JP2011043751A - トナー、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、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】低温定着性に優れ、耐オフセット性が良好であり、定着装置及び画像を汚染することがなく、鮮鋭性の良好な高品質画像を長期にわたり形成することができるトナー、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。
【解決手段】結着樹脂としてのポリエステル樹脂またはその前駆体の少なくとも1つと、着色剤と、定着補助成分とを含むトナーであって、前記定着補助成分が、少なくとも1種以上の、融点70℃以上120℃未満である脂肪酸アミド系化合物からなり、前記脂肪酸アミド化合物が、モノアミド化合物、モノアルコール付加アミド化合物及びビスアルコール付加アミド化合物のいずれかであることを特徴とするトナー、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。
【選択図】図2

Description

本発明は、電子写真、静電記録、静電印刷等における静電荷像を現像するためのトナー、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、静電記録、静電印刷等による画像形成は、一般に、静電潜像担持体(以下、「感光体」あるいは「電子写真感光体」と称することもある。)上に静電潜像を形成し、該静電潜像を現像剤で現像して可視像(トナー像)とした後、該可視像を紙等の記録媒体上に転写し、定着することにより定着像とする一連のプロセスにより行われる。
前記現像剤としては、磁性トナー又は非磁性トナーを単独で用いる一成分現像剤と、トナーとキャリアとからなる二成分現像剤とがある。
前記電子写真法における定着の方式としては、エネルギー効率の良さの点から、加熱ローラを直接記録媒体上のトナー像に圧接して定着する加熱ヒートローラ方式が広く用いられている。この加熱ヒートローラ方式は、定着のために多大な電力が必要であるが、省エネルギー化を図る観点から、加熱ローラの消費電力を削減することが種々検討されている。例えば、画像を出力しない時には加熱ローラ用のヒータの出力を弱め、一方、画像出力時にはヒータの出力を上げて加熱ローラの温度を上昇させる方式が用いられている。
しかし、この画像を出力しない加熱ローラ用ヒータの出力を弱めるスリープ時から、加熱ローラを定着に必要な温度に上昇させるためには、数10秒間程度の待機時間が必要であり、ユーザーにとってはこの待機時間は無駄である。また、画像を出力しない時、ヒータを完全にオフにする消費電力の抑制が望まれている。これらの要求を達成するためには、トナー自体の定着温度を低下させることが必要である。
前記現像剤に用いられるトナーでは、電子写真技術の発展に伴って、優れた低温定着性及び保存性(耐ブロッキング性)が要求され、従来、トナー用結着樹脂として用いられてきたスチレン系樹脂に比べて記録媒体等との親和性が高く、低温定着性に優れたポリエステル樹脂を用いることが種々試みられている。例えば、分子量等の物性を規定した線状ポリエステル樹脂を含有したトナー(例えば、特許文献1参照)、酸成分としてロジン類を使用した非線状架橋型ポリエステル樹脂を含有したトナー(例えば、特許文献2参照)などが挙げられる。
近年、画像形成装置の更なる高速化及び省エネルギー化を図る上で、従来のトナー用結着樹脂では市場の要求に対しては未だ不十分であり、定着工程での定着時間の短縮化、定着手段による加熱温度の低温化により、十分な定着強度を維持することが益々困難になっている。
前記特許文献2のようなロジン類を使用したポリエステル樹脂を含有するトナーは、低温定着性に優れ粉砕性に優れるため、粉砕法によるトナー生産性を向上できるという利点がある。また、アルコール成分に炭素数3の分岐鎖型のアルコールである1,2−プロパンジオールを用いることで、炭素数2以下のアルコールと対比して耐オフセット性を維持したまま低温定着性を向上させることが可能であり、炭素数4以上の分岐鎖型アルコールと対比してガラス転移温度の低下に伴う保存性の低下防止に有効である。このようなポリエステル樹脂をトナー用結着樹脂として用いると、低温での定着が可能となり、かつ保存性が向上するトナーを得るという効果が奏される。
しかしながら、省エネルギー化に対する要求は、益々厳しくなっており、低温定着性に優れるポリエステル樹脂を用いることによって、従来に比べて低温定着性は改善される傾向にあるが、近い将来、ポリエステル樹脂を用いるだけでは、省エネルギーに対する要求に対応できなくなる惧れがある。
このため近年、定着補助成分(可塑剤)をトナー中に導入することにより、低温定着性を向上させる試みがなされている(例えば、特許文献3参照)。この特許文献3には、可塑剤(バインダー樹脂と相溶することにより可塑効果を示す可塑剤)をトナー中に結晶ドメインとして存在させる、即ち、バインダー樹脂と独立した状態(相溶していない状態)で存在させることにより、耐熱保存性と低温定着性を両立させるトナーを提案している。しかしながら近年、画像形成装置の高速化に伴って、トナーには高い耐久性が求められるのと同時に、更なる省エネルギー化に対する要求を満たすことが望まれ、これらの要求に十分対応するために、更なる改良、開発が望まれている。
さらに、定着補助成分として可塑剤を有し、その可塑剤がワックスとともにトナー用樹脂と非相溶状態でトナー内部に存在させて、優れた低温定着性と耐熱保存性と離型性を両立し、高画質が得られるトナーが提案されている(例えば、特許文献4参照)。しかしながら、少なくともトナー材料を構成する有機溶剤を水系で懸濁・造粒するトナーでは十分ではない。具体的には前記した可塑剤がトナー材料の有機溶剤への溶解のために、トナー製造工程にこの溶解した成分が析出して、可塑剤がトナーへ混在したり、トナー表面へ付着することがある。トナーへ混在したり、トナー表面へ付着した可塑剤は、様々な問題を引き起こす。たとえばキャリアへの汚染、キャリアとトナーを混合した現像剤の現像剤担持体への汚染が挙げられ、この汚染により、異常画像の発生を引き起こすなど、問題がある。
本発明は、従来技術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、低温定着性に優れ、耐オフセット性が良好であり、現像装置、定着装置及び画像を汚染することがなく、鮮鋭性の良好な高品質画像を長期にわたり形成することができるトナー、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本発明者らが鋭意検討を重ねた結果、ポリエステル樹脂またはその前駆体を含む結着樹脂、着色剤、離型剤及び定着補助成分を含むトナー材料を溶解または分散させる有機溶媒を用いてトナー材料液を調製し、前記調製したトナー材料液を水系媒体中に乳化または分散させて得られるトナーにおいて、前記定着補助成分が融点70℃以上120℃未満であり、前記定着補助成分の1種以上が、直鎖飽和脂肪酸をアミド化した脂肪酸アミド系化合物であり、前記トナー材料液を調製するのに用いられる有機溶媒に対する前記定着補助成分の溶解度(25℃)が0.1重量%以下とすることにより、長期にわたり安定した画像を形成し、さらに低温定着性を更に向上させることが可能であることを知見した。
更に、本発明における定着補助成分は、定着部で加熱を受ける前は前記結着樹脂と独立に存在(結着樹脂と相溶していない状態で存在)するため、定着部で加熱を受ける前の結着樹脂の熱特性を低下させることがなく、耐熱保存性も保持させることが可能であることを併せて知見した。
前記定着補助成分がトナー材料液を調製するのに用いられる前記有機溶媒に対して、25℃において0.1重量%以下の溶解度であることが、トナー材料液を水系媒体中で乳化又は分散させて得られるトナーにおいて、トナー材料中の他の材料への汚染が無く、長期にわたり安定した画像を得ることが可能なトナーであることを知見した。
本発明は、本発明者らによる前記知見に基づくものであり、前記課題を解決するための手段としては、以下の通りである。即ち、
(1)ポリエステル樹脂またはその前駆体の少なくとも1つと、着色剤と、定着補助成分とを含むトナー材料を有機溶媒に溶解または分散したトナー材料液を、水系媒体に分散させた乳化スラリーから有機溶媒を除去して得られるトナーであり、
前記定着補助成分が、融点70℃以上120℃未満である脂肪酸アミド系化合物であり、前記有機溶媒への25℃における溶解度が0.1重量%以下であり、かつ、45℃における溶解度が0.2重量%以下であることを特徴とする。
(2)前記(1)に記載のトナーにおいて、前記脂肪酸アミド系化合物が、末端にアミノ基または水酸基を有する化合物であることを特徴とする。
(3)前記(2)に記載のトナーにおいて、前記脂肪酸アミド系化合物が、モノアミド化合物またはそのアルコール付加物であることを特徴とする。
(4)前記(1)〜(3)のいずれかに記載のトナーにおいて、前記トナーは離型剤を含み、該離型剤が、融点60℃以上90℃未満の炭化水素系ワックスであることを特徴とする。
(5)前記(1)〜(4)のいずれかに記載のトナーにおいて、前記ポリエステル樹脂の少なくとも1種の酸価が、5mgKOH/g以上40mgKOH/g未満であることを特徴とする。
(6)前記(1)〜(5)のいずれかに記載のトナーにおいて、前記ポリエステル樹脂の少なくとも1種の酸価が、10mgKOH/g以上30mgKOH/g未満であることを特徴とする。
(7)前記(1)〜(6)のいずれかに記載のトナーにおいて、前記ポリエステル樹脂の少なくとも1種の水酸基価が、5mgKOH/g以上100mgKOH/g未満であることを特徴とする。
(8)前記(1)〜(7)のいずれかに記載のトナーにおいて、前記ポリエステル樹脂の少なくとも1種のポリエステル樹脂の水酸基価が、20mgKOH/g以上60mgKOH/g未満である。
(9)前記ポリエステル樹脂が、ジオール成分と酸成分とからなり、該ジオール成分中にビスフェノール類のプロピレンオキシド付加物を50モル%以上含有し、水酸基価が25mgKOH/g以上45mgKOH/g以下、酸価が15mgKOH/g以上25mgKOH/g以下であることを特徴とする。
(10)前記(1)〜(9)のいずれかに記載のトナーにおいて、前記ポリエステル樹脂の少なくとも1種のガラス転移温度Tgが、55℃以上80℃未満であることを特徴とする。
(11)前記(1)〜(10)のいずれかに記載のトナーにおいて、前記定着補助成分の含有量が、前記トナーの全量に対して2重量%以上25重量%未満であることを特徴とする。
(12)前記(1)〜(11)のいずれかに記載のトナーを含むことを特徴とする現像剤。
(13)前記(1)〜(11)のいずれかに記載のトナーが収容されてなることを特徴とするトナー入り容器。
(14)静電潜像担持体と、該静電潜像担持体上に形成された静電潜像を、トナーを用いて現像した可視像を形成する現像手段とを少なくとも有する、画像形成装置本体に着脱可能なプロセスカートリッジであって、
前記トナーが、前記(1)〜(11)のいずれかに記載のトナーであることを特徴とするプロセスカートリッジ。
(15)静電潜像担持体上に静電潜像を形成する静電潜像形成工程と、前記静電潜像をトナー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画像形成方法であって、
前記トナーが、前記(1)〜(11)のいずれかに記載のトナーであることを特徴とする画像形成方法。
(15)電子写真感光体と、前記電子写真感光体を帯電させる帯電手段と、前記帯電された電子写真感光体上に静電潜像を形成する露光手段と、前記電子写真感光体上に形成された静電潜像をトナーを用いて可視像化しトナー像を形成する現像手段と、前記電子写真感光体上に形成されたトナー像を直接又は中間転写体を介して記録材上に転写する転写手段と、前記記録材上に転写されたトナー像を定着させる定着手段とを備えた画像形成装置であって、
前記トナーが、前記(1)〜(11)のいずれかに記載のトナーであることを特徴とする画像形成装置。
本発明によると、従来における問題を解決することができ、低温定着性に優れ、耐オフセット性が良好であり、定着装置及び画像を汚染することがなく、鮮鋭性の良好な高品質画像を長期にわたり形成することができるトナー、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。
本発明の画像形成装置の一例を示す図である。 本発明の画像形成装置の他の例を示す図である。 図2のタンデム型現像器を示す図である。 本発明のプロセスカートリッジの一例を示す図である。
〔トナー〕
本発明のトナーは、ポリエステル樹脂またはその前駆体の少なくとも1つと、着色剤と、定着補助成分とを含むトナー材料を有機溶媒に溶解または分散したトナー材料液を、水系媒体中で乳化または分散させた乳化スラリーから有機溶媒を除去して得られるものである。
<定着補助成分>
定着補助成分は、トナーが定着部から加熱を受ける前には、結着樹脂から独立した結晶ドメインとしてトナー中に存在するが、定着時の加熱により速やかに融解して前記結着樹脂と相溶可能となり、結着樹脂の軟化を促す。
定着補助成分は、定着前には結着樹脂の軟化を生じさせないので、本発明のトナーは耐熱保存性に優れている。更に、定着補助成分は、定着時の加熱により結着樹脂を軟化させる作用を有するので、本発明のトナーは低温定着性にも優れている。
定着補助成分の25℃におけるトナー材料液に用いられる前記有機溶媒への溶解度が0.1重量%以下であり、かつ45℃における前記有機溶媒への溶解度が0.2重量%以下であることが好ましい。定着補助成分の25℃における前記有機溶媒への溶解度が0.1重量%より大きく、かつ45℃における前記有機溶媒への溶解度が0.2重量%よりも大きい場合、定着補助成分がトナー製造過程および製造後における保存において再結晶を起こす。再結晶した定着補助成分はトナー表面に残りやすく、これがトナーを構成するトナー材料の他の部材(材料)への汚染を引き起こし異常画像が出やすくなる。
これらを満たす定着補助成分としては、少なくとも1種以上の、融点70〜120℃である脂肪酸アミド系化合物からなる。
(脂肪酸アミド系化合物)
定着補助成分として用いられる脂肪酸アミド系化合物として、モノアミド化合物、モノアルコール付加アミド化合物、ビスアルコール付加アミド化合物などが挙げられる。
−モノアミド化合物−
モノアミド化合物としては、下記構造式(1)で表される。
R1−CONH ・・・(1)
但し、上記構造式(1)中、R1は、飽和又は1〜2価の不飽和の炭素数10〜30の炭化水素基である。
−モノアルコール付加アミド化合物−
前記モノアルコール付加アミド化合物は、下記構造式(2)で表される。
R1−CONH−R2−OH ・・・(2)
但し、上記構造式(2)中、R1は、飽和又は1〜2価の不飽和の炭素数10〜30の炭化水素基であり、R2は、飽和又は1〜2価の不飽和の炭素数1〜30の炭化水素基である。
−ビスアルコール付加アミド化合物−
前記ビスアルコール付加アミド化合物は、下記構造式(3)で表される。
Figure 2011043751
但し、上記構造式(3)中、R1は、飽和又は1〜2価の不飽和の炭素数10〜30の炭化水素基であり、R2は、飽和又は1〜2価の不飽和の炭素数1〜30の炭化水素基であり、R3は、飽和又は1〜2価の不飽和の炭素数1〜30の炭化水素基である。
前記モノアミド化合物、前記モノアルコール付加アミド化合物及び前記ビスアルコール付加アミド化合物は、脂肪酸の末端に極性の高いアミノ基(−NH)、水酸基(−OH)を含むので、トナーの主成分である樹脂との相溶性に優れ、定着時の加熱により、速やかに融解して、結着樹脂をよりすばやく軟化させる。これにより、トナーの低温定着性を向上させる。中でも、樹脂との相溶性に優れ、トナーの低温定着性を向上させることができる点で、前記モノアミド化合物が好ましい。
前記脂肪酸アミド系化合物の融点としては、上記のように70〜120℃であるが、75〜100℃が好ましく、75〜95℃が更に好ましい。前記融点が70℃未満であると、トナーの耐熱保存性が悪化することがある。また融点が120℃を超えると、トナーの低温定着性が充分に得られないことがある。
融点70〜120℃である前記脂肪酸アミド系化合物としては、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、パルミチン酸アミド、パルミトレイン酸アミド、ステアリン酸アミド、オレイン酸アミド、アラキジン酸アミド、エイコセン酸アミド、ベヘニン酸アミド、エルカ酸アミド、リグリノセリン酸アミド等の炭素数10〜30を有する飽和又は1価の不飽和の脂肪族をアミド化したモノアミド化合物、または、パルミチン酸モノエタノールアミド、ステアリン酸モノエタノールアミド、ベヘニン酸モノエタノールアミド、リグリノセリン酸モノエタノールアミド、エルカ酸モノエタノールアミド、パルミチン酸モノプロパノールアミド、ステアリン酸モノプロパノールアミド、ベヘニン酸モノプロパノールアミド、リグリノセリン酸モノプロパノールアミド、エルカ酸モノプロパノールアミド、パルミチン酸ビスエタノールアミド、ステアリン酸ビスエタノールアミド、ベヘニン酸ビスエタノールアミド、リグリノセリン酸ビスエタノールアミド、エルカ酸ビスエタノールアミド、パルミチン酸ビスプロパノールアミド、ステアリン酸ビスプロパノールアミド、ベヘニン酸ビスプロパノールアミド、リグリノセリン酸ビスプロパノールアミド、エルカ酸ビスプロパノールアミド、エタノールアミンジステアレート、エタノールアミンジベヘネート、エタノールアミンジリグノセレート、エタノールアミンジエルケート、プロパノールアミンジステアレート、プロパノールアミンジベヘネート、プロパノールアミンジリグノセレート、プロパノールアミンジエルケートといった脂肪酸アミドアルコール付加物が挙げられる。
中でも、結着樹脂との相溶性により優れ、トナーの低温定着性を向上させることができ、かつトナーへの耐熱保存性を悪化させないことから、モノアミド化合物、またはそのアルコール付加物であることが好ましい。
前記定着補助成分がトナー定着前に結晶性を有することを確認する方法としては、例えば、X線回折チャートから結晶性の保持状態(相溶又は非相溶)を測定する方法が挙げられる。
具体的には、前記定着補助成分がトナー中で結晶性を有することは、結晶解析X線回折装置(X’Pert MRDX’Pert MRD フィリッップス社製)を用いて確認することができる。この測定方法としては、まず、定着補助成分単品を乳鉢を用いてすり潰して試料粉体を作成し、得られた試料粉体を試料ホルダーに均一に塗布する。その後、回折装置内に試料ホルダーをセットし、測定を行い、定着補助成分の回折スペクトルを得る。次にトナー粉体をホルダーに塗布し、同様に測定を行う。そして事前に得られた定着補助成分の回折スペクトルにより、トナー中に含まれる定着補助成分を同定することが可能である。また、前記X線回折装置では、付属の加熱ユニットを用いることで、温度を変化させた際の回折スペクトルの変化を測定することができる。前記加熱ユニットを用い、常温及び150℃における定着補助成分由来のX線回折スペクトルのピーク面積の変化を測定することにより、定着補助成分の加熱前後における樹脂に対する相溶分及び非相溶分の割合を求めることができる。この加熱前後の定着補助成分由来のピーク面積の変化率が大きいほど、定着時の加熱によりトナー樹脂との相溶化が進行することを意味する。本発明のトナーは、前記定着補助成分を含むことにより、加熱前後の定着補助成分由来のピーク面積の変化率が大きくなることから、低温定着効果に優れている。
前記定着補助成分の分散径としては、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、例えば、最大方向の粒径として、10nm〜3μmが好ましく、50nm〜1μmがより好ましい。前記分散径が、10nm未満であると、前記定着補助成分と前記結着樹脂との接触表面積の増大により、トナーの耐熱保存性に劣ることがあり、3μmを超えると、定着時の加熱の際に前記結着樹脂との相溶が十分に行われず、トナーの低温定着性に劣ることがある。
前記定着補助成分の分散径の測定方法としては、例えば、トナーをエポキシ樹脂に包埋して約100nm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:Tunneling Electron Microscopy )により倍率10,000倍で観察を行い、写真撮影し、この写真を画像評価することにより、前記定着補助成分の分散状態を観察し、前記分散径を測定することができる。なお、前記定着補助成分と前記離型剤とをトナー中で識別するためには、事前に定着補助成分及び離型剤のそれぞれを、上記と同様に四酸化ルテニウムにより染色して透過型電子顕微鏡により観察し、定着補助成分と離型剤とのコントラスト差を確認しておくことで、トナー中の定着補助成分及び離型剤を観察したときのコントラスト差に基づいて、トナー中の定着補助成分と離型剤とを識別することができる。
本発明においては、ポリエステル樹脂のガラス転移温度をTgとし、該ポリエステル樹脂90質量部に対し定着補助成分を10質量部加えて150℃で加熱した後のポリエステル樹脂のガラス転移温度をTgrとすると、その差分であるΔTgrが、ΔTgr=Tg−Tgr>10℃、を満たすことが好ましく、ΔTgr=Tg−Tgr>15℃、を満たすことがより好ましい。
なお、トナー中にポリエステル樹脂が2種類以上含まれる場合には、少なくとも1種のポリエステル樹脂が、上記条件を満たせばよい。
ここで、ポリエステル樹脂のガラス転移温度のTg、及び、定着補助成分を10質量部添加した際のポリエステル樹脂のガラス転移温度のTgrは、例えば、DSC(示差走査熱量計)として、DSC−60(島津製作所製)を用いて測定することができる。
具体的には、前記ポリエステル樹脂のガラス転移温度(Tg)は、下記手順により測定できる。まず、ポリエステル樹脂約5.0mgをアルミニウム製の試料容器に入れ、試料容器をホルダーユニットに載せ、電気炉中にセットする。次いで、窒素雰囲気下、20℃から昇温速度10℃/minにて150℃まで加熱する。その後、150℃から降温速度10℃/minにて0℃まで冷却し、更に昇温速度10℃/minにて150℃まで加熱し、示差走査熱量計(たとえばDSC−60 島津製作所社製)を用いてDSC曲線を計測する。得られたDSC曲線から、DSC−60システム中の解析プログラムを用いて、2回目の昇温時におけるDSC曲線のショルダーを選択し、ポリエステル樹脂のガラス転移温度(Tgr)を算出する。
なお、トナー中に2種以上のポリエステル樹脂が含まれる場合には、1種のポリエステル樹脂が、上記条件を満たせばよい。
また、定着補助成分を10質量部添加した際のポリエステル樹脂のガラス転移温度(Tgr)を測定する場合も、上記と同様にして測定することができる。まず、定着補助成分0.5mg、ポリエステル樹脂4.5mgをアルミニウム製の試料容器に入れ、該試料容器をホルダーユニットに載せ、電気炉中にセットする。次いで、窒素雰囲気下、20℃から昇温速度10℃/minにて150℃まで加熱する。その後、150℃から降温速度10℃/minにて0℃まで冷却させ、更に昇温速度10℃/minにて150℃まで加熱し、示差走査熱量計を用いてDSC曲線を計測する。得られたDSC曲線から、DSC−60システム中の解析プログラムを用いて、2回目の昇温時におけるDSC曲線のショルダーを選択し、定着補助成分を加えた際のポリエステル樹脂のガラス転移温度(Tgr)を算出できる。
なお、トナー中に2種類以上のポリエステル樹脂が含まれる場合には、少なくとも1種のポリエステル樹脂が、上記条件を満たせばよい。
トナー中の前記定着補助成分の含有量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、トナー全量に対して、2〜25重量%であることが好ましく、3〜20重量%がより好ましい。前記含有量が、2重量%未満であると、定着助剤の効果が十分得られず、低温定着性に劣ることがある。また前記含有量が25重量%を超えると、耐オフセット性、トナーの耐熱保存性に劣ることがある。
<結着樹脂>
トナーに含まれる結着樹脂は、ポリエステル樹脂を含有する。
(ポリエステル樹脂)
ポリエステル樹脂は定着補助成分との相溶性の観点より、ビスフェノール類のプロピレンオキシド付加物をポリエステル樹脂を重合するときに用いるジオール成分に対して50モル%以上含有することが好ましい。更に好ましいのは60モル%以上である。ジオール成分としてプロピレンオキシド付加物が一定以上含有したポリエステル樹脂と所定の定着補助成分を組み合わせたときポリエステル樹脂との相溶性に優れ、低温定着性を向上させる事が出来る。
ビスフェノール類のプロピレンオキサイド付加物以外のアルコール類、及び酸類は、ポリエステル樹脂のガラス転移点、分子量、軟化点等を考慮して任意に選択できる。水酸基価、酸価は3価以上のアルコール、酸を添加することで任意に調整が出来る。
ビスフェノール類のプロピレンオキサイド付加物以外のジオール成分としては、エチレングリコール、1,2−プロピレングリコール、1,3−プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール等のアルキレングリコール;ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、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等のオキシアルキレン基を有するジオール;1,4−シクロヘキサンジメタノール、水素添加ビスフェノールA等の脂環式ジオール;脂環式ジオールに、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、ブチレンオキシド等のアルキレンオキシドを付加したもの;ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールS等のビスフェノール類;ビスフェノール類に、エチレンオキシド、ブチレンオキシド等のアルキレンオキシドを付加したもの等のビスフェノール類のアルキレンオキシド付加物等が挙げられる。なお、アルキレングリコールの炭素数は、2〜12であることが好ましい。これらの中でも、炭素数が2〜12であるアルキレングリコール又はビスフェノール類のアルキレンオキシド付加物が好ましく、ビスフェノール類のアルキレンオキシド付加物又はビスフェノール類のアルキレンオキシド付加物と炭素数が2〜12のアルキレングリコールの混合物が特に好ましい。
また、三価以上のアルコールも使用が出来る。三価以上のアルコールとしては、三価以上の脂肪族アルコール、三価以上のポリフェノール類、三価以上のポリフェノール類のアルキレンオキシド付加物等を用いることができる。三価以上の脂肪族アルコールの具体例としては、グリセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ソルビトール等が挙げられる。三価以上のポリフェノール類の具体例としては、トリスフェノールPA、フェノールノボラック、クレゾールノボラック等が挙げられる。三価以上のポリフェノール類のアルキレンオキシド付加物の具体例としては、三価以上のポリフェノール類に、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、ブチレンオキシド等のアルキレンオキシドを付加したもの等が挙げられる。
酸成分としてはポリカルボン酸が挙げられる。ポリカルボン酸は、目的に応じて適宜選択することができ、ジカルボン酸、三価以上のカルボン酸、ジカルボン酸と三価以上のカルボン酸の混合物等を用いることができるが、ジカルボン酸又はジカルボン酸と少量の三価以上のポリカルボン酸の混合物が好ましい。これらは、単独で使用してもよいし、二種以上を併用してもよい。
ジカルボン酸の具体例としては、二価のアルカン酸、二価のアルケン酸、芳香族ジカルボン酸等が挙げられる。二価のアルカン酸の具体例としては、コハク酸、アジピン酸、セバシン酸等が挙げられる。二価のアルケン酸の炭素数は、4〜20であることが好ましく、具体的には、マレイン酸、フマル酸等が挙げられる。芳香族ジカルボン酸の炭素数は、8〜20であることが好ましく、具体的には、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、ナフタレンジカルボン酸等が挙げられる。これらの中でも、炭素数が4〜20の二価のアルケン酸又は炭素数が8〜20の芳香族ジカルボン酸が好ましい。
三価以上のカルボン酸としては、三価以上の芳香族カルボン酸等を用いることができる。三価以上の芳香族カルボン酸の炭素数は、9〜20であることが好ましく、具体的には、トリメリット酸、ピロメリット酸等が挙げられる。
ポリカルボン酸としては、ジカルボン酸、三価以上のカルボン酸及びジカルボン酸と三価以上のカルボン酸の酸無水物又は低級アルキルエステルを用いることもできる。これらは1種単独で用いてもよく、2種以上併用してもよい。また前記低級アルキルエステルの具体例としては、メチルエステル、エチルエステル、イソプロピルエステル等が挙げられる。
ジカルボン酸と三価以上のカルボン酸を混合して用いる場合、ジカルボン酸に対する三価以上のカルボン酸の質量比は、0.01〜10%であることが好ましく、0.01〜1%がより好ましい。
ポリオールとポリカルボン酸を重縮合させる際の混合比は、ポリカルボン酸のカルボキシル基[COOH]に対するポリオール[OH]の水酸基の当量比[OH]/[COOH]は、通常、1〜2の範囲であることが好ましく、1〜1.5がより好ましく、1.02〜1.3が特に好ましい。
重縮合反応により得られる前記ポリエステル樹脂の酸価としては、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、5〜40mgKOH/gが好ましく、10〜30mgKOH/gが更に好ましい。前記酸価が5mgKOH/g未満であると、主たる記録媒体である紙との親和性が低下してトナーの低温定着性が低下することがあり、また、負帯電性が得にくく、形成される画像が劣化したり、定着補助成分としての前記脂肪酸アミド系化合物との相溶性に劣ることがあり、そのためトナーの低温定着性が充分に得られない虞がある。一方、前記酸価が40mgKOH/gを超えると、高温高湿、低温低湿下等の環境下において、環境の影響を受けやすくなって、画像が劣化することがある。
なお、トナー中にポリエステル樹脂が2種類以上含まれる場合には、少なくとも1種のポリエステル樹脂が、上記条件を満たせばよい。
また前記ポリエステル樹脂の水酸基価としては、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、5〜100mgKOH/gが好ましく、20〜60mgKOH/gが更に好ましい。水酸基価が5mgKOH/g未満であると、主たる記録媒体である紙との親和性が低下するので、トナーの低温定着性が低下することがあり、また、負帯電性が得にくく、形成される画像が劣化したり、定着補助成分としての前記脂肪酸アミド系化合物との相溶性に劣ることがあり、そのためトナーの低温定着性が充分に得られない虞がある。一方、前記水酸基価が100mgKOH/gを超えると、高温高湿、低温低湿下等の環境下において、環境の影響を受けやすくなって、画像が劣化することがある。
なお、トナー中にポリエステル樹脂が2種類以上含まれる場合には、少なくとも1種のポリエステル樹脂が、上記条件を満たせばよい。
また、前記ポリエステル樹脂は、トナーの定着性、耐オフセット性の観点から、THFに可溶な成分の分子量分布において、分子量が3,000〜50,000の領域に少なくとも1つのピークを有することが好ましく、分子量5,000〜20,000の領域に少なくとも1つのピークを有することが更に好ましい。更に、ポリエステル樹脂のTHFに可溶な成分は、分子量が100,000以下である成分の含有量が60〜100重量%であることが好ましい。
ここで、ポリエステル樹脂の分子量分布は、例えば、THF(テトラヒドロフラン)を溶媒としたゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定することができる。
前記ポリエステル樹脂のガラス転移温度(Tg)としては、トナーの保存性の観点から、55〜80℃が好ましく、60〜75℃がより好ましい。前記Tgが55〜80℃であると、トナーの高温保存時における安定性に優れ、かつ、前記定着補助成分による結着樹脂への軟化の効果が充分に大きく得られるので、トナーの低温定着性に優れる。
また、前記結着樹脂は、ポリエステル樹脂以外の樹脂を更に含有してもよい。前記ポリエステル樹脂以外の樹脂としては、例えば、スチレン系単量体、アクリル系単量体、メタクリル系単量体等の単独重合体又は共重合体、ポリオール樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、フラン樹脂、エポキシ樹脂、キシレン樹脂、テルペン樹脂、クマロンインデン樹脂、ポリカーボネート樹脂、石油系樹脂等が挙げられる。前記ポリエステル樹脂以外の樹脂は、1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
<離型剤>
本発明では、上記したトナー材料には、好ましくは離型剤が用いられる。このような離型剤としては、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、融点が60〜90℃の低融点の離型剤が好ましい。低融点の離型剤は、前記樹脂とともに分散することにより、離型剤として効果的に定着ローラとトナー界面との間で働くので、オイルレス(定着ローラにオイルの如き離型剤を塗布しない)でもホットオフセット性が良好となる。
特に、本発明のトナーは、定着補助成分を含むことで低温定着性に優れるので、従来のものより定着ローラの温度を低い設定温度にして使用できる。したがって、前記離型剤も、より低温で離型性を発揮できることが好ましい。そのため、融点90℃以上の離型剤が好適に用いられる。また、離型剤の融点が、60℃未満であると、トナーの高温保存性が劣る場合があり、得られる画像を劣化させる虞がある。
前記離型剤としては、例えば、以下のものが挙げられる。
ロウ類及びワックス類の離型剤としては、例えば、カルナウバワックス、綿ロウ、木ロウ、ライスワックス等の植物系ワックス;ミツロウ、ラノリン等の動物系ワックス;オゾケライト、セルシン等の鉱物系ワックス;パラフィン、マイクロクリスタリン、ペトロラタム等の石油ワックス;などの天然ワックスが挙げられる。また、これら天然ワックスのほか、フィッシャー・トロプシュワックス、ポリエチレン、ポリプロピレン等の合成炭化水素ワックス;エステル、ケトン、エーテル等の合成ワックス;などが挙げられる。更に、12−ヒドロキシステアリン酸アミド、ステアリン酸アミド、無水フタル酸イミド、塩素化炭化水素等の脂肪酸アミド系化合物;低分子量の結晶性高分子樹脂である、ポリ−n−ステアリルメタクリレート、ポリ−n−ラウリルメタクリレート等のポリアクリレートのホモ重合体あるいは共重合体(例えば、n−ステアリルアクリレート−エチルメタクリレートの共重合体等);側鎖に長いアルキル基を有する結晶性高分子、などを用いてもよい。
これらの中でも、定着補助成分としての前記脂肪酸アミド系化合物との相溶性が低く、互いの機能を損なうことなく独立して作用することができ、トナーの低温定着性を充分に得ることが出来る点で、パラフィン、ポリエチレン、ポリプロピレン等の炭化水素系ワックスが好ましい。
前記離型剤は、1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
離型剤のトナーにおける含有量は、トナー100重量部に対して1重量部以上、30重量部未満であることが好ましい。1重量部以下であると、耐ホットオフセット性に劣ることがある。30重量部以上であると、フィルミング性の悪化、画像のかぶりが生じることがある。
<着色剤>
トナー材料に用いられる着色剤としては、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。例えば、カーボンブラック、ニグロシン染料、鉄黒、ナフトールイエローS、ハンザイエロー(10G、5G、G)、カドミウムイエロー、黄色酸化鉄、黄土、黄鉛、チタン黄、ポリアゾイエロー、オイルイエロー、ハンザイエロー(GR、A、RN、R)、ピグメントイエローL、ベンジジンイエロー(G、GR)、パーマネントイエロー(NCG)、バルカンファストイエロー(5G、R)、タートラジンレーキ、キノリンイエローレーキ、アンスラザンイエローBGL、イソインドリノンイエロー、ベンガラ、鉛丹、鉛朱、カドミウムレッド、カドミウムマーキュリレッド、アンチモン朱、パーマネントレッド4R、パラレッド、ファイセーレッド、パラクロロ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、リトボン等が挙げられる。
前記着色剤は、1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
トナー中の着色剤の含有量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、トナー全量に対して、1〜15重量%が好ましく、3〜10重量%が更に好ましい。前記含有量が、1重量%未満であると、トナーの着色力が低下することがあり、15重量%を超えると、トナー中での顔料の分散不良が起こり、着色力の低下及びトナーの電気特性の低下を招くことがある。
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。このようなマスターバッチに使用される樹脂としては、例えば、ポリエステル、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、エポキシ樹脂、エポキシポリオール樹脂、ポリウレタン、ポリアミド、ポリビニルブチラール、ポリアクリル酸樹脂、ロジン、変性ロジン、テルペン樹脂、脂肪族炭化水素樹脂、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、パラフィンワックス等が挙げられる。
前記樹脂は、1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
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、高せん断力をかけて、樹脂と着色剤とを混合又は混練させることにより、製造することができる。この際、着色剤と前記樹脂との相互作用を高めるために、有機溶媒を添加することが好ましい。また、いわゆるフラッシング法も着色剤のウエットケーキをそのまま用いることができ、乾燥する必要がない点で、好適である。前記フラッシング法は、着色剤の水を含んだ水性ペーストを樹脂と有機溶媒と共に混合又は混練し、着色剤を樹脂側に移行させて水及び有機溶媒を除去する方法である。前記混合又は混練には、例えば、三本ロールミル等の高せん断分散装置を用いることができる。
<その他の成分>
本発明のトナーに含有されるその他の成分としては、例えば、帯電制御剤、無機微粒子、クリーニング性向上剤、磁性材料などが挙げられる。
(帯電制御剤)
前記帯電制御剤としては、例えば、ニグロシン系染料、トリフェニルメタン系染料、クロム含有金属錯体染料、モリブデン酸キレート顔料、ローダミン系染料、アルコキシ系アミン、4級アンモニウム塩(フッ素変性4級アンモニウム塩を含む)、アルキルアミド、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。
前記帯電制御剤は、1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
また、前記帯電制御剤としては、市販品を用いてもよく、例えば、ニグロシン系染料のボントロン03、4級アンモニウム塩のボントロンP−51、含金属アゾ染料のボントロンS−34、オキシナフトエ酸系金属錯体のE−82、サリチル酸系金属錯体のE−84、フェノール系縮合物のE−89(以上、オリエント化学工業社製)、4級アンモニウム塩モリブデン錯体のTP−302、TP−415(以上、保土谷化学工業社製)、4級アンモニウム塩のコピーチャージPSY VP2038、トリフェニルメタン誘導体のコピーブルーPR、4級アンモニウム塩のコピーチャージ NEG VP2036、コピーチャージ NX VP434(以上、ヘキスト社製)、LRA−901、ホウ素錯体であるLR−147(日本カーリット社製)、銅フタロシアニン、ペリレン、キナクリドン、アゾ系顔料、スルホン酸基、カルボキシル基、4級アンモニウム塩基等の官能基を有する高分子系の化合物等が挙げられる。
トナー中の帯電制御剤の含有量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、結着樹脂に対して、0.1〜10重量%が好ましく、0.2〜5重量%が更に好ましい。前記含有量が、0.1重量%未満であると、帯電制御性が得られないことがあり、10重量%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、トナーの流動性低下や画像濃度の低下を招くことがある。
(無機微粒子)
前記無機微粒子は、トナーに流動性、現像性、帯電性等を付与するための外添剤として用いられる。このような無機微粒子としては、例えば、シリカ、アルミナ、酸化チタン、チタン酸バリウム、チタン酸マグネシウム、チタン酸カルシウム、チタン酸ストロンチウム、酸化亜鉛、酸化スズ、ケイ砂、クレー、雲母、ケイ灰石、ケイソウ土、酸化クロム、酸化セリウム、ベンガラ、三酸化アンチモン、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、硫酸バリウム、炭酸バリウム、炭酸カルシウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素等が挙げられる。
前記無機微粒子は、1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
前記無機微粒子の一次粒径としては、5nm〜2μmが好ましく、5〜500nmがより好ましい。
トナー中の無機微粒子の含有量としては、トナー全量に対して、0.01〜5.0重量%が好ましく、0.01〜2.0重量%がより好ましい。
また、前記無機微粒子は、流動性向上剤で表面処理されていることが好ましい。これにより、無機微粒子の疎水性が向上し、高湿度下においても流動性や帯電性の低下を抑制することができる。
(流動性向上剤)
前記流動性向上剤としては、例えば、シランカップリング剤、シリル化剤、フッ化アルキル基を有するシランカップリング剤、有機チタネート系カップリング剤、アルミニウム系のカップリング剤、シリコーンオイル、変性シリコーンオイル等が挙げられる。シリカ、酸化チタンは、流動性向上剤で表面処理し、疎水性シリカ、疎水性酸化チタンとして用いることが好ましい。
(クリーニング性向上剤)
前記クリーニング性向上剤は、転写後に感光体や一次転写媒体に残存するトナーを除去しやすくするために用いられる。
前記クリーニング性向上剤としては、例えば、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム等の脂肪酸金属塩、ポリメタクリル酸メチル微粒子、ポリスチレン微粒子等のソープフリー乳化重合により製造されたポリマー微粒子などが挙げられる。前記ポリマー微粒子は、比較的粒度分布が狭いものが好ましく、体積平均粒径が0.01〜1μmであることが好ましい。
(磁性材料)
前記磁性材料としては、例えば、鉄粉、マグネタイト、フェライト等が挙げられる。なお、磁性材料は、トナーの色調の点から、白色のものが好ましい。
<有機溶媒>
本発明では、上記したトナー材料を、有機溶媒に溶解または分散させてトナー材料液を調製する。
本発明に用いる有機溶媒は、沸点が100℃未満の揮発性であることが、トナー母体粒子形成後の除去が容易である点から好ましい、具体的には、トルエン、キシレン、ベンゼン、四塩化炭素、塩化メチレン、1,2−ジクロロエタン、1,1,2−トリクロロエタン、トリクロロエチレン、クロロホルム、モノクロロベンゼン、ジクロロエチリデン、酢酸メチル、酢酸エチル、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなどを単独であるいは2種以上併用することができる。たとえばエステル系、エーテル系あるいはケトン系溶剤が好ましい(特に酢酸エチルなど)。前記有機溶媒の使用量は、ポリエステルプレポリマー100質量部に対し、通常0〜300(1〜300)質量部、好ましくは0〜100質量部、さらに好ましくは25〜70質量部である。
本発明のトナーは、低温定着性及び耐オフセット性に優れ、長期に亘り、高品位な画像を形成することができる。したがって、本発明のトナーは、各種分野で使用することができ、特に、電子写真法による画像形成に使用することが好ましい。
<トナーの製造方法>
本発明のトナーは、トナーを構成するトナー材料を、前記の有機溶媒に溶解または分散させてトナー材料液とし、前記トナー材料液を水系媒体中で乳化又は分散させた乳化スラリーから有機溶媒を除去して得られることが好ましい。
(重合法)
重合法によるトナーの製造方法としては、前記有機溶媒中にウレア又はウレタン結合しうる基を有するポリエステル系樹脂(変性ポリエステル系樹脂)と、前記着色剤、離型剤、及び定着補助成分を含むトナー材料を溶解乃至分散させる。そして、この溶解乃至分散させた溶解乃至分散液(トナー材料液)を、水系媒体中に分散して重合(重付加反応)させ、この溶解乃至分散させた乳化スラリーから有機溶媒を除去し、好ましくはその後洗浄して本発明のトナーが得られる。
ここで、前記有機溶媒を除去するためには、常圧又は減圧下で系全体を徐々に昇温し、有機溶媒を蒸発除去する方法を採用することができる。また、乳化又は分散体を乾燥雰囲気中に噴霧して、有機溶剤を除去する方法を採用することができる。乳化又は分散体が噴霧される乾燥雰囲気としては、空気、窒素、炭酸ガス、燃焼ガス等を加熱した気体を用いることができるが、有機溶媒の沸点以上の温度に加熱された各種気流が一般に用いられる。このとき、スプレイドライアー、ベルトドライアー、ロータリーキルン等を用いることにより、処理時間を短縮することができる。
前記ウレア又はウレタン結合し得る基を有する変性ポリエステル系樹脂としては、例えば、ポリエステルの末端のカルボキシル基や水酸基等と、多価イソシアネート化合物(PIC)とを反応させて得られる、イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー(A)が挙げられる。そして、この変性ポリエステル系樹脂であるポリエステルプレポリマー(ポリエステルの前駆体)と、アミン類(B)等との反応により、分子鎖が架橋及び/又は伸長されて、変性ポリエステル系樹脂が得られる。この変性ポリエステル系樹脂を結着樹脂として有するトナーは、低温定着性を維持しながらホットオフセット性を向上させることができる。
前記多価イソシアネート化合物(PIC)としては、例えば脂肪族多価イソシアネート(テトラメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、2,6−ジイソシアナトメチルカプロエート等);脂環式ポリイソシアネート(イソホロンジイソシアネート、シクロヘキシルメタンジイソシアネート等);芳香族ジイソシアネート(トリレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート等);芳香脂肪族ジイソシアネート(α,α,α’,α’−テトラメチルキシリレンジイソシアネート等);イソシアネート類;前記ポリイソシアネートを、フェノール誘導体、オキシム、カプロラクタム等でブロックしたものなどが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記多価イソシアネート化合物(PIC)の比率は、イソシアネート基[NCO]と、水酸基を有するポリエステルの水酸基[OH]の当量比[NCO]/[OH]として、5/1〜1/1が好ましく、4/1〜1.2/1がより好ましく、2.5/1〜1.5/1が更に好ましい。
ポリエステルプレポリマー(変性ポリエステル系樹脂)と反応させるアミン類(B)としては、2価アミン化合物(B1)、3価以上の多価アミン化合物(B2)、アミノアルコール(B3)、アミノメルカプタン(B4)、アミノ酸(B5)、B1〜B5のアミノ基をブロックしたもの(B6)などが挙げられる。
前記2価アミン化合物(B1)としては、例えば芳香族ジアミン(フェニレンジアミン、ジエチルトルエンジアミン、4,4’−ジアミノジフェニルメタン等);脂環式ジアミン(4,4’−ジアミノ−3,3’−ジメチルジシクロヘキシルメタン、ジアミンシクロヘキサン、イソホロンジアミン等);脂肪族ジアミン(エチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン等)などが挙げられる。
前記3価以上の多価アミン化合物(B2)としては、例えばジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミンなどが挙げられる。
前記アミノアルコール(B3)としては、例えばエタノールアミン、ヒドロキシエチルアニリンなどが挙げられる。
前記アミノメルカプタン(B4)としては、例えばアミノエチルメルカプタン、アミノプロピルメルカプタンなどが挙げられる。
前記アミノ酸(B5)としては、例えばアミノプロピオン酸、アミノカプロン酸などが挙げられる。
前記B1〜B5のアミノ基をブロックしたもの(B6)としては、例えば前記B1〜B5のアミン類とケトン類(アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなど)から得られるケチミン化合物、オキサゾリジン化合物などが挙げられる。
これらアミン類(B)の中でも、B1、及び、B1と少量のB2との混合物が特に好ましい。
前記アミン類(B)の比率は、変性ポリエステル系樹脂であるイソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー(A)中のイソシアネート基[NCO]と、アミン類(B)中のアミノ基[NHx]の当量比[NCO]/[NHx]として、1/2〜2/1が好ましく、1.5/1〜1/1.5がより好ましく、1.2/1〜1/1.2が更に好ましい。
上記のような重合法によるトナーの製造方法によれば、小粒径かつ球形状トナーを環境負荷が少なく、低コストでトナーを製造することができる。
〔現像剤〕
本発明の現像剤は、上記した本発明のトナーを有する。本発明の現像剤は、トナーからなる一成分現像剤、トナー及びキャリアからなる二成分現像剤等を挙げることができる。本発明では、上記した一成分現像剤、あるいは二成分現像剤のいずれの現像剤を用いて画像形成することができるが、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は、寿命向上等の点で、二成分現像剤を用いることが好ましい。このような現像剤は、磁性一成分現像法、非磁性一成分現像法、二成分現像法等の公知の各種電子写真法に用いることができる。
本発明の現像剤を一成分現像剤として用いると、トナーの収支が行われても、トナーの粒径の変動が少なく、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を抑制することができ、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が得られる。
また、本発明の現像剤を二成分現像剤として用いると、長期に亘るトナーの収支が行われても、トナーの粒径の変動が少なく、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。
前記二成分現像剤中のキャリアの含有量としては、二成分現像剤全量に対して、90〜98重量%であることが好ましく、93〜97重量%が更に好ましい。
(キャリア)
前記キャリアとしては、特に限定されないが、芯材と、芯材を被覆する樹脂層とを有するキャリアであることが好ましい。
前記芯材の材料としては、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)系材料等が挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよく、2種以上併用してもよい。なお、画像濃度の確保の点では、芯材として、鉄粉(100emu/g以上)、マグネタイト(75〜120emu/g)等の高磁化材料を用いることが好ましい。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は、芯材として、銅−ジンク(Cu−Zn)系(30〜80emu/g)等の弱磁化材料を用いることが好ましい。
前記芯材は、体積平均粒径(D50)が10〜150μmが好ましく、20〜80μmがより好ましい。前記D50が10μm未満であると、キャリアの粒径分布において、微粉が多くなるため、1粒子当たりの磁化が低下して、キャリアの飛散が生じることがある。一方、前記D50が150μmを超えると、キャリアの比表面積が低下して、トナーの飛散が生じることがある。その結果、ベタ部分の多いフルカラーでは、特にベタ部の再現性が低下することがある。
前記芯材を被覆する樹脂層の材料としては、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、フッ化ビニリデンとアクリル単量体の共重合体、フッ化ビニリデンとフッ化ビニルの共重合体、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、シリコーン樹脂等が挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよく、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、ポリメタクリル酸メチル、ポリアクリロニトリル、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール等が挙げられる。
前記ポリスチレン系樹脂としては、例えば、ポリスチレン、スチレン−アクリル共重合体等が挙げられる。
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、ポリブチレンテレフタレート等が挙げられる。
また、前記樹脂層は、必要に応じて、導電粉等を含有してもよい。前記導電粉の材料としては、例えば、金属、カーボンブラック、酸化チタン、酸化スズ、酸化亜鉛等が挙げられる。なお、前記導電粉の平均粒径としては、特に制限はないが、1μm以下が好ましい。前記平均粒径が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、シリコーン樹脂等を溶剤に溶解させて塗布液を調製した後、公知の塗布方法により、芯材の表面に塗布液を塗布して、乾燥及び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、ハケ塗り法等が挙げられる。また、前記溶剤としては、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、セルソルブチルアセテート等が挙げられる。更に、前記焼付方法としては、外部加熱方式及び内部加熱方式のいずれであってもよく、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、マイクロ波を用いる方法等が挙げられる。
キャリア中の樹脂層の含有量としては、キャリア全量に対して、0.01〜5.0重量%が好ましい。この含有量が0.01重量%未満であると、芯材の表面に均一な樹脂層を形成できないことがあり、5.0重量%を超えると、樹脂層が厚くなり過ぎてキャリア同士の造粒が発生して、均一なキャリアが得られないことがある。
本発明の現像剤は、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る。
〔トナー入り容器〕
本発明のトナー入り容器は、本発明のトナーが収容されているが、容器としては、特に限定されず、公知のものの中から適宜選択することができるが、容器本体とキャップとを有するもの等が挙げられる。
また、前記容器本体の大きさ、形状、構造、材質等は、特に限定されないが、形状は、円筒状であることが好ましく、その円筒状の内周面にスパイラル状の凹凸が形成されていることが好ましい。このような容器形状にすれば、回転させると、内容物である現像剤が排出口側に移行することが可能であり、スパイラル状の凹凸の一部又は全てが蛇腹機能を有することが特に好ましい。
更に、材質は、特に限定されないが、寸法精度がよいものであることが好ましく、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等の樹脂材料が挙げられる。
前記トナー入り容器は、保存、搬送等が容易であり、取扱性に優れるため、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、現像剤の補給に使用することができる。
〔画像形成方法、画像形成装置〕
本発明のトナーを用いた画像形成方法は、静電潜像形成工程と、現像工程と、転写工程と、定着工程を少なくとも有することが好ましく、クリーニング工程を有することが更に好ましく、必要に応じて、例えば、除電工程、リサイクル工程、制御工程等を有してもよい。
また、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、定着手段を少なくとも有することが好ましく、クリーニング手段を有することが更に好ましく、必要に応じて、例えば、除電手段、リサイクル手段、制御手段等を有してもよい。
本発明の画像形成方法は、本発明の画像形成装置を用いて、実施することができ、静電潜像形成工程は、静電潜像形成手段を用いて、現像工程は、現像手段を用いて、転写工程は、転写手段を用いて、定着工程は、定着手段を用いて、これら以外の工程は、これら以外の手段を用いて、実施することができる。
静電潜像形成工程は、光導電性絶縁体、感光体等の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の材質、形状、構造、大きさ等は、特に限定されず、公知のものの中から適宜選択することができるが、形状は、ドラム状であることが好ましい。また、前記感光体としては、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等が挙げられる。中でも、長寿命である点で、アモルファスシリコン感光体等が好ましい。
前記静電潜像は、例えば、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形成され、静電潜像形成手段を用いて形成することができる。前記静電潜像形成手段は、例えば、静電潜像担持体の表面に電圧を印加して一様に帯電させる帯電器と、静電潜像担持体の表面を像様に露光する露光器を少なくとも有する。
前記帯電器としては、特に限定されないが、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等が挙げられる。
前記露光器としては、帯電器により帯電された静電潜像担持体の表面に形成すべき像様に露光することができれば、特に限定されないが、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等の各種露光器が挙げられる。なお、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。
前記現像工程は、静電潜像を、本発明のトナーで現像して可視像を形成する工程であり、前記可視像は、現像手段を用いて形成することができる。前記現像手段は、本発明のトナーで現像することができれば、特に限定されないが、例えば、本発明の現像剤を収容し、静電潜像にトナー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を用いることができ、本発明の現像剤収容容器を備えた現像器等が好ましい。前記現像器は、乾式現像方式及び湿式現像方式のいずれであってもよく、また、単色用現像器及び多色用現像器のいずれであってもよく、例えば、本発明の現像剤を摩擦攪拌により帯電させる攪拌器と、回転可能なマグネットローラを有するもの等が挙げられる。現像器内では、例えば、トナーとキャリアが混合攪拌され、その際の摩擦によりトナーが帯電し、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。マグネットローラは、静電潜像担持体近傍に配置されており、マグネットローラの表面に形成された磁気ブラシを構成するトナーの一部は、電気的な吸引力によって、静電潜像担持体の表面に移動する。その結果、静電潜像がトナーにより現像されて、静電潜像担持体の表面にトナー像が形成される。なお、現像器に収容する現像剤は、本発明の現像剤であるが、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。
前記転写工程は、例えば、転写帯電器を用いて、トナー像が形成された静電潜像担持体を帯電することにより、トナー像を記録媒体に転写する工程であり、転写手段を用いて転写することができる。このとき、前記転写工程は、トナー像を中間転写体上に転写する一次転写工程と、中間転写体上に転写されたトナー像を記録媒体上に転写する二次転写工程を有することが好ましい。また、前記転写工程は、二色以上のトナー、好ましくは、フルカラートナーを用いて、各色のトナー像を中間転写体上に転写して複合トナー像を形成する一次転写工程と、中間転写体上に形成された複合トナー像を記録媒体上に転写する二次転写工程を有することが更に好ましい。
前記転写手段は、トナー像を中間転写体上に転写して複合トナー像を形成する一次転写手段と、中間転写体上に形成された複合トナー像を記録媒体上に転写する二次転写手段を有することが好ましい。なお、中間転写体としては、特に限定されないが、例えば、無端状の転写ベルト等が挙げられる。また、転写手段(一次転写手段、二次転写手段)は、静電潜像担持体上に形成されたトナー像を記録媒体側に帯電剥離させる転写器を少なくとも有することが好ましい。なお、前記転写手段は、1個又は2個以上の転写器を有することができる。
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、粘着転写器等が挙げられる。
なお、前記記録媒体としては、特に限定されず、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トナー像を定着させる工程であり、定着手段を用いて、定着させることができる。なお、二色以上のトナーを用いる場合は、各色のトナーが記録媒体に転写される毎に定着させてもよいし、全色のトナーが記録媒体に転写されて積層された状態で定着させてもよい。前記定着手段としては、特に限定されず、公知の加熱加圧手段を用いることができる。前記加熱加圧手段としては、加熱ローラと加圧ローラを組み合わせたもの、加熱ローラと加圧ローラと無端ベルトを組み合わせたもの等が挙げられる。このとき、加熱温度は、通常、80〜200℃である。なお、必要に応じて、定着手段と共に、あるいは定着手段の代わりに、例えば、公知の光定着器を用いてもよい。
前記除電工程は、静電潜像担持体に除電バイアスを印加して除電する工程であり、除電手段を用いて除電することができる。前記除電手段としては、静電潜像担持体に除電バイアスを印加することができれば、特に限定されないが、例えば、除電ランプ等を用いることができる。
前記クリーニング工程は、静電潜像担持体上に残留するトナーを除去する工程であり、クリーニング手段を用いてクリーニングすることができる。前記クリーニング手段としては、静電潜像担持体上に残留するトナーを除去することができれば、特に限定されないが、例えば、磁気ブラシクリーナー、静電ブラシクリーナー、磁気ローラクリーナー、ブレードクリーナー、ブラシクリーナー、ウエブクリーナー等を用いることができる。
前記リサイクル工程は、クリーニング工程で除去されたトナーを現像手段にリサイクルさせる工程であり、リサイクル手段を用いてリサイクルさせることができる。前記リサイクル手段としては、特に限定されず、公知の搬送手段等を用いることができる。
前記制御工程は、各工程を制御する工程であり、制御手段を用いて制御することができる。前記制御手段としては、各手段の動作を制御することができれば、特に限定されないが、例えば、シークエンサー、コンピューター等を用いることができる。
図1に、本発明の画像形成装置の一例を示す。画像形成装置100Aは、静電潜像担持体としての感光体ドラム10と、帯電手段としての帯電ローラ20と、露光手段としての露光装置(不図示)と、現像手段としての現像器40と、中間転写体50と、クリーニング手段としてのクリーニングブレードを有するクリーニング装置60と、除電手段としての除電ランプ70を有する。
中間転写体50は、無端ベルトであり、その内側に配置されている3個のローラ51で張架されており、矢印方向に移動することができる。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)を印加することが可能な転写バイアスローラとしても機能する。
また、中間転写体50の近傍には、クリーニングブレードを有するクリーニング装置90が配置されている。更に、記録紙95にトナー像を転写(二次転写)するための転写バイアスを印加することが可能な転写手段としての転写ローラ80が中間転写体50に対向して配置されている。
また、中間転写体50の周囲には、中間転写体50上のトナー像に電荷を付与するためのコロナ帯電器52が、感光体ドラム10と中間転写体50の接触部と、中間転写体50と記録紙95の接触部との間に配置されている。
ブラック(K)、イエロー(Y)、マゼンタ(M)及びシアン(C)の各色の現像器40は、現像剤収容部41と、現像剤供給ローラ42と、現像ローラ43を備える。
画像形成装置100Aでは、帯電ローラ20により感光体ドラム10を一様に帯電させた後、露光装置(不図示)により露光光Lを感光ドラム10上に像様に露光し、静電潜像を形成する。次に、感光体ドラム10上に形成された静電潜像を、現像器40から現像剤を供給して現像してトナー像を形成した後、ローラ51から印加された転写バイアスにより、トナー像が中間転写体50上に転写(一次転写)される。更に、中間転写体50上のトナー像は、コロナ帯電器52により電荷を付与された後、記録紙95上に転写(二次転写)される。なお、感光体ドラム10上に残存したトナーは、クリーニング装置60により除去され、感光体ドラム10は除電ランプ70により一旦、除電される。
図2に、本発明の画像形成装置の他の例を示す。画像形成装置100Bは、タンデム型カラー画像形成装置であり、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を有する。
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。中間転写体50は、支持ローラ14、15及び16に張架されており、矢印方向に回転することができる。
支持ローラ15の近傍には、中間転写体50上に残留したトナーを除去するためのクリーニング装置17が配置されている。また、支持ローラ14と支持ローラ15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、マゼンタ及びブラックの4個の画像形成手段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。
各色の画像形成手段18は、図3に示すように、感光体ドラム10と、感光体ドラム10を一様に帯電させる帯電ローラ20と、感光体ドラム10に形成された静電潜像をブラック(K)、イエロー(Y)、マゼンタ(M)及びシアン(C)の各色の現像剤で現像してトナー像を形成する現像器40と、各色のトナー像を中間転写体50上に転写させるための転写ローラ80と、クリーニング装置60と、除電ランプ70を備える。
また、タンデム型現像器120の近傍には、露光装置30が配置されている。露光装置30は、感光体ドラム10上に露光光Lを露光し、静電潜像を形成する。
更に、中間転写体50のタンデム型現像器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は、一対のローラ23に張架されている無端ベルトである二次転写ベルト24からなり、二次転写ベルト24上を搬送される記録紙と中間転写体50が互いに接触可能となっている。
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、定着ベルト26に押圧されて配置される加圧ローラ27を有する。
また、二次転写装置22及び定着装置25の近傍に、記録紙の両面に画像を形成するために記録紙を反転させる反転装置28が配置されている。
次に、画像形成装置100Bにおけるフルカラー画像の形成(カラーコピー)について説明する。まず、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。次に、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、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を通して読み取りセンサ36で受光される。これにより、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各色の画像情報が得られる。
更に、露光装置30により、得られた各色の画像情報に基づいて、各色の静電潜像が感光体ドラム10に形成された後、各色の静電潜像は、各色の現像器40から供給された現像剤で現像され、各色のトナー像が形成される。形成された各色のトナー像は、支持ローラ14、15及び16により回転移動する中間転写体50上に、順次重ねて転写(一次転写)され、中間転写体50上に複合トナー像が形成される。
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に送り出し、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、手差しトレイ54上の記録紙を繰り出し、分離ローラ58で1枚ずつ分離して手差し給紙路53に入れ、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、一般に接地して使用されるが、記録紙の紙粉除去のために、バイアスが印加された状態で使用してもよい。
そして、中間転写体50上に形成された複合トナー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の間に記録紙を送り出し、複合トナー像を記録紙上に転写(二次転写)する。
複合トナー像が転写された記録紙は、二次転写装置22により搬送されて、定着装置25に送り出される。そして、定着装置25において、定着ベルト26及び加圧ローラ27により、加熱加圧されて複合トナー像が記録紙上に定着される。その後、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上にスタックされる。あるいは、切換爪55で切り換えて反転装置28により反転されて再び転写位置へと導かれて、裏面にも画像を形成した後、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。
なお、複合トナー像が転写された後に中間転写体50上に残留したトナーは、クリーニング装置17により除去される。
〔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、各種の画像形成装置に着脱可能に成型されており、静電潜像を担持する静電潜像担持体と、静電潜像担持体上に担持された静電潜像を本発明の現像剤で現像してトナー像を形成する現像手段を少なくとも有する。なお、本発明のプロセスカートリッジは、必要に応じて、他の手段を更に有していてもよい。
現像手段としては、本発明の現像剤を収容する現像剤収容容器と、現像剤収容容器内に収容された現像剤を担持すると共に搬送する現像剤担持体を少なくとも有する。なお、現像手段は、担持する現像剤の厚さを規制するため規制部材等を更に有してもよい。
図4に、本発明のプロセスカートリッジの一例を示す。プロセスカートリッジ110は、感光体ドラム10、コロナ帯電器52、現像器40、転写ローラ80及びクリーニング装置90を有する。
以下、本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが、本発明は、実施例に何ら限定されるものではない。前述のように、本発明のトナーでは、その製造方法は特に限定されないが、以下に記載する実施例では、水中造粒法の一つである溶解懸濁法を用いて、トナーを製造する例について述べる。なお、以下の記載において、部は重量部を意味する。
(ポリエステル樹脂Aの合成)
冷却管、攪拌機及び窒素導入管の付いた反応槽中に、ビスフェノールAのエチレンオキシド2モル付加物67部、ビスフェノールAのプロピオンオキシド3モル付加物84部(61.5モル%)、テレフタル酸274部及びジブチルスズオキシド2部を投入し、常圧下、230℃で10時間反応させた。次に、10〜15mmHgの減圧下、6時間反応させて、ポリエステル樹脂を合成した。得られたポリエステル樹脂Aは、数平均分子量(Mn)が2300、重量平均分子量(Mw)が7,000、ガラス転移温度(Tg)が65℃、酸価が20mgKOH/g、水酸基価が40mgKOH/gであった。
(ポリエステル樹脂Bの合成)
冷却管、攪拌機及び窒素導入管の付いた反応槽中に、ビスフェノールAのエチレンオキシド2モル付加物77部、ビスフェノールAのプロピオンオキシド3モル付加物74部(55.0モル%)、テレフタル酸289部及びジブチルスズオキシド2部を投入し、常圧下、230℃で8時間反応させた。次に、10〜15mmHgの減圧下、5時間反応させて、ポリエステル樹脂を合成した。得られたポリエステル樹脂Bは、数平均分子量(Mn)が2100、重量平均分子量(Mw)が5600、ガラス転移温度(Tg)が62℃、酸価が35mgKOH/g、水酸基価が95mgKOH/gであった。
(ポリエステル樹脂Cの合成)
冷却管、攪拌機及び窒素導入管の付いた反応槽中に、ビスフェノールAのエチレンオキシド2モル付加物82部、ビスフェノールAのプロピオンオキシド3モル付加物69部(51.7モル%)、テレフタル酸294部及びジブチルスズオキシド2部を投入し、常圧下、230℃で8時間反応させた。次に、10〜15mmHgの減圧下、5時間反応させて、ポリエステル樹脂を合成した。得られたポリエステル樹脂Cは、数平均分子量(Mn)が2100、重量平均分子量(Mw)が5600、ガラス転移温度(Tg)が60℃、酸価が45mgKOH/g、水酸基価が105mgKOH/gであった。
(ポリエステル樹脂Dの合成)
冷却管、攪拌機及び窒素導入管の付いた反応槽中に、ビスフェノールAのエチレンオキシド2モル付加物60部、ビスフェノールAのプロピオンオキシド3モル付加物92部(66.1モル%)、テレフタル酸265部及びジブチルスズオキシド2部を投入し、常圧下、230℃で8時間反応させた。次に、10〜15mmHgの減圧下、5時間反応させて、ポリエステル樹脂を合成した。得られたポリエステル樹脂Dは、数平均分子量(Mn)が2100、重量平均分子量(Mw)が5600、ガラス転移温度(Tg)が68℃、酸価が5mgKOH/g、水酸基価が5mgKOH/gであった。
(ポリエステル樹脂Eの合成)
冷却管、攪拌機及び窒素導入管の付いた反応槽中に、ビスフェノールAのエチレンオキシド2モル付加物55部、ビスフェノールAのプロピオンオキシド3モル付加物97部(69.2モル%)、テレフタル酸260部及びジブチルスズオキシド2部を投入し、常圧下、230℃で8時間反応させた。次に、10〜15mmHgの減圧下、5時間反応させて、ポリエステル樹脂を合成した。得られたポリエステル樹脂Eは、数平均分子量(Mn)が2100、重量平均分子量(Mw)が5600、ガラス転移温度(Tg)が70℃、酸価が3mgKOH/g、水酸基価が3mgKOH/gであった。
(スチレン−アクリル樹脂Aの合成)
冷却管、攪拌機及び窒素導入管の付いた反応槽中に、酢酸エチル300部、スチレン200部、アクリルモノマー100部及びアゾビスイソブチルニトリル5部を投入して、窒素雰囲気下、60℃(常圧)で8時間反応させた。次に、メタノール200部を加え、1時間攪拌した後、上澄みを除去し、減圧乾燥させて、スチレン−アクリル樹脂Aを合成した。得られたスチレン−アクリル樹脂Aは、Mwが20,000、Tgが60℃であった。
(マスターバッチの作製)
水1,000部、DBP吸油量が42ml/100g、pHが9.5のカーボンブラックPrintex35(デグサ社製)540部、及び1200部のポリエステル樹脂Aを、ヘンシェルミキサー(三井鉱山社製)を用いて混合した。次に、二本ロールを用いて、得られた混合物を150℃で30分間混練した後、圧延冷却し、パルペライザー(ホソカワミクロン社製)で粉砕して、マスターバッチを作製した。
(水系媒体の調製)
イオン交換水306部、リン酸三カルシウムの10重量%懸濁液265部及びドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム0.2部を混合撹拌し、均一に溶解させて、水系媒体を調製した。
〔実施例1〕
<トナーの作製>
ビーカーに、ポリエステル樹脂A80部及び酢酸エチル100部を入れ、攪拌して溶解させた。次に、定着補助成分としてステアリルステアリン酸アミド(日本化成社製 ニッカアマイドS(ニッカアマイド:登録商標) 融点95℃)5部、離型剤としてパラフィンワックス5部(日本精鑞社製 HNP−11 融点69℃)、及びマスターバッチ10部を加えて、ビーズミルのウルトラビスコミル(アイメックス社製)を用いて、送液速度1kg/時、ディスクの周速度6m/秒で、粒径0.5mmのジルコニアビーズを80体積%充填した条件で3パスし、トナー材料液を調製した。
容器に水系媒体150部を入れ、TK式ホモミキサー(特殊機化工業社製)を用いて、12,000rpmで攪拌しながら、トナー材料液100部を添加し、10分間混合して、乳化スラリーを調製した。
攪拌機及び温度計をセットしたコルベンに、乳化スラリー100部を仕込み、攪拌周速20m/分で攪拌しながら30℃で12時間脱溶剤し、分散スラリーを得た。
分散スラリー100部を減圧濾過した後、濾過ケーキにイオン交換水100部を添加し、TK式ホモミキサーを用いて、12,000rpmで10分間混合した後、濾過した。得られた濾過ケーキにイオン交換水300部を添加し、TK式ホモミキサーを用いて、12,000rpmで10分間混合した後、濾過する操作を3回行った。得られた濾過ケーキに10重量%塩酸10部を添加し、TK式ホモミキサーを用いて、12,000rpmで10分間混合した後、濾過した。
得られた濾過ケーキにイオン交換水300部を添加し、TK式ホモミキサーを用いて、12,000rpmで10分間混合した後、濾過する操作を2回行い、濾過ケーキを得た。
循風乾燥機を用いて、得られた濾過ケーキを45℃で48時間乾燥し、目開き75μmメッシュで篩い、トナー母体粒子を得た。
トナー母体粒子100部と、外添剤としての疎水性シリカH2000(クラリアントジャパン社製)1.0部を、ヘンシェルミキサー(三井鉱山社製)を用いて、周速30m/秒で30秒間混合し、1分間休止する処理を5サイクル行った後、目開き35μmメッシュで篩い、実施例1のトナーを得た。
〔実施例2〕
ステアリルステアリン酸アミドの代わりに、ステアリン酸アミド(和光純薬工業社製 融点95℃ 純度99.5%)を用いた以外は、実施例1と同様にして、実施例2のトナーを得た。
〔比較例1〕
ステアリルステアリン酸アミドの代わりに、ステアリン酸アミド(日本精化社製 NEUTRON−2 融点95℃ 純度約90%)を用いた以外は、実施例1と同様にして、比較例1のトナーを得た。
実施例1〜2及び比較例1のトナーに使用した脂肪酸アミド系化合物を表1に示す。
Figure 2011043751

実施例1〜2及び比較例1のトナーを用いて、以下の手順により現像剤を作製し、以下の評価を行った。結果を表2に示す。なお実施例2と比較例1で使用しているステアリン酸アミドの溶解度の違いは、その純度にあると考えられる。すなわちステアリン酸アミドの純度が高い場合、その溶解度は低く、一方、純度の落ちるステアリン酸アミドは不純物を含むため、この不純物の有機溶媒への溶解度が高いために、全体としての溶解度が高くなるものと考えられる。
<キャリアの作製>
トルエン100部に、シリコーン樹脂オルガノストレートシリコーン100部、γ−(2−アミノエチル)アミノプロピルトリメトキシシラン5部及びカーボンブラック10部を添加し、ホモミキサーで20分間分散させて、樹脂層塗布液を調製した。流動床型コーティング装置を用いて、平均粒径50μmの球状マグネタイト1,000部の表面に樹脂層塗布液を塗布して、キャリアを作製した。
<現像剤の作製>
ボールミルを用いて、トナー5部とキャリア95部を混合し、現像剤を作製した。
[評価]
(定着補助成分の溶解度)
定着補助成分の溶解度は次の方法で測定を行った。25℃でのトナー材料液を作成する溶剤100g(A)を30℃以上に加温した後、攪拌下で溶解しきれないほどの大過剰の定着補助成分を添加して飽和溶液を得て、当該飽和溶液を25℃まで冷却して析出した定着補助成分を、フィルターにより濾別し、得られる濾液(飽和溶液)の溶媒を除去して、溶質(定着補助成分)の重量(B)を測定した。定着補助成分の溶解度は下記式で計算した。
定着補助成分の溶解度=B/(A+B)×100 (wt%)
(定着下限温度)
定着ローラとして、テフロン(登録商標)ローラを使用した複写機MF−200(リコー社製)の定着部を改造した装置を用いて、タイプ6200紙(リコー社製)をセットし、定着ローラの温度を5℃刻みで変化させて、複写テストを行った。定着画像をパットで擦った後の画像濃度の残存率が70%以上となる定着ローラの温度の最小値を定着下限温度とした。
定着下限温度は、消費電力が抑えられることから、低いことが好ましく、135℃以下であれば、実使用上問題の無いレベルである。
(ホットオフセット発生温度)
タンデム型カラー電子写真装置Imagio Neo C350(リコー社製)の定着ユニットから、シリコーンオイル塗布機構を取り去り、オイルレス定着方式に改造して、温度及び線速を調整可能にチューニングした。このタンデム型カラー電子写真装置を用いて、0.85±0.3mg/cmのトナーが現像されるように調整した。得られた画像を定着ローラの温度を5℃刻みで変化させて定着し、ホットオフセットの発生する定着温度(オフセット発生温度)を測定し、ホットオフセットが発生せずに定着させることが可能な定着ローラの温度の最大値を定着上限温度とした。
定着上限温度は、耐オフセット性に対する余裕度が増すことから、高いことが好ましく、190℃以上であれば、実使用上問題の無いレベルである。
(転写率)
画像形成装置MF2800(リコー社製)を用いて、マクベス反射濃度計で平均画像濃度が1.38以上となる、15cm×15cmの黒ベタ画像を形成し、下記(1)式から、転写率[%]を求めた。
転写率[%]=(記録紙上に転写されたトナー量/感光体上に現像されたトナー量)×100 ・・・(1)
なお、転写率が90%以上のものを◎、80%以上90%未満のものを○、70%以上80%未満のものを△、70%未満のものを×として、判定した。
(転写ムラ)
画像形成装置MF2800(リコー社製)を用いて、黒ベタ画像を形成し、得られた画像の転写ムラの有無を目視観察し、転写ムラを評価した。
なお、転写ムラがなく、非常に良好なレベルであるものを◎、転写ムラがなく、実使用上、問題が無いレベルであるものを○、転写ムラが少しあるが、実使用可能なレベルであるものを△、転写ムラがあり、実用上、問題があるレベルであるものを×として、判定した。
(カブリ)
感光体に当接するクリーニングブレード及び帯電ローラーを有するタンデム型カラー電子写真装置imagio Neo 450(リコー社製)を用いて、現像スリーブの回転方向に対して垂直な方向に1cm間隔で黒ベタと白ベタを繰り返したA4横チャート(画像パターンA)を1万枚出力した後、白紙画像を出力し、カブリの有無を目視評価した。なお、カブリが無いものを○、カブリが有るものを×として、判定した。
(フィルミング)
画像形成装置MF2800(リコー社製)を用いて、10,000枚画像を形成させた後の感光体を目視で検査し、トナー成分、主に離型剤の感光体への固着が生じていないか評価した。
なお、感光体へのトナー成分の固着が確認されないものを○、感光体へのトナー成分の固着が確認できるが、実用上、問題になるレベルではないものを△、感光体へのトナー成分の固着が確認でき、実用上、問題のあるレベルであるものを×として、判定した。
(耐熱保存性)
耐熱保存性の評価においては、現像剤ではなく、トナーを用いて評価を行った。
50mlのガラス容器にトナーを充填し、50℃の恒温槽に24時間放置した後、24℃に冷却し、針入度試験(JIS K2235−1991)により、針入度を測定し、耐熱保存性を評価した。
なお、針入度が25mm以上であるものを◎、15mm以上25mm未満であるものを○、5mm以上15mm未満であるものを△、5mm未満であるものを×として、判定した。このとき、針入度が大きい程、耐熱保存性が優れていることを意味し、針入度が5mm未満であるものは、使用上、問題が発生する可能性が高い。
Figure 2011043751

表2より、実施例1〜2のトナーは、低温定着性に優れるポリエステル樹脂と、定着補助成分としてポリエステル樹脂との相溶性に優れる融点70℃以上120℃未満のモノアミド化合物、又はモノアルコール付加アミド化合物、又はビスアルコール付加アミド化合物の分類に含まれるアミド系化合物を用いることにより、低温定着性、耐ホットオフセット性に優れることがわかる。更に、トナー中に独立した結晶ドメインとして存在し得る脂肪酸アミド系化合物が用いられているため、その結果、転写性に優れ、画像のかぶり、フィルミングも生じず、長期に亘り、高品位な画像を形成することが可能となる。
比較例1のトナーは、定着補助成分の溶解度が高いことに起因し、トナー製造工程で定着補助成分がトナー表面に存在することでトナーの粉体特性に関わる物性値、及びトナーの他部材への汚染の悪化が見られる。
以上により、本発明のトナーは、低温定着性に優れ、耐オフセット性が良好であり、定着装置及び画像を汚染しにくいことがわかる。更に、本発明のトナーは、高品位なトナー像を長期に亘り、形成することができることがわかる。
10 感光体(感光体ドラム)
10K ブラック用感光体
10Y イエロー用感光体
10M マゼンタ用感光体
10C シアン用感光体
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 加圧ローラ
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 コロナ帯電器
56 排出ローラ
57 排出トレイ
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
110 プロセスカートリッジ
120 タンデム型現像器
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
200 給紙テーブル
300 スキャナ
400 原稿自動搬送装置(ADF)
特開2004−245854号公報 特開平4−70765号公報 特開2006−208609号公報 特開2006−330392号公報

Claims (16)

  1. ポリエステル樹脂またはその前駆体と、着色剤と、定着補助成分とを含むトナー材料を有機溶媒に溶解又は分散したトナー材料液を、水系媒体中で乳化又は分散した乳化スラリーから前記有機溶媒を除去して得られるトナーであり、
    前記定着補助成分が、融点70℃以上120℃未満である脂肪酸アミド系化合物であり、前記有機溶媒への25℃における溶解度が0.1重量%以下であり、かつ、45℃における溶解度が0.2重量%以下であることを特徴とするトナー。
  2. 前記脂肪酸アミド系化合物が、末端にアミノ基または水酸基を有する化合物であることを特徴とする請求項1に記載のトナー。
  3. 前記脂肪酸アミド系化合物が、モノアミド化合物またはそのアルコール付加物であることを特徴とする請求項2に記載のトナー。
  4. 前記トナーは離型剤を含み、該離型剤が、融点60℃以上90℃未満の炭化水素系ワックスであることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のトナー。
  5. 前記ポリエステル樹脂の少なくとも1種の酸価が、5mgKOH/g以上40mgKOH/g未満であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のトナー。
  6. 前記ポリエステル樹脂の少なくとも1種の酸価が、10mgKOH/g以上30mgKOH/g未満であることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のトナー。
  7. 前記ポリエステル樹脂の少なくとも1種の水酸基価が、5mgKOH/g以上100mgKOH/g未満であることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載のトナー。
  8. 少なくとも1種以上のポリエステル樹脂の水酸基価が、20mgKOH/g以上60mgKOH/g未満であることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載のトナー。
  9. 前記ポリエステル樹脂が、ジオール成分と酸成分とからなり、該ジオール成分中にビスフェノール類のプロピレンオキシド付加物を50モル%以上含有し、水酸基価が25mgKOH/g以上45mgKOH/g以下、酸価が15mgKOH/g以上25mgKOH/g以下であることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載のトナー。
  10. 前記ポリエステル樹脂の少なくとも1種のガラス転移温度Tgが、55℃以上80℃未満であることを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載のトナー。
  11. 前記定着補助成分の含有量が、前記トナーの全量に対して2重量%以上25重量%未満であることを特徴とする請求項1〜10のいずれかに記載のトナー。
  12. 請求項1〜11のいずれかに記載のトナーを含むことを特徴とする現像剤。
  13. 請求項1〜11のいずれかに記載のトナーが収容されてなることを特徴とするトナー入り容器。
  14. 静電潜像担持体と、該静電潜像担持体上に形成された静電潜像を、トナーを用いて現像した可視像を形成する現像手段とを少なくとも有する、画像形成装置本体に着脱可能なプロセスカートリッジであって、
    前記トナーが、請求項1〜11のいずれかに記載のトナーであることを特徴とするプロセスカートリッジ。
  15. 静電潜像担持体上に静電潜像を形成する静電潜像形成工程と、前記静電潜像をトナー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画像形成方法であって、
    前記トナーが、請求項1〜11のいずれかに記載のトナーであることを特徴とする画像形成方法。
  16. 電子写真感光体と、前記電子写真感光体を帯電させる帯電手段と、前記帯電された電子写真感光体上に静電潜像を形成する露光手段と、前記電子写真感光体上に形成された静電潜像をトナーを用いて可視像化しトナー像を形成する現像手段と、前記電子写真感光体上に形成されたトナー像を直接又は中間転写体を介して記録材上に転写する転写手段と、前記記録材上に転写されたトナー像を定着させる定着手段とを備えた画像形成装置であって、
    前記トナーが、請求項1〜11のいずれかに記載のトナーであることを特徴とする画像形成装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016021060A (ja) * 2014-06-20 2016-02-04 三洋化成工業株式会社 トナーバインダー及びトナー

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