JP2011118175A - トナー及びその製造方法 - Google Patents

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裕士 山下
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政樹 渡邉
Hyo Shu
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Fumihiro Sasaki
文浩 佐々木
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Abstract

【課題】機械的ストレスを長期間受けても転写効率に優れるトナー及び該トナーの製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】結着樹脂と、定着助剤を含む母体粒子Aの表面に、樹脂を含む粒子Bが存在する、又は、粒子Bからなる層Cが形成されているトナーは、120℃における貯蔵弾性率及び1回目の昇温時の吸熱開始温度を、それぞれG't[Pa]及びTt[℃]、粒子Bの120℃における貯蔵弾性率及び1回目の昇温時の吸熱開始温度を、それぞれG'p[Pa]及びTp[℃]とすると、式500<G't<1×101<G'p/G't<100 5<Tp−Tt<30を満たし、結着樹脂は、ポリエステル及び/又は活性水素基を有する化合物と、活性水素基と反応することが可能な官能基を有するポリエステルプレポリマーを反応させた変性ポリエステルを含み、定着助剤は、結晶性ポリエステル。
【選択図】図1

Description

本発明は、トナー、トナーの製造方法、現像剤及び画像形成方法に関する。
近年、電子写真方式の画像形成技術分野では、高画質のフルカラー画像形成が要求されている。このため、トナーの粒径を小さくし、静電潜像を忠実に再現することが検討されている。具体的には、トナーの粒径を小さくすることにより、ドットや細線の再現性が向上することに加え、パイルハイト(画像層厚)も小さくすることができる。そこで、トナーの粒径及び形状を制御することが可能な重合トナーが知られている。
一方、低温定着性と耐熱保存性を両立することが求められている。
特許文献1には、樹脂、着色剤、及び定着助剤を含有するトナー材料を含むトナーが開示されている。このとき、定着助剤が融点50〜150℃の結晶性有機化合物であり、トナーのDSC測定を行った際の昇温一回目における定着助剤由来の融解ピークの吸熱量をQ1とし、昇温二回目における定着助剤由来の融解ピークの吸熱量をQ2とすると、式
0≦(Q2/Q1)≦0.30
を満たす。
しかしながら、粒径が小さい場合に、トナーと感光体又はトナーと中間転写体の間の非静電的付着力が増加するため、転写効率が低下するという問題がある。
本発明は、上記の従来技術が有する問題に鑑み、転写効率に優れるトナー及び該トナーの製造方法を提供することを目的とする。また、本発明は、該トナーを有する現像剤及び該現像剤を用いる画像形成方法を提供することを目的とする。
請求項1に記載の発明は、結着樹脂と、定着助剤を含む母体粒子の表面に、樹脂を含む粒子が存在する、又は、該粒子からなる層が形成されているトナーであって、120℃における貯蔵弾性率及び1回目の昇温時の吸熱開始温度を、それぞれG't[Pa]及びTt[℃]、前記粒子又は前記層の120℃における貯蔵弾性率及び1回目の昇温時の吸熱開始温度を、それぞれG'p[Pa]及びTp[℃]とすると、式
500<G't<1×10
1<G'p/G't<100
5<Tp−Tt<30
を満たし、前記結着樹脂は、ポリエステル及び/又は活性水素基を有する化合物と、活性水素基と反応することが可能な官能基を有するポリエステルプレポリマーを反応させた変性ポリエステルを含み、前記定着助剤は、結晶性ポリエステルであり、前記粒子は、スチレン、アクリル酸エステル及びメタクリル酸エステルの少なくとも一つを重合した重合体を含むことを特徴とする。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のトナーにおいて、前記粒子は、ガラス転移点が50℃以上120℃以下であることを特徴とする。
請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載のトナーにおいて、前記粒子は、架橋度が5質量%以上80質量%以下であることを特徴とする。
請求項4に記載の発明は、トナーを製造する方法であって、結着樹脂及び/又は結着樹脂の前駆体と、定着助剤を含むトナー材料を有機溶媒中に溶解又は分散させて第一の液を調製する工程と、該第一の液を水系媒体中に乳化又は分散させて第二の液を調製する工程と、該第二の液から前記有機溶媒を除去する工程を有し、前記第二の液を調製する際に、前記水系媒体に樹脂を含む粒子の水系分散液を添加し、120℃における前記トナーの貯蔵弾性率及び1回目の昇温時の吸熱開始温度を、それぞれG't[Pa]及びTt[℃]、前記粒子の120℃における貯蔵弾性率及び1回目の昇温時の吸熱開始温度を、それぞれG'p[Pa]及びTp[℃]とすると、式
500<G't<1×10
1<G'p/G't<100
5<Tp−Tt<30
を満たし、前記結着樹脂は、ポリエステル及び/又は活性水素基を有する化合物と、活性水素基と反応することが可能な官能基を有するポリエステルプレポリマーを反応させた変性ポリエステルを含み、前記定着助剤は、結晶性ポリエステルであり、前記粒子は、スチレン、アクリル酸エステル及びメタクリル酸エステルの少なくとも一つを重合した重合体を含むことを特徴とする。
請求項5に記載の発明は、請求項4に記載のトナーの製造方法において、前記有機溶媒が除去された第二の液を前記結着樹脂のガラス転移点以上前記粒子のガラス転移点以下の温度に加熱する工程をさらに有することを特徴とする。
請求項6に記載の発明は、請求項4又は5に記載のトナーの製造方法において、前記粒子は、体積平均粒径が50nm以上500nm以下であることを特徴とする。
請求項7に記載の発明は、現像剤において、請求項1乃至3のいずれか一項に記載のトナーを有することを特徴とする。
請求項8に記載の発明は、画像形成方法において、感光体を帯電させる工程と、該帯電した感光体に露光して静電潜像を形成する工程と、該感光体に形成された静電潜像を、請求項7に記載の現像剤を用いて現像してトナー像を形成する工程と、該感光体に形成されたトナー像を被転写体に転写する工程を有することを特徴とする。
本発明によれば、機械的ストレスを長期間受けても転写効率に優れるトナー及び該トナーの製造方法を提供することができる。また、本発明によれば、該トナーを有する現像剤及び該現像剤を用いる画像形成方法を提供することができる。
本発明のトナーの母体粒子を示す断面図である。 本発明で用いられる画像形成装置の一例を示す図である。 図2の画像形成装置の部分拡大図である。 図3の帯電装置の一例を示す図である。 図3の帯電装置の他の例を示す図である。 図3の帯電装置の他の例を示す図である。 図3の現像装置の一例を示す図である。 図2の定着装置の一例を示す図である。 図8の定着ベルトの層構成を示す断面図である。
次に、本発明を実施するための形態を図面と共に説明する。
本発明のトナーは、図1に示すように、結着樹脂と、定着助剤を含む母体粒子Aの表面に、樹脂を含む粒子Bが存在する、又は、粒子Bからなる層Cが形成されている。なお、図1(a)においては、粒子Bの少なくとも一部が母体粒子Aの表面を形成している。また、図1(b)においては、層Cは、粒子Bからなる層が積層されている積層体であってもよい。このとき、トナーの120℃における貯蔵弾性率及び1回目の昇温時の吸熱開始温度を、それぞれG't[Pa]及びTt[℃]、粒子Bの120℃における貯蔵弾性率及び1回目の昇温時の吸熱開始温度を、それぞれG'p[Pa]及びTp[℃]とすると、式
500<G't<1×10
1<G'p/G't<100
5<Tp−Tt<30
を満たす。また、結着樹脂は、ポリエステル及び/又は活性水素基を有する化合物と、活性水素基と反応することが可能な官能基を有するポリエステルプレポリマーを反応させた変性ポリエステルを含む。また、定着助剤は、結晶性ポリエステルである。さらに、粒子は、スチレン、アクリル酸エステル及びメタクリル酸エステルの少なくとも一つを重合した重合体を含む。
本発明のトナーは、感光体及び中間転写体との非静電的付着力が低減されるため、高速機のように、転写時間が短くなった場合においても、定着性を阻害することなく、十分な転写効率を得ることができる。
G'tが500Pa以下であると、トナーの耐ホットオフセット性が低下し、1×10Pa以上であると、トナーの低温定着性が低下する。
G'p/G'tが1以下であると、トナーの保存性が低下し、100以上であると、トナーの定着性が低下する。
Tp−Ttが5℃以下であると、トナーと感光体及び中間転写体との非静電的付着力を十分に低減できなくなり、30℃以上であると、トナーの定着性が低下する。
なお、G't及びG'pは、RheoStress RS50(HAAKE社製)を用いて測定することができる。また、Tt及びTpは、DSCシステムDSC−60(島津製作所社製)を用いて測定することができる。
樹脂を含む粒子Bのガラス転移点は、50〜120℃であることが好ましく、60〜100℃がさらに好ましい。ガラス転移点が50℃未満であると、トナーの耐ホットオフセット性が低下することがあり、120℃を超えると、定着性が低下することがある。
なお、ガラス転移点は、TG−DSCシステムTAS−100(理学電機社製)を用いて測定することができる。
樹脂を含む粒子Bの架橋度は、5〜80質量%であることが好ましく、15〜60質量%がさらに好ましい。架橋度が5質量%未満であると、高速機のように、現像装置内での攪拌等の機械的ストレスが大きい場合に、粒子Bが変形しやすくなることがあり、80質量%を超えると、母体粒子Aの表面から粒子Bが脱離しやすくなることがある。
なお、架橋度は、粒子Bを有機溶媒に浸漬して溶解させた後、残留した不溶物の乾燥質量を測定することにより求められる。
本発明のトナーの製造方法は、結着樹脂及び/又は結着樹脂の前駆体と、定着助剤を含むトナー材料を有機溶媒中に溶解又は分散させて第一の液を調製する工程と、第一の液を水系媒体中に乳化又は分散させて第二の液を調製する工程と、第二の液から有機溶媒を除去する工程を有する。このとき、第二の液を調製する際に、樹脂を含む粒子の水系分散液を水系媒体に添加する。なお、樹脂を含む粒子の水系分散液を添加するのは、第一の液を水系媒体中に乳化又は分散させる前、又は、第一の液を水系媒体中に乳化又は分散させた後であることが好ましい。また、結着樹脂は、ポリエステルを含み、結着樹脂の前駆体は、活性水素基と反応することが可能な官能基を有するポリエステルプレポリマーを含む。さらに、定着助剤は、結晶性ポリエステルであり、粒子は、スチレン、アクリル酸エステル及びメタクリル酸エステルの少なくとも一つを重合した重合体を含む。このとき、第一の液を水系媒体中に乳化又は分散させることにより得られる液滴は、有機溶媒を含むため、樹脂を含む粒子は、液滴の表面に付着した後、液滴の表面からある程度侵入する。その結果、有機溶媒を除去すると、表面に樹脂を含む粒子Bが存在する、又は、粒子Bからなる層Cが形成されている母体粒子Aが得られる。なお、母体粒子Aの粒径は、第一の液を水系媒体中に乳化又は分散させる際の攪拌等の条件により調整することができる。
このとき、有機溶媒が除去された第二の液を結着樹脂のガラス転移点以上樹脂を含む粒子のガラス転移点以下の温度に加熱することが好ましい。これにより、結着樹脂と樹脂を含む粒子の接着力を向上させることができる。第二の液を加熱する温度が結着樹脂の融点未満であると、結着樹脂と樹脂を含む粒子の接着力を向上させる効果が不十分になることがあり、樹脂を含む粒子のガラス転移点を超えると、母体粒子が合一することがある。
水系分散液中の樹脂を含む粒子の体積平均粒径は、50〜500nmであることが好ましく、50〜100nmがさらに好ましい。体積平均粒径が50nm未満であると、粒子Bのスペーサとしての効果が十分に得られず、トナーと感光体及び中間転写体との非静電的付着力を十分に低減できなくなることがあり、500nmを超えると、トナーの流動性が低下し、均一に転写することが困難になることがある。
なお、水系分散液中の樹脂を含む粒子の体積平均粒径は、レーザー回折/散乱式粒度分布測定装置LA−920(堀場製作所社製)を用いて測定することができる。
樹脂を含む粒子の添加量は、トナー材料に対して、0.5〜5質量%であることが好ましく、1〜4質量%がさらに好ましい。添加量が0.5質量%未満であると、スペーサとしての効果が十分に得られず、トナーと感光体及び中間転写体との非静電的付着力を十分に低減できなくなることがあり、5質量%を超えると、母体粒子Aの表面から粒子Bが脱離しやすくなることがある。
樹脂を含む粒子に含まれる樹脂としては、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−アクリロニトリル−インデン共重合体等のスチレン−アクリル樹脂;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−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−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のスチレン共重合体が挙げられる。中でも、スチレン−アクリル樹脂が好ましい。
なお、樹脂を含む粒子に含まれる樹脂を架橋する場合は、2個以上の不飽和基を有するモノマーと共重合させる。2個以上の不飽和基を有するモノマーとしては、特に限定されないが、ジビニルベンゼン等のジビニル化合物;1,6−ヘキサンジオールアクリレート等のジアクリレート化合物が挙げられる。
樹脂を含む粒子は、カチオン性界面活性剤、必要に応じて、ノニオン性界面活性剤、両性界面活性剤を用いて重合したり、樹脂中にアミノ基等のカチオン性基を導入したりすることにより得られる。
樹脂を含む粒子の製造方法としては、特に限定されないが、以下の方法が挙げられる。
(1)ビニルモノマーを懸濁重合、乳化重合、シード重合又は分散重合する方法
(2)ポリエステル、ポリウレタン、エポキシ樹脂等の重付加又は縮合系樹脂の前駆体(モノマー、オリゴマー等)又はその溶液を、分散剤の存在下、水系媒体中に分散させた後、重合又は硬化させる方法
(3)ポリエステル、ポリウレタン、エポキシ樹脂等の重付加又は縮合系樹脂の前駆体(モノマー、オリゴマー等)又はその溶液中に乳化剤を添加した後、水系媒体を添加して転相乳化する方法
(4)樹脂を機械回転式、ジェット式等の微粉砕機を用いて粉砕し、分級することにより得られた樹脂粒子を、分散剤の存在下、水系媒体中に分散させる方法
(5)樹脂溶液を霧状に噴霧することにより得られた樹脂粒子を、分散剤の存在下、水系媒体中に分散させる方法
(6)樹脂溶液に貧溶剤を添加又は加熱溶解させた樹脂溶液を冷却し、溶剤を除去することにより得られた樹脂粒子を、分散剤の存在下、水系媒体中に分散させる方法
(7)樹脂溶液を、分散剤の存在下、水系媒体中に分散させた後、加熱、減圧等により溶剤を除去する方法
(8)樹脂溶液中に乳化剤を添加した後、水系媒体を添加して転相乳化する方法
このとき、カチオン性の樹脂を含む粒子とするためには、分散剤として、カチオン性界面活性剤を用いたり、樹脂にアミノ基等のカチオン性基を導入したりすることが好ましい。
カチオン性界面活性剤としては、特に限定されないが、アルキルアミン塩、アミノアルコール脂肪酸誘導体、ポリアミン脂肪酸誘導体、イミダゾリン等のアミン塩型の界面活性剤;アルキルトリメチルアンモニム塩、ジアルキルジメチルアンモニウム塩、アルキルジメチルベンジルアンモニウム塩、ピリジニウム塩、アルキルイソキノリニウム塩、塩化ベンゼトニウム等の4級アンモニウム塩型の界面活性剤等が挙げられる。中でも、フルオロアルキル基を有する脂肪族1級、2級又は3級アミン酸、パーフルオロアルキル(C6〜10)スルホンアミドプロピルトリメチルアンモニウム塩等の脂肪族4級アンモニウム塩、ベンザルコニウム塩、塩化ベンゼトニウム、ピリジニウム塩、イミダゾリニウム塩が好ましい。
カチオン性界面活性剤の市販品としては、サーフロンS−121(旭硝子社製);フロラードFC−135(住友3M社製);ユニダインDS−202(ダイキン工業社製)、メガファックF−150、F−824(DIC社製);エクトップEF−132(トーケムプロダクツ社製);フタージェントF−300(ネオス社製)等が挙げられる。
ノニオン性界面活性剤としては、特に限定されないが、脂肪酸アミド誘導体、多価アルコール誘導体等が挙げられる。
両性界面活性剤としては、特に限定されないが、アラニン、ドデシルビス(アミノエチル)グリシン、ビス(オクチルアミノエチル)グリシン、N−アルキル−N,N−ジメチルアンモニウムべタイン等が挙げられる。
トナー材料を溶解又は分散させる有機溶媒は、除去することが容易なことから、沸点が150℃未満であることが好ましい。このような有機溶媒としては、特に限定されないが、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等が挙げられ、二種以上併用してもよい。中でも、エステル系溶媒が好ましく、酢酸エチルが特に好ましい。
有機溶媒の添加量は、トナー材料100質量部に対して、40〜300質量部であることが好ましく、60〜140質量部がさらに好ましく、80〜120質量部が特に好ましい。
第一の液を水系媒体中に乳化又は分散させる際には、低速せん断式分散機、高速せん断式分散機等の分散機を用いてせん断力を印加することが好ましい。
水系媒体としては、特に限定されないが、水;メタノール、イソプロパノール、エチレングリコール等のアルコール;ジメチルホルムアミド;テトラヒドロフラン;セロソルブ類;アセトン、メチルエチルケトン等の低級ケトン類等が挙げられ、二種以上併用してもよい。中でも、水が好ましい。
水系媒体の使用量は、トナー材料100質量部に対して、50〜2000質量部であることが好ましく、100〜1000質量部がさらに好ましい。この使用量が50質量部未満であると、トナー材料の分散状態が悪くなり、所定の粒径の母体粒子が得られないことがあり、2000質量部を超えると、生産コストが高くなる。
水系媒体は、体積平均粒径が5〜50nm、好ましくは、10〜25nmのアニオン性の樹脂を含む粒子と、アニオン性界面活性剤を含むことが好ましい。これにより、母体粒子の粒径及び粒径分布を制御することができる。このとき、アニオン性の樹脂を含む粒子は、第一の液を水系媒体中に乳化又は分散させることにより得られる液滴の表面に付着して融着、融合し、比較的硬い表面を形成する。したがって、高速機のように、現像装置内での攪拌等の機械的ストレスが大きい場合においても、粒子Bが母体粒子A中に埋没することを抑制できる。その結果、機械的ストレスを長期間受けても、転写効率を維持することができる。また、アニオン性の樹脂を含む粒子は、液滴同士の合一を抑制することができる。さらに、アニオン性の樹脂を含む粒子は、トナーに負帯電性を付与することもできる。
なお、アニオン性の樹脂粒子の体積平均粒径は、レーザー回折/散乱式粒度分布測定装置LA−920(堀場製作所社製)を用いて測定することができる。
アニオン性の樹脂を含む粒子と、アニオン性界面活性剤を含む水系媒体は、アニオン性界面活性剤の存在下、アニオン性の樹脂を含む粒子を水系媒体中に分散させることにより得られる。水系媒体中のアニオン性界面活性剤及びアニオン性の樹脂を含む粒子の含有量は、それぞれ0.5〜10質量%であることが好ましい。
アニオン性の樹脂を含む粒子に含まれる樹脂としては、水系媒体中に分散させることが可能であれば、特に限定されないが、ビニル樹脂、ポリウレタン、エポキシ樹脂、ポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、ケイ素樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、アニリン樹脂、アイオノマー樹脂、ポリカーボネート等の熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂が挙げられ、二種以上併用してもよい。中でも、微細な球状の樹脂粒子が得られやすいことから、ビニル樹脂、ポリウレタン、エポキシ樹脂及びポリエステルが好ましい。なお、ビニル樹脂は、ビニルモノマーを単独重合又は共重合したポリマーであり、例えば、スチレン−(メタ)アクリル酸エステル共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、(メタ)アクリル酸−アクリル酸エステル共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−無水マレイン酸共重合体、スチレン−(メタ)アクリル酸共重合体等が挙げられる。
アニオン性の樹脂を含む粒子は、アニオン性界面活性剤を用いて重合したり、樹脂中にカルボキシル基、スルホン酸基等のアニオン性基を導入したりすることにより得られる。
アニオン性の樹脂を含む粒子の製造方法としては、特に限定されないが、前述の樹脂を含む粒子の製造方法と同様の方法が挙げられる。
アニオン性界面活性剤としては、特に限定されないが、アルキルベンゼンスルホン酸塩、α−オレフィンスルホン酸塩、リン酸エステル等が挙げられ、二種以上併用してもよい。中でも、フルオロアルキル基を有するアニオン性界面活性剤が好ましい。
フルオロアルキル基を有するアニオン性界面活性剤としては、炭素数が2〜10のフルオロアルキルカルボン酸又はその金属塩、パーフルオロオクタンスルホニルグルタミン酸ジナトリウム、3−[ω−フルオロアルキル(C6〜11)オキシ]−1−アルキル(C3〜4)スルホン酸ナトリウム、3−[ω−フルオロアルカノイル(C6〜8)−N−エチルアミノ]−1−プロパンスルホン酸ナトリウム、フルオロアルキル(C11〜20)カルボン酸又はその金属塩、パーフルオロアルキルカルボン酸(C7〜13)又はその金属塩、パーフルオロアルキル(C4〜12)スルホン酸又はその金属塩、パーフルオロオクタンスルホン酸ジエタノールアミド、N−プロピル−N−(2−ヒドロキシエチル)パーフルオロオクタンスルホンアミド、パーフルオロアルキル(C6〜10)スルホンアミドプロピルトリメチルアンモニウム塩、パーフルオロアルキル(C6〜10)−N−エチルスルホニルグリシン塩、モノパーフルオロアルキル(C6〜16)エチルリン酸エステル等が挙げられる。
フルオロアルキル基を有するアニオン性界面活性剤の市販品としては、サーフロンS−111、S−112、S−113(旭硝子社製);フロラードFC−93、FC−95、FC−98、FC−129(住友3M社製);ユニダインDS−101、DS−102(ダイキン工業社製);メガファックF−110、F−120、F−113、F−191、F−812、F−833(DIC社製);エクトップEF−102、103、104、105、112、123A、123B、306A、501、201、204(トーケムプロダクツ社製);フタージェントF−100、F−150(ネオス社製)等が挙げられる。
水系媒体は、難水溶性の無機分散剤をさらに含んでもよい。無機分散剤としては、特に限定されないが、リン酸カルシウム、炭酸カルシウム、酸化チタン、コロイダルシリカ、ヒドロキシアパタイト等が挙げられる。リン酸カルシウム等の酸、アルカリに可溶な無機分散剤を用いる場合は、塩酸等の酸を用いて溶解させた後、水洗する方法、酵素を用いて分解する方法等を用いて、母体粒子から無機分散剤を除去することができる。
水系媒体は、高分子系保護コロイドをさらに含んでもよい。高分子系保護コロイドとしては、特に限定されないが、アクリル酸、メタクリル酸、α−シアノアクリル酸、α−シアノメタクリル酸、イタコン酸、クロトン酸、フマル酸、マレイン酸、無水マレイン酸等のカルボキシル基を有する単量体又はその誘導体;アクリル酸β−ヒドロキシエチル、メタクリル酸β−ヒドロキシエチル、アクリル酸β−ヒドロキシプロビル、メタクリル酸β−ヒドロキシプロピル、アクリル酸γ−ヒドロキシプロピル、メタクリル酸γ−ヒドロキシプロピル、アクリル酸3−クロロ−2−ヒドロキシプロピル、メタクリル酸3−クロロ−2−ヒドロキシプロピル、ジエチレングリコールモノアクリル酸エステル、ジエチレングリコールモノメタクリル酸エステル、グリセリンモノアクリル酸エステル、グリセリンモノメタクリル酸エステル、N−メチロールアクリルアミド、N−メチロールメタクリルアミド等のヒドロキシル基を有する(メタ)アクリル系単量体;ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、ビニルプロピルエーテル等のビニルアルキルエーテル;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル等のビニルアルコールとカルボン酸のエステル;アクリルアミド、メタクリルアミド、ジアセトンアクリルアミド酸のアミド化合物又はこれらのメチロール化物;アクリル酸塩化物、メタクリル酸塩化物等の塩化カルボニル基を有する単量体;ビニルビリジン、ビニルピロリドン、ビニルイミダゾール、エチレンイミン等の窒素原子又はその複素環を有する単量体等の単独重合体又は共重合体等が挙げられる。これら以外の高分子系保護コロイドとしては、ポリオキシエチレン、ポリオキシプロピレン、ポリオキシエチレンアルキルアミン、ポリオキシプロピレンアルキルアミン、ポリオキシエチレンアルキルアミド、ポリオキシプロピレンアルキルアミド、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンラウリルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルフェニルエステル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエステル等のポリオキシエチレン類;メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース等のセルロース類等が挙げられる。
本発明において、第二の液を調製した後に、活性水素基と反応することが可能な官能基を有するポリエステルプレポリマーと活性水素基を有する化合物を反応させて変性ポリエステルを生成させることが好ましい。これにより、母体粒子Aの機械的強度が高まり、樹脂を含む粒子Bの埋没を抑制することができる。また、活性水素基を有する化合物がカチオン性(又はアニオン性)である場合は、アニオン性(又はカチオン性)の樹脂を含む粒子を静電的に引き寄せることもできる。さらに、加熱定着時のトナーの流動性を調節でき、定着温度幅を広げることもできる。
変性ポリエステルを生成させるための反応時間は、10分間〜40時間であることが好ましく、2〜24時間がさらに好ましい。
第二の液から有機溶媒を除去する方法としては、特に限定されないが、第二の液を徐々に昇温させて、油滴中の有機溶媒を蒸発除去する方法、第二の液を乾燥雰囲気中に噴霧して、油滴中の有機溶媒を蒸発除去すると共に、水系媒体を蒸発除去する方法等が挙げられる。
有機溶媒が除去された第二の液を、必要に応じて、洗浄した後、乾燥することにより、母体粒子Aが得られる。このとき、必要に応じて、分級してもよい。なお、乾燥する前に、サイクロン、デカンター、遠心分離等により分級してもよいし、乾燥した後に、分級してもよい。
結着樹脂に含まれるポリエステルは、一般式
A(OH)m
(式中、Aは、置換基を有してもよい、炭素数が1〜20の脂肪族基又は芳香族基若しくはヘテロ芳香族基であり、mは、2〜4の整数である。)
で表されるポリアルコールと、一般式
B(COOH)n
(式中、Bは、置換基を有してもよい、炭素数が1〜20の脂肪族基又は芳香族基若しくはヘテロ芳香族基であり、nは、2〜4の整数である。)
で表されるポリカルボン酸を重縮合することにより得られる。
ポリアルコールとしては、特に限定されないが、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、ネオペンチルグリコール、1,4−ブテンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−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、ソルビトール、1,2,3,6−ヘキサンテトロール、1,4−ソルビタン、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、トリペンタエリスリトール、1,2,4−ブタントリオール、1,2,5−ペンタントリオール、グリセロール、2−メチルプロパントリオール、2−メチル−1,2,4−ブタントリオール、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、1,3,5−トリヒドロキシメチルベンゼン、ビスフェノールA、ビスフェノールA酸化エチレン付加物、ビスフェノールA酸化プロピレン付加物、水素化ビスフェノールA、水素化ビスフェノールA酸化エチレン付加物、水素化ビスフェノールA酸化プロピレン付加物等が挙げられ、二種以上併用してもよい。
ポリカルボン酸としては、マレイン酸、フマル酸、シトラコン酸、イタコン酸、グルタコン酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、コハク酸、アジピン酸、セバチン酸、アゼライン酸、マロン酸、n−ドデセニルコハク酸、イソオクチルコハク酸、イソドデセニルコハク酸、n−ドデシルコハク酸、イソドデシルコハク酸、n−オクテニルコハク酸、n−オクチルコハク酸、イソオクテニルコハク酸、イソオクチルコハク酸、1,2,4−ベンゼントリカルボン酸、2,5,7−ナフタレントリカルボン酸、1,2,4−ナフタレントリカルボン酸、1,2,4−ブタントリカルボン酸、1,2,5−ヘキサントリカルボン酸、1,3−ジカルボキシル−2−メチル−2−メチレンカルボキシプロパン、1,2,4−シクロヘキサントリカルボン酸、テトラ(メチレンカルボキシル)メタン、1,2,7,8−オクタンテトラカルボン酸、ピロメリット酸、エンポール三量体酸等、シクロヘキサンジカルボン酸、シクロヘキセンジカルボン酸、ブタンテトラカルボン酸、ジフェニルスルホンテトラカルボン酸、エチレングリコールビス(トリメリット酸)等が挙げられ、二種以上併用してもよい。
結着樹脂は、他の樹脂をさらに含んでいてもよい。他の樹脂としては、特に限定されないが、シリコーン樹脂、スチレン−アクリル樹脂、スチレン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ジエン系樹脂、フェノール樹脂、テルペン樹脂、クマリン樹脂、アミドイミド樹脂、ブチラール樹脂、ウレタン樹脂、エチレン−酢酸ビニル樹脂等が挙げられ、二種以上併用してもよい。
結着樹脂の前駆体は、活性水素基と反応することが可能な官能基を有するプレポリマーをさらに含んでいてもよい。
活性水素基と反応することが可能な官能基を有するプレポリマーとしては、特に限定されないが、ポリオール樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂等が挙げられ、二種以上併用してもよい。
活性水素基と反応することが可能な官能基としては、特に限定されないが、イソシアネート基、エポキシ基、カルボキシル基、クロロカルボニル基等が挙げられ、二種以上併用してもよい。中でも、高分子成分の分子量を調節しやすく、トナーのオイルレス低温定着性、特に、定着用加熱媒体への離型オイル塗布機構のない場合でも良好な離型性及び定着性を確保できるウレア変性ポリエステルが得られることから、イソシアネート基が好ましい。
活性水素基を有する化合物は、水系媒体中で、活性水素基と反応することが可能な官能基を有するポリエステルプレポリマーと反応する際に、伸長剤、架橋剤等として作用する。活性水素基としては、特に限定されないが、水酸基(アルコール性水酸基又はフェノール性水酸基)、アミノ基、カルボキシル基、メルカプト基等が挙げられ、二種以上併用してもよい。中でも、イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマーと反応してウレア変性ポリエステルが得られることから、アミノ基が好ましい。
なお、活性水素基を有する化合物は、第一の液を調製する際に添加してもよいし、水系媒体に添加してもよいし、第一の液を水系媒体中に乳化又は分散させる際に添加してもよい。また、第一の液を水系媒体中に乳化又は分散させた後に、活性水素基を有する化合物を添加してもよい。この場合、母体粒子Aの表面近傍に、変性ポリエステルが生成するため、母体粒子Aに変性ポリエステルの濃度勾配を設けることができる。
イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマーは、ヒドロキシル基を有するポリエステルをポリイソシアネートと反応させることにより得られる。また、ヒドロキシル基を有するポリエステルは、ポリアルコールとポリカルボン酸の重縮合することにより得られる。
ポリアルコールとしては、特に限定されないが、ジアルコール、3価以上のアルコール、ジアルコールと3価以上のアルコールの混合物等が挙げられ、二種以上併用してもよい。中でも、ジアルコール又はジアルコールと3価以上のアルコールの混合物が好ましい。
ジアルコールとしては、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、ポリブチレングリコール等のポリアルキレングリコール;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等の脂環式ジアルコール;脂環式ジアルコールに、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイド等のアルキレンオキサイドを付加したもの等の脂環式ジアルコールのアルキレンオキサイド付加物;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、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイド等のアルキレンオキサイ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サイド付加物等が挙げられる。中でも、炭素数が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サイ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サイド付加物、ビスフェノール類のアルキレンオキサイ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。
3価以上のアルコールとしては、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、ソルビトール等の3価以上の多価脂肪族アルコール;トリスフェノール体(トリスフェノールPA(本州化学工業社製)等)、フェノールノボラック、クレゾールノボラック等の3価以上のポリフェノール類;3価以上のポリフェノール類に、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイド等のアルキレンオキサイドを付加したもの等の3価以上のポリフェノール類のアルキレンオキサイド付加物等が挙げられる。
ジアルコールと3価以上のアルコールを混合して用いる場合は、ジアルコールに対する3価以上のアルコールの質量比は、0.01〜10であることが好ましく、0.01〜1がさらに好ましい。
ポリカルボン酸としては、特に限定されないが、ジカルボン酸、3価以上のカルボン酸、ジカルボン酸と3価以上のカルボン酸の混合物等が挙げられ、二種以上併用してもよい。中でも、ジカルボン酸又はジカルボン酸と3価以上のカルボン酸の混合物が好ましい。
ジカルボン酸としては、コハク酸、アジピン酸、セバシン酸等のアルキレンジカルボン酸;マレイン酸、フマル酸等のアルケニレンジカルボン酸;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の芳香族ジカルボン酸等が挙げられる。中でも、炭素数が4〜20のアルケニレンジカルボン酸、炭素数が8〜20の芳香族ジカルボン酸が好ましい。
3価以上のカルボン酸としては、トリメリット酸、ピロメリット酸等の3価以上の芳香族カルボン酸等が挙げられる。中でも、炭素数が9〜20の3価以上の芳香族カルボン酸が好ましい。
なお、ポリカルボン酸の代わりに、ポリカルボン酸の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。低級アルキルエステルとしては、特に限定されないが、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3価以上のカルボン酸を混合して用いる場合は、ジカルボン酸に対する3価以上のカルボン酸の質量比が0.01〜10であることが好ましく、0.01〜1がさらに好ましい。
ヒドロキシル基を有するポリエステルを合成する際のポリカルボン酸のカルボキシル基に対するポリアルコールのヒドロキシル基の当量比は、1〜2であることが好ましく、1〜1.5がさらに好ましく、1.02〜1.3が特に好ましい。
ポリイソシアネートとしては、特に限定されないが、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、オクタメチレンジイソシアネート、デカメチレンジイソシアネート、ドデカメチレンジイソシアネート、テトラデカメチレンジイソシアネート、トリメチルヘキサンジイソシアネート、テトラメチルヘキサンジイソシアネート等の脂肪族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の脂環式ポリイソシアネート;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、1,5−ナフチレンジイソシアネート、ジフェニレン−4,4'−ジイソシアネート、4,4'−ジイソシアナト−3,3'−ジメチルジフェニル、3−メチルジフェニルメタン−4,4'−ジイソシアネート、ジフェニルエーテル−4,4'−ジイソシアネート等の芳香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の芳香脂肪族ジイソシアネート;トリス(イソシアナトアルキル)イソシアヌレート、トリイソシアナトシクロアルキルイソシアヌレート等のイソシアヌレート類等が挙げられ、二種以上併用してもよい。
なお、ポリイソシアネートの代わりに、ポリイソシアネートのイソシアネート基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を用いることもできる。
イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマーを合成する際のヒドロキシル基を有するポリエステルのヒドロキシル基に対するポリイソシアネートのイソシアネート基の当量比は、1〜5であることが好ましく、1.2〜4がさらに好ましく、1.5〜3が特に好ましい。この当量比が1未満であると、耐オフセット性が低下することがあり、5を超えると、低温定着性が低下することがある。
イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー中のポリイソシアネート由来の構成単位の含有量は、0.5〜40質量%であることが好ましく、1〜30質量%がさらに好ましく、2〜20質量%が特に好ましい。この含有量が0.5質量%未満であると、耐ホットオフセット性が低下し、耐熱保存性と低温定着性とを両立させることが困難になることがあり、40質量%を超えると、低温定着性が低下することがある。
イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー中のポリアルコール由来の構成単位の含有量は、0.5〜40質量%であることが好ましく、1〜30質量%がさらに好ましく、2〜20質量%が特に好ましい。この含有量が0.5質量%未満であると、耐ホットオフセット性が低下し、トナーの耐熱保存性と低温定着性を両立させることが困難になることがあり、40質量%を超えると、低温定着性が低下することがある。
イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー1分子当たりのイソシアネート基数は、1以上であることが好ましく、1.2〜5がさらに好ましく、1.5〜4が特に好ましい。イソシアネート基数が1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。
イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマーは、重量平均分子量が3×10〜4×10であることが好ましく、4×10〜3×10がさらに好ましい。重量平均分子量が3×10未満であると、耐熱保存性が低下することがあり、4×10を超えると、低温定着性が低下することがある。
なお、数平均分子量及び重量平均分子量は、展開溶媒として、テトラヒドロフラン(THF)を用いたゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定されるポリスチレン換算の分子量である。
アミノ基を有する化合物としては、特に限定されないが、ジアミン、3価以上のアミン、アミノアルコール、アミノメルカプタン、アミノ酸等が挙げられ、二種以上併用してもよい。中でも、ジアミン、ジアミンと少量の3価以上のアミンの混合物が好ましい。
ジアミンとしては、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の芳香族ジアミン;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の脂環式ジアミン;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の脂肪族ジアミン等が挙げられる。3価以上のアミンとしては、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、等が挙げられる。アミノアルコールとしては、エタノールアミン、ヒドロキシエチルアニリン等が挙げられる。アミノメルカプタンとしては、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等が挙げられる。アミノ酸としては、アミノプロピオン酸、アミノカプロン酸等が挙げられる。
なお、アミノ基を有する化合物の代わりに、アミノ基を有する化合物のアミノ基をブロックしたケチミン、オキサゾリン等を用いてもよい。
イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマーとアミノ基を有する化合物の伸長反応、架橋反応を停止させるためには、反応停止剤を用いることが好ましい。これにより、結着樹脂の分子量等を制御することができる。反応停止剤としては、ジエチルアミン、ジブチルアミン、ブチルアミン、ラウリルアミン等のモノアミン又はこれらのアミノ基をブロックしたケチミン、オキサゾリン等が挙げられる。
イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマーとアミノ基を有する化合物を反応させる際のアミノ基を有する化合物のアミノ基に対するポリエステルプレポリマーのイソシアネート基の当量比は、1/3〜3であることが好ましく、0.5〜2がさらに好ましく、2/3〜1.5が特に好ましい。この当量比が1/3未満であると、低温定着性が低下することがあり、3を超えると、結着樹脂の分子量が小さくなって、耐ホットオフセット性が低下することがある。
ウレア変性ポリエステルは、ウレタン結合を有していてもよい。この場合、ウレア結合に対するウレタン結合の当量比は、0〜9であることが好ましく、0.25〜4がさらに好ましく、2/3〜7/3が特に好ましい。この当量比が9を超えると、耐ホットオフセット性が低下することがある。
ウレア変性ポリエステルとポリエステルの組み合わせとしては、以下の(1)〜(10)が挙げられる。
(1)ビスフェノールAのエチレンオキサイド2モル付加物とイソフタル酸の重縮合物を、イソホロンジイソシアネートと反応させた後、イソホロンジアミンと反応させたものと、ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物とイソフタル酸の重縮合物の混合物
(2)ビスフェノールAのエチレンオキサイド2モル付加物とイソフタル酸の重縮合物を、イソホロンジイソシアネートと反応させた後、イソホロンジアミンと反応させたものと、ビスフェノールAのエチレンオキサイド2モル付加物とテレフタル酸の重縮合物の混合物
(3)ビスフェノールAのエチレンオキサイド2モル付加物及びビスフェノールAのプロピレンオキサイド2モル付加物とテレフタル酸の重縮合物を、イソホロンジイソシアネートと反応させた後、イソホロンジアミンと反応させたものと、ビスフェノールAのエチレンオキサイド2モル付加物及びビスフェノールAのプロピレンオキサイド2モル付加物とテレフタル酸の重縮合物の混合物
(4)ビスフェノールAのエチレンオキサイド2モル付加物及びビスフェノールAのプロピレンオキサイド2モル付加物とテレフタル酸の重縮合物を、イソホロンジイソシアネートと反応させた後、イソホロンジアミンと反応させたものと、ビスフェノールAのプロピレンオキサイド2モル付加物とテレフタル酸の重縮合物の混合物
(5)ビスフェノールAのエチレンオキサイド2モル付加物とテレフタル酸の重縮合物を、イソホロンジイソシアネートと反応させた後、ヘキサメチレンジアミンと反応させたものと、ビスフェノールAのエチレンオキサイド2モル付加物とテレフタル酸の重縮合物の混合物
(6)ビスフェノールAのエチレンオキサイド2モル付加物とテレフタル酸の重縮合物を、イソホロンジイソシアネートと反応させた後、ヘキサメチレンジアミンと反応させたものと、ビスフェノールAのエチレンオキサイド2モル付加物及びビスフェノールAのプロピレンオキサイド2モル付加物とテレフタル酸の重縮合物の混合物
(7)ビスフェノールAのエチレンオキサイド2モル付加物とテレフタル酸の重縮合物を、イソホロンジイソシアネートと反応させた後、エチレンジアミンと反応させたものと、ビスフェノールAのエチレンオキサイド2モル付加物とテレフタル酸の重縮合物の混合物
(8)ビスフェノールAのエチレンオキサイド2モル付加物とイソフタル酸の重縮合物を、ジフェニルメタンジイソシアネートと反応させた後、ヘキサメチレンジアミンと反応させたものと、ビスフェノールAのエチレンオキサイド2モル付加物とイソフタル酸の重縮合物の混合物
(9)ビスフェノールAのエチレンオキサイド2モル付加物及びビスフェノールAのプロピレンオキサイド2モル付加物とテレフタル酸及びドデセニルコハク酸無水物の重縮合物を、ジフェニルメタンジイソシアネートと反応させた後、ヘキサメチレンジアミンと反応させたものと、ビスフェノールAのエチレンオキサイド2モル付加物及びビスフェノールAのプロピレンオキサイド2モル付加物とテレフタル酸の重縮合物の混合物
(10)ビスフェノールAのエチレンオキサイド2モル付加物とイソフタル酸の重縮合物を、トルエンジイソシアネートと反応させた後、ヘキサメチレンジアミンと反応させたものと、ビスフェノールAのエチレンオキサイド2モル付加物とイソフタル酸の重縮合物の混合物
ポリエステル及び/又は変性ポリエステルは、重量平均分子量が3×10以上であることが好ましく、5×10〜1×10がさらに好ましく、7×10〜5×10が特に好ましい。重量平均分子量が3×10未満であると、トナーの耐ホットオフセット性が低下することがある。
ポリエステル及び/又は変性ポリエステルは、ガラス転移点が30〜70℃であることが好ましく、40〜65℃がさらに好ましい。ガラス転移点が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、70℃を超えると、トナーの低温定着性が低下することがある。
結晶性ポリエステルは、多価カルボン酸と多価アルコールを重縮合することにより得られる。具体的には、多価カルボン酸と多価アルコールを、必要に応じて、触媒と共に、温度計、撹拌器、流下式コンデンサを備えた反応容器に入れ、窒素ガス等の不活性ガスの存在下、150〜250℃で、生成する低分子化合物を連続的に反応系外に除去しながら反応させ、所定の酸価に達した時点で反応を停止し、冷却する。
多価カルボン酸としては、特に限定されないが、テレフタル酸、イソフタル酸、無水フタル酸、無水トリメリット酸、ピロメリット酸、ナフタレンジカルボン酸等の芳香族カルボン酸;無水マレイン酸、フマル酸、コハク酸、アルケニル無水コハク酸、アジピン酸等の脂肪族カルボン酸;シクロヘキサンジカルボン酸等の脂環式カルボン酸が挙げられ、二種以上併用してもよい。中でも、芳香族カルボン酸が好ましい。また、定着性を確保するために、ジカルボン酸と、トリメリット酸等の3価以上のカルボン酸を併用することが好ましい。
多価アルコールとしては、特に限定されないが、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、プロピレングリコール、ブタンジオール、ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、グリセリン等の脂肪族アルコール;シクロヘキサンジオール、シクロヘキサンジメタノール、水添ビスフェノールA等の脂環式アルコール;ビスフェノールAのエチレンオキサイド付加物、ビスフェノールAのプロピレンオキサイド付加物等の芳香族アルコール等が挙げられ、二種以上併用してもよい。中でも、脂肪族アルコールが好ましい。また、定着性を確保するために、ジオールと、グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール等の3価以上のアルコールを併用することが好ましい。
触媒としては、特に限定されないが、ジブチルスズジラウレート、ジブチルスズオキサイド等の有機金属;テトラブチルチタネート等の金属アルコキシド等が挙げられる。
触媒の添加量は、多価カルボン酸と多価アルコールの総質量に対して、0.01〜1%であることが好ましい。
なお、多価カルボン酸と多価アルコールとの重縮合することにより得られたポリエステルに、モノカルボン酸及び/又はモノアルコールを添加して、末端のヒドロキシル基及び/又はカルボキシル基をエステル化して、酸価を調整してもよい。
モノカルボン酸としては、特に限定されないが、酢酸、無水酢酸、安息香酸、トリクロル酢酸、トリフルオロ酢酸、無水プロピオン酸等が挙げられる。
モノアルコールとしては、特に限定されないが、メタノール、エタノール、プロパノール、オクタノール、2−エチルヘキサノール、トリフルオロエタノール、トリクロロエタノール、ヘキサフルオロイソプロパノール、フェノール等が挙げられる。
結晶性ポリエステルの重量平均分子量は、5×10〜1×10であることが好ましく、7×10〜5×10がさらに好ましい。
結晶性ポリエステルの数平均分子量は、2×10〜1×10であることが好ましい。
結晶性ポリエステルの数平均分子量に対する重量平均分子量の比は、1.5〜100であることが好ましく、2〜60がさらに好ましい。
重量平均分子量が5×10未満である場合又は数平均分子量が2×10未満である場合は、トナーの耐ホットオフセット性及び保存性が低下することがある。一方、重量平均分子量が1×10を超える場合又は数平均分子量が1×10を超える場合は、低温定着性が低下することがある。
結晶性ポリエステルは、定着前、結着樹脂とは独立した結晶ドメインとしてトナー中に存在し、結着樹脂を軟化させないため、保存性に優れるトナーが得られる。また、結晶性ポリエステルは、定着時に融解して、結着樹脂と相溶して、軟化させるため、低温定着性に優れるトナーが得られる。
結晶性ポリエステルの結晶性の保持状態(相溶又は非相溶)は、結晶解析X線回折装置X'Pert MRDX'Pert MRD(フィリップス社製)を用いて、確認することができる。
トナー中の結晶性ポリエステルの分散径(最大方向の粒径)は、10nm〜3μmであることが好ましく、50nm〜1μmがさらに好ましい。分散径が10nm未満であると、保存性が低下することがあり、3μmを超えると、低温定着性に低下することがある。
なお、分散径は、トナーをエポキシ樹脂に包埋して超薄切片化した後、四酸化ルテニウムで染色し、透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて観察することにより、測定することができる。
本発明においては、結着樹脂のガラス転移点をTgr[℃]とし、結着樹脂90質量部及び結晶性ポリエステル10質量部の混合物のガラス転移点をTgr'[℃]とすると、式
10<Tgr−Tgr'
を満たすことが好ましく、式
15<Tgr−Tgr'
を満たすことがさらに好ましい。Tgr−Tgr'が10℃以下であると、トナーと感光体及び中間転写体との非静電的付着力を十分に低減できなくなる。
なお、Tgr及びTgr'は、DSCシステムDSC−60(島津製作所社製)を用いて測定することができる。具体的には、まず、結着樹脂5.0mg又は結着樹脂4.5mg及び結晶性ポリエステル0.5mgを入れたアルミニウム製の試料容器をホルダーユニットに載せ、電気炉中にセットした。次に、窒素雰囲気下、昇温速度10℃/分で20℃から150℃まで加熱した後、降温速度10℃/分で0℃まで冷却させた。さらに、昇温速度10℃/分で150℃まで加熱し、DSC曲線を得た。得られたDSC曲線から、DSC−60システム中の解析プログラムを用いて、ガラス転移点を求めた。
トナー材料は、着色剤、離型剤、帯電制御剤、クリーニング性向上剤、磁性材料等をさらに含んでもよい。
なお、結着樹脂及び/又は結着樹脂の前駆体を除くトナー材料は、第一の液を調製する際に添加する代わりに、水系媒体に添加してもよいし、第一の液を水系媒体中に乳化又は分散させる際に添加してもよいし、第一の液を水系媒体中に乳化又は分散させた後に添加してもよい。
着色剤(顔料又は染料)としては、特に限定されないが、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、二種以上併用してもよい。
トナー材料中の着色剤の含有量は、1〜15質量%であることが好ましく、3〜10質量%がさらに好ましい。この含有量が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、母体粒子中で顔料の分散不良が発生し、トナーの着色力が低下したり、トナーの電気特性が低下したりすることがある。
顔料は、樹脂と複合化して、マスターバッチとしてもよい。樹脂としては、特に限定されないが、ポリエステル;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、等のスチレン又はその置換体の重合体;スチレン−p−クロロスチレン共重合体、スチレン−プロピレン共重合体、スチレン−ビニルトルエン共重合体、スチレン−ビニルナフタレン共重合体、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の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、二種以上併用してもよい。
マスターバッチは、顔料と樹脂に、高せん断力を印加して混合混練することにより得られる。この際、顔料と樹脂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、顔料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ことから、フラッシング法を用いてマスターバッチを製造することが好ましい。フラッシング法は、顔料の水性ペーストを、樹脂と有機溶媒と共に混合混練し、顔料を樹脂に移行させた後、水及び有機溶媒を除去する方法である。混合混練する際には、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。
離型剤としては、特に限定されないが、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等の天然ワックス;フィッシャー・トロプシュワックス、ポリエチレンワックス等の合成炭化水素ワックス;エステル、ケトン、エーテル等の合成ワックス等が挙げられ、二種以上併用してもよい。これら以外の離型剤としては、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;ポリメタクリル酸n−ステアリル、ポリメタクリル酸n−ラウリル、アクリル酸n−ステアリル−メタクリル酸エチル共重合体等の(メタ)アクリル酸アルキルの単独重合体又は共重合体等が挙げられる。
離型剤は、融点が50〜120℃であることが好ましく、60〜90℃がさらに好ましい。融点が50℃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、120℃を超えると、低温で定着する際にコールドオフセットが発生することがある。
離型剤は、融点より20℃高い温度における溶融粘度が5〜1000cpsであることが好ましく、10〜100cpsがさらに好ましい。溶融粘度が、5cps未満であると、離型性が低下することがあり、1000cpsを超えると、耐ホットオフセット性、低温定着性を向上させる効果が得られなくなることがある。
トナー材料中の離型剤の含有量は、0〜40質量%であることが好ましく、3〜30質量%がさらに好ましい。この含有量が、40質量%を超えると、トナーの流動性が低下することがある。
帯電制御剤としては、特に限定されないが、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、リンの単体又はその化合物、タングステンの単体又はその化合物、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、銅フタロシアニン、ペリレン、キナクリドン、アゾ系顔料等が挙げられ、二種以上併用してもよい。これら以外の帯電制御剤としては、スルホン酸基、カルボキシル基、四級アンモニウム塩等の官能基を有する高分子化合物が挙げられる。
帯電制御剤の市販品としては、ニグロシン系染料のボントロン03、4級アンモニウム塩のボントロンP−51、含金属アゾ染料のボントロンS−34、オキシナフトエ酸系金属錯体のE−82、サリチル酸系金属錯体のE−84、フェノール系縮合物のE−89(以上、オリエント化学工業社製)、4級アンモニウム塩のモリブデン錯体の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)等が挙げられる。
母体粒子Aに含まれる結着樹脂とポリエステルを含む粒子Bに含まれる樹脂に対する親和性の差を利用することで、母体粒子A及びポリエステルを含む粒子Bのいずれも帯電制御剤を含むことができる。ポリエステルを含む粒子Bが選択的に帯電制御剤を含むことで、帯電制御剤の添加量を減少させることができる。また、母体粒子Aが選択的に帯電制御剤を含むことで、感光体、キャリア等の他の部材への帯電制御剤のスペントを抑制することができる。
トナー材料中の帯電制御剤の含有量は、結着樹脂及び/又は結着樹脂の前駆体に対して、0.1〜10質量%であることが好ましく、0.2〜5質量%がさらに好ましい。帯電制御剤の含有量が0.1質量%未満であると、トナーの帯電性が不十分となることがあり、10質量%を超えると、トナーの帯電性が大きいために、現像ローラとの静電引力が増大し、現像剤の流動性が低下したり、画像濃度が低下したりすることがある。
クリーニング性向上剤としては、特に限定されないが、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合成された樹脂粒子等が挙げられる。
樹脂粒子は、体積平均粒径が0.01〜1μmであることが好ましい。
磁性材料としては、特に限定されないが、鉄粉、マグネタイト、フェライト等が挙げられる。
本発明のトナーは、母体粒子Aであってもよいし、母体粒子Aに流動性向上剤が外添されたものであってもよい。このとき、母体粒子Aは、流動性向上剤の埋没を抑制することができる。
流動性向上剤としては、特に限定されないが、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、二種以上併用してもよい。中でも、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の処理剤により表面処理された疎水性シリカ、疎水性酸化チタンが好ましい。
流動性向上剤は、平均一次粒径が5〜50nmであることが好ましく、10〜30nmがさらに好ましい。
また、流動性向上剤は、BET比表面積が20〜500m/gであることが好ましい。
トナー中の流動性向上剤の含有量は、0.01〜5質量%であることが好ましく、0.01〜2質量%がさらに好ましい。
本発明のトナーは、重量平均粒径が1〜6μmであることが好ましく、2〜5μmがさらに好ましい。重量平均粒径が1μm未満であると、転写時に、トナーのチリが発生しやすくなることがあり、6μmを超えると、ドットの再現性が不十分になって、ハーフトーン部分の粒状性が低下し、高精細な画像を形成できなくなることがある。
本発明のトナーは、個数平均粒径に対する重量平均粒径の比が1.05〜1.25であることが好ましい。この比が、1.05未満であると、二成分現像剤として用いる場合に、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が低下したり、クリーニング性が低下したりすることがある。また、一成分現像剤として用いる場合に、現像ローラへのトナーのフィルミングが発生したり、トナーを薄層化するためブレード等の部材へのトナーの融着が発生したりすることがある。一方、この比が1.25を超えると、高解像で高画質の画像を形成できなくなることがあり、現像剤中のトナーの収支が行われた場合に、トナーの粒径の変動が大きくなることがある。また、トナーの帯電量の分布が広くなって、高品位な画像を形成できなくなることがある。さらに、個数平均粒径に対する重量平均粒径の比が1.05〜1.25であるトナーは、保存性、低温定着性及び耐ホットオフセット性に優れるトナーとなりやすい。特に、フルカラー複写機に使用した場合に、光沢性に優れる画像を形成することができる。
なお、トナーの重量平均粒径及び個数平均粒径は、粒度測定器マルチサイザーIII(ベックマンコールター社製)を用いて測定することができる。
本発明のトナーは、平均円形度が0.95〜0.99であることが好ましい。平均円形度が0.95未満であると、現像時の画像均一性が低下したり、トナーの転写効率が低下したりすることがあり、0.99を超えると、クリーニング性が低下することがある。
なお、トナーの平均円形度は、式
(トナーの投影像の面積と同一の面積の円の周囲長)/(トナーの投影像の周囲長)
で定義される円形度の平均値であり、フロー式粒子像分析装置FPIA−2100(シスメックス社製)を用いて測定することができる。
本発明のトナーのナノインデンテーション法により測定される硬さは、1〜3GPaであることが好ましく、1.2〜2.6GPaがさらに好ましい。ナノインデンテーション法により測定される硬さが1GPa未満であると、高速機のように、現像装置内での攪拌等の機械的ストレスが大きい場合に、粒子Bが母体粒子A中に埋没することがあり、3GPaを超えると、トナーの定着性が低下することがある。
なお、ナノインデンテーション法を用いて測定される硬さは、Tribo Indenter(Hysitron社製)を用いて測定することができる。
本発明のトナーのマイクロインデンテーション法により測定される硬さは、40〜120N/mmであることが好ましく、60〜110N/mmがさらに好ましい。マイクロインデンテーション法により測定される硬さが40N/mm未満であると、トナーが変形しやすいため、画像品質が乱れることがあり、120N/mmを超えると、トナーの定着性が低下することがある。
なお、マイクロインデンテーション法により測定される硬さは、フィッシャースコープ H100(フィッシャー・インストルメンツ社製)を用いて測定することができる。
本発明の現像剤は、本発明のトナーを有し、キャリアをさらに有してもよい。このとき、キャリアに対するトナーの質量比は1〜10%であることが好ましい。
キャリアとしては、特に限定されないが、鉄粉、フェライト粉、マグネタイト粉、磁性樹脂キャリア等が挙げられる。
また、キャリアは、樹脂で被覆されていてもよい。このような樹脂としては、特に限定されないが、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、エポキシ樹脂等のアミノ樹脂;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、ポリスチレン、スチレン−アクリル樹脂等のポリスチレン樹脂、ポリ塩化ビニル等のハロゲン化オレフィン樹脂、ポリエチレン、ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリトリフルオロエチレン、ポリヘキサフルオロプロピレン、フッ化ビニリデン−アクリル共重合体、フッ化ビニリデン−フッ化ビニル共重合体、テトラフルオロエチレン−フッ化ビニリデン−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のポリビニル及びポリビニリデン樹脂;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のポリエステル樹脂;ポリカーボネート;シリコーン樹脂等が挙げられる。
また、このような樹脂中には、必要に応じて、導電粉等が含まれていてもよい。導電粉としては、特に限定されないが、金属粉、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。
導電粉は、平均粒径が1μm以下であることが好ましい。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。
キャリアは、重量平均粒径が15〜40μmであることが好ましい。重量平均粒径が15μm未満であると、キャリア付着が発生しやすくなることがある。一方、重量平均粒径が40μmを超えると、現像剤中のトナーの濃度を大きくした場合に、地汚れが発生しやすくなることがある。また、静電潜像のドット径が小さい場合に、ドット再現性のバラツキが大きくなり、ハイライト部の粒状性が低下することもある。
なお、キャリアの重量平均粒径は、マイクロトラック粒度分析計モデルHRA9320−X100(Honewell社製)を用いて測定することができる。
本発明で用いられる画像形成装置としては、本発明の画像形成方法を適用することが可能であれば、特に限定されないが、その一例として、タンデム方式の画像形成装置100を図2に示す。画像形成装置100は、複写装置本体110、給紙テーブル200、スキャナ300、原稿自動搬送装置(ADF)400を備える。
複写装置本体110の中央に、3つのローラ14、15及び16に支持されている中間転写ベルト50が設けられており、図中、時計回りに搬送可能である。また、ローラ14及び15の間に張り渡された中間転写ベルト50上には、その搬送方向に沿って、ブラック、シアン、マゼンタ及びイエローの4つの画像形成ユニット18Bk、18C、18M及び18Yが横に並べて配置されている。さらに、図中、画像形成ユニット18の上には、露光装置21が設けられている。露光装置21は、4つの光路を有し、各色の画像信号に応じて、各色の感光体ドラム10が露光される。露光装置21としては、通常、レーザー光源、回転多面鏡等の偏向器、走査結像光学系及びミラー群からなるレーザー走査光学系が用いられている。一方、中間転写ベルト50を挟んで画像形成ユニット18の反対側には、二次転写装置22が設けられている。二次転写装置22には、2つのローラ23に支持されているベルト24が設けられている。また、二次転写装置22は、中間転写ベルト50を介して、ローラ16に押し当てて配置されており、中間転写ベルト50上のフルカラートナー像をシートに転写する。さらに、図中、二次転写装置22の左には、シートに転写されたフルカラートナー像を定着する定着装置25が設けられている。定着装置25は、2つのローラに支持されている加熱ベルト26に加圧ローラ27を押し当てて構成されている。なお、フルカラートナー像が転写されたシートは、二次転写装置22により定着装置25に搬送される。また、図中、二次転写装置22及び定着装置25の下に、シートの両面に画像を形成するためにシートを反転させるシート反転装置28を備える。
画像形成装置100を用いて複写する際には、まず、原稿自動搬送装置400の原稿台130上に原稿をセットする、または、原稿自動搬送装置400を開いて、スキャナ300のコンタクトガラス32上に原稿をセットし、原稿自動搬送装置400を閉じる。次に、スタートスイッチ(不図示)を押すと、原稿台130上に原稿をセットした場合は、原稿が搬送されてコンタクトガラス32上に移動した後に、また、コンタクトガラス32上に原稿をセットした場合は、直ちに、スキャナ300を駆動し、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は、光源から光を発射すると共に、原稿面からの反射光をさらに反射する。この光は、第2走行体34のミラーで反射された後、結像レンズ35を通して、読み取りセンサ36に入射し、原稿内容が読み取られる。このようにして得られた画像信号を元に、画像処理部(不図示)で画像処理が行われ、各色の画像信号に変換された後、各色の画像信号が露光装置21に送信される。
また、スタートスイッチ(不図示)を押すと、駆動モータ(不図示)によりローラ14、15及び16の一つを回転駆動して、他の二つのローラを従動回転させ、中間転写ベルト50を搬送する。同時に、各色の画像形成ユニット18において、感光体ドラム10を回転させて、感光体ドラム10上に、各色のトナー像を形成する。そして、搬送された中間転写ベルト50に、各色のトナー像を順次重ね合わせて転写し、フルカラートナー像を形成する。
一方、スタートスイッチ(不図示)を押すと、給紙テーブル200の給紙ローラ142の一つが回転し、ペーパーバンク143に多段に備えられている給紙カセット144の一つからシートを繰り出す。さらに、分離ローラ145でシートを1枚ずつ分離して給紙路146に入れた後、搬送ローラ147でシートを搬送して複写機本体100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。または、給紙ローラ52が回転し、手差しトレイ51からシートを繰り出した後、分離ローラ58でシートを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。
そして、中間転写ベルト50上のフルカラー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、中間転写ベルト50と二次転写装置22の間にシートを送り込み、フルカラートナー像をシート上に転写する。このとき、二次転写の線速度は、0.3〜1m/秒であることが好ましい。また、二次転写の転写時間は、0.5〜20ミリ秒であることが好ましい。
フルカラートナー像が転写されたシートは、二次転写装置22で搬送されて、定着装置25へと送り込まれた後、定着装置25が熱と圧力を印加してフルカラートナー像を定着する。さらに、切換爪55で切り換えて、排出ローラ56で排紙トレイ57上に排出する、または、シート反転装置28でシートを反転した後、給紙路148に導き、レジストローラ49に突き当てて止め、シートの裏面に画像を形成した後、排出ローラ56で排紙トレイ57上に排出する。なお、レジストローラ49は、一般に接地されるが、シートの紙粉を除去するために、バイアスを印加してもよい。
図3に示すように、ブラック、シアン、マゼンタ及びイエロー用の画像形成ユニット18Bk、18C、18M及び18Yは、感光体ドラム10を備え、感光体ドラム10としては、通常、OPC感光体が用いられる。感光体ドラム10の周囲には、帯電装置15、本発明の現像剤を用いて現像する現像装置20、一次転写装置40、クリーニング装置30が設けられており、必要に応じて、除電装置を設けてもよい。なお、Lは、露光装置21から各色の感光体ドラム10に照射される光である。また、各色の一次転写装置40の間には、導電性ローラ41、42及び43が設けられている。さらに、中間転写ベルト50が各色の感光体ドラム10と、一次転写装置40の間に介在し、中間転写ベルト50に各色の感光体ドラム10から各色のトナー像が順次重ね合わせて転写され、フルカラートナー像が形成される。このとき、本発明のトナーは、帯電性、耐久性及び環境安定性に優れるため、現像される各色のトナーの量が安定化し、色再現性に優れるフルカラー画像を形成することができる。
中間転写ベルト50上のフルカラートナー像は、ハーフトーン部及びベタ部を含んでいたり、トナーの重ね合わせ量が異なる部分を含んでいたりするため、帯電量がばらついている場合がある。また、中間転写ベルト50の搬送方向に対して、一次転写装置40に隣接する下流側の空隙に発生する剥離放電により、中間転写ベルト50上のフルカラートナー像内に帯電量のばらつきが発生する場合もある。このようなフルカラートナー像内の帯電量のばらつきは、二次転写装置22における転写余裕度を低下させる。このため、中間転写ベルト50がイエローの一次転写装置40Yを通過した後で二次転写装置22を通過する前の位置に、プレ転写チャージャを設けることが好ましい。プレ転写チャージャは、中間転写ベルト50上のフルカラートナー像をシートに転写する前に、フルカラートナー像をフルカラートナー像と同極性に均一に帯電する。これにより、フルカラートナー像内の帯電量のばらつきを解消し、二次転写装置22における転写余裕度の低下を抑制し、フルカラートナー像を安定に転写することができる。
なお、プレ転写チャージャで帯電される帯電量は、中間転写ベルト50の搬送速度に依存して変化する。具体的には、中間転写ベルト50の搬送速度が小さいと、中間転写ベルト50上のフルカラートナー像がプレ転写チャージャによる帯電領域を通過する時間が長くなるため、帯電量が大きくなる。したがって、中間転写ベルト50上のフルカラートナー像がプレ転写チャージャによる帯電領域を通過している途中に中間転写ベルト50の搬送速度が変化するような場合には、中間転写ベルト50の搬送速度に応じて、フルカラートナー像に対する帯電量が途中で変化しないようにプレ転写チャージャを制御することが好ましい。
二次転写装置22でシートに転写される前の中間転写ベルト50上のフルカラートナー像は、現像時と同じマイナス極性であるため、ローラ23にプラスの転写バイアス電圧が印加されることにより、フルカラートナー像がシート上に転写される。このとき、ニップ圧が転写性に影響し、定着性に大きく影響する。また、中間転写ベルト50上に残留したトナーは、シートと中間転写ベルト50が離れる瞬間に、プラス極性に放電帯電される。なお、シートのジャム時や非画像領域に形成されたトナー像は、二次転写の影響を受けないため、マイナス極性のままである。
中間転写ベルト50上に残留したトナーは、プラス電圧が印加された導電性ファーブラシ61及びマイナス電圧が印加された導電性ファーブラシ62で除去される。なお、導電性ファーブラシ62で除去されずにトナーが残留した場合、導電性ファーブラシ62のマイナス電圧により、トナーはマイナスに帯電される。このため、次の一次転写において、マイナスに帯電したトナーは、中間転写ベルト50に引き寄せられるため、感光体ドラム10へのトナーの移行を抑制することができる。
一方、各色の現像装置20と、各色のクリーニング装置30は、各色のトナー移送管35で接続されている。各色のトナー移送管35の内部には、スクリュー(不図示)が入っており、各色のクリーニング装置30で回収されたトナーが、各色の現像装置20に移送される。
以上のように、画像形成装置100では、中間転写ベルト50を使用し、感光体ドラム10とシートが当接しないため、クリーニング装置30で回収されたトナーへの紙粉の混入を抑制することに加え、二次転写時の中間転写ベルト50への紙粉の付着も抑制することができる。その結果、トナー抜け等の画像劣化を抑制することができる。また、各色の画像形成ユニット18が設けられているため、各色のトナーを回収する際に、トナーの混色を抑制することができる。
中間転写ベルト50は、通常、単層の樹脂層であるが、必要に応じて、弾性層や表層が形成されていてもよい。
樹脂層を構成する樹脂としては、特に限定されないが、ポリカーボネート;ETFE、PVDF等のフッ素樹脂;ポリスチレン、ポリ(α−クロロスチレン)、ポリ(α−メチルスチレン)、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−塩化ビニル共重合体、スチレン−酢酸ビニル共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、スチレン−アクリル酸エステル共重合体(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−アクリル酸フェニル共重合体等)、スチレン−メタクリル酸エステル共重合体(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−メタクリル酸フェニル共重合体等)、スチレン−α−クロロアクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリロニトリル−アクリル酸エステル共重合体等のスチレン系樹脂(スチレン又はスチレン置換体の単独重合体又は共重合体);メタクリル酸メチル樹脂、メタクリル酸ブチル樹脂、アクリル酸エチル樹脂、アクリル酸ブチル樹脂等のアクリル樹脂;シリコーン変性アクリル樹脂、塩化ビニル樹脂変性アクリル樹脂、アクリル・ウレタン樹脂等の変性アクリル樹脂;塩化ビニル樹脂、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、ロジン変性マレイン酸樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル、ポリエステルポリウレタン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブタジエン、ポリ塩化ビニリデン、アイオノマー樹脂、ポリウレタン、シリコーン樹脂、ケトン樹脂、エチレン−アクリル酸エチル共重合体、キシレン樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリアミド、変性ポリフェニレンオキサイド等が挙げられ、二種以上併用してもよい。
また、弾性層を構成する弾性材料(弾性材ゴム、エラストマー)としては、特に限定されないが、ブチルゴム、フッ素系ゴム、アクリルゴム、EPDM、NBR、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレンゴム、天然ゴム、イソプレンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、ブタジエンゴム、エチレン−プロピレンゴム、エチレン−プロピレンターポリマー、クロロプレンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、塩素化ポリエチレン、ウレタンゴム、シンジオタクチック1,2−ポリブタジエン、エピクロロヒドリン系ゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、多硫化ゴム、ポリノルボルネンゴム、水素化ニトリルゴム;ポリスチレン系、ポリオレフィン系、ポリ塩化ビニル系、ポリウレタン系、ポリアミド系、ポリウレア、ポリエステル系、フッ素樹脂系等の熱可塑性エラストマー等が挙げられ、二種以上併用してもよい。
さらに、表層を構成する材料としては、中間転写ベルト50へのトナーの付着力を小さくして二次転写性を向上させることが可能であれば、特に限定されないが、表面エネルギーを小さくして潤滑性を向上させる材料を樹脂に分散させたものを用いることができる。樹脂としては、ポリウレタン、ポリエステル、エポキシ樹脂等が挙げられ、二種以上併用してもよい。また、表面エネルギーを小さくして潤滑性を向上させる材料としては、フッ素樹脂、フッ素化合物、フッ化炭素、二酸化チタン、シリコンカーバイト等が挙げられ、二種以上併用してもよい。このとき、表面エネルギーを小さくして潤滑性を向上させる材料として、粒径が異なるものを用いてもよい。また、表層を構成する材料として、フッ素系ゴム材料のように熱処理することにより、表面にフッ素リッチな層を形成させ、表面エネルギーを小さくさせたものを用いてもよい。
また、樹脂層や弾性層は、抵抗値調節用導電剤を含んでもよい。抵抗値調節用導電剤としては、特に限定されないが、カーボンブラック、グラファイト;アルミニウム、ニッケル等の金属粉末;酸化スズ、酸化チタン、酸化アンチモン、酸化インジウム、チタン酸カリウム、酸化アンチモン−酸化スズ複合酸化物(ATO)、酸化インジウム−酸化スズ複合酸化物(ITO)等の導電性金属酸化物等が挙げられ、二種以上併用してもよい。このとき、導電性金属酸化物は、硫酸バリウム、ケイ酸マグネシウム、炭酸カルシウム等の絶縁性粒子で被覆されていてもよい。
帯電装置15としては、特に限定されないが、一例として、接触式帯電装置の一種であるローラ式帯電装置15Aを図4に示す。感光体ドラム10は、矢印の方向に所定の速度(プロセススピード)で回転駆動されるが、帯電ローラ151は、加圧手段(不図示)により感光体ドラム10に所定の押圧力で接触しており、感光体ドラム10の回転駆動に従動して回転する。帯電ローラ151は、芯金151aと、芯金151aの外周に同心一体に形成された導電ゴム層151bを基本構成とし、芯金151aの両端は、軸受け部材(不図示)等で回転可能に保持されている。また、電源152は、芯金151aと電気的に接続されており、帯電ローラ151に所定のバイアスを印加する。これにより、感光体ドラム10の周面が所定の極性、電位に一様に帯電される。
図5に、帯電装置15の他の例として、ファーブラシ式帯電装置15Bを示す。感光体ドラム10は、矢印の方向に所定の速度(プロセススピード)で回転駆動されるが、ファーブラシローラ153は、感光体ドラム10に所定の押圧力で接触しており、感光体ドラム10の回転方向と逆方向に所定の速度で回転駆動される。ファーブラシローラ153は、芯金153aと、芯金153aの外周に同心に形成されたファーブラシ153bを基本構成とし、芯金153aの両端は、軸受け部材(不図示)等で回転可能に保持されている。また、電源154は、芯金153aと電気的に接続されており、ファーブラシローラ153に所定のバイアスを印加する。これにより、感光体ドラム10の周面が所定の極性、電位に一様に帯電される。
ファーブラシ153bは、カーボン、硫化銅、金属、金属酸化物等により導電処理されたファーを、金属や他の導電処理された芯金153aに巻き付けたり、張り付けたりすることにより得られる。ファーとしては、特に限定されないが、REC−B、REC−C、REC−M1、REC−M10(以上、ユニチカ社製)、SA−7(東レ社製)、サンダーロン(日本蚕毛社製)、ベルトロン(カネボウ社製)、クラカーボ(クラレ社製)、ローバル(三菱レーヨン社製)等が挙げられる。ファーは、線密度が3〜10デニール、毛足が1〜10mmであることが好ましい。また、ファーブラシ153bは、10〜100フィラメント/束、80〜600本/mmであることが好ましい。
図6に、帯電装置15の他の例として、磁気ブラシ式帯電装置15Cを示す。感光体ドラム10は、矢印の方向に所定の速度(プロセススピード)で回転駆動されるが、磁気ブラシローラ155は、感光体ドラム10に所定の押圧力で接触しており、感光体ドラム10の回転方向と逆方向に所定の速度で回転駆動される。磁気ブラシローラ155は、マグネットロール(不図示)を内包する非磁性の導電スリーブ155aと、導電スリーブ155aの外周に同心に形成された磁気ブラシ155bを基本構成とし、導電スリーブ155aの両端は、軸受け部材(不図示)等で回転可能に保持されている。また、電源156は、導電スリーブ155aと電気的に接続されており、磁気ブラシローラ155に所定のバイアスを印加する。これにより、感光体ドラム10の周面が所定の極性、電位に一様に帯電される。
磁気ブラシ155bを構成する磁性粒子としては、Zn−Cuフェライト等のフェライトが挙げられる。
現像装置20としては、特に限定されないが、その一例を図7に示す。現像装置20は、現像時に、直流電圧に交流電圧を重畳した振動バイアス電圧が電源202から現像スリーブ201に印加される。感光体ドラム10の非画像領域と画像領域の電位は、振動バイアス電圧の最大値と最小値の間であるため、現像領域Aに向きが交互に変化する交互電界が形成される。このため、現像領域Aにおいて、トナーとキャリアが激しく振動し、現像スリーブ201及びキャリアとの静電的拘束力を振り切ったトナーが感光体ドラム10に向かって飛翔し、静電潜像に付着する。
振動バイアス電圧は、最大値と最小値の差(ピーク間電圧)が0.5〜5kVであることが好ましく、周波数が1〜10kHzであることが好ましい。振動バイアス電圧の波形としては、矩形波、sin波、三角波等が挙げられる。振動バイアス電圧の直流電圧成分は、感光体ドラム10の非画像領域の電位と画像領域の電位の間の値であるが、画像領域の電位よりも非画像領域の電位に近い値であることが好ましい。これにより、感光体ドラム10の非画像領域へのトナーの付着を抑制することができる。
振動バイアス電圧の波形が矩形波である場合は、デューティ比が50%以下であることが好ましい。デューティ比とは、振動バイアス電圧の1周期の中で、トナーが感光体ドラム10に向かおうとする時間の割合である。これにより、トナーが感光体ドラム10に向かおうとするピーク値と、振動バイアス電圧の時間平均値との差を大きくすることができるため、トナーの運動がさらに活発化し、トナーが静電潜像の電位分布に忠実に付着して、ざらつき感や解像力を向上させることができる。また、トナーとは逆極性の電荷を有するキャリアが感光体ドラム10に向かおうとするピーク値と、振動バイアス電圧の時間平均値との差を小さくすることができるので、キャリアの運動を沈静化し、感光体ドラム10の非画像領域へのキャリアの付着する抑制することができる。
定着装置25としては、特に限定されないが、その一例として、オイルレスタイプのものを図8に示す。定着装置25は、誘導加熱手段251と、誘導加熱手段251の電磁誘導により加熱される加熱ローラ252と、加熱ローラ252と対向して配置された定着ローラ253と、加熱ローラ252と定着ローラ253に張り渡され、加熱ローラ252により加熱される定着ベルト254と、定着ベルト254を介して、定着ローラ253に圧接される加圧ローラ255から構成されている。なお、定着ベルト254は、加熱ローラ252又は定着ローラ253の回転により、図中、A方向に搬送され、加圧ローラ255は、定着ベルト254に対して順方向に回転する。
加熱ローラ252は、磁性金属の中空円筒状の部材であり、外径が20〜40mm、肉厚が0.3〜1.0mmであることが好ましい。これにより、熱容量が小さく、昇温速度を大きくすることができる。磁性金属としては、特に限定されないが、鉄、コバルト、ニッケル又はこれら金属の合金等が挙げられる。
定着ローラ253は、芯金253aと、芯金253aを被覆する弾性層253bから構成される。芯金253aの材質としては、特に限定されないが、ステンレススチール等の金属が挙げられる。弾性層253bは、耐熱性を有するシリコーンゴムをソリッド状又は発泡状にすることにより形成することができ、肉厚が4〜6mmである。定着ローラ253は、加圧ローラ255との間に所定幅の接触部を形成するために、外径が20〜40mmであり、加熱ローラ252の外径よりも大きい。
定着ベルト254は、誘導加熱手段251により加熱される加熱ローラ252との接触領域W1で加熱される。そして、加熱ローラ252又は定着ローラ253の回転により、定着ベルト254の内面が連続的に加熱され、全体に亘って加熱される。
図9に、定着ベルト254の層構成を示す。定着ベルト254は、基体254a上に、発熱層254b、弾性層254c及び離型層254dが順次積層されている。基体254aの材質としては、特に限定されないが、フッ素樹脂、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、PEEK、PES、PPS等の耐熱性樹脂が挙げられる。発熱層254bの材質としては、特に限定されないが、Ni、Ag、SUS等の導電材料が挙げられる。弾性層254cとしては、シート上のフルカラートナー像を均一に定着させることが可能であれば、特に限定されない。離型層254dの材質としては、特に限定されないが、フッ素樹脂等の樹脂が挙げられる。なお、基体254aを設けずに、発熱層254bを基体としてもよい。
離型層254dは、厚さが10〜300μmであることが好ましい。これにより、シート上のフルカラートナー像を定着ベルト254の表層部が十分に包み込むため、フルカラートナー像を均一に加熱溶融することができる。離型層254dの厚さが10μm未満であると、経時耐磨耗性を確保できないことがある。一方、離型層254dの厚さが300μmを超えると、定着ベルト254の熱容量が大きくなって、昇温速度が小さくなることがある。また、定着ベルト254の表面温度が低下しにくくなって、トナーの凝集効果が得られず、トナーが定着ベルト254に付着することがある。
加圧ローラ255は、芯金255aと、芯金255aを被覆する弾性層255bから構成される。芯金255aの材質としては、特に限定されないが、銅、アルミ等の熱伝導性の大きい金属、SUS等が挙げられる。弾性層255bの材質としては、耐熱性及び離型性が大きい弾性材料であれば、特に限定されない。加圧ローラ255は、外径が20〜40mmであって、定着ローラ253と同じであり、肉圧が0.5〜2.0mmであって、定着ローラ253よりも薄い。
加圧ローラ255は、定着ベルト254を介して、定着ローラ253を押圧して定着ニップ領域Nを形成しているが、加圧ローラ255を定着ローラ253よりも硬くすることが好ましい。これにより、加圧ローラ255が定着ローラ253に食い込み、シートは、加圧ローラ255の表面の円周形状に沿うため、シートが定着ベルト254の表面から離れやすくすることができる。
電磁誘導により加熱ローラ252を加熱する誘導加熱手段251は、半円筒形状のコイルガイド板251aに励磁コイル251aが形成されており、コイルガイド板251aは、加熱ローラ252の外周面に近接配置されている。また、励磁コイル251bは、一本の線材をコイルガイド板251bに沿って、加熱ローラ252の軸方向に交互に巻き付けたものである。なお、励磁コイル251bは、発振回路が周波数可変の駆動電源(不図示)に接続されている。また、半円筒形状の励磁コイルコア251cが、支持部材251dに支持された状態で、励磁コイル251bに近接配置されている。励磁コイルコア251cの材質としては、特に限定されないが、フェライト等の強磁性体が挙げられる。
以下、実施例を用いて、本発明をさらに詳細に説明する。なお、本発明は、実施例に限定されるものではない。また、部は、質量部を意味する。
(ポリエステルの合成)
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のエチレンオキサイド2モル付加物67部、ビスフェノールAプロピオンオキサイド3モル付加物84部、テレフタル酸274部及びジブチルスズオキサイド2部を仕込み、常圧下、230℃で8時間反応させた。さらに、10〜15mmHgの減圧下、5時間反応させて、ポリエステル1を得た。ポリエステル1は、数平均分子量が2.1×10、重量平均分子量が5.6×10、ガラス転移点が55℃であった。
なお、ガラス転移点の測定方法を以下に示す。
(ガラス転移点)
TG−DSCシステムTAS−100(理学電機社製)を用いて、ガラス転移点を測定した。具体的には、まず、試料約10mgを入れたアルミニウム製の容器をホルダーユニットに載せ、電気炉中にセットした。次に、昇温速度10℃/分で室温から150℃まで加熱した後、150℃で10分間放置した。さらに、室温まで冷却した後、10分間放置した。次に、窒素雰囲気下、昇温速度10℃/分で150℃まで加熱し、DSC曲線を得た。DSC曲線から、TG−DSCシステムTAS−100システム中の解析システムを用いて、ガラス転移点を求めた。
(マスターバッチの調製)
水1000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1を、ヘンシェルミキサー(三井鉱山社製)を用いて混合した。得られた混合物を、二本ロールを用いて、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)を用いて粉砕して、マスターバッチを得た。
(定着助剤の分散液の調製)
窒素導入管、脱水管、攪拌器及び熱伝対を装備した5Lの四つ口フラスコに、1,4−ブタンジオール1570部、1,11−ドデカンジオール500部、フマル酸2535部、無水トリメリット酸291部及びハイドロキノン4.9部を入れ、常圧下、160℃で5時間反応させた後、200℃まで昇温して1時間反応させた。さらに、8.3kPaの減圧下、1時間反応させて、結晶性ポリエステルを得た。結晶性ポリエステルは、吸う平均分子量が900、重量平均分子量が3.5×10、融点が75℃であった。
結晶性ポリエステル200部、400部のポリエステル1及び酢酸エチル800部を混合し、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、送液速度を1kg/時、ディスクの周速度を6m/秒とし、粒径が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、定着助剤の分散液を得た。
(ポリエステルプレポリマーの合成)
冷却管、撹拌機及び窒素導入管の付いた反応容器中に、ビスフェノールAのエチレンオキサイド2モル付加物682部、ビスフェノールAのプロピレンオキサイド2モル付加物81部、テレフタル酸283部、無水トリメリット酸22部及びジブチルスズオキサイド2部を仕込み、常圧下、230℃で8時間反応させた。さらに、10〜15mHgの減圧下、5時間反応させて、ヒドロキシル基を有するポリエステルを得た。ヒドロキシル基を有するポリエステルは、数平均分子量が2.1×10、重量平均分子量が9.6×10、ガラス転移点が55℃、酸価が0.5mgKOH/g、水酸基価が49mgKOH/gであった。
次に、冷却管、撹拌機及び窒素導入管の付いた反応容器中に、ヒドロキシル基を有するポリエステル411部、イソホロンジイソシアネート89部及び酢酸エチル500部を仕込み、100℃で5時間反応させて、ポリエステルプレポリマーを得た。ポリエステルプレポリマーは、遊離イソシアネート基の含有量が1.6質量%であり、150℃で45分間放置することにより測定される固形分濃度が50質量%であった。
(ケチミンの合成)
撹拌棒及び温度計をセットした反応容器中に、イソホロンジアミン30部及びメチルエチルケトン70部を仕込み、50℃で5時間反応させ、ケチミンを合成した。ケチミンは、アミン価が423mgKOH/gであった。
(樹脂粒子Aの水系分散液の調製)
撹拌棒及び温度計をセットした反応容器に、水683部、メタクリル酸のエチレンオキサイド付加物の硫酸エステルのナトリウム塩エレミノールRS−30(三洋化成工業社製)16部、スチレン83部、メタクリル酸83部、アクリル酸ブチル110部及び過硫酸アンモニウム1部を仕込み、400rpmで15分間撹拌し、白色の乳濁液を得た。次に、乳濁液を75℃まで昇温した後、5時間反応させた。さらに、1質量%過硫酸アンモニウム水溶液30部を添加した後、75℃で5時間熟成し、樹脂粒子Aの水系分散液を得た。樹脂粒子Aは、体積平均粒径が15nmであった。
(樹脂粒子B1の水系分散液の調製)
撹拌棒及び温度計をセットした反応容器に、水683部、塩化ジステアリルジメチルアンモニウムのカチオンDS(花王社製)10部、スチレン121.8部、アクリル酸n−ブチル52.2部及び過硫酸アンモニウム1部を仕込み、400rpmで15分間撹拌し、白色の乳濁液を得た。次に、乳濁液を65℃まで昇温した後、10時間反応させた。さらに、1質量%過硫酸アンモニウム水溶液30部を添加した後、75℃で5時間熟成し、樹脂粒子B1の水系分散液を得た。
(樹脂粒子B2の水系分散液の調製)
スチレン及びアクリル酸n−ブチルの添加量を、それぞれ156.6部及び17.4部とした以外は、樹脂粒子B1の水系分散液と同様にして、樹脂粒子B2の水系分散液を得た。
(樹脂粒子B3の水系分散液の調製)
スチレン及びアクリル酸n−ブチルの添加量を、それぞれ87.0部及び58.0部とし、エチレングリコールジメタクリレート29.0部をさらに添加した以外は、樹脂粒子B1の水系分散液と同様にして、樹脂粒子B3の水系分散液を得た。
(樹脂粒子B4の水系分散液の調製)
スチレン及びアクリル酸n−ブチルの添加量を、それぞれ101.5部及び43.5部とし、エチレングリコールジメタクリレート29.0部をさらに添加した以外は、樹脂粒子B1の水系分散液と同様にして、樹脂粒子B4の水系分散液を得た。
(樹脂粒子B5の水系分散液の調製)
スチレン及びアクリル酸n−ブチルの添加量を、それぞれ130.5部及び14.5部とし、エチレングリコールジメタクリレート29.0部をさらに添加した以外は、樹脂粒子B1の水系分散液と同様にして、樹脂粒子B5の水系分散液を得た。
(樹脂粒子B6の水系分散液の調製)
スチレン及びアクリル酸n−ブチルの添加量を、それぞれ137.8部及び7.3部とし、エチレングリコールジメタクリレート29.0部をさらに添加した以外は、樹脂粒子B1の水系分散液と同様にして、樹脂粒子B6の水系分散液を得た。
(樹脂粒子B7の水系分散液の調製)
スチレン及びアクリル酸n−ブチルの添加量を、それぞれ99.4部及び24.9部とし、エチレングリコールジメタクリレート49.7部をさらに添加した以外は、樹脂粒子B1の水系分散液と同様にして、樹脂粒子B7の水系分散液を得た。
(樹脂粒子B8の水系分散液の調製)
スチレン及びアクリル酸n−ブチルの添加量を、それぞれ65.3部及び43.5部とし、エチレングリコールジメタクリレート65.3部をさらに添加した以外は、樹脂粒子B1の水系分散液と同様にして、樹脂粒子B8の水系分散液を得た。
(樹脂粒子B9の水系分散液の調製)
スチレン及びアクリル酸n−ブチルの添加量を、それぞれ76.1部及び32.6部とし、エチレングリコールジメタクリレート65.3部をさらに添加した以外は、樹脂粒子B1の水系分散液と同様にして、樹脂粒子B9の水系分散液を得た。
(樹脂粒子B10の水系分散液の調製)
スチレン及びアクリル酸n−ブチルの添加量を、それぞれ97.9部及び10.9部とし、エチレングリコールジメタクリレート65.3部をさらに添加した以外は、樹脂粒子B1の水系分散液と同様にして、樹脂粒子B10の水系分散液を得た。
(樹脂粒子B11の水系分散液の調製)
スチレン及びアクリル酸n−ブチルの添加量を、それぞれ103.3部及び5.4部とし、エチレングリコールジメタクリレート65.3部をさらに添加した以外は、樹脂粒子B1の水系分散液と同様にして、樹脂粒子B11の水系分散液を得た。
(樹脂粒子B12の水系分散液の調製)
スチレン及びアクリル酸n−ブチルの添加量を、それぞれ60.9部及び26.1部とし、エチレングリコールジメタクリレート87.0部をさらに添加した以外は、樹脂粒子B1の水系分散液と同様にして、樹脂粒子B12の水系分散液を得た。
(樹脂粒子B13の水系分散液の調製)
スチレン及びアクリル酸n−ブチルの添加量を、それぞれ78.3部及び8.7部とし、エチレングリコールジメタクリレート87.0部をさらに添加した以外は、樹脂粒子B1の水系分散液と同様にして、樹脂粒子B13の水系分散液を得た。
(樹脂粒子B14の水系分散液の調製)
カチオンDS(花王社製)、スチレン及びアクリル酸n−ブチルの添加量を、それぞれ20部、99.4部及び24.9部とし、エチレングリコールジメタクリレート49.7部をさらに添加した以外は、樹脂粒子B1の水系分散液と同様にして、樹脂粒子B14の水系分散液を得た。
(樹脂粒子B15の水系分散液の調製)
カチオンDS(花王社製)、スチレン及びアクリル酸n−ブチルの添加量を、それぞれ3部、99.4部及び24.9部とし、エチレングリコールジメタクリレート49.7部をさらに添加した以外は、樹脂粒子B1の水系分散液と同様にして、樹脂粒子B15の水系分散液を得た。
表1に、樹脂粒子Bの特性を示す。
Figure 2011118175
樹脂粒子Bの体積平均粒径は、レーザー回折/散乱式粒度分布測定装置LA−920(堀場製作所社製)を用いて測定した。また、G'p、Tp、ガラス転移点及び架橋度は、樹脂粒子Bの水系分散液を乾燥させた後、測定した。
なお、120℃における貯蔵弾性率、1回目の昇温時の吸熱開始温度及び架橋度の測定方法を以下に示す。
(120℃における貯蔵弾性率)
直径が20mm、厚さが2.00mmのペレットに成型した試料を、直径が20mmのパラレルプレートに固定し、RheoStress RS50(HAAKE社製)を用いて、粘弾性特性を測定した。なお、測定条件は、温度挿引で、周波数を1Hz(6.28rad/秒)、温度を80〜210℃、歪みを0.1(ひずみ制御)、昇温速度を2.5℃/分とした。粘弾性特性から120℃における貯蔵弾性率を求めた。
(1回目の昇温時の吸熱開始温度)
TG−DSCシステムTAS−100(理学電機社製)を用いて、1回目の昇温時の吸熱開始温度を測定した。具体的には、まず、試料約10mgを入れたアルミニウム製の容器をホルダーユニットに載せ、電気炉中にセットした。次に、昇温速度10℃/分で室温から150℃まで加熱し、DSC曲線を得た。DSC曲線から、TG−DSCシステムTAS−100システム中の解析システムを用いて、吸熱開始温度を求めた。
(架橋度)
ソックスレー抽出装置の円筒濾紙の内部に3gの樹脂粒子Bを入れ、酢酸エチルを12時間沸騰させ、還流抽出することにより抽出した。次に、残留した不溶物を乾燥した後、精秤し、架橋度を算出した。
[比較例1]
(第一の液の調製)
ビーカー内に、ポリエステルプレポリマー20部、90部のポリエステル1及び酢酸エチル130部を入れて攪拌し、溶解させた。次に、定着助剤の分散液70部、分子量が1800、酸価が2.5mgKOH/g、40℃における針入度が1.5mmのカルナウバワックス10部及びマスターバッチ10部を添加し、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、送液速度を1kg/時、ディスクの周速度を6m/秒として、粒径が0.5mmのジルコニアビーズを80体積%充填した条件で3パスした。さらに、ケチミン2.7部を添加して、攪拌し、第一の液を調製した。
(水系媒体の調製)
水660部、樹脂粒子Aの水系分散液25部、ドデシルジフェニルエーテルジスルホン酸ナトリウムの48.5質量%水溶液エレミノールMON−7(三洋化成工業社製)25部及び酢酸エチル60部を混合撹拌した。さらに、樹脂粒子B1の水系分散液50部を添加し、乳白色の水系媒体を得た。
(第二の液の調製)
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、12000rpmで混合した後、第一の液100部を添加し、12000rpmで10分間混合して、第二の液を得た。
(有機溶媒の除去)
脱気用配管、攪拌機及び温度計をセットしたフラスコに、第二の液100部を仕込み、攪拌周速20m/分で攪拌しながら、減圧下、30℃で12時間有機溶媒を除去し、スラリーを得た。
(加熱)
得られたスラリーを60℃まで昇温した。
(洗浄・乾燥・分級)
加熱したスラリーを減圧濾過した後、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(特殊機化工業社製)を用いて、12000rpmで10分間混合し、減圧濾過した。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(特殊機化工業社製)を用いて、12000rpmで10分間混合し、減圧濾過する操作を3回行った。
得られた濾過ケーキを、順風乾燥機を用いて、45℃で48時間乾燥した後、目開きが75μmであるメッシュで篩い、母体粒子を得た。
(外添処理)
母体粒子100部、平均粒径が100nmの疎水性シリカ0.6部、平均粒径が20nmの酸化チタン1.0部及び平均粒径が15nmの疎水性シリカ0.8部を、ヘンシェルミキサーを用いて混合し、トナーを得た。
[比較例2]
樹脂粒子B1の水系分散液の代わりに、樹脂粒子B2の水系分散液を用いた以外は、比較例1と同様にして、トナーを得た。
[比較例3]
樹脂粒子B1の水系分散液の代わりに、樹脂粒子B3の水系分散液を用いた以外は、比較例1と同様にして、トナーを得た。
[実施例1]
樹脂粒子B1の水系分散液の代わりに、樹脂粒子B4の水系分散液を用いた以外は、比較例1と同様にして、トナーを得た。
[実施例2]
樹脂粒子B1の水系分散液の代わりに、樹脂粒子B5の水系分散液を用いた以外は、比較例1と同様にして、トナーを得た。
[比較例4]
樹脂粒子B1の水系分散液の代わりに、樹脂粒子B6の水系分散液を用いた以外は、比較例1と同様にして、トナーを得た。
[実施例3]
樹脂粒子B1の水系分散液の代わりに、樹脂粒子B7の水系分散液を用いた以外は、比較例1と同様にして、トナーを得た。
[比較例5]
樹脂粒子B1の水系分散液の代わりに、樹脂粒子B8の水系分散液を用いた以外は、比較例1と同様にして、トナーを得た。
[実施例4]
樹脂粒子B1の水系分散液の代わりに、樹脂粒子B9の水系分散液を用いた以外は、比較例1と同様にして、トナーを得た。
[実施例5]
樹脂粒子B1の水系分散液の代わりに、樹脂粒子B10の水系分散液を用いた以外は、比較例1と同様にして、トナーを得た。
[比較例6]
樹脂粒子B1の水系分散液の代わりに、樹脂粒子B11の水系分散液を用いた以外は、比較例1と同様にして、トナーを得た。
[比較例7]
樹脂粒子B1の水系分散液の代わりに、樹脂粒子B12の水系分散液を用いた以外は、比較例1と同様にして、トナーを得た。
[比較例8]
樹脂粒子B1の水系分散液の代わりに、樹脂粒子B13の水系分散液を用いた以外は、比較例1と同様にして、トナーを得た。
[比較例9]
ポリエステルプレポリマー及びポリエステル1の添加量を、それぞれ0部及び100部とした以外は、実施例1と同様にして、トナーを得た。
[実施例6]
ポリエステルプレポリマー及びポリエステル1の添加量を、それぞれ10部及び95部とした以外は、実施例3と同様にして、トナーを得た。
[実施例7]
ポリエステルプレポリマー及びポリエステル1の添加量を、それぞれ30部及び85部とした以外は、実施例5と同様にして、トナーを得た。
[比較例10]
ポリエステルプレポリマー及びポリエステル1の添加量を、それぞれ50部及び75部とした以外は、実施例5と同様にして、トナーを得た。
[比較例11]
ポリエステルプレポリマー及びポリエステル1の添加量を、それぞれ20部及び90部とした以外は、実施例3と同様にして、トナーを得た。
[実施例8]
樹脂粒子B7の水系分散液の添加量を75部とした以外は、実施例3と同様にして、トナーを得た。
[実施例9]
樹脂粒子B7の水系分散液の添加量を75部とした以外は、実施例3と同様にして、トナーを得た。
[実施例10]
樹脂粒子B1の水系分散液の代わりに、樹脂粒子B14の水系分散液を用いた以外は、比較例1と同様にして、トナーを得た。
[実施例11]
樹脂粒子B1の水系分散液の代わりに、樹脂粒子B15の水系分散液を用いた以外は、比較例1と同様にして、トナーを得た。
表2に、トナーの特性を示す。
Figure 2011118175
なお、TEMを用いて、エポキシ樹脂に包埋したトナーの断面を観察したところ、実施例1〜7、10、11のトナーは、母体粒子の表面に、樹脂粒子Bが均一に存在していた。一方、実施例8、9のトナーは、母体粒子の表面に、互いに接触している樹脂粒子Bからなる層が形成されており、実施例9のトナーは、樹脂粒子Bからなる層が積層されていた。
(キャリアの作製)
固形分が50質量%のアクリル樹脂溶液21部、固形分が70質量%のグアナミン溶液6.4部、平均粒径が0.3μm、体積固有抵抗が1×1014Ω・cmのアルミナ粒子7.6部、固形分が23質量%のシリコーン樹脂溶液SR2410(東レ・ダウコーニング・シリコーン社製)65部、アミノシランSH6020(東レ・ダウコーニング・シリコーン社製)1.0部、トルエン60部及びブチルセロソルブ60部を、ホモミキサーを用いて10分間分散させ、被覆層用塗布液を得た。
平均粒径が25μmの焼成フェライト粉(MgO)1.8(MnO)49.5(Fe48.0に、スピラコーター(岡田精工社製)を用いて、被覆層用塗布液を塗布した後、乾燥した。次に、電気炉中、150℃で1時間放置して焼成した後、冷却し、目開きが106μmである篩を用いて解砕し、キャリアを得た。得られたキャリアは、重量平均粒径が35μmであり、被覆層の厚さが0.15μmであった。
なお、被覆層の厚さ及び重量平均粒径の測定方法を以下に示す。
(被覆層の厚さ)
透過型電子顕微鏡を用いて、キャリアの断面を観察することにより、被覆層の厚さを測定し、平均した。
(重量平均粒径)
マイクロトラック粒度分析計モデルHRA9320−X100(Honewell社製)を用いて、重量平均粒径を測定した。なお、粒径範囲を8〜100μm、チャネル長さ(チャネル幅)を2μm、チャネル数を46、屈折率を2.42とした。
(現像剤の作製)
容器が転動して攪拌される型式のターブラミキサーを用いて、キャリア100部及びトナー7部を均一に混合して、現像剤を得た。
表3に、現像剤の評価結果を示す。
Figure 2011118175
表3より、実施例のトナーは、転写効率が優れることがわかる。
なお、転写効率、定着下限温度、定着上限温度及び保存性の評価方法を以下に示す。
(転写効率)
imagio MP C4500(リコー社製)の線速度及び転写時間を調整できるようにチューニングした評価機を用いて、A4用紙に、トナーの付着量が0.6mg/cmのベタパターンを出力するランニング試験を行った。1万枚及び10万枚出力した後、一次転写における転写効率を式
(中間転写体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
により求めた。なお、転写効率が90%以上である場合を◎、85%以上90%未満である場合を○、80%以上85%未満である場合を△、80%未満である場合を×として、判定した。
(定着下限温度)
フルカラー複合機Imagio NeoC600Pro(リコー社製)の定着部を改造し、温度及び線速を調整できるようにした定着装置を用いて、普通紙タイプ6000<70W>(リコー社製)及び厚紙の複写印刷用紙<135>(リコー社製)に、トナー付着量が0.85±0.1mg/cmのベタ画像を、加熱ローラの温度を変えて定着させた。定着させたベタ画像をパットで擦った後の画像濃度の残存率が70%以上となる加熱ローラの温度を定着下限温度とした。なお、定着下限温度が120℃未満である場合を◎、120℃以上140℃未満である場合を○、140℃以上160℃未満である場合を△、160℃以上である場合を×として、判定した。
(定着上限温度)
フルカラー複合機Imagio NeoC600Pro(リコー社製)の定着部を改造し、温度及び線速を調整できるようにした定着装置を用いて、普通紙タイプ6000<70W>(リコー社製)及び厚紙の複写印刷用紙<135>(リコー社製)に、トナー付着量が0.85±0.3mg/cmのイエロー、マゼンタ、シアン及びブラックの単色のベタ画像を、加熱ローラの温度を変えて定着させた。ホットオフセットの発生する加熱ローラの温度を定着上限温度とした。なお、定着上限温度が210℃以上である場合を◎、190℃以上210℃未満である場合を○、170℃以上190℃未満である場合を△、170℃未満である場合を×として、判定した。
(トナー保存性)
30mlのスクリューバイアルにトナー10gを仕込んだ後、振動させ、トナーを充填した。次に、スクリューバイアルを密閉した後、50℃で24時間保存した。なお、容器を逆さにしただけで全量粉体として取り出せる場合を◎、全量取り出せるが、一部ブロックとなっている場合を○、一部取り出せる場合を△、全量固化して取り出せない場合を×として、判定した。
A 母体粒子
B ポリエステルを含む粒子
C 粒子からなる層
10 感光体ドラム
15 帯電装置
20 現像装置
21 露光装置
22 二次転写装置
30 クリーニング装置
40 一次転写装置
50 中間転写ベルト
100 画像形成装置
特開2007−233169号公報

Claims (8)

  1. 結着樹脂と、定着助剤を含む母体粒子の表面に、樹脂を含む粒子が存在する、又は、該粒子からなる層が形成されているトナーであって、
    120℃における貯蔵弾性率及び1回目の昇温時の吸熱開始温度を、それぞれG't[Pa]及びTt[℃]、前記粒子の120℃における貯蔵弾性率及び1回目の昇温時の吸熱開始温度を、それぞれG'p[Pa]及びTp[℃]とすると、式
    500<G't<1×10
    1<G'p/G't<100
    5<Tp−Tt<30
    を満たし、
    前記結着樹脂は、ポリエステル及び/又は活性水素基を有する化合物と、活性水素基と反応することが可能な官能基を有するポリエステルプレポリマーを反応させた変性ポリエステルを含み、
    前記定着助剤は、結晶性ポリエステルであり、
    前記粒子は、スチレン、アクリル酸エステル及びメタクリル酸エステルの少なくとも一つを重合した重合体を含むことを特徴とするトナー。
  2. 前記粒子は、ガラス転移点が50℃以上120℃以下であることを特徴とする請求項1に記載のトナー。
  3. 前記粒子は、架橋度が5質量%以上80質量%以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載のトナー。
  4. トナーを製造する方法であって、
    結着樹脂及び/又は結着樹脂の前駆体と、定着助剤を含むトナー材料を有機溶媒中に溶解又は分散させて第一の液を調製する工程と、該第一の液を水系媒体中に乳化又は分散させて第二の液を調製する工程と、該第二の液から前記有機溶媒を除去する工程を有し、
    前記第二の液を調製する際に、前記水系媒体に樹脂を含む粒子の水系分散液を添加し、
    120℃における前記トナーの貯蔵弾性率及び1回目の昇温時の吸熱開始温度を、それぞれG't[Pa]及びTt[℃]、前記粒子の120℃における貯蔵弾性率及び1回目の昇温時の吸熱開始温度を、それぞれG'p[Pa]及びTp[℃]とすると、式
    500<G't<1×10
    1<G'p/G't<100
    5<Tp−Tt<30
    を満たし、
    前記結着樹脂は、ポリエステルを含み、
    前記結着樹脂の前駆体は、活性水素基と反応することが可能な官能基を有するポリエステルプレポリマーを含み、
    前記定着助剤は、結晶性ポリエステルであり、
    前記粒子は、スチレン、アクリル酸エステル及びメタクリル酸エステルの少なくとも一つを重合した重合体を含むことを特徴とするトナーの製造方法。
  5. 前記有機溶媒が除去された第二の液を前記結着樹脂のガラス転移点以上前記粒子のガラス転移点以下の温度に加熱する工程をさらに有することを特徴とする請求項4に記載のトナーの製造方法。
  6. 前記粒子は、体積平均粒径が50nm以上500nm以下であることを特徴とする請求項4又は5に記載のトナーの製造方法。
  7. 請求項1乃至3のいずれか一項に記載のトナーを有することを特徴とする現像剤。
  8. 感光体を帯電させる工程と、
    該帯電した感光体に露光して静電潜像を形成する工程と、
    該感光体に形成された静電潜像を、請求項7に記載の現像剤を用いて現像してトナー像を形成する工程と、
    該感光体に形成されたトナー像を被転写体に転写する工程を有することを特徴とする画像形成方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102854763A (zh) * 2011-06-28 2013-01-02 柯尼卡美能达商用科技株式会社 静电荷图像显影用调色剂
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JP2015184465A (ja) * 2014-03-24 2015-10-22 富士ゼロックス株式会社 静電荷像現像用トナー、静電荷像現像剤、トナーカートリッジ、プロセスカートリッジ、画像形成装置、及び画像形成方法
JP2015187715A (ja) * 2014-03-10 2015-10-29 三洋化成工業株式会社 トナーの製造方法及びトナー
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