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JP4472387B2 - 画像形成方法 - Google Patents

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JP4472387B2 JP2004068391A JP2004068391A JP4472387B2 JP 4472387 B2 JP4472387 B2 JP 4472387B2 JP 2004068391 A JP2004068391 A JP 2004068391A JP 2004068391 A JP2004068391 A JP 2004068391A JP 4472387 B2 JP4472387 B2 JP 4472387B2
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Description

本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンター等の静電複写プロセスによる画像を形成する画像形成装置及びこの画像形成装置に用いられるトナーに関するものである。
電子写真方式の画像形成装置では、像担持体である感光体の表面に放電によって電荷を与える帯電工程と、帯電した感光体表面を露光して静電潜像を形成する露光工程と、感光体表面に形成された静電潜像の極性と逆の極性を有するトナーを供給して現像する現像工程とを経て感光体上にトナー像が形成される。このために、現像工程では、画像形成装置内に設けられる現像装置により行われるが、トナーの消費を補うために、トナー収納容器から現像装置にトナーが補給される。
近時、形成される画像が高精度の再現性が求められている。このために、小粒径化トナーによって対応している。しかし、小粒径化されたトナーは、トナー流動性が低下し、スクリュー等によるトナー補給ではかまくら状に空洞を形成して補給されないことがある。また、スクリュー等に固着してトナー詰まりを生ずることがある。さらに、画像形成装置の小型化・高速化する傾向にある。画像形成装置の高速化によって、多量の補給用トナーを必要するのでトナー収納容器も大きくなり、また、安定して補給されることが求まられている。また、画像形成装置の小型化によって現像装置から離れた場所にトナー収納容器を配設されることがある。このために、離れたトナー収納容器から現像装置へスムーズに安定してトナーを供給するために粉体ポンプを用いる剤移送装置が設けられている。
このため、例えば、特許文献1では、エアーポンプのエアー出口からトナー補給路で通路93及びトナー移送チューブとの合流部であるエアー接続口までのエアー供給経路が、通路及びトナー移送チューブの重力方向最下位置よりも上方の高さ位置になるように配置されている画像形成装置が開示されている。
また、例えば、特許文献2では、貫通孔が形成されたステータと、該貫通孔に配置されたロータとを有し、該ロータの回転により、前記貫通孔の入口開口側から出口開口側へ粉体を移送する粉体移送ポンプにおいて、前記貫通孔の出口開口から排出された粉体に撹拌作用を与える撹拌手段を設けた粉体移送ポンプが開示されている。
特開2004−037911 特開2002−087592
しかし、上記開示され技術では、小粒径化されたトナーと粉体ポンプを用いたトナー供給システムにおけるスムーズな補給は困難である。
そこで、本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その課題は、小粒径トナーであっても、粉体ポンプを用いる剤移送装置でスムーズなトナー補給が可能な画像形成装置を提供することである。
上記課題を解決する手段である本発明の特徴を以下に挙げる。
1.本発明の画像形成方法は、体積平均粒径2〜5.88μmのトナー又はトナーを含む現像剤を粉体ポンプを用いて現像装置に移送する剤移送装置を備える画像形成装置を用いた画像形成方法において、前記トナーは、(1)水系媒体中に、着色剤、離型剤、重合体又は重合性単量体、を分散させてから製造されており、且つ(2)フロー式粒子像分析装置で円形度0.95〜0.98であり、且つ(3)JIS K2235に準拠して測定した前記トナーの針入度が10mm以上であることを特徴とする。
2.また、本発明の画像形成方法は、さらに、前記剤移送装置におけるトナーが収納されている収納容器は、変形可能な収納袋であることを特徴とする。
3.また、本発明の画像形成方法は、さらに、前記収納容器画像形成装置本体にセットされた時、粉体ポンプが画像形成装置本体の駆動部と駆動連結されており、前記現像剤若しくは前記トナーは、駆動連結により可動される部材の一部と接触をし、前記トナーはフロー式粒度像分析装置の測定で0.7〜2.0μmが10個数%以下であることを特徴とする。
4.また、本発明の画像形成方法は、さらに、前記粉体ポンプは、移送チューブの側面に接続され、該移送チューブは、その一端が前記現像装置に接続され、他端がエア供給手段に接続され、前記粉体ポンプによって前記収納容器から排出されたトナーは、前記エア供給手段によるエア流によって前記現像装置へ移送されることを特徴とする。
5.また、本発明の画像形成方法は、さらに、前記トナーは、体積平均粒径(Dv)と個数平均粒径(Dn)の比Dv/Dnが1.25以下のトナーであることを特徴とする。
6.また、本発明の画像形成装置は、さらに、前記トナーは、平均粒径30〜300nmの微粒子をトナー表面に存在させることを特徴とする。
7.また、本発明の画像形成方法は、さらに、前記トナーは、有機微粒子及び/又は無機微粒子の双方又はいずれか一方である微粒子をトナー表面に存在させることを特徴とする。
8.また、本発明の画像形成装置は、さらに、前記トナーは、有機溶媒中に、活性水素基を有する化合物、該活性水素基を有する化合物と反応可能な部位を有する重合体、着色剤及び離型剤を溶解または分散させ、該溶液または分散液を水系媒体中で分散させ、前記活性水素基を有する化合物と前記重合体とを反応させた後、もしくは反応させながら、該有機溶媒を除去し、洗浄、乾燥させることを特徴とする。
9.また、本発明の画像形成方法は、さらに、画像形成装置は、アモルファスシリコン感光体を用いることを特徴とする。
10.また、本発明の画像形成方法は、さらに、帯電装置は、像担持体に帯電部材を接触させていることを特徴とする。
11.また、本発明の画像形成方法は、さらに、画像形成装置は、発熱体を具備する加熱体と、加熱体と接触する定着フィルムと、定着フィルムを介して加熱体と圧接する加圧部材とを有し、定着フィルムと加圧部材の間にトナーによる未定着画像を形成させた記録部材を通過させて加熱定着する定着装置を備えることを特徴とする。
12.また、本発明の画像形成装置は、さらに、画像形成装置は、像担持体と、帯電装置、現像装置、クリ−ニング装置より選ばれる少なくとも一つの装置を一体に支持し、画像形成装置本体に着脱自在であるプロセスカ−トリッジを用いていることを特徴とする。
本発明のトナーでは、上記解決するための手段によって、流動性の低いトナーであっても、容易に補給することができ、搬送経路中でのトナー詰まりが生ずるのを防止することができる。また、トナー搬送経路中にとどまるトナーがずるのを防止することができる。
また、本発明の画像形成装置では、トナーをスムーズに補給することができ、トナー濃度の低下、画像濃度の低下の発生を防止することができる。
本発明者らがかかる課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、体積平均粒径2〜8μmのトナー又はトナーを含む現像剤が、粉体ポンプを用いて現像装置に移送する剤移送装置において、前記トナーに、(1)水系媒体中に、着色剤、離型剤、重合体又は重合性単量体、を分散させてから製造されており、且つ(2)フロー式粒子像分析装置で円形度0.92〜0.98であり、且つ(3)前記トナーの針入度が10mm以上であることが特徴であるトナー、を用いることにより、粉体ポンプを用いた剤移送装置において、高温下で保存されたトナーでも初期の流動性良く現像装置に搬送が可能であることを見出した。特に、高温下での長期保存後の粉体特性は、針入度により代用測定することができ、針入度が10mm以上であると高温下で保存されたトナーでも初期の流動性良く現像装置に搬送が可能であることを見出した。
更に、好ましくは、粉体ポンプ140を用いた剤移送装置120では、変形可能なトナー収納容器121にトナーが収納され、フロー式粒子像分析装置で円形度0.92〜0.98で、重合法トナーは、粉砕トナーと比較すると、小粒径で粒度分布の狭いトナーの製造が容易である。しかし、重合法トナーは、粉砕トナーと比べてより球に近い形状をしている一方、初期の流動性が悪いという傾向がある。また、省資源の観点で優先して用いられるべき変形可能な収納袋では、トナー収納容器121全体が駆動する構造を取る必要がない。そのため、重合法トナーを変形可能な収納袋に充填して使用しようとすると最密充填に近い状態になる。トナーを解す為に、トナー収納容器121全体が駆動することもできず、更に、変形可能な収納袋なためトナーを解す為の十分な空間を得られにくい。これにより、変形可能な収納袋であっても、円形度が完全な球体から少し外れることでトナーを解す為の粒子間に十分な空間を得られ、最密充填の状態にはならず初期の流動性の低さを改善することができる。
更に、好ましくは、トナー収納容器121を画像形成装置100のトナー貯蔵部114本体にセットされた時、粉体ポンプ140が画像形成装置100本体の駆動部と駆動連結されており、トナー又は現像剤は駆動連結により可動される部材の一部と接触する画像形成装置で使用する場合には、トナーはフロー式粒度像分析装置の測定で0.7〜2.0μmが10個数%以下であることが望ましい。
駆動連結により可動される部材と、トナー又は現像剤が接触をする場合、トナー中の微粉が可動部の間に入り込んでしまう可能性がある。特に、粉体ポンプ140のように、収納容器121を画像形成装置100本体にセットされることで駆動部が駆動するシステムの場合は、駆動部の信頼性はトナー搬送に多大な影響を与える。駆動部の信頼性が落ちると、トナー詰まりやトナーの融着、異音発生などが生じてしまう。駆動部の信頼性を確保する為には、少なくとも、トナーはフロー式粒度像分析装置の測定で0.7〜2μmが10個数%以下、好ましくは、5個数%以下、最も好ましくは、3個数%以下であることが望ましい。
以下に、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。図1は、本発明の画像形成装置の概略構成を示す図である。図2は、図1に示す画像形成装置のプロセスカートリッジの構成を示す図である。
像担持体である感光体1の周囲は、帯電装置3、露光装置4、現像装置5、転写装置6、クリーニング装置7、定着装置8が配置されている。
感光体1は、ベルト状又はドラム状のアルミニウム基板上に感光層を設ける。感光層には、アモルファスセレン、光導電性を有するペリレン系、フタロシアニン系有機化合物、アモルファスシリコンを用いる。特に、アモルファスシリコンが好ましい。導電性支持体を50℃〜400℃に加熱し、支持体上に真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、熱CVD法、光CVD法、プラズマCVD法等の成膜法によりa−Siからなる光導電層を有するアモルファスシリコン感光体(以下、「a−Si系感光体」と称する。)を用いることが出来る。なかでも、プラズマCVD法、すなわち、原料ガスを直流または高周波あるいはマイクロ波グロー放電によって分解し、支持体上にa−Si堆積膜を形成する方法が好適なものとして用いられている。
図3は、アモルファスシリコン感光体の構造を模式的に示した概略図である。
(a)に示す感光体1は、支持体11の上にa−Si:H,Xからなり光導電性を有する光導電層12が設けられている。(b)に示す感光体1は、支持体11の上に、a−Si:H,Xからなり光導電性を有する光導電層12と、アモルファスシリコン系表面層13とから構成されている。(c)に示す感光体1は、支持体11の上に、a−Si:H,Xからなり光導電性を有する光導電層12と、アモルファスシリコン系表面層13と、アモルファスシリコン系電荷注入阻止層14とから構成されている。(d)に示す感光体1は、支持体11の上に、光導電層12が設けられている。該光導電層12はa−Si:H,Xからなる電荷発生層15ならびに電荷輸送層16とからなり、その上にアモルファスシリコン系表面層13が設けられている。アモルファスシリコン系感光体は、表面硬度が高く、LDのレーザ光(770〜800nm)などの長波長光に高い感度を示し、しかも繰返し使用による劣化もほとんど認められないことから、高速複写機やレーザービームプリンタ(LBP)等の画像形成装置100の感光体1として用いられている。
帯電装置3は、感光体1の表面を一様に帯電する。本実施形態における帯電装置3は、いわゆる接触・近接帯電方式で負極性に帯電させる帯電処理を行う帯電部材としての帯電ローラ3aを備えている。
図4は、印加電圧と感光体の帯電電位の関係を示すグラフである。接触による注入帯電機構では、電圧の印加と同時に感光体1を帯電させることができ、感光体1を一定の帯電電位Vdにするのに印加電圧を小さくすることができる。これによって、オゾンの発生も少なく抑えることができる。放電帯電機構では、パッシェンの法則により空気を破壊して放電するのにしきい値Vthを必要とするために感光体1を一定の電位Vdにするのに印加する電位を大きくする必要がある。
図5は、本発明の画像形成装置に用いる帯電装置の構成を示す概略図である。
帯電ローラ3aは、感光体1に接触して用いることが好ましい。図5に示すように、この感光体1に接触させた帯電ローラ3aは芯金3cとこの芯金3cの外周に同心一体にローラ上に形成した導電ゴム層3dを基本構成とし、芯金3cの両端を不図示の軸受け部材などで回転自由に保持させると供に、不図示の加圧手段によって感光ドラムに所定の加圧力で押圧させており、本図の場合、この帯電ローラ3aは感光体1の回転駆動に従動して回転する。帯電ローラ3aは、直径9mmの芯金3c上に100,000Ωcm程度の中抵抗ゴム層を被膜して直径16mmに形成されている。
帯電ローラ3aの芯金3cと図示の電源3gとは電気的に接続されており、電源3gにより帯電ローラ3aに対して所定のバイアスが印加される。これにより感光体1の周面が所定の極性,電位に一様に帯電処理される。また、トナーが僅かに付着した場合でも、帯電ローラ3aによる帯電ムラ等の帯電不良を引き起こすのを防止するために、帯電ローラ3aの表面をクリーニングローラ3bによってクリーニングする構成にしてもよい。
また、帯電部材の形状としてはローラの他にも、磁気ブラシ、ファーブラシなど、どのような形態をとってもよく、画像形成装置100の仕様や形態にあわせて選択可能である。磁気ブラシを用いる場合、磁気ブラシは例えばZn−Cuフェライト等、各種フェライト粒子を帯電部材として用い、これを支持させるための非磁性の導電スリーブ、これに内包されるマグネットロールによって構成される。また、ファーブラシを用いる場合、例えばファーブラシの材質としては、カーボン、硫化銅、金属、および金属酸化物により導電処理されたファーを用い、これを金属や他の導電処理された芯金に巻き付けたり張り付けたりすることで帯電装置3とする。
このようにして帯電した感光体1の表面には、露光装置4によって露光されて各色に対応した静電潜像が形成される。この露光装置4は、各色に対応した画像情報に基づき、感光体1に対して各色に対応した静電潜像を書き込む。なお、本実施形態の露光装置4は、レーザ方式の露光装置であるが、LEDアレイと結像手段からなる露光装置などの他の方式の露光装置を採用することもできる。
露光装置4は、読取装置20内のスキャナーで読み取ったデータ及び、図示しないPC等外部より送られた画像信号を変換し、ポリゴンモータでレーザー光3aをスキャンさせ、ミラーを通して読み取られた画像信号を基に感光体1上に静電潜像を形成する。
現像装置5は、現像剤を担持して感光体1に供給する現像剤担持体である現像スリーブ5aと、トナー供給室等を備える。感光体1と微小間隔をおいて配置された円筒状の現像剤担持体5aと、現像剤担持体5a上の現像剤量を規制する現像剤規制部材とを有している。現像剤担持体5aは、回転可能に支持された中空円筒状の現像剤担持体5aと、現像剤担持体5aの内部にこれと同軸に固設されたマグネットロールとを備えており、現像剤担持体4aの外周面に現像剤を磁気的に吸着して搬送するようになっている。現像剤担持体4aは導電性で、非磁性部材で構成されており、現像バイアスを印加するための電源が接続されている。現像剤担持体4aと感光体1との間には、電源から電圧が印加され、現像領域に電界が形成される。
尚、上記は、二成分現像剤を用いる現像装置について説明したが、本発明はこれに限らず、一成分現像剤を用いる現像装置であってもよい。
転写装置6は、転写ベルト6aと転写バイアスローラ6bとテンションローラ6cから構成されている。転写バイアスローラ6bは、鉄、アルミ、ステンレス等の芯金表面に弾性層を設けて構成する。転写バイアスローラ6bには、記録紙を感光体1に密着させるために、感光体1側に必要な圧力がかけられる。転写ベルト6aは、基材として耐熱性の材料を種々選択する事で効果が得られ、例えばシームレスのポリイミドフィルムで構成することができる。その外側には、フッ素樹脂層を設ける構成とすることができる。又、必要に応じてポリイミドフィルムの上にシリコーンゴム層を設け、その上にフッ素樹脂層を設けても良い。転写ベルト6aの内側には、転写ベルト6aを駆動及び張架するためにテンションローラ6cが設けられている。
定着装置7は、ハロゲンランプ等の加熱手段であるヒータを有する定着ローラと、圧接される加圧ローラとを備えている。定着ローラは、芯金表面にシリコーンゴム等の弾性層を100〜500μm、好ましくは400μmの厚みに設け、更にトナーの粘性による付着を防止する目的で、フッ素樹脂等の離型性の良い樹脂表層が形成されている。樹脂表層は、PFAチューブ等で構成され、その厚みは機械的劣化を考慮して10〜50μm程度の厚みが好ましい。定着ローラの外周面には、温度検知手段が設けられ、定着ローラの表面温度を約160〜200℃の範囲の中で、ほぼ一定に保つようにヒータが制御されている。加圧ローラは、芯金表面にテトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル(PFA)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)のようなオフセット防止層が被覆されている。定着ローラと同様に、芯金表面にシリコーンゴム等の弾性層を設けても良い。
また、図6は、本発明の画像形成装置に用いる他の形態の定着装置の構成を示す概略図である。ここで定着装置8は、図8に示すように、定着フィルム81を回転させて定着するいわゆるサーフ定着装置80である。定着フィルム81はエンドレスベルト状耐熱フィルムであり、このフィルムの支持回転体である駆動ローラ82と、従動ローラ83と、この両ローラ間の下方に設けた平面基盤86に保持させて固定支持させて配設した加熱体84とに懸回張設してある。従動ローラ83は定着フィルム81のテンションローラを兼ね、定着フィルム81は駆動ローラ82の時計回転方向の回転駆動によって、時計回転方向に向かって回転駆動される。この回転駆動速度は、加圧ローラ88と定着フィルム81が接する定着ニップ領域Lにおいて転写材と定着フィルム81の速度が等しくなる速度に調節される。
ここで、加圧ローラ88はシリコンゴム等の離型性のよいゴム弾性層を有するローラであり、反時計周りに回転しつつ、前記定着ニップ領域Lに対して総圧4〜10kgの当接圧をもって圧接させてある。
また定着フィルム81は、耐熱性、離型性、耐久性に優れたものが好ましく、総厚100μm以下、好ましくは40μm以下の薄肉のものを使用する。例えば、ポリイミド、ポリエーテルイミド、PES(ポリエーテルサルファイド)、PFA(4フッ化エチレンバーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂)等の耐熱樹脂の単層フィルム、あるいは複合層フィルム、例えば20ミクロンm厚フィルムの少なくとも画像当接面側にPTFE(4フッ化エチレン樹脂)、PFA等のフッ素樹脂に導電材を添加した離型性コート層を10μm厚に施したものや、フッ素ゴム、シリコンゴム等の弾性層を施したものである。
図6では、この定着装置80の加熱体84は平面基盤86および定着ヒータ87から構成されており、平面基盤86は、アルミナ等の高熱伝導度且つ高電気抵抗率を有する材料からなっており、定着フィルム81と接触する表面には抵抗発熱体で構成した定着ヒータ87を長手方向に設置してある。かかる定着ヒータ87は、例えば、Ag/Pd、TaN等の電気抵抗材料をスクリーン印刷等により線状もしくは帯状に塗工したものである。
また、定着ヒータ87の両端部には、図示しない電極が形成され、この電極間に通電することで抵抗発熱体が発熱する。さらに、平面基盤86の定着ヒータ87が具備させてある面と逆の面にはサーミスタによって構成した定着温度センサ85が設けられている。定着温度センサ85によって検出された基板の温度情報は図示しない制御手段に送られ、かかる制御手段により定着ヒータ87に供給される電力量が制御され、加熱体84は所定の温度に制御される。
このサーフ定着装置80によって、効率が良く立ち上がり時間を短縮可能な定着装置8を用いた画像形成装置100が得られる。
クリーニング装置8は、図2に示すように、転写工程後の感光体1表面に残存するトナーのクリーニング手段としてクリーニングブレード8aを有する。また、クリーニングされたトナーを回収するトナー回収羽根8d、及びそのトナーを搬送する回収コイル8cを備えている。更に、図示されないトナー回収ボックスを備える。クリーニングブレード8aは、金属、樹脂、ゴム等の材質からなるが、フッ素ゴム、シリコーンゴム、ブチルゴム、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、ウレタンゴム等のゴムが好ましく用いられ、この中でも特にウレタンゴムが好ましい。
本発明の画像形成装置では、さらに、この現像装置5にトナー収納容器121のトナーが粉体ポンプ140のポンプ力によって移送チューブ115を介してトナーが補給される剤移送装置120を備える。
図7は、剤移送装置の概略構成を示すブロック図である。
剤移送装置120の駆動・制御は、図示しない電源と制御回路により、粉体ポンプ140の駆動・制御とエアーポンプ130の動作・制御を行う。剤移送装置120の制御は、現像装置5の一部に設けられたトナー濃度センサに基づくトナーとキャリアの混合比の変化を検知しトナー補給量を制御する機構を用いているが、他の機構として感光体1上のトナー像の反射濃度を検知しトナー補給量を制御する等の技術を転用してもよい。図示しないMPUを具備した制御装置によって剤移送装置120は制御される。すなわち、トナー濃度センサの検知結果がMPUに取り込まれ、検知結果に応じてMPUから粉体ポンプ駆動源または駆動伝達手段(クラッチ等)、エアーポンプ130に動作信号が送信されることにより、現像装置へのトナー補給動作は行われる。MPUは、タイマー機能を有しており、任意のタイミングで駆動モータ、エアポンプ等を駆動制御することができる。
トナー補給信号が送信されると、同時に粉体ポンプ140のロータ141およびエアーポンプ130が所定時間作動し、流動化されたトナーが粉体ポンプ140により移送チューブ115を経て現像装置5に送られる。エアーポンプ130は粉体ポンプ140のロータ141が停止した後、さらに所定時間の作動後に停止するようになっている。このようにすることで、移送チューブ115の残存トナーを空気のみによって排出することができるので、トナー移送チューブ115内のトナー詰まりを防止することができる。
図8は、剤移送装置の構成を示す概略図である。
図8に示すように、移送チューブ115としては、内径が4〜10mmのチューブ状で、フレキシブルでかつ耐トナー性に優れたゴム材料、例えば、ポリウレタン、ニトリル、EPDM、シリコン等を用いることが非常に有効である。現像装置10内での現像剤は、第1攪拌スクリュー12によって搬送されるようにして循環される。この循環の間に搬送路の途中で現像スリーブ5aに移送された現像剤により感光体1上に形成された静電潜像を現像する。また、現像装置5の上部には空気フィルターが設けられ、移送されたトナーと空気から空気のみを現像装置5外へ逃がし、トナー補給時の接続部材及び現像装置5からのトナー飛散を防止する。トナー収納容器121は、袋形状でその下部中央が開口されており、その開口にポリエチレンやナイロン等に樹脂から作られた口金部材22が固定されている。トナー収納容器としては、トナー収納容器121としてフレキシブルで変形可能な袋にし、この袋部121はポリエステルフィルム、ポリエチレンフィルム等のフレキシブルなシート材(80〜125μm程度の厚み)を単層または複層構成にして袋状容器形状が好ましい。なお、このトナー収納容器121は、この袋形状に限定されず、横型であってもよく、粉体ポンプ140のところまでトナーが搬送されるようになっていれば良い。
口金部材122は、スリーブ状に形成され、その中空部に粉体ポンプ140が脱着可能に装着されている。粉体ポンプ140は、吐出型の一軸偏芯スクリューポンプであって、金属などの剛性をもつ材料で偏芯したスクリュー形状に作られたロータ141と、ゴム等の弾性体で内側に2条スクリュー形状に作られ固定されて設置されるステータ142とを有している。この場合、ステータ142は口金部材122に下方より嵌め込まれており、受け部材123によってその嵌め込まれた位置に保持されている。なお、受け部材123は口金部材122に対し、螺合、係合等によって取り外し可能に固定されるので、この受け部材123を外すことで、図8に示すように、ステータ142およびロータ141をトナー収納容器121から脱着できる。
また、口金部材122には腕等を介してストッパ124が設けられ、このストッパ124は回転によってロータ141が容器内へ入り込むように動くことを防止することができる。なお、ストッパ124にはロータ141を回転自在に支持する軸受を設けても良い。画像形成装置本体に設けられたトナー収納容器121がセットされるセット部150には、図示していない駆動源によって回転駆動され、上下方向に延びる駆動軸51が設けられ、駆動軸151はセット部150の下部部材150aに軸受153を介して回転自在に支持されているとともに、その先端、すなわち上端にはロータ141と係合可能なジョイント52が固定されている。また、駆動軸151は上下動可能に装着され、かつスプリング154によって上方へ付勢されている。したがって、駆動軸151は固定板154aが軸受153に当接する位置で待機し、トナー収納容器121がセットされると、スプリング154の作用に抗して待機した位置より下がった位置で、ジョイント152がロータ141に係合するので、その係合はバネ力によって確実なものとなっている。
セット部150には、粉体ポンプ140によりトナーが吐出される部分が図の左右方向に延びるパイプ状に形成されており、その一端は移送チューブ115を介して現像装置5に接続されている。また、他端にはエア供給手段としてのエアポンプ130とエアパイプ131を介して接続されている。したがって、粉体ポンプ140によって容器から排出されたトナーはエアポンプ130によるエア流によって現像装置5へ移送される。
粉体ポンプ140である1軸偏芯スクリューポンプは、高い固気比で粉体の連続定量移送が可能で、ロータ141の回転数に比例した正確なトナーの移送量が得られることが知られている。したがって、トナー補給量であるトナーの移送量の制御は粉体ポンプ140の回転数と駆動時間を制御すれば良い。粉体ポンプ140は、ロータ141が回転すると、下方向に吐出圧力を発生し、上方向には吸引圧力を発生する。この吐出圧力または吸引圧力の大きさは粉体ポンプ140のロータ141、ステータ142の形状やロータ141の回転数に依存する。また移送チューブ115の移送経路は自在で高位置や、上下左右の任意方向へ自由に移送できる。さらに、エアーの供給量は最大流量(無負荷時)1〜2リットル/分と非常に少ないものでよく、現像装置5などでの空気抜きも簡単に行えトナー飛散などの発生が容易に防止できる。
トナー収納容器121に設けた粉体ポンプは、停止時には完全密閉する自閉弁の役割をはたし、トナー収納容器121の開口部は密閉され、トナーは外部に飛散しない。よって、交換時のトナー飛散、汚染などを確実に防止することができる。
さらに、粉体ポンプ140はトナー収納容器121から脱着可能であるため、ポンプ部分は再生・再利用することができる。なお、粉体ポンプ140はゴムからなるステータ142が摩耗すると寿命になるが、この場合もステータ142だけを交換すれば、ロータ141は何度でも使用することができる。トナー収納容器121の下部は、トナー排出孔に向かって漏斗状の形状をなしているので、容器内のトナーは重力と粉体ポンプの上流側の吸引力により容器内に残留することなく排出される。
次に、本発明の他の実施形態について説明する。図9は、他の実施形態の剤移送装置の構成を示す概略図である。図9では、画像形成装置100は、現像装置5により感光体1に形成された静電潜像がトナー像として現像される。このトナー補給機構は、現像装置5、粉体ポンプ140、エアポンプ130および流路開閉部材を備えている。
現像装置5は、現像剤収納容器としてのトナーを収納したトナー収納容器121から吸引手段としての粉体ポンプ140および移送チューブ115を介してトナーが補給される。現像装置5には、感光体1に対向配置された現像スリーブ5aと、攪拌スクリュー5b、供給スクリュー5dとが備えられている。なお、符号5cは現像剤の層厚を均一にするドクターブレードである。
粉体ポンプ140は、図9に示すように、現像装置5の近傍に設けられた吸い込み型の一軸偏芯スクリューポンプを用いている。この粉体ポンプ140の構成は、金属などの剛性をもつ材料で偏芯したスクリュー形状に作られたロータ141と、ゴム等の弾性体で作られ、2条スクリュー形状に形成されたステータ142とを有している。ロータ141は、ピン継ぎ手により連結された駆動軸143が駆動モータ144と駆動連結されている。
また、粉体ポンプ140はノズル155に設けられたトナー排出路156とトナー移送チューブ115によって接続されている。
粉体ポンプ140である1軸偏芯スクリューポンプは、高い固気比で連続定量移送が可能であって、ロータ141の回転数に比例した正確なトナーの移送量が得られることが知られている。そこで、画像濃度検知等によりトナー補給指令が発せられると、粉体ポンプ140が作動し、要求された量のトナーを現像装置5にスムーズに補給することができる。
また、この剤移送装置120に用いられる体積平均粒径が2〜8μmの範囲にあるトナーで、水系媒体中に、着色剤、離型剤、重合体又は重合性単量体を分散させてから製造されており、且つ フロー式粒子像分析装置で円形度0.92〜0.98であり、且つ トナーの針入度が10mm以上である。
このトナーの体積平均粒径Dvは2〜8μmである。トナーの体積平均粒径Dvは、小さい方が細線再現性を向上させることができる。このために、高細線再現性のためには、大きくとも8μm以下が好ましい。しかし、粒径が小さくなるとクリーニング性が低下するために、小さくとも2μm以上が好ましい。
また、本発明では、平均円形度が0.93〜0.98の範囲にあるトナーを用いる。この円形度は、円形度SR=(粒子投影面積と同じ面積の円の周囲長/粒子投影像の周囲長)で定義され、トナーが真球に近いほど1.00に近い値となる。円形度が0.93〜0.98の範囲にあるトナーは、転がりやすいために、剤移送装置での移送が容易である。さらに、画像形成装置における現像スリーブ上で電気力線の影響を受けやすく、静電潜像の電気力線に沿って忠実に現像される。微小な潜像ドットを再現する際には緻密で均一なトナー配置をとりやすいために細線再現性が高くなる。また、円形度の高いトナーは、その表面は滑らかで適度な流動性をもつために電気力線の影響を受けやすく電気力線に沿って忠実に転移しやすいために転写率が高くなり、高品位の画像を得ることができる。しかし、トナーの平均円形度が0.93未満では、不定形の形状になり、剤移送装置でデッドスペースを形成し、移送するチューブ内でつまり、現像装置に補給できないことがある。また、0.98を越えると、真球に近くなり、転がりやすく、トナー収納容器の口金等から漏れることがあり、さらに、エア流に乗った勢いで、現像装置の補給口から漏れることがある。平均円形度の範囲であることに加え、円形度が0.93未満のトナーの割合が30%以下であることが好ましい。この割合が30%を超えるような円形度のばらつきが大きいトナーでは、隙間から漏れるトナー量が多くなる。
なお、平均円形度は、フロー式粒子像分析装置(FPIA−2000;シスメックス社製)を用いて測定を行った。所定の容器に、予め不純固形物を除去した水100〜150mLを入れ、分散剤として界面活性剤0.1〜0.5mLを加え、さらに、測定試料0.1〜9.5g程度を加えた。試料を分散した懸濁液を超音波分散器で約1〜3分間分散処理を行い、分散液濃度を3,000〜10,000個/μLにしてトナーの形状及び分布を測定した。
また、JIS K2235に準拠して測定した針入度が10mm以上である。これによって、トナーの熱的又は機械的衝撃に対する耐性を評価することができる。したがって、針入度が10mm以上では、熱的又は機械的衝撃に対する耐性は低く、通常の搬送スクリューによる搬送では、搬送スクリューに溶融したトナーが固着する。また、粉体ポンプにおけるエア流の搬送でも、搬送用のチューブに当たったりして固着して、搬送経路を塞いだりすることでトナー詰まりが生ずる。しかし、円形度を高くすることで転がりやすくなり、形状による機械的衝撃をかわせることから針入度が10mm以上のトナーであっても、粉体ポンプを用いる剤移送装置でも、チューブに固着させることなくトナー補給をすることができる。
さらに好ましくは、トナー収納容器121を画像形成装置100のトナー貯蔵部114本体にセットされた時、粉体ポンプ140が画像形成装置100本体の駆動部と駆動連結されており、トナーは、駆動連結により可動される部材の一部と接触をし、前記トナーはフロー式粒度像分析装置の測定で0.7〜2.0μmが10個数%以下であることが望ましい。駆動連結により可動される部材と、現像剤若しくはトナーが接触をする場合、トナー中の微粉が可動部の間に入り込んでしまう可能性がある。特に、粉体ポンプのように、収納容器を画像形成装置本体にセットされることで駆動部が駆動するシステムの場合は、駆動部の信頼性はトナー搬送に多大な影響を与える。駆動部の信頼性が落ちると、トナー詰まりやトナーの融着、異音発生などが生じてしまう。駆動部の信頼性を確保する為には、少なくとも、前記トナーはフロー式粒度像分析装置の測定で0.7〜2μmが10個数%以下、好ましくは、5個数%以下、最も好ましくは、3個数%以下であることが望ましい。
さらに、トナーは、体積平均粒径(Dv)と個数平均粒径(Dn)との比(Dv/Dn)が1.25以下がにすることが好ましい。好適には、Dv/Dnが1.25以下とすることにより、粉体ポンプにおけるエア流の搬送でも、微粒径のトナーが少なくなり、搬送用のチューブに当たったりして固着したり、搬送経路を塞いだりすることでトナー詰まりが少なくすることができる。
また、このトナーは、平均粒径30〜300nmの微粒子をトナー表面に存在させる。微粒子は、無機微粒子及び/又は有機微粒子を用いる。平均粒径を30nm未満では、熱的又は機械的衝撃に弱く、粉体ポンプ140の駆動連結部に固着する。また、300nmを越えると、トナー表面を他の部材と接触するのを阻害するために、定着性が低下する、また、トナーの流動性の低下が著しく、剤移送装置120の粉体ポンプ140で搬送が困難になる。したがって、外添剤としてこの微粒子の一次粒子径は、30〜300nmであることが好ましく、特に80nm〜200nmであることが好ましい。
無機微粒子は、無機微粒子の具体例としては、例えばシリカ、アルミナ、酸化チタン、チタン酸バリウム、チタン酸マグネシウム、チタン酸カルシウム、チタン酸ストロンチウム、酸化亜鉛、酸化スズ、ケイ砂、クレー、雲母、ケイ灰石、ケイソウ土、酸化クロム、酸化セリウム、ベンガラ、三酸化アンチモン、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、硫酸バリウム、炭酸バリウム、炭酸カルシウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素などを挙げることができる。この無機微粒子の使用割合は、トナーの0.1〜10wt%であることが好ましく、特に1〜5wt%であることが好ましい。
また、有機微粒子、たとえばソープフリー乳化重合や懸濁重合、分散重合によって得られるポリスチレン、メタクリル酸エステルやアクリル酸エステル共重合体やシリコーン、ベンゾグアナミン、ナイロンなどの重縮合系、熱硬化性樹脂による重合体粒子が挙げられる。
このような外添剤は表面処理を行って、疎水性を上げ、高湿度下においても流動特性や帯電特性の悪化を防止することができる。例えばシランカップリング剤、シリル化剤、フッ化アルキル基を有するシランカップリング剤、有機チタネート系カップリング剤、アルミニウム系のカップリング剤、シリコーンオイル、変性シリコーンオイルなどが好ましい表面処理剤として挙げられる。特に、シリカ、酸化チタンに上記の表面処理を施して得られる疎水性シリカ、疎水性酸化チタンを用いることが好ましい。
本発明の画像形成装置100に好適に用いられるトナーは、重合法(懸濁重合、乳化重合分散重合、乳化凝集、乳化会合等)等によって製造されるが、これらの製造方法に限るものではない。少なくとも、重合体として活性水素基と反応する部位を有する化合物であって、とくに、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、ポリエステルと、着色剤と、離型剤とを含むトナー組成物を水系媒体中で樹脂微粒子の存在下で架橋及び/又は伸長反応させる製造方法によるトナーを用いることが好ましい。このような、水系媒体中で製造することで、着色剤、離型剤の分散が優れ、流動性の高いトナーが得られ、剤移送装置において、デッドスペースを形成することなく現像装置へ移送することができる。以下に、トナーの構成材料及びこの製造方法について説明する。
(変性ポリエステル)
本発明に係るトナーはバインダ樹脂として変性ポリエステル(i)を含む。変性ポリエステル(i)としては、ポリエステル樹脂中にエステル結合以外の結合基が存在したり、またポリエステル樹脂中に構成の異なる樹脂成分が共有結合、イオン結合などで結合した状態をさす。具体的には、ポリエステル末端に、カルボン酸基、水酸基と反応するイソシアネート基などの官能基を導入し、さらに活性水素含有化合物と反応させ、ポリエステル末端を変性したものを指す。
変性ポリエステル(i)としては、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)とアミン類(B)との反応により得られるウレア変性ポリエステルなどが挙げられる。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)としては、多価アルコール(PO)と多価カルボン酸(PC)の重縮合物で、かつ活性水素基を有するポリエステルを、さらに多価イソシアネート化合物(PIC)と反応させたものなどが挙げられる。上記ポリエステルの有す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、メルカプト基などが挙げられ、これらのうち好ましいものはアルコール性水酸基である。
ウレア変性ポリエステルは、以下のようにして生成される。
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価以上のポリ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0.5〜40wt%、好ましくは1〜30wt%、さらに好ましくは2〜20wt%である。0.5wt%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、40wt%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を超えたり1/2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。
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。
本発明で用いられる変性ポリエステル(i)は、ワンショット法、プレポリマー法により製造される。変性ポリエステル(i)の重量平均分子量は、通常1万以上、好ましくは2万〜1000万、さらに好ましくは3万〜100万である。この時のピーク分子量は1000〜10000が好ましく、1000未満では伸長反応しにくくトナーの弾性が少なくその結果耐ホットオフセット性が悪化する。また10000を超えると定着性の低下や粒子化や粉砕において製造上の課題が高くなる。変性ポリエステル(i)の数平均分子量は、後述の変性されていないポリエステル(ii)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。(i)単独の場合は、数平均分子量は、通常20000以下、好ましくは1000〜10000、さらに好ましくは2000〜8000である。20000を超えると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悪化する。
変性ポリエステル(i)を得るためのポリエステルプレポリマー(A)とアミン類(B)との架橋及び/又は伸長反応には、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。
(未変性ポリエステル)
本発明においては、前記変性されたポリエステル(i)単独使用だけでなく、この(i)と共に、未変性ポリエステル(ii)をバインダ樹脂成分として含有させることもできる。(ii)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、単独使用より好ましい。(ii)としては、前記(i)の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(i)と同様である。また、(ii)は無変性のポリエステルだけでなく、ウレア結合以外の化学結合で変性されているものでもよく、例えばウレタン結合で変性されていてもよい。(i)と(ii)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、(i)のポリエステル成分と(ii)は類似の組成が好ましい。(ii)を含有させる場合の(i)と(ii)の重量比は、通常5/95〜80/20、好ましくは5/95〜30/70、さらに好ましくは5/95〜25/75、特に好ましくは7/93〜20/80である。(i)の重量比が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。
(ii)のピーク分子量は、通常1000〜10000、好ましくは2000〜8000、さらに好ましくは2000〜5000である。1000未満では耐熱保存性が悪化し、10000を超えると低温定着性が悪化する。(ii)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。(ii)の酸価は1〜5が好ましく、より好ましくは2〜4である。ワックスに高酸価ワックスを使用するため、バインダは低酸価バインダが帯電や高体積抵抗につながるので二成分系現像剤に用いるトナーにはマッチしやすい。
バインダ樹脂のガラス転移点(Tg)は通常35〜70℃、好ましくは55〜65℃である。35℃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。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、本発明のトナーにおいては、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)
着色剤としては、公知の染料及び顔料が全て使用でき、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、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、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、リトボン及びそれらの混合物が使用できる。着色剤の含有量はトナーに対して通常1〜15重量%、好ましくは3〜10重量%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樹脂100重量部に対して、0.1〜10重量部の範囲で用いられる。好ましくは、0.2〜5重量部の範囲がよい。10重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気的吸引力が増大し、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、バインダ樹脂との分散の中でより離型剤として効果的に定着ローラとトナー界面との間で働き、これにより定着ローラ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良い。
(外添剤)
トナーの流動性や現像性、帯電性を補助するための外添剤として、無機微粒子が好ましく用いられる。この無機微粒子の一次粒子径は、5×10−3〜2μmであることが好ましく、特に5×10−3〜0.5μmであることが好ましい。また、BET法による比表面積は、20〜500m/gであることが好ましい。この無機微粒子の使用割合は、トナーの0.01〜5wt%であることが好ましく、特に0.01〜2.0wt%であることが好ましい。
無機微粒子の具体例としては、例えばシリカ、アルミナ、酸化チタン、チタン酸バリウム、チタン酸マグネシウム、チタン酸カルシウム、チタン酸ストロンチウム、酸化亜鉛、酸化スズ、ケイ砂、クレー、雲母、ケイ灰石、ケイソウ土、酸化クロム、酸化セリウム、ベンガラ、三酸化アンチモン、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、硫酸バリウム、炭酸バリウム、炭酸カルシウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素などを挙げることができる。中でも、流動性付与剤としては、疎水性シリカ微粒子と疎水性酸化チタン微粒子を併用するのが好ましい。特に両微粒子の平均粒径が5×10−2μm以下のものを使用して攪拌混合を行った場合、トナーとの静電力、ファンデルワールス力は格段に向上することより、所望の帯電レベルを得るために行われる現像装置内部の攪拌混合によっても、トナーから流動性付与剤が脱離することなく、ホタルなどが発生しない良好な画像品質が得られて、さらに転写残トナーの低減が図られる。
酸化チタン微粒子は、環境安定性、画像濃度安定性に優れている反面、帯電立ち上がり特性の悪化傾向にあることより、酸化チタン微粒子添加量がシリカ微粒子添加量よりも多くなると、この副作用の影響が大きくなることが考えられる。しかし、疎水性シリカ微粒子及び疎水性酸化チタン微粒子の添加量が0.3〜1.5wt%の範囲では、帯電立ち上がり特性が大きく損なわれず、所望の帯電立ち上がり特性が得られ、すなわち、コピーの繰り返しを行っても、安定した画像品質が得られる。
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。
(トナーの製造方法)
1)着色剤、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、離型剤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重量部に対し、通常0〜300重量部、好ましくは0〜100重量部、さらに好ましくは25〜70重量部である。
2)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重量部に対する水系媒体の使用量は、通常50〜2000重量部、好ましくは100〜1000重量部である。50重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が得られない。20000重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。
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2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、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(ダイキンエ業杜製)、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1μm、及び3μm、ポリスチレン微粒子0.5及び2μm、ポリ(スチレン―アクリロニトリル)微粒子1μm、商品名では、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2〜20μm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1000〜30000rpm、好ましくは5000〜20000rpm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。
3)乳化液の作製と同時に、アミン類(B)を添加し、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、分子鎖の架橋及び/又は伸長を伴う。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。
4)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。
5)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。
また、本発明に係るトナーの形状は略球形状であり、以下の形状規定によって表すことができる。
図10は、本発明に係るトナーの形状を模式的に示す図である。図10において、略球形状のトナーを長軸r1、短軸r2、厚さr3(但し、r1≧r2≧r3とする。)で規定するとき、本発明のトナーは、長軸と短軸との比(r2/r1)((b)参照)が0.5〜1.0で、厚さと短軸との比(r3/r2)((c)参照)が0.7〜1.0の範囲にあることが好ましい。但し、r3/r1が0.98以下とする。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。但し、r3/r1が0.99以上になると、ほぼ真球形状となることからトナー口金等や現像装置補給口からトナーが漏れることがあるので好ましくない。なお、r1、r2、r3は、走査型電子顕微鏡(SEM)で、視野の角度を変えて写真を撮り、観察しながら測定した。
以上によって製造されたトナーは、磁性キャリアを使用しない1成分系の磁性トナー或いは、非磁性トナーとしても用いることができる。
また、2成分系現像剤に用いる場合には、磁性キャリアと混合して用いれば良く、磁性キャリアとしては、鉄、マグネタイト、Mn、Zn、Cu等の2価の金属を含むフェライトであって、重量平均粒径D20〜100μmが好ましい。平均粒径が20μm未満では、現像時に感光体1にキャリア付着が生じやすく、100μmを越えると、トナーとの混合性が低く、トナーの帯電量が不十分で連続使用時の帯電不良等を生じやすい。また、Znを含むCuフェライトが飽和磁化が高いことから好ましいが、画像形成装置のプロセスにあわせて適宜選択することができる。磁性キャリアを被覆する樹脂としては、特に限定されないが、例えばシリコーン樹脂、スチレン−アクリル樹脂、含フッ素樹脂、オレフィン樹脂等がある。その製造方法は、コーティング樹脂を溶媒中に溶解し、流動層中にスプレーしコア上にコーティングしても良く、また、樹脂粒子を静電気的に核粒子に付着させた後に熱溶融させて被覆するものであってもよい。被覆される樹脂の厚さは、0.05〜10μm、好ましくは0.3〜4μmがよい。
また、本発明の画像形成装置100は、感光体1と、塗布装置21、帯電装置3、現像装置5、クリーニング装置7の中から選択される1以上の装置とが一体に支持されて、着脱可能なプロセスカートリッジ2を備える。これによって、現像剤、現像装置5の交換を容易にして、画像形成装置100本体を長期にわたって使用することができる。
以下に、本発明を実施例に基づいて具体的にさらに説明する。
(製造例1)
スチレンモノマー:185部
アクリル酸ブチル:15部
カルナウバワックス:10部
カーボンブラック:8部
フタロシアニンブルー:1部
ジビニルベンゼン:2部
アゾビスイソブチロニトリル:8部
上記材料を70℃に加熱することで溶解させ、更にTKホモミキサを備えた容器の中で約60℃で加熱しながら約5分間混合して上記組成の[重合性混合物1]を得た。
一方、
イオン交換水 1000部
コロイダルシリカ(アエロール#200) 4部
上記材料を分散させて60℃に加温し[水相1]を作成し、TKホモミキサ攪拌下の[水相1]に[重合性混合物1]を投入し4000rpmで60分攪拌した。この混合系をスリーワンモータにパドル刃攪拌翼で攪拌し重合を完結させた。この後、分散剤を除去、十分水洗し、得られたケーキをぼぐして、循風乾燥機にて45℃で48時間乾燥したあと、目開き75μmメッシュの篩で風篩し、[トナー母体1]を得た。
(実施例1)
(混合・表面処理⇒トナー化)
[トナー母体1]200部に、下記無機微粒子を添加し、ヘンシェルミキサ(三井三池化工業(株)製)にて45m/sで2分間攪拌した。
○シリカ微粒子100部に、ヘキサメチレンジシラザン9部で表面を処理して得られた無機微粒子A(BET200m2/g):0.3部
○シリカ微粒子100部に、シリコーンオイル8部で表面を処理して得られた無機微粒子B(BET50m2/g):1 .7部
この混合トナーを、ハイブリダイゼーションシステム((株)奈良機械製作所製)で50m/s、3分間処理を行った。系内最高温度は29℃だった。
更に、得られたトナー100部に、下記無機微粒子を添加し、ヘンシェルミキサ(三井三池化工業(株)製)にて45m/sで3分間攪拌した。
○シリカ微粒子100部に、ヘキサメチレンジシラザン9部で表面を処理して得られた無機微粒子A(BET200m2/g):1.0部
○アナターゼ型チタン微粒子100部に、イソブチルトリメトキシシラン12部で表面を処理して得られた無機微粒子C(BET115m2/g):0.5部
得られたトナーを目開き75μmメッシュの篩で風篩し、[トナー1]を得て、これを評価した。
(実施例2)
(混合・表面処理⇒トナー化)
[トナー母体1]200部に、下記無機微粒子を添加し、ヘンシェルミキサ(三井三池化工業(株)製)にて45m/sで2分間攪拌した。
○シリカ微粒子100部に、ヘキサメチレンジシラザン9部で表面を処理して得られた無機微粒子A(BET200m2/g):0.3部
○スチレン−メタクリル酸メチルからソープフリー重合により生成した樹脂微粒子B(体積平均粒子径0.08μm):2.4部
この混合トナーを、ハイブリダイゼーションシステム((株)奈良機械製作所製)で40m/s、5分間処理を行った。系内最高温度は31℃だった。
更に、得られたトナー100部に、下記無機微粒子を添加し、ヘンシェルミキサ(三井三池化工業(株)製)にて45m/sで3分間攪拌した。
○シリカ微粒子100部に、ヘキサメチレンジシラザン9部で表面を処理して得られた無機微粒子A(BET200m2/g):1.0部
○アナターゼ型チタン微粒子100部に、イソブチルトリメトキシシラン12部で表面を処理して得られた無機微粒子C(BET115m2/g):0.5部
得られたトナーを目開き75μmメッシュの篩で風篩し、[トナー2]を得て、これを評価した。
(比較例1)
[トナー母体1]200部に、下記無機微粒子を添加し、ヘンシェルミキサ(三井三池化工業(株)製)にて45m/sで3分間攪拌した。
○シリカ微粒子100部に、ヘキサメチレンジシラザン9部で表面を処理して得られた無機微粒子A(BET200m2/g):1.2部
○アナターゼ型チタン微粒子100部に、イソブチルトリメトキシシラン12部で表面を処理して得られた無機微粒子C(BET115m2/g):0.5部
得られたトナーを目開き75μmメッシュの篩で風篩し、[トナー3]を得て、これを評価した。
(比較例2)
[トナー母体1]200部に、下記無機微粒子を添加し、ヘンシェルミキサ(三井三池化工業(株)製)にて45m/sで3分間攪拌した。
○シリカ微粒子100部に、ヘキサメチレンジシラザン9部で表面を処理して得られた無機微粒子A(BET200m2/g):1.2部
○シリカ微粒子100部に、シリコーンオイル8部で表面を処理して得られた無機微粒子B(BET50m2/g):0.85部
得られたトナーを目開き75μmメッシュの篩で風篩し、[トナー4]を得て、これを評価した。
〜低分子ポリエステルの合成〜
(製造例2)
冷却管、撹拌機および窒素導入管の付いた反応容器中に、ビスフェノールAプロピレンオキサイド2モル付加物319部、ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物449部、テレフタル酸243部、アジピン酸53部およびジブチルチンオキサイド2部を入れ、常圧で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7部を入れ、180℃、常圧で2時間反応し、[低分子ポリエステル]を得た。[低分子ポリエステル]は、数平均分子量2000、重量平均分子量6600,Tg46℃、酸価1.3であった。
〜マスターバッチの作成〜
(製造例3−1)
水1200部、カーボンブラック 800部、[低分子ポリエステル]1200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分混練後、圧延冷却しパルペライザーで粉砕、[マスターバッチ1]を得た。
(製造例3−2)
水1200部、Cu−phthalocyanine 15:3 800部、[低分子ポリエステル]1200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分混練後、圧延冷却しパルペライザーで粉砕、[マスターバッチ2]を得た。
(製造例3−3)
水1200部、C.I.Pigment yellow 155 800部、[低分子ポリエステル]1200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分混練後、圧延冷却しパルペライザーで粉砕、[マスターバッチ3]を得た。
(製造例3−4)
水1200部、C.I.Pigment red 184 800部、[低分子ポリエステル]1200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分混練後、圧延冷却しパルペライザーで粉砕、[マスターバッチ4]を得た。
〜有機微粒子エマルションの合成〜
(製造例4)
撹拌棒および温度計をセットした反応容器に、水680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−30:三洋化成工業製)11部、スチレン69部、メタクリル酸110部、アクリル酸ブチル69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−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]を得た。[微粒子分散液]をLA−920で測定した体積平均粒径は、0.11μmであった。[微粒子分散液]の一部を乾燥して樹脂分を単離した。該樹脂分のTgは150℃であった。
〜水相の調整〜
(製造例5)
水240部、[微粒子分散液]13部、ドデシルジフェニルェーテルジスルホン酸ナトリウムの50%水溶液(エレミノールMON−7):三洋化成工業製)40部、酢酸エチル25部を混合撹拌し、乳白色の液体を得た。これを[水相]とする。
〜中間体ポリエステル及びプレポリマーの合成〜
(製造例6)
冷却管、撹拌機およ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、無水トリメリツト酸22部およびジブチルチンオキサイド2部を入れ、常圧下230℃で8時間反応し、さらに10〜15mmHgの減圧で5時間反応した[中間体ポリエステル]を得た。[中間体ポリエステル]は、数平均分子量2100、重量平均分子量9600、Tg55℃、酸価0.5、水酸基価51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、[プレポリマー]を得た。[プレポリマー]の遊離イソシアネート重量%は、1.60%であった。[プレポリマー]の固形分濃度(150℃下45分放置後の重量から算出)は50%であった。
〜ケチミンの合成〜
(製造例7)
撹拌棒およ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]を得た。[ケチミン化合物]のアミン価は423であった。
〜油相の作成〜
(製造例8−1)
撹拌棒および温度計をセットした容器に、合成エステルワックスWAX 50部、CCA(サリチル酸金属錯体E−84:オリエント化学工業)30部、酢酸エチル330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時問で30℃に冷却した。次いで容器に[マスターバッチ1]250部、1時間混合し[原料溶解液1]を得た。
[原料溶解液1]132部を容器に移し、ビーズミル(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/hr、ディスク周速度6m/秒、0.5mmジルコニアビーズを80体積%充填、6〜24パスの条件で、顔料及びWAXの分散を行った。次いで、[低分子ポリエステル]の70wt%酢酸エチル溶液200部、酢酸エチル80部を加え、上記条件のビーズミルで1パスし、[顔料・WAX分散液1]を得た。[顔料・WAX分散液1]の固形分濃度(150℃下45分放置後の重量から算出)は50%であった。
(製造例9−1)
〜 トナー造粒⇒トナー化〜
[顔料・WAX分散液1]206部、[プレポリマー]30部、20wt%MEK−ST10部、[ケチミン化合物]2.8部を容器に入れ、TKホモミキサー(特殊機化製)で5,000rpmで1分間混合した後、容器に[水相]360部を加え、TKホモミキサーで、回転数13,000rpmで20分間混合し[乳化スラリー1]を得た。撹拌機および温度計をセットした容器に、[乳化スラリー1]を投入し、30℃で8時間脱溶剤した後、50℃で8時間熟成を行い、[分散スラリー1]を得た。
[分散スラリー1]100部を減圧濾過した後、十分水洗し、得られたケーキをぼぐして、循風乾燥機にて45℃で48時間乾燥したあと、目開き75μmメッシュの篩で風篩し[トナー母体2]を得た。
(実施例3)
[トナー母体2]100部に、下記無機微粒子を添加し、ヘンシェルミキサ(三井三池化工業(株)製)にて45m/sで3分間攪拌した。
○シリカ微粒子100部に、ヘキサメチレンジシラザン9部で表面を処理して得られた無機微粒子A(BET200m2/g):1.0部
○アナターゼ型チタン微粒子100部に、イソブチルトリメトキシシラン12部で表面を処理して得られた無機微粒子C(BET115m2/g):0.5部
得られたトナーを目開き75μmメッシュの篩で風篩し、[トナー5]を得て、これを評価した。
(製造例8−2)
製造例8−1の[マスターバッチ1]を、[マスターバッチ2]に変更した以外は、製造例8−1と同様にして[顔料・WAX分散液2]を作成した。
(製造例8−3)
製造例8−1の [マスターバッチ1]を、[マスターバッチ3]に変更した以外は、製造例8−1と同様にして[顔料・WAX分散液3]を作成した。
(製造例8−4)
製造例8−1の[マスターバッチ1]を、[マスターバッチ4]に変更した以外は、製造例8−1と同様にして[顔料・WAX分散液4]を作成した。
(製造例9−2)
製造例9−1の[顔料・WAX分散液1]を、[顔料・WAX分散液2]に変更した以外は、製造例9−1と同様にして[トナー母体3]を作成した。
(製造例9−3)
製造例9−1の[顔料・WAX分散液1]を、[顔料・WAX分散液3]に変更した以外は、製造例9−1と同様にして[トナー母体4]を作成した。
(製造例9−4)
製造例9−1の[顔料・WAX分散液1]を、[顔料・WAX分散液4]に変更した以外は、製造例9−1と同様にして[トナー母体5]を作成した。
(実施例4)
実施例3の[トナー母体2]を、[トナー母体3]に変更した以外は、実施例3と同様にして[トナー6]を得て、これを評価した。
(実施例5)
実施例3の[トナー母体2]を、[トナー母体4]に変更した以外は、実施例3と同様にして[トナー7]を得て、これを評価した。
(実施例6)
実施例3の[トナー母体2]を、[トナー母体5]に変更した以外は、実施例3と同様にして[トナー8]を得て、これを評価した。
(実施例7)
[トナー母体2]100部に、下記無機微粒子を添加し、ヘンシェルミキサ(三井三池化工業(株)製)にて45m/sで3分間攪拌した。
○シリカ微粒子100部に、ヘキサメチレンジシラザン9部で表面を処理して得られた無機微粒子A(BET200m2/g):1.0部
○シリカ微粒子100部に、ヘキサメチレンジシラザン8部で表面を処理して得られた無機微粒子D(BET50m2/g):0.85部
得られたトナーを目開き75μmメッシュの篩で風篩し、[トナー9]を得て、これを評価した。
(実施例8)
[トナー母体2]200部に、下記無機微粒子を添加し、ヘンシェルミキサ(三井三池化工業(株)製)にて45m/sで2分間攪拌した。
○シリカ微粒子100部に、ヘキサメチレンジシラザン9部で表面を処理して得られた無機微粒子A(BET200m2/g):0.3部
○シリカ微粒子100部に、ヘキサメチレンジシラザン8部で表面を処理して得られた無機微粒子D(BET50m2/g):1 .7部
この混合トナーを、ハイブリダイゼーションシステム((株)奈良機械製作所製)で50m/s、3分間処理を行った。系内最高温度は33℃だった。
更に、得られたトナー100部に、下記無機微粒子を添加し、ヘンシェルミキサ(三井三池化工業(株)製)にて45m/sで3分間攪拌した。
○シリカ微粒子100部に、ヘキサメチレンジシラザン9部で表面を処理して得られた無機微粒子A(BET200m2/g):1.0部
○アナターゼ型チタン微粒子100部に、イソブチルトリメトキシシラン12部で表面を処理して得られた無機微粒子C(BET115m2/g):0.5部
得られたトナーを目開き75μmメッシュの篩で風篩し、[トナー10]を得て、これを評価した。
(実施例9)
[トナー母体2]を、エルボージェット((株)マツボー製)にて微粉を分級し、[トナー母体3]を得た。
[トナー母体3]100部に、下記無機微粒子を添加し、ヘンシェルミキサ(三井三池化工業(株)製)にて45m/sで3分間攪拌した。
○シリカ微粒子100部に、ヘキサメチレンジシラザン9部で表面を処理して得られた無機微粒子A(BET200m2/g):1.0部
○シリカ微粒子100部に、ヘキサメチレンジシラザン8部で表面を処理して得られた無機微粒子D(BET50m2/g):0.85部
得られたトナーを目開き75μmメッシュの篩で風篩し、[トナー11]を得て、これを評価した。
(評価項目)
(1)粒径
トナーの粒径は、コールターエレクトロニクス社製の粒度測定器「コールターカウンターTAII」を用い、アパーチャー径100μmで測定した。体積平均粒径および個数平均粒径は上記粒度測定器により求めた。
(2)円形度・微粉量
フロー式粒子像分析装置FPIA−1000(東亜医用電子株式会社製)により平均円形度として計測した。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分間分散処理を行ない、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した。
(3)針入度
50℃条件下にて24時間保存した本トナーを、JIS K2235(25℃)に則って針入度を測定した。針入度測定機器には、針入度計VR−5610(株式会社上島製作所製)を用いた。
(4)帯電量
現像剤6gを計量し、帯電が飽和するまで攪拌した。攪拌した現像剤を、密閉できる金属円柱に仕込みブローして帯電量を求めた。トナー濃度は4.5〜5.5wt%に調整した。
(5)定着性
リコー製imagio Neo 325改造機を用いて、普通紙及び厚紙の転写紙(リコー製 タイプ6200及びNBSリコー製複写印刷用紙<135>)にベタ画像で、1.0±0.1 mg/cm2のトナーが現像される様に調整を行ない、定着ベルトの温度が可変となる様に調整を行なって、普通紙でオフセットの発生しない温度を、厚紙で定着下限温度を測定した。定着下限温度は、得られた定着画像をパットで擦った後の画像濃度の残存率が75%以上となる定着ロール温度をもって定着下限温度とした。
(6)粉体ポンプ搬送性
リコー製imagio Neo 325改造機を用いて、普通紙及び厚紙の転写紙(リコー製 タイプ6200及びNBSリコー製複写印刷用紙<135>)にベタ画像で、1.0±0.1 mg/cm2のトナーが現像される様に調整を行ない、定着下限温度〜定着下限温度+20℃の範囲で連続使用した。この時の、印刷枚数と搬送性を評価した。
ここで、表1に各評価項目の結果を示している。
Figure 0004472387
表1で、粉体ポンプ特性で、「画像出ず」とは、トナー搬送部でトナー詰まりが発生し、画像が出なくなった為、評価を中止せざるを得なくなったことをいい、「画像にカスレ」とはトナー搬送部でトナー詰まりが発生し、トナー供給量が低下したが評価を継続したことをいう。
実施例1ないし9に示すように、円形度0.92〜0.98、針入度10mm以上にすることで、粉体ポンプを用いて、連続の画像形成を10k枚行ったても問題の発生がなく、実用上問題がない。
比較例1及び2では、円形度0.92〜0.98、針入度10mm以上の範囲からはずれることで、粉体ポンプを用いて、連続の画像形成を10k枚行ったが、トナー詰まりが発生して画像が出ず、実用上問題がある。
本発明の画像形成装置の概略構成を示す図である。 図1に示す画像形成装置のプロセスカートリッジの構成を示す図である。 アモルファスシリコン感光体の構造を模式的に示した概略図である。 印加電圧と感光体の帯電電位の関係を示すグラフである。 本発明の画像形成装置に用いる帯電装置の構成を示す概略図である。 本発明の画像形成装置に用いる他の形態の定着装置の構成を示す概略図である。 剤移送装置の概略構成を示すブロック図である。 剤移送装置の構成を示す概略図である。 他の実施形態の剤移送装置の構成を示す概略図である。 本発明に係るトナーの形状を模式的に示す図である。
符号の説明
1 感光体
11 支持体
12 光導電層
13 表面層
14 電荷注入阻止層
15 電荷発生層
16 電荷輸送層
2 画像形成ユニット
20 プロセスカートリッジ
3 帯電装置
3a 帯電ローラ
3b クリーニングローラ
3c 芯金
3d 導電ゴム層
3g 電源
4 露光装置
5 現像装置
5a 現像ローラ
5b 攪拌搬送スクリュー
5c ドクターブレード
5d 供給ローラ
5e 薄層形成部材
5f 電源
6 転写装置
6a 中間転写ベルト
6b、6c、6d 支持ローラ
6e 一次転写ローラ
6g 二次転写ローラ
7 クリーニング装置
7a クリーニングブレード
7b 支持部材
7c 回収スクリュー
7d 加圧スプリング
8 定着装置
8a 加熱ローラ
8b 加圧ローラ
80 サーフ定着装置
81 定着フィルム
82 駆動ローラ
83 従動ローラ
84 加熱体
85 定着温度センサ
86 平面基盤
87 定着ヒータ
88 加圧ローラ
100 画像形成装置
109 給紙ユニット
110 ピックアップローラ
111 レジストローラ
112 排紙ローラ
114 トナー貯蔵部
115 移送チューブ
120 剤移送装置
121 トナー収納容器
122 口金
130 エアポンプ
140 粉体ポンプ

Claims (12)

  1. 体積平均粒径2〜5.88μmのトナー又はトナーを含む現像剤を、粉体ポンプを用いて現像装置に移送する剤移送装置を備える画像形成装置を用いた画像形成方法において、
    前記トナーは、
    (1)水系媒体中に、着色剤、離型剤、重合体又は重合性単量体、を分散させてから製造されており、且つ
    (2)フロー式粒子像分析装置で円形度0.95〜0.98であり、且つ
    (3)JIS K2235に準拠して測定した前記トナーの針入度が10mm以上である
    ことを特徴とする画像形成方法
  2. 請求項1に記載の画像形成方法において、
    前記剤移送装置におけるトナーが収納されている収納容器は、変形可能な収納袋である
    ことを特徴とする請求項1に記載の画像形成方法
  3. 請求項1又は2に記載の画像形成方法において、
    前記収納容器画像形成装置本体にセットされた時、粉体ポンプが画像形成装置本体の駆動部と駆動連結されており、前記現像剤若しくは前記トナーは、駆動連結により可動される部材の一部と接触をし、前記トナーはフロー式粒子像分析装置の測定で0.7〜2.0μmが10個数%以下であることを特徴とする画像形成方法
  4. 請求項1ないし3のいずれかに記載の画像形成方法において、
    前記粉体ポンプは、移送チューブの側面に接続され、該移送チューブは、その一端が前記現像装置に接続され、他端がエア供給手段に接続され、
    前記粉体ポンプによって前記収納容器から排出されたトナーは、前記エア供給手段によるエア流によって前記現像装置へ移送される
    ことを特徴とする画像形成方法
  5. 請求項1ないし4のいずれかに記載の画像形成方法において、
    前記トナーは、体積平均粒径(Dv)と個数平均粒径(Dn)の比Dv/Dnが1.25以下のトナーである
    ことを特徴とする画像形成方法
  6. 請求項1ないし5のいずれかに記載の画像形成方法において、
    前記トナーは、平均粒径30〜300nmの微粒子をトナー表面に存在させる
    ことを特徴とする画像形成方法
  7. 請求項1ないし5のいずれかに記載の画像形成方法において、
    前記トナーは、有機微粒子及び/又は無機微粒子の双方又はいずれか一方である微粒子をトナー表面に存在させる
    ことを特徴とする画像形成方法
  8. 請求項1ないし7のいずれかに記載の画像形成方法において、
    前記トナーは、有機溶媒中に、活性水素基を有する化合物、該活性水素基を有する化合物と反応可能な部位を有する重合体、着色剤及び離型剤を溶解または分散させ、該溶液または分散液を水系媒体中で分散させ、前記活性水素基を有する化合物と前記重合体とを反応させた後、もしくは反応させながら、該有機溶媒を除去し、洗浄、乾燥させる
    ことを特徴とする画像形成方法
  9. 請求項1ないし8のいずれかに記載の画像形成方法において、
    前記画像形成装置は、アモルファスシリコン感光体を用いる
    ことを特徴とする画像形成方法
  10. 請求項1ないし9のいずれかに記載の画像形成方法において、
    前記帯電装置は、像担持体に帯電部材を接触させている
    ことを特徴とする画像形成方法
  11. 請求項1ないし10のいずれかに記載の画像形成方法において、
    前記画像形成装置は、発熱体を具備する加熱体と、加熱体と接触する定着フィルムと、定着フィルムを介して加熱体と圧接する加圧部材とを有し、定着フィルムと加圧部材の間にトナーによる未定着画像を形成させた記録部材を通過させて加熱定着する定着装置を備える
    ことを特徴とする画像形成方法
  12. 請求項1ないし11のいずれかに記載の画像形成方法において、
    前記画像形成装置は、像担持体と、帯電装置、現像装置、クリ−ニング装置より選ばれる少なくとも一つの装置を一体に支持し、画像形成装置本体に着脱自在であるプロセスカ−トリッジを用いている
    ことを特徴とする画像形成方法
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