JP3884915B2 - 電子写真用トナー、バインダー樹脂、マスターバッチ顔料、現像剤、及びそれらの製造方法、並びに電子写真画像形成方法及び装置 - Google Patents
電子写真用トナー、バインダー樹脂、マスターバッチ顔料、現像剤、及びそれらの製造方法、並びに電子写真画像形成方法及び装置 Download PDFInfo
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真用トナー、電子写真トナー用樹脂、マスターバッチ顔料、現像剤、及び電子写真画像形成方法並びに画像形成装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
電子写真法、静電印刷法による代表的な画像形成工程は、光電導性絶縁層を一様に帯電させ、その絶縁層を露光させた後、露光された部分上の電荷を消散させることによって電気的な潜像を形成し、該潜像に電荷を持った微粉末のトナーを付着させることにより可視化させる現像工程、得られた可視像を転写紙等の転写材に転写させる転写工程、加熱又は加圧(通常、熱ローラー使用)により転写像を定着させる定着工程からなる。
潜像保持面上に形成される静電荷像を現像するための現像剤として、キャリアとトナーから成る二成分系現像剤、及びキャリアを必要としない一成分系現像剤(磁性トナー、非磁性トナー)が知られている。
このような電子写真法又は静電印刷法に使用されるトナーは、バインダー樹脂及び着色剤を主成分とし、必要に応じて帯電制御剤、オフセット防止剤等を添加したものであり、上記各工程において様々な性能が要求される。
例えば現像工程においては、電気的な潜像にトナーを付着させるため、トナー及びトナー用バインダー樹脂は、温度、湿度等の周囲の環境に影響されることなくコピー機又はプリンターに適した帯電量を保持しなくてはならない。
また、熱ローラー定着方式による定着工程においては、熱ローラーに付着しない非オフセット性や紙への定着性が良好でなければならず、更に、コピー機内での保存中にトナーがブロッキングしない耐ブロッキング性も要求される。
【0003】
また、電子写真法、静電記録法、静電印刷法等に用いられるコピー機、プリンター、ファクシミリ等では、通常、100〜230℃程度の温度に加熱された加熱ローラーを用いてトナーを紙等に定着している。この定着工程では、連続して多数枚の紙等に定着されることが多く、加熱ローラー上に非オフセット性に影響のない程度の微量のトナーが蓄積されていく。そして、連続回転と紙等の連続供給のために加熱ローラーの温度が高くなり、加熱ローラー上に蓄積されたトナーが加熱されることによって、トナー中に残存している残存モノマーや残存溶剤が揮発し、臭気を発生する。
このような臭気は、トナー中のバインダー樹脂、顔料、帯電制御剤、添加剤、樹脂と顔料を混合したマスターバッチ顔料等の原材料、キャリアに含まれる残存モノマー、低分子量成分、残存溶剤等の揮発性成分、或いはトナー製造時に生成する各種揮発性成分等に起因するため、原材料、トナー又は現像剤中の残存モノマー、残存溶剤及び揮発性成分の低減が要求されてきている。
これらの要求に対して、例えば特開平10−10782号公報では、臭気が感じられるか感じられないかといった客観性に乏しい方法で効果を判断したり、揮発性成分量を乾燥前後の重量変化によって求めたりしており、含水分量と揮発性成分量との区別が十分でなかった。
【0004】
更に残存溶剤などの揮発性成分の低減は、エコロジー等の地球環境問題や発ガン性などを有する有害物質といった人的安全性の問題、及びトナーの品質的な問題の解決のためにも強く望まれている。
そして最近になってトナー中の残存溶剤が高温環境下におけるトナーの帯電量を低下させ、現像部でのトナー飛散といった問題の原因の一つになっていることが、本発明者らの検討によって明らかになってきた。
一方、バインダー樹脂としてはトナー用として要求される特性、即ち透明性、絶縁性、耐水性、流動性(粉体として)、機械的強度、光沢、熱可塑性、粉砕性等の点からポリスチレン、スチレン−アクリル酸系共重合体、ポリエステル、エポキシ樹脂等が一般に使用され、中でもスチレン系樹脂が粉砕性、耐水性及び流動性に優れていることから広く使用されている。
しかし、スチレン系樹脂含有トナーで得られたコピーを、塩化ビニル系樹脂シート製の書類ホルダー中に入れて保存しておくと、コピーの画像面がシートと密着した状態で放置されるため、塩化ビニル系樹脂シートに含まれる可塑剤が定着トナー画像に転移し画像を可塑化してシート側に溶着せしめ、その結果、コピーをシートから離すと、コピーからトナー画像が一部又は全部剥離し、またシートも汚れてしまうという欠点があつた。この様な欠点はポリエステル含有トナーにおいても見られる。
【0005】
以上の様な塩化ビニル系樹脂シートへの転移防止策として、特開昭60−263951号公報や同61−24025号公報では、スチレン系樹脂又はポリエステルに塩化ビニル系樹脂用可塑剤で可塑化されないエポキシ樹脂をブレンドする提案がなされている。
しかし、この様なブレンド樹脂を特にカラートナー用として用いた場合、異種の樹脂間の不相溶性により、オフセット性、定着画像のカール、光沢度(カラートナー画像の場合は光沢がないと貧弱な画像として見える)、着色性、透過性、発色性が問題となってくる。これらの問題は従来のエポキシ樹脂や特開昭61−235852号公報で提案されている様なアセチル化変性エポキシ樹脂でも完全に解決できるものではない。
そこでエポキシ樹脂を単独で用いることにより前記問題点を解決することが考えられるが、新たな問題点として、エポキシ樹脂のアミンとの反応性が生じてくる。エポキシ樹脂は、一般にはエポキシ基と硬化剤とを反応させて架橋構造を形成することにより、機械的強度や耐薬品性の優れた硬化型樹脂として使用されている。通常使用される硬化剤はアミン系と有機酸無水物系に大別される。もちろん、電子写真用トナーに用いられるエポキシ樹脂は熱可塑性樹脂として用いられるものであるが、トナー中に樹脂と一緒に混練される染顔料、帯電制御剤の中にはアミン系のものがあり、混練時にエポキシ基と架橋反応を起こし、トナーとして使用できなくなる場合がある。またこのエポキシ基の化学的活性は生化学面、即ち皮膚刺激等の毒性も考えられ、その存在には十分注意を要する。
またエポキシ基は親水性を示すことから、高温高湿下での吸水が著しく、帯電低下、地汚れ、クリーニング不良等の原因となるし、エポキシ樹脂の帯電安定性も一つの課題である。
【0006】
一般にトナーはバインダー樹脂、着色剤、帯電制御剤等から構成されている。着色剤としては様々な染顔料が知られており、中には帯電制御性を有し、着色剤と帯電制御剤の2つの作用を兼ね備えたものもある。
エポキシ樹脂をバインダー樹脂として用い、前記の様な組成でトナー化することは広く行なわれているが、染顔料、帯電制御剤等の分散性に問題がある。
一般に染顔料、帯電制御剤等は、熱ロールミルを用いてバインダー樹脂と混練し、バインダー樹脂中に均一に分散させる必要がある。しかし十分に分散させることは難しく、着色剤としての染顔料の分散が悪いと発色が悪く着色度も低くなってしまう。また帯電制御剤等の分散が悪いと帯電分布が不均一となり、帯電不良、地汚れ、飛散、ID不足、ぼそつき、クリーニング不良などの様々な不良の原因となる。
従来技術として、特開昭61−219051号公報には、バインダー樹脂にε−カプロラクトンでエステル変性したエポキシ樹脂を使用したトナーが開示されているが、耐塩ビ性、流動性等は改良されるものの、変性量が15〜90重量%もあり、軟化点が下がり過ぎ、光沢も出過ぎる欠点があつた。
また、特開昭52−86334号公報には、脂肪族一級又は二級アミンと既製のエポキシ樹脂の末端エポキシ基とを反応させた正帯電性を有するものが開示されているが、前述の様にエポキシ基とアミンとは架橋反応を起こしてしまうため、トナーとして使用できない場合が考えられる。
【0007】
更に特開昭52−156632号公報には、エポキシ樹脂の末端エポキシ基の一方又は両方を、アルコール、フェノール、グリニヤール試薬、有機酸ナトリウムアセチライド、アルキルクロライド等と反応させることが開示されているが、エポキシ基が残っている場合は前述の通りアミンとの反応性、毒性、親水性等の問題を生じるし、上記反応物の中には親水性のもの、帯電に影響するもの、トナー化する際の粉砕性に影響するものがあり、全ての面で有効とは言えない。
また、特開平1−267560号公報には、エポキシ樹脂の末端エポキシ基の両方を1価の活性水素含有化合物と反応させた後、モノカルボン酸やそれらのエステル誘導体、ラクトン類でエステル化したものが開示されているが、エポキシ樹脂の反応性、毒性、親水性は解決されるものの、定着の際のカールはさほど改善されていない。
更に、一般的にエポキシ樹脂又はポリオール樹脂の合成時にキシレン等の溶剤を用いることが多いが(例えば特開平11−189646号公報)、それら溶剤又は未反応残存物等が製造後の樹脂中に少なからず存在するため、このような樹脂を用いたトナーにおいても当然それらの残存量は多く問題であった。
【0008】
一方、トナーの製造方法としては、特開平1−304467号公報に代表されるように、原料を全て一度に混合して混練機などにより加熱、溶融、分散を行い均一な組成物とした後、これを冷却して、粉砕、分級することにより体積平均粒径6〜10μm程度のトナーを製造する方法が一般的に採用されている。
特にカラー画像の形成に用いられる電子写真用カラートナーは、一般に、バインダー樹脂中に各種の有彩色染料又は顔料を分散含有させて構成される。この場合、使用するトナーに要求される性能は、黒色画像を得る場合に比べて厳しいものとなる。即ち、トナーとしては、衝撃や湿度等の外的要因に対する機械的電気的安定性に加え、適正な色彩の発現(着色度)やオーバーヘッドプロジェクター(OHP)に用いたときの光透過性(透明性)が必要となる。
着色剤に染料を用いるものとしては、例えば、特開昭57−130043号公報、同57−130044号公報に記載のものがあるが、着色剤に染料を用いた場合、得られる画像は透明性に優れ、発色性が良く鮮明である反面、耐光性が劣り、直射光下に放置した場合、変色ないしは退色してしまうという問題がある。
【0009】
着色剤に顔料を用いるものとしては、特開昭49−46951号公報、同52−17023号公報に記載のものがあるが、顔料系のカラートナーの場合、耐光性は優れているものの、バインダー樹脂に対する顔料の分散性が悪いため、着色度(発色性)や透明性が劣るという問題がある。
このバインダー樹脂に対する顔料の分散性を向上する方法としては、特開昭62−280755号公報、同2−66561号公報等に記載の方法があるが、何れも十分な顔料の分散は得られず、着色度や透明性が劣っているのが現状である。
また特開平9−101632号公報、同4−39671号公報、同4−230770号公報に記載の方法は、顔料の分散性は向上するものの、何れに記載の方法も溶剤を使用するため残存溶剤が少なからず存在し問題であった。
非接触加熱による定着は、熱ローラ等による定着に比べて、現像時の画像の解像度を劣化させず、紙詰まりが発生し難く、高速印字や両面同時印字に有効である等の利点を有する反面、周囲へのエネルギー分散の割合が大きくて熱効率が悪く、消費電力の大きい定着方法である。そのため与える熱も熱ローラに比べて大きくなり、トナーへの熱の影響が大きく、揮発性成分量の増加が懸念されていた。
【0010】
更に、省エネルギー対応の定着システムにおいては、定着用ローラの熱効率を向上させるために、ローラ層の厚さの薄い薄肉ローラを用いたり、低面圧定着或いはフィルムやベルト体を用いて定着効率を向上する試み等がなされている。
そして、それらのシステムに対応するべく、低温、低圧力で定着でき、かつ、オフセットの発生しないトナーが要求されており、その結果、トナーを低温定着可能とするために平均分子量を低くしたり、低分子量成分を増加させたりする必要があるので、必然的に低分子量の揮発性成分が増加し易いという問題があった。
また、必要な物を必要な時に必要な部数だけ印刷するオンディマンドパブリッシングシステムとして、上記のような電子写真方式のレーザプリンタを用いることができる。このオンディマンドパブリッシングシステムは、印刷コストの低減、印刷物の無在庫化、納期の短縮化等メリットが大きいが、一日当たりの印刷量は顧客の要求に応じて多くなる。即ち、限られた容積の部屋の中で、レーザプリンタが1台乃至複数台稼働して終日印刷物を出力する。その結果、トナーの消費量も格段に多くなり、従来の揮発性成分を多く含むトナー、現像剤では、オペレータの健康を害する危険性が指摘されており問題であった。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、臭気が少なく、オペレータの健康や安全性に悪影響を与えず、クリーンで且つ帯電環境安定性、環境保存性に優れ、現像部トナー飛散等のトラブルも少なく、更に、定着性と非オフセット性とのバランスにも優れ、色再現性、鮮明性に優れた電子写真用トナー、バインダー(結着剤)樹脂、マスターバッチ顔料、現像剤、及びそれらの製造方法、並びに電子写真画像形成方法及び装置の提供を目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題について鋭意検討した結果、トナー、バインダー(結着剤)樹脂、マスターバッチ顔料、現像剤等に含有される水以外の揮発性成分量を減少させることによって当該課題を解決できることを見出した。
即ち、上記課題は次の1)〜30)の発明によって解決される。
1) 少なくとも、主鎖にエポキシ樹脂部とポリオキシアルキレン部を有するポリオール樹脂からなり、150℃で10分間加熱した時に発生する水以外の揮発性成分の重量濃度が樹脂に対して100μg/g以下であるバインダー樹脂と着色剤とを含有し、150℃で10分間加熱した時に発生する水以外の揮発性成分の重量濃度が、トナーに対して1000μg/g以下であることを特徴とする電子写真用トナー。
2) 少なくとも、主鎖にエポキシ樹脂部とポリオキシアルキレン部を有するポリオール樹脂からなり、150℃で10分間加熱した時に発生する水以外の揮発性成分の重量濃度が樹脂に対して100μg/g以下であるバインダー樹脂と着色剤とを含有し、150℃で10分間加熱した時に発生する水以外の沸点150℃以下の揮発性成分の重量濃度が、トナーに対して900μg/g以下であることを特徴とする電子写真用トナー。
3) 少なくとも、主鎖にエポキシ樹脂部とポリオキシアルキレン部を有するポリオール樹脂からなり、150℃で10分間加熱した時に発生する水以外の揮発性成分の重量濃度が樹脂に対して100μg/g以下であるバインダー樹脂と着色剤とを含有し、150℃で10分間加熱した時に発生する有機溶剤の重量濃度が、トナーに対して800μg/g以下であることを特徴とする電子写真用トナー。
4) 少なくとも、主鎖にエポキシ樹脂部とポリオキシアルキレン部を有するポリオール樹脂からなり、150℃で10分間加熱した時に発生する水以外の揮発性成分の重量濃度が樹脂に対して100μg/g以下であるバインダー樹脂と着色剤とを含有し、150℃で10分間加熱した時に発生する沸点150℃以下の有機溶剤の重量濃度が、トナーに対して700μg/g以下であることを特徴とする電子写真用トナー。
5) 前記トナーの140℃での溶融粘度が1mPas・sec以上120mPas・sec以下であることを特徴とする1)〜4)の何れかに記載の電子写真用トナー。
6) 前記トナーの軟化点が70〜160℃、かつガラス転移温度(Tg)が40〜70℃であることを特徴とする1)〜5)の何れかに記載の電子写真用トナー。
7) 前記トナー樹脂の数平均分子量(Mn)が1000〜10000、かつ重量平均分子量/数平均分子量(Mw/Mn)が1.5〜20、かつ少なくとも1つのピーク分子量(Mp)が1000〜6000であることを特徴とする1)〜6)の何れかに記載の電子写真用トナー。
8) 前記ポリオール樹脂の末端が不活性であることを特徴とする1)〜7)の何れかに記載の電子写真用トナー。
9) 前記ポリオール樹脂が、(a)エポキシ樹脂、(b)2価フェノールのアルキレンオキサイド付加物又はそのグリシジルエーテル、(c)エポキシ基と反応する活性水素を分子中に1個有する化合物、(d)エポキシ基と反応する活性水素を分子中に2個以上有する化合物、を反応させて得られるものであることを特徴とする1)〜8)の何れかに記載の電子写真用トナー。
10) 前記エポキシ樹脂部が、数平均分子量の異なる2種以上のビスフェノールA型エポキシ樹脂部からなることを特徴とする9)記載の電子写真用トナー。
11) 前記数平均分子量の異なる2種以上のビスフェノールA型エポキシ樹脂部のうち、低分子量エポキシ樹脂部の数平均分子量が360〜2000であり、高分子量エポキシ樹脂部の数平均分子量が3000〜10000であることを特徴とする10)記載の電子写真用トナー。
12) 前記数平均分子量の異なる2種以上のビスフェノールA型エポキシ樹脂部の割合が、ポリオール樹脂全体に対し、低分子量エポキシ樹脂部20〜50wt%、高分子量エポキシ樹脂部5〜40wt%であることを特徴とする10)又は11)記載の電子写真用トナー。
13) 前記2価フェノールのアルキレンオキサイド付加物のグリシジルエーテルが、下記一般式(1)で表わされるビスフェノールAのアルキレンオキサイド付加物のジグリシジルエーテルであることを特徴とする9)〜12)の何れかに記載の電子写真用トナー。
【化2】
〔式中、Rは、−CH2−CH2−、−CH2−CH(CH3)−、又は、
−CH2−CH2−CH2−である。また、n、mは繰り返し単位の数であ
り、1以上の整数である。〕
14) ポリオール樹脂中の、2価フェノールのアルキレンオキサイド付加物又はそのグリシジルエーテルの割合が、ポリオール樹脂全体に対して10〜40wt%であることを特徴とする9)〜13)の何れかに記載の電子写真用トナー。
15) バインダー樹脂のエポキシ当量が、10000以上であることを特徴とする9)〜14)の何れかに記載の電子写真用トナー。
16) トナーの加熱混練時に減圧環境下で揮発性成分を除去する工程を含むことを特徴とする1)〜15)の何れかに記載のトナーの製造方法。
17) 1)〜15)の何れかに記載の電子写真用トナーに用いるバインダー樹脂であって、主鎖にエポキシ樹脂部とポリオキシアルキレン部を有するポリオール樹脂からなり、150℃で10分間加熱した時に発生する水以外の揮発性成分の重量濃度が樹脂に対して100μg/g以下であることを特徴とする電子写真トナー用樹脂。
18) 更に残存水分濃度が1重量%以下であることを特徴とする17)記載のバインダー樹脂。
19) 合成反応前、合成反応中又は合成反応後の樹脂或いは樹脂材料に水を加え、減圧下で反応溶剤と水をバブリングさせ、水と共に揮発性成分を蒸発させる製造工程を含むことを特徴とする17)又は18)記載の電子写真トナー用樹脂の製造方法。
20) 17)又は18)記載のバインダー樹脂を用いた、150℃で10分間加熱した時に発生する水以外の揮発性成分の重量濃度がマスターバッチ顔料に対して500μg/g以下であることを特徴とする電子写真トナー用マスターバッチ顔料。
21) 17)又は18)記載のバインダー樹脂と顔料とを加熱混練することを特徴とする電子写真トナー用マスターバッチ顔料の製造方法。
22) 有機溶剤を用いずに加熱混練することを特徴とする21)記載の電子写真トナー用マスターバッチ顔料の製造方法。
23) 前記顔料として乾燥粉体顔料を用い、この顔料とバインダー樹脂に水を加えて加熱混練した後、水を除去する工程を含むことを特徴とする21)又は22)記載の電子写真トナー用マスターバッチ顔料の製造方法。
24) 1)〜15)の何れかに記載の電子写真用トナーとキャリアとを含むことを特徴とする電子写真用現像剤。
25) 150℃で10分間加熱した時に発生する水以外の揮発性成分の重量濃度が現像剤に対して500μg/g以下であることを特徴とする24)記載の電子写真用現像剤。
26) 1)〜15)の何れかに記載の電子写真用トナー、又は請求項24〜25の何れかに記載の電子写真用現像剤を使用することを特徴とする電子写真画像形成方法。
27) 多色画像形成に際し、請求項1〜15の何れかに記載の電子写真用トナー、又は24)〜25)の何れかに記載の電子写真用現像剤を少なくとも1色は使用することを特徴とする電子写真多色画像形成方法。
28) 非接触加熱定着方式により画像を定着することを特徴とする26)又は27)記載の電子写真画像形成方法。
29) 1)〜15)の何れかに記載の電子写真用トナー、又は24)〜25)の何れかに記載の電子写真用現像剤を使用する電子写真画像形成に用いる装置であって、現像工程及び転写工程を終了した後、固定設置された加熱体と、該加熱体に対向して圧接回転し、フィルム材を介して記録材を該加熱体に圧着させる加圧部材によりトナー像を該記録材上に加熱定着する定着手段を備えたことを特徴とする電子写真画像形成装置。
30) 1)〜15)の何れかに記載の電子写真用トナー、又は24)〜25)の何れかに記載の電子写真用現像剤を使用する電子写真画像形成に用いる装置であって、転写材に形成したトナー像を、2本のローラの間を通すことによって加熱溶融して定着を行う定着手段を備え、トナー像支持面と接触する側の定着ローラの厚みが0.01mm以上0.7mm以下で、かつ2本のローラ間に加わる面圧(ローラ荷重/接触面積)が1.0×10Pa以上1.5×105Pa以下であることを特徴とする電子写真画像形成装置。
【0013】
以下、上記本発明について詳しく説明する。
上記本発明が効果を奏するメカニズムは現在解明中であるが、いくつかの解析データから以下のことが推測される。
即ち、トナーは母体(バインダー)樹脂、帯電制御剤、外添剤等を用いて帯電特性を制御しているが、その際、トナーの最表面が帯電性に最も寄与している。トナー最表面が、水以外の揮発性成分、特に有機溶媒により、本来の機能が発揮できなくなるような何らかの変化、例えば、帯電制御剤の結晶型変化、表面微細分子構造変化、表面物性変化、揮発性成分の表面付着、最表面溶融等の様々な変化を起こし、本来の帯電特性を発揮できなくなることによりトナーの帯電不良が発生して、例えばキャリアとの付着が不安定になり現像部におけるトナー飛散を引き起こすと推定される。
更に高温高湿環境下においてはそれら揮発性成分が揮発し易い状況となるため、帯電特性の変化を引き起こしたり、トナー固着等の保存性の悪化を引き起こすと推定される。
【0014】
定着温度は、定着システムにより約100〜230℃の間で種々変化するが、実用的な定着温度である150℃で10分間加熱した時に発生する水以外の揮発性成分量をトナーに対して1000μg/g以下、好ましくは500μg/g以下、より好ましくは100μg/g以下、更に好ましくは30μg/g以下、更に好ましくは10μg/g以下に限定することで、所期の目的が達成できる。
沸点150℃以下の揮発性成分量、中でも有機溶剤量、更には150℃以下の有機溶剤量を限定すると、特にトナーの環境帯電性、環境保存性の点から一層効果的である。
揮発性成分量を少なくすると低分子量成分が減少し溶融粘度が上昇する傾向にあるが、トナーの140℃での溶融粘度を120mPas・sec以下に制御することで、例えば150℃程度の温度で定着する際、トナーの粘度が十分低くなり、定着領域にトナー像が入ってきてトナー表面が溶融し、光沢を高くし、色を鮮明化することができる。上記溶融粘度の下限は、1mPas・secであり、1mPas・sec未満の場合には、粘度が低すぎて画像形成領域以外にトナーが染み出し、画像、文字等のエッジ鮮明度、色再現性が失われるため好ましくない。またホットオフセットが発生し易くなるため定着性も低下する。
また、揮発性成分の量を少なくすると、トナーの熱物性も変化するが、トナーの軟化点を70〜160℃、好ましくは90〜120℃、かつ、ガラス転移温度(Tg)を40〜70℃、好ましくは50〜70℃に制御することで、定着性、色再現性、鮮明性、色透明性の優れたトナーを得ることができる。
【0015】
バインダー樹脂の数平均分子量(Mn)を1000〜10000、かつ、重量平均分子量/数平均分子量(Mw/Mn)を1.5〜20、かつ、少なくとも1つのピーク分子量(Mp)を1000〜6000に制御することにより、低温定着可能で且つ定着性、色再現性、鮮明性、色透明性の優れたトナーを得ることができた。
また、バインダー樹脂が、主鎖にエポキシ樹脂部とポリオキシアルキレン部を有するポリオール樹脂を含むことで、環境安定性、安定した定着特性が得られ、かつコピー定着画像面を塩化ビニル系樹脂シートに密着させた時の該シートへのトナー画像の転移防止を図ることができ、特にカラートナーに使用した場合にはカラー再現性、安定した光沢、コピー定着画像のカール防止等に効果をもたらす。
該バインダー樹脂としては、エポキシ樹脂部Aとポリオキシアルキレン部Bのブロック共重合体ではなく、(A+B)nという共重合体が好ましく用いられる。
エポキシ樹脂部としては、エポキシ基が残っていても、後述のように変性によって開環しOH基の状態になっていてもよい。
更に上記バインダー樹脂中の前記ポリオール樹脂末端が不活性であると、環境安定性を有し有害性の少ないトナーとすることができる。
このポリオール樹脂末端が不活性であるという意味について説明すると、例えばエポキシ環のような反応性置換基が開環してOH基に変化すれば反応性は低下する。他の置換基についても種々の反応性の低下が起こり得る。即ち、ここでいう不活性とは、エポキシ環のような反応性の高い置換基が全く存在しないか、あるいはトナーとしての品質特性に悪影響を与えたり、人体の健康に害を与えたりしない程度の量しか存在しない状態を意味する。
【0016】
本発明に用いられるエポキシ樹脂は、ビスフェノールAやビスフェノールF等のビスフェノールとエピクロロヒドリンを重合して得られるものが好ましく、安定した定着特性や光沢を得るためには、数平均分子量の相違する2種以上のビスフェノールA型エポキシ樹脂の混合物であって、低分子量成分の数平均分子量が360〜2000、高分子量成分の数平均分子量が3000〜10000のものが好ましい。更に低分子量成分が20〜50wt%、高分子量成分が5〜40wt%であるものが好ましい。
低分子量成分が多過ぎたり分子量360未満の場合には、光沢が出過ぎたり、保存性が悪化する可能性がある。また、高分子量成分が多過ぎたり分子量10000を超える場合には、光沢の不足や定着性悪化の可能性がある。
本発明で用いられる2価フェノールのアルキレンオキサイド付加物としては、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又はこれらの混合物とビスフェノールAやビスフェノールF等のビスフェノールとの反応生成物が挙げられる。
得られた付加物をエピクロロヒドリンやβ−メチルエピクロロヒドリンでグリシジル化して用いてもよい。特に下記一般式(1)で表わされるビスフェノールAのアルキレンオキサイド付加物のジグリシジルエーテルが好ましい。
【0017】
【化3】
〔式中、Rは、−CH2−CH2−、−CH2−CH(CH3)−、又は、
−CH2−CH2−CH2−である。また、n、mは繰り返し単位の数であり、1以上の整数である。〕
【0018】
また、2価フェノールのアルキレンオキサイド付加物又はそのグリシジルエーテルが、ポリオール樹脂に対して10〜40wt%含まれていることが好ましい。その配合量が少ないとカールの増加などの不具合が生じ、またn+mが7以上であったり配合量が多過ぎる場合には、光沢が出過ぎたり保存性が悪化する可能性がある。
本発明で用いられる、エポキシ基と反応する活性水素を分子中に1個有する化合物としては、1価フェノール類、2級アミン類、カルボン酸類がある。
1価フェノール類としては、フェノール、クレゾール、イソプロピルフェノール、アミノフェノール、ノニルフェノール、ドデシルフェノール、キシレノール、p−クミルフェノール等が挙げられる。
2級アミン類としては、ジエチルアミン、ジプロピルアミン、ジブチルアミン、N−メチル(エチル)ピペラジン、ピペリジンなどが挙げられる。
また、カルボン酸類としては、プロピオン酸、カプロン酸などが挙げられる。
【0019】
主鎖にエポキシ樹脂部とポリオキシアルキレン部を有するポリオール樹脂を得るための原材料としては種々の組み合わせが可能である。
例えば、両末端グリシジル基のエポキシ樹脂と両末端グリシジル基の2価フェノールのアルキレンオキサイド付加物を、ジハライド、ジイソシアネート、ジアミン、ジチオール、多価フェノール、ジカルボン酸などと反応させることによって得ることができる。このうち、2価フェノールを反応させる方法が反応安定性の点で最も好ましい。また、ゲル化しない範囲で多価フェノール類や多価カルボン酸類を2価フェノールと併用する方法も好ましい。その際、多価フェノール類、多価カルボン酸類の量は、全量に対し15wt%以下、好ましくは10wt%以下とする。
本発明で用いられるエポキシ基と反応する活性水素を分子中に2個以上有する化合物としては、2価フェノール類、多価フェノール類、多価カルボン酸類が挙げられる。
2価フェノールとしては、ビスフェノールA(2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、ビスフェノールF(2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)メタン)、ビスフェノールAD(2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)エタン)等のビスフェノールが挙げられる。
多価フェノール類としては、オルソクレゾールノボラック類、フェノールノボラック類、トリス(4−ヒドロキシフェニル)メタン、1−〔α−メチル−α−(4−ヒドロキシフェニル)エチル〕ベンゼンが挙げられる。
多価カルボン酸類としては、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、マレイン酸、フマル酸、フタル酸、テレフタル酸、トリメリット酸、無水トリメリット酸が挙げられる。
【0020】
また該バインダー樹脂のエポキシ当量を、10000以上、好ましくは30000以上、より好ましくは50000以上に制御することにより、樹脂の熱特性を制御できると共に、反応残留物である低分子のエピクロロヒドリン等の量を低減することができ、安全性、樹脂特性共に優れたトナーを得ることができる。
エポキシ当量は、エポキシ基が全くなければ無限大になる。本発明では実質上エポキシ基が存在しない(またはエポキシ環が全て開環した)樹脂でも使用可能であるから特に上限はない。
また上記の揮発性成分量の少ないトナーに用いる樹脂を得るため、合成反応前、合成反応中又は合成反応後の樹脂又は樹脂材料に水を加え、減圧下で反応溶剤と水をバブリングさせ、水と共に反応溶剤などの揮発性成分を揮発させる製造工程を採用することにより、有効に残留揮発性成分を除去できることが判明した。
その際、該バインダー樹脂中の残存水分濃度を1wt%以下に制御することにより一層環境安定性の優れたトナーとすることができる。
【0021】
樹脂中に顔料を分散させたマスターバッチ顔料において、上記低揮発性成分樹脂と顔料を、好ましくは有機溶剤を用いずに加熱混練することで、残留揮発性成分量の少ないマスターバッチ顔料とすることができ、より好ましくは、顔料として乾燥粉体顔料を用い、該乾燥粉体顔料とバインダー樹脂を混合する際に水を加え、この混合物を加熱混練した後に水を除去する工程を含むことにより、樹脂と顔料の分散性が向上し、色安定性、透明性、カラー再現性の優れたマスターバッチ顔料とすることができる。
更に、150℃で10分間加熱した時に発生する水以外の揮発性成分の重量濃度を、マスターバッチ顔料に対して500μg/g以下、より好ましくは100μg/g以下、更に好ましくは30μg/g以下とすることで、該マスターバッチ顔料を使用してトナーを製造した際の残留揮発性成分量が少なく、かつ色安定性、透明性のより優れたマスターバッチ顔料とすることができる。
また残留揮発性成分量の少ないキャリアを上記のトナーと混合撹拌することにより、150℃で10分間加熱した時に発生する水以外の揮発性成分の重量濃度が現像剤に対して500μg/g以下である帯電安定性の優れた電子写真トナー用現像剤が得られる。
【0022】
画像の定着方法として、周囲へのエネルギー分散の割合が大きく、消費電力の大きい非接触加熱定着方式を採用する場合であっても、上記揮発性成分量の少ないトナー、現像剤を用いることで、定着時の熱による揮発性成分量が少なく安全性の優れた電子写真画像形成方法及び装置を得ることができる。
更に、薄肉ローラや低面圧定着を採用した場合、或いはフィルムやベルト体を用いた低温定着システムを採用した場合においては、トナーを低温定着可能とするために平均分子量を低くする必要があるから、必然的に低分子量の揮発性成分が増加し易くなり問題であったが、トナー、現像剤中の揮発性成分量を限定することで、トナーの熱特性を犠牲にすることなく安全性の優れた電子写真画像形成方法及び装置を得ることができる。
【0023】
本発明のトナー、現像剤の製法や材料に関しては、条件さえ満たせば、公知の全てのものを用いることができる。
以下、項目毎に更に詳しく説明する。
≪揮発性成分定量≫
本発明における150℃で10分間加熱した時に発生する有機溶剤など水以外の揮発性成分の重量濃度は、例えば以下のパージ&トラップ(P&T)/ガスクロマトグラフィーにより求めることができる。一般にはヘッドスペース/ガスクロマトグラフィーにより揮発性成分量を測定できるが、P&T法の方が、総量をより定量的に把握できるという点で好ましい。しかし、これらの装置や条件に限定される訳ではない。また検出成分の定性は、質量分析/ガスクロマトグラフィー(MS/GC)等により決定できる。
・方法;パージ&トラップ/ガスクロマトグラフィー(P&T/GC)
・装置;島津製作所GC−17Aガスクロマトグラフ、島津C−R7Aクロマトパック、日本分析工業JHS−100A
・試料加熱温度;150℃×10min & −90℃(TENAX)
・カラム;DB−5(J&W Co.)、L=30cm、
I.D=0.32mm Film=1μm
・カラム温度;50℃(保持2分)〜270℃(10℃/min昇温)
・Inj.(試料送入)温度;250℃
・Det.(検出)温度;250℃
・キャリアガス圧力;ヘリウム、80〜120kPa
【0024】
≪揮発性成分≫
本発明で限定する揮発性成分は、150℃で10分間加熱した時に発生する水以外の揮発性成分の総量でありこの条件を満たす物質はすべて該当する。
具体的には樹脂未反応残存物、モノマー成分、残留反応溶剤、着色剤中の不純物、帯電制御剤中の不純物、外添剤不純物、トナー製造中に発生含有された不純物、マスターバッチ顔料に含有された不純物、キャリアのオーバーコート層中の揮発性成分、若しくは樹脂、帯電制御剤、顔料、マスターバッチ顔料又は外添剤の製造時、或いはトナー、現像剤の製造時に、コンタミネーションとして或いは故意に含有された各種成分等も含む。
有機溶剤としては公知の有機溶剤全てが該当し、例えば、シクロヘキサノン(155℃)、ジメチルホルムアミド(153℃)、シクロヘキサノール(161.1℃)、ブチル−β−オキシエチルエーテル(170.6℃)、o−ジクロルベンゼン(181.5℃)、m−ジクロルベンゼン(172℃)、p−ジクロルベンゼン(174℃)、n−ヘキシルアルコール(157.9℃)、等が挙げられる。なお括弧内はその物質の沸点を示す。
また沸点150℃以下の有機溶剤量を限定することは、定着時や環境帯電中に揮発し易く悪影響を与え易い溶剤を限定することになるのでより好ましい。
そのような溶剤として、例えば、二硫化炭素(46.3℃)、テトラヒドロフラン(66℃)、酢酸エチル(76.8℃)、エタノール(78.3℃)、メタノール(64.7℃)、メチルエチルケトン(79.6℃)、2−プロパノール(82.4℃)、塩化メチレン(39.95℃)、クロロホルム(61.2℃)、ベンゼン(80.1℃)、トルエン(110.63℃)、n−酢酸ブチル(124.5℃)、o−キシレン(144.41℃)、m−キシレン(139.10℃)、p−キシレン(138.35℃)、n−アミルアルコール(138.3℃)、β−オキシエチルエーテル(134.8℃)、スチレン(145.2℃)、アセトン(56.17℃)、エチルベンゼン(136.186℃)、等が挙げられるがこれらに限定されるものではない。
【0025】
≪溶融粘度≫
本発明のトナーの溶融粘度は、高架式フローテスター(島津製作所製、CFT−500)を用い、ダイスの細孔の径1mm、加圧20kg/cm2の条件で定温法により測定した。
≪軟化点≫
本発明のトナーの軟化点は、軟化点測定装置(メトラー社製、FP90)を使用して、1℃/minの昇温速度で軟化温度を測定した。
【0026】
≪ガラス転移温度(Tg)≫
本発明のトナーのTgは、下記の示差走査型熱量計を用いて、下記条件で測定した。
・示差走査型熱量計:SEIKO1DSC100、SEIKO1SSC5040(Disk Station)
・測定条件:
温度範囲: 25〜150℃
昇温速度: 10℃/min
サンプリング時間: 0.5sec
サンプル量: 10mg
【0027】
≪分子量≫
GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)による数平均分子量(Mn)、重量平均分子量(Mw)及びMpの測定は、次のように行った。
試料80mgをTHF(テトラヒドロフラン)10mlに溶解して試料液を調製し、5μmのフィルターで濾過して、この試料液100μlをカラムに注入し、下記の条件で保持時間を測定した。別に、平均分子量既知のポリスチレンを標準物質として用いてその保持時間を測定し、これに基づいて予め作成した検量線から試料の数平均分子量をポリスチレン換算で求めた。
・カラム:ガードカラム+GLR400M+GLR400M+GLR400
(全て日立製作所製)
・カラム温度 :40℃
・移動相(流量):THF(1ml/min)
・ピーク検出法 :UV(254nm)
【0028】
≪エポキシ当量≫
エポキシ当量は、JIS K7236の4.2に示される指示薬滴定法により求めた。
≪針入度≫
トナーを10gずつ計量し、20ccのガラス容器に入れ、50℃にセットした恒温槽に5時間放置した後、針入度計で針入度を測定した。
【0029】
≪マスターバッチ顔料≫
本発明のマスターバッチ顔料は、好ましくは低揮発性成分量の樹脂と顔料とを有機溶剤を用いずに加熱混練して製造することにより、揮発成分量が少なく環境帯電安定性の優れたものを得ることができる。更に、乾燥粉体顔料を用いて樹脂で濡らす方法として、水を用いることにより一層分散性を向上させることができる。
また150℃で10分間加熱した時に発生する水以外の揮発性成分の重量濃度が、マスターバッチ顔料に対して500μg/g以下、好ましくは300μg/g以下、より好ましくは100μg/g、更に好ましくは30μg/g以下とすることで、トナーにした際の環境帯電性が一層優れたものになる。
一般的に着色剤として使用される有機顔料は疎水性であるが、その製造工程においては水洗、乾燥という工程を経るため、ある程度の力を加えれば顔料凝集体内部にまで水を染み込ませることが可能である。この凝集体内部に水が染み込んだ顔料と樹脂を混合したものを、開放型の混練機を用いて100℃以上の設定温度で混練すると、凝集体内部の水は瞬時に沸点に達し体積膨張するため、凝集体内部から凝集体を解砕しようとする力が加わることになる。この凝集体内部からの力は、外部から加える力に比べ非常に効率良く凝集体を解砕する。更にこの時、樹脂は軟化点以上の温度に加熱されているため粘度が低くなり、凝集体を効率よく濡らすようになるのと同時に、凝集体内部の沸点温度近い水といわゆるフラッシングに似た効果で置換されることにより、1次粒子に近い状態で顔料が分散したマスターバッチ顔料を得ることができる。更に、水が蒸発している過程においては、水の蒸発に伴う気化熱を混練物から奪うため、混練物は100℃以下の比較的低温で且つ高粘度に保持されるため、剪断力が有効に顔料凝集体に加えられるという効果も併せ持つ。
本発明で用いるマスターバッチ顔料製造用の開放型混練機としては、通常の2本ロール、3本ロールの他、バンバリーミキサーを開放型として使用するもの、三井鉱山社製連続式2本ロール混練機等が挙げられる。
【0030】
≪バインダー樹脂≫
本発明のトナーのバインダー樹脂としては、主鎖にエポキシ樹脂部とポリオキシアルキレン部を有するポリオール樹脂を用いる。
前述したように、主鎖にエポキシ樹脂部(エポキシ基を有する繰り返し単位からなる部分)とポリオキシアルキレン部を有するポリオール樹脂を用いると、環境安定性、安定した定着特性が得られ、かつコピー定着画像面を塩化ビニル系樹脂シートに密着させた時の該シートへのトナー画像の転移防止を図ることができ、特にカラートナーに使用した場合にはカラー再現性、安定した光沢、コピー定着画像のカール防止等に効果を発揮する。
【0031】
また、上記バインダー樹脂を得るための製造工程において、少なくとも合成反応後又は合成反応中の樹脂に水を加え、減圧下で反応溶剤と水をバブリングさせ、水、反応溶剤、揮発性成分等を揮発させる工程を用意すれば、より効果的に残留溶剤、未反応モノマー、揮発性成分、水等を除去することが出来る。その際、該樹脂中の残存水分濃度が1wt%以下、好ましくは0.5wt%以下とすることにより、トナーにした際の環境帯電性がより優れたものになるので好ましい。
【0032】
≪着色剤≫
本発明のトナーの着色剤としては公知の染料及び顔料が全て使用でき、例えば、カーボンブラック、ニグロシン染料、鉄黒、ナフト−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、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、アンスラゲンイエロー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、ファイヤーレッド、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)、ファストスカレート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、クロムバーミリオン、ベンジジンオレンジ、ペリノンオレンジ、オイルオレンジ、コバルトブルー、セルリアンブルー、アルカリブルーレーキ、ピーコックブルーレーキ、ビクトリアブルーレーキ、無金属フタロシアニンブルー、フタロシアニンブルー、ファストスカイブルー、インダンスレンブルー(RS、BC)、インジゴ、群青、紺青、アントラキノンブルー、ファストバイオレットB、メチルバイオレットレーキ、コバルト紫、マンガン紫、ジオキサジンバイオレット、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等である。
着色剤の使用量は、一般にバインダー樹脂100重量部に対して0.1〜50重量部である。
【0033】
≪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が全て使用でき、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、サリチル酸誘導体の金属塩等である。
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が挙げられる。
帯電制御剤の使用量は、バインダー樹脂の種類、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等によって決定されるものであって一義的に限定されるものではないが、通常バインダー樹脂100重量部に対して0.1〜10重量部とし、好ましくは2〜5重量部とする。10重量部を超えるとトナーの帯電性が大きくなり過ぎて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。
【0034】
≪外添剤≫
本発明のトナーは、必要に応じて外添剤を含有してもよい。
外添剤としては無機微粒子や疎水化処理無機微粒子があり、それらは、公知のもの全て使用可能である。
例えば、シリカ微粒子、疎水性シリカ、脂肪酸金属塩(ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸アルミニウムなど)、金属酸化物(チタニア、アルミナ、酸化錫、酸化アンチモンなど)、フルオロポリマー等を含有してもよい。
特に好適な外添剤としては、疎水化処理されたシリカ、チタニア、アルミナ微粒子が挙げられる。
疎水化処理されたシリカ微粒子としては、HDK H2000、HDK H2000/4、HDK H2050EP、HVK21(以上、ヘキスト)やR972、R974、RX200、RY200、R202、R805、R812(以上、日本アエロジル)が挙げられる。
また、疎水化処理されたチタニア微粒子としては、P−25(日本アエロジル)やSTT−30、STT−65C−S(以上、チタン工業)、TAF−140(富士チタン工業)、MT−150W、MT−500B、MT−600B(以上、テイカ)などがある。
疎水化処理された酸化チタン微粒子としては、T−805(日本アエロジル)、STT−30A、STT−65S−S(以上、チタン工業)、TAF−500T、TAF−1500T(以上、富士チタン工業)、MT−100S、MT−100T(以上テイカ)、IT−S(石原産業)などがある。
【0035】
このような疎水化処理されたシリカ微粒子、チタニア微粒子、アルミナ微粒子は、親水性の微粒子をメチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、オクチルトリメトキシシランなどのシランカップリング剤で処理することにより得ることができる。また無機微粒子を、必要ならば熱を加えてシリコーンオイルで処理した、シリコーンオイル処理無機微粒子も好適である。
シリコーンオイルとしては、例えばジメチルシリコーンオイル、メチルフェニルシリコーンオイル、クロルフェニルシリコーンオイル、メチルハイドロジエンシリコーンオイル、アルキル変性シリコーンオイル、フッ素変性シリコーンオイル、ポリエーテル変性シリコーンオイル、アルコール変性シリコーンオイル、アミノ変性シリコーンオイル、エポキシ変性シリコーンオイル、エポキシ・ポリエーテル変性シリコーンオイル、フェノール変性シリコーンオイル、カルボキシル変性シリコーンオイル、メルカプト変性シリコーンオイル、アクリル又はメタクリル変性シリコーンオイル、α−メチルスチレン変性シリコーンオイル等が使用できる。
無機微粒子としては、例えばシリカ、アルミナ、酸化チタン、二酸化チタン、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、酸化鉄、酸化銅、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。その中でも特にシリカと二酸化チタンが好ましい。
【0036】
添加量はトナーに対し0.1〜5重量%、好ましくは0.3〜3重量%とする。
無機微粒子の一次粒子の平均粒径(数平均の粒子径)は、100nm以下、好ましくは3〜70nmである。この範囲より小さいと、無機微粒子がトナー中に埋没し、その機能が有効に発揮され難く、この範囲より大きいと、感光体表面を不均一に傷付けるので好ましくない。
本発明に使用される無機微粒子の粒子径は、動的光散乱を利用する粒径分布測定装置、例えば(株)大塚電子製のDLS−700やコールターエレクトロニクス社製のコールターN4により測定可能であるが、疎水化処理後の粒子の二次凝集を解離することは困難であるため、走査型電子顕微鏡又は透過型電子顕微鏡により得られる写真から直接粒径を求めることが好ましい。その場合、少なくとも100個の無機微粒子を観察しその長径の平均値を求める。
【0037】
≪キャリア≫
また、本発明のトナーを2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、被覆材料としては、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、ユリア樹脂などのアミノ樹脂、ポリアミド、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリメチルメタクリレート、ポリアクリロニトリル、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリスチレンやスチレンとアクリル酸系単量体との共重合体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やポリブチレンテレフタレート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、ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリトリフルオロエチレン、ポリヘキサフルオロプロピレン、フッ化ビニリデンとアクリル酸系単量体との共重合体、フッ化ビニリデンとフッ化ビニルとの共重合体、テトラフルオロエチレンとフッ化ビニリデンと非フッ化単量体とのターポリマー等のフルオロターポリマー、シリコーン樹脂等が使用できる。
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く、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。
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、或いは非磁性トナーとしても用いることができる。
【0038】
≪ワックス≫
製造される現像剤に離型性を持たせるために、融点が40〜120℃のワックスを含有させることが好ましく、特に50〜110℃のものが好ましい。ワックスの融点が高過ぎると低温での定着性が不足する場合があり、一方融点が低過ぎると耐オフセツト性や耐久性が低下する場合がある。
なお、ワックスの融点は、示差走査熱量測定法(DSC)によって求めることができる。即ち、数mgの試料を一定の昇温速度、例えば(10℃/min)で加熟したときの融解ピーク値を融点とする。
本発明に用いることができるワックスとしては、例えば固形のパラフィンワックス、マイクロワックス、ライスワックス、脂肪酸アミド系ワックス、脂肪酸系ワックス、脂肪族モノケトン類、脂肪酸金属塩系ワックス、脂肪酸エステル系ワックス、部分ケン化脂肪酸エステル系ワックス、シリコーンワニス、高級アルコール、カルナウバワックスなどを挙げることができる。また低分子量ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィンなども用いることができる。
特に、環球法による軟化点が70〜150℃のポリオレフィンが好ましく、更には120〜150℃のポリオレフィンがより好ましい。
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などの脂肪酸金属塩、ソープフリー乳化重合などによって製造された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ポリマー微粒子などを挙げることができる。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0.01〜1μmのものが好ましい。
【0039】
≪磁性材料≫
本発明のトナーは、磁性材料を含有させることにより、磁性トナーとしても使用し得る。磁性トナーとするには、トナー粒子に磁性体の微粒子を含有させれば良い。斯かる磁性体としては、フェライト、マグネタイトをはじめとする鉄、ニッケル、コバルトなどの強磁性を示す金属又は合金若しくはこれらの元素を含む化合物、強磁性元素を含まないが適当な熱処理を施すことによって強磁性を示すようになる合金、例えばマンガン・銅・アルミニウム、マンガン・銅・錫などのマンガンと銅を含むホイスラー合金と呼ばれる種頼の合金、二酸化クロムなどを挙げることができる。
磁性体は、平均粒径が0.1〜1μmの微粉末の形態で均一に分散されて含有されることが好ましい。磁性体の含有割合は、得られるトナー100重量部に対して、10〜70重量部であることが好ましく、特に20〜50重量部であることが好ましい。
【0040】
≪製造方法≫
本発明のトナーの製造方法としては、少なくともバインダー樹脂、主帯電制御剤及び顔料を含む現像剤成分を機械的に混合する工程、溶融混練する工程、粉砕する工程、分級する工程を有する方法が用いられる。また機械的に混合する工程や溶融混練する工程において、粉砕又は分級する工程で得られる製品となる粒子以外の粉末を戻して再利用する製造方法も含まれる。
ここで言う製品となる粒子以外の粉末(副製品)とは、溶融混練する工程後、粉砕工程で得られる所望の粒径の製品となる成分以外の微粒子や粗粒子、引き続いて行われる分級工程で発生する所望の粒径の製品となる成分以外の微粒子や粗粒子を意味する。このような副製品を、混合工程や溶融混練する工程で、好ましくは副製品:その他原材料=1:99〜50:50の重量比率で混合する。
少なくともバインダー樹脂、主帯電制御剤、顔料及び副製品を含む現像剤成分を機械的に混合する工程は、回転させる羽による通常の混合機などを用いて通常の条件で行えばよく、特に制限はない。
【0041】
以上の混合工程が終了したら、次いで混合物を混練機に仕込んで溶融混練する。溶融混練機としては、一軸、二軸の連続混練機や、ロールミルによるバッチ式混練機を用いることができる。例えば、神戸製鋼所社製KTK型2軸押出機、東芝機械社製TEM型押出機、ケイ・シー・ケイ社製2軸押出機、池貝鉄工所社製PCM型2軸押出機、ブス社製コニーダー等が好適に用いられる。
この溶融混練は、バインダー樹脂の分子鎖を切断しないように適正な条件で行うことが重要である。具体的には、溶融混練温度は、バインダー樹脂の軟化点を参考に行うべきであり、軟化点より低温過ぎると切断が激しく、高温過ぎると分散が進まない。
以上の混合工程が終了したら、続いて混合物を混練機に仕込んで溶融混練する。溶融混練機としては、一軸、二軸の連続混練機や、ロールミルによるバッチ式混練機を用いることができる。例えば、2本ロール、バンバリーミキサーや連続式の2軸押出し機、神戸製鋼所社製KTK型2軸押出機、東芝機械社製TEM型2軸押出機、ケイ・シー・ケイ社製2軸押出機、池貝鉄工所社製PCM型2軸押出機、栗本鉄工所社製KEX型2軸押出し機、連続式の1軸混練機、例えばブッス社製コ・ニーダ等が好適に用いられる。
上記混練機は、トナー、樹脂又はマスターバッチ中の揮発性成分量を減少させるため、開放系として用いることが望ましい。
また、ベントバレルにベントポート等を設置して、1×103〜9×104Pa程度(より好ましくは、1×104〜5×104Pa)の減圧下で脱気して揮発性成分量を減少させる溶融混練法が好ましい。
また、加熱温度も120〜190℃程度まで変化させることができ、140〜190℃の高温で混練して揮発成分を一層除き易くすることもできる。
更に、押し出し速度を遅くすれば、より十分に揮発成分を除去できる。
この溶融混練は、バインダー樹脂の分子鎖を切断しないように適正な条件で行うことが重要である。具体的には、溶融混練温度は、バインダー樹脂の軟化点を参考に行うべきであり、軟化点より低温過ぎると切断が激しく、高温過ぎると分散が進まない。
【0042】
以上の溶融混練工程が終了したら、次いで混練物を粉砕する。この粉砕工程においては、まず粗粉砕した後、微粉砕することが好ましい。その際ジェット気流中で衝突板に衝突させて粉砕したり、機械的に回転するローターとステーターの狭いギャップで粉砕する方式が好ましく用いられる。
この粉砕工程が終了した後に、粉砕物を遠心力などにより気流中で分級し、所定の粒径、例えば5〜20μmの平均粒径の現像剤を製造する。
また、現像剤を調製する際には、現像剤の流動性や保存性、現像性、転写性を高めるために、以上のようにして製造された現像剤に更に先に挙げた疎水性シリカ微粉末等の無機微粒子を添加混合してもよい。
外添剤の混合には一般の粉体用の混合機が用いられるが、ジャケット等を装備して内部の温度を調節できるようにすることが好ましい。外添剤に与える負荷の履歴を変えるには、途中又は漸次外添剤を加えていけばよい。もちろん、混合機の回転数、転動速度、時間、温度などを変化させてもよい。始めに強い負荷を、次に比較的弱い負荷を与えても良いし、その逆でも良い。
使用できる混合設備の例としては、V型混合機、ロッキングミキサー、レーディゲミキサー、ナウターミキサー、ヘンシェルミキサーなどが挙げられる。
【0043】
≪非接触定着システム≫
本発明で採用する定着システムとしては、非接触加熱定着システム、例えばオーブン定着、フラッシュ定着の場合に一層効果が発揮される。即ち、周囲へのエネルギー分散の割合が大きく消費電力の大きい非接触加熱定着方式を用いる場合であっても、揮発性成分量の少ないトナー、現像剤を用いることで、定着時の熱による揮発性成分量が少なく安全性の優れた電子写真画像形成方法及び装置が得られる。
なお非接触定着方式では、画像表面の平滑性が十分でない場合が多いので、より低温での定着を望む場合には、定着後に更に加熱ローラを通して画像光沢を向上させる方法を併用するとよい。
【0044】
≪フィルム定着≫
本発明の定着システムとしては、固定設置された加熱体と、該加熱体に対向して圧接かつ回転し、フィルム材を介して記録材を該加熱体に圧着させる加圧部材によりトナー像を記録材上に加熱定着する定着方法を採用した場合に、より効果が発揮される。即ち、フィルムやベルト体を用いた低温定着システムにおいては、トナーを低温定着可能とするために平均分子量を低くする必要があり、必然的に低分子量の揮発性成分が増加し易い傾向となり問題であったが、トナー、現像剤中の揮発性成分量を限定することで、トナーの熱特性を犠牲にすることなく安全性の優れた電子写真画像形成方法及び装置が得られた。
本発明で用いる定着フィルム材は特に限定されるものではなく、耐熱性、離型性、耐久性に優れた、厚みが100μm以下、好ましくは50μm以下の薄肉のものが使用でき、その例としては次のような材質の単層フィルム又は複合フィルムが挙げられる。
即ち、単層フィルムとしては、ポリエステル、四フッ化エチレン重合体、ポリイミド、ポリエーテルイミド、エチレン・四フッ化エチレン共重合体、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体、四フッ化エチレン・パーフロロアルキルビニルエーテル共重合体、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン・パーフロロアルキルビニルエーテル共重合体等のフッ素樹脂などの耐熱樹脂が挙げられ、また複合フィルムとしては、少なくとも画像当接面側にPTFE(四フッ化エチレン重合体)に導電材を添加した離型性コート層を5〜15μm厚に施こしたものなどが挙げられる。
【0045】
更に詳しくは、装置の架台に固定して設置された加熱体は、好ましくは低熱容量のライン状のものであり、例えば厚さ0.2〜5.0mm、好ましくは0.5〜3.5mm、幅10〜15mm、長手長240mmのアルミナ基盤に抵抗材料を厚さ1.3mmに塗布したものであって両端より通電される。
通電は、例えばDC100Vの周期25msのパルス波形で温度センサーにより制御された温度・エネルギー放出量に応じたパルス幅に変化させて与える。
低熱容量ライン状加熱体において温度センサーで検出された温度T1に対し、抵抗材料に対向するフィルム材の表面温度T2はT1よりも低い温度となる。ここで、T1は140〜200℃が好ましく、T2の温度はT1の温度と比較し0.5〜10℃低いことが好ましい。また、フィルム材がトナー定着面から剥離する部分におけるフィルム材の表面温度T3はT2とほぼ同等である。
フィルム材は、駆動ローラーと従動ローラーによる駆動とテンションにより、シワ・ヨレがなく搬送される。
加圧ローラーはシリコンゴム等の離型性の高いゴム弾性層を有し、総圧2〜30kgでフィルム材を介して加熱体を加圧しつつ圧接回転する。
【0046】
上記定着方法に用いられる定着装置の一実施例の概略構成を図1に示す。
図1において、4は固定設置された加熱体で、抵抗材料が塗布されたアルミナ基板5及び温度センサ6を有しており、温度センサ6で温度を検知し、図示しない制御機構によりアルミナ基板の温度及びエネルギー放出量を制御している。
2はエンドレスベルト状のフィルム材で、1はフィルム材2を駆動する駆動ローラー、3は従動ローラー、8はフィルム材2を介して記録材を加熱体4に圧着させる加圧ローラーである。7は記録材を定着装置へ導くガイド板で、トナー画像を有する記録材(紙などの転写紙)はトナー像をフィルム材2の面に接するように矢印Kの方向に移動し定着装置へ送入され定着される。
【0047】
≪低面圧定着≫
本発明の定着システムは、2本のローラの間を通すことによって加熱溶融して定着を行う電子写真画像形成方法であって、トナー像支持面と接触する側の定着ローラの厚みが0.7mm以下で、かつ、2本のローラ間に加わる面圧(ローラ荷重/接触面積)が1.5×105 Pa以下である場合に、より効果が発揮される。前記ローラの厚み及び面圧の下限は、それぞれ0.01mm、1.0×10Paであり、厚みが0.01mm未満では、ローラとしての硬さが十分でなく、
均一な定着に悪影響を与え、画像ムラが発生してしまうので好ましくなく、面圧が1.0×10Pa未満では、面圧が小さ過ぎてトナーを十分定着できず、十分な鮮明性、光沢、色再現性のある画像が得られないので好ましくない。
また、このような低面圧定着システムにおいては、トナーを低圧定着可能とするため平均分子量を低くする必要があり、前記低温定着の場合と同様、必然的に低分子量の揮発性成分が増加し易い傾向となり問題であったが、トナー、現像剤中の揮発性成分量を限定することで、トナーの熱特性を犠牲にすることなく安全性の優れた電子写真画像形成方法及び装置が得られた。
【0048】
上記定着方法に用いられる定着装置の一実施例の概略構成を図2に示す。
図2において、11は定着ローラ、12は加圧ローラをそれぞれ表している。定着ローラ11は、アルミニウム、鉄、ステンレス又は真鍮のような高熱伝導体から構成された金属シリンダー13の表面に、RTV、シリコンゴム、テトラフルオロエチレン、パーフルオロアルキルビニルエーテル(PFA)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)のようなオフセット防止層14が被覆されたものである。定着ローラ11の内部には、加熱ランプ15が配置されている。加圧ローラ12の金属シリンダー16は定着ローラ11と同じ材質が用いられる場合が多く、その表面にはPFA、PTFAなどのオフセット防止層17が被覆されている。また、必ずしも必要ではないが、加圧ローラ12の内部には加熱ランプ18が配置されている。定着ローラ11と加圧ローラ12は、図示してはいないが、両端のバネにより圧接されて回転する。この定着ローラ11と加圧ローラ12の間にトナー像Tの記録材S(紙などの転写紙)を通過させて定着を行う。
【0049】
実施例
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。なお、以下の例おいて、「部」とあるのは、「重量部」である。
また、実施例及び比較例における評価は以下のようにして行い、得られた特性及び評価結果は、纏めて表1〜表2に示した。〔表中の左上のカラム「揮発性成分量(μg/g)」は、「150℃で10分間加熱した時に発生する水以外の揮発性成分量のトナーに対する重量濃度(μg/g)」を省略して記載したものである。〕
【0050】
〔評価機〕
以下の評価機A、B、C、Dの何れかを用いて対象となる画像を評価した。
・評価機A
4色の現像部が2成分系現像剤を1つのドラム状感光体に各色現像し、中間転写体に順次転写し、転写紙等に4色を一括転写する方式のフルカラーレーザー複写機イマジオカラー2800を改造した装置。
・評価機B
非接触定着システムを含む、電子写真方式のフルカラーオンディマンド機であるXEIKON社製DCP32D。
(この評価機を用いて、オーブン定着温度140℃、印刷速度を15ppm/A4、35ppm/A4に設定して画像評価した。)
・評価機C
リコー製複写機MF−200の定着部を、電子写真用現像剤を用いて現像工程及び転写工程を終了した後、固定設置された加熱体と、該加熱体に対向して圧接回転しフィルム材を介して記録材を該加熱体に圧着させる加圧部材とにより、トナー像を該記録材上に加熱定着する定着手段を備えた定着装置に変更、改造したもの(図1参照)。
・評価機D
低面圧定着機として、定着ローラーにテフロンローラーを使用した(株)リコー製複写機MF−200の定着部を改造した装置(図2参照)。
(この評価機を用い、リコー製のタイプ6200紙をセットして複写テストを行った。なお、転写材に形成したトナー像を、2本のローラの間を通すことによって加熱溶融して定着を行う定着手段を備え、トナー像支持面と接触する側の定着ローラの厚みが0.5mmで、かつ2本のローラ間に加わる面圧(ローラ荷重/接触面積)が1.2×105Paの定着機を用いた。)
【0051】
〔評価項目〕
(1)画像濃度
ベタ画像をリコー社製6000ペーパーに画像出力後、画像濃度をX−Rite(X−Rite社製)により測定。これを4色別々に行い平均値を求めた。
この平均値についての評価基準は次のとおりである。
◎ : 1.8以上2.2未満の場合
○ : 1.4以上1.8未満の場合
△ : 1.2以上1.4未満の場合
× : 1.2未満の場合、
(2)トナー飛散度
単色モードで7%画像面積の画像チャートを50,000枚ランニング出力した後、現像部回りのトナー飛散程度を評価した。評価基準は次のとおりである。
◎ : トナー飛散量がなく、とても良好な場合
○ : トナー飛散量がなく、良好な場合
△ : 僅かに飛散が観測される場合
× : 飛散量が多い場合
(3)耐熱保存性
各色トナーを10gずつ計量し、20ccのガラス容器に入れ、100回程度ガラス瓶をタッピングし、50℃にセットした恒温槽に24時間放置した後、針入度計で針入度を測定した。この針入度の評価基準は次のとおりである。
◎ : 20mm以上
○ : 15mm以上20mm未満
△ : 10mm以上15mm未満
× : 10mm未満
【0052】
(4)透明性
OHPシート上に、それぞれ単色で画像濃度;1.0mg/cm2、定着温度;150℃の条件で定着し、スガ試験機社製の直続ヘーズコンピューターHGM−2DP型により測定した。評価は、透明性の良好な順に「◎、○、△、×」とした。
(5)色の鮮やかさ、色再現性
色の鮮やかさ、色再現性については、リコー社製6000ペーパーに出力した画像を視覚的に評価した。評価は、良好な順に「◎、○、△、×」とした。
(6)光沢
リコー社製6000ペーパーに出力した画像を、光沢度計(VG−1D)(日本電色社製)を用い、投光角度、受光角度をそれぞれ60°に合わせて測定した。光沢度の評価基準は次のとおりである。
◎ : 20以上
○ : 10以上20未満
△ : 5以上〜10未満
× : 5未満
(7)画像紙のカール性
リコー社製6000ペーパーに画像出力後、出力した画像紙のカール性を評価した。カールせず良好なものを「○」、カールして好ましくないものを「×」、カールの程度がその中間のものを「△」とした。
【0053】
(8)環境帯電安定性
温度40℃、湿度90%の環境において、単色モードで7%画像面積の画像チャートを30,000枚ランニング出力する間に、1000枚毎に現像剤を一部サンプリングしてブローオフ法により帯電量を測定し、帯電安定性を評価した。
評価は、帯電低下が少なく良好な順に「◎、○、△、×」とした。
(9)定着性
トナーの定着下限温度、定着上限温度が定着温度領域内で十分あり、ホットオフセット、コールドオフセットが発生せず、紙づまり等の搬送トラブルも発生し難く、定着の良好な順に「◎、○、△、×」として総合的な定着性を評価した。
(10)耐塩ビシート性
リコー社製6000ペーパーに画像出力後、塩化ビニル系シートに密着させ、常温で180時間放置する保存実験を行い、塩ビシートへの画像の移転を評価した。評価基準は、画像紙をシートから離すとトナー画像が一部又は全部剥離し、またシートも汚れてしまうものを「×」、そのような現象の発生しない耐塩ビシート性の高いものを「○」とした。
【0054】
実施例1
≪エポキシポリオール樹脂1≫
撹拌装置、温度計、N2導入口、冷却管付セパラブルフラスコに、次の組成物を加えた。
次いで、N2雰囲気下で70〜100℃まで昇温し、塩化リチウムを0.183g加え、更に160℃まで昇温して減圧下で水を加え、水とキシレンをバブリングさせることにより、水、キシレン及び他の揮発性成分を除去し、180℃の反応温度で6〜9時間重合させて、Mn;3800、Mw/Mn;3.9、Mp;5000、軟化点109℃、Tg58℃、エポキシ当量30000のポリオール樹脂(以下エポキシポリオール樹脂1という)1000gを得た。主鎖のポリオキシアルキレン部については、NMR(核磁気共鳴分析装置)により確認した。なお樹脂を150℃で10分間加熱した時に発生する水以外の揮発性成分の重量濃度は、樹脂に対して38μg/gであった。
【0055】
≪トナーの製造≫
<ブラックトナー>
下記原材料をヘンシェルミキサーで混合し、顔料凝集体中に水が染み込んだ混合物を得た。これを、ロ−ル表面温度130℃に設定した2本ロールにより45分間混練した後、圧延冷却し、パルペライザーで粉砕してマスターバッチ顔料1を得た。
・水 1000部
・フタロシアニングリーン含水ケーキ(固形分30%) 200部
・カーボンブラック(MA60、三菱化学社製) 540部
・エポキシポリオール樹脂1 1200部
次に、下記材料をミキサーで混合した後、2本ロールミルを用いて140℃で溶融混練し、混練物を圧延冷却した。その後ジェットミルによる衝突板方式の粉砕機(I式ミル;日本ニューマチック工業社製)と旋回流による風力分級(DS分級機;日本ニューマチック工業社製)を行い、体積平均粒径8.5μmのブラック色の着色粒子を得た。
・エポキシポリオール樹脂1 100部
・マスターバッチ顔料1 8部
・帯電制御剤(オリエント化学社製、ボントロン E−84) 2部
更に、疎水性シリカ(H2000、クラリアントジャパン)を0.5wt%添加し、ヘンシェルミキサーで混合した後、目開き50μmの篩を通過させて凝集物を取り除くことによりブラックトナーを得た。
このトナーの140℃での溶融粘度は、96mPas・secであった。
【0056】
<イエロートナー>
下記原材料をヘンシェルミキサーで混合し、顔料凝集体中に水が染み込んだ混合物を得た。これを、ロ−ル表面温度130℃に設定した2本ロールにより45分間混練した後、圧延冷却し、パルペライザーで粉砕してマスターバッチ顔料2を得た。
・水 600部
・Pigment Yellow17含水ケーキ(固形分50%)200部
・エポキシポリオール樹脂1 1200部
次に、下記材料をミキサーで混合した後、2本ロールミルを用いて140℃で溶融混練し、混練物を圧延冷却した。その後、ブラック色の着色粒子製造例と同様に粉砕分級を行い、体積平均粒径8.5μmのイエロー色の着色粒子を得た。
・エポキシポリオール樹脂1 100部
・マスターバッチ顔料2 8部
・帯電制御剤(オリエント化学社製、ボントロン E−84) 2部
更に、疎水性シリカ(H2000、クラリアントジャパン)を0.5wt%添加し、ヘンシェルミキサーで混合した後、目開き50μmの篩を通過させ凝集物を取り除くことによりイエロートナーを得た。
このトナーの140℃での溶融粘度は、98mPas・secであった。
【0057】
<マゼンタトナー>
下記原材料をヘンシェルミキサーで混合し、顔料凝集体中に水が染み込んだ混合物を得た。これを、ロ−ル表面温度130℃に設定した2本ロールにより45分間混練した後、圧延冷却し、パルペライザーで粉砕してマスターバッチ顔料3を得た。
・水 600部
・Pigment Red57含水ケーキ(固形分50%) 1200部
・エポキシポリオール樹脂1 1200部
次に、下記材料をミキサーで混合した後、2本ロールミルを用いて140℃で溶融混練し、混練物を圧延冷却した。その後、ブラック色の着色粒子製造例と同様に粉砕分級を行い、体積平均粒径8.5μmのマゼンタ色の着色粒子を得た。
・エポキシポリオール樹脂1 100部
・マスターバッチ顔料3 8部
・帯電制御剤(オリエント化学社製、ボントロン E−84) 2部
更に、疎水性シリカ(H2000、クラリアントジャパン)を0.5wt%添加し、ヘンシェルミキサーで混合した後、目開き50μmの篩を通過させ凝集物を取り除くことによりマゼンタトナーを得た。
このトナーの140℃での溶融粘度は、17mPas・secであった。
【0058】
<シアントナー>
下記原材料をヘンシェルミキサーで混合し、顔料凝集体中に水が染み込んだ混合物を得た。これを、ロ−ル表面温度130℃に設定した2本ロールにより45分間混練した後、圧延冷却し、パルペライザーで粉砕してマスターバッチ顔料4を得た。
・水 600部
・Pigment Blue15:3含水ケーキ(固形分50%)
1200部
・エポキシポリオール樹脂1 1200部
次に、下記材料をミキサーで混合した後、2本ロールミルを用いて140℃で溶融混練し、混練物を圧延冷却した。その後、ブラック色の着色粒子製造例と同様に粉砕分級を行い、体積平均粒径8.5μmのシアン色の着色粒子を得た。
・エポキシポリオール樹脂1 100部
・マスターバッチ顔料4 8部
・帯電制御剤(オリエント化学社製、ボントロン E−84) 2部
更に、疎水性シリカ(H2000、クラリアントジャパン)を0.5wt%添加し、ヘンシェルミキサーで混合した後、目開き50μmの篩を通過させ凝集物を取り除くことによりシアントナーを得た。
このトナーの140℃での溶融粘度は、34mPas・secであった。
【0059】
≪2成分系現像剤評価≫
2成分系現像剤で画像評価する場合は、シリコーン樹脂により0.3μmの平均厚さでコーティングされた平均粒径50μmのフェライトキャリアを用い、キャリア100重量部に対し各色トナー5重量部を容器が転動して攪拌される型式のターブラーミキサーを用いて均一混合し帯電させて、現像剤を作成した。なおコーティング条件を変えることにより低揮発性成分量のキャリアを製造した。
この実施例1において、150℃で10分間加熱した時に発生する水以外の揮発性成分の重量濃度は、現像剤に対して380μg/gであった。
【0060】
実施例2〜22
表3に示す添加量及び物性の原材料を用いて、実施例1と同様にして製造した樹脂を使用した点以外は、実施例1と全く同様にしてトナー、現像剤を作成し評価した。
【0061】
実施例23
150℃で10分間加熱した時に発生する水以外の沸点150℃以下の揮発性成分重量濃度が、トナーに対して60μg/gとなるようにトナーの製造条件を変更した点以外は、実施例1と全く同様にしてトナー、現像剤を作成し評価した。
具体的には、混練機として東芝機械社製TEM型2軸押出機を改造して開放型としたものを用い、練り強度をより強くして混練りした。
【0062】
実施例24
150℃で10分間加熱した時に発生する有機溶剤の重量濃度が、トナーに対して17μg/gとなるようにトナーの製造条件を変更した点以外は、実施例1と全く同様にしてトナー、現像剤を作成し評価した。
具体的には、混練機として東芝機械社製TEM型2軸押出機を改造したものを用い、ベントバレルにベントポート等を設置して、3×104Paの減圧下で脱気しながら混練した。
【0063】
実施例25
150℃で10分間加熱した時に発生する沸点150℃以下の有機溶剤の重量濃度が、トナーに対して17μg/gとなるようにトナーの製造条件を変更した点以外は、実施例1と全く同様にしてトナー、現像剤を作成し評価した。
具体的には、混練機として東芝機械社製TEM型2軸押出機を改造したものを用い、ベントバレルにベントポート等を設置して、2×104Paの減圧下で脱気しながら混練りした。
【0064】
実施例26
ブラックトナーの140℃での溶融粘度を121mPas・sec、イエロートナーの140℃での溶融粘度を122mPas・sec、となるように、トナーの混練条件を変更した点以外は、実施例1と全く同様にしてトナー、現像剤を作成し評価した。
具体的には、混練機として東芝機械社製TEM型2軸押出機を改造したものを用い。混練り温度を110℃として、混練りの強度を弱くして用いた。
【0065】
実施例27
トナーの軟化点が113℃、かつガラス転移温度(Tg)が61℃になるようにトナーの混練条件を変更した点以外は、実施例1と全く同様にしてトナー、現像剤を作成し評価した。
具体的には、混練機として神戸製鋼所社製KTK型2軸押出機を改造したものを用い、単位時間当りの押出し量を多くして用いた。
【0066】
実施例28
トナーの数平均分子量(Mn)が3750、かつ重量平均分子量/数平均分子量(Mw/Mn)が4.0、かつ、少なくとも1つのピーク分子量(Mp)が、5000となるようにトナーの製造条件を変えた点以外は、実施例1と全く同様にしてトナー、現像剤を作成し評価した。
具体的には、混練機として神戸製鋼所社製KTK型2軸押出機を改造したものを用い、単位時間当りの押出し量を多くして用いた。
【0067】
実施例29
マスターバッチ顔料製造時にアセトンを加え、バインダー樹脂のエポキシ当量が9000になるように樹脂の合成条件を変更した点以外は、実施例1と全く同様にしてマスターバッチ顔料1〜4を使用して、ブラックトナー、イエロートナー、マゼンタトナー、シアントナー及び現像剤を作成し評価した。
具体的には、樹脂の合成過程で、N2雰囲気下で60℃まで昇温し、塩化リチウムを0.17g加え、更に150℃まで昇温して減圧下で水を加え、水とキシレンをバブリングさせることにより、水、キシレン及び他の揮発性成分を除去し、160℃の反応温度で5時間重合させて樹脂を得た。
【0068】
実施例30
水、含水ケーキ顔料、樹脂を混合して150℃で30分間混練し、続いてキシレン1000部を加えて更に1時間混練し、水とキシレンを除去後、圧延冷却し、パルペライザーで粉砕し、更に3本ロールミルで2パスして製造したマスターバッチ顔料1〜4を用いた点以外は実施例1と全く同様にして、ブラックトナー、イエロートナー、マゼンタトナー、シアントナー及び現像剤を作成し評価した。
マスターバッチ顔料を150℃で10分間加熱した時に発生する揮発性成分の重量濃度は、マスターバッチ顔料に対して483μg/gであった。
【0069】
実施例31
バインダー樹脂の水分濃度が1.2wt%になるように水分揮発条件を変更した点以外は、実施例1と全く同様にしてトナー、現像剤を作成し評価した。
具体的には、重合反応温度170℃で5時間重合させて樹脂を得た。
【0070】
実施例32
マスターバッチ顔料製造時に、顔料として乾燥粉体顔料を用い、顔料(固形分量)、樹脂、水の重量比を実施例1と同一にした点以外は、実施例1と全く同様にしてトナー、現像剤を作成し評価した。
マスターバッチ顔料を150℃で10分間加熱した時に発生する揮発性成分の重量濃度は、マスターバッチ顔料に対して18μg/gであった。
乾燥粉体顔料は実施例1の各色のトナー成分を次のように変更した点以外は実施例1と同様にして作成したものである。
<ブラックトナー>
フタロシアニングリーン含水ケーキ(固形分30%)200部を、
フタロシアニングリーン乾燥粉体(固形分100%)71部に変更
<イエロートナー>
Pigment Yellow17含水ケーキ(固形分50%)200部を、
Pigment Yellow17乾燥粉体(固形分100%)100部に変更
<マゼンタトナー>
Pigment Red57含水ケーキ(固形分50%)1200部を、
Pigment Red57乾燥粉体(固形分100%)600部に変更
<シアントナー>
Pigment Blue15:3含水ケーキ(固形分50%)1200部を
Pigment Blue15:3乾燥粉体(固形分100%)600部に変更
【0071】
参考例1
バインダー樹脂をポリエステル樹脂(酸価;3、水酸基価;25、Mn;45000、Mw/Mn;4.0、Tg;60℃)に変更し、トナー中の揮発性成分量を低減させた点以外は、実施例1と全く同様にしてトナー、現像剤を作成し評価した。
【0072】
実施例33
評価機をBにした以外は実施例1と全く同様にしてトナー、現像剤を作成し評価した。
【0073】
実施例34
評価機をCにした以外は実施例1と全く同様にしてトナー、現像剤を作成し評価した。
【0074】
実施例35
評価機をDにした以外は実施例1と全く同様にしてトナー、現像剤を作成し評価した。
【0075】
実施例36
150℃で10分間加熱した時に発生する水以外の揮発性成分重量濃度が、トナーに対して900μg/gとなるようにトナーの製造条件、特に混練り条件を変更した点以外は、実施例1と全く同様にしてトナー、現像剤を作成し評価した。
具体的には、混練機として東芝機械社製TEM型2軸押出機を改造し密閉型としたものを用いた。また加熱温度をより低温の120℃とし、押出し速度も実施例1の2倍の速度に変更して混練した。
【0076】
実施例37
150℃で10分間加熱した時に発生する水以外の揮発性成分重量濃度が、トナーに対して18μg/gとなるようにトナーの製造条件、特に混練り条件を変更した点以外は、実施例1と全く同様にしてトナー、現像剤を作成し評価した。
具体的には、混練機として東芝機械社製TEM型2軸押出機を改造したものを用い、ベントバレルにベントポート等を設置し、2×104Paの減圧下で脱気しながら混練りした。また混練温度をより高温の190℃とし、押出し速度も実施例1の1/2倍の速度に変更して用いた。
【0077】
実施例38
実施例1において評価機をDに変更して、定着ローラ厚みを1mm、かつ面圧を2.0×105Paとした以外は、実施例1と全く同様にしてトナー、現像剤を作成し評価した。
【0078】
参考例2
実施例1において、Mn;2500、Mw/Mn=2.5、Mp;4000、軟化点80℃、Tg51℃のポリオール樹脂を用いた以外は、実施例1と全く同様にしてトナー、現像剤を作成し評価した。各色トナーの140℃での溶融粘度は0.5mPas・secであった。
【0079】
比較例1
150℃で10分間加熱した時に発生する揮発性成分の重量濃度が、トナーに対して2560μg/gとなるようにトナーの製造条件を変更した点以外は、実施例1と全く同様にしてトナー、現像剤を作成し評価した。
具体的には、混練機としてケイ・シー・ケイ社製2軸押出機を改造したものを用い、密閉型で混練りした。また加熱温度をより低温の110℃とし、押出し速度も実施例1の2倍の速度に変更して用いた。
【0080】
比較例2
バインダー樹脂をポリエステル(酸価;4、Mn;45000、Mw/Mn;4.0、Tg;61℃、軟化点106℃)に変更し、150℃で10分間加熱した時に発生する揮発性成分の重量濃度を、トナーに対して1260μg/gとなるようにトナーの製造条件を変更した点以外は、実施例1と全く同様にしてトナー、現像剤を作成し評価した。
具体的には、混練機として栗本鉄工所社製KEX型2軸押出し機を改造したものを用い、密閉型で混練りした。また加熱温度をより低温の120℃とし、押出し速度も実施例1の2.5倍の速度に変更して用いた。
【0081】
比較例3
実施例1において評価機をDに変更し、定着ローラ厚みを0.008mmとした点以外は、実施例1と全く同様にしてトナー、現像剤を作成し評価した。
この場合、ローラの硬さが十分でなく正常に画像が出力できなかった。
【0082】
比較例4
実施例1において評価機をDに変更し、面圧を8.0Paとした点以外は、実施例1と全く同様にしてトナー、現像剤を作成し評価した。
この場合、ローラの面圧が十分でなく、トナーが正常に定着されず、正常な画像が出力できなかった。
【0083】
【表1】
【0084】
【表2】
【0085】
【表3】
【0086】
【発明の効果】
150℃で10分間加熱した時に発生する水以外の揮発性成分の濃度を限定した電子写真用トナー、現像剤を使用することにより、環境に優しく、安全性が高く、トナー飛散が発生し難く、安定した定着特性と保存性を示し、環境帯電安定性が優れ、種々の環境下でも安定した画像が得られ、塩ビマットに転移しない画像を得ることができる。
更にカラートナーに用いた場合、適正な光沢や色再現性を示し、実質的に画像面にカールのない印刷物を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の電子写真画像形成方法に用いられる定着装置の一例を示す概略構成図である。
【図2】本発明の電子写真画像形成方法に用いられる定着装置の他の例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
1 駆動ローラ
2 定着フィルム材
3 テンションローラ
4 加熱体
5 アルミナ基板
6 温度センサ
7 給紙ガイド
8 加圧ローラ
K 記録材の移動方向
11 定着ローラ
12 加圧ローラ
13 金属シリンダー(定着ローラ)
14 オフセット防止層(定着ローラ)
15 加熱ランプ(定着ローラ)
16 金属シリンダー(加圧ローラ)
17 オフセット防止層(加圧ローラ)
18 加熱ランプ(加圧ローラ)
T トナー像
S 記録材
Claims (30)
- 少なくとも、主鎖にエポキシ樹脂部とポリオキシアルキレン部を有するポリオール樹脂からなり、150℃で10分間加熱した時に発生する水以外の揮発性成分の重量濃度が樹脂に対して100μg/g以下であるバインダー樹脂と着色剤とを含有し、150℃で10分間加熱した時に発生する水以外の揮発性成分の重量濃度が、トナーに対して1000μg/g以下であることを特徴とする電子写真用トナー。
- 少なくとも、主鎖にエポキシ樹脂部とポリオキシアルキレン部を有するポリオール樹脂からなり、150℃で10分間加熱した時に発生する水以外の揮発性成分の重量濃度が樹脂に対して100μg/g以下であるバインダー樹脂と着色剤とを含有し、150℃で10分間加熱した時に発生する水以外の沸点150℃以下の揮発性成分の重量濃度が、トナーに対して900μg/g以下であることを特徴とする電子写真用トナー。
- 少なくとも、主鎖にエポキシ樹脂部とポリオキシアルキレン部を有するポリオール樹脂からなり、150℃で10分間加熱した時に発生する水以外の揮発性成分の重量濃度が樹脂に対して100μg/g以下であるバインダー樹脂と着色剤とを含有し、150℃で10分間加熱した時に発生する有機溶剤の重量濃度が、トナーに対して800μg/g以下であることを特徴とする電子写真用トナー。
- 少なくとも、主鎖にエポキシ樹脂部とポリオキシアルキレン部を有するポリオール樹脂からなり、150℃で10分間加熱した時に発生する水以外の揮発性成分の重量濃度が樹脂に対して100μg/g以下であるバインダー樹脂と着色剤とを含有し、150℃で10分間加熱した時に発生する沸点150℃以下の有機溶剤の重量濃度が、トナーに対して700μg/g以下であることを特徴とする電子写真用トナー。
- 前記トナーの140℃での溶融粘度が1mPas・sec以上120mPas・sec以下であることを特徴とする請求項1〜4の何れかに記載の電子写真用トナー。
- 前記トナーの軟化点が70〜160℃、かつガラス転移温度(Tg)が40〜70℃であることを特徴とする請求項1〜5の何れかに記載の電子写真用トナー。
- 前記トナー樹脂の数平均分子量(Mn)が1000〜10000、かつ重量平均分子量/数平均分子量(Mw/Mn)が1.5〜20、かつ少なくとも1つのピーク分子量(Mp)が1000〜6000であることを特徴とする請求項1〜6の何れかに記載の電子写真用トナー。
- 前記ポリオール樹脂の末端が不活性であることを特徴とする請求項1〜7の何れかに記載の電子写真用トナー。
- 前記ポリオール樹脂が、(a)エポキシ樹脂、(b)2価フェノールのアルキレンオキサイド付加物又はそのグリシジルエーテル、(c)エポキシ基と反応する活性水素を分子中に1個有する化合物、(d)エポキシ基と反応する活性水素を分子中に2個以上有する化合物、を反応させて得られるものであることを特徴とする請求項1〜8の何れかに記載の電子写真用トナー。
- 前記エポキシ樹脂部が、数平均分子量の異なる2種以上のビスフェノールA型エポキシ樹脂部からなることを特徴とする請求項9記載の電子写真用トナー。
- 前記数平均分子量の異なる2種以上のビスフェノールA型エポキシ樹脂部のうち、低分子量エポキシ樹脂部の数平均分子量が360〜2000であり、高分子量エポキシ樹脂部の数平均分子量が3000〜10000であることを特徴とする請求項10記載の電子写真用トナー。
- 前記数平均分子量の異なる2種以上のビスフェノールA型エポキシ樹脂部の割合が、ポリオール樹脂全体に対し、低分子量エポキシ樹脂部20〜50wt%、高分子量エポキシ樹脂部5〜40wt%であることを特徴とする請求項10又は11記載の電子写真用トナー。
- ポリオール樹脂中の、2価フェノールのアルキレンオキサイド付加物又はそのグリシジルエーテルの割合が、ポリオール樹脂全体に対して10〜40wt%であることを特徴とする請求項9〜13の何れかに記載の電子写真用トナー。
- バインダー樹脂のエポキシ当量が、10000以上であることを特徴とする請求項9〜14の何れかに記載の電子写真用トナー。
- トナーの加熱混練時に減圧環境下で揮発性成分を除去する工程を含むことを特徴とする請求項1〜15の何れかに記載のトナーの製造方法。
- 請求項1〜15の何れかに記載の電子写真用トナーに用いるバインダー樹脂であって、主鎖にエポキシ樹脂部とポリオキシアルキレン部を有するポリオール樹脂からなり、150℃で10分間加熱した時に発生する水以外の揮発性成分の重量濃度が樹脂に対して100μg/g以下であることを特徴とする電子写真トナー用樹脂。
- 更に残存水分濃度が1重量%以下であることを特徴とする請求項17記載のバインダー樹脂。
- 合成反応前、合成反応中又は合成反応後の樹脂或いは樹脂材料に水を加え、減圧下で反応溶剤と水をバブリングさせ、水と共に揮発性成分を蒸発させる製造工程を含むことを特徴とする請求項17又は18記載の電子写真トナー用樹脂の製造方法。
- 請求項17又は18記載のバインダー樹脂を用いた、150℃で10分間加熱した時に発生する水以外の揮発性成分の重量濃度がマスターバッチ顔料に対して500μg/g以下であることを特徴とする電子写真トナー用マスターバッチ顔料。
- 請求項17又は18記載のバインダー樹脂と顔料とを加熱混練することを特徴とする電子写真トナー用マスターバッチ顔料の製造方法。
- 有機溶剤を用いずに加熱混練することを特徴とする請求項21記載の電子写真トナー用マスターバッチ顔料の製造方法。
- 前記顔料として乾燥粉体顔料を用い、この顔料とバインダー樹脂に水を加えて加熱混練した後、水を除去する工程を含むことを特徴とする請求項21又は22記載の電子写真トナー用マスターバッチ顔料の製造方法。
- 請求項1〜15の何れかに記載の電子写真用トナーとキャリアとを含むことを特徴とする電子写真用現像剤。
- 150℃で10分間加熱した時に発生する水以外の揮発性成分の重量濃度が現像剤に対して500μg/g以下であることを特徴とする請求項24記載の電子写真用現像剤。
- 請求項1〜15の何れかに記載の電子写真用トナー、又は請求項24〜25の何れかに記載の電子写真用現像剤を使用することを特徴とする電子写真画像形成方法。
- 多色画像形成に際し、請求項1〜15の何れかに記載の電子写真用トナー、又は請求項24〜25の何れかに記載の電子写真用現像剤を少なくとも1色は使用することを特徴とする電子写真多色画像形成方法。
- 非接触加熱定着方式により画像を定着することを特徴とする請求項26又は27記載の電子写真画像形成方法。
- 請求項1〜15の何れかに記載の電子写真用トナー、又は請求項24〜25の何れかに記載の電子写真用現像剤を使用する電子写真画像形成に用いる装置であって、現像工程及び転写工程を終了した後、固定設置された加熱体と、該加熱体に対向して圧接回転し、フィルム材を介して記録材を該加熱体に圧着させる加圧部材によりトナー像を該記録材上に加熱定着する定着手段を備えたことを特徴とする電子写真画像形成装置。
- 請求項1〜15の何れかに記載の電子写真用トナー、又は請求項24〜25の何れかに記載の電子写真用現像剤を使用する電子写真画像形成に用いる装置であって、転写材に形成したトナー像を、2本のローラの間を通すことによって加熱溶融して定着を行う定着手段を備え、トナー像支持面と接触する側の定着ローラの厚みが0.01mm以上0.7mm以下で、かつ2本のローラ間に加わる面圧(ローラ荷重/接触面積)が1.0×10Pa以上1.5×105Pa以下であることを特徴とする電子写真画像形成装置。
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