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JP5115020B2 - 静電荷像現像用トナーの製造方法、及び静電荷像現像用トナーの洗浄方法 - Google Patents

静電荷像現像用トナーの製造方法、及び静電荷像現像用トナーの洗浄方法 Download PDF

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Description

本発明は、静電荷像現像用トナーの製造方法、及び静電荷像現像用トナーの洗浄方法に関する。
電子写真法など静電荷像を経て画像情報を可視化する方法は現在さまざまな分野で利用されている。従来電子写真法においては、感光体や静電記録体上に種々の手段を用いて静電潜像を形成し、この静電潜像にトナーと呼ばれる検電性微粒子を付着させて静電潜像(トナー像)を現像し、被転写体表面に転写し、加熱等により定着する、という複数の工程を経て、可視化する方法が一般的に使用されている。
被転写体表面に転写されたトナー像を定着する定着技術としては、加熱ロールおよび加圧ロールからなる一対のロール間に、トナー像が転写された被転写体を挿入し、定着する熱ロール定着法が一般的である。また、同種の技術として、ロールの一方または両方をベルトに代えた定着法も知られている。これらの技術は、他の定着法に比べ、直接画像と接触するため、高速で堅牢な画像が得られ、かつエネルギー効率が高い。
近年画像形成に際して必要なエネルギーの省力化への要求の高まりに伴い、ある程度の使用電力を占める定着工程の省電力化を図り、また、定着条件を拡大させるためには、トナーの定着温度をより低温化させる必要がある。トナー定着温度を低温化させることにより、前記省電力化および前記定着条件の拡大に加えて、電源入力時における定着ロール等の定着部材表面の定着可能温度までの待ち時間、いわゆるウォームアップタイムの短時間化、定着部材の長寿命化が可能等、大きなメリットがある。
一方、近年の高度な情報化社会の進展において、さまざまな手法で構築された情報ドキュメントを、より高い画質の画像で提供することの要請が高まっている。カラー画像形成における、より高精細な画像を実現するため、より小粒径で粒度分布や形状分布が狭く、帯電特性に優れたトナーが求められている。同時に写真画質のような高光沢であり、また保存性の高い画像も求められている。
ところで、トナーの製法としては、従来の乾式の溶融混練粉砕法で作る方法と、液中でトナーを造粒する湿式法に大別される。トナーの小径化、粒度分布のシャープネス化、形状制御の自由度、製造のエネルギーコスト低減等の観点から、湿式法が評価されつつある。湿式法では、トナー粒子作製後に不純物を取り除く必要があることから、例えば、前記湿式法において製造されたトナーを再分散させた水の電導度を1〜100μS/cmにしたり、前記湿式法において製造されたトナーに残存するアルカリ金属、またはアルカリ土類金属の量を5重量%以下にすることで、高温高湿下でのトナーの帯電性を改善することが提案されている(例えば、特許文献1および特許文献2、参照)。
また、トナーを水中に分散させた分散液中のNaイオン、Kイオン、Caイオン、MgイオンおよびNHイオンのイオン総量が0.5μmol価/g以上7.5μmol価/g以下とすることに着目することが提案されている(例えば、特許文献3、参照)。
さらに、樹脂にスチレン・アクリル系樹脂を用い、分散液中のイオン存在率をESCA測定により評価することが提案されている(例えば、特許文献4および特許文献5)。
特開平7−319205号公報 特開平9−218532号公報 特開2000−330330号公報 特開平9−114125号公報 特開2001−255700号公報
本発明は、以下の課題を解決することを目的とする。即ち、本発明の目的は、小粒径で粒度分布に優れ、また低温定着性や画像保存性に優れ、現像かぶりが抑制された高光沢な画像を実現し、さらに良好な帯電性と熱保管性を両立する静電荷像現像用トナーの製造方法、および静電荷像現像用トナーの洗浄方法を提供することにある。
上記課題は、以下の手段により解決される。即ち、本発明は、
<1> 少なくとも酸価が5mgKOH/g以上25mgKOH/g以下のポリエステル樹脂と着色剤と離型剤とを含むトナーを、湿式法により得る工程と、得られた前記トナーを水系媒体中に分散させたとき、トナー分散液中の初期Naイオン量(a)が50ppm以下であり、かつ、前記初期Naイオン量(a)と24時間分散後の前記トナー分散液中のNaイオン量(b)との差(b−a)が20ppm以下となるまで、前記トナーを洗浄する洗浄工程を有し、前記洗浄工程が、前記トナーをpH9以上pH10以下の処理液で洗浄する工程と、前記トナーをpH4以下にした後、超音波で処理しながら、イオン交換樹脂で洗浄する工程と、前記トナーをイオン交換水で洗浄する工程とを含むことを特徴とする静電荷像現像用トナーの製造方法である。
> 少なくとも酸価が5mgKOH/g以上25mgKOH/g以下のポリエステル樹脂と着色剤と離型剤とを含み、湿式法により製造されるトナーを水系媒体中に分散させたとき、
トナー分散液中の初期Naイオン量(a)が50ppm以下であり、かつ、前記初期Naイオン量(a)と24時間分散後の前記トナー分散液中のNaイオン量(b)との差(b−a)が20ppm以下となるまで、前記トナーを洗浄する洗浄工程を有し、前記洗浄工程が、前記トナーをpH9以上pH10以下の処理液で洗浄する工程と、前記トナーをpH4以下にした後、超音波で処理しながら、イオン交換樹脂で洗浄する工程と、前記トナーをイオン交換水で洗浄する工程とを含むことを特徴とする静電荷像現像用トナーの洗浄方法である。
本発明によれば、小粒径で粒度分布に優れ、また低温定着性や画像保存性に優れ、現像かぶりが抑制された高光沢な画像を実現し、さらに良好な帯電性と熱保管性を両立する静電荷像現像用トナーの製造方法、および静電荷像現像用トナーの洗浄方法を提供することができる。
以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
<静電荷像現像用トナー>
実施の形態に係る静電荷像現像用トナー(以下、単に「トナー」と称することがある)は、少なくとも酸価が5mgKOH/g以上25mgKOH/g以下のポリエステル樹脂と着色剤と離型剤とを含み、湿式法により製造されるトナーを水系媒体中に分散させたとき、トナー分散液中の初期Naイオン量(a)が50ppm以下であり、かつ、前記初期Naイオン量(a)と24時間分散後の前記トナー分散液中のNaイオン量(b)との差(b−a)が20ppm以下であることを特徴とする。
実施の形態に係るトナーは、上記構成とすることで、小粒径で粒度分布に優れ、また低温定着性や画像保存性に優れ、現像かぶりが抑制された高光沢な画像を実現し、さらに良好な帯電性と熱保管性を両立することができる。この理由は定かではないが、以下の理由によるものと考えられる。
低温定着性や帯電性、画像光沢性に加え、紙との親和性による定着画像強度などの画像保管性が向上することから、トナーの結着樹脂として所定の酸価をもつポリエステル樹脂を用いることが好ましい。また、トナーの粒度制御や形状制御が容易であるため、小粒径で粒度分布の優れたトナーを作製するには、湿式法が適している。特に乳化凝集法の場合は水中での粒子安定性など、造粒性向上の観点で所定の酸価の樹脂を用いることが好ましい。
しかし、所定の酸価をもつポリエステル樹脂は、例えば、Naイオンと結合し易いカルボン酸を有していることから、当該ポリエステル樹脂を含むトナーを湿式法で製造すると、その製造過程で添加されるNaイオン(Naを含む化合物)が、ポリエステル樹脂のカルボン酸と結合してしまう。このカルボン酸に結合したNaイオンは、トナーの内部にまで侵入すると考えられる。このNaイオンがトナーに残存すると、高湿下で水分の影響を受けてトナー、またはトナー表面近傍の抵抗が低下するため、帯電性が悪化し、現像かぶりの原因となる傾向にあった。
そこで、トナーを水系媒体中に分散させたときのNaイオン量を上記範囲に制御することで、帯電性の悪化を防止することができる。そのため、トナーに所定の酸価をもつポリエステルが含まれていても、帯電性の低下を抑えることができ、高湿下でも水分の影響を受けにくく、現像かぶりを防止することができるものと考えられる。
以上から実施の形態に係るトナーは、小粒径で粒度分布に優れ、現像かぶりが抑制された高光沢な画像を実現し、また、優れた低温定着性、画像保存性および熱保管性を有しながら良好な帯電性を発現することができると考えられる。
まず、実施の形態に係るトナーの構成を説明する。
実施の形態に係るトナーは、上述のように、ポリエステル樹脂および着色剤を含んで構成される。また、実施の形態に係るトナーは、必要に応じて、その他の添加剤を含んでもよい。
−ポリエステル樹脂−
実施の形態に係るポリエステル樹脂とは、例えば、主として多価カルボン酸類と多価アルコール類との縮重合により得られるものである。
前記多価カルボン酸の例としては、テレフタル酸、イソフタル酸、無水フタル酸、無水トリメリット酸、ピロメリット酸、ナフタレンジカルボン酸、などの芳香族カルボン酸類;無水マレイン酸、フマール酸、コハク酸、アルケニル無水コハク酸、アジピン酸などの脂肪族カルボン酸類;シクロヘキサンジカルボン酸などの脂環式カルボン酸類が挙げられ、これらの多価カルボン酸を1種又は2種以上用いることができる。
これら多価カルボン酸の中でも、芳香族カルボン酸を用いることが好ましく、また良好なる定着性を確保するために架橋構造あるいは分岐構造をとるためにジカルボン酸とともに3価以上のカルボン酸(トリメリット酸やその酸無水物等)を併用することが好ましい。
前記多価アルコールの例としては、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、グリセリン、などの脂肪族ジオール類;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などの脂環式ジオール類;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などの芳香族ジオール類が挙げられる。これら多価アルコールの1種又は2種以上用いることができる。
これら多価アルコールの中でも、芳香族ジオール類、脂環式ジオール類が好ましく、このうち芳香族ジオールがより好ましい。また、より良好なる定着性を確保するため、架橋構造あるいは分岐構造をとるためにジオールとともに3価以上の多価アルコール(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)を併用してもよい。
ポリエステル樹脂のガラス転移温度(以下「Tg」と略記することがある)は40℃以上80℃以下であることが好ましく、50℃以上70℃以下がより好ましい。Tgが80℃より高いと、従来に比べ十分に低温で定着することができなくなる。またTgが40℃より低いと、十分な熱保管性が得られず、また定着画像の保存性が十分でない。
さらに、実施の形態に係るトナーに用いられるポリエステル樹脂は、その酸価が、5mgKOH/g以上25mgKOH/g以下であることが必要である。5mgKOH/g以上あれば、トナーの紙への親和性がよく、帯電性も良い。また、後述する乳化凝集法によりトナーを製造した場合に、乳化粒子を作製し易く、また乳化凝集法の凝集工程における凝集速度や合一工程における形状変化速度が著しく速くなることを抑えることができるため、粒度制御や形状制御を行い易い。また、ポリエステル樹脂の酸価が25mgKOH/g以内であれば、帯電の環境依存性に悪影響を及ぼさず、また乳化凝集法でのトナー製造における凝集工程での凝集速度や合一工程での形状変化速度が著しく遅くなるためことを抑えることができるため、生産性の低下を防止することができる。
ポリエステル樹脂の酸価は、6mgKOH/g以上23mgKOH/g以下であることが好ましい。
前記ポリエステル樹脂は、結晶性ポリエステル樹脂であることが好ましい。結晶性ポリエステル樹脂は溶融時に非結晶性ポリエステル樹脂と相溶してトナー粘度を著しく低下させることから、より低温定着性や画像光沢性にすぐれたトナーを得ることができる。また結晶性ポリエステル樹脂のうち、芳香族結晶性樹脂は一般に後述の融点範囲よりも高いものが多いため、脂肪族結晶性ポリエステル樹脂であることが好ましい。
結晶性ポリエステルは、上記のような優れた低温定着性等を有するものであるが、一方で帯電性の悪化を招くため、通常は、トナーには多量の結晶性ポリエステルを用いにくい。さらに、結晶性ポリエステル樹脂に含まれるカルボン酸に結合するNaイオンの存在により、一層の帯電量の低下を招くものである。しかし、実施の形態に係るトナーを水系媒体中に分散させたときのNaイオン量を小さくし、Naイオンの存在に起因する帯電量低下を抑えることができる。そのため、従来よりも多くの結晶性ポリエステル樹脂をトナーに含有しても、帯電量を保持することができる。
したがって、実施の形態に係るトナー中における結晶性ポリエステル樹脂の含有量としては、2質量%以上30質量%以下が好ましく、4質量%以上25質量%以下がより好ましい。2質量%以上あれば、溶融時に非結晶性ポリエステル樹脂を十分に低粘度化することができ、低温定着性の向上が得られ易い。また30質量%以下であれば、結晶性ポリエステル樹脂の存在に起因するトナーの帯電性の悪化防止することができるので、記録媒体への定着後の画像強度が得られ易い。
結晶性ポリエステル樹脂の融点は、50℃以上100℃以下の範囲であることが好ましく、55℃以上95℃以下の範囲であることが好ましく、60℃以上90℃以下の範囲であることがより好ましい。融点が50℃以上あれば、トナーの保存性や、定着後のトナー画像の保存性良く、また100℃以下であれば、低温定着性の向上が得られ易い。
なお、実施の形態に係る「結晶性ポリエステル樹脂」とは、示差走査熱量測定(Differential Scanning Calorimetry;以下、「DSC」と略記することがある)において、階段状の吸熱量変化ではなく、明確な吸熱ピークを有するものを指す。また、結晶性ポリエステル樹脂は、その主鎖に対して他成分を共重合したポリマーの場合、他成分が50質量%以下の場合は、この共重合体も結晶性ポリエステルと呼ぶ。
前記結晶性ポリエステル樹脂は、酸(ジカルボン酸)成分とアルコール(ジオール)成分とから合成されるものであり、下記において、「酸由来構成成分」とは、ポリエステル樹脂において、ポリエステル樹脂の合成前には酸成分であった構成部位を指し、「アルコール由来構成成分」とは、ポリエステル樹脂の合成前にはアルコール成分であった構成部位を指す。
〔酸由来構成成分〕
前記酸由来構成成分となるための酸としては、種々のジカルボン酸が挙げられるが実施の形態に係る結晶性ポリエステル樹脂における酸由来構成成分としては、直鎖型の脂肪族ジカルボン酸が望ましい。
例えば、蓚酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼリン酸、セバシン酸、1,9−ノナンジカルボン酸、1,10−デカンジカルボン酸、1,11−ウンデカンジカルボン酸、1,12−ドデカンジカルボン酸、1,13−トリデカンジカルボン酸、1,14−テトラデカンジカルボン酸、1,16−ヘキサデカンジカルボン酸、1,18−オクタデカンジカルボン酸など、或いはその低級アルキルエステルや酸無水物が挙げられるが、この限りではない。これらの中では、入手容易性を考慮するとアジピン酸、セバシン酸、1,10−デカンジカルボン酸が好ましい。
酸由来構成成分としては、その他として2重結合を持つジカルボン酸由来構成成分、スルホン酸基を持つジカルボン酸由来構成成分等の構成成分を含有していてもよい。
なお、本明細書において「構成モル%」とは、ポリエステル樹脂における酸由来構成成分全体中の当該酸由来構成成分、または、アルコール由来構成成分全体中の当該アルコール構成成分を、各1単位(モル)としたときの百分率を指す。
〔アルコール由来構成成分〕
アルコール構成成分となるためのアルコールとしては、脂肪族ジオールが望ましく、例えば、エチレングリコール、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,7−ヘプタンジオール、1,8−オクタンジオール、1,9―ノナンジオール、1,10−デカンジオール、1,11−ドデカンジオール、1,12−ウンデカンジオール、1,13−トリデカンジオール、1,14−テトラデカンジオール、1,18−オクタデカンジオール、1,20−エイコサンジオール、などが挙げられるが、この限りではない。これらの中では、入手容易性やコストを考慮すると1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,8−オクタンジオール、1,9−ノナンジオール、1,10−デカンジオールが好ましい。
結晶性ポリエステル樹脂の分子量(重量平均分子量;Mw)は、樹脂の製造性、トナー製造時の微分散化や、溶融時の相溶性トナーの観点から、8,000以上40,000以下が好ましく、10,000以上30,000以下がさらに好ましい。8,000以上あれば、結晶性ポリエステル樹脂の抵抗低下を抑制することができるので、帯電性の低下を防止することができる。40,000以下であれば、樹脂合成のコストを抑え、また、シャープメルト性の低下を防止するために低温定着性に悪影響を与えない。
実施の形態において、ポリエステル樹脂の分子量は、GPC(Gel Permeation Chromatography)により測定し、算出した。具体的には、GPCは東ソー(株)製HLC−8120を使用し、カラムは東ソー製TSKgel SuperHMーM(15cm)を使用し、ポリエステル樹脂をTHF溶媒で測定した。次に、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ポリエステル樹脂の分子量を算出した。
(ポリエステル樹脂の製造方法)
ポリエステル樹脂の製造方法としては、特に制限はなく、酸成分とアルコール成分とを反応させる一般的なポリエステル重合法で製造することができる。例えば、直接重縮合、エステル交換法等を、モノマーの種類によって使い分けて製造する。前記酸成分とアルコール成分とを反応させる際のモル比(酸成分/アルコール成分)としては、反応条件等によっても異なるため、一概には言えないが、高分子量化するためには通常1/1程度が好ましい。
ポリエステル樹脂の製造時に使用可能な触媒としては、ナトリウム、リチウム等のアルカリ金属化合物;マグネシウム、カルシウム等のアルカリ土類金属化合物;亜鉛、マンガン、アンチモン、チタン、スズ、ジルコニウム、ゲルマニウム等の金属化合物;亜リン酸化合物;リン酸化合物;及びアミン化合物等が挙げられる。
なお、ポリエステル樹脂以外に、結着樹脂として他の樹脂を併用してもよい。他の樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン等のエチレン系樹脂;ポリスチレン、α−ポリメチルスチレン等のスチレン系樹脂;ポリメチルメタアクリレート、ポリアクリロニトリル等の(メタ)アクリル系樹脂;ポリアミド樹脂、ポリカーボネイト樹脂、ポリエーテル樹脂及びこれらの共重合樹脂等が挙げられる
−着色剤−
実施の形態に係るトナーは、着色剤を含む。着色剤は、染料であっても顔料であっても構わないが、耐光性や耐水性の観点から顔料であることが好ましい。
例えば、カーボンブラック、アニリンブラック、アニリンブルー、カルコイルブルー、クロムイエロー、ウルトラマリンブルー、デュポンオイルレッド、キノリンイエロー、メチレンブルークロライド、フタロシアンブルー、マラカイトグリーンオキサート、ランプブラック、ローズベンガル、キナクリドン、ベンジシンイエロー、C.I.ピグメント・レッド48:1、C.I.ピグメント・レッド57:1、C.I.ピグメント・レッド122、C.I.ピグメント・レッド185、C.I.ピグメント・レッド238、C.I.ピグメント・イエロー12、C.I.ピグメント・イエロー17、C.I.ピグメント・イエロー180、C.I.ピグメント・イエロー97、C.I.ピグメント・イエロー74、C.I.ピグメント・ブルー15:1、C.I.ピグメント・ブルー15:3等の公知の顔料が使用できる。
本実施形態の静電荷像現像用トナーにおける、前記着色剤の含有量としては、結着樹脂100質量部に対して、1質量部以上30質量部以下が好ましい。
必要に応じて表面処理された着色剤を使用したり、顔料分散剤を使用することも有効である。前記着色剤の種類を適宜選択することにより、イエロートナー、マゼンタトナー、シアントナー、ブラックトナー等を得ることができる。
−離型剤−
実施の形態に係るトナーには、必要に応じて離型剤を含有してもよい。離型剤としては、例えば、低分子量ポリプロピレン、低分子量ポリエチレン等のパラフィンワックス;シリコーン樹脂;ロジン類;ライスワックス;カルナバワックス;等が挙げられる。これらの離型剤の融点は、50℃以上100℃以下が望ましく、60℃以上95℃以下がより望ましい。
トナー中の離型剤の含有量は、0.5質量%以上15質量%以下が望ましく、1.0質量%以上12質量%以下がより望ましい。離型剤の含有量が0.5質量%以上あれば、特にオイルレス定着の場合における剥離不良を防ぐことができる。離型剤の含有量が15質量%以下であれば、トナーの流動性の悪化を防止することができるので、画質および画像形成の信頼性を保つことができる。
−その他の添加剤−
本実施形態におけるトナーには、上記したような成分以外にも、更に必要に応じて内添剤、帯電制御剤、無機粉体(無機微粒子)、有機微粒子等の種々の成分を添加することができる。
内添剤としては、例えば、フェライト、マグネタイト、還元鉄、コバルト、ニッケル、マンガン等の金属、合金、またはこれら金属を含む化合物などの磁性体等が挙げられる。
帯電制御剤としては、例えば4級アンモニウム塩化合物、ニグロシン系化合物、アルミ、鉄、クロムなどの錯体からなる染料、トリフェニルメタン系顔料などが挙げられる。
無機微粒子としては、種々の目的のために添加されるが、トナーにおける粘弾性調整のために添加されてもよい。この粘弾性調整により、画像光沢度や紙への染み込みを調整することができる。無機微粒子は、例えば、シリカ微粒子、酸化チタン微粒子、アルミナ微粒子、酸化セリウム微粒子、あるいはこれらの表面を疎水化処理した物等、公知の無機微粒子を単独または2種以上を組み合わせて使用することができるが、発色性やOHP透過性等透明性を損なわないという観点から、屈折率が結着樹脂よりも小さいシリカ微粒子が好ましく用いられる。また、シリカ微粒子は種々の表面処理を施されてもよく、例えばシラン系カップリング剤、チタン系カップリング剤、シリコーンオイル等で表面処理したものが好ましく用いられる。
[トナーの特性]
さらに、実施の形態に係るトナーは、形状係数SF1が115以上140以下の範囲の球状形状であることが好ましい。
トナーの形状は、球形トナーが現像性、転写性の点では有利であるが、クリーニング性の面では不定形に比べ劣ることがある。トナーが上記範囲の形状であることにより、転写効率、画像の緻密性が向上し、高画質な画像形成を行うことができ、また、感光体表面のクリーニング性を高めることができる。
上記形状係数SF1は、120以上138以下の範囲であることがより好ましい。
ここで上記形状係数SF1は、下記式(1)により求められる。
SF1=(ML/A)×(π/4)×100 ・・・ 式(1)
上記式(1)中、MLはトナー粒子の絶対最大長、Aはトナー粒子の投影面積を各々示す。
また、実施の形態に係るトナーの体積平均粒径は3μm以上9μm以下であることが望ましく、より望ましくは3.5μm以上8.5μm以下であり、さらに望ましくは4μm以上8μm以下である。体積平均粒径が3μm以上あれば、トナーの流動性低下を抑えられるので、各粒子の帯電性を維持しやすい。また、帯電分布が広がらず、背景へのかぶりを防止し現像器からトナーがこぼれにくくなる。さらに、トナーの体積平均粒径が3μm以上あれば、クリーニング性が良くなる。体積平均粒径が9μm以下であれば、解像度の低下を抑えられるため、十分な画質を得ることができ、近年の高画質要求を満たすことが可能となる。
なお、上記体積平均粒径D50は、例えば、コールターカウンターTAII、マルチサイザーII(ベックマン−コールター社製)等の測定器で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D16v、数D16P、累積50%となる粒径を体積D50v、数D50P、累積84%となる粒径を体積D84v、数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/D16V1/2として算出される。
前記SF1は、主に顕微鏡画像また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、例えば、以下のようにして算出することができる。すなわち、スライドガラス表面に散布した高級アルコール粒子の光学顕微鏡像をビデオカメラを通じて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(1)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。
<静電荷現像用トナーの製造方法>
実施の形態に係る静電潜像現像用トナーは、少なくとも酸価が5mgKOH/g以上25mgKOH/g以下のポリエステル樹脂と着色剤とを含むトナーを、湿式法により得、得られた前記トナーを水系媒体中に分散させたとき、トナー分散液中の初期Naイオン量(a)が50ppm以下であり、かつ、前記初期Naイオン量(a)と24時間分散後の前記トナー分散液中のNaイオン量(b)との差(b−a)が20ppm以下となるまで、前記トナーを洗浄することにより製造される。
前記湿式法としては、溶融懸濁法、乳化凝集法、溶解懸濁法等が挙げられるが、中でも、乳化凝集法で製造することが好ましい。
乳化凝集法とは、トナーに含まれる成分(結着樹脂、着色剤等)を含む分散液(乳化液、顔料分散液等)をそれぞれ調製し、これらの分散液を混合してトナー成分同士を凝集させて凝集粒子を作り、その後凝集粒子を結着樹脂の融点又はガラス転移温度以上に加熱して凝集粒子を熱融合させる方法である。
乳化凝集法は、乾式法である混錬粉砕法や、他の湿式法である溶融懸濁法、溶解懸濁法等に比べ、小粒径のトナーを作製しやすく、また粒度分布の狭い均一なトナーを得やすい。また、溶融懸濁法、溶解懸濁法等に比べ形状制御が容易であり、均一な不定形トナーを作製することができる。さらに、被膜形成など、トナーの構造制御が可能であり、離型剤や結晶性ポリエステル樹脂を含有する場合は、これらの表面露出を抑制することができるため、帯電性や保存性の悪化を防止することができる。
次に、乳化凝集法の製造工程について詳述する。
乳化凝集法は、少なくとも、トナーを構成する原料を乳化して樹脂粒子(乳化粒子)を形成する乳化工程と、該樹脂粒子の凝集体を形成する凝集工程と、該凝集体を融合させる融合工程とを有する。以下、乳化凝集法によるトナーの製造工程の一例について、工程別に説明する。
−乳化工程−
前記乳化液の作製法としては転相乳化法、溶融乳化法などが挙げられる。
転相乳化法では、分散すべき樹脂を、その樹脂が可溶な疎水性の有機溶剤中に溶解せしめ、有機連続相(Oil相;O)に塩基を加えて、中和する。その後、水系媒体(Water相;W)を投入することによって、Water in Oil(W/O)の系を、Oil in Water(O/W)の系にすることで、有機連続相に存在した樹脂を不連続相に転相する。これによって、樹脂を、水系媒体中に粒子状に分散安定化し、乳化液を作製することができる。
溶融乳化法では、水系媒体と樹脂とを混合した溶液に、分散機により剪断力を与えることにより乳化液を作製することができる。その際、加熱して樹脂成分の粘性を下げることにより、粒子を形成することができる。また分散した樹脂粒子を安定化するため、分散剤を使用することもできる。さらに、樹脂が油性であり、水への溶解度の比較的低いものである場合には、樹脂の溶解する溶剤に解かして水中に分散剤や高分子電解質と共に粒子分散し、その後加熱又は減圧して溶剤を蒸散することにより、樹脂粒子を分散した乳化液を作製することができる。
前記溶融乳化法による乳化液の分散に用いる分散機としては、例えば、ホモジナイザー、ホモミキサー、加圧ニーダー、エクストルーダー、メディア分散機等が挙げられる。
前記水系媒体としては、例えば、蒸留水、イオン交換水等の水;アルコール類;などが挙げられるが、水のみであることが望ましい。
また、乳化工程に使用される分散剤としては、例えば、ポリビニルアルコール、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリメタクリル酸ナトリウムの等の水溶性高分子;ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、オクタデシル硫酸ナトリウム、オレイン酸ナトリウム、ラウリル酸ナトリウム、ステアリン酸カリウム等のアニオン性界面活性剤、ラウリルアミンアセテート、ステアリルアミンアセテート、ラウリルトリメチルアンモニウムクロライド等のカチオン性界面活性剤、ラウリルジメチルアミンオキサイド等の両性イオン性界面活性剤、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルアミン等のノニオン性界面活性剤等の界面活性剤等が挙げられる。これらの内、洗浄の容易性や環境適正の観点からアニオン界面活性剤が一般的である。
前記乳化工程における乳化液に含まれる樹脂粒子の含有量は、10質量%以上50質量%以下の範囲とすることが望ましく、より望ましくは20質量%以上40質量%以下の範囲である。前記含有量が10質量%以上あれば、粒度分布が過度に広がらず、トナー特性の悪化を防止することができる。また50質量%以下であれば、ばらつきのない撹拌をすることができ、粒度分布の狭い、特性の揃ったトナーを得ることができる。
樹脂粒子の大きさとしては、その平均粒子径(体積平均粒径)で0.08μm以上0.8μm以下の範囲が望ましく、0.09μm以上0.6μm以下がより望ましく、0.10μm以上0.5μm以下がさらに望ましい。0.08μm以上あれば、樹脂粒子が凝集しやすい。また0.8μm以下であれば、トナーの粒子径分布が広がりにくく、また乳化粒子の沈殿を抑制することができるため、乳化粒子分散液の保存性が向上する。
次に説明する凝集工程に入る前に、結着樹脂以外のトナー成分である着色剤や離型剤等を分散させた分散液も作製しておくとよい。
また、結着樹脂、着色剤等の各成分に対応して分散液を調製する方法だけでなく、例えば、ある成分の乳化液を調製する際、溶媒に他の成分を添加して2以上の成分を同時に乳化し、分散粒子中に複数の成分が含まれるようにしてもよい。
−凝集工程−
凝集工程においては、前記乳化工程で得た結晶性樹脂粒子の分散液、及び非結晶性樹脂粒子の分散液、ならびに、着色剤分散液等を混合して混合液とし、ポリエステル樹脂のガラス転移温度以下の温度で加熱して凝集させ、凝集粒子を形成する。凝集粒子の形成は、攪拌下、混合液のpHを酸性にすることによって行う。pHとしては、2以上7以下の範囲が望ましく、2.2以上6以下の範囲がより望ましく、2.4以上5以下の範囲がさらに望ましい。
凝集粒子を形成する際に、凝集剤を使用することも有効である。凝集剤は、前記分散剤に用いる界面活性剤と逆極性の界面活性剤、無機金属塩の他、2価以上の金属錯体を好適に用いることができる。特に、金属錯体を用いた場合には界面活性剤の使用量を低減でき、帯電特性が向上するため特に望ましい。
前記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、硫酸アルミニウムなどの金属塩、および、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などが挙げられる。その中でも特に、アルミニウム塩およびその重合体が好適である。よりシャープな粒度分布を得るためには、無機金属塩の価数が1価より2価、2価より3価、3価より4価の方が、また、同じ価数であっても重合タイプの無機金属塩重合体の方が、より適している。
また、前記凝集粒子が所望の粒径になったところで、樹脂乳化粒子を追添加することで、コア凝集粒子の表面を結着樹脂で被覆した構成のトナーを作製してもよい。この場合、離型剤やポリエステル樹脂がトナー表面に露出しにくくなるため、帯電性や保存性の観点で望ましい構成である。追添加する場合、追添加前に凝集剤を添加したり、pH調整を行ってもよい。
−融合工程−
融合工程においては、前記凝集工程に準じた攪拌条件下で、凝集粒子の懸濁液のpHを4以上8以下の範囲に上昇させることにより凝集の進行を止め、結着樹脂のガラス転移温度以上の温度で加熱を行うことにより凝集粒子を融合させる。pHを上昇させるために使用するアルカリ溶液としてはNaOH水溶液が好ましい。他のアルカリ溶液である例えばアンモニア溶液は揮発性や安全性の観点で好ましくない。またCa(OH)などの2価のアルカリ溶液は水に溶解しにくいため、添加量が増加してしまったり、凝集の停止能力が十分でない場合があり好ましくない。
前記加熱の時間としては、融合がされる程度に時間をかければよく、0.5時間以上10時間以下が好ましい。凝集粒子の融合後に冷却し、融合粒子を得る。また冷却の工程で、離型剤やポリエステル樹脂の融点近傍(融点±10℃の範囲)で冷却速度を上げる、いわゆる急冷をすることで離型剤やポリエステル樹脂の再結晶化を抑制して表面露出を抑制してもよい。
以上の工程を経て、融合粒子としてトナーを得ることができる。融合して得た融合粒子(トナー)は、後述するように、ろ過などの固液分離工程を経て洗浄を行うことが必要である。
−洗浄工程−
上記のように湿式法で得たトナー(前記融合粒子)を水系媒体中に分散させたとき、トナー分散液中の初期Naイオン量(a)が50ppm以下であり、かつ、前記初期Naイオン量(a)と24時間分散後の前記トナー分散液中のNaイオン量(b)との差(b−a)が20ppm以下となることが必要である。
ここで、「初期Naイオン量」とは、トナーをトナー固形分量に対し20倍量の水系媒体中に分散させてから3分後のトナー分散液の一部を、ろ過した後のろ液について測定した値をいう。
また、「24時間分散後の前記トナー分散液中のNaイオン量」とは、トナーを前記媒体中に分散させてから24時間後のトナー分散液の一部を、ろ過しした後のろ液について測定した値をいう。以下、「24時間分散後の前記トナー分散液中のNaイオン量」を、適宜、「分散24時間後Naイオン量」と称する。
前記初期Naイオン量を測定する際に用いられる水系媒体は、Mw500以上1000以下のポリビニールアルコールを1.0%含有した30℃のイオン交換水である。
Naイオン量は、イオンクロマトグラフで測定して得た値をいう。前記イオンクロマトグラフは、東ソー(株)製IC−2001を用い、東ソー(株)製TSKgel IC−Cation、TSK guard column IC−Cのカラム、2mmol/l NaCl水溶液の溶離液、流速;1.2ml/min、温度;25℃、サンプル濃度;5mg/5mlの条件下、検出法として電気伝導度法を用いてNaイオン量を測定する。
融合工程で得たトナーを、トナー分散液中の初期Naイオン量(a)が50ppm以下であり、かつ、前記初期Naイオン量(a)と24時間分散後の前記トナー分散液中のNaイオン量(b)との差(b−a)が20ppm以下となるまで洗浄するためには、トナーの洗浄工程が、前記トナーをpH9以上pH10以下の処理液で洗浄する工程と、前記トナーをpH4以下にした後、超音波で処理しながら、イオン交換樹脂で洗浄する工程と、前記トナーをイオン交換水で洗浄する工程を含む洗浄工程により洗浄を行うことが好ましい。
以下、トナーの洗浄工程を、上記の工程に分けて説明する。
〔pH9以上pH10以下の処理液で洗浄する工程〕
まず、融合工程で得たトナーをpH9以上pH10以下の処理液で洗浄する。具体的には、イオン交換水中に分散し、20℃以上40℃以下の温度でpHを9以上10以下に調整し、攪拌しながらトナーを洗浄する。
温度が、20℃以上あれば、洗浄性が低下することもなく、40℃以下であれば、トナー表面の荒れを抑制することができる。またpHが9以上あれば、カルボン酸が十分に解離し、吸着した界面活性剤を除去することができる。またアルミ系凝集剤を用いた場合はアルミイオンの変化により、結合した界面活性剤を除去しやすくなるため、なお好ましい。pHが10以下であれば、加水分解を生じにくく、好ましい。
次に、トナー分散液からトナーと液体とを固液分離する。その後、さらに30℃のイオン交換水中にトナーを分散してメカニカルスターラーで攪拌する。この固液分離後に水中に再分散して撹拌する工程を、トナー分散液中の伝導度が100μS以下になるまで繰り返す。
〔pH4以下にした後、超音波で処理しながら、イオン交換樹脂で洗浄する工程〕
その後、トナーをpH4以下の処理液で洗浄するべく、トナー分散液をpH4以下に調整し、メカニカルスターラーで攪拌する。
トナー分散液をpH4以下に調整することでカルボン酸の解離を抑制し、カルボン酸と結合した金属イオン、特にNaイオンや、凝集剤由来のイオンを介して結合している界面活性剤を除去することができる。その後分散液に超音波をかけ、分散しながらイオン交換樹脂を添加する。
カルボン酸の解離を抑制した場合、粒子の水中での分散安定性が低下して粒子が凝集するため、これを超音波を用いて、凝集した粒子を解砕することが好ましい。凝集した粒子が解砕しない場合は、凝集した粒子の内部が十分洗浄できない場合が生じ、帯電性の不均一化が生じる場合がある。この操作を必要に応じて繰り返してもよい。また超音波によってトナー表面近傍のイオンも水中に析出するために、より洗浄効果が向上する。さらにこのような状態でイオン交換樹脂を添加することで、効率よくNaイオンの除去が可能となる。
超音波の条件としては、28kHz以上100kHz以下が好ましく、35kHz以上80kHz以下がさらに好ましい。28kHz未満では十分な解砕・洗浄効果が得られない場合があり、100kHzより大きいとトナー粒子が破壊されてしまう場合が生じる。超音波の時間としては3分以上60分以下が好ましく、5分以上45分以下がさらに好ましい。3分未満では十分な解砕・洗浄効果が得られない場合があり、60分より長いとトナー粒子が破壊されてしまう場合が生じる。
イオン交換樹脂としてはNaを置換できる陽イオン交換樹脂が好ましい。イオン交換樹脂としては公知の樹脂が使用できる。イオン交換樹脂の添加量としてはトナー100質量部に対して3〜20質量部が好ましい。
〔イオン交換水で洗浄する工程〕
次に、上記の〔pH4以下にした後、超音波で処理しながら、イオン交換樹脂で洗浄する工程〕を経たトナーを固液分離する。当該トナーを、30℃のイオン交換水中に分散し、メカニカルスターラーで攪拌して、また固液分離する操作を繰り返す。
以上の〔pH9以上pH10以下の処理液で洗浄する工程〕、〔pH4以下にした後、超音波で処理しながら、イオン交換樹脂で洗浄する工程〕および〔イオン交換水で洗浄する工程〕の3つの一連の工程を経て、あるいは、前記3つの一連の工程を繰り返して、ろ液中に含まれるNaイオン量が50ppm以下になるまで洗浄を行う。また、各工程ごとを複数回行ってもよく、例えば、〔pH9以上pH10以下の処理液で洗浄する工程〕を複数回行った後、〔pH4以下にした後、超音波で処理しながら、イオン交換樹脂で洗浄する工程〕と〔イオン交換水で洗浄する工程〕を行ってもよいし、〔pH9以上pH10以下の処理液で洗浄する工程〕と〔pH4以下にした後、超音波で処理しながら、イオン交換樹脂で洗浄する工程〕を行った後、〔イオン交換水で洗浄する工程〕を複数回行ってもよい。
さらに、ろ液中に含まれるNaイオン量が50ppm以下になったトナー分散液を攪拌しながら24時間放置した後の、ろ液中に含まれるNaイオン量の増加量が20ppm以下であることが重要である。
なお、24時間放置後のNaイオン量の増加量が20ppmを超えてしまった場合は、再度上記の〔pH4以下にした後、超音波で処理しながら、イオン交換樹脂で洗浄する工程〕と〔イオン交換水で洗浄する工程〕を繰り返すことで改善することができる。
既述のように、結着樹脂としてポリエステル樹脂を用いるトナーを、湿式法で作製すると、ポリエステル樹脂がカルボン酸を有しているために、トナー内部にまでカルボン酸が存在する。したがって、トナー製造の段階で結合したNaイオンが、ある程度内部まで存在していると考えられる。
そのため、トナー分散液の、ろ液のNaイオン量(初期Naイオン量)が50ppm以上であると、高温高湿化での水分の影響を受け、初期帯電量が大きく低下してしまい、帯電の環境依存性が大きく、現像かぶり等の問題の原因となってしまうと考えられる。さらに、初期Naイオン量が50ppm以下であるトナー分散液を24時間放置した後のNaイオン量(分散24時間後Naイオン量)の増加量が20ppm以上であると高温高湿化での放置によって、徐々にトナー内部へ浸透する水分の影響を受けるため帯電量が低下していき、放置後の現像開始初期のかぶりの原因となってしまうと考えられる。
したがって、トナー分散液の初期Naイオン量及び、トナー分散液の初期Naイオン量と分散24時間後Naイオン量との差を小さくすることにより、トナーに所定の酸価をもつポリエステル樹脂を含んでも、トナーの帯電量を好ましい値に保持することが可能となる。
前記初期ナトリウムイオン量は、45ppm以下であることが好ましく、40ppm以下であることがより好ましい。また、初期ナトリウムイオン量(a)と分散24時間後Naイオン量(b)との差(b−a)は、18ppm以下であることが好ましく、15ppm以下であることがより好ましい。
トナー洗浄後は、固液分離したトナーを、凍結真空乾燥機や棚段乾燥機、熱風乾燥機等で乾燥を行う。乾燥後のトナーの含水率は1.5質量%以下が好ましく、1.2質量%以下がさらに好ましい。
(外添剤)
実施の形態においては、トナー粒子表面に流動化剤や助剤等の外添剤を添加処理してもよい。外添剤としては、表面を疎水化処理したシリカ微粒子、酸化チタン微粒子、アルミナ微粒子、酸化セリウム微粒子、カーボンブラック等の無機微粒子やポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、シリコーン樹脂等のポリマー微粒子等、公知の微粒子が使用できるが、これらのうち少なくとも2種以上の外添剤を使用し、該外添剤の少なくとも1種は、30nm以上200nm以下の範囲、さらには30nm以上180nm以下の範囲の平均1次粒子径を有することが好ましい。
トナーが小粒径化することによって、感光体との非静電的付着力が増大するため、転写不良や細線の画像抜けが引き起こされ、重ね合わせ画像等の転写ムラを生じさせる原因となるため、平均1次粒子径が30nm以上200nm以下の大径の外添剤を添加することにより、転写性を改善させることができる。
平均1次粒子径が30nmより小さいと、初期的なトナーの流動性は良好であるが、トナーと感光体との非静電的付着力を十分に低減できず、転写効率が低下し画像のぬけが発生したり、画像の均一性を悪化させてしまったりする。また、経時による現像機内でのストレスによって微粒子がトナー表面に埋め込まれ、帯電性が変化し、コピー濃度の低下や背景部へのカブリ等の問題を引き起こす。平均1次粒子径が200nmより大きいと、トナー表面から脱離しやすく、また流動性悪化の原因ともなる。
<静電荷像現像用現像剤>
本実施形態における静電荷像現像用トナーは、そのまま一成分現像剤として、あるいは二成分現像剤として用いられる。二成分現像剤として用いる場合にはキャリアと混合して使用される。
二成分現像剤に使用し得るキャリアとしては、特に制限はなく、公知のキャリアを用いることができる。例えば酸化鉄、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や、これら芯材表面に樹脂被覆層を有する樹脂コートキャリア、磁性分散型キャリア等を挙げることができる。またマトリックス樹脂に導電材料などが分散された樹脂分散型キャリアであってもよい。
キャリアに使用される被覆樹脂・マトリックス樹脂としては、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からなるストレートシリコーン樹脂またはその変性品、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、エポキシ樹脂等を例示することができるが、これらに限定されるものではない。
導電材料としては、金、銀、銅といった金属やカーボンブラック、更に酸化チタン、酸化亜鉛、硫酸バリウム、ホウ酸アルミニウム、チタン酸カリウム、酸化スズ、カーボンブラック等を例示することができるが、これらに限定されるものではない。
またキャリアの芯材としては、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、ガラスビーズ等が挙げられるが、キャリアを磁気ブラシ法に用いるためには、磁性材料であることが好ましい。キャリアの芯材の体積平均粒径としては、一般的には10μm以上500μm以下の範囲にあり、好ましくは30μm以上100μm以下の範囲にある。
またキャリアの芯材の表面に樹脂被覆するには、前記被覆樹脂、およ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適宜選択すればよい。
具体的な樹脂被覆方法としては、キャリアの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キャリアの芯材表面に噴霧するスプレー法、キャリアの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。
前記二成分現像剤における本実施形態のトナーと上記キャリアとの混合比(質量比)としては、トナー:キャリア=1:100以上30:100以下程度の範囲であり、3:100以上20:100以下程度の範囲がより好ましい。
<画像形成装置>
次に、実施の形態に係る静電荷像現像用トナーを用いた実施の形態に係る画像形成装置について説明する。
実施の形態に係る画像形成装置は、像保持体と、該像保持体上に形成された静電荷像を現像剤によりトナー像として現像する現像手段と、像保持体上に形成されたトナー像を被転写体上に転写する転写手段と、被転写体上に転写されたトナー像を定着する定着手段と、を有し、前記現像剤として実施の形態に係る静電荷像現像剤を用いるものである。
なお、この画像形成装置において、例えば前記現像手段を含む部分が、画像形成装置本体に対して脱着可能なカートリッジ構造(プロセスカートリッジ)であってもよく、該プロセスカートリッジとしては、現像剤保持体を少なくとも備え、実施の形態に係る静電荷像現像剤を収容する実施の形態に係るプロセスカートリッジが好適に用いられる。
以下、実施の形態に係る画像形成装置の一例を実施形態として示すが、これに限定されるわけではない。なお、図に示す主用部を説明し、その他はその説明を省略する。
図1は、4連タンデム方式のフルカラー画像形成装置を示す概略構成図である。図1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〜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、水平方向に互いに所定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、画像形成装置本体に対して脱着可能な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ラ22および中間転写ベルト20内面に接する支持ローラ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。尚、支持ローラ24は、図示しないバネ等により駆動ローラ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に所定の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、駆動ローラ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色のトナーが供給可能である。
上述した第1〜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。尚、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〜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の表面を所定の電位に帯電させる帯電ローラ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よって露光して静電荷像を形成する露光装置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)4Y、現像したトナー像を中間転写ベルト20上に転写する1次転写ローラ5Y(1次転写手段)、および1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)6Yが順に配置されている。
尚、1次転写ローラ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1次転写ローラ5Y、5M、5C、5Kには、1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1次転写ローラ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、帯電ローラ2Yによって感光体1Yの表面が−600V〜−800V程度の電位に帯電される。
感光体1Yは、導電性(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(一般の樹脂程度の抵抗)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、イエロー印字パターンの静電潜像が感光体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。
このようにして感光体1Y上に形成された静電荷像は、感光体1Yの走行に従って所定の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着色剤と結晶性樹脂及び非結晶性樹脂とを含む体積平均粒径が7μmのイエロートナーが収められている。イエロートナーは、現像装置4Yの内部で攪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)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。イエローのトナー像が形成された感光体1Yは、引続き所定速度で走行され、感光体1Y上に現像されたトナー像が所定の1次転写位置へ搬送される。
感光体1Y上のイエロートナー像が1次転写へ搬送されると、1次転写ローラ5Yに所定の1次転写バイアスが印加され、感光体1Yから1次転写ローラ5Yに向う静電気力がトナー像に作用され、感光体1Y上のトナー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程度に制御されている。
一方、感光体1Y上に残留したトナーはクリーニング装置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1次転写ローラ5M、5C、5Kに印加される1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像の転写された中間転写ベルト20は、第2〜第4のユニット10M、10C、10Kを通して順次搬送され、各色のトナー像が重ねられて多重転写される。
第1〜第4のユニットを通して4色のトナー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ラ24と中間転写ベルト20の像保持面側に配置された2次転写ローラ(2次転写手段)26とから構成された2次転写部へと至る。一方、記録紙(被転写体)Pが供給機構を介して2次転写ローラ26と中間転写ベルト20とが圧接されている隙間に所定のタイミングで給紙され、所定の2次転写バイアスが支持ローラ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像に作用され、中間転写ベルト20上のトナー像が記録紙P上に転写される。尚、この際の2次転写バイアスは2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)28へと送り込まれトナー像が加熱され、色重ねしたトナー像が溶融されて、記録紙P上へ定着される。
トナー像を転写する被転写体としては、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、OHPシート等が挙げられる。
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、前記被転写体の表面も可能な限り平滑であることが好ましく、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を好適に使用することができる。
またシアン、マゼンタ、イエローから構成される画像面積率100%の単色画像の定着後の画像光沢度(75°)が50%以上であることが好ましい。フルカラー画像では発色性や写真画質再現性の観点から画像光沢度が高いことが望ましい。さらに高画質化のために塗工紙等の高光沢な紙を使用する場合、紙の光沢よりも画像光沢が著しく低いと視覚的に暗い画像に見えるため、定着画像が紙の光沢性よりも高光沢であることがより好適である。例えば光沢度(75°)が50%以上のコート紙等の塗工紙を用いて定着した場合、定着後の画像光沢度は50%以上が望ましく、60%以上がより望ましい。測定はJIS Z 8741に基づき測定することができる。
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。
なお、上記例示した画像形成装置は、中間転写ベルト20を介してトナー像を記録紙Pに転写する構成となっているが、この構成に限定されるものではなく、感光体から直接トナー像が記録紙に転写される構造であってもよい。
<プロセスカートリッジ、トナーカートリッジ>
図2は、実施の形態に係る静電荷像現像剤を収めるプロセスカートリッジの好適な一例の実施形態を示す概略構成図である。プロセスカートリッジ200は、感光体107とともに、帯電ローラ108、現像装置111、感光体クリーニング装置113、露光のための開口部118、及び、除電露光のための開口部117を取り付けレール116を用いて組み合わせ、そして一体化したものである。
そして、このプロセスカートリッジ200は、転写装置112と、定着装置115と、図示しない他の構成部分とから構成される画像形成装置本体に対して着脱自在としたものであり、画像形成装置本体とともに画像形成装置を構成するものである。
図2で示すプロセスカートリッジ200では、帯電装置108、現像装置111、クリーニング装置113、露光のための開口部118、及び、除電露光のための開口部117を備えているが、これら装置は選択的に組み合わせることが可能である。本実施形態のプロセルカートリッジでは、感光体107のほかには、帯電装置108、現像装置111、クリーニング装置(クリーニング手段)113、露光のための開口部118、及び、除電露光のための開口部117から構成される群から選択される少なくとも1種を備える。
次に、実施の形態に係るトナーカートリッジについて説明する。実施の形態に係るトナーカートリッジは、画像形成装置に着脱可能に装着され、少なくとも、前記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トナーを収めるトナーカートリッジにおいて、前記トナーが既述した実施の形態に係るトナーであることを特徴とする。なお、実施の形態に係るトナーカートリッジには少なくともトナーが収容されればよく、画像形成装置の機構によっては、例えば現像剤が収められてもよい。
従って、トナーカートリッジの着脱が可能な構成を有する画像形成装置においては、実施の形態に係るトナーを収めたトナーカートリッジを利用することにより、特に容器が小型化されたトナーカートリッジにおいても保存性を保つことができ、高画質を維持しつつ低温定着化を図ることが可能となる。
なお、図1に示す画像形成装置は、トナーカートリッジ8Y、8M、8C、8Kの着脱が可能な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納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を交換することができる。
以下、実施例および比較例を挙げ、実施の形態をより具体的に詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。なお、特に断りのない限り、「部」は質量基準である。
[測定方法]
<体積平均粒子径の測定方法(測定する粒子直径が2μm以上の場合)>
測定する粒子の直径が2μm以上の場合は、コールターマルチサイザー−II型(ベックマンーコールター社製)測定装置を用いて、粒子の体積平均粒子径を測定した。電解液としては、ISOTON−II(ベックマン−コールター社製)を使用した。
測定法としては、分散剤として界面活性剤(ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム)の5%水溶液2ml中に、測定試料を0.5mg加え、これを前記電解液100ml中に添加した。この測定試料を懸濁させた電解液を超音波分散器で約1分間分散処理を行い、前記コールターマルチサイザー−II型により、アパーチャー径が100μmのアパーチャーを用いて、粒径が2.0〜60μmの範囲の粒子の粒度分布を測定した。測定した粒子数は50,000である。
測定された粒度分布を、分割された粒度範囲(チャンネル)に対し、体積について小径側から累積分布を描き、累積50%となる粒径を体積平均粒子径と定義した。
<体積平均粒子径の測定方法(測定する粒子直径が2μm未満の場合)
測定する粒子直径が2μm未満の場合は、レーザー回析式粒度分布測定装置(LA−700:堀場製作所製)を用いて、粒子の体積平均粒子径を測定した。
測定法としては、分散液となっている状態の試料を固形分で約2gになるように調整し、これにイオン交換水を添加して、約40mlにする。これをセルに適当な濃度になるまで投入し、2分待って、セル内の濃度がほぼ安定になったところで測定した。
得られたチャンネルごとの体積平均粒子径を、体積平均粒子径の小さい方から累積し、累積50%になったところを体積平均粒子径とした。
なお、粉体を測定する場合は、界面活性剤(ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム)の5%水溶液50ml中に測定試料を2g加え、超音波分散機(1,000Hz)にて2分間分散して、試料を作製し、前述の分散液と同様の方法で測定した。
<トナーの粒度分布の測定>
トナーの粒度分布指標の測定は、前述のコールターマルチサイザー−II型を用いて測定された粒度分布を分割された粒度範囲(チャンネル)に対し、体積、個数をそれぞれ小径側から累積分布を描き、累積16%となる体積平均粒径D16V、個数平均粒径D16P、累積50%となる体積平均粒径D50V、個数平均粒径D50p、累積84%となる体積平均粒径D84V、個数平均粒径D84pと定義する。これらを用いて、体積平均粒度分布指標(GSD)は(D84V/D16V)0.5より求められ、個数平均粒度分布指標(GSD)は(D84p/D16p)0.5より、下個数平均粒度分布指標(GSD下)は(D16P/D50P)より算出した。
<形状係数SF1の算出>
トナーの形状係数SF1は、走査型電子顕微鏡(SEM)(日立ハイデクノロジーズ社製S−4800)を用い、SEM画像を、ルーゼックス画像解析装置((株)ニレコ製FT)を用いて解析することによって数値化し、以下のようにして算出した。すなわち、スライドガラス表面に散布した高級アルコール(C1837OH)粒子の光学顕微鏡像をビデオカメラを通じてルーゼックス画像解析装置に取り込み、100個のトナー粒子の最大長(ML)と投影面積(A)を求め、下記式に当てはめて計算し、その平均値をトナーの形状係数SF1とした。
SF1=(ML/A)×(π/4)×100
<融点およびガラス転移点の測定方法>
ガラス転移点(Tg)及び融点は、示差走査熱量計(マックサイエンス社製:DSC3110、熱分析システム001)を用い、0℃から150℃まで、昇温速度10℃/分の条件下で測定することによりDSCスペクトルを得た。
<重量平均分子量(Mw)の測定>
ポリエステル樹脂の重量平均分子量(Mw)(ポリスチレン換算)は、GPC(東ソー(株):製HLC−8120)を用いて測定した。カラムは東ソー製TSKgel SuperHMーM(15cm)を使用し、THF溶媒によりGPCスペクトルを測定した。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ポリエステル樹脂の分子量を算出した。
<酸価の測定>
酸価は、JIS K0070に従って行い、中和滴定法を用いた測定で行った。即ち、適当量の試料を分取し、溶剤(ジエチルエーテル/エタノール混合液)100ml、及び、指示薬(フェノールフタレイン溶液)数滴を加え、水浴上で試料が完全に溶けるまで充分に振り混ぜる。これに、0.1mol/l水酸化カリウムエタノール溶液で滴定し、指示薬の薄い紅色が30秒間続いた時を終点とした。酸価をA、試料量をS(g)、滴定に用いた0.1mol/l水酸化カリウムエタノール溶液をB(ml)、fを0.1mol/l水酸化カリウムエタノール溶液のファクターとした時、A=(B×f×5.611)/Sとして算出した。
<Naイオン量の測定>
トナー分散液のろ液のNaイオン量は、イオンクロマトグラフィー(東ソー(株)製、IC−2001)により、以下の条件で測定した。
・カラム:TSKgel IC−Cation、TSK guard column IC−C(東ソー(株)製)
・溶離液:2mmol/l NaCl水溶液
・流速:1.2ml/min
・温度:25℃
・検出法:電気伝導度
・サンプル濃度:5mg/5ml
<伝導度の測定>
トナー分散液のろ液の伝導度は、東亜電波工業(株)製伝導度計CM−30S使用し、25℃にて測定した。
<pH測定>
トナー分散液のろ液のpH測定には、25℃において、東亜電波工業社製pHメーター(HM−26S)を使用した。
(非結晶性ポリエステル樹脂(1)の合成)
加熱乾燥した二口フラスコに、ポリオキシプロピレン(2,2)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン80モル部と、エチレングリコール10モル部と、シクロヘキサンジオール10モル部と、テレフタル酸80モル部と、イソフタル酸10モル部と、n−ドデセニルコハク酸10モル部を原料に、触媒としてジブチル錫オキサイドを入れ、容器内に窒素ガスを導入して不活性雰囲気に保ち昇温した後、150〜230℃で約12時間共縮重合反応させ、その後、210〜250℃で徐々に減圧して、非結晶性ポリエステル樹脂(1)を合成した。
得られた非結晶性ポリエステル樹脂(1)の重量平均分子量(Mw)は、17,200であった。また、非結晶性ポリエステル樹脂(1)の酸価は12.4mgKOH/gであった。
さらに、非結晶性ポリエステル樹脂(1)の融点を、示差走査熱量計(DSC)を用いて測定し、JIS規格(JIS K−7121参照)により解析して得た。
その結果、明確なピークを示さず、階段状の吸熱量変化が観察された。階段状の吸熱量変化の中間点をとったガラス転移温度(Tg)は59℃であった。
(非結晶性ポリエステル樹脂(2)の合成)
加熱乾燥した二口フラスコに、ポリオキシエチレン(2,0)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン90モル部と、エチレングリコール10モル部と、テレフタル酸80モル部と、イソフタル酸20モル部を原料にしたほかは、非結晶性ポリエステル樹脂(1)と同様にして、非結晶性ポリエステル樹脂(2)を合成した。
非結晶性ポリエステル樹脂(1)と同様にして分子量を測定したところ、得られた非結晶性ポリエステル樹脂(2)の重量平均分子量(Mw)は16,200であった。
また、非結晶性ポリエステル樹脂(2)の酸価は18.2mgKOH/gであった。
非結晶性ポリエステル樹脂(1)と同様にして融点測定を行い、DSCスペクトルを得たところ、明確なピークを示さず、階段状の吸熱量変化が観察された。階段状の吸熱量変化の中間点をとったガラス転移温度(Tg)は62℃であった。
(非結晶性ポリエステル樹脂(3)の合成)
非結晶性ポリエステル樹脂(1)の反応終了時にテレフタル酸ジメチル2.6モル部を添加し、樹脂末端修飾を行い、非結晶性ポリエステル樹脂(3)を合成した。
非結晶性ポリエステル樹脂(1)と同様にして分子量を測定したところ、得られた非結晶性ポリエステル樹脂(3)の重量平均分子量(Mw)は18,400であった。
また、非結晶性ポリエステル樹脂(3)の酸価は2.2mgKOH/gであった。
非結晶性ポリエステル樹脂(1)と同様にして融点測定を行い、DSCスペクトルを得たところ、明確なピークを示さず、階段状の吸熱量変化が観察された。階段状の吸熱量変化の中間点をとったガラス転移温度(Tg)は60℃であった。
(非結晶性ポリエステル樹脂(4)の合成)
非結晶性ポリエステル樹脂(1)の反応終了時に1,2,4トリメリット酸2.6モル部を添加し、樹脂末端修飾を行い、非結晶性ポリエステル樹脂(4)を合成した。
非結晶性ポリエステル樹脂(1)と同様にして分子量を測定したところ、得られた非結晶性ポリエステル樹脂(4)の重量平均分子量(Mw)は20,400であった。
また、非結晶性ポリエステル樹脂(4)の酸価は32.4mgKOH/gであった。
非結晶性ポリエステル樹脂(1)と同様にして融点測定を行い、DSCスペクトルを得たところ、明確なピークを示さず、階段状の吸熱量変化が観察された。階段状の吸熱量変化の中間点をとったガラス転移温度(Tg)は62℃であった。
(結晶性ポリエステル樹脂(1)の合成)
加熱乾燥した3口フラスコに、セバシン酸ジメチル43.4質量部と、1,10−デカンジオール32.8質量部と、ジメチルスルホキシド27質量部と、触媒としてジブチル錫オキサイド0.03質量部と、を入れた後、減圧操作により容器内の空気を窒素ガスにより不活性雰囲気下とし、機械攪拌にて180℃で4時間攪拌を行った。減圧下、ジメチルスルホキシドを留去し、その後、減圧下にて220℃まで徐々に昇温を行い1.5時間攪拌し、粘稠な状態となったところで空冷し、反応を停止させ、脂肪族結晶性ポリエステル樹脂(1)65質量部を合成した。
非結晶性ポリエステル樹脂(1)と同様にして分子量を測定したところ、得られた脂肪族結晶性ポリエステル樹脂(1)の重量平均分子量(Mw)は15,400であった。
また、非結晶性ポリエステル樹脂(1)と同様にして融点測定を行い、DSCスペクトルを得たところ、脂肪族結晶性ポリエステル樹脂(1)は明確なピークを有し、融点(Tm1)は76℃であった。
上記の非結晶性ポリエステル樹脂および結晶性ポリエステル樹脂の、重量平均分子量(Mw)、ガラス転移温度または融点、および酸価を下記表1に示す。
Figure 0005115020
(非結晶性ポリエステル樹脂分散液(1))
非結晶性ポリエステル樹脂(1)160部と、酢酸エチルを233部と、水酸化ナトリウム水溶液(0.3N)0.1部とを用意し、これらを500mlのセパラブルフラスコに入れ、70℃で加熱し、スリーワンモーター(新東科学(株))により撹拌して樹脂混合液を調製した。この樹脂混合液をさらに撹拌しながら、徐々にイオン交換水373部を加え、転相乳化させ、脱溶剤することにより非結晶性ポリエステル樹脂分散液(1)を得た。
非結晶性ポリエステル樹脂分散液(1)中の樹脂粒子の体積平均粒径は200nmであり、固形分量は30%であった。
(非結晶性ポリエステル樹脂分散液(2))
非結晶性ポリエステル樹脂分散液(1)と同様にして非結晶性ポリエステル樹脂分散液(2)を得た。非結晶性ポリエステル樹脂分散液(2)中の樹脂粒子の体積平均粒径は180nmであり、固形分量は30%であった。
(非結晶性ポリエステル樹脂分散液(3))
非結晶性ポリエステル樹脂分散液(1)と同様にして非結晶性ポリエステル樹脂分散液(3)を得た。非結晶性ポリエステル樹脂分散液(3)中の樹脂粒子の体積平均粒径は480nmであり、粒度分布もブロードで粗大粉も存在した。固形分量は30%であった。
(非結晶性ポリエステル樹脂分散液(4))
非結晶性ポリエステル樹脂分散液(1)と同様にして非結晶性ポリエステル樹脂分散液(4)を得た。非結晶性ポリエステル樹脂分散液(4)中の樹脂粒子の体積平均粒径は100nmであり、固形分量は30%であった。
(結晶性ポリエステル樹脂分散液(1))
結晶性ポリエステル樹脂(1)160部と、酢酸エチル233部と、水酸化ナトリウム水溶液(0.3N)0.1部とを用意し、これらを500mlのセパラブルフラスコに入れ、70℃で加熱し、スリーワンモーター(新東科学(株)製)により撹拌して樹脂混合液を調製した。この樹脂混合液をさらに撹拌しながら、徐々にイオン交換水373部を加え、転相乳化させ、脱溶剤することにより結晶性ポリエステル樹脂分散液(1)を得た。
結晶性ポリエステル樹脂分散液(1)中の樹脂粒子の体積平均粒径は170nmであり、固形分量は30%であった。
(離型剤分散液)
・パラフィンワックス(日本精蝋(株)製、HNP−9、融点:75℃):50部
・アニオン性界面活性剤(第一工業製薬(株)製、ネオゲンRK):0.5部
・イオン交換水:200部
以上を混合して95℃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。その後、マントンゴーリン高圧ホモジナイザ(ゴーリン社)で分散処理し、離型剤を分散させてなる離型剤分散液(固形分濃度:20%)を調製した。離型剤の体積平均粒径は0.23μmであった。
(着色剤分散液)
・シアン顔料(大日精化(株)製、Pigment Blue 15:3(銅フタロシアニン))
1000部
・アニオン界面活性剤(第一工業製薬社製、ネオゲンR) 15部
・イオン交換水 9000部
以上を混合し、溶解し、高圧衝撃式分散機アルティマイザー((株)スギノマシン製、HJP30006)を用いて1時間ほど分散して、着色剤(シアン顔料)を分散させてなる着色剤分散液を調製した。着色剤分散液における着色剤(シアン顔料)の体積平均粒径は0.16μm、固形分濃度は20%であった。
(実施例1)
(トナー(1)の製造)
・結晶性ポリエステル樹脂分散液(1) 26.7部
・非結晶性ポリエステル樹脂分散液(1) 267部
・着色剤分散液 25部
・離型剤分散液 40部
・アニオン性界面活性剤(TeycaPower) 2.0部
−乳化工程−
上記原料を2Lの円筒ステンレス容器に入れ、ホモジナイザー(IKA社製、ウルトラララックスT50)を用い、ホモジナイザーの回転数を4000rpmにして、せん断力を加えながら10分間分散して混合した。次いで、凝集剤としてポリ塩化アルミニウムの10%硝酸水溶液1.75部を徐々に滴下して、ホモジナイザーの回転数を5000rpmにして15分間分散して混合し、原料分散液とした。
−凝集工程−
その後、攪拌装置、温度計を備えた重合釜に原料分散液を移し、マントルヒーターにて加熱し始め、42℃にて凝集粒子の成長を促進させた。この際、0.3Nの硝酸や1Nの水酸化ナトリウム水溶液を用いて原料分散液のpHを3.2以上3.8以下の範囲に調整した。原料分散液を上記pH範囲に保持して2時間ほど放置し、凝集粒子を形成した。この凝集粒子の体積平均粒子径は5.4μmであった。
−融合工程−
次に、原料分散液に非結晶性ポリエステル樹脂分散液(1)100部を追添加し、前記凝集粒子の表面に非結晶性ポリエステル樹脂(1)の樹脂粒子を付着させた。さらに、原料分散液を44℃に昇温し、光学顕微鏡及びマルチサイザーIIを用いて、粒子の大きさ及び形態を確認しながら凝集粒子を整えた。その後、凝集粒子を融合させるために、原料分散液にNaOH水溶液を滴下してpHを7.5に調整した後、原料分散液を95℃まで昇温させた。その後、3時間原料分散液を放置して凝集粒子を融合させ、光学顕微鏡で凝集粒子が融合したのを確認した後、原料分散液を1.0℃/分の降温速度で冷却した。
−洗浄工程−
〔pH9以上pH10以下の処理液で洗浄する工程〕
その後、0.3Nの硝酸や1Nの水酸化ナトリウム水溶液を用い、原料分散液を25℃でpHを9.5に調整し、20分間攪拌後に孔径20μmのメッシュで篩分した。次に、原料分散液をろ過した。固液分離後のトナーを、トナー固形分量に対して20倍量の30℃のイオン交換水中に分散し、20分間攪拌してろ過を行った。
この工程を3回繰り返し、ろ液の伝導度が34μSであることを確認した。
〔pH4以下にした後、超音波で処理しながら、イオン交換樹脂で洗浄する工程〕
その後、トナー固形分量に対して20倍量の30℃のイオン交換水中にトナーを再分散し、イオン交換樹脂をトナー100質量部に対して5質量部添加して、超音波洗浄機(本多電子社製:W−115T)を用いて45kHzの周波数をかけながら、10分間洗浄を行った。この際、系のpHが4以下にならない場合は0.3Nの硝酸を加えて調整を行った。その後ろ過を行った。
〔イオン交換水で洗浄する工程〕
以上の本実施例1における〔pH9以上pH10以下の処理液で洗浄する工程〕と〔pH4以下にした後、超音波で処理しながら、イオン交換樹脂で洗浄する工程〕を3回繰り返した後、トナー固形分量に対して20倍量の30℃のイオン交換水に再分散して水洗を3回繰り返した。
以上の本実施例1における〔pH9以上pH10以下の処理液で洗浄する工程〕、〔pH4以下にした後、超音波で処理しながら、イオン交換樹脂で洗浄する工程〕、および〔イオン交換水で洗浄する工程〕の一連の洗浄を「洗浄(1)」と称する。
−トナーの乾燥−
洗浄(1)を終えた後、凍結真空乾燥機で乾燥を行いトナー粒子(1)を得た。
得られたトナー粒子(1)の体積平均粒度分布指標GSDは1.21、個数平均粒度分布指標GSDは1.25であり、体積平均粒子径は6.2μmであった。また画像解析による形状係数SF1は128であった。
<トナー分散液中の初期Naイオン量(a)>
得られたトナー粒子(1)を、ポリビニルアルコールを1.0%含有した30℃のイオン交換水であってトナー固形分量に対して20倍量の水中に再分散させてから3分後のトナー分散液の一部をろ過した、ろ液の伝道度(以下、「初期伝導度」という)を測定したところ、8μSであった。また、このろ液のNaイオン量(初期Naイオン量)を、イオンクロマトグラフを用いて定量したところ、12ppmであった。
<24時間分散後のトナー分散液中のNaイオン量(b)>
次に分散液を24時間攪拌しながら放置した。24時間後の分散液をろ過し、そのろ液の伝道度(以下、「分散24時間後伝導度」という)を測定したところ、10μSであった。また、同様に、そのろ液のNaイオン量(分散24時間後Naイオン量)を測定したところ、16ppmであった。
上記洗浄(1)を終えたトナー粒子100部に対して、外添剤として、表面疎水化処理した1次粒子径40nmのシリカ粒子(日本アエロジル社製、疎水性シリカ:RX50)1.0%と、メタチタン酸100部にイソブチルトリメトキシシラン40部及びトリフルオロプロピルトリメトキシシラン10部を処理した反応生成物である1次粒子平均径20nmのメタチタン酸化合物粒子1.0%とを添加し、ヘンシェルミキサーで5分間混合した。さらに超音波振動篩(ダルトン社製)にかけてトナー(1)を得た。
(キャリア)
・フェライト粒子(平均粒径;35μm) 100部
・トルエン 14部
・パーフルオロアクリレート共重合体(臨界表面張力24mN/m) 1.6部
・カーボンブラック(キャボット社製「VXC−72」、抵抗100Ωcm以下)
0.12部
・架橋メラミン樹脂粒子(平均粒径;0.3μm、トルエン不溶) 0.3部
カーボンブラックをトルエンに希釈し、サンドミルを用いてパーフルオロアクリレート共重合体に分散させたものを、さらに10分間スターラーで撹拌し、被膜層形成液を調合した。次に、この被膜層形成液とフェライト粒子とを真空脱気型ニーダーにいれ、温度60℃において30分間攪拌した後、減圧してトルエンを留去して、樹脂被膜層を形成してキャリアを得た。
<トナーの評価>
(熱保管性)
試料として、トナー(1)を55℃/50%RHの環境下に24時間放置した後、熱保管性の評価を行った。
パウダーテスター(ホソカワミクロン社製)を用い、53μmのふるい上に正確に秤量した20gの前記試料を投入し、振幅1mmで90秒間振動を与え、振動後の各ふるい上のトナー質量を測定し、もとの試料の質量(20g)に対する百分率として熱保管性の指標を算出した。なお、測定は25℃/50%RHの環境下で行った。この評価においては、前記振動後の熱保管性の指標が40以下であれば、通常実用上問題なく使用でき、より好適には30以下である。
(帯電性)
トナー(1)36gと上記キャリア414gを2LのVブレンダーに入れ、20分間撹拌し、その後、孔径212μmのメッシュで篩分して現像剤(1)を作製した。
得られた現像剤(1)をDocuPrint C2220(富士ゼロックス(株)製)の現像器に充填して、低温低湿下環境(10℃/15%RH)で24時間シーズニングした。その後、同環境下で現像機を3分間空回しし、現像剤の帯電量を、ブローオフ帯電量測定機(東芝社製、TB200)を用いて低温低湿下での帯電量を測定した。
次に、現像剤(1)をDocuPrint C2220(富士ゼロックス(株)製)の現像器に充填して高温高湿下(28℃/85%RH)の環境下で24時間シーズニングした。その後、同環境下で現像機を3分間空回しし、現像剤の帯電量を、ブローオフ帯電量測定機(東芝社製、TB200)を用いて高温高湿下での帯電量(初期帯電量)を測定した。
さらに、そのまま現像器を実機に装着し、絵だしを実施してかぶりの評価を行った。かぶりの評価については、再度複写した画像を目視で観察し、非画像部のかぶり(初期かぶり)を以下の観点でグレード付けして評価した。G2までを使用できるものとする。
G1:非画像部にまったくかぶりが観察されない。
G2:非画像部にごく僅かにかぶりが見られるものの、問題ないレベルである。
G3:非画像部にかぶりが散見され、繰り返し使用に支障をきたす恐れがある。
G4:非画像部全体にかぶりが広がっている。
G5:画像部、非画像部に限らず全体的にかぶりが広がり、問題外のレベルである。
次に、そのまま高温高湿下で、実機を1週間放置し、その後の現像剤の帯電量を、ブローオフ帯電量測定機(東芝社製)を用いて帯電量(放置後帯電量)を測定した。さらに現像器を実機に装着し、絵だしを実施してかぶり(放置後かぶり)の評価を行った。
低温低湿下の「帯電量」ならびに、高温高湿下の「初期帯電量」、「初期かぶり」、「1週間放置後帯電量」および「放置後かぶり」の結果を表2に示す。なお、帯電量の単位はμc/gである。
(クリーニング性)
上記高温高質下でのかぶり評価の後、画像面積率5%の画像で3000枚の絵だしを行い、クリーニング不良による画像欠陥の確認を行った。
(低温定着性、画像光沢性)
現像剤(1)を、定着装置を取り外したDocuPrint C2220(富士ゼロックス(株)製)の現像器に充填して、未定着画像を採取した。画像条件は40mm×50mmのソリッド画像で、トナー量は1.5mg/cm、記録紙はミラーコートプラチナ紙(坪量:127gsm)を使用した。ついで、DocuPrint C2220の定着機を定着温度が可変となるように改造して、定着温度を100℃から200℃の間で段階的に上昇させながら画像の低温定着性を評価した。なお低温定着性は、離型不良による画像欠損のない、良好な定着画像を一定荷重の重りを用いて折り曲げ、その部分の画像欠損度合いグレード付けし、ある一定のグレード以上になる定着温度を最低定着温度として、低温定着性の指標とした。最低定着温度は120℃以下であることが好ましい。結果を表2に示す。
また前記最低定着温度より20℃高い温度で定着したサンプルの画像光沢性の評価を行った。測定はJIS Z 8741に基づき、Gloss Meter GM−26D(村上色彩技術研究所)を用い、入射角75°で測定した。
画像光沢性の数値は、50以上であることが好ましく、より好ましくは60以上である。結果を表2に示す。
(実施例2)
実施例1におけるトナー(1)の製造過程において、結晶性ポリエステル樹脂分散液(1)を除き、非結晶性ポリエステル樹脂分散液(1)を290.7(293.7)部に換えた以外は実施例1と同様にしてトナー粒子(2)およびトナー(2)を得た。
実施例1と同様にして分散液のろ液について伝導度とNaイオン量を測定したところ、初期伝導度は7μSであり、初期Naイオン量は10ppmであった。また分散24時間後伝導度は9μSであり、分散24時間後Naイオン量は14ppmであった。
トナー粒子(2)の体積平均粒度分布指標GSDは1.22、個数平均粒度分布指標GSDは1.24であり、体積平均粒径は6.0μmで、形状係数SF1は130であった。
また、実施例1における現像剤(1)の製造過程において、トナー(1)をトナー(2)に換えたほかは、実施例1と同様にして現像剤(2)を作製した。トナー(2)および現像剤(2)について、実施例1と同様に評価した。結果を表2に示す。
(実施例3)
実施例1におけるトナー(1)の製造過程において、結晶性ポリエステル樹脂分散液(1)を90部、非結晶性ポリエステル樹脂分散液(1)を177.3部に換えた以外は実施例1と同様にしてトナー粒子(3)およびトナー(3)を得た。
実施例1と同様にして分散液のろ液について伝導度とNaイオン量を測定したところ、初期伝導度は8μSであり、初期Naイオン量は12ppmであった。また分散24時間後伝導度は10μSであり、分散24時間後Naイオン量は15ppmであった。
トナー粒子(3)の体積平均粒度分布指標GSDは1.25、個数平均粒度分布指標GSDは1.26であり、体積平均粒径は6.4μmで、形状係数SF1は134であった。
また、実施例1における現像剤(1)の製造過程において、トナー(1)をトナー(3)に換えたほかは、実施例1と同様にして現像剤(3)を作製した。トナー(3)および現像剤(3)について、実施例1と同様に評価した。結果を表2に示す。
(実施例4)
実施例1におけるトナー(1)の製造過程において、非結晶性ポリエステル樹脂分散液(1)を非結晶性ポリエステル樹脂分散液(2)に換えた以外は実施例1と同様にしてトナー粒子(4)およびトナー(4)を得た。
実施例2と同様にして分散液のろ液について伝導度とNaイオン量を測定したところ、初期伝導度は9μSであり、初期Naイオン量は17ppmであった。また分散24時間後伝導度は12μSであり、分散24時間後Naイオン量は23ppmであった。
トナー粒子(3)の体積平均粒度分布指標GSDは1.23、個数平均粒度分布指標GSDは1.24であり、体積平均粒径は5.8μmで、形状係数SF1は132であった。
また、実施例1における現像剤(1)の製造過程において、トナー(1)をトナー(4)に換えたほかは、実施例1と同様にして現像剤(4)を作製した。トナー(4)および現像剤(4)について、実施例1と同様に評価した。結果を表2に示す。
(実施例5)
実施例1におけるトナー(1)の製造過程において、〔pH9以上pH10以下の処理液で洗浄する工程〕と〔pH4以下にした後、超音波で処理しながら、イオン交換樹脂で洗浄する工程〕の繰り返し回数を2回に、またその後の水洗の回数を2回に換えた(以上洗浄(2))以外は実施例1と同様にしてトナー粒子(5)およびトナー(5)を得た。
実施例1と同様にして分散液のろ液について伝導度とNaイオン量を測定したところ、初期伝導度は11μSであり、初期Naイオン量は18ppmであった。また分散24時間後伝導度は16μSであり、分散24時間後Naイオン量は26ppmであった。
トナー粒子(4)の体積平均粒度分布指標GSDは1.19、個数平均粒度分布指標GSDは1.23であり、体積平均粒径は6.0μmで、形状係数SF1は130であった。
また、実施例1における現像剤(1)の製造過程において、トナー(1)をトナー(5)に換えたほかは、実施例1と同様にして現像剤(5)を作製した。トナー(5)および現像剤(5)について、実施例1と同様に評価した。結果を表2に示す。
(実施例6)
トナー作製における融合工程において、95℃に昇温した後にpHを7.0に低下させて融合を行い、3時間融合させたほかは、実施例1と同様にしてトナー粒子(6)およびトナー(6)を得た。光学顕微鏡で融合粒子を観察したところ球形で融合していることを確認した。
実施例1と同様にして分散液のろ液について伝導度とNaイオン量を測定したところ、初期伝導度は8μSであり、初期Naイオン量は9ppmであった。また、分散24時間後伝導度は10μSであり、分散24時間後伝導度Naイオン量は13ppmであった。
トナー粒子(6)の体積平均粒度分布指標GSDは1.23、個数平均粒度分布指標GSDは1.23であり、体積平均粒径は6.0μmで、形状係数SF1は106であった。
また、実施例1における現像剤(1)の製造過程において、トナー(1)をトナー(6)に換えたほかは、実施例1と同様にして現像剤(6)を作製した。トナー(6)および現像剤(6)について、実施例1と同様に評価した。結果を表2に示す。
(比較例1)
実施例2におけるトナー(2)の製造過程において、洗浄工程の〔pH4以下にした後、超音波で処理しながら、イオン交換樹脂で洗浄する工程〕において、超音波処理とイオン交換樹脂の添加を除いた(以上洗浄(3))以外は実施例2と同様にしてトナー粒子(7)およびトナー(7)を得た。
実施例2と同様にして分散液のろ液について伝導度とNaイオン量を測定したところ、初期伝導度は37μSであり、初期Naイオン量は36ppmであった。また、分散24時間後伝導度は54μSであり、分散24時間後伝導度Naイオン量は60ppmであった。
トナー粒子(7)の体積平均粒度分布指標GSDは1.22、個数平均粒度分布指標GSDは1.24であり、体積平均粒径は6.0μmで、形状係数SF1は130であった。
また、実施例1における現像剤(1)の製造過程において、トナー(1)をトナー(7)に換えたほかは、実施例1と同様にして現像剤(7)を作製した。トナー(7)および現像剤(7)について、実施例1と同様に評価した。結果を表2に示す。
(比較例2)
比較例1におけるトナー(7)の製造過程において、洗浄工程における〔pH4以下にした後、超音波で処理しながら、イオン交換樹脂で洗浄する工程〕でpH調整を行わず、〔イオン交換水で洗浄する工程〕の回数を2回に換えた(以上洗浄(4))以外は比較例1と同様にしてトナー粒子(8)およびトナー(8)を得た。
実施例2と同様にして分散液のろ液について伝導度とNaイオン量を測定したところ、初期伝導度は40μSであり、初期Naイオン量は62ppmであった。また分散24時間後伝導度は62μSであり、分散24時間後Naイオン量は88ppmであった。
トナー粒子(8)の体積平均粒度分布指標GSDは1.22、個数平均粒度分布指標GSDは1.24であり、体積平均粒径は6.0μmで、形状係数SF1は130であった。
また、実施例1における現像剤(1)の製造過程において、トナー(1)をトナー(
8)に換えたほかは、実施例1と同様にして現像剤(8)を作製した。トナー(8)および現像剤(8)について、実施例1と同様に評価した。結果を表2に示す。
(比較例3)
実施例2におけるトナー(2)の製造過程において、非結晶性ポリエステル樹脂分散液(1)を非結晶性ポリエステル樹脂分散液(3)に換えた以外は実施例2と同様にしてトナー粒子(9)およびトナー(9)を得た。
実施例2と同様にして分散液のろ液について伝導度とNaイオン量を測定したところ、初期伝導度は5μSであり、初期Naイオン量は10ppmであった。また分散24時間後伝導度は6μSであり、分散24時間後Naイオン量は14ppmであった。
トナー(9)は樹脂酸価が低すぎるため、乳化粒子径が大きく、凝集の速度が速かったために粒径が大きくなり、体積平均粒径は7.6μmであった。また樹脂酸価が低いため、帯電性が十分でなく、帯電量が低かった。また形状進行の速度が著しく速く、95℃に昇温した時点ですでに球形化しており、すぐに融合を停止したものの得られたトナー(9)の形状係数SF1は108であった。
また、体積平均粒度分布指標GSDは1.32、個数平均粒度分布指標GSDは1.34であり、トナー粒度分布も広く、篩分上に残留するトナー量も多かった。
実施例1における現像剤(1)の製造過程において、トナー(1)をトナー(9)に換えたほかは、実施例1と同様にして現像剤(9)を作製した。トナー(9)および現像剤(9)について、実施例1と同様に評価した。結果を表2に示す。
(比較例4)
実施例2におけるトナー(2)の製造過程において、非結晶性ポリエステル樹脂分散液(1)を非結晶性ポリエステル樹脂分散液(4)に換え、融合工程において、95℃に昇温した後にpHを7.0に低下させて融合を行った。5時間融合させたところで光学顕微鏡で観察したところ十分融合しておらず、また形状変化も進行していなかった。さらにpH6.0まで低下させたところ、徐々に形状の変化は進行したが、粒径が粗大化するとともに粗大粉が増加したため、最終的に評価に値するトナー粒子を得ることができなかった。
(比較例5)
・非結晶性ポリエステル樹脂(1) 790部
・結晶性ポリエステル樹脂(1) 80部
・パラフィンワックス(日本精蝋(株)製、HNP−9、融点:75℃) 80部
・シアン顔料(大日精化(株)製、Pigment Blue 15:3(銅フタロシアニン))
50部
上記原料をヘンシェルミキサーで混合後、バンバリーミキサーで溶融混練後に圧延してハンマーミルで粗破砕した。次にジェットミル粉砕機で6.4μmになるまで粉砕し、エルボージェット分級機で分級を行い、トナー粒子(10)およびトナー(10)を得た。
実施例1と同様にして分散液のろ液について伝導度とNaイオン量を測定したところ、初期伝導度は3μSであり、初期Naイオン量は2ppmであった。また分散24時間後伝導度は5μSであり、分散24時間後Naイオン量は3ppmであった。
トナー粒子(10)の分級後の体積平均粒度分布指標GSDは1.30、個数平均粒度分布指標GSDは1.31であり、体積平均粒径は6.2μmで形状係数SF1は142であった。
実施例1における現像剤(1)の製造過程において、トナー(1)をトナー(10)に換えたほかは、実施例1と同様にして現像剤(10)を作製した。トナー(10)および現像剤(10)について、実施例1と同様に評価した。結果を表2に示す。
Figure 0005115020
表2中、「EA」とは、乳化凝集法を意味する。
表2からわかるように、実施例ではトナー分散液の初期Naイオン量(a)および初期Naイオン量(a)と分散24時間後Naイオン量(b)との差が小さく、いずれもクリーニング性に優れ、かぶりもほとんど散見されない状態であることがわかった。また、トナーが結晶性樹脂を25質量%含んでいても、実施の形態おける洗浄工程を経たものは、低温低湿条件下・高温高湿条件下双方における帯電量が大きいことがわかった。
実施の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。 実施の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。
符号の説明
1Y、1M、1C、1K、107 感光体(像保持体)
2Y、2M、2C、2K、108 帯電ローラ
3Y、3M、3C、3K レーザ光線
3、110 露光装置
4Y、4M、4C、4K、111 現像装置(現像手段)
5Y、5M、5C、5K 1次転写ローラ
6Y、6M、6C、6K、113 感光体クリーニング装置(クリーニング手段)
8Y、8M、8C、8K トナーカートリッジ
10Y、10M、10C、10K ユニット
20 中間転写ベルト
22 駆動ローラ
24 支持ローラ
26 2次転写ローラ(転写手段)
28、115 定着装置(定着手段)
30 中間転写体クリーニング装置
112 転写装置
116 取り付けレール
117 除電露光のための開口部
118 露光のための開口部
200 プロセスカートリッジ、
P、300 記録紙(被転写体)

Claims (2)

  1. 少なくとも酸価が5mgKOH/g以上25mgKOH/g以下のポリエステル樹脂と着色剤とを含むトナーを、湿式法により得る工程と、得られた前記トナーを水系媒体中に分散させたとき、トナー分散液中の初期Naイオン量(a)が50ppm以下であり、かつ、前記初期Naイオン量(a)と24時間分散後の前記トナー分散液中のNaイオン量(b)との差(b−a)が20ppm以下となるまで、前記トナーを洗浄する洗浄工程を有し、前記洗浄工程が、前記トナーをpH9以上pH10以下の処理液で洗浄する工程と、前記トナーをpH4以下にした後、超音波で処理しながら、イオン交換樹脂で洗浄する工程と、前記トナーをイオン交換水で洗浄する工程とを含むことを特徴とする静電荷像現像用トナーの製造方法。
  2. 少なくとも酸価が5mgKOH/g以上25mgKOH/g以下のポリエステル樹脂と着色剤と離型剤とを含み、湿式法により製造されるトナーを水系媒体中に分散させたとき、
    トナー分散液中の初期Naイオン量(a)が50ppm以下であり、かつ、前記初期Naイオン量(a)と24時間分散後の前記トナー分散液中のNaイオン量(b)との差(b−a)が20ppm以下となるまで、前記トナーを洗浄する洗浄工程を有し、前記洗浄工程が、前記トナーをpH9以上pH10以下の処理液で洗浄する工程と、前記トナーをpH4以下にした後、超音波で処理しながら、イオン交換樹脂で洗浄する工程と、前記トナーをイオン交換水で洗浄する工程とを含むことを特徴とする静電荷像現像用トナーの洗浄方法。
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