JP2024073369A - トナー用外添剤及びトナー - Google Patents

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【課題】低湿環境における帯電変動を抑制し、静電付着力の増大を防ぐことができるトナー用外添剤及びトナーの提供。【解決手段】シロキサン結合を有する有機ケイ素化合物をバインダー成分とし、微粒子Bを有する微粒子Aを有するトナー用外添剤であって、該微粒子Aの表面には、該微粒子Aの表面に埋没した状態で該微粒子Bが存在しており、該トナー用外添剤は、一次粒子の個数平均粒径が0.03μm以上0.30μm以下であり、該微粒子Aに存在する全ケイ素原子を基準とする、該微粒子A中の所定のケイ素ユニット含有割合(個数基準)が、所定の規定を満たし、該微粒子Aの一次粒子の個数平均粒径をAD、該微粒子Bの一次粒子の個数平均粒径をBDとしたとき、比BD/ADが0.05以上0.70以下であり、該微粒子Bの体積抵抗率が、1.0×105Ω・cm以上1.0×1013Ω・cm以下であり、該微粒子Bの埋没率の平均値が、30%以上90%以下であることを特徴とする。【選択図】なし

Description

本発明は、トナー用外添剤、及び該トナー用外添剤を用いたトナーに関する。
近年、電子写真方式のフルカラー複写機が広く普及するに従い、電子写真に用いられるトナーにおいても高速印刷化への対応や、長寿命化への要求がさらに高まっている。
トナーの耐久性を上げるための手段としては、有機ケイ素を有する微粒子を外添剤として用いる方法が知られている(特許文献1、2)。しかし、有機ケイ素を有する微粒子は、低湿環境において電荷が逃げにくく、帯電量増加に伴い静電付着力が増大する結果、低湿環境における帯電変動を招き、長期使用時に画像濃度均一性が低下するという課題が発生していた。
この課題に対しては、有機ケイ素と低抵抗の微粒子を複合化させるという方法が知られている(特許文献3)。また、樹脂粒子と低抵抗の微粒子を複合化させた例も知られている(特許文献4)。
特許第6116711号公報 特開2018-4949号公報 特開2016-163866号公報 特許第5982003号公報
特許文献3のように有機ケイ素微粒子と低抵抗微粒子を混合して複合化させた場合、有機ケイ素微粒子の表面に低抵抗微粒子が付着している間は帯電量増加の抑制が期待できる。しかし、有機ケイ素微粒子と低抵抗微粒子の結合が弱いため、長時間キャリアなどの部材と接触すると有機ケイ素微粒子の表面から低抵抗微粒子が外れ、帯電量増加の抑制効果がなくなる。
また、特許文献4のように樹脂粒子と低抵抗微粒子を複合化させている場合、低湿環境での帯電量増加は発生しないが、トナーの耐久性に課題があった。
本発明の目的は、上記の課題を解決したトナー用外添剤及びトナーを提供することにあり、具体的には、低湿環境における帯電変動を抑制し、静電付着力の増大を防ぐことができるトナー用外添剤及びトナーを提供することにある。
本発明は、シロキサン結合を有する有機ケイ素化合物をバインダー成分とし、微粒子Bを有する微粒子Aを有するトナー用外添剤であって、
該微粒子Aの表面には、少なくとも一部分が該微粒子Aの表面に埋没した状態で該微粒子Bが存在しており、
該トナー用外添剤は、一次粒子の個数平均粒径が0.03μm以上0.30μm以下であり、
該微粒子Aに存在する全ケイ素原子を基準とする、該微粒子A中の下記ユニット(a)、(b)及び(c)の含有割合(個数基準)が、下式(1)且つ(2)を満たし、
(1)(a)+(b)+(c)≧0.8
(2)(b)+(c)≧0.3
該微粒子Aの一次粒子の個数平均粒径をAD、該微粒子Bの一次粒子の個数平均粒径をBDとしたとき、比BD/ADが0.05以上0.70以下であり、
該微粒子Bの体積抵抗率が、1.0×105Ω・cm以上1.0×1013Ω・cm以下であり、
下式で表される該微粒子Bの埋没率の平均値が、30%以上90%以下であることを特徴とするトナー用外添剤に関する。
微粒子Bの埋没率(%)=(微粒子Aに埋まっている微粒子Bの深さ/微粒子Bの直径)×100
Figure 2024073369000001
(R1、R2は、それぞれ独立して、炭素数が1以上6以下のアルキル基を表す。)
また、本発明は、トナー粒子及びトナー用外添剤を有するトナーであって、
該トナー用外添剤が、上記構成のトナー用外添剤であることを特徴とするトナーに関する。
本発明のトナー用外添剤を用いた場合、低湿環境における帯電変動を抑制し、静電付着力の増大を防ぐことができる。
本発明において、数値範囲を表す「○○以上××以下」や「○○~××」の記載は、特に断りのない限り、端点である下限及び上限を含む数値範囲を意味する。
本発明の効果が発現するメカニズムについて、本発明者らは以下のように考えている。
有機ケイ素を有する微粒子を外添剤として用いた場合、一般的に外添剤として用いられるシリカよりも適度な弾性を持つことから、外添剤のトナーへの埋没が抑えられ、トナーの耐久性が良好となる。しかし、有機ケイ素を有する微粒子は、低湿環境において電荷のリークが生じにくく、帯電量増加に伴い静電付着力が増大してしまっていた。
一方、有機ケイ素を有する微粒子の表面に低抵抗粒子を埋没させて複合化させれば、電荷のリークパスが形成されることから、低湿環境における帯電量増加を抑制することができる。そして、低抵抗粒子が有機ケイ素を有する微粒子の表面に埋没していることから、耐久によっても低抵抗粒子が脱離しにくく、帯電量増加を抑制し続けることができると考え、本発明に至ったものである。
[トナー用外添剤]
本発明のトナー用外添剤の一次粒子の個数平均粒径は、0.03μm以上0.30μm以下である。一次粒子の個数平均粒径が上記範囲内であると、トナー粒子に対して、微粒子を均一に被覆できる。微粒子の一次粒子の個数平均粒径が0.03μm未満の場合、長時間に渡って印字濃度が低い画像を大量に出力する場合、トナーへのストレスが大きくなるため、外添剤粒子がトナー表面に埋没し、静電付着力が増大する可能性がある。また、一次粒子の個数平均粒径が0.30μmを超える場合、外添剤粒子がトナー表面から脱離し、静電付着力が増大しやすくなる可能性がある。
外添剤の一次粒子の個数平均粒径は、加水分解及び縮合工程において、反応温度を低くする、反応時間を短くする、触媒量を増やすことにより大きくすることができる。また、微粒子の一次粒子の個数平均粒径は、加水分解及び縮合工程において、反応温度を高くする、反応時間を長くする、触媒量を減らすことにより小さくすることができる。
外添剤の一次粒子の個数平均粒径は、好ましくは0.07μm以上0.20μm以下であり、さらに0.08μm以上0.15μm以下であることが上記の観点でより好ましい。
微粒子Aに存在する全ケイ素原子を基準とする、下記ユニット(a)、(b)及び(c)の含有割合は、下式(1)且つ(2)を満たす。
(a)+(b)+(c)≧0.80・・・(1)
(b)+(c)≧0.30・・・(2)
Figure 2024073369000002
(R1、R2は、それぞれ独立して、炭素数が1以上6以下のアルキル基を表す。)
上記範囲内である場合、トナーがキャリアなどの部材からストレスを受けた場合に、微粒子A自体が破壊されにくく、さらに適度な柔軟性を有することにより、有機ケイ素化合物は微粒子Bに対するバインダー成分としての機能を発揮し、微粒子Bの初期の埋没状態を維持することができる。なお、外添剤中の、上記ユニット(a)、(b)及び(c)の含有割合は、各ユニット構造を有するシランモノマーの添加量によって制御できる。
微粒子Aの一次粒子の個数平均粒径をAD、微粒子Bの一次粒子の個数平均粒径をBDとしたとき、比BD/ADが0.05以上0.70以下である。BD/ADが上記範囲内であると、低湿環境において微粒子Aの電荷を微粒子Bを介して程よく逃がすことができ、帯電量増加を抑制することができる。BD/ADが0.05未満のとき、微粒子Aに対して微粒子Bが小さすぎるため、電荷を逃がしにくい。BD/ADが0.70より大きいとき、微粒子Aに対して微粒子Bが大きすぎるため、部材からストレスを受けた場合に微粒子Aから微粒子Bが脱離しやすく、低湿環境における帯電量増加の抑制効果がない。微粒子Aの一次粒子の個数平均粒径は、上述した方法により加水分解及び縮合工程における反応条件を調整することによって制御できる。微粒子Bの一次粒子の個数平均粒径は、添加する微粒子の選択によって制御する。BD/ADの好ましい範囲は0.10以上0.50以下であり、より好ましくは0.15以上0.30以下である。
微粒子Bの体積抵抗率は1.0×105Ω・cm以上1.0×1013Ω・cm以下である。体積抵抗率が上記範囲内であると、低湿環境において微粒子Aの電荷を微粒子Bを介して程よく逃がすことができ、帯電量増加を抑制することができる。体積抵抗率が1.0×105Ω・cm未満のとき、高温高湿環境で電荷が減衰し、帯電性が低下してしまう。体積抵抗率が1.0×1013Ω・cmより大きいとき、低湿環境で電荷を逃がす効果が弱いため、帯電量増加の抑制効果がない。体積抵抗率の好ましい範囲は1.0×106Ω・cm以上1.0×1012Ω・cm以下であり、より好ましくは1.0×107Ω・cm以上1.0×1011Ω・cm以下である。
本発明のトナー用外添剤は、下式で表される該微粒子Bの埋没率の平均値が、30%以上90%以下である。
微粒子Bの埋没率(%)=(微粒子Aに埋まっている微粒子Bの深さ/微粒子Bの直径)×100
埋没率の平均値が30%以上90%以下であると、部材からストレスを受けた場合でも微粒子Aから微粒子Bが脱離しにくいため、低湿環境における帯電量増加の抑制効果がある。埋没率の平均値が30%未満のとき、部材からストレスを受けた場合に微粒子Aから微粒子Bが脱離しやすく、低湿環境における帯電量増加の抑制効果がない。埋没率の平均値が90%より大きいとき、高温高湿環境で電荷が減衰し、帯電性が悪化してしまう。
微粒子Bの埋没率は、上記各ユニット構造を有するシランモノマーとの反応時間や反応温度によって制御できる。すなわち、埋没率を小さくしたい場合、当該モノマーと微粒子Bとの反応時間を短くする、反応温度を低くする方法が挙げられる。埋没率を大きくしたい場合、当該モノマーと微粒子Bとの反応時間を長くする、反応温度を高くする方法が挙げられる。前記埋没率の好ましい範囲は40%以上80%以下であり、より好ましくは45%以上70%以下である。
なお、上記各種物性値の測定法は後述する。
<製造方法>
本発明のトナー用外添剤の製造方法は、特に限定されないが、ゾルゲル法によるケイ素化合物(シランモノマー)の加水分解、縮重合反応を経て粒子を形成することが好ましい。具体的には、シロキサン結合を2つ有する二官能性シランと、シロキサン結合を4つ有する四官能性シランの混合体を加水分解及び縮重合させ、そこに低抵抗微粒子などを反応させることによって複合粒子を形成することが好ましい。二官能性シラン及び四官能性シランなどのシランモノマーについては後述する。二官能性シランの割合は、好ましくは30モル%以上70モル%以下であり、より好ましくは40モル%以上60モル%以下である。四官能性シランの割合は、好ましくは30モル%以上80モル%以下であり、より好ましくは40モル%以上70モル%以下である。
本発明のトナー用外添剤は、シロキサン結合を有する有機ケイ素化合物をバインダー成分とする粒子(微粒子A)を主要部として有するものである。
ケイ素化合物の製法は特に限定されず、例えば水にシラン化合物を滴下し、触媒により加水分解、縮合反応させた後、得られた懸濁液を濾過、乾燥し得ることができる。触媒の種類、配合比、反応開始温度、滴下時間などにより粒径をコントロールすることができる。触媒として酸性触媒は塩酸、フッ化水素酸、硫酸、硝酸などが挙げられ、塩基性触媒はアンモニア水、水酸ナトリウム、水酸化カリウムなどが挙げられるが、これらに限定はされない。
ケイ素化合物は、次の方法により製造することが好ましい。具体的には、ケイ素化合物の加水分解物を得る第一の工程、該加水分解物と、アルカリ性水系媒体と、低抵抗粒子の分散液を混合して、該加水分解物を重縮合反応させ、低抵抗粒子と反応させる第二の工程、重縮合反応物と水性溶液とを混合し粒子化する第三の工程を含むことが好ましい。場合によっては、さらに、疎水化剤を配合してもよい。
第一の工程は、水に触媒となる酸性又はアルカリ性の物質を溶解させた水溶液中において、ケイ素化合物と触媒とを、撹拌、混合等の方法で接触させる。触媒としては公知の触媒を好適に使用することができる。具体的には、触媒として酸性触媒は、酢酸、塩酸、フッ化水素酸、硫酸、硝酸などが挙げられ、塩基性触媒はアンモニア水、水酸ナトリウム、水酸化カリウムなどが挙げられる。
触媒の使用量は、ケイ素化合物及び触媒の種類によって適宜調整すればよい。好ましくは、ケイ素化合物を加水分解する場合に用いる水の量100質量部に対して1×10-3質量部以上1質量部以下の範囲で選ばれる。
触媒の使用量が1×10-3質量部以上であれば、反応が十分に進行する。一方、触媒の使用量が1質量部以下であると、微粒子中に不純物として残存する濃度が低くなり、加水分解させやすくなる。水の使用量は、ケイ素化合物1モルに対して2モル以上15モル以下が好ましい。水の量が2モル以上であると加水分解反応が十分に進行し、15モル以下であると生産性が向上する。
反応温度はとくに制限されず、常温又は加熱状態で行なってもよいが、短時間で加水分解物が得られ、かつ生成した加水分解物の部分縮合反応を抑制できることから、10~60℃に保持した状態で反応を行うことが好ましい。反応時間はとくに制限されず、用いるケイ素化合物の反応性や、ケイ素化合物と酸と水とを調合した反応液の組成、生産性を考慮して適宜選択すればよい。
ケイ素重合体粒子の製造方法では、第二の工程として、上記第一工程で得られた原料溶液と、アルカリ性水系媒体とを混合して、粒子前駆体を重縮合反応させる。これにより重縮合反応液を得る。ここで、アルカリ性水系媒体は、アルカリ成分と、水と、必要に応じて有機溶媒などとを混合して得られる液である。
アルカリ性水系媒体に使用されるアルカリ成分は、その水溶液が塩基性を示すものであり、第一の工程で用いられた触媒の中和剤として、また第二の工程の重縮合反応の触媒として作用するものである。かかるアルカリ成分としては、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムのようなアルカリ金属水酸化物;アンモニア;及びモノメチルアミン、ジメチルアミンのような有機アミン類を例示することができる。
アルカリ成分の使用量は、酸を中和し、重縮合反応の触媒として有効に作用する量であり、例えばアルカリ成分としてアンモニアを用いた場合には水と有機溶媒との混合物100質量部に対して、通常は0.01質量部以上12.5質量部以下の範囲で選ばれる。
第二の工程においては、アルカリ性水系媒体を調製するために、アルカリ成分及び水に加えて、さらに有機溶媒を使用してもよい。有機溶媒は水に対して相溶性を有するものでれば、特に制限されないが、常温、常圧下で100g当たり10g以上の水を溶解する有機溶媒が好適である。
具体的には、メタノール、エタノール、n-プロパノール、2-プロパノール、ブタノール等のアルコール;エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリン、トリメチロールプロパン、ヘキサントリオール等の多価アルコール;エチレングリコールモノエチルエーテル、アセトン、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジアセトンアルコール等のエーテル;ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N-メチルピロリドン等のアミド化合物等が挙げられる。
以上に挙げた有機溶媒の中でも、メタノール、エタノール、2-プロパノール、ブタノール等のアルコール系溶媒が好ましい。さらには、加水分解、脱水縮合反応の観点から、脱離生成するアルコールと同一のアルコールを有機溶媒として選択するのがより好ましい。
第三の工程として、第二の工程で得られた重縮合反応物と水性溶液とを混合し粒子化する。水性溶液としては、水(水道水、純水等)が好適に利用できるが、水に塩、酸、アルカリ、有機溶媒、界面活性剤、水溶性高分子等の水と相溶性を示す成分をさらに添加してもよい。混合させる際の重縮合反応液及び水性溶液の温度は特に制限されず、これらの組成、生産性等を考慮して5~70℃の範囲が好適に選択される。
粒子を回収する方法は、公知の方法を特に制限なく使用することができる。例えば、浮遊する粉体をすくい取る方法や濾過法が挙げられるが、操作が簡便であることから濾過法が好ましい。濾過の方法は特に制限されず、減圧濾過や遠心濾過、加圧濾過等、公知の装置を選択すればよい。濾過で使用する濾紙やフィルター、濾布等は、工業的に入手可能なものであれば特に制限されることはなく、使用する装置に応じて適宜選択すればよい。
使用するモノマーは、溶媒及び触媒との相性、あるいは加水分解性などによって適宜選択できるが、上記(a)構造を有する四官能性シランモノマーとしては、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトライソシアネートシランなどが挙げられるが、その中でもテトラエトキシシランであることが好ましい。
上記(b)構造を有する三官能性シランモノマーとしては、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、メチルジエトキシメトキシシラン、メチルエトキシジメトキシシラン、メチルトリクロロシラン、メチルメトキシジクロロシラン、メチルエトキシジクロロシラン、メチルジメトキシクロロシラン、メチルメトキシエトキシクロロシラン、メチルジエトキシクロロシラン、メチルトリアセトキシシラン、メチルジアセトキシメトキシシラン、メチルジアセトキシエトキシシラン、メチルアセトキシジメトキシシラン、メチルアセトキシメトキシエトキシシラン、メチルアセトキシジエトキシシラン、メチルトリヒドロキシシラン、メチルメトキシジヒドロキシシラン、メチルエトキシジヒドロキシシラン、メチルジメトキシヒドロキシシラン、メチルエトキシメトキシヒドロキシシラン、メチルジエトキシヒドロキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、エチルトリクロロシラン、エチルトリアセトキシシラン、エチルトリヒドロキシシラン、プロピルトリメトキシシラン、プロピルトリエトキシシラン、プロピルトリクロロシラン、プロピルトリアセトキシシラン、プロピルトリヒドロキシシラン、ブチルトリメトキシシラン、ブチルトリエトキシシラン、ブチルトリクロロシラン、ブチルトリアセトキシシラン、ブチルトリヒドロキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、ヘキシルトリエトキシシラン、ヘキシルトリクロロシラン、ヘキシルトリアセトキシシラン、ヘキシルトリヒドロキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、フェニルトリクロロシラン、フェニルトリアセトキシシラン、フェニルトリヒドロキシシランなどが挙げられるが、その中でもメチルトリメトキシシランであることが好ましい。
上記(c)構造を有する二官能性シランモノマーとしては、ジ-tert-ブチルジクロロシラン、ジ-tert-ブチルジメトキシシラン、ジ-tert-ブチルジエトキシシラン、ジブチルジクロロシラン、ジブチルジメトキシシラン、ジブチルジエトキシシラン、ジクロロデシルメチルシラン、ジメトキシデシルメチルシラン、ジエトキシデシルメチルシラン、ジクロロジメチルシラン、ジメトキシジメチルシラン、ジエトキシジメチルシラン、ジエチルジメトキシシランなどが挙げられるが、その中でもジメチルジメトキシシランであることが好ましい。
<微粒子B>
前記微粒子Bは、酸化チタン微粒子、チタン酸ストロンチウム微粒子、酸化亜鉛微粒子から選ばれる微粒子であることが好ましい。微粒子Bが上記から選択される微粒子であると、低湿環境において微粒子Aの電荷を微粒子Bを介して程よく逃がすことができ、帯電量増加を抑制することができる。
<トナー用外添剤のその他の物性>
本発明のトナー用外添剤の真比重は1.00g/cm3以上1.60g/cm3以下であることが好ましい。真比重が上記範囲内であると、微粒子Aに対する微粒子Bの量が適当であるため、低湿環境において程よく微粒子Aの電荷を逃がすことができ、帯電量増加を抑制することができる。真比重は微粒子Bの種類や仕込み量、埋没率を変えることにより制御することができる。前記真比重は1.20g/cm3以上1.40g/cm3以下であることが上記の観点でより好ましい。
本発明のトナー用外添剤の2kHzにおける誘電率は10pF/m以上40pF/m以下であることが好ましい。誘電率が上記範囲内であると、高温高湿での電荷減衰を抑制できるため、帯電性の悪化が抑制できる。誘電率は微粒子Bの種類や仕込み量、埋没率を変えることにより制御することができる。前記誘電率は20pF/m以上30pF/m以下であることが上記の観点でより好ましい。
本発明のトナー用外添剤は、その表面が疎水化処理剤によって表面処理されていることが好ましい。すなわち、微粒子は、疎水化処理剤によって表面処理されたケイ素重合体の粒子であることが好ましい。疎水化処理剤としては特に限定されないが、有機ケイ素化合物であることが好ましい。
例えば、ヘキサメチルジシラザンのようなアルキルシラザン化合物、ジエチルジエトキシシラン、トリメチルメトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、ブチルトリメトキシシランのようなアルキルアルコキシシラン化合物、トリフルオロプロピルトリメトキシシランのようなフルオロアルキルシラン化合物、ジメチルジクロロシラン、トリメチルクロロシランのようなクロロシラン化合物、オクタメチルシクロテトラシロキサンのようなシロキサン化合物、あるいはシリコーンオイル、シリコーンワニスなどを挙げることができる。
微粒子表面の疎水化処理により、低湿環境や高温高湿環境での帯電性が安定する。この中でも、微粒子は、アルキルシラザン化合物、アルキルアルコキシシラン化合物、クロロシラン化合物、シロキサン化合物及びシリコーンオイルからなる群より選ばれる少なくとも一の化合物で表面処理されていることが好ましい。さらに、微粒子は、アルキルシラザン化合物で表面処理されていることが上記の観点でより好ましい。
本発明のトナー用外添剤は、透過型電子顕微鏡を用いて断面を撮影することで得られる電子像において、撮影された微粒子Aの一粒の断面Xの面積をSa、該断面Xにおいて全体が内包され、露出していない状態で存在している該微粒子Bの合計面積をSbとしたとき、100粒の微粒子AにおけるSb/Saの平均値が0以上0.50以下であることが好ましい。上記範囲内であると、高温高湿での電荷減衰を抑制できるため、帯電性の低下が抑制できる。Sb/Saは微粒子Bの添加量、及び微粒子Bと微粒子Aを構成するモノマーとの反応時間、反応温度によって制御できる。前記Sb/Saの平均値は0以上0.30以下であることが上記の観点でより好ましい。
本発明のトナー用外添剤の微粒子A中の、上記ユニット(a)、(b)及び(c)の含有割合は、下式(I)、(II)、(III)を満たすことが好ましい。
0.30≦(a)/((a)+(b)+(c))≦0.70・・・(I)
0≦(b)/((a)+(b)+(c))≦0.50 ・・・(II)
0.20≦(c)/((a)+(b)+(c))≦0.70・・・(III)
上記範囲内であると、トナーがキャリアなどの部材からストレスを受けた場合に、微粒子A自体が破壊されにくく、さらに適度な柔軟性を有することにより、微粒子Bの初期の埋没状態を維持することができる。さらに、
0.40≦(a)/((a)+(b)+(c))≦0.70・・・(I’)
0≦(b)/((a)+(b)+(c))≦0.10 ・・・(II’)
0.30≦(c)/((a)+(b)+(c))≦0.60・・・(III’)
であると、外添剤中のSi-Rの存在量が最適となり、より好ましい。
また、シロキサン結合を有する有機ケイ素化合物をバインダー成分とする微粒子A中の上記ユニット(a)、(b)及び(c)の含有割合が、下記式(IV)を満たすことが好ましい。
0.95≦((a)+(c))/((a)+(b)+(c))・・・(IV)
上記範囲内であると、トナーがキャリアなどの部材からストレスを受けた場合に、微粒子A自体が破壊されにくく、さらに適度な柔軟性を有することにより、微粒子Bの初期の埋没状態を維持することができる。
本発明のトナー用外添剤の含有量はトナー粒子100質量部に対して、0.1質量部以上20.0質量部以下であることが帯電安定性の観点で好ましい。さらに、0.5質量部以上15.0質量部以下が好ましい。さらに好ましくは、1.0質量部以上10.0質量部以下である。
外添剤の含有量が0.1質量部未満であると、高温高湿環境のような過酷環境下において長時間に渡って印字濃度が低い画像を大量に出力する場合、トナーにかかるストレスを抑制できず、耐久安定性の効果が得られにくくなる。また、外添剤の含有量が20.0質量部を超える場合、画像を長時間出力する場合において、キャリアや帯電部材及び感光部材への外添剤粒子のフィルミンングが発生する可能性がある。
[トナー粒子]
次に、上記トナー用微粒子が外添されるトナー粒子の構成について詳細に説明する。
<結着樹脂>
本発明のトナーに使用される結着樹脂としては、特に限定されず、下記の重合体又は樹脂を用いることが可能である。
例えば、ポリスチレン、ポリ-p-クロルスチレン、ポリビニルトルエンなどのスチレン及びその置換体の単重合体;スチレン-p-クロルスチレン共重合体、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-アクリル酸エステル共重合体、スチレン-メタクリル酸エステル共重合体、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-ビニルメチルエーテル共重合体、スチレン-ビニルエチルエーテル共重合体、スチレン-ビニルメチルケトン共重合体、スチレン-アクリロニトリル-インデン共重合体などのスチレン系共重合体;ポリ塩化ビニル、フェノール樹脂、天然変性フェノール樹脂、天然樹脂変性マレイン酸樹脂、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、ポリ酢酸ビニル、シリコーン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン、ポリアミド樹脂、フラン樹脂、エポキシ樹脂、キシレン樹脂、ポリビニルブチラール、テルペン樹脂、クマロン-インデン樹脂、石油系樹脂などが使用できる。その中でも、耐久安定性及び帯電安定性の観点からポリエステル樹脂が好ましい。
また、ポリエステル樹脂の酸価が、0.5mgKOH/g以上40mgKOH/g以下であることが環境安定性及び帯電安定性の観点で好ましい。ポリエステル樹脂中の酸価と上記微粒子中のSi-Rが相互作用し、耐久性と高温高湿環境下のトナー帯電性をより向上させることができる。より好ましくは1mgKOH/g以上20mgKOH/g以下であり、さらに好ましくは1mgKOH/g以上15mgKOH/g以下である。
<着色剤>
本発明のトナーには必要に応じて着色剤を用いてもよい。着色剤としては、以下のものが挙げられる。
黒色着色剤としては、カーボンブラック;イエロー着色剤とマゼンタ着色剤及びシアン着色剤とを用いて黒色に調色したものが挙げられる。着色剤には、顔料を単独で使用してもかまわないが、染料と顔料とを併用してその鮮明度を向上させた方がフルカラー画像の画質の点からより好ましい。
マゼンタトナー用顔料としては、以下のものが挙げられる。C.I.ピグメントレッド1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、21、22、23、30、31、32、37、38、39、40、41、48:2、48:3,48:4、49、50、51、52、53、54、55、57:1、58、60、63、64、68、81:1、83、87、88、89、90、112、114、122、123、146、147、150、163、184、202、206、207、209、238、269、282;C.I.ピグメントバイオレット19;C.I.バットレッド1、2、10、13、15、23、29、35。
マゼンタトナー用染料としては、以下のものが挙げられる。C.I.ソルベントレッド1、3、8、23、24、25、27、30、49、81、82、83、84、100、109、121;C.I.ディスパースレッド9;C.I.ソルベントバイオレット8、13、14、21、27;C.I.ディスパーバイオレット1のような油溶染料、C.I.ベーシックレッド1、2、9、12、13、14、15、17、18、22、23、24、27、29、32、34、35、36、37、38、39、40;C.I.ベーシックバイオレット1、3、7、10、14、15、21、25、26、27、28のような塩基性染料。
シアントナー用顔料としては、以下のものが挙げられる。C.I.ピグメントブルー2、3、15:2、15:3、15:4、16、17;C.I.バットブルー6;C.I.アシッドブルー45、フタロシアニン骨格にフタルイミドメチル基を1~5個置換した銅フタロシアニン顔料。
シアントナー用染料としては、C.I.ソルベントブルー70がある。
イエロートナー用顔料としては、以下のものが挙げられる。C.I.ピグメントイエロー1、2、3、4、5、6、7、10、11、12、13、14、15、16、17、23、62、65、73、74、83、93、94、95、97、109、110、111、120、127、128、129、147、151、154、155、168、174、175、176、180、181、185;C.I.バットイエロー1、3、20。
イエロートナー用染料としては、C.I.ソルベントイエロー162がある。
着色剤の含有量は、結着樹脂100質量部に対して0.1質量部以上30.0質量部以下であることが好ましい。
<ワックス>
本発明のトナーには必要に応じてワックスを用いてもよい。ワックスとしては、例えば以下のものが挙げられる。
マイクロクリスタリンワックス、パラフィンワックス、フィッシャートロプシュワックスのような炭化水素系ワックス;酸化ポリエチレンワックスのような炭化水素系ワックスの酸化物又はそれらのブロック共重合物;カルナバワックスのような脂肪酸エステルを主成分とするワックス類;脱酸カルナバワックスのような脂肪酸エステル類を一部又は全部を脱酸化したもの。
さらに、以下のものが挙げられる。パルミチン酸、ステアリン酸、モンタン酸のような飽和直鎖脂肪酸類;ブラシジン酸、エレオステアリン酸、バリナリン酸のような不飽和脂肪酸類;ステアリルアルコール、アラルキルアルコール、ベヘニルアルコール、カルナウビルアルコール、セリルアルコール、メリシルアルコールの如き飽和アルコール類;ソルビトールのような多価アルコール類;パルミチン酸、ステアリン酸、ベヘン酸、モンタン酸のような脂肪酸類と、ステアリルアルコール、アラルキルアルコール、ベヘニルアルコール、カルナウビルアルコール、セリルアルコール、メリシルアルコールのようなアルコール類とのエステル類;リノール酸アミド、オレイン酸アミド、ラウリン酸アミドのような脂肪酸アミド類;メチレンビスステアリン酸アミド、エチレンビスカプリン酸アミド、エチレンビスラウリン酸アミド、ヘキサメチレンビスステアリン酸アミドのような飽和脂肪酸ビスアミド類;エチレンビスオレイン酸アミド、ヘキサメチレンビスオレイン酸アミド、N,N’ジオレイルアジピン酸アミド、N,N’ジオレイルセバシン酸アミドのような不飽和脂肪酸アミド類;m-キシレンビスステアリン酸アミド、N,N’ジステアリルイソフタル酸アミドのような芳香族系ビスアミド類;ステアリン酸カルシウム、ラウリン酸カルシウム、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸マグネシウムのような脂肪族金属塩(一般に金属石けんといわれているもの);脂肪族炭化水素系ワックスにスチレンやアクリル酸のようなビニル系モノマーを用いてグラフト化させたワックス類;ベヘニン酸モノグリセリドのような脂肪酸と多価アルコールの部分エステル化物;植物性油脂の水素添加によって得られるヒドロキシル基を有するメチルエステル化合物。
ワックスの含有量は、結着樹脂100質量部に対して2.0質量部以上30.0質量部以下であることが好ましい。
<荷電制御剤>
本発明のトナーには、必要に応じて荷電制御剤を含有させることもできる。トナーに含有される荷電制御剤としては、公知のものが利用できるが、特に、無色でトナーの帯電スピードが速く且つ一定の帯電量を安定して保持できる芳香族カルボン酸の金属化合物が好ましい。
ネガ系荷電制御剤としては、サリチル酸金属化合物、ナフトエ酸金属化合物、ジカルボン酸金属化合物、スルホン酸又はカルボン酸を側鎖に持つ高分子型化合物、スルホン酸塩又はスルホン酸エステル化物を側鎖に持つ高分子型化合物、カルボン酸塩又はカルボン酸エステル化物を側鎖に持つ高分子型化合物、ホウ素化合物、尿素化合物、ケイ素化合物、カリックスアレーンが挙げられる。荷電制御剤はトナー粒子に対して内添してもよいし外添してもよい。
荷電制御剤の添加量は、結着樹脂100質量部に対し0.2質量部以上10.0質量部以下が好ましい。
<無機微粉末>
本発明のトナーには、前述した微粒子(トナー用外添剤)のほかに、必要に応じて他の無機微粉末を併用することもできる。無機微粉末は、トナー粒子に内添してもよいし、外添剤としてトナー粒子と混合してもよい。外添剤としては、シリカが好ましい。無機微粉末は、シラン化合物、シリコーンオイル又はそれらの混合物のような疎水化剤で疎水化されていることが好ましい。
流動性向上のための外添剤としては、比表面積が50m2/g以上400m2/g以下の無機微粉末が好ましい。流動性向上や耐久性安定化を両立させるためには、比表面積が上記範囲の無機微粒子を併用してもよい。
上記無機微粉末は、トナー粒子100質量部に対して0.1質量部以上10.0質量部以下で使用されることが好ましい。上記範囲を満たすと、耐久安定性の効果が得られやすい。
<現像剤>
本発明のトナーは、一成分系現像剤としても使用できるが、ドット再現性をより向上させるために、磁性キャリアと混合して、二成分系現像剤として用いることが、長期にわたり安定した画像が得られるという点で好ましい。
磁性キャリアとしては、例えば、表面を酸化した鉄粉、あるいは、未酸化の鉄粉や、鉄、リチウム、カルシウム、マグネシウム、ニッケル、銅、亜鉛、コバルト、マンガン、クロム、希土類のような金属粒子、それらの合金粒子、酸化物粒子、フェライト等の磁性体や、磁性体と、この磁性体を分散した状態で保持するバインダー樹脂とを含有する磁性体分散樹脂キャリア(いわゆる樹脂キャリア)等、一般に公知のものを使用できる。
トナーを磁性キャリアと混合して二成分系現像剤として使用する場合、その際のキャリア混合比率は、二成分系現像剤中のトナー濃度として、好ましくは2質量%以上15質量%以下、より好ましくは4質量%以上13質量%以下にすると通常良好な結果が得られる。
<トナー粒子の製造方法及びトナーの製造方法>
トナー粒子を製造する方法としては、特に制限されず、懸濁重合法、乳化凝集法、溶融混練法、溶解懸濁法など従来公知の製造方法を採用できる。
得られたトナー粒子に対し、本発明の外添剤微粒子、及び必要に応じて他の外添剤を混合して、トナーを得てもよい。トナー粒子と本発明の外添剤微粒子、及びその他の外添剤との混合は、ダブルコン・ミキサー、V型ミキサー、ドラム型ミキサー、スーパーミキサー、ヘンシェルミキサー、ナウタミキサ、メカノハイブリッド(日本コークス工業株式会社製)、ノビルタ(ホソカワミクロン株式会社製)等の混合装置を用いることができる。
[各種物性の測定法]
各種物性の測定法について以下に説明する。
<トナーからの微粒子とトナー粒子の分離>
トナーから、以下の方法により分離した微粒子を用いて各物性を測定することもできる。
イオン交換水100mLにスクロース(キシダ化学製)200gを加え、湯せんをしながら溶解させショ糖濃厚液を調製する。遠心分離用チューブに該ショ糖濃厚液31gと、6mLのコンタミノンN(非イオン界面活性剤、陰イオン界面活性剤、有機ビルダーからなるpH7の精密測定器洗浄用中性洗剤の10質量%水溶液、和光純薬工業社製)を入れ、分散液を作製する。この分散液にトナー1gを添加し、スパチュラなどでトナーのかたまりをほぐす。
遠心分離用チューブを上記シェイカーにて1分当たり350往復の条件で20分間振盪する。振盪後、溶液をスイングローター用ガラスチューブ(50mL)に入れ替えて、遠心分離機にて、3500rpm、30分の条件で遠心分離を行う。遠心分離後のガラスチューブ内においては、最上層にはトナーが存在し、下層の水溶液側には微粒子が存在する。下層の水溶液を採取して、遠心分離を行い、ショ糖と微粒子とを分離し、微粒子を採集する。必要に応じて、遠心分離を繰り返し行い、分離を十分に行った後、分散液を乾燥し、微粒子を採集する。
複数の外添剤が添加されている場合には、遠心分離法などを利用して、本発明の外添剤を選別することができる。
<外添剤の一次粒子の個数平均粒径の測定方法>
外添剤の一次粒子の個数平均粒径は、遠心沈降法による測定で求めることができる。具体的には、乾燥した外添剤粒子0.01gを25mLのガラス製バイアルに投入し、そこに5%トリトン溶液0.2gとRO水19.8gを添加した溶液を作製した。次に、超音波分散機のプローブ(先端の内の先端)を上記溶液に浸し、出力20Wで15分間超音波分散することで分散液を得た。続いて、この分散液を用いて、CPS Instruments社遠心沈降粒度分布測定装置DC24000により一次粒子の個数平均粒径を測定した。ディスクの回転数は18000rpmに設定し、真密度は1.3g/cm3に設定した。測定前に、平均粒径0.476μmのポリ塩化ビニル粒子を使用して装置の校正を行った。
<微粒子Bの埋没率の測定方法>
可視光硬化性樹脂(商品名、アロニックスLCRシリーズD-800;東亞合成社製)中に外添剤を十分に分散させた後、短波長光を照射し硬化させる。得られた硬化物を、ダイアモンドナイフを備えたウルトラミクロトームで切り出し、250nmの薄片状サンプルを作製する。次いで、切り出したサンプルを透過型電子顕微鏡(日本電子社製電子顕微鏡JEM-2800)(TEM-EDX)を用いて40000倍~50000倍の倍率で拡大し、外添剤断面の観察を行う。断面画像から微粒子Bの直径と、微粒子Aに埋まっている微粒子Bの深さを測定する。外添剤1粒子につき、微粒子Bをランダムに5粒子選択し、以下の式より微粒子Bの埋没率を算出する。また、解析個数は外添剤粒子20個以上とし、平均値を微粒子Bの埋没率とした。
微粒子Bの埋没率(%)=(微粒子Aに埋まっている微粒子Bの深さ/微粒子Bの直径)×100
<外添剤の体積抵抗率の測定>
外添剤の体積抵抗率は、以下のようにして測定する。装置としてはケースレーインスツルメンツ社製6517型エレクトロメーター/高抵抗システムを用いる。直径25mmの電極を接続し、電極間に無機微粒子を厚みが約0.5mmとなるように乗せて、約2.0Nの荷重をかけた状態で、電極間の距離を測定する。
無機微粒子に1,000Vの電圧を1分間印加した時の抵抗値を測定し、以下の式を用いて体積抵抗率を算出する。
体積抵抗率(Ω・cm)=R×L
R:抵抗値(Ω)
L:電極間距離(cm)
<微粒子Bの体積抵抗率の測定方法>
まず、微粒子Bの組成の同定を行う。測定は走査型電子顕微鏡「S-4800」(商品名;日立製作所製)を用いて行う。無機物である微粒子Bに由来する部位と、有機物である微粒子Aに由来する部位とで画像のコントラスト差が生じているものを本発明のトナー用外添剤とし、該コントラスト差が生じていないものを本発明のトナー用外添剤以外の外添剤として区別する。なお、無機物である微粒子Bの方が輝度が高く観察される。外添剤を観察して、最大200万倍に拡大した視野において、エネルギー分散型X線分析装置で微粒子A及び微粒子Bの組成を同定する。微粒子Bについて組成を同定したのち、微粒子Bと同組成の微粒子を用意し、上述の外添剤の体積抵抗率の測定と同様の測定を行い、微粒子Bの体積抵抗率とした。
<外添剤のSb/Saの測定方法>
上述した方法で、外添剤断面の観察を行い、画像解析によって外添剤のSb/Saを算出する。画像解析ソフトはImageJなどを用いる。観察から得られた画像から微粒子Aの一粒の断面Xの面積Saを算出し、該断面Xにおいて全体が内包され、露出していない状態で存在している微粒子Bの合計面積Sbを算出する。解析個数は外添剤粒子100個とし、平均値を本発明におけるSb/Saの値とした。
<外添剤のBD/ADの測定方法>
上述した方法で、外添剤断面の観察を行い、外添剤のBD/ADを算出する。観察から得られた画像から微粒子Aと微粒子Bの粒径を算出する。解析個数は外添剤粒子20個とし、平均値を本発明におけるBD/ADの値とした。
<固体29Si-NMRによる外添剤の構成化合物の含有割合の測定方法>
固体29Si-NMRでは、外添剤の構成化合物のSiに結合する官能基の構造によって、異なるシフト領域にピークが検出される。各ピーク位置を、標準サンプルを用いて特定することで、Siに結合する構造を特定することができる。また得られたピーク面積から各構成化合物の存在量比を算出することができる。全ピーク面積に対してM単位構造、D単位構造(c)、T単位構造(b)及びQ単位構造(a)のピーク面積の割合を計算によって求めることができる。
固体29Si-NMRの測定条件は、具体的には下記の通りである。
装置:JNM-ECX5002 (JEOL RESONANCE)
温度:室温
測定法:DDMAS法 29Si 45°
試料管:ジルコニア3.2mmφ
試料:試験管に粉末状態で充填
試料回転数:10kHz
relaxation delay :180s
Scan:2000
該測定後に、サンプルの、置換基及び結合基の異なる複数のシラン成分をカーブフィッティングにて下記M単位構造、D単位構造(ユニット(c))、T単位構造(ユニット(b))及びQ単位構造(ユニット(a))にピーク分離して、それぞれピーク面積を算出する。
カーブフィッティングは、日本電子社製のJNM-EX400用ソフトのEXcalibur for Windows(登録商標) version 4.2(EX series)を用いて行う。メニューアイコンから「1D Pro」をクリックして測定データを読み込む。次に、メニューバーの「Command」から「Curve fitting functinon」を選択し、カーブフィッティングを行う。カーブフィッティングによって得られる各ピークを合成した合成ピークと測定結果のピークとの差分(合成ピーク差分)が最も小さくなるように、各成分に対するカーブフィッティングを行う。
微粒子A中の全ケイ素原子のピーク面積を基準として、式(a)で表される構造に対応するピーク面積の割合を求め、それをユニット(a)の含有割合とする。同様に、式(b)で表される構造に対応するピーク面積、及び式(c)で表される構造に対応するピーク面積を求めて、それらから、ユニット(b)及び(c)の含有割合を算出する。なお、構造をさらに詳細に確認する必要がある場合、29Si-NMRの測定結果と共に13C-NMR及び1H-NMRの測定結果も併せて同定してもよい。
<外添剤の真比重の測定方法>
外添剤の真比重は、乾式自動密度計オートピクノメーター(ユアサアイオニクス社製)により測定した。条件は下記の通りである。
セル:SMセル(10mL)
サンプル量:0.05g
この測定方法は、気相置換法に基づいて、固体・液体の真比重を測定するものである。液相置換法と同様、アルキメデスの原理に基づいているが、置換媒体としてガス(アルゴンガス)を用いるため、微細孔への精度が高い。
<外添剤の誘電率の測定方法>
284AプレシジョンLCRメーター(ヒューレット・パッカード社製)を用いて、1kHz及び1MHzの周波数で校正後、周波数2kHzにおける複素誘電率を測定した。測定するチタン酸ストロンチウム粒子に39200kPa(400kg/cm2)の荷重を5分間かけて、直径25mm、厚さ1mm以下(好ましくは0.5~0.9mm)の円盤状の測定試料に成型する。この測定試料を直径25mmの誘電率測定治具(電極)を装着したARES(レオメトリック・サイエンティフィック・エフ・イー社製)に装着し、温度25℃の雰囲気下で0.49N(50g)の荷重をかけた状態で2kHzの周波数で測定することにより得られる。
<外添剤の表面処理剤の測定方法>
外添剤の表面処理剤は、熱分解GC-MS(ガスクロマトグラフィ質量分析)により分析する。
測定条件は、具体的には下記の通りである。
装置:GC6890A(アジレント製)、熱分解装置(日本分析工業製)
カラム:HP-5ms 30m
熱分解温度:590℃
測定によって得られたプロファイルの、各ピーク位置を標準サンプルを用いて特定することで、外添剤の表面処理剤を特定する。
〔本発明の実施形態に含まれる構成〕
本実施形態の開示は、以下の構成を含む。
(構成1)シロキサン結合を有する有機ケイ素化合物をバインダー成分とし、微粒子Bを有する微粒子Aを
有するトナー用外添剤であって、
該微粒子Aの表面には、少なくとも一部分が該微粒子Aの表面に埋没した状態で微粒子
Bが存在しており、
該トナー用外添剤は、一次粒子の個数平均粒径が0.03μm以上0.30μm以下で
あり、
該微粒子Aに存在する全ケイ素原子を基準とする、該微粒子A中の前記ユニット(a)、(b)及び(c)の含有割合(個数基準)が、下式(1)且
つ(2)を満たし、
(a)+(b)+(c)≧0.8 ・・・(1)
(b)+(c)≧0.3 ・・・(2)
前記微粒子Aの一次粒子の個数平均粒径をAD、前記微粒子Bの一次粒子の個数平均粒
径をBDとしたとき、比BD/ADが0.05以上0.70以下であり、
該微粒子Bの体積抵抗率が、1.0×105Ω・cm以上1.0×1013Ω・cm以下
であり、
下式で表される該微粒子Bの埋没率の平均値が、30%以上90%以下であることを特
徴とするトナー用外添剤。
微粒子Bの埋没率(%)=(微粒子Aに埋まっている微粒子Bの深さ/微粒子Bの直径)
×100
(構成2)前記微粒子Bは、酸化チタン微粒子、チタン酸ストロンチウム微粒子及び酸化亜鉛微粒子からなる群より選ばれる少なくとも一の微粒子である構成1に記載のトナー用外添剤。
(構成3)前記トナー用外添剤の真比重が1.00g/cm3以上1.60g/cm3以下
である構成1又は2に記載のトナー用外添剤。
(構成4)前記トナー用外添剤の2kHzにおける誘電率が、10pF/m以上40pF
/m以下である構成1~3のいずれかに記載のトナー用外添剤。
(構成5)前記トナー用外添剤は、アルキルシラザン化合物、アルキルアルコキシシラン
系化合物、クロロシラン系化合物、及びシリコーンオイルからなる群より選ばれる少なく
とも一の化合物により表面処理されている構成1~4のいずれかに記載のトナー用外添剤

(構成6)透過型電子顕微鏡を用いて前記微粒子Aの断面を撮影することで得られる電子
像において、撮影された微粒子Aの一粒の断面Xの面積をSa、該断面Xにおいて全体が
内包され、露出していない状態で存在している前記微粒子Bの合計面積をSbとしたとき

100粒の微粒子AにおけるSb/Saの平均値が0以上0.50以下である構成1~
5のいずれかに記載のトナー用外添剤。
(構成7)前記微粒子A中の前記ユニット(a)、(b)及び(c)の個数基準の含有割合が、下式
(I)、(II)及び(III)を満たす構成1~6のいずれかに記載のトナー用外添剤。
0.30≦(a)/((a)+(b)+(c))≦0.70・・・(I)
0≦(b)/((a)+(b)+(c))≦0.50 ・・・(II)
0.20≦(c)/((a)+(b)+(c))≦0.70・・・(III)
(構成8)前記微粒子A中の前記ユニット(a)、(b)及び(c)の個数基準の含有割合が、下式
(IV)を満たす構成1~7のいずれかに記載のトナー用外添剤。
0.95≦((a)+(c))/((a)+(b)+(c))・・・(IV)
(構成9)トナー粒子と、構成1~8のいずれかに記載のトナー用外添剤とを有するトナ
ー。
(構成10)前記トナー用外添剤のトナー粒子100質量部に対する含有量が、0.1質
量部以上20.0質量部以下である構成9に記載のトナー。
本発明を以下に示す実施例により具体的に説明する。しかし、これらは本発明をなんら限定するものではない。以下の処方の「部」は特に断りがない場合、全て質量基準である。
<トナー用外添剤1の製造例>
1.加水分解及び縮重合工程:
(1)500mLビーカーに、RO水21.6g、メタノール135.0g、触媒として酢酸0.004g、及びジメチルジメトキシシラン12.2gを仕込み、45℃で5分間撹拌した。
(2)ここに28%アンモニア水2.0g、テトラエトキシシラン15.0g、及び酸化チタン水分散液A(酸化チタン固形分:40質量%、酸化チタン粒子(一次粒子の個数平均粒径:28nm))5.0gを加えて30℃で3.0時間撹拌し、原料溶液を得た。
2.粒子化工程:
1000mLビーカーにRO水120.0gを投入し、これを25℃で撹拌しながら上記加水分解及び縮重合工程で得た原料溶液を5分間かけて滴下した。その後、この混合液を60℃に昇温し、そのまま60℃に保ったまま1.5時間撹拌して外添剤微粒子の分散液を得た。
3.疎水化工程:
上記粒子化工程で得た外添剤微粒子の分散液に、疎水化剤としてヘキサメチルジシラザン6.0gを添加して、60℃で3.0時間撹拌した。5分静置して溶液下部に沈殿した粉体を吸引濾過で回収し、120℃で24時間減圧乾燥してトナー用外添剤1(微粒子A)を得た。トナー用外添剤1の一次粒径の個数平均粒径は0.12μmであった。
<トナー用外添剤2の製造例>
加水分解及び重縮合工程の(1)において、ジメチルジメトキシシランを5.4gに変更し、その(2)においてテトラエトキシシランを8.2gに変更し、トリメトキシメチルシランを13.6g加えたこと以外は、トナー用外添剤1の製造例と同様にしてトナー用外添剤2(微粒子A)を得た。
<トナー用外添剤3の製造例>
加水分解及び重縮合工程の(1)において、ジメチルジメトキシシランを8.2gに変更し、その(2)においてテトラエトキシシランを19.0gに変更したこと以外は、トナー用外添剤1の製造例と同様にしてトナー用外添剤3(微粒子A)を得た。
<トナー用外添剤4の製造例>
加水分解及び重縮合工程の(1)において、ジメチルジメトキシシランを21.8gに変更し、その(2)においてテトラエトキシシランを5.4gに変更したこと以外は、トナー用外添剤1の製造例と同様にしてトナー用外添剤4(微粒子A)を得た。
<トナー用外添剤5の製造例>
加水分解及び重縮合工程の(2)において、酸化チタン水分散液Aの添加量を10.0gに変更したこと以外は、トナー用外添剤1の製造例と同様にしてトナー用外添剤5(微粒子A)を得た。
<トナー用外添剤6の製造例>
加水分解及び重縮合工程の(2)において、酸化チタン水分散液Aの添加量を15.0gに変更したこと以外は、トナー用外添剤1の製造例と同様にしてトナー用外添剤6(微粒子A)を得た。
<トナー用外添剤7の製造例>
疎水化工程において、使用する疎水化剤をオクタメチルシクロテトラシロキサンに変更した以外は、トナー用外添剤1の製造例と同様にしてトナー用外添剤7(微粒子A)を得た。
<トナー用外添剤8の製造例>
疎水化工程において、使用する疎水化剤をクロロトリメチルシランに変更した以外は、トナー用外添剤1の製造例と同様にしてトナー用外添剤8(微粒子A)を得た。
<トナー用外添剤9の製造例>
疎水化工程において、使用する疎水化剤をジメチルジリコーンオイルに変更した以外は、トナー用外添剤1の製造例と同様にしてトナー用外添剤9(微粒子A)を得た。
<トナー用外添剤10の製造例>
疎水化工程において、疎水化剤を添加しなかったこと以外は、トナー用外添剤1の製造例と同様にしてトナー用外添剤10(微粒子A)を得た。
<トナー用外添剤11の製造例>
加水分解及び重縮合工程の(2)において、酸化チタン水分散液Aの添加量を17.5gに変更したこと以外は、トナー用外添剤1の製造例と同様にしてトナー用外添剤11(微粒子A)を得た。
<トナー用外添剤12の製造例>
加水分解及び重縮合工程の(2)において、酸化チタン水分散液Aの添加量を20.0gに変更したこと以外は、トナー用外添剤1の製造例と同様にしてトナー用外添剤12(微粒子A)を得た。
<トナー用外添剤13の製造例>
加水分解及び重縮合工程の(2)において、撹拌時間を3.5時間に変更したこと以外は、トナー用外添剤12の製造例と同様にしてトナー用外添剤13(微粒子A)を得た。
<トナー用外添剤14の製造例>
加水分解及び重縮合工程の(2)において、撹拌温度を35℃に変更したこと以外は、トナー用外添剤13の製造例と同様にしてトナー用外添剤14(微粒子A)を得た。
<トナー用外添剤15の製造例>
加水分解及び重縮合工程の(2)において、酸化チタン水分散液Aの代わりにチタン酸ストロンチウム水分散液(チタン酸ストロンチウム固形分:40質量%、チタン酸ストロンチウム粒径:40nm(0.04μm))を使用したこと以外は、トナー用外添剤1の製造例と同様にしてトナー用外添剤15(微粒子A)を得た。
<トナー用外添剤16の製造例>
加水分解及び重縮合工程の(2)において、酸化チタン水分散液Aの代わりに酸化亜鉛
水分散液(酸化亜鉛固形分:40質量%、酸化亜鉛粒子(一次粒子の個数平均粒径:25nm))を使用したこと以外は、トナー用外添剤1の製造例と同様にしてトナー用外添剤16(微粒子A)を得た。
<トナー用外添剤17の製造例>
加水分解及び重縮合工程の(2)において、28%アンモニア水2.0g、テトラエトキシシラン15.0g、を加えて30℃で3.0時間撹拌した後に酸化チタン水分散液A5.0gを加えて30℃で10分間撹拌したこと以外は、トナー用外添剤1の製造例と同様にしてトナー用外添剤17(微粒子A)を得た。
<トナー用外添剤18の製造例>
加水分解及び重縮合工程の(2)において、酸化チタン水分散液Aの添加量を5.0gに変更したこと以外は、トナー用外添剤14の製造例と同様にしてトナー用外添剤18(微粒子A)を得た。
<トナー用外添剤19の製造例>
加水分解及び重縮合工程の(2)において、酸化チタン水分散液Aの代わりアルミナ水分散液(アルミナ固形分:40質量%、アルミナ粒子(一次粒子の個数平均粒径:25nm))を使用したこと以外は、トナー用外添剤1の製造例と同様にしてトナー用外添剤19(微粒子A)を得た。
<トナー用外添剤20の製造例>
加水分解及び重縮合工程の(1)において、ジメチルジメトキシシランを19.0gに変更し、その(2)においてテトラエトキシシランを8.2gに変更し、酸化チタン水分散液Aを酸化チタン水分散液B(酸化チタン固形分:40質量%、酸化チタン粒子(一次粒子の個数平均粒径:15nm))に変更し、撹拌温度を25℃、撹拌時間を2.0時間に変更したこと以外は、トナー用外添剤1の製造例と同様にしてトナー用外添剤20(微粒子A)を得た。
<トナー用外添剤21の製造例>
加水分解及び重縮合工程の(2)において、酸化チタン水分散液Aを酸化チタン水分散
液C(酸化チタン固形分:40質量%、酸化チタン粒子(一次粒子の個数平均粒径:60nm))に変更し、撹拌時間を3.5時間に変更したこと以外は、トナー用外添剤1の製造例と同様にしてトナー用外添剤21(微粒子A)を得た。
<トナー用外添剤22の製造例>
オーバーヘッド撹拌モーター、凝縮器および熱電対を装備した250mLの丸底フラスコに、30gの酸化チタン(IV)ナノ粉末(比表面積200m2/g、粒子径:25nm未満)および150mLのDI水を充填する。この分散液のpHを、数滴の濃縮水酸化アンモニウム水溶液を加えることによって、8.5に調整する。この分散液を、酸化チタンの完全な分散を確実にするために、30%の超音波処理器出力で10分間超音波処理する。20g(0.08モル)のメタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン(MPS)を加え、温度を65℃に上げ、そしてこの混合物を、約100rpmの速度で撹拌する。窒素ガスをこの混合物を通して30分間泡立たせる。3時間の後に、10mLのエタノールに溶解させた、0.2gの2,2’-アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)ラジカル開始剤を加え、そして温度を75℃に増加する。ラジカル重合を5時間進行させる。最終的な混合物を、170メッシュの篩を通してろ過して凝固物を除去し、そして次いでこの分散液をパイレックス(登録商標)皿中で、120℃で一晩乾燥させ、トナー用外添剤22(微粒子A)を得た。
<トナー用外添剤23の製造例>
FMミキサー「FM10C/1」(日本コークス工業株式会社製)に、ポリメチルシルセスキオキサン微粒子(MSP-SN05、一次粒子の個数平均粒径0.5μm、融解温度280℃以上、真比重1.3(日興リカ株式会社製))90部を入れ、疎水性二酸化チタン微粒子(KT-1501、一次粒子の個数平均粒径15nm、疎水化度58(株式会社栄和社製))10部を入れ、混合した。疎水化処理用シリコーンオイルとしてハイドロゲンジメチコン「KF-9901(信越化学工業株式会社製)」をイソプロピルアルコールで40質量%に希釈して、疎水化剤混合液として用いた。FMミキサーを2,500rpmで回転しながら、粒子混合物に上記疎水化剤混合液をスプレーで添加し、10分間混合した。疎水化剤混合液添加終了後、15分間混合して疎水化処理微粒子を得た。
この疎水化処理微粒子をFMミキサーから取出して、バットに入れ、循環式熱風棚式乾燥機に入れて、180℃で3時間熱処理を行った。得られた微粒子混合物をFMミキサー「FM10C/1」により解砕した後、超音波フルイ「C-700C」(株式会社ダルトン)により60meshで分級し、トナー用外添剤23(微粒子A)を得た。
上記得られたトナー用外添剤1~23のそれぞれの物性を表1に示す。
Figure 2024073369000003
Figure 2024073369000004
<ポリエステル樹脂A1の製造例>
・ポリオキシプロピレン(2.2)-2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)プロパン 76.9部(0.167モル部)
・テレフタル酸(TPA) 25.0部(0.145モル部)
・アジピン酸 8.0部(0.054モル部)
・チタンテトラブトキシド 0.5部
上記材料をガラス製4リットルの4つ口フラスコに入れ、温度計、撹拌棒、コンデンサー及び窒素導入管を取りつけマントルヒーター内においた。次にフラスコ内を窒素ガスで置換した後、撹拌しながら徐々に昇温し、200℃の温度で撹拌しつつ、4時間反応させた(第1反応工程)。その後、無水トリメリット酸(TMA)1.2部(0.006モル部)を添加し、180℃で1時間反応させ(第2反応工程)、結着樹脂成分であるポリエステル樹脂A1を得た。このポリエステル樹脂A1の酸価は5mgKOH/gであった。
<ポリエステル樹脂A2の製造例>
・ポリオキシプロピレン(2.2)-2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)プロパン 71.3部(0.155モル部)
・テレフタル酸 24.1部(0.145モル部)
・チタンテトラブトキシド 0.6部
上記材料をガラス製4リットルの4つ口フラスコに入れ、温度計、撹拌棒、コンデンサー及び窒素導入管を取りつけマントルヒーター内においた。次にフラスコ内を窒素ガスで置換した後、撹拌しながら徐々に昇温し、200℃の温度で撹拌しつつ、2時間反応させた。その後、無水トリメリット酸5.8部(0.030モル部)を添加し、180℃で10時間反応させ、結着樹脂成分であるポリエステル樹脂A2を得た。このポリエステル樹脂A2の酸価は10mgKOH/gであった。
<トナー粒子1の製造例>
・ポリエステル樹脂A1 70.0部
・ポリエステル樹脂A2 30.0部
・フィッシャートロプシュワックス(最大吸熱ピークのピーク温度78℃)5.0部
・C.I.ピグメントブルー15:3 5.0部
・3,5-ジ-t-ブチルサリチル酸アルミニウム化合物 0.1部
上記処方で示した原材料をヘンシェルミキサー(FM-75型、日本コークス工業(株)製)を用いて、回転数20s-1、回転時間5分で混合した後、温度125℃、回転数300rpmに設定した二軸混練機(PCM-30型、(株)池貝製)にて混練した。得られた混練物を冷却し、ハンマーミルにて直径1mm以下に粗粉砕し、粗砕物を得た。得られた粗砕物を、機械式粉砕機(T-250、フロイント・ターボ(株)製)にて微粉砕した。さらに回転型分級機(200TSP、ホソカワミクロン(株)製)を用い、分級を行い、トナー粒子1を得た。回転型分級機(200TSP、ホソカワミクロン(株)製)の運転条件は、分級ローター回転数を50.0s-1で分級を行った。得られたトナー粒子1は、重量平均粒径(D4)が5.9μmであった。
<トナー1の製造例>
・トナー粒子1 100部
・トナー用外添剤1 6.0部
上記の材料をヘンシェルミキサーFM-10C型(三井三池化工機製)で回転数30s-1、回転時間10minで混合し、トナー1を得た。
<トナー2~27の製造例>
トナー1の製造例において、トナー用外添剤と添加量を表2に記載の通りに変更したこと以外は同様にして製造を行い、トナー2~27を得た。
Figure 2024073369000005
<キャリア1の製造例>
・個数平均粒径0.30μm(1000/4π(kA/m)の磁界下における磁化の強さ65Am2/kg)のマグネタイト1
・個数平均粒径0.50μm(1000/4π(kA/m)の磁界下における磁化の強さ65Am2/kg)のマグネタイト2
上記の材料それぞれ100部に対し4.0部のシラン化合物(3-(2-アミノエチルアミノプロピル)トリメトキシシラン)を加え、容器内にて100℃以上で高速混合撹拌し、それぞれの微粒子を処理した。
・フェノール:10質量%
・ホルムアルデヒド溶液:6質量%(ホルムアルデヒド40質量%、メタノール10質量%、水50質量%)
・上記シラン化合物で処理したマグネタイト1:58質量%
・上記シラン化合物で処理したマグネタイト2:26質量%
上記材料100部と、28質量%アンモニア水溶液5部、水20部をフラスコに入れ、撹拌、混合しながら30分間で85℃まで昇温・保持し、3時間重合反応させて、生成するフェノール樹脂を硬化させた。その後、硬化したフェノール樹脂を30℃まで冷却し、さらに水を添加した後、上澄み液を除去し、沈殿物を水洗した後、風乾した。次いで、これを減圧下(5mmHg以下)、60℃の温度で乾燥して、磁性体分散型の球状のキャリア1を得た。体積基準の50%粒径(D50)は、34.2μmであった。
<二成分系現像剤1の製造例>
キャリア1を92.0部に対し、トナー1を8.0部加え、V型混合機(V-20、セイシン企業製)により混合し、二成分系現像剤1を得た。
<二成分系現像剤2~27の製造例>
トナーを2~27に変更する以外は二成分系現像剤1の製造例と同様にして、二成分系現像剤2~27を得た。
〔実施例1~20、比較例1~7〕
上記トナー1~27及び二成分系現像剤1~27を、それぞれ実機に用いて性能評価を行った。
<トナーの評価方法>
画像形成装置として、キヤノン製デジタル商業印刷用プリンターimagePRESS C810改造機を用い、シアン用現像器に上記二成分系現像剤を入れた。装置の改造点としては、定着温度、プロセススピード、現像剤担持体の直流電圧VDC、静電潜像担持体の帯電電圧VD、及び、レーザーパワーを自由に設定できるように変更した。画像出力評価は、所望の画像比率のFFh画像(ベタ画像)を出力し、紙上におけるFFh画像上のトナーの載り量が所望になるようにVDC、VD、及びレーザーパワーを調整して、後述の評価を行った。
FFhとは、256階調を16進数で表示した値であり、00hが256階調の1階調目(白地部)であり、FFhが256階調の256階調目(ベタ部)である。
以下の評価方法に基づいて評価し、その結果を表3に示す。
(1)付着力変化の評価(低湿環境)
画像形成装置としてキヤノン製フルカラー複写機imagePress C800を用いて、上記二成分系現像剤を、画像形成装置のシアン用現像器に入れ、シアン用トナー容器に上記トナーを入れて後述の評価を行った。改造点は、現像器内部で過剰になった磁性キャリアを現像器から排出する機構を取り外したことである。評価紙は、普通紙GF-C081(A4、坪量81.4g/m2、キヤノンマーケティングジャパン株式会社より販売)を用いた。
FFh画像(ベタ画像)におけるトナーの紙上への載り量が0.45mg/cm2となるように、調整した。FFhとは、256階調を16進数で表示した値であり、00hが256階調の1階調目(白地部)であり、FFが256階調の256階調目(ベタ部)である。
まず、画像比率1%で、1,000枚の画像出力試験を行った。1,000枚連続通紙中は、1枚目と同じ現像条件、転写条件(キャリブレーション無し)で通紙を行った。
その後、画像比率80%で、1,000枚の画像出力試験を行った。1,000枚連続通紙中は、1枚目と同じ現像条件、転写条件(キャリブレーション無し)で通紙を行った。
画像比率1%での印刷における1,000目の画像濃度を初期濃度とし、画像比率80での印刷における1,000枚目の画像の濃度測定を行い、以下の評価基準に従って評価した。
上記の試験を常温低湿環境下(N/L;温度23℃、相対湿度5%)において行った。
X-Riteカラー反射濃度計(500シリーズ:X-Rite社製)を使用し、初期濃度と画像比率80%での印刷における1,000枚目の画像の濃度測定を行い、以下の基準でランク付けした。D以上を本発明の効果が得られていると判断した。
(評価基準 濃度差)
A:0.02未満
B:0.02以上0.05未満
C:0.05以上0.10未満
D:0.10以上0.15未満
E:0.15以上0.20未満
F:0.20以上
(2)帯電維持率の評価(高温高湿環境)
トナー0.01gをアルミニウム製パンに計量し、コロナ帯電装置[商品名:KTB-20、春日電機(株)製]を用いて-600Vに帯電させた。続いて、高温高湿環境下(H/H;温度30℃、相対湿度80%)で表面電位計(トレックジャパン製 model347)を用いて表面電位の変化挙動を30分間測定した。
測定した結果より、帯電維持率を以下の式より算出した。該帯電維持率に基づき電帯電維持率を評価した。G以上を本発明の効果が得られていると判断した。
30分後の帯電維持率(%)=(30分後の表面電位/初期表面電位)×100
(評価基準)
A:帯電維持率が98%以上
B:帯電維持率が95%以上98%未満
C:帯電維持率が90%以上95%未満
D:帯電維持率が85%以上90%未満
E:帯電維持率が80%以上85%未満
F:帯電維持率が75%以上80%未満
G:帯電維持率が70%以上75%未満
H:帯電維持率が70%未満
Figure 2024073369000006

Claims (10)

  1. シロキサン結合を有する有機ケイ素化合物をバインダー成分とし、微粒子Bを有する微粒子Aを有するトナー用外添剤であって、
    該微粒子Aの表面には、少なくとも一部分が該微粒子Aの表面に埋没した状態で該微粒子Bが存在しており、
    該トナー用外添剤は、一次粒子の個数平均粒径が0.03μm以上0.30μm以下であり、
    該微粒子Aに存在する全ケイ素原子を基準とする、該微粒子A中の下記ユニット(a)、(b)及び(c)の含有割合(個数基準)が、下式(1)且つ(2)を満たし、
    (a)+(b)+(c)≧0.8・・・(1)
    (b)+(c)≧0.3・・・(2)
    該微粒子Aの一次粒子の個数平均粒径をAD、該微粒子Bの一次粒子の個数平均粒径をBDとしたとき、比BD/ADが0.05以上0.70以下であり、
    該微粒子Bの体積抵抗率が、1.0×105Ω・cm以上1.0×1013Ω・cm以下であり、
    下式で表される該微粒子Bの埋没率の平均値が、30%以上90%以下であることを特徴とするトナー用外添剤。
    微粒子Bの埋没率(%)=(微粒子Aに埋まっている微粒子Bの深さ/微粒子Bの直径)×100
    Figure 2024073369000007
    (R1、R2は、それぞれ独立して、炭素数が1以上6以下のアルキル基を表す。)
  2. 前記微粒子Bは、酸化チタン微粒子、チタン酸ストロンチウム微粒子及び酸化亜鉛微粒子からなる群より選ばれる少なくとも一の微粒子である請求項1に記載のトナー用外添剤。
  3. 前記トナー用外添剤の真比重が1.00g/cm3以上1.60g/cm3以下である請求項1又は2に記載のトナー用外添剤。
  4. 前記トナー用外添剤の2kHzにおける誘電率が、10pF/m以上40pF/m以下である請求項1又は2に記載のトナー用外添剤。
  5. 前記トナー用外添剤は、アルキルシラザン化合物、アルキルアルコキシシラン系化合物、クロロシラン系化合物及びシリコーンオイルからなる群より選ばれる少なくとも一の化合物により表面処理されている請求項1又は2に記載のトナー用外添剤。
  6. 透過型電子顕微鏡を用いて前記微粒子Aの断面を撮影することで得られる電子像において、撮影された微粒子Aの一粒の断面Xの面積をSa、該断面Xにおいて全体が内包され、露出していない状態で存在している前記微粒子Bの合計面積をSbとしたとき、
    100粒の微粒子AにおけるSb/Saの平均値が0以上0.50以下である請求項1又は2に記載のトナー用外添剤。
  7. 前記微粒子A中の前記ユニット(a)、(b)及び(c)の個数基準の含有割合が、下式(I)、(II)及び(III)を満たす請求項1又は2に記載のトナー用外添剤。
    0.30≦(a)/((a)+(b)+(c))≦0.70・・・(I)
    0≦(b)/((a)+(b)+(c))≦0.50 ・・・(II)
    0.20≦(c)/((a)+(b)+(c))≦0.70・・・(III)
  8. 前記微粒子A中の前記ユニット(a)、(b)及び(c)の個数基準の含有割合が、下式(IV)を満たす請求項1又は2に記載のトナー用外添剤。
    0.95≦((a)+(c))/((a)+(b)+(c))・・・(IV)
  9. トナー粒子と、請求項1又は2に記載のトナー用外添剤とを有するトナー。
  10. 前記トナー用外添剤のトナー粒子100質量部に対する含有量が、0.1質量部以上20.0質量部以下である請求項9に記載のトナー。
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