JP6910805B2 - トナー、画像形成装置及び画像形成方法 - Google Patents
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Description
従来、プリンターはネットワークにつながり、多人数がそのプリンターで印刷するという使われ方が多かったが、近年は個人の机にパーソナルコンピュータ(PC)とプリンターを置き、手元で印刷するという需要も多くなってきた。そのためにはプリンターの省スペース化が必要であり、プリンターは小型化の要求が強い。
また、小型化されたプリンターであっても高画質であり、長期使用時における画像変動の少ない高い安定性を有するものが要望されている。ここで、プリンターを小型化するには、プリンターの容積のかなりの部分を占めている、定着手段や現像手段などを備えた画像形成装置の小型化が有効である。
一方、画像形成方法について考えると、画像形成装置に用いられる画像形成方法には二成分現像方式や一成分現像方式があるが、小型化という意味では一成分現像方式が適している。これは、キャリアなどの部材を使用しないからである。一成分現像方式を採用した画像形成装置の小型化には、トナー担持体の小径化やトナー担持体に接触配置されるトナー供給部材を用いないことが挙げられる(特許文献1、2参照)。しかしながら、このような画像形成装置では、特有な課題が顕在化しやすい傾向にある。
例えば、トナー担持体上のトナーの規制不良に伴う現像ゴーストが挙げられる。トナー担持体の小径化やトナー担持体に接触配置されるトナー供給部材を用いない場合などは、トナー担持体上のトナーの入れ替わりが不十分になる。その結果、トナーが過帯電し、トナーの規制不良を発生させることになる。このようなトナーの規制不良は、長期耐久使用時に外添剤が埋め込まれることなどにより、トナーの流動性が低下した場合に、より顕著にみられる。
さらに、画像形成装置を小型化する手段として、クリーナーレスシステムも非常に適している。多くの画像形成装置では、転写工程にて残余した静電潜像担持体上のトナー(以後、転写残トナーと呼ぶ)はクリーニングブレードなどによりかき取られ、クリーナー容器に回収される。一方、クリーナーレスシステムではクリーニングブレード、及びクリーナー容器が無いため、画像形成装置を大幅に小型化できる。
しかし、クリーナーレスシステムには特有の課題も存在する。
例えば、静電潜像担持体上で転写残トナーが存在する部分では、帯電工程での帯電が不十分になり、現像時にムラが生じやすくなり、濃度ムラを引き起こすことが挙げられる。また、トナーから遊離した外添剤が転写工程を経ても静電潜像担持体上に残余し、帯電部材を汚染し、帯電不良となりベタ画像中に白ポチが発生することが挙げられる。
上述したような現像ゴースト、濃度ムラ及び白ポチに対し、トナーの流動性向上やトナー付着力の低減の試みがなされている。
例えば、特許文献3では、結着樹脂、磁性体、及び外添剤から構成される磁性トナーであって、外添剤が付着したトナー微粉末に、分散された状態で熱風により表面改質処理を施し、外添剤の固定化と、磁性体の被覆化と、トナー微粉末の球形化を同時にかつ瞬時に行うことを特徴とする磁性トナーが提案されている。
このように、いわゆる熱球形化処理を施すことによって、確かに画質や長期使用にわたる画像安定性の向上が見られる。しかし、上述した現像ゴースト、濃度ムラ及び白ポチに対しては、未だ検討の余地を残しており、改善の余地がある。
該無機微粒子Aは、
(i)一次粒子の個数平均粒径(D1)が80nm以上200nm以下のシリカ微粒子であり、
(ii)一次粒子の粒度分布において、最大ピークの半値幅が25nm以下であり、
該無機微粒子Bは、一次粒子の個数平均粒径(D1)が5nm以上25nm以下であり、かつ、シリカ微粒子、酸化チタン微粒子、及びアルミナ微粒子からなる群より選ばれた少なくとも一つの微粒子であり、
該トナー粒子に対する該無機微粒子A及び該無機微粒子Bの合計固着率が75%以上であり、
該トナーに78.5Nの荷重を加えたときの二粒子間力をFp(A)、該トナーに157.0Nの荷重を加えたときの二粒子間力をFp(B)としたときに、下記式(1)及び(2)を満たすことを特徴とするトナー。
式(1):10nN≦Fp(A)≦25.0nN
式(2):(Fp(B)−Fp(A))/Fp(A)≦0.90
また、本発明は、静電潜像担持体、該静電潜像担持体を帯電する接触式帯電ローラ、帯
電された該静電潜像担持体の表面に静電潜像を形成するための像露光手段、該静電潜像をトナーにて現像し、トナー像を形成する現像手段、中間転写体を介して又は介さずに該トナー像を転写材に転写するための転写手段、及び、該転写材に転写された該トナー像を該転写材に定着するための定着手段とを有し、該転写手段の下流側、かつ、該接触式帯電ローラの上流側に、残留トナーを除去するためのクリーニング手段を備えておらず、該残留トナーを該現像手段で回収する画像形成装置において、該トナーが本発明のトナーであることを特徴とする画像形成装置である。
さらに、本発明は、静電潜像担持体の表面を接触式帯電ローラを用いて帯電する帯電工程、帯電された該静電潜像担持体の表面を露光して、静電潜像を形成する静電潜像形成工程、該静電潜像をトナーにて現像し、トナー像を形成する現像工程、中間転写体を介して又は介さずに該トナー像を転写材に転写する転写工程、及び、該転写材に転写された該トナー像を該転写材に定着する定着工程を有し、該転写工程と該帯電工程の間に、残留トナーを除去するためのクリーニング工程を有さず、該残留トナーを該現像手段で回収する画像形成方法において、該トナーが本発明のトナーであることを特徴とする画像形成方法である。
該無機微粒子Aは、一次粒子の個数平均粒径(D1)が80nm以上200nm以下のシリカ微粒子であり、
該無機微粒子Bは、一次粒子の個数平均粒径(D1)が5nm以上25nm以下であり、かつ、シリカ微粒子、酸化チタン微粒子、及びアルミナ微粒子からなる群より選ばれた少なくとも一つの微粒子であり、
該トナー粒子に対する該無機微粒子A及び該無機微粒子Bの合計固着率が75%以上であり、
該トナーに78.5Nの荷重を加えたときの二粒子間力をFp(A)、該トナーに157.0Nの荷重を加えたときの二粒子間力をFp(B)としたときに、下記式(1)及び(2)を満たすことを特徴とする。
式(1):Fp(A)≦30.0nN
式(2):(Fp(B)−Fp(A))/Fp(A)≦0.90
先述のとおり、長期耐久使用時に外添剤が埋め込まれることなどにより、トナーの流動性が低下すると、トナー担持体上のトナーの入れ替わりが不十分になる。その結果、トナーが過帯電し、トナーの規制不良が発生する。これにより、ベタ黒画像出力後とベタ白画像出力後で、トナー担持体上のトナーの載り量に差異が生じ、現像ゴーストが発生する。従来、このような現像ゴーストを改良するために、小径のシリカ微粒子や大径のシリカ微粒子のような外添剤を多量に添加することで、長期耐久使用時においてもトナーの流動性を保持し、トナー担持体上におけるトナーの入れ替わりを促し、トナーの規制不良を改善していた。
しかし、低温低湿環境下のように、トナーが過帯電しやすいような場合では、トナーの流動性が不十分となり、十分な効果は得られなかった。
また、このような外添剤を多量に添加したトナーを、クリーナーレスシステムを採用する画像形成装置で使用した場合、トナーから離脱した外添剤が、転写工程を経ても静電潜像担持体上に残余しやすくなり、帯電部材を汚染しやすくなる。その結果、帯電不良となり画像に白ポチが発生するような弊害が見受けられやすくなる。また、外添剤を多量に添加しただけのトナーでは、転写効率も不十分となるため、転写残トナーに起因する帯電不良による濃度ムラも発生しやすくなる。
以上のように、外添剤を多量に添加したトナーを、クリーナーレスシステムを採用する
画像形成装置で使用した場合、現像ゴーストの抑制と、濃度ムラ及び白ポチの抑制とを両立することが困難であった。
すなわち、無機微粒子の種類を規定した上で、無機微粒子の合計固着率を向上させた状態で、トナーの二粒子間力を低減させることにより、トナー規制部近傍で瞬時にトナーがほぐれ、トナーの帯電立ち上がり性を向上させることができる。
また、トナーの二粒子間力が低いために、転写時の転写バイアスに追従できるようになるため、転写効率が向上し、転写残トナーが減少し、転写残トナーに起因する帯電不良による濃度ムラを抑制できる。
さらに、無機微粒子の合計固着率が高いために、転写工程で静電潜像担持体上に残余する無機微粒子が減少し、帯電部材の汚染が抑制でき、白ポチを抑制することができる。
まず、本発明において、トナー粒子表面には、粒径の異なる無機微粒子Aと無機微粒子Bが存在している。
粒径の異なる無機微粒子Aと無機微粒子Bが存在することにより、トナー間の付着力を低減でき、さらに流動性を長期にわたり発現できるようになる。
具体的には、無機微粒子Aは、一次粒子の個数平均粒径(D1)が80nm以上200nm以下のシリカ微粒子である。無機微粒子Aが該所定のシリカ微粒子であると、長期耐久使用に渡り、トナー同士が面接触ではなく、点接触できるようになるために、トナー間の付着力を低減できる。そのため、トナーの規制不良を抑制できる。また、トナーの転写効率が向上し、転写残トナーに起因する帯電不良による濃度ムラも抑制できる。
なお、無機微粒子Aは、一次粒子の個数平均粒径(D1)が80nm以上150nm以下のシリカ微粒子であることが好ましい。
無機微粒子Bが、一次粒子のD1が25nm以下の、シリカ微粒子、酸化チタン微粒子、及びアルミナ微粒子からなる群より選ばれた少なくとも一つの微粒子であると、該無機微粒子Bによりトナー粒子表面を被覆できるようになる。その結果、トナー間の付着力を低減でき、トナーの流動性が向上する。これにより、トナーの規制不良が抑制できる。また、トナーの転写効率が向上し、転写残トナーに起因する帯電不良による濃度ムラも抑制できる。
一方、無機微粒子Bが、一次粒子のD1が5nm以上の、シリカ微粒子、酸化チタン微粒子、及びアルミナ微粒子からなる群より選ばれた少なくとも一つの微粒子であると、トナー粒子表面から埋没しにくくなり、長期耐久使用時においても、トナー間の付着力が低減できる。
なお、無機微粒子Bは、一次粒子の個数平均粒径(D1)が5nm以上15nm以下であることが好ましい。
また、無機微粒子Bが、シリカ微粒子、酸化チタン微粒子、及びアルミナ微粒子からなる群より選ばれた少なくとも一つの微粒子である場合、トナー間の付着力を低減できるようになる。
であるということは、無機微粒子A及び無機微粒子Bがトナー粒子から外れにくい状態で固着していることを意味し、転写工程を経た後の静電潜像担持体上に無機微粒子A及び無機微粒子Bが残余しにくくなる。
そのため、クリーナーレスを採用する画像形成装置で使用した場合においても、帯電部材を汚染しにくくなり、長期耐久使用に渡り、ベタ画像中の白ポチを抑制できる。
トナー粒子に対する無機微粒子A及び無機微粒子Bの合計固着率を上記範囲に制御する(すなわち、合計固着率を向上させる)には、例えば、以下の手法又はその組合せを用いるとよい。
(1)トナー粒子の表面組成を均一にすること。
(2)トナーの円形度を高めること。
(3)トナー粒子に無機微粒子Aを外添した後に無機微粒子Bを外添すること。
(4)トナー粒子に無機微粒子Aを外添した後に熱風処理すること。
(5)無機微粒子Aをトナー粒子に強く固着可能な混合装置により外添すること。
(6)無機微粒子Bをトナー粒子に均一に固着可能な混合装置により外添すること。
(7)無機微粒子A及び無機微粒子Bの種類や粒径を上記のように規定すること。
(8)無機微粒子Aの粒度分布において、最大ピークの半値幅を小さくすること。
本発明のトナーは、該トナーに78.5Nの荷重を加えたときの二粒子間力をFp(A)、該トナーに157.0Nの荷重を加えたときの二粒子間力をFp(B)としたとき、下記式(1)及び(2)を満たす。
式(1):Fp(A)≦30.0nN
式(2):(Fp(B)−Fp(A))/Fp(A)≦0.90
近年、プリンターの小型化を想定し、トナー担持体の外径は10mmから14mm程度のものがよく使用される。このような小径のトナー担持体にかかるトルクは、軸上でおよそ0.1N・mから0.3N・m程度である。したがって、トナー担持体表面と規制ブレードとの間には、およそ20Nから60Nの力がかかっていることになる。将来、さらにトナー担持体の小径化が進めば、規制部では上記以上の負荷がかかることが予想される。
したがって、78.5Nの荷重は、プリンターの小径化を考慮し、従来の荷重から20%程度強く負荷がかかる構成を想定し、さらに耐久使用後の劣化したトナーが規制部へ突入することを想定した値である。
一方、157.0Nの荷重は、上記のような将来取り得るプロセスカートリッジ構成で、トナーの流動性が半減する状態、すなわちトナーが耐久使用により劣化し、さらに圧密された状態を想定した値である。このように、耐久使用後、長期保管された後のプロセスカートリッジ内の非常に圧密されたトナーが規制部へと突入する際には大きな負荷がかかる場合がある。
こうした状態を得ることで、規制部近傍でのトナーの入れ替わり性が向上し、トナーの過帯電を抑制でき、均一な帯電分布を得ることができると考えている。その結果、トナー
の規制不良を抑制でき現像ゴーストが良化したと考えている。
さらに、Fp(A)が30.0nN以下であると、濃度ムラが抑制できる。
この理由は、次のように考えている。
先述のとおり、トナーが上記無機微粒子A及び無機微粒子Bを介して点接触に近い状態で存在しうることや均一な帯電分布を得ることができるために、転写効率が向上し、転写残トナーが減少する。そのために、帯電工程での帯電部材による帯電が均一になるため、濃度ムラが抑制できると考えている。
このような理由から、Fp(A)が30.0nN以下であり、好ましくは、Fp(A)が10nN以上25.0nN以下である。Fp(A)が25.0nN以下であると、現像ゴースト、濃度ムラをより抑制することができる。
また、(Fp(B)−Fp(A))/Fp(A)が0.90以下であると、長期耐久使用においても、規制部近傍でトナーの凝集体を容易にほぐすことができる。そのため、長期耐久使用時にも、トナーの帯電立ち上がり性が良好であり、トナーを均一に帯電させることができ、現像ゴーストを抑制できる。
さらに、(Fp(B)−Fp(A))/Fp(A)が0.90以下であると、長期耐久使用においても濃度ムラが抑制できるようになる。
以上のことから、(Fp(B)−Fp(A))/Fp(A)が0.90以下であり、(Fp(B)−Fp(A))/Fp(A)が、0.30以上0.60以下であることが好ましい。(Fp(B)−Fp(A))/Fp(A)が0.60以下であると、長期耐久使用にわたり、現像ゴースト、濃度ムラをより抑制することができる。
Fp(A)、Fp(B)を上記範囲に調整するためには、上述したトナー粒子に対する無機微粒子A及び無機微粒子Bの合計固着率を向上させる手法が有効であり、さらに、トナー粒子表面の無機微粒子Bによる被覆率を制御することも有効である。
先ず、着色剤について説明する。
黒色着色剤としては、例えば、カーボンブラック、磁性体、以下に示すイエロー、マゼンタ、及びシアン着色剤を用い黒色に調色されたものが利用できる。
先述のとおり、プリンターの小型化に有効な一手段としては、一成分現像方式が挙げられる。又、プロセスカートリッジ内のトナーをトナー担持体へと供給する供給ローラを省略することも有効な手段である。このような供給ローラを省略した一成分現像方式としては、磁性一成分現像方式が好ましく、トナーの着色剤として磁性体を用いた磁性トナーが好ましい。このような磁性トナーを用いることで、高い搬送性と着色性を有することができる。
また、無機微粒子Aの均一付着性と高い固着性を得るために、比重の大きい磁性体を用いた磁性トナー粒子を用いることがより好ましい。
例えば、無機微粒子Aをトナー粒子に外添した後に、熱風により熱球形化処理を施す場合には、トナー粒子内部に磁性体が存在することで、トナー粒子内部への無機微粒子Aの埋没を抑制できるようになるため、均一付着性と高い固着性を両立しやすくなる。
また、例えば、トナー粒子に無機微粒子などの外添剤を付着させる方法としては、混合性やせん断力の観点から、撹拌翼などを用いた混合装置が用いられる。このような外添工程においては、外添処理が主に実行される部分は撹拌翼近傍である。撹拌翼近傍では、比重の小さい非磁性トナー粒子は外添処理時の負荷が小さくなってしまう場合がある。一方で比重の大きい磁性トナー粒子は、非磁性トナー粒子に比べて撹拌翼近傍での外添処理時の負荷が大きく、外添処理の強度がより高くなると考えられる。したがって、磁性トナー粒子は非磁性トナー粒子に比して、無機微粒子のより高い固着性を得ることができると考えている。
もよい。
該磁性体は、窒素吸着法によるBET比表面積が、2〜30m2/gであることが好ましく、3〜28m2/gであることがより好ましい。また、該磁性体のモース硬度は、5〜7のものが好ましい。
磁性体の形状としては、多面体、8面体、6面体、球形、針状、鱗片状などがあるが、多面体、8面体、6面体、球形などの異方性の少ないものが、画像濃度を高める上で好ましい。
磁性体は、個数平均粒径が0.10μm以上0.40μm以下であることが好ましい。個数平均粒径が0.10μm以上であると、磁性体が凝集しにくくなり、トナー粒子中での磁性体の均一分散性が向上する。また、個数平均粒径が0.40μm以下ではトナーの着色力が向上するため好ましい。
なお、磁性体の個数平均粒径は、透過型電子顕微鏡を用いて測定できる。具体的には、エポキシ樹脂中へ観察すべきトナーを十分に分散させた後、温度40℃の雰囲気中で2日間硬化させ硬化物を得る。得られた硬化物をミクロトームにより薄片状のサンプルとし、透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて1〜4万倍の拡大倍率で観察し、視野中の100個の磁性体の粒径を測定する。そして、磁性体の投影面積に等しい円の相当径を基に、個数平均粒径を算出する。
第一鉄塩水溶液に、鉄成分に対して当量又は当量以上の水酸化ナトリウムなどのアルカリを加え、水酸化第一鉄を含む水溶液を調製する。
調製された水溶液のpHをpH7以上に維持しながら空気を吹き込み、水溶液を70℃以上に加温しながら水酸化第一鉄の酸化反応を行い、磁性酸化鉄の芯となる種晶をまず生成する。
次に、種晶を含むスラリー液に、前に加えたアルカリの添加量を基準として約1当量の硫酸第一鉄を含む水溶液を加え、混合液を得る。得られた混合液のpHを5〜10に維持しながら空気を吹き込みながら水酸化第一鉄の反応を進め、種晶を芯にして磁性酸化鉄を成長させる。この時、任意のpH及び反応温度、撹拌条件を選択することにより、磁性体の形状及び磁気特性をコントロールすることが可能である。酸化反応が進むにつれて水溶液のpHは酸性側に移行していくが、水溶液のpHは5未満にしない方が好ましい。このようにして得られた磁性体を定法によりろ過、洗浄、乾燥することにより磁性体を得ることができる。
磁性体の含有量が、20質量%以上60質量%以下であることで、着色力を発揮することができる。また、先述の通り、無機微粒子Aの固着状態を制御しやすくなるため、二粒子間力を制御しやすくなる。
なお、トナー中の磁性体の含有量は、パーキンエルマー社製熱分析装置TGA Q5000IRを用いて測定することができる。
サンプルの調製は、以下の通りである。
トナーを溶かさないイソプロパノール中にトナーを入れ、超音波洗浄機にて10分間振動を与える。その後、遠心分離機(1000rpmにて5分間)にて、トナーと溶液を分離する。上澄液を分離し、沈殿しているトナーを真空乾燥することで乾固させ、測定サンプルを得る。
また、測定方法は以下の通りである。
窒素雰囲気下において昇温速度25℃/分で常温から900℃まで測定サンプルを加熱し、100〜750℃の減量質量を測定サンプルから磁性体を除いた成分の質量とし、残存質量を磁性体量とする。
イエロー着色剤としては、縮合アゾ化合物、イソインドリノン化合物、アントラキノン化合物、アゾ金属錯体、メチン化合物、アリルアミド化合物に代表される化合物が挙げられる。
具体的には、以下の、C.I.ピグメントイエロー12、13、14、15、17、62、73、74、83、93、94、95、97、109、110、111、120、128、129、138、147、150、151、154、155、168、180、185、214が挙げられる。
マゼンタ着色剤としては、縮合アゾ化合物、ジケトピロロピロール化合物、アントラキノン化合物、キナクリドン化合物、塩基染料レーキ化合物、ナフトール化合物、ベンズイミダゾロン化合物、チオインジゴ化合物、ペリレン化合物が挙げられる。
具体的には、以下の、C.I.ピグメントレッド2、3、5、6、7、23、48:2、48:3、48:4、57:1、81:1、122、146、166、169、177、184、185、202、206、220、221、238、254、269、C.I.ピグメントバイオレット19が挙げられる。
シアン着色剤としては、銅フタロシアニン化合物及びその誘導体、アントラキノン化合物、塩基染料レーキ化合物が挙げられる。
具体的には、C.I.ピグメントブルー1、7、15、15:1、15:2、15:3、15:4、60、62、66が挙げられる。
これらの着色剤は、単独又は混合しさらには固溶体の状態で用いることができる。着色剤は、色相角、彩度、明度、耐光性、OHP透明性、トナー中への分散性の点から選択される。これら着色剤の添加量は、結着樹脂100質量部に対して、1〜20質量部であることが好ましい。
該ビニル樹脂として、スチレン系樹脂などが挙げられる。
該スチレン系樹脂の具体例としては、ポリスチレン、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−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−メタクリル酸オクチル共重合体、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−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などが挙げられる。これらは単独で又は複数種を組み合わせて用いることができる。
スチレン;o−メチルスチレン、m−メチルスチレン、p−メチルスチレン、p−メトキシスチレン、p−フェニルスチレン、p−クロルスチレン、3,4−ジクロルスチレン、p−エチルスチレン、2,4−ジメチルスチレン、p−n−ブチルスチレン、p−tert−ブチルスチレン、p−n−ヘキシルスチレン、p−n−オクチルスチレン、p−n−ノニルスチレン、p−n−デシルスチレン、p−n−ドデシルスチレンのようなスチレンの誘導体;エチレン、プロピレン、ブチレン、イソブチレンのような不飽和モノオレフィン類;ブタジエン、イソプレンのような不飽和ポリエン類;塩化ビニル、塩化ビニリデン、臭化ビニル、沸化ビニルのようなハロゲン化ビニル類;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、安息香酸ビニルのようなビニルエステル類;メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸n−ブチル、メタクリル酸イソブチル、メタクリル酸n−オクチル、メタクリル酸ドデシル、メタクリル酸2−エチルヘキシル、メタクリル酸ステアリル、メタクリル酸フェニル、メタクリル酸ジメチルアミノエチル、メタクリル酸ジエチルアミノエチルのようなα−メチレン脂肪族モノカルボン酸エステル類;
アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸イソブチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸n−オクチル、アクリル酸ドデシル、アクリル酸2−エチルヘキシル、アクリル酸ステアリル、アクリル酸2−クロルエチル、アクリル酸フェニルのようなアクリル酸エステル類;ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、ビニルイソブチルエーテルのようなビニルエーテル類;ビニルメチルケトン、ビニルヘキシルケトン、メチルイソプロペニルケトンのようなビニルケトン類;N−ビニルピロール、N−ビニルカルバゾール、N−ビニルインドール、N−ビニルピロリドンのようなN−ビニル化合物;ビニルナフタリン類;アクリロニトリル、メタクリロニトリル、アクリルアミドのようなアクリル酸又はメタクリル酸誘導体が挙げられる。
さらに、マレイン酸、シトラコン酸、イタコン酸、アルケニルコハク酸、フマル酸、メサコン酸のような不飽和二塩基酸;マレイン酸無水物、シトラコン酸無水物、イタコン酸無水物、アルケニルコハク酸無水物のような不飽和二塩基酸無水物;マレイン酸メチルハーフエステル、マレイン酸エチルハーフエステル、マレイン酸ブチルハーフエステル、シトラコン酸メチルハーフエステル、シトラコン酸エチルハーフエステル、シトラコン酸ブチルハーフエステル、イタコン酸メチルハーフエステル、アルケニルコハク酸メチルハーフエステル、フマル酸メチルハーフエステル、メサコン酸メチルハーフエステルのような不飽和二塩基酸のハーフエステル;ジメチルマレイン酸、ジメチルフマル酸のような不飽和二塩基酸エステル;アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、ケイヒ酸のようなα,β−不飽和酸;クロトン酸無水物、ケイヒ酸無水物のようなα,β−不飽和酸無水物、該α,β−不飽和酸と低級脂肪酸との無水物;アルケニルマロン酸、アルケニルグルタル酸、アルケニルアジピン酸、これらの酸無水物及びこれらのモノエステルのようなカルボキシ基を有するモノマーが挙げられる。
さらに、2−ヒドロキシエチルアクリレート、2−ヒドロキシエチルメタクリレート、2−ヒドロキシプロピルメタクリレートなどのアクリル酸又はメタクリル酸エステル類;4−(1−ヒドロキシ−1−メチルブチル)スチレン、4−(1−ヒドロキシ−1−メチルヘキシル)スチレンのようなヒドロキシ基を有するモノマーが挙げられる。
なお、本発明のトナーの結着樹脂は、スチレン系樹脂であることが好ましい。
その中でも、スチレン−アクリル酸ブチル共重合体、スチレン−メタアクリル酸ブチル共重合体が分岐度や樹脂粘度を調整しやすいため、長期にわたり現像性を維持しやすいため好ましい。
芳香族ジビニル化合物として、例えば、ジビニルベンゼン、ジビニルナフタレンが挙げられる。
アルキル鎖で結ばれたジアクリレート化合物類として、例えば、エチレングリコールジアクリレート、1,3−ブチレングリコールジアクリレート、1,4−ブタンジオールジアクリレート、1,5−ペンタンジオールジアクリレート、1,6−へキサンジオールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、及び以上の化合物のアクリレートをメタクリレートに代えたものが挙げられる。
エーテル結合を含むアルキル鎖で結ばれたジアクリレート化合物類としては、例えば、ジエチレングリコールジアクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、テトラエチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコール#400ジアクリレート、ポリエチレングリコール#600ジアクリレート、ジプロピレングリコールジアクリレート、及び以上の化合物のアクリレー卜をメタクリレートに代えたものが挙げられる。
芳香族基及びエーテル結合を含む鎖で緒ばれたジアクリレート化合物類として、例えば、ポリオキシエチレン(2)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパンジアクリレート、ポリオキシエチレン(4)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパンジアクリレート、及び以上の化合物のアクリレートをメタクリレートに代えたものが挙げられる。
ポリエステル型ジアクリレート化合物類として例えば、商品名MANDA(日本化薬)が挙げられる。
また、多官能の架橋剤としては、ペンタエリスリトールトリアクリレート、トリメチロールエタントリアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、テトラメチロールメタンテトラアクリレート、オリゴエステルアクリレート、及び以上の化合物のアクリレートをメタクリレートに代えたもの;トリアリルシアヌレート、トリアリルトリメリテート;が挙げられる。
これらの架橋性モノマーのうち、耐久性向上の点から好適に用いられるものとして、芳香族ジビニル化合物(特にジビニルベンゼン)、芳香族基及びエーテル結合を含む鎖で結ばれたジアクリレート化合物類が挙げられる。
2価のアルコール成分としては、脂肪族ジオールを含有することが好ましい。脂肪族ジオールとしては、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、1,2−プロピレングリコール、1,3−プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,4−ブタジエングリコール、トリメチレングリコール、テトラメチレングリコール、ペンタメチレングリコール、ヘキサメチレングリコール、オクタメチレングリコール、ノナメチレングリコール、デカメチレングリコール、ネオペンチルグリコールが挙げられる。
芳香族ジオールとしては、下記式Iで表されるビスフェノール及びその誘導体、下記式IIで示されるジオール類が挙げられる。
フタル酸、テレフタル酸、イソフタル酸、無水フタル酸などのベンゼンジカルボン酸類、その無水物、又はその低級アルキルエステル;コハク酸、アジピン酸、セバシン酸、アゼライン酸などのアルキルジカルボン酸類、その無水物、又はその低級アルキルエステル;n−ドデセニルコハク酸、n−ドデシルコハク酸などのアルケニルコハク酸類又はアルキルコハク酸類、その無水物、又はその低級アルキルエステル;フマル酸、マレイン酸、シトラコン酸、イタコン酸などの不飽和ジカルボン酸類、その無水物、又はその低級アルキルエステル。
また、架橋成分として働く3価以上のアルコール成分や3価以上の酸成分を、併用する
ことも、磁性体やワックスなどの均一な分散性を達成するうえで好ましい。
3価以上の多価アルコール成分としては、ソルビトール、1,2,3,6−ヘキサンテトロール、1,4−ソルビタン、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、トリペンタエリスリトール、1,2,4−ブタントリオール、1,2,5−ペンタントリオール、グリセロール、2−メチルプロパントリオール、2−メチル−1,2,4−ブタントリオール、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、1,3,5−トリヒドロキシベンゼンなどが挙げられる。
3価以上の多価カルボン酸成分としては、トリメリット酸、ピロメリット酸、1,2,4−ベンゼントリカルボン酸、1,2,5−ベンゼントリカルボン酸、2,5,7−ナフタレントリカルボン酸、1,2,4−ナフタレントリカルボン酸、1,2,4−ブタントリカルボン酸、1,2,5−ヘキサントリカルボン酸、1,3−ジカルボキシ−2−メチル−2−メチレンカルボキシプロパン、テトラ(メチレンカルボキシ)メタン、1,2,7,8−オクタンテトラカルボン酸、エンポール三量体酸、及びこれらの無水物が挙げられる。
酸成分及びアルコール成分の合計に対するアルコール成分の量は、40mol%以上60mol%以下であることが好ましく、45mol%以上55mol%以下であることがより好ましい。上記ポリエステル樹脂の製造は、通常一般に知られている縮重合法を用いるとよい。
該ワックスとしては、カルナウバワックス、モンタン酸エステルワックスなどの脂肪酸エステルを主成分とするワックス類;脱酸カルナウバワックスなどのような脂肪酸エステル類から酸成分の一部又は全部を脱酸したもの;植物性油脂の水素添加などによって得られる、ヒドロキシ基を有するメチルエステル化合物;ステアリン酸ステアリル、ベヘニン酸ベヘニルなどの飽和脂肪酸モノエステル類;セバシン酸ジベヘニル、ドデカン二酸ジステアリル、オクタデカン二酸ジステアリルなどの飽和脂肪族ジカルボン酸と飽和脂肪族アルコールとのジエステル化物;ノナンジオールジベヘネート、ドデカンジオールジステアレートなどの飽和脂肪族ジオールと飽和脂肪酸とのジエステル化物;低分子量ポリエチレン、低分子量ポリプロピレン、マイクロクリスタリンワックス、パラフィンワックス、フィッシャートロプシュワックスなどの脂肪族炭化水素系ワックス;酸化ポリエチレンワックスなどの脂肪族炭化水素系ワックスの酸化物又はそれらのブロック共重合物;脂肪族炭化水素系ワックスにスチレンやアクリル酸などのビニル系モノマーを用いてグラフト化させたワックス類;パルミチン酸、ステアリン酸、モンタン酸などの飽和直鎖脂肪酸類;ブラシジン酸、エレオステアリン酸、パリナリン酸などの不飽和脂肪酸類;ステアリルアルコール、アラルキルアルコール、ベヘニルアルコール、カルナウビルアルコール、セリルアルコール、メリシルアルコールなどの飽和アルコール類;ソルビトールなどの多価アルコール類;リノール酸アミド、オレイン酸アミド、ラウリン酸アミドなどの脂肪酸アミド類;メチレンビスステアリン酸アミド、エチレンビスカプリン酸アミド、エチレンビスラウリン酸アミド、ヘキサメチレンビスステアリン酸アミドなどの飽和脂肪酸ビスアミド類;エチレンビスオレイン酸アミド、ヘキサメチレンビスオレイン酸アミド、N,N’−ジオレイルアジピン酸アミド、N,N’−ジオレイルセバシン酸アミドなどの不飽和脂肪酸アミド類;m−キシレンビスステアリン酸アミド、N,N’−ジステアリルイソフタル酸アミドなどの芳香族系ビスアミド類;ステアリン酸カルシウム、ラウリン酸カルシウム、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸マグネシウムなどの脂肪族金属塩(一般に金属石けんといわれているもの);炭素数12以上の長鎖アルキルアルコール又は長鎖アルキルカルボン酸;などが挙げられる。
これらのワックスの中では、飽和脂肪酸モノエステル類やジエステル化物などの1官能又は2官能のエステルワックス、パラフィンワックス、フィッシャートロプシュワックスなどの炭化水素ワックスが好ましい。
また、該ワックスの示差走査熱量計(DSC)で測定されるDSC曲線において、昇温時の最大吸熱ピークのピーク温度で規定される融点は、60℃以上140℃以下であることが好ましく、より好ましくは60℃以上90℃以下である。融点が60℃以上であると、トナーの保存性が向上する。一方、融点が140℃以下であると、低温定着性が向上しやすい。
該ワックスの含有量は、結着樹脂100質量部に対して、3質量部以上30質量部以下であることが好ましい。ワックスの含有量が3質量部以上であると、低温定着性が良化しやすくなる。一方、ワックスの含有量が30質量部以下であると、長期使用時にトナーの劣化が起こりにくくなり、画像安定性が向上しやすくなる。
負帯電用の荷電制御剤としては、有機金属錯化合物、キレート化合物が有効であり、モノアゾ金属錯化合物;アセチルアセトン金属錯化合物;芳香族ハイドロキシカルボン酸又は芳香族ダイカルボン酸の金属錯化合物などが例示される。
市販品の具体例として、Spilon Black TRH、T−77、T−95(保土谷化学工業(株))、BONTRON(登録商標)S−34、S−44、S−54、E−84、E−88、E−89(オリエント化学工業(株))が挙げられる。
これらの荷電制御剤は単独、又は二種以上組み合わせて用いることが可能である。
これらの荷電制御剤の含有量は、トナーの帯電量の点から、結着樹脂100質量部に対して、0.1質量部以上10.0質量部以下であることが好ましく、より好ましくは0.1質量部以上5.0質量部以下である。
ゾルゲル法とは、水が存在する有機溶媒中において、アルコキシシランを触媒により加水分解、縮合反応させて得られるシリカゾル懸濁液から、溶媒除去、乾燥して、粒子化する方法である。このゾルゲル法により得られたシリカ微粒子は、適度な粒径と狭い粒度分布を有し、単分散かつ球形であるため、トナー粒子表面に均一に分散させやすく、また、安定したスペーサー効果によって二粒子間力を小さくできる。
また、無機微粒子Aの一次粒子の個数平均粒径(D1)が80nm以上200nm以下であることで、合計固着率の制御、及び、耐久使用を通じたスペーサー粒子としての効果が発揮できる。
無機微粒子Aは、一次粒子の粒度分布において、最大ピークの半値幅が25nm以下であることが好ましく、より好ましくは5nm以上20nm以下である。ゾルゲル法により得られるゾルゲルシリカは、球形かつ単分散で存在するが、一部が合一しているものも存在する。一次粒子の粒度分布において、最大ピークの半値幅が25nm以下であると、こうした合一粒子が少なく、トナー粒子に対する無機微粒子Aの均一付着性が増し、より高い流動性が得られるようになる。その結果、トナーの均一帯電性と立ち上がり性がさらに良化する。この効果は、平均円形度が0.960以上のトナーでより顕著となる。
まず、水が存在する有機溶媒中において、アルコキシシランを触媒により加水分解、縮
合反応させて、シリカゾル懸濁液を得る。そして、シリカゾル懸濁液から溶媒を除去し、乾燥して、シリカ微粒子を得る。
このようにして得られるシリカ微粒子は通常親水性であり、表面にシラノール基が多い。そのため、該シリカ微粒子の表面を疎水化処理することが好ましい。
疎水化処理の方法としては、シリカゾル懸濁液から溶媒を除去し、乾燥させた後に、疎水化処理剤で処理する方法と、シリカゾル懸濁液に、直接的に疎水化処理剤を添加して乾燥と同時に処理する方法が挙げられる。
上記半値幅の制御、及び飽和水分吸着量の制御という観点で、シリカゾル懸濁液に直接的に疎水化処理剤を添加する手法が好ましい。懸濁液中での疎水化処理により、ゾルゲルシリカが単分散で存在している状態のまま、疎水化処理を施すことができるため、乾燥後に凝集塊が生じにくく、さらに均一被覆が可能になる。
また、シリカゾル懸濁液のpHは酸性であることがより好ましい。懸濁液を酸性にすることで、疎水化処理剤との反応性が高まり、より強固でかつ均一な疎水化処理を施すことが可能となる。
γ−(2−アミノエチル)アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−(2−アミノエチル)アミノプロピルメチルジメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、N−β−(N−ビニルベンジルアミノエチル)γ−アミノプロピルトリメトキシシラン塩酸塩、ヘキサメチルジシラザン、メチルトリメトキシシラン、ブチルトリメトキシシラン、イソブチルトリメトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、オクチルトリメトキシシラン、デシルトリメトキシシラン、ドデシルトリメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、o−メチルフェニルトリメトキシシラン、p−メチルフェニルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ブチルトリエトキシシラン、ヘキシルトリエトキシシラン、オクチルトリエトキシシラン、デシルトリエトキシシラン、ドデシルトリエトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、o−メチルフェニルトリエトキシシラン、p−メチルフェニルトリエトキシシラン。
さらに、シリカ微粒子をトナー粒子表面に単分散させやすくしたり、安定したスペーサー効果を発揮させたりするために、シリカ微粒子が解砕処理をされたものであってもよい。
無機微粒子Aの見掛け密度は、150g/L以上300g/L以下であることが好ましい。無機微粒子Aの見掛け密度が上記範囲にあることは、無機微粒子が密に詰まりにくく、微粒子間に空気を多く介在しながら存在しており、見掛け密度が非常に低いことを示している。このため、外添工程時にトナー粒子とシリカ微粒子Aの混合性が向上し、均一な被覆状態が得られやすい。また、この現象は、トナーの平均円形度が高い場合により顕著で、被覆率がより高くなる傾向がある。その結果として、外添されたトナーのトナー同士が密に詰まりにくくなるため、トナー間付着力が低下しやすくなる。
これらの中でも、トナーの流動性、帯電性の制御の観点から、シリカ微粒子を含むことが好ましい。
無機微粒子Bにおけるシリカ微粒子は、ケイ素ハロゲン化合物の蒸気相酸化により生成された微粒子、すなわち、乾式法シリカ又はヒュームドシリカと称されるものが好ましい。
例えば、四塩化ケイ素ガスの酸素、及び水素中における熱分解酸化反応を利用するもので、基礎となる反応式は次の通りである。
SiCl4+2H2+O2→SiO2+4HCl
この製造工程において、例えば、塩化アルミニウム又は塩化チタンのような他の金属ハロゲン化合物をケイ素ハロゲン化合物と共に用いることによってシリカと他の金属酸化物の複合微粒子を得ることも可能であり、それらも包含する。
また、ケイ素ハロゲン化合物の蒸気相酸化により生成されたシリカ微粒子は、表面を疎水化処理した疎水化シリカ微粒子であることがより好ましい。該疎水化シリカ微粒子は、メタノール滴定試験によって測定された疎水化度が30〜80の範囲の値を示すようにシリカ微粒子を処理したものが特に好ましい。
本発明では、ケイ素ハロゲン化合物の蒸気相酸化により生成されたシリカ微粒子を有機ケイ素化合物で化学的に処理する方法が、好ましい方法として挙げられる。
上記有機ケイ素化合物としては、ヘキサメチルジシラザン、トリメチルシラン、トリメチルクロルシラン、トリメチルエトキシシラン、ジメチルジクロルシラン、メチルトリクロルシラン、アリルジメチルクロルシラン、アリルフェニルジクロルシラン、ベンジルジメチルクロルシラン、ブロムメチルジメチルクロルシラン、α−クロルエチルトリクロルシラン、β−クロルエチルトリクロルシラン、クロルメチルジメチルクロルシラン、トリオルガノシリルメルカプタン、トリメチルシリルメルカブタン、トリオルガノシリルアクリレート、ビニルジメチルアセトキシシラン、ジメチルエトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、ヘキサメチルジシロキサン、1,3−ジビルテトラメチルジシロキサン、1,3−ジフェニルテトラメチルジシロキサン及び1分子当り2〜12個のシロキサン単位を有し、末端に位置する単位のケイ素原子に水酸基を1つずつ有するジメチルポリシロキサンが挙げられる。これらは1種又は2種以上の混合物で用いられる。
また、窒素原子を有するアミノプロピルトリメトキシシラン、アミノプロピルトリエトキシシラン、ジメチルアミノプロピルトリメトキシシラン、ジエチルアミノプロピルトリメトキシシラン、ジプロピルアミノプロピルトリメトキシシラン、ジブチルアミノプロピルトリメトキシシラン、モノブチルアミノプロピルトリメトキシシラン、ジオクチルアミノプロピルジメトキシシラン、ジブチルアミノプロピルジメトキシシラン、ジブチルアミノプロピルモノメトキシシラン、ジメチルアミノフェニルトリエトキシシラン、トリメトキシシリル−γ−プロピルフェニルアミン、トリメトキシシリル−γ−プロピルベンジルアミンのようなシランカップリング剤も単独又は併用して使用される。
上記のうち好ましいものとして、へキサメチルジシラザン(HMDS)が挙げられる。
イルが挙げられる。
シリコーンオイル処理の方法としては、例えば、上記有機ケイ素化合物やシランカップリング剤で処理されたシリカ微粒子とシリコーンオイルとをヘンシェルミキサーのような混合機を用いて直接混合する方法;ベースとなるシリカ微粒子にシリコーンオイルを噴霧する方法;あるいは適当な溶剤にシリコーンオイルを溶解又は分散した後、シリカ微粒子を加え混合し溶剤を除去する方法;が挙げられる。
シリコーンオイルで処理されたシリカ微粒子は、シリコーンオイルの処理後にシリカ微粒子を不活性ガス中で200℃以上(より好ましくは250℃以上〉に加熱し表面の被覆を安定化させることが好ましい。
シリコーンオイルの処理量は、良好な疎水性が得られ易いという観点で、シリカ微粒子100質量部に対して、1質量部以上40質量部以下であることが好ましく、より好ましくは3質量部以上35質量部以下である。
疎水化処理を施す前のシリカ微粒子(シリカ原体)は、トナーに良好な流動性を付与させる為に、窒素吸着によるBET法で測定した比表面積が200m2/g以上350m2/g以下であることが好ましい。
上記BET法で測定した窒素吸着による比表面積の測定は、JIS Z8830(2001年)に準じて行う。測定装置としては、定容法によるガス吸着法を測定方式として採用している「自動比表面積・細孔分布測定装置 TriStar3000(島津製作所社製)」を用いる。
ここで、無機微粒子Bの添加量は、トナー粒子100質量部に対して、0.1質量部以上5.0質量部以下であることが好ましい。無機微粒子Bの添加量が上記範囲であることにより、合計固着率、二粒子間力、及び下記トナー粒子表面の該無機微粒子Bによる被覆率を制御しやすくなる。
トナー粒子表面の無機微粒子Bによる被覆率は、45.0%以上90.0%以下であることが好ましく、60.0%以上80.0%以下であることがより好ましい。
無機微粒子Bによる被覆率が45.0%以上90.0%以下であることで、二粒子間力を制御しやすくなり、トナーの流動性を向上しやすくなる。なお、該無機微粒子Bによる被覆率は、上記無機微粒子Bの添加量や、上述したトナー粒子に対する無機微粒子A及び無機微粒子Bの合計固着率を向上させる手法により上記範囲に調整することができる。
本発明のトナーにおいて、無機微粒子A及び無機微粒子B以外に、下記のような外添剤を本発明の効果に影響を与えない程度に少量用いることもできる。フッ素樹脂粉末、ステアリン酸亜鉛粉末、ポリフッ化ビニリデン粉末のような滑剤;酸化セリウム粉末、炭化硅素粉末、チタン酸ストロンチウム粉末などの研磨剤。
トナーの製造方法としては、下記に示す表面処理工程に例示される平均円形度を調整する工程を有する方法が好ましいが、それ以外の製造工程においては、特に限定されず、公知の方法を用いてトナーを製造することが可能である。
例えば、結着樹脂及び着色剤、並びに、必要に応じてワックス及び荷電制御剤などの材料を混合する(原料混合工程)。得られた混合物を溶融混練し(溶融混練工程)、これを冷却して粉砕する(粉砕工程)。得られた粉砕物を必要に応じて球形化処理、熱風による表面処理、及び分級処理を行い、トナー粒子を得る。そして、得られたトナー粒子に無機微粒子A及び無機微粒子Bを外添混合することによってトナーを製造する(以下、熱球形化処理後に無機微粒子A及び無機微粒子Bを外添する態様;熱球形化後外添ともいう)。
なお、上記製造方法に対し、粉砕工程で得られた粉砕物を必要に応じて分級処理を行い、トナー粒子を得る。そして、得られたトナー粒子に無機微粒子Aを外添混合した後に、
熱風による表面処理を行い、その後、無機微粒子Bを外添混合することによってトナーを製造することも好ましい製造方法である(以下、熱球形化前に無機微粒子Aを外添し、熱球形化処理を実施し、その後に無機微粒子Bを外添する態様;熱球形化前一部外添ともいう)。
上記ように、熱球形化処理を行うことで、トナーの平均円形度を0.960以上にすることが容易になる。トナーの平均円形度を、0.960以上とすることで、トナーの流動性が向上しやすくなり、二粒子間力を低減しやすくなる。
また、現像性の観点から、トナーの重量平均粒径(D4)が、5.0μm以上10.0μm以下であることが好ましく、より好ましくは6.0μm以上9.0μm以下である。
また、熱球形化処理を行うことで、トナー粒子の表面組成が均質になりやすくなるため、無機微粒子A及び無機微粒子Bの合計固着率を所定の範囲に制御しやすくなる。
なお、トナー粒子に対する無機微粒子A及び無機微粒子Bの合計固着率を75%以上にするためには、熱球形化前一部外添が好ましく用いられる。熱球形化前一部外添により、無機微粒子Aがトナー粒子表面に固着しやすくなるため、二粒子間力の変動を抑制できるようになり、長期耐久使用時、現像ゴーストやカブリをより抑制しやすくなる。
また、熱球形化後外添により、上記合計固着率を満たすためには、外添混合する装置として、後述する装置を用いるなどの工夫をするとよい。
まず、溶融混練工程に供給する原料を混合する原料混合工程では、結着樹脂及び着色剤、並びに、必要に応じてワックス及び荷電制御剤などの材料を所定量秤量後、配合し、混合装置を用いて混合する。混合装置の一例としては、ダブルコン・ミキサー、V型ミキサー、ドラム型ミキサー、スーパーミキサー、ヘンシェルミキサー、ナウターミキサーなどが挙げられる。
さらに、混合されたトナー原料を溶融混練して、樹脂類を溶融し、その中に着色剤及びワックスなどを分散させる。該溶融混練工程では、例えば、加圧ニーダー、バンバリィミキサーなどのバッチ式練り機や、連続式の練り機を用いることができる。近年では、連続生産できるなどの優位性から、一軸又は二軸押出機が主流となっている。例えば、神戸製鋼所社製KTK型二軸押出機、東芝機械社製TEM型二軸押出機、ケイ・シー・ケイ社製二軸押出機、ブス社製コ・ニーダーなどが一般的に使用される。さらに、トナー原料を溶融混練することによって得られる樹脂組成物は、溶融混練後、2本ロールなどで圧延され、水冷などで冷却する冷却工程を経て冷却される。
そして、上記で得られた樹脂組成物の冷却物は、次いで、粉砕工程で所望の粒径にまで粉砕される。粉砕工程では、まず、クラッシャー、ハンマーミル、フェザーミルなどで粗粉砕され、さらに、川崎重工業社製のクリプトロンシステム、日清エンジニアリング社製のスーパーローターなどで粉砕され、粉砕品を得る。
その後、必要に応じて慣性分級方式のエルボージェット(日鉄鉱業社製)、遠心力分級方式のターボプレックス(ホソカワミクロン社製)などの分級機などの篩分機を用いて分級し、分級品を得る。
又は、得られた粉砕品に無機微粒子Aを外添混合した後に、図1で表される表面処理装置を用いて熱風よる表面処理を行い、続いて分級処理を行い、その後、無機微粒子Bを外添混合してもよい。
さらには、得られた粉砕品を分級したものに無機微粒子Aを外添混合した後に、図1で
表される表面処理装置を用いて熱風による表面処理を実施し、その後、無機微粒子Bを外添混合してもよい。
以下に、熱風による表面処理の具体例を説明する。
上記樹脂粒子などの表面処理には、例えば、図1で表される表面処理装置を用いることができる。樹脂粒子1は、オートフィーダー2から供給ノズル3を通じて、一定量で表面処理装置内部4に供給される。表面処理装置内部4はブロワー9で吸引されているので、供給ノズル3から導入された樹脂粒子1は機内に分散する。
機内に分散にされた樹脂粒子1は、熱風導入口5から吐出される熱風で、瞬間的に熱が加えられて表面処理される。本発明ではヒーターにより熱風を発生させているが、樹脂粒子の表面処理に十分な熱風を発生させられるものであれば発生手段は特に限定されない。表面処理された樹脂粒子7は、冷風導入口6から吐出される冷風で瞬時に冷却される。本発明では冷風には液体窒素を用いているが、表面処理された樹脂粒子7を瞬時に冷却することができれば、手段は特に限定されない。表面処理された樹脂粒子7はブロワー9で吸引されて、サイクロン8で捕集される。
また、必要に応じて、例えば、奈良機械製作所製のハイブリタイゼーションシステム、ホソカワミクロン社製のメカノフュージョンシステムを用いてさらに表面改質及び球形化処理を行ってもよい。このような場合では必要に応じて風力式篩のハイボルター(新東京機械社製)などの篩分機を用いてもよい。
以下に、無機微粒子の外添混合手法について、具体的に例示するが、これらに限定される訳ではない。
上記熱球形化後外添により、無機微粒子Aを外添混合する装置としては、図2に示すトナー処理装置が好ましい。図2に示すトナー処理装置について詳細に説明する。
トナー処理装置Aは、処理室(処理槽)10、舞上げ手段としての撹拌羽根20、回転体30、駆動モータ50、及び制御部60で構成されている。ここで、処理室10は、トナー粒子及び無機微粒子を含む被処理物を収容するためのものである。そして、撹拌羽根20は、処理室内における回転体30の下方となる処理室10の底部に回転可能に設けられている。また、回転体30は、撹拌羽根20よりも上方で回転可能に設けられている。
図3に処理室10の概略図を示す。図3では、説明の便宜上、処理室10の内周面(内壁)10aを一部切断した状態を示している。
処理室10は略平らな底部を持った円筒形の容器であり、底部の略中心に撹拌羽根20や回転体30を取り付けるための駆動軸11を備えている。
処理室10は強度の観点から鉄、SUSなどの金属製が好ましく、内面は導電性の材質を用いるか内面の表面を導電加工するのが好ましい。
図4に舞上げ手段としての撹拌羽根20の概略図を示す。図4(a)に上面図、図4(b)に側面図を示している。撹拌羽根20は、回転することで、トナー粒子及び無機微粒子を含む被処理物を処理室10内で舞上げ可能に構成されている。撹拌羽根20は、回転
中心から外側(径方向の外向き(外径方向)、外径側)に向かって伸びる羽根部21を有し、羽根部21の先端が被処理物を舞上げるように跳ねあげ形状をしている。
羽根部21の形状は、トナー処理装置Aの大きさや運転条件、被処理物の充填量、比重によって適宜設計可能である。撹拌羽根20は、強度の観点から鉄、SUSなどの金属製が好ましく、必要に応じて耐摩耗用にメッキ、コーティングを施してもよい。撹拌羽根20は、処理室10の底部の駆動軸11に固定され、上方から見て(図4(a)に示す状態で)時計方向に回転する。図では、駆動軸11の回転方向を矢印Rで示している。撹拌羽根20の回転により、被処理物は処理室10内で撹拌羽根20と同じ方向に回転しながら上昇し、やがて重力によって下降してくる。このようにして被処理物は均一に混合される。
図5、図6に回転体30の概略図を示す。図5(a)は処理室10内に設置された回転体30を示す上面図、図5(b)は回転体30の要部を示す斜視図、図5(c)は図5(b)のA−A断面を示す図である。
図6(a)は回転体30の上面図、図6(b)は側面図である。回転体30は、処理室10内で撹拌羽根20よりも上方にあって、撹拌羽根20と同じ駆動軸11に固定され、撹拌羽根20と同じ方向(矢印R方向)に回転する。
回転体30は、回転体本体31と、回転体30の回転により被処理物に衝突して該被処理物を処理する処理面33を備えた処理部32で構成されている。処理面33は、回転体本体31の外周面31aから外径方向に延び、かつ、処理面33のうち回転体本体31から離れた領域の方が、該領域より回転体本体31に近い領域より、回転体30の回転方向下流側に位置するように形成されている。
回転体30の回転により、被処理物と処理面33が衝突することによって無機微粒子の外添が行われ、トナー粒子へ被覆や固着ができる。
該混合処理装置は、トナー粒子と無機微粒子Bに対して、狭いクリアランス部において、シェアがかかる構成になっているために、無機微粒子Bを二次粒子から一次粒子へとほぐしながら、トナー粒子の表面に付着することができる。さらに、後述するように、回転体の軸方向において、トナー粒子と無機微粒子Bが循環しやすく、付着が進む前に十分に均一混合されやすい点で、無機微粒子Bによる被覆率を本発明において好ましい範囲に制御しやすい。
一方、図8は、上記混合処理装置に使用される攪拌部材の構成の一例を示す模式図である。
以下、無機微粒子Bの外添混合工程の一態様について図7及び図8を用いて説明する。無機微粒子Bを外添混合する混合処理装置は、少なくとも複数の攪拌部材303が表面に設置された回転体302と、回転体を回転駆動する駆動部308と、攪拌部材303と間隙を有して設けられた本体ケーシング301とを有する。
本体ケーシング301の内周部と、撹拌部材303との間隙(クリアランス)は、トナー粒子に均一にシェアを与え、無機微粒子Bを二次粒子から一次粒子へとほぐしながら、トナー粒子の表面に付着しやすくするために、一定かつ微小に保つとよい。
また本装置は、本体ケーシング301の内周部の径が、回転体302の外周部の径の2倍以下である。図7において、本体ケーシング301の内周部の径が、回転体302の外周部の径(回転体302から撹拌部材303を除いた胴体部の径)の1.7倍である例を示す。本体ケーシング301の内周部の径が、回転体302の外周部の径の2倍以下であると、トナー粒子に力が作用する処理空間が適度に限定されるため、二次粒子となっている無機微粒子Bに十分に衝撃力が加わるようになる。
また、上記クリアランスは、本体ケーシングの大きさに応じて、調整するとよい。本体ケーシング301の内周部の径の、1%以上5%以下程度とすることが、無機微粒子に十分なシェアをかけるという点で適切である。具体的には、本体ケーシング301の内周部の径が130mm程度の場合は、クリアランスを2mm以上5mm以下程度とし、本体ケーシング301の内周部の径が800mm程度の場合は、10mm以上30mm以下程度とすればよい。
本発明における無機微粒子Bの外添混合工程は、混合処理装置を用い、駆動部308によって回転体302を回転させ、混合処理装置中に投入されたトナー粒子及び無機微粒子Bを攪拌、混合することで、トナー粒子の表面に無機微粒子Bを外添混合処理する。
図8に示すように、複数の撹拌部材303の少なくとも一部が、回転体302の回転に伴って、トナー粒子及び無機微粒子Bを回転体の軸方向の一方向に送る、送り用撹拌部材303aとして形成される。また、複数の撹拌部材303の少なくとも一部が、トナー粒子及び無機微粒子Bを、回転体302の回転に伴って、回転体の軸方向の他方向に戻す、戻し用撹拌部材303bとして形成されている。
ここで、図7のように、原料投入口305と製品排出口306が本体ケーシング301の両端部に設けられている場合には、原料投入口305から製品排出口306へ向かう方向(図7で右方向)を「送り方向」という。
すなわち、図8に示すように、送り用撹拌部材303aの板面は、送り方向(313)にトナー粒子及び無機微粒子Bを送るように傾斜している。一方、戻し用撹拌部材303bの板面は、戻り方向(312)にトナー粒子及び無機微粒子Bを送るように傾斜している。これにより、「送り方向」(313)への送りと、「戻り方向」(312)への送りとを繰り返し行いながら、トナー粒子の表面に無機微粒子Bの外添混合処理を行う。
また、撹拌部材303aと303bは、回転体302の円周方向に間隔を置いて配置した複数枚の部材が一組となっている。図8に示す例では、撹拌部材303a、303bが回転体302に互いに180度の間隔で2枚の部材が一組をなしているが、120度の間隔で3枚、あるいは90度の間隔で4枚、というように多数の部材を一組としてもよい。図8に示す例では、撹拌部材303aと303bは等間隔で、計12枚形成されている。
さらに、図8において、Dは撹拌部材の幅、dは撹拌部材の重なり部分を示す間隔を示す。トナー粒子及び無機微粒子Bを、送り方向と戻り方向に効率よく送る観点から、図8における回転体302の長さに対して、Dは20%以上30%程度の幅であることが好ましい。図8においては、23%である例を示す。さらに撹拌部材303aと303bは撹拌部材303aの端部位置から垂直方向に延長線を引いた場合、撹拌部材303bと撹拌部材303aの重なり部分dをある程度有することが好ましい。
これにより、二次粒子となっている無機微粒子Bに効率的にシェアをかけることが可能である。Dに対するdは、10%以上30%以下であることがシェアをかける点で好ましい。
なお、羽根の形状に関しては、図8に示すような形状以外にも、送り方向及び戻り方向にトナー粒子を送ることができ、クリアランスを維持することができれば、曲面を有する形状や先端羽根部分が棒状アームで回転体302に結合されたパドル構造であってもよい。
図7に示す装置は、少なくとも複数の攪拌部材303が表面に設置された回転体302と、回転体302を回転駆動する駆動部308と、攪拌部材303と間隙を有して設けられた本体ケーシング301を有する。さらに、本体ケーシング301の内側及び回転体端部側面310にあって、冷熱媒体を流すことのできるジャケット304を有している。
さらに、図7に示す装置は、本体ケーシング301の上部に形成された原料投入口305と、本体ケーシング301の下部に形成された製品排出口306とを有している。原料投入口305は、トナー粒子及び無機微粒子Bを導入するために使用され、製品排出口306は外添混合処理されたトナーを本体ケーシング301から外に排出するために使用さ
れる。
さらに、図7に示す装置は、原料投入口305内に、原料投入口用インナーピース316が挿入されており、製品排出口306内に、製品排出口用インナーピース317が挿入されている。
本発明においては、まず、原料投入口305から原料投入口用インナーピース316を取り出し、トナー粒子を原料投入口305より処理空間309に投入する。次に無機微粒子Bを原料投入口305より処理空間309に投入し、原料投入口用インナーピース316を挿入する。次に、駆動部308により回転体302を回転させ、上記で投入した処理物を、回転体302の表面に複数設けられた撹拌部材303により撹拌、混合しながら外添混合処理する。
なお、投入する順序は、先に無機微粒子Bを原料投入口305より投入し、次に、トナー粒子を原料投入口305より投入しても構わない。また、ヘンシェルミキサーのような混合機で予め、トナー粒子と無機微粒子Bを混合した後、混合物を、図7に示す装置の原料投入口305より投入しても構わない。
外添混合処理条件として、駆動部308の動力を、0.2W/g以上2.0W/g以下に制御することが、本発明の好ましい無機微粒子A及び無機微粒子Bの合計固着率や無機微粒子Bによる被覆率を得るうえで好ましい。また、駆動部308の動力を、0.6W/g以上1.6W/g以下に制御することが、より好ましい。
動力が0.2W/g以上の場合には、無機微粒子A及び無機微粒子Bの合計固着率や無機微粒子Bによる被覆率が低くなりにくい。一方、動力が2.0W/g以下の場合には、無機微粒子Bが埋め込まれすぎたりしない。
処理時間としては、特に限定されないが、好ましくは、3分以上10分以下である。
外添混合時の撹拌部材の回転数については特に限定されない。図7に示す装置の処理空間309の容積が2.0×10−3m3の装置において、撹拌部材303の形状を図8のものとしたときの撹拌部材の回転数としては、800rpm以上3000rpm以下であることが好ましい。
外添混合処理終了後、製品排出口306内の、製品排出口用インナーピース317を取り出し、駆動部308により回転体302を回転させ、製品排出口306からトナーを排出する。得られたトナーを、必要に応じて円形振動篩機などの篩機で粗粒などを分離し、トナーを得る。
静電潜像担持体、該静電潜像担持体を帯電する接触式帯電ローラ、帯電された該静電潜像担持体の表面に静電潜像を形成するための像露光手段、該静電潜像をトナーにて現像し、トナー像を形成する現像手段、中間転写体を介して又は介さずに該トナー像を転写材に転写するための転写手段、及び、該転写材に転写された該トナー像を該転写材に定着するための定着手段とを有し、該転写手段の下流側、かつ、該接触式帯電ローラの上流側に、残留トナーを除去するためのクリーニング手段を備えておらず、該残留トナーを該現像手段で回収する画像形成装置において、
該トナーは本発明のトナーであることを特徴とする。
静電潜像担持体の表面を接触式帯電ローラを用いて帯電する帯電工程、帯電された該静電潜像担持体の表面を露光して、静電潜像を形成する静電潜像形成工程、該静電潜像をトナーにて現像し、トナー像を形成する現像工程、中間転写体を介して又は介さずに該トナー像を転写材に転写する転写工程、及び、該転写材に転写された該トナー像を該転写材に定着する定着工程を有し、該転写工程と該帯電工程の間に、残留トナーを除去するためのクリーニング工程を有さず、該残留トナーを該現像手段で回収する画像形成方法において、
該トナーは本発明のトナーであることを特徴とする。
図9は、現像装置の一例を示す模式的断面図である。また、図10は、本発明の現像装置が組み込まれた画像形成装置の一例を示す模式的断面図である。
図9又は図10において、静電潜像担持体45は、矢印R1方向に回転される。トナー担持体47は矢印R2方向に回転することによって、トナー担持体47と静電潜像担持体45とが対向している現像領域にトナー57を搬送する。また、トナー担持体にはトナー供給部材48が接しており、矢印R3方向に回転することによって、トナー担持体表面にトナー57を供給している。また、トナー57は、攪拌部材58にて攪拌される。
静電潜像担持体45の周囲には帯電ローラ46、転写部材(転写ローラ)50、定着器51、ピックアップローラ52などが設けられている。静電潜像担持体45は帯電ローラ46によって帯電される。そして、レーザー発生装置54によりレーザー光を静電潜像担持体45に照射することによって露光が行われ、目的の画像に対応した静電潜像が形成される。静電潜像担持体45上の静電潜像は現像装置49内のトナーで現像されてトナー画像を得る。トナー画像は転写材を介して静電潜像担持体45に当接された転写部材(転写ローラ)50により転写材(紙)53上へ転写される。トナー画像を載せた転写材(紙)53は定着器51へ運ばれ転写材(紙)53上に定着される。
また、静電潜像担持体との接触を均一に保ち、均一な帯電を行う為に、静電潜像担持体と同方向に回転する帯電ローラを用いることが好ましい。
接触式帯電ローラを用いたときの好ましいプロセス条件として、帯電ローラの当接圧が4.9〜490.0N/mで、直流電圧、又は、直流電圧に交流電圧を重畳したものが例示できる。
交流電圧は0.5〜5.0kVpp、交流周波数は50Hz〜5kHz、直流電圧としては電圧の絶対値が400〜1700Vであることが好ましい。
接触式帯電ローラの材質としては、弾性体の材料として、エチレン−プロピレン−ジエンゴム(EPDM)、ウレタン、ブタジエンアクリロニトリルゴム(NBR)、シリコーンゴムや、イソプレンゴムなどに抵抗調整のためにカーボンブラックや金属酸化物などの導電性物質を分散したゴム材、またこれらを発泡させたものがあげられるが、これらに限定されるものでは無い。また、導電性物質を分散せずに、或いは導電性物質と併用してイオン導電性の材料を用いて抵抗調整をすることも可能である。
また、接触式帯電ローラに用いられる芯金としては、アルミニウム、ステンレス鋼などが挙げられる。接触式帯電ローラは、静電潜像担持体としての被帯電体に対して弾性に抗して所定の押圧力で圧接させて配設し、帯電ローラと静電潜像担持体の当接部である帯電当接部を形成させる。
接触転写工程とは、静電潜像担持体が記録媒体を介してトナーと逆極性の電圧が印加された転写部材と当接しながらトナー像を記録媒体に静電転写するものである。
転写部材の当接圧力としては線圧2.9N/m以上であることが好ましく、より好ましくは19.6N/m以上である。当接圧力としての線圧が2.9N/m以上であると、記録媒体の搬送ずれや転写不良の発生が起こりにくい。
上記規制ブレードとしては、シリコーンゴム、ウレタンゴム、NBRのようなゴム弾性体;ポリエチレンテレフタレートのような合成樹脂弾性体;リン青銅板、ステンレス板などの金属弾性体が使用でき、さらに、それらの複合体であってもよい。さらに、ゴム、合成樹脂、金属弾性体のような弾性支持体に、トナーの帯電性をコントロールする目的で、樹脂、ゴム、金属酸化物、金属のような帯電コントロール物質をトナー担持体当接部分に当たるようにつけたものを用いてもよい。この中でも、金属弾性体に樹脂又はゴムをトナー担持体当接部に当たるように貼り合わせるものが特に好ましい。
金属弾性体に貼り合わせる部材の材質としては、ウレタンゴム、ウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、ナイロン樹脂のような正極性に帯電しやすいものが好ましい。
例えば、トナー規制部材55の現像装置への固定は図9に示すようにトナー規制部材55の片側自由端を2枚の固定部材(例えば、金属弾性体、図9の符号56)で挟み込み、ビス留めにより固定するとよい。
規制ブレードとトナー担持体との当接圧力は、トナー担持体母線方向の線圧として、好ましくは、1.30〜245.0N/m、さらに好ましくは4.9〜118.0N/mが有効である。当接圧力を上記範囲に調節することで、トナーの均一塗布、及び、トナーの劣化防止を可能とする。
また、トナー担持体上のトナー層の量は、2.0〜15.0g/m2であることが好ましく、より好ましくは、3.0〜14.0g/m2である。トナー担持体上のトナー量を上記範囲に調節することで、十分な画像濃度の確保、及び、規制不良の防止を可能とする。
なお、トナー担持体上のトナー量はトナー担持体の表面粗さ(Ra)、規制ブレードの自由長、規制ブレードの当接圧を変えることにより任意に変えることが可能である。
また、トナー担持体上のトナー量の測定であるが、外径が6.5mmの吸い口に円筒ろ紙を装着する。これを掃除機に取り付け、吸引しながらトナー担持体上のトナーを吸い取り、吸い取ったトナー量(g)を吸い取った面積(m2)で割った値をもってトナー担持体上のトナー量とする。
現像装置のコンパクト化という意味ではトナー担持体の外径は小さいほど良いが、外径が小さくなればなるほど現像性が低下し易く、現像ゴーストが発生する傾向にある。このため、本発明に用いられるトナー担持体とトナーにおいては、コンパクト化と現像ゴースト抑制の両立のためにトナー担持体の外径は8.0mm以上14.0mm以下であることが好ましい。
また、トナー担持体の表面粗さは、JIS B 0601:1994表面粗さの規格における中心線平均粗さRaで、0.3μm以上5.0μm以下の範囲にあることが好ましく、より好ましくは0.5μm以上4.5μm以下である。Raが上記範囲であると、トナーの搬送量が充分に得られる上、トナー担持体上のトナー量を規制し易くなり規制不良が生じにくくなると共に、トナーの帯電量が均一になりやすい。
トナー担持体表面のJIS B 0601:1994表面粗さの規格における中心線平均粗さRaの測定は、小坂研究所製サーフコーダーSE−3500を用いて行う。
測定条件としてはカットオフ0.8mm、評価長さ4mm、送り速度0.5mm/sにて、9点(軸方向に等間隔に取った3点の各点について周方向に3点)について測定し、
その平均値をとる。
トナー担持体の表面粗さを上記範囲にするには、例えば、トナー担持体の表層の研磨状態を変える、あるいは、球状炭素粒子、カーボン微粒子、グラファイト、樹脂微粒子などを添加することにより可能となる。
交番電界の波形としては、正弦波、矩形波、三角波など適宜使用可能である。また、直流電源を周期的にオン/オフすることによって形成されたパルス波であってもよい。このように交番電界の波形としては周期的にその電圧値が変化するようなバイアスが使用できる。
また、トナー供給部材を用いず磁性によりトナーを搬送する方式を用いた場合、トナー担持体の内部にマグネットを配置するとよい(図11の符号59)。この場合、トナー担持体は内部に多極を有する固定されたマグネットを有していることが好ましく、磁極は3〜10極有することが好ましい。
<無機微粒子A及び無機微粒子Bの一次粒子の個数平均粒径(D1)の測定方法>
無機微粒子A及び無機微粒子Bの一次粒子の個数平均粒径は、走査型電子顕微鏡でトナー粒子表面に存在する無機微粒子A及び無機微粒子Bを観察して求める。走査型電子顕微鏡としては、日立超高分解能電界放出形走査電子顕微鏡S−4800(日立製作所製)を用いる。S−4800の画像撮影条件は以下の通りである。なお、予めエネルギー分散型X線分析装置(EDAX社製)による元素分析を行い、それぞれの粒子がシリカ微粒子、酸化チタン微粒子、又は、アルミナ微粒子であることを確認した上で測定を行う。
(1)試料作製
試料台(アルミニウム試料台15mm×6mm)に導電性ペーストを薄く塗り、その上にトナーを吹きつける。さらにエアブローして、余分なトナーを試料台から除去し十分乾燥させる。試料台を試料ホルダにセットし、試料高さゲージにより試料台高さを36mmに調節する。
(2)S−4800観察条件設定
無機微粒子A(シリカ微粒子)、及び、無機微粒子B(シリカ微粒子、酸化チタン微粒子、又は、アルミナ微粒子)の一次粒子の個数平均粒径の算出は、S−4800の反射電子像観察により得られた画像を用いて行う。反射電子像は二次電子像と比べて無機微粒子のチャージアップが少ないため、無機微粒子の粒径を精度良く測定することができる。
S−4800の筐体に取り付けられているアンチコンタミネーショントラップに液体窒素を溢れるまで注入し、30分間置く。S−4800の「PCSTEM」を起動し、フラッシング(電子源であるFEチップの清浄化)を行う。画面上のコントロールパネルの加速電圧表示部分をクリックし、[フラッシング]ボタンを押し、フラッシング実行ダイアログを開く。
フラッシング強度が2であることを確認し、実行する。フラッシングによるエミッション電流が20〜40μAであることを確認する。試料ホルダをS−4800筐体の試料室に挿入する。コントロールパネル上の[原点]を押し試料ホルダを観察位置に移動させる。
加速電圧表示部をクリックしてHV設定ダイアログを開き、加速電圧を[0.8kV]、エミッション電流を[20μA]に設定する。オペレーションパネルの[基本]のタブ内にて、信号選択を[SE]に設置し、SE検出器を[上(U)]及び[+BSE]を選択し、[+BSE]の右の選択ボックスで[L.A.100]を選択し、反射電子像で観察するモードにする。
同じくオペレーションパネルの[基本]のタブ内にて、電子光学系条件ブロックのプロ
ーブ電流を[Normal]に、焦点モードを[UHR]に、WDを[3.0mm]に設定する。コントロールパネルの加速電圧表示部の[ON]ボタンを押し、加速電圧を印加する。
(3)無機微粒子Aの個数平均粒径(D1)の算出
コントロールパネルの倍率表示部内をドラッグして、倍率を100000(100k)倍に設定する。操作パネルのフォーカスつまみ[COARSE]を回転させ、ある程度焦点が合ったところでアパーチャアライメントの調整を行う。コントロールパネルの[Align]をクリックし、アライメントダイアログを表示し、[ビーム]を選択する。操作パネルのSTIGMA/ALIGNMENTつまみ(X,Y)を回転し、表示されるビームを同心円の中心に移動させる。
次に[アパーチャ]を選択し、STIGMA/ALIGNMENTつまみ(X,Y)を一つずつ回し、像の動きを止める又は最小の動きになるように合わせる。アパーチャダイアログを閉じ、オートフォーカスで、ピントを合わせる。この操作をさらに2度繰り返し、ピントを合わせる。
その後、シリカ微粒子であって、50nm以上250nm以下のものを無機微粒子Aとみなし、また、シリカ微粒子、酸化チタン微粒子、又は、アルミナ微粒子であって49nm以下のものを無機微粒子Bとみなした。トナー粒子表面上の少なくとも300個の無機微粒子A、及び、少なくとも300個の無機微粒子Bについて粒径を測定して、平均粒径を求める。ここで、無機微粒子A及び無機微粒子Bは外添方法によっては凝集塊として存在するものもあるため、一次粒子と確認できるものの最大径を求め、得られた最大径を算術平均することによって、無機微粒子A及び無機微粒子Bの一次粒子の個数平均粒径(D1)を得る。
トナーの重量平均粒径(D4)は、100μmのアパーチャチューブを備えた細孔電気抵抗法による精密粒度分布測定装置「コールター・カウンター Multisizer 3」(登録商標、ベックマン・コールター社製)と、測定条件設定及び測定データ解析をするための付属の専用ソフト「ベックマン・コールター Multisizer 3 Version3.51」(ベックマン・コールター社製)を用いて、実効測定チャンネル数2万5千チャンネルで測定し、測定データの解析を行ない、算出する。
測定に使用する電解水溶液は、特級塩化ナトリウムをイオン交換水に溶解して濃度が約1質量%となるようにしたもの、例えば、「ISOTON II」(ベックマン・コールター社製)が使用できる。
なお、測定、解析を行なう前に、以下のように専用ソフトの設定を行う。
専用ソフトの「標準測定方法(SOM)を変更画面」において、コントロールモードの総カウント数を50000粒子に設定し、測定回数を1回、Kd値は「標準粒子10.0μm」(ベックマン・コールター社製)を用いて得られた値を設定する。閾値/ノイズレベルの測定ボタンを押すことで、閾値とノイズレベルを自動設定する。また、カレントを1600μAに、ゲインを2に、電解液をISOTON IIに設定し、測定後のアパーチャチューブのフラッシュにチェックを入れる。
専用ソフトの「パルスから粒径への変換設定画面」において、ビン間隔を対数粒径に、粒径ビンを256粒径ビンに、粒径範囲を2μmから60μmまでに設定する。
具体的な測定法は以下の通りである。
(1)Multisizer 3専用のガラス製250mL丸底ビーカーに前記電解水溶液約200mLを入れ、サンプルスタンドにセットし、スターラーロッドの撹拌を反時計回りで24回転/秒にて行なう。そして、専用ソフトの「アパーチャのフラッシュ」機能により、アパーチャチューブ内の汚れと気泡を除去しておく。
(2)ガラス製の100mL平底ビーカーに前記電解水溶液約30mLを入れる。この中に分散剤として「コンタミノンN」(非イオン界面活性剤、陰イオン界面活性剤、有機ビルダーからなるpH7の精密測定器洗浄用中性洗剤の10質量%水溶液、和光純薬工業社
製)をイオン交換水で3質量倍に希釈した希釈液を約0.3mL加える。
(3)発振周波数50kHzの発振器2個を、位相を180度ずらした状態で内蔵し、電気的出力120Wの超音波分散器「Ultrasonic Dispersion System Tetora150」(日科機バイオス社製)の水槽内に所定量のイオン交換水を入れ、この水槽中に前記コンタミノンNを約2mL添加する。
(4)前記(2)のビーカーを前記超音波分散器のビーカー固定穴にセットし、超音波分散器を作動させる。そして、ビーカー内の電解水溶液の液面の共振状態が最大となるようにビーカーの高さ位置を調整する。
(5)前記(4)のビーカー内の電解水溶液に超音波を照射した状態で、トナー約10mgを少量ずつ前記電解水溶液に添加し、分散させる。そして、さらに60秒間超音波分散処理を継続する。なお、超音波分散にあたっては、水槽の水温が10℃以上40℃以下となる様に適宜調節する。
(6)サンプルスタンド内に設置した前記(1)丸底ビーカーに、ピペットを用いてトナーを分散した前記(5)電解水溶液を滴下し、測定濃度が約5%となるように調整する。そして、測定粒子数が50000個になるまで測定を行う。
(7)測定データを装置付属の前記専用ソフトにて解析を行い、重量平均粒径(D4)を算出する。なお、専用ソフトでグラフ/体積%と設定したときの、分析/体積統計値(算術平均)画面の「算術径」が重量平均粒径(D4)である。
無機微粒子Aの一次粒子の粒度分布における、最大ピークの半値幅は、CPS Instruments Inc.製、ディスク遠心式粒度分布測定装置「DC24000」を用いて測定する。測定方法を以下に示す。
(A)磁性トナーの場合
まず、イオン交換水100gに、Triton−X100(キシダ化学(株)製)を0.5mg入れて、分散媒を作製する。この分散媒9gに、トナー1gを添加し、超音波分散機で5分間分散させる。その後、ネオジム磁石を用いてトナー粒子を拘束し、上澄み液を作製する。
次に、シリンジフィルター(直径:13mm/孔径0.45μm)(アドバンテック東洋(株)製)を取り付けたオールプラスティック ディスポーザブルシリンジ(東京硝子器械(株))の先に、CPS社製の測定装置専用シリンジ針を取り付けて、上澄み液を0.1mL採取する。
シリンジで採取した上澄み液をディスク遠心式粒度分布測定装置DC24000に注入し、無機微粒子Aの一次粒子の粒度分布における、最大ピークの半値幅を測定する。
測定方法の詳細は以下の通りである。
まず、CPSソフト上のMotor Controlで、ディスクを24000rpmで回転させる。その後、Procedure Definitionsから、下記条件を設定する。
(1)Sample parameter
・Maximum Diameter:0.5μm
・Minimum Diameter:0.05μm
・Particle Density:2.0−2.2g/mL(サンプルによって適宜調整する)
・Particle Refractive Index:1.43
・Particle Absorption:0K
・Non−Sphericity Factor:1.1
(2)Calibration Standard Parameters
・Peak Diameter:0.226μm
・Half Height Peak Width:0.1μm
・Particle Density:1.389g/mL
・Fluid Density:1.059g/mL
・Fluid Refractive Index:1.369
・Fluid Viscosity:1.1cps
上記条件を設定後、CPS Instruments Inc.製オートグラジェントメーカーAG300を使用し、8質量%ショ糖水溶液と24質量%ショ糖水溶液による密度勾配溶液を作製し、測定容器内に15mL注入する。
注入後、密度勾配溶液の蒸発を防ぐため、1.0mLのドデカン(キシダ化学(株)製)を注入して油膜を形成し、装置安定の為、30分間以上待機する。
待機後、校正用標準粒子(重量基準中心粒径:0.226μm)を0.1mLシリンジで測定装置内に注入し、キャリブレーションを行う。その後、上記採取した上澄み液を装置に注入し、粒度分布を測定し、得られた分布データから半値幅を測定する。
実際に測定した際に得られる分布データの一例を図12に示す。
図12のように、分布データは、横軸が“粒径”、縦軸が“質量を粒径で割った値”であるグラフとして得られ、このグラフにおいて、80nm以上200nm以下で得られる、最大ピークの半値幅を無機微粒子Aの一次粒子の粒度分布における、最大ピークの半値幅の値とする。
まず、イオン交換水100gに、Triton‐X100(キシダ化学(株)製)を0.5mg入れて、分散媒を作製する。この分散媒9.4gに、トナー0.6gを添加し、超音波分散機で5分間分散させる。その後、シリンジフィルター(直径:13mm/孔径0.45μm)(アドバンテック東洋(株)製)を取り付けたオールプラスティック ディスポーザブルシリンジ(東京硝子器械(株))の先に、CPS社製の測定装置専用シリンジ針を取り付けて、上澄み液を0.1mL採取する。シリンジで採取した上澄み液をディスク遠心式粒度分布測定装置DC24000に注入し、無機微粒子Aの一次粒子の粒度分布における、最大ピークの半値幅を測定する。
測定方法の詳細は、上記「磁性トナーの場合」と同様である。
トナーの平均円形度は、フロー式粒子像分析装置「FPIA−3000」(シスメックス社製)によって、校正作業時の測定及び解析条件で測定する。
具体的な測定方法は、以下の通りである。
まず、ガラス製の容器中に予め不純固形物などを除去したイオン交換水約20mLを入れる。
この中に分散剤として「コンタミノンN」(非イオン界面活性剤、陰イオン界面活性剤、有機ビルダーからなるpH7の精密測定器洗浄用中性洗剤の10質量%水溶液、和光純薬工業社製)をイオン交換水で約3質量倍に希釈した希釈液を約0.2mL加える。
さらに測定試料を約0.02g加え、超音波分散器を用いて2分間分散処理を行い、測定用の分散液とする。その際、分散液の温度が10℃以上40℃以下となる様に適宜冷却する。
超音波分散器としては、発振周波数50kHz、電気的出力150Wの卓上型の超音波洗浄器分散器(例えば「VS−150」(ヴェルヴォクリーア社製))を用い、水槽内には所定量のイオン交換水を入れ、この水槽中に前記コンタミノンNを約2mL添加する。測定には、対物レンズとして「LUCPLFLN」(倍率20倍、開口数0.40)を搭載した前記フロー式粒子像分析装置を用い、シース液にはパーティクルシース「PSE−900A」(シスメックス社製)を使用する。前記手順に従い調製した分散液を前記フロー式粒子像分析装置に導入し、HPF測定モードで、トータルカウントモードにて2000個のトナーを計測する。そして、粒子解析時の2値化閾値を85%とし、解析粒子径を円相当径1.977μm以上39.54μm未満に限定し、トナーの平均円形度を求める。
測定にあたっては、測定開始前に標準ラテックス粒子(例えば、Duke Scientific社製の「RESEARCH AND TEST PARTICLES Latex Microsphere Suspensions 5100A」をイオン交換水で希釈)を用いて自動焦点調整を行う。その後、測定開始から2時間毎に焦点調整を実施することが好ましい。
なお、実施例では、シスメックス社による校正作業が行われた、シスメックス社が発行する校正証明書の発行を受けたフロー式粒子像分析装置を使用した。解析粒子径を円相当径1.977μm以上39.54μm未満に限定した以外は、校正証明を受けた時の測定及び解析条件で測定を行った。
トナー粒子表面の無機微粒子Bによる被覆率は、日立超高分解能電界放出形走査電子顕微鏡S−4800((株)日立ハイテクノロジーズ)にて撮影されたトナー粒子表面画像を、画像解析ソフトImage−Pro Plus ver.5.0((株)日本ローパー)により解析して算出する。S−4800の画像撮影条件は以下の通りである。
(1)試料作製
試料台(アルミニウム試料台15mm×6mm)に導電性ペーストを薄く塗り、その上にトナーを吹きつける。さらにエアブローして、余分なトナーを試料台から除去し十分乾燥させる。試料台を試料ホルダにセットし、試料高さゲージにより試料台高さを36mmに調節する。
(2)S−4800観察条件設定
上記被覆率の算出は、S−4800の反射電子像観察により得られた画像を用いて行う。反射電子像は二次電子像と比べて無機微粒子のチャージアップが少ないため、被覆率を精度良く測定することができる。
S−4800の筐体に取り付けられているアンチコンタミネーショントラップに液体窒素を溢れるまで注入し、30分間置く。S−4800の「PC−SEM」を起動し、フラッシング(電子源であるFEチップの清浄化)を行う。画面上のコントロールパネルの加速電圧表示部分をクリックし、[フラッシング]ボタンを押し、フラッシング実行ダイアログを開く。フラッシング強度が2であることを確認し、実行する。フラッシングによるエミッション電流が20〜40μAであることを確認する。試料ホルダをS−4800筐体の試料室に挿入する。コントロールパネル上の[原点]を押し試料ホルダを観察位置に移動させる。
加速電圧表示部をクリックしてHV設定ダイアログを開き、加速電圧を[0.8kV]、エミッション電流を[20μA]に設定する。オペレーションパネルの[基本]のタブ内にて、信号選択を[SE]に設置し、SE検出器を[上(U)]及び[+BSE]を選択し、[+BSE]の右の選択ボックスで[L.A.100]を選択し、反射電子像で観察するモードにする。同じくオペレーションパネルの[基本]のタブ内にて、電子光学系条件ブロックのプローブ電流を[Normal]に、焦点モードを[UHR]に、WDを[3.0mm]に設定する。コントロールパネルの加速電圧表示部の[ON]ボタンを押し、加速電圧を印加する。
(3)トナーの個数平均粒径(D1)算出
コントロールパネルの倍率表示部内をドラッグして、倍率を5000(5k)倍に設定する。操作パネルのフォーカスつまみ[COARSE]を回転させ、ある程度焦点が合ったところでアパーチャアライメントの調整を行う。コントロールパネルの[Align]をクリックし、アライメントダイアログを表示し、[ビーム]を選択する。操作パネルのSTIGMA/ALIGNMENTつまみ(X,Y)を回転し、表示されるビームを同心円の中心に移動させる。
次に[アパーチャ]を選択し、STIGMA/ALIGNMENTつまみ(X,Y)を一つずつ回し、像の動きを止める又は最小の動きになるように合わせる。アパーチャダイアログを閉じ、オートフォーカスで、ピントを合わせる。この操作をさらに2度繰り返し
、ピントを合わせる。
その後、トナー300個について粒径を測定して個数平均粒径(D1)を求める。なお、個々の粒子の粒径は、トナーの粒子を観察した際の最大径とする。
(4)焦点調整
(3)で得た、個数平均粒径(D1)の±0.1μmの粒子について、最大径の中点を測定画面の中央に合わせた状態でコントロールパネルの倍率表示部内をドラッグして、倍率を10000(10k)倍に設定する。操作パネルのフォーカスつまみ[COARSE]を回転させ、ある程度焦点が合ったところでアパーチャアライメントの調整を行う。コントロールパネルの[Align]をクリックし、アライメントダイアログを表示し、[ビーム]を選択する。操作パネルのSTIGMA/ALIGNMENTつまみ(X,Y)を回転し、表示されるビームを同心円の中心に移動させる。次に[アパーチャ]を選択し、STIGMA/ALIGNMENTつまみ(X,Y)を一つずつ回し、像の動きを止める又は最小の動きになるように合わせる。アパーチャダイアログを閉じ、オートフォーカスで、ピントを合わせる。その後、倍率を50000(50k)倍に設定し、上記と同様にフォーカスつまみ、STIGMA/ALIGNMENTつまみを使用して焦点調整を行い、再度オートフォーカスでピントを合わせる。この操作を再度繰り返し、ピントを合わせる。ここで、観察面の傾斜角度が大きいと被覆率の測定精度が低くなりやすいので、ピント調整の際に観察面全体のピントが同時に合うものを選ぶことで、表面の傾斜が極力無いものを選択して解析する。
(5)画像保存
ABCモードで明るさ合わせを行い、サイズ1280×960ピクセルで写真撮影して保存する。この画像ファイルを用いて下記の解析を行う。トナーの粒子一つに対して写真を1枚撮影し、少なくともトナー30粒子以上について画像を得る。
(6)画像解析
本発明では下記解析ソフトを用いて、上述した手法で得た画像を2値化処理することで被覆率を算出する。このとき、上記一画面を正方形で12分割してそれぞれ解析する。ただし、分割区画内に、50nm以上の無機微粒子が入る場合はその区画では被覆率の算出を行わないこととする。なお、無機微粒子であって、49nm以下のものを無機微粒子Bとみなし、トナー粒子表面の無機微粒子Bによる被覆率とする。
画像解析ソフトImage−Pro Plus ver.5.0の解析条件は以下の通りである。
ソフトImage−ProPlus5.1J
ツールバーの「測定」から「カウント/サイズ」、「オプション」の順に選択し、二値化条件を設定する。オブジェト抽出オプションの中で8連結を選択し、平滑化を0とする。その他、予め選別、穴を埋める、包括線は選択せず、「境界線を除外」は「なし」とする。
ツールバーの「選択」から「測定項目」を選択し、面積の選別レンジに2〜107と入力する。
被覆率の計算は、正方形の領域を囲って解析を行う。この時、領域の面積(C)は、24000〜26000ピクセルになるようにする。「処理」−2値化で自動2値化し、無機微粒子Bの無い領域の面積の総和(D)を算出する。
正方形の領域の面積C、無機微粒子Bの無い領域の面積の総和Dから下記式で無機微粒子Bの被覆率が求められる。
無機微粒子Bによる被覆率(%)=100−(D/C×100)
上述したように、被覆率の計算をトナー粒子30粒子以上について行う。得られた全データの平均値を本発明における無機微粒子Bによる被覆率とする。
トナーの二粒子間力は、ホソカワミクロン社製アグロボット(AGGROBOT)を用いて測定する。
具体的な測定方法は、以下の通りである。
(1)磁性トナーの場合
25℃/50%環境下において、図13(A)に記載の上下2分割の円筒セル内にトナー9.2gを充填する。その後、0.1mm/secで圧縮棒を下ろすことで、78.5N、あるいは157.0Nの垂直荷重をかけて、圧密トナー層を形成する。
その後、図13(B)に記載の通り、上部セルをバネで0.4mm/secの速度で持ち上げてトナー層を引っ張り、トナー層を破断させたときの最大引張破断力から二粒子間力を算出する。
なお、円筒セルの内径は25mmであり、高さは37.5mmである。
(2)非磁性トナーの場合
25℃/50%環境下において、図13(A)に記載の上下2分割の円筒セル内にトナー7.7gを充填する。その後、0.1mm/secで圧縮棒を下ろすことで、78.5N、あるいは157.0Nの垂直荷重をかけて、圧密トナー層を形成する。
その後、図13(B)記載の通り、上部セルをバネで0.4mm/secの速度で持ち上げてトナー層を引っ張り、トナー層を破断させたときの最大引張破断力から二粒子間力を算出する。
なお、円筒セルの内径は25mmであり、高さは37.5mmである。
(1)サンプルの準備
洗浄前トナー:後述する実施例で作製した各種トナーをそのまま用いた。
洗浄後トナー:50mL容量のバイアルに「コンタミノンN」(非イオン界面活性剤、陰イオン性界面活性剤、有機ビルダーからなるpH7の精密測定器洗浄用中性洗剤の2質量%水溶液)20gを秤量し、トナー1gと混合する。いわき産業社製「KM Shaker」(model: V.SX)にセットし、speedを50に設定して30秒間振とうする。その後、遠心分離機(1000rpmにて5分間)にて、トナーと水溶液を分離する。上澄液を分離し、沈殿しているトナーを真空乾燥することで乾固させる。
外添剤除去トナー:外添剤除去トナーとは、この試験において遊離しうる外添剤を除いた状態を意味する。サンプル調製方法は、トナーを溶かさないイソプロパノール中にトナーを入れ、超音波洗浄機にて10分間振動を与える。その後、遠心分離機(1000rpmにて5分間)にて、トナーと溶液を分離する。上澄液を分離し、沈殿しているトナーを真空乾燥することで乾固させる。
(2)合計固着率の測定
上記洗浄前トナー、洗浄後トナー、及び外添剤除去トナーについて、波長分散型蛍光X線分析(XRF)により、無機微粒子A及び無機微粒子Bに由来する各元素の強度を測定することにより、無機微粒子A及び無機微粒子Bの定量を行い、どの程度遊離したかを求める。
(i)使用装置の例
蛍光X線分析装置3080(理学電気(株))
試料プレス成型機MAEKAWA Testing Machine(MFG Co,LTD製)
(ii)測定条件
測定電位、電圧 50kV、50〜70mA
2θ角度 a
結晶板 LiF
測定時間 60秒
(iii)トナー粒子に対する合計固着率の算出方法
まず、上記方法にて洗浄前トナー、洗浄後トナー及び外添剤除去トナーにおける、無機微粒子A及び無機微粒子Bに由来する各元素の強度を求める。その後、下記式に基づき、トナー粒子に対する無機微粒子A及び無機微粒子Bの合計固着率を算出する。無機微粒子
A及び無機微粒子Bとして、シリカ微粒子を用いた場合には、ケイ素元素に関して、下式に基づき合計固着率を算出すればよい。無機微粒子Bとして、酸化チタン微粒子、アルミナ微粒子を用いた場合には、ケイ素、チタン、アルミニウムのそれぞれに関して、下式に基づき固着率を算出し、それらの値を合計することによって、合計固着率を算出する。
[式]無機微粒子A及び無機微粒子Bの合計固着率=
(洗浄後トナーの無機微粒子A及び無機微粒子Bに由来する各元素の強度−外添剤除去トナーの無機微粒子A及び無機微粒子Bに由来する各元素の強度)/(洗浄前トナーの無機微粒子A及び無機微粒子Bに由来する各元素の強度−外添剤除去トナーの無機微粒子A及び無機微粒子Bに由来する各元素の強度)×100
(基体の準備)
基体として、外径10mm(直径)で、中心線平均粗さRaが0.2μmの研削加工したアルミニウム製円筒管にプライマー(商品名、DY35−051;東レダウコーニング社製)を塗布、焼付けした。
(弾性ローラの作製)
該基体を金型に配置し、以下の材料を混合した付加型シリコーンゴム組成物を金型内に形成されたキャビティに注入した。
・液状シリコーンゴム材料 100.0部
(商品名、SE6724A/B;東レ・ダウコーニング社製)
・カーボンブラック 15.0部
(商品名、トーカブラック#4300;東海カーボン社製)
・耐熱性付与剤としてのシリカ粉体 0.2部
・白金触媒 0.1部
続いて、金型を加熱して、上記付加型シリコーンゴム組成物を温度150℃で15分間加硫して硬化させた。周面に硬化したシリコーンゴム層が形成された基体を金型から脱型した後、さらに温度180℃で1時間加熱して、シリコーンゴム層の硬化反応を完了させた。こうして、基体の外周に膜厚0.5mmのシリコーンゴム弾性層が形成された、直径11mmの弾性ローラを作製した。
窒素雰囲気下、反応容器中でトリレンジイソシアネート(TDI)(商品名:コスモネートT80;三井化学社製)17.7部に対し、ポリプロピレングリコール系ポリオール(商品名:エクセノール4030;旭硝子社製)100.0gを、反応容器内の温度を65℃に保持しつつ、徐々に滴下した。滴下終了後、温度65℃で2時間反応させた。得られた反応混合物を室温まで冷却し、イソシアネート基含有量3.8質量%のイソシアネート基末端プレポリマーを得た。
(アミノ化合物の合成)
撹拌装置、温度計、滴下装置及び温度調整装置を取り付けた反応容器中で、撹拌しながらジエチレントリアミン100.0部(0.97mol部)、及びエタノール100部を40℃まで加温した。次に、反応温度を60℃以下に保持しつつ、エチレンオキシド235.0部(5.34mol部)を30分間かけて徐々に滴下した。さらに1時間撹拌して反応を行い、反応混合物を得た。得られた反応混合物を減圧下加熱してエタノールを留去し、アミノ化合物を得た。
(表面層の作製)
表面層の材料として、イソシアネート基末端プレポリマー618.9部に対し、アミノ化合物33.2部、カーボンブラック(商品名、MA230;三菱化学社製)117.4部、及びウレタン樹脂微粒子(商品名、アートパールC−400;根上工業社製)130.4部、を撹拌混合した。
次に、総固形分比が30質量%となるようにメチルエチルケトン(MEK)を加え表面層形成用塗料を調製した。
次に、先に作製した弾性ローラのシリコーンゴム層の無い部分をマスキングして垂直に立て、1500rpmで回転させ、スプレーガンを30mm/sで下降させながら前記塗料を塗布した。続いて、熱風乾燥炉中で温度180℃、20分間加熱して塗布層を硬化及び乾燥することでシリコーンゴム弾性層の外周に膜厚約8μmの表面層を設け、トナー担持体1とした。
(無機微粒子A−1の製造例)
無機微粒子A−1は、ゾルゲル法により製造した。
撹拌機、滴下ろうと及び温度計を備えた3Lのガラス製反応器に、メタノール687.9g、純水42.0g及び28質量%アンモニア水47.1gを入れて混合した。得られた溶液を35℃となるように調整し、撹拌しながらテトラメトキシシラン1100.0g(7.23mol)及び5.4質量%アンモニア水395.2gを同時に添加した。テトラメトキシシランは5時間かけて、アンモニア水は4時間かけて、それぞれを滴下した。滴下が終了した後も、さらに0.2時間撹拌を継続して加水分解を行うことにより、親水性球状ゾルゲルシリカ微粒子の懸濁液を得た。
その後、得られた懸濁液のpHを約3.5に調整した後、反応器を75℃に加熱し、イソプロピルアルコール220mLに8.8gのオクチルトリエトキシシランを溶解した溶液を、反応器内を撹拌しながら滴下した。滴下した後、5時間撹拌を続けた。
撹拌終了後、室温まで冷却し、濾過した。得られたろ物をイオン交換水にて洗浄した後、120℃で一晩加熱乾燥した。その後、パルベライザー(ホソカワミクロン(株)製)にて解砕処理を行い、無機微粒子A−1を得た。
無機微粒子A−1の製造例において、反応温度、テトラメトキシシラン及びアンモニア水の滴下時間、ゾルゲルシリカ微粒子の懸濁液のpH、表面処理剤の添加量を、変更した以外は無機微粒子A−1と同様にして、無機微粒子A−2〜9を得た。
(無機微粒子B−1の製造例)
撹拌機付きオートクレーブに、シリカ原体(一次粒子の個数平均粒径が10nmのヒュームドシリカ)を投入し、撹拌による流動化状態において、200℃に加熱した。
反応器内部を窒素ガスで置換して反応器を密閉し、シリカ原体100部に対し、25部のヘキサメチルジシラザンを内部に噴霧し、シリカが流動化した状態でシラン化合物処理を行った。
この反応を60分間継続した後、反応を終了した。反応終了後、オートクレーブを脱圧し、窒素ガス気流による洗浄を行い、得られたシリカ微粒子から過剰のヘキサメチルジシラザン及び副生物を除去した。
さらに、反応槽内のシリカ微粒子を撹拌しながら、シリカ微粒子100部に対して、10部のジメチルシリコーンオイル(粘度が100mm2/秒)を噴霧し、30分間撹拌を続けた。
その後、撹拌しながら300℃まで昇温させて、さらに2時間撹拌した。
その後、取り出し解砕処理を実施し、無機微粒子B−1を得た。
無機微粒子B−1の製造例において、シリカ原体の粒径を変更し、表面処理剤量を適宜調整した以外は同様にして、無機微粒子B−2〜6を得た。
シリカ原体のかわりに、チタニア原体(一次粒子の個数平均粒径が15nm)、アルミナ原体(一次粒子の個数平均粒径が25nm)を用いた以外は、無機微粒子B−1の製造例と同様にして、無機微粒子B−7及び8をそれぞれ得た。
4つ口フラスコ内にキシレン300部を投入し、昇温して還流させ、スチレン78部、アクリル酸−n−ブチル22部、及びジ−tert−ブチルパーオキサイド2部の混合液を5時間かけて滴下して、低分子量重合体(L−1)溶液を得た。
一方、4つ口フラスコ内に脱気水180部とポリビニルアルコールの2質量%水溶液20部を投入した後、スチレン74部、アクリル酸−n−ブチル26部、ジビニルベンゼン0.005部、及び2,2−ビス(4,4−ジ−tert−ブチルパーオキシシクロヘキシル)プロパン(半減期10時間温度;92℃)0.1部の混合液を加え、撹拌し懸濁液とした。
フラスコ内を十分に窒素で置換した後、85℃まで昇温して重合し、24時間保持した後、ベンゾイルパーオキサイド(半減期10時間温度;72℃)0.1部を追加添加し、さらに、12時間保持して高分子量重合体(H−1)の重合を完了した。
上記低分子量重合体(L−1)の均一溶液300部に上記高分子量重合体(H−1)2
4部を投入し、還流下で十分に混合した後、有機溶剤を留去して、スチレンアクリル系の結着樹脂1(スチレンアクリル樹脂)を得た。この結着樹脂1の、ガラス転移温度(Tg)は54℃であり、重量平均分子量(Mw)は20万であり、数平均分子量(Mn)は1万であった。
硫酸第一鉄水溶液中に、鉄イオンに対して1.0当量の水酸化ナトリウム溶液を混合し、水酸化第一鉄を含む水溶液を調製した。該水溶液をpH9に維持しながら、空気を吹き込み、80℃で酸化反応を行い、スラリー液を調製した。
次いで、このスラリー液に当初のアルカリ量(水酸化ナトリウムのナトリウム成分)に対し0.9〜1.2当量となるよう硫酸第一鉄水溶液を加えた後、スラリー液をpH7.6に維持して、空気を吹込みながら酸化反応をすすめ、磁性酸化鉄を含むスラリー液を得た。
得られたスラリー液を濾過、洗浄した後、含水スラリー液を取り出した。この含水スラリー液をろ過し、十分に洗浄した後に乾燥し、得られた粒子を解砕処理して磁性体を得た。
得られた磁性体は、個数平均粒径が0.23μm、磁場79.6kA/m(1000エルステッド)における飽和磁化及び残留磁化が67.3Am2/kg(emu/g)、及び4.5Am2/kg(emu/g)であった。
・結着樹脂1 100部
・磁性体 70部
・モノアゾ鉄錯体(T−77:保土ヶ谷化学社製) 2部
・低分子量ポリエチレンワックス(融点92℃) 4部
上記原材料を三井ヘンシェルミキサ(三井三池化工機株式会社製)で前混合した後、110℃に加熱された2軸エクストルーダで溶融混練し、冷却した混練物をハンマーミルで粗粉砕して粗粉砕物を得た。得られた粗粉砕物を、機械式粉砕機ターボミル(ターボ工業社製;回転子及び固定子の表面に炭化クロムを含有したクロム合金めっきでコーティング(めっき厚150μm、表面硬さHV1050))を用いて機械式粉砕して微粉砕物を得た。得られた微粉砕物を、コアンダ効果を利用した多分割分級装置(日鉄鉱業社製、エルボジェット分級機)で微粉及び粗粉を同時に分級除去し、トナー粒子1を得た。
100.0部のトナー粒子1、及び、4.0部の無機微粒子A−1を三井ヘンシェルミキサ(三井三池化工機株式会社製)で混合し、熱球形化前一部外添を行った。
次いで、この熱球形化前一部外添を行った粒子を、熱風を吹き付けることによりトナー粒子の表面処理を行う装置であるメテオレインボー(日本ニューマチック工業社製)を用いて、表面処理を行った。表面処理時の条件は、原料供給速度2kg/hr、熱風流量700L/min、吐出熱風温度300℃であった。
次いで、100.0部の熱球形化処理を行った粒子、及び、1.0部の無機微粒子B−1を、図7に示す装置で混合し、トナー1を得た。トナー1の製造条件を表3に、物性を表4に示す。
トナー粒子1の製造例及びトナー1の製造例において、表3に示す、着色剤量(磁性体の量)、並びに、熱処理及び外添処理の各条件に変更すること以外同様にして、トナー2〜29、比較トナー1〜8を製造した。トナー2〜29、比較トナー1〜8の製造条件を表3に、物性を表4に示す。なお、トナー10,12,13,16,18,22,29は、それぞれ参考トナー10,12,13,16,18,22,29とする。
A:トナー粒子表面に存在する無機微粒子Aの一次粒子の個数平均粒径(D1)[nm]B:無機微粒子Aの一次粒子の粒度分布における最大ピークの半値幅[nm]
C:トナー粒子に対する無機微粒子A及び無機微粒子Bの合計固着率[%]
D:トナー粒子表面の無機微粒子Bによる被覆率[%]
E:二粒子間力 Fp(A)[nN]
F:(Fp(B)−Fp(A))/Fp(A)で算出される値
キヤノン製プリンターLBP3100を改造して画出し評価に用いた。改造点としては、トナー担持体1に変更し、トナー担持体1が静電潜像担持体に当接するように改造した。また、クリーニングブレードを取り外し、トナー担持体と静電潜像担持体の当接部の幅
が1.0mmとなるように当接圧を調整した。
このように改造したプリンターにトナーを100g充填し、評価機とした。
また、評価は、低温低湿環境下(15℃、10%RH)で実施した。
一方、評価機において、静電潜像担持体上の電位が−800Vになるように帯電部材へ直流電圧を印加し、トナー担持体へは−300Vの直流電圧を印加した。
さらに、各評価は、まず、下記評価を実施し(初期評価)、その後、印字率が2%となるような横線画像を、2枚間欠通紙にて3000枚印字後に、再度、下記評価を実施した(3000枚後の評価)。なお、評価には、転写紙(XEROX社製、坪量75g/cm2)を用いた。
画像濃度は、ベタ黒画像を形成し、このベタ黒画像の濃度をマクベス反射濃度計(マクベス社製)にて測定した。
A:1.50以上
B:1.40以上1.49以下
C:1.30以上1.39以下
D:1.29以下
カブリの測定は、東京電色社製のREFLECTMETER MODEL TC−6DSを使用して測定した。フィルターは、グリーンフィルターを用いた。
静電潜像担持体上のカブリは、未使用の紙上に貼ったマイラーテープの反射率(%)から、べた黒画像出力直後で、かつ、ベタ白画像転写前の静電潜像担持体上をマイラーテープでテーピングし、紙上にマイラーテープを貼ったものの反射率(%)を差し引いて算出した。
A:5%以下
B:6%以上10%以下
C:11%以上15%以下
D:16%以上
10mm×10mmのベタ黒画像複数個を転写紙の前半分に形成し、後ろ半分には2ドット3スペースのハーフトーン画像を形成した。ハーフトーン画像上に前記ベタ黒画像の痕跡がどの程度出るかを目視で判断した。
A:ゴースト未発生
B:ゴーストがごく軽微に発生
C:ゴーストが軽微に発生
D:ゴーストが顕著に発生
ハーフトーン画像をプリントアウトし、その画像均一性(濃度ムラ)を評価した。なお、濃度はマクベス反射濃度計(マクベス社製)を用いて測定した。
A:最大濃度と最小濃度の反射濃度の濃度差が0.02以下
B:最大濃度と最小濃度の反射濃度の濃度差が0.03以上0.05以下
C:最大濃度と最小濃度の反射濃度の濃度差が0.06以上0.10以下
D:最大濃度と最小濃度の反射濃度の濃度差が0.11以上
白ポチは、ベタ黒画像を画出しし、目視により黒色部の欠損(白ポチ)の有無を観察し、評価した。
A:白ポチが0個
B:白ポチが1個以上2個以下
C:白ポチが3個以上5個以下
D:白ポチが6個以上
トナー1を、上記評価方法を用いて評価した。
その結果、クリーニング手段を備えていない状態であっても、低温低湿環境下において、良好な画像濃度及び画像欠陥の無い画像を得ることができた。評価結果を表5に示す。
表5に従いトナーを変更し、実施例1と同様に評価を行った。その結果、低温低湿環境下において、良好な画像濃度及び画像欠陥の無い画像を得ることができた。評価結果を表5に示す。なお、実施例10,12,13,16,18,22,29は、それぞれ参考例10,12,13,16,18,22,29とする。
表5に従いトナーを変更し、実施例1と同様に評価を行った。その結果、低温低湿環境下において、画像欠陥が発生した。評価結果を表5に示す。
Claims (7)
- 結着樹脂、及び着色剤を含有するトナー粒子、並びに、該トナー粒子表面に存在する無機微粒子A及び無機微粒子Bを有するトナーであって、
該無機微粒子Aは、
(i)一次粒子の個数平均粒径(D1)が80nm以上200nm以下のシリカ微粒子であり、
(ii)一次粒子の粒度分布において、最大ピークの半値幅が25nm以下であり、
該無機微粒子Bは、一次粒子の個数平均粒径(D1)が5nm以上25nm以下であり、かつ、シリカ微粒子、酸化チタン微粒子、及びアルミナ微粒子からなる群より選ばれた少なくとも一つの微粒子であり、
該トナー粒子に対する該無機微粒子A及び該無機微粒子Bの合計固着率が75%以上であり、
該トナーに78.5Nの荷重を加えたときの二粒子間力をFp(A)、該トナーに157.0Nの荷重を加えたときの二粒子間力をFp(B)としたときに、下記式(1)及び(2)を満たすことを特徴とするトナー。
式(1):10nN≦Fp(A)≦25.0nN
式(2):(Fp(B)−Fp(A))/Fp(A)≦0.90 - 前記トナー粒子表面の該無機微粒子Bによる被覆率が45.0%以上90.0%以下である、請求項1に記載のトナー。
- 前記着色剤が、磁性体を含有し、
前記トナー中における、該磁性体の含有量が20質量%以上60質量%以下である、請求項1又は2に記載のトナー。 - 前記トナーの平均円形度が0.960以上である、請求項1〜3のいずれか一項に記載のトナー。
- 前記無機微粒子Aの添加量が、前記トナー粒子100質量部に対して、0.1質量部以上10.0質量部以下である、請求項1〜4のいずれか一項に記載のトナー。
- 静電潜像担持体、
該静電潜像担持体を帯電する接触式帯電ローラ、
帯電された該静電潜像担持体の表面に静電潜像を形成するための像露光手段、
該静電潜像をトナーにて現像し、トナー像を形成する現像手段、
中間転写体を介して又は介さずに該トナー像を転写材に転写するための転写手段、及び、
該転写材に転写された該トナー像を該転写材に定着するための定着手段、
を有し、
該転写手段の下流側かつ該接触式帯電ローラの上流側の領域に、残留トナーを除去するためのクリーニング手段を備えておらず、該残留トナーを該現像手段で回収する画像形成装置において、
該トナーが、請求項1〜5のいずれか一項に記載のトナーであることを特徴とする画像形成装置。 - 静電潜像担持体の表面を接触式帯電ローラを用いて帯電する帯電工程、
帯電された該静電潜像担持体の表面を露光して、静電潜像を形成する静電潜像形成工程、
該静電潜像をトナーにて現像し、トナー像を形成する現像工程、
中間転写体を介して又は介さずに該トナー像を転写材に転写する転写工程、及び、
該転写材に転写された該トナー像を該転写材に定着する定着工程
を有し、
該転写工程と該帯電工程の間に、残留トナーを除去するためのクリーニング工程を有さず、該残留トナーを該現像手段で回収する画像形成方法において、
該トナーが、請求項1〜5のいずれか一項に記載のトナーであることを特徴とする画像形成方法。
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