JP6520564B2 - 静電荷像現像用トナー、静電荷像現像剤、トナーカートリッジ、プロセスカートリッジ、画像形成装置及び画像形成方法 - Google Patents

静電荷像現像用トナー、静電荷像現像剤、トナーカートリッジ、プロセスカートリッジ、画像形成装置及び画像形成方法 Download PDF

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Description

本発明は、静電荷像現像用トナー、静電荷像現像剤、トナーカートリッジ、プロセスカートリッジ、画像形成装置及び画像形成方法に関する。
近年、電子写真プロセスは、情報化社会における機器の発達や通信網の充実により、複写機のみならず、オフィスのネットワークプリンター、パソコンのプリンター、オンデマンド印刷のプリンター等にも広く利用され、白黒、カラーを問わず、高画質、高速化、高信頼性、小型化、軽量化、省エネルギー性能がますます強く要求されてきている。
電子写真プロセスは、通常、光導電性物質を利用した感光体(像保持体)上に種々の手段により電気的に静電荷像を形成し、この静電荷像にトナーを含む現像剤を用いて現像し、感光体上のトナー画像を中間転写体を介して又は介さずに紙等の記録媒体に転写した後、この転写画像を記録媒体に定着する、という複数の工程を経て、定着画像を形成している。
ここで、低消費電力化において低温定着性と耐オフセット性を向上させ、高品質なトナー画像を形成し、長期の保存性に優れていて、定着領域の広い高画質カラートナーとした場合の光沢性に優れ、より高解像度で、高精細画像の形成が可能で、高速機を使用した場合に、トナー融着の防止と、良好な定着性を両立したトナーを提供するため、少なくともトナーバインダー、着色剤、ワックスを含有する乾式トナーにおいて、該ワックスは、トナー粒子中に微粒子状で内包され、該トナーの表面近傍から内部に亘って全体に存在し、かつトナーの表面近傍に存在するワックス濃度が、トナーの内部に存在するワックスの濃度よりも大であることを特徴とする乾式トナーが開示されている(例えば、特許文献1参照)。
また、耐久性や低温定着性を達成しつつ、画像の面内のグロスの均一性を確保したトナーを提供するため、結着樹脂、ワックス、及び外添剤としての無機微粉体を少なくとも含有するトナーであって、前記結着樹脂はポリエステル樹脂を含有し、前記ワックスの含有量が、前記結着樹脂100質量部に対して、3.0質量部以上20.0質量部以下であり、前記トナーは、ATR法を用い、ATR結晶としてGe、赤外光入射角として45°の条件で測定し得られたFT−IRスペクトルにおいて、2843cm−1以上2853cm−1以下の範囲の最大吸収ピーク強度をPa、1713cm−1以上1723cm−1以下の範囲の最大吸収ピーク強度をPbとし、ATR法を用い、ATR結晶としてKRS5、赤外光入射角として45°の条件で測定し得られたFT−IRスペクトルにおいて、2843cm−1以上2853cm−1以下の範囲の最大吸収ピーク強度をPc、1713cm−1以上1723cm−1以下の範囲の最大吸収ピーク強度をPdとしたときに、下記式(1)の関係を満たすことを特徴とするトナーが開示されている(例えば、特許文献2参照)。
1.05≦P1/P2≦2.00 ・・・ 式(1)
[前記式(1)において、前記最大吸収ピーク強度Paは、2843cm−1以上2853cm−1以下の範囲の吸収ピーク強度の最大値から3050cm−1と2600cm−1の吸収ピーク強度の平均値を差し引いた値であり、前記最大吸収ピーク強度Pbは、1713cm−1以上1723cm−1以下の範囲の吸収ピーク強度の最大値から1763cm−1と1630cm−1の吸収ピーク強度の平均値を差し引いた値であり、前記最大吸収ピーク強度Pcは、2843cm−1以上2853cm−1以下の範囲の吸収ピーク強度の最大値から3050cm−1と2600cm−1の吸収ピーク強度の平均値を差し引いた値であり、前記最大吸収ピーク強度Pdは、1713cm−1以上1723cm−1以下の範囲の吸収ピーク強度の最大値から1763cm−1と1630cm−1の吸収ピーク強度の平均値を差し引いた値であり、P1=Pa/Pb、P2=Pc/Pdである。]
特開2004−145243号公報 特開2011−158758号公報
本発明は、凹凸の大きな用紙にトナー画像を形成する際の微小な画像抜けが低減される静電荷像現像用トナーを提供することを目的とする。
前記課題を達成するための具体的手段は以下の通りである。
即ち、<1>に係る発明は、
結着樹脂及び離型剤を含み、
前記結着樹脂を含む海部と、前記離型剤を含む島部と、を持つ海島構造を有し、
下記式(1)及び下記式(2)に示される溶融粘度の関係式を満たし、
下記式(3)で示される前記離型剤を含む島部の偏在度Bの分布の最頻値が、0.75以上0.98以下の範囲であり、前記偏在度Bの分布の歪度が、−1.10以上−0.50以下の範囲である静電荷像現像用トナー。
式(1): 4000Pa・s≦η(100)≦200000Pa・s
(式(1)において、η(100)は、100℃における高架式フローテスター溶融粘度を表す。)
式(2): 18000J・mol−1≦E≦80000J・mol−1
(式(2)において、Eは、アンドレードの式における流動活性化エネルギーを表す。)
式(3): 偏在度B=2d/D
(式(3)において、Dはトナーの断面観察におけるトナーの円相当径(μm)を表し、dはトナーの断面観察におけるトナーの重心から離型剤を含む島部の重心までの距離(μm)を表す。)
<2>に係る発明は、
前記離型剤の融解温度が、50℃以上110℃以下である<1>に記載の静電荷像現像用トナー。
<3>に係る発明は、
前記結着樹脂のガラス転移温度が、50℃以上80℃以下である<1>又は<2>に記載の静電荷像現像用トナー。
<4>に係る発明は、
<1><3>のいずれか1項に記載の静電荷像現像用トナーを含む静電荷像現像剤。
<5>に係る発明は、
<1><3>のいずれか1項に記載の静電荷像現像用トナーを収容し、
画像形成装置に着脱されるトナーカートリッジ。
<6>に係る発明は、
<4>に記載の静電荷像現像剤を収容し、前記静電荷像現像剤により、像保持体の表面に形成された静電荷像をトナー画像として現像する現像手段を備え、
画像形成装置に着脱されるプロセスカートリッジ。
<7>に係る発明は、
像保持体と、
前記像保持体の表面を帯電する帯電手段と、
帯電した前記像保持体の表面に静電荷像を形成する静電荷像形成手段と、
<4>に記載の静電荷像現像剤を収容し、前記静電荷像現像剤により、前記像保持体の表面に形成された静電荷像をトナー画像として現像する現像手段と、
前記像保持体の表面に形成されたトナー画像を記録媒体の表面に転写する転写手段と、
前記記録媒体の表面に転写されたトナー画像を定着する定着手段と、
を備える画像形成装置。
<8>に係る発明は、
像保持体の表面を帯電する帯電工程と、
帯電した前記像保持体の表面に静電荷像を形成する静電荷像形成工程と、
<4>に記載の静電荷像現像剤により、前記像保持体の表面に形成された静電荷像をトナー画像として現像する現像工程と、
前記像保持体の表面に形成されたトナー画像を記録媒体の表面に転写する転写工程と、
前記記録媒体の表面に転写されたトナー画像を定着する定着工程と、
を有する画像形成方法。
<1>に係る発明によれば、海島構造を有さないか、式(1)若しくは式(2)に示される溶融粘度の関係式を満たさないか、式(3)で示される離型剤を含む島部の偏在度Bの分布の最頻値が、0.75以上0.98以下の範囲外であるか、又は偏在度Bの分布の歪度が、−1.10以上−0.50以下の範囲外である場合に比較して、凹凸の大きな用紙にトナー画像を形成する際の微小な画像抜けが低減される静電荷像現像用トナーが提供される。
<2>に係る発明によれば、離型剤の溶融温度が、50℃以上110℃以下の範囲外である場合に比較して、凹凸の大きな用紙にトナー画像を形成する際の微小な画像抜けが、より低減される。
<3>に係る発明によれば、結着樹脂のガラス転移温度が、50℃以上80℃以下の範囲外である場合に比較して、凹凸の大きな用紙にトナー画像を形成する際の微小な画像抜けが、より低減される。
<4>に係る発明によれば、海島構造を有さないか、式(1)若しくは式(2)に示される溶融粘度の関係式を満たさないか、式(3)で示される離型剤を含む島部の偏在度Bの分布の最頻値が、0.75以上0.98以下の範囲外であるか、又は偏在度Bの分布の歪度が、−1.10以上−0.50以下の範囲外である場合に比較して、凹凸の大きな用紙にトナー画像を形成する際の微小な画像抜けが低減される静電荷像現像剤が提供される。
<5>に係る発明によれば、海島構造を有さないか、式(1)若しくは式(2)に示される溶融粘度の関係式を満たさないか、式(3)で示される離型剤を含む島部の偏在度Bの分布の最頻値が、0.75以上0.98以下の範囲外であるか、又は偏在度Bの分布の歪度が、−1.10以上−0.50以下の範囲外である場合に比較して、凹凸の大きな用紙にトナー画像を形成する際の微小な画像抜けが低減される静電荷像現像用トナーを収容するトナーカートリッジが提供される。
<6>に係る発明によれば、海島構造を有さないか、式(1)若しくは式(2)に示される溶融粘度の関係式を満たさないか、式(3)で示される離型剤を含む島部の偏在度Bの分布の最頻値が、0.75以上0.98以下の範囲外であるか、又は偏在度Bの分布の歪度が、−1.10以上−0.50以下の範囲外である場合に比較して、凹凸の大きな用紙にトナー画像を形成する際の微小な画像抜けが低減される静電荷像現像剤を収容するプロセスカートリッジが提供される。
<7>に係る発明によれば、海島構造を有さないか、式(1)若しくは式(2)に示される溶融粘度の関係式を満たさないか、式(3)で示される離型剤を含む島部の偏在度Bの分布の最頻値が、0.75以上0.98以下の範囲外であるか、又は偏在度Bの分布の歪度が、−1.10以上−0.50以下の範囲外である場合に比較して、凹凸の大きな用紙にトナー画像を形成する際の微小な画像抜けが低減される静電荷像現像剤を用いる画像形成装置が提供される。
<8>に係る発明によれば、海島構造を有さないか、式(1)若しくは式(2)に示される溶融粘度の関係式を満たさないか、式(3)で示される離型剤を含む島部の偏在度Bの分布の最頻値が、0.75以上0.98以下の範囲外であるか、又は偏在度Bの分布の歪度が、−1.10以上−0.50以下の範囲外である場合に比較して、凹凸の大きな用紙にトナー画像を形成する際の微小な画像抜けが低減される静電荷像現像剤を用いる画像形成方法が提供される。
本実施形態に係るトナーにおける離型剤ドメインの偏在度Bの分布の例を示す図である。 パワーフィード添加法を説明するための模式図である。 本実施形態に係る画像形成装置の一例を示す概略構成図である。 本実施形態に係るプロセスカートリッジの一例を示す概略構成図である。
以下、本発明の静電荷像現像用トナー、静電荷像現像剤、トナーカートリッジ、プロセスカートリッジ、画像形成装置及び画像形成方法の実施形態について詳細に説明する。
<静電荷像現像用トナー>
本実施形態の静電荷像現像用トナー(以下、静電荷像現像用トナーを「トナー」と称することがある。)は、結着樹脂及び離型剤を含み、前記結着樹脂を含む海部と、前記離型剤を含む島部と、を持つ海島構造を有し、下記式(1)及び下記式(2)に示される溶融粘度の関係式を満たし、下記式(3)で示される前記離型剤を含む島部の偏在度Bの分布の最頻値が、0.75以上0.98以下の範囲であり、前記偏在度Bの分布の歪度が、−1.10以上−0.50以下の範囲である静電荷像現像用トナーである。
式(1): 4000Pa・s≦η(100)≦200000Pa・s
式(1)において、η(100)は、100℃における高架式フローテスター溶融粘度を表す。
式(2): 18000J・mol−1≦E≦80000J・mol−1
式(2)において、Eは、アンドレードの式における流動活性化エネルギーを表す。
式(3): 偏在度B=2d/D
式(3)において、Dはトナーの断面観察におけるトナーの円相当径(μm)を表し、dはトナーの断面観察におけるトナーの重心から離型剤を含む島部の重心までの距離(μm)を表す。
本実施形態のトナーを用いて凹凸の大きな用紙にトナー画像を形成する際に、白抜けが低減される。その理由は明確ではないが、以下のように推察される。
近年、電子写真方式によるオンデマンドプリンティング等の軽印刷市場への要求が増加しており、凹凸の大きなラフ紙等のさまざまな用紙への対応や、これまで以上の高画質、高速印刷への対応が求められている。特に、ラフ紙への印刷においては用紙の凹凸が大きく、凹部に入り込んだトナーに定着時の熱と圧力が伝わりにくいためか、微小な画像抜け(以後、微小白抜けと呼ぶことがある)が起こりやすいという課題があった。この微小白抜けは、用紙の凹部に入り込んだトナーへ熱と圧力が伝わらず、トナーの溶融が進まないことによりトナー表面への離型剤の染み出しが不足して定着部材とトナーの剥離ができず、剥離できなかったトナーが画像から抜けてしまうことにより生ずるものと推測される。微小白抜けを改善するために、単にトナーの溶融粘度を低下させたり、離型剤を増量させたりしても、用紙の凸部において、トナーが溶融しすぎることによるホットオフセットや、離型剤が過剰に染み出すことによる光沢ムラが抑制されないことがある。以上のように、ラフ紙等の凹凸の大きい用紙において、微小白抜けのない高品位な画像を提供することは難しいことであった。
本実施形態においては、結着樹脂を含む海部と離型剤を含む島部とを持つ海島構造を有し、トナーの100℃における高架式フローテスター溶融粘度η(100)が4000Pa・s以上200000Pa・s以下の範囲であり、アンドレードの式における流動活性化エネルギーEが18000J・mol−1以上80000J・mol−1以下の範囲であり、かつ、離型剤を含む島部の偏在度Bの分布の最頻値が0.75以上0.98以下の範囲であり、かつ、偏在度Bの分布の歪度が−1.10以上−0.50以下の範囲であるトナーを用いることで、トナーの溶融性が保たれ、トナー表面付近の離型剤が多く、内部にも適度に離型剤が存在する状態となる。
このようなトナーを用いると、ラフ紙を用いた高速印刷時において、用紙の凹部においてもトナーの溶融が進みやすく、表面付近の離型剤が染み出すことで十分な離型性を発揮し微小白抜けが改善する。また、用紙の凸部での過剰なトナー溶融や離型剤染み出しが抑えられ、光沢ムラを抑えることができるものと推察される。
本実施形態のトナーはラフ紙等の凹凸の大きな用紙にトナー画像を形成する際に微小な画像抜けが低減される点で有効であるところ、特に、ベック平滑度が50秒以下の用紙へのトナー画像を形成する際の微小な画像抜けの低減に有効である。
本実施形態において、ベック平滑度は、JIS P 8119(1998)の方法に則って測定された値をいう。
ここで、離型剤を含む島部(以下、「離型剤ドメイン」とも称する)の偏在度Bは、トナーの重心から、離型剤ドメインの重心がどれだけ離れているかを示す指標である。この偏在度Bは、値が大きい程、離型剤ドメインがトナー表面近くに存在することを示し、値が小さい程、離型剤ドメインがトナー中心近くに存在することを示す。そして、偏在度Bの分布の最頻値は、トナーの径方向において、離型剤ドメインの存在が最も多い部位を示している。一方、偏在度Bの分布の歪度は、分布の左右対称性を示している。具体的には、偏在度Bの分布の歪度は、最頻値からの分布の裾引きの程度を示している。つまり、偏在度Bの分布の歪度は、離型剤ドメインが、トナーの径方向において、最も多い部位からどの程度の分布で存在しているかを示している。
即ち、離型剤ドメインの偏在度Bの分布の最頻値が0.75以上0.98以下の範囲内であるとは、トナーの表層部に離型剤ドメインが多く存在していることを示している。そして、離型剤ドメインの偏在度Bの分布の歪度が−1.10以上−0.50以下の範囲内にあるとは、離型剤ドメインが、トナー表層部から内部に向かって、勾配を持って分布していることを示している(図1参照)。
このように、離型剤ドメインの偏在度Bの分布の最頻値及び歪度が上記範囲を満たすトナーは、離型剤ドメインが表層部に多く存在しつつ、勾配をもってトナー内部から表層部に向けて分布しているトナーである。離型剤ドメインの分布に勾配を持つトナーは、低い圧力を受けるとトナー表層部の離型剤のみが染み出し、高い圧力を受けるとトナー内部の離型剤も染み出す性質を持つ。つまり、離型剤ドメインの濃度勾配を持つトナーは、圧力に応じて、離型剤の染み出す量が制御される。
本実施形態に係るトナーは、結着樹脂を含む海部と離型剤を含む島部とを持つ海島構造を有する。つまり、トナーは、結着樹脂の連続相中に離型剤が島状に存在する海島構造を有する。なお、離型剤ドメインは、剥離不良抑制および光沢ムラ抑制の点から、トナーの断面観察におけるトナーの中央部(重心部)には存在しないことがよい。
海島構造を有するトナーにおいて、離型剤ドメイン(離型剤を含む島部)の偏在度Bの分布の最頻値は、0.75以上0.98以下であり、剥離不良抑制および光沢ムラ抑制の点から、0.80以上0.95以下が好ましく、0.85以上0.90以下がより好ましい。特に、トナーの熱保管性の点から、離型剤ドメインの偏在度Bの分布の最頻値は0.98以下が好ましい。
離型剤ドメイン(離型剤を含む島部)の偏在度Bの分布の歪度は、−1.10以上−0.50以下であり、光沢ムラ抑制の点から、−1.00以上−0.60以下が好ましく、−0.95以上−0.65以下がより好ましい。
離型剤ドメイン(離型剤を含む島部)の偏在度Bの分布の尖度は、剥離不良抑制および光沢ムラ抑制の点から、−0.20以上+1.50以下が好ましく、−0.15以上+1.40以下がより好ましく、−0.10以上+1.30以下が更に好ましい。
なお、尖度とは偏在度Bの分布の頂点(つまり分布の最頻値)の尖りを示す指数である。そして、尖度が上記範囲とは、偏在度Bの分布において、頂部(最頻値)が過剰に尖っておらず、尖りつつも適度に湾曲した分布となって状態を示している。このため、圧力に応じたトナーからの離型剤の染み量の変化がなだらかとなり、記録媒体の凸部及び凹部でのトナーからの離型剤の染み出し量が保たれ易くなり、剥離不良及び光沢ムラが更に抑制される。
ここで、トナーの海島構造の確認方法について説明する。
トナーの海島構造は、例えば、トナー(トナー粒子)の断面を透過型電子顕微鏡により観察する方法、トナー粒子の断面に四酸化ルテニウムによる染色を行い、走査型電子顕微鏡により観察する方法によって確認する。トナーの断面における離型剤ドメインがより鮮明に観察できる点で、走査型電子顕微鏡により観察する方法が好ましい。走査型電子顕微鏡としては、当業者の間でよく知られた機種であればよく、例えば、日立ハイテク社製SU8020、日本電子社製JSM−7500F等が挙げられる。
具体的な、観察方法は、次の通りである。まず、測定対象となるトナー(トナー粒子)をエポキシ樹脂に包埋した後、エポキシ樹脂を硬化する。ダイヤモンド刃を備えたミクロトームによって、この硬化物を薄片化し、トナーの断面が露出した観察試料を得る。薄片の観察試料に対し、四酸化ルテニウムにより染色を施し、走査型電子顕微鏡によりトナーの断面を観察する。この観察方法によって、トナーの断面には、染色度の違いにより、結着樹脂の連続相中に対し、輝度差(コントラスト)がある離型剤が島状に存在する海島構造が観察される。
次に、離型剤ドメインの偏在度Bの測定方法について説明する。
離型剤ドメインの偏在度Bの測定は、次の通り行う。まず、海島構造の確認方法を利用し、トナー(トナー粒子)1個の断面が視野に入る倍率で画像を記録する。記録された画像について、画像解析ソフト(三谷商事社製WinROOF)を用いて、0.010000μm/pixel条件で画像解析を行う。この画像解析により、包埋に用いたエポキシ樹脂とトナーの結着樹脂との輝度差(コントラスト)により、トナーの断面の形状を抽出する。抽出されたトナーの断面の形状に基づいて、投影面積を求める。そして、この投影面積から、円相当径を求める。円相当径は、式:2√(投影面積/π)により算出する。求めた円相当径を、トナーの断面観察におけるトナーの円相当径Dとする。
一方、抽出されたトナーの断面の形状に基づいて、重心位置を求める。続けて、結着樹脂と離型剤の輝度差(コントラスト)により、離型剤ドメインの形状を抽出し、離型剤ドメインの重心位置を求める。この各重心位置は、具体的には、抽出されたトナー、又は、離型剤ドメインの領域に対し、領域内の画素数をn、各画素のxy座標をx、y(i=1,2,…,n)とし、重心のx座標は各x座標値の合計をnで割った値、重心のy座標は各y座標値の合計をnで割った値として求める。そして、トナーの断面の重心位置と離型剤ドメインの重心位置との距離を求める。求めた距離を、トナーの断面観察におけるトナーの重心から離型剤を含む島部の重心までの距離dとする。
最後に、各円相当径D及び距離dから、式(3):偏在度B=2d/Dにより、離型剤ドメインの偏在度Bを求める。そして、一個のトナー(トナー粒子)の断面に存在する複数の離型剤ドメインについて、各々、上記同様の操作を行って、離型剤ドメインの偏在度Bを求める。
次に、離型剤ドメインの偏在度Bの分布の最頻値の算出方法について説明する。
まず、既述の離型剤ドメインの偏在度Bの測定をトナー(トナー粒子)200個について行う。得られた各離型剤ドメインの偏在度Bのデータを、0から0.01刻みのデータ区間で統計解析処理を行い、偏在度Bの分布を求める。得られた分布の最頻値、すなわち、離型剤ドメインの偏在度Bの分布で最も多く現れるデータ区間の値を求める。そして、このデータ区間の値を、離型剤ドメインの偏在度Bの分布の最頻値とする。
次に、離型剤ドメインの偏在度Bの分布の歪度の算出方法について説明する。
まず、既述通り、離型剤ドメインの偏在度Bの分布を求める。求めた偏在度Bの分布を用い、下記式に基づいて、偏在度Bの分布の歪度を求める。なお、下記式において、歪度をSk、離型剤ドメインの偏在度Bのデータ数をn、各離型剤ドメインの偏在度Bのデータの値をx(i=1,2,…,n)、離型剤ドメインの偏在度Bのデータ全体の平均値をx(上方にバーを付したx)、離型剤ドメインの偏在度Bのデータ全体の標準偏差をsとする。
次に、離型剤ドメインの偏在度Bの分布の尖度の算出方法について説明する。
まず、既述通り、離型剤ドメインの偏在度Bの分布を求める。求めた偏在度Bの分布を用い、下記式に基づいて、偏在度Bの分布の尖度を求める。なお、下記式において、尖度をKu、離型剤ドメインの偏在度Bのデータ数をn、各離型剤ドメインの偏在度Bのデータの値をx(i=1,2,…,n)、離型剤ドメインの偏在度Bのデータ全体の平均値をx(上方にバーを付したx)、離型剤ドメインの偏在度Bのデータ全体標準偏差をsとする
なお、本実施形態に係るトナーにおいて、離型剤ドメインの偏在度Bの分布特性を満たす方法については、トナーの製造方法で説明する。
本実施形態においては、高架式フローテスター溶融粘度η(100)が、4000Pa・s以上200000Pa・s以下の範囲とされる。η(100)が4000Pa・s未満であると、定着時の溶融が過剰になり、ホットオフセットを生ずることがある。一方、η(100)が200000Pa・sを超えると、定着時の溶融が不足し、微小白抜けを生ずることがある。
高架式フローテスター溶融粘度η(100)は、6000Pa・s以上180000Pa・s以下の範囲であることが好ましく、8000Pa・s以上160000Pa・s以下の範囲であることがより好ましく、10000Pa・s以上140000Pa・s以下の範囲であることが更に好ましい。
本実施形態において、100℃における高架式フローテスター溶融粘度に着目するのは、トナーが加熱されて結着樹脂の粘度が低下することでトナーに含まれる離型剤がトナー表面に滲み出し始める温度が凡そ100℃であるためである。離型剤がトナー表面に滲み出し始める温度におけるトナーの高架式フローテスター溶融粘度を予め定められた範囲に規定することで、離型剤のトナー表面への滲み出しやすさが調整される。
高架式フローテスター測定条件は、以下のとおりである。
トナーの溶融粘度測定には高架式フローテスター(島津製作所製 CFT-500)を用い、サンプル1.2gをサンプラーにて円柱状にし、以下の条件で測定する。
ダイ(ノズル)の直径0.5mm、厚み1.0mm
押し出し荷重10kgf/cm
プランジャー断面積1.0cm
初期設定温度50℃
プレヒートタイム300sec
昇温速度2℃/minで等速昇温した。
各温度での流出量を2℃刻みで測定し、100℃での粘度(Pa・s)を得る。
本実施形態において、トナーの高架式フローテスター溶融粘度を制御するには、使用する結着樹脂の粘度を調整する方法が好適である。例えば、ガラス転移温度の異なる複数の樹脂を準備し、樹脂の配合比を変更することによって、トナーの高架式フローテスター溶融粘度を本実施形態の範囲に制御してもよい。
本実施形態においては、アンドレードの式における流動活性化エネルギーEが、18000J・mol−1以上80000J・mol−1以下の範囲とされる。流動活性化エネルギーEが18000J・mol−1未満であると、用紙凹部において離型剤の染み出しが不足するため、微小白抜けを生ずることがある。流動活性化エネルギーEが80000J・mol−1を超えると、用紙凸部での離型剤の染み出しが過剰になるため、光沢ムラを生ずることがある。
流動活性化エネルギーEは、19000J・mol−1以上70000J・mol−1以下の範囲であることが好ましく、20000J・mol−1以上60000J・mol−1以下の範囲であることがより好ましく、21000J・mol−1以上50000J・mol−1以下の範囲であることが更に好ましい。
流動活性化エネルギーEは、下記のアンドレードの式(A)に基づいて算出される。なお、式(A’)は、式(A)を対数変換したものである。
式(A)及び(A’)において、Aは比例定数を、Eは流動活性化エネルギーを、Rは気体定数を、Tは絶対温度を、ηは絶対温度Tにおけるトナーの粘度を表す。
高架式フローテスター溶融粘度η(100)の測定において、温度Tのときに得られた粘度ηの対数lnηをY軸、1/TをX軸としてプロットし、当該プロットの傾きから流動活性化エネルギーEが求められる。
本実施形態のトナーは、偏在度Bの分布の最頻値及び歪度が特定の値をとることでトナーの表層部に離型剤ドメインが存在するところ、本実施形態のトナーが式(1)及び式(2)の関係を満たすことで、トナーの表層部にドメインとして存在する離型剤がトナー定着の際にトナー表面により滲み出しやすくなる。
以下、本実施形態に係るトナーの詳細について説明する。
本実施形態に係るトナーは、トナー粒子と、必要に応じて、外添剤と、を含んで構成される。
(トナー粒子)
トナー粒子は、例えば、結着樹脂と、離型剤と、必要に応じて、着色剤と、その他添加剤と、を含んで構成される。
−結着樹脂−
結着樹脂としては、例えば、スチレン類(例えばスチレン、パラクロロスチレン、α−メチルスチレン等)、(メタ)アクリル酸エステル類(例えばアクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸n−プロピル、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸ラウリル、アクリル酸2−エチルヘキシル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸n−プロピル、メタクリル酸ラウリル、メタクリル酸2−エチルヘキシル等)、エチレン性不飽和ニトリル類(例えばアクリロニトリル、メタクリロニトリル等)、ビニルエーテル類(例えばビニルメチルエーテル、ビニルイソブチルエーテル等)、ビニルケトン類(ビニルメチルケトン、ビニルエチルケトン、ビニルイソプロペニルケトン等)、オレフィン類(例えばエチレン、プロピレン、ブタジエン等)等の単量体の単独重合体、又はこれら単量体を2種以上組み合せた共重合体からなるビニル系樹脂が挙げられる。
結着樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、セルロース樹脂、ポリエーテル樹脂、変性ロジン等の非ビニル系樹脂、これらと前記ビニル系樹脂との混合物、又は、これらの共存下でビニル系単量体を重合して得られるグラフト重合体等も挙げられる。
これらの結着樹脂は、1種類単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
結着樹脂のガラス転移温度としては、50℃以上80℃以下が好ましく、50℃以上65℃以下がより好ましい。
なお、ガラス転移温度は、示差走査熱量測定(DSC)により得られたDSC曲線より求め、より具体的にはJIS K−7121−1987「プラスチックの転移温度測定方法」のガラス転移温度の求め方に記載の「補外ガラス転移開始温度」により求められる。
本実施形態において、結着樹脂を2種以上併用する場合の結着樹脂のガラス転移温度は、各々の樹脂のガラス転移温度の平均値で示すものとする。
結着樹脂としては、ポリエステル樹脂が好適である。
ポリエステル樹脂としては、例えば、公知のポリエステル樹脂が挙げられる。
ポリエステル樹脂としては、例えば、多価カルボン酸と多価アルコールとの縮重合体が挙げられる。なお、ポリエステル樹脂としては、市販品を使用してもよいし、合成したものを使用してもよい。
多価カルボン酸としては、例えば、脂肪族ジカルボン酸(例えばシュウ酸、マロン酸、マレイン酸、フマル酸、シトラコン酸、イタコン酸、グルタコン酸、コハク酸、アルケニルコハク酸、アジピン酸、セバシン酸等)、脂環式ジカルボン酸(例えばシクロヘキサンジカルボン酸等)、芳香族ジカルボン酸(例えばテレフタル酸、イソフタル酸、フタル酸、ナフタレンジカルボン酸等)、これらの無水物、又はこれらの低級(例えば炭素数1以上5以下)アルキルエステルが挙げられる。これらの中でも、多価カルボン酸としては、例えば、芳香族ジカルボン酸が好ましい。
多価カルボン酸は、ジカルボン酸と共に、架橋構造又は分岐構造をとる3価以上のカルボン酸を併用してもよい。3価以上のカルボン酸としては、例えば、トリメリット酸、ピロメリット酸、これらの無水物、又はこれらの低級(例えば炭素数1以上5以下)アルキルエステル等が挙げられる。
多価カルボン酸は、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
多価アルコールとしては、例えば、脂肪族ジオール(例えばエチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール、ブタンジオール、ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール等)、脂環式ジオール(例えばシクロヘキサンジオール、シクロヘキサンジメタノール、水添ビスフェノールA等)、芳香族ジオール(例えばビスフェノールAのエチレンオキサイド付加物、ビスフェノールAのプロピレンオキサイド付加物等)が挙げられる。これらの中でも、多価アルコールとしては、例えば、芳香族ジオール、脂環式ジオールが好ましく、より好ましくは芳香族ジオールである。
多価アルコールとしては、ジオールと共に、架橋構造又は分岐構造をとる3価以上の多価アルコールを併用してもよい。3価以上の多価アルコールとしては、例えば、グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトールが挙げられる。
多価アルコールは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
ポリエステル樹脂の重量平均分子量(Mw)は、5000以上1000000以下が好ましく、7000以上500000以下がより好ましい。
ポリエステル樹脂の数平均分子量(Mn)は、2000以上100000以下が好ましい。
ポリエステル樹脂の分子量分布Mw/Mnは、1.5以上100以下が好ましく、2以上60以下がより好ましい。
なお、重量平均分子量及び数平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)により測定する。GPCによる分子量測定は、測定装置として東ソー製GPC・HLC−8120GPCを用い、東ソー製カラム・TSKgel SuperHM−M(15cm)を使用し、THF溶媒で行う。重量平均分子量及び数平均分子量は、この測定結果から単分散ポリスチレン標準試料により作成した分子量校正曲線を使用して算出する。
ポリエステル樹脂は、周知の製造方法により得られる。具体的には、例えば、重合温度を180℃以上230℃以下とし、必要に応じて反応系内を減圧にし、縮合の際に発生する水やアルコールを除去しながら反応させる方法により得られる。
なお、原料の単量体が、反応温度下で溶解又は相溶しない場合は、高沸点の溶剤を溶解補助剤として加え溶解させてもよい。この場合、重縮合反応は溶解補助剤を留去しながら行う。共重合反応において相溶性の悪い単量体が存在する場合は、あらかじめ相溶性の悪い単量体とその単量体と重縮合予定の酸又はアルコールとを縮合させておいてから主成分と共に重縮合させるとよい。
結着樹脂の含有量としては、例えば,トナー粒子全体に対して、40質量%以上95質量%以下が好ましく、50質量%以上90質量%以下がより好ましく、60質量%以上85質量%以下がさらに好ましい。
−着色剤−
着色剤としては、例えば、カーボンブラック、クロムイエロー、ハンザイエロー、ベンジジンイエロー、スレンイエロー、キノリンイエロー、ピグメントイエロー、パーマネントオレンジGTR、ピラゾロンオレンジ、バルカンオレンジ、ウオッチヤングレッド、パーマネントレッド、ブリリアントカーミン3B、ブリリアントカーミン6B、デュポンオイルレッド、ピラゾロンレッド、リソールレッド、ローダミンBレーキ、レーキレッドC、ピグメントレッド、ローズベンガル、アニリンブルー、ウルトラマリンブルー、カルコオイルブルー、メチレンブルークロライド、フタロシアニンブルー、ピグメントブルー、フタロシアニングリーン、マラカイトグリーンオキサレートなどの種々の顔料、又は、アクリジン系、キサンテン系、アゾ系、ベンゾキノン系、アジン系、アントラキノン系、チオインジコ系、ジオキサジン系、チアジン系、アゾメチン系、インジコ系、フタロシアニン系、アニリンブラック系、ポリメチン系、トリフェニルメタン系、ジフェニルメタン系、チアゾール系などの各種染料等が挙げられる。
着色剤は、1種類単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
着色剤は、必要に応じて表面処理された着色剤を用いてもよく、分散剤と併用してもよい。また、着色剤は、複数種を併用してもよい。
着色剤の含有量としては、例えば、トナー粒子全体に対して、1質量%以上30質量%以下が好ましく、3質量%以上15質量%以下がより好ましい。
−離型剤−
離型剤としては、例えば、炭化水素系ワックス;カルナバワックス、ライスワックス、キャンデリラワックス等の天然ワックス;モンタンワックス等の合成又は鉱物・石油系ワックス;脂肪酸エステル、モンタン酸エステル等のエステル系ワックス;などが挙げられる。離型剤は、これに限定されるものではない。
離型剤の融解温度は、50℃以上110℃以下が好ましく、60℃以上100℃以下がより好ましい。
なお、融解温度は、示差走査熱量測定(DSC)により得られたDSC曲線から、JIS K−7121−1987「プラスチックの転移温度測定方法」の融解温度の求め方に記載の「融解ピーク温度」により求める。
離型剤の含有量としては、例えば、トナー粒子全体に対して、1質量%以上20質量%以下が好ましく、5質量%以上15質量%以下がより好ましい。
−その他の添加剤−
その他の添加剤としては、例えば、磁性体、帯電制御剤、無機粉体等の周知の添加剤が挙げられる。これらの添加剤は、内添剤としてトナー粒子に含まれる。
−トナー粒子の特性等−
トナー粒子は、単層構造のトナー粒子であってもよいし、芯部(コア粒子)と芯部を被覆する被覆層(シェル層)とで構成された所謂コア・シェル構造のトナー粒子であってもよい。
ここで、コア・シェル構造のトナー粒子は、例えば、結着樹脂と離型剤と必要に応じて着色剤等のその他添加剤とを含んで構成された芯部と、結着樹脂を含んで構成された被覆層と、で構成されていることがよい。
トナー粒子の体積平均粒径(D50v)としては、2μm以上10μm以下が好ましく、4μm以上8μm以下がより好ましい。
なお、トナー粒子の各種平均粒径、及び各種粒度分布指標は、コールターマルチサイザーII(ベックマン・コールター社製)を用い、電解液はISOTON−II(ベックマン・コールター社製)を使用して測定される。
測定に際しては、分散剤として、界面活性剤(アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウムが好ましい)の5%水溶液2ml中に測定試料を0.5mg以上50mg以下加える。これを電解液100ml以上150ml以下中に添加する。
試料を懸濁した電解液は超音波分散器で1分間分散処理を行い、コールターマルチサイザーIIにより、アパーチャー径として100μmのアパーチャーを用いて2μm以上60μm以下の範囲の粒径の粒子の粒度分布を測定する。なお、サンプリングする粒子数は50000個である。
測定される粒度分布を基にして分割された粒度範囲(チャンネル)に対して体積、数をそれぞれ小径側から累積分布を描いて、累積16%となる粒径を体積粒径D16v、数粒径D16p、累積50%となる粒径を体積平均粒径D50v、累積数平均粒径D50p、累積84%となる粒径を体積粒径D84v、数粒径D84pと定義する。
これらを用いて、体積平均粒度分布指標(GSDv)は(D84v/D16v)1/2、数平均粒度分布指標(GSDp)は(D84p/D16p)1/2として算出される。
トナー粒子の形状係数SF1としては、110以上150以下が好ましく、120以上140以下がより好ましい。
なお、形状係数SF1は、下記式により求められる。
式:SF1=(ML/A)×(π/4)×100
上記式中、MLはトナーの絶対最大長、Aはトナーの投影面積を各々示す。
具体的には、形状係数SF1は、主に顕微鏡画像又は走査型電子顕微鏡(SEM)画像を画像解析装置を用いて解析することによって数値化され、以下のようにして算出される。すなわち、スライドガラス表面に散布した粒子の光学顕微鏡像をビデオカメラによりルーゼックス画像解析装置に取り込み、100個の粒子の最大長と投影面積を求め、上記式によって計算し、その平均値を求めることにより得られる。
(外添剤)
外添剤としては、例えば、無機粒子が挙げられる。該無機粒子として、SiO、TiO、Al、CuO、ZnO、SnO、CeO、Fe、MgO、BaO、CaO、KO、NaO、ZrO、CaO・SiO、KO・(TiO)n、Al・2SiO、CaCO、MgCO、BaSO、MgSO等が挙げられる。
外添剤としての無機粒子の表面は、疎水化処理が施されていることがよい。疎水化処理は、例えば疎水化処理剤に無機粒子を浸漬する等して行う。疎水化処理剤は特に制限されないが、例えば、シラン系カップリング剤、シリコーンオイル、チタネート系カップリング剤、アルミニウム系カップリング剤等が挙げられる。これらは1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
疎水化処理剤の量としては、通常、例えば、無機粒子100質量部に対して、1質量部以上10質量部以下である。
外添剤としては、樹脂粒子(ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、メラミン樹脂等の樹脂粒子)、クリーニング活剤(例えば、ステアリン酸亜鉛に代表される高級脂肪酸の金属塩、フッ素系高分子量体の粒子)等も挙げられる。
外添剤の外添量としては、例えば、トナー粒子に対して、0.01質量%以上5質量%以下が好ましく、0.01質量%以上2.0質量%以下がより好ましい。
(トナーの製造方法)
次に、本実施形態に係るトナーの製造方法について説明する。
本実施形態に係るトナーは、トナー粒子を製造後、トナー粒子に対して、外添剤を外添することで得られる。
トナー粒子は、乾式製法(例えば、混練粉砕法等)、湿式製法(例えば凝集合一法、懸濁重合法、溶解懸濁法等)のいずれにより製造してもよい。トナー粒子の製法は、これらの製法に特に制限はなく、周知の製法が採用される。
これらの中でも、凝集合一法により、トナー粒子を得ることがよい。
特に、上述した離型剤ドメインの偏在度Bの分布特性を満たすトナー(トナー粒子)を得る点から、トナー粒子は、次に示す凝集合一法により製造することがよい。
具体的には、各分散液を準備する工程(分散液準備工程)と、
結着樹脂となる第1樹脂粒子が分散された第1樹脂粒子分散液、及び着色剤の粒子(以下「着色剤粒子」とも称する)が分散された着色剤粒子分散液を混合し、得られた分散液中で、各粒子を凝集させ、第1凝集粒子を形成する工程(第1凝集粒子形成工程)と、
第1凝集粒子が分散された第1凝集粒子分散液を得た後、結着樹脂となる第2樹脂粒子及び離型剤の粒子(以下「離型剤粒子」とも称する)が分散された混合分散液を、混合分散液中の離型剤粒子の濃度を次第に高めながら、第1凝集粒子分散液に順次添加して、第1凝集粒子の表面に更に第2樹脂粒子及び離型剤粒子を付着して、第2凝集粒子を形成する工程(第2凝集粒子形成工程)と、
第2凝集粒子が分散された第2凝集粒子分散液に対して加熱をし、第2凝集粒子を融合・合一して、トナー粒子を形成する工程(融合・合一工程)と、
を経て、トナー粒子を製造することが好ましい。
なお、トナー粒子の製造方法は、上記に限られない。例えば、樹脂粒子分散液、および着色剤粒子分散液を混合し、得られた混合分散液中で、各粒子を凝集させる。次に、その凝集過程で、混合分散液に対して、添加速度を次第に速めつつ又は離型剤粒子の濃度を高めながら、離型剤粒子分散液を添加し、更に各粒子の凝集を進行させて、凝集粒子を形成する。そして、その凝集粒子を融合・合一して、トナー粒子を形成してもよい。
以下、各工程の詳細について説明する。
−各分散液準備工程−
まず、凝集合一法で使用する各分散液と準備する。具体的には、結着樹脂となる第1樹脂粒子が分散された第1樹脂粒子分散液、着色剤粒子が分散された着色剤粒子分散液、結着樹脂となる第2樹脂粒子が分散された第2樹脂粒子分散液、および離型剤粒子が分散された離型剤粒子分散液を準備する。
なお、各分散液準備工程において、第1樹脂粒子と第2樹脂粒子とを「樹脂粒子」と称して説明する。
結着樹脂を2種以上併用する場合、複数の結着樹脂を混合して樹脂粒子分散液を準備してもよい。この場合、一つの樹脂粒子が複数の結着樹脂を含む。また、複数の結着樹脂の各々の分散液を準備した後に各分散液を混合して樹脂粒子分散液を準備してもよい。この場合、一つの樹脂粒子が1種の結着樹脂を含む。
ここで、樹脂粒子分散液は、例えば、樹脂粒子を界面活性剤により分散媒中に分散させることにより調製する。
樹脂粒子分散液に用いる分散媒としては、例えば水系媒体が挙げられる。
水系媒体としては、例えば、蒸留水、イオン交換水等の水、アルコール類等が挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
界面活性剤としては、例えば、硫酸エステル塩系、スルホン酸塩系、リン酸エステル系、せっけん系等のアニオン界面活性剤;アミン塩型、4級アンモニウム塩型等のカチオン界面活性剤;ポリエチレングリコール系、アルキルフェノールエチレンオキサイド付加物系、多価アルコール系等の非イオン系界面活性剤等が挙げられる。これらの中でも特に、アニオン界面活性剤、カチオン界面活性剤が挙げられる。非イオン系界面活性剤は、アニオン界面活性剤又はカチオン界面活性剤と併用してもよい。
界面活性剤は、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
樹脂粒子分散液において、樹脂粒子を分散媒に分散する方法としては、例えば回転せん断型ホモジナイザーや、メディアを有するボールミル、サンドミル、ダイノミル等の一般的な分散方法が挙げられる。また、樹脂粒子の種類によっては、例えば転相乳化法を用いて樹脂粒子分散液中に樹脂粒子を分散させてもよい。
なお、転相乳化法とは、分散すべき樹脂を、その樹脂が可溶な疎水性有機溶剤中に溶解せしめ、有機連続相(O相)に塩基を加えて、中和したのち、水媒体(W相)を投入することによって、W/OからO/Wへの、樹脂の変換(いわゆる転相)が行われて不連続相化し、樹脂を、水媒体中に粒子状に分散する方法である。
樹脂粒子分散液中に分散する樹脂粒子の体積平均粒径としては、例えば0.01μm以上1μm以下が好ましく、0.08μm以上0.8μm以下がより好ましく、0.1μm以上0.6μm以下がさらに好ましい。
なお、樹脂粒子の体積平均粒径は、レーザー回折式粒度分布測定装置(例えば、堀場製作所製、LA−700)の測定によって得られた粒度分布を用い、分割された粒度範囲(チャンネル)に対し、体積について小粒径側から累積分布を引き、全粒子に対して累積50%となる粒径を体積平均粒径D50vとして測定される。なお、他の分散液中の粒子の体積平均粒径も同様に測定される。
樹脂粒子分散液に含まれる樹脂粒子の含有量としては、例えば、5質量%以上50質量%以下が好ましく、10質量%以上40質量%以下がより好ましい。
なお、樹脂粒子分散液と同様にして、例えば、着色剤粒子分散液、離型剤粒子分散液も調製される。つまり、樹脂粒子分散液における粒子の体積平均粒径、分散媒、分散方法、及び粒子の含有量に関しては、着色剤粒子分散液中に分散する着色剤粒子、及び離型剤粒子分散液中に分散する離型剤粒子についても同様である。
−第1凝集粒子形成工程−
次に、第1樹脂粒子分散液と、着色剤粒子分散液と、を混合する。
そして、この混合分散液中で、第1樹脂粒子と着色剤粒子とをヘテロ凝集させ、第1樹脂粒子と着色剤粒子とを含む第1凝集粒子を形成する。
具体的には、例えば、混合分散液に凝集剤を添加すると共に、混合分散液のpHを酸性(例えばpHが2以上5以下)に調整し、必要に応じて分散安定剤を添加した後、第1樹脂粒子のガラス転移温度(具体的には、例えば、第1樹脂粒子のガラス転移温度−30℃以上ガラス転移温度−10℃以下)の温度に加熱し、混合分散液に分散された粒子を凝集させて、第1凝集粒子を形成する。
第1凝集粒子形成工程においては、例えば、混合分散液を回転せん断型ホモジナイザーで撹拌下、室温(例えば25℃)で上記凝集剤を添加し、混合分散液のpHを酸性(例えばpHが2以上5以下)に調整し、必要に応じて分散安定剤を添加した後に、上記加熱を行ってもよい。
凝集剤としては、例えば、混合分散液に添加される分散剤として用いる界面活性剤と逆極性の界面活性剤、無機金属塩、2価以上の金属錯体が挙げられる。特に、凝集剤として金属錯体を用いた場合には、界面活性剤の使用量が低減され、帯電特性が向上する。
凝集剤の金属イオンと錯体もしくは類似の結合を形成する添加剤を必要に応じて用いてもよい。この添加剤としては、キレート剤が好適に用いられる。
無機金属塩としては、例えば、塩化カルシウム、硝酸カルシウム、塩化バリウム、塩化マグネシウム、塩化亜鉛、塩化アルミニウム、硫酸アルミニウム等の金属塩、及び、ポリ塩化アルミニウム、ポリ水酸化アルミニウム、多硫化カルシウム等の無機金属塩重合体等が挙げられる。
キレート剤としては、水溶性のキレート剤を用いてもよい。キレート剤としては、例えば、酒石酸、クエン酸、グルコン酸等のオキシカルボン酸、イミノジ酸(IDA)、ニトリロトリ酢酸(NTA)、エチレンジアミンテトラ酢酸(EDTA)等が挙げられる。
キレート剤の添加量としては、例えば、第1樹脂粒子100質量部に対して0.01質量部以上5.0質量部以下が好ましく、0.1質量部以上3.0質量部未満がより好ましい。
−第2凝集粒子形成工程−
次に、第1凝集粒子が分散された第1凝集粒子分散液を得た後、第2樹脂粒子および離型剤粒子が分散された混合分散液を、混合分散液中の離型剤粒子の濃度を次第に高めながら、第1凝集粒子分散液に順次添加する。
なお、第2樹脂粒子は第1樹脂粒子と同種であってもよいし、異種であってもよい。
そして、第1凝集粒子、第2樹脂粒子、及び離型剤粒子が分散された分散液中で、第1凝集粒子の表面に第2樹脂粒子及び離型剤粒子を付着させる。具体的には、例えば、第1凝集粒子形成工程において、第1凝集粒子が目的とする粒径に達したときに、第1凝集粒子分散液に、離型剤粒子の濃度を次第に高めながら、第2樹脂粒子および離型剤粒子が分散された混合分散液を添加し、この分散液に対して、第2樹脂粒子のガラス転移温度以下で加熱を行う。
そして、分散液のpHを、例えば6.5以上8.5以下程度の範囲にすることにより、凝集の進行を停止させる。
この工程を経て、第1凝集粒子の表面に第2樹脂粒子及び離型剤粒子が付着した凝集粒子を形成する。つまり、第1凝集粒子の表面に、第2樹脂粒子及び離型剤粒子が付着した第2凝集粒子を形成する。このとき、第2樹脂粒子及び離型剤粒子が分散された混合分散液を、混合分散液中の離型剤粒子の濃度を次第に高めながら、第1凝集粒子分散液に順次添加しているため、第1凝集粒子の表面には、粒子径方向外側に向かって、離型剤粒子の濃度(存在率)が次第に大きくなって、第2樹脂粒子及び離型剤粒子の凝集物が付着する。
ここで、混合分散液の添加方法としては、パワーフィード添加法を利用することがよい。このパワーフィード添加法を利用することで、混合分散液中の離型剤粒子の濃度を次第に高めながら、混合分散液を第1凝集粒子分散液に添加することができる。
以下、図を参照しつつ、パワーフィード添加法を利用した混合分散液の添加方法について説明する。
図2には、パワーフィード添加法に用いる装置を示している。なお、図2中、311は、第1凝集粒子分散液を示し、312は、第2樹脂粒子分散液を示し、313は、離型剤粒子分散液を示している。
図2に示す装置は、第1凝集粒子が分散された第1凝集粒子分散液を収容している第1収容槽321と、第2樹脂粒子が分散された第2樹脂粒子分散液を収容している第2収容槽322と、離型剤粒子が分散された離型剤粒子分散液を収容している第3収容槽323と、を有している。
第1収容槽321と第2収容槽322とは、第1送液管331で連結されている。第1送液管331の経路途中には、第1送液ポンプ341が介在している。第1送液ポンプ341の駆動により、第2収容槽322に収容された分散液は、第1送液管331を通じて、分散液の収容された第1収容槽321に送液される。
第1収容槽321には、第1撹拌装置351が配置されている。第1撹拌装置351の駆動により、第2収容槽322に収容された分散液を、分散液の収容された第1収容槽321に送液したとき、第1収容槽321において各分散液が撹拌及び混合される。
第2収容槽322と第3収容槽323とは、第2送液管332で連結されている。第2送液管332の経路途中には、第2送液ポンプ342が介在している。第2送液ポンプ342の駆動により、第3収容槽323に収容された分散液は、第2送液管332を通じて、分散液の収容された第2収容槽322に送液される。
第2収容槽322には、第2撹拌装置352が配置されている。第2撹拌装置352の駆動により、第3収容槽323に収容された分散液を、分散液の収容された第2収容槽322に送液したとき、第2収容槽322において各分散液が撹拌及び混合される。
図2に示す装置では、まず、第1収容槽321において、第1凝集粒子形成工程を実施して、第1凝集粒子分散液を作製し、第1収容槽321に第1凝集粒子分散液を収容する。なお、別の槽で、第1凝集粒子形成工程を実施して、第1凝集粒子分散液を作製した後、第1凝集粒子分散液を第1収容槽321に収容してもよい。
この状態で、第1送液ポンプ341及び第2送液ポンプ342を駆動する。この駆動により、第2収容槽322に収容された第2樹脂粒子分散液を、第1凝集粒子分散液の収容された第1収容槽321に送液する。そして、第1撹拌装置351の駆動により、第1収容槽321において各分散液が撹拌及び混合される。
一方、第3収容槽323に収容された離型剤粒子分散液を、第2樹脂粒子分散液の収容された第2収容槽322に送液する。そして、第2撹拌装置352の駆動により、第2収容槽322において各分散液が撹拌及び混合される。
このとき、第2樹脂粒子分散液の収容された第2収容槽322には、離型剤粒子分散液が順次送液され、次第に離型剤粒子の濃度が高まってゆく。このため、第2収容槽322には、第2樹脂粒子および離型剤粒子が分散された混合分散液が収容されることになり、この混合分散液が、第1凝集粒子分散液の収容された第1収容槽321に送液される。そして、この混合分散液の送液は、混合分散液中の離型剤粒子分散液の濃度が高まりつつ、しかも連続的に行われる。
このように、パワーフィード添加法を利用することにより、第1凝集粒子分散液に、離型剤粒子の濃度を次第に高めながら、第2樹脂粒子および離型剤粒子が分散された混合分散液を添加することができる。
そして、パワーフィード添加法において、第2収容槽322及び第3収容槽323に収容された各分散液の送液開始時期及び送液速度を調整することにより、トナーの離型剤ドメインの分布特性が調整される。また、パワーフィード添加法において、第2収容槽322および第3収容槽323に収容された各分散液の送液中に、送液速度を調整することによっても、トナーの離型剤ドメインの分布特性が調整される。
具体的には、例えば、離型剤ドメインの偏在度Bの分布の最頻値は、第3収容槽323から第2収容槽322に離型剤粒子分散液が送液し終わる時期によって調整される。より具体的には、例えば、第2収容槽322から第1収容槽321への送液が終わる前に、第3収容槽323から第2収容槽322への離型剤粒子分散液の送液が終わると、その時点以上には、第2収容槽322の混合分散液中の離型剤粒子の濃度が上昇しない。これにより、離型剤ドメインの偏在度Bの分布の最頻値は、小さくなる。
また、例えば、離型剤ドメインの偏在度Bの分布の歪度は、第2収容槽322及び第3収容槽323から各分散液を送液する時期及び第2収容槽322から第1収容槽321に分散液を送液する送液速度によって調整される。より具体的には、例えば、第3収容槽323からの離型剤粒子分散液の送液開始時期および第2収容槽322からの分散液の送液開始時期を早め、第2収容槽322からの分散液の送液速度を低下すると、形成される凝集粒子において、粒子のより内側から外側まで離型剤粒子が配置された状態となる。これにより、離型剤ドメインの偏在度Bの分布の歪度は、大きくなる。
また、例えば、離型剤ドメインの偏在度Bの分布の尖度は、第3収容槽323からの離型剤粒子分散液の送液速度を送液中に変化させることによって調整される。より具体的には、例えば、第3収容槽323から離型剤粒子分散液を送液中に、その送液速度のみを速くすると、その時点から第2収容槽322中の分散液の離型剤粒子の濃度が高まる。このため、形成される凝集粒子において、粒子の径方向において、ある領域(ある深さ部分)に離型剤粒子が多く配置された状態となる。これにより、離型剤ドメインの偏在度Bの分布の尖度は、大きくなる。
なお、以上説明したパワーフィード添加法は、上記手法に限定されるわけではない。例えば、1)別途、第2樹脂粒子分散液を収容した収容槽と、第2樹脂粒子及び離型剤粒子分散液が分散された混合分散液を収容槽とを設け、送液速度を変えつつ各収容槽から各分散液を第1収容槽321へ送液する方法、別途、離型剤粒子分散液を収容した収容槽と、第2樹脂粒子及び離型剤粒子分散液が分散された混合分散液を収容した収容槽とを設け、送液速度を変えつつ各収容槽から各分散液を第1収容槽321へ送液する方法など、種々の方法を採用してもよい。
以上により、第1凝集粒子の表面に第2樹脂粒子及び離型剤粒子が付着するようにして凝集した第2凝集粒子が得られる。
−融合・合一工程−
次に、第2凝集粒子が分散された第2凝集粒子分散液に対して、例えば、第1及び第2樹脂粒子のガラス転移温度以上(例えば第1及び第2樹脂粒子のガラス転移温度より10から30℃高い温度以上)に加熱して、第2凝集粒子を融合・合一し、トナー粒子を形成する。
以上の工程を経て、トナー粒子が得られる。
なお、第2凝集粒子が分散された凝集粒子分散液を得た後、当該第2凝集粒子分散液と、結着樹脂となる第3樹脂粒子が分散された第3樹脂粒子分散液と、をさらに混合し、第2凝集粒子の表面にさらに第3樹脂粒子を付着するように凝集して、第3凝集粒子を形成する工程と、第3凝集粒子が分散された第3凝集粒子分散液に対して加熱をし、第2凝集粒子を融合・合一して、コア/シェル構造のトナー粒子を形成する工程と、を経て、トナー粒子を製造してもよい。
この操作により、得られるトナー粒子(トナー)において、離型剤ドメインの偏在度Bの分布の最頻値は0.98以下となる。
ここで、融合・合一工程終了後は、溶液中に形成されたトナー粒子を、公知の洗浄工程、固液分離工程、乾燥工程を経て乾燥した状態のトナー粒子を得る。
洗浄工程は、帯電性の点から充分にイオン交換水による置換洗浄を施すことがよい。また、固液分離工程は、特に制限はないが、生産性の点から吸引濾過、加圧濾過等を施すことがよい。また、乾燥工程も特に方法に制限はないが、生産性の点から凍結乾燥、フラッシュジェット乾燥、流動乾燥、振動型流動乾燥等を施すことがよい。
そして、本実施形態に係るトナーは、例えば、得られた乾燥状態のトナー粒子に、外添剤を添加し、混合することにより製造される。混合は、例えばVブレンダー、ヘンシェルミキサー、レーディゲミキサー等によって行うことがよい。更に、必要に応じて、振動篩分機、風力篩分機等を使ってトナーの粗大粒子を取り除いてもよい。
なお、従来、溶剤中に溶解した結着樹脂と離型剤との親疎水性差を利用し、離型剤の位置を表面付近に配置するトナー(特開2004−145243等)、結着樹脂の極性に近い部位と離型剤の極性に近い部位を併せ持つ偏在制御樹脂を用いた混練粉砕製法により、離型剤の位置を表面付近に配置するトナー(特開2011−158758等)などが知られている。しかし、いずれものトナーも、材料の物性によってトナー内での離型剤の位置を制御しているものであり、トナーの離型剤ドメインの分布に勾配を持たせることが困難である。
<静電荷像現像剤>
本実施形態に係る静電荷像現像剤は、本実施形態に係るトナーを少なくとも含むものである。
本実施形態に係る静電荷像現像剤は、本実施形態に係るトナーのみを含む一成分現像剤であってもよいし、当該トナーとキャリアと混合した二成分現像剤であってもよい。
キャリアとしては、特に制限はなく、公知のキャリアが挙げられる。キャリアとしては、例えば、磁性粉からなる芯材の表面に被覆樹脂を被覆した被覆キャリア;マトリックス樹脂中に磁性粉が分散・配合された磁性粉分散型キャリア;多孔質の磁性粉に樹脂を含浸させた樹脂含浸型キャリア;等が挙げられる。
なお、磁性粉分散型キャリア、及び樹脂含浸型キャリアは、当該キャリアの構成粒子を芯材とし、これに被覆樹脂により被覆したキャリアであってもよい。
磁性粉としては、例えば、鉄、ニッケル、コバルト等の磁性金属、フェライト、マグネタイト等の磁性酸化物等が挙げられる。
被覆樹脂、及びマトリックス樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリビニルアセテート、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリ塩化ビニル、ポリビニルエーテル、ポリビニルケトン、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、スチレン−アクリル酸共重合体、オルガノシロキサン結合を含んで構成されるストレートシリコーン樹脂又はその変性品、フッ素樹脂、ポリエステル、ポリカーボネート、フェノール樹脂、エポキシ樹脂等が挙げられる。
なお、被覆樹脂、及びマトリックス樹脂には、導電性粒子等、その他添加剤を含ませてもよい。
導電性粒子としては、金、銀、銅等の金属、カーボンブラック、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化スズ、硫酸バリウム、ホウ酸アルミニウム、チタン酸カリウム等の粒子が挙げられる。
ここで、芯材の表面に被覆樹脂を被覆するには、被覆樹脂、及び必要に応じて各種添加剤を適当な溶媒に溶解した被覆層形成用溶液により被覆する方法等が挙げられる。溶媒としては、特に限定されるものではなく、使用する被覆樹脂、塗布適性等を勘案して選択すればよい。
具体的な樹脂被覆方法としては、芯材を被覆層形成用溶液中に浸漬する浸漬法、被覆層形成用溶液を芯材表面に噴霧するスプレー法、芯材を流動エアーにより浮遊させた状態で被覆層形成用溶液を噴霧する流動床法、ニーダーコーター中でキャリアの芯材と被覆層形成用溶液とを混合し、溶剤を除去するニーダーコーター法等が挙げられる。
二成分現像剤における、トナーとキャリアとの混合比(質量比)は、トナー:キャリア=1:100乃至30:100が好ましく、3:100乃至20:100がより好ましい。
<画像形成装置/画像形成方法>
本実施形態に係る画像形成装置/画像形成方法について説明する。
本実施形態に係る画像形成装置は、像保持体と、像保持体の表面を帯電する帯電手段と、帯電した像保持体の表面に静電荷像を形成する静電荷像形成手段と、静電荷像現像剤を収容し、静電荷像現像剤により、像保持体の表面に形成された静電荷像をトナー画像として現像する現像手段と、像保持体の表面に形成されたトナー画像を記録媒体の表面に転写する転写手段と、記録媒体の表面に転写されたトナー画像を定着する定着手段と、を備える。そして、静電荷像現像剤として、本実施形態に係る静電荷像現像剤が適用される。
本実施形態に係る画像形成装置では、像保持体の表面を帯電する帯電工程と、帯電した像保持体の表面に静電荷像を形成する静電荷像形成工程と、本実施形態に係る静電荷像現像剤により、像保持体の表面に形成された静電荷像をトナー画像として現像する現像工程と、像保持体の表面に形成されたトナー画像を記録媒体の表面に転写する転写工程と、記録媒体の表面に転写されたトナー画像を定着する定着工程と、を有する画像形成方法(本実施形態に係る画像形成方法)が実施される。
本実施形態に係る画像形成装置は、像保持体の表面に形成されたトナー画像を直接記録媒体に転写する直接転写方式の装置;像保持体の表面に形成されたトナー画像を中間転写体の表面に一次転写し、中間転写体の表面に転写されたトナー画像を記録媒体の表面に二次転写する中間転写方式の装置;トナー画像の転写後、帯電前の像保持体の表面をクリーニングするクリーニング手段を備えた装置;トナー画像の転写後、帯電前に像保持体の表面に除電光を照射して除電する除電手段を備える装置等の周知の画像形成装置が適用される。
中間転写方式の装置の場合、転写手段は、例えば、表面にトナー画像が転写される中間転写体と、像保持体の表面に形成されたトナー画像を中間転写体の表面に一次転写する一次転写手段と、中間転写体の表面に転写されたトナー画像を記録媒体の表面に二次転写する二次転写手段と、を有する構成が適用される。
なお、本実施形態に係る画像形成装置において、例えば、現像手段を含む部分が、画像形成装置に対して脱着されるカートリッジ構造(プロセスカートリッジ)であってもよい。プロセスカートリッジとしては、例えば、本実施形態に係る静電荷像現像剤を収容した現像手段を備えるプロセスカートリッジが好適に用いられる。
以下、本実施形態に係る画像形成装置の一例を示すが、これに限定されるわけではない。なお、図に示す主要部を説明し、その他はその説明を省略する。
図3は、本実施形態に係る画像形成装置を示す概略構成図である。
図3に示す画像形成装置は、色分解された画像データに基づくイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)の各色の画像を出力する電子写真方式の第1乃至第4の画像形成ユニット10Y、10M、10C、10K(画像形成手段)を備えている。これらの画像形成ユニット(以下、単に「ユニット」と称する場合がある)10Y、10M、10C、10Kは、水平方向に互いに予め定められた距離離間して並設されている。なお、これらユニット10Y、10M、10C、10Kは、画像形成装置に対して脱着するプロセスカートリッジであってもよい。
各ユニット10Y、10M、10C、10Kの図面における上方には、各ユニットを通して中間転写体としての中間転写ベルト20が延設されている。中間転写ベルト20は、図における左から右方向に互いに離間して配置された駆動ロール22及び中間転写ベルト20内面に接する支持ロール24に巻きつけて設けられ、第1のユニット10Yから第4のユニット10Kに向う方向に走行されるようになっている。なお、支持ロール24は、図示しないバネ等により駆動ロール22から離れる方向に力が加えられており、両者に巻きつけられた中間転写ベルト20に張力が与えられている。また、中間転写ベルト20の像保持体側面には、駆動ロール22と対向して中間転写体クリーニング装置30が備えられている。
また、各ユニット10Y、10M、10C、10Kの現像装置(現像手段)4Y、4M、4C、4Kのそれぞれには、トナーカートリッジ8Y、8M、8C、8Kに収められたイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの4色のトナーを含むトナーの供給がなされる。
第1乃至第4のユニット10Y、10M、10C、10Kは、同等の構成を有しているため、ここでは中間転写ベルト走行方向の上流側に配設されたイエロー画像を形成する第1のユニット10Yについて代表して説明する。なお、第1のユニット10Yと同等の部分に、イエロー(Y)の代わりに、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)を付した参照符号を付すことにより、第2乃至第4のユニット10M、10C、10Kの説明を省略する。
第1のユニット10Yは、像保持体として作用する感光体1Yを有している。感光体1Yの周囲には、感光体1Yの表面を予め定められた電位に帯電させる帯電ロール(帯電手段の一例)2Y、帯電された表面を色分解された画像信号に基づくレーザ光線3Yによって露光して静電荷像を形成する露光装置(静電荷像形成手段の一例)3、静電荷像に帯電したトナーを供給して静電荷像を現像する現像装置(現像手段の一例)4Y、現像したトナー画像を中間転写ベルト20上に転写する一次転写ロール5Y(一次転写手段の一例)、及び一次転写後に感光体1Yの表面に残存するトナーを除去する感光体クリーニング装置(クリーニング手段の一例)6Yが順に配置されている。
なお、一次転写ロール5Yは、中間転写ベルト20の内側に配置され、感光体1Yに対向した位置に設けられている。更に、各一次転写ロール5Y、5M、5C、5Kには、一次転写バイアスを印加するバイアス電源(図示せず)がそれぞれ接続されている。各バイアス電源は、図示しない制御部による制御によって、各一次転写ロールに印加する転写バイアスを可変する。
以下、第1ユニット10Yにおいてイエロー画像を形成する動作について説明する。
まず、動作に先立って、帯電ロール2Yによって感光体1Yの表面が−600V乃至−800Vの電位に帯電される。
感光体1Yは、導電性(例えば20℃における体積抵抗率:1×10−6Ωcm以下)の基体上に感光層を積層して形成されている。この感光層は、通常は高抵抗(一般の樹脂の抵抗)であるが、レーザ光線3Yが照射されると、レーザ光線が照射された部分の比抵抗が変化する性質を持っている。そこで、帯電した感光体1Yの表面に、図示しない制御部から送られてくるイエロー用の画像データに従って、露光装置3を介してレーザ光線3Yを出力する。レーザ光線3Yは、感光体1Yの表面の感光層に照射され、それにより、イエロー画像パターンの静電荷像が感光体1Yの表面に形成される。
静電荷像とは、帯電によって感光体1Yの表面に形成される像であり、レーザ光線3Yによって、感光層の被照射部分の比抵抗が低下し、感光体1Yの表面の帯電した電荷が流れ、一方、レーザ光線3Yが照射されなかった部分の電荷が残留することによって形成される、いわゆるネガ潜像である。
感光体1Y上に形成された静電荷像は、感光体1Yの走行に従って予め定められた現像位置まで回転される。そして、この現像位置で、感光体1Y上の静電荷像が、現像装置4Yによってトナー画像として可視像(現像像)化される。
現像装置4Y内には、例えば、少なくともイエロートナーとキャリアとを含む静電荷像現像剤が収容されている。イエロートナーは、現像装置4Yの内部で撹拌されることで摩擦帯電し、感光体1Y上に帯電した帯電荷と同極性(負極性)の電荷を有して現像剤ロール(現像剤保持体の一例)上に保持されている。そして感光体1Yの表面が現像装置4Yを通過していくことにより、感光体1Y表面上の除電された潜像部にイエロートナーが静電的に付着し、潜像がイエロートナーによって現像される。イエローのトナー画像が形成された感光体1Yは、引続き予め定められた速度で走行され、感光体1Y上に現像されたトナー画像が予め定められた一次転写位置へ搬送される。
感光体1Y上のイエロートナー画像が一次転写へ搬送されると、一次転写ロール5Yに一次転写バイアスが印加され、感光体1Yから一次転写ロール5Yに向う静電気力がトナー画像に作用され、感光体1Y上のトナー画像が中間転写ベルト20上に転写される。このとき印加される転写バイアスは、トナーの極性(−)と逆極性の(+)極性であり、例えば第1ユニット10Yでは制御部に(図示せず)よって+10μAに制御されている。
一方、感光体1Y上に残留したトナーは感光体クリーニング装置6Yで除去されて回収される。
また、第2のユニット10M以降の一次転写ロール5M、5C、5Kに印加される一次転写バイアスも、第1のユニットに準じて制御されている。
こうして、第1のユニット10Yにてイエロートナー画像の転写された中間転写ベルト20は、第2乃至第4のユニット10M、10C、10Kを通して順次搬送され、各色のトナー画像が重ねられて多重転写される。
第1乃至第4のユニットを通して4色のトナー画像が多重転写された中間転写ベルト20は、中間転写ベルト20と中間転写ベルト内面に接する支持ロール24と中間転写ベルト20の像保持面側に配置された二次転写ロール(二次転写手段の一例)26とから構成された二次転写部へと至る。一方、記録紙(記録媒体の一例)Pが供給機構を介して二次転写ロール26と中間転写ベルト20とが接触した隙間に予め定められたタイミングで給紙され、二次転写バイアスが支持ロール24に印加される。このとき印加される転写バイアスは、トナーの極性(−)と同極性の(−)極性であり、中間転写ベルト20から記録紙Pに向う静電気力がトナー画像に作用され、中間転写ベルト20上のトナー画像が記録紙P上に転写される。なお、この際の二次転写バイアスは二次転写部の抵抗を検出する抵抗検出手段(図示せず)により検出された抵抗に応じて決定されるものであり、電圧制御されている。
この後、記録紙Pは定着装置(定着手段の一例)28における一対の定着ロールの圧接部(ニップ部)へと送り込まれトナー画像が記録紙P上へ定着され、定着画像が形成される。
トナー画像を転写する記録紙Pとしては、例えば、電子写真方式の複写機、プリンター等に使用される普通紙が挙げられる。記録媒体は記録紙P以外にも、OHPシート等も挙げられる。
定着後における画像表面の平滑性をさらに向上させるには、記録紙Pの表面も平滑が好ましく、例えば、普通紙の表面を樹脂等でコーティングしたコート紙、印刷用のアート紙等が好適に使用される。
カラー画像の定着が完了した記録紙Pは、排出部へ向けて搬出され、一連のカラー画像形成動作が終了される。
<プロセスカートリッジ/トナーカートリッジ>
本実施形態に係るプロセスカートリッジについて説明する。
本実施形態に係るプロセスカートリッジは、本実施形態に係る静電荷像現像剤を収容し、静電荷像現像剤により、像保持体の表面に形成された静電荷像をトナー画像として現像する現像手段を備え、画像形成装置に着脱されるプロセスカートリッジである。
なお、本実施形態に係るプロセスカートリッジは、上記構成に限られず、現像装置と、その他、必要に応じて、例えば、像保持体、帯電手段、静電荷像形成手段、及び転写手段等のその他手段から選択される少なくとも一つと、を備える構成であってもよい。
以下、本実施形態に係るプロセスカートリッジの一例を示すが、これに限定されるわけではない。なお、図に示す主要部を説明し、その他はその説明を省略する。
図4は、本実施形態に係るプロセスカートリッジを示す概略構成図である。
図4に示すプロセスカートリッジ200は、例えば、取り付けレール116及び露光のための開口部118が備えられた筐体117により、感光体107(像保持体の一例)と、感光体107の周囲に備えられた帯電ロール108(帯電手段の一例)、現像装置111(現像手段の一例)、及び感光体クリーニング装置113(クリーニング手段の一例)を一体的に組み合わせて保持して構成し、カートリッジ化されている。
なお、図4中、109は露光装置(静電荷像形成手段の一例)、112は転写装置(転写手段の一例)、115は定着装置(定着手段の一例)、300は記録紙(記録媒体の一例)を示している。
次に、本実施形態に係るトナーカートリッジについて説明する。
本実施形態に係るトナーカートリッジは、本実施形態に係るトナーを収容し、画像形成装置に着脱されるトナーカートリッジである。トナーカートリッジは、画像形成装置内に設けられた現像手段に供給するための補給用のトナーを収容するものである。
なお、図3に示す画像形成装置は、トナーカートリッジ8Y、8M、8C、8Kの着脱される構成を有する画像形成装置であり、現像装置4Y、4M、4C、4Kは、各々の現像装置(色)に対応したトナーカートリッジと、図示しないトナー供給管で接続されている。また、トナーカートリッジ内に収容されているトナーが少なくなった場合には、このトナーカートリッジが交換される。
以下、実施例により本実施形態を更に具体的に説明するが、本実施形態はこれらに限定されるものではない。なお、特に断りがない限り、「部」及び「%」は質量基準である。
<樹脂粒子分散液の調製>
〔樹脂粒子分散液(1)の調製〕
・テレフタル酸 :20モル部
・フマル酸 :80モル部
・ビスフェノールAエチレンオキサイド付加物 :5モル部
・ビスフェノールAプロピレンオキサイド付加物 :95モル部
撹拌装置、窒素導入管、温度センサ、及び精留塔を備えた内容量5リットルのフラスコに、上記の材料を仕込み、1時間を要して温度を210℃まで上げ、上記材料100部に対してチタンテトラエトキシド1部を投入した。生成する水を留去しながら0.5時間を要して230℃まで温度を上げ、該温度で1時間脱水縮合反応を継続した後、反応物を冷却した。こうして、重量平均分子量18,500、酸価14mgKOH/g、ガラス転移温度49℃のポリエステル樹脂(1)を合成した。
温度調節手段及び窒素置換手段を備えた容器に、酢酸エチル40部及び2−ブタノール25部を投入し、混合溶剤とした後、ポリエステル樹脂(1)100部を徐々に投入し溶解させ、ここに、10%アンモニア水溶液(樹脂の酸価に対してモル比で3倍量相当量)を入れて30分間撹拌した。
次いで、容器内を乾燥窒素で置換し、温度を40℃に保持して、混合液を撹拌しながらイオン交換水400部を2部/分の速度で滴下し、乳化を行った。滴下終了後、乳化液を室温(20℃乃至25℃)に戻し、撹拌しつつ乾燥窒素により48時間バブリングを行うことにより、酢酸エチル及び2−ブタノールを質量基準で1,000ppm以下まで低減させ、体積平均粒径200nmの樹脂粒子が分散した樹脂粒子分散液を得た。該樹脂粒子分散液にイオン交換水を加え、固形分量を20質量%に調整して、樹脂粒子分散液(1)とした。
〔樹脂粒子分散液(2)の調製〕
・テレフタル酸 :80モル部
・フマル酸 :20モル部
・ビスフェノールAエチレンオキサイド付加物 :5モル部
・ビスフェノールAプロピレンオキサイド付加物 :95モル部
材料を以上のように変更した以外はポリエステル樹脂(1)の合成と同様にして、ポリエステル樹脂(2)を合成し、樹脂粒子分散液(2)を調製した。ポリエステル樹脂(2)は、重量平均分子量19,000、酸価15mgKOH/g、ガラス転移温度81℃であった。
<着色剤粒子分散液の調製>
〔着色剤粒子分散液(1)の調製〕
・シアン顔料 C.I.Pigment Blue 15:3(銅フタロシアニン DIC社製、商品名:FASTOGEN BLUE LA5380) :70部
・アニオン性界面活性剤(第一工業製薬(株)製、ネオゲンRK) :5部
・イオン交換水 :200部
上記の材料を混合し、ホモジナイザー(IKA社製ウルトラタラックスT50)を用いて10分間分散した。分散液中の固形分量が20%となるようイオン交換水を加え、体積平均粒径190nmの着色剤粒子が分散された着色剤粒子分散液(1)を得た。
<離型剤粒子分散液の調製>
〔離型剤粒子分散液(1)の調製〕
・パラフィンワックス(日本精蝋(株)製 HNP−9) 100部
・アニオン性界面活性剤(第一工業製薬(株)製、ネオゲンRK) 1部
・イオン交換水 350部
上記材料を混合して100℃に加熱し、ホモジナイザー(IKA社製ウルトラタラックスT50)を用いて分散した後、マントンゴーリン高圧ホモジナイザー(ゴーリン社製)で分散処理し、体積平均粒径200nmの離型剤粒子が分散された離型剤粒子分散液(1)(固形分量20%)を得た。
[実施例1]
〔トナー粒子の調製〕
丸型ステンレス製フラスコとポリエステル製ボトルの容器AとをチューブポンプAで接続し、チューブポンプAの駆動により容器Aに収容した収容液をフラスコへ送液し、容器Aとポリエステル製ボトルの容器BとをチューブポンプBで接続し、チューブポンプBの駆動により容器Bに収容した収容液を容器Aへ送液する装置(図2参照)を準備した。そして、この装置を用いて、以下の操作を実施した。
・樹脂粒子分散液(1) :400部
・樹脂粒子分散液(2) :100部
・着色剤粒子分散液(1) :40部
・アニオン性界面活性剤(TaycaPower) :2部
上記材料を丸型ステンレス製フラスコに入れ、0.1Nの硝酸を添加してpHを3.5に調整した後、ポリ塩化アルミニウム濃度が10%の硝酸水溶液30部を添加した。続いて、ホモジナイザー(IKA社製ウルトラタラックスT50)を用いて30℃において分散した後、加熱用オイルバス中で1℃/30分のペースで温度を上げながら、凝集粒子の粒径を成長させた。
一方、容器Aに樹脂粒子分散液(1)100部及び樹脂粒子分散液(2)50部を入れ、同じく容器Bに離型剤粒子分散液(1)を25部入れた。次に、チューブポンプAの送液速度を0.55部/1分、チューブポンプBの送液速度を0.14部/1分に設定し、凝集粒子形成中の丸型ステンレス製フラスコ内の温度が37.0℃に到達した時点からチューブポンプA及びBを駆動させ、各分散液の送液を開始した。これにより、離型剤粒子の濃度を次第に高めながら、樹脂粒子および離型剤粒子が分散された混合分散液を容器Aから凝集粒子形成中の丸型ステンレス製フラスコへ送液した。
そして、フラスコへの各分散液の送液が完了し、フラスコ内の温度が48℃になった時点から30分保持し、第2凝集粒子を形成させた。
その後、樹脂粒子分散液(1)25部及び樹脂粒子分散液(2)25部を追加して1時間保持し、0.1Nの水酸化ナトリウム水溶液を添加してpHを8.5に調整した後、撹拌を継続しながら85℃まで加熱し、5時間保持した。その後、20℃/分の速度で20℃まで冷却し、濾過し、イオン交換水で充分に洗浄し、乾燥させることにより、体積平均粒径6.0μmのトナー粒子(1)を得た。
〔トナーの調製〕
トナー粒子(1)100部と、ジメチルシリコーンオイル処理シリカ粒子(日本アエロジル社製RY200)0.7部とをヘンシェルミキサー(周速30m/秒、3分)を用いて混合し、トナー(1)を得た。
〔現像剤の調製〕
・フェライト粒子(平均粒径50μm) :100部
・トルエン :14部
・スチレン/メチルメタクリレート共重合体(共重合比15/85) :3部
・カーボンブラック :0.2部
フェライト粒子を除く上記成分をサンドミルにて分散して分散液を調製し、この分散液をフェライト粒子とともに真空脱気型ニーダに入れ、撹拌しながら減圧し乾燥させることによりキャリアを得た。
そして、上記キャリア100部に対して、トナー(1)8部を混合し、現像剤(1)を得た。
<各種測定>
各実施例及び比較例で得られたトナーについて、離型剤ドメインの偏在度Bの分布の最頻値、歪度、高架式フローテスター溶融粘度及び流動活性化エネルギーを既述の方法に従って測定した。その結果を表1に示す。
<評価>
各例で得られた現像剤を用いて、次の評価を行った。結果を表1に示す。
以下の作業、および画像形成は、温度25℃/湿度60%の環境下で行った。
微小白抜け及び光沢ムラの評価用画像を形成する画像形成装置として、富士ゼロックス社製700 Digital Color Pressを用紙の端部まで未定着画像を出力するように改造した装置を用意し、現像剤を現像器に入れ、補給トナー(現像剤に含まれるトナーと同じトナー)をトナーカートリッジに入れた。続けて、ラフ紙(P紙:富士ゼロックス社製)に対して、トナー載り量が10g/mの全面ベタ画像を形成し、定着温度を180℃に、プロセススピードを220mm/秒に設定し、100枚連続出力した。得られた100枚目の画像に対し、微小白抜け及び光沢ムラの評価を行った。
(微小白抜け)
得られた画像を目視し、下記基準により評価した。得られた結果を表1に示す。
−微小白抜けの評価基準−
A:微小白抜けの存在が全く確認されない。
B:微小白抜けの存在は確認された(1個以上3個以下)が、実用上問題の無い範囲。
C:微小白抜けが多数存在(4個以上)し、実用上問題がある。
なお、微小白抜けとは、ベタ画像中、数十μm以上100μm以下の白抜けをいう。
(光沢ムラ)
−光沢ムラの評価−
得られた画像に対し、携帯型光沢計(BYKガードナー マイクロトリグロス、東洋精機社製作所製)を用いて、60度グロスの測定を実施した。用紙搬送方向側を先端としたときに、画像の先端左端/先端右端/後端左端/後端右端/中央部の計5箇所において、それぞれ無作為に10回測定し、得られた合計50のグロス値のデータについて標準偏差σを求め、光沢ムラの指標とした。得られた結果を表1に示す。なおB以上が実用上問題ないレベルである。
A:σ<3.0
B:3.0≦σ<5.0
C:5.0≦σ<8.0
D:8.0≦σ
(ホットオフセット)
(耐ホットオフセットの評価)
画像形成装置により、用紙(P紙:富士ゼロックス社製)全面に、先端余白2mmのトナー載り量が10g/mの画像を出力し、各出力毎に、定着器の定着ロールの表面の設定温度を100℃以上220℃以下の範囲で順次変更していき、各温度でのホットオフセット(定着における高温部での剥離性が悪化し、画像が定着部材へ融着する現象)の発生の有無を確認し、以下の評価基準に従って評価した。オフセットの発生の確認は、用紙の白色部分を濃度測定計X−lite 404で測定して、測定した数値が0.05以下であれば可とした。評価基準は以下の通りである。得られた結果を表1に示す。なおB以上が実用上問題ないレベルである。
A:ホットオフセット発生温度が210℃以上
B:ホットオフセット発生温度が190℃以上210℃未満
C:ホットオフセット発生温度が170℃以上190℃未満
D:ホットオフセット発生温度が170℃未満
[実施例2]
トナー粒子(1)の作製において、丸型ステンレス製フラスコに入れる樹脂粒子分散液(1)を250部、樹脂粒子分散液(2)を250部に、容器Aに入れる樹脂粒子分散液(1)を75部、樹脂粒子分散液(2)を75部に、チューブポンプAの送液速度を0.70部/1分に、それぞれ変更した以外は、実施例1と同様にしてトナー粒子(2)を得た。得られたトナー粒子(2)は体積平均粒径5.9μmであった。そして、トナー粒子(2)を用いて、実施例1と同様にトナー(2)及び現像剤(2)を得た。
[実施例3]
トナー粒子(2)の作製において、丸型ステンレス製フラスコに入れる樹脂粒子分散液(1)を400部、樹脂粒子分散液(2)を100部に、容器Aに入れる樹脂粒子分散液(1)を100部、樹脂粒子分散液(2)を50部に、それぞれ変更した以外は、実施例2と同様にしてトナー粒子(3)を得た。得られたトナー粒子(3)は体積平均粒径5.8μmであった。そして、トナー粒子(3)を用いて、実施例1と同様にトナー(3)及び現像剤(3)を得た。
[実施例4]
トナー粒子(2)の作製において、丸型ステンレス製フラスコに入れる樹脂粒子分散液(1)を100部、樹脂粒子分散液(2)を400部に、容器Aに入れる樹脂粒子分散液(1)を50部、樹脂粒子分散液(2)を100部に、それぞれ変更した以外は、実施例2と同様にしてトナー粒子(4)を得た。得られたトナー粒子(4)は体積平均粒径5.8μmであった。そして、トナー粒子(4)を用いて、実施例1と同様にトナー(4)及び現像剤(4)を得た。
[実施例5]
トナー粒子(2)の作製において、容器Aに入れる樹脂粒子分散液(1)を20部、樹脂粒子分散液(2)を130部に、それぞれ変更した以外は、実施例2と同様にしてトナー粒子(5)を得た。得られたトナー粒子(5)は体積平均粒径5.9μmであった。そして、トナー粒子(5)を用いて、実施例1と同様にトナー(5)及び現像剤(5)を得た。
[実施例6]
トナー粒子(2)の作製において、容器Aに入れる樹脂粒子分散液(1)を130部、樹脂粒子分散液(2)を20部に、それぞれ変更した以外は、実施例2と同様にしてトナー粒子(6)を得た。得られたトナー粒子(6)は体積平均粒径5.6μmであった。そして、トナー粒子(6)を用いて、実施例1と同様にトナー(6)及び現像剤(6)を得た。
[実施例7]
トナー粒子(2)の作製において、チューブポンプAの送液開始温度を33℃に変更した以外は、実施例2と同様にしてトナー粒子(7)を得た。得られたトナー粒子(7)は体積平均粒径6.2μmであった。そして、トナー粒子(7)を用いて、実施例1と同様にトナー(7)及び現像剤(7)を得た。
[実施例8]
トナー粒子(2)の作製において、チューブポンプAの送液開始温度を39℃に変更した以外は、実施例2と同様にしてトナー粒子(8)を得た。得られたトナー粒子(8)は体積平均粒径5.4μmであった。そして、トナー粒子(8)を用いて、実施例1と同様にトナー(8)及び現像剤(8)を得た。
[実施例9]
トナー粒子(2)の作製において、チューブポンプAの送液速度を0.54部/1分に変更した以外は、実施例2と同様にしてトナー粒子(9)を得た。得られたトナー粒子(9)は体積平均粒径6.2μmであった。そして、トナー粒子(9)を用いて、実施例1と同様にトナー(9)及び現像剤(9)を得た。
[実施例10]
トナー粒子(2)の作製において、チューブポンプAの送液速度を0.82部/1分に変更した以外は、実施例2と同様にしてトナー粒子(10)を得た。得られたトナー粒子(10)は体積平均粒径5.5μmであった。そして、トナー粒子(10)を用いて、実施例1と同様にトナー(10)及び現像剤(10)を得た。
[比較例1]
トナー粒子(2)の作製において、丸型ステンレス製フラスコに入れる樹脂粒子分散液(1)を480部、樹脂粒子分散液(2)を20部に、容器Aに入れる樹脂粒子分散液(1)を140部、樹脂粒子分散液(2)を10部に、それぞれ変更した以外は、実施例2と同様にしてトナー粒子(11)を得た。得られたトナー粒子(11)は体積平均粒径5.8μmであった。そして、トナー粒子(11)を用いて、実施例1と同様にトナー(11)及び現像剤(11)を得た。
[比較例2]
トナー粒子(2)の作製において、丸型ステンレス製フラスコに入れる樹脂粒子分散液(1)を20部、樹脂粒子分散液(2)を480部に、容器Aに入れる樹脂粒子分散液(1)を10部、樹脂粒子分散液(2)を140部に、それぞれ変更した以外は、実施例2と同様にしてトナー粒子(12)を得た。得られたトナー粒子(12)は体積平均粒径5.7μmであった。そして、トナー粒子(12)を用いて、実施例1と同様にトナー(12)及び現像剤(12)を得た。
[比較例3]
トナー粒子(2)の作製において、容器Aに入れる樹脂粒子分散液(1)を5部、樹脂粒子分散液(2)を145部に、それぞれ変更した以外は、実施例2と同様にしてトナー粒子(13)を得た。得られたトナー粒子(13)は体積平均粒径5.6μmであった。そして、トナー粒子(13)を用いて、実施例1と同様にトナー(13)及び現像剤(13)を得た。
[比較例4]
トナー粒子(2)の作製において、容器Aに入れる樹脂粒子分散液(1)を145部、樹脂粒子分散液(2)を5部に、それぞれ変更した以外は、実施例2と同様にしてトナー粒子(14)を得た。得られたトナー粒子(14)は体積平均粒径5.6μmであった。そして、トナー粒子(14)を用いて、実施例1と同様にトナー(14)及び現像剤(14)を得た。
[比較例5]
トナー粒子(2)の作製において、チューブポンプAの送液開始温度を31℃に変更した以外は、実施例2と同様にしてトナー粒子(15)を得た。得られたトナー粒子(15)は体積平均粒径5.8μmであった。そして、トナー粒子(15)を用いて、実施例1と同様にトナー(15)及び現像剤(15)を得た。
[比較例6]
トナー粒子(2)の作製において、チューブポンプAの送液開始温度を40℃に変更し、且つ、樹脂粒子分散液(1)25部及び樹脂粒子分散液(2)25部を追加しなかった以外は、実施例2と同様にしてトナー粒子(16)を得た。得られたトナー粒子(16)は体積平均粒径5.9μmであった。そして、トナー粒子(16)を用いて、実施例1と同様にトナー(16)及び現像剤(16)を得た。
[比較例7]
トナー粒子(2)の作製において、チューブポンプAの送液速度を0.50部/1分に変更した以外は、実施例2と同様にしてトナー粒子(17)を得た。得られたトナー粒子(17)は体積平均粒径6.4μmであった。そして、トナー粒子(17)を用いて、実施例1と同様にトナー(17)及び現像剤(17)を得た。
[比較例8]
トナー粒子(2)の作製において、チューブポンプAの送液速度を0.90部/1分に変更した以外は、実施例2と同様にしてトナー粒子(18)を得た。得られたトナー粒子(18)は体積平均粒径6.2μmであった。そして、トナー粒子(18)を用いて、実施例1と同様にトナー(18)及び現像剤(18)を得た。
1Y、1M、1C、1K、感光体(像保持体の一例)
2Y、2M、2C、2K、帯電ロール(帯電手段の一例)
3 露光装置(静電荷像形成手段の一例)
3Y、3M、3C、3K レーザ光線
4Y、4M、4C、4K 現像装置(現像手段の一例)
5Y、5M、5C、5K 一次転写ロール(一次転写手段の一例)
6Y、6M、6C、6K 感光体クリーニング装置(クリーニング手段の一例)
8Y、8M、8C、8K トナーカートリッジ
10Y、10M、10C、10K 画像形成ユニット
20 中間転写ベルト(中間転写体の一例)
22 駆動ロール
24 支持ロール
26 二次転写ロール(二次転写手段の一例)
30 中間転写体クリーニング装置
107 感光体(像保持体の一例)
108 帯電ロール(帯電手段の一例)
109 露光装置(静電荷像形成手段の一例)
111 現像装置(現像手段の一例)
112 転写装置(転写手段の一例)
113 感光体クリーニング装置(クリーニング手段の一例)
115 定着装置(定着手段の一例)
116 取り付けレール
117 筐体
118 露光のための開口部
200 プロセスカートリッジ
300 記録紙(記録媒体の一例)
P 記録紙(記録媒体の一例)

Claims (8)

  1. 結着樹脂及び離型剤を含み、
    前記結着樹脂を含む海部と、前記離型剤を含む島部と、を持つ海島構造を有し、
    下記式(1)及び下記式(2)に示される溶融粘度の関係式を満たし、
    下記式(3)で示される前記離型剤を含む島部の偏在度Bの分布の最頻値が、0.75以上0.98以下の範囲であり、前記偏在度Bの分布の歪度が、−1.10以上−0.50以下の範囲であり、
    トナーが、
    前記結着樹脂となる第1樹脂粒子を含む分散液中で、各粒子を凝集させ、第1凝集粒子を形成する工程と、
    前記第1凝集粒子が分散された第1凝集粒子分散液を得た後、前記結着樹脂となる第2樹脂粒子及び前記離型剤の粒子が分散された混合分散液を、前記混合分散液中の前記離型剤の粒子の濃度を次第に高めながら、前記第1凝集粒子分散液に順次添加して、前記第1凝集粒子の表面に更に前記第2樹脂粒子及び前記離型剤の粒子を凝集して、第2凝集粒子を形成する工程、又は、前記第1凝集粒子を形成する凝集過程で、添加速度を次第に速めつつ又は前記離型剤の粒子の濃度を高めながら、前記離型剤の粒子が分散された離型剤粒子分散液を添加し、各粒子の凝集を進行させて、第2凝集粒子を形成する工程と、
    前記第2凝集粒子が分散された第2凝集粒子分散液に対して加熱をし、前記第2凝集粒子を融合合一して、トナー粒子を形成する工程と、
    を含む工程を経て、得られるトナーである静電荷像現像用トナー。
    式(1): 4000Pa・s≦η(100)≦200000Pa・s
    (式(1)において、η(100)は、100℃における高架式フローテスター溶融粘度を表す。)
    式(2): 18000J・mol−1≦E≦80000J・mol−1
    (式(2)において、Eは、アンドレードの式における流動活性化エネルギーを表す。)
    式(3): 偏在度B=2d/D
    (式(3)において、Dはトナーの断面観察におけるトナーの円相当径(μm)を表し、dはトナーの断面観察におけるトナーの重心から離型剤を含む島部の重心までの距離(μm)を表す。)
  2. 前記離型剤の融解温度が、50℃以上110℃以下である請求項1に記載の静電荷像現像用トナー。
  3. 前記結着樹脂のガラス転移温度が、50℃以上80℃以下である請求項1又は請求項2に記載の静電荷像現像用トナー。
  4. 請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の静電荷像現像用トナーを含む静電荷像現像剤。
  5. 請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の静電荷像現像用トナーを収容し、
    画像形成装置に着脱されるトナーカートリッジ。
  6. 請求項4に記載の静電荷像現像剤を収容し、前記静電荷像現像剤により、像保持体の表面に形成された静電荷像をトナー画像として現像する現像手段を備え、
    画像形成装置に着脱されるプロセスカートリッジ。
  7. 像保持体と、
    前記像保持体の表面を帯電する帯電手段と、
    帯電した前記像保持体の表面に静電荷像を形成する静電荷像形成手段と、
    請求項4に記載の静電荷像現像剤を収容し、前記静電荷像現像剤により、前記像保持体の表面に形成された静電荷像をトナー画像として現像する現像手段と、
    前記像保持体の表面に形成されたトナー画像を記録媒体の表面に転写する転写手段と、
    前記記録媒体の表面に転写されたトナー画像を定着する定着手段と、
    を備える画像形成装置。
  8. 像保持体の表面を帯電する帯電工程と、
    帯電した前記像保持体の表面に静電荷像を形成する静電荷像形成工程と、
    請求項4に記載の静電荷像現像剤により、前記像保持体の表面に形成された静電荷像をトナー画像として現像する現像工程と、
    前記像保持体の表面に形成されたトナー画像を記録媒体の表面に転写する転写工程と、
    前記記録媒体の表面に転写されたトナー画像を定着する定着工程と、
    を有する画像形成方法。
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