JP5812972B2 - 静電潜像現像用トナー - Google Patents

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Description

本発明は、静電潜像現像用トナーに関する。
電子写真法に用いるトナーに関して、省エネルギー化、装置の小型化等の観点から、定着ローラーを極力加熱することなく良好に定着可能な、低温定着性に優れるトナーが望まれている。しかし、低温定着性に優れるトナーは、融点やガラス転移点の低い結着樹脂や、低融点の離型剤を含む場合が多い。このため、低温定着性に優れるトナーは、一般的に、高温で保存する場合に凝集しやすかったり、加熱された定着ローラーにトナーが融着することに起因する高温オフセットが生じやすかったりする問題がある。
このような課題を解決するために、少なくとも樹脂とワックスを含むトナーであって、樹脂が縮合系樹脂であり、ワックスがトナー粒子に内包され、且つ、粒子の表面近傍に局在化していることを特徴とするトナーが提案されている(特許文献1参照)。
特開2002−006541号公報
しかし、特許文献1に記載のトナーは、保存安定性こそ優れるものの、低温定着性及び耐高温オフセット性がかならずしも良好ではない。このため、低温定着性、耐高温オフセット性、及び保存安定性の何れもが優れるトナーが、未だ望まれている。
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、保存安定性、低温定着性、及び耐高温オフセット性に優れる、静電潜像現像用トナーを提供することを目的とする。
本発明者らは、少なくとも、結着樹脂と、離型剤とを含み、熱機械分析を用いて測定される離型剤の熱膨張率の最大値と、結着樹脂の熱膨張率の最大値とを所定の関係とし、離型剤の熱膨張率が最大となる温度を所定の範囲内とすることで上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。具体的には、本発明は以下のものを提供する。
本発明は、少なくとも、結着樹脂と、離型剤とを含み、
熱機械分析(TMA)を用いて測定される、前記離型剤の熱膨張率の最大値(Swmax)と、前記結着樹脂の熱膨張の最大値(Srmax)との差である最大熱膨張率差(Swmax−Srmax)が、1以上であり、
前記離型剤の熱膨張率が最大となる温度が60℃以上75℃以下である、静電潜像現像用トナーに関する。
本発明によれば、保存安定性、低温定着性、及び耐高温オフセット性に優れる、静電潜像現像用トナーを提供することができる。
実施例1のトナーに含まれる離型剤、及び結着樹脂の熱膨張率曲線を示す図である。 実施例2のトナーに含まれる離型剤、及び結着樹脂の熱膨張率曲線を示す図である。 比較例1のトナーに含まれる離型剤、及び結着樹脂の熱膨張率曲線を示す図である。 比較例2のトナーに含まれる離型剤、及び結着樹脂の熱膨張率曲線を示す図である。 比較例3のトナーに含まれる離型剤、及び結着樹脂の熱膨張率曲線を示す図である。 比較例4のトナーに含まれる離型剤、及び結着樹脂の熱膨張率曲線を示す図である。
以下、本発明の実施形態について詳細に説明するが、本発明は、以下の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の目的の範囲内において、適宜変更を加えて実施することができる。なお、説明が重複する箇所については、適宜説明を省略する場合があるが、発明の要旨を限定するものではない。
本発明の静電潜像現像用トナー(以下、トナーともいう)は、少なくとも、結着樹脂と、離型剤とを含む。また、熱機械分析を用いて測定される離型剤の熱膨張率の最大値と、結着樹脂の熱膨張率の最大値とが所定の関係である。そして、離型剤の熱膨張率が最大となる温度が所定の範囲内である。
本発明のトナーは、結着樹脂、及び離型剤のほかに、着色剤、電荷制御剤、及び磁性粉のような任意の成分を含んでいてもよい。また、本発明のトナーは、必要に応じ、トナー母粒子の表面に外添剤が付着されたものであってもよい。また、本発明のトナーは、所望のキャリアと混合して2成分現像剤として使用することもできる。以下、本発明のトナーについて、必須、又は任意の成分である、結着樹脂、離型剤、着色剤、電荷制御剤、磁性粉、及び外添剤と、本発明のトナーの製造方法と、本発明のトナーを2成分現像剤として使用する場合に用いるキャリアと、熱機械分析と、について順に説明する。
〔結着樹脂〕
トナーに含まれる結着樹脂は、後述する熱機械分析(TMA)を用いて測定される、離型剤の熱膨張率の最大値と、結着樹脂の熱膨張率の最大値とが所定の関係である限り特に限定されない。結着樹脂の具体例としては、スチレン系樹脂、アクリル系樹脂、スチレンアクリル系樹脂、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、塩化ビニル系樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、ビニルエーテル系樹脂、N−ビニル系樹脂、スチレン−ブタジエン樹脂のような熱可塑性樹脂が挙げられる。これらの樹脂の中でも、トナー中の着色剤の分散性、トナーの帯電性、用紙に対するトナーの定着性の面から、スチレンアクリル系樹脂、及びポリエステル樹脂が好ましい。以下、スチレンアクリル系樹脂、及びポリエステル樹脂について説明する。
スチレンアクリル系樹脂は、スチレン系単量体とアクリル系単量体との共重合体である。スチレン系単量体の具体例としては、スチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエン、α−クロロスチレン、o−クロロスチレン、m−クロロスチレン、p−クロロスチレン、p−エチルスチレンのような単量体が挙げられる。アクリル系単量体の具体例としては、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸n−プロピル、アクリル酸iso−プロピル、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸iso−ブチル、アクリル酸2−エチルヘキシル、メタアクリル酸メチル、メタアクリル酸エチル、メタアクリル酸n−ブチル、メタアクリル酸iso−ブチルのような(メタ)アクリル酸アルキルエステルが挙げられる。
ポリエステル樹脂としては、2価又は3価以上のアルコール成分と2価又は3価以上のカルボン酸成分との縮重合又は共縮重合で得られるものを使用することができる。ポリエステル樹脂を合成する際に用いられる成分としては、以下の2価又は3価以上のアルコール成分や2価又は3価以上のカルボン酸成分が挙げられる。
2価又は3価以上のアルコール成分の具体例としては、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、1,2−プロピレングリコール、1,3−プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、1,4−ブテンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、ジプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコールのようなジオール類;ビスフェノールA、水素添加ビスフェノールA、ポリオキシエチレン化ビスフェノールA、ポリオキシプロピレン化ビスフェノールAのようなビスフェノール類;ソルビトール、1,2,3,6−ヘキサンテトロール、1,4−ソルビタン、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、トリペンタエリスリトール、1,2,4−ブタントリオール、1,2,5−ペンタントリオール、グリセロール、ジグリセロール、2−メチルプロパントリオール、2−メチル−1,2,4−ブタントリオール、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、1,3,5−トリヒドロキシメチルベンゼンのような3価以上のアルコールが挙げられる。
2価又は3価以上のカルボン酸成分の具体例としては、マレイン酸、フマール酸、シトラコン酸、イタコン酸、グルタコン酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、シクロヘキサンジカルボン酸、コハク酸、アジピン酸、セバチン酸、アゼライン酸、マロン酸、又はn−ブチルコハク酸、n−ブテニルコハク酸、イソブチルコハク酸、イソブテニルコハク酸、n−オクチルコハク酸、n−オクテニルコハク酸、n−ドデシルコハク酸、n−ドデセニルコハク酸、イソドデシルコハク酸、イソドデセニルコハク酸のようなアルキル又はアルケニルコハク酸のような2価カルボン酸;1,2,4−ベンゼントリカルボン酸(トリメリット酸)、1,2,5−ベンゼントリカルボン酸、2,5,7−ナフタレントリカルボン酸、1,2,4−ナフタレントリカルボン酸、1,2,4−ブタントリカルボン酸、1,2,5−ヘキサントリカルボン酸、1,3−ジカルボキシル−2−メチル−2−メチレンカルボキシプロパン、1,2,4−シクロヘキサントリカルボン酸、テトラ(メチレンカルボキシル)メタン、1,2,7,8−オクタンテトラカルボン酸、ピロメリット酸、エンポール三量体酸のような3価以上のカルボン酸が挙げられる。これらの2価又は3価以上のカルボン酸成分は、酸ハライド、酸無水物、及び低級アルキルエステルのようなエステル形成性の誘導体としたものを用いてもよい。ここで、「低級アルキル」とは、炭素原子数1以上6以下のアルキル基を意味する。
結着樹脂がポリエステル樹脂である場合の、ポリエステル樹脂の軟化点は、80℃以上150℃以下であることが好ましく、90℃以上140℃以下であることがより好ましい。
結着樹脂としては、定着性が良好であることから熱可塑性樹脂を用いることが好ましいが、熱可塑性樹脂単独で使用するだけでなく、熱可塑性樹脂に架橋剤や熱硬化性樹脂を添加することも可能である。結着樹脂内に一部架橋構造を導入することで、トナーの定着性を低下させることなく、トナーの保存安定性、形態保持性、耐久性を向上させることができる。
熱可塑性樹脂と共に使用できる熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂やシアネート系樹脂が好ましい。好適な熱硬化性樹脂の具体例としては、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、水素化ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、ポリアルキレンエーテル型エポキシ樹脂、環状脂肪族型エポキシ樹脂、シアネート樹脂のような熱硬化性樹脂が挙げられる。これらの熱硬化性樹脂は、2種以上を組み合わせて使用できる。
結着樹脂のガラス転移点(Tg)は、50℃以上65℃以下が好ましく、50℃以上60℃以下がより好ましい。結着樹脂のガラス転移点が低すぎる場合、画像形成装置の現像部の内部でトナー同士が融着したり、トナーの保存安定性の低下に起因して、トナー容器の輸送時や倉庫での保管時にトナー同士が一部融着したりする場合がある。また、結着樹脂のガラス転移点が高すぎる場合、結着樹脂の強度が低下し、潜像担持部にトナーが付着しやすい。また、結着樹脂のガラス転移点が高すぎる場合、トナーが低温で良好に定着されにくい傾向がある。
なお、結着樹脂のガラス転移点は、示差走査熱量計(DSC)を用いて、結着樹脂の比熱の変化点から求めることができる。より具体的には、測定装置としてセイコーインスツルメンツ株式会社製示差走査熱量計DSC−6200を用い、結着樹脂の吸熱曲線を測定することで結着樹脂のガラス転移点を求めることができる。測定試料として結着樹脂10mgをアルミパン中に入れ、リファレンスとして空のアルミパンを使用し、測定温度範囲25℃以上200℃以下、昇温速度10℃/min、常温常湿下という条件で測定して得られた結着樹脂の吸熱曲線を用いて結着樹脂のガラス転移点を求めることができる。
結着樹脂の数平均分子量(Mn)は、3,000以上6,000以下がより好ましい。また、結着樹脂の質量分子量(Mw)は、200,000以上500,000以下がより好ましい。結着樹脂の数平均分子量(Mn)、及び質量平均分子量(Mw)をこのような範囲にすることで、幅広い温度範囲で良好な定着性を実現できるトナーを得ることができる。また、数平均分子量(Mn)と質量平均分子量(Mw)との比で表される分子量分布(Mw/Mn)は、67以上83以下が好ましい。結着樹脂の分子量分布をこのような範囲とすることで、幅広い温度範囲で良好な定着性を実現できるトナーを得ることができる。結着樹脂の数平均分子量(Mn)と質量平均分子量(Mw)とは、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーを用いて測定することができる。
〔離型剤〕
本発明の静電潜像現像用トナーは、定着性や耐オフセット性を向上させる目的で、離型剤を含む。離型剤の種類は、後述する熱機械分析(TMA)を用いて測定される、離型剤の熱膨張率の最大値と、結着樹脂の熱膨張率の最大値とが所定の関係であり、離型剤の熱膨張率が最大となる温度が所定の範囲内である限り特に限定されない。
離型剤としてはワックスが好ましく、ワックスの例としては、エステルワックス、ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックス、フッ素樹脂系ワックス、フィッシャートロプシュワックス、パラフィンワックス、及びモンタンワックスが挙げられる。エステルワックスとしては、合成エステルワックスや、カルナウバワックス及びライスワックスのような天然エステルワックスが挙げられる。これらの離形剤は2種以上を組み合わせて使用できる。これらの離型剤の中では、エステルワックスがより好ましい。
エステルワックスの中では、合成原料を適宜選択することにで、後述する熱機械分析(TMA)装置を用いて測定される、離型剤の熱膨張率の最大値、及び離型剤の熱膨張率が最大となる温度を調整しやすいことや、不純物に起因する影響を受けにくいことから、合成エステルワックスが好ましい。
合成エステルワックスを製造する方法は、化学合成法であれば特に限定されない。例えば、合成エステルワックスは、酸触媒の存在下でのアルコールとカルボン酸との反応や、カルボン酸ハライドとアルコールとの反応のような周知の方法を用いて合成することができる。なお、合成エステルワックスの原料は、例えば、天然油脂から製造される長鎖脂肪酸のように天然物に由来するものでもよい。また、合成エステルワックスとしては、合成品として市販されているものを用いてもよい。
本発明のトナーに用いられる離型剤は、熱機械分析(TMA)装置を用いて測定される、離型剤の熱膨張率が最大となる温度が60℃以上75℃以下である。離型剤の熱膨張率が最大となる温度をこのような範囲とすることで、耐高温オフセット性、及び耐熱保存性に優れるトナーを得やすい。
離型剤の熱膨張率が最大となる温度が低すぎる場合、離型剤の膨張が低温域で生じる。従って、熱膨張率が最大となる温度が60℃未満である離型剤を含むトナーは、低温域で良好な離型性を示すものの、高温域での離型性に劣る。このため、熱膨張率が最大となる温度が60℃未満である離型剤を含むトナーを用いて画像を形成する場合、高温でのオフセットが生じやすい。また、熱膨張率が最大となる温度が60℃未満である離型剤を含むトナーは、高温で保存する場合に、トナーから離型剤が染み出しやすいため、保存安定性に劣る。
一方、離型剤の熱膨張が最大となる温度が高すぎる場合、離型剤の膨張が高温域で生じる。従って、熱膨張率が最大となる温度が75℃超である離型剤を含むトナーは、高温域で良好な離型性を示すものの、低温域の温度範囲で良好な離型作用を得にくいため、低温定着性に劣る。
離型剤の平均炭素数は、38以上42以下が好ましく、39以上41以下がより好ましい。離型剤の平均炭素数をこのような範囲とすることで、耐高温オフセット性、及び耐熱保存性に優れるトナーを得やすい。また、離型剤の平均炭素数をこのような範囲とすることで、熱機械分析(TMA)装置を用いて測定される、離型剤の熱膨張率が最大となる温度を60℃以上75℃以下に調整しやすい。例えば、離型剤の熱膨張率が最大となる温度は、離型剤の平均炭素数を小さくすることで低くすることができ、離型剤の平均炭素数を大きくすることで高くすることができる。
離型剤の使用量は、結着樹脂100質量部に対して、1質量部以上5質量部以下が好ましい。離型剤の使用量が過少である場合、オフセットや像スミアリングの発生の抑制について所望の効果が得られない場合があり、離型剤の使用量が過多である場合、トナー同士の融着に起因して保存安定性が低下する場合がある。
〔着色剤〕
本発明の静電潜像現像用トナーは結着樹脂中に着色剤を含んでいてもよい。トナーに含まれる着色剤は、トナー粒子の色に合わせて、公知の顔料や染料から適宜選択される。トナーに添加する好適な着色剤の具体例としては、カーボンブラック、アセチレンブラック、ランプブラック、アニリンブラックのような黒色顔料;黄鉛、亜鉛黄、カドミウムイエロー、黄色酸化鉄、ミネラルファストイエロー、ニッケルチタンイエロー、ネープルスイエロー、ナフトールイエローS、ハンザイエローG、ハンザイエロー10G、ベンジジンイエローG、ベンジジンイエローGR、キノリンイエローレーキ、パーマネントイエローNCG、タートラジンレーキのような黄色顔料;赤口黄鉛、モリブデンオレンジ、パーマネントオレンジGTR、ピラゾロンオレンジ、バルカンオレンジ、インダスレンブリリアントオレンジGKのような橙色顔料;ベンガラ、カドミウムレッド、鉛丹、硫化水銀カドミウム、パーマネントレッド4R、リソールレッド、ピラゾロンレッド、ウオッチングレッドカルシウム塩、レーキレッドD、ブリリアントカーミン6B、エオシンレーキ、ローダミンレーキB、アリザリンレーキ、ブリリアントカーミン3Bのような赤色顔料;マンガン紫、ファストバイオレットB、メチルバイオレットレーキのような紫色顔料;紺青、コバルトブルー、アルカリブルーレーキ、ビクトリアブルー部分塩素化物、ファーストスカイブルー、インダスレンブルーBCのような青色顔料;クロムグリーン、酸化クロム、ピグメントグリーンB、マラカイトグリーンレーキ、ファイナルイエローグリーンGのような緑色顔料;亜鉛華、酸化チタン、アンチモン白、硫化亜鉛のような白色顔料;バライト粉、炭酸バリウム、クレー、シリカ、ホワイトカーボン、タルク、アルミナホワイトのような体質顔料が挙げられる。これらの着色剤は、トナーの色相を所望の色相に調整するような目的で2種以上を組み合わせて用いることもできる。
着色剤の使用量は、結着樹脂100質量部に対して、1質量部以上10質量部以下が好ましく、3質量部以上8質量部以下がより好ましい。
〔電荷制御剤〕
本発明の静電潜像現像用トナーは、必要に応じ、電荷制御剤を含んでいてもよい。電荷制御剤は、トナーの帯電レベルの安定性や、所定の帯電レベルに短時間でトナーを帯電可能か否かの指標となる帯電立ち上がり特性を向上させ、耐久性や安定性に優れるトナーを得る目的で使用される。トナーを正帯電させて現像を行う場合、正帯電性の電荷制御剤が使用され、トナーを負帯電させて現像を行う場合、負帯電性の電荷制御剤が使用される。
電荷制御剤の種類は、従来よりトナーに使用されている電荷制御剤から適宜選択できる。正帯電性の電荷制御剤の具体例としては、ピリダジン、ピリミジン、ピラジン、オルトオキサジン、メタオキサジン、パラオキサジン、オルトチアジン、メタチアジン、パラチアジン、1,2,3−トリアジン、1,2,4−トリアジン、1,3,5−トリアジン、1,2,4−オキサジアジン、1,3,4−オキサジアジン、1,2,6−オキサジアジン、1,3,4−チアジアジン、1,3,5−チアジアジン、1,2,3,4−テトラジン、1,2,4,5−テトラジン、1,2,3,5−テトラジン、1,2,4,6−オキサトリアジン、1,3,4,5−オキサトリアジン、フタラジン、キナゾリン、キノキサリンのようなアジン化合物;アジンファストレッドFC、アジンファストレッド12BK、アジンバイオレットBO、アジンブラウン3G、アジンライトブラウンGR、アジンダークグリ−ンBH/C、アジンディ−プブラックEW、及びアジンディープブラック3RLのようなアジン化合物からなる直接染料;ニグロシン、ニグロシン塩、ニグロシン誘導体のようなニグロシン化合物;ニグロシンBK、ニグロシンNB、ニグロシンZのようなニグロシン化合物からなる酸性染料;ナフテン酸又は高級脂肪酸の金属塩類;アルコキシル化アミン;アルキルアミド;ベンジルメチルヘキシルデシルアンモニウム、デシルトリメチルアンモニウムクロライドのような4級アンモニウム塩が挙げられる。これらの正帯電性の電荷制御剤の中では、より迅速な立ち上がり性が得られる点で、ニグロシン化合物が特に好ましい。これらの正帯電性の電荷制御剤は、2種以上を組み合わせて使用できる。
官能基として4級アンモニウム塩、カルボン酸塩、又はカルボキシル基を有する樹脂も正帯電性の電荷制御剤として使用できる。より具体的には、4級アンモニウム塩を有するスチレン系樹脂、4級アンモニウム塩を有するアクリル系樹脂、4級アンモニウム塩を有するスチレンアクリル系樹脂、4級アンモニウム塩を有するポリエステル樹脂、カルボン酸塩を有するスチレン系樹脂、カルボン酸塩を有するアクリル系樹脂、カルボン酸塩を有するスチレンアクリル系樹脂、カルボン酸塩を有するポリエステル樹脂、カルボキシル基を有するスチレン系樹脂、カルボキシル基を有するアクリル系樹脂、カルボキシル基を有するスチレンアクリル系樹脂、カルボキシル基を有するポリエステル樹脂が挙げられる。これらの樹脂の分子量は、特に限定されないが、オリゴマーであってもポリマーであってもよい。
負帯電性の電荷制御剤の具体例としては、有機金属錯体、キレート化合物が挙げられる。有機金属錯体、及びキレート化合物としては、アルミニウムアセチルアセトナートや鉄(II)アセチルアセトナートのようなアセチルアセトン金属錯体、及び、3,5−ジ−tert−ブチルサリチル酸クロムのようなサリチル酸系金属錯体又はサリチル酸系金属塩が好ましく、サリチル酸系金属錯体又はサリチル酸系金属塩がより好ましい。これらの負帯電性の電荷制御剤は、2種以上を組み合わせて使用できる。
正帯電性又は負帯電性の電荷制御剤の使用量は、トナー全量を100質量部とする場合に、1.5質量部以上15質量部以下が好ましく、2.0質量部以上8.0質量部以下がより好ましい。電荷制御剤の使用量が過少である場合、所定の極性にトナーを安定して帯電させ難いため、形成画像の画像濃度が所望する値を下回ったり、画像濃度の長期にわたる維持が困難になったりすることがある。また、このような場合、電荷制御剤が均一にトナー中に分散し難く、形成画像にかぶりが生じやすくなったり、潜像担持部のトナーによる汚染が起こりやすくなったりする。電荷制御剤の使用量が過多である場合、耐環境性の悪化に起因する、高温高湿下での帯電不良に起因する形成画像における画像不良や、潜像担持部のトナーによる汚染のような問題が起こりやすくなる。
〔磁性粉〕
本発明の静電潜像現像用トナーには、所望により、磁性粉を含んでいてもよい。好適な磁性粉の例としては、フェライト、マグネタイトのような鉄;コバルト、ニッケルのような強磁性金属;鉄、及び/又は強磁性金属を含む合金;鉄、及び/又は強磁性金属を含む化合物;熱処理のような強磁性化処理を施された強磁性合金;二酸化クロムが挙げられる。
磁性粉の粒子径は、0.1μm以上1.0μm以下が好ましく、0.1μm以上0.5μm以下がより好ましい。このような範囲の粒子径の磁性粉を用いる場合、結着樹脂中に磁性粉を均一に分散させやすい。
磁性粉として、結着樹脂中での磁性粉の分散性の改良のような目的で、チタン系カップリング剤やシラン系カップリング剤のような表面処理剤を用いて表面処理されたものを使用できる。
磁性粉の使用量は、トナーを1成分現像剤として使用する場合、トナー全量を100質量部とする場合に、35質量部以上60質量部以下が好ましく、40質量部以上60質量部以下がより好ましい。磁性粉の使用量が過多である場合、長期間にわたって画像濃度を所望する値に維持することが困難になったり、トナーの用紙に対する定着性が極度に低下したりする場合がある。磁性粉の使用量が過少である場合、形成画像にかぶりが発生しやすくなったり、長期間にわたって画像濃度を所望する値に維持することが困難になったりする場合がある。また、トナーを2成分現像剤として使用する場合、磁性粉の使用量は、トナー全量を100質量部とする場合に、20質量%以下が好ましく、15質量%以下がより好ましい。
〔外添剤〕
本発明の静電潜像現像用トナーは、所望によりその表面を、外添剤を用いて処理されていてもよい。なお、本出願の明細書では、外添剤により処理される粒子を「トナー母粒子」と記載する。外添剤の種類は、従来からトナー用に使用されている外添剤から適宜選択できる。好適な外添剤の具体例としては、シリカや、アルミナ、酸化チタン、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウムのような金属酸化物が挙げられる。これらの外添剤は、2種以上を組み合わせて使用できる。また、これらの外添剤は、アミノシランカップリング剤やシリコーンオイルのような疎水化剤を用いて疎水化して使用することもできる。疎水化された外添剤を用いる場合、高温高湿下でのトナーの帯電量の低下を抑制しやすく、また、流動性に優れるトナーを得やすい。
外添剤の粒子径は、0.01μm以上1.0μm以下が好ましい。
外添剤の使用量は、外添処理前のトナー粒子(トナー母粒子)100質量部に対して0.1質量部以上10質量部以下が好ましく、0.2質量部以上5質量部以下がより好ましい。
[静電潜像現像用トナーの製造方法]
本発明の静電潜像現像用トナーは、結着樹脂に対して、離型剤を配合し、必要に応じて、以上説明した成分を含むトナーを製造できれば特に限定されない。好適な方法としては、粉砕法と、凝集法とが挙げられる。粉砕法では、結着樹脂、及び離型剤と、着色剤、電荷制御剤、磁性粉のような任意成分とを混合し、得られる混合物を1軸又は2軸の押出機のような溶融混練装置で溶融混練し、得られる溶融混練物を粉砕・分級してトナー粒子(トナー母粒子)を得る。凝集法では、結着樹脂、離型剤、及び着色剤のようなトナーに含まれる成分の微粒子を水性媒体中で凝集させて凝集粒子を得た後、凝集粒子を加熱して、凝集粒子に含まれる成分を合一化させてトナー粒子(トナー母粒子)を得る。これらの製造方法の中でも粉砕法がより好ましい。トナー粒子(トナー母粒子)の平均粒子径は、一般的には5μm以上10μm以下が好ましい。
このようにして得られるトナー母粒子の表面を、必要に応じて、外添剤を用いて処理してもよい。外添剤を用いるトナー母粒子の処理方法は特に限定されず、従来知られる外添剤を用いる処理方法から適宜選択できる。具体的には、外添剤の粒子がトナー母粒子に埋め込まれないように処理条件を調整し、ヘンシェルミキサーやナウターミキサーのような混合機を用いて、外添剤を用いる処理が行われる。
[キャリア]
本発明の静電潜像現像用トナーは、所望のキャリアと混合して2成分現像剤として使用することもできる。2成分現像剤を調製する場合、磁性キャリアを用いるのが好ましい。
また、好適なキャリアとしては、キャリア芯材が樹脂を用いて被覆されたものが挙げられる。キャリア芯材の具体例としては、鉄、酸化処理鉄、還元鉄、マグネタイト、銅、ケイ素鋼、フェライト、ニッケル、及びコバルトのような金属の粒子や、これらの材料と、マンガン、亜鉛、及びアルミニウムのような金属との合金の粒子、鉄−ニッケル合金、鉄−コバルト合金のような鉄合金の粒子、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化銅、酸化マグネシウム、酸化鉛、酸化ジルコニウム、炭化ケイ素、チタン酸マグネシウム、チタン酸バリウム、チタン酸リチウム、チタン酸鉛、ジルコン酸鉛、及びニオブ酸リチウムのようなセラミックスの粒子、リン酸二水素アンモニウム、リン酸二水素カリウム、及びロッシェル塩のような高誘電率物質の粒子、並びに樹脂中に上記磁性粒子を分散させた樹脂キャリアが挙げられる。
キャリア芯材を被覆する樹脂の具体例としては、(メタ)アクリル系重合体、スチレン系重合体、スチレン−(メタ)アクリル系共重合体、オレフィン系重合体(ポリエチレン、塩素化ポリエチレン、ポリプロピレン)、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリカーボネート、セルロース樹脂、ポリエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂(ポリテトラフルオロエチレン、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン)、フェノール樹脂、キシレン樹脂、ジアリルフタレート樹脂、ポリアセタール樹脂、アミノ樹脂が挙げられる。これらの樹脂は2種以上を組み合わせて使用できる。
キャリアの粒子径は、電子顕微鏡を用いて測定される粒子径で、20μm以上120μm以下が好ましく、25μm以上80μm以下がより好ましい。
本発明のトナーを2成分現像剤として用いる場合、2成分現像剤中のトナーの含有量は、2成分現像剤の質量に対して、3質量%以上20質量%以下が好ましく、5質量%以上15質量%以下が好ましい。2成分現像剤におけるトナーの含有量をこのような範囲とすることにで、形成画像の画像濃度を適度な水準に維持しやすく、現像装置からのトナー飛散の抑制に起因して、画像形成装置内部のトナーによる汚染や転写紙へのトナーの付着を抑制できる。
[熱機械分析(TMA)]
本発明のトナーは、熱機械分析(TMA)装置を用いて測定される、離型剤の熱膨張率の最大値(Swmax)と、結着樹脂の熱膨張率の最大値(Srmax)との差である最大熱膨張率差(Swmax−Srmax)が、1以上である。なお、最大熱膨張率差は、Swmaxの数値とSrmaxの数値との差であって、無次元の値である。また、離型剤の熱膨張率が最大となる温度が60℃以上75℃以下である。本発明のトナーは、このような熱的特性を有する離型剤と結着樹脂とを組み合わせて含むため、保存安定性、低温定着性、及び耐高温オフセット性に優れる。
最大熱膨張率差(Swmax−Srmax)が過小である場合、定着時に、加熱されることで溶融したトナーから離型剤が溶出しにくい。従って、最大熱膨張率差(Swmax−Srmax)が過小であるトナーは、定着ローラーとトナー画像との間で、良好な離型作用を得にくいため、低温定着性、及び耐高温オフセット性に劣る。
最大熱膨張率差(Swmax−Srmax)は、離型剤の熱膨張率の最大値(Swmax)と、結着樹脂の熱膨張率の最大値(Srmax)とを調整することで調整できる。そして、離型剤の熱膨張率の最大値(Swmax)は、離型剤の炭素数分布を調整することで調整できる。例えば、離型剤の熱膨張率の最大値(Swmax)は、離型剤の炭素数分布をシャープにすることで低くなりやすく、離型剤の炭素数分布をブロードにすることで高くなりやすい。離型剤の熱膨張率の最大値(Swmax)は、最大熱膨張率差(Swmax−Srmax)が1以上となる限り特に限定されないが、3.0%以上が好ましく、3.0%以上4.5%以下がより好ましい。
また、結着樹脂の熱膨張率の最大値(Srmax)は、例えば、結着樹脂の分子量を調整することで調整できる。結着樹脂の熱膨張率の最大値(Srmax)は、結着樹脂の分子量を大きくすることで低くなりやすく、結着樹脂の分子量を小さくすることで高くなりやすい。
離型剤の熱膨張率が最大となる温度は、離型剤の平均炭素数を調整することで調整できる。例えば、離型剤の熱膨張率が最大となる温度は、離型剤の平均炭素数を小さくすることで低くすることができ、離型剤の平均炭素数を大きくすることで高くすることができる。
熱機械分析(TMA)装置を用いた測定では、例えば、TMA/SS6100(エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社製)のような測定装置を用いることができる。
離型剤と、結着樹脂との熱機械分析の測定は、トナーの調製に使用される材料である、離型剤と、結着樹脂とに対して行ってもよく、トナーから分離された離型剤と、結着樹脂とに対して行ってもよい。トナーから、離型剤と、結着樹脂とを分離する方法は特に限定されないが、例えば、以下の方法が挙げられる。
<離型剤及び結着樹脂の分離方法>
トナーを、メチルエチルケトン(MEK)に浸漬させ、25℃で、24時間静置して得られる試料をガラスフィルター(目開き規格11G−3)でろ過する。ろ液を12時間静置し、上澄み液を採取する。上澄み液を60℃で真空乾燥して、乾燥後の残渣として結着樹脂が得られる。次いで、ガラスフィルター上の残渣を、50℃のトルエンに浸漬させ、25℃で、24時間静置して得られる試料を、ガラスフィルター(目開き規格11G−3)でろ過する。ろ液を12時間静置した後、上澄み液を採取する。上澄み液を60℃で真空乾燥して、乾燥後の残渣として離型剤が得られる。
以上説明した、本発明の静電潜像現像用トナーは、保存安定性、低温定着性、及び耐高温オフセット性に優れる。このため、本発明の静電潜像現像用トナーは、種々の画像形成装置において好適に使用される。
以下、実施例を用いて本発明をさらに具体的に説明する。なお、本発明は実施例に従って何ら限定されるものではない。
実施例及び比較例では、離型剤A〜Fを用いた。離型剤A〜Eの製造方法を、調製例1に記す。離型剤Fとしては、市販のカルナバワックス(カルナバワックス1号(東亜化成株式会社製)、天然エステルワックス)を用いた。カルナバワックスに含まれるエステルの、アシル基の炭素数分布と、アルコール由来のアルキル基の炭素数分布とを表1に示す。
[調製例1]
〔離型剤A〜Eの調製〕
表1に記載の炭素数分布であるカルボン酸成分、及びアルコール成分を用いて、下記手順に従い、エステルワックスである離型剤A〜Eを調製した。
温度計、窒素導入管、撹拌機(ホモジナイザー(ウルトラタックスT50(IKA社製)))、及び冷却管を備えた容量1リットルの4つ口フラスコを反応容器として用いた。反応容器に、それぞれ、表2に記載の種類のカルボン酸成分50質量部と、アルコール成分50質量部とを加えた。次いで、窒素気流下、220℃で副生水を留去しつつ、撹拌速度3,000rpm、15時間常圧で反応させてエステル化粗生成物を得た。得られたエステル化粗生成物100質量部に対して、20質量部のイオン交換水を入れて、撹拌速度3,500rpm、70℃で30分間撹拌した後、30分間静置して水層を分離・除去した。分離された水層のpHが中性になるまで水洗を繰り返した。残ったエステル層を、1kPaの減圧条件下で180℃に加熱して、揮発物を留去し、エステルワックスを得た。
Figure 0005812972
Figure 0005812972
[実施例1、2、及び比較例1〜4]
結着樹脂として、下記のポリエステル樹脂A48質量部、及び下記のポリエステル樹脂B39質量部と、着色剤(カーボンブラック、MA−100(三菱化学株式会社製))8質量%と、電荷制御剤(N−01(オリヱント化学工業株式会社製))2質量%と、表4に記載の種類の離型剤3質量%とを、ヘンシェルミキサー(FM−10型(三井鉱山株式会社製))を用いて混合した。得られた混合物を、二軸押出機(TEM−26SS(東芝機械株式会社製))を用いて溶融混練して溶融混練物を得た。冷却された溶融混練物を、ロートプレックス粉砕機(株式会社東亜機械製作所製)を用いて、平均径2mm程度まで粗粉砕した。次いでターボミル(RSタイプ(ターボ工業株式会社製))を用いて粗粉砕品を微粉砕した。微粉砕品を、風力分級機(EJ−L−3(LABO)型(日鉄鉱業株式会社製))を用いて分級して、体積平均粒子径7.0μmのトナー母粒子を得た。トナー母粒子の体積平均粒子径の測定は、マルチサイザー3(ベックマンコールター社製)を用いて行った。
・ポリエステル樹脂A:質量平均分子量(Mw)320,000、Tg66℃
・ポリエステル樹脂B:質量平均分子量(Mw)80,000、Tg62℃
得られたトナー母粒子100質量部に対して、正帯電性シリカ微粒子(RA200(日本アエロジル株式会社製))1.5質量部と、酸化チタン(MT−500B(テイカ株式会社製))1.0質量部とを加え、ヘンシェルミキサー(FM−10型(三井鉱山株式会社製))を用いて、回転数3500mmで5分間混合して外添処理を行い、実施例1、2、及び比較例1〜4のトナーを得た。
≪熱機械分析(TMA)≫
実施例1、2、及び比較例1〜4のトナーから、以下の方法に従って、結着樹脂と、離型剤とを分離した。次いで、得られた結着樹脂と、離型剤とについて、以下のTMA測定方法に従って、結着樹脂の熱膨張率曲線と、離型剤の熱膨張率曲線とを測定した。次いで、得られた結着樹脂の熱膨張率曲線と、離型剤の熱膨張率曲線とから、結着樹脂の最大熱膨張率(Srmax)と、離型剤の最大熱膨張率(Swmax)及び熱膨張率が最大となる温度とを求めた。離型剤の最大熱膨張率(Swmax)と、結着樹脂の最大熱膨張率(Srmax)とから、最大熱膨張率差(Swmax−Srmax)を算出した。実施例1、2、及び比較例1〜4のトナーの、離型剤の最大熱膨張率(Swmax)、及び熱膨張率が最大となる温度と、最大熱膨張率差(Swmax−Srmax)との測定結果を表3に記す。また、実施例1のトナーに含まれる離型剤、及び結着樹脂の熱膨張率曲線を図1に示し、実施例2、及び比較例1〜4のトナーに含まれる離型剤、及び結着樹脂の熱膨張率曲線を図2〜6に示す。
<離型剤及び結着樹脂の分離方法>
トナー10gを、メチルエチルケトン(MEK)200mlに浸漬させ、25℃で、24時間静置して得られた試料をガラスフィルター(目開き規格11G−3)でろ過した。ろ液を12時間静置し、上澄み液を採取した。上澄み液を60℃で真空乾燥して、乾燥後の残渣として結着樹脂を得た。次いで、ガラスフィルター上の残渣を、50℃のトルエン300mlに浸漬させ、30℃で、24時間静置して得られた試料を、ガラスフィルター(目開き規格11G−3)でろ過した。ろ液を12時間静置した後、上澄み液を採取した。上澄み液を60℃で真空乾燥して、乾燥後の残渣として離型剤を得た。
<TMA測定方法>
熱機械分析(TMA)装置として、TMA/SS6100(エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社製)を用いた。線膨張率の測定方法は、JIS K 7197の「プラスチックの熱機械分析による線膨張率試験」に準拠する方法とし、昇温速度2.0℃/分、測定温度25℃から160℃まで変化させた。試料0.3gを用い、直径1cm、厚さ2mmに成形して、装置条件を、プローブ直径1.0mm、プローブ直径2.0mm、プローブ荷重50mN、窒素流量80ml/分として測定した。
実施例1のトナーに含まれる離型剤と、結着樹脂とについて、それぞれの熱膨張率曲線を図1に示す。図1に示される熱膨張率曲線から、表3に記載の結着樹脂の最大熱膨張率(Srmax)及び離型剤の最大熱膨張率(Swmax)を求めた。また、離型剤の熱膨張率曲線から、表3に記載の熱膨張率が最大となる温度を求めた。
実施例2、及び比較例1〜4のトナーに含まれる離型剤と、結着樹脂とについて、それぞれの熱膨張率曲線を図2〜6に示す。図2〜6に示される熱膨張率曲線から、表3に記載の結着樹脂の最大熱膨張率(Srmax)及び離型剤の最大熱膨張率(Swmax)を求めた。また、離型剤の熱膨張率曲線から、表3に記載の熱膨張率が最大となる温度を求めた。なお、実施例2、及び比較例1〜4のトナーに含まれる結着樹脂の熱膨張率曲線は、実施例1のトナーに含まれる結着樹脂の熱膨張率曲線と同様であった。
≪評価1≫
実施例1、2、及び比較例1〜4のトナーについて、以下の方法に従って、耐熱保存性、及び離型剤分散性を評価した。実施例1、2、及び比較例1〜4のトナーの耐熱保存性、及び離型剤分散性の評価結果を、表3に記す。
<耐熱保存性の評価方法>
トナー10gをガラス製サンプル瓶に秤量し、トナーの入ったサンプル瓶を、栓がされていない状態で、50℃の恒温槽(CONVECTION OVEN(三洋電機株式会社))に100時間静置した。次いで、質量既知の26メッシュの篩を、パウダーテスター(TYPE PT−E 84810(ホソカワミクロン株式会社製))に取り付け、篩に高温静置後のトナーを載せ、篩前のトナーの質量を測定した。そして、レオスタット2.5の条件で20秒間トナーを篩った。次いで、篩上に残ったトナーの質量を測定した。耐熱保存性の評価は、下記の基準に従って評価した。
○:メッシュ上残存トナー0.2g以下。
×:メッシュ上残存トナー0.2g超。
<離型剤の分散性の評価方法>
トナー5gを、20MPaの圧力で圧縮し、直径4cm、厚さ3mmの円柱型のペレットを作成した。得られたペレットから、ミクロトーム(REM710リトラーム(大和光機工業株式会社製))を用いて厚さ100μmの薄片を切り出し、これを観察用試料とした。得られた観察用試料を、透過型電子顕微鏡(HF−3300(株式会社日立ハイテクノロジーズ製))を用いて、倍率3000倍で観察し、トナー中の離型剤の分散性を評価した。離型剤の分散性の評価は、下記の基準に従って評価した。
○:離型剤の塊が殆ど見えない。
△:離型剤の塊がわずかに見える。
×:離型剤の塊が多数見える。
≪評価2≫
実施例1、2、及び比較例1〜4のトナーを用いて、以下の方法に従って、低温定着性と、耐高温オフセット性とを評価した。定着試験器として、外部駆動装置、及び定着温度制御装置を設置する改造を行ったカラープリンター(FS−C5016(京セラドキュメントソリューションズ株式会社製))の定着装置の改造機を用いた。評価機として定着装置を取り外したカラープリンター(FS−C5016(京セラドキュメントソリューションズ株式会社製)の改造機を用いた。被記録媒体には、Color Copy 90(ノイシドラー社製)を用いた。なお、評価は、下記の方法に従って調製された2成分現像剤を用いて行った。実施例1、2、及び比較例1〜4のトナーの評価結果を、表3に記す。
[調製例2]
(2成分現像剤の調製)
カラープリンター(FS−C5016(京セラドキュメントソリューションズ株式会社製))に使用されているキャリア100質量部に対して、トナー10質量部を配合してプラスチックボトルに封入し、ボールミル(京セラドキュメントソリューションズ株式会社製)にてプラスチックボトルを100rpmの回転数で30分間回転させて、プラスチックボトル内のキャリアとトナーを均一に撹拌混合して、2成分現像剤を得た。
<低温定着性の評価方法>
カラープリンター(FS−C5016(京セラミタ株式会社製))のブラックの現像装置に、各実施例及び比較例のトナーを用いて調製した2成分現像剤を充填し、ブラックのトナーコンテナに各実施例及び比較例のトナーを充填した。評価機を用いて、トナー載せ量1.8mg/cmとなるように、被記録媒体に、2cm×3cmのトナー画像(パッチサンプル)を未定着画像として出力した。次に、定着試験器を用い、パッチサンプルの未定着画像を、線速280mm/秒で定着させた。定着後の画像を、画像部が内側となるように半分に折り曲げ、底面を布帛で被覆した1kgの重りを用いて、折り目上を5往復摩擦した。摩擦後、紙を広げ、折り曲げ部のトナーの剥がれが1mm以内を合格と判定し、1mm超を不合格と判定した。定着温度を140℃から5℃刻みで上げて評価を行い、トナーの剥がれが合格と判定される最低の定着温度を、最低定着温度として、以下の評価基準に従って低温定着性を評価した。
○:最低定着温度が160℃以下。
×:最低定着温度が160℃超。
<耐高温オフセット性の評価方法>
低温定着性評価方法の測定で用いたのと同じ現像装置とトナーコンテナを用いた。評価機を用いて、トナー載せ量1.8mg/cmとなるように、被記録媒体に、2cm×3cmのトナー画像(パッチサンプル)を未定着画像として出力した。次に、定着試験器を用い、パッチサンプルの未定着画像を、線速280mm/秒で定着させた。定着された画像を用い、目視にて、高温オフセットの発生の有無を確認した。定着温度を140℃から5℃刻みで上げて評価を行い、オフセットが発生しなかった最高温度を高温オフセット未発生温度として、以下の評価基準に従って耐高温オフセット性を評価した。
○:高温オフセット未発生温度が200℃以上。
×:高温オフセット未発生温度が200℃未満。
Figure 0005812972
実施例1及び2によれば、熱機械分析を用いて測定される、離型剤の熱膨張率の最大値(Swmax)と、結着樹脂の熱膨張率の最大値(Srmax)との差である最大熱膨張率差(Swmax−Srmax)が、1以上であり、離型剤の熱膨張率曲線中の最大熱膨張が最大となる温度が60℃以上75℃以下である静電潜像現像用トナーは、保存安定性、低温定着性、及び耐高温オフセット性に優れることが分かる。
比較例1によれば、離型剤の熱膨張率が最大となる温度が低すぎる場合、保存安定性及び耐高温オフセット性に優れるトナーを得にくいことが分かる。
比較例2及び4によれば、最大熱膨張率差(Swmax−Srmax)が過小である場合、低温定着性、及び耐高温オフセット性に優れるトナーを得にくいことが分かる。また、比較例4のトナーは、トナー中でワックスが良好に分散されにくいことが分かる。
比較例3によれば、離型剤の熱膨張率が最大となる温度が高すぎる場合、低温定着性に優れるトナーを得にくいことが分かる。

Claims (2)

  1. 少なくとも、結着樹脂と、離型剤とを含み、
    前記結着樹脂がポリエステル樹脂であり、
    前記離型剤が、ベヘン酸AとステアリルアルコールBとの縮合エステルであるか、又はベヘン酸BとステアリルアルコールAとの縮合エステルである合成エステルワックスであり、
    前記ベヘン酸Aが、炭素数18のカルボン酸1質量%と、炭素数20のカルボン酸10質量%と、炭素数22のカルボン酸87質量%と、炭素数24のカルボン酸2質量%とからなり、
    前記ベヘン酸Bが、炭素数18のカルボン酸6質量%と、炭素数20のカルボン酸14質量%と、炭素数22のカルボン酸80質量%とからなり、
    前記ステアリルアルコールAが、炭素数16のアルコール2質量%と、炭素数18のアルコール96質量%と、炭素数20のアルコール2質量%とからなり、
    前記ステアリルアルコールBが、炭素数16のアルコール16質量%と、炭素数18のアルコール80質量%と、炭素数20のアルコール4質量%とからなり、
    前記離型剤の使用量が、結着樹脂100質量部に対して1質量部以上5質量部以下であり、
    熱機械分析(TMA)を用いて測定される、前記離型剤の熱膨張率の最大値(Swmax)と、前記結着樹脂の熱膨張率の最大値(Srmax)との差である最大熱膨張率差(Swmax−Srmax)が、1以上であり、
    前記離型剤の熱膨張率の最大値(Swmax)が3.0%以上であり、
    前記熱機械分析(TMA)を用いた測定が、JIS K 7197のプラスチックの熱機械分析による線膨張率試験に準拠して、昇温速度2.0℃/分、測定温度25℃から160℃の条件で行われ、
    前記離型剤の熱膨張が最大となる温度が60℃以上75℃以下である、静電潜像現像用トナー。
  2. 前記静電潜像現像用トナーが粉砕トナーである、請求項1に記載の静電潜像現像用トナー。
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