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JP5817509B2 - トナー及び現像剤、それを用いた画像形成装置、プロセスカートリッジ - Google Patents

トナー及び現像剤、それを用いた画像形成装置、プロセスカートリッジ Download PDF

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Description

本発明は、電子写真装置や静電記録装置などにおいて使用可能な静電荷像現像用トナー、及び該静電荷像現像用トナーを含有する一成分または静電荷像現像用トナーとキャリアとを含有する二成分現像剤、それを用いた画像形成装置並びにプロセスカートリッジに関する。
電子写真法としては、多数の方法が知られているが、一般には、光導電性物質を利用した感光体に種々の手段を用いて電気的な潜像を形成する静電潜像形成工程、トナーを用いて潜像を現像してトナー像を形成する現像工程、トナー像を紙等の転写材に転写する転写工程、転写材に転写されたトナー像を加熱、加圧、加熱加圧、溶剤蒸気等により転写材に定着させる定着工程、感光体に残存したトナーを除去するクリーニング工程等から成り立っている。
従来、トナーの外添剤としては、平均一次粒径が数nm〜数十nmの微粒子が用いられており、帯電性の付与、流動性の付与、疎水性の付与などの観点からは疎水化処理の行なわれたシリカ微粒子が使用され、温・湿度環境条件下での帯電性の維持、保持帯電量の変動抑制などの観点からは疎水化表面処理された酸化チタンなどが一般的に多く使用されている。
トナーとしては、例えば、着色剤及び離型剤を含有する着色粒子と、外添剤と、重量平均粒径が2μm以上15μm以下であり、表面に細孔を有する有機粒子を有するものが知られている(特許文献1参照)。このトナーを用いることで、フィルミングなどによる画質欠陥を抑制し、感光体表面のキズ発生を防止できるため、装置及び現像剤の寿命を延ばすことが可能としている。
また、トナー母体粒子に疎水性微粉末を外添した後のトナー粒子の比表面積が規定された画像形成用トナーが知られている(特許文献2参照)。実施例では、外添剤として疎水性シリカ単独、疎水性シリカと疎水性チタンを組み合せて用いた例が示されている。このようなトナーによれば、使用時の現像剤撹拌によって外添剤の埋没がないほか流動性や帯電特性の変化が少なく、良好な転写性及びクリーニング性が長期間維持され、感光体フィルミングの発生が防止され、画像ムラ等の変動がないとされている。
また、結晶性ポリエステル樹脂と離型剤の接触した構造体の含有割合を規定したトナーにより、帯電性能と定着性を改善することが知られている(特許文献3参照)。
一方、トナー母体粒子と非球状の不定形シリカ粒子(長径40〜120nm)を含む外添剤とからなるトナーが知られている(特許文献4参照)。実施例では、外添剤として疎水性チタン、疎水性シリカ及び非球形シリカを組み合せて用いた例が示されている。このようなトナーによれば、トナー母体粒子表面上での外添剤の転動現象や外部ストレスによる外添剤の埋没などが防止され、外添剤の少ない添加量であっても優れたクリーニング性、画像品質、及び耐久性が発揮されるとされている。
また、特定構造の樹脂とフッ素系樹脂粒子を含有する静電荷像担持体に形成した静電荷像を、第1の無機微粉体(0.1μm以下)及び第2の無機微粉体(0.12乃至3.0μm)を有するトナーによりトナー像を形成し、転写材に転写し、定着する画像形成方法が知られている(特許文献5参照)。実施例では、第1の無機微粉体としてシランカップリング剤処理二酸化ケイ素微粉体が、第2の無機微粉体として酸化チタン又はケイ酸ストロンチウムが用いられた例が示されている。この方法により高温・高湿環境において転写材のいかんにかかわらず画像流れが発生しないとされている。
上記のように、トナー母体粒子の組成の調整、あるいは外添剤を複数用いたり、またその添加割合を調整することにより、電子写真プロセスでの安定性や性能向上が図られてきた。しかし、近年の画像形成において要求される高性能化、高速化、長寿命化などに対応するために講じられるトナー母体粒子の多様な特性付与に伴って、従来の外添剤付着手法のままでは不具合が生じる可能性が高まってきた。例えば、定着時に効率よく作用するようにトナー中のワックス添加量を増加したり、あるいはワックスをトナーの表面近傍に配置するような方法を講じたり、結晶性の材料をトナー中に内包させ、定着溶融時のエネルギーを下げ、定着時のエネルギーを少なくするような方法が講じられている。
しかしながら上記のような設計を行なうことにより、電子写真間感光体表面にトナー中のワックス、トナー樹脂成分などにより薄膜状のいわゆるフィルミングと呼ばれる現象が生じ、出力画像品位を落としてしまうという問題がある。
本発明は、上記の従来技術が有する問題に鑑み、フィルミングによる異常画像の発生を抑制すると共に、感光体の傷発生を防止し、帯電安定性が良好で画像品質の劣化を低減した静電荷像現像用トナー(略称、「トナー」)並びに該トナーを含有する一成分または該静電荷像現像用トナーとキャリアとを含有する二成分の現像剤、及び画像形成装置並びにプロセスカートリッジを提供することを目的とする。
前述のようなトナー中のワックスや樹脂成分などにより生ずる異常画像の発生や、感光体の傷発生の問題に対して本発明者らが鋭意検討した結果、結着樹脂、着色剤及び離型剤を含有するトナー母体粒子(着色粒子)の表面を被覆する外添剤としてセルロース微粒子(好適には個数平均粒子径15〜105nm)を含有することにより前記問題物質に対して効果的に作用し、除去させることが可能であることを実験により知見した。
即ち、繊維性植物からパルプとして得られるセルロース(α-セルロースが好ましい)微粒子をトナー表面、あるいは現像剤中に存在させることにより、前記問題物質を効果的に除去できる。即ち、以下に記載する発明によって上記課題が解決されることを見出し本発明に至った。
上記課題は、結着樹脂、着色剤及び離型剤を含有する着色粒子と該着色粒子表面を被覆する外添剤とから構成される静電荷像現像用トナーであって、前記外添剤として個数平均粒子径15〜105nmのセルロース微粒子を含有することを特徴とする静電荷像現像用トナーにより解決される。
本発明によれば、フィルミングによる異常画像の発生を抑制すると共に、感光体の傷発生を防止し、帯電安定性が良好で画像品質の劣化を低減したトナー、及び該トナーを含有する一成分又は該静電荷像現像用トナーとキャリアとを含有する二成分の現像剤、及び画像形成装置、並びにプロセスカートリッジを提供することができる。本発明を用いることにより現像剤及び画像形成装置の寿命を延ばすことが可能である。
本発明の画像形成装置の概略構成を示す模式図である。 本発明の画像形成装置本体に着脱自在とされたプロセスカートリッジの構成例を示す概略図である。
次に、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
前述のように本発明における静電荷像現像用トナーは、結着樹脂、着色剤及び離型剤を含有する着色粒子と該着色粒子表面を被覆する外添剤とから構成される静電荷像現像用トナーであって、前記外添剤として個数平均粒子径15〜105nmのセルロース微粒子を含有することを特徴とするものである。
個数平均粒子径15〜105nmのセルロース微粒子を含有することにより、熱、圧力、長期のストレスといった要因によるワックス、結着樹脂からのアルコール成分の滲み出しといった劣化要素に対し、効果的に抑制効果を発揮する。つまり問題物質を効果的に除去できることからフィルミングによる異常画像や画像品質の劣化の発生(例えば、白斑点異常画像の発生や、転写不良、地汚れ画像の発生等)を抑制すると共に、感光体の傷発生を防止し、長期にわたって安定した帯電性を付与することが可能となる。セルロース微粒子の個数平均粒子径が15nmより小さいと、フィルミングによる画像品質の劣化が生じやすく、帯電安定性が悪くなり、一方、105nmより大きいと感光体の傷発生を生じやすく、帯電安定性が悪くなる。
セルロース微粒子としては、前記セルロース微粒子が、α−セルロース微粒子であることが好ましく、このα−セルロースの他にセルロースを製造する際に生ずるβセルロースが混在しているもの(例えば、セルロース全体に対してβセルロースが10%程度)も含む。
詳しいメカニズムは定かではないが、繊維性植物からパルプとして得られるα-セルロース微粒子の持つ形状、また微細なマイクロ孔の効果により、通常の球形、あるいは針状といった被研磨表面で転動する可能性の高い研磨剤と比較して、効果的に除去効果が作用するものと推定している。従来、感光体表面に樹脂成分由来、ワックス成分由来による固着物が生じた場合、研磨効果のある物質(硬度が高いもの、例えば、アルミナ、酸化セリウム等)を用いて、研磨除去するのが一般的であったが、本発明におけるセルロース微粒子による除去効果は、硬度に依存するものではなく、セルロース自身の表面に存在する微細な孔による引っかかりよって発揮される除去作用によるものだと想定される。
本発明の静電荷像現像用トナーを用いることにより現像剤及び画像形成装置の寿命を延ばすことが可能である。
なお、本発明において、「静電荷像現像用トナー」を「トナー」と呼称することがある。また、「着色粒子」を「母体粒子」と呼称することがある。
本発明のトナーにおける結着樹脂、着色剤及び離型剤を含有する着色粒子表面を被覆する外添剤には、体積平均粒子径15〜105nmのセルロース微粒子を含有するが、他の外添剤を含有しても構わない。
このような外添剤としては、酸化ケイ素(シリカ)、チタン化合物(酸化チタン)、酸化アルミニウム(アルミナ)、酸化セリウム、炭酸カルシウム、炭酸マグウネシウム、又はリン酸カルシウムの各粒子、フッ素原子を含有する樹脂粒子、ケイ素原子を含有する樹脂粒子及び窒素原子を含有する樹脂粒子からなる群より選択される材料が挙げられる。
特に、疎水性処理が施された疎水性シリカや、疎水性酸化チタンなどが好ましく用いられる。
これらの具体的例としては、例えば、ヘキサメチルジシラザン処理された疎水性シリカ、イソブチルによる疎水性処理が施されたルチル型酸化チタンなどが挙げられる。
ここで、疎水性シリカは、限定されるものではないが帯電性の付与、流動性の付与、疎水性の付与などの機能を担い例えば、平均一次粒径としては8nm〜120nm程度の微粒子が好ましく用いられる。
本発明における疎水性シリカの外添量〔含有量(重量比)〕は、母体粒子の総量に対して、0.5重量%〜8重量%程度が好ましい。0.5重量%よりも少ないと、トナーの流動性の低下、帯電性の低下といった現象が生じ、また環境変化、特に高湿条件での帯電低下現象が生じやすくなる傾向がある。一方、8重量%を超えるとトナー母体表面に付着していないシリカが遊離しやすくなり、遊離したシリカがキャリア表面に付着して、帯電付与機能を阻害したり、感光体表面に強固に付着するといった、いわゆるシリカフィルミングと言われるような現象を引き起こすことがある。
前記チタン化合物からなる粒子の比重は、2.8g/cm以上3.6g/cm以下であることが好ましい。
疎水性酸化チタンとしては、例えば、湿式法で作製されたTiO(OH)の少なくとも一部をシラン化合物またはシリコーンオイルと反応させることにより得られるものなどが好ましく用いられる。
また、疎水性酸化チタンは、限定されるものではないが温・湿度環境条件下での帯電性の維持、保持帯電量の変動抑制などの機能を担い、平均一次粒径としては12nm〜55nm程度の微粒子が好ましく用いられる。
本発明における疎水性酸化チタンの外添量〔含有量(重量比)〕は、着色粒子の総量に対して、0.2重量%〜5重量%程度が好ましい。0.2重量%よりも少ないと、酸化チタンに期待されている異なる環境条件での帯電量の差を抑制するといった機能が発揮されなくなり、出力画像の安定性、特に画像濃度に問題が生じるといった現象が生じ、5重量%を超えると過剰な添加によって、トナー抵抗の低下、帯電量の低下、帯電量分布のブロード化といった現象を引き起こし、白紙部にトナーが飛散したり、画像濃度が安定しないという問題を生じる。
前記外添剤の比表面積は、20m/g以上300m/g以下の材料を少なくとも一種含有することが好ましい。
以下、着色粒子を構成するトナー材料について説明する。
[結着樹脂]
本発明のトナーを構成する着色粒子に含有される結着樹脂としては、特に制限はなく、公知のものの中から目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ポリスチレン、ポリ(p−クロロスチレン)、ポリビニルトルエン等のスチレン及びその置換体の単独重合体、スチレン−p−クロロスチレン共重合体、スチレン−プロピレン共重合体、スチレン−ビニルトルエン共重合体、スチレン−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−メタクリル酸共重合体、スチレン−メタクリル酸メチル共重合体、スチレン−メタクリル酸エチル共重合体、スチレン−メタクリル酸ブチル共重合体、スチレン−α−クロロメタクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−ビニルメチルエーテル共重合体、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−マレイン酸エステル共重合体等のスチレン系共重合体、ポリメタクリル酸メチル、ポリメタクリル酸ブチル、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレン、ポリエステル、ポリウレタン、エポキシ樹脂、ポリビニルブチラール、ポリアクリル酸、ロジン、変性ロジン、テルペン樹脂、フェノール樹脂、脂肪族又は芳香族炭化水素樹脂、芳香族系石油樹脂等が挙げられ、単独又は二種以上混合して使用することができる。
上記樹脂材料の中でもポリエステルが好ましく、後に詳述する未変性ポリエステル、変性ポリエステル、結晶性ポリエステル等が適宜選択されて用いられる。
前記着色粒子(母体粒子)は、粉砕法、あるいは水系媒体中で油相を乳化、懸濁、凝集させて粒子を形成する乳化重合法、懸濁重合法、ポリマー懸濁法等により形成される。すなわち、前記母体粒子として、トナー組成分を含む混合物を溶融混練機に仕込んで得られた溶融混練物を粉砕した後分級して得られたもの、あるいはトナー組成分を含むトナー材料を有機溶媒に溶解乃至分散させたトナー材料液(油相)を水系媒体(水相)中で乳化乃至分散させた後、脱溶剤して形成されたものなどを用いることができる。なお、本発明において前記「トナー材料」を「トナー組成物」と呼称することがある。
前記トナー材料液(油相)を水系媒体(水相)中で乳化乃至分散させた後、脱溶剤して母体粒子を形成する場合に、例えば、結着樹脂及び/又は結着樹脂前駆体、着色剤及び離型剤を含むトナー材料を有機溶媒に溶解乃至分散させたトナー材料液(油相)を水系媒体(水相)中で乳化乃至分散させた後、脱溶剤して形成されたものを用いることができる。
ここで、結着樹脂及び/又は結着樹脂前駆体として、少なくともエステル結合及び該エステル結合以外の結合単位を含む変性ポリエステル、もしくは該変性ポリエステルを生成可能な樹脂前駆体、及び結晶性ポリエステルから選択される樹脂材料を含有することができる。
(未変性ポリエステル)
前述のように結着樹脂として、エステル結合以外の結合単位を含まない、所謂、変性されていないポリエステル(未変性ポリエステル)を用いることができる。そして、このような未変性ポリエステルと、前記エステル結合を有する結着樹脂前駆体、エステル結合及び該エステル結合以外の結合単位を含む変性ポリエステル、もしくは該変性ポリエステルを生成可能な樹脂前駆体、及び結晶性ポリエステルなどを組み合せて結着樹脂(トナーバインダー)成分とすることができる。
例えば、未変性ポリエステルと、変性ポリエステル〔例えば、ウレア変性ポリエステル〕とをトナーバインダー成分として含有させることもできる。変性ポリエステルと共に未変性ポリエステルを併用することで、低温定着性及びフルカラー装置に用いた場合の光沢性が向上し、変性ポリエステルの単独使用より好ましい。前記、変性ポリエステルと未変性ポリエステルは少なくとも一部が相溶していることが低温定着性、耐ホットオフセット性の面で好ましい。従って、変性ポリエステルを構成するポリエステル成分と未変性ポリエステルを構成する成分は類似であるものが好ましい。
未変性ポリエステルの水酸基価は5以上であることが好ましく、さらに好ましくは10〜120、特に好ましくは20〜80である。5未満では耐熱保存性と低温定着性の両立の面で不利になる。
未変性ポリエステルの酸価は通常1〜30、好ましくは5〜20である。酸価を持たせることで負帯電性となりやすい傾向がある。
また、酸価および水酸基価がそれぞれ上記範囲を越えるものは高温高湿度下、低温低湿度下の環境下において、環境の影響を受けやすく、画像の劣化を招きやすい。
(変性ポリエステル)
前記変性ポリエステルは、分子構造中に少なくともエステル結合と該エステル結合以外の結合単位を含むものである。このような変性ポリエステルは、活性水素基を有する化合物、及び該化合物の活性水素基と反応可能な官能基を有するポリエステルを含有する、所謂、変性ポリエステルを生成可能な樹脂前駆体の反応により得ることができる。
活性水素基と反応可能な官能基を有するポリエステルとしては、例えば、イソシアネート基あるいはエポキシ基などを有するポリエステルプレポリマーを挙げることができる。このような活性水素基と反応可能な官能基を有するポリエステルは、従来公知のイソシアネート化剤やエポキシ化剤(イソシアネート基やエポキシ基を有する化合物)と、ベースとなるポリエステルとの反応により容易に合成することができる。
例えば、イソシアネート基を有するポリエステル(ポリエステルプレポリマー)を活性水素基を有する化合物(アミン類など)と伸長反応させた変性ポリエステル(エステル結合及びウレア結合を含む変性ポリエステル)を結着樹脂に含めば、定着下限温度とホットオフセット発生温度の差を広くすることができて、離型幅の向上にも効果を及ぼす。また、変性ポリエステルとして、ウレア変性ポリエステルを共存させることにより、本発明の母体粒子を有するトナーにおいては、公知のポリエステル系トナーと比較して、ガラス転移点が低くても耐熱保存性が良好な傾向を示す。
上記イソシアネート化剤としては、後述のように、脂肪族ポリイソシアネート、脂環式ポリイソシアネート、芳香族ジイソシアネート、芳香脂肪族ジイソシアネート、イソシアヌレート類;前記ポリイソシアネートをフェノール誘導体、オキシム、カプロラクタムなどでブロックしたもの、及びこれら2種以上の併用が挙げられる。また、エポキシ化剤としては、エピクロロヒドリンなどをその代表例として挙げることができる。
(結晶性ポリエステル)
前述のように、本発明のトナーを構成する母体粒子のエステル結合を有する結着樹脂として、結晶性ポリエステルを含有することができる。結晶性ポリエステルは、アルコール成分と酸成分の反応により得られたものであり、少なくとも融点を有するポリエステルである。前記結晶性ポリエステルとしては、限定されるものではないが例えば、炭素数2〜12の飽和脂肪族ジオール化合物、特に1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,8−8オクタンジオール、1,10−デカンジオール、1,12−ドデカンジオールまたはこれらの誘導体から選択されるアルコール成分と、二重結合(C=C結合)を有する炭素数2〜12のジカルボン酸、もしくは、炭素数2〜12の飽和ジカルボン酸、特にフマル酸、1,4−ブタン二酸、1,6−ヘキサン二酸、1,8−オクタン二酸、1,10−デカン二酸、1,12−ドデカン二酸またはこれらの誘導体から選択されるジカルボン酸成分との反応により合成される結晶性ポリエステルが好適である。
結晶性ポリエステルを用いることにより、例えば、定着時の離型性機能を劣化させることなく維持したまま、母体粒子を有するトナー表面に存在するワックスによるキャリアや帯電部材への汚染問題を抑制し、良好な結果が得られる。
前記結晶性ポリエステルの母体粒子中における分散粒径として、長軸径と短軸径の比が3以上であり、長軸径で0.2μm以上3.0μm以下であることが好ましい。長軸径、短軸径比が3未満、粒子径が0.2μm未満であると結晶性が発現しにくく低温定着の効果が出にくく、また帯電付与効果が十分に得られない恐れがある。一方、あまりに結晶径が大きく3.0μmを超えるとトナー形状を大きく歪ませ、機械内部で粉砕されやすくなる。また、トナー表面にも出やすく、極端な場合はトナー外部に独立して存在し、トナーの表面性状悪化により、キャリアを汚染して長期に渡り十分な帯電性を維持することができず、更に機械部品を汚染するなど環境安定性を阻害する恐れがある。
また、前記結晶性ポリエステルの示差走査熱量分析(DSC)により測定される吸熱ピーク温度が、50℃以上150℃以下であることが好ましい。
吸熱ピーク温度が50℃未満の場合には、トナーが高温保管中に凝集し、耐熱保存性が悪化し、現像装置内部の温度でブロッキングが発生しやすくなる。一方、吸熱ピーク温度が150℃を超える場合には、定着下限温度が高くなるために低温定着性が得られなくなる。
前記結晶性ポリエステルの含有量は、母体粒子100重量部に対して1重量部〜30重量部であることが好ましい。前記含有量が、1重量部未満であると、低温定着効果が十分に得られないことがあり、30重量部を超えると、トナー最表面に存在する結晶性ポリエステル量が多すぎるために感光体、その他部材の汚染により画像品質が低下したり、現像剤の流動性低下や画像濃度の低下を招くことがある。また、トナーの表面性状が悪化し、キャリアを汚染し長期に渡り十分な帯電性を維持することができず、更に、環境安定性を阻害する恐れもある。
前述のように、本発明のトナーを構成する着色粒子(母体粒子)は、結着樹脂(トナーバインダー)として、例えば、前記未変性ポリエステルと変性ポリエステル(エステル結合及び該エステル結合以外の結合単位を含むポリエステル)を配合したもの、前記未変性ポリエステルと結晶性ポリエステルを配合したもの、前記変性ポリエステルと未変性ポリエステルと結晶性ポリエステルを配合したものなど任意に選択できる。これらの配合においては、耐ホットオフセット性、耐熱保存性、低温定着性が両立されるように配慮することが重要である。
本発明において、結着樹脂(トナーバインダー)のガラス転移点(Tg)は通常40〜70℃、好ましくは40〜65℃である。40℃未満ではトナーの耐熱保存性が悪化し、70℃を超えると低温定着性が不十分となる。
変性ポリエステルとして、ウレア変性ポリエステルを共存させることにより、本発明の母体粒子を有するトトナーにおいては、公知のポリエステル系トナーと比較して、ガラス転移点が低くても耐熱保存性が良好な傾向を示す。
[着色剤]
トナー材料として用いられる着色剤としては、特に制限はなく、公知の染料及び顔料の中から目的に応じて適宜選択することができ、例えば、カーボンブラック、ニグロシン染料、鉄黒、ナフトールイエローS、ハンザイエロー(10G、5G、G)、カドミウムイエロー、黄色酸化鉄、黄土、黄鉛、チタン黄、ポリアゾイエロー、オイルイエロー、ハンザイエロー(GR、A、RN、R)、ピグメントイエローL、ベンジジンイエロー(G、GR)、パーマネントイエロー(NCG)、バルカンファストイエロー(5G、R)、タートラジンレーキ、キノリンイエローレーキ、アンスラザンイエローBGL、イソインドリノンイエロー、ベンガラ、鉛丹、鉛朱、カドミウムレッド、カドミウムマーキュリレッド、アンチモン朱、パーマネントレッド4R、パラレッド、ファイセーレッド、p−クロロ−o−ニトロアニリンレッド、リソールファストスカーレットG、ブリリアントファストスカーレット、ブリリアントカーンミンBS、パーマネントレッド(F2R、F4R、FRL、FRLL、F4RH)、ファストスカーレットVD、ベルカンファストルビンB、ブリリアントスカーレットG、リソールルビンGX、パーマネントレッドF5R、ブリリアントカーミン6B、ピグメントスカーレット3B、ボルドー5B、トルイジンマルーン、パーマネントボルドーF2K、ヘリオボルドーBL、ボルドー10B、ボンマルーンライト、ボンマルーンメジアム、エオシンレーキ、ローダミンレーキB、ローダミンレーキY、アリザリンレーキ、チオインジゴレッドB、チオインジゴマルーン、オイルレッド、キナクリドンレッド、ピラゾロンレッド、ポリアゾレッド、クロムバーミリオン、ベンジジンオレンジ、ペリノンオレンジ、オイルオレンジ、コバルトブルー、セルリアンブルー、アルカリブルーレーキ、ピーコックブルーレーキ、ビクトリアブルーレーキ、無金属フタロシアニンブルー、フタロシアニンブルー、ファストスカイブルー、インダンスレンブルー(RS、BC)、インジゴ、群青、紺青、アントラキノンブルー、ファストバイオレットB、メチルバイオレットレーキ、コバルト紫、マンガン紫、ジオキサンバイオレット、アントラキノンバイオレット、クロムグリーン、ジンクグリーン、酸化クロム、ピリジアン、エメラルドグリーン、ピグメントグリーンB、ナフトールグリーンB、グリーンゴールド、アシッドグリーンレーキ、マラカイトグリーンレーキ、フタロシアニングリーン、アントラキノングリーン、酸化チタン、亜鉛華、リトボン等が挙げられ、これらを単独又は二種以上混合して使用することができる。
着色粒子(母体粒子)中の着色剤の含有量は、1〜15重量%であることが好ましく、3〜10重量%がさらに好ましい。
着色剤は、樹脂と複合化されたマスターバッチとして使用してもよい。マスターバッチに用いる樹脂としては特に制限はなく、目的に応じて公知のものの中から適宜選択することができ、例えば、スチレン又はその置換体の単独重合体、スチレン系共重合体、ポリメタクリル酸メチル、ポリメタクリル酸ブチル、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、エポキシ樹脂、エポキシポリオール樹脂、ポリウレタン、ポリアミド、ポリビニルブチラール、ポリアクリル酸、ロジン、変性ロジン、テルペン樹脂、脂肪族炭化水素樹脂、脂環族炭化水素樹脂、芳香族系石油樹脂、塩素化パラフィン、パラフィン等が挙げられ、これらを単独又は二種以上混合して用いることができる。
[離型剤]
トナー材料として用いられる離型剤としては、特に制限はなく、目的に応じて公知のものの中から適宜選択することができ、例えば、ワックス類等を用いることができる。ワックス類としては、例えば、カルボニル基を有するワックス、ポリオレフィンワックス、長鎖炭化水素等が挙げられ、これらを単独又は二種以上混合して用いることができる。中でも、カルボニル基を有するワックスが好ましい。
カルボニル基を有するワックスとしては、例えば、ポリアルカン酸エステル、ポリアルカノールエステル、ポリアルカン酸アミド、ポリアルキルアミド、ジアルキルケトン等が挙げられるが、中でも、ポリアルカン酸エステルが特に好ましい。ポリアルカン酸エステルとしては、例えば、カルナバワックス、モンタンワックス、トリメチロールプロパントリベヘネート、ペンタエリスリトールテトラベヘネート、ペンタエリスリトールジアセテートジベヘネート、グリセリントリベヘネート、1,18−オクタデカンジオールジステアレート等が挙げられる。ポリアルカノールエステルとしては、例えば、トリメリット酸トリステアリル、マレイン酸ジステアリル等が挙げられる。ポリアルカン酸アミドとしては、例えば、ジベヘニルアミド等が挙げられる。ポリアルキルアミドとしては、例えば、トリメリット酸トリステアリルアミド等が挙げられる。ジアルキルケトンとしては、例えば、ジステアリルケトン等が挙げられる。ポリオレフィンワックスとしては、例えば、ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックス等が挙げられる。長鎖炭化水素としては、例えば、パラフィンワックス、サゾールワックス等が挙げられる。
離型剤の融点は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、40〜160℃であることが好ましく、50〜120℃がさらに好ましく、60〜90℃が特に好ましい。融点が40℃未満であると、離型剤が耐熱保存性に悪影響を与えることがあり、160℃を超えると、低温での定着時にコールドオフセットを起こしやすくなることがある。
離型剤の溶融粘度は、離型剤の融点より20℃高い温度での測定値として、5〜1000cpsであることが好ましく、10〜100cpsがさらに好ましい。溶融粘度が5cps未満であると、離型性が低下することがあり、1000cpsを超えると、耐ホットオフセット性、低温定着性を向上させる効果が得られなくなることがある。
着色粒子中の離型剤の含有量は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、1〜40重量%であることが好ましく、3〜30重量%がさらに好ましい。含有量が40重量%を超えると、トナーの流動性が低下することがある。
着色粒子を構成するトナー材料として、必要に応じて帯電制御剤等を用いることができる。
[帯電制御剤]
帯電制御剤としては、特に制限はなく、感光体に帯電される電荷の正負に応じて正又は負の帯電制御剤を適宜選択して用いることができる。
負の帯電制御剤としては、例えば、電子供与性の官能基を有する樹脂又は化合物、アゾ染料、有機酸の金属錯体等を用いることができる。具体的には、ボントロン(品番:S−31、S−32、S−34、S−36、S−37、S−39、S−40、S−44、E−81、E−82、E−84、E−86、E−88、A、1−A、2−A、3−A)(以上、オリエント化学工業社製)、カヤチャージ(品番:N−1、N−2)、カヤセットブラック(品番:T−2、004)(以上、日本化薬社製))、アイゼンスピロンブラック(T−37、T−77、T−95、TRH、TNS−2)(以上、保土谷化学工業社製)、FCA−1001−N、FCA−1001−NB、FCA−1001−NZ(以上、藤倉化成社製)等が挙げられ、単独又は二種以上混合して使用することができる。
正の帯電制御剤としては、例えば、ニグロシン染料等の塩基性化合物、4級アンモニウム塩等のカチオン性化合物、高級脂肪酸の金属塩等を用いることができる。具体的には、ボントロン(品番:N−01、N−02、N−03、N−04、N−05、N−07、N−09、N−10、N−11、N−13、P−51、P−52、AFP−B)(以上、オリエント化学工業社製)、TP−302、TP−415、TP−4040(以上、保土谷化学工業社製)、コピーブルーPR、コピーチャージ(品番:PX−VP−435、NX−VP−434)(以上、ヘキスト社製)、FCA(品番:201、201−B−1、201−B−2、201−B−3、201−PB、201−PZ、301)(以上、藤倉化成社製)、PLZ(品番:1001、2001、6001、7001)(以上、四国化成工業社製)等が挙げられ、単独又は二種以上混合して使用することができる。
帯電制御剤の添加量は、結着樹脂の種類、分散方法を含めた着色粒子の製造方法によって決定されるものであり、一義的に限定されるものではないが、結着樹脂100に対して、0.1〜10重量%であることが好ましく、0.2〜5重量%がさらに好ましい。添加量が10重量%を超えると、トナーの帯電性が大きすぎ、帯電制御剤の効果を減退させ、現像ローラとの静電気的吸引力が増大し、現像剤の流動性が低下したり、画像濃度が低下したりすることがある。また、添加量が0.1重量%未満であると、帯電立ち上り性や帯電量が十分でなく、トナー画像に影響を及ぼしやすいことがある。
着色粒子の製造方法は、目的に応じて適宜選択することができるが、粉砕法、水系媒体中で油相を乳化、懸濁、凝集させることにより、着色粒子を形成する乳化重合法、懸濁重合法、ポリマー懸濁法等が挙げられる。
[トナーの製造方法]
前述のように本発明のトナーは、粉砕法により得られる着色粒子(母体粒子)(I)の表面、もしくはトナー材料液(油相)を水系媒体(水相)中で乳化乃至分散させて得られる着色粒子(母体粒子)(II)の表面を、外添剤で被覆することにより製造されるが、被覆材料には体積平均粒子径15〜105nmセルロース微粒子が含まれる。
(I)もしくは(II)の製造方法は目的に応じて適宜選択することができるが、(II)の製造方法は、球形で粒度分布が制御された着色粒子(母体粒子)を得るのに好ましく用いられる。
粉砕法について説明する。粉砕法により母体粒子(I)を得る場合には、まず、着色粒子を構成するトナー材料を混合した混合物を溶融混練機に仕込んで溶融混練する。溶融混練機としては、例えば、一軸、二軸の連続混練機や、ロールミルによるバッチ式混練機を用いることができる。具体的には、KTK型二軸押出機(神戸製鋼所社製)、TEM型押出機(東芝機械社製)、二軸押出機(ケイシーケイ社製)、PCM型二軸押出機(池貝鉄工所社製)、コニーダー(ブス社製)等が挙げられる。なお、溶融混練は、結着樹脂の分子鎖が切断されないように、適正な条件で行うことが好ましい。具体的には、溶融混練温度は、結着樹脂の軟化点より高過ぎると切断が激しくなることがあり、低過ぎると溶融混練が進まないことがある。
次に、溶融混練で得られた混練物を粉砕する。混練物を粉砕する際には、混練物を粗粉砕した後に、微粉砕することが好ましい。具体的には、ジェット気流中で衝突板に衝突させて粉砕する方法、ジェット気流中で粒子同士を衝突させて粉砕する方法、機械的に回転するローターとステーターの狭いギャップで粉砕する方法を用いることが好ましい。さらに、粉砕された粉砕物を分級して、粒径を所定の範囲内に調整する。分級は、例えば、サイクロン、デカンター、遠心分離等により、微粒子を取り除く。さらに、250メッシュ以上の篩を用いて、粗大粒子、凝集粒子を除去することにより、着色粒子が得られる。
上記乳化・分散法について説明する。
トナー材料液(油相)を水系媒体(水相)中で乳化乃至分散させて着色粒子(母体粒子)(II)を得る場合には、結着樹脂及び/又は結着樹脂前駆体、着色剤及び離型剤を含むトナー材料を有機溶媒に溶解乃至分散させてトナー材料液(油相)を調製する工程と、該油相を水系媒体(水相)中で乳化乃至分散させた後、脱溶剤する工程を経て母体粒子を得る。
前記母体粒子の体積平均粒径としては、体積平均粒径(Dv)が3.0μm以上6.0μm未満であることが好ましく、また、前記母体粒子の個数平均粒径(Dn)に対する体積平均粒径(Dv)の比(Dv/Dn)が1.05以上1.25以下であることが好ましい。
体積平均粒径(Dv)が3.0μmよりも小さい場合には、転写性やクリーニング性に対しては不利となる。本発明の範囲よりも体積平均粒子径が小さい場合、二成分現像剤(トナーとキャリアからなる)では現像装置における長期の攪拌においてキャリアの表面にトナーが融着し、キャリアの帯電能力が低下したり、一成分現像剤として用いた場合には、現像ローラへのトナーのフィルミングや、トナーを薄層化する為のブレード等の部材へのトナーの融着を発生させやすくなる。
逆に、トナーの粒子径が本発明の範囲よりも大きい場合には、高解像で高画質の画像を得ることが難しくなると共に、現像剤中のトナーの収支が行われた場合にトナーの粒子径の変動が大きくなる場合が多い。体積平均粒径(Dv)と個数平均粒径(Dn)との比(Dv/Dn)が1.25よりも大きい場合も同様である。また、Dv/Dnが1.05より小さい場合には、トナーの挙動の安定化、帯電量の均一化の面から好ましい面もあるが、トナーを十分に帯電することができなかったり、クリーニング性を悪化させる場合がある。
すなわち、上記母体粒子を有するトナー(乾式トナー)により、経時による帯電能力低下、耐熱保存性、低温定着性、耐ホットオフセット性のいずれにも優れ、とりわけフルカラー複写機などに用いた場合に画像の光沢性に優れ、さらに二成分現像剤においては、長期に亘るトナーの収支が行われても、現像剤中のトナー粒子径の変動が少なく、現像装置における長期の攪拌においても、良好で安定した現像性が得られる。また、一成分現像剤として用いた場合においても、トナーの収支が行われても、トナーの粒子径の変動が少なくなると共に、現像ローラへのトナーのフィルミングや、トナーを薄層化する為のブレード等の部材へのトナーの融着がなく、現像装置の長期の使用(攪拌)においても、良好で安定した現像性および画像が得られる。
ここで、トナー材料として、有機溶媒中に活性水素基を有する化合物、及び該化合物の活性水素基と反応可能な官能基を有するポリエステル〔以下、プレポリマー(A)と呼称することがある。〕を含有するトナー組成物を溶解又は分散させることにより得られる溶液又は分散液を、樹脂粒子を含有する水系媒体中で分散させた後に、プレポリマー(A)と活性水素基を有する化合物を反応させることにより着色粒子を形成する場合を例に挙げてトナーの製造方法を説明する。なお、トナー組成物は、結着樹脂のほかに、着色剤及び離型剤等の着色粒子を構成するトナー材料を含有することができる。
プレポリマー(A)は、ポリオール(1)とポリカルボン酸(2)の重縮合物からなるポリエステル樹脂(活性水素基を有するポリエステル樹脂)を、さらにポリイソシアネート(3)と反応させることにより、得ることができる。活性水素基としては、水酸基(アルコール性水酸基及びフェノール性水酸基)、アミノ基、カルボキシル基、メルカプト基等が挙げられるが、好ましくは、アルコール性水酸基である。
ポリオール(1)としては、アルキレングリコール(エチレングリコール、1,2−プロピレングリコール、1,3−プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール等);アルキレンエーテルグリコール(ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレンエーテルグリコール等);脂環式ジオール(1,4−シクロヘキサンジメタノール、水素添加ビスフェノールA等);ビスフェノール類(ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールS、3,3’−ジフルオロ−4,4’−ジヒドロキシビフェニル等の4,4’−ジヒドロキシビフェニル類;ビス(3−フルオロ−4−ヒドロキシフェニル)メタン、1−フェニル−1,1−ビス(3−フルオロ−4−ヒドロキシフェニル)エタン、2,2−ビス(3−フルオロ−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2−ビス(3,5−ジフルオロ−4−ヒドロキシフェニル)プロパン(別名:テトラフルオロビスフェノールA)、2,2−ビス(3−ヒドロキシフェニル)−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン等のビス(ヒドロキシフェニル)アルカン類;ビス(3−フルオロ−4−ヒドロキシフェニル)エーテル等のビス(4−ヒドロキシフェニル)エーテル類等;上記脂環式ジオールのアルキレンオキサイド(エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイド等)付加物;上記ビスフェノール類のアルキレンオキサイド(エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイド等)付加物等が挙げられる。これらのうち好ましいものは、炭素数2〜12のアルキレングリコール及びビスフェノール類のアルキレンオキサイド付加物であり、特に好ましいものは、ビスフェノール類のアルキレンオキサイド付加物及びこれと炭素数2〜12のアルキレングリコールとの併用である。
さらに、3価以上のポリオール(1)としては、3価以上の多価脂肪族アルコール(グリセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ソルビトール等);3価以上のフェノール類(トリスフェノールPA、フェノールノボラック、クレゾールノボラック等);上記3価以上のポリフェノール類のアルキレンオキサイド付加物等が挙げられる。
なお、上記ポリオールは、単独又は2種以上の併用が可能であり、上記に限定されるものではない。
ポリカルボン酸(2)としては、アルキレンジカルボン酸(コハク酸、アジピン酸、セバシン酸等);アルケニレンジカルボン酸(マレイン酸、フマル酸等);芳香族ジカルボン酸(フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、ナフタレンジカルボン酸、3−フルオロイソフタル酸、2−フルオロイソフタル酸、2−フルオロテレフタル酸、2,4,5,6−テトラフルオロイソフタル酸、2,3,5,6−テトラフルオロテレフタル酸、5−トリフルオロメチルイソフタル酸、2,2−ビス(4−カルボキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス(4−カルボキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス(3−カルボキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2’−ビス(トリフルオロメチル)−4,4’−ビフェニルジカルボン酸、3,3’−ビス(トリフルオロメチル)−4,4’−ビフェニルジカルボン酸、2,2’−ビス(トリフルオロメチル)−3,3’−ビフェニルジカルボン酸、ヘキサフルオロイソプロピリデンジフタル酸無水物等)等が挙げられる。これらのうち好ましいものは、炭素数4〜20のアルケニレンジカルボン酸及び炭素数8〜20の芳香族ジカルボン酸である。
さらに、3価以上のポリカルボン酸としては、炭素数9〜20の芳香族ポリカルボン酸(トリメリット酸、ピロメリット酸等)、上記芳香族ポリカルボン酸の無水物、低級アルキルエステル(メチルエステル、エチルエステル、イソプロピルエステル等)が挙げられる。
なお、上記ポリカルボン酸は、単独又は2種以上の併用が可能であり、上記に限定されるものではない。
ポリエステル樹脂を合成する際のポリオール(1)とポリカルボン酸(2)の比率については、水酸基[OH]とカルボキシル基[COOH]の当量比[OH]/[COOH]が、通常、2/1〜1/1であり、好ましくは、1.5/1〜1/1、さらに好ましくは、1.3/1〜1.02/1である。
ポリエステル樹脂(未変性ポリエステル)のピーク分子量は、通常、1000〜30000であり、好ましくは、1500〜10000、さらに好ましくは、2000〜8000である。ピーク分子量が1000未満では、耐熱保存性が低下することがあり、30000を超えると、低温定着性が低下することがある。
ポリイソシアネート(3)としては、脂肪族ポリイソシアネート(テトラメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、2,6−ジイソシアナトメチルカプロエート等);脂環式ポリイソシアネート(イソホロンジイソシアネート、シクロヘキシルメタンジイソシアネート等);芳香族ジイソシアネート(トリレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート等);芳香脂肪族ジイソシアネート(α,α,α’,α’−テトラメチルキシリレンジイソシアネート等);イソシアヌレート類が挙げられ、フェノール誘導体、オキシム、カプロラクタム等でブロックされていてもよい。なお、これらは、2種以上を併用することができる。
プレポリマー(A)を合成する際のポリイソシアネート(3)と活性水素基を有するポリエステル樹脂の比率については、イソシアネート基[NCO]と、水酸基を有するポリエステル樹脂の水酸基[OH]の当量比[NCO]/[OH]が、通常、5/1〜1/1であり、好ましくは、4/1〜1.2/1、さらに好ましくは、2.5/1〜1.5/1である。[NCO]/[OH]が5を超えると、低温定着性が低下することがあり、1未満では、変性ポリエステル樹脂中のウレタン基及び/又はウレア基の含有量が低くなり、耐オフセット性が低下することがある。
プレポリマー(A)中のポリイソシアネート(3)由来の構成成分の含有量は、通常、0.5〜40重量%であり、好ましくは、1〜30重量%、さらに好ましくは、2〜20重量%である。この含有量が0.5重量%未満では、耐オフセット性が低下することがあり、40重量%を超えると、低温定着性が低下することがある。
プレポリマー(A)1分子当たりのイソシアネート基数は、通常、1個以上であり、好ましくは、1.5〜3個、さらに好ましくは、1.8〜2.5個である。イソシアネート基数が1個未満では、変性ポリエステル樹脂の分子量が低くなり、耐オフセット性が低下することがある。
本発明において、プレポリマー(A)と反応可能な前記活性水素基を有する化合物(伸長剤及び/又は架橋剤)として、アミン類(B)を用いることができる。アミン類(B)としては、ジアミン(B1)、3価以上のポリアミン(B2)、アミノアルコール(B3)、アミノメルカプタン(B4)、アミノ酸(B5)、アミノ基をブロックしたB1〜B5(B6)等が挙げられる。
ジアミン(B1)としては、芳香族ジアミン(フェニレンジアミン、ジエチルトルエンジアミン、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、テトラフルオロ−p−キシリレンジアミン、テトラフルオロ−p−フェニレンジアミン等);脂環式ジアミン(4,4’−ジアミノ−3,3’−ジメチルジシクロヘキシルメタン、ジアミノシクロヘキサン、イソホロンジアミン等);脂肪族ジアミン(エチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、ドデカフルオロヘキシレンジアミン、テトラコサフルオロドデシレンジアミン等)等が挙げられる。
3価以上のポリアミン(B2)としては、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラアミン等が挙げられる。
アミノアルコール(B3)としては、エタノールアミン、ヒドロキシエチルアニリン等が挙げられる。
アミノメルカプタン(B4)としては、アミノエチルメルカプタン、アミノプロピルメルカプタン等が挙げられる。
アミノ酸(B5)としては、アミノプロピオン酸、アミノカプロン酸等が挙げられる。
アミノ基をブロックしたB1〜B5(B6)としては、B1〜B5と、ケトン類(アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等)から得られるケチミン化合物、オキサゾリン化合物等が挙げられる。
さらに、伸長反応及び/又は架橋反応には、必要に応じて、停止剤を用いることができ、変性ポリエステル樹脂の分子量を調整することができる。停止剤としては、モノアミン(ジエチルアミン、ジブチルアミン、ブチルアミン、ラウリルアミン等)、これらをブロックしたもの(ケチミン化合物)等が挙げられる。
プレポリマー(A)とアミン類(B)を反応させる際のプレポリマー(A)とアミン類(B)の比率については、プレポリマー(A)のイソシアネート基[NCO]と、アミン類(B)のアミノ基[NHx]の当量比[NCO]/[NHx]が、通常、1/2〜2/1であり、好ましくは、1.5/1〜1/1.5、さらに好ましくは、1.2/1〜1/1.2である。[NCO]/[NHx]が2より大きい場合及び1/2未満である場合は、得られる変性ポリエステル樹脂の分子量が小さくなり、耐ホットオフセット性が低下することがある。
トナー材料(トナー組成物)を溶解又は分散させる有機溶媒は、沸点が100℃未満の揮発性であることが、後の除去が容易になることから好ましい。このような有機溶媒としては、例えば、トルエン、キシレン、ベンゼン、四塩化炭素、塩化メチレン、1,2−ジクロロエタン、1,1,2−トリクロロエタン、トリクロロエチレン、クロロホルム、モノクロロベンゼン、ジクロロエチリデン、酢酸メチル、酢酸エチル、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等が挙げられ、単独又は2種以上組み合わせて用いることができる。特に、酢酸メチル、酢酸エチル等のエステル系、トルエン、キシレン等の芳香族系溶媒及び塩化メチレン、1,2−ジクロロエタン、クロロホルム、四塩化炭素等のハロゲン化炭化水素が好ましい。トナー組成物は、同時に溶解又は分散させてもよいが、通常、それぞれ単独で溶解又は分散され、その際使用する有機溶媒はそれぞれ異なっていても同じでもよいが、後の溶媒処理を考慮すると同じ方が好ましい。
トナー組成物の溶液又は分散液〔トナー材料液(油相)〕は、樹脂濃度が40〜80重量%であることが好ましい。樹脂濃度が80重量%を超えると、溶解又は分散が困難になり、また粘度が高くなって扱いづらい。また、40重量%未満であると、トナーの製造量が少なくなる。ポリエステル樹脂とプレポリマーを混合する場合は、同じ溶液又は分散液に混合してもよいし、別々に溶液又は分散液を作製してもよいが、それぞれの溶解度と粘度を考慮すると、別々の溶解又は分散液を作製することが好ましい。
着色剤は、単独で溶解又は分散してもよいし、ポリエステル樹脂の溶液又は分散液に混合してもよい。また、必要に応じて、分散助剤やポリエステル樹脂を添加してもよいし、マスターバッチを用いてもよい。
離型剤として、ワックスを溶解又は分散する場合、ワックスが溶解しない有機溶媒を使用する場合は、分散液として使用することになるが、分散液は、一般的な方法で作製される。即ち、有機溶媒とワックスを混合し、ビーズミル等の分散機で分散すればよい。また、有機溶媒とワックスを混合した後、ワックスの融点まで加熱し、攪拌しながら冷却した後、ビーズミル等の分散機で分散すると、分散時間が短くなることもある。また、ワックスは複数種を混合して使用してもよいし、分散助剤やポリエステル樹脂を添加してもよい。
水系媒体(水相)としては、水単独でもよいが、水と混和可能な溶剤を併用することもできる。水と混和可能な溶剤としては、アルコール(メタノール、イソプロパノール、エチレングリコール等)、ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフラン、セルソルブ類(メチルセルソルブ等)、低級ケトン類(アセトン、メチルエチルケトン等)等が挙げられる。トナー組成物100重量部に対する水系媒体の使用量は、通常、50〜2000重量部であり、好ましくは、100〜1000重量部である。水系媒体の使用量が50重量部未満では、トナー組成物の分散状態が悪くなることがある。また、2000重量部を超えると、経済的でない。
水系媒体中に、トナー組成物の溶液又は分散液を分散させる際、無機分散剤又は樹脂粒子を予め水系媒体中に分散させることが好ましい。これにより、粒度分布が狭くなると共に、安定に分散させることができる。
無機分散剤としては、リン酸三カルシウム、炭酸カルシウム、酸化チタン、コロイダルシリカ、ハイドロキシアパタイト等が用いられる。
また、樹脂粒子を形成する樹脂としては、水性分散体を形成しうる樹脂であれば、いかなる樹脂であっても使用でき、熱可塑性樹脂であっても熱硬化性樹脂であってもよいが、例えば、ビニル系樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ケイ素系樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、アニリン樹脂、アイオノマー樹脂、ポリカーボネート樹脂等が挙げられる。これらの樹脂は、2種以上を併用しても差し支えない。これらのうち、微細球状樹脂粒子の水性分散体が得られやすいことから、ビニル系樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂及びそれらの併用が好ましい。
樹脂粒子の水性分散液を製造する方法は、特に限定されないが、以下の(a)〜(h)が挙げられる。
(a)ビニル系樹脂の場合において、モノマーを出発原料として、懸濁重合法、乳化重合法、シード重合法、分散重合法等の重合反応により、直接、樹脂粒子の水性分散液を製造する。
(b)ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂等の重付加又は縮合系樹脂の場合において、前駆体(モノマー、オリゴマー等)又はその溶液を適当な分散剤の存在下で水系媒体中に分散させ、その後に加熱したり、硬化剤を加えたりして硬化させて樹脂粒子の水性分散液を製造する。
(c)ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂等の重付加又は縮合系樹脂の場合において、前駆体(モノマー、オリゴマー等)又はその溶液(液体であることが好ましい。加熱により液状化してもよい。)中に適当な乳化剤を溶解させた後、水を加えて転相乳化する。
(d)予め高分子化反応(付加重合、開環重合、重付加、付加縮合、縮合重合等のいずれの重合反応様式であってもよい。)により製造した樹脂を機械回転式、ジェット式等の微粉砕機を用いて粉砕し、分級することによって樹脂粒子を得た後、適当な分散剤の存在下で水中に分散させる。
(e)予め高分子化反応(付加重合、開環重合、重付加、付加縮合、縮合重合等のいずれの重合反応様式であってもよい。)により製造した樹脂の溶液を、霧状に噴霧することにより樹脂粒子を得た後、適当な分散剤の存在下で水中に分散させる。
(f)予め高分子化反応(付加重合、開環重合、重付加、付加縮合、縮合重合等のいずれの重合反応様式であってもよい。)により製造した樹脂を溶剤に溶解した樹脂溶液に溶剤を添加するか、又は予め溶剤に加熱溶解した樹脂溶液を冷却することにより樹脂粒子を析出させ、溶剤を除去して樹脂粒子を得た後、適当な分散剤の存在下で水系媒体中に分散させる。
(g)予め高分子化反応(付加重合、開環重合、重付加、付加縮合、縮合重合等のいずれの重合反応様式であってもよい。)により製造した樹脂の溶液を、適当な分散剤の存在下で水性媒体中に分散させた後、加熱、減圧等によって溶剤を除去する。
(h)予め高分子化反応(付加重合、開環重合、重付加、付加縮合、縮合重合等のいずれの重合反応様式であってもよい。)により製造した樹脂の溶液中に適当な乳化剤を溶解させた後、水を加えて転相乳化する。
また、トナー組成物の溶液又は分散液を水系媒体中に乳化、分散させるために、必要に応じて、界面活性剤等を用いることもできる。界面活性剤としては、アルキルベンゼンスルホン酸塩、α−オレフィンスルホン酸塩、リン酸エステル等の陰イオン界面活性剤、アルキルアミン塩、アミノアルコール脂肪酸誘導体、ポリアミン脂肪酸誘導体、イミダゾリン等のアミン塩型、アルキルトリメチルアンモニウム塩、ジアルキルジメチルアンモニウム塩、アルキルジメチルベンジルアンモニウム塩、ピリジニウム塩、アルキルイソキノリニウム塩、塩化ベンゼトニウム等の4級アンモニウム塩型の陽イオン界面活性剤、脂肪酸アミド誘導体、多価アルコール誘導体等の非イオン界面活性剤、アラニン、ドデシルビス(アミノエチル)グリシン、ビス(オクチルアミノエチル)グリシン、N−アルキル−N,N−ジメチルアンモニウムベタイン等の両性界面活性剤が挙げられる。
また、フルオロアルキル基を有する界面活性剤を用いることにより、非常に少量でその効果を上げることができる。フルオロアルキル基を有するアニオン性界面活性剤としては、炭素数2〜10のフルオロアルキルカルボン酸、及び、その金属塩、パーフルオロオクタンスルホニルグルタミン酸ジナトリウム、3−[ω−フルオロアルキル(C6〜C11)オキシ]−1−アルキル(C3〜C4)スルホン酸ナトリウム、3−[ω−フルオロアルカノイル(C6〜C8)−N−エチルアミノ]−1−プロパンスルホン酸ナトリウム、フルオロアルキル(C11〜C20)カルボン酸及び金属塩、パーフルオロアルキルカルボン酸(C7〜C13)及びその金属塩、パーフルオロアルキル(C4〜C12)スルホン酸及びその金属塩、パーフルオロオクタンスルホン酸ジエタノールアミド、N−プロピル−N−(2−ヒドロキシエチル)パーフルオロオクタンスルホンアミド、パーフルオロアルキル(C6〜C10)スルホンアミドプロピルトリメチルアンモニウム塩、パーフルオロアルキル(C6〜C10)−N−エチルスルホニルグリシン塩、モノパーフルオロアルキル(C6〜C16)エチルリン酸エステル等が挙げられる。また、カチオン性界面活性剤としては、フルオロアルキル基を有する脂肪族1級、2級又は3級アミン酸、パーフルオロアルキル(C6〜C10)スルホンアミドプロピルトリメチルアンモニウム塩等の脂肪族4級アンモニウム塩、ベンザルコニウム塩、塩化ベンゼトニウム、ピリジニウム塩、イミダゾリニウム塩等が挙げられる。
また、高分子系保護コロイドにより、分散液滴を安定化させてもよい。高分子系保護コロイドとしては、酸類(アクリル酸、メタクリル酸、α−シアノアクリル酸、α−シアノメタクリル酸、イタコン酸、クロトン酸、フマル酸、マレイン酸又は無水マレイン酸等);水酸基を含有する(メタ)アクリル系単量体(アクリル酸β−ヒドロキシエチル、メタクリル酸β−ヒドロキシエチル、アクリル酸β−ヒドロキシプロビル、メタクリル酸β−ヒドロキシプロピル、アクリル酸γ−ヒドロキシプロピル、メタクリル酸γ−ヒドロキシプロピル、アクリル酸3−クロロ−2−ヒドロキシプロビル、メタクリル酸3−クロロ−2−ヒドロキシプロピル、ジエチレングリコールモノアクリレート、ジエチレングリコールモノメタクリレート、グリセリンモノアクリレート、グリセリンモノメタクリレート、N−メチロールアクリルアミド、N−メチロールメタクリルアミド等);ビニルアルコール又はビニルアルコールとのエーテル類(ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、ビニルプロピルエーテル等);ビニルアルコールとカルボキシル基を含有する化合物のエステル類(酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル等);アクリルアミド、メタクリルアミド、ジアセトンアクリルアミド又はこれらのメチロール化合物;酸塩化物類(アクリル酸塩化物、メタクリル酸塩化物等);窒素原子又はその複素環を有するもの(ビニルピリジン、ビニルピロリドン、ビニルイミダゾール、エチレンイミン等)等の単独重合体又は共重合体;ポリオキシエチレン類(ポリオキシエチレン、ポリオキシプロピレン、ポリオキシエチレンアルキルアミン、ポリオキシプロピレンアルキルアミン、ポリオキシエチレンアルキルアミド、ポリオキシプロピレンアルキルアミド、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンラウリルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルフェニルエステル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエステル等);セルロース類(メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース等)等が使用できる。
なお、分散安定剤として、リン酸カルシウム塩等の酸、アルカリに溶解可能な化合物を用いた場合は、塩酸等の酸により、リン酸カルシウム塩を溶解した後、水洗する等の方法によって、着色粒子からリン酸カルシウム塩を除去することができる。その他、酵素による分解等の操作によっても除去できる。分散剤を使用した場合には、分散剤が着色粒子の表面に残存した状態で用いることもできるが、洗浄除去する方がトナーの帯電面から好ましい。
分散方法は、特に限定されないが、低速せん断式、高速せん断式、摩擦式、高圧ジェット式、超音波等の公知の方法が適用できる。分散体の平均粒径を2〜20μmにするためには、高速せん断式が好ましい。高速せん断式分散機を使用した場合、回転数は、特に限定されないが、通常、1000〜30000rpmであり、好ましくは、5000〜20000rpmである。分散時間は、特に限定されないが、バッチ方式の場合は、通常、0.1〜5分である。分散時の温度は、通常、0〜150℃(加圧下)であり、好ましくは、20〜80℃である。
得られた乳化分散体から有機溶媒を除去するためには、常圧又は減圧下で系全体を徐々に昇温し、液滴中の有機溶媒を蒸発除去する方法を採用することができる。また、乳化分散体を乾燥雰囲気中に噴霧して、液滴中の有機溶剤を除去し、併せて界面活性剤を蒸発除去することも可能である。乳化分散体が噴霧される乾燥雰囲気としては、空気、窒素、炭酸ガス、燃焼ガス等を加熱した気体を用いることができるが、有機溶媒の沸点以上の温度に加熱された各種気流が一般に用いられる。このとき、スプレイドライアー、ベルトドライアー、ロータリーキルン等を用いることにより、処理時間を短縮することができる。
なお、アミン類(B)は、水系媒体中にトナー組成物を分散する前に有機溶媒中で混合してもよいし、水系媒体中に加えてもよい。プレポリマー(A)とアミン類(B)の反応に要する時間は、プレポリマー(A)とアミン類(B)の反応性により適宜選択されるが、通常、1分〜40時間であり、好ましくは、1〜24時間である。反応温度は、通常、0〜150℃であり、好ましくは、20〜98℃である。なお、必要に応じて、公知の触媒を使用することができる。
水系媒体に分散された着色粒子を洗浄、乾燥する工程には、公知の方法が用いられる。即ち、遠心分離機、フィルタープレス等で固液分離した後に、得られたトナーケーキを常温〜40℃程度のイオン交換水に再分散させ、必要に応じて、酸やアルカリでpH調整した後、再度固液分離するという工程を数回繰り返す。これにより、不純物、界面活性剤等を除去した後、気流乾燥機や循環乾燥機、減圧乾燥機、振動流動乾燥機等により乾燥することによって着色粒子を得る。この際、遠心分離等で微粒子成分を取り除いてもよいし、また、乾燥後に、必要に応じて、公知の分級機を用いて所望の粒径分布にすることができる。
本発明の静電荷像現像用トナー単成分を含有する一成分または該静電荷像現像用トナーとキャリアとを含有する二成分からなる現像剤とすることができる。
トナーの流動性や保存性、現像性、転写性を高めるために、着色粒子(母体粒子)に前述のような外添剤を添加混合する際には、一般の粉体の混合機を用いることができるが、ジャケット等を装備して、内部の温度を調節することが好ましい。なお、外添剤に与える負荷の履歴を変えるためには、途中又は漸次外添剤を加えていけばよい。この場合、混合機の回転数、転動速度、時間、温度等を変化させてもよい。また、はじめに強い負荷を、次に、比較的弱い負荷を与えてもよいし、その逆でもよい。混合機としては、例えば、V型混合機、ロッキングミキサー、レーディゲミキサー、ナウターミキサー、ヘンシェルミキサー等が挙げられる。
本発明の現像剤は、本発明の静電荷像現像用トナーを含有する一成分(一成分現像剤)または該静電荷像現像用トナーとキャリアとを含有する二成分(二成分現像剤)のいずれであってもよいが、情報処理速度の向上に対応した高速プリンター等に使用する場合には、寿命等の点で二成分現像剤を用いることが好ましい。二成分現像剤におけるトナーとキャリアの混合割合は、キャリア100重量部に対して、トナー1〜10重量部であることが好ましい。
本発明のトナーを一成分現像剤として用いる場合、トナーの収支が行われても、トナーの粒径の変動が少なく、現像ローラへのトナーのフィルミングや、トナーを薄層化するためのブレード等の部材へのトナーの融着がなく、現像器の長期の使用(撹拌)においても、良好で安定した現像性及び画像が得られる。また、本発明のトナーを用いた二成分現像剤の場合、長期に亘るトナーの収支が行われても、現像剤中のトナー粒径の変動が少なく、現像器における長期の撹拌においても、良好で安定した現像性が得られる。
キャリアは、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、芯材と、芯材を被覆する樹脂層を有することが好ましい。
芯材の材料は、特に制限はなく、公知のものの中から適宜選択することができ、例えば、50〜90emu/gのマンガン−ストロンチウム(Mn−Sr)系材料、マンガン−マグネシウム(Mn−Mg)系材料等であることが好ましく、画像濃度の確保の点では、鉄粉(100emu/g以上)、マグネタイト(75〜120emu/g)等の高磁化材料が好ましい。また、穂立ち状態となっているトナーの感光体への当たりを弱くすることができ、高画質化に有利である点で、銅−ジンク(Cu−Zn)系(30〜80emu/g)等の弱磁化材料が好ましい。これらは、単独又は二種以上混合して使用することができる。
芯材の重量平均粒径は、10〜200μmであることが好ましく、40〜100μmがさらに好ましい。重量平均粒径が10μm未満であると、キャリアの微粉成分が多くなり、1粒子当たりの磁化が低くなってキャリア飛散が発生することがあり、150μmを超えると、比表面積が低下して、トナーの飛散が発生することがあり、ベタ部分の多いフルカラーでは、特にベタ部の再現性が低下することがある。
樹脂層の材料は、特に制限はなく、公知の樹脂の中から目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、アミノ系樹脂、ポリビニル系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ハロゲン化オレフィン樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエチレン、ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリトリフルオロエチレン、ポリヘキサフルオロプロピレン、フッ化ビニリデンとアクリル単量体の共重合体、フッ化ビニリデンとフッ化ビニルとの共重合体、テトラフルオロエチレンとフッ化ビニリデンと非フッ素化単量体とのターポリマー等のフルオロターポリマー、シリコーン樹脂等が挙げられ、単独又は二種以上混合して使用することができる。
上記アミノ系樹脂としては、例えば、尿素−ホルムアルデヒド樹脂、メラミン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、ユリア樹脂、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂等が挙げられる。ポリビニル系樹脂としては、例えば、アクリル樹脂、ポリメタクリル酸メチル、ポリアクリロニトリル、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール等が挙げられる。ポリスチレン系樹脂としては、例えば、ポリスチレン、スチレン−アクリル共重合体等が挙げられる。ハロゲン化オレフィン樹脂としては、例えば、ポリ塩化ビニル等が挙げられる。ポリエステル系樹脂としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等が挙げられる。
樹脂層には、必要に応じて、導電粉等を添加してもよい。導電粉としては、例えば、金属粉、カーボンブラック、酸化チタン、酸化スズ、酸化亜鉛等が挙げられる。導電粉の平均粒径は、1μm以下であることが好ましい。平均粒径が1μmを超えると、電気抵抗の制御が困難になることがある。
樹脂層は、例えば、シリコーン樹脂等を溶剤に溶解させて塗布液を調製した後、塗布液を芯材の表面に公知の塗布方法により均一に塗布し、乾燥した後、焼き付けを行うことにより形成することができる。塗布方法としては、例えば、浸漬法、スプレー法、ハケ塗り法等が挙げられる。
溶剤は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、トルエン、キシレン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、メチルセロソルブ、酢酸ブチル等が挙げられる。
焼き付けは、特に制限はなく、外部加熱方式及び内部加熱方式のいずれであってもよく、例えば、固定式電気炉、流動式電気炉、ロータリー式電気炉、バーナー炉等を用いる方法、マイクロ波を用いる方法等が挙げられる。
キャリア中の樹脂層の含有量は、0.01〜5.0重量%であることが好ましい。含有量が0.01重量%未満であると、芯材の表面に均一に樹脂層を形成することができないことがあり、5.0重量%を超えると、樹脂層が厚くなり過ぎてキャリア同士の造粒が発生することがある。
本発明の画像形成装置は、少なくとも静電潜像を形成する潜像担持体、潜像担持体表面を帯電する帯電手段、帯電された潜像担持体表面に露光を行い静電潜像を形成する露光手段、形成された静電潜像を本発明の現像剤を用いて現像する現像手段、現像されたトナー像を転写材に転写する転写手段を備えたことを特徴とするものである。
本発明の現像剤を用いた画像形成装置により、磁性一成分現像方法、非磁性一成分現像方法、二成分現像方法等を適用した各種電子写真法による画像形成が好適に実施できる。
即ち、本発明の画像形成装置は、潜像担持体(感光体)、帯電手段(帯電装置)、露光手段(露光装置)、現像手段(現像装置)及び転写手段(転写装置)を少なくとも有し、必要に応じて、適宜選択したその他の手段、例えば、定着手段(定着装置)、除電手段(除電装置)、クリーニング手段(クリーニング装置)、リサイクル手段(リサイクル装置)、制御手段(制御装置)等をさらに有してもよい。
本発明の現像剤を用いた画像形成装置による画像形成では、静電潜像形成工程、現像工程及び転写工程を少なくとも有し、必要に応じて、適宜選択したその他の工程、例えば、定着工程、除電工程、クリーニング工程、リサイクル工程、制御工程等をさらに有することができる。
図1の模式図に、本発明の画像形成装置の概略構成を示す。
図1に示す中間転写ユニット(500)は、複数のローラに張架された中間転写体である中間転写ベルト(501)などにより構成されている。この中間転写ベルト(501)の周りには、2次転写ユニット(600)の2次転写電荷付与手段である2次転写バイアスローラ(605)、中間転写体クリーニング手段であるベルトクリーニングブレード(504)、潤滑剤塗布手段の潤滑剤塗布部材である潤滑剤塗布ブラシ(505)などが対向するように配設されている。
また、位置検知用マークが中間転写ベルト(501)の外周面あるいは内周面に図示しない位置検知用マークが設けられる。ただし、中間転写ベルト(501)の外周面側については位置検知用マークがベルトクリーニングブレード(504)の通過域を避けて設ける工夫が必要であり、配置上の困難さを伴うことがあるので、その場合には位置検知用マークを中間転写ベルト(501)の内周面側に設けてもよい。
マーク検知用センサとしての光学センサ(514)は、中間転写ベルト(501)が架け渡されている1次転写バイアスローラ(507)とベルト駆動ローラ(508)との間の位置に設けられる。位置検知は中間転写ベルト表面からの光反射を検知することによって行なっている。このため、中間転写ベルト表面の光沢度が低下したり、または不均一になると検出が安定しないが、本発明のシームレスベルト(中間転写ベルト)を用いることで表面光沢度の低下を抑制でき、検出を安定化することができる。
この中間転写ベルト(501)は、1次転写電荷付与手段である1次転写バイアスローラ(507)、ベルト駆動ローラ(508)、ベルトテンションローラ(509)、2次転写対向ローラ(510),クリーニング対向ローラ(511)、及びフィードバック電流検知ローラ(512)に張架されている。各ローラは導電性材料で形成され、1次転写バイアスローラ(507)以外の各ローラは接地されている。1次転写バイアスローラ(507)には、定電流または定電圧制御された1次転写電源(801)により、トナー像の重ね合わせ数に応じて所定の大きさの電流または電圧に制御された転写バイアスが印加されている。
中間転写ベルト(501)は、図示しない駆動モータによって矢印方向に回転駆動されるベルト駆動ローラ(508)により、矢印方向に駆動される。このベルト構成部である中間転写ベルト(501)は、通常、半導体、または絶縁体で、単層または多層構造となっているが、本発明のシームレスベルトが好ましく用いられ、これによって耐久性が向上すると共に、優れた画像形成が実現できる。また、中間転写ベルトは、感光体ドラム(200)上に形成されたトナー像を重ね合わせるために、通紙可能最大サイズより大きく設定されている。
2次転写手段である2次転写バイアスローラ(605)は、2次転写対向ローラ(510)に張架された部分の中間転写ベルト(501)のベルト外周面に対して、後述する接離手段としての接離機構によって、接離可能に構成されている。2次転写バイアスローラ(605)は、2次転写対向ローラ(510)に張架された部分の中間転写ベルト(501)との間に被記録媒体である転写紙Pを挟持するように配設されており、定電流制御される2次転写電源(802)によって所定電流の転写バイアスが印加されている。
レジストローラ(610)は、2次転写バイアスローラ(605)と2次転写対向ローラ(510)に張架された中間転写ベルト(501)との間に、所定のタイミングで転写材である転写紙(P)を送り込む。また、2次転写バイアスローラ(605)には、クリーニング手段であるクリーニングブレード(608)が当接している。該クリーニングブレード(608)は、2次転写バイアスローラ(605)の表面に付着した付着物を除去してクリーニングするものである。
このような構成のカラー複写機において、画像形成サイクルが開始されると、感光体ドラム(200)は、図示しない駆動モータによって矢印で示す半時計方向に回転され、それぞれのカラーに応じ、帯電チャージャ(203)による帯電、露光手段(L)による像露光の後、該感光体ドラム(200)上に、Bk(ブラック)トナー像形成、C(シアン)トナー像形成、M(マゼンタ)トナー像形成、Y(イエロー)トナー像形成が行なわれる。中間転写ベルト(501)はベルト駆動ローラ(508)によって矢印で示す時計回りに回転される。この中間転写ベルト(501)の回転に伴って、1次転写バイアスローラ(507)に印加される電圧による転写バイアスにより、Bkトナー像、Cトナー像、Mトナー像、Yトナー像の1次転写が行なわれ、最終的にBk、C、M、Yの順に中間転写ベルト(501)上に各トナー像が重ね合わせて形成される。
例えば、上記Bkトナー像形成は次のように行なわれる。
図1において、帯電チャージャ(203)は、コロナ放電によって感光体ドラム(200)の表面を負電荷で所定電位に一様に帯電する。上記ベルトマーク検知信号に基づき、タイミングを定め、図示しない書き込み光学ユニットにより、Bkカラー画像信号に基づいてレーザ光によるラスタ露光を行なう。このラスタ像が露光されたとき、当初一様帯電された感光体ドラム(200)の表面の露光された部分は、露光光量に比例する電荷が消失し、Bk静電潜像が形成される。このBk静電潜像に、Bk現像機(231K)の現像ローラ上の負帯電されたBkトナーが接触することにより、感光体ドラム(200)の電荷が残っている部分にはトナーが付着せず、電荷のない部分つまり露光された部分にはトナーが吸着し、静電潜像と相似なBkトナー像が形成される。
このようにして感光体ドラム(200)上に形成されたBkトナー像は、感光体ドラム(200)と接触状態で等速駆動回転している中間転写ベルト(501)のベルト外周面に1次転写される。この1次転写後の感光体ドラム(200)の表面に残留している若干の未転写の残留トナーは、感光体ドラム(200)の再使用に備えて、感光体クリーニング装置(201)で清掃される。この感光体ドラム(200)側では、Bk画像形成工程の次にC画像形成工程に進み、所定のタイミングでカラースキャナによるC画像データの読み取りが始まり、そのC画像データによるレーザ光書き込みによって、感光体ドラム(200)の表面にC静電潜像を形成する。
そして、先のBk静電潜像の後端部が通過した後で、且つC静電潜像の先端部が到達する前にリボルバ現像ユニット(230)の回転動作が行なわれ、C現像機(231C)が現像位置にセットされ、C静電潜像がCトナーで現像される。以後、C静電潜像領域の現像を続けるが、C静電潜像の後端部が通過した時点で、先のBk現像機(231K)の場合と同様にリボルバ現像ユニットの回転動作を行ない、次のM現像機(231M)を現像位置に移動させる。これもやはり次のY静電潜像の先端部が現像位置に到達する前に完了させる。なお、M及びYの画像形成工程については、それぞれのカラー画像データ読み取り、静電潜像形成、現像の動作が上述のBk、Cの工程と同様であるので説明は省略する。
このようにして感光体ドラム(200)上に順次形成されたBk、C、M、Yのトナー像は、中間転写ベルト(501)上の同一面に順次位置合わせされて1次転写される。これにより、中間転写ベルト(501)上に最大で4色が重ね合わされたトナー像が形成される。一方、上記画像形成動作が開始される時期に、転写紙(P)が転写紙カセット又は手差しトレイなどの給紙部から給送され、レジストローラ(610)のニップで待機している。
そして、2次転写対向ローラ(510)に張架された中間転写ベルト(501)と2次転写バイアスローラ(605)によりニップが形成された2次転写部に、上記中間転写ベルト(501)上のトナー像の先端がさしかかるときに、転写紙(P)の先端がこのトナー像の先端に一致するように、レジストローラ(610)が駆動されて、転写紙ガイド板(601)に沿って転写紙(P)が搬送され、転写紙(P)とトナー像とのレジスト合わせが行なわれる。
このようにして、転写紙(P)が2次転写部を通過すると、2次転写電源(802)によって2次転写バイアスローラ(605)に印可された電圧による転写バイアスにより、中間転写ベルト(501)上の4色重ねトナー像が転写紙(P)上に一括転写(2次転写)される。
この転写紙(P)は、転写紙ガイド板(601)に沿って搬送されて、2次転写部の下流側に配置した除電針からなる転写紙除電チャージャ(606)との対向部を通過することにより除電された後、ベルト構成部であるベルト搬送装置(210)により定着装置(270)に向けて送られる(図1参照)。そして、この転写紙(P)は、定着装置(270)の定着ローラ(271)、(272)のニップ部でトナー像が溶融定着された後、図示しない排出ローラで装置本体外に送り出され、図示しないコピートレイに表向きにスタックされる。なお、定着装置(270)は必要によりベルト構成部を備えた構成とすることもできる。
一方、上記ベルト転写後の感光体ドラム(200)の表面は、感光体クリーニング装置(201)でクリーニングされ、上記除電ランプ(202)で均一に除電される。また、転写紙(P)にトナー像を2次転写した後の中間転写ベルト(501)のベルト外周面に残留した残留トナーは、ベルトクリーニングブレード(504)によってクリーニングされる。該ベルトクリーニングブレード(504)は、図示しないクリーニング部材離接機構によって、該中間転写ベルト(501)のベルト外周面に対して所定のタイミングで接離されるように構成されている。
このベルトクリーニングブレード(504)の上記中間転写ベルト(501)の移動方向上流側には、該中間転写ベルト(501)のベルト外周面に対して接離するトナーシール部材(502)が設けられている。このトナーシール部材(502)は、上記残留トナーのクリーニング時に上記ベルトクリーニングブレード(504)から落下した落下トナーを受け止めて、該落下トナーが上記転写紙(P)の搬送経路上に飛散するのを防止している。このトナーシール部材(502)は、上記クリーニング部材離接機構によって、上記ベルトクリーニングブレード(504)とともに、該中間転写ベルト(501)のベルト外周面に対して接離される。
このようにして残留トナーが除去された中間転写ベルト(501)のベルト外周面には、上記潤滑剤塗布ブラシ(505)により削り取られた潤滑剤(506)が塗布される。該潤滑剤(506)は、例えば、ステアリン酸亜鉛などの固形体からなり、該潤滑剤塗布ブラシ(505)に接触するように配設されている。この潤滑剤塗布機構は、転写性能又はクリーニング性能を長期的に良好な状態に維持するためのものであるが、中間転写ベルトの性能によって必要がない場合には敢えて当機能を使用しなくてもよい。また、この中間転写ベルト(501)のベルト外周面に残留した残留電荷は、該中間転写ベルト(501)のベルト外周面に接触した図示しないベルト除電ブラシにより印加される除電バイアスによって除去される。ここで、上記潤滑剤塗布ブラシ(505)及び上記ベルト除電ブラシは、それぞれの図示しない接離機構により、所定のタイミングで、上記中間転写ベルト(501)のベルト外周面に対して接離されるようになっている。
ここで、リピートコピーの時は、カラースキャナの動作及び感光体ドラム(200)への画像形成は、1枚目の4色目(Y)の画像形成工程に引き続き、所定のタイミングで2枚目の1色目(Bk)の画像形成工程に進む。また、中間転写ベルト(501)は、1枚目の4色重ねトナー像の転写紙への一括転写工程に引き続き、ベルト外周面の上記ベルトクリーニングブレード(504)でクリーニングされた領域に、2枚目のBkトナー像が1次転写されるようにする。その後は、1枚目と同様動作になる。以上は、4色フルカラーコピーを得るコピーモードであったが、3色コピーモード、2色コピーモードの場合は、指定された色と回数の分について、上記同様の動作を行なうことになる。また、単色コピーモードの場合は、所定枚数が終了するまでの間、リボルバ現像ユニット(230)の所定色の現像機のみを現像動作状態にし、ベルトクリーニングブレード(504)を中間転写ベルト(501)に接触させたままの状態にしてコピー動作を行なう。
なお、図1に記載の符号中、70は除電ローラ、80はアースローラ、204は電位センサ、205はトナー画像濃度センサ、503は帯電チャージャ、513はトナー像を示す。
本発明のプロセスカートリッジは、静電潜像が形成される潜像担持体(感光体)と、潜像担持体上に形成された静電潜像を、本発明の現像剤を用いて現像する現像装置を、少なくとも一体に支持し、画像形成装置本体に着脱自在である。なお、本発明のプロセスカートリッジは、必要に応じて、適宜選択したその他の手段をさらに一体に支持してもよい。
図2の概略図に、本発明のプロセスカートリッジの構成例を示す。このプロセスカートリッジは、感光体10を内蔵し、帯電装置20、露光装置30、現像装置40、クリーニング装置60及び転写装置80を有する。これらの各部材は、後述する装置と同様のものを用いることができる。
以下、本発明の現像剤を用いた画像形成装置による画像形成における各工程と手段(装置)について詳しく説明する。
静電潜像形成工程は、感光体上に静電潜像を形成する工程である。静電潜像は、例えば、帯電装置を用いて、感光体の表面に電圧を印加することにより、一様に帯電させた後、露光装置を用いて、像様に露光することにより形成することができる。
感光体は、その材質、形状、構造、大きさ等について特に制限はなく、公知のものの中から適宜選択することができるが、形状は、ドラム状であることが好ましい。なお、感光体としては、例えば、アモルファスシリコン、セレン等の無機感光体、ポリシラン、フタロポリメチン等の有機感光体(OPC)等が挙げられるが、長寿命性の点で、アモルファスシリコン感光体が好ましい。
帯電装置は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、導電性又は半導電性のロール、ブラシ、フィルム、ゴムブレード等を備えたそれ自体公知の接触帯電器、コロトロン、スコロトロン等のコロナ放電を利用した非接触帯電器等が挙げられる。また、帯電装置は、感光体に対して、接触又は非接触の状態で配置され、直流電圧及び交流電圧を重畳印加することによって、感光体の表面を帯電するものが好ましい。また、帯電装置は、感光体に対して、ギャップテープを介して非接触に近接配置された帯電ローラであり、帯電ローラに直流電圧及び交流電圧を重畳印加することによって、感光体の表面を帯電するものが好ましい。
露光装置は、帯電装置により帯電された感光体の表面に、像様に露光を行うことができる限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、複写光学系、ロッドレンズアレイ系、レーザー光学系、液晶シャッタ光学系等が挙げられる。なお、感光体の裏面側から像様に露光を行う光背面方式を採用してもよい。
現像工程は、現像装置を用いて、本発明の現像剤で静電潜像を現像して可視像を形成する工程である。
現像装置は、本発明の現像剤を用いて現像することができる限り、特に制限はなく、公知のものの中から適宜選択することができるが、例えば、本発明の現像剤を収容し、静電潜像に現像剤を接触又は非接触的に付与可能な現像剤担時体を少なくとも有するものが挙げられ、現像剤入り容器を着脱自在に備えていることが好ましい。現像装置は、乾式現像方式及び湿式現像方式のいずれであってもよく、また、単色用現像装置及び多色用現像装置のいずれであってもよく、例えば、現像剤を摩擦攪拌させて帯電させる攪拌器と、回転可能なマグネットローラを有するもの等が挙げられる。現像装置内では、例えば、トナーとキャリアが混合攪拌され、その際の摩擦によりトナーが帯電し、回転するマグネットローラの表面に穂立ち状態で保持され、磁気ブラシが形成される。マグネットローラは、感光体の近傍に配置されているため、マグネットローラの表面に形成された磁気ブラシを構成するトナーの一部は、電気的な吸引力によって、感光体の表面に移動する。その結果、静電潜像がトナーにより現像されて、感光体の表面に可視像が形成される。なお、トナーを感光体の表面に移動させる際には、交番電界を印加することが好ましい。
転写工程は、転写装置を用いて、可視像を被転写体に転写する工程であるが、中間転写体を用い、中間転写体上に可視像を一次転写した後、可視像を被転写体上に二次転写する態様が好ましい。さらに、トナーとして、二色以上、好ましくはフルカラートナーを用い、可視像を中間転写体上に転写して複合転写像を形成する第一次転写工程と、複合転写像を被転写体上に転写する第二次転写工程を有する態様が好ましい。可視像は、例えば、転写帯電器を用いて、感光体を帯電することにより転写することができる。
転写装置は、可視像を中間転写体上に転写して複合転写像を形成する一次転写装置と、複合転写像を被転写体上に転写する二次転写装置を有する態様が好ましい。転写装置(一次転写装置、二次転写装置)は、感光体上に形成された可視像を被転写体側へ剥離帯電させる転写器を少なくとも有することが好ましい。転写装置は、1つであってもよいし、2つ以上であってもよい。転写器としては、コロナ放電によるコロナ転写器、転写ベルト、転写ローラ、圧力転写ローラ、粘着転写器等が挙げられる。
中間転写体は、特に制限はなく、目的に応じて公知の転写体の中から適宜選択することができ、例えば、転写ベルト等が挙げられる。
被転写体は、特に制限はなく、公知の記録媒体(記録紙)の中から適宜選択することができる。
定着工程は、定着装置を用いて、被転写体に転写された可視像を定着させる工程であり、各色のトナーに対して、被転写体に転写する毎に定着させてもよいし、各色のトナーを積層した状態で一度に同時に定着させてもよい。
定着装置は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、公知の定着部材を用いて加熱加圧定着させるものが好ましい。定着部材は、ローラ状又はベルト状であることが好ましく、例えば、加熱ローラ及び加圧ローラの組み合わせ、加熱ローラ、加圧ローラ及び無端ベルトの組み合わせ等が挙げられる。このとき、加熱温度は、通常、80〜200℃であることが好ましい。
本発明において、定着装置としては、発熱体を具備する加熱体、加熱体と接触するフィルム及びフィルムを介して加熱体と圧接する加圧部材を有し、フィルム及び加圧部材の間に、未定着画像が形成された被転写体を通過させて加熱加圧定着する手段を用いることができる。なお、目的に応じて、定着装置と共に、又は定着装置に代えて、例えば、公知の光定着器を用いてもよい。
除電工程は、除電装置を用いて、感光体に除電バイアスを印加して除電を行う工程である。
除電装置は、特に制限はなく、感光体に除電バイアスを印加することができればよく、公知の除電器の中から適宜選択することができ、例えば、除電ランプ等が挙げられる。
クリーニング工程は、クリーニング装置を用いて、感光体上に残留するトナーを除去する工程である。
クリーニング装置は、特に制限はなく、感光体上に残留するトナーを除去することができればよく、公知のクリーナの中から適宜選択することができ、例えば、磁気ブラシクリーナ、静電ブラシクリーナ、磁気ローラクリーナ、ブレードクリーナ、ブラシクリーナ、ウエブクリーナ等が挙げられる。
リサイクル工程は、リサイクル装置を用いて、クリーニング工程で除去されたトナーを現像装置にリサイクルさせる工程である。
リサイクル装置は、特に制限はなく、例えば、公知の搬送手段等が挙げられる。
制御工程は、制御装置を用いて、各工程を制御する工程である。
制御装置としては、各工程の動きを制御することができる限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、シークエンサー、コンピュータ等の機器が挙げられる。
以下、実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明する。なお、本発明の形態は、以下に示す実施例に限定されるものではない。また、部及び%は、重量基準である
〔油相/水相−乳化法による着色粒子の作製〕
〈微粒子分散液の合成〉
撹拌棒及び温度計をセットした反応容器に、水683部、メタクリル酸エチレンオキサイド付加物硫酸エステルのナトリウム塩エレミノールRS−30(三洋化成工業社製)11部、スチレン83部、メタクリル酸83部、アクリル酸ブチル110部、過硫酸アンモニウム1部を仕込み、400回転/分で15分間撹拌したところ、白色の乳濁液が得られた。加熱して、系内温度75℃まで昇温し、5時間反応させた。さらに、1%過硫酸アンモニウム水溶液30部加え、75℃で5時間熟成してビニル系樹脂(スチレン−メタクリル酸−アクリル酸ブチル−メタクリル酸エチレンオキサイド付加物硫酸エステルのナトリウム塩の共重合体)の水性分散液[微粒子分散液1]を得た。[微粒子分散液1]をLA−920で測定した重量平均粒径は、105nmであった。[微粒子分散液1]の一部を乾燥して樹脂分を単離した。樹脂分のTgは59℃であり、重量平均分子量は15万であった。
〈水相の調整〉
水990部、[微粒子分散液1]83部、ドデシルジフェニルエーテルジスルホン酸ナトリウムの48.5%水溶液エレミノールMON−7(三洋化成工業社製)37部、酢酸エチル90部を混合撹拌し、乳白色の液体を得た。これを[水相1]とする。
〈低分子ポリエステルの合成〉
冷却管、撹拌機及び窒素導入管の付いた反応容器中に、ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物229部、ビスフェノールAプロピレンオキサイド3モル付加物529部、テレフタル酸208部、アジピン酸46部及びジブチルスズオキサイド2部を入れ、常圧、230℃で8時間反応し、さらに10〜15mmHgの減圧で5時聞反応した後、反応容器に無水トリメリット酸44部を入れ、180℃、常圧で2時間反応し、[低分子ポリエステル1]を得た。[低分子ポリエステル1〕は、数平均分子量2500、重量平均分子量6700、Tg43℃、酸価25mgKOH/gであった。
〈中間体ポリエステル及びプレポリマーの合成〉
冷却管、撹拌機及び窒索導入管の付いた反応容器中に、ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物682部、ビスフェノールAプロピレンオキサイド2モル付加物81部、テレフタル酸283部、無水トリメリット酸22部及びジブチルチンオキサイド2部を入れ、常圧、230℃で8時間反応し、さらに10〜15mmHgの減圧で5時間反応して、[中間体ポリエステル1]を得た。[中間体ポリエステル1]は、数平均分子量2100、重量平均分子量9500、Tg55℃、酸価0.5mgKOH/g、水酸基価51mgKOH/gであった。
次に、冷却管、撹拌機および窒素導入管の付いた反応容器中に、[中間体ポリエステル1]410部、イソホロンジイソシアネート89部、酢酸エチル500部を入れ、100℃で5時間反応して、[プレポリマー1]を得た。[プレポリマー1]の遊離イソシアネート重量%は、1.53%であった。
〈ケチミンの合成〉
撹拌棒及び温度計をセットした反応容器に、イソホロンジアミン170部とメチルエチルケトン75部を仕込み、50℃で5時間反応を行い、[ケチミン化合物1]を得た。[ケチミン化合物1]のアミン価は418mgKOH/gであった。
〈マスターバッチの作製〉
水35部、フタロシアニン顔料FG7351(東洋インキ社製)40部、ポリエステル樹脂RS801(三洋化成社製)60部をヘンシェルミキサー(三井鉱山社製)で混合し、混合物を、2本ロールを用いて150℃で30分間混練した後、圧延冷却し、パルペライザーで粉砕し、[マスターバッチ1]を得た。
〈油相の作製〉
撹拌棒及び温度計をセットした容器に、[低分子ポリエステル1]378部、カルナバワックス110部、CCA(サリチル酸金属錯体)E−84(オリエント化学工業社製)22部、酢酸エチル947部を仕込み、撹拌下80℃に昇温し、80℃のまま5時間保持した後、1時間で30℃に冷却した。次いで、容器に[マスターバッチ1]500部、酢酸エチル500部を仕込み、1時間混合し、[原料溶解液1]を得た。
[原料溶解液1]1324部を容器に移し、ビーズミルのウルトラビスコミル(アイメックス社製)を用いて、送液速度1kg/時、ディスク周速度6m/秒、粒径が0.5mmのジルコニアビーズを80体積%充填し、3パスの条件で、フタロシアニン顔料、ワックスの分散を行った。次いで、[低分子ポリエステル1]の65%酢酸エチル溶液1324部加え、上記条件のビーズミルで1パスし、[顔料・ワックス分散液1]を得た。[顔料・ワックス分散液1]の固形分濃度(測定条件:130℃、30分)は50%であった。
〈乳化〉
[顔料・ワックス分散液1]648部、[プレポリマー1]154部、[ケチミン化合物1]6.6部を容器に入れ、TKホモミキサー(特殊機化社製)で、5000rpmで1分間混合した後、容器に[水相1]1200部を加え、TKホモミキサーで、13000rpmで20分間混合し、[乳化スラリー1]を得た。
〈形状制御〉
イオン交換水75.6部をTKホモミキサー(特殊機化製)で2,000rpm回転で撹拌しているところにセロゲンBS-H(第一工業製薬株式会社製)3.15部を少量ずつ添加する。添加し終え20℃に保ちながら30分間撹拌する。得られたセロゲン溶液に、ドデシルジフェニルエーテルジスルホン酸ナトリウムの48.5%水溶液(エレミノールMON−7):三洋化成工業製)43.3部加えて添加し終え20℃に保ちながら5分間撹拌する。この中に、[乳化スラリー1] 2000部を添加し、TKホモミキサーで2,000rpmで1時間混合し[形状制御スラリー1]を得た。
〈脱溶剤〉
撹拌機尾及び温度計をセットした容器に、[形状制御スラリー1]を投入し、30℃で8時間脱溶剤した後、45℃で4時間熟成を行い、[分散スラリー1]を得た。
〈洗浄〜乾燥〉
[分散スラリー1]100部を減圧濾過した後、
(1):濾過ケーキにイオン交換水100部を加え、TKホモミキサーで混合(12000rpmで10分間)した後、濾過した。
(2):(1)の濾過ケーキに10%水酸化ナトリウム水溶液100部を加え、TKホモミキサーで混合(12000rpmで30分間)した後、減圧濾過した。
(3):(2)の濾過ケーキに10%塩酸100部を加え、TKホモミキサーで混合(12000rpmで10分間)した後、濾過した。
(4):(3)の濾過ケーキにイオン交換水300部を加え、TKホモミキサーで混合(12000rpmで10分間)した後、濾過する操作を2回行い、[濾過ケーキ1]を得た。
循風乾燥機を用いて、[濾過ケーキ1]を45℃で48時間乾燥し、目開き75μmメッシュで篩い、[着色粒子A]を得た。
[粉砕法による着色粒子の作製]
粉砕法によるトナー母体粒子の作製
結着樹脂(ビスフェノールAのエチレンオキサイド付加物とテレフタル酸を主成分とするビスフェノールタイプのポリエステル樹脂、重量平均分子量=1.1×10、数平均分子量=3.9×10、η(140℃)=90Pa・s、ガラス転移温度(Tg)=69℃)100質量部、高溶融粘度樹脂(テルペン変性ノボラック樹脂、重量平均分子量=2500、Tm=165℃、η(140℃)=85,000Pa・s)20質量部、カーボンブラック(BPL、キャボット社製)5質量部、帯電制御剤(ボントロンE84、オリエント化学社製)2質量部、及び低分子量ポリプロピレン(ビスコース660P、三洋化成工業社製)5質量部を、空冷された2本ロールミルに投入し、投入後15分間溶融混練した、冷却後、ジェットミルにより微粉砕を行い、風力式分級機にて分級を行い、体積平均粒径(Dv)6μmの「着色粒子B」を得た。
[α-セルロース微粒子の製造]
本発明で用いられるα-セルロース微粒子は旭化成ケミカルズ株式会社から市場に提供されている高機能結晶セルロース PH-F20JP CEOLUS(商品名)を用いた。
このα-セルロース微粒子は、繊維性植物からパルプとして得られるもので個数平均粒子径(平均粒径)20μmであり、本発明の電子写真用トナーにおいて用いるには大きいため、徳寿工作所製スクラムジェット粉砕装置(RM400)により微粉砕を施し、それぞれ個数平均粒径が13nm、21nm、35nm、59nm、90nm、111nmに調整したα-セルロース微粒子を得た。
α-セルロース微粒子の平均粒子径(平均粒径)は、日立製作所製FE−SEM(S−4200)により、単体のSEM像を300個無作為にサンプリングし、その画像情報をインターフェースを介して画像解析装置(ニレコ社製、Luzex AP)に導入し解析を実施して求めた。
<キャリアの作製>
現像剤の作製、トナー帯電量の測定に使用するキャリアは、フェライトコア材2500部に対して、シリコーン樹脂溶液(信越化学工業社製)200部、カーボンブラック(キャボット社製)3部をトルエン中で分散させたコート液を流動層式スプレー法で塗布し、コア材の表面を被覆した後、300℃の電気炉で2時間焼成することにより得た。なお、キャリアは、粒径分布が比較的シャープで平均粒径が30〜60μmであるものを使用した。
[実施例1]
〔トナーAの作製〕
(着色粒子A)100部と、個数平均粒径21nmに微粉砕調製したα-セルロース微粒子1.0部をヘンシェルミキサーで攪拌翼の周速が20m/秒となる条件でまず混合し、その後平均粒径が15nmのイソブチルによる疎水性処理された(シラン化合物又はシリコーンオイルとの反応)ルチル型酸化チタン0.75部をヘンシェルミキサーで、攪拌翼の周速が35m/秒となる条件で混合。その後平均粒径が8nmのヘキサメチルジシラザン処理された疎水性シリカ0.8部を、ヘンシェルミキサーで、攪拌翼の周速が35m/秒となる条件で混合して、[トナーA]を作製した。
なお、疎水性処理されたルチル型酸化チタン比重は、4.2g/cmであり、比表面積は110m/gである。また、ヘキサメチルジシラザン処理された疎水性シリカの比重は、1.2g/cmであり、比表面積は300m/gである。また、以下の例においても平均粒径が8nmのヘキサメチルジシラザン処理された疎水性シリカの比表面積は、300m/gである。
[実施例2]
〔トナーBの作製〕
(着色粒子A)100部と、個数平均粒径35nmに微粉砕調製したα-セルロース微粒子0.85部をヘンシェルミキサーで攪拌翼の周速が20m/秒となる条件でまず混合し、その後平均粒径が12nmのヘキサメチルジシラザン処理された疎水性シリカ(比表面積は200m/g、以下の例においても同様である。)1.0部を、ヘンシェルミキサーで、攪拌翼の周速が35m/秒となる条件で混合して、[トナーB]を作製した。
[実施例3]
〔トナーCの作製〕
(着色粒子A)100部と、個数平均粒径59nmに微粉砕調製したα-セルロース微粒子1.0部をヘンシェルミキサーで攪拌翼の周速が20m/秒となる条件でまず混合し、その後平均粒径が15nmのイソブチルによる疎水性処理されたルチル型酸化チタン0.75部をヘンシェルミキサーで、攪拌翼の周速が35m/秒となる条件で混合。その後平均粒径が20nmのヘキサメチルジシラザン処理された疎水性シリカ1.2部(比表面積は130m/g、以下の例においても同様である。)を、ヘンシェルミキサーで、攪拌翼の周速が35m/秒となる条件で混合して、[トナーC]を作製した。
[実施例4]
〔トナーDの作製〕
(着色粒子A)100部と、個数平均粒径90nm微粉砕調製したα-セルロース微粒子0.5部をヘンシェルミキサーで攪拌翼の周速が20m/秒となる条件でまず混合し、その後平均粒径が15nmのイソブチルによる疎水性処理されたルチル型酸化チタン1.0部をヘンシェルミキサーで、攪拌翼の周速が35m/秒となる条件で混合。その後平均粒径が12nmのヘキサメチルジシラザン処理された疎水性シリカ0.8部を、ヘンシェルミキサーで、攪拌翼の周速が35m/秒となる条件で混合して、[トナーD]を作製した。
[実施例5]
〔トナーGの作製〕
(着色粒子B)100部と、個数平均粒径90nmに微粉砕調製したα-セルロース微粒子0.5部をヘンシェルミキサーで攪拌翼の周速が20m/秒となる条件でまず混合し、その後平均粒径が15nmのイソブチルによる疎水性処理されたルチル型酸化チタン0.75部をヘンシェルミキサーで、攪拌翼の周速が35m/秒となる条件で混合。その後平均粒径が8nmのヘキサメチルジシラザン処理された疎水性シリカ0.8部を、ヘンシェルミキサーで、攪拌翼の周速が35m/秒となる条件で混合して、[トナーG]を作製した。
[実施例6]
〔トナーHの作製〕
(着色粒子B)100部と、個数平均粒径21nmに微粉砕調製したα-セルロース微粒子1.2部をヘンシェルミキサーで攪拌翼の周速が20m/秒となる条件でまず混合し、その後平均粒径が12nmのヘキサメチルジシラザン処理された疎水性シリカ1.2部を、ヘンシェルミキサーで、攪拌翼の周速が35m/秒となる条件で混合して、[トナーH]を作製した。
[比較例1]
〔トナーEの作製〕
(着色粒子A)100部と、個数平均粒径13nmに微粉砕調製したα-セルロース微粒子0.5部をヘンシェルミキサーで攪拌翼の周速が20m/秒となる条件でまず混合し、その後平均粒径が15nmのイソブチルによる疎水性処理されたルチル型酸化チタン1.0部をヘンシェルミキサーで、攪拌翼の周速が35m/秒となる条件で混合。その後平均粒径が12nmのヘキサメチルジシラザン処理された疎水性シリカ0.8部を、ヘンシェルミキサーで、攪拌翼の周速が35m/秒となる条件で混合して、[トナーE]を作製した。
[比較例2]
〔トナーFの作製〕
(着色粒子A)100部と、個数平均粒径111nmに微粉砕調製したα-セルロース微粒子0.85部をヘンシェルミキサーで攪拌翼の周速が20m/秒となる条件でまず混合し、その後平均粒径が20nmのヘキサメチルジシラザン処理された疎水性シリカ1.0部を、ヘンシェルミキサーで、攪拌翼の周速が35m/秒となる条件で混合して、[トナーF]を作製した。
[評価]
実施例1〜6及び、比較例1、2の各トナーと前記キャリアを組み合わせて二成分現像剤とし、それぞれの現像剤を用いて下記形態の画像形成装置により、フィルミング性、画像品質、感光体傷の発生、帯電安定性について評価した。評価項目の条件等は後述による。
評価結果を下記表1に示す。
(画像形成装置)
以下の評価で用いた画像形成装置の形態について説明する。
感光体ドラム(潜像担持体)の周囲に近接又は接触して、該感光体ドラム上に一様な電荷を帯電させる帯電ローラ(帯電手段)、感光体ドラム上に静電潜像を形成するための露光装置(露光手段)、静電潜像を顕像化してトナー像とする現像装置(本発明の現像剤を用いて現像する現像手段)、トナー像を転写紙に転写する転写ベルト(現像されたトナー像を転写材に転写させる転写手段)、感光体ドラム上の残留トナーを除去するクリーニング装置(クリーニング手段)、感光体ドラム上の残電荷を除電する除電ランプ(除電手段)、帯電ローラが印加する電圧及び現像剤のトナー濃度を制御するための光センサが配置されている。また、この現像装置には、トナー補給装置よりトナー補給口を介して実施例又は比較例のトナーが補給される。作像動作は、次のように行われる。感光体ドラムは、反時計回転方向に回転する。感光体ドラムは、除電光により除電され、表面電位が0〜−150Vの基準電位に平均化される。次に、帯電ローラにより帯電され、表面電位が−1000V前後となる。次に、露光装置で露光され、光が照射された部分(画像部)は、表面電位が0〜−200Vとなる。現像装置により、スリーブ上のトナーが上記画像部分に付着する。トナー像が作られた感光体ドラムは、回転移動し、給紙部より、用紙先端部と画像先端部が転写ベルトで一致するようなタイミングで転写紙が送られ、転写ベルトで感光体ドラムの表面のトナー像が転写紙に転写される。その後、転写紙は、定着部へ送られ、熱と圧力によりトナーが転写紙に融着されてコピーとして排出される。感光体ドラム上に残った残留トナーは、クリーニング装置中のクリーニングブレードにより掻き落とされ、その後、感光体ドラムは、除電光により残留電荷が除電されてトナーの無い初期状態となり、再び次の作像工程へ移る。
(評価項目)
上記の画像形成装置において、実施例、比較例のトナー及び現像剤を用いて以下項目を評価した。
(1)フィルミング性
フィルミング性は、10℃、15%RHの試験室において、画像形成装置(リコー社製)で30000枚の6%画像濃度テストチャート出力を行い、1000枚毎に画像確認を行い、フィルミングによる白斑点異常画像が発生した場合は発生するまでの枚数をカウント・記録した。評価結果を表1に示す。
(2)画像品質
画像品質は、通紙後の画像品質の劣化(具体的には、転写不良、地汚れ画像の発生)を総合的に判断した。転写不良は、画像形成装置(リコー社製)で5000枚の通紙を行い、その後、黒ベタ画像を通紙させて、その画像の転写不良レベルを目視でランク付けして判断した。また、地汚れ画像については、画像形成装置(リコー社製)で5000枚の通紙を行い、その後、白紙画像を現像中に停止させ、現像後の感光体上の現像剤をスコッチテープ(住友スリーエム社製)で転写し、未転写のテープの画像濃度との差をスペクトロデンシトメーター(X−Rite社製)により測定して定量評価し、その差が0.30未満のものを良好、0.30以上のものを不良とした。これら2つを総合して以下の判断基準で評価した。評価結果を表1に示す。
○:画像品質が良好なもの
△:画像品質良好ではないが許容なもの
×:画像品質不良なもの
(3)感光体傷
画像形成装置(リコー社製)で4%濃度のA4画像を10万枚印字し、感光体傷の発生具合を以下の判断基準で評価した。評価結果を表1に示す。
○:傷が無いもの又は傷が微小で極めて良好であるもの
△:多少傷があるが、画像に現れず許容範囲であるもの
×:画像に現れる、あるいは回復不可能な傷があるもの
(4)帯電安定性の評価
前記の手法で作製したキャリアに対し、帯電量測定を行ないたいトナーを混合しトナー濃度が7%になるように秤量し、ボールミルで5分間攪拌・混合し静電荷像現像剤を調製した。このようにして作成した現像剤を35℃湿度85%の環境下で一昼夜調湿を行なった。このようにして調湿を行なった現像剤を再度ボールミルにて一分間攪拌し、ブローオフ帯電量測定装置(東芝ケミカル社製TB−200型)で調湿後の帯電量測定を実施、帯電量Q(1)を得た後、同様の方法でボールミルで60分間攪拌したものについても帯電量Q(60)を計測した。
これら、1分間攪拌した後の帯電量を初期帯電量、60分間攪拌した後の帯電量を劣化後帯電量として、次式を用いて高温高湿下における帯電量の安定性を以下の判断基準で評価した。評価結果を表1に示す。
〔式〕:|1-(Q(60)/Q(1))| ×100=Qst値
○:Qstが20以下
△:Qstが20以上 40以下
×:Qstが41以上
Figure 0005817509
表1の結果から、本発明の構成とされたセルロース微粒子を含有する実施例1(21nmのα-セルロース微粒子含有)、実施例2(35nmのα-セルロース微粒子含有)、実施例3(59nmのα-セルロース微粒子含有)、実施例4(90nmのα-セルロース微粒子含有)、実施例5(90nmのα-セルロース微粒子含有)、実施例6(21nmのα-セルロース微粒子含有)のトナーA〜トナーD、トナーG、トナーHはいずれもフィルミングは発生せず、画像品質、感光体傷、帯電安定性においても極めて良好か、許容範囲にある。一方、13nmのα-セルロース微粒子を含有する比較例1は、11000枚の出力でフィルミングが発生し、帯電安定性においてQstが41以上であって許容範囲外の結果となっている。また、111nmのα-セルロース微粒子を含有する比較例2は、11000枚の出力でフィルミングが発生し、画像品質、感光体傷、帯電安定性においていずれも許容範囲外である。
上記結果から、繊維性植物からパルプとして得られるセルロース(α-セルロース)微粒子を微粉砕化し、トナーの外添剤として混合することにより、ワックス、トナー樹脂由来の成分等、問題物質に対して効果的に作用し、除去できることが判明した。
本発明によれば、電子写真装置や静電記録装置などにおける画像担持体上の静電潜像を顕像化するための画像形成用トナー、現像剤、及び画像形成装置、プロセスカートリッジが提供でき、連続使用においてもフィルミングによる異常画像や画像品質の劣化の発生(例えば、白斑点異常画像の発生や、転写不良、地汚れ画像の発生等)を抑制すると共に、感光体の傷発生を防止し、長期にわたって安定した帯電性を付与することが可能となる。
(図1)
P 転写紙
L 露光手段 露光装置
70 除電ローラ 除電ランプ
80 アースローラ
200 感光体ドラム
201 感光体クリーニング装置
202 除電ランプ
203 帯電チャージャ 帯電装置
204 電位センサ
205 トナー画像濃度センサ
210 ベルト搬送装置
230 リボルバ現像ユニット
231Y Y現像機 現像装置
231K Bk現像機
231C C現像機
231M M現像機
270 定着装置
271、272 定着ローラ
500 中間転写ユニット
501 中間転写ベルト
502 トナーシール部材
503 帯電チャージャ
504 ベルトクリーニングブレード クリーニング装置
505 潤滑剤塗布ブラシ
506 潤滑剤
507 1次転写バイアスローラ
508 ベルト駆動ローラ
509 ベルトテンションコントローラ
510 2次転写対向ローラ
511 クリーニング対向ローラ
512 フィードバッグ電流検知ローラ
513 トナー画像
514 光学センサ
600 2次転写ユニット
601 転写紙ガイド板
605 2次転写バイアスローラ
606 転写紙除電チャージャ
608 クリーニングブレード
610 レジストローラ
801 1次転写電源
802 2次転写電源
(図2)
10 感光体
20 帯電装置
30 露光装置
40 現像装置
60 クリーニング装置
80 転写装置
特開2007−248911号公報 特開2007−156099号公報(特許第4668778号公報) 特開2008−116568号公報 特開2007−279702号公報 特開2000−19753号公報

Claims (8)

  1. 結着樹脂、着色剤及び離型剤を含有する着色粒子と該着色粒子表面を被覆する外添剤とから構成される静電荷像現像用トナーであって、前記外添剤として個数平均粒子径15〜105nmのセルロース微粒子を含有することを特徴とする静電荷像現像用トナー。
  2. 前記セルロース微粒子が、α−セルロース微粒子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. 前記外添剤として、シリカ、チタン化合物、アルミナ、酸化セリウム、炭酸カルシウム、炭酸マグウネシウム、又はリン酸カルシウムの各粒子、フッ素原子を含有する樹脂粒子、ケイ素原子を含有する樹脂粒子及び窒素原子を含有する樹脂粒子からなる群より選択される材料を含有することを特徴とする請求項1又は2に記載の静電荷像現像用トナー。
  4. 前記外添剤として、チタン化合物を含有するトナーであって、前記チタン化合物が、湿式法で作製されたTiO(OH)の少なくとも一部を、シラン化合物又はシリコーンオイルと反応させることにより得られるもの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. 前記外添剤の比表面積が、20m/g以上300m/g以下の材料を少なくとも一種含有することを特徴とする請求項1乃至のいずれか一項に記載の静電荷像現像用トナー。
  6. 請求項1乃至のいずれか一項に記載の静電荷像現像用トナーを含有する一成分または該静電荷像現像用トナーとキャリアとを含有する二成分からなることを特徴とする現像剤。
  7. 少なくとも静電潜像を形成する潜像担持体、潜像担持体表面を帯電する帯電手段、帯電された潜像担持体表面に露光を行い静電潜像を形成する露光手段、形成された静電潜像を請求項に記載の現像剤を用いて現像する現像手段、現像されたトナー像を転写材に転写する転写手段を備えたことを特徴とする画像形成装置。
  8. 潜像担持体及び該潜像担持体上に形成された静電潜像を、請求項に記載の現像剤を用いて現像する現像装置を少なくとも一体に支持し、画像形成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。
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