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JP2013156430A - トナー、及び画像形成装置 - Google Patents

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JP2013156430A JP2012016688A JP2012016688A JP2013156430A JP 2013156430 A JP2013156430 A JP 2013156430A JP 2012016688 A JP2012016688 A JP 2012016688A JP 2012016688 A JP2012016688 A JP 2012016688A JP 2013156430 A JP2013156430 A JP 2013156430A
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Abstract

【課題】電子写真方式の画像形成に求められる高速、高寿命、及び低温定着性をすべて兼ね備えたトナー、及び該トナーを用い、長期間に亘って優れたクリーニング性を維持でき、安定に高画質画像が得られる画像形成装置の提供。
【解決手段】少なくとも結着樹脂、及び着色剤を含有するトナー母体粒子と、無機微粒子及び脂肪酸金属塩粒子を含有する外添剤と、を含むトナーであって、前記無機微粒子が少なくとも疎水性シリカ粒子を含み、前記トナーからの前記疎水性シリカ粒子の遊離率Yaが1質量%〜20質量%であり、前記トナーからの前記脂肪酸金属塩粒子の遊離率Ybが30質量%〜90質量%であるトナーである。
【選択図】なし

Description

本発明は、電子写真法、静電記録法、静電印刷法等に好適に用いられるトナー、該トナーを用いた画像形成装置に関する。
近年、電子写真方式の画像形成技術分野では、高速かつ高寿命、低電力の画像形成が可能で、しかも、画像品位の高いカラー画像形成装置の開発競争が激化している。
高画質化、特にフルカラー画質への要求に対応するために、トナーとしては、ますます小粒径化が進み、潜像を忠実に再現することが検討されている。また、トナーの形状を制御することで、高画質化を進めてきている。これにより、ドットや細線の再現性が良くなり、パイルハイト(画像層厚)も低くすることが可能となり、より高画質化が期待できる。更に、高速かつ低電力での画像形成のためには、トナー自体の定着温度を下げ、使用可能時のトナーの定着温度を低下させ、かつ高離型性のトナーが必要となる。
前記課題を解決するため、結着樹脂の構造及び分子量、離型剤の特性が幅広く検討されているが、熱耐性とストレス耐性はトレードオフの関係となっている。小粒径トナーを用いた場合には、トナーと電子写真感光体、又はトナーと電子写真感光体や中間転写体との非静電的付着力が増加するため、ストレス耐性などには課題が生じ易い。クリーニング性についてはトナーの小径化によって付着力の増加などが伴い、クリーニング性の低下につながることは周知の通りである。
これらの中でも、未転写トナーを除去する方法としては、クリーニングブレード、ファーブラシクリーニング、磁気ブラシクリーニング等のいくつかのクリーニング方式が挙げられるが、クリーニングブレードを使用する方法が主流となっている。このクリーニング方式は主に弾性ブレードを感光体に適当な圧力で圧接させるものであるが、近年の高画像化の要望は(小径化、形状制御、低温定着化)トナーのブレードすり抜けを生じ、クリーニング不良を起こしてしまう。クリーニング不良を抑えるためブレードの圧接力を強くしたり接触部分の形状の検討が行われている。圧接力を強くすることにより、クリーニング部で、摩擦熱が発生する。特に、低融点の離型剤等については局所的な熱の影響によりトナー中からブリードアウトすることで転写残トナーとの摩擦熱による融着を起こす、いわゆるフィルミングの発生原因となってしまっていた。
これらの課題を解決する方法としてクリーニング性の向上を図る点から、トナーの外添剤として、脂肪酸金属塩等の潤滑成分を添加したトナーが提案されている(特許文献1〜3参照)。
また、特許文献4では、脂肪酸金属塩粒子の粒径と遊離率を規定したトナーが提案されており、この提案によると、脂肪酸金属塩粒子の遊離率を1.0%以上25.0%以下とすることでクリーニング性、カブリ及び画像濃度の低下が改善することが記載されている。しかし、この提案では、高速かつ高寿命のトナーに対する要求が高い中で、高寿命の点でクリーニング性の維持が難しく、定着下限を満足したトナーでは、長期間の使用でフィルミング等の不具合が生じるという問題がある。
また、特許文献5では、トナー表面から遊離した遊離外添剤率が5%〜50%であり、感光体上に脂肪酸金属塩が塗布されている画像形成装置が提案されている。この提案によれば、感光体の感光層の偏摩耗を防止し、感光体の寿命を維持できるとされている。しかし、この提案では、遊離外添剤率が高く、遊離した外添剤が感光体を傷付け、フィルミングが生じるおそれがあった。
したがって、電子写真方式の画像形成に求められる高速、高寿命、及び低温定着性をすべて兼ね備えたトナー、及び該トナーを用い、長期間に亘って優れたクリーニング性を維持でき、安定に高画質画像が得られる画像形成装置を提供が望まれているのが現状である。
本発明は、従来における前記諸問題を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。即ち、本発明は、長期間に亘って優れたクリーニング性を維持でき、電子写真方式の画像形成に求められる高速、高寿命、及び低温定着性をすべて兼ね備えたトナーを提供することを目的とする。
前記課題を解決するため本発明者らが鋭意検討を重ねた結果、特開2010−79242号公報には、トナー母体粒子に脂肪酸金属塩粒子を外添することによりクリーニング性が向上することが記載されており、同公報の段落〔0021〕には、脂肪酸金属塩粒子の遊離率が25.0質量%を超える場合は、脂肪酸金属塩粒子の遊離によるカブリが増大すると記載されている。前記脂肪酸金属塩粒子の遊離量を減らすため、脂肪酸金属塩粒子をトナー母体粒子に強く付着させると、トナー上に逆帯電のサイトが多く存在してしまい、画像カブリにつながることが推測されるが、脂肪酸金属粒子をトナー母体粒子に強く付着させるよりも、むしろ剥がれ易くすることでトナーの帯電機能を損なうことなく、脂肪酸金属塩粒子の潤滑作用を最大限に発揮できることを知見した。
そして、少なくとも結着樹脂、及び着色剤を含有するトナー母体粒子と、無機微粒子及び脂肪酸金属塩粒子を含有する外添剤と、を含むトナーにおいて、疎水性シリカ粒子の遊離率Yaが1質量%〜20質量%であり、脂肪酸金属塩粒子の遊離率Ybが30質量%〜90質量%であることにより、長期間に亘るクリーニング性を維持でき、電子写真方式の画像形成に求められる高速、高寿命、及び低温定着性をすべて満足したトナーが得られることを知見した。
本発明は、本発明者らによる前記知見に基づくものであり、前記課題を解決するための手段としては、以下の通りである。即ち、
本発明のトナーは、少なくとも結着樹脂、及び着色剤を含有するトナー母体粒子と、無機微粒子及び脂肪酸金属塩粒子を含有する外添剤と、を含むトナーであって、
前記無機微粒子が少なくとも疎水性シリカ粒子を含み、
前記トナーからの前記疎水性シリカ粒子の遊離率Yaが1質量%〜20質量%であり、
前記トナーからの前記脂肪酸金属塩粒子の遊離率Ybが30質量%〜90質量%であることを特徴とする。
本発明によると、従来における前記諸問題を解決し、前記目的を達成することができ、長期間に亘って優れたクリーニング性を維持でき、電子写真方式の画像形成に求められる高速、高寿命、及び低温定着性をすべて兼ね備えたトナーを提供することができる。
図1は、本発明の画像形成装置におけるローラ式帯電手段の一例を示す図である。 図2は、本発明の画像形成装置におけるブラシ式帯電手段の一例を示す図である。 図3は、本発明の画像形成装置における現像手段の一例を示す図である。 図4は、本発明の画像形成装置における定着手段の一例を示す図である。 図5は、定着手段としての定着ベルトの層構成の一例を示す図である。 図6は、本発明の画像形成装置の一例を示す概略図である。 図7は、本発明の画像形成装置の他の一例を示す概略図である。 図8は、プロセスカートリッジの一例を示す概略図である。
(トナー)
本発明のトナーは、トナー母体粒子と、外添剤とを含み、更に必要に応じてその他の成分を含有してなる。
<外添剤>
前記外添剤は、無機微粒子及び脂肪酸金属塩粒子を含有する。
本発明においては、前記無機微粒子が、少なくとも疎水性シリカ粒子を含み、前記トナーからの前記疎水性シリカ粒子の遊離率Yaは、1質量%〜20質量%であり、2質量%〜10質量%が好ましい。
前記疎水性シリカ粒子は、主に帯電性及びトナーの流動性を得るためにトナー母体粒子に外添されており、前記疎水性シリカ粒子がトナーから離脱してしまうことはカブリ等へ悪影響を与えるだけでなく、遊離した疎水性シリカ粒子が、感光体表面を傷付けることによってフィルミングが生じることから、可能な限り遊離させないことが必要となる。しかし、トナー流動性などの点から、前記疎水性シリカ粒子の遊離率Yaは0(ゼロ)質量%にする必要はなく、1質量%以上であればよい。一方、前記疎水性シリカ粒子の遊離率Yaが、20質量%を超えると、遊離率が高くなりすぎ、遊離した疎水性シリカ粒子外添剤が感光体を傷付け、フィルミングが生じてしまうことから20質量%以内が必要となる。
前記トナーからの前記脂肪酸金属塩粒子の遊離率Ybは、30質量%〜90質量%であり、45質量%〜70質量%が好ましい。前記遊離率Ybが、30質量%未満であると、クリーニング性の効果がなくなってしまうと共に、画像のカブリが悪化してしまうことがあり、90質量%を超えると、脂肪酸金属塩粒子がトナー中で偏在してしまうことがあり、平均的に潤滑性を維持できなくなることがある。
ここで、前記疎水性シリカ粒子の遊離率Ya及び前記脂肪酸金属塩粒子の遊離率Ybは、例えば、以下のようにして測定することができる。
(1)200mLの軟膏瓶に、イオン交換水を100mL、界面活性剤を含有した33質量%のドライウエル水溶液(商品名:ドライウエル、富士フイルム株式会社製)を4.4mL添加し、得られた混合液にトナー5gを加えて手振り30回でよく混ぜ、1時間以上静置する。
(2)次に、手振り20回で攪拌後、超音波ホモジナイザー(商品名:homogenizer、形式VCX750、CV33、SONICS&MATERIALS有限会社製)を用いて、出力50%にダイヤルを設定し、下記条件で2分間超音波エネルギーを付与して、分散させる。
−超音波条件−
・振動時間:60秒間連続
・振幅:20W(30%)
・振動開始温度:23℃±1.5℃
(3)得られた分散液をろ紙(商品名:定性ろ紙(No.2、110mm)、アドバンテック東洋株式会社製)で吸引ろ過し、再度イオン交換水で2回洗浄し、ろ過し、遊離した外添剤を除去後、トナーを乾燥させる。
(4)外添剤除去前後のトナー外添剤量を蛍光X線分析装置(理学電機社製、ZSX−100e)にて検量線による強度(又は外添剤除去前後の強度差)から質量%を計算することで定量し、外添剤の遊離量を求める。
蛍光X線法においては、疎水性シリカ粒子はSi、脂肪族金属塩粒子は該当する金属(例えば、亜鉛、カルシウム等)を測定することにより、それぞれの遊離量を求める。
前記(1)〜(4)の方法により測定された分散前及び分散後におけるトナーの外添剤量の値から、下記数式1により、外添剤の遊離率(質量%)を求めることができる。
〔数式1〕
遊離率=〔(分散前外添剤質量−分散後の残留外添剤質量)/分散前外添剤質量〕×100
前記疎水性シリカ粒子の遊離率Ya及び前記脂肪酸金属塩粒子の遊離率Ybのどちらかが上記数値範囲から外れると、安定した画像プロセスが得られない。前記遊離率Yaと前記遊離率Ybを組み合わせることで、高速、高寿命、及び低温定着性をすべて兼ね備えたトナーが得られ、前記トナーを用いて画像形成すると、長期間に亘ってクリーニング性を維持し得、安定した画像を得ることができる。
前記疎水性シリカ粒子の遊離率Ya及び前記脂肪酸金属塩粒子の遊離率Ybを上記数値範囲に調整する方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記疎水性シリカ粒子などの処方量、種類等の調整、外添剤の混合時の条件を調整する方法などが挙げられる。これらの中でも、外添時の混合条件を調整する方法が特に好ましい。
前記外添剤の混合条件としては、無機微粒子及び脂肪酸金属塩粒子を混合する際の投入順序、高速流動式混合機の回転数、混合時間、層内温度などを調整することで狙いの値を得ることができる。
具体的には、トナー母体粒子と無機微粒子を混合した後、脂肪酸金属塩粒子を後添加して脂肪酸金属塩粒子を緩く付着する方法が挙げられる。
前記無機微粒子と前記脂肪酸金属塩粒子を同時に添加すると、脂肪酸金属塩粒子が無機微粒子よりトナー側に存在することで、無機微粒子の遊離量が増えたり、逆帯電などのサイトを存在しやすくしてしまうことから、混合時に無機微粒子を付着したのち、脂肪酸金属塩粒子を付着することで、それぞれの機能を十分発揮できることとなる。
前記脂肪酸金属塩粒子の混合は均一化できるように混合し、前記遊離率Ybが目的とする数値範囲に入れば十分であり、強く付着させる必要はないので、無機微粒子よりも高速流動式混合機の回転数、混合時間を少なくすることが好ましい。
したがって、前記疎水性シリカ粒子の遊離率Ya及び前記脂肪酸金属塩粒子の遊離率Ybを上記数値範囲に調整する方法としては、(1)無機微粒子をトナー母体粒子に外添した後、脂肪酸金属塩粒子をトナー母体粒子に外添することが好ましい。
また、(2)無機微粒子をトナー母体粒子に外添する際の高速流動式混合機の回転数、混合時間や、温度などの諸条件を変更することで、外添剤の付着状態を変えることが好ましい。
前記高速流動式混合機としては、例えば、ヘンシェルミキサー(ヘンシェル20B、三井鉱山社製)、スーパーミキサー(カワタ社製、SMV−20A)などが挙げられる。
<<無機微粒子>>
前記無機微粒子は、トナーに流動性、現像性、帯電性等を付与するための外添剤として用いられる。
前記無機微粒子としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、シリカ、アルミナ、酸化チタン、チタン酸バリウム、チタン酸マグネシウム、チタン酸カルシウム、チタン酸ストロンチウム、酸化亜鉛、酸化スズ、ケイ砂、クレー、雲母、ケイ灰石、ケイソウ土、酸化クロム、酸化セリウム、ベンガラ、三酸化アンチモン、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、硫酸バリウム、炭酸バリウム、炭酸カルシウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素等の粒子などが挙げられる。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。これらの中でも、シリカ粒子、酸化チタン粒子が好ましく、一次平均粒径の異なる2種以上のシリカ粒子と酸化チタン粒子が特に好ましい。
前記無機微粒子は、一次平均粒径が5nm〜2μmが好ましく、5nm〜500nmがより好ましい。
前記無機微粒子の一次平均粒径の測定は、一次粒子を溶剤(テトラヒドロフラン(THF))に分散させた後、基板上で溶剤を除去して乾固させたサンプルを、電界放射型走査電子顕微鏡(FE−SEM、加速電圧:5kV〜8kV、観察倍率:8,000倍〜10,000倍)にて視野中の外添剤の粒子径の平均値を計測(計測した粒子数:100個)して求めることができる。
前記無機微粒子は、流動性向上剤で表面処理されていることが好ましい。これにより、前記無機微粒子の疎水性が向上し、高湿度下においても流動性及び帯電性の低下を抑制することができる。
前記流動性向上剤としては、例えば、シランカップリング剤、シリル化剤、フッ化アルキル基を有するシランカップリング剤、有機チタネート系カップリング剤、アルミニウム系のカップリング剤、シリコーンオイル、変性シリコーンオイルなどが挙げられる。
前記無機微粒子としてのシリカ、酸化チタンは、前記流動性向上剤で表面処理し、疎水性シリカ粒子、疎水性酸化チタン粒子として用いることが好ましい。
前記無機微粒子のトナーへの被覆率、即ち、外添剤から脂肪酸金属塩粒子を除いた外添剤の被覆率は、50%〜85%が好ましく、60%〜80%がより好ましい。前記脂肪酸金属塩粒子の外添により潤滑性がよくなることでクリーニング性などを担保できるが、脂肪酸金属塩粒子以外の外添剤についてもトナーの表面性の維持が必要であり、適度な被覆率を保つ必要がある。前記被覆率が、50%未満であると、トナー母体粒子の影響が大きくなり、トナー固着を引き起こしてしまうことがあり、85%を超えると、外添剤がほぼ表面を多いつくし、感光体へのキズ発生や、感光体を削ってしまう、低温定着性の維持ができなくなることがある。
ここで、前記無機微粒子のトナー母体粒子に対する被覆率は、例えば、以下の式によって算出することができる。
H=Σ(√3×Dv×Pt/(2π・da・Pa)×Ca×100)
ただし、前記式中、Dvはトナー母体粒子の体積平均粒径、Ptはトナー母体粒子の真比重、daは外添剤の一次平均粒径、Paは外添剤の真比重、Caはトナー中の外添剤の含有量(%)を表す。
なお、外添剤が複数種類からなる場合には、個々の外添剤について一次平均粒径da、真比重Pa、及び含有量Caを求め、個々の被覆率を算出し、これらを合計して全体の被覆率を求めることができる。
前記トナー母体粒子の体積平均粒径は、例えば、コールターマルチサイザーIII(コールター社製)を用いて測定することができる。
前記外添剤の一次平均粒径の測定は、上述したとおりである。
前記トナー母体粒子及び前記外添剤の真比重は、ルシャテリエ比重瓶を用い、JIS−K−0061:92の5−2−1に準拠して測定した。
<<脂肪酸金属塩粒子>>
前記脂肪酸金属塩粒子における脂肪酸としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、酪酸、吉草酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、モンタン酸等の一価の飽和脂肪酸;アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸等の多価の飽和脂肪酸;クロトン酸、オレイン酸等の一価の不飽和脂肪酸;マレイン酸、シトラコン酸等の多価の不飽和脂肪酸などが挙げられる。これらの中でも、5個〜8個の炭素元素を有する飽和又は不飽和の脂肪酸金属塩粒子が好ましい。
前記脂肪酸金属塩粒子における金属としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、リチウム、ナトリウム、カリウム、銅、ルビニウム、銀、亜鉛、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、アルミニウム、鉄、コバルト、ニッケル、又はその混合物などが挙げられる。
これらの中でも、前記脂肪酸としてはステアリン酸がより好ましく、前記金属としては亜鉛、マグネシウム、カルシウム、又はアルミニウムがより好ましい。前記脂肪酸金属塩粒子としては、ステアリン酸亜鉛粒子、ステアリン酸カルシウム粒子が好ましく、ステアリン酸亜鉛粒子が特に好ましい。
前記ステアリン酸亜鉛粒子は、劈開性を有し摩擦低減効果が高いため、より効果的なクリーニングブレードと感光体との摩擦低減を図れると共に、少量で一様な被膜形成が可能である。
前記脂肪酸金属塩粒子の体積平均粒径は、0.65μm超10μm以下が好ましく、1μm〜5μmがより好ましい。前記体積平均粒径が、0.65μm以下であると、粒径が小さいことから脂肪酸金属塩粒子が遊離していても摩擦低減効果が弱くなることがあり、10μmを超えると、トナーの体積平均粒径より大きく、粗大粒子による画像欠陥などを引き起こしやすくなることがある。
ここで、前記脂肪酸金属塩粒子の体積平均粒径は、例えば、レーザ回折/散乱式粒子径分布測定装置(LA−920、堀場製作所製)により測定することができる。
前記脂肪酸金属塩粒子の含有量は、前記トナー母体粒子100質量部に対して、0.05質量部〜0.4質量部が好ましい。前記含有量が、0.05質量部未満であると、脂肪酸金属塩粒子の摩擦低減効果が得られなくなることがあり、0.4質量部を超えると、帯電性、流動性等の副作用が発生することから好ましくない。
<トナー母体粒子>
前記トナー母体粒子は、少なくとも結着樹脂及び着色剤を含有し、更に必要に応じてその他の成分を含有してなる。
前記結着樹脂は、非晶性樹脂及び結晶性樹脂を含む。
<<非晶性樹脂>>
前記非晶性樹脂としては、低温定着性及びフルカラー画像形成装置に用いた場合に光沢性が向上する点で、非晶性ポリエステル樹脂が好ましい。
前記非晶性ポリエステル樹脂としては、変性されてないポリエステル樹脂(未変性ポリエステル樹脂)、変性ポリエステル樹脂が含まれることが好ましい。
−未変性ポリエステル樹脂−
前記未変性ポリエステル樹脂は、全成分中45mol%〜55mol%がアルコール成分であり、45mol%〜55mol%が酸成分であることが好ましい。
前記アルコール成分としては、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、2,3−ブタンジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、2−エチル−1,3−ヘキサンジオール、水素化ビスフェノールA、ビスフェノール誘導体(例えば、ビスフェノールAエチレンオキサイド付加物、ビスフェノールAプロピレンオキサイド付加物等)等のジオール類などが挙げられる。
前記酸成分としては、全酸成分中50mol%以上2価のカルボン酸を含むことが好ましい。前記2価のカルボン酸としては、例えば、フタル酸、テレフタル酸、イソフタル酸、無水フタル酸等のベンゼンジカルボン酸類又はその無水物;こはく酸,アジピン酸,セバシン酸,アゼライン酸等のアルキルジカルボン酸類又はその無水物,炭素数6〜18のアルキル基又はアルケニル基で置換されたコハク酸もしくはその無水物;フマル酸,マレイン酸,シトラコン酸、イタコン酸等の不飽和ジカルボン酸又はその無水物などが挙げられる。
これらの中でも、前記アルコール成分としてはビスフェノール誘導体が好ましく、前記酸成分としては、フタル酸、テレフタル酸、イソフタル酸又はその無水物、コハク酸、N−ドデセニルコハク酸、又はその無水物、フマル酸、マレイン酸、無水マレイン酸等のジカルボン酸類が好ましい。
前記未変性ポリエステル樹脂のテトラヒドロフラン(THF)可溶解分のゲルパーミエイションクロマトグラフ(GPC)によって測定される重量平均分子量(Mw)としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、1,000〜20,000が好ましく、2,000〜10,000がより好ましい。
前記未変性ポリエステル樹脂のテトラヒドロフラン(THF)可溶解分のゲルパーミエイションクロマトグラフ(GPC)によって測定される数平均分子量(Mn)としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、500〜6,000が好ましく、1,000〜5,000がより好ましい。
前記未変性ポリエステル樹脂の重量平均分子量Mwに対する数平均分子量Mnの比(Mw/Mn)は、4以下が好ましく、2〜4がより好ましい。前記Mw/Mnが、4を超えると、定着時の弾性が大きく低温定着性を阻害することがあり、2未満であると、トナーの耐熱保存性を阻害するとともに、用紙から排熱される際の弾性の回復が小さく、耐排紙固着性が不十分となることがある。
前記未変性ポリエステル樹脂のガラス転移温度は、30℃〜60℃が好ましい。
前記未変性ポリエステル樹脂のガラス転移温度は、例えば、示差走査型熱量測定(DSC)により得られるDSC曲線により測定することができる。
前記未変性ポリエステル樹脂は、酸価が1mgKOH/g〜50mgKOH/gが好ましい。
前記酸価は、JIS K0070−1992に記載の測定方法に準拠して測定することができる。
−変性ポリエステル樹脂−
前記変性ポリエステル樹脂を用いることで、トナー中に適度な架橋構造を持たせることができる。前記変性ポリエステル樹脂としては、ウレタン結合及びウレア結合の少なくともいずれかを有する樹脂であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、活性水素基含有化合物と、前記活性水素基含有化合物と反応可能な官能基を有する結着樹脂前駆体(以下、「プレポリマー」と称することがある)とを、伸長反応及び/又は架橋反応して得られる樹脂が好ましい。
前記プレポリマーとしては、前記活性水素基含有化合物と反応可能な官能基を少なくとも有するポリエステル樹脂であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記プレポリマーにおける前記活性水素基と反応可能な官能基としては、特に制限はなく、公知の置換基等の中から適宜選択することができ、例えば、イソシアネート基、エポキシ基、カルボン酸、酸クロリド基などが挙げられる。これらは、1種単独で含まれていてもよいし、2種以上が含まれていてもよい。これらの中でも、イソシアネート基が好ましい。
前記プレポリマーの合成方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、イソシアネート基含有プレポリマーの場合、ポリオールとポリカルボン酸とを公知のエステル化触媒(例えば、チタンテトラブトキシド、ジブチルチンオキサイド等)の存在下、150℃〜280℃に加熱し、必要により適宜減圧しながら生成し、水を溜去して水酸基含有ポリエステルを得た後に、40℃〜140℃にて、前記水酸基含有ポリエステルにポリイソシアネートを反応させることにより合成する方法などが挙げられる。
前記ポリオールとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、アルキレングリコール(例えば、エチレングリコール、1,2−プロピレングリコール、1,3−プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール等)、アルキレンエーテルグリコール(例えば、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレンエーテルグリコール等)、脂環式ジオール(例えば、1,4−シクロヘキサンジメタノール、水素添加ビスフェノールA等)、ビスフェノール類(例えば、ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールS等)、前記脂環式ジオールのアルキレンオキサイド(例えば、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイド等)付加物、前記ビスフェノール類のアルキレンオキサイド(例えば、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイド等)付加物等のジオール;多価脂肪族アルコール(例えば、グリセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ソルビトール等)、3価以上のフェノール類(例えば、フェノールノボラック、クレゾールノボラック等)、3価以上のポリフェノール類のアルキレンオキサイド付加物等の3価以上のポリオール;ジオールと3価以上のポリオールとの混合物;などが挙げられる。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。
これらの中でも、前記ポリオールは、前記ジオール単独、前記ジオールと少量の前記3価以上のポリオールとの混合物が好ましい。前記ジオールとしては、炭素数2〜12のアルキレングリコール、ビスフェノール類のアルキレンオキサイド付加物(例えば、ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物、ビスフェノールAプロピレンオキサイド2モル付加物、ビスフェノールAプロピレンオキサイド3モル付加物等)が好ましい。
前記ポリカルボン酸としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、アルキレンジカルボン酸(例えば、コハク酸、アジピン酸、セバシン酸等);アルケニレンジカルボン酸(例えば、マレイン酸、フマル酸等);芳香族ジカルボン酸(例えば、テレフタル酸、イソフタル酸、ナフタレンジカルボン酸等);3価以上のポリカルボン酸(例えば、トリメリット酸、ピロメリット酸等の炭素数9〜20の芳香族ポリカルボン酸等)などが挙げられる。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。
これらの中でも、前記ポリカルボン酸は、炭素数4〜20のアルケニレンジカルボン酸、炭素数8〜20の芳香族ジカルボン酸が好ましい。
なお、前記ポリカルボン酸の代わりに、ポリカルボン酸の無水物、低級アルキルエステル(例えば、メチルエステル、エチルエステル、イソプロピルエステル等)などを用いることもできる。
前記ポリオールと前記ポリカルボン酸の混合比としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、前記ポリオールの水酸基[OH]と前記ポリカルボン酸のカルボキシル基[COOH]との当量比[OH]/[COOH]として、2/1〜1/1が好ましく、1.5/1〜1/1がより好ましく、1.3/1〜1.02/1が特に好ましい。
前記ポリイソシアネートとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、脂肪族ポリイソシアネート(例えば、テトラメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、2,6−ジイソシアナトメチルカプロエート、オクタメチレンジイソシアネート、デカメチレンジイソシアネート、ドデカメチレンジイソシアネート、テトラデカメチレンジイソシアネート、トリメチルヘキサンジイソシアネート、テトラメチルヘキサンジイソシアネート等);脂環式ポリイソシアネート(例えば、イソホロンジイソシアネート、シクロヘキシルメタンジイソシアネート等);芳香族ジイソシアネート(例えば、トリレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、1,5−ナフチレンジイソシアネート、ジフェニレン−4,4’−ジイソシアネート、4,4’−ジイソシアナト−3,3’−ジメチルジフェニル、3−メチルジフェニルメタン−4,4’−ジイソシアネート、ジフェニルエーテル−4,4’−ジイソシアネート等);芳香脂肪族ジイソシアネート(例えば、α,α,α’,α’−テトラメチルキシリレンジイソシアネート等);イソシアヌレート類(例えば、トリス−イソシアナートアルキル−イソシアヌレート、トリイソシアナートシクロアルキル−イソシアヌレート等);これらのフェノール誘導体;オキシム、カプロラクタム等でブロックしたものなどが挙げられる。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。
前記ポリイソシアネートと、前記水酸基含有ポリエステルとを反応させる際には、必要に応じて溶媒を用いることもできる。前記使用可能な溶媒としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、芳香族溶媒(例えば、トルエン、キシレン等);ケトン類(例えば、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等);エステル類(例えば、酢酸エチル等);アミド類(例えば、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド等);エーテル類(例えば、テトラヒドロフラン等)などのイソシアネートに対して不活性なものなどが挙げられる。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。
前記ポリイソシアネートと前記水酸基含有ポリエステルとの混合比としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、前記ポリイソシアネートのイソシアネート基[NCO]と前記水酸基を有するポリエステルの水酸基[OH]との当量比[NCO]/[OH]として、5/1〜1/1が好ましく、4/1〜1.2/1がより好ましく、2.5/1〜1.5/1が特に好ましい。前記当量比[NCO]/[OH]が、5を超えると、残留するポリイソシアネート化合物がトナーの帯電性に悪影響を及ぼすことがある。
−−活性水素基含有化合物−−
前記活性水素基含有化合物は、水系媒体中で、前記プレポリマーが伸長反応、架橋反応等する際の伸長剤、架橋剤等として作用する。
前記活性水素基としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、水酸基(アルコール性水酸基又はフェノール性水酸基)、アミノ基、カルボキシル基、メルカプト基などが挙げられる。これらは、1種単独で含まれていてもよいし、2種以上が含まれていてもよい。
前記活性水素基含有化合物としては、活性水素基を有すれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、水などが挙げられ、前記プレポリマーが後述するイソシアネート基含有プレポリマーである場合には、高分子量化が可能となる点で、アミン類が好ましい。
前記活性水素基含有化合物である前記アミン類としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ジアミン、3価以上のポリアミン、アミノアルコール、アミノメルカプタン、アミノ酸、これらのアミン類のアミノ基をブロックしたものなどが挙げられる。前記ジアミンとしては、例えば、芳香族ジアミン(例えば、フェニレンジアミン、ジエチルトルエンジアミン、4,4’ジアミノジフェニルメタン等);脂環式ジアミン(例えば、4,4’−ジアミノ−3,3’ジメチルジシクロヘキシルメタン、ジアミンシクロヘキサン、イソホロンジアミン等);脂肪族ジアミン(例えば、エチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン等)などが挙げられる。前記3価以上のポリアミンとしては、例えば、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミンなどが挙げられる。前記アミノアルコールとしては、例えば、エタノールアミン、ヒドロキシエチルアニリンなどが挙げられる。前記アミノメルカプタンとしては、例えば、アミノエチルメルカプタン、アミノプロピルメルカプタンなどが挙げられる。前記アミノ酸としては、例えば、アミノプロピオン酸、アミノカプロン酸などが挙げられる。前記これらのアミン類のアミノ基をブロックしたものとしては、例えば、前記これらのアミン類(ジアミン、3価以上のポリアミン、アミノアルコール、アミノメルカプタン、アミノ酸等)のいずれかとケトン類(例えば、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等)から得られるケチミン化合物、オキサゾリゾン化合物などが挙げられる。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。
これらの中でも、前記アミン類は、ジアミン、ジアミンと少量の3価以上のポリアミンとの混合物が特に好ましい。
前記活性水素基含有化合物と、前記プレポリマーとを、水系媒体中で伸長乃至架橋反応させて変性ポリエステル樹脂が得られる。
前記伸長乃至架橋反応は、反応停止剤(例えば、ジエチルアミン、ジブチルアミン、ブチルアミン、ラウリルアミン等のモノアミン;ケチミン化合物等のモノアミンをブロックしたものなど)により停止させてもよい。
前記変性ポリエステル樹脂の合成する際における、前記プレポリマーであるイソシアネート基含有プレポリマーと、前記活性水素基含有化合物であるアミン類との混合比としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、前記イソシアネート基含有プレポリマーのイソシアネート基[NCO]と前記アミン類のアミノ基[NHx]との当量比([NCO]/[NHx])として、1/2〜2/1が好ましく、1/1.5〜1.5/1がより好ましく、1/1.2〜1.2/1が特に好ましい。
前記変性ポリエステル樹脂の前記トナーにおける含有量は、0.1質量%〜50質量%が好ましい。
<<結晶性樹脂>>
本発明のトナーは、結晶性樹脂を含有することで、低温定着性の向上、更に耐用紙固着性の向上が可能である。
前記結晶性樹脂は、融点付近で結晶構造が崩れ、急激に低粘性化する性質を持っている。このため、高い耐熱保存性を維持しつつ、良好な低温定着性を付与することができる。また用紙から排熱される際は速やかに弾性が回復するため、耐用紙固着性を向上させることができる。
前記結晶性樹脂としては、低温定着性の向上、更に耐用紙固着性の向上の点から、結晶性ポリエステル樹脂が好ましい。
前記結晶性ポリエステル樹脂の結晶性、分子構造等については、NMR測定、示差走査熱量計(DSC)測定、X線回折測定、GC/MS測定、LC/MS測定、赤外線吸収(IR)スペクトル測定、などにより確認することができる。例えば、前記赤外線吸収(IR)スペクトルにおいて、965±10cmー1及び990±10cmー1の範囲にオレフィンのδch(面外変角振動)に基づく吸収を有することが好ましく、この場合、該吸収を示すものは結晶性であると評価することができる。
前記結晶性ポリエステル樹脂は、例えば、アルコール成分と酸成分とを重縮合反応させることにより合成することができる。
前記アルコール成分としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ジオール化合物などが好適に挙げられる。
前記ジオール化合物としては、例えば、炭素数2〜8が好ましく、2〜6がより好ましく、例えば、1,4−ブタンジオール、エチレングリコール、1,2−プロピレングリコール、1,3−プロピレングリコール、1,6−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、1,4−ブテンジオール、1,5−ペンタンジオール、又はこれらの誘導体などが挙げられる。これらは、1種単独で使用することができ、2種以上を併用することができる。これらの中でも、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオールが特に好ましい。
前記ジオール化合物の含有量としては、前記アルコール成分中において、80モル%以上が好ましく、85モル%〜100モル%がより好ましい。
前記ジオール化合物の前記アルコール成分中における含有量が、80モル%未満であると、製造効率が悪くなることがある。
前記酸成分としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、炭素二重結合を有するカルボン酸、ジカルボン酸化合物、多価カルボン酸化合物などが挙げられる。これらの中でも。ジカルボン酸化合物が好ましい。
前記ジカルボン酸化合物としては、例えば、炭素数2〜8のものが好ましく、2〜6のものがより好ましく、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、アジピン酸、又はこれらの酸の無水物、あるいはこれらの炭素数1〜3のアルキルエステルなどが挙げられる。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。これらの中でも、フマル酸が特に好ましい。
前記ジカルボン酸化合物の使用量としては、前記酸成分中において、80モル%以上が好ましく、85モル%〜100モル%がより好ましい。前記ジカルボン酸化合物の前記酸成分中における含有量が、80モル%未満であると、製造効率が悪くなることがある。
前記多価カルボン酸化合物としては、例えば、トリメリット酸、ピロメリット酸、又はこれらの酸無水物、あるいはこれらの酸の炭素数1〜3のアルキルエステルなどが挙げられる。
前記重縮合反応としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、不活性ガス雰囲気下、エステル化触媒、重合禁止剤等を用いて、120℃〜230℃で反応させることにより、行うことができる。
前記重縮合反応を行う際、得られる結晶性ポリエステル樹脂の強度を向上させる目的で、全単量体を一括仕込みしたり、低分子量成分を少なくする目的で、2価の単量体を反応させた後で3価以上の単量体を添加して反応させたり、反応を促進させる目的で、重縮合反応の後半に反応系を減圧にしたり、前記結晶性ポリエステル樹脂における結晶性及び軟化点を制御する目的で、重縮合反応時に、前記アルコール成分としてグリセリン等の3価以上の多価アルコールを添加し、前記酸成分として無水トリメリット酸等の3価以上の多価カルボン酸を添加して非線状ポリエステルを得たりしてもよい。
前記結晶性ポリエステル樹脂の分子量分布としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、シャープであることが好ましく、また、低分子量であるほど低温定着性に優れる点で好ましく、オルトジクロロベンゼンの可溶分のゲルパーミエイションクロマトグラフ(GPC)による、横軸がlog(M)を表しかつ縦軸が質量%を表す分子量分布図において、ピーク位置は3.5〜4.0であることが好ましく、かつピークの半値幅は1.5以下が好ましい。
前記結晶性ポリエステル樹脂の重量平均分子量(Mw)としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、分子量が大きいとシャープメルト性を維持することが困難となるため、1,000〜30,000が好ましく、1,200〜20,000がより好ましい。
前記結晶性ポリエステル樹脂の数平均分子量(Mn)としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、500〜6,000が好ましく、700〜5,500がより好ましい。
前記重量平均分子量(Mw)と前記数平均分子量(Mn)との比で表される分子量分布(Mw/Mn)は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、2〜8が好ましい。
前記分子量分布(Mw/Mn)が、2未満であると、製造が困難で、コストがかかることがあり、8を超えると、シャープメルト性が悪化することがある。
前記結晶性ポリエステル樹脂の融点としては、60℃〜130℃が好ましい。前記融点が、60℃未満であると、低温でトナーの粘弾性が低下してしまうため、耐熱保存性が悪化することがあり、130℃を超えると、粘弾性を下げる効果が不十分であり、低温定着性が不十分となることがある。
前記結晶性ポリエステル樹脂の融点は、例えば、示差走査型熱量測定(DSC)により得られるDSC曲線により測定することができる。
前記結晶性ポリエステル樹脂の酸価としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、5mgKOH/g以上が好ましく、10mgKOH/g以上がより好ましい。一方、ホットオフセット性を向上させる観点からは、前記酸価は45mgKOH/g以下が好ましい。
前記酸価が、5mgKOH/g未満であると、記録媒体(紙)と結着樹脂との親和性及び目的とする低温定着性を達成できないことがある。
前記結晶性ポリエステル樹脂の酸価は、例えば、1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−プロパノールに溶解させ滴定することにより、測定することができる。
前記結晶性ポリエステル樹脂の水酸基価としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、0mgKOH/g〜50mgKOH/gが好ましく、5mgKOH/g〜50mgKOH/gがより好ましい。
前記水酸基価が、50mgKOH/gを超えると、低温定着性を達成し、かつ良好な帯電特性を達成できなくなることがある。
前記結晶性ポリエステル樹脂の水酸基価は、例えば、1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−プロパノールに溶解させ滴定することにより、測定することができる。
前記結晶性樹脂としての結晶性ポリエステル樹脂の含有量は、前記非晶性樹脂としての未変性ポリエステル樹脂100質量部に対して、0.1質量部〜50質量部が好ましい。
<着色剤>
前記着色剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えばカーボンブラック、ニグロシン染料、鉄黒、ナフトールイエローS、ハンザイエロー(10G、5G、G)、カドミウムイエロー、黄色酸化鉄、黄土、黄鉛、チタン黄、ポリアゾイエロー、オイルイエロー、ハンザイエロー(GR、A、RN、R)、ピグメントイエローL、ベンジジンイエロー(G、GR)、パーマネントイエロー(NCG)、バルカンファストイエロー(5G、R)、タートラジンレーキ、キノリンイエローレーキ、アンスラザンイエローBGL、イソインドリノンイエロー、ベンガラ、鉛丹、鉛朱、カドミウムレッド、カドミウムマーキュリレッド、アンチモン朱、パーマネントレッド4R、パラレッド、ファイセーレッド、パラクロルオルトニトロアニリンレッド、リソールファストスカーレットG、ブリリアントファストスカーレット、ブリリアントカーンミンBS、パーマネントレッド(F2R、F4R、FRL、FRLL、F4RH)、ファストスカーレットVD、ベルカンファストルビンB、ブリリアントスカーレットG、リソールルビンGX、パーマネントレッドF5R、ブリリアントカーミン6B、ピグメントスカーレット3B、ボルドー5B、トルイジンマルーン、パーマネントボルドーF2K、ヘリオボルドーBL、ボルドー10B、ボンマルーンライト、ボンマルーンメジアム、エオシンレーキ、ローダミンレーキB、ローダミンレーキY、アリザリンレーキ、チオインジゴレッドB、チオインジゴマルーン、オイルレッド、キナクリドンレッド、ピラゾロンレッド、ポリアゾレッド、クロームバーミリオン、ベンジジンオレンジ、ペリノンオレンジ、オイルオレンジ、コバルトブルー、セルリアンブルー、アルカリブルーレーキ、ピーコックブルーレーキ、ビクトリアブルーレーキ、無金属フタロシアニンブルー、フタロシアニンブルー、ファストスカイブルー、インダンスレンブルー(RS、BC)、インジゴ、群青、紺青、アントラキノンブルー、ファストバイオレットB、メチルバイオレットレーキ、コバルト紫、マンガン紫、ジオキサンバイオレット、アントラキノンバイオレット、クロムグリーン、ジンクグリーン、酸化クロム、ピリジアン、エメラルドグリーン、ピグメントグリーンB、ナフトールグリーンB、グリーンゴールド、アシッドグリーンレーキ、マラカイトグリーンレーキ、フタロシアニングリーン、アントラキノングリーン、酸化チタン、亜鉛華、リトボンなどが挙げられる。
前記着色剤の含有量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、前記トナーに対して、1質量%〜15質量%が好ましく、3質量%〜10質量%がより好ましい。前記含有量が、1質量%未満であると、着色力が不十分となることがあり、15質量%を超えると、トナーの定着を阻害することがある。
前記着色剤は、樹脂と複合化されたマスターバッチとして用いることもできる。マスターバッチの製造又はマスターバッチとともに混練される樹脂としては、上述した変性又は未変性ポリエステル樹脂の他にポリスチレン、ポリp−クロロスチレン、ポリビニルトルエン等のスチレン又はその置換体の重合体;スチレン−p−クロロスチレン共重合体、スチレン−プロピレン共重合体、スチレン−ビニルトルエン共重合体、スチレン−ビニルナフタリン共重合体、スチレン−アクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリル酸エチル共重合体、スチレン−アクリル酸ブチル共重合体、スチレン−アクリル酸オクチル共重合体、スチレン−メタクリル酸メチル共重合体、スチレン−メタクリル酸エチル共重合体、スチレン−メタクリル酸ブチル共重合体、スチレン−α−クロルメタクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−ビニルメチルケトン共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−イソプレン共重合体、スチレン−アクリロニトリル−インデン共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、スチレン−マレイン酸エステル共重合体等のスチレン系共重合体;ポリメチルメタクリレート、ポリブチルメタクリレート、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、エポキシ樹脂、エポキシポリオール樹脂、ポリウレタン、ポリアミド、ポリビニルブチラール、ポリアクリル酸樹脂、ロジン、変性ロジン、テルペン樹脂、脂肪族又は脂環族炭化水素樹脂、芳香族系石油樹脂、塩素化パラフィン、パラフィンワックスなどが挙げられる。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。
前記マスターバッチはマスターバッチ用の樹脂と着色剤とを高せん断力をかけて混合し、混練してマスターバッチを得ることができる。この際着色剤と樹脂の相互作用を高めるために、有機溶剤を用いることができる。また、いわゆるフラッシング法と呼ばれる着色剤の水を含んだ水性ペーストを樹脂と有機溶剤とともに混合混練を行い、着色剤を樹脂側に移行させ、水分と有機溶剤成分を除去する方法も着色剤のウエットケーキをそのまま用いることができるため乾燥する必要がなく、好ましく用いられる。混合混練するには3本ロールミル等の高せん断分散装置が好ましく用いられる。
<その他の成分>
前記その他の成分としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、離型剤、帯電制御剤、樹脂微粒子、磁性材料などが挙げられる。
−離型剤−
前記離型剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記ロウ類及びワックス類としては、例えば、カルナウバワックス、綿ロウ、木ロウ、ライスワックス等の植物系ワックス;ミツロウ、ラノリン等の動物系ワックス;オゾケライト、セルシン等の鉱物系ワックス;パラフィン、マイクロクリスタリン、ペトロラタム等の石油ワックス;などの天然ワックスが挙げられる。また、これら天然ワックスのほか、フィッシャー・トロプシュワックス、ポリエチレンワックス、ポリプロピレン等の合成炭化水素ワックス;エステル、ケトン、エーテル等の合成ワックス;などが挙げられる。更に、12−ヒドロキシステアリン酸アミド、ステアリン酸アミド、無水フタル酸イミド、塩素化炭化水素等の脂肪酸アミド系化合物;低分子量の結晶性高分子樹脂である、ポリ−n−ステアリルメタクリレート、ポリ−n−ラウリルメタクリレート等のポリアクリレートのホモ重合体あるいは共重合体(例えば、n−ステアリルアクリレート−エチルメタクリレートの共重合体等);側鎖に長いアルキル基を有する結晶性高分子、などを用いてもよい。
前記離型剤としては、これらは1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、本発明の離型剤としては、パラフィン、ポリエチレン、ポリプロピレン等の炭化水素系ワックスが好ましい。前記炭化水素系ワックスは、本発明の定着補助成分との相溶性が低いため、互いの機能を損なうことなく独立して作用することができるため、十分な低温定着性を得ることができる。
前記離型剤の前記トナーにおける含有量は、1質量%〜40質量%が好ましく、5質量%〜35質量%がより好ましい。
−帯電制御剤−
前記帯電制御剤としては、特に制限はなく、公知のもの中から目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ニグロシン系染料、トリフェニルメタン系染料、クロム含有金属錯体染料、モリブデン酸キレート顔料、ローダミン系染料、アルコキシ系アミン、4級アンモニウム塩(フッ素変性4級アンモニウム塩を含む)、アルキルアミド、燐の単体又はその化合物、タングステンの単体又はその化合物、フッ素系活性剤、サリチル酸の金属塩、サリチル酸誘導体の金属塩などが挙げられる。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。
前記帯電制御剤は、市販品を使用してもよく、該市販品としては、例えば、ニグロシン系染料のボントロン03、第四級アンモニウム塩のボントロンP−51、含金属アゾ染料のボントロンS−34、オキシナフトエ酸系金属錯体のE−82、サリチル酸系金属錯体のE−84、フェノール系縮合物のE−89(いずれも、オリエント化学工業株式会社製);第四級アンモニウム塩モリブデン錯体のTP−302、TP−415(いずれも、保土谷化学工業株式会社製);第四級アンモニウム塩のコピーチャージPSY VP2038、トリフェニルメタン誘導体のコピーブルーPR、第四級アンモニウム塩のコピーチャージ NEG VP2036、コピーチャージ NX VP434(いずれも、ヘキスト社製);LRA−901、ホウ素錯体であるLR−147(日本カーリット株式会社製);銅フタロシアニン、ペリレン、キナクリドン、アゾ系顔料、その他スルホン酸基、カルボキシル基、四級アンモニウム塩等の官能基を有する高分子系の化合物などが挙げられる。
前記帯電制御剤の前記トナーにおける含有量としては、前記結着樹脂の種類、添加剤の有無、分散方法等により異なり、一概に規定することができないが、例えば、前記樹脂成分100質量部に対し、0.1質量部〜10質量部が好ましく、0.2質量部〜5質量部がより好ましい。前記含有量が、0.1質量部未満であると、帯電制御性が得られないことがあり、10質量部を超えると、トナーの帯電性が大きくなりすぎ、主帯電制御剤の効果を減退させて、現像ローラとの静電的吸引力が増大し、現像剤の流動性低下や画像濃度の低下を招くことがある。
前記帯電制御剤はマスターバッチ、樹脂とともに溶融混練した後溶解分散させることもできるし、もちろん有機溶剤に直接溶解、分散する際に加えてもよいし、トナー表面にトナー粒子作製後固定化させてもよい。
−樹脂微粒子−
前記樹脂微粒子としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ビニル系樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ケイ素系樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、アニリン樹脂、アイオノマー樹脂、ポリカーボネート樹脂などが挙げられる。これらの中でも、微細球状樹脂粒子の水性分散体が得られやすい点から、ビニル系樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂及びそれらの併用が好ましく、ビニル系樹脂がより好ましい。
前記ビニル系樹脂としては、ビニル系モノマーを単独重合又は共重合したポリマーで、例えば、スチレン−(メタ)アクリル酸エステル樹脂、スチレン−ブタジエン共重合体、(メタ)アクリル酸−アクリル酸エステル重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−無水マレイン酸共重合体、スチレン−(メタ)アクリル酸共重合体などが挙げられる。これらの中でも、スチレン−メタクリル酸ブチル共重合体が好ましい。
また、前記樹脂微粒子としては、少なくとも2つの不飽和基を有する単量体を含んでなる共重合体を用いることもできる。
前記少なくとも2つの不飽和基を持つ単量体としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、メタクリル酸エチレンオキサイド付加物硫酸エステルのナトリウム塩(「エレミノールRS−30」、三洋化成工業社製)、ジビニルベンゼン、1,6−ヘキサンジオールアクリレートなどが挙げられる。
前記樹脂微粒子は、ガラス転移温度(Tg)が50℃〜70℃が好ましい。前記ガラス転移温度(Tg)が、50℃未満であると、トナーの耐熱保存性が悪化してしまい、保管時及び現像手段内でブロッキングを発生してしまうことがあり、70℃を超えると、樹脂微粒子が定着紙との接着性を阻害してしまい、定着下限温度が上がってしまうことがある。
前記樹脂微粒子の重量平均分子量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、9,000〜200,000が好ましい。前記重量平均分子量が、9,000未満であると、耐熱保存性が低下することがあり、200,000を超えると、低温定着性が低下することがある。
前記樹脂微粒子において、その平均粒径は5nm〜200nmが好ましく、20nm〜150nmがより好ましい。
前記樹脂微粒子の含有量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、0.5質量%〜5.0質量%が好ましい。前記含有量が、0.5質量%未満であると、トナーの表面硬度及び定着性を制御することが困難になることがあり、5.0質量%を超えると、樹脂微粒子がワックスのしみ出しを阻害して、オフセットが発生することがある。
−磁性材料−
前記磁性材料としては、特に制限はなく、目的に応じて公知のものの中から適宜選択することができ、例えば、鉄粉、マグネタイト、フェライトなどが挙げられる。これらの中でも、色調の点で白色のものが好ましい。
<トナーの製造方法>
本発明に用いられるトナーの製造方法としては、特に制限はなく、従来公知のトナーの製造方法の中から目的に応じて適宜選択することができるが、トナー母体粒子作製工程と、外添処理工程とを含み、更に必要に応じてその他の工程を含んでなる。
<<トナー母体粒子作製工程>>
前記トナー母体作製工程は、少なくとも結着樹脂、及び着色剤を含有するトナー母体粒子を作製する工程であり、例えば、混練粉砕法、重合法、溶解懸濁法、噴霧造粒法などが挙げられる。これらの中でも、粒径や形状制御しやすい点から、溶解懸濁等の重合法が特に好ましい。
−混練粉砕法−
前記混練粉砕法は、例えば、少なくとも結着樹脂、及び着色剤を含有するトナー材料を溶融混練し、得られた混練物を粉砕し、分級することにより、前記トナーの母体粒子を製造する方法である。前記溶融混練では、前記トナー材料を混合し、該混合物を溶融混練機に仕込んで溶融混練する。該溶融混練機としては、例えば、一軸又は二軸の連続混練機や、ロールミルによるバッチ式混練機を用いることができる。例えば、神戸製鋼所製KTK型二軸押出機、東芝機械社製TEM型押出機、ケイシーケイ社製二軸押出機、株式会社池貝製PCM型二軸押出機、ブス社製コニーダー等が好適に用いられる。この溶融混練は、結着樹脂の分子鎖の切断を招来しないような適正な条件で行うことが好ましい。具体的には、溶融混練温度は、結着樹脂の軟化点を参考にして行われ、該軟化点より高温過ぎると切断が激しく、低温すぎると分散が進まないことがある。
前記粉砕では、前記混練で得られた混練物を粉砕する。この粉砕においては、まず、混練物を粗粉砕し、次いで微粉砕することが好ましい。この際ジェット気流中で衝突板に衝突させて粉砕したり、ジェット気流中で粒子同士を衝突させて粉砕したり、機械的に回転するローターとステーターの狭いギャップで粉砕する方式が好ましく用いられる。
前記分級は、前記粉砕で得られた粉砕物を分級して所定粒径の粒子に調整する。前記分級は、例えば、サイクロン、デカンター、遠心分離器等により、微粒子部分を取り除くことにより行うことができる。前記粉砕及び分級が終了した後に、粉砕物を遠心力などで気流中にて分級し、所定の粒径のトナー母体粒子を製造することができる。
−重合法−
前記重合法によるトナーの製造方法としては、例えば、有機溶媒中に、活性水素基含有化合物、及び該活性水素基含有化合物と反応可能な部位を有する結着樹脂前駆体、結着樹脂、着色剤、及び離型剤を溶解乃至分散させて得られる溶解乃至分散液を水系媒体中に分散させて乳化分散液を得、得られた乳化分散液中で前記結着樹脂前駆体と前記活性水素基含有化合物と反応させ、有機溶媒を除去することを特徴とし、具体的には、油相調製工程、水相調製工程、トナー分散液調製工程、及び溶媒除去工程を含み、更に必要に応じてその他の工程を含んでなる。
−−油相調製工程−−
前記油相調製工程としては、有機溶媒中に、活性水素基含有化合物、及び該活性水素基含有化合物と反応可能な部位を有する結着樹脂前駆体、結着樹脂、着色剤、及び離型剤を溶解乃至分散させた溶解乃至分散液を調製する工程であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記油相を調製する方法としては、例えば、前記有機溶媒を攪拌しながら、前記有機溶媒中に、活性水素基含有化合物、及び該活性水素基含有化合物と反応可能な部位を有する結着樹脂前駆体、結着樹脂、着色剤、及び離型剤、更に必要に応じて前記帯電制御剤などを徐々に添加していき、溶解乃至分散させる方法などが挙げられる。
前記着色剤として顔料を用いる場合や、前記帯電制御剤などの有機溶媒に溶解しにくいようなものを前記有機溶媒添加する場合には、前記有機溶媒への添加に先立って粒子を小さくしておくことが好ましい。
前記着色剤のマスターバッチ化も好適な手段の一つであり、同様の方法を前記エステルワックス、及び前記帯電制御剤に適用することもできる。
また別の方法として、前記有機溶媒中で、必要に応じて分散助剤を添加し、前記着色剤、前記離型剤、前記帯電制御剤などを湿式で分散しウエットマスターを得ることも可能である。
更に別の方法として、前記有機溶媒の沸点未満で溶融するようなものを分散するのであれば、前記有機溶媒中で、必要に応じて分散助剤を添加し、分散質とともに攪拌しながら加熱を行い一旦溶解させた後、攪拌又はせん断を付与しながら冷却を行うことによって晶析を行い、分散質の微結晶を生成させる方法を行ってもよい。
以上の方法を用いて分散された前記着色剤、前記離型剤、及び必要により前記帯電制御剤を、前記有機溶媒中に活性水素基含有化合物、及び該活性水素基含有化合物と反応可能な部位を有する結着樹脂前駆体、結着樹脂とともに溶解又は分散した後、更に分散を行ってもよい。前記分散に際しては、特に制限はなく、公知のビーズミル、ディスクミルなどの分散機を用いることができる。
また、得られるトナーの力学的強度を高めたり、定着時における高温オフセットを防止したりする目的で、油相中に、前記活性水素基含有化合物と反応可能な官能基を有する結着樹脂前駆体を溶解して、即ち、油相が前記活性水素基含有化合物と結着樹脂前駆体を含有した状態で、トナーを製造することが好ましい。
前記油相調製工程において用いられる有機溶媒としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、沸点が100℃未満であることが、後の有機溶媒除去が容易になる点から好ましい。前記有機溶媒としては、例えば、トルエン、キシレン、ベンゼン、四塩化炭素、塩化メチレン、1,2−ジクロロエタン、1,1,2−トリクロロエタン、トリクロロエチレン、クロロホルム、モノクロロベンゼン、ジクロロエチリデン、酢酸メチル、酢酸エチル、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなどが挙げられる。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。
前記有機溶媒中に溶解又は分散させる結着樹脂がポリエステル骨格を有する樹脂である場合、例えば、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル系溶媒、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン系溶媒を用いることが、溶解性に優れる点から好ましい。これらの中でも、溶媒除去性の高い酢酸メチル、酢酸エチル、メチルエチルケトンが特に好ましい。
−−水相調製工程−−
前記水相調製工程は、水相を調製する工程であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記水相調製工程において用いられる水系媒体としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、水が挙げられる。前記水系媒体は、水単独でもよいし、水と混和可能な有機溶媒を併用してもよい。水と混和可能な有機溶媒としては、例えば、アルコール(例えば、メタノール、イソプロパノール、エチレングリコール等)、ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフラン、セルソルブ類(例えば、メチルセルソルブ等)、低級ケトン類(例えば、アセトン、メチルエチルケトン等)などが挙げられる。
前記水系媒体は、界面活性剤を更に含有することが好ましい。
前記界面活性剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、アルキルベンゼンスルホン酸塩、α−オレフィンスルホン酸塩、リン酸エステル、ジスルホン酸塩等の陰イオン界面活性剤;アルキルアミン塩、アミノアルコール脂肪酸誘導体、ポリアミン脂肪酸誘導体、イミダゾリン等のアミン塩型、アルキルトリメチルアンモニム塩、ジアルキルジメチルアンモニウム塩、アルキルジメチルベンジルアンモニウム塩、ピリジニウム塩、アルキルイソキノリニウム塩、塩化ベンゼトニウム等の四級アンモニウム塩型などの陽イオン界面活性剤;脂肪酸アミド誘導体、多価アルコール誘導体等の非イオン界面活性剤;アラニン、ドデシルジ(アミノエチル)グリシン、ジ(オクチルアミノエチル)グリシン、N−アルキル−N,N−ジメチルアンモニウムべタイン等の両性界面活性剤などが挙げられる。これらの中でも、溶媒を含む油滴を効率よく分散するためには、HLBが高めのジスルホン酸塩が好ましい。
前記水系媒体に含有される界面活性剤の含有量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、前記水系媒体中での濃度が、3質量%〜10質量%が好ましく、4質量%〜9質量%がより好ましく、5質量%〜8質量%が特に好ましい。前記濃度が、3質量%未満であると、油滴の分散を安定に行うことができずに油滴が粗大化してしまうことがあり、10質量%を超えると、油滴が小さくなりすぎることや、逆ミセル構造を形成して逆に分散安定性が低下して油滴の粗大化が発生することがある。
−−トナー分散液調製工程−−
前記トナー分散液調製工程としては、前記水相中に前記油相を分散させて乳化分散液(トナー分散液)を調製する工程であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記分散の方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、低速せん断式、高速せん断式、摩擦式、高圧ジェット式、超音波などの公知の設備を用いて分散する方法が挙げられる。前記トナー母体粒子の粒径を2μm〜20μmにするためには、高速せん断式分散機を用いた分散が好ましい。高速せん断式分散機を使用した場合、回転数については、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、1,000rpm〜30,000rpmが好ましく、5,000rpm〜20,000rpmがより好ましい。分散時間としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、バッチ方式の場合は、0.1分間〜5分間が好ましい。前記分散時間が、5分を超えると、望ましくない小径の粒子が残存してしまったり、分散が過分散状態になって系が不安定になり凝集体や粗大粒子が発生したりすることがある。分散時の温度としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、0℃〜40℃が好ましく、10℃〜30℃がより好ましい。前記分散時の温度が、0℃未満であると、分散体の粘度が高くなり、分散に必要なせん断エネルギーが増大するため製造効率が低下することがある。前記分散時の温度が、40℃を超えると、分子運動が活発になることから分散安定性が低下し凝集体や粗大粒子が発生しやすくなることがある。
前記トナー分散液に含有される有機溶媒の含有量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、10質量%〜70質量%が好ましく、25質量%〜60質量%がより好ましく、40質量%〜55質量%が特に好ましい。
なお、前記トナー分散液に含まれる有機溶媒の含有量は、前記トナー分散液の状態において、固形分(前記結着樹脂、前記着色剤、前記離型剤、及び必要に応じて前記帯電制御剤など)に対する含有量である。
−−溶媒除去工程−−
前記溶媒除去工程は、前記トナー分散液に含まれる溶媒を除去する工程であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、トナー分散液に含まれる有機溶媒を完全に除去する工程が好ましく、例えば、前記トナー分散液を攪拌しながら徐々に昇温して液滴中の有機溶媒を完全に蒸発除去する方法、前記トナー分散液を攪拌しながら乾燥雰囲気中に噴霧して液滴中の有機溶媒を完全に除去する方法、前記トナー分散液を攪拌しながら減圧して有機溶媒を蒸発除去する方法などが挙げられる。後の2つの手段は、最初の手段と併用することも可能である。
前記トナー分散液が噴霧される乾燥雰囲気としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、空気、窒素、炭酸ガス、燃焼ガスなどを加熱した気体が挙げられる。
前記乾燥雰囲気の温度としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、最高沸点溶媒の沸点以上の温度が好ましい。
前記噴霧は、例えば、スプレードライヤー、ベルトドライヤー、ロータリーキルンなどを用いて行われる。これらを用いると短時間の処理で十分に目的とする品質が得られる。
−−その他の工程−−
前記その他の工程としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、熟成工程、洗浄工程、乾燥工程などが挙げられる。
−−−熟成工程−−−
前記油相が、前記活性水素基含有化合物の活性水素基と反応可能な官能基を有するポリエステル樹脂(プレポリマー)を含有する場合は、前記プレポリマーの伸長、架橋反応を進めるために熟成工程を行うことが好ましい。
前記熟成工程としては、前記溶媒除去工程の後であって、前記洗浄工程の前に行うことが好ましい。
前記熟成工程における熟成時間としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、10分間〜40時間が好ましく、2時間〜24時間がより好ましい。
前記熟成工程における反応温度としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、0℃〜65℃が好ましく、35℃〜50℃がより好ましい。
−−−洗浄工程−−−
前記洗浄工程としては、前記溶媒除去工程に続いて、又は前記熟成工程に続いて、前記トナー分散液に含有されるトナー(トナー母体粒子)を洗浄する工程であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記トナー分散液は、トナー母体粒子の他、界面活性剤等の分散剤といった副材料が含まれているため、前記トナー分散液からトナー母体粒子のみを取り出すために洗浄を行う。
前記トナー母体粒子の洗浄方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、遠心分離法、減圧濾過法、フィルタープレス法などが挙げられる。いずれの方法によってもトナー母体粒子のケーキ体が得られるが、一度の操作で十分に洗浄できない場合は、得られたケーキを再度水系媒体に分散させてスラリーにして前記のいずれかの方法でトナー母体粒子を取り出す工程を繰り返してもよいし、減圧濾過法又はフィルタープレス法によって洗浄を行うのであれば、水系媒体をケーキに貫通させてトナー母体粒子が抱き込んだ副材料を洗い流す方法を採ってもよい。この洗浄に用いる水系媒体は水、又は水にメタノール、エタノールなどのアルコールを混合した混合溶媒を用いるが、コストや排水処理などによる環境負荷を考えると、水を用いることが好ましい。
−−−乾燥工程−−−
前記乾燥工程としては、前記洗浄工程後に、前記トナー母体粒子を乾燥する工程であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記洗浄工程により洗浄されたトナー母体粒子は水分を多く含んでいるため、乾燥を行い前記粒子から水分を除去することでトナー母体粒子のみを得ることができる。
前記トナー母体粒子から水分を除去する方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、スプレードライヤー、真空凍結乾燥機、減圧乾燥機、静置棚乾燥機、移動式棚乾燥機、流動槽乾燥機、回転式乾燥機、攪拌式乾燥機などの乾燥機を使用する方法が挙げられる。
前記水分の除去は、トナー母体粒子の水分量が1質量%未満になるまで行うのが好ましい。また、水分除去後のトナー母体粒子が軟凝集をしており使用に際して不都合が生じる場合には、ジェットミル、ヘンシェルミキサー、スーパーミキサー、コーヒーミル、オースターブレンダー、フードプロセッサーなどの装置を利用して解砕を行い、軟凝集をほぐしてもよい。
<<外添処理工程>>
前記外添処理工程は、前記トナー母体粒子に、無機微粒子及び脂肪酸金属塩粒子を含有する外添剤を外添する工程である。
前記トナー母体粒子への無機微粒子及び脂肪酸金属塩粒子の外添方法は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、高速流動式混合機等を用いて外添する方法が挙げられる。最終トナーの無機微粒子の遊離率、脂肪酸金属塩の遊離率が請求の範囲にするように工程を調整する必要がある。
このため、必要に応じてこれらの添加剤を事前に個別あるいは混合して解砕して、粗大凝集物を除去してトナー粒子に外添してもよいし、トナー母体粒子、無機微粒子、脂肪酸金属塩、その他材料を個別に投入し混合をしても構わないし、混合後に別手段で外添剤を混ぜ合わせる方法を使用してもよい。
本発明においては、前記疎水性シリカ粒子の遊離率Ya及び前記脂肪酸金属塩粒子の遊離率Ybを上記数値範囲に調整するため、(1)無機微粒子をトナー母体粒子に外添した後、脂肪酸金属塩粒子をトナー母体粒子に外添することが好ましい。
また、(2)無機微粒子をトナー母体粒子に外添する際の高速流動式混合機の回転数、時間、温度などの諸条件を変えることで外添剤の付着状態を変えることが好ましい。
前記外添剤の混合条件としては、無機微粒子及び脂肪酸金属塩粒子を混合する際の投入順序、高速流動式混合機の回転数、混合時間、層内温度などを調整することで狙いの値を得ることができる。
具体的には、トナー母体粒子と無機微粒子を混合した後、脂肪酸金属塩粒子を後添加して脂肪酸金属塩粒子を緩く付着する方法が挙げられる。
前記無機微粒子と前記脂肪酸金属塩粒子を同時に添加すると、脂肪酸金属塩粒子が無機微粒子よりトナー側に存在することで、無機微粒子の遊離量が増えたり、逆帯電などのサイトを存在しやすくしてしまうことから、混合時に無機微粒子を付着したのち、脂肪酸金属塩粒子を付着することで、それぞれの機能を十分発揮できることとなる。
前記脂肪酸金属塩粒子の混合は均一化できるように混合し、前記遊離率Ybが目的とする数値範囲に入れば十分であり、強く付着させる必要はないので、無機微粒子よりも高速流動式混合機の回転数、混合時間を少なくすることが好ましい。
本発明のトナーの体積平均粒径Dvは、3.0μm〜7.0μmが好ましく、3.5μm〜6.5μmがより好ましい。個数平均粒径に対する体積平均粒径の比(Dv/Dn)は1.2以下が好ましく、1.10〜1.20がより好ましい。また、粒径が2μm以下である成分を1個数%以上10個数%以下含有することが好ましい。
前記体積平均粒径が3.0μm以上で、静電潜像担持体表面に残留したトナーのクリーニング性が良好となり、7.0μm以下でプリント画像のドット再現性や粒状性が良好となり、定着性も良好となる。
ここで、トナーの粒度分布の測定装置としては、例えば、コールターマルチサイザーIII(コールター社製)が用いられる。以下に測定方法について述べる。
まず、電解水溶液100mL〜150mL中に分散剤として界面活性剤(好ましくはアルキルベンゼンスルフォン酸塩)を0.1mL〜5mL加える。ここで、電解液とは1級塩化ナトリウムを用いて1質量%NaCl水溶液を調製したもので、例えばISOTON−II(コールター社製)が使用できる。ここで、更に測定試料を2mg〜20mg加える。試料を懸濁した電解液は、超音波分散器で約1〜3分間分散処理を行い、前記測定装置により、アパーチャーとして100μmアパーチャーを用いて、トナー粒子又はトナーの体積、個数を測定して、体積分布と個数分布を算出する。得られた分布から、トナーの体積平均粒径Dv、個数平均粒径Dnを求めることができる。
−平均円形度−
前記トナーの平均円形度は0.93〜0.99が好ましく、0.94〜0.98がより好ましい。前記平均円形度が0.93以上であると静電潜像担持体から転写紙あるいは中間転写体への一次転写又は中間転写体から転写紙での二次転写性が良好となり、0.99以下で、静電潜像担持体表面に残留したトナーのクリーニング性が良好となる。
ここで、前記トナーの平均円形度は、以下のようにして測定することができる。
超微粉トナーの計測にフロー式粒子像分析装置(「FPIA−2100」、シスメックス社製)を用いて計測し、解析ソフト(FPIA−2100 Data Processing Program for FPIA version00−10)を用いて解析を行った。具体的には、ガラス製100mLビーカーに10質量%界面活性剤(アルキルベンゼンスフォン酸塩、ネオゲンSC−A、第一工業製薬株式会社製)を0.1ml〜0.5ml添加し、各トナー0.1g〜0.5g添加しミクロスパーテルでかき混ぜ、次いでイオン交換水80mLを添加した。得られた分散液を超音波分散器(本多電子株式会社製)で3分間分散処理した。前記分散液を、前記FPIA−2100を用いて濃度を5,000個/μL〜15,000個/μLが得られるまでトナーの形状及び分布を測定した。本測定法は平均円形度の測定再現性の点から前記分散液濃度が5,000個/μL〜15,000個/μLにすることが重要である。前記分散液濃度を得るために前記分散液の条件、即ち添加する界面活性剤量、トナー量を変更する必要がある。界面活性剤量は前述したトナー粒径の測定と同様にトナーの疎水性により必要量が異なり、多く添加すると泡によるノイズが発生し、少ないとトナーを十分に濡らすことができないため、分散が不十分となる。またトナー添加量は粒径のより異なり、小粒径の場合は少なく、また大粒径の場合は多くする必要があり、トナー粒径が3μm〜7μmの場合には、トナー量を0.1g〜0.5g添加することにより分散液濃度を5,000個/μL〜15,000個/μLに合わせることが可能となる。
本発明のトナーの着色としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、ブラックトナー、シアントナー、マゼンタトナー及びイエロートナーから選択される少なくとも1種とすることができ、各色のトナーは前記着色剤の種類を適宜選択することにより得ることができる。
<現像剤>
本発明で用いられる現像剤は、本発明の前記トナーを少なくとも含有してなり、キャリア等の適宜選択したその他の成分を含有してなる。該現像剤としては、一成分現像剤であってもよいし、二成分現像剤であってもよいが、近年の情報処理速度の向上に対応した高速プリンタ等に使用する場合には、寿命向上等の点で前記二成分現像剤が好ましい。
本発明の前記トナーを用いた前記一成分現像剤の場合、トナーの収支が行われても、トナーの粒子径の変動が少なく、現像ローラへのトナーのフィルミング、トナーを薄層化するためのブレード等の部材へのトナーの融着がなく、現像手段の長期の使用(撹拌)においても、良好で安定した現像性及び画像が得られる。また、本発明の前記トナーを用いた前記二成分現像剤の場合、長期にわたるトナーの収支が行われても、現像剤中のトナー粒子径の変動が少なく、現像手段における長期の撹拌においても、良好で安定した現像性が得られる。
前記キャリアとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、芯材と、該芯材を被覆する樹脂層とを有するものが好ましい。
前記芯材の材料としては、特に制限はなく、公知のものの中から適宜選択することができ、例えば、50emu/g〜90emu/gのマンガン−ストロンチウム(Mn−Sr)系材料、マンガン−マグネシウム(Mn−Mg)系材料等が好ましく、画像濃度の確保の点では、鉄粉(100emu/g以上)、マグネタイト(75emu/g〜120emu/g)等の高磁化材料が好ましい。また、トナーが穂立ち状態となっている感光体への当りを弱くでき高画質化に有利である点で、銅−ジンク(Cu−Zn)系(30emu〜80emu/g)等の弱磁化材料が好ましい。これらは、1種単独で使用してもよい、2種以上を併用してもよい。
前記芯材の粒径としては、体積平均粒径で、10μm〜150μmが好ましく、20μm〜80μmがより好ましい。
前記平均粒径(体積平均粒径(D50))が、10μm未満であると、キャリア粒子の分布において、微粉系が多くなり、1粒子当たりの磁化が低くなってキャリア飛散を生じることがあり、150μmを超えると、比表面積が低下し、トナーの飛散が生じることがあり、ベタ部分の多いフルカラーでは、特にベタ部の再現が悪くなることがある。
前記樹脂層の材料としては、特に制限はなく、公知の樹脂の中から目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、アミノ系樹脂、ポリビニル系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ハロゲン化オレフィン樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリフッ化ビニル樹脂、ポリフッ化ビニリデン樹脂、ポリトリフルオロエチレン樹脂、ポリヘキサフルオロプロピレン樹脂、フッ化ビニリデンとアクリル単量体との共重合体、フッ化ビニリデンとフッ化ビニルとの共重合体、テトラフルオロエチレンとフッ化ビニリデンと非フッ化単量体とのターポリマー等のフルオロターポリマー、シリコーン樹脂、などが挙げられる。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。
前記アミノ系樹脂としては、例えば、尿素−ホルムアルデヒド樹脂、メラミン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、ユリア樹脂、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂等が挙げられる。前記ポリビニル系樹脂としては、例えば、アクリル樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂、ポリアクリロニトリル樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリビニルブチラール樹脂等が挙げられる。前記ポリスチレン系樹脂としては、例えば、ポリスチレン樹脂、スチレン−アクリル共重合樹脂などが挙げられる。前記ハロゲン化オレフィン樹脂としては、例えば、ポリ塩化ビニルなどが挙げられる。前記ポリエステル系樹脂としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂などが挙げられる。
前記樹脂層には、必要に応じて導電粉等を含有させてもよく、前記導電粉としては、例えば、金属粉、カーボンブラック、酸化チタン、酸化錫、酸化亜鉛などが挙げられる。これらの導電粉の平均粒子径としては、1μm以下が好ましい。前記平均粒子径が1μmを超えると、電気抵抗の制御が困難になることがある。
前記樹脂層は、例えば、前記シリコーン樹脂等を溶剤に溶解させて塗布溶液を調製した後、該塗布溶液を前記芯材の表面に公知の塗布方法により均一に塗布し、乾燥した後、焼付を行うことにより形成することができる。前記塗布方法としては、例えば、浸漬法、スプレー法、ハケ塗り法などが挙げられる。
前記溶剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、トルエン、キシレン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、セルソルブチルアセテートなどが挙げられる。
前記焼付としては、特に制限はなく、外部加熱方式であってもよいし、内部加熱方式であってもよく、例えば、固定式電気炉、流動式電気炉、ロータリー式電気炉、バーナー炉等を用いる方法、マイクロウエーブを用いる方法などが挙げられる。
前記樹脂層の前記キャリアにおける量としては、0.01質量%〜5.0質量%が好ましい。前記量が、0.01質量%未満であると、前記芯材の表面に均一な前記樹脂層を形成することができないことがあり、5.0質量%を超えると、前記樹脂層が厚くなり過ぎてキャリア同士の造粒が発生し、均一なキャリア粒子が得られないことがある。
前記現像剤が前記二成分現像剤である場合、前記キャリアの該二成分現像剤における含有量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、90質量%〜98質量%が好ましく、93質量%〜97質量%がより好ましい。
<現像剤入り容器>
本発明で用いられる現像剤入り容器は、本発明の前記トナーが収容されているが、容器としては、特に制限はなく、適宜選択することができ、例えば、容器本体とキャップを有するものなどが挙げられる。また、容器本体の大きさ、形状、構造、材質等については、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、前記形状としては、円筒状等であることが好ましく、内周面にスパイラル状の凹凸が形成され、回転させることにより、内容物である現像剤が排出口側に移行することが可能であり、スパイラル状の凹凸の一部又は全てが蛇腹機能を有することが特に好ましい。前記材質としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、寸法精度がよいものであることが好ましく、例えば、ポリエステル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリアクリル酸、ポリカーボネート樹脂、ABS樹脂、ポリアセタール樹脂などが挙げられる。
前記現像剤入り容器は、保存、搬送等が容易であり、取扱性に優れるため、後述するプロセスカートリッジ、画像形成装置等に着脱可能に取り付け、現像剤の補給に使用することができる。
(画像形成装置及び画像形成方法)
本発明の画像形成装置は、静電潜像担持体と、帯電手段と、露光手段と、現像手段と、転写手段と、定着手段と、クリーニング手段とを少なくとも有してなり、更に必要に応じて適宜選択したその他の手段、例えば、除電手段、リサイクル手段、制御手段等を有してなる。なお、前記帯電手段と前記露光手段を合わせて静電潜像形成手段と称することもある。
本発明で用いられる画像形成方法は、帯電工程と、露光工程と、現像工程と、転写工程と、定着工程と、クリーニング工程とを少なくとも含み、更に必要に応じて適宜選択したその他の工程、例えば、除電工程、リサイクル工程、制御工程等を含む。なお、前記帯電工程と前記露光工程を合わせて静電潜像形成工程と称することもある。
本発明で用いられる画像形成方法は、本発明の画像形成装置により好適に実施することができ、前記帯電工程は前記帯電手段により行うことができ、前記露光工程は前記露光手段により行うことができ、前記現像工程は前記現像手段により行うことができ、前記転写工程は前記転写手段により行うことができ、前記定着工程は前記定着手段により行うことができ、前記クリーニング工程は前記クリーニング手段により行うことができ、前記その他の工程は前記その他の手段により行うことができる。
本発明の画像形成装置は、プロセス線速が300mm/s〜1,500mm/sであることが好ましい。
また、本発明に用いられる画像形成方法は、フルカラー画像形成方法に好適であり、タンデム方式の電子写真画像形成プロセスを採用することが好ましい。
前記フルカラー画像形成方法は、二次転写工程において、トナー像の記録媒体への転写の線速度は300mm/sec〜1,000mm/secであり、二次転写手段のニップ部での転写時間は0.5msec〜20msecとすることが好ましい。
<静電潜像担持体>
前記静電潜像担持体(以下、「電子写真感光体」、「感光体」と称することがある)としては、その材質、形状、構造、大きさ等について特に制限はなく、公知のものの中から適宜選択することができるが、その形状としてはドラム状が好適に挙げられ、その材質としては、例えば、アモルファスシリコン、セレン等の無機感光体、ポリシラン、フタロポリメチン等の有機感光体などが挙げられる。これらの中でも、長寿命性の点でアモルファスシリコン等が好ましい。
前記アモルファスシリコン感光体としては、例えば、支持体を50℃〜400℃に加熱し、該支持体上に真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、熱CVD法、光CVD法、プラズマCVD法等の成膜法によりa−Siからなる光導電層を有する感光体(以下、「a−Si系感光体」と称することがある)を用いることができる。これらの中でも、プラズマCVD法、即ち、原料ガスを直流又は高周波あるいはマイクロ波グロー放電によって分解し、支持体上にa−Si堆積膜を形成する方法が好適である。
<帯電工程及び帯電手段>
前記帯電工程は、前記静電潜像担持体の表面を帯電させる工程であり、帯電手段により実施される。
前記帯電は、例えば、前記帯電器を用いて前記静電潜像担持体の表面に電圧を印加することにより行うことができる。
前記帯電器としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、導電性又は半導電性のローラ、ブラシ、フィルム、ゴムブレード等を備えたそれ自体公知の接触帯電器、コロトロン、スコロトロン等のコロナ放電を利用した非接触帯電器、などが挙げられる。
前記帯電手段の形状としてはローラの他にも、磁気ブラシ、ファーブラシ等のどのような形態をとってもよく、電子写真方式の画像形成装置の仕様及び形態にあわせて選択可能である。磁気ブラシを用いる場合、磁気ブラシは、例えば、Zn−Cuフェライト等、各種フェライト粒子を帯電手段として用い、これを支持させるための非磁性の導電スリーブ、これに内包されるマグネットロールによって構成される。又はブラシを用いる場合、例えば、ファーブラシの材質としては、カーボン、硫化銅、金属又は金属酸化物により導電処理されたファーを用い、これを金属又は他の導電処理された芯金に巻き付けたり、張り付けたりすることで帯電器とする。
前記帯電器は、前記のような接触式の帯電器に限定されるものではないが、帯電器から発生するオゾンが低減された画像形成装置が得られる利点がある。
前記帯電器が静電潜像担持体に接触乃至非接触状態で配置され、直流及び交流電圧を重畳印加することによって静電潜像担持体表面を帯電するものが好ましい。
また、帯電器が、静電潜像担持体にギャップテープを有し非接触に近接配置された帯電ローラであり、該帯電ローラに直流並びに交流電圧を重畳印加することによって電子写真感光体表面を帯電するものも好ましい。
ここで、前記帯電手段としては、例えば、図1及び図2に示した接触式の帯電手段を用いることができる。
<<ローラ式帯電装置>>
図1に接触式帯電手段の一種であるローラ式帯電手段500の一例の概略構成を示した。被帯電体である感光体505は図1中矢印の方向に所定の速度(プロセススピード)で回転駆動される。この感光体505に接触させた帯電手段である帯電ローラ501は芯金502とこの芯金502の外周に同心一体にローラ上に形成した導電ゴム層503を基本構成とする。芯金502の両端を不図示の軸受け部材などで回転自由に保持させるとともに、不図示の加圧手段によって感光ドラムに所定の加圧力で押圧させており、図1の場合はこの帯電ローラ501は感光体505の回転駆動に従動して回転する。帯電ローラ501は、直径9mmの芯金上に100,000Ω・cm程度の中抵抗の導電ゴム層503を被膜して直径16mmに形成されている。帯電ローラ501の芯金502と図示の電源504とは電気的に接続されており、電源504により帯電ローラ501に対して所定のバイアスが印加される。これにより感光体505の周面が所定の極性、電位に一様に帯電処理される。
<<ファーブラシ式帯電手段>>
本発明で用いられる帯電手段の形状としては、ローラ式帯電手段の他にも、磁気ブラシ式帯電手段、ファーブラシ式帯電手段など、どのような形態をとってもよく、電子写真装置の仕様や形態にあわせて選択可能である。磁気ブラシ式帯電手段を用いる場合、磁気ブラシは例えばZn−Cuフェライト等、各種フェライト粒子を帯電手段として用い、これを支持させるための非磁性の導電スリーブ、これに内包されるマグネットロールによって構成される。又はブラシ式帯電手段を用いる場合、例えば、ファーブラシの材質としては、カーボン、硫化銅、金属、及び金属酸化物により導電処理されたファーを用い、これを金属や他の導電処理された芯金に巻き付けたり張り付けたりすることで帯電手段とする。
図2に接触式のブラシ式帯電手段510の一例の概略構成を示した。被帯電体としての像担持体としての感光体515は図2中矢印の方向に所定の速度(プロセススピード)で回転駆動される。この感光体515に対して、ファーブラシによって構成されるファーブラシローラ511が、ブラシ部513の弾性に抗して所定の押圧力をもって所定のニップ幅で接触させてある。
本例における接触式帯電手段としてのファーブラシローラ511は、電極を兼ねる直径6mmの金属製の芯金512に、ブラシ部513としてユニチカ株式会社製の導電性レーヨン繊維REC−Bをパイル地にしたテープをスパイラル状に巻き付けて、外径14mm、長手方向長さ250mmのロールブラシとしたものである。ブラシ部513のブラシは300デニール/50フィラメント、1平方ミリメートル当たり155本の密度である。このロールブラシを内径が12mmのパイプ内に一方向に回転させながらさし込み、ブラシと、パイプが同心となるように設定し、高温多湿雰囲気中に放置してクセ付けで斜毛させた。
ファーブラシローラ511の抵抗値は印加電圧100Vにおいて1×10Ωである。この抵抗値は、金属製の直径30mmのドラムにファーブラシローラをニップ幅3mmで当接させ、100Vの電圧を印加したときに流れる電流から換算した。このブラシ式帯電手段510の抵抗値は、被帯電体である感光体515上にピンホール等の低耐圧欠陥部が生じた場合にもこの部分に過大なリーク電流が流れ込んで帯電ニップ部が帯電不良になる画像不良を防止するために10Ω以上必要であり、感光体515表面に十分に電荷を注入させるために10Ω以下である必要がある。
前記ブラシの材質としては、例えば、ユニチカ株式会社製のREC−B以外にも、REC−C、REC−M1、REC−M10、更に東レ株式会社製のSA−7、日本蚕毛株式会社製のサンダーロン、カネボウ株式会社製のベルトロン、クラレ株式会社製のクラカーボ、レーヨンにカーボンを分散したもの、三菱レーヨン株式会社製のローバル等が挙げられる。前記ブラシは、一本が3デニール〜10デニールで、10フィラメント/束〜100フィラメント/束、80本/mm〜600本/mmの密度が好ましい。毛足は1mm〜10mmが好ましい。
このファーブラシローラ511は感光体515の回転方向と逆方向(カウンター)に所定の周速度(表面の速度)をもって回転駆動され、感光体面に対して速度差を持って接触する。そして、このブラシローラ511に電源514から所定の帯電電圧が印加されることで、回転感光体面が所定の極性・電位に一様に接触帯電処理される。
本例では該ファーブラシローラ511による感光体515の接触帯電は直接注入帯電が支配的となって行われ、回転感光体表面はファーブラシローラ511に対する印加帯電電圧とほぼ等しい電位に帯電される。
本発明で用いられる帯電手段の形状としてはファーブラシローラ511の他にも、帯電ローラ、ファーブラシなど、どのような形態をとってもよく、画像形成装置の仕様や形態にあわせて選択可能である。帯電ローラを用いる場合、芯金上に100,000Ω・cm程度の中抵抗ゴム層を被膜して用いるのが一般的である。磁気ブラシを用いる場合、磁気ブラシは、例えば、Zn−Cuフェライト等、各種フェライト粒子を帯電手段として用い、これを支持させるための非磁性の導電スリーブ、これに内包されるマグネットロールによって構成される。
接触帯電手段としての磁気ブラシとしては、平均粒径25μmのZn−Cuフェライト粒子と、平均粒径10μmのZn−Cuフェライト粒子を、重量比1:0.05で混合して、それぞれの平均粒径の位置にピークを有する、平均粒径25μmのフェライト粒子を、中抵抗樹脂層でコートした磁性粒子を用いた。接触帯電手段は、上述で作成された被覆磁性粒子、及び、これを支持させるための非磁性の導電スリーブ、これに内包されるマグネットロールによって構成され、前記被覆磁性粒子をスリーブ上に、厚み1mmでコートして、感光体との間に幅約5mmの帯電ニップを形成した。また、該磁性粒子保持スリーブと感光体との間隙は、約500μmとした。更に、マグネットロールは、スリーブ表面が、感光体表面の周速に対して、その2倍の速さで逆方向に摺擦するように、回転され、感光体と磁気ブラシとが均一に接触するようにした。
<露光工程及び露光手段>
前記露光工程は、帯電された静電潜像担持体表面を露光する工程であり、前記露光手段により行われる。
前記露光は、例えば、前記露光手段を用いて前記静電潜像担持体の表面を像様に露光することにより行うことができる。
前記露光における光学系は、アナログ光学系とデジタル光学系とに大別される。前記アナログ光学系は、原稿を光学系により直接静電潜像担持体上に投影する光学系であり、前記デジタル光学系は、画像情報が電気信号として与えられ、これを光信号に変換して電子写真感光体を露光し作像する光学系である。
前記露光手段としては、前記帯電手段により帯電された前記静電潜像担持体の表面に、形成すべき像様に露光を行うことができる限り特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、複写光学系、ロッドレンズアレイ系、レーザ光学系、液晶シャッタ光学系、LED光学系、などの各種露光器が挙げられる。
なお、本発明においては、前記静電潜像担持体の裏面側から像様に露光を行う光背面方式を採用してもよい。
<現像工程及び現像手段>
前記現像工程は、前記静電潜像を、本発明の前記トナー乃至前記現像剤を用いて現像して可視像を形成する工程である。
前記可視像の形成は、例えば、前記静電潜像を本発明の前記トナー乃至前記現像剤を用いて現像することにより行うことができ、前記現像手段により行うことができる。
前記現像手段は、例えば、本発明の前記トナー乃至前記現像剤を用いて現像することができる限り、特に制限はなく、公知のものの中から適宜選択することができ、例えば、本発明の前記トナー乃至現像剤を収容し、前記静電潜像に該トナー乃至該現像剤を接触又は非接触的に付与可能な現像器を少なくとも有するものが好適に挙げられ、本発明の前記トナー入り容器を備えた現像器などがより好ましい。
前記現像器は、乾式現像方式のものであってもよいし、湿式現像方式のものであってもよく、また、単色用現像器であってもよいし、多色用現像器であってもよく、例えば、前記トナー乃至前記現像剤を摩擦攪拌させて帯電させる攪拌器と、回転可能なマグネットローラとを有してなるもの、などが好適に挙げられる。
前記現像器内では、例えば、前記トナーと前記キャリアとが混合攪拌され、その際の摩擦により該トナーが帯電し、回転するマグネットローラの表面に穂立ち状態で保持され、磁気ブラシが形成される。該マグネットローラは、前記静電潜像担持体近傍に配置されているため、該マグネットローラの表面に形成された前記磁気ブラシを構成する前記トナーの一部は、電気的な吸引力によって該静電潜像担持体の表面に移動する。その結果、前記静電潜像が該トナーにより現像されて該静電潜像担持体の表面に該トナーによる可視像が形成される。
前記現像器に収容させる現像剤は、本発明の前記トナーを含む現像剤であるが、該現像剤としては一成分現像剤であってもよいし、二成分現像剤であってもよい。該現像剤に含まれるトナーは、本発明の前記トナーである。
ここで、本発明において感光体の潜像を現像するに際しては、交互電界を印加することが好ましい。図3に示した現像手段としての現像器600において、現像時、現像スリーブ601には、電源602により現像バイアスとして、直流電圧に交流電圧を重畳した振動バイアス電圧が印加される。背景部電位と画像部電位は、前記振動バイアス電位の最大値と最小値の間に位置している。これによって現像部603に向きが交互に変化する交互電界が形成される。この交互電界中で現像剤のトナーとキャリアが激しく振動し、トナー605が現像スリーブ601及びキャリアへの静電的拘束力を振り切って感光体604に飛翔し、感光体の潜像に対応して付着する。なお、トナー605は、本発明のトナーである。
振動バイアス電圧の最大値と最小値の差(ピーク間電圧)は、0.5kV〜5kVが好ましく、周波数は1kHz〜10kHzが好ましい。振動バイアス電圧の波形は、矩形波、サイン波、三角波等が使用できる。振動バイアスの直流電圧成分は、前記したように背景部電位と画像部電位の間の値であるが、画像部電位よりも背景部電位に近い値である方が、背景部電位領域へのかぶりトナーの付着を防止する上で好ましい。
振動バイアス電圧の波形が矩形波の場合、デューティ比を50%以下とすることが好ましい。ここで、前記デューティ比とは、振動バイアスの1周期中でトナーが感光体に向かおうとする時間の割合である。このようにすることにより、トナーが感光体に向かおうとするピーク値とバイアスの時間平均値との差を大きくすることができるので、トナーの運動が更に活発化し、トナーが潜像面の電位分布に忠実に付着してざらつき感や解像力を向上させることができる。またトナーとは逆極性の電荷を有するキャリアが感光体に向かおうとするピーク値とバイアスの時間平均値との差を小さくすることができるので、キャリアの運動を沈静化し、潜像の背景部にキャリアが付着する確率を大幅に低減することができる。
<転写工程及び転写手段>
前記転写工程は、前記可視像を記録媒体に転写する工程であるが、中間転写体を用い、該中間転写体上に可視像を一次転写した後、該可視像を前記記録媒体上に二次転写する態様が好ましく、前記トナーとして二色以上、好ましくはフルカラートナーを用い、可視像を中間転写体上に転写して複合転写像を形成する第一次転写工程と、該複合転写像を記録媒体上に転写する第二次転写工程とを含む態様がより好ましい。
前記転写は、例えば、前記可視像を転写帯電器を用いて前記静電潜像担持体を帯電することにより行うことができ、前記転写手段により行うことができる。前記転写手段としては、可視像を中間転写体上に転写して複合転写像を形成する第一次転写手段と、該複合転写像を記録媒体上に転写する第二次転写手段とを有する態様が好ましい。
なお、前記中間転写体としては、特に制限はなく、目的に応じて公知の転写体の中から適宜選択することができ、例えば、転写ベルト等が好適に挙げられる。
前記転写手段(前記第一次転写手段、前記第二次転写手段)は、前記静電潜像担持体上に形成された前記可視像を前記記録媒体側へ剥離帯電させる転写器を少なくとも有するのが好ましい。前記転写手段は、1つであってもよいし、2つ以上であってもよい。前記転写器としては、コロナ放電によるコロナ転写器、転写ベルト、転写ローラ、圧力転写ローラ、粘着転写器、などが挙げられる。
なお、記録媒体としては、代表的には普通紙であるが、現像後の未定着像を転写可能なものなら、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、OHP用のPETベース等も用いることができる。
次に、中間転写ベルトについて説明する。前記中間転写ベルトは、単層の樹脂層であることが好ましいが、必要に応じて、弾性層、表層などを有してもよい。
前記樹脂層を構成する樹脂材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ポリカーボネート、フッ素系樹脂(ETFE、PVDF)、ポリスチレン、クロロポリスチレン、ポリ−α−メチルスチレン、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−塩化ビニル共重合体、スチレン−酢酸ビニル共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、スチレン−アクリル酸エステル共重合体(スチレン−アクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリル酸エチル共重合体、スチレン−アクリル酸ブチル共重合体、スチレン−アクリル酸オクチル共重合体及びスチレン−アクリル酸フェニル共重合体等)、スチレン−メタクリル酸エステル共重合体(スチレン−メタクリル酸メチル共重合体、スチレン−メタクリル酸エチル共重合体、スチレン−メタクリル酸フェニル共重合体等)、スチレン−α−クロルアクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリロニトリル−アクリル酸エステル共重合体等のスチレン系樹脂(スチレン又はスチレン置換体を含む単重合体又は共重合体)、メタクリル酸メチル樹脂、メタクリル酸ブチル樹脂、アクリル酸エチル樹脂、アクリル酸ブチル樹脂、変性アクリル樹脂(シリコーン変性アクリル樹脂、塩化ビニル樹脂変性アクリル樹脂、アクリル・ウレタン樹脂等)、塩化ビニル樹脂、スチレン−酢酸ビニル共重合体、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、ロジン変性マレイン酸樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエステルポリウレタン樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブタジエン、ポリ塩化ビニリデン、アイオノマー樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂、ケトン樹脂、エチレン−エチルアクリレート共重合体、キシレン樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリアミド樹脂、変性ポリフェニレンオキサイド樹脂などが挙げられる。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。
前記弾性層を構成する弾性材料(弾性材ゴム、エラストマー)としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ブチルゴム、フッ素系ゴム、アクリルゴム、EPDM、NBR、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレンゴム、天然ゴム、イソプレンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、ブタジエンゴム、エチレン−プロピレンゴム、エチレン−プロピレンターポリマー、クロロプレンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、塩素化ポリエチレン、ウレタンゴム、シンジオタクチック1,2−ポリブタジエン、エピクロロヒドリン系ゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、多硫化ゴム、ポリノルボルネンゴム、水素化ニトリルゴム、熱可塑性エラストマー(例えば、ポリスチレン系、ポリオレフィン系、ポリ塩化ビニル系、ポリウレタン系、ポリアミド系、ポリウレア、ポリエステル系、フッ素樹脂系)などが挙げられる。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。
前記表層の材料は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、中間転写ベルト表面へのトナーの付着力を小さくして二次転写性を高めるものが要求される。例えば、ポリウレタン、ポリエステル、エポキシ樹脂等の1種類あるいは2種類以上を使用し表面エネルギーを小さくし潤滑性を高める材料、例えば、フッ素樹脂、フッ素化合物、フッ化炭素、2酸化チタン、シリコンカーバイト等の粉体、粒子を1種類あるいは2種類以上又は粒径を異ならしたものを分散させ使用することができる。また、フッ素系ゴム材料のように熱処理を行うことで表面にフッ素リッチな層を形成させ表面エネルギーを小さくさせたものを使用することもできる。
前記樹脂層及び弾性層には、抵抗値調節用導電剤が添加される。前記抵抗値調節用導電剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、カーボンブラック、グラファイト、アルミニウム、ニッケル等の金属粉末;酸化錫、酸化チタン、酸化アンチモン、酸化インジウム、チタン酸カリウム、酸化アンチモン−酸化錫複合酸化物(ATO)、酸化インジウム−酸化錫複合酸化物(ITO)等の導電性金属酸化物;導電性金属酸化物は、硫酸バリウム、ケイ酸マグネシウム、炭酸カルシウム等の絶縁性微粒子を被覆したものでもよい。
<定着工程及び定着手段>
前記定着工程は、記録媒体に転写されたトナー像を定着させる工程であり、定着手段を用いて、定着させることができる。なお、二色以上のトナーを用いる場合は、各色のトナーが記録媒体に転写される毎に定着させてもよいし、全色のトナーが記録媒体に転写されて積層された状態で定着させてもよい。定着手段としては、特に限定されず、公知の加熱加圧手段を用いた熱定着方式を採用することができる。加熱加圧手段としては、加熱ローラと加圧ローラを組合せたもの、加熱ローラと加圧ローラと無端ベルトを組合せたもの等が挙げられる。このとき、加熱温度は、通常、80℃〜200℃である。なお、必要に応じて、定着手段と共に、例えば、公知の光定着器を用いてもよい。
ここで、前記定着手段としては、例えば、図4に示した定着手段を用いることができる。図4に示す定着手段は、誘導加熱手段760の電磁誘導により加熱される加熱ローラ710と、加熱ローラ710と平行に配置された定着ローラ(対向回転体)720と、加熱ローラ710と定着ローラ720とに張り渡され、加熱ローラ710により加熱されるとともに少なくともこれらのいずれかのローラの回転により矢印A方向に回転する無端帯状の定着ベルト(耐熱性ベルト、トナー加熱媒体)730と、定着ベルト730を介して定着ローラ720に圧接されるとともに定着ベルト730に対して順方向に回転する加圧ローラ(加圧回転体)740とから構成されている。
加熱ローラ710は、例えば、鉄、コバルト、ニッケル又はこれら金属の合金等の中空円筒状の磁性金属部材からなり、外径を例えば、20mm〜40mm、肉厚を例えば、0.3mm〜1.0mmとして、低熱容量で昇温の早い構成となっている。
定着ローラ(対向回転体)720は、例えば、ステンレススチール等の金属製の芯金721と、耐熱性を有するシリコーンゴムをソリッド状又は発泡状にして芯金721を被覆した弾性部材722とからなる。そして、加圧ローラ740からの押圧力でこの加圧ローラ740と定着ローラ720との間に所定幅の接触部を形成するために外径を20mm〜40mm程度として加熱ローラ710より大きくしている。弾性部材722は、その肉厚を4〜6mm程度としている。この構成により、加熱ローラ710の熱容量は定着ローラ720の熱容量より小さくなるので、加熱ローラ710が急激に加熱されてウォームアップ時間が短縮される。
加熱ローラ710と定着ローラ720とに張り渡された定着ベルト730は、誘導加熱手段760により加熱される加熱ローラ710との接触部位W1で加熱される。そして、加熱ローラ710と定着ローラ720の回転によって定着ベルト730の内面が連続的に加熱され、結果としてベルト全体に渡って加熱される。
図5に定着ベルト730の層構成を示す。この定着ベルト730の構成は、内層から表層に向かって下記4層である。
・基体731:ポリイミド(PI)樹脂等の樹脂層
・発熱層732:Ni、Ag、SUS等の導電材料層
・中間層733:均一定着のための弾性層
・離型層734:離型効果とオイルレス化のためのフッ素樹脂材料等の離型層734の厚みとしては、10μm〜300μmが好ましく、200μmが特に好ましい。
このような定着ベルト730を用いると、図4に示すような定着手段700において、記録媒体770上に形成されたトナー像Tを定着ベルト730の表層部が十分に包み込むため、トナー像Tを均一に加熱溶融することが可能になる。離型層734の厚み、即ち、表面離型層は経時耐磨耗性を確保するためには最低10μmは必要である。また、離型層734の厚みが300μmよりも大きい場合には、定着ベルト730の熱容量が大きくなってウォームアップにかかる時間が長くなる。更に、トナー像定着工程において定着ベルト730の表面温度が低下しにくくなって、定着部出口における融解したトナーの凝集効果が得られず、定着ベルト730の離型性が低下してトナー像Tのトナーが定着ベルト730に付着し、いわゆるホットオフセットが発生する。なお、定着ベルト730の基体として、前記金属からなる発熱層732としてもよいが、フッ素系樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、PEEK樹脂、PES樹脂、PPS樹脂などの耐熱性を有する樹脂層を用いてもよい。
加圧ローラ740は、例えば、銅又はアルミニウム等の熱伝導性の高い金属製の円筒部材からなる芯金741と、この芯金741の表面に設けられた耐熱性及びトナー離型性の高い弾性部材742とから構成されている。芯金741には前記金属以外にSUSを使用してもよい。加圧ローラ740は定着ベルト730を介して定着ローラ720を押圧して定着ニップ部Nを形成しているが、本実施の形態では、加圧ローラ740の硬度を定着ローラ720に比べて硬くすることによって、加圧ローラ740が定着ローラ720(及び定着ベルト730)へ食い込む形となり、この食い込みにより、記録媒体770は加圧ローラ740表面の円周形状に沿うため、記録媒体770が定着ベルト730表面から離れやすくなる効果を持たせている。この加圧ローラ740の外径は定着ローラ720と同じ20〜40mm程度であるが、肉厚は0.5mm〜2.0mm程度で定着ローラ720より薄く構成されている。
電磁誘導により加熱ローラ710を加熱する誘導加熱手段760は、図4に示すように、磁界発生手段である励磁コイル761と、この励磁コイル761が巻き回されたコイルガイド板762とを有している。コイルガイド板762は加熱ローラ710の外周面に近接配置された半円筒形状をしており、励磁コイル761は長い一本の励磁コイル線材をこのコイルガイド板762に沿って加熱ローラ710の軸方向に交互に巻き付けたものである。なお、励磁コイル761は、発振回路が周波数可変の駆動電源(図示せず)に接続されている。励磁コイル761の外側には、フェライト等の強磁性体よりなる半円筒形状の励磁コイルコア763が、励磁コイルコア支持部材764に固定されて励磁コイル761に近接配置されている
<クリーニング工程及びクリーニング手段>
前記クリーニング工程は、前記静電潜像担持体上に残留する前記トナーを除去する工程であり、クリーニング手段により好適に行うことができる。
前記クリーニング手段としては、特に制限はなく、前記静電潜像担持体上に残留する前記電子写真トナーを除去することができればよく、公知のクリーナの中から適宜選択することができ、例えば、磁気ブラシクリーナ、静電ブラシクリーナ、磁気ローラクリーナ、ブレードクリーナ、ブラシクリーナ、ウエブクリーナ等が好適に挙げられる。
<その他の工程及びその他の手段>
−除電工程及び除電手段−
前記除電工程は、前記静電潜像担持体に対し除電バイアスを印加して除電を行う工程であり、除電手段により好適に行うことができる。
前記除電手段としては、特に制限はなく、前記静電潜像担持体に対し除電バイアスを印加することができればよく、公知の除電器の中から適宜選択することができ、例えば、除電ランプ等が好適に挙げられる。
−リサイクル工程及びリサイクル手段−
前記リサイクル工程は、前記クリーニング工程により除去した前記トナーを前記現像手段にリサイクルさせる工程であり、リサイクル手段により好適に行うことができる。
前記リサイクル手段としては、特に制限はなく、公知の搬送手段等が挙げられる。
−制御工程及び制御手段−
前記制御工程は、前記各工程を制御する工程であり、制御手段により好適に行うことができる。
前記制御手段としては、前記各手段の動きを制御することができる限り特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、シークエンサー、コンピュータ等の機器が挙げられる。
<フルカラー画像形成方法及び画像形成装置>
本発明の画像形成装置としてのフルカラー画像形成装置としては、例えば、図6に示したタンデム方式の画像形成装置100を用いることができる。
図6において、画像形成装置100は電子写真方式によるカラー画像形成を行うための画像書込部(120Bk,120C,120M,120Y)、画像形成部(130Bk,130C,130M,130Y)、給紙部140から主に構成されている。画像信号を元に、画像処理部(図示せず)で画像処理を行い、画像形成用の黒(Bk)、シアン(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)の各色信号に変換し、画像書込部(120Bk,120C,120M,120Y)に送信する。画像書込部(120Bk,120C,120M,120Y)は、例えば、レーザ光源、回転多面鏡等の偏向器、走査結像光学系及びミラー群(いずれも図示せず)からなるレーザ走査光学系であり、前記の各色信号に対応した4つの書込光路を有し、画像形成部(130Bk,130C,130M,130Y)に各色信号に応じた画像書込を行う。
画像形成部(130Bk,130C,130M,130Y)は、黒,シアン,マゼンタ,イエロー用の各感光体(210Bk,210C,210M,210Y)を備え、これらの各色用の感光体(210Bk,210C,210M,210Y)には、通常有機感光体(OPC)が用いられる。各感光体(210Bk,210C,210M,210Y)の周囲には、帯電手段(215Bk,215C,215M,215Y)、前記画像書込部(120Bk,120C,120M,120Y)からのレーザ光の露光部、各色用の現像手段(200Bk,200C,200M,200Y)、一次転写手段(230Bk,230C,230M,230Y)、クリーニング手段(300Bk,300C,300M,300Y)、除電装置(図示せず)等が配設されている。なお、前記現像手段(200Bk,200C,200M,200Y)には、2成分磁気ブラシ現像方式を用いている。また、中間転写ベルト(220)が各感光体(210Bk,210C,210M,210Y)と一次転写手段(230Bk,230C,230M,230Y)との間に介在し、この中間転写ベルト220に各感光体から各色のトナー像が順次重ね合わせて転写され、各感光体上のトナー像を担持する。
場合によっては、この中間転写ベルト220の外側で、最終色の一次転写位置通過後で二次転写位置通過前の位置に転写前帯電手段としてのプレ転写チャージャが配設されるのが好ましい。このプレ転写チャージャは、前記一次転写部で感光体210に転写された中間転写ベルト220上のトナー像を記録媒体としての転写紙に転写する前に、トナー像をトナー像と同極性に均一に帯電するものである。
各感光体(210Bk,210C,210M,210Y)から転写された中間転写ベルト220上のトナー像は、ハーフトーン部及びベタ部を含んでいたりトナーの重ね合せ量が異なる部分を含んでいたりするため、帯電量がばらついている場合がある。また、中間転写ベルト移動方向における一次転写部の隣接下流側の空隙に発生する剥離放電により、一次転写後の中間転写ベルト220上のトナー像内に帯電量のばらつきが発生する場合もある。このような同一トナー像内の帯電量のばらつきは中間転写ベルト220上のトナー像を転写紙に転写する二次転写部における転写余裕度を低下させてしまう。そこで、プレ転写チャージャで転写紙へ転写する前のトナー像をトナー像と同極性に均一に帯電することにより、同一トナー像内の帯電量のばらつきを解消し、二次転写部における転写余裕度を向上させている。
以上、この画像形成方法によれば、各感光体(210Bk,210C,210M,210Y)から転写した中間転写ベルト220上のトナー像を前記プレ転写チャージャで均一に帯電することにより、中間転写ベルト220上のトナー像内に帯電量のばらつきがあっても、二次転写部における転写特性を、中間転写ベルト220上のトナー像の各部に渡ってほぼ一定にすることができる。従って、転写紙へ転写する時の転写余裕度の低下を抑え、トナー像を安定して転写できる。
なお、この画像形成方法において、プレ転写チャージャで帯電される帯電量は、帯電対象物である中間転写ベルト220の移動速度に依存して変化する。例えば、中間転写ベルト220の移動速度が遅ければ、中間転写ベルト220上のトナー像の同一部分がプレ転写チャージャによる帯電領域を通過する時間が長くなるので、帯電量が大きくなる。逆に、中間転写ベルト220の移動速度が速いと、中間転写ベルト220上のトナー像の帯電量が小さくなる。従って、中間転写ベルト220上のトナー像がプレ転写チャージャによる帯電位置を通過している途中に中間転写ベルト220の移動速度が変化するような場合には、その中間転写ベルト220の移動速度に応じて、トナー像に対する帯電量が途中で変化しないようにプレ転写チャージャを制御することが好ましい。
一次転写手段(230Bk,230C,230M,230Y)の間に導電性ローラ241,242,243が設けられている。そして、転写紙は給紙部140から給紙された後、レジストローラ対160を介して転写ベルト180に担持され、中間転写ベルト220と転写ベルト180が接触するところで二次転写ローラ170により中間転写ベルト220上のトナー像が転写紙に転写され、カラー画像形成が行われる。
そして、画像形成後の転写紙は二次転写ベルト180で定着手段150に搬送され、画像が定着されてカラー画像が得られる。転写されずに残った中間転写ベルト220上のトナーは、図示しない中間転写ベルトクリーニング手段によってベルトから除去される。
転写紙への転写前の中間転写ベルト220上のトナー極性は、現像時と同じマイナス極性であるため、二次転写ローラ170にはプラスの転写バイアス電圧が印加され、トナーは転写紙上に転写される。この部分でのニップ圧が転写性に影響し、定着性に大きく影響する。また、転写されずに残った中間転写ベルト220上のトナーは、転写紙と中間転写ベルト220とが離れる瞬間にプラス極性側に放電帯電され、0〜プラス側に帯電される。なお、転写紙のジャム時や非画像域に形成されたトナー像は、二次転写の影響を受けないため、もちろんマイナス極性のままである。
感光層の厚みを30μmとし、光学系のビームスポット径を50μm×60μm、光量を0.47mWとしている。感光体(黒)210Bkの帯電(露光側)電位V0を−700V、露光後電位VLを−120Vとして現像バイアス電圧を−470V、即ち現像ポテンシャル350Vとして現像工程が行われるものである。感光体(黒)210Bk上に形成されたトナー(黒)の顕像はその後、転写(中間転写ベルト及び転写紙)、定着工程を経て画像として完成される。転写は最初、一次転写手段(230Bk,230C,230M,230Y)から中間転写ベルト220へ全色転写された後、更に別の二次転写ローラ170へのバイアス印加により転写紙へ転写される。
次に、感光体クリーニング手段について詳細に説明する。図6において、各現像手段(200Bk,200C,200M,200Y)と各クリーニング手段(300Bk,300C,300M,300Y)とは、各々トナー移送管(250Bk,250C,250M,250Y)で接続されている(図6中の破線)。そして、各トナー移送管(250Bk,250C,250M,250Y)の内部には、スクリュー(図示せず)が入っており、各クリーニング手段(300Bk,300C,300M,300Y)で回収されたトナーが、各現像手段(200Bk,200C,200M,200Y)へ移送されるようになっている。
従来の4つの感光体ドラムとベルト搬送との組合せによる直接転写方式では、感光体と転写紙が当接することにより紙粉が付着しトナーを回収すると紙粉が含有しているので、画像形成時にトナー抜け等の画像劣化をきたし使用することができなかった。更に、従来の一つの感光体ドラムと中間転写とを組合せたシステムでは、中間転写体の採用で転写紙転写時の感光体への紙粉付着はなくなったが、感光体への残トナーのリサイクルを行おうした場合、混色したトナーを分離することは実用上不可能である。また、混色トナーを黒トナーとして使用する提案があるが、全色混合しても黒にならず、プリントモードにより色が変化するため1つの感光体の構成ではトナーリサイクルは不可能であった。
これに対して、このフルカラー画像形成装置では、中間転写ベルト220を使用するので紙粉の混入が少なく、かつ紙転写時の中間転写ベルト220への紙粉の付着も防止される。各感光体(210Bk,210C,210M,210Y)が独立した色のトナーを使用するので各感光体クリーニング手段(300Bk,300C,300M,300Y)を接離する必要もなく、確実にトナーのみを回収することができる。前記中間転写ベルト220上に残ったプラス帯電されたトナーは、マイナス電圧が印加された導電性ファーブラシ262でクリーニングされる。導電性ファーブラシ262への電圧印加方法は、導電性ファーブラシ261と極性が異なるだけで全く同一である。転写されずに残ったトナーも2つの導電性ファーブラシ261,262でほとんどクリーニングされる。ここで、導電性ファーブラシ262でクリーニングされずに残ったトナー、紙粉、タルク等は、導電性ファーブラシ262のマイナス電圧により、マイナス帯電される。次の黒色の一次転写は、プラス電圧による転写であり、マイナス帯電したトナー等は中間転写ベルト220側に引き寄せられるため、感光体(黒)210Bk側への移行は防止できる。
図7は、本発明の画像形成装置の他の一例を示すもので、タンデム型間接転写方式の電子写真式の画像形成装置900である。図7中、910は画像形成装置本体、950はそれを載せる給紙テーブル、940は画像形成装置本体910上に取り付けるスキャナ、400は更にその上に取り付ける原稿自動搬送装置(ADF)である。画像形成装置本体910には、中央に、無端ベルト状の中間転写体50を設ける。そして、図7に示すとおり、この例では3つの支持ローラ14、15、16に掛け回して図中時計回りに回転搬送可能とする。この図7では、3つのなかで第2の支持ローラ15の左に、画像転写後に中間転写体50上に残留する残留トナーを除去する中間転写体クリーニング手段17を設ける。また、3つのなかで第1の支持ローラ14と第2の支持ローラ15間に張り渡した中間転写体50上には、その搬送方向に沿って、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの4つの画像形成手段18を横に並べて配置してタンデム画像形成手段920を構成する。
このタンデム画像形成手段920の上には、図7に示すように、更に露光手段21を設ける。一方、中間転写体50を挟んでタンデム画像形成手段920と反対の側には、二次転写手段22を備える。二次転写手段22は、図示例では、2つのローラ23間に、無端ベルトである二次転写ベルト24を掛け渡して構成し、中間転写体50を介して第3の支持ローラ16に押し当てて配置し、中間転写体50上の画像をシートに転写する。二次転写手段22の横には、シート上の転写画像を定着する定着手段25を設ける。定着手段25は、無端ベルトである定着ベルト26に加圧ローラ27を押し当てて構成する。上述した二次転写手段22には、画像転写後のシートをこの定着手段25へと搬送するシート搬送機能も備えてなる。もちろん、二次転写手段22として、転写ローラや非接触のチャージャを配置してもよく、そのような場合はこのシート搬送機能を併せて備えることは難しくなる。なお、図7の例では、このような二次転写手段22及び定着手段25の下に、上述したタンデム画像形成手段920と平行に、シートの両面に画像を記録すべくシートを反転するシート反転装置28を備える。
さて、いまこのカラー電子写真装置を用いてコピーをとるときは、原稿自動搬送装置400の原稿台930上に原稿をセットする。又は、原稿自動搬送装置400を開いてスキャナ940のコンタクトガラス32上に原稿をセットし、原稿自動搬送装置400を閉じてそれで押さえる。
そして、不図示のスタートスイッチを押すと、原稿自動搬送装置400に原稿をセットしたときは、原稿を搬送してコンタクトガラス32上へと移動して後、他方コンタクトガラス32上に原稿をセットしたときは、直ちにスキャナ940を駆動し、第1走行体33及び第2走行体34を走行する。そして、第1走行体33で光源から光を発射するとともに原稿面からの反射光を更に反射して第2走行体34に向け、第2走行体34のミラーで反射して結像レンズ35を通して読取りセンサ36に入れ、原稿内容を読み取る。
また、不図示のスタートスイッチを押すと、不図示の駆動モータで支持ローラ14、15、16の1つを回転駆動して他の2つの支持ローラを従動回転し、中間転写体50を回転搬送する。同時に、個々の画像形成手段18でその感光体を回転して各感光体上にそれぞれ、ブラック、イエロー、マゼンタ、シアンの単色画像を形成する。そして、中間転写体50の搬送とともに、それらの単色画像を順次転写して中間転写体50上に合成カラー画像を形成する。
一方、不図示のスタートスイッチを押すと、給紙テーブル950の給紙ローラ142の1つを選択回転し、ペーパーバンク143に多段に備える給紙カセット144の1つからシートを繰り出し、分離ローラ145で1枚ずつ分離して給紙路146に入れ、搬送ローラ147で搬送して画像形成装置900内の給紙路148に導き、レジストローラ49に突き当てて止める。
又は、給紙ローラ142を回転して手差しトレイ51上のシートを繰り出し、分離ローラ58で1枚ずつ分離して手差し給紙路53に入れ、同じくレジストローラ49に突き当てて止める。
そして、中間転写体50上の合成カラー画像にタイミングを合わせてレジストローラ49を回転し、中間転写体50と二次転写手段22との間にシートを送り込み、二次転写手段22で転写してシート上にカラー画像を記録する。
画像転写後のシートは、二次転写手段22で搬送して定着手段25へと送り込み、定着手段25で熱と圧力とを加えて転写画像を定着して後、切換爪55で切り換えて排出ローラ56で排出し、排紙トレイ57上にスタックする。又は、切換爪55で切り換えてシート反転装置28に入れ、そこで反転して再び転写位置へと導き、裏面にも画像を記録して後、排出ローラ56で排紙トレイ57上に排出する。
一方、画像転写後の中間転写体50は、中間転写体クリーニング手段17で、画像転写後に中間転写体50上に残留する残留トナーを除去し、タンデム画像形成手段920による再度の画像形成に備える。ここで、レジストローラ49は一般的には接地されて使用されることが多いが、シートの紙粉除去のためにバイアスを印加することも可能である。
<プロセスカートリッジ>
本発明で用いられるプロセスカートリッジは、静電潜像を担持する静電潜像担持体と、該静電潜像担持体上に担持された静電潜像を、本発明の前記トナーを用いて現像し可視像を形成する現像手段とを、少なくとも有してなり、更に必要に応じて適宜選択した、帯電手段、現像手段、転写手段、クリーニング手段、除電手段などのその他の手段を有してなり、画像形成装置本体に着脱可能なものである。
前記現像手段としては、本発明の前記トナー乃至前記現像剤を収容する現像剤収容器と、該現像剤収容器内に収容されたトナー乃至現像剤を担持しかつ搬送する現像剤担持体とを、少なくとも有してなり、更に、担持させるトナー層厚を規制するための層厚規制部材等を有していてもよい。本発明のプロセスカートリッジは、電子写真方式の各種画像形成装置、ファクシミリ、プリンタに着脱可能に備えさせることができ、本発明の前記画像形成装置に着脱可能に備えさせるのが好ましい。
前記プロセスカートリッジの一例を図8に示す。
この図8に示したプロセスカートリッジ800は、感光体801、帯電手段802、現像手段803、クリーニング手段806を備えている。
プロセスカートリッジ800の動作を説明すると、感光体801が所定の周速度で回転駆動される。感光体801は回転過程において、帯電手段802によりその周面に正又は負の所定電位の均一帯電を受け、次いで、スリット露光やレーザービーム走査露光等の不図示の像露光手段からの画像露光光を受け、こうして感光体801の周面に静電潜像が順次形成され、形成された静電潜像は、次いで、現像手段803によりトナー像化され、現像されたトナー像は、給紙部から感光体801と不図示の転写手段との間に感光体801の回転と同期されて給送された記録媒体に、転写手段により順次転写されていく。像転写を受けた記録媒体は感光体面から分離されて不図示の像定着手段へ導入されて像定着され、複写物(コピー)として装置外へプリントアウトされる。像転写後の感光体801の表面は、クリーニング手段806によって転写残りトナーの除去を受けて清浄面化され、更除電された後、繰り返し画像形成に使用される。
以下、本発明の実施例を説明するが、本発明は、これらの実施例に何ら限定されるものではない。
(製造例1)
<トナー母体粒子1の作製>
−結晶性ポリエステル樹脂の合成−
窒素導入管、脱水管、攪拌器、及び熱伝対を装備した5リットルの四つ口フラスコ内に1,10−デカン二酸2,300g、1,8−オクタンジオール2,530g、及びハイドロキノン4.9gを入れ、180℃で8時間反応させた後、215℃に昇温して3時間反応させ、更に8.3kPaにて2時間反応させて[結晶性ポリエステル樹脂1]を合成した。
得られた[結晶性ポリエステル樹脂1]のDSCのピーク温度は70℃、GPC測定での重量平均分子量Mwは13,000、数平均分子量Mnは3,200、Mw/Mnは3.5であった。
−非晶性ポリエステル(未変性ポリエステル)樹脂1の合成−
窒素導入管、脱水管、攪拌器、及び熱伝対を装備した5リットルの四つ口フラスコ内に、ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物229質量部、ビスフェノールAプロピレンオキサイド3モル付加物529質量部、イソフタル酸100質量部、テレフタル酸108質量部、アジピン酸46質量部、及びジブチルチンオキサイド2質量部を入れ、常圧下、220℃で8時間反応し、更に10mmHg〜15mmHgの減圧で5時間反応した後、反応容器に無水トリメリット酸30質量部を入れ、常圧下、180℃で3時間反応し、[非晶性ポリエステル樹脂1]を合成した。
得られた[非晶性ポリエステル樹脂1]は、数平均分子量1,600、重量平均分子量4,800、ガラス転移温度(Tg)55℃、酸価17mgKOH/gであった。
−プレポリマーの合成−
冷却管、撹拌機、及び窒素導入管の付いた反応容器中に、ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物682質量部、ビスフェノールAプロピレンオキサイド2モル付加物81質量部、テレフタル酸283質量部、無水トリメリット酸22質量部、及びジブチルチンオキサイド2質量部を入れ、常圧下、230℃で8時間反応し、更に10mmHg〜15mmHgの減圧で5時間反応した[中間体ポリエステル樹脂1]を得た。
得られた[中間体ポリエステル樹脂1]は、数平均分子量2,100、重量平均分子量9,500、ガラス転移温度(Tg)55℃、酸価0.5mgKOH/g、水酸基価51mgKOH/gであった。
次に、冷却管、撹拌機、及び窒素導入管の付いた反応容器中に、[中間体ポリエステル樹脂1]410質量部、イソホロンジイソシアネート89質量部、及び酢酸エチル500質量部を入れ100℃で5時間反応し、[プレポリマー1]を得た。得られた[プレポリマー1]の遊離イソシアネート質量%は、1.53%であった。
−ケチミンの合成−
撹拌棒、及び温度計をセットした反応容器に、イソホロンジアミン170質量部とメチルエチルケトン75質量部を仕込み、50℃で5時間反応を行い、[ケチミン化合物1]を得た。得られた[ケチミン化合物1]のアミン価は418であった。
−マスターバッチ(MB)の調製−
水1,200質量部、C.I.Pigment Blue 15:3(大日精化社製)540質量部、及び前記[非晶性ポリエステル樹脂1]1,200質量部加え、ヘンシェルミキサー(三井鉱山社製)で混合し、混合物を2本ロールを用いて80℃で30分間混練後、圧延冷却し、パルペライザーで粉砕して、[マスターバッチCy]を得た。
−油相の調製−
撹拌棒、及び温度計をセットした容器に、前記[非晶性ポリエステル樹脂1]378質量部、離型剤としてパラフィンワックス(HNP−51、日本精蝋社製)110質量部、帯電制御剤(CCA、サリチル酸金属錯体E−84、オリエント化学工業社製)22質量部、及び酢酸エチル947質量部を仕込み、撹拌下80℃に昇温し、80℃のまま5時間保持した後、1時間で30℃に冷却した。
次いで、容器内に、前記[マスターバッチCy]500質量部、及び酢酸エチル500質量部を仕込み、1時間混合し[原料溶解液1]を得た。
得られた[原料溶解液1]1,324質量部を容器に移し、ビーズミル(ウルトラビスコミル、アイメックス社製)を用いて、送液速度1kg/hr、ディスク周速度6m/秒、直径0.5mmジルコニアビーズを80体積%充填し、3パスの条件で、顔料及びワックスの分散を行った。
次いで、前記[非晶性ポリエステル樹脂1]の65質量%酢酸エチル溶液1042.3質量部加え、上記条件のビーズミルで1パスし、[顔料・ワックス分散液1]を得た。得られた[顔料・ワックス分散液1]の固形分濃度は50質量%であった。
−結晶性ポリエステルの分散液の調製−
金属製2Lの容器に、前記[結晶性ポリエステル樹脂1]100質量部、及び酢酸エチル400質量部を入れ、75℃で加熱溶解させた後、氷水浴中で27℃/分の速度で急冷した。これにガラスビーズ(直径3mm)500mLを加え、バッチ式サンドミル装置(カンペハピオ社製)で10時間粉砕を行い、[結晶性ポリエステル分散液1]を得た。
−有機微粒子エマルションの合成−
撹拌棒、及び温度計をセットした反応容器に、水683質量部、メタクリル酸エチレンオキサイド付加物硫酸エステルのナトリウム塩(エレミノールRS−30、三洋化成工業株式会社製)11質量部、スチレン138質量部、メタクリル酸138質量部、及び過硫酸アンモニウム1質量部を仕込み、400回転/分で15分間撹拌したところ、白色の乳濁液が得られた。加熱して、系内温度75℃まで昇温し、5時間反応させた。更に、1質量%過硫酸アンモニウム水溶液30質量部加え、75℃で5時間熟成してビニル系樹脂(スチレン−メタクリル酸−メタクリル酸エチレンオキサイド付加物硫酸エステルのナトリウム塩の共重合体)の水性分散液[微粒子分散液1]を得た。
得られた[微粒子分散液1]を粒度分布測定器(LA−920、堀場製作所製)で測定した体積平均粒径は、0.14μmであった。得られた[微粒子分散液1]の一部を乾燥して樹脂分を単離した。
−水相の調製−
水990質量部、[微粒子分散液1]83質量部、ドデシルジフェニルエーテルジスルホン酸ナトリウムの48.5質量%水溶液(エレミノールMON−7、三洋化成工業社製)37質量部、及び酢酸エチル90質量部を混合撹拌し、乳白色の液体を得た。これを[水相1]とする。
−乳化及び脱溶剤−
前記[顔料・ワックス分散液1]664質量部、前記[プレポリマー1]109.4質量部、前記[結晶性ポリエステル分散液1]73.9質量部、及び前記[ケチミン化合物1]4.6質量部を容器に入れ、TKホモミキサー(特殊機化社製)を用いて5,000rpmで1分間混合した後、容器に前記[水相1]1,200質量部を加え、TKホモミキサーで、回転数13,000rpmで20分間混合し[乳化スラリー1]を得た。
次に、撹拌機、及び温度計をセットした容器に、[乳化スラリー1]を投入し、30℃で8時間脱溶剤した後、45℃で4時間熟成を行い、[分散スラリー1]を得た。
−洗浄及び乾燥−
得られた[分散スラリー1]100質量部を減圧濾過した後、以下のようにして、洗浄及び乾燥を行った。
(1):濾過ケーキにイオン交換水100質量部を加え、TKホモミキサーで混合(回転数12,000rpmで10分間)した後濾過した。
(2):(1)の濾過ケーキに10質量%水酸化ナトリウム水溶液100質量部を加え、TKホモミキサーで混合(回転数12,000rpmで30分間)した後、減圧濾過した。
(3):(2)の濾過ケーキに10質量%塩酸100質量部を加え、TKホモミキサーで混合(回転数12,000rpmで10分間)した後濾過した。
(4):(3)の濾過ケーキにイオン交換水300質量部を加え、TKホモミキサーで混合(回転数12,000rpmで10分間)した後濾過する操作を2回行い[濾過ケーキ1]を得た。
得られた[濾過ケーキ1]を循風乾燥機にて45℃で48時間乾燥し、目開き75μmメッシュで篩い、[トナー母体粒子1]を得た。
(製造例2)
−トナー母体粒子2の作製−
製造例1において、乳化及び脱溶剤における[乳化スラリー1]の作製時の「TKホモミキサーの回転数13,000rpmで20分間混合」を、「TKホモミキサーの回転数11,000rpmで25分間混合」に変えた以外は、製造例1と同様にして、[トナー母体粒子2]を作製した。
(製造例3)
−トナー母体粒子3の作製−
製造例1において、乳化及び脱溶剤における[乳化スラリー1]の作製時の「TKホモミキサーの回転数13,000rpmで20分間混合」を、「TKホモミキサーの回転数13,000rpmで10分間混合」に変えた以外は、製造例1と同様にして、[トナー母体粒子3]を作製した。
(製造例4)
−トナー母体粒子4の作製−
製造例1において、乳化及び脱溶剤で[結晶性ポリエステル分散液1]を使用しない以外は、製造例1と同様にして、[トナー母体粒子4]を作製した。
(製造例5)
−トナー母体粒子5の作製−
・前記[非結晶ポリエステル樹脂1]・・・75質量部
・前記[結晶性ポリエステル樹脂1]・・・8質量部
・前記[マスターバッチCy]・・・8質量部
・帯電制御剤(BE−84、オリエント化学社製)・・・3質量部
・パラフィンワックス(HNP−51、日本精蝋社製)・・・4質量部
上記材料をヘンシェルミキサー(ヘンシェル20B、三井鉱山社製)で混合後、ニーデックス混錬機を用い、表面を50℃に設定し混練を行い、圧延冷却、粗粉砕後、ジェットミル方式の粉砕器(I−2式ミル、日本ニューマチック工業社製)と旋回流による風力分級(DS分級機、日本ニューマチック工業社製)を行い、[トナー母体粒子5]を作製した。
次に、作製したトナー母体粒子1〜5について、以下のようにして、体積平均粒径Dv、及び平均円形度を測定した。結果を表1に示す。
<トナー母体粒子の体積平均粒径Dvの測定>
トナー母体粒子の体積平均粒径Dvは、コールターマルチサイザーIII型測定装置に、個数分布及び体積分布を出力するインターフェイス(日科技研社製)を介して、PC−9801パーソナルコンピューター(NEC社製)を接続して、粒度分布の測定を行った。
具体的には、まず、電解液100mL〜150mL中に、分散剤として、界面活性剤(アルキルベンゼンスルホン酸塩)を0.1mL〜5mL加えた。なお、電解液とは、1級塩化ナトリウムを用いて、1質量%の水溶液を調製したものであり、ISOTON−II(コールター社製)を使用した。
次に、試料を2mg〜20mg加えて懸濁させた後に、超音波分散機で1分間〜3分間分散させた。100μmアパーチャーを用いて、得られた分散液からトナーの体積及び個数を測定し、体積分布及び個数分布を算出した。
チャンネルとしては、2.00μm以上2.52μm未満;2.52μm以上3.17μm未満;3.17μm以上4.00μm未満;4.00μm以上5.04μm未満;5.04μm以上6.35μm未満;6.35μm以上8.00μm未満;8.00μm以上10.08μm未満;10.08μm以上12.70μm未満;12.70μm以上16.00μm未満;16.00μm以上20.20μm未満;20.20μm以上25.40μm未満;25.40μm以上32.00μm未満;32.00μm以上40.30μm未満の13チャンネルを使用し、粒径2.00μm以上乃至40.30μm未満の粒子を対象とする。
<平均円形度の測定>
トナーの平均円形度は、フロー式粒子像分析装置(「FPIA−2100」、シスメックス株式会社製)を用いて計測し、解析ソフト(FPIA−2100 Data Processing Program for FPIA version00−10)を用いて行った。
まず、ガラス製100mLビーカー内に10質量%界面活性剤(アルキルベンゼンスフォン酸塩、ネオゲンSC−A、第一工業製薬株式会社製)を0.1mL〜0.5mL添加し、各トナー0.1g〜0.5g添加し、ミクロスパーテルでかき混ぜた。次いで、イオン交換水80mLを添加し、得られた分散液を超音波分散器(本多電子株式会社製)で3分間分散処理した後、前記分散液を、前記FPIA−2100を用いて濃度を5,000個/μL〜15,000個/μLが得られるまでトナーの形状及び分布を測定した。
(製造例6)
−脂肪酸金属塩粒子Aの作製−
0.5質量%のステアリン酸ナトリウム水溶液を75℃に調整し、ここに0.5質量%の硫酸亜鉛水溶液を少しずつ加え、投入終了後から1時間混合した。混合後20℃まで冷却した後、脂肪酸金属塩スラリーを濾過洗浄した。得られた洗浄後の脂肪酸金属塩ケーキを加熱型真空乾燥機(ヤマト科学社製、DP−23)で乾燥させ、乾燥後、ジェットミル(日本ニューマチック社製、ラボジェット)で粉砕した後、エルボージェット分級機(日鉄鉱業社製、EJ−L−3)で分級し、ステアリン酸亜鉛粒子(脂肪酸金属塩粒子A)を作製した。
得られたステアリン酸亜鉛粒子(脂肪酸金属塩粒子A)の体積平均粒径Dvは、レーザ回折/散乱式粒子径分布測定装置(LA−920、堀場製作所製)で測定したところ、5.3μmであった。
(製造例7)
−脂肪酸金属塩粒子Bの作製−
製造例6と同様に乾燥後、ナノグラインディングミル(NJ−300、サンレックス社製)にて粉砕した後、リスラリーし、湿式サイクロン分級機(TR−5型スーパクロン、村田工業社製)で、微粉のみの採取を行った以外は、製造例6と同様にして、ステアリン酸亜鉛粒子(脂肪酸金属塩粒子B)を作製した。
得られたステアリン酸亜鉛粒子(脂肪酸金属塩粒子B)の体積平均粒径Dvは、レーザ回折/散乱式粒子径分布測定装置(LA−920、堀場製作所製)で測定したところ、0.98μmであった。
(製造例8)
−脂肪酸金属塩粒子Cの作製−
製造例6において、0.5質量%の硫酸亜鉛水溶液を0.8質量%塩化カルシウム溶液に代えた以外は、製造例6と同様にして、ステアリン酸カルシウム粒子(脂肪酸金属塩粒子C)を作製した。
得られたステアリン酸カルシウム粒子(脂肪酸金属塩粒子C)の体積平均粒径Dvは、レーザ回折/散乱式粒子径分布測定装置(LA−920、堀場製作所製)で測定したところ、6.5μmであった。
(製造例9)
−脂肪酸金属塩粒子Dの作製−
製造例7において、サイクロン分級条件を変更して、ステアリン酸亜鉛粒子(脂肪酸金属塩粒子D)を作製した。
得られたステアリン酸亜鉛粒子(脂肪酸金属塩粒子D)の体積平均粒径Dvは、レーザ回折/散乱式粒子径分布測定装置(LA−920、堀場製作所製)で測定したところ、0.61μmであった。
(実施例1)
−トナーの作製−
・前記トナー母体粒子1・・・100質量部
・疎水性シリカ粒子B(NX−90G、日本アエロジル社製、一次平均粒径20nm)・・・1.0質量部
・疎水性シリカ粒子A(RY−50、日本アエロジル社製、一次平均粒径40nm)・・・1.0質量部
・酸化チタン粒子(MT−150、テイカ社製、一次平均粒径15nm)・・・0.5質量部
前記トナー組成を、ヘンシェルミキサー(ヘンシェル20B、三井鉱山社製)に投入し、層内温度を25℃〜30℃に保った状態で、3,000rpmで10分間混合した(第1段目の混合)。混合終了後、引き続いてヘンシェルミキサー(ヘンシェル20B、三井鉱山社製)で、層内温度を25℃〜30℃に保った状態で、脂肪酸金属塩粒子Aを0.15質量部添加し、2,500rpmで2分間混合した(第2段目の混合)。混合終了後、超音波振動装置(TMS−50、徳寿製作所製)を用いて目開き36μmの篩により篩がけを行い、実施例1のトナーを作製した。なお、層内温度とは混合機内の粉体の温度であり、層内の温度を測定することで確認した。
(実施例2〜21及び比較例1〜5)
実施例1において、表2に示すトナー母体粒子、無機微粒子、及び脂肪酸金属塩粒子を、表2に示す量でヘンシェルミキサー(ヘンシェル20B、三井鉱山社製)に投入し、表3に示す第1段目及び第2段目の混合条件(回転数、混合時間、層内温度)で混合を行った以外は、実施例1と同様にして、実施例2〜21及び比較例1〜5のトナーを作製した。
なお、実施例20及び比較例5は、無機微粒子と脂肪酸金属塩粒子を第1段目で同時混合したので、第2段目の混合を行っていない。
・疎水性シリカA(RY−50、日本アエロジル社製、一次平均粒径40nm)
・疎水性シリカB(NX−90G、日本アエロジル社製、一次平均粒径20nm)
・疎水性シリカC(RY−200S、日本アエロジル社製、一次平均粒径16nm)
・酸化チタン(MT−150、テイカ社製、一次平均粒径15nm)
*脂肪酸金属塩粒子A〜Dは、製造例6〜9で作製したものを用いた。
*実施例20及び比較例5は、無機微粒子と脂肪酸金属塩を同時混合したもの(第1段目の混合のみ)である。
<外添剤の被覆率の計算方法>
外添剤(無機微粒子)のトナー母体粒子に対する被覆率は、以下の式によって算出した。
H=Σ(√3×Dv×Pt/(2π・da・Pa)×Ca×100)
ただし、前記式中、Dvはトナー母体粒子の体積平均粒径、Ptはトナー母体粒子の真比重、daは外添剤の一次平均粒径、Paは外添剤の真比重、Caはトナー中の外添剤の含有量(%)を表す。
なお、外添剤が複数種類からなる場合には、個々の外添剤について一次平均粒径da、真比重Pa、及び含有量Caを求め、個々の被覆率を算出し、これらを合計して全体の被覆率を求めた。
<<外添剤の一次平均粒径>>
外添剤の一次平均粒径の測定は、一次粒子を溶剤(テトラヒドロフラン(THF))に分散させた後、基板上で溶剤を除去して乾固させたサンプルを、電界放射型走査電子顕微鏡(FE−SEM、加速電圧:5kV〜8kV、観察倍率:8,000倍〜10,000倍)にて視野中の外添剤の粒子径の平均値を計測(計測した粒子数:100個)することにより求めた。
<<トナー母体粒子の体積平均粒径>>
前記トナーの体積平均粒径の測定と同様にして測定した。
<<真比重>>
前記トナー母体粒子及び前記外添剤の真比重は、ルシャテリエ比重瓶を用い、JIS−K−0061:92の5−2−1に準拠して測定した。
測定は、具体的には以下の手順で実施した。
(1)ルシャテリエ比重瓶に約250mLのエチルアルコールを入れ、メニスカスが目盛りの位置にくるように調整した。
(2)比重瓶を恒温水槽に浸し、液温が20.0℃±0.2℃になったとき、メニスカスの位置を比重瓶の目盛りで正確に読み取った(精度0.025mLとする)。
(3)試料約100.000gを量り取り、その質量をWとした。
(4)量り取った試料を比重瓶に入れ泡を除いた。
(5)比重瓶を恒温水槽に浸し、液温が20.0℃±0.2℃になったとき、メニスカスの位置を比重瓶の目盛りで正確に読み取った(精度0.025mLとする)。
前記(1)から(5)の操作を実施した後に、続いて、下記式(1)及び下記式(2)に基づいて真比重を算出した。
式(1):D=W/(L2−L1)
式(2):S=D/0.9982
ただし、前記式(1)及び前記式(2)中、Dは試料の密度(20℃)(g/cm)、Sは試料の比重(20℃)、Wは試料の見かけの質量(g)、L1は試料を比重瓶に入れる前の液温20℃におけるメニスカスの読み値(mL)、L2は試料を比重瓶に入れた後の液温20℃におけるメニスカスの読み値(20℃)(mL)を表し、前記式(2)中の定数「0.9982」は20℃における水の密度(g/cm)である。)
<外添剤の遊離率の測定方法>
外添剤(疎水性シリカ粒子、脂肪酸金属塩粒子)の遊離率は、以下のようにして測定した。
(1)200mLの軟膏瓶に、イオン交換水を100mL、界面活性剤を含有した33質量%のドライウエル水溶液(商品名:ドライウエル、富士フイルム株式会社製)を4.4mL添加し、得られた混合液にトナー5gを加えて手振り30回でよく混ぜ、1時間以上静置した。
(2)次に、手振り20回で攪拌後、超音波ホモジナイザー(商品名:homogenizer、形式VCX750、CV33、SONICS&MATERIALS有限会社製)を用いて、出力50%にダイヤルを設定し、下記条件で2分間超音波エネルギーを付与して分散させた。
−超音波条件−
・振動時間:60秒連続
・振幅:20W(30%)
・振動開始温度:23℃±1.5℃
(3)得られた分散液をろ紙(商品名:定性ろ紙(No.2、110mm)、アドバンテック東洋株式会社製)で吸引ろ過し、再度イオン交換水で2回洗浄し、ろ過し、遊離した外添剤を除去後、トナーを乾燥させた。
(4)外添剤の除去前後のトナーの外添剤量を蛍光X線法(理学電機社製、ZSX−100e)で定量し、外添剤の遊離量を求めた。
蛍光X線法においては、疎水性シリカ粒子はSi、脂肪族金属塩粒子は該当する金属(亜鉛、カルシウム)を測定することにより、それぞれの遊離量を求めた。
前記(1)〜(4)の方法により測定された分散前及び分散後におけるトナーの外添剤量の値から、下記〔数式1〕により、外添剤の遊離率(質量%)を求めた。
〔数式1〕
遊離率=〔(分散前外添剤量−分散後の残留外添剤量)/分散前外添剤量〕×100
<画像形成>
画像形成装置(株式会社リコー製、Ricoh Pro C751ex)の接触帯電手段、プロセス線速、及び現像手段の現像ギャップを変更できるように改造した装置を使用して下記の条件で画像形成を行った。なお、特に記載がない場合、プロセス線速500mm/s、接触帯電手段、現像手段の現像ギャップは0.3mmとした。
0枚以上10,000枚未満までを23℃で50%RH、10,000枚以上20,000枚未満までを28℃で85%RH、20,000枚以上30,000枚未満までを15℃で30%RHの条件で、画像面積率5%画像及び画像面積率20%画像を1,000枚ごとに交互に出力した。この実機作像を3セットで90,000枚まで実施した。
<低温定着性の評価>
10,000枚ごとにドット画像とベタ画像を出力し、画像はがれの有無、及びパットでベタ画像を擦った前後での画像濃度の残存率を求め、下記基準で低温定着性を評価した。なお、画像濃度の測定はX−Rite938(X−RITE社製)で行った。
〔評価基準〕
○:画像はがれがなく、画像濃度の残存率が85%以上
△:画像はがれがなく、画像濃度の残存率が70%以上85%未満
×:画像はがれがあり、画像濃度残存率が70%未満
<トナー飛散の評価>
上記90,000枚の画像形成終了後、画像形成装置のカバーを開け、画像形成装置内のトナー汚れの程度を目視観察し、下記基準で評価した。
〔評価基準〕
○:大きなトナー汚れの発生なし
△:トナー汚れは発生しているものの、カバーの外側にはトナー汚れは見られない
×:カバー外側でもトナー汚れが確認でき、画像形成装置内で明らかなトナーの飛散が生じている
<感光体削れ及び感光体汚染>
上記90,000枚の画像形成終了後、感光体の観察、及びドット画像での異常画像の発生を確認し、下記基準で評価した。
感光体削れは、トナー等により感光体にキズが発生し、ひどい場合は感光体の周方向を削ってしまう状態を意味する。
〔評価基準〕
○:感光体削れなし
△:感光体削れが発生したものの、ドット画像には差が検出されない
×:感光体にキズが発生し、ドット画像で明らかに差が検出されている
<感光体固着の評価>
上記90,000枚の画像形成終了後、感光体の観察、及びベタ画像での異常画像の発生を確認し、下記基準で評価した。
感光体固着は、トナーがクリーニングブレードの圧力などにより感光体上に固着し、現像できなくなる状態を意味する。
〔評価基準〕
○:感光体固着の発生なし
△:感光体上には固着が微少に発生しているもののベタ画像で白抜けが検出されない
×:感光体上に固着が発生し、かつベタ画像で白抜けが発生している
<トナー固着の評価>
上記90,000枚の画像形成終了後、トナーの搬送部及び現像部で主に摺擦の大きい部分(搬送部のスクリュー、現像部の軸部分)のトナー固着状況と、画像確認を実施した。これらの部分にトナー固着が発生し、トナーが搬送されると、画像上にトナー凝集が発生する。トナー固着について下記基準で評価した。
〔評価基準〕
○:トナー固着の発生なし
△:摺擦部分には多少トナー固着が見られるが画像上問題ない
×:摺擦部分にトナー固着が発生し画像にも検出される
<総合評価>
総合評価として、全ての項目が○であるものを◎、△が1つ以上あるが使用上は問題ないものを○、×が1つ以上のものを×として判定した。

なお、実施例1において、(1)プロセス線速を900mm/s、(2)現像ギャップを0.5mmに変えて実施したところ、実施例1と同様の良好な結果が得られた。
59 帯電器
60 クリーニング手段(クリーニングブレード)
61 現像器
62 転写帯電器
63 感光体クリーニング手段
80 転写ローラ
90 クリーニング手段
100A、100B、100C 画像形成装置
110 ベルト式定着手段
150 定着手段
200Bk、200C、200M、200Y 現像手段
215Bk、215C、215M、215Y 帯電手段
220 中間転写ベルト
300Bk、300C、300M、300Y クリーニング手段
500 ローラ式帯電手段
505 感光体
510 ブラシ式帯電手段
515 感光体
600 現像器
603 現像部
604 感光体
605 トナー
770 記録媒体
800 プロセスカートリッジ
801 感光体
802 帯電手段
803 現像手段
804 現像剤
805 現像手段
806 クリーニング手段
900 画像形成装置
特開昭60−198556号公報 特開昭61−231562号公報 特開昭61−231563号公報 特開2010−79242号公報 特開2006−154387号公報

Claims (10)

  1. 少なくとも結着樹脂、及び着色剤を含有するトナー母体粒子と、無機微粒子及び脂肪酸金属塩粒子を含有する外添剤と、を含むトナーであって、
    前記無機微粒子が少なくとも疎水性シリカ粒子を含み、
    前記トナーからの前記疎水性シリカ粒子の遊離率Yaが1質量%〜20質量%であり、
    前記トナーからの前記脂肪酸金属塩粒子の遊離率Ybが30質量%〜90質量%であることを特徴とするトナー。
  2. 疎水性シリカ粒子の遊離率Yaが2質量%〜10質量%であり、脂肪酸金属塩粒子の遊離率Ybが45質量%〜70質量%である請求項1に記載のトナー。
  3. 無機微粒子のトナー母体粒子に対する被覆率が50%〜85%である請求項1から2のいずれかに記載のトナー。
  4. 脂肪酸金属塩粒子の体積平均粒径が、0.65μm超10μm以下である請求項1から3のいずれかに記載のトナー。
  5. 脂肪酸金属塩粒子の含有量が、トナー母体粒子100質量部に対して0.05質量部〜0.4質量部である請求項1から4のいずれかに記載のトナー。
  6. 脂肪酸金属塩粒子が、ステアリン酸亜鉛粒子である請求項1から5のいずれかに記載のトナー。
  7. 無機微粒子をトナー母体粒子に外添した後、脂肪酸金属塩粒子をトナー母体粒子に外添してなる請求項1から6のいずれかに記載のトナー。
  8. 結着樹脂が、非晶性樹脂及び結晶性樹脂を含む請求項1から7のいずれかに記載のトナー。
  9. 有機溶媒中に、結着樹脂、活性水素基含有化合物、及び該活性水素基含有化合物と反応可能な部位を有する結着樹脂前駆体、着色剤、及び離型剤を溶解乃至分散させ、得られた溶解乃至分散液を水系媒体中で乳化させた後、得られた乳化液中で前記結着樹脂前駆体と前記活性水素基含有化合物とを反応させ、有機溶媒を除去することにより得られる請求項1から8のいずれかに記載のトナー。
  10. 静電潜像担持体と、静電潜像担持体表面を帯電させる帯電手段と、帯電された静電潜像担持体を露光して静電潜像を形成する露光手段と、前記静電潜像をトナーを用いて現像して可視像を形成する現像手段と、前記可視像を記録媒体に転写する転写手段と、前記記録媒体に転写された転写像を定着させる定着手段と、静電潜像担持体上に残留するトナーをクリーニングするクリーニング手段とを有する画像形成装置であって、
    前記トナーが、請求項1から9のいずれかに記載のトナーであることを特徴とする画像形成装置。
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