JP2009151281A - 画像形成方法、トナー、及び画像形成装置 - Google Patents

画像形成方法、トナー、及び画像形成装置 Download PDF

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智之 小島
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Abstract

【課題】スクリューポンプ内でトナーの凝集体が形成されることに起因する画像不良の発生を防止するとともに、小粒径シリカを過剰に添加することに起因する不具合の発生を防止することができる画像形成方法等の提供。
【解決手段】本発明の画像形成方法は、トナー収容器内から現像剤収容部内にトナーを補給するトナー搬送装置がスクリューポンプを用いてトナーを搬送し、現像剤収容部内の現像剤を用いて潜像担持体上の潜像をトナー像化し、前記潜像担持体上に形成された前記トナー像を転写装置によって記録媒体に転写して前記記録媒体上に画像を形成する画像形成方法において、前記トナーの平均円形度をA、前記トナー母体の質量に対する前記小粒径シリカの添加量をB[質量%]とした場合に、以下の(1)式を満たすことを特徴とする。
−18A+17.92≦B≦−34A+33.96・・・・(1)
【選択図】図3

Description

本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置における画像形成方法、画像形成装置に用いられるトナー、及びこのトナーを用いる画像形成装置に関する。
従来、画像形成装置においてトナー収納容器内のトナーを現像装置の現像剤収容部に補給するトナー補給装置としては、特許文献1や特許文献2に記載されたもののようにスクリューポンプを用いてトナーを搬送するものがある。このようなトナー補給装置では、その内部をトナーが通過する搬送路部材とスクリューポンプとを備え、スクリューポンプの吸引力によってトナー収納容器内のトナーを現像剤収容部に搬送する。
スクリューポンプは、筒状で内壁面に螺旋状溝を有する弾性部材のステータとステータ内部で回転する螺旋形状の金属部材であるロータとを備える。ステータとロータとは互いに接触する接触部とステータ及びロータの部材表面で囲むことで密閉空間を形成し、ロータが回転することによってロータがステータを摺擦し、この回転によってステータに対するロータの接触部が移動して密閉空間がロータの回転軸方向に移動する。スクリューポンプはロータの回転軸方向の両端に開口部を備え、密閉空間の移動方向上流側の開口部が吸引口となり、密閉空間の移動方向下流側の開口部が排出口となる。吸引口は搬送路部材である搬送チューブを介してトナー収納容器に接続されており、排出口は直接、または、搬送路部材やホッパ部材を介して現像装置の現像剤収容部に接続されている。
スクリューポンプを備えたトナー補給装置では、スクリューポンプを駆動させると、ロータの回転による密閉空間の移動によって吸引口に負圧が発生して、トナー収納容器内のトナーが吸引されてスクリューポンプのステータとロータとの間に進入する。そして、スクリューポンプ内に進入したトナーは、ロータの回転によるステータとロータとの接触部の移動によってステータとロータとの間で密閉され、この密閉空間の移動によってトナーが排出口へと搬送される。スクリューポンプの排出口から排出されたトナーは、直接、または搬送路部材やホッパ部材を介して現像剤収容部に補給される。
このようなスクリューポンプを備えたトナー補給装置では、スクリューポンプでトナーを吸引して、トナーを搬送するので、搬送チューブが急角度で曲がっていたり、急角度で上昇していたりしても、トナーを搬送することができる。このため、スクリューポンプを用いることで、トナー補給装置のレイアウトの自由度を増すことができる。また、トナー補給装置の周辺の部品の間に搬送チューブを配置することができ、画像形成装置のコンパクト化を図ることができる。
しかしながら、スクリューポンプでは、ロータとステータの接触部が擦れ合いながらトナーを移送しているため、接触部におけるロータとステータとの間の隙間で、トナーに摩擦熱、せん断力、圧力等によるストレスを与え、直径0.1〜1[mm]のトナーの凝集体を作ることがある。この凝集体は指先で触れる程度で崩れる程度に凝集力が弱いため、他のトナーとともに現像装置に供給されても現像剤収容部内の攪拌部材による攪拌によってある程度の凝集体は細かくほぐされ、通常のトナー粉体の状態に戻る。しかし、一部の凝集性が高い凝集体が現像剤収容部内で細かくほぐされることなく、感光体表面上の潜像にトナーを供給する現像ローラに供給されることがある。現像ローラに供給された凝集体が現像ローラから感光体表面上に供給されると、その後、細かくほぐされることができない。この凝集体が感光体から転写装置によって転写紙等の記録媒体に転写されると、画像不良となる。例えば、ベタ画像(単色、トナー付着量0.45[mg/cm])では、凝集体が付着した部分に濃色点を形成し、その周辺部に淡色域を形成する異常画像(以下「ホタル」と呼ぶ)が発生する。また、線図の画像では、凝集体が付着した部分が黒くなり、細線を再現することができなくなる。
このような凝集体が形成されることに起因する画像不良を防止するには、スクリューポンプ内で熱や圧力によるストレスが負荷された後にも、トナー同士が静電的あるいは非静電的付着力による付着がしにくく、凝集性が一定の水準以内、すなわち一定の流動性を維持することが求められる。
一定の流動性を維持するには、トナーの流動性に影響するトナーの円形度及び外添剤の添加量が重要な要素である。トナーの円形度については1.0に近いほど、すなわち、トナーが球形に近ければ近いほどトナーの流動性は高まる。逆に円形度が1.0から離れるほど、すなわち、トナーの異形化が進行していればしているほどトナーの流動性は低下する。一方、一般的にトナー外添剤として使用されるBET比表面積が50〜400[m/g]程度のシリカ微粒子(以下、小粒径シリカと呼ぶ)は添加量が多ければ多いほど流動性は高まる。逆に添加量が少なければ少ないほどトナーの流動性は低下する。これは、トナーの円形度を1.0に近づけるほど、または、シリカ微粒子の添加量を多くするほど、トナー同士間の非静電的な付着力を低減させることができるためである。このため、トナーを球形に近づける、あるいは、小粒径シリカの添加量を増加することで、トナーの流動性を高めることができる。
しかしながら、小粒径シリカを過剰に添加すると次のような不具合が生じることがあった。円形度が高いトナー母体に対して必要量以上の小粒径シリカを添加すると、流動性が極端に上昇し、トナーとしての嵩密度が過剰に上昇するという不具合が生じる。現像装置内に有するセンサによってその現像剤の嵩高さから判断して現像剤中のトナー濃度を最適化する装置がある。このような装置において、嵩密度が過剰に高い場合、トナー濃度として最適であるにも関わらず、センサがトナー濃度以上と判断してしまい、トナーを過剰に供給してしまうことにより、トナー濃度が高くなりすぎてしまうという結果を引き起こすおそれがある。
また、円形度が低いトナーに対して、不足するトナー流動性を小粒径シリカの添加量のみで賄おうとすると、大量の添加が必要となり、トナー母体に対する小粒径シリカの割合が多くなる。トナー母体に対する小粒径シリカの割合が多くなると、定着性が悪化する。また、感光体等のトナー像担持体表面上のトナーを除去するクリーニング装置がブレードによってトナーを除去する場合、除去対象であるトナーに含まれる小粒径シリカの割合が多いと、ブレードに部分的な磨耗が生じやすい。クリーニング装置のブレードに部分的な磨耗が生じると、磨耗が生じた部分と対向するトナー像担持体表面がスジ状のクリーニング不良となり、そのクリーニング不良が記録媒体上に形成される画像にも黒スジとなって画像不良となる。このような、小粒径シリカを過剰に添加することによる不具合の発生を防止するために、トナー母体の円形度と小粒径シリカの添加量とを最適化する必要性が生じる。
特許第3872506号公報 特開2007−079504号公報
本発明は、かかる現状に鑑みなされたものであり、従来における諸問題を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。即ち、本発明は、スクリューポンプを用いて現像装置にトナーを供給しながら画像形成するもので、スクリューポンプ内でトナーの凝集体が形成されることに起因する画像不良の発生を防止するとともに、小粒径シリカを過剰に添加することに起因する不具合の発生を防止することができる画像形成方法、画像形成に用いられるトナー、及びこのトナーを用いる画像形成装置を提供することを目的とする。
前記課題を解決するための手段としては、以下の通りである。即ち、
<1> トナー母体に小粒径シリカを添加したトナーを収容するトナー収容器内から現像剤を収容する現像装置の現像剤収容部内にトナーを補給するトナー搬送装置がスクリューポンプを用いてトナーを搬送し、前記現像装置の前記現像剤収容部内の現像剤を用いて潜像担持体上の潜像をトナー像化し、前記潜像担持体上に形成された前記トナー像を転写装置によって記録媒体に転写して前記記録媒体上に画像を形成する画像形成方法において、前記トナーの平均円形度をA、前記トナー母体の質量に対する前記小粒径シリカの添加量をB[質量%]とした場合に、以下の(1)式を満たすことを特徴とする画像形成方法である。
−18A+17.92≦B≦−34A+33.96・・・・(1)
<2> トナーは、少なくとも、結着樹脂、着色剤、離型剤、及び変性層状無機鉱物を含み、前記変性層状無機鉱物は、層状無機鉱物における層間イオンの少なくとも一部が有機物イオンで変性されている前記<1>に記載の画像形成方法である。
<3> トナーは、少なくとも、有機溶媒中に、結着樹脂、変性ポリエステル系樹脂からなるプレポリマー、前記プレポリマーと伸長乃至架橋する化合物、着色剤、離型剤、変性層状無機鉱物を溶解乃至分散させ、溶解液乃至分散液を作製し、前記溶解液乃至分散液の25℃におけるCasson降伏値が1〔Pa〕〜100〔Pa〕であり、前記溶解液乃至分散液を水系媒体中で乳化乃至分散させて、架橋反応乃至伸長反応させて得られた分散液から溶媒を除去することにより得られるトナーである前記<2>に記載の画像形成方法である。
<4> 変性層状無機鉱物が、溶解液乃至分散液中の固形分中に0.05〔質量%〕〜10〔質量%〕含有されている前記<3>に記載の画像形成方法である。
<5> トナーは、小粒径シリカのBET比表面積が50[m/g]〜400[m/g]の範囲内にあり、トナーの平均円形度Aが0.94≦A≦0.99の範囲内である前記<1>から<4>のいずれかに記載の画像形成方法である。
<6> トナーは、体積平均粒径が3[μm]〜8[μm]であり、体積平均粒径(Dv)と個数平均粒径(Dn)との比(Dv/Dn)が1.00〜1.30の範囲にある前記<1>から<5>のいずれかに記載の画像形成方法である。
<7> トナーは、粒径2[μm]以下の粒子が1[個数%]〜10[個数%]である前記<1>から<6>のいずれかに記載の画像形成方法である。
<8> トナー母体に小粒径シリカを添加したトナーを収容するトナー収容器内から現像剤を収容する現像装置の現像剤収容部内にトナーを補給するトナー補給装置がスクリューポンプを用いてトナーを搬送し、前記現像装置の前記現像剤収容部内の現像剤を用いて潜像担持体上の潜像をトナー像化し、前記潜像担持体上に形成された前記トナー像を転写装置によって記録媒体に転写して前記記録媒体上に画像を形成する画像形成に用いられるトナーにおいて、前記トナーの平均円形度をA、前記トナー母体の質量に対する前記小粒径シリカの添加量をB[質量%]とした場合に、以下の(1)式を満たすことを特徴とするトナーである。
−18A+17.92≦B≦−34A+33.96・・・・(1)
<9> 少なくとも、結着樹脂、着色剤、離型剤、及び変性層状無機鉱物を含み、前記変性層状無機鉱物は、層状無機鉱物における層間イオンの少なくとも一部が有機物イオンで変性されている前記<8>に記載のトナーである。
<10> 少なくとも、有機溶媒中に、結着樹脂、変性ポリエステル系樹脂からなるプレポリマー、前記プレポリマーと伸長乃至架橋する化合物、着色剤、離型剤、変性層状無機鉱物を溶解乃至分散させ、溶解液乃至分散液を作製し、前記溶解液乃至分散液の25[℃]におけるCasson降伏値が1[Pa]〜100[Pa]であり、前記溶解液乃至分散液を水系媒体中で乳化乃至分散させて、架橋反応乃至伸長反応させて得られた分散液から溶媒を除去することにより得られる前記<9>に記載のトナーである。
<11> 変性層状無機鉱物が、溶解液乃至分散液中の固形分中に0.05〔質量%〕〜10〔質量%〕含有されている前記<10>に記載のトナーである。
<12> 小粒径シリカのBET比表面積が50[m/g]〜400[m/g]の範囲内にあり、平均円形度Aが0.94≦A≦0.99の範囲内である前記<8>から<11>のいずれかに記載のトナーである。
<13> 体積平均粒径が3[μm]〜8[μm]であり、体積平均粒径(Dv)と個数平均粒径(Dn)との比(Dv/Dn)が1.00〜1.30の範囲にある前記<8>から<12>のいずれかに記載のトナーである。
<14> 粒径2[μm]以下の粒子が1[個数%]〜10[個数%]である前記<8>から<13>のいずれかに記載のトナーである。
<15> 潜像担持体と、現像剤収容部内の現像剤を用いて前記潜像担持体上の潜像を現像する現像装置と、現像剤収容部内の現像剤に供給するトナーを収容するトナー収容器と、スクリューポンプを用いて前記トナー収容器内のトナーを前記現像装置の前記現像剤収容部に補給するトナー補給装置と、前記現像装置による現像によって前記潜像担持体上に形成されたトナー像を記録媒体に転写する転写手段と、前記トナー像が転写された前記記録媒体上に前記トナー像を定着させる定着手段とを有する画像形成装置において、前記トナーとして、前記<8>から<14>のいずれかに記載のトナーを用いることを特徴とする画像形成装置である。
<16> 現像装置、潜像担持体を帯電する帯電装置、及び転写後の現像担持体表面をクリーニングするクリーニング装置から選ばれる少なくとも一つと、前記潜像担持体とが一体的に支持され、プロセスカートリッジとして画像形成装置本体から着脱自在に構成されている前記<15>に記載の画像形成装置である。
表1、表2及び図6を用いて後述する本発明者らの実験の結果、スクリューポンプを用いて現像装置にトナーを供給しながら画像形成するときに、トナーの平均円形度をA、トナー母体の質量に対する小粒径シリカの添加量をB[質量%]とした場合、−18A+17.92≦B≦−34A+33.96の関係を満たすように設定したところ、小粒径シリカを過剰に添加することにより生じる嵩密度の上昇及びクリーニング不良の発生を防止しつつ、凝集体が形成されることにより生じるホタルの発生を防止することができることがわかった。
本発明によれば、スクリューポンプ内でトナーの凝集体が形成されることに起因する画像不良の発生を防止するとともに、小粒径シリカを過剰に添加することに起因する不具合の発生を防止することができるという優れた効果がある。
以下、本発明を、電子写真方式の画像形成装置である電子写真複写機(以下、単に複写機100Cという。)に適用した実施形態について説明する。
図1は、複写機100Cを示す概略構成図である。複写機100Cは、タンデム型カラー複写機である。複写機100Cは、画像形成部150と、給紙テーブル200と、スキャナ300と、原稿自動搬送装置400とを備えている。
画像形成部150には、無端ベルト状の中間転写体である中間転写ベルト50が中央部に設けられている。そして、中間転写ベルト50は、図中、時計回りに移動することができるように、支持ローラ14、15及び16に張架されている。支持ローラ15に対して中間転写ベルト50を挟んで対向する位置には、中間転写ベルト50上に残留したトナーを除去するための中間転写体クリーニング装置17が配置されている。支持ローラ14及び15により張架された中間転写ベルト50の上方には、その搬送方向に沿って、イエロ
ー、シアン、マゼンタ、及びブラックの各色の画像を形成する作像部18がそれぞれ対向
して並置されたタンデム型の画像形成ユニット120が配置されている。
画像形成ユニット120の上方には、露光装置21が配置されている。中間転写ベルト50の画像形成ユニット120が配置された側と反対側(下方)には、二次転写装置22が配置されている。二次転写装置22は、無端ベルトである二次転写ベルト24が一対のローラ23に張架されている。
二次転写ベルト24の用紙搬送方向上流側のローラ23と支持ローラ16との対向部で、二次転写ベルト24と中間転写ベルト50とが接触し、二次転写ニップを形成している。二次転写ベルト24上を搬送される記録媒体としての転写紙と中間転写ベルト50とは、二次転写ニップで互いに接触可能である。二次転写装置22の用紙搬送方向下流側には定着装置25が配置されている。定着装置25は、無端ベルトである定着ベルト26と、定着ベルト26に押圧して配置された加圧ローラ27を備えている。
なお、複写機100Cにおいては、二次転写装置22及び定着装置25の下方には、転写紙を反転させるシート反転装置28が配置されている。これにより、一方の面に画像が形成された転写紙が、他方の面に画像が形成されるように二次転写ニップに向けて搬送することができ、転写紙の両面に画像を形成することができる。
図2は、画像形成ユニット120が備える4つの作像部18からなるタンデム部の一部を示す部分拡大図である。
図2に示すように、画像形成ユニット120における各色の作像部18は、各感光体10の周りに、帯電器59、現像装置61、転写帯電器62、感光体クリーニング装置63、除電器64をそれぞれ有する。作像部18では、帯電器59により感光体10の表面が一様に帯電され、一様帯電された感光体10(潜像担持体)の表面に、各色の画像情報に基づいて露光装置21が露光光Lを照射することにより、感光体10の表面上に静電潜像が形成される。
そして、現像装置61内の各色のトナーを用いて静電潜像を現像することにより、感光体10上に各色のトナー像が形成される。感光体10上に形成されたトナー像は、転写帯電器62と感光体10との間の転写バイアスによって中間転写ベルト50上に転写される。中間転写ベルト50にトナー像を転写したあとの感光体10の表面は感光体クリーニング装置63で転写残トナーの除去がなされ、除電器64で除電がなされることで、次の作像に備える。
複写機100Cでは、作像部18を構成する感光体10、帯電器59、現像装置61、及び感光体クリーニング装置63が一体的に支持され、プロセスカートリッジを構成し、このプロセスカートリッジは複写機100C本体に対して着脱自在となっている。
次に、複写機100Cでのフルカラー画像の形成(カラーコピー)について説明する。まず、原稿自動搬送装置400の原稿台130上に原稿をセットするか、原稿自動搬送装置400を開いてスキャナ300のコンタクトガラス32上に原稿をセットし、原稿自動搬送装置400を閉じる。
スタートスイッチ(不図示)を押すと、原稿自動搬送装置400に原稿をセットした時は、原稿がコンタクトガラス32上へ搬送された後で、一方、コンタクトガラス32上に原稿をセットした時は、直ちに、スキャナ300が駆動し、第1走行体33及び第2走行体34が走行する。このとき、第1走行体33により照射された光の原稿面からの反射光は、第2走行体34におけるミラーで反射され、結像レンズ35を通して読み取りセンサ36に受光される。これにより、カラー原稿(カラー画像)が読み取られ、ブラック、イエロー、マゼンタ及びシアンの各色の画像情報とされる。
各色の画像情報は、画像形成部150内の露光装置21に伝達され、各色の画像情報に基づいた露光光が各色の感光体10に照射され、潜像が形成されて、この潜像に現像装置61から各色のトナーが供給されることにより、感光体10上に各色のトナー像が形成される。各色の感光体10にトナー像が形成されると、イエロー用感光体10Y上のトナー像、シアン用感光体10C上のトナー像、マゼンタ用感光体10M上のトナー像及びブラック用感光体10K上のトナー像、は、中間転写ベルト50上に、順次転写(一次転写)される。そして、中間転写ベルト50上で各色のトナー像が重ね合わされて4色カラー画像が形成される。
一方、給紙テーブル200においては、給紙ローラ142aの一つを選択的に回転させ、ペーパーバンク143に多段に備える給紙カセット144の一つから転写紙を繰り出す。給紙カセット144から繰り出した転写紙を分離ローラ145aで1枚ずつ分離して給紙路146に送り出し、搬送ローラ147で搬送して画像形成部150内の本体部給紙路148に導き、レジストローラ49に突き当てて止める。または、手差し給紙ローラ142bを回転させて手差しトレイ52上の転写紙を繰り出し、手差し分離ローラ145bで1枚ずつ分離して手差し給紙路53に入れ、同じくレジストローラ49に突き当てて止める。なお、レジストローラ49は、一般には接地されて使用されるが、シートの紙粉除去のためにバイアスが印加された状態で使用してもよい。
そして、中間転写ベルト50上に形成された4色カラー像にタイミングを合わせてレジストローラ49を回転させ、中間転写ベルト50と二次転写装置22との間に転写紙を送り出すことにより、転写紙上に4色カラー像が形成される。なお、転写後の中間転写ベルト50上に残留するトナーは、中間転写体クリーニング装置17によりクリーニングされる。
4色カラー像が形成され転写紙は、二次転写装置22により定着装置25に搬送されて、熱と圧力により4色カラー像が転写紙上に定着される。その後、転写紙は、切り換え爪55で切り換えて排出ローラ56により排出され、排紙トレイ57上にスタックされる。
または、切り換え爪55で切り換えてシート反転装置28に搬送され、反転されて再び転写位置へと導き、裏面にも画像を形成した後、排出ローラ56により排出され、排紙トレイ57上にスタックされる。
本発明を適用可能な画像形成方法は、静電潜像形成工程(帯電工程と露光工程)と、現像工程と、転写工程と、定着工程と、クリーニング工程を有し、必要に応じて、除電工程、リサイクル工程、制御工程等の工程をさらに有してもよい。
静電潜像形成工程は、像担持体上に静電潜像を形成する工程である。像担持体の材質、形状、構造、大きさ等は、公知のものの中から適宜選択することができる。材質は、アモルファスシリコン、セレン等の無機物質、ポリシラン、フタロポリメチン等の有機物質等が挙げられるが、長寿命であることからアモルファスシリコンが好ましい。また、形状は、ドラム状であることが好ましい。静電潜像は、像担持体の表面を一様に帯電させた後、像様に露光することにより形成することができ、静電潜像形成手段により行うことができる。静電潜像形成手段は、像担持体の表面を一様に帯電させる帯電器(帯電手段)と、像担持体の表面を露光する露光器(露光手段)を有することが好ましい。
帯電は、帯電器を用いて像担持体の表面に電圧を印加することにより行うことができる。帯電器は、目的に応じて適宜選択することができるが、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。
露光は、露光器を用いて像担持体の表面を露光することにより行うことができる。露光器は、目的に応じて適宜選択することができるが、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の各種露光器を用いることができる。なお、像担持体の裏面側から露光を行う光背面方式を採用してもよい。
現像工程は、静電潜像を、後述する実施例のトナーを用いて現像することにより、可視像を形成する工程である。可視像は、現像手段を用いて形成することができる。現像手段は、公知のものの中から適宜選択することができ、後述する実施例のトナーを収容し、静電潜像にトナーを接触又は非接触的に付与可能な現像装置を有することが好ましい。現像装置は、乾式現像方式であってもよいし、湿式現像方式であってもよい。また、単色用現像装置であってもよいし、多色用現像装置であってもよい。具体的には、現像剤を摩擦攪拌することにより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現像装置等が挙げられる。
二成分現像剤を有する現像装置内では、トナーとキャリアとが混合攪拌され、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、像担持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像担持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像担持体の表面にトナーによる可視像が形成される。
転写工程は、可視像を記録媒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、可視像を記録媒体上に二次転写することが好ましい。このとき、用いられるトナーは、通常、二色以上であり、フルカラートナーを用いることが好ましい。このため、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、複合転写像を記録媒体上に転写する第二次転写工程を有することがより好ましい。
転写は、転写手段を用いて像担持体を帯電することにより行うことができる。転写手段は、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第一次転写手段と、複合転写像を記録媒体上に転写する第二次転写手段を有することが好ましい。なお、中間転写体は、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、転写ベルト等を用いることができる。
転写手段は、像担持体上に形成された可視像を記録媒体側へ剥離帯電させる転写器を有することが好ましい。転写手段は、一つであってもよいし、複数であってもよい。転写器の具体例としては、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。なお、記録媒体は、公知の記録媒体の中から適宜選択することができ、転写紙等を用いることができる。
定着工程は、定着手段を用いて記録媒体に転写された可視像を定着させる工程であり、各色のトナーが記録媒体に転写される毎に定着してもよいし、各色のトナーを積層した状態で一度に定着してもよい。定着手段は、目的に応じて適宜選択することができるが、公知の加熱加圧手段を用いることができる。加熱加圧手段としては、加熱ローラと加圧ローラの組み合わせ、加熱ローラと加圧ローラと無端ベルトの組み合わせ等が挙げられる。加熱加圧手段における加熱は、通常、80[℃]〜200[℃]であることが好ましい。なお、目的に応じて、定着手段と共に、又は、これらに代えて、公知の光定着器を用いてもよい。
除電工程は、像担持体に除電バイアスを印加することにより除電する工程であり、除電手段を用いて行うことができる。除電手段は、公知の除電器の中から適宜選択することができ、除電ランプ等を用いることができる。
クリーニング工程は、像担持体上に残留するトナーを除去する工程であり、クリーニング手段を用いて行うことができる。クリーニング手段は、公知のクリーナの中から適宜選択することができ、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、ウエブクリーナ等を用いることができる。ブレードクリーナを用いることが好ましい。
リサイクル工程は、クリーニング工程により除去したトナーを現像手段でリサイクルする工程であり、リサイクル手段を用いて行うことができる。リサイクル手段は、目的に応じて適宜選択することができ、公知の搬送手段等を用いることができる。
制御工程は、各工程を制御する工程であり、制御手段を用いて行うことができる。制御手段は、目的に応じて適宜選択することができ、シークエンサー、コンピュータ等の機器を用いることができる。
このように、画像形成装置は、トナーカートリッジから現像部へトナーを移送するトナー移送工程、像担持体表面の画像形成領域を均一に帯電させる帯電工程、像担持体への書き込みを行う露光工程、像担持体上に摩擦帯電させたトナーにより画像を形成する現像工程、印刷用紙に直接、あるいは中間転写体を介して間接的に像担持体上の画像を転写する転写工程を経た後、画像を印刷用紙に定着させる。また、像担持体上に転写しきれずに残った転写残トナーは、クリーニング工程により像担持体上から掻き落とされ、次画像形成プロセスに入る。
電子写真方式の画像形成装置においては、二成分方式の現像装置を採用している場合、トナー濃度等を検知して現像装置内におけるトナーとキャリアとの混合比を一定に保つように制御している。このため、現像装置を有するユニット内もしくはその近傍にトナーボトルやカートリッジ等のトナー収納容器を設け、そのトナー収納容器から使用により消費された量に応じてトナーを現像装置へ補給する構成になっている。
このようなトナー収容容器から現像装置へのトナーの移送、補給を行うトナー補給装置としてはスクリューやバドル等の機械的な搬送部材によって搬送を行うものが一般的であるが、スクリューポンプを用いてトナーを搬送するものもある。スクリューポンプを用いたトナー補給装置であれば、トナー補給装置のレイアウトの自由度を増すことができる。また、トナー補給装置の周辺の部品の間に搬送チューブを配置することができ、画像形成装置のコンパクト化を図ることができる。そして、本実施形態の複写機100Cが備えるトナー補給装置も一軸偏心のスクリューポンプを用いたものである。
図3は、複写機100Cが有するトナー補給装置500(トナー搬送装置)の概略を示す概略説明図である。また、図4は、トナー補給装置500が備えるスクリューポンプである粉体ポンプ2の断面説明図である。
トナーボトル220(トナー収容器)は、現像装置61内に補給する未使用のトナーを収容するトナー収容器である。タンデム方式の画像形成装置である複写機100Cは、各色毎にトナーを収納するトナーボトル220が並んで配置される構成をとる。各色のトナーボトル220はそれぞれトナーの搬送路部材であるトナー補給チューブ65を介してサブホッパ68、粉体ポンプ2等を備えた補給ユニットと接続し、現像装置61は補給ユニットの下方に接続している。
粉体ポンプ2としては、従来公知のモーノポンプ(特許文献1等に記載)と呼ばれる一軸偏心スクリューポンプを用いる。図4に示すように、粉体ポンプ2は、筒状の内壁面に2状の螺旋状溝を有するゴム等の弾性部材からなるステータ6と、金属などの剛性を持つ材料で偏心したスクリュー形状に形成され、ステータ6内部で回転するロータ5と、これらを包み、且つ、粉体の搬送路を形成するホルダ7とを有し、ステータ6はホルダ7に固定設置されている。また、ロータ5は駆動源であるモータ66と駆動連結された歯車8、および軸継ぎ手9を介して回転駆動される。
このように構成された粉体ポンプ2は、ロータ5が回転することにより、ポンプに強い吸引力が生じ、ホルダ7先端の吸い込み部69から図4中の矢印(トナー)で示すようにトナーを吸い込み、吸い込んだトナーを軸継ぎ手9の近傍の排出部67から図4中の矢印(現像手段)で示すように送り出すことが可能となる。また、粉体ポンプ2にはエアーポンプ管3から図4中の矢印(エアー)で示すようにエアーが供給され、そのエアーにより送り出すトナーの流動化が促進され、粉体ポンプ2によるトナーの移送がより確実なものとなる。なお、粉体ポンプ2は専用モータもしくは複写機100C内のメインモータとクラッチを介してその駆動が歯車8に伝達して作動され、その駆動が制御される。
トナーボトル220は複写機100C本体にセットされた状態で、トナーボトル220内に、口金部材230に連結される装置本体側の連結部材としてのノズル80の先端が挿入された状態となる。これにより、トナー排出口222とノズル80のトナー受入口が連通する。ノズル80にはチューブ接続用ジョイント形状部を有し、トナー補給チューブ65は粉体ポンプ2に連通しており、さらに、粉体ポンプ2は、サブホッパ68を介して現像装置61と連通している。このように、トナーボトル220が複写機100C本体にセットされることで、トナーボトル220と現像装置61とがトナー補給装置500を介して連通する。
そして、ロータ5を回転駆動することにより、吸い込み部69に吸引力が生じて、トナーボトル220内のトナーが吸引され、粉体ポンプ2内を通過したトナーは排出部67からサブホッパ68に送り出される。サブホッパ68内のトナーが、現像装置61のトナー補給口95から現像剤収容部61c内にトナーの補給がなされる。
現像剤収容部61cに補給されたトナーは、現像剤収容部61c内に設けられ、軸方向について互いに逆方向に搬送する2つの現像剤搬送スクリュー61bによって搬送されながら現像剤との攪拌が成される。二つの現像剤搬送スクリュー61bの間は、仕切り壁61dによって仕切られており、仕切り壁61dはスクリューの軸方向両端部に開口部93を備えている。そして、二つの現像剤搬送スクリュー61bが互いに逆方向に搬送することで、現像剤は開口部93を通過し、仕切り壁61dで仕切られた現像剤収容部61c内を循環する。
また、現像装置61の現像剤収容部61c内のトナーはキャリアとともに現像ローラ61aに担持され、感光体10上の静電潜像の現像に使用され、消費される。トナー補給装置500は、現像装置61での使用により消費された量に応じてトナーを補給する。
このように、トナー補給装置500は現像装置61にトナーを補給するものであって、トナーを収納したトナーボトル220、トナーボトル220に収納されたトナーをトナーボトル220から搬出する手段、及びトナーを現像装置61に移動する手段を有する。そして、トナー補給装置500が備える粉体ポンプ2は、トナーボトル220からトナーを搬出する手段としての吸引手段と、トナーボトル220から搬出されたトナーを現像装置61へ移動するための吸引手段とを兼ねている。
このような粉体ポンプ2は、構造が簡単でかつ小型であり、搬送路内をスクリューやコイルなどのオーガを用いて搬送するものに比べて、搬送路であるトナー補給チューブ65内では移送するトナーへの機械的ストレスが少ない。
しかし、粉体ポンプ2に使用されるスクリューポンプは基本的にトナーを混合気として移送する仕組みになっており、ロータ5とステータ6の接触部が擦れ合いながらトナーを移送する。このため、接触部におけるロータ5とステータ6との間の隙間で、トナーに摩擦熱、せん断力、圧力等によるストレスを与え、直径0.1〜1[mm]のトナーの凝集体を作ることがある。
この凝集体は指先で触れる程度で崩れる程度に凝集力が弱いため、他のトナーとともに現像装置61に供給されても現像剤収容部61c内の攪拌部材である現像剤搬送スクリュー61bによる攪拌によってある程度は細かくほぐされ、通常のトナー粉体の状態に戻る。
しかし、一部の凝集性が高い凝集体が現像剤収容部61c内で細かくほぐされることなく、感光体10表面上の潜像にトナーを供給する現像ローラ61aに供給されることがある。凝集体が感光体10表面上に供給されると、その後、細かくほぐされることができない。この凝集体が感光体10から中間転写ベルト50を有する転写装置としての中間転写ユニットによって転写紙に転写されると、画像不良となる。例えば、ベタ画像(単色、トナー付着量0.45[mg/cm])では、凝集体が付着した部分にベタ画像ID対比の濃色点を形成し、その周辺部に淡色域を形成する「ホタル」と呼ばれる異常画像が発生する。また、線図の画像では、凝集体が付着した部分が黒くなり、細線を再現することができなくなる。
なお、複写機100Cに用いる粉体ポンプ2は、ロータ5の回転トルクが0.25〜1.0[N・m]であり、ロータ5を回転させたときの粉体ポンプ2内の温度は45[℃]〜60[℃]であり、トナーに対して45[℃]〜50[℃]程度の熱が付与される。
トナーに外添剤として添加する、BET比表面積が50〜400[m/g]程度のシリカ微粒子の添加量を多くすればするほど、トナーの流動性が高まり、凝集体の発生を防止することができる。しかし、小粒径シリカを過剰に添加すると、トナーの嵩密度の上昇及びクリーニング不良が発生する。
ここで、BET比表面積測定方法について説明する。
本実施形態で用いるトナーに添加する小粒径シリカのBET比表面積は、窒素吸着法による比表面積測定により算出した。
具体的な測定条件はTriStar3000(島津製作所株式会社製)を用いてBET多点法(相対圧と吸着した窒素量の関係を求めBET理論に基づき、1[g]中の表面積を求める方法)により算出される。なお、これらの測定は試料表面の不純物、特に水分を取り除くため前処理として真空脱気を24時間行い、不純物を取り除く工程を要する。
<窒素吸着法による比表面積測定>
液体窒素温度における窒素の吸着量を絶対平衡吸着圧力0.35[MPa]以下で、BET法により比表面積計算を行った。高速比表面積/細孔分布測定装置(マイクロメリティックス社製 ASAP2010)を用い、予め120[℃]で24[時間]乾燥し、秤量後200[℃]で2[時間]減圧処理した後の測定試料について、吸着等温線から比表面積と細孔径分布を算出した。
<平均粒子径の測定>
1[mm]以下のシリカ粒子の平均粒子径は、レーザー回折散乱法粒度分布計(コールター社製LS−230)により測定した。測定用の分散液の調製は「粒子計測技術」(粉体工学会編、1994年日刊工業社出版、23頁)に準じた。質量積算分布の50[%]となる粒子径を平均粒子径とした。
上述のようなスクリューポンプを用いることによって生じる不具合に対して、本実施形態の複写機100Cでは、後述する各実施例のトナーを用いることにより、粉体ポンプ2内でトナーの凝集体が形成されることに起因する画像不良の発生を防止するとともに、小粒径シリカを過剰に添加することに起因する不具合の発生を防止することができることができる。
複写機100Cで用いる水系造粒により作製されるトナーは、少なくとも有機溶媒中に結着樹脂、変性ポリエステル系樹脂からなるプレポリマー、該プレポリマーと伸長乃至架橋する化合物、着色剤、離型剤、層状無機鉱物における層間イオンの少なくとも一部を有機物イオンで変性した変性層状無機鉱物(以下、変性層状無機鉱物と称す)を溶解乃至分散させ、溶解液乃至分散液の25[℃]におけるCasson降伏値が1〜100[Pa]であり、溶解液乃至分散液を水系媒体中で乳化乃至分散させて架橋反応乃至伸長反応させ、得られた分散液から溶媒を除去することにより得られるトナーであることが好ましい。
また、複写機100Cにさらに好適に用いられるトナーは、少なくとも、窒素原子を含む官能基を有するポリエステルプレポリマー、ポリエステル、該プレポリマーと伸長乃至架橋する化合物、着色剤、離型剤、変性層状無機鉱物を有機溶媒中に分散させたトナー材料液を、水系溶媒中で架橋乃至伸長反応させて得られるトナーである。
以下に、トナーの構成材料及び製造方法について説明する。
<結着樹脂>
前記結着樹脂としては、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、後述するポリエステルが好ましい。
<<ポリエステル>>
ポリエステルは、多価アルコール化合物と多価カルボン酸化合物との重縮合反応によって得られる。
多価アルコール化合物(PO)としては、2価アルコール(DIO)および3価以上の多価アルコール(TO)が挙げられ、(DIO)単独、または(DIO)と少量の(TO)との混合物が好ましい。2価アルコール(DIO)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−ヘキサンジオールなど);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など);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など);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など);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など)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など)付加物などが挙げられる。
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およ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、およびこれと炭素数2〜12のアルキレングリコールとの併用である。3価以上の多価アルコール(TO)としては、3〜8価またはそれ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、ソルビトールなど);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など);上記3価以上のフェノール類のアルキレンオキサイド付加物などが挙げられる。
多価カルボン酸(PC)としては、2価カルボン酸(DIC)および3価以上の多価カルボン酸(TC)が挙げられ、(DIC)単独、および(DIC)と少量の(TC)との混合物が好ましい。2価カルボン酸(DIC)としては、アルキレンジカルボン酸(コハク酸、アジピン酸、セバシン酸など);アルケニレンジカルボン酸(マレイン酸、フマール酸など);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など)などが挙げられる。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および炭素数8〜20の芳香族ジカルボン酸である。3価以上の多価カルボン酸(TC)としては、炭素数9〜20の芳香族多価カルボン酸(トリメリット酸、ピロメリット酸など)などが挙げられる。なお、多価カルボン酸(PC)としては、上述のものの他に酸無水物または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など)を用いて多価アルコール(PO)と反応させてもよい。
多価アルコール(PO)と多価カルボン酸(PC)の比率は、水酸基[OH]とカルボキシル基[COOH]の当量比[OH]/[COOH]として、通常2/1〜1/1、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。
多価アルコール(PO)と多価カルボン酸(PC)の重縮合反応は、テトラブトキシチタネート、ジブチルチンオキサイドなど公知のエステル化触媒の存在下、150〜280[℃]に加熱し、必要により減圧としながら生成する水を留去して、水酸基を有するポリエステルを得る。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、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く、さらには転写紙への定着時、転写紙とトナーとの親和性がよく低温定着性が向上する。しかし、酸価が30を超えると帯電の安定性、特に環境変動に対し悪化傾向がある。
また、重量平均分子量1万〜40万、好ましくは2万〜20万である。重量平均分子量が1万未満では、耐オフセット性が悪化するため好ましくない。また、40万を超えると低温定着性が悪化するため好ましくない。
<変性ポリエステル系樹脂からなるプレポリマー>
変性ポリエステル系樹脂からなるプレポリマーとしては、窒素原子を含む官能基を有するポリエステルプレポリマーが好ましく、窒素原子を含む官能基を有するポリエステルプレポリマーとしては、上記の重縮合反応で得られるポリエステルの末端のカルボキシル基や水酸基等と多価イソシアネート化合物(PIC)とを反応させた、イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー(A)が好ましい。この場合、該プレポリマーと伸長乃至架橋する化合物としては、アミン類が挙げられる。イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー(A)とアミン類との反応により分子鎖が架橋乃至伸長されてウレア変性ポリエステルが得られる。
多価イソシアネート化合物(PIC)としては、脂肪族多価イソシアネート(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など);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など);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など);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など);イソシアネート類;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;およびこれら2種以上の併用が挙げられる。
多価イソシアネート化合物(PIC)の比率は、イソシアネート基[NCO]と、水酸基を有するポリエステルの水酸基[OH]の当量比[NCO]/[OH]として、通常5/1〜1/1、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悪化する。[NCO]のモル比が1未満では、ウレア変性ポリエステルを用いる場合、そのエステル中のウレア含量が低くなり、耐ホットオフセット性が悪化する。
イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー(A)中の多価イソシアネート化合物(PIC)構成成分の含有量は、通常0.5〜40〔質量%〕、好ましくは1〜30〔質量%〕、さらに好ましくは2〜20〔質量%〕である。0.5〔質量%〕未満では、耐ホットオフセット性が悪化するとともに、耐熱保存性と低温定着性の両立の面で不利になる。また、40〔質量%〕を超えると低温定着性が悪化する。
イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー(A)中の1分子当たりに含有されるイソシアネート基は、通常1個以上、好ましくは、平均1.5〜3個、さらに好ましくは、平均1.8〜2.5個である。1分子当たり1個未満では、ウレア変性ポリエステルの分子量が低くなり、耐ホットオフセット性が悪化する。
次に、ポリエステルプレポリマー(A)と反応させるアミン類(B)としては、2価アミン化合物(B1)、3価以上の多価アミン化合物(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)、およびB1〜B5のアミノ基をブロックしたもの(B6)などが挙げられる。
2価アミン化合物(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など);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、ジアミンシクロヘキサン、イソホロンジアミンなど);および脂肪族ジアミン(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など)などが挙げられる。3価以上の多価アミン化合物(B2)としては、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミンなどが挙げられる。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などが挙げられる。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などが挙げられる。アミノ酸(B5)としては、アミノプロピオン酸、アミノカプロン酸などが挙げられる。B1〜B5のアミノ基をブロックしたもの(B6)としては、前記B1〜B5のアミン類とケトン類(アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなど)から得られるケチミン化合物、オキサゾリジン化合物などが挙げられる。これらアミン類(B)のうち好ましいものは、B1およびB1と少量のB2の混合物である。
アミン類(B)の比率は、イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー(A)中のイソシアネート基[NCO]と、アミン類(B)中のアミノ基[NHx]の当量比[NCO]/[NHx]として、通常1/2〜2/1、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を超過する場合や1/2未満の場合では、ウレア変性ポリエステルの分子量が低くなり、耐ホットオフセット性が悪化する。
また、ウレア変性ポリエステル中には、ウレア結合と共にウレタン結合を含有していてもよい。ウレア結合含有量とウレタン結合含有量のモル比は、通常100/0〜10/90であり、好ましくは80/20〜20/80、さらに好ましくは、60/40〜30/70である。ウレア結合のモル比が10[%]未満では、耐ホットオフセット性が悪化する。
ウレア変性ポリエステルは、ワンショット法、などにより製造される。多価アルコール(PO)と多価カルボン酸(PC)を、テトラブトキシチタネート、ジブチルチンオキサイドなど公知のエステル化触媒の存在下、150〜280[℃]に加熱し、必要により減圧としながら生成する水を留去して、水酸基を有するポリエステルを得る。次いで40〜140[℃]にて、これに多価イソシアネート(PIC)を反応させ、イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー(A)を得る。さらにこの(A)にアミン類(B)を0〜140[℃]にて反応させ、ウレア変性ポリエステルを得る。
(PIC)を反応させる際、及び(A)と(B)を反応させる際には、必要により溶剤を用いることもできる。使用可能な溶剤としては、芳香族溶剤(トルエン、キシレンなど);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など);エステル類(酢酸エチルなど);アミド類(ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミドなど)およびエーテル類(テトラヒドロフランなど)などのイソシアネート(PIC)に対して不活性なものが挙げられる。
また、ポリエステルプレポリマー(A)とアミン類(B)との架橋乃至伸長反応には、必要により反応停止剤を用い、得られるウレア変性ポリエステルの分子量を調整することができる。反応停止剤としては、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、ラウリルアミンなど)、およびそれらをブロックしたもの(ケチミン化合物)などが挙げられる。
ウレア変性ポリエステルの重量平均分子量は、通常1万以上、好ましくは2万〜1,000万、さらに好ましくは3万〜100万である。1万未満では耐ホットオフセット性が悪化する。ウレア変性ポリエステル等の数平均分子量は、後に述べる未変性ポリエステルを用いる場合は特に限定されるものではなく、前記重量平均分子量とするのに得やすい数平均分子量でよい。ウレア変性ポリエステルを単独で使用する場合は、その数平均分子量は、通常2,000〜15,000、好ましくは2,000〜10,000、さらに好ましくは2,000〜8,000である。20,000を超えると低温定着性およびフルカラー装置に用いた場合の光沢性が悪化する。
未変性ポリエステルとウレア変性ポリエステルとを併用することで、低温定着性および複写機100Cのようなフルカラー画像形成装置に用いた場合の光沢性が向上するので、ウレア変性ポリエステルを単独で使用するよりも好ましい。尚、未変性ポリエステルはウレア結合以外の化学結合で変性されたポリエステルを含んでも良い。
未変性ポリエステルとウレア変性ポリエステルとは、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、未変性ポリエステルとウレア変性ポリエステルとは類似の組成であることが好ましい。
未変性ポリエステルとしては、前記ウレア変性ポリエステル成分と同様な多価アルコール(PO)と多価カルボン酸(PC)との重縮合物などが挙げられ、好ましいものもウレア変性ポリエステルの場合と同様である。未変性ポリエステルの重量平均分子量(Mw)は、10000〜300000、好ましくは14,000〜200,000である。そのMn(数平均分子量)は、1,000〜10,000、好ましくは1,500〜6,000である。
また、未変性ポリエステルとウレア変性ポリエステルとの質量比は、通常20/80〜95/5、好ましくは70/30〜95/5、さらに好ましくは75/25〜95/5、特に好ましくは80/20〜93/7である。ウレア変性ポリエステルの質量比が5[%]未満では、耐ホットオフセット性が悪化するとともに、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とウレア変性ポリエステルとを含むバインダー樹脂のガラス転移点(Tg)は、通常45〜65[℃]、好ましくは45〜60[℃]である。45[℃]未満ではトナーの耐熱性が悪化し、65[℃]を超えると低温定着性が不十分となる。
また、ウレア変性ポリエステルは、得られるトナー母体粒子の表面に存在しやすいため、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>
着色剤としては、公知の染料及び顔料が全て使用できる。
ブラックのトナーとしては、例えば、カーボンブラック、ニグロシン染料、鉄黒、等を用いることができる。
イエローのトナーとしては、ナフトールイエローS、ハンザイエロー(10G、5G、G)、カドミュウムイエロー、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、等を用いることができる。
マゼンタのトナーとしては、ベンガラ、鉛丹、鉛朱、カドミュウムレッド、カドミュ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、パラクロルオルト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、クロームバーミリオン、ベンジジンオレンジ、ペリノンオレンジ、オイルオレンジ、等を用いることができる。
また、シアンのトナーとしては、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、等を用いることができる。
また、着色剤としては、上記のものに限るものではなく、さらに、これらの混合物も使用できる。
着色剤の含有量はトナー母体に対して通常1〜15[質量%]、好ましくは3〜10[質量%]である。
着色剤は樹脂と複合化されたマスターバッチとして用いることもできる。マスターバッチの製造、またはマスターバッチとともに混練されるバインダー樹脂としては、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などのスチレン及びその置換体の重合体、あるいはこれらとビニル化合物との共重合体、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、ポリアクリル酸樹脂、ロジン、変性ロジン、テルペン樹脂、脂肪族又は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、パラフィンワックスなどが挙げられ、単独あるいは混合して使用できる。
<荷電制御剤>
荷電制御剤としては公知のものが使用でき、例えばニグロシン系染料、トリフェニルメタン系染料、クロム含有金属錯体染料、モリブデン酸キレート顔料、ローダミン系染料、アルコキシ系アミン、4級アンモニウム塩(フッ素変性4級アンモニウム塩を含む)、アルキルアミド、燐の単体または化合物、タングステンの単体または化合物、フッ素系活性剤、サリチル酸金属塩及び、サリチル酸誘導体の金属塩等である。
具体的にはニグロシン系染料のボントロン03、4級アンモニウム塩のボントロンP−51、含金属アゾ染料のボントロンS−34、オキシナフトエ酸系金属錯体のE−82、サリチル酸系金属錯体のE−84、フェノール系縮合物のE−89(以上、オリエント化学工業社製)、4級アンモニウム塩モリブデン錯体のTP−302、TP−415(以上、保土谷化学工業社製)、4級アンモニウム塩のコピーチャージPSY VP2038、トリフェニルメタン誘導体のコピーブルーPR、4級アンモニウム塩のコピーチャージ NEG VP2036、コピーチャージ NX VP434(以上、ヘキスト社製)、LRA−901、ホウ素錯体であるLR−147(日本カーリット社製)、銅フタロシアニン、ペリレン、キナクリドン、アゾ系顔料、その他スルホン酸基、カルボキシル基、4級アンモニウム塩等の官能基を有する高分子系の化合物が挙げられる。このうち、特にトナーを負極性に制御する物質が好ましく使用される。
荷電制御剤の使用量は、バインダー樹脂の種類、必要に応じて使用される添加剤の有無、分散方法を含めたトナー製造方法によって決定されるもので、一義的に限定されるものではないが、好ましくはバインダー樹脂100[質量部]に対して、0.1〜10[質量部]の範囲で用いられる。好ましくは、0.2〜5[質量部]の範囲がよい。10[質量部]を超える場合にはトナーの帯電性が大きすぎ、荷電制御剤の効果を減退させ、現像ローラとの静電的吸引力が増大し、現像剤の流動性低下や、画像濃度の低下を招く。
<離型剤>
離型剤としては、融点が50〜120[℃]の低融点のワックスが、バインダー樹脂との分散の中でより離型剤として効果的に定着部材(複写機100Cでは、定着ベルト26)とトナー界面との間で働き、これにより定着部材にオイルの如き離型剤を塗布することなく高温オフセットに対し効果を示す。このようなワックス成分としては、以下のものが挙げられる。ロウ類及びワックス類としては、カルナバワックス、綿ロウ、木ロウ、ライスワックス等の植物系ワックス、ミツロウ、ラノリン等の動物系ワックス、オゾケライト、セルシン等の鉱物系ワックス、及びおよびパラフィン、マイクロクリスタリン、ペトロラタム等の石油ワックス等が挙げられる。また、これら天然ワックスの外に、フィッシャー・トロプシュワックス、ポリエチレンワックス等の合成炭化水素ワックス、エステル、ケトン、エーテル等の合成ワックス等が挙げられる。さらに、12−ヒドロキシステアリン酸アミド、ステアリン酸アミド、無水フタル酸イミド、塩素化炭化水素等の脂肪酸アミド及び、低分子量の結晶性高分子樹脂である、ポリ−n−ステアリルメタクリレート、ポリ−n−ラウリルメタクリレート等のポリアクリレートのホモ重合体あるいは共重合体(例えば、n−ステアリルアクリレート−エチルメタクリレートの共重合体等)等、側鎖に長いアルキル基を有する結晶性高分子等も用いることができる。
荷電制御剤、離型剤はマスターバッチ、バインダー樹脂とともに溶融混練することもできるし、もちろん有機溶剤に溶解、分散する際に加えてもよい。
<変性層状無機鉱物>
複写機100Cで使用するトナーに用いる変性層状無機鉱物は、少なくとも有機溶媒中に結着樹脂、変性ポリエステル系樹脂からなるプレポリマー、該プレポリマーと伸長乃至架橋する化合物、着色剤、離型剤、変性層状無機鉱物を溶解乃至分散させた溶解液乃至分散液において、25[℃]におけるCasson降伏値を、1〜100[Pa]にするものでなければならない。
Casson降伏値が1[Pa]未満では、目標の形状が得にくく、100[Pa]を超えると製造性が悪化する。
Casson降伏値は、水系媒体に乳化させる際の油相単独の粘度を測定したものである。
また、変性層状無機鉱物は、溶解液乃至分散液中の固形分中に0.05〜10〔質量%〕含有されることが好ましい。0.05〔質量%〕未満では目標のCasson降伏値が得られず、10〔質量%〕を超えると、定着性能が悪化する。
変性層状無機鉱物は、層状無機鉱物における層間のイオンの少なくとも一部を有機物イオンで変換した層状無機鉱物であり、例えば、層間の金属カチオンの少なくとも一部を4級アンモニウムイオンで変換したもの等があり、有機変性モンモリナイト、有機変性スメクタイト等が挙げられる。
<Casson降伏値測定方法>
Casson降伏値は、ハイシェア粘度計などを用いて測定することができる。
測定条件は下記の通りである。
装置:AR2000(TAインスツルメンツ社製)
シア−ストレス:120[Pa/5分]
ジオメトリー:40mmスチールプレート
ジオメトリーギャップ:1[mm]
解析ソフト:TA DATA ANALYSIS(TAインスツルメンツ社製)
<製造方法>
次に、トナーの製造方法について説明する。ここでは、好ましい製造方法について示すが、これに限られるものではない。
(i)結着樹脂(未変性ポリエステル)、イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー、該プレポリマーと伸長乃至架橋する化合物(アミン類)、着色剤、離型剤、層状無機鉱物における層間イオンの少なくとも一部を有機物イオンで変性した変性無機鉱物を有機溶媒中に分散させトナー材料液を作る。
有機溶媒は、沸点が100[℃]未満の揮発性であることが、トナー母体粒子形成後の除去が容易である点から好ましい。具体的には、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などを単独あるいは2種以上組合せて用いることができる。特に、トルエン、キシレン等の芳香族系溶媒および塩化メチレン、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。有機溶媒の使用量は、ポリエステルプレポリマー100[質量部]に対し、通常0〜300[質量部]、好ましくは0〜100[質量部]、さらに好ましくは25〜70[質量部]である。
(ii)トナー材料液を界面活性剤、樹脂微粒子の存在下、水系媒体中で乳化させる。水系媒体は、水単独でも良いし、アルコール(メタノール、イソプロピルアルコール、エチレングリコールなど)、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(メチルセルソルブなど)、低級ケトン類(アセトン、メチルエチルケトンなど)などの有機溶媒を含むものであってもよい。
トナー材料液100[質量部]に対する水系媒体の使用量は、通常50〜2000[質量部]、好ましくは100〜1000[質量部]である。50[質量部]未満ではトナー材料液の分散状態が悪く、所定の粒径のトナー粒子が得られない。20000[質量部]を超えると経済的でない。
また、水系媒体中の分散を良好にするために、界面活性剤、樹脂微粒子等の分散剤を適宜加える。
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、リン酸エステルなどのアニオン性界面活性剤、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、イミダゾリンなどのアミン塩型や、アルキルトリメチルアンモニム塩、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などの4級アンモニウム塩型のカチオン性界面活性剤、脂肪酸アミド誘導体、多価アルコール誘導体などの非イオン界面活性剤、例えばアラニン、ドデシルジ(アミノエチル)グリシン、ジ(オクチルアミノエチル)グリシンやN−アルキル−N,N−ジメチルアンモニウムべタインなど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あげることができる。好ましく用いられ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などが挙げられる。
フルオロアルキル基を有するアニオン性界面活性剤の商品名としては、サーフロンS−111、S−112、S−113(旭硝子社製)、フロラードFC−93、FC−95、FC−98、FC−129(住友3M社製)、ユニダインDS−101、DS−102(ダイキン工業社製)、メガファックF−110、F−120、F−113、F−191、F−812、F−833(大日本インキ社製)、エクトップEF−102、103、104、105、112、123A、123B、306A、501、201、204、(トーケムプロダクツ社製)、フタージェントF−100、F150(ネオス社製)などが挙げられる。
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右する脂肪族1級、2級もしくは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などの脂肪族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などが挙げられる。カチオン性界面活性剤の商品名としてはサーフロンS−121(旭硝子社製)、フロラードFC−135(住友3M社製)、ユニダインDS−202(ダイキン工業社製)、メガファックF−150、F−824(大日本インキ社製)、エクトップEF−132(トーケムプロダクツ社製)、フタージェントF−300(ネオス社製)などが挙げられる。
樹脂微粒子は、水系媒体中で形成されるトナー母体粒子を安定化させるために加えられる。このために、トナー母体粒子の表面上に存在する被覆率が10〜90[%]の範囲になるように加えられることが好ましい。例えば、ポリメタクリル酸メチル微粒子1[μm]、及び3[μm]、ポリスチレン微粒子0.5[μm]及び2[μm]、ポリ(スチレン―アクリロニトリル)微粒子1[μm]等が挙げられる。樹脂微粒子の商品名としては、PB−200H(花王社製)、SGP(総研社製)、テクノポリマーSB(積水化成品工業社製)、SGP−3G(総研社製)、ミクロパール(積水ファインケミカル社製)等がある。
また、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、ヒドロキシアパタイト等の無機化合物分散剤も用いることができる。
上記の樹脂微粒子、無機化合物分散剤と併用して使用可能な分散剤として、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良い。例えばアクリル酸、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、フマール酸、マレイン酸または無水マレイン酸などの酸類、あるいは水酸基を含有する(メタ)アクリル系単量体、例えばアクリル酸−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ル酸エステル、ジエチレングリコールモノメタクリル酸エステル、グリセリンモノアクリル酸エステル、グリセリンモノメタクリル酸エステル、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など、ビニルアルコールまたはビニルアルコールとのエーテル類、例えば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など、または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、例えば酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニルなど、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あるいはこれらのメチロール化合物、アクリル酸クロライド、メタクリル酸クロライドなどの酸クロライド類、ビニルピリジン、ビニルピロリドン、ビニルイミダゾール、エチレンイミンなどの含窒素化合物、またはその複素環を有するものなどのホモポリマーまたは共重合体、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などのポリオキシエチレン系、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などのセルロース類などが使用できる。
分散の方法としては特に限定されるものではないが、低速せん断式、高速せん断式、摩擦式、高圧ジェット式、超音波などの公知の設備が適用できる。この中でも、分散体の粒径を2〜20[μm]にするために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、回転数は特に限定はないが、通常1000〜30000[rpm]、好ましくは5000〜20000[rpm]である。分散時間は特に限定はないが、バッチ方式の場合は、通常0.1〜5[分]である。分散時の温度としては、通常、0〜150[℃](加圧下)、好ましくは40〜98[℃]である。
(iii)乳化液の作製と同時に、イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー(A)との反応を行わせる。
この反応は、分子鎖の架橋乃至伸長を伴う。反応時間は、ポリエステルプレポリマー(A)の有するイソシアネート基構造とアミン類(B)との反応性により選択されるが、通常10分〜40[時間]、好ましくは2〜24[時間]である。反応温度は、通常、0〜150[℃]、好ましくは40〜98[℃]である。また、必要に応じて公知の触媒を使用することができる。具体的にはジブチルチンラウレート、ジオクチルチンラウレートなどが挙げられる。
(iv)反応終了後、乳化分散体(反応物)から有機溶媒を除去し、洗浄、乾燥してトナー母体粒子を得る。
有機溶媒を除去するためには、系全体を徐々に層流の攪拌状態で昇温し、一定の温度域で強い攪拌を与えた後、脱溶媒を行うことで紡錘形のトナー母体粒子が作製できる。また、分散安定剤としてリン酸カルシウム塩などの酸、アルカリに溶解可能な物を用いた場合は、塩酸等の酸により、リン酸カルシウム塩を溶解した後、水洗するなどの方法によって、トナー母体粒子からリン酸カルシウム塩を除去する。その他酵素による分解などの操作によっても除去できる。
(v)上記で得られたトナー母体粒子に、荷電制御剤を打ち込み、ついで、シリカ微粒子、酸化チタン微粒子等の無機微粒子を外添させ、トナーを得る。
荷電制御剤の打ち込み、及び無機微粒子の外添は、ミキサー等を用いた公知の方法によって行われる。
これにより、小粒径であって、粒径分布のシャープなトナーを容易に得ることができる。さらに、有機溶媒を除去する工程で強い攪拌を与えることで、真球状からラクビーボール状の間の形状を制御することができ、さらに、表面のモフォロジーも滑らかなものから梅干形状の間で制御することができる。
複写機100Cに用いられるトナーは、体積平均粒径が3〜8[μm]で、体積平均粒径(Dv)と個数平均粒径(Dn)との比(Dv/Dn)が1.00〜1.30の範囲にあることが好ましい。
その体積平均粒径(Dv)は3.0〜7.0[μm]であることがより好ましい。一般的には、トナーの粒子径は小さければ小さい程、高解像で高画質の画像を得る為に有利であると言われているが、逆に転写性やクリーニング性に対しては不利である。また、前記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を低下させることがある。
トナーの体積平均粒径(Dv)と個数平均粒径(Dn)との比(Dv/Dn)が1.00〜1.30の範囲にあることにより高解像度、高画質のトナーを得ることを可能とする。更に、二成分現像剤においては、長期にわたるトナーの収支が行われても、現像剤中のトナーの粒子径の変動を少なくするとともに、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を可能とする。Dv/Dnが1.30を超えてしまうと、個々のトナー粒子の粒径のバラツキが大きく、現像の際などでトナーの挙動にバラツキが発生し、微小ドットの再現性を損なってしまうことになり、高品位な画像は得られなくなる。さらに好ましくは、Dv/Dnは1.00〜1.20の範囲であり、より良好な画像が得られる。
<粒径分布についての説明>
600[dpi]以上の微少ドットを再現するために、トナーの体積平均粒径は3〜8[μm]が好ましい。体積平均粒径(Dv)と個数平均粒径(Dn)との比(Dv/Dn)は1.00〜1.30の範囲にあることが好ましい。(Dv/Dn)が1.00に近いほど粒径分布がシャープであることを示す。このような小粒径で粒径分布の狭いトナーでは、トナーの帯電量分布が均一になり、地肌かぶりの少ない高品位な画像を得ることができ、また、静電転写方式では転写率を高くすることができる。
コールターカウンター法によるトナー粒子の粒度分布の測定装置としては、コールターカウンターTA−IIやコールターマルチサイザーII(いずれもコールター社製)があげられる。以下に測定方法について述べる。
まず、電解水溶液100〜150[ml]中に分散剤として界面活性剤(好ましくはアルキルベンゼンスルフォン酸塩)を0.1〜5[ml]加える。ここで、電解液とは1級塩化ナトリウムを用いて約1%NaCl水溶液を調製したもので、例えばISOTON−II(コールター社製)が使用できる。ここで、更に測定試料を2〜20[mg]加える。試料を懸濁した電解液は、超音波分散器で約1〜3[分間]分散処理を行い、前記測定装置により、アパーチャーとして100[μm]アパーチャーを用いて、トナー粒子又はトナーの体積、個数を測定して、体積分布と個数分布を算出する。得られた分布から、トナーの体積平均粒径(Dv)、個数平均粒径(Dn)を求めることができる。
チャンネルとしては、2.00〜2.52[μm]未満;2.52〜3.17[μm]未満;3.17〜4.00[μm]未満;4.00〜5.04[μm]未満;5.04〜6.35[μm]未満;6.35〜8.00[μm]未満;8.00〜10.08[μm]未満;10.08〜12.70[μm]未満;12.70〜16.00[μm]未満;16.00〜20.20[μm]未満;20.20〜25.40[μm]未満;25.40〜32.00[μm]未満;32.00〜40.30[μm]未満の13チャンネルを使用し、粒径2.00[μm]以上乃至40.30[μm]未満の粒子を対象とする。
複写機100Cに用いるトナーは、粒径2[μm]以下の粒子が1〜10[個数%]であることが好ましい。
上述した粒径による不具合の現象は、微粉の含有率が大きく関係し、特に粒径2[μm]以下の粒子が10[個数%]を超えるとキャリアへの付着や高いレベルで帯電の安定性を図る場合支障となる。逆に、トナーの粒子径が前記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。また、体積平均粒子径/個数平均粒子径が1.30よりも大きい場合も同様であることが明らかとなった。
<粒径2[μm]以下の粒子率の測定方法>
本発明のトナーの粒径2[μm]以下の粒子率及び円形度はフロー式粒子像分析装置FPIA−2000(シスメックス株式会社製)により計測できる。具体的な測定方法としては、容器中の予め不純固形物を除去した水100〜150[ml]中に分散剤として界面活性剤、好ましくはアルキルベンゼンスフォン酸塩を0.1〜0.5[ml]加え、更に測定試料を0.1〜0.5[g]程度加える。試料を分散した懸濁液は超音波分散器で約1〜3[分間]分散処理を行い、分散液濃度を3000〜1[万個/μl]として前記装置によりトナーの形状及び分布を測定することによって得られる。
複写機100Cに用いるトナーとしては、トナーの平均円形度が0.94〜0.99の略球形状のトナーを用いる。ここで、円形度は、以下の(2)式で規定される。
円形度=L/L・・・・(2)
:粒子の投影像と同じ面積をもつ円の周囲長
L:粒子の投影像の周囲長
また、図5A〜図5Cは、複写機100Cに用いるトナーのトナー粒子の形状を模式的に示す図である。同図において、略球形状のトナーの各方向の長さを、長軸r1、短軸r2、厚さr3(但し、r1≧r2≧r3とする。)で規定するとき、トナーは、長軸と短軸との比(r2/r1)(図5B参照)が0.5〜1.0で、厚さと短軸との比(r3/r2)(図5C参照)が0.7〜1.0の範囲にあることが好ましい。長軸と短軸との比(r2/r1)が0.5未満では、真球形状から離れるためにドット再現性及び転写効率が劣り、高品位な画質が得られなくなる。また、厚さと短軸との比(r3/r2)が0.7未満では、扁平形状に近くなり、球形トナーのような高転写率は得られなくなる。特に、厚さと短軸との比(r3/r2)が1.0では、長軸を回転軸とする回転体となり、トナーの流動性を向上させることができる。
なお、r1、r2、r3は、例えば以下の方法により測定することができる。即ち、トナーを平滑な測定面上に均一に分散付着させ、トナーの粒子100個について、カラーレーザー顕微鏡「VK−8500」(キーエンス社製)により500倍に拡大して、該100個のトナー粒子の長軸r1[μm]、短軸r2[μm]、厚さr3[μm]を測定し、それらの算術平均値から求めることができる。
複写機100Cで用いるトナーでは、トナーの表面に適切な特性の微粒子が存在することで、トナー粒子と対象体との間に適度な空隙が形成される。また、微粒子は、トナー粒子、感光体、帯電付与部材との接触面積が非常に小さく、均等に接触するので付着力低減効果が大きく、現像・転写効率の向上に有効である。
さらに、コロの役割を果たすため、感光体を摩耗または損傷させることなく、クリーニングブレードと感光体との高ストレス(高荷重、高速度等)下でのクリーニングの際も、トナー粒子に埋没し難く、あるいは少々埋没しても離脱、復帰が可能であるので、長期間にわたって安定した特性を得ることができる。
さらに、トナーの表面から適度に脱離し、クリーニングブレードの先端部に蓄積し、いわゆるダム効果によって、ブレードからトナーが通過する現象を防止する効果がある。
これらの特性は、トナー粒子の受けるシェアを低減させる作用を示すので、高速定着(低エネルギー定着)のためトナーに含有されている低レオロジー成分によるトナー自身のフィルミングの低減効果を発揮する。
本発明の微粒子において、無機化合物としては、SiO、TiO、Al、MgO、CuO、ZnO、SnO、CeO、Fe、BaO、CaO、KO、NaO、ZrO、CaO・SiO、KO(TiO)n、Al・2SiO、CaCO、MgCO、BaSO、MgSO、SrTiO等を例示することがでる。また、好ましくは、SiO、TiO、Alがあげられる。特にこれら無機化合物は各種のカップリング剤、ヘキサメチルジシラザン、ジメチルジクロロシラン、オクチルトリメトキシシラン等で疎水化処理が施されていてもよい。
また,有機化合物の微粒子としては、熱可塑性樹脂でも熱硬化性樹脂でもよく、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。樹脂微粒子としては、上記の樹脂を2種以上併用しても差し支えない。このうち好ましいのは、微細球状樹脂粒子の水性分散体が得られやすい点から、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。
ビニル系樹脂の具体的な例としては、ビニル系モノマーを単独重合また共重合したポリマーで、例えば、スチレン−(メタ)アクリル酸エステル共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、(メタ)アクリル酸−アクリル酸エステル共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−無水マレイン酸共重合体、スチレン−(メタ)アクリル酸共重合体等が挙げられる。
なお、微粒子の嵩密度は下記の方法により測定した。100[ml]のメスシリンダーを用いて、微粒子を徐々に加え100[ml]にした。
その際、振動は与えなかった。このメスシリンダーの微粒子を入れる前後の質量差により嵩密度を測定した。
嵩密度[g/cm]=微粒子量[g/100ml]÷100
微粒子を、トナー表面に外添加し付着させる方法としては、トナー母体粒子と微粒子を各種の公知の混合装置を用いて、機械的に混合して付着させる方法や、液相中でトナー母体粒子と微粒子を界面活性剤などで均一に分散させ、付着処理後、乾燥させる方法などがある。
〔実施例〕
次に、本実施形態の複写機100Cで用いるトナーの具体的な実施例について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
〔実施例1〕
先ず、複写機100Cの一つ目の実施例(以下、実施例1と呼ぶ)で使用したトナーの製造方法を示す。
<未変性ポリエステル樹脂の合成>
冷却管、攪拌機及び窒素導入管の付いた反応槽中に、ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物229質量部、ビスフェノールAプロピオンオキサイド3モル付加物529質量部、テレフタル酸208質量部、アジピン酸46質量部及びジブチルスズオキシド2質量部を投入し、常圧下、230[℃]で8[時間]反応させた。次に、10〜15[mmHg]の減圧下で5[時間]反応させた後、反応槽中に無水トリメリット酸44質量部を添加し、常圧下、180[℃]で2[時間]反応させて、未変性ポリエステル樹脂(1)を合成した。
得られた未変性ポリエステル樹脂は、数平均分子量が2500、重量平均分子量が6700、ガラス転移温度が43[℃]、酸価が25[mgKOH/g]であった。
<マスターバッチ製造法>
水1200質量部、カーボンブラックPrintex35(デクサ社製;DBP吸油量=42[ml/100mg]、pH=9.5)540質量部及び未変性ポリエステル樹脂(1)1200質量部を、ヘンシェルミキサー(三井鉱山社製)を用いて混合した。二本ロールを用いて、得られた混合物を150[℃]で30[分]混練した後、圧延冷却し、パルペライザー(ホソカワミクロン社製)で粉砕して、マスターバッチ(1)を調製した。
<ワックス分散液の作製>
撹拌棒及び温度計をセットした反応容器中に、未変性ポリエステル樹脂(1)378質量部、カルナバワックス110質量部、サリチル酸金属錯体E−84(オリエント化学工業社製)22質量部及び酢酸エチル947質量部を仕込み、撹拌下、80[℃]まで昇温し、80[℃]で5[時間]保持した後、1[時間]かけて30[℃]まで冷却した。次に、反応容器中に、マスターバッチ(1)500質量部及び酢酸エチル500質量部を仕込み、1[時間]混合して原料溶解液(1)を得た。
得られた原料溶解液(1)1324質量部を反応容器に移し、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、0.5mmジルコニアビーズを80[体積%]充填し、送液速度が1[kg/時]、ディスク周速度が6[m/秒]の条件で3パスして、カーボンブラック及びカルナバワックスを分散させ、ワックス分散液(1)を得た。
<トナー材料の分散液の作製>
次に、ワックス分散液(1)に未変性ポリエステル樹脂(1)の65[質量%]酢酸エチル溶液1324質量部を添加した。上記と同様の条件でウルトラビスコミルを用いて1パスして得られた分散液200質量部に、少なくとも一部をベンジル基を有する第4級アンモニウム塩で変性した層状無機鉱物モンモリロナイト(クレイトンAPA Southern Clay Products社製)1.7質量部を添加し、T.K.ホモディスパー(特殊機化工業社製)を用いて、30[分間]攪拌し、トナー材料の分散液(1)を得た。
得られたトナー材料の分散液の粘度を、以下のようにして測定した。
直径20[mm]のパラレルプレートを備えたパラレルプレート型レオメータAR2000(ディー・エイ・インスツルメント・ジャパン社製)を用いて、ギャップを30[μm]にセットし、トナー材料の分散液に対して、25[℃]において、せん断速度30000[秒−1]で30秒間せん断力を加えた後、せん断速度を0[秒−1]から70[秒−1]まで20[秒間]で変化させた時の粘度(粘度A)を測定した。
また、パラレルプレート型レオメータAR2000を用いて、トナー材料の分散液に対して、25[℃]において、せん断速度30000[秒−1]で30[秒間]せん断力を加えた時の粘度(粘度B)を測定した。
<中間体ポリエステル樹脂の合成>
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682質量部、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質量部、テレフタル酸283質量部、無水トリメリット酸22質量部及びジブチルスズオキシド2質量部を仕込み、常圧下、230[℃]で8[時間]反応させた。次に、10〜15[mHg]の減圧下で、5[時間]反応させて、中間体ポリエステル樹脂を合成した。
得られた中間体ポリエステル樹脂は、数平均分子量が2100、重量平均分子量が9500、ガラス転移温度が55[℃]、酸価が0.5[mgKOH/g]、水酸基価が51[mgKOH/g]であった。
<プレポリマーの合成>
次に、冷却管、撹拌機及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樹脂410質量部、イソホロンジイソシアネート89質量部及び酢酸エチル500質量部を仕込み、100[℃]で5[時間]反応させて、プレポリマー(1)を合成した。得られたプレポリマーの遊離イソシアネート含有量は、1.53[質量%]であった。
<油相混合液の調製>
撹拌棒及び温度計をセットした反応容器中に、イソホロンジアミン170質量部及びメチルエチルケトン75質量部を仕込み、50[℃]で5[時間]反応させ、ケチミン化合物を合成した。得られたケチミン化合物のアミン価は、418[mgKOH/g]であった。
反応容器中に、トナー材料の分散液(1)749質量部、プレポリマー(1)115質量部及びケチミン化合物2.9質量部を仕込み、TK式ホモミキサー(特殊機化製)を用いて5000[rpm]で1[分間]混合して、油相混合液(1)を得た。
<油相混合液(1)のCasson降伏値の測定方法>
Casson降伏値は、ハイシェア粘度計などを用いて測定することができた。
測定条件は下記の通りであった。
装置:AR2000(TAインスツルメンツ社製)
シア−ストレス:120[Pa/5分]
ジオメトリー:40mmスチールプレート
ジオメトリーギャップ:1[mm]
解析ソフト:TA DATA ANALYSIS(TAインスツルメンツ社製)
<樹脂粒子分散液の重合>
撹拌棒及び温度計をセットした反応容器中に、水683質量部、反応性乳化剤(メタクリル酸のエチレンオキシド付加物の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質量部、スチレン83質量部、メタクリル酸83質量部、アクリル酸ブチル110質量部及び過硫酸アンモニウム1質量部を仕込み、400[rpm]で15[分間]撹拌し、乳濁液を得た。乳濁液を加熱して、75[℃]まで昇温して5[時間]反応させた。次に、1質量%過硫酸アンモニウム水溶液30質量部を添加し、75[℃]で5[時間]熟成して、樹脂粒子分散液を調製した。
<トナー材料液の分散質粒子の粒径及び分散粒子径の分布>
複写機100Cでは用いるトナーにおいては、トナー材料液の分散質粒径、分散粒径分布の測定に「マイクロトラックUPA−150」(日機装社製)を用いて測定し、解析ソフト「マイクロトラック パーティクルサイズ アナライザ−Ver.10.1.2−016EE」(日機装社製)を用いて解析を行った。具体的にはガラス製の30mlサンプル瓶にトナー材料液、次いでトナー材料液作製に用いた溶媒を添加し、10[質量%]の分散液を調製した。得られた分散液を「超音波分散器W−113MK−II」(本多電子社製)で2[分間]分散処理した。
測定するトナー材料液に用いた溶媒でバックグラウンドを測定した後、前記分散液を滴下し、測定器のサンプルローディングの値が1〜10の範囲となる条件で分散粒子径を測定した。本測定法は分散粒子径の測定再現性の点から測定器のサンプルローディングの値が1〜10の範囲となる条件で測定することが重要である。前記サンプルローディングの値を得るために前記分散液の滴下量を調節する必要がある。
測定・解析条件は以下のように設定した。
分布表示:体積、粒径区分選択:標準、チャンネル数:44、測定時間:60[sec]、測定回数:1回、粒子透過性:透過、粒子屈折率:1.5、粒子形状:非球形、密度:1[g/cm]、溶媒屈折率の値は日機装社発行の「測定時の入力条件に関するガイドライン」に記載されている値のうちトナー材料液に用いた溶媒の値を用いた。
(乳化スラリーの調製)
水990質量部、樹脂粒子分散液83質量部、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質量%水溶液エレミノールMON−7(三洋化成工業社製)37質量部、高分子分散剤カルボキシメチルセルロースナトリウムの1質量%水溶液セロゲンBS−H−3(第一工業製薬社製)135質量部及び酢酸エチル90質量部を混合撹拌し、水系媒体を得た。水系媒体1200質量部に、油相混合液867質量部を加え、TK式ホモミキサーを用いて、13,000[rpm]で20[分間]混合して、分散液(乳化スラリー)を調製した。
次に、撹拌機及び温度計をセットした反応容器中に、乳化スラリー(1)を仕込み、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。
複写機100Cで用いるトナーの体積平均粒径(Dv)及び個数平均粒径(Dn)は、粒度測定器(「マルチサイザーIII」、ベックマンコールター社製)を用い、アパーチャー径100[μm]で測定し、解析ソフト(Beckman Coulter Mutlisizer3 Version3.51)にて解析を行った。具体的にはガラス製の100mlビーカーに10〔質量%〕界面活性剤(アルキルベンゼンスフォン酸塩ネオゲンSC−A;第一工業製薬製)を0.5[ml]添加し、各トナー0.5g添加しミクロスパーテルでかき混ぜ、次いでイオン交換水80[ml]を添加した。得られた分散液を超音波分散器(W−113MK−II本多電子社製)で10[分間]分散処理した。前記分散液を前記マルチサイザーIIIを用い、測定用溶液としてアイソトンIII(ベックマンコールター製)を用いて測定を行った。測定は装置が示す濃度が8±2[%]に成るように前記トナーサンプル分散液を滴下した。本測定法は粒径の測定再現性の点から前記濃度を8±2[%]にすることが重要である。この濃度範囲であれば粒径に誤差は生じない。
分散スラリー100[質量部]を減圧濾過した後、濾過ケーキにイオン交換水100質量部を添加し、TK式ホモミキサーを用いて12,000[rpm]で10[分間]混合した後、濾過した。
得られた濾過ケーキに10[質量%]塩酸を加えて、pHを2.8に調整し、TK式ホモミキサーを用いて12,000[rpm]で10[分間]混合した後、濾過した。
さらに、得られた濾過ケーキにイオン交換水300質量部を添加し、TK式ホモミキサーを用いて12,000[rpm]で10[分間]混合した後、濾過する操作を2回行い、最終濾過ケーキを得た。
得られた最終濾過ケーキを、循風乾燥機を用いて45[℃]で48[時間]乾燥し、目開き75[μm]メッシュで篩い、トナー母粒子を得た。
得られたトナー母粒子100質量部に対し、外添剤として大粒径シリカ(BET比表面積21[m/g]、含水率0.4[%]、嵩密度0.140[g/cm])を1.0質量部と、小粒径シリカ(BET比表面積140[m/g]、含水率0.4[%]、嵩密度0.140[g/cm])を1.5質量部と、疎水化酸化チタン0.5質量部を添加し、ヘンシェルミキサー(三井鉱山社製)を用いて混合処理し、トナーを製造した。
製造されたトナーについて、下記方法により、平均円形度、体積平均粒径Dv、個数平均粒径Dn、2μm以下個数、及び嵩密度の測定を行った。
<平均円形度の測定方法>
本発明においては、超微粉トナーの計測にフロー式粒子像分析装置(「FPIA−2100」;シスメックス社製)を用いて計測し、解析ソフト(FPIA−2100 Data Processing Program for FPIA version00−10)を用いて解析を行った。具体的には、ガラス製100mlビーカーに10wt%界面活性剤(アルキルベンゼンスフォン酸塩ネオゲンSC−A;第一工業製薬性)を0.1〜0.5ml添加し、各トナー0.1〜0.5g添加しミクロスパーテルでかき混ぜ、次いでイオン交換水80mlを添加した。得られた分散液を超音波分散器(本多電子社製)で3分間分散処理した。前記分散液を前記FPIA−2100を用いて濃度を5,000〜15,000個/μlが得られるまでトナーの形状及び分布を測定した。本測定法は平均円形度の測定再現性の点から前記分散液濃度が5,000〜15,000個/μlにすることが重要である。前記分散液濃度を得るために前記分散液の条件、すなわち添加する界面活性剤量、トナー量を変更する必要がある。界面活性剤量は前述したトナー粒径の測定と同様にトナーの疎水性により必要量が異なり、多く添加すると泡によるノイズが発生し、少ないとトナーを十分にぬらすことができないため、分散が不十分となる。また、トナー添加量は粒径のより異なり、小粒径の場合は少なく、また大粒径の場合は多くする必要があり、トナー粒径が3〜7μmの場合、トナー量を0.1〜0.5g添加することにより分散液濃度を5,000〜15,000個/μlにあわせることが可能となる。
<体積平均粒径Dvおよび個数平均粒径Dnの測定方法>
本発明のトナーの体積平均粒径(Dv)及び個数平均粒径(Dn)は、粒度測定器(「マルチサイザーIII」、ベックマンコールター社製)を用い、アパーチャー径100μmで測定し、解析ソフト(Beckman Coulter Mutlisizer 3 Version3.51)にて解析を行った。具体的にはガラス製100mlビーカーに10wt%界面活性剤(アルキルベンゼンスフォン酸塩ネオゲンSC−A;第一工業製薬性)を0.5ml添加し、各トナー0.5g添加しミクロスパーテルでかき混ぜ、次いでイオン交換水80mlを添加した。得られた分散液を超音波分散器(W−113MK−II本多電子社製)で10分間分散処理した。前記分散液を前記マルチサイザーIIIを用い、測定用溶液としてアイソトンIII(ベックマンコールター製)を用いて測定を行った。測定は装置が示す濃度が8±2%に成るように前記トナーサンプル分散液を滴下した。本測定法は粒径の測定再現性の点から前記濃度を8±2%にすることが重要である。この濃度範囲であれば粒径に誤差は生じない。
<2μm以下個数の測定方法>
本発明のトナーの2μm以下粒子率及び円形度はフロー式粒子像分析装置FPIA−2000(東亜医用電子株式会社製)により計測できる。具体的な測定方法としては、容器中の予め不純固形物を除去した水100〜150ml中に分散剤として界面活性剤、好ましくはアルキルベンゼンスフォン酸塩を0.1〜0.5ml加え、更に測定試料を0.1〜0.5g程度加える。試料を分散した懸濁液は超音波分散器で約1〜3分間分散処理を行い、分散液濃度を3,000〜10,000個/μlとして前記装置によりトナーの形状及び分布を測定することによって得られる。
<嵩密度の測定方法>
微粒子の嵩密度は下記の方法により測定した。100mlのメスシリンダーを用いて、微粒子を徐々に加え100mlにした。
その際、振動は与えなかった。このメスシリンダーの微粒子を入れる前後の重量差により嵩密度を測定した。
嵩密度(g/cm3)=微粒子量(g/100ml)÷100
製造したトナーを以下の方法で画像評価した。
<画像評価方法>
1.評価に用いるトナー、装置を全て25[℃]、50%環境室に1日放置。
2.複写機100CのPCUのトナーを全て除去し、現像装置61中にキャリアのみを残す。
3.キャリアのみになった現像装置61中に、サンプルとなるブラックトナーを28[g]投入し、トナー濃度7[%]の現像剤を400[g]作製する。
4.複写機100C本体に、現像装置61を装着し、現像スリーブ(現像ローラ61aの表面を形成するスリーブ)線速300[mm/s]で、現像装置61のみを5[分間]空回しさせる。
5.現像スリーブ、感光体10ともに狙いの線速でトレーリングで回転させ、感光体10上のトナー0.4±0.05[mg/cm]となるように帯電電位、現像バイアスを調整する。
6.上記現像条件において、転写率が96±2[%]となるよう、転写電流を調整。
7.全面ベタ画像を連続50[枚]出力した。
8.出力した全面ベタ画像中のホタル個数をそれぞれカウントし、1枚あたりの平均値を
算出した。
〔実施例2〕
複写機100Cの二つ目の実施例(以下、実施例2と呼ぶ)では、変性層状無機鉱物(商品名クレイトンAPA)の添加量を、1.7質量部から1.3質量部に変更し、小粒径シリカ添加量を1.5質量部から1.0質量部に変更した以外は、実施例1と同様に行った。
〔実施例3〕
複写機100Cの三つ目の実施例(以下、実施例3と呼ぶ)では、変性層状無機鉱物(商品名クレイトンAPA)の添加量を、1.7質量部から1.0質量部に変更し、小粒径シリカ添加量を1.5質量部から0.5質量部に変更した以外は、実施例1と同様にして行った。
〔実施例4〕
複写機100Cの四つ目の実施例(以下、実施例4と呼ぶ)では、小粒径シリカ添加量を1.5質量部から0.9質量部に変更した以外は、実施例1と同様に行った。
〔実施例5〕
複写機100Cの五つ目の実施例(以下、実施例5と呼ぶ)では、小粒径シリカ添加量を1.0質量部から0.7質量部に変更した以外は、実施例2と同様に行った。
〔実施例6〕
複写機100Cの六つ目の実施例(以下、実施例6と呼ぶ)では、小粒径シリカ添加量を0.5質量部から0.4質量部に変更した以外は、実施例3と同様に行った。
〔実施例7〕
複写機100Cの七つ目の実施例(以下、実施例7と呼ぶ)では、小粒径シリカ添加量を1.5質量部から1.7質量部に変更した以外は、実施例1と同様に行った。
〔実施例8〕
複写機100Cの八つ目の実施例(以下、実施例8と呼ぶ)では、小粒径シリカ添加量を1.0質量部から1.2質量部に変更した以外は、実施例2と同様に行った。
〔実施例9〕
複写機100Cの九つ目の実施例(以下、実施例9と呼ぶ)では、小粒径シリカ添加量を0.5質量部から0.3質量部に変更した以外は、実施例3と同様に行った。
〔実施例10〕
複写機100Cの十個目の実施例(以下、実施例10と呼ぶ)では、変性層状無機鉱物(商品名クレイトンAPA)の添加量を、1.7質量部から1.5質量部に変更し、小粒径シリカ添加量を1.5質量部から1.4質量部に変更した以外は、実施例1と同様に行った。
〔実施例11〕
複写機100Cの十一個目の実施例(以下、実施例11と呼ぶ)では、変性層状無機鉱物(商品名クレイトンAPA)の添加量を、1.7質量部から1.2質量部に変更し、小粒径シリカ添加量を1.5質量部から0.6質量部に変更した以外は、実施例1と同様に行った。
〔実施例12〕
複写機100Cの十二個目の実施例(以下、実施例12と呼ぶ)では、変性層状無機鉱物(商品名クレイトンAPA)の添加量を、1.7質量部から1.9質量部に変更し、小粒径シリカ添加量を1.5質量部から1.8質量部に変更した以外は、実施例1と同様に行った。
〔実施例13〕
複写機100Cの十三個目の実施例(以下、実施例13と呼ぶ)では、以下に示す製造方法にて作製したトナーを使用した。
(樹脂エマルジョンの調整)
下記のモノマーを均一に混合し、モノマー混合液を作製した。
スチレンモノマー 71質量部
アクリル酸n−ブチル 25質量部
アクリル酸 4質量部
下記の水溶液混合物を反応機に入れ、攪拌下で70℃に加熱した。70℃に液の温度を保った攪拌状態で、上記モノマー混合液及び過硫酸カリウム1%水溶液5質量部をそれぞれ同時に4時間で滴下し、さらに70℃で2時間重合させて、固形分50%の樹脂エマルジョンを得た。
水 100質量部
ノニオン乳化剤(エマルゲン950) 1質量部
アニオン乳化剤(ネオゲンR) 1.5質量部
(トナー粒子の調整)
下記の混合物をディスパーを用いて25℃を保ち2時間攪拌した。
顔料 20質量部
帯電制御剤(E−84、オリエント化学工業社製) 1質量部
アニオン乳化剤(ネオゲンR) 0.5質量部
水 310質量部
次いでこの分散液に上記エマルジョンを188質量部添加し、約2時間攪拌した後60℃まで加熱し、これをアンモニアによってpH7.0に調整した。更に、この分散液を90℃まで加熱し、2時間この温度を保ち、分散スラリー1を得た。
[分散スラリー1]100質量部を減圧濾過した後、
(1):濾過ケーキにイオン交換水100質量部を加え、TKホモミキサーで混合(回転数12,000rpmで10分間)した後濾過した。
(2):(1)の濾過ケーキに10%塩酸を加えPH2.8に調製し、TKホモミキサーで混合(回転数12,000rpmで10分間)した後濾過した。
(3):(2)の濾過ケーキにイオン交換水300質量部を加え、TKホモミキサーで混合(回転数12,000rpm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。
[濾過ケーキ1]を循風乾燥機にて45℃で48時間乾燥し、目開き75μmメッシュで篩い、重量平均粒径が5.9μmのトナーを得た。更に、小粒径シリカとしてR972(日本アエロジル社製のシリカ、平均一次粒子径:0.016μm、BET比表面積150[m/g])をトナー100質量部に対し1.2質量部の割合で外添してトナーを得た。
〔実施例14〕
複写機100Cの十四個目の実施例(以下、実施例14と呼ぶ)では、
分散スラリー1を得る際に90℃で加熱した時間を5時間に変更し、小粒径シリカ添加量を1.2質量部から0.8質量部に変更した以外は、実施例13と同様に行った。
〔比較例1〕
次に、複写機100Cを用いて上記各実施例と比較する、一つ目の比較例(以下、比較例1と呼ぶ)で使用したトナーの製造方法を示す。
実施例1の(トナー材料の分散液の作製)において、少なくとも一部をベンジル基を有する第4級アンモニウム塩で変性した層状無機鉱物モンモリロナイト(クレイトンAPA Southern Clay Products社製)を添加せず、(乳化スラリーの調整)において、乳化スラリー(1)を30[℃]で脱溶剤し、乳化スラリー中の残存酢酸エチル量を6[質量%]にした。前記脱溶剤を行った乳化スラリー100質量部に、カルボキシメチセルロース(CMC ダイセル−1280:ダイセル化学工業(株)製)0.71質量部を容器に入れて、パドル型撹拌翼で周速1.8[m/s]で1[時間]混合した。また、小粒径シリカの添加量を0.25質量部とした。それ以外は実施例1と同様に行った。
〔比較例2〕
複写機100Cを用いた二つ目の比較例(以下、比較例2と呼ぶ)では、比較例1のカルボキシメチセルロース(CMC ダイセル−1280:ダイセル化学工業(株)製)0.71質量部を1質量部に変えた。また、小粒径シリカの添加量を0.1質量部とした。それ以外は比較例1と同様にしてトナーを製造した。
〔比較例3〕
複写機100Cを用いた三つ目の比較例(以下、比較例3と呼ぶ)で使用したトナーの製造方法を示す。
実施例1の変性層状無機鉱物(商品名クレイトンAPA)をオルガノシリカゾル(MEK−ST−UP、固形分濃度20[%]、平均一次粒子径15[nm]、日産化学工業製)に変更し、その添加量を、20質量部に変更した。また、小粒径シリカの添加量を1.8質量部とした。それ以外は、実施例1と同様にしてトナーを製造した。
〔比較例4〕
複写機100Cを用いた四つ目の比較例(以下、比較例4と呼ぶ)では、オルガノシリカゾル(MEK−ST−UP、固形分濃度20[%]、平均一次粒子径15[nm]、日産化学工業製)の添加量を、20質量部から15質量部に変更した。また、小粒径シリカの添加量を2.0質量部とした。それ以外は、比較例3と同様にしてトナーを製造した。
〔比較例5〕
複写機100Cを用いた五つ目の比較例(以下、比較例5と呼ぶ)では、オルガノシリカゾル(MEK−ST−UP、固形分濃度20[%]、平均一次粒子径15[nm]、日産化学工業製)の添加量を、20質量部から10質量部に変更した。また、小粒径シリカの添加量を1.5質量部とした。それ以外は、比較例3と同様にしてトナーを製造した。
〔比較例6〕
複写機100Cを用いた六つ目の比較例(以下、比較例6と呼ぶ)では、オルガノシリカゾル(MEK−ST−UP、固形分濃度20[%]、平均一次粒子径15[nm]、日産化学工業製)の添加量を、20質量部から12質量部に変更した。また、小粒径シリカの添加量を0.6質量部とした。それ以外は、比較例3と同様にしてトナーを製造した。
〔比較例7〕
複写機100Cを用いた七つ目の比較例(以下、比較例7と呼ぶ)では、オルガノシリカゾル(MEK−ST−UP、固形分濃度20[%]、平均一次粒子径15[nm]、日産化学工業製)の添加量を、20質量部から8質量部に変更した。また、小粒径シリカの添加量を1.0質量部とした。それ以外は、比較例3と同様にしてトナーを製造した。
〔比較例8〕
複写機100Cを用いた八つ目の比較例(以下、比較例8と呼ぶ)では、オルガノシリカゾル(MEK−ST−UP、固形分濃度20[%]、平均一次粒子径15[nm]、日産化学工業製)の添加量を、20質量部から5質量部に変更した。また、小粒径シリカの添加量を1.3質量部とした。それ以外は、比較例3と同様にしてトナーを製造した。
実施例1〜実施例14及び比較例1〜比較例8のトナーの物性を表1に示す。
また、実施例1〜実施例14及び比較例1〜比較例8のそれぞれのトナーを用いて複写機100Cで画像形成行った場合の画像画評価の実験を行った結果を表2に示す。
トナーの平均円形度と小粒径シリカ添加量とを表3にまとめて示す。
表2における各値の適用範囲(問題ないレベル)を以下に示す。
嵩密度:0.40〜0.50〔g/cm
ホタル個数:2.5〔個〕以下、好ましくは2.0〔個〕以下
クリーニング不良:◎、○又は△
◎:全く問題ないレベル
○:わずかにブレードからトナーがすり抜けるが、画像上には全く問題ないレベル
△:ブレードからトナーがすり抜けることがしばしばあり、ごくまれに画像上に現れる。
×:ブレードからのトナーのすり抜けが頻発し、画像上にもよく現れる。
図6は、表2に示した各実施例及び各比較例の平均円形度と小粒径シリカの添加量とを
プロットしたグラフであり、図6中の「○」が実施例1〜12のプロットであり、「△」が実施例13および14、「×」が比較例のプロットである。
表2に示すように、実施例1〜実施例12は、嵩密度が過剰に上昇することなく、クリーニング性も良好で、さらに、凝集体に起因して生じるホタルの発生も問題とならない程度であった。実施例13はホタルの発生、実施例14はクリーニング性に余裕度があまりないが問題とならないレベルである。
比較例1、4、5および7は、クリーニング性に問題があり、比較例2、3および6は、ホタルの発生量が問題である。比較例5および8は、嵩密度の過剰な上昇と、クリーニング性に問題がある。
図6に示すように、平均円形度を横軸(x軸)とし、小粒径シリカの添加量を縦軸(y軸)とした場合、全ての実施例は、−18x+17.92≦y≦−34x+33.96の範囲内となった。一方、画像形成で何らかの不具合が生じた比較例1〜比較例8は、−18x+17.92≦y≦−34x+33.96の範囲外となった。
よって、トナーの平均円形度をA、トナー母体の質量に対する小粒径シリカの添加量をB[質量%]とした場合、複写機100Cのトナーとして、実施例1〜実施例14のように、−18A+17.92≦B≦−34A+33.96の関係を満たすように設定することにより、小粒径シリカを過剰に添加することにより生じる嵩密度の上昇及びクリーニング不良の発生を防止しつつ、凝集体が形成されることにより生じるホタルの発生を防止することができる。
以上、本実施形態によれば、画像形成を行う画像形成装置である複写機100Cでは、トナー母体に小粒径シリカを添加したトナーを収容するトナー収容器であるトナーボトル220内から現像剤を収容する現像装置61の現像剤収容部61c内にトナーを補給するトナー補給装置500がスクリューポンプである粉体ポンプ2を用いてトナーを搬送する。また、現像装置61の現像剤収容部61c内の現像剤を用いて潜像担持体である感光体10上の潜像をトナー像化し、感光体10上に形成されたトナー像を、中間転写ベルト50を備えた転写装置としての中間転写ユニットによって記録媒体である転写紙に転写して転写紙上に画像を形成する。そして、トナーボトル220に収容され、複写機100Cで使用されるトナーは、トナーの平均円形度をA、トナー母体の質量に対する小粒径シリカの添加量をB[質量%]とした場合に、−18A+17.92≦B≦−34A+33.96の関係を満たすように設定する。このように設定することにより、小粒径シリカを過剰に添加することにより生じる嵩密度の上昇及びクリーニング不良の発生を防止しつつ、凝集体が形成されることにより生じるホタルの発生を防止することができた。よって、粉体ポン2内でトナーの凝集体が形成されることに起因する画像不良の発生を防止するとともに、小粒径シリカを過剰に添加することに起因する不具合の発生を防止することができる。
また、複写機100Cで用いるトナーは、少なくとも、有機溶媒中に、結着樹脂、変性ポリエステル系樹脂からなるプレポリマー、プレポリマーと伸長乃至架橋する化合物、着色剤、離型剤、層状無機鉱物における層間イオンの少なくとも一部を有機物イオンで変性した変性層状無機鉱物を溶解乃至分散させ、溶解液乃至分散液を作製し、溶解液乃至分散液の25[℃]におけるCasson降伏値が1[Pa]〜100[Pa]であり、溶解液乃至分散液を水系媒体中で乳化乃至分散させて架橋反応乃至伸長反応させて得られた分散液から溶媒を除去することにより得られるトナーである。Casson降伏値が1[Pa]未満では、目標の形状が得にくく、100[Pa]を超えると製造性が悪化する。よって、Casson降伏値が1[Pa]〜100[Pa]の範囲内であることにより、このような不具合の発生を防止することができる。
また、複写機100Cで用いるトナーは、層状無機鉱物における層間イオンの少なくとも一部を有機物イオンで変性した変性層状無機鉱物が、溶解液乃至分散液中の固形分中に、0.05〜10〔質量%〕含有されて成るトナーである。0.05〔質量%〕未満では目標のCasson降伏値が得られず、10〔質量%〕を超えると、定着性能が悪化する。変性層状無機鉱物が、溶解液乃至分散液中の固形分中に0.05〜10〔質量%〕の範囲で含有されることにより、このような不具合の発生を防止することができる。
また、複写機100Cで用いるトナーは、小粒径シリカのBET比表面積がBET比表面積140[m/g]で50〜400[m/g]の範囲内にあり、またトナーの平均円形度Aが0.94≦A≦0.99の範囲内のトナーである。トナーの平均円形度Aが0.94≦A≦0.99の範囲内であり、トナーが略真球であることにより、過剰な小粒径シリカを添加することなく、所望の流動性を実現することができる。
なお、BET比表面積50[m/g]以上の小粒径シリカに対し、BET比表面積で50[m/g]未満のシリカは一般的に中粒径あるいは大粒径シリカと呼ばれるものである。このようなシリカは、トナーに流動性を付与する機能を持った小粒径シリカと異なり、感光体付着力低減のためのスペーサーとしての役割を主な機能としているため、トナーの流動性が関係するホタルにはあまり関与しない。
また、複写機100Cで用いるトナーは、体積平均粒径が3〜8[μm]、体積平均粒径(Dv)と個数平均粒径(Dn)との比(Dv/Dn)が、1.00〜1.30の範囲にあるトナーを用いる。トナーの体積平均粒径(Dv)と個数平均粒径(Dn)との比(Dv/Dn)が1.00〜1.30の範囲にあることにより高解像度、高画質のトナーを得ることを可能とする。更に、二成分現像剤においては、長期にわたるトナーの収支が行われても、現像剤中のトナーの粒子径の変動を少なくするとともに、現像装置61における長期の攪拌においても、良好で安定した現像性を可能とする。Dv/Dnが1.30を超えてしまうと、個々のトナー粒子の粒径のバラツキが大きく、現像の際などでトナーの挙動にバラツキが発生し、微小ドットの再現性を損なってしまうことになり、高品位な画像は得られなくなる。
また、複写機100Cで用いるトナーは、粒径2[μm]以下の粒子が1〜10[個数%]である。粒径による不具合の現象は、微粉の含有率が大きく関係し、特に粒径2[μm]以下の粒子が10[個数%]を超えるとキャリアへの付着や高いレベルで帯電の安定性を図る場合に支障となるが、粒径2[μm]以下の粒子が1〜10[個数%]の範囲とすることにより、このような問題の発生を防止することができる。
また、画像形成装置である複写機100Cで使用するトナーとして、実施例1〜実施例14のいずれかのトナー、または、−18A+17.92≦B≦−34A+33.96の関係を満たすトナーを用いることにより、粉体ポンプ2内でトナーの凝集体が形成されることに起因する画像不良の発生を防止するとともに、小粒径シリカを過剰に添加することに起因する不具合の発生を防止することができる。
本実施形態に係る複写機の概略構成図。 画像形成ユニットが備える4つの作像部からなるタンデム部の一部を示す部分拡大説明図。 複写機が有するトナー補給装置の概略説明図。 トナー補給装置が備える粉体ポンプの断面説明図。 トナー粒子の形状を模式的に示す説明図(その1)。 トナー粒子の形状を模式的に示す説明図(その2)。 トナー粒子の形状を模式的に示す説明図(その3)。 表3に示した実験結果をプロットしたグラフ。
符号の説明
2 粉体ポンプ(スクリューポンプ)
3 エアーポンプ管
5 ロータ
6 ステータ
7 ホルダ
8 歯車
9 軸継ぎ手
10 感光体
16 支持ローラ
17 中間転写体クリーニング装置
18 作像部
21 露光装置
22 二次転写装置
25 定着装置
49 レジストローラ
50 中間転写ベルト
56 排出ローラ
57 排紙トレイ
59 帯電器
61 現像装置
62 転写帯電器
63 感光体クリーニング装置
64 除電器
65 トナー補給チューブ
66 モータ
67 排出部
68 サブホッパ
69 吸い込み部
80 ノズル
93 開口部
95 トナー補給口
100C 複写機
120 画像形成ユニット
130 原稿台
150 画像形成部
220 トナーボトル(トナー収容器)
300 スキャナ
400 原稿自動搬送装置
500 トナー補給装置(トナー搬送装置)

Claims (16)

  1. トナー母体に小粒径シリカを添加したトナーを収容するトナー収容器内から現像剤を収容する現像装置の現像剤収容部内にトナーを補給するトナー搬送装置がスクリューポンプを用いてトナーを搬送し、
    前記現像装置の前記現像剤収容部内の現像剤を用いて潜像担持体上の潜像をトナー像化し、前記潜像担持体上に形成された前記トナー像を転写装置によって記録媒体に転写して前記記録媒体上に画像を形成する画像形成方法において、
    前記トナーの平均円形度をA、前記トナー母体の質量に対する前記小粒径シリカの添加量をB[質量%]とした場合に、以下の(1)式を満たすことを特徴とする画像形成方法。
    −18A+17.92≦B≦−34A+33.96・・・・(1)
  2. トナーは、少なくとも、結着樹脂、着色剤、離型剤、及び変性層状無機鉱物を含み、前記変性層状無機鉱物は、層状無機鉱物における層間イオンの少なくとも一部が有機物イオンで変性されている請求項1に記載の画像形成方法。
  3. トナーは、少なくとも、有機溶媒中に、結着樹脂、変性ポリエステル系樹脂からなるプレポリマー、前記プレポリマーと伸長乃至架橋する化合物、着色剤、離型剤、変性層状無機鉱物を溶解乃至分散させ、溶解液乃至分散液を作製し、前記溶解液乃至分散液の25℃におけるCasson降伏値が1〔Pa〕〜100〔Pa〕であり、前記溶解液乃至分散液を水系媒体中で乳化乃至分散させて、架橋反応乃至伸長反応させて得られた分散液から溶媒を除去することにより得られるトナーである請求項2に記載の画像形成方法。
  4. 変性層状無機鉱物が、溶解液乃至分散液中の固形分中に0.05〔質量%〕〜10〔質量%〕含有されている請求項3に記載の画像形成方法。
  5. トナーは、小粒径シリカのBET比表面積が50[m/g]〜400[m/g]の範囲内にあり、トナーの平均円形度Aが0.94≦A≦0.99の範囲内である請求項1から4のいずれかに記載の画像形成方法。
  6. トナーは、体積平均粒径が3[μm]〜8[μm]であり、体積平均粒径(Dv)と個数平均粒径(Dn)との比(Dv/Dn)が1.00〜1.30の範囲にある請求項1から5のいずれかに記載の画像形成方法。
  7. トナーは、粒径2[μm]以下の粒子が1[個数%]〜10[個数%]である請求項1から6のいずれかに記載の画像形成方法。
  8. トナー母体に小粒径シリカを添加したトナーを収容するトナー収容器内から現像剤を収容する現像装置の現像剤収容部内にトナーを補給するトナー補給装置がスクリューポンプを用いてトナーを搬送し、
    前記現像装置の前記現像剤収容部内の現像剤を用いて潜像担持体上の潜像をトナー像化し、前記潜像担持体上に形成された前記トナー像を転写装置によって記録媒体に転写して前記記録媒体上に画像を形成する画像形成に用いられるトナーにおいて、
    前記トナーの平均円形度をA、前記トナー母体の質量に対する前記小粒径シリカの添加量をB[質量%]とした場合に、以下の(1)式を満たすことを特徴とするトナー。
    −18A+17.92≦B≦−34A+33.96・・・・(1)
  9. 少なくとも、結着樹脂、着色剤、離型剤、及び変性層状無機鉱物を含み、前記変性層状無機鉱物は、層状無機鉱物における層間イオンの少なくとも一部が有機物イオンで変性されている請求項8に記載のトナー。
  10. 少なくとも、有機溶媒中に、結着樹脂、変性ポリエステル系樹脂からなるプレポリマー、前記プレポリマーと伸長乃至架橋する化合物、着色剤、離型剤、変性層状無機鉱物を溶解乃至分散させ、溶解液乃至分散液を作製し、前記溶解液乃至分散液の25[℃]におけるCasson降伏値が1[Pa]〜100[Pa]であり、前記溶解液乃至分散液を水系媒体中で乳化乃至分散させて、架橋反応乃至伸長反応させて得られた分散液から溶媒を除去することにより得られる請求項9に記載のトナー。
  11. 変性層状無機鉱物が、溶解液乃至分散液中の固形分中に0.05〔質量%〕〜10〔質量%〕含有されている請求項10に記載のトナー。
  12. 小粒径シリカのBET比表面積が50[m/g]〜400[m/g]の範囲内にあり、平均円形度Aが0.94≦A≦0.99の範囲内である請求項8から11のいずれかに記載のトナー。
  13. 体積平均粒径が3[μm]〜8[μm]であり、体積平均粒径(Dv)と個数平均粒径(Dn)との比(Dv/Dn)が1.00〜1.30の範囲にある請求項8から12のいずれかに記載のトナー。
  14. 粒径2[μm]以下の粒子が1[個数%]〜10[個数%]である請求項8から13のいずれかに記載のトナー。
  15. 潜像担持体と、
    現像剤収容部内の現像剤を用いて前記潜像担持体上の潜像を現像する現像装置と、
    現像剤収容部内の現像剤に供給するトナーを収容するトナー収容器と、
    スクリューポンプを用いて前記トナー収容器内のトナーを前記現像装置の前記現像剤収容部に補給するトナー補給装置と、
    前記現像装置による現像によって前記潜像担持体上に形成されたトナー像を記録媒体に転写する転写手段と、
    前記トナー像が転写された前記記録媒体上に前記トナー像を定着させる定着手段と
    を有する画像形成装置において、
    前記トナーとして、請求項8から14のいずれかに記載のトナーを用いることを特徴とする画像形成装置。
  16. 現像装置、潜像担持体を帯電する帯電装置、及び転写後の現像担持体表面をクリーニングするクリーニング装置から選ばれる少なくとも一つと、前記潜像担持体とが一体的に支持され、プロセスカートリッジとして画像形成装置本体から着脱自在に構成されている請求項15に記載の画像形成装置。
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