JP5317663B2 - トナー - Google Patents

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本発明は電子写真法、静電記録法、磁気記録法などに用いられるトナーに関するものである。
従来、電子写真方式においては、一般に光導電性物質よりなる静電荷潜像担持体を種々の手段で帯電し、更に露光することにより静電荷潜像担持体表面に静電荷潜像を形成する。次いで静電荷潜像をトナーで現像してトナー画像を形成し、紙の如き転写材にトナー画像を転写した後、熱、圧力、加熱加圧により転写材上にトナー画像を定着して複写物又はプリントを得るものである。
近年、電子写真法を用いた複写装置やプリンタは、省エネ及び省スペースを考慮した本体の小型化が求められており、中でも定着装置の簡易化が重要である。定着装置の簡易化としては、熱源及び装置構成の簡易化が容易となるフィルム定着などが挙げられる。またさらなる簡易化として、例えば定着フィルムに電圧を掛け、トナー付着を防止するための定着バイアス機構等を除去することもしばしばあるため、定着フィルムにトナーが静電的に付着する静電オフセットといった定着時での課題が発生し易くなる。
定着性の改良が求められる一方で、現像面では高安定化が求められており、長期使用時のトナー濃度変化などの耐久安定性や高温高湿度環境下でも良好な現像性を得るなどの環境安定性といった現像性能に関する改善も要求されている。
上述したようなトナーの定着性や耐久安定性、環境安定性などの課題に対して、トナー構造や離型剤の改良といった様々な面からの検討がなされている。
例えば、離型剤の改良について、特許文献1では活性水素基含有化合物及び該活性水素基含有化合物と反応可能な重合体を反応させて水系媒体中で接着性基材を生成しつつ粒子状に得られ、離型剤として合成エステルワックス及び植物系ワックスを含有するトナーが提案されている。具体的には、ペンタエリスリトールテトラベヘネート及びカルナウバワックスを含有するトナーが提案されている。これにより定着時のホットオフセット性、ベルトに対する巻きつき性等の諸特性に優れ、低温定着性と色再現性とを両立し、高画質が得られるトナーが得られている。しかし、トナー構造との関連性や離型剤の検討については、まだまだ検討の余地があり、静電オフセット性や現像安定化については未だ劣るものとなっている。
また、例えば現像安定性の改良について、特許文献2では、絶縁破壊電圧が160乃至1600V/cmである磁性酸化鉄であり、磁性トナーの100kHz、40℃における誘電正接(tanδ)が2.0×10−3乃至1.0×10−2であることを特徴とする磁性トナーが提案されている。これにより、長期の使用においても、流動性、帯電安定性、帯電均一性に優れており、カブリ、ゴースト、飛び散りが抑制された画像を得ることができる。しかし、静電オフセット等の定着性についての検討は十分なされておらず、定着性との両立については未だ改善の余地が残されている。
特開2005−266607号公報 特開2007−316629号公報
本発明の目的は、上記の如き問題点を解決したトナーを提供することにある。
従って、本発明の目的は長期使用した際にも、安定した画像濃度で得られ、且つ耐静電オフセット性に優れたトナーを提供することにある。
結着樹脂、着色剤、離型剤a、および離型剤bを少なくとも含有するトナーにおいて、
(1)前記離型剤aは、カルナウバワックスであり、
(2)前記離型剤bは、6官能エステル化合物であり、
(3)前記トナーの25℃、周波数1.0×10Hzにおける誘電正接(tanδ)が、2.0×10−3以上、9.0×10−3以下の範囲であることを特徴とするトナー。
本発明によれば、長期使用した際にも、安定した画像濃度で得られ、且つ耐静電オフセット性に優れたトナーを提供出来る。
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明は、トナーに関するものであり、画像形成方法、及び定着方法に関しては、従来公知の電子写真プロセスが適用でき、特に限定されるものではない。
本発明は、結着樹脂、着色剤、離型剤a、および離型剤bを少なくとも含有するトナーにおいて、
(1)前記離型剤aは、カルナウバワックスであり、
(2)前記離型剤bは、6官能エステル化合物であり、
(3)前記トナーの25℃、周波数1.0×10Hzにおける誘電正接(tanδ)が、2.0×10−3以上、9.0×10−3以下の範囲であることを特徴とするトナーに関する発明である。
本発明者らの検討によると、静電オフセット性を改良するためには、定着性を良化するだけでは不十分であり、併せて帯電性も良化する必要があることが分かった。
すなわち、静電オフセットは静電的に定着フィルムに付着する現象である。従って、いわゆる低温定着性や耐高温オフセット性といったトナーの熱溶融特性を向上させるだけでは解決し得ない課題であり、帯電性の制御も重要となる。つまり、定着時の帯電性が均一であるほど静電オフセットは発生しにくくなる。帯電性を均一にするためには、トナー中の着色剤や荷電制御剤などの分散性を制御しトナーの帯電性を均一化することが重要である。また、定着時にトナーが可塑化を始めた際にもトナー形状変化を適度に抑え、帯電性の変化を抑制することも重要となる。そうすることで定着フィルムとの付着力や静電凝集力が低下し、静電オフセットを抑制することができると本発明者らは考えている。
また、静電オフセットはトナーが溶融を始める際の現象でもあることから、トナーを可塑しやすくすることも重要となる。さらには、定着フィルムとの付着力を低減させる必要もあり、そのためにトナーに離型性を付与することも重要となる。
従来、帯電性を均一にするためには、トナーの形状を均一化し、さらには着色剤や荷電制御剤などの分散性を向上することが行われる。また、トナーに可塑性、および離型性を付与するためには、離型剤(いわゆるワックス)の添加量を増加させることが主流である。
本発明者らも離型剤の添加量を増加させたトナーについて検討したところ、離型剤の添加量が多いためにトナー中の着色剤や荷電制御剤などの分散性を向上させることが困難となり、トナーの帯電性を均一化することができなかった。その結果、確かに可塑性や離型性は向上するものの、トナーの帯電性が不均一化し、さらに離型剤の添加量を増加させたためかトナー形状変化が大きくなり、静電オフセット性は悪化してしまった。
またその他の弊害として、長期使用時には外部添加剤の埋没やトナーの合一などが起こりやすくなり、画像濃度低下などの現像性の弊害も見られた。
さらに本発明者らは鋭意検討を続けたところ、可塑性および離型性を十分有したトナーであっても着色剤や荷電制御剤などの分散性の向上が可能であることを見出し本発明に至った。
すなわち、本発明のトナーでは、結着樹脂、着色剤、および2種の離型剤を少なくとも含有したトナーにもかかわらず、着色剤や荷電制御剤などの分散性が高くなっている。これらにより、本発明のトナーは可塑化しやすくなり、またトナーの離型性も向上しているため定着フィルムとの付着力が低下できる。併せて可塑を始めた際の形状変化を抑え、かつ帯電性の変化を抑制し、均一な帯電性を保持できたためにこれらの相乗効果により静電オフセット性を向上できたと本発明者らは推測する。
具体的には、6官能エステル化合物とカルナウバワックスを含有し、着色剤の存在状態を制御することで、初めて優れた静電オフセット性を発現することができた。さらに、新たな効果として長期使用時の耐久安定性や環境安定性を発現できることを見出した。
まず、本発明のトナーは、6官能エステル化合物を有している。6官能であることから分子構造が非常に嵩高い。そのため定着時に熱を受けて溶融しても結着樹脂中に染み込み難く、トナー表面に染み出しにくい傾向にある。そのため、このようなエステル化合物を単独で用いた場合では、充分な離型効果を発現しないため良好な静電オフセット性は得られない。しかし、このような6官能エステル化合物とカルナウバワックスを併用した場合、可塑性および離型性は非常に良好なものとなる。この理由であるが、本発明者らは以下のように考えている。
上記の如き、本発明に用いる6官能エステル化合物は定着時に熱を受けて溶融しても結着樹脂に染み込まない。しかし、溶融しても結着樹脂に染み込まないと言う事は、トナー中で液芯構造に近い状態になっていると考えられる。このような場合、6官能エステル化合物はトナーの外に染み出さないために離型性が悪いものの、トナーは定着時に圧を受ける事により非常に変形し易い状態であると考えられる。
一方、本発明においてはカルナウバワックスも用いる事が必須であるが、カルナウバワックスは天然の植物性ワックスであるため、幅広い分子量を有したワックスである。そのため、定着熱が低い溶融初期から定着熱が高い溶融後半まで幅広い温度領域でトナーを可塑化し続けることが可能となる。
このようなカルナウバワックスと6官能エステル化合物を併用する事によりはじめて非常に良好な可塑性および離型性を発現できる。
これは6官能エステル化合物が溶融し、トナー中で液心構造に近い状態になっていると考えられる。その状態で、カルナウバワックスが溶融することでトナーを可塑化し、さらに溶融したカルナウバワックスが押し出されやすくなるために良好な可塑性と離型性が発現されていると本発明者らは考えている。
また、本発明の如き6官能エステル化合物は結晶化度が高く、シャープメルト性も高い事から定着初期の段階からトナー中で液心構造に近い状態を維持しつづけていると考えられる。
本発明の6官能エステル化合物の替わりに、モノエステルやアルコール成分としてグリセリンやペンタエリスリトールなどを用いた6官能未満のエステル化合物では樹脂への染み込みが生じやすくなり、上述のカルナウバワックスとの相乗効果を発現しにくくなる。
このような理由から、本発明のトナーはカルナウバワックスと6官能エステル化合物を有していることが重要である。
カルナウバワックスと6官能エステル化合物を用いる別の効果として、着色剤の分散性をコントロールできることが明らかになった。
この効果について詳細は不明であるが本発明者らは次のように考えている。
カルナウバワックスは、離型剤としては高い酸価を有しており、なおかつ酸価に分布もあり、さらに1官能エステル化合物としては高い分子量を有している。そのため特に水系媒体中でトナーを製造するときには、トナー中での存在状態に傾斜ができ、酸価が高いものが多く存在することからトナー表面近傍に多く存在し易くなる。ただし、酸価に分布があることからトナー内部にも存在する。また1官能エステル化合物としては高い分子量であるカルナウバワックスは、分子量が大きく嵩高い6官能エステル化合物となじみやすいため、6官能エステル化合物もカルナウバワックスに引き寄せられ、トナー中で傾斜を持って存在し易くなる。
さらに、荷電制御剤や着色剤の多くは電荷や極性を有していることから、カルナウバワックスと馴染み易くなり、これらについてもトナー中で傾斜を持って存在し易くなる。
そのため各々のトナーについて荷電制御剤や着色剤の存在状態は一様になるため、均一な帯電性を保持できるようになると考えている。また、特に磁性体やカーボンブラックのような剛性の高い着色剤を含有する場合、トナー表面近傍にも多数存在しやすくなり、トナーの強度が高くなるため、可塑を始めた際の形状変化を抑え易くなり、さらに現像安定性も向上する。
このような理由から、本発明のトナーは可塑化しやすくなり、またトナーの離型性も向上しているため定着フィルムとの付着力が低下できる。併せて可塑を始めた際の形状変化を抑え、かつ帯電性の変化を抑制し、均一な帯電性を保持できたためにこれらの相乗効果により静電オフセット性を向上でき、さらに現像安定性も向上したと本発明者らは推測する。
次にトナー中での着色剤の分散状態について詳細に検討したところ、25℃、周波数1.0×10Hzにおける誘電正接(tanδ)が、2.0×10−3以上9.0×10−3以下の範囲であることが、本発明の効果を発現するのに必要であった。誘電正接(tanδ)は、着色剤の分散性を表す指標であり、誘電正接(tanδ)の値が高い場合は、トナーが誘電分極しにくいことを表す。すなわちトナー中での着色剤の分散性が低いことを意味する。例えば、トナーの表面近傍に着色剤が偏在したり、トナー中で着色剤が凝集したり、トナー間で着色剤の含有量が異なると誘電正接(tanδ)が高い値を示す。特に、トナー間で着色剤の含有量が異なると誘電正接(tanδ)は大幅に高い値を示すようになる。一方、誘電正接(tanδ)の値が低い場合は、トナーが誘電分極しやすいことを表す。すなわちトナー中での着色剤の分散性が高いことを意味する。例えば、トナー中に着色剤が均一に分散したり、トナー間で着色剤の含有量が均一であると誘電正接(tanδ)が低い値を示す。このような関係から誘電正接(tanδ)が、2.0×10−3以上9.0×10−3以下の範囲であるということは、以下の特徴を有するトナーであると考えられる。すなわち、トナー間で着色剤の含有量は均一であるが、トナー中では完全な均一分散ではなく比較的表面近傍に分散し、なおかつ、トナー内部にかけても着色剤が傾斜を持ちながら存在しているということを表していると考えている。このような理由からトナーとして帯電性が均一化し、さらに剛性が高くなったと考えている。
一方、誘電正接(tanδ)が2.0×10−3より低くなるとトナー中およびトナー間での着色剤の分散性は高くなる。そのために均一な帯電性を有しやすくなる。しかし、着色剤と離型剤が馴染んで存在しているということは、内部にも離型剤が多数存在するようになるため、トナーが定着時に熱を受けた際に効果的に離型剤に熱が伝わりにくいため可塑性や離型性が低下し易くなり、静電オフセット性は悪化し易くなる。また、トナー表面近傍の着色剤量も相対的に少なくなるためトナーの剛性も低下しやすくなるため、トナーが可塑を始めた際の形状変化が起こり易くなり、耐久安定性も低下する。
また、誘電正接(tanδ)が9.0×10−3より大きくなるとトナー中およびトナー間での着色剤の分散性は低くなる。そのために帯電性は不均一になりやすい。また着色剤の分散性が低下するために高い画像濃度は得られにくくなる。
次に、結着樹脂100質量部に対するカルナウバワックスの含有量Wa(質量部)と6官能エステル化合物の含有量Wb(質量部)は、以下のことを満たすことが好ましい。Wa及びWbが各々2以上であることが好ましく、かつ、カルナウバワックスと6官能エステル化合物の合計含有量(Wa+Wb)が5以上30以下であることが好ましい。
Waが2以上であると可塑性および離型性が向上し、着色剤の分散性も所望のものにすることができる。さらにWbが2以上であるとトナー中で液心構造を形成しやすくなるためカルナウバワックスを押し出しやすくなり、特に離型性が向上し易くなる。また、カルナウバワックスと6官能エステル化合物の合計含有量(Wa+Wb)が5以上になると可塑性および離型性が良化し、静電オフセット性が向上する。
また(Wa+Wb)が30以下であると着色剤の分散性が向上し易くなり、またトナーの剛性も向上しやすくなるためより好ましい。
次に6官能エステル化合物の分子量については、ピーク分子量Mbが1500以上2500以下であることが好ましい。Mbが1500以上2500以下であると、結着樹脂への相溶性が低いため、定着時に液心構造となりやすくなり、カルナウバワックスと併用すると可塑性と離型性を発現しやすくなる。Mbが1500以上であると、樹脂への相溶性が低くなるため、離型性が向上し易くなる。一方、Mbが2500以下であると、シャープメルト性が高いため、静電オフセット性が向上する。ピーク分子量はGPC(ゲル浸透クロマトグラフィー)により測定することができる。
次に、離型剤の酸価については、カルナウバワックスの酸価Aa(mgKOH/g)が2mgKOH/g以上、10mgKOH/g以下であることが好ましい。Aaが2mgKOH/g以上、10mgKOH/g以下であると、特に水系媒体中で製造する場合に、トナーの表面近傍から内部にかけて分布を持って存在し易くなるため、幅広い温度範囲で可塑および離型性を発現しやすくなる。また、着色剤と静電的に相互作用しやすくなり、着色剤も所望の分散性を達成し易くなる。
Aaが2以上であると、特に水系媒体中で製造する場合には、カルナウバワックスがトナーの表面近傍から内部にかけて分布を持って存在し易くなる。そして、トナーが熱を受けた際に、効率良くカルナウバワックスに熱を伝えやすくなるため、トナーの可塑性が向上し易くなる。また、着色剤との静電的な相互作用し易くなり、静電オフセット性が良化する。
また、Aaが10以下であると、トナー表面近傍のカルナウバワックスの存在量を適正化できるため現像安定性が向上し易くなる。
本発明で用いるカルナウバワックスは、採取時期や精製度合いを変更することにより、酸価を調整している。
本発明で用いる6官能エステル化合物は、6官能のアルコール成分とカルボン酸成分から形成されている。
6官能のアルコール成分としてはジペンタエリスリトールが好ましく用いられる。
カルボン酸成分としては、ウンデカン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、ノナデカン酸、アラキジン酸、ベヘン酸、リグノセリン酸、セロチン酸または更に長鎖のアルキル基を有する長鎖アルキルカルボン酸類の如き飽和脂肪酸;ブラシジン酸、エレオステアリン酸、バリナリン酸の如き不飽和脂肪酸が用いられる。これらの中でもアラキジン酸、ベヘン酸がより好ましく用いられる。
本発明のエステル化合物の水酸基価は10mgKOH/g以下であり、酸価Ab(mgKOH/g)は10mgKOH/g以下である事が好ましい。エステル化合物の水酸基価が10mgKOH/g以下であり、酸価が10mgKOH/g以下であるとトナーの帯電量が向上しやすくなり、高濃度で高品位な画像が得やすくなる。
さらに、本発明のカルナウバワックスの酸価Aa(mgKOH/g)とエステル化合物の酸価Ab(mgKOH/g)の比Aa/Abが5以上であると、離型剤による可塑性と離型性がより発現しやすくなる。また比Aa/Abが50以下であると静電オフセット性がより向上する。
本発明のトナーに用いられる結着樹脂としては、ポリスチレン、ポリビニルトルエンなどのスチレン及びその置換体の単重合体;スチレン−プロピレン共重合体、スチレン−ビニルトルエン共重合体、スチレン−ビニルナフタリン共重合体、スチレン−アクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリル酸エチル共重合体、スチレン−アクリル酸ブチル共重合体、スチレン−アクリル酸オクチル共重合体、スチレン−アクリル酸ジメチルアミノエチル共重合体、スチレン−メタアクリル酸メチル共重合体、スチレン−メタアクリル酸エチル共重合体、スチレン−メタアクリル酸ブチル共重合体、スチレン−メタクリル酸ジメチルアミノエチル共重合体、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−マレイン酸共重合体、スチレン−マレイン酸エステル共重合体などのスチレン系共重合体;ポリメチルメタクリレート、ポリブチルメタクリレート、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリビニルブチラール、シリコーン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂、ポリアクリル酸樹脂を用いることができ、これらは単独で又は複数種を組み合わせて用いることができる。この中でも特にスチレン系共重合体及びポリエステル樹脂が現像特性、定着性等の点で好ましい。
本発明のトナーには、帯電特性向上のために必要に応じて荷電制御剤を配合しても良い。荷電制御剤としては、公知のものが利用できるが、帯電スピードが速く、且つ一定の帯電量を安定して維持できる荷電制御剤が特に好ましい。更に、トナーを後述するような重合法を用いて製造する場合には、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。荷電制御剤のうち、ネガ系荷電制御剤として具体的な化合物として、サリチル酸、アルキルサリチル酸、ジアルキルサリチル酸、ナフトエ酸、ダイカルボン酸などの芳香族カルボン酸の金属化合物;アゾ染料又はアゾ顔料の金属塩又は金属錯体;スルフォン酸又はカルボン酸基を側鎖に持つ高分子型化合物;ホウ素化合物;尿素化合物;ケイ素化合物;カリックスアレーン等が挙げられる。ポジ系荷電制御剤としては、四級アンモニウム塩、該四級アンモニウム塩を側鎖に有する高分子型化合物、グアニジン化合物、ニグロシン系化合物、イミダゾール化合物等が挙げられる。
荷電制御剤をトナーに含有させる方法としては、トナー粒子内部に添加する方法と、懸濁重合によりトナーの製造を行う場合には、造粒前に重合性単量体組成物中に荷電制御剤を添加する方法が一般的である。また、水中で油液滴を形成し重合を行っている最中、又は重合後に荷電制御剤を溶解、懸濁させた重合性単量体を加えることによりシード重合を行い、トナー表面を均一に覆うことも可能である。また、荷電制御剤として有機金属化合物を用いる場合は、トナー粒子にこれら化合物を添加し、シェアをかけ混合・攪拌することにより導入することも可能である。
これらの荷電制御剤の使用量は、結着樹脂の種類、他の添加剤の有無、分散方法を含めたトナー製造方法によって決定されるものであり一義的に限定されるものではない。しかし、トナー粒子に内部添加する場合、好ましくは結着樹脂100質量部に対して0.1から10質量部、より好ましくは0.1から5質量部の範囲で用いられる。また、トナー粒子に外部添加する場合、トナー100質量部に対し好ましくは0.005から1.0質量部、より好ましくは0.01から0.3質量部である。
本発明のトナーは目的の色味に合わせた着色剤を含有する。本発明のトナーに用いられる着色剤としては公知の有機顔料又は染料、カーボンブラック、磁性体等のいずれも用いることができる。
具体的には、シアン系着色剤として、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等が利用できる。具体的には、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等が挙げられる。
マゼンタ系着色剤としては、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,ペリレン化合物が用いられる。具体的には、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.ピルメントレッド254等が挙げられる。
イエロー系着色剤としては、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、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等が挙げられる。
これらの着色剤は、単独で又は2種以上を混合し、更には固溶体の状態でも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,トナーへの分散性の点から適宜選択される。また、着色剤の添加量は、結着樹脂100質量部に対し1から20質量部が好ましい。
また、黒色着色剤としては、カーボンブラック、磁性体、上記イエロー/マゼンタ/シアン着色剤を用いて黒色に調色されたものが利用される。黒色着色剤としてカーボンブラックを用いた場合、その添加量は結着樹脂100質量部に対し1から20質量部用いることが好ましい。
また、本発明のトナーを磁性トナーとして用いる場合、着色剤として磁性体を用いることも可能である。黒色着色剤として磁性体を用いた場合、磁性体は結着樹脂100質量部に対して20から150質量部を用いることが好ましい。
磁性体の添加量が20質量部以上であるとトナーの着色力が高く、カブリも抑制しやすくなる。また150質量部以下であると、磁性体への吸熱量が小さくなるため定着性がより良化しやすくなる。
なお、トナー中の磁性体の含有量の測定は、パーキンエルマー社製熱分析装置、TGA7を用いて測定することができる。測定方法は以下の通りである。窒素雰囲気下において昇温速度25℃/分で常温から900℃までトナーを加熱する。100℃から750℃まで間の減量質量%を結着樹脂量とし、残存質量を近似的に磁性体量とする。
本発明において重合法を用いてトナーを製造する場合、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る。そこで、着色剤は、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施しておいたほうが良い。特に、染料やカーボンブラックは、重合阻害性を有するものが多いので使用の際に注意を要する。
カーボンブラックについては、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等で処理を行っても良い。
本発明のトナーに磁性体を用いる場合、磁性体は、四三酸化鉄やγ−酸化鉄などの磁性酸化鉄を主成分とするものであり、リン、コバルト、ニッケル、銅、マグネシウム、マンガン、アルミニウム、珪素などの元素を含んでもよい。これら磁性体は、窒素吸着法によるBET比表面積が2から30m/gであることが好ましく、3から28m/gであることがより好ましい。また、モース硬度が5から7のものが好ましい。磁性体の形状としては、多面体、8面体、6面体、球形、針状、燐片状などがあるが、多面体、8面体、6面体、球形等の異方性の少ないものが、画像濃度を高める上で好ましい。
磁性体は、体積平均粒径が0.10μm以上0.40μm以下であることが好ましい。
体積平均粒径が0.10μm以上であると、磁性体が凝集しにくくなり、トナー中での磁性体の均一分散性が向上する。また体積平均粒径が0.40μm以下ではトナーの着色力が向上するため好ましく用いられる。
なお、磁性体の体積平均粒径は、透過型電子顕微鏡を用いて測定できる。具体的には、エポキシ樹脂中へ観察すべきトナー粒子を十分に分散させた後、温度40℃の雰囲気中で2日間硬化させ得られた硬化物を得る。得られた硬化物をミクロトームにより薄片状のサンプルとして、透過型電子顕微鏡(TEM)において1万倍乃至4万倍の拡大倍率の写真で視野中の100個の磁性体粒子径を測定する。そして、磁性体の投影面積に等しい円の相当径を基に、体積平均粒径の算出を行う。また、画像解析装置により粒径を測定することも可能である。
本発明のトナーに用いられる磁性体は、例えば下記の方法で製造することができる。第一鉄塩水溶液に、鉄成分に対して当量又は当量以上の水酸化ナトリウム等のアルカリを加え、水酸化第一鉄を含む水溶液を調製する。調製した水溶液のpHをpH7以上に維持しながら空気を吹き込み、水溶液を70℃以上に加温しながら水酸化第一鉄の酸化反応を行い、磁性酸化鉄粉体の芯となる種晶をまず生成する。
次に、種晶を含むスラリー状の液に前に加えたアルカリの添加量を基準として約1当量の硫酸第一鉄を含む水溶液を加える。液のpHを5から10に維持しながら空気を吹き込みながら水酸化第一鉄の反応を進め、種晶を芯にして磁性酸化鉄粉体を成長させる。この時、任意のpH及び反応温度、攪拌条件を選択することにより、磁性体の形状及び磁気特性をコントロールすることが可能である。酸化反応が進むにつれて液のpHは酸性側に移行していくが、液のpHは5未満にしない方が好ましい。このようにして得られた磁性体を定法によりろ過、洗浄、乾燥することにより磁性体を得ることができる。
また、本発明において重合法にてトナーを製造する場合、磁性体表面を疎水化処理することが非常に好ましい。乾式にて表面処理をする場合、洗浄・ろ過・乾燥した磁性体にカップリング剤処理を行う。湿式にて表面処理を行う場合、酸化反応終了後、乾燥させたものを再分散させる、又は酸化反応終了後、洗浄、濾過して得られた酸化鉄体を乾燥せずに別の水系媒体中に再分散させ、カップリング処理を行う。具体的には、再分散液を十分攪拌しながらシランカップリング剤を添加し、加水分解後温度を上げる、或いは、加水分解後に分散液のpHをアルカリ域に調整することでカップリング処理を行う。この中でも、均一な表面処理を行うという観点から、酸化反応終了後、ろ過、洗浄後に乾燥させずそのままリスラリー化し、表面処理を行うことが好ましい。
磁性体の表面処理を湿式で、すなわち水系媒体中において磁性体をカップリング剤で処理するには、まず水系媒体中で磁性体を一次粒径となるよう十分に分散させ、沈降、凝集しないように攪拌羽根等で撹拌する。次いで上記分散液に任意量のカップリグ剤を投入し、カップリング剤を加水分解しながら表面処理するが、この時も攪拌を行いつつピンミル、ラインミルなどの装置を使いながら凝集しないように十分に分散させつつ表面処理を行うことがより好ましい。
ここで、水系媒体とは、水を主要成分としている媒体である。具体的には、水そのもの、水に少量の界面活性剤を添加したもの、水にpH調製剤を添加したもの、水に有機溶剤を添加したものが挙げられる。界面活性剤としては、ポリビニルアルコールなどのノンイオン系界面活性剤が好ましい。界面活性剤は、水に対して0.1から5.0質量%添加することが好ましい。pH調製剤としては、塩酸等の無機酸が挙げられる。有機溶剤としてはアルコール類等が挙げられる。
本発明における磁性体の表面処理において使用できるカップリング剤としては、例えば、シランカップリング剤、チタンカップリング剤等が挙げられる。より好ましく用いられるのはシランカップリング剤であり、一般式(1)で示されるものである。
SiY 一般式(1)
[式中、Rはアルコキシ基を示し、mは1から3の整数を示し、Yはアルキル基、ビニル基、エポキシ基、(メタ)アクリル基などの官能基を示し、nは1から3の整数を示す。但し、m+n=4である。]
一般式(I)で示されるシランカップリング剤としては、例えば、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリス(β−メトキシエトキシ)シラン、β−(3、4エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、n−ブチルトリメトキシシラン、イソブチルトリメトキシシラン、トリメチルメトキシシラン、n−ヘキシルトリメトキシシラン、n−オクチルトリメトキシシラン、n−オクチルトリエトキシシラン、n−デシルトリメトキシシラン、ヒドロキシプロピルトリメトキシシラン、n−ヘキサデシルトリメトキシシラン、n−オクタデシルトリメトキシシラン等を挙げることができる。
この中で、高い疎水性を磁性体に付与するという観点では、下記一般式(2)で示されるアルキルトリアルコキシシランカップリング剤を用いることが好ましい。
2p+1−Si−(OC2q+1 一般式(2)
[式中、pは2から20の整数を示し、qは1から3の整数を示す。]
上記式におけるpが2以上になると磁性体に疎水性を付与しやすくなる。またpが20以下であると磁性体同士の分散性が向上しやすくなる。また、qが1から3であるとカップリング反応が制御しやすくなるため好ましい。
上記シランカップリング剤を用いる場合、単独で処理する、或いは複数の種類を併用して処理することが可能である。複数の種類を併用する場合、それぞれのカップリング剤で個別に処理してもよいし、同時に処理してもよい。
用いるカップリング剤の総処理量は磁性体100質量部に対して0.9から3.0質量部であることが好ましく、磁性体の表面積、カップリング剤の反応性等に応じて処理剤の量を調整することが重要である。
本発明では、磁性体以外に他の着色剤を併用しても良い。併用し得る着色剤としては、上記した公知の染料及び顔料の他、磁性又は非磁性の無機化合物が挙げられる。具体的には、コバルト、ニッケルなどの強磁性金属粒子、又はこれらにクロム、マンガン、銅、亜鉛、アルミニウム、希土類元素などを加えた合金。ヘマタイトなどの粒子、チタンブラック、ニグロシン染料/顔料、カーボンブラック、フタロシアニン等が挙げられる。これらもまた、表面を処理して用いることが好ましい。
次に本発明のトナーの平均円形度は0.950以上であることが好ましい。平均円形度が0.950以上であるとトナーが均一に帯電しやすくなる。
また、トナーの重量平均粒径は5.0μm乃至9.0μmであることが十分な画像特性を得る上で好ましい。重量平均粒径は5.0μm以上であると現像ブレードによる規制が十分になりやすく、均一に帯電しやすくなる。また、重量平均粒径が9.0μm以下になると、ドット再現性が向上し易くなり、高精細な画像が得られ易くなる。
本発明のトナーのガラス転移温度(Tg)は40℃から70℃であることが好ましい。ガラス転移温度が40℃以上では保存安定性が向上すると共に、長期使用においてトナー劣化しにくくなる。またガラス転移温度が70℃以下であると定着性が向上する。よって、定着性と保存安定性、そして現像性のバランスを考えるとトナーのガラス転移温度は40℃から70℃であることが好ましい。
本発明のトナーは静電オフセット性および現像安定性の更なる向上のためにコア−シェル構造を有している事が好ましい。これは、シェル層を有する事によりトナーの表面性が均一になり、流動性が向上すると共に帯電性が均一になるためである。
また、高分子量体のシェルが均一に表層を覆うため、長期保存においても離型剤の染み出し等が生じ難く保存安定性が向上する。
このため、シェル層には非晶質の高分子量体を用いる事が好ましく、帯電の安定性と言う観点から酸価は1.0mgKOH/gから20.0mgKOH/gである事が好ましい。シェル層に用いる高分子量体の酸価が20.0mgKOH/g以下であると、トナーの帯電性が安定化しやすいため、特に高温高湿環境下での現像性が向上する。またシェル層に用いる高分子量体の酸価が1.0mgKOH/g以上であるとしっかりしたシェルを形成しやすくなり保存安定性がより向上する。
シェルを形成させる具体的手法としては、コア粒子にシェル用の微粒子を埋め込んだり、本発明に好適な製造方法である水系媒体中でトナーを製造する場合はコア粒子にシェル用の超微粒子を付着させ、乾燥させる事によりシェル層を形成させる事が可能である。また、溶解懸濁法、懸濁重合法においてはシェル用の高分子量体の酸価、親水性を利用し水との界面、即ち、トナー表面近傍にこれら高分子量体を偏在せしめ、シェルを形成する事が可能である。さらには、所謂シード重合法によりコア粒子表面にモノマーを膨潤させ、重合する事によりシェルを形成する事ができる。
シェル層用の高分子量体としては例えば、ポリスチレン、ポリビニルトルエンなどのスチレン及びその置換体の単重合体;スチレン−プロピレン共重合体、スチレン−ビニルトルエン共重合体、スチレン−ビニルナフタリン共重合体、スチレン−アクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリル酸エチル共重合体、スチレン−アクリル酸ブチル共重合体、スチレン−アクリル酸オクチル共重合体、スチレン−アクリル酸ジメチルアミノエチル共重合体、スチレン−メタアクリル酸メチル共重合体、スチレン−メタアクリル酸エチル共重合体、スチレン−メタアクリル酸ブチル共重合体、スチレン−メタクリル酸ジメチルアミノエチル共重合体、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−マレイン酸共重合体、スチレン−マレイン酸エステル共重合体などのスチレン系共重合体;ポリメチルメタクリレート、ポリブチルメタクリレート、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリビニルブチラール、シリコーン樹脂、ポリエステル樹脂、スチレン−ポリエステル共重合体、ポリ(メタ)アクリレート−ポリエステル共重合体、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂、ポリアクリル酸樹脂、テルペン樹脂、フェノール樹脂等があり、これらを単独で、又は2種以上を混合して使用することができる。また、これらポリマー中にアミノ基、カルボキシル基、水酸基、スルフォン酸基、グリシジル基、ニトリル基等の官能基を導入しても良い。
これら樹脂の添加量としては、重合性単量体100質量部に対し総量で1質量部から30質量部が好ましい。
これらの樹脂の中でも特にポリエステルが上記効果が大きく発現され好ましい。本発明に使用されるポリエステル樹脂は、飽和ポリエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、あるいはその両者を適宜選択して使用することが可能である。
本発明に使用されるポリエステル樹脂は、アルコール成分と酸成分から構成される通常のものが使用でき、両成分については以下に例示する。
アルコール成分としては、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、2,3−ブタンジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、2−エチル−1,3−ヘキサンジオール、シクロヘキサンジメタノール、ブテンジオール、オクテンジオール、シクロヘキセンジメタノール、水素化ビスフェノールA、また(化1)で表されるビスフェノール誘導体;
Figure 0005317663
[式中、Rはエチレンまたはプロピレン基であり、x,yはそれぞれ1以上の整数であり、かつx+yの平均値は2から10である。]、あるいは式(I)の化合物の水添物、
また、(化2)で示されるジオール;
Figure 0005317663
、あるいは(化2)の化合物の水添物のジオールが挙げられる。
2価のカルボン酸としてはフタル酸、テレフタル酸、イソフタル酸、無水フタル酸の如きベンゼンジカルボン酸またはその無水物;コハク酸、アジピン酸、セバシン酸、アゼライン酸の如きアルキルジカルボン酸またはその無水物、またさらに炭素数6から18のアルキルまたはアルケニル基で置換されたコハク酸もしくはその無水物;フマル酸、マレイン酸、シトラコン酸、イタコン酸の如き不飽和ジカルボン酸またはその無水物などが挙げられる。
さらに、アルコール成分としてグリセリン、ペンタエリスリトール、ソルビット、ソルビタン、ノボラック型フェノール樹脂のオキシアルキレンエーテルの如き多価アルコールが挙げられ、酸成分としてトリメリット酸、ピロメリット酸、1,2,3,4−ブタンテトラカルボン酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸やその無水物等の多価カルボン酸が挙げられる。
上記ポリエステル樹脂の中では、帯電特性、環境安定性が優れておりその他の電子写真特性においてバランスのとれた前記のビスフェノールAのアルキレンオキサイド付加物が好ましく使用される。この化合物の場合には、定着性やトナーの耐久性の点においてアルキレンオキサイドの平均付加モル数は2から10が好ましい。
本発明におけるポリエステル樹脂は全成分中45モル%から55モル%がアルコール成分であり、55モル%から45モル%が酸成分であることが好ましい。
また、シェルを形成する高分子量体の数平均分子量は2500から10000が好ましく用いられる。数平均分子量が2500以上であると現像性、耐ブロッキング性、耐久性が向上する。また数平均分子量が10000以下であると低温定着性が向上するので好ましい。なお、数平均分子量は前述のGPCにより測定できる。
本発明のトナーは、結着樹脂、着色剤、離型剤a、および離型剤bを含有するトナーであり、公知のいずれの方法によっても製造することが可能である。まず、粉砕法により製造する場合は、例えば、結着樹脂、着色剤、離型剤a、離型剤b、荷電制御剤等のトナーとして必要な成分及びその他の添加剤等をヘンシェルミキサー、ボールミル等の混合器により十分混合する。その後、加熱ロール、ニーダー、エクストルーダーの如き熱混練機を用いて溶融混練してトナー材料を分散又は溶解させ、冷却固化、粉砕後、分級、必要に応じて表面処理を行ってトナー粒子を得ることができる。分級及び表面処理の順序はどちらが先でもよい。分級工程においては生産効率上、多分割分級機を用いることが好ましい。
粉砕工程は、機械衝撃式、ジェット式等の公知の粉砕装置を用いた方法により行うことができる。また、本発明の好ましい円形度を有するトナーを得るためには、更に熱をかけて粉砕したり、補助的に機械的衝撃を加える処理を行ったりすることが好ましい。また、微粉砕(必要に応じて分級)されたトナー粒子を熱水中に分散させる湯浴法、熱気流中を通過させる方法などを用いても良い。
機械的衝撃力を加える手段としては、例えば川崎重工社製のクリプトロンシステムやターボ工業社製のターボミル等の機械衝撃式粉砕機を用いる方法が挙げられる。また、ホソカワミクロン社製のメカノフージョンシステムや奈良機械製作所製のハイブリダイゼーションシステム等の装置のように、高速回転する羽根によりトナーをケーシングの内側に遠心力により押しつけ、圧縮力、摩擦力等の力によりトナーに機械的衝撃力を加える方法が挙げられる。熱気流中を通過させる方法としては、メテオレインボー(日本ニューマチック工業社製)が挙げられる。
本発明のトナーは、上述のように粉砕法によって製造することも可能であるが、この粉砕法で得られるトナー粒子は一般に不定形のものである。この為、本発明の均一帯電性を得る為には、機械的・熱的或いは何らかの特殊な処理を行うことが必要となり、生産性が劣るものとなる。そこで、本発明のトナーは分散重合法、会合凝集法、溶解懸濁法、懸濁重合法等、水系媒体中でトナーを製造することが好ましい。水系媒体中でトナーを製造することで、着色剤および離型剤を静電的に制御しやすくなる。そのため、本発明の誘電正接を満足し、さらにトナー剛性を高め易くなる。
特に懸濁重合法は重合性単量体からトナーを製造するため、製造初期の液粘度を低減し易くなり、着色剤や離型剤の存在状態を調整しやすくなる。さらに形状をそろえ易いため均一帯電を達成し易いなど本発明の好適な物性を満たしやすく非常に好ましい。
懸濁重合法とは、重合性単量体及び着色剤(更に必要に応じて重合開始剤、架橋剤、荷電制御剤、その他の添加剤)を均一に溶解又は分散させて重合性単量体組成物を得る。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連続層(例えば水相)中に適当な撹拌器を用いて分散し同時に重合反応を行なわせ、所望の粒径を有するトナーを得るものである。この懸濁重合法で得られるトナー(以後「重合トナー」ともいう)は、個々のトナー粒子形状がほぼ球形に揃っているため、均一帯電性および着色剤の分散性などの本発明に好適な物性要件を満たすトナーが得られやすい。
本発明に関わる重合トナーの製造において、重合性単量体組成物を構成する重合性単量体としては以下のものが挙げられる。
重合性単量体としては、スチレン、o−メチルスチレン、m−メチルスチレン、p−メチルスチレン、p−メトキシスチレン、p−エチルスチレン等のスチレン系単量体;アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸イソブチル、アクリル酸n−プロピル、アクリル酸n−オクチル、アクリル酸ドデシル、アクリル酸2−エチルヘキシル、アクリル酸ステアリル、アクリル酸2−クロルエチル、アクリル酸フェニル等のアクリル酸エステル類、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸n−プロピル、メタクリル酸n−ブチル、メタクリル酸イソブチル、メタクリル酸n−オクチル、メタクリル酸ドデシル、メタクリル酸2−エチルヘキシル、メタクリル酸ステアリル、メタクリル酸フェニル、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等のメタクリル酸エステル類;その他のアクリロニトリル、メタクリロニトリル、アクリルアミド等の単量体が挙げられる。これらの単量体は単独で、又は混合して使用し得る。上述の単量体の中でも、スチレン又はスチレン誘導体を単独で、或いは他の単量体と混合して使用することがトナーの現像特性及び耐久性の点から好ましい。
本発明のトナーの重合法による製造において使用される重合開始剤としては、重合反応時における半減期が0.5時間から30時間であるものが好ましい。また、重合性単量体に対して0.5質量部から20質量部の添加量で用いて重合反応を行うと、分子量5,000から50,000の間に極大を有する重合体を得、トナーに望ましい強度と適当な溶融特性を与えることができる。
具体的な重合開始剤例としては、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等のアゾ系又はジアゾ系重合開始剤、ベンゾイルパーオキサイド、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、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等の過酸化物系重合開始剤が挙げられる。
本発明のトナーを重合法により製造する際は、架橋剤を添加しても良く、好ましい添加量としては、重合性単量体100質量部に対して0.001質量%から15質量%である。
ここで架橋剤としては、主として2個以上の重合可能な二重結合を有する化合物が用いられ、例えば、ジビニルベンゼン、ジビニルナフタレン等のような芳香族ジビニル化合物;例えばエチレングリコールジアクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、1,3−ブタンジオールジメタクリレート等のような二重結合を2個有するカルボン酸エステル;ジビニルアニリン、ジビニルエーテル、ジビニルスルフィド、ジビニルスルホン等のジビニル化合物;及び3個以上のビニル基を有する化合物;が単独で、又は2種以上の混合物として用いられる。
本発明のトナーを重合法で製造する方法では、一般に上述のトナー組成物等を適宜加えて、ホモジナイザー、ボールミル、超音波分散機等の分散機に依って均一に溶解又は分散させた重合性単量体組成物を、分散安定剤を含有する水系媒体中に懸濁する。この時、高速撹拌機もしくは超音波分散機のような高速分散機を使用して一気に所望のトナー粒子のサイズとするほうが、得られるトナー粒子の粒径がシャープになる。重合開始剤添加の時期としては、重合性単量体中に他の添加剤を添加する時同時に加えても良いし、水系媒体中に懸濁する直前に混合しても良い。また、造粒直後、重合反応を開始する前に重合性単量体又は溶媒に溶解した重合開始剤を加えることもできる。
造粒後は、通常の撹拌機を用いて、粒子状態が維持され且つ粒子の浮遊・沈降が防止される程度の撹拌を行えば良い。
本発明のトナーを製造する場合には、分散安定剤として公知の界面活性剤や有機分散剤・無機分散剤が使用できる。中でも無機分散剤は、有害な超微粉を生じ難く、その立体障害性により分散安定性を得ているので反応温度を変化させても安定性が崩れ難く、洗浄も容易でトナーに悪影響を与え難いため、好ましく使用できる。こうした無機分散剤の例としては、燐酸三カルシウム、燐酸マグネシウム、燐酸アルミニウム、燐酸亜鉛、ヒドロキシアパタイト等の燐酸多価金属塩、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム等の炭酸塩、メタ硅酸カルシウム、硫酸カルシウム、硫酸バリウム等の無機塩、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等の無機化合物が挙げられる。
これらの無機分散剤は、重合性単量体100質量部に対して0.2質量部から20質量部を使用することが望ましい。また、上記分散安定剤は単独で用いても良いし、複数種を併用してもよい。更に、0.001質量部から0.1質量部の界面活性剤を併用しても良い。
これら無機分散剤を用いる場合には、そのまま使用しても良いが、より細かい粒子を得るため、水系媒体中にて該無機分散剤粒子を生成させて用いることができる。例えば、燐酸三カルシウムの場合、高速撹拌下、燐酸ナトリウム水溶液と塩化カルシウム水溶液とを混合して、水不溶性の燐酸カルシウムを生成させることができ、より均一で細かな分散が可能となる。この時、同時に水溶性の塩化ナトリウム塩が副生するが、水系媒体中に水溶性塩が存在すると、重合性単量体の水への溶解が抑制されて、乳化重合による超微粒トナーが発生し難くなるので、より好都合である。
界面活性剤としては、例えばドデシルベンゼン硫酸ナトリウム、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、ステアリン酸ナトリウム、ステアリン酸カリウム等が挙げられる。
上記重合性単量体を重合する工程において、重合温度は40℃以上、一般には50℃から90℃の温度に設定される。この温度範囲で重合を行なうと、内部に封じられるべき低融点物質が相分離により析出して内包化がより完全となる。
上記重合性単量体の重合終了後、得られた重合体粒子を公知の方法によって濾過、洗浄、乾燥することによりトナー粒子が得られる。このトナー粒子に、後述するような無機微粉体を必要に応じて混合して該トナー粒子の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。また、製造工程(無機微粉体の混合前)に分級工程を入れ、トナー粒子中に含まれる粗粉や微粉をカットすることも可能である。
本発明においてトナーは、流動化剤として個数平均1次粒径が4nmから80nm、より好ましくは6nmから40nmの無機微粉体がトナー粒子に添加されることも好ましい形態である。無機微粉体は、トナーの流動性改良及びトナー粒子の帯電均一化のために添加されるが、無機微粉体を疎水化処理するなどの処理によってトナーの帯電量の調整、環境安定性の向上等の機能を付与することも好ましい形態である。
無機微粉体の個数平均1次粒径が80nmよりも大きい場合、又は80nm以下の無機微粉体が添加されていない場合には良好なトナーの流動性が得られず、トナー粒子への帯電付与が不均一になり易く好ましくない。一方、無機微粉体の個数平均1次粒径が4nmよりも小さい場合には、無機微粉体の凝集性が強まり、1次粒子ではなく解砕処理によっても解れ難い強固な凝集性を持つ粒度分布の広い凝集体として挙動し易くなってしまう。このため、凝集体が現像されてしまったり、凝集体により像担持体又はトナー担持体等を傷つけたりすることにより画像欠陥を生じ易くなり好ましくない。
本発明において、無機微粉体の個数平均1次粒径の測定法は、走査型電子顕微鏡により拡大撮影したトナーの写真を用いて行う。
本発明で用いられる無機微粉体としては、シリカ、酸化チタン、アルミナなどが使用できる。シリカ微粉体としては、例えば、ケイ素ハロゲン化物の蒸気相酸化により生成されたいわゆる乾式法又はヒュームドシリカと称される乾式シリカ、及び水ガラス等から製造されるいわゆる湿式シリカの両者が使用可能である。しかし、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NaO、SO 2−等の製造残滓の少ない乾式シリカの方が好ましい。また乾式シリカにおいては、製造工程において例えば、塩化アルミニウム、塩化チタン等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り、それらも包含する。
個数平均1次粒径が4nm以上80nm以下の無機微粉体の添加量は、トナー粒子に対して0.1質量%から3.0質量%であることが好ましい。無機微粉体の含有量は、蛍光X線分析を用い、標準試料から作成した検量線を用いて定量できる。
本発明において無機微粉体は疎水化処理されたものであることが、トナーの環境安定性を向上させることができるため好ましい。無機微粉体の疎水化処理に用いる処理剤としては、シリコーンワニス、各種変性シリコーンワニス、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、その他有機硅素化合物、有機チタン化合物等の処理剤を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
上記処理剤の中でも、シリコーンオイルにより処理したものが好ましく、無機微粉体をシラン化合物で疎水化処理すると同時に又は処理した後に、シリコーンオイルにより処理したものがより好ましい。このような無機微粉体の処理方法としては、例えば第一段反応として、シラン化合物でシリル化反応を行いシラノール基を化学結合により消失させた後、第二段反応としてシリコーンオイルにより表面に疎水性の薄膜を形成することができる。
上記シリコーンオイルは、25℃における粘度が10mm/s以上200,000mm/s以下のもの好ましく、更には3,000mm/s以上80,000mm/s以下のものがより好ましい。
使用されるシリコーンオイルとしては、例えばジメチルシリコーンオイル、メチルフェニルシリコーンオイル、α−メチルスチレン変性シリコーンオイル、クロルフェニルシリコーンオイル、フッ素変性シリコーンオイル等が特に好ましい。
無機微粉体をシリコーンオイルで処理する方法としては、例えば、シラン化合物で処理された無機微粉体とシリコーンオイルとをヘンシェルミキサー等の混合機を用いて直接混合する方法や、無機微粉体にシリコーンオイルを噴霧する方法が挙げられる。或いは、適当な溶剤にシリコーンオイルを溶解又は分散させた後、無機微粉体を加えて混合し、溶剤を除去する方法でもよい。無機微粉体の凝集体の生成が比較的少ない点で噴霧する方法がより好ましい。
シリコーンオイルの処理量は、無機微粉体100質量部に対し1質量部から40質量部、好ましくは3質量部から35質量部が好ましく、良好な疎水性が得られ易い。
本発明で用いられる無機微粉体は、トナーに良好な流動性を付与させる為に、窒素吸着によるBET法で測定した比表面積が20m/gから350m/g範囲内のものが好ましく、25m/gから300m/gのものがより好ましい。比表面積は、BET法に従って、比表面積測定装置オートソーブ1(湯浅アイオニクス社製)を用いて試料表面に窒素ガスを吸着させ、BET多点法を用いて算出される。
本発明のトナーには、更に他の添加剤、例えばフッ素樹脂粉末、ステアリン酸亜鉛粉末、ポリフッ化ビニリデン粉末の如き滑剤粉末;酸化セリウム粉末、炭化硅素粉末、チタン酸ストロンチウム粉末などの研磨剤;例えば酸化チタン粉末、酸化アルミニウム粉末などの流動性付与剤;ケーキング防止剤;または逆極性の有機微粒子及び無機微粒子を現像性向上剤として少量用いることもできる。これらの添加剤の表面を疎水化処理して用いることも可能である。
本発明のトナーを好適に用いることの出来る画像形成装置の一例を図に沿って具体的に説明する。
図1の画像形成装置において、100は感光ドラムで、その周囲に一次帯電ローラー117、現像器140、転写帯電ローラー114、クリーナ116、レジスタローラー124等が設けられている。そして感光体100は一次帯電ローラー117によって、例えば−700Vに帯電される(印加電圧は交流電圧−2.0kVpp、直流電圧−700Vdc)。そして、レーザー発生装置121によりレーザー光123を感光体100に照射することによって露光される。感光体100上の静電潜像は現像器140によって一成分磁性現像剤で現像され、転写材を介して感光体に当接された転写帯電ローラー114により転写材上へ転写される。トナー画像をのせた転写材は搬送ベルト125等により定着器126へ運ばれ転写材上に定着される。また、一部感光体上に残されたトナーはクリーナ116によりクリーニングされる。
現像器140は図1に示すように感光体100に近接してアルミニウム、ステンレスの如き非磁性金属で作られた円筒状のトナー担持体102(以下現像スリーブと称す)が配設され、感光体100と現像スリーブ102との間隙は図示されないスリーブ/感光体間隙保持部材等により約300μmに維持されている。現像スリーブ内にはマグネットローラー104が現像スリーブ102と同心的に固定、配設されている。但し、現像スリーブ102は回転可能である。
マグネットローラー104には図示のように複数の磁極が具備されており、S1は現像、N1はトナーコート量規制、S2はトナーの取り込み/搬送、N2はトナーの吹き出し防止に影響している。トナーは、トナー塗布ローラ141によって、現像スリーブ102に塗布され、付着して搬送される。搬送されるトナー量を規制する部材として弾性ブレード103が配設され、弾性ブレード103の現像スリーブ102に対する当接圧により現像領域に搬送されるトナー量が制御される。現像領域では、感光体100と現像スリーブ102との間に直流及び交流の現像バイアスが印加され、現像スリーブ上の現像剤は静電潜像に応じて感光体100上に飛翔し可視像となる。
次に、本発明に係る各物性の測定方法に関して記載する。
(1)トナーの平均粒径及び粒度分布
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、100μmのアパーチャーチューブを備えた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約3.3lのイオン交換水を入れ、この水槽中にコンタミノン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)である。また、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。
(2)トナーの平均円形度及びモード円形度
トナーの平均円形度は、フロー式粒子像測定装置「FPIA−2100」(シスメックス社製)を用いて測定する。詳細は以下の通りである。
先ず、円形度を次式より算出する。
円形度=(粒子投影面積と同じ面積の円の周囲長)/(粒子投影像の周囲長)
ここで、「粒子投影面積」とは二値化された粒子像の面積であり、「粒子投影像の周囲長」とは該粒子像のエッジ点を結んで得られる輪郭線の長さである。測定は、512×512の画像処理解像度(0.3μm×0.3μmの画素)で画像処理した時の粒子像の周囲長を用いる。
本発明における円形度は粒子の凹凸の度合いを示す指標であり、粒子が完全な球形の場合に1.00を示し、表面形状が複雑になる程、円形度は小さな値となる。
また、円形度頻度分布の平均値を意味する平均円形度Cは、粒度分布の分割点iでの円形度をci、測定粒子数をmとすると、下記(数式1)から算出される。
Figure 0005317663
また、円形度標準偏差SDは、平均円形度C、各粒子における円形度ci、測定粒子数をmとすると下記(数式2)から算出される。
Figure 0005317663
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10ml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0.1ml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。超音波分散器としては、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型」(日科機バイオス社製)を用いる。尚、超音波分散器の水槽内には、約3.3lのイオン交換水を入れ、この水槽中にコンタミノンNを約2ml添加する。その際、該分散液の温度が40℃以上とならない様に適宜冷却する。また、円形度のバラツキを抑えるため、フロー式粒子像分析装置FPIA−2100の機内温度が26〜27℃になるよう装置の設置環境を23℃±0.5℃にコントロールする。また、一定時間おきに、好ましくは2時間おきに2μmの標準ラテックス粒子(例えば、Duke Scientific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。
トナー粒子の円形度測定には、前記フロー式粒子像測定装置を用い、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、測定時のトナー粒子濃度が約5000個/μlとなる様に該分散液濃度を再調整して計測する。計測後、このデータを用いて、円相当径2.00μm以上40.02未満の範囲のトナーの平均円形度を求める。尚、円相当径は、以下のようにして算出される値である。
円相当径=(粒子投影面積/π)1/2×2
本発明で用いている測定装置である「FPIA−2100」は、従来トナーの形状を観察するために用いられていた「FPIA−1000」と比較して、シースフローの薄層化(7μm→4μm)及び処理粒子画像の倍率が向上した装置である。また、取り込んだ画像の処理解像度を向上(256×256→512×512)させた装置であり、トナーの形状測定の精度が向上した装置である。
(3)トナーTHF可溶分の分子量測定
トナーのTHF可溶分の分子量分布は、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、トナー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0.8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。
(4)離型剤の分子量測定
離型剤のピーク分子量測定は、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。
ゲルクロマトグラフ用のo−ジクロロベンゼンに、特級2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノール(BHT)を濃度が0.10wt/vol%となるように添加し、室温で溶解する。サンプルビンに離型剤と上記のBHTを添加したo−ジクロロベンゼンとを入れ、150℃に設定したホットプレート上で加熱し、離型剤を溶解する。離型剤が溶けたら、予め加熱しておいたフィルターユニットに入れ、本体に設置する。フィルターユニットを通過させたものをGPCサンプルとする。尚、サンプル溶液は、濃度が約0.15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 :HLC−8121GPC/HT(東ソー社製)
検出器:高温用RI
カラム:TSKgel GMHHR−H HT 2連(東ソー社製)
温度 :135.0℃
溶媒 :ゲルクロマトグラフ用o−ジクロロベンゼン(BHT 0.10wt/vol%添加)
流速 :1.0ml/min
注入量:0.4ml
離型剤の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)離型剤の融点(吸熱ピークトップ)測定
離型剤の吸熱ピークトップ温度は、示差走査熱量分析装置「Q1000」(TA Instruments社製)を用いてASTM D3418−82に準じて測定する。
装置検出部の温度補正はインジウムと亜鉛の融点を用い、熱量の補正についてはインジウムの融解熱を用いる。
具体的には、離型剤約10mgを精秤し、これをアルミニウム製のパンの中に入れ、リファレンスとして空のアルミニウム製のパンを用い、測定温度範囲30℃から200℃の間で、昇温速度10℃/minで測定を行う。尚、測定においては、一度200℃まで昇温させ、続いて30℃まで降温し、その後に再度昇温を行う。この2度目の昇温過程での温度30℃から200℃の範囲におけるDSC曲線の最大の吸熱ピークを、離型剤のDSC測定における吸熱曲線の吸熱ピークトップとする。
(6)離型剤の酸価測定方法
離型剤の酸価はJIS K1557−1970に準じ測定する。具体的な測定方法を以下に示す。
まず、離型剤を2gを精秤する(W(g))。200mlの三角フラスコに試料を入れ、トルエン/エタノール(2:1)の混合溶液100mlを加え、5時間溶解する。指示薬としてフェノールフタレイン溶液を加える。0.1規定のKOHもアルコール溶液を用いて上記溶液をビュレットを用いて滴定する。この時のKOH溶液の量をS(ml)とする。ブランクテストをし、この時のKOH溶液の量をB(ml)とする。
次式により酸価を計算する。
酸価=〔(S−B)×f×5.61〕/W
(f:KOH溶液のファクター)
(7)離型剤の水酸基価の測定法
試料を100mlのナスフラスコに精秤し、これにアセチル化試薬5mlを正しく加える。その後100℃±5℃の浴中に浸して加熱する。1から2時間後フラスコを浴から取り出し放冷後、水を加えて振り動かして無水酢酸を分解する。更に分解を完全にするため再びフラスコを浴中で10分間以上加熱し放冷後、有機溶剤でフラスコの壁を良く洗う。この液をガラス電極を用いてN/2水酸化カリウムエチルアルコール溶液で電位差滴定を行ない水酸基価を求める(JISK0070−1966に準ずる)。
(8)誘電正接(tanδ)測定法
本発明に係わる磁性トナーの誘電正接は以下の方法で測定する。
磁性トナーを1g秤量し、20kPaの荷重を1分間かけて、直径25mm,厚さ1.5±0.5mmの円盤状の測定試料に成型する。
この測定試料を直径25mmの誘電率測定治具(電極)を装着したARES(TA Instruments社製)に装着し、25℃にて250g/cm2の荷重をかけた状態で、4284AプレシジョンLCRメータ(ヒューレット・パッカード社製)を用いて、周波数10000Hzにおける複素誘電率の測定値より誘電正接(tanδ=ε”/ε’)を算出する。
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明を更に詳細に説明する。「部」及び「%」とあるのは特に断りのない限り質量基準である。
<磁性体1>
硫酸第一鉄水溶液中に、鉄元素に対して1.0当量の苛性ソーダ溶液、鉄元素に対しリン元素換算で0.15質量%となる量のP、鉄元素に対して珪素元素換算で0.50質量%となる量のSiOを混合し、水酸化第一鉄を含む水溶液を調製した。水溶液のpHを8.0とし、空気を吹き込みながら85℃で酸化反応を行い、種晶を有するスラリー液を調製した。
次いで、このスラリー液に当初のアルカリ量(苛性ソーダのナトリウム成分)に対し1.0当量となるよう硫酸第一鉄水溶液を加えた後、スラリー液をpH7.6に維持して、空気を吹込みながら酸化反応をすすめ、磁性酸化鉄を含むスラリー液を得た。濾過、洗浄した後、この含水スラリー液を一旦取り出した。この時、含水サンプルを少量採取し、含水量を計っておいた。次に、この含水サンプルを乾燥せずに別の水系媒体中に投入し、撹拌すると共にスラリーを循環させながらピンミルにて再分散させ、再分散液のpHを約4.8に調整する。そして、撹拌しながらn−ヘキシルトリメトキシシランカップリング剤を磁性酸化鉄100質量部に対し1.6質量部(磁性酸化鉄の量は含水サンプルから含水量を引いた値として計算した)添加し、加水分解を行った。その後、撹拌を十分行うと共にスラリーを循環させながらピンミルにて分散を行い、分散液のpHを8.6にしてカップリング処理を行った。生成した疎水性磁性体をフィルタープレスにてろ過し、多量の水で洗浄した後に100℃で15分、90℃で30分乾燥し、得られた粒子を解砕処理して体積平均粒径が0.22μmの磁性体1を得た。
<磁性体2>
磁性体の製造例1において、酸化反応後に生成した磁性酸化鉄粒子を洗浄、濾過まで同様の処理を行い、その後、乾燥し次いで若干凝集している粒子を解砕処理して体積平均粒径が0.23μmの磁性体2を得た。
<磁性体3>
硫酸第一鉄水溶液中に、磁性体中のAlの含有量が0.60質量%となるように硫酸アルミニウムを添加し、また磁性体中のMgの含有量が500ppmとなるように水酸化マグネシウムを添加した。その後、水酸化ナトリウム水溶液を混合し、水酸化第一鉄を含む水溶液を調製する。水溶液のpHを11以上に調整しながら空気を吹き込み、90℃で酸化反応を行い、母体磁性体を含有するスラリーを得た。
次に、母体磁性体を含むスラリーに、被覆層に含有されるAl量が0.50質量%(磁性体を基準)となるように硫酸アルミニウムを添加し、80℃で攪拌し、pHを11以上に調整した。その後に、被覆層に含有されるMg量が900ppm(磁性体を基準)になるように水酸化マグネシウムを添加し、少なくとも15分間攪拌した。その後、硫酸水溶液を添加して、pHを8〜10に調整して5分間攪拌し、再度、硫酸水溶液を添加してpHを徐々に低下させて、最終的にpH7.1にした。このスラリーを洗浄し、ろ過後、乾燥して、AlとMgとを含有する母体磁性体の表面に、AlとMgとからなる被覆層が形成された磁性体3を得た。得られた磁性体3は、個数平均粒子径(D1)が0.16μmであり、AlとMgとを含有し、結晶構造がマグネタイトである磁性酸化鉄からなるものであった。
<結着樹脂1>
(ポリエステル樹脂A)
式(B)で表されるビスフェノール誘導体: 39部
(R:プロピレン基、x+yの平均値:2.2)
式(B)で表されるビスフェノール誘導体: 18部
(R:エチレン基、x+yの平均値:2.2)
テレフタル酸: 20部
イソフタル酸: 11部
フマル酸: 0.2部
ドデセニル無水琥珀酸: 12部
これらに触媒としてテトラブチルチタネート:0.1質量%を添加し、230℃で縮合重合して、THF不溶分を含まない低分子量不飽和ポリエステル樹脂A(Tg:59℃、ピーク分子量(Mp):7,800)を得た。
得られた低分子量不飽和ポリエステル樹脂A:75部をメチルエチルケトン:75部に加熱溶解し、冷却後、スチレン:19部、アクリル酸ブチル:6部、重合開始剤としてパーカドックス12−XL25(化薬アクゾ社製):0.125部を混合した。モノマー混合ポリエステル溶液を、予め作製したポリビニルアルコール0.2質量%水溶液150部に、攪拌しながら添加し、分散させて懸濁液とした。
この懸濁液を窒素気流下で加熱し、メチルエチルケトンを還留しながら昇温した。フラスコ内温を85℃に保ち、メチルエチルケトンを留去しながら20時間重合を行った後、冷却した。得られた懸濁スラリーを脱水・乾燥してハイブリッド樹脂(Tg:59℃、THF不溶分40%、Mp:7,700、Mn:3,500、Mw:26,000、酸価:18mgKOH/g、水酸基価:35mgKOH/g)を得た。これを結着樹脂1とする。
Figure 0005317663
<トナーの製造例1>
イオン交換水720質量部に0.1M−NaPO水溶液495質量部を投入して60℃に加温した後、1.0M−CaCl水溶液74質量部を添加して、分散安定剤を含む水系媒体を得た。
・スチレン 75.0質量部
・n−ブチルアクリレート 25.0質量部
・ジビニルベンゼン 0.53質量部
・モノアゾ染料の鉄錯体(T−77:保土ヶ谷化学社製) 1.0質量部
・磁性体1 90.0質量部
・飽和ポリエステル樹脂 5.0質量部
(ビスフェノールAのE.O.付加物とテレフタル酸との縮合反応により得られる飽和ポリエステル樹脂 Mn=5000、酸価=12mgKOH/g、Tg=68℃)
上記処方をアトライター(三井三池化工機(株))を用いて均一に分散混合して単量体組成物を得た。この単量体組成物を60℃に加温し、そこにカルナウバワックス2(物性は表1に示す)10質量部、ジペンタエリスリトールのベヘン酸エステル(以後、DPE22と略す。物性は表1に示す。)10質量部を添加混合し、溶解した後に重合開始剤2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)4.5質量部を溶解した。
上記水系媒体中に上記単量体組成物を投入し、60℃、N雰囲気下においてクレアミックス(エム・テクニック社製)にて10,000rpmで10分間撹拌し、造粒した。その後パドル撹拌翼で撹拌しつつ70℃で5時間反応させた。反応終了後、懸濁液を冷却し、塩酸を加えて洗浄した後に濾過・乾燥してトナー粒子1を得た。
このトナー粒子1を100質量部と、個数平均1次粒径12nmのシリカをヘキサメチルジシラザンで処理後にシリコーンオイルで処理し、処理後のBET値が120m/gの疎水性シリカ微粉体1.0質量部をヘンシェルミキサー(三井三池化工機(株))で混合し、重量平均粒径(D4)が6.5μmのトナー1を得た。トナー1の物性を表2に示す。
<トナーの製造例2>
トナー1の製造例において、カルナウバワックス2から、カルナウバワックス1(物性は表1に示す)に変えたこと以外は、トナー1の製造と同様にし、トナー2を得た。トナー2の物性を表2に示す。
<トナーの製造例3>
トナー1の製造例において、カルナウバワックス2から、カルナウバワックス3(物性は表1に示す)に変えたこと以外は、トナー1の製造と同様にし、トナー3を得た。トナー3の物性を表2に示す。
<トナーの製造例4>
トナー1の製造例において、DPE22から、ジペンタエリスリトールのセロチン酸エステル(以後、DPE26と略。物性は表1に示す)に変えたこと以外は、トナー1の製造と同様にし、トナー4を得た。トナー4の物性を表2に示す。
<トナーの製造例5>
トナー1の製造例において、DPE22から、ジペンタエリスリトールのラウリン酸エステル(以後、DPE12と略。物性は表1に示す)に変えたこと以外は、トナー1の製造と同様にし、トナー5を得た。トナー5の物性を表2に示す。
<トナーの製造例6>
トナー1の製造例において、カルナウバワックス2を10質量部から、カルナウバワックス1を2質量部に変更し、さらにDPE22を10質量部からDPE26を2質量部に変更したこと以外は、トナー1の製造と同様にし、トナー6を得た。トナー6の物性を表2に示す。
<トナーの製造例7>
トナー1の製造例において、カルナウバワックス2を10質量部から、カルナウバワックス3を20質量部に変更し、さらにDPE22を10質量部からDPE12を20質量部に変更したこと以外は、トナー1の製造と同様にし、トナー7を得た。トナー7の物性を表2に示す。
<トナーの製造例8>
・ポリエステル樹脂 100質量部
(ピーク分子量=6100、酸価=18.5mgKOH/g)
・磁性体2 90質量部
・モノアゾ鉄錯体(T−77:保土ヶ谷化学社製) 2質量部
・カルナウバワックス2 5質量部
・DPE22 5質量部
上記混合物をヘンシェルミキサーで前混合した後、110℃に加熱された2軸エクストルーダで溶融混練し、冷却した混練物をハンマーミルで粗粉砕してトナー粗粉砕物を得た。得られた粗粉砕物を、機械式粉砕機ターボミル(ターボ工業社製;回転子および固定子の表面に炭化クロムを含有したクロム合金めっきでコーティング(めっき厚150μm、表面硬さHV1050))を用いて機械式粉砕させて微粉砕し、得られた微粉砕物をコアンダ効果を利用した多分割分級装置(日鉄鉱業社製エルボジェット分級機)で微粉及び粗粉を同時に分級除去した。
その原料トナー粒子を、熱風を吹き付けることによりトナー粒子の表面改質を行う装置であるメテオレインボー(日本ニューマチック工業社製)で表面改質を行い、トナー粒子8を得た。表面改質時の条件は、原料供給速度2kg/hr、熱風流量700L/min、吐出熱風温度300℃で行った。
このトナー粒子8を100質量部と、個数平均1次粒径12nmのシリカをヘキサメチルジシラザンで処理後にシリコーンオイルで処理し、処理後のBET値が120m/gの疎水性シリカ微粉体1.0質量部をヘンシェルミキサー(三井三池化工機(株))で混合し、重量平均粒径(D4)が6.5μmのトナー8を得た。トナー8の物性を表2に示す。
<トナーの製造例9>
イオン交換水720質量部に0.1M−NaPO水溶液495質量部を投入して60℃に加温した後、1.0M−CaCl水溶液74質量部を添加して、分散安定剤を含む水系媒体を得た。
一方、
スチレン 72部
n−ブチルアクリレート 28部
飽和ポリエステル樹脂(モノマー構成;ビスフェノールAプロビレンオキサイド付加物/テレフタル酸、酸価12mgKOH/g、Tg=72℃、Mn=3900、Mw=10000) 5部
負荷電性制御剤(T―77;保土ヶ谷化学工業社製) 2部
カーボンブラック(BET60m/g) 5部
上記処方をアトライター(三井三池化工機(株))を用いて均一に分散混合した。この単量体組成物を60℃に加温し、そこにカルナウバワックス2を10質量部、ジペンタエリスリトールのベヘン酸エステルを10質量部を添加混合しを混合溶解し、これに重合開始剤2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル[t1/2=140分、60℃条件下]5部を溶解した。
前記水系媒体中に上記重合性単量体系を投入し、60℃、N雰囲気下においてクレアミックス(エム・テクニック社製)にて10,000rpmで15分間撹拌し、造粒した。その後パドル攪拌翼で攪拌しつつ60℃で6時間反応させた。その後、液温を80℃とし更に4時間撹拌を続けた。反応終了後、懸濁液を冷却し、塩酸を加えて分散剤を溶解し、濾過、水洗、乾燥してトナー粒子9を得た。
このトナー粒子9を100質量部と、個数平均1次粒径12nmのシリカをヘキサメチルジシラザンで処理後にシリコーンオイルで処理し、処理後のBET値が120m/gの疎水性シリカ微粉体1.0質量部をヘンシェルミキサー(三井三池化工機(株))で混合し、重量平均粒径(D4)が6.4μmのトナー9を得た。トナー9の物性を表2に示す。
<トナーの製造例10>
トナー1の製造例において、カルナウバワックス2を10質量部から、カルナウバワックス1を1質量部に変更し、さらにDPE22を10質量部からDPE26を1質量部に変更したこと以外は、トナー1の製造と同様にし、トナー10を得た。トナー10の物性を表2に示す。
<トナーの製造例11>
トナー8の製造例において、カルナウバワックス2を5質量部から、カルナウバワックス3を20質量部に変更し、さらにDPE22を5質量部からDPE12を20質量部に変更したこと以外は、トナー8の製造と同様にし、トナー11を得た。トナー11の物性を表2に示す。
<トナーの製造例12>
トナー8の製造例において、カルナウバワックス2を5質量部から、カルナウバワックス3を20質量部に変更し、さらにDPE22を5質量部からペンタエリスリトールのベヘン酸エステル(以後、PE22と略。物性は表1に示す)を20質量部に変更したこと以外は、トナー8の製造と同様にし、トナー12を得た。トナー12の物性を表2に示す。
<トナーの製造例13>
トナー8の製造例において、カルナウバワックス2を5質量部から、カルナウバワックス3を20質量部に変更し、さらにDPE22を5質量部からミリスチン酸ミリステート(物性は表1に示す)を20質量部に変更したこと以外は、トナー8の製造と同様にし、トナー12を得た。トナー12の物性を表2に示す。
<トナーの製造例14>
トナー8の製造例において、カルナウバワックス2を5質量部から、カルナウバワックス3を10質量部に変更し、さらにDPE22を除いたこと以外は、トナー8の製造と同様にし、トナー14を得た。トナー14の物性を表2に示す。
<トナーの製造例15>
トナー8の製造例において、カルナウバワックス2を除き、さらにDPE22を5質量部から10質量部に変更したこと以外は、トナー8の製造と同様にし、トナー15を得た。トナー15の物性を表2に示す。
<トナーの製造例16>
結着樹脂1: 100部
磁性体3: 90部
フィッシャートロプシュワックス(融点:108℃): 4部
荷電制御剤 T−77(アゾ鉄化合物、保土谷化学工業社): 2部
上記混合物を、140℃に加熱された2軸エクストルーダで溶融混練し、冷却した混練物をハンマーミルで粗粉砕し、粗粉砕物をジェットミルで微粉砕し、得られた微粉砕粉を固定壁型風力分級機で分級して一次分級粉を生成した。更に、得られた一次分級粉を、コアンダ効果を利用した多分割分級装置(日鉄鉱業社製エルボージェット分級機)で処理することにより超微粉及び粗粉を同時に厳密に分級除去して、重量平均粒径(D4)が5.7μmの負帯電性磁性トナー粒子を得た。この得られた磁性トナー粒子100部に対し、疎水化処理したBET比表面積120m/gの疎水性シリカ微粉体を1.2部外添混合して、磁性トナー16を調製した。
Figure 0005317663
Figure 0005317663
<実施例1>
画像形成装置としてLBP−3000を使用した。ここで、プロセススピードを105mm/secとし、現像バイアスとして−430Vの直流電圧Vdcに1.6kVpp、周波数2200Hzの交番電界を重畳したものを用いた。また定着器の構成を改造して定着時に定着フィルムに対して電圧が掛からない構成とした。
この条件において、トナー1を使用し、常温常湿度環境下(温度25.0℃、湿度50%RH)において8ポイントのA文字を用い印字率を1%とした画像にて耐久試験を行った。間欠モードで1日あたり500枚耐久を行い、4日かけて2000枚の耐久試験を行った。なお、記録媒体としてはA4の75g/mの紙を使用した。その結果、耐久試験を通して高い画像濃度が得られ、ドット再現性も良好であった。耐久終了時の画像濃度は1.5以上であり、高品位な画像を得ることができた。さらに同様に高温高湿環境下(温度32.5℃、湿度80%RH)において耐久試験を行った。その結果、耐久試験を通して高い画像濃度が得られ、ドット再現性も良好であった。耐久終了時の画像濃度は1.5以上であり、高品位な画像を得ることができた。
また同様の画像形成装置において、トナー1を使用し、低温低湿度環境下(温度15.0℃、湿度10%RH)において、ベタ白画像を75g/mのA4紙で2000枚連続通紙した。その後、画像の前半半分がベタ黒、後半半分が白地の静電オフセット試験用チャートをA4コート紙(イメージコートグロス100、キヤノン株式会社製)を用いて連続100枚の画出しを行い、目視にて耐静電オフセット性の評価を行った。
その結果、オフセットは発生しておらず、高い耐静電オフセット性であることが確認できた。
本発明の実施例、ならびに、比較例中に記載の評価項目とその判断基準について述べる。
a)画像濃度
初期及び2000枚のプリントアウトを終了した後、ベタ画像部を形成し評価した。尚、画像濃度は画像濃度測定装置である「マクベス反射濃度計」(マクベス社製)を用いて、原稿濃度が0.00の白地部分のプリントアウト画像に対する相対濃度を測定した。画像濃度は、1.30以上であれば実用的に問題がない画像である。
b)ドット再現性
ドット再現性は、図4に示す80μm×50μmのチェッカー模様を用いて画出し試験を行い、顕微鏡により黒色部の欠損の有無を観察し、評価した。
A:100個中欠損が2個以下
B:100個中欠損が3以上5個以下
C:100個中欠損が6以上10個以下
D:100個中欠損が11個以下
c)耐静電オフセット試験
ベタ白画像を75g/mのA4紙で2000枚連続通紙した。その後、画像の前半半分がベタ黒、後半半分が白地の静電オフセット試験用チャートを用いて連続100枚の画出しを行い、目視にて耐静電オフセット性の評価を行った。
なお、耐静電オフセット性の評価基準は以下のように定めた。
A:全くみられない。
B:白地部にかすかに見られる。
C:白地部に見られるが実用上問題ないレベル。
D:白地部に明らかに見られ、実用上好ましくないレベル。
<実施例2乃至8>
トナー2乃至8をそれぞれ使用し、実施例1と同様の画像形成装置で画出し試験及び耐久試験を行った。評価結果は表3に示した。その結果、画像特性ならびに静電オフセットについて、実用上問題のない結果が得られた。
<比較例1乃至7>
トナー10乃至16をそれぞれ使用し、実施例1と同様の画像形成装置で画出し試験及び耐久試験を行った。評価結果は表3に示した。その結果、画像特性ならびに静電オフセットについて、実用上好ましくない結果が得られた。
Figure 0005317663
<実施例9>
画像形成装置として市販のフルカラーレーザービームプリンター「LBP−5100」(キヤノン社製、プリントアウト速度:A4判12枚/分)を、定着器の構成を改造して定着時に定着フィルムに対して電圧が掛からない構成としたものを用いた。シアン色トナーカートリッジ中のトナーに換え、トナー9を投入し、単色モードで画出し試験を行った。
常温常湿度環境下(温度25.0℃、湿度50%RH)、高温高湿度環境下(32.5℃、80%RH)、および低温低湿環境下(15℃、10%RH)において、画像評価及びトナー耐久性の評価を実施例1と同様にした。その結果、初期および耐久試験において高い濃度やドット再現性を示し、静電オフセットも良好な画像が得られた。結果を表4に示す。
Figure 0005317663
本発明における画像形成装置の概略断面図である。 図1に示す画像形成装置における現像器140の構成を示す概略図である。
符号の説明
100 感光体
102 現像スリーブ(トナー担持体)
114 転写帯電ローラー
116 クリーナ
117 一次帯電ローラー
121 レーザー発生装置
123 レーザー光
124 レジスタローラー
125 搬送ベルト
126 定着器
140 現像器
141 トナー塗布ローラ

Claims (7)

  1. 結着樹脂、着色剤、離型剤a、および離型剤bを少なくとも含有するトナーにおいて、
    (1)前記離型剤aは、カルナウバワックスであり、
    (2)前記離型剤bは、6官能エステル化合物であり、
    (3)前記トナーの25℃、周波数1.0×10Hzにおける誘電正接(tanδ)が、2.0×10−3以上、9.0×10−3以下であることを特徴とするトナー。
  2. 前記離型剤a及び前記離型剤bの結着樹脂100質量部に対する含有量をそれぞれWa(質量部)、Wb(質量部)とした時、WaおよびWbが各々2以上であり、かつ下記(式1)を満たすことを特徴とする請求項1に記載のトナー。
    5 ≦(Wa+Wb)≦30 (式1)
  3. 前記離型剤bのピーク分子量をMbとした時、Mbが1500以上2500以下であることを特徴とする請求項1乃至2のいずれかに記載のトナー。
  4. 前記離型剤aの酸価をAa(mgKOH/g)、前記離型剤bの酸価をAb(mgKOH/g)とした時、Aaが2mgKOH/g以上、10mgKOH/g以下であり、かつ下記(式2)を満たすことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載のトナー。
    5≦Aa/Ab≦50 (式2)
  5. 前記着色剤が、磁性体であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載のトナー。
  6. 前記着色剤が、疎水化処理された磁性体であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載のトナー。
  7. 前記トナーが水系媒体中で製造されたトナーであることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載のトナー。
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