JP2007108694A - トナー及びその製造方法、並びに現像剤、トナー入り容器、プロセスカートリッジ、画像形成方法及び画像形成装置 - Google Patents

トナー及びその製造方法、並びに現像剤、トナー入り容器、プロセスカートリッジ、画像形成方法及び画像形成装置 Download PDF

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Abstract

【課題】シャープな粒度分布を有し、帯電性、環境性、経時安定性などのトナー特性が良好であり、かつ低コストであり、廃液が生じず、乾燥工程が不要であり、残留モノマーを含有せず、環境負荷が小さいトナーの製造方法、及び該トナーの製造方法により製造されるトナー等の提供。
【解決手段】超臨界流体及び亜臨界流体の少なくともいずれか中で、少なくとも重合性モノマーを重合させてトナーを造粒し、前記超臨界流体及び亜臨界流体の少なくともいずれかが、フッ素系界面活性剤を含有し、前記重合性モノマーの重合物が、前記超臨界流体及び亜臨界流体の少なくともいずれかに不溶であるトナーの製造方法及び該製造方法により製造されたトナーである。
【選択図】図1

Description

本発明は、電子写真法、静電記録法、静電印刷法等に好適に用いられるトナー及びその製造方法、並びに該トナーを用いた現像剤、トナー入り容器、プロセスカートリッジ、画像形成方法及び画像形成装置に関する。
電子写真法としては、一般には、光導電性物質を利用した感光体(以下、「静電潜像担持体」、「像担持体」、「電子写真感光体」と称することもある)に種々の手段を用いて静電潜像を形成する静電潜像形成工程、トナーを用いて静電潜像を現像してトナー像を形成する現像工程、トナー像を紙等の記録媒体に転写する転写工程、記録媒体に転写されたトナー像を加熱、圧力、熱圧、溶剤蒸気等により記録媒体に定着させる定着工程、感光体に残存したトナーを除去するクリーニング工程等から成り立っている。
電子写真法で用いられるトナーは、省エネルギーで、環境に対する影響の少ない方法を用いて製造することが求められている。このようなトナーの製造方法としては、粉砕法が知られているが、近年では、溶媒中でトナーを製造するケミカル法(例えば、乳化凝集法、懸濁重合法、乳化分散法、溶解懸濁法、溶解懸濁伸長法等)が主流となりつつある。
前記懸濁重合法は、水系媒体中に、モノマー、重合開始剤などを含むトナー材料を分散させて油滴を形成させ、その後、昇温して重合反応させることによりトナーを製造する方法である。
前記乳化分散法は、ポリマーなどを含むトナー材料と水系媒体とを混合し、乳化乃至分散させることにより油滴を形成させてトナーを製造する方法である(特許文献1、及び特許文献2参照)。また、前記溶解懸濁法は、結着樹脂を該結着樹脂が溶解可能な有機溶媒中に添加してなる油性成分を水性成分中で懸濁させて、粒子化し、懸濁液を調製する工程と、懸濁液から有機溶媒を除去する工程とを有する方法である(特許文献3参照)。
このようなケミカル法を用いて製造されるトナーとしては、近年の環境問題に配慮する観点から、カプセルトナーやコアシェルトナーという所望の機能を効果的に発現することが可能な形態を有するものが知られている。
また、前記粉砕法によるトナーの製造方法においては、得られるトナーの形状の均一性を確保するためには、各構成材料を均一に分散させて、粉砕することが重要となる。基本的には、粉砕トナーの形状は、不定形であり、粉砕断面がランダムとなることから、形状や構造を制御するのは、困難である。また、着色剤、離型剤、帯電制御剤等の添加剤を多量に添加すると、粉砕工程の際に、添加剤の結晶面でへき開することにより、添加剤が表面に露出しやすく、個々のトナー粒子内で帯電性の偏り等が発生して、流動性、帯電性能等のトナー特性が低下するという問題がある。
一方、前記ケミカル法は、前記粉砕法と比較して、粒子径が小さく、粒子径分布の狭いトナーを製造することができる。しかし、水中又は親水性溶媒中でトナーが造粒されることから、トナーの表面が親水性となり、帯電性能の低下、経時安定性及び環境特性の不安定化を引き起こし、現像及び転写不良、トナー飛散、画質低下等の問題を誘発する。更に、ケミカル法は、廃液が多いことや、トナーを乾燥させるためのエネルギーが大きいといった問題があり、環境負荷の面からも好ましくない。そこで、最近、超臨界流体を用いたトナーの製造方法が開発されている。
このような超臨界流体を用いたトナーの製造方法として、例えば、特許文献4には、急速膨張(RESS;Rapid Expansion of Supercritical Solutions)法を用いたトナー粒子の造粒方法が提案されている。しかし、この提案の方法は、超臨界流体に溶解する樹脂しか用いることができず、使用できる樹脂の選択幅が小さい。例えば、トナー中に必要とされるH体と呼ばれる高分子量成分(ゲル)やトナー分野で一般的に使用されている安価で性能の良いスチレン−アクリル系樹脂やポリエステル系樹脂などの超臨界流体に対する溶解度は極端に低く、通常、そのままでは用いることができないという課題がある。
前記課題を改良するため、例えば特許文献5、特許文献6、及び特許文献7では、超臨界流体中で樹脂を溶解するのではなく、予め溶融混練した着色樹脂を不溶解の状態で分散剤を用い、剪断力を与えて粒子化する方法を提案している。しかし、これらの方法では、材料選択の幅は広がるが、粒径分布が広くなるという欠点があり、特に最近のトナーで要求される高精細な画像を得るためには、粒径分布が広いことは致命的な欠点となる。
したがって、シャープな粒度分布を有し、帯電性、環境性、経時安定性などのトナー特性が良好であり、かつ廃液も発生せず、残留モノマーも含有せず、乾燥工程が不要であり、低コストであるトナーの製造方法及び該トナーの製造方法により製造されたトナー、並びに該トナーを用いた画像形成方法等については、未だ十分満足できる性能を有するものが提供されていないのが現状である。
特開平5−66600号公報 特開平8−211655号公報 特許第3141783号公報 特開2001−312098号公報 特開2004−161824号公報 特開2004−144778号公報 特開2005−107405号公報
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、シャープな粒度分布を有し、帯電性、環境性、経時安定性などのトナー特性が良好であり、かつ低コストであり、廃液が生じず、乾燥工程が不要であり、残留モノマーを含有せず、環境負荷が小さいトナーの製造方法、及び該トナーの製造方法により製造されるトナー、並びに該トナーを用いた現像剤、トナー入り容器、プロセスカートリッジ、画像形成方法及び画像形成装置を提供することを目的とする。
前記課題を解決するための手段としては、以下の通りである。
<1> 超臨界流体及び亜臨界流体の少なくともいずれか中で、少なくとも重合性モノマーを重合させてトナーを造粒するトナーの製造方法であって、
前記超臨界流体及び亜臨界流体の少なくともいずれかがフッ素系界面活性剤を含有し、
前記重合性モノマーの重合物が、前記超臨界流体及び亜臨界流体の少なくともいずれかに不溶であることを特徴とするトナーの製造方法である。
<2> 超臨界流体及び亜臨界流体の少なくともいずれかが、少なくとも二酸化炭素を含む前記<1>に記載のトナーの製造方法である。
<3> フッ素系界面活性剤が、下記一般式(1)で表される構成単位を有する化合物である前記<1>から<2>のいずれかに記載のトナーの製造方法である。
ただし、前記一般式(1)中、Rは、水素原子、及び炭素数が1〜4のアルキル基のいずれかを表す。Rは、炭素数が1〜4の置換又は無置換のアルキレン基を表す。Rfは、炭素数が1〜20のパーフルオロアルキル基を表す。
<4> 一般式(1)におけるRfが炭素数4〜20のパーフルオロアルキル基を表し、Rが水素原子、Rがメチレン基、及びRfがC15を同時に満たす場合を除く前記<3>に記載のトナーの製造方法である。
<5> フッ素系界面活性剤中の一般式(1)で表される構成単位の組成比率が、1〜100モル%である前記<3>から<4>のいずれかに記載のトナーの製造方法である。
<6> フッ素系界面活性剤が、下記一般式(2)で表される化合物を含有する前記<1>から<2>のいずれかに記載のトナーの製造方法である。
ただし、前記一般式(2)中、Rは、水素原子、及び炭素数が1〜4のアルキル基のいずれかを表す。Rは、炭素数が1〜4の置換又は無置換のアルキレン基を表す。Rfは、炭素数が1〜20のパーフルオロアルキル基を表す。
<7> フッ素系界面活性剤が、下記一般式(2)で表される化合物を反応させることにより得られる化合物である前記<1>から<2>のいずれかに記載のトナーの製造方法である。
前記一般式(2)中、Rは、水素原子、及び炭素数が1〜4のアルキル基のいずれかを表す。Rは、炭素数が1〜4の置換又は無置換のアルキレン基を表す。Rfは、炭素数が1〜20のパーフルオロアルキル基を表す。
<8> 一般式(2)におけるRfが炭素数4〜20のパーフルオロアルキル基を表し、Rが水素原子、Rがメチレン基、及びRfがC15を同時に満たす場合を除く前記<6>から<7>のいずれかに記載のトナーの製造方法である。
<9> 反応が、超臨界二酸化炭素中で行われる前記<7>から<8>のいずれかに記載のトナーの製造方法である。
<10> 反応が、塊状重合及びリビングラジカル重合のいずれかである前記<7>から<9>のいずれかに記載のトナーの製造方法である。
<11> フッ素系界面活性剤の質量平均分子量が、400〜1000万である前記<1>から<10>のいずれかに記載のトナーの製造方法である。
<12> フッ素系界面活性剤の含有量が、重合性モノマー100質量部に対し0.01〜50質量部である前記<1>から<11>のいずれかに記載のトナーの製造方法である。
<13> 8〜100MPaの加圧下で重合性モノマーを重合する前記<1>から<12>のいずれかに記載のトナーの製造方法である。
<14> 30〜150℃の加熱下で重合性モノマーを重合する前記<1>から<13>のいずれかに記載のトナーの製造方法である。
<15> 超臨界流体及び亜臨界流体の少なくともいずれか中に、離型剤を含有する前記<1>から<14>のいずれかに記載のトナーの製造方法である。
<16> 前記<1>から<15>のいずれかに記載のトナーの製造方法により製造されることを特徴とするトナーである。
<17> 質量平均粒径が3〜10μmであり、該質量平均粒径と個数平均粒径との比(質量平均粒径/個数平均粒径)が1.00〜1.25である前記<16>に記載のトナーである。
<18> 帯電制御剤を含有する前記<16>から<17>のいずれかに記載のトナーである。
<19> 前記<16>から<18>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。
<20> キャリアを更に含有する前記<19>に記載の現像剤である。
<21> 前記<16>から<18>のいずれかに記載のトナーが充填されてなることを特徴とするトナー入り容器である。
<22> 静電潜像担持体と、該静電潜像担持体上に前記<16>から<18>のいずれかに記載のトナーで静電潜像を現像して可視像を形成する現像手段を少なくとも有し、画像形成装置本体に着脱可能であることを特徴とするプロセスカートリッジである。
<23> 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、前記静電潜像を前記<16>から<18>のいずれかに記載のトナーを用いて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する定着工程とを少なくとも含むことを特徴とする画像形成方法である。
<24> 交互電界を印加して、前記像担持体に担持された静電潜像を現像することを特徴とする前記<23>に記載の画像形成方法である。
<25> 静電潜像担持体と、該静電潜像担持体上に静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、前記静電潜像を前記<16>から<18>のいずれかに記載のトナーを用いて現像して可視像を形成する現像手段と、前記可視像を記録媒体に転写する転写手段と、前記記録媒体に転写された転写像を定着させる定着手段とを少なくとも有することを特徴とする画像形成装置である。
<26> 像担持体は、有機感光体又はアモルファスシリコン感光体である前記<25>に記載の画像形成装置である。
<27> 発熱体を具備する加熱体と、該加熱体と接触するフィルムと、該フィルムを介して該加熱体と圧接する加圧部材を有し、該フィルムと該加圧部材の間に前記可視像が転写された記録媒体を通過させて加熱定着する定着手段を有する前記<25>から<26>のいずれかに記載の画像形成装置である。
本発明のトナーの製造方法は、超臨界流体及び亜臨界流体の少なくともいずれか中で、少なくとも重合性モノマーを重合させてトナーを造粒し、
前記超臨界流体及び亜臨界流体の少なくともいずれかが、フッ素系界面活性剤を含有し、前記重合性モノマーの重合物が、前記超臨界流体及び亜臨界流体の少なくともいずれかに不溶である。
本発明のトナーの製造方法においては、水系媒体の代わりに超臨界流体及び亜臨界流体の少なくともいずれかを用い、該超臨界流体及び亜臨界流体の少なくともいずれか中で、重合性モノマーの重合と、トナーへの造粒を行うことによって、シャープな粒度分布を有し、帯電性能等のトナー特性が良好であり、かつ低コスト、低環境負荷であるトナーを効率よく製造することができる。
本発明のトナーは、本発明の前記トナーの製造方法により製造されるので、シャープな粒度分布を有し、帯電性、環境性、経時安定性などのトナー特性が良好である。
本発明の現像剤は、本発明の前記トナーを含む。このため、該現像剤を用いて電子写真法により画像形成を行うと、シャープな粒度分布を有し、帯電性能等のトナー特性が良好であり、高画質な画像が得られる。
本発明のトナー入り容器は、本発明の前記トナーを容器中に収容してなる。このため、該トナー入り容器に収容されたトナーを用いて電子写真法により画像形成を行うと、シャープな粒度分布を有し、帯電性能等のトナー特性が良好であり、良好な高精細画像を形成することができる。
本発明のプロセスカートリッジは、静電潜像担持体と、該静電潜像担持体上に形成した静電潜像を本発明の前記トナーを用いて現像し可視像を形成する現像手段とを少なくとも有する。該プロセスカートリッジは、画像形成装置に着脱可能であり、利便性に優れ、また、本発明の前記トナーを用いるので、その結果、シャープな粒度分布を有し、帯電性能等のトナー特性が良好であり、高画質な画像が得られる。
本発明の画像形成方法は、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、前記静電潜像を本発明の前記トナーを用いて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少なくとも含む。該本発明の画像形成方法においては、前記静電潜像形成工程において、静電潜像担持体上に静電潜像が形成される。前記現像工程において、前記静電潜像が本発明の前記トナーを用いて現像され、可視像が形成される。前記転写工程において、前記可視像が記録媒体に転写される。前記定着工程において、前記記録媒体に転写された転写像が定着される。その結果、高画像濃度で高鮮鋭な高品質画像が得られる。
本発明の画像形成装置は、静電潜像担持体と、該静電潜像担持体上に静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、該静電潜像を本発明の前記トナーを用いて現像して可視像を形成する現像手段と、該可視像を記録媒体に転写する転写手段と、記録媒体に転写された転写像を定着させる定着手段とを少なくとも有する。該画像形成装置においては、前記静電潜像形成手段が、前記静電潜像担持体上に静電潜像を形成する。前記現像手段が静電潜像を本発明の前記トナーを用いて現像して可視像を形成する。前記転写手段が、前記可視像を記録媒体に転写される。前記定着手段が、前記記録媒体に転写された転写像を定着させる。その結果、高画質な電子写真画像が形成できる。
本発明によると、従来における諸問題を解決することができ、シャープな粒度分布を有し、帯電性、環境性、経時安定性などのトナー特性が良好であり、かつ低コストであり、廃液が生じず、乾燥工程が不要であり、残留モノマーを含有せず、環境負荷が小さいトナーの製造方法、及び該トナーの製造方法により製造されるトナー、並びに該トナーを用いた現像剤、トナー入り容器、プロセスカートリッジ、画像形成方法及び画像形成装置を提供することができる。
(トナー及びトナーの製造方法)
本発明のトナーは、本発明のトナーの製造方法により製造される。
本発明のトナーの製造方法は、超臨界流体及び亜臨界流体の少なくともいずれか中で、少なくとも重合性モノマーを重合させてトナーを造粒する工程を含み、更に必要に応じてその他の工程を含んでなる。
前記超臨界流体及び亜臨界流体の少なくともいずれかが、フッ素系界面活性剤を含有し、前記重合性モノマーの重合物が、前記超臨界流体及び亜臨界流体の少なくともいずれかに不溶である。
以下、本発明のトナーの製造方法の説明を通じて、本発明のトナーの詳細についても明らかにする。
ここで、前記重合性モノマーの重合物が前記超臨界流体及び亜臨界流体の少なくともいずれかに不溶(非相溶)であるとは、のぞき窓が付いた高圧容器(内容積:50ml)内に試験材料としての重合性モノマーの重合物1gを入れ、超臨界流体及び亜臨界流体の少なくともいずれかを混合し、一定時間(例えば30分間)経過した後、高圧容器内を目視観察した時に、白濁又は相分離した状態であることを意味する。
前記重合性モノマーは、重合工程で得られる重合物(結着樹脂)が、画像を形成することが可能であれば、目的に応じて適宜選択することができるが、例えばビニルモノマー、スチレン、アクリル酸メチル、ジビニルベンゼン、アクリル酸n−ブチル、メタクリル酸n−ブチル、メタクリル酸2−エチルヘキシル等のラジカル重合性モノマーを用いることが好ましい。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。
前記超臨界流体は、気体と液体とが共存できる限界(臨界点)を超えた温度・圧力領域において非凝縮性高密度流体として存在し、圧縮しても凝縮を起こさず、臨界温度以上、かつ臨界圧力以上の状態にある流体である限り、目的に応じて適宜選択することができるが、臨界温度が低いものが好ましい。
また、亜臨界流体は、臨界点近傍の温度・圧力領域において高圧液体として存在すれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
本発明においては、超臨界流体又は亜臨界流体として、二酸化炭素を用いることが好ましい。該二酸化炭素は、臨界圧力が7.3MPaであり、臨界温度が31℃であるため、容易に超臨界状態を作り出せる共に、不燃性であるため、取り扱いが容易である。また、二酸化炭素は、非水系であるため、トナー特性が良好となる。
なお、本発明においては、超臨界二酸化炭素又は亜臨界二酸化炭素と共に、他の流体を併用することもできる。他の流体は、トナーを構成する材料の溶解度を制御しやすいことが好ましく、具体的には、NO、エタン、プロパン、エチレン等が挙げられる。
また、超臨界二酸化炭素又は亜臨界二酸化炭素と共に、エントレーナーとして、有機溶媒を併用することもできる。これにより、トナーを構成する材料の溶解度が制御しやすくなる。前記エントレーナーは、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、メタノール、エタノール、プロパノール、アンモニア、メラミン、尿素、チオエチレングリコール等が挙げられる。
本発明において、前記フッ素系界面活性剤としては、フッ素系ビニルモノマー、フッ素系ビニルモノマーを重合することにより得られる重合体などを用いることができる。前記フッ素系ビニルモノマーとしては、目的に応じて適宜選択することができるが、パーフルオロアルキル基を有するアクリル酸又はその誘導体、パーフルオロアルキル基を有するメタクリル酸又はその誘導体などが挙げられる。
前記フッ素系ビニルモノマーを重合することにより得られる重合体(単独重合体又は共重合体)としては、前記フッ素系モノマーの単独重合体、前記フッ素系モノマーとその他の重合性モノマーとの共重合体などが挙げられる。前記その他のモノマーとしては、例えばビニルモノマー、スチレン、アクリル酸メチル、ジビニルベンゼン、アクリル酸n−ブチル、メタクリル酸n−ブチル、メタクリル酸2−エチルヘキシルなどが挙げられる。
前記フッ素系ビニルモノマーを重合することにより得られる重合体としては、下記一般式(1)で表される構成単位を有する化合物であることが好ましい。
ただし、前記一般式(1)中、Rは、水素原子、及び炭素数が1〜4のアルキル基のいずれかを表す。Rは、炭素数が1〜4の置換又は無置換のアルキレン基を表す。Rfは、炭素数が1〜20のパーフルオロアルキル基を表す。
このとき、重合体中の一般式(1)で示される構成単位の組成比は、1〜100モル%であることが好ましく、10〜100モル%がより好ましい。この組成比が1モル%未満であると、二酸化炭素に対する界面活性能が不十分となることがある。
また、前記フッ素系ビニルモノマーは、下記一般式(2)で表される化合物を含有することが好ましい。
ただし、前記一般式(2)中、Rは、水素原子、及び炭素数が1〜4のアルキル基のいずれかを表す。Rは、炭素数が1〜4の置換又は無置換のアルキレン基を表す。Rfは、炭素数が1〜20のパーフルオロアルキル基を表す。
前記一般式(1)及び(2)において、Rは、水素原子又は炭素数が1〜4のアルキル基であり、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、s−ブチル基、t−ブチル基等が挙げられる。
は、炭素数が1〜4の置換又は無置換のアルキレン基であり、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、イソプロピレン基、2−ヒドロキシプロピレン基、ブチレン基、2−ヒドロキシブチレン基等が挙げられる。
Rfは、炭素数が1〜20のパーフルオロアルキル基が好ましく、炭素数4〜20のパーフルオロアルキル基がより好ましい。
なお、前記一般式(1)及び(2)において、Rが水素原子、Rがメチレン基、及びRfがC15を同時に満たす場合は除かれる。
前記フッ素系ビニルモノマーを重合することにより得られる重合体としては、上記一般式(2)で表される化合物を反応させることにより得られる化合物(単独重合体、共重合体)であることが好ましい。例えば、HCFC225等のフッ素系溶媒中でフッ素系ビニルモノマーを重合反応させることによって合成することができるが、HCFC225の代わりに超臨界二酸化炭素を反応溶媒として使用したものを用いることが、環境負荷を低減できるので好ましい。
前記重合反応は塊状重合及びリビングラジカル重合のいずれかであることが好ましい。
−塊状重合−
前記塊状重合としては、(1)減圧下、常圧下、又は加圧下、窒素等の不活性ガス雰囲気下の反応容器内で、重合性モノマーを含有する単量体組成物を加熱することにより重合性モノマーから発生する熱ラジカルにより重合が開始するものと、(2)減圧下、常圧下、又は加圧下、窒素等の不活性ガス雰囲気下の反応容器内で、ラジカル重合開始剤を重合性モノマーを含有する単量体組成物に添加し、該ラジカル重合開始剤から発生するラジカルにより重合が開始するものとがある。
前記ラジカル重合開始剤としては、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、ベンゾイルパーオキサイド、2,4−ジクロロベンゾイルパーオキサイド、p−クロロベンゾイルパーオキサイド、o−メチルベンゾイルパーオキサイド、ビス−3,5,5−トリメチルシクロヘキサノールパーオキサイド等のジアシルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、2,5−ジメチル−2,5−ジ−(t−ブチルパーオキシ)ヘキサン、t−ブチルクミルパーオキサイド、ジ−t−ブチルパーオキサイド、1,3−ビス−(t−ブチルパーオキシイソプロピル)ベンゼン等のジアルキルパーオキサイド;1,1−ジ−(t−ブチルパーオキシ)シクロヘキサン等のパーオキシケタール;t−ブチルパーオキシベンゾエート等のアルキルパーエステル;ジイソプロピルパーオキシジカーボネート等のパーカーボネート等の有機過酸化物;2,2’−アゾビス−イソブチロニトリル(以下、AIBNと略記することがある)、2,2’−アゾビス−2,4−ジメチルバレロニトリル、2,2’−アゾビスシクロヘキシルニトリル、1,1’−アゾビス(シクロヘキサン−1−カルボニトリル)、2−フェニルアゾ−4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル等のアゾ化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。
前記ラジカル重合開始剤の添加量が少なくなると、重合初期に殆ど使われてしまい、重合が完結しにくくなり、一方、多くなると、ラジカル発生量が多くなり充分な分子量の重合体が得られにくくなるため、前記重合性モノマー100質量部に対し、0.01〜2質量部が好ましく、0.01〜1.5質量部がより好ましい。また、この際の重合温度は、50〜220℃が好ましく、80〜150℃がより好ましい。
更に、上記の塊状重合においては、連鎖移動剤を添加することにより、得られる重合体の分子量を調整することもできる。前記連鎖移動剤としては、ラジカル重合性モノマーの重合や共重合に通常使用されるものであれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えばメチルメルカプタン、t−ブチルメルカプタン、デシルメルカプタン、ベンジルメルカプタン、ラウリルメルカプタン、ステアリルメルカプタン、n−ドデシルメルカプタン、t−ドデシルメルカプタン、メルカプト酢酸、メルカプトプロピオン酸等のメルカプタン類;メタノール、プロパノール、ブタノール、イソブタノール、t−ブタノール、ヘキサノール、ベンジルアルコール、アリルアルコール等のアルコール類;クロロエタン、フルオロエタン、トリクロロエチレン、四塩化炭素等のハロゲン化炭化水素類などが挙げられる。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、メルカプタン類、n−ドデシルメルカプタンが特に好ましい。なお、前記連鎖移動剤は、重合する前に反応容器に一括で仕込んでもよいし、重合する際に連続又は逐次添加しても構わない。
前記連鎖移動剤の添加量は、前記重合性モノマー100質量部に対し0.01〜1質量部が好ましく、0.05〜0.5質量部がより好ましい。前記添加量が0.01質量部未満であると、重合系の粘度が高くなるために製造しにくくなることがあり、1質量部を超えると、得られる重合体の分子量が低下することがある。
上記の重合を停止させる方法としては、成長ラジカルの連鎖移動が停止し消滅するものであれば特に制限はなく、公知の方法の中から適宜選択することができ、例えば、(1)重合液に50〜5,000ppmの重合停止剤を加える方法、(2)酸素や空気を重合液に吹き込む方法、(3)重合液を40℃以下に冷却する方法などが挙げられる。これらは単独でもよいし、複数を組み合わせても差し支えない。
前記重合停止剤とは、重合性モノマー及び重合開始剤の少なくともいずれかから発生するラジカルと速やかに反応して、引き続き重合を起こさないような安定なラジカル又は中性物質に変換する化合物を意味する。前記重合停止剤としては、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p−ベンゾキノン、ナフトキノン、フェナンスラキノン、2,5−ジフェニル−p−ベンゾキノン等のキノン類;ヒドロキノン、p−t−ブチルカテコール、2,5−ジ−t−ブチルヒドロキノン、モノ−t−ブチルヒドロキノン、2,5−ジ−t−ブチルヒドロキノン等のヒドロキノン類;ジ−t−ブチル・パラクレゾールヒドロキノンモノメチルエーテル、α−ナフトール等のフェノール類;ナフテン酸銅等の有機・無機銅塩;アセトアミジンアセテート、アセトアミジンサルフェート等のアミジン類;フェニルヒドラジン塩酸塩、ヒドラジン塩酸塩等のヒドラジン塩類;トリメチルベンジルアンモニウムクロリド、ラウリルピリジニウムクロリド、セチルトリメチルアンモニウムクロリド、フェニルトリメチルアンモニウムクロリド等の第四級アンモニウム塩類;ピロガロール、タンニン酸、レゾルシノール等の多価フェノール類;ニトロ化合物、オキシム類などが挙げられる。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。
−リビングラジカル重合−
前記リビングラジカル重合法は、TEMPO(2,2,6,6−tetramethylpiperidinyl-1-oxy)法、ヨウ素移動重合法の2つのリビングラジカル重合法を用いるのが好ましい。TEMPO法については、M.K.GeorgesらによるTrends Polym.Sci.,2巻、66ページ(1994年)の報告を参照することができる。また、前記ヨウ素移動重合法については、M.Tatemotoによる高分子論文集、49巻、765ページ(1992年)の報告を参照することができる。
前記TEMPO法では、一般に安定なニトロキシフリーラジカル(=N−O・)をラジカルキャッピング剤として用いる。このような化合物類としては、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2,2,6,6−置換−1−ピペリジニルオキシラジカル、2,2,5,5−置換−1−ピロリジニルオキシラジカル、環状ヒドロキシアミンからのニトロキシフリーラジカルなどが挙げられる。前記置換基としてはメチル基やエチル基等の炭素数4以下のアルキル基が好適である。
前記ニトロキシフリーラジカル化合物としては、例えば、2,2,6,6−テトラメチル−1−ピペリジニルオキシラジカル(TEMPO)、2,2,6,6−テトラエチル−1−ピペリジニルオキシラジカル、2,2,6,6−テトラメチル−4−オキソ−1−ピペリジニルオキシラジカル、2,2,5,5−テトラメチル−1−ピロリジニルオキシラジカル、1,1,3,3−テトラメチル−2−イソインドリニルオキシラジカル、N,N−ジ−t−ブチルアミンオキシラジカルなどが挙げられる。なお、ニトロキシフリーラジカルの代わりに、ガルビノキシル(galvinoxyl)フリーラジカル等の安定なフリーラジカルを用いることもできる。
これらのラジカルキャッピング剤は、熱ラジカル発生剤とともに併用される。ラジカルキャッピング剤と熱ラジカル発生剤との反応生成物が重合開始剤となって付加重合性モノマーの重合が進行すると考えられる。両者の併用割合は特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、ラジカルキャッピング剤1モルに対し、前記熱ラジカル発生剤0.1〜10モルが好ましい。
前記熱ラジカル発生剤としては、特に制限はなく、種々の化合物を使用することができるが、重合温度条件下で、ラジカルを発生しうるパーオキシドやアゾ化合物が好ましい。
前記パーオキシドとしては、例えばベンゾイルパーオキシド、ラウロイルパーオキシド等のジアシルパーオキシド類;ジクミルパーオキシド、ジ−t−ブチルパーオキシド等のジアルキルパーオキシド類;ジイソプロピルパーオキシジカーボネート、ビス(4−t−ブチルシクロヘキシル)パーオキシジカーボネート等のパーオキシカーボネート類;t−ブチルパーオキシオクトエート、t−ブチルパーオキシベンゾエート等のアルキルパーエステル類等が挙げられる。これらの中でも、ベンゾイルパーオキシドが特に好ましい。
前記アゾ化合物としては、例えば2,2′−アゾビスイソブチロニトリル、2,2′−アゾビス−(2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2′−アゾビス−(4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル)、アゾビスイソ酪酸ジメチルなどが挙げられる。これらの中でも、アゾビスイソ酪酸ジメチルが特に好ましい。
前記リビングラジカル重合に使用される溶媒としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、シクロヘキサン、シクロヘプタン等のシクロアルカン類;酢酸エチル、酢酸n−ブチル、酢酸i−ブチル、プロピオン酸メチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等の飽和カルボン酸エステル類;γ−ブチロラクトン等のアルキルラクトン類;テトラヒドロフラン、ジメトキシエタン類、ジエトキシエタン類等のエーエル類;2−ブタノン、2−ヘプタノン、メチルイソブチルケトン等のアルキルケトン類;シクロヘキサノン等のシクロアルキルケトン類;2−プロパノール、プロピレングリコールモノメチルエーテル等のアルコール類;トルエン、キシレン、クロロベンゼン等の芳香族類;ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン等の非プロトン系極性溶媒などが挙げられる。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。なお、前記溶媒は使用しない場合もある。
また、上記重合における反応温度は、40〜150℃が好ましく、50〜130℃がより好ましい。また、反応時間は、1〜96時間が好ましく、1〜72時間がより好ましい
前記フッ素系界面活性剤は、特に重合体粒子同士の合一を主に立体的に防ぐという意味で重合体粒子表面への親和性、吸着性が高く、しかも溶媒への親和性、溶解性が高いと同時に、立体的に粒子同士の反発を高めるために、分子鎖がある程度の長さのものを用いることが好ましい。前記フッ素系界面活性剤の質量平均分子量は、400〜1000万が好ましく、400〜500万がより好ましく、400〜250万が更に好ましい。この理由は、あまり質量平均分子量が高いと、超臨界流体及び亜臨界流体への溶解性が悪くなり、粒子形成に寄与しにくくなるためである。
ここで、前記フッ素系界面活性剤の質量平均分子量は、GPC(gel permeation chromatography)によって以下の条件でサンプル調製と測定を行うことができる。
−サンプル調製方法−
CFCOONaが5mMになるように調整したHFIP(ヘキサフルオロプロパノール)溶液を使用し、測定試料を0.15質量%の濃度になるように溶解させる。
−測定条件−
・装置:HLC−8220−GPC(東ソー社製)
・カラム:TSK−gel GMH HR−M(東ソー社製)
・温度:40℃
・溶媒:HFIP(ヘキサフルオロプロパノール)
・流速:0.2ml/分
・試料:濃度0.15質量%の試料を10μl注入
以上の条件で測定したフッ素系界面活性剤の分子量分布から単分散ポリスチレン標準試料により作成した分子量校正曲線を使用して、フッ素系界面活性剤の質量平均分子量を算出することができる。
重合工程におけるフッ素系界面活性剤の添加量は、少ない程、製造コストが低くなるため、好ましいが、前記重合性モノマー100質量部に対し、0.01〜50質量部が好ましく、0.01〜30質量部がより好ましい。前記フッ素系界面活性剤の添加量が0.01質量部未満であると、トナー粒子が得られなくなることがあり、50質量部を超えると、製造コストが高くなり、実用的でなくなる。
重合工程における加圧条件は、8〜100MPaが好ましく、10〜50MPaがより好ましい。加圧条件が8MPa未満であると、界面活性剤の溶解量が低下し、界面活性能が不足しやすくなることから、安定にトナー粒子を得ることができなくなることや、反応系内の重合性モノマー濃度を上げられず非効率な製造条件となることがある。一方、100MPaを超えると、耐圧設備にかかる装置コストが高くなることや、トナー粒子が膨潤又は溶解しやすくなることがある。
また、重合工程における加熱条件は、30〜150℃がより好ましく、35〜130℃が更に好ましい。前記加熱条件が30℃未満であると、反応時間が長くなったり、重合転化率が低くなったりしやすくなることがあり、150℃を超えると、安定にトナー粒子を得ることができなくなることや、製造エネルギー、製造コストが高くなってしまうことがある。
また、重合工程において、離型剤を更に含有する流体(超臨界二酸化炭素又は亜臨界二酸化炭素)の中で、重合性モノマーを重合することが好ましい。これにより、離型剤の分散性が良好なトナーを得ることができる。
本発明において、重合性モノマーを重合する際には、重合開始剤を用いることができる。前記重合開始剤としては、反応温度と10時間半減期を鑑みて任意に選択することができる。例えば、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)等のアゾ系重合開始剤;ラウリルパーオキシド、ベンゾイルパーオキシド、t−ブチルパーオクトエート、過硫酸カリウム等の過酸化物系開始剤などが挙げられる。なお、前記重合開始剤は、チオ硫酸ナトリウム、アミン等と併用して用いてもよい。
前記重合開始剤は、重合性モノマー100質量部に対して、0.1〜10質量部添加することが好ましい。
また、重合性モノマーを高重合率で重合するためには、5〜40時間重合することが好ましいが、所望の粒子径、粒子径分布のトナーを得るために、重合を途中で停止させてもよい。
また、分子量を調節するために、連鎖移動定数の大きい化合物を添加して重合を行ってもよい。このような化合物としては、メルカプト基を有する低分子化合物、四塩化炭素、四臭化炭素等が挙げられる。
ここで、前記、重合造粒装置を用いた重合性モノマーの重合物の作製方法について説明する。図1に示す重合造粒装置では、耐圧反応セルとして容積が1,000mlのものを用い、図1中、V1〜V3はバルブ1〜バルブ3を表し、Tは温度センサ、Pは圧力センサである。なお、超臨界流体として二酸化炭素(CO)を用いた。
少なくともラジカル重合性モノマー及びフッ素系界面活性剤を含む組成物を耐圧反応セル内に投入し、すべてのバルブV1〜V3を閉じる。
次に、V1及びV3を開け、背圧弁で重合造粒装置全体の圧力を制御しながら、COボンベより液化COを加圧ポンプ1にて耐圧反応セルに導入する。またこの時、同時に温調ジャケットにて耐圧反応セル内の温度の制御も行う。
耐圧反応セル内を攪拌しながら、温度、圧力を65℃、30MPaに調整し、温度、圧力が安定した後、V1及びV3を閉じて40時間反応を行う。反応終了後、V3を開き、耐圧反応セル内の温度、圧力を温調ジャケットと背圧弁を制御しながら、25℃、大気圧になるまで、徐々に降温、減圧を行うこと目的の重合物が得られる。
このとき、上記超臨界流体二酸化炭素及び超臨界二酸化炭素中に溶解していた成分については、図示していない回収機構により回収され、更に図示していない分別装置により二酸化炭素と回収組成物とに互いに分離され、それぞれ再利用される。
本発明において、重合性モノマーを重合することにより得られる重合物である結着樹脂の質量平均分子量は、目的に応じて適宜選択することができるが、1,000以上であることが好ましく、2,000〜1000万が更に好ましく、3,000〜100万が特に好ましい。前記質量平均分子量が、1,000未満であると、耐ホットオフセット性が低下することがある。
前記結着樹脂の数平均分子量及び質量平均分子量は、GPC(gel permeation chromatography)によって以下の条件で測定することができる。
・装置:GPC−150C(ウォーターズ社製)
・カラム:KF801〜807(ショウデックス社製)
・温度:40℃
・溶媒:THF(テトラヒドロフラン)
・流速:1.0ml/分
・試料:濃度0.05〜0.6質量%の試料を0.1ml注入
以上の条件で測定した結着樹脂の分子量分布から単分散ポリスチレン標準試料により作成した分子量校正曲線を使用して、結着樹脂の数平均分子量及び質量平均分子量を算出することができる。
前記結着樹脂のガラス転移温度は、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、30〜85℃であることが好ましく、40〜75℃が更に好ましい。前記ガラス転移温度が30℃未満であると、トナーの耐熱保存性が低下することがあり、85℃を超えると、低温定着性が不十分になることがある。
ここで、前記ガラス転移温度(Tg)は、具体的に次のような手順で決定される。測定装置として島津製作所製TA−60WS、及びDSC−60を用い、次に示す測定条件で測定することができる。
〔測定条件〕
・サンプル容器:アルミニウム製サンプルパン(フタあり)
・サンプル量:5mg
・リファレンス:アルミニウム製サンプルパン(アルミナ10mg)
・雰囲気:窒素(流量50ml/min)
・温度条件
開始温度:20℃
昇温速度:10℃/min
終了温度:150℃
保持時間:なし
降温温度:10℃/min
終了温度:20℃
保持時間:なし
昇温速度:10℃/min
終了温度:150℃
測定した結果は、前記島津製作所製データ解析ソフト(TA−60、バージョン1.52)を用いて解析を行う。解析方法は2度目の昇温のDSC微分曲線であるDrDSC曲線から同装置内のガラス転移点解析機能を用いてガラス転移温度を求める。本発明ではガラス転移温度としては、ガラス転移し始める最初のショルダー部分の温度をガラス転移温度とした。
本発明のトナーに添加することができる添加剤は、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、着色剤、離型剤、無機粒子、帯電制御剤、流動性向上剤、クリーニング性向上剤等が挙げられる。
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、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、カドミュウムレッド、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、ポ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。
前記着色剤の前記トナー中の含有量は、目的に応じて適宜選択することができるが、0.1〜15質量%であることが好ましく、1〜10質量%が更に好ましい。前記着色剤の含有量が0.1質量%未満であると、トナーの着色力が低下することがあり、15質量%を超えると、トナー中での顔料の分散不良が起こり、着色力及びトナーの電気特性が低下することがある。
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使用してもよい。該樹脂としては、目的に応じて公知の樹脂の中から適宜選択することができるが、例えば、スチレン又はその置換体の重合体、スチレン系共重合体、ポリメタクリル酸メチル、ポリメタクリル酸ブチル、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、エポキシポリオール樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリアクリル酸、ロジン、変性ロジン、テルペン樹脂、脂肪族炭化水素樹脂、脂環族炭化水素樹脂、芳香族系石油樹脂、塩素化パラフィン、パラフィンなどが挙げられる。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、スチレン又はその置換体、スチレン系共重合体が特に好ましい。
前記スチレン又はその置換体の重合体としては、例えばポリエステル樹脂、ポリスチレン、ポリ(p−クロロスチレン)、ポリビニルトルエン等が挙げられる。前記スチレン系共重合体としては、例えばスチレン−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−ビニルナフタレン共重合体、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−クロロメタクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−ビニルメチルケトン共重合体、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等が挙げられる。
前記マスターバッチは、樹脂と着色剤とを高せん断力をかけて混合又は混練させて製造することができる。この際、着色剤と樹脂の相互作用を向上させるために、有機溶剤を添加することが好ましい。また、フラッシング法によりマスターバッチを製造すると、着色剤のウエットケーキを直接用いることができ、乾燥する必要がないことから好ましい。フラッシング法は、着色剤の水を含んだ水性ペーストを樹脂と有機溶剤と共に混合又は混練し、着色剤を樹脂に移行させて水分及び有機溶剤を除去する方法である。前記混合又は混練には、三本ロールミル等の高せん断分散装置を用いることが好ましい。
また、本発明において、重合工程で得られた結着樹脂は、エントレーナーを用いて染着することができるが、エントレーナーは、結着樹脂が溶解しない有機溶媒又は若干の膨潤させる有機溶媒であることが好ましい。具体的には、エントレーナーと結着樹脂の溶解性パラメータ(以下、SPという)の差が1.0以上であることが好ましく、2.0以上がより好ましい。例えば、スチレン−アクリル系樹脂に対しては、SPが高いメタノール、エタノール、n−プロパノール等又はSPが低いn−ヘキサン、n−ヘプタン等を使用することができる。このとき、SPの差が5を超えると、エントレーナーの結着樹脂に対する濡れが悪くなり、結着樹脂の分散性が低下するため、好ましくない。
染着に使用する染料は、エントレーナーに対する溶解度D1と結着樹脂を溶解することが可能な有機溶媒に対する溶解度D2の比(D1/D2)が0.5以下であればよいが、トナーの粉体抵抗を高くするためには、分散染料、油溶性染料、バット染料等を用いることが好ましく、油溶性染料が特に好ましい。また、着色に応じて、数種の染料を用いることもできる。なお、粉体抵抗が低くなると、転写率が低下することがある。
染着方法としては、結着樹脂と染料とエントレーナーを耐圧容器に入れ、超臨界流体中で処理を行う方法又はエントレーナーに染料を溶解又は分散させた液を耐圧容器に入れ、超臨界流体中で処理を行う方法が挙げられる。
なお、前記結着樹脂に対する染料の質量比は、着色度に応じて適宜選択することができるが、前記結着樹脂100質量部に対し1〜50質量部が好ましい。
前記染料としては、例えばC.I.SOLVENT YELLOW(6,9,17,31,35,100,102,103,105)、C.I.SOLVENT ORANGE(2,7,13,14,66)、C.I.SOLVENT RED(5,16,17,18,19,22,23,143,145,146,149,150,151,157,158)、C.I.SOLVENT VIOLET(31,32,33,37)、C.I.SOLVENT BLUE(22,63,78,83〜86,191,194,195,104)、C.I.SOLVENT GREEN(24,25)、C.I.SOLVENT BROWN(3,9)などが挙げられる。
また市販の染料としては、例えば愛染SOT染料Yellow−1,3,4、Orange−1,2,3、Scarlet−1、Red−1,2,3、Brown−2、Blue−1,2、Violet−1、Green−1,2,3、Black−1,4,6,8(いずれも、保土ケ谷化学株式会社製)、Sudan染料Yellow−146,150、Orange−220、Red−290,380,460、Blue−670(いずれも、BASF社製)、ダイアレジンYellow−3G,F,H2G,HG,HC,HL、Orange−HS,G、Red−GG,S,HS,A,K,H5B、Violet−D、Blue−J,G,N,K,P,H3G,4G、Green−C、Brown−A(いずれも、三菱化成株式会社製)、オイルカラーYEllow−3G,GG−S,#105、Orange−PS,PR,#201、Scarlet−#308,Red−5B,Brown−GR,#416、Green−BG、#502、Blue−BOS、IIN、Black−HBB,#803,EB,EX(いずれも、オリエント化学工業株式会社製)、スミプラストブルーGP,OR、レッドFB,3B、イエローFL7G,GC(いずれも、住友化学工業株式会社製)、カヤロンポリエステルブラックEX−SF300、カヤセットRed−B、ブルーA−2R(いずれも、日本化薬株式会社製)などが挙げられる。
前記離型剤としては、特に制限はなく、目的に応じて公知の離型剤の中から適宜選択することができ、ワックス類等を用いることができる。前記ワックス類としては、例えば低分子量ポリオレフィンワックス、合成炭化水素系ワックス、天然ワックス類、石油ワックス類、高級脂肪酸及びその金属塩、高級脂肪酸アミド、これらの各種変性ワックス等が挙げられる。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。
前記低分子量ポリオレフィンワックスとしては、例えば低分子量ポリエチレンワックス、低分子量ポリプロピレンワックス等が挙げられる。前記合成炭化水素ワックスとしては、フィッシャートロプシュワックス等が挙げられる。前記天然ワックス類としては、例えば蜜ろう、カルナバワックス、キャンデリラワックス、ライスワックス、モンタンワックス等が挙げられる。前記石油ワックス類としては、例えばパラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス等が挙げられる。前記高級脂肪酸としては、例えばステアリン酸、パルミチン酸、ミリスチン酸等が挙げられる。
前記離型剤の融点は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、40〜160℃が好ましく、50〜120℃がより好ましく、60〜90℃が更に好ましい。前記融点が40℃未満であると、ワックスが耐熱保存性に悪影響を与えることがあり、160℃を超えると、低温での定着時にコールドオフセットを起こしやすく、定着機への紙の巻き付き等が発生することがある。
前記離型剤の前記トナー中の含有量は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、0〜40質量%であることが好ましく、3〜30質量%が更に好ましい。前記離型剤の含有量が40質量%を超えると、低温定着性が低下したり、光沢度が高過ぎることにより、画質が低下したりすることがある。
前記無機粒子としては、特に制限はなく、目的に応じて公知の無機粒子の中から適宜選択することができるが、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、単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記無機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、前記無機粒子のBET法による比表面積は、20〜500m/gが好ましい。
前記無機粒子の前記トナー中の含有量は、0.01〜5.0質量%が好ましく、0.01〜2.0質量%が更に好ましい。なお、無機粒子は、トナーの外添剤として好適に使用することができる。
前記帯電制御剤は、特に制限はなく、公知の帯電制御剤の中から目的に応じて適宜選択することができるが、有色材料を用いると、色調が変化することがあるため、無色又は白色に近い材料が好ましく、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、リンの単体又は化合物、タングステンの単体又は化合物、フッ素系界面活性剤、サリチル酸の金属塩、サリチル酸誘導体の金属塩等が挙げられる。なお、金属は、目的に応じて適宜選択することができるが、アルミニウム、亜鉛、チタン、ストロンチウム、ホウ素、ケイ素、ニッケル、鉄、クロム、ジルコニウム等が挙げられる。
市販の帯電制御剤としては、例えば4級アンモニウム塩のボントロンP−51、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(いずれも、オリエント化学工業株式会社製)、4級アンモニウム塩モリブデン錯体のTP−302、TP−415(いずれも、保土谷化学工業株式会社製)、4級アンモニウム塩のコピーチャージPSY VP2038、コピーチャージ NEG VP2036、コピーチャージ NX VP434、トリフェニルメタン誘導体のコピーブルーPR(いずれも、ヘキスト社製)、LRA−901、ホウ素錯体であるLR−147(日本カーリット株式会社製)、キナクリドン、アゾ系顔料、その他スルホン酸、カルボン酸、4級アンモニウム塩等を有する高分子化合物等が挙げられる。
前記帯電制御剤の前記トナー中の含有量は、結着樹脂の種類、添加剤の種類、分散方法等により適宜選択することができるが、前記結着樹脂100質量部に対して、0.1〜10質量部が好ましく、1〜5質量部が更に好ましい。前記帯電制御剤の含有量が0.1質量部未満であると、トナーの帯電特性が低下することがあり、10質量部を超えると、トナーの帯電性が大きくなりすぎ、主帯電制御剤の効果を減退させて、現像ローラとの静電的吸引力が増大し、現像剤の流動性が低下したり、画像濃度が低下することがある。
前記流動性向上剤は、表面処理を行って、疎水性を向上させることにより、高湿度下においても流動特性や帯電特性の低下を抑制することができ、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。
前記クリーニング性向上剤は、感光体や一次転写媒体に残存する転写後の現像剤を除去するためにトナーに添加され、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、ポリメタクリル酸メチル粒子、ポリスチレン粒子等のソープフリー乳化重合により得られる樹脂粒子等が挙げられる。樹脂粒子は、粒子径分布が狭いことが好ましく、質量平均粒子径が0.01〜1μmであることが好ましい。
以上説明した添加剤を添加する方法としては、重合工程で添加する方法、マスターバッチと共に溶融混練した後、重合工程で添加する方法、重合工程の後に結着樹脂の表面に固定させる方法等が挙げられる。
本発明のトナーは、その形状、大きさ等については、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、以下のような、画像濃度、平均円形度、質量平均粒径、質量平均粒径と個数平均粒径との比(質量平均粒径/個数平均粒径)などを有していることが好ましい。
前記画像濃度は、分光計(X−ライト社製、938 スペクトロデンシトメータ)を用いて測定した濃度値が、1.90以上が好ましく、2.00以上がより好ましく、2.10以上が特に好ましい。
前記画像濃度が、1.90未満であると、画像濃度が低く、高画質が得られないことがある。
前記画像濃度は、例えば、imagio Neo 450(株式会社リコー製)を用いて、複写紙(TYPE6000<70W>、株式会社リコー製)に現像剤の付着量が1.00±0.05mg/cmのベタ画像を定着ローラの表面温度が160±2℃で形成し、得られたベタ画像における任意の6箇所の画像濃度を、分光計(X−ライト社製、938 スペクトロデンシトメータ)を用いて測定し、その平均値を算出することにより、測定することができる。
前記平均円形度は、前記トナーの形状と投影面積の等しい相当円の周囲長を実在粒子の周囲長で除した値であり、例えば、0.900〜0.980が好ましく、0.950〜0.975がより好ましい。なお、前記平均円形度が0.94未満の粒子が15%以下であるものが好ましい。
前記平均円形度が、0.900未満であると、満足できる転写性やチリのない高画質画像が得られないことがあり、0.980を超えると、ブレードクリーニングなどを採用している画像形成システムでは、感光体上及び転写ベルトなどのクリーニング不良が発生し、画像上の汚れ、例えば、写真画像等の画像面積率の高い画像形成の場合において、給紙不良等で未転写の画像を形成したトナーが感光体上に転写残トナーとなって蓄積した画像の地汚れが発生してしまうことがあり、あるいは、感光体を接触帯電させる帯電ローラ等を汚染してしまい、本来の帯電能力を発揮できなくなってしまうことがある。
ここで、前記平均円形度は、フロー式粒子像分析装置(Flow Particle Image Analyzer)を使用して測定することができる。例えば東亜医用電子社(株)製フロー式粒子像分析装置FPIA−2000を用いて測定することができる。
測定は、フィルターを通して微細なごみを取り除き、その結果として10−3cmの水中に測定範囲(例えば、円相当径0.60μm以上、159.21μm未満)の粒子数が20個以下の水10ml中にノニオン系界面活性剤(好ましくは和光純薬株式会社製コンタミノンN)を数滴加え、更に、測定試料を5mg加え、超音波分散器(SMT社製、UH−50)で20kHz,50W/10cmの条件で1分間分散処理を行い、更に、合計5分間の分散処理を行い測定試料の粒子濃度が4,000〜8,000個/10−3cm(測定円相当径範囲の粒子を対象として)の試料分散液を用いて、0.60μm以上、159.21μm未満の円相当径を有する粒子の粒度分布を測定する。
試料分散液は、フラットで偏平な透明フローセル(厚み約200μm)の流路(流れ方向に沿って広がっている)を通過させる。フローセルの厚みに対して交差して通過する光路を形成するために、ストロボとCCDカメラが、フローセルに対して、相互に反対側に位置するように装着される。試料分散液が流れている間に、ストロボ光がフローセルを流れている粒子の画像を得るために1/30秒間隔で照射され、その結果、それぞれの粒子は、フローセルに平行一定範囲を有する2次元画像として撮影される。それぞれの粒子の2次元画像の面積から、同一の面積を有する円の直径を円相当径として算出する。
約1分間で、1,200個以上の粒子の円相当径を測定することができ、円相当径分布に基づく数及び規定された円相当径を有する粒子の割合(個数%)を測定できる。結果(頻度%及び累積%)は、0.06〜400μmの範囲を226チャンネル(1オクターブに対し30チャンネルに分割)に分割して得ることができる。実際の測定では、円相当径が0.60μm以上、159.21μm未満の範囲で粒子の測定を行う。
前記トナーの質量平均粒径としては、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、3〜10μmが好ましく、3〜8μmがより好ましい。
前記質量平均粒径が、3μm未満であると、二成分現像剤では現像装置における長期の撹拌においてキャリアの表面にトナーが融着し、キャリアの帯電能力を低下させることがあり、また、一成分現像剤では、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ため、ブレード等の部材へのトナー融着が発生し易くなることがあり、10μmを超えると、高解像で高画質の画像を得ることが難しくなり、現像剤中のトナーの収支が行われた場合にトナーの粒子径の変動が大きくなることがある。
前記トナーにおける質量平均粒径と個数平均粒径との比(質量平均粒径/個数平均粒径)としては、1.00〜1.25が好ましく、1.00〜1.10がより好ましい。
前記質量平均粒径と個数平均粒径との比(質量平均粒径/個数平均粒径)が、1.25を超えると、二成分現像剤では、現像装置における長期の撹拌においてキャリアの表面にトナーが融着し、キャリアの帯電能力を低下させることがあり、また、一成分現像剤では、現像ローラへのトナーのフィルミングや、トナーが薄層化し、ブレード等の部材へのトナー融着が発生し易くなることがあり、また、高解像で高画質の画像を得ることが難しくなり、現像剤中のトナーの収支が行われた場合にトナーの粒子径の変動が大きくなることがある。
前記質量平均粒径、及び、前記質量平均粒径と個数平均粒子径との比(質量平均粒径/個数平均粒径)は、例えば、コールターエレクトロニクス社製の粒度測定器「コールターカウンターTAII」などを用いて測定することができる。
(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(75〜120emu/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−ジンク(Cu−Zn)系(30〜80emu/g)等の弱磁化材料が好ましい。これらは、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、10〜150μmが好ましく、40〜100μm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、0.01〜5.0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、90〜98質量%が好ましく、93〜97質量%がより好ましい。
前記現像剤は、本発明の前記トナーを含有しているので、画像形成時において、帯電性能に優れ、高画質な画像を安定に形成することができる。
前記現像剤は、磁性一成分現像方法、非磁性一成分現像方法、二成分現像方法等の公知の各種電子写真法による画像形成に好適に用いることができ、以下の本発明の前記トナー入り容器、プロセスカートリッジ、画像形成装置及び画像形成方法に特に好適に用いることができる。
(トナー入り容器)
本発明のトナー入り容器は、本発明の前記トナー乃至前記現像剤を容器中に収容してなる。
前記容器としては、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、トナー入り容器本体とキャップとを有してなるもの、などが好適に挙げられる。
前記トナー入り容器本体としては、その大きさ、形状、構造、材質など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、例えば、前記形状としては、円筒状などが好ましく、内周面にスパイラル状の凹凸が形成され、回転させることにより内容物であるトナーが排出口側に移行可能であり、かつ該スパイラル部の一部又は全部が蛇腹機能を有しているもの、などが特に好ましい。
前記トナー入り容器本体の材質としては、特に制限はなく、寸法精度がよいものが好ましく、例えば、樹脂が好適に挙げられ、その中でも、例えば、ポリエステル樹脂,ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリアクリル酸、ポリカーボネート樹脂、ABS樹脂、ポリアセタール樹脂、などが好適に挙げられる。
前記トナー入り容器は、保存、搬送等が容易であり、取扱性に優れ、後述するプロセスカートリッジ、画像形成装置等に、着脱可能に取り付けてトナーの補給に好適に使用することができる。
(プロセスカートリッジ)
本発明のプロセスカートリッジは、静電潜像を担持する静電潜像担持体と、該静電潜像担持体上に担持された静電潜像を、本発明の前記トナーを用いて現像し可視像を形成する現像手段とを、少なくとも有してなり、更に必要に応じて適宜選択したその他の手段を有してなる。
前記プロセスカートリッジは、画像形成装置本体に着脱可能であり、利便性に優れたものである。
前記現像手段としては、本発明の前記トナー乃至前記現像剤を収容する現像剤収容器と、該現像剤収容器内に収容されたトナー乃至現像剤を担持しかつ搬送する現像剤担持体とを、少なくとも有してなり、更に、担持させるトナー層厚を規制するための層厚規制部材等を有していてもよい。
ここで、前記プロセスカートリッジは、例えば、図2に示すように、静電潜像担持体101を内蔵し、帯電手段102、現像手段104、転写手段108、クリーニング手段107を含み、更に必要に応じてその他の手段を有してなる。図2中、103は露光手段による露光、105は記録媒体をそれぞれ示す。
次に、図2に示すプロセスカートリッジによる画像形成プロセスについて示すと、静電潜像担持体101は、矢印方向に回転しながら、帯電手段102による帯電、露光手段(不図示)による露光103により、その表面に露光像に対応する静電潜像が形成される。この静電潜像は、現像手段104で現像され、得られた可視像は転写手段108により、記録媒体105に転写され、プリントアウトされる。次いで、像転写後の静電潜像担持体表面は、クリーニング手段107によりクリーニングされ、更に除電手段(不図示)により除電されて、再び、以上の操作を繰り返すものである。
(画像形成方法及び画像形成装置)
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、定着工程とを少なくとも含み、更に必要に応じて適宜選択したその他の工程、例えば、除電工程、クリーニング工程、リサイクル工程、制御工程等を含む。
本発明の画像形成装置は、静電潜像担持体と、静電潜像形成手段と、現像手段と、転写手段と、定着手段とを少なくとも有してなり、更に必要に応じて適宜選択したその他の手段、例えば、除電手段、クリーニング手段、リサイクル手段、制御手段等を有してなる。
前記静電潜像形成工程は、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(以下、「電子写真感光体」、「感光体」と称することがある)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。
なお、本発明においては、前記静電潜像担持体の裏面側から像様に露光を行う光背面方式を採用してもよい。
−現像工程及び現像手段−
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、前記トナー入り容器を備えた現像器などがより好ましい。
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該トナーが帯電し、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。該マグネットローラは、前記静電潜像担持体(感光体)近傍に配置されているため、該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該静電潜像担持体(感光体)の表面に移動する。その結果、前記静電潜像が該トナーにより現像されて該静電潜像担持体(感光体)の表面に該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、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。該現像剤に含まれるトナーは、本発明の前記トナーである。
−転写工程及び転写手段−
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、前記トナーとして二色以上、好ましくはフルカラートナーを用い、可視像を中間転写体上に転写して複合転写像を形成する第一次転写工程と、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(感光体)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。
前記定着工程は、記録媒体に転写された可視像を定着装置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。
前記定着装置としては、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。
なお、本発明においては、目的に応じて、前記定着工程及び定着手段と共にあるいはこれらに代えて、例えば、公知の光定着器を用いてもよい。
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。
前記画像形成装置により本発明の画像形成方法を実施する一の態様について、図3を参照しながら説明する。図3に示す画像形成装置100は、前記静電潜像担持体としての感光体ドラム10(感光体10)と、前記帯電手段としての帯電ローラ20と、前記露光手段としての露光装置30と、前記現像手段としての現像装置40と、中間転写体50と、クリーニングブレードを有する前記クリーニング手段としてのクリーニング装置60と、前記除電手段としての除電ランプ70とを備える。
中間転写体50は無端ベルトであり、その内側に配置されこれを張架する3個のローラ51によって、図中矢印方向に移動可能に設計されている。3個のローラ51の一部は、中間転写体50へ所定の転写バイアス(一次転写バイアス)を印加可能な転写バイアスローラとしても機能する。中間転写体50には、その近傍に中間転写体用クリーニングブレード90が配置されており、また、記録媒体95に可視像(トナー像)を転写(二次転写)するための転写バイアスを印加可能な前記転写手段としての転写ローラ80が対向して配置されている。中間転写体50の周囲には、この中間転写体50上の可視像に電荷を付与するためのコロナ帯電器58が、該中間転写体50の回転方向において、静電潜像担持体10と中間転写体50との接触部と、中間転写体50と記録媒体95との接触部との間に配置されている。
現像装置40は、現像剤担持体としての現像ベルト41と、この現像ベルト41の周囲に併設したブラック現像ユニット45K、イエロー現像ユニット45Y、マゼンタ現像ユニット45M、及びシアン現像ユニット45Cとから構成されている。なお、ブラック現像ユニット45Kは、現像剤収容部42Kと現像剤供給ローラ43Kと現像ローラ44Kとを備えている。イエロー現像ユニット45Yは、現像剤収容部42Yと現像剤供給ローラ43Yと現像ローラ44Yとを備えている。マゼンタ現像ユニット45Mは、現像剤収容部42Mと現像剤供給ローラ43Mと現像ローラ44Mとを備えている。シアン現像ユニット45Cは、現像剤収容部42Cと現像剤供給ローラ43Cと現像ローラ44Cとを備えている。また、現像ベルト41は、無端ベルトであり、複数のベルトローラにより回転可能に張架され、一部が静電潜像担持体10と接触している。
図3に示す画像形成装置100において、例えば、帯電ローラ20が感光体ドラム10を一様に帯電させる。露光装置30が感光ドラム10上に像様に露光を行い、静電潜像を形成する。感光ドラム10上に形成された静電潜像を、現像装置40からトナーを供給して現像して可視像(トナー像)を形成する。該可視像(トナー像)が、ローラ51から印加された電圧により中間転写体50上に転写(一次転写)され、更に転写紙95上に転写(二次転写)される。その結果、転写紙95上には転写像が形成される。なお、感光体10上の残存トナーは、クリーニング装置60により除去され、感光体10における帯電は除電ランプ70により一旦、除去される。
前記画像形成装置により本発明の画像形成方法を実施する他の態様について、図4を参照しながら説明する。図4に示す画像形成装置100は、図3に示す画像形成装置100において、現像ベルト41を備えてなく、感光体10の周囲に、ブラック現像ユニット45K、イエロー現像ユニット45Y、マゼンタ現像ユニット45M及びシアン現像ユニット45Cが直接対向して配置されていること以外は、図3に示す画像形成装置100と同様の構成を有し、同様の作用効果を示す。なお、図4においては、図3におけるものと同じものは同符号で示した。
前記画像形成装置により本発明の画像形成方法を実施する他の態様について、図5を参照しながら説明する。図5に示すタンデム画像形成装置は、タンデム型カラー画像形成装置である。タンデム画像形成装置は、複写装置本体150と、給紙テーブル200と、スキャナ300と、原稿自動搬送装置(ADF)400とを備えている。
複写装置本体150には、無端ベルト状の中間転写体50が中央部に設けられている。そして、中間転写体50は、支持ローラ14、15及び16に張架され、図5中、時計回りに回転可能とされている。支持ローラ15の近傍には、中間転写体50上の残留トナーを除去するための中間転写体クリーニング装置17が配置されている。支持ローラ14と支持ローラ15とにより張架された中間転写体50には、その搬送方向に沿って、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの4つの画像形成手段18が対向して並置されたタンデム型現像器120が配置されている。タンデム型現像器120の近傍には、露光装置21が配置されている。中間転写体50における、タンデム型現像器120が配置された側とは反対側には、二次転写装置22が配置されている。二次転写装置22においては、無端ベルトである二次転写ベルト24が一対のローラ23に張架されており、二次転写ベルト24上を搬送される転写紙と中間転写体50とは互いに接触可能である。二次転写装置22の近傍には定着装置25が配置されている。定着装置25は、無端ベルトである定着ベルト26と、これに押圧されて配置された加圧ローラ27とを備えている。
なお、タンデム画像形成装置においては、二次転写装置22及び定着装置25の近傍に、転写紙の両面に画像形成を行うために該転写紙を反転させるためのシート反転装置28が配置されている。
次に、タンデム型現像器120を用いたフルカラー画像の形成(カラーコピー)について説明する。即ち、先ず、原稿自動搬送装置(ADF)400の原稿台130上に原稿をセットするか、あるい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を閉じる。
スタートスイッチ(不図示)を押すと、原稿自動搬送装置400に原稿をセットした時は、原稿が搬送されてコンタクトガラス32上へと移動された後で、一方、コンタクトガラス32上に原稿をセットした時は直ちに、スキャナ300が駆動し、第1走行体33及び第2走行体34が走行する。このとき、第1走行体33により、光源からの光が照射されると共に原稿面からの反射光を第2走行体34におけるミラーで反射し、結像レンズ35を通して読取りセンサ36で受光されてカラー原稿(カラー画像)が読み取られ、ブラック、イエロー、マゼンタ及びシアンの画像情報とされる。
そして、ブラック、イエロー、マゼンタ、及びシアンの各画像情報は、タンデム型現像器120における各画像形成手段18(ブラック用画像形成手段、イエロー用画像形成手段、マゼンタ用画像形成手段、及びシアン用画像形成手段)にそれぞれ伝達され、各画像形成手段において、ブラック、イエロー、マゼンタ、及びシアンの各トナー画像が形成される。即ち、タンデム型現像器120における各画像形成手段18(ブラック用画像形成手段、イエロー用画像形成手段、マゼンタ用画像形成手段及びシアン用画像形成手段)は、図6に示すように、それぞれ、静電潜像担持体10(ブラック用静電潜像担持体10K、イエロー用静電潜像担持体10Y、マゼンタ用静電潜像担持体10M、及びシアン用静電潜像担持体10C)と、該静電潜像担持体10を一様に帯電させる帯電装置160と、各カラー画像情報に基づいて各カラー画像対応画像様に前記静電潜像担持体を露光(図6中、L)し、該静電潜像担持体上に各カラー画像に対応する静電潜像を形成する露光装置と、該静電潜像を各カラートナー(ブラックトナー、イエロートナー、マゼンタトナー、及びシアントナー)を用いて現像して各カラートナーによるトナー画像を形成する現像装置61と、該トナー画像を中間転写体50上に転写させるための転写帯電器62と、クリーニング装置63と、除電器64とを備えており、それぞれのカラーの画像情報に基づいて各単色の画像(ブラック画像、イエロー画像、マゼンタ画像、及びシアン画像)を形成可能である。こうして形成された該ブラック画像、該イエロー画像、該マゼンタ画像及び該シアン画像は、支持ローラ14、15及び16により回転移動される中間転写体50上にそれぞれ、ブラック用静電潜像担持体10K上に形成されたブラック画像、イエロー用静電潜像担持体10Y上に形成されたイエロー画像、マゼンタ用静電潜像担持体10M上に形成されたマゼンタ画像及びシアン用静電潜像担持体10C上に形成されたシアン画像が、順次転写(一次転写)される。そして、中間転写体50上に前記ブラック画像、前記イエロー画像、マゼンタ画像、及びシアン画像が重ね合わされて合成カラー画像(カラー転写像)が形成される。
一方、給紙テーブル200においては、給紙ローラ142の1つを選択的に回転させ、ペーパーバンク143に多段に備える給紙カセット144の1つからシート(記録紙)を繰り出し、分離ローラ145で1枚ずつ分離して給紙路146に送出し、搬送ローラ147で搬送して複写機本体150内の給紙路148に導き、レジストローラ49に突き当てて止める。あるいは、給紙ローラ142を回転して手差しトレイ54上のシート(記録紙)を繰り出し、分離ローラ145で1枚ずつ分離して手差し給紙路53に入れ、同じくレジストローラ49に突き当てて止める。なお、レジストローラ49は、一般には接地されて使用されるが、シートの紙粉除去のためにバイアスが印加された状態で使用されてもよい。そして、中間転写体50上に合成された合成カラー画像(カラー転写像)にタイミングを合わせてレジストローラ49を回転させ、中間転写体50と二次転写装置22との間にシート(記録紙)を送出させ、二次転写装置22により該合成カラー画像(カラー転写像)を該シート(記録紙)上に転写(二次転写)することにより、該シート(記録紙)上にカラー画像が転写され形成される。なお、画像転写後の中間転写体50上の残留トナーは、中間転写体クリーニング装置17によりクリーニングされる。
カラー画像が転写され形成された前記シート(記録紙)は、二次転写装置22により搬送されて、定着装置25へと送出され、定着装置25において、熱と圧力とにより前記合成カラー画像(カラー転写像)が該シート(記録紙)上に定着される。その後、該シート(記録紙)は、切換爪55で切り換えて排出ローラ56により排出され、排紙トレイ57上にスタックされ、あるいは、切換爪55で切り換えてシート反転装置28により反転されて再び転写位置へと導き、裏面にも画像を記録した後、排出ローラ56により排出され、排紙トレイ57上にスタックされる。
本発明の画像形成方法及び前記画像形成装置では、シャープな粒度分布を有し、帯電性、環境性、経時安定性などのトナー特性が良好である本発明の前記トナーを用いているので、高画質画像を形成することができる。
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。
(合成例1)
−フッ素系界面活性剤1の合成−
1,1−ジハイドロパーフルオロオクチルアクリレート500質量部、及びV−65(和光純薬株式会社製、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)25質量部を、攪拌機のついた耐圧反応セル(内容積:1,000ml)内に投入し、超臨界流体として二酸化炭素を選択し、該二酸化炭素を供給ボンベにより前記耐圧反応セル内に供給し、加圧ポンプと温度調節器で20MPa、65℃に調節し、攪拌しながら24時間反応を行った。反応終了後、0℃まで温度を下げ、背圧弁を使用して大気圧まで圧力を下げ、フッ素系界面活性剤1を得た。
得られたフッ素系界面活性剤1について、以下のようにして測定した質量平均分子量は、15,000であった。
<フッ素系界面活性剤の質量平均分子量の測定>
フッ素系界面活性剤の質量平均分子量は、GPC(gel permeation chromatography)によって以下の条件でサンプル調製と測定を行った。
−サンプル調製方法−
CFCOONaが5mMになるように調整したHFIP(ヘキサフルオロプロパノール)溶液を使用し、測定試料を0.15質量%の濃度になるように溶解した。
−測定条件−
・装置:HLC−8220−GPC(東ソー社製)
・カラム:TSK−gel GMH HR−M(東ソー社製)
・温度:40℃
・溶媒:HFIP(ヘキサフルオロプロパノール)
・流速:0.2ml/分
・試料:濃度0.15質量%の試料を10μl注入
以上の条件で測定したフッ素系界面活性剤の分子量分布から単分散ポリスチレン標準試料により作成した分子量校正曲線を使用して、フッ素系界面活性剤の質量平均分子量を算出した。
(合成例2)
−フッ素系界面活性剤2の合成−
1,1−ジハイドロパーフルオロオクチルアクリレート250質量部、スチレン250質量部、及びAIBN(和光純薬株式会社製、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル)2質量部を、攪拌機のついた耐圧反応セル(内容積:1,000ml)内に投入し、超臨界流体として二酸化炭素を選択し、該二酸化炭素を供給ボンベにより前記耐圧反応セル内に供給し、加圧ポンプと温度調節器で30MPa、85℃に調節し、24時間反応を行った。反応終了後、0℃まで温度を下げ、背圧弁を使用して大気圧まで圧力を下げ、フッ素系界面活性剤2を得た。
得られたフッ素系界面活性剤2について、合成例1と同様にして測定した質量平均分子量は、140,000であった。
(合成例3〜13)
−フッ素系界面活性剤3〜13の合成−
フッ素系モノマー及び共重合モノマーを表1及び表2に示したものに変更した以外は、合成例2と同様にして、フッ素系界面活性剤3〜13(化合物例3〜13)を合成した。得られたフッ素系界面活性剤3〜13について、合成例1と同様にして測定した質量平均分子量は、表1及び表2に示した。
(合成例14)
−塊状(バルク)重合によるフッ素系界面活性剤14の合成−
2−(パーフルオロオクチル)エチルアクリレート100質量部、及びAIBN(和光純薬株式会社製、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル)0.2質量部を攪拌子の入った凍結用アンプル(ガラス製)に入れ、真空ポンプでアンプル内を脱気しながら、(1)液体窒素の入ったデュワービンで凍結させた後、(2)常温へもどし解凍した。この(1)から(2)の操作を20回ほど繰り返し、凍結アンプル内の脱気を行った後、アンプル上部をバーナーで加熱溶融させて封止した。これを120℃のオイルバス内に入れて、アンプル内を攪拌しながら72時間反応を行った。反応終了後、常温まで冷却し、アンプル上部を切開してヘキサフルオロベンゼン500質量部を入れ、反応物を溶解させた。これをメタノール10,000質量部に滴下して再沈精製を行った。次いで、この精製操作を3回行い、白色のフッ素系界面活性剤14(収率98質量%)を得た。得られたフッ素系界面活性剤14について、合成例1と同様にして測定した質量平均分子量は250万であった。
(合成例15)
−リビングラジカル重合によるフッ素系界面活性剤15の合成−
2−(パーフルオロオクチル)エチルアクリレート300質量部、4−メトキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン1−オキシル18質量部、及びAIBN(和光純薬株式会社製、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル)10質量部を攪拌子の入った凍結用アンプル(ガラス製)に入れ、真空ポンプでアンプル内を脱気しながら、(1)液体窒素の入ったデュワービンで凍結させた後、(2)常温へもどし解凍した。この(1)から(2)の操作を20回繰り返し、凍結アンプル内の脱気を行った後、アンプル上部をバーナーで加熱溶融させて封止した。これを90℃のオイルバス内に入れた後、バス温度を155℃まで30分間かけて昇温し、アンプル内を攪拌しながら96時間反応を行った。反応終了後、常温まで冷却し、アンプル上部を切開してヘキサフルオロベンゼン500質量部を入れ、反応物を溶解させた。これをメタノール10,000質量部に滴下して再沈精製を行った。更に、この精製操作を3回行い、白色のフッ素系界面活性剤15(収率97質量%)を得た。得られたフッ素系界面活性剤15について、合成例1と同様にして測定した質量平均分子量は95,000であった。
(実施例1)
−トナー1の作製−
スチレン55質量部、アクリル酸メチル45質量部、0.3質量部のフッ素系界面活性剤1、ジビニルベンゼン0.3質量部、ペンタエリスリトールテトラステアレート(ステアリン酸:純度約60%)10質量部、及び離型剤として融点が92℃の天然ガス系フィッシャートロプシュワックスFT−100(Dシェル・MS社製)2質量部を高せん断力で混合可能なTK式ホモミキサー(特殊機化工株式会社製)により、11,000rpmで攪拌し、混合させて均一分散を行い、モノマー混合液1を調製した。
次に、100質量部のモノマー混合液1を、耐圧処理セル内に充填し、超臨界流体として二酸化炭素を選択し、該二酸化炭素を供給ボンベにより耐圧処理セル内に供給し、加圧ポンプと温度調節器で30MPa、85℃に調節した。次いで、AIBN(和光純薬株式会社製、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル)を0.5質量部添加し、24時間反応を行った。
次に、反応終了後、背圧弁を使用して、5.0L/分で6時間、超臨界二酸化炭素をフローし、残留モノマーを除去した後、オイルブラックHBB(オリエント化学株式会社製)0.5質量部、及びオイルオレンジ201(オリエント化学株式会社製)0.02質量部を添加し、1時間染色を行った後、常温常圧まで徐々に戻して、トナー1を得た。
<超臨界流体としての二酸化炭素に対する溶解性>
のぞき窓が付いた高圧容器(内容積:50ml)内に、前記重合性モノマーの重合物(トナー1)1gを入れ、超臨界流体としての二酸化炭素を混合し、30分間経過した後、高圧容器内を目視観察したところ、白濁又は相分離を起こし不溶であった。
(実施例2)
−トナー2の作製−
スチレン80質量部、アクリル酸n−ブチル20質量部、10質量部のフッ素系界面活性剤2、ジビニルベンゼン0.5質量部、離型剤としてカルナウバワックス(CWT01、東洋ペトロライト株式会社製)5質量部、及びC.I.ピグメントブルー(15:3)7質量部を高せん断力で混合可能なTK式ホモミキサー(特殊機化工株式会社製)により、11,000rpmで攪拌し、混合させて均一分散を行い、モノマー混合液2を調製した。
次に、100質量部のモノマー混合液2及び分散剤として平均粒径20nmのシリカ微粒子1質量部を、ホモミキサーを取り付けた耐圧処理セルに充填し、超臨界流体として二酸化炭素を選択し、該二酸化炭素を供給ボンベにより耐圧処理セル内に供給し、加圧ポンプと温度調節器で10MPa、65℃に調節し、10,000rpmで攪拌しながら、重合開始剤としてのV−65(和光純薬株式会社製)5質量部を添加し、24時間反応を行った。
反応終了後、背圧弁を使用して、5.0L/分で6時間、超臨界二酸化炭素をフローし、残留モノマーを除去した後、常温常圧まで徐々に戻して、トナー2を得た。
<超臨界流体としての二酸化炭素に対する溶解性>
のぞき窓が付いた高圧容器(内容積:50ml)内に、前記重合性モノマーの重合物(トナー2)1gを入れ、超臨界流体としての二酸化炭素を混合し、30分間経過した後、高圧容器内を目視観察したところ、白濁又は相分離を起こし不溶であった。
(実施例3)
−トナー3の作製−
スチレン70質量部、メタクリル酸n−ブチル20質量部、メタクリル酸2−エチルヘキシル10質量部、1質量部のフッ素系界面活性剤3、及びジビニルベンゼン0.3質量部を、高せん断力で混合可能なTK式ホモミキサー(特殊機化工株式会社製)により、11,000rpmで攪拌し、均一に混合して、モノマー混合液3を調製した。
次に、合成エステルワックス(WEP05、日本油脂株式会社製)5質量部、及びC.I.ピグメントブルー(15:3)7質量部を、ホモミキサーを取り付けた耐圧処理セルに充填し、超臨界流体として二酸化炭素を選択し、該二酸化炭素を供給ボンベにより耐圧処理セル内に供給し、加圧ポンプと温度調節器を用いて25MPa、80℃に調節し、10,000rpmで充分に攪拌した。これを25MPa、50℃に調節し、分散液1を調製した。
次に、100質量部のモノマー混合液3を、攪拌機を取り付けた耐圧処理セルに充填し、超臨界流体として二酸化炭素を選択し、二酸化炭素を供給ボンベにより耐圧処理セル内に供給し、加圧ポンプと温度調節器で25MPa、80℃に調節し、攪拌しながら、AIBN(和光純薬株式会社製、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル)を2質量部添加し、24時間反応を行った。
反応終了後、背圧弁を使用して、5.0L/分で6時間、超臨界二酸化炭素をフローし、残留モノマーを除去した後、25MPa、50℃で分散液1を添加し、凝集し、合着させて、トナー3を得た。
<超臨界流体としての二酸化炭素に対する溶解性>
のぞき窓が付いた高圧容器(内容積:50ml)内に、前記重合性モノマーの重合物(トナー3)1gを入れ、超臨界流体としての二酸化炭素を混合し、30分間経過した後、高圧容器内を目視観察したところ、白濁又は相分離を起こし不溶であった。
(実施例4〜12)
−トナー4〜12の作製−
実施例1において、フッ素系界面活性剤1の代わりに表1に示すフッ素系界面活性剤4〜12を使用した以外は、実施例1と同様にして、それぞれトナー4〜12を作製した。
<超臨界流体としての二酸化炭素に対する溶解性>
のぞき窓が付いた高圧容器(内容積:50ml)内に、前記重合性モノマーの重合物(トナー4〜12)を、それぞれ1gを入れ、超臨界流体としての二酸化炭素を混合し、30分間経過した後、高圧容器内を目視観察したところ、いずれも白濁又は相分離を起こし不溶であった。
(実施例13)
−トナー13の作製−
実施例1において、フッ素系界面活性剤1の代わりにアクリル酸パーフルオロオクチル40質量部を使用した以外は、実施例1と同様にして、トナー13を作製した。
<超臨界流体としての二酸化炭素に対する溶解性>
のぞき窓が付いた高圧容器(内容積:50ml)内に、前記重合性モノマーの重合物(トナー13)1gを入れ、超臨界流体としての二酸化炭素を混合し、30分間経過した後、高圧容器内を目視観察したところ、白濁又は相分離を起こし不溶であった。
(実施例14)
−トナー14の作製−
実施例1において、フッ素系界面活性剤1の代わりに合成例13のフッ素系界面活性剤13を使用した以外は、実施例1と同様にして、トナー14を作製した。
<超臨界流体としての二酸化炭素に対する溶解性>
のぞき窓が付いた高圧容器(内容積50ml)内に、前記重合性モノマーの重合物(トナー14)1gを入れ、超臨界流体としての二酸化炭素を混合し、30分間経過した後、高圧容器内を目視観察したところ、白濁又は相分離を起こし不溶であった。
(実施例15)
−トナー15の作製−
実施例1において、フッ素系界面活性剤1の代わりに合成例14のフッ素系界面活性剤14を使用した以外は、実施例1と同様にして、トナー15を作製した。
<超臨界流体としての二酸化炭素に対する溶解性>
のぞき窓が付いた高圧容器(内容積:50ml)内に、前記重合性モノマーの重合物(トナー15)1gを入れ、超臨界流体としての二酸化炭素を混合し、30分間経過した後、高圧容器内を目視観察したところ、白濁又は相分離を起こし不溶であった。
(実施例16)
−トナー16の作製−
実施例1において、フッ素系界面活性剤1の代わりに合成例15のフッ素系界面活性剤15を使用した以外は、実施例1と同様にして、トナー16を作製した。
<超臨界流体としての二酸化炭素に対する溶解性>
のぞき窓が付いた高圧容器(内容積:50ml)内に、前記重合性モノマーの重合物(トナー16)1gを入れ、超臨界流体としての二酸化炭素を混合し、30分間経過した後、高圧容器内を目視観察したところ、白濁又は相分離を起こし不溶であった。
(比較例1)
−比較トナー1の作製−
撹拌翼、冷却コンデンサー、及び窒素ガス導入管を取り付けた密閉可能な反応容器を恒温水槽内に取り付け、反応容器内に、エタノール70質量部、蒸留水30質量部、及びポリビニルピロリドン4質量部を仕込み、撹拌翼を回転させてポリビニルピロリドンを完全に溶解させた。次に、反応容器内に、スチレン28質量部、アクリル酸エチル10質量部、メタクリル酸n−ブチル2質量部、エチレングリコールジメタクリレート0.2質量部、四塩化炭素0.03質量部、及び過酸化ベンゾイル0.6質量部を仕込んだ。引き続き、撹拌翼を回転させながら、反応容器内に窒素ガスを吹き込み、酸素を追い出したところで、恒温水槽内を50±0.1℃に昇温して重合を開始させた。2時間後に恒温水槽内を65±0.1℃に昇温し、反応速度を上げた。
次に、反応開始から12時間後に室温に冷却して、樹脂微粒子1の分散液を得た。その一部をサンプリングしてガスクロマトグラフィーで内部標準法による測定を行った結果、重合率は90%を超えていることを確認した。
次に、ソルベントブラック30質量部をエタノール20質量部に加熱溶解させ、1μmのフィルターで非溶解分を取り除いたもの20質量部、エタノール100質量部、及び100質量部の樹脂微粒子1を容器にとり、50℃で1時間攪拌して、樹脂微粒子1の染着を行った。その後、染着液を室温に冷却し、遠心沈降させて、上澄みを除き、エタノールに再分散させる操作を3回行った後、濾過して比較トナー1を得た。
(比較例2)
<比較トナー2の作製>
−樹脂混練物の調製−
スチレン−アクリル系樹脂(ガラス転移温度=65℃)178質量部、及びカルナウバワックス(東洋ペトロライト株式会社製、商品名:CWT01)10質量部からなる原材料をヘンシェルミキサーに投入し、10分間混合した原材料混合物を、三井鉱山株式会社製ニーディクスMOS140−800を用いて、温度130℃下で、溶融混練し、分散させて、樹脂混練物(P−1)を得た。
−超臨界重合工程−
前記樹脂混練物(P−1)150質量部、フッ素系界面活性剤2を10質量部、フタロシアニン顔料(C.I.ピグメントブルー(15:3))10質量部、及び帯電制御剤(サリチル酸アルミニウム)1質量部を、櫛歯型の羽根を有する攪拌機、ヒーター、温度計、及び圧力モニターが組み込まれた耐圧反応セル(内容積:1,000ml)内に投入し、超臨界流体として二酸化炭素を選択し、該二酸化炭素を供給ボンベにより前記耐圧反応セルに供給し、加圧ポンプと温度調節器で25MPa、90℃に調節し、3,000rpmで3時間、攪拌を行った。これを4℃まで冷却した後、減圧バルブを徐々に開放し、比較トナー2を作製した。
<超臨界流体としての二酸化炭素に対する溶解性>
のぞき窓が付いた高圧容器(内容積:50ml)内に、前記スチレン−アクリル系樹脂1gを入れ、超臨界流体としての二酸化炭素を入れて、25MPa、90℃で攪拌しながら、30分間経過した後、高圧容器内を目視観察したところ、相分離を起こし不溶であった。
<質量平均粒径及び粒度分布の測定>
得られた各トナーについて、コールターカウンター法による質量平均粒径及び粒度分布を、コールターカウンターTA−II(コールター社製)を用いて測定した。
まず、電解水溶液100〜150ml中に分散剤として界面活性剤(アルキルベンゼンスルフォン酸塩)を0.1〜5ml加えた。電解水溶液としては1級塩化ナトリウムを用いて1質量%NaCl水溶液に調製したものを用い、ISOTON−II(コールター社製)を使用した。更に、測定試料を2〜20mg加えた。試料を懸濁した電解水溶液は、超音波分散器で1〜3分間分散処理を行い、前記測定装置により、アパーチャーとして100μmアパーチャーを用いて、トナーの質量、及び個数を測定して、質量分布と個数分布を算出した。得られた分布から、トナーの質量平均粒径(D4)、個数平均粒径(Dn)を求めた。結果を表1に示す。
チャンネルとしては、粒径2.00μm以上2.52μm未満、粒径2.52μm以上3.17μm未満、粒径3.17μm以上4.00μm未満、粒径4.00μm以上5.04μm未満、粒径5.04μm以上6.35μm未満、粒径6.35μm以上8.00μm未満、粒径8.00μm以上10.08μm未満、粒径10.08μm以上12.70μm未満、粒径12.70μm以上16.00μm未満、粒径16.00μm以上20.20μm未満、粒径20.20μm以上25.40μm未満、粒径25.40μm以上32.00μm未満、粒径32.00μm以上40.30μm未満の13チャンネルを使用し、粒径2.00μm以上40.30μm未満の粒子を対象とした。
また、得られたトナーの質量平均粒径(D4)、及び個数平均粒径(Dn)の結果から比(D4/Dn)を求め、下記基準により、粒度分布を評価した。結果を表3〜表5に示す。
〔粒径分布(D4/Dn)の評価〕
◎:D4/Dnが1.15未満
○:D4/Dnが1.15以上、1.25未満
△:D4/Dnが1.25以上、1.50未満
×:D4/Dnが1.50以上
−現像剤の調製−
得られた各トナー100質量部に疎水性シリカ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で混合した。次に、外添剤処理を施したトナー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%からなる二成分現像剤を調製した。
次に、得られた各現像剤について、以下のようにして、画像濃度、感光体への融着、帯電量、及び総合評価を行った。結果を表3〜表5に示す。
<画像濃度>
得られた各現像剤について、タンデム型カラー電子写真装置(imagio Neo450、株式会社リコー製)を用いて、複写紙(TYPE6000<70W>、株式会社リコー製)に各現像剤の付着量が1.00±0.05mg/cmのベタ画像を形成した。該ベタ画像の形成は、前記複写紙8,000枚に対して、繰り返し行った。得られたベタ画像の画像濃度を、初期及び8,000枚耐久後について、目視で観察し、下記基準に基づき評価した。この評価は本発明の画像形成方法及び画像形成装置の実施例に相当する。
〔評価基準〕
○:初期及び8,000枚耐久後において、画像濃度に変化がなく、高画質が得られた。
△:8,000枚耐久後において、やや画像濃度が低下し、画質が低下した。
×:8,000枚耐久後において、著しく画像濃度低下し、画質が大きく低下した。
<感光体への融着>
感光体への融着は、上記のようにして8,000枚のベタ画像を形成した後に、有機感光体(OPC)へのトナーの融着を、目視により観察し、下記基準に基づいて評価した。
〔評価基準〕
○:トナーの感光体への融着が認められなかった。
△:トナーの感光体への融着がやや認められた。
×:トナーの感光体への融着が認められた。
<帯電量>
各現像剤6gを計量し、密閉できる金属円柱に仕込み、ブローして帯電量を求めた。なお、トナー濃度は4.5〜5.5質量%に調整した。
<総合評価>
以上の評価結果から、総合的にみて、下記基準により評価した。
〔評価基準〕
○:良好
×:不良
表3〜表5の結果から、実施例1〜16のトナーを用いて得られた現像剤は、比較例1のトナーを用いて得られた現像剤に比べて、帯電性能に優れ、高画像濃度が得られることが確認できた。
比較例1のトナーは、染料による着色性が低いことにより画像濃度が低いが、実施例1〜16のトナーは、染料が樹脂微粒子の内部にまで進入するため、十分な染着と画像濃度が得られることが確認できた。
比較例2のトナーでは、超臨界流体中にスチレン−アクリル系樹脂を溶解させて、トナー粒子を析出させているが、スチレン−アクリル系樹脂の超臨界流体に対する溶解度が極めて低いため、質量平均粒径(D4)は13.5μm、個数平均粒径(Dn)は5.2μmであり、比(D4/Dn)は2.60と非常に分布が広いとともに微粉、及び粗粉の発生も見られ、シャープな粒度分布のトナーが得られないものであった。
また、本発明のトナーの製造方法では、廃液が殆ど発生しないと共に、常圧に戻すだけで、乾燥したトナーが得られることから、低コスト、低環境負荷、省エネルギー、省資源であるため、従来のトナーの製造方法と比べて、画期的なトナー製造方法であることが分かった。
本発明のトナーの製造方法により製造されたトナーは、シャープな粒度分布を有し、帯電性、環境性、経時安定性などのトナー特性が良好であり、かつ低コストであり、廃液が生じず、乾燥工程が不要であり、残留モノマーを含有せず、環境負荷が小さいので、例えば、レーザープリンタ、ダイレクトデジタル製版機、直接又は間接の電子写真多色画像現像方式を用いたフルカラー複写機、フルカラーレーザープリンター、及びフルカラー普通紙ファックスなどに幅広く使用できる。
図1は、本発明の重合造粒工程において使用する重合造粒装置の一例を示す概略図である。 図2は、本発明のプロセスカートリッジの一例を示す概略説明図である。 図3は、本発明の画像形成方法に用いる画像形成装置一の例を示す概略説明図である。 図4は、本発明の画像形成方法に用いる画像形成装置の他の例を示す概略説明図である。 図5は、本発明の画像形成方法に用いる画像形成装置(タンデム型カラー画像形成装置)の一例を示す概略説明図である。 図6は、図5に示す画像形成装置における一部拡大概略説明図である。
符号の説明
10 静電潜像担持体(感光体ドラム)
10K ブラック用静電潜像担持体
10Y イエロー用静電潜像担持体
10M マゼンタ用静電潜像担持体
10C シアン用静電潜像担持体
14 支持ローラ
15 支持ローラ
16 支持ローラ
17 中間転写クリーニング装置
18 画像形成手段
20 帯電ローラ
21 露光装置
22 二次転写装置
23 ローラ
24 二次転写ベルト
25 定着装置
26 定着ベルト
27 加圧ベルト
28 シート反転装置
30 露光装置
32 コンタクトガラス
33 第1走行体
34 第2走行体
35 結像レンズ
36 読取りセンサ
40 現像装置
41 現像ベルト
42K 現像剤収容部
42Y 現像剤収容部
42M 現像剤収容部
42C 現像剤収容部
43K 現像剤供給ローラ
43Y 現像剤供給ローラ
43M 現像剤供給ローラ
43C 現像剤供給ローラ
44K 現像ローラ
44Y 現像ローラ
44M 現像ローラ
44C 現像ローラ
45K ブラック用現像器
45Y イエロー用現像器
45M マゼンタ用現像器
45C シアン用現像器
49 レジストローラ
50 中間転写体
51 ローラ
52 分離ローラ
53 手差し給紙路
54 手差しトレイ
55 切換爪
56 排出ローラ
57 排出トレイ
58 コロナ帯電器
60 クリーニング装置
61 現像器
62 転写帯電器
63 感光体クリーニング装置
64 除電器
70 除電ランプ
80 転写ローラ
90 クリーニング装置
95 転写紙
100 画像形成装置
101 静電潜像担持体(感光体)
102 帯電手段
103 露光
104 現像手段
105 記録媒体
107 クリーニング手段
108 転写手段
120 タンデム型現像器
121 加熱ローラ
122 定着ローラ
123 定着ベルト
124 加圧ローラ
125 加熱源
126 クリーニングローラ
127 温度センサ
130 原稿台
142 給紙ローラ
143 ペーパーバンク
144 給紙カセット
145 分離ローラ
146 給紙路
147 搬送ローラ
148 給紙路
150 複写装置本体
160 帯電装置
200 給紙テーブル
300 スキャナ
400 原稿自動搬送装置(ADF)

Claims (22)

  1. 超臨界流体及び亜臨界流体の少なくともいずれか中で、少なくとも重合性モノマーを重合させてトナーを造粒するトナーの製造方法であって、
    前記超臨界流体及び亜臨界流体の少なくともいずれかがフッ素系界面活性剤を含有し、
    前記重合性モノマーの重合物が、前記超臨界流体及び亜臨界流体の少なくともいずれかに不溶であることを特徴とするトナーの製造方法。
  2. 超臨界流体及び亜臨界流体の少なくともいずれかが、少なくとも二酸化炭素を含む請求項1に記載のトナーの製造方法。
  3. フッ素系界面活性剤が、下記一般式(1)で表される構成単位を有する化合物である請求項1から2のいずれかに記載のトナーの製造方法。
    ただし、前記一般式(1)中、Rは、水素原子、及び炭素数が1〜4のアルキル基のいずれかを表す。Rは、炭素数が1〜4の置換又は無置換のアルキレン基を表す。Rfは、炭素数が1〜20のパーフルオロアルキル基を表す。
  4. 一般式(1)におけるRfが炭素数4〜20のパーフルオロアルキル基を表し、Rが水素原子、Rがメチレン基、及びRfがC15を同時に満たす場合を除く請求項3に記載のトナーの製造方法。
  5. フッ素系界面活性剤中の一般式(1)で表される構成単位の組成比率が、1〜100モル%である請求項3から4のいずれかに記載のトナーの製造方法。
  6. フッ素系界面活性剤が、下記一般式(2)で表される化合物を含有する請求項1から2のいずれかに記載のトナーの製造方法。
    ただし、前記一般式(2)中、Rは、水素原子、及び炭素数が1〜4のアルキル基のいずれかを表す。Rは、炭素数が1〜4の置換又は無置換のアルキレン基を表す。Rfは、炭素数が1〜20のパーフルオロアルキル基を表す。
  7. フッ素系界面活性剤が、下記一般式(2)で表される化合物を反応させることにより得られる化合物である請求項1から2のいずれかに記載のトナーの製造方法。
    前記一般式(2)中、Rは、水素原子、及び炭素数が1〜4のアルキル基のいずれかを表す。Rは、炭素数が1〜4の置換又は無置換のアルキレン基を表す。Rfは、炭素数が1〜20のパーフルオロアルキル基を表す。
  8. 一般式(2)におけるRfが炭素数4〜20のパーフルオロアルキル基を表し、Rが水素原子、Rがメチレン基、及びRfがC15を同時に満たす場合を除く請求項6から7のいずれかに記載のトナーの製造方法。
  9. 反応が、超臨界二酸化炭素中で行われる請求項7から8のいずれかに記載のトナーの製造方法。
  10. 反応が、塊状重合及びリビングラジカル重合のいずれかである請求項7から9のいずれかに記載のトナーの製造方法。
  11. フッ素系界面活性剤の質量平均分子量が、400〜1000万である請求項1から10のいずれかに記載のトナーの製造方法。
  12. フッ素系界面活性剤の含有量が、重合性モノマー100質量部に対し0.01〜50質量部である請求項1から11のいずれかに記載のトナーの製造方法。
  13. 8〜100MPaの加圧下で重合性モノマーを重合する請求項1から12のいずれかに記載のトナーの製造方法。
  14. 30〜150℃の加熱下で重合性モノマーを重合する請求項1から13のいずれかに記載のトナーの製造方法。
  15. 超臨界流体及び亜臨界流体の少なくともいずれか中に、離型剤を含有する請求項1から14のいずれかに記載のトナーの製造方法。
  16. 請求項1から15のいずれかに記載のトナーの製造方法により製造されることを特徴とするトナー。
  17. 質量平均粒径が3〜10μmであり、該質量平均粒径と個数平均粒径との比(質量平均粒径/個数平均粒径)が1.00〜1.25である請求項16に記載のトナー。
  18. 請求項16から17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. 請求項16から17のいずれかに記載のトナーが充填されてなることを特徴とするトナー入り容器。
  20. 静電潜像担持体と、該静電潜像担持体上に請求項16から17のいずれかに記載のトナーで静電潜像を現像して可視像を形成する現像手段を少なくとも有し、画像形成装置本体に着脱可能であることを特徴とするプロセスカートリッジ。
  21. 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、前記静電潜像を請求項16から17のいずれかに記載のトナーを用いて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する定着工程とを少なくとも含むことを特徴とする画像形成方法。
  22. 静電潜像担持体と、該静電潜像担持体上に静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、前記静電潜像を請求項16から17のいずれかに記載のトナーを用いて現像して可視像を形成する現像手段と、前記可視像を記録媒体に転写する転写手段と、前記記録媒体に転写された転写像を定着させる定着手段とを少なくとも有することを特徴とする画像形成装置。
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