JP6248879B2 - トナー - Google Patents

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本発明は、トナーに関し、特にカプセルトナーに関する。
カプセルトナーに含まれるトナー粒子は、コア(以下、トナーコアと記載する)と、トナーコアの表面に形成されたシェル層(カプセル層)とを有する。例えば特許文献1には、融点40℃以上150℃以下のトナーコアを有するカプセルトナーが提案されている。
特開2004−138985号公報
しかしながら、特許文献1に開示される技術だけでは、低温定着性、高温定着性、耐熱保存性、及びグロス特性に優れるトナーを提供することは困難である。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、低温定着性、高温定着性、耐熱保存性、及びグロス特性に優れるトナーを提供することを目的とする。
本発明に係るトナーは、複数のトナー粒子を含む。前記トナー粒子は、コアと、前記コアの表面に形成されたシェル層とを有する。前記コアは、融点50℃以上100℃以下の離型剤を含む。前記シェル層は、熱硬化性樹脂及び熱可塑性樹脂を含む。前記トナー粒子の断面における前記離型剤の平均個数分散径は1000nm以下である。前記トナー粒子は、前記トナー粒子の断面における分散径が300nm以上700nm以下である前記離型剤の粒子を、60個数%以上の割合で含む。
本発明によれば、低温定着性、高温定着性、耐熱保存性、及びグロス特性に優れるトナーを提供することが可能になる。
以下、本発明の実施形態について説明する。本実施形態に係るトナーは、例えば正帯電性トナーとして、静電荷像の現像に用いることができる。本実施形態のトナーは、多数の粒子(以下、トナー粒子と記載する)から構成される粉体である。本実施形態に係るトナーは、例えば電子写真装置(画像形成装置)で用いることができる。以下、電子写真装置による画像形成方法の一例について説明する。
電子写真装置では、トナーを含む現像剤を用いて静電荷像を現像する。これにより、感光体上に形成された静電潜像に、帯電したトナーが付着する。そして、付着したトナーを転写ベルトに転写した後、さらに転写ベルト上のトナー像を記録媒体(例えば、紙)に転写する。その後、トナーを加熱して、記録媒体にトナーを定着させる。これにより、記録媒体に画像が形成される。例えば、ブラック、イエロー、マゼンタ、及びシアンの4色のトナー像を重ね合わせることで、フルカラー画像を形成することができる。
本実施形態に係るトナーに含まれるトナー粒子は、コア(トナーコア)と、トナーコアの表面に形成されたシェル層(カプセル層)とを有する。シェル層の表面に外添剤が付着していてもよい。また、トナーコアの表面に複数のシェル層が積層されてもよい。なお、必要がなければ外添剤を割愛してもよい。以下、外添剤が付着する前のトナー粒子を、トナー母粒子と記載する。
本実施形態に係るトナーは、次に示す構成(1)〜(3)を有する。
(1)シェル層が、熱硬化性樹脂及び熱可塑性樹脂を含む。
(2)トナーコアが、融点50℃以上100℃以下の離型剤(以下、構成(2)の離型剤と記載する)を含む。
(3)トナー粒子の断面における構成(2)の離型剤の平均個数分散径は0nm超1000nm以下である。また、トナー粒子が、トナー粒子の断面における分散径が300nm以上700nm以下である構成(2)の離型剤の粒子(以下、構成(3)の離型剤の粒子と記載する)を、60個数%以上100個数%以下の割合で含む。
構成(1)は、トナーの耐熱保存性及び定着性の両立を図るために有益である。詳しくは、熱可塑性樹脂がトナーの定着性(特に、低温定着性)を改善し、熱硬化性樹脂がトナーの耐熱保存性を改善すると考えられる。また、シェル層に熱可塑性樹脂を含ませることで、熱硬化性樹脂を含むシェル層を、トナーコアの表面に均一に形成し易くなる。
構成(2)及び(3)はそれぞれ、トナーの耐熱保存性、定着性、及びグロス特性の全てを向上させるために有益である。離型剤の融点が50℃以上であると、トナーの高温定着性及びグロス特性が向上する傾向がある。離型剤の融点が100℃以下であると、トナーの低温定着性及びグロス特性が向上する傾向がある。トナー粒子の断面における構成(2)の離型剤の平均個数分散径が1000nm以下(より好ましくは、300nm以上1000nm以下)であると、トナーの低温定着性が向上する傾向がある。トナー粒子における構成(3)の離型剤の粒子の含有量が60個数%以上であると、トナーの低温定着性、高温定着性、及びグロス特性が向上する傾向がある。
本実施形態に係るトナーは、構成(1)〜(3)の全てを有するトナー粒子(以下、本実施形態のトナー粒子と記載する)を含む。本実施形態のトナー粒子を含むトナーは、低温定着性、高温定着性、耐熱保存性、及びグロス特性に優れる(後述する表4を参照)。なお、トナーは、80個数%以上の割合で本実施形態のトナー粒子を含むことが好ましく、90個数%以上の割合で本実施形態のトナー粒子を含むことがより好ましく、100個数%の割合で本実施形態のトナー粒子を含むことがさらに好ましい。また、シェル層を有しないトナー粒子がトナーに含まれていてもよい。
本実施形態に係るトナーにおいて、トナーコアがアニオン性を有し、シェル層の材料(以下、シェル材料と記載する)がカチオン性を有する場合には、シェル層の形成時にカチオン性のシェル材料をトナーコアの表面に引き付けることが可能になる。詳しくは、例えば水系媒体中で負に帯電するトナーコアに、水系媒体中で正に帯電するシェル材料が電気的に引き寄せられ、例えばin−situ重合によりトナーコアの表面にシェル層が形成されると考えられる。シェル材料がトナーコアに引き寄せられることで、トナーコアが凝集しにくくなり、分散剤を用いずとも、トナーコアの表面に均一なシェル層を形成し易くなると考えられる。
アニオン性又はカチオン性の大きさを示す指標としては、ゼータ電位を用いることができる。例えば、pHが4に調整された25℃の水系媒体中で測定される粒子(例えば、トナーコア又はトナー粒子)のゼータ電位が負極性(0V未満)を示す場合には、その粒子(例えば、トナーコア又はトナー粒子)はアニオン性を有する。なお、本実施形態において、pH4は、シェル層を形成する時(重合時)のトナーコア分散液(水系媒体)のpHに相当する。ゼータ電位は、例えば、電気泳動法、超音波法、又はESA(電気音響)法により好適に測定できる。
また、アニオン性又はカチオン性の大きさを示す指標として、標準キャリアとの摩擦帯電量を用いてもよい。シェル層を形成する際にトナーコアがシェル材料を引き付けるためには、トナーコアと標準キャリアとを混合した場合にトナーコアが−10μC/g以下の摩擦帯電量を有することが好ましい。
以下、トナーコア(結着樹脂及び内添剤)、シェル層、及び外添剤について、順に説明する。なお、トナーの用途に応じて必要のない成分(例えば、着色剤、離型剤、電荷制御剤、又は磁性粉)を割愛してもよい。また、アクリル及びメタクリルを包括的に「(メタ)アクリル」と総称する場合がある。
[トナーコア]
トナーコアは、結着樹脂を含む。また、トナーコアは、内添剤(例えば、着色剤、離型剤、電荷制御剤、及び磁性粉)を含んでもよい。
(トナーコアの結着樹脂)
トナーコアにおいては、成分の大部分(例えば、85質量%以上)を結着樹脂が占めることが多い。このため、結着樹脂の性質がトナーコア全体の性質に大きな影響を与えると考えられる。例えば、結着樹脂がエステル基、水酸基、エーテル基、酸基、又はメチル基を有する場合には、トナーコアはアニオン性になる傾向が強くなり、結着樹脂がアミノ基、アミン、又はアミド基を有する場合には、トナーコアはカチオン性になる傾向が強くなる。
結着樹脂としては、エステル基、水酸基、エーテル基、酸基、メチル基、及びカルボキシル基からなる群より選択される1以上の基を有する樹脂が好ましく、水酸基及び/又はカルボキシル基を有する樹脂がより好ましい。このような官能基を有する結着樹脂は、シェル材料(例えば、メチロールメラミン)と反応して化学的に結合し易い。こうした化学的な結合が生じると、トナーコアとシェル層との結合が強固になる。また、結着樹脂としては、活性水素を含む官能基を分子中に有する樹脂も好ましい。
結着樹脂のガラス転移点(Tg)は、30℃以上60℃以下であることが好ましく、35℃以上55℃以下であることがより好ましい。結着樹脂のガラス転移点(Tg)は、シェル材料の硬化開始温度以下であることが好ましい。こうしたTgを有する結着樹脂を用いる場合には、高速定着時においてもトナーの定着性が劣化しにくいと考えられる。
結着樹脂のTgは、例えば示差走査熱量計(DSC)を用いて測定できる。より具体的には、示差走査熱量計(セイコーインスツル株式会社製「DSC−6220」)を用いて試料(結着樹脂)の吸熱曲線を測定することで、得られた吸熱曲線における比熱の変化点から結着樹脂のTgを求めることができる。
結着樹脂の軟化点(Tm)は、60℃以上150℃以下であることが好ましく、70℃以上140℃以下であることがより好ましい。なお、異なるTmを有する複数の樹脂を組み合わせることで、結着樹脂のTmを調整することができる。
結着樹脂のTmは、例えば高化式フローテスターを用いて測定できる。より具体的には、高化式フローテスター(株式会社島津製作所製「CFT−500D」)に試料(結着樹脂)をセットし、所定の条件で結着樹脂を溶融流出させる。そして、結着樹脂のS字カーブ(横軸:温度、縦軸:ストローク)を測定する。得られたS字カーブから結着樹脂のTmを読み取ることができる。得られたS字カーブにおいて、ストロークの最大値(mm)をS1とし、低温側のベースラインのストローク値(mm)をS2とすると、S字カーブ中のストロークの値が「(S1+S2)/2」となる温度(℃)が、測定試料(結着樹脂)のTmに相当する。
結着樹脂としては、熱可塑性樹脂が好ましい。結着樹脂としては、スチレン系樹脂、アクリル系樹脂、オレフィン系樹脂(より具体的には、ポリエチレン樹脂又はポリプロピレン樹脂)、ビニル系樹脂(より具体的には、塩化ビニル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ビニルエーテル樹脂、又はN−ビニル樹脂)、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリウレタン樹脂、スチレンアクリル系樹脂、又はスチレンブタジエン系樹脂のような熱可塑性樹脂を好適に使用できる。中でも、スチレンアクリル系樹脂及びポリエステル樹脂はそれぞれ、トナー中の着色剤の分散性、トナーの帯電性、及び記録媒体に対するトナーの定着性に優れる。なお、1つの化合物が上記材料の種類(スチレン系樹脂等)の二以上に属する場合がある。例えば、ポリスチレン樹脂は、スチレン系樹脂にもビニル系樹脂にも属する。
以下、結着樹脂として用いることのできるポリエステル樹脂について説明する。なお、ポリエステル樹脂は、2価又は3価以上のアルコールと2価又は3価以上のカルボン酸とを縮重合又は共縮重合することで得られる。
ポリエステル樹脂を調製するために用いることができる2価アルコールとしては、ジオール類又はビスフェノール類が好ましい。
ジオール類としては、例えば、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−プロパンジオール、1,3−プロパンジオール、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、又はポリテトラメチレングリコールを好適に使用できる。
ビスフェノール類としては、例えば、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、又はポリオキシプロピレン化ビスフェノールAを好適に使用できる。
ポリエステル樹脂を調製するために用いることができる3価以上のアルコールとしては、例えば、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、又は1,3,5−トリヒドロキシメチルベンゼンが好ましい。
ポリエステル樹脂を調製するために用いることができる2価カルボン酸としては、例えば、マレイン酸、フマル酸、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、アジピン酸、セバシン酸、アゼライン酸、マロン酸、コハク酸、アルキルコハク酸(より具体的には、n−ブチルコハク酸、イソブチルコハク酸、n−オクチルコハク酸、n−ドデシルコハク酸、又はイソドデシルコハク酸)、又はアルケニルコハク酸(より具体的には、n−ブテニルコハク酸、イソブテニルコハク酸、n−オクテニルコハク酸、n−ドデセニルコハク酸、又はイソドデセニルコハク酸)が好ましい。
ポリエステル樹脂を調製するために用いることができる3価以上のカルボン酸としては、例えば、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、又はエンポール三量体酸が好ましい。
上記2価又は3価以上のカルボン酸は、エステル形成性の誘導体(例えば、酸ハライド、酸無水物、又は低級アルキルエステル)として用いてもよい。ここで、「低級アルキル」とは、炭素原子数1〜6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、トナーの低温定着性及び高温定着性を向上させるためには、ポリエステル樹脂の酸価(AV値)が5mgKOH/g以上30mgKOH/g以下であることが好ましく、ポリエステル樹脂の水酸基価(OHV値)が15mgKOH/g以上80mgKOH/g以下であることが好ましい。
ポリエステル樹脂を調製する際に、アルコールの使用量とカルボン酸の使用量とをそれぞれ変更することで、ポリエステル樹脂の酸価及び水酸基価を調整することができる。ポリエステル樹脂の分子量を上げると、ポリエステル樹脂の酸価及び水酸基価は低下する傾向がある。
結着樹脂がポリエステル樹脂である場合、トナーの低温定着性及び高温定着性を向上させるためには、ポリエステル樹脂の質量平均分子量(Mw)が10000以上50000以下であり、ポリエステル樹脂の分子量分布(数平均分子量(Mn)に対する質量平均分子量(Mw)の比率Mw/Mn)が8以上50以下であることが好ましい。ポリエステル樹脂のMnとMwの測定には、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(例えば、東ソー株式会社製「HLC−8220GPC」)を用いることができる。
結着樹脂が結晶性ポリエステル樹脂である場合には、ポリエステル樹脂の結晶性指数が0.90以上1.10未満であることが好ましく、ポリエステル樹脂の結晶性指数が0.98以上1.05以下であることがより好ましい。なお、結晶性指数は、軟化点と示差走査熱量計による吸熱の最高ピーク温度との比(軟化点/吸熱の最高ピーク温度)に相当する。ポリエステル樹脂の結晶性指数が1.5を超えると、ポリエステル樹脂の大部分が非晶質になる傾向がある。ポリエステル樹脂の結晶性指数が0.6未満であると、結晶性が低い(非晶部分が多い)ポリエステル樹脂になる傾向がある。結晶性ポリエステル樹脂の結晶性指数は0.6以上1.5以下である。
ポリエステル樹脂の結晶化を促進するためには、ポリエステル樹脂のアルコール成分のうち、80モル%以上のアルコール成分が炭素数2以上10以下の脂肪族ジオールであることが好ましく、90モル%以上のアルコール成分が炭素数2以上10以下の脂肪族ジオールであることがより好ましい。また、ポリエステル樹脂の結晶化を促進するためには、ポリエステル樹脂のアルコール主成分(アルコール成分のうち、最も多い単一の化合物)の含有量が、アルコール成分全体の70モル%以上であることが好ましく、アルコール成分全体の90モル%以上であることがより好ましく、アルコール成分全体の100モル%であることがさらに好ましい。
ポリエステル樹脂の結晶化を促進するためには、ポリエステル樹脂のカルボン酸成分のうち、80モル%以上のカルボン酸成分が炭素数2以上16以下の脂肪族ジカルボン酸であることが好ましく、90モル%以上のカルボン酸成分が炭素数2以上16以下の脂肪族ジカルボン酸であることがより好ましい。また、ポリエステル樹脂の結晶化を促進するためには、ポリエステル樹脂のカルボン酸主成分(カルボン酸成分のうち、最も多い単一の化合物)の含有量が、カルボン酸成分全体の70モル%以上であることが好ましく、カルボン酸成分全体の90モル%以上であることがより好ましく、カルボン酸成分全体の100モル%であることがさらに好ましい。
結着樹脂が結晶性ポリエステル樹脂である場合、トナーの耐熱保存性、低温定着性、及び高温定着性を向上させるためには、結晶性ポリエステル樹脂の融点が50℃以上100℃以下であることが好ましい。結晶性ポリエステル樹脂の融点は、例えば示差走査熱量計(DSC)を用いて測定することができる。
トナーコアに含まれる樹脂のうち、70質量%以上の樹脂がポリエステル樹脂であることが好ましく、90質量%以上の樹脂がポリエステル樹脂であることがより好ましく、100質量%の樹脂がポリエステル樹脂であることがさらに好ましい。結着樹脂は、実質的に結晶性ポリエステル樹脂のみであってもよいし、実質的に非結晶性ポリエステル樹脂のみであってもよい。また、トナーコアは、結晶性ポリエステル樹脂と非結晶性ポリエステル樹脂との両方を、結着樹脂として含有してもよい。非結晶性ポリエステル樹脂に対する結晶性ポリエステル樹脂の比率(結晶性ポリエステル樹脂の質量/非結晶性ポリエステル樹脂の質量)は、1以下であることが好ましい。
(トナーコアの着色剤)
トナーコアは、着色剤を含んでいてもよい。着色剤としては、トナーの色に合わせて公知の顔料又は染料を用いることができる。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20質量部以下であることが好ましく、3質量部以上10質量部以下であることがより好ましい。
トナーコアは、黒色着色剤を含有していてもよい。黒色着色剤の例としては、カーボンブラックが挙げられる。また、黒色着色剤は、イエロー着色剤、マゼンタ着色剤、及びシアン着色剤を用いて黒色に調色された着色剤であってもよい。
トナーコアは、イエロー着色剤、マゼンタ着色剤、又はシアン着色剤のようなカラー着色剤を含有していてもよい。
イエロー着色剤としては、例えば、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、及びアリルアミド化合物からなる群より選択される1種以上の化合物を使用できる。イエロー着色剤としては、例えば、C.I.ピグメントイエロー(3、12、13、14、15、17、62、74、83、93、94、95、97、109、110、111、120、127、128、129、147、151、154、155、168、174、175、176、180、181、191、又は194)、ネフトールイエローS、ハンザイエローG、又はC.I.バットイエローを好適に使用できる。
マゼンタ着色剤としては、例えば、縮合アゾ化合物、ジケトピロロピロール化合物、アントラキノン化合物、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、及びペリレン化合物からなる群より選択される1種以上の化合物を使用できる。マゼンタ着色剤としては、例えば、C.I.ピグメントレッド(2、3、5、6、7、19、23、48:2、48:3、48:4、57:1、81:1、122、144、146、150、166、169、177、184、185、202、206、220、221、又は254)を好適に使用できる。
シアン着色剤としては、例えば、銅フタロシアニン化合物、銅フタロシアニン誘導体、アントラキノン化合物、及び塩基染料レーキ化合物からなる群より選択される1種以上の化合物を使用できる。シアン着色剤としては、例えば、C.I.ピグメントブルー(1、7、15、15:1、15:2、15:3、15:4、60、62、又は66)、フタロシアニンブルー、C.I.バットブルー、又はC.I.アシッドブルーを好適に使用できる。
(トナーコアの離型剤)
本実施形態に係るトナーは、前述の構成(2)及び(3)を有する。トナーコアは、融点50℃以上100℃以下の離型剤を含む。離型剤は、例えばトナーの定着性又は耐オフセット性を向上させる目的で使用される。トナーコアのアニオン性を強めるためには、アニオン性を有するワックスを用いてトナーコアを作製することが好ましい。トナーの定着性又は耐オフセット性を向上させるためには、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30質量部以下であることが好ましく、5質量部以上20質量部以下であることがより好ましい。
離型剤としては、エステルワックス(より具体的には、合成エステルワックス又は天然エステルワックス)が好ましく、合成エステルワックスがより好ましい。離型剤として合成エステルワックスを使用することで、離型剤の融点を所望の範囲に調整し易くなる。合成エステルワックスは、例えば、酸触媒の存在下でアルコールとカルボン酸とを反応させることで、合成できる。また、合成エステルワックスは、例えば、カルボン酸ハライドとアルコールとを反応させることで、合成できる。合成エステルワックスの原料は、例えば、天然油脂から調製される長鎖脂肪酸のような、天然物に由来する物質であってもよいし、市販されている合成品であってもよい。天然エステルワックスとしては、例えばカルナバワックス又はライスワックスが好ましい。
離型剤としては、例えば、低分子量ポリエチレン、低分子量ポリプロピレン、ポリオレフィン共重合物、ポリオレフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、パラフィンワックス、又はフィッシャートロプシュワックスのような脂肪族炭化水素系ワックス;酸化ポリエチレンワックス又は酸化ポリエチレンワックスのブロック共重合体のような脂肪族炭化水素系ワックスの酸化物;フッ素樹脂系ワックス;キャンデリラワックス、カルナバワックス、木ろう、ホホバろう、又はライスワックスのような植物系ワックス;みつろう、ラノリン、又は鯨ろうのような動物系ワックス;オゾケライト、セレシン、又はペトロラタムのような鉱物系ワックス;モンタン酸エステルワックス又はカスターワックスのような脂肪酸エステルを主成分とするワックス類;脱酸カルナバワックスのような、脂肪酸エステルの一部又は全部が脱酸化したワックスを好適に使用できる。一種の離型剤を単独で使用してもよいし、複数種の離型剤を併用してもよい。
なお、結着樹脂と離型剤との相溶性を改善するために、相溶化剤をトナーコアに添加してもよい。
(トナーコアの電荷制御剤)
トナーコアは、電荷制御剤を含んでいてもよい。電荷制御剤は、例えばトナーの帯電安定性又は帯電立ち上がり特性を向上させる目的で使用される。また、トナーコアに負帯電性の電荷制御剤を含ませることで、トナーコアのアニオン性を強めることができる。トナーの帯電立ち上がり特性は、短時間で所定の帯電レベルにトナーを帯電可能か否かの指標になる。
正帯電させたトナーを用いて現像する場合には、正帯電性の電荷制御剤を使用することが好ましく、負帯電させたトナーを用いて現像する場合には、負帯電性の電荷制御剤を使用することが好ましい。正帯電性又は負帯電性の電荷制御剤の使用量は、トナー100質量部に対して、0.5質量部以上20質量部以下であることが好ましく、1質量部以上15質量部以下であることがより好ましい。ただし、トナーにおいて十分な帯電性が確保される場合には、電荷制御剤を使用しなくてもよい。例えば、シェル層中に帯電機能を有する成分が含まれる場合には、トナーコアに電荷制御剤を添加しなくてもよい。
(トナーコアの磁性粉)
トナーコアは、磁性粉を含んでいてもよい。磁性粉としては、例えば、鉄(より具体的には、フェライト又はマグネタイト)、強磁性金属(より具体的には、コバルト又はニッケル)、鉄及び/又は強磁性金属を含む合金、強磁性化処理(例えば、熱処理)が施された強磁性合金、又は二酸化クロムを好適に使用できる。一種の磁性粉を単独で使用してもよいし、複数種の磁性粉を併用してもよい。
1成分現像剤においてトナーを使用する場合、磁性粉の使用量は、トナー100質量部に対して、35質量部以上60質量部以下であることが好ましく、40質量部以上60質量部以下であることがより好ましい。2成分現像剤においてトナーを使用する場合、磁性粉の使用量は、トナー100質量部に対して、20質量部以下であることが好ましく、15質量部以下であることがより好ましい。
[シェル層]
本実施形態に係るトナーは、前述の構成(1)を有する。シェル層は、熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂との両方を含む。また、シェル層において、熱可塑性樹脂が、架橋性を有するモノマー又はプレポリマー(例えば、後述する熱硬化性樹脂の調製に用いられ得るモノマー)で架橋されてもよい。熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂との割合は任意である。シェル層において、熱可塑性樹脂に対する熱硬化性樹脂の比率(熱硬化性樹脂の質量/熱可塑性樹脂の質量)は、3/7(≒0.4)以上8/2(=4.0)以下であることが好ましく、4/6(≒0.7)以上7/3(≒2.3)以下であることがより好ましい。トナーコアとシェル層との結合を強めるためには、トナーコアとシェル層との間に共有結合が形成されることが好ましい。
シェル層のカチオン性を強めるためには、シェル層が含窒素樹脂を含むことが好ましく、含窒素樹脂を含むシェル層における窒素元素の量が10質量%以上であることがより好ましい。
シェル層に含まれる熱硬化性樹脂としては、例えば、メラミン樹脂、尿素樹脂、スルホンアミド樹脂、グリオキザール樹脂、グアナミン樹脂、アニリン樹脂、ポリイミド樹脂、又はこれら各樹脂の誘導体が好ましい。ポリイミド樹脂は、窒素元素を分子骨格に有する。このため、ポリイミド樹脂を含むシェル層は、強いカチオン性を有し易い。シェル層に含まれるポリイミド樹脂としては、マレイミド系重合体、又はビスマレイミド系重合体(より具体的には、アミノビスマレイミド重合体又はビスマレイミドトリアジン重合体)が好ましい。
シェル層に含まれる熱硬化性樹脂としては、アミノ基を含む化合物とアルデヒド(例えば、ホルムアルデヒド)との重縮合によって生成される樹脂が特に好ましい。なお、メラミン樹脂は、メラミンとホルムアルデヒドとの重縮合物である。尿素樹脂は、尿素とホルムアルデヒドとの重縮合物である。グリオキザール樹脂は、グリオキザールと尿素との反応生成物と、ホルムアルデヒドとの重縮合物である。シェル層がメラミン樹脂又は尿素樹脂を含む場合には、トナーを乾燥する際にトナーが凝集しにくくなると考えられる。メラミン樹脂及び尿素樹脂の各々の吸水性が低いためである。このため、トナーの保存性を向上させるためには、シェル層がメラミン樹脂又は尿素樹脂を含むことが好ましい。
シェル層に含まれる熱硬化性樹脂の調製には、メチロールメラミン、ベンゾグアナミン、アセトグアナミン、スピログアナミン、及びジメチロールジヒドロキシエチレン尿素(DMDHEU)からなる群より選択される1種以上のモノマーを好適に使用できる。
シェル層に含まれる熱可塑性樹脂は、熱硬化性樹脂の官能基(例えば、メチロール基又はアミノ基)と反応し易い官能基(例えば、水酸基、カルボキシル基、アミノ基、カルボジイミド基、オキサゾリン基、又はグリシジル基)を有することが好ましい。アミノ基は、カルバモイル基(−CONH2)として熱可塑性樹脂中に含まれてもよい。
シェル層に含まれる熱可塑性樹脂としては、親水性を有する樹脂が好ましく、極性官能基を有する単位(例えば、グリコール、カルボン酸、又はマレイン酸)を含む親水性の樹脂が特に好ましい。極性官能基を有する熱可塑性樹脂は、高い反応性を有する。シェル層に含まれる親水性の熱可塑性樹脂としては、ポリビニルアルコール樹脂、ポリビニルピロリドン、カルボキシメチルセルロース(又はその誘導体)、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリアクリルアミド、ポリエチレンイミン、又はポリエチレンオキサイドが好ましい。
シェル層に含まれる熱可塑性樹脂はアクリル成分を含むことが好ましく、反応性アクリレートを含むことがより好ましい。アクリル成分を含む熱可塑性樹脂は、熱硬化性樹脂と反応し易いため、シェル層の膜質を向上させることができると考えられる。シェル層に含まれる熱可塑性樹脂は、2HEMA(メタクリル酸2−ヒドロキシエチル)を含むことが特に好ましい。
シェル層に含まれる熱可塑性樹脂としては、アクリル樹脂、スチレン−(メタ)アクリル系共重合体樹脂、シリコーン−(メタ)アクリル系グラフト共重合体、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、又はエチレンビニルアルコール共重合体が好ましい。シェル層に含まれる熱可塑性樹脂としては、アクリル樹脂、スチレン−(メタ)アクリル系共重合体樹脂、又はシリコーン−(メタ)アクリル系グラフト共重合体が好ましく、アクリル樹脂がより好ましい。
シェル層に含まれる熱可塑性樹脂の調製には、(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−プロピル、又は(メタ)アクリル酸n−ブチルのような(メタ)アクリル酸アルキルエステル;(メタ)アクリル酸フェニルのような(メタ)アクリル酸アリールエステル;(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸3−ヒドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシプロピル、又は(メタ)アクリル酸4−ヒドロキシブチルのような(メタ)アクリル酸ヒドロキシアルキルエステル;(メタ)アクリルアミド;(メタ)アクリル酸のエチレンオキシド付加物;(メタ)アクリル酸エステルのエチレンオキシド付加物のアルキルエーテル(より具体的には、メチルエーテル、エチルエーテル、n−プロピルエーテル、又はn−ブチルエーテル)のようなアクリル系モノマーを好適に使用できる。一種のアクリル系モノマーを単独で使用してもよいし、複数種のアクリル系モノマーを併用してもよい。
シェル層の厚さは、1nm以上20nm以下であることが好ましく、1nm以上10nm以下であることがより好ましい。こうした厚さのシェル層を有するトナー粒子を含むトナーは、定着性及び保存性の両方に優れると考えられる。なお、シェル層の厚さは、市販の画像解析ソフトウェア(例えば、三谷商事株式会社製「WinROOF」)を用いてトナー粒子の断面のTEM撮影像を解析することによって計測できる。
[外添剤]
トナー母粒子の表面に外添剤を付着させてもよい。外添剤は、例えばトナーの流動性又は取扱性を向上させるために使用される。トナーの流動性又は取扱性を向上させるためには、外添剤の使用量は、トナー母粒子100質量部に対して、0.5質量部以上10質量部以下であることが好ましい。
外添剤としては、シリカ、又は金属酸化物(より具体的には、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、又はチタン酸バリウム)を好適に使用できる。一種の外添剤を単独で使用してもよいし、複数種の外添剤を併用してもよい。
トナーのガラス転移点(Tg)は、25℃以上55℃以下であることが好ましい。トナーの軟化点(Tm)は、70℃以上100℃以下であることが好ましい。トナーのTgは、前述した結着樹脂のTgと同様、例えば示差走査熱量計(DSC)を用いて測定できる。トナーのTmは、前述した結着樹脂のTmと同様、例えば高化式フローテスターを用いて測定できる。トナーのTg及びTmはそれぞれ、例えばトナーコア成分(特に、結着樹脂及び離型剤)の組成を変えることで、調整できる。
本実施形態に係るトナーと現像剤用キャリアとを混合して2成分現像剤を調製してもよい。現像剤用キャリアとしては、例えば、キャリア芯材と、キャリア芯材を被覆する樹脂層とを有する磁性キャリアを好適に使用できる。磁性キャリアを作製するためには、キャリア芯材を磁性材料で形成してもよいし、樹脂層中に磁性粒子を分散させてもよい。トナー飛散を抑制し、高品質の画像を形成するためには、2成分現像剤におけるトナーの含有量は、3質量%以上20質量%以下であることが好ましく、5質量%以上15質量%以下であることがより好ましい。
次に、本実施形態に係るトナーの製造方法の一例について説明する。まず、トナーコアを準備する。続けて、準備したトナーコアとシェル材料とを液中に入れる。この際、液を攪拌するなどして、シェル材料を液に溶かすことが好ましい。続けて、液中でシェル層をトナーコアの表面に形成する(シェル層を硬化させる)。シェル層形成時におけるトナーコア成分(特に、結着樹脂及び離型剤)の溶解又は溶出を抑制するためには、水系媒体(例えば、水、メタノール、又はエタノール)中でシェル層を形成することが好ましい。このため、シェル層の形成には、水溶性のシェル材料を使用することが好ましい。
以下、より具体的な例に基づいて、トナーの製造方法についてさらに説明する。まず、トナーコアを作製する。トナーコアの作製方法としては、結着樹脂中に、着色剤、電荷制御剤、離型剤、又は磁性粉のような成分を良好に分散させることができる方法が好ましい。トナーコアの作製方法としては、例えば凝集法又は粉砕法が好ましい。
凝集法では、結着樹脂と、必要に応じて添加される内添剤(例えば、離型剤又は着色剤)とを含む微粒子を水系媒体中で凝集させて凝集粒子を得る。続けて、得られた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る。これにより、トナーコアを含む分散液が得られる。その後、得られたトナーコアの分散液から不要な物質(分散剤等)を除去することで、トナーコアが得られる。
粉砕法では、結着樹脂と、必要に応じて添加される内添剤(例えば、着色剤、離型剤、電荷制御剤、又は磁性粉)とを混合する。続けて、得られた混合物を溶融混練する。続けて、得られた溶融混練物を粉砕及び分級する。これにより、所望の粒子径を有するトナーコアが得られる。
続けて、例えば、上記液としてイオン交換水を準備する。続けて、例えば塩酸を用いて、液のpHを所定のpH(以下、シェル層形成時のpHと記載する)に調整する。シェル層の形成を促進するためには、シェル層形成時のpHは、3以上5以下(弱酸性)であることが好ましく、4であることが特に好ましい。
続けて、液中に、シェル材料を添加する。これにより、液中でシェル材料が溶けて、シェル材料の溶液が得られる。シェル材料の適切な添加量は、トナーコアの比表面積に基づいて算出できる。
続けて、得られたシェル材料の溶液にトナーコアを添加する。トナーコアの表面に均一にシェル材料を付着させるためには、シェル材料の溶液中にトナーコアを高度に分散させることが好ましい。液中にトナーコアを高度に分散させるために、液中に分散剤を含ませてもよいし、強力な攪拌装置(例えば、プライミクス株式会社製「ハイビスディスパーミックス」)を用いてもよい。
続けて、溶液を攪拌しながら溶液の温度を所定の速度(例えば、0.1℃/分以上3℃/分以下から選ばれる速度)で所定のシェル層硬化温度(例えば、30℃以上100℃以下から選ばれる温度)まで上昇させて、溶液を攪拌しながら溶液の温度をシェル層硬化温度に所定の時間(例えば、30分間以上2時間以下から選ばれる時間)保つ。これにより、トナーコアの表面にシェル材料が付着し、付着した材料が重合反応して硬化する。その結果、トナー母粒子の分散液が得られる。シェル層の形成を促進するためには、シェル層硬化温度が、40℃以上95℃以下であることが好ましく、50℃以上80℃以下であることがより好ましい。
上記のようにしてシェル層を硬化させた後、例えば水酸化ナトリウムを用いてトナー母粒子の分散液を中和する。続けて、液を、例えば常温まで冷却する。続けて、液をろ過する。これにより、トナー母粒子が液から分離(固液分離)される。続けて、得られたトナー母粒子を洗浄する。続けて、洗浄されたトナー母粒子を乾燥させる。その後、必要に応じて、トナー母粒子の表面に外添剤を付着させる。これにより、トナー粒子を多数有するトナーが完成する。なお、上記トナーの製造方法は、要求されるトナーの構成又は特性等に応じて任意に変更することができる。例えば溶媒にシェル材料を溶解させる工程よりも前に溶媒中にトナーコアを添加する工程を行うようにしてもよい。シェル層の形成方法は任意である。例えば、in−situ重合法、液中硬化被膜法、及びコアセルベーション法のいずれの方法を用いて、シェル層を形成してもよい。また、必要のない工程は割愛してもよい。トナー母粒子の表面に外添剤を付着させない(外添工程を割愛する)場合には、トナー母粒子がトナー粒子に相当する。効率的にトナーを製造するためには、多数のトナー粒子を同時に形成することが好ましい。
製造されたトナーと現像剤用キャリアとの混合物を、混合装置を用いて攪拌することで、2成分現像剤を製造することができる。
本発明の実施例について説明する。表1〜表3に、実施例又は比較例に係るトナーA−1〜F(それぞれ静電潜像現像用トナー)を示す。表2には、表3に示される各トナーの作製に用いたトナーコアを示している。表1には、表2に示される各トナーコアの作製に用いたポリエステル樹脂を示している。
Figure 0006248879
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以下、トナーA−1〜Fの製造方法、評価方法、及び評価結果について、順に説明する。なお、粉体(例えば、トナーコア又はトナー)に関する評価結果(形状又は物性などを示す値)は、何ら規定していなければ、相当数の粒子について測定した値の平均である。
[トナーA−1の製造方法]
(トナーコアA−1の作製)
トナーA−1の製造方法では、以下の手順でトナーコアA−1を作製した。まず、FMミキサー(日本コークス工業株式会社製)を用いて、100質量部のポリエステル樹脂Aと、ワックスA(日油株式会社製「WEP−3」、融点73℃のエステルワックス)5質量部と、着色剤(C.I.ピグメントブルー15:3、銅フタロシアニン)5質量部とを混合した。ポリエステル樹脂Aは、表1に示される物性を有する非結晶性のポリエステル樹脂である。なお、ワックスの融点(表2参照)は、下記方法に従って測定した。
<ワックスの融点の測定方法>
ワックスの融点は、示差走査熱量計(セイコーインスツル株式会社製「DSC−6200」)を用いて測定した。詳しくは、温度プログラム(下記RUN1〜3)を実行し、RUN3で得られた吸熱曲線に基づいて、ワックスの融点を求めた。
RUN1:10℃から150℃へ、10℃/分の速度で昇温する。
RUN2:150℃から10℃へ、10℃/分の速度で降温する。
RUN3:10℃から150℃へ、10℃/分の速度で昇温する。
なお、RUN1〜3は、RUN1、RUN2、RUN3の順に実行した。
続けて、得られた混合物を、投入量(材料供給速度)5kg/時、軸回転速度150rpm、シリンダ温度90℃の条件で、2軸押出機(株式会社池貝製「PCM−30」)を用いて溶融混練した。その後、得られた溶融混練物を冷却した。
続けて、得られた混練物を、機械式粉砕機(フロイント・ターボ株式会社製「ターボミル T250」)を用いて粉砕した。続けて、得られた粉砕物を、分級機(日鉄鉱業株式会社製「エルボージェットEJ−LABO型」)を用いて分級した。その結果、体積中位径(D50)6.0μmのトナーコアA−1が得られた。体積中位径(D50)の測定には、ベックマン・コールター株式会社製の「コールターカウンターマルチサイザー3」を用いた。
(シェル層の形成)
温度計及び攪拌羽根を備えた容量1Lの3つ口フラスコをウォーターバスにセットした。続けて、フラスコ内にイオン交換水300mLを入れて、ウォーターバスを用いてフラスコ内の温度を30℃に保った。続けて、フラスコ内に希塩酸を加えて、フラスコ内の水系媒体(イオン交換水)のpHを4に調整した。
続けて、メチロールメラミンの水溶液(昭和電工株式会社製「ミルベン607」、固形分濃度80質量%)2mLと、ポリアクリルアミドの水溶液(DIC株式会社製「BECKAMINE(登録商標)A−1」、固形分濃度11質量%)2mLとを、フラスコ内に添加し、フラスコ内容物を攪拌してメチロールメラミン及びポリアクリルアミドを水系媒体に溶解させた。以下、メチロールメラミンの水溶液(昭和電工株式会社製「ミルベン607」、固形分濃度80質量%)を、シェル材料Aと記載する。また、ポリアクリルアミドの水溶液(DIC株式会社製「BECKAMINE(登録商標)A−1」、固形分濃度11質量%)を、シェル材料Bと記載する。
続けて、フラスコ内に、前述の手順で作製した300gのトナーコアA−1を添加し、回転速度200rpmかつ温度40℃の条件で、フラスコ内容物を1時間攪拌した。続けて、フラスコ内にイオン交換水300mLを追加し、フラスコ内容物を回転速度100rpmで攪拌しながら1℃/分の速度でフラスコ内の温度を70℃まで上げて、温度70℃かつ回転速度100rpmの条件でフラスコ内容物を2時間攪拌した。その結果、トナーコアA−1の表面にシェル層が形成され、トナー母粒子の分散液が得られた。その後、水酸化ナトリウムを用いてトナー母粒子の分散液のpHを7に調整(中和)し、トナー母粒子の分散液を常温まで冷却した。
(トナー母粒子の洗浄)
上記のようにして得られたトナー母粒子の分散液を、ブフナー漏斗を用いてろ過(固液分離)して、ウェットケーキ状のトナー母粒子を得た。その後、得られたウェットケーキ状のトナー母粒子をイオン交換水に再度分散させた。さらに、分散とろ過とを5回繰り返して、トナー母粒子を洗浄した。
(トナー母粒子の乾燥)
続けて、得られたトナー母粒子を、濃度50質量%のエタノール水溶液に分散させた。これにより、トナー母粒子のスラリーが得られた。続けて、連続式表面改質装置(フロイント産業株式会社製「コートマイザー(登録商標)」)を用いて、熱風温度45℃かつブロアー風量2m3/分の条件で、スラリー中のトナー母粒子を乾燥させた。その結果、トナー母粒子の粉体が得られた。
(外添)
続けて、得られたトナー母粒子を外添処理した。詳しくは、トナー母粒子100質量部と乾式シリカ微粒子(日本アエロジル株式会社製「REA90」)1質量部とを、10LのFMミキサー(日本コークス工業株式会社製)を用いて5分間混合することにより、トナー母粒子の表面に外添剤(シリカ粒子)を付着させた。その後、得られたトナーを、200メッシュ(目開き75μm)の篩を用いて篩別した。その結果、多数のトナー粒子を含むトナーA−1が得られた。
[トナーA−2の製造方法]
トナーA−2の製造方法は、トナーコアA−1に代えてトナーコアA−2を用いた以外は、トナーA−1の製造方法と同じである。トナーコアA−2の製造方法は、5質量部のワックスAに代えてワックスB(日油株式会社製「WEP−3」の融点を変更したエステルワックス、融点45℃)5質量部を用いた以外は、トナーコアA−1の製造方法と同じである。
[トナーA−3の製造方法]
トナーA−3の製造方法は、トナーコアA−1に代えてトナーコアA−3を用いた以外は、トナーA−1の製造方法と同じである。トナーコアA−3の製造方法は、5質量部のワックスAに代えてワックスC(日油株式会社製「WEP−3」の融点を変更したエステルワックス、融点50℃)5質量部を用いた以外は、トナーコアA−1の製造方法と同じである。
[トナーA−4の製造方法]
トナーA−4の製造方法は、トナーコアA−1に代えてトナーコアA−4を用いた以外は、トナーA−1の製造方法と同じである。トナーコアA−4の製造方法は、5質量部のワックスAに代えてワックスD(日油株式会社製「WEP−3」の融点を変更したエステルワックス、融点85℃)5質量部を用いた以外は、トナーコアA−1の製造方法と同じである。
[トナーA−5の製造方法]
トナーA−5の製造方法は、トナーコアA−1に代えてトナーコアA−5を用いた以外は、トナーA−1の製造方法と同じである。トナーコアA−5の製造方法は、5質量部のワックスAに代えてワックスE(日油株式会社製「WEP−3」の融点を変更したエステルワックス、融点100℃)5質量部を用いた以外は、トナーコアA−1の製造方法と同じである。
[トナーA−6の製造方法]
トナーA−6の製造方法は、トナーコアA−1に代えてトナーコアA−6を用いた以外は、トナーA−1の製造方法と同じである。トナーコアA−6の製造方法は、5質量部のワックスAに代えてワックスF(日油株式会社製「WEP−3」の融点を変更したエステルワックス、融点110℃)5質量部を用いた以外は、トナーコアA−1の製造方法と同じである。
[トナーA−7の製造方法]
トナーA−7の製造方法は、トナーコアA−1に代えてトナーコアA−7を用いた以外は、トナーA−1の製造方法と同じである。トナーコアA−7の製造方法は、5質量部のワックスAに代えてワックスG(株式会社加藤洋行製「カルナウバワックス1号」、融点83℃のカルナバワックス)5質量部を用いた以外は、トナーコアA−1の製造方法と同じである。
[トナーA−8の製造方法]
トナーA−8の製造方法は、トナーコアA−1に代えてトナーコアA−8を用いた以外は、トナーA−1の製造方法と同じである。トナーコアA−8の製造方法は、5質量部のワックスAに代えてワックスH(融点70℃のパラフィンワックス)5質量部を用いた以外は、トナーコアA−1の製造方法と同じである。
[トナーB−1の製造方法]
トナーB−1の製造方法は、トナーコアA−1に代えてトナーコアB−1を用いた以外は、トナーA−1の製造方法と同じである。トナーコアB−1の製造方法は、混練条件を、「投入量5kg/時、軸回転速度150rpm、シリンダ温度90℃」から「投入量3kg/時、軸回転速度150rpm、シリンダ温度90℃」に変更した以外は、トナーコアA−1の製造方法と同じである。
[トナーB−2の製造方法]
トナーB−2の製造方法は、トナーコアA−1に代えてトナーコアB−2を用いた以外は、トナーA−1の製造方法と同じである。トナーコアB−2の製造方法は、混練条件を、「投入量5kg/時、軸回転速度150rpm、シリンダ温度90℃」から「投入量4kg/時、軸回転速度150rpm、シリンダ温度90℃」に変更した以外は、トナーコアA−1の製造方法と同じである。
[トナーB−3の製造方法]
トナーB−3の製造方法は、トナーコアA−1に代えてトナーコアB−3を用いた以外は、トナーA−1の製造方法と同じである。トナーコアB−3の製造方法は、混練条件を、「投入量5kg/時、軸回転速度150rpm、シリンダ温度90℃」から「投入量4kg/時、軸回転速度170rpm、シリンダ温度70℃」に変更した以外は、トナーコアA−1の製造方法と同じである。
[トナーB−4の製造方法]
トナーB−4の製造方法は、トナーコアA−1に代えてトナーコアB−4を用いた以外は、トナーA−1の製造方法と同じである。トナーコアB−4の製造方法は、混練条件を、「投入量5kg/時、軸回転速度150rpm、シリンダ温度90℃」から「投入量3kg/時、軸回転速度150rpm、シリンダ温度85℃」に変更した以外は、トナーコアA−1の製造方法と同じである。
[トナーB−5の製造方法]
トナーB−5の製造方法は、トナーコアA−1に代えてトナーコアB−5を用いた以外は、トナーA−1の製造方法と同じである。トナーコアB−5の製造方法は、混練条件を、「投入量5kg/時、軸回転速度150rpm、シリンダ温度90℃」から「投入量5kg/時、軸回転速度150rpm、シリンダ温度120℃」に変更した以外は、トナーコアA−1の製造方法と同じである。
[トナーB−6の製造方法]
トナーB−6の製造方法は、トナーコアA−1に代えてトナーコアB−6を用いた以外は、トナーA−1の製造方法と同じである。トナーコアB−6の製造方法は、混練条件を、「投入量5kg/時、軸回転速度150rpm、シリンダ温度90℃」から「投入量5kg/時、軸回転速度120rpm、シリンダ温度140℃」に変更した以外は、トナーコアA−1の製造方法と同じである。
[トナーC−1の製造方法]
トナーC−1の製造方法は、トナーコアA−1に代えてトナーコアC−1を用いた以外は、トナーA−1の製造方法と同じである。トナーコアC−1の製造方法は、100質量部のポリエステル樹脂Aに代えて、100質量部のポリエステル樹脂Bを用いた以外は、トナーコアA−1の製造方法と同じである。ポリエステル樹脂Bは、表1に示される物性を有する非結晶性のポリエステル樹脂(PES樹脂)である。
[トナーC−2の製造方法]
トナーC−2の製造方法は、トナーコアA−1に代えてトナーコアC−2を用いた以外は、トナーA−1の製造方法と同じである。トナーコアC−2の製造方法は、100質量部のポリエステル樹脂Aに代えて、100質量部のポリエステル樹脂Cを用いた以外は、トナーコアA−1の製造方法と同じである。ポリエステル樹脂Cは、表1に示される物性を有する非結晶性のポリエステル樹脂(PES樹脂)である。
[トナーC−3の製造方法]
トナーC−3の製造方法は、トナーコアA−1に代えてトナーコアC−3を用いた以外は、トナーA−1の製造方法と同じである。トナーコアC−3の製造方法は、100質量部のポリエステル樹脂Aに代えて、100質量部のポリエステル樹脂Dを用いた以外は、トナーコアA−1の製造方法と同じである。ポリエステル樹脂Dは、表1に示される物性を有する非結晶性のポリエステル樹脂(PES樹脂)である。
[トナーC−4の製造方法]
トナーC−4の製造方法は、トナーコアA−1に代えてトナーコアC−4を用いた以外は、トナーA−1の製造方法と同じである。トナーコアC−4の製造方法は、100質量部のポリエステル樹脂Aに代えて、100質量部のポリエステル樹脂Eを用いた以外は、トナーコアA−1の製造方法と同じである。ポリエステル樹脂Eは、表1に示される物性を有する非結晶性のポリエステル樹脂(PES樹脂)である。
[トナーC−5の製造方法]
トナーC−5の製造方法は、トナーコアA−1に代えてトナーコアC−5を用いた以外は、トナーA−1の製造方法と同じである。トナーコアC−5の製造方法は、100質量部のポリエステル樹脂Aに代えて、100質量部のポリエステル樹脂Fを用いた以外は、トナーコアA−1の製造方法と同じである。ポリエステル樹脂Fは、表1に示される物性を有する非結晶性のポリエステル樹脂(PES樹脂)である。
[トナーC−6の製造方法]
トナーC−6の製造方法は、トナーコアA−1に代えてトナーコアC−6を用いた以外は、トナーA−1の製造方法と同じである。トナーコアC−6の製造方法は、100質量部のポリエステル樹脂Aに代えて、85質量部のポリエステル樹脂Aと、15質量部のポリエステル樹脂Gとを用いた以外は、トナーコアA−1の製造方法と同じである。ポリエステル樹脂Gは、表1に示される物性を有する結晶性のポリエステル樹脂(PES樹脂)である。なお、表1に示される結晶性ポリエステル樹脂の融点は、下記方法に従って測定された。
<結晶性ポリエステル樹脂の融点の測定方法>
結晶性ポリエステル樹脂の融点は、示差走査熱量計(セイコーインスツル株式会社製「DSC−6220」)を用いて測定した。詳しくは、示差走査熱量計の測定部に、試料(結晶性ポリエステル樹脂)15mgを入れたアルミパンをセットし、温度範囲30℃〜170℃、昇温速度10℃/分の条件で、試料の吸熱曲線を測定した。リファレンスとしては、空のアルミパンを使用した。測定された試料の吸熱曲線において、融解熱が最大ピークを示す温度を、試料の融点とした。
[トナーC−7の製造方法]
トナーC−7の製造方法は、トナーコアA−1に代えてトナーコアC−7を用いた以外は、トナーA−1の製造方法と同じである。トナーコアC−7の製造方法は、100質量部のポリエステル樹脂Aに代えて、85質量部のポリエステル樹脂Aと、15質量部のポリエステル樹脂Hとを用いた以外は、トナーコアA−1の製造方法と同じである。ポリエステル樹脂Hは、表1に示される物性を有する結晶性のポリエステル樹脂(PES樹脂)である。
[トナーD−1の製造方法]
トナーD−1の製造方法は、シェル材料A及びBの各々の添加量を2mLから0.5mLに変更した以外は、トナーA−1の製造方法と同じである。
[トナーD−2の製造方法]
トナーD−2の製造方法は、シェル材料A及びBの各々の添加量を2mLから1mLに変更した以外は、トナーA−1の製造方法と同じである。
[トナーD−3の製造方法]
トナーD−3の製造方法は、シェル材料A及びBの各々の添加量を2mLから4mLに変更した以外は、トナーA−1の製造方法と同じである。
[トナーE−1の製造方法]
トナーE−1の製造方法は、シェル層の形成に用いたシェル材料を、2mLのシェル材料A及び2mLのシェル材料Bから、4mLのシェル材料A及び1mLのシェル材料Bに変更した以外は、トナーA−1の製造方法と同じである。
[トナーE−2の製造方法]
トナーE−2の製造方法は、シェル層の形成に用いたシェル材料を、2mLのシェル材料A及び2mLのシェル材料Bから、1mLのシェル材料A及び2.3mLのシェル材料Bに変更した以外は、トナーA−1の製造方法と同じである。
[トナーE−3の製造方法]
トナーE−3の製造方法は、シェル層の形成に用いたシェル材料を、2mLのシェル材料A及び2mLのシェル材料Bから、2mLのシェル材料C及び1mLのシェル材料Bに変更し、シェル層の形成において触媒Aを使用した以外は、トナーA−1の製造方法と同じである。シェル材料Cは、グリオキザール系モノマーの水溶液(DIC株式会社製「BECKAMINE(登録商標)NS−11」、固形分濃度40質量%)である。触媒Aは、複合金属塩系触媒の水溶液(DIC株式会社製「キャタリストGT−3」)である。
[トナーE−4の製造方法]
トナーE−4の製造方法は、シェル層の形成に用いたシェル材料を、2mLのシェル材料A及び2mLのシェル材料Bから、2mLのシェル材料D及び1mLのシェル材料Bに変更し、シェル層の形成において触媒Bを使用した以外は、トナーA−1の製造方法と同じである。シェル材料Dは、メチロール化尿素の水溶液(DIC株式会社製「BECKAMINE(登録商標)J−300S」、固形分濃度70質量%)である。触媒Bは、アミン塩系触媒の水溶液(DIC株式会社製「キャタリスト376」)である。
[トナーE−5の製造方法]
トナーE−5の製造方法は、シェル層の形成に用いたシェル材料を、2mLのシェル材料A及び2mLのシェル材料Bから、2mLのシェル材料A及び2mLのシェル材料Eに変更した以外は、トナーA−1の製造方法と同じである。シェル材料Eは、単量体組成「メタクリル酸2−ヒドロキシエチル/アクリルアミド/メタクリル酸メトキシポリエチレングリコール=30/50/20(モル比率)」、ガラス転移点(Tg)110℃、質量平均分子量(Mw)55000のアクリルアミド系共重合体の水溶液(固形分濃度5質量%)である。
[トナーE−6の製造方法]
トナーE−6の製造方法は、シェル層の形成に用いたシェル材料を、2mLのシェル材料A及び2mLのシェル材料Bから、2mLのシェル材料A及び2mLのシェル材料Fに変更した以外は、トナーA−1の製造方法と同じである。シェル材料Fは、アクリル−シリコーン系グラフトポリマーの水溶液(東亞合成株式会社製「サイマック(登録商標)US−480」、固形分濃度25質量%)である。
[トナーE−7の製造方法]
トナーE−7の製造方法は、シェル層の形成に用いたシェル材料を、2mLのシェル材料A及び2mLのシェル材料Bから、2mLのシェル材料A及び2mLのシェル材料Gに変更した以外は、トナーA−1の製造方法と同じである。シェル材料Gは、ウレタン樹脂の水溶液(第一工業製薬株式会社製「スーパーフレックス(登録商標)170」、固形分濃度30質量%)である。
[トナーFの製造方法]
トナーFの製造方法は、シェル層を形成しなかった以外は、トナーA−1の製造方法と同じである。なお、外添処理は、トナーA−1の製造方法と同様に行った。
[評価方法]
各試料(トナーA−1〜F)の評価方法は、以下の通りである。
(離型剤の分散径)
試料(トナー)を常温硬化性のエポキシ樹脂中に分散し、40℃の雰囲気で2日間硬化させて硬化物を得た。得られた硬化物を四酸化オスミウムを用いて染色した後、ダイヤモンドナイフを備えたウルトラミクロトーム(ライカマイクロシステムズ株式会社製「EM UC6」)を用いて切り出し、厚さ150nmの薄片試料を得た。続けて、得られた薄片試料の断面(特に、トナーコアの断面)を、透過型電子顕微鏡(TEM)(日本電子株式会社製「JSM−7600F」)を用いて倍率3000倍で撮影した。そして、画像解析ソフトウェア(三谷商事株式会社製「WinROOF」)を用いてTEM撮影像を解析することで、離型剤(ワックス)の分散径(直径)を計測した。なお、離型剤の粒子の断面が真円でない場合には、長径(最も長い径)を分散径の測定値とした。
トナー粒子の断面における離型剤の平均個数分散径を測定した。詳しくは、相当数の離型剤粒子の分散径の測定値に基づいて、平均個数分散径を算出した。そして、試料(トナー)に含まれる相当数のトナー粒子についてそれぞれ、離型剤の平均個数分散径を求めて、得られた測定値の個数平均をトナーの評価値とした。
また、トナー粒子の断面に現れる離型剤の粒子のうち、分散径300nm以上700nm以下の離型剤の粒子の割合を求めた。詳しくは、相当数の離型剤粒子の分散径の測定値に基づいて、分散径300nm以上700nm以下の離型剤の粒子の割合(頻度)を求めた。そして、試料(トナー)に含まれる相当数のトナー粒子についてそれぞれ、分散径300nm以上700nm以下の離型剤の粒子の割合(頻度)を求めて、得られた測定値の個数平均をトナーの評価値とした。
(ガラス転移点)
示差走査熱量計(セイコーインスツル株式会社製「DSC−6200」)を用いて試料(トナー)の吸熱曲線を測定した。詳しくは、示差走査熱量計を用いて、温度範囲25℃〜200℃、昇温速度10℃/分の条件で、アルミパン中に入れた試料(トナー)10mgの吸熱曲線を測定した。リファレンスとしては、空のアルミパンを使用した。その後、得られた吸熱曲線における試料(トナー)の比熱の変化点から試料(トナー)のTg(ガラス転移点)を求めた。
(軟化点)
試料(トナー)を高化式フローテスター(株式会社島津製作所製「CFT−500D」)にセットし、ダイス細孔経1mm、プランジャー荷重20kg/cm2、昇温速度6℃/分の条件で、1cm3の試料(トナー)を溶融流出させてS字カーブを求めた。そして、得られたS字カーブから試料(トナー)のTm(軟化点)を読み取った。
(シェル層の厚さ)
試料(トナー)を常温硬化性のエポキシ樹脂中に分散し、40℃の雰囲気で2日間硬化させて硬化物を得た。得られた硬化物を四酸化オスミウムを用いて染色した後、ダイヤモンドナイフを備えたウルトラミクロトーム(ライカマイクロシステムズ株式会社製「EM UC6」)を用いて切り出し、薄片試料を得た。続けて、得られた薄片試料の断面を透過型電子顕微鏡(TEM)(日本電子株式会社製「JSM−6700F」)を用いて撮影した。
画像解析ソフトウェア(三谷商事株式会社製「WinROOF」)を用いてTEM撮影像を解析することで、シェル層の厚さを計測した。具体的には、トナー粒子の断面の略中心で直交する2本の直線を引き、それら2本の直線上の、シェル層と交差する4箇所の長さを測定した。そして、測定された4箇所の長さの平均値を、測定対象である1個のトナー粒子のシェル層の厚さとした。試料(トナー)に含まれる10個のトナー粒子についてそれぞれシェル層の厚さを測定し、得られた10個の測定値の平均をトナーの評価値とした。
なお、シェル層の厚さが薄い場合には、TEM撮影像上でのトナーコアとシェル層との境界が不明瞭になるため、シェル層の厚さの測定が困難な場合がある。このような場合には、TEMと電子エネルギー損失分光法(EELS)とを組み合わせてトナーコアとシェル層との境界を明確にすることにより、シェル層の厚さを測定した。具体的には、TEM撮影像中で、EELSを用いてシェル層に含まれる元素(例えば、窒素元素)のマッピングを行った。
(耐熱保存性)
試料(トナー)3gを容量20mLのポリエチレン製容器に入れて密閉し、密閉された容器を、60℃に設定された恒温槽(ヤマト科学株式会社製「DKN302」)内に3時間静置した。その後、恒温槽から取り出したトナーを室温まで冷却して、評価用トナーを得た。
続けて、得られた評価用トナーを、質量既知の200メッシュの篩に載せた。そして、評価用トナーを含む篩の質量を測定し、篩別前のトナーの質量を求めた。続けて、パウダーテスター(ホソカワミクロン株式会社製)に篩をセットし、パウダーテスターのマニュアルに従い、レオスタッド目盛り4の条件で30秒間、篩を振動させ、評価用トナーを篩別した。篩別後、篩を通過しなかったトナー(篩上に残留したトナー)の質量を測定した。そして、篩別前のトナーの質量と、篩を通過しなかったトナーの質量とに基づいて、次の式に従ってトナー凝集率(質量%)を求めた。
トナー凝集率(質量%)=100×篩を通過しなかったトナーの質量/篩別前のトナーの質量
トナー凝集率が30質量%以下であれば○(良い)と評価し、トナー凝集率が30質量%よりも大きければ×(悪い)と評価した。
(定着性、グロス)
現像剤用キャリア(FS−C5300DN用キャリア)100質量部と、試料(トナー)10質量部とを、ボールミルを用いて30分間混合して、2成分現像剤を調製した。
また、上述のようにして調製した2成分現像剤を用いて画像を形成して、トナーの定着性を評価した。評価機としては、Roller−Roller方式の加熱加圧型の定着器(ニップ幅8mm)を有するカラープリンター(京セラドキュメントソリューションズ株式会社製「FS−C5300DN」を改造して定着温度を変更可能にした評価機)を用いた。上述のようにして調製した2成分現像剤を評価機の現像器に投入し、試料(トナー)を評価機のトナーコンテナに投入した。
試料(トナー)の定着性を評価する場合には、上記評価機を用いて、線速200mm/秒(ニップ通過時間40m秒)、トナー載り量1.0mg/cm2の条件で、90g/m2の紙(A4サイズの印刷用紙)に、大きさ25mm×25mm、印字率100%のソリッド画像を形成した。続けて、画像が形成された紙を定着器に通した。定着温度の設定範囲は100℃以上250℃以下であった。詳しくは、定着器の定着温度を100℃から徐々に上昇させて、トナー(ソリッド画像)を紙に定着できる最低温度(最低定着温度)及び最高温度(最高定着温度)をそれぞれ測定した。
最低定着温度の測定においてトナーを定着させることができたか否かは、以下に示すような折擦り試験で確認した。詳しくは、画像を形成した面が内側となるように紙を半分に折り曲げ、布帛で覆った1kgの分銅を用いて、折り目上を10往復摩擦した。続けて、紙を広げ、紙の折り曲げ部(ソリッド画像が形成された部分)を観察した。そして、折り曲げ部のトナーの剥がれの長さ(剥がれ長)を測定した。剥がれ長が1mm未満となる定着温度のうちの最低温度を、最低定着温度とした。
最低定着温度が155℃以下であれば○(良い)と評価し、最低定着温度が155℃超であれば×(悪い)と評価した。
また、最高定着温度の測定においてトナーを定着させることができたか否かは、各温度で定着させた画像についてホットオフセットが発生したか否かを評価した。詳しくは、定着ローラーに付着したトナーが後続の(2周目の)紙に転移した場合に、ホットオフセットが発生したと判断した。ホットオフセットが発生しない定着温度のうちの最高温度を、最高定着温度とした。
最高定着温度が200℃以上であれば○(良い)と評価し、最高定着温度が200℃未満であれば×(悪い)と評価した。
試料(トナー)のグロスを評価する場合には、上記評価機を用いて、常温常湿(20℃、65%RH)環境で、線速170mm/秒、トナー載り量0.5mg/cm2の条件で、70g/m2のカラー/モノクロ兼用紙(富士ゼロックス株式会社製「C2」)に、大きさ30mm×30mm、印字率100%のソリッド画像を形成した。続けて、画像が形成された紙を定着器に通して、定着温度190℃で定着させた。そして、ハンディ光沢計(株式会社堀場製作所製「グロスチェッカーIG−331」)を用いて、測定角度60°の条件で、定着後の画像の光沢値を測定した。光沢値が10以上であれば○(良い)と評価し、光沢値が10未満であれば×(悪い)と評価した。
[評価結果]
トナーA−1〜Fの各々についての評価結果は以下のとおりである。表4に、最低定着温度、最高定着温度、耐熱保存性、及びグロスの評価結果をそれぞれ示す。なお、離型剤の分散径の評価結果は、表2に示されている。また、シェル層の厚さ、並びにトナーのTg及びTmの各々の評価結果は、表3に示されている。
Figure 0006248879
トナーA−1、A−3〜A−5、A−7、A−8、B−1〜B−3、B−5、C−1〜C−7、D−1〜D−3、E−1〜E−7(実施例1〜27に係るトナー)はそれぞれ、前述の構成(1)〜(3)を有していた。詳しくは、実施例1〜27に係るトナーではそれぞれ、シェル層が、熱硬化性樹脂及び熱可塑性樹脂を含んでいた。トナーコアが、融点50℃以上100℃以下の離型剤を含んでいた。トナー粒子の断面における離型剤の平均個数分散径が0nm超1000nm以下であった。トナー粒子が、トナー粒子の断面における分散径が300nm以上700nm以下である離型剤の粒子を、60個数%以上100個数%以下の割合で含んでいた。表4に示されるように、実施例1〜27に係るトナーは、低温定着性、高温定着性、耐熱保存性、及びグロス特性に優れていた。
本発明に係るトナーは、例えば複合機又はプリンターにおいて画像を形成するために用いることができる。

Claims (6)

  1. 複数のトナー粒子を含むトナーであって、
    前記トナー粒子は、コアと、前記コアの表面に形成されたシェル層とを有し、
    前記コアは、融点50℃以上100℃以下の離型剤を含み、
    前記コアはポリエステル樹脂を含み、
    前記シェル層は、架橋性を有するモノマーで架橋された熱可塑性樹脂を含み、
    前記架橋性を有するモノマーは、メチロールメラミン、グリオキザール系モノマー、又はメチロール化尿素であり、
    前記トナー粒子の断面における前記離型剤の平均個数分散径は600nm以上1000nm以下であり、
    前記コアは、前記トナー粒子の断面における分散径が300nm以上700nm以下である前記離型剤の粒子を、60個数%以上の割合で含む、トナー。
  2. 前記架橋性を有するモノマーで架橋された前記熱可塑性樹脂は、メチロールメラミンとグリオキザール系モノマーとメチロール化尿素とからなる群より選択される1種類のモノマーで架橋されたポリアクリルアミドである、請求項1に記載のトナー。
  3. 前記架橋性を有するモノマーで架橋された前記熱可塑性樹脂は、メチロールメラミンで架橋されたアクリルアミド系共重合体である、請求項に記載のトナー。
  4. 前記架橋性を有するモノマーで架橋された前記熱可塑性樹脂は、メチロールメラミンで架橋されたアクリル−シリコーン系グラフトポリマーである、請求項に記載のトナー。
  5. 前記架橋性を有するモノマーで架橋された前記熱可塑性樹脂は、メチロールメラミンで架橋されたウレタン樹脂である、請求項に記載のトナー。
  6. 前記離型剤は合成エステルワックスであり、
    前記ポリエステル樹脂の質量平均分子量が10000以上50000以下であり、
    前記ポリエステル樹脂の、数平均分子量に対する質量平均分子量の比率が、8以上50以下であり、
    前記ポリエステル樹脂の酸価が5mgKOH/g以上30mgKOH/g以下であり、
    前記ポリエステル樹脂の水酸基価が15mgKOH/g以上80mgKOH/g以下である、請求項1〜5のいずれか一項に記載のトナー。
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