JP7139963B2 - 画像形成装置および画像形成方法 - Google Patents

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本発明は、画像形成装置および画像形成方法に関する。
従来、電子写真方式によって可視画像を形成する電子写真画像形成方法において、紙などの転写媒体上に静電潜像現像用トナー(以下、単に「トナー」ともいう。)によって形成されたトナー像を定着する方法としては、トナー像が形成された転写媒体を、加熱ローラーと加圧ローラーの間を通過させて定着する熱ローラー定着方式が広く利用されている。
近年、地球環境の温暖化防止対策の観点から、電子写真画像形成装置に対しても、省エネルギー化の要請が高まっており、そのため、特に熱ローラー定着方式を採用している電子写真画像形成装置においては、トナー画像の定着に必要とされる熱量を低減させる技術、すなわち定着温度を下げる技術が検討されている。
一方、電子写真システムにおいてはトナーと逆極性の電荷を利用することで感光体から転写ベルトまたは記録紙上にトナー画像を転写することを可能としている。すなわち、転写したい対象物の裏側からトナーの逆電位の転写電位をかけて電気的に引っ張っており、その際、転写の対象物である転写ベルトまたは記録紙上には転写電流が注入される。通常、紙やトナーのような電気抵抗が高い材質は温度が低くなるほど電荷がリークしにくくなる。
このため、低温定着化を進めたプロセスにおいては転写電流により用紙に蓄えられた電荷の放出がしにくい方向となり、結果として印刷画像は帯電した状態のまま排紙されることになる。この状態で印刷物が連続的に積載されていくと画像同士が貼りついてしまう。このように、省エネ目的による低温定着化が進んでいった結果、印加された転写電位による電荷が抜けにくくなり、結果的に蓄えられた電荷による印刷物の張り付きが顕在化するようになってきた。
上記課題の改善策として定着画像にマイナスイオンを吹き付けて除電する方法(特許文献1)、定着画像に対して除電シートを交互に排出して除電する方法(特許文献2)、定着画像を複数の孔が設けられている中間トレイに一旦収容して除電する方法(特許文献3)が提案されている。また、特許文献4では被記録シートに帯びる可能性のある複数種類の電荷について、その電荷に応じた除電手段のみを被記録シートと接触させる方法が提案されている。
特開2006-343491号公報 特開2013-213894号公報 特開平11-223964号公報 特開2005-281006号公報
しかしながら、上記特許文献1~4に記載される方法は、いずれも後工程として定着画像に除電を行う方法であることから印刷時の生産性が低下してしまうという問題があった。そのため、トナーを改良することで上記の印刷物の貼り付きを改善する手段が求められている。
一般的にトナーが保持した電荷を放出させるためには結着樹脂の熱物性を下げることが有効であることが知られているが、耐熱保管性とのトレードオフの関係にあるため両立が難しい。
そこで本発明は、上記問題に鑑み、トナーの耐熱保管性および低温定着性を確保しつつ、印刷時の生産性を低下させることなく連続印刷された印刷物どうしが静電的に貼り付くことを抑制しうる、画像形成装置を提供することを目的とする。
本発明者らは鋭意研究を積み重ねた。その結果、トナーに光吸収による異性化反応により導電性が発現されるフォトクロミック導電性化合物を用い、定着を行う前の記録媒体上に配置されたトナー像に対して、第1の光を照射する第1の光照射手段を有する画像形成装置により上記課題が解決することを見出し、本発明を完成させるに至った。
すなわち、本発明は、光吸収による異性化反応により導電性が発現されるフォトクロミック導電性化合物と結着樹脂とを含むトナーが用いられる画像形成装置であって、記録媒体上に配置されたトナー像に対して第1の光を照射する第1の光照射手段と、光照射された前記トナー像に対して定着を行う定着手段とを有する、画像形成装置である。
本発明によれば、記録媒体上に配置されたトナー像に対して光を照射することで、トナーに含まれるフォトクロミック導電性化合物の異性化反応が生じて導電性が高められる。これにより、低温定着化を進めた場合であっても定着時にトナーに蓄えられた電荷を容易に放出することができるため、印刷時の生産性を低下させることなく印刷物同士の貼り付きを抑制することができる。また、トナーの耐熱保管性と両立することができる。
本発明の一実施形態による画像形成装置を示す概略構成図である。 画像形成装置における照射部の概略構成図である。 貼り付き力の測定方法を説明する図である。
本発明は、光吸収による異性化反応により導電性が発現されるフォトクロミック導電性化合物と結着樹脂とを含むトナーが用いられる画像形成装置であって、記録媒体上に配置された前記トナーから形成されるトナー像に対して第1の光を照射する第1の光照射手段と、光照射された前記トナー像に対して定着を行う定着手段とを有する、画像形成装置である。かような画像形成装置を用いることにより、トナーの耐熱保管性および低温定着性を確保しつつ、印刷時の生産性を低下させることなく連続印刷された印刷物どうしが静電的に貼り付くことが抑制される。
本発明の画像形成装置により、上記効果が得られる理由の詳細は不明であるが、以下のメカニズムによるものと考えられる。ただし、下記メカニズムは推測によるものであり、その正誤が本形態の技術的範囲に影響を及ぼすものではない。
トナーの結着樹脂として通常用いられるような体積抵抗が高い樹脂では、絶縁破壊の強さは温度に関係することがわかっており、通常低温で最大値を示し温度が上昇するにつれて低下する。したがって、定着時に、トナーがガラス転移温度より高温になると結着樹脂の主鎖のミクロブラウン運動が活発になるためヤング率の急激な減少と誘電率の増加が起こり、絶縁耐力が急激に低下する。そのため転写電位によってトナーに蓄えられた電荷が逃げやすくなる。
電子写真システムにおいては定着の際にトナーがガラス転移温度以上に加熱されるため、この定着時にトナーが保持した電荷を十分にリークさせることができれば、定着後の除電を行うことなく、印刷物の貼り付きを防止することが可能となる。
本発明においては、トナー中に、光吸収による異性化反応により導電性が発現されるフォトクロミック導電性化合物(以下、「フォトクロミック導電性化合物」ともいう)を含有する。そして、定着前に、記録媒体上に配置されたトナー像に対して光を照射することにより、上記フォトクロミック導電性化合物の導電性が高められる。その結果、定着時に溶融したトナーの結着樹脂の表面に導電スポットが増加し、これにより空気中の水分子を介した電荷のリークが加速され、印刷物どうしの貼り付きが改善されるものと考えられる。
一般的にトナーが保持した電荷を放出させるためには結着樹脂の熱物性を下げることが有効であることが知られているが、耐熱保管性とのトレードオフの関係にあるため両立が難しい。しかしながら本発明では、フォトクロミック導電性化合物の光照射によって導電性を向上させてトナーに保持された電荷を放出するため、トナーの熱特性を下げることなく定着画像が貼り付く問題を解決することが可能となる。また、トナーの耐熱保管性および低温定着性と両立することができる。
以下、本発明の一実施形態による画像形成装置を説明する。なお、本明細書において、範囲を示す「X~Y」は「X以上Y以下」を意味する。また、本明細書において、特記しない限り、操作および物性等の測定は、室温(20~25℃)/相対湿度40~50%RHの条件で行う。
[画像形成装置]
図1は、本発明の一実施形態による画像形成装置100を示す概略構成図である。ただし、本発明の画像形成装置としては、下記の形態および図示例に限定されるものではない。図1には、モノクロの画像形成装置100の例を示すが、カラーの画像形成装置にも本発明を適用することができる。
画像形成装置100は、記録媒体としての記録用紙Sに画像を形成する装置であって、画像読取装置71および自動原稿送り装置72を備え、用紙搬送系7により搬送される記録用紙Sに対し画像形成部10、第1照射部40a、定着部(圧着部)9、および第2照射部40bにより画像形成を行う。以下、第1照射部40aおよび第2照射部40bをまとめて称するときには、照射部40と呼ぶ。
また、記録媒体として、画像形成装置100では記録用紙Sを用いているが、画像形成を行う対象とされる媒体は、用紙以外でもよい。
自動原稿送り装置72の原稿台上に載置された原稿dは、画像読取装置71の走査露光装置の光学系により走査露光されてイメージセンサーCCDに読み込まれる。イメージセンサーCCDにより光電変換されたアナログ信号は、画像処理部20において、アナログ処理、A/D変換、シェーディング補正、画像圧縮処理等が行われた後、画像形成部10の露光器3に入力される。
用紙搬送系7は、複数のトレイ16、複数の給紙部11、搬送ローラー12、搬送ベルト13等を備えている。トレイ16は、決められたサイズの記録用紙Sをそれぞれ収容しており、制御部90からの指示に応じて定められたトレイ16の給紙部11を作動させ、記録用紙Sを供給する。搬送ローラー12は、給紙部11によってトレイ16から送り出された記録用紙Sまたは手差し給紙部15から搬入された記録用紙Sを画像形成部10へ搬送する。
画像形成部10は、感光体1の周りに、感光体1の回転方向に沿って、帯電器2、露光器3、現像部4、転写部5およびクリーニング部8がこの順番に配置されて構成されている。
像担持体である感光体1は、表面に光導電層の形成された像担持体であり、図示しない駆動装置により図1中の矢印方向に回転可能に構成されている。感光体1の近傍には、画像形成装置100内の温度や湿度を検知する温湿度計17が設けられている。
帯電器2は、感光体1の表面に均一に電荷を与え、感光体1の表面を一様に帯電させる。露光器3は、レーザーダイオード等のビーム発光源を備え、帯電された感光体1の表面にビーム光を照射することで照射部分の電荷を消失させ、感光体1上に画像データに応じた静電潜像を形成する。現像部4は、内部に収容されるトナーを感光体1に供給して、感光体1表面上に静電潜像に基づくトナー像を作像する。
転写部5は、記録用紙Sを介して感光体1と対向し、トナー像を記録用紙Sに転写する。クリーニング部8は、ブレード85を備える。ブレード85により、感光体1表面をクリーニングして感光体1の表面に残留した現像剤を除去する。
トナー像が形成(転写)された記録用紙Sは、搬送ベルト13により定着部9へ搬送される。定着部9は、任意に設置されるものであり、トナー像が形成(転写)された記録用紙Sに対し、加圧部材91および92によって熱および圧力を加えて定着処理を施し、これにより記録用紙S上に画像を定着させる。画像が定着された記録用紙Sは、搬送ローラーによって排紙部14に搬送され、排紙部14から機外へ排出される。
また、画像形成装置100は用紙反転部24を備えており、加熱定着処理がなされた記録用紙Sを排紙部14の手前で用紙反転部24に搬送し、表裏を反転して排出するか、または表裏を反転した記録用紙Sを再度画像形成部10に搬送し記録用紙Sの両面に画像形成を行うことを可能としている。
<照射部>
図2は、画像形成装置100における照射部40の概略構成図である。
本発明の一実施形態による画像形成装置100は、第1照射部(第1の光照射手段)40aおよび任意の第2照射部(第2の光照射手段)40bを含む照射部40を備える。照射部40を構成する装置の例としては、発光ダイオード(LED)、レーザー光源などが挙げられる。
第1照射部(第1の光照射手段)40aは、好ましくは300nm以上400nm未満の範囲内、より好ましくは330nm以上390nm未満の範囲内の波長を有する紫外光を照射する。第1の光照射手段により照射される第1の光の波長が上記範囲であれば、例えば、現像剤に含まれるフォトクロミック導電性化合物が紫外光によって開環体から閉環体に可逆的に異性化する化合物である場合において、効果的に異性化が進行して導電性が付与される。その結果、本発明の効果がより顕著に得られうる。第1照射部40aにおける紫外光の照射量は、好ましくは0.1~200J/cmの範囲内、より好ましくは0.5~100J/cmの範囲内、さらに好ましくは、1.0~50J/cmの範囲内である。
本発明の画像形成装置は、定着手段により記録媒体に定着された前記トナー像に対して、第2の光を照射する第2の光照射手段をさらに備えることが好ましい。例えば、前記フォトクロミック導電性化合物がさらに可視光によって閉環体から開環体に戻る化合物である場合において、第1の光の照射によって一旦閉環化されたフォトクロミック導電性化合物は、画像形成装置の内部で可視光を浴びることなく定着される。すなわち、開環体に変化することなく定着される。その後、定着された画像が画像形成装置の外部に排出されると、可視光にさらされることでトナー中のフォトクロミック導電性化合物は自然と開環体へ異性化するが、画像形成装置において第2の光照射手段により第2の光として可視光を照射することで、素早くに開環体へと異性化させることができる。
第2照射部(第2の光照射手段)40bは、フォトクロミック導電性化合物の光吸収効率を考慮し、好ましくは400nm以上800nm以下の範囲内、より好ましくは450nm以上650nm以下の範囲内の波長を有する可視光を照射する。第2照射部40bにおける可視光の照射量は、好ましくは0.1~200J/cm、より好ましくは0.5~100J/cm、さらに好ましくは、0.5~50J/cmである。
第1照射部40aおよび第2照射部40bはトナー像を保持する記録用紙Sにおける感光体側の第1面に向かって光を照射するものであり、感光体1と転写部(転写ローラー)5とにニップされた記録用紙S面に対して感光体側に配置されている。また、記録用紙Sの搬送方向(用紙搬送方向)に沿って、第1照射部40a、第2照射部40bの順に配置されている。
第1照射部40aは、感光体1と転写部5とのニップ位置に対して、用紙搬送方向下流側、かつ定着部9に対して用紙搬送方向上流側に配置されている。
第2照射部40bは、第1照射部40aに対して用紙搬送方向下流側、かつ排紙部14に対して用紙搬送方向上流側に設置される。第2照射部40bは、用紙搬送方向において、定着部9と排紙部14との間に設置することができる。
本発明の一実施形態による画像形成方法によれば、帯電器2により感光体1に一様な電位を付与して帯電させた後、原画像データに基づいて露光器3により照射した光束で感光体1上を走査し、静電潜像を形成する。次に現像部4によりフォトクロミック導電性化合物を含む現像剤を感光体1上に供給する。
感光体1の表面に担持されたトナー像が、感光体1の回転によって転写部5の位置に至るタイミングに合わせて、トレイ16から記録用紙Sを画像形成部10に搬送すると、転写部5に印加される転写バイアスにより、感光体1上のトナー像が、転写部5と感光体1とにニップされた記録用紙S上に転写される。
また、転写部5は、加圧部材を兼ねており、感光体1から記録用紙Sにトナー像を転写させながら、トナー像に含まれる光相転移化合物を確実に記録用紙Sに密着させることができる。
トナー像が記録用紙Sに転写された後に、クリーニング部8のブレード85は、感光体1表面に残留する現像剤を除去する。
トナー像が転写された記録用紙Sが搬送ベルト13により定着部9に搬送される過程において、第1照射部40aは、記録用紙S上に転写されたトナー像に対して、300nm以上400nm未満の波長を有する紫外光を照射する。第1照射部40aにより記録用紙Sの第1面上のトナー像に向かって紫外光を照射することにより、トナー中に含まれるフォトクロミック導電性化合物の異性化を生じさせることができる。その結果、トナー像の記録用紙Sに対する定着を行う際に、トナーから電荷がリークしやすい状態にすることができる。
トナー像が保持された記録用紙Sが、搬送ベルト13により定着部9に至ると、加圧部材(加圧手段)91および92が、トナー像を記録用紙Sの第1面に圧着する。
加圧部材(加圧手段)91は、ローラー形状のものが好ましい。また、加圧部材(加圧手段)91は、記録用紙Sが加圧部材91および92の間を通過する際に、記録用紙S上のトナー像を加熱することができる。トナー像は、この加熱により軟化され、トナー像は記録用紙Sに定着性される。加圧部材91の温度は、120℃以上200℃以下が好ましく、130℃以上160℃以下が好ましい。
加圧部材91および92の間を通過した記録用紙Sが、排紙部14に至るまでに、記録用紙S上のトナー像に対して400nm以上800nm以下の波長を有する可視光を照射するように第2照射部40bを設ける。この第2照射部40bから可視光を照射することで、トナーに含まれるフォトクロミック導電性化合物を開環させる。これによりトナー中の有色の閉環体から無色の開環体へ急速に変化させることが可能となり、出力後の画像の色安定性を高めることが出来る。
記録用紙Sの両面に画像を形成する場合、圧着処理がなされた記録用紙Sを排紙部14の手前で用紙反転部24に搬送し、表裏を反転して排出するか、または表裏を反転した記録用紙Sを再度画像形成部10に搬送する。
上記のような画像形成装置を用いることにより、連続印刷したときの用紙の貼り付きを抑制できる。
よって、本発明の好ましい一実施形態による画像形成方法は、光吸収による異性化反応により導電性が発現されるフォトクロミック導電性化合物と結着樹脂とを含むトナーを用いる画像形成方法であって、記録媒体上に配置された前記トナーから形成されるトナー像に対して第1の光を照射する第1の光照射段階と、光照射された前記トナー像に対して定着を行う定着段階とを有する。
[トナー]
本発明の画像形成装置、または画像形成方法に用いられるトナーは、光吸収による異性化反応により導電性が発現されるフォトクロミック導電性化合物と結着樹脂とを含む。すなわち、本発明の一実施形態は、光吸収による異性化反応により導電性が発現されるフォトクロミック導電性化合物と結着樹脂とを含む、トナーである。
以下に、本発明の画像形成装置または画像形成方法に用いられるトナーに含まれるフォトクロミック導電性化合物および結着樹脂、ならびに任意に含まれる他の成分について説明する。
[フォトクロミック導電性化合物]
本実施形態のトナーに用いられるフォトクロミック導電性化合物は、光吸収による異性化反応により導電性が発現される化合物であれば特に制限されず、従来公知のものを用いることができる。上記異性化反応が可逆的に生じる化合物であることが好ましい。
光吸収による異性化反応により導電性が発現される化合物としては、例えば、光吸収による異性化によって分子の共役系が広がる化合物が挙げられる。中でも、光を照射することで開環体と閉環体との間で光異性化する化合物が好ましい。光を照射することで開環体と閉環体との間で光異性化する化合物としては、ジアリールエテン化合物、フルギド化合物、スピロピラン化合物、クロメン化合物などが挙げられる。これらの化合物の閉環体はπ共役系が広がることで半導体特有の導電性を有し、開環体は絶縁性を有する。
中でも、前記フォトクロミック導電性化合物は、300nm以上400nm未満の波長を有する光を照射することで開環体から閉環体へ光異性化する化合物であることが好ましい。このような化合物の開環体をトナー中に分散させておくことで現像剤として必要な帯電特性を保持しつつ、転写後のトナーに紫外光を照射して閉環体に異性化させておくことで導電性物質がトナー中に分散された状態に変化し、転写電流から受け取った電荷を定着時に放出しやすくなるため好ましい。
特には、前記フォトクロミック導電性化合物は、ジアリールエテン化合物、またはフルギド化合物であることが好ましい。これらの化合物は紫外光照射で開環体から閉環体へ変化するため、これらの開環体をトナー中に分散させておくことで現像剤として必要な帯電特性を保持しつつ、転写後のトナーに紫外光を照射して閉環体に異性化させておくことで導電性物質がトナー中に分散された状態に変化し、転写電流から受け取った電荷を定着時に放出しやすくなるため好ましい。また、これらの化合物は、紫外光照射により閉環化した後も可視光の照射により再度開環化する。ジアリールエテン化合物およびフルギド化合物は閉環化すると有色を示すが開環化して無色に戻るため画像の色特性を阻害しないため好ましい。
以下に、ジアリールエテン化合物およびフルギド化合物の光異性化反応の例を示す。下記式のように、ジアリールエテン化合物は、紫外光の照射により開環体から閉環体に光異性化し、可視光の照射により閉環体から開環体に光異性化する。閉環体は分子内にπ共役系が広がることから半導体特有の導電性を有し、開環体は導電性を有さない。
同様に、フルギド化合物も、紫外光の照射により開環体から閉環体に光異性化し、可視光の照射により閉環体から開環体に光異性化する。閉環体は分子内にπ共役系が広がることから半導体特有の導電性を有し、開環体は導電性を有さない。
Figure 0007139963000001
<ジアリールエテン化合物>
ジアリールエテン化合物としては、下記化学式(1)~(3)で表される化合物であることが好ましい。
Figure 0007139963000002
(上記化学式(1)中、RおよびRはそれぞれ独立してアルキル基であり、R、R、R、およびRはそれぞれ独立して、水素原子またはアルキル基である。)
Figure 0007139963000003
(上記化学式(2)中、RおよびRはそれぞれ独立してアルキル基であり、RおよびRはそれぞれ独立して水素原子またはアルキル基であり、RおよびRはそれぞれ独立して、水素原子、アルキル基、またはアリール基である。)
Figure 0007139963000004
(上記化学式(3)中、RおよびRはそれぞれ独立してアルキル基である。)
化学式(1)において、RおよびRはそれぞれ独立してアルキル基であり、好ましくは炭素数1~3のアルキル基である。特に、RおよびRはいずれもメチル基であると、開環体から閉環体への光異性化およびこれに伴う導電性の発現が得られやすいため好ましい。
化学式(1)において、R、R、R、およびRはそれぞれ独立して、水素原子またはアルキル基であり、好ましくは水素原子または炭素数1~10のアルキル基である。より好ましくは、いずれもメチル基である。
特に、トナー中へ均一分散させるための製造面の観点から、化学式(1)において、R~Rがいずれもメチル基である化合物を用いることが好ましい。
化学式(2)において、RおよびRはそれぞれ独立してアルキル基であり、好ましくは炭素数1~3のアルキル基である。特に、RおよびRはいずれもメチル基であると、開環体から閉環体への光異性化およびこれに伴う導電性の発現が得られやすいため好ましい。
化学式(2)において、RおよびRはそれぞれ独立して、水素原子またはアルキル基であり、好ましくは水素原子または炭素数1~10のアルキル基であり、より好ましくは、いずれもメチル基である。
化学式(2)において、RおよびRはそれぞれ独立して、水素原子、アルキル基、またはアリール基であり、好ましくは水素原子、炭素数1~10のアルキル基、または炭素数6~20のアリール基であり、さらにより好ましくは、いずれもメチル基である。
特に、トナー中へ均一分散させるための製造面の観点から、化学式(2)において、R~Rがいずれもメチル基である化合物を用いることが好ましい。
化学式(3)において、RおよびRはそれぞれ独立してアルキル基であり、好ましくは炭素数1~3のアルキル基である。特に、RおよびRはいずれもメチル基であると、開環体から閉環体への光異性化およびこれに伴う導電性の発現が得られやすいため好ましい。
<フルギド化合物>
フルギド化合物は特に限定されないが、好ましくは下記式(4)で表される化合物が用いられる。
Figure 0007139963000005
(上記化学式(4)中、Rはそれぞれ独立して、水素原子、アルキル基、アルコキシ基、芳香族基、または複素芳香族基である。)
ここで、上記アルキル基としては、炭素数1~10のアルキル基が好ましい。アルキル基は直鎖状であっても分岐状であってもよい。
アルコキシ基としては、炭素数1~10のアルコキシ基が好ましい。芳香族基としては、例えばフェニル基などの炭素数6~20の芳香族基が好ましい。複素芳香族基としては、炭素数3~20の複素芳香族基が好ましい。
なかでも、トナー中へ均一分散させるための製造面の観点から、下記式に示す(E)-2-〔1-(2,5-ジメチル-3-フリル)エチリデン〕-3-イソプロピリデンコハク酸無水物(フルギド化合物(1))を用いることが好ましい。
Figure 0007139963000006
なお、前記フォトクロミック導電性化合物は、単独で使用してもよいし、または2種以上組み合わせて使用してもよい。
前記フォトクロミック導電性化合物の含有率は前記トナーに含まれる結着樹脂、フォトクロミック導電性化合物の総量に対して、さらに離型剤が含まれる場合は結着樹脂、フォトクロミック導電性化合物および離型剤の総量に対して、2~20質量%であることが好ましく、さらに好ましくは5~10質量%である。前記フォトクロミック導電性化合物の含有率が結着樹脂、フォトクロミック導電性化合物および離型剤(含まれる場合)の総量に対して2質量%以上であれば本発明の効果がより一層得られうる。また、20質量%以下であれば、トナー製造時にフォトクロミック導電性化合物を容易に内包することができる。そのため、フォトクロミック導電性化合物のトナー表面への露出頻度が低くなるためで流動性が良好になり、摩擦帯電性に優れる。なお、2種類以上のフォトクロミック導電性化合物を用いるときはその合計量が上記範囲であると好ましい。
<結着樹脂>
本発明に用いられるトナーは、結着樹脂を含む。かような結着樹脂は、一般にトナーを構成する結着樹脂として用いられている樹脂を制限なく用いることができる。具体的には、たとえば、スチレン樹脂、アクリル樹脂、スチレンアクリル樹脂、ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂、オレフィン樹脂、アミド樹脂、およびエポキシ樹脂などが挙げられる。これら結着樹脂は、単独でもまたは2種以上組み合わせても用いることができる。
これらの中でも、溶融すると低粘度になり、かつ高いシャープメルト性を有するという観点から、結着樹脂は、スチレン樹脂、アクリル樹脂、スチレンアクリル樹脂、およびポリエステル樹脂からなる群より選択される少なくとも1種を含むことが好ましく、スチレンアクリル樹脂およびポリエステル樹脂からなる群より選択される少なくとも1種を含むことがより好ましい。
以下、本発明に用いられるトナーに好適に使用される結着樹脂について説明する。
≪結晶性ポリエステル樹脂≫
本発明に用いられるトナーは、トナーの低温定着性および加熱保管性を高める観点から、結着樹脂として結晶性ポリエステル樹脂を含むことが好ましい。
トナーのさらなる低温定着性と耐熱保管性との両立を図るためには定着助剤として結晶性樹脂が有効であることがわかってきた。中でも結晶性ポリエステルは分子主鎖に芳香環を持つようなモノマーを選択することで低分子量に設計しても充分な強度が得られるため、スチレンアクリル樹脂などの非晶性ビニル樹脂と併用し、非晶性ビニル樹脂と同じTg設計にした場合でも低分子量化することが可能になり、低温定着性に有利である。また、極性基が多いため紙との親和性が高いことから、定着性が向上しうる。
また、結晶性ポリエステル樹脂は融点を境に急激な粘度低下を示すため、耐熱保管性を低下させることなくさらなる低温定着化を達成させることが可能になる。また、非晶性ビニル樹脂などの他の結着樹脂を併用した場合、結晶性ポリエステル樹脂は溶融すると周辺の非晶性ビニル樹脂などの他の結着樹脂と相溶し他の結着樹脂のTgを低下させる効果も発揮することから、定着時に熱を受けた際により一層電荷のリークが加速され貼り付きも改善される。
「結晶性ポリエステル樹脂」とは、2価以上のカルボン酸(多価カルボン酸)およびその誘導体と、2価以上のアルコール(多価アルコール)およびその誘導体との重縮合反応によって得られる公知のポリエステル樹脂のうち、示差走査熱量測定(DSC)において、階段状の吸熱変化ではなく、明確な吸熱ピークを有する樹脂をいう。明確な吸熱ピークとは、具体的には、下記実施例に記載の示差走査熱量測定(DSC)において、昇温速度10℃/分で測定した際に、吸熱ピークの半値幅が15℃以内であるピークのことを意味する。
示差走査熱量測定(DSC)は、例えば、示差走査熱量計「ダイヤモンドDSC」(パーキンエルマー社製)を用いて測定することができる。測定は、昇降速度10℃/minで室温(25℃)から150℃まで昇温し、5分間150℃で等温保持する第1の昇温過程、冷却速度10℃/minで150℃から0℃まで冷却し、5分間0℃で等温保持する冷却過程、および昇降速度10℃/minで0℃から150℃まで昇温する第2の昇温過程をこの順に経る測定条件(昇温・冷却条件)によって行う。上記測定は、試料3.0mgをアルミニウム製パンに封入し、示差走査熱量計「ダイヤモンドDSC」のサンプルホルダーにセットして行う。リファレンスとして空のアルミニウム製パンを使用する。
上記測定において、第1の昇温過程により得られた吸熱曲線から解析を行い、結晶性ポリエステル樹脂由来の吸熱ピークのトップ温度を結晶性ポリエステル樹脂の融点とする。
多価カルボン酸誘導体としては、多価カルボン酸のアルキルエステル、酸無水物および酸塩化物が例示でき、多価アルコール誘導体としては、多価アルコールのエステル化合物およびヒドロキシカルボン酸が例示できる。
多価カルボン酸とは、1分子中にカルボキシル基を2個以上含有する化合物である。このうち、2価のカルボン酸は1分子中にカルボキシル基を2個含有する化合物であり、例えば、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、アジピン酸、ピメリン酸、セバシン酸、アゼライン酸、n-ドデシルコハク酸、1,9-ノナンジカルボン酸、1,10-デカンジカルボン酸(ドデカン二酸)、1,11-ウンデカンジカルボン酸、1,12-ドデカンジカルボン酸(テトラデカン二酸)、1,13-トリデカンジカルボン酸、1,14-テトラデカンジカルボン酸などの飽和脂肪族ジカルボン酸;シクロヘキサンジカルボン酸などの脂環式ジカルボン酸;マレイン酸、フマル酸、シトラコン酸、イタコン酸などの不飽和脂肪族ジカルボン酸;フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸などの芳香族ジカルボン酸等を挙げることができる。また、2価のカルボン酸以外の多価カルボン酸としては、例えば、トリメリット酸、ピロメリット酸などの3価以上の多価カルボン酸を挙げることができる。また、多価カルボン酸の誘導体として、これらカルボン酸化合物の無水物、あるいは炭素数1~3のアルキルエステルなどが挙げられる。これらは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
多価アルコールとは、1分子中に水酸基を2個以上含有する化合物である。このうち、2価のポリオール(ジオール)は1分子中にヒドロキシ基を2個含有する化合物であり、例えば、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、1,5-ペンタンジオール、1,6-へキサンジオール、1,7-へプタンジオール、1,8-オクタンジオール、1,9-ノナンジオール、1,10-デカンジオール、1,12-ドデカンジオール、ネオペンチルグリコール、1,4-ブテンジオールなどの脂肪族ジオールを挙げることができる。また、2価のポリオール以外のポリオールとしては、グリセリン、ペンタエリスリトール、トリメチロールプロパン、ソルビトールなどの3価以上の多価アルコールなどが挙げられる。これらは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
また、上記多価カルボン酸の価数、上記多価アルコールの価数の選択などによって一部枝分かれや架橋などを有していてもよい。
上記単量体を用いた結晶性ポリエステル樹脂の形成方法は特に制限されず、公知のエステル化触媒を利用して、上記多価カルボン酸および多価アルコールを重縮合する(エステル化する)ことにより当該樹脂を形成することができる。用いられうるエステル化触媒としては、酢酸チタン、プロピオン酸チタン、ヘキサン酸チタン、オクタン酸チタンなどの脂肪族モノカルボン酸チタン、シュウ酸チタン、コハク酸チタン、マレイン酸チタン、アジピン酸チタン、セバシン酸チタンなどの脂肪族ジカルボン酸チタン、ヘキサントリカルボン酸チタン、イソオクタントリカルボン酸などの脂肪族トリカルボン酸チタン、オクタンテトラカルボン酸チタン、デカンテトラカルボン酸チタンなどの脂肪族ポリカルボン酸チタン、などの脂肪族カルボン酸チタン類、安息香酸チタンなどの芳香族モノカルボン酸チタン、フタル酸チタン、テレフタル酸チタン、イソフタル酸チタン、ナフタレンジカルボン酸チタン、ビフェニルジカルボン酸チタン、アントラセンジカルボン酸チタンなどの芳香族ジカルボン酸チタン;トリメリット酸チタン、ナフタレントリカルボン酸チタンなどの芳香族トリカルボン酸チタン;ベンゼンテトラカルボン酸チタン、ナフタレンテトラカルボン酸チタンなどの芳香族テトラカルボン酸チタン;などの芳香族カルボン酸チタン類、脂肪族カルボン酸チタン類や芳香族カルボン酸チタン類のチタニル化合物類およびそのアルカリ金属塩類、ジクロロチタン、トリクロロチタン、テトラクロロチタン、テトラブロモチタンなどのハロゲン化チタン類、テトラブトキシチタン(チタンテトラブトキサイド)、テトラオクトキシチタン、テトラステアリロキシチタンなどのテトラアルコキシチタン類、チタンアセチルアセトナート、チタンジイソプロポキシドビスアセチルアセトナート、チタントリエタノールアミネート、などのチタン含有触媒などが挙げられる。
結晶性ポリエステル樹脂の融点(Tm)は、十分な低温定着性と耐熱保管性とを得る観点から、50~90℃の範囲内にあることが好ましく、60~80℃の範囲内にあることが好ましい。結晶性ポリエステル樹脂の融点(Tm)は実施例に記載の方法により測定した値を採用する。
結晶性ポリエステル樹脂の重量平均分子量(Mw)は、低温定着性および光沢度安定性の観点から、5,000~50,000であることが好ましく、5,000~30,000であることがより好ましい。
結晶性ポリエステル樹脂の含有量は、十分な低温定着性および耐熱保管性を得る観点から、トナーに含まれる結着樹脂、フォトクロミック導電性化合物、および離型剤(含まれる場合)の総量に対して、5~20質量%であると好ましく、5~15質量%であることがより好ましく、7~15質量%であるとさらに好ましい。結晶性ポリエステル樹脂の含有量が結着樹脂、フォトクロミック導電性化合物、および離型剤(含まれる場合)の総量(総質量)に対して5質量%以上であれば低温定着性に優れる。また、20質量%以下であれば、製造時に結晶性ポリエステル樹脂がトナー粒子内に均一に分散された状態で内包されることから、十分な流動性が得られ、摩擦帯電性に優れる。また、結晶性ポリエステル樹脂がトナー粒子内に均一に分散されることから、結晶化を抑制できるため保存安定性に優れる。
≪非晶性樹脂≫
本明細書中、非晶性樹脂とは、示差走査熱量測定(DSC)を行った時に、融点を有さず、比較的高いガラス転移温度(Tg)を有する樹脂を指す。このとき、ガラス転移温度(Tg)が、30~80℃であると好ましく、40~65℃であると特に好ましい。なお、ガラス転移温度(Tg)は、示差熱量分析装置(DSC)により測定することができ、
非晶性樹脂の重量平均分子量(Mw)は、特に制限されないが、2,000~150,000であることが好ましく、10,000~100,000であることがより好ましい。
非晶性樹脂としては、本技術分野における従来公知の非晶性樹脂が用いられうるが、なかでも、非晶性ポリエステル樹脂または非晶性ビニル樹脂が好ましく、これらの樹脂を混合して用いてもよい。なかでも、非晶性樹脂は、帯電量の環境安定性に優れるという観点から、非晶性ビニル樹脂を含んでいると好ましく、スチレン系樹脂を含んでいることが好ましく、スチレンアクリル樹脂を含んでいるとより好ましい。
スチレンアクリル樹脂以外の非晶性樹脂の例として、非晶性ポリエステル樹脂またはハイブリッド非晶性ポリエステル樹脂などが好ましく挙げられる。これらの非晶性樹脂は、公知の合成法または市販によって入手可能である。また、トナー母体粒子がコアシェル構造を有する場合、スチレンアクリル樹脂と結晶性ポリエステル樹脂とがコア粒子を構成し、非晶性ポリエステル樹脂またはハイブリッド非晶性ポリエステル樹脂がシェル部を構成することがより好ましく、スチレンアクリル樹脂と結晶性ポリエステル樹脂とがコア粒子を構成し、ハイブリッド非晶性ポリエステル樹脂がシェル部を構成することがさらに好ましい。このようにすることで結晶性ポリエステル樹脂のトナー粒子中の分散状態が良好になるため低温定着性に優れる。また、トナーの帯電特性が向上しうる。
(スチレンアクリル樹脂)
本発明でいうスチレンアクリル樹脂とは、少なくともスチレン単量体と(メタ)アクリル酸エステル単量体とを用いて、重合を行うことにより形成されるものである。ここで、スチレン単量体とは、CH=CH-Cの構造式で表されるスチレンの他、スチレン構造中に公知の側鎖や官能基を有する構造のものも含まれる。
また、(メタ)アクリル酸エステル単量体とは、エステル結合を有する官能基を側鎖に有するものである。具体的には、CH=CHCOOR(Rはアルキル基)で表されるアクリル酸エステル単量体の他、CH=C(CH)COOR(Rはアルキル基)で表されるメタクリル酸エステル単量体などのビニル系エステル化合物が含まれる。
以下に、スチレンアクリル樹脂を形成することが可能なスチレン単量体および(メタ)アクリル酸エステル単量体の具体例を示すが、以下に示すものに限定されるものではない。
スチレン単量体としては、たとえば、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、α-メチルスチレン、p-フェニルスチレン、p-エチルスチレン、2,4-ジメチルスチレン、p-t-ブチルスチレン、p-n-ヘキシルスチレン、p-n-オクチルスチレン、p-n-ノニルスチレン、p-n-デシルスチレン、p-n-ドデシルスチレンなどが挙げられる。
また、(メタ)アクリル酸エステル単量体は、以下に示すアクリル酸エステル単量体およびメタクリル酸エステル単量体が代表的なもので、アクリル酸エステル単量体としては、たとえば、メチルアクリレート、エチルアクリレート、n-プロピルアクリレート、イソプロピルアクリレート、n-ブチルアクリレート、イソブチルアクリレート、t-ブチルアクリレート、n-オクチルアクリレート、2-エチルヘキシルアクリレート、ステアリルアクリレート、ドデシルアクリレート、フェニルアクリレートフェニルなどが挙げられる。メタクリル酸エステル単量体としては、たとえば、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、n-プロピルメタクリレート、イソプロピルメタクリレート、n-ブチルメタクリレート、イソブチルメタクリレート、t-ブチルメタクリレート、n-オクチルメタクリレート、2-エチルヘキシルメタクリレート、ステアリルメタクリレート、ドデシルメタクリレート、フェニルメタクリレート、ジエチルアミノエチルメタクリレート、ジメチルアミノエチルメタクリレートなどが挙げられる。
これらのスチレン単量体、アクリル酸エステル単量体、またはメタクリル酸エステル単量体は、単独でもまたは2種以上を組み合わせても使用することができる。
また、スチレンアクリル共重合体には、上述したスチレン単量体および(メタ)アクリル酸エステル単量体のみで形成された共重合体の他に、これらスチレン単量体および(メタ)アクリル酸エステル単量体に加えて、一般のビニル単量体を併用して形成されるものもある。以下に、本発明でいうスチレンアクリル共重合体を形成する際に併用可能なビニル単量体を例示するが、併用可能なビニル単量体は以下に示すものに限定されるものではない。
(1)オレフィン類
エチレン、プロピレン、イソブチレン等
(2)ビニルエステル類
プロピオン酸ビニル、酢酸ビニル、ベンゾエ酸ビニル等
(3)ビニルエーテル類
ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル等
(4)ビニルケトン類
ビニルメチルケトン、ビニルエチルケトン、ビニルヘキシルケトン等
(5)N-ビニル化合物類
N-ビニルカルバゾール、N-ビニルインドール、N-ビニルピロリドン等
(6)その他
ビニルナフタレン、ビニルピリジン等のビニル化合物類、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アクリル酸あるいはメタクリル酸誘導体等。
また、多官能性ビニル単量体を使用して、架橋構造の樹脂を作製することも可能である。さらに、側鎖にイオン性解離基を有するビニル単量体を使用することも可能である。イオン性解離基の具体例としては、たとえば、カルボキシル基、スルホン酸基、リン酸基などが挙げられる。以下に、これらイオン性解離基を有するビニル単量体の具体例を示す。
カルボキシル基を有するビニル単量体の具体例としては、たとえば、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、イタコン酸、ケイ皮酸、フマル酸、マレイン酸モノアルキルエステル、イタコン酸モノアルキルエステルなどが挙げられる。
スチレンアクリル樹脂の形成方法は、特に制限されず、公知の油溶性あるいは水溶性の重合開始剤を使用して単量体を重合する方法が挙げられる。必要に応じて公知の連鎖移動剤を使用してもよい。
本発明に使用されるスチレンアクリル樹脂を形成する場合、スチレン単量体およびアクリル酸エステル単量体の含有量は特に限定されるものではなく、結着樹脂の軟化点やガラス転移温度を制御する観点から適宜調整することが可能である。具体的には、スチレン単量体の含有量は、単量体全体に対し40~95質量%が好ましく、50~80質量%がより好ましい。また、アクリル酸エステル単量体の含有量は、単量体全体に対し5~60質量%が好ましく、10~50質量%がより好ましい。
スチレンアクリル樹脂の形成方法は、特に制限されず、公知の油溶性あるいは水溶性の重合開始剤を使用して単量体を重合する方法が挙げられる。油溶性の重合開始剤としては、具体的には、以下に示すアゾ系またはジアゾ系重合開始剤や過酸化物系重合開始剤がある。
アゾ系またはジアゾ系重合開始剤としては、2,2’-アゾビス-(2,4-ジメチルバレロニトリル)、2,2’-アゾビスイソブチロニトリル、1,1’-アゾビス(シクロヘキサン-1-カルボニトリル)、2,2’-アゾビス-4-メトキシ-2,4-ジメチルバレロニトリル、アゾビスイソブチロニトリルなどが挙げられる。
過酸化物系重合開始剤としては、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、t-ブチルヒドロパーオキサイド、ジ-t-ブチルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、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、2,2-ビス-(4,4-t-ブチルパーオキシシクロヘキシル)プロパン、トリス-(t-ブチルパーオキシ)トリアジンなどが挙げられる。
また、乳化重合法でスチレンアクリル樹脂粒子を形成する場合は水溶性ラジカル重合開始剤が使用可能である。水溶性ラジカル重合開始剤としては、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウムなどの過硫酸塩、アゾビスアミノジプロパン酢酸塩、アゾビスシアノ吉草酸およびその塩、過酸化水素などが挙げられる。
重合温度は、用いる単量体や重合開始剤の種類によっても異なるが、50~100℃であることが好ましく、55~90℃であることがより好ましい。また、重合時間は、用いる単量体や重合開始剤の種類によっても異なるが、たとえば2~12時間であることが好ましい。
乳化重合法により形成されるスチレンアクリル樹脂粒子は、組成の異なる樹脂よりなる2層以上の構成とすることもできる。この場合の製造方法としては、常法に従った乳化重合処理(第1段重合)により調製した樹脂粒子の分散液に、重合開始剤、重合性単量体、および必要に応じて離型剤を添加し、この系を重合処理(第2段重合、第3段重合)する多段重合法を採用することができる。
<ハイブリッド非晶性ポリエステル樹脂>
本発明の一実施形態に係るトナーにおいては、非晶性樹脂は、非晶性ポリエステル重合セグメントと、スチレン由来の構成単位を有するビニル重合セグメントと、が化学的に結合したハイブリッド非晶性ポリエステル樹脂を含有することが好ましい。より詳細には、非晶性樹脂は、非晶性ポリエステル重合セグメントと、スチレン由来の構成単位を有するビニル重合セグメントと、が化学的に結合したグラフト共重合体構造を有するハイブリッド非晶性ポリエステル樹脂をコアシェル構造のトナーのシェル部に含有することが好ましい。特には、非晶性ビニル樹脂をコア粒子に用いたコアシェル構造のトナーを作製し、かようなハイブリッド非晶性ポリエステル樹脂をシェル部に含むことにより、コア粒子とシェル部との間の相溶性を維持しつつ、非晶性ビニル樹脂に対する親和性が適度に高くなる。したがって、シェル部のコア粒子への付着がより容易になり、トナーの耐熱保管性がより向上する。
非晶性ポリエステル重合セグメントは、多価カルボン酸成分および多価アルコール成分との重縮合反応によって得られるポリエステル樹脂に由来する部分であって、トナーの示差走査熱量測定(DSC)において、明確な吸熱ピークが認められない重合セグメントをいう。
上記多価カルボン酸成分としては、例えば、シュウ酸、コハク酸、マレイン酸、アジピン酸、β-メチルアジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ノナンジカルボン酸、デカンジカルボン酸、ウンデカンジカルボン酸、ドデカンジカルボン酸、フマル酸、シトラコン酸、ジグリコール酸、シクロヘキサン-3,5-ジエン-1,2-ジカルボン酸、リンゴ酸、クエン酸、ヘキサヒドロテレフタル酸、マロン酸、ピメリン酸、酒石酸、粘液酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、テトラクロロフタル酸、クロロフタル酸、ニトロフタル酸、p-カルボキシフェニル酢酸、p-フェニレン二酢酸、m-フェニレンジグリコール酸、p-フェニレンジグリコール酸、o-フェニレンジグリコール酸、ジフェニル酢酸、ジフェニル-p,p’-ジカルボン酸、ナフタレン-1,4-ジカルボン酸、ナフタレン-1,5-ジカルボン酸、ナフタレン-2,6-ジカルボン酸、アントラセンジカルボン酸、ドデセニルコハク酸などのジカルボン酸;トリメリット酸、ピロメリット酸などが挙げられる。これら多価カルボン酸は、単独でもまたは2種以上混合しても用いることができる。これらの中でも、フマル酸、マレイン酸、メサコン酸などの脂肪族不飽和ジカルボン酸や、イソフタル酸やテレフタル酸などの芳香族ジカルボン酸、コハク酸、トリメリット酸を用いることが好ましい。
また、多価アルコール成分としては、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブタンジオール、ジエチレングリコール、ヘキサンジオール、シクロヘキサンジオール、オクタンジオール、デカンジオール、ドデカンジオール、ビスフェノールAエチレンオキサイド付加物、ビスフェノールAプロピレンオキサイド付加物などの2価のアルコール;グリセリン、ペンタエリスリトール、ヘキサメチロールメラミン、ヘキサエチロールメラミン、テトラメチロールベンゾグアナミン、テトラエチロールベンゾグアナミンなどの3価以上のポリオールなどが挙げられる。これら多価アルコール成分は、単独でもまたは2種以上混合しても用いることができる。これらの中でも、ビスフェノールAエチレンオキサイド付加物、ビスフェノールAプロピレンオキサイド付加物などの2価のアルコールが好ましい。
非晶性ポリエステル重合セグメントは、上記定義したとおりであれば特に限定されない。例えば、非晶性ポリエステル重合セグメントによる主鎖に他成分を共重合させた構造を有する樹脂や、非晶性ポリエステル重合セグメントを他成分からなる主鎖に共重合させた構造を有する樹脂について、この樹脂を含むトナーが上記のように明確な吸熱ピークが認められないものであれば、その樹脂は、本発明でいう非晶性ポリエステル重合セグメントを有するハイブリッド非晶性ポリエステル樹脂に該当する。
非晶性ポリエステル重合セグメントの含有量は、ハイブリッド非晶性ポリエステル樹脂の全量に対して75~98質量%であることが好ましい。なお、ハイブリッド非晶性ポリエステル樹脂中の各セグメントの構成成分および含有割合は、たとえば、NMR測定、メチル化反応Py-GC/MS測定により特定することができる。
ハイブリッド非晶性ポリエステル樹脂は、上記非晶性ポリエステル重合セグメントの他に、スチレン由来の構成単位を含むビニル重合セグメントを含む。ビニル重合セグメントとしては、スチレン由来の構成単位を含むものであれば特に制限されないが、熱定着時の可塑性を考慮すると、スチレン-(メタ)アクリル酸エステル重合セグメント(スチレンアクリル重合セグメント)が好ましい。
スチレンアクリル重合セグメントは、少なくとも、スチレン単量体と、(メタ)アクリル酸エステル単量体と、を付加重合させて形成されるものである。スチレンアクリル重合セグメントの形成が可能な単量体の具体例としては、上記スチレンアクリル樹脂で説明した単量体と同様のものが挙げられる。
ビニル重合セグメント中のスチレン由来の構成単位の含有率は、ビニル重合セグメントの全量に対し、40~95質量%であると好ましい。また、ビニル重合セグメント中の(メタ)アクリル酸エステル単量体に由来する構成単位の含有率は、ビニル重合セグメントの全量に対し、5~60質量%が好ましい。
さらに、ビニル重合セグメントは、上記スチレン単量体および(メタ)アクリル酸エステル単量体の他、上記非晶性ポリエステル重合セグメントに化学的に結合するための化合物が付加重合されてなると好ましい。具体的には、上記結晶性ポリエステル重合セグメントに含まれる、多価アルコール成分由来のヒドロキシル基[-OH]または多価カルボン酸成分由来のカルボキシル基[-COOH]とエステル結合する化合物を用いると好ましい。したがって、ビニル重合セグメントは、スチレンおよび(メタ)アクリル酸エステル単量体に対して付加重合可能であり、かつ、カルボキシル基[-COOH]またはヒドロキシル基[-OH]を有する化合物をさらに重合してなると好ましい。
かような化合物としては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、イタコン酸、ケイ皮酸、フマル酸、マレイン酸モノアルキルエステル、イタコン酸モノアルキルエステル等のカルボキシル基を有する化合物;2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、3-ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、3-ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、4-ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート等のヒドロキシル基を有する化合物が挙げられる。
ビニル重合セグメント中の上記化合物に由来する構成単位の含有率は、ビニル重合セグメントの全量に対し、0.5~20質量%が好ましい。
スチレンアクリル重合セグメントの形成方法は、特に制限されず、公知の油溶性あるいは水溶性の重合開始剤を使用して単量体を重合する方法が挙げられる。重合開始剤の具体例は、上記スチレンアクリル樹脂の項で説明したものと同様である。
ビニル重合セグメントの含有量は、ハイブリッド非晶性ポリエステル樹脂中2~25質量%であることが好ましい。
ハイブリッド非晶性ポリエステル樹脂を製造する方法としては、既存の一般的なスキームを使用することができる。代表的な方法としては、次の三つが挙げられる。
(1)ビニル重合セグメントをあらかじめ重合しておき、当該ビニル重合セグメントの存在下で非晶性ポリエステル重合セグメントを形成する重合反応を行ってハイブリッド非晶性ポリエステル樹脂を製造する方法
(2)非晶性ポリエステル重合セグメントおよびビニル重合セグメントをそれぞれ形成しておき、これらを結合させてハイブリッド非晶性ポリエステル樹脂を製造する方法
(3)非晶性ポリエステル重合セグメントをあらかじめ重合しておき、当該非晶性ポリエステル重合セグメントの存在下でビニル重合セグメントを形成する重合反応を行ってハイブリッド非晶性ポリエステル樹脂を製造する方法。
本発明に用いられるトナーは、フォトクロミック導電性化合物および結着樹脂以外に、着色剤、離型剤、荷電制御剤、外添剤等、他の成分を含んでもよい。以下、他の成分について説明する。
<着色剤>
本発明のトナーは着色剤を含んでもよい。着色剤としては、一般に知られている染料および顔料を用いることができる。
黒色のトナーを得るための着色剤としては、カーボンブラック、磁性体、鉄・チタン複合酸化物ブラックなどが挙げられ、カーボンブラックとしてはチャンネルブラック、ファーネスブラック、アセチレンブラック、サーマルブラック、ランプブラックなどが挙げられる。また、磁性体としてはフェライト、マグネタイトなどが挙げられる。
イエローのトナーを得るための着色剤としては、C.I.ソルベントイエロー19、同44、同77、同79、同81、同82、同93、同98、同103、同104、同112、同162などの染料;C.I.ピグメントイエロー14、同17、同74、同93、同94、同138、同155、同180、同185などの顔料が挙げられる。
マゼンタのトナーを得るための着色剤としては、C.I.ソルベントレッド1、同49、同52、同58、同63、同111、同122などの染料;C.I.ピグメントレッド5、同48:1、同53:1、同57:1、同122、同139、同144、同149、同166、同177、同178、同222などの顔料が挙げられる。
シアンのトナーを得るための着色剤としては、C.I.ソルベントブルー25、同36、同60、同70、同93、同95などの染料;C.I.ピグメントブルー1、同7、同15、同15:2、同15:3、同15:4、同16、同60、同62、同66、同76などの顔料が挙げられる。
各色のトナーを得るための着色剤は、各色について、1種または2種以上を組み合わせて使用することができる。
また、着色剤(粒子)の大きさとしては、特に制限されないが、体積基準のメジアン径が、10~1000nmであると好ましく、50~500nmであるとより好ましく、80~300nmであると特に好ましい。かような範囲であると高い色再現性を得ることができるほか、高画質に必要な小径トナーの形成に適している点で好ましい。なお、着色剤(粒子)の体積基準のメジアン径は、例えば、マイクロトラック(登録商標、以下同じ)粒度分布測定装置「UPA-150」(日機装株式会社製)を用いて測定することができる。
着色剤の含有割合は、トナー中0.5~20質量%であることが好ましく、2~10質量%であることがより好ましい。
<離型剤>
本発明に用いられるトナーは、離型剤を含有してもよい。使用される離型剤は特に限定されるものではなく、公知の種々のワックスを用いることができる。例えば、ポリエチレンワックス、パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、フィッシャートロプシュワックス、ジステアリルケトンなどのジアルキルケトン系ワックス、カルナバワックス、モンタンワックス、トリメチロールプロパントリベヘネート、ペンタエリスリトールテトラミリステート、ペンタエリスルトールテトラステアレート、ペンタエリスリトールテトラベヘネート、ペンタエリスリトールジアセテートジベヘネート、グリセリントリベヘネート、1,18-オクタデカンジオールジステアレート、トリメリット酸トリステアリル、ジステアリルマレエート、ベヘニルベヘネートなどのエステル系ワックス、エチレンジアミンジベヘニルアミド、トリメリット酸トリステアリルアミドなどのアミド系ワックスなどが挙げられる。
離型剤の含有割合は、トナー中2~30質量%の範囲内であることが好ましく、5~20質量%の範囲内であることがより好ましい。
<荷電制御剤>
本発明に係るトナーは、荷電制御剤を含有してもよい。使用される荷電制御剤は、摩擦帯電により正または負の帯電を与えることのできる物質であり、かつ無色のものであれば特に限定されず、公知の種々の正帯電性の荷電制御剤および負帯電性の荷電制御剤を用いることができる。
荷電制御剤の含有割合は、トナー中0.01~30質量%の範囲内であることが好ましく、0.1~10質量%の範囲内であることがより好ましい。
<外添剤>
トナーの流動性、帯電性、クリーニング性等を改良するために、トナー粒子に、いわゆる後処理剤である流動化剤、クリーニング助剤等の外添剤を添加して本発明の画像形成装置に使用されうるトナーを構成してもよい。
外添剤としては、たとえば、シリカ粒子、アルミナ粒子、酸化チタン粒子などの無機酸化物粒子、ステアリン酸アルミニウム粒子、ステアリン酸亜鉛粒子などの無機ステアリン酸化合物粒子、チタン酸ストロンチウム粒子、チタン酸亜鉛粒子などの無機チタン酸化合物粒子などの無機粒子が挙げられる。必要に応じてこれらの無機粒子は疎水化処理されていてもよい。これらは単独でもまたは2種以上を組み合わせても用いることができる。
これらの中でも、外添剤しては、例えば、ゾルゲルシリカ粒子や、表面を疎水化処理したシリカ粒子(疎水性シリカ粒子)または酸化チタン粒子(疎水性酸化チタン粒子)が好ましく、これらのうち少なくとも2種以上の外添剤を使用することがより好ましい。
外添剤の数平均一次粒子径は、1~200nmの範囲内であることが好ましく、10~180nmであることがより好ましい。この際、外添剤の少なくとも1種は30nm以上180nm以下であることが特に好ましい。
これら外添剤の添加量は、トナー中0.05~5質量%であることが好ましく、0.1~3質量%であることがより好ましい。
<トナーの平均粒径>
トナーの平均粒径は、体積基準のメジアン径(D50)で3~9μmであることが好ましく、3~8μmであることがより好ましい。体積基準のメジアン径(D50)が上記の範囲にあることにより、転写効率が高くなりハーフトーンの画質が向上し、細線やドット等の画質が向上する。
本発明において、トナーの体積基準のメジアン径(D50)は、「コールターカウンター3」(ベックマン・コールター株式会社製)に、データ処理用ソフト「Software V3.51」を搭載したコンピューターシステム(ベックマン・コールター株式会社製)を接続した測定装置を用いて測定・算出されるものである。
具体的には、測定試料(トナー)0.02gを、界面活性剤溶液20mL(トナー粒子の分散を目的として、たとえば界面活性剤成分を含む中性洗剤を純水で10倍希釈した界面活性剤溶液)に添加して馴染ませた後、超音波分散を1分間行い、トナー分散液を調製し、このトナー分散液を、サンプルスタンド内の「ISOTONII」(ベックマン・コールター株式会社製)の入ったビーカーに、測定装置の表示濃度が8%になるまでピペットにて注入する。
ここで、この濃度範囲にすることにより、再現性のある測定値を得ることができる。そして、測定装置において、測定粒子カウント数を25000個、アパーチャー径を50μmにし、測定範囲である1~30μmの範囲を256分割しての頻度値を算出し、体積積算分率の大きい方から50%の粒子径が体積基準のメジアン径(D50)とされる。
[トナーの製造方法]
本発明に用いられるトナーの製造方法は特に制限されないが、粒子径および形状の制御が容易な乳化凝集法を利用した製造方法であることが好ましい。
乳化凝集法とは、界面活性剤や分散安定剤によって分散された結着樹脂の粒子(以下、「結着樹脂粒子」ともいう)の分散液を、場合により離型剤の粒子(以下、「離型剤粒子」ともいう)の分散液や着色剤の粒子と混合し、所望の粒子径となるまで凝集させ、さらに結着樹脂粒子間の融着を行うことにより形状制御を行って、トナー粒子を製造する方法である。
フォトクロミック導電性化合物を導入する手順も特に制限されず、例えば、フォトクロミック導電性化合物の粒子の分散液を調製し、離型剤粒子の分散液や着色剤の粒子と混合し、またはこれと別途で、結着樹脂粒子の分散液と混合して凝集、融着を行ってもよい。このとき、フォトクロミック導電性化合物の粒子の分散液を調製する際は、後述の(a-4)着色剤粒子分散液の調製工程に記載の着色剤粒子分散液の調製方法に準じた手順で作製することができる。
または、例えば、後述の(a-1)スチレンアクリル樹脂粒子分散液調製工程に説明するように、結着樹脂粒子の分散液を調製する段階で、フォトクロミック導電性化合物を結着樹脂(またはその単量体)を含有する水系媒体に加えることで、フォトクロミック導電性化合物を含有する結着樹脂粒子を得ることができる。この際、フォトクロミック導電性化合物は、粉末状(粒子状)で、または必要に応じて有機溶媒に溶解させて、上記の水系媒体に添加してもよい。なお、結着樹脂粒子の分散液を複数作製する場合、いずれの結着樹脂粒子にフォトクロミック導電性化合物を含有させてもよい。
また、乳化凝集法によってはコアシェル構造を有するトナー粒子を得ることもでき、具体的にコアシェル構造を有するトナー粒子は、先ず、コア粒子用の結着樹脂粒子と着色剤の粒子とを凝集(、融着)させてコア粒子を作製し、次いで、コア粒子の分散液中にシェル部用の結着樹脂粒子を添加して、コア粒子表面にシェル部用の結着樹脂粒子を凝集、融着させてコア粒子表面を被覆するシェル部を形成することにより得ることができる。
以下、乳化凝集法により、コア粒子として、結着樹脂であるスチレンアクリル樹脂および結晶性ポリエステル樹脂と、着色剤と、離型剤と、フォトクロミック導電性化合物とを有し、シェル部としてハイブリッド非晶性ポリエステル樹脂を有するコアシェル構造を有するトナーを製造する場合の例を具体的に示す。
好ましい実施形態によるトナーの製造方法は、結晶性ポリエステル樹脂粒子分散液、スチレンアクリル樹脂粒子分散液、およびハイブリッド非晶性ポリエステル樹脂粒子分散液を調製する工程(以下、調製工程とも称する)(a)と、結晶性ポリエステル樹脂粒子分散液、およびスチレンアクリル樹脂粒子分散液を混合して凝集・融着させてコア粒子分散液を得る工程(以下、凝集・融着工程とも称する)(b)と、該コア粒子分散液およびハイブリッド非晶性ポリエステル樹脂粒子分散液を混合して凝集・融着させてトナー粒子分散液を得る工程(c)と、を含む。
以下、各工程(a)~(c)、ならびにこれらの工程以外に任意で行われる各工程(d)~(f)について詳述するが、以下の方法に制限されるものではない。
(a)調製工程
工程(a)は、結晶性ポリエステル樹脂粒子分散液、スチレンアクリル樹脂粒子分散液、および場合によりハイブリッド非晶性ポリエステル樹脂粒子分散液を調製する工程があり、また、必要に応じて、着色剤分散液調製工程などを含む。
(a-1)スチレンアクリル樹脂粒子分散液調製工程
スチレンアクリル樹脂粒子分散液は、例えば溶剤を用いることなく、水系媒体中において分散処理を行う方法、あるいはスチレンアクリル樹脂を酢酸エチルなどの溶剤に溶解させて溶液とし、分散機を用いて当該溶液を水系媒体中に乳化分散させた後、脱溶剤処理を行う方法などが挙げられる。好適には、スチレンアクリル樹脂を水系媒体中に分散させて、スチレンアクリル樹脂粒子分散液を調製する。
水系媒体とは、水の含有量が50質量%以上の媒体をいい、水、または水を主成分として、水に溶解する有機溶媒、界面活性剤、分散剤などの任意成分が配合されている水系媒体などが挙げられる。有機溶媒としては、例えばメタノール、エタノール、イソプロパノール、ブタノール、アセトン、メチルエチルケトン、テトラヒドロフラン等が挙げられる。これらのうち、樹脂を溶解しない有機溶媒であるメタノール、エタノール、イソプロパノール、ブタノール等のようなアルコール系有機溶媒が好ましい。水系媒体は、好ましくは水と界面活性剤とを混合したものが用いられる。
界面活性剤としては、たとえば、カチオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤、ノニオン性界面活性剤などが挙げられる。カチオン性界面活性剤としては、たとえば、ドデシルアンモニウムクロライド、ドデシルアンモニウムブロマイド、ドデシルトリメチルアンモニウムブロマイド、ドデシルピリジニウムクロライド、ドデシルピリジニウムブロマイド、ヘキサデシルトリメチルアンモニウムブロマイドなどが挙げられる。アニオン性界面活性剤としては、たとえば、ステアリン酸ナトリウム、ドデカン酸ナトリウムなどの脂肪酸石けん、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ドデシル硫酸ナトリウムなどが挙げられる。また、ノニオン性界面活性剤としては、たとえば、ポリオキシエチレンドデシルエーテル、ポリオキシエチレンヘキサデシルエーテル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンドデシルエーテル、ポリオキシエチレンソルビタンモノオレアートエーテル、モノデカノイルショ糖などが挙げられる。
このような界面活性剤は、単独でもまたは2種以上組み合わせても用いることができる。界面活性剤の中では、好ましくはアニオン性界面活性剤、より好ましくはドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムが使用される。
界面活性剤の添加量は、水系媒体100質量部に対して、好ましくは0.01質量部以上10質量部以下、より好ましくは0.04質量部以上1質量部以下である。
分散処理は、撹拌下で行うことが好ましく、また、機械的エネルギーを利用して行うことができ、分散機としては、特に限定されるものではなく、ホモジナイザー、低速せん断式分散機、高速せん断式分散機、摩擦式分散機、高圧ジェット式分散機、超音波分散機、高圧衝撃式分散機アルティマイザー、乳化分散機などが挙げられる。
スチレンアクリル樹脂の製造方法は、特に制限されず、公知の油溶性または水溶性の重合開始剤を使用して、塊状重合法、溶液重合法、乳化重合法、ミニエマルション法、分散重合法など公知の重合手法により重合を行う方法が挙げられる。必要に応じて、n-オクチルメルカプタンなどの公知の連鎖移動剤を使用してもよい。中でも、樹脂の単量体を重合開始剤とともに水系媒体中に添加し、単量体を重合反応させて、樹脂粒子の分散液を得る乳化重合法を用いることが好ましい。
乳化重合法では、以下のシード重合が好ましい。具体的には、スチレンアクリル樹脂を得るための単量体(スチレン単量体、(メタ)アクリル酸エステル単量体等)を重合開始剤と共に水系媒体中に添加して重合し、基礎粒子を得る。次に、当該樹脂粒子が分散している分散液中に、スチレンアクリル樹脂を得るためのラジカル重合性単量体および重合開始剤を添加し、上記基礎粒子にラジカル重合性単量体をシード重合する手法を用いることが好ましい。
また、例えば、3段階で重合反応させる場合、第1段重合により樹脂粒子の分散液を調製し、この分散液中にさらに樹脂の単量体と重合開始剤を添加して、第2段重合させる。第2段重合により調製した分散液中にさらに樹脂の単量体と重合開始剤を添加して第3段重合させる。第2段および第3段の重合時には、先の重合により生成された分散液中の樹脂粒子をシード(種)として、この樹脂粒子に新たに添加した単量体をさらに重合させることができ、樹脂粒子の粒径等の均一化を図ることができる。また、各段階の重合反応の際、異なる単量体を用いることにより、樹脂粒子の構造も多層構造とすることができ、目的の特性を有する樹脂粒子を得やすい。
特に限定されるものではないが、この段階でフォトクロミック導電性化合物を含有させることが好ましい。また、この段階で、離型剤を含有させてもよい。この場合、フォトクロミック導電性化合物および離型剤の分散性を良好にするために、フォトクロミック導電性化合物、離型剤および重合性単量体(混合物)を水系媒体に添加した後、機械的エネルギーを付与して撹拌することが好ましく、ホモジナイザー、低速せん断式分散機、高速せん断式分散機、摩擦式分散機、高圧ジェット式分散機、超音波分散機、高圧衝撃式分散機、アルティマイザーなどの分散機を用いることが好ましい。分散機としては市販品を用いることもでき、例えば、「クレアミックス(CLEARMIX)(登録商標)」(エム・テクニック社製)、HJP30006(株式会社スギノマシン製)、超音波ホモジナイザーUS-150T(日本精機製作所製)などを用いることができる。
分散の際には、溶液を加熱することが好ましい。加熱条件は特に限定されるものではないが、通常60~100℃程度である。
(重合開始剤)
重合反応に使用できる重合開始剤としては、公知のものを使用することができ、例えば過硫酸アンモニウム、過硫酸ナトリウム、過硫酸カリウム等の過硫酸塩、2,2’-アゾビス(2-アミノジプロパン)塩酸塩、2,2’-アゾビス-(2-アミノジプロパン)硝酸塩、4,7’-アゾビス-4-シアノ吉草酸、ポリ(テトラエチレングリコール-2,2’-アゾビスイソブチレート)等のアゾ化合物、過酸化水素等の過酸化物等が挙げられる。
重合開始剤の添加量は、目的の分子量や分子量分布によって異なるが、具体的には重合性単量体の添加量に対して、0.1~5.0質量%の範囲内とすることができる。
(連鎖移動剤)
重合反応時には、樹脂粒子の分子量を制御する観点から、連鎖移動剤を添加することができる。使用できる連鎖移動剤としては、例えば連鎖移動剤としては、オクチルメルカプタン、ドデシルメルカプタン、t-ドデシルメルカプタンなどのメルカプタン;n-オクチル-3-メルカプトプロピオネート、ステアリル-3-メルカプトプロピオネートなどのメルカプトプロピオン酸;およびスチレンダイマーなどを用いることができる。これらは一種単独であるいは二種以上組み合わせて用いることができる。
連鎖移動剤の添加量は、目的の分子量や分子量分布によって異なるが、重合性単量体の添加量に対して、0.1~5.0質量%の範囲内とすることができる。
(界面活性剤)
重合反応時には、分散液中の樹脂粒子の凝集等を防ぎ、良好な分散状態を維持する観点から、界面活性剤を添加することができる。具体的な界面活性剤の形態は上述の通りである。
このように準備されたスチレンアクリル樹脂粒子分散液におけるスチレンアクリル樹脂粒子(油滴)の粒径は、体積基準のメジアン径で、60~1000nmが好ましく、80~500nmであるがより好ましい。なお、この油滴の体積基準のメジアン径は、乳化分散時の機械的エネルギーの大きさによりコントロールすることができる。
(a-2)結晶性ポリエステル樹脂粒子分散液調製工程
結晶性ポリエステル樹脂を水系媒体中に分散させる方法としては、当該結晶性ポリエステル樹脂を有機溶媒(溶剤)中に溶解または分散させて油相液を調製し、油相液を転相乳化などによって水系媒体中に分散させて、所望の粒径に制御された状態の油滴を形成させた後、有機溶媒を除去する方法が挙げられる。
油相液の調製に使用される有機溶媒(溶剤)としては、油滴の形成後の除去処理が容易である観点から、沸点が低く、かつ、水への溶解性が低いものが好ましく、具体的には、例えば酢酸メチル、酢酸エチル、メチルエチルケトン、イソプロピルアルコール、メチルイソブチルケトン、トルエン、キシレンなどが挙げられる。これらは1種単独でまたは2種以上組み合わせて用いることができる。
有機溶媒(溶剤)の使用量(2種類以上使用する場合はその合計使用量)は、樹脂100質量部に対して、好ましくは1~600質量部、より好ましくは10~500質量部である。
さらに、油相液中には、カルボキシル基をイオン解離させて、水相に安定に乳化させて乳化を円滑に進めるためにアンモニア、水酸化ナトリウムなどを添加してもよい。
水系媒体の使用量は、油相液100質量部に対して、50~2,000質量部であることが好ましく、100~1,000質量部であることがより好ましい。水系媒体の使用量を上記の範囲とすることで、水系媒体中において油相液を所望の粒径に乳化分散させることができる。
水系媒体中には、分散安定剤が溶解されていてもよく、また油滴の分散安定性を向上させる目的で、界面活性剤などが添加されていてもよい。分散安定剤、界面活性剤の具体例および好適な例は上述の(a-1)の欄に記載したとおりである。
このような油相液の乳化分散は、機械的エネルギーを利用して行うことができ、乳化分散を行うための分散機としては、特に限定されるものではなく、低速せん断式分散機、高速せん断式分散機、摩擦式分散機、高圧ジェット式分散機、超音波ホモジナイザーなどの超音波分散機、高圧衝撃式分散機アルティマイザーなどが挙げられる。
油滴の形成後における有機溶媒の除去は、結晶性ポリエステル樹脂粒子/非晶性樹脂粒子が水系媒体中に分散された状態の分散液全体を、徐々に攪拌状態で昇温し、一定の温度域において強い攪拌を与えた後、脱溶媒を行うなどの操作により行うことができる。あるいは、エバポレータ等の装置を用いて減圧しながら除去することができる。
このように準備された結晶性ポリエステル樹脂粒子分散液における結晶性ポリエステル樹脂粒子(油滴)の粒子(油滴)平均粒径は、体積基準のメジアン径で60~1000nmであることが好ましく、80~500nmであることがより好ましい。
(a-3)ハイブリッド非晶性ポリエステル樹脂粒子分散液調製工程
ハイブリッド非晶性ポリエステル樹脂粒子分散液調製工程は、トナー粒子を構成するハイブリッド非晶性ポリエステル樹脂を合成し、このハイブリッド非晶性ポリエステル樹脂を水系媒体中に微粒子状に分散させてハイブリッド非晶性ポリエステル樹脂粒子の分散液を調製する工程である。
ハイブリッド非晶性ポリエステル樹脂の製造方法は上記記載したとおりである。ハイブリッド非晶性ポリエステル樹脂粒子分散液は、例えば溶剤を用いることなく、水系媒体中において分散処理を行う方法(あ)、あるいはハイブリッド非晶性ポリエステル樹脂を有機溶媒(溶剤)中に溶解または分散させて油相液を調製し、油相液を転相乳化などによって水系媒体中に分散させて、所望の粒径に制御された状態の油滴を形成させた後、有機溶媒を除去する方法(い)などが挙げられる。
方法(あ)における水系媒体および分散方法は上記(a-1)欄に記載したとおりである。方法(い)の詳細は、上記(a-2)欄に記載したとおりである。
このように準備されたハイブリッド非晶性ポリエステル樹脂粒子分散液におけるハイブリッド非晶性ポリエステル樹脂粒子(油滴)の粒径は、体積基準のメジアン径で、60~1000nmが好ましく、80~500nmがより好ましい。なお、この体積基準のメジアン径は、実施例に記載の方法で測定する。なお、この油滴の体積基準のメジアン径は、乳化分散時の機械的エネルギーの大きさによりコントロールすることができる。
(a-4)着色剤粒子分散液の調製工程
着色剤を水系媒体中に分散させて、着色剤粒子分散液を調製する。
着色剤粒子分散液の調製時にも、着色剤粒子の分散安定性を向上させるため、上述した界面活性剤を添加することができる。また、上述した機械的エネルギーを分散処理に利用することができる。
分散液中の着色剤粒子は、体積基準のメジアン径が10~300nmの範囲内であることが好ましく、より好ましくは100~200nmの範囲内であり、さらに好ましくは100~150nmの範囲内である。
(b)凝集・融着工程
調製したスチレンアクリル樹脂粒子分散液、結晶性ポリエステル樹脂粒子分散液、および着色剤粒子分散液を混合し、水系媒体中においてスチレンアクリル樹脂粒子、結晶性ポリエステル樹脂粒子分散液、および着色剤粒子の各粒子を凝集させる。さらに、混合液を加熱することによって各粒子を融着させて、コア粒子(コア部)を形成することができる。凝集および融着時、臨界凝集濃度以上の凝集剤を添加し、スチレンアクリル樹脂のガラス転移温度(Tg)以上に混合液を加熱することにより、凝集および融着を促進すればよい。
より詳細には、スチレンアクリル樹脂粒子分散液、結晶性ポリエステル樹脂粒子分散液および着色剤粒子分散液を混合した後、凝集性付与のために、予め水酸化ナトリウム水溶液等の塩基を該混合液に加えて、pHを9~12に調整しておくことが好ましい。
次いで、凝集剤を25~35℃で5~15分かけて撹拌しながら添加することが好ましい。凝集剤の使用量は、結着樹脂粒子および着色剤粒子の固形分全量に対して、5~20質量%であることが好ましい。使用できる凝集剤としては、特に限定されないが、アルカリ金属塩、第2族の金属塩等の金属塩等が挙げられる。
金属塩としては、例えば塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化リチウム等の1価の金属塩、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、硫酸銅、硫酸マグネシウム等の2価の金属塩、鉄、アルミニウム等の3価の金属塩等が挙げられる。なかでも、より少量で凝集させることができることから、2価の金属塩が好ましい。
凝集工程においては、凝集剤を添加した後に放置する放置時間(加熱を開始するまでの時間)をできるだけ短くすることが好ましい。すなわち、凝集剤を添加した後、凝集用分散液の加熱をできるだけ速やかに開始し、加熱することが好ましい。放置時間は、通常30分以内(下限0分)とされ、好ましくは10分以内である。
また、凝集工程においては、凝集剤を添加した後、加熱により速やかに昇温させることが好ましく、昇温速度は0.8℃/分以上とすることが好ましい。昇温速度の上限は、特に限定されないが、急速な融着の進行による粗大粒子の発生を抑制する観点から15℃/分以下とすることが好ましい。
さらに、温度を一定時間、好ましくは体積基準のメジアン径が4.5~7.0μmになるまで保持することにより、融着を継続させる。
(c)コア粒子分散液およびハイブリッド非晶性ポリエステル樹脂粒子分散液を混合して凝集・融着させてトナー粒子分散液を得る工程
次いで、シェル部を形成するハイブリッド非晶性ポリエステル樹脂粒子の分散液をさらに添加し、上記で得られた結着樹脂の粒子(コア粒子)の表面にシェル部を形成するハイブリッド非晶性ポリエステル樹脂を凝集、融着させる。これにより、コアシェル構造を有する結着樹脂が得られる(シェル化工程)。そして、凝集した粒子の大きさが目標の大きさになった時に、塩化ナトリウム水溶液等の塩を添加して凝集を停止させる。その後、コア粒子表面へのシェル部の凝集、融着をより強固にし、かつ粒子の形状が所望の形状になるまで、さらに反応系の加熱処理を行うとよい(熟成工程)。この熟成工程は、コアシェル構造を有するトナー粒子の平均円形度が、所望の平均円形度(好適には上記好適な範囲内)の範囲になるまで行えばよい。
これにより、粒子の成長(凝集)と、融着(粒子間の界面の消失)とを効果的に進行させることができ、最終的に得られるトナー粒子の耐久性を向上することができる。
また、ハイブリッド非晶性ポリエステル樹脂の代わりに、スチレンアクリル樹脂をシェル部の樹脂として用いてもよい。
(d)冷却工程
この工程は、トナー粒子の分散液を冷却処理する工程である。冷却処理の条件としては、1~20℃/分の冷却速度で冷却することが好ましい。冷却処理の具体的な方法としては特に限定されるものではなく、反応容器の外部より冷媒を導入して冷却する方法や、冷水を直接反応系に投入して冷却する方法などを例示することができる。
(e)濾過・洗浄工程
この工程は、冷却されたトナー粒子の分散液から当該トナー粒子を固液分離し、固液分離によって得られたトナーケーキ(ウェット状態にあるトナー粒子をケーキ状に凝集させた集合物)から界面活性剤や凝集剤などの付着物を除去して洗浄する工程である。
固液分離には、特に限定されずに、遠心分離法、ヌッチェなどを使用して行う減圧濾過法、フィルタープレスなどを使用して行う濾過法などを用いることができる。
(f)乾燥工程
この工程は、洗浄処理されたトナーケーキを乾燥する工程であり、一般的に行われる公知のトナー粒子の製造方法における乾燥工程に従って行うことができる。
具体的には、トナーケーキの乾燥に使用される乾燥機としては、スプレードライヤー、真空凍結乾燥機、減圧乾燥機などを挙げることができ、静置棚乾燥機、移動式棚乾燥機、流動層乾燥機、回転式乾燥機、撹拌式乾燥機などを使用することが好ましい。
(g)外添剤の添加工程
この工程は、トナー粒子に対して外添剤を添加する場合に必要に応じて行う工程である。
外添剤の混合装置としては、ヘンシェルミキサー、コーヒーミル、サンプルミルなどの機械式の混合装置を使用することができる。
[現像剤]
本発明に係るトナーは、たとえば磁性体を含有させて一成分磁性トナーとして使用する場合、いわゆるキャリアと混合して二成分現像剤として使用する場合、非磁性トナーを単独で使用する場合などが考えられ、いずれも好適に使用することができる。
上記磁性体としては、たとえばマグネタイト、γ-ヘマタイト、または各種フェライトなどを使用することができる。
二成分現像剤を構成するキャリアとしては、鉄、鋼、ニッケル、コバルト、フェライト、マグネタイトなどの金属、それらの金属とアルミニウム、鉛などの金属との合金などの従来公知の材料からなる磁性粒子を用いることができる。
キャリアとしては、磁性粒子の表面を樹脂等の被覆剤で被覆したコートキャリアや、バインダー樹脂中に磁性体粉末を分散してなるいわゆる樹脂分散型キャリアを用いることもできる。被覆用の樹脂としては、特に限定はないが、たとえば、オレフィン樹脂、スチレン樹脂、スチレンアクリル樹脂、シリコーン樹脂、ポリエステル樹脂またはフッ素樹脂などが用いられる。また、樹脂分散型キャリアを構成するための樹脂としては、特に限定されず公知のものを使用することができ、たとえば、アクリル樹脂、スチレンアクリル樹脂、ポリエステル樹脂、フッ素樹脂、フェノール樹脂などを使用することができる。
キャリアの体積基準のメジアン径は、20~100μmであることが好ましく、25~80μmであることがより好ましい。キャリアの体積基準のメジアン径は、代表的には湿式分散機を備えたレーザー回折式粒度分布測定装置「ヘロス(HELOS)」(シンパテック(SYMPATEC)社製)により測定することができる。
トナーのキャリアに対する混合量は、トナーとキャリアとの合計質量を100質量%として、2~10質量%であることが好ましい。
[画像形成方法]
本発明に係る画像形成装置が適用される画像形成方法としては、電子写真方式の公知の種々の画像形成方法が挙げられる。たとえば、モノクロの画像形成方法やフルカラーの画像形成方法に用いることができる。フルカラーの画像形成方法では、イエロー、マゼンタ、シアン、およびブラックの各々に係る4種類のカラー現像装置と、1つの感光体とにより構成される4サイクル方式の画像形成方法や、各色に係るカラー現像装置および感光体を有する画像形成ユニットを、それぞれ色別に搭載するタンデム方式の画像形成方法など、いずれの画像形成方法にも適用することができる。
本発明の効果を、以下の実施例および比較例を用いて説明する。ただし、本発明の技術的範囲が以下の実施例のみに制限されるわけではない。
各実施例、比較例で用いたフォトクロミック導電性化合物は下記の通りである。いずれも東京化成工業株式会社製の市販品を用いた。
Figure 0007139963000007
(結晶性ポリエステル樹脂の融点(Tm)および非晶性樹脂のガラス転移温度(Tg)
結晶性ポリエステル樹脂の融点(Tm)および非晶性樹脂のガラス転移温度(Tg)は、ASTM D3418に準拠して、示差走査熱量計(島津製作所製:DSC-60A)を用いて得た。この装置(DSC-60A)の検出部の温度補正はインジウムと亜鉛との融点を用い、熱量の補正にはインジウムの融解熱を用いた。サンプルは、アルミニウム製パンを用い、対照用に空パンをセットし、昇温速度10℃/分で昇温し、室温から150℃で5分間ホールドし、150℃から0℃まで液体窒素を用いて-10℃/分で降温し、0℃で5分間ホールドし、再度0℃から200℃まで10℃/分で昇温を行った。2度目の昇温時の吸熱曲線から解析をおこない、非晶性樹脂についてはオンセット温度をTgとし、結晶性ポリエステル樹脂については吸熱ピークのピークトップの温度を融点とした。
(樹脂粒子、着色剤粒子等の体積基準のメジアン径)
樹脂粒子、着色剤粒子、離型剤等の体積基準のメジアン径は、レーザー回析・散乱式粒度分布測定装置(マイクロトラック粒度分布測定装置「UPA-150」(日機装社製))で測定した。
(樹脂の重量平均分子量(Mw))
結着樹脂に含まれる各樹脂の重量平均分子量(Mw)は、下記のゲルパーミエーションクロマトグラフ法(GPC)を用いる測定方法により測定した。
すなわち、装置「HLC-8220」(東ソー株式会社製)およびカラム「TSKguardcolumn+TSKgelSuperHZM-M3連」(東ソー株式会社製)を用い、カラム温度を40℃に保持しながら、キャリア溶媒としてテトラヒドロフラン(THF)を流速0.2mL/minで流した。測定試料を、室温(25℃)において超音波分散機を用いて5分間処理を行う溶解条件で濃度1mg/mLになるようにテトラヒドロフランに溶解させた。次いで、ポアサイズ0.2μmのメンブランフィルターで処理して試料溶液を得、この試料溶液10μLを上記のキャリア溶媒とともに装置内に注入し、屈折率検出器(RI検出器)を用いて検出し、測定試料の有する分子量分布を単分散のポリスチレン標準粒子を用いて測定した検量線を用いて算出した。検量線測定用の標準ポリスチレン試料としては、Pressure Chemical社製の分子量が6×10、2.1×10、4×10、1.75×10、5.1×10、1.1×10、3.9×10、8.6×10、2×10、4.48×10のものを用い、少なくとも10点程度の標準ポリスチレン試料を測定し、検量線を作成した。また、検出器には屈折率検出器を用いた。
〔トナー1〕
(非晶性ビニル樹脂粒子分散液1の調製)
(第1段重合)
撹拌装置、温度センサー、冷却管および窒素導入装置を取り付けた5Lの反応容器に、ドデシル硫酸ナトリウム8質量部およびイオン交換水3000質量部を仕込み、窒素気流下230rpmの撹拌速度で撹拌しながら、内温を80℃に昇温させた。昇温後、過硫酸カリウム10質量部をイオン交換水400質量部に溶解させた溶液を添加し、再度液温を80℃として、下記単量体の混合液を1時間かけて滴下した。
スチレン 480.0質量部
n-ブチルアクリレート 250.0質量部
メタクリル酸 68.0質量部。
滴下後、80℃にて2時間加熱、撹拌することにより重合を行い、基礎粒子分散液(1)を調製した。
(第2段重合)
撹拌装置、温度センサー、冷却管および窒素導入装置を取り付けた5Lの反応容器に、ポリオキシエチレン(2)ドデシルエーテル硫酸ナトリウム8.67質量部をイオン交換水1352質量部に溶解させた溶液を仕込み、98℃に加熱した。加熱後、上記第1段重合により調製した基礎粒子分散液(1)を固形分換算で55質量部と、下記単量体、連鎖移動剤および離型剤を90℃にて溶解させた混合液と、を添加した。
スチレン(St) 211.44質量部
2-エチルヘキシルアクリレート(2EHA) 83.34質量部
メタクリル酸80質量%水溶液(MAA80) 32.04質量部
(メタクリル酸固形分25.63質量部)
n-オクチル-3-メルカプトプロピオネート(連鎖移動剤) 3.33質量部
N-252(離型剤、中京油脂社製) 172.8質量部
ジアリールエテン化合物(1) 133.3質量部。
次いで、循環経路を有する機械式分散機CLEARMIX(登録商標)(エム・テクニック社製)により、1時間の混合分散処理を行い、乳化粒子(油滴)を含む分散液を調製した。この分散液に、過硫酸カリウム6.07質量部をイオン交換水115.4質量部に溶解させた重合開始剤の溶液を添加し、この系を84℃にて1時間にわたり加熱撹拌することにより重合を行って、基礎粒子分散液(2)を調製した。
(第3段重合)
上記第2段重合により得られた基礎粒子分散液(2)にさらに硫酸カリウム9.5質量部をイオン交換水180質量部に溶解させた溶液を添加した。さらに、82℃の温度条件下で、下記単量体および連鎖移動剤の混合液を1時間かけて滴下した。
スチレン(St) 301.7質量部
アクリル酸ブチル(BA) 145.09質量部
メタクリル酸80質量%水溶液(MAA80) 35.64質量部
(メタクリル酸固形分28.52質量部)
メタクリル酸メチル(MMA) 43.11質量部
n-オクチル-3-メルカプトプロピオネート 7.01質量部。
滴下終了後、2時間にわたり加熱撹拌することにより重合を行った後、28℃まで冷却し、非晶性ビニル樹脂分散液1を調製した。
分散液中の非晶性ビニル樹脂粒子1は、体積基準のメジアン径が220nmであり、重量平均分子量(Mw)が32000であり、固形分は30質量%であった。
なお、上記の第2段重合により得られる樹脂のTgは36.5℃であり、第3段重合により得られる樹脂のTgは42.5℃であった。ここでこれらの樹脂のTgはFoxの設計Tgである。なお、昇温速度10℃/minで測定した実測値と大きく変化しないことを確認した。
(シェル用樹脂粒子分散液の調製)
下記のスチレン-アクリル樹脂の単量体、非晶性ポリエステル樹脂とスチレン-アクリル樹脂とのいずれとも反応する置換基を有する単量体(アクリル酸)および重合開始剤の混合液を滴下ロートに入れた。
スチレン 80.0質量部
n-ブチルアクリレート 20.0質量部
アクリル酸 10.0質量部
ジ-t-ブチルパーオキサイド(重合開始剤) 16.0質量部。
また、下記非晶性ポリエステル樹脂の単量体を、窒素導入管、脱水管、撹拌器および熱電対を備えた四つ口フラスコに入れ、170℃に加熱し溶解させた。
ビスフェノールAプロピレンオキサイド2モル付加物 285.7質量部
テレフタル酸 66.9質量部
フマル酸 47.4質量部。
次いで、撹拌下で、滴下ロートに入れた混合液を四つ口フラスコへ90分かけて滴下し、60分間熟成を行った後、減圧下(8kPa)にて未反応の単量体を除去した。その後、エステル化触媒としてTi(OBu)を0.4質量部投入し、235℃まで昇温して、常圧下(101.3kPa)にて5時間、さらに減圧下(8kPa)にて1時間、反応を行った。
次いで、反応液を200℃まで冷却し、減圧下(20kPa)にて反応を行った後、脱溶剤を行い、非晶性ポリエステル重合セグメントが、スチレン-アクリル樹脂を主鎖としてグラフト化されたハイブリッド非晶性ポリエステル樹脂を得た。得られたハイブリッド非晶性ポリエステル樹脂の重量平均分子量(Mw)は25000であり、ガラス転移点(Tg)は60℃であった。
得られたハイブリッド非晶性ポリエステル樹脂100質量部を、400質量部の酢酸エチル(関東化学社製)に溶解し、あらかじめ調製しておいた0.26質量%濃度のラウリル硫酸ナトリウム水溶液638質量部と混合した。混合液を撹拌しながら、超音波ホモジナイザーUS-150T(日本精機製作所製)によりV-LEVEL 300μAで30分間の超音波分散処理を行った。その後、40℃に加温した状態で、ダイヤフラム真空ポンプV-700(BUCHI社製)を使用し、減圧下で3時間撹拌しながら酢酸エチルを完全に除去して、固形分量が13.5質量%のハイブリッド非晶性ポリエステル樹脂粒子分散液を調製した。分散液中のハイブリッド非晶性ポリエステル樹脂粒子は、体積基準のメジアン径が160nmであった。
(着色剤粒子分散液の調製)
ドデシル硫酸ナトリウム90質量部をイオン交換水1600質量部に添加した溶液を撹拌しながら、銅フタロシアニン(C.I.ピグメントブルー15:3)420質量部を徐々に添加した。撹拌装置クレアミックス(エム・テクニック社製)を用いて分散処理することにより、着色剤粒子分散液を調製した。分散液中の着色剤粒子は、体積基準のメジアン径が110nmであった。
(トナー1の製造)
撹拌装置、温度センサーおよび冷却管を取り付けた反応容器に、上記で調製した非晶性ビニル樹脂粒子分散液1を540質量部(固形分換算)、イオン交換水332質量部を投入した。室温下(25℃)下で、5モル/Lの水酸化ナトリウム水溶液を添加してpHを10に調整した。
さらに、着色剤粒子分散液31質量部(固形分換算)を投入し、塩化マグネシウム72.5質量部をイオン交換水72.5質量部に溶解させた溶液を、撹拌下、30℃において10分間かけて添加した。3分間放置した後、60分かけて80℃まで昇温し、80℃に到達後、粒子径の成長速度が0.01μm/分となるように撹拌速度を調整して、コールターマルチサイザー3(ベックマン・コールター社製)により測定した体積基準のメジアン径が6.0μmになるまで成長させた。
次いで、上記で調製したシェル部用樹脂粒子分散液60質量部(固形分換算)を30分間かけて投入し、反応液の上澄みが透明になった時点で、塩化ナトリウム94.6質量部をイオン交換水378.4質量部に溶解させた水溶液を添加して、粒子径の成長を停止させた。次いで、昇温して80℃の状態で撹拌することにより、粒子の融着を進行させ、トナー粒子の平均円形度が0.970になった時点で、2.5℃/minの冷却速度で30℃まで冷却した。平均円形度は、測定装置FPIA-3000(Sysmex社製)を用いて、HPF検出数を4000個として測定した。
次いで、固液分離し、脱水したトナーケーキをイオン交換水に再分散し固液分離する操作を3回繰り返して洗浄した。洗浄後、40℃で24時間乾燥させることにより、トナー母体粒子を得た。
得られたトナー母体粒子100質量部に、疎水性シリカ粒子(個数平均一次粒径:12nm、疎水化度:68)0.6質量部と、疎水性酸化チタン粒子(個数平均一次粒径:20nm、疎水化度:63)1.0質量部、ゾルゲルシリカ(数平均一次粒子径=110nm、)1.0質量部とを添加し、ヘンシェルミキサー(三井三池化工機社製)により回転翼周速35mm/sec、32℃で20分間混合した。混合後、45μmの目開きのふるいを用いて粗大粒子を除去し、トナー1を得た。
〔トナー2〕
(非晶性ビニル樹脂粒子分散液2の調製)
上記非晶性ビニル樹脂粒子分散液1の調製において、第2段重合、及び第3段重合に用いた単量体の組成比を下記組成とし、ジアリールエテン化合物(1)の添加量を133.3質量部から20質量部に変更したこと以外は同様にして、非晶性ビニル樹脂粒子分散液2を得た。
(第2段重合)
スチレン(St) 239.9質量部
2-エチルヘキシルアクリレート(2EHA) 94.59質量部
メタクリル酸80%水溶液(MAA80) 36.37質量部
(メタクリル酸固形分29.09質量部)
n-オクチル-3-メルカプトプロピオネート(連鎖移動剤) 3.78質量部
N-252(離型剤、中京油脂社製) 172.8質量部
ジアリールエテン化合物(1) 20質量部。
(第3段重合)
スチレン(St) 324.5質量部
アクリル酸ブチル(BA) 164.7質量部
メタクリル酸80%水溶液(MAA80) 40.46質量部
(メタクリル酸固形分32.37質量部)
メタクリル酸メチル(MMA) 40.46質量部
n-オクチル-3-メルカプトプロピオネート 7.96質量部。
(トナー2の製造)
トナー1の製造において、非晶性ビニル樹脂粒子分散液1を非晶性ビニル樹脂粒子分散液2に変更したこと以外は同様にしてトナー2を製造した。
〔トナー3〕
(非晶性ビニル樹脂粒子分散液3の調製)
上記非晶性ビニル樹脂粒子分散液1の調製において、第2段重合、及び第3段重合に用いた単量体の組成比を下記組成とし、ジアリールエテン化合物(1)の添加量を133.3質量部から40質量部に変更したこと以外は同様にして、非晶性ビニル樹脂粒子分散液3を得た。
(第2段重合)
スチレン(St) 234.9質量部
2-エチルヘキシルアクリレート(2EHA) 92.61質量部
メタクリル酸80%水溶液(MAA80) 35.61質量部
(メタクリル酸固形分28.49質量部)
n-オクチル-3-メルカプトプロピオネート(連鎖移動剤) 3.70質量部
N-252(離型剤、中京油脂社製) 172.8質量部
ジアリールエテン化合物(1) 40質量部。
(第3段重合)
スチレン(St) 335.3質量部
アクリル酸ブチル(BA) 161.2質量部
メタクリル酸80%水溶液(MAA80) 39.6質量部
(メタクリル酸固形分31.69質量部)
メタクリル酸メチル(MMA) 47.9質量部
n-オクチル-3-メルカプトプロピオネート 7.79質量部。
(トナー3の製造)
トナー1の製造において、非晶性ビニル樹脂粒子分散液1を非晶性ビニル樹脂粒子分散液3に変更したこと以外は同様にしてトナー3を製造した。
〔トナー4〕
(非晶性ビニル樹脂粒子分散液4の調製)
上記非晶性ビニル樹脂粒子分散液1の調製において、第2段重合、及び第3段重合に用いた単量体の組成比を下記組成とし、ジアリールエテン化合物(1)の添加量を133.3質量部から240質量部に変更したこと以外は同様にして、非晶性ビニル樹脂粒子分散液4を得た。
(第2段重合)
スチレン(St) 184.6質量部
2-エチルヘキシルアクリレート(2EHA) 72.7質量部
メタクリル酸80質量%水溶液(MAA80) 27.9質量部
(メタクリル酸固形分22.4質量部)
n-オクチル-3-メルカプトプロピオネート(連鎖移動剤) 2.90質量部
N-252(離型剤、中京油脂社製) 172.8質量部
ジアリールエテン化合物(1) 240質量部。
(第3段重合)
スチレン(St) 263.4質量部
アクリル酸ブチル(BA) 126.6質量部
メタクリル酸80質量%水溶液(MAA80) 31.1質量部
(メタクリル酸固形分24.9質量部)
メタクリル酸メチル(MMA) 37.6質量部
n-オクチル-3-メルカプトプロピオネート 6.12質量部。
(トナー4の製造)
トナー1の製造において、非晶性ビニル樹脂粒子分散液1を非晶性ビニル樹脂粒子分散液4に変更したこと以外は同様にしてトナー4を製造した。
〔トナー5〕
(非晶性ビニル樹脂粒子分散液5の調製)
上記非晶性ビニル樹脂粒子分散液1の調製において、第2段重合、及び第3段重合に用いた単量体の組成比を下記組成とし、ジアリールエテン化合物(1)の添加量を133.3質量部から306.7質量部に変更したこと以外は同様にして、非晶性ビニル樹脂粒子分散液5を得た。
(第2段重合)
スチレン(St) 167.7質量部
2-エチルヘキシルアクリレート(2EHA) 66.1質量部
メタクリル酸80質量%水溶液(MAA80) 25.4質量部
(メタクリル酸固形分20.3質量部)
n-オクチル-3-メルカプトプロピオネート(連鎖移動剤) 2.64質量部
N-252(離型剤、中京油脂社製) 172.8質量部
ジアリールエテン化合物(1) 306.7質量部。
(第3段重合)
スチレン(St) 239.4質量部
アクリル酸ブチル(BA) 115.1質量部
メタクリル酸80質量%水溶液(MAA80) 28.3質量部
(メタクリル酸固形分22.6質量部)
メタクリル酸メチル(MMA) 34.2質量部
n-オクチル-3-メルカプトプロピオネート 5.56質量部。
(トナー5の製造)
トナー1の製造において、非晶性ビニル樹脂粒子分散液1を非晶性ビニル樹脂粒子分散液5に変更したこと以外は同様にしてトナー5を製造した。
〔トナー6〕
(非晶性ビニル樹脂粒子分散液6の調製)
上記非晶性ビニル樹脂粒子分散液1の調製において、第2段重合、及び第3段重合に用いた単量体の組成比を下記組成とし、ジアリールエテン化合物(1)の添加量を133.3質量部から150質量部に変更したこと以外は同様にして、非晶性ビニル樹脂粒子分散液6を得た。
(第2段重合)
スチレン(St) 207.2質量部
2-エチルヘキシルアクリレート(2EHA) 81.7質量部
メタクリル酸80質量%水溶液(MAA80) 31.4質量部
(メタクリル酸固形分25.1質量部)
n-オクチル-3-メルカプトプロピオネート(連鎖移動剤) 3.26質量部
N-252(離型剤、中京油脂社製) 172.8質量部
ジアリールエテン化合物(1) 150質量部。
(第3段重合)
スチレン(St) 295.7質量部
アクリル酸ブチル(BA) 142.2質量部
メタクリル酸80質量%水溶液(MAA80) 34.9質量部
(メタクリル酸固形分27.9質量部)
メタクリル酸メチル(MMA) 42.2質量部
n-オクチル-3-メルカプトプロピオネート 6.87質量部。
(結晶性ポリエステル樹脂粒子分散液の調製)
撹拌機、温度計、冷却管および窒素ガス導入管を備えた反応容器に、1,10-デカンジカルボン酸(ドデカン二酸)315質量部、1,9-ノナンジオール252質量部を入れた。この反応容器中を乾燥窒素ガスで置換した後、チタンテトラブトキサイド0.1質量部を添加し、窒素ガス気流下において180℃で撹拌しながら8時間重合反応を行った。さらに、チタンテトラブトキサイド0.2質量部を添加し、温度を220℃に上げて撹拌しながら6時間重合反応を行った。その後、反応容器内を10mmHgまで減圧し、減圧下で反応を行うことにより、結晶性ポリエステル樹脂粒子を得た。得られた結晶性ポリエステル樹脂の重量平均分子量(Mw)は、14000であり、融点(Tm)は、72℃であった。
上記で得られた結晶性ポリエステル樹脂200質量部を70℃に加温した酢酸エチル200質量部に溶解した後、イオン交換水800質量部にポリオキシエチレンラウリルエーテル硫酸ナトリウムを濃度が1質量%になるよう溶解させた水溶液と混合し、超音波ホモジナイザーを用い分散を行った。この溶液を減圧下、酢酸エチルを除去した後、固形分濃度を20質量%に調整した。これにより、水系媒体中に結晶性ポリエステル樹脂による粒子が分散された結晶性ポリエステル樹脂粒子分散液を調製した。結晶性ポリエステル樹脂粒子の体積平均粒径(Mv)は200nmであった。
(トナー6の製造)
トナー1の製造において、非晶性ビニル樹脂粒子分散液1を非晶性ビニル樹脂粒子分散液6に変更し、非晶性ビニル樹脂粒子分散液6の仕込み量を固形分換算で540質量部から480質量部に変更し、上記で調製した結晶性ポリエステル樹脂粒子分散液を固形分換算で60質量部、昇温前の仕込みの段階で添加したこと以外は同様にしてトナー6を製造した。
[トナー7]
(非晶性ビニル樹脂粒子分散液7の調製)
上記非晶性ビニル樹脂粒子分散液1の調製において、第2段重合、及び第3段重合に用いた単量体の組成比を下記組成とし、ジアリールエテン化合物(1)の添加量を133.3質量部から142.8質量部に変更したこと以外は同様にして、非晶性ビニル樹脂粒子分散液7を得た。
(第2段重合)
スチレン(St) 209.0質量部
2-エチルヘキシルアクリレート(2EHA) 82.4質量部
メタクリル酸80質量%水溶液(MAA80) 31.7質量部
(メタクリル酸固形分25.3質量部)
n-オクチル-3-メルカプトプロピオネート(連鎖移動剤) 3.29質量部
N-252(離型剤) 172.8質量部
ジアリールエテン化合物(1) 142.8質量部。
(第3段重合)
スチレン(St) 298.3質量部
アクリル酸ブチル(BA) 143.5質量部
メタクリル酸80質量%水溶液(MAA80) 35.2質量部
(メタクリル酸固形分28.2質量部)
メタクリル酸メチル(MMA) 42.6質量部
n-オクチル-3-メルカプトプロピオネート 6.93質量部。
(トナー7の製造)
トナー1の製造において、非晶性ビニル樹脂粒子分散液1を非晶性ビニル樹脂粒子分散液7に変更し、非晶性ビニル樹脂粒子分散液7の仕込み量を固形分換算で540質量部から480質量部に変更し、結晶性ポリエステル樹脂粒子分散液を固形分換算で36質量部、昇温前の仕込みの段階で添加したこと以外は同様にしてトナー7を製造した。
〔トナー8〕
(非晶性ビニル樹脂粒子分散液8の調製)
上記非晶性ビニル樹脂粒子分散液1の調製において、第2段重合、及び第3段重合に用いた単量体の組成比を下記組成とし、ジアリールエテン化合物(1)の添加量を133.3質量部から164.4質量部に変更したこと以外は同様にして、非晶性ビニル樹脂粒子分散液8を得た。
(第2段重合)
スチレン(St) 203.6質量部
2-エチルヘキシルアクリレート(2EHA) 80.3質量部
メタクリル酸80質量%水溶液(MAA80) 30.9質量部
(メタクリル酸固形分24.7質量部)
n-オクチル-3-メルカプトプロピオネート(連鎖移動剤) 3.29質量部
N-252(離型剤) 172.8質量部
ジアリールエテン化合物(1) 164.4質量部。
(第3段重合)
スチレン(St) 290.6質量部
アクリル酸ブチル(BA) 139.7質量部
メタクリル酸80質量%水溶液(MAA80) 34.3質量部
(メタクリル酸固形分27.5質量部)
メタクリル酸メチル(MMA) 41.5質量部
n-オクチル-3-メルカプトプロピオネート 6.75質量部。
(トナー8の製造)
トナー1の製造において、非晶性ビニル樹脂粒子分散液1を非晶性ビニル樹脂粒子分散液8に変更し、非晶性ビニル樹脂粒子分散液8の仕込み量を固形分換算で540質量部から438質量部に変更し、結晶性ポリエステル樹脂粒子分散液を固形分換算で102質量部、昇温前の仕込みの段階で添加したこと以外は同様にしてトナー8を製造した。
〔トナー9〕
(非晶性ビニル樹脂粒子分散液9の調製)
上記非晶性ビニル樹脂粒子分散液6の調製において、ジアリールエテン化合物(1)をジアリールエテン化合物(2)に変更したこと以外は同様にして、非晶性ビニル樹脂粒子分散液9を得た。
(トナー9の製造)
トナー6の製造において、非晶性ビニル樹脂粒子分散液6を非晶性ビニル樹脂粒子分散液6に変更したこと以外は同様にしてトナー9を製造した。
〔トナー10〕
(非晶性ビニル樹脂粒子分散液10の調製)
上記非晶性ビニル樹脂粒子分散液6の製造において、ジアリールエテン化合物(1)をジアリールエテン化合物(3)に変更したこと以外は同様にして、非晶性ビニル樹脂粒子分散液10を得た。
(トナー10の製造)
実施例6におけるトナー6の製造において、非晶性ビニル樹脂粒子分散液6を非晶性ビニル樹脂粒子分散液10に変更したこと以外は同様にしてトナー10を製造した。
〔トナー11〕
(非晶性ビニル樹脂粒子分散液11の調製)
上記非晶性ビニル樹脂粒子分散液6の製造において、第2段重合、及び第3段重合に用いた単量体の組成比を下記組成とし、フォトクロミック導電性化合物(1)をフルギド化合物(1)に変更したこと以外は同様にして、非晶性ビニル樹脂粒子分散液11を得た。
(トナー11の製造)
トナー6の製造において、非晶性ビニル樹脂粒子分散液6を非晶性ビニル樹脂粒子分散液11に変更したこと以外は同様にしてトナー11を製造した。
〔トナー12〕
(非晶性ビニル樹脂粒子分散液12の調製)
上記非晶性ビニル樹脂粒子分散液1の製造において、第2段重合、及び第3段重合に用いた単量体の組成比を下記組成とし、ジアリールエテン化合物(1)の添加量を133.3質量部から0質量部に変更したこと以外は同様にして、非晶性ビニル樹脂粒子分散液12を得た。
(第2段重合)
スチレン(St) 245.0質量部
2-エチルヘキシルアクリレート(2EHA) 96.6質量部
メタクリル酸80質量%水溶液(MAA80) 37.1質量部
(メタクリル酸固形分29.7質量部)
n-オクチル-3-メルカプトプロピオネート(連鎖移動剤) 3.86質量部
N-252(離型剤) 172.8質量部。
(第3段重合)
スチレン(St) 349.7質量部
アクリル酸ブチル(BA) 168.2質量部
メタクリル酸80質量%水溶液(MAA80) 41.3質量部
(メタクリル酸固形分33.0質量部)
メタクリル酸メチル(MMA) 49.9質量部
n-オクチル-3-メルカプトプロピオネート 8.12質量部。
(トナー12の製造)
トナー1の製造において、非晶性ビニル樹脂粒子分散液1(540質量部(固形分換算))を非晶性ビニル樹脂粒子分散液12(540質量部(固形分換算))に変更したこと以外は同様にしてトナー12を製造した。
〔トナー13〕
(非晶性ビニル樹脂粒子分散液13の調製)
上記非晶性ビニル樹脂粒子分散液1の製造において、第2段重合、及び第3段重合に用いた単量体の組成比を下記組成とし、ジアリールエテン化合物(1)の添加量を133.3質量部から0質量部に変更したこと以外は同様にして、非晶性ビニル樹脂粒子分散液13を得た。
(第2段重合)
スチレン(St) 234.8質量部
2-エチルヘキシルアクリレート(2EHA) 106.8質量部
メタクリル酸80質量%水溶液(MAA80) 37.1質量部
(メタクリル酸固形分29.7質量部)
n-オクチル-3-メルカプトプロピオネート(連鎖移動剤) 3.80質量部
N-252(離型剤) 172.8質量部。
(第3段重合)
スチレン(St) 328.0質量部
アクリル酸ブチル(BA) 192.9質量部
メタクリル酸80質量%水溶液(MAA80) 41.3質量部
(メタクリル酸固形分33.0質量部)
メタクリル酸メチル(MMA) 46.9質量部
n-オクチル-3-メルカプトプロピオネート 8.06質量部。
なお、上記の第2段重合により得られる樹脂のTgは30.0℃であり、第3段重合により得られる樹脂のTgは35℃であった。ここで第2段重合、第3段重合により得られる樹脂のTgはFoxの設計Tgである。
(トナー13の製造)
トナー1の製造において、非晶性ビニル樹脂粒子分散液1(540質量部(固形分換算))を非晶性ビニル樹脂粒子分散液13(540質量部(固形分換算))に変更したこと以外は同様にしてトナー13を製造した。
[現像剤の作製]
キャリア19gと上記で作製したトナー1gとを20mlガラス製容器に入れ、常温常湿(NN)環境にて毎分200回、振り角度45°、アーム50cmで20分間振り、現像剤を作製した。
[貼り付き力]
貼りつき力の測定は、「bizhub PRESS(登録商標)C1070(コニカミノルタ株式会社製)」を用いて、上記で作製した現像剤を順次装填して評価を行った。なお、定着装置は、図2に示す装置を適宜改変して構成された装置となるように改造し、紫外光、可視光の照射の有無、照射強度、照射時間を調節できるようにした。定着上ベルトの温度を150℃、定着下ローラーの温度を70℃に設定し、1254Nで加圧して定着を行った。ベタ画像(トナー付着量:10.5g/m)を両面100枚出力した(紙種:OKトップコート紙(王子製紙社製) A3 157g/m)。積載された出力画像のうち、上から70~80枚目の11枚を抽出し、図3に示すように、平坦なテーブルの上に置き、一番上の用紙の短辺先端にテープを貼り付け水平方向にゆっくり滑らせた。この際、上から2枚目以降の画像については動かないようにテーブルに固定した。用紙を滑らせるのに要する力(N)をばねばかりで測定した。この測定を上から順に5枚繰り返し、ばねばかりの示した力の平均値を貼り付き力とした。貼り付き力が2.0N未満となる場合に実用可能レベルとした。結果を下記表に示す。なお、図2の第1照射部40aから照射される紫外光の波長は365nm(光源:発光波長が365nm±10nmのLED光源)とし、照射光量は500mW/cm、照射時間は10秒とした。第2照射部40bから照射される可視光の波長は600nm(光源:発光波長が600nm±2nmのLED光源)とし、照射光量は100mW/cm、照射時間は5秒とした。
◎:0N以上1.5N未満、
○:1.5N以上2.0N未満、
×:2.0N以上。
[低温定着性(アンダーオフセット性)]
低温定着性の評価は、市販のカラー複合機「bizhub PRO(登録商標)C6500(コニカミノルタ株式会社製)」の現像装置に、上記で作製した現像剤を順次装填して評価を行った。なお、定着装置は、図2に示す装置を適宜改変して構成された装置となるように改造し、紫外光を照射した状態での低温定着性を評価した。紫外光の照射条件は上記の貼り付き力の測定の際の照射条件と同様である。なお、定着温度、トナー付着量、システム速度を自由に設定できるように改造した。評価紙としてNPI128g/m(日本製紙株式会社製)を用い、トナー付着量11.3g/mのベタ画像を定着速度300mm/secで定着上ベルトの温度を110~200℃、定着下ローラーの温度を100℃に設定し1℃毎の水準で定着させた時に、アンダーオフセットが発生しない定着上ベルトの定着下限温度を評価し、低温定着性の指標とした。アンダーオフセットとは、定着機を通過する際に与えられた熱によるトナー層の溶融が不十分であるために記録紙等の転写材から剥離してしまう画像欠陥をいう。この定着下限温度が低ければ低い程、定着性が優れており、150℃未満を合格とした。
◎:145℃未満、
○:145℃以上150℃未満、
△:150℃以上155℃未満、
×:155℃以上。
[帯電量]
キャリア19gと上記で作製したトナー1gとを20mlガラス製容器に入れ、常温常湿(NN)環境にて毎分200回、振り角度45°、アーム50cmで20分間、振った後、ブローオフ法で帯電量を測定した。
具体的には、ブローオフ帯電量測定装置「TB-200(東芝ケミカル株式会社製)」を用い、測定する試料を、400メッシュのステンレス製スクリーンを装着した上記のブローオフ帯電量測定装置にセットし、ブロー圧50kPaの条件で10秒間窒素ガスにてブローし、電荷を測定した。測定された電荷を飛翔したトナー質量で割ることにより帯電量(μC/g)を算出した。帯電量が60μC/g以上であれば問題なく使用できる。
◎:75~85μC/g、
○:70μC/g以上75μC/g未満、
△:60μC/g以上70μC/g未満、
×:60μC/g未満。
[耐熱保管性]
上記で作製したトナー0.5gを内径21mmの10mlガラス瓶に取り蓋を閉めて、タップデンサーKYT-2000(セイシン企業製)で室温にて600回振とうした後、蓋を取った状態で57.5℃、35%RHの環境下に2時間放置した。次いで、トナーを48メッシュ(目開き350μm)の篩上に、トナーの凝集物を解砕しないように注意しながらのせて、パウダーテスター(ホソカワミクロン社製)にセットし、押さえバー、ノブナットで固定し、送り幅1mmの振動強度に調整し、10秒間振動を加えた後、篩上の残存したトナー量の比率(質量%)を測定した。
トナー凝集率は下記式により算出される値である。
Figure 0007139963000008
下記に記載の基準によりトナーの耐熱保管性の評価を行い、耐熱保管性の指標とした。
◎:トナー凝集率が15質量%未満(トナーの耐熱保管性が極めて良好)、
○:トナー凝集率が15質量%以上35質量%未満(トナーの耐熱保管性が良好)、
△:トナー凝集率が35質量%以上50質量%未満(トナーの耐熱保管性やや劣るが許容レベル)、
×:トナー凝集率が50質量%以上(トナーの耐熱保管性が悪く、使用不可)。
[体積抵抗]
上記で作製したトナー0.1mgに対して、25℃、50%RHの条件下で、365nm(光源:発光波長が365nm±10nmのLED光源)の光を照射した。照射光量は1000mW/cm、照射時間は5秒であった。UV照射後、トナーの体積抵抗を、25℃、50%RHの室内に設置した小型恒温槽(espec社製SH-222)内部に電極を設置した高抵抗測定装置5451(株式会社エーディーシー製)にて測定を行った。測定条件は、主電極径が11mm、1000V印加し、ディスチャージ時間1分、チャージ時間1秒、測定間隔10秒ごととしサンプル厚はデジタルマノメーターで測定した値を入力した。小型恒温槽は25℃にて1分、その後100℃の設定となるよう温度プログラムを組んだ(昇温速度は5~6℃/min)。温度プログラムのスタートと同時に高抵抗測定装置の測定をスタートし、25℃から100℃までの温度(いずれの温度においても湿度は、50%RHとした。)に対する測定試料の体積抵抗率の挙動を得、トナーの70℃、50%RHでの体積抵抗率を求めた。なお、比較例2、3では、光照射を行わなかった。体積抵抗率が5.0×1016Ω・cm未満であれば問題なく使用できる。
◎:5.0×1014Ω・cm未満、
○:5.0×1014Ω・cm以上5.0×1015Ω・cm未満、
△:5.0×1015Ω・cm以上5.0×1016Ω・cm未満、
×:5.0×1016Ω・cm以上。
[定着5分後の画像の反射濃度]
定着5分後の画像の反射濃度の測定は、「bizhub PRESS(登録商標)C1070(コニカミノルタ株式会社製)」を用いて、上記で作製した現像剤を順次装填して評価を行った。なお、定着装置は、図2に示す装置を適宜改変して構成された装置となるように改造し、紫外光、可視光の照射の有無、照射強度、照射時間を調節できるようにした。定着上ベルトの温度を150℃、定着下ローラーの温度を70℃に設定し、1254Nで加圧して定着を行った。ベタ画像(トナー付着量:4.0g/m)を片面で100枚出力した(紙種:PODグロスコート128、王子製紙社製)。なお、図2の第1照射部40aから照射される紫外光の波長は365nm(光源:発光波長が365nm±10nmのLED光源)とし、照射光量は500mW/cm、照射時間は10秒とした。第2照射部40bから照射される可視光の波長は600nm(光源:発光波長が600nm±2nmのLED光源)とし、照射光量は100mW/cm、照射時間は5秒とした。一般環境境下(20℃、50%RH)でそれぞれ連続100枚の連続プリントを行い、100枚目の出力の5分後に、100枚目に出力したプリント物上のベタ画像上より任意の8点の反射濃度を反射濃度計「RD-918(マクベス社製)」を用いて測定し、その平均値を画像濃度とした。反射濃度が1.4以上であれば問題なく使用できる。
反射濃度
◎:1.8以上、
○:1.6以上1.8未満、
△:1.4以上1.6未満、
×:1.4未満。
(実施例1~12、比較例1~3)
下記表1に示すように、トナーの種類および定着装置の条件を種々変更して、上記評価を行った。各トナーの構成、定着装置の条件、および評価結果を下記表1に示す。表1中、フォトクロミック導電性化合物の含有量および結晶性ポリエステル樹脂の含有量は、それぞれ、トナーに含まれる結着樹脂、フォトクロミック導電性化合物、および離型剤の総量に対する質量%の値である。シェル部の含有量は、コア部とシェル部の合計質量に対する質量%の値である。
Figure 0007139963000009
Figure 0007139963000010
上記表1から明らかなように、各実施例では、トナーの低温定着性、耐熱保管性を低下させることなく、連続印刷後の用紙の貼り付きが抑制できることがわかった。これに対して、トナーがフォトクロミック導電性化合物を含まない比較例1や、定着前に用紙上に形成されたトナー像に対して光照射を行わない比較例3では、用紙が貼り付きやすい。また、比較例2のようにトナーにガラス転移温度の低い結着樹脂を用いると、低い定着温度で定着でき、用紙の貼り付きは起こりにくいものの、トナーの耐熱保管性が低くなってしまうことがわかった。
また、実施例1~5を比較すると、フォトクロミック導電性化合物の含有率がトナーに含まれる結着樹脂、フォトクロミック導電性化合物、および離型剤の総量に対して2~20質量%である実施例1、2、4は貼り付き力の低下とトナーの耐熱保管性とのバランスに優れる。
加えて、実施例6~10のように、結着樹脂に結晶性ポリエステル樹脂を用いると低温定着性がさらに改善することがわかった。
また、実施例9~12のように、第2の光照射(可視光)により、フォトクロミック導電性化合物が有色の閉環体から無色の開環体に速やかに変化する。そのため、フォトクロミック導電性化合物の含有量が比較的多い場合であっても、定着後短時間で定着画像の黒味が増し、高い反射濃度が得られるものと考えられる。
1 感光体、
2 帯電器、
3 露光器、
4 現像部、
5 転写部、
7 用紙搬送系、
8 クリーニング部、
9 定着部(圧着部)、
10 画像形成部、
11 給紙部、
12 搬送ローラー、
13 搬送ベルト、
14 排紙部、
15 手差し給紙部、
16 トレイ、
17 温湿度計、
20 画像処理部、
24 用紙反転部、
40 照射部、
40a 第1照射部(第1の光照射手段)、
40b 第2照射部(第2の光照射手段)、
71 画像読取装置、
72 自動原稿送り装置、
85 ブレード、
90 制御部、
91、92 加圧部材(加圧手段)、
100 画像形成装置、
d 原稿、
S 記録用紙。

Claims (12)

  1. 光吸収による異性化反応により導電性が発現されるフォトクロミック導電性化合物と結着樹脂とを含むトナーが用いられる画像形成装置であって、
    記録媒体上に配置された前記トナーから形成されるトナー像に対して第1の光を照射する第1の光照射手段と、光照射された前記トナー像に対して定着を行う定着手段とを有する、画像形成装置。
  2. 前記第1の光の波長が300nm以上400nm未満である、請求項1に記載の画像形成装置。
  3. 前記定着手段により前記記録媒体に定着された前記トナー像に対して、第2の光を照射する第2の光照射手段をさらに備える、請求項1または2に記載の画像形成装置。
  4. 前記第2の光の波長が400nm以上800nm未満である、請求項3に記載の画像形成装置。
  5. 前記フォトクロミック導電性化合物は、300nm以上400nm未満の波長を有する光を照射することで開環体から閉環体へ光異性化する化合物である、請求項1~4のいずれか1項に記載の画像形成装置。
  6. 前記フォトクロミック導電性化合物は、ジアリールエテン化合物、またはフルギド化合物である、請求項1~5のいずれか1項に記載の画像形成装置。
  7. 前記トナーは離型剤をさらに含み、前記トナーにおけるフォトクロミック導電性化合物の含有率が、前記トナーに含まれる結着樹脂、フォトクロミック導電性化合物、および離型剤の総量に対して2~20質量%である、請求項1~6のいずれか1項に記載の画像形成装置。
  8. 前記トナーにおける前記フォトクロミック導電性化合物の含有率が、前記トナーに含まれる結着樹脂、フォトクロミック導電性化合物、および離型剤の総量に対して5~10質量%である、請求項7に記載の画像形成装置。
  9. 前記結着樹脂が、結晶性ポリエステル樹脂を含む、請求項1~8のいずれか1項に記載の画像形成装置。
  10. 前記トナーは離型剤をさらに含み、前記結晶性ポリエステル樹脂の含有率が、前記トナーに含まれる結着樹脂、フォトクロミック導電性化合物、および離型剤の総量に対して、5~20質量%である、請求項9に記載の画像形成装置。
  11. 光吸収による異性化反応により導電性が発現されるフォトクロミック導電性化合物と結着樹脂とを含むトナーを用いる画像形成方法であって、
    記録媒体上に配置された前記トナーから形成されるトナー像に対して第1の光を照射する第1の光照射段階と、光照射された前記トナー像に対して定着を行う定着段階とを有する、画像形成方法。
  12. 光吸収による異性化反応により導電性が発現されるフォトクロミック導電性化合物と結着樹脂とを含むトナー。
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