JP2016128905A - トナー、トナー収容ユニット及び画像形成装置 - Google Patents

トナー、トナー収容ユニット及び画像形成装置 Download PDF

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Abstract

【課題】高温高湿の保管環境においても帯電量の変化が少なく、良好な低温定着特性と耐ホットオフセット性、保存性に優れたトナーを提供する。
【解決手段】少なくとも結着樹脂と離型剤とを含むトナーであって、50%メタノール水溶液への可溶成分量が0.10〜0.60%であり、フローテスター法により求められる流出開始温度(Tfb)が55℃〜100℃であることを特徴とするトナー。
【選択図】図1

Description

本発明は、トナー、トナー収容ユニット及び画像形成装置に関する。
従来、電子写真方式や静電記録方式の画像形成装置では、潜像をトナーによって顕像化して画像形成を行っていることが知られている。近年、環境に対する意識の高まりや、ランニングコスト低減の観点で、より低い温度で定着できる低温定着トナーの開発が進められている。
トナーを定着させる手段には、トナーを加熱溶融させた上で加圧する方式が通常採用されている。この方式では、トナーを低温定着させるためには、まずより低温でトナーを溶融させる必要があるが、溶融温度が低すぎると定着前にトナーが軟化し、トナーの補給や画像品質に不具合が生じてしまう。このようなトレードオフの解消のためには、温度変化に対する溶融粘度の変化の傾きが大きくなるようにシャープメルト化させることが設計の基本になる。
これを達成するため、トナー構成中の結着樹脂の分子量をできるだけ小さくすること、分子量分布を狭くすることが検討されている。また、特許文献1に記載されているように、可塑剤や結晶性物質を使用すること等が検討されている。特許文献1では、結晶性ポリエステルの吸熱ピーク温度や分子量を制御することで、低温定着性や耐熱保存性を向上させる試みが開示されている。
一方、結着樹脂には分子量1000以下の低分子量成分として、オリゴマーや合成時の残存モノマーや加水分解物などが含まれていることが多い。例えば、トナーに使用されることの多いポリエステルでは、エステル化反応が平衡反応で可逆的であるので、各種アルコールやカルボン酸、低分子エステルなどが含まれている。
これらは低分子量であるため低温定着に寄与する成分であるが、カルボキシル基や水酸基のような極性基を相対的に多く含んでいるので、環境中の水分を吸湿しやすい。そのため、例えば日本の梅雨のような高温多湿な環境でトナーを保管したり使用したりすると、トナーの帯電能力が経時で低下する。特に、低温定着を達成するために結着樹脂の分子量を小さくしていくと、これらの低分子量成分の樹脂全体に占める比率は大きくなるため、この傾向が顕著になり、トナーの現像能力が不安定になったり画質の悪化をもたらしたりすることが知られている。
この問題に対して、特許文献2では、トナーを構成する特定の材料の酸価・水酸基価を一定値以下とすることで改善を試みている。さらに、トナーの流出開始温度と結晶性ポリエステルの融点との関係を検討することも行っており、低温定着性や高温高湿化での濃度低下の改善を試みている。
しかしながら、トナーの低温定着性を考慮すると、酸価及び水酸基価は好適な範囲があると考えられており、一方的にこれらを減らすことは適当ではない。また、特許文献2では、特定の材料のみの規定であるが、その材料の帯電特性はトナー表面露出量に影響され、このトナー表面露出量は、製造工程(特にトナーを形成する工程)でのバラつきに左右されるため、期待する効果が得られない場合があるという問題がある。
以上より、近年求められる低温定着性を満足するトナーを設計する上では、温湿度影響によるトナーの帯電低下が問題となり、両特性の両立が望まれている。さらに、良好な低温定着性と温湿度影響によるトナーの帯電変化の抑制とを両立しつつ、耐ホットオフセット性、保存性に優れたトナーが望まれている。
本発明は、従来における諸問題を解決し、以下の目標を達成することを課題とする。
すなわち、本発明は、高温高湿の保管環境においても帯電量の変化が少なく、良好な低温定着特性と耐ホットオフセット性、保存性に優れたトナーを提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明のトナーは、少なくとも結着樹脂と離型剤とを含むトナーであって、50%メタノール水溶液への可溶成分量が0.10〜0.60%であり、フローテスター法により求められる流出開始温度(Tfb)が55℃〜100℃であることを特徴とする。
本発明によれば、高温高湿の保管環境においても帯電量の変化が少なく、良好な低温定着特性と耐ホットオフセット性、保存性に優れたトナーを提供することができる。
高架式フローテスターによる流出曲線の一例を示す図である。 本発明に係る画像形成装置の一例を示す模式図である。 本発明に係る画像形成装置の他の例を示す模式図である。 画像形成手段の一例を示す模式図である。 本発明に係るプロセスカートリッジの一例を示す模式図である。
以下、本発明に係るトナー、トナー収容ユニット及び画像形成装置について図面を参照しながら説明する。なお、本発明は以下に示す実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態、追加、修正、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。
(トナー)
本発明のトナーは、少なくとも結着樹脂と離型剤とを含み、必要に応じて着色剤、帯電制御剤、外添剤等のその他の材料を含んでいてもよい。そして、本発明のトナーは、50%メタノール水溶液への可溶成分量が0.10〜0.60%であり、フローテスター法により求められる流出開始温度(Tfb)が55℃〜100℃であることを特徴とする。
<50%メタノール水溶液への可溶成分量>
本発明者らは、トナーの低温定着性を達成しつつ、高温高湿環境下での帯電安定性、現像安定性も達成できるよう鋭意検討を行った。その結果、このような高温高湿環境下で不具合をもたらすような低分子量成分は、水/メタノール50/50重量%の混合溶液(50%メタノール水溶液)に抽出されることが分かり本発明に至った。
従って、本発明では、トナーの50%メタノール水溶液への可溶成分量が0.10〜0.60%であり、より好ましくは0.20〜0.50%である。
従来技術では、低温定着を目的とした場合、含有される結着樹脂等の分子量を小さくすることが多く、50%メタノール水溶液に抽出される量(可溶成分量)が増え0.60%を超える。この場合、トナーを高温で保管するとトナーの帯電量が保管前に比べ小さくなる。従って、高温高湿の保管環境における帯電量の変化が生じてしまう。
一方、50%メタノール水溶液の可溶成分量が0.10%よりも小さくなると、低温定着に寄与する成分が減ることとなり、良好な低温定着性が得られない。低温定着性への寄与について、詳細は不明だが、豊富なカルボキシル基や水酸基が紙を構成しているセルロースと水素結合などを通じて親和性が高くなるためであると推測される。
<<50%メタノール水溶液への可溶成分量の測定方法>>
次に、50%メタノール水溶液への可溶成分量、の測定方法の一例について説明する。
まず、メタノールを純水と重量比1:1の割合で十分に混合し、50%メタノール水溶液を得る。トナー1.5gを50mlのスクリュー管瓶に計量し、メタノール50%水溶液を8.5g投入し、フタをして数秒程度軽く手振りで攪拌する。なお、50%メタノール水溶液に用いられる水は、例えば純水が挙げられるが、特に制限されるものではない。
その後、超音波洗浄機(例えば、エスエヌディー社製US−1KS、高周波出力60W 発振強度38Hz)にかけて30秒トナーを分散させる。そして、トナー分散液の入ったスクリュー瓶を50℃に設定した恒温槽に入れ、1.5時間静置し可溶成分を溶解させた後に遠心分離装置で固液分離し、液相のみをあらかじめ秤量していた別の瓶に投入する。60℃程度で十分に乾燥させた後に、再度秤量し瓶の初期重量との差から可溶成分の量を算出する。
最後に、この値を処理トナーの量(1.5g)で除して含有率としての可溶成分量を得る。
<トナーの流出開始温度(Tfb)>
本発明のトナーはフローテスター法により求められる流出開始温度(Tfb)が55〜100℃であることを特徴としている。流出開始温度(Tfb)は55〜85℃が好ましく、55〜75℃であることがより好ましい。
流出開始温度(Tfb)が55℃よりも小さいと、軟化点はさらに低くなるのでトナーが機内中の熱で軟化して凝集し、トナーの補給やトナーによる現像に不具合をもたらす。従って、良好な保存性が得られない。一方、流出開始温度(Tfb)が100℃よりも高いと、低温定着に不適なものとなる。
<<トナーの流出開始温度(Tfb)の測定方法>>
トナーの流出開始温度(Tfb)の測定方法の一例について説明する。
高架式フローテスター(例えば、島津フローテスターCFT−500型、島津製作所製)を用いて行う。まず加圧成形器を用いて成形した重量1.0gの試料を昇温速度3.0℃/min、プランジャー荷重10kgf/cm、直径0.5mm、長さ1mmのノズルより押し出すようにし、これによりフローテスターのプランジャー降下量を測定する。このとき、フローテスターのプランジャー降下量−温度曲線に基づいて、試料の流出開始点における温度をTfbとして得ることができる。なお、図1に高架式フローテスターによる流出曲線の一例を示す。
<酢酸エチルへの不溶成分量>
本発明ではトナーの酢酸エチルへの不溶成分量が15〜30%であることが好ましい。低温定着を実現するために単純に分子量を小さくすると、ホットオフセット温度も低温化するため高温側での定着性が悪化し、実用に耐えられるものにならない。そのため、高分子量の成分を添加したり、架橋樹脂など添加したり、トナー中で重合反応ないしは金属配位反応などで架橋成分を作ったりする必要がある。
重合トナーにおいては、あらかじめ反応性のポリエステルプレポリマーを添加しておき、乳化収斂後伸長反応を進めると、化学結合により強固な架橋成分が得られるので、定着幅の確保には好適である。また、低温定着トナーの弱点である保存性にも効果が得られる。
一般にプレポリマーなど高分子量成分は溶媒に対する溶解度が低い。従って、本発明では、例えばプレポリマーなどの高分子量成分の含有量を制御することによって、トナーの酢酸エチルへの不溶成分量が上記の15〜30%の範囲にすることができる。この範囲であると、高分子量成分が少なすぎることに起因する耐ホットオフセット性の低下、及び高分子量成分が多すぎることに起因する低温定着性の低下を防ぐことができる。
<<酢酸エチルへの不溶成分量の測定方法>>
前記酢酸エチル不溶成分量は、ソックスレー抽出による抽出残分として算出することができる。測定の一例を以下に示す。
正確な重量を測定したソックスレー抽出用円筒濾紙内にトナー0.5gを精秤し、平底フラスコ(300ml)に酢酸エチル200gを入れ、ソックスレー抽出管内に前記円筒濾紙を装着する。平底フラスコ、ソックスレー抽出管、冷却管を接続し、マントルヒーターで平底フラスコを加熱し、フラスコ内の酢酸エチルが沸騰し始めてから7時間、抽出操作を行う。抽出後の円筒濾紙を酢酸エチルで充分洗浄した後、溶媒である酢酸エチルを十分に乾燥させる。最初に測定したサンプル重量、円筒濾紙重量及び、抽出・乾燥後の抽出残分量より、トナー中に含まれる酢酸エチル不溶成分量の含有率を算出することができる。
<トナー組成>
次に、本発明のトナーの組成について、製造方法に触れつつ説明する。以下、乳化重合法でのトナー製造方法を例に挙げて説明するが、本発明のトナーは、乳化重合法、粉砕法いずれの方法によっても製造することができ、特に制限されるものではない。
本発明のトナーは、例えば、有機溶剤に、結着樹脂、離型剤、及び、着色剤等のトナー材料が溶解乃至分散されている油相を、水系媒体中で乳化乃至分散させ、有機溶剤を除去することにより作製することができる。
<<結着樹脂>>
前記結着樹脂としては、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、ポリエステル樹脂を含有することが好ましい。以下、ポリエステル樹脂について詳細を説明するが、ポリエステル樹脂以外の樹脂も用いることができる。
前記ポリエステル樹脂以外の樹脂としては、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。例えば、スチレン−アクリル樹脂、ポリオール樹脂、ビニル系樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ケイ素系樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、アニリン樹脂、アイオノマー樹脂、ポリカーボネート樹脂などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
−ポリエステル樹脂−
前記ポリエステル樹脂としては、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。例えば、結晶性ポリエステル樹脂、未変性ポリエステル樹脂、ポリエステルプレポリマーなどが挙げられる。これらの中でも、優れた低温定着性が得られる点で、前記ポリエステル樹脂は、結晶性ポリエステル樹脂を含有することが好ましい。
前記結着樹脂は、ポリエステル樹脂を50質量%以上含有することが好ましく、100質量%含有することがより好ましい。
−−結晶性ポリエステル樹脂−−
トナー粒子中に存在する結晶性ポリエステル樹脂は、高い結晶性を有するが故に、定着開始温度付近において急激な粘度低下を示すという熱溶融特性を有している。つまり、結晶性ポリエステル樹脂を用いることによって、溶融開始温度直前までは結晶性により耐熱保存性が良好であり、溶融開始温度では急激な粘度低下(シャープメルト性)を起こして定着することから、良好な耐熱保存性と低温定着性を兼ね備えたトナーを設計することができる。
結着樹脂中の結晶性ポリエステル樹脂の含有量は、5重量%以上30重量%以下であることが好ましく、5重量%以上15重量%以下であることがより好ましい。
結晶性ポリエステル樹脂の融点は、55℃以上80℃以下であることが好ましく、58℃〜70℃であることがより好ましい。融点が55℃未満の場合、耐熱保存性が悪化することがあり、80℃より高い場合、低温定着性が悪化することがある。
なお、本発明において、結晶性ポリエステル樹脂の融点とは、示差走査熱量計を用いて測定されるDSC曲線において、最大吸熱ピークを示すときの温度をいう。
また、結晶性ポリエステル樹脂は、o−ジクロロベンゼンの可溶分のGPCによる分子量分布が、重量平均分子量(Mw)が、10000〜30000、数平均分子量(Mn)が500〜6000、Mw/Mnが2〜10であることが好ましい。
重量平均分子量(Mw)が30000を超えると低温定着性が低下することがあり、10000未満では、耐熱保存性が低下することがある。
Mw/Mnが10を超えると分子量分布がブロードになり低温定着性と耐熱保存性の両立が困難になることがある。
また、o−ジクロロベンゼンの可溶分のGPCによる分子量分布の横軸をlog(M)、縦軸を重量%で表した分子量分布図のピーク位置が、3.5〜4.0の範囲にあり、ピークの半値幅が1.5以下であるものが好ましい。
本発明において、結晶性ポリエステル樹脂を構成するモノマー成分としては、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。例えば、炭素数2〜20のジオール化合物及びこれらの誘導体を含有するアルコール成分と、脂肪族ジカルボン酸、芳香族ジカルボン酸、脂環式ジカルボン酸等の多価カルボン酸化合物及びこれらの誘導体を含有する酸成分とを用いて合成できるものが好ましく用いられる。
前記アルコール成分として、炭素数2〜12の飽和脂肪族ジオール化合物が挙げられ、例えば1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,8−オクタンジオール、1,10−デカンジオール、1,12−ドデカンジオール及びこれらの誘導体が挙げられる。
前記酸成分としては、二重結合(C=C結合)を有する炭素数2〜12のジカルボン酸、又は、炭素数2〜12の飽和ジカルボン酸が挙げられ、特にフマル酸、1,4−ブタン二酸、1,6−ヘキサン二酸、1,8−オクタン二酸、1,10−デカン二酸、1,12−ドデカン二酸及びこれらの誘導体等が挙げられる。
中でも1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,−8−オクタンジオール、1,10−デカンジオール、1,12−ドデカンジオールのいずれかである炭素数4〜12の飽和ジオール成分と、1,4−ブタン二酸、1,6−ヘキサン二酸、1,−8−オクタン二酸、1,10−デカン二酸、1,12−ドデカン二酸のいずれかである炭素数4〜12の飽和ジカルボン酸成分とから構成されるものが好ましい。このようにして得られる脂肪族ポリエステル樹脂は、結晶性が高く、融点付近で急激な粘度変化を示すため、好ましく使用できる。
一般的に、結晶性ポリエステル樹脂が他の結着樹脂と相溶している部分が多いとトナーが軟化しやすくなり、トナーの流出開始温度が低下し、耐熱保存性が悪化しやすくなる。そのため、トナー作製時には未変性のポリエステル樹脂と相溶させないことが重要である。これについては、結晶性ポリエステル樹脂が未変性のポリエステル中に分散した樹脂微粒子分散液を使用することでこれらの樹脂同士の相溶を抑えることが可能である。
前記樹脂微粒子分散液の作製方法としては、例えば以下のような方法が挙げられる。結晶性ポリエステル樹脂を単独で有機溶媒に加え、加熱高温にすることで溶解させ、その後、冷却することで、結晶性ポリエステル樹脂粒子を再結晶により析出させる。冷却後の分散液に未変性のポリエステル樹脂を溶解させ、分散液の温度を結晶性ポリエステルが有機溶媒に溶解する温度より上昇しないように、さらに機械的粉砕装置で微粒子化する。これにより、結晶性ポリエステル樹脂と未変性のポリエステル樹脂が相溶していない樹脂微粒子分散液を作製することができる。
このとき、結晶性ポリエステル樹脂の加熱溶解、冷却の際に、未変性のポリエステル樹脂を混在させたり、また、機械的粉砕装置での微分散化において、粘度の上昇とともに分散液にシェアがかかり、分散液温度が上昇したりしないように留意する。この場合、結晶性ポリエステル樹脂と未変性のポリエステル樹脂が相溶し、得られたトナーにおいて結晶性ポリエステルのシャープメルト性が活かされないことがある。
トナー粒子中における結晶性ポリエステル樹脂の分散径は、結晶性ポリエステル樹脂の微分散、表面偏在の観点から長軸径で0.1μm以上2.0μm以下であることが好ましく、0.5μm以上0.8μm以下であることがより好ましい。0.1μmより小さい場合、結晶性ポリエステル樹脂分散液の粘度が高くなり、径の分布を好適に制御することができないことがある。また未変性のポリエステルと相溶しやすくなるため、耐熱保存性が悪化することがある。2.0μmを超えるとトナーの造粒を実施しにくくなる。
結晶性ポリエステル樹脂の分散粒径は、樹脂微粒子分散液を機械的に粉砕する他、結晶性ポリエステル樹脂を析出させる際の溶液の濃度や冷却速度によっても調節できる。
結晶性ポリエステル樹脂の分散工程に用いる有機溶媒としては、特に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。中でも、高温では結晶性ポリエステル樹脂を完全に溶解して均一溶液を形成することができ、一方で低温に冷却すると結晶性ポリエステル樹脂が析出し、不透明な不均一溶液を形成するものが好ましく用いられる。
詳しくは、結晶性ポリエステル樹脂が有機溶媒に溶解する温度(Tm)を基準として、(Tm−40)℃未満の温度では非溶媒の特性を示し、それ以上の温度では良溶媒の特性を示すものであれば好ましい。具体例としては、トルエン、酢酸エチル、酢酸ブチル、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなどが挙げられる。これらを単独あるいは2種以上組合せて用いることができる。
前記冷却過程で析出した結晶性ポリエステル樹脂を微粒子化する工程に用いる機械的粉砕装置としては、市販の粉砕装置を挙げることができ、例えばビーズミル装置、ボールミル装置、湿式微粉砕装置(スギノマシン社製アルティマイザー装置)などが挙げられる。
また、本発明のトナーは、有機溶媒に、結晶性ポリエステル樹脂及び未変性ポリエステル樹脂を含む結着樹脂、離型剤、着色剤等のトナー材料が溶解乃至分散されているトナー材料液と、結着樹脂前駆体と、前記結着樹脂前駆体と伸長反応又は架橋反応する化合物とを溶解させた油相を、微粒子分散剤の存在する水系媒体中に分散させて乳化分散液を得、前記乳化分散液中で前記結着樹脂前駆体を架橋反応及び/又は伸長反応させ、有機溶剤を除去することが好ましい。
換言すると、結晶性ポリエステル樹脂、未変性ポリエステル樹脂、変性ポリエステル系樹脂からなる結着樹脂前駆体を含有する結着樹脂成分と、着色剤と、離型剤とを含む油相に、前記結着樹脂前駆体と伸長又は架橋する化合物を溶解させた後、分散剤を含む水系媒体中に当該化合物を溶解させた油相を分散させて分散液を得て、該分散液中で前記結着樹脂前駆体を前記化合物と反応させて架橋反応及び/又は伸長反応させた後、前記有機溶剤を除去して得られるトナーであることが好ましい。
−−未変性ポリエステル樹脂−−
非結晶性の未変性ポリエステル樹脂としては、芳香族ポリエステル樹脂であることが好ましい。
未変性ポリエステル樹脂に用いられるアルコール成分としては、2価のアルコール(ジオール)、具体的には、炭素数2〜36のアルキレングリコール(エチレングリコール、1,2−プロピレングリコール、1,3−プロピレングリコール、1,4−ブチレングリコール及び1,6−ヘキサンジオールなど);炭素数4〜36のアルキレンエーテルグリコール(ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール及びポリブチレングリコールなど);炭素数6〜36の脂環式ジオール(1,4−シクロヘキサンジメタノール及び水素添加ビスフェノールAなど);上記脂環式ジオールの炭素数2〜4のアルキレンオキサイド〔エチレンオキサイド(以下EOと略記する)、プロピレンオキサイド(以下POと略記する)及びブチレンオキサイド(以下BOと略記する)など〕付加物(付加モル数1〜30);ビスフェノール類(ビスフェノールA、ビスフェノールF及びビスフェノールSなど)の炭素数2〜4のアルキレンオキサイド(EO、PO及びBOなど)付加物(付加モル数2〜30)などが挙げられる。
また、前記の2価のオールに加えて3価以上(3〜8価又はそれ以上)のアルコール成分を含有してもよく、具体的には、炭素数3〜36の3〜8価又はそれ以上の脂肪族多価アルコール(アルカンポリオール及びその分子内もしくは分子間脱水物、例えば、グリセリン、トリエチロールエタン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ソルビトール、ソルビタン、ポリグリセリン、及びジペンタエリスリトール;糖類及びその誘導体、例えば庶糖及びメチルグルコシド;など);上記脂肪族多価アルコールの炭素数2〜4のアルキレンオキサイド(EO、PO及びBOなど)付加物(付加モル数1〜30);トリスフェノール類(トリスフェノールPAなど)の炭素数2〜4のアルキレンオキサイド(EO、PO及びBOなど)付加物(付加モル数2〜30);ノボラック樹脂(フェノールノボラック及びクレゾールノボラックなど:平均重合度3〜60)の炭素数2〜4のアルキレンオキシド(EO、PO、BOなど)付加物(付加モル数2〜30)などが挙げられる。
未変性ポリエステル樹脂に用いられるカルボン酸成分としては、2価のカルボン酸(ジカルボン酸)、具体的には、炭素数4〜36のアルカンジカルボン酸(コハク酸、アジピン酸、及びセバシン酸など)及びアルケニルコハク酸(ドデセニルコハク酸など);炭素数4〜36の脂環式ジカルボン酸〔ダイマー酸(2量化リノール酸)など〕;炭素数4〜36のアルケンジカルボン酸(マレイン酸、フマル酸、シトラコン酸、及びメサコン酸など);炭素数8〜36の芳香族ジカルボン酸(フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸又はこれらの誘導体、及びナフタレンジカルボン酸など)などが挙げられる。
これらのうち好ましいものは、炭素数4〜20のアルケンジカルボン酸、及び炭素数8〜20の芳香族ジカルボン酸である。なお、ポリカルボン酸としては、上述のものの酸無水物又は低級アルキル(炭素数1〜4)エステル(メチルエステル、エチルエステル、イソプロピルエステルなど)を用いてもよい。
また、前記の2価のカルボン酸に加えて3価以上(3〜6価又はそれ以上)のカルボン酸成分を含有してもよく、具体的には、炭素数9〜20の芳香族ポリカルボン酸(トリメリット酸、ピロメリット酸など);不飽和カルボン酸のビニル重合体[数平均分子量(以下Mnと記載、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)による):450〜10000](スチレン/マレイン酸共重合体、スチレン/アクリル酸共重合体、α−オレフィン/マレイン酸共重合体、スチレン/フマル酸共重合体など)などが挙げられる。これらのうち好ましいものは、炭素数9〜20の芳香族ポリカルボン酸であり、特に好ましいものはトリメリット酸、及びピロメリット酸である。なお、3価以上のポリカルボン酸としては、上述のものの酸無水物又は低級アルキル(炭素数1〜4)エステル(メチルエステル、エチルエステル、イソプロピルエステルなど)を用いてもよい。
本発明では、上記のアルコール成分と上記のカルボン酸成分とを所定のOH/COOHの割合で反応させた後、さらに所定の量の安息香酸を加えて反応させることが好ましい。このような操作を行うことにより、上述した50%メタノール水溶液への可溶成分量を所望の値に設定しやすくなる。前記OH/COOHや安息香酸の含有量は、使用するアルコール成分やカルボン酸成分の種類や含有量によって適宜変更することが可能であるため、特に制限されるものではない。そのため、一概に好適な範囲を規定することは難しいが、例えばOH/COOHが1.293〜1.364のとき、安息香酸を10〜29質量部添加することが好ましい。
未変性のポリエステル樹脂の酸価は、通常1〜50KOHmg/gであり、5〜30KOHmg/gが好ましい。これにより、酸価が1KOHmg/g以上であるため、トナーが負帯電性となりやすく、さらには、紙への定着時に、紙とトナーの親和性が良くなり、低温定着性を向上させることができる。しかしながら、酸価が50KOHmg/gを超えると、帯電安定性、特に環境変動に対する帯電安定性が低下することがある。本発明において、未変性のポリエステル樹脂の酸価は、1〜50KOHmg/gであることが好ましい。
未変性のポリエステル樹脂の水酸基価は、10〜30KOHmg/gが好ましい。この値は、前述したトナー中のメタノール水溶液への可溶成分量に大きく関係している。水酸基を適した範囲にすることで、メタノール水溶液への可溶成分量を上述した適正な範囲に調整することができ、高温高湿条件下でもトナーの吸湿を抑えることができる。
未変性のポリエステル樹脂の水酸基価が、30KOHmg/gを超えると、湿度の影響を受けやすく、トナーの吸湿に伴う帯電低下を抑制しにくくなる。一方で、水酸基価が10KOHmg/g未満であると、記録媒体である紙のセルロースとの親和性が不足し、定着性が悪化する傾向にある。未変性ポリエステル樹脂の水酸基価は、10〜20KOHmg/gがより好ましい。
本発明で使用される低水酸基価の樹脂を得る方法としては、例えば、ポリエステル高分子末端の極性基を封鎖し、単官能単量体をポリエステルに導入する方法等が挙げられる。
水酸基価は、JIS K0070−1966に準拠した方法を用いて測定される。具体例を以下に挙げて説明する。
まず、試料0.5gを100mlのメスフラスコに精秤し、これにアセチル化試薬5mlを加える。次に、100±5℃の温浴中で1〜2時間加熱した後、フラスコを温浴から取り出して放冷する。さらに、水を加えて振り動かして無水酢酸を分解する。次に、無水酢酸を完全に分解させるために、再びフラスコを温浴中で10分以上加熱して放冷した後、有機溶剤でフラスコの壁を十分に洗う。
さらに、電位差自動滴定装置DL−53 Titrator(メトラー・トレド社製)及び電極DG113−SC(メトラー・トレド社製)を用いて、23℃で水酸基価を測定し、解析ソフトLabX Light Version 1.00.000を用いて解析する。なお、装置の校正には、トルエン120mlとエタノール30mlの混合溶媒を用いる。
このとき、測定条件として、例えば以下のものが挙げられる。
Stir
Speed[%] 25
Time[s] 15
EQP titration
Titrant/Sensor
Titrant CH3ONa
Concentration[mol/L] 0.1
Sensor DG115
Unit of measurement mV
Predispensing to volume
Volume[mL] 1.0
Wait time[s] 0
Titrant addition Dynamic
dE(set)[mV] 8.0
dV(min)[mL] 0.03
dV(max)[mL] 0.5
Measure mode Equilibrium controlled
dE[mV] 0.5
dt[s] 1.0
t(min)[s] 2.0
t(max)[s] 20.0
Recognition
Threshold 100.0
Steepest jump only No
Range No
Tendency None
Termination
at maximum volume[mL] 10.0
at potential No
at slope No
after number EQPs Yes
n=1
comb.termination conditions No
Evaluation
Procedure Standard
Potential1 No
Potential2 No
Stop for reevaluation No
前記未変性ポリエステル樹脂のガラス転移温度Tgは、35〜55℃であることが好ましい。Tgが35℃未満では、高温高湿環境下での保存性が悪化し、固化あるいは凝集、また表面変化による帯電低下などの問題が生じやすくなる。一方で、Tgが55℃を超えると低温定着性が阻害されることがある。
<<プレポリマー>>
トナーの低温定着性を向上させる上で、耐ホットオフセット性や耐熱保存性といった性質をどのようにしてトナーに持たせるかが重要であり、この一つとしてプレポリマーを使用することが好適な手段である。プレポリマーにはイソシアネートやエポキシなどにより変性されたポリエステルプレポリマーを使用することが好ましい。
上述したように、本発明ではトナーの酢酸エチルへの不溶成分量が15〜30%であることが好ましい。この範囲であると、高分子量成分が少なすぎることに起因する耐ホットオフセット性の低下、及び高分子量成分が多すぎることに起因する低温定着性の低下を防ぐことができる。
一般にプレポリマーなど高分子量成分は溶媒に対する溶解度が低い。従って、本発明では、例えばプレポリマーなどの高分子量成分の含有量を制御することによって、トナーの酢酸エチルへの不溶成分量が上記した15〜30%の範囲にすることができる。
プレポリマーの含有量は、ポリマーの種類によっても異なり、一概に好適な範囲を規定することは難しいが、例えばポリエステルプレポリマーの場合、トナー中、5質量%以上15質量%以下であることが好ましい。
ポリエステルプレポリマーの合成方法としては、ベースとなるポリエステル樹脂に、従来公知のイソシアネート化剤やエポキシ化剤などを反応させることで容易に合成することができる。
ポリエステルプレポリマーは、前述した未変性のポリエステル樹脂と少なくとも一部が相溶することが好ましい。また、ポリエステルプレポリマーのベースとなるポリエステル樹脂は、アルコール成分及びカルボン酸成分が、未変性ポリエステル樹脂を構成するアルコール成分及びカルボン酸成分と、類似の組成であることが好ましい。
また、ベースとなるポリエステル樹脂としては、前述した未変性のポリエステル樹脂を用いてもよい。
前記イソシアネート化剤としては、例えば、脂肪族ポリイソシアネート(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など);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など);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など);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など);イソシアヌレート類;前記ポリイソシアネートをフェノール誘導体、オキシム、カプロラクタムなどでブロックしたもの;及びこれら2種以上を併用したものが挙げられる。
前記エポキシ化剤としては、エピクロロヒドリンなどが挙げられる。
イソシアネート化剤の比率は、イソシアネート基[NCO]と、ベースとなるポリエステルの水酸基[OH]の当量比[NCO]/[OH]として、通常5/1〜1/1、好ましくは4/1〜1.2/1、さらに好ましくは2.5/1〜1.5/1である。[NCO]/[OH]が5/1を超えると低温定着性が悪化することがある。[NCO]のモル比が1未満では、このポリエステルプレポリマーのウレア含量が低くなり、耐ホットオフセット性が悪化することがある。
このポリエステルプレポリマー中のイソシアネート化剤の含有量は、0.5〜40重量%が好ましく、より好ましくは1〜30重量%、さらに好ましくは2〜20重量%である。0.5重量%未満では、耐ホットオフセット性が悪化するとともに、耐熱保存性と低温定着性の両立の面で不利になる。40重量%を超えると低温定着性が悪化しやすい。
また、このポリエステルプレポリマー中の1分子当たりに含有するイソシアネート基は、通常1個以上、好ましくは、平均1.5〜3個、さらに好ましくは、平均1.8〜2.5個である。1分子当たり1個未満では、伸長反応後のウレア変性ポリエステル樹脂の分子量が低くなり、耐ホットオフセット性が悪化することがある。
変性ポリエステルは、重量平均分子量が5×10以上5×10以下であることが好ましい。
<<変性ポリエステルと伸長反応又は架橋反応する化合物>>
変性ポリエステルと伸長反応又は架橋反応する化合物としては、活性水素基を有する化合物が挙げられ、その代表として、アミン類を挙げることができる。
アミン類としては、ジアミン化合物、3価以上のポリアミン化合物、アミノアルコール化合物、アミノメルカプタン化合物、アミノ酸化合物、及び、これらのアミノ基をブロックした化合物などが挙げられる。
ジアミン化合物としては、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など);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など);及び脂肪族ジアミン(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など)などが挙げられる。
3価以上のポリアミン化合物としては、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミンなどが挙げられる。
アミノアルコール化合物としては、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。
アミノメルカプタン化合物としては、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などが挙げられる。
アミノ酸化合物としては、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。
これらのアミノ基をブロックした化合物としては、前記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、オキサゾリン化合物などが挙げられる。
これらアミン類のうち好ましいものは、ジアミン化合物、ジアミン化合物と少量のポリアミン化合物の混合物、ジアミン化合物のアミノ基をブロックした化合物である。
なお、ウレア変性ポリエステル樹脂は、非結晶性の未変性ポリエステル樹脂以外に、ウレア結合以外の化学結合で変性されているポリエステル樹脂、例えば、ウレタン結合で変性されているポリエステル樹脂と併用することができる。
有機溶剤中にウレア変性ポリエステル樹脂等の変性ポリエステル樹脂を含有する場合、変性ポリエステル樹脂は、ワンショット法等により製造することができる。
一例として、ウレア変性ポリエステル樹脂を製造方法について説明する。
まず、ポリオールとポリカルボン酸を、テトラブトキシチタネート、ジブチルスズオキサイド等の触媒の存在下で、150〜280℃に加熱し、必要に応じて、減圧しながら生成する水を除去して、水酸基を有するポリエステル樹脂を得る。次に、水酸基を有するポリエステル樹脂とポリイソシアネートを40〜140℃で反応させ、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得る。さらに、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ン類を0〜140℃で反応させ、ウレア変性ポリエステル樹脂を得る。
ウレア変性ポリエステル樹脂の数平均分子量は、通常、1000〜10000であり、1500〜6000が好ましい。
なお、水酸基を有するポリエステル樹脂とポリイソシアネートを反応させる場合及び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ン類を反応させる場合には、必要に応じて、溶剤を用いることもできる。
溶剤としては、芳香族溶剤(トルエン、キシレン等);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等);エステル類(酢酸エチル等);アミド類(ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド等);エーテル類(テトラヒドロフラン等)等のイソシアネート基に対して不活性なものが挙げられる。
なお、未変性のポリエステル樹脂は、水酸基を有するポリエステル樹脂と同様に製造したものを、ウレア変性ポリエステル樹脂の反応後の溶液に混合してもよい。
<<離型剤>>
前記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、例えば、ロウ類、ワックス類などが挙げられる。
前記ロウ類及び前記ワックス類としては、例えば、植物系ワックス、鉱物系ワックス、石油ワックスなどが挙げられる。
前記植物系ワックスとしては、例えば、カルナウバワックス、綿ロウ、木ロウ、ライスワックスなどが挙げられる。
前記動物系ワックスとしては、例えば、ミツロウ、ラノリンなどが挙げられる。
前記鉱物系ワックスとしては、例えば、オゾケライト、セルシンなどが挙げられる。
前記石油ワックスとしては、例えば、パラフィン、マイクロクリスタリン、ペトロラタムなどが挙げられる。
前記ワックスとしては、定着時のワックス由来の揮発分が少ない点、及び定着時にオフセットが生じにくい点、耐ホットオフセット性、並びに低温定着性の点で、エステルワックスが特に好ましい。
前記エステルワックスとしては、適宜合成したものを使用してもよいし、市販品を使用してもよい。前記エステルワックスは、通常、長鎖脂肪酸又は多価カルボン酸と、長鎖高級アルコール又は多価アルコールとをエステル化反応させて合成される。前記長鎖脂肪酸又は多価カルボン酸、及び、前記長鎖高級アルコール又は多価アルコールは、通常天然物から得られることが多く、一般的には、偶数の炭素数を有する混合物から構成されている。
前記長鎖脂肪酸としては、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、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、アラキジン酸、ベヘン酸、リグノセリン酸などが挙げられる。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。
前記多価カルボン酸としては、例えば、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸等のべンゼンジカルボン酸類又はその無水物、コハク酸、アジピン酸、セバシン酸、アゼライン酸等のアルキルジカルボン酸類又はその無水物、マレイン酸、シトラコン酸、イタコン酸、アルケニルコハク酸、フマル酸、メサコン酸等の不飽和二塩基酸、マレイン酸無水物、シトラコン酸無水物、イタコン酸無水物、アルケニルコハク酸無水物等の不飽和二塩基酸無水物、トリメリット酸、ピロメリット酸、1,2,4−ベンゼントリカルボン酸、1,2,5−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−2−メチル−2−メチレンカルボキシプロパン、テトラキス(メチレンカルボキシ)メタン、1,2,7,8−オクタンテトラカルボン酸、エンポール三量体酸、これらの無水物、部分低級アルキルエステルなどが挙げられる。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。
前記長鎖高級アルコールとしては、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。例えば、カプリルアルコール、カプリックアルコール、ラウリルアルコール、ミリスチルアルコール、セチルアルコール、ステアリルアルコール、アラチジルアルコール、ベヘニルアルコール、リグノセリルアルコールなどが挙げられる。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。
前記多価アルコールとしては、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、2,3−ブタンジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、1,5−ペンタンジオール、1,6−へキサンジオール、ネオペンチルグリコール、2−エチル−1,3−ヘキサンジオール、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−トリヒドロキシベンゼンなどが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記エステル化反応としては、例えば、反応温度としては250℃未満の常圧又は減圧下で行い、好ましくは窒素等の不活性ガス中で行う。前記長鎖脂肪酸又は多価カルボン酸と、前記長鎖高級アルコール又は多価アルコールとの反応割合は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。前記エステル化反応に際し、エステル化触媒や溶剤を少量存在させることもできる。
前記エステル化触媒としては、例えば、テトラブトキシチタネート、テトラプロピオキシチタネート等の有機チタン化合物、ジブチルチンジラウレート、ジブチルチンオキサイドのような有機錫化合物、その他有機鉛化合物等が挙げられる。
前記溶剤としては、例えば、トルエン、キシレン、ミネラルスピリット等の芳香族溶剤が挙げられる。
前記長鎖脂肪酸又は多価カルボン酸と、前記長鎖高級アルコール又は多価アルコールとをそのままエステル化した場合、目的とするエステル化合物の他に各種の類似構造物を持つ副生成物を副生するために、トナーの各特性に悪影響を及ぼしやすい。
そのため、原材料や生成物を溶剤抽出や減圧蒸留操作を用いて精製することで、本発明で使用するエステルワックスを得ることができる。
また、離型剤の平均粒径は、長径で0.2〜2.0μmであることが好ましい。0.2μmより小さい場合、離型効果が小さくなる。2.0μmを超えるとトナーの造粒が困難になり、さらにスペントを引き起こす可能性が高い。そのため、平均粒径は0.2〜2.0μmであることが好ましい。
また、離型剤の含有量は、トナーに対して、1〜10重量%が好ましい。
<<着色剤>>
本発明に用いられる着色剤としては公知の染料及び顔料が使用できる。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、パラクロルオルトニトロアニリンレッド、リソールファストスカーレットG、ブリリアントファストスカーレット、ブリリアントカーンミンBS、パーマネントレッド(F2R、F4R、FRL、FRLL、F4RH)、ファストスカーレットVD、ベルカンファストルビンB、ブリリアントスカーレットG、リソールルビンGX、パーマネントレッドF5R、ブリリアントカーミン6B、ピグメントスカーレット3B、ボルドー5B、トルイジンマルーン、パーマネントボルドーF2K、ヘリオボルドーBL、ボルドー10B、ボンマルーンライト、ボンマルーンメジアム、エオシンレーキ、ローダミンレーキB、ローダミンレーキY、アリザリンレーキ、チオインジゴレッドB、チオインジゴマルーン、オイルレッド、キナクリドンレッド、ピラゾロンレッド、ポリアゾレッド、クロームバーミリオン、ベンジジンオレンジ、ペリノンオレンジ、オイルオレンジ、コバルトブルー、セルリアンブルー、アルカリブルーレーキ、ピーコックブルーレーキ、ビクトリアブルーレーキ、無金属フタロシアニンブルー、フタロシアニンブルー、ファストスカイブルー、インダンスレンブルー(RS、BC)、インジゴ、群青、紺青、アントラキノンブルー、ファストバイオレットB、メチルバイオレットレーキ、コバルト紫、マンガン紫、ジオキサンバイオレット、アントラキノンバイオレット、クロムグリーン、ジンクグリーン、酸化クロム、ピリジアン、エメラルドグリーン、ピグメントグリーンB、ナフトールグリーンB、グリーンゴールド、アシッドグリーンレーキ、マラカイトグリーンレーキ、フタロシアニングリーン、アントラキノングリーン、酸化チタン、亜鉛華、リトポン及びそれらの混合物が使用できる。
着色剤の含有量はトナーに対して通常1〜15重量%、好ましくは3〜10重量%である。
前記着色剤は結着樹脂と複合化されたマスターバッチとして用いることもできる。
マスターバッチの製造に用いられる又はマスターバッチとともに混練される結着樹脂としては、先に挙げたポリエステル樹脂の他に、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などのスチレン及び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−ビニルナフタリン共重合体、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−クロル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などのスチレン系共重合体;ポリメチルメタクリレート、ポリブチルメタクリレート、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、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、脂肪族又は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などが挙げられる。これらは、単独あるいは混合して使用できる。
前記マスターバッチは、マスターバッチ用の結着樹脂と着色剤とを高せん断力をかけて混合、混練して得ることができる。この際、着色剤と結着樹脂の相互作用を高めるために、有機溶剤を用いることができる。また、水を含んだ着色剤の水性ペーストを結着樹脂と有機溶剤とともに混合混練し、着色剤を結着樹脂側に移行させ、水分と有機溶剤成分を除去する方法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、乾燥させる必要がなく、好ましく用いられる。混合混練するには3本ロールミル等の高せん断分散装置が好ましく用いられる。
<<帯電制御剤>>
本発明のトナーは、必要に応じて帯電制御剤を含有してもよい。帯電制御剤としては公知のものを使用できる。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、燐の単体又は化合物、タングステンの単体又は化合物、フッ素系活性剤、サリチル酸金属塩及び、サリチル酸誘導体の金属塩等が挙げられる。
具体的には、ニグロシン系染料のボントロン03、第四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)、第四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)、第四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、第四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、その他スルホン酸基、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系の化合物等が挙げられる。
帯電制御剤の使用量は、結着樹脂の種類、必要に応じて使用される添加剤の有無、分散方法を含めたトナー製造方法によって決定されるもので、一義的に限定されるものではないが、好ましくは結着樹脂100重量部に対して、0.1〜10重量部の範囲で用いられる。より好ましくは、0.2〜5重量部の範囲である。10重量部を越える場合にはトナーの帯電性が大きくなり過ぎ、主帯電制御剤の効果を減退させ、現像ローラとの静電的吸引力が増大し、現像剤の流動性低下や、画像濃度の低下を招く。
これらの帯電制御剤はマスターバッチ、結着樹脂とともに溶融混練した後、溶解分散させることもできるし、もちろん有機溶剤に直接溶解、分散する際に加えてもよいし、トナー表面にトナー粒子作成後、固定化させてもよい。
<<外添剤>>
本発明のトナーは、流動性や現像性、帯電性あるいはクリーニング性を補助するために外添剤を含有してもよい。流動性や現像性、帯電性を補助し得る外添剤としては、無機微粒子を好ましく用いることができる。
無機微粒子の具体例としては、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、窒化ケイ素などを挙げることができる。
無機微粒子の一次粒子径は、5nm〜2μm(2000nm)であることが好ましく、5nm〜500nmであることがより好ましい。
また、BET法による比表面積は、20〜500m/gであることが好ましい。
無機微粒子の含有量は、トナーの0.01〜5重量%であることが好ましく、0.01〜2.0重量%であることがより好ましい。
この他高分子系微粒子、例えばソープフリー乳化重合や懸濁重合、分散重合によって得られるポリスチレン、メタクリル酸エステルやアクリル酸エステル共重合体やシリコーン、ベンゾグアナミン、ナイロンなどの重縮合系、熱硬化性樹脂による重合体粒子が挙げられる。
このような流動性を補助し得る外添剤は、表面処理剤により表面処理を行うことにより、疎水性を上げ、高湿度下においても流動特性や帯電特性の悪化を防止することができる。
表面処理剤としては、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などが挙げられる。
一方、クリーニング性を補助し得る外添剤、すなわち、静電潜像担持体(感光体)や一次転写媒体に残存する転写後の現像剤を除去するための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、ステアリン酸などの脂肪酸金属塩、例えばポリメチルメタクリレート微粒子、ポリスチレン微粒子などのソープフリー乳化重合などによって製造されたポリマー微粒子などを挙げることができる。
前記ポリマー微粒子は、比較的粒度分布が狭く、体積平均粒径が0.01から1μmのものが好ましい。
<<トナーの粒径>>
本発明のトナーの体積平均粒径は、3μm以上7μm以下であることが好ましく、個数平均粒径に対する体積平均粒径の比が1.2以下であることが好ましい。体積平均粒径3μm未満では、トナー飛散が生じることがあり、7μmを超えると、細線再現性が低下することがある。
また、粒径が2μm以下である成分が10個数%以下であることが好ましい。
本発明のトナーの体積平均粒径(Dv)及び個数平均粒径(Dn)は、例えば、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、アパーチャー径100μmで測定し、解析ソフト(Beckman Coulter Mutlisizer 3 Version3.51)にて解析を行うことにより求めることができる。
具体例を以下、ガラス製100mlビーカーに10wt%界面活性剤(アルキルベンゼンスフォン酸塩ネオゲンSC−A;第一工業製薬社製)を0.5ml添加し、トナー0.5gを添加し、ミクロスパーテルでかき混ぜ、次いでイオン交換水80mlを添加する。得られた分散液を超音波分散器(W−113MK−II本多電子社製)で10分間分散処理を行う。
次に、前記分散液を前記マルチサイザーIIIを用い、測定用溶液として例えばアイソトンIII(ベックマンコールター社製)を用いて測定を行う。測定は装置が示す濃度が8±2%に成るように前記トナーサンプル分散液を滴下する。本測定法は粒径の測定再現性の点から前記濃度を8±2%にすることが重要であり、この濃度範囲であれば粒径に誤差が生じにくくなる。
(現像剤)
本発明に用いられる現像剤は、一成分系現像剤としてもよく、キャリア等を有する二成分系現像剤としてもよい。また、本発明のトナーはキャリアを使用しない1成分系の磁性トナーあるいは、非磁性トナーとしても用いることができる。
本発明のトナーを二成分系現像剤に用いる場合には、磁性キャリアと混合して用いれば良く、現像剤中のキャリアとトナーの含有比は、キャリア100重量部に対してトナー1〜10重量部が好ましい。
磁性キャリアとしては、粒子径20〜200μm程度の鉄粉、フェライト粉、マグネタイト粉、磁性樹脂キャリアなど従来から公知のものが使用できる。
また、鉄やフェライト等の磁性体粒子を樹脂等の被覆材料で被覆してなる樹脂コートキャリア、あるいは磁性体微粉末を結着樹脂中に分散してなるバインダー型キャリア等を使用することができる。
被覆材料としては、アミノ系樹脂、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、ポリアミド樹脂等が挙げられる。
また、ポリビニル及びポリビニリデン系樹脂、例えばアクリル樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂、ポリアクリロニトリル樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリスチレン樹脂及びスチレンアクリル共重合樹脂等のポリスチレン系樹脂、ポリ塩化ビニル等のハロゲン化オレフィン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂及びポリブチレンテレフタレート樹脂等の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、ポリ弗化ビニル樹脂、ポリ弗化ビニリデン樹脂、ポリトリフルオロエチレン樹脂、ポリヘキサフルオロプロピレン樹脂、弗化ビニリデンとアクリル単量体との共重合体、弗化ビニリデンと弗化ビニルとの共重合体、テトラフルオロエチレンと弗化ビニリデンと非弗化単量体とのターポリマー等のフルオロターポリマー、及びシリコーン樹脂、エポキシ樹脂等が使用できる。
また必要に応じて、導電粉等を被覆樹脂中に含有させてもよい。導電粉としては、金属粉、カーボンブラック、酸化チタン、酸化錫、酸化亜鉛等が使用できる。これらの導電粉は、平均粒子径1μm以下のものが好ましい。平均粒子径が1μmよりも大きくなると、電気抵抗の制御が困難になる。
(トナー収容ユニット)
本発明におけるトナー収容ユニットとは、トナーを収容する機能を有するユニットに、トナーを収容したものをいう。ここで、トナー収容ユニットの態様としては、例えばトナー収容容器、現像器、プロセスカートリッジ等が挙げられる。
トナー収容容器とは、トナーを収容した容器をいう。
現像器は、トナーを収容し現像する手段を有するものをいう。
プロセスカートリッジとは、少なくとも像担持体と現像手段とを一体とし、トナーを収容し、画像形成装置に対して着脱可能であるものをいう。前記プロセスカートリッジは、更に帯電手段、露光手段、クリーニング手段から選ばれる少なくとも一つを備えてもよい。
本発明のトナー収容ユニットを、画像形成装置に装着して画像形成することで、本発明のトナーを用いて画像形成が行われるため、高温高湿の保管環境においても帯電量の変化が少なく、良好な低温定着特性と耐ホットオフセット性、保存性に優れる。
(画像形成装置)
本発明の画像形成装置は、静電潜像担持体と、該静電潜像担持体の表面を帯電させる帯電手段と、帯電された静電潜像担持体表面を露光して静電潜像を形成する露光手段と、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手段と、前記可視像を記録媒体に転写する転写手段と、前記記録媒体に転写された転写像を定着させる定着手段とを少なくとも有する。前記現像手段は上記トナーを用いるものである。また、本発明の画像形成装置は前記各手段に加えて、クリーニング手段を有することがさらに好ましく、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。なお、プロセス線速が300mm/s以上1500mm/s以下であることが好ましい。
本発明において、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る。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。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、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。
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。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。
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を用いることができる。
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を用いることができる。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。
現像工程は、静電潜像を、現像剤で現像してトナー像を形成する工程であり、可視像は、現像手段を用いて形成することができる。
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、本発明のトナーを収容し、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る。
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い。例えば、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。
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、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、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さらに好ましい。
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、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。
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、転写ローラー、圧力転写ローラー、粘着転写器等が挙げられる。
なお、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。
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ごと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。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た熱定着方式を採用することができる。加熱加圧手段としては、加熱ローラーと加圧ローラーを組合せたもの、加熱ローラーと加圧ローラーと無端ベルトを組合せたもの等が挙げられる。このとき、加熱温度は80〜200℃が好ましい。なお、必要に応じて、定着手段とともに、例えば、公知の光定着器を用いてもよい。
従来、このような熱定着方式を採用した場合、画像形成装置における消費電力の半分以上は、熱定着方式の定着装置においてトナーを加熱処理のために消費されている。一方、近年における環境問題対策の観点からは、低消費電力(省エネルギー)の画像形成装置が望まれている。
例えば、1999年度の国際エネルギー機関(IEA)のDSM(demand−side Management)プログラム中には、次世代複写機の技術調達プロジェクトが存在し、その要求仕様が公表されている。30cpm以上の複写機については、待機時間が10秒以内、待機時の消費電力が10〜30ワット以下(複写速度で異なる)とするよう、従来の複写機に比べて飛躍的な省エネルギー化の達成が要求されている。このため、消費電力の大きい定着装置での省エネルギー化が必須である。
上記要求を達成し、待機時間を短縮するためには、トナーの溶融開始温度を低下させて、使用可能時の定着温度を低下させることが有効であると考えられる。こうした低温定着化に対応するために、本発明の画像形成装置では、上述の本発明のトナーを用いることが有効である。
さらに、定着装置側でも、省エネルギー化のための改良が進められている。熱定着方式の中でも、加熱ローラーを直接記録媒体上のトナー像に圧接することにより定着する、熱ローラー定着方式が熱効率の良さから広く用いられている。さらに、加熱ローラーを低熱容量化させて、トナーの温度応答性を向上させるものを用いることもできる。しかしながら、比熱容量が小さくなったために、記録媒体が通った部分と通らなかった部分の温度差が大きくなり、定着ローラーへのトナーの付着が発生する。このため、定着ローラーが1周した後、記録媒体上の非画像部にトナーが定着する、いわゆるホットオフセット現象が発生する。従って、低温定着性とともに、耐ホットオフセット性に対するトナーへの要求もますます厳しくなっている。このため、低温定着性とともに、耐ホットオフセット性も得られる本発明のトナーが有効である。
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。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。
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。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。
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。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。
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。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2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ー20と、露光手段としての露光装置と、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と、定着手段としての定着装置を有する。
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個のローラー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個のローラー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ーとしても機能する。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。さらに、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ー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、現像剤供給ローラー42と、現像ローラー43を備える。定着装置は、加熱ローラーと加圧ローラーとを備える。
画像形成装置100Aでは、帯電ローラー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、ローラー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。さらに、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。トナー像が転写された記録紙95は、定着装置の加熱ローラーと加圧ローラーとにより加圧しながら加熱されることにより、加熱溶融し、記録紙95上に定着される。一方、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3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、支持ローラー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。支持ローラー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、支持ローラー14と支持ローラー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4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ー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ー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。
さらに、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、一対のローラー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ー27を有する。定着ベルト26の張架ローラーのうち、一つは加熱ローラーである。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。
このような構成の画像形成装置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ともに、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。
さらに、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、支持ローラー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、給紙ローラー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、分離ローラー145で1枚ずつ分離して給紙路146に送り出し、搬送ローラー147で搬送して複写機本体150内の給紙路148に導き、レジストローラー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、分離ローラー58で1枚ずつ分離して手差し給紙路53に入れ、レジストローラー49に突き当てて止める。なお、レジストローラー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ー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及び加圧ローラー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ー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、排出ローラー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。
図5に、本発明における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、転写ローラー80及びクリーニング装置90を有する。
本発明におけるプロセスカートリッジは、静電潜像担持体と、該静電潜像担持体に形成された静電潜像を、本発明のトナーを用いて現像する現像手段が一体に支持されており、画像形成装置の本体に着脱可能であ。なお、必要に応じて、他の手段をさらに有していてもよい。
現像手段としては、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とも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さらに有してもよい。
以下、本発明を実施例により詳細に説明するが、本発明は下記実施例に限定されるものではない。なお、例中の記載において[%]は重量%を示し、「部」は「質量部」を示す。
(実施例1)
−ポリエステル樹脂1の合成−
窒素導入管、脱水管、攪拌器及び熱伝対を装備した反応容器中に、ビスフェノールAプロピレンオキサイド2モル付加物376部とビスフェノールAプロピレンオキサイド3モル付加物109部をモル比で80/20(ビスフェノールAプロピレンオキサイド2モル付加物/ビスフェノールAプロピレンオキサイド3モル付加物)、イソフタル酸116部とアジピン酸44部をモル比で70/30(イソフタル酸/アジピン酸)とし、OH/COOH=1.364(官能基のモル比)で仕込み、500ppmのチタンテトライソプロポキシドとともに常圧で230℃、10時間反応させた。次いで、反応容器に安息香酸16部を加え、10mmHg〜15mmHgの減圧で5時間反応後、反応容器に無水トリメリット酸11部を入れ、180℃、常圧で3時間反応させ、非晶性の[ポリエステル樹脂1]を得た。
−水相の調整−
水990部、[ポリエステル樹脂1]83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%水溶液(エレミノールMON−7:三洋化成工業製)37部、酢酸エチル90部を混合撹拌し、乳白色の液体を得た。これを[水相1]とする。
−結晶性樹脂の合成−
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241部、アジピン酸55部、1,4−ブタンジオール314部及び縮合触媒としてチタニウムジヒドロキシビス(トリエタノールアミネート)0.75部を入れ、窒素気流下、180℃で、生成する水を留去しながら4時間反応させた。次いで225℃まで徐々に昇温しつつ、窒素気流下、生成する水及び1,4−ブタンジオールを留去しながら3時間反応させたのち、さらに5〜20mmHgの減圧下で、Mw(重量平均分子量)が約1200に達するまで反応させた。これにより[結晶性樹脂’]を得た。
得られた[結晶性樹脂’]218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、酢酸エチル250部、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)40部、無水マレイン酸25部を加え、窒素気流下、80℃で5時間反応させた。次いで減圧下で酢酸エチルを留去し、[結晶性樹脂]を得た。
−ポリエステルプレポリマーの合成−
冷却管、撹拌機及び窒索導入管の付いた反応容器中に、ビスフェノールA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部及びジブチルチンオキサイド2部を入れ、常圧、230℃で8時間反応し、さらに10〜15mmHgの減圧で5時間反応した[中間体ポリエステル]を得た。[中間体ポリエステル]は、数平均分子量2100、重量平均分子量9500、Tg55℃、酸価0.5、水酸基価51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、[中間体ポリエステル]410部、イソホロンジイソシアネート89部、酢酸エチル500部を入れ100℃で5時間反応し、[ポリエステルプレポリマー]を得た。
−ケチミン化合物(活性水素基含有化合物)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170部及びメチルエチルケトン75部を仕込み、50℃で5時間反応を行い、[ケチミン化合物](活性水素基含有化合物)を合成した。得られた[ケチミン化合物]のアミン価は418であった。
−マスターバッチの製造−
[ポリエステル樹脂1]100部、シアン顔料(C.I.Pigment blue 15:3)100部を、ヘンシェルミキサー(三井鉱山社製)により1000rpmで5分間混合した後、オープンロール混練機(三井鉱山社製)で混練し、ロートプレックス粉砕機で2mm大の顔料分散体粉末を作製して[マスターバッチ]とした。
−ワックス分散液の製造−
カルナウバワックス20部、[ポリエステル樹脂1]80部及び酢酸エチル120部を入れ、78℃に加熱して充分溶解し、撹拌しながら1時間で30℃まで冷却した。その後、さらにウルトラビスコミル(アイメックス社製)を用い、40℃に加温して、送液速度1.0Kg/hr、fディスク周速度:10m/秒、0.5mmジルコニアビーズ充填量80体積%、パス数6回の条件で湿式粉砕し、[ワックス分散液]を作製した。
−トナー1の作製−
温度計及び攪拌機を装備した容器に、[結晶性樹脂]20部、酢酸エチル24部を入れ、樹脂の融点以上まで加熱してよく溶解させ、[ポリエステル樹脂1]の50%酢酸エチル溶液を102部、[ワックス分散液]66部、[マスターバッチ]10部、[ポリエステルプレポリマー]12部、[ケチミン化合物]0.20部を加え、50℃でTK式ホモミキサー(特殊機化社製)により回転数10,000rpmで撹拌し、均一に溶解、分散させて[油相1]を得た。
次に、[水相1]70部に、20℃に保たれた[油相1]を50部加え、TKホモミキサー(特殊機化社製)により回転数13,000rpmで1分間混合した。この混合液を減圧雰囲気で液中の酢酸エチル濃度が0.1重量%以下となるまで脱溶剤を実施し、[複合粒子スラリー1]を得た。
次いで、得られたトナー母体粒子の[複合粒子スラリー1]100部を減圧濾過した後、以下の(1)〜(4)の洗浄処理を行った。
(1)濾過ケーキにイオン交換水100部を加え、TKホモミキサーで混合(回転数6,000rpmで5分間)した後、濾過した。
(2)前記(1)の濾過ケーキに10%水酸化ナトリウム水溶液100部を加え、TKホモミキサーで混合(回転数6,000rpmで10分間)した後、減圧濾過した。
(3)前記(2)の濾過ケーキに10%塩酸100部を加え、TKホモミキサーで混合(回転数6,000rpmで5分間)した後、濾過した。
(4)前記(3)の濾過ケーキにイオン交換水300部を加え、TKホモミキサーで混合(回転数6,000rpmで5分間)した後、濾過する操作を2回行い[濾過ケーキ1]を得た。
得られた[濾過ケーキ1]を、循風乾燥機により40℃で48時間乾燥した。その後、目開き75μmメッシュで篩い、[トナー母体1]を作製した。
得られたトナー母体に外添処理を実施した。[トナー母体1]100部に対して、平均粒径80nmの疎水性シリカ1.0部と、平均粒径20nmの酸化チタン0.5部と、平均粒径25nmの疎水性シリカ微粉体1.3部とをヘンシェルミキサー(三井鉱山社製)を用いて周速20m/sで1分間、低速混合した。その後1分間待ち、周速35m/sで12分間、高速混合し、[トナー1]を得た。
(実施例2)
−トナー2の作製−
実施例1の[ポリエステル樹脂1]の合成例における安息香酸の仕込み量を16部から29部に変えた以外は、実施例1と同様にして[ポリエステル樹脂2]を得た。実施例1のトナー1の作製において、[ポリエステル樹脂1]を[ポリエステル樹脂2]に変えた以外は、実施例1と同様にトナーを作製し、[トナー2]を得た。
(実施例3)
−トナー3の作製−
実施例1の[ポリエステル樹脂1]の合成例におけるOH/COOHが1.330となるように調製した以外は、実施例1と同様にして[ポリエステル樹脂3]を得た。実施例1のトナー1の作製において、[ポリエステル樹脂1]を[ポリエステル樹脂3]に変えた以外は、実施例1と同様にトナーを作製し、[トナー3]を得た。
(実施例4)
−トナー4の作製−
実施例1の[ポリエステル樹脂1]の合成例における安息香酸の仕込み量を16部から29部に変え、OH/COOHが1.330となるように調製した以外は、実施例1と同様にして[ポリエステル樹脂4]を得た。実施例1のトナー1の作製において、[ポリエステル樹脂1]を[ポリエステル樹脂4]に変えた以外は実施例1と同様にトナーを作製し、[トナー4]を得た。
(実施例5)
−トナー5の作製−
実施例1の[ポリエステル樹脂1]の合成例におけるOH/COOHが1.324となるように調製した以外は、実施例1と同様にして[ポリエステル樹脂5]を得た。実施例1のトナー1の作製において、[ポリエステル樹脂1]を[ポリエステル樹脂5]に変えた以外は、実施例1と同様にトナーを作製し、[トナー5]を得た。
(実施例6)
−トナー6の作製−
実施例1の[ポリエステル樹脂1]の合成例における安息香酸の仕込み量を16部から29部に変え、OH/COOHが1.324となるように調製した以外は、実施例1と同様にして[ポリエステル樹脂6]を得た。実施例1のトナー1の作製において、[ポリエステル樹脂1]を[ポリエステル樹脂6]に変えた以外は実施例1と同様にトナーを作製し、[トナー6]を得た。
(実施例7)
−トナー7の作製−
実施例1の[ポリエステル樹脂1]の合成例におけるOH/COOHが1.312となるように調製した以外は、実施例1と同様にして[ポリエステル樹脂7]を得た。実施例1のトナー1の作製において、[ポリエステル樹脂1]を[ポリエステル樹脂7]に変えた以外は、実施例1と同様にトナーを作製し、[トナー7]を得た。
(実施例8)
−トナー8の作製−
実施例1の[ポリエステル樹脂1]の合成例における安息香酸の仕込み量を16部から29部に変え、OH/COOHが1.312となるように調製した以外は、実施例1と同様にして[ポリエステル樹脂8]を得た。実施例1のトナー1の作製において、[ポリエステル樹脂1]を[ポリエステル樹脂8]に変えた以外は実施例1と同様にトナーを作製し、[トナー8]を得た。
(実施例9)
−トナー9の作製−
実施例1の[ポリエステル樹脂1]の合成例におけるOH/COOHが1.310となるように調製した以外は、実施例1と同様にして[ポリエステル樹脂9]を得た。実施例1のトナー1の作製において、[ポリエステル樹脂1]を[ポリエステル樹脂9]に変えた以外は、実施例1と同様にトナーを作製し、[トナー9]を得た。
(実施例10)
−トナー10の作製−
実施例1の[ポリエステル樹脂1]の合成例における安息香酸の仕込み量を16部から29部に変え、OH/COOHが1.310となるように調製した以外は、実施例1と同様にして[ポリエステル樹脂10]を得た。実施例1のトナー1の作製において、[ポリエステル樹脂1]を[ポリエステル樹脂10]に変えた以外は実施例1と同様にトナーを作製し、[トナー10]を得た。
(実施例11)
−トナー11の作製−
実施例1の[ポリエステル樹脂1]の合成例におけるOH/COOHが1.293となるように調製した以外は、実施例1と同様にして[ポリエステル樹脂11]を得た。実施例1のトナー1の作製において、[ポリエステル樹脂1]を[ポリエステル樹脂11]に変えた以外は、実施例1と同様にトナーを作製し、[トナー11]を得た。
(実施例12)
−トナー12の作製−
実施例1の[ポリエステル樹脂1]の合成例における安息香酸の仕込み量を16部から29部に変え、OH/COOHが1.293となるように調製した以外は、実施例1と同様にして[ポリエステル樹脂12]を得た。実施例1のトナー1の作製において、[ポリエステル樹脂1]を[ポリエステル樹脂12]に変えた以外は実施例1と同様にトナーを作製し、[トナー12]を得た。
(実施例13)
−トナー13の作製−
実施例1の[ポリエステル樹脂1]の合成例における安息香酸の仕込み量を16部から26部に変え、OH/COOHが1.345となるように調製した以外は、実施例1と同様にして[ポリエステル樹脂13]を得た。
実施例1のトナー1の作製において、[結晶性樹脂]19部、酢酸エチル24部を入れ、樹脂の融点以上まで加熱してよく溶解させ、[ポリエステル樹脂13]の50%酢酸エチル溶液を100部、[ワックス分散液]66部、[マスターバッチ]10部、[ポリエステルプレポリマー]14部、[ケチミン化合物]0.23部を加え、50℃でTK式ホモミキサー(特殊機化社製)により回転数10,000rpmで撹拌し、均一に溶解、分散させて[油相13]を得た。[油相1]を[油相13]に変えた以外は、実施例1と同様にトナーを作製し、[トナー13]を得た。
(実施例14)
−トナー14の作製−
実施例1のトナー1の作製において、[結晶性樹脂]21部、酢酸エチル24部を入れ、樹脂の融点以上まで加熱してよく溶解させ、[ポリエステル樹脂13]の50%酢酸エチル溶液を108部、[ワックス分散液]66部、[マスターバッチ]10部、[ポリエステルプレポリマー]8部、[ケチミン化合物]0.13部を加え、50℃でTK式ホモミキサー(特殊機化社製)により回転数10,000rpmで撹拌し、均一に溶解、分散させて[油相14]を得た。[油相1]を[油相14]に変えた以外は、実施例1と同様にトナーを作製し、[トナー14]を得た。
(実施例15)
−トナー15の作製−
実施例1のトナー1の作製において、[結晶性ポリエステル樹脂]19部、酢酸エチル24部を入れ、樹脂の融点以上まで加熱してよく溶解させ、[ポリエステル樹脂13]の50%酢酸エチル溶液を96部、[ワックス分散液]66部、[マスターバッチ]10部、[ポリエステルプレポリマー]16部、[ケチミン化合物]0.27部を加え、50℃でTK式ホモミキサー(特殊機化社製)により回転数10,000rpmで撹拌し、均一に溶解、分散させて[油相15]を得た。[油相1]を[油相15]に変えた以外は、実施例1と同様にトナーを作製し、[トナー15]を得た。
(実施例16)
−トナー16の作製−
実施例1のトナー1の製造において、[結晶性樹脂]21部、酢酸エチル24部を入れ、樹脂の融点以上まで加熱してよく溶解させ、[ポリエステル樹脂13]の50%酢酸エチル溶液を110部、[ワックス分散液]66部、[マスターバッチ]10部、[ポリエステルプレポリマー]7部、[ケチミン化合物]0.12部を加え、50℃でTK式ホモミキサー(特殊機化社製)により回転数10,000rpmで撹拌し、均一に溶解、分散させて[油相16]を得た。[油相1]を[油相16]に変えた以外は、実施例1と同様にトナーを作製し、[トナー16]を得た。
(実施例17)
−トナー17の作製−
実施例1のトナー1の作製において、[結晶性樹脂]23部、酢酸エチル24部を入れ、樹脂の融点以上まで加熱してよく溶解させ、[ポリエステル樹脂13]の50%酢酸エチル溶液を120部、[ワックス分散液]66部、[マスターバッチ]10部を加え、50℃でTK式ホモミキサー(特殊機化社製)により回転数10,000rpmで撹拌し、均一に溶解、分散させて[油相17]を得た。[油相1]を[油相17]に変えた以外は、実施例1と同様にトナーを作製し、[トナー17]を得た。
(実施例18)
乳化凝集法により以下のようにして[トナー18]を作製した。
−ポリエステル樹脂分散液の作成−
[ポリエステル樹脂13]60部に、酢酸エチル60質量部を加えて溶解させ[樹脂溶液]を得た。次いで、水120部、アニオン性界面活性剤(ネオゲンR、第一工業製薬社製)2部、及び2質量%の水酸化ナトリウム水溶液2.4部を混合して[水相18]を得た。この[水相18]160部に、前記[樹脂溶液]120部を加え、ホモジナイザー(IKA社製、ウルトラタラックスT50)を用いて乳化した後、マントンゴーリン高圧ホモジナイザー(ゴーリン社製)で乳化処理し、[乳化スラリーA]を得た。
次いで、撹拌機及び温度計をセットした容器内に、得られた[乳化スラリーA]を投入し、30℃で4時間脱溶剤して、[ポリエステル樹脂分散液A]を得た。得られた[ポリエステル樹脂分散液A]中の粒子の体積平均粒径を、粒度分布測定装置(LA−920、堀場製作所製)で測定したところ、0.15μmであった。
−離型剤分散液Aの調製−
カルナウバワックス25部、アニオン界面活性剤(ネオゲンR、第一工業製薬社製)1部、水200部を混合し、90℃で溶融させた。次いで、この溶融液をホモジナイザー(IKA社製、ウルトラタラックスT50)で乳化した後、マントンゴーリン高圧ホモジナイザー(ゴーリン社製)で乳化処理し、[離型剤分散液A]を得た。
−着色剤分散液Aの調製−
シアン顔料(C.I.Pigment blue 15:3)20部、アニオン界面活性剤(ネオゲンR、第一工業製薬社製)0.5部、及び水80部を混合し、TK式ホモミキサー(特殊機化社製)で分散し、[着色剤分散液A]を得た。
−凝集−
温度計及び撹拌機を備えた容器に、[ポリエステル樹脂分散液A]292部、[離型剤分散液A]45部、[着色剤分散液A]34部、水600部を入れて、30℃で30分間撹拌した。この分散液に、2質量%の水酸化ナトリウム水溶液を添加してpH10に調節した。次いで、この分散液をホモジナイザー(IKA社製、ウルトラタラックスT50)にて5000rpmで撹拌しながら、5質量%の塩化マグネシウム水溶液50部を徐々に滴下しながら45℃まで加熱した。凝集粒子の体積平均粒径が5.1μmに成長するまで45℃に維持した。これに2質量%の水酸化ナトリウム水溶液を添加してpH9に保ちながら、90℃まで加熱し、この状態で2時間保持した後、1℃/分で20℃まで冷却し、トナー粒子を形成した。この粒子分散液を、実施例1同様に脱溶剤を実施して[複合粒子スラリー18]を得た。これについて洗浄、乾燥、外添処理を実施例1と同様に施し、[トナー18]を得た。
(実施例19)
粉砕法により以下のようにして[トナー19]を作製した。
−トナー19の作製−
[ポリエステル樹脂13]72部、カルナウバワックス6部、及び[マスターバッチ]12部を、へンシェルミキサー(ヘンシェル20B、三井鉱山社製)を用いて1,500rpmで3分間予備混合した後、一軸混練機(小型ブス・コ・ニーダー、Buss社製)にて、設定温度を入口部90℃、出口部60℃、フィード量10kg/Hrの条件で溶融、混練した。得られた混練物を圧延冷却し、パルペライザー(ホソカワミクロン社製)にて粗粉砕した。次いで、I式ミル(日本ニューマチック社製、IDS−2型)にて、平面型衝突板を用い、エアー圧力(6.0atm/cm)、フィード量(0.5kg/hr)の条件にて微粉砕を行い、さらに分級機(アルピネ社製、132MP)により分級を行って、[トナー母体19]を得た。実施例1と同様の外添処理を施し、[トナー19]を得た。
(比較例1)
−トナー20の製造−
実施例1の[ポリエステル樹脂1]の合成例におけるOH/COOHが1.290となるように調製した以外は、実施例1と同様にして[ポリエステル樹脂20]を得た。実施例1のトナー1の作製において、[ポリエステル樹脂1]を[ポリエステル樹脂20]に変えた以外は、実施例1と同様にトナーを作製し、[トナー20]を得た。
(比較例2)
−トナー21の製造−
実施例1の[ポリエステル樹脂1]の合成例における安息香酸の仕込み量を16部から9部に変え、OH/COOHが1.295となるように調製した以外は、実施例1と同様にして[ポリエステル樹脂21]を得た。実施例1のトナー1の作製において、[ポリエステル樹脂1]を[ポリエステル樹脂21]に変えた以外は実施例1と同様にトナーを作製し、[トナー21]を得た。
(比較例3)
−トナー22の製造−
実施例1の[ポリエステル樹脂1]の合成例における安息香酸の仕込み量を16部から29部に変え、OH/COOHが1.291となるように調製した以外は、実施例1と同様にして[ポリエステル樹脂22]を得た。実施例1のトナー1の作製において、[ポリエステル樹脂1]を[ポリエステル樹脂22]に変えた以外は実施例1と同様にトナーを作製し、[トナー22]を得た。
(比較例4)
−トナー23の製造−
実施例1の[ポリエステル樹脂1]の合成例における安息香酸の仕込み量を16部から30部に変え、OH/COOHが1.293となるように調製した以外は、実施例1と同様にして[ポリエステル樹脂23]を得た。実施例1のトナー1の作製において、[ポリエステル樹脂1]を[ポリエステル樹脂23]に変えた以外は実施例1と同様にトナーを作製し、[トナー23]を得た。
(比較例5)
−トナー24の製造−
実施例1の[ポリエステル樹脂1]の合成例における安息香酸の仕込み量を16部から9部に変え、OH/COOHが1.317となるように調製した以外は、実施例1と同様にして[ポリエステル樹脂24]を得た。実施例1のトナー1の作製において、[ポリエステル樹脂1]を[ポリエステル樹脂24]に変えた以外は実施例1と同様にトナーを作製し、[トナー24]を得た。
(比較例6)
−トナー25の製造−
実施例1の[ポリエステル樹脂1]の合成例における安息香酸の仕込み量を16部から30部に変え、OH/COOHが1.317となるように調製した以外は、実施例1と同様にして[ポリエステル樹脂25]を得た。実施例1のトナー1の作製において、[ポリエステル樹脂1]を[ポリエステル樹脂25]に変えた以外は実施例1と同様にトナーを作製し、[トナー25]を得た。
(比較例7)
−トナー26の製造−
実施例1の[ポリエステル樹脂1]の合成例におけるOH/COOHが1.367となるように調製した以外は、実施例1と同様にして[ポリエステル樹脂26]を得た。実施例1のトナー1の作製において、[ポリエステル樹脂1]を[ポリエステル樹脂26]に変えた以外は、実施例1と同様にトナーを作製し、[トナー26]を得た。
(比較例8)
−トナー27の製造−
実施例1の[ポリエステル樹脂1]の合成例における安息香酸の仕込み量を16部から9部に変えた以外は、実施例1と同様にして[ポリエステル樹脂27]を得た。実施例1のトナー1の作製において、[ポリエステル樹脂1]を[ポリエステル樹脂27]に変えた以外は実施例1と同様にトナーを作製し、[トナー27]を得た。
(比較例9)
−トナー28の製造−
実施例1の[ポリエステル樹脂1]の合成例における安息香酸の仕込み量を16部から29部に変え、OH/COOHが1.367となるように調製した以外は、実施例1と同様にして[ポリエステル樹脂28]を得た。実施例1のトナー1の作製において、[ポリエステル樹脂1]を[ポリエステル樹脂28]に変えた以外は実施例1と同様にトナーを作製し、[トナー28]を得た。
(比較例10)
−トナー29の製造−
実施例1の[ポリエステル樹脂1]の合成例における安息香酸の仕込み量を16部から30部に変えた以外は、実施例1と同様にして[ポリエステル樹脂29]を得た。実施例1のトナー1の作製において、[ポリエステル樹脂1]を[ポリエステル樹脂29]に変えた以外は実施例1と同様にトナーを作製し、[トナー29]を得た。
(測定)
上記実施例、比較例で得られたトナーにおいて、以下の測定を行った。
<<50%メタノール水溶液への可溶成分量の測定方法>>
まず、メタノールを純水と重量比1:1の割合で十分に混合し、50%メタノール水溶液を得た後、トナー1.5gを50mlのスクリュー管瓶に計量し、メタノール50%水溶液を8.5g投入し、フタをして数秒程度軽く手振りで攪拌した。
その後、超音波洗浄機(エスエヌディー社製US−1KS、高周波出力60W 発振強度38Hz)にかけて30秒トナーを分散させた。その後、トナー分散液の入ったスクリュー瓶を50℃に設定した恒温槽に入れ、1.5時間静置し可溶成分を溶解させた後に遠心分離装置で固液分離し、液相のみをあらかじめ秤量していた別の瓶に投入した。60℃程度で十分に乾燥させた後に、再度秤量し瓶の初期重量との差から可溶成分の量を算出した。最後に、この値を処理トナーの量(1.5g)で除して含有率としての可溶成分量を得た。
<<トナーの流出開始温度(Tfb)の測定方法>>
装置は高架式フローテスター(島津フローテスターCFT−500型、島津製作所製)を用いた。まず加圧成形器を用いて成形した重量1.0gの試料を昇温速度3.0℃/min、プランジャー荷重10kgf/cm、直径0.5mm、長さ1mmのノズルより押し出すようにし、これによりフローテスターのプランジャー降下量を測定した。これにより得られた、フローテスターのプランジャー降下量−温度曲線に基づいて、試料の流出開始点における温度をTfbとして得た。
<<酢酸エチルへの不溶成分量の測定方法>>
正確な重量を測定したソックスレー抽出用円筒濾紙内にトナー0.5gを精秤し、平底フラスコ(300ml)に酢酸エチル200gを入れ、ソックスレー抽出管内に前記円筒濾紙を装着した。平底フラスコ、ソックスレー抽出管、冷却管を接続し、マントルヒーターで平底フラスコを加熱し、フラスコ内の酢酸エチルが沸騰し始めてから7時間、抽出操作を行った。抽出後の円筒濾紙を酢酸エチルで充分洗浄した後、溶媒である酢酸エチルを十分に乾燥させた。最初に測定したサンプル重量、円筒濾紙重量及び、抽出・乾燥後の抽出残分量より、トナー中に含まれる酢酸エチル不溶成分量の含有率を算出した。
得られた結果を以下の表1に示す。また、ポリエステル樹脂におけるOH/COOH、安息香酸を加えた量をあわせて示す。
実施例、比較例で得られたトナーについて、以下の評価を実施した。
<定着下限温度>
定着ローラとして、テフロン(登録商標)ローラを使用した複写機MF2200(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)に紙面上端より20mmの位置にトナー付着量0.80mg/cmとなるよう調整後、定着温度を変化させてコールドオフセット発生温度(定着下限温度)を求めた。
定着下限温度の評価条件は、紙送りの線速度を120〜150mm/秒、面圧を1.2kgf/cm、ニップ幅を3mmとした。また、定着上限温度の評価条件は、紙送りの線速度を50mm/秒、面圧を2.0kgf/cm、ニップ幅を4.5mm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、130℃以下であれば、実使用上問題のないレベルである。
評価基準は、以下の通りとした。
◎:123℃よりも低い
○:123℃以上125℃よりも低い
△:125℃以上130℃以下
×:130℃よりも高い
<定着上限温度>
トナー付着量を0.40mg/cmとなるよう調整後、定着下限温度と同様の評価を実施した。定着温度を高温側で変化させてホットオフセット発生温度(定着上限温度)を求めた。多数枚高速印刷時に、定着部材の温度が上昇することから、定着上限温度は高いことが望ましく、170℃以上であれば実用上問題のないレベルである。
評価基準は以下の通りとした。
◎:185℃よりも高い
○:175℃よりも高く、185℃以下
△:170℃以上175℃以下
×:170℃未満
<保存性>
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、保存性(耐熱保存性)を評価した。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する。
評価基準は、以下の通りとした。
○:針入度が25mm以上
△:針入度が20mm以上、25mm未満
×:針入度が20mmよりも小さい
<保管後帯電低下量>
50mlガラス容器にトナーを10g投入後、温度及び湿度が制御できる恒温槽で、温度40℃、湿度75%の環境で10日間保管し、保管前後の帯電量をブローオフ法にて測定し、帯電の変化率を評価した。環境影響に対する現像安定性の面で、この帯電変化率は小さいことが望ましい。
評価基準は、以下の通りとした。
○:保管前の帯電量に対して、保管後の帯電量の変化が0〜15%
×:保管前の帯電量に対して、保管後の帯電量の変化が15%よりも大きい
上記により得られた評価結果と、総合的な判定を表2に示す。総合判定「△」以上が実使用上問題ないレベルである。
上記の通り、実施例1〜19においては定着下限が実用上問題なく、温湿度の影響による帯電変化量が少なく、耐ホットオフセット性、保存性も問題なく優れたトナーが得られた。
比較例1、3においてTfbが100℃を超え、定着下限温度が悪化した。
比較例7、9においてはTfbが55℃を下回り保存性が悪化する結果であった。
比較例2、5、8は、50%メタノール水溶液への可溶成分量が0.60%を上回っており、保管後の帯電変化率が大きく悪化した。
比較例4、6、10については50%メタノール水溶液への可溶成分量が0.10%を下回っており、定着下限温度の悪化が見られた。
(図2について)
100A 画像形成装置
10 感光体ドラム
20 帯電ローラー
40 現像器
41 現像剤収容部
42 現像剤供給ローラー
43 現像ローラー
50 中間転写体
51 ローラー
52 コロナ帯電器
60 クリーニング装置
70 除電ランプ
80 転写ローラー
90 クリーニング装置
95 記録紙
(図3、図4について)
100B 画像形成装置
10 感光体ドラム
14 支持ローラー
15 支持ローラー
16 支持ローラー
17 クリーニング装置
18 画像形成手段
20 帯電ローラー
22 二次転写装置
23 ローラー
24 二次転写ベルト
25 定着装置
26 定着ベルト
27 加圧ローラー
28 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 読み取りセンサ
40 現像器
49 レジストローラー
50 中間転写体
53 手差し給紙路
54 手差しトレイ
55 切換爪
56 排出ローラー
57 排紙トレイ
58 分離ローラー
60 クリーニング装置
70 除電ランプ
80 転写ローラー
120 タンデム型現像器
130 原稿台
142 給紙ローラー
143 ペーパーバンク
144 給紙カセット
145 分離ローラー
146 給紙路
147 搬送ローラー
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)
(図5について)
10 感光体ドラム
40 現像器
52 コロナ帯電器
80 転写ローラー
90 クリーニング装置
95 記録紙
110 プロセスカートリッジ
特開2013−137420号公報 特開2008−015230号公報

Claims (6)

  1. 少なくとも結着樹脂と離型剤とを含むトナーであって、
    50%メタノール水溶液への可溶成分量が0.10〜0.60%であり、フローテスター法により求められる流出開始温度(Tfb)が55℃〜100℃であることを特徴とするトナー。
  2. 前記流出開始温度(Tfb)が55℃〜85℃であることを特徴とする請求項1に記載のトナー。
  3. 前記流出開始温度(Tfb)が55℃〜75℃であることを特徴とする請求項2に記載のトナー。
  4. 酢酸エチルへの不溶成分量が15〜30%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. 請求項1〜4のいずれかに記載のトナーを収容したことを特徴とするトナー収容ユニット。
  6. 静電潜像担持体と、
    該静電潜像担持体の表面を帯電させる帯電手段と、
    帯電された静電潜像担持体表面を露光して静電潜像を形成する露光手段と、
    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手段と、
    前記可視像を記録媒体に転写する転写手段と、
    前記記録媒体に転写された転写像を定着させる定着手段とを少なくとも有する画像形成装置であって、
    前記トナーが、請求項1〜4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。
JP2015256804A 2015-01-05 2015-12-28 トナー、トナー収容ユニット及び画像形成装置 Active JP6690236B2 (ja)

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