JP4389665B2 - 静電荷像現像用トナー及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、電子写真法または静電記録法等により形成される静電荷像を現像剤により現像する際に用いられる静電荷像現像用トナー及びその製造方法に関する。
電子写真法など静電荷像を経て画像情報を可視化する方法は、現在様々な分野で利用されている。電子写真法においては、帯電、露光工程により感光体上に静電荷像を形成し、静電荷像現像用トナー(以下、単に「トナー」という場合がある)を含む現像剤で静電荷像を現像し、転写、定着工程を経て静電荷像が可視化される。
ここで用いられる現像剤には、トナーとキャリアとからなる2成分現像剤と、磁性トナーまたは非磁性トナーを単独で用いる1成分現像剤とが知られているが、そのトナーの製法としては、通常熱可塑性樹脂を顔料、帯電制御剤、ワックスなどの離型剤とともに溶融混練し、冷却後、微粉砕・分級する混練粉砕法が利用されている。これらのトナーには、必要であれば流動性やクリーニング性を改善するための無機、有機の微粒子をトナー粒子表面に添加することもある。これらの方法はかなり優れたトナーを製造しうるが、トナー形状が不定形であること、微粉が発生しやすいこと、離型剤が表面露出しやすいこと等により、現像器中でのストレス等による現像性の低下や画質劣化、他部材への汚染などの問題を生ずる。
近年、意図的にトナー形状及びトナーの表面構造の制御を可能とする手段として、乳化重合凝集法によるトナーの製造方法が提案されている(例えば、特許文献1、2参照)。これらは、一般に乳化重合などにより樹脂微粒子分散液を作製し、一方溶媒に着色剤を分散した着色剤分散液を作製した後、これらを混合し、トナー粒径に相当する凝集粒子を形成し、加熱することによって融合・合一させトナーとする製造方法である。この方法によって、ある程度はトナー形状を制御でき、帯電性、耐久性の改善を図ることができるが、内部構造がほぼ均一になることから定着の際における被記録体の剥離性、OHPを出力した際の透明性の安定化、更には、カラートナーにおける帯電量の色間差の存在などの問題を残している。
このように電子写真プロセスにおいては、様々な機械的ストレス下でもトナーが安定して性能を維持するために、表面への離型剤の露出を抑制したり、定着性を損なわずに表面硬度硬度を高くするとともにトナー自体の機械的強度を向上させ、かつ十分な帯電性・定着性とを両立させることが必要である。
また、近年の高速化やこれに伴う低エネルギー消費の観点から、均一帯電性、持続性、トナー強度、狭粒度分布のトナーが益々重要になりつつある。更に、これらのマシンの高速化や省エネルギー性等に鑑みると、一層の低温定着性も必要となる。定着性向上の観点からはトナー中に離型剤成分が添加されるが、一般にこの離型剤成分としては、定着時の低温オフセットを防止する目的でポリオレフィン系ワックスが内添されている。また、これと併せて定着ローラーに微量のシリコーンオイルを均一に塗布せしめ高温オフセット性の向上を図っている。このため、出力された被記録体にはシリコーンオイル成分が付着しており、扱う際にべたつき等の不快感あり好ましくない。
上記問題点を回避するため、トナー中に大量の離型剤成分を内包させたオイルレス定着用のトナーが提案されている(例えば、特許文献3参照)。しかし、この場合多量の離型剤の添加によってある程度は剥離性の改善を行うことができるが、バインダー樹脂(結着樹脂)成分と離型剤との相溶が発生し、離型剤のしみだしが均一でないことから剥離の安定性は得にくい。また、トナーのバインダー樹脂の凝集力を制御する手段が樹脂の重量平均分子量(Mw)、ガラス転移点(Tg)に依存するため、トナーの定着時における曳糸性、凝集性を直接的に制御することは困難である。更に、離型剤の遊離成分が帯電阻害の原因となることもある。
これらの問題点を解決する方法として、結着樹脂の剛直性を高分子量成分の添加によって得る方法や、化学架橋の導入によって補填し、結果的にトナーの定着温度における曳糸性を減少させるオイルレス定着における剥離性を改善する方法が提案されている(例えば、特許文献4〜7参照)。しかし、単に架橋剤成分をバインダー樹脂内に添加した場合等においては、トナーの粘性、即ち溶融時の凝集力は大きくなりバインダー樹脂自体の剛直性が増加するためオイルレスにおける温度依存性やトナー載り量依存性等はある程度改善できるものの、定着画像の折り曲げ耐性が乏しくなったり、オイルレス定着における剥離の温度依存性やトナー載り依存性を両立することは困難となったりする問題がある。特に、低温低圧の省エネルギータイプの定着装置やプリントスピードの早いタイプの複写機、プリンターに用いた場合、満足な定着画像を得ることは基本的に困難である。
また、上記の場合、架橋剤の分子量を大きくすることにより確かに絡み合い点間分子量は大きくなり、定着像自体の可とう性は若干向上するものの、弾性と粘性の適切なバランスを得ることは難しく、結果としてオイルレス定着における剥離の温度依存性やトナー載り依存性と定着像表面の光沢性、OHP透明性とを両立することは困難である。
また、トナー中に高分子微粒子や無機微粒子を添加し、定着時の高温オフセット性を改善する方法が提案されている(例えば、特許文献8参照)。しかし、単にトナー中に無機微粒子を添加しただけでは、確かに該微粒子のフィラー効果により定着時のトナーバインダー樹脂の溶融時におけるタフネスは上昇し、高温オフセットの防止や剥離性の改善には効果を発現するが、同時に溶融トナーの流動性が低下し、低温オフセット性、定着画像の光沢性を損なうことがある。また、前記微粒子の添加量によっては単にトナー溶融時の粘性だけを増加させ、結果として剥離性を損なったり、定着画像の折り曲げ耐性を低下させたりすることもある。
一方、前記低温定着の観点から、トナー自体の定着温度を低くする手段として、トナー用バインダー樹脂のガラス転移点(Tg)を低くする技術が一般的に行われている。しかし、Tgをあまりに低くし過ぎると、粉体の凝集(ブロッキング)が起こり易くなったり、定着画像上のトナーの保存性がなくなるため、実用上60℃が下限である。このガラス転移点は、現在多く市販されているトナー用樹脂の設計ポイントであり、ガラス転移点を下げる方法では今以上に低温定着可能なトナーを得ることはできず問題があった。また、可塑剤を用いることによっても、定着温度を下げることはできるが、トナーの保存時または現像器内においてブロッキングが発生するため問題があった。
ブロッキング防止、60℃までの画像保存性、及び低温定着性の両立の手段として、トナーを構成するバインダー樹脂として結晶性樹脂を用いる技術が古くから知られている(例えば、特許文献9参照)。また、オフセット防止、圧力定着等を目的として、結晶性樹脂を用いる技術が古くから知られている(例えば、特許文献10、11参照)。しかし、上記開示技術では、用いる樹脂の融点が62〜66℃と低温過ぎて、粉体や画像の信頼性に問題があったり、また、結晶性樹脂の紙への定着性能が十分ではないという問題があったりする。
紙への定着性の改善が期待される結晶性樹脂として、ポリエステル樹脂が挙げられる。結晶性ポリエステル樹脂をトナーに用いる技術としては、ガラス転移温度40℃以上の非結晶性ポリエステル樹脂と、融点130〜200℃の結晶性ポリエステル樹脂とを混合して用いる技術がある(例えば、特許文献12参照)。しかしこの技術では、優れた微粉砕性、耐ブロッキング性を有するが、結晶性ポリエステル樹脂の融点が高いため、従来以上の低温定着性は達成できず問題があった。
前記問題を解決するため、融点が110℃以下の結晶性樹脂を用い、非結晶性樹脂を混合させたトナーを用いる技術が提案されている(例えば、特許文献13参照)。しかし、結晶性樹脂に対して非結晶性樹脂を混合する場合には、トナーの融点降下が起こり、トナーブロッキングが起こったり、画像の保存性の悪化等、実用上問題があった。また、非結晶性樹脂成分が多い場合には、非結晶性樹脂成分の特性が大きく反映されるため、定着温度を従来のものより低下させることは難しい。このため、トナー用樹脂として結晶性樹脂を単独で用いるか、非結晶性樹脂を混合してもごくわずかの量でないと実用は難しく問題があった。
さらに結晶性ポリエステル樹脂を用いた技術として、いくつかの提案がなされているが(例えば、特許文献14〜16参照)、これらの技術において、結晶性ポリエステル樹脂は、テレフタル酸のカルボン酸成分に対して、炭素数の少ないアルキレングリコールや脂環族アルコールを用いた樹脂である。これらのポリエステル樹脂は、上記文献中に結晶性ポリエステル樹脂との記述はあるものの、実質的に部分結晶性ポリエステル樹脂であるため、トナー(バインダー樹脂)の温度に対する粘度変化が急峻でなく、ブロッキング性・画像の保存性に問題はないものの、熱ロール定着において、低温定着を実現することはできなかった。
一方、架橋構造を有する結晶性ポリエステル樹脂を主成分として含むトナーが対ブロッキング性・画像の保存性に優れ、かつ低温定着を実現し得ることを示されたが(例えば、特許文献17参照)、なおオイルレス定着における剥離安定性の改善が望まれる。
特開昭63−282752号公報 特開平6−250439号公報 特開平5−61239号公報 特開平4−69666号公報 特開平9−258481号公報 特開昭59−218460号公報 特開昭59−218459号公報 特開平4−69664号公報 特公昭56−13943号公報 特公昭62−39428号公報 特公昭63−25335号公報 特公昭62−39428号公報 特公平4−30014号公報 特開平4−120554号公報 特開平4−239021号公報 特開平5−165252号公報 特開2001−117268号公報
本発明は、かかる従来のトナーにおける上述のごとき問題点を解決した静電荷像現像用トナー及びその製造方法を提供するものである。
すなわち、本発明は、耐トナーブロッキング性、画像の保存性、及び低温での定着性、オイルレス剥離性に優れた静電荷像現像用トナー及びその製造方法を提供することを目的とする。
上記課題は、以下の本発明により達成される。すなわち本発明は、
<1> 少なくとも、酸由来構成成分及びアルコール由来構成成分を含有する結晶性ポリエステル樹脂を主成分とする結着樹脂と、着色剤と、第1の離型剤と、前記第1の離型剤よりも融点が高い第2の離型剤とを含有する静電荷像現像用トナーであって、
ASTMD3418−8に準拠した示差熱分析の吸熱・発熱曲線において、55〜80℃の範囲にピーク温度を有する主吸熱極大ピークm1が存在し、該主吸熱極大ピークm1の半値幅が20℃以下であって、かつ該主体吸熱極大ピークm1のピーク温度±25℃の範囲に、前記第1の離型剤の融解に基づく低温度側のショルダーs2もしくは他の吸熱ピークm2と、前記第2の離型剤の融解に基づく高温度側のショルダーs3もしくは他の吸熱ピークm3とが、さらに存在することを特徴とする静電荷像現像用トナーである。
<2> 前記低温度側及び高温度側のショルダーもしくは他の吸熱ピークが離型剤の融解に基づくものであって、かつ該離型剤の開口径50mmのカップ型測定容器を用いたパラレルプレート型粘度計により測定される80℃における粘度η2が5〜10mPa・sの範囲であり、160℃における粘度η3が2〜5mPa・sの範囲であることを特徴とする<1>に記載の静電荷像現像用トナーである。
<3> トナー断面の透過型電子顕微鏡観察において、トナー内部に離型剤結晶が存在し、該離型剤結晶の形状が棒状及び塊状であって、該離型剤結晶の浸辺長が0.5〜1.5μmの範囲にあることを特徴とする<1>または<2>に記載の静電荷像現像用トナーである。
<4> 少なくとも、粒径が1μm以下の結晶性ポリエステル樹脂を分散した樹脂微粒子分散液、着色剤を分散した着色剤分散液、及び離型剤を分散した離型剤分散液を混合し、これをポリ塩化アルミニウムを含む1種以上の金属塩を用いて凝集粒子を形成する凝集工程と、該凝集粒子の成長を停止させた後、これを樹脂微粒子の主吸熱ピーク温度付近に加熱せしめ融合・合一にする融合工程とを含むことを特徴とする、<1>に記載の静電荷像現像用トナーの製造方法である。
<5> 前記凝集工程の後であって融合工程の前に、凝集粒子を分散させた凝集粒子分散液に樹脂微粒子を分散させた樹脂微粒子分散液を添加混合して、前記凝集粒子に前記樹脂微粒子を付着させて付着粒子を形成する付着工程をさらに含むことを特徴とする<4>に記載の静電荷像現像用トナーの製造方法である。
本発明によれば、低温での定着性、オイルレス定着における剥離性、耐トナーブロッキング性に優れた静電荷像現像用トナー及びその製造方法を提供することができる。
以下、本発明を詳細に説明する。
<静電荷像現像用トナー>
本発明の静電荷像現像用トナーは、 少なくとも、ジカルボン酸由来構成成分及びジオール由来構成成分を含有する結晶性ポリエステル樹脂を主成分とする結着樹脂と、着色剤と、離型剤とを含有する静電荷像現像用トナーであって、ASTMD3418−8に準拠した示差熱分析の吸熱・発熱曲線において、55〜80℃の範囲にピーク温度を有する主吸熱極大ピークm1が存在し、該主吸熱極大ピークm1の半値幅が20℃以下であって、かつ該主体吸熱極大ピークm1のピーク温度±25℃の範囲に、低温度側のショルダーs2もしくは他の吸熱ピークm2と、高温度側のショルダーs3もしくは他の吸熱ピークm3とが、さらに存在することを特徴とする。
本発明のトナーは、結晶性ポリエステル樹脂をバインダー樹脂(結着樹脂)とする低温定着(定着温度:約100℃前後)対応のものであるが、具体的にはオイルレス定着、低圧・高速定着等に対応させた低温定着実用化の問題点を解決したトナーである。
前述のように、良好なオイルレス定着性を得るためには、バインダー樹脂中に離型剤を添加する必要があるが、離型剤がバインダー樹脂と相溶してしまっては離型剤の充分な離形性が得られないだけでなく、バインダー樹脂の融点等が低下して保存性などに問題が生じる。
本発明においては、前記従来より低い定着温度に対応するため、結晶性ポリエステル樹脂として後述する示差熱分析の吸熱・発熱曲線における吸熱極大ピークm1のピーク温度が55〜80℃の範囲で、しかもm1の半値幅が20℃以下という低融点、高融解性のものを用いるが、この場合においても、上記条件を満たす必要がある。
また、このような低温定着条件でも、一定範囲の定着温度領域を確保する必要があることから、用いる離型剤の粘度が低温領域(70〜80℃程度)から高温領域(140〜150℃程度)まで低く大きく変化しないことが望まれる。
本発明者等が鋭意検討した結果、前記条件を達成するトナーは、ASTMD3418−8に準拠した示差熱分析における吸熱・発熱曲線が一定の特性を満たす必要があることを見出した。すなわち、前記離型剤粘度の温度変化に対する安定化のためには、例えば低融点、高融点の2種の離型剤をバインダー樹脂に含有させる必要があるが、これらの離型剤がバインダー樹脂と相溶せずにトナー中に存在しているときは、示差熱分析において前記バインダー樹脂の吸熱極大ピークm1の低温度側、高温度側に各々独立して2種の離型剤の融解に基づくショルダー(s2、s3)もしくは吸熱ピーク(m2、m3)が観測されることが必須であることがわかった。
なお、前記示差熱分析における吸熱・発熱曲線は以下の方法によって求めたものである。1)試料10mgをアルミニウムセル中に入れ、蓋をする(これを試料用セルという)。比較用にアルミナ10mgを同様に同型のアルミニウムセル中に入れ、蓋をする(これを比較用セルという)。2)試料用セルと比較用セルとをそれぞれ測定装置にセットし、窒素雰囲気下で30℃から10℃/分の昇温速度で200℃まで昇温させ、200℃で10分間放置する。3)放置後、液体窒素を用いて−10℃/分の降温速度で−30℃まで温度を下げ、10分間−30℃で放置する。4)放置後、20℃/分の昇温速度で−30℃から200℃まで昇温する。前記吸熱・発熱曲線は4)の操作のときに測定されたものである。なお、測定装置としては、パーキンエルマー社製の示差走査型熱量計DSC−7を用いた。
具体的には、前記結晶性ポリエステル樹脂の融解に基づく主吸熱極大ピークm1のピーク温度±25℃の範囲に、前記低温度側及び高温度側の2つのショルダーs2、s3もしくは吸熱ピークm2、m3がさらに存在することにより、結晶性ポリエステル樹脂のシャープな融解に基づく低温定着化に加え、低温度側での剥離特性と、高温度側での剥離特性及び耐オフセット特性とを向上させることができ、70〜150℃の範囲程度の定着温度領域を確保することができ、オイルレス定着に対して良好な低温定着特性が得られることが判明した。
本発明においては、前記示差熱分析における主極大吸熱ピークm1のピーク温度は55〜80℃であるが、60〜80℃の範囲であることが好ましい。ピーク温度が55℃に満たないと、常温でトナーのトナー自体のモジュラスが1×104Pa以下となることから、粘性支配となりトナーの凝集性が高くなるため、流動性を著しく低下させる。80℃を超えると、トナーとしての熱定着時の状態変化が乏しくなり、結晶性ポリエステル樹脂の融解性が低下することから低温定着性を損なうこととなる。
また、m1の半値幅は20℃以下であるが、15℃以下であることが好ましい。半値幅が20℃を超えると、結晶融解の温度範囲が広がることから、定着不良、画像光沢のむらを生ずるばかりでなく、製造安定性も損なわれる。なお、主極大吸熱ピークから求めた融解熱は100〜300J/gの範囲であることが好ましい。
前記低温度側及び高温度側のショルダーもしくは吸熱ピークが存在するのは、前記m1のピーク温度±25℃の範囲であるが、±20℃の範囲であることが好ましい。ピーク温度±25℃の範囲を超えて存在すると、融解状態の差が大きくなることから、画像光沢むらを生じるばかりでなく、特に低温度側では離型剤と結着樹脂との混合が生じ、粉体流動性を大きく損なわれる。
なお、本発明における「ショルダー」とは、示差熱分析における吸熱・発熱曲線において、明確なピークではないが階段状の吸熱変化(変曲点)を示すことをいう。そして、本発明において「±25℃の範囲にショルダーもしくは吸熱ピークが存在する」とは、ショルダーの場合は主極大吸熱ピークm1から低温度側、高温度側に最も離れたショルダーの端部が±25℃の範囲にあることをいい、吸熱ピークの場合はピーク温度が±25℃の範囲にあることをいう。
次に、本発明の静電荷像現像用トナーの構成、製造方法について説明する。
本発明の静電荷像現像用トナーは、少なくともバインダー樹脂(結着樹脂)、離型剤、及び着色剤を含み、必要に応じてその他の成分を含有する。本発明のトナーについて、まず各構成成分に分けて詳細に説明する。
(結着樹脂)
本発明のトナーにおける結着樹脂は、下記式(1)で定義されるエステル濃度Mが、0.01以上0.12以下である結晶性ポリエステル樹脂を主成分として含むことが好ましい。
M=K/α ・・・ 式(1)
上記式(1)中、Mはエステル濃度を、Kはポリマー中のエステル基数を、αはポリマーの高分子鎖を構成する原子数を、それぞれ表す。
前記「エステル濃度M」とは、結晶性ポリエステル樹脂のポリマーにおけるエステル基の含有割合を示す一つの指標である。上記式(1)中のKで表わされる「ポリマー中のエステル基数」は、ポリマー全体に含まれるエステル結合の数を指す。
上記式(1)中のαで表される「ポリマーの高分子鎖を構成する原子数」は、ポリマーの高分子鎖を構成する原子の合計であり、エステル結合に関与する原子数は全て含むが、その他の構成部位における枝分かれした部分の原子数は含まない。すなわち、エステル結合に関与するカルボキシル基やアルコール基に由来する炭素原子および酸素原子(1つのエステル結合中酸素原子は2個)や、高分子鎖を構成する、例えば芳香環における6つの炭素は、前記原子数の計算に含まれるが、高分子鎖を構成する、例えば芳香環やアルキル基における水素原子、その置換体の原子ないし原子群は、前記原子数の計算に含まれない。
具体例を挙げて説明すれば、高分子鎖を構成するアリーレン基における、炭素原子6つと水素原子4つの計10個の原子のうち、上記「ポリマーの高分子鎖を構成する原子数α」に含まれるものは、炭素原子の6つのみであり、また、前記水素が如何なる置換基に置換されたとしても、当該置換基を構成する原子は、上記「ポリマーの高分子鎖を構成する原子数α」に含まれない。
結晶性ポリエステル樹脂が、1の繰り返し単位(例えば、高分子がH−[OCOR1COOR2O−]n−Hで表される場合、1の繰り返し単位は、[ ]内で表される。)のみからなる単重合体の場合には、1の繰り返し単位内には、エステル結合は2個存在する(すなわち、当該繰り返し単位内におけるエステル基数K’=2)ので、エステル濃度Mは、下記式(1−1)により、求めることができる。
M=2/α’ ・・・(式1−1)
上記式(1−1)中、Mはエステル濃度を、α’は1の繰り返し単位における高分子鎖を構成する原子数を、それぞれ表す。
また、結晶性ポリエステル樹脂が、複数の共重合単位からなる共重合体の場合には、共重合単位ごとに、エステル基数KXおよび高分子鎖を構成する原子数AXを求め、これらに共重合割合を乗じた上で、それぞれ合計し、上記式(1)に代入することで、求めることができる。例えば、共重合単位がXa、XbおよびXcの3つであり、これらの共重合割合がa:b:c(ただし、a+b+c=1)である化合物[(Xa)a(Xb)b(Xc)c]についてのエステル濃度Mは、下記式(1−2)により、求めることができる。
M={KXa×a+KXb×b+KXc×c}/{AXa×a+AXb×b+AXc×c} ・・・ 式(1−2)
上記式(1−2)中、Mはエステル濃度を表し、KXaは共重合単位Xa、KXbは共重合単位Xb、KXcは共重合単位Xcにおけるそれぞれのエステル基数を表し、AXaは共重合単位Xa、AXbは共重合単位Xb、AXcは共重合単位Xcにおけるそれぞれの高分子鎖を構成する原子数を表す。
バインダー樹脂として結晶性ポリエステル樹脂を用いる場合、ポリマー中に存在するエステル基の量が、トナーとしての帯電性に特に大きな影響を与える。したがって、ポリマー中のエステル基の量を、低温定着性を損ねない範囲で、低く抑えることが帯電性を向上させる鍵となる。本発明においては、バインダーとして用いる結晶性ポリエステル樹脂における、前記式(1)で定義されるエステル濃度Mを0.01以上0.12以下に抑えることで、耐トナーブロッキング性、画像の保存性、および、低温での定着性に優れると共に、さらに帯電性にも優れたトナーを得ることが可能である。
エステル濃度Mが0.01未満では、帯電性は良好であるものの、樹脂の融点が高くなりすぎるために低温定着性が低下してしまう。エステル濃度Mの下限としては、0.04以上であることがより好ましい。
一方、エステル濃度Mが0.12を超えると、帯電性が低下してしまうほか、樹脂の融点が低くなりすぎるために、定着画像の安定性や粉体ブロッキング性が低下してしまう。エステル濃度Mの上限としては、0.10以下であることがより好ましい。
既述の如く、本発明のトナーにおけるバインダー樹脂は、好ましくは上記式(1)で定義されるエステル濃度Mが0.01以上0.12以下である結晶性ポリエステル樹脂(以下、単に「特定のポリエステル樹脂」という場合がある。)を、主成分として含むものであるが、ここで「主成分」とは、前記バインダー樹脂を構成する成分のうち、主たる成分のことを指し、具体的には、前記バインダー樹脂の50%以上を構成する成分を指す。ただし、本発明において、前記バインダー樹脂のうち、特定のポリエステル樹脂が70%以上であることが好ましく、90%以上であることがより好ましく、全てが特定のポリエステル樹脂であることが特に好ましい。
特定のポリエステル樹脂は、結晶性ポリエステル樹脂である必要がある。特定のポリエステル樹脂が、結晶性でない場合、即ち、非晶性である場合には、良好な低温定着性を確保しつつ、耐トナーブロッキング性、画像保存性を保つことができない。
なお、本発明において、「結晶性ポリエステル樹脂」の「結晶性」とは、後述する示差熱分析において、階段状の吸熱量変化ではなく、明確な吸熱ピークを有することを指す。また、吸熱ピークは、トナーとしたときに、40〜50℃の幅を有するピークを示す場合がある。前記結晶性ポリエステル主鎖に対して他成分を共重合したポリマーの場合、他成分が50重量%以下であれば、この共重合体も結晶性ポリエステルと呼ぶ。
特定のポリエステル樹脂を含む、あらゆるポリエステル樹脂は、酸(ジカルボン酸)成分とアルコール(ジオール)成分とから合成されるものである。本発明において、「酸由来構成成分」とは、ポリエステル樹脂において、ポリエステル樹脂の合成前には酸成分であった構成部位を指し、「アルコール由来構成成分」とは、ポリエステル樹脂の合成前にはアルコール成分であった構成部位を指す。
−酸由来構成成分−
前記酸由来構成成分となるための酸としては、種々のジカルボン酸が挙げられるが、特定のポリエステル樹脂における酸由来構成成分としては、芳香族ジカルボン酸および脂肪族ジカルボン酸が好ましく、中でも脂肪族ジカルボン酸が望ましく、特に直鎖型のカルボン酸が望ましい。
脂肪族ジカルボン酸としては、例えば、蓚酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼリン酸、セバシン酸、1,9−ノナンジカルボン酸、1,10−デカンジカルボン酸、1,11−ウンデカンジカルボン酸、1,12−ドデカンジカルボン酸、1,13−トリデカンジカルボン酸、1,14−テトラデカンジカルボン酸、1,16−ヘキサデカンジカルボン酸、1,18−オクタデカンジカルボン酸など、或いはその低級アルキルエステルや酸無水物が挙げられるが、この限りではない。これらのうち、入手容易性を考慮すると、セバシン酸、1,10−デカンジカルボン酸あるいはその低級アルキルエステルや酸無水物が好ましい。
芳香族ジカルボン酸としては、例えば、テレフタル酸、イソフタル酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸、4,4’−ビフェニルジカルボン酸等が挙げられ、中でもテレフタル酸が、入手容易性、低融点のポリマーを形成しやすい等の点で好ましい。
前記酸由来構成成分としては、前述の脂肪族ジカルボン酸由来構成成分や芳香族ジカルボン酸由来構成成分のほか、2重結合を持つジカルボン酸由来構成成分、スルホン酸基を持つジカルボン酸由来構成成分等の構成成分が含まれているのが好ましい。
なお、前記2重結合を持つジカルボン酸由来構成成分には、2重結合を持つジカルボン酸に由来する構成成分のほか、2重結合を持つジカルボン酸の低級アルキルエステルまたは酸無水物等に由来する構成成分も含まれる。また、前記スルホン酸基を持つジカルボン酸由来構成成分には、スルホン酸基を持つジカルボン酸に由来する構成成分のほか、スルホン酸基を持つジカルボン酸の低級アルキルエステルまたは酸無水物等に由来する構成成分も含まれる。
前記2重結合を持つジカルボン酸は、その2重結合を利用して樹脂全体を架橋させ得る点で、定着時のホットオフセットを防ぐために好適に用いることができる。このようなジカルボン酸としては、例えば、フマル酸、マレイン酸、3−ヘキセンジオイック酸、3−オクテンジオイック酸等が挙げられるが、これらに限定されない。また、これらの低級アルキルエステル、酸無水物等も挙げられる。これらの中でも、コストの点で、フマル酸、マレイン酸等が好ましい。
前記スルホン酸基を持つジカルボン酸は、顔料等の色材の分散を良好にできる点で有効である。また樹脂全体を水に乳化或いは懸濁して、微粒子を作製する際に、スルホン酸基があれば、後述するように、界面活性剤を使用しないで乳化或いは懸濁が可能である。このようなスルホン基を持つジカルボン酸としては、例えば、2−スルホテレフタル酸ナトリウム塩、5−スルホイソフタル酸ナトリウム塩、スルホコハク酸ナトリウム塩等が挙げられるが、これらに限定されない。また、これらの低級アルキルエステル、酸無水物等も挙げられる。これらの中でも、コストの点で、5−スルホイソフタル酸ナトリウム塩等が好ましい。
これらの、脂肪族ジカルボン酸由来構成成分および芳香族ジカルボン酸由来構成成分以外の酸由来構成成分(2重結合を持つジカルボン酸由来構成成分およびスルホン酸基を持つジカルボン酸由来構成成分)の、全酸由来構成成分における含有量としては、1〜20構成モル%の範囲が好ましく、2〜10構成モル%の範囲がより好ましい。
前記含有量が、1構成モル%未満の場合には、顔料分散が良くなかったり、乳化粒子径が大きくなり、凝集によるトナー径の調整が困難となることがある。一方、20構成モル%を超えると、ポリエステル樹脂の結晶性が低下し、融点が降下して、画像の保存性が悪くなったり、乳化粒子径が小さ過ぎて水に溶解し、ラテックスが生じないことがある。
なお、本明細書において「構成モル%」とは、ポリエステル樹脂における酸由来構成成分全体中の当該酸由来構成成分、または、アルコール由来構成成分全体中の当該アルコール構成成分を、各1単位(モル)としたときの百分率を指す。
−アルコール由来構成成分−
アルコール由来構成成分となるためのアルコールとしては、脂肪族ジオールが好ましく、炭素数が7〜20である直鎖型脂肪族ジオールがより好ましい。前記脂肪族ジオールが分岐型では、結晶性ポリエステル樹脂の結晶性が低下し、融点が降下するため、耐トナーブロッキング性、画像保存性、および低温定着性が悪化してしまう場合がある。また、前記炭素数が7未満であると、芳香族ジカルボン酸と縮重合させる場合、融点が高くなり低温定着が困難となることがある一方、20を超えると、実用上の材料の入手が困難となり易い。前記炭素数としては、14以下であることがより好ましい。
また、前記芳香族ジカルボン酸と縮重合させて結晶性ポリエステルを得る場合、前記炭素数としては、奇数であるのが好ましい。前記炭素数が、奇数である場合には、偶数である場合より結晶性ポリエステル樹脂の融点が低くなり、該融点が、後述の数値範囲内の値となり易い。
脂肪族ジオールとしては、例えば、エチレングリコール、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,7−ヘプタンジオール、1,8−オクタンジオール、1,9−ノナンジオール、1,10−デカンジオール、1,11−ウンデカンジオール、1,12−ドデカンジオール、1,13−トリデカンジオール、1,14−テトラデカンジオール、1,18−オクタデカンジオール、1,20−エイコサンジオール、などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。これらのうち、入手容易性を考慮すると1,8−オクタンジオール、1,9−ノナンジオール、1,10−デカンジオールが好ましく、また、融点が低い点で、1,9−ノナンジオールが好ましい。
前記アルコール由来構成成分は、脂肪族ジオール由来構成成分の含有量が80構成モル%以上であって、必要に応じてその他の成分を含む。前記アルコール由来構成成分としては、前記脂肪族ジオール由来構成成分の含有量が90構成モル%以上であるのが好ましい。
前記脂肪族ジオール由来構成成分の含有量が、80構成モル%未満ではポリエステル樹脂の結晶性が低下し、融点が降下するため、耐トナーブロッキング性、画像保存性および、低温定着性が悪化してしまう場合がある。必要に応じて含まれるその他の成分としては、2重結合を持つジオール由来構成成分、スルホン酸基を持つジオール由来構成成分等の構成成分である。
前記2重結合を持つジオールとしては、2−ブテン−1,4−ジオール、3−ブテン−1,6−ジオール、4−ブテン−1,8−ジオール等が挙げられる。また前記スルホン酸基を持つジオールとしては、1,4−ジヒドロキシ−2−スルホン酸ベンゼンナトリウム塩、1,3−ジヒドロキシメチル−5−スルホン酸ベンゼンナトリウム塩、2−スルホ−1,4−ブタンジオールナトリウム塩等が挙げられる。
これらの、脂肪族ジオール由来構成成分以外のアルコール由来構成成分を加える場合(2重結合を持つジオール由来構成成分およびスルホン酸基を持つジオール由来構成成分)、これらのアルコール由来構成成分における含有量としては、1〜20構成モル%の範囲が好ましく、2〜10構成モル%の範囲がより好ましい。
前記脂肪族ジオール由来構成成分以外のアルコール由来構成成分の含有量が、1構成モル%未満の場合には、顔料分散が良くなかったり、乳化粒子径が大きくなり、凝集によるトナー径の調整が困難となることがある一方、20構成モル%を超えると、結晶性ポリエステル樹脂の結晶性が低下し、融点が降下して、画像の保存性が悪くなったり、乳化粒子径が小さ過ぎて水に溶解し、ラテックスが生じないことがある。
前記結晶性ポリエステル樹脂の融点は、示差熱分析からもとめられる極大吸熱ピーク温度が好ましく用いられる。極大吸熱ピーク温度は、50〜95℃の範囲であることが好ましく、60〜75℃の範囲であるのがより好ましい。前記融点が50℃未満であると粉体の凝集が起こり易くなったり、定着画像の保存性が悪くなることがある一方、95℃を超えると、定着温度の上昇をきたす場合がある。
なお、本発明において、前記結晶性ポリエステル樹脂の融点の測定には、パーキンエルマー社製の示差走査型熱量計DSC−7を用いた。装置の検出部の温度補正はインジウム及び亜鉛の融点を用い、熱量の補正にはインジウムの融解熱を用いた。サンプルは、アルミニウム製パンを用い、対照用に空パンをセットし、昇温速度を10℃/minで測定を行った。
前記結晶性ポリエステル樹脂の製造方法としては、特に制限はなく、酸成分とアルコール成分とを反応させる一般的なポリエステル重合法で製造することができ、例えば直接重縮合、エステル交換法等を、モノマーの種類によって使い分けて製造する。前記酸成分とアルコール成分とを反応させる際のモル比(酸成分/アルコール成分)としては、反応条件等によっても異なるため、一概には言えないが、通常1/1程度である。
前記結晶性ポリエステル樹脂の製造は、重合温度180〜230℃の間で行うことができ、必要に応じて反応系内を減圧にし、縮合時に発生する水やアルコールを除去しながら反応させる。モノマーが、反応温度下で溶解または相溶しない場合は、高沸点の溶剤を溶解補助剤として加え溶解させる。重縮合反応においては、溶解補助溶剤を留去しながら行う。共重合反応において相溶性の悪いモノマーが存在する場合は、あらかじめ相溶性の悪いモノマーとそのモノマーと重縮合予定の酸またはアルコールとを縮合させておいてから主成分と供に重縮合させるとよい。
前記結晶性ポリエステル樹脂の製造時に使用可能な触媒としては、ナトリウム、リチウム等のアルカリ金属化合物、マグネシウム、カルシウム等のアルカリ土類金属化合物、亜鉛、マンガン、アンチモン、チタン、スズ、ジルコニウム、ゲルマニウム等の金属化合物、亜リン酸化合物、リン酸化合物、およびアミン化合物等が挙げられ、具体的には、以下の化合物が挙げられる。
例えば、酢酸ナトリウム、炭酸ナトリウム、酢酸リチウム、炭酸リチウム、酢酸カルシウム、ステアリン酸カルシウム、酢酸マグネシウム、酢酸亜鉛、ステアリン酸亜鉛、ナフテン酸亜鉛、塩化亜鉛、酢酸マンガン、ナフテン酸マンガン、チタンテトラエトキシド、チタンテトラプロポキシド、チタンテトライソプロポキシド、チタンテトラブトキシド、三酸化アンチモン、トリフェニルアンチモン、トリブチルアンチモン、ギ酸スズ、シュウ酸スズ、テトラフェニルスズ、ジブチルスズジクロライド、ジブチルスズオキシド、ジフェニルスズオキシド、ジルコニウムテトラブトキシド、ナフテン酸ジルコニウム、炭酸ジルコニール、酢酸ジルコニール、ステアリン酸ジルコニール、オクチル酸ジルコニール、酸化ゲルマニウム、トリフェニルホスファイト、トリス(2,4−ジ−t−ブチルフェニル)ホスファイト、エチルトリフェニルホスホニウムブロマイド、トリエチルアミン、トリフェニルアミン等の化合物が挙げられる。
本発明に使用できる着色剤としては公知のものが使用できる。例えば、黒色顔料としては、カーボンブラック、酸化銅、二酸化マンガン、アニリンブラック、活性炭、非磁性フェライト、マグネタイト等が挙げられる。
黄色顔料としては、例えば、黄鉛、亜鉛黄、黄色酸化鉄、カドミウムイエロー、クロムイエロー、ハンザイエロー、ハンザイエロー10G、ベンジジンイエローG、ベンジジンイエローGR、スレンイエロー、キノリンイエロー、パーメネントイエローNCG等が挙げられる。
橙色顔料としては、赤色黄鉛、モリブデンオレンジ、パーマネントオレンジGTR、ピラゾロンオレンジ、バルカンオレンジ、ベンジジンオレンジG、インダスレンブリリアントオレンジRK、インダスレンブリリアントオレンジGK等が挙げられる。
赤色顔料としては、ベンガラ、カドミウムレッド、鉛丹、硫化水銀、ウオッチヤングレッド、パーマネントレッド4R、リソールレッド、ブリリアンカーミン3B、ブリリアンカーミン6B、デイポンオイルレッド、ピラゾロンレッド、ローダミンBレーキ、レーキレッドC、ローズベンガル、エオキシンレッド、アリザリンレーキ等が挙げられる。
青色顔料としては、紺青、コバルトブルー、アルカリブルーレーキ、ビクトリアブルーレーキ、ファストスカイブルー、インダスレンブルーBC、アニリンブルー、ウルトラマリンブルー、カルコオイルブルー、メチレンブルークロライド、フタロシアニンブルー、フタロシアニングリーン、マラカイトグリーンオクサレレートなどが挙げられる。
紫色顔料としては、マンガン紫、ファストバイオレットB、メチルバイオレットレーキ等が挙げられる。
緑色顔料としては、酸化クロム、クロムグリーン、ピグメントグリーン、マラカイトグリーンレーキ、ファイナルイエローグリーンG等が挙げられる。
白色顔料としては、亜鉛華、酸化チタン、アンチモン白、硫化亜鉛等が挙げられる。
体質顔料としては、バライト粉、炭酸バリウム、クレー、シリカ、ホワイトカーボン、タルク、アルミナホワイト等が挙げられる。また、染料としては、塩基性、酸性、分散、直接染料等の各種染料、例えば、ニグロシンが挙げられる。
これらの着色剤は、単独もしくは混合し、更には固溶体の状態で使用できる。これらの着色剤は、公知の方法で分散されるが、例えば、回転せん断型ホモジナイザーやボールミル、サンドミル、アトライター等のメディア式分散機、高圧対向衝突式の分散機等が好ましく用いられる。
更に、これらの着色剤が後述する乳化凝集法等に用いられる場合には、極性を有する界面活性剤を用い、前記ホモジナイザーによって水系に分散される。
(着色剤)
本発明における着色剤は、色相角、彩度、明度、耐候性、OHP透過性、トナー中での分散性の観点から選択される。上記着色剤の添加量は、結着樹脂100重量部に対して1〜20重量部の範囲が好ましい。
また、トナーを磁性として用いる場合は、磁性粉を含有せしめても良い。このような磁性粉としては、磁場中で磁化される物質が用いられ鉄、コバルト、ニッケルの如き強磁性の粉末、もしくはフェライト、マグネタイト等化合物である。特に、水層中でトナーを得る場合には、磁性体の水層移行性や溶解性、酸化性に注意を払う必要があり、好ましくは表面改質、例えば疎水化処理等を施しておくのが好ましい。
黒色着色剤として磁性体を用いた場合は、他の着色剤とは異なり、結着樹脂に対して30〜100重量部の範囲で添加される。
(離型剤)
本発明における離型剤としては、特に結着樹脂である結晶性ポリエステル樹脂と非相溶性であるものが好ましく、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン等の低分子量ポリオレフィン類、加熱により軟化点を有するシリコーン類、リシノール酸アミド、ステアリン酸アミド等のような脂肪酸アミド類、パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、フィッシャートロプシュワックス等のような鉱物、石油系ワックス、及びそれらの変性物が使用できるが、特に粘度とシャープな融解性の点でフィッシャートロプッシュワックスが特に好ましい。
本発明においては、離型剤として示差熱分析における主吸熱極大ピークm1のピーク温度の低温度側、高温度側に融点を有する少なくとも2種の離型剤を用いることが好ましい。そして、上記低温度側の離型剤の融点は30〜55℃の範囲が好ましく、上記高温度側の離型剤の融点は80〜105℃の範囲であることが好ましい。
本発明における離型剤(添加される離型剤を全て混合したもの)は、80℃における粘度η2が5〜25mPa・sの範囲が好ましく、より好ましくは5〜15mPa・sの範囲である。η2が5mPa・s未満では、確かに溶出性は良好となるが融解した際にバインダー樹脂と相溶することがあり、バインダー樹脂の曳糸性を大きくし、トナーとしてのロールからの剥離性を悪化させるばかりでなく、流動性が大きくなりすぎるため、定着ロールの圧力により膜切れを生じやすくなることから、前記剥離性を損なうことがある。一方、25mPa・sを越えると、融解した離型剤の粘度が高すぎ、溶出しにくくり、更にトナーの粘弾性が離型剤との混合体としてのふるまいをすることから、剥離性の発現が困難となる。これは、特に、高速・低圧の定着プロセスで顕著となる。
また、160℃の粘度η3においても80℃の場合と同様であるが、バインダー樹脂自体の粘弾性が80℃の際とは異なり粘張となることから、トナーとしてのレオロジーの観点から、η3は2〜5mPa・sの範囲が好ましく、より好ましくは2.5〜4.5mPa・sの範囲である。
η3が2mPa・s未満では、80℃の際の粘度と同様に確かに溶出性は良好となるが、融解した際にバインダー樹脂と相溶することがあり、バインダー樹脂の曳糸性を大きくし、トナーとしてのロールからの剥離性を悪化させるばかりでなく、流動性が大きくなりすぎるため、定着ロールの圧力により膜切れを生じやすくなることから、前記剥離性を損なうことがある。また、η3が5mPa・sを越えると、融解した離型剤の粘度が高すぎ、溶出しにくくり、更にトナーの粘弾性が該離型剤との混合体としてのふるまいをすることから、剥離性の発現が困難となる。これは、特に高速・低圧の定着プロセスで顕著となる。
本発明における離型剤粘度の測定には、パラレルプレートより求められる粘度ηが好ましく用いられる。測定には例えば、レオメトリックスサイエンティフィック社製の粘弾性測定器ARES測定装置が用いられる。
具体的な測定方法は以下の通りである。まず開口径が50mmのカップ型治具とパラレルプレートとを測定装置にセットし、ゼロポイント調整の後、ノーマルフォースを0とする。次いで、これに離型剤試料を1g入れる。温度を80℃まで上昇させ試料を融解させη2の測定を行う。測定の際の歪速度は、62.8rad/sとし、測定時間30秒、測定開始後の温度調整精度は±1.0℃以下とすることが測定精度の観点から好ましい。これを3回繰り返し、その算術平均値を粘度とする。次いで、温度を160℃に上げ、温度が安定するまで1分間保持し、前記80℃での測定と同様に操作してη3の測定を行う。
一般に、離型剤である結晶性高分子は、通常その状態、すなわち分子鎖の運動状態から温度が上がるに従って、ガラス域、遷移域、ゴム状態域、流動域と相変化する。これらの状態変化の中で、ガラス域は、ガラス転移温度(Tg)以下の温度で、高分子の主鎖の運動が凍結されている状態だが、温度が上昇すると分子の運動が大きくなり、結晶融解が発生する。この温度を融点とする。しかし、融解した後においても、その分子量や分子構造によって粘度は変化するため、融点とともにこの特性も離型剤の特性を知るための重要な因子である。
また、前記離型剤の粘度は、オイルレストナーの定着工程における剥離性に大きな影響を及ぼす。即ち、定着工程において加熱溶融される際に、トナー中に存在する離型剤が融解し、溶出することによって定着部材とトナー定着層との間に離型剤皮膜等を形成し、定着部材と用紙との剥離性を確保するものであるが、離型剤の溶融粘度は、前記溶出のしやすさに影響を及ぼすことから極めて重要である。
また、更に離型剤が融解する際のバインダー樹脂の粘弾性とのバランスも重要である。即ち、前記のようにバインダー樹脂の粘度(粘弾性)も温度の上昇により変化し、より温度の高いほど粘張な性質を示すことから、離型剤粘度とバインダー樹脂粘度とのバランスをとることが重要である。
本発明において、上記離型剤は結着樹脂100重量部に対して5〜25重量部の範囲で添加することが好ましく、より好ましくは5〜15重量部の範囲である。また、前記低温度側の離型剤と高温度側の離型剤との重量比(低温度側/高温度側)は70/30〜30/70の範囲であることが好ましい。
離型剤の添加は、後述する乳化凝集法の場合には、追加粒子の添加前に添加せしめるのが、帯電性、耐久性の点から好ましい。
この場合、前記ワックス類は、水中にイオン性界面活性剤や高分子酸や高分子塩基などの高分子電解質とともに分散し、融点以上に加熱するとともに強い剪断をかけられるホモジナイザーや圧力吐出型分散機により微粒子化し、粒径が1μm以下の粒子の離型剤分散液として作製することが好ましい。
なお、得られた離型剤粒子の粒子径や後述する樹脂微粒子の粒子径は、例えばレーザー回析式粒度分布測定装置(堀場製作所製、LA−700)で測定される。
<静電荷像現像用トナーの製造方法>
本発明の静電荷像現像用トナーの製造方法としては、溶融混練粉砕法、湿式造粒法等特に制限はないが、液中乾燥法、乳化凝集法(ヘテロ凝集法)、溶解懸濁法等、公知の湿式製法の中から適宜選択されることが好ましく、中でも溶解懸濁法、乳化凝集法が、本発明のトナーのような機能分離した設計を行うことができる点で好ましい。
以下、本発明の電子写真用トナー製造方法の一例として、乳化凝集法による製造方法について説明する。
乳化凝集法は、前記本発明の静電荷像現像用トナーにおける結着樹脂の項において既に説明した結晶性ポリエステル樹脂を乳化し樹脂微粒子を形成する乳化工程と、該樹脂微粒子の凝集体(凝集粒子)を形成する凝集工程と、該凝集体を融合させ熱融合させる融合工程、該凝集融合体を急冷する工程とを有する。以下に各工程を詳述する。
(乳化工程)
前記乳化工程において、結晶性ポリエステル樹脂の樹脂微粒子は、水系媒体と、スルホン化等したポリエステル樹脂とを混合した溶液に、ホモジナイザー等により機械的な剪断力を与えることにより形成される。その際、加熱することにより、粒子径が1μm以下の樹脂微粒子を形成することができる。また、樹脂微粒子の安定化や水系媒体の増粘のため、分散剤を使用することもできる。
前記分散剤としては、例えば、ポリビニルアルコール、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリメタクリル酸ナトリウムの等の水溶性高分子、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、オクタデシル硫酸ナトリウム、オレイン酸ナトリウム、ラウリル酸ナトリウム、ステアリン酸カリウム等のアニオン性界面活性剤、ラウリルアミンアセテート、ステアリルアミンアセテート、ラウリルトリメチルアンモニウムクロライド等のカチオン性界面活性剤、ラウリルジメチルアミンオキサイド等の両性イオン性界面活性剤、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルアミン等のノニオン性界面活性剤等の界面活性剤、リン酸三カルシウム、水酸化アルミニウム、硫酸カルシウム、炭酸カルシウム、炭酸バリウム等の無機化合物等が挙げられる。
前記分散剤として無機化合物を用いる場合、市販のものをそのまま用いてもよいが、微粒子を得る目的で、分散剤中にて無機化合物の微粒子を生成する方法を採用してもよい。前記分散剤の使用量としては、前記結晶性ポリエステル樹脂(バインダー樹脂)100重量部に対して、0.01〜20重量部の範囲が好ましい。
なお、前記乳化工程において、前記ポリエステル樹脂に、スルホン酸基を有するジカルボン酸を共重合させておく(即ち、酸由来構成成分中に、スルホン酸基を持つジカルボン酸由来構成成分が好適量含まれる)と、界面活性剤等の分散安定剤を減らすことができる、或いは使用しなくても乳化粒子を形成できる。
前記有機溶剤としては、例えば、酢酸エチル、トルエンが挙げられ、前記ポリエステル樹脂に応じて適宜選択して用いる。前記有機溶剤の使用量としては、前記結晶性ポリエステル樹脂および必要に応じて用いられる他のモノマー(以下、併せて単に「ポリマー」という場合がある)の総量100重量部に対して、50〜5000重量部の範囲が好ましく、120〜1000重量部の範囲がより好ましい。
本発明において、前記バインダー樹脂のうち、結晶性ポリエステル樹脂が70重量%以上であることが好ましく、90重量%以上であることがより好ましく、全てが結晶性ポリエステル樹脂であることが特に好ましい。
(凝集工程、融合工程)
前記凝集粒子は、樹脂微粒子のイオン性界面活性剤による樹脂微粒子分散液を用い、これと反対極性イオン性界面活性剤で分散された顔料を混合し、ポリ塩化アルミニウムを含む金属塩を用いてヘテロ凝集を生じせしめて作製する。具体的には、少なくとも粒子径が1μm以下の結晶性ポリエステル樹脂を分散した樹脂微粒子分散液と、着色剤を分散した着色剤分散液と、離型剤を分散した離型剤分散液とを混合し、これをポリ塩化アルミニウムを含む1種以上の金属塩を用いて凝集粒子分散液を作製する。
そして、示差熱分析より観測される前記樹脂微粒子の主吸熱ピーク温度よりも低い温度で凝集粒子を形成した後、凝集成長させ(凝集工程)、次いで凝集粒子存在雰囲気のpHを6〜10に保持した後、粒子の成長を停止させ、これを前記樹脂微粒子の主吸熱ピーク温度に対して−10℃〜+5℃の温度(主吸熱ピーク温度付近)に加熱せしめ融合・合一したのち、主吸熱ピーク温度より30℃低い温度まで急冷する(融合工程)。次いで適宜、洗浄、乾燥しトナー粒子を得る。
なお、前記樹脂微粒子の主吸熱ピーク温度は、樹脂のほとんどが結晶性ポリエステル樹脂であることから、前記結晶性ポリエステル樹脂の融点とほぼ同様値とする。
本発明において、前記乳化工程、顔料、離型剤の分散、凝集、またはその安定化などに用いる界面活性剤の例としては、硫酸エステル塩系、スルホン酸塩系、リン酸エステル系、せっけん系等のアニオン界面活性剤、アミン塩型、4級アンモニウム塩型等のカチオン系界面活性剤、またポリエチレングリコール系、アルキルフェノールエチレンオキサイド付加物系等を挙げることができ、多価アルコール系等の非イオン性界面活性剤を併用することも効果的である。分散のため手段としては、回転せん断型ホモジナイザーやメデイアを有するボールミル、サンドミル、ダイノミルなどの一般的なものを挙げることができる。
凝集、融合工程終了後、任意の洗浄工程、固液分離工程、乾燥工程を経て所望のトナーを得るが、洗浄工程は、帯電性の点から十分にイオン交換水による置換洗浄を施すことが好ましい。また、固液分離工程は、特に制限はないが、生産性の点から吸引濾過、加圧濾過等が好ましく用いられる。更に乾燥工程も特に方法に制限はないが、生産性の点から凍結乾燥、フラッシュジェット乾燥、流動乾燥、振動型流動乾燥等が好ましく用いられる。
前記プロセスは各分散液を一括で混合し、凝集することによりなされるものであってもよいが、以下のような付着工程を含むものであってもよい。
すなわち、凝集工程において、初期の各極性のイオン性分散剤の量のバランスを予めずらしておき、例えばポリ塩化アルミニウム等の無機金属塩の重合体を用いてこれをイオン的に中和し、ガラス転移点以下で第1段階の母体凝集を形成、安定化の後、第2段階としてバランスのずれを補填するような極性、量の分散剤で処理された樹脂微粒子分散液を添加し、さらに必要に応じ母体または追加粒子に含まれる樹脂の樹脂微粒子の示差熱分析における主吸熱ピーク温度よりも、わずかに低い温度で加熱したのち、より高い温度で安定化させ付着粒子を形成する(付着工程)。次いで、前記主吸熱ピーク温度に加熱することにより凝集形成の第2段階で加えた樹脂微粒子を母体凝集粒子の表面に付着させたまま合一させる。更にこの凝集の段階的操作は複数回、くり返し実施したものでもよい。
前述のように、本発明のトナーでは、ASTMD3418−8に準拠した示差熱分析の吸熱・発熱曲線において、55〜80℃の範囲にピーク温度を有する主吸熱極大ピークm1が存在し、該主吸熱極大ピークm1の半値幅が20℃以下であって、かつ該主体吸熱極大ピークm1のピーク温度±25℃の範囲に、低温度側のショルダーs2もしくは他の吸熱ピークm2と、高温度側のショルダーs3もしくは他の吸熱ピークm3とが、さらに存在する。
上記示差熱分析におけるm1、m2、m3の各吸熱ピークの面積を各々m1a、m2a、m3aとしたとき、本発明においては、下記で示されるAが5〜10%の範囲であり、かつ前記離型剤の開口径50mmのカップ型測定容器を用いたパラレルプレート型粘度計により求められる80℃における粘度η2が5〜10mPa・sの範囲であることが好ましい。また、Bが3〜5%の範囲であり、かつ160℃における粘度η3が2〜5mPa・sの範囲にあることが好ましい。
A=〔m2a/(m1a+m2a+m3a)〕×100(%)
B=〔m3a/(m1a+m2a+m3a)〕×100(%)
Aが5%未満では、極大ピーク温度以下の離型剤の溶出性が低下し、オイルレス定着における剥離性を損ない、10%を超えると、一部可塑的な現象が生じることから粉体特性を悪化させる場合がある。また、80℃における離型剤粘度が5mPa・s未満の場合は、溶出離型剤(ワックス)の粘度が低く、ロール等での熱定着の際に離型剤層のはじき等の生成により、オイルレス定着における剥離性を損なうことがある。また、10mPa・sを超えると、溶融時の離型剤混合層が形成された際に、トナーの可塑化を生じ、オイルレス定着における剥離性を低下させるばかりでなく粉体流動性を損なう場合がある。
一方、Bが3%未満では、m1ピーク温度以上の温度域での溶出ワックスの粘度が低く、ロール等での熱定着の際に離型剤層のはじき等の生成により、オイルレス定着における剥離性を損なうことがある。また、5%を超えると、溶融時の離型剤混合層が形成された際に、粘度が大きくなることから溶出性を阻害し、オイルレス定着における剥離性を低下させるばかりでなるため、好ましくはない。更に160℃における離型剤粘度が2mPa・s未満の場合は、溶出ワックスの粘度が低く、ロール等での熱定着の際に離型剤層のはじき等の生成により、オイルレス定着における剥離性を損なうことがあり、5mPa・sを越えると定着の際の溶出性が低下し、オイルレス定着における剥離性を損なうことがある。
本発明においては、トナー断面の透過型電子顕微鏡観察において、該トナーの内部に離型剤結晶が存在し、かつ該離型剤結晶の形状が棒状及び塊状であって、該離型剤結晶の浸辺長が0.5〜1.5μmの範囲にあることが好ましい。
すなわち、トナー中の離型剤結晶の形態が棒状あるいは塊状のいずれかのみであると、加熱定着の際の融解時間が均一となり、確かに完全な一定温度でのオイルレス定着の剥離には有利であるが、電子写真の定着プロセスの如き大きな温度分布を持つシステムにおいては、融解性に一定のばらつきを持たせることが必要である。従って、融解性に差の生じる棒状と塊状と結晶の共存がオイルレス定着の剥離安定化のために重要となる。
前記棒状及び塊状の離型剤結晶の存在比(棒状/塊状)は、個数比でおおよそ30/70〜70/30の範囲であることが好ましい。
なお、本発明における上記棒状とは、離型剤結晶における短辺長と長辺長とのアスペクト比(短辺/長辺)が0.05〜0.3の範囲にあるものをいい、前記塊状とは上記アスペクト比が0.6〜1.0の範囲にあるものをいう。
更に、前述の剥離性維持には離型剤結晶のトナー中におけるサイズも重要であり、浸辺長が0.5μm未満では、融解の際に均一なブリード性が得られにくい場合がある。また、1.5μmを超えると、未融解部分が生じ、定着の際の折り曲げ耐性を損ない、画像欠損が生じるばかりでなく、OHPを出力した際の透明性を損なうこともある。
なお、本発明における上記浸辺長とは、離型剤結晶における透過型電子顕微鏡(TEM)観察の写真で測定した時の最大の長さであり、かつトナー100個についてこの長さを測定した時の平均値をいう。
本発明におけるトナーの体積平均粒径は3〜9μmの範囲が好ましく、3〜8μmの範囲がより好ましい。体積平均粒径が3μm未満では、帯電性が不十分になり、現像性が低下することがあり、9μmを超えると、画像の解像性が低下する場合がある。
また、トナーの粒子径分布指標としては、体積平均粒度分布指標GSDvが大きくとも1.30であり、かつ該体積平均粒度分布指標GSDvと数平均粒度分布指標GSDpとの比GSDv/GSDpを少なくとも0.95とすることが好ましい。
体積分布指標GSDvが1.30を超えると画像の解像性が低下し、GSDv/GSDpが0.95未満の場合、帯電性の低下を発生させることがあると同時に飛び散り、カブリ等の画像欠陥の原因ともなり得る。
上記体積平均粒径及び粒径分布指標は、マルチサイザーII(ベックマン−コールター社製)を用いて測定される粒度分布を分割された粒度範囲(チャンネル)に対し、体積、数をそれぞれ小粒径側から累積分布を引いて、累積16%となる粒径を体積D16v、数D16p、累積50%となる粒径を体積D50v、数D50p、累積84%となる粒径を体積D84v、数D84pと定義する。
そして、前記体積粒度分布指数GSDvは、(D84v/D16v)1/2として算出され、前記数平均粒度分布指数GSDpは、(D84p/D16p)1/2として算出される。
本発明における静電荷像現像用トナーの帯電量については、絶対値で20〜40μC/gの範囲が好ましく、15〜35μC/gの範囲がより好ましい。前記帯電量が20μC/g未満であると背景汚れ(カブリ)が発生しやすくなり、40μC/gを超えると画像濃度が低下し易くなる。また、前記静電荷像現像用トナーの夏場(高温多湿)における帯電量と冬場(低温低湿)における帯電量の比率(夏場/冬場)としては、0.5〜1.5の範囲が好ましく、0.7〜1.3の範囲がより好ましい。前記比率がこれらの範囲外にあると帯電性の環境依存性が強く、帯電の安定性に欠け実用上好ましくない。
本発明のトナーの形状係数SF1は、現像性・転写効率の向上、高画質化の観点から110≦SF1≦120にすることが好ましい。この形状係数SF1は下式(2)により求められる。
SF1=(ML2/A)×(π/4)×100 ・・・ 式(2)
上記式(2)において、MLは各々の粒子の最大長を表し、Aは各々の粒子粒子の投影面積を表す。
なお、前記形状係数SF1の平均値は、250倍に拡大した50個のトナー像を光学顕微鏡から画像解析装置(LUZEX III、ニレコ社製)に取り込み、その最大長及び投影面積から、個々の粒子について前記SF1の値を求め平均したものである。
本発明では、帯電性のより向上安定化のために、トナーに対して帯電制御剤を使用することができる。帯電制御剤としては4級アンモニウム塩化合物、ニグロシン系化合物、アルミ、鉄、クロムなどの錯体からなる染料やトリフェニルメタン系顔料など通常使用される種々の帯電制御剤を使用することが出来るが、凝集や合一時の安定性に影響するイオン強度の制御と廃水汚染減少の点から水に溶解しにくい材料が好適である。また、帯電性の安定のために湿式で無機微粒子を添加することができる。添加する無機微粒子の例としては、シリカ、アルミナ、チタニア、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、リン酸三カルシウムなど通常トナー表面の外添剤として使うすべてのものをイオン性界面活性剤や高分子酸、高分子塩基で分散することにより使用することができる。
本発明のトナーに用いられ得る前記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でき、例えば、流動性付与やクリーニング性向上の目的で無機微粒子、有機微粒子、帯電制御剤、離型剤等の公知の各種添加剤等が挙げられる。
前記無機微粒子は、一般にトナーの流動性を向上させる目的で使用される。前記無機微粒子としては、例えば、シリカ、アルミナ、酸化チタン、チタン酸バリウム、チタン酸マグネシウム、チタン酸カルシウム、チタン酸ストロンチウム、酸化亜鉛、ケイ砂、クレー、雲母、ケイ灰石、ケイソウ土、塩化セリウム、ベンガラ、酸化クロム、酸化セリウム、三酸化アンチモン、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素等の微粒子が挙げられる。これらの中でも、シリカ微粒子が好ましく、疎水化処理されたシリカ微粒子が特に好ましい。前記無機微粒子の平均1次粒子径(数平均粒子径)としては、1〜1000nmの範囲が好ましく、その添加量(外添)としては、トナー粒子100重量部に対して、0.01〜20重量部の範囲が好ましい。
前記有機微粒子としては、一般にクリーニング性や転写性を向上させる目的で使用される。前記有機微粒子としては、例えば、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリフッ化ビニリデン等の微粒子が挙げられる。
本発明の静電荷像現像用トナーは、離型剤を含有するためシリコーンオイル等が加熱部材に塗布されないオイルレス定着装置に好ましく用いられる。
上記定着装置としては、2本のロールにより構成されたものでも、ロールとベルトとにより構成されたものでもよいが、高速性、低圧、及び低電力化の観点から、ベルトを用いた方式が望ましい(以下この方式をベルトニップ方式と称する)。
ベルトニップ方式は、複数の支持ロールに回転可能に張架されたエンドレスベルトと、このエンドレスベルトに接触してベルトニップを形成する加熱定着ロールを備えた定着装置を用い、そして、加熱定着ロールとエンドレスベルトとのベルトニップ間に、未定着トナー画像が形成された紙が通過し、この時ベルトニップ間の圧力と熱エネルギーによって定着を行うものである。ベルトニップ通過後、紙は剥離爪によって剥がされ、定着装置の外部へ排出される。このような構成にすることにより、プロセススピードの高速化と加熱時間の自由度が比較的容易に大きくとることができるので望ましい。
以下、実施例により詳細に本発明を説明するが、これらは何ら本発明を限定するものではない。なお、以下の説明において、特に断りのない限り、「部」はすべて「重量部」を意味する。
<トナーの作製>
(結晶性ポリエステル樹脂の合成)
−結晶性ポリエステル樹脂(1)−
加熱乾燥した二口フラスコに、テレフタル酸ジメチル270.8部と、1,9−ノナンジオール272.8部と、触媒としてジブチル錫オキサイド0.3部と、を入れた後、減圧操作により容器内の空気を窒素ガスにより不活性雰囲気下とし、機械攪拌にて180℃で5時間攪拌を行った。その後、減圧下にて230℃まで徐々に昇温を行い2時間攪拌し、粘稠な状態となったところで空冷し、反応を停止させ、結晶性ポリエステル樹脂(1)340部を合成した。
ゲルパーミエーションクロマトグラフィーによる分子量測定(ポリスチレン換算)で、得られた結晶性ポリエステル樹脂(1)の分子量を測定したところ、重量平均分子量(Mw)は23500であり、数平均分子量(Mn)は5600であった。また、結晶性ポリエステル樹脂(1)の融点(Tm)を、前述の測定方法により、示差走査熱量計(DSC)を用いて測定したところ、明確なピークを有し、ピークトップの温度は55℃であった。
−結晶性ポリエステル樹脂(2)−
加熱乾燥した二口フラスコに、テレフタル酸ジメチル284.5部と、1,9−ノナンジオール264.3部と、触媒としてジブチル錫オキサイド0.3部と、を入れた後、減圧操作により容器内の空気を窒素ガスにより不活性雰囲気下とし、機械攪拌にて180℃で5時間攪拌を行った。その後、減圧下にて230℃まで徐々に昇温を行い2時間攪拌し、粘稠な状態となったところで空冷し、反応を停止させ、結晶性ポリエステル樹脂(2)340部を合成した。
ゲルパーミエーションクロマトグラフィーによる分子量測定(ポリスチレン換算)で、得られた結晶性ポリエステル樹脂(2)の分子量を測定したところ、重量平均分子量(Mw)は29500であり、数平均分子量(Mn)は7500であった。また、結晶性ポリエステル樹脂(2)の融点(Tm)を、前述の測定方法により、示差走査熱量計(DSC)を用いて測定したところ、明確なピークを有し、ピークトップの温度は78℃であった。
−結晶性ポリエステル樹脂(3)−
加熱乾燥した3口フラスコに、1,4−ブタンジオール89.1部と、5−スルホイソフタル酸ナトリウムジメチル21.2部と、アジピン酸ジメチル144.9部と、触媒としてジブチル錫オキサイド0.3部と、を入れた後、減圧操作により容器内の空気を窒素ガスにより不活性雰囲気下とし、機械攪拌にて180℃で5時間攪拌を行った。その後、減圧下にて220℃まで徐々に昇温を行い2時間攪拌し、粘稠な状態となったところで空冷し、反応を停止させ、結晶性ポリエステル樹脂(3)220部を合成した。
ゲルパーミエーションクロマトグラフィーによる分子量測定(ポリスチレン換算)で、得られた結晶性ポリエステル樹脂(3)の分子量を測定したところ、重量平均分子量(Mw)は11000であり、数平均分子量(Mn)は4700であった。また、結晶性ポリエステル樹脂(3)の融点(Tm)を、前述の測定方法により、示差走査熱量計(DSC)を用いて測定したところ、明確なピークを有し、ピークトップの温度は53℃であった。
−結晶性ポリエステル樹脂(4)−
加熱乾燥した3口フラスコに、1,10−デカンジオール174.0部と、5−スルホイソフタル酸ナトリウムジメチル22.0部と、ジメチルスルホキシド10部と、触媒としてジブチル錫オキサイド0.03部と、を入れた後、減圧操作により容器内の空気を窒素ガスにより不活性雰囲気下とし、機械攪拌にて180℃で3時間攪拌を行った。減圧下、ジメチルスルホキシドを留去し、窒素気流下、ドデカンジオイック酸ジメチル26.0部を加え、180℃で1時間攪拌を行った。その後、減圧下にて220℃まで徐々に昇温を行い30分間攪拌し、粘稠な状態となったところで空冷し、反応を停止させ、結晶性ポリエステル樹脂(4)360部を合成した。
ゲルパーミエーションクロマトグラフィーによる分子量測定(ポリスチレン換算)で、得られた結晶性ポリエステル樹脂(4)の分子量を測定したところ、重量平均分子量(Mw)は31200であり、数平均分子量(Mn)は8900であった。また、結晶性ポリエステル樹脂(4)の融点(Tm)を、前述の測定方法により、示差走査熱量計(DSC)を用いて測定したところ、明確なピークを有し、ピークトップの温度は85℃であった。
−非晶性ポリエステル樹脂(1)−
結晶性ポリエステル樹脂(1)の合成において、テレフタル酸ジメチルの添加量を194部に変え、1,9−ノナンジオール248部を1,3−ブタンジオール90部に代えたほかは、結晶性ポリエステル樹脂(1)の合成と同様にして、非晶性ポリエステル樹脂(1)240部を合成した。
ゲルパーミエーションクロマトグラフィーによる分子量測定(ポリスチレン換算)で、得られた非晶性ポリエステル樹脂(1)の分子量を測定したところ、重量平均分子量(Mw)は9800であり、数平均分子量(Mn)は4200であった。また、非晶性ポリエステル樹脂(1)の熱特性を、前述の融点の測定と同様にして、示差走査熱量計(DSC)を用いて測定したところ、明確なピークを示さず、階段状の吸熱量変化が観察された。階段状の吸熱量変化の中間点をとったガラス転移点は49℃であった。
(樹脂微粒子分散液の調製)
−樹脂微粒子分散液1−
・結晶性ポリエステル樹脂(1) 115部
・イオン性界面活性剤ネオゲンRK(第一工業製薬) 5部
・イオン交換水 180部
以上の各成分を混合し100℃に加熱して、IKA社製ウルトラタラックスT50にて十分に分散後、圧力吐出型ゴーリンホモジナイザーで分散処理を1時間行い、体積平均粒径が200nm、固形分量が40重量%の樹脂微粒子分散液1を得た。
−樹脂微粒子分散液2−
・結晶性ポリエステル樹脂(2) 115部
・イオン性界面活性剤ネオゲンRK(第一工業製薬) 5部
・イオン交換水 180部
以上の各成分を混合し100℃に加熱して、IKA社製ウルトラタラックスT50にて十分に分散後、圧力吐出型ゴーリンホモジナイザーで分散処理を1時間行い、体積平均粒径が200nm、固形分量が40重量%の樹脂微粒子分散液2を得た。
−樹脂微粒子分散液3−
・結晶性ポリエステル樹脂(3) 115部
・イオン性界面活性剤ネオゲンRK(第一工業製薬) 5部
・イオン交換水 180部
以上の各成分を混合し100℃に加熱して、IKA社製ウルトラタラックスT50にて十分に分散後、圧力吐出型ゴーリンホモジナイザーで分散処理を1時間行い、体積平均粒径が200nm、固形分量が40重量%の樹脂微粒子分散液3を得た。
−樹脂微粒子分散液4−
・結晶性ポリエステル樹脂(4) 115部
・イオン性界面活性剤ネオゲンRK(第一工業製薬) 5部
・イオン交換水 180部
以上の各成分を混合し100℃に加熱して、IKA社製ウルトラタラックスT50にて十分に分散後、圧力吐出型ゴーリンホモジナイザーで分散処理を1時間行い、体積平均粒径が200nm、固形分量が40重量%の樹脂微粒子分散液4を得た。
−樹脂微粒子分散液5−
・非晶性ポリエステル樹脂(1) 115部
・イオン性界面活性剤ネオゲンRK(第一工業製薬) 5部
・イオン交換水 180部
以上の各成分を混合し100℃に加熱して、IKA社製ウルトラタラックスT50にて十分に分散後、圧力吐出型ゴーリンホモジナイザーで分散処理を1時間行い、体積平均粒径が200nm、固形分量が40重量%の樹脂微粒子分散液5を得た。
(着色剤分散液の調製)
・シアン顔料(銅フタロシアニンB15:3、大日精化製) 45部
・イオン性界面活性剤ネオゲンRK(第一工業製薬) 5部
・イオン交換水 200部
以上を混合溶解し、ホモジナイザー(IKA社製、ウルトラタラックスT50)により10分間分散し、体積平均粒径が168nmの着色剤分散液を得た。
(離型剤分散液の調製)
−離型剤分散液1−
・パラフィンワックスOX2151(融点:35℃、日本精蝋社製) 45部
・カチオン性界面活性剤ネオゲンRK(第一工業製薬) 5部
・イオン交換水 200部
以上を混合し60℃に加熱して、IKA社製ウルトラタラックスT50にて十分に分散後、圧力吐出型ゴーリンホモジナイザーで分散処理し、体積平均粒径が170nm、固形分量が25重量%の離型剤分散液1を得た。
−離型剤分散液2−
・パラフィンワックスHNP10(融点:75℃、日本精蝋社製) 45部
・カチオン性界面活性剤ネオゲンRK(第一工業製薬) 5部
・イオン交換水 200部
以上を混合し95℃に加熱して、IKA社製ウルトラタラックスT50にて十分に分散後、圧力吐出型ゴーリンホモジナイザーで分散処理し、体積平均粒径が200nm、固形分量が25重量%の離型剤分散液2を得た。
−離型剤分散液3−
・パラフィンワックス112(融点:47℃、日本精蝋社製) 45部
・カチオン性界面活性剤ネオゲンRK(第一工業製薬) 5部
・イオン交換水 200部
以上を混合し95℃に加熱して、IKA社製ウルトラタラックスT50にて十分に分散後、圧力吐出型ゴーリンホモジナイザーで分散処理し、体積平均粒径が185nm、固形分量が25重量%の離型剤分散液ワックス分散液3を得た。
−離型剤分散液4−
・パラフィンワックス130(融点:57℃、日本精蝋社製) 45部
・カチオン性界面活性剤ネオゲンRK(第一工業製薬) 5部
・イオン交換水 200部
以上を混合し95℃に加熱して、IKA社製ウルトラタラックスT50にて十分に分散後、圧力吐出型ゴーリンホモジナイザーで分散処理し、体積平均粒径が190nm、固形分量が25重量%の離型剤分散液4を得た。
−離型剤分散液5−
・パラフィンワックスHiMic2095(融点:98℃、日本精蝋社製) 45部
・カチオン性界面活性剤ネオゲンRK(第一工業製薬) 5部
・イオン交換水 200部
以上を混合し95℃に加熱して、IKA社製ウルトラタラックスT50にて十分に分散後、圧力吐出型ゴーリンホモジナイザーで分散処理し、体積平均粒径が205nm、固形分量が25重量%の離型剤分散液5を得た。
−離型剤分散液6−
・酸化パラフィンワックスOX2151(融点:35℃、日本精蝋社製) 45部
・カチオン性界面活性剤ネオゲンRK(第一工業製薬) 5部
・イオン交換水 200部
以上を混合し95℃に加熱して、IKA社製ウルトラタラックスT50にて十分に分散後、圧力吐出型ゴーリンホモジナイザーで分散処理し、体積平均粒径が180nm、固形分量が25重量%の離型剤分散液6を得た。
−離型剤分散液7−
・ポリエチレンワックスLuvax1151(融点:98℃、日本精蝋社製) 45部
・カチオン性界面活性剤ネオゲンRK(第一工業製薬) 5部
・イオン交換水 200部
以上を混合し95℃に加熱して、IKA社製ウルトラタラックスT50にて十分に分散後、圧力吐出型ゴーリンホモジナイザーで分散処理し、体積平均粒径が220nm、固形分量が25重量%の離型剤分散液7を得た。
(トナー粒子の作製)
以上のように調製した材料を用い、ヘテロ凝集法によりトナー粒子を作製した。
−トナー粒子1−
・樹脂微粒子分散液1 80部
・着色剤分散液 60部
・離型剤分散液1 20部
・離型剤分散液2 40部
・ポリ塩化アルミニウム 0.41部
以上の各成分を丸型ステンレス製フラスコ中に入れ、ウルトラタラックスT50で十分に混合・分散した。次いで、これにポリ塩化アルミニウム0.36部を加え、ウルトラタラックスT50で分散操作を継続した。加熱用オイルバスでフラスコを攪拌しながら47℃まで加熱し、この温度で60分間保持した後、ここに樹脂微粒子分散液1を緩やかに31部を追加した。その後、0.5mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液で系内のpHを5.4にした後、ステンレス製フラスコを密閉し、磁力シールを用いて攪拌を継続しながら96℃まで加熱し、5時間保持した。
反応終了後、冷却し、濾過、イオン交換水で十分に洗浄した後、ヌッチェ式吸引濾過により固液分離を施した。これを更に40℃のイオン交換水3Lに再分散し、300rpmで15分間攪拌・洗浄した。これを更に5回繰り返し、濾液のpHが7.01、電気伝導度が9.8μS/cm、表面張力が71.1Nmとなったところで、ヌッチェ式吸引濾過によりNo.5Aろ紙を用いて固液分離を行った。次いで真空乾燥を12時間継続しトナー粒子1を得た。
トナー粒子1の粒子径をマルチサイザーIIにて測定したところ、体積平均粒径は8.6μm、体積平均粒度分布指標GSDvは1.25であった。また、ルーゼックス画像解析装置による形状観察より求めた粒子の形状係数SF1は132.8でポテト状であることが観察された。
また、トナー粒子1のASTMD3418−8に準拠した示差熱分析より求められる極大吸熱ピークm1のピーク温度は55℃であり、更に該吸熱極大ピークの半値巾は19℃であった。更に、m1のピーク温度の低温度側の35℃に吸熱ピークm2、及びm1のピーク温度の高温度側の75℃にショルダーs3が観測された。
また、透過型電子顕微鏡でトナーの断面観察をし、該トナー中の離型剤結晶の形状、浸辺長を観察した結果、棒状結晶、塊状結晶が混在(存在比:60/40)し、かつ浸辺長は1.9μmであった。
なお、前記離型剤分散液1と2とを前記割合で混合した後、乾燥した離型剤の粘度を測定した結果、80℃における粘度η2は7.8mPa・s、160℃における粘度η3は3.8mPa・sであった。
−トナー粒子2−
トナー粒子1の作製において、樹脂微粒子分散液1を樹脂微粒子分散液2とした以外はトナー粒子1の作製と同様にしてトナー粒子2を得た。
トナー粒子2の粒子径をマルチサイザーIIにて測定したところ、体積平均粒径は8.8μm、体積平均粒度分布指標GSDvは1.25であった。また、ルーゼックス画像解析装置による形状観察より求めた粒子の形状係数SF1は129.5でポテト状であることが観察された。
また、トナー粒子2のASTMD3418−8に準拠した示差熱分析より求められる極大吸熱ピークm1のピーク温度は78℃であり、更に該吸熱極大ピークの半値巾は15℃であった。更に、m1のピーク温度の低温度側の35℃に吸熱ピークm2、及びm1のピーク温度の高温度側の75℃にショルダーs3が観測された。
また、透過型電子顕微鏡でトナーの断面観察をし、該トナー中の離型剤結晶の形状、浸辺長を観察した結果、棒状結晶、塊状結晶が混在(存在比:60/40)し、かつ浸辺長は1.4μmであった。
−トナー粒子3−
トナー粒子1の作製において、樹脂微粒子分散液1を樹脂微粒子分散液3とした以外はトナー粒子1の作製と同様にしてトナー粒子3を得た。
トナー粒子3の粒子径をマルチサイザーIIにて測定したところ、体積平均粒径は8.0μm、体積平均粒度分布指標GSDvは1.22であった。また、ルーゼックス画像解析装置による形状観察より求めた粒子の形状係数SF1は128.9でポテト状であることが観察された。
また、トナー粒子3のASTMD3418−8に準拠した示差熱分析より求められる極大吸熱ピークm1のピーク温度は53℃であり、更に該吸熱極大ピークの半値巾は13℃であった。更に、m1のピーク温度の低温度側の35℃に吸熱ピークm2、及びm1のピーク温度の高温度側の75℃にショルダーs3が観測された。
また、透過型電子顕微鏡でトナーの断面観察をし、該トナー中の離型剤結晶の形状、浸辺長を観察した結果、棒状結晶、塊状結晶が混在(存在比:65/35)し、かつ浸辺長は1.0μmであった。
−トナー粒子4−
トナー粒子1の作製において、樹脂微粒子分散液1を樹脂微粒子分散液4とした以外はトナー粒子1の作製と同様にしてトナー粒子4を得た。
トナー粒子4の粒子径をマルチサイザーIIにて測定したところ、体積平均粒径は9.0μm、体積平均粒度分布指標GSDvは1.25であった。また、ルーゼックス画像解析装置による形状観察より求めた粒子の形状係数SF1は130.2でポテト状であることが観察された。
また、トナー粒子4のASTMD3418−8に準拠した示差熱分析より求められる極大吸熱ピークm1のピーク温度は85℃であり、更に該吸熱極大ピークの半値巾は17℃であった。更に、m1のピーク温度の低温度側の35℃に吸熱ピークm2、及びm1のピーク温度の高温度側の75℃にショルダーs3が観測された。
また、透過型電子顕微鏡でトナーの断面観察をし、該トナー中の離型剤結晶の形状、浸辺長を観察した結果、棒状結晶、塊状結晶が混在(存在比:65/35)し、かつ浸辺長は0.7μmであった。
−トナー粒子5−
トナー粒子1の作製において、樹脂微粒子分散液1を樹脂微粒子分散液5とした以外はトナー粒子1の作製と同様にしてトナー粒子5を得た。
トナー粒子5の粒子径をマルチサイザーIIにて測定したところ、体積平均粒径は10.2μm、体積平均粒度分布指標GSDvは1.25であった。また、ルーゼックス画像解析装置による形状観察より求めた粒子の形状係数SF1は133.1でポテト状であることが観察された。
また、トナー粒子5のASTMD3418−8に準拠した示差熱分析においては、2種の離型剤に基づく吸熱ピーク、ショルダーは見られたが、明確な極大吸熱ピークは確認されなかった。
また、透過型電子顕微鏡でトナーの断面観察をし、該トナー中の離型剤結晶の形状、浸辺長を観察した結果、棒状結晶、塊状結晶が混在(存在比:60/40)し、かつ浸辺長は2.2μmであった。
−トナー粒子6−
トナー粒子1の作製において、離型剤分散液1:20部及び離型剤分散液2:40部の代わりに、離型剤分散液3:40部及び離型剤分散液4:40部を用い、凝集条件を40℃、4時間とした以外はトナー粒子1の作製と同様にしてトナー粒子6を得た。
トナー粒子6の粒子径をマルチサイザーIIにて測定したところ、体積平均粒径は3.5μm、体積平均粒度分布指標GSDvは1.23であった。また、ルーゼックス画像解析装置による形状観察より求めた粒子の形状係数SF1は130.1でポテト状であることが観察された。
また、トナー粒子6のASTMD3418−8に準拠した示差熱分析より求められる極大吸熱ピークm1のピーク温度は55℃であり、更に該吸熱極大ピークの半値巾は19℃であった。更に、m1のピーク温度の低温度側の47℃に吸熱ピークm2、及びm1のピーク温度の高温度側の57℃にショルダーs3が観測された。
また、透過型電子顕微鏡でトナーの断面観察をし、該トナー中の離型剤結晶の形状、浸辺長を観察した結果、棒状結晶、塊状結晶が混在(存在比:50/50)し、かつ浸辺長は1.8μmであった。
なお、前記離型剤分散液3と4とを前記割合で混合した後、乾燥した離型剤の粘度を測定した結果、80℃における粘度η2は5.1mPa・s、160℃における粘度η3は2.1mPa・sであった。
−トナー粒子7−
トナー粒子2の作製において、離型剤分散液1:20部及び離型剤分散液2:40部の代わりに、離型剤分散液5:40部及び離型剤分散液6:40部を用い、凝集条件を50℃とした以外はトナー粒子2の作製と同様にしてトナー粒子7を得た。
トナー粒子7の粒子径をマルチサイザーIIにて測定したところ、体積平均粒径は6.1μm、体積平均粒度分布指標GSDvは1.23であった。また、ルーゼックス画像解析装置による形状観察より求めた粒子の形状係数SF1は135.0でポテト状であることが観察された。
また、トナー粒子7のASTMD3418−8に準拠した示差熱分析より求められる極大吸熱ピークm1のピーク温度は78℃であり、更に該吸熱極大ピークの半値巾は16℃であった。更に、m1のピーク温度の低温度側の57℃に吸熱ピークm2、及びm1のピーク温度の高温度側の98℃にショルダーs3が観測された。
また、透過型電子顕微鏡でトナーの断面観察をし、該トナー中の離型剤結晶の形状、浸辺長を観察した結果、棒状結晶、塊状結晶が混在(存在比:50/50)し、かつ浸辺長は0.6μmであった。
なお、前記離型剤分散液1と4とを前記割合で混合した後、乾燥した離型剤の粘度を測定した結果、80℃における粘度η2は12.3mPa・s、160℃における粘度η3は4.2mPa・sであった。
−トナー粒子8−
トナー粒子2の作製において、離型剤分散液1:20部及び離型剤分散液2:40部の代わりに、離型剤分散液1:60部及び離型剤分散液2:20部を用い、凝集停止のpHを6.5とした以外はトナー粒子2の作製と同様にしてトナー粒子8を得た。
トナー粒子8の粒子径をマルチサイザーIIにて測定したところ、体積平均粒径は6.2μm、体積平均粒度分布指標GSDvは1.26であった。また、ルーゼックス画像解析装置による形状観察より求めた粒子の形状係数SF1は117.4で球状であることが観察された。
また、トナー粒子8のASTMD3418−8に準拠した示差熱分析より求められる極大吸熱ピークm1のピーク温度は78℃であり、更に該吸熱極大ピークの半値巾は16℃であった。更に、m1のピーク温度の低温度側の75℃に吸熱ピークm2、及びm1のピーク温度の高温度側の91℃にショルダーs3が観測された。
また、透過型電子顕微鏡でトナーの断面観察をし、該トナー中の離型剤結晶の形状、浸辺長を観察した結果、棒状結晶、塊状結晶が混在(存在比:25/75)し、かつ浸辺長は1.3μmであった。
なお、前記離型剤分散液1と2とを前記割合で混合した後、乾燥した離型剤の粘度を測定した結果、80℃における粘度η2は14.9mPa・s、160℃における粘度η3は4.9mPa・sであった。
−トナー粒子9−
トナー粒子3の作製において、離型剤分散液1:20部及び離型剤分散液2:40部の代わりに、離型剤分散液1:40部及び離型剤分散液7:40部を用いた以外はトナー粒子3の作製と同様にしてトナー粒子9を得た。
トナー粒子9の粒子径をマルチサイザーIIにて測定したところ、体積平均粒径は10.9μm、体積平均粒度分布指標GSDvは1.45であった。また、ルーゼックス画像解析装置による形状観察より求めた粒子の形状係数SF1は120.0で球状であることが観察された。
また、トナー粒子6のASTMD3418−8に準拠した示差熱分析より求められる極大吸熱ピークm1のピーク温度は53℃であり、更に該吸熱極大ピークの半値巾は21℃であった。更に、m1のピーク温度の低温度側の35℃に吸熱ピークm2、及びm1のピーク温度の高温度側の105℃に吸熱ピークm3が観測された。
また、透過型電子顕微鏡でトナーの断面観察をし、該トナー中の離型剤結晶の形状、浸辺長を観察した結果、棒状結晶、塊状結晶が混在(存在比:50/50)し、かつ浸辺長は2.6μmであった。
なお、前記離型剤分散液1と7とを前記割合で混合した後、乾燥した離型剤の粘度を測定した結果、80℃における粘度η2は17.0mPa・s、160℃における粘度η3は5.3mPa・sであった。
−トナー粒子10−
トナー粒子5の作製において、離型剤分散液1:20部及び離型剤分散液2:40部の代わりに、離型剤分散液2:80部のみを用い、凝集条件を70℃、凝集停止のpHを5.0とした以外はトナー粒子5の作製と同様にしてトナー粒子の作製を行ったが、凝集粒子が再凝集し全体が固まり状となったトナー粒子10が得られた。
また、トナー粒子10のASTMD3418−8に準拠した示差熱分析では、離型剤に基づく吸熱ピークが75℃に見られたが、明確な極大吸熱ピークは観測されなかった。
また、透過型電子顕微鏡でトナーの断面観察をし、該トナー中の離型剤結晶の形状、浸辺長を観察した結果、塊状結晶のみが存在し、かつ浸辺長は2.1μmであった。
なお、前記離型剤分散液2を乾燥して離型剤の粘度を測定した結果、80℃における粘度η2は4.5mPa・s、160℃における粘度η3は1.8mPa・sであった。
−トナー粒子11−
トナー粒子4の作製において、離型剤分散液1:20部及び離型剤分散液2:40部の代わりに、離型剤分散液7:80部のみを用い、凝集温度を40℃、凝集停止のpHを10.5とした以外はトナー粒子4の作製と同様にしてトナー粒子11を得た。
トナー粒子11の粒子径をマルチサイザーIIにて測定したところ、体積平均粒径は2.9μm、体積平均粒度分布指標GSDvは1.36であった。また、ルーゼックス画像解析装置による形状観察より求めた粒子の形状係数SF1は145.3で不定形状であることが観察された。
また、トナー粒子11のASTMD3418−8に準拠した示差熱分析より求められる極大吸熱ピークm1のピーク温度は85℃であり、更に該吸熱極大ピークの半値巾は35℃であった。更に、m1のピーク温度の低温度側には吸熱ピークもしくはショルダーが観測されなかった。また、m1のピーク温度の高温度側の93℃にショルダーs3が観測された。
また、透過型電子顕微鏡でトナーの断面観察をし、該トナー中の離型剤結晶の形状、浸辺長を観察した結果、棒状結晶のみが存在し、かつ浸辺長は0.5μmであった。
なお、前記離型剤分散液7を乾燥して離型剤の粘度を測定した結果、80℃にでは測定上限を超え測定不能であった。また、160℃における粘度η3は10.3mPa・sであった。
(トナー、現像剤の調製)
上記作製したトナー粒子1〜9、11:50部に対し、各々疎水性シリカ(TS720:キャボット社製)を1.0部添加し、サンプルミルにて10000rpmで30秒間ブレンドしてトナー1〜9、11とした。また、これらをメタアクリレート(綜研化学社製)を1重量%コートした体積平均粒径が50μmのフェライトキャリアに対し、トナー濃度が5重量%になるように各々秤量し、ボールミルで5分間攪拌、混合して、現像剤1〜9、11を調製した。
<実施例1>
画像形成装置としてカラー複写機DocuCentreColor400(富士ゼロックス社製、オイルレス定着仕様)改造機を用い、これに前記現像剤1を装填し、トナー載り量を10.5g/m2に調整して画像出しした後、高速・低圧・低電力タイプのベルトニップ方式の定着器を用い、ニップ幅を6.5mm、定着温度を140℃、定着速度を360mm/secとして定着した。
この定着器からの剥離性は良好で、何ら抵抗なく剥離していることが確認され、全くオフセットも発生しなかった。また、定着画像を2つに折り曲げ再度引き伸ばした際の画像欠損も観察されなかった。更に、これらの定着画像の表面光沢性も良好であり、OHPシートの透過性も優れ、濁りのない透過像が確認された。
一方、現像剤1に使用したトナー1を60℃のオーブンに入れ、24時間放置後、常温まで自然冷却し、トナーの凝集性を目視観察した結果、何ら凝集塊は観察されず、良好な粉体流動性を持つことが確認された。
<実施例2>
実施例1において、現像剤1の代わりに現像剤6を用いた以外は実施例1と同様にして評価を行った。
この場合も定着器からの剥離性は良好で、何ら抵抗なく剥離していることが確認され、全くオフセットも発生しなかった。また、定着画像を2つに折り曲げ再度引き伸ばした際の画像欠損も観察されなかった。更に、これらの定着画像の表面光沢性も良好であり、OHPシートの透過性も優れ、濁りのない透過像が確認された。
一方、現像剤6に使用したトナー6を60℃のオーブンに入れ、24時間放置後、常温まで自然冷却し、トナーの凝集性を目視観察した結果、何ら凝集塊は観察されず、良好な粉体流動性を持つことが確認された。
<実施例3>
実施例1において、現像剤1の代わりに現像剤7を用いた以外は実施例1と同様にして評価を行った。
この場合も定着器からの剥離性は良好で、何ら抵抗なく剥離していることが確認され、全くオフセットも発生しなかった。また、定着画像を2つに折り曲げ再度引き伸ばした際の画像欠損も観察されなかった。更に、これらの定着画像の表面光沢性も良好であり、OHPシートの透過性も優れ、濁りのない透過像が確認された。
一方、現像剤7に使用したトナー7を60℃のオーブンに入れ、24時間放置後、常温まで自然冷却し、トナーの凝集性を目視観察した結果、何ら凝集塊は観察されず、良好な粉体流動性を持つことが確認された。
<実施例4>
実施例1において、現像剤1の代わりに現像剤8を用いた以外は実施例1と同様にして評価を行った。
この場合も定着器からの剥離性は良好で、何ら抵抗なく剥離していることが確認され、全くオフセットも発生しなかった。また、定着画像を2つに折り曲げ再度引き伸ばした際の画像欠損も観察されなかった。更に、これらの定着画像の表面光沢性も良好であり、OHPシートの透過性も優れ、濁りのない透過像が確認された。
一方、現像剤8使用したトナー8を60℃のオーブンに入れ、24時間放置後、常温まで自然冷却し、トナーの凝集性を目視観察した結果、何ら凝集塊は観察されず、良好な粉体流動性を持つことが確認された。
<比較例1>
実施例1において、現像剤1の代わりに現像剤3を用いた以外は実施例1と同様にして評価を行った。
この場合は定着器からの剥離性は不良で、剥離しにくいことが確認された。また、定着画像を2つに折り曲げ再度引き伸ばした際の画像欠損は観察されなかったが、これらの定着画像の表面光沢性は剥離の悪さに起因して低光沢であった。
一方、現像剤3に使用したトナー3を60℃のオーブンに入れ、24時間放置後、常温まで自然冷却し、トナーの凝集性を目視観察した結果、凝集塊が観察された。
<比較例2>
実施例1において、現像剤1の代わりに現像剤4を用いた以外は実施例1と同様にして評価を行った。
この場合は定着器からの剥離性は良好で、何ら抵抗なく剥離していることが確認され、全くオフセットも発生しなかった。しかし、定着画像を2つに折り曲げ再度引き伸ばした際の画像欠損が観察された。また、これらの定着画像の表面光沢性も低いものであり、OHPシートの透過性も低いものであった。
一方、現像剤4に使用したトナー4を60℃のオーブンに入れ、24時間放置後、常温まで自然冷却し、トナーの凝集性を目視観察した結果、何ら凝集塊は観察されず良好な粉体流動特性を持つことが確認された。
<比較例3>
実施例1において、現像剤1の代わりに現像剤9を用いた以外は実施例1と同様にして評価を行った。
この場合は定着器からの剥離性に乏しく、剥離不良に伴う画像欠損が確認された。また、オフセットも発生した。また、定着画像を2つに折り曲げ再度引き伸ばした際の画像欠損も観察された。更に、これらの定着画像の表面光沢性はむらが観察された。
一方、現像剤9に使用したトナー9を60℃のオーブンに入れ、24時間放置後、常温まで自然冷却し、トナーの凝集性を目視観察した結果、凝集塊が観察された。
<比較例4>
実施例1において、現像剤1の代わりに現像剤11を用いた以外は実施例1と同様にして評価を行った。
この場合定着器からの剥離性が著しく乏しく、剥離できないことが確認され評価を行うことができなかった。
一方、現像剤11に使用したトナー11を60℃のオーブンに入れ、24時間放置後、常温まで自然冷却し、トナーの凝集性を目視観察した結果、何ら凝集塊は観察されず良好な粉体流動特性を持つことが確認された。
以上のように、実施例で用いた本発明の静電荷像現像用トナーは低温のオイルレス定着での良好な剥離性と、良好な耐ブロッキング性、保存性を示したが、比較例で用いたトナーでは、定着性、保存性等に何らかの問題が発生した。

Claims (2)

  1. 少なくとも、酸由来構成成分及びアルコール由来構成成分を含有する結晶性ポリエステル樹脂を主成分とする結着樹脂と、着色剤と、第1の離型剤と、前記第1の離型剤よりも融点が高い第2の離型剤とを含有する静電荷像現像用トナーであって、
    ASTMD3418−8に準拠した示差熱分析の吸熱・発熱曲線において、55〜80℃の範囲にピーク温度を有する主吸熱極大ピークm1が存在し、該主吸熱極大ピークm1の半値幅が20℃以下であって、かつ該主体吸熱極大ピークm1のピーク温度±25℃の範囲に、前記第1の離型剤の融解に基づく低温度側のショルダーs2もしくは他の吸熱ピークm2と、前記第2の離型剤の融解に基づく高温度側のショルダーs3もしくは他の吸熱ピークm3とが、さらに存在することを特徴とする静電荷像現像用トナー。
  2. 少なくとも、粒径が1μm以下の結晶性ポリエステル樹脂を分散した樹脂微粒子分散液、着色剤を分散した着色剤分散液、及び離型剤を分散した離型剤分散液を混合し、これをポリ塩化アルミニウムを含む1種以上の金属塩を用いて凝集粒子を形成する凝集工程と、該凝集粒子の成長を停止させた後、これを樹脂微粒子の主吸熱ピーク温度付近に加熱せしめ融合・合一にする融合工程とを含むことを特徴とする、請求項1に記載の静電荷像現像用トナーの製造方法。
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