JP5648804B2 - 電子写真用透明トナーおよびその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、複写機、レーザープリンターあるいはファクシミリ等の電子写真プロセスに用いる電子写真用透明トナーおよびその製造方法に関する。
電子写真プロセスを利用した画像形成は、帯電工程、露光工程、現像工程、転写工程、クリーニング工程および定着工程などによってなされる。帯電工程では、感光体の表面を均一に帯電する。露光工程では、帯電した感光体を露光して感光体の表面に静電潜像を形成する。現像工程では、感光体表面に形成された静電潜像にトナーなどの現像剤を付着させることにより可視像を形成する。転写工程では、加熱および加圧などの手段により記録媒体に転写された可視像を定着する。クリーニング工程では、記録媒体に転写されずに感光体の表面に残ったトナーを回収する。以上の工程によって、電子写真プロセスを利用した画像形成装置は、記録媒体上に所望の画像を形成する。
現像工程で用いられるトナーは、通常、結着樹脂、着色剤、離型剤などを含有する組成物から構成されている。結着樹脂は、それ自身では加熱および加圧などの手段により記録媒体に定着できないカーボンなどの着色剤、ワックスなどの離型剤を分散させ、画像として定着するための結合剤(バインダー)としての機能を有する。着色剤は、有機顔料または染料などの色材からなる。離型剤は、定着工程においてヒートロールなどの定着器と、表面上に転写トナーが付着している記録紙とが、接触する際のオフセット防止剤として用いられている。
近年、電子写真方式の画像形成においては、画像形成処理速度の高速化、すなわち1枚の記録紙に画像を記録するために要する処理時間の短縮化に伴い、定着工程における定着器と記録紙との接触時間が短くなり、その結果、非オフセット域が狭まる傾向にある。したがって、トナーと定着器との離型性を向上させ、非オフセット域をある程度確保する必要がある。さらに、近年の画像形成装置では、トナー定着時の省エネルギー化の要求や高速で処理できる画像形成装置の要求が高まっており、トナー自体に低温で溶融する特性が求められている。また、高画質化の要求も大きく、写真画像等の画像の要求に対しては記録用紙等の被記録媒体表面に光沢性を付与することによって、鮮明な高光沢画像を提供できることが知られている。
これらは、例えば、有彩色トナーのない非画像部に透明トナーを配置することにより、被記録媒体上の有彩色トナーのある部分との光沢差を無くしたり、被記録媒体上の全面に透明トナーを配置する方法などが用いられている(特許文献1、特許文献2、特許文献3参照)。また、光沢、非光沢画像の選択ができる定着処理系をオンラインでコンパクトに配置した画像形成装置が提案されており、例えば、有彩色トナーと透明トナー像が形成された被記録媒体を前記定着装置により加熱溶融し、冷却剥離することで被記録媒体全面を高光沢の画像とすることが記載されている(特許文献4参照)。
上記特許文献1〜特許文献4の方法によれば被記録媒体全面で光沢差をなくし均一な光沢を提供可能である。
一方、印刷分野においては、記録媒体の光沢を制御する方法として、UVニス印刷、ニス引き、PP貼り加工などが一般に行われ、ある特定の部分を高光沢とする、いわゆるスポットニスが行われる。この場合、通常のカラー印刷の後に部分的に高光沢とするための版を作成し、UVニス等を用いてスポット印刷することが行われている。この方法によると、スポットニスを施した部分は写真のように高光沢を得ることができ、スポットニスを施さない部分は低い光沢で、画像上の光沢差が大きく通常の印刷と比べ差別化が図れる。
しかしながら、オフセット印刷でこれを行うためには専用の版を用意する必要があり、また可変データには対応できないため、一定以上の印刷ロット枚数が必要になる。それに対して、レーザープリンター、乾式静電複写機等の画像形成装置に用いられる電子写真法により上記と同様のスポット印刷機能が実現できれば、印刷用の版が不要となり可変データにも対応することができる。
電子写真方式で同一被記録媒体上で異なる光沢を形成する方法としては、トナーに用いる樹脂の数平均分子量により光沢性を制御する方法(特許文献5参照)や、有色トナーを定着した後、透明トナー像を形成し、定着温度を下げて光沢を下げる方法(特許文献6参照)、あるいは、1回目には光沢範囲を印字、定着し、2回目に非光沢範囲を印字、定着する方法(特許文献7参照)などが開示されている。しかしながら、これらの方法によれば同一被記録媒体上で異なる光沢を得ることは可能であるが、前記スポットニスで行われているような写真光沢に近いスポット高光沢は未だ実現できていない。
この問題を解決するため、例えば、特許文献8に記載されているように、結着樹脂中にガラス転移温度でシャープメルト性を有する特定の非オレフィン系結晶性重合体を添加することが提案されている。また、例えば、特許文献9に記載されているように、結晶性ポリエステルを用いることが提案されている。
一方、トナーを製造する方法としては粉砕法と重合法とがあるが、連続式で且つ色換えが容易であり、製造コストが安いなどの観点から粉砕法によるトナーが広く用いられている。粉砕法による製造方法は、原料を混合、溶融混練、冷却、粗砕、粉砕、分級した後に外添剤混合を行うのが一般的な製造プロセスである。溶融混練は、一般的に開放系のロール式混練機やバレル内にスクリューを有する押し出し混練機などがあるが、温度管理のしやすさや連続混練の安定性から、スクリューによる押し出し混練機(密閉型)が広く一般的に使用されている。溶融混練は、通常、結着樹脂が完全に溶融する温度で行われるため、120〜160℃程度の比較的高温状態で実施される場合が多い。
従来技術で記載したように、粉砕法により製造されるトナー(粉砕型トナー)は、組成分(トナー原材料)の溶融混練が120〜160℃程度の比較的高温状態で行われる。しかし、このような高温状態では、例えば、組成分として結晶性ポリエステルを用いた場合、いくつかの不具合が発生する。
例えば、結晶性ポリエステル樹脂はTg(ガラス転移温度)で結晶転移を起こす。また、結晶性ポリエステル樹脂は融点付近の温度において、固体状態から急激に溶融粘度が低下することで、低温定着性を発揮するが、融点を超える温度で溶融混練されると、結着樹脂と結晶性ポリエステルが相溶して、その効果が減少する。
あるいは、透明トナーは画像の最上層に形成され定着機に直接接触することから、有彩色トナーよりも高い耐ホットオフセット性が求められると共に、通常の有彩色トナー画像の上に透明トナーが形成されるため、トナー層が厚くなり、有彩色トナーは高いコールドオフセット性を持つ特性でないと本構成は安定性に欠けるものとなる。
本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであり、低温定着性、耐ホットオフセット性、高光沢、均一光沢性および耐熱保存性に優れた電子写真用透明トナーとその製造方法を提供することを目的とする。
なお、本発明のトナーは、少なくとも、結着樹脂、結晶性ポリエステル樹脂、離型剤および滑剤を含むトナー原材料を混合、溶融混練、冷却、粉砕および分級する各工程を経て製造される無彩色の電子写真用透明トナー(粉砕型トナー)である。
本発明者らは鋭意検討した結果、以下の〔1〕〜〔11〕に記載する発明によって上記課題が解決されることを見出し本発明に至った。以下、本発明について具体的に説明する。
〔1〕:上記課題は、少なくとも、結着樹脂、結晶性ポリエステル樹脂、離型剤および滑剤を含むトナー原材料を混合、溶融混練、冷却、粉砕および分級する各工程を経て製造される無彩色の電子写真用透明トナーであって、
前記結晶性ポリエステル樹脂の示差走査熱量分析計(DSC)により測定される融点(mp:DSCファーストランのピークトップ値)が80〜130℃であり、且つ前記溶融混練工程におけるトナー原材料の混合物温度が前記結晶性ポリエステル樹脂の融点以下であることを特徴とする電子写真用透明トナーにより解決される。
〔2〕:上記〔1〕に記載の電子写真用透明トナーにおいて、前記トナーの体積平均粒径が4〜10μmであることを特徴とする。
〔3〕:上記〔1〕または〔2〕に記載の電子写真用透明トナーにおいて、前記トナーにおける粒径4μm以下の粒子含有量が10〜50個数%であることを特徴とする。
〔4〕:上記〔1〕乃至〔3〕のいずれかに記載の電子写真用透明トナーにおいて、前記トナーにおける粒径8μm以上の粒子含有量が1.0〜20.0体積%であることを特徴とする。
〔5〕:上記〔1〕乃至〔4〕のいずれかに記載の電子写真用透明トナーにおいて、前記トナー中に分散している結晶性ポリエステル樹脂の平均粒径が、トナーの体積平均粒径の1/50〜1/10であることを特徴とする。
〔6〕:上記〔1〕乃至〔5〕のいずれかに記載の電子写真用透明トナーにおいて、前記トナー中の結晶性ポリエステル樹脂含有量が、トナー総量の5.0〜25.0wt%であることを特徴とする。
〔7〕:上記〔1〕乃至〔6〕のいずれかに記載の電子写真用透明トナーにおいて、前記トナー中に分散している離型剤の平均粒径が、トナー体積平均粒径の1/30〜1/10であることを特徴とする。
〔8〕:上記〔1〕乃至〔7〕のいずれかに記載の電子写真用透明トナーにおいて、前記結着樹脂が、ポリエステル樹脂を主成分とすることを特徴とする。
〔9〕:上記〔1〕乃至〔8〕のいずれかに記載の電子写真用透明トナーにおいて、前記透明トナーの下記条件(1)で測定されるコールドオフセットが発生しなくなる定着ロールの最低下限温度が110〜140℃の範囲であり、下記条件(2)で測定される光沢均一性が12以下であることを特徴とする。
条件(1):前記透明トナーを含む二成分現像剤を用いて複写機(imagioNEO450:リコー製)で現像した未定着画像を、同装置の温度可変に改造した定着ロール(プロセススピード:230mm/sec)で定着し、コールドオフセットが発生しなくなる定着ロールの最低下限温度を求める。
条件(2):(1)で作成した画像を60度光沢で10箇所測定(日本電色工業社製グロスメーターVGS−1D)し、[最大光沢値]−[最低光沢値]=[光沢均一性]により算出する。
〔10〕:上記課題は、少なくとも、結着樹脂、結晶性ポリエステル樹脂、離型剤および滑剤を含むトナー原材料を混合する混合工程と、該混合工程で得られたトナー原材料の混合物を混練機で溶融混練する溶融混練工程を備え、前記溶融混練工程で得られた溶融混練物を冷却、粉砕および分級して、無彩色透明トナーとする電子写真用透明トナーの製造方法であって、
前記結晶性ポリエステル樹脂の示差走査熱量分析計(DSC)により測定される融点(mp:DSCファーストランのピークトップ値)が80〜130℃であり、且つ前記溶融混練時におけるトナー原材料の混合物温度を前記結晶性ポリエステル樹脂の融点以下に制御することを特徴とする電子写真用透明トナー製造方法により解決される。
〔11〕:上記〔10〕に記載の電子写真用透明トナーの製造方法において、前記溶融混練工程において、混練部分が開放系であるロール型混練機を用いてトナー原材料の混合物を溶融混練することを特徴とする。
本発明によれば、簡便な製造方法(粉砕法)により、低温定着性、耐ホットオフセット性、高光沢、均一光沢性および耐熱保存性に優れた無彩色の電子写真用透明トナーを提供することができる。とりわけ、トナー原材料に用いる結晶性ポリエステル樹脂が、結晶転移を起こしたり、結着樹脂と相溶することなくトナー粒子中に分散されるため、結晶性ポリエステル樹脂の融点付近の温度において固体状態から急激に溶融粘度が低下し、低温定着性を示すとともに高光沢、均一光沢性が発揮される。また、粉砕法によれば連続式で製造が可能であることから、製造コストの抑制も図れる。
前述のように本発明における電子写真用透明トナーは、少なくとも、結着樹脂、結晶性ポリエステル樹脂、離型剤および滑剤を含むトナー原材料を混合、溶融混練、冷却、粉砕および分級する各工程を経て製造される無彩色の電子写真用透明トナーであって、
前記結晶性ポリエステル樹脂の示差走査熱量分析計(DSC)により測定される融点(mp:DSCファーストランのピークトップ値)が80〜130℃であり、且つ前記溶融混練工程おけるトナー原材料の混合物温度が前記結晶性ポリエステル樹脂の融点以下であることを特徴とするものである。
すなわち、本発明の透明トナーは、着色剤を含有せず、結着樹脂、DSCファーストランのピークトップ値(融点:mp)が80〜130℃の範囲にある結晶性ポリエステル樹脂、離型剤および滑剤を含むトナー原材料を混合し、このトナー原材料混合物を結晶性ポリエステル樹脂の融点以下の温度で溶融混練、冷却したのち粉砕および分級を行う、いわゆる、粉砕法により製造される無彩色の電子写真用透明トナー(粉砕型トナー)である。
溶融混練温度を結晶性ポリエステル樹脂の融点以下とすることにより、トナー原材料に用いる結晶性ポリエステル樹脂が、結晶転移を起こしたり、結着樹脂と相溶することなくトナー粒子中に分散されるため、結晶性ポリエステル樹脂の融点付近の温度において、固体状態から急激に溶融粘度が低下して低温定着性が発現するとともに高光沢性が発揮される。
例えば、混練温度が結晶性ポリエステル樹脂の融点以上である場合には、トナー粒子中の結晶性ポリエステル樹脂が融点付近の温度において、固体状態からの急激な溶融粘度低下を示さなくなり、十分な低温定着性、高光沢、均一光沢が得られ難くなる。
上記のように、本発明の透明トナーにおける結晶性ポリエステル樹脂の融点は80〜130℃の範囲であることを特徴とする。
結晶性ポリエステル樹脂の融点が80℃未満の場合には、低温定着性、高光沢性、均一光沢性は良いが、耐熱保存性を悪化させてしまう。また、130℃を超える場合には、耐熱保存性は良いが、低温定着性、高光沢性、均一光沢性が悪化してしまう。より好ましくは、85〜115℃である。
本発明のトナーは、体積平均粒径(略、平均粒径)が4〜10μmであることが好ましい。平均粒径が4μm未満の場合、定着装置により加熱、加圧されても十分に広がることができないため、光沢が低めで不均一となる。一方、平均粒径が10μmを超える場合、定着に大きなエネルギーが必要となるために低温定着が難しくなり、光沢も低めとなる。より好ましいトナーの平均粒径は4〜8μmである。
また、本発明の透明トナーは、粒径4μm以下の粒子含有量が10〜50個数%であることが好ましい。粒径4μm以下のトナー粒子含有量が10個数%未満である場合、低温定着に有利な微粉トナーが少なくなることにより、低温定着性が悪化する。一方、粒径4μm以下のトナー粒子含有量が50個数%を超える場合、ホットオフセットが発生して光沢が不均一となる。より好ましい粒径4μm以下の粒子含有量は、15〜35個数%である。
また、本発明の透明トナーは、粒径8μm以上の粒子含有量が1.0〜20.0体積%であることが好ましい。粒径8μm以上のトナー粒子含有量が1.0体積%未満である場合、定着装置で加熱、加圧されて十分に広がる大きい粒径のトナーが少なくなることにより、光沢が低めで不均一となる。一方、粒径8μm以上のトナー粒子含有量が20.0体積%を超える場合、定着に大きなエネルギーが必要となるために低温定着が難しくなり、光沢も低めとなる。より好ましい粒径8μm以上の粒子含有量は、2.0〜15.0体積%である。
また、本発明の透明トナーは、トナー中に分散している結晶性ポリエステル樹脂の平均粒径(TEMにより分散粒径を観察して平均粒径を算出)がトナーの体積平均粒径(略、平均粒径)の1/50〜1/10であることが好ましい。結晶性ポリエステル樹脂の平均粒径がトナーの平均粒径の1/50未満である場合、十分な低温定着性、高光沢性、均一光沢性が得られ難くなる。一方、結晶性ポリエステル樹脂の平均粒径がトナーの平均粒径の1/10を超える場合、トナー製造工程の粉砕時に結晶性ポリエステル樹脂界面から粉砕するため、表面に結晶性ポリエステル樹脂が露出して、耐熱保存性を悪化させてしまう。より好ましい結晶性ポリエステル樹脂の平均粒径は、トナーの平均粒径の1/25〜1/15である。
また、本発明の透明トナーは、トナー中の結晶性ポリエステル樹脂含有量が、トナー総量の5.0〜25.0wt%であることが好ましい。結晶性ポリエステル樹脂の含有量が5.0wt%未満である場合、十分な低温定着性、高光沢、均一光沢が得られない。一方、25.0wt%を超える場合、耐熱保存性を悪化させてしまう。より好ましい結晶性ポリエステル樹脂の含有量は、7.0〜15.0wt%である。
また、本発明の透明トナーは、トナー中に分散している離型剤の平均粒径(TEMにより分散粒径を観察して平均粒径を算出)が、トナー体積平均粒径(略、平均粒径)の1/30〜1/10であることが好ましい。離型剤の平均粒径がトナー平均粒径の1/30未満である場合、十分な離型性が得られ難くなる。一方、離型剤の平均粒径がトナー平均粒径の1/10を超える場合、トナー製造工程の粉砕時に離型剤界面から粉砕するため、表面に離型剤が露出して、感光体フィルミングやキャリアスペントを悪化させてしまう。より好ましい離型剤の平均粒径は、トナーの平均粒径の1/20〜1/10である。
ここで、キャリアスペントとは、キャリア粒子にトナー粒子が固着し、キャリアを汚染する現象を指す。
また、本発明の透明トナーは、前記透明トナーの下記条件(1)で測定されるコールドオフセットが発生しなくなる定着ロールの最低下限温度が110〜140℃の範囲であり、下記条件(2)で測定される光沢均一性が12以下であることが好ましい。
条件(1):前記透明トナーを含む二成分現像剤を用いて複写機(imagioNEO450:リコー製)で現像した未定着画像を、同装置の温度可変に改造した定着ロール(プロセススピード:230mm/sec)で定着し、コールドオフセットが発生しなくなる定着ロールの最低下限温度を求める。
条件(2):(1)で作成した画像を60度光沢で10箇所測定(日本電色工業社製グロスメーターVGS−1D)し、[最大光沢値]−[最低光沢値]=[光沢均一性]により算出する。
上記、トナー構成とすれば、より安定した低温定着性が確保され、更に均一な光沢性を保持した画像が形成される。
本発明における電子写真用透明トナーの製造方法は、着色剤を含有せず、少なくとも、結着樹脂、示差走査熱量分析(DSC)により測定される融点(mp:DSCファーストランのピークトップ値)が80〜130℃である結晶性ポリエステル樹脂、離型剤および滑剤を含むトナー原材料を混合する混合工程と、該混合工程で得られたトナー原材料の混合物を混練機で溶融混練(溶融混練時におけるトナー原材料の混合物温度を前記結晶性ポリエステル樹脂の融点以下に制御)する溶融混練工程、前記溶融混練工程で得られた溶融混練物を冷却、粉砕および分級する各工程を備え、無彩色透明トナー(略称:透明トナー)を製造するものである。
なお、透明トナーは無彩色であることからトナー原材料として着色剤は含有しない。
ここで、上記溶融混練工程で用いる混練機、所謂、溶融混練機としては、一般的に使用されているバレル内にスクリューを有する押し出し混練機や、開放式のロール型混練機を用いることができる。特に、混練部分が開放系であるロール型混練機で混練を行うことが好ましい。ロール型混練機は比較的低温で混練することが可能のため、本発明の混練機としては有用である。
本発明では、上記溶融混練時のトナー原材料混合物の温度を、結晶性ポリエステル樹脂の融点[mp:示差走査熱量分析(DSC)により測定される該DSCファーストランのピークトップ値]以下に維持して混練を行うことが重要である。
具体的な混練温度としては、結晶性ポリエステル樹脂のmpよりも20〜40℃程度低い温度(−20〜−40℃程度)が好ましい。これにより、トナー原材料に用いる結晶性ポリエステル樹脂が、結晶転移を起こしたり、結着樹脂と相溶することなく結晶性を保持でき、トナーの定着時において固体状態から急激に溶融粘度が低下し、低温定着性を発現し、且つ高光沢性を示す。すなわち、結着樹脂、融点(mp)が80〜130℃の結晶性ポリエステル樹脂、離型剤および滑剤の選択により、低温定着性、耐ホットオフセット性、高光沢、均一光沢性および耐熱保存性に優れた電子写真用透明トナーが製造される。
本発明のトナー原材料として用いられる結着樹脂は、従来より公知の樹脂が使用される。例えば、スチレン、ポリ−α−スチルスチレン、スチレン−クロロスチレン共重合体、スチレン−プロピレン共重合体、スチレン−ブタジェン共重合体、スチレン−塩化ビニル共重合体、スチレン−酢酸ビニル共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、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−クロルアクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリロニトリル−アクリル酸エステル共重合体等のスチレン系樹脂(スチレンまたはスチレン置換体を含む単重合体または共重合体)、エポキシ樹脂、塩化ビニル樹脂、ロジン変性マレイン酸樹脂、フェノール樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、石油樹脂、ポリウレタン樹脂、ケトン樹脂、エチレン−エチルアクリレート共重合体、キシレン樹脂、ポリビニルブチラート樹脂などが挙げられる。また、これら樹脂の製造方法も特に限定されるものではなく、塊状重合、溶液重合、乳化重合、懸濁重合いずれも使用できる。
本発明においては結着樹脂としてポリエステル樹脂を含有することが好ましく、特にポリエステル樹脂を主成分とすることが好ましい。ポリエステル樹脂は一般的に他の樹脂に比べ、耐熱保存性を維持したまま低温定着が可能であるため本発明には適した結着樹脂である。
本発明で用いられるポリエステル樹脂は、アルコールとカルボン酸との縮重合によって得られる。使用されるアルコールとしては、例えば、エチレングリコール、ジエングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール等のグリコール類、1、4−ビス(ヒドロキシメタ)シクロヘキサン、およびビスフェノールA等のエーテル化ビスフェノール類、その他二価のアルコール単量体、三価以上の多価アルコール単量体を挙げることができる。
また、カルボン酸としては、例えば、マレイン酸、フマール酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、コハク酸、マロン酸等の二価の有機酸単量体、1、2、4−ベンゼントリカルボン酸、1、2、5−ベンゼントリカルボン酸、1、2、4−シクロヘキサントリカルボン酸、1、2、4−ナフタレントリカルボン酸、1、2、5−ヘキサントリカルボン酸、1、3−ジカルボキシル−2−メチレンカルボキシプロパン、1、2、7、8−オクタンテトラカルボン酸等の三価以上の多価カルボン酸単量体を挙げることができる。ここで、ポリエステル樹脂のTgは50〜75℃が好ましく、50〜60℃がより好ましい。
一方、本発明で用いられる結晶性ポリエステル樹脂は、多価アルコール単位およびカルボン酸単位を含む、−OOC−R−COO−(CH−〔但し、式中、Rは炭素数2〜20の直鎖状不飽和脂肪族基を示し、nは2〜20の整数を示す。〕で表される構造を少なくとも樹脂全体における全エステル結合の60モル%含有することが好ましい。
なお、前記式中、Rは、好ましくは、直鎖状不飽和脂肪族二価カルボン酸残基を示し、炭素数2〜20であり、より好ましくは2〜4の直鎖状不飽和脂肪族基である。
nは、好ましくは、2〜6の整数である。前記直鎖状不飽和脂肪族基の具体例としては、マレン酸、フマル酸、1,3−n−プロペンジカルボン酸、1,4−n−ブテンジカルボン酸等の直鎖状不飽和二価カルボン酸由来の直鎖状不飽和脂肪族基を挙げることができる。
前記(CH)nは直鎖状脂肪族二価アルコール残基を示す。この場合における直鎖状脂肪族二価アルコール残基の具体例としては、エチレングリコール、1,3−プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール等の直鎖状脂肪族二価アルコールから誘導されたものを示すことができる。
結晶性ポリエステル樹脂は、カルボン酸単位として直鎖状不飽和脂肪族ジカルボン酸単位を用いることにより、芳香族ジカルボン酸単位を用いた場合に比べて結晶構造を形成し易いという作用効果を示す。
結晶性ポリエステル樹脂は、(1)直鎖状不飽和脂肪族二価カルボン酸またはその反応性誘導体(酸無水物、炭素数1〜4の低級アルキルエステル酸ハライド等)からなる多価カルボン酸単位と、(2)直鎖状脂肪族ジオールからなる多価アルコール単位とを、常法により重縮合反応させることによって製造することができる。この場合、多価カルボン酸単位には、必要に応じ、少量の他の多価カルボン酸単位が含有されていてもよい。
この場合の多価カルボン酸単位には、(1)分岐鎖を有する不飽和脂肪族二価カルボン酸単位、(2)飽和脂肪族二価カルボン酸や、飽和脂肪族三価カルボン酸等の飽和脂肪族多価カルボン酸単位の他、(3)芳香族二価カルボン酸や芳香族三価カルボン酸等の芳香族多価カルボン酸単位等が包含される。これらの多価カルボン酸単位の含有量は、全カルボン酸に対して、通常、30モル%以下、好ましくは10モル%以下であり、得られるポリエステルが結晶性を有する範囲内で適宜添加される。
必要に応じて添加することができる多価カルボン酸単位の具体例としては、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、スベリン酸、セバシン酸、シトラコン酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸等の二価カルボン酸単位;無水トリメット酸、1,2,4−ベンゼントリカルボン酸、1,2,5−ベンゼントリカルボン酸、1,2,4−シクロヘキサントリカルボン酸、1,2,4−ナフタレントリカルボン酸、1,2,5−ヘキサントリカルボン酸、1,3−ジカルボキシル−2−メチレンカルボキシプロパン、1,2,7,8−オクタンテトラカルボン酸等の三価以上の多価カルボン酸単位等を挙げることができる。
前記多価アルコール単位には、必要に応じ、少量の脂肪族系の分岐鎖二価アルコール単位や環状二価アルコール単位の他、三価以上の多価アルコール単位が含まれていてもよい。
その含有量は、全アルコール単位に対して、30モル%以下、好ましくは10モル%以下であり、得られるポリエステルが結晶性を有する範囲内で適宜添加される。
必要に応じて添加される多価アルコール単位を例示すると、1,4−ビス(ヒドロキシメチル)シクロヘキサン単位、ポリエチレングリコール単位、ビスフェノールAエチレンオキサイド付加物単位、ビスフェノールAプロピレンオキサイド付加物単位、グリセリン単位等が挙げられる。
結晶性ポリエステル樹脂において、その分子量分布は、低温定着性の点から、シャープであるのが好ましく、また、その分子量は、比較的低分子量であるのが好ましい。
結晶性ポリエステル樹脂の分子量は、そのo−ジクロルベンゼン可溶分のGPCによる分子量分布において、その重量平均分子量(Mw)が4000〜9000、その数平均分子量(Mn)が1000〜2000およびそのMw/Mn比が2〜5であることが好ましい。
結晶性ポリエステル樹脂についての前記分子量分布は、横軸をlog(M:分子量)とし、縦軸を重量%とする分子量分布図に基づくものである。本発明で用いられる結晶性ポリエステル樹脂の場合、この分子量分布図において、3.5〜4.0(重量%)の範囲に分子量ピークを有することが好ましく、また、そのピークの半値幅が1.5以下であることが好ましい。前述のように、示差走査熱量分析(DSC)により測定される融点(mp:DSCファーストランのピークトップ値)が80〜130℃の範囲であることが好ましい。
本発明に用いられる離型剤としては、天然ワックスとして、動物由来の蜜蝋、鯨蝋、セラック蝋、植物由来のカルナバ蝋、木蝋、米糠蝋(ライスワックス)、キャンデリラワックス、石油由来のパラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、鉱物由来のモンタンワックス、オゾケライトなどがあり、また合成ワックスとしては、フィッシャートロプシュワックス、ポリエチレンワックス、油脂系合成ワック(エステル、ケトン類、アミド)、水素化ワックスなどがあるが、低温領域における染み出し効果を発揮するために、示差走査熱量分析計(以下、DSCと略す)による吸熱ピークが80〜110℃であるものであればよい。特に種類を限定されるものではないが、好ましくは、合成することによって得られる炭化水素系合成ワックス、あるいは、石油系のワックスがよい。炭化水素系合成ワックスは次の2種類に大別される。1種類目はフィッシャー・トロプシュ(Fischer−Tropsch)ワックスと呼ばれているもので、一酸化炭素と水素を反応させることにより、生成することができる。他の一種はポリエチレンワックスと呼ばれているもので 、エチレンの重合やポリエチレンの熱分解により生成することができる。
DSCはJIS−K7122−1987に準じて測定し、吸熱ピークの温度を融点とする。
本発明に用いられるワックスは、好ましくは極性を有するものであればよく、さらに好ましくは酸価が2〜8KOHmg/gのものであればよい。一旦出来上がったワックスを原料として化学的・物理的手段で加工もしくは変性し、極性を持たせることが可能となる。
変性ワックスとしては酸化ワックスと合成樹脂等をブレンドした配合ワックスに大別することができる。酸化ワックスは、原料のワックスを薬品や空気中の酸素で酸化することにより生成される。また、配合ワックスは機械的強度が小さいという欠点を補うため、相溶性の良い合成樹脂(エチレン酢ビ共重合体、ポリエチレン、合成ロジン等)を適当量ブレンドしたものである。
さらに、本発明に用いられる離型剤は、針入度が5mm以下であることが好ましい。
針入度は、JISの規格(K−2235−5.4)に定められた方法により、離型剤の硬さを求める測定法である。測定装置で規定温度下に定められた針に100gの荷重をかけ、5秒間で試料に何mm侵入するかを求め、この10倍の数値で表すことができる。
前述のように本発明の透明トナーは滑剤を含有する。滑剤を含有することで定着部材との離型性を大きくすることができる。使用できる滑剤としては流動パラフィン、マイクロリスタンワックス、天然パラフィン、合成パラフィン、ポリオレフィンワックス、およびこれらの部分酸化物、あるいはフッ化物、塩化物などの脂肪族炭化水素系滑剤、牛脂、魚油などの動物油、やし油、大豆油、菜種油、米ぬかワックス、カルナウバワックスなどの植物油、モンタンワックスなど高級脂肪族アルコール・高級脂肪酸系滑剤、脂肪酸アマイド、脂肪酸ビスアマイド、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸アルミニウム、オレイン酸亜鉛、パルミチン酸亜鉛、パルミチン酸マグネシウム、ミリスチン酸亜鉛、ラウリン酸亜鉛、ベヘニン酸亜鉛などの金属石鹸系滑剤、脂肪酸エステル系滑剤、ポリフッ化ビニリデンなどが使用できるがこれらに限定されるものではない。
滑剤は単独あるいは複数組合せて用いることができるが、トナー内部に含有する場合は樹脂100重量部に対して0.1〜15重量部、好ましくは1〜7重量部の範囲で含有する。トナー内部に滑剤を含有することにより定着時の耐ホットオフセット性能と定着強度を得ることができ、高い擦り試験強度を得ることができる。これにより高速の画像形成装置で用いた場合でも、低温定着性が確保することができる。
本発明の透明トナーには、トナーの摩擦帯電性を制御する目的で、電荷制御剤を配合することができる。この電荷制御剤は、トナーの帯電特性に応じて、正電荷制御用および負電荷制御用がある。しかしながら、本トナーは透明であるため、電荷制御剤は透明、もしくは白色、淡色の電荷制御剤に限られる。例えば、第4級アンモニウム塩、アルキルサリチル酸の金属塩等であるが必須ではない。
電荷制御剤の添加量は、結着樹脂100重量部に対して0.1〜10重量部、好ましくは0.5〜8重量部である。
本発明の透明トナーには、無機微粒子および樹脂微粒子が外添される。無機微粒子としては、例えば、脂肪酸金属塩、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸鉛、酸化亜鉛粉末、酸化アルミ粉末、酸化チタン粉末または微粉末シリカ等を用いることができる。また、樹脂微粒子を用いることもできる。
前述のように、本発明の透明トナーの製造方法は、少なくとも、結着樹脂、結晶性ポリエステル樹脂、離型剤および滑剤を含むトナー原材料を混合、溶融混練、冷却、粉砕および分級する各工程を経て製造されるものであるが、更に詳細には、分級により得た粒子(母体粒子)に添加剤を混合する工程を含む。
ここで、母体粒子は、溶融混練により得られた溶融混練物を冷却後、粗粉砕、微粉砕、分級して得られる。
粗粉砕機としては、ロートプレックス、パルペライザー等が使用できる。また、微粉砕機としては、気流式ジェットミルや機械式粉砕機等を用いることができる。分級機としては、気流式分級機やロータ式分級機等を用いることができる。
本発明中に示した結晶性ポリエステル樹脂の融点(mp)は、示差走査熱量分析計(DSC)により測定されるDSCファーストランのピークトップ値であるが、具体的には、以下のような手順で決定される。
測定装置として島津製作所製TA−60WS、およびDSC−60を用い、次に示す測定条件で測定される。
測定条件
サンプル容器:アルミニウム製サンプルパン(フタあり)
サンプル量:5mg
リファレンス:アルミニウム製サンプルパン(アルミナ10mg)
雰囲気:窒素(流量50ml/min)
温度条件
開始温度:20℃
昇温速度:10℃/min
終了温度:150℃
保持時間:なし
降温温度:10℃/min
終了温度:20℃
保持時間:なし
昇温速度:10℃/min
終了温度:150℃
測定した結果は前記島津製作所製データ解析ソフト(TA−60、バージョン1.52)を用いて解析を行った。解析方法は1度目の昇温のDSC微分曲線であるDrDSC曲線のもっとも低温側に最大ピークを示す点を中心として±5℃の範囲を指定し、解析ソフトのピーク解析機能を用いてピーク温度を求める。次に、DSC曲線で前記ピーク温度+5℃、および5℃の範囲で解析ソフトのピーク解析機能を用いてDSC曲線の最大吸熱温度を求める。ここで示された温度が結晶性ポリエステル樹脂のmpに相当する。
なお、結着樹脂のTgは2度目の昇温のDSC微分曲線からショルダー値で求める。
本発明中に示した、結晶性ポリエステルおよび離型剤の分散粒径は透過型電子顕微鏡(TEM)によるトナー断面の観察により求めることができる。
すなわち、トナー粒子をミクロトームで薄片化し、ルテニウムで処理すると、離型剤はそのままで、結晶性ポリエステルが染色するため、容易に識別できる。このサンプルを倍率10000倍で観察し、2値化などの処理をして平均粒径を算出する。
本発明における透明トナーの粒度分布の測定方法(コールターカウンター法)について以下に説明する。
コールターカウンター法によるトナー粒子の粒度分布の測定装置としては、コールターカウンターTA−IIやコールターマルチサイザーII/III(いずれもコールター社製)が挙げられる。具体的な測定は以下のように実施される。
まず、電解水溶液100〜150ml中に分散剤として界面活性剤(好ましくはアルキルベンゼンスルフォン酸塩)を0.1〜5ml加える。ここで、電解液とは、1級塩化ナトリウムを用いて約1%塩化ナトリウム水溶液を調製したもので、例えば、ISOTON−II(コールター社製)が使用できる。ここで、更に測定試料を2〜20mg加える。
試料を懸濁した電解液は、超音波分散器で約1〜3分間分散処理を行ない、前記測定装置により、アパーチャーとして100μmアパーチャーを用い、トナー粒子またはトナーの体積、個数を測定して、体積分布と個数分布を算出する。得られた分布から、トナーの体積平均粒径を求めることができる。
なお、チャンネルとしては、2.00〜2.52μm未満;2.52〜3.17μm未満;3.17〜4.00μm未満;4.00〜5.04μm未満;5.04〜6.35μm未満;6.35〜8.00μm未満;8.00〜10.08μm未満;10.08〜12.70μm未満;12.70〜16.00μm未満;16.00〜20.20μm未満;20.20〜25.40μm未満;25.40〜32.00μm未満;32.00〜40.30μm未満の13チャンネルを使用し、粒径2.00μm以上乃至40.30μm未満の粒子を対象とする。
上記のチャンネルデータから4μm以下のトナー粒子含有量、8μm以上のトナー粒子含有量を求めることができる。
以下に、実施例および比較例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、本発明は、これらの実施例に何ら限定されるものではない。なお、「部」はすべて重量単位である。また、本発明では実施例の結着樹脂としてポリエステル樹脂を用いているが、他の樹脂でも使用可能である。
[結着樹脂製造例1(ポリエステル系樹脂)]
温度計、攪伴機および窒素挿入管の付いたオートクレーブ反応槽器中に、1,3−プロパンジオール3部、L−乳酸ラクチド450部、D−乳酸ラクチド50部および2−エチルヘキシル酸スズ2部を入れ、常圧で160℃3時間開環重合し、さらに常圧で130℃反応させた。取り出した樹脂を室温まで冷却後、粉砕粒子化しポリヒドロキシカルボン酸骨格を含有するポリエステルジオールを得た(光学純度80モル%)。得られたヒドロキシル価が11.2のポリヒドロキシカルボン酸骨格を含有するポリエステルジオール400部とヒドロキシル価が56のポリエステルジオール[ビスフェノールA・EO2モル付加物とテレフタル酸をモル比l:lで脱水縮合して合成して得た]100部をメチルエチルケトン中に溶解し、続いて伸長剤としてIPDIを20部加えて、50℃で6時間伸長反応を行い、溶媒を留去して[ポリエステル−1]を得た。[ポリエステル−1]のTgは53℃であった。
[結着樹脂製造例2(ポリエステル系樹脂)]
温度計、攪枠機および窒素挿入管の付いたオートクレーブ反応槽中に、1,4−ブタンジオール3部、L−乳酸ラクチド400部、D−乳酸ラクチド100部および2−エチルヘキシル酸スズ2部を入れ、常圧で160℃3時間開環重合し、さらに常圧で130℃反応させた。取り出した樹脂を室温まで冷却後、粉砕粒子化しポリヒドロキシカルボン酸骨格を含有するポリエステルジオールを得た(光学純度60モル%)。得られたヒドロキシル価が11.2のポリヒドロキシカルボン酸骨格を含有するポリエステルジオール200部とヒドロキシル価が56のポリエステルジオール[ビスフェノールA・EO2モル付加物とテレフタル酸をモル比l:1で脱水縮合して合成して得た]300部をメチルエチルケトン中に溶解し、続いて伸長剤としてIPDIを38部加えて、50℃で6時間伸長反応を行い、溶媒を留去して[ポリエステル−2]を得た。[ポリエステル−2]のTgは56℃であった。
[結着樹脂製造例3(ポリエステル系樹脂)]
温度計、攪伴機および窒素挿入管の付いたオートクレーブ反応槽中に、1,3−プロパンジオール3部、L−乳酸ラクチド400部、グリコリド100部および2−エチルヘキシル酸スズ2部を入れ、常圧で160℃3時間開環重合し、さらに常圧で130℃反応させた。取り出した樹脂を室温まで冷却後、粉砕粒子化しポリヒドロキシカルボン酸骨格を含有するポリエステルジオールを得た(光学純度100モル%)。得られたヒドロキシル価が11.2のポリヒドロキシカルボン酸骨格を含有するポリエステルジオール250部とヒドロキシル価が56のポリエステルジオール[ビスフェノールA・EO2モル付加物とテレフタル酸をモル比1:1で脱水縮合して合成して得た]250部を溶融し、続いて伸長剤としてアジピン酸25部を加えて、10〜l5mmHgの減圧で5時間反応を行い、[ポリエステル−3]を得た。[ポリエステル−3]のTgは59℃であった。
[結晶性ポリエステル樹脂1〜5の製造例]
それぞれ下記表1に示した組成の酸成分とアルコール成分からなる組成物4000gとハイドロキノン4gを、温度計、攪拌器、コンデンサーおよび窒素ガス導入管を備えた容量5リットルの4つ口丸底フラスコ内に入れ、このフラスコをマントルヒーターにセットし、窒素ガス導入管より窒素ガスを導入してフラスコ内を不活性雰囲気下に保った状態で昇温し、160℃に保って5時間、続いて200℃で1時間反応させた後、8.3kPaにて1時間反応させ、各結晶性ポリエステル1〜5を得た。
Figure 0005648804
[実施例1]
下記処方のトナー原材料をヘンシェルミキサーにて均一に混合した。混合工程で得られたトナー原材料混合物を2軸エクストルーダー混練機にて90℃で溶融混練した。次いで、溶融混練工程で得られた溶融混練物を冷却した後カウンタージェットミルにて微粉砕した。粉砕工程で得た微粉砕物をロータリー式分級機にて過粉砕トナーを分級除去し、平均8.5μmの粒子(母体粒子)を得た。分級により得た粒子(母体粒子)に、流動化剤として平均粒径18nmの疎水性コロイダルシリカを1.0重量部混合して評価用トナーとした。下記表2に、用いた結着樹脂、結晶性ポリエステル樹脂(mp、含有量)、混連時におけるトナー原材料混合物の温度(略、混連時のトナー温度)、トナーの粒径等をまとめて示す。
〈トナー原材料の処方〉
結着樹脂(ポリエステル−1): 63重量部
結晶性ポリエステル樹脂1: 30重量部
離型剤:カルナウバワックス: 5重量部
〔酸価;2.5mgKOH/g、融点;87.5℃、
粒径;4μm、針入度;5mm〕
滑剤:N,N’−エチレン-ビスステアリン酸アマイド: 2重量部
[実施例2〜16および比較例1〜15]
実施例1において用いた結着樹脂(ポリエステル−1)、結晶性ポリエステル樹脂1とその配合量(30重量部)、溶融混練温度(90℃)、トナーの粒径の少なくともいずれかのファクタを、下記表2に示すように変更した以外は、離型剤としてカルナウバワックス〔酸価;2.5mgKOH/g、融点;87.5℃、粒径;4μm、針入度;5mm〕5重量部、滑剤としてN,N’−エチレン-ビスステアリン酸アマイド2重量部に固定して用い、実施例1と同様にして実施例2〜15および比較例1〜15の評価用トナーを作製した。下記表2に、併せてトナーの粒径等をまとめて示す。
ただし、実施例16のみトナー原材料混合物の溶融混練はオープンロール型混練機を用いて実施した。
Figure 0005648804
上記作製した実施例2〜16および比較例1〜15の評価用トナーを用いて、(1)コールドオフセットが発生しなくなる定着ロールの最低下限温度[定着下限温度]、(2)ホットオフセット温度、(3)光沢、(4)光沢均一性の項目について以下に記載する下記方法で評価を行った。結果を下記表3に示す。
評価項目
(1)定着下限温度
トナー5重量部と重量平均粒径60μmのシリコーンコートキャリア95重量部を均一混合し、評価用の二成分現像剤とした。前記現像剤を用い市販複写機(imagioNEO450:リコー製)で現像した未定着画像を、同じく市販複写機(imagioNEO450:リコー製)の定着ユニットを改造し熱ローラー温度を可変にし定着機でプロセススピード230mm/secで定着した。
定着後の画像を目視で確認し、コールドオフセットが発生しなくなる定着ロール温度をもって最低下限温度とした。
(2)ホットオフセット温度
上記定着下限温度と同様に定着評価し、定着画像へのホットオフセットの有無を目視評価した。ホットオフセットが発生した定着ロール温度をもってホットオフセット温度とした。
(3)光沢(あるいは「光沢性」)
上記(1)で作成した画像の光沢を日本電色工業社製グロスメーターVGS−1Dを用いて60度光沢で測定(10箇所の画像を評価)し、その平均値を光沢(あるいは「光沢性」)とした。
(4)光沢均一性
上記(3)で10箇所の画像を評価したときの最大光沢値と最低光沢値を用いて、次式により算出する。[光沢均一性]=[最大光沢値]−[最低光沢値]
ここで、最低光沢値は小さい方が光沢均一性が優れていることを示す。
Figure 0005648804
表3の結果から、実施例1〜16の本発明の評価用トナーにおける定着下限温度は115〜140℃、ホットオフセット温度は195〜210℃、光沢は50〜70、光沢均一性は2〜12であり、比較例1〜15の評価用トナーにおける定着下限温度(140〜155℃)、ホットオフセット温度(180〜200℃)、光沢(35〜55)、光沢均一性(12〜18)に較べていずれも優れたレベルにあり、本発明の課題(低温定着性、高光沢、均一光沢性、耐ホットオフセット性、および耐熱保存性に優れた電子写真用透明トナー)を達成することができる。
すなわち、本発明の低温定着性、高光沢、均一光沢性、耐ホットオフセット性、および耐熱保存性に優れた電子写真用透明トナーを複写機、レーザープリンターあるいはファクシミリ等の電子写真プロセスに用いることにより、省エネルギー化、画像形成処理速度の高速化、高画質化等の要求に対応することが可能となる。
特開平4−278967号公報 特開平4−362960号公報(特許第3146367号公報) 特開平9−200551号公報 特開平5−158364号公報 特開平8−220821号公報(特許第2750105号公報) 特開2009−109926号公報 特開平4−338984号公報(特許第3030576号公報) 特開昭62−63940号公報 特開2003−167384号公報(特許第3949553号公報)

Claims (11)

  1. 少なくとも、結着樹脂、結晶性ポリエステル樹脂、離型剤および滑剤を含むトナー原材料を混合、溶融混練、冷却、粉砕および分級する各工程を経て製造される無彩色の電子写真用透明トナーであって、
    前記結晶性ポリエステル樹脂の示差走査熱量分析計(DSC)により測定される融点(mp:DSCファーストランのピークトップ値)が80〜130℃であり、且つ前記溶融混練工程におけるトナー原材料の混合物温度が前記結晶性ポリエステル樹脂の融点以下であることを特徴とする電子写真用透明トナー。
  2. 前記トナーの体積平均粒径が4〜10μmであることを特徴とする請求項1に記載の電子写真用透明トナー。
  3. 前記トナーにおける粒径4μm以下の粒子含有量が10〜50個数%であることを特徴とする請求項1または2に記載の電子写真用透明トナー。
  4. 前記トナーにおける粒径8μm以上の粒子含有量が1.0〜20.0体積%であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の電子写真用透明トナー。
  5. 前記トナー中に分散している結晶性ポリエステル樹脂の平均粒径が、トナーの体積平均粒径の1/50〜1/10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電子写真用透明トナー。
  6. 前記トナー中の結晶性ポリエステル樹脂含有量が、トナー総量の5.0〜25.0wt%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電子写真用透明トナー。
  7. 前記トナー中に分散している離型剤の平均粒径が、トナー体積平均粒径の1/30〜1/10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電子写真用透明トナー。
  8. 前記結着樹脂が、ポリエステル樹脂を主成分とすることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の電子写真用透明トナー。
  9. 前記透明トナーの下記条件(1)で測定されるコールドオフセットが発生しなくなる定着ロールの最低下限温度が110〜140℃の範囲であり、下記条件(2)で測定される光沢均一性が12以下であることを特徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載の電子写真用透明トナー。
    条件(1):前記透明トナーを含む二成分現像剤を用いて複写機(imagioNEO450:リコー製)で現像した未定着画像を、同装置の温度可変に改造した定着ロール(プロセススピード:230mm/sec)で定着し、コールドオフセットが発生しなくなる定着ロールの最低下限温度を求める。
    条件(2):(1)で作成した画像を60度光沢で10箇所測定(日本電色工業社製グロスメーターVGS−1D)し、[最大光沢値]−[最低光沢値]=[光沢均一性]により算出する。
  10. 少なくとも、結着樹脂、結晶性ポリエステル樹脂、離型剤および滑剤を含むトナー原材料を混合する混合工程と、該混合工程で得られたトナー原材料の混合物を混練機で溶融混練する溶融混練工程を備え、前記溶融混練工程で得られた溶融混練物を冷却、粉砕および分級して、無彩色透明トナーとする電子写真用透明トナーの製造方法であって、
    前記結晶性ポリエステル樹脂の示差走査熱量分析計(DSC)により測定される融点(mp:DSCファーストランのピークトップ値)が80〜130℃であり、且つ前記溶融混練時におけるトナー原材料の混合物温度を前記結晶性ポリエステル樹脂の融点以下に制御することを特徴とする電子写真用透明トナー製造方法。
  11. 前記溶融混練工程において、混練部分が開放系であるロール型混練機を用いてトナー原材料の混合物を溶融混練することを特徴とする請求項10に記載の電子写真用透明トナーの製造方法。
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