JP5300401B2 - トナー - Google Patents

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Description

本発明は、電子写真法、静電記録法、磁気記録法、トナージェット法の如き記録方法に用いられるトナーに関するものである。
従来、電子写真法においては、種々の手段により感光体上に静電荷像を形成し、次いで該静電荷像をトナーを用いて現像し、必要に応じて紙の如き転写材にトナー画像を転写した後、加熱、圧力、加熱加圧或いは溶剤蒸気により定着し、トナー画像を得る。
近年、複写機やプリンターの印字速度がますます向上しており、それに伴ってトナーに対する負荷も大きくなってきている。例えば、現像方式としてコンパクト化や軽量化に有利な一成分現像方式では、トナー担持体上でトナーを金属ブレード等で圧接し、トナーを摩擦帯電させる必要があり、この過程でトナーに負荷が加わる。そして、印字速度が上がる程、繰り返されるトナーの圧接ストレスが大きくなる。そのため、トナー表面の外添剤が埋め込まれて流動性が損なわれたり、トナーが破砕又は圧延されることによる部材汚染が促進されたりし、さまざまな画像欠陥を引き起こす可能性が高まる。
また一方で、印字速度の高速化に対応するには、高速で定着が可能となるトナーが求められる。とりわけ地球温暖化問題への対応として、省エネルギー定着技術の要望が高まっており、従来より低い定着温度においても高光沢度で色再現性に優れた高品位な画像を得ることができるトナーが望まれている。その実現のためにはトナーバインダーのガラス転移点(Tg)を下げることや、トナーバインダーの平均分子量を下げることが必要である。しかし、単純にトナーのTgや平均分子量を下げてしまうと、トナーの保存安定性が損なわれたり、定着器にトナーがオフセットし、画像を汚染したりするといった現象が起き易くなる。
以上のようなトナーの現像安定性と低温定着性という一見矛盾する性能を両立するためにさまざまな提案がなされている。例えば、ビニル系結着樹脂成分の絶対分子量分布と固有粘度をカルボキシル基とエポキシ基の架橋反応により制御し、優れた定着特性を示す高速現像用トナーが提案されている(例えば、特許文献1参照)。しかしながら、この技術をフルカラートナーに応用し、非磁性一成分接触現像方式で、高速でプリントアウトした場合には、現像部での摺擦の影響によって、トナー表面に露出した一部のワックスが部材汚染を引き起こすことがある。
また、結着樹脂に高分子量体と低分子量体を存在させることにより、トナー粒子にある程度の硬度を持たせた乳化凝集法トナーが提案されている。このようなトナーは、非磁性一成分現像方式においても良好な耐久安定性が得られるとされている(例えば、特許文献2及び3参照)。これらの乳化凝集法トナーは、樹脂粒子と着色剤粒子とを塩析/融着させる工程を経ることによって得られている。しかし、その樹脂粒子の構造が中心部から表層に向かうに従って各層を構成する樹脂の分子量が小さくなるように制御されている為、保存安定性や耐高温オフセット性が低下する場合がある。
一方、懸濁重合法でつくられるトナーにおいて、分岐度を制御した低分子量のビニル系樹脂を添加することで定着特性を改良したトナーが開示されている(例えば、特許文献4参照)。しかし、高速マシンに適用した際の耐久後半での現像安定性や低温定着性を考慮すると、更なる改良の余地が残されている。
更に、トナー粒子の微小圧縮試験を行って得られる荷重−変位曲線が変曲点を有し、且つ、その変曲点の荷重が現像装置内でトナーが受ける負荷よりも大きいことを特徴とするトナーが提案されている。そして、このトナーは、定着工程では簡単に圧裂するものの、現像器内においては優れた耐久性が得られるとされている(例えば、特許文献5参照)。しかし、このトナーは、定着工程の軽負荷化あるいは高速化に対応するためには、低温定着特性が不十分であり、更には高品位な画像品質に必要な画像光沢性を得ることが難しい。
このように、高速システムにおける安定した現像品質と、省エネルギー定着の両方を高度に満足できるトナーが未だないのが現状である。
特開2005−266789号公報 特開2004−109601号公報 特開2006−267744号公報 特開2007−156298号公報 特開2005−300937号公報
本発明が解決しようとする課題は、トナーの低温定着特性の向上、現像容器内で受けるストレスに対する耐ストレス性の向上、長期にわたる現像品質の維持を達成することにある。
本発明は、結着樹脂、ワックス及び着色剤を含有するトナー粒子を有するトナーにおいて、該トナーのオルトジクロロベンゼン(ODCB)可溶成分の135℃におけるGPC−RALLS−粘度計分析によって測定される絶対分子量の重量平均分子量が3.5×10以上、1.5×10以下であり、該分析における絶対分子量(Mw)の常用対数(log〔Mw〕)が5.00以上の樹脂成分(s)の粘度Iv(s)の常用対数(log
[Iv(s)])を、絶対分子量Mw(s)の常用対数(log[Mw(s)])に対してプロットした際の傾きa(s)が0.30以上、0.85以下であり、該分析における粘度計が検出したクロマトグラムの全樹脂成分(a)の粘度Iv(a)の常用対数(log[Iv(a)])を、絶対分子量Mw(a)の常用対数(log[Mw(a)])に対してプロットした際の傾きをa(a)としたとき、a(s)/a(a)が0.30以上、0.95以下であり、該トナーに対する微小圧縮試験において、測定温度25℃で、該トナー1粒子に負荷速度9.8×10−5N/secで荷重を加え、2.94×10−4Nの最大荷重に達したときに得られる変位量(μm)を変位量X、該最大荷重に達した後、該最大荷重で0.1秒間放置して得られる変位量(μm)を最大変位量X、該0.1秒間放置後、除荷速度9.8×10−5N/secで荷重を減らし、荷重が0Nとなったときに得られる変位量(μm)を変位量X としたとき、{(X−X)/X}×100で表わされる復元率をZ(25)(%)が、40≦Z(25)≦80、の関係を満足することを特徴とするトナーに関する。
本発明によれば、省エネルギー定着器に対応した低温領域での低温定着特性に優れたトナーを得ることができる。また、現像容器内で受ける様々なストレスに対する耐ストレス性に優れ、長期にわたって高品位な画像を安定して提供できるトナーを得ることができる。
本発明は、トナー粒子を構成する樹脂成分の絶対分子量と分岐度を制御し、且つトナーの構造的な強度の指標となる復元率を一定範囲内とする。このことにより、常温ではトナーの外的要因に対する強靭性が強く、すなわち耐ストレス性に優れ、加熱時には優れた低温定着特性を発揮することができる。
本発明者らは、耐ストレス性及び低温定着特性に優れたトナーについて鋭意検討した。その結果、トナー粒子を構成する樹脂成分の分岐構造と、トナー粒子を一個の構造体として捉えたときの構造設計を関連させて工夫することで、上記効果が極めて有効に発現することを見出し本発明に到った。
本発明のトナーは、オルトジクロロベンゼン(ODCB)可溶成分の135℃におけるGPC−RALLS−粘度計分析によって測定される絶対分子量、及び高分子の分岐度分布を制御することが必須の要件である。
従来、一般的に測定されてきたTHF溶媒を用いたGPCによる分子量測定では、分子サイズによる換算分子量が得られるにとどまる。そのため、そのトナーに含まれるポリマー本来の分子量や分岐度といった情報を正確に得ることはできない。このことから、トナーの分子量と定着性能との相関が十分には取り難く、また溶媒に不溶な成分に関しての情報が得られないという欠点を有していた。
それに対して、本発明におけるオルトジクロロベンゼン(ODCB)可溶成分の135℃におけるGPC−RALLS−粘度計分析より得られる分子量は、樹脂成分の絶対的な分子量を示すものである。また、樹脂成分に含まれる高分子の分岐情報も得られる。そして、トナーについてオルトジクロロベンゼンを用いて高温(135℃)で抽出操作を行った場合には、常温ではODCB不溶成分として存在しているゲル成分も一部がODCB可溶成分として溶出してくる。そのため、ゲル成分も含めたトナー粒子そのものの分子量分布に近い分子量分布を知ることができる。
また、135℃という温度は目標とする定着温度に近いため、実際の定着時における樹脂成分の分子鎖の構造や絡み具合を直接的に把握することができる。
本発明のトナーに含まれるODCB可溶成分は、絶対分子量の重量平均分子量が3.5×10以上、1.5×10以下であり、トナーの樹脂成分の組成としては比較的低分子量であると共に、この分子量領域における樹脂成分に含まれる高分子の分岐度分布を下記で説明する状態に高度に制御したものである。
上記ODCB可溶成分の絶対分子量の重量平均分子量が3.5×10未満の場合には、定着時の樹脂成分の粘度が低くなりすぎて、耐オフセット性能が劣るようになる。一方、上記ODCB可溶成分の絶対分子量の重量平均分子量が4.0×10を超える場合には、低温定着特性が劣るようになる。
135℃におけるGPC−RALLS−粘度計分析においては、先に述べた通り、直鎖型ポリマーと分岐型ポリマーの分布情報が得られる。一般に、高分子は分子量が大きくなるに従って、その構造の嵩高さの影響で粘度が上昇する。又、同一分子量の高分子で分岐度の異なる高分子の粘度を比較した場合、分岐度が高くなる程分子の広がりが抑制され回転半径も小さくなるためその粘度が低下する。上記関係は、粘度Ivの常用対数(log[Iv])を、絶対分子量(Mw)の常用対数(log[Mw])に対してプロットした場合、構成モノマーに固有のリニアな直線関係を示すことが知られている。また、分岐度の高い成分を多く含む分布である程、直鎖状の成分のみからなる高分子の分布と比べて低粘度を示すため、この直線の傾きが小さくなる。
本発明者らはこの関係に着目し、トナーを構成する樹脂成分の分子量と分岐度が低温定着性と耐ストレス性に及ぼす効果について鋭意検討した。その結果、絶対分子量を小さく制御し、且つ樹脂成分(高分子量成分)の分岐度を一定の割合で高めた場合に優れた特性を発揮する知見を見出した。
本発明のトナーは、上記135℃におけるGPC−RALLS−粘度計分析における絶対分子量(Mw)の常用対数(log〔Mw〕)が5.00以上の樹脂成分(s)の粘度Iv(s)の常用対数(log[Iv(s)])を、絶対分子量Mw(s)の常用対数(log[Mw(s)])に対してプロットした際の傾きa(s)が0.30以上、0.85以下であり、該分析における粘度計が検出したクロマトグラムの全樹脂成分(a)の粘度Iv(a)の常用対数(log[Iv(a)])を、絶対分子量Mw(a)の常用対数(log[Mw(a)])に対してプロットした際の傾きをa(a)としたとき、a(s)/a(a)が0.30以上、0.95以下である。
本発明において、絶対分子量(Mw)の常用対数(log[Mw])が5.00以上の樹脂成分(s)は、トナーを構成する樹脂成分全体の分子量分布において、高分子量側の成分に対応している。
本発明においては、この樹脂成分(s)の分岐構造を精密に制御することが、本発明の効果を発揮する上で特に重要な要素である。
尚、本発明における、粘度Ivの常用対数(log[Iv])を絶対分子量(Mw)の常用対数(log[Mw])に対してプロットした際の傾きaの求め方は、本体付属の解析ソフトでMark−Houwink−Sakurada Plotsを行い、任意の分析範囲を指定することで求められる。(図1参照)
結着樹脂成分が、上記分岐構造をとることで、低温定着特性と耐ストレス性を良好に達成できる理由は必ずしも明らかにはなっていないが、本発明者らは以下の理由によるものと考えている。
本発明における樹脂成分(s)の分岐度が適度に発達した状態とは、一般的な超分子ゲル成分とは違い、架橋密度が比較的疎である網目構造を取るものと考えられる。このような構造が、低分子量成分からなる結着樹脂に一定割合存在すると、定着性を損なうことなく樹脂の強度を高める働きのあることが観察される。これは、定着プロセスにおいて、樹脂の網目構造が疎であるが故に、一般的なゲル成分が示す高い弾性特性を有さないため、樹脂の溶融が部分的に乱されることなく良好に定着できるからと考えられる。また、これらの分岐成分は弱い弾性特性を有すると共に、定着時の溶融粘度を低めに抑える働きも示すため、オフセット防止効果にも優れる。
また、樹脂強度の高まりが観察される理由については、分岐鎖や架橋構造を有する高分子がトナー粒子中で構造体として機能するためと考えられる。
トナー粒子の強度の高まりは、現像器内で受ける様々なストレスに対してトナーが部分的に潰されることや、粒子が歪むことによる離型剤等のブリードアウトを抑制するため、現像特性の信頼性の向上に繋がる。
傾きa(s)が0.30に満たない場合、分岐度の高い高分子の割合が過剰となり、弾性率が増大するため低温定着特性が劣る傾向にある。
一方、傾きa(s)が0.85を超える場合、直鎖状高分子の割合が高くなるため、低温定着領域におけるオフセット性が劣り、定着可能温度領域が狭くなる。
また、本発明のトナーの全樹脂成分(a)が示す傾きa(a)と、樹脂成分(s)が示
す傾きa(s)の関係a(s)/a(a)が0.30に満たない場合、全樹脂成分(a)の直鎖状高分子の割合が高いために、定着時に必要な分子の絡み合いにより発現する弾性力が弱く、耐オフセット性に劣る。
一方a(s)/a(a)が0.95を超える場合、結着樹脂を構成する樹脂成分が一定架橋度を有する樹脂のみで構成されているため、低温における定着加熱時の溶融成分が不足しがちで最低定着可能温度が高くなる。
尚、本発明におけるa(s)/a(a)のより好ましい範囲は、0.30以上、0.85以下であり、更に好ましい範囲は、0.35以上、0.80以下で、より優れた低温定着特性を発揮する。
更に、本発明のトナーの全樹脂成分(a)が示す傾きa(a)は、0.55以上、1.35以下であることが好ましい。
a(a)を0.55以上とすることで、全結着樹脂成分に占める直鎖状高分子成分量のバランスが最適化されるため、溶融特性が良好で高い光沢度を再現することができ、定着品質を更に高める効果が得られる。
また、a(a)を1.35以下とすることで、トナーを構成する樹脂成分の構造的な強度を更に高めることができるため、現像特性の長期に亘る安定性を更に高める効果が得られる。
尚、本発明のトナーを構成する樹脂成分の分子量及び分岐度分布を制御し、上記a(a)やa(s)を調整するには、予め分子量と分岐度を制御した複数種の樹脂成分を、必要に応じて相溶化剤を用いて、ブレンドする方法や、重合法によってモノマーを重合して直接トナー粒子を製造する場合に、水素引き抜き効果の高い開始剤を選択し、添加方法や活性条件を調整することで架橋反応やグラフト重合をコントロールして分岐度を制御する方法を挙げることができる。また、モノマー種の選択や、架橋剤の添加によっても制御することができる。
ODCBに不溶な樹脂成分は、高い架橋度を有する高分子ゲル成分である。本発明においては、ODCB可溶成分の分岐構造の分布を制御することによって高温オフセット性を改善しているため、本発明のトナーではODCB不溶成分の含有量がトナーに対して7.0質量%以下であることが好ましい。
ODCB不溶成分を7.0質量%以下とすることで、低温定着プロセスにおいても更に高い画像光沢度を得ることができる。
本発明のトナーは、個々のトナー粒子が、圧縮に対して高い復元率を有するものである。そして、このような特性と内部を構成する結着樹脂成分の分子量と分子構造が相俟って、優れた低温定着特性を示すものである。従って、本発明で規定する樹脂成分の分岐度を制御しただけでは、低温定着特性や耐ストレス性を高める効果を有効に発揮することができない。
即ち、本発明のトナーは、トナーに対する微小圧縮試験において、測定温度25℃で、該トナー1粒子に負荷速度9.8×10−5N/secで荷重を加え、2.94×10−4Nの最大荷重に達したときに得られる変位量(μm)を変位量X、該最大荷重に達した後、該最大荷重で0.1秒間放置して得られる変位量(μm)を最大変位量X、該0.1秒間放置後、除荷速度9.8×10−5N/secで荷重を減らし、荷重が0 Nと
なったときに得られる変位量(μm)を変位量X、該最大変位量Xと該変位量Xとの差を弾性変位量(X−X)とし、該弾性変位量(X−X)の該最大変位量Xに対する百分率[{(X−X)/X}×100:復元率]をZ(25)(%)としたときに、Z(25)は、40≦Z(25)≦80、の関係を満足する。
トナーの微小圧縮試験において、復元率Z(25)の値を本発明の範囲内にすることで、トナーの低温定着特性と耐ストレス性(耐久性)の両立を実現することができる。
Z(25)の値を本発明の範囲内とすることで、トナーが現像器内で受けるストレスに対して粒子の塑性変形を防止でき離型剤等のブリードアウトを抑制することができる。また、外添剤の遊離や埋め込みに対しても適切な硬さであるために、耐久性を向上させることができる。さらに、上記硬さは構造的な機能が適切に作用した結果と考えられ、結着樹脂成分中の分岐構造の分布が均一であることを示唆するものである。そのため、優れた低温定着特性に加え、優れた画像光沢性を実現することができる。
本発明の微小圧縮試験の測定においては、従来の測定法と比較してトナー1粒子に対して最大荷重2.94×10−4Nの小さな荷重をかけて評価を行っている。そのため、現像器内で受けるストレスに対する耐性や、軽負荷定着器で求められる物理的特性に相関した特性を求めることができる。
本発明のトナーにおいて、Z(25)の値は測定温度25℃において最大荷重をかけた後に除荷した場合に、どの程度トナー粒子がもとの状態に戻ろうとするかを表す指標である。Z(25)が40未満の場合、現像装置内で受けるストレスによってトナーが塑性変形しやすくなり、印刷枚数の増加に伴い劣化が促進され、部材汚染や現像特性の低下に繋がる。また、トナー粒子の復元率の作用は、定着時に必要な弾性率を付与する効果も担うため、耐高温オフセット性が低下する。
一方、Z(25)の値が80を超えると、トナー粒子は変形しにくくなるため、軽負荷定着器や高速で定着を行う場合に十分な低温定着が困難となる。また、トナーの溶融状態も不均一になり易く、平滑な定着画像が得られ難く、画像の光沢が低下してしまう。
更に低温定着特性と耐ストレス性(耐久性)を両立させるうえで、本発明のトナーにおいてはXが0.17μm以上、0.60μm以下であり、Xが0.20μm以上、0.60μm以下であることが好ましい。
また本発明のトナーは、トナーに対する微小圧縮試験において、測定温度50℃で、トナー1粒子に負荷速度9.8×10−5N/secで2.94×10−4Nの最大荷重をかけ終えたときに得られる変位量(μm)を変位量X’、最大荷重をかけ終えた後、前記最大荷重で0.1秒間放置して得られる変位量(μm)を最大変位量X’、0.1秒間放置後、除荷速度9.8×10−5N/secで除荷し、荷重が0となったときに得られる変位量(μm)を変位量X’、最大変位量X’と変位量X’との差を弾性変位量(X’−X’)とし、弾性変位量(X’−X’)の最大変位量X’に対する百分率[(X’−X’)/X’×100:復元率]をZ(50)(%)としたときに、Z(50)が、10≦Z(50)≦55、の関係を満足することが好ましい。
該関係を満足することで、低温領域での定着ラチチュードを更に広げることができ、尚且つ高温高湿環境等の使用条件においても十分耐えうる現像性を維持することができる。
更に低温定着特性と耐ストレス性(耐久性)を両立させるうえで、本発明のトナーにおいてはX’2が0.05μm以上、0.45μm以下であり、X’が0.10μm以上
、0.50μm以下であることが好ましい。
本発明のトナーにおいて、微小圧縮試験の復元率を更に適正に制御する手段としては、トナー粒子の最表面に比較的強固なシェル層を形成させる方法が好ましい。
本発明のコア層を構成する樹脂成分中の分岐構造と、その外殻に強固なシェル層が存在したトナー粒子の構造は、低温定着特性を阻害すること無く強度を機能的に高める効果に優れている。
シェル層の形成は、トナー粒子の最終製造工程に、高いTgを有する樹脂層をトナー粒子にコーティングする方法や、水系分散媒体中でトナー粒子に樹脂微粒子を凝集させ、樹脂微粒子のTg以上の温度に該水系分散媒体を昇温することでシェル層をトナー粒子に形成させる方法や、懸濁重合法でトナー粒子を形成する際に高いTgを有する極性樹脂を添加し、SP値の物性差を利用してトナー粒子の最表層に高いTgの極性樹脂層を形成する方法や、トナー粒子の最表層に反応性基を有する樹脂を用い、最終工程でグラフト重合を行って強固なシェル層をトナー粒子に設ける方法等により達成される。
これらの中でも、懸濁重合法で高いTgを有する極性樹脂を添加してトナー粒子を製造する方法が最も好ましい。特に好ましくは、結着樹脂を構成するバインダーと相溶性に優れた極性樹脂(極性基を有する樹脂)の選択が挙げられる。コア層を形成するバインダー成分と相溶性に優れた極性樹脂を選択することで、上記製造方法においては、コア層とシェル層にはっきりとした境界の無い、上記バインダーと極性樹脂の傾斜濃度を持ったシェル層が形成されると考えられる。そのため、耐久によって表層が剥離することが無く、また低温定着時にコア層への熱伝導性に優れるため、本発明の効果をよりよく発揮する手段として好ましい。
本発明のトナーの更に好ましい形態としては、トナーのテトラヒドロフラン(THF)可溶成分の中にシクロヘキサン(CHX)に不溶で、Tgが80℃以上、120℃以下、酸価が5mgKOH/g以上、40mgKOH/g以下である樹脂成分(R)をトナーに対して3質量%以上、40質量%以下含有していることが好ましい。
樹脂成分(R)の存在は、本発明の特徴であるトナー粒子の構造を強化するのに有効であり、耐ストレス性(耐久性)と低温定着性の双方の更なる向上が望める。
THFに可溶でCHXに不溶な樹脂成分(R)の性質は、一般に溶媒の極性と樹脂の極性が近い場合に樹脂の溶解性が高まる性質があるため、THFには可溶であるがCHXには不溶となる程度の小さな極性を有する樹脂成分であることを示す。
THFには可溶でCHXには不溶となる樹脂成分(R)の存在は、THFに可溶な結着樹脂成分と極性が比較的近く相溶性が良好であるため、均質なトナー粒子の形成が行われ易く、低温定着特性や画像光沢の均一性に優れた効果を発揮することができる。
THFには可溶でCHXには不溶となる樹脂成分(R)は、酸価が5mgKOH/g以上、40mgKOH/g以下であるものが、結着樹脂との相溶性と酸価の差を利用した最外殻層の形成し易さのバランスが良く、本発明の効果をより発揮する成分として好ましい。
樹脂成分(R)のガラス転移温度(TgB)は80℃以上、120℃以下であることが好ましい。
80℃以上とすることで耐久堅牢性を更に高める効果が得られ、120℃以下にすることで、最低定着可能温度を十分低くすることができる。
本発明において、樹脂成分(R)のガラス転移温度を調整するためには、例えば樹脂成分(R)を構成するモノマー種や、組成比率を変更する等の方法をとることができる。
樹脂成分(R)のトナーに対する含有量は3質量%以上、40質量%以下であることが好ましい。3質量%以上の含有で、強度を高める効果が有効に機能し、40質量%以下にすることで、シェル層の厚みを適切に制御することができるため、定着性を低下させること無く耐ストレス性を十分高める効果が得られる。
上記の性質を有する樹脂成分(R)は、スチレン系重合体を含有することが好ましく、具体的には、スチレン系樹脂をベースとしたアクリル系やメタクリル系樹脂、及びアクリ
ル酸系やメタクリル酸系樹脂との共重合体が挙げられる。
特に、ゲルパーミュエーションクロマトグラフィー(GPC)測定において、1.0×10以上、2.5×10以下にメインピーク分子量を有するスチレン−メタクリル酸共重合体、スチレン−アクリル酸共重合体が、トナー粒子の製造安定性と本発明の効果をバランス良く発揮できるため好ましい。樹脂成分(R)のより好ましいメインピーク分子量は、1.0×10以上、5×10以下であり、樹脂成分(R)がトナー粒子中でより均質に分散されるため、本発明の効果を更に高めることができる。
なお、本発明において、樹脂成分(R)のゲルパーミュエーションクロマトグラフィー(GPC)測定における分子量の調整は、樹脂成分(R)の重合条件や開始剤の量及び種類を変更することにより行うことができる。
本発明のトナーを構成する結着樹脂は、スチレン系樹脂及びアクリル系樹脂からなるビニル系共重合体や、ポリエステル樹脂等を使用することが可能であるが、分岐構造の再現性と現像性に特に優位なビニル系共重合体を用いた場合、現像安定性が更に高まるため好ましい。
ビニル系樹脂の中でも、スチレン系樹脂をベースにしたアクリル系樹脂やアクリル酸系樹脂との共重合体が、本発明の分岐構造を精密に制御し易く、低温定着特性の安定化を更に高めることができるため好ましい。
本発明のトナーは、水系分散媒体中でトナー粒子を合成して得られるものが更に好ましい形態として挙げられる。水系分散媒体中でトナー粒子を合成した場合、トナー粒子の各構成材料のSP値差を利用した構造制御や、高い円形度のトナー粒子が得られ易く、耐久時のトナーの欠けや破砕がし難く、それらが発端として発生する部材汚染のリスクが小さくなる。特に、懸濁重合法でトナー粒子を合成する方法が、コアシェル構造の形成で本発明の復元率の再現性に特に優れるため、最も好ましい。
次に、本発明の効果をより安定して発揮するための好ましい構成について説明する。
本発明のトナーのガラス転移温度(TgA)は、40℃以上、60℃以下であることがより好ましい。40℃以上である場合、軽負荷定着器における低温定着特性に優れた効果を発揮する。一方60℃以下である場合、低温定着特性に十分優れた効果を発揮すると共に、高温オフセット性や耐久特性に関しても、安定した効果を得ることができる。
本発明のトナーは、重量平均粒径(D4)が4.5μm以上、8.0μm以下であることが好ましい。D4の値を4.5μm以上とすることで、耐久に伴う微小粒子の偏析を抑えられ、環境帯電特性が安定化すると共に部材汚染の進行も食い止められる。D4の値を8.0μm以下とすることで、微小な潜像ドットの再現性に優れるため、高精細な画像品質を満足することができる。
本発明のトナーの平均円形度は、画像処理解像度512×512画素(1画素あたり0.37μm×0.37μm)のフロー式粒子像測定装置によって計測された円形度を、0.200〜1.000の円形度範囲に800分割して解析されたものであり、0.960以上、0.995以下であることが好ましい。
フロー式粒子像分析装置「FPIA−3000」(シスメックス社製)の測定原理は、流れている粒子を静止画像として撮像し、画像解析を行うというものである。試料チャンバーへ加えられた試料は、試料吸引シリンジによって、フラットシースフローセルに送り込まれる。フラットシースフローに送り込まれた試料は、シース液に挟まれて扁平な流れを形成する。フラットシースフローセル内を通過する試料に対しては、1/60秒間隔で
ストロボ光が照射されており、流れている粒子を静止画像として撮影することが可能である。また、扁平な流れであるため、焦点の合った状態で撮像される。粒子像はCCDカメラで撮像され、撮像された画像は512×512の画像処理解像度(一画素あたり0.37×0.37μm)で画像処理され、各粒子像の輪郭抽出を行い、粒子像の投影面積Sや周囲長L等が計測される。
次に、上記面積Sと周囲長Lを用いて円相当径と円形度を求める。円相当径とは、粒子像の投影面積と同じ面積を持つ円の直径のことであり、円形度Cは、円相当径から求めた円の周囲長を粒子投影像の周囲長で割った値として定義され、次式で算出される。
円形度C=2×(π×S)1/2/L
粒子像が円形の時に円形度は1になり、粒子像の外周の凹凸の程度が大きくなればなるほど円形度は小さい値になる。各粒子の円形度を算出後、円形度0.200〜1.000の範囲を800分割し、得られた円形度の相加平均値を算出し、その値を平均円形度とする。
トナーの平均円形度を0.960以上にすることで、トナー粒子の破砕による部材汚染の機会を抑えられ、高速現像システムにおいても更に長期に亘って現像品質を維持できる。
また、トナーの平均円形度を0.995以下とすることで、潜像担持体上に残った転写残トナーのブレードクリーニング性も良好に機能させることができるため、上記円形度への制御が好ましい。
以下に、本発明で用いられる材料について説明する。
本発明で用いられる結着樹脂としては、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等のスチレン置換体の単重合体;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−ブタジエン共重合体、スチレン−イソプレン共重合体、スチレン−アクリロニトリル−インデン共重合体等のスチレン系共重合体;アクリル樹脂;メタクリル樹脂;ポリ酢酸ビニール;シリコーン樹脂;ポリエステル樹脂;ポリアミド樹脂;フラン樹脂;エポキシ樹脂;キシレン樹脂等が挙げられる。これらの樹脂は、単独で又は混合して使用される。
スチレン共重合体のスチレンモノマーに対するコモノマーとしては、アクリル酸、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸ドジテル、アクリル酸オクチル、アクリル酸−2−エチルヘキシル、アクリル酸フェニル、メタクリル酸、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸オクチル、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、アクリルアミドのような二重結合を有するモノカルボン酸もしくはその置換体;マレイン酸、マレイン酸ブチル、マレイン酸メチル、マレイン酸ジメチルのような二重結合を有するジカルボン酸及びその置換体;塩化ビニル、酢酸ビニル、安息香酸ビニルのようなビニルエステル;エチレン、プロピレン、ブチレンのようなエチレン系オレフィン;ビニルメチルケトン、ビニルヘキシルケトンのようなビニルケトン;ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、ビニルイソブチルエーテルのようなビニルエーテルが挙げられる。これらビニル単量体が単独もしくは2つ以上用いられる。
本発明のトナーを重合方法で製造する際に用いられる重合性単量体としては、ラジカル重合が可能なビニル系重合性単量体等が用いられる。前記重合性単量体としては、単官能
性重合性単量体或いは多官能性重合性単量体を使用することが出来る。単官能性重合性単量体としては、スチレン;α−メチルスチレン、β−メチルスチレン、ο−メチルスチレン、m−メチルスチレン、p−メチルスチレン、2,4−ジメチルスチレン、p−n−ブチルスチレン、p−tert−ブチルスチレン、p−n−ヘキシルスチレン、p−n−オクチルスチレン、p−n−ノニルスチレン、p−n−デシルスチレン、p−n−ドデシルスチレン、p−メトキシスチレン、p−フェニルスチレンのようなスチレン誘導体;メチルアクリレート、エチルアクリレート、n−プロピルアクリレート、iso−プロピルアクリレート、n−ブチルアクリレート、iso−ブチルアクリレート、tert−ブチルアクリレート、n−アミルアクリレート、n−ヘキシルアクリレート、2−エチルヘキシルアクリレート、n−オクチルアクリレート、n−ノニルアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、ベンジルアクリレート、ジメチルフォスフェートエチルアクリレート、ジエチルフォスフェートエチルアクリレート、ジブチルフォスフェートエチルアクリレート、2−ベンゾイルオキシエチルアクリレートのようなアクリル系重合性単量体;メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、n−プロピルメタクリレート、iso−プロピルメタクリレート、n−ブチルメタクリレート、iso−ブチルメタクリレート、tert−ブチルメタクリレート、n−アミルメタクリレート、n−ヘキシルメタクリレート、2−エチルヘキシルメタクリレート、n−オクチルメタクリレート、n−ノニルメタクリレート、ジエチルフォスフェートエチルメタクリレート、ジブチルフォスフェートエチルメタクリレートのようなメタクリル系重合性単量体;メチレン脂肪族モノカルボン酸エステル;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル、安息香酸ビニル、ギ酸ビニルのようなビニルエステル;ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、ビニルイソブチルエーテルのようなビニルエーテル;ビニルメチルケトン、ビニルヘキシルケトン、ビニルイソプロピルケトンのようなビニルケトンが挙げられる。
多官能性重合性単量体としては、ジエチレングリコールジアクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、テトラエチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、1,6−ヘキサンジオールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、トリプロピレングリコールジアクリレート、ポリプロピレングリコールジアクリレート、2,2’−ビス(4−(アクリロキシ・ジエトキシ)フェニル)プロパン、トリメチロールプロパントリアクリレート、テトラメチロールメタンテトラアクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、テトラエチレングリコールジメタクリレート、ポリエチレングリコールジメタクリレート、1,3−ブチレングリコールジメタクリレート、1,6−ヘキサンジオールジメタクリレート、ネオペンチルグリコールジメタクリレート、ポリプロピレングリコールジメタクリレート、2,2’−ビス(4−(メタクリロキシ・ジエトキシ)フェニル)プロパン、2,2’−ビス(4−(メタクリロキシ・ポリエトキシ)フェニル)プロパン、トリメチロールプロパントリメタクリレート、テトラメチロールメタンテトラメタクリレート、ジビニルベンゼン、ジビニルナフタリン、ジビニルエーテル等が挙げられる。
本発明においては、前記した単官能性重合性単量体を単独で或いは2種以上組み合わせて、又は前記した単官能性重合性単量体と多官能性重合性単量体を組み合わせて使用する。多官能性重合性単量体は架橋剤としても作用するため、本発明の分岐度制御に有効である。
本発明のトナーの製造時には、結着樹脂成分の分子量及び分岐度を制御する手段として、結着樹脂の合成時に架橋剤を用いることが好ましい。
本発明に用いられる架橋剤としては、2官能の架橋剤として、以下のものが挙げられる。ジビニルベンゼン、ビス(4−アクリロキシポリエトキシフェニル)プロパン、エチレングリコールジアクリレート、1,3−ブチレングリコールジアクリレート、1,4−ブ
タンジオールジアクリレート、1,5−ペンタンジオールジアクリレート、1,6−ヘキサンジオールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、ジエチレングリコールジアクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、テトラエチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコール#200、#400、#600の各ジアクリレート、ジプロピレングリコールジアクリレート、ポリプロピレングリコールジアクリレート、ポリエステル型ジアクリレート(MANDA日本化薬)、及び上記のジアクリレートをジメタクリレートに代えたもの。
多官能の架橋剤としては、以下のものが挙げられる。ペンタエリスリトールトリアクリレート、トリメチロールエタントリアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、テトラメチロールメタンテトラアクリレート、オリゴエステルアクリレート及びそのメタクリレート、2,2−ビス(4−メタクリロキシポリエトキシフェニル)プロパン、ジアリルフタレート、トリアリルシアヌレート、トリアリルイソシアヌレート及びトリアリルトリメリテート。これらの架橋剤の添加量は、前記単量体100質量部に対して、好ましくは0.05質量部以上、10質量部以下、より好ましくは0.1質量部以上、5質量部以下である。
本発明のトナーが、結着樹脂の分子量及び分岐度を制御するために用いることのできる重合開始剤としては、油溶性開始剤及び/又は水溶性開始剤が用いられる。好ましくは、重合反応時の反応温度における半減期が0.5時間以上、30時間以下のものである。また重合性単量体100質量部に対し0.5質量部以上、20質量部以下の添加量で重合反応を行うと、通常、分子量1万以上、10万以下の間に極大を有する重合体が得られ、適当な強度と溶融特性を有するトナーを得ることができる。
重合開始剤としては、2,2’−アゾビス−(2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、1,1’−アゾビス(シクロヘキサン−1−カルボニトリル)、2,2’−アゾビス−4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル、アゾビスイソブチロニトリル如きのアゾ系またはジアゾ系重合開始剤;ベンゾイルパーオキサイド、t−ブチルパーオキシ2−エチルヘキサノエート、t−ブチルパーオキシピバレート、t−ブチルパーオキシイソブチレート、t−ブチルパーオキシネオデカノエート、メチルエチルケトンパーオキサイド、ジイソプロピルパーオキシカーボネート、クメンヒドロパーオキサイド、2,4−ジクロロベンゾイルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド如きの過酸化物系重合開始剤等が例示できる。
本発明においては、結着樹脂の分岐度を制御する上で最も好ましい開始剤の選択及び条件は、水素引き抜き効果の高い開始剤を重合反応初期時に活性状態で用いる方法が挙げられる。水素引き抜き能の高い開始剤としては、有機過酸化物系の開始剤が好ましく、t−
ブトキシラジカルを発生するパーブチル系の有機過酸化物の使用が最も好ましい。また、本発明における開始剤の活性状態の好ましい雰囲気とは、例えば開始剤の10時間半減期温度より10℃以上高い温度での重合状態等が挙げられる。
本発明においては、結着樹脂を構成する重合性単量体の重合度を制御する為に、公知の連鎖移動剤、重合禁止剤等を更に添加し用いることも可能である。
本発明のトナーが含有することが好ましい、テトラヒドロフラン(THF)に可溶でシクロヘキサン(CHX)に不溶である樹脂成分(R)(極性樹脂成分)は、結着樹脂と相溶性が高い程、コア層とシェル層の境界部で傾斜濃度を有し、構造体としての強度と定着特性が高まるため、結着樹脂と同組成のものを含むことが好ましい。
本発明に使用できる樹脂成分(R)としては、メタクリル酸ジメチルアミノエチル、メ
タクリル酸ジエチルアミノエチルの如き含窒素単量体の重合体もしくは含窒素単量体とスチレン−不飽和カルボン酸エステルとの共重合体;アクリロニトリルの如きニトリル系単量体;塩化ビニルの如き含ハロゲン系単量体;アクリル酸、メタクリル酸の如き不飽和カルボン酸;不飽和二塩基酸;不飽和二塩基酸無水物;ニトロ系単量体の重合体もしくはそれとスチレン系単量体との共重合体;ポリエステル;エポキシ樹脂;が挙げられる。より好ましいものとして、スチレン系の共重合体、マレイン酸共重合体、飽和ポリエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂が挙げられる。さらに好ましくは、酸価や水酸基価の極性を有するスチレン系の共重合体が挙げられ、その場合には、残留スチレンが0ppm以上、300ppm以下の範囲が、樹脂成分(R)と結着樹脂との馴染みを良好にするために好ましい。
上記樹脂成分(R)の添加量は、結着樹脂100質量部に対して3質量%以上、40質量%以下であることが好ましい。
尚、本発明の効果を最も効果的に発現する樹脂成分(R)の添加方法は、懸濁重合法によりトナー粒子を合成する過程で添加する方法であり、結着樹脂を構成するモノマーへ樹脂成分(R)を溶解させてから、重合過程でSP値差を利用し徐々に相分離させることによって傾斜濃度を有すシェル層を形成させる方法が好ましい。また、懸濁重合法にてトナーを製造する際には、結着樹脂の理論Tgをモノマー構成により低く設定した上で、樹脂成分(R)が溶解することによるTgの上昇効果を見込み、本発明の測定Tgになるようにすることが最も好ましい。このことで、従来の先行技術にあるような低い理論Tgでのトナー設計では耐久性や耐オフセット性が低下してしまったものが大幅に改善される。
また、メカニズムが明確になっていないが、モノマー中に芳香族系の有機溶媒、例えばトルエンやキシレンを添加し重合法にてトナーを製造すると、溶解しながら相分離することが促進され、本発明の効果を発揮しやすくなる。
本発明で帯電制御や水系分散媒体中の造粒安定化を主目的として、スルホン酸基、スルホン酸塩基又はスルホン酸エステル基を側鎖に持つ高分子が用いられることが好ましい。その中でも特にスルホン酸基、スルホン酸塩基又はスルホン酸エステル基の重合体又は共重合体を用いることが好ましい。特に本発明のトナーを懸濁重合法にて製造する場合、先に説明した樹脂成分(R)と共に添加すると、造粒安定化はもとより重合段階で樹脂成分(R)を集約的にトナー表面に引き出す効果を発揮するため、コアシェル構造の強化等、耐ストレス性(耐久性)と低温定着特性の両立を促す樹脂成分(R)の効果をより一層強めることができる。
本重合体を製造するためのスルホン酸基、スルホン酸塩基又はスルホン酸エステル基を有する単量体は、スチレンスルホン酸、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、2−メタクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、ビニルスルホン酸、メタクリルスルホン酸やそれらのアルキルエステルがある。
本発明に用いられるスルホン酸基、スルホン酸塩基又はスルホン酸エステル基を含有する重合体は、上記単量体の単重合体であっても構わないが、上記単量体と他の単量体との共重合体であっても構わない。上記単量体と共重合体をなす単量体としては、ビニル系重合性単量体があり、先の結着樹脂成分の説明で例示した単官能性重合性単量体或いは多官能性重合性単量体を使用することが出来る。
上記スルホン酸基等を有する重合体は、重合性単量体又は結着樹脂100質量部に対し0.01質量%以上、5.0質量%以下を含有することが好ましい。より好ましくは、0.1質量%以上、3.0質量%以下である。
上記スルホン酸基等を有する重合体が0.01質量%以上、5.00質量%以下の場合には、トナー粒子の十分な帯電安定効果を発揮するため、環境特性や耐久特性に優れる。
さらに、ポジ成分を有する分散安定剤を用いる水系分散媒体中での造粒工程においては、電気二重層の形成を強めるために、トナー粒子サイズのシャープな分布を得ることが出来る。
また本発明のトナーを製造する場合においては、本発明のトナーを好ましい分子量分布にするために、低分子量ポリマーを添加することが好ましい。低分子量ポリマーは、粉砕法でトナーを製造する場合には、結着樹脂等と溶融混練する際に添加することができ、また懸濁重合法によってトナーを製造する場合には、重合性単量体組成物中に添加することができる。該低分子量ポリマーとしては、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定される重量平均分子量(Mw)が2,000以上、5,000以下の範囲で、且つ、Mw/Mnが4.5未満、好ましくは3.0未満のものが好ましい。
低分子量ポリマーの例としては、低分子量ポリスチレン、低分子量スチレン−アクリル酸エステル共重合体、低分子量スチレン−アクリル共重合体が挙げられる。
本発明に用いられるワックスとしては以下のものが挙げられる。パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、ペトロラクタム如きの石油系ワックス及びその誘導体;モンタンワックス及びその誘導体;フィッシャートロプシュ法による炭化水素ワックス及びその誘導体;ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックスの如きポリオレフィンワックス及びその誘導体、カルナバワックス、キャンデリラワックスの如き天然ワックス及びその誘導体。誘導体としては酸化物や、ビニル系モノマーとのブロック共重合物、グラフト変性物などが挙げられる。さらには、以下のものが挙げられる。高級脂肪族アルコール;ステアリン酸、パルミチン酸の如きの脂肪酸;酸アミドワックス;エステルワックス;硬化ヒマシ油及びその誘導体;植物系ワックス;動物性ワックス。この中で特に、離型性に優れるという観点からエステルワックス及び炭化水素ワックスが好ましい。更に本発明のトナーにおいては、コアシェル構造の強度維持と苛酷な耐久においてもワックスの染み出しによる現像性低下抑制に効力のある炭化水素系ワックスを用いることがより好ましい。
該ワックスは結着樹脂100質量部に対し4質量部以上、25質量部以下を含有させることが好ましい。ワックスが4質量部以上、25質量部以下の場合には、トナーの加熱加圧時に適度なワックスのブリード性を持てることにより、優れた離型効果を発揮する。また、現像器内でトナーが受ける様々なストレスにより、ワックスがトナー表面に染み出すことも抑えられ、トナー個々の均一な摩擦帯電性を得ることができる。
本発明のトナーは、着色力を付与するために着色剤を必須成分として含有する。本発明に好ましく使用される着色剤として、以下の有機顔料または染料、無機顔料が挙げられる。
シアン系着色剤としての有機顔料又は有機染料としては、銅フタロシアニン化合物及びその誘導体、アントラキノン化合物、塩基染料レーキ化合物が利用できる。具体的には、以下のものが挙げられる。C.I.ピグメントブルー1、C.I.ピグメントブルー7、C.I.ピグメントブルー15、C.I.ピグメントブルー15:1、C.I.ピグメントブルー15:2、C.I.ピグメントブルー15:3、C.I.ピグメントブルー15:4、C.I.ピグメントブルー60、C.I.ピグメントブルー62、C.I.ピグメントブルー66。
マゼンタ系着色剤としての有機顔料又は有機染料としては、以下のものが挙げられる。縮合アゾ化合物、ジケトピロロピロール化合物、アントラキノン、キナクリドン化合物、塩基染料レーキ化合物、ナフトール化合物、ベンズイミダゾロン化合物、チオインジゴ化合物、ペリレン化合物。具体的には、以下のものが挙げられる。C.I.ピグメントレッ
ド2、C.I.ピグメントレッド3、C.I.ピグメントレッド5、C.I.ピグメントレッド6、C.I.ピグメントレッド7、C.I.ピグメントバイオレット19、C.I.ピグメントレッド23、C.I.ピグメントレッド48:2、C.I.ピグメントレッド48:3、C.I.ピグメントレッド48:4、C.I.ピグメントレッド57:1、C.I.ピグメントレッド81:1、C.I.ピグメントレッド122、C.I.ピグメントレッド144、C.I.ピグメントレッド146、C.I.ピグメントレッド150、C.I.ピグメントレッド166、C.I.ピグメントレッド169、C.I.ピグメントレッド177、C.I.ピグメントレッド184、C.I.ピグメントレッド185、C.I.ピグメントレッド202、C.I.ピグメントレッド206、C.I.ピグメントレッド220、C.I.ピグメントレッド221、C.I.ピグメントレッド254。
イエロー系着色剤としての有機顔料又は有機染料としては、縮合アゾ化合物、イソインドリノン化合物、アントラキノン化合物、アゾ金属錯体、メチン化合物、アリルアミド化合物に代表される化合物が用いられる。具体的には、以下のものが挙げられる。C.I.ピグメントイエロー12、C.I.ピグメントイエロー13、C.I.ピグメントイエロー14、C.I.ピグメントイエロー15、C.I.ピグメントイエロー17、C.I.ピグメントイエロー62、C.I.ピグメントイエロー74、C.I.ピグメントイエロー83、C.I.ピグメントイエロー93、C.I.ピグメントイエロー94、C.I.ピグメントイエロー95、C.I.ピグメントイエロー97、C.I.ピグメントイエロー109、C.I.ピグメントイエロー110、C.I.ピグメントイエロー111、C.I.ピグメントイエロー120、C.I.ピグメントイエロー127、C.I.ピグメントイエロー128、C.I.ピグメントイエロー129、C.I.ピグメントイエロー147、C.I.ピグメントイエロー151、C.I.ピグメントイエロー154、C.I.ピグメントイエロー155、C.I.ピグメントイエロー168、C.I.ピグメントイエロー174、C.I.ピグメントイエロー175、C.I.ピグメントイエロー176、C.I.ピグメントイエロー180、C.I.ピグメントイエロー181、C.I.ピグメントイエロー191、C.I.ピグメントイエロー194。
黒色着色剤としては、カーボンブラック、磁性体、及び上記イエロー系/マゼンタ系/シアン系着色剤を用い黒色に調色されたものが利用される。
本発明において重合法を用いてトナーを得る場合には、着色剤の持つ重合阻害性や水相移行性に注意を払う必要があり、好ましくは、表面改質、例えば、重合阻害のない物質による疎水化処理を着色剤に施しておいたほうがよい。特に、染料系やカーボンブラックは、重合阻害性を有しているものが多いので使用の際に注意を要する。染料系を表面処理する好ましい方法としては、あらかじめこれら染料の存在下に重合性単量体を重合せしめる方法が挙げられ、得られた着色重合体を単量体系に添加する。
また、カーボンブラックについては、上記染料と同様の処理の他、カーボンブラックの表面官能基と反応する物質、例えば、ポリオルガノシロキサンで処理を行ってもよい。
これらの着色剤は、単独又は混合し更には固溶体の状態で用いることができる。本発明のトナーに用いられる着色剤は、色相角、彩度、明度、耐光性、OHP透明性、トナー中の分散性の点から選択される。
該着色剤は、好ましくは結着樹脂100質量部に対し1質量部以上、20質量部以下添加して用いられる。
さらに本発明のトナーは、着色剤として磁性材料を含有させ磁性トナーとすることも可能である。この場合、磁性材料は着色剤の役割をかねることもできる。磁性材料としては、以下の、マグネタイト、ヘマタイト、フェライト如きの酸化鉄;鉄、コバルト、ニッケ
ルの如き金属或いはこれらの金属のアルミニウム、コバルト、銅、鉛、マグネシウム、スズ、亜鉛、アンチモン、ベリリウム、ビスマス、カドミウム、カルシウム、マンガン、セレン、チタン、タングステン、バナジウムの如き金属の合金及びその混合物等が例示できる。
上記磁性体は、より好ましくは、表面改質された磁性体が好ましい。重合法により磁性トナーを調整する場合には、重合阻害のない物質である表面改質剤により、疎水化処理を施したものが好ましい。このような表面改質剤としては、例えばシランカップリング剤、チタンカップリング剤を挙げることができる。
これらの磁性体は個数平均粒径が2μm以下、好ましくは0.1μm以上、0.5μm以下のものが好ましい。トナー粒子中に含有させる量としては重合性単量体又は結着樹脂100質量部に対し20質量部以上、200質量部以下、特に好ましくは結着樹脂100質量部に対し40質量部以上、150質量部以下がよい。
本発明のトナーにおいては、先に説明したスルホン酸基を側鎖に持つ高分子とは別に、或いは共に、必要に応じて荷電制御剤をトナー粒子と混合して用いることも可能である。荷電制御剤を配合することにより、荷電特性を安定化、現像システムに応じた最適の摩擦帯電量のコントロールが可能となる。
荷電制御剤としては、公知のものが利用でき、特に摩擦帯電スピードが速く、かつ、一定の摩擦帯電量を安定して維持できる荷電制御剤が好ましい。さらに、トナーを直接重合法により製造する場合には、重合阻害性が低く、水系分散媒体への可溶化物が実質的にない荷電制御剤が特に好ましい。
荷電制御剤の例として、トナーを負荷電性に制御するものとしては、有機金属化合物、キレート化合物が挙げられる。モノアゾ金属化合物、アセチルアセトン金属化合物、芳香族オキシカルボン酸、芳香族ダイカルボン酸、オキシカルボン酸及びダイカルボン酸系の金属化合物が挙げられる。他には、芳香族オキシカルボン酸、芳香族モノ及びポリカルボン酸及びその金属塩、無水物、エステル類、ビスフェノールの如きフェノール誘導体類が挙げられる。さらに、尿素誘導体、含金属サリチル酸系化合物、含金属ナフトエ酸系化合物、ホウ素化合物、4級アンモニウム塩、カリックスアレーン、樹脂系帯電制御剤が挙げられる。
また、荷電制御剤の例として、トナーを正荷電性に制御するものとしては、以下のものが挙げられる。ニグロシン及び脂肪酸金属塩によるニグロシン変性物;グアニジン化合物;イミダゾール化合物;トリブチルベンジルアンモニウム−1−ヒドロキシ−4−ナフトスルフォン酸塩、テトラブチルアンモニウムテトラフルオロボレートの如き4級アンモニウム塩、及びこれらの類似体であるホスホニウム塩等のオニウム塩及びこれらのレーキ顔料;トリフェニルメタン染料及びこれらのレーキ顔料(レーキ化剤としては、りんタングステン酸、りんモリブデン酸、りんタングステンモリブデン酸、タンニン酸、ラウリン酸、没食子酸、フェリシアン化物、フェロシアン化物);高級脂肪酸の金属塩;樹脂系荷電制御剤。
本発明のトナーは、これら荷電制御剤を単独で或いは2種類以上組み合わせて含有することができる。
これら荷電制御剤の中でも、本発明の効果を十分に発揮するためには、含金属サリチル酸系化合物が好ましく、特にその金属がアルミニウムもしくはジルコニウムが好ましい。最も好ましい荷電制御剤としては、3,5−ジ−tert−ブチルサリチル酸アルミニウム化合物である。
荷電制御剤の好ましい配合量は、結着樹脂100質量部に対して0.01質量部以上、
10質量部以下、より好ましくは0.2質量部以上、5質量部以下である。しかしながら、本発明のトナーには、荷電制御剤の添加は必須ではなく、トナーの層厚規制部材やトナー担持体との摩擦帯電を積極的に利用することでトナー中に必ずしも荷電制御剤を含ませる必要はない。
本発明のトナーは、十分な構造強度と高い耐久特性及び低温定着特性を得るために、水系分散媒体中で重合反応を行うことで、コアシェル構造を有するトナー粒子を製造する方法が好ましい。
水系分散媒体中でトナー粒子を製造する方法としては、以下の方法が挙げられる。トナー必須成分から構成される乳化液を水系分散媒体中で凝集させる乳化凝集法;有機溶媒中にトナー必須成分を溶解させた後、水系分散媒体中で造粒後有機溶媒を揮発させる懸濁造粒法;トナー必須成分を溶解させた重合性単量体を直接水系分散媒体中で造粒後重合する懸濁重合法や乳化重合法;その後シード重合を利用しトナーに外層を設ける方法;界面重縮合や液中乾燥に代表されるマイクロカプセル法。
これらの中で、本発明の作用効果を発揮しやすいものとして、特に懸濁重合法が好ましい。この懸濁重合法においては、重合性単量体にワックス及び着色剤(更に必要に応じて重合開始剤、架橋剤、帯電制御剤、その他の添加剤)を均一に溶解または分散せしめて重合性単量体組成物とする。その後、この重合性単量体組成物を分散安定剤を含有する水系分散媒体中に適当な撹拌器を用いて分散し、そして重合反応を行わせ、所望の粒径を有するトナー粒子を得るものである。上記トナー粒子は重合終了後、公知の方法によって濾過、洗浄、乾燥を行い、必要により流動性向上剤を混合し表面に付着させることで、本発明のトナーを得ることができる。
尚、重合反応を効率的に進行させる方法として、反応容器内の溶存酸素を管理することが好ましい。溶存酸素が少なければ重合反応は効率化する。その結果、現像耐久性や定着性に悪影響を及ぼす低分子量成分が抑制でき、安定した性能を発揮できる。
水系分散媒体調製時に使用する分散剤としては、公知の無機系及び有機系の分散剤を用いることができる。
具体的には、無機系の分散剤としては、以下のものが挙げられる。リン酸三カルシウム、リン酸マグネシウム、リン酸アルミニウム、リン酸亜鉛、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、メタケイ酸カルシウム、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、ベントナイト、シリカ、アルミナが挙げられる。また、有機系の分散剤としては、例えば、ポリビニルアルコール、ゼラチン、メチルセルロース、メチルヒドロキシプロピルセルロース、エチルセルロース、カルボキシメチルセルロースのナトリウム塩、デンプン。
また、市販のノニオン、アニオン、カチオン型の界面活性剤の利用も可能である。この様な界面活性剤としては、以下のものが挙げられる。ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ドデシル硫酸ナトリウム、テトラデシル硫酸ナトリウム、ペンタデシル硫酸ナトリウム、オクチル硫酸ナトリウム、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、オレイン酸カルシウム。
本発明のトナーに用いられる水系分散媒体調製時に使用する分散剤としては、無機系の難水溶性の分散剤が好ましく、しかも酸に可溶性である難水溶性無機分散剤を用いることが好ましい。
また、本発明においては、難水溶性無機分散剤を用い、水系分散媒体を調製する場合に、これらの分散剤の使用量は重合性単量体100質量部に対して、0.2質量部以上、2
.0質量部以下であることが好ましい。また、本発明においては、重合性単量体組成物100質量部に対して300質量部以上、3,000質量部以下の水を用いて水系分散媒体を調製することが好ましい。
本発明において、上記のような難水溶性無機分散剤が分散された水系分散媒体を調製する場合には、市販の分散剤をそのまま用いて分散させてもよい。また、細かい均一な粒度を有する分散剤粒子を得るために、水の如き液媒体中で、高速撹拌下、上記したような難水溶性無機分散剤を生成させて水系分散媒体を調製してもよい。例えば、リン酸三カルシウムを分散剤として使用する場合、高速撹拌下でリン酸ナトリウム水溶液と塩化カルシウム水溶液を混合してリン酸三カルシウムの微粒子を形成することで、好ましい分散剤を得ることができる。
本発明のトナー粒子には流動化剤として無機微粉体が外添されている。
本発明のトナー粒子に添加する無機微粉体としては、シリカが好ましく、個数平均一次粒径が4nm以上、80nm以下のシリカ微粉体が好ましい。本発明において個数平均一次粒径が上記範囲にあることで、トナーの流動性が向上すると共に、トナーの保存安定性も良好になる。
無機微粉体の個数平均一次粒径は、次のようにして測定される。
個数平均一次粒子径は、走査電子顕微鏡で観察し視野中の100個の無機微粉体の粒子径を測定して平均粒子径を求める。
またシリカと酸化チタン、アルミナまたはそれらの複酸化物の如き微粉体を併用することができる。シリカと併用する該無機微粉体の中でも酸化チタンが好ましい。
上記無機微粉体のシリカの例としては、ケイ素ハロゲン化物の蒸気相酸化により生成された乾式シリカ又はヒュームドシリカと称される乾式シリカ、及び水ガラスから製造される湿式シリカの両者が含まれる。無機微粉体としては、表面及びシリカ微粉体の内部にあるシラノール基が少なく、またNa2O、SO3 2−の製造残滓の少ない乾式シリカの方が
好ましい。また乾式シリカは、製造工程において例えば、塩化アルミニウム、塩化チタンの如き他の金属ハロゲン化合物をケイ素ハロゲン化合物と共に用いることによって、シリカと他の金属酸化物の複合微粉体を得ることも可能である。シリカはそれらも包含する。
無機微粉体は、トナーの流動性改良及びトナー母粒子の摩擦帯電の均一化のために添加される。無機微粉体を疎水化処理することによって、トナーの摩擦帯電量の調整、環境安定性の向上、高湿環境下での特性の向上等の機能を付与することができるので、疎水化処理された無機微粉体を用いることが好ましい。トナーに添加された無機微粉体が吸湿すると、トナーとしての摩擦帯電量が低下し、現像性や転写性の低下が生じ易くなる。
無機微粉体の疎水化処理の処理剤としては、以下のものが挙げられる。未変性のシリコーンワニス、各種変性シリコーンワニス、未変性のシリコーンオイル、各種変性シリコーンオイル、シラン化合物、シランカップリング剤、その他有機ケイ素化合物、有機チタン化合物。これらの如き処理剤は単独で或いは併用して用いられてもよい。
その中でも、シリコーンオイルにより処理された無機微粉体が好ましい。より好ましくは、無機微粉体をカップリング剤で疎水化処理すると同時或いは処理した後に、シリコーンオイルにより処理したシリコーンオイル処理された疎水化処理無機微粉体が高湿環境下でもトナー粒子の摩擦帯電量を高く維持し、選択現像性を低減する上でよい。
次に本発明のトナーを用いることのできる画像形成方法及び画像形成装置の一例を、図3及び図4を用いて説明する。
図3及び図4は、本発明のトナーを用いて画像形成を行うのに好適な、非磁性一成分接触現像方式を採用したプロセスカートリッジ及びタンデム型のカラーLBP(カラーレーザープリンタ)の断面図であるが、本発明のトナーはなんらこれらの装置への使用に限定されるものではない。
<プロセスカートリッジ>
図3は、本発明のトナーを用いた画像形成方法に好適に用いることのできる、プロセスカートリッジ7(以下、「カートリッジ」ともいう。)の断面模式図である。
カートリッジ7は、感光体ドラム1と、帯電手段2及びクリーニング手段6を備えたクリーナユニット50と、感光体ドラム1に形成された静電潜像を現像する現像手段を有する現像ユニット4Aとを有する。クリーナユニット50を構成するクリーニング枠体31には、感光体ドラム1が軸受部材(不図示)を介して回転自在に取り付けられている。
感光体ドラム1には、感光体ドラム1の外周面に設けられた感光層を一様に帯電させるための帯電ローラー2、転写後に感光体ドラム1上に残った現像剤(残留トナー)を除去するためのクリーニングブレード60が接触している。クリーニングブレード60によって感光体ドラム1表面から除去されたトナー(除去トナー)は、クリーニング枠体31に設けられた除去トナー収納室35に納められる。
現像ユニット4Aは、トナーを収容する現像枠体45(45a、45b、45e)を有しており、現像ローラー40(矢印Y方向に回転)が軸受部材を介して回転自在に現像枠体45に支持されている。また、現像ローラー40と接触してトナー供給ローラー43(矢印Z方向に回転)とトナー規制部材44がそれぞれ設けられている。さらに現像枠体45には収容されたトナーを撹拌するとともにトナー供給ローラー43に搬送するためのトナー搬送機構42が設けられている。
そして、現像ユニット4Aがクリーナユニット50に対して揺動自在に支持されている。すなわち、現像枠体45の両端に設けた結合穴47、48とクリーナユニット50のクリーニング枠体31両端に設けた支持穴(不図示)を合わせ、クリーナユニット50両端からピン(不図示)を差し込んでいる。
また、支持穴を回転軸中心として現像ローラー40が感光体ドラム1に接触するように加圧バネ(不図示)によって現像ユニット4Aが常に付勢されている。
現像時には、トナー容器41内に収納されたトナーがトナー攪拌機構42によってトナー供給ローラー43へ搬送される。トナー供給ローラー43が、現像ローラー40との摺擦によって現像ローラー40にトナーを供給し、現像ローラー40上にトナーを付着させる。現像ローラー40上に付着されたトナーは、現像ローラー40の回転にともなってトナー規制部材44のところに至る。そして、トナー規制部材44がトナーを規制して所定のトナー薄層を形成し、所望の帯電電荷量を付与する。現像ローラー40上で薄層化されたトナーは、現像ローラー40の回転につれて、感光体ドラム1と現像ローラー40とが接近した現像部に搬送される。そして、現像部において、電源(不図示)から現像ローラー40に印加した現像バイアスにより、感光体ドラム1の表面に形成されている静電潜像に付着して、潜像を現像化する。静電潜像の現像化に寄与せずに現像ローラー40の表面に残留したトナーは、現像ローラー40の回転にともなって現像枠体45内に戻される。そして、トナー供給ローラー43との摺擦部で現像ローラー40から剥離、回収される。回収されたトナーは、トナー攪拌機構42により残りのトナーと撹拌混合される。
ここで現像ローラー40には弾性ローラーを用い、これを感光体ドラム1表面と接触さ
せる方法を用いることができる。一般にトナー担持体と感光体が接触する現像方式においては、トナーの破損、変形が生じやすくなるが、本発明のトナーを用いた場合にはこうした変化を効果的に抑制することが出来るため、好ましい。
トナー担持体と感光体が接触する現像方式では、トナーを介して感光体と感光体表面に対向する弾性ローラー間に働く電界によって現像が行われる。従って弾性ローラー表面或いは表面近傍が電位を持ち、感光体表面とトナー担持体表面の狭い間隙で電界を有する必要性がある。このため、弾性ローラーの弾性ゴムが中抵抗領域に抵抗制御されて感光体表面との導通を防ぎつつ電界を保つか、または導電性ローラーの表面層に薄層の絶縁層を設ける方法が利用できる。さらには、該導電性ローラー上に感光体表面に対向する側を絶縁性物質により被覆した導電性樹脂スリーブ或いは、絶縁性スリーブで感光体に対向しない側に導電層を設けた構成も可能である。また、トナー担持体として剛体ローラーを用い、感光体をベルトの如きフレキシブルな物とした構成も可能である。トナー担持体としてのローラーの抵抗値としては102Ω・cm以上、109Ω・cm以下の範囲が好ましい。
トナー担持体の表面形状としては、その表面粗さRa(μm)を0.1以上、3.0以下となるように設定すると、高画質及び高耐久性を両立できる。該表面粗さRaはトナー搬送能力及びトナー帯電能力と相関する。該トナー担持体の表面粗さRaが3.0を超えると、該トナー担持体上のトナー層の薄層化が困難となるばかりか、トナーの帯電性が改善されないので画質の向上は望めない。3.0以下にすることでトナー担持体表面のトナーの搬送能力を抑制し、該トナー担持体上のトナー層を薄層化すると共に、該トナー担持体とトナーの接触回数が多くなるため、該トナーの帯電性も改善されるので相乗的に画質が向上する。一方、表面粗さRaが0.1よりも小さくなると、トナーコート量の制御が難しくなる。
本発明において、トナー担持体の表面粗さRaは、日本工業規格(JIS)B06014.2.1項に定める算術平均粗さである。本発明においては、表面粗さ測定器(小坂研究所社製サーフコーダSE3500)を用い、トナー担持体表面の任意の1点より、トナー担持体回転軸と平行となる方向に測定を行った。なお、カットオフ値は0.8mm、測定長さは2.5mm、測定速度は0.1mm/秒とした。
図3のプロセスカートリッジを用いた画像形成方法においては、トナー担持体は感光体の周速同方向に回転しているが、逆方向に回転していてもよい。その回転が同方向である場合、トナー担持体の周速を感光体の周速に対し1.05倍以上、3.0倍以下となるように設定することが好ましい。
トナー担持体の周速が、感光体の周速に対し1.05倍未満であると、感光体上のトナーの受ける撹拌効果が不十分となり、良好な画像品質が望めない。また、周速比が3.0を超える場合には、機械的ストレスによるトナーの劣化やトナー担持体へのトナー固着が発生、促進され、好ましくない。
トナー担持体が弾性ローラーである場合、表面に弾性層を有する構造のものが好ましく用いられる。該弾性ローラーに使用される弾性層の材料の硬度としては、30度以上、60度以下(ASKER−C/荷重1kg)のものが好適に使用される。
また、トナーコート量はトナー規制部材44により制御されるが、このトナー規制部材44はトナー層を介して現像ローラー40に接触している。この時のトナー規制部材44と現像ローラー40との接触圧は、線圧として0.05N/cm以上、0.5N/cm以下が好ましい範囲である。
尚、線圧とはトナー規制部材の長さ当たりに加えられる荷重のことであり、例えば1mの当接長さを有するトナー規制部材に1.2Nの荷重を加えて現像ローラーに接触させた場合、線圧は1.2N/mとなる。線圧が0.05N/cmよりも小さいとトナーコート量の制御に加え均一な摩擦帯電も難しくなり、カブリの悪化等の原因となる。一方、線圧
が0.5N/cmよりも大きくなるとトナー粒子が過剰な負荷を受けるため、粒子の変形やトナー規制部材或いは現像ローラーへのトナーの融着等が発生しやすくなり、好ましくない。
トナー規制部材44の自由端部はどのような形状でもよく、例えば断面形状が直線状のもの以外にも、先端近傍で屈曲したL字形状のものや、先端近傍が球状に膨らんだ形状のもの等が好適に用いられる。
トナー規制部材としては、基材としてステンレス、鋼、リン青銅の如き金属弾性体を用い、スリーブ当接部に当る部位に樹脂を接着あるいはコーティング塗布したものが好適に用いられる。
またさらに、トナー規制部材に直流電場及び/または交流電場を印加することによっても、トナーへのほぐし作用のため、均一薄層塗布性、均一帯電性がより向上し、充分な画像濃度の達成及び良質の画像を得ることができる。
<画像形成装置>
図4は、本発明のトナーを適用できる画像形成装置の一例を示す断面模式図である。
画像形成装置100は4個の画像形成ステーションPa、Pb、Pc、Pdを縦方向に並設している。そして、各画像形成ステーションPa、Pb、Pc、Pdには、各々、装着手段(不図示)によってプロセスカートリッジ7(7a、7b、7c、7d)が着脱可能に装着される。なお、マゼンタ色、シアン色、イエロー色、ブラック色の各カートリッジ7a、7b、7c、7dは同一構成である。
本模式図では、画像形成ステーションPa、Pb、Pc、Pdは、縦方向に僅かに傾斜して並設されているが、傾斜することなく縦方向に整列して設けてもよい。また、プロセスカートリッジ7は、図3に例示したものと同じであってもよいし、異なっていてもよい。
各カートリッジ7(7a、7b、7c、7d)は、感光体ドラム1(1a、1b、1c、1d)を備えている。感光体ドラム1は、駆動手段(不図示)によって、同図中、反時計回りに回転駆動される。感光体ドラム1の周囲には、その回転方向に従って順に以下の手段が設けられている。(A)感光体ドラム1表面を均一に帯電する帯電手段2(2a、2b、2c、2d)。(B)画像情報に基づいてレーザービームを照射し感光体ドラム1に静電潜像を形成するスキャナユニット3(3a、3b、3c、3d)。(C)静電潜像に現像剤(以下、「トナー」という。)を付着させてトナー像として現像する現像手段4(4a、4b、4c、4d)。(D)感光体ドラム1上のトナー像を記録媒体Sに転写させる転写装置5。(E)転写後の感光体ドラム1表面に残ったトナーを除去するクリーニング手段6(6a、6b、6c、6d)。
ここで、感光体ドラム1と、プロセス手段である、帯電手段2、現像手段4、クリーニング手段6は、カートリッジ枠体により一体的に構成してカートリッジ化されカートリッジ7を構成している。
感光体ドラム1(1a、1b、1c、1d)は、シリンダの外周面に感光層を設けて構成したものである。感光体ドラム1は、その両端部を支持部材によって回転自在に支持されている。そして、一方の端部に駆動モータ(不図示)からの駆動力が伝達されることにより、反時計周りに回転駆動される。
上記感光体としては、a−Se、CdS、ZnO2、OPC、a−Siの様な光導電絶
縁物質層を持つ感光体ドラムが好適に使用される。また、上記OPC感光体における有機系感光層の結着樹脂は、特に限定するものではない。中でもポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル系樹脂が特に、転写性に優れ、感光体へのトナーの融着、外添剤のフィルミングが起こりにくいため好ましい。
帯電手段2(2a、2b、2c、2d)としては、接触帯電方式のものを使用している。帯電手段2は、ローラー状に形成された導電性ローラーである。このローラーを感光体ドラム1表面に当接させるとともに、このローラーに帯電バイアス電圧を印加する。これにより、感光体ドラム1表面を一様に帯電させる。
帯電ローラーを用いた時の好ましいプロセス条件としては、ローラーの当接圧が線圧として0.05N/cm以上、5N/cm以下である。また印加電圧としては、直流電圧或いは直流電圧に交流電圧を重畳したものが好適に用いられる。直流電圧に交流電圧を重畳したものを用いた時には、交流電圧=0.5kVpp以上、5kVpp以下、交流周波数=50Hz以上、5kHz以下、直流電圧=±0.2kV以上、±1.5kV以下であることが好ましい。また、直流電圧を用いた時には、直流電圧=±0.2kV以上、±5kV以下であることが好ましい。
帯電ローラー以外の帯電手段としては、帯電ブレードを用いる方法や、導電性ブラシを用いる方法がある。これらの接触帯電手段は、非接触のコロナ帯電に比べて、高電圧が不必要になったり、オゾンの発生が低減するといった効果がある。接触帯電手段としての帯電ローラー及び帯電ブレードの材質としては、導電性ゴムが好ましく、その表面に離型性被膜を設けてもよい。離型性被膜としては、ナイロン系樹脂、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)、PVDC(ポリ塩化ビニリデン)などが適用可能である。
スキャナユニット3(3a、3b、3c、3d)は、レーザーダイオード(不図示)によって画像信号に対応する画像光が、高速回転されるポリゴンミラー(不図示)及び結像レンズ(不図示)を介して帯電済みの感光体ドラム1表面を画像情報に応じ露光する。これによって、感光体ドラムに静電潜像を形成する。
現像手段4(4a、4b、4c、4d)は、マゼンタ色、シアン色、イエロー色、ブラック色の各色のトナーを夫々収納したトナー容器41から構成され、トナー容器41内のトナーを送り機構42によってトナー供給ローラー43へ送り込む。
前記トナー供給ローラー43は、図示時計方向に回転し、トナー担持体としての現像ローラー40へのトナーの供給、及び、静電潜像の現像化に寄与せず現像ローラー40上に残留したトナーのはぎとりを行う。
現像ローラー40へ供給されたトナーは、現像ローラー40外周に圧接されたトナー規制部材44によって現像ローラー40(時計回り方向に回転)の外周に塗布され、且つ電荷を付与される。そして、潜像が形成された感光体ドラム1と対向した現像ローラー40に現像バイアスを印加する。そして、潜像に応じて感光体ドラム1上にトナー現像を行う。
転写装置5には、すべての感光体ドラム1(1a、1b、1c、1d)に対向し、接するように循環移動する静電転写ベルト11が設けられている。この転写ベルト11は、駆動ローラー13、従動ローラー14a、14b、テンションローラー15に張架されていて、図中左側の外周面に記録媒体Sを静電吸着する。そして、転写ベルト11は、感光体ドラム1に記録媒体Sを接触させるべく循環移動する。これにより、記録媒体Sは転写ベルト11により転写位置まで搬送され、感光体ドラム1上のトナー像を転写される。
この転写ベルト11の内側に当接し、4個の感光体ドラム1(1a、1b、1c、1d)に対向した位置に転写ローラー12(12a、12b、12c、12d)が並設される。これら転写ローラー12には、転写時にバイアスが印加されて、電荷が静電転写ベルト11を介して記録媒体Sに印加される。このとき生じた電界により、感光体ドラム1に接触中の記録媒体Sに、感光体ドラム1上のトナー像が転写される。
給送部16は、画像形成ステーションPa、Pb、Pc、Pdに記録媒体Sを給送搬送するものである。給送部16には、複数枚の記録媒体Sがカセット17に収納されている。画像形成時には給送ローラー18(半月ローラー)、レジストローラー19が画像形成動作に応じて駆動回転する。給送ローラー18は、カセット17内の記録媒体Sを1枚毎に分離給送した後、レジストローラー19に記録媒体S先端を突き当てて一旦停止させる。その後レジストローラー19は、転写ベルト11の回転と画像書出し位置の同期をとって、記録媒体Sを静電転写ベルト11へと給送する。
定着部20は、記録媒体Sに転写された複数色のトナー画像を定着させるものである。そして、定着部20は、加熱ローラー21aと、これに圧接して記録媒体Sに熱及び圧力を与える加圧ローラー21bとを有する。即ち、感光体ドラム1に形成されたトナー像を転写された記録媒体Sは定着部20を通過する際に、加圧ローラー21bで搬送されるとともに、加熱ローラー21aによって熱及び圧力を与えられる。これによって複数色のトナー像が記録媒体S表面に定着される。
画像形成の動作としては、カートリッジ7(7a、7b、7c、7d)が、画像形成タイミングに合わせて順次駆動される。そして、その駆動に応じて感光体ドラム1a、1b、1c、1dが、反時計回り方向に回転駆動される。そして、各々のカートリッジ7に対応するスキャナユニット3が順次駆動される。この駆動により、帯電ローラー2は感光体ドラム1の周面に一様な電荷を付与する。そして、スキャナユニット3は、その感光体ドラム1周面に画像信号に応じて露光を行って感光体ドラム1周面に静電潜像を形成する。現像手段4内の現像ローラー40は、静電潜像の低電位部にトナーを転移させて感光体ドラム1周面上にトナー像を形成(現像)する。
最上流の感光体ドラム1の周面上に形成されたトナー像の先端が、転写ベルト11との対向点に回転搬送されてくるタイミングで、その対向点に記録媒体Sの印字開始位置が一致するようにレジストローラー19が回転し記録媒体Sを転写ベルト11へ給送する。
記録媒体Sは吸着ローラー22と転写ベルト11とによって挟み込むようにして転写ベルト11の外周に圧接される。そして、転写ベルト11と吸着ローラー22との間に電圧を印加する。そして、誘電体である記録媒体Sと転写ベルト11の誘電体層に電荷を誘起して、記録媒体Sを転写ベルト11の外周に静電吸着させている。これにより、記録媒体Sは静電転写ベルト11に安定して吸着され、最下流の転写部まで搬送される。
このように搬送されながら記録媒体Sは、各感光体ドラム1と転写ローラー12との間に形成される電界によって、各感光体ドラム1のトナー像が順次転写される。
4色のトナー像を転写された記録媒体Sは、ベルト駆動ローラー13の曲率により静電転写ベルト11から曲率分離され、定着部20に搬入される。記録媒体Sは、定着部20で上記トナー像を熱定着された後、排紙ローラー23によって、排紙部24から画像面を下にした状態で本体外に排出される。
図4においては、定着部20に加熱ローラーを用いる方法を例示したが、本発明のトナーは他の定着方法も好適に用いることができる。図5および図6には、発熱体を用いて耐熱性高分子フィルムを加熱し、トナー像の定着を行う装置を示す。
図5はフィルムに常にテンションが加わっている構造の定着装置である。
本発明において、発熱体はその熱容量が小さく、線状あるいは面状の加熱部を有するもので、加熱部の最高温度は100〜300℃であることが好ましい。
又、フィルムは、厚さ1〜100μmの耐熱性のシートであることが好ましく、これら耐熱性シートとしては耐熱性の高い、ポリエステル、PET(ポリエチレンテレフタレート)、PFA(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共重合体
)、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、ポリイミド、ポリアミド等のポリマーシートの他、アルミニウム等の金属シート及び金属シートとポリマーシートから構成されたラミネートシートが用いられる。
より好ましいフィルムの構成としては、これら耐熱性シートが離型層及び/又は低抵抗層を有していることである。
51は装置に固定支持された加熱体であって、ヒータ基板52、通電発熱抵抗体(発熱体)53・検温素子54等よりなる。
ヒータ基板52は耐熱性・絶縁性・低熱容量・高熱伝導性の部材であり、例えば、厚み1mm・巾10mm・長さ240mmのアルミナ基板である。
発熱体53はヒータ基板52の下面(フィルム55との対面側)の略中央部に長手に沿って、電気抵抗材料を厚み約10μm・巾1〜3mmの線状または細帯状にスクリーン印刷等により塗工したものである。電気抵抗材料としては例えば、Ag/Pd(銀パラジウム)、TaN、RuO等が用いられる。
検温素子54は一例としてヒータ基板52の上面(発熱体53を設けた面とは反対側面)の略中央部にスクリーン印刷等により塗工して具備させたPt膜等の低熱容量の測温抵抗体である。低熱容量のサーミスタなども使用できる。
本例の加熱体51の場合は、線状又は面状をなす発熱体53に対し画像形成スタート信号により所定のタイミングにて通電して発熱体53を略全長にわたって発熱させる。通電はAC100Vであり、検温素子54の検知温度に応じてトライアックを含む不図示の通電制御回路により通電する位相角を制御することにより供給電力を制御している。
加熱体51はその発熱体53への通電により、ヒータ基板52・発熱体53の熱容量が小さいので加熱体表面が所要の定着温度(例えば140〜200℃)まで急速に温度上昇する。
そしてこの加熱体51に耐熱性フィルム55が当接している。
熱容量を小さくしてクイックスタート性を向上させるために、フィルム55には総厚100μm以下、20μm以上の耐熱性・離型性、強度・耐久性等のある単層或は複合層のフィルムを使用できる。
例えば、ポリイミド・ポリエーテルイミド(PEI)・ポリエーテルサルホン(PES)・4フッ化エチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂(PFA)・ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)・ポリパラバン酸(PPA)、或いは複合層フィルム例えば20μm厚のポリイミドフィルムの少なくとも画像当接面側にPTFE(4フッ化エチレン樹脂)・PAF・FEP等のフッ素樹脂・シリコン樹脂等、更にはそれに導電材(カーボンブラック・グラファイト・導電性ウイスカなど)を添加した離型性コート層を10μm厚に施したものなどである。
回転体たる支持ローラー58は例えばシリコンゴム等の離型性のよいゴム弾性体からなり、加熱体51にフィルム55を介して圧接され、ニップ部を形成すると共に、フィルム55を所定速度に移動駆動する。フィルム55との間に被加熱材としての記録材シートが導入されたときには、その記録材シートをフィルム55面に密着させて加熱体51に圧接し、フィルム55と共に移動駆動させる。
発熱体を用いて耐熱性高分子フィルムを加熱し、トナー像の定着を行う装置の他の形態について示す。
図6はフィルムにテンションが加わらない状態がある構造を有する、定着装置である(テンションフリータイプ)。
本発明において、発熱体はその熱容量が小さく、線状あるいは面状の加熱部を有するも
ので、加熱部の最高温度は100〜300℃であることが好ましい。
又、フィルムは、厚さ1〜100μmの耐熱性のシートであることが好ましく、これら耐熱性シートとしては耐熱性の高い、ポリエステル、PET(ポリエチレンテレフタレート)、PFA(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共重合体)、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、ポリイミド、ポリアミド等のポリマーシートの他、アルミニウム等の金属シート及び金属シートとポリマーシートから構成されたラミネートシートが用いられる。
より好ましいフィルムの構成としては、これら耐熱性シートが離型層及び/又は低抵抗層を有していることである。
64は装置に固定支持された低熱容量線状加熱体であって、ヒータ基板64a、通電発熱抵抗体(発熱体)64b・表面保護層64c・検温素子64d等よりなる。
ヒータ基板64aは耐熱性・絶縁性・低熱容量・高熱伝導性の部材であり、例えば、厚み1mm・巾10mm・長さ240mmのアルミナ基板である。
発熱体64bはヒータ基板64aの下面(フィルム65との対面側)の略中央部に長手に沿って、電気抵抗材料を厚み約10μm・巾1〜3mmの線状または細帯状に塗工し、その上に表面保護層64cとして耐熱ガラスを約10μmコートしたものである。電気抵抗材料としては例えば、Ag/Pd(銀パラジウム)、TaN、RuO等が用いられる。また、電気抵抗材料の塗工方法としては、スクリーン印刷する方法等が用いられる。
検温素子64dは一例としてヒータ基板64aの上面(発熱体64bを設けた面とは反対側面)の略中央部にスクリーン印刷等により塗工して具備させたPt膜等の低熱容量の測温抵抗体である。低熱容量のサーミスタなども使用できる。
本例の加熱体64の場合は、線状又は面状をなす発熱体64bに対し画像形成スタート信号により所定のタイミングにて通電して発熱体64bを略全長にわたって発熱させる。通電はAC100Vであり、検温素子64dの検知温度に応じてトライアックを含む不図示の通電制御回路により通電する位相角を制御することにより供給電力を制御している。
加熱体64はその発熱体64bへの通電により、ヒータ基板64a・発熱体64b・表面保護層64cの熱容量が小さいので加熱体表面が所要の定着温度(例えば140〜200℃)まで急速に温度上昇する。
そしてこの加熱体64に耐熱性フィルム65が当接している。
熱容量を小さくしてクイックスタート性を向上させるために、フィルム65には総厚100μm以下、20μm以上の耐熱性・離型性、強度・耐久性等のある単層或は複合層のフィルムを使用できる。
例えば、ポリイミド・ポリエーテルイミド(PEI)・ポリエーテルサルホン(PES)・4フッ化エチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂(PFA)・ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)・ポリパラバン酸(PPA)、或いは複合層フィルム例えば20μm厚のポリイミドフィルムの少なくとも画像当接面側にPTFE(4フッ化エチレン樹脂)・PAF・FEP等のフッ素樹脂・シリコン樹脂等、更にはそれに導電材(カーボンブラック・グラファイト・導電性ウイスカなど)を添加した離型性コート層を10μm厚に施したものなどである。
回転体たる支持ローラー62は例えばシリコンゴム等の離型性のよいゴム弾性体からなり、加熱体64にフィルム65を介して圧接され、ニップ部を形成すると共に、フィルム65を所定速度に移動駆動する。フィルム65との間に被加熱材としての記録材シートが導入されたときには、その記録材シートをフィルム65面に密着させて加熱体64に圧接し、フィルム65と共に移動駆動させる。
以下に、本発明にかかる物性値の測定方法について説明する。
(1)135℃におけるGPC−RALLS−粘度計分析
(i)前処理
トナー0.1gを専用のろ過容器(例えば東ソー製溶解ろ過容器 ポアサイズ10μm)に入れ、ODCB 10mlとともに15ml試験管に入れる。これを溶液ろ過装置(例えば東ソー製DF−8020)を用い、135℃で24時間溶解させる。
24時間後、下記装置を用い、分析を行った。
(ii)[分析条件]
装置 :HLC−8121GPC/HT(東ソー社製)
DAWN EOS(Wyatt Technology社製)
高温差圧粘度検出器(Viscotek社製)
カラム:
TSKgel GMHHR−H(30)HT 7.8cm(ID)×30.0cm(L)TSKgel GMHHR−H(20)HT 7.8cm(ID)×30.0cm(L)TSKgel GMHHR−H HT 7.8cm(ID)×30.0cm(L)
3連(東ソー社製)
検出器1:多角度光散乱検出器 Wyatt DAWN EOS
検出器2:高温差圧粘度検出器
検出器3:ブライス型デュアルフロー式示差屈折計
温度:135℃
溶媒:o−ジクロロベンゼン(ジブチルヒドロキシトルエンを0.05wt%添加)
流速:1.0ml/min
注入量 :400μl
本測定においては、絶対分子量に基く分子量分布及び固有粘度が、直接出力されるが、その測定理論は以下の通りである。
[測定理論]
90=R(θ90)/KC・・・レイリー方程式
90:90°における分子量
R(θ90):散乱角90°でのレイリー比
K:光学定数(=2π/λ ・(dn/dc)
C:溶液濃度
Rg=(1/6)1/2([η]M90/φ)1/3・・・Flory Fox式
Rg:慣性半径
η:固有粘度
φ:形状要素
絶対分子量:M=R(θ)/KC
R(θ)=R(θ90)/P(θ90
P(θ90)=2/X・(e−X−(1−X)) (X=4πn/λ・Rg)λ:波長
(dn/dc):本発明では、結着樹脂がスチレン−アクリル系樹脂の場合は0.068ml/g、ポリエステル系樹脂の場合は0.045ml/gとした。
本発明における絶対分子量の重量平均分子量、及び分岐度を表す粘度Ivの常用対数(log[Iv])を絶対分子量(Mw)の常用対数(log[Mw])に対してプロットした際の傾きaは、装置付属の専用ソフト「TriSEC GPC Software GPC−LS−Viscometry Module Version3.0 Rev.B.05.15」(Viscotek社製)を用いて求めた。
絶対分子量の算出にあたっては、標準ポリスチレン樹脂(例えば、商品名「TSKスタンダード ポリスチレン F−10」、東ソー社製)を用いて、既知の分子量及び固有粘度(例えば前記F−10を用いた場合、重量平均分子量(Mw)96400、固有粘度0.411dl/g)より校正を行って求めた。
傾きaの算出は、前記装置付属の専用ソフトでMark−Houwink−Sakura
da Plotsを行って、分析範囲を指定することで求めた。
尚、本発明におけるトナーの全樹脂成分(a)の定義とは、135℃におけるGPC−RALLS−粘度計分析の3元同時出力プロファイルにおいて、粘度計が検出したクロマトグラムの全樹脂成分に相当する領域の分析値に基づく。
又、本発明におけるトナーの全樹脂成分における高分子量側の成分(s)の定義は、該分析における絶対分子量(Mw)の常用対数(log〔Mw〕)の値が5.00以上の樹脂成分(s)を示す。
更に、本発明における、全樹脂成分(a)の分岐度に対する高分子量側の樹脂成分(s)の分岐度の比は、上記で定義した各成分の傾きの比a(a)/a(s)を計算することにより求めた値である。
(2)トナーのODCB不溶成分量
トナー約1.0gを秤量(W1g)し、予め秤量した円筒濾紙(例えば、商品名No.86R(サイズ20×90mm)、アドバンテック東洋社製)に入れ、これを上部に冷却器を連結したなす型フラスコ内に立てかける。溶媒としてオルトジクロロベンゼン(ODCB)200mlを用いて、185℃にて12時間抽出する。抽出終了後、円筒ろ紙を取り出して風乾した後、150℃で8時間真空乾燥し、抽出残分を含む円筒濾紙の質量を秤量し、円筒濾紙の質量を差し引くことにより、抽出残分の質量(W2g)を算出する。
そして、樹脂成分以外の成分の含有量(W3g)を下記式(1)のように差し引くことによって、ODCB不溶成分を求めることができる。
ODCB不溶成分(質量%)={(W2−W3)/(W1−W3)}×100 ・・・ (1)
樹脂成分以外の成分の含有量は、公知の分析手段によって測定することができる。分析が困難な場合には、以下のようにして樹脂成分以外の成分の含有量(トナー中の焼却残灰分(W3'g))を見積もり、その含有量を差し引くことによって、ODCB不溶成分を
求めることができる。
トナー中の焼却残灰分は以下の手順で求める。予め秤量した30mlの磁性るつぼに約2gのトナーを秤量(Wag)する。るつぼを電気炉に入れ約900℃で約3時間加熱し、電気炉中で放冷し、常温下でデシケーター中に1時間以上放冷し、焼却残灰分を含むるつぼの質量を秤量し、るつぼの質量を差し引くことにより焼却残灰分(Wbg)を算出する。そして、下記式(2)により、試料W1g中の焼却残灰分の質量(W3'g)を算出
する。
W3'=W1×(Wb/Wa) ・・・ (2)
この場合、ODCB不溶成分は、下記式(3)で求められる。
ODCB不溶成分(質量%)={(W2−W3')/(W1−W3')}×100 ・・・ (3)
(3)THF可溶成分中のCHX不溶成分量の測定
本発明のトナーにおけるTHF可溶成分中のシクロヘキサン不溶成分は、例えば、以下の方法で測定される。
測定対象のトナーとTHFとを450mg/mlの濃度で混合し、室温にて10時間、試料の合一体がなくなるまで充分に振とうしTHFと試料を良く混ぜ、更に7日間静置する。
その後、上記溶解液を冷却高速遠心機(例えばH−9R(コクサン社製))を用い、1
0℃環境にて15000r/minで60分間遠心分離することで、上澄み液と沈降物とに分離し上澄み液を採取する。さらに上澄み液を窒素ガスにてバブリングしながら上澄み液を50%減少させ濃縮液を作製する。
その後、シクロヘキサン100ml中に、上記濃縮液5mlを添加し不溶成分を生成させる。不溶成分が生成した液を冷却高速遠心機(例えばH−9R(コクサン社製))を用い、10℃環境にて15000r/minで60分間遠心分離することで、上澄み液と沈降物(シクロヘキサン不溶成分)とに分離して、上澄み液を除去する。
除去後の沈殿物を室温にて24時間静置させた後、真空乾燥機(40℃)において24時間脱溶媒をし、THFを除去して、THF可溶成分中のシクロヘキサンに対して不溶成分となった成分(A)を採取する。
トナーに対するTHF可溶成分中のシクロヘキサン不溶成分の含有量は、以下のように計算する。
CHX不溶成分含有量(質量%)=(A)/トナー質量*100
尚、上記手法で抽出した樹脂成分の同定は、IRやNMR等の分析装置を用いることで、ビニル系樹脂かポリエステル系樹脂の判別を行うことが出来る。
(4)樹脂成分(R)の分子量測定
トナーのTHF可溶成分中のCHX不溶成分である樹脂成分(R)の分子量分布は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により、以下のようにして測定する。
まず、室温で24時間かけて、樹脂成分(R)をテトラヒドロフラン(THF)に溶解する。そして、得られた溶液を、ポア径が0.2μmの耐溶剤性メンブランフィルター「マエショリディスク」(東ソー社製)で濾過してサンプル溶液を得る。尚、サンプル溶液は、THFに可溶な成分の濃度が約0.5質量%となるように調整する。このサンプル溶液を用いて、以下の条件で測定する。
装置:HLC8120 GPC(検出器:RI)(東ソー社製)
カラム:Shodex KF−801、802、803、804、805、806、807の7連(昭和電工社製)
溶離液:テトラヒドロフラン(THF)
流速:1.0ml/min
オーブン温度:40.0℃
試料注入量:0.10ml
試料の分子量(メインピーク分子量)の算出にあたっては、標準ポリスチレン樹脂(例えば、商品名「TSKスタンダード ポリスチレン F−850、F−450、F−288、F−128、F−80、F−40、F−20、F−10、F−4、F−2、F−1、A−5000、A−2500、A−1000、A−500」、東ソ−社製)を用いて作成した分子量校正曲線を使用する。
(5)樹脂成分(R)の酸価
本発明において、トナーのTHF可溶成分中のCHX不溶成分である樹脂成分(R)の酸価は、JIS K 0070−1992に準じて測定されるが、具体的には、以下の手順に従って測定する。

(1)試薬の準備
フェノールフタレイン1.0gをエチルアルコール(95vol%)90mlに溶かし、イオン交換水を加えて100mlとし、フェノールフタレイン溶液を得る。
特級水酸化カリウム7gを5mlの水に溶かし、エチルアルコール(95vol%)を加えて1lとする。炭酸ガス等に触れないように、耐アルカリ性の容器に入れて3日間放置後、ろ過して、水酸化カリウム溶液を得る。得られた水酸化カリウム溶液は、耐アルカ
リ性の容器に保管する。前記水酸化カリウム溶液のファクターは、0.1モル/l塩酸25mlを三角フラスコに取り、前記フェノールフタレイン溶液を数滴加え、前記水酸化カリウム溶液で滴定し、中和に要した前記水酸化カリウム溶液の量から求める。前記0.1モル/l塩酸は、JIS K 8001−1998に準じて作成されたものを用いる。
(2)操作
(A)本試験
粉砕した測定試料2.0gを200mlの三角フラスコに精秤し、トルエン/エタノール(2:1)の混合溶液100mlを加え、5時間かけて溶解する。次いで、指示薬として前記フェノールフタレイン溶液を数滴加え、前記水酸化カリウム溶液を用いて滴定する。尚、滴定の終点は、指示薬の薄い紅色が約30秒間続いたときとする。
(B)空試験
試料を用いない(すなわちトルエン/エタノール(2:1)の混合溶液のみとする)以外は、上記操作と同様の滴定を行う。
(3)得られた結果を下記式に代入して、酸価を算出する。
A=[(C−B)×f×5.61]/S
ここで、A:酸価(mgKOH/g)、B:空試験の水酸化カリウム溶液の添加量(ml)、C:本試験の水酸化カリウム溶液の添加量(ml)、f:水酸化カリウム溶液のファクター、S:試料(g)である。
(6)トナー及びCHX不溶成分のガラス転移温度(TgA及びTgB)
本発明におけるトナーのガラス転移温度(TgA)及びCHXに不溶な樹脂成分(R)のガラス転移温度(TgB)は、示差走査熱量分析装置「Q1000」(TA Instruments社製)を用い、ASTM D3418−82に準じて以下のように測定する。
具体的には、上記示差走査熱量計のモジュレーティッドモードを用い、以下の条件にて測定し、昇温1回目のDSC曲線のピーク位置から求める。測定サンプルは約3mgを精密に秤量する。それをアルミニウム製のパン中に入れ、対照用に空のアルミパンを用い、測定範囲を20℃から140℃の間で測定を行う。
<測定条件>
・温度20℃で5分間平衡を保つ。
・1.0℃/minのモジュレーションをかけ、温度140℃まで1℃/minで昇温。・温度140℃で5分間平衡を保つ。
・温度20℃まで降温。
ここで、ガラス転移温度は、日本工業規格(JIS)K7121 9.3項(制定年月日1987年10月01日、確認年月日2006年03月25日)に定める中間点ガラス転移温度である。
(7)トナーの微小圧縮試験(復元率)
図2を参照しながら微小圧縮試験の測定方法について説明する。
図2は本発明の微小圧縮試験でトナーを測定した際のプロファイル(荷重−変位曲線)であり、横軸はトナーが変形した変位量、縦軸はトナーにかけている荷重量を表している。
本発明における微小圧縮試験は、(株)エリオニクス製 超微小硬度計ENT1100を用いた。使用圧子は20μm×20μm四方の平圧子を用いて測定した。図中の1−1は試験を始める前の最初の状態(原点)であり、最大荷重2.94×10−4Nに対し、9.8×10−5N/secの負荷速度で荷重を掛ける。最大荷重に到達した直後は1−2の状態であり、このときの変位量をX(μm)とする。1−2の状態で0.1秒間、その荷重で放置する。放置終了直後の状態が1−3を示しており、このときの最大変位量をX(μm)とし、さらに最大荷重を経て9.8×10−5N/secの除荷速度で荷重を減らし、荷重が0Nになったときが1−4の状態である。このときの変位量をX4
μm)とする。
弾性変位量(X−X)の最大変位量Xに対する百分率(以下、復元率(%)とも称する)を示すZ(25)は{(X−X)/X}×100として求めた。更にZ(50)の値は、トナーに対する微小圧縮試験において、測定温度50℃で測定することを除いて、上記Z(25)の測定方法と同様にして得られた最大変位量X’及び変位量X’から求められた値である。
具体的には、測定温度50℃で、前記トナー1粒子に負荷速度9.8×10−5N/secで荷重を加え、2.94×10−4Nの最大荷重に達したときに得られる変位量(μm)を変位量X’、該最大荷重に達した後、該最大荷重で0.1秒間放置して得られる変位量(μm)を最大変位量X’、該0.1秒間放置後、除荷速度9.8×10−5N/secで荷重を減らし、荷重が0 Nとなったときに得られる変位量(μm)を変位量
’、該最大変位量X’と該変位量X’との差を弾性変位量(X’−X’)とし、該弾性変位量(X’−X’)の該最大変位量X’に対する百分率[{(X’−X’)/X’}×100:復元率]をZ(50)(%)とする。
実際の測定は、セラミックセル上にトナーを塗布し、トナーがセラミックセル上に分散するようにエアーを吹き付けた後に、そのセラミックセルを超微小硬度計にセットして測定する。
また、測定の際にはセラミックセルを温度制御が可能な状態にし、このセラミックセルの温度を測定温度とした。すなわちZ(25)はセルの温度を25℃として測定し、Z(50)はセルの温度を50℃として測定した。
なお、セラミックセルの温度調整は、セラミックセルを超微小硬度計に設置し、セラミックセルが測定温度に到達してから10分以上放置した後、測定を開始した。
測定は超微小硬度計に付帯する顕微鏡を覗きながら測定用画面(横幅:160μm 縦幅:120μm)にトナーが1粒子で存在しているものを選択する。変位量の誤差を極力無くすため、トナーの個数平均粒径D1の±0.2μmのものを選択して測定する。なお、測定用画面から任意のトナーを選択するが、測定画面上でのトナー粒子径の測定手段は超微小硬度計ENT1100付帯のソフトを用いてトナー粒子の長径と短径を測定し、それらから求められるアスペクト比[(長径+短径)/2]の値がD1の±0.2μmとなるト
ナーを選択して測定した。
測定データに関しては任意の粒子100個を選んで測定し、測定結果として得られたZ(25)、Z(50)について、最大値、最小値からそれぞれ10個を除いた残り80個をデータとして使用し、その80個の相加平均値としてZ(25)及びZ(50)を求めた。
(8)トナーの重量平均粒径(D4)及び個数平均粒径(D1)
トナーの重量平均粒径(D4)および個数平均粒径(D1)は、以下のようにして算出する。測定装置としては、細孔電気抵抗法による精密粒度分布測定装置「コールター・カウンター Multisizer 3」(登録商標、ベックマン・コールター社製)を用いる。測定条件の設定及び測定データの解析は、付属の専用ソフト「ベックマン・コールター Multisizer 3 Version3.51」(ベックマン・コールター社製)を用いる。尚、測定は実効測定チャンネル数2万5千チャンネルで行なう。
測定に使用する電解水溶液は、特級塩化ナトリウムをイオン交換水に溶解して濃度が約1質量%となるようにしたもの、例えば、「ISOTON II」(ベックマン・コールター社製)が使用できる。
尚、測定、解析を行なう前に、以下のように専用ソフトの設定を行なった。
専用ソフトの標準測定方法(SOM)を変更画面において、コントロールモードの総カウント数を50000粒子に設定し、測定回数を1回、Kd値は「標準粒子10.0μm」(ベックマン・コールター社製)を用いて得られた値を設定する。閾値/ノイズレベル
の測定ボタンを押すことで、閾値とノイズレベルを自動設定する。また、カレントを1600μAに、ゲインを2に、電解液をISOTON IIに設定し、測定後のアパーチャーチューブのフラッシュにチェックを入れる。
専用ソフトのパルスから粒径への変換設定画面において、ビン間隔を対数粒径に、粒径ビンを256粒径ビンに、粒径範囲を2μmから60μmまでに設定する。
具体的な測定法は以下の通りである。
(1)Multisizer 3専用のガラス製250ml丸底ビーカーに前記電解水溶液約200mlを入れ、サンプルスタンドにセットし、スターラーロッドの撹拌を反時計回りで24回転/秒にて行なう。そして、専用ソフトの「アパーチャーのフラッシュ」機能により、アパーチャーチューブ内の汚れと気泡を除去しておく。
(2)ガラス製の100ml平底ビーカーに前記電解水溶液約30mlを入れる。この中に分散剤として「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)をイオン交換水で約3質量倍に希釈した希釈液を約0.3ml加える。
(3)発振周波数50kHzの発振器2個を位相を180度ずらした状態で内蔵し、電気的出力120Wの超音波分散器「Ultrasonic Dispension System Tetora150」(日科機バイオス社製)を準備する。超音波分散器の水槽内に所定量のイオン交換水を入れ、この水槽中に前記コンタミノンNを約2ml添加する。
(4)前記(2)のビーカーを前記超音波分散器のビーカー固定穴にセットし、超音波分散器を作動させる。そして、ビーカー内の電解水溶液の液面の共振状態が最大となるようにビーカーの高さ位置を調整する。
(5)前記(4)のビーカー内の電解水溶液に超音波を照射した状態で、トナー約10mgを少量ずつ前記電解水溶液に添加し、分散させる。そして、さらに60秒間超音波分散処理を継続する。尚、超音波分散にあたっては、水槽の水温が10℃以上40℃以下となる様に適宜調節する。
(6)サンプルスタンド内に設置した前記(1)の丸底ビーカーに、ピペットを用いてトナーを分散した前記(5)の電解質水溶液を滴下し、測定濃度が約5%となるように調整する。そして、測定粒子数が50000個になるまで測定を行なう。
(7)測定データを装置付属の前記専用ソフトにて解析を行ない、重量平均粒径(D4)および個数平均粒径(D1)を算出する。尚、専用ソフトでグラフ/体積%と設定したときの、分析/体積統計値(算術平均)画面の「平均径」が重量平均粒径(D4)であり、専用ソフトでグラフ/個数%と設定したときの、分析/個数統計値(算術平均)画面の「平均径」が個数平均粒径(D1)である。
(9)トナーの平均円形度
トナー粒子の平均円形度は、フロー式粒子像分析装置「FPIA−3000」(シスメックス社製)によって、校正作業時の測定及び解析条件で測定する。
具体的な測定方法は、以下の通りである。まず、ガラス製の容器中に予め不純固形物などを除去したイオン交換水約20mlを入れる。この中に分散剤として「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)をイオン交換水で約3質量倍に希釈した希釈液を約0.2ml加える。更に測定試料を約0.02g加え、超音波分散器を用いて2分間分散処理を行い、測定用の分散液とする。その際、分散液の温度が10℃以上40℃以下となる様に適宜冷却する。超音波分散器としては、発振周波数50kHz、電気的出力150Wの卓上型の超音波洗浄器分散器(例えば「VS−150」(ヴェルヴォクリーア社製))を用い、水槽内には所定量のイオン交換水を入れ、この水槽中に前記コンタミノンNを約2ml添加する。
測定には、標準対物レンズ(10倍)を搭載した前記フロー式粒子像分析装置を用い、
シース液にはパーティクルシース「PSE−900A」(シスメックス社製)を使用した。前記手順に従い調整した分散液を前記フロー式粒子像分析装置に導入し、HPF測定モードで、トータルカウントモードにて3000個のトナー粒子を計測する。そして、粒子解析時の2値化閾値を85%とし、解析粒子径を円相当径1.985μm以上、39.69μm未満に限定し、トナー粒子の平均円形度を求める。
測定にあたっては、測定開始前に標準ラテックス粒子(例えば、Duke Scien
tific社製の「RESEARCH AND TEST PARTICLES Latex Microsphere Suspensions 5200A」をイオン交換水で希釈)を用いて自動焦点調整を行う。その後、測定開始から2時間毎に焦点調整を実施することが好ましい。
なお、本願実施例では、シスメックス社による校正作業が行われた、シスメックス社が発行する校正証明書の発行を受けたフロー式粒子像分析装置を使用した。解析粒子径を円相当径1.985μm以上、39.69μm未満に限定した以外は、校正証明を受けた時の測定及び解析条件で測定を行った。
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、これは本発明をなんら限定するものではない。以下にトナー粒子の製造方法について記載する。実施例中及び比較例中の部および%は特に断りがない場合、全て質量基準である。
まず、本発明のトナーの製造例で用いられる極性樹脂の製造例を示す。
<極性樹脂の製造例>
・スチレン 80.8質量部・α−メチルスチレン 15.0質量部・メタクリル酸 1.7質量部・メタクリル酸メチル 2.5質量部・パーブチル(登録商標)D(10時間半減期温度54.6℃(日本油脂製) 2.0質
量部
上記各成分を、4つ口フラスコ内でキシレン200質量部を撹拌しながら容器内を十分に窒素で置換し140℃に昇温させた後2時間かけて滴下した。更に、キシレン還流下で10時間保持し、重合を完了し、減圧下で溶媒を蒸留除去した。このようにして得られた樹脂を極性樹脂1(Mp=20,000、Mn=8,000、TgB=98℃、酸価=12.0mgKOH/g、Mw/Mn=2.2)とする。
尚、上記極性樹脂の製造例において、添加するモノマー組成とパーブチルDの添加量を変更することを除いては同様にして、極性樹脂2乃至極性樹脂11を製造した。
(トナーの製造例1)
下記の手順によって重合法トナーを製造した。
60℃に加温したイオン交換水1300質量部に、リン酸三カルシウム9質量部、10%塩酸11質量部を添加し、TK式ホモミキサー(特殊機化工業製)を用いて、10,000r/minにて撹拌し、pH5.2の水系分散媒体を調製した。
また、下記の材料をプロペラ式攪拌装置にて100r/minで溶解して溶解液を調製した。
・スチレン・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・70.0質量部・n−ブチルアクリレート・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・30.0質量部・帯電制御剤FCA1001NS(藤倉化成社製)・・・・・・・・・・・2.0質量部・ スチレン−α−メチルスチレン−メタクリル酸−メタクリル酸メチル共重合体(極性樹脂1)
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・20.0質量部(スチレン/α−メチルスチレン/メタクリル酸/メタクリル酸メチル=80.8/15.0/
1.7/2.5、Mp=20,000、Mn=8,000、TgB=98℃、酸価=12.
0mgKOH/g、Mw/Mn=2.2)
次に上記溶解液に
・C.I.ピグメントブルー15:3・・・・・・・・・・・・・・・・・7.0質量部・帯電制御剤ボントロンE−88(オリエント化学社製)・・・・・・・・1.0質量部・ワックスHNP−10(融点75℃:日本精鑞社製)・・・・・・・・10.0質量部・ジビニルベンゼン・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・0.25質量部を加え、その後、混合液を温度60℃に加温した後にTK式ホモミキサー(特殊機化工業製)にて、9,000r/minにて攪拌し、溶解、分散した。
続いて、上記水系分散媒体中に上記重合性単量体組成物を投入し、重合開始剤として
・パーブチルNHP(10時間半減期温度50.6℃(日本油脂製))・・・・2.0質量部
・パーブチルPV(10時間半減期温度54.6℃(日本油脂製))・・・・・8.0質量部
を加え、60℃にてTK式ホモミキサーを用いて10,000r/minで 30分間攪拌し、造粒した。
その後、プロペラ式攪拌装置に移して100r/minで攪拌しつつ、70℃で5時間反応させた後、80℃まで昇温し、更に5時間反応を行い、トナー粒子を製造した。重合反応終了後、該粒子を含むスラリーを冷却し、スラリーの10倍の水量で洗浄し、ろ過、乾燥の後、分級によって粒子径を調整してトナー粒子を得た。
上記トナー粒子100質量部に対して、流動性向上剤として、ジメチルシリコーンオイル(20質量%)で処理され、トナー粒子と同極性(負極性)に帯電する疎水性シリカ微粉体(1次粒子径:7nm、BET比表面積:130m/g)1.7質量部をヘンシェルミキサー(三井三池社製)で3000r/minで15分間混合してトナー(シアントナー)No.1を得た。
トナーNo.1の物性を表1に示す。
(トナーの製造例2)
トナーの製造例1において、スチレンの添加量を68質量部、n−ブチルアクリレートの添加量を32質量部に変更し、極性樹脂1をスチレン−n-ブチルアクリレート−メタ
クリル酸−メタクリル酸メチル共重合体(極性樹脂2)(スチレン/n-ブチルアクリレー
ト/メタクリル酸/メタクリル酸メチル=87.6/8.0/1.7/2.7、Mp=20,
000、Mn=8,000、TgB=82℃、酸価=12.0mgKOH/g、Mw/M
n=2.2)に変更することを除いて、トナーの製造例1と同様にしてトナーNo.2を製造した。得られたトナーNo.2の物性を表1に示す。
(トナーの製造例3)
トナーの製造例1において、スチレンの添加量を72質量部、n-ブチルアクリレート
の添加量を28質量部に変更し、極性樹脂1をスチレン-α−メチルスチレン-メタクリル酸-メタクリル酸メチル共重合体(極性樹脂3)(スチレン/α−メチルスチレン/メタク
リル酸/メタクリル酸メチル=60.6/35.0/1.7/2.7、Mp=20,000、Mn=8,000、TgB=115℃、酸価=12.0mgKOH/g、Mw/Mn=2.2)に変更することを除いて、トナーの製造例1と同様にしてトナーNo.3を製造した。得られたトナーNo.3の物性を表1に示す。
(トナーの製造例4)
トナーの製造例1において、スチレンの添加量を67質量部、n−ブチルアクリレートの添加量を33質量部に変更し、極性樹脂1をスチレン−メタクリル酸−メタクリル酸メチル共重合体(極性樹脂4)(スチレン/メタクリル酸/メタクリル酸メチル=95.8/1.7/2.5、Mp=240,000、Mn=100,000、TgB=98℃、酸価=1
2.0mgKOH/g、Mw/Mn=2.5)に変更して添加部数を5質量部にし、パーブチルNHPをパーブチルND(10時間半減期温度46.4℃(日本油脂製))に変更することを除いて、トナーの製造例1と同様にしてトナーNo.4を製造した。得られたトナーNo.4の物性を表1に示す。
(トナーの製造例5)
トナーの製造例1において、極性樹脂1をスチレン−α−メチルスチレン−メタクリル酸−メタクリル酸メチル共重合体(極性樹脂5)(スチレン/α−メチルスチレン/メタクリル酸/メタクリル酸メチル=75.8/20.0/1.7/2.5、Mp=11,000、Mn=5,000、TgB=98℃、酸価=12.0mgKOH/g、Mw/Mn=2.0)に変更して添加部数を35質量部にし、ジビニルベンゼンをエチレングリコールジメタクリレートに変更することを除いて、トナーの製造例1と同様にしてトナーNo.5を製造した。得られたトナーNo.5の物性を表1に示す。
(トナーの製造例6)
トナーの製造例1において、極性樹脂1をスチレン-α−メチルスチレン-メタクリル酸-メタクリル酸メチル共重合体(極性樹脂6)(スチレン/α−メチルスチレン/メタクリ
ル酸/メタクリル酸メチル=80.8/15.0/0.6/3.6、Mp=20,000、Mn=8,000、TgB=95℃、酸価=4.0mgKOH/g、Mw/Mn=2.2)に変更し、添加部数を2質量部にすることを除いて、トナーの製造例1と同様にしてトナーNo.6を製造した。得られたトナーNo.6の物性を表1に示す。
(トナーの製造例7)
トナーの製造例1において、極性樹脂1をスチレン-α−メチルスチレン-メタクリル酸-メタクリル酸メチル共重合体(極性樹脂7)(スチレン/α−メチルスチレン/メタクリ
ル酸/メタクリル酸メチル=75.5/15.0/7.0/2.5、Mp=20,000、Mw=8,000、TgB=113℃、酸価=50.0mgKOH/g、Mw/Mn=2.1)に変更し、添加部数を42質量部にすることを除いて、トナーの製造例1と同様にしてトナーNo.7を製造した。得られたトナーNo.7の物性を表1に示す。
(トナーの製造例8)
トナーの製造例1において、極性樹脂1をスチレン-α−メチルスチレン-メタクリル酸-メタクリル酸メチル共重合体(極性樹脂8)(スチレン/α−メチルスチレン/メタクリ
ル酸/メタクリル酸メチル=76.7/20.0/0.8/2.5、Mp=8,000、Mn=3,500、TgB=90℃、酸価=6.0mgKOH/g、Mw/Mn=2.0)に変更し、パーブチルNHPをパーブチルND(10時間半減期温度46.4℃(日本油脂製))に変更し、70℃の反応温度を68℃に変更することを除いて、トナーの製造例1と同様にしてトナーNo.8を製造した。得られたトナーNo.8の物性を表1に示す。
(トナーの製造例9)
トナーの製造例1において、極性樹脂1をスチレン-メタクリル酸-メタクリル酸メチル共重合体(極性樹脂9)(スチレン/メタクリル酸/メタクリル酸メチル=92.7/4.8/2.5、Mp=270,000、Mn=160,000、TgB=107℃、酸価=35
.0mgKOH/g、Mw/Mn=2.5)に変更し、パーブチルNHPの添加部数を10.0質量部に変更し、パーブチルPVを添加しないことを除いては、トナーの製造例1
と同様にしてトナーNo.9を製造した。得られたトナーNo.9の物性を表1に示す。
(トナーの製造例10)
トナーの製造例1において、スチレンの添加量を64質量部、n−ブチルアクリレートの添加量を36質量部に変更し、ジビニルベンゼンをエチレングリコールジメタクリレートに変更して、添加量を0.1質量部にすることを除いては、トナーの製造例1と同様にしてトナーNo.10を製造した。得られたトナーNo.10の物性を表1に示す。
(トナーの製造例11)
トナーの製造例1において、スチレンの添加量を74質量部、n−ブチルアクリレートの添加量を26質量部に変更し、パーブチルNHPの添加部数を5.0質量部に、パーブチルPVの添加部数を2.0質量部に変更し、更にパーブチルND(10時間半減期温度46.4℃(日本油脂製))を3.0質量部添加することを除いて、トナーの製造例1と同様にしてトナーNo.11を製造した。得られたトナーNo.11の物性を表1に示す。
(トナーの製造例12)
トナーの製造例1において、極性樹脂1を飽和ポリエステル樹脂(極性樹脂10)〔テレフタル酸とプロピレンオキサイド変性ビスフエノールAから生成〕(Mp=9000、Mw=8900、Tg=72℃、酸価=12.0mgKOH/g、Mw/Mn=2.2)に変更することを除いて、トナーの製造例1と同様にしてトナーNo.12を製造した。得られたトナーNo.12の物性を表1に示す。
(トナーの製造例13)
トナーの製造例1において、極性樹脂1をスチレン−α−メチルスチレン−メタクリル酸−メタクリル酸メチル共重合体(極性樹脂11)(スチレン/α−メチルスチレン/メタクリル酸/メタクリル酸メチル=57.8/38.0/1.7/2.5、Mp=40,000、Mn=18,000、TgB=125℃、酸価=12.0mgKOH/g、Mw/Mn=2.1)に変更することを除いて、トナーの製造例1と同様にしてトナーNo.13を製造した。得られたトナーNo.13の物性を表1に示す。
(トナーの製造例14)
トナーの製造例1において、トリメチロールプロパントリメタクリレートを0.1質量部添加することを除いて、トナーの製造例1と同様にしてトナーNo.14を製造した。得られたトナーNo.14の物性を表1に示す。
(トナーの製造例15)
トナーの製造例1において、トリメチロールプロパントリメタクリレートを0.1質量部、パーヘキサ(登録商標)250(10時間半減期温度66.2℃(日本油脂製))を1.0質量部添加することを除いて、トナーの製造例1と同様にしてトナーNo.15を製造した。得られたトナーNo.15の物性を表1に示す。
(トナーの製造例16)
スチレン/n−ブチルアクリレート共重合体(質量比80/20) 80部
(Mp=25000 Mn=8500 Mw/Mn=3.0 Tg=54℃)
スチレン/n−ブチルアクリレート共重合体(質量比85/15) 20部
(Mp=85000 Mn=50000 Mw/Mn=3.0 Tg=64℃)
ボントロンE−88(オリエント化学工業(株)製) 3部C.I.ピグメントブルー15:3 6.5部エステルワックス(吸熱ピーク=72℃,半値幅=4℃) 5部
上記材料をブレンダーにて混合し、110℃に加熱した二軸エクストルーダーで溶融混練し、冷却した混練物をハンマーミルで粗粉砕し、粗粉砕物をターボミル(ターボ工業社製)で微粉砕し、得られた微粉砕物を風力分級して重量平均粒径7.5μmのトナー粒子(16)を得た。
上記トナー粒子(16)100質量部に対して、流動性向上剤として、ジメチルシリコーンオイル(20質量%)で処理され、トナー粒子と同極性(負極性)に帯電する疎水性シリカ微粉体(1次粒子径:7nm、BET比表面積:130m2/g)1.7質量部を
ヘンシェルミキサー(三井三池社製)で3000r/minで15分間混合してトナー(シアントナー)No.16を得た。
トナーNo.16の物性を表1に示す。
(トナーの製造例17)
トナーの製造例1において、ジビニルベンゼンの添加をしないことを除いて、トナーの製造例1と同様にしてトナーNo.17を製造した。得られたトナーNo.17の物性を表1に示す。
(トナーの製造例18)
トナーの製造例1において、ジビニルベンゼンの添加をしないで、70℃の反応温度を72℃に変更することを除いて、トナーの製造例1と同様にしてトナーNo.18を製造した。得られたトナーNo.18の物性を表1に示す。
(トナーの製造例19)
トナーの製造例1において、パーブチルPVの添加量を6.0質量部に変更し、70℃の反応温度を67℃に変更することを除いて、トナーの製造例1と同様にしてトナーNo.19を製造した。得られたトナーNo.19の物性を表1に示す。
(トナーの製造例20)
トナーの製造例1において、ジビニルベンゼンの添加量を0.35質量部に変更することを除いては、トナーの製造例1と同様にしてトナーNo.20を製造した。得られたトナーNo.20の物性を表1に示す。
(トナーの製造例21)
トナーの製造例1において、ジビニルベンゼンの添加量を0.50質量部に変更することを除いては、トナーの製造例1と同様にしてトナーNo.21を製造した。得られたトナーNo.21の物性を表1に示す。
(トナーの製造例22)
トナーの製造例1において、パーブチルNHPの代わりにパーヘキシル(登録商標)PV(10時間半減期温度53.2℃(日本油脂製))を8.0質量部添加し、パーブチルPVの添加部数を2.0質量部に変更することを除いては、トナーの製造例1と同様にしてトナーNo.22を製造した。得られたトナーNo.22の物性を表1に示す。
(トナーの製造例23)
トナーの製造例1において、スチレンの添加量を73質量部、n-ブチルアクリレート
の添加量を27質量部に変更し、極性樹脂1を飽和ポリエステル樹脂(極性樹脂10)〔テレフタル酸とプロピレンオキサイド変性ビスフエノールAから生成〕(Mp=9000、Mw=8900、Tg=72℃、酸価=12.0mgKOH/g、Mw/Mn=2.2)に変更し、トリメチロールプロパントリメタクリレートを0.35質量部添加し、パーブチルNHPの添加部数を12.0質量部に変更し、パーブチルPVを添加しないことを除いては、トナーの製造例1と同様にしてトナーNo.23を製造した。得られたトナー
No.23の物性を表1に示す。
(トナーの製造例24)
ポリエステル樹脂 100部
(Mp=20000、Mn=9000、Mw=45000、Mw/Mn=5.0、酸価=20、水酸基価=25、Tg=56℃)
ボントロンE−88(オリエント化学工業(株)製) 1.8部
C.I.ピグメントブルー15:3 6.5部
低分子量ポリプロピレン(ビスコール660P:三洋化成社製)融点145℃ 4部
上記成分をヘンシェルミキサーで良く前混合した後、バンバリーミキサーにより溶融混練し、冷却後、ジェットミルにより微粉砕を行い、さらに、機械的衝撃力を利用する表面改質装置を用いて球形化処理を行い、球形の粉砕原料を得た。次に、得られた粉砕原料を分級機により分級して、平均円形度は0.949、重量平均粒径6.3μmのトナー粒子(24)を得た。
上記トナー粒子(24)100質量部に対して、流動性向上剤として、ジメチルシリコーンオイル(20質量%)で処理され、トナー粒子と同極性(負極性)に帯電する疎水性シリカ微粉体(1次粒子径:7nm、BET比表面積:130m/g)1.7質量部をヘンシェルミキサー(三井三池社製)で3,000r/minで15分間混合してトナー
(シアントナー)No.24を得た。
トナーNo.24の物性を表1に示す。
(トナーの製造例25)
トナーの製造例1において、スチレンの添加量を80質量部、n-ブチルアクリレート
の添加量を20質量部、ジビニルベンゼンの添加量を0.15質量部に変更し、極性樹脂1を飽和ポリエステル樹脂(極性樹脂10)〔テレフタル酸とプロピレンオキサイド変性ビスフエノールAから生成〕(Mp=9,000、Mw=8,900、Tg=72℃、酸価=12.0mgKOH/g、Mw/Mn=2.2)に変更し、添加する二種類の開始剤を2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)一種の3.0質量部に変更し、70℃の反応温度を62℃に変更する以外はトナーの製造例1と同様にしてトナーNo.25を製造した。得られたトナーNo.25の物性を表1に示す。
(トナーの製造例26)
下記乳化凝集法により、トナーNo.26を製造した。
《樹脂粒子分散液1の調製》
・スチレン 90部・nブチルアクリレート 20部・アクリル酸 3部・ドデカンチオール 6部・四臭化炭素 1部
以上を混合し、溶解したものを、非イオン性界面活性剤(三洋化成(株)製:ノニポール400)1.5部及びアニオン性界面活性剤(第一工業製薬(株)製:ネオゲンSC)2.5部をイオン交換水140部に溶解したものに、フラスコ中で分散し、乳化し、10分間ゆっくりと混合しながら、これに過硫酸アンモニウム1部を溶解したイオン交換水10部を投入し、窒素置換を行った後、前記フラスコ内を撹拌しながら内容物が70℃になるまでオイルバスで加熱し、5時間そのまま乳化重合を継続した。こうして、平均粒径が
0.17μm、ガラス転移点が57℃、重量平均分子量(Mw)が11,000である樹脂粒子を分散させてなる樹脂粒子分散液1を調製した。
《樹脂粒子分散液2の調製》
・スチレン 75部・nブチルアクリレート 25部・アクリル酸 2部
以上を混合し、溶解したものを、非イオン性界面活性剤(三洋化成(株)製:ノニポール400)1.5部及びアニオン性界面活性剤(第一工業製薬(株)製:ネオゲンSC)3部をイオン交換水140部に溶解したものに、フラスコ中で分散し、乳化し、10分間ゆっくりと混合しながら、これに過硫酸アンモニウム0.8部を溶解したイオン交換水10部を投入し、窒素置換を行った後、前記フラスコ内を撹拌しながら内容物が70℃になるまでオイルバスで加熱し、5時間そのまま乳化重合を継続し、平均粒径が0.1μm、ガラス転移点が61℃、重量平均分子量(Mw)が550,000である樹脂粒子を分散させてなる樹脂粒子分散液2を調製した。
《離型剤粒子分散液の調製》
・エステル系ワックス(融点65℃、半値幅5℃) 50部・アニオン性界面活性剤 5部
(第一工業製薬(株)製:ネオゲンSC)
・イオン交換水 200部
以上を95℃に加熱して、ホモジナイザー(IKA社製:ウルトラタラックスT50)を用いて分散した後、圧力吐出型ホモジナイザーで分散処理し、平均粒径が0.5μmである離型剤を分散させてなる離型剤粒子分散液を調製した。
《着色剤粒子分散液1の調製》
・C.I.ピグメントブルー15:3 20部・アニオン性界面活性剤 2部
(第一工業製薬(株)製:ネオゲンSC)
・イオン交換水 78部
以上を混合し、サンドグラインダーミルを用いて分散した。この着色剤粒子分散液1における粒度分布を、粒度測定装置(堀場製作所製、LA−700)を用いて測定したところ、含まれる着色剤粒子の平均粒径は、0.2μmであり、また1μmを超える粗大粒子は観察されなかった。
《帯電制御粒子分散液の調製》
・ジ−アルキル−サリチル酸の金属化合物 20部
(帯電制御剤、ボントロンE−88、オリエント化学工業社製)
・アニオン性界面活性剤 2部
(第一工業製薬(株)製:ネオゲンSC)
・イオン交換水 78部
以上を混合し、サンドグラインダーミルを用いて分散した。この帯電制御粒子分散液における粒度分布を、粒度測定装置(堀場製作所製、LA−700)を用いて測定したところ、含まれる帯電制御粒子の平均粒径は、0.2μmであり、また1μmを超える粗大粒子は観察されなかった。
<混合液調製>
・樹脂粒子分散液1 250部・樹脂粒子分散液2 110部・着色剤粒子分散液1 50部
・離型剤粒子分散液 70部
以上を、撹拌装置,冷却管,温度計を装着した1リットルのセパラブルフラスコに投入し撹拌した。この混合液を1N−水酸化カリウムを用いてpH=5.2に調整した。
<凝集粒子形成>
この混合液に凝集剤として、10%塩化ナトリウム水溶液150部を滴下し、加熱用オイルバス中でフラスコ内を撹拌しながら57℃まで加熱した。この温度の時、樹脂粒子分散液2の3部と帯電制御剤粒子分散液の10部を加えた。50℃で1時間保持した後、光学顕微鏡にて観察すると重量平均粒径が約5.3μmである凝集粒子(A)が形成されていることが確認された。
<融着工程>
その後、ここにアニオン製界面活性剤(第一工業製薬(株)製:ネオゲンSC)3部を追加した後、ステンレス製フラスコを密閉し、磁力シールを用いて撹拌を継続しながら105℃まで加熱し、1時間保持した。そして、冷却後、反応生成物をろ過し、イオン交換水で十分に洗浄した後、乾燥させることにより、トナー粒子(26)を得た。
得られたトナー粒子(26)の重量平均粒径は5.5μm、平均円形度は0.973であった。
このトナー粒子(26)100部に対し、ジメチルシリコーンオイル(20質量%)で処理され、トナー粒子と同極性(負極性)に帯電する疎水性シリカ微粉体(1次粒子径:7nm、BET比表面積:130m2/g)3.0部と、平均一次粒径が800nmのシ
リカ粒子0.1部をヘンシェルミキサーに投入し、3000r/minで15分間混合してトナーNo.26を得た。得られたトナーNo.26の物性を表1に示す。
(トナーの製造例27)
トナーの製造例1において、パーブチルNHPの添加部数を8質量部に変更し、パーブチルPVの替わりにパーブチルND(10時間半減期温度46.4℃(日本油脂製))を2.0質量部添加し、ジビニルベンゼンの添加部数を1.0質量部に変更する以外はトナーの製造例1と同様にしてトナーNo.27を製造した。得られたトナーNo.27の物性を表1に示す。
(トナーの製造例28)
トナーの製造例1において、添加する極性樹脂1をスチレン-α−メチルスチレン-メタクリル酸-メタクリル酸メチル共重合体(極性樹脂11)(スチレン/α−メチルスチレン/メタクリル酸/メタクリル酸メチル=57.8/38.0/1.7/2.5、Mp=40,00
0、Mn=18,000、TgB=125℃、酸価=12.0mgKOH/g、Mw/Mn=2.1)に変更し、添加部数を45質量部に変更する以外はトナーの製造例1と同様にしてトナーNo.28を製造した。得られたトナーNo.28の物性を表1に示す。
(トナーの製造例29)
トナーの製造例1において、ジビニルベンゼンの添加をせず、二種添加していた開始剤をパーへキシルPV(10時間半減期温度53.2℃(日本油脂製))一種の12質量部に変更し、70℃の反応温度を65℃に変更することを除いて、トナーの製造例1と同様にしてトナーNo.29を製造した。得られたトナーNo.29の物性を表1に示す。
Figure 0005300401
Figure 0005300401
<実施例1乃至23、比較例1乃至6>
トナーの製造例1乃至29で製造したトナーを、各々下記項目の基準に即して評価を行った。実施例1乃至23のトナーは低温定着特性と現像耐久特性に優れた効果を発揮したのに対して、比較例1乃至6のトナーは低温定着性と現像耐久特性のバランスに乏しい結
果であった。評価結果を表2に示す。
以下に本発明の画像評価方法および評価基準について説明する。
・ 低温定着特性
LBP5300(キヤノン社製)のサーフ定着器を用い、ファーストプリントアウトタイムを20秒に設定し、10mm×10mmのベタ画像(トナー載り量0.50mg/cm2)をXerox社製Business4200(75g/m)上に出力し、安定した定着画像が得られる最低定着可能温度を下記基準にて評価した。尚、本発明の安定した定着画像とは、得られた定着画像濃度と、定着画像を50g/cmの荷重をかけたシルボン紙で5回摺擦した後の画像濃度を測定し、濃度低下率が10%以下の定着状態と定義する。
A:最低定着可能温度が150℃以上160℃以下で、安定した定着画像が得られる
B:最低定着可能温度が160℃より高く170℃以下で、安定した定着画像が得られるC:最低定着可能温度が170℃より高く190℃以下で、安定した定着画像が得られるD:最低定着可能温度が190℃より高い、又は定着可能温度を有さない
・ 定着グロス均一性
ベタ全域画像(先端余白:5mm、トナー載り量0.50mg/cm2)をXerox
社製business4200(75g/m)上に最低定着可能温度で出力し、定着画像内の7
5°グロスの最大値と最小値を測定し、その差を求めて定着画像均一性を下記基準により評価した。なお、本発明に使用した光沢度測定器は、日本電色工業(株)製のPG−3D(入射角θ=75°)を使用し、標準面は光沢度96.9の黒色ガラスを使用した。
A:グロス差2.0%未満
B:グロス差2.0%以上4.0%未満
C:グロス差4.0%以上6.0%未満
D:グロス差6.0%以上
(3)定着安定性
ベタ全域画像(先端余白:5mm、トナー載り量0.50mg/cm2)をカラーレー
ザコピア用紙(キヤノン社製、81.4g/m)上に転写出力した未定着トナー画像を
用意し、iRC5185(キヤノン社製)の外部定着器(iRC5158の定着器を取り出し、外部駆動及び定着器の温度制御装置をつけたもの)を用いて定着安定性の評価を行った。
定着安定性は、低温低湿(15℃,10%RH)環境下、上記外部定着器を用いて定着温度180℃、定着スピード250mm/secにて未定着トナー画像の通紙を行い、得られた定着画像を画像面が外側になる様に折り曲げ、画像の欠損の度合いを目視で判定した。判定基準は以下のとおりである。
A:定着画像に欠損は発生しない。
B:折り目に極微量の欠損が認められたが、実用上問題の無いレベルである。
C:目視ではっきりと確認できる程度の画像欠損が発生する。
D:折り目を中心に著しい画像欠落が発生する。
(4)耐オフセット性 ハーフトーンの帯チャート(縦:10mm、横:290mm、トナー載り量:0.15mg/cm2)をカラーレーザコピア用紙(キヤノン社製、81.
4g/m)上に転写出力した未定着トナー画像を用意し、上記(3)の評価で用いた外
部定着器を用いて耐オフセット性の評価を行った。
耐オフセット性の評価は、常温常湿(23℃,50%RH)環境下、定着スピード250mm/secの条件で、定着温度を変化させて通紙を行い、オフセットの発生温度を下記基準により評価した。
A:オフセットの発生温度が210℃を超える。
B:オフセットが200℃を超え210℃以下の温度域で発生。
C:オフセットが190℃を超え200℃以下の温度域で発生。
D:オフセットが190℃以下で発生。
(5)画像カブリ
図3及び図4に示す、非磁性一成分接触現像システムのカートリッジと画像形成装置を用いて耐久試験を行うことによりトナーの耐久性を評価した(プロセススピード250mm/sec,スリーブ周速375mm/sec)。
耐久試験の条件は、高温高湿環境(30℃,80%RH)、常温常湿環境(23℃,50%RH)、低温低湿環境(15℃,10%RH)の各環境下において、印字比率が2%のオリジナル画像を25000枚出力した。なお、評価するトナーは図3に示すカートリッジに詰めた後、図4の装置のシアンステーションCユニット部に装着して、1000枚
おきにべた白画像を出力して、下記評価基準により行った。
「REFLECTMETER MODEL TC−6DS」(東京電色社製)を用いて、標準紙とプリントアウト画像の白地部分の反射率を測定して、下記式によりカブリ(反射率;%)を算出した。フィルターは、シアンの場合はアンバー、イエローの場合はブルー、マゼンタ及びブラックではグリーンフィルターをそれぞれ装着して測定した。
なお、評価基準は耐久を通しての最悪値を以下の基準により判断した。
A:非常に良好 1.0%未満
B:良好 1.0%以上、2.0%未満
C:実用上問題なし 2.0%以上、3.0%未満
D:実用上問題あり 3.0%以上
カブリ(反射率;%)=(標準紙の反射率;%)−(サンプルの反射率;%)
(6)ブレード汚染によるスジ等の画像欠陥
ブレード汚染に起因する、画像上縦スジの有無を、オリジナルハーフトーン画像による目視評価と、より早期にかつ厳密にスジの発生有無を確認するために、ベタ画像の中間調電位画像を出力して、縦スジの有無を目視確認により評価した。尚、耐久試験の条件及びサンプリングのタイミングは、上記(5)画像カブリの評価に従って行った。
A:ハーフトーン画像及びベタの中間調電位画像共に、縦スジは無く良好。
B:オリジナルハーフトーン画像にはスジが全く見られないが、ベタの中間調電位画像に関しては、よく見るとうっすらとスジっぽく見える部分もある。但し画像品質上問題の無いレベル。
C:オリジナルハーフトーン画像においては縦スジが見え難いものの、ベタ画像の中間調電位の画像には、はっきりとした縦スジが認められ、画像品質がやや劣る。
D:オリジナルハーフトーン画像においても、縦に白または黒スジがはっきりと目立ち実用に耐えない。
Figure 0005300401
トナーの135℃のGPC−RALLS−粘度計分析における、粘度Ivの常用対数(log[Iv])を、絶対分子量(Mw)の常用対数(log[Mw])に対してプロットした際の傾きを示す図である。 トナーの微小圧縮試験における荷重−変位曲線である。 本発明に係るプロセスカートリッジの断面説明図である。 本発明の画像形成方法を実施する装置の一例の概略構成図である。 本発明に係る他の定着装置の概略構成図である。 本発明に係る他の定着装置の概略構成図である。
符号の説明
Pa、Pb、Pc、Pd 画像形成ステーション
1(1a〜1d) 感光体ドラム(像担持体)
2(2a〜2d) 帯電手段
3(3a〜3d) スキャナユニット
4(4a〜4d) 現像手段
4A 現像ユニット
5 静電転写装置
6(6a〜6d) クリーニング手段
7(7a〜7d) プロセスカートリッジ
11 静電転写ベルト
12(12a〜12d) 転写ローラー
13 ベルト駆動ローラー
14a、14b 従動ローラー
15 テンションローラー
16 給送部
17 カセット
18 給送ローラー
19 レジストローラー
20 定着部
21a 加熱ローラー
21b 加圧ローラー
22 吸着ローラー
23 排紙ローラー
24 排紙部
31 クリーニング枠体(カートリッジ枠体)
35 除去トナー収納室
40 現像ローラー(トナー担持体)
41 トナー容器(現像剤収納部)
42 トナー搬送機構
43 トナー供給ローラー
44 トナー規制部材(ブレード)
45(45a、45b、45e) 現像枠体(カートリッジ枠体)
47、48 結合穴
50 クリーナーユニット
51、64 加熱体
52、64a ヒーター基板
53、64b 通電発熱抵抗体(発熱体)
54、64d 検温素子
55、65 耐熱性フィルム
56、57 ベルト支持ローラー
58 支持ローラー
60 クリーニングブレード
62 支持ローラー(回転体)
63 ベルト支持体
64c 表面保護層
100 画像形成装置本体
S 記録媒体(記録材シート)

Claims (8)

  1. 着樹脂、ワックス及び着色剤を含有するトナー粒子を有するトナーにおいて、
    該トナーのオルトジクロロベンゼン(ODCB)可溶成分の135℃におけるGPC−RALLS−粘度計分析によって測定される絶対分子量の重量平均分子量が3.5×10以上、1.5×10以下であり、該分析における絶対分子量(Mw)の常用対数(log〔Mw〕)が5.00以上の樹脂成分(s)の粘度Iv(s)の常用対数(log[Iv(s)])を、絶対分子量Mw(s)の常用対数(log[Mw(s)])に対してプロットした際の傾きa(s)が0.30以上、0.85以下であり、
    該分析における粘度計が検出したクロマトグラムの全樹脂成分(a)の粘度Iv(a)の常用対数(log[Iv(a)])を、絶対分子量Mw(a)の常用対数(log[Mw(a)])に対してプロットした際の傾きをa(a)としたとき、a(s)/a(a)が0.30以上、0.95以下であり、
    該トナーに対する微小圧縮試験において、測定温度25℃で、該トナー1粒子に負荷速度9.8×10−5N/secで荷重を加え、2.94×10−4Nの最大荷重に達したときに得られる変位量(μm)を変位量X、該最大荷重に達した後、該最大荷重で0.1秒間放置して得られる変位量(μm)を最大変位量X、該0.1秒間放置後、除荷速度9.8×10−5N/secで荷重を減らし、荷重が0Nとなったときに得られる変位量(μm)を変位量X としたとき、{(X−X)/X}×100で表わされる復元率Z(25)(%)、40≦Z(25)≦80、の関係を満足することを特徴とするトナー。
  2. 該トナーに対する微小圧縮試験において、測定温度50℃で、前記トナー1粒子に負荷速度9.8×10−5N/secで荷重を加え、2.94×10−4Nの最大荷重に達したときに得られる変位量(μm)を変位量X’、該最大荷重に達した後、該最大荷重で0.1秒間放置して得られる変位量(μm)を最大変位量X’、該0.1秒間放置後、除荷速度9.8×10−5N/secで荷重を減らし、荷重が0Nとなったときに得られる変位量(μm)を変位量Xとしたとき、{(X’−X’)/X’}×100で表わされる復元率Z(50)(%)が、10≦Z(50)≦55、の関係を満足することを特徴とする請求項1に記載のトナー。
  3. 該a(a)が、0.55以上、1.35以下であることを特徴とする請求項1または2
    に記載のトナー。
  4. 該a(s)/a(a)が0.30以上、0.85以下であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載のトナー。
  5. 該トナーにおけるODCB不溶成分の含有量が、トナーに対して7.0質量%以下であることを特徴とする請求項1乃至のいずれか一項に記載のトナー。
  6. 該結着樹脂が、スチレン系樹脂であることを特徴とする請求項1乃至のいずれか一項に記載のトナー。
  7. 該トナーは、該トナーのテトラヒドロフラン(THF)可溶成分中にシクロヘキサン(CHX)に不溶な樹脂成分(R)を含有し、該樹脂成分(R)のガラス転移温度が80℃以上、120℃以下であり、酸価が5mgKOH/g以上、40mgKOH/g以下であり、該樹脂成分(R)の含有量がトナーに対して3質量%以上、40質量%以下であることを特徴とする請求項1乃至のいずれか一項に記載のトナー。
  8. 該樹脂成分(R)はスチレン系重合体を含有し、該樹脂成分(R)のゲルパーミュエーションクロマトグラフィー(GPC)でのメインピーク分子量が1.0×10以上、2.5×10以下であることを特徴とする請求項7に記載のトナー
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