JP2005173578A - トナー、トナー用母体粒子、現像剤、現像装置、プロセスカートリッジ、画像形成装置 - Google Patents

トナー、トナー用母体粒子、現像剤、現像装置、プロセスカートリッジ、画像形成装置 Download PDF

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Masami Tomita
正実 冨田
Toshiki Minamitani
俊樹 南谷
Fumihiro Sasaki
文浩 佐々木
Kazuyuki Hirai
和之 平井
Hisato Kawakami
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Abstract

【課題】ドット再現性、現像性、転写性に優れたトナーであって、かつ、クリーニング性にも有利な形状を有し、定着性も良好で地汚れ等の異常画像も発生させることのないトナー。
【解決手段】有機溶媒中に反応可能な変性ポリエステル系樹脂(A)と活性水素基を有する化合物(B)からなるバインダ成分を含むトナー組成物を溶解又は分散させて得られる油層を、水系媒体中に分散させて乳化分散液を得、該乳化分散液中で変性ポリエステル系樹脂(A)を活性水素基を有する化合物(B)と伸長及び/又は架橋反応させトナー粒子(粒子を含む。)を形成し、乳化分散液中の有機溶媒を除去しながら剪断力をかけ、平均円形度の値が0.90〜0.96になるようにトナー粒子を異形化する工程を経て製造されるトナーであり、前記異形化工程前後における前記乳化分散液に含まれるトナー粒子の微粉含有率(粒径3.17μm以下)の差を10個数%以下とする。
【選択図】図1

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の画像形成に用いられるトナー、トナー用母体粒子及び現像剤に関し、更には、当該現像剤を使用する現像装置並びに画像形成装置に関する。
電子写真方式の画像形成方法は、潜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にトナーを供給して現像する現像工程と、感光体表面のトナー像を被転写体表面に転写する転写工程と、被転写体表面のトナー像を定着する定着工程と、転写工程後に像担持体表面に残留するトナーを除去するクリーニング工程とからなる。
近年、高画質化への要求が高まっており、特に高精細なカラー画像形成を実現させるため、トナーの小粒径化、球形化が進められている。小粒径化により、ドットの再現性が良好になり、球形化により現像性、転写性の向上を図ることができる。従来の混練粉砕法により、このような小粒径化、球形化したトナーを製造するのは非常に困難であることから、懸濁重合法、乳化重合法、分散重合法等により製造された重合トナーが採用されつつある。
しかしながら、球形化、小粒径化されたトナーを用いた場合、像担持体のクリーニング工程において以下のような問題を生じている。
転写後の像担持体上に残留するトナーの除去手段としては、構成が簡易で除去能力にも優れていることから、従来からブレードクリーニング方式が用いられている。クリーニングブレードは像担持体表面を摺擦しながらトナーを除去するが、像担持体との摩擦抵抗によりクリーニングブレードのエッジの部分が変形するため、像担持体とクリーニングブレードの間には微小な空間が生じる。この空間には小粒径のトナーであるほど侵入しやすい。そして、侵入したトナーが球形に近い形状であるほど転がり摩擦力が小さいため、像担持体とクリーニングブレードとの空間で転がり始め、クリーニングブレードをすり抜け、クリーニング不良につながるというものである。
そこで、トナーの形状を真球から少し離れた形状に制御することで、現像性、転写性を向上させながら、クリーニング性に関する不具合にも対処する提案がなされている。トナー形状の制御としては、形状係数SF−1、SF−2を用いたものがある(例えば、特許文献1〜3参照。)。形状係数SF−1は、トナー形状の丸さの割合を示すものであり、下記式(1)で表される。トナーを2次元平面に投影してできる形状の最大長MXLNGの二乗を図形面積AREAで除して、100π/4を乗じた値である。
SF−1={(MXLNG)/AREA}×(100π/4) ・・・式(1)
SF−1の値が100の場合トナーの形状は真球となり、SF−1の値が大きくなるほど不定形になる。また、形状係数SF−2は、トナーの形状の凹凸の割合を示すものであり、下記式(2)で表される。トナーを2次元平面に投影してできる図形の周長PERIの二乗を図形面積AREAで除して、100/4πを乗じた値である。
SF−2={(PERI)/AREA}×(100/4π) ・・・式(2)
SF−2の値が100の場合トナー表面に凹凸が存在しなくなり、SF−2の値が大きくなるほどトナー表面の凹凸が顕著になる。
特許文献1〜3を参照すると、SF−1の値は100〜160、SF−2の値は100〜130の範囲が挙げられ、磁性キャリアや外添剤の形状と共に、あるいは形状係数の変動係数等と共に規定されている。
このようなトナーの形状係数を制御する方法としては、トナー粒子を熱気流中に噴霧する方法、トナー粒子を気相中において衝撃力による機械的エネルギーを繰り返して付与する方法、トナーを溶解しない溶媒中に添加して旋回流を付与する方法、さらには、懸濁重合法等によりトナーを調整する段階で全体の形状を制御する方法等が挙げられている。
一方、画像形成プロセスの定着工程においては、装置の省力化のためにより低温での定着が可能なトナーが求められている。低温定着性に有利なトナーとしては、ポリエステル樹脂をバインダ樹脂に用いるものが知られているが、低融点であるが故に、耐熱保存性、耐ホットオフセット性との両立が問題となっている。そこで、これら、低温定着性、耐熱保存性、耐ホットオフセット性いずれにも優れたトナーとして、バインダ樹脂が高分子量のポリエステル樹脂成分と低分子量のポリエステル樹脂成分とからなるものが提案されている(特許文献4参照。)
しかしながら、このような構成からなるトナー粒子を、クリーニング性との両立のために、先に示したようにトナー粒子に剪断力をかけて形状制御しようとすると、トナー粒子が受ける力によっては低分子量の樹脂成分がトナー粒子の表面に出てきて、耐熱保存性、耐ホットオフセット性の向上効果が得られないという問題点がある。
特開2000−122347号公報 特開2002−23408号公報 特開平9−179411号公報 特開2000−292981号公報
上記問題点に鑑み、本発明は、ドット再現性、現像性、転写性に優れたトナーであって、かつ、クリーニング性にも有利な形状を有し、定着性も良好で地汚れ等の異常画像も発生させることのないトナー及びトナー用母体粒子を提供することを課題とする。また、このトナーを含む現像剤を提供し、優れた画像を出力する現像装置、画像形成装置、プロセスカートリッジを提供することを課題とする。
上記課題を解決するために、本発明は以下のことを特徴とする。
1.本発明は、少なくとも、バインダ樹脂、着色剤を含んで構成され、静電荷像の現像に用いられる乾式トナーであって、有機溶媒中に反応可能な変性ポリエステル系樹脂(A)と活性水素基を有する化合物(B)からなるバインダ成分を含むトナー組成物を溶解又は分散させて得られる油層を、水系媒体中に分散させて乳化分散液を得、該乳化分散液中で変性ポリエステル系樹脂(A)を活性水素基を有する化合物(B)と伸長及び/又は架橋反応させトナー粒子を形成し、乳化分散液中の有機溶媒を除去しながら剪断力をかけ、平均円形度の値が0.90〜0.96になるようにトナー粒子を異形化する工程を経て製造されるトナーであり、前記異形化工程前後における前記乳化分散液に含まれるトナー粒子の微粉含有率(粒径3.17μm以下)の差を10個数%以下として製造されるトナーである。
2.前記トナーにおいて、前記トナー粒子を含む乳化分散液中の有機溶媒の濃度は、前記異形化工程において2〜10重量%に調整されることを特徴とする。
3.前記トナーにおいて、前記トナー粒子を含む乳化分散液に水溶性の増粘剤が添加されることを特徴とする。
4.前記トナーにおいて、前記乳化分散液と増粘剤との混合液の粘度は、前記異形化工程において5,000〜50,000mPa・s/25℃に調整されることを特徴とする。
5.前記トナーにおいて、前記乳化分散液と増粘剤との混合液の粘度が調整されるのは、前記乳化分散液が作製された後、5〜30時間を経過してからとすることを特徴とする。
6.前記トナーにおいて、トナーに含まれる粒径が3.17μm以下の微粉の割合は5〜20個数%であることを特徴とする。
7.前記トナーにおいて、トナーは紡錘形状であることを特徴とする。
8.前記トナーにおいて、トナーの形状は、長軸r1、短軸r2、厚さr3で規定され(但し、r1>r2≧r3とする。)、長軸r1と短軸r2との比(r2/r1)が0.5〜0.8の範囲にあり、厚さr3と短軸r2との比(r3/r2)が0.7〜1.0の範囲にあることを特徴とする。
9.前記トナーにおいて、体積平均粒径が3.0〜8.0μmで、体積平均粒径(Dv)と個数平均粒径(Dn)との比(Dv/Dn)が1.00〜1.40の範囲にあることを特徴とする。
10.前記トナーにおいて、形状係数SF−1が100〜180の範囲にあり、形状係数SF−2が100〜180の範囲にあることを特徴とする。
11.また、本発明は、潜像担持体上に形成された静電潜像を現像する現像剤であって、前記いずれかのトナーを使用した一成分現像剤である。
12.また、本発明は、潜像担持体上に形成された静電潜像を現像する現像剤であって、磁性キャリアと前記いずれかのトナーとからなる二成分現像剤である。
13.更に、本発明は、現像剤担持体によって現像剤を担持、搬送し、潜像担持体との対向位置において電界を形成し、潜像担持体上の静電潜像を現像する現像装置であって、前記いずれかの現像剤を使用する現像装置である。
14.また、本発明は、潜像を担持する潜像担持体と、該潜像担持体表面に形成された静電潜像にトナーを供給し、可視像化する現像手段とを少なくとも含んで一体に支持され、画像形成装置本体に着脱自在に形成されるプロセスカートリッジにおいて、該現像手段が前記の現像装置であるプロセスカートリッジである。
15.加えて、本発明は、潜像を担持する潜像担持体と、該潜像担持体表面に均一に帯電を施す帯電手段と、帯電した該潜像担持体の表面に画像データに基づいて露光し、静電潜像を書き込む露光手段と、該潜像担持体表面に形成された静電潜像にトナーを供給し、可視像化する現像手段と、該潜像担持体表面の可視像を記録部材に転写する転写手段と、記録部材上の可視像を定着させる定着手段とを備える画像形成装置において、該現像手段が前記の現像装置である画像形成装置である。
16.更に、本発明は、少なくとも、バインダ樹脂、着色剤を含んで構成され、静電荷像の現像に用いられる乾式トナー用母体粒子であって、前記トナー用母体粒子は、有機溶媒中に反応可能な変性ポリエステル系樹脂(A)と活性水素基を有する化合物(B)からなるバインダ成分を含むトナー組成物を溶解又は分散させて得られる油層を、水系媒体中に分散させて乳化分散液を得、該乳化分散液中で変性ポリエステル系樹脂(A)を活性水素基を有する化合物(B)と伸長及び/又は架橋反応させ粒子を形成し、乳化分散液中の有機溶媒を除去しながら剪断力をかけ、平均円形度の値が0.90〜0.96になるように粒子を異形化する工程を経て製造されるトナー用母体粒子であり、前記異形化工程前後における前記乳化分散液に含まれる粒子の微粉含有率(粒径3.17μm以下)の差を10個数%以下として製造されるトナー用母体粒子である。
本発明によれば、重合法によって得られる球形トナーが適度に異形化されるため、クリーニング性が良好で、耐ホットオフセット性にも優れ、また、帯電性能にも優れるため、良好な画像を形成することができるトナーを提供することができる。本発明のトナーを現像剤として扱う画像形成装置により、ドット再現性に優れ、定着性も良好で、地汚れ等のない良好な画像を出力することができる。
以下に、本発明の実施の形態を説明する。
本発明におけるトナー(トナー用母体粒子を含む。)は、有機溶媒中に活性水素基を有する化合物と反応可能な変性ポリエステル系樹脂(A)と活性水素基を有する化合物(B)からなるバインダ成分を含むトナー組成物を溶解又は分散させて得られる油層を、水系媒体中に分散させて乳化分散液を得、該乳化分散液中で変性ポリエステル系樹脂(A)を活性水素基を有する化合物(B)と伸長及び/又は架橋反応させトナー粒子(粒子を含む。)を形成し、乳化分散液中の有機溶媒を除去しながら剪断力をかけ、平均円形度の値が0.90〜0.96になるようにトナー粒子(粒子を含む。)を異形化する工程を経て製造されるトナーである。
変性ポリエステル系樹脂(A)としては、活性水素基を有する化合物(B)と反応可能な官能基(a1)を有するポリエステル樹脂(a2)が挙げられる。官能基(a1)としては、イソシアネート基、ブロック化イソシアネート基、エポキシ基等が挙げられる。
これらのうち、イソシアネート基及びブロック化イソシアネート基が好ましく、更に好ましくはイソシアネート基である。
ブロック化イソシアネート基は、ブロック化剤によりブロックされたイソシアネート基のことをいう。ブロック化剤としては、公知のブロック化剤が使用でき、例えば、オキシム[アセトオキシム、メチルイソブチルケトオキシム及びメチルエチルケトオキシム等];ラクタム[γ−ブチロラクタム、ε−カプロラクタム及びγ−バレロラクタム等];炭素数1〜20の脂肪族アルコール[エタノール、メタノール及びオクタノール等]及びこれらの2種以上の混合物等が挙げられる。
これらのうち、オキシムが好ましく、更に好ましくはメチルエチルケトオキシムである。
ポリエステル系樹脂(a2)としては、ポリオールと、ポリカルボン酸、その酸無水物又はその低級アルキル(アルキル基の炭素数1〜4)エステルとの重縮合物などが使用できる。重縮合反応には、公知の重縮合触媒等が使用できる。
ポリオールとしては、ジオール(a2−1)及び3〜8価又はそれ以上のポリオール(a2−2)が用いられる。
ポリカルボン酸、その酸無水物又はその低級アルキルエステルとしては、ジカルボン酸(a2−3)、3〜6価又はそれ以上のポリカルボン酸(a2−4)、それらの酸無水物及びそれらの低級アルキルエステルが用いられる。
ジオール(a2−1)としては、炭素数4〜30のアルキレングリコール(例えば、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、オクタンジオール及び2,2−ジエチル−1,3−プロパンジオールなど);分子量62〜10,000のアルキレンエーテルグリコール(例えば、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール及びポリテトラメチレンエーテルグリコールなど);炭素数6〜24の脂環式ジオール(例えば、1,4−シクロヘキサンジメタノール及び水素添加ビスフェノールAなど);炭素数15〜30のビスフェノール(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)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(付加モル数2〜100)(例えば、ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物、ビスフェノールAエチレンオキサイド4モル付加物、ビスフェノールAプロピレンオキサイド2モル付加物、ビスフェノールAプロピレンオキサイド3モル付加物、ビスフェノールAプロピレンオキサイド4モル付加物等);などが挙げられる。
これらのうち、アルキレングリコール及びビスフェノールのアルキレンオキサイド付加物が好ましく、更に好ましくはビスフェノールのアルキレンオキサイド付加物、及びこれとアルキレングリコールとの混合物である。
3〜8価又はそれ以上のポリオール(a2−2)としては、3〜8価又はそれ以上、炭素数3〜8の脂肪族多価アルコール(例えば、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、ソルビタン及びソルビトールなど);炭素数25〜50のトリスフェノール(例えば、トリスフェノールPAなど)のアルキレン(炭素数2〜4)オキサイド付加物(付加モル数2〜100)(例えば、トリスフェノールPAエチレンオキサイド2モル付加物、トリスフェノールPAエチレンオキサイド4モル付加物、トリスフェノールPAプロピレンオキサイド2モル付加物、トリスフェノールAプロピレンオキサイド3モル付加物、トリスフェノールPAプロピレンオキサイド4モル付加物等);重合度3〜50のノボラック樹脂(例えば、フェノールノボラック及びクレゾールノボラックなど)のアルキレン(炭素数2〜4)オキサイド付加物(付加モル数2〜100)(フェノールノボラックプロピレンオキサイド2モル付加物、フェノールノボラックエチレンオキサイド4モル付加物);炭素数6〜30のポリフェノール(例えば、ピロガロール、フロログルシノール及び1,2,4−ベンゼントリオール等)のアルキレン(炭素数2〜4)オキサイド付加物(付加モル数2〜100)(ピロガロールエチレンオキサイド4モル付加物);及び重合度20〜2,000のアクリルポリオール[ヒドロキシエチル(メタ)アクリレートと他のビニルモノマー(例えばスチレン、(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリル酸エステル等との共重合物など]等が挙げられる。
これらのうち、脂肪族多価アルコール及びノボラック樹脂のアルキレンオキサイド付加物が好ましく、更に好ましくはノボラック樹脂のアルキレンオキサイド付加物である。
ジカルボン酸(a2−3)としては、炭素数4〜32のアルカンジカルボン酸(例えば、コハク酸、アジピン酸、及びオクタデカンジカルボン酸など);炭素数4〜32のアルケンジカルボン酸(例えば、マレイン酸、フマール酸、シトラコン酸及びメサコン酸など);炭素数8〜20の芳香族ジカルボン酸(例えば、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸及び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、アルケンジカルボン酸及び芳香族ジカルボン酸が好ましく、更に好ましくは芳香族ジカルボン酸である。
3〜6価又はそれ以上のポリカルボン酸(a2−4)としては、炭素数9〜20の芳香族ポリカルボン酸(例えば、トリメリット酸及びピロメリット酸など)などが挙げられる。
尚、ジカルボン酸(a2−3)又は3〜6価又はそれ以上のポリカルボン酸(a2−4)の酸無水物としては、トリメリット酸無水物、ピロメリット酸無水物が挙げられる。又これらの低級アルキルエステルとしては、炭素数1〜4のものが好ましく、メチルエステル、エチルエステル及びイソプロピルエステルなどが挙げられる。
ポリエステル系樹脂(a2)としては、ジオール、3〜8価又はそれ以上のポリオール、ジカルボン酸、3〜6価又はそれ以上のポリカルボン酸及びこれらの混合物を任意の割合で使用できる。水酸基[OH]とカルボキシル基[COOH]の当量比[OH]/[COOH]として、2/1〜1/1が好ましく、更に好ましくは1.5/1〜1/1、特に好ましくは1.3/1〜1.02/1である。すなわち、当量比[OH]/[COOH]の上限は2/1が好ましく、更に好ましくは1.5/1、特に好ましくは1.3/1であり、同様に下限は1/1が好ましく、特に好ましくは1.02/1である。
また、ポリエステル中のエステル基当量(エステル基1当量あたりの分子量)は、50〜2,000が好ましく、更に好ましくは60〜1,000、特に好ましくは70〜500である。すなわち、ポリエステル中のエステル基当量の上限は2,000が好ましく、更に好ましくは1,000、特に好ましくは500であり、同様に下限は50が好ましく、更に好ましくは60、特に好ましくは70である。
ポリエステル系樹脂(a2)に活性水素基を有する化合物(B)と反応可能な官能基(a1)を含有させる方法としては、特に制限はなく、例えば、以下の(i)の方法が適用できる。
(i)ポリエステル等を構成する構成成分のうち、一つを過剰に用いることにより構成成分の官能基を残存させ、更に残存した官能基と反応可能な官能基(反応性基)を含有する化合物を反応させる方法。
(i)の方法では、ポリエステルにポリイソシアネートを反応させることでイソシアネート基含有プレポリマーが得られ、ブロック化ポリイソシアネートを反応させることでブロック化イソシアネート基含有プレポリマーが得られ、ポリエポキシドを反応させることでエポキシ基含有プレポリマーが得られる。
(i)の方法において、反応性基を有する化合物の使用量を例示すると、例えば、水酸基含有ポリエステルにポリイソシアネートを反応させてイソシアネート基含有ポリエステルプレポリマーを得る場合、水酸基含有ポリエステルとポリイソシアネートとの比率は、イソシアネート基[NCO]と水酸基[OH]の当量比[NCO]/[OH]として、5/1〜1/1が好ましく、更に好ましくは4/1〜1.2/1、特に好ましくは2.5/1〜1.5/1である。すなわち、当量比[NCO]/[OH]の上限としては5/1が好ましく、更に好ましくは4/1、特に好ましくは2.5/1であり、同様に下限は1/1が好ましく、更に好ましくは1.2/1、特に好ましくは1.5/1である。
変性ポリエステル系樹脂(A)中に含有する反応性基の1分子当たり平均数は、1〜3が好ましく、更に好ましくは1.5〜3、特に好ましくは1.8〜2.5個である。この範囲であると、活性水素基を有する化合物(B)と反応させて得られる樹脂の機械的強度が高くなりやすい。
変性ポリエステル系樹脂(A)の数平均分子量(Mn)は、500〜30,000が好ましく、更に好ましくは1,000〜20,000、特に好ましくは2,000〜10,000である。すなわち、Mnの上限は30,000が好ましく、更に好ましくは20,000、特に好ましくは10,000であり、同様に下限は500が好ましく、更に好ましくは1,000、特に好ましくは2,000である。
変性ポリエステル系樹脂(A)の重量平均分子量(Mw)は、1,000〜50,000が好ましく、更に好ましくは2,000〜40,000、特に好ましくは4,000〜20,000である。すなわち、Mwの上限は50,000が好ましく、更に好ましくは40,000、特に好ましくは20,000であり、同様に下限は1,000が好ましく、更に好ましくは2,000、特に好ましくは4,000である。
尚、生成するポリマーの分子量MnおよびMwは、THFを溶媒としゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)を用いて測定することができる。
活性水素基を有する化合物(B)としては、上記に例示したジオール(a2−1)、3〜8価又はそれ以上のポリオール(a2−2)、ジカルボン酸(a2−3)、3〜6価又はそれ以上のポリカルボン酸(a2−4)の他に、水、ポリアミン、脱離可能な化合物でブロック化されていてもよいポリアミン等が挙げられる。
ポリアミンとしては、炭素数2〜18の脂肪族ポリアミン及び芳香族ポリアミン(炭素数6〜20)等が使用できる。
炭素数2〜18の脂肪族ポリアミンとしては、炭素数2〜12のアルキレンジアミン(エチレンジアミン、プロピレンジアミン、トリメチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミンなど)及びポリアルキレン(炭素数2〜6)ポリアミン〔ジエチレントリアミン、イミノビスプロピルアミン、ビス(ヘキサメチレン)トリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン及びペンタエチレンヘキサミン等〕等が挙げられる。
芳香族ポリアミン(炭素数6〜20)としては、非置換芳香族ポリアミン等が使用でき、例えば、1,2−、1,3−又は1,4−フェニレンジアミン、2,4’−又は4,4’−ジフェニルメタンジアミン、クルードジフェニルメタンジアミン(ポリフェニルポリメチレンポリアミン)、ジアミノジフェニルスルホン、ベンジジン、チオジアニリン、ビス(3,4−ジアミノフェニル)スルホン、2,6−ジアミノピリジン、m−アミノベンジルアミン、トリフェニルメタン−4,4’,4’’−トリアミン、ナフチレンジアミン及びこれらの混合物等が挙げられる。
また、脱離可能な化合物でブロック化されたポリアミンとしては、ポリアミンと炭素数3〜8のケトン(例えば、アセトン、メチルエチルケトン及びメチルイソブチルケトン等)との脱水反応により得られるケチミン化合物等が挙げられる。
これらのうち、ブロック化されていてもよいポリアミン、及び水が好ましく、更に好ましくはポリアミン、ケチミン化合物及び水、最も好ましくは4,4’−ジアミノジフェニルメタン、キシリレンジアミン、イソホロンジアミン、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン及びこれらとケトンから得られるケチミン化合物、並びに水である。
本発明におけるトナー粒子(トナー用母体粒子を含む。)は、乳化分散液中で反応可能な変性ポリエステル系樹脂(A)と活性水素基を有する化合物(B)からなるバインダ成分を含むトナー組成物を溶解又は分散させ、水系媒体中で活性水素基を有する化合物(B)との反応により、変性ポリエステル系樹脂(A)を伸長及び/又は架橋させて得られる。
反応可能な変性ポリエステル系樹脂(A)と活性水素基を有する化合物(B)との比率は、(A)が有する反応可能な官能基と(B)が有する活性水素基の比率が、通常0.3:1.0〜1.0:0.3、好ましくは0.5:1.0〜1.0:0.5より好ましくは0.8:1.0〜1.0:0.8、特に好ましくは0.95:1.0〜1.0:0.95である。
(A)が有する反応可能な官能基と(B)が有する活性水素基の比率が、0.3:1.0〜1.0:0,3の範囲内であると、伸長及び/又は架橋で得られる高分子体の分子量が大きくなり、ホットオフセット発生温度が上昇する。
変性ポリエステル系樹脂(A)と活性水素基を有する化合物(B)との反応時間は、10分〜40時間が好ましく、更に好ましくは30分〜24時間、特に好ましくは30分〜8時間である。
また、これらの反応温度は、0〜150℃が好ましく、更に好ましくは20〜120℃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、例えばイソシアネートと活性水素基を有する化合物の反応の場合には、ジブチルチンラウレート及びジオクチルチンラウレート等が挙げられる。
本発明においては、前記変性ポリエステル系樹脂(A)単独使用だけでなく、この(A)と共に、未変性ポリエステル(A’)をバインダ樹脂成分として含有させることもできる。(A’)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。(A’)としては、前記(A)のポリエステル樹脂(a2)と同様なポリオールとポリカルボン酸との重縮合物などが挙げられ、好ましいものも(a2)と同様である。また、(A’)は未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。(A)と(A’)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、(A)のポリエステル成分と(A’)は類似の組成が好ましい。(A’)を含有させる場合の(A)と(A’)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。(A)の重量比が5%以上では、耐ホットオフセット性が良好であるとともに、耐熱保存性と低温定着性の両立の面で有利になる。
(A’)のピーク分子量は、通常1,000〜10,000、好ましくは2,000〜8,000、さらに好ましくは2,000〜5,000である。1,000以上では耐熱保存性が良好であり、10,000以下では低温定着性が良好である。(A’)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以上では耐熱保存性と低温定着性の両立の面で有利になる。(A’)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℃以上ではトナーの耐熱保存性が向上し、70℃以下であると低温定着性が十分得られる。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。
尚、ガラス転移点(Tg)は、示差走査熱量計(DSC)によって測定することができる。
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好ましくは1〜15重量%、更に好ましくは3〜10重量%である。着色剤の含有量が1重量%以上であると十分に着色でき、15重量%以下であると、乾式トナーの熱特性が良好である。
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。
帯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。
帯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。更に好ましくは、0.2〜5重量部の範囲がよい。10重量部以下の場合にはトナーの帯電性が過大にならず、帯電制御剤の効果が得られ、現像ローラとの静電気的吸引力が増大して、現像剤の流動性低下や、画像濃度の低下を招く恐れがない。
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。
帯電制御剤、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。
次に、トナー(トナー用母体粒子を含む。)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。
バインダ樹脂は、以下の方法で製造することができる。
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、ジブチルチンオキサイドなどの公知のエステル化触媒の存在下、150〜280℃に加熱し、必要により減圧しながら生成する水を留去して、水酸基を有するポリエステルを得る。次いで、40〜140℃にて、これにポリイソシアネートを反応させ、イソシアネート基を有する変性ポリエステル樹脂(A)を得る。さらに、この(A)にアミン類(B)を40〜140℃にて反応させ、ウレア結合で変性されたポリエステルを得る。ポリイソシアネートを反応させる際、及び(A)と(B)を反応させる際には、必要により溶剤を用いることもできる。使用可能な溶剤としては、芳香族溶剤(トルエン、キシレンなど);ケトン類(アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなど);エステル類(酢酸エチルなど);アミド類(ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミドなど)及びエーテル類(テトラヒドロフランなど)などのポリイソシアネートに対して不活性なものが挙げられる。
未変性ポリエステル(A’)を併用する場合は、水酸基を有するポリエステルの場合と同様な方法でこの(A’)を製造し、これを前記ウレア変性ポリエステルの反応終了後の溶液に溶解し、混合する。
(水系媒体中でのトナーの製造)
水系媒体としては、水単独でも良いが、水と混和可能な溶剤を併用することもできる。混和可能な溶剤としては、アルコール(メタノール、イソプロピルアルコール、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)などが挙げられる。
トナー粒子(粒子を含む。)は、水系媒体中でイソシアネート変性ポリエステル(A)からなる分散体を、アミン類(B)と反応させて形成することができる。水系媒体中でウレア変性ポリエステルや、イソシアネート変性ポリエステル(A)からなる分散体を安定化して形成させる方法としては、水系媒体中にウレア変性ポリエステルやイソシアネート変性ポリエステル(A)からなるトナー原料の組成分を加えて、剪断力により分散させる方法などが挙げられる。変性ポリエステル(A)と他のトナー組成分(以下、トナー原料と呼ぶ。)である着色剤、着色剤マスターバッチ、離型剤、帯電制御剤、未変性ポリエステル(A’)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良いが、あらかじめトナー原料を混合した後、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、着色剤、離型剤、帯電制御剤などの他のトナー原料は、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、粒子を形成させた後、添加しても良い。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。
トナー組成分を含む油層の粘度を低くするために、ウレア変性ポリエステルやイソシアネート変性ポリエステル(A)が可溶な溶剤(U)を使用することもできる。溶剤(U)を用いた方が粒度分布がシャープになる点で好ましい。
このような溶剤(U)としては、芳香族炭化水素溶剤(例えば、トルエン、キシレン、エチルベンゼン及びテトラリン等);脂肪族又は脂環式炭化水素溶剤(例えば、n−ヘキサン、n−ヘプタン、ミネラルスピリット及びシクロヘキサン等);エステル又はエステルエーテル溶剤(例えば、酢酸エチル、酢酸ブチル、メトキシブチルアセテート、メチルセロソルブアセテート及びエチルセロソルブアセテートなど);ケトン溶剤(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、ジ−n−ブチルケトン及びシクロヘキサノンなど);アルコール溶剤(例えば、メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、n−ブタノール、イソブタノール、t−ブタノール、2−エチルヘキシルアルコール及びベンジルアルコールなど);及びこれらの2種以上の混合溶剤等が挙げられる。
溶剤のうち、脱溶剤する際の除去容易性の観点等から、芳香族炭化水素溶剤、エステル又はエステルエーテル溶剤、ケトン溶剤、アルコール溶剤が好ましく、更に好ましくはエステル又はエステルエーテル溶剤、ケトン溶剤及びアルコール溶剤である。
分散装置としては、一般に攪拌機/又は分散機として市販されているものであれば特に限定されず使用でき、市販の商品名を示すと、例えば、ホモジナイザー(IKA社製)及びTKオートホモミキサー(特殊機化工業社製)等のバッチ式分散機;エバラマイルダー(在原製作所社製)、TKパイプラインホモミキサー(特殊機化工業社製)等の連続式分散機;マイクロフルイダイザー(みずほ工業社製)、ナノマイザー(ナノマイザー社製)及びAPVガウリン(ガウリン社製)等の高圧分散機等が挙げられる。
これらのうち、均一な剪断力を付与する観点で、APVガウリン、ホモジナイザー、TKオートホモミキサー、エバラマイルダー及びTKパイプラインホモミキサーが好ましく、特に好ましくはTKオートホモミキサー及びTKパイプラインホモミキサーである。
分散時の温度としては、0〜150℃が好ましく、更に好ましくは5〜98℃、特に好ましくは10〜60℃である。尚、100℃を越える場合は加圧下での温度を示す。
ウレア変性ポリエステルやイソシアネート変性ポリエステル(A)を含むトナー組成分100重量部に対する水系媒体の使用量は、通常50〜2,000重量部、好ましくは100〜1,000重量部である。50重量部以上では、トナー組成分の分散状態が良好で、所定の粒径のトナー粒子(粒子を含む。)が得やすく、20,000重量部以下であると経済的である。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共に分散が安定である点で好ましい。
イソシアネート変性ポリエステル(A)からウレア変性ポリエステルを合成する工程は、水系媒体中でトナー組成分を分散する前にアミン類(B)を加えて反応させても良いし、水系媒体中に分散した後に、アミン類(B)を加えて粒子界面から反応を起こしても良い。この場合、製造されるトナー表面に優先的にウレア変性ポリエステルが生成し、粒子内部で濃度勾配を設けることもできる。
トナー組成分が分散された油層を水系媒体中に乳化分散するために、以下のような分散剤を使用することが好ましい。
分散剤としては、公知の界面活性剤(S)、合成高分子分散剤(H)、樹脂微粒子等を使用することができる。
界面活性剤(S)を使用する場合、この使用量は、(A)、(B)及び(U)の合計重量に基づいて、0.0001〜50重量%が好ましく、更に好ましくは0.0005〜0.4重量%、特に好ましくは0.001〜0.3重量%である。
合成高分子分散剤(H)を使用する場合、この使用量は、(A)、(B)及び(U)の合計重量に基づいて、0.005〜0.6重量%が好ましく、さらに好ましくは0.01〜0.4重量%、特に好ましくは0.02〜0.3重量%である。
界面活性剤(S)としては、アニオン界面活性剤(S−1)、カチオン界面活性剤(S−2)等が用いられる。
アニオン界面活性剤(S−1)としては、カルボン酸又はその塩、硫酸エステル塩、カルボキシメチル化物の塩、スルホン酸塩及びリン酸エステル塩等が用いられる。
カルボン酸又はこの塩としては、炭素数8〜22の飽和又は不飽和脂肪酸又はその塩が使用でき、例えば、カプリン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、アラキジン酸、ベヘン酸、オレイン酸、リノール酸及びリシノール酸並びにヤシ油、パーム核油、米ぬか油及び牛脂などをケン化して得られる高級脂肪酸の混合物等が挙げられる。
この塩としては、これらのナトリウム塩、カリウム塩、アミン塩、アンモニウム塩、4級アンモニウム塩及びアルカノールアミン塩(モノエタノールアミン塩、ジエタノールアミン塩、トリエタノールアミン塩等)などの塩があげられる。
硫酸エステル塩としては、高級アルコール硫酸エステル塩(炭素数8〜18の脂肪族アルコールの硫酸エステル塩)、高級アルキルエーテル硫酸エステル塩(炭素数8〜18の脂肪族アルコールのエチレンオキサイド又はプロピレンオキサイド1〜10モル付加物の硫酸エステル塩等が使用できる。
塩としては、ナトリウム塩、カリウム塩、アミン塩、アンモニウム塩、4級アンモニウム塩及びアルカノールアミン塩(モノエタノールアミン塩、ジエタノールアミン塩、トリエタノールアミン塩等)等が挙げられる。
高級アルコール硫酸エステル塩としては、例えば、オクチルアルコール硫酸エステル塩、デシルアルコール硫酸エステル塩、ラウリルアルコール硫酸エステル塩、ステアリルアルコール硫酸エステル塩等が挙げられる。
カルボキシメチル化物の塩としては、炭素数8〜16の脂肪族アルコールカルボキシメチル化物の塩、及び炭素数8〜16の脂肪族アルコールのエチレンオキサイド又はプロピレンオキサイド1〜10モル付加物のカルボキシメチル化物の塩等が使用できる。
脂肪族アルコールカルボキシメチル化物の塩としては、例えば、オクチルアルコールカルボキシメチル化ナトリウム塩、デシルアルコールカルボキシメチル化ナトリウム塩、ラウリルアルコールカルボキシメチル化ナトリウム塩、ドバノール23のカルボキシメチル化ナトリウム塩、トリデカノールカルボキシメチル化ナトリウム塩等が挙げられる。
脂肪族アルコールのエチレンオキサイド1〜10モル付加物のカルボキシメチル化物の塩としては、例えば、オクチルアルコールエチレンオキサイド3モル付加物カルボキシメチル化ナトリウム塩、ラウリルアルコールエチレンオキサイド4モル付加物カルボキシメチル化ナトリウム塩、ドバノール23エチレンオキサイド3モル付加物カルボキシメチル化ナトリウム塩、及びトリデカノールエチレンオキサイド5モル付加物カルボキシメチル化ナトリウム塩などが挙げられる。
スルホン酸塩としては、アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキルナフタレンスルホン酸塩、スルホコハク酸ジエステル塩、α−オレフィンスルホン酸塩、イゲポンT型及びその他芳香環含有化合物のスルホン酸塩等が使用できる。
アルキルベンゼンスルホン酸塩としては、例えば、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム塩等が挙げられる。
アルキルナフタレンスルホン酸塩としては、例えば、ドデシルナフタレンスルホン酸ナトリウム塩等が挙げられる。
スルホコハク酸ジエステル塩としては、例えば、スルホコハク酸ジ−2−エチルヘキシルエステルナトリウム塩などが挙げられる。
芳香環含有化合物のスルホン酸塩としては、アルキル化ジフェニルエーテルのモノ又はジスルホン酸塩及びスチレン化フェノールスルホン酸塩などが挙げられる。
リン酸エステル塩としては、高級アルコールリン酸エステル塩及び高級アルコールエチレンオキサイド付加物リン酸エステル塩等が使用できる。
高級アルコールリン酸エステル塩としては、例えば、ラウリルアルコールリン酸モノエステルジナトリウム塩及びラウリルアルコールリン酸ジエステルナトリウム塩等が挙げられる。
高級アルコールエチレンオキサイド付加物リン酸エステル塩としては、例えば、オレイルアルコールエチレンオキサイド5モル付加物リン酸モノエステルジナトリウム塩等が挙げられる。
カチオン界面活性剤(S−2)としては、第4級アンモニウム塩型界面活性剤等が使用できる。
第4級アンモニウム塩型界面活性剤としては、炭素数3〜40の3級アミンと4級化剤(例えば、メチルクロライド、メチルブロマイド、エチルクロライド、ベンジルクロライド及びジメチル硫酸などのアルキル化剤並びにエチレンオキサイドなど)との反応等で得られ、例えば、ラウリルトリメチルアンモニウムクロライド、ジデシルジメチルアンモニウムクロライド、ラウリルジメチルベンジルアンモニウムクロライド(塩化ベンザルコニウム)、ポリオキシエチレントリメチルアンモニウムクロライド及びステアラミドエチルジエチルメチルアンモニウムメトサルフェートなどが挙げられる。
合成高分子分散剤(H)としては、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリエチレングリコール、ポリエチレンイミン及び水溶性ポリウレタン(ポリエチレングリコール、ポリカプロラクトンジオール等とポリイソシアネートの反応生成物等)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0.5μm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。
本発明のトナー(トナー用母体粒子を含む。)は、上記の様にして得られたトナー粒子(粒子を含む。)を含有する乳化分散液中の有機溶媒を除去しながらさらに剪断力をかけ、平均円形度の値が0.90〜0.96になるようにトナー粒子(粒子を含む。)を異形化する工程を含む製造法で製造されることを特徴とする。平均円形度は、好ましくは0.92〜0.96である。
トナー粒子(粒子を含む。)の平均円形度は、光学的に粒子を検知して、投影面積の等しい相当円の周囲長で除した値である。具体的には、フロー式粒子像分析装置(FPIA−2100;シスメックス社製)を用いて測定を行う。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程度を加える。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する。
トナー粒子(粒子を含む。)の平均円形度を0.96以下にすることにより、ドット再現性、現像性、転写性に優れたトナーであって、かつ、クリーニング性にも有利なトナー形状とすることができる。一方、平均円形度が0.90未満では、トナーが球形から離れた形状になり、ドット再現性が悪くなり、また、潜像担持体としての感光体への接触点が多くなるため離型性が悪くなり、転写率が低下する。このため、平均円形度は低くとも0.90以上とする。
上記の異形化工程において、課題となるのが、トナー粒子(粒子を含む。)にかかる剪断力が強すぎることにより、トナー粒子(粒子を含む。)に含まれる低分子量の樹脂成分がトナー粒子表面に出てきて、耐ホットオフセット性を低下させたり、帯電性を低下させたりすることであった。したがって、トナー粒子(粒子を含む。)にかける剪断力を適度に制御する必要がある。このことに関し、本発明者らが鋭意検討を行った結果、以下のようにして異形化工程を制御することで、トナー粒子中の低分子量の樹脂成分に係る弊害を招くことなく、平均円形度0.90〜0.96の範囲で形状制御されたトナーが得られることが分かった。
異形化工程の制御は、異形化工程の前後における乳化分散液に含まれるトナー粒子(粒子を含む。)の微粉含有率(粒径3.17μm以下)の差が10個数%以下、好ましくは9個数%以下になるように行うものとする。異形化工程前のトナー粒子の微粉含有率は、乳化分散液を作製した直後の乳化分散液に含まれるトナー粒子(粒子を含む。)を測定して得る。異形化工程後のトナー粒子(粒子を含む。)の微粉含有率は、乳化分散液中の有機溶媒を除去しながら剪断力をかけ、異形化工程を終了させた後のトナー粒子(粒子を含む。)を測定して得る。両者の値の差が10個数%を超えるということは、異形化工程後のトナー粒子(粒子を含む。)の微粉含有率が、明らかに増加していることを意味し、これはすなわち、異形化工程においてトナー粒子にかかる剪断力により、トナー粒子(粒子を含む。)の一部が微粉化していることを示す。そして、このような剪断力により、トナー粒子(粒子を含む。)に含まれる低分子量の樹脂成分もトナー粒子表面に現れやすくなっている。したがって、異形化工程の前後における乳化分散液に含まれるトナー粒子の微粉含有率の差が10個数%以下になるように、異形化工程にかける剪断力を制御する。
ここで、トナー粒子(粒子を含む。)の微粉含有率(粒径3.17μm以下)は、測定装置として、コールターカウンターTA−II或いはコールターマルチサイザー(コールター社製)を用いて測定することができる。
測定方法は以下の通りである。先ず、電解水溶液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ルホン酸塩)を、0.1〜5ml加える。ここで、電解液とは、1級塩化ナトリウムを用いて、約1%NaCl水溶液を調製したもので、ISOTON R−II(コールターサイエンティフィックジャパン社製)を使用した。これに更に測定試料を2〜20mg加え、電解液中に懸濁させて、超音波分散器で約1〜3分間分散処理を行った。前記測定装置により、アパーチャーとして100μmアパーチャーを用いて、前記試料中のトナー粒子(粒子を含む。)の体積及び個数をチャンネルごとに測定して、2.00〜3.17μmの個数分布をトナー粒子(粒子を含む。)の微粉含有率(粒径3.17μm以下)として算出した。
尚、チャンネルとしては、2.00〜2.52μm;2.52〜3.17μm;3.17〜4.00μm;4.00〜5.04μm;5.04〜6.35μm;6.35〜8.00μm;8.00〜10.08μm;10.08〜12.70μm;12.70〜16.00μm;16.00〜20.20μm;20.20〜25.40μm;25.40〜32.00μm;32.00〜40.30μmの13チャンネルを用いた。
本発明において、好ましくは増粘剤で増粘された乳化分散液に、剪断力を加える際の装置としては、一般に攪拌機/又は分散機として市販されているものであれば特に限定されず使用できる。
好ましい具体例としては、1〜10段のパドル式攪拌翼を有する攪拌機、ヘリカルリボン式攪拌機、マックスブレンド式攪拌機などが挙げられる。これらのうち、均一な剪断力を付与する観点で、ヘリカルリボン式攪拌機、マックスブレンド式攪拌機が更に好ましい。
また、その他の攪拌機又は分散機も使用可能であり、市販の商品名を示すと、例えば、ホモジナイザー(IKA社製)、ポリトロン(キネマティカ社製)及びTKオートホモミキサー(特殊機化工業社製)等のバッチ式分散機;エバラマイルダー(在原製作所社製)、TKフィルミックス、TKパイプラインホモミキサー(特殊機化工業社製)、コロイドミル(神鋼パンテック社製)、スラッシャー、トリゴナル湿式微粉砕機(三井三池化工機社製)、キャピトロン(ユーロテック社製)及びファインフローミル(太平洋機工社製)等の連続式分散機;マイクロフルイダイザー(みずほ工業社製)、ナノマイザー(ナノマイザー社製)及びAPVガウリン(ガウリン社製)等の高圧分散機;膜分散機(冷化工業社製)等の膜分散機;バイブロミキサー(冷化工業社製)等の振動式分散機;並びに超音波ホモジナイザー(ブランソン社製)等の超音波分散機等が挙げられる。
これらのうち、均一な剪断力を付与する観点で、APVガウリン、ホモジナイザー、TKオートホモミキサー、エバラマイルダー、TKフィルミックス及びTKパイプラインホモミキサーが好ましく、更に好ましくは、TKオートホモミキサー、エバラマイルダー、TKフィルミックス及びTKパイプラインホモミキサー、特に好ましくはTKオートホモミキサー、TKフィルミックス及びTKパイプラインホモミキサーである。
剪断力を加える際の温度は特に限定されないが、トナー粒子(粒子を含む。)の変形容易性及びトナー粒子(粒子を含む。)の合着防止の観点から、0〜60℃が好ましく、更に好ましくは5〜50℃、特に10〜40℃である。
剪断力を加える時間は剪断力を加える装置により異なり、特に限定されないが、樹脂粒子の変形容易性及び生産性の観点から、前述の攪拌機(1〜10段のパドル式攪拌翼を有する攪拌機、ヘリカルリボン式攪拌機、マックスブレンド式攪拌機)を使用する場合は、1秒〜24時間が好ましく、更に好ましくは1分〜18時間、特に10分〜15時間、最も好ましくは30分〜10時間であり、前述の分散機(バッチ式分散機、連続式分散機、高圧分散機、膜分散機、振動式分散機、超音波分散機等)を使用する場合は、0.01秒〜6時間が好ましく、更に好ましくは0.01秒〜1時間、特に0.01秒〜50分、最も好ましくは0.01秒〜20分である。
剪断力は、乳化分散液の粘度、剪断力を加える時間及びその際の温度により異なり、適宜選択することができるが、樹脂粒子の変形の容易性及び粒径制御の容易性の観点から、例えば前記に例示した剪断力を加える装置において、回転数70〜50,000rpmで剪断力を加えることが好ましく、更に好ましくは、100〜20,000rpm、特に好ましくは500〜10,000rpmである。
また、異形化工程の条件は、以下のようにすることが好ましい。
異形化工程において、乳化分散液中の有機溶媒の濃度は、2〜10重量%であることが好ましく、さらに好ましくは2.5〜9重量%、特に好ましくは3〜8重量%である。2重量%以上ではトナーが変形しやすく異形化工程が短縮でき、10重量%以下であると異形化した後の復元が起こりにくく、最終的に有機溶媒を除去してトナーとした場合所望の形状を得やすい。
また、異形化工程開始時の有機溶媒の濃度は、3〜10重量%が好ましい。開始時の濃度が3重量%以上であると、異形化が容易に起こり、10重量%以下であると微粉発生が少なくなる。
有機溶媒の濃度は、脱溶剤により所望の濃度に調整するようにする。
有機溶媒の濃度の測定は、ガスクロマトグラフィーを用いて下記条件により測定する。
[有機溶媒の濃度測定]
装置 :島津製作所製ガスクロマトグラフ
SIMAZU GC−14A
カラム :PEG 20M 20%
Chromasorb W MESH 60〜80
カラム温度 :100℃
インジェクション温度:180℃
窒素ガス流量 :40ml/分
試料溶液 :5%のジメチルホルムアミド溶液
溶液注入量 :1μL
検出器 :FID
標準物質としてn−ヘキサンを用いて検量線を作成し、有機溶媒濃度を求めた。
異形化工程時の脱溶媒の方法としては、空気や窒素の液相吹き込みによる常圧脱溶媒、減圧脱溶媒等、溶媒が除去できる方法であれば特に限定されないが、比較的低温で行えることから、減圧脱溶媒が好ましい。減圧する場合の減圧度は、好ましくは1〜90kPa、更に好ましくは5〜50kPaである。
脱溶剤を行うに従い、乳化分散液の粘度は増加するが、特に、異形化を良好に行うために、水溶性の増粘剤を乳化分散液に添加して粘度を調整することがよい。
水溶性の増粘剤としては、ポリビニルアルコール、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、ポリアクリル酸塩(アルカリ金属塩、有機アミン塩、第四級アンモニウム塩など;重量平均分子量3,000〜3,000,000)、カルボキシメチルセルロース、ポリエチレングリコール(重量平均分子量2,000〜200,000)及びグアーガムなどが挙げられる。
乳化分散液と増粘剤との混合液の粘度は、5,000〜50,000mPa・sの範囲にあることが好ましい。更に好ましくは5,500〜40,000mPa・s、特に好ましくは6,000〜35,000mPa・sである。粘度がこの範囲にあることにより、剪断力を加えてトナー粒子(粒子を含む。)の形状を変形する際の時間を短縮することができ、また、変形後に球状に戻りにくく、変形後の形状が安定した分散体を得ることができる。
尚、混合液の粘度の測定は、25℃の恒温槽で30分温調した後、B型粘度計を用いて測定する。
さらに、乳化分散液と増粘剤との混合液の粘度を上記のように調整して、異形化を開始するのは、乳化分散を作製した直後から5〜30時間を経過したときであることがよい。粘度調整を開始する時間は、更に好ましくは7〜20時間、特に好ましくは8〜15時間である。
乳化分散液を作製した後、すぐに、前記の異形化に好ましい有機溶媒の濃度となるまで脱溶媒を行うのが好ましいが、この段階においては、まだ、水層と油層の界面でトナー粒子(粒子を含む。)に含まれる樹脂成分の反応が進行している。この反応により、トナー粒子表層側に高分子量の樹脂成分が形成され、低分子量の樹脂成分はこれに内包される形となり、耐ホットオフセット性、耐ブロッキング性を向上させることができる。
上記増粘剤を添加するタイミングが早いと、トナー粒子(粒子を含む。)に含まれる樹脂成分の反応が十分に行われず、高分子量の樹脂成分による殻の形成ができないために、熱特性に優れたトナーを得ることができない恐れがある。一方、上記増粘剤を添加するタイミングが遅いと、反応率が高くなり、異形化しにくくなる。
したがって、上記所定の時間の経過後に、乳化分散液と増粘剤との混合液の粘度を所定の範囲にするのが好ましい。
異型化工程が終了した後に、必要により乳化分散液からさらに有機溶剤を除去してもよい。脱溶剤の方法は、特に限定されないが、常圧で空気、窒素等の気体をキャリアとして吹き込んで有機溶剤を除去する方法、減圧ポンプなどで減圧下に有機溶剤を除去する方法、水、メタノール、エタノール等の低級アルコールおよびそれらの混合液等、トナー成分が不溶でかつ溶剤が可溶な液体に異形化工程の終了した乳化分散液を投入し、有機溶剤を抽出除去する方法等があげられる。
また、異形化工程後に、必要により減粘剤を用いて、乳化分散液を減粘してもよい。減粘剤としては、酵素[例えばα−グリカナーゼ(アミラーゼ、デキストラーゼ及びプルラーゼ等)及びβ−グリカナーゼ(セルラーゼ、β−1,3−グルカナーゼ及びキチナーゼ)]等が挙げられ、2種以上を併用することができる。
減粘剤の添加量は、増粘剤の種類にもよるが、乳化分散液の重量に対して、生産性(減粘時間)及び生産コストの観点から、1重量%以下が好ましく、更に好ましくは0.000001〜0.1重量%、特に0.00001〜0.01%である。
減粘した乳化分散液の粘度は、200mPa・s以下であることが好ましく、更に好ましくは100mPa・s以下、特に40mPa・s以下である。乳化分散液の粘度がこの範囲にあることにより、トナー粒子(粒子を含む。)を得るまでの工程における取り扱い性、及び必要により行われる後述の洗浄工程における洗浄性が良好である。
減粘工程の温度は特に限定されないが、生産性及び減粘効果の観点から、5〜40℃が好ましく、更に好ましくは10〜35℃、特に20〜30℃である。
減粘工程の時間は特に限定されないが、生産性の観点から、3時間以下が好ましく、更に好ましくは1.5時間以下、特に20分以下である。
使用した増粘剤及び界面活性剤が、トナーの物性に悪影響を与える場合は、これらの添加剤を除去することが好ましい。
除去する方法としては、水性分散体を遠心分離器、スパクラフィルター及び/又はフィルタープレス等により固液分離し、得られた樹脂粒子に水を加えて同様に固液分離することを繰り返す方法等が挙げられる。
上記製造方法によって得られるトナー粒子(粒子を含む。)の水性分散液は、固液分離(必要に応じて水等を加え固液分離を繰り返す)した後、乾燥して水系媒体を除去することによって、本発明のトナー及びトナー用母体粒子を得ることができる。
水系媒体を除去する方法としては、以下の(1)〜(3)及びこれらの組合せの方法等が適用できる。
(1)水性分散体を減圧下又は常圧下で乾燥する方法。
(2)遠心分離器、スパクラフィルター及び/又はフィルタープレスなどにより固液分離し、得られた固体を乾燥する方法。
(3)水系分散体を凍結させて乾燥させる方法(いわゆる凍結乾燥)。
上記(1)及び(2)の方法において、乾燥機としては、流動層式乾燥機、減圧乾燥機及び循風乾燥機等公知の設備を用いて行うことができる。また、必要に応じ、風力分級器又はふるい等を用いて分級し、所定の粒度分布とすることもできる。
上記のようにして得られたトナーの微粉含有率(粒径3.17μm以下)は、5〜20個数%であることが好ましい。さらに好ましくは8〜17個数%である。上記含有率が20個数%以下であると、微粉トナーが増えることにより発生する現像ローラ上のフィルミングや磁性キャリア表面へのトナー融着の問題が生じる恐れがない。また、上記含有率が5個数%以上であると、粒子間の凝集が小さくならず、低温定着性が良好である。
上記で得られたトナー母体粒子には、必要に応じて帯電制御剤を打ち込み、ついで、帯電補助や流動性向上のためにシリカ微粒子、チタニア微粒子等の無機微粒子を外添させることができる。帯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。
本発明のトナー(トナー用母体粒子を含む。)は、上記異形化工程を経ることにより、その形状が紡錘形となる。図1は、本発明のトナーの形状を模式的に示す図である。図1において、紡錘形のトナーを長軸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)(図1(b)参照)が0.5〜0.8で、厚さと短軸との比(r3/r2)(図1(c)参照)が0.7〜1.0の範囲にあることが好ましい。
長軸と短軸との比(r2/r1)が0.5未満では、真球形状から離れるためにクリーニング性は高いが、ドット再現性および転写効率が劣るため高品位な画像が得られにくい。また、長軸と短軸との比(r2/r1)が0.8を越えると、球形に近づくために、低温低湿の環境下では、特に、クリーニング不良が発生することがある。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、球形トナーのような高転写率は得られない。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る。これに近い紡錘形状にすることで不定形・扁平形状でもなく真球形状でもない形状であって、双方の形状が有する摩擦帯電性、ドット再現性、転写効率、チリ防止、クリーニング性の全てを満足する形状となる。
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。
また、本発明のトナー(トナー用母体粒子を含む。)は、体積平均粒径(Dv)が3.0〜8.0μmであり、体積平均粒径(Dv)と個数平均粒径(Dn)との比(Dv/Dn)が1.00〜1.40であることが好ましい。このような粒径及び粒径分布を有するトナーとすることにより、耐熱保存性、低温定着性、耐ホットオフセット性のいずれにも優れ、とりわけフルカラー複写機などに用いた場合に画像の優れた光沢性が得られる。
一般的には、トナーの粒径は小さければ小さい程、高解像で高画質の画像を得る為に有利であると言われているが、逆に転写性やクリーニング性に対しては不利である。また、本発明の範囲よりも体積平均粒径が小さい場合、二成分現像剤では現像装置における長期の攪拌において磁性キャリアの表面にトナーが融着し、磁性キャリアの帯電能力を低下させ、一成分現像剤として用いた場合には、現像ローラへのトナーのフィルミングや、トナーを薄層化する為のブレード等の部材へのトナーの融着を発生させやすくなる。
逆に、トナーの体積平均粒径が本発明の範囲よりも大きい場合には、高解像で高画質の画像を得ることが難しくなると共に、現像剤中のトナーの収支が行われた場合にトナーの粒径の変動が大きくなる場合が多い。
また、Dv/Dnが1.40以下であると、帯電量分布が広がらず、解像力も向上するため好ましい。
トナーの平均粒径及び粒度分布は、測定装置として、コールターカウンターTA−II或いはコールターマルチサイザー(コールター社製)を用いて測定することができる。
測定方法は以下の通りである。先ず、電解水溶液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ルホン酸塩)を、0.1〜5ml加える。ここで、電解液とは、1級塩化ナトリウムを用いて、約1%NaCl水溶液を調製したもので、ISOTON R−II(コールターサイエンティフィックジャパン社製)を使用した。これに更に測定試料を2〜20mg加え、電解液中に懸濁させて、超音波分散器で約1〜3分間分散処理を行った。前記測定装置により、アパーチャーとして100μmアパーチャーを用いて、前記試料中のトナー粒子(粒子を含む。)の体積及び個数をチャンネルごとに測定して、トナーの体積分布と個数分布とを算出した。
尚、チャンネルとしては、2.00〜2.52μm;2.52〜3.17μm;3.17〜4.00μm;4.00〜5.04μm;5.04〜6.35μm;6.35〜8.00μm;8.00〜10.08μm;10.08〜12.70μm;12.70〜16.00μm;16.00〜20.20μm;20.20〜25.40μm;25.40〜32.00μm;32.00〜40.30μmの13チャンネルを用いた。
また、本発明のトナー(トナー用母体粒子を含む。)は、形状係数SF−1が100〜180の範囲にあり、SF−2が100〜180の範囲にあるトナーであることが好ましい。SF−1は、さらに好ましくは110〜170、より好ましくは120〜160、特に好ましくは130〜150である。SF−2は、さらに好ましくは110〜170、より好ましくは120〜160、特に好ましくは130〜150である。
形状係数SF−1、SF−2は、先にも示したように下記式(1)、(2)で表される。
SF−1={(MXLNG)/AREA}×(100π/4) ・・・式(1)
SF−2={(PERI)/AREA}×(100/4π) ・・・式(2)
SF−1の値が100の場合トナーの形状は真球となり、SF−1の値が大きくなるほど不定形になる。また、SF−2の値が100の場合トナー表面に凹凸が存在しなくなり、SF−2の値が大きくなるほどトナー表面の凹凸が顕著になる。
形状係数SF−1は、電子顕微鏡(例えば、日立製作所製FE−SEM(S−800)等が挙げられ、以下同様である。)を用い倍率500倍に拡大したトナー粒子(粒子を含む。)の像を100個無作為にサンプリングし、その画像情報はインターフェースを介して画像解析装置[例えば、nexus NEW CUBE ver.2.5(NEXUS社製)及びLuzexIII(ニコレ社製)等が挙げられ、以下同様である。]に導入し解析を行い、式(1)より算出し得られた値である。
形状係数SF−2は、電子顕微鏡を用い倍率3500倍に拡大したトナー粒子(粒子を含む。)の像を50個無作為にサンプリングし、その画像情報はインターフェースを介して画像解析装置に導入し解析を行い、式(2)より算出し得られた値である。
形状係数SF−1、SF−2が共に100に近くトナーの形状が真球に近くなると、トナーとトナーあるいはトナーと像担持体との接触が点接触になるために、トナー同士の吸着力は弱くなり従って流動性が高くなり、また、トナーと像担持体との付着力も弱くなって、転写率は高くなる。ドットの再現性も良好になる。一方で、トナーの形状係数SF−1とSF−2はある程度大きい方がクリーニングの余裕度が増し、クリーニング不良等の不具合がない。そこで、両者の兼ね合いから、画像品位を低下させることのない範囲として、形状係数SF−1、SF−2が100〜180の範囲であることが好ましい。
本発明のトナーは、磁性キャリアと混合して二成分現像剤として用いることができる。この場合、現像剤中のキャリアとトナーの含有比は、キャリア100重量部に対してトナー1〜10重量部が好ましい。磁性キャリアとしては、粒子径20〜200μm程度の鉄粉、フェライト粉、マグネタイト粉、磁性樹脂キャリアなど従来から公知のものが使用できる。また、被覆材料としては、アミノ系樹脂、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。またポリビニル及びポリビニリデン系樹脂、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、ポリスチレン樹脂及びスチレンアクリル共重合樹脂等のポリスチレン系樹脂、ポリ塩化ビニル等のハロゲン化オレフィン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂及びポリブチレンテレフタレート樹脂等の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、ポリ弗化ビニル樹脂、ポリ弗化ビニリデン樹脂、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、弗化ビニリデンと弗化ビニルとの共重合体、テトラフルオロエチレンと弗化ビニリデンと非弗化単量体とのターポリマー等のフルオロターポリマー、及びシリコーン樹脂等が使用できる。また必要に応じて、導電粉等を被覆樹脂中に含有させてもよい。導電粉としては、金属粉、カーボンブラック、酸化チタン、酸化錫、酸化亜鉛等が使用できる。これらの導電粉は、平均粒子径1μm以下のものが好ましい。平均粒子径が1μmよりも大きくなると、電気抵抗の制御が困難になる。
また、本発明のトナーはキャリアを使用しない一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、現像剤を調製する際には、現像剤の流動性や保存性、現像性、転写性を高めるために、以上のようにして製造された現像剤にさらに先に挙げた疎水性シリカ微粉末等の無機微粒子を添加混合してもよい。外添剤の混合は一般の粉体の混合機が用いられるがジャケット等装備して、内部の温度を調節できることが好ましい。外添剤に与える負荷の履歴を変えるには、途中又は漸次外添剤を加えていけばよい。もちろん混合機の回転数、転動速度、時間、温度などを変化させてもよい。はじめに強い負荷を、次に比較的弱い負荷を与えても良いし、その逆でも良い。
使用できる混合設備の例としては、V型混合機、ロッキングミキサー、レーディゲミキサー、ナウターミキサー、ヘンシェルミキサーなどが挙げられる。
本発明のトナーを現像剤として用いる画像形成装置について説明する。
図2は、本発明に係る画像形成装置の一例を示す概略構成図である。図中符号100は複写装置本体、200はそれを載せる給紙テーブル、300は複写装置本体100上に取り付けるスキャナ、400はさらにその上に取り付ける原稿自動搬送装置(ADF)である。
複写装置本体100には、潜像担持体としての感光体40の周囲に帯電、現像、クリーニング等の電子写真プロセスを実行する各手段を備えた画像形成手段18を、4つ並列にしたタンデム型画像形成装置20が備えられている。タンデム型画像形成装置20の上部には、画像情報に基づいて感光体40をレーザー光により露光し潜像を形成する露光装置21が設けられている。また、タンデム型画像形成装置20の各感光体40と対向する位置には、無端状のベルト部材からなる中間転写ベルト10が設けられている。中間転写ベルト10を介して感光体40と相対する位置には、感光体40上に形成された各色のトナー像を中間転写ベルト10に転写する一次転写手段62が配置されている。
また、中間転写ベルト10の下方には、中間転写ベルト10上に重ね合わされたトナー像を、給紙テーブル200より搬送されてくる転写紙に一括転写する二次転写装置22が配置されている。二次転写装置22は、2つのローラ23間に、無端ベルトである二次転写ベルト24を掛け渡して構成され、中間転写ベルト10を介して支持ローラ16に押し当てて配置し、中間転写ベルト10上のトナー像を転写紙に転写する。二次転写装置22の脇には、転写紙上の画像を定着する定着装置25が設けられている。定着装置25は、無端ベルトである定着ベルト26に加圧ローラ27を押し当てて構成する。
上述した二次転写装置22は、画像転写後の転写紙をこの定着装置25へと搬送するシート搬送機能も備えている。もちろん、二次転写装置22として、転写ローラや非接触のチャージャを配置してもよく、そのような場合は、このシート搬送機能を併せて備えることは難しくなる。
なお、図示例では、二次転写装置22および定着装置25の下に、上述したタンデム画像形成装置20と平行に、転写紙の両面に画像を記録すべく転写紙を反転する反転装置28を備える。
画像形成手段18の現像装置4には、上記のトナーを含んだ現像剤を用いる。現像装置4は、現像剤担持体が現像剤を担持、搬送して、感光体40との対向位置において交互電界を印加して感光体40上の潜像を現像する。交互電界を印加することで現像剤を活性化させ、トナーの帯電量分布をより狭くすることができ、現像性を向上させることができる。
また、上記現像装置4は、感光体40と共に一体に支持され、画像形成装置本体に対し着脱自在に形成されるプロセスカートリッジとすることができる。このプロセスカートリッジは、この他に帯電手段、クリーニング手段を含んで構成してもよい。
上記の画像形成装置の動作は以下の通りである。
初めに、原稿自動搬送装置400の原稿台30上に原稿をセットする、または、原稿自動搬送装置400を開いてスキャナ300のコンタクトガラス32上に原稿をセットし、原稿自動搬送装置400を閉じてそれで押さえる。
そして、不図示のスタートスイッチを押すと、原稿自動搬送装置400に原稿をセットしたときは、原稿を搬送してコンタクトガラス32上へと移動して後、他方コンタクトガラス32上に原稿をセットしたときは、直ちにスキャナ300を駆動し、第一走行体33および第二走行体34を走行する。そして、第一走行体33で光源から光を発射するとともに原稿面からの反射光をさらに反射して第二走行体34に向け、第二走行体34のミラーで反射して結像レンズ35を通して読み取りセンサ36に入れ、原稿内容を読み取る。
また、不図示のスタートスイッチを押すと、不図示の駆動モータで支持ローラ14、15、16の1つを回転駆動して他の2つの支持ローラを従動回転し、中間転写ベルト10を回転搬送する。同時に、個々の画像形成手段18でその感光体40を回転して各感光体40上にそれぞれ、ブラック・イエロー・マゼンタ・シアンの単色画像を形成する。そして、中間転写ベルト10の搬送とともに、それらの単色画像を順次転写して中間転写ベルト10上に合成カラー画像を形成する。
一方、不図示のスタートスイッチを押すと、給紙テーブル200の給紙ローラ42の1つを選択回転し、ペーパーバンク43に多段に備える給紙カセット44の1つからシートを繰り出し、分離ローラ45で1枚ずつ分離して給紙路46に入れ、搬送ローラ47で搬送して複写機本体100内の給紙路48に導き、レジストローラ49に突き当てて止める。
または、給紙ローラ50を回転して手差しトレイ51上のシートを繰り出し、分離ローラ52で1枚ずつ分離して手差し給紙路53に入れ、同じくレジストローラ49に突き当てて止める。
そして、中間転写ベルト10上の合成カラー画像にタイミングを合わせてレジストローラ49を回転し、中間転写ベルト10と二次転写装置22との間にシートを送り込み、二次転写装置22で転写してシート上にカラー画像を記録する。
画像転写後のシートは、二次転写装置22で搬送して定着装置25へと送り込み、定着装置25で熱と圧力とを加えて転写画像を定着して後、切換爪55で切り換えて排出ローラ56で排出し、排紙トレイ57上にスタックする。または、切換爪55で切り換えてシート反転装置28に入れ、そこで反転して再び転写位置へと導き、裏面にも画像を記録して後、排出ローラ56で排紙トレイ57上に排出する。
一方、画像転写後の中間転写ベルト10は、中間転写ベルトクリーニング装置17で、画像転写後に中間転写ベルト10上に残留する残留トナーを除去し、タンデム画像形成装置20による再度の画像形成に備える。
以下実施例により本発明を更に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。尚、以下において特に表記するもの以外、「部」及び「%」は重量基準で示すものとする。
製造例1
[変性ポリエステル系樹脂(A−1)の合成]
冷却管、撹拌機及び窒素導入管の付いた反応槽中に、ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物358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381部、イソフタル酸200部、テレフタル酸127部及びジブチルチンオキサイド2部を入れ、常圧で230℃で8時間反応させ、更に10〜15mmHgの減圧で脱水しながら5時間反応させて水酸基価25、酸価0.9のポリエステルプレポリマーを得た。更に80℃まで冷却し、酢酸エチル364部とイソホロンジイソシアネート98部を加えて110℃で2時間反応を行いMw12,000、NCO含量1.29%の変性ポリエステル系樹脂(A−1)の酢酸エチル溶液(固形分濃度75%)を得た。
製造例2
[アミンのブロック化物(B)の合成]
撹拌棒及び温度計のついた反応槽中にイソホロンジアミン30部とメチルエチルケトン70部を仕込み、50℃で5時間反応を行いアミンのブロック化物(B)を得た。
製造例3
[低分子量ポリエステルの合成]
ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物378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402部、イソフタル酸100部、テレフタル酸205部及びジブチルチンオキサイド2部を入れ、常圧下、230℃で6時間重縮合させ、次いで10〜15mmHgの減圧で脱水しながら5時間反応させて、Mn2,800、Mw5,100、水酸基価53、酸価1.2の低分子量ポリエステルを得た。
製造例4
[カーボンブラックマスターバッチ樹脂の合成]
水1,200部、カーボンブラック(Printex35 デクサ製)540部〔DBP吸油量=42ml/100mg、pH=9.5〕、製造例3で得た低分子量ポリエステル樹脂1,200部を加え、加圧ニーダーで混合し、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、カーボンブラックマスターバッチ樹脂を得た。
実施例1
[トナー母体粒子(1)の合成]
ビーカー内にカーボンブラックマスターバッチ樹脂100部と、ビーズミルで平均粒経が0.5μmになるまで湿式分散したカルナバワックスの酢酸エチル溶液(ワックス濃度10%)50部、および酢酸エチル70部を加え均一に分散するまで攪拌した。さらに、変性ポリエステル系樹脂(A−1)の酢酸エチル溶液20部、アミンのブロック化物(B)1.2部を混合して、固形分濃度50%の樹脂と着色剤の調整液(1)を得た。このビーカーに水560部、ポリメタクリル酸メチル微粒子分散水溶液(花王社製:PB−200H)を固形分換算で3.6部、及びドデシルナフタレンスルホン酸ナトリウム塩3部を添加した後、TKホモミキサー(特殊機化製)を使用し、回転数12,000rpmで25℃で1分間混合し、乳化分散液(X)を得た。
この乳化分散液(X)100部をヘリカルリボン型3段攪拌翼付きのステンレス製コルベンに移し、回転数60rpmで攪拌しながら、減圧下(10kPa)で25℃、6時間の条件で乳化液中の濃度が8%となるまで酢酸エチルを脱溶剤して乳化分散液(Y−1)を得た。
この乳化分散液(Y−1)に、カルボキシメチルセルロース(セロゲンHH、第一工業製薬社製)1.9部を添加し増粘したのち(増粘を開始する時間は乳化分散液調整後10時間)、回転数300rpmで攪拌してシェアを与えながら、減圧下(10kPa)で乳化液中の酢酸エチル濃度が3%となるまで酢酸エチルを脱溶剤し、さらに回転数を60rpmに落として、引き続き酢酸エチル濃度が1%となるまで脱溶剤した。増粘後の乳化液の粘度は6,000mPa・sであった。
この乳化液100部を遠心分離し、回収したケーキに更に水60部を加えて遠心分離して固液分離する工程を5回繰り返した後、35℃で48時間乾燥してトナー母体粒子(1)を得た。(1)の物性値を表1に示す。
実施例2
[トナー母体粒子(2)の合成]
カルボキシメチルセルロースを添加して増粘を開始する時間を乳化分散液調整後13時間に変更した以外は実施例1と同様の操作でトナー母体粒子(2)を得た。(2)の物性値を表1に示す。
実施例3
[トナー母体粒子(3)の合成]
乳化分散液(X)を脱溶剤して乳化液(Y−1)にする際の脱溶剤条件を、減圧下(5〜10kPa)で25℃、6時間の条件で、乳化液中の酢酸エチル濃度が6%となるまで酢酸エチルを脱溶剤して、カルボキシメチルセルロースを添加して増粘を開始する時間を乳化分散液調整後8時間、カルボキシメチルセルロースを2.2部、増粘後の粘度を8,000mPa・sに変更した以外は実施例1と同様の操作でトナー母体粒子(3)を得た。(3)の物性値を表1に示す。
実施例4
[トナー母体粒子(4)の合成]
乳化分散液(X)を脱溶剤して乳化液(Y−1)にする際の脱溶剤条件を、減圧下(10kPa)で25℃、7時間の条件で、乳化液中の酢酸エチル濃度が5%となるまで酢酸エチルを脱溶剤して、カルボキシメチルセルロースを添加して増粘を開始する時間を乳化分散液調整後12時間、カルボキシメチルセルロースを2.8部、増粘後の粘度を18,000mPa・sに変更した以外は実施例1と同様の操作でトナー母体粒子(4)を得た。(4)の物性値を表1に示す。
比較例1
[トナー母体粒子(5)の合成]
乳化分散液(X)100部を攪拌翼付きのステンレス製コルベンに移し、回転数60rpmで攪拌しながら減圧下(10kPa)、25℃、2時間の条件で乳化液中の酢酸エチル濃度が15%となるまで酢酸エチルを脱溶剤して乳化分散液(Y−1)を得た。
この乳化分散液(Y−1)にカルボキシメチルセルロース1.9部を添加し増粘したのち(増粘を開始する時間は乳化分散液調整後10時間)、回転数300rpmで攪拌して2時間シェアを与えた。増粘後の乳化液の粘度は4,000mPa・sであった。
この乳化液100部を30分静置したのちに、900部のイオン交換水を加え、シェアを与えないようにゆるやかに攪拌し均一にして、酢酸エチル濃度1%としてから遠心分離し、回収したケーキに更に水60部を加えて遠心分離して固液分離する工程を5回繰り返した後、35℃で48時間乾燥してトナー母体粒子(5)を得た。(5)の物性値を表1に示す。
比較例2
[トナー母体粒子(6)の合成]
増粘後の攪拌回転数600rpmに変更した以外は実施例1と同様の操作でトナー母体粒子(6)を得た。(6)の物性値を表1に示す。
次に、得られた着色粉体のトナー母体粒子(1)〜(6)各々100部に対し、帯電制御剤(オリエント化学社製 ボントロン E−84)0.25部をQ型ミキサー(三井鉱山社製)に仕込み、タービン型羽根の周速を50m/secに設定し、2分間運転、1分間休止を5サイクル行い、合計の処理時間を10分間とした。
さらに、疎水性シリカ(H2000、クラリアントジャパン社製)を0.5部添加し、周速を15m/secとして30秒混合、1分間休止を5サイクル行い、ブラックトナーa〜fを得た。
[キャリア製造例]
シリコーン樹脂(オルガノストレートシリコーン) 100部
トルエン 100部
γ−(2−アミノエチル)アミノプロピルトリメトキシシラン 5部
カーボンブラック 10部
上記混合物をホモミキサーで20分間分散し、コート層形成液を調整した。このコート層形成液を流動床型コーティング装置を用いて、粒径50μmの球状マグネタイト1,000部の表面にコーティングして磁性キャリアAを得た。
上記トナーa〜f4部と、上記磁性キャリアA96部とをボールミルで混合し、二成分現像剤1〜6を作製し、以下の評価を行った。
評価結果を表1に併せて示す。
(ホットオフセット評価)
定着ローラとして(株)リコー製複写機imagio NEO450の定着部を改造した装置を用いて、これにリコー製のタイプ6200紙をセットし複写テストを行った。定着画像へのホットオフセットの有無を目視評価した。ホットオフセットが確認されなかったものを「○」、確認されたものを「×」として評価した。
(かぶり評価)
感光体に当接するクリーニングブレードおよび帯電ローラを有する(株)リコー製複写機imagio NEO450に、上記現像剤を用いて、現像スリーブの回転方向に対して垂直な方向に1cm間隔で黒ベタと白ベタを繰り返したA4横チャート(画像パターンA)を10万枚出力したのち、白紙画像を出力し、かぶりの有無を目視評価した。かぶりが確認されなかったものを「○」、確認されたものを「×」として評価した。
(クリーニング性評価)
(株)リコー製複写機imagio NEO450に上記現像剤を用いて、現像スリーブの回転方向に対して垂直な方向に1cm間隔で黒ベタと白ベタを繰り返したA4横チャート(画像パターンA)をスタート(10枚)、1万枚、10万枚出力したのち、清掃工程を通過した感光体上の転写残トナーをスコッチテープ(住友スリーエム(株)製)で白紙に移し、それをマクベス反射濃度計RD514型で測定し、ブランクとの差が0.01以下のものを「○(良好)」、それを越えるものを「×(不良)」として評価した。
Figure 2005173578
表1を見て分かるとおり、実施例1〜4で得られた本発明のトナーは、トナーの異形化が良好に行われており、クリーニング性に優れると共に、耐ホットオフセット性も良好で、帯電性能も安定しているために画像のかぶりもない、良好な結果が得られた。
一方、比較例1のトナーは、異形化が十分でなく、クリーニング性に劣るものであった。また、比較例2のトナーは、異形化はされているが、異形化工程後に含まれる微粉含有率の増加により、経時でのクリーニング性低下、耐ホットオフセット性の低下、画像のかぶりが見られた。
本発明のトナーの形状を模式的に示す図である。 本発明に係る画像形成装置の一例を示す概略構成図である。
符号の説明
4 現像装置
10 中間転写ベルト(中間転写体)
18 画像形成手段
21 露光装置
25 定着装置
40 感光体(潜像担持体)
22 二次転写装置
62 一次転写手段
100 複写装置本体
200 給紙テーブル
300 スキャナ
400 原稿自動搬送装置

Claims (16)

  1. 少なくとも、バインダ樹脂、着色剤を含んで構成され、静電荷像の現像に用いられる乾式トナーであって、
    前記トナーは、有機溶媒中に反応可能な変性ポリエステル系樹脂(A)と活性水素基を有する化合物(B)からなるバインダ成分を含むトナー組成物を溶解又は分散させて得られる油層を、水系媒体中に分散させて乳化分散液を得、該乳化分散液中で変性ポリエステル系樹脂(A)を活性水素基を有する化合物(B)と伸長及び/又は架橋反応させトナー粒子を形成し、乳化分散液中の有機溶媒を除去しながら剪断力をかけ、平均円形度の値が0.90〜0.96になるようにトナー粒子を異形化する工程を経て製造されるトナーであり、
    前記異形化工程前後における前記乳化分散液に含まれるトナー粒子の微粉含有率(粒径3.17μm以下)の差を10個数%以下として製造される
    ことを特徴とするトナー。
  2. 請求項1に記載のトナーにおいて、
    前記トナー粒子を含む乳化分散液中の有機溶媒の濃度は、前記異形化工程において2〜10重量%に調整される
    ことを特徴とするトナー。
  3. 請求項1又は2に記載のトナーにおいて、
    前記トナー粒子を含む乳化分散液に水溶性の増粘剤が添加される
    ことを特徴とするトナー。
  4. 請求項3に記載のトナーにおいて、
    前記乳化分散液と増粘剤との混合液の粘度は、前記異形化工程において5,000〜50,000mPa・s/25℃に調整される
    ことを特徴とするトナー。
  5. 請求項4に記載のトナーにおいて、
    前記乳化分散液と増粘剤との混合液の粘度が調整されるのは、前記乳化分散液が作製された後、5〜30時間を経過してからとする
    ことを特徴とするトナー。
  6. 請求項1ないし5のいずれかに記載のトナーにおいて、
    前記トナーに含まれる粒径が3.17μm以下の微粉の割合は5〜20個数%である
    ことを特徴とするトナー。
  7. 請求項1ないし6のいずれかに記載のトナーにおいて、
    前記トナーは紡錘形状である
    ことを特徴とするトナー。
  8. 請求項7に記載のトナーにおいて、
    前記トナーの形状は、長軸r1、短軸r2、厚さr3で規定され(但し、r1>r2≧r3とする。)、長軸r1と短軸r2との比(r2/r1)が0.5〜0.8の範囲にあり、厚さr3と短軸r2との比(r3/r2)が0.7〜1.0の範囲にある
    ことを特徴とするトナー。
  9. 請求項1ないし8のいずれかに記載のトナーにおいて、
    前記トナーは、体積平均粒径が3.0〜8.0μmで、体積平均粒径(Dv)と個数平均粒径(Dn)との比(Dv/Dn)が1.00〜1.40の範囲にある
    ことを特徴とするトナー。
  10. 請求項1ないし9のいずれかに記載のトナーにおいて、
    前記トナーは、形状係数SF−1が100〜180の範囲にあり、形状係数SF−2が100〜180の範囲にある
    ことを特徴とするトナー。
  11. 潜像担持体上に形成された静電潜像を現像する現像剤であって、
    該現像剤は、請求項1ないし10のいずれかに記載のトナーを使用した一成分現像剤である
    ことを特徴とする現像剤。
  12. 潜像担持体上に形成された静電潜像を現像する現像剤であって、
    該現像剤は、磁性キャリアと請求項1ないし10のいずれかに記載のトナーとからなる二成分現像剤である
    ことを特徴とする現像剤。
  13. 現像剤担持体によって現像剤を担持、搬送し、潜像担持体との対向位置において電界を形成し、潜像担持体上の静電潜像を現像する現像装置であって、
    該現像装置は、請求項11又は12に記載の現像剤を使用する
    ことを特徴とする現像装置。
  14. 潜像を担持する潜像担持体と、該潜像担持体表面に形成された静電潜像にトナーを供給し、可視像化する現像手段とを少なくとも含んで一体に支持され、画像形成装置本体に着脱自在に形成されるプロセスカートリッジにおいて、
    該現像手段は、請求項13に記載の現像装置である
    ことを特徴とするプロセスカートリッジ。
  15. 潜像を担持する潜像担持体と、該潜像担持体表面に均一に帯電を施す帯電手段と、帯電した該潜像担持体の表面に画像データに基づいて露光し、静電潜像を書き込む露光手段と、該潜像担持体表面に形成された静電潜像にトナーを供給し、可視像化する現像手段と、該潜像担持体表面の可視像を記録部材に転写する転写手段と、記録部材上の可視像を定着させる定着手段とを備える画像形成装置において、
    該現像手段は、請求項13に記載の現像装置である
    ことを特徴とする画像形成装置。
  16. 少なくとも、バインダ樹脂、着色剤を含んで構成され、静電荷像の現像に用いられる乾式トナー用母体粒子であって、
    前記トナー用母体粒子は、有機溶媒中に反応可能な変性ポリエステル系樹脂(A)と活性水素基を有する化合物(B)からなるバインダ成分を含むトナー組成物を溶解又は分散させて得られる油層を、水系媒体中に分散させて乳化分散液を得、該乳化分散液中で変性ポリエステル系樹脂(A)を活性水素基を有する化合物(B)と伸長及び/又は架橋反応させ粒子を形成し、乳化分散液中の有機溶媒を除去しながら剪断力をかけ、平均円形度の値が0.90〜0.96になるように粒子を異形化する工程を経て製造されるトナー用母体粒子であり、
    前記異形化工程前後における前記乳化分散液に含まれる粒子の微粉含有率(粒径3.17μm以下)の差を10個数%以下として製造される
    ことを特徴とするトナー用母体粒子。
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