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JP7562355B2 - プロセスカートリッジ - Google Patents

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Description

本発明は、プロセスカートリッジに関する。
電子写真方式の画像形成装置(以下「電子写真装置」ともいう。)においては、像担持体である電子写真感光体が帯電手段により帯電され、レーザーにより静電潜像が形成される。次に、現像容器内のトナーがトナー供給ローラーおよびトナー規制部材により現像部材上に塗布され、像担持体と現像部材との接触または近接でトナーによる現像が行われる。その後、像担持体上のトナーは、転写手段により記録紙に転写され、熱と圧力により定着され、像担持体上に残留したトナーはクリーニング部材によって除かれる。
このような電子写真装置には、これまで以上に高い画像品質や耐久性、より速い印刷速度が求められるようになってきている。このため、電子写真用部材やトナーへの要求性能も高度化が進んでいる。
さらに、近年、電子写真装置は様々な地域で使用されており、トナー劣化や部材汚染に対して特に厳しい高温高湿の過酷な環境下でも使用されるようになってきている。このような過酷な環境下においても安定して高い画像品質や耐久性が維持される電子写真用部材やトナーが求められている。
特許文献1には、現像ローラーへのトナーの融着の抑制を目的として、現像ローラーの表面層にアクリル粒子と該アクリル粒子よりも平均粒子径の小さいウレタン粒子とを有する現像ローラーが開示されている。特許文献1に開示されている現像ローラーでは、現像ローラーとトナー規制部材との摺擦に伴う現像ローラー上のトナーへのストレスの低減により、該現像ローラーへのトナーの融着の抑制を図っている。
また、特許文献2には粒径が数百ナノメートル程度の大粒径無機微粒子、特に粒度分布が狭いゾルゲル法によるシリカ粒子を添加する方法が提案されている。これによれば、いわゆるスペーサー効果を生み、トナーが現像ローラー、規制部材他がトナーと直接接するのを抑え、ストレスを低減する。これにより、トナーへのダメージを抑え、トナーの長寿命化が達成される。
本発明者らの検討の結果、いずれも、高温高湿環境下での使用においてプロセスカートリッジ(以下「カートリッジ」ともいう。)の使用途中に長期放置された際の、横スジに課題があることが分かった。
カートリッジ使用途中の長期放置において横スジが発生する要因としては、以下のように考えている。使用停止時に現像ローラーと規制部材との間のトナー溜まりが生じる。このとき現像ローラーと規制部材の間に溜まるトナーが多いと、規制部材と現像ローラーの間の圧力によりトナーが押しつぶされた状態となる。この状態で高温高湿環境で長期間放置されると、トナー内部からのブリードなどによりトナーが凝集塊となり現像ローラーおよび規制部材に融着してしまう。この状態でカートリッジの使用を開始すると、凝集塊が融着した長手方向に、トナーがコートされなくなるため横白スジが生じる。
特開2009-237042号公報 特開2007-171666号公報
本発明の目的は、高速化、長寿命化に対しても、高温高湿環境下での使用において、プロセスカートリッジの使用途中に長期放置された際にも、高品質な画像が得られるプロセスカートリッジを提供することにある。
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を行った結果、以下の現像ローラーとトナーを有するプロセスカートリッジにより上記課題を解決できることを見出した。
電子写真装置本体に着脱自在であることを特徴とするプロセスカートリッジであって、
該プロセスカートリッジは、トナー、現像ローラーおよび規制部材を有し、
該現像ローラーは、
導電性基体と、
該導電性基体上の弾性層と、
該弾性層上の表面層と、
を有し、
該表面層は、
結着樹脂と、
第1の樹脂粒子と、
第2の樹脂粒子と、
を含有し、
該表面層の外表面は、
第1の凸部と、
該外表面の該第1の凸部が存在しない領域に存在し、その高さが、該第1の凸部の高さよりも5.0μm以上低い第2の凸部と、
を有し、
該第1の凸部は、第1の樹脂粒子に由来し、
該第2の凸部は、第2の樹脂粒子に由来し、
該表面層の厚み方向の断面において測定される、該第1の樹脂粒子の弾性率は、100MPa以上10000MPa以下であり、
該表面層の厚み方向の断面において測定される、該第2の樹脂粒子の弾性率は、2MPa以上50MPa以下であり、
該外表面は、最大高さRz平均値が、6μm以上18μm以下であり、
該トナーは、トナー粒子と、外添剤Aと、を有し、
該外添剤Aは、長径が40nm以上400nm以下のシリカ粒子であり、
該外添剤Aによるトナー粒子の表面の被覆率が、3.0%以上であり、
該外添剤Aの分散度評価指数Dが、2.0以下である
ことを特徴とするプロセスカートリッジ。
本発明によれば、高速化、長寿命化に対しても、高温高湿環境下での使用において、プロセスカートリッジの使用途中に長期放置された際にも、高品質な画像が得られるプロセスカートリッジを提供することができる。
本発明の電子写真画像形成装置の一例を示す概略図 本態様に係る現像ローラーの一例を示す概念図
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明は、
電子写真装置本体に着脱自在であることを特徴とするプロセスカートリッジであって、
該プロセスカートリッジは、トナー、現像ローラーおよび規制部材を有し、
該現像ローラーは、
導電性基体と、
該導電性基体上の弾性層と、
該弾性層上の表面層と、
を有し、
該表面層は、
結着樹脂と、
第1の樹脂粒子と、
第2の樹脂粒子と、
を含有し、
該表面層の外表面は、
第1の凸部と、
該外表面の該第1の凸部が存在しない領域に存在し、その高さが、該第1の凸部の高さよりも5.0μm以上低い第2の凸部と、
を有し、
該第1の凸部は、第1の樹脂粒子に由来し、
該第2の凸部は、第2の樹脂粒子に由来し、
該表面層の厚み方向の断面において測定される、該第1の樹脂粒子の弾性率は、100MPa以上10000MPa以下であり、
該表面層の厚み方向の断面において測定される、該第2の樹脂粒子の弾性率は、2MPa以上50MPa以下であり、
該外表面は、最大高さRz平均値が、6μm以上18μm以下であり、
該トナーは、トナー粒子と、外添剤Aと、を有し、
該外添剤Aは、長径が40nm以上400nm以下のシリカ粒子であり、
該外添剤Aによる該トナー粒子の表面の被覆率が、3.0%以上であり、
該外添剤Aの分散度評価指数Dが、2.0以下である
ことを特徴とするプロセスカートリッジに関する。
上記条件を満たすことで本発明の効果が得られる理由は明確ではないが、本発明者らは次のように考えている。
カートリッジ使用途中の長期放置において横スジが発生する要因としては、以下のように考えている。使用停止時に現像ローラーと規制部材との間にトナー溜まりが生じる。このとき現像ローラーと規制部材の間に溜まるトナーが多いと、規制部材と現像ローラーの間の圧力によりトナーが押しつぶされた状態となる。この状態で高温高湿環境で長期間放置されると、トナー内部からのブリードなどによりトナーが凝集塊となり現像ローラーおよび規制部材に融着してしまう。この状態でカートリッジの使用を開始すると、凝集塊が融着した長手方向に、トナーがコートされなくなるため横白スジが生じる。
これに対し、本発明では、以下のようなメカニズムで上記課題が解決できると考えている。カートリッジの使用停止の際に、第1の樹脂粒子の弾性率が100MPa以上10000MPa以下の高硬度であることで、現像ローラーと規制部材の間に溜まるトナーを押し出す力が生じると考えている。100Mpa以下では硬度が足りず、第1の樹脂粒子が規制部材との圧力で変形しやすくなるため、押し出す力が弱くなる。10000MPa以上では、トナーへ与えるダメージ大きくなるため、耐久を通して本件の効果が得られなくなる。より好ましくは、後述する平均弾性率E1が100MPa以上7500MPa以下、更に好ましくはE1が100MPa以上2000MPa以下である。本発明の、第1の樹脂粒子に由来する凸と第2の樹脂粒子に由来する凸の高さの差が5μm以上あることで、高硬度な第1の樹脂粒子が押し出す力を効果的にトナーに伝えることができる。5μm以下では、第1の樹脂粒子よりもトナーの方が大きくなるので押し出す力が弱くなる。さらに、凸が低く現像ローラー上でトナーが入る部分に当たる第2の樹脂粒子の弾性率が2.0MPa以上50MPa以下と柔軟であることで規制部材からの圧力により第1の樹脂粒子に対してトナーがより沈み込むようになる。これにより第1の樹脂粒子の押し出す力がさらにトナーに伝わりやすくなる。2.0MPa以下では耐久を通して本件の効果が得られにくく、50MPa以上では規制部材からの圧力による沈み込みが小さく第1の樹脂粒子押し出す力を効果的にトナーに伝えられなくなる。最大高さRz平均値は、該外表面に存在する多数の凸部のうち、より高い凸部の高さと頻度とを表現するパラメータである。Rz平均値を6μm以上18μm以下であることで、該外表面に存在する第1の凸部は、現像ローラーにコートされたトナー層から頭を出して押し出すだけの十分な高さをと頻度を有することができる。6μm以下では、押し出すだけの十分な高さをと頻度が足らず、18μm以上では高硬度の流粒子の頻頻度が高すぎるために、トナーのへのダメージの点で耐久後半まで本件の効果を得ることができない。より好ましくは8μm以上16μm以下である。
また、トナーに含有される長径が40nm以上400nm以下である大粒径の外添剤を分散度評価指数Dが2.0以下となるように制御する。そうすることで、大粒径の外添剤によるスペーサー効果で現像ローラーと規制部材の間の圧力によるトナーの変形を抑制でき、第1の樹脂粒子の押し出す力がよりトナーに伝わりやすくなる。また、分散度評価指数Dが上記の範囲であることで大粒径の外添剤による付着力低減効果をより効果的に発揮できるため、現像ローラーと規制部材の間にトナーが溜まることを解消できる。より好ましくは外添剤Aの分散度評価指数Dは0.5以上1.20以下である。外添剤Aの長径が40nm以下では、スペーサー効果が低いために現像ローラーと規制部材の間の圧力によるトナーの変形を抑制できず、また付着力の低減効果も低い。400nm以上では分散度評価指数を本件の範囲に制御することが困難になる。より好ましくは、後述する平均長径Daが40nm以上300nm以下である。分散度評価指数が2.0以上では外添剤Aのトナー表面での存在の偏りが大きいために、現像ローラーと規制部材の間の圧力によるトナーの変形を抑制できず、また付着力の低減効果も低い。より好ましくは0.5以上1.2以下である。0.5以上であることで外添剤Aによるトナー同士の引っ掛かりが弱くなるため、樹脂粒子1の押し出す力に対してトナーがほぐれやすくなり、カートリッジ使用停止のトナー溜まりが生じにくくなる。外添剤Aの分散度は外添剤Aの添加量、外添条件により制御できる。また、外添剤Aによるトナー粒子の表面の被覆率は3.0%以上である。3.0%以下では規制部材の間の圧力によるトナーの変形を抑制する点および、付着力を低減させる点において本件の効果が発揮できない。より好ましくは5.0%以上30%以下である。30%以下では分散度を本件の範囲内に制御しやすく、本件の効果がより得られやすいため好ましい。外添剤Aの被覆率は外添剤Aの長径、添加量で制御することができる。
また、本発明のトナーは外添剤Bとして長径が5nm以上40nm未満のシリカ粒子を含有し、外添剤Bのトナー粒子への被覆率が62%以上100%以下であることが好ましい。被覆率が62%以上であることでトナーの流動性が向上し、第1の樹脂粒子の押し出す力に対してトナーがほぐれやすくなり、カートリッジ使用停止のトナー溜まりが生じにくくなる。外添剤Bのトナー表面への被覆率は外添剤Bの添加量および外添条件で制御することができる。
また、本発明のトナーは外添剤Aと外添剤Bを合わせた固着率が70%以上であることが好ましい。70%以上であることで、耐久後半までトナー流動性を維持することができるため、耐久後半まで本件の効果が得られやすいい。外添剤AとBを合わせた固着率は外添剤A、外添剤Bの添加量および外添条件で制御することができる。
本発明の、第1の樹脂粒子の体積平均径D1と第2の樹脂粒子の体積平均径D2とトナーの体積平均径Dtが下記式(a)の関係にあることが好ましい。
(D1-D2)―Dt>0(a)
式(1)の関係にあることで、第2の樹脂粒子上にコートされるトナー面よりも第1の樹脂粒子が高くなり、高硬度な第1の樹脂粒子が押し出す力を効果的にトナーに伝えることができる。
また、第2の樹脂粒子の体積平均径D2と外添剤Aの平均長径Daが下記式(b)の関係にあることが好ましい。
D2/Da≦40(b)
式(2)の関係にあることで外添剤Aが第2の樹脂粒子間の隙間に入り込み、トナーをほぐしやすくすることができるため、本発明の効果をより良好に発揮することができる。
以下に、本発明の実施形態に関して詳細に説明する。
以下に、本態様に係る現像ローラーについて詳細に説明する。
<現像ローラー>
本態様に係る現像ローラーは、図2の軸方向に垂直な方向の断面概略図に示されるように、導電性基体21と、該導電性基体上の導電性弾性層23と、該導電性弾性層上の表面層22とを有する。導電性弾性層23は必要に応じて1層であっても2層以上有していてもよい。表面層22は単層である。
<導電性基体>
導電性基体は、その上に設けられる導電性弾性層および表面層を支持する機能を有する。該導電性基体の材質としては、例えば、鉄、銅、アルミニウム、ニッケルなどの金属;これらの金属を含有するステンレス鋼、ジュラルミン、真鍮および青銅などの合金を挙げることができる。これらは一種を用いてもよく、二種以上を併用してもよい。基体の表面には、耐傷性付与を目的として、導電性を損なわない範囲で、メッキ処理を施すことができる。さらに、樹脂製の基材の表面を金属で被覆して表面を導電性とした基体や、導電性樹脂組成物から製造された基体も使用可能である。
<導電性弾性層>
導電性弾性層は、中実体、発泡体のいずれであってもよい。また、導電性弾性層は、単層であっても、複数の層からなっていてもよい。また、導電性弾性層の弾性率は、0.5MPa(0.5×10Pa)以上10MPa(10×10Pa)以下であることが好ましい。このような導電性弾性層の材質としては、例えば、天然ゴム、イソプレンゴム、スチレンゴム、ブチルゴム、ブタジエンゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴムなどを挙げることができる。これらは1種または2種以上を組み合わせて使用することができる。中でも、シリコーンゴムは低弾性率であるため、好ましい。
導電性弾性層は、現像ローラーに要求される機能に応じて、導電剤、非導電性充填剤、その他成形に必要な各種添加剤成分として、架橋剤、触媒、分散促進剤などを含有してもよい。該導電剤としては、各種導電性金属またはその合金、導電性金属酸化物、これらで被覆された絶縁性物質の微粉末、電子導電剤、イオン導電剤などを用いることができる。これらの導電剤は、粉末状や繊維状の形態で、単独または2種類以上を組み合わせて使用することができる。これらの中でも、電子導電剤であるカーボンブラックは、導電性の制御が容易であり、また経済的であることから好ましい。該非導電性充填剤としては、例えば、以下のものを例示することができる。珪藻土、石英粉末、乾式シリカ、湿式シリカ、酸化チタン、酸化亜鉛、アルミノケイ酸、炭酸カルシウム、珪酸ジルコニウム、珪酸アルミニウム、タルク、アルミナ、酸化鉄。これらは一種を用いてもよく、二種以上を併用してもよい。
導電性弾性層の体積抵抗率は、1.0×10~1.0×1010Ω・cmであることが好ましい。導電性弾性層の体積抵抗率がこの範囲内であることにより、現像電界の変動を抑制しやすい。該体積抵抗率は1.0×10~1.0×10Ω・cmであることがより好ましい。なお、導電性弾性層の体積抵抗率は、導電性弾性層中の前記導電剤の含有量により制御することができる。
導電性弾性層の厚さは、0.1mm以上50.0mm以下であることが好ましく、0.5mm以上10.0mm以下であることがより好ましい。
導電性弾性層の形成方法としては、例えば、押出成形、プレス成形、射出成形、液状射出成形、注型成形などの各種成形法により、適切な温度および時間で加熱硬化させて基体上に導電性弾性層を成形する方法を挙げることができる。例えば、基体を設置した円筒形金型内に未硬化の導電性弾性層材料を注入し、加熱硬化することによって、基体外周に導電性弾性層を精度よく成形することができる。
<表面層>
該表面層の外表面は、第1の凸部と、該外表面の該第1の凸部が存在しない領域に存在し、その高さが、該第1の凸部の高さよりも5.0μm以上低い第2の凸部と、を有する。該第1の凸部は、第1の樹脂粒子に由来し、該第2の凸部は、第2の樹脂粒子に由来する。該表面層の厚み方向の断面において測定される、該第1の樹脂粒子の弾性率は、100MPa以上10000MPa以下である。該表面層の厚み方向の断面において測定される、該第2の樹脂粒子の弾性率は、2MPa以上50MPa以下である。該外表面は、最大高さRz平均値が、6μm以上18μm以下である。
また、山の頂点密度Spdが、5.0×10(1/mm)以上5.0×10(1/mm)以下であることが好ましい。
また、該表面層には該表面層の導電性を制御する目的で導電剤を配合することができる。また、トナー離形性などを制御する目的で界面活性剤など添加剤を配合してもよい。
さらに、該表面層の外表面近傍が高硬度であると、第1の樹脂粒子によるトナーを押し出す効果が大きくなるためより好ましい。
該表面層の層厚は、4μm以上100μm以下であることが好ましい。該層厚は、第1および第2の凸部が形成されていない部分での厚みとなる。該厚み内に第1の凸部を形成しない第1の樹脂粒子や第2の凸部を形成しない第2の樹脂粒子を含んでいてもよい。該層厚を4μm以上とすることで、第1の樹脂粒子や第2の樹脂粒子に由来する第1の凸部や第2の凸部が形成されやすく、Rz平均値やSpdを上記範囲に設定しやすい。また、該層厚を4μm以上とすることで、該表面層の外表面近傍を高硬度化した場合においても該表面層マトリックスの弾性率Ebの影響が支配的になり、該表面層の柔軟な変形が起こりやすいため好ましい。該層厚を100μm以下とすることで、該表面層の柔軟な変形が起こりやすいため好ましい。より好ましくは6μm以上30μm以下である。
<表面層マトリックス>
表面層マトリックスにはバインダーとしてポリウレタンを含有することが好ましい。架橋ウレタン樹脂は、柔軟性と強度に優れているため、バインダーとして好適である。
ポリウレタンは、ポリオールとイソシアネート、必要に応じて鎖延長剤から得ることができる。ポリウレタンの原料たるポリオールとしては、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリカーボネートポリオール、ポリオレフィンポリオール、アクリルポリオール、およびこれらの混合物が挙げられる。ポリウレタンの原料たるイソシアネートとしては、例えば以下が挙げられる。トリレンジイソシアネート(TDI)、ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、ナフタレンジイソシアネート(NDI)、トリジンジイソシアネート(TODI)、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、イソホロンジイソシアネート(IPDI)、フェニレンジイソシアネート(PPDI)、キシリレンジイソシアネート(XDI)、テトラメチルキシリレンジイソシアネート(TMXDI)、シクロヘキサンジイソシアネート、およびこれらの混合物。ポリウレタンの原料たる鎖延長剤としては、エチレングリコール、1,4-ブタンジオール、3-メチルペンタンジオールの如き2官能性低分子ジオール、トリメチロールプロパンの如き3官能性低分子トリオール、およびこれらの混合物が挙げられる。また、上記の各種イソシアネート化合物と、各種ポリオールを、イソシアネート基が過剰な状態で予め反応させて得られる、末端にイソシアネート基を有する、プレポリマータイプのイソシアネート化合物を用いてもよい。また、これらのイソシアネート化合物としては、イソシアネート基を、MEKオキシムなどの各種ブロック剤でブロック化した材料を用いてもよい。
いずれの材料を用いた場合においても、ポリオールとイソシアネートを加熱により反応させることでポリウレタンを得ることができる。さらに、ポリオールかイソシアネートのいずれか一方、または両方が、分岐構造を有し、官能基数が3個以上であることにより、得られるポリウレタンは架橋ポリウレタンとなる。
また、後述の方法によって測定することができる該マトリックスの外表面から1μm以上の深さの弾性率Ebは、10MPa以上100MPa以下であることが好ましい。該弾性率Ebを10MPa以上とすることで、第1の樹脂粒子を被覆して第1の凸部を形成した場合に、第1の樹脂粒子がトナーを押し出す効果を得られやすい。また、該弾性率Ebを100MPa以下とすることで、第2の凸部が存在する領域において、該第2の樹脂粒子とともに柔軟に変形できる。これにより、規制部材からの圧力により第1の樹脂粒子に対してトナーがより沈み込むようになり、第1の樹脂粒子の押し出す力がさらにトナーに伝わりやすくなるため好ましい。
該表面層マトリックスの弾性率Ebは、樹脂の分子構造やシリカやカーボンブラックなどの微細粒子の添加による相互作用などによって上記範囲に調整することができる。
<第1の凸部および第2の凸部>
該表面層の外表面には、第1の凸部と、該外表面の該第1の凸部が存在しない領域に存在し、その高さが、該第1の凸部の高さよりも5.0μm以上低い第2の凸部が存在する。該第1の凸部は下記第1の樹脂粒子に由来し、該第2の凸部は下記第2の樹脂粒子に由来する。該表面層の外表面に存在する5.0μm以上の高低差を有する2つの凸部を後述の方法により確認し、該2つの凸部を形成する粒子の弾性率を後述の方法により測定する。そうすることで、該表面層の外表面に、第1の凸部および第2の凸部が存在することを確認することができる。
<最大高さRz平均値>
該表面層外表面の最大高さRz平均値は、6μm以上18μm以下である。最大高さRz平均値は、後述の測定方法によって求められる数値であり、多数の最大高さRzの平均値であるため、該外表面に存在する多数の凸部のうち、より高い凸部の高さと頻度とを表現することのできるパラメータである。本発明においては、該第1の凸部は第2の凸部より高いため、該Rz平均値は該第1の凸部の高さと頻度とに強い相関を持つ。Rz平均値を6μm以上18μm以下とすることで、該外表面に存在する第1の凸部は、現像ローラーにコートされたトナー層から頭を出して押し出すだけの十分な高さをと頻度を有することができる。6μm以下では、押し出すだけの十分な高さをと頻度が足らず、18μm以上では高硬度の流粒子の頻頻度が高すぎるために、トナーのへのダメージの点で耐久後半まで本件の効果を得ることができない。より好ましくは6μm以上18μm以下である。
Rz平均値は、上述の通り第1の凸部の高さと頻度とに強い相関を持つため、主に第1の樹脂粒子の原材料の体積平均粒径や配合量によって調整することができる。また、下記第2の樹脂粒子の原材料の体積平均粒径や配合量、該表面層の層厚によっても、該第1の凸部の突出具合を変えることができ、Rz平均値を調整することができる。ここで、原材料の樹脂粒子の体積平均粒径は、後述の実施例に示すように粒度分布測定機を用いた「レーザー回折・散乱法」によるメディアン径である。
3-4.山の頂点密度Spd
後述の方法によって測定することができる該表面層外表面の山の頂点密度Spdは、5.0×10(1/mm)以上5.0×10(1/mm)以下であることが好ましい。山の頂点密度Spdは、単位面積あたりに存在する凸の数を表現するパラメータであり、凸部が多数存在する場合、小さな凸部の頻度との相関が強くなる。したがって、Spdは第2の凸部の頻度と強い相関を持つ。Spdを5.0×10(1/mm)以上即ち、第2の凸部を多数存在させることで、第2の樹脂粒子による沈みこみにより、第1の樹脂粒子による押し出す力を効果的にトナーに伝えることができる。また、Spdを5.0×10(1/mm)以下とすることで、トナーを押し出す第1の樹脂粒子に対して、トナーが入る第2の樹脂粒子の部分が過剰とならないため、本件の効果を得られやすい。
本発明におけるSpdは、下記第1の樹脂粒子および下記第2の樹脂粒子の体積平均粒径や配合量によって調整することができる。中でも、上述の通り相対的に小さな第2の凸部の頻度と強い相関を持つため、主に第2の樹脂粒子の体積平均粒径や配合量によって調整することができる。
<第1の樹脂粒子>
第1の樹脂粒子の弾性率が100MPa以上10000MPa以下の高硬度であることで、現像ローラーと規制部材の間に溜まるトナーを押し出す力が生じる。100Mpa以下では硬度が足りず、第1の樹脂粒子が規制部材との圧力で変形しやすくなるため、押し出す力が弱くなる。10000MPa以上では、トナーへ与えるダメージ大きくなるため、耐久を通して本件の効果が得られなくなる。より好ましくは、後述する平均弾性率E1が100MPa以上7500MPa以下、更に好ましくはE1が100MPa以上2000MPa以下である。該第1の樹脂粒子の弾性率は、樹脂の分子構造や架橋度などによって上記範囲に調整することができる。
第1の樹脂粒子の材質としては、ポリウレタンやアクリルなどが挙げられる。中でもポリウレタンを含有する樹脂粒子は強度に優れるため好ましい。
該第1の樹脂粒子に含まれる該ポリウレタンとしては、例えばエーテル系ポリウレタン、エステル系ポリウレタン、アクリル系ポリウレタン、ポリカーボネート系ポリウレタン、ポリオレフィン系ポリウレタンなどが挙げられる。
該第1の樹脂粒子の表面層中での体積平均粒径は10μm以上20μm以下であることが好ましい。10μm以上とすることで、第1の樹脂粒子に由来する該第1の凸部が、現像ローラー外表面上のトナーコート層から突出しやすくなり、トナーを押し出す力が効果的に発揮されるため好ましい。より好ましい範囲は13μm以上18μm以下である。該体積平均粒径は、後述する方法で形成した表面層に含まれる状態の該第1の樹脂粒子の体積平均粒径であり、その測定方法についても後述する。
また、該第1の樹脂粒子は、該表面層中に3体積%以上25体積%以下含まれていることが好ましい。3体積%以上とすることで、トナーを押し出すことができるだけの頻度で該第1の凸部を存在させやすい。また、25体積%以下とすることで、現像ローラーと規制部材間のトナーを過剰な頻度で掻き乱しにくくなり、トナーへ過剰なダメージを与えることがないため耐久後半まで本発明の効果が得られやすい。
<第2の樹脂粒子>
第2の樹脂粒子の弾性率は、2MPa以上50MPa以下である。2.0MPa以下では耐久を通して本件の効果が得られにくく、50MPa以上では規制部材からの圧力による沈み込みが小さく第1の樹脂粒子押し出す力を効果的にトナーに伝えられなくなる。該第2の樹脂粒子の弾性率E2は、樹脂の分子構造や架橋度などによって上記範囲に調整することができる。
該第2の樹脂粒子の材質としては、ポリウレタンやシリコーンなどが挙げられる。中でもポリウレタンを含有する樹脂粒子は、強度と柔軟性に優れるため好ましい。
また、第2の樹脂粒子の表面層中での体積平均粒径は該第1の樹脂粒子の表面層中での体積平均粒径より小さい。これにより第1の樹脂粒子に由来する第1の凸部を第2の樹脂粒子に由来する第2の凸部よりも高くすることができる。該第1の樹脂粒子の体積平均粒径と、該第2の樹脂粒子の体積平均粒径の差は5μm以上15μm以下であることが好ましい。差を5μm以上とすることで、第1樹脂粒子が現像ローラー外表面にトナーが被覆された際のトナーコート層より突出し、トナーを押し出しやすくなるため好ましい。また、差を15μm以下とすることで、現像ローラーと規制部材の間にトナーが多量に侵入してくることを抑えることができるため好ましい。該第2の樹脂粒子の体積平均粒径は、3μm以上10μm以下であることが好ましい。10μm以下とすることで、第1の樹脂粒子がトナーを押すことができるだけの凸高さの差を形成しやすいため好ましい。また該第2の樹脂粒子に由来する第2の凸部が高密度で微細になりやすくなり、規制部材から受ける圧力に対して沈む際に、トナーも追従しやすくなり、第1の樹脂粒子の押し出す力が効果的に発揮されるため好ましい。より好ましくは、4μm以上8μm以下である。該体積平均粒径は、後述する方法で形成した表面層に含まれる状態の該第2の樹脂粒子の体積平均粒径であり、その測定方法についても後述する。
また、該第2の樹脂粒子は、該表面層中に15体積%以上50体積%以下含まれていることが好ましい。15体積%以上とすることで、該第2の樹脂粒子に由来する第2の凸部が高密度で微細になりやすくなり、規制部材の圧力に対して沈み込みが生じやすくなるため好ましい。また、50体積%以下とすることで、トナーを押し出す第1の樹脂粒子に対して、トナーが入る第2の樹脂粒子の部分が過剰とならないため、本件の効果を得られやすい。
<導電剤>
該表面層には該表面層の導電性を制御する目的で導電剤を配合することができる。該表面層に配合される導電剤としては、イオン導電剤やカーボンブラックのような電子導電剤が挙げられる。中でも、導電性弾性層の導電性と導電性弾性層のトナーに対する帯電性能とを制御することができるため、カーボンブラックが好ましい。導電性弾性層の体積抵抗率は、1×10Ω・cm以上1×1011Ω・cm以下の範囲であることが好ましい。
<添加剤>
該表面層は、本発明の特徴を損なわない範囲で各種添加剤を含有することができる。例えば、表面層にシリカの如き無機化合物微粒子を配合することで、表面層へ補強性を付与したり、結着樹脂の弾性率Ebを調整したりすることができる。また、トナー離型性向上や動摩擦係数低減など、現像ローラーとして要求される性能向上を目的として、表面層にシリコーンオイルなどの有機化合物系添加剤を配合しても良い。
3-9.表面層の形成方法
表面層の形成方法は特に限定されないが、例えば以下の方法により形成することができる。前記結着樹脂と第1および第2の樹脂粒子、必要に応じて前記導電剤や、前記添加剤を含有する表面層形成用の塗工液を調製する。該塗工液に基体または導電性弾性層などが形成された基体をディッピングし、乾燥させることにより、基体上に表面層を形成する。
次に、本発明のトナー母体の製造方法について説明する。トナー母体の製造方法は公知の手段を用いることができ、混練粉砕法や湿式製造法を用いることができる。粒子径の均一化や形状制御性の観点からは湿式製造法を好ましく用いることができる。更に湿式製造法には懸濁重合法、溶解懸濁法、乳化重合凝集法、乳化凝集法などを挙げることができ、本発明においては乳化凝集法を好ましく用いることができる。
乳化凝集法は、まず結着樹脂の微粒子や着色剤などの材料を、分散安定剤を含有する水系媒体中で分散混合する。水系媒体中には、界面活性剤が添加されていてもよい。その後、凝集剤を添加することによって所望のトナーの粒径となるまで凝集させ、その後または凝集と同時に、樹脂微粒子間の融着を行う。更に必要に応じて、熱による形状制御を行うことにより、トナー粒子を形成する方法である。ここで、結着樹脂の微粒子は、組成の異なる樹脂よりなる2層以上の構成とする複数層で形成された複合粒子とすることもできる。例えば、乳化重合法、ミニエマルション重合法、転相乳化法などにより製造、またはいくつかの製法を組み合わせて製造することができる。
トナー母体中に内添剤を含有させる場合は、樹脂微粒子に内添剤を含有したものとしてもよく、また、別途内添剤のみよりなる内添剤微粒子の分散液を調製し、当該内添剤微粒子を樹脂微粒子を凝集させる際に共に凝集させてもよい。また、凝集時に組成の異なる樹脂微粒子を時間差で添加して凝集させることにより組成の異なる層構成のトナー粒子を作ることもできる。
分散安定剤としては以下のものを使用することができる。無機分散安定剤として、リン酸三カルシウム、リン酸マグネシウム、リン酸亜鉛、リン酸アルミニウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、メタ珪酸カルシウム、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、ベントナイト、シリカ、アルミナが挙げられる。
また、有機系分散安定剤としては、ポリビニルアルコール、ゼラチン、メチルセルロース、メチルヒドロキシプロピルセルロース、エチルセルロース、カルボキシメチルセルロースのナトリウム塩、デンプンが挙げられる。
界面活性剤として、公知のカチオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤、ノニオン性界面活性剤を使用することができる。カチオン性界面活性剤の具体例としては、ドデシルアンモニウムブロマイド、ドデシルトリメチルアンモニウムブロマイド、ドデシルピリジニウムクロライド、ドデシルピリジニウムブロマイド、ヘキサデシルトリメチルアンモニウムブロマイドなどが挙げられる。ノニオン性界面活性剤の具体例としては、ドデシルポリオキシエチレンエーテル、ヘキサデシルポリオキシエチレンエーテル、ノニルフェニルポリキオシエチレンエーテル、ラウリルポリオキシエチレンエーテル、ソルビタンモノオレアートポリオキシエチレンエーテル、スチリルフェニルポリオキシエチレンエーテル、モノデカノイルショ糖などが挙げられる。アニオン性界面活性剤の具体例としては、ステアリン酸ナトリウム、ラウリン酸ナトリウムなどの脂肪族石鹸や、ラウリル硫酸ナトリウム、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ポリオキシエチレン(2)ラウリルエーテル硫酸ナトリウムなどが挙げることができる。
トナー母体を構成する結着樹脂について説明する。
結着樹脂はビニル系樹脂、ポリエステル樹脂などを好ましく例示できる。ビニル系樹脂、ポリエステル樹脂およびその他の結着樹脂として、以下の樹脂または重合体が例示できる。
ポリスチレン、ポリビニルトルエンのようなスチレンおよびその置換体の単重合体;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-アクリル酸ジメチルアミノエチル共重合体、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-メタクリ酸ジメチルアミノエチル共重合体、スチレン-ビニルメチルエーテル共重合体、スチレン-ビニルエチルエーテル共重合体、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-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のような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、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリビニルブチラール、シリコーン樹脂、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂、ポリアクリル樹脂、ロジン、変性ロジン、テルペン樹脂、フェノール樹脂、脂肪族または脂環族炭化水素樹脂、芳香族系石油樹脂。これら結着樹脂は単独或いは混合して使用できる。
結着樹脂はカルボキシ基を含有することが好ましく、カルボキシ基を含有する重合性単量体を用いて製造された樹脂であることが好ましい。例えば、アクリル酸、メタクリル酸、α-エチルアクリル酸、クロトン酸などのビニル性カルボン酸;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;コハク酸モノアクリロイルオキシエチルエステル、コハク酸モノアクリロイルオキシエチルエステル、フタル酸モノアクリロイルオキシエチルエステル、フタル酸モノメタクリロイルオキシエチルエステルなどの不飽和ジカルボン酸モノエステル誘導体など。
ポリエステル樹脂としては、下記に挙げるカルボン酸成分とアルコール成分とを縮重合させたものを用いることができる。カルボン酸成分としては、テレフタル酸、イソフタル酸、フタル酸、フマル酸、マレイン酸、シクロヘキサンジカルボン酸、および、トリメリット酸が挙げられる。アルコール成分としては、ビスフェノールA、水素添加ビスフェノール、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、グリセリン、トリメチロールプロパン、および、ペンタエリスリトールが挙げられる。
また、ポリエステル樹脂は、ウレア基を含有したポリエステル樹脂であってもよい。ポリエステル樹脂としては末端などのカルボキシ基はキャップしないことが好ましい。
トナー母体を構成する結着樹脂の分子量をコントロールする為に、重合性単量体の重合に際して、架橋剤を添加してもよい。
例えば、エチレングリコールジメタクリレート、エチレングリコールジアクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、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メタクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジメタクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、ジビニルベンゼン、ビス(4-アクリロキシポリエトキシフェニル)プロパン、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-ヘ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、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#200、#400、#600の各ジアクリレート、ジプロピレングリコールジアクリレート、ポリプロピレングリコールジアクリレート、ポリエステル型ジアクリレート(MANDA日本化薬)、および以上のアクリレートをメタクリレートに変えたもの。
架橋剤の添加量としては、重合性単量体に対して0.001質量%以上15.000質量%以下であることが好ましい。
本発明において、トナー母体を構成する材料の1つとして、離型剤を含有することが好ましい。特に60℃以上90℃以下に融点を有するエステルワックスを用いると、結着樹脂に対する相溶性に優れるため可塑効果が得られやすい。
本発明で使用されるエステルワックスとしては、例えば、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;および脱酸カルナウバワックスなどの脂肪酸エステル類から酸成分の一部また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、ヒドロキシル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族モノカルボン酸とのジエステル化物が挙げられる。
なお、これらのワックスの中でも、分子構造中に2つのエステル結合を有する2官能エステルワックス(ジエステル)を含有していることが好ましい。
2官能のエステルワックスは、2価のアルコールと脂肪族モノカルボン酸とのエステル化合物、または、2価のカルボン酸と脂肪族モノアルコールとのエステル化合物である。
上記脂肪族モノカルボン酸の具体例としては、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、アラキジン酸、べへン酸、リグノセリン酸、セロチン酸、モンタン酸、メリシン酸、オレイン酸、バクセン酸、リノール酸、リノレン酸などが挙げられる。
上記脂肪族モノアルコールの具体例としては、ミリスチルアルコール、セタノール、ステアリルアルコール、アラキジルアルコール、べへニルアルコール、テトラコサノール、ヘキサコサノール、オクタコサノール、トリアコンタノールなどが挙げられる。
2価のカルボン酸の具体例としては、ブタン二酸(コハク酸)、ペンタン二酸(グルタル酸)、ヘキサン二酸(アジピン酸)、ヘプタン二酸(ピメリン酸)、オクタン二酸(スベリン酸)、ノナン二酸(アゼライン酸)、デカン二酸(セバシン酸)、ドデカン二酸、トリデカン二酸、テトラデカン二酸、ヘキサデカン二酸、オクタデカン二酸、エイコサン二酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸などが挙げられる。
2価のアルコールの具体例としては、エチレングリコール、プロピレングリコール、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、1,10-デカンジオール、1,12-ドデカンジオール、1,14-テトラデカンジオール、1,16-へキサデカンジオール、1,18-オクタデカンジオール、1,20-エイコサンジオール、1,30-トリアコンタンジオール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、2,2,4-トリメチル-1,3-ペンタンジオール、ネオペンチルグリコール、1,4-シクロヘキサンジメタノール、スピログリコール、1,4-フェニレングリコール、ビスフェノールA、水素添加ビスフェノールAなどが挙げられる。
他に使用可能な離型剤としては、パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、ペトロラタムのような石油系ワックスおよびその誘導体、モンタンワックスおよびその誘導体、フィッシャートロプシュ法による炭化水素ワックスおよびその誘導体、ポリエチレン、ポリプロピレンのようなポリオレフィンワックスおよびその誘導体、カルナバワックス、キャンデリラワックスのような天然ワックスおよびその誘導体、高級脂肪族アルコール、ステアリン酸、パルミチン酸のような脂肪酸、またはその化合物が挙げられる。なお、離型剤の含有量は、結着樹脂または重合性単量体100.0質量部に対して5.0質量部以上20.0質量部以下であることが好ましい。
本発明において、トナー粒子に着色剤を含有させる場合には特に限定されず、以下に示す公知のものを使用することができる。
黄色顔料としては、黄色酸化鉄、ネーブルスイエロー、ナフトールイエローS、ハンザイエローG、ハンザイエロー10G、ベンジジンイエローG、ベンジジンイエローGR、キノリンイエローレーキ、パーマネントイエローNCG、タートラジンレーキなどの縮合アゾ化合物、イソインドリノン化合物、アンスラキノン化合物、アゾ金属錯体、メチン化合物、アリルアミド化合物が用いられる。具体的には以下のものが挙げられる。
C.I.ピグメントイエロー12、13、14、15、17、62、74、83、93、94、95、109、110、111、128、129、147、155、168、180。
赤色顔料としては、ベンガラ、パーマネントレッド4R、リソールレッド、ピラゾロンレッド、ウォッチングレッドカルシウム塩、レーキレッドC、レーキッドD、ブリリアントカーミン6B、ブリラントカーミン3B、エオシンレーキ、ローダミンレーキB、アリザリンレーキなどの縮合アゾ化合物、ジケトピロロピロール化合物、アンスラキノン、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。具体的には以下のものが挙げられる。
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、144、146、166、169、177、184、185、202、206、220、221、254。
青色顔料としては、アルカリブルーレーキ、ビクトリアブルーレーキ、フタロシアニンブルー、無金属フタロシアニンブルー、フタロシアニンブルー部分塩化物、ファーストスカイブルー、インダスレンブルーBGなどの銅フタロシアニン化合物およびその誘導体、アンスラキノン化合物、塩基染料レーキ化合物などが挙げられる。具体的には以下のものが挙げられる。
C.I.ピグメントブルー1、7、15、15:1、15:2、15:3、15:4、60、62、66。
黒色顔料としては、カーボンブラック、アニリンブラックが挙げられる。これらの着色剤は、単独または混合して、さらには固溶体の状態で用いることができる。
なお、着色剤の含有量は、結着樹脂または重合性単量体100.0質量部に対して3.0質量部以上15.0質量部以下であることが好ましい。
本発明において、トナー母体は荷電制御剤を含有してもよい。荷電制御剤としては、公知のものが使用できる。特に帯電スピードが速く、かつ、一定の帯電量を安定して維持できる荷電制御剤が好ましい。
荷電制御剤として、トナー粒子を負荷電性に制御するものとしては、以下のものが挙げられる。
有機金属化合物およびキレート化合物として、モノアゾ金属化合物、アセチルアセトン金属化合物、芳香族オキシカルボン酸、芳香族ダイカルボン酸、オキシカルボン酸およびダイカルボン酸系の金属化合物。他には、芳香族オキシカルボン酸、芳香族モノおよびポリカルボン酸およびその金属塩、無水物、またはエステル類、ビスフェノールのようなフェノール誘導体類なども含まれる。さらに、尿素誘導体、含金属サリチル酸系化合物、含金属ナフトエ酸系化合物、ホウ素化合物、4級アンモニウム塩、カリックスアレーンが挙げられる。
一方、トナー粒子を正荷電性に制御する荷電制御剤としては、以下のものが挙げられる。ニグロシンおよび脂肪酸金属塩のようなによるニグロシン変性物;グアニジン化合物;イミダゾール化合物;トリブチルベンジルアンモニウム-1-ヒドロキシ-4-ナフトスルフォン酸塩、テトラブチルアンモニウムテトラフルオロボレートのような4級アンモニウム塩、およびこれらの類似体であるホスホニウム塩のようなオニウム塩およびこれらのレーキ顔料;トリフェニルメタン染料およびこれらのレーキ顔料(レーキ化剤としては、リンタングステン酸、リンモリブデン酸、リンタングステンモリブデン酸、タンニン酸、ラウリン酸、没食子酸、フェリシアン化物、フェロシアン化物など);高級脂肪酸の金属塩;樹脂系荷電制御剤。
これら荷電制御剤は単独で或いは2種類以上組み合わせて含有することができる。これらの荷電制御剤の添加量としては、重合性単量体100.00質量部に対して、0.01質量部以上10.00質量部以下であることが好ましい。
次に本発明で用いられる外添剤Aについて説明する。
本発明に用いられる外添剤Aの製法としてはどのような製法であってもよいが、ゾルゲル法であることが好ましい。ゾルゲル法によるシリカ粒子の製造方法について、以下に説明する。
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、シリ微粒子を得る。
ゾルゲル法によるシリカ粒子の長径は、加水分解・縮合反応工程における反応温度、アルコキシシランの滴下速度、水、有機溶媒および触媒の重量比、撹拌速度によってコントロールすることが可能である。
このようにして得られるシリカ粒子は通常親水性であり、表面シラノール基が多い。そのため、トナーの外添剤として使用する場合、シリカ粒子は表面を疎水化処理させることが好ましい。
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。粒度分布半値幅の制御、およ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疎水化処理剤を添加する手法が好ましい。
疎水化方法としては、シリカと反応または物理吸着する有機ケイ素化合物で化学的に処理する方法が挙げられる。好ましい方法としては、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を有機ケイ素化合物で処理する。
そのような有機ケイ素化合物としては、以下のものが挙げられる。
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、アリルフエニルジクロルシラン、ベンジルジメチルクロルシラン。
さらには、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プタン、トリオルガノシリルアクリレートが挙げられる。
さらには、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、1-ヘキサメチルジシロキサンが挙げられる。
さらには、1,3-ジビニ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および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Siに水酸基を1つずつ有するジメチルポリシロキサンが例示できる。
これらは1種または2種以上の混合物で用いられる。
また、シリコーンオイル処理シリカにおいて、好ましいシリコーンオイルとしては、25℃における粘度が30mm/s以上1000mm/s以下のものが用いられる。
例えば、ジメチルシリコーンオイル、メチルフェニルシリコーンオイル、α-メチルスチレン変性シリコーンオイル、クロルフェニルシリコーンオイル、フッ素変性シリコーンオイルがある。
シリコーンオイル処理の方法としては、以下の方法が挙げられる。
シランカップリング剤で処理されたシリカとシリコーンオイルとをFM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にシリコーンオイルを噴霧する方法。または適当な溶剤にシリコーンオイルを溶解または分散せしめた後、シリカを加え混合し溶剤を除去する方法。
シリコーンオイル処理シリカは、シリコーンオイルの処理後にシリカを不活性ガス中で温度200℃以上(より好ましくは250℃以上)に加熱し表面のコートを安定化させることがより好ましい。
さらに、シリカ微粒子をトナー粒子の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、シリカ粒子が解砕処理をされたものであってもよい。
本発明に用いられる外添剤Bの長径は5nm以上40nm以下である。外添剤Bの製法としては、沈降法、ゾルゲル法などの湿式シリカ、爆燃法、ヒュームド法などの乾式シリカがあるが、乾式シリカであることが好ましい。
乾式シリカは、好ましくはケイ素ハロゲン化合物などを原料としている。
ケイ素ハロゲン化合物としては、四塩化ケイ素が用いられるが、メチルトリクロロシラン、トリクロロシランなどのシラン類単独、または四塩化ケイ素とシラン類との混合状態でも原料として使用可能である。
原料は気化した後、酸水素炎中で中間体として生じる水と反応する、いわゆる、火炎加水分解反応によって目的のシリカを得ることが好ましい。
例えば、四塩化ケイ素ガスの酸素、水素中における熱分解酸化反応を利用するもので、反応式は次のようなものである。
SiCl+2H+O→SiO+4HCl
以下に、乾式シリカの製造方法を説明する。
酸素ガスをバーナーに供給し、着火用バーナーに点火した後、水素ガスをバーナーに供給して火炎を形成し、これに原料である四塩化ケイ素を投入しガス化させる。次に、少なくとも火炎加水分解反応を行わせ、生成したシリカ粉末を回収する。
平均粒径は、四塩化ケイ素流量、酸素ガス供給流量、水素ガス供給流量、シリカの火炎中滞留時間を適宜変えることによって調整可能である。
また、外添剤Bも上記外添剤のAの表面処理と同様の表面処理がされることが好ましい。
以下に、本発明に係る各物性値の測定方法について記載する。
<現像ローラーの最大高さRz平均値>
本態様に係る最大高さRz平均値は、現像ローラーの表面層の外表面をレーザー顕微鏡(商品名:VK-X150、キーエンス社製)でスキャンすることで測定することができる。
まず、現像ローラーを、該現像ローラー外表面の周方向頂点が該レーザー顕微鏡のレンズ直下、現像ローラー軸方向がレーザー顕微鏡観察視野の長手方向、となるように設置した。次いで該表面層の外表面の形状を下記条件で測定した。
モード:形状測定エキスパート
測定レンズ:50倍
Z軸上下限:レーザー視野にて反射光が観察されなくなる範囲
レーザー明るさ:自動
ダブルスキャン:必ず行う
測定モード:表面形状
測定サイズ:高精細(2048×1536)
測定品質:高精度
RPD:ON
ピッチ:0.13μm
次いで、上記測定結果を、該レーザー顕微鏡の付属ソフトである、マルチファイル解析アプリケーションで読み込んだ。読み込んだ画像を、下記順番で補正した。
面形状補正:
補正方法:二次曲面補正、指定方法:領域指定
高さカットレベル:
カットレベル:強
平滑化:
サイズ:7×7、種類:単純平均
次いで、Rz平均値を下記条件で算出した。
測定モード:「複数線粗さ」
測定領域:水平線
周囲本数:18本
間隔:20本飛ばし
測定値:Rz平均値
以上の測定を、現像ローラー軸方向の等間隔5か所×周方向の等間隔6か所の計30か所について行い、その算術平均値を現像ローラーZ-1の最大高さRz平均値とした。このように、本態様に係るRz平均値は、短い距離における18本×30か所、計540点の最大高さRzの平均値であることから、該表面層の外表面における、より高い凸部の高さと頻度とを表現することができる。
<山の頂点密度Spd>
本態様に係る山の頂点密度Spdは、上記最大高さRz平均値と同様に顕微鏡下での表面観察で求めることができる。まず、現像ローラーの外表面の形状測定を、上記最大高さRz平均値と同様に行った。
次いで、記測定結果を、該レーザー顕微鏡の付属ソフトである、マルチファイル解析アプリケーションで読み込んだ。読み込んだ画像を、上記最大高さRz平均値と同様に補正した。
次いで、Spdを下記条件で算出した。
測定モード:「表面粗さ」
測定領域:全領域
測定値:Spd
以上の測定を、現像ローラー軸方向の等間隔5か所×周方向の等間隔6か所の計30か所について行い、その1mmあたりの算術平均値を現像ローラーの山の頂点密度Spdとした。
<第1の凸部と第2の凸部の確認>
現像ローラーの表面層の外表面における第1の凸部と第2の凸部との高さの差は、上記最大高さRz平均値と同様に顕微鏡下での表面観察で求めることができる。まず、現像ローラーの外表面の形状測定を、上記最大高さRz平均値と同様に行った。
次いで、記測定結果を、該レーザー顕微鏡の付属ソフトである、マルチファイル解析アプリケーションで読み込んだ。読み込んだ画像を、上記最大高さRz平均値と同様に補正した。
次いで、測定モード:「線粗さ」、にて、測定視野に存在する相対的に大きな凸部の頂点と相対的に小さな凸部の頂点とを、二点指定で結び、該大きな凸部の頂点と該小さな凸部の頂点との高さの差が5.0μm以上である2つの凸部を抽出した。
次いで、該大きな凸部と小さな凸部とが判別可能なように現像ローラーの外表面にマーキングを施した。次いで、現像ローラーを-150℃に冷却し、クライオミクロトーム(UC-6(製品名)、ライカマイクロシステムズ社製)を用いて、マーキングした2つの凸部の頂部を通り、かつ、該表面層の厚み方向の断面が表れてなるゴム薄片を切り出した。
<第1の樹脂粒子と第2の樹脂粒子の弾性率の測定>
測定には、走査型プローブ顕微鏡(ScanningProbeMicroscope、SPM)(商品名:MFP-3D-Origin、オックスフォード・インストゥルメンツ社製)を用いた。具体的には、上記で作製したゴム薄片を、室温23℃湿度50%の環境下に24時間放置した。次に、シリコンウェハ上に、該ゴム薄片を載せ、該シリコンウエハを、上記走査プローブ顕微鏡のステージにセットした。そして、該ゴム薄片の、該表面層の断面部分を、探針(AC160(製品名)、オリンパス社製)で走査した。なお、探針に関する条件としては、バネ定数:28.23nN/nm,インボルス定数:82.59nm/V,共振周波数:282kHz(1次),1.59MHz(高次)である。また、他の測定条件としては、SPMの測定モードはAM-FMモード、探針の自由振幅は3V、セットポイント振幅は2V(1次)および25mV(高次)とした。そして、視野20μm×20μmのサイズにおいて、スキャン速度は1Hz、スキャン点数は縦256点および横256点とした。
その後、該ゴム薄片の、表層の厚み方向における、樹脂粒子の中心付近の10点の測定箇所を指定し、それぞれにおいてコンタクトモードでフォースカーブを取得した。なお、フォースカーブ取得時の条件は、以下の条件で行った。トリガー値は0.2~0.5V(硬度によって変更)、フォースカーブを測定する距離500nm、スキャン速度1Hz(探針が1往復する速さ)の条件でフォースカーブを取得した。その後、それぞれのフォースカーブについて、Hertz理論に基づくフィッティングを行った。得た結果について、最高値と最低値を除く8点の算術平均を求めた各測定領域の弾性率とし、弾性率が100MPa以上10000MPa以下であるものを第1の樹脂粒子、2MPa以上50MPa以下であるものを第2の樹脂粒子とした。
また、上記の測定をそれぞれの粒子について、現像ローラー軸方向の等間隔3か所以上×周方向の等間隔3か所以上の計9か所以上において計45個もしくはそれ以上の数行った。そして、第1の樹脂粒子の算術平均値を第1の樹脂粒子の平均弾性率E1、第2の樹脂粒子の算術平均値を第2の樹脂粒子の平均弾性率E2とした。
<表面層マトリックスの弾性率>
表面層マトリックスの弾性率Ebを以下のように測定した。
該ゴム薄片の、表面層の厚み方向断面における、表面層の外表面から深さ方向に1.1~1.2μmの領域の表面層マトリックスの弾性率を上記に記載の方法で測定した。
次いで、該領域から前記導電性弾性層界面近傍まで弾性率を、深さ方向に1.0μmピッチの領域で同様に測定した。なお、コンタクトモードでの測定は、導電剤やフィラーなどを避けて行った。以上の測定を、現像ローラー軸方向の等間隔3か所×周方向の等間隔3か所の計9か所について行い、その算術平均値を表面層マトリックスの弾性率Ebとした。
<樹脂粒子の体積平均粒径D1およびD2体積比率>
表面層中に存在する樹脂粒子の体積平均粒径D1およびD2は下記方法によって測定した。
まず、上記弾性率の測定に用いた表面層断面に存在するすべての樹脂粒子の弾性率を測定結果から、第1の樹脂粒子、を第2の樹脂粒子各粒子の断面積から、各粒子の断面の円相当直径DSを算出した。そして、各粒子が球体であり、該断面が該球体をランダムに切断したことによる断面である、と仮定し、下記式(1)によって断面の円相当径DSから該樹脂粒子の粒径Dを算出した。
Figure 0007562355000001
以上の測定を、現像ローラー軸方向の等間隔3か所以上×周方向の等間隔3か所以上の計9か所以上において、第1の樹脂粒子および第2の樹脂粒子それぞれ計100個以上の粒子について行った。このようにして得られた各粒子のDと、4/3×π×(D/2)3を用いて変換した体積値と、を用い、第1の樹脂粒子および第2の樹脂粒子の体積平均粒径(メディアン径)D1およびD2を算出した。
この表面層中の体積平均粒径と原料として粒子の体積平均粒径(単に平均粒子径ともいう)は良好な相関関係を有していることが表3、表5および表6から理解できる。
また、該表面層中の第1の樹脂粒子および第2の樹脂粒子の体積比率は、断面積から得られる面積比率と同じ比率であるため、上記測定の際の断面を用いて算出した。具体的には、該表面層の断面に存在する全樹脂粒子を、弾性率によって第1の樹脂粒子、第2の樹脂粒子に区分した上で、該表面層の断面積に占める第1の樹脂粒子および第2の樹脂粒子の面積比率を算出した。この測定を現像ローラー軸方向の等間隔3か所以上×周方向の等間隔3か所以上の計9か所以上において行い、その算術平均値を第1の樹脂粒子および第2の樹脂粒子の体積比率V1およびV2とした。
<外添剤Aと外添剤Bの長径の測定>
FE-SEMS-4800(日立製作所製)により、5万倍の倍率で、トナー粒子の表面の写真を撮影する。その拡大写真を用いて外添剤の長径の測定を行い、40nm以上400nm以下のものを外添剤Aとした。また長径が5nm以上40nm未満のものを外添剤Bとした。それぞれについて100個以上の測定を行い、外添剤Aの長径の平均値を外添剤Aの平均長径Da、外添剤bの長径の平均値を外添剤Bの平均長径Dbとした。
また、トナー粒子の表面に複数種の外添剤が含まれているトナーに対しても同様に行える。S―4800で反射電子像の観察を行った際に、EDAXなど元素分析を用いて、各微粒子の元素を特定することが可能である。また、形状の特徴等から同一種の微粒子を選び出すことが可能である。同一種の微粒子に対して上記測定を行うことで、微粒子の種類毎の長径を算出することができる。
<トナー表面における外添剤Aの分散度評価指数>
上記外添剤Aと外添剤Bの長径の測定の測定に用いた観察画像から、画像処理ソフト「ImageJ」を使用し、以下のように算出した。
長径が40nm以上400nm以下の外添剤のみをソフト上で選択し、2値化し、外添剤個数n、全外添剤に対し重心座標を算出し、各外添剤に対する最近接の外添剤との距離dnminを算出した。画像内の外添剤間の最近接距離の平均値をdaveとすると、分散度は下記式(2)で示される。
Figure 0007562355000002
ランダムに観察した50個のトナーについて上記の手順にて分散度をもとめ、その平均値を分散度評価指数とした。
<外添剤AおよびBの被覆率>
本発明における外添剤Aおよび外添剤Bの被覆率は、上記外添剤AおよびBの長径を求めた観察画像より測定される。観察した画像から、画像処理ソフト「ImageJ」を使用し、以下のように算出した。
粒子解析により、画像中の長径が40nm以上400nm以下である外添剤Aに由来の粒子のみをソフト上で選択する。次に、測定の設定より、選択画面の面積を表示させる。この値を、全視野の面積で除することにより、当該視野の外添剤Aの被覆率とした。この測定を100視野行いその平均値を外添剤Aの被覆率とした。外添剤Bの被覆率も、画像中の長径が5nm以上40nm未満である外添剤Bに由来する粒子をソフト上で選択する以外は外添剤Aの被覆率と同様にして求めた。
<外添剤Aと外添剤Bを合わせた固着率の測定方法>
イオン交換水100mLにスクロース(キシダ化学製)160gを加え、湯せんをしながら溶解させ、ショ糖濃厚液を調製する。遠心分離用チューブ(容量50ml)に上記ショ糖濃厚液を31gと、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6mL入れ分散液を作製する。この分散液にトナー1.0gを添加し、スパチュラなどでトナーのかたまりをほぐす。
遠心分離用チューブをシェイカーにて350spm(strokespermin)、20分間振とうする。振とう後、溶液をスイングローター用ガラスチューブ(容量50mL)に入れ替えて、遠心分離機(H-9R株式会社コクサン製)にて3500rpm、30分間の条件で分離する。トナーと水溶液が十分に分離されていることを目視で確認し、最上層に分離したトナーをスパチュラなどで採取する。採取したトナーを含有する水溶液を減圧濾過器で濾過した後、乾燥機で1時間以上乾燥する。乾燥品をスパチュラで解砕し、蛍光X線でケイ素の量を測定する。水洗後のトナーと初期のトナーの測定対象の元素量比から固着率(%)を計算する。
各元素の蛍光X線の測定は、JISK0119-1969に準ずるが、具体的には以下の通りである。
測定装置としては、波長分散型蛍光X線分析装置「Axios」(PANalytical社製)と、測定条件設定および測定データ解析をするための付属の専用ソフト「SuperQver.4.0F」(PANalytical社製)を用いる。なお、X線管球のアノードとしてはRhを用い、測定雰囲気は真空、測定径(コリメーターマスク径)は10mm、測定時間10秒とする。また、軽元素を測定する場合にはプロポーショナルカウンタ(PC)、重元素を測定する場合にはシンチレーションカウンタ(SC)で検出する。
測定サンプルとしては、専用のプレス用アルミリング直径10mmの中に水洗後のトナーと初期のトナーを約1g入れて平らにならす。そして、錠剤成型圧縮機「BRE-32」(前川試験機製作所社製)を用いて、20MPaで60秒間加圧し、厚さ約2mmに成型したペレットを用いる。
上記条件で測定を行い、得られたX線のピーク位置をもとに元素を同定し、単位時間あたりのX線光子の数である計数率(単位:cps)からその濃度を算出する。
トナー中の定量方法としては、例えばケイ素量はトナー粒子100質量部に対して、例えば、シリカ(SiO)微粉末を0.5質量部となるように添加し、コーヒーミルを用いて充分混合する。同様にして、シリカ微粉末を2.0質量部、5.0質量部となるようにトナー粒子とそれぞれ混合し、これらを検量線用の試料とする。
それぞれの試料について、錠剤成型圧縮機を用いて上記のようにして検量線用の試料のペレットを作製し、PETを分光結晶に用いた際に回折角(2θ)=109.08°に観測されるSi-Kα線の計数率(単位:cps)を測定する。この際、X線発生装置の加速電圧、電流値はそれぞれ、24kV、100mAとする。得られたX線の計数率を縦軸に、各検量線用試料中のSiO添加量を横軸として、一次関数の検量線を得る。
次に、分析対象のトナーを、錠剤成型圧縮機を用いて上記のようにしてペレットとし、そのSi-Kα線の計数率を測定する。そして、上記の検量線からトナー中の有機ケイ素重合体の含有量を求める。上記方法により算出した初期のトナーの元素量に対して、水洗後のトナーの元素量の比率を求め固着率(%)とした。
<トナーの粒径の測定>
細孔電気抵抗法による精密粒度分布測定装置(商品名:コールター・カウンターMultisizer3)と、専用ソフト(商品名:ベックマン・コールターMultisizer3Version3.51、ベックマン・コールター社製)を用いる。アパーチャー径は100μmを用い、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、ベックマン・コールター社製のISOTONII(商品名)が使用できる。なお、測定、解析を行う前に、以下のように前記専用ソフトの設定を行う。
前記専用ソフトの「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ISOTONII(商品名)に設定し、測定後のアパーチャー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以上60μm以下に設定する。
具体的な測定法は以下の通りである。
(1)Multisizer3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/秒にて行う。そして、解析ソフトの「アパーチャーのフラッシュ」機能により、アパーチャー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。ここにコンタミノンN(商品名)(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(株)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(商品名:UltrasonicDispersionSystemTetora150、日科機バイオス(株)製)
の水槽内にイオン交換水所定量とコンタミノンN(商品名)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(粒子)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)の丸底ビーカーに、ピペットを用いてトナー(粒子)を分散した前記(5)の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「平均径」が重量平均粒径(D4)である。専用ソフトでグラフ/個数%と設定したときの、「分析/個数統計値(算術平均)」画面の「平均径」が個数平均粒径(D1)である。
以下に、実施例および比較例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例などに制限されるものではない。なお、実施例中および比較例中で記載されている「部」および「%」は特に断りがない場合、全て質量基準である。
<実施例1>
〔トナー粒子の製造例〕
<トナー粒子1の製造例>
トナー粒子1の製造例について説明する。
<結着樹脂粒子分散液の調製>
スチレン89.5部、アクリル酸ブチル9.2部、アクリル酸1.3部、n-ラウリルメルカプタン3.2部を混合し溶解させた。この溶液にネオゲンRK(第一工業製薬社製)1.5部のイオン交換水150部の水溶液を添加して、分散させた。さらに10分間ゆっくりと撹拌しながら、過硫酸カリウム0.3部のイオン交換水10部の水溶液を添加した。窒素置換をした後、70℃で6時間乳化重合を行った。重合終了後、反応液を室温まで冷却し、イオン交換水を添加することで固形分濃度が12.5質量%、体積基準のメジアン径が0.2μmの樹脂粒子分散液を得た。
<離型剤分散液の調製>
離型剤(ベヘン酸ベヘニル、融点:72.1℃)100部、ネオゲンRK15部をイオン交換水385部に混合させ、湿式ジェットミルJN100((株)常光製)を用いて約1時間分散して離型剤分散液を得た。離型剤分散液の濃度は20質量%であった。
<着色剤分散液の調製>
着色剤としてカーボンブラック「Nipex35(オリオンエンジニアドカーボンズ社製)」100部、ネオゲンRK15部をイオン交換水885部に混合させ、湿式ジェットミルJN100を用いて約1時間分散して着色剤分散液を得た。
<トナー粒子1の調製>
樹脂粒子分散液265部、ワックス分散液10部、着色剤分散液10部をホモジナイザー(IKA社製:ウルトラタラックスT50)を用いて分散させる。撹拌しながら容器内の温度を30℃に調整して、1mol/Lの塩酸を加えてpH=5.0に調整した。3分間放置した後に昇温を開始し、50℃まで昇温し、会合粒子の生成を行った。その状態で、「コールター・カウンターMultisizer3」(登録商標、ベックマン・コールター社製)にて会合粒子の粒径を測定する。重量平均粒径が6.8μmになった時点で、1mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液を加えてpH=8.0に調整して粒子成長を停止させた。
その後、95℃まで昇温して会合粒子の融着と球形化を行った。平均円形度が0.980に到達した時点で降温を開始し、30℃まで降温してトナー粒子分散液1を得た。
得られたトナー粒子分散液1に塩酸を添加してpH=1.5以下に調整して1時間撹拌放置してから加圧ろ過器で固液分離し、トナーケーキを得た。これをイオン交換水でリスラリーして再び分散液とした後に、前述のろ過器で固液分離した。リスラリーと固液分離とを、ろ液の電気伝導度が5.0μS/cm以下となるまで繰り返した後に、最終的に固液分離してトナーケーキを得た。得られたトナーケーキは気流乾燥機フラッシュジェットドライヤー(セイシン企業製)にて乾燥を行った。乾燥の条件は吹き込み温度90℃、乾燥機出口温度40℃、トナーケーキの供給速度はトナーケーキの含水率に応じて出口温度が40℃から外れない速度に調整した。更にコアンダ効果を利用した多分割分級機を用いて微粗粉をカットし、トナー母体1を得た。
<シリカ粒子1の製造例>
攪拌機、滴下ロートおよび温度計を備えた3リットルのガラス製反応器に、メタノール589.6g、水42.0g、28質量%アンモニア水47.1gを加えて混合した。得られた溶液を35℃となるように調整し、攪拌しながら、テトラメトキシシラン1100.0g(7.23mol)および5.4質量%アンモニア水395.2gを同時に添加し始めた。テトラメトキシシランは6時間かけて、アンモニア水は5時間かけて、それぞれを滴下した。滴下が終了した後、さらに0.5時間攪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メタノール-水分散液を得た。次いで、ガラス製反応器にエステルアダプターと冷却管とを取り付け、前記分散液を80℃、減圧下で十分乾燥させた。上記工程を数十回実施し、得られたシリカ粒子を、パルベライザー(ホソカワミクロン社製)にて解砕処理を行なった。
その後、シリカ粒子500gを内容積1000mlのポリテトラフルオロエチレン内筒式ステンレスオートクレーブに仕込んだ。オートクレーブ内を窒素ガスで置換した後、オートクレーブ付属の撹拌羽を400rpmで回転させながら、0.5gのHMDS(ヘキサメチルジシラザン)および0.1gの水を二流体ノズルにて霧状にしてシリカ粉末に均一になるように吹き付けた。30分間撹拌した後、オートクレーブを密閉し、200℃で2時間加熱した。続いて、加熱したまま系中を減圧して脱アンモニアを行い、シリカ粒子1を得た。
<シリカ粒子9の製造例>
乾式シリカ微粉体[BET比表面積300m/g]100部に対しジメチルシリコーンオイル30部で疎水化処理を行った。
<トナー1の製造例>
まず混合工程1として、FMミキサ(日本コークス工業株式会社製FM10C型)を使用して、トナー粒子1とシリカ粒子1を混合した。
FMミキサのジャケット内の水温が25℃±1℃で安定した状態で、トナー粒子1:100部、シリカ微粒子1:0.75部を投入した。回転羽根の回転数400rpmで混合を開始し、槽内温度が25℃±1℃で安定するように、ジャケット内の水温と流量を制御しながら、2分間混合して、トナー粒子1とシリカ粒子1の混合物を得た。
続いて、混合工程2として、FMミキサ(日本コークス工業株式会社製FM10C型)を使用して、トナー粒子1とシリカ粒子1の混合物に、シリカ粒子9を添加した。FMミキサのジャケット内の水温が40℃±1℃で安定した状態で、トナー粒子1:100部に対して、シリカ粒子9:1.5部を投入した。回転羽根の回転数3600rpmで混合を開始し、槽内温度が40℃±1℃で安定するように、ジャケット内の水温と流量を制御しながら10分間混合して、トナー粒子1とシリカ粒子1とシリカ粒子9の混合物を得た。
さらに、混合工程3として、FMミキサ(日本コークス工業株式会社製FM10C型)を使用して、混合工程2で得られたトナー粒子1とシリカ粒子1とシリカ粒子9の混合物に、シリカ粒子1を添加した。FMミキサのジャケット内の水温が25℃±1℃で安定した状態で、トナー粒子1:100部に対して、シリカ粒子1:0.75部を投入した。回転羽根の回転数2000rpmで混合を開始し、槽内温度が25℃±1℃で安定するように、ジャケット内の水温と流量を制御しながら10分間混合した後、目開き75μmのメッシュで篩い、トナー1を得た。トナー1の製造条件を表1に、物性を表2に示す。
Figure 0007562355000003
Figure 0007562355000004
<現像ローラー1の製造例>
<導電性弾性層ローラーの製造>
(導電性弾性層ローラー1の製造)
基体として、外径6mm、長さ260mmのSUS304製の軸芯体にプライマー(商品名:DY35-051、東レダウコーニング社製)を塗布し、焼付けしたものを用意した。この基体を金型内に配置し、以下の表3に示す材料を混合した付加型シリコーンゴム組成物を、該金型内に形成されたキャビティに注入した。続いて、該金型を加熱することにより、付加型シリコーンゴム組成物を温度150℃で15分間加熱して硬化させ、脱型した。その後、さらに温度180℃で1時間加熱して硬化反応を完結させ、基体の外周に厚さ2.00mmの導電性弾性層を有する導電性弾性層ローラー1を製造した。
Figure 0007562355000005
<表面層塗工液の調製>
(イソシアネート基末端プレポリマーB-1の製造)
窒素雰囲気下、反応容器中でポリメリックMDI(商品名:ミリオネートMR200、日本ポリウレタン工業社製)25質量部に対し、ポリエーテルポリオール(商品名:PTG-L3500、保土ヶ谷化学工業社製)100質量部を徐々に滴下した。この時、反応容器内の温度を65℃に保持した。滴下終了後、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が4.3質量%であるイソシアネート基末端プレポリマーB-1を得た。
(表面層塗工液の調製)
次いで、以下の表4に示す配合で原材料を混合した。
Figure 0007562355000006
次いで、上記原材料の固形分が30質量%となるようにメチルエチルケトン(MEK)を加え、混合液1を得た。さらに、内容量450mLのガラス瓶内に、該混合液1250質量部と、平均粒子径0.8mmのガラスビーズ200質量部とを入れ、ペイントシェーカー(東洋精機社製)を用いて3時間分散させた。その後、ガラスビーズを除去し、表面層形成用の表面層塗工液を得た。
<現像ローラーの作製>
前記塗工液を、前記導電性弾性層ローラー1へ1回ディッピングした後、23℃で30分間風乾した。次いで160℃に設定した熱風循環乾燥機中で1時間乾燥させて、導電性弾性ローラーの外周面上に表面層が形成された現像ローラー1を製造した。なお、ディッピング塗布浸漬時間は9秒であった。ディッピング塗布引き上げ速度は、初期速度が20mm/s、最終速度が2mm/sになるように調整し、20mm/sから2mm/sの間は、時間に対して直線的に速度を変化させた。
<画像評価>
画像形成装置としては、図1のような構成を有するタンデム方式のレーザービームプリンター HP Color Laser Jet Enterprise CP4525dn(ヒューレットパッカード社製)の改造機および改造カートリッジを用いた。
この改造機は、内部のギアを変更することにより、プロセススピードが320mm/sとなるよう改造を行った。また、カートリッジ内部からは製品トナーを抜き取り、エアブローによって清掃した後、現像ローラーを作製した現像ローラー1に組み替え、更にトナー1を250g充填した。そしてそのトナーカートリッジを温度30℃、湿度80%RHの環境において24時間放置し、上記プリンターのブラックステーションに装着し、その他は、ダミーカートリッジを装着し、画像出力試験を実施した。
画像評価は印字率が1%の画像を2枚印刷するごとに1分休止する動作を繰り返し、25000枚の画像出力を行い、温度30℃、湿度80%RHの環境下で14日間放置後に下記に示す横スジの評価を行った。
評価後に更に、印字率が1%の画像を2枚印刷するごとに1分休止する動作を繰り返し、50000枚の画像出力を行い、温度30℃、湿度80%RHの環境下で14日間放置後に下記に示す横スジの評価を行った。
<温度30℃、湿度80%RHの環境下で14日間放置後の横スジの評価>
25000枚、50000枚出力後に、温度30℃、湿度80%RHの環境下で14日間放置しハーフトーン画像を出力し、横白スジ状および横黒スジ状の画像発生状況を評価した。評価基準は以下の通りである。
A:横スジ状の画像欠陥が認められない。
B:横スジ状の画像欠陥がわずかに認められるのみである。
C:横スジ状の画像欠陥が一部の領域に、現像ローラーの回転ピッチに対応して発生七得ることが認められるが、実用上問題ない。
D:横スジ状の画像欠陥が広範囲に認められ、目立つ。
<トナー2~20の製造例>
表1に示した製造条件および処方に従い、それ以外は上記トナー1の製造例に従い、トナー2~20を作製した。得られたトナー2~18の物性を表2に示した。各原材料の製造方法を以下に示す。
トナー19に関しては長径が40nm以上400nm以下の外添剤が存在しないことを確認した。得られたトナー19の物性を表5に示した。
同様にトナー20に関しても長径が40nm以上400nm以下の外添剤が存在しないことを確認した。得られたトナー20の物性を表6に示した。
<シリカ粒子2~4の製造例>
シリカ粒子1の製造例において、最初に使用するメタノールの量をそれぞれ、634.0g、842.1、883.5gに変更した。さらに、テトラメトキシシランの滴下時間をそれぞれ、7時間、6時間、5時間に変更し、5.4質量%アンモニア水の滴下時間をそれぞれ6時間、5時間、4時間に変更した。このような操作によって、シリカ粒子の長径を調整した。また、炭素量がシリカ粒子1と同じ量になるように、HMDSによる表面処理をする際、HMDSおよび水の量を調整し、シリカ粒子2~4を得た。
<シリカ粒子5の製造例>
シリカ粒子1の製造例において、最初に使用するメタノールの量を382.7gに変更した。また28質量%アンモニア水37.1gに変更した。さらにテトラメトキシシランの滴下時間をそれぞれ、7時間に変更し、5.4質量%アンモニア水の滴下時間をそれぞれ6時間に変更した。このような操作によって、シリカ粒子の長径を調整した。また、炭素量がシリカ粒子1と同じ量になるように、HMDSによる表面処理をする際、HMDSおよび水の量を調整し、シリカ粒子5を得た。
<シリカ粒子6の製造例>
シリカ粒子1の製造例において、最初に使用するメタノールの量をそれぞれ、491.3gに変更した。さらにテトラメトキシシランの滴下時間を7時間に変更し、5.4質量%アンモニア水の滴下時間を6時間に変更した。このような操作によって、シリカ粒子の長径を調整した。また、炭素量がシリカ粒子1と同じ量になるように、HMDSによる表面処理をする際、HMDSおよび水の量を調整し、シリカ粒子6を得た。
<シリカ粒子7,8の製造例>
シリカ粒子1の製造例において、最初に使用するメタノールの量をそれぞれ、405.5g、385.5gに変更した。さらに、テトラメトキシシランの滴下時間をそれぞれ、7時間変更し、5.4質量%アンモニア水の滴下時間をそれぞれ6時間に変更した。このような操作によって、シリカ粒子の長径を調整した。また、炭素量がシリカ粒子1と同じ量になるように、HMDSによる表面処理をする際、HMDSおよび水の量を調整し、シリカ粒子7,8を得た。
<シリカ粒子10の製造例>
乾式シリカ微粉体[BET比表面積90m/g]100部に対し、ヘキサメチルジシラザン(HMDS)15部およびジメチルシリコーンオイル15部で疎水化処理を行った。
Figure 0007562355000007
Figure 0007562355000008
<現像ローラー2~18の製造例>
導電性弾性層ローラー、および表面層塗工液の配合を、表7に記載のものとした以外は現像ローラー1と同様にして、現像ローラー2~18を製造した。ここで、表7に記載した原材料を表8に示すとともに、各原材料の製造方法を以下に示す。また、現像ローラー2~16の物性を表9に示す。
現像ローラー17に関しては、上記のゴム薄片の、表層の厚み方向における、樹脂粒子の弾性率の測定において100MPa以上10000MPa以下の樹脂粒子が存在しないことを確認した。現像ローラー17の物性を表10に示す。
現像ローラー18に関しては、上記のゴム薄片の、表層の厚み方向における、樹脂粒子の弾性率の測定において2MPa以上50MPa以下の樹脂粒子が存在しないことを確認した。現像ローラー18の物性を表11に示す。
Figure 0007562355000009
Figure 0007562355000010
<表面層塗工液の調製>
(イソシアネート基末端プレポリマーB-2の製造)
窒素雰囲気下、反応容器中でポリメリックMDI(商品名:ミリオネートMR200、日本ポリウレタン工業社製)33質量部に対し、ポリカーボネートポリオール(商品名:デュラノールT5652、旭化成ケミカルズ社製)100質量部を徐々に滴下した。この時、反応容器内の温度を65℃に保持した。滴下終了後、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が4.3質量%であるイソシアネート基末端プレポリマーB-2を得た。
(ウレタン粒子D-2の製造)
懸濁安定剤(リン酸カルシウム)を含有する水中に、アミン系ポリオールA-3を3質量部、イソシアネート基末端プレポリマーB-1を97質量部入れ、撹拌して懸濁液とした。次いで、該懸濁液を加温して反応を開始し、十分に反応させてウレタン粒子を生成させた。その後、該ウレタン粒子を固液分離により回収し、洗浄により該懸濁安定剤を除去し、乾燥させた。得られたウレタン粒子を、風力分級機(商品名:EJ-L-3型、日鉄鉱業社製)を用いて分級した。該ウレタン粒子の体積平均粒径(メディアン径)を粒度分布測定機(商品名:コールターマルチサイザーII、コールター社製)で測定した結果、13.0μmであった。これをウレタン粒子D-2とした。
(ウレタン粒子D-3、D-9、D-10の製造)
懸濁液の撹拌速度およびウレタン粒子の分級条件を変更した以外は2-4.ウレタン粒子D-2の製造と同様にして、ウレタン粒子D-3(体積平均粒径20.0μm)、D-9(体積平均粒径8.0μm)、D-10(体積平均粒径30.0μm)を製造した。
(ウレタン粒子D-5の製造)
ウレタン粒子アートパールU400透明(商品名、体積平均粒径15.1μm、根上工業社製)を、風力分級機(商品名:EJ-L-3型、日鉄鉱業社製)を用いて分級した。該ウレタン粒子の体積平均粒径(メディアン径)を粒度分布測定機(商品名:コールターマルチサイザーII、コールター社製)で測定した結果、13.0μmであった。これをウレタン粒子D-5とした。
(ウレタン粒子E-6、E-7の製造)
ポリオールをポリカーボネート系ポリオールA-235質量部、イソシアネートをイソシアネート基末端プレポリマーB-265質量部に変更し、懸濁液の撹拌速度およびウレタン粒子の分級条件を変更した。それら以外は2-4.ウレタン粒子D-2の製造と同様にして、ウレタン粒子E-6(体積平均粒径8.0μm)、ウレタン粒子E-7(体積平均粒径8.0μm)を製造した。
Figure 0007562355000011
Figure 0007562355000012
Figure 0007562355000013
<実施例2~25、比較例1~10>
トナー1~21および現像ローラー1~18を用い表8の組み合わせで実施例1と同様の画像評価を実施した。評価結果を表12に示す。
Figure 0007562355000014
11 感光体
12 現像ローラー
13 トナー供給ローラー
14 トナー
15 規制部材
16 現像装置
17 レーザー光
18 帯電装置
19 クリーニング装置
20 クリーニング用帯電装置
21 撹拌羽根
22 駆動ローラー
23 転写ローラー
24 バイアス電源
25 テンションローラー
26 転写搬送ベルト
27 従動ローラー
28 紙
29 給紙ローラー
30 吸着ローラー
31 定着装置

Claims (6)

  1. 電子写真装置本体に着脱自在であることを特徴とするプロセスカートリッジであって、
    該プロセスカートリッジは、トナー、現像ローラーおよび規制部材を有し、
    該現像ローラーは、
    導電性基体と、
    該導電性基体上の弾性層と、
    該弾性層上の表面層と、
    を有し、
    該表面層は、
    結着樹脂と、
    第1の樹脂粒子と、
    第2の樹脂粒子と、
    を含有し、
    該表面層の外表面は、
    第1の凸部と、
    該外表面の該第1の凸部が存在しない領域に存在し、その高さが、該第1の凸部の高さよりも5.0μm以上低い第2の凸部と、
    を有し、
    該第1の凸部は、第1の樹脂粒子に由来し、
    該第2の凸部は、第2の樹脂粒子に由来し、
    該表面層の厚み方向の断面において測定される、該第1の樹脂粒子の弾性率は、100MPa以上10000MPa以下であり、
    該表面層の厚み方向の断面において測定される、該第2の樹脂粒子の弾性率は、2MPa以上50MPa以下であり、
    該外表面は、最大高さRz平均値が、6μm以上18μm以下であり、
    該トナーは、トナー粒子と、外添剤Aと、を有し、
    該外添剤Aは、長径が40nm以上400nm以下のシリカ粒子であり、
    該外添剤Aによる該トナー粒子の表面の被覆率が、3.0%以上であり、
    該外添剤Aの分散度評価指数Dが、2.0以下である
    ことを特徴とするプロセスカートリッジ。
  2. 前記外添剤Aの分散度評価指数Dが、0.5以上1.20以下である請求項1に記載のプロセスカートリッジ。
  3. 前記トナーは、外添剤Bを含有し、
    該外添剤Bは、長径が5nm以上40nm未満のシリカ粒子であり、
    該外添剤Bによる該トナー粒子の表面の被覆率が、62%以上100%以下である
    請求項1または2に記載のプロセスカートリッジ。
  4. 前記外添剤Aと前記外添剤Bとを合わせた固着率が70%以上である請求項3に記載のプロセスカートリッジ。
  5. 前記第1の樹脂粒子の体積平均径D1と、前記第2の樹脂粒子の体積平均径D2と、前記トナーの体積平均径Dtと、が、下記式(a)の関係にある
    (D1-D2)-Dt>0(a)
    請求項1~4のいずれか1項に記載のプロセスカートリッジ。
  6. 前記第2の樹脂粒子の体積平均径D2と、前記外添剤Aの平均長径Daと、が、下記式(b)の関係にある
    D2/Da≦40(b)
    請求項1~5のいずれか1項に記載のプロセスカートリッジ。
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