JP2012118499A - トナー及びその製造方法、並びに現像剤及び画像形成方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】再転写を起こさない高い転写効率と、優れた低温定着性を有し、高画質画像が得られるトナー及びトナーの製造方法、並びに現像剤、及び画像形成方法の提供。
【解決手段】結着樹脂、結晶性ポリエステル樹脂、着色剤、及びワックスを少なくとも含有するトナーであって、前記トナーの流動化状態粉体特性値が35%〜45%であり、前記トナーのBET比表面積が2.8m/g〜4m/gであり、全反射吸収赤外分光法により求められる、前記ワックス及び前記結晶性ポリエステル樹脂由来の2850cm−1のピーク強度(P2850)と、前記結着樹脂由来の828cm−1のピーク強度(P828)との強度比(P2850/P828)が0.10〜0.20であるトナーとする。
【選択図】なし

Description

本発明は、トナー及びトナーの製造方法、並びに該トナーを用いた現像剤及び画像形成方法に関する。
従来より、電子写真法としては多数の方法が知られているが、一般には、光導電性物質を利用し、種々の手段により静電潜像担持体(以下、「電子写真感光体」、「感光体」と称することもある)上に、静電潜像を形成し、次いで、前記静電潜像をトナーで現像を行って可視像とし、必要に応じて紙などの記録媒体に前記可視像を転写した後、熱や圧力などにより記録媒体上に可視像を定着させて複写物又は印刷物を得るものである。
また、フルカラー複写機においては、4つの静電潜像担持体を用いて各静電潜像担持体上に形成された静電潜像をシアントナー、マゼンタトナー、イエロートナー、及びブラックトナーを用いて現像し、ベルト状転写体で記録媒体を搬送し、各色トナーを記録媒体へ転写後、フルカラー画像を形成する方法、又は1つの静電潜像担持体に対向する記録媒体保持体表面に静電気力やグリッパー等の機械的作用により記録媒体を巻き付け、現像工程から転写工程を4回繰り返して行うことでフルカラー画像を得る方法が一般的に利用されている。
更に、中間転写体を用いた画像形成方法として、ドラム形状の中間転写体を用いるフルカラー画像形成装置が提案されており(特許文献1参照)、平均粒径10μm以下のトナーで形成された可視像を中間転写体へ転写し、中間転写体上の可視像を記録媒体へ更に転写する方法が提案されている(特許文献2参照)。
しかし、これらに提案されている方法では、可視像を静電潜像担持体から中間転写体に一旦転写後、更に中間転写体から記録媒体上に再度転写することが必要であり、トナーの転写効率を従来以上に高める必要がある。
また、白黒複写機に用いられる一色のブラックトナーの場合と比較して、中間転写体上のトナー量が増加し転写効率を向上させることが困難となり、4色の可視像が均一に転写されにくく、所謂中抜けと称される部分的な転写不良の問題が生じる。
一般に、転写工程において、前記記録媒体及び前記中間転写体はトナーと反対極性に帯電されており、静電的な作用により転写が行われる。
その際、トナーの転写効率を上げるために転写バイアスを上げると、転写時に、トナー又は静電潜像担持体と記録媒体間において発生する放電によりトナーの帯電量が減少したり、或いは逆極性に帯電してしまい(以下、これらの現象を「トナー電荷のリーク」と称することもある)、記録媒体上に転写したトナーが静電潜像担持体上に戻ってしまう再転写と呼ばれる現象が生じる。特に、上記のフルカラー画像形成方法のように転写工程を複数回行う場合、転写順が先のトナーほど再転写が起こりやすく、トナーの再転写による画像濃度の低下が起きる。前記再転写が起こると画像にムラが生じ、高品位な画像が得られない。
また、トナーの転写効率を改善するために、トナーに機械的衝撃処理を施すことが種々提案されている(特許文献3〜7参照)。
しかし、これらの提案では、転写効率は多少上がるものの充分ではなく、特に中間転写体を用いた画像形成装置の場合は、転写効率が不充分であり、またトナーの再転写の改善には効果がない。
また、トナーの再転写を抑制するために、示差熱分析における吸熱ピークを120℃の温度領域に1つ以上有するトナーにおける粒径3μm以上の粒子における円形度分布を規定することが提案されている(特許文献8参照)。
また、特定の円形度分布及び特定の重量平均粒径を有するトナーが有する外添剤のトナー粒子上での平均粒径及び形状係数が特定の範囲であることにより微小ドットを忠実に再現させた高画質画像が得られ、現像器内における機械的ストレスが高く、トナーの劣化が生じにくいことが開示されている(特許文献9参照)。
しかしながら、先行技術においては、再転写を起こさない高い転写効率と、優れた低温定着性を有し、高画質画像が得られるトナー及びトナーの製造方法、並びに該トナーを用いた画像形成方法は未だ提供されておらず、高い転写効率と、優れた低温定着性を有し、高画質画像が得られるトナー及びトナーの製造方法、並びに現像剤、及び画像形成方法の速やかな提供が望まれているのが現状である。
本発明は、従来における前記諸問題を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。即ち、本発明は、再転写を起こさない高い転写効率と、優れた低温定着性を有し、高画質画像が得られるトナー及びトナーの製造方法、並びに該トナーを用いた現像剤、及び画像形成方法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> 結着樹脂、結晶性ポリエステル樹脂、着色剤、及びワックスを少なくとも含有するトナーであって、
前記トナーの流動化状態粉体特性値が35%〜45%であり、
前記トナーのBET比表面積が2.8m/g〜4m/gであり、
全反射吸収赤外分光法により求められる、前記ワックス及び前記結晶性ポリエステル樹脂由来の2850cm−1のピーク強度(P2850)と、前記結着樹脂由来の828cm−1のピーク強度(P828)との強度比(P2850/P828)が0.10〜0.20であることを特徴とするトナーである。
<2> ワックス分散剤を更に含有する前記<1>に記載のトナーである。
<3> 結晶性ポリエステル樹脂の重量平均分子量Mwが3,000〜30,000、数平均分子量Mnが1,000〜10,000、前記重量平均分子量Mwと前記数平均分子量Mnとの比(Mw/Mn)が1〜10である前記<1>から<2>のいずれかに記載のトナーである。
<4> 結晶性ポリエステル樹脂の分子量分布において、数分子量が500以下の割合が0%以上2%以下、数分子量が1,000以下の割合が0%以上4%以下である前記<1>から<3>のいずれかに記載のトナーである。
<5> 結晶性ポリエステル樹脂が、炭素数4〜12の飽和ジカルボン酸と、炭素数4〜12の飽和ジオールとから合成される前記<1>から<4>のいずれかに記載のトナーである。
<6> 結晶性ポリエステル樹脂のトナーにおける含有量が5質量%〜25質量%である前記<1>から<5>のいずれかに記載のトナーである。
<7> 有機溶媒中に、少なくとも、結晶性ポリエステル樹脂、非結晶性ポリエステル樹脂、着色剤、ワックス、及びワックス分散剤を少なくとも含むトナー材料を溶解乃至分散させて得られる油相を水系媒体中に分散させて、得られたO/W型分散液から有機溶媒を除去することにより得られる前記<2>から<6>のいずれかに記載のトナーである。
<8> 有機溶媒中に、活性水素基含有化合物、該活性水素基含有化合物と反応可能な部位を有する結着樹脂前駆体、結晶性ポリエステル樹脂、非結晶性ポリエステル樹脂、着色剤、ワックス、及びワックス分散剤を少なくとも含むトナー材料を溶解乃至分散させて得られる油相を水系媒体中に分散させて乳化分散液を得、前記乳化分散液中で前記結着樹脂前駆体と前記活性水素基含有化合物と反応させ、有機溶媒を除去して得られる前記<2>から<7>のいずれかに記載のトナーである。
<9> ワックス分散剤が、ポリオレフィン樹脂と(メタ)アクリル酸アルキルのグラフト重合体である前記<2>から<8>のいずれかに記載のトナーである。
<10> ワックスが、パラフィンワックス、及びマイクロクリスタリンワックスの少なくともいずれかである前記<1>から<9>のいずれかに記載のトナー。
<11> ワックスのトナーにおける含有量が1質量%〜10質量%である前記<1>から<10>のいずれかに記載のトナーである。
<12> 体積平均粒径が3μm〜8μmである前記<1>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Dvと個数平均粒径Dnとの比(Dv/Dn)が1〜1.25である前記<1>から<12>のいずれかに記載のトナーである。
<14> 示差走査熱量計で測定した昇温2回目のガラス転移温度であるTg2ndが20℃以上40℃未満である前記<1>から<13>のいずれかに記載のトナーである。
<15> 前記<2>から<14>のいずれかに記載のトナーの製造方法であって、
有機溶媒中に、活性水素基含有化合物、該活性水素基含有化合物と反応可能な部位を有する結着樹脂前駆体、結晶性ポリエステル樹脂、非結晶性ポリエステル樹脂、着色剤、ワックス、及びワックス分散剤を少なくとも含むトナー材料を溶解乃至分散させてなる油相を水系媒体中で反応させて乳化分散液とし、得られた乳化分散液に水を加えて、有機溶媒を除去することを特徴とするトナーの製造方法である。
<16> ワックス分散剤の油相中の含有量が、ワックスに対して30質量%〜100質量%である前記<15>に記載のトナーの製造方法である。
<17> 乳化分散液100質量部に対し水を5質量部〜40質量部添加する前記<15>から<16>のいずれかに記載のトナーの製造方法である。
<18> 前記<1>から<14>のいずれかに記載のトナーを含有することを特徴とする現像剤である。
<19> 静電潜像担持体上に静電潜像を形成する静電潜像形成工程と、
前記静電潜像をトナーで現像して可視像を形成する現像工程と、
前記可視像を記録媒体に転写する転写工程と、
前記記録媒体に転写された転写像を定着させる定着工程と、
を含む画像形成方法であって、
前記トナーが、前記<1>から<14>のいずれかに記載のトナーであることを特徴とする画像形成方法である。
本発明によると、従来における前記諸問題を解決し、前記目的を達成することができ、再転写を起こさない高い転写効率と、優れた低温定着性を有し、高画質画像が得られるトナー及びトナーの製造方法、並びに該トナーを用いた現像剤、及び画像形成方法を提供することができる。
図1Aは、本発明のトナーの流動性の測定における底面からの高さと垂直荷重の関係を示す図である。 図1Bは、本発明のトナーの流動性の測定における底面からの高さと回転トルクとの関係を示す図である。 図2は、本発明のトナーの流動性の測定における回転トルクと垂直荷重からエネルギー勾配を求める方法を説明するための図である。 図3は、本発明のトナーの流動性の測定に用いた2枚翼プロペラ型の回転翼を示す図である。
(トナー)
本発明のトナーは、結着樹脂、結晶性ポリエステル樹脂、着色剤、及びワックスを含有してなり、好ましくはワックス分散剤を含有し、更に必要に応じてその他の成分を含有してなる。
本発明においては、トナーの流動化状態粉体特性値、BET比表面積、並びに前記ワックス及び前記結晶性ポリエステル樹脂由来のピーク強度と前記結着樹脂由来ピーク強度との強度比が、以下に示すように特定の数値範囲内であることが必要である。これにより、再転写を起こさない高い転写効率と、優れた低温定着性を有し、高画質画像が得られるトナーが得られる。
<トナーの流動化状態粉体特性値>
前記トナーの流動化状態粉体特性値は、トナーの流動性を表す指標である。
前記流動化状態粉体特性値は、35%〜45%であり、37%〜43%が好ましい。
前記流動化状態粉体特性値が、35%未満であると、転写性が悪化することがあり、45%を超えると、転写性が悪化することがある。
ここで、前記流動化状態粉体特性値は、例えば、流動性測定装置(FT4、明伸工機株式会社製)を用いて求めることができる。
なお、測定するトナーは、温湿度の影響をなくすため、測定前に温度22℃、湿度50%RHの状態で、8時間以上放置したものを用いる。
まず、前記トナーを内径50mmのスプリット容器(高さ89mmの160mL容器の上に高さ51mmの円筒を載せ、上下に分離できるようにしたもの)に、高さ89mmを超える量のトナーを充填する。その後、充填されたトナーを穏やかに撹拌することにより、サンプルを均質化する操作を行う。なお、このサンプルを均質化する操作を、以下、コンディショニングと称する。前記コンディショニングを行うのは、流動性エネルギー量を安定して求めるために安定して体積一定の粉体を得ることが重要だからである。
前記コンディショニングでは、充填した状態でトナーに過剰なストレスを与えないよう、トナーからの抵抗を受けない回転方向で回転翼を緩やかに撹拌して、過剰の空気や部分的ストレスの殆どを除去し、サンプルを均質な状態にする。
前記コンディショニングの条件は、5°の進入角で、60mm/secの回転翼の先端スピードで撹拌を行う。このとき、プロペラ型の回転翼(プロペラ)が、回転と同時に下方向にも運動するので先端は螺旋を描くことになる。なお、プロペラ先端が描く螺旋経路の角度を、以下、進入角度と称する。
前記コンディショニングを4回繰り返した後、スプリット容器の容器上端部を静かに動かし、高さ89mmの位置において、ベッセル内部のトナーをすり切って、160mL容器を満たすトナーを得る。得られたトナーを、内径50mm、高さ140mmの200mL容器に移す。
このような操作を3回実施した後、容器内を底面からの高さ100mmから10mmまで、進入角度−5°で移動しながら回転翼の先端スピード100mm/secで回転するときの、回転トルクと垂直荷重を測定する。このときのプロペラの回転方向は、前記コンディショニングと逆方向である。
底面からの高さHと回転トルク又は垂直荷重の関係を図1A及び図1Bに示す。
回転トルクと垂直荷重から、高さHに対してのエネルギー勾配(mJ/mm)を求めたものが、図2である。エネルギー勾配を積分して得られる面積(図2の斜線部分)が、流動性エネルギー量(mJ)である。底面からの高さ10mmから100mmの区間を積分して流動性エネルギー量を求める。また、誤差による影響を少なくするため、このコンディショニングと最大通気量80L/minのサイクルを5回行って得られる平均値を流動性エネルギー量(mJ)、通気せずに流動性エネルギー量の測定を5回行って得られる平均値を通気前流動性エネルギー量(mJ)とする。前記流動化状態粉体特性値は、下記式で求められる。
流動化状態粉体特性値(%)=(流動性エネルギー量/通気前流動性エネルギー量)×100
なお、プロペラとしては、使用したプロペラ流動性測定装置FT4の標準アクセサリーキット(200mL、容器用)48mm径ブレード(図3)を使用することができる。
<トナーのBET比表面積>
前記BET比表面積は、2.8m/g〜4m/gであり、3.0m/g〜3.9m/gが好ましい。
前記BET比表面積が、2.8m/g未満であると、低温定着性が悪化することがあり、4m/gを超えると、トナー粒子表面の凹凸が増えると共にトナー粒子間の接触面積が増え、トナーの流動性が悪化することがあり、中間転写体や紙への転写が悪化することがある。
ここで、前記BET比表面積は、例えば、自動比表面積/細孔分布測定装置(TriStar3000、島津製作所製)を用いて求めることができる。具体的には、サンプルセルにトナーを約0.5g秤量し、これを前処理スマートプレップ(島津製作所製)にて24時間真空乾燥させ、トナー表面の不純物、水分を取り除く。前処理後のサンプルを上記の測定装置(TriStar3000、島津製作所製)にセットし、窒素ガス吸着量と相対圧の関係を求める。この関係からBET多点法によってトナーのBET比表面積を求めることができる。
<トナーの強度比(P2850/P828)>
本発明のトナーは、前記ワックス及び前記結晶性ポリエステル樹脂由来の2850cm−1のピーク強度(P2850)と、前記結着樹脂由来の828cm−1のピーク強度(P828)との強度比(P2850/P828)が、0.10〜0.20である。
前記強度比(P2850/P828)が、0.10未満であると、定着時にトナーから形成される画像からワックスの染み出しが少なく、ホットオフセット性、紙と定着ベルト、ローラとの分離性が悪化することがあり、0.20を超えると、トナー粒子表面に前記ワックス及び前記結晶性ポリエステル樹脂が多く存在し、トナーと他部材との付着力が増大し、トナーの流動性が悪化することがあり、中間転写体や紙への転写が悪化することがある。
ここで、前記強度比(P2850/P828)は、例えば、全反射吸収赤外分光法(FTIR−ATR)によって求めることができ、トナー粒子表面近傍の相対的なワックス量を示す。
<結晶性ポリエステル樹脂>
前記結晶性ポリエステル樹脂は、アルコール成分として炭素数2〜12の飽和脂肪族ジオール化合物、例えば、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,8−オクタンジオール、1,10−デカンジオール、1,12−ドデカンジオール又はこれらの誘導体と、少なくとも酸性分として二重結合(C=C結合)を有する炭素数2〜12のジカルボン酸、もしくは炭素数2〜12の飽和ジカルボン酸、特にフマル酸、1,4−ブタン二酸、1,6−ヘキサン二酸、1,8−オクタン二酸、1,10−デカン二酸、1,12−ドデカン二酸又はこれらの誘導体を用いて合成される。これらの中でも、結晶性ポリエステルの結晶性が高く、融点付近で急激な粘度変化を示す観点から、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,8−オクタンジオール、1,10−デカンジオール、1,12−ドデカンジオールのいずれかの炭素数4〜12の飽和ジオール成分と、1,4−ブタン二酸、1,6−ヘキサン二酸、1,8−オクタン二酸、1,10−デカン二酸、1,12−ドデカン二酸のいずれかの炭素数4〜12の飽和ジカルボン酸成分とから構成されることが好ましい。
前記結晶性ポリエステル樹脂の結晶性及び軟化点を制御する方法として、ポリエステル合成時にアルコール成分にグリセリン等の3価以上の多価アルコールや、酸成分に無水トリメリット酸などの3価以上の多価カルボン酸を追加して縮重合を行った非線状ポリエステルなどを設計、使用するなどの方法が挙げられる。
前記結晶性ポリエステル樹脂の分子構造は、溶液や固体によるNMR測定の他、X線回折、GC/MS、LC/MS、IR測定などにより確認することができるが、簡便には赤外線吸収スペクトルにおいて、965±10cm−1もしくは990±10cm−1にオレフィンのδCH(面外変角振動)に基づく吸収を有するものを例として挙げることができる。
前記結晶性ポリエステル樹脂は、分子量分布がシャープで低分子量のものが低温定着性に優れ、分子量が低い成分が多いと耐熱保存性が悪化する。
前記結晶性ポリエステル樹脂のo−ジクロロベンゼン可溶分の重量平均分子量としては、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)による測定値で3,000〜30,000が好ましく、5,000〜20,000がより好ましい。
前記重量平均分子量が、3,000未満であると、耐熱保存性の悪化が見られることがあり、30,000を超えると、低温定着性の悪化が見られることがある。
前記結晶性ポリエステル樹脂の数平均分子量としては、1,000〜10,000が好ましい。
前記数平均分子量が、1,000未満であると、耐熱保存性の悪化が見られることがあり、10,000を超えると、低温定着性の悪化が見られることがある。
前記結晶性ポリエステル樹脂の重量平均分子量Mwと数平均分子量Mnの比(Mw/Mn)としては、1〜10が好ましい。
前記比(Mw/Mn)が、1未満であると、低温定着性の悪化が見られることがあり、10を超えると、耐熱保存性の悪化が見られることがある。
前記結晶性ポリエステル樹脂の数分子量が500以下の割合が0%以上2%以下であり、かつ前記結晶性ポリエステル樹脂の数分子量が1,000以下の割合が0%以上4%以下である場合、低温定着性、耐熱保存性の両立が達成される。
前記数分子量が500以下の割合が、2%を超えると、耐熱保存性の悪化が見られることがある。
前記数分子量が1,000以下の割合が、4%を超えると、耐熱保存性の悪化が見られることがある。
前記結晶性ポリエステル樹脂の融点は、60℃〜80℃が好ましい。前記結晶性ポリエステル樹脂の融点が、60℃未満であると、耐熱保存性の悪化が見られることがあり、80℃を超えると、低温定着性の悪化が見られることがある。
ここで、前記結晶性ポリエステル樹脂の融点は、例えば、DSCシステム(示差走査熱量計)などを用いて測定することができる。
前記結晶性ポリエステル樹脂の酸価をAとし、前記結晶性ポリエステル樹脂の水酸基価をBとすると、以下の関係式を満たすことが好ましい。
10mgKOH/g<A<40mgKOH/g
0mgKOH/g<B<20mgKOH/g
20mgKOH/g<A+B<40mgKOH/g
前記結晶性ポリエステル樹脂の酸価Aが、10mgKOH/g以下であると、記録部材である紙との親和性が悪化し、耐熱保存性が悪化することがある。一方、前記結晶性ポリエステル樹脂の酸価Aが、40mgKOH/g以上、若しくは水酸基価が20mgKOH/g以下の場合、高温高湿下でのトナーの帯電能力が低下する恐れがある。
また、酸価と水酸基価の合計が、20mgKOH/g以下であると、非晶性ポリエステル樹脂との相溶性が低下し、低温定着性が充分得られない場合がある。一方、酸価と水酸基価の合計が、40mgKOH/g以上であると、結晶性ポリエステル樹脂と非晶性ポリステル樹脂との相溶性が上がりすぎるため、耐熱保存性が悪化することがある。
ここで、前記酸価及び前記水酸基価は、JIS K0070に規定の方法により測定することができる。
前記結晶性ポリエステル樹脂の前記トナーにおける含有量は、5質量%〜25質量%が好ましく、5質量%〜20質量%がより好ましい。前記含有量が、5質量%未満であると、温定着性が悪化することがあり、25質量%を超えると、耐熱保存性、及びトナー製造性が悪化することがある。
前記結晶性ポリエステル樹脂の有機溶媒に対する70℃における溶解度は、10質量部以上が好ましい。前記溶解度が、10質量部未満であると、有機溶媒と結晶性ポリエステル樹脂の親和性が乏しいため、有機溶媒中で結晶性ポリエステル樹脂をサブミクロンサイズまで分散させることが困難であり、トナー中に存在する結晶性ポリエステル樹脂が不均一になり、帯電性の悪化、長期使用での画質の悪化を生じることがある。
前記結晶性ポリエステル樹脂の有機溶媒に対する20℃における溶解度は3.0質量部未満が好ましい。前記溶解度が、3.0質量部以上であると、有機溶媒中に溶解している結晶性ポリエステル樹脂が、加熱前から非晶性ポリエステル樹脂と相溶しやすくなり、その結果、耐熱保存性の悪化、現像器の汚染、画像の劣化を生じる恐れがある。
ここで、前記有機溶媒としては、高温で結晶性ポリエステル樹脂を完全に溶解して均一溶液を形成し、その反面、低温に冷却すると結晶性ポリエステル樹脂と相分離し、不透明な不均一溶液を形成するものが好ましい。
前記有機溶媒としては、例えば、トルエン、酢酸エチル、酢酸ブチル、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなどが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記結晶性ポリエステル樹脂は、高い結晶性をもつがゆえに定着開始温度付近において、急激な粘度低下を示す熱溶融特性を示す。つまり、溶融開始温度直前までは結晶性による耐熱保存性がよく、溶融開始温度では急激な粘度低下(シャープメルト性)を起こし、定着することから、良好な耐熱保存性と低温定着性を兼ね備えたトナーを設計することができる。また、離型幅(定着下限温度とホットオフセット発生温度の差)についても、良好である。
<結晶性ポリエステル樹脂の有機溶媒中での溶解、再結晶化方法>
前記結晶性ポリエステル樹脂の有機溶媒中での溶解、再結晶化方法は以下のとおりである。
まず、結晶性ポリエステル樹脂10gと有機溶媒90gを70℃で1時間攪拌する。
次に、攪拌した後の溶液を、20℃で12時間冷却して、結晶性ポリエステルを再結晶化させる。
次に、再結晶化させた後の結晶性ポリエステル樹脂の有機溶媒分散体を桐山ロート(桐山製作所製)に、桐山ロート用ろ紙No.4(桐山製作所製)をセットし、アスピレーターで吸引ろ過し、有機溶媒と結晶性ポリエステル樹脂を分離する。分離して得られた結晶性ポリエステル樹脂を35℃で48時間乾燥させ、結晶性ポリエステルの再結晶化物を得る。
<結晶性ポリエステル樹脂の有機溶媒に対する溶解度評価>
前記結晶性ポリエステル樹脂の有機溶媒に対する溶解度は以下の方法で求めることができる。
まず、結晶性ポリエステル樹脂20gと有機溶媒80gを所定の温度下で、1時間攪拌する。攪拌した後の溶液を、所定の温度下で、桐山ロート(桐山製作所製)に、桐山ロート用ろ紙No.4(桐山製作所製)をセットし、アスピレーターで吸引ろ過し、有機溶媒と結晶性ポリエステル樹脂を分離する。次に、分離して得られた有機溶媒を該有機溶媒の沸点+50℃の温度で1時間加熱して有機溶媒を蒸発させ、加熱前後の重量変化から、有機溶媒中に溶解していた結晶性ポリエステル樹脂の溶解量を算出する。
本発明のトナーは、有機溶媒中に、少なくとも、結晶性ポリエステル樹脂、非結晶性ポリエステル樹脂、着色剤、ワックス、及びワックス分散剤を少なくとも含むトナー材料を溶解乃至分散させて得られる油相を水系媒体中に分散させて、得られたO/W型分散液から有機溶媒を除去することにより得られるトナーが好ましい。
また、本発明のトナーは、有機溶媒中に、活性水素基含有化合物、該活性水素基含有化合物と反応可能な部位を有する結着樹脂前駆体、結晶性ポリエステル樹脂、非結晶性ポリエステル樹脂、着色剤、ワックス、及びワックス分散剤を少なくとも含むトナー材料を溶解乃至分散させて得られる油相を水系媒体中に分散させて乳化分散液を得、前記乳化分散液中で前記結着樹脂前駆体と前記活性水素基含有化合物と反応させ、有機溶媒を除去して得られるトナーであることが好ましい。
<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、非結晶性ポリエステル樹脂、変性ポリエステル樹脂、変性されてないポリエステル樹脂、及びこれら以外の結着樹脂が含まれることが好ましい。
<<結着樹脂前駆体及び変性ポリエステル樹脂>>
前記結着樹脂前駆体としては、イソシアネートやエポキシなどにより変性されたポリエステルプレポリマーを挙げることができる。ポリエステルプレポリマーと、活性水素基含有化合物とを架橋及び/又は伸長反応させて得られる変性ポリエステル樹脂(即ち、ウレタン結合及びウレア結合の少なくともいずれかを有する変性ポリエステル樹脂)が得られる。前記変性ポリエステル樹脂を用いることで、トナー中に適度な架橋構造を持たせることができ、離型幅(定着下限温度とホットオフセット発生温度の差)の向上に効果を及ぼす。
前記変性ポリエステル樹脂は、ワンショット法等により製造することができる。一例として、ウレア変性ポリエステル樹脂を製造方法について説明する。
まず、ポリオールとポリカルボン酸を、テトラブトキシチタネート、ジブチルスズオキサイド等の触媒の存在下で、150℃〜280℃に加熱し、必要に応じて、減圧しながら生成する水を除去して、水酸基を有するポリエステル樹脂を得る。次に、水酸基を有するポリエステル樹脂とポリイソシアネートを40℃〜140℃で反応させ、イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマーを得る。更に、イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマーとアミン類を0℃〜140℃で反応させ、ウレア変性ポリエステル樹脂を得る。
ウレア変性ポリエステル樹脂の数平均分子量(Mn)は、1,000〜10,000が好ましく、1,500〜6,000がより好ましい。
なお、水酸基を有するポリエステル樹脂とポリイソシアネートを反応させる場合及びイソシアネート基を有するポリエステルプレポリマーとアミン類を反応させる場合には、必要に応じて、溶媒を用いることもできる。
前記溶媒としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば芳香族溶媒(トルエン、キシレン等);ケトン類(アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等);エステル類(酢酸エチル等);アミド類(ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド等);エーテル類(テトラヒドロフラン等)等のイソシアネート基に対して不活性なものが挙げられる。
−ポリエステルプレポリマー−
前記ポリエステルプレポリマーの合成方法としては、ベースとなるポリエステル樹脂に、従来公知のイソシアネート化剤やエポキシ化剤などを反応させることで容易に合成することができる。前記イソシアネート化剤としては、例えば脂肪族ポリイソシアネート(テトラメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、2,6−ジイソシアナトメチルカプロエートなど);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);イソシアヌレート類;前記ポリイソシアネートをフェノール誘導体、オキシム、カプロラクタムなどでブロックしたもの;又はこれら2種以上の併用などが挙げられる。また、前記エポキシ化剤としては、例えばエピクロロヒドリンなどが代表例として挙げられる。
前記イソシアネート化剤の比は、イソシアネート基[NCO]と、ベースとなるポリエステルの水酸基[OH]の当量比[NCO]/[OH]として、5/1〜1/1が好ましく、4/1〜1.2/1がより好ましく、2.5/1〜1.5/1が更に好ましい。前記[NCO]/[OH]が、5を超えると、低温定着性が悪化する。
前記[NCO]のモル比が、1未満であると、このポリエステルプレポリマー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ことがある。
前記ポリエステルプレポリマー中のイソシアネート化剤の含有量は、0.5質量%〜40質量%が好ましく、1質量%〜30質量%がより好ましく、2質量%〜20質量%が更に好ましい。前記含有量が、0.5質量%未満であると、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ことがあり、40質量%を超えると、低温定着性が悪化することがある。
また、前記ポリエステルプレポリマー中の1分子当たりに含有するイソシアネート基は、1個以上が好ましく、平均1.5〜3個がより好ましく、平均1.8〜2.5個が更に好ましい。前記1分子当たり1個未満であると、伸長反応後のウレア変性ポリエステル樹脂の分子量が低くなり、耐ホットオフセット性が悪化することがある。
前記ポリエステルプレポリマーは、重量平均分子量が1×10以上3×10以下が好ましい。
−活性水素基含有化合物−
前記活性水素基含有化合物は、前記活性水素基含有化合物の活性水素基と反応可能な官能基を有する結着樹脂前駆体(プレポリマー)と伸長又は架橋する化合物であり、その代表として、アミン類などが挙げられる。
前記アミン類としては、例えば、ジアミン化合物、3価以上のポリアミン化合物、アミノアルコール化合物、アミノメルカプタン化合物、アミノ酸化合物、又はこれらのアミノ基をブロックした化合物などが挙げられる。
前記ジアミン化合物としては、例えば、芳香族ジアミン(例えば、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等);脂環式ジアミン(例えば、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等);脂肪族ジアミン(例えば、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等)などが挙げられる。前記3価以上のポリアミン化合物としては、例えば、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。前記アミノアルコール化合物としては、例えば、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。前記アミノメルカプタン化合物としては、例えば、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。
前記アミノ酸化合物としては、例えば、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。これらのアミノ基をブロックした化合物としては、前記アミン類とケトン類(例えば、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等)から得られるケチミン化合物、オキサゾリン化合物などが挙げられる。これらアミン類のうち好ましいものは、ジアミン化合物及びジアミン化合物と少量のポリアミン化合物の混合物である。
<<非結晶性ポリエステル樹脂>>
前記非結晶性ポリエステル樹脂は、多価アルコール成分と、多価カルボン酸、多価カルボン酸無水物、多価カルボン酸エステルなどの多価カルボン酸成分とを用いて得られる。
なお、本発明において非結晶性ポリエステル樹脂とは、上記のごとく、多価アルコール成分と、多価カルボン酸、多価カルボン酸無水物、多価カルボン酸エステルなどの多価カルボン酸成分とを用いて得られるものを指し、ポリエステル樹脂を変性したもの、例えば、後述するプレポリマー、及びそのプレポリマーを架橋及び/又は伸長反応させて得られる変性ポリエステル樹脂(即ち、ウレタン結合及びウレア結合の少なくともいずれかを有する変性ポリエステル樹脂)は、本発明においては前記非結晶性ポリエステル樹脂には含めず、変性ポリエステル樹脂として扱う。
前記多価アルコール成分としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ポリオキシプロピレン(2.2)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、ポリオキシエチレン(2.2)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン等のビスフェノールAのアルキレン(炭素数2〜3)オキサイド(平均付加モル数1〜10)付加物;エチレングリコール、プロピレングリコール、ネオペンチルグリコール、グリセリン、ペンタエリスリトール、トリメチロールプロパン、水添ビスフェノールA、ソルビトール、又はそれらのアルキレン(炭素数2〜3)オキサイド(平均付加モル数1〜10)付加物などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記多価カルボン酸成分としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、アジピン酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、フマル酸、マレイン酸等のジカルボン酸;ドデセニルコハク酸、オクチルコハク酸等の炭素数1〜20のアルキル基又は炭素数2〜20のアルケニル基で置換されたコハク酸;トリメリット酸、ピロメリット酸;それらの酸の無水物及びそれらの酸のアルキル(炭素数1〜8)エステルなどが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記非結晶性ポリエステル樹脂と、前記プレポリマー並びにこのプレポリマーを架橋及び/又は伸長反応させて得られる樹脂(即ち、ウレタン結合及びウレア結合の少なくともいずれかを有する変性ポリエステル樹脂)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、少なくとも一部が相溶していることが好ましい。これらが相溶していることにより、低温定着性及び耐高温オフセット性を向上させることができる。このため、前記非結晶性ポリエステル樹脂を構成する多価アルコール成分及び多価カルボン酸成分と、前記プレポリマーを構成する多価アルコール成分及び多価カルボン酸成分とは、類似の組成であることが好ましい。
前記結晶性ポリエステル樹脂の酸価をAとし、非晶性ポリエステル樹脂の酸価をCとすると、次式、−10mgKOH/g<A−C<10mgKOH/g、を満たすことが好ましい。
前記結晶性ポリエステル樹脂と前記非晶性ポリエステル樹脂の酸価の差が10以上であると、結晶性ポリエステル樹脂と非晶性ポリエステル樹脂の相溶性、親和性が乏しく、低温定着性に劣る場合がある。また、結晶性ポリエステル樹脂がトナー表面に露出しやすくなり、現像部への汚染、フィルミングが生じやすくなる場合がある。
本発明において、油相に含有される結着樹脂成分としては、非結晶性ポリエステル樹脂、結着樹脂前駆体、未変性ポリエステル樹脂を併用してもよいが、更にこれらの樹脂以外の結着樹脂成分を含有してもよい。前記結着樹脂成分としては、ポリエステル樹脂を含有することが好ましく、ポリエステル樹脂を50質量%以上含有することが更に好ましい。前記ポリエステル樹脂の含有量が50質量%未満であると、低温定着性が低下することがある。結着樹脂成分のいずれもがポリエステル樹脂であることが特に好ましい。
なお、ポリエステル樹脂以外の結着樹脂成分としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、スチレン−アクリル樹脂、ポリオール樹脂、ビニル系樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、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、尿素樹脂、アニリン樹脂、アイオノマー樹脂、ポリカーボネート樹脂などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
<着色剤>
前記着色剤としては、特に制限はなく、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)、カドミウムイエロー、黄色酸化鉄、黄土、黄鉛、チタン黄、ポリアゾイエロー、オイルイエロー、ハンザイエロー(GR、A、RN、R)、ピグメントイエローL、ベンジジンイエロー(G、GR)、パーマネントイエロー(NCG)、バルカンファストイエロー(5G、R)、タートラジンレーキ、キノリンイエローレーキ、アンスラザンイエローBGL、イソインドリノンイエロー、ベンガラ、鉛丹、鉛朱、カドミウムレッド、カドミウムマーキュリレッド、アンチモン朱、パーマネントレッド4R、パラレッド、ファイセーレッド、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、又はそれらの混合物、などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記着色剤の含有量は、前記トナーに対して1質量%〜15質量%が好ましく、3質量%〜10質量%がより好ましい。
前記着色剤は、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。前記マスターバッチの製造又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、先に挙げた変性ポリエステル樹脂、未変性ポリエステル樹脂の他にポリスチレン、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又はその置換体の重合体;スチレン−p−クロロスチレン共重合体、スチレン−プロピレン共重合体、スチレン−ビニルトルエン共重合体、スチレン−ビニルナフタリン共重合体、スチレン−アクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリル酸エチル共重合体、スチレン−アクリル酸ブチル共重合体、スチレン−アクリル酸オクチル共重合体、スチレン−メタクリル酸メチル共重合体、スチレン−メタクリル酸エチル共重合体、スチレン−メタクリル酸ブチル共重合体、スチレン−α−クロルメタクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−ビニルメチルケトン共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−イソプレン共重合体、スチレン−アクリロニトリル−インデン共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、スチレン−マレイン酸エステル共重合体などのスチレン系共重合体;ポリメチルメタクリレート、ポリブチルメタクリレート、ポリ塩化ビニル、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る。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記マスターバッチは、マスターバッチ用の樹脂と着色剤とを高せん断力をかけて混合し、混練してマスターバッチを得ることができる。この際、着色剤と樹脂の相互作用を高めるために、有機溶媒を用いることができる。また、いわゆるフラッシング法と呼ばれる着色剤の水を含んだ水性ペーストを樹脂と有機溶媒とともに混合混練し、着色剤を樹脂側に移行させ、水分と有機溶媒成分を除去する方法も着色剤のウエットケーキをそのまま用いることができるため乾燥する必要がなく、好ましく用いられる。混合混練するには3本ロールミル等の高せん断分散装置が好ましく用いられる。
<ワックス>
前記ワックスとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、以下に示す材料を用いることができる。
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;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、これらの天然ワックス以外のワックスとしては、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。
更に、1,2−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;低分子量の結晶性高分子であるポリメタクリル酸n−ステアリル、ポリメタクリル酸n−ラウリル等のポリアクリレートのホモポリマー又はコポリマー(例えば、アクリル酸n−ステアリル−メタクリル酸エチル共重合体等)等の側鎖に長鎖アルキル基を有する結晶性高分子もワックスとして用いることができる。
これらの中でも、ホットオフセット性、定着時のワックス由来の揮発分、分離性、及び低温定着性の点で、マイクロクリスタリンワックスが特に好ましい。
前記ワックスは、融点が50℃〜120℃が好ましい。
このようなワックスは、定着ローラとトナー界面の間でワックスとして効果的に作用することができるため、定着ローラにオイル等のワックスを塗布しなくても高温耐オフセット性を向上させることができる。
前記ワックスの前記トナーにおける含有量としては、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、1質量%〜10質量%が好ましい。前記含有量が、1質量%未満であると、ホットオフセット性の悪化が見られることがあり、10質量%を超えると、耐熱保存性、及び帯電特性が悪化することがある。
<ワックス分散剤>
本発明のトナーにおいては、ワックスと共に、ワックス分散剤を含有させることが好ましい。前記ワックス分散剤を含有させることで、結着樹脂中のワックスの分散性が向上し、また、ワックスとワックス分散剤の含有量で、容易にワックスの分散状態を制御できる。更に、本発明のトナーは、50質量%〜100質量%ポリエステル樹脂を含有するが、ポリエステル樹脂と本発明のワックスは相溶性が殆ど無く、ワックス分散剤を使用しなかった場合、ワックスがトナーに入らず水系媒体へ抜けることがあり、またトナー表面にワックスが遊離したり、トナー表面上のワックスが多くなり他部材への汚染の原因となる。これらの面から、ワックス分散剤を使用することが好ましい。
前記ワックス分散剤としては、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、以下に記載する樹脂(D)を主鎖とし、側鎖として後述する樹脂(E)がグラフトした構造を有するグラフト重合体が好適である。
前記樹脂(D)としては、樹脂(E)をグラフト可能なものであればよく、公知のワックスを用いることができ、例えば、ポリオレフィン樹脂、熱減成型ポリオレフィン樹脂などが挙げられる。これらの中でも、熱減成型ポリオレフィン樹脂が好ましい。
前記ポリオレフィン樹脂を構成するオレフィン類としては、例えば、エチレン、プロピレン、1−ブテン、イソブチレン、1−ヘキセン、1−ドデセン、1−オクタデセンなどが挙げられる。
前記ポリオレフィン樹脂としては、例えば、オレフィン類の重合体、オレフィン類の重合体の酸化物、オレフィン類の重合体の変性物、オレフィン類と共重合可能な他の単量体との共重合物などが挙げられる。
また、前記オレフィン類の重合体としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン/プロピレン共重合体、エチレン/1−ブテン共重合体、プロピレン/1−ヘキセン共重合体などが挙げられる。
前記オレフィン類の重合体の酸化物としては、前記オレフィン類の重合体の酸化物などが挙げられる。
前記オレフィン類の重合体の変性物としては、前記オレフィン類の重合体のマレイン酸誘導体(例えば、無水マレイン酸、マレイン酸モノメチル、マレイン酸モノブチル、マレイン酸ジメチル等)付加物などが挙げられる。
前記オレフィン類と共重合可能な他の単量体との共重合物としては、不飽和カルボン酸[例えば、(メタ)アクリル酸、イタコン酸、無水マレイン酸等]、不飽和カルボン酸アルキルエステル[例えば、(メタ)アクリル酸アルキル(C1〜C18)エステル、マレイン酸アルキル(C1〜C18)エステル等]等の単量体とオレフィン類との共重合体などが挙げられる。
また、本発明においては、ポリマー構造がポリオレフィンの構造を有していればよく、モノマーが必ずしもオレフィン構造を有している必要はない。例えば、ポリメチレン(サゾールワックス等)などを使用することができる。
これら前記ポリオレフィン樹脂のうち、オレフィン類の重合体、オレフィン類の重合体の酸化物、オレフィン類の重合体の変性物が好ましく、ポリエチレン、ポリメチレン、ポリプロピレン、エチレン/プロピレン重合体、酸化型ポリエチレン、酸化型ポリプロピレン、マレイン化ポリプロピレンがより好ましく、ポリエチレン及びポリプロピレンが特に好ましい。
前記樹脂(E)を構成するモノマーとしては、例えば、不飽和カルボン酸のアルキル(炭素数1〜5)エステル[例えば、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート等]、ビニルエステル系モノマー[例えば、酢酸ビニル等]などが挙げられる。これらの中でも、(メタ)アクリル酸アルキルが好ましく、アルキル鎖の炭素数が1〜5である(メタ)アクリル酸アルキル(E1)がより好ましい。
前記樹脂(E)を構成するモノマーとして(E1)と共に併用される芳香族ビニルモノマー(E2)としては、スチレン系モノマー[例えば、スチレン、α−メチルスチレン、p−メチルスチレン、m−メチルスチレン、p−メトキシスチレン、p−ヒドロキシスチレン、p−アセトキシスチレン、ビニルトルエン、エチルスチレン、フェニルスチレン、ベンジルスチレン等]が挙げられる。これらの中でも、スチレンが特に好ましい。
本発明のトナーにおける、前記ワックス分散剤の主鎖となる樹脂(D)と、側鎖となる樹脂(E)との質量比率(D)/(E)は、1〜50が好ましい。前記質量比率(D/E)が、50を超えると、ワックス分散剤と結着樹脂の相溶性が悪くなることがあり、1未満であると、添加したワックスにワックス分散剤が充分相溶せず、ワックスの分散が悪化することがある。
前記ワックス分散剤のガラス転移温度は、55℃〜80℃が好ましく、55℃〜70℃がより好ましい。前記ワックス分散剤のガラス転移温度が、80℃を超えると、低温定着性が損なわれることがあり、55℃未満であると、耐ホットオフセット性が悪化することがある。
前記ワックス分散剤の含有量は、トナーに対して0.01質量%〜8質量%が好ましく、0.5質量%〜6質量%がより好ましい。前記好ましい範囲であると、トナー表面に存在するワックスの量を適切に保ち、特に、定着ローラやベルトとの離型性を向上させ、耐スミア性に優れた効果を発揮させることができる。
<その他の成分>
前記その他の成分としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、帯電制御剤、無機微粒子、流動性向上剤、クリーニング性向上剤、磁性材料、などが挙げられる。
−帯電制御剤−
前記帯電制御剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、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、燐の単体又は化合物、タングステンの単体又は化合物、フッ素系活性剤、サリチル酸金属塩、サリチル酸誘導体の金属塩などが挙げられる。
具体的には、ニグロシン系染料のボントロン03、第四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株式会社製)、第四級アンモニウム塩モリブデン錯体のTP−302、TP−415(以上、保土谷化学工業株式会社製)、第四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、第四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(以上、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、四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などが挙げられる。
前記帯電制御剤の含有量は、結着樹脂の種類、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、前記結着樹脂100質量部に対して、0.1質量部〜10質量部が好ましく、0.2質量部〜5質量部がより好ましい。前記含有量が、10質量部を超えると、トナーの帯電性が大きすぎ、主帯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。これらの帯電制御剤はマスターバッチ、樹脂とともに溶融混練した後溶解分散させることもできるし、もちろん、有機溶媒に直接溶解乃至分散する際に加えてもよいし、トナー表面にトナー粒子作製後固定化させてもよい。
−無機微粒子−
前記無機微粒子は、トナー粒子に流動性、現像性、帯電性を付与するための外添剤として使用することができる。
前記無機微粒子としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、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、ペンガラ、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、窒化ケイ素などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
その他高分子系微粒子、例えば、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。
前記無機微粒子の一次粒子径は、5nm〜2μmが好ましく、5nm〜500nmがより好ましい。また、前記無機微粒子のBET法による比表面積は、20m/g〜500m/gが好ましい。
前記無機微粒子の含有量は、トナーに対し0.01質量%〜5質量%が好ましく、0.01質量%〜2.0質量%がより好ましい。
−流動性向上剤−
前記流動性向上剤は、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可能なものを意味し、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、等が挙げられる。
−クリーニング性向上剤−
前記クリーニング性向上剤は、静電潜像担持体や一次記録媒体に残留する転写後の現像剤を除去するために前記トナーに添加され、例えば、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸等の脂肪酸金属塩、ポリメチルメタクリレート微粒子、ポリスチレン微粒子等のソープフリー乳化重合により製造されたポリマー微粒子、などが挙げられる。該ポリマー微粒子は、比較的粒度分布が狭いものが好ましく、体積平均粒径が0.01μm〜1μmのものが好適である。
−磁性材料−
前記磁性材料としては、特に制限はなく、目的に応じて公知のものの中から適宜選択することができ、例えば、鉄粉、マグネタイト、フェライト、等が挙げられる。これらの中でも、色調の点で白色のものが好ましい。
次に、本発明のトナーにおける体積平均粒径及び個数平均粒径、酸価、並びにガラス転移温度について説明する。
−トナーの体積平均粒径及び個数平均粒径−
本発明のトナーは、体積平均粒径Dvが3μm〜8μmが好ましく、体積平均粒径Dvと個数平均粒径Dnとの比(Dv/Dn)が、1〜1.25が好ましい。前記体積平均粒径Dvが、3μm未満であると、転写性の悪化が見られることがあり、8μmを超えると、画像の解像度が悪化することがある。
前記比(Dv/Dn)が、1.25を超えると、画像の解像度が悪化することがある。
前記トナーの体積平均粒径(Dv)及び個数平均粒径(Dn)は、例えば、コールターカウンター法で測定することができる。測定装置としては、例えば、コールターカウンターTA−II(ベックマンコールター社製)、コールターマルチサイザーII(ベックマンコールター社製)などが挙げられる。
−トナーの酸価−
本発明のトナーの酸価は、低温定着性及び耐高温オフセット性に対して、重要な指標であり、未変性のポリエステル樹脂の末端カルボキシル基に由来するが、低温定着性(定着下限温度、ホットオフセット発生温度等)を制御するために、0.5mgKOH/g〜40mgKOH/gが好ましい。
前記酸価が、40mgKOH/gを超えると、反応性変性ポリエステル樹脂の伸長反応及び/又は架橋反応が不充分となり、耐高温オフセット性が低下することがある。一方、前記酸価が、0.5mgKOH/g未満であると、製造時の塩基による分散安定性を向上させる効果が得られなくなったり、反応性変性ポリエステル樹脂の伸長反応及び/又は架橋反応が進行しやすくなったりして、製造安定性が低下することがある。
ここで、前記トナーの酸価は、例えば、JIS K0070−1992に記載の測定方法に準拠して測定することができる。
−トナーのガラス転移温度−
本発明のトナーのガラス転移温度は、低温定着性、耐熱保存性、及び高耐久性の点から、昇温1回目におけるガラス転移温度であるTg1stが45℃〜65℃が好ましく、50℃〜60℃がより好ましい。
前記昇温1回目におけるガラス転移温度Tg1stが、45℃未満であると、現像器内でのブロッキングや静電潜像担持体へのフィルミングが発生することがあり、65℃を超えると、低温定着性が低下することがある。
昇温2回目におけるガラス転移温度であるTg2ndが20℃〜40℃が好ましい。
前記昇温2回目におけるガラス転移温度Tg2ndが、20℃未満であると、現像器内でのブロッキングや静電潜像担持体へのフィルミングが発生することがあり、40℃を超えると、低温定着性が低下することがある。
ここで、前記トナーのガラス転移温度は、示差走査熱量計(DSC−60、島津製作所製)などを用いて測定することができる。
例えば、上記示差走査熱量計を用いてDSC曲線を計測し、得られたDSC曲線から、解析プログラムを用いて、1回目の昇温時におけるDSC曲線を選択し、解析プログラム中の吸熱ショルダー温度を用いて、昇温1回目におけるガラス転移温度Tg1stを求め、次に、2回目の昇温時におけるDSC曲線を選択し、吸熱ショルダー温度を用いて、昇温2回目におけるガラス転移温度Tg2ndを求めることができる。
(トナーの製造方法)
本発明のトナーの製造方法は、本発明の前記トナーを製造する方法であって、
有機溶媒中に、活性水素基含有化合物、該活性水素基含有化合物と反応可能な部位を有する結着樹脂前駆体、結晶性ポリエステル樹脂、非結晶性ポリエステル樹脂、着色剤、ワックス、及びワックス分散剤を少なくとも含むトナー材料を溶解乃至分散させてなる油相を水系媒体中で反応させて乳化分散液とし、得られた乳化分散液に水を加えて、有機溶媒を除去することを特徴とする。
前記ワックス分散剤の前記油相中の含有量が、ワックスに対して30質量%〜100質量%が好ましく、35質量%〜90質量%がより好ましい。
前記含有量が、30質量%未満であると、トナー表面のワックス量が増え、他部材への汚染を引き起こすことがあり、100質量%を超えると、ホットオフセット性の悪化がみられることがある。
前記乳化分散液(乳化スラリー)100質量部に対し水を5質量部〜40質量部添加することが好ましい。
前記水系媒体としては、水単独でもよいが、水と混和可能な溶媒を併用することもできる。前記混和可能な溶媒としては、例えば、アルコール(例えば、メタノール、イソプロパノール、エチレングリコール等)、ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフラン、セルソルブ類(例えば、メチルセルソルブ等)、低級ケトン類(例えば、アセトン、メチルエチルケトン等)、などが挙げられる。
前記結着樹脂前駆体、着色剤、ワックス、ワックス分散剤などは、水系媒体中で分散体を形成させる際に混合してもよいが、予め、これらのトナー材料を混合した後、水系媒体中にその混合物を加えて分散させた方がより好ましい。また、本発明においては、結着樹脂前駆体、着色剤、ワックス、ワックス分散剤などのトナー材料は、必ずしも、水系媒体中で粒子を形成させる時に混合しておく必要はなく、粒子を形成せしめた後、添加してもよい。例えば、着色剤を含まない粒子を形成させた後、公知の染着の方法で着色剤を添加することもできる。
分散の方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、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。これらの中でも、分散体の粒径を2μm〜20μmにするために高速せん断式が特に好ましい。
前記高速せん断式分散機を使用した場合、回転数については、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、1,000rpm〜30,000rpmが好ましく、5,000rpm〜20,000rpmがより好ましい。分散時間は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、バッチ方式の場合は、0.1分間〜60分間が好ましい。分散時の温度としては、0℃〜80℃(加圧下)が好ましく、10℃〜40℃がより好ましい。
トナー材料100質量部に対する水系媒体の使用量は、100質量部〜1,000質量部が好ましい。前記使用量が、100質量部未満であると、トナー材料の分散状態が悪く、所定の粒径のトナー粒子が得られないことがあり、1,000質量部を超えると、経済的でない。また、必要に応じて、分散剤を用いることもできる。分散剤を用いた方が、粒度分布がシャープになるとともに分散が安定である点で好ましい。
結着樹脂前駆体(ポリエステルプレポリマー)と活性水素基含有化合物を反応させる方法としては、水系媒体中でトナー材料を分散する前に活性水素基含有化合物を加えて反応させてもよいし、水系媒体中に分散した後に活性水素基含有化合物を加えて粒子界面から反応を起こしてもよい。この場合、製造されるトナー表面に優先的にポリエステルプレポリマーによる変性したポリエステル樹脂が生成し、粒子内部で濃度勾配を設けることもできる。
トナー材料が分散された油相を水が含まれる液体に乳化、分散するための分散剤として、例えば、アルキルベンゼンスルホン酸塩、α−オレフィンスルホン酸塩、リン酸エステル等の陰イオン界面活性剤;アルキルアミン塩、アミノアルコール脂肪酸誘導体、ポリアミン脂肪酸誘導体、イミダゾリン等のアミン塩型の陽イオン界面活性剤;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等の四級アンモニウム塩型の陽イオン界面活性剤;脂肪酸アミド誘導体、多価アルコール誘導体等の非イオン界面活性剤;アラニン、ドデシルジ(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、N−アルキル−N,N−ジメチルアンモニウムべタイン等の両性界面活性剤などが挙げられる。
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又はその金属塩、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−[オメガ−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−[オメガ−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)カルボン酸又はその金属塩、パーフルオロアルキルカルボン酸(C7〜C13)又はその金属塩、パーフルオロアルキル(C4〜C12)スルホン酸又はその金属塩、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、例えば、サーフロンS−111、S−112、S−113(旭硝子株式会社製)、フロラードFC−93、FC−95、FC−98、FC−l29(住友3M株式会社製)、ユニダインDS−101、DS−l02、(ダイキン工業株式会社製)、メガファックF−ll0、F−l20、F−113、F−191、F−812、F−833(大日本インキ化学工業株式会社製)、エクトップEF−102、l03、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、カチオン界面活性剤としては、フルオロアルキル基を有する脂肪族一級、二級もしくは三級アミン酸、パーフルオロアルキル(C6〜C10)スルホンアミドプロピルトリメチルアンモニウム塩等の脂肪族四級アンモニウム塩、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−l21(旭硝子株式会社製)、フロラードFC−135(住友3M株式会社製)、ユニダインDS−202(ダイキン工業株式会社製)、メガファックF−150、F−824(大日本インキ化学工業株式会社製)、エクトップEF−l32(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。
また、水に難溶の無機化合物分散剤として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なども用いることができる。
また、高分子系保護コロイド又は水に不溶な有機微粒子により分散液滴を安定化させてもよく、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、フマル酸、マレイン酸又は無水マレイン酸等の酸類;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等);ビニルアルコール又はビニルアルコールとのエ一テル類(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等);ビニルアルコールとカルボキシル基を含有する化合物のエステル類(例えば、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル等);アクリルアミド、メタクリルアミド、ジアセトンアクリルアミド又はこれらのメチロール化合物;アクリル酸クロライド、メタクリル酸クロライド等の酸クロライド類;ビニルピリジン、ビニルピロリドン、ビニルイミダゾール、エチレンイミン等の窒素原子又はその複素環を有するものなどのホモポリマー又は共重合体;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エニルエーテル、ポリオキシエチレンラウリルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルフェニルエステル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエステル等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等のセルロース類などが挙げられる。
なお、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、微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。
分散剤を使用した場合には、該分散剤がトナー粒子表面に残存したままとすることもできるが、反応後、洗浄除去するほうがトナーの帯電面から好ましい。
更に、トナー材料の粘度を低くするために、ポリエステルプレポリマーが反応し変性したポリエステル樹脂が可溶の溶媒を使用することもできる。溶媒を用いた方が、粒度分布がシャープになる点で好ましい。前記溶媒は、沸点が100℃未満の揮発性であることが溶媒の除去が容易である点から好ましい。前記溶媒としては、例えば、トルエン、キシレン、ベンゼン、四塩化炭素、塩化メチレン、1,2−ジクロロエタン、1,1,2−トリクロロエタン、トリクロロエチレン、クロロホルム、モノクロロベンゼン、ジクロロエチリデン、酢酸メチル、酢酸エチル、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなどが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、トルエン、キシレン等の芳香族系溶媒、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特に好ましい。
前記ポリエステルプレポリマー100質量部に対する溶媒の使用量は、300質量部以下が好ましく、100質量部以下がより好ましく、25質量部〜70質量部が更に好ましい。溶媒を使用した場合は、伸長及び/又は架橋反応後、常圧又は減圧下にて加温し除去する。
伸長及び/又は架橋反応時間は、ポリエステルプレポリマーと活性水素基含有化合物との組合せによる反応性により選択されるが、10分〜40時間が好ましく、30分〜24時間がより好ましい。反応温度は、0℃〜100℃が好ましく、10℃〜50℃がより好ましい。また、必要に応じて公知の触媒を使用することもできる。具体的には、トリエチルアミンなどの3級アミンやイミダゾールなどが挙げられる。
得られた分散液(乳化スラリー)から、有機溶媒を除去する。該有機溶媒の除去は、(1)反応系全体を徐々に昇温させて、前記油滴中の前記有機溶媒を完全に蒸発除去する方法、(2)乳化分散体を乾燥雰囲気中に噴霧して、油滴中の非水溶性有機溶媒を完全に除去してトナー粒子を形成し、併せて水系分散剤を蒸発除去する方法、等が挙げられる。
乳化分散体が噴霧される乾燥雰囲気としては、空気、窒素、炭酸ガス、燃焼ガス等を加熱した気体、特に使用される最高沸点溶媒の沸点以上の温度に加熱された各種気流が一般に用いられる。スプレイドライアー、ベルトドライアー、ロータリーキルンなどの短時間の処理で充分に目的とする品質が得られる。
前記有機溶媒の除去が行われると、トナー粒子が形成される。該トナー粒子に対し、洗浄、乾燥等を行うことができ、更にその後、所望により分級等を行うことができる。該分級は、例えば、液中でサイクロン、デカンター、遠心分離等により、微粒子部分を取り除くことにより行うことができ、乾燥後に粉体として取得した後に分級操作を行ってもよい。
得られた乾燥後のトナーの粉体とワックス微粒子、帯電制御性微粒子、流動化剤微粒子、着色剤微粒子などの異種粒子とともに混合したり、混合粉体に機械的衝撃力を与えることによって表面で固定化、融合化させ、得られる複合体粒子の表面からの異種粒子の脱離を防止することができる。
具体的手段としては、高速で回転する羽根によって混合物に衝撃力を加える方法、高速気流中に混合物を投入し、加速させ、粒子同士又は複合化した粒子を適当な衝突板に衝突させる方法などがある。装置としては、オングミル(ホソカワミクロン株式会社製)、I式ミル(日本ニューマチック株式会社製)を改造して、粉砕エアー圧力を下げた装置、ハイブリダイゼイションシステム(奈良機械製作所製)、クリプトロンシステム(川崎重工業株式会社製)、自動乳鉢などが挙げられる。
(現像剤)
本発明の現像剤は、本発明の前記トナーを少なくとも含有してなり、キャリアなどの適宜選択したその他の成分を含有してなる。該現像剤としては、一成分現像剤であってもよいし、二成分現像剤であってもよいが、近年の情報処理速度の向上に対応した高速プリンタ等に使用する場合には、寿命向上等の点で前記二成分現像剤が好ましい。
本発明の前記トナーを用いた前記一成分現像剤の場合、トナーの収支が行われても、トナーの粒子径の変動が少なく、現像ローラへのトナーのフィルミングや、トナーを薄層化するためのブレード等の部材へのトナーの融着がなく、現像装置の長期の使用(撹拌)においても、良好で安定した現像性及び画像が得られる。また、本発明の前記トナーを用いた前記二成分現像剤の場合、長期にわたるトナーの収支が行われても、現像剤中のトナー径の変動が少なく、現像装置における長期の撹拌においても、良好で安定した現像性が得られる。
−キャリア−
前記キャリアとしては、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、芯材と、該芯材を被覆する樹脂層とを有するものが好ましい。
前記芯材の材料としては、特に制限はなく、公知のものの中から適宜選択することができ、例えば、50〜90emu/gのマンガン−ストロンチウム(Mn−Sr)系材料、マンガン−マグネシウム(Mn−Mg)系材料などが好ましく、画像濃度の確保の点では、鉄粉(100emu/g以上)、マグネタイト(75emu/g〜120emu/g)等の高磁化材料が好ましい。また、トナーが穂立ち状態となっている感光体への当りを弱くでき高画質化に有利である点で、銅−亜鉛(Cu−Zn)系(30emu/g〜80emu/g)等の弱磁化材料が好ましい。これらは、1種単独で使用してもよい、2種以上を併用してもよい。
前記芯材の粒径としては、体積平均粒径で、10μm〜150μmが好ましく、40μm〜100μmがより好ましい。前記平均粒径(体積平均粒径(D50))が、10μm未満であると、キャリア粒子の分布において、微粉系が多くなり、1粒子当たりの磁化が低くなってキャリア飛散を生じることがあり、150μmを超えると、比表面積が低下し、トナーの飛散が生じることがあり、ベタ部分の多いフルカラーでは、特にベタ部の再現が悪くなることがある。
前記樹脂層の材料としては、特に制限はなく、公知の樹脂の中から目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、アミノ系樹脂、ポリビニル系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ハロゲン化オレフィン樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリフッ化ビニル樹脂、ポリフッ化ビニリデン樹脂、ポリトリフルオロエチレン樹脂、ポリヘキサフルオロプロピレン樹脂、弗化ビニリデンとアクリル単量体との共重合体、フッ化ビニリデンとフッ化ビニルとの共重合体、テトラフルオロエチレンとフッ化ビニリデンと非フッ化単量体とのターポリマー等のフルオロターポリマー、シリコーン樹脂、などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記アミノ系樹脂としては、例えば、尿素−ホルムアルデヒド樹脂、メラミン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、ユリア樹脂、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂等が挙げられる前記ポリビニル系樹脂としては、例えば、アクリル樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂、ポリアクリロニトリル樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリビニルブチラール樹脂等が挙げられる。前記ポリスチレン系樹脂としては、例えば、ポリスチレン樹脂、スチレンアクリル共重合樹脂等が挙げられる。前記ハロゲン化オレフィン樹脂としては、例えば、ポリ塩化ビニル等が挙げられる。前記ポリエステル系樹脂としては、例えばポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂等が挙げられる。
前記樹脂層には、必要に応じて導電粉等を含有させてもよく、該導電粉としては、例えば、金属粉、カーボンブラック、酸化チタン、酸化錫、酸化亜鉛、などが挙げられる。これらの導電粉の平均粒子径としては、1μm以下が好ましい。前記平均粒子径が1μmを超えると、電気抵抗の制御が困難になることがある。
前記樹脂層は、例えば、前記シリコーン樹脂等を溶剤に溶解させて塗布溶液を調製した後、該塗布溶液を前記芯材の表面に公知の塗布方法により均一に塗布し、乾燥した後、焼付を行うことにより形成することができる。前記塗布方法としては、例えば、浸漬法、スプレー法、ハケ塗り法、などが挙げられる。
前記溶剤としては、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、例えば、トルエン、キシレン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、セルソルブ、ブチルアセテート、などが挙げられる。
前記焼付としては、特に制限はなく、外部加熱方式であってもよいし、内部加熱方式であってもよく、例えば、固定式電気炉、流動式電気炉、ロータリー式電気炉、バーナー炉等を用いる方法、マイクロウエーブを用いる方法、などが挙げられる。
前記樹脂層の前記キャリアにおける量としては、0.01質量%〜5.0質量%が好ましい。前記量が、0.01質量%未満であると、前記芯材の表面に均一な前記樹脂層を形成することができないことがあり、5.0質量%を超えると、前記樹脂層が厚くなり過ぎてキャリア同士の造粒が発生し、均一なキャリア粒子が得られないことがある。
前記現像剤が前記二成分現像剤である場合、前記キャリアの該二成分現像剤における含有量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、90質量%〜98質量%が好ましく、93質量%〜97質量%がより好ましい。
(画像形成方法)
本発明の画像形成方法は、静電潜像形成工程と、現像工程と、転写工程と、定着工程とを含み、更に必要に応じてその他の工程を含んでなる。
−静電潜像形成工程−
前記静電潜像形成工程は、前記静電潜像担持体上に静電潜像を形成する工程である。
前記静電潜像担持体としては、その材質、形状、構造、大きさ等について特に制限はなく、公知のものの中から適宜選択することができるが、その形状としてはドラム状が好適に挙げられ、その材質としては、例えば、アモルファスシリコン、セレン等の無機感光体、ポリシラン、フタロポリメチン等の有機感光体、などが挙げられる。これらの中でも、長寿命性の点でアモルファスシリコン等が好ましい。
前記静電潜像の形成は、例えば、前記静電潜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行うことができ、前記静電潜像形成手段により行うことができる。
前記静電潜像形成手段は、例えば、前記静電潜像担持体の表面を一様に帯電させる帯電器と、前記静電潜像担持体の表面を像様に露光する露光器とを少なくとも備える。
前記帯電は、例えば、前記帯電器を用いて前記静電潜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。
前記帯電器としては、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、例えば、導電性又は半導電性のロール、ブラシ、フィルム、ゴムブレード等を備えたそれ自体公知の接触帯電器、コロトロン、スコロトロン等のコロナ放電を利用した非接触帯電器、などが挙げられる。
前記露光は、例えば、前記露光器を用いて前記静電潜像担持体の表面を像様に露光することにより行うことができる。
前記露光器としては、前記帯電器により帯電された前記静電潜像担持体の表面に、形成すべき像様に露光を行うことができる限り特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、複写光学系、ロッドレンズアレイ系、レーザー光学系、液晶シャッタ光学系、などの各種露光器が挙げられる。
−現像工程−
前記現像工程は、前記静電潜像を、本発明の前記トナー乃至前記現像剤を用いて現像して可視像を形成する工程である。
前記可視像の形成は、例えば、前記静電潜像を本発明の前記トナー乃至前記現像剤を用いて現像することにより行うことができ、前記現像手段により行うことができる。
前記現像手段は、例えば、本発明の前記トナー乃至前記現像剤を用いて現像することができる限り、特に制限はなく、公知のものの中から適宜選択することができ、例えば、本発明の前記トナー乃至現像剤を収容し、前記静電潜像に該トナー乃至該現像剤を接触又は非接触的に付与可能な現像器を少なくとも有するものが好適に挙げられる。
前記現像器は、乾式現像方式のものであってもよいし、湿式現像方式のものであってもよく、また、単色用現像器であってもよいし、多色用現像器であってもよく、例えば、前記トナー乃至前記現像剤を摩擦攪拌させて帯電させる攪拌器と、回転可能なマグネットローラとを有してなるもの、などが好適に挙げられる。
前記現像器内では、例えば、前記トナーと前記キャリアとが混合攪拌され、その際の摩擦により前記トナーが帯電し、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。前記マグネットローラは、前記静電潜像担持体近傍に配置されているため、前記マグネットローラの表面に形成された前記磁気ブラシを構成する前記トナーの一部は、電気的な吸引力によって前記静電潜像担持体の表面に移動する。その結果、前記静電潜像が前記トナーにより現像されて前記静電潜像担持体の表面に前記トナーによる可視像が形成される。
前記現像器に収容させる現像剤は、本発明の前記トナーを含む現像剤であるが、前記現像剤としては一成分現像剤であってもよいし、二成分現像剤であってもよいが、二成分現像剤であることが好ましい。前記現像剤に含まれるトナーは、本発明の前記トナーである。
−転写工程−
前記転写工程は、前記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、該中間転写体上に可視像を一次転写した後、該可視像を前記記録媒体上に二次転写する態様が好ましく、前記トナーとして2色以上、好ましくはフルカラートナーを用い、可視像を中間転写体上に転写して複合転写像を形成する第一次転写工程と、該複合転写像を記録媒体上に転写する第二次転写工程とを含む態様がより好ましい。
前記転写は、例えば、前記可視像を転写帯電器を用いて前記静電潜像担持体を帯電することにより行うことができ、前記転写手段により行うことができる。前記転写手段としては、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、該複合転写像を記録媒体上に転写する第二次転写手段とを有する態様が好ましい。
なお、前記中間転写体としては、特に制限はなく、目的に応じて公知の転写体の中から適宜選択することができ、例えば、転写ベルト等が好適に挙げられる。
前記転写手段(前記第一次転写手段、前記第二次転写手段)は、前記静電潜像担持体(感光体)上に形成された前記可視像を前記記録媒体側へ剥離帯電させる転写器を少なくとも有するのが好ましい。前記転写手段は、1つであってもよいし、2つ以上であってもよい。
前記転写器としては、コロナ放電によるコロナ転写器、転写ベルト、転写ローラ、圧力転写ローラ、粘着転写器、などが挙げられる。
なお、前記記録媒体としては、特に制限はなく、公知の記録媒体(記録紙)の中から適宜選択することができる。
−定着工程−
前記定着工程は、記録媒体に転写された可視像を定着手段を用いて定着させる工程であり、各色のトナーに対し前記記録媒体に転写する毎に行ってもよいし、各色のトナーに対しこれを積層した状態で一度に同時に行ってもよい。
前記定着手段としては、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、公知の加熱加圧手段が好適である。前記加熱加圧手段としては、加熱ローラと加圧ローラとの組合せ、加熱ローラと加圧ローラと無端ベルトとの組合せ、などが挙げられる。
前記加熱加圧手段における加熱は、通常、80℃〜200℃が好ましい。
−その他の工程−
前記その他の工程としては、例えば、除電工程、クリーニング工程、リサイクル工程、制御工程などが挙げられる。
前記除電工程は、前記静電潜像担持体に対し除電バイアスを印加して除電を行う工程であり、除電手段により好適に行うことができる。
前記除電手段としては、特に制限はなく、前記静電潜像担持体に対し除電バイアスを印加することができればよく、公知の除電器の中から適宜選択することができ、例えば、除電ランプ等が好適に挙げられる。
前記クリーニング工程は、前記静電潜像担持体上に残留する前記トナーを除去する工程であり、クリーニング手段により好適に行うことができる。
前記クリーニング手段としては、特に制限はなく、前記静電潜像担持体上に残留する前記電子写真トナーを除去することができればよく、公知のクリーナの中から適宜選択することができ、例えば、磁気ブラシクリーナ、静電ブラシクリーナ、磁気ローラクリーナ、ブレードクリーナ、ブラシクリーナ、ウエブクリーナ等が好適に挙げられる。
前記リサイクル工程は、前記クリーニング工程により除去した前記トナーを前記現像手段にリサイクルさせる工程であり、リサイクル手段により好適に行うことができる。
前記リサイクル手段としては、特に制限はなく、公知の搬送手段等が挙げられる。
前記制御手段は、前記各工程を制御する工程であり、制御手段により好適に行うことができる。
前記制御手段としては、前記各手段の動きを制御することができる限り特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、シークエンサー、コンピュータ等の機器が挙げられる。
本発明の画像形成方法は、再転写を起こさない高い転写効率と、優れた低温定着性を有し、高画質画像が得られる本発明の前記トナーを用いるので、高画質が効率よく形成できる。
以下、本発明の実施例について説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。
下記実施例において、結晶性ポリエステル樹脂、非結晶ポリエステル樹脂、ポリエステルプレポリマー等の樹脂における、酸価、水酸基価、融点、ガラス転移温度、並びに重量平均分子量及び個数平均分子量は、以下のようにして測定した。
<酸価の測定>
JIS K0070−1992に記載の測定方法に準拠して以下の条件で測定を行った。
まず、試料0.5g(酢酸エチル可溶分では0.3g)をトルエン120mLに添加して、室温(23℃)で約10時間撹拌して溶解した。更に、エタノール30mLを添加して試料溶液とした。
電位差自動滴定装置(DL−53 Titrator、メトラー・トレド社製)及び電極DG113−SC(メトラー・トレド社製)を用いて、23℃で酸価を測定し、解析ソフトLabX Light Version 1.00.000を用いて解析した。
なお、装置には、トルエン120mLとエタノール30mLの混合溶媒を用いた。水酸基の場合も同様の条件で測定した。
測定は、上記記載の測定方法にて計算することができるが、具体的には次のように計算した。予め、標定された0.1N水酸化カリウム/アルコール溶液で滴定し、滴定量から、式酸価[KOHmg/g]=滴定量[mL]×N×56.1[mg/mL]/試料重量[g](ただし、Nは、0.1N水酸化カリウム/アルコール溶液のファクター)により酸価を求めた。
<水酸基価の測定>
JIS K0070−1966に記載の測定方法に準拠して以下の条件で測定を行った。
まず、試料0.5gを100mlのメスフラスコに精秤し、これにアセチル化試薬5mLを正確に加えた。その後、100℃±5℃の浴中に浸して加熱した。1〜2時間後フラスコを浴から取り出し、放冷後水を加えて振り動かして無水酢酸を分解した。次いで、分解を完全にするため、再びフラスコを浴中で10分間以上加熱し放冷後、有機溶媒でフラスコの壁をよく洗浄した。この液を前記電極を用いてN/2水酸化カリウムエチルアルコール溶液で電位差滴定を行い、水酸基価を求めた。
<融点及びガラス転移温度の測定>
樹脂の融点及びガラス転移温度は、DSCシステム(示差走査熱量計)(DSC−60、島津製作所製)を用いて以下のように測定した。
まず、試料約5.0mgをアルミニウム製の試料容器に入れ、その試料容器をホルダーユニットに載せ、電気炉中にセットした。次いで、窒素雰囲気下、0℃から昇温速度10℃/minにて150℃まで加熱した。その後、150℃から降温速度10℃/minにて0℃まで冷却させ、更に昇温速度10℃/minにて150℃まで加熱し、示差走査熱量計(DSC−60、島津製作所製)を用いてDSC曲線を計測した。
得られたDSC曲線から、DSC−60システム中の解析プログラムを用いて、1回目の昇温時におけるDSC曲線を選択し、解析プログラム中の『吸熱ショルダー温度』を用いて、昇温1回目における試料のガラス転移温度Tg1stを求め、次に、2回目の昇温時におけるDSC曲線を選択し、『吸熱ショルダー温度』を用いて、昇温2回目における試料のガラス転移温度Tg2ndを求めた。
得られたDSC曲線から、DSC−60システム中の解析プログラムを用いて、解析プログラム中の『吸熱ピーク温度』を用いて、1回目の昇温時におけるDSC曲線を選択し、昇温1回目における試料の融点を、2回目の昇温時におけるDSC曲線を選択し、解析プログラム中の『吸熱ピーク温度』を用いて、昇温2回目における試料の融点を求めた。
−結晶性ポリエステル樹脂の分子量測定−
<重量平均分子量及び個数平均分子量の測定>
(o−ジクロロベンゼンを溶媒として用いたGPCによる分子量の測定)
145℃のヒートチャンバー中でカラムを安定させ、この温度におけるカラムに、溶離液として0.3質量%BHT入りのo−ジクロロベンゼンを毎分1mLの流速で流し、試料濃度として0.3質量%に調製した樹脂の140℃のo−ジクロロベンゼン溶解液を50μL〜200μL注入して測定した。
測定機としてWaters社製150CV型、カラムとしてShodex AT−G+AT−806MS(2本)を用いる。試料(トナー)の分子量測定に当っては、試料の有する分子量分布を、数種の単分散ポリスチレン標準試料により作成された検量線の対数値とカウント数との関係から算出した。スライス幅は0.05秒であった。
検量線作成用の標準ポリスチレン試料は、東ソー株式会社製TSK−GEL標準物質「PS−高分子キット」を用いた。また、検出器にはRI(屈折率)検出器を用いた。
−非結晶性ポリエステル樹脂の分子量測定−
<重量平均分子量及び個数平均分子量の測定>
重量平均分子量及び個数平均分子量は、以下の方法で測定した。
ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)測定装置:GPC−8220GPC(東ソー株式会社製)
カラム:TSKgel SuperHZM−H 15cm 3連(東ソー株式会社製)
温度:40℃
溶媒:テトラヒドロフラン(THF)
流速:0.35mL/min
試料:0.15質量%の試料を0.4mL注入
試料の前処理:試料をテトラヒドロフラン(THF、安定剤含有、和光純薬工業株式会社製)に0.15質量%で溶解後0.2μmフィルターで濾過し、その濾過を試料として用いた。テトラヒドロフラン試料溶液を100μL注入して測定した。
結晶性ポリエステル樹脂の重量平均分子量Mw、個数平均分子量Mnの測定に当たっては、試料の有する分子量分布を数種の単分散ポリスチレン標準試料により作成された検量線の対数値とカウント数との関係から算出した。検量線作成用の標準ポリスチレン試料としては、昭和電工株式会社製ShowdexSTANDARDのStd.No S−7300、S−210、S−390、S−875、S−1980、S−10.9、S−629、S−3.0、S−0.580、トルエンを用いた。検出器にはRI(屈折率)検出器を用いた。
(結晶性ポリエステル樹脂の合成例1)
窒素導入管、脱水管、攪拌器、及び熱伝対を装備した5リットルの四つ口フラスコに1,12−デカンジオール2,500g、1,8−オクタン二酸2,330g、及びハイドロキノン4.9gを入れ、180℃で20時間反応させた後、200℃に昇温して6時間反応させ、更に8.3kPaにて10時間反応させて、結晶性ポリエステル樹脂1を合成した。得られた結晶性ポリエステル樹脂1の融点、分子量分布、酸価、及び水酸基価を表1に示す。
(結晶性ポリエステル樹脂の合成例2)
窒素導入管、脱水管、攪拌器、及び熱伝対を装備した5リットルの四つ口フラスコに1,12−デカンジオール2,500g、1,8−オクタン二酸2,330g、及びハイドロキノン2.9gを入れ、190℃で28時間反応させた後、200℃に昇温して11時間反応させ、更に8.5kPaにて16時間反応させて、結晶性ポリエステル樹脂2を合成した。得られた結晶性ポリエステル樹脂2の融点、分子量分布、酸価、及び水酸基価を表1に示す。
(結晶性ポリエステル樹脂の合成例3)
窒素導入管、脱水管、攪拌器、及び熱伝対を装備した5リットルの四つ口フラスコに1,12−デカンジオール2,500g、1,8−オクタン二酸2,330g、及びハイドロキノン6.9gを入れ、190℃で11時間反応させた後、200℃に昇温して5時間反応させ、更に8.5kPaにて4時間反応させて、結晶性ポリエステル樹脂3を合成した。得られた結晶性ポリエステル樹脂3の融点、分子量分布、酸価、及び水酸基価を表1に示す。
(結晶性ポリエステル樹脂の合成例4)
窒素導入管、脱水管、攪拌器、及び熱伝対を装備した5リットルの四つ口フラスコに1,12−デカンジオール2,500g、1,8−オクタン二酸2,330g、ハイドロキノン8.9gを入れ、170℃で5時間反応させた後、200℃に昇温して4時間反応させ、更に8.5kPaにて3時間反応させて、結晶性ポリエステル樹脂4を合成した。得られた結晶性ポリエステル樹脂4の融点、分子量分布、酸価、及び水酸基価を表1に示す。
Figure 2012118499
(ワックス分散剤の合成例)
温度計、及び攪拌機の付いたオートクレーブ反応槽中に、キシレン600質量部、低分子量ポリエチレン(サンワックスLEL−400、軟化点128℃、三洋化成工業株式会社製)300質量部を入れ、充分溶解し、窒素置換後、スチレン2,310質量部、アクリロニトリル270質量部、アクリル酸ブチル150質量部、ジ−t−ブチルパーオキシヘキサヒドロテレフタレート78質量部、及びキシレン455質量部の混合溶液を175℃で3時間かけて滴下して重合し、更にこの温度で30分間保持した。次いで、脱溶媒を行い、ワックス分散剤を合成した。
(非結晶性ポリエステル(低分子ポリエステル)樹脂の合成例)
窒素導入管、脱水管、攪拌器、及び熱伝対を装備した5リットルの四つ口フラスコ内に、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プロピレンオキサイド3モル付加物529質量部、イソフタル酸100質量部、テレフタル酸108質量部、アジピン酸46質量部、及びジブチルチンオキサイド2質量部を入れ、常圧下、230℃で10時間反応させた。更に10mmHg〜15mmHgの減圧下、5時間反応させた後、反応容器に無水トリメリット酸30質量部を入れ、常圧下、180℃で3時間反応させて、非結晶性ポリエステル樹脂を合成した。
得られた非結晶性ポリエステル樹脂は、数平均分子量Mnが1,800、重量平均分子量Mwが5,500、ガラス転移温度が50℃、酸価が20mgKOH/gであった。
(ポリエステルプレポリマーの合成例)
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モル付加物質量81部、テレフタル酸283質量部、無水トリメリット酸22質量部、及びジブチルチンオキサイド2質量部を入れ、常圧下、230℃で8時間反応させた。更に、10mmHg〜15mmHgの減圧下、5時間反応させて中間体ポリエステルを合成した。
得られた中間体ポリエステルは、数平均分子量Mnが2,100、重量平均分子量Mwが9,500、ガラス転移温度が55℃、酸価が0.5mgKOH/g、水酸基価が51mgKOH/gであった。
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、前記合成した中間体ポリエステル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質量部を入れ、100℃で5時間反応させて、ポリエステルプレポリマーを合成させた。得られたポリエステル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。
(ケチミンの合成例)
撹拌棒、及び温度計をセットした反応容器内に、イソホロンジアミン170質量部とメチルエチルケトン75質量部を仕込み、50℃で5時間反応させて、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であった。
(マスターバッチ(MB)の製造例)
水1,200質量部、DBP吸油量が42mL/100mg、pHが9.5のカーボンブラック(Printex35、デクサ社製)540質量部、及び前記合成した非結晶性ポリエステル樹脂1,200質量部を、ヘンシェルミキサー(三井鉱山株式会社製)を用いて混合した。次いで、2本ロールを用いて、得られた混合物を150℃で30分間混練した後、圧延冷却し、パルペライザー(ホソカワミクロン株式会社製)で粉砕して、マスターバッチを作製した。
(実施例1)
<トナーの作製>
−油相の作製−
撹拌棒、及び温度計をセットした容器に、前記合成した非結晶性ポリエステル樹脂378質量部、マイクロクリスタリンワックス(ビースクエア180ホワイト、東洋アドレ社製)110質量部、前記合成したワックス分散剤77質量部(ワックス分散剤の含有量はワックスに対し70質量%)、帯電制御剤(CCA、サリチル酸金属錯体E−84、オリエント化学工業株式会社製)22質量部、及び酢酸エチル947質量部を仕込み、撹拌下80℃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、容器内に、製造例1のマスターバッチ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、原料溶解液を得た。
得られた原料溶解液1,324質量部を容器に移し、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、3パスの条件で、カーボンブラック及びワックスの分散を行った。次いで、前記合成した非結晶性ポリエステル樹脂の65質量%酢酸エチル溶液1,042.3質量部を添加し、上記条件のビーズミルで1パスし、顔料・ワックス分散液を得た。得られた顔料・ワックス分散液の固形分濃度は50質量%であった。
−結晶性ポリエステル分散液1の調製−
金属製2L容器に、結晶性ポリエステル樹脂1 100g、及び酢酸エチル400gを入れ、75℃で加熱溶解させた後、氷水浴中で27℃/分の速度で急冷した。これにガラスビーズ(直径3mm)500mLを投入し、バッチ式サンドミル装置(カンペハピオ社製)を用いて10時間粉砕及び分散させて、結晶性ポリエステル分散液1を調製した。
−有機微粒子エマルションの合成−
撹拌棒、及び温度計をセットした反応容器内に、水683質量部、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、三洋化成工業株式会社製)11質量部、スチレン138質量部、メタクリル酸138質量部、及び過硫酸アンモニウム1質量部を仕込み、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。得られた乳濁液を加熱して、系内温度75℃まで昇温し、5時間反応させた。更に、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時間熟成させてビニル系樹脂(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)の水性分散液の微粒子分散液を得た。
−水相の調製−
水990質量部、微粒子分散液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、三洋化成工業株式会社製)37質量部、及び酢酸エチル90質量部を混合し、乳白色の液体を得た。これを水相とする。
−乳化及び脱溶媒−
前記調製した顔料・ワックス分散液664質量部(ワックスのトナーにおける含有量4質量%)、前記合成したポリエステルプレポリマー109.4質量部、前記調製した結晶性ポリエステル分散液1 150質量部(結晶性ポリエステル樹脂のトナーにおける含有量6質量%)、及び前記合成したケチミン化合物4.6質量部を容器に入れ、TKホモミキサー(特殊機化工業株式会社製)を用いて、5,000rpmで1分間混合し、油相とした。
次に、容器内に前記調製した油相850質量部、及び前記調製した水相1,200質量部を入れ、TKホモミキサーを用いて、13,000rpmで20分間混合し、乳化スラリーを得た。得られた乳化スラリー2,050質量部に対しイオン交換水410質量部を添加したものを、撹拌機、及び温度計をセットした容器に投入し、30℃で8時間脱溶媒した後、45℃で4時間熟成させて、分散スラリーを得た。
−洗浄及び乾燥−
得られた分散スラリー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ホモミキサー(特殊機化工業株式会社製)を用いて、12,000rpmで10分間混合した後、濾過した。次いで、10質量%水酸化ナトリウム水溶液100質量部を添加し、TKホモミキサーを用いて、12,000rpmで30分間混合した後、減圧濾過した。次いで、10質量%塩酸100質量部を添加し、TKホモミキサーを用いて、12,000rpmで10分間混合した後、濾過した。次いで、イオン交換水300質量部を添加し、TKホモミキサーを用いて、12,000rpmで10分間混合した後、濾過する操作を2回行い、濾過ケーキを得た。得られた濾過ケーキを、循風乾燥機にて45℃で48時間乾燥させ、目開き75μmメッシュで篩い、実施例1のトナー母体粒子1を作製した。
(実施例2)
−トナーの作製−
実施例1において、油相の作製での前記合成したワックス分散剤77質量部を66質量部(ワックス分散剤の含有量はワックスに対し60質量%)に変え、乳化及び脱溶媒でのイオン交換水410質量部を210質量部に変えた以外は、実施例1と同様にして、実施例2のトナー母体粒子2を作製した。
(実施例3)
−トナーの作製−
実施例1において、乳化及び脱溶媒でのイオン交換水410質量部を310質量部に変えた以外は、実施例1と同様にして、実施例3のトナー母体粒子3を作製した。
(実施例4)
−トナーの作製−
実施例1において、油相の作製での前記合成したワックス分散剤77質量部を72質量部(ワックス分散剤の含有量はワックスに対し65質量%)に変えた以外は、実施例1と同様にして、実施例4のトナー母体粒子4を作製した。
(実施例5)
−トナーの作製−
実施例1において、乳化及び脱溶媒でのイオン交換水410質量部を350質量部に変えた以外は、実施例1と同様にして、実施例5のトナー母体粒子5を作製した。
(実施例6)
−トナーの作製−
実施例1において、油相の作製でのマイクロクリスタリンワックスを、パラフィンワックス(HNP−9、日本精鑞株式会社製)に代えた以外は、実施例1と同様にして、実施例6のトナー母体粒子6を作製した。
(実施例7)
実施例1において、乳化及び脱溶媒での結晶性ポリエステル分散液1を、下記調製した結晶性ポリエステル分散液2に代えた以外は、実施例1と同様にして、実施例7のトナー母体粒子7を作製した。
−結晶性ポリエステル分散液2の調製−
金属製2L容器に、結晶性ポリエステル樹脂2 100g、及び酢酸エチル400gを入れ、75℃で加熱溶解させた後、氷水浴中で27℃/分の速度で急冷した。これにガラスビーズ(直径3mm)500mLを投入し、バッチ式サンドミル装置(カンペハピオ社製)を用いて10時間粉砕及び分散させて、結晶性ポリエステル分散液2を調製した。
(実施例8)
実施例1において、乳化及び脱溶媒での結晶性ポリエステル分散液1を、下記調製した結晶性ポリエステル分散液3に代えた以外は、実施例1と同様にして、実施例8のトナー母体粒子8を作製した。
−結晶性ポリエステル分散液3の調製−
金属製2L容器に、結晶性ポリエステル樹脂3 100g、及び酢酸エチル400gを入れ、75℃で加熱溶解させた後、氷水浴中で27℃/分の速度で急冷した。これにガラスビーズ(直径3mm)500mLを投入し、バッチ式サンドミル装置(カンペハピオ社製)を用いて10時間粉砕及び分散させて、結晶性ポリエステル分散液3を調製した。
(比較例1)
−トナーの作製−
実施例1において、油相の作製での前記合成したワックス分散剤77質量部を121質量部(ワックス分散剤の含有量はワックスに対し110質量%)に変えた以外は、実施例1と同様にして、比較例1のトナー母体粒子9を作製した。
(比較例2)
−トナーの作製−
実施例1において、油相の作製での前記合成したワックス分散剤77質量部を9質量部(ワックス分散剤の含有量はワックスに対し8質量%)に変え、乳化及び脱溶媒でのイオン交換水410質量部を添加しなかった以外は、実施例1と同様にして、比較例2のトナー母体粒子10を作製した。
(比較例3)
−トナーの作製−
実施例1において、乳化及び脱溶媒でのイオン交換水410質量部を500質量部に変えた以外は、実施例1と同様にして、比較例3のトナー母体粒子11を作製した。
(比較例4)
−トナーの作製−
実施例1において、油相の作製での前記合成したワックス分散剤77質量部を85質量部(ワックス分散剤の含有量はワックスに対し77質量%)に変え、乳化及び脱溶媒での45℃で4時間熟成を45℃で8時間熟成に変え、イオン交換水410質量部を500質量部に変えた以外は、実施例1と同様にして、比較例4のトナー母体粒子12を作製した。
(比較例5)
−トナーの作製−
実施例1において、油相の作製での前記合成したワックス分散剤77質量部を11質量部(ワックス分散剤の含有量はワックスに対し10質量%)に変え、乳化及び脱溶媒でのイオン交換水410質量部を10質量部に変えた以外は、実施例1と同様にして、比較例5のトナー母体粒子13を作製した。
(比較例6)
−トナーの作製−
実施例1において、油相の作製での前記合成したワックス分散剤77質量部を33質量部(ワックス分散剤の含有量はワックスに対し30質量%)に変え、乳化及び脱溶媒でのイオン交換水410質量部を310質量部に変えた以外は、実施例1と同様にして、比較例6のトナー母体粒子14を作製した。
(比較例7)
実施例1において、乳化及び脱溶媒での結晶性ポリエステル分散液1を、下記調製した結晶性ポリエステル分散液4に代えた以外は、実施例1と同様にして、比較例7のトナー母体粒子15を作製した。
−結晶性ポリエステル分散液4の調製−
金属製2L容器に、結晶性ポリエステル樹脂4 100g、及び酢酸エチル400gを入れ、75℃で加熱溶解させた後、氷水浴中で27℃/分の速度で急冷した。これにガラスビーズ(直径3mm)500mLを投入し、バッチ式サンドミル装置(カンペハピオ社製)を用いて10時間粉砕及び分散させて、結晶性ポリエステル分散液4を調製した。
−外添処理−
得られた実施例1〜8及び比較例1〜7の各トナー母体粒子1〜15を100質量部に、外添剤として疎水性シリカ(HDK H2000、クラリアントジャパン社製)0.7質量部と、疎水化酸化チタン0.3質量部を、ヘンシェルミキサー(三井鉱山株式会社製)を用いて混合し、外添処理して、トナーを作製した。
作製した実施例1〜8及び比較例1〜7のトナー1〜15について、以下のようにして、流動化状態粉体特性値、BET比表面積、強度比(P2850/P828)、ガラス転移温度、並びに体積平均粒径Dv、個数平均粒径Dn、及び比(Dv/Dn)を求めた。結果を表2に示す。
<トナーの流動化状態粉体特性値>
トナーの流動化状態粉体特性値は、流動性測定装置(FT4、明伸工機株式会社製)を用いて求めた。なお、測定するトナーは、温湿度の影響をなくすため、測定前に温度22℃、湿度50%RHの状態で、8時間以上放置したものを用いた。
まず、トナーを内径50mmのスプリット容器(高さ89mmの160mL容器の上に高さ51mmの円筒を載せ、上下に分離できるようにしたもの)に、高さ89mmを超える量のトナーを充填した。トナーを充填した後、充填されたトナーを穏やかに撹拌することにより、サンプルの均質化を行う操作を実施した。この操作を以下ではコンディショニングと称する。コンディショニングでは、充填した状態でトナーに過剰なストレスを与えないよう、トナーからの抵抗を受けない回転方向で回転翼を緩やかに撹拌して、過剰の空気や部分的ストレスの殆どを除去し、サンプルを均質な状態にした。具体的なコンディショニング条件は、5°の進入角で、60mm/secの回転翼の先端スピードで撹拌を行う。このとき、プロペラ型の回転翼が、回転と同時に下方向にも運動するので先端は螺旋を描くことになり、このときのプロペラ先端が描く螺旋経路の角度を進入角度と称する。
コンディショニング操作を4回繰り返した後、スプリット容器の容器上端部を静かに動かし、高さ89mmの位置において、ベッセル内部のトナーをすり切って、160mL容器を満たすトナーを得た。
得られたトナーを、内径50mm、高さ140mmの200mL容器に投入した。更にこのような操作を3回実施した後、容器内を底面からの高さ100mmから10mmまで、進入角度−5°で移動しながら回転翼の先端スピード100mm/secで回転するときの、回転トルクと垂直荷重を測定した。
このときのプロペラの回転方向は、コンディショニングと逆方向(上から見て右回り)であった。なお、回転翼は、明伸工機株式会社製の2枚翼プロペラ型の48mm径のブレードを用いた(図3参照)。
底面からの高さHと回転トルク又は垂直荷重の関係を図1A及び図1Bに示す。
回転トルクと垂直荷重から、高さHに対してのエネルギー勾配(mJ/mm)を求めたものが、図2である。エネルギー勾配を積分して得られた面積(図2の斜線部分)が、流動性エネルギー量(mJ)である。底面からの高さ10mmから100mmの区間を積分して流動性エネルギー量を求めた。また、誤差による影響を少なくするため、このコンディショニングと最大通気量80L/minのサイクルを5回行って得られた平均値を流動性エネルギー量(mJ)、通気せずに流動性エネルギー量の測定を5回行って得られた平均値を通気前流動性エネルギー量(mJ)とした。流動化状態粉体特性値は、下記式で求めた。
流動化状態粉体特性値(%)=(流動性エネルギー量/通気前流動性エネルギー量)×100
<トナーのBET比表面積>
トナーのBET比表面積は、自動比表面積/細孔分布測定装置(TriStar3000、株式会社島津製作所製)を用いて求めた。サンプルセルに試料を約0.5g秤量し、これを前処理スマートプレップ(株式会社島津製作所製)にて24時間真空乾燥させ、試料表面の不純物、水分を取り除いた。前処理後のサンプルを上記の測定装置(TriStar3000、株式会社島津製作所製)にセットし、窒素ガス吸着量と相対圧の関係を求めた。この関係からBET多点法によって試料のBET比表面積を求めた。
<トナーの強度比(P2850/P828)>
ワックス及び結晶性ポリエステル樹脂由来の2850cm−1のピーク強度(P2850)と、結着樹脂由来の828cm−1のピーク強度(P828)との強度比(P2850/P828)は、以下のように測定した。
先ず、トナー3gを、自動ペレット成型器(Type−M No.50 BRP−E、株式会社前川試験機製作所製)を用いて、6トン(t)の荷重で1分間プレスして、直径40mmで厚み約2mmのペレットを作製した。
得られたトナーペレットの表面を全反射吸収赤外分光法(FTIR−ATR)により測定した。用いた顕微FTIR装置は、PERKIN・ELMER社製のSpectrum Oneに、MultiScope FTIR ユニットを設置したもので、直径100μmのゲルマニウム(Ge)結晶のマイクロATRで測定した。なお、赤外線の入射角41.5°、分解能4cm−1、及び積算20回の条件で、4ヶ所を測定し、その平均値から求めた。
<トナーのガラス転移温度>
トナーのガラス転移温度は、示差走査熱量計(DSC−60、島津製作所製)を用いて以下のように測定した。
まず、トナー約5.0mgをアルミニウム製の試料容器に入れ、その試料容器をホルダーユニットに載せ、電気炉中にセットした。次いで、窒素雰囲気下、0℃から昇温速度10℃/minにて150℃まで加熱した。その後、150℃から降温速度10℃/minにて0℃まで冷却させ、更に昇温速度10℃/minにて150℃まで加熱し、示差走査熱量計(DSC−60、島津製作所製)を用いてDSC曲線を計測した。
得られたDSC曲線から、DSC−60システム中の解析プログラムを用いて、1回目の昇温時におけるDSC曲線を選択し、解析プログラム中の『吸熱ショルダー温度』を用いて、昇温1回目におけるトナーのガラス転移温度Tg1stを求め、次に、2回目の昇温時におけるDSC曲線を選択し、『吸熱ショルダー温度』を用いて、昇温2回目におけるトナーのガラス転移温度Tg2ndを求めた。
<トナーの体積平均粒径Dv、個数平均粒径Dn、及び比(Dv/Dn)>
トナーの体積平均粒径及び個数平均粒径は、コールターカウンター法で以下のように測定した。
測定装置(コールターカウンターTA−II型、コールター社製)を用い、体積平均粒径及び個数平均粒径を出力するインターフェイス(日科技研社製)を介して、PC−9801パーソナルコンピュータ(NEC社製)を接続して測定した。
具体的には、まず、電解液(ISOTON−II、コールター社製)100mL〜150mL中に、分散剤として、界面活性剤(アルキルベンゼンスルホン酸塩)を0.1mL〜5mL加えた。次に、トナーを2mg〜20mg添加して懸濁させた後に、超音波分散機で1分間〜3分間分散させた。得られた分散液から、100μmアパーチャーの上記装置を用いて、トナーの体積及び個数を測定し、体積平均粒径及び個数平均粒径を算出した。
算出した体積平均粒径Dvと個数平均粒径Dnから比(Dv/Dn)を求めた。
なお、チャンネルは、2.00μm以上2.52μm未満、2.52μm以上3.17μm未満、3.17μm以上4.00μm未満、4.00μm以上5.04μm未満、5.04μm以上6.35μm未満、6.35μm以上8.00μm未満、8.00μm以上10.08μm未満、10.08μm以上12.70μm未満、12.70μm以上16.00μm未満、16.00μm以上20.20μm未満、20.20μm以上25.40μm未満、25.40μm以上32.00μm未満及び32.00μm以上40.30μm未満の13チャンネルを使用し、粒径が2.00μm以上40.30μm未満の粒子を対象とした。
<現像剤の作製>
外添剤処理を施した各トナー5質量%と、シリコーン樹脂を被覆した平均粒子径が40μmの銅−亜鉛フェライトキャリア95質量%からなる現像剤を調製した。
<評価>
次に、作製した実施例1〜8及び比較例1〜7の各トナー及び現像剤を用いて、以下のようにして、諸特性を評価した。結果を表2に示す。
<転写性>
転写性は、複写機(株式会社リコー製、imagio MP C4500)を用い、全面黒で現像し転写途中で機械を停止し、静電潜像担持体上の未転写部及び転写部のトナーを質量既知、面積一定の粘着紙(住友スリーエム株式会社製、スコッチメンディングテープ810)に移しとり質量を秤り、下記数式1から転写率を求め、下記基準で転写性を評価した。
<<数式1>>
〔(未転写部のトナー質量−転写部のトナー質量)/未転写部のトナー質量〕×100
〔評価基準〕
◎:95%以上
○:94%〜90%
△:89%〜85%
×:84%以下
<低温定着性及びホットオフセット性>
低温定着性及びホットオフセット性は、複写機(株式会社リコー製、imagio MP C4500)の定着部を改造した装置を用い、これに紙(株式会社リコー製、タイプ6200)をセットし、複写テストを行った。定着温度を変化させてコールドオフセット温度(定着下限温度)とホットオフセット温度(耐ホットオフセット温度)を求め、下記基準で低温定着性、及びホットオフセット性を評価した。
従来の低温定着トナーの定着下限温度は140℃〜150℃程度である。
〔低温定着性の評価基準〕
◎:110℃未満でコールドオフセットが発生
○:110℃〜120℃でコールドオフセットが発生
□:121℃〜130℃でコールドオフセットが発生
△:131℃〜140℃でコールドオフセットが発生
×:141℃以上でコールドオフセットが発生
〔ホットオフセット性の評価基準〕
◎:175℃以上でホットオフセットが発生
○:170℃〜174℃でホットオフセットが発生
□:165℃〜169℃でホットオフセットが発生
△:160℃〜164℃でホットオフセットが発生
×:159℃以下でホットオフセットが発生
Figure 2012118499
Figure 2012118499
Figure 2012118499
本発明のトナーは、再転写を起こさない高い転写効率と、優れた低温定着性を有し、高品質な電子写真方式の画像形成に好適に使用される。
米国特許第5,187,526号明細書 特開昭59−15739号公報 特開平2−66559号公報 特開平2−87159号公報 特開平2−146557号公報 特開平2−167566号公報 特開平5−61251号公報 特開平10−97095号公報 特開平11−174731号公報

Claims (19)

  1. 結着樹脂、結晶性ポリエステル樹脂、着色剤、及びワックスを少なくとも含有するトナーであって、
    前記トナーの流動化状態粉体特性値が35%〜45%であり、
    前記トナーのBET比表面積が2.8m/g〜4m/gであり、
    全反射吸収赤外分光法により求められる、前記ワックス及び前記結晶性ポリエステル樹脂由来の2850cm−1のピーク強度(P2850)と、前記結着樹脂由来の828cm−1のピーク強度(P828)との強度比(P2850/P828)が0.10〜0.20であることを特徴とするトナー。
  2. ワックス分散剤を更に含有する請求項1に記載のトナー。
  3. 結晶性ポリエステル樹脂の重量平均分子量Mwが3,000〜30,000、数平均分子量Mnが1,000〜10,000、前記重量平均分子量Mwと前記数平均分子量Mnとの比(Mw/Mn)が1〜10である請求項1から2のいずれかに記載のトナー。
  4. 結晶性ポリエステル樹脂の分子量分布において、数分子量が500以下の割合が0%以上2%以下、数分子量が1,000以下の割合が0%以上4%以下である請求項1から3のいずれかに記載のトナー。
  5. 結晶性ポリエステル樹脂が、炭素数4〜12の飽和ジカルボン酸と、炭素数4〜12の飽和ジオールとから合成される請求項1から4のいずれかに記載のトナー。
  6. 結晶性ポリエステル樹脂のトナーにおける含有量が5質量%〜25質量%である請求項1から5のいずれかに記載のトナー。
  7. 有機溶媒中に、少なくとも、結晶性ポリエステル樹脂、非結晶性ポリエステル樹脂、着色剤、ワックス、及びワックス分散剤を少なくとも含むトナー材料を溶解乃至分散させて得られる油相を水系媒体中に分散させて、得られたO/W型分散液から有機溶媒を除去することにより得られる請求項2から6のいずれかに記載のトナー。
  8. 有機溶媒中に、活性水素基含有化合物、該活性水素基含有化合物と反応可能な部位を有する結着樹脂前駆体、結晶性ポリエステル樹脂、非結晶性ポリエステル樹脂、着色剤、ワックス、及びワックス分散剤を少なくとも含むトナー材料を溶解乃至分散させて得られる油相を水系媒体中に分散させて乳化分散液を得、前記乳化分散液中で前記結着樹脂前駆体と前記活性水素基含有化合物と反応させ、有機溶媒を除去して得られる請求項2から7のいずれかに記載のトナー。
  9. ワックス分散剤が、ポリオレフィン樹脂と(メタ)アクリル酸アルキルのグラフト重合体である請求項2から8のいずれかに記載のトナー。
  10. ワックスが、パラフィンワックス、及びマイクロクリスタリンワックスの少なくともいずれかである請求項1から9のいずれかに記載のトナー。
  11. ワックスのトナーにおける含有量が1質量%〜10質量%である請求項1から10のいずれかに記載のトナー。
  12. 体積平均粒径が3μm〜8μmである請求項1から11のいずれかに記載のトナー。
  13. 体積平均粒径Dvと個数平均粒径Dnとの比(Dv/Dn)が1〜1.25である請求項1から12のいずれかに記載のトナー。
  14. 示差走査熱量計で測定した昇温2回目のガラス転移温度であるTg2ndが20℃以上40℃未満である請求項1から13のいずれかに記載のトナー。
  15. 請求項2から14のいずれかに記載のトナーの製造方法であって、
    有機溶媒中に、活性水素基含有化合物、該活性水素基含有化合物と反応可能な部位を有する結着樹脂前駆体、結晶性ポリエステル樹脂、非結晶性ポリエステル樹脂、着色剤、ワックス、及びワックス分散剤を少なくとも含むトナー材料を溶解乃至分散させてなる油相を水系媒体中で反応させて乳化分散液とし、得られた乳化分散液に水を加えて、有機溶媒を除去することを特徴とするトナーの製造方法。
  16. ワックス分散剤の油相中の含有量が、ワックスに対して30質量%〜100質量%である請求項15に記載のトナーの製造方法。
  17. 乳化分散液100質量部に対し水を5質量部〜40質量部添加する請求項15から16のいずれかに記載のトナーの製造方法。
  18. 請求項1から14のいずれかに記載のトナーを含有することを特徴とする現像剤。
  19. 静電潜像担持体上に静電潜像を形成する静電潜像形成工程と、
    前記静電潜像をトナーで現像して可視像を形成する現像工程と、
    前記可視像を記録媒体に転写する転写工程と、
    前記記録媒体に転写された転写像を定着させる定着工程と、
    を含む画像形成方法であって、
    前記トナーが、請求項1から14のいずれかに記載のトナーであることを特徴とする画像形成方法。
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