JP2017107138A - 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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Masakata Shiba
正名 斯波
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Abstract

【課題】低温定着性に優れ、かつ、保存性及び帯電安定性に優れるとともに、温度と湿度の環境の影響を受けにくい保存性及び帯電安定性を有するトナーを提供する。【解決手段】少なくとも結着樹脂を含有するトナーであって、前記トナーのテトラヒドロフラン(THF)によるソックスレー抽出により得られた抽出液を乾燥させて得たトナー抽出物について、該トナー抽出物のガラス転移温度Tgが35〜55℃であり、かつ、前記トナー抽出物を40℃、70%RHの環境に3日間放置させた前後における水分量変化率が0.5%以下であるとともに、前記トナーを40℃、70%RHの環境に3日間放置させた前後における比表面積変化率が15〜50%であることを特徴とするトナー。【選択図】図2

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。
電子写真装置、静電記録装置等の画像形成装置においては、感光体に形成された静電潜像にトナーを付着させてトナー像を形成した後、トナー像を記録媒体に転写し、加熱することにより定着させる。
また、フルカラー画像を形成する際には、一般に、ブラック、イエロー、マゼンタ及びシアンの4色のトナーを用いて、各色のトナー像を記録媒体上に重ね合わせた後、加熱することにより定着させる。このようなトナーは、電子写真技術の発展に伴って、低温定着性及び保存性が要求されている。
これらの要求に対し、結着樹脂の低粘性化やガラス転移点を低くすることにより低温定着性を達成しているが、耐ブロッキング性や高温高湿環境下におけるトナーの保存性の低下、表面変化による帯電低下などの問題を有していた。
これらの問題に対し、近年では結着樹脂として結晶性樹脂と非晶性樹脂とを用いる技術についての発明の開示がなされている(特許文献1、2)。これらのトナーは結晶性樹脂として、主に結晶性ポリエステルを用いていることが開示されている。
しかしながら、定着時の熱履歴により結晶性ポリエステルを相溶させて低温定着性を向上させ、また離型剤の種類や添加量を制御することで耐ブロッキング性を向上させる試みがなされているが、高温高湿環境下のトナーの保存性については考慮されていない。
いずれも耐ブロッキング性向上など、高い温度に対する保存性についての記載はあるが高い湿度が伴った保存性についての検討は不十分である。これに対し、高温高湿環境下でのトナーの保存性の低下や表面変化による帯電低下について、結着樹脂の水酸基価を制御してトナーの疎水性を高める技術について開示がなされている(特許文献3、4)。
しかしながら、耐ブロッキング性の向上や画像形成時に環境の影響を受けにくく多種多様な紙に良好な画像品質のトナー画像を形成できるとの記載はあるが、トナーの低温定着性や保存性向上、表面変化の抑制を狙いとしていない。そのため、トナーの低温定着性や保存性の向上、表面変化の抑制が可能なトナーが求められていた。
また、外添剤によるゾルゲルシリカを用いる制御方法により、低温定着性と耐熱保存性、高温高湿環境放置後の表面変化を抑制する試みがなされているが(特許文献5)、トナー母体の構成では改善されていない。
本発明は以上を鑑みてなされたものであり、低温定着性に優れ、かつ、保存性及び帯電安定性に優れるとともに、温度と湿度の環境の影響を受けにくい保存性及び帯電安定性を有する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、本発明は、少なくとも結着樹脂を含有するトナーであって、前記トナーのテトラヒドロフラン(THF)によるソックスレー抽出により得られた抽出液を乾燥させて得たトナー抽出物について、該トナー抽出物のガラス転移温度Tgが35〜55℃であり、かつ、前記トナー抽出物を40℃、70%RHの環境に3日間放置させた前後における水分量変化率が0.5%以下であるとともに、前記トナーを40℃、70%RHの環境に3日間放置させた前後における比表面積変化率が15〜50%であることを特徴とする。
本発明によれば、低温定着性に優れ、かつ、保存性及び帯電安定性に優れるとともに、温度と湿度の環境の影響を受けにくい保存性及び帯電安定性を有するトナーを提供することができる。
ソックスレー抽出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。 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。 図4の画像形成装置の一部を示す模式図である。 本発明のトナーにおけるGPC測定の一例を示す概略説明図である。 従来のトナーにおけるGPC測定の一例を示す概略説明図である。 本発明のトナーにおけるGPC測定の他の例を示す概略説明図である。 従来のトナーにおけるGPC測定の他の例を示す概略説明図である。
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)
本発明は、少なくとも結着樹脂を含有するトナーであって、前記トナーのテトラヒドロフラン(THF)によるソックスレー抽出により得られた抽出液を乾燥させて得たトナー抽出物について、該トナー抽出物のガラス転移温度Tgが35〜55℃であり、かつ、前記トナー抽出物を40℃、70%RHの環境に3日間放置させた前後における水分量変化率が0.5%以下であるとともに、前記トナーを40℃、70%RHの環境に3日間放置させた前後における比表面積変化率が15〜50%であることを特徴とする。
本発明では、結着樹脂、例えばポリエステル樹脂が高温高湿環境にさらされたとき、結着樹脂の分子間に水分が介在し、分子間力を弱めて熱特性が低下してしまうこと等を鑑み、以下の観点を有している。
低温定着性について、低いガラス転移温度のトナー抽出物により低温定着性を達成させる。また、懸念される保存性悪化及び表面変化については、トナー抽出物を40℃、70%RHの環境に3日間放置させた前後の水分量変化率を0.5%以下にすることで環境の影響を受けにくくし、水分による熱特性の低下に伴う保存性の低下及びトナーの表面変化を抑制している。さらに、比表面積変化率を15〜50%の範囲にすることで帯電低下を抑制している。以下、詳細を説明する。
トナー抽出物は、本発明のトナーについて、テトラヒドロフラン(THF)によるソックスレー抽出を行い、ソックスレー抽出により得られた抽出液を乾燥させて得ることができる。ソックスレー抽出は、公知の方法を用いることができる。図1にソックスレー抽出に用いられるソックスレー抽出装置の一例を示す。図1には、還流の冷却器1001、抽出管1002、フラスコ1003、試料設置部1004、ろ過部1005が図示されている。図1のソックスレー抽出装置により、トナーのTHFによるソックスレー抽出がされ、抽出液が得られる。これを乾燥させることによりトナー抽出物が得られる。
本発明におけるトナー抽出物を得る方法について、具体例を挙げて説明する。
トナー2gを、内径が24mmφの円筒ろ紙に入れて抽出管にセットし、フラスコにはTHF200mlを入れ、10時間ソックスレー抽出を行う。冷却管をとりつけた一式のフラスコ部分をマントルヒーターに入れ、80℃でTHFを還流させ、冷却管からのTHFをトナーに滴下する。トナー中のTHF可溶分(結着樹脂成分)がフラスコ中に抽出されるようにし、その抽出液を乾燥してトナー抽出物を得ることができる。なお、乾燥させる温度や時間は特に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。
本発明において、トナー抽出物のガラス転移温度Tgは、35〜55℃であることが重要である。Tgが35℃未満の場合、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発生する。一方で、Tgが55℃を超えると低温定着性を阻害する。
本発明に使用するトナーなどのTgの測定としては、例えば示差走査熱量計(例えばDSC−6220R:セイコーインスツル社製)を用いて行うことができる。その具体例としては、まず、室温から昇温速度10℃/minで150℃まで加熱した後、150℃で10min間放置する。次に、室温まで試料を冷却して10min放置した後、再度150℃まで昇温速度10℃/minで加熱する。これにより、ガラス転移点以下のベースラインと、ガラス転移点以下のベースラインとガラス転移点以上のベースラインとの高さが1/2に相当する曲線部分とから、Tgを求めることができる。
トナーの低温定着性を実現させるために、結着樹脂の低粘性化とガラス転移温度Tgを低くする必要があるが、その結着樹脂の特性において、高温高湿環境による水分の影響で熱特性が低くなると、保存性(耐熱保存性)を担保させるのは困難である。
そのため、本発明では、トナー抽出物を40℃、70%RHの環境に3日間放置させた前後の水分量変化率が0.5%以下であることが重要である。水分量変化率が0.5%を超えると、トナーの熱特性が低下し、保存性の低下やトナーの表面変化が大きくなる。水分量変化率は0.1%〜0.5%が好ましい。
低温定着性に有利かつ紙との親和性が高いことに着目し、結着樹脂にポリエステル樹脂を用いられることが多いが、この場合、紙との親和性が良いことは極性が高いがゆえのものであり、湿度に対して弱くなってしまう。一方で、トナーの疎水性を向上させることは、極性を低くすることを意味し、紙との親和性を低減させ、低温定着性の効果を弱めることとなってしまう。そのため、上述のように、水分量変化率を厳密に規定することが重要である。
本発明において、トナー抽出物の水分量は、JIS K7251(2002年版)に規定の方法で測定される。その具体例を挙げると、上述のように乾燥させて得られたトナー抽出物を乳鉢で砕き、100メッシュを用いて粒径150μmに揃えたものを40℃、4時間減圧乾燥機で処理する。その後、40℃、70%RHの環境に3日間放置させてその前後の重量から水分量変化率を算出することができる。水分量変化率は下記式により求められる。
水分量変化率(%)=(放置後の重量−放置前の重量)/放置前の重量×100
また、重量の計量には最小表示が0.1mgのデジタル式精密天秤(例えばER−180A:A&D社製)を用いることができる。なお、本発明では、水分変化率を0.5%以下としているが、実際には例えばポリエステル樹脂を用いる場合、水分変化率0%はないと想定される。本発明の0%の値は、測定精度上0.04%以下の値を意味する。
本発明において、トナーの高温高湿環境下での比表面積変化率が所定の値であることが重要である。本発明では、トナーを40℃、70%RHの環境に3日間放置させた前後における比表面積変化率は15〜50%である。この比表面積変化率は下記式により求められる。
トナー比表面積の変化率(%)=(保管前のBET比表面積−保管後のBET比表面積)/保管前のBET比表面積×100
上記の比表面積変化率が15%未満の場合、環境による帯電安定性は良好であっても、結着樹脂と紙の親和性が劣り、低温定着性が悪くなる。また、50%を超える場合は、湿度によるポリエステル樹脂の変質が大きく、帯電低下が著しく発生する。
本発明において、トナーのTHF可溶成分のGPCにより測定される分子量分布において、分子量が300以上5000以下の範囲における任意の分子量Mを選んだとき、前記分子量Mの±300の範囲における以下に定義されるピーク強度の最大値と最小値の差が30以下であることが好ましい。
ピーク強度:GPC測定により、縦軸が強度、横軸が分子量の分子量分布曲線でプロットし、分子量が20000以下の範囲において最大となる強度の値を100としたときの相対的な値
上記の差が30よりも大きいと疎水性の効果が発揮されずに高温高湿環境の影響を受けやすい。また、前記分子量分布により求められる重量平均分子量(Mw)は、300〜5000が好ましい。重量平均分子量(Mw)が300より小さいと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発生することがある。一方、重量平均分子量(Mw)が5000を超えると低温定着性を阻害することがある。
これらは、結着樹脂、例えばポリエステル樹脂のモノマー比率や酸価及び水酸基価を調整することで制御することができる。また、本発明では低水酸基価の樹脂を用いることが好ましく、この低水酸基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が挙げられる。
また、上記のように制御する方法としては、特に制限されるものではないが、例えば、結着樹脂の末端親水基を親油基に置換する方法や樹脂合成の反応条件を加速する方法が挙げられる。末端親水基を親油基に置換する方法としては、特に制限されるものではないが、例えば末端のヒドロキシル基をフェノキシ酢酸や安息香酸で置換する等の方法が挙げられる。また、樹脂合成の反応条件を加速する方法としては、特に制限されるものではないが、例えば高温で長時間反応させ、減圧度を上げてモノマーを除去する等の方法が挙げられる。
前記トナーのTHF可溶分のGPCにより測定される分子量分布は下記のように測定する。
ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)測定装置:GPC−8220GPC(東ソー社製)
カラム:TSK−GEL SUPER HZ2000、TSK−GEL SUPER HZ2500、TSK−GEL SUPER HZ3000
温度:40℃
溶媒:THF
流速:0.35ml/min
試料:0.15wt%に調整したTHF試料溶液
試料の前処理:トナーをテトラヒドロフランTHF(安定剤含有、和光純薬社製)に0.15wt%で溶解後0.45μmフィルターで濾過し、その濾液を試料として用いる。
測定は、前記THF試料溶液を10μL〜200μL注入して測定する。試料の測定にあたっては、試料の有する分子量分布を、数種の単分散ポリスチレン標準試料により作製された検量線の対数値とカウント数との関係から算出する。
検量線作成用の標準ポリスチレン試料としては、例えば、分子量37200、6200、2500、589の東ソー社製TSK標準ポリスチレン、分子量28400、20298、10900、4782、1689、1309の昭和電工社製標準ポリスチレン及びトルエンを用いることができる。検出器にはRI(屈折率)検出器を用いる。
GPCの測定結果について、縦軸をピーク強度とし、横軸を分子量とした分子量分布曲線をプロットし、分子量が20000以下の範囲におけるピーク強度の最大値となる点を100として分子量分布曲線全体のピーク強度を補正する。ピーク強度の最大値と最小値の差については、得られた分子量分布曲線における任意の分子量Mの±300の範囲において、ピーク強度の最大値−最小値から算出する。
本発明に係るトナーのTHF可溶成分のGPC測定はカラムの選定が重要となる。上記のカラムで「トナーのTHF可溶成分のGPCにより測定される分子量分布において、分子量が300以上5000以下の範囲における任意の分子量Mを選んだとき、前記分子量Mの±300の範囲における以下に定義される(定義は省略)ピーク強度の最大値と最小値の差が30以下であるトナー」(トナーA)を測定した結果は図6のようになる。一方、本発明に含まれない従来のトナー(トナーB)について測定した結果は図7のようになる。
これに対し、上記のカラム「(東ソー社製)カラム:TSK−GEL SUPER HZ2000、TSK−GEL SUPER HZ2500、TSK−GEL SUPER HZ3000」を「TSK−GEL SUPER HZM−Hを3本直列に変更」して測定した結果を図8、図9に示す。図8は上記のトナーAについて測定したものであり、図9は上記の従来トナーBについて測定したものである。本カラムでは、上記のトナーAと従来のトナーBに差が見られず、カラムの選定が重要となる。
本発明において、結着樹脂がポリエステル樹脂を含む場合、トナーの示差走査熱量測定(DSC)において、1回目の昇温で40〜70℃に吸熱ピークがあり、2回目の昇温で20〜50℃に吸熱ピークがあることが好ましい。この場合、ポリエステル樹脂には、結晶性の部分と非結晶性の部分が存在していることを示唆している。前記の式を満たさない場合、保存性や低温定着性に悪影響を及ぼすことがある。
本発明のトナーは、有機溶媒中に、変性ポリエステル系樹脂を少なくとも含む結着樹脂前駆体を溶解及び/又は分散させた油相を、微粒子分散剤が添加された水系媒体中に分散させて得られたO/W型分散液(乳化分散液)から有機溶剤を除去して得られることが好ましい。なお、前記油相には、ポリエステル樹脂、着色剤、離型剤が含まれていてもよい。すなわち、油相は、有機溶媒中に、ポリエステル樹脂、着色剤、離型剤等を含むトナー材料を溶解及び/又は分散させて得られる。
前記トナー材料は、結晶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、及びこれら以外の結着樹脂成分を含むことが好ましい。また、前記O/W型分散液(乳化分散液)を得る際には、前記油相に、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、前記油相を微粒子分散剤の存在する水系媒体中に分散させることが好ましい。さらに、前記乳酸分散液中で前記結着樹脂成分を架橋反応及び/又は伸長反応させることが好ましい。
前記微粒子分散剤は樹脂微粒子分散剤であり、樹脂としては、水系媒体中で水性分散液を形成しうる樹脂であれば特に制限はなく、公知の樹脂の中から目的に応じて適宜選択することができる。
樹脂微粒子用の樹脂としては、熱可塑性樹脂であっても熱硬化性樹脂でもよく、例えば、ビニル樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、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、ポリカーボネート樹脂、などを用いることができる。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。これらの中でも、微細な球状の樹脂微粒子の水性分散液が得られやすい点で、ビニル樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂及びポリエステル樹脂から選択される少なくとも1種で形成されるのが好ましい。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樹脂、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。
トナーの重量平均粒径(Dw)、体積平均粒径(Dv)、及び個数平均粒径(Dn)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、アパーチャー径100μmで測定し、解析ソフト(Beckman Coulter Multisizer 3 Version3.51)により解析を行うことができる。
具体例を示すと、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ル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、各トナー0.5g添加しミクロスパーテルでかき混ぜ、次いでイオン交換水80mlを添加する。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分間分散処理する。
そして、前記分散液を前記マルチサイザーIIIを用いて、測定用溶液としてアイソトン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%にな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る。この濃度範囲であれば粒径に誤差は生じない。
本発明の製造方法において製造したトナーにおける重量平均粒径(Dw)と個数平均粒径(Dn)との比(Dw/Dn)としては、例えば、1.20以下が好ましく、1.00〜1.20がより好ましい。
重量平均粒径と個数平均粒径との比(Dw/Dn)が、1.00未満であると、二成分現像剤では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の低下や、クリーニング性の悪化につながりやすい。一成分現像剤では、現像ローラへのトナーのフィルミングや、トナーを薄層化するためブレード等の部材へのトナー融着が発生しやすくなることがある。
また、Dw/Dnが1.20を超えると、高解像で高画質の画像を得ることが難しくなり、現像剤中のトナーの収支が行われた場合にトナーの粒子径の変動が大きくなることがある。
また、トナーの重量平均粒径と個数平均粒径との比(Dw/Dn)が、1.00〜1.20であると、保存安定性、低温定着性、及び耐ホットオフセット性のいずれにも優れた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画像の光沢性に優れる。
二成分現像剤では長期にわたるトナーの収支が行われても、現像剤中のトナー粒子径の変動が少なく、現像装置における長期の攪拌においても良好で安定した現像性が得られる。一成分現像剤ではトナーの収支が行われてもトナーの粒子径の変動が少なくなるとともに、現像ローラへのトナーのフィルミングやトナーを薄層化するブレード等への部材へのトナーの融着が抑制される。また、現像装置の長期使用(攪拌)においても良好で安定した現像性が得られ、高画質の画像を得ることが可能となる。
<トナー原料>
本発明のトナーは、少なくとも結着樹脂を含有し、必要に応じて離型剤等、その他の成分を含んでいてもよい。
<<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。
−未変性ポリエステル樹脂−
本発明において、前記結着樹脂成分として、非結晶性の未変性ポリエステル樹脂を用いることが好ましい。
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(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。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。
未変性のポリエステル樹脂の酸価は、1〜50KOHmg/gが好ましく、5〜30KOHmg/gがより好ましい。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は、酸価が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、水分変化率に大きく関係している。湿度によるポリエステル樹脂の変質を抑制でき、熱特性の低下を抑制されることで、トナーの高温高湿条件下での比表面積変化を抑えることができる。水酸基価が30KOHmg/gを超えると、湿度の影響を受けやすくポリエステル樹脂の変質を抑制できない。ポリエステル樹脂の変質はトナーの比表面積の変化をもたらし、結果として帯電低下が起きる。一方で、水酸基価が10KOHmg/g未満であると、負帯電の効果が少なくなり、また、製造安定性に問題が生じる。10〜20KOHmg/gがより好ましい。
本発明で好ましく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。
具体的には、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、測定条件は、例えば以下の通りである。
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
前記結着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発生する。一方で、Tgが55℃を超えると低温定着性を阻害する。
−結晶性ポリエステル樹脂−
低温定着性のため、結着樹脂は結晶性ポリエステル樹脂を含有してもよい。結晶性ポリエステルとしては、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が、例えば、下記構造式(1)で表されるものが好適に挙げられる。
Figure 2017107138
前記構造式(1)において、mは、1以上の整数を表し、1〜3が好ましい。nは、重合度を表し、1以上の整数を表す。R及びRは、互いに同一であってもよいし、異なっていてもよく、水素原子又は炭化水素基を表す。
前記炭化水素基としては、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、アルキル基、アルケニル基、アリール基、などが挙げられる。これらは、置換基でさらに置換されていてもよい。
前記アルキル基としては、炭素数1〜10のものが好ましく、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、n−ヘキシル基、イソヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、イソオクチル基、n−デシル基、イソデシル基等が挙げられる。
前記アルケニル基としては、炭素数2〜10のものがより好ましく、例えば、ビニル基、アリル基、プロペニル基、イソプロペニル基、ブテニル基、ヘキセニル基、オクテニル基等が挙げられる。
前記アリール基としては、炭素数6〜24のものがより好ましく、例えば、フェニル基、トリル基、キシリル基、クメニル基、スチリル基、メシチル基、シンナミル基、フェネチル基、ベンズヒドリル基等が挙げられる。
前記構造式(1)において、Rは、二価炭化水素基を表し、炭素数1〜10のものが好ましく、例えば、−(CH)p−(ただし、pは、1〜10を表す。)で表されるアルキレン基、などが挙げられる。
これらの中でも、−CH−、−CHCH−、−CHCHCH−、−CHC(CH)H−、などが特に好ましい。
前記結晶性ポリエステル樹脂の結晶性、分子構造等については、NMR測定、示差走査熱量計(DSC)測定、X線回折測定、GC/MS測定、LC/MS測定、赤外線吸収(IR)スペクトル測定、などにより確認することができる。
例えば、前記赤外線吸収(IR)スペクトルにおいて、965±10cm−1及び990±10cm−1の範囲にオレフィンのδch(面外変角振動)に基づく吸収を有することが好ましく、この場合、該吸収を示すものは結晶性であると評価することができる。
前記結晶性ポリエステル樹脂の分子量分布としては、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。分子量分布としては、シャープであることが好ましく、また、低分子量であるほど低温定着性に優れる点で好ましい。
また、オルトジクロロベンゼンの可溶分のゲルパーミエイションクロマトグラフ(GPC)による、横軸をlog(M)とし、縦軸を質量%とした分子量分布図において、ピーク位置が3.5〜4.0の範囲にありかつピークの半値幅が1.5以下であることが好ましい。
前記結晶性ポリエステル樹脂の重量平均分子量(Mw)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、1,000〜30,000が好ましく、1,200〜20,000がより好ましい。
前記重量平均分子量が、1,000未満であると、低温定着性が悪化することがあり、30,000を超えると、シャープメルト性が悪化することがある。
前記結晶性ポリエステル樹脂の数平均分子量(Mn)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、500〜6,000が好ましく、700〜5,500がより好ましい。
前記数平均分子量が、500未満であると、低温定着性が悪化することがありことがあり、6,000を超えると、シャープメルト性が悪化することがある。
前記重量平均分子量(Mw)と前記数平均分子量(Mn)との比で表される分子量分布(Mw/Mn)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、2〜8が好ましい。
前記分子量分布(Mw/Mn)が、2未満であると、製造が困難で、コストがかかることがあり、8を超えると、シャープメルト性が悪化することがある。
前結晶性ポリエステル樹脂の融解温度(Tm)(「F1/2温度」と称することがある)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、示差走査熱量計(DSC)測定で得られたDSC曲線におけるDSC吸熱ピーク温度で、50〜150℃が好ましく、60〜130℃がより好ましい。
前記融解温度(Tm)が、50℃未満であると、耐熱保存性が悪化し、現像装置内部の温度でブロッキングが発生しやすくなることがあり、150℃を超えると、定着下限温度が高くなるため、低温定着性が得られなくなることがある。
前記結晶性ポリエステル樹脂の酸価としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、5mgKOH/g以上が好ましく、10mgKOH/g以上がより好ましい。なお、ホットオフセット性を向上させる観点からは、45mgKOH/g以下が好ましい。
前記酸価が、5mgKOH/g未満であると、紙と樹脂との親和性及び目的とする低温定着性を達成できないことがある。
前記結晶性ポリエステル樹脂の酸価は、例えば、1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−プロパノールに溶解させ滴定することにより、測定することができる。
前記結晶性ポリエステル樹脂の水酸基価としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、0〜50mgKOH/gが好ましく、5〜50mgKOH/gがより好ましい。
前記水酸基価が、50mgKOH/gを超えると、所定の低温定着性を達成し、かつ良好な帯電特性を達成することができなくなることがある。
前記結晶性ポリエステル樹脂の水酸基価は、例えば、1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−プロパノールに溶解させ滴定することにより、測定することができる。
前記結晶性ポリエステル樹脂は、例えば、アルコール成分と酸成分とを重縮合反応させることにより合成することができる。
前記アルコール成分としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ジオール化合物、などが好適に挙げられる。
前記ジオール化合物としては、例えば、炭素数2〜8が好ましく、2〜6がより好ましく、例えば、1,4−ブタンジオール、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、1,6−ヘキサンジオール、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、これらの誘導体、などが挙げられる。これらの中でも、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオールが好ましい。
これらは、1種単独で使用することができ、2種以上を併用することができる。
前記ジオール化合物の使用量としては、前記アルコール成分中において、80モル%以上が好ましく、85〜100モル%がより好ましい。前記ジオール化合物の前記アルコール成分中における含有量が、80モル%未満であると、製造効率が悪くなることがある。
前記酸成分としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、炭素二重結合を有するカルボン酸、ジカルボン酸化合物、多価カルボン酸化合物、などが好適に挙げられ、これらの中でもジカルボン酸化合物が好ましい。
前記ジカルボン酸化合物としては、例えば、炭素数2〜8のものが好ましく、2〜6のものがより好ましい。例えば、シュウ酸、マロン酸、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、コハク酸、アジピン酸、これらの酸の無水物、これらの炭素数1〜3のアルキルエステル、などが挙げられる。これらの中でもフマル酸が好ましい。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。
前記ジカルボン酸化合物の使用量としては、酸成分中において、80モル%以上が好ましく、85〜100モル%がより好ましい。前記ジカルボン酸化合物の前記酸成分中における含有量が、80モル%未満であると、製造効率が悪くなることがある。
前記多価カルボン酸化合物としては、例えば、トリメリット酸、ピロメリット酸、これらの酸無水物、これらの酸の炭素数1〜3のアルキルエステル、などが挙げられる。
前記重縮合反応としては、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、不活性ガス雰囲気下、エステル化触媒、重合禁止剤等を用いて、120〜230℃で反応させることにより、行うことができる。
該重縮合反応を行う際、得られる結晶性ポリエステル樹脂の強度を向上させる目的で、全単量体を一括仕込みしたり、低分子量成分を少なくする目的で、2価の単量体を反応させた後で3価以上の単量体を添加して反応させたり、反応を促進させる目的で、重縮合反応の後半に反応系を減圧にしたりしてもよい。また、前記結晶性ポリエステル樹脂における結晶性及び軟化点を制御する目的で、重縮合反応時に、前記アルコール成分としてグリセリン等の3価以上の多価アルコールを添加し、前記酸成分として無水トリメリット酸等の3価以上の多価カルボン酸を添加して非線状ポリエステルを得たり、等してもよい。
ここで、前記結晶性ポリエステル樹脂の製造方法の一例を示すと、以下の通りである。
例えば、窒素導入管、脱水管、攪拌器及び熱伝対を装備した5リットルの四つ口フラスコに、1,4−ブタンジオール、フマル酸、無水トリメリット酸、及びハイドロキノンを仕込み、160℃で5時間反応させた後、200℃に昇温して1時間反応させる。次いで、8.3kPaの加圧下にて1時間反応させることにより、結晶性ポリエステル樹脂を合成することができる。
なお、未変性の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。
トナー組成物が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の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を併用する場合は、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。
本発明において、油相に含有される結着樹脂成分としては、結晶性ポリエステル樹脂、非変性ポリエステル樹脂、結着樹脂前駆体、未変性樹脂を併用してもよいが、さらにこれらの樹脂以外の結着樹脂成分を含有してもよい。結着樹脂成分としては、ポリエステル樹脂を含有することが好ましく、ポリエステル樹脂を50重量%以上含有することが好ましい。ポリエステル樹脂の含有量が50重量%未満であると、低温定着性が低下することがある。結着樹脂成分のいずれもがポリエステル樹脂であることが特に好ましい。
なお、ポリエステル樹脂以外の結着樹脂成分としては、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スチレン置換体の重合体;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、ポリウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、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等が挙げられる。
−活性水素基含有化合物と反応可能な重合体−
活性水素基含有化合物と反応可能な重合体(以下「プレポリマー」)としては、活性水素基含有化合物と反応可能な部位を少なくとも有しているものであれば特に制限はなく、公知の樹脂等の中から適宜選択することができる。例えば、ポリオール樹脂、ポリアクリル樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、これらの誘導体樹脂、等を用いることができる。これらの中でも、溶融時の高流動性、透明性の点で、ポリエステル樹脂が特に好ましい。なお、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。
プレポリマーにおける活性水素基含有化合物と反応可能な部位としては、特に制限はなく、公知の置換基等の中から適宜選択することができるが、例えば、イソシアネート基、エポキシ基、カルボキシル基、酸クロリド基、等が挙げられる。これらは、1種単独で含まれていてもよいし、2種以上が含まれていてもよい。これらの中でも、イソシアネート基が特に好ましい。
プレポリマーの中でも、高分子成分の分子量を調節しやすく、乾式トナーにおけるオイルレス低温定着特性、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点で、ウレア結合生成基含有ポリエステル樹脂(RMPE)が特に好ましい。
ウレア結合生成基としては、例えば、イソシアネート基、等が挙げられる。ウレア結合生成基含有ポリエステル樹脂(RMPE)における該ウレア結合生成基が該イソシアネート基である場合、該ウレア結合生成基含有ポリエステル樹脂(RMPE)としては、イソシアネート基含有ポリエステルプレポリマー(A)等が特に好適である。
イソシアネート基含有ポリエステルプレポリマー(A)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、ポリオール(PO)とポリカルボン酸(PC)との重縮合物であり、かつ活性水素基含有ポリエステル樹脂をポリイソシアネート(PIC)と反応させてなるもの、等が挙げられる。
ポリオール(PO)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、ジオール(DIO)、3価以上のポリオール(TO)、ジオール(DIO)と3価以上のポリオール(TO)との混合物、等が挙げられる。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。
これらの中でも、ジオール(DIO)単独、又はジオール(DIO)と少量の3価以上のポリオール(TO)との混合物、が好ましい。
ジオール(DIO)としては、例えば、アルキレングリコール、アルキレンエーテルグリコール、脂環式ジオール、脂環式ジオールのアルキレンオキサイド付加物、ビスフェノール類、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。
アルキレングリコールとしては、炭素数2〜12のものが好ましく、例えば、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が挙げられる。アルキレンエーテルグリコールとしては、例えば、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。
脂環式ジオールとしては、例えば、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。また、脂環式ジオールのアルキレンオキサイド付加物としては、例えば、脂環式ジオールに対し、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物としたもの等が挙げられる。
ビスフェノール類としては、例えば、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。また、ビスフェノール類のアルキレンオキサイド付加物としては、例えば、ビスフェノール類に対し、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物としたもの等が挙げられる。これらの中でも、炭素数2〜12のアルキレングリコール、ビスフェノール類のアルキレンオキサイド付加物等が好ましく、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2〜12のアルキレングリコールとの混合物が特に好ましい。
3価以上のポリオール(TO)としては、3〜8価又はそれ以上のものが好ましく、例えば、3価以上の多価脂肪族アルコール、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のアルキレンオキサイド付加物、等が挙げられる。
3価以上の多価脂肪族アルコールとしては、例えば、グリセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ソルビトール等が挙げられる。
3価以上のポリフェノール類としては、例えば、トリスフェノール体(本州化学工業社製のトリスフェノールPAなど)、フェノールノボラック、クレゾールノボラック等が挙げられる。
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としては、例えば、3価以上のポリフェノール類に対し、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物したもの等が挙げられる。
ジオール(DIO)と3価以上のポリオール(TO)との混合物におけるジオール(DIO)と3価以上のポリオール(TO)との混合質量比(DIO:TO)としては、100:0.01〜10が好ましく、100:0.01〜1がより好ましい。
ポリカルボン酸(PC)としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、ジカルボン酸(DIC)、3価以上のポリカルボン酸(TC)、ジカルボン酸(DIC)と3価以上のポリカルボン酸との混合物、等が挙げられる。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。これらの中でも、ジカルボン酸(DIC)単独、又はジカルボン酸(DIC)と少量の3価以上のポリカルボン酸(TC)との混合物が好ましい。
ジカルボン酸(DIC)としては、例えば、アルキレンジカルボン酸、アルケニレンジカルボン酸、芳香族ジカルボン酸、等が挙げられる。
また、アルキレンジカルボン酸としては、例えば、コハク酸、アジピン酸、セバシン酸等が挙げられる。
また、アルケニレンジカルボン酸としては、炭素数4〜20のものが好ましく、例えば、マレイン酸、フマル酸等が挙げられる。
また、芳香族ジカルボン酸としては、炭素数8〜20のものが好ましく、例えば、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、ナフタレンジカルボン酸等が挙げられる。
これらの中でも、炭素数4〜20のアルケニレンジカルボン酸、炭素数8〜20の芳香族ジカルボン酸が好ましい。
3価以上のポリカルボン酸(TC)としては、3〜8価又はそれ以上のものが好ましく、例えば、芳香族ポリカルボン酸、等が挙げられる。
また、芳香族ポリカルボン酸としては、炭素数9〜20のものが好ましく、例えば、トリメリット酸、ピロメリット酸等が挙げられる。
ポリカルボン酸(PC)としては、ジカルボン酸(DIC)、3価以上のポリカルボン酸(TC)、及び、ジカルボン酸(DIC)と3価以上のポリカルボン酸との混合物、から選択されるいずれかの酸無水物又は低級アルキルエステル物を用いることもできる。低級アルキルエステルとしては、例えば、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(DIC)と3価以上のポリカルボン酸(TC)との混合物におけるジカルボン酸(DIC)と3価以上のポリカルボン酸(TC)との混合質量比(DIC:TC)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、100:0.01〜10が好ましく、100:0.01〜1がより好ましい。
ポリオール(PO)とポリカルボン酸(PC)とを重縮合反応させる際の混合比率としては、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、ポリオール(PO)における水酸基[OH]と、ポリカルボン酸(PC)におけるカルボキシル基[COOH]との当量比([OH]/[COOH])が、通常、2/1〜1/1であるのが好ましく、1.5/1〜1/1であるのがより好ましく、1.3/1〜1.02/1であるのが特に好ましい。
ポリオール(PO)のイソシアネート基含有ポリエステルプレポリマー(A)における含有量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、0.5〜40質量%が好ましく、1〜30質量%がより好ましく、2〜20質量%がさらに好ましい。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悪化し、トナーの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、低温定着性が悪化することがある。
ポリイソシアネート(PIC)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、脂肪族ポリイソシアネート、脂環式ポリイソシアネート、芳香族ジイソシアネート、芳香脂肪族ジイソシアネート、イソシアヌレート類、これらのフェノール誘導体、オキシム、カプロラクタム等でブロックしたもの、などが挙げられる。
脂肪族ポリイソシアネートとしては、例えば、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が挙げられる。
脂環式ポリイソシアネートとしては、例えば、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が挙げられる。
芳香族ジイソシアネートとしては、例えば、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が挙げられる。
芳香脂肪族ジイソシアネートとしては、例えば、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。
イソシアヌレート類としては、例えば、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が挙げられる。これらは、1種単独でも使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
ポリイソシアネート(PIC)と、活性水素基含有ポリエステル樹脂(例えば水酸基含有ポリエステル樹脂)とを反応させる際の混合比率としては、以下であることが好ましい。すなわち、ポリイソシアネート(PIC)におけるイソシアネート基[NCO]と活性水素基含有ポリエステル樹脂における水酸基[OH]との混合当量比([NCO]/[OH])が、5/1〜1/1であるのが好ましく、4/1〜1.2/1であるのがより好ましく、3/1〜1.5/1であるのがさらに好ましい。イソシアネート基[NCO]が、5を超えると、低温定着性が悪化することがあり、1未満であると、耐オフセット性が悪化することがある。
ポリイソシアネート(PIC)のイソシアネート基含有ポリエステルプレポリマー(A)における含有量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、0.5〜40質量%が好ましく、1〜30質量%がより好ましく、2〜20質量%がさらに好ましい。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悪化し、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、低温定着性が悪化することがある。
イソシアネート基含有ポリエステルプレポリマー(A)の1分子当たりに含まれるイソシアネート基の平均数としては、1以上が好ましく、1.2〜5がより好ましく、1.5〜4がより好ましい。イソシアネート基の平均数が1未満であると、ウレア結合生成基で変性されているポリエステル樹脂(RMPE)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。
活性水素基含有化合物と反応可能な重合体の重量平均分子量(Mw)としては、テトラヒドロフラン(THF)可溶分のGPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィ)による分子量分布で、3,000〜40,000が好ましく、4,000〜30,000がより好ましい。重量平均分子量(Mw)が3,000未満であると、耐熱保存性が悪化することがあり、40,000を超えると、低温定着性が悪化することがある。
<<離型剤>>
離型剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、融点が50〜120℃の低融点の離型剤が好ましい。低融点の離型剤は、前記樹脂と分散されることにより、離型剤として効果的に定着ローラとトナー界面との間で働き、これによりオイルレス(定着ローラにオイルのような離型剤を塗布しない態様)でもホットオフセット性が良好である。
離型剤としては、例えば、ロウ類、ワックス類、等が好適に挙げられる。ロウ類及びワックス類としては、例えば、カルナウバワックス、綿ロウ、木ロウ、ライスワックス等の植物系ワックス;ミツロウ、ラノリン等の動物系ワックス;オゾケライト、セルシン等の鉱物系ワックス;パラフィン、マイクロクリスタリン、ペトロラタム等の石油ワックス;などの天然ワックスが挙げられる。また、これら天然ワックスのほか、フィッシャー・トロプシュワックス、ポリエチレン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;などが挙げられる。さらに、12−ヒドロキシステアリン酸アミド、ステアリン酸アミド、無水フタル酸イミド、塩素化炭化水素等の脂肪酸アミド;低分子量の結晶性高分子樹脂である、ポリ−n−ステアリルメタクリレート、ポリ−n−ラウリルメタクリレート等のポリアクリレートのホモ重合体あるいは共重合体(例えば、n−ステアリルアクリレート−エチルメタクリレートの共重合体等);側鎖に長いアルキル基を有する結晶性高分子、などを用いてもよい。これらは1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
離型剤の融点としては、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、50〜120℃が好ましく、60〜90℃がより好ましい。融点が、50℃未満であると、ワックスが耐熱保存性に悪影響を与えることがあり、120℃を超えると、低温での定着時にコールドオフセットを起こしやすいことがある。
離型剤の溶融粘度としては、該離型剤の融点より20℃高い温度での測定値として、5〜1000cpsが好ましく、10〜100cpsがより好ましい。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、1,000cpsを超えると、耐ホットオフセット性、低温定着性への向上効果が得られなくなることがある。
離型剤の前記トナーにおける含有量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、0〜40質量%が好ましく、3〜30質量%がより好ましい。前記含有量が、40質量%を超えると、トナーの流動性が悪化することがある。
離型剤は2つの樹脂に対する親和性の差を利用することで、第一の樹脂相、第二の樹脂相いずれにも任意に含有させることができる。トナー外層に存在する第二の樹脂相に選択的に含有させることで、離型剤の染み出しが定着時の短い加熱時間でも充分生じるため、充分な離型性を得ることができる。
また、離型剤をトナー内層に存在する第一の樹脂相に選択的に含有させることで、感光体、キャリア等の他の部材への離型剤のスペントを抑制させることができる。本発明では、離型剤の配置を比較的自由に設計することができ、各々の画像形成プロセスに応じて任意の配置を取ることができる。
<<その他の成分>>
その他の成分としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、着色剤、帯電制御剤、無機微粒子、流動性向上剤、クリーニング性向上剤、磁性材料、金属石鹸、等が挙げられる。
−着色剤−
本発明に使用するトナー用の着色剤としては、特に制限はなく、公知の染料及び顔料の中から目的に応じて適宜選択することができる。例えば、カーボンブラック、ニグロシン染料、鉄黒、ナフトールイエローS、ハンザイエロー(10G、5G、G)、カドミュウムイエロー、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、カドミュウムレッド、カドミュ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、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、リトボン、等が挙げられる。
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。
着色剤のトナーにおける含有量は、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、1〜15質量%が好ましく、3〜10質量%がより好ましい。着色剤の含有量が、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、トナー中での顔料の分散不良が起こり、着色力の低下、及びトナーの電気特性の低下を招くことがある。
着色剤は、樹脂と複合化されたマスターバッチとして使用してもよい。樹脂としては、特に制限はなく、目的に応じて公知のものの中から適宜選択することができる。例えば、ポリエステル、スチレン又はその置換体の重合体、スチレン系共重合体、ポリメ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、エポキシ樹脂、エポキシポリオール樹脂、ポリウレタン、ポリアミド、ポリビニルブチラール、ポリアクリル酸樹脂、ロジン、変性ロジン、テルペン樹脂、脂肪族炭化水素樹脂、脂環族炭化水素樹脂、芳香族系石油樹脂、塩素化パラフィン、パラフィンワックス、等が挙げられる。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。
前記スチレン又はその置換体の重合体としては、例えば、ポリエステル樹脂、ポリスチレン、ポリp−クロロスチレン、ポリビニルトルエン、等が挙げられる。
前記スチレン系共重合体としては、例えば、スチレン−p−クロロスチレン共重合体、スチレン−プロピレン共重合体、スチレン−ビニルトルエン共重合体、スチレン−ビニルナフタリン共重合体、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−アクリロニトリルーインデン共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、スチレン−マレイン酸エステル共重合体、等が挙げられる。
マスターバッチは、マスターバッチ用樹脂と、着色剤とを高せん断力をかけて混合又は混練して製造することができる。この際、着色剤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、いわゆるフラッシング法も着色剤のウエットケーキをそのまま用いることができ、乾燥する必要がない点で好適である。このフラッシング法は、着色剤の水を含んだ水性ペーストを樹脂と有機溶媒とともに混合又は混練し、着色剤を樹脂側に移行させて水分及び有機溶媒成分を除去する方法である。
前記混合又は混練には、例えば、三本ロールミル等の高せん断分散装置が好適に用いられる。着色剤は2樹脂に対する親和性の差を利用することで、第一の樹脂相、第二の樹脂相いずれにも任意に含有させることができる。
着色剤はトナー表面に存在した際にトナーの帯電性能を悪化させることが良く知られている。そのため内層に存在する第一の樹脂相に選択的に着色剤を含有させることで、トナーの帯電性能(環境安定性、電荷保持能、帯電量等)を向上させることができる。
−帯電制御剤−
帯電制御剤としては、特に制限はなく、公知のもの中から目的に応じて適宜選択することができる。例えば、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、フッ素系活性剤、サリチル酸の金属塩、サリチル酸誘導体の金属塩、等が挙げられる。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。
帯電制御剤は、市販品を使用してもよく、該市販品としては、例えば、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。
帯電制御剤をトナー内層に存在するトナー粒子本体中の樹脂相に選択的に含有させることで、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させることができる。本発明のトナーの製造方法では、帯電制御剤の配置を比較的自由に設計することができ、各々の画像形成プロセスに応じて任意の配置を取ることができる。
帯電制御剤のトナーに対する含有量としては、前記樹脂の種類、添加剤の有無、分散方法等により異なり、一概に規定することができないが、例えば、結着樹脂100質量部に対し、0.1〜10質量部が好ましく、0.2〜5質量部がより好ましい。帯電制御剤の含有量が、0.1質量部未満であると、帯電制御性が得られないことがあり、10質量部を超えると、トナーの帯電性が大きくなりすぎ、主帯電制御剤の効果を減退させて、現像ローラとの静電的吸引力が増大し、現像剤の流動性低下や画像濃度の低下を招くことがある。
−流動性向上剤−
流動性向上剤は、表面処理を行って疎水性を上げ、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ものである。例えば、シランカップリング剤、シリル化剤、フッ化アルキル基を有するシランカップリング剤、有機チタネート系カップリング剤、アルミニウム系のカップリング剤、シリコーンオイル、変性シリコーンオイル、等が挙げられる。シリカ、酸化チタンは、このような流動性向上剤により表面処理行い、疎水性シリカ、疎水性酸化チタンとして使用するのが特に好ましい。
−クリーニング性向上剤−
クリーニング性向上剤は、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にトナーに添加されるものである。例えば、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸等の脂肪酸金属塩、ポリメチルメタクリレート微粒子、ポリスチレン微粒子等のソープフリー乳化重合により製造されたポリマー微粒子、などが挙げられる。ポリマー微粒子は、比較的粒度分布が狭いものが好ましく、体積平均粒径が0.01〜1μmのものが好適である。
−層状無機鉱物−
必要に応じてトナー中に層状無機鉱物を含有させてもよい。層状無機鉱物は厚さ数nmの層が重ね合わさってできている無機鉱物のことを言い、有機物イオンで変性するとはその層間に存在するイオンに有機物イオンを導入することを言う。層状無機鉱物としては、スメクタイト族(モンモリロナイト、サポナイトなど)、カオリン族(カオリナイトなど)、マガディアイト、カネマイトが知られている。変性層状無機鉱物はその変性された層状構造により親水性が高い。
そのため、層状無機鉱物を変性すること無しに水系媒体中に分散して造粒するトナーに用いると、水系媒体中に層状無機鉱物が移行し、トナーを異形化することができない。これに対し、層状無機鉱物を変性することにより、親水性が高くなり、かかる変性層状無機鉱物は、トナーの製造時に微細化するとともに異形化し、トナー粒子の表面部分に特に多く存在し、電荷調節機能を果たすとともに、低温定着にも貢献する。このとき、トナー材料中の変性層状無機鉱物の含有量は、0.05〜5重量%であることが好ましい。
−無機微粒子−
無機微粒子は、トナー粒子に流動性、現像性、帯電性等を付与するための外添剤として使用する。この無機微粒子としては、特に制限はなく、目的に応じて公知のものの中から適宜選択することができる。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、ペンガラ、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、等を用いることができる。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。
(現像剤)
本発明における現像剤は、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あげられる。
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、低温定着性に優れ、かつ、保存性及び帯電安定性に優れるとともに、温度と湿度の環境の影響を受けにくい保存性及び帯電安定性を得ることができる。
(画像形成装置)
本発明の画像形成装置は、像担持体(静電潜像担持体)と、静電潜像形成手段(帯電手段と露光手段)と、現像手段と、転写手段と、定着手段とを有し、必要に応じて、クリーニング手段、除電手段、リサイクル手段、制御手段等の手段をさらに有してもよい。
本発明における画像形成方法は、静電潜像形成工程(帯電工程と露光工程)と、現像工程と、転写工程と、定着工程とを有し、必要に応じて、クリーニング工程、除電工程、リサイクル工程、制御工程等の工程をさらに有してもよい。
静電潜像形成工程は、像担持体(静電潜像担持体)上に静電潜像を形成する工程である。像担持体の材質、形状、構造、大きさ等は、公知のものの中から適宜選択することができる。材質は、アモルファスシリコン、セレン等の無機物質、ポリシラン、フタロポリメチン等の有機物質等が挙げられるが、長寿命であることからアモルファスシリコンが好ましい。また、形状は、ドラム状であることが好ましい。
静電潜像は、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することができ、静電潜像形成手段により行うことができる。静電潜像形成手段は、像担持体の表面を一様に帯電させる帯電器(帯電手段)と、像担持体の表面を露光する露光器(露光手段)を有することが好ましい。
帯電は、帯電器を用いて像担持体の表面に電圧を印加することにより行うことができる。帯電器は、目的に応じて適宜選択することができるが、導電性又は半導電性のロール、ブラシ、フィルム、ゴムブレード等を備えた公知の接触帯電器、コロトロン、スコロトロン等のコロナ放電を利用した非接触帯電器等が挙げられる。
露光は、露光器を用いて像担持体の表面を露光することにより行うことができる。露光器は、目的に応じて適宜選択することができるが、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、像担持体の裏面側から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、本発明のトナーを用いて現像することにより、可視像を形成する工程である。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、公知のものの中から適宜選択することができ、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有することが好ましい。また、単色用現像器であってもよいし、多色用現像器であってもよい。具体的には、現像剤を摩擦攪拌すること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現像器等が挙げられる。
現像器内では、トナーとキャリアとが混合攪拌され、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、像担持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、電気的な吸引力によって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像担持体の表面にトナーによる可視像が形成される。
転写工程は、可視像を記録媒体に転写する工程であるが、中間転写体を用い、中間転写体上に可視像を一次転写した後、可視像を記録媒体上に二次転写することが好ましい。このとき、用いられるトナーは、通常、二色以上であり、フルカラートナーを用いることが好ましい。このため、可視像を中間転写体上に転写して複合転写像を形成する第一次転写工程と、複合転写像を記録媒体上に転写する第二次転写工程を有することがより好ましい。
転写は、転写手段を用いて像担持体を帯電することにより行うことができる。転写手段は、可視像を中間転写体上に転写して複合転写像を形成する第一次転写手段と、複合転写像を記録媒体上に転写する第二次転写手段を有することが好ましい。なお、中間転写体は、目的に応じて公知の転写体の中から適宜選択することができ、転写ベルト等を用いることができる。
転写手段は、像担持体上に形成された可視像を記録媒体側へ剥離帯電させる転写器を有することが好ましい。転写手段は、一つであってもよいし、複数であってもよい。転写器の具体例としては、コロナ放電によるコロナ転写器、転写ベルト、転写ローラ、圧力転写ローラ、粘着転写器等が挙げられる。なお、記録媒体は、公知の記録媒体の中から適宜選択することができ、記録紙等を用いることができる
定着工程は、定着手段を用いて記録媒体に転写された可視像を定着させる工程であり、各色のトナーが記録媒体に転写されるごとに定着してもよいし、各色のトナーを積層した状態で一度に定着してもよい。定着手段は、目的に応じて適宜選択することができるが、公知の加熱加圧手段を用いることができる。加熱加圧手段としては、加熱ローラと加圧ローラの組み合わせ、加熱ローラと加圧ローラと無端ベルトの組み合わせ等が挙げられる。加熱加圧手段における加熱は、通常、80℃〜200℃であることが好ましい。なお、目的に応じて、定着手段と共に、又は、これらに代えて、公知の光定着器を用いてもよい。
除電工程は、像担持体に除電バイアスを印加することにより除電する工程であり、除電手段を用いて行うことができる。除電手段は、公知の除電器の中から適宜選択することができ、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、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行うことができる。クリーニング手段は、公知のクリーナの中から適宜選択することができ、磁気ブラシクリーナ、静電ブラシクリーナ、磁気ローラクリーナ、ブレードクリーナ、ブラシクリーナ、ウエブクリーナ等を用いることができる。ブレードクリーナを用いることが好ましい。
リサイクル工程は、クリーニング工程により除去したトナーを現像手段でリサイクルする工程であり、リサイクル手段を用いて行うことができる。リサイクル手段は、目的に応じて適宜選択することができ、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、制御手段を用いて行うことができる。制御手段は、目的に応じて適宜選択することができ、シークエンサー、コンピュータ等の機器を用いることができる。
また、本発明におけるプロセスカートリッジは、像担持体(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る。なお、プロセスカートリッジには、帯電手段、クリーニング手段などのその他の手段が支持されていてもよい。
図2に、本発明で用いられる画像形成装置の一例を示す。画像形成装置100Aは、増担持体としてのドラム状の感光体10と、帯電手段としての帯電ローラ20と、露光手段としての露光装置30と、現像手段としての現像装置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装置60と、除電手段としての除電ランプ70とを備える。
中間転写体50は、無端ベルトであり、矢印方向に移動することができるように3個のローラ51で張架されている。3個のローラ51の一部は、中間転写体50へ所定の転写バイアス(一次転写バイアス)を印加することができる転写バイアスローラとしても機能する。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。
また、記録媒体としての記録紙95に可視像(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できる転写手段としての転写ローラ80が対向して配置されている。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58が、中間転写体50の回転方向において、感光体10と中間転写体50との接触部と、中間転写体50と転写紙95との接触部の間に配置されている。
現像装置40は、現像剤担持体としての現像ベルト41と、現像ベルト41の周囲に併設したブラック現像器45K、イエロー現像器45Y、マゼンタ現像器45M及びシアン現像器45Cとから構成されている。
なお、ブラック現像器45Kは、現像剤収容部42Kと現像剤供給ローラ43Kと現像ローラ44Kを備えており、イエロー現像器45Yは、現像剤収容部42Yと現像剤供給ローラ43Yと現像ローラ44Yとを備えており、マゼンタ現像器45Mは、現像剤収容部42Mと現像剤供給ローラ43Mと現像ローラ44Mを備えており、シアン現像器45Cは、現像剤収容部42Cと現像剤供給ローラ43Cと現像ローラ44Cを備えている。また、現像ベルト41は、無端ベルトであり、矢印方向に移動することができるように複数のベルトローラで張架され、一部が感光体10と接触している。
画像形成装置100Aにおいて、帯電ローラ20は、感光体10を一様に帯電させた後、露光装置30を用いて感光体10に露光を行い、静電潜像を形成する。次に、感光体10上に形成された静電潜像に、現像装置40から現像剤を供給することにより現像し、トナー像を形成する。さらに、トナー像がローラ51により印加された電圧により中間転写体50上に転写(一次転写)され、さらに記録紙95上に転写(二次転写)される。この結果、記録紙95上に転写像が形成される。なお、感光体10上に残存したトナーは、クリーニングブレードを有するクリーニング装置60により除去され、感光体10の帯電電荷は、除電ランプ70により除去される。
図3に、本発明で用いられる画像形成装置の他の例を示す。画像形成装置100Bは、現像ベルト41を備えず、感光体10の周囲に、ブラック現像ユニット45K、イエロー現像ユニット45Y、マゼンタ現像ユニット45M及びシアン現像ユニット45Cが対向して配置されている以外は、画像形成装置100Aと同様の構成を有し、同様の作用効果を示す。なお、図3において、図2におけるものと同じものは、同符号で示した。
図4に、本発明で用いられる画像形成装置の他の例を示す。画像形成装置100Cは、タンデム型カラー画像形成装置である。画像形成装置100Cは、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400とを備えている。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。
そして、中間転写体50は、図中、時計回りに移動することができるように、支持ローラ14、15及び16に張架されている。支持ローラ15の近傍には、中間転写体50上に残留したトナーを除去するための中間転写体クリーニング装置17が配置されている。支持ローラ14及び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、ブラックの4色の画像形成手段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。
タンデム型現像器120の近傍には、露光装置21が配置されている。中間転写体50のタンデム型現像器120が配置された側と反対側には、二次転写装置22が配置されている。二次転写装置22は、無端ベルトである二次転写ベルト24が一対のローラ23に張架されており、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は、互いに接触可能である。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に押圧して配置された加圧ローラ27を備えている。
なお、画像形成装置100Cにおいては、二次転写装置22及び定着装置25の近傍に、転写紙を反転させるシート反転装置28が配置されている。これにより、記録紙の両面に画像を形成することができる。
次に、タンデム型現像器120を用いた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400の原稿台130上に原稿をセットするか、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。
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、原稿がコンタクトガラス32上へ搬送された後で、一方、コンタクトガラス32上に原稿をセットしたときは、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により照射された光の原稿面からの反射光は、第2走行体34におけるミラーで反射され、結像レンズ35を通して読み取りセンサ36に受光される。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とされる。各色の画像情報は、タンデム型現像器120における各色の画像形成手段18にそれぞれ伝達され、各色のトナー像が形成される。
ブラック用感光体10K上のトナー像、イエロー用感光体10Y上のトナー像、マゼンタ用感光体10M上のトナー像及びシアン用感光体10C上のトナー像は、中間転写体50上に、順次転写(一次転写)される。そして、中間転写体50上で各色のトナー像が重ね合わされて合成カラー画像(カラー転写像)が形成される。
図5に示すように、タンデム型現像器120における各色の画像形成手段18は、それぞれ、感光体10と、感光体10を一様に帯電させる帯電器59と、各色の画像情報に基づいて感光体10を露光(図中、L)することにより、感光体10上に静電潜像を形成する露光装置21と、各色のトナーを用いて静電潜像を現像することにより、感光体10上に各色のトナー像を形成する現像器61と、各色のトナー像を中間転写体50上に転写する転写帯電器62と、感光体クリーニング装置63と、除電器64を備えている。
一方、給紙テーブル200においては、給紙ローラ142aの一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の一つから記録紙を繰り出し、分離ローラ145aで1枚ずつ分離して給紙路146に送り出し、搬送ローラ147で搬送して複写機本体150内の給紙路148に導き、レジストローラ49に突き当てて止める。
または、給紙ローラ142bを回転させて手差しトレイ52上の記録紙を繰り出し、分離ローラ145bで1枚ずつ分離して手差し給紙路53に入れ、同じくレジストローラ49に突き当てて止める。なお、レジストローラ49は、一般には接地されて使用されるが、シート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上に形成されたカラー転写像にタイミングを合わせてレジストローラ49を回転させ、中間転写体50と二次転写装置22との間に記録紙を送り出すことにより、記録紙上にカラー転写像が形成される。なお、転写後の中間転写体50上に残留するトナーは、中間転写体クリーニング装置17によりクリーニングされる。
カラー転写像が形成され記録紙は、二次転写装置22により定着装置25に搬送されて、熱と圧力によりカラー転写像が記録紙上に定着される。その後、記録紙は、切り換え爪55で切り換えて排出ローラ56により排出され、排紙トレイ57上にスタックされる。または、切り換え爪55で切り換えてシート反転装置28により反転されて再び転写位置へと導き、裏面にも画像を形成した後、排出ローラ56により排出され、排紙トレイ57上にスタックされる。
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の合成例−
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共に常圧、230℃で10時間反応させた。次いで、反応容器に安息香酸26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時間反応し、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ェ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−7:三洋化成工業社製)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。
−結晶性樹脂の製造−
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時間反応させた後、さらに5〜20mmHgの減圧下で、重量平均分子量(Mw)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]2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]75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分間混合して、[スラリー1]を得た。
次いで、得られたトナー母体粒子の[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、[トナー母体粒子1]を作製した。
次に、得られた[トナー母体粒子1]100部に、疎水性シリカ(HDK−2000、ワッカー・ケミー社製)1.0部を、ヘンシェルミキサーを用いて混合し、[トナー1]を作製した。
(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26部から21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]の合成例における安息香酸の仕込み量を26部から16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3]を得た。実施例1のトナーの作製において、[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]の合成例におけるイソフタル酸とアジピン酸のモル比を70/30から50/50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4]を得た。実施例1のトナーの作製において、[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]の合成例におけるイソフタル酸とアジピン酸のモル比を70/30から50/50に変え、安息香酸の仕込み量を26部から21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5]を得た。実施例1のトナーの作製において、[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]の合成例におけるイソフタル酸とアジピン酸のモル比を70/30から50/50に変え、安息香酸の仕込み量を26部から16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6]を得た。実施例1のトナーの作製において、[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]の合成例におけるイソフタル酸とアジピン酸のモル比を70/30から80/20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7]を得た。実施例1のトナーの作製において、[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]の合成例におけるイソフタル酸とアジピン酸のモル比を70/30から80/20に変え、安息香酸の仕込み量を26部から21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8]を得た。実施例1のトナーの作製において、[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]の合成例におけるイソフタル酸とアジピン酸のモル比を70/30から80/20に変え、安息香酸の仕込み量を26部から16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9]を得た。実施例1のトナーの作製において、[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OH/COOHを1.364から1.35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10]を得た。実施例1のトナーの作製において、[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を1.364から1.31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11]を得た。実施例1のトナーの作製において、[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のトナーの作製において、[結晶性樹脂]の含有量を20部から23部に変え、[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12]を得た。
(実施例13)
−トナー13の作製−
実施例1のトナーの作製において、[結晶性樹脂]の含有量を20部から10部に変え、[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13]を得た。
(実施例14)
−トナー14の作製−
実施例1のトナーの作製において、[結晶性樹脂]の含有量を20部から21部に変え、[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14]を得た。
(実施例15)
−トナー15の作製−
実施例1のトナーの作製において、[結晶性樹脂]の含有量を20部から12部に変え、[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15]を得た。
(実施例16)
−トナー16の作製−
実施例1のトナーの作製において、[結晶性樹脂]の含有量を20部から0部に変えた、すなわち[結晶性樹脂]を含有させないようにし、[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16]を得た。
(実施例17)
−トナー17の作製−
実施例1のトナーの作製において、[結晶性樹脂]の含有量を20部から30部に変え、[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Aの作製−
[ポリエステル樹脂1]60部に、酢酸エチル60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質量部を混合して[水相18]を得た。この[水相18]180部に、前記[樹脂溶液]120質量部を加え、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−
パラフィンワックス(HNP−9、日本精鑞社製、融点75℃)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−
カーボンブラック(Printex35、デグサ社製)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、[トナースラリーA]を得た。
−脱溶剤〜洗浄〜乾燥−
[トナースラリーA]を、実施例1と同様な条件にて、洗浄、乾燥、風篩し、[トナー母体18]を作製した。
−混合−
実施例1と同様な条件にて疎水性シリカを混合し、[トナー18]を作製した。
(実施例19)
溶解懸濁法により以下のようにして[トナー19]作製した。
−油相Bの作製−
温度計及び撹拌機を備えた容器に、[ポリエステル樹脂1]129部、[ワックス分散液1]75部、[マスターバッチ]20部、酢酸エチル92部を入れて、撹拌機にてプレ分散させた後、TK式ホモミキサー(特殊機化社製)にて回転数5,000rpmで撹拌し、均一に溶解、分散させて[油相B]を得た。
−乳化乃至分散−
撹拌機及び温度計をセットした別の容器内に[水相1]400部を入れ、TK式ホモミキサー(特殊機化社製)にて13,000rpmで攪拌しながら、[油相B]を添加し、1分間乳化して[トナースラリーB]を得た。
−脱溶剤〜洗浄〜乾燥−
[トナースラリーB]を、実施例1と同様な条件にて、脱溶剤、洗浄、乾燥、風篩し、[トナー母体19]を作製した。
−混合−
実施例1と同様な条件にて疎水性シリカを混合し、[トナー19]を作製した。
(実施例20)
粉砕法により以下のようにして[トナー20]を作製した。
−溶融混練・粉砕・分級−
[ポリエステル樹脂1]72部、パラフィンワックス(HNP−9、日本精鑞社製、融点75℃)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20]を得た。
−混合−
実施例1と同様な条件にて疎水性シリカを混合し、[トナー20]を作製した。
(比較例1)
−トナー21の作製−
実施例1の[ポリエステル樹脂1]の合成例におけるイソフタル酸とアジピン酸のモル比を70/30から48/52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21]を得た。実施例1のトナーの作製において、[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2)
−トナー22の作製−
実施例1の[ポリエステル樹脂1]の合成例におけるビスフェノールAプロピレンオキサイド2モル付加物とビスフェノールAプロピレンオキサイド3モル付加物のモル比を80/20から90/10に変え、イソフタル酸とアジピン酸のモル比を70/30から90/10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22]を得た。
実施例1のトナーの作製において、[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3)
−トナー23の作製−
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モル付加物をモル比で80/20、イソフタル酸とアジピン酸をモル比で70/30とし、OH/COOH=1.364で仕込み、500ppmのチタンテトライソプロポキシドと共に常圧で230℃で10時間反応させた。次いで、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時間反応し、[ポリエステル樹脂23]を得た。
実施例1のトナーの作製において、[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4)
−トナー24の作製−
実施例1の[ポリエステル樹脂1]の合成例におけるビスフェノールAプロピレンオキサイド2モル付加物とビスフェノールAプロピレンオキサイド3モル付加物のモル比を80/20から50/50に変え、イソフタル酸とアジピン酸のモル比を70/30から100/0に変え、OH/COOHを1.364から1.29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24]を得た。
実施例1のトナーの作製において、[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5)
−トナー25の作製−
実施例1の[ポリエステル樹脂1]の合成例におけるイソフタル酸とアジピン酸のモル比を70/30から50/50に変え、安息香酸の仕込み量を26部から11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25]を得た。実施例1のトナーの作製において、[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6)
−トナー26の作製−
実施例1の[ポリエステル樹脂1]の合成例におけるイソフタル酸とアジピン酸のモル比を70/30から58/42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26]を得た。実施例1のトナーの作製において、[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7)
−トナー27の作製−
実施例1の[ポリエステル樹脂1]の合成例におけるイソフタル酸とアジピン酸のモル比を70/30から48/52に変え、安息香酸の仕込み量を26部から21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。
(測定)
上記実施例、比較例で得られたトナーについて下記の測定を行った。
トナー2gを、内径が24mmφの円筒ろ紙に入れて抽出管にセットし、フラスコにはTHF200mlで10時間ソックスレー抽出を行った。ソックスレー抽出には、図1に示されるソックスレー抽出装置を用いた。冷却管をとりつけた一式のフラスコ部分をマントルヒーターに入れ、80℃でTHFを還流させ、冷却管からのTHFをトナーに滴下し、トナー中のTHF可溶分がフラスコ中に抽出されるようにし、その抽出液を38℃で48時間乾燥して[抽出物]を得た。
得られた[抽出物]について、DSC−6220R(セイコーインスツル社製)を用いて、ガラス転移温度Tgの測定を行った。まず、室温から昇温速度10℃/minで150℃まで加熱した後、150℃で10min間放置した。次に、室温まで試料を冷却して10min放置した後、再度150℃まで昇温速度10℃/minで加熱した。これにより、ガラス転移点以下のベースラインと、ガラス転移点以上のベースラインの高さが1/2に相当する曲線部分が得られ、Tgを求めた。
上記得られた[抽出物]を乳鉢で砕き、100メッシュを用いて粒径150μmに揃えたものを40℃、4時間減圧乾燥機で処理した。その後、40℃、70%RHの環境に3日間放置させた。水分量変化率は下記式により求めた。なお、重量の計量にはデジタル式精密天秤(ER−180A:A&D社製)を用いた。
水分量変化率(%)=(放置後の重量−放置前の重量)/放置前の重量×100
上記実施例、比較例で得られたトナーを40℃、70%RHの環境に3日間放置させた。放置前後における比表面積変化率は下記式により求めた。
トナー比表面積の変化率(%)=(保管前のBET比表面積−保管後のBET比表面積)/保管前のBET比表面積×100
上記実施例、比較例で得られたトナーのTHF可溶分のGPC測定により求められる分子量分布及び重量平均分子量(Mw)は以下のようにして求めた。
ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)測定装置:GPC−8220GPC(東ソー社製)
カラム:TSK−GEL SUPER HZ2000、TSK−GEL SUPER HZ2500、TSK−GEL SUPER HZ3000
温度:40℃
溶媒:THF
流速:0.35ml/min
試料:0.15wt%に調整したTHF試料溶液
試料の前処理:トナーをテトラヒドロフランTHF(安定剤含有、和光純薬社製)に0.15wt%で溶解後0.45μmフィルターで濾過し、その濾液を試料として用いた。
測定は、前記THF試料溶液を10μL〜200μL注入して測定した。試料の重量平均分子量(Mw)測定にあたっては、試料の有する分子量分布を、数種の単分散ポリスチレン標準試料により作製された検量線の対数値とカウント数との関係から算出した。検量線作成用の標準ポリスチレン試料としては、昭和電工社製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、トルエンを用いた。検出器にはRI(屈折率)検出器を用いた。
GPCの測定結果について、縦軸をピーク強度とし、横軸を分子量とした分子量分布曲線をプロットし、分子量が20000以下の範囲におけるピーク強度の最大値となる点を100として分子量分布曲線全体のピーク強度を補正した。次に、分子量300〜5000の範囲について、分子量M±300の範囲でピーク強度の最大値と最小値の差を求めた。なお、以下の表1におけるGPCピーク強度差は、上記得られた差の値における最大値である。
また、上記実施例、比較例得られたトナーの吸熱ピークの測定については、示差走査熱量計(DSC−6220R:セイコーインスツル社製)を用いて行った。条件としては、上記ガラス転移温度Tgの測定と同様である。
得られた結果を表1に示す。
Figure 2017107138
(評価項目)
上記実施例、比較例で得られたトナーについて下記の評価を行った。
<低温定着性>
上記で得られたトナーを用いた二成分現像剤をリコー社製複写機(Imagio Neo C355)で付着量4.0mg/cm、未定着画像を作成し、次にリコー社製複写機(Imagio Neo C355)の定着装置(オイルレス方式)を改造したローラ温度を自由に設定できる外部定着機を用い、紙送りを120mm/secに固定し、100℃〜140℃まで温度を1℃ずつ変更した。このとき、十分に溶融しきれずに未画像部に画像が再転写するオフセット現象について定着ローラ上及び紙上を観察し、画像が再転写しない温度を低温側の非オフセット温度とした。
評価基準は下記の通りとした。
○:非オフセットの温度が120℃未満
△:非オフセットの温度が120℃以上130℃未満
×:非オフセットの温度が130℃以上
<保存性(耐熱保存性)>
上記トナー10gを200CCスクリューバイアルに秤量し、40℃/70%環境下に2週間放置し、評価用トナーとした。評価用トナーを目開き75μm上に散布し、1分間振るって、ふるい上に残ったトナーの状態を観察した。
評価基準は下記の通りとした。
○:凝集したトナーが全く観察されなかった
△:凝集したトナーがやや見られた
×:凝集したトナーが多く散見された
<帯電性(高温高湿保管後の帯電低下量)>
常温常湿室(温度23.5℃、湿度55%RH)で30分間以上は開封系にて調湿し、初期のキャリア6.000gとトナー0.452gをステンレス製容器へ加えた後、密封し、YS−LD(ヤヨイ社製振とう機)にて目盛150で1分間運転し、約1100回の振幅により摩擦帯電させたサンプルを、一般的なブローオフ法(東芝ケミカル社製、TB−200)にて測定した。さらに高温高湿条件(温度40℃、湿度70%RH)に3日間開封系にて調湿し、その後常温常湿室(温度23.5℃、湿度55%RH)で30分間以上は開封系にて調湿し、同様に測定した。トナーの帯電量変化率は以下のようにして算出した。
トナーの帯電量変化率(%)=(保管前の帯電量−高温高湿保管後の帯電量)/保管前の帯電量×100
評価基準は、以下の通りとした。
○:トナーの帯電量変化率が15%未満
△:トナーの帯電量変化率が15%以上20%未満
×:トナーの帯電量変化率が20%以上
本発明の実施例、比較例トナーの評価結果を表2に示す。
Figure 2017107138
10 感光体
10K ブラック用感光体
10Y イエロー用感光体
10M マゼンタ用感光体
10C シアン用感光体
14、15、16 支持ローラ
17 中間転写体クリーニング装置
18 画像形成手段
20 帯電ローラ
21 露光装置
22 二次転写装置
23 ローラ
24 二次転写ベルト
25 定着装置
26 定着ベルト
27 加圧ベルト
28 シート反転装置
30 露光装置
32 コンタクトガラス
33 第1走行体
34 第2走行体
35 結像レンズ
36 読み取りセンサ
40 現像装置
41 現像ベルト
42K、42Y、42M、42C 現像剤収容部
43K、43Y、43M、43C 現像剤供給ローラ
44K、44Y、44M、44C 現像ローラ
45K ブラック用現像器
45Y イエロー用現像器
45M マゼンタ用現像器
45C シアン用現像器
49 レジストローラ
50 中間転写体
51 ローラ
52 手差しトレイ
53 手差し給紙路
55 切り換え爪
56 排出ローラ
57 排出トレイ
58 コロナ帯電器
59 帯電器
60 クリーニング装置
61 現像器
62 転写帯電器
63 感光体クリーニング装置
64 除電器
70 除電ランプ
80 転写ローラ
90 クリーニング装置
95 記録紙
100A、100B、100C 画像形成装置
110 ベルト式定着装置
120 タンデム型現像器
130 原稿台
142a、142b 給紙ローラ
143 ペーパーバンク
144 給紙カセット
145a、145b 分離ローラ
146 給紙路
147 搬送ローラ
148 給紙路
150 複写装置本体
200 給紙テーブル
300 スキャナ
400 原稿自動搬送装置
1001 冷却器
1002 抽出管
1003 フラスコ
1004 試料設置部
1005 ろ過部
L 露光
特開2005−234046号公報 特開2012−108462号公報 特開2004−295110号公報 WO2010/143385号公報 特開2014−163949号公報

Claims (5)

  1. 少なくとも結着樹脂を含有するトナーであって、
    前記トナーのテトラヒドロフラン(THF)によるソックスレー抽出により得られた抽出液を乾燥させて得たトナー抽出物について、該トナー抽出物のガラス転移温度Tgが35〜55℃であり、かつ、前記トナー抽出物を40℃、70%RHの環境に3日間放置させた前後における水分量変化率が0.5%以下であるとともに、
    前記トナーを40℃、70%RHの環境に3日間放置させた前後における比表面積変化率が15〜50%であることを特徴とするトナー。
  2. 前記トナーのTHF可溶成分のGPCにより測定される分子量分布において、分子量が300以上5000以下の範囲における任意の分子量Mを選んだとき、前記分子量Mの±300の範囲における以下に定義されるピーク強度の最大値と最小値の差が30以下であることを特徴とする請求項1に記載のトナー。
    ピーク強度:GPC測定により、縦軸が強度、横軸が分子量の分子量分布曲線でプロットし、分子量が20000以下の範囲において最大となる強度の値を100としたときの相対的な値
  3. 前記結着樹脂が、ポリエステル樹脂を含み、
    前記トナーの示差走査熱量測定(DSC)において、1回目の昇温で40〜70℃に吸熱ピークがあり、2回目の昇温で20〜50℃に吸熱ピークが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. 請求項1〜3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。
  5. 静電潜像担持体と、
    該静電潜像担持体上に静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、
    請求項1〜3のいずれかに記載のトナーを用いて、該静電潜像を現像して可視像を形成する現像手段と、
    該可視像を記録媒体上に転写する転写手段と、
    該記録媒体上に転写された転写像を定着させる定着手段とを有することを特徴とする画像形成装置。
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