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JP2013137508A - 静電荷像現像用トナーおよび画像形成方法 - Google Patents

静電荷像現像用トナーおよび画像形成方法 Download PDF

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JP2013137508A JP2012227569A JP2012227569A JP2013137508A JP 2013137508 A JP2013137508 A JP 2013137508A JP 2012227569 A JP2012227569 A JP 2012227569A JP 2012227569 A JP2012227569 A JP 2012227569A JP 2013137508 A JP2013137508 A JP 2013137508A
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particles
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Yasuhiko Muramatsu
靖彦 村松
Saburo Hiraoka
三郎 平岡
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Abstract

【課題】 現像器内における機械的なストレスに対するトナーの劣化が抑制されて長期間にわたって十分な帯電安定性が得られ、さらに、フィルミングの発生が抑制される静電荷像現像用トナーおよびこれを用いた画像形成方法の提供。
【解決手段】 静電荷像現像用トナーは、外添剤が含有されてなり、当該外添剤は、表面が多数の突起によって覆われたシリカ微粒子を含み、当該シリカ微粒子の数平均粒子径が80〜200nmであることを特徴とする。外添剤は、数平均粒子径が5〜45nmである小径の外添剤微粒子を含む構成とすることができる。
【選択図】 図3

Description

本発明は、静電荷像現像用トナーおよびこれを用いた画像形成方法に関する。
近年、電子写真方式の画像形成装置として省エネルギー化が図られたものが要求されており、これに応えるために従来よりも低い定着温度で定着することができる、いわゆる低温定着トナーの開発が盛んに行われている。
然るに、低温定着トナーを高速大量印刷用の画像形成装置に用いる場合においては、当該低温定着トナーを構成するトナー粒子自体が軟化しやすい構造とされているために機械的なストレスに対して脆弱であることに加え、現像器内において加えられる機械的なストレスが大きいことにより、トナー粒子に外添剤が埋没するなどのトナーの劣化が顕著に生じ、その結果、トナーの帯電量が低下して形成される画像にカブリなどの画像欠陥が発生してしまう。
トナーの劣化を抑制する手段としては、外添剤として大径の真球状の外添剤微粒子を添加することが知られている(例えば特許文献1参照)。このような大径の外添剤微粒子によって現像器内においてスペーサー効果が発揮されるために、機械的なストレスが加えられたときの外添剤のトナー粒子への埋没が抑制され、従って、長期間にわたって十分な帯電安定性が得られ、その結果、得られる画像におけるカブリの発生を抑制することができる。また、このような大径の真球状の外添剤微粒子が添加されたトナーにおいては、非静電的付着力が低減されることによって耐ブロッキング性が向上されることに加え、真球状であることからクリーニングブレードの先端部において転がり、潤滑剤効果が発揮されることによりクリーニングブレードの挙動の安定性を向上させることができることも知られている(例えば特許文献1、2参照)。
一方、低温定着トナーを用いた実際の画像形成動作においては、クリーニングブレードの先端部と感光体との間においてトナー粒子が摺擦される結果として、感光体上にフィルミングが発生してしまうことがある。
特に、近年では資材の高耐久化の検討のひとつとして感光体の高耐久化が行われており(例えば特許文献3参照)、このような耐久性を向上させた感光体は、硬い保護層を有して減耗量を抑制する設計とされているために、表面の削れによるリフレッシュ効果が少なく、低温定着トナーを使用した場合においてフィルミングが発生しやすくなる傾向にある。
しかしながら、上記の特許文献1,2に開示されるようなトナーによっては、このような感光体上におけるフィルミングの発生を十分に抑制することができない。
特開2007−99582号公報 特開2005−4051号公報 特開2011−186117号公報
本発明は、以上のような事情を考慮してなされたものであって、その目的は、現像器内における機械的なストレスに対するトナーの劣化が抑制されて長期間にわたって十分な帯電安定性が得られ、さらに、フィルミングの発生が抑制される静電荷像現像用トナーおよびこれを用いた画像形成方法を提供することにある。
本発明の静電荷像現像用トナーは、外添剤が含有されてなる静電荷像現像用トナーにおいて、
当該外添剤は、表面が多数の突起によって覆われたシリカ微粒子を含み、当該シリカ微粒子の数平均粒子径が80〜200nmであることを特徴とする。
本発明の静電荷像現像用トナーにおいては、前記表面が多数の突起によって覆われたシリカ微粒子が、表面粗度が1.9〜4.0のものであることが好ましい。
また、本発明の静電荷像現像用トナーにおいては、前記外添剤が、数平均粒子径が5〜45nmである小径の外添剤微粒子を含む構成とすることができる。
本発明の静電荷像現像用トナーにおいては、前記小径の外添剤微粒子が、チタニアであることが好ましい。
本発明の静電荷像現像用トナーにおいては、前記小径の外添剤微粒子が、チタニアおよびシリカであることが好ましい。
本発明の静電荷像現像用トナーにおいては、前記表面が多数の突起によって覆われたシリカ微粒子の添加量が、トナー粒子100質量部に対して0.5〜4質量部であることが好ましい。
本発明の静電荷像現像用トナーにおいては、前記表面が多数の突起によって覆われたシリカ微粒子と小径の外添剤微粒子との質量比(表面が多数の突起によって覆われたシリカ微粒子/小径の外添剤微粒子)が3/0.3〜0.3/3であることが好ましい。
本発明の静電荷像現像用トナーにおいては、前記表面が多数の突起によって覆われたシリカ微粒子の球形度SF−1が1.1〜1.3であることが好ましい。
本発明の画像形成方法は、像担持体上に形成された静電潜像をトナーにより現像してトナー像を形成するトナー像形成工程と、像担持体上に形成されたトナー像を転写材に転写する転写工程と、転写工程後に像担持体上に残留したトナーを、先端が像担持体に接触して設けられたクリーニングブレードによって除去するクリーニング工程とを有する画像形成方法において、
トナーとして、上記の静電荷像現像用トナーを用いることを特徴とする。
本発明の画像形成方法においては、前記像担持体が、
導電性支持体上に有機感光層および硬化樹脂よりなる保護層がこの順に積層されてなり、
前記保護層が、当該保護層を構成する硬化樹脂を形成すべき重合性化合物と金属酸化物微粒子とを含有する保護層形成用塗布液による塗布膜を硬化処理して得られた有機感光体からなる構成とすることができる。
本発明の静電荷像現像用トナー(以下、単に「トナー」ともいう。)によれば、特定のシリカ微粒子を含有しており、基本的に、当該特定のシリカ微粒子が大径であることによって現像器内においてスペーサー効果が発揮されるために小径の外添剤微粒子を含む場合にも機械的なストレスが加えられたときのトナー粒子への埋没が抑制され、また表面が多数の突起によって覆われた形状のものであることによりトナー粒子の表面との接触点が多く真球状のものに比べて当該トナー粒子から脱離しにくいために耐久性が向上する。従って、長期間にわたって十分な帯電安定性が得られ、その結果、得られる画像におけるカブリの発生を抑制することができる。
さらに、特定のシリカ微粒子が大径であり、かつ、表面が多数の突起によって覆われた形状のものであることにより、感光体に対する優れた研磨性を有するために、良好なクリーニングが行われ、その結果、フィルミングの発生を抑制することができる。
本発明のトナーに含まれるシリカ微粒子の外観を示すSEM写真である。 本発明の画像形成方法を行うための画像形成装置の構成の一例を示す説明用断面図である。 図2の画像形成装置におけるクリーニング手段の構成の一例を示す説明用断面図である。
以下、本発明について具体的に説明する。
〔トナー〕
本発明の静電荷像現像用トナーは、少なくとも結着樹脂を含有するトナー粒子に、数平均粒子径が80〜200nmであり、表面が多数の突起によって覆われた状態のシリカ微粒子(以下、「特定形状のシリカ微粒子」ともいう。)が外部添加されたものである。
特定形状のシリカ微粒子がシリカよりなるものであることにより、屈折率が1.5前後であることから数平均粒子径が80〜200nmであっても光散乱による透明度の低下などの影響を小さく抑制することができ、トナー画像の着色等に対して影響を及ぼさないため好適である。
本発明のトナーを構成するトナー粒子には、必要に応じて着色剤が含有されていてもよく、また、離型剤や荷電制御剤などの内添剤が含有されていてもよい。
〔外添剤〕
(特定形状のシリカ微粒子)
本発明に係る特定形状のシリカ微粒子は、表面が多数の突起によって覆われた状態のシリカ微粒子である。突起は、表面全体にわたって存在しており、当該特定形状のシリカ微粒子が固体に接触する際は、必ず突起が接触する頻度に存在する。突起の形状としては、シリカ微粒子の表面に半円状に隆起している形状が好ましい。
また、突起は、図1のSEM写真に示すように、80〜200nmの粒子に対して、10〜30nm程度の大きさであることが好ましい。
特定形状のシリカ微粒子は、表面粗度としては1.9〜4.0の範囲にあり、かつ、球形度が1.1〜1.3の範囲にあるものであることが好ましい。
なお、いわゆる真球状のシリカ微粒子は、表面粗度が1.9未満、かつ、球形度が1.0〜1.3となる。
〔表面粗度〕
本発明のトナーに含まれる特定形状のシリカ微粒子について、(BET比表面積(SA1))/(数平均粒子径(D)から換算された比表面積(SA2))で表される表面粗度は、1.9〜4.0の範囲にあることが好ましく、特に2.0〜3.5の範囲にあることが好ましい。
表面粗度は、特定形状のシリカ微粒子の表面における突起によって構成される範囲の指標であり、特定形状のシリカ微粒子の表面積が大きい、すなわち突起の数が多いおよび/または突起の大きさが大きいほど大きくなり、特定形状のシリカ微粒子の表面積が小さい、すなわち突起の数が少なく平滑であるほど小さくなってその値が1に近づく傾向にある。
特定形状のシリカ微粒子の表面粗度が1.9未満である場合は、突起の数が少ない、あるいは、突起の大きさが特定形状のシリカ微粒子の粒子径に対して小さすぎて真球状に近くなってしまうことから、感光体に対する研磨性が十分に得られず、フィルミングの発生を抑制する効果が十分に得られない。また、特定形状のシリカ微粒子の表面粗度が4.0を超える場合は、研磨力が大き過ぎてクリーニングブレードを傷つけてしまうおそれがある。
数平均粒子径(D)から換算された比表面積(SA2)は、下記数式(1)を用いることにより、算出することができる。
数式(1):D=6000/(ρ×SA2)
上記数式(1)において、ρはシリカの密度[g/cm3 ]、すなわち具体的には2.2である。
特定形状のシリカ微粒子の数平均粒子径(D)から換算された比表面積(SA2)の値は、数平均粒子径(D)を有する真球状のシリカ微粒子の比表面積に対応するものと言える。
また、特定形状のシリカ微粒子のBET比表面積(SA1)は、特定形状のシリカ微粒子への気体(通常は窒素ガス)の吸着量から算定された比表面積であり、実際の特定形状のシリカ微粒子の表面状態に対応した表面積である。
〔球形度〕
本発明に係る特定形状のシリカ微粒子は、突起の各頂点を包含する滑らかな曲面によって形成される形状が球形をなす、球状のものであり、棒状、勾玉状、細長い形状、数珠状、卵状などのいわゆる異形粒子ではない。
この特定形状のシリカ微粒子は、下記式(SF−1)によって算出される球形度SF−1が1.1〜1.3の範囲にあることが好ましい。球形度SF−1は、丸さの度合いを表し、1.0に近いほど真球形に近いことを意味する。特定形状のシリカ微粒子が上記の範囲の球形度を有することにより、特定形状のシリカ微粒子が球状のものとなりやすい。
球形度SF−1が1.3より大きいシリカ微粒子は、球状とはいえず、異形粒子に該当する場合が生じる。
式(SF−1)={(最大径)2 /(投影面積)}×(π/4)
ここで、最大径とは、特定形状のシリカ微粒子の平面上への投影像を2本の平行線ではさんだとき、その平行線の間隔が最大となる当該間隔をいう。また、投影面積とは、特定形状のシリカ微粒子の平面上への投影像の面積をいう。
特定形状のシリカ微粒子の投影像は、透過型電子顕微鏡「H−800」(日立製作所社製)を用いて倍率25万倍の特定形状のシリカ微粒子の写真撮影を行い、この写真画像をスキャナにて取り込み、画像処理解析装置「LUZEX AP(ニレコ社製)」にて、特定形状のシリカ微粒子について2値化処理して得たものをいい、上記投影面積は、投影像100個についての平均値をいう。
〔数平均粒子径〕
本発明に係る特定形状のシリカ微粒子は、その数平均粒子径が80〜200nmであり、特に、100〜150nmであることが好ましい。
特定形状のシリカ微粒子の数平均粒子径が上記の範囲にあることにより、当該特定形状のシリカ微粒子によって現像器内においてスペーサー効果が発揮され、小径の外添剤微粒子を含む場合にもこれのトナー粒子に対する埋没が抑制され、従って、長期間にわたって安定した帯電量が得られ、その結果、得られる画像におけるカブリの発生を抑制することができる。
一方、特定形状のシリカ微粒子の数平均粒子径が80nm未満である場合は、非静電的付着力が十分に低減されず、また、スペーサー効果が十分に発揮されないために外添剤のトナー粒子への埋没を十分に抑制することができない。また、特定形状のシリカ微粒子の数平均粒子径が200nmを超える場合は、現像器内においてトナー粒子から脱離しやすいために、トナーの帯電量の低下やトナー粒子への外添剤微粒子の埋没が生じてしまう。
なお、特定形状のシリカ微粒子の粒度分布としては、CV値で22%以下であることが好ましい。CV値は、個数基準の粒度分布における標準偏差および数平均粒子径の値を用いて下記式(CV)により算出されるものである。
式(CV):CV値(%)={(標準偏差)/(数平均粒子径)}×100
特定形状のシリカ微粒子の数平均粒子径(D)は、画像解析法により測定されるものである。
具体的には、走査型電子顕微鏡を用いて倍率3万倍〜5万倍でトナーの写真を撮影し、この写真画像をスキャナーにより取り込み、画像処理解析装置「LUZEX AP(ニレコ製)」にて、写真画像上のトナー粒子表面に存在する外添剤について2値化処理し、特定形状のシリカ微粒子の任意の100個についての水平方向フェレ径を算出し、その平均値を数平均粒子径とする。
(特定形状のシリカ微粒子の製造方法)
本発明に係る特定形状のシリカ微粒子は、真球状のシリカ微粒子を出発原料として作製することができる。
具体的には、まず、アルコキシシランを原料にゾルゲル法によって得られた真球状のシリカ微粒子(以下、「母体シリカ微粒子」ともいう。)について、その表面を完全に被覆しない範囲において、3官能シラン化合物を反応させて加水分解を生じさせる。ここで、3官能シラン化合物は、反応性の極めて低い有機基1個とアルコキシ基などの加水分解性基3個を有するものであるので、3官能シラン化合物によって加水分解が生じることにより、当該3官能シラン化合物の有機基が母体シリカ微粒子の表面におけるシラノール基に結合される結果、当該母体シリカ微粒子の表面に部分的にアルキルシリル基などのオルガノシリル基が存在した状態とされる。以下、その表面に部分的にオルガノシリル基が存在する母体シリカ微粒子を「有機化処理シリカ微粒子」という。
次いで、テトラエトキシシランを反応させて、有機化処理シリカ微粒子の表面において残存するシラノール基との間に加水分解を生じさせることにより、有機化処理シリカ微粒子の表面を部分的にビルトアップさせ、これによりその表面が多数の突起によって覆われた状態の特定形状のシリカ微粒子が溶媒に分散されてなるシリカゾルが調製される。
さらに、疎水化処理剤によってシリカ微粒子の表面を疎水化する疎水化処理を行う。そして、疎水化処理を施したシリカゾルから溶媒を除去、乾燥、シーブすることにより、本発明に係る特定形状のシリカ微粒子を得ることができる。また、このようにして得られた特定形状のシリカ微粒子に対して再度疎水化処理を行うこともできる。
疎水化処理剤としては、一般的な水溶性のシラン化合物を用いることができる。
水溶性のシラン化合物としては、下記一般式(1)に示す化合物を用いることができる。
一般式(1):RSiX4 −a
[一般式(1)において、Rは、水素原子、アルキル基またはアルケニル基などの有機基であり、Xは、塩素原子、メトキシ基またはエトキシ基などの加水分解性基であり、aは0〜3の整数である]
上記一般式(1)に示す化合物としては、具体的には、メチルトリクロロシラン、ジメチルジクロロシラン、トリメチルクロロシラン、フェニルトリクロロシラン、ジフェニルジクロロシラン、テトラメトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、テトラエトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、イソブチルトリメトキシシラン、デシルトリメトキシシラン、ヘキサメチルジシラザン、N,O−(ビストリメチルシリル)アセトアミド、N,N−ビス(トリメチルシリル)ウレア、tert−ブチルジメチルクロロシラン、ビニルトリクロロシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、β−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ−クロロプロピルトリメトキシシランなどを例示することができる。
これらの中で、特に、ジメチルジメトキシシラン、ヘキサメチルジシラザン、メ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、デシルトリメトキシシランなどを用いることが好ましい。
トナー粒子に対する特定形状のシリカ微粒子の添加量は、トナー粒子100質量部に対して、0.5〜4質量部であることが好ましく、1〜3質量部であることがより好ましい。
トナー粒子に対する特定形状のシリカ微粒子の添加量が0.5質量部未満である場合は、非静電的付着力を十分に低減させることができず、現像および転写の向上効果が十分得られないことがあり、一方、トナー粒子に対する特定形状のシリカ微粒子の添加量が4質量部を超える場合は、トナー粒子の表面から特定形状のシリカ微粒子が接触部材に移行し、二次障害を引き起こし易くなる。
(小径の外添剤微粒子)
本発明のトナーにおいては、外添剤として、長期間にわたる帯電性や流動性の安定化の観点から、特定形状のシリカ微粒子と、数平均粒子径が5〜45nm、より好ましくは7〜35nmである小径の外添剤微粒子とを併用することが好ましい。このような小径の外添剤微粒子としては、特にシリカ、チタニア(ルチル型、アナターゼ型、アモルファス型)、メタチタン酸、アルミナ、シリカ/チタニア/アルミナ系の複合酸化物の微粒子を好適に用いることができる。これらの小径の外添剤微粒子は、1種単独でまたは2種以上を組み合わせて用いることができる。
本発明のトナーの外添剤としては、これらの中でも、トナー帯電量の環境安定性という観点より、特定形状のシリカ微粒子とチタニア微粒子とを併用することが好ましい。
小径の外添剤微粒子の数平均粒子径は、特定形状のシリカ微粒子の数平均粒子径と同様にして測定されるものである。
ただし、個数基準における粒度分布に複数のピークを有する場合には、外添剤微粒子種が複数であるものと判断し、互いのピークが正規分布になるように重複する粒径部分を切り分けて各平均粒子径を算出するものとする。
小径の外添剤微粒子としては、例えば、炭化ケイ素、炭化ホウ素、炭化チタン、炭化ジルコニウム、炭化ハフニウム、炭化バナジウム、炭化タンタル、炭化ニオブ、炭化タングステン、炭化クロム、炭化モリブデン、炭化カルシウム、ダイヤモンドカーボンラクタムなどの各種炭化物、窒化ホウ素、窒化チタン、窒化ジルコニウムなどの各種窒化物、ホウ化ジルコニウムなどのホウ化物、酸化鉄、酸化クロム、酸化チタン、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、酸化銅、酸化アルミニウム、気相法によるシリカやシリカ/チタニア・アルミナなどからなる複合酸化物、コロイダルシリカなどの各種酸化物、チタン酸カルシウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸マグネシウムなどの各種酸化物、二硫化モリブデンなどの硫化物、フッ化マグネシウム、フッ化炭素などのフッ化物、ステアリン酸アルミニウム、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸マグネシウムなどの各種金属石鹸、滑石、ベントナイトなどの各種の非磁性無機物などからなる微粒子が挙げられ、これらは単独でまたは2種以上を組み合わせて用いることができる。
また、これらの小径の外添剤微粒子は、シラン系カップリング剤、チタネート系カップリング剤、シリコーン系オイル、シリコンワニスなどの従来から使用されている疎水化処理剤、さらにはフッ素系シランカップリング剤またはフッ素系シリコーンオイル、さらにアミノ基/第4級アンモニウム塩含有カップリング剤、変性シリコーンオイルなどの処理剤で公知の方法により表面処理されていることが好ましい。また、乳化重合法、ソープフリー乳化重合法、非水分散重合法などの湿式重合法、気相法などにより造粒した、スチレン系、(メタ)アクリル系、ベンゾグアナミン、メラミン、テフロン(登録商標)、シリコーン、ポリエチレン、ポリプロピレンなどの各種有機微粒子を用いることができる。
トナー粒子に対する小径の外添剤微粒子の添加量は、トナー粒子100質量部に対して、0.1〜5.0質量部であることが好ましく、より好ましくは0.4〜4.0質量部である。
小径の外添剤微粒子の添加量が過少である場合は、所望の帯電特性や流動特性が確保できないおそれがある。一方、小径の外添剤微粒子の添加量が過多である場合は、外添剤微粒子をトナー粒子の表面上において保持しきれなくなり、トナー粒子の表面から脱離して帯電不良などの副作用を引き起こすおそれがある。
また、本発明のトナーにおいては、特定形状のシリカ微粒子と小径の外添剤微粒子との質量比(特定形状のシリカ微粒子/小径の外添剤微粒子)が、3/0.3〜0.3/3であることが好ましい。
(その他の大径の外添剤微粒子)
本発明のトナーにおいては、外添剤として、さらに、特定形状のシリカ微粒子と共にその他の大径の外添剤微粒子を併用することもできる。
〔結着樹脂〕
本発明のトナーを構成するトナー粒子に含有される結着樹脂としては、例えば、スチレン系樹脂、(メタ)アクリル系樹脂、スチレン−(メタ)アクリル系樹脂、オレフィン系樹脂などのビニル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエーテル、ポリ酢酸ビニル系樹脂、ポリスルホン、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、尿素樹脂などの公知の樹脂が挙げられ、特に、低温定着性に優れたトナーが得られることから、スチレン−アクリル系樹脂およびポリエステル系樹脂を用いることが好ましい。これらは1種単独でまたは2種以上を組み合わせて用いることができる。
〔着色剤〕
本発明に係るトナー粒子に着色剤が含有される場合においては、着色剤として、一般に知られている染料および顔料を用いることができる。
黒色のトナーを得るための着色剤としては、ファーネスブラック、チャンネルブラックなどのカーボンブラック、マグネタイト、フェライトなどの磁性体、染料、非磁性酸化鉄を含む無機顔料などの公知の種々のものを任意に使用することができる。
カラーのトナーを得るための着色剤としては、染料、有機顔料などの公知のものを任意に使用することができ、具体的には、有機顔料としては例えばC.I.ピグメントレッド5、同48:1、同53:1、同57:1、同81:4、同122、同139、同144、同149、同166、同177、同178、同222、同238、同269、C.I.ピグメントイエロー14、同17、同74、同93、同94、同138、同155、同180、同185、C.I.ピグメントオレンジ31、同43、C.I.ピグメントブルー15;3、同60、同76などを挙げることができ、染料としては例えばC.I.ソルベントレッド1、同49、同52、同58、同68、同11、同122、C.I.ソルベントイエロー19、同44、同77、同79、同81、同82、同93、同98、同103、同104、同112、同162、C.I.ソルベントブルー25、同36、同69、同70、同93、同95などを挙げることができる。
各色のトナーを得るための着色剤は、各色について、1種単独でまたは2種以上を組み合わせて使用することができる。
着色剤の含有割合としては、トナー粒子中に1〜10質量%とされることが好ましく、より好ましくは2〜8質量%である。
〔離型剤〕
本発明に係るトナー粒子に内添剤として離型剤が含有される場合においては、離型剤として公知のワックスを用いることができ、例えば、低分子量ポリエチレンワックス、低分子量ポリプロピレンワックス、フィッシャートロプシュワックス、マイクロクリスタリンワックス、パラフィンワックスなどの炭化水素系ワックス、カルナウバワックス、ペンタエリスリトールベヘン酸エステル、ベヘン酸ベヘニル、クエン酸ベヘニルなどのエステルワックスなどを用いることができる。これらは単独でまたは2種以上を組み合わせて用いることができる。
離型剤の含有量は、結着樹脂100質量部に対して2〜20質量部であることが好ましく、より好ましくは3〜18質量部である。
〔荷電制御剤〕
本発明に係るトナー粒子に内添剤として荷電制御剤が含有される場合においては、荷電制御剤として、公知の荷電制御剤を用いることができ、例えば、ニグロシン系染料、ナフテン酸または高級脂肪酸の金属塩、アルコキシル化アミン、第4級アンモニウム塩化合物、アゾ系金属錯体、サリチル酸金属塩またはその金属錯体、カリックスアレーン化合物などを用いることができる。これらは単独でまたは2種以上を組み合わせて用いることができる。
荷電制御剤の含有量は、結着樹脂100質量部に対して0.1〜3.0質量部であることが好ましく、より好ましくは0.1〜1.0質量部である。
トナーの平均粒径は、例えば体積基準のメディアン径で3〜8μmであることが好ましく、より好ましくは5〜8μmである。この平均粒径は、製造時において使用する凝集剤の濃度や有機溶媒の添加量、融着時間、結着樹脂の組成などによって制御することができる。
体積基準のメディアン径が上記の範囲にあることにより、1200dpiレベルの非常に微小なドット画像を忠実に再現することなどができる。
トナーの体積基準のメディアン径は「マルチサイザー3」(ベックマン・コールター社製)に、データ処理用ソフト「Software V3.51」を搭載したコンピューターシステムを接続した測定装置を用いて測定・算出されるものである。具体的には、トナー0.02gを、界面活性剤溶液20mL(トナー粒子の分散を目的として、例えば界面活性剤成分を含む中性洗剤を純水で10倍希釈した界面活性剤溶液)に添加して馴染ませた後、超音波分散を1分間行い、トナー分散液を調製し、このトナー分散液を、サンプルスタンド内の「ISOTONII」(ベックマン・コールター社製)の入ったビーカーに、測定装置の表示濃度が8%になるまでピペットにて注入する。ここで、この濃度範囲にすることにより、再現性のある測定値を得ることができる。そして、測定装置において、測定粒子カウント数を25000個、アパーチャ径を100μmにし、測定範囲である2〜60μmの範囲を256分割しての頻度値を算出し、体積積算分率の大きい方から50%の粒子径が体積基準のメディアン径とされる。
また、本発明のトナーにおいては、トナーの体積基準のメディアン径の粒度分布における変動係数(CV値)が30%以下のものが好ましく、より好ましくは25%以下のものである。
トナーの変動係数(CV値)が上記範囲であることにより、トナーの大きさが揃った状態となって微細なドット画像や細線をより高精度で再現することが可能となり、また、定着工程において、トナーに均等に定着圧力が付与され、定着に寄与しないトナーの量を低減させることができる。
この体積基準のメディアン径の粒度分布における変動係数(CV値)は、下記式(CV)により算出されるものである。このCV値が小さくなるほど粒度分布がシャープであることを示し、従ってトナーの大きさが揃っていることを意味する。
式(CV):CV値(%)=粒度分布における標準偏差/粒度分布におけるメディアン径×100
また、このトナーを構成する個々のトナー粒子について、帯電特性の安定性、クリーニング性の観点から、平均円形度が0.930〜0.980であることが好ましく、0.940〜0.970であることがより好ましい。
トナー粒子の平均円形度は、「FPIA−2100」(Sysmex社製)を用いて測定した値である。具体的には、トナーを界面活性剤入り水溶液にてなじませ、超音波分散処理を1分間行って分散させた後、「FPIA−2100」(Sysmex社製)によって、測定条件HPF(高倍率撮像)モードにて、HPF検出数3,000〜10,000個の適正濃度で撮影を行い、個々のトナー粒子について下記式(y)に従って円形度を算出し、各トナー粒子の円形度を加算し、全トナー粒子数で除することにより算出した値である。HPF検出数が上記の範囲であれば、再現性が得られる。
式(y):円形度=(粒子像と同じ投影面積をもつ円の周囲長)/(粒子役影像の周囲長)
結着樹脂は、ガラス転移点が35〜70℃であることが好ましく、より好ましくは45〜55℃である。また、軟化点が80〜110℃であることが好ましく、より好ましくは90〜105℃である。
結着樹脂のガラス転移点は、示差走査カロリメーター「ダイヤモンドDSC」(パーキンエルマー社製)を用いて測定されるものである。
具体的には、トナー3.0mgをアルミニウム製パンに封入し、これをホルダーにセットし、リファレンスには空のアルミニウム製パンを使用し、測定温度0℃〜200℃、昇温速度10℃/分、降温速度10℃/分の測定条件で、Heat−cool−Heatの温度制御を行い、その2nd.Heatにおけるデータを取得し、第1の吸熱ピークの立ち上がり前のベースラインの延長線と、第1の吸熱ピークの立ち上がり部分からピーク頂点までの間で最大傾斜を示す接線との交点をガラス転移点として示す。
また、結着樹脂の軟化点は、以下のように測定されるものである。
まず、20℃、50%RHの環境下において、結着樹脂1.1gをシャーレに入れ平らにならし、12時間以上放置した後、成型器「SSP−10A」(島津製作所製)によって3000kg/cm2 の力で30秒間加圧し、直径1cmの円柱型の成型サンプルを作成し、次いで、この成型サンプルを、24℃、50%RHの環境下において、フローテスター「CFT−500D」(島津製作所製)により、荷重196N(20kgf)、開始温度60℃、予熱時間300秒間、昇温速度6℃/分の条件で、円柱型ダイの穴(1mm径×1mm)より、直径1cmのピストンを用いて予熱終了時から押し出し、昇温法の溶融温度測定方法でオフセット値5mmの設定で測定したオフセット法温度Toffsetが、結着樹脂の軟化点とされる。
〔トナー粒子の製造方法〕
本発明のトナーは、トナー粒子に外添剤が添加されてなるものであるが、当該トナー粒子を製造する方法としては、混練粉砕法、懸濁重合法、乳化凝集法、溶解懸濁法、ポリエステル伸長法、分散重合法などが挙げられる。
これらの中でも、高画質化、高安定性に有利となる粒子径の均一性、形状の制御性、コアシェル構造形成の容易性の観点より、乳化凝集法を採用することが好ましい。
乳化凝集法は、界面活性剤や分散安定剤によって分散された樹脂微粒子の分散液を、必要に応じて着色剤微粒子などのトナー粒子構成成分の分散液と混合し、凝集剤を添加することによって所望のトナーの粒子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い、形状制御を行うことにより、トナー粒子を製造する方法である。
ここで、樹脂微粒子を、任意に離型剤、荷電制御剤などの内添剤を含有したものとしてもよく、組成の異なる樹脂によりなる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。
また、凝集時に、異種の樹脂微粒子を添加し、コアシェル構造のトナー粒子とすることもトナー構造設計の観点から好ましい。
樹脂微粒子は、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。樹脂微粒子に内添剤を含有させる場合には、中でもミニエマルション重合法を用いることが好ましい。
得られた乾燥済みのトナー粒子に、少なくとも特定形状のシリカ微粒子を含む外添剤を粉体で添加して混合する乾式法により、外添剤が添加され、これにより本発明のトナーが製造される。
外添剤の混合装置としては、ヘンシェルミキサー、コーヒーミルなどの公知の混合装置を使用することができる。
〔現像剤〕
本発明のトナーは、磁性または非磁性の一成分現像剤として使用することもできるが、キャリアと混合して二成分現像剤として使用してもよい。トナーを二成分現像剤として使用する場合において、キャリアとしては、鉄、フェライト、マグネタイトなどの金属、それらの金属とアルミニウム、鉛などの金属との合金などの従来から公知の材料からなる磁性粒子を用いることができ、特にフェライト粒子が好ましい。また、キャリアとしては、磁性粒子の表面を樹脂などの被覆剤で被覆したコートキャリアや、バインダー樹脂中に磁性体微粉末を分散してなる分散型キャリアなど用いてもよい。
キャリアの体積基準のメディアン径としては20〜100μmであることが好ましく、さらに好ましくは25〜80μmとされる。キャリアの体積基準のメディアン径は、代表的には湿式分散機を備えたレーザ回折式粒度分布測定装置「ヘロス(HELOS)」(シンパティック(SYMPATEC)社製)により測定することができる。
好ましいキャリアとしては、磁性粒子の表面が樹脂により被覆されている樹脂被覆キャリア、樹脂中に磁性粒子を分散させたいわゆる樹脂分散型キャリアを挙げることができる。樹脂被覆キャリアを構成する樹脂としては、特に限定はないが、例えばオレフィン系樹脂、スチレン系樹脂、スチレン−アクリル系樹脂、アクリル系樹脂、シリコーン系樹脂、エステル系樹脂、フッ素含有重合体系樹脂などが挙げられる。また、樹脂分散型キャリアを構成する樹脂としては、特に限定されず公知のものを使用することができ、例えばアクリル系樹脂、スチレン−アクリル系樹脂、ポリエステル系樹脂、フッ素系樹脂、フェノール樹脂などを使用することができる。
本発明のトナーによれば、特定形状のシリカ微粒子を含有しており、基本的に、当該特定形状のシリカ微粒子が大径であることによって現像器内においてスペーサー効果が発揮されるために小径の外添剤微粒子を含む場合にも機械的なストレスが加えられたときのトナー粒子への埋没が抑制され、従って、長期間にわたって十分な帯電安定性が得られ、その結果、得られる画像におけるカブリの発生を抑制することができる。
さらに、特定形状のシリカ微粒子が大径であり、かつ、表面が多数の突起によって覆われた形状のものであることにより、感光体に対する優れた研磨性を有するために、良好なクリーニングが行われ、その結果、フィルミングの発生を抑制することができる。
〔画像形成方法〕
本発明のトナーは、特定の有機感光体およびクリーニングブレードを有するクリーニング手段が備えられた画像形成装置を用いる画像形成方法において、好適に用いることができる。
また、本発明のトナーは、定着温度(定着部材の表面温度)が100〜200℃とされる比較的低温の画像形成方法において好適に用いることができる。
さらに、本発明のトナーは、有機感光体の線速が100〜500mm/secとされる高速機に好適に用いることができる。
このような画像形成方法は、具体的には、像担持体上に形成された静電潜像をトナーにより現像してトナー像を形成するトナー像形成工程と、像担持体上に形成されたトナー像を転写材に転写する転写工程と、転写工程後に像担持体上に残留したトナーを、その先端が像担持体に接触して設けられたクリーニングブレードによって除去するクリーニング工程を有する電子写真方式の画像形成方法である。
以下、図2に示す画像形成装置を用いた電子写真方式による画像形成方法について、具体的に説明する。
〔画像形成装置〕
図2は、本発明の画像形成方法を行うための画像形成装置の構成の一例を示す説明用断面図である。
この画像形成装置は、画像を形成すべきトナー像を形成して転写材P上に転写するトナー像形成部10と、トナー像が形成された転写材Pを加熱しながら加圧してトナー像を定着させる定着装置20とを有する。
トナー像形成部10は、回転する像担持体である感光体15と、当該感光体15の表面に一様な電位を与える帯電手段11と、一様に帯電された感光体15上に所望の形状の静電潜像を形成する、半導体レーザ光源12A、ポリゴンミラー12Bおよびfθレンズ12Cからなる露光手段12と、トナーを感光体15上に搬送して静電潜像を顕像化する現像器13と、現像器13によって形成されたトナー像を転写材Pに転写するための転写手段14と、トナー像が転写された転写材Pを感光体15から分離させる分離手段16と、転写後に感光体15上に残留した残留トナーを回収する、ゴム状弾性体からなるクリーニングブレード19Aを有するクリーニング手段19と、帯電前露光手段(PCL)17とを備えるものである。
定着装置20は、一対の加熱加圧ローラ21,22が互いに圧接されてその圧接部にニップ部Nが形成された状態に設けられてなるものである。
〔クリーニングブレード〕
クリーニング手段19に備えられたクリーニングブレード19Aは、図3に示されるように、その基端部分が支持部材19Bによって支持されると共に、先端部分が感光体15の表面に当接されるよう設けられており、クリーニングブレード19Aの基端側から伸びる方向は、当接箇所における感光体15の回転による移動方向と反対方向である、いわゆるカウンター方向とされている。
図3において、19Cは支持部材19Bの回転軸であり、19Dは荷重バネを示す。
クリーニングブレード19Aの感光体15への当接荷重Pは、5〜40N/mであることが好ましい。クリーニングブレード19Aの感光体15への当接荷重Pが5N/m未満である場合は、クリーニング不良が発生しやすく、クリーニングブレード19Aの感光体15への当接荷重Pが40N/mより大きい場合は、クリーニングブレードによる感光体の表面を擦過する力が過度に強く、その結果、使用に従って感光体の表面層の減耗量が増加していくことなどに起因して、得られる可視画像に筋状の画像欠陥が発生しやすい。
また、クリーニングブレード19Aの感光体15への当接角θは、5〜35°であることが好ましい。
クリーニングブレード19Aの感光体15への当接荷重Pは、クリーニングブレード19Aを感光体15に当接させたときの圧接力P’の法線方向ベクトル値である。また、当接角θは、感光体15の当接点における接線Xと変形前の状態におけるクリーニングブレード19A(図3において点線で示す。)とのなす角である。
クリーニングブレード19Aの当接荷重Pは、バネ荷重である場合はバネ定数とバネの変異量から計算されるものである。また、重り荷重である場合は、荷重重さから計算されるものである。その他の荷重方法の場合は重量計等を用いて直接荷重が測定される。
また、クリーニングブレード19Aの自由長Lは、支持部材19Bに接触しない領域におけるクリーニングブレード19Aの基端部から、力を加えない変形前の状態における先端部までの長さをいい、3〜15mmであることが好ましい。
また、クリーニングブレード19Aの厚さtは、0.5〜10mmであることが好ましい。
クリーニングブレード19Aを構成する弾性体の材料としては、ウレタンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、クロロピレンゴム、ブタジエンゴムなどが一般に用いられており、これらの中でも、ウレタンゴムは他のゴムに比して摩耗特性が優れている点で特に好ましい。
クリーニングブレード19Aの使用に伴う反転を抑制するために、これを構成する弾性体の材料の硬度および反発弾性を共にコントロールすることが好ましい。具体的には、温度25±5℃における当該弾性体のJIS A硬度を65〜80とすると共に、反発弾性を20%より大きく、かつ75%以下とするコントロールを行うことが好ましい。
ここに、JIS A 硬度および反発弾性は、JIS K6301の加硫ゴム物理試験方法に基づいて測定されるものである。
温度25±5℃における当該弾性体のJIS A硬度が65よりも小さい場合はクリーニングブレードの反転が起こりやすくなり、80よりも大きい場合はクリーニング性能が低いものとなる。また、反発弾性が75%を超える場合はクリーニングブレードの反転が起こりやすくなり、20%以下である場合はクリーニング性能が低いものとなる。
〔有機感光体〕
本発明の画像形成方法に用いられる有機感光体は、導電性支持体上に有機感光層および硬化樹脂よりなる保護層がこの順に積層されてなり、保護層が、当該保護層を構成する硬化樹脂を形成すべき重合性化合物と金属酸化物微粒子とを含有する保護層形成用塗布液による塗布膜を硬化処理して得られたものである。
有機感光体の層構成としては、導電性支持体上に、有機感光層および保護層がこの順に積層されてなるものであれば特に限定されないが、具体的には下記(1)および(2)の層構成を有するものが挙げられる。
(1)導電性支持体上に、中間層、有機感光層として電荷発生層および電荷輸送層、並びに保護層がこの順に積層されてなる層構成。
(2)導電性支持体上に、中間層、有機感光層として電荷発生物質および電荷輸送物質を含む単層、並びに保護層がこの順に積層されてなる層構成。
本発明において、有機感光体とは、電子写真有機感光体の構成に必要不可欠な電荷発生機能および電荷輸送機能の少なくとも一方の機能が有機化合物により発揮されて構成されるものをいい、公知の有機電荷発生物質または有機電荷輸送物質から構成される有機感光層を有する有機感光体、電荷発生機能と電荷輸送機能とが高分子錯体により構成される有機感光層を有する有機感光体など公知の有機感光体全てを含むものをいう。
有機感光層は、従来公知の原材料を用いて従来公知の種々の製法により作製することができる。
本発明の画像形成方法に用いられる有機感光体における保護層は、保護層を構成する硬化樹脂を形成すべき重合性化合物、重合開始剤、金属酸化物微粒子、および必要に応じて滑剤粒子や酸化防止剤あるいは硬化樹脂以外の樹脂を公知の溶媒に添加して保護層形成用塗布液を調製し、この保護層形成用塗布液を有機感光層の外周面に塗布して塗布膜を形成し、この塗布膜を乾燥し、紫外線や電子線などの活性線を照射することによって塗布膜中の重合性化合物を重合反応させて硬化することにより、形成されるものである。
硬化樹脂よりなる保護層を有する有機感光体は、耐摩耗性に優れ、硬化樹脂よりなる保護層を有さない感光体と比較して耐久性が優れる。一方、硬化樹脂よりなる保護層を有する感光体は表面がほとんど削られないためにフィルミングが発生してしまうことがある。しかしながら、本発明に係る特定形状のシリカ微粒子を有するトナーを硬化樹脂よりなる保護層を有する感光体と併用することによって、当該特定形状のシリカ微粒子が研磨効果を発揮してフィルミングの発生が防止され、従って、従来よりも長期間にわたって安定的に画像を出力することができるようになるのである。
保護層の層厚は、0.2〜10μmであることが好ましく、より好ましくは0.5〜5μmである。
保護層は、硬化樹脂と共に公知の樹脂を併用して構成することもできる。
公知の樹脂としては、例えば、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリウレタン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、アルキド樹脂などが挙げられる。
(重合性化合物)
硬化樹脂を形成すべき重合性化合物としては、特に限定されないが、例えば、スチレン系モノマー、アクリル系モノマー、メタアクリル系モノマー、ビニルトルエン系モノマー、酢酸ビニル系モノマー、N−ビニルピロリドン系モノマーなどが挙げられる。これらの重合性化合物は、単独で、または2種以上を組み合わせて用いることができる。
重合性化合物は、少ない光量または短い時間での硬化が可能であることから、アクリロイル基(CH2 =CHCO−)またはメタクリロイル基(CH2 =CCH3 CO−)を重合性官能基として有する化合物よりなることが好ましい。
(金属酸化物微粒子)
保護層形成用塗布液には、形成される保護層により高い耐久性を付与する目的で、金属酸化物微粒子が含有されている。
このような金属酸化物微粒子は、遷移金属も含めた金属酸化物微粒子であればよく、例えば、シリカ(酸化ケイ素)、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、酸化鉛、アルミナ(酸化アルミニウム)、酸化スズ、酸化タンタル、酸化インジウム、酸化ビスマス、酸化イットリウム、酸化コバルト、酸化銅、酸化マンガン、酸化セレン、酸化鉄、酸化ジルコニウム、酸化ゲルマニウム、酸化錫、二酸化チタン、酸化ニオブ、酸化モリブデン、酸化バナジウムなどの金属酸化物微粒子が挙げられ、なかでも、アルミナ(Al2 3 )、酸化スズ(SnO2 )、二酸化チタン(TiO2 )の微粒子が好ましく、アルミナ、酸化スズの微粒子が更に好ましい。
金属酸化物微粒子の数平均一次粒径は、1〜300nmの範囲が好ましく、より好ましくは3〜100nmである。
本発明において、金属酸化物微粒子の数平均一次粒径は、以下のように測定されるものである。
すなわち、走査型電子顕微鏡「JSM−7500F」(日本電子社製)により10000倍の拡大写真を撮影し、ランダムに300個の金属酸化物微粒子をスキャナーにより取り込んだ写真画像(凝集粒子を除く)を自動画像処理解析装置「LUZEX AP」(ソフトウエアバージョン Ver.1.32、ニレコ社製)を使用して算出する。
金属酸化物微粒子の分散手段としては、特に限定されないが、例えば超音波分散機、ボールミル、サンドグラインダーおよびホモミキサーなどの分散機が挙げられる。
金属酸化物微粒子の含有量は、重合性化合物100質量部に対して20〜400質量部が好ましく、より好ましくは50〜300質量部である。
金属酸化物微粒子の含有量が過小である場合においては、形成される保護層の電気抵抗が低くなり、残留電位の上昇やカブリの発生を防止することができないおそれがある。一方、金属酸化物微粒子の含有量が過大である場合においては、形成される保護層に良好な成膜性が得られず、帯電性能の低下やピンホールの発生を防止することができないおそれがある。
また、金属酸化物微粒子は、重合性官能基を有する表面処理剤(以下、「重合性官能基含有表面処理剤」ともいう。)によって表面処理されたものであることが好ましく、特に重合性官能基含有表面処理剤によって表面処理されたアルミナ微粒子または酸化スズ微粒子であることが好ましい。
このような重合性官能基含有表面処理剤としては、金属酸化物微粒子の表面に存在する水酸基等と反応性を有するものであればよく、具体的にはアクリロイル基またはメタクリロイル基を有するものが好ましい。
金属酸化物微粒子が重合性官能基含有表面処理剤によって表面処理されたものであることにより、重合性化合物との結合が強固になり、形成される保護層がより高い耐久性を有するものとなる。
以上のような画像形成装置においては、以下のように画像形成方法が行われる。
まず、トナー像形成部10において、感光体15上に、帯電手段11より帯電されて露光手段12により露光されることによって静電潜像が形成され、当該静電潜像が現像器13においてトナーによって現像されることによりトナー像が形成される。
一方、図示しない給紙カセット内に収容された転写材Pが、図示しない搬送手段によってタイミングを合わせて転写領域Rに搬送され、当該転写領域Rにおいて転写手段14によって当該転写材P上に感光体15上のトナー像が転写され、さらに分離手段16によってトナー像が転写された転写材Pが感光体15から分離される。
次いで、分離された転写材Pが定着装置20のニップ部Nに搬送され、当該ニップ部Nおいて加圧および加熱によりトナー像が定着されて画像が形成される。
一方、転写材Pが分離された後の感光体15上に残留する残留トナーは、クリーニング手段19のクリーニングブレード19Aにより除去される。
具体的には、クリーニングブレード19Aの先端部分と感光体15の表面との間に外添剤微粒子によって適当なせき止め層が形成され、その結果、当該せき止め層により残留トナーが感光体15の表面から除去される。
トナー像を転写材Pに転写した後の感光体15は、クリーニング手段19により表面に残留したトナーが除去され、さらに、帯電前露光手段17によって残留電荷が除去された後に、次のトナー像の形成に供される。
以上、本発明の実施形態について具体的に説明したが、本発明の実施形態は上記の例に限定されるものではなく、種々の変更を加えることができる。
以下、本発明の具体的な実施例について説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。特定形状のシリカ微粒子の数平均粒子径(D)、表面粗度および球形度は、上述の通りの測定した。
〔特定形状のシリカ微粒子の製造例1〕
(1)母体シリカ微粒子の作製
純水139.1gとメタノール169.9gとを混合した混合溶媒を65℃に保持し、これにテトラエトキシシラン「エチルシリケート28」(多摩化学社製、SiO2 =28質量%)の水−メタノール溶液(水/メタノール(質量比:2/8)混合溶媒2450gにテトラエトキシシランを532.5g溶解したもの)2982.5g、および、濃度0.25質量%の触媒としてのアンモニア水596.4g(触媒/アルコキシシランのモル比=0.034)を同時に20時間かけて添加した。添加終了後、さらにこの温度で3時間熟成した。
その後、限外濾過膜によって未反応のテトラエトキシシラン、メタノール、アンモニアをほぼ完全に除去し、両イオン交換樹脂によって精製し、次いで限外濾過膜で濃縮し、固形分濃度20質量%の母体シリカ微粒子〔1〕の分散液を得た。得られた分散液中の母体シリカ微粒子〔1〕の質量は296gであった。母体シリカ微粒子〔1〕の数平均粒子径は100nmであった。母体シリカ微粒子〔1〕の球形度は1.05であった。
(2)母体シリカ微粒子のメチルトリメトキシシランによる有機化処理
得られた母体シリカ微粒子〔1〕を7.4%に希釈した水溶液4000gに、加水分解触媒として濃度28質量%のアンモニア水を添加してpHを11.2に調整した。この溶液を65℃に昇温してから、3官能シラン化合物であるメチルトリメトキシシラン19.65g(0.14モル)をメタノール100.36gとの混合溶液として60分かけて添加し、温度を65℃に保持してさらに1時間熟成を行い4120gの有機化処理シリカ微粒子〔1〕の分散液を得た。
(3)有機化処理シリカ微粒子のテトラエトキシシランによる再度の粒子成長
有機化処理シリカ微粒子〔1〕の分散液1500gを分取したのも温度を65℃として、この分散液にテトラエトキシシラン655.8g(3.15モル)とメタノール1245.1gとの混合溶液と、超純水887.1gと28.6%アンモニア水49.1gとを混合した溶液を10時間かけて添加して加水分解を行った。添加終了後、温度を65℃に保持してさらに3時間熟成を行った。使用したテトラエトキシシランのモル数は、母体シリカ微粒子の表面積1m2 当り1.47×10-4であった。続いて、限外濾過膜によって未反応のテトラエトキシシラン、メタノール、アンモニアをほぼ完全に除去し、両イオン交換樹脂によって精製し、次いでロータリーエバポレーターで濃縮し、固形分濃度12.6質量%のシリカゾルを得た。
得られたシリカゾルに対してヘキサメチルジシラザンを用いた疎水化処理を行い、乾燥、粉砕することにより、数平均粒子径(D)が120nmの特定形状のシリカ微粒子〔1〕を得た。
この特定形状のシリカ微粒子〔1〕の数平均粒子径(D)、表面粗度および球形度並びにCV値を表1に示す。
〔特定形状のシリカ微粒子の製造例2〜4〕
特定形状のシリカ微粒子の製造例1において、メチルメトキシシランの添加量、テトラエトキシシランの添加量および熟成時間などを変更したことの他は同様にして表1に記載の平均粒径を有する特定形状のシリカ微粒子〔2〕〜〔4〕を得た。
この特定形状のシリカ微粒子〔2〕〜〔4〕の数平均粒子径(D)、表面粗度および球形度並びにCV値を表1に示す。
〔真球状シリカ微粒子の製造例1〕
撹拌機と、滴下ロートと、温度計とを備えた3リットルのガラス製反応器に、メタノール690gと、水26gと、25質量%アンモニア水58gとを入れて混合した。この溶液を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1,200g(7.88モル)および5.4質量%アンモニア水432gを同時に添加し始め、それぞれを5時間かけて滴下した。それらの滴下が終了した後も、更に0.5時間撹拌を継続して加水分解、縮合を行うことにより、親水性の球状シリカ微粒子の混合媒体分散液〔A〕を得た。このとき、ガスクロマトグラフ分析によると混合媒体分散液〔A〕中の水含有量は16.1質量%であった。
この混合媒体分散液〔A〕に室温でメチルトリメトキシシラン12g(0.088モル)を0.5時間かけて滴下した後、50℃に加熱して1時間反応させ、シリカ微粒子表面を疎水化処理することにより、疎水性の球状シリカ微粒子の混合媒体分散液〔B〕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、混合媒体分散液〔B〕を60〜70℃に加熱してメタノールと水との混合物345gを留去し、その後、メチルイソブチルケトンを添加しながら、メタノールと水とメチルイソブチルケトンとの混合物を同時に、この分散液が115℃になるまで留去した。このときメチルイソブチルケトンの添加量は1.954g、留去物量は1.954gであった。得られたメチルイソブチルケトン分散液に、室温において、ヘキサメチルジシラザン150g(0.93モル)を添加した後、この分散液を110℃に加熱し、3時間反応させることにより、分散液中のシリカ微粒子をトリメチルシリル化した。次いで、この分散液中の溶媒を80℃、減圧下(6.650Pa)で留去することにより、疎水性の球状シリカ微粒子466gを得た。これを真球状シリカ微粒子〔5〕とする。
この真球状シリカ微粒子〔5〕の数平均粒子径(D)、表面粗度および球形度並びにCV値を表1に示す。
〔実施例1:トナーの製造例1〕
(1)コア部用樹脂粒子〔1〕の作製
下記に示す第1段重合、第2段重合および第3段重合を経て多層構造を有するコア部用樹脂粒子〔1〕を作製した。
(a)第1段重合(樹脂粒子〔A1〕)
撹拌装置、温度センサー、冷却管、窒素導入装置を取り付けた5Lの反応容器に、ポリオキシエチレン−2−ドデシルエーテル硫酸ナトリウム4質量部をイオン交換水3040質量部に溶解させた界面活性剤溶液を仕込み、窒素気流下230rpmの撹拌速度で撹拌しながら、内温を80℃に昇温させた。この界面活性剤溶液に、重合開始剤(過硫酸カリウム:KPS)10質量部をイオン交換水400質量部に溶解させた重合開始剤溶液を添加し、温度を75℃とした後、スチレン532質量部、n−ブチルアクリレート200質量部、メタクリル酸68質量部、n−オクチルメルカプタン16.4質量部からなる単量体混合液を1時間かけて滴下し、この系を75℃にて2時間にわたり加熱、撹拌することによって重合(第1段重合)を行い、樹脂粒子〔A1〕を作製した。なお、第1段重合で作製した樹脂粒子〔A1〕の重量平均分子量(Mw)は16,500であった。
重量平均分子量(Mw)の測定は、「HLC−8220」(東ソー社製)およびカラム「TSKguardcolumn+TSKgelSuperHZM−M3連」(東ソー社製)を用い、カラム温度を40℃に保持しながら、キャリア溶媒としてテトラヒドロフラン(THF)を流速0.2ml/minで流し、測定試料を室温において超音波分散機を用いて5分間処理を行う溶解条件で濃度1mg/mlになるようにテトラヒドロフランに溶解させ、次いで、ポアサイズ0.2μmのメンブランフィルターで処理して試料溶液を得、この試料溶液10μlを上記のキャリア溶媒と共に装置内に注入し、屈折率検出器(RI検出器)を用いて検出し、測定試料の有する分子量分布を単分散のポリスチレン標準粒子を用いて測定した検量線を用いて算出する。検量線測定用の標準ポリスチレン試料としては、Pressure Chemical社製の分子量が6×102 、2.1×103 、4×103 、1.75×104 、5.1×104 、1.1×105 、3.9×106 、8.6×105 、2×106 、4.48×106 のものを用い、少なくとも10点程度の標準ポリスチレン試料を測定し、検量線を作成した。また、検出器には屈折率検出器を用いた。
(b)第2段重合(樹脂粒子〔A2〕:中間層の形成)
撹拌装置を取り付けたフラスコ内において、スチレン101.1質量部、n−ブチルアクリレート62.2質量部、メタクリル酸12.3質量部、n−オクチルメルカプタン1.75質量部からなる単量体混合液に、離型剤として、パラフィンワックス「HNP−57」(日本精鑞社製)93.8質量部を添加し、90℃に加温して溶解させた。
一方、ポリオキシエチレン−2−ドデシルエーテル硫酸ナトリウム3質量部をイオン交換水1560質量部に溶解させた界面活性剤溶液を98℃に加熱し、この界面活性剤溶液に、前述の樹脂粒子〔A1〕32.8質量部(固形分換算)添加し、循環経路を有する機械式分散機「クレアミックス」(エム・テクニック社製)により、前記パラフィンワックスを含有する単量体溶液を8時間混合分散させ、分散粒子径340nmを有する乳化粒子を含む分散液を調製した。次いで、この乳化粒子分散液に、過硫酸カリウム6質量部をイオン交換水200質量部に溶解させた重合開始剤溶液を添加し、この系を98℃にて12時間にわたり加熱撹拌することにより重合(第2段重合)を行い、樹脂粒子〔A2〕を作製した。なお、第2段重合で調製した樹脂粒子〔A2〕の重量平均分子量(Mw)は23,000であった。
(c)第3段重合(コア部用樹脂粒子〔1〕:外層の形成)
上記樹脂粒子〔A2〕に、過硫酸カリウム5.45質量部をイオン交換水220質量部に溶解させた重合開始剤溶液を添加し、80℃の温度条件下で、スチレン293.8質量部、n−ブチルアクリレート154.1質量部、n−オクチルメルカプタン7.08質量部からなる単量体混合液を1時間かけて滴下した。滴下終了後、2時間にわたり加熱撹拌することにより重合(第3段重合)を行った後、28℃まで冷却しコア部用樹脂粒子〔1〕を得た。なお、コア部用樹脂粒子〔1〕のMwは26,800であった。また、コア部用樹脂粒子〔1〕の体積平均粒径は125nmであった。さらに、このコア部用樹脂粒子〔1〕のガラス転移点(Tg)は28.1℃であった。
(2)シェル層用樹脂粒子〔1〕の作製
上記コア部用樹脂粒子〔1〕の第1段重合において、スチレンを548質量部、2−エチルヘキシルアクリレートを156質量部、メタクリル酸を96質量部、n−オクチルメルカプタンを16.5質量部に変更した単量体混合液を用いた以外は同様にして、重合反応及び反応後の処理を行い、シェル層用樹脂粒子〔1〕を作製した。なお、シェル層用樹脂粒子〔1〕のガラス転移点(Tg)は53.0℃であった。
(3)着色剤微粒子分散液の調製
ドデシル硫酸ナトリウム90質量部をイオン交換水1600質量部に添加し、この溶液を撹拌しながら、カーボンブラック「リーガル330R」(キャボット社製)420質量部を徐々に添加し、次いで、撹拌装置「クレアミックス」(エム・テクニック社製)を用いて分散処理することにより、着色剤微粒子が分散されてなる着色剤微粒子分散液〔1〕を調製した。
この着色剤微粒子分散液〔1〕における着色剤微粒子の粒子径を電気泳動光散乱光度計「ELS−800」(大塚電子杜製)を用いて測定したところ、110nmであった。
(4)トナー粒子の作製
(a)コア部の形成
コア部用樹脂粒子〔1〕420質量部(固形分換算)と、イオン交換水900質量部と、着色剤微粒子分散液〔1〕100質量部とを、温度センサー、冷却管、窒素導入装置、撹拌装置を取り付けた反応容器に入れて撹拌した。反応容器内の温度を30℃に調整した後、この溶液に5モル/リットルの水酸化ナトリウム水溶液を加えてpHを8〜11に調整した。
次いで、塩化マグネシウム・6水和物60質量部をイオン交換水60質量部に溶解した水溶液を、撹拌下、30℃にて10分間かけて添加した。3分間放置した後に昇温を開始し、この系を80分間かけて80℃(コア部形成温度)まで昇温した。その状態で「コールターマルチサイザー3」(コールター社製)にて粒子の粒径を測定し、粒子の体積基準におけるメディアン径(D50)が6.3μmになった時点で、塩化ナトリウム40.2質量部をイオン交換水1000質量部に溶解した水溶液を添加して粒径成長を停止させ、さらに、熟成処理として液温度80℃(コア部熟成温度)にて1時間にわたり加熱撹拌することにより融着を継続させ、コア部〔1〕を形成した。なお、コア部〔1〕の円形度を「FPIA2100」(シスメックス社製)にて測定したところ0.930であった。また、電界放出形走査電子顕微鏡「JSM−7401F」(日本電子社製)を用いて走査透過電子顕微鏡法にてコア部〔1〕を10000倍にて観察し、着色剤が結着樹脂に溶解し、着色剤分散微粒子が残っていないことを確認した。
(b)シェル層の形成
次いで、65℃においてシェル層用樹脂粒子〔1〕46.8質量部(固形分換算)を添加し、さらに塩化マグネシウム・6水和物2質量部をイオン交換水60質量部に溶解した水溶液を、10分間かけて添加した後、80℃(シェル化温度)まで昇温し、1時間にわたり撹拌を継続し、コア部〔1〕の表面に、シェル層用樹脂粒子〔1〕の粒子を融着させた後、80℃(シェル熟成温度)で所定の円形度まで熟成処理を行い、シェル層を形成させた。ここで、塩化ナトリウム40.2質量部をイオン交換水1000質量部に溶解した水溶液を加え、8℃/分の条件で30℃まで冷却し、生成した融着粒子を濾過し、45℃のイオン交換水で繰り返し洗浄し、その後、40℃の温風で乾燥することにより、コア部表面にシェル層を有する、体積基準におけるメディアン径(D50)が6.5μm、ガラス転移点(Tg)が31℃であるトナー粒子〔1〕を得た。
(5)外添剤の添加
乾燥されたトナー粒子〔1〕に、上記の特定形状のシリカ微粒子〔1〕を2.5質量%、疎水性シリカ(数平均一次粒子径=12nm)を1.0質量%、および疎水性チタニア(数平均一次粒子径=20nm)を0.6質量%添加し、ヘンシェルミキサー「FM10B」(三井三池化工機社製)を用いて撹拌羽根周速を40m/秒、処理温度30℃で10分間混合し、その後、目開き90μmのふるいを用いて粗大粒子を除去することにより、トナー〔1〕を作製した。
〔実施例2〜3、比較例1〜2:トナーの製造例2〜5〕
トナーの製造例1において、外添剤の添加工程において添加される特定形状のシリカ微粒子〔1〕を、各々特定形状のシリカ微粒子〔2〕〜〔4〕、真球状シリカ微粒子〔5〕に変更したことの他は同様にしてトナー〔2〕〜〔5〕を得た。
〔現像剤の製造例1〜5〕
トナー〔1〕〜〔5〕の各々に対して、シリコーン樹脂を被覆した体積基準のメディアン径が35μmのフェライトキャリアを、トナー濃度が7.5質量%となるよう混合することにより、現像剤〔1〕〜〔5〕を作製した。
〔有機感光体の製造例1〕
(1)導電性支持体の作製
ドラム状のアルミニウム支持体の表面を切削加工し、表面粗さRz=1.5(μm)の導電性支持体〔1〕を作製した。
(2)中間層形成工程
下記原料を分散機としてサンドミルを用いて、バッチ式により10時間の分散を行い、中間層形成用塗布液〔1〕を調製した。
・バインダー樹脂:ポリアミド樹脂「X1010」(ダイセルデグサ社製) 1質量部
・溶媒:エタノール 20質量部
・金属酸化物微粒子:数平均一次粒径0.035μmの酸化チタン微粒子「SMT500SAS」(テイカ社製) 1.1質量部
上記導電性支持体〔1〕上に、この中間層形成用塗布液〔1〕を浸漬塗布法により塗布して塗布膜を形成し、この塗布膜を110℃で20分間乾燥し、層厚2μmの中間層〔1〕を形成した。
(3)有機感光層形成工程
(電荷発生層形成工程)
下記原料を分散機としてサンドミルを用いて、10時間の分散を行い、電荷発生層形成用塗布液〔1〕を調製した。
・電荷発生物質:チタニルフタロシアニン顔料(Cu−Kα特性X線回折スペクトル測定で5少なくとも27.3°の位置に最大回折ピークを有するもの) 20質量部
・バインダー樹脂:ポリビニルブチラール樹脂「#6000−C」(電気化学工業社製)
10質量部
・溶媒:酢酸t−ブチル 700質量部
・溶媒:4−メトキシ−4−メチル−2−ペンタノン 300質量部
上記中間層〔1〕の上に、この電荷発生層形成用塗布液〔1〕を浸漬塗布法によりで塗布して塗布膜を形成し、層厚0.3μmの電荷発生層〔1〕を形成した。
(電荷輸送層形成工程)
下記原料を混合して溶解し、電荷輸送層形成用塗布液〔1〕を調製した。
・電荷輸送物質:下記式(A)に示す化合物 150質量部
・バインダー樹脂:ポリカーボネート樹脂「Z300」(三菱ガス化学社製)
300質量部
・溶媒:トルエン/テトラヒドロフラン=1/9体積% 2000質量部
・酸化防止剤:「Irganox1010」(日本チバガイギー社製) 6質量部
・レベリング剤:シリコーンオイル「KF−54」(信越化学社製) 1質量部
上記電荷発生層〔1〕上に、この電荷輸送層形成用塗布液〔1〕を浸漬塗布法により塗布して塗布膜を形成し、この塗布膜を110℃で60分間乾燥し、層厚20μmの電荷輸送層〔1〕を形成した。
(4)保護層形成工程
・重合性化合物:下記式(B)で表される化合物 100質量部
・溶媒:イソプロピルアルコール 500質量部
・金属酸化物微粒子:表面処理剤〔CH2 =C(CH3 )COO(CH2 2 Si(OCH3 3 〕で表面処理された数平均一次粒径6nmの酸化チタン微粒子 100質量部
上記重合性化合物、溶媒および金属酸化物微粒子を遮光下で、分散機としてサンドミルを用いて10時間分散した後、
・重合開始剤:「イルガキュアー369」(BASFジャパン社製) 30質量部
を加え、遮光下で混合撹拌することにより、保護層形成用塗布液〔1〕を調製した。
この保護層形成用塗布液〔1〕を上記電荷輸送層〔1〕上に、図3に示す円形スライドホッパー塗布装置を用いて塗布して塗布膜を形成した。その後、この塗布膜を室温で20分間乾燥し、メタルハライドランプ(500W)を用いて窒素気流下において、光源と感光体表面との離間距離を100mmとして、感光体を回転させながら紫外線を1分間照射して、層厚3μmの保護層〔1〕を形成した。これを有機感光体〔1〕とする。

〔式中、R´はメタクリロイル基である。〕
カラー画像形成装置「bizhub PRO C6500」(コニカミノルタビジネステクノロジーズ社製)において上記の有機感光体〔1〕を組み込んだ改造機に、現像剤〔1〕〜〔5〕を順次装填し、温度20℃、相対湿度50%の常温常湿環境下において、A4判上質紙(64g/m2 )上に、画素率が1%の画像(文字画像が7%、人物顔写真、ベタ白画像、ベタ黒画像がそれぞれ1/4等分にあるオリジナル画像)を20万枚形成させ、最後に、ベタ黒画像を1枚形成させた。
(1)カブリ
まず、画像形成前の白紙について、マクベス反射濃度計「RD−918」を用いて20ケ所の絶対画像濃度を測定して平均することにより、白紙濃度を算出する。
次いで、5万枚目および6万枚目に形成した画像における白地部分について、同様に20ケ所の絶対画像濃度を測定して平均することにより平均濃度を算出し、この平均濃度から白紙濃度を引いた値をカブリ濃度として評価した。カブリ濃度が0.008以下であれば、実用可能であると判断される。結果を表1に示す。
(2)フィルミング
最後に形成したベタ黒画像について目視により観察し、下記評価基準により評価した。「◎」、「○」である場合が合格レベルと判断される。結果を表1に示す。
−評価基準−
◎:ベタ黒画像上に白スジが全く観察されない。
○:ベタ黒画像上に、スジ状に若干濃度が薄くなっている箇所が観察される。
×:ベタ黒画像上に白スジが明瞭に観察される。
10 トナー像形成部
11 帯電手段
12 露光手段
12A 半導体レーザ光源
12B ポリゴンミラー
12C fθレンズ
13 現像器
14 転写手段
15 感光体
16 分離手段
17 帯電前露光手段
19 クリーニング手段
19A クリーニングブレード
19B 支持部材
19C 回転軸
19D 荷重バネ
20 定着装置
21,22 加熱加圧ローラ
N ニップ部
P 転写材
R 転写領域

Claims (10)

  1. 外添剤が含有されてなる静電荷像現像用トナーにおいて、
    当該外添剤は、表面が多数の突起によって覆われたシリカ微粒子を含み、当該シリカ微粒子の数平均粒子径が80〜200nmであることを特徴とする静電荷像現像用トナー。
  2. 前記表面が多数の突起によって覆われたシリカ微粒子が、表面粗度が1.9〜4.0のものであることを特徴とする請求項1に記載の静電荷像現像用トナー。
  3. 前記外添剤が、数平均粒子径が5〜45nmである小径の外添剤微粒子を含むことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の静電荷像現像用トナー。
  4. 前記小径の外添剤微粒子が、チタニアであることを特徴とする請求項3に記載の静電荷像現像用トナー。
  5. 前記小径の外添剤微粒子が、チタニアおよびシリカであることを特徴とする請求項3に記載の静電荷像現像用トナー。
  6. 前記表面が多数の突起によって覆われたシリカ微粒子の添加量が、トナー粒子100質量部に対して0.5〜4質量部であることを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれかに記載の静電荷像現像用トナー。
  7. 前記表面が多数の突起によって覆われたシリカ微粒子と小径の外添剤微粒子との質量比(表面が多数の突起によって覆われたシリカ微粒子/小径の外添剤微粒子)が3/0.3〜0.3/3であることを特徴とする請求項3〜請求項6のいずれかに記載の静電荷像現像用トナー。
  8. 前記表面が多数の突起によって覆われたシリカ微粒子の球形度SF−1が1.1〜1.3であることを特徴とする請求項1〜請求項7のいずれかに記載の静電荷像現像用トナー。
  9. 像担持体上に形成された静電潜像をトナーにより現像してトナー像を形成するトナー像形成工程と、像担持体上に形成されたトナー像を転写材に転写する転写工程と、転写工程後に像担持体上に残留したトナーを、先端が像担持体に接触して設けられたクリーニングブレードによって除去するクリーニング工程とを有する画像形成方法において、
    トナーとして、請求項1〜請求項8のいずれかに記載の静電荷像現像用トナーを用いることを特徴とする画像形成方法。
  10. 前記像担持体が、
    導電性支持体上に有機感光層および硬化樹脂よりなる保護層がこの順に積層されてなり、
    前記保護層が、当該保護層を構成する硬化樹脂を形成すべき重合性化合物と金属酸化物微粒子とを含有する保護層形成用塗布液による塗布膜を硬化処理して得られた有機感光体からなることを特徴とする請求項9に記載の画像形成方法。
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