JP2007279652A - 静電荷像現像用トナーおよび該静電荷像現像用トナーを用いた画像形成装置 - Google Patents

静電荷像現像用トナーおよび該静電荷像現像用トナーを用いた画像形成装置 Download PDF

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Abstract

【課題】高温高湿度下でのトナーの耐ブロッキング性と低温定着性とが共に優れた、ポリエステル樹脂系トナーバインダを有する静電荷像現像用トナーおよび該静電荷像現像用トナーを用いた画像形成装置の提供。
【解決手段】重縮合ポリエステル樹脂からなる静電荷像現像用トナーであって、該ポリエステル樹脂が、下記一般式(I)または(II)で表される少なくとも1種のチタン含有触媒(a)の存在下に形成されてなる樹脂であることを特徴とする静電荷像現像用トナー。
Ti(−X)m(−OH)n・・・(I)
O=Ti(−X)p(−OR)q・・・(II)
〔Xは炭素数2〜12の(ポリ)アルカノールアミンから1個のOH基のHを除いた残基、RはH、または1〜3個のエーテル結合を含んでいてもよい炭素数1〜8のアルキル基である。mは1〜4、nは0〜3、mとnの和は4、pは1〜2、qは0〜1、pとqの和は2(それぞれ整数)である。〕
【選択図】なし

Description

本発明は電子写真法、静電記録法や静電印刷法等において、静電荷像または磁気潜像の現像に用いられる乾式トナー用として有用なポリエステル樹脂、およびこれをバインダとして用いた静電荷像現像用トナーおよび該静電荷像現像用トナーを用いた画像形成装置に関する。
トナーの低温定着性能を向上させる目的で、バインダとしてポリエステル樹脂を用いることが従来知られている(特許文献1、2等)。しかし、トナーの低温定着性をさらに向上させるためには、分子量やガラス転移温度(以下Tgと略す)を下げる必要があるが、そうした場合、高温高湿度下でのトナーの耐ブロッキング性が劣るという問題点を有していた。
一方、静電荷像現像用トナーを製造するにあたっては、樹脂中に着色剤やワックス等の添加剤を加え、これを加熱溶融させて混練し、この混練物を冷却させた後、これを粉砕して所定の粒径になった静電荷像現像用トナーを製造する粉砕法が広く用いられている。
しかしながら、このような粉砕法によって静電荷像現像用トナーを製造する場合、製造されたトナーの粒径のばらつきが大きく、生産効率が悪くて、コストが高くつき、特に粒径の小さいトナーを製造する場合には、収率が著しく低下する等の問題があった。
このため、近年においては、静電荷像現像用トナーを製造するにあたり、トナー粒子の形状や粒度分布を任意に制御できる製造法として乳化重合凝集法が提案されている(特許文献3、4等)。
特公平5−82943号公報 特許第3051767号公報 特許第3246394号公報 特開2001−305797号公報
ここで、上記の乳化重合凝集法により静電荷像現像用トナーを製造するにあたっては、樹脂微粒子の分散液を乳化重合によって調製する一方、着色剤微粒子の分散液及び離型剤として用いるワックスの分散液等を調製し、これらを混合、攪拌しながら無機金属塩等の適当な凝集剤を添加して、上記の樹脂微粒子と着色剤微粒子等とを凝集させた後、加熱させてこれらを融着させてトナーを製造するようにしている。
しかし、このようにしてトナーを製造した場合、着色剤やワックス等がトナー中にうまく分散されず、着色剤やワックス等が凝集してトナーの表面に露出し、これによりトナーの定着性が低下したり、またトナーの環境安定性が低下して、環境変動によりトナーの帯電量が変化し、形成される画像の濃度が変動したり、形成される画像にカブリが発生したり、クリーニング不良が発生したり、またカラー画像を形成する場合には色調が変化する等の問題があった。
このような課題に鑑み、本発明は、少なくとも1種のチタン含有触媒(a)の存在下に形成された樹脂を含有するポリエステル樹脂粒子を含む粒子を、水系媒体中で乳化、分散、凝集させて得られる静電荷像現像用トナーおよび該静電荷像現像用トナーを用いた画像形成装置を提供することを目的としている。
上記の目的を達成するため、請求項1に記載の発明は、少なくともポリエステル樹脂粒子を含む粒子を水系媒体中で乳化、分散、凝集させて得られる静電荷像現像用トナーであって、該ポリエステル樹脂粒子が、下記一般式(I)または(II)で表される少なくとも1種のチタン含有触媒(a)の存在下に形成された樹脂を含有し、前記トナーはさらに着色剤と離型剤を含有することを特徴とする。
Ti(−X)m(−OH)n・・・(I)
O=Ti(−X)p(−OR)q・・・(II)
なお、前記式(I)および(II)中、Xは炭素数2〜12のモノもしくはポリアルカノールアミンから1個のOH基のHを除いた残基であり、ポリアルカノールアミンの他のOH基が同一のTi原子に直接結合したOH基と分子内で重縮合し環構造を形成していてもよく、他のTi原子に直接結合したOH基と分子間で重縮合し繰り返し構造を形成していてもよい。繰り返し構造を形成する場合の重合度は2〜5である。RはH、または1〜3個のエーテル結合を含んでいてもよい炭素数1〜8のアルキル基である。mは1〜4の整数、nは0〜3の整数、mとnの和は4である。pは1〜2の整数、qは0〜1の整数、pとqの和は2である。mまたはpが2以上の場合、それぞれのXは同一であっても異なっていてもよい。
請求項2に記載の発明は、請求項1記載の静電荷像現像用トナーにおいて、前記式(I)または(II)中のXは、ジもしくはトリアルカノールアミンから1個のOH基のHを除いた残基である。
請求項3に記載の発明は、請求項1または2記載の静電荷像現像用トナーにおいて、前記式中のmまたはpが2以上であり、Xがすべて同一の基である。
請求項4に記載の発明は、請求項1から3のいずれか1項記載の静電荷像現像用トナーにおいて、前記ポリエステル樹脂の少なくとも一部がポリエポキシド(c)で変性されたことを特徴とする。
請求項5に記載の発明は、請求項1から4のいずれか1項記載の静電荷像現像用トナーにおいて、前記トナーの重量平均粒径(D4)が3.0〜7.0μmであり、個数平均粒径(Dn)との比(D4/Dn)が、1.05〜1.30であることを特徴とする。
請求項6に記載の発明は、請求項1から5のいずれか1項記載の静電荷像現像用トナーにおいて、前記トナーの平均円形度が0.93〜0.99であることを特徴とする。
請求項7に記載の発明は、請求項1から6のいずれか1項記載の静電荷像現像用トナーにおいて、前記トナーの円形度が0.95〜0.97の範囲に、50個数%以上の粒子が含まれることを特徴とする。
請求項8に記載の発明は、請求項1から7のいずれか1項記載の静電荷像現像用トナーにおいて、前記ポリエステル樹脂のガラス転移点が50〜80℃、軟化点が80〜130℃、酸価が0.2〜50であることを特徴とする。
請求項9に記載の発明は、請求項1から8のいずれか1項記載の静電荷像現像用トナーにおいて、前記ポリエステル樹脂の数平均分子量(Mn)が1000〜10000であり、重量平均分子量(Mw)との比(Mw/Mn)が2〜10であることを特徴とする。
請求項10に記載の発明は、請求項1から9のいずれか1項記載の静電荷像現像用トナーにおいて、前記ポリエステル樹脂の100℃での貯蔵弾性率が10〜10Paの範囲であり、150℃での貯蔵弾性率が10〜10Paの範囲であることを特徴とする。
請求項11に記載の発明は、請求項1から10のいずれか1項記載の静電荷像現像用トナーにおいて、前記ポリエステル樹脂がスルホン酸基を有する2価のカルボン酸を共重合体成分として含有することを特徴とする。
請求項12に記載の発明は、請求項1から11のいずれか1項記載の静電荷像現像用トナーにおいて、前記トナーがコア用樹脂粒子Aを含むコア粒子から形成されるコア部分と、シェル用樹脂粒子Bを含むシェル微粒子から形成されるシェル部分とからなるコアシェル構造を有することを特徴とする。
請求項13に記載の発明は、請求項1から12のいずれか1項記載の静電潜像現像用トナーにおいて、前記トナーが、前記ポリエステル樹脂粒子を含むコア用樹脂粒子Aを凝集させながら加熱によって固定化させ、コア粒子を形成する工程と、コア粒子分散液に前記シェル用樹脂粒子Bを含むシェル微粒子を添加混合し、コア粒子表面にシェル用微粒子が付着してなるシェル化粒子を形成する工程と、シェル化粒子分散液を加熱する工程とを含む方法によって製造されることを特徴とする。
請求項14に記載の発明は、請求項1から13のいずれか1項記載の静電潜像現像用トナーにおいて、前記シェル用樹脂粒子Bに前記ポリエステル樹脂粒子を含むことを特徴とする。
請求項15に記載の発明は、請求項1から14のいずれか1項記載の静電潜像現像用トナーにおいて、前記コアシェル構造からなるトナーにおいて、コア用樹脂粒子Aとシェル用樹脂粒子Bとの配合重量比(コア:シェル)が50:50〜90:10であることを特徴とする。
請求項16に記載の発明は、請求項1から15のいずれか1項記載の静電潜像現像用トナーにおいて、前記トナーの内部における着色剤の平均分散粒径が、0.05〜0.50μmであることを特徴とする。
請求項17に記載の発明は、請求項1から16のいずれか1項記載の静電潜像現像用トナーにおいて、前記トナーの内部における離型剤の平均分散粒径が、0.2〜2.0μmであることを特徴とする。
請求項18に記載の発明は、請求項1から17のいずれか記載の静電潜像現像用トナーにおいて、前記トナーの表面近傍の離型剤の存在量(離型剤量/(離型剤量+樹脂量))が0.5〜10重量%であることを特徴とする。
請求項19に記載の発明は、請求項1から18のいずれか1項記載の静電潜像現像用トナーにおいて、前記トナーはその表面に無機微粒子からなる外添剤が付着してなり、無機微粒子が疎水化度50%以上でBET比表面積100〜300m/gシリカ微粒子と、疎水化度50以上でBET比表面積20〜150m/gのチタニア微粒子とからなることを特徴とする。
請求項20に記載の発明は、請求項1から19のいずれか1項記載の静電潜像現像用トナーにおいて、前記無機微粒子として平均粒径60〜150nmの概略球形のシリカ粒子を含むことを特徴とする。
請求項21に記載の発明は、電子写真画像形成潜像を担持する像担持体と、像担持体上の潜像を現像装置内のトナーで現像する現像装置と、像担持体表面のトナー像を被転写体に転写する転写装置と、像担持体表面に残留したトナーをクリーニングするクリーニング装置と、被転写体に転写されたトナー像を定着部材により加熱、加圧して記録媒体に定着させる定着装置とを備える画像形成装置であって、前記クリーニング装置における前記トナーをクリーニングする部材が弾性ブレードからなり、前記トナーは、請求項1から23のいずれか1項記載の静電潜像現像用トナーであることを特徴とする。
請求項22に記載の発明は、請求項21記載の画像形成装置において、前記定着装置における前記トナーを定着させる部材が、ベルト又はシート材質からなることを特徴とする。
このように、本発明によれば、少なくとも1種のチタン含有触媒(a)の存在下に形成
された樹脂を含有するポリエステル樹脂粒子を含む粒子を、水系媒体中で乳化、分散、凝
集させて得られる静電荷像現像用トナーおよび該静電荷像現像用トナーを用いた画像形成
装置を提供することができる。
本発明者らは、上述した問題点を解決するべく鋭意検討した結果、特定の触媒の存在下で形成された重縮合ポリエステル樹脂からなるトナーバインダを用い、本バインダの粒子を水系媒体中で乳化、分散させ、更に凝集させる工程を経ることで解決できることを見出し、本発明に到達した。
すなわち、本実施形態では、高温高湿度下でのトナーの耐ブロッキング性と低温定着性とが共に優れた、ポリエステル樹脂からなるトナーを提供することを目的としている。更にまた、クリーニング性、現像安定性に優れたトナーを提供することを目的としている。
以下、本実施形態について詳細に説明する。なお、本実施形態は以下に述べるものに限定されずその趣旨を逸脱しない範囲において種々変更が可能である。
本実施形態に用いるチタン含有触媒(a)は、前記式(I)または(II)で表される化合物であり、2種以上を併用してもよい。
一般式(I)および(II)において、Xは炭素数2〜12のモノもしくはポリアルカノールアミンから1個のOH基のH原子を除いた残基であり、窒素原子の数、すなわち、1級、2級、および3級アミノ基の合計数は、通常1〜2個、好ましくは1個である。
上記モノアルカノールアミンとしては、エタノールアミン、およびプロパノールアミンなどが挙げられる。ポリアルカノールアミンとしては、ジアルカノールアミン(ジエタノールアミン、N−メチルジエタノールアミン、およびN−ブチルジエタノールアミンなど)、トリアルカノールアミン(トリエタノールアミン、およびトリプロパノールアミンなど)、およびテトラアルカノールアミン(N,N,N’,N’−テトラヒドロキシエチルエチレンジアミンなど)が挙げられる。
ポリアルカノールアミンの場合、Ti原子とTi−O−C結合を形成するのに用いられるHを除いた残基となるOH基以外にOH基が1個以上存在し、それが同一のTi原子に直接結合したOH基と分子内で重縮合し環構造を形成していてもよく、他のTi原子に直接結合したOH基と分子間で重縮合し繰り返し構造を形成していてもよい。繰り返し構造を形成する場合の重合度は2〜5である。重合度が6以上の場合、触媒活性が低下するためオリゴマー成分が増え、トナーのブロッキング性悪化の原因になる。
Xとして好ましいものは、ジアルカノールアミン(とくにジエタノールアミン)の残基、およびトリアルカノールアミン(とくにトリエタノールアミン)の残基であり、特に好ましいものはトリエタノールアミンの残基である。
RはH、または1〜3個のエーテル結合を含んでいてもよい炭素数1〜8のアルキル基である。炭素数1〜8のアルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、n−へキシル基、n−オクチル基、β−メトキシエチル基、およびβ−エトキシエチル基などが挙げられる。これらRのうち好ましくは、H、およびエーテル結合を含まない炭素数1〜4のアルキル基であり、さらに好ましくは、H、エチル基、およびイソプロピル基である。
式(I)中、mは1〜4の整数であり、好ましくは1〜3の整数である。nは0〜3の整数であり、好ましくは1〜3の整数である。mとnの和は4である。
また、式(II)中、pは1〜2の整数、qは0〜1の整数であり、pとqの和は2である。mまたはpが2以上の場合、複数存在するXは同一であっても異なっていてもよいが、すべて同一である方が好ましい。
本実施形態における、上記チタン含有触媒(a)のうち、一般式(I)で表される具体例としては、チタニウムジヒドロキシビス(トリエタノールアミネート)、チタニウムトリヒドロキシトリエタノールアミネート、チタニウムジヒドロキシビス(ジエタノールアミネート)、チタニウムジヒドロキシビス(モノエタノールアミネート)、チタニウムジヒドロキシビス(モノプロパノールアミネート)、チタニウムジヒドロキシビス(N−メチルジエタノールアミネート)、チタニウムジヒドロキシビス(N−ブチルジエタノールアミネート)、テトラヒドロキシチタンとN,N,N’,N’−テトラヒドロキシエチルエチレンジアミンとの反応生成物、およびこれらの分子内または分子間重縮合物が挙げられる。
一般式(II)で表されるものの具体例としては、チタニルビス(トリエタノールアミネート)、チタニルビス(ジエタノールアミネート)、チタニルビス(モノエタノールアミネート)、チタニルヒドロキシエタノールアミネート、チタニルヒドロキシトリエタノールアミネート、チタニルエトキシトリエタノールアミネート、チタニルイソプロポキシトリエタノールアミネート、およびこれらの分子内または分子間重縮合物などである。
これらのうちで好ましいものは、チタニウムジヒドロキシビス(トリエタノールアミネート)、チタニウムジヒドロキシビス(ジエタノールアミネート)、チタニルビス(トリエタノールアミネート)、これらの重縮合物、およびこれらの併用であり、さらに好ましくは、チタニウムジヒドロキシビス(トリエタノールアミネート)、その重縮合物、とくにチタニウムジヒドロキシビス(トリエタノールアミネート)である。
これらのチタン含有触媒(a)は、例えば市販されているチタニウムジアルコキシビス(アルコールアミネート;DuPont製など)を、水存在下で70〜90℃にて反応させることで安定的に得ることができる。
本実施形態のトナーバインダを構成する重縮合ポリエステル樹脂としては、ポリオールとポリカルボン酸との重縮合物であるポリエステル樹脂(AX)、(AX)にさらにポリエポキシド(C)などを反応させて得られる変性ポリエステル樹脂(AY)などが挙げられる。(AX)、(AY)などは単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて混合物として使用してもよい。
ポリオールとしては、ジオール(g)および3価以上のポリオール(h)が、ポリカルボン酸としては、ジカルボン酸(i)および3価以上のポリカルボン酸(j)が挙げられ、それぞれ2種以上を併用してもよい。
ポリエステル樹脂(AX)および(AY)としては、以下のものなどが挙げられ、これらのものを併用することもできる。
(AX1):(g)および(i)を用いた線状のポリエステル樹脂
(AX2):(g)および(i)とともに(h)および/または(j)を用いた非線状のポリエステル樹脂
(AY1):(AX2)に(c)を反応させた変性ポリエステル樹脂
ジオール(g)としては、水酸基価180〜1900(mgKOH/g、以下同様)のものが好ましい。具体的には、炭素数2〜36のアルキレングリコール(エチレングリコール、1,2−プロピレングリコール、1,3−プロピレングリコール、1,4−ブチレングリコールおよび1,6−ヘキサンジオールなど);炭素数4〜36のアルキレンエーテルグリコール(ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールおよびポリブチレングリコールなど);炭素数6〜36の脂環式ジオール(1,4−シクロヘキサンジメタノールおよび水素添加ビスフェノールAなど);上記脂環式ジオールの炭素数2〜4のアルキレンオキシド〔エチレンオキシド(以下EOと略記する)、プロピレンオキシド(以下POと略記する)およびブチレンオキシド(以下BOと略記する)など〕付加物(付加モル数1〜30);ビスフェノール類(ビスフェノールA、ビスフェノールFおよびビスフェノールSなど)の炭素数2〜4のアルキレンオキシド(EO、POおよびBOなど)付加物(付加モル数2〜30)などが挙げられる。
これらのうち好ましいものは、炭素数2〜12のアルキレングリコール、ビスフェノール類のアルキレンオキシド付加物およびこれらの併用であり、とくに好ましいものはビスフェノール類のアルキレンオキシド付加物、炭素数2〜4のアルキレングリコールおよびこれらの2種以上の併用である。
なお、上記および以下において水酸基価および酸価は、JIS K 0070に規定の方法で測定される。
3価以上(3〜8価またはそれ以上)のポリオール(h)としては、水酸基価150〜1900のものが好ましい。具体的には、炭素数3〜36の3〜8価またはそれ以上の脂肪族多価アルコール(アルカンポリオールおよびその分子内もしくは分子間脱水物、例えば、グリセリン、トリエチロールエタン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ソルビトール、ソルビタン、ポリグリセリン、およびジペンタエリスリトール;糖類およびその誘導体、例えば庶糖およびメチルグルコシド;など);上記脂肪族多価アルコールの炭素数2〜4のアルキレンオキシド(EO、POおよびBOなど)付加物(付加モル数1〜30);トリスフェノール類(トリスフェノールPAなど)の炭素数2〜4のアルキレンオキシド(EO、POおよびBOなど)付加物(付加モル数2〜30);ノボラック樹脂(フェノールノボラックおよびクレゾールノボラックなど:平均重合度3〜60)の炭素数2〜4のアルキレンオキシド(EO、PO、BOなど)付加物(付加モル数2〜30)などが挙げられる。
これらのうち好ましいものは、3〜8価またはそれ以上の脂肪族多価アルコールおよびノボラック樹脂のアルキレンオキシド付加物(付加モル数2〜30)であり、とくに好ましいものはノボラック樹脂のアルキレンオキシド(メチレンオキシド、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、ブチレンオキシド)付加物である。
ジカルボン酸(i)としては、酸価180〜1250(mgKOH/g、以下同様)のものが好ましい。具体的には、炭素数4〜36のアルカンジカルボン酸(コハク酸、アジン酸、およびセバシン酸など)およびアルケニルコハク酸(ドデセニルコハク酸など);炭素数4〜36の脂環式ジカルボン酸〔ダイマー酸(2量化リノール酸)など〕;炭素数4〜36のアルケンジカルボン酸(マレイン酸、フマル酸、シトラコン酸、およびメサコン酸など);炭素数8〜36の芳香族ジカルボン酸(フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸またはこれらの誘導体、およびナフタレンジカルボン酸など)などが挙げられる。これらのうち好ましいものは、炭素数4〜20のアルケンジカルボン酸、および炭素数8〜20の芳香族ジカルボン酸である。なお、(i)としては、上述のものの酸無水物または低級アルキル(炭素数1〜4)エステル(メチルエステル、エチルエステル、イソプロピルエステルなど)を用いてもよい。
3価以上(3〜6価またはそれ以上)のポリカルボン酸(j)としては、酸価150〜1250mgのものが好ましい。具体的には、炭素数9〜20の芳香族ポリカルボン酸(トリメリット酸、ピロメリット酸など);不飽和カルボン酸のビニル重合体[数平均分子量(以下Mnと記載、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)による):450〜10000](スチレン/マレイン酸共重合体、スチレン/アクリル酸共重合体、α−オレフィン/マレイン酸共重合体、スチレン/フマル酸共重合体など)などが挙げられる。これらのうち好ましいものは、炭素数9〜20の芳香族ポリカルボン酸であり、とくに好ましいものはトリメリット酸、およびピロメリット酸である。なお、3価以上のポリカルボン酸(j)としては、上述のものの酸無水物または低級アルキル(炭素数1〜4)エステル(メチルエステル、エチルエステル、イソプロピルエステルなど)を用いてもよい。
また、(g)、(h)、(i)および(j)とともに炭素数4〜20の脂肪族または芳香族ヒドロキシカルボン酸(k)、炭素数6〜12のラクトン(l)を共重合することもできる。
ヒドロキシカルボン酸(k)としては、ヒドロキシステアリン酸、硬化ヒマシ油脂肪酸などが挙げられる。ラクトン(l)としては、カプロラクトンなどが挙げられる。
ポリエポキシド(c)としては、ポリグリシジルエーテル〔エチレングリコールジグリシジルエーテル、テトラメチレングリコールジグリシジルエーテル、ビスフェノールAジグリシジルエーテル、ビスフェノールFジグリシジルエーテル、グリセリントリグリシジルエーテル、ペンタエリスリトールテトラグリシジルエーテル、フェノールノボラック(平均重合度3〜60)グリシジルエーテル化物など〕;ジエンオキサイド(ペンタジエンジオキサイド、ヘキサジエンジオキサイドなど)などが挙げられる。これらの中で好ましくは、ポリグリシジルエーテルであり、さらに好ましくは、エチレングリコールジグリシジルエーテルおよびビスフェノールAジグリシジルエーテルである。
(c)の1分子当たりのエポキシ基数は、好ましくは2〜8、さらに好ましくは2〜6、とくに好ましくは2〜4である。
(c)のエポキシ当量は、好ましくは50〜500である。下限では、さらに好ましくは70、とくに好ましくは80であり、また上限では、さらに好ましく300、とくに好ましくは200である。エポキシ基数とエポキシ当量が上記範囲内であると、現像性と定着性が共に良好である。上述の1分子当たりのエポキシ基数およびエポキシ当量の範囲を同時に満たせばさらに好ましい。
ポリオールとポリカルボン酸の反応比率は、水酸基[OH]とカルボキシル基[COOH]の当量比[OH]/[COOH]として、好ましくは2/1〜1/2、さらに好ましくは1.5/1〜1/1.3、とくに好ましくは1.3/1〜1/1.2である。また使用するポリオールとポリカルボン酸の種類は、最終的に調整されるポリエステル系トナーバインダのガラス転移点が45〜85℃となるよう分子量調整も考慮して選択される。
トナーバインダはフルカラー用、モノクロ用で各々異なる物性が求められており、ポリエステル樹脂の設計も異なる。
即ち、フルカラー用には高光沢画像が求められるため、低粘性のバインダとする必要があるが、モノクロ用には光沢は特に必要なく、ホットオフセット性が重視されるため高弾性のバインダとする必要がある。
フルカラー複写機等に有用である高光沢画像を得る場合は、(AX1)、(AX2)、(AY1)およびこれらの混合物が好ましい。この場合、低粘性であることが好ましいことから、これらのポリエステル樹脂を構成する(h)および/または(j)の比率は、(h)と(j)のモル数の和が(g)〜(j)のモル数の合計に対して、好ましくは0〜20モル%、さらに好ましくは0〜15モル%、とくに好ましくは0〜10モル%である。
モノクロ複写機等に有用である高い耐ホットオフセット性を得る場合は、(AX2)、(AY1)およびこれらの混合物が好ましい。この場合、高弾性であることが好ましいことから、これのポリエステル樹脂としては、(h)と(j)を両方用いたものがとくに好ましい。(h)および(j)の比率は、(h)と(j)のモル数の和が(g)〜(j)のモル数の合計に対して、好ましくは0.1〜40モル%、さらに好ましくは0.5〜25モル%、とくに1〜20モル%である。
また、フルカラー用ポリエステル樹脂のテトラヒドロフラン(THF)不溶分は、光沢度の観点から、好ましくは10%以下、さらに好ましくは5%以下である。
上記および以下において%は、とくに断りのない限り、重量%を意味する。
なお、THF不溶分およびTHF可溶分は以下の方法で得られる。
200mlの共栓付きマイヤーフラスコに、試料約0.5gを精秤し、THF(テトラヒドロフラン)50mlを加え、3時間攪拌還流させて冷却後、グラスフィルターで不溶分をろ別する。THF不溶分の値(%)は、グラスフィルター上の樹脂分を80℃で3時間減圧乾燥した後の重量と試料の重量比から算出する。
なお、後述する分子量の測定には、このろ液をTHF可溶分として使用する。
また、ポリエステル樹脂の100℃での貯蔵弾性率が10〜10Paであり、150℃での貯蔵弾性率が10〜10Paであることが好ましい。100℃での貯蔵弾性率が10Pa以上、150℃での貯蔵弾性率が10Pa以上で耐熱保存性と耐オフセット性が良好となり、100℃での貯蔵弾性率が10Pa以下、150℃での貯蔵弾性率が10Pa以下であることで、低温定着性が良好となる。
粘弾率の測定方法は、以下のとおりに行う。
トナーを直径20mm、厚さ2.00mmのペレットに成型しHAKE製RheostressRS50を用いて20mmΦのパラレルプレートに固定し測定する。測定する条件は温度挿引、周波数1Hz(6.28rad/s)、温度80〜210℃、歪み0.1(ひずみ制御)、昇温速度2.5℃/Minの条件で測定する。
モノクロ用ポリエステル樹脂は、THF不溶分を2〜70%含有していることが好ましく、さらに好ましくは5〜60%、とくに10〜50%である。THF不溶分が2%を以上で耐ホットオフセット性が良好になり、70%以下で良好な低温定着性が得られる。
また、本実施形態のポリエステル樹脂は、軟化点が80〜130℃であることが好ましく、さらに好ましくは90〜125℃である。80℃以上で耐熱保存性、耐オフセット性が良好となり、125℃以下で低温定着性が良好となる。
軟化点の測定方法を以下に示す。
フローテスターを用いて、下記条件で等速昇温し、その流出量が1/2になる温度をもって軟化点とする。
装置 :島津(株)製 フローテスター CTF−500D
荷重 :20kgf/cm
ダイ :1mmΦ−1mm
昇温速度:6℃/min
試料量 :1.0g
ポリエステル樹脂のピークトップ分子量(Mp)はモノクロ用、フルカラー用いずれの場合も、好ましくは3000〜30000、さらに好ましくは1500〜25000、とくに1800〜20000である。Mpが3000以上で、耐熱保存安定性および粉体流動性が良好となり、30000以下でトナーの低温定着性が良好となる。
また、ポリエステル樹脂の数平均分子量(Mn)は好ましくは1000〜10000であり、さらに好ましくは2000〜8000である。Mnが1000以上で耐熱保存安定性および耐オフセット性が良好となり、8000以下でトナーの低温定着性が良好となる。
また、重量平均分子量(Mw)との比(Mw/Mn)が2〜10であることが好ましく、3〜8であることがさらに好ましい。(Mw/Mn)は2以上でトナーの定着可能な温度領域が得られ、10未満でトナーの低温定着性が良好となる。
また、本実施形態のポリエステル樹脂からなるトナーバインダ(A)を用いてトナーとしたときの、トナー中の分子量1500以下の成分の比率は、1.8%以下が好ましく、さらに好ましくは1.3%以下、とくに好ましくは1.1%以下である。分子量1500以下の成分の比率が1.8%以下になることで、耐熱保存性がより良好となる。
上記および以下において、ポリエステル樹脂またはトナーの、Mp、Mn、Mwおよび分子量1500以下の成分の比率は、THF可溶分についてGPCを用いて以下の条件で測定される。
装置 : 東ソー製 HCL−8120
カラム : TSKgelGMHXL(2本)
TSKgelmultiporeHXL−M(1本)
測定温度 : 40℃
試料溶液 : 0.25%のTHF溶液
溶液注入量: 100μl
検出装置 : 屈折率検出器
基準物質 : ポリスチレン
得られたクロマトグラム上最大のピーク高さを示す分子量をピークトップ分子量(Mp)と称する。さらに分子量1500で分割したときのピーク面積の比率で低分子量物の存在比を評価する。
ポリエステル樹脂の酸価はモノクロ用、フルカラー用いずれの場合も、好ましくは0.2〜50、更に好ましくは0.5〜40である。酸価が0.2〜50の範囲では、帯電性が良好である。
ポリエステル樹脂の水酸基価はモノクロ用、フルカラー用いずれの場合も、好ましくは1〜70、さらに好ましくは3〜60、特に5〜55である。酸価が1〜70の範囲では、環境安定性が良好である。以下に酸価と水酸基価の測定法を示す。
(酸価の測定方法)
JIS K0070−1992に記載の測定方法に準拠して以下の条件で測定を行う。
試料調整:トナー0.5g(酢酸エチル可溶成分では0.3g)をトルエン120mlに添加して室温(23℃)で約10時間撹拌して溶解する。更にエタノール30mlを添加して試料溶液とする。
測定は上記記載の装置にて計算することが出来るが、具体的には次のように計算する。
あらかじめ標定されたN/10苛性カリ〜アルコール溶液で滴定し、アルコールカリ液の消費量から次の計算で酸価を求める。
酸価=KOH(ml数)×N×56.1/試料重量
(ただしNは(N/10)のKOHのファクター)
(水酸基価の測定方法)
試料0.5gを100mlのメスフラスコに精秤し、これにアセチル化試薬5mlを正しく加える。その後100℃±5℃の浴中に浸して加熱する。1〜2時間後フラスコを浴から取り出し、放冷後水を加えて振り動かして無水酢酸を分解する。更に分解を完全にするため再びフラスコを浴中で10分間以上加熱し放冷後、有機溶剤でフラスコの壁を良く洗う。この液を、前記電極を用いてN/2水酸化カリウムエチルアルコール溶液で電位差滴定を行い、OH価を求める(JISK0070−1966に準ずる。)。
ポリエステル樹脂のTgはモノクロ用、フルカラー用いずれの場合も、好ましくは50〜80℃、更に好ましくは55〜75℃である。Tgが50℃〜80℃の範囲では耐熱保存安定性と低温定着性が良好である。
なお、上記および以下においてポリエステル樹脂のTgは、セイコー電子工業(株)製DSC20,SSC/580を用いてASTM D3418−82に規定の方法(DSC法)で測定される。
本実施形態においてトナーバインダ(A)として用いるポリエステル樹脂は、通常のポリエステルの製造法と同様にして製造することができる。例えば、不活性ガス(窒素ガス等)雰囲気中で、チタン含有触媒(a)の存在下、反応温度が好ましくは150〜280℃、さらに好ましくは160〜250℃、とくに好ましくは170〜240℃で反応させることにより行うことができる。また反応時間は、重縮合反応を確実に行う観点から、好ましくは30分以上、とくに2〜40時間である。反応末期の反応速度を向上させるために減圧する(例えば1〜50mmHg)ことも有効である。
(a)の添加量としては、重合活性などの観点から、得られる重合体の重量に対して、好ましくは0.0001〜0.8%、さらに好ましくは0.0002〜0.6%、とくに好ましくは0.0015〜0.55%である。
また、(a)の触媒効果を損なわない範囲で他のエステル化触媒を併用することもできる。他のエステル化触媒の例としては、スズ含有触媒(例えばジブチルスズオキシド)、三酸化アンチモン、(a)以外のチタン含有触媒(例えばチタンアルコキシド、シュウ酸チタニルカリウム、およびテレフタル酸チタン)、ジルコニウム含有触媒(例えば酢酸ジルコニル)、ゲルマニウム含有触媒、アルカリ(土類)金属触媒(例えばアルカリ金属もしくはアルカリ土類金属のカルボン酸塩:酢酸リチウム、酢酸ナトリウム、酢酸カリウム、酢酸カルシウム、安息香酸ナトリウム、および安息香酸カリウムなど)、および酢酸亜鉛等が挙げられる。これらの他の触蝶の添加量としては、得られる重合体に対して、0〜0.6(好ましくは0を越え0.6重量%)%が好ましい。0.6%以内とすることで、ポリエステル樹脂の着色が少なくなり、カラー用のトナーに用いるのに好ましい。添加された全触媒中の(a)の含有率は、50〜100%が好ましい。
線状のポリエステル樹脂(AX1)の製造方法としては、例えば、得られる重合体の重量に対して0.0001〜0.8%の触蝶(a)と、必要により他の触媒の存在下、ジオール(g)、およびジカルボン酸(i)を、180℃〜260℃に加熱し、常圧および/または減圧条件で脱水縮合させて、(AX1)を得る方法が挙げられる。
非線状のポリエステル樹脂(AX2)の製造方法としては、例えば、得られる重合体の重量に対して0.0001〜0.8%の触媒(a)と、必要により他の触媒の存在下、ジオール(g)、ジカルボン酸(i)、および3価以上のポリオール(h)を、180℃〜260℃に加熱し、常圧および/または減圧条件で脱水縮合させた後、さらに3価以上のポリカルボン酸(j)を反応させて、(AX2)を得る方法が挙げられる。(j)を、(g)、(i)および(h)と同時に反応させることもできる。
変性ポリエステル樹脂(AY1)の製造方法としては、ポリエステル樹脂(AX2)にポリエポキシド(c)を加え、180℃〜260℃でポリエステルの分子伸長反応を行うことで、(AY1)を得る方法が挙げられる。
(c)と反応させる(AX2)の酸価は、好ましくは1〜60、さらに好ましくは5〜50である。酸価が1以上であると、(c)が未反応で残存して樹脂の性能に悪影響を及ぼす恐れがなく、60以下であると、樹脂の熱安定性が良好である。
また、(AY1)を得るのに用いる(c)の量は、低温定着性および耐ホットオフセット性の観点から、(AX2)に対して、好ましくは0.01〜10%、さらに好ましくは0.05〜5%である。
また、本実施形態のポリエステルは、結晶性を示すものであっても、非晶性のものでも、本実施形態の目的を達成することが可能である。さらに、結晶性を示すポリエステルと非晶性のポリエステルとを1種以上ずつ含むものであってもよい。特に、結晶性を示すポリエステルは、得られるトナーにおいて、その全体の溶融粘度を下げることが可能となり、紙等に対する接着性の向上を図ることができる。しかも、当該結晶性ポリエステルが存在しても、高温側の弾性率が好ましい範囲に維持されるため、良好な耐オフセット性が発揮される。結晶性のポリエステルの場合においても、融点が80℃未満の場合には、定着性自体は向上するものの、保存性が低下し実用性に問題を生じる。一方、融点が130℃を超える場合には、溶融開始温度が高くなるために、定着性の向上に対する寄与が低く、定着性改良の効果発揮が少なくなる。また、上記効果を有する結晶性のポリエステルは、定着性向上に寄与させ保存性低下に影響を及ぼさないために、コアシェル構造のコア部分に用いることが好ましい。
結晶性ポリエステルとしては、脂肪族ジオールと、脂肪族ジカルボン酸(酸無水物および酸塩化物を含む)とを反応させて得られるポリエステルをあげることができる。
結晶性ポリエステルを得るために使用されるジオールとしては、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、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、1,4−ブテンジオール、ネオペンチルグリコール、1,5−ペンタングリコール、1,6−ヘキサングリコール、1,4−シクロヘキサンジオール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、ジプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコール、ビスフェノールA、ビスフェノールZ、ビスフェノールF、水素添加ビスフェノールA等を挙げることができる。
結晶性ポリエステルを得るために使用されるジカルボン酸としては、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スペリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、マレイン酸、フマル酸、シトラコ酸、イタコン酸、グルタコ酸、n−ドデシルコハク酸、n−ドデセニルコハク酸、イソドデシルコハク酸、イソドデセニルコハク酸、n−オクチルコハク酸、n−オクテニルコハク酸、これらの酸無水物あるいは酸塩化物を挙げることができる。
特に好ましい結晶性ポリエステルとしては、1,4−シクロヘキサンジメタノールとアジピン酸とを反応して得られるポリエステル、ブタンジオール及びエチレングリコールとアジピン酸とを反応させて得られるポリエステル、1,6ヘキサンジオールとセバシン酸とを反応して得られるポリエステル、エチレングリコールとコハク酸とを反応して得られるポリエステル、エチレングリコールとセバシン酸とを反応して得られるポリエステル、1,4−ブタンジオールとコハク酸とを反応して得られるポリエステルを挙げることができる。
酸価と水酸価の関係を調整するためには、アルコール成分を多めに使用することでこの関係を調整することができる。
すなわち、アルコール成分と酸成分の比率を、モル比で1.01〜1.10:1と、アルコール成分を多めに使用することで調整が可能である。酸価自体の調整については、反応を経時で追跡し、酸価が本実施形態の範囲内になった時点でポリエステル化を終了すればよい。
一方、本実施形態のトナーは、水系媒体中にポリエステル樹脂乳化分散させてなる分散液を用い、ポリエステル樹脂粒子を水系媒体中で凝集させる工程を経て静電荷像現像用トナーを得る。得られたトナーは、上記問題が解決できることを見出した。具体的には、ポリエステル樹脂、離型剤、着色剤を凝集させてトナー粒子を得る方法、又は、離型剤を含有するポリエステル樹脂粒子と着色剤を含有するポリエステル樹脂を調製し、それらを凝集する方法などで行う。
本実施形態の工法で作成することで、高画質化に有利な小粒径で粒径分布のシャープなトナーを安定的に作成することが可能となる。さらに、樹脂、離型剤、着色剤の相互の存在状態を必要性に応じて制御することが可能となり、本実施形態の樹脂の特性を効果的に発揮させることができる。
なお、本明細書中、「凝集」は、少なくとも複数の樹脂粒子が単に付着することを意図する概念で用いるものとする。「凝集」によって、構成粒子は接触しているものの、樹脂粒子等の溶融による結合は形成されていない、いわゆるヘテロ凝集粒子(群)が形成される。そのような「凝集」によって形成される粒子群を「凝集粒子」と呼ぶものとする。
ここで、具体的な本実施形態のトナー作成方法を記載する。
(乳化工程)
前記本実施形態の乳化液は、塩基性物質が存在する水系媒体中で本実施形態のポリエステルを乳化する乳化工程により得られる。本実施形態に係る乳化工程において、既述のポリエステル樹脂の乳化粒子(液滴)は、水系媒体と、ポリエステル樹脂を含む液(ポリマー液)とを混合した溶液に、剪断力を与えることにより形成される。
更に、本実施形態に係る乳化工程において、前記ポリエステル樹脂からなるポリマー液に着色剤を添加して、ポリマー(混合)液を調製し、前記水系媒体と、該ポリマー(混合)液とを混合した溶液に、剪断力を与えることにより前記ポリエステル樹脂の乳化粒子(液滴)が形成されることが好ましい。このように前記着色剤が分散している乳化液を調製することにより、トナーの製造に好ましく用いることができる。
その際、加熱するか、或いは、有機溶剤にポリエステル樹脂を溶解させることにより、ポリマー液の粘性を下げて乳化粒子を形成することもできる。また、乳化粒子の安定化や水系媒体の増粘のため、分散剤を使用することもできる。以下、かかる乳化粒子の分散液のことを、「樹脂粒子分散液」という場合がある。
前記分散剤としては、例えば、ポリビニルアルコール、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリメタクリル酸ナトリウムの等の水溶性高分子、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、オクタデシル硫酸ナトリウム、オレイン酸ナトリウム、ラウリル酸ナトリウム、ステアリン酸カリウム等のアニオン性界面活性剤、ラウリルアミンアセテート、ステアリルアミンアセテート、ラウリルトリメチルアンモニウムクロライド等のカチオン性界面活性剤、ラウリルジメチルアミンオキサイド等の両性イオン性界面活性剤、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルアミン等のノニオン性界面活性剤等の界面活性剤、リン酸三カルシウム、水酸化アルミニウム、硫酸カルシウム、炭酸カルシウム、炭酸バリウム等の無機化合物等が挙げられる。
前記分散剤として無機化合物を用いる場合、市販のものをそのまま用いてもよいが、微粒子を得る目的で、分散剤中にて無機化合物の微粒子を生成する方法を採用してもよい。
前記分散剤の使用量としては、前記ポリエステル樹脂(トナーバインダ)100重量部に対して、0.01〜20重量部が好ましい。
なお、前記乳化工程において、前記ポリエステル樹脂に、スルホン酸基を有するジカルボン酸を共重合させておく(好ましくは、酸由来構成成分中に、スルホン酸基を持つジカルボン酸由来構成成分が好適量含まれる)と、界面活性剤等の分散安定剤を減らすことができる。ただし、スルホン酸基の量を多くすると乳化が楽にできるが、一方、帯電性、特に高温高湿下での帯電性が悪くなる場合がある。極力少量のスルホン酸基で組成を設計することが好ましい。或いは使用しなくても乳化粒子を形成できる組成もある。
前記有機溶剤としては、例えば、酢酸エチル、トルエンが挙げられ、前記ポリエステル樹脂に応じて適宜選択して用いる。
前記有機溶剤の使用量としては、前記ポリエステル樹脂および必要に応じて用いられる他のモノマー(以下、併せて単に「ポリマー」という場合がある。)の総量100重量部に対して、50〜5000重量部が好ましく、120〜1000重量部がより好ましい。
尚、着色剤を用いる場合は、この乳化粒子を形成する前に、予め着色剤を混入させておくこともできる。
通常、ポリエステルをそのまま乳化させるとpHが3〜4となり、酸性側に偏りすぎてポリエステルが加水分解してしまう。しかし、塩基性物質を存在させることにより、乳化時のpHを中性にし、ポリエステルを乳化するので、ポリエステルの加水分解を伴わずに乳化液が得られる。本実施形態で乳化液の調製する際のpHは、ポリエステルの加水分解が発生しないという観点から、4.5〜9.5が好ましく、5〜9がより好ましく、6〜8が更に好ましい。
本実施形態に係る塩基性物質としては、アンモニア、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム等の無機塩基類、ジエチルアミン、トリエチルアミン等の有機塩基類が挙げられ、この中でも無機塩基類が好ましく、特にアンモニアが好ましい。
本実施形態に係る乳化工程に用いる乳化機としては、例えば、ホモジナイザー、ホモミキサー、クリアミックス、加圧ニーダー、エクストルーダー、メディア分散機等が挙げられる。
前記結晶性ポリエステル樹脂の乳化粒子(液滴)の大きさとしては、その平均粒子径(体積平均粒径)で0.01〜1μmが好ましく、0.03〜0.8μmがより好ましく、0.03〜0.4μmがさらに好ましい。
前記着色剤の分散方法としては、任意の方法、例えば回転せん断型ホモジナイザーや、メディアを有するボールミル、サンドミル、ダイノミル、ローターステーター型乳化機などの一般的な分散方法を使用することができ、なんら制限されるものではない。
必要に応じて、界面活性剤を使用してこれら着色剤の水分散液を調製したり、分散剤を使用してこれら着色剤の有機溶剤分散液を調製したりすることもできる。以下、かかる着色剤の分散液のことを、「着色粒子分散液」という場合がある。分散に用いる界面活性剤や分散剤としては、前記ポリエステル樹脂を分散させる際に用い得る分散剤と同様のものを用いることができる。
(凝集工程)
前記凝集工程においては、得られた乳化粒子を、前記ポリエステル樹脂の融点付近の温度で、かつ融点以下の温度にて加熱して凝集し凝集体を形成する。
乳化粒子の凝集体の形成は、攪拌下、乳化液のpHを酸性にすることによってなされる。当該pHとしては、2〜6が好ましく、2.5〜5がより好ましく、2.5〜4がさらに好ましい。この際、凝集剤を使用するのも有効である。
用いられる凝集剤は、前記分散剤に用いる界面活性剤と逆極性の界面活性剤、無機金属塩の他、2価以上の金属錯体を好適に用いることができる。特に、金属錯体を用いた場合には界面活性剤の使用量を低減でき、帯電特性が向上するため特に好ましい。
前記無機金属塩としては、例えば、塩化カルシウム、硝酸カルシウム、塩化バリウム、塩化マグネシウム、塩化亜鉛、塩化アルミニウム、硫酸アルミニウムなどの金属塩、および、ポリ塩化アルミニウム、ポリ水酸化アルミニウム、多硫化カルシウム等の無機金属塩重合体などが挙げられる。その中でも特に、アルミニウム塩およびその重合体が好適である。よりシャープな粒度分布を得るためには、無機金属塩の価数が1価より2価、2価より3価、3価より4価の方が、また、同じ価数であっても重合タイプの無機金属塩重合体の方が、より適している。
(合一工程)
合一工程においては、凝集工程と同様の攪拌下で、凝集体の懸濁液のpHを3〜10の範囲にすることにより、凝集の進行を止め、前記ポリエステル樹脂の融点以上の温度で加熱を行うことにより凝集体を合一させる。前記加熱の温度としては、前記ポリエステル樹脂の融点以上であれば問題無い。前記加熱の時間としては、合一が十分に為される程度行えばよく、0.5〜10時間程度行えばよい。
合一して得た粒子は、ろ過などの固液分離工程や、必要に応じて洗浄工程、乾燥工程を経てトナーの粒子とすることができる。この場合、トナーとして十分な帯電特性、信頼性を確保するために、洗浄工程において、十分に洗浄することが好ましい。
乾燥工程では、通常の振動型流動乾燥法、スプレードライ法、凍結乾燥法、フラッシュジェット法など、任意の方法を採用することができる。トナーの粒子は、乾燥後の含水分率を1.0%以下、好ましくは0.5%以下に調整することが望ましい。
本実施形態のトナーは、コアシェル構造をとることで、定着性、機械的強度の向上などが可能となる。以降、コアシェル構造の説明の中で、コア用樹脂粒子をA、シェル用樹脂粒子をBとして説明する。これは、コア用樹脂粒子Aの分散体を製造する工程、シェル用樹脂粒子Bの分散体を製造する工程、コア用樹脂粒子Aを水系媒体中で凝集または凝集/融着させてコア粒子を形成する工程、コア粒子の表面に少なくともシェル用樹脂粒子Bを付着/融着させてシェル層を形成し、コアシェル構造型トナー粒子を得る工程により作成することができる。
本実施形態の静電潜像現像用トナーは、水系媒体中で少なくともコア用樹脂粒子Aを凝集/融着させて得られるコア粒子の表面にシェル用樹脂粒子Bを付着/融着させて得られるコアシェル構造型トナー粒子を含有するものである。本実施形態においてはコア粒子表面のシェル層を構成するシェル用樹脂粒子Bとしてコア用樹脂粒子Aよりも軟らかい樹脂成分と硬い樹脂成分とを必須成分として使用する。これによって、軟らかい樹脂成分が融着促進成分として作用して硬い樹脂成分をコア粒子表面に強固に接着することができ、さらにはシェル層の均一な形成が可能になるため、トナー粒子表面を滑らかにし、シェル層全体を機械的強度の高い均質なシェル層とすることができる。その結果として現像装置内での機械的ストレスに対して高い耐久性を有するトナー構造とすることができる。
本実施形態においてコア用樹脂粒子Aは、複数の樹脂成分を別々の粒子として含む粒子構成であってもよいし、または個々の粒子において複数の樹脂成分およびそれぞれの樹脂層を有する複合粒子構成であってもよい。
また同様に、本実施形態においてシェル用樹脂粒子Bは、複数の樹脂成分を別々の粒子として含む粒子構成であってもよいし、または個々の粒子において複数の樹脂成分およびそれぞれの樹脂層を有する複合粒子構成であってもよい。
<コア粒子>
コア用樹脂粒子Aは単一種の樹脂粒子から構成されるだけでなく、分子量の異なる複数の樹脂粒子、例えば、高分子量コア用樹脂粒子a1、中間分子量コア用樹脂粒子a2、低分子量コア用樹脂粒子a3から構成されていてもよいし、多段重合法により分子量の異なる樹脂、例えばコア用樹脂a1、a2、a3を多層化(複合化)させた樹脂粒子(複合樹脂粒子)から構成されていてもよい。すなわち、コア粒子は、分子量の異なる複数の樹脂粒子と所望により着色剤粒子等とを凝集/融着させることにより、また、複合樹脂粒子と所望により着色剤粒子等とを凝集/融着させることにより得ることができる。コア粒子全体の樹脂の数平均分子量(Mn)は好ましくは1,000〜10,000であり、さらに好ましくは2,000〜8,000の範囲である。Mnが1,000以上であれば耐熱保存安定性および耐オフセット性が良好となり、また8,000以下ではトナーの低温定着性が良好となる。
この範囲よりも高いと定着性が不十分となる場合があり、またこの範囲よりも低いとトナーのブロッキング性や保存性が悪化する。
コア用樹脂粒子Aは、水系中で安定に分散可能な樹脂粒子であれば、特に限定されるものではなく、公知の樹脂組成系・製造方法が適用可能である。特にトナーの定着性と保存性の観点からはスチレンアクリル系共重合樹脂やポリエステル系樹脂などが好適に用いられる。例えば、スチレンアクリル系樹脂を得る製造方法としては、乳化重合法や懸濁重合法が好適であり、ポリエステル樹脂粒子を得る場合、予め得られたポリマーを溶剤に溶かして水系中で懸濁乳化分散させるなどの方法により容易に得ることができる。特に、上述したような低分子成分・高分子成分・中分子成分を複合化して用いるような場合には乳化重合法により多段重合によって得られた樹脂粒子が製造性の観点で好適である。これらのコア用樹脂粒子Aは重量平均粒径が50〜500nmの範囲であることが好ましい。また、これらのコア用樹脂粒子Aや後述のシェル用樹脂粒子Bや後述のワックスや着色剤分散体の粒径については動的光散乱式粒度分布計:マイクロトラックUPA150(ハネウェル社製)などを用いて測定することができる。
<シェル層>
シェル層を構成するシェル用樹脂粒子Bの重量平均分子量(MwB)は、コア用樹脂粒子Aの重量平均分子量(MwA)に対して、下記関係式(i);
MwA<MwB ・・・(i)
が成立する範囲にある。また、当該シェル用樹脂粒子Bの重量平均分子量(MwB)は10,000〜100,000であることが好ましい。MwBがMwA以下であると、耐ストレス性が低下する。
本実施形態において、シェル用樹脂粒子Bはコア用樹脂粒子Aよりも軟らかい樹脂成分b1と硬い樹脂成分b2とから構成されることが好ましい。詳しくは、樹脂成分b1はコア用樹脂粒子AのMwAよりも小さい分子量(Mwb1)を有する樹脂であって、好ましくはさらにガラス転移温度50〜80℃を有するものである。また樹脂成分b2はコア用樹脂粒子AのMwAよりも大きい分子量(Mwb2)を有する樹脂であって、好ましくはさらにガラス転移温度50〜80℃を有するものである。すなわち、シェル用樹脂粒子Bを構成する樹脂成分b1およびb2はそれぞれ関係式(ii);
Mwb1<MwA<Mwb2 ・・・(ii)
を満たす樹脂であって、好ましくはそれぞれ上記ガラス転移温度を有する。なお、Mwb1およびMwb2はそれぞれ樹脂成分b1およびb2の重量平均分子量である。このような樹脂成分b1と樹脂成分b2を含有するシェル用樹脂粒子B全体のMwBが前記関係式(i)を満たせば良い。
シェル用樹脂粒子Bは、上述のように、樹脂成分b1およびb2を別々の粒子として含む粒子構成であってもよいし、または個々の粒子において樹脂成分b1およびb2それぞれの樹脂層を有する粒子構成であってもよい。後者の構成を有する粒子は、例えば、多段重合法などにより多層化(複合化)させて得られる、いわゆる複合樹脂粒子であり、詳しくは個々の粒子において樹脂成分b1およびb2それぞれの分子量範囲を満たす樹脂層を有するものである。この場合、樹脂成分b1により樹脂成分b2粒子が被覆(カプセル化)された構成を有することが、シェル層の均質化・成膜性を向上させる観点からより好ましい。
シェル用樹脂粒子Bが上記のいずれの構成を有する場合であっても、シェル用樹脂粒子Bに低分子量樹脂成分b1が含有されていることにより、当該シェル用樹脂粒子Bがコア粒子表面への融着性・成膜性に優れたものとなり、得られるトナー粒子の表面形状を円滑化することができる。また樹脂成分b2が含有されることにより当該シェル用樹脂粒子Bが高い機械的強度を発揮する。さらに樹脂成分b1およびb2が組み合わせて含有されることにより、シェル層全体としての硬度アップ、シェル層内での界面の消失・トナー表面の円滑化が図られ、著しくトナーの耐ストレス性を高める効果が発揮される。樹脂成分b2が含有されなかったり、または含有されたとしてもMwb2がMwAよりも小さいと、耐ストレス性が低下し、破砕トナー片が生じる。樹脂成分b1が含有されなかったり、または含有されたとしてもMwb1がMwAより大きいと、シェル用樹脂粒子Bがコア粒子表面に有効に接着できないため、表面が滑らかで機械的強度の高い均質なシェル層を形成できす、結果として耐ストレス性が低下する。
樹脂成分b1の重量平均分子量(Mwb1)は、シェル用樹脂粒子Bの融着性・成膜性を有効に発揮させる観点から、5,000〜30,000、特に7,000〜20,000の範囲であることが好ましい。
樹脂成分b2の重量平均分子量(Mwb2)は、より強靭なシェル層を有効に形成する観点から、10,000〜100,000、特に30,000〜100,000の範囲であることが好ましい。
樹脂成分b1の含有割合はシェル用樹脂粒子B全量に対して5〜65重量%であることが好ましく、更に好ましくは10〜40重量%とされる。一方、樹脂成分b2の含有割合はシェル用樹脂粒子B全量に対して35〜95重量%であることが好ましく、更に好ましくは60〜90重量%とされる。シェル用樹脂粒子Bとして樹脂成分b1およびb2以外に、トナーの帯電性や定着性などに効果のある別の機能性材料を使用することも可能である。
シェル用樹脂粒子Bは、水系中で安定に分散可能な樹脂粒子であれば、特に限定されるものではなく、公知の樹脂組成系・製造方法が適用可能である。特にシェル層の融着・成膜性の観点から必要となる樹脂成分b1は、比較的低分子のスチレンアクリル系共重合樹脂やポリエステル系樹脂などが好適に用いられる。シェル層の強度の観点から必要となる樹脂成分b2は比較的高分子のスチレンアクリル系共重合樹脂やポリエステル系樹脂などが好適に用いられる。特に樹脂成分b2について機械的強度に優れる樹脂組成系としては、ポリエステル樹脂やポリエステルプレポリマーをウレタンで伸張させた高分子体が好適に用いられ、更に強度を高めるために、架橋構造を有していてもよい。
樹脂成分b1およびb2は、コア用樹脂粒子Aとともに現像システムや定着システムにより適当な材料系を適宜選択すればよい。コア用樹脂粒子A−樹脂成分b1−樹脂成分b2の組み合せの具体例として、例えば、(11)Pes−StAc−StAc、(12)Pes−StAc−Pes、(13)Pes−Pes−StAc、(14)Pes−Pes−Pesなどの組み合せが挙げられる。「StAc」はスチレンアクリル系樹脂を意味し、「Pes」はポリエステル系樹脂を意味する。
耐ストレス性のさらなる向上の観点から、樹脂成分b1または樹脂成分b2の少なくとも一方はポリエステル系樹脂であることが好ましい。そのようなコア用樹脂粒子A−樹脂成分b1−樹脂成分b2の組み合せとして、例えば、上記組み合せ(12)、(13)、(14)が挙げられる。上記観点から特に好ましいのは、樹脂成分b2がポリエステル系樹脂である組み合せ(12)および(14)である。
<コア用樹脂粒子Aとシェル用樹脂粒子Bの配合重量比>
コア粒子を構成するコア用樹脂粒子Aとシェル層を構成するシェル用樹脂粒子Bとの配合重量比(コア:シェル)は、50:50〜90:10であることが好ましい。シェル層の樹脂粒子の比率が小さすぎるとシェル層によるトナーの機械的強度を改善する効果が得られなくなる。またシェル用樹脂粒子Bの比率が大きすぎると定着温度が高くなりすぎるため好ましくない。
また、本実施形態のトナーの重量平均粒径(D4)が3.0〜7.0μm、個数平均粒径(Dn)との比(D4/Dn)が、1.05〜1.30であることが、プリント画像が高品質になるとともに、品質安定性の面で好ましく、3.5〜6.5μmであることがより好ましい。
重量平均粒径(D4)が3.0μm以上で、像担持体表面に残留したトナーのクリーニング性が良好となり、また7.0μm以下でプリント画像のドット再現性や粒状性が良好となり、定着性も良好となる。また、(D4/Dn)が、1.05以上で、安定してトナー作成が可能となり、1.30以下でプリント画像のドット再現性や粒状性が良好となるとともに、画像の地肌カブリなどの異常画像の発生を防止できる。これらトナーの粒径に関する特性は以下の通りに測定する。
トナー粒子の粒度分布の測定装置としては、コールターマルチサイザーII(コールター社製)があげられる。以下に測定方法について述べる。
まず、電解水溶液100〜150ml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フォン酸塩)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、例えばISOTON−II(コールター社製)が使用できる。ここで、更に測定試料を2〜20mg加える。試料を懸濁した電解液は、超音波分散器で約1〜3分間分散処理を行い、前記測定装置により、アパーチャーとして100μmアパーチャーを用いて、トナー粒子又はトナーの体積、個数を測定して、体積分布と個数分布を算出する。得られた分布から、トナーの重量平均粒径(D4)、個数平均粒径(Dn)を求めることができる。
チャンネルとしては、2.00〜2.52μm未満;2.52〜3.17μm未満;3.17〜4.00μm未満;4.00〜5.04μm未満;5.04〜6.35μm未満;6.35〜8.00μm未満;8.00〜10.08μm未満;10.08〜12.70μm未満;12.70〜16.00μm未満;16.00〜20.20μm未満;20.20〜25.40μm未満;25.40〜32.00μm未満;32.00〜40.30μm未満の13チャンネルを使用し、粒径2.00μm以上乃至40.30μm未満の粒子を対象とする。
また、トナーの平均円形度が0.93〜0.99であることが好ましく、0.94〜0.98であることがさらに好ましい。平均円形度が0.93以上で像担持体から転写紙あるいは中間転写体への一次転写又は中間転写体から転写紙での二次転写性が良好となり、0.99以下で、像担持体表面に残留したトナーのクリーニング性が良好となる。
また、トナーの円形度が0.95〜0.97の範囲に、50重量%以上の粒子が含まれることが好ましく、前記転写性とクリーニング性が共に良好になる。
なお、トナーの円形度に関する測定は、以下の通りに行う。
本実施形態においては、超微粉トナーの計測にフロー式粒子像分析装置(「FPIA−2100」;シスメックス社製)を用いて計測し、解析ソフト(FPIA−2100 Data Processing Program for FPIA version00−10)を用いて解析を行った。具体的には、ガラス製100mlビーカーに10wt%界面活性剤(アルキルベンゼンスフォン酸塩ネオゲンSC−A;第一工業製薬製)を0.1〜0.5ml添加し、各トナー0.1〜0.5g添加しミクロスパーテルでかき混ぜ、次いでイオン交換水80mlを添加した。得られた分散液を超音波分散器(本多電子社製)で3分間分散処理した。前記分散液を、前記FPIA−2100を用いて濃度を5000〜15000個/μlが得られるまでトナーの形状及び分布を測定した。本測定法は平均円形度の測定再現性の点から前記分散液濃度が5000〜15000個/μlにすることが重要である。前記分散液濃度を得るために前記分散液の条件、すなわち添加する界面活性剤量、トナー量を変更する必要がある。界面活性剤量は前述したトナー粒径の測定と同様にトナーの疎水性により必要量が異なり、多く添加すると泡によるノイズが発生し、少ないとトナーを十分にぬらすことが出来ないため、分散が不十分となる。またトナー添加量は粒径のより異なり、小粒径の場合は少なく、また大粒径の場合は多くする必要があり、トナー粒径が3〜7μmの場合、トナー量を0.1〜0.5g添加することにより分散液濃度を5000〜15000個/μlにあわせる事が可能となる。
また、本実施形態のトナーバインダ(A)中に、上記重縮合ポリエステル樹脂以外に、必要により、他の樹脂などを含有させることもできる。
他の樹脂としては、スチレン系樹脂[スチレンとアルキル(メタ)アクリレートの共重合体、スチレンとジエン系モノマーとの共重合体等]、エポキシ樹脂(ビスフェノールAジグリシジルエーテル開環重合物等)、ウレタン樹脂(ジオールおよび/または3価以上のポリオールとジイソシアネートの重付加物等)などが挙げられる。
他の樹脂の重量平均分子量は、好ましくは1000〜200万である。
トナーバインダ(A)における他の樹脂の含有量は、好ましくは0〜40%、さらに好ましくは0〜30%、とくに好ましくは0〜20%である。
ポリエステル樹脂を2種以上併用する場合、および少なくとも1種のポリエステル樹脂と他の樹脂を混合する場合、予め粉体混合または溶融混合してもよいし、トナー化時に混合してもよい。
溶融混合する場合の温度は、好ましくは80〜180℃、さらに好ましくは100〜170℃、とくに好ましくは120〜160℃である。
混合温度が低すぎると充分に混合できず、不均一となることがある。2種以上のポリエステル樹脂を混合する場合、混合温度が高すぎると、エステル交換反応による平均化などが起こるため、トナーバインダとして必要な樹脂物性が維持できなくなる場合がある。
溶融混合する場合の混合時間は、好ましくは10秒〜30分、さらに好ましくは20秒〜10分、とくに好ましくは30秒〜5分である。2種以上のポリエステル樹脂を混合する場合、混合時間が長すぎると、エステル交換反応による平均化などが起こるため、トナーバインダとして必要な樹脂物性が維持できなくなる場合がある。
溶融混合する場合の混合装置としては、反応槽などのバッチ式混合装置、および連続式混合装置が挙げられる。適正な温度で短時間にて均一に混合するためには、連続式混合装置が好ましい。連続混合装置としては、エクストルーダー、コンテイニアスニーダー、3本ロールなどが挙げられる。これらのうちエクストルーダーおよびコンテイニアスニーダーが好ましい。
粉体混合する場合は、通常の混合条件および混合装置で混合することができる。
粉体混合する場合の混合条件としては、混合温度は、好ましくは0〜80℃、さらに好ましくは10〜60℃である。混合時間は、好ましくは3分以上、さらに好ましくは5〜60分である。混合装置としては、へンシェルミキサー、ナウターミキサー、およびバンバリーミキサー等が挙げられる。好ましくはヘンシェルミキサーである。
本実施形態の静電荷像現像用トナーは、本実施形態のトナーバインダと着色剤から構成され、必要に応じて離型剤、荷電制御剤、および流動化剤等、種々の添加剤を含有する。
トナー中のトナーバインダの含有量は、着色剤として染料または顔料を使用する場合は、好ましくは70〜98%、さらに好ましくは74〜96%であり、磁性粉を使用する場合は、好ましくは20〜85%、さらに好ましくは35〜65%である。
着色剤としては公知の染料、顔料および磁性粉を用いることができる。具体的には、カーボンブラック、スーダンブラックSM、ファーストイエローG、ベンジジンイエロー、ピグメントイエロー、インドファーストオレンジ、イルガシンレッド、パラニトアニリンレッド、トルイジンレッド、カーミンFB、ピグメントオレンジR、レーキレッド2G、ローダミンFB、ローダミンBレーキ、メチルバイオレットBレーキ、フタロシアニンブルー、ピグメントブルー、ブリリアントグリーン、フタロシアニングリーン、オイルイエローGG、カヤセットYG、オラゾールブラウンB、オイルピンクOP、マグネタイトおよび鉄黒等が挙げられる。
トナー中の着色剤の含有量は、染料または顔料を使用する場合は、好ましくは2〜15%であり、磁性粉を使用する場合は、好ましくは15〜70%、さらに好ましくは30〜60%である。
また、本実施形態のトナー内部での顔料の平均分散粒径が、0.05〜0.50μmであることが好ましく、より好ましくは0.10〜0.40μmである。顔料の平均分散粒径が0.05μm以上で安定してトナーの作成が可能となり、0.50以下でトナーの着色力が向上し、カラートナーにおいては色再現範囲が向上する。
本実施形態においては、顔料の最大方向の粒径をもって分散径とした。具体的には、トナーをエポキシ樹脂に包埋して約100μmに超薄切片化し、透過型電子顕微鏡(TEM)により倍率10000倍でトナーの断面観察を行い、写真撮影し、この写真20点(20個のトナー)を画像評価することにより、ワックスの分散状態を観察し分散径を測定した。なお、不定形の場合は、最長径と最短径の平均値とした。
本実施形態に用いられる離型剤としては、カルナウバワックス(C1)、フィッシャートロプシュワックス(C2)、パラフィンワックス(C3)、およびポリオレフインワックス(C4)などが挙げられる。
(C1)としては、天然カルナウバワックス、および脱遊離脂肪酸型カルナウバワックスが挙げられる。
(C2)としては、石油系フィッシャートロプシュワックス(シューマン・サゾール社製パラフリントH1、パラフリントH1N4およびパラフリントC105など)、天然ガス系フィッシャートロプシュワックス(シェルMDS社製FT100など)、およびこれらフィッシャートロプシュワックスを分別結晶化などの方法で精製したもの[日本精蝋(株)製MDP−7000、MDP−7010など]などが挙げられる。
(C3)としては、石油ワックス系のパラフィンワックス[日本精蝋(株)製パラフィンワックスHNP−5、HNP−9、HNP−11など]などが挙げられる。
(C4)としては、ポリエチレンワックス[三洋化成工業(株)製サンワックス171P、サンワックスLEL400Pなど]、およびポリプロピレンワックス[三洋化成工業(株)製ビスコール550P、ビスコール660Pなど]などが挙げられる。
これらのワックスの内、カルナウバワックス、およびフィッシャートロプシュワックスが好ましく、カルナウバワックス、および石油系フィッシャートロプシュワックスがさらに好ましい。これらのワックスを離型剤として使用することで、トナーとした場合の低温定着性が優れる。
トナー中の離型剤の含有量は、好ましくは0〜10%であり、さらに好ましくは1〜7%である。
本実施形態のトナーの内部における離型剤の平均分散粒径が、0.2〜2.0μmであることが好ましく、より好ましくは0.3〜1.5μmである。
離型剤の平均分散粒径が、0.2以上で定着時にトナー表面に離型剤が染み出しやすくなり、定着オイルを塗布しない定着装置においても、十分な定着離型性が得られ、2.0μm以下で、トナーが現像装置内での撹拌によってトナーの表面に耐熱性の低い離型剤が染み出し、キャリアの表面や現像装置内の各種の部材にトナーが融着(フィルミング)するといった現象が発生しやすくなる。
離型剤の平均分散径は以下の通りに測定した。本実施形態においては、ワックスの最大方向の粒径をもってワックス分散径とした。具体的には、トナーをエポキシ樹脂に包埋して約100μmに超薄切片化し、四酸化ルテニウムにより染色した後、透過型電子顕微鏡(TEM)により倍率10000倍でトナーの断面観察を行い、写真撮影し、この写真20点(20個のトナー)を画像評価することにより、ワックスの分散状態を観察し分散径を測定した。なお、不定形の場合は、最長径と最短径の平均値とした。
また、トナー表面近傍における離型剤の存在量(離型剤量/(離型剤量+樹脂量))が0.5〜10重量%とすることが好ましく、1.0〜9.0重量%とすることがより好ましい。表面近傍における離型剤の存在量が0.5%以上で離型剤を含有したトナーが安定的に作成可能となり、10.0重量%以下でキャリア表面や現像装置内の各種の部材へのトナーのフィルミングを防止することが可能となる。
離型剤の存在量は、FTIR−ATR(全反射吸収赤外分光)法で、バインダ樹脂と離型剤の強度比から算出した。FTIR−ATR法は、測定原理から分析深さは0.3μm程度であり、この分析により、トナー粒子の表面から0.3μmの深さ領域における相対的な離型剤の含有重量を求めることができる。測定方法は以下の通りである。先ず、試料として、バインダ樹脂とワックスを瑪瑙乳鉢で混合して、3gを取り、自動ペレット成型器(TypeM No.50BRP−E;MAEKAWA TESTING MACHINE Co.製)で6tの荷重で1分間プレスして40mmφ(厚さ約2mm)ペレットを作製した。そのトナーペレット表面をFTIR−ATR法により測定した。用いた顕微FTIR装置は、PERKINELMER社製SpectrumOneにMultiScopeFTIRユニットを設置したもので、直径100μmのゲルマニウム(Ge)結晶のマイクロATRで測定した。赤外線の入射角41.5°、分解能4cm−1、積算20回で測定した。
荷電制御剤としては、ニグロシン染料、4級アンモニウム塩化合物、4級アンモニウム塩基含有ポリマー、合金属アゾ染料、サリチル酸金属塩、スルホン酸基含有ポリマー、含フツソ系ポリマー(フッ化重合体)、およびハロゲン置換芳香環含有ポリマー等が挙げられる。
トナー中の荷電制御剤の含有量は、好ましくは0〜5%、さらに好ましくは0.01〜4%である。帯電制御剤は必要に応じて、樹脂等と同時に凝集させてトナー中に分散させた状態とさせる、もしくはトナーの表面に付着させた状態にさせることが可能である。
トナーはその表面に無機微粒子からなる外添剤が付着してなり、無機微粒子が疎水化度50以上でBET比表面積100〜300m/gシリカ微粒子と、疎水化度50%以上でBET比表面積20〜150m/gのチタニア微粒子からなることが好ましい。
このシリカとチタニアは、外添剤として併用してトナーに外添することで、トナーに必要な特性が効果的に付与される。すなわち、特にシリカはトナーの流動性を付与するメリットがあるが、トナーの帯電量を極端に上昇させたり、トナーの帯電量の環境依存性を拡大させるデメリットがある。また、チタニアはそれほどトナーの流動性を付与する効果は少ないが、トナーの帯電量の上昇や環境依存性が少ない。
両外添剤とも疎水化度は50%以上とすることで、トナーの疎水性が向上し、トナーの帯電性や流動性の環境依存性を少なくすることができる。
また、シリカのBET比表面積100m/g以上で、現像装置内での撹拌によってトナーの表面に付着したシリカがトナーの内部に埋め込まれることによる流動性の低下が抑制される。また、300m/g以下でトナーに十分な流動性が付与される。
また、チタニアのBET比表面積20m/g以上で、現像装置内での撹拌によってトナーの表面に付着したチタニアがトナーの内部に埋め込まれることによる帯電性の変化が抑制される。また、150m/g以下でトナーに十分な流動性が付与される。
その他流動化剤としては、アルミナ粉末、炭酸カルシウム粉末等、公知のものが挙げられる。トナー中の流動化剤の含有量は好ましくは0.1〜5%である。
本発明における無機微粒子のBET比表面積の測定は、JIS規格(Z8830及びR1626)に従って測定を行う。具体的には、乾燥した状態の無機微粒子を、気体吸着法(流動法)である、ユアサアイオニクス社製、マルチソーブ12を用いた。キャリアガスとしては窒素―ヘリウムの混合ガスを用いた。そして脱着ピークの値からBET比表面積を算出した。
本発明における無機微粒子の疎水化度はメタノールを用いた疎水化度測定法により次のように行う。無機微粒子0.2gを三角フラスコの水50mlに添加する。メタノールをビュレットから滴定する。この際、フラスコ内の溶液はマグネチックスターラーで常時撹拌する。無機微粒子の沈降終了は、全量が液体中に懸濁することによって確認され、疎水化度は、沈降終了時点に達した際のメタノール及び水の液状混合物中のメタノールの百分率として表される。
外添加剤として平均一次粒径が60〜150nmの概略球形のシリカ微粒子を用いることにより、トナー表面でシリカがコロの役割を示し、クリーニング性が良好であるとともに、特に高画質を達成する小粒径トナーを用いた場合に、現像性および転写性の低下の改善が図られる。
シリカ微粒子の平均一次粒径(以下、平均粒径という)は、60〜150nmのものが用いられ、特に70〜130nmのものが好ましい。60nm未満であると、シリカ微粒子がトナー表面の凹凸の凹部分に埋没してコロの役割を低下する場合が生じる。一方、150μmよりも大きいと、シリカ微粒子がブレードと感光体表面の間に位置した場合、トナー自身の接触面積と同レベルのオーダとなり、クリーニングされるべきトナー粒子を通過させる、即ちクリーニング不良を発生させやすくなる。
また、上記コロの役割の効果は、シリカ微粒子が特に球形に近い形状であるとより発揮される。本実施形態における球形に近い形状とは概略球形となる円形度のことであり、具体的には0.95以上のことを示す。
また、特にシリカ微粒子は各種のカップリング剤、ヘキサメチルジシラザン、ジメチルジクロロシラン、オクチルトリメトキシシラン等で疎水化処理が施されていてもよい。
本実施形態のシリカ微粒子を、トナー表面に外添加し付着させる方法としては、トナー母体粒子とシリカ微粒子を各種の公知の混合装置を用いて、機械的に混合して付着させる方法や、液相中でトナー母体粒子とシリカ微粒子を界面活性剤などで均一に分散させ、付着処理後、乾燥させる方法などがある。
本実施形態のトナーバインダを用いた本実施形態のトナーは、必要に応じて磁性粉(鉄粉、ニッケル粉、フェライト、マグネタイト等)、ガラスビーズおよび/または樹脂(アクリル樹脂、シリコーン樹脂等)により表面をコーティングしたフェライト等のキャリア粒子と混合されて、電気的潜像の現像剤として用いられる。また、キャリア粒子のかわりに帯電ブレード等の部材と摩擦し、電気的潜像を形成することもできる。
次いで、公知の定着方法等により転写紙(紙、フィルム等)に定着して記録材料とされる。
また本実施形態では、像担持体表面に残留した本実施形態のトナーをクリーニングするクリーニング装置に関して、トナーをクリーニングする部材が弾性ブレードからなることで、確実にトナーのクリーニングをすることが可能となる。
定着装置における本実施形態のトナーを定着させる部材が、ベルトまたはシート材質からなることで、十分なトナーの定着性が可能となる。
<ポリエステル樹脂の合成例>
以下本実施形態のポリエステル樹脂の合成例を示す。以下、部は重量部を示す。
合成例1
[チタン含有触媒(a)の合成]
冷却管、撹拝機及び液中バブリング可能な窒素導入管の付いた反応槽中に、チタニウムジイソプロポキシビス(トリエタノールアミネート)1617部とイオン交換水126部を入れ、窒素にて液中バブリング下、90℃まで徐々に昇温し、90℃で4時間反応(加水分解)させることで、チタニウムジヒドロキシビス(トリエタノールアミネート)を得た。
以降も同様の合成法にて、それぞれ本実施形態に用いるチタン含有触媒(a)を得ることができる。
[線状ポリエステル樹脂の合成]
冷却管、撹拝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のPO(プロピレンオキシド(POと略す)) 2モル付加物430部、ビスフェノールAのPO 3モル付加物300部、テレフタル酸257部、イソフタル酸65部、無水マレイン酸10部及び縮合触媒としてチタニウムジヒドロキシビス(トリエタノールアミネート)2部を入れ、220℃で窒素気流下に生成する水を留去しながら10時間反応させた。次いで、5〜20mmHgの減圧下に反応させ、酸価が5になった時点で取り出し、室温まで冷却後粉砕して線状ポリエステル樹脂(AX1−1)を得た。
(AX1−1)はTHF不溶分を含有しておらず、その酸価は7、水酸基価は12、Tgは60℃、Mnは6940、Mw/Mnは3.5、Mpは19100、貯蔵弾性率は100℃で1.1×10Pa、150℃で9.1×10Pa、軟化点温度は120℃であった。分子量1500以下の成分の比率は1.2%であった。
[非線状ポリエステル樹脂の合成]
冷却管、撹拝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のEO(エチレンオキシド)2モル付加物350部、ビスフェノールAのPO 3モル付加物326部、テレフタル酸278部、無水フタル酸40部及び縮合触媒としてチタニウムジヒドロキシビス(トリエタノールアミネート)2部を入れ、230℃で窒素気流下に生成する水を留去しながら10時間反応させた。次いで、5〜20mmHgの減圧下に反応させ、酸価が2以下になった時点で180℃に冷却し、無水トリメリット酸62部を加え、常圧密閉下2時間反応後取り出し、室温まで冷却後、粉砕して非線状ポリエステル樹脂(AX2−1)を得た。
(AX2−1)はTHF不溶分を含有しておらず、その酸価は35、水酸基価は17、Tg(ガラス転移点)は69℃、Mnは3920、Mw/Mnは4.5、Mpは11200、貯蔵弾性率は100℃で7.8×104Pa、150℃で4.5×103Pa、軟化点温度は143℃であった。分子量1500以下の成分の比率は0.9%であった。
[トナーバインダの合成]
(AX1−1)400部と(AX2−1)600部を、コンテイニアスニーダーを用いて、ジャケット温度150℃、滞留時間3分で溶融混合した。溶融樹脂を、スチールベルト冷却機を使用して、4分間で30℃まで冷却後粉砕して本実施形態のトナーバインダ(TB1)を得た。
合成例2
[線状ポリエステル樹脂の合成]
重縮合触媒をチタニルビス(トリエタノールアミネート)に代えた以外は合成例1の(AX1−1)と同様に反応させ、室温まで冷却後粉砕して線状ポリエステル樹脂(AX1−2)を得た。
(AX1−2)はTHF不溶分を含有しておらず、その酸価は8、水酸基価は10、Tgは60℃、Mnは6820、Mw/Mnは3.3、Mpは20180、貯蔵弾性率は100℃で1.5×10Pa、150℃で9.5×10Pa、軟化点温度は121℃であった。分子量1500以下の成分の比率は1.1%であった。
[非線状ポリエステル樹脂の合成]
重縮合触媒をチタニルビス(トリエタノールアミネート)に代える以外は合成例1の(AX2−1)と同様に反応させ、室温まで冷却後粉砕して線状ポリエステル樹脂(AX2−2)を得た。
(AX2−2)はTHF不溶分を含有しておらず、その酸価は33、水酸基価は14、Tgは70℃、Mnは4200、Mw/Mnは4.6、Mpは11800、貯蔵弾性率は100℃で8.0×10Pa、150℃で4.7×10Pa、軟化点温度は146℃であった。分子量1500以下の成分の比率は0.8%であった。
[トナーバインダの合成]
ポリエステル(AX1−2)500部とポリエステル(AX2−2)500部をヘンシェルミキサーにて5分間粉体混合して本実施形態のトナーバインダ用樹脂(TB2)を得た。
合成例3
[変性ポリエステル樹脂の合成]
冷却管、撹拝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プロピレンオキシド2モル付加物549部、ビスフェノールAプロピレンオキシド3モル付加物20部、ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物133部、フェノールノボラック(平均重合度約5)のエチレンオキシド5モル付加物10部、テレフタル酸252部、イソフタル酸19部、無水トリメリット酸10部及び縮合触媒としてチタニウムジヒドロキシビス(ジエタノールアミネート)2部を入れ、230℃で窒素気流下に生成する水を留去しながら10時間反応させた。次いで、5〜20mmHgの減圧下に反応させ、酸価が2以下になるまで反応させた。次いで、無水トリメリット酸50部を加え、常圧下で1時間反応させた後、20〜40mmHgの減圧化で反応させ軟化点が105℃になった時点で、ビスフェノールAジグリシジルエーテル20部を加え、軟化点150℃で取り出し、室温まで冷却後、粉砕して変性ポリエステル樹脂(AY1−1)を得た。
(AY1−1)の酸価は52、水酸基価は16、Tgは73℃、Mnは1860、Mw/Mnは4.0、Mpは6550、貯蔵弾性率は100℃1.3×10Paで、150℃で2.5×10Pa、軟化点温度は132℃、THF不溶分は32%、分子量1500以下の成分の比率は1.0%であり、これをトナーバインダ(TB3)として使用した。
合成例4
[非線状ポリエステル樹脂の合成]
冷却管、撹拝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プロピレンオキシド2モル付加物132部、ビスフェノールAプロピレンオキシド3モル付加物371部、ビスフェノールAエチレンオキシド2モル付加物20部、フェノールノボラック(平均重合度約5)のプロピレンオキシド5モル付加物125部、テレフタル酸201部、無水マレイン酸25部、ジメチルテレフタル酸エステル35部及び縮合触媒としてチタニルビス(トリエタノールアミネート)2部を入れ、230℃で窒素気流下に生成する水を留去しながら10時間反応させた。次いで、5〜20mmHgの減圧下に反応させ、酸価が2以下になった時点で180℃に冷却し、無水トリメリット酸65部を加え、常圧密閉下2時間反応後取り出し、室温まで冷却後、粉砕し非線状ポリエステル樹脂(AX2−3)を得た。
非線状ポリエステル樹脂(AX2−3)の軟化点温度は144℃、酸価は30、水酸基価は16、Tgは59℃、Mnは1410、Mw/Mnは4.2、Mpは4110、貯蔵弾性率は100℃で8.8×10Pa、150℃で1.1×104Pa、THF不溶分は27%、分子量1500以下の成分の比率は1.0%であり、これをトナーバインダ(TB4)として使用した。
合成例5
[非線状ポリエステル樹脂の合成]
冷却管、撹拝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プロピレンオキシド2モル付加物410部、ビスフェノールAプロピレンオキシド3モル付加物270部、テレフタル酸110部、イソフタル酸125部、無水マレイン酸15部及び縮合触媒としてチタニウムジヒドロキシビス(トリエタノールアミネート)2部を入れ、220℃で窒素気流下に生成する水を留去しながら10時間反応させた。次いで、5〜20mmHg(5〜20トール(≒666〜2666Pa))の減圧下に反応させ、酸価が2以下になった時点で180℃に冷却し、無水トリメリット酸25部を加え、常圧密閉下2時間反応後取り出し、室温まで冷却後粉砕し非線状ポリエステル樹脂(AX2−4)を得た。
(AX2−4)は、THF不溶分を含有しておらず、その酸価は18、水酸基価は37、Tgは62℃、Mnは2130、Mw/Mnは3.3、Mpは5350、貯蔵弾性率は100℃で9.0×10Pa、150℃で8.0×10Pa、軟化点温度は117℃であった。分子量1500以下の成分の比率は1.3%であった。
[変性ポリエステル樹脂の合成]
冷却管、撹拝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エチレンオキシド2モル付加物317部、ビスフェノールAプロピレンオキシド2モル付加物57部、ビスフェノールAプロピレンオキシド3モル付加物298部、フェノールノボラック(平均重合度約5)のプロピレンオキシド5モル付加物75部、イソフタル酸30部、テレフタル酸157部、無水マレイン酸27部及び縮合触媒としてチタニウムジヒドロキシビス(トリエタノールアミネート)2部を入れ、230℃で窒素気流下に生成する水を留去しながら10時間反応させた。次いで、5〜20mmHgの減圧下に反応させ、酸価が2以下になった時点で180℃に冷却し、次いで、無水トリメリット酸68部を加え、常圧下で1時間反応させた後、20〜40mmHgの減圧化で反応させ軟化点が120℃になった時点で、ビスフェノールAジグリシジルエーテル25部を加え、軟化点155℃で取り出し、室温まで冷却後、粉砕し変性ポリエステル樹脂(AY1−2)を得た。
(AY1−2)の酸価は11、水酸基価は27、Tgは60℃、Mnは3020、Mw/Mnは4.4、Mpは6030、貯蔵弾性率は100℃で7.6×10Pa、150℃で4.2×10Pa、軟化点温度は140℃、THF不溶分は35%であった。分子量1500以下の成分の比率は1.1%であった。
[トナーバインダの合成]
(AX2−4)500部と(AY1−2)500部を、コンテイニアスニーダーを用いて、ジャケット温度150℃、滞留時間3分で溶融混合した。溶融樹脂を、スチールベルト冷却機を使用して、4分間で30℃まで冷却後粉砕して本実施形態のトナーバインダ(TB5)を得た。
比較合成例1
[比較用線状ポリエステル樹脂の合成]
重縮合触媒をチタンテトライソプロポキシドに代える以外は、実施例1の(AX1−1)と同様に反応させた。触媒失活のために反応が途中で停止してしまい、生成水が留出しなくなる問題が生じたため、反応途中でチタンテトライソプロポキシド2部を4回追加し、比較用線状ポリエステル樹脂(CAX1−1)を得た。
(CAX1−1)は、THF不溶分を含有しておらず、その酸価は7、水酸基価は12、Tgは58℃、Mnは6220、Mw/Mnは4.4、Mpは18900、貯蔵弾性率は100℃で9.0×10Pa、150℃で4.0×10、軟化点温度は138℃であった。分子量1500以下の成分の比率は2.2%であった。
[比較用非線状ポリエステル樹脂の合成]
重縮合触媒をチタンテトライソプロポキシドに代える以外は、実施例1の(AX2−1)と同様に反応させた。常圧下で16時間、減圧下で8時間反応させた。反応速度が遅かったため、反応途中でチタンテトラプロポキシド2部を3回追加し、比較用非線状ポリエステル樹脂(CAX2−1)を得た。
(CAX2−1)は、THF不溶分を含有しておらず、その酸価は34、水酸基価は16、Tgは68℃、Mnは3420、Mw/Mnは4.0、Mpは12100、貯蔵弾性率は100℃で3.9×103Pa、150℃で6.8×102Pa、軟化点温度は135℃であった。分子量1500以下の成分の比率は2.1%であった。
[比較トナーバインダの合成]
(CAX1−1)400部と(CAX2−1)600部を、コンテイニアスニーダーを用いて、ジャケット温度150℃、滞留時間3分で溶融混合した。溶融樹脂を、スチールベルト冷却機を使用して、4分間で30℃まで冷却後粉砕して比較トナーバインダ(CTB1)を得た。(CTB1)は強い紫褐色をした樹脂であった。
比較合成例2
[比較用変性ポリエステル樹脂の合成]
重縮合触媒をチタンテトラブトキシドに代えた以外は、合成例3と同様に反応させて比較用変性ポリエステル樹脂(CAY1−2)を得た。
(CAY1−2)の軟化点は150℃、酸価は53、水酸基価は17、Tgは71℃、Mnは1660、Mw/Mnは4.2、Mpは6340、貯蔵弾性率は100℃で1.6×10Pa、150℃で2.7×10Pa、軟化点温度は135℃、THF不溶分は34%、分子量1500以下の成分の比率は3.1%であり、これをトナーバインダ(CATB2)として使用した。
[実施例1]
[樹脂分散液(1)の調整]
合成例1で作成したトナーバインダ(TB1)をコンテイニアスニーダーにて、ジャケット温度150℃、滞留時間3分で溶融混練させ、更に別途準備した水性媒体タンクには試薬アンモニア水をイオン交換水で希釈した0.37重量%濃度の希アンモニア水を入れ、熱交換器で120℃に加熱しながら毎分0.05リットルの速度で、上記ポリエステル樹脂熔融体(毎分100g)と同時に湿式乳化装置(キャビトロン:株式会社ユーロテック製)に移送した。
回転子の回転速度が60Hz、圧力が5kg/cmの条件で湿式乳化装置を運転し、体積平均粒径0.14μmのポリエステル樹脂からなる樹脂分散液(1)(樹脂粒子濃度:30重量%)を得た。
[離型剤分散液の調製]
材料
・パラフィンワックス(日本精蝋(株)性:FNP0090,融点90℃)59.5重量部
・アニオン性界面活性剤(第一工業製薬(株):ネオゲンRK):5重量部
・イオン交換水:200重量部
上記材料を110℃に加熱して、ホモジナイザー(IKA社製:ウルトラタラックスT50)を用いて分散した後、マントンゴーリン高圧ホモジナイザ(ゴーリン社)で分散処理し、体積平均粒径が225nmである離型剤を分散させてなる離型剤分散液(離型剤濃度:22.5重量%)を調製した。
[着色剤分散液の調整]
・シアン顔料(東洋インキ(株)社製、Pigment Blue 15:3(銅フタロシアニン)):2500重量部
・アニオン界面活性剤(第一工業製薬社製:ネオゲンR):150重量部
・イオン交換水:8500重量部
上記材料を混合し、溶解し、高圧衝撃式分散機アルティマイザー((株)スギノマシン製、HJP30006)を用いて約1時間分散して着色剤(シアン顔料)を分散させてなる着色剤分散液を調製した。着色剤分散液における着色剤(シアン顔料)の平均粒径は、0.13μm、着色剤粒子濃度は24重量%であった。
[母体粒子1の作成]
ポリエステル樹脂分散液(1):350重量部
・アニオン界面活性剤(テイカパワーBN2060):6.0重量部
・着色剤分散液:18.0重量部
・離型剤分散液(1):40.0重量部
・ノニオン性界面活性剤(IGEPAL CO897):1.3重量部
容量5Lの円筒ステンレス容器にポリエステル樹脂分散液(1)、離型剤分散液(1)と脱イオン水を285重量部加えて80℃に加熱し、アニオン界面活性剤を添加後、150rpmで攪拌しながら30分保持した後、室温まで放冷した。次いで、室温になった前述の混合物に上記原料の着色剤分散液およびノニオン性界面活性剤および凝集剤としてポリ塩化アルミニウムの10%硝酸水溶液2.74重量部を添加し、Ultraturraxにより6000rpmでせん断力を加えながら5分間ホモジナイズした。この時、硝酸を加え、原料のpHを3.0に制御しながら分散混合を行った。また、原料溶液が増粘した為、十分攪拌し、均一になったところで、攪拌装置、温度計を備えた重合釜にセットした。
次に、攪拌スピードを500rpmに保ちながら、マントルヒータにて毎分1℃で昇温させ、40℃になったところで攪拌スピードを530rpmに上げた。さらに昇温を続け、体積平均粒径の凝集成長を促進し55℃になったところで昇温をやめ、攪拌の回転数を450rpmに下げて1時間保持した。次いで、体積平均粒径の成長を止めるために、pH8.0に上げ、攪拌の回転数をさらに200rpmまで下げた。さらに、凝集粒子を融合させるために75℃まで昇温させ、75℃で10分保持した。顕微鏡で凝集粒子が不定形のまま融合したのを確認した後、体積平均粒径の成長を完全に停止させるために、氷水を注入して降温速度100℃/分で急冷した。
次いで、粒子表面を洗浄する目的で、1Nの水酸化ナトリウム水溶液でpH9.5まで上げて、アルカリ洗浄を行う。次いで、一旦濾過後、脱イオン水で分散洗浄を3回繰り返し、さらに粒子スラリーを0.3Nの硝酸水溶液でpH4.1にしながら40℃で洗浄を行い、最終的に脱イオン温水(40℃)で洗浄を行った。これを循風乾燥機にて45℃で48時間乾燥させた。
さらに、下記化学式で示されるフッ素化合物(1)を1wt%濃度で分散させた水溶媒槽中で、トナー母体に対してフッ素化合物(1)が0.1wtになるように混合し、フッ素化合物を付着(結合)させた後、循風乾燥機にて45℃で48時間乾燥させた後、さらに30℃で10時間棚段にて乾燥させた。その後、目開き75μmメッシュで篩い[トナー母体粒子1]を得た。
Figure 2007279652
そして、このトナー母粒子100重量部に対して、疎水性シリカ(H−2000(疎水化度70%、BET比表面積140m/g):クラリアント社製)を0.5重量部、酸化チタン(MT−150A(疎水化度65%、BET比表面積65m/g):テイカ社製)を1.0重量部、体積平均粒径が0.1μmの概略球形のシリカを1.0重量部の割合で添加し、これらをヘンシェルミキサーにより周速40m/secの条件で60秒間混合処理した後、目開き90μmの篩でふるい、実施例1のトナーを得た(トナー1とする)。
トナー1の重量平均粒径(D4)は、5.5μmで、D4/Dnは1.15であった。
本トナー1を7重量部とフェライト(F−300;パウダーテック社製)にアミノシランカップリング剤を分散したシリコーン樹脂をトルエンに分散させ、スプレーコートしたコート樹脂膜厚0.4μmのキャリア93部をターブラーミキサーにて3分間均一混合し、評価用の二成分現像剤とした。
また、シアン顔料2500重量部の代わりに、マゼンタ顔料(クラリアント(株)社製、Pigment Red 146(ナフトール系顔料)):3500重量部としたマゼンタトナー、更にイエロー顔料(クラリアント(株)社製、Pigment Yellow 180(ベンズイミダゾロン系顔料):3000重量部としたイエロートナー、カーボンブラック(三菱化学(株)製#44):4000重量部としたブラックトナーも同時に作成した。
1.各種定着性の評価
<定着下限温度、定着上限温度、定着可能温度幅>
評価用の2成分現像剤をリコー製Imagio Neo C600にセットし、転写紙(リコー製タイプ6200)にベタ画像で、0.60±0.05(mg/cm)のトナーが現像されるように調整を行い、未定着画像を作成し、定着ベルトの表面温度を変えて定着性の評価を実施した。
得られた定着画像をパットで擦った後の画像濃度の残存率が70%以上となる下限の定着温度を、定着下限温度とした。
また、同じ未定着画像を作成し、定着温度を上げていってオフセットの発生しない上限の温度を定着上限温度とした。
定着上限温度から定着下限温度を差し引いた値を、定着可能温度幅とした。
<光沢度>
未定着画像を定着ベルトの表面温度を170℃に設定し、前記未定着画像を定着させて定着画像を作成した。定着画像の光沢度は、日本電色工業(株)社製デジタル変角光沢計VSG−1Dを用い入射角60°で測定する。上記ベタ画像を任意に5回測定し、平均の値を光沢度とする。
2.ブロッキング性評価
作成した二成分現像剤を、50℃・85%R.H.の高温高湿環境下で、48時間調湿した。同環境下において該現像剤のブロッキング状態を目視判定し、さらにリコー製カラー複写機Imagio Neo C600でコピーした時の画質を観察した。
判定基準
◎:トナーのブロッキングがなく、画質も良好。
○:トナーのブロッキングはないが、1000枚複写後の画質に僅かに乱れが観察される。
△:トナーのブロッキングが目視でき、1000枚複写後の画質に乱れが観察される。
×:トナーのブロッキングが目視でき、1000枚までに画像が出なくなる。
3.転写性
前記評価用の2成分現像剤をリコー製Imagio Neo C600にセットし、厚手の転写紙(リコー製90W紙)を通紙させ、2ドットの4色重ね横ラインを出力した時の画像を200倍レンズ(VH−200)を搭載したマイクロスコープVH−5910(キーエンス社製)により観察し、その視野中における1ラインの虫食いの程度を目視により4段階で評価した。
判定基準
◎:虫食い未発生。
○:虫食いによる転写ヌケが僅かに発生(1〜2箇所)。
△:部分的に虫食いによる転写ヌケが発生(数箇所)。
×:虫食いにより全面的に転写ヌケが発生。
4.クリーニング性
前記評価用の2成分現像剤をリコー製Imagio Neo C600にセットし、各色5%の画像面積率の横帯画像を連続10000枚プリント後、クリーニング不良の発生を確認した。
判定基準
◎:クリーニング不良全く無し。
○:クリーニングが画像上では確認できないが、感光体上や中間転写体上で僅かに観察
される。
△:クリーニング不良による縦スジが画像上で1本確認される。
×:クリーニング不良が複数発生。
[実施例2]
実施例1で使用したトナーバインダ(TB1)の代わりに、トナーバインダ(TB2)を用いた以外は、実施例1と同様にトナー母粒子2およびトナー2を作成し、同様の評価を実施した。
[実施例3]
実施例1で使用したトナーバインダ(TB1)の代わりに、トナーバインダ(TB3)、さらにパラフィンワックスの代わりにカルナウバワックス(セラリカ野田製:WA−03)を用いた以外は、実施例1と同様にトナー母粒子3及びトナー3を作成し、同様の評価を実施した。
[実施例4]
実施例1で使用したトナーバインダ(TB1)の代わりに、トナーバインダ(TB4)、さらにパラフィンワックスの代わりにカルナウバワックス(セラリカ野田製:WA−03)を用いた以外は、実施例1と同様にトナー母粒子4及びトナー4を作成し、同様の評価を実施した。
[実施例5]
実施例1で使用したトナーバインダ(TB1)の代わりに、トナーバインダ(TB5)を用いた以外は、実施例1と同様にトナー母粒子5及びトナー5を作成し、同様の評価を実施した。
[実施例6]
実施例5で使用したトナー母粒子5作成時の急冷後の分散液を固形分濃度20重量%になるように遠心分離器で濃縮した(これがコア粒子となる)。次いで、本分散液を50℃まで昇温し、粒子表面を被覆する目的で、実施例1で作成した樹脂分散液(1)と実施例3で作成した樹脂分散液(3)を15重量部ずつ添加し、pHを3.2まで下げた。続いて、被覆粒子のコア融合粒子表面への吸着及び被覆を促進させる為に、凝集剤(ポリ塩化アルミニウム10%硝酸水溶液)を0.14重量部加え、さらにコア融合粒子表面上の粒子の融着を促進させる為に、50℃のまま5時間保持した。電子顕微鏡で無定形高分子被覆層が融着したのを確認してから、粒子表面を洗浄する目的で、1Nの水酸化ナトリウム水溶液でpH9.5まで上げて、アルカリ洗浄を行った。次いで、一旦濾過後、脱イオン水で分散洗浄を3回繰り返し、さらに粒子スラリーを0.3Nの硝酸水溶液でpH4.1にしながら40℃で洗浄を行い、最終的に脱イオン温水(40℃)で洗浄を行った。これを乾燥しトナー母粒子(6)を得た。
実施例1と同様に外添剤を混合しトナー6を作成し、実施例1と同様の評価を実施した。
[実施例7]
[結晶性ポリエステル樹脂分散液Aの作成]
加熱乾燥した三口フラスコに、イソフタル酸ジメチル−5−スルホン酸ナトリウム2mol%、5−t−ブチルイソフタル酸7.5mol%の酸成分、および、1,9ノナンジオール100mol%と、触媒として(n−Bu)SnO(酸化ノルマルブチルスズ:酸成分に対し、0.05重量%)とを入れた後、減圧操作により容器内の空気を減圧し、さらに窒素ガスにより不活性雰囲気下とし、機械攪拌しながら185℃で加熱した。1時間30分経過したところで、フラスコ内容物が透明に溶融するので、一旦加熱用のマントルヒータを外し、フラスコの口の一ヶ所から1,10−ドデカン二酸90.5mol%を添加した。再び、窒素ガスにより不活性雰囲気下とし、6時間還流を行った。その後、減圧蒸留で220℃まで徐々に昇温をつづけ4時間攪拌し、粘稠な状態となったところでGPCにより分子量を確認し、重量平均分子量19200になったところで、減圧蒸留を停止し、結晶性ポリエステル(1)を得た。
次いで、これを溶融状態のまま、湿式乳化装置(キャビトロンCD1010、株式会社ユーロテック製)に毎分100gの速度で移送した。別途準備した水性媒体タンクには試薬アンモニア水をイオン交換水で希釈した0.37重量%濃度の希アンモニア水を入れ、熱交換器で120℃に加熱しながら毎分0.1リットルの速度で、上記ポリエステル樹脂熔融体と同時に上記湿式乳化装置に移送した。この状態で、回転子の回転速度が60Hz、圧力が5kg/cm2の条件でキャビトロンを運転し、体積平均粒径0.22μmの結晶性ポリエステルからなる結晶性ポリエステル樹脂分散液(A)(樹脂粒子濃度:21重量%)を得た。
実施例5で使用したトナー母粒子5作成時の急冷後の分散液を固形分濃度20重量%になるように遠心分離器で濃縮した(これがコア粒子となる)。次いで、本分散液を50℃まで昇温し、粒子表面を被覆する目的で、実施例1で作成した樹脂分散液(1)と結晶性ポリエステル樹脂分散液A15重量部ずつ添加し、pHを3.2まで下げた。続いて、被覆粒子のコア融合粒子表面への吸着および被覆を促進させるために、凝集剤(ポリ塩化アルミニウム10%硝酸水溶液)を0.14重量部加え、さらにコア融合粒子表面上の粒子の融着を促進させるために、50℃のまま5時間保持した。電子顕微鏡で無定形高分子被覆層が融着したのを確認してから、粒子表面を洗浄する目的で、1Nの水酸化ナトリウム水溶液でpH9.5まで上げて、アルカリ洗浄を行う。次いで、一旦濾過後、脱イオン水で分散洗浄を3回繰り返し、さらに粒子スラリーを0.3Nの硝酸水溶液でpH4.1にしながら40℃で洗浄を行い、最終的に脱イオン温水(40℃)で洗浄を行った。これを乾燥しトナー母粒子(7)を得た。
実施例1と同様に外添剤を混合しトナー7を作成し、実施例1と同様の評価を実施した。
[比較例1]
実施例1で使用したトナーバインダ(TB1)の代わりに、トナーバインダ(CATB1)を用いた以外は、実施例1と同様に比較トナー母粒子1および比較トナー1を作成し、同様の評価を実施した。
[比較例2]
実施例1で使用したトナーバインダ(TB1)の代わりに、トナーバインダ(CATB2)を用いた以外は、実施例1と同様に比較トナー母粒子2及び比較トナー2を作成し、同様の評価を実施した。
[比較例3]
本実施形態のトナーバインダ(TB1)100部、カルナバワックス5部およびイエロー顔料[クラリアント(株)製toner yellow HG VP2155]4部をヘンシェルミキサー[三井三池化工機(株)製FM10B]を用いて予備混合した後、二軸混練機[(株)池貝製 PCM−30]で110℃の設定温度で混練した。ついで超音速ジェット粉砕機ラボジェット[日本ニューマチック工業(株)製]を用いて微粉砕した後、気流分級機[日本ニューマチック工業(株)製 MDS−I]で分級し重量平均粒径が7.2μmの比較トナー粒子3を得た。さらに、実施例1と同様に外添剤を混合して比較トナー3を作成し、同様にキャリアと混合し二成分現像剤を得た。
上記した実施例1〜7および比較例1〜3の樹脂構成、粒径分布、形状分布を表1に示し、着色剤の平均分散粒径、離型剤の平均分散粒径、および表面近傍の離型剤の存在量(離型剤量/(離型剤量+樹脂量))表2に示し、また各評価結果を表3に示す。
Figure 2007279652
Figure 2007279652
Figure 2007279652
表1乃至3に示すように、本実施形態のトナーは定着下限温度が低く、定着温度幅が大きく、また、光沢度が高いというバランス性に優れた点にある。
たとえば定着下限温度が130℃以下であり、定着温度幅が70度を越え、光沢度が15を越える3点を同時に満足している。
これら3点について、以下のようにして評価した。
・1−1:定着下限温度
120℃ 3点 125℃ 2点 130℃ 1点 以下、5℃上がるごとに−1ずつ付加して評価した。
・1−2:定着温度幅
105度 3点 100度 2点 95度 1点 以下、5度下がるごとに−1ずつ付加して評価した。
・1−3:光沢度
25を越すもの 3点 25 2.5点 24 2点 以下、1落ちるごとに−0.5ずつ付加して評価した。
これらの評価によれば、実施例1 5点,実施例2 4.5点,実施例3 4点,実施例4 2点,実施例5 6点,実施例6 2.5点,実施例7 10.5点であった。
これに対し比較例では、比較例1 −7,比較例2 −11.5,比較例3 0点となった。
換言すれば、本実施形態のトナーでは、定着下限温度Aが130℃以下(条件A1)であり、たとえば130℃未満(条件A2)、たとえば125℃以下(条件A3)、さらに、125℃未満(条件A4)であり、定着温度幅Bが70度を越え(条件B1)、たとえば80度以上(条件B2)、たとえば80度を越え(条件B3)、たとえば90度以上(条件B4)、たとえば90度を越え(条件B5)、たとえば95度以上(条件B6)、例えば95度を越え(条件B7)、例えば100度以上(条件B8)であり、光沢度Cが15%を越え(条件C1)、たとえば18%以上(条件C2)、たとえば20以上(条件C3)、たとえば24以上(条件C4)である組み合わせの中から選択される条件が要求されている。すなわち、上記A〜Cは、条件A1〜A4と、条件B1〜B8と条件C1〜C4の積集合のいずれかの条件から設定される。
好ましい条件の組み合わせとしては、条件A1と、条件B1〜B4と、条件C1〜C4のそれぞれ各1つずつの積集合の条件であり、特には、条件A2〜A4と、条件B4〜B8と、条件C2〜C4のそれぞれの各1つの条件、すなわち特にはの条件は、条件A2と条件B4と条件C2、条件A2と条件B5と条件C2、条件A2と条件B6と条件C2、条件A2と条件B7と条件C2、条件A2と条件B5と条件C3、条件A2と条件B6と条件C3、条件A2と条件B7と条件C3、条件A2と条件B8と条件C3、条件A2と条件B4と条件C4、条件A2と条件B5と条件C4、条件A2と条件B6と条件C4、条件A2と条件B7と条件C4、条件A2と条件B8と条件C4が挙げられる。なお好ましい条件に関しても同様である。
このような本実施形態のトナーは、低温定着性に優れながら、定着温度に大きなアローワンス性(許容性)を有する。
また本実施形態のトナーは、上記した好ましい条件の組み合わせである、条件A1と、条件B1〜B8と、条件C1〜C4のそれぞれ各1つずつの積集合の条件、あるいは前記特にはの条件A2〜A4と、条件B4〜B8と、条件C2〜C4のそれぞれの各1つの条件に、以下に記載する付加的条件をさらに付加することもできる。
重量平均粒径D4が4.5を越え6.2以下(付加的条件D−4−1)、好ましくは5以上6.2以下(付加的条件D−4−2)、特に好ましくは5.3以上6.2以下(付加的条件D−4−3)
個数平均粒径Dnが3.5を越え5.8未満(付加的条件D−5−1)、好ましくは4.4以上5.8未満(付加的条件D−5−2)、特に好ましくは4.4を越え5.8未満(付加的条件D−5−3)、さらに好ましくは4.8以上5.8未満(付加的条件D−5−4)
比D4/Dnが1.24以下(付加的条件D−6−1)、好ましくは1.20以下(付加的条件D−6−2)、さらに好ましくは1.20未満(付加的条件D−6−3)
なお上記付加的条件の好ましい組み合わせは、D4と、比D4/Dnとの組み合わせである、(付加的条件D−4−1)と(付加的条件D−6−1)、(付加的条件D−4−2)と(付加的条件D−6−1)、(付加的条件D−4−3)と(付加的条件D−6−1)、(付加的条件D−4−1)と(付加的条件D−6−2)、(付加的条件D−4−2)と(付加的条件D−6−2)、(付加的条件D−4−3)と(付加的条件D−6−2)、(付加的条件D−4−1)と(付加的条件D−6−3)、(付加的条件D−4−2)と(付加的条件D−6−3)、(付加的条件D−4−3)と(付加的条件D−6−3)、であり、
特に、(付加的条件D−4−3)と(付加的条件D−6−1)、(付加的条件D−4−3)と(付加的条件D−6−2)、(付加的条件D−4−3)と(付加的条件D−6−3)の条件の組み合わせが上記した好ましい条件の組み合わせである、条件A1〜A4と、条件B1〜B8と、条件C1〜C4のそれぞれ各1つずつの積集合の条件、あるいは前記特にはの条件A2〜A4と、条件B4〜B8と、条件C2〜C4のそれぞれの各1つの条件に付加されることが好ましい。
以上、本実施形態の重縮合ポリエステル樹脂からなり、本実施形態の作成法からなるトナーは、高温高湿度下における耐ブロッキング性と低温定着性が共に優れ、保存安定性、溶融流動性、および帯電特性、クリーニング性も良好である。また、環境上問題のあるスズ化合物を触媒として使用しなくとも、良好な樹脂性能を有することができる。
本実施形態のトナーバインダを含有し、本実施形態の作成方法によるトナーは、高温度下でのトナーの耐ブロッキング性と低温定着性、耐オフセット性とが共に優れるため、静電荷像現像用トナーとして有用である。

Claims (22)

  1. 少なくともポリエステル樹脂粒子を含む粒子を水系媒体中で乳化、分散、凝集させて得られる静電荷像現像用トナーであって、該ポリエステル樹脂粒子が、下記一般式(I)または(II)で表される少なくとも1種のチタン含有触媒(a)の存在下に形成された樹脂を含有し、
    前記トナーはさらに着色剤と離型剤を含有することを特徴とする静電荷像現像用トナー。
    Ti(−X)m(−OH)n・・・(I)
    O=Ti(−X)p(−OR)q・・・(II)
    〔前記式(I)および(II)中、Xは炭素数2〜12のモノもしくはポリアルカノールアミンから1個のOH基のHを除いた残基であり、ポリアルカノールアミンの他のOH基が同一のTi原子に直接結合したOH基と分子内で重縮合し環構造を形成していてもよく、他のTi原子に直接結合したOH基と分子間で重縮合し繰り返し構造を形成していてもよい。繰り返し構造を形成する場合の重合度は2〜5である。RはH、または1〜3個のエーテル結合を含んでいてもよい炭素数1〜8のアルキル基である。mは1〜4の整数、nは0〜3の整数、mとnの和は4である。pは1〜2の整数、qは0〜1の整数、pとqの和は2である。mまたはpが2以上の場合、それぞれのXは同一であっても異なっていてもよい。〕
  2. 前記式(I)または(II)中のXは、ジもしくはトリアルカノールアミンから1個のOH基のHを除いた残基である請求項1記載の静電荷像現像用トナー。
  3. 前記式中のmまたはpが2以上であり、Xがすべて同一の基である請求項1または2記載の静電荷像現像用トナー。
  4. 前記ポリエステル樹脂の少なくとも一部がポリエポキシド(c)で変性されたことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項記載の静電荷像現像用トナー。
  5. 前記トナーの重量平均粒径(D4)が3.0〜7.0μmであり、個数平均粒径(Dn)との比(D4/Dn)が、1.05〜1.30であることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項記載の静電荷像現像用トナー。
  6. 前記トナーの平均円形度が0.93〜0.99であることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項記載の静電荷像現像用トナー。
  7. 前記トナーの円形度が0.95〜0.97の範囲に、50個数%以上の粒子が含まれることを特徴とする請求項1から6のいずれか1項記載の静電荷像現像用トナー。
  8. 前記ポリエステル樹脂のガラス転移点が50〜80℃、軟化点が80〜130℃、酸価が0.2〜50であることを特徴とする請求項1から7のいずれか1項記載の静電荷像現像用トナー。
  9. 前記ポリエステル樹脂の数平均分子量(Mn)が1000〜10000であり、重量平均分子量(Mw)との比(Mw/Mn)が2〜10であることを特徴とする請求項1から8のいずれか1項記載の静電荷像現像用トナー。
  10. 前記ポリエステル樹脂の100℃での貯蔵弾性率が10〜10Paの範囲であり、150℃での貯蔵弾性率が10〜10Paの範囲であることを特徴とする請求項1から9のいずれか1項記載の静電荷像現像用トナー。
  11. 前記ポリエステル樹脂がスルホン酸基を有する2価のカルボン酸を共重合体成分として含有することを特徴とする請求項1から10のいずれか1項記載の静電荷像現像用トナー。
  12. 前記トナーがコア用樹脂粒子Aを含むコア粒子から形成されるコア部分と、シェル用樹脂粒子Bを含むシェル微粒子から形成されるシェル部分とからなるコアシェル構造を有することを特徴とする請求項1から11のいずれか1項記載の静電荷像現像用トナー。
  13. 前記トナーが、前記ポリエステル樹脂粒子を含むコア用樹脂粒子Aを凝集させながら加熱によって固定化させ、コア粒子を形成する工程と、コア粒子分散液に前記シェル用樹脂粒子Bを含むシェル微粒子を添加混合し、コア粒子表面にシェル用微粒子が付着してなるシェル化粒子を形成する工程と、シェル化粒子分散液を加熱する工程とを含む方法によって製造されることを特徴とする請求項1から12のいずれか1項記載の静電潜像現像用トナー。
  14. 前記シェル用樹脂粒子Bに前記ポリエステル樹脂粒子を含むことを特徴とする請求項1から13のいずれか1項記載の静電潜像現像用トナー。
  15. 前記コアシェル構造からなるトナーにおいて、コア用樹脂粒子Aとシェル用樹脂粒子Bとの配合重量比(コア:シェル)が50:50〜90:10であることを特徴とする請求項1から14のいずれか1項記載の静電潜像現像用トナー。
  16. 前記トナーの内部における着色剤の平均分散粒径が、0.05〜0.50μmであることを特徴とする請求項1から15のいずれか1項記載の静電潜像現像用トナー。
  17. 前記トナーの内部における離型剤の平均分散粒径が、0.2〜2.0μmであることを特徴とする請求項1から16のいずれか1項記載の静電潜像現像用トナー。
  18. 前記トナーの表面近傍の離型剤の存在量(離型剤量/(離型剤量+樹脂量))が0.5〜10重量%であることを特徴とする請求項1から17のいずれか記載の静電潜像現像用トナー。
  19. 前記トナーはその表面に無機微粒子からなる外添剤が付着してなり、無機微粒子が疎水化度50%以上でBET比表面積100〜300m/gシリカ微粒子と、疎水化度50以上でBET比表面積20〜150m/gのチタニア微粒子とからなることを特徴とする請求項1から18のいずれか1項記載の静電潜像現像用トナー。
  20. 前記無機微粒子として平均粒径60〜150nmの概略球形のシリカ粒子を含むことを特徴とする請求項1から19のいずれか1項記載の静電潜像現像用トナー。
  21. 電子写真画像形成潜像を担持する像担持体と、像担持体上の潜像を現像装置内のトナーで現像する現像装置と、像担持体表面のトナー像を被転写体に転写する転写装置と、像担持体表面に残留したトナーをクリーニングするクリーニング装置と、被転写体に転写されたトナー像を定着部材により加熱、加圧して記録媒体に定着させる定着装置とを備える画像形成装置であって、前記クリーニング装置における前記トナーをクリーニングする部材が弾性ブレードからなり、前記トナーは、請求項1から20のいずれか1項記載の静電潜像現像用トナーであることを特徴とする画像形成装置。
  22. 前記定着装置における前記トナーを定着させる部材が、ベルト又はシート材質からなることを特徴とする請求項21記載の画像形成装置。
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