JP2014077987A - トナー、現像剤、画像形成装置及びプロセスカートリッジ - Google Patents

トナー、現像剤、画像形成装置及びプロセスカートリッジ Download PDF

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Abstract

【課題】本発明の一態様は、低温定着性に優れ、トナー飛散及び地汚れの発生を抑制することが可能なトナーを提供することを目的とする。
【解決手段】本発明の一態様は、結晶性樹脂及び非結晶性樹脂を含むトナーであって、走査型電子顕微鏡を用いて撮影される、四酸化ルテニウムにより染色されているトナーの断面の反射電子像における、四酸化ルテニウムにより染色されている領域の割合が50面積%以上80面積%以下であり、走査型電子顕微鏡を用いて撮影される、四酸化ルテニウムにより染色されているトナーの表面の反射電子像における、四酸化ルテニウムにより染色されている領域の割合が10面積%以上40面積%以下である。
【選択図】なし

Description

本発明は、トナー、現像剤、画像形成装置及びプロセスカートリッジに関する。
電子写真法による画像形成は、一般に、感光体上に静電潜像を形成し、現像剤を用いて静電潜像を現像してトナー像を形成した後、トナー像を紙等の記録媒体に転写して定着させるという一連のプロセスにより行われる。
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、トナーとキャリアからなる二成分現像剤が知られている。
トナー像を定着させる方式としては、エネルギー効率の良さから、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させる加熱ヒートローラ方式が一般に用いられている。
しかしながら、加熱ヒートローラ方式の場合、トナー像を定着させるために、多大な電力が必要となるという問題がある。
このため、トナーの低温定着性を向上させることが求められている。
特許文献1には、着色剤、結着樹脂及び離型剤を含有し、結着樹脂は、2種類のポリエステル樹脂A、Bを含有する画像形成用トナーが開示されている。このとき、ポリエステル樹脂Aは、粉末X線回折パターンにおいて、2θ=20°〜25°の位置に少なくとも1つの回折ピークが存在する結晶性脂肪族ポリエステル樹脂からなり、ポリエステル樹脂Bは、ポリエステルAの軟化温度〔T(F1/2)〕よりも高い軟化温度〔T(F1/2)〕を有する非結晶性ポリエステル樹脂からなる。また、ポリエステル樹脂Aとポリエステル樹脂Bとは相互に非相溶性である。
しかしながら、トナー飛散及び地汚れの発生を抑制することが望まれている。
本発明の一態様は、上記従来技術が有する問題に鑑み、低温定着性に優れ、トナー飛散及び地汚れの発生を抑制することが可能なトナーを提供することを目的とする。
本発明の一態様は、走査型電子顕微鏡を用いて撮影される、四酸化ルテニウムにより染色されている当該トナーの断面の反射電子像における、該四酸化ルテニウムにより染色されている領域の割合が50面積%以上80面積%以下であり、走査型電子顕微鏡を用いて撮影される、四酸化ルテニウムにより染色されている当該トナーの表面の反射電子像における、該四酸化ルテニウムにより染色されている領域の割合が10面積%以上40面積%以下である。
本発明の一態様によれば、低温定着性に優れ、トナー飛散及び地汚れの発生を抑制することが可能なトナーを提供することができる。
トナーの表面の反射電子像の一例である。 トナーの断面の反射電子像の一例である。 現像装置の一例を示す概略図である。 プロセスカートリッジの一例を示す概略図である。
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。
トナーは、結晶性樹脂及び非結晶性樹脂を含む。
走査型電子顕微鏡を用いて撮影される、四酸化ルテニウムにより染色されているトナーの断面の反射電子像における、四酸化ルテニウムにより染色されている領域の割合は、50〜80面積%であり、60〜75面積%であることが好ましい。トナーの断面の反射電子像における、四酸化ルテニウムにより染色されている領域の割合が50面積%未満であると、トナー飛散及び地汚れが発生し、80面積%を超えると、トナーの低温定着性が低下する。
なお、トナーに含まれる非結晶性樹脂は、四酸化ルテニウムにより選択的に染色されるため、トナーの断面の反射電子像の四酸化ルテニウムにより染色されている領域の割合を求めることにより、トナー中の非結晶性樹脂の含有量を求めることができる。トナーの断面の反射電子像における、四酸化ルテニウムにより染色されている領域の割合が大きくなれば、トナー中の非結晶性樹脂の含有量が多くなる。
走査型電子顕微鏡を用いて撮影される、四酸化ルテニウムにより染色されているトナーの表面の反射電子像における、四酸化ルテニウムにより染色されている領域の割合は、10〜40面積%であり、20〜30面積%であることが好ましい。トナーの表面の反射電子像における、四酸化ルテニウムにより染色されている領域の割合が10面積%未満であると、トナー飛散及び地汚れが発生し、40面積%を超えると、トナーの低温定着性が低下する。
なお、トナーに含まれる非結晶性樹脂は、四酸化ルテニウムにより選択的に染色されるため、トナーの表面の反射電子像の四酸化ルテニウムにより染色されている領域の割合を求めることにより、トナーの表面近傍における非結晶性樹脂の含有量を求めることができる。トナーの断面の反射電子像における、四酸化ルテニウムにより染色されている領域の割合が大きくなれば、トナーの表面近傍における非結晶性樹脂の含有量が多くなる。
ここで、走査型電子顕微鏡を用いて、トナーの表面の反射電子像を撮影すると、トナーの表面から数十nmの近傍を観察することができる。
トナーに含まれる非結晶性樹脂を四酸化ルテニウムにより染色する方法としては、特に限定されないが、トナーを四酸化ルテニウム水溶液に浸漬する方法、トナーを四酸化ルテニウム水溶液の蒸気雰囲気に曝す方法等が挙げられる。
なお、トナーの断面及び表面の反射電子像における、四酸化ルテニウムにより染色されている領域の割合は、画像処理により算出することができる。
図1に、トナーの表面の反射電子像の一例を示す。図中、白色部は、四酸化ルテニウムにより染色されている領域である。ここで、四酸化ルテニウムにより染色されている領域は、電子を透過しにくくなるため、白く写る。
図1から、トナーは、表面近傍における結晶性樹脂の含有量が多いことがわかる。
図2に、トナーの断面の反射電子像の一例を示す。図中、白色部は、四酸化ルテニウムにより染色されている領域である。ここで、四酸化ルテニウムにより染色されている領域は、電子を透過しにくくなるため、白く写る。
図2から、トナー中の非結晶性樹脂の含有量が多いことがわかる。
以上のように、トナーは、非結晶性樹脂の含有量が多い一方で、表面近傍における結晶性樹脂の含有量が多い。これにより、トナーの帯電量が低下することによるトナー飛散及び地汚れの発生を伴わずに、低温定着性を向上させることができる。
なお、結晶性樹脂及び非結晶性樹脂を含む組成物を混錬する際に、混練機のローラの回転数を制御することにより、トナーの表面近傍における結晶性樹脂と非結晶性樹脂の存在比を変化させることができる。具体的には、ローラの回転数を大きくすることにより、トナーの表面近傍における結晶性樹脂の含有量を多くすることができる。また、結晶性樹脂の重量平均分子量が大きくなる程、結晶性樹脂と非結晶性樹脂の相分離が進み、トナーの表面近傍における結晶性樹脂の含有量が多くなる。
結晶性樹脂の重量平均分子量を大きくする方法としては、特に限定されないが、ウレタン結合を導入する方法等が挙げられる。
飛行時間型二次イオン質量分析法(TOF−SIMS)を用いて測定される、非結晶性樹脂由来の二次イオンに対する結晶性樹脂由来の二次イオンの検出強度の比は、0.1以下であることが好ましい。非結晶性樹脂由来の二次イオンに対する結晶性樹脂由来の二次イオンの検出強度の比が0.1を超えると、トナー飛散及び地汚れが発生することがある。
TOF−SIMSを用いると、トナーの表面から1〜2nmの近傍を分析することができ、走査型電子顕微鏡と比較して、よりトナーの表面近傍を分析することができる。
TOF−SIMSにより結晶性樹脂及び非結晶性樹脂由来の二次イオンの検出強度を算出するためには、トナーに含まれる結晶性樹脂及び非結晶性樹脂の構成単位を同定する必要がある。トナーに含まれる結晶性樹脂及び非結晶性樹脂の構成単位は、GC−MS及びNMRを用いて、分析することができる。また、X線回折スペクトルから、結晶化度を求めることにより、結晶性樹脂と非結晶性樹脂の比率を算出することができる。このとき、トナーに含まれる結晶性樹脂及び非結晶性樹脂の構成単位は、結晶性樹脂と非結晶性樹脂の比率に合致するかどうかで判断することができる。
なお、結晶性樹脂由来の二次イオンの検出強度は、結晶性樹脂の重量平均分子量が大きくなる程、小さくなる傾向にある。
結晶性樹脂は、融点において結晶転移を起こすと同時に、固体状態から急激に溶融粘度が低下し、記録媒体への定着機能を発現する。
一方、非晶性樹脂は、ガラス転移点から徐々に溶融粘度が低下し、ガラス転移点と、定着機能を発現する程度に溶融粘度が低下する温度、例えば、軟化温度との間には数十℃の差がある。
したがって、非結晶性樹脂を含み、結晶性樹脂を含まないトナーの低温定着性を向上させるためには、非結晶性樹脂のガラス転移点を低下させたり、分子量を低下させたりして、軟化温度を低下させる必要があるが、耐熱保存性や耐ホットオフセット性が不十分になりやすい。
そこで、結晶性樹脂と非結晶性樹脂とを組み合わせることにより、耐熱保存性や耐ホットオフセット性の低下を伴わずに、低温定着性を向上させることができる。
トナーは、結晶性樹脂と非結晶性樹脂が相分離状態で存在することから、低温定着性が優れ、トナー飛散及び地汚れの発生を抑制することができる。即ち、トナーでは、結晶性樹脂と非結晶性樹脂が相分離状態で存在することから、結晶性樹脂と非結晶性樹脂は、それぞれの固有の特性を発現する。非結晶性樹脂は、トナー飛散及び地汚れの発生を抑制し、一方、結晶性樹脂は低温定着性を向上させる。
トナー中において、結晶性樹脂と非結晶性樹脂が相分離状態で存在することは、以下に示す方法により確認することができる。
(1)トナーのDSCの1回目の昇温による吸熱ピーク
トナーのDSCの1回目の昇温による吸熱ピークを測定すると、非結晶性樹脂及び結晶性樹脂にそれぞれ帰属される吸熱ピークが存在する。非結晶性樹脂に帰属される吸熱ピークが40〜70℃にピークトップを有し、結晶性樹脂に帰属される吸熱ピークが60〜80℃にピークトップを有する。
(2)トナーのX線回折スペクトル
トナーのX線回折スペクトルを測定すると、結晶性樹脂に帰属される回折ピークが2θ=20〜25°に存在する。
トナーの体積固有抵抗は、通常、1010.7〜1011.2Ω・cmであり、1010.9〜1011.15Ω・cmであることが好ましい。トナーの体積固有抵抗が1010.7Ω・cm未満であると、トナー飛散及び地汚れが発生することがあり、1011.2Ω・cmを超えると、画像の濃度が低下することがある。
なお、トナーの体積固有抵抗は、トナーをプレスして得られるペレットの体積固有抵抗である。
このとき、トナー中の結晶性樹脂の含有量が少ない程、又は、混錬時のシェアが大きい程、トナーの体積固有抵抗が大きくなる。
トナーは、通常、結晶性樹脂を含む海及び非結晶性樹脂を含む島を有する海島構造が形成されている。
なお、海島構造は、透過型電子顕微鏡を用いて、トナーの断面を観察することにより確認することができる。このとき、四酸化ルテニウムを用いて、非結晶性樹脂を染色すると、コントラストを付けることができる。
結晶性樹脂としては、特に限定されないが、結晶性ポリエステル、結晶性ポリウレタン、結晶性ポリウレア、結晶性ポリアミド、結晶性ポリエーテル、結晶性ビニル樹脂、結晶性ウレタン変性ポリエステル、結晶性ウレア変性ポリエステル等が挙げられ、二種以上併用してもよい。中でも、主鎖にウレタン結合及び/又はウレア結合を有する結晶性樹脂が好ましい。主鎖にウレタン結合及び/又はウレア結合を有する結晶性樹脂は、非結晶性樹脂と非相溶性となるため、海島構造を形成する。また、主鎖にウレタン結合及び/又はウレア結合を有する結晶性樹脂は、ウレタン結合及び/又はウレア結合を有することにより硬度が高くなる。その結果、トナーは、結晶性樹脂の間に存在する非結晶性樹脂の部分で粉砕されやすくなり、表面近傍に結晶性樹脂が存在するが、表面は非結晶性樹脂で覆われる。
主鎖にウレタン結合及び/又はウレア結合を有する結晶性樹脂としては、結晶性ポリウレタン、結晶性ポリウレア、結晶性ウレタン変性ポリエステル、結晶性ウレア変性ポリエステル等が挙げられる。
結晶性ウレタン変性ポリエステルは、結晶性ポリエステルの末端にイソシアネート基を導入した後、ポリオールと反応させることにより合成することができる。
結晶性ウレア変性ポリエステルは、結晶性ポリエステルの末端にイソシアネート基を導入した後、ポリアミンと反応させることにより合成することができる。
結晶性ポリエステルは、ポリオールとポリカルボン酸を重縮合する、ラクトンを開環重合する、ヒドロキシカルボン酸を重縮合する、又は、ヒドロキシカルボン酸の2分子間又は3分子間の脱水縮合物に相当する炭素数が4〜12の環状エステルを開環重合することにより合成することができる。中でも、ジオールとジカルボン酸の重縮合物が好ましい。
ポリオールとしては、ジオールを単独で用いてもよいし、ジオールと3価以上のアルコールを併用してもよい。
ジオールとしては、特に限定されないが、直鎖型脂肪族ジオール、分岐型脂肪族ジオール等の脂肪族ジオール;炭素数が4〜36のアルキレンエーテルグリコール;炭素数が4〜36の脂環式ジオール;脂環式ジオールの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付加物(付加モル数1〜30);ビスフェノール類の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付加物(付加モル数2〜30);ポリラクトンジオール;ポリブタジエンジオール;カルボキシル基を有するジオール、スルホン酸基又はスルファミン酸基を有するジオール及びこれらの塩等のその他の官能基を有するジオール等が挙げられ、二種以上併用してもよい。中でも、主鎖の炭素数が2〜36の脂肪族ジオールが好ましく、主鎖の炭素数が2〜36の直鎖型脂肪族ジオールがさらに好ましい。
ジオール中の直鎖型脂肪族ジオールの含有量は、通常、80mol%以上であり、90mol%以上であることが好ましい。ジオール中の直鎖型脂肪族ジオールの含有量が80mol%未満であると、トナーの低温定着性及び耐熱保存性を両立させるのが困難になることがある。
主鎖の炭素数が2〜36の直鎖型脂肪族ジオールとしては、エチレングリコール、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,7−ヘプタンジオール、1,8−オクタンジオール、1,9−ノナンジオール、1,10−デカンジオール、1,11−ウンデカンジオール、1,12−ドデカンジオール、1,13−トリデカンジオール、1,14−テトラデカンジオール、1,18−オクタデカンジオール、1,20−エイコサンジオール等が挙げられる。中でも、エチレングリコール、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,9−ノナンジオール、1,10−デカンジオールが好ましい。
主鎖の炭素数が2〜36の分岐型脂肪族ジオールとしては、1,2−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、オクタンジオール、デカンジオール、ドデカンジオール、テトラデカンジオール、ネオペンチルグリコール、2,2−ジエチル−1,3−プロパンジオール等が挙げられる。
炭素数が4〜36のアルキレンエーテルグリコールとしては、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エーテルグリコール等が挙げられる。
炭素数が4〜36の脂環式ジオールとしては、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等が挙げられる。
ビスフェノール類としては、ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールS等が挙げられる。
ポリラクトンジオールとしては、ポリ(ε−カプロラクトンジオール)等が挙げられる。
カルボキシル基を有するジオールとしては、2,2−ジメチロールプロピオン酸、2,2−ジメチロールブタン酸、2,2−ジメチロールヘプタン酸、2,2−ジメチロールオクタン酸等の炭素数が6〜24のジアルキロールアルカン酸等が挙げられる。
スルホン酸基又はスルファミン酸基を有するジオールとしては、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)スルファミン酸、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)スルファミン酸のプロピレンオキサイド2モル付加物等のN,N−ビス(2−ヒドロキシアルキル)スルファミン酸(アルキル基の炭素数1〜6)及びその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付加物(付加モル数1〜6);ビス(2−ヒドロキシエチル)ホスフェート等が挙げられる。
カルボキシル基を有するジオール、スルホン酸基又はスルファミン酸基を有するジオールの塩の中和に用いられる塩基としては、トリエチルアミン等の炭素数が3〜30の3級アミン、水酸化ナトリウム等のアルカリ金属の水酸化物等が挙げられる。
中でも、炭素数が2〜12のアルキレングリコール、カルボキシル基を有するジオール、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い。
3価以上のポリオールとしては、特に限定されないが、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、ソルビタン、ポリグリセリン等のアルカンポリオール及びその分子内又は分子間脱水物;ショ糖、メチルグルコシド等の糖類及びその誘導体等の炭素数が3〜36の多価脂肪族アルコール;トリスフェノールPA等のトリスフェノール類のアルキレンオキサイド付加物(付加モル数2〜30);フェノールノボラック、クレゾールノボラック等のノボラック樹脂のアルキレンオキサイド付加物(付加モル数2〜30);ヒドロキシエチル(メタ)アクリレートと他のビニル系モノマーの共重合体等のアクリルポリオール等が挙げられる。中でも、3価以上の多価脂肪族アルコール及びノボラック樹脂のアルキレンオキサイド付加物が好ましく、ノボラック樹脂のアルキレンオキサイド付加物がさらに好ましい。
ポリカルボン酸としては、ジカルボン酸を単独で用いてもよいし、ジカルボン酸と3価以上のカルボン酸を併用してもよい。
ジカルボン酸としては、特に限定されないが、直鎖型脂肪族ジカルボン酸、分岐型脂肪族ジカルボン酸等の脂肪族ジカルボン酸;芳香族ジカルボン酸等が挙げられる。中でも、直鎖型脂肪族ジカルボン酸が好ましい。
脂肪族ジカルボン酸としては、コハク酸、アジピン酸、セバシン酸、アゼライン酸、ドデカンジカルボン酸、オクタデカンジカルボン酸、デシルコハク酸等の炭素数が4〜36のアルカンジカルボン酸;ドデセニルコハク酸、ペンタデセニルコハク酸、オクタデセニルコハク酸等のアルケニルコハク酸、マレイン酸、フマル酸、シトラコン酸等の炭素数が4〜36のアルケンジカルボン酸;ダイマー酸(2量化リノール酸)等の炭素数が6〜40の脂環式ジカルボン酸等が挙げられる。
芳香族ジカルボン酸としては、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、t−ブチルイソフタル酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸、4,4'−ビフェニルジカルボン酸等の炭素数が8〜36の芳香族ジカルボン酸等が挙げられる。
3価以上のカルボン酸としては、特に限定されないが、トリメリット酸、ピロメリット酸等の炭素数が9〜20の芳香族ポリカルボン酸等が挙げられる。
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の炭素数が1〜4のアルキルエステルを用いてもよい。
中でも、脂肪族ジカルボン酸を単独で用いることが好ましく、アジピン酸、セバシン酸、ドデカンジカルボン酸、テレフタル酸、イソフタル酸を単独で用いることがさらに好ましい。このとき、脂肪族ジカルボン酸と、芳香族ジカルボン酸を併用することも好ましく、脂肪族ジカルボン酸と、テレフタル酸、イソフタル酸、t−ブチルイソフタル酸を併用することもさらに好ましい。
ポリカルボン酸中の芳香族ジカルボン酸の含有量は、20mol%以下であることが好ましい。
ラクトンとしては、特に限定されないが、β−プロピオラクトン、γ−ブチロラクトン、δ−バレロラクトン、ε−カプロラクトン等の炭素数が3〜12のモノラクトン等が挙げられる。中でも、ε−カプロラクトンが好ましい。
ラクトンを開環重合する際に、金属酸化物、有機金属化合物等の触媒を用いてもよいし、開始剤として、エチレングリコール、ジエチレングリコール等のジオールを用いてもよい。
ラクトンの開環重合物の市販品としては、PLACCELシリーズのH1P、H4、H5、H7(ダイセル社製)等が挙げられる。
重縮合に用いられるヒドロキシカルボン酸としては、特に限定されないが、グリコール酸、乳酸(L体、D体、ラセミ体等)等が挙げられる。
環状エステルに用いられるヒドロキシカルボン酸としては、特に限定されないが、グリコリド、ラクチド(L体、D体、ラセミ体等)等が挙げられる。中でも、L−ラクチド、D−ラクチドが好ましい。
環状エステルを開環重合する際に、金属酸化物、有機金属化合物等の触媒を用いてもよい。
ヒドロキシカルボン酸を重縮合物又は環状エステルを開環重合物の末端がヒドロキシル基又はカルボキシル基となるように変性することにより、ポリエステルジオール又はポリエステルジカルボン酸を合成することができる。
結晶性ポリウレタンは、ポリオールとポリイソシアネートを重付加することにより合成することができる。中でも、ジオールとジイソシアネートの重付加物が好ましい。
ポリオールとしては、ジオールを単独で用いてもよいし、ジオールと3価以上のアルコールを併用してもよい。
ポリオールとしては、結晶性ポリエステルと同様のものを用いることができる。
ポリイソシアネートとしては、ジイソシアネートを単独で用いてもよいし、ジイソシアネートと3価以上のイソシアネートを併用してもよい。
ジイソシアネートとしては、特に限定されないが、芳香族ジイソシアネート、脂肪族ジイソシアネート、脂環式ジイソシアネート、芳香脂肪族ジイソシアネート等が挙げられる。中でも、イソシアネート基の炭素を除く炭素数が6〜20の芳香族ジイソシアネート、イソシアネート基の炭素を除く炭素数が2〜18の脂肪族ジイソシアネート、イソシアネート基の炭素を除く炭素数が4〜15の脂環式ジイソシアネート、イソシアネート基の炭素を除く炭素数が8〜15の芳香脂肪族ジイソシアネート、ジイソシアネートのウレタン基、カルボジイミド基、アロファネート基、ウレア基、ビューレット基、ウレトジオン基、ウレトイミン基、イソシアヌレート基、オキサゾリドン基等を有する変性物等が挙げられ、二種以上併用してもよい。
芳香族ジイソシアネートとしては、1,3−フェニレンジイソシアネート、1,4−フェニレンジイソシアネート、2,4−トリレンジイソシアネート、2,6−トリレンジイソシアネート、粗製トリレンジイソシアネート、2,4'−ジフェニルメタンジイソシアネート、4,4'−ジフェニルメタンジイソシアネート、粗製ジフェニルメタンジイソシアネート(粗製ビス(アミノフェニル)メタン(ホルムアルデヒドと芳香族アミン(アニリン)又はその混合物との縮合物)のホスゲン化物;ビス(アミノフェニル)メタンと少量(例えば、5〜20質量%)の3官能以上のアミンとの混合物のホスゲン化物)、1,5−ナフチレンジイソシアネート、4,4',4''−トリフェニルメタントリイソシアネート、m−イソシアナトフェニルスルホニルイソシアネート、p−イソシアナトフェニルスルホニルイソシアネート等が挙げられる。
脂肪族ジイソシアネートとしては、エチレンジイソシアネート、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、ドデカメチレンジイソシアネート、1,6,11−ウンデカントリイソシアネート、2,2,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、リジ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、ビス(2−イソシアナトエチル)フマレート、ビス(2−イソシアナトエチル)カーボネート、2−イソシアナトエチル−2,6−ジイソシアナトヘキサノエート等が挙げられる。
脂環式ジイソシアネートとしては、イソホロンジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタン−4,4'−ジイソシアネート、シクロヘキシレンジイソシアネート、メチルシクロヘキシレンジイソシアネート、ビス(2−イソシアナトエチル)−4−シクロヘキセン−1,2−ジカルボキシレート、2,5−ノルボルナンジイソシアネート、2,6−ノルボルナンジイソシアネート等が挙げられる。
芳香脂肪族ジイソシアネートとしては、m−キシリレンジイソシアネート、p−キシリレンジイソシアネート、α,α,α',α'−テトラメチルキシリレンジイソシアネート等が挙げられる。
ジイソシアネートの変性物としては、ウレタン変性ジフェニルメタンジイソシアネート、カルボジイミド変性ジフェニルメタンジイソシアネート、トリヒドロカルビルホスフェート変性ジフェニルメタンジイソシアネート等の変性ジフェニルメタンジイソシアネート、イソシアネート基を有するプレポリマー等のウレタン変性トリレンジイソシアネート等のジイソシアネートの変性物等が挙げられる。
中でも、イソシアネート基の炭素を除く炭素数が6〜15の芳香族ジイソシアネート、イソシアネート基の炭素を除く炭素数が4〜12の脂肪族ジイソシアネート、イソシアネート基の炭素を除く炭素数が4〜15の脂環式ジイソシアネートが好ましく、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、ヘキサメチレンジイソシアネート、水添ジフェニルメタンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネートがさらに好ましい。
結晶性ポリウレアは、ポリアミンとポリイソシアネートを重付加することにより合成することができる。中でも、ジアミンとジイソシアネートの重付加物が好ましい。
ポリイソシアネートとしては、ジイソシアネートを単独で用いてもよいし、ジイソシアネートと3価以上のイソシアネートを併用してもよい。
ポリイソシアネートとしては、結晶性ポリウレタンと同様のものを用いることができる。
ポリアミンとしては、ジアミンを単独で用いてもよいし、ジアミンと3価以上のアミンを併用してもよい。
ポリアミンとしては、特に限定されないが、脂肪族ポリアミン、芳香族ポリアミン等が挙げられる。中でも、炭素数が2〜18の脂肪族ポリアミン、炭素数が6〜20の芳香族ポリアミンが好ましい。
炭素数が2〜18の脂肪族ポリアミンとしては、エチレンジアミン、プロピレンジアミン、トリメチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン等の炭素数が2〜6のアルキレンジアミン;ジエチレントリアミン、イミノビス(プロピルアミン)、ビス(ヘキサメチレン)トリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ペンタエチレンヘキサミン等の炭素数が4〜18のポリアルキレンポリアミン;ジアルキルアミノプロピルアミン、トリメチルヘキサメチレンジアミン、アミノエチルエタノールアミン、2,5−ジメチル−2,5−ヘキサメチレンジアミン、メチルイミノビス(プロピルアミン)等のアルキレンジアミン又はポリアルキレンジアミンの炭素数が1〜4のアルキル又は炭素数が2〜4のヒドロキシアルキル置換体;1,3−ジアミノシクロヘキサン、イソホロンジアミン、メンセンジアミン、4,4'−メチレンジシクロヘキサンジアミン(水添メチレンジアニリン)等の炭素数が4〜15の脂環式ジアミン;ピペラジン、N−アミノエチルピペラジン、1,4−ジアミノエチルピペラジン、1,4−ビス(2−アミノ−2−メチルプロピル)ピペラジン、3,9−ビス(3−アミノプロピル)−2,4,8,10−テトラオキサスピロ[5,5]ウンデカン等の炭素数が4〜15の複素環式ジアミン;キシリレンジアミン、テトラクロロ−p−キシリレンジアミン等の炭素数が8〜15の芳香環含有脂肪族ジアミン等が挙げられる。
炭素数が6〜20の芳香族ジアミンとしては、1,2−フェニレンジアミン、1,3−フェニレンジアミン、1,4−フェニレンジアミン、2,4'−ジフェニルメタンジアミン、4,4'−ジフェニルメタンジアミン、クルードジフェニルメタンジアミン(ポリフェニルポリメチレンポリアミン)、ジアミノジフェニルスルホン、ベンジジン、チオジアニリン、ビス(3,4−ジアミノフェニル)スルホン、2,6−ジアミノピリジン、m−アミノベンジルアミン、トリフェニルメタン−4,4',4"−トリアミン、ナフチレンジアミン等の非置換芳香族ジアミン;2,4−トリレンジアミン、2,6−トリレンジアミン、クルードトリレンジアミン、ジエチルトリレンジアミン、4,4'−ジアミノ−3,3'−ジメチルジフェニルメタン、4,4'−ビス(o−トルイジン)、ジアニシジン、ジアミノジトリルスルホン、1,3−ジメチル−2,4−ジアミノベンゼン、1,3−ジメチル−2,6−ジアミノベンゼン、1,4−ジイソプロピル−2,5−ジアミノベンゼン、2,4−ジアミノメシチレン、1−メチル−3,5−ジエチル−2,4−ジアミノベンゼン、2,3−ジメチル−1,4−ジアミノナフタレン、2,6−ジメチル−1,5−ジアミノナフタレン、3,3',5,5'−テトラメチルベンジジン、3,3',5,5'−テトラメチル−4,4'−ジアミノジフェニルメタン、3,5−ジエチル−3'−メチル−2',4−ジアミノジフェニルメタン、3,3'−ジエチル−2,2'−ジアミノジフェニルメタン、4,4'−ジアミノ−3,3'−ジメチルジフェニルメタン、3,3',5,5'−テトラエチル−4,4'−ジアミノベンゾフェノン、3,3',5,5'−テトラエチル−4,4'−ジアミノジフェニルエーテル、3,3',5,5'−テトライソプロピル−4,4'−ジアミノジフェニルスルホン等の炭素数が1〜4の核置換アルキル基を有する芳香族ジアミン;メチレンビス(o−クロロアニリン)、4−クロロ−o−フェニレンジアミン、2−クロロ−1,4−フェニレンジアミン、3−アミノ−4−クロロアニリン、4−ブロモ−1,3−フェニレンジアミン、2,5−ジクロロ−1,4−フェニレンジアミン、5−ニトロ−1,3−フェニレンジアミン、3−ジメトキシ−4−アミノアニリン;4,4'−ジアミノ−3,3'−ジメチル−5,5'−ジブロモジフェニルメタン、3,3'−ジクロロベンジジン、3,3'−ジメトキシベンジジン、ビス(4−アミノ−3−クロロフェニル)オキシド、ビス(4−アミノ−2−クロロフェニル)プロパン、ビス(4−アミノ−2−クロロフェニル)スルホン、ビス(4−アミノ−3−メトキシフェニル)デカン、ビス(4−アミノフェニル)スルフイド、ビス(4−アミノフェニル)テルリド、ビス(4−アミノフェニル)セレニド、ビス(4−アミノ−3−メトキシフェニル)ジスルフィド、4,4'−メチレンビス(2−ヨードアニリン)、4,4'−メチレンビス(2−ブロモアニリン)、4,4'−メチレンビス(2−フルオロアニリン)、4−アミノフェニル−2−クロロアニリン等のクロロ基、ブロモ基、ヨード基、フルオロ基等のハロ基;メトキシ基、エトキシ基等のアルコキシ基;ニトロ基等の核置換電子吸引基を有する芳香族ジアミン;4,4'−ビス(メチルアミノ)ジフェニルメタン、1−メチル−2−メチルアミノ−4−アミノベンゼン等の2級アミノ基を有する芳香族ジアミン(非置換芳香族ジアミン、炭素数が1〜4の核置換アルキル基を有する芳香族ジアミン、核置換電子吸引基を有する芳香族ジアミンの1級アミノ基の一部又は全部がメチル基、エチル基等の低級アルキル基により置換されたもの)等が挙げられる。
これら以外のジアミンとしては、ダイマー酸等のジカルボン酸と過剰の(ジカルボン酸1モル当たり2モル以上の)アルキレンジアミン、ポリアルキレンポリアミン等のポリアミンを縮合することにより合成されるポリアミドポリアミン等のポリアミドポリアミン;ポリアルキレングリコール等のポリエーテルポリオールのシアノエチル化物の水素化物等のポリエーテルポリアミン等が挙げられる。
なお、ポリアミンの代わりに、ポリアミンのアミノ基を、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトンでブロックしたケチミン、オキサゾリゾン等を用いてもよい。
結晶性ポリアミドは、ポリアミンとポリカルボン酸を重縮合することにより合成することができる。中でも、ジアミンとジカルボン酸の重縮合物が好ましい。
ポリアミンとしては、ジアミンを単独で用いてもよいし、ジアミンと3価以上のアミンを併用してもよい。
ポリアミンとしては、ポリウレアと同様のものを用いることができる。
ポリカルボン酸としては、ジカルボン酸を単独で用いてもよいし、ジカルボン酸と3価以上のカルボン酸を併用してもよい。
ポリカルボン酸としては、ポリエステルと同様のものを用いることができる。
結晶性ポリエーテルとしては、特に限定されないが、結晶性ポリオキシアルキレンポリオール等が挙げられる。
結晶性ポリオキシアルキレンポリオールを合成する方法としては、特に限定されないが、触媒を用いてキラル体のアルキレンオキサイドを開環重合する方法(例えば、Journal of the American Chemical Society,1956年,第78巻,第18号,p.4787−4792参照)、触媒を用いてラセミ体のアルキレンオキサイドを開環重合する方法等が挙げられる。
また、触媒を用いてラセミ体のアルキレンオキサイドを開環重合する方法としては、ランタノイド錯体と有機アルミニウムを接触させた化合物を触媒として用いる方法(例えば、特開平11−12353号公報参照)、バイメタルμ−オキソアルコキサイドとヒドロキシル化合物を予め反応させる方法(例えば、特表2001−521957号公報参照)等が挙げられる。
さらに、非常にアイソタクティシティの高いポリオキシアルキレンポリオールを合成する方法としては、触媒として、サレン錯体を用いる方法(例えば、Journal of the American Chemical Society,2005年,第127巻,第33号,p.11566−11567参照)等が挙げられる。例えば、開始剤として、ジオール又は水を用いて、キラル体のアルキレンオキサイドを開環重合すると、末端にヒドロキシル基を有するアイソタクティシティが50%以上であるポリオキシアルキレングリコールを合成することができる。アイソタクティシティが50%以上であるポリオキシアルキレングリコールは、ジカルボン酸を用いて、末端がカルボキシル基になるように変性してもよい。なお、アイソタクティシティが50%以上であると、通常、結晶性となる。
ジオールとしては、結晶性ポリエステルと同様のものを用いることができる。
ジカルボン酸としては、結晶性ポリエステルと同様のものを用いることができる。
アルキレンオキサイドとしては、特に限定されないが、プロピレンオキサイド、1−クロロオキセタン、2−クロロオキセタン、1,2−ジクロロオキセタン、エピクロルヒドリン、エピブロモヒドリン、1,2−ブチレンオキサイド、メチルグリシジルエーテル、1,2−ペンチレンオキサイド、2,3−ペンチレンオキサイド、3−メチル−1,2−ブチレンオキサイド、シクロヘキセンオキサイド、1,2−へキシレンオキサイド、3−メチル−1,2−ペンチレンオキサイド、2,3−ヘキシレンオキサイド、4−メチル−2,3−ペンチレンオキサイド、アリルグリシジルエーテル、1,2−へプチレンオキサイド、スチレンオキサイド、フェニルグリシジルエーテル等の炭素数が3〜9のアルキレンオキサイドが挙げられ、二種以上併用してもよい。中でも、プロピレンオキサイド、1,2−BO、スチレンオキサイド及びシクロへキセンオキサイドが好ましく、PO、1,2−ブチレンオキサイド、シクロへキセンオキサイドが好ましい。
結晶性ポリオキシアルキレンポリオールのアイソタクティシティは、通常、70%以上であり、80%以上であることが好ましく、90%以上であることがさらに好ましく、95%以上であることが特に好ましい。
アイソタクティシティは、Macromolecules,vol.35,No.6,2389−2392頁(2002年)に記載されている方法を用いて算出することができる。
結晶性ビニル樹脂は、結晶性ビニルモノマーを、必要に応じて、非結晶性ビニルモノマーと共に、付加重合することにより合成することができる。
結晶性ビニルモノマーとしては、特に限定されないが、ラウリル(メタ)アクリレート、テトラデシル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレート、エイコシル(メタ)アクリレート、ベヘニル(メタ)アクリレート等の炭素数が12〜50の直鎖アルキル基を有するアルキル(メタ)アクリレート等が挙げられ、二種以上併用してもよい。
非結晶性ビニルモノマーとしては、特に限定されないが、スチレン類、(メタ)アクリル酸エステル、カルボキシル基を有するビニルモノマー、ビニルエステル、脂肪族炭化水素系ビニルモノマー等の分子量が1000以下であるビニルモノマー等が挙げられ、二種以上併用してもよい。
スチレン類としては、スチレン、炭素数が1〜3のアルキル基を有するアルキルスチレン等が挙げられる。
(メタ)アクリル酸エステルとしては、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート等の炭素数が1〜11の直鎖アルキル基を有するアルキル(メタ)アクリレート;2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート炭素数が12〜18の分岐アルキル基を有するアルキル(メタ)アクリレート;ヒドロキシルエチル(メタ)アクリレート等の炭素数1〜11のヒドロキシアルキル基を有するヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート;ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート等の炭素数が1〜11のジアルキルアミノアルキル基を有するジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリレート等が挙げられる。
カルボキシル基を有するビニルモノマーとしては、(メタ)アクリル酸、クロトン酸、桂皮酸等の炭素数が3〜15のモノカルボン酸;(無水)マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、シトラコン酸等の炭素数が4〜15のジカルボン酸;マレイン酸モノアルキルエステル、フマル酸モノアルキルエステル、イタコン酸モノアルキルエステル、シトラコン酸モノアルキルエステル等の炭素数が1〜18のアルキル基を有するジカルボン酸モノアルキルエステル等が挙げられる。
ビニルエステルとしては、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、イソプロペニルアセテート等の炭素数が4〜15の脂肪族ビニルエステル;エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、プロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、1,6−ヘキサンジオールジアクリレート、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート等の炭素数が8〜50の不飽和カルボン酸多価アルコールエステル;メチル−4−ビニルベンゾエート等の炭素数が9〜15の芳香族カルボン酸のビニルエステル等が挙げられる。
脂肪族炭化水素系ビニルモノマーとしては、エチレン、プロピレン、ブテン、オクテン等の炭素数が2〜10のオレフィン;ブタジエン、イソプレン、1,6−ヘキサジエン等の炭素数が4〜10のジエン等が挙げられる。
結晶性樹脂の軟化温度に対する融点の比は、通常、0.80〜1.55であり、0.85〜1.25であることが好ましく、0.90〜1.20であることがさらに好ましく、0.90〜1.19であることが特に好ましい。結晶性樹脂の軟化温度に対する融点の比が0.80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、1.55を超えると、トナーの低温定着性及び耐熱保存性が低下することがある。
結晶性樹脂の融点は、通常、60〜80℃であり、65〜70℃であることが好ましい。結晶性樹脂の融点が60℃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、80℃を超えると、トナーの低温定着性が低下することがある。
結晶性樹脂の軟化温度は、通常、80〜130℃であり、80〜100℃であることが好ましい。結晶性樹脂の軟化温度が80℃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、130℃を超えると、トナーの低温定着性が低下することがある。
なお、融点は、示差走査熱量計TA−60WS及びDSC−60(島津製作所社製)を用いて測定することができる。また、軟化温度は、高化式フローテスターCFT−500D(島津製作所社製)を用いて測定することができる。
融点が60〜80℃、軟化温度が80〜130℃の結晶性樹脂を合成する際には、通常、芳香族化合物を用いず、脂肪族化合物のみを用いる。
結晶性樹脂の融点よりも20℃高い温度における貯蔵弾性率G'は、通常、5.0×10Pa・s以下であり、1.0×10〜5.0×10Pa・sであることが好ましく、1.0×10〜1.0×10Pa・sであることがさらに好ましい。
結晶性樹脂の融点よりも20℃高い温度における損失弾性率G''は、通常、5.0×10Pa・s以下であり、1.0×10〜5.0×10Pa・sであることが好ましく、1.0×10〜1.0×10Pa・sであることがさらに好ましい。
なお、貯蔵弾性率G'及び損失弾性率G''は、動的粘弾性測定装置ARES(TAインスツルメント社製)を用いて、周波数1Hzの条件で測定することができる。
結晶性樹脂の重量平均分子量は、通常、100000〜200000であり、120000〜160000であることが好ましい。結晶性樹脂の重量平均分子量が100000未満であると、高温における非結晶性樹脂との相溶性が高くなり、トナーの耐熱保存性が低下することがあり、200000を超えると、トナー中に大きなドメインで結晶性樹脂が存在することとなり、粉砕性が低下したり、耐熱保存性、帯電特性が低下したりすることがある。
トナーは、分子量の大きい結晶性樹脂と分子量の小さい非結晶性樹脂を組み合わせることにより、低温定着性の低下を抑制することができる。
なお、結晶性樹脂の重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーを用いて測定されるポリスチレン換算の分子量である。
非結晶性樹脂としては、結晶性樹脂と相分離することが可能であれば、特に限定されないが、非結晶性ポリエステル、非結晶性ポリウレタン、非結晶性ポリウレア、非結晶性ポリアミド、非結晶性ポリエーテル、非結晶性ビニル樹脂、非結晶性ウレタン変性ポリエステル、非結晶性ウレア変性ポリエステル等が挙げられ、二種以上併用してもよい。中でも、非結晶性ポリエステルが好ましい。
非結晶性ポリエステルは、通常、芳香族化合物由来の構成単位を有する。
芳香族化合物としては、特に限定されないが、ビスフェノールAのアルキレンオキサイド付加物、イソフタル酸、テレフタル酸及びそれらの誘導体等が挙げられる。
非結晶性ポリエステル中の芳香族化合物由来の構成単位の含有量は、通常、50質量%以上である。非結晶性ポリエステル中の芳香族化合物由来の構成単位の含有量が50質量%未満であると、トナーの負帯電性が低下することがある。
非結晶性樹脂のガラス転移点は、通常、45〜75℃であり、50〜70℃であることが好ましい。非結晶性樹脂のガラス転移点が45℃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、75℃を超えると、トナーの低温定着性が低下することがある。
非結晶性樹脂の軟化温度は、通常、90〜150℃であり、90〜130℃であることが好ましい。非結晶性樹脂の軟化温度が90℃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、150℃を超えると、トナーの低温定着性が低下することがある。
非結晶性樹脂の重量平均分子量は、通常、1000〜100000であり、2000〜50000であることが好ましく、3000〜10000であることがさらに好ましい。非結晶性樹脂の重量平均分子量が1000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、100000を超えると、トナーの低温定着性が低下することがある。
なお、非結晶性樹脂の重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーを用いて測定されるポリスチレン換算の分子量である。
トナーは、離型剤、着色剤、帯電制御剤、流動性向上剤等をさらに含んでいてもよい。
離型剤としては、特に限定されないが、固形シリコーンワックス、高級脂肪酸高級アルコール、モンタン系エステルワックス、ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックス等が挙げられ、二種以上併用してもよい。中でも、トナー中に微分散させることを考慮すると、脱遊離脂肪酸型カルナウバワックス、モンタンワックス、酸化ライスワックス等が挙げられ、二種以上併用してもよい。
カルナウバワックスは、微結晶であり、酸価が5mgKOH/g以下であることが好ましい。
モンタンワックスは、一般に、鉱物より精製されたモンタン系ワックスを意味し、微結晶であり、酸価が5〜14mgKOH/gであることが好ましい。
酸化ライスワックスは、米ぬかワックスを空気酸化したものであり、酸価が10〜30mgKOH/gであることが好ましい。
離型剤のガラス転移点は、通常、70〜90℃である。離型剤のガラス転移点が70℃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、90℃を超えると、耐コールドオフセット性が低下したり、定着機への紙の巻付きが発生したりすることがある。
結着樹脂に対する離型剤の質量比は、通常、0.01〜0.20であり、0.03〜0.10であることが好ましい。結着樹脂に対する離型剤の質量比が0.01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、0.20を超えると、トナーの転写性、耐久性が低下することがある。
着色剤としては、顔料又は染料であれば、特に限定されないが、カドミウムイエロー、ミネラルファストイエロー、ニッケルチタンイエロー、ネーブルスイエロー、ナフトールイエローS、ハンザイエローG、ハンザイエロー10G、ベンジジンイエローGR、キノリンイエローレーキ、パーマネントイエローNCG、タートラジンレーキ等の黄色顔料;モリブデンオレンジ、パーマネントオレンジGTR、ピラゾロンオレンジ、バルカンオレンジ、インダンスレンブリリアントオレンジRK、ベンジジンオレンジG、インダンスレンブリリアントオレンジGK等の橙色顔料;ベンガラ、カドミウムレッド、パーマネントレッド4R、リソールレッド、ピラゾロンレッド、ウォッチングレッドカルシウム塩、レーキレッドD、ブリリアントカーミン6B、エオシンレーキ、ローダミンレーキB、アリザリンレーキ、ブリリアントカーミン3B等の赤色顔料;ファストバイオレットB、メチルバイオレットレーキ等の紫色顔料;コバルトブルー、アルカリブルー、ビクトリアブルーレーキ、フタロシアニンブルー、無金属フタロシアニンブルー、フタロシアニンブルーの部分塩素化物、ファーストスカイブルー、インダンスレンブルーBC等の青色顔料;クロムグリーン、酸化クロム、ピグメントグリーンB、マラカイトグリーンレーキ等の緑色顔料;カーボンブラック、オイルファーネスブラック、チャンネルブラック、ランプブラック、アセチレンブラック、アニリンブラック等のアジン系色素、金属塩アゾ色素、金属酸化物、複合金属酸化物等の黒色顔料等が挙げられ、二種以上併用してもよい。
帯電制御剤としては、特に限定されないが、ニグロシン、炭素数が2〜16のアルキル基を含むアジン系染料(特公昭42−1627号公報);C.I.Basic Yello 2(C.I.41000)、C.I.Basic Yello 3、C.I.Basic Red 1(C.I.45160)、C.I.Basic Red 9(C.I.42500)、C.I.Basic Violet 1(C.I.42535)、C.I.Basic Violet 3(C.I.42555)、C.I.Basic Violet 10(C.I.45170)、C.I.Basic Violet 14(C.I.42510)、C.I.Bas ic Blue 1(C.I.42025)、C.I.Basic Blue3(C.I.51005)、C.I.Basic Blue 5(C.I.42140)、C.I.Basic Blue 7(C.I.42595)、C.I.Basic Blue 9(C.I.52015)、C.I.Basic Blue 24(C.I.52030)、C.I.Basic Blue 25(C.I.52025)、C.I.Basic Blue 26(C.I.44045)、C.I.Basic Green 1(C.I.42040)、C.I.Basic Green 4(C.I.42000)等の塩基性染料及びそのレーキ顔料;C.I.Solvent Black 8(C.I.26150)、ベンゾイルメチルヘキサデシルアンモニウムクロライド、デシルトリメチルクロライド等の4級アンモニウム塩;ジブチルスズ、ジオクチルスズ等のジアルキルスズ;ジアルキルスズボレート化合物、グアニジン誘導体、アミノ基を有するビニル系ポリマー、アミノ基を有する縮合系ポリマー等のポリアミン樹脂;特公昭41−20153号公報、特公昭43−27596号公報、特公昭44−6397号公報、特公昭45−26478号公報に記載されているモノアゾ染料の金属錯塩、特公昭55−42752号公報、特公昭59−7385号公報に記載されているサルチル酸;ジアルキルサルチル酸、ナフトエ酸、ジカルボン酸のZn、Al、Co、Cr、Fe等の金属錯体、スルホン化した銅フタロシアニン顔料、有機ホウ素塩、含フッ素4級アンモニウム塩、カリックスアレン系化合物等が挙げられ、二種以上併用してもよい。
流動性向上剤を構成する材料としては、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、けい砂、モンモリロナイト、クレー、雲母、けい灰石、珪藻土、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、炭化珪素、窒化珪素等が挙げられ、二種以上併用してもよい。中でも、シリカ、アルミナ、酸化チタンが好ましい。
流動性向上剤は、シリカ等のシリコン化合物を形成するケイ素元素と、必要に応じて、金属元素(ドープ化合物)を含むことが好ましい。
金属元素としては、特に限定されないが、Mg、Ca、Ba、Al、Ti、Ti、V、Sr、Zr、Zn、Ga、Ge、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu等が挙げられる。
流動性向上剤は、疎水化処理剤により表面処理されていてもよい。
疎水化処理剤としては、特に限定されないが、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、シリコーンオイル等が挙げられる。
トナー中の流動性向上剤の含有量は、通常、0.1〜5質量%である。
流動性向上剤の平均一次粒径は、通常、5〜1000nmであり、5〜500nmであることが好ましい。
なお、流動性向上剤の平均一次粒径は、透過型電子顕微鏡を用いて測定される100個以上の粒子の長径の平均値である。
トナーの重量平均粒径(D4)は、通常、3〜8μmであり、4〜7μmであることが好ましい。
トナーの個数平均粒径(D1)に対する重量平均粒径(D4)の比は、通常、1.00〜1.40であり、1.05〜1.30であることが好ましい。
なお、トナーの個数平均粒径(D1)、重量平均粒径(D4)は、コールターカウンター法を用いて測定することができる。
トナーの製造方法は、結晶性樹脂及び非結晶性樹脂を含むトナー組成物を混錬する工程と、混錬されたトナー組成物を粉砕する工程と、粉砕されたトナー組成物を分級する工程を有する。
トナー組成物を混練する際に用いられる混錬機としては、特に限定されないが、密閉式ニーダー、一軸又は二軸の押出機、オープンロール型混練機等が挙げられる。中でも、離型剤の分散性を考慮すると、オープンロール型混練機が好ましい。
混錬機の市販品としては、KRCニーダー(栗本鉄工所社製);ブス・コ・ニーダー(Buss社製);TEM型押し出し機(東芝機械社製);TEX二軸混練機(日本製鋼所社製);PCM混練機(池貝鉄工所社製);三本ロールミル、ミキシングロールミル、ニーダー(井上製作所社製);ニーデックス(三井鉱山社製);MS式加圧ニーダー、ニダールーダー(森山製作所社製);バンバリーミキサー(神戸製鋼所社製)等が挙げられる。
オープンロール型混練機は、ロールの軸方向に沿って設けられている複数の供給口と排出口を有する。
オープンロール型混練機の混練部は、オープン型であり、トナー組成物を混練する際に発生する混練熱を容易に放熱することができる。
オープンロール型混練機は、通常、2本以上のロールを有し、加熱ロールと冷却ロールを有することが好ましい。
オープンロール型混練機において、隣接する2本のロールは、近接して設けられており、ロールの間隙は、通常、0.01〜5mmであり、0.05〜2mmであることが好ましい。
ロールの構造、大きさ、材料等は、特に限定されず、ロールの表面も、平滑、波型、凸凹型等のいずれであってもよい。
ロールの温度は、ロールの内部に通す熱媒体の温度により調整することができ、各ロールには、ロールの内部を2以上に分割して温度の異なる熱媒体を通してもよい。
加熱ロールの温度、特に、供給口側の温度は、結着樹脂の軟化点及び離型剤の融点のいずれの温度よりも高いことが好ましく、結着樹脂の軟化点及び離型剤の融点の高い方の温度よりも0〜80℃高いことが好ましく、5〜50℃高いことがさらに好ましい。
ここで、複数の結着樹脂を含むトナーの製造においては、結着樹脂の軟化点とは、各結着樹脂の軟化点と質量比の積の和を意味する。
冷却ロールの温度、特に供給口側の温度は、結着樹脂の軟化点のよりも低いことが好ましい。
加熱ロール及び冷却ロールの回転数、即ち、周速度は、2〜100m/minであることが好ましい。
加熱ロール及び冷却ロールは、互いに周速度が異なっていることが好ましく、加熱ロールに対する冷却ロールの周速度の比は、通常、1/10〜9/10であり、3/10〜8/10であることが好ましい。
溶融混錬されたトナー組成物を粉砕する際に用いられる粉砕機としては、特に限定されないが、カウンタージェットミル、ミクロンジェット、イノマイザ(ホソカワミクロン社製);IDS型ミル、PJMジェット粉砕機(日本ニューマチック工業社製);クロスジェットミル(栗本鉄工所社製);ウルマックス(日曹エンジニアリング社製);SKジェット・オー・ミル(セイシン企業社製);クリプトロン(川崎重工業社製);ターボミル(ターボ工業社製);スーパーローター(日清エンジニアリング社製)等が挙げられる。
粉砕されたトナー組成物を分級する際に用いられる分級機としては、特に限定されないが、クラッシール、マイクロンクラッシファイアー、スペディッククラシファイアー(セイシン企業社製);ターボクラッシファイアー(日清エンジニアリング社製);ミクロンセパレータ、ターボプレックス(ATP)、TSPセパレータ(ホソカワミクロン社製);エルボージェット(日鉄鉱業社製)、ディスパージョンセパレータ(日本ニューマチックエ業社製);YMマイクロカット(安川商事社製)等が挙げられる。
粗粒等をふるい分けるために用いられる篩い装置としては、特に限定されないが、ウルトラソニック(晃栄産業社製);レゾナシーブ、ジャイロシフター(徳寿工作所社);バイブラソニックシステム(ダルトン社製);ソニクリーン(新東工業社製);ターボスクリーナー(ターボエ業社製);ミクロシフター(槙野産業社製);円形振動篩い等が挙げられる。
なお、粉砕されたトナー組成物を分級することにより得られる母体粒子を、帯電制御剤、流動性向上剤等の異種粒子と混合してもよい。このとき、必要に応じて、機械的衝撃力を印加してもよい。これにより、母体粒子の表面に異種粒子を固定させることができる。
機械的衝撃力を印加する方法としては、特に限定されないが、高速で回転する羽根により粒子に衝撃力を印加する方法、高速気流中に投入して、加速させ、粒子同士又は複合化した粒子を衝突板に衝突させる方法等が挙げられる。
機械的衝撃力を印加する装置としては、特に限定されないが、オングミル(ホソカワミクロン社製)、I式ミル(日本ニューマチック社製)を改造して、粉砕エアー圧カを下げた装置、ハイブリダイゼイションシステム(奈良機械製作所社製)、クリプトロンシステム(川崎重工業社製)、自動乳鉢等が挙げられる。
現像剤は、トナーを含み、キャリアをさらに含んでいてもよい。
キャリアは、芯材の表面が被覆層により被覆されていることが好ましい。
芯材を構成する材料としては、特に限定されないが、質量磁化率が100emu/g以上の鉄粉、質量磁化率が75〜120emu/gのマグネタイト等の高磁化材料、質量磁化率が30〜80emu/gの銅−ジンク(Cu−Zn)系材料等の弱磁化材料、質量磁化率が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、二種以上併用してもよい。
芯材の体積中位粒径(D50)は、通常、10〜200μmであり、40〜100μmであることが好ましい。芯材の体積中位粒径(D50)が10μm未満であると、キャリアが飛散することがあり、200μmを超えると、トナーが飛散することがある。
被覆層は、樹脂を含む。
樹脂としては、特に限定されないが、アミノ樹脂、ビニル樹脂、ポリスチレン、ハロゲン化オレフィン樹脂、ポリエステル、ポリカーボネート、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、フッ化ビニリデンとアクリル単量体との共重合体、フッ化ビニリデンとフッ化ビニルとの共重合体、テトラフルオロエチレンとフッ化ビニリデンと非フッ化単量体とのターポリマー等のフルオロターポリマー、シリコーン樹脂等が挙げられ、二種以上併用してもよい。中でも、シリコーン樹脂が好ましい。
シリコーン樹脂としては、ストレートシリコーン樹脂;アルキド樹脂、ポリエステル、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂等により変性されている変性シリコーン樹脂等が挙げられる。
ストレートシリコーン樹脂の市販品としては、KR271、KR255、KR152(以上、信越化学工業社製);SR2400、SR2406、SR2410(以上、東レ・ダウコーニング・シリコーン社製)等が挙げられる。
変性シリコーン樹脂の市販品としては、KR206(アルキド変性)、KR5208(アクリル変性)、ES1001N(エポキシ変性)、KR305(ウレタン変性)(以上、信越化学工業社製);SR2115(エポキシ変性)、SR2110(アルキド変性)(以上、東レ・ダウコーニング・シリコーン社製)等が挙げられる。
被覆層は、導電性粒子をさらに含んでいてもよい。
導電性粒子としては、特に限定されないが、金属粒子、カーボンブラック、酸化チタン粒子、酸化スズ粒子、酸化亜鉛粒子等が挙げられる。中でも、カーボンブラックが好ましい。
導電性粒子の平均粒径は、通常、1μm以下である。導電性粒子の平均粒径が1μmを超えると、被覆層の電気抵抗の制御が困難になることがある。
被覆層は、樹脂と有機溶媒を含む被覆層用塗布液を芯材の表面に塗布して、乾燥させた後、焼付することにより形成することができる。
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、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、セロソルブ、ブチルアセテート等が挙げられる。
被覆層用塗布液を塗布する方法としては、特に限定されないが、浸漬法、スプレー法、ハケ塗り法等が挙げられる。
焼付する際に用いられる加熱装置は、外部加熱方式であってもよいし、内部加熱方式であってもよい。
加熱装置としては、特に限定されないが、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、マイクロ波加熱装置等が挙げられる。
キャリア中の被覆層の含有量は、通常、0.01〜5.0質量%である。
キャリアに対するトナーの質量比は、通常、1〜10質量%である。
画像形成装置は、感光体と、帯電装置と、露光装置と、現像装置と、転写装置と、定着装置を有し、必要に応じて、クリーニング装置、除電装置、リサイクル装置等をさらに有していてもよい。
感光体の形状としては、特に限定されないが、ドラム状、シート状、エンドレスベルト状等が挙げられる。
感光体は、単層構造であってもよいし、積層構造であってもよい。
感光体を構成する材質としては、特に限定されないが、アモルファスシリコン、セレン、硫化カドミウム、酸化亜鉛等の無機物質;ポリシラン、フタロポリメチン等の有機物質が挙げられる。
帯電装置としては、感光体の表面に電圧を印加して一様に帯電させることが可能であれば、特に限定されないが、感光体と接触して帯電させる接触方式の帯電装置と、感光体と非接触で帯電させる非接触方式の帯電装置が挙げられる。
接触方式の帯電装置としては、導電性又は半導電性の帯電ローラ、磁気ブラシ、ファーブラシ、フィルム、ゴムブレード等が挙げられる。
非接触方式の帯電装置としては、コロナ放電を用いる非接触帯電器、針電極デバイス、固体放電素子;感光体に対して微小な間隙を介して配置されている導電性又は半導電性の帯電ローラ等が挙げられる。
露光装置としては、感光体の表面に像様に露光することが可能であれば、特に限定されないが、複写光学系、ロッドレンズアレイ系、レーザ光学系、液晶シャッタ光学系、LED光学系等の露光器が挙げられる。
なお、露光装置は、感光体の裏面側から像様に露光する光背面方式であってもよい。
現像装置としては、現像剤を用いて、感光体の表面に形成された静電潜像を現像することが可能であれば、特に限定されないが、現像剤を収容し、静電潜像に現像剤を接触又は非接触的に付与することが可能な現像装置等が挙げられる。
現像装置は、単色用現像装置であってもよいし、多色用現像装置であってもよい。
現像装置は、現像剤を摩擦攪拌させて帯電させる攪拌器と、現像剤を表面に担持して回転することが可能なマグネットローラを有することが好ましい。
現像装置では、現像剤が混合攪拌される際の摩擦によりトナーが帯電した後、回転するマグネットローラの表面に現像剤が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、感光体の近傍に配置されているため、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、電気的な引力により感光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感光体の表面にトナー像が形成される。
図3に、現像装置の一例を示す。
現像装置20では、現像剤(不図示)がスクリュー21により攪拌及び搬送され、現像スリーブ22に供給される。このおとき、現像スリーブ22に供給される現像剤は、ドクターブレード23により層厚が規制される。即ち、現像スリーブ22に供給される現像剤の量は、現像スリーブ22とドクターブレード23の間隔であるドクターギャップにより制御される。ドクターギャップが小さすぎると、現像スリーブ22に供給される現像剤の量が少なすぎて、画像濃度が低下する。一方、ドクターギャップが大きすぎると、現像スリーブ22に供給される現像剤の量が多すぎて、ドラム状の感光体10にキャリアが付着する。ここで、現像スリーブ22内部には、周表面に現像剤を穂立ち状態で保持するように磁界を形成する磁石(不図示)が備えられており、磁石により形成される法線方向の磁力線に沿うように、現像剤が現像スリーブ22上にチェーン状に穂立ち状態で保持されて磁気ブラシが形成される。
現像スリーブ22と感光体10は、一定の間隙(現像ギャップ)を挟んで近接するように配置されていて、双方の対向部分に現像領域が形成されている。現像スリーブ22は、アルミニウム、真鍮、ステンレス鋼、導電性樹脂等の非磁性体から構成される円筒であり、回転駆動機構(不図示)により回転することが可能である。磁気ブラシは、現像スリーブ22の回転により現像領域に移送される。現像スリーブ22には、現像用電源(不図示)から現像電圧が印加され、磁気ブラシ上のトナーが現像スリーブ22と感光体10の間に形成された現像電界によりキャリアから分離し、感光体10の表面に形成されている静電潜像上に現像される。なお、現像電圧には、交流電圧を重畳させてもよい。
現像ギャップは、現像剤の粒径の5〜30倍程度であることが好ましい。現像ギャップが大きすぎると、画像濃度が低下することがある。
一方、ドクターギャップは、現像ギャップと同程度か、現像ギャップよりもやや大きくすることが好ましい。
感光体10の線速に対する現像スリーブ22の線速の比が1.1以上であることが好ましい。感光体10の線速に対する現像スリーブ22の線速の比が小さすぎると、画像濃度が低下することがある。
なお、感光体10の現像後の位置にセンサを設置して、光学的反射率からトナーの付着量を検出してプロセス条件を制御することもできる。
転写装置としては、感光体の表面に形成されたトナー像を記録媒体に直接転写する転写装置、感光体の表面に形成されたトナー像を中間転写体に一次転写した後、記録媒体上に二次転写する転写装置が挙げられる。
定着装置としては、記録媒体に転写されたトナー像を定着させることが可能であれば、特に限定されないが、定着部材と、定着部材を加熱する熱源を有する定着装置が挙げられる。
定着部材としては、互いに接触してニップ部を形成することが可能であれば、特に限定されないが、無端状ベルトとローラの組み合わせ、ローラとローラの組み合わせ等が挙げられる。
定着装置としては、ローラ及び/又はベルトを有し、トナー像と接触しない側の面から加熱して、記録媒体に転写されたトナー像を加熱及び加圧して定着させる内部加熱方式、ローラ及び/又はベルトを有し、トナー像と接触する側の面から加熱して、記録媒体上に転写されたトナー像を加熱及び加圧して定着させる外部加熱方式が挙げられる。
なお、内部加熱方式と外部加熱方式を組み合わせてもよい。
内部加熱方式の定着装置としては、定着部材が内部に熱源を有するもの等が挙げられる。
熱源としては、特に限定されないが、ヒーター、ハロゲンランプ等が挙げられる。
外部加熱方式の定着装置としては、定着部材の表面が加熱装置により加熱されるもの等が挙げられる。
加熱装置としては、特に限定されないが、電磁誘導加熱装置等が挙げられる。
電磁誘導加熱装置としては、加熱ローラ等の定着部材に近接するように配置される誘導コイルと、誘導コイルが設置されている遮蔽層と、遮蔽層の誘導コイルが設置されている側の反対側に設置されている絶縁層を有するもの等が挙げられる。
加熱ローラとしては、特に限定されないが、磁性体からなるもの、ヒートパイプであるもの等が挙げられる。
誘導コイルは、加熱ローラの加圧ローラ、無端状ベルト等の定着部材と接触する領域の反対側に、半円筒部分を包む状態で配置されることが好ましい。
記録媒体としては、特に限定されないが、用紙等が挙げられる。
画像形成装置としては、特に限定されないが、ファクシミリ、プリンター等が挙げられる。
プロセスカートリッジは、感光体と、現像装置を有し、画像形成装置の本体に着脱可能であり、必要に応じて、帯電装置、露光装置、転写装置、クリーニング装置、除電装置等をさらに有していてもよい。
図4に、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100は、ドラム状の感光体110を内蔵し、帯電装置120、現像装置130、転写装置140、クリーニング装置150を有する。
次に、プロセスカートリッジ100による画像形成プロセスについて説明する、まず、感光体110は、矢印方向に回転しながら、帯電装置120により表面が帯電した後、露光装置(不図示)からの露光光103により表面に静電潜像が形成される。次に、感光体の表面に形成された静電潜像は、現像装置130により、現像剤を用いて現像されてトナー像が形成された後、転写装置140により、トナー像が記録媒体105に転写され、プリントアウトされる。さらに、トナー像が転写された感光体の表面は、クリーニング装置150によりクリーニングされる。
以下、実施例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は、実施例に制限されるものではない。なお、部は、質量部を意味する。
(結晶性ウレタン変性ポリエステル1の合成)
冷却管、撹拌機及び窒素導入管を装備した反応槽中に、ドデカン二酸322部、1,6−ヘキサンジオール215部及び縮合触媒としてのチタニウムジヒドロキシビス(トリエタノールアミネート)1部を入れ、窒素気流下、生成する水を留去しながら、180℃で8時間反応させた。次に、220℃まで徐々に昇温し、窒素気流下、生成する水及び1,6−ヘキサンジオールを留去しながら4時間反応させた後、5〜20mmHgの減圧下、重量平均分子量が6000に達するまで反応させ、ポリエステルジオールを得た。
ポリエステルジオール269部を、冷却管、撹拌機及び窒素導入管を装備した反応槽中に移した後、酢酸エチル280部及びヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)12.4部を加え、窒素気流下、80℃で5時間反応させた。次に、減圧下、酢酸エチルを留去し、重量平均分子量が160000、融点が72℃、軟化温度が81℃の結晶性ウレタン変性ポリエステル1を得た。
(結晶性ウレタン変性ポリエステル2の合成)
冷却管、撹拌機及び窒素導入管を装備した反応槽中に、セバシン酸283部、1,6−ヘキサンジオール215部及び縮合触媒としてのチタニウムジヒドロキシビス(トリエタノールアミネート)1部を入れ、窒素気流下、生成する水を留去しながら、180℃で8時間反応させた。次に、220℃まで徐々に昇温し、窒素気流下、生成する水及び1,6−ヘキサンジオールを留去しながら4時間反応させた後、5〜20mmHgの減圧下、重量平均分子量が6000に達するまで反応させ、ポリエステルジオールを得た。
ポリエステルジオール249部を、冷却管、撹拌機及び窒素導入管を装備した反応槽中に移した後、酢酸エチル250部及びヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)11部を加え、窒素気流下、80℃で5時間反応させた。次に、減圧下、酢酸エチルを留去し、重量平均分子量が140000、融点が66℃、軟化温度が84℃の結晶性ウレタン変性ポリエステル2を得た。
(結晶性ウレタン変性ポリエステル3の合成)
冷却管、撹拌機及び窒素導入管を装備した反応槽中に、セバシン酸283部、1,6−ヘキサンジオール215部及び縮合触媒としてのチタニウムジヒドロキシビス(トリエタノールアミネート)1部を入れ、窒素気流下、生成する水を留去しながら、180℃で8時間反応させた。次に、220℃まで徐々に昇温し、窒素気流下、生成する水及び1,6−ヘキサンジオールを留去しながら4時間反応させた後、5〜20mmHgの減圧下、重量平均分子量が6000に達するまで反応させ、ポリエステルジオールを得た。
ポリエステルジオール249部を、冷却管、撹拌機及び窒素導入管を装備した反応槽中に移した後、酢酸エチル250部及びヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)9部を加え、窒素気流下、80℃で5時間反応させた。次に、減圧下、酢酸エチルを留去し、重量平均分子量が100000、融点が66℃、軟化温度が84℃の結晶性ウレタン変性ポリエステル3を得た。
(結晶性ポリエステル1の合成)
冷却管、撹拌機及び窒素導入管を装備した反応槽中に、セバシン酸283部、1,6−ヘキサンジオール215部及び縮合触媒としてのチタニウムジヒドロキシビス(トリエタノールアミネート)1部を入れ、窒素気流下、生成する水を留去しながら、180℃で8時間反応させた。次に、220℃まで徐々に昇温し、窒素気流下、生成する水及び1,6−ヘキサンジオールを留去しながら4時間反応させた後、5〜20mmHgの減圧下、重量平均分子量が17000に達するまで反応させ、融点が63℃の結晶性ポリエステル1を得た。
(結晶性ポリエステル2の合成)
冷却管、撹拌機及び窒素導入管を装備した反応槽中に、セバシン酸142部、ジメチルテレフタル酸136部、1,6−ヘキサンジオール215部及び縮合触媒としてのチタニウムジヒドロキシビス(トリエタノールアミネート)1部を入れ、窒素気流下、生成する水を留去しながら、180℃で8時間反応させた。次に、220℃まで徐々に昇温し、窒素気流下、生成する水及び1,6−ヘキサンジオールを留去しながら4時間反応させた後、5〜20mmHgの減圧下、重量平均分子量が10000に達するまで反応させ、融点が52℃の結晶性ポリエステル2を得た。
(非結晶性ポリエステル1の合成)
冷却管、撹拌機及び窒素導入管を装備した反応槽中に、ビスフェノールAのプロピレンオキサイド2mol付加物215部、ビスフェノールAのエチレンオキサイド2mol付加物132部、テレフタル酸126部及び縮合触媒としてのテトラブトキシチタネート1.8部を入れ、窒素気流下、生成する水を留去しながら、230℃で6時間反応させた。次に、5〜20mmHgの減圧下、1時間反応させ、180℃まで冷却させた後、無水トリメリット酸8部を入れ、5〜20mmHgの減圧下、重量平均分子量が10000に達するまで反応させ、ガラス転移点が60℃、軟化温度が106℃の非結晶性ポリエステル1を得た。
(融点Ta)
示差走査熱量計(DSC)TA−60WS及びDSC−60(島津製作所社製)を用いて、融点を測定した。具体的には、試料を130℃で溶融した後、1.0℃/minで70℃まで冷却し、0.5℃/minで10℃まで冷却した。次に、20℃/minで昇温して、20〜100℃にある吸熱ピークの温度をTa*とした。なお、吸熱ピークが複数ある場合は、吸熱量が最大の吸熱ピークの温度をTa*とした。さらに、試料を(Ta*−10)℃で6時間保管した後、(Ta*−15)℃で6時間保管した。次に、試料を10℃/minで0℃まで冷却した後、20℃/minで昇温して、吸熱ピークの温度を融点Taとした。なお、吸熱ピークが複数ある場合は、吸熱量が最大の吸熱ピークの温度を融点Taとした。
(軟化温度Tb)
高化式フローテスターCFT−500D(島津製作所社製)を用いて、軟化温度を測定した。具体的には、試料1gを昇温速度6℃/minで加熱しながら、プランジャーにより1.96MPaの荷重を印加して、直径が1mm、長さが1mmのノズルから押し出し、温度に対するフローテスターのプランジャーの降下量をプロットした。このとき、試料の半量が流出した温度を軟化温度Tbとした。
(ガラス転移点)
熱分析ワークステーションTA−60WS及び示差走査熱量計DSC−60(島津製作所社製)を用いて、以下に示す条件で、ガラス転移点を測定した。
サンプル容器:アルミニウム製サンプルパン(フタあり)
サンプル量:5mg
リファレンス:アルミニウム製サンプルパン(アルミナ10mg)
雰囲気:窒素(流量50ml/min)
開始温度:20℃
昇温速度:10℃/min
終了温度:150℃
保持時間:なし
降温温度:10℃/min
終了温度:20℃
保持時間:なし
昇温速度:10℃/min
終了温度:150℃
測定結果は、データ解析ソフトTA−60、バージョン1.52(島津製作所社製)を用いて解析した。具体的には、まず、2度目の昇温のDSC微分曲線であるDrDSC曲線の最大ピーク±5℃の範囲を指定し、解析ソフトのピーク解析機能を用いてピーク温度を求めた。次に、DSC曲線で、ピーク温度±5℃の範囲を指定し、解析ソフトのピーク解析機能を用いてDSC曲線の最大吸熱温度を求め、ガラス転移点とした。
(重量平均分子量)
GPC−8220GPC(東ソー社製)及びカラムTSKgel SuperHZM−H 15cm 3連(東ソー社製)を用いて重量平均分子量を測定した。具体的には、試料は、安定剤を含むテトラヒドロフラン(和光純薬製)に溶解させて0.15質量%の溶液とした後、孔径が0.2μmのフィルターを用いて濾過して、濾液を100μl注入した。このとき、40℃の環境下、流速を0.45ml/minとして測定した。なお、試料の分子量は、標準試料として、単分散ポリスチレンを用いて作成した検量線の対数値とカウント数との関係から算出した。単分散ポリスチレンとしては、ShowdexSTANDARDのStd.No S−7300、S−210、S−390、S−875、S−1980、S−10.9、S−629、S−3.0、S−0.580(昭和電工社製)を用いた。検出器としては、RI(屈折率)検出器を用いた。
(実施例1)
40部の結晶性ウレタン変性ポリエステル3、55部の非結晶性ポリエステル1、数平均分子量が1800、酸価が2.7mgKOH/g、40℃における針入度が1.7mmのカルナウバワックス5部、帯電制御剤E−84(オリエント化学工業社製)1部を、ヘンシェルミキサーを用いて混合し、トナー組成物を得た。
次に、連続二本オープンロール型混練機ニーデックス(三井鉱山社製)を用いて、トナー組成物を混練した。
なお、連続式二本オープンロール型混練機は、ロールの外径が0.14m、有効ロール長が0.8mである。また、運転条件は、加熱ロールの回転数が35rpm(周速度4.8m/min)、冷却ロールの回転数が29rpm(周速度4.1m/min)、ロールの間隙が0.2mmである。さらに、ロール内の加熱媒体及び冷却媒体の温度は、加熱ロールのトナー組成物を投入する側の温度を125℃、混練物を排出する側の温度を75℃、冷却ロールのトナー組成物を投入する側の温度を35℃、混練物を排出する側の温度を30℃に設定した。また、トナー組成物の供給速度を5kg/hとした。
次に、得られた混練物を空気中で冷却した後、アトマイザーを用いて粗粉砕し、最大径が2mm以下の粗粉砕物を得た。得られた粗粉砕物を、粉砕時の風圧を0.5MPaに調整した衝突式ジェットミルIDS5型(日本ニューマチック社製)を用いて微粉砕した。得られた微粉砕物を、気流式分級機DS5型(日本ニューマチック社製)を用いて、体積中位粒径(D50)6.5±0.3μmを目標にして分級し、母体粒子を得た。
ヘンシェルミキサーを用いて、母体粒子100部、疎水性シリカ1部及び疎水化酸化チタン0.7部を混合し、トナーを得た。
(実施例2)
加熱ロールの回転数を23rpmに変更した以外は、実施例1と同様にして、トナーを得た。
(実施例3)
結晶性ウレタン変性ポリエステル3及び非結晶性ポリエステル1の添加量を、それぞれ15部及び80部に変更すると共に、加熱ロールの回転数を40rpmに変更した以外は、実施例1と同様にして、トナーを得た。
(実施例4)
加熱ロールの回転数を28rpmに変更した以外は、実施例3と同様にして、トナーを得た。
(実施例5)
結晶性ウレタン変性ポリエステル3及び非結晶性ポリエステル1の添加量を、それぞれ25部及び70部に変更すると共に、加熱ロールの回転数を27rpmに変更した以外は、実施例1と同様にして、トナーを得た。
(実施例6)
加熱ロールの回転数を37rpmに変更した以外は、実施例5と同様にして、トナーを得た。
(実施例7)
加熱ロールの回転数を30rpmに変更した以外は、実施例5と同様にして、トナーを得た。
(実施例8)
加熱ロールの回転数を33rpmに変更した以外は、実施例5と同様にして、トナーを得た。
(実施例9)
結晶性ウレタン変性ポリエステル3の代わりに、結晶性ウレタン変性ポリエステル2を用いた以外は、実施例7と同様にして、トナーを得た。
(実施例10)
結晶性ウレタン変性ポリエステル3の代わりに、結晶性ウレタン変性ポリエステル1を用いた以外は、実施例7と同様にして、トナーを得た。
(実施例11)
加熱ロールの回転数を35rpmに変更した以外は、実施例9と同様にして、トナーを得た。
(実施例12)
加熱ロールの回転数を35rpmに変更した以外は、実施例10と同様にして、トナーを得た。
(実施例13)
結晶性ウレタン変性ポリエステル3の代わりに、結晶性ポリエステル2を用いた以外は、実施例5と同様にして、トナーを得た。
(実施例14)
結晶性ウレタン変性ポリエステル3の代わりに、結晶性ポリエステル2を用いた以外は、実施例8と同様にして、トナーを得た。
(実施例15)
結晶性ウレタン変性ポリエステル3の代わりに、結晶性ポリエステル1を用いた以外は、実施例7と同様にして、トナーを得た。
(実施例16)
加熱ロールの回転数を35rpmに変更した以外は、実施例15と同様にして、トナーを得た。
(比較例1)
結晶性ウレタン変性ポリエステル3及び非結晶性ポリエステル1の添加量を、それぞれ45部及び50部に変更すると共に、加熱ロールの回転数を24rpmに変更した以外は、実施例1と同様にして、トナーを得た。
(比較例2)
結晶性ウレタン変性ポリエステル3及び非結晶性ポリエステル1の添加量を、それぞれ10部及び85部に変更すると共に、加熱ロールの回転数を30rpmに変更した以外は、実施例1と同様にして、トナーを得た。
(比較例3)
結晶性ウレタン変性ポリエステル3及び非結晶性ポリエステル1の添加量を、それぞれ30部及び65部に変更すると共に、加熱ロールの回転数を45rpmに変更した以外は、実施例1と同様にして、トナーを得た。
(比較例4)
加熱ロールの回転数を20rpmに変更した以外は、比較例3と同様にして、トナーを得た。
表1に、トナーの製造条件を示す。
表2に、トナーの物性を示す。
(表面の反射電子像における染色領域の割合)
トナーを四酸化ルテニウム水溶液の蒸気雰囲気に曝して、染色した後、走査型電子顕微鏡S−4800(日立製作所社製)を用いて、加速電圧2.0kVで表面の反射電子像を撮影した。具体的には、電子顕微鏡観察用の試料台上にカーボンテープでトナーを一層になるように固定した後、白金による蒸着を行わずに、以下の条件で、フラッシング操作を行ってから、反射電子像を撮影した。
SignalName=SE(U,LA80)
AcceleratingVoltage=2000Volt
EmissionCurrent=10000nA
WorkingDistance=6000um
LensMode=High Condencer1=5
ScanSpeed=Slow4(40秒)
Magnification=600
DataSize=1280×960
ColorMode=Grayscale
このとき、走査電子顕微鏡S−4800(日立製作所社製)の制御ソフト上で'コントラスト5、ブライトネス−5'に明るさを調整し、キャプチャスピード/積算枚数'Slow4を40秒'、画像サイズ1280×960pixelsの8bitの256階調グレースケール画像として、反射電子像を得た。画像上のスケールから、1pixelの長さは0.1667μm、1pixelの面積は0.0278μmとなる。
次に、得られた反射電子像を用いて、トナー50個について、四酸化ルテニウムにより染色されている染色領域の割合を算出した。
染色領域の割合は、画像処理ソフトImage−Pro Plus5.1J(MediaCybernetics社製)を用いて算出した。
まず、反射電子像からトナーを抽出し、トナーのサイズをカウントした。具体的には、解析するトナーを抽出するため、トナーと背景部分を分離した。Image−Pro Plus5.1Jの「測定」−「カウント/サイズ」を選択し、「カウント/サイズ」の「輝度レンジ選択」で、輝度レンジを50〜255の範囲に設定して、背景として写りこんでいる輝度の低いカーボンテープ部分を除外し、トナーを抽出した。
なお、トナーを抽出する際、「カウント/サイズ」の抽出オプションで、4連結を選択し、平滑度5を入力、穴埋めるにチェックを入れ、反射電子像の全ての境界(外周)上に位置するトナーや他のトナーと重なっているトナーについては、除外した。
次に、「カウント/サイズ」の測定項目で、面積とフェレ径(平均)を選択し、面積の選別レンジを最小300pixel、最大10000000pixelとした。
また、フェレ径(平均)は、コールターカウンター法により得られるトナーの体積中位粒径(D50)の測定値の±25%径の範囲になるよう選別レンジを設定し、画像解析するトナーを抽出した。
抽出された粒子群から一粒子を選択し、その粒子の大きさ(pixel数)jaを求めた。
次に、Image−Pro Plus5.1Jの「カウント/サイズ」の「輝度レンジ選択」で、輝度レンジを50〜255の範囲に設定して、染色領域を抽出した。
このとき、面積の選別レンジを最小10pixel、最大10000pixelとした。そして、jaを求めた粒子について、染色領域の大きさ(pixel数)maを求めた。
次に、抽出された粒子群から選択される粒子数が50となるまで同様の処理を行った。一視野中の粒子数が50に満たない場合には、別視野について同様の処理を繰り返した。
次に、50粒子のmaの合計Ma、50粒子のjaの合計値Jaを用いて、式
(Ma/Ja)×100
から、染色領域の割合を算出した。
(断面の反射電子像における染色領域の割合)
トナーをエポキシ樹脂で包埋して硬化させた後、支持体上に固定保持した。次に、ウルトラミクロトームRM2265(ライカ社製)を用いて、トナーの中心近傍の断面薄片を作製した。
トナーの代わりに、トナーの中心近傍の断面薄片を用いた以外は、表面の反射電子像における染色領域の割合と同様にして、断面の反射電子像における染色領域の割合を算出した。
(非結晶性樹脂由来の二次イオンに対する結晶性樹脂由来の二次イオンの検出強度の比)
飛行時間型二次イオン質量分析装置TRIFT−3(ULVAC−PHI社製)を用いて、以下の条件で、非結晶性樹脂由来の二次イオンに対する結晶性樹脂由来の二次イオンの検出強度の比を測定した。
一次イオン源:Ga
測定面積:100μm角
二次イオン極性:負
優先分解能:質量
Ga加速電圧:15kV
このとき、トナーを酢酸エチル中に分散させ、Ag基板上に薄くコートして分析した。また、GC−MS、NMR及びX線回折法により、トナー中の結晶性樹脂及び非結晶性樹脂を確認し、それぞれに由来する二次イオンの検出強度の比を算出した。
次に、トナーを用いて、定着下限温度、トナー飛散及び地汚れを評価した。
(定着下限温度)
定着ローラとしてテフロン(登録商標)ローラを用いた電子写真方式の複写機(MF−200、リコー社製)の定着部を改造した装置を用いて、複写印刷用紙<70>(リコービジネスエキスパート社製)上に、トナーの付着量が0.85±0.1mg/cm、3cm×8cmのベタ画像を形成した後、定着ベルトの温度を変化させて定着させた。次に、描画試験器AD−401(上島製作所社製)を用いて、先端半径が260〜320μm、先端角が60°のルビー針で、荷重50gの条件で、定着画像の表面を描画した後、繊維ハニコット#440(ハニロン社製)を用いて、定着画像の描画された表面を強く5回擦り、画像の削れが殆ど無くなる定着ベルトの温度を定着下限温度とした。このとき、ベタ画像は、通紙方向の先端から3.0cmの位置に形成し、定着装置のニップ部を通過する速度を280mm/sとした。
(トナー飛散)
デジタルフルカラー複写機imagioColor2800(リコー社製)を用いて、単色モードで画像面積が50%の画像チャートを50000枚ランニング出力した後、機内のトナーの汚染度合いを評価した。なお、トナーの汚染度合いが問題ないレベルのものを◎、トナーが見られるものの、使用上問題ないレベルのものを○、著しく汚染しており、問題があるものを×として、判定した。
(地汚れ)
ipsio CX2500(リコー社製)を用いて、B/W(Black/White)比が6%のプリントパターンを、23℃、45RH%の環境下で2000枚連続印字した。次に、感光体の現像されており、クリーニングされていない部分に無色透明のテープを貼った後、白紙にテープを貼り付け、分光濃度計Xrite 939(X−Rite社製)を用いて、明度(L*)を測定し、地汚れを評価した。なお、明度が90以上である場合を◎、80以上90未満である場合を○、80未満である場合を×として、判定した。
表3に、定着下限温度、トナー飛散及び地汚れの評価結果を示す。
表3から、実施例1〜16のトナーは、低温定着性に優れ、トナー飛散及び地汚れの発生を抑制できることがわかる。
これに対して、比較例1のトナーは、断面の反射電子像における染色領域の割合が45面積%であるため、トナー飛散及び地汚れが発生する。
比較例2のトナーは、断面の反射電子像における染色領域の割合が85面積%であるため、低温定着性が低下する。
比較例3のトナーは、表面の反射電子像における染色領域の割合が5面積%であるため、トナー飛散及び地汚れが発生する。
比較例4のトナーは、表面の反射電子像における染色領域の割合が65面積%であるため、低温定着性が低下する。
10 感光体
20 現像装置
100 プロセスカートリッジ
110 感光体
130 現像装置
特開2003−167384号公報

Claims (7)

  1. 結晶性樹脂及び非結晶性樹脂を含むトナーであって、
    走査型電子顕微鏡を用いて撮影される、四酸化ルテニウムにより染色されている当該トナーの断面の反射電子像における、該四酸化ルテニウムにより染色されている領域の割合が50面積%以上80面積%以下であり、
    走査型電子顕微鏡を用いて撮影される、四酸化ルテニウムにより染色されている当該トナーの表面の反射電子像における、該四酸化ルテニウムにより染色されている領域の割合が10面積%以上40面積%以下であることを特徴とするトナー。
  2. 前記表面の反射電子像における、前記四酸化ルテニウムにより染色されている領域の割合が20面積%以上30面積%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. 飛行時間型二次イオン質量分析法を用いて測定される、前記非結晶性樹脂由来の二次イオンに対する前記結晶性樹脂由来の二次イオンの検出強度の比が0.1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. 前記結晶性樹脂は、結晶性ウレタン変性ポリエステルであることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載のトナー。
  5. 請求項1乃至4のいずれか一項に記載のトナーを含むことを特徴とする現像剤。
  6. 感光体と、
    該感光体を帯電させる帯電手段と、
    該帯電した感光体に露光して静電潜像を形成する露光手段と、
    該感光体に形成された静電潜像を、請求項5に記載の現像剤を用いて現像してトナー像を形成する現像手段と、
    該感光体に形成されたトナー像を記録媒体に転写する転写手段と、
    該記録媒体に転写されたトナー像を定着させる定着手段を有することを特徴とする画像形成装置。
  7. 感光体と、
    該感光体に形成された静電潜像を、請求項5に記載の現像剤を用いて現像してトナー像を形成する現像手段を有し、画像形成装置の本体に着脱可能であることを特徴とするプロセスカートリッジ。
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