JP7480645B2 - トナー、現像剤、トナー収容ユニット、画像形成装置及び画像形成方法 - Google Patents

トナー、現像剤、トナー収容ユニット、画像形成装置及び画像形成方法 Download PDF

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Description

本発明は、トナー、現像剤、トナー収容ユニット、画像形成装置及び画像形成方法に関する。
トナーを利用した複合機(MFP)及びプリンタ等の画像形成装置は、広く普及し、その用途も多種多様に広がっている。こうした画像形成装置に用いられるトナーには、静電画像の高精細化及び高画質化を図るため、帯電安定性に優れ、出力画像にかぶり(地汚れ)が発生することを抑制できることが要求されている。
かぶりの発生を抑制したトナーとして、例えば、結着樹脂および着色剤を含む混合物に、疎水性シリカと、10~30質量%のジルコニア含有量を有するアルミナジルコニア複合体とを外添してなる電子写真用トナーが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、特許文献1のトナーでは、疎水性シリカのトナーからの離脱を十分抑制できないため、疎水性シリカがトナーから容易に離脱する可能性が高い。そのため、特許文献1のトナーでは、離脱した疎水性シリカがキャリアへ付着して帯電性を低下させることでトナーの転写性を低下させたり、離脱したシリカが感光体ドラム等の帯電部材に付着(フィルミング)して画質を低下させる可能性がある。
本発明の一態様は、地汚れの発生を抑えることができると共に、優れた耐フィルミング性を有す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の一態様は、2種類以上の金属酸化物粒子を含み、前記金属酸化物粒子の1種がシリカ粒子であり、他の1種がジルコニア及びアルミナを含む複合粒子であり、前記ジルコニアの含有量の、前記ジルコニア及び前記アルミナの含有量の和に対する割合が、0.5~0.8である。
本発明の一態様は、地汚れの発生を抑えることができると共に、優れた耐フィルミング性を有するトナーを提供することができる。
一実施形態に係る画像形成装置の一例を示す概略構成図である。 一実施形態に係る画像形成装置の他の一例を示す概略構成図である。 一実施形態に係る画像形成装置の一例を示す概略構成図である。 図3の画像形成装置の部分拡大図である。
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。なお、実施形態は以下の記述によって限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、本明細書において数値範囲を示すチルダ「~」は、別段の断わりがない限り、その前後に記載された数値を下限値及び上限値として含むことを意味する。
<トナー>
一実施形態に係るトナーは、結着樹脂を含むトナー母体粒子と、外添剤として2種以上の金属酸化物粒子とを含む。なお、一実施形態に係るトナーは、トナー母体粒子に、結着樹脂以外に、必要に応じて、着色剤、離型剤等他の成分を含有してもよい。
[結着樹脂]
結着樹脂は、結晶性ポリエステル樹脂及び非晶質ポリエステル樹脂の少なくとも一方を用いることが好ましい。なお、一実施形態に係るトナーは、非結晶性ポリエステル樹脂及び非結晶性ポリエステル樹脂以外の結着樹脂を含有してもよい。
(結晶性ポリエステル樹脂)
結晶性ポリエステル樹脂は、高い結晶性をもつため、定着開始温度付近において急激な粘度低下を示す熱溶融特性を有することができる。結晶性ポリエステル樹脂を非晶質ポリエステル樹脂と共に用いれば、溶融開始温度直前までは結晶性による耐熱保存性がよく、溶融開始温度では結晶性ポリエステル樹脂の融解による急激な粘度低下(シャープメルト性)を生じることができる。粘度低下に伴い、結晶性ポリエステル樹脂は、非晶質ポリエステル樹脂と相溶して、晶質ポリエステル樹脂及び非晶質ポリエステル樹脂が共に急激に粘度低下することで定着することができる。そのため、トナーは、結着樹脂として結晶性ポリエステル樹脂及び非晶質ポリエステル樹脂を含むことで、良好な耐熱保存性及び低温定着性を有することができると共に、良好な離型幅(定着下限温度と耐高温オフセット発生温度との差)を有することができる。
結晶性ポリエステル樹脂は、多価アルコールと、多価カルボン酸、多価カルボン酸無水物、多価カルボン酸エステル等の多価カルボン酸又はその誘導体とから得られる。なお、本実施形態において、結晶性ポリエステル樹脂は、上記の成分を用いて得られるものを指し、ポリエステル樹脂を変性して得られる樹脂、例えば、後述する、非線状の反応性前駆体、及びその非線状の反応性前駆体を架橋及び/又は伸長反応させて得られる樹脂を含まない。
((多価アルコール))
多価アルコールは、特に制限されず、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ジオール、及び3価以上のアルコールが挙げられる。
ジオールとしては、例えば、飽和脂肪族ジオール等が挙げられる。飽和脂肪族ジオールとしては、直鎖飽和脂肪族ジオール、分岐飽和脂肪族ジオール等が挙げられるが、これらの中でも、直鎖飽和脂肪族ジオールが好ましく、炭素数が2~12の直鎖飽和脂肪族ジオールがより好ましい。飽和脂肪族ジオールが分岐型であると、結晶性ポリエステル樹脂の結晶性が低下し、融点が低下してしまうことがある。また、飽和脂肪族ジオールの炭素数が12を超えると、実用上の材料の入手が困難となる。
飽和脂肪族ジオールとしては、例えば、エチレングリコール、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-ヘキサンジオール、1,7-ヘプタンジオール、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、1,11-ウンデカンジオール、1,12-ドデカンジオール、1,13-トリデカンジオール、1,14-テトラデカンジオール、1,18-オクタデカンジオール、1,14-エイコサンデカンジオール等が挙げられる。これらの中でも、結晶性ポリエステル樹脂の結晶性が高く、シャープメルト性に優れる点で、エチレングリコール、1,4-ブタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、1,8-オクタンジオール、1,9-ノナンジオール、1,10-デカンジオール及び1,12-ドデカンジオールが好ましい。
3価以上のアルコールとしては、例えば、グリセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール等が挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
((多価カルボン酸))
多価カルボン酸は、特に制限されず、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、2価のカルボン酸、及び3価以上のカルボン酸が挙げられる。
2価のカルボン酸としては、例えば、シュウ酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、スペリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、1,9-ノナンジカルボン酸、1,10-デカンジカルボン酸、1,12-ドデカンジカルボン酸、1,14-テトラデカンジカルボン酸、1,18-オクタデカンジカルボン酸等の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、ナフタレン-2,6-ジカルボン酸、マロン酸、メサコニン酸等の芳香族ジカルボン酸等が挙げられる。更に、これらの無水物やこれらの低級(炭素数1~3)アルキルエステルも挙げられる。
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、1,2,5-ベンゼントリカルボン酸、1,2,4-ナフタレントリカルボン酸等及びこれらの無水物又はこれらの低級(炭素数1~3)アルキルエステル等が挙げられる。これらは1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
多価カルボン酸は、飽和脂肪族ジカルボン酸及び芳香族ジカルボン酸の他に、スルホン酸基を持つジカルボン酸を含んでよい。さらに、多価カルボン酸は、飽和脂肪族ジカルボン酸及び芳香族ジカルボン酸の他に、2重結合を持つジカルボン酸を含有してもよい。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
結晶性ポリエステル樹脂は、炭素数4~12の直鎖飽和脂肪族ジカルボン酸と、炭素数2~12の直鎖飽和脂肪族ジオールとから構成されることが好ましい。即ち、前記結晶性ポリエステル樹脂は、炭素数4~12の飽和脂肪族ジカルボン酸に由来する構成単位と、炭素数2~12の飽和脂肪族ジオールに由来する構成単位とを有することが好ましい。これにより、結晶性が高く、シャープメルト性に優れるため、優れた低温定着性を発揮することができる。
前記結晶性ポリエステル樹脂の融点としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、60℃~80℃であることが好ましい。前記融点が、60℃未満であると、結晶性ポリエステル樹脂が低温で溶融し易く、トナーの耐熱保存性が低下することがあり、80℃を超えると、定着時の加熱による結晶性ポリエステル樹脂の溶融が不十分で、低温定着性が低下することがある。
また、結晶性ポリエステル樹脂の結晶性及び軟化点を制御する方法として、ポリエステル合成時にアルコール成分にグリセリン等の3価以上の多価アルコールや、酸成分に無水トリメリット酸等の3価以上の多価カルボン酸を追加して縮重合を行った非線状ポリエステル等を設計、使用等する方法が挙げられる。
結晶性ポリエステル樹脂の分子構造は、溶液又は固体によるNMR測定の他、X線回折、GC/MS、LC/MS、IR測定等により確認することができる。簡便には赤外線吸収スペクトルにおいて、965±10cm-1又は990±10cm-1にオレフィンのδCH(面外変角振動)に基づく吸収を有するものを結晶性ポリエステル樹脂として検出する方法が挙げられる。
結晶性ポリエステル樹脂の分子量については、上記の分子量分布がシャープで低分子量のものが低温定着性に優れ、分子量が低い成分が多いと耐熱保存性が悪化するという観点を考慮する。o-ジクロロベンゼンの可溶分のゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)による分子量分布で、横軸をlog(M)、縦軸を質量%で表した分子量分布図を用いる。分子量分布図のピーク位置は3.5~4.0の範囲にあり、ピークの半値幅が1.5以下であるとする。重量平均分子量(Mw)は、3,000~30,000であることが好ましく、5,000~15,000であることがより好ましい。数平均分子量(Mn)は、1,000~10,000であることが好ましく、2,000~10,000であることがより好ましい。Mw/Mnは、1.0~10であることが好ましく、1.0~5.0であることがより好ましい。
結晶性ポリエステル樹脂の酸価は、紙と樹脂との親和性の観点から、目的とする低温定着性を達成するため、5mgKOH/g以上であることが好ましく、転相乳化法による微粒子の作製のため、10mgKOH/g以上であることがより好ましい。一方、結晶性ポリエステル樹脂の酸価は、耐高温オフセット性を向上させるため、45mgKOH/g以下であることが好ましい。
結晶性高分子の水酸基価については、所定の低温定着性を達成し、かつ良好な帯電特性を達成する点から、0mgKOH/g~50mgKOH/gであることが好ましく、5mgKOH/g~50mgKOH/g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としては、特に制限はなく、目的に応じて適選択することができるが、トナー100質量部に対して、3質量部~20質量部が好ましく、5質量部~15質量部がより好ましい。含有量が、3質量部未満であると、結晶性ポリエステル樹脂によるシャープメルト化が不十分なため低温定着性に劣ることがあり、20質量部を超えると、耐熱保存性が低下すること、及び画像のかぶりが生じやすくなることがある。前記含有量が、前記より好ましい範囲内であると、高画質、及び低温定着性の全てに優れる点で有利である。
(非結晶性ポリエステル樹脂)
非晶質ポリエステル樹脂は、目的に応じて適宜選択することができ、非晶質ポリエステル樹脂Aと、非晶質ポリエステル樹脂Bとを含有することが好ましい。
((非晶質ポリエステル樹脂A))
非晶質ポリエステル樹脂Aは、目的に応じて適宜選択することができるが、ガラス転移点(ガラス転移温度ともいう)Tgが-40℃~20℃であることが好ましい。
非晶質ポリエステル樹脂Aは紙等の記録媒体への接着性がより優れる点から、ウレタン結合及びウレア結合の少なくとも何れかを有することが好ましい。非晶質ポリエステル樹脂Aが、ウレタン結合及びウレア結合の少なくとも何れかを有することにより、ウレタン結合又はウレア結合が擬似架橋点のような挙動を示し、非晶質ポリエステル樹脂Aのゴム的性質が強くなり、トナーの耐熱保存性、耐高温オフセット性がより優れる。
非晶質ポリエステル樹脂Aは、目的に応じて適宜選択することができるが、非線状の反応性前駆体と硬化剤との反応により得られるものであることが好ましい。
-非線状の反応性前駆体-
非線状の反応性前駆体は、硬化剤と反応可能な基を有するポリエステル樹脂(以下、「プレポリマー」と称することがある。)であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
プレポリマーにおける硬化剤と反応可能な基としては、例えば、活性水素基と反応可能な基等が挙げられる。前記活性水素基と反応可能な基としては、例えば、イソシアネート基、エポキシ基、カルボン酸、酸クロリド基等が挙げられる。これらの中でも、前記非晶質ポリエステル樹脂にウレタン結合又はウレア結合を導入可能な点で、イソシアネート基が好ましい。
プレポリマーは、非線状である。非線状とは、3価以上のアルコール及び3価以上のカルボン酸の少なくともいずれかによって付与される分岐構造を有することを意味する。
--3価以上のアルコール--
3価以上のアルコールとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、3価以上の脂肪族アルコール、3価以上のポリフェノール類、3価以上のポリフェノール類のアルキレンオキシド付加物等が挙げられる。
3価以上の脂肪族アルコールとしては、例えば、グリセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ソルビトール等が挙げられる。前記3価以上のポリフェノール類としては、例えば、トリスフェノールPA、フェノールノボラック、クレゾールノボラック等が挙げられる。
3価以上のポリフェノール類のアルキレンオキシド付加物としては、例えば、3価以上のポリフェノール類に、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、ブチレンオキシド等のアルキレンオキシドを付加したもの等が挙げられる。
非晶質ポリエステル樹脂Aは、構成成分として3価以上の脂肪族アルコールを含むことが好ましい。
非晶質ポリエステル樹脂Aが構成成分として3価以上の脂肪族アルコールを含むことにより、分子骨格中に分岐構造を有し、分子鎖が三次元的な網目構造となるため、低温で変形するが、流動しないというゴム的な性質を有する。そのため、トナーの耐熱保存性、耐高温オフセット性の保持が可能となる。前記非晶質ポリエステル樹脂Aは、3価以上のカルボン酸やエポキシ等を架橋成分として使用することも可能だが、カルボン酸の場合には芳香族化合物であることが多いことや架橋部分のエステル結合密度が高くなることにより、トナーを加熱定着させて作成した定着画像の光沢が十分に発現できないことがある。エポキシ等の架橋剤を使用する場合にはポリエステルの重合後に架橋反応を実施しなければならず、架橋点間距離の制御が困難であり、狙い通りの粘弾性を得ることができないことや、ポリエステル生成時のオリゴマーと反応して架橋密度の高い部分ができやすいことから定着画像にムラが生じ光沢や画像濃度が劣ることがある。
--3価以上のカルボン酸--
3価以上のカルボン酸としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、3価以上の芳香族カルボン酸等が挙げられる。また、これらの無水物を用いてもよいし、低級(炭素数1~3)アルキルエステル化物を用いてもよいし、ハロゲン化物を用いてもよい。
3価以上の芳香族カルボン酸としては、炭素数9~20の3価以上の芳香族カルボン酸が好ましい。前記炭素数9~20の3価以上の芳香族カルボン酸としては、例えば、トリメリット酸、ピロメリット酸等が挙げられる。
プレポリマーとしては、イソシアネート基を含有するポリエステル樹脂が好ましい。
--イソシアネート基を含有するポリエステル樹脂--
イソシアネート基を含有するポリエステル樹脂としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、活性水素基を有するポリエステル樹脂とポリイソシアネートとの反応生成物等が挙げられる。活性水素基を有するポリエステル樹脂は、例えば、ジオールと、ジカルボン酸と、3価以上のアルコール及び3価以上のカルボン酸の少なくとも何れかとを重縮合することにより得られる。3価以上のアルコール及び3価以上のカルボン酸は、前記イソシアネート基を含有するポリエステル樹脂に分岐構造を付与する。
---ジオール---
ジオールとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、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、3-メチル-1,5-ペンタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、1,8-オクタンジオール、1,10-デカンジオール、1,12-ドデカンジオール等の脂肪族ジオール;ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、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等のオキシアルキレン基を有するジオール;1,4-シクロヘキサンジメタノール、水素添加ビスフェノールA等の脂環式ジオール;脂環式ジオールに、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、ブチレンオキシド等のアルキレンオキシドを付加したもの;ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールS等のビスフェノール類;ビスフェノール類に、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、ブチレンオキシド等のアルキレンオキシドを付加したもの等のビスフェノール類のアルキレンオキシド付加物等が挙げられる。これらの中でも、炭素数4~12の脂肪族ジオールが好ましい。これらのジオールは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
---ジカルボン酸---
ジカルボン酸としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、脂肪族ジカルボン酸、芳香族ジカルボン酸等が挙げられる。また、これらの無水物を用いてもよいし、低級(炭素数1~3)アルキルエステル化物を用いてもよいし、ハロゲン化物を用いてもよい。
脂肪族ジカルボン酸としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、コハク酸、アジピン酸、セバシン酸、ドデカン二酸、マレイン酸、フマル酸等が挙げられる。
芳香族ジカルボン酸としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、炭素数8~20の芳香族ジカルボン酸が好ましい。炭素数8~20の芳香族ジカルボン酸としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、ナフタレンジカルボン酸等が挙げられる。これらの中でも、炭素数4~12の脂肪族ジカルボン酸が好ましい。これらのジカルボン酸は、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
---ポリイソシアネート---
ポリイソシアネートとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ジイソシアネート、3価以上のイソシアネート等が挙げられる。
ジイソシアネートとしては、例えば、脂肪族ジイソシアネート、脂環式ジイソシアネート、芳香族ジイソシアネート、芳香脂肪族ジイソシアネート、イソシアヌレート類、これらをフェノール誘導体、オキシム、カプロラクタム等でブロックしたもの等が挙げられる。
脂肪族ジイソシアネートとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、テトラメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、2,6-ジイソシアナトカプロン酸メチル、オクタメチレンジイソシアネート、デカメチレンジイソシアネート、ドデカメチレンジイソシアネート、テトラデカメチレンジイソシアネート、トリメチルヘキサンジイソシアネート、テトラメチルヘキサンジイソシアネート等が挙げられる。
脂環式ジイソシアネートとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、イソホロンジイソシアネート、シクロヘキシルメタンジイソシアネート等が挙げられる。
芳香族ジイソシアネートとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、トリレンジイソシアネート、ジイソシアナトジフェニルメタン、1,5-ナフチレンジイソシアネート、4,4'-ジイソシアナトジフェニル、4,4'-ジイソシアナト-3,3'-ジメチルジフェニル、4,4'-ジイソシアナト-3-メチルジフェニルメタン、4,4'-ジイソシアナト-ジフェニルエーテル等が挙げられる。
芳香脂肪族ジイソシアネートとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、α,α,α',α'-テトラメチルキシリレンジイソシアネート等が挙げられる。
イソシアヌレート類としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、トリス(イソシアナトアルキル)イソシアヌレート、トリス(イソシアナトシクロアルキル)イソシアヌレート等が挙げられる。
これらのポリイソシアネートは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
-硬化剤-
硬化剤としては、非線状の反応性前駆体と反応し、非晶質ポリエステル樹脂Aを生成できる硬化剤であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、活性水素基含有化合物等が挙げられる。
--活性水素基含有化合物--
活性水素基含有化合物における活性水素基としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、水酸基(アルコール性水酸基及びフェノール性水酸基)、アミノ基、カルボキシル基、メルカプト基等が挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。活性水素基含有化合物としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、ウレア結合を形成可能な点で、アミン類が好ましい。
アミン類としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ジアミン、3価以上のアミン、アミノアルコール、アミノメルカプタン、アミノ酸、これらのアミノ基をブロックしたもの等が挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、ジアミン、ジアミンと少量の3価以上のアミンとの混合物が好ましい。
ジアミンとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、芳香族ジアミン、脂環式ジアミン、脂肪族ジアミン等が挙げられる。
芳香族ジアミンとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、フェニレンジアミン、ジエチルトルエンジアミン、4,4'-ジアミノジフェニルメタン等が挙げられる。
脂環式ジアミンとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、4,4'-ジアミノ-3,3'-ジメチルジシクロヘキシルメタン、ジアミノシクロヘキサン、イソホロンジアミン等が挙げられる。
脂肪族ジアミンとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、エチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン等が挙げられる。
3価以上のアミンとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン等が挙げられる。
アミノアルコールとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、エタノールアミン、ヒドロキシエチルアニリン等が挙げられる。
アミノメルカプタンとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、アミノエチルメルカプタン、アミノプロピルメルカプタン等が挙げられる。
アミノ酸としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、アミノプロピオン酸、アミノカプロン酸等が挙げられる。
アミノ基をブロックしたものとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、アミノ基を、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン類でブロックすることにより得られるケチミン化合物、オキサゾリン化合物等が挙げられる。
非晶質ポリエステル樹脂Aのガラス転移温度Tgを低くし、低温で変形する性質を付与し易くするために、非晶質ポリエステル樹脂Aは、構成成分にジオール成分を含み、ジオール成分が、炭素数4~12の脂肪族ジオールを50質量%以上含有することが好ましい。
また、非晶質ポリエステル樹脂Aのガラス転移温度Tgを低くし、低温で変形する性質を付与し易くするため、非晶質ポリエステル樹脂Aは、全アルコール成分中に炭素数4~12の脂肪族ジオールを50質量%以上含有することが好ましい。
さらに、非晶質ポリエステル樹脂Aのガラス転移温度Tgを低くし、低温で変形する性質を付与し易くするために、非晶質ポリエステル樹脂Aは、構成成分にジカルボン酸成分を含み、ジカルボン酸成分が、炭素数4~12の脂肪族ジカルボン酸を50質量%以上含有することが好ましい。
非晶質ポリエステル樹脂Aの重量平均分子量(Mw)は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、GPC測定において、20,000~1,000,000が好ましく、50,000~300,000がより好ましく、100,000~200,000が特に好ましい。重量平均分子量(Mw)が20,000未満であると、トナーが低温で流動し易くなり、耐熱保存性に劣る場合がある。また、溶融時の粘性が低くなり、高温オフセット性が低下する場合がある。
非晶質ポリエステル樹脂Aの分子構造は、溶液又は固体によるNMR測定の他、X線回折、GC/MS、LC/MS、IR測定等により確認することができる。簡便には、赤外線吸収スペクトルにおいて、965±10cm-1及び990±10cm-1にオレフィンのδCH(面外変角振動)に基づく吸収を有しないものを非晶質ポリエステル樹脂として検出する方法が挙げられる。
非晶質ポリエステル樹脂Aの含有量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、トナー100質量部に対して、5質量部~25質量部が好ましく、10質量部~20質量部がより好ましい。含有量が、5質量部未満であると、低温定着性、及び耐高温オフセット性が悪化することがある。含有量が、25質量部を超えると、耐熱保存性の悪化、及び定着後に得られる画像の光沢度が低下することがある。前記含有量が、上記のより好ましい範囲内であると、低温定着性、耐高温オフセット性及び耐熱保存性の全てに優れる点で有利である。
((非晶質ポリエステル樹脂B))
非晶質ポリエステル樹脂Bは、ガラス転移温度Tgが40℃~80℃であることが好ましい。
非晶質ポリエステル樹脂Bとしては、線状のポリエステル樹脂が好ましい。
非晶質ポリエステル樹脂Bとしては、未変性ポリエステル樹脂が好ましい。未変性ポリエステル樹脂とは、多価アルコールと、多価カルボン酸、多価カルボン酸無水物、多価カルボン酸エステル等の多価カルボン酸又はその誘導体とを用いて得られるポリエステル樹脂であって、イソシアネート化合物等により変性されていないポリエステル樹脂である。
非晶質ポリエステル樹脂Bとしては、ウレタン結合及びウレア結合を有しないことが好ましい。
非晶質ポリエステル樹脂Bは、構成成分としてジカルボン酸成分を含み、前記ジカルボン酸成分が、テレフタル酸を50mol%以上含有することが好ましい。そうすることにより、耐熱保存性の点で有利である。
多価アルコールとしては、例えば、ジオール等が挙げられる。
ジオールとしては、例えば、ポリオキシプロピレン(2.2)-2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)プロパン、ポリオキシエチレン(2.2)-2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)プロパン等のビスフェノールAのアルキレン(炭素数2~3)オキサイド(平均付加モル数1~10)付加物;エチレングリコール、プロピレングリコール;水添ビスフェノールA、水添ビスフェノールAのアルキレン(炭素数2~3)オキサイド(平均付加モル数1~10)付加物等が挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
多価カルボン酸としては、例えば、ジカルボン酸等が挙げられる。
ジカルボン酸としては、例えば、アジピン酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、フマル酸、マレイン酸;ドデセニルコハク酸、オクチルコハク酸等の炭素数1~20のアルキル基又は炭素数2~20のアルケニル基で置換されたコハク酸等が挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
また、非晶質ポリエステル樹脂Bは、酸価、水酸基価を調整する目的で、その樹脂鎖の末端に3価以上のカルボン酸及び3価以上のアルコールの少なくともいずれかを含んでいてもよい。
3価以上のカルボン酸としては、例えば、トリメリット酸、ピロメリット酸及びこれらの酸無水物等が挙げられる。
3価以上のアルコールとしては、例えば、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等が挙げられる。
非晶質ポリエステル樹脂Bの分子量は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。分子量が低すぎる場合、トナーの耐熱保存性、現像機内での攪拌等のストレスに対する耐久性に劣る場合がある。分子量が高すぎる場合、トナーの溶融時の粘弾性が高くなり低温定着性に劣る場合があることから、GPC測定において、重量平均分子量(Mw)は、3,000~10,000であることが好ましく、4,000~7,000であることがより好ましい。数平均分子量(Mn)は、1,000~4,000であることが好ましく、1,500~3,000であることがより好ましい。Mw/Mnは、1.0~4.0であることが好ましく、1.0~3.5がより好ましい。
非晶質ポリエステル樹脂Bの酸価としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、1mgKOH/g~50mgKOH/gが好ましく、5mgKOH/g~30mgKOH/gがより好ましい。酸価が、1mgKOH/g以上であることにより、トナーが負帯電性となりやすく、更には、紙への定着時に、紙とトナーの親和性が良くなり、低温定着性を向上させることができる。酸価が、50mgKOH/gを超えると、帯電安定性、特に環境変動に対する帯電安定性が低下することがある。
非晶質ポリエステル樹脂Bの水酸基価としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、5mgKOH/g以上であることが好ましい。
非晶質ポリエステル樹脂Bのガラス転移温度Tgは、40℃~80℃が好ましく、50℃~70℃がより好ましい。ガラス転移温度Tgが40℃以上であれば、トナーの耐熱保存性、現像機内での攪拌等のストレスに対する耐久性を十分有することができると共に、耐フィルミング性を良好とすることができる。ガラス転移温度Tgが80℃以下であれば、トナーの定着時における加熱及び加圧による変形が十分得られ、低温定着性を良好とすることができる。
非晶質ポリエステル樹脂Bの分子構造は、溶液又は固体によるNMR測定の他、X線回折、GC/MS、LC/MS、IR測定等により確認することができる。簡便には赤外線吸収スペクトルにおいて、965±10cm-1及び990±10cm-1にオレフィンのδCH(面外変角振動)に基づく吸収を有しないものを非晶質ポリエステル樹脂として検出する方法が挙げられる。
非晶質ポリエステル樹脂Bの含有量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、トナー100質量部に対して、50質量部~90質量部が好ましく、60質量部~80質量部がより好ましい。前記含有量が、50質量部未満であると、トナー中の顔料、離型剤の分散性が悪化し、画像のかぶり、乱れを生じやすくなることがあり、90質量部を超えると、結晶性ポリエステル樹脂、及び非晶質ポリエステル樹脂Aの含有量が少なくなるため、低温定着性が低下し易い。前記含有量が上記のより好ましい範囲であれば、トナーは、優れた高画質及び低温定着性を発揮することができる。
低温定着性をより向上させるためは、結晶性ポリエステル樹脂と非晶質ポリエステル樹脂Aとを併用することが好ましい。低温定着性と高温高湿保存性とを両立させるため、非晶質ポリエステル樹脂Aは、ガラス転移温度Tgが非常に低いことが好ましい。非晶質ポリエステル樹脂Aのガラス転移温度Tgが非常に低ければ、非晶質ポリエステル樹脂Aは低温で変形する性質を有し、定着時の加熱及び加圧に対して変形し易くなり、より低温で紙等の記録媒体に接着し易くすることができる。また、非晶質ポリエステル樹脂Aが反応性前駆体である場合、反応性前駆体は非線状であるため、分子骨格中に分岐構造を有し、分子鎖が三次元的な網目構造となる。そのため、反応性前駆体は、低温で変形するが、流動しないというゴム的な性質を有することができる。そのため、非晶質ポリエステル樹脂Aが反応性前駆体を含むことで、トナーの耐熱保存性及び耐高温オフセット性を保持することができる。
なお、非晶質ポリエステル樹脂Aが、凝集エネルギーの高いウレタン結合及びウレア結合の少なくとも一方を有する場合には、紙等の記録媒体に対して優れた接着性を発揮することができる。また、ウレタン結合及びウレア結合は、擬似架橋点のような挙動を示すことから、ゴム的性質はより強くなるため、トナーは、優れた耐熱保存性及び耐高温オフセット性を発揮することができる。
即ち、一実施形態に係るトナーは、結晶性ポリエステル樹脂と非晶質ポリエステル樹脂A、必要に応じて、その他の非晶質ポリエステル樹脂Bとを含むと、非常に優れた低温定着性を有することができる。さらに、超低温域にガラス転移温度Tgを有する非晶質ポリエステル樹脂Aを用いることで、従来よりトナーのガラス転移温度Tgを低く設定しても耐熱保存性、耐高温オフセット性を保持することが可能となると共に、トナーのガラス転移温度Tgを低くすることにより、低温定着性に優れる。
(他の結着樹脂)
一実施形態に係るトナーは、上記の結晶性ポリエステル樹脂及び非結晶性ポリエステル樹脂以外の、他の結着樹脂成分を含有することができる。他の結着樹脂として、例えば、シリコーン樹脂、スチレン・アクリル樹脂、スチレン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ジエン系樹脂、フェノール樹脂、テルペン樹脂、クマリン樹脂、アミドイミド樹脂、ブチラール樹脂、ウレタン樹脂、エチレン・酢酸ビニル樹脂等、公知の結着樹脂を含むことができる。
[2種類以上の金属酸化物粒子]
2種類以上の金属酸化物粒子は、トナー母体粒子に、流動性、現像性、帯電性等を付与する外添剤として用いることができる。
2種以上の金属酸化物粒子のうち、金属酸化物粒子の1種がシリカ粒子であり、他の1種がジルコニア及びアルミナを含む複合粒子である。シリカ粒子は、トナーの流動性及び帯電性付与効果を高めることができるが、トナー母体粒子に付着していても離脱し易い性質を有している。複合粒子は、シリカ粒子に比べて、抵抗が低く比重が大きい性質を有しており、トナー母体粒子に付着しているかトナー中に分散している。金属酸化物粒子として、シリカ粒子と、アルミナとジルコニアとを含む複合粒子とを併用することで、シリカ粒子は、複合粒子によってトナー母体粒子に押し込まれて固定されやすい。また、トナー母体粒子に付着したシリカ粒子がトナー母体粒子から離脱しようとしても、トナー母体粒子に付着している複合粒子によって、シリカ粒子はトナー母体粒子から離脱し難く、トナー母体粒子に付着した状態を維持することができる。
複合粒子に含まれる、ジルコニアの含有量の、ジルコニア及びアルミナの含有量の和に対する割合(ジルコニアの含有割合)は、0.5~0.8であり、0.55~0.75であることが好ましく、0.6~0.7であることがより好ましい。ジルコニアの含有割合が0.5未満である場合、アルミナの含有割合がジルコニアの含有割合よりも大きいため、複合粒子には、ジルコニアに比べて比重が小さいアルミナの含有割合が多くなる。そのため、複合粒子の比重が小さくなるため、複合粒子はシリカ粒子をトナー母体粒子に十分押し付けられず、シリカ粒子をトナー母体粒子に安定して固定化できない場合がある。一方、ジルコニアの含有割合が0.8を超える場合、ジルコニアの含有割合がアルミナの含有割合よりも大きいため、複合粒子には、アルミナに比べて抵抗の低いジルコニアの性質が大きく現われ易い。そのため、複合粒子の抵抗が低くなり易いため、複合粒子の表面の帯電量分布が安定せず、トナーの帯電性を低下させる可能性がある。ジルコニアの含有割合が0.5~0.8の範囲内であれば、シリカ粒子をトナー母体粒子に安定して固定化させることができると共に、トナーの帯電性の低下を抑えることができる。
シリカ粒子及び複合粒子の形状としては、球状、針状、非球形状等が挙げられる。
なお、複合粒子に含まれる、ジルコニアの含有割合とアルミナの含有割合とは、蛍光X線分析により求めることができる。また、複合粒子は、EDXマッピングによって確認できる。
(蛍光X線の測定方法)
ジルコニア及びアルミナ含有量(wt%)は、以下の装置及び条件により求めることができる。
((試料の準備))
トナー3.00gを直径3mm、厚み2mmのペレットに成形し、測定サンプルトナーとする。
次に、蛍光X線分析装置にて定量分析で上記ペレットのZr元素とAl元素の含有量を測定する。測定時には、ジルコニア、アルミナ標準化試料(株式会社リガク社製)を用いて補正を行い、含有量を算出する。
(測定条件)
・測定装置:株式会社リガク社製、ZSX Primus IV
・X線管球:Rh
・X線管電圧:50kV
・X線管電流:10mA
(トナーのEDXマッピング)
電子顕微鏡FESEM ULTRA55(ZEISS社製)、分析装置NORAN System Six(サーモフィッシャーサイエンティフィック社製)を用いて、以下の条件で、トナーのEDXマッピングを実施し、Al、Zrが同時に検出される位置を観察することによって複合粒子を確認することができる。
(EDXマッピングにおける条件)
・加速電圧:20kV
・倍率:40000倍
・分解能:256×192
・フレーム時間:最速
・フレーム数:10000
シリカ粒子の平均粒径は、5nm~50nmであることが好ましく、10nm~40nmであることがより好ましく、20nm~30nmであることがさらに好ましい。シリカ粒子の平均粒径が、5nm~50nmであれば、シリカ粒子がトナー母体粒子と接触した際、トナー母体粒子に付着させ易くなる。
複合粒子の平均粒径は、20nm~500nmであることが好ましく、30nm~200nmであることがより好ましく、50nm~150nmであることがさらに好ましい。複合粒子の平均粒径が、20nm~500nmであれば、複合粒子はシリカ粒子をトナー母体粒子に押し付けて固定化させ易くなる。
複合粒子の平均粒径は、シリカ粒子の平均粒径よりも大きいことが好ましい。複合粒子の平均粒径がシリカ粒子の平均粒径よりも大きければ、複合粒子はシリカ粒子をトナー母体粒子に押し付けて固定化させつつ、複合粒子もトナー母体粒子に固定し易くなる。また、シリカ粒子がトナー母体粒子から離脱しようとしても、トナー母体粒子に付着している複合粒子によってシリカ粒子がトナー母体粒子から離脱し難くすることができるため、シリカ粒子をトナー母体粒子の表面により確実に付着させておくことができる。
なお、シリカ粒子及び複合粒子の平均粒径は、個数平均粒径であることが好ましい。個数平均粒径は、個数平均粒径の一般的な測定方法を用いることができ、例えば、精密粒度分布測定装置(Multisizer 3(登録商標)、ベックマン・コールター社製)を用いて求めることができる。
シリカ粒子及び複合粒子の、BET法による比表面積は、20m/g~500m/gであることが好ましい。
シリカ粒子及び複合粒子の含有量は、トナー全体に対して、0.01質量%~5質量%であることが好ましく、0.01質量%~2.0質量%であることがより好ましい。
複合粒子は、その表面を表面処理剤によって疎水化処理されていることが好ましい。複合粒子の表面が疎水化されていれば、トナー中での複合粒子の分散性を高めることができるため、トナー母体粒子へのシリカ粒子の固定化をより均一に行うことができる。
表面処理剤として、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、オクチルトリメトキシシラン等のシランカップリング剤、シリコーンオイル等を用いることができる。
シリコーンオイルとしては、例えば、ジメチルシリコーンオイル、メチルフェニルシリコーンオイル、クロルフェニルシリコーンオイル、メチルハイドロジェンシリコーンオイル、アルキル変性シリコーンオイル、フッ素変性シリコーンオイル、ポリエーテル変性シリコーンオイル、アルコール変性シリコーンオイル、アミノ変性シリコーンオイル、エポキシ変性シリコーンオイル、エポキシ・ポリエーテル変性シリコーンオイル、フェノール変性シリコーンオイル、カルボキシル変性シリコーンオイル、メルカプト変性シリコーンオイル、メタクリル変性シリコーンオイル、α-メチルスチレン変性シリコーンオイル等が挙げられる。
シリカ粒子と複合粒子とを合せた含有量は、一実施形態に係るトナーに含まれる外添剤全体(シリカ粒子及び複合粒子を含む)に対し、40質量%~100質量%であることが好ましく、60質量%~100質量%であることがより好ましい。
(その他の金属酸化物粒子)
2種類以上の金属酸化物粒子として、シリカ粒子と、ジルコニア及びアルミナを含む複合粒子以外に、その他の金属酸化物粒子を含むことができる。その他の金属酸化物粒子は、目的に応じて適宜選択することができる。その他の金属酸化物粒子としては、例えば、酸化チタン、チタン酸バリウム、チタン酸マグネシウム、チタン酸カルシウム、チタン酸ストロンチウム、酸化鉄、酸化銅、酸化亜鉛、ケイ砂、クレー、雲母、ケイ灰石、ケイソウ土、酸化クロム、酸化セリウム、ベンガラ、三酸化アンチモン、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、酸化アンチモン等が挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。これらの金属酸化物粒子は、複合粒子と同様、表面を疎水化処理されていてもよい。
その他の金属酸化物粒子の形状としては、シリカ粒子及び複合粒子と同様、球状、針状、非球形状等が挙げられる。
トナー粒子の流動性や現像性、帯電性を補助するため、その他の金属酸化物粒子は、80nm~500nmの一次平均粒径を有する大粒径の無機微粒子の他にも、小粒径の無機微粒子を好ましく用いることができる。その他の金属酸化物粒子の一次平均粒径は、5nm~50nmであることが好ましく、10nm~30nmであることがより好ましい。また、BET法による比表面積は、20m/g~500m/gであることが好ましい。この無機微粒子の使用割合は、トナーの0.01質量%~5質量%であることが好ましく、0.01質量%~2.0質量%であることがより好ましい。
[その他の成分]
一実施形態に係るトナーは、例えば、着色剤、離型剤、樹脂微粒子、帯電制御剤、シリカ粒子及び複合粒子以外の無機微粒子、流動性向上剤、クリーニング性向上剤、磁性材料、金属石鹸等のその他の成分を含有することができる。
(着色剤)
着色剤としては、特に制限されず、公知の染料及び顔料の中から目的に応じて適宜選択することができ、例えば、カーボンブラック、ニグロシン染料、鉄黒、ナフトールイエローS、ハンザイエロー(10G、5G、G)、カドミュウムイエロー、黄色酸化鉄、黄土、黄鉛、チタン黄、ポリアゾイエロー、オイルイエロー、ハンザイエロー(GR、A、RN、R)、ピグメントイエローL、ベンジジンイエロー(G、GR)、パーマネントイエロー(NCG)、バルカンファストイエロー(5G、R)、タートラジンレーキ、キノリンイエローレーキ、アンスラザンイエローBGL、イソインドリノンイエロー、ベンガラ、鉛丹、鉛朱、カドミュウムレッド、カドミュウムマーキュリレッド、アンチモン朱、パーマネントレッド4R、パラレッド、ファイセーレッド、パラクロルオルトニトロアニリンレッド、リソールファストスカーレットG、ブリリアントファストスカーレット、ブリリアントカーンミンBS、パーマネントレッド(F2R、F4R、FRL、FRLL、F4RH)、ファストスカーレットVD、ベルカンファストルビンB、ブリリアントスカーレットG、リソールルビンGX、パーマネントレッドF5R、ブリリアントカーミン6B、ポグメントスカーレット3B、ボルドー5B、トルイジンマルーン、パーマネントボルドーF2K、ヘリオボルドーBL、ボルドー10B、ボンマルーンライト、ボンマルーンメジアム、エオシンレーキ、ローダミンレーキB、ローダミンレーキY、アリザリンレーキ、チオインジゴレッドB、チオインジゴマルーン、オイルレッド、キナクリドンレッド、ピラゾロンレッド、ポリアゾレッド、クロームバーミリオン、ベンジジンオレンジ、ペリノンオレンジ、オイルオレンジ、コバルトブルー、セルリアンブルー、アルカリブルーレーキ、ピーコックブルーレーキ、ビクトリアブルーレーキ、無金属フタロシアニンブルー、フタロシアニンブルー、ファストスカイブルー、インダンスレンブルー(RS、BC)、インジゴ、群青、紺青、アントラキノンブルー、ファストバイオレットB、メチルバイオレットレーキ、コバルト紫、マンガン紫、ジオキサンバイオレット、アントラキノンバイオレット、クロムグリーン、ジンクグリーン、酸化クロム、ピリジアン、エメラルドグリーン、ピグメントグリーンB、ナフトールグリーンB、グリーンゴールド、アシッドグリーンレーキ、マラカイトグリーンレーキ、フタロシアニングリーン、アントラキノングリーン、酸化チタン、亜鉛華、リトボン等が挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
トナーにおける着色剤の含有量は、特に制限されず、目的に応じて適宜選択することができるが、1質量%~15質量%が好ましく、3質量%~10質量%がより好ましい。着色剤の含有量が、1質量%以上であれば、トナーの着色力の低下を防止でき、15質量%以下であれば、トナー中での顔料の分散不良による、着色力の低下、及びトナーの電気特性の低下を有効に防止することができる。
着色剤は、樹脂と複合化されたマスターバッチとして用いることもできる。マスターバッチの製造又はマスターバッチとともに混練される樹脂としては、例えば、前記非晶質ポリエステル樹脂の他にポリスチレン、ポリp-クロロスチレン、ポリビニルトルエン等のスチレン又はその置換体の重合体;スチレン-p-クロロスチレン共重合体、スチレン-プロピレン共重合体、スチレン-ビニルトルエン共重合体、スチレン-ビニルナフタリン共重合体、スチレン-アクリル酸メチル共重合体、スチレン-アクリル酸エチル共重合体、スチレン-アクリル酸ブチル共重合体、スチレン-アクリル酸オクチル共重合体、スチレン-メタクリル酸メチル共重合体、スチレン-メタクリル酸エチル共重合体、スチレン-メタクリル酸ブチル共重合体、スチレン-α-クロルメタクリル酸メチル共重合体、スチレン-アクリロニトリル共重合体、スチレン-ビニルメチルケトン共重合体、スチレン-ブタジエン共重合体、スチレン-イソプレン共重合体、スチレン-アクリロニトリル-インデン共重合体、スチレン-マレイン酸共重合体、スチレン-マレイン酸エステル共重合体等のスチレン系共重合体;ポリメチルメタクリレート、ポリブチルメタクリレート、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、エポキシ樹脂、エポキシポリオール樹脂、ポリウレタン、ポリアミド、ポリビニルブチラール、ポリアクリル酸樹脂、ロジン、変性ロジン、テルペン樹脂、脂肪族又は脂環族炭化水素樹脂、芳香族系石油樹脂、塩素化パラフィン、パラフィンワックス等が挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
マスターバッチは、マスターバッチ用の樹脂と着色剤とを高せん断力をかけて混合し、混練することで、得ることができる。この際、着色剤と樹脂の相互作用を高めるために、有機溶剤を用いることができる。また、いわゆるフラッシング法と呼ばれる着色剤の水を含んだ水性ペーストを樹脂と有機溶剤とともに混合混練を行い、着色剤を樹脂側に移行させ、水分と有機溶剤成分を除去する方法も着色剤のウエットケーキをそのまま用いることができるため乾燥する必要がなく、好ましく用いられる。混合混練するには3本ロールミル等の高せん断分散装置が好ましく用いられる。
(離型剤)
離型剤としては、特に制限はなく、公知のものの中から適宜選択することができる。
ロウ類及びワックス類の離型剤としては、例えば、カルナウバワックス、綿ロウ、木ロウライスワックス等の植物系ワックス;ミツロウ、ラノリン等の動物系ワックス;オゾケライト、セルシン等の鉱物系ワックス;パラフィン、マイクロクリスタリン、ペトロラタム等の石油ワックス等の天然ワックスが挙げられる。
また、これら天然ワックスのほか、フィッシャー・トロプシュワックス、ポリエチレン、ポリプロピレン等の合成炭化水素ワックス;エステル、ケトン、エーテル等の合成ワックス等が挙げられる。
更に、12-ヒドロキシステアリン酸アミド、ステアリン酸アミド、無水フタル酸イミド、塩素化炭化水素等の脂肪酸アミド系化合物;低分子量の結晶性高分子樹脂である、ポリ-n-ステアリルメタクリレート、ポリ-n-ラウリルメタクリレート等のポリアクリレートのホモ重合体あるいは共重合体(例えば、n-ステアリルアクリレート-エチルメタクリレートの共重合体等);側鎖に長いアルキル基を有する結晶性高分子等を用いてもよい。
これらの中でも、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、ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックス等の炭化水素系ワックスが好ましい。
離型剤の融点としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、60℃以上80℃以下が好ましい。前記融点が60℃未満であると、低温で離型剤が溶融し易くなり、耐熱保存性が劣る場合がある。前記融点が、80℃を超えると、樹脂が溶融して定着温度領域にある場合でも、離型剤が充分溶融せずに定着オフセットを生じ、画像の欠損を生じる場合がある。
離型剤の含有量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、前記トナー100質量部に対して、2質量部~10質量部が好ましく、3質量部~8質量部がより好ましい。前記含有量が、2質量部未満であると、定着時の耐高温オフセット性、及び低温定着性に劣ることがあり、10質量部を超えると、耐熱保存性が低下すること、及び画像のかぶり等が生じやすくなることがある。前記含有量が、前記より好ましい範囲内であると、高画質化、及び定着安定性を向上させる点で有利である。
(樹脂微粒子)
樹脂微粒子の樹脂としては、水系媒体中で水性分散液を形成しうる樹脂であれば、特に制限されず、公知の樹脂の中から目的に応じて適宜選択することができる。樹脂微粒子用の樹脂としては、熱可塑性樹脂でも熱硬化性樹脂でもよく、例えば、ビニル樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ケイ素樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、アニリン樹脂、アイオノマー樹脂、ポリカーボネート樹脂等を用いることができる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、微細な球状の樹脂微粒子の水性分散液が得られ易い点で、ビニル樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂及びポリエステル樹脂から選択される少なくとも1種で形成されるのが好ましい。
なお、ビニル樹脂は、ビニルモノマーを単独重合又は共重合したポリマーであり、例えば、スチレン-(メタ)アクリル酸エステル樹脂、スチレン-ブタジエン共重合体、(メタ)アクリル酸-アクリル酸エステル重合体、スチレン-アクリロニトリル共重合体、スチレン-無水マレイン酸共重合体、スチレン-(メタ)アクリル酸共重合体等が挙げられる。
(帯電制御剤)
帯電制御剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ニグロシン系染料、トリフェニルメタン系染料、クロム含有金属錯体染料、モリブデン酸キレート顔料、ローダミン系染料、アルコキシ系アミン、4級アンモニウム塩(フッ素変性4級アンモニウム塩を含む)、アルキルアミド、燐の単体又は化合物、タングステンの単体又は化合物、フッ素系活性剤、サリチル酸金属塩及びサリチル酸誘導体の金属塩等が挙げられる。
具体的にはニグロシン系染料のボントロン03、第四級アンモニウム塩のボントロンP-51、含金属アゾ染料のボントロンS-34、オキシナフトエ酸系金属錯体のE-82、サリチル酸系金属錯体のE-84、フェノール系縮合物のE-89(以上、オリエント化学工業株式会社製)、第四級アンモニウム塩モリブデン錯体のTP-302、TP-415(以上、保土谷化学工業株式会社製)、LRA-901、ホウ素錯体であるLR-147(日本カーリット社製)、銅フタロシアニン、ペリレン、キナクリドン、アゾ系顔料、その他スルホン酸基、カルボキシル基、四級アンモニウム塩等の官能基を有する高分子系の化合物が挙げられる。
帯電制御剤の含有量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、前記トナー100質量部に対して、0.1質量部~10質量部が好ましく、0.2質量部~5質量部がより好ましい。前記含有量が、10質量部を超えると、トナーの帯電性が大きすぎ、主帯電制御剤の効果を減退させ、現像ローラとの静電的吸引力が増大し、現像剤の流動性低下や、画像濃度の低下を招くことがある。これらの帯電制御剤はマスターバッチ、樹脂とともに溶融混練した後溶解分散させることもできるし、もちろん有機溶剤に直接溶解、分散する際に加えてもよいし、トナー表面にトナー粒子作製後固定化させてもよい。
(シリカ粒子及び複合粒子以外の無機微粒子)
シリカ粒子及び複合粒子以外の無機微粒子は、シリカ粒子及び複合粒子と同様、トナー粒子に流動性、現像性、帯電性等を付与するための外添剤として使用する。シリカ粒子及び複合粒子以外の無機微粒子としては、例えば、硫酸バリウム、炭酸バリウム、炭酸カルシウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素等の金属化合物;ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸アルミニウム等の脂肪酸金属塩等を用いることができる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
トナー粒子の流動性や現像性、帯電性を補助するため、シリカ粒子及び複合粒子以外の無機微粒子は、80nm~500nmの一次平均粒径を有する大粒径の無機微粒子の他にも、小粒径の無機微粒子を好ましく用いることができる。この無機微粒子の一次平均粒径は、5nm~50nmであることが好ましく、10nm~30nmであることがより好ましい。また、BET法による比表面積は、20m/g~500m/gであることが好ましい。この無機微粒子の使用割合は、トナーの0.01質量%~5質量%であることが好ましく、0.01質量%~2.0質量%であることがより好ましい。
(流動性向上剤)
流動性向上剤は、表面処理を行って、疎水性を上げ、高湿度下においても流動特性や帯電特性の悪化を防止可能なものであれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。流動性向上剤としては、例えば、シランカップリング剤、シリル化剤、フッ化アルキル基を有するシランカップリング剤、有機チタネート系カップリング剤、アルミニウム系のカップリング剤、シリコーンオイル、変性シリコーンオイル等が挙げられる。シリカ及び酸化チタンは、このような流動性向上剤により表面処理行い、疎水性シリカ、疎水性酸化チタンとして使用するのが特に好ましい。
-クリーニング性向上剤-
クリーニング性向上剤は、感光体や一次転写媒体に残存する転写後の現像剤を除去するために前記トナーに添加されるものであれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸等の脂肪酸金属塩、ポリメチルメタクリレート微粒子、ポリスチレン微粒子等のソープフリー乳化重合により製造されたポリマー微粒子等が挙げられる。該ポリマー微粒子は、比較的粒度分布が狭いものが好ましく、体積平均粒径が0.01μm~1μmのものが好適である。
(磁性材料)
磁性材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、鉄粉、マグネタイト、フェライト等が挙げられる。これらの中でも、色調の点で白色のものが好ましい。
以上のように、一実施形態に係るトナーは、2種類以上の金属酸化物粒子を含み、金属酸化物粒子の1種がシリカ粒子であり、他の1種がジルコニア及びアルミナを含む複合粒子であり、ジルコニアの含有割合を0.5~0.8としている。
アルミナとジルコニアとを含む複合粒子の、ジルコニアの含有割合を0.5~0.8とすることで、複合粒子は抵抗を低くしつつ比重を大きくすることができる。シリカ粒子と、アルミナ及びジルコニアを含み、ジルコニアの含有割合を0.5~0.8とする複合粒子とを併用することで、シリカ粒子がトナー母体粒子から離脱することを抑制し、シリカ粒子をトナー母体粒子に安定して固定化することができる。シリカ粒子は、トナーの流動性及び帯電性を高めることができるため、シリカ粒子をトナー母体粒子から離脱し難くすることで、トナーの流動性の低下を抑えることができると共に、トナーの帯電量分布が広がることを抑えることができる。また、離脱したシリカ粒子がキャリア等に付着して帯電性を低下させ、地汚れの発生やトナーの画像形成装置内部への飛散を抑えることができると共に、離脱したシリカ粒子が感光体ドラム等の帯電部材に付着(フィルミング)して汚染することを抑えることができる。よって、一実施形態に係るトナーは、地汚れの発生を抑えることができると共に、優れた耐フィルミング性を有することができる。
一実施形態に係るトナーは、地汚れの発生を抑えると共に、優れた耐フィルミング性を有することで、経時にわたって、地汚れの発生、トナーの画像形成装置内部への飛散、及び帯電部材へのフィルミングの発生を抑えることができるため、安定して優れた画質を有する画像を形成することができる。
一実施形態に係るトナーは、複合粒子の平均粒径を20nm~500nmとすることができる。これにより、複合粒子はシリカ粒子をトナー母体粒子により確実に押し付けて固定化させ易くなるため、シリカ粒子をトナー母体粒子により安定して固定化することができる。よって、一実施形態に係るトナーは、地汚れの発生をより抑えることができると共に、耐フィルミング性を高めることができる。
一実施形態に係るトナーは、複合粒子の平均粒径をシリカ粒子の平均粒径よりも大きくすることができる。これにより、複合粒子はシリカ粒子をトナー母体粒子に固定化させつつ、複合粒子もトナー母体粒子に固定し易くすることができる。また、トナー母体粒子に付着している複合粒子によってシリカ粒子がトナー母体粒子から離脱し難くすることができるため、シリカ粒子をトナー母体粒子の表面により確実に付着させておくことができる。
一実施形態に係るトナーは、複合粒子の表面を疎水化処理することができる。これにより、複合粒子の分散性を高めることができるため、トナー母体粒子にシリカ粒子をより均一に固定化することができる。よって、一実施形態に係るトナーは、地汚れの発生をさらに確実に抑えることができると共に、耐フィルミング性をさらに高めることができる。
<トナーの製造方法>
一実施形態に係るトナーの製造方法は、トナー母体粒子と、2種以上の金属無機微粒子を含む外添剤とを混合する混合工程を含む。
[トナー母体粒子の作製]
トナー母体粒子は、結晶性ポリエステル樹脂、非晶質ポリエステル樹脂A及び非晶質ポリエステル樹脂Bを含み、更に離型剤、着色剤等を含む油相を水系媒体中に分散させて造粒することにより、作製することができる。
トナー母体粒子の製造方法として、溶解懸濁法を用いることができる。溶解懸濁法を用いてトナー母体粒子を製造する方法として、例えば、プレポリマーと硬化剤との伸長反応及び/又は架橋反応により非晶質ポリエステル樹脂Aを伸張しながら、トナー母体粒子を製造する方法を用いることができる。
この溶解懸濁法を用いてトナー母体粒子を製造する方法は、水系媒体(水相)を調整する工程(水系媒体の調製工程)と、トナー材料を含有する油相を調整する工程(油相の調製工程)と、トナー材料の乳化乃至分散を行う工程(乳化乃至分散工程)と、有機溶媒の除去を行う工程(有機溶媒の除去工程)とを含む。
(水系媒体の調製工程)
水系媒体(水相)は、例えば、樹脂粒子を水系媒体に分散させることにより調製することができる。樹脂粒子の水系媒体中の添加量は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、水系媒体100質量部に対して、0.5質量部~10質量部が好ましい。
水系媒体としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、水、水と混和可能な溶媒、これらの混合物等が挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、水が好ましい。
水と混和可能な溶媒としては、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、アルコール、低級ケトン類、ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフラン、セロソルブ類等が挙げられる。アルコールとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、メタノール、イソプロパノール、エチレングリコール等が挙げられる。低級ケトン類としては、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、アセトン、メチルエチルケトン等が挙げられる。
(油相の調製工程)
トナー材料を含有する油相は、結晶性ポリエステル樹脂と、非線状の反応性前駆体と、非晶質ポリエステル樹脂Bとを少なくとも含み、更に必要に応じて、硬化剤、離型剤、着色剤等を含むトナー材料を、有機溶媒中に溶解乃至分散させることにより、調製することができる。
有機溶媒としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、除去が容易である点で、沸点が150℃未満の有機溶媒が好ましい。
沸点が150℃未満の有機溶媒としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、トルエン、キシレン、ベンゼン、四塩化炭素、塩化メチレン、1,2-ジクロロエタン、1,1,2-トリクロロエタン、トリクロロエチレン、クロロホルム、モノクロロベンゼン、ジクロロエチリデン、酢酸メチル、酢酸エチル、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等が挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
これらの中でも、酢酸エチル、トルエン、キシレン、ベンゼン、塩化メチレン、1,2-ジクロロエタン、クロロホルム、四塩化炭素等が好ましく、酢酸エチルがより好ましい。
(乳化乃至分散工程)
トナー材料を含有する油相を、水系媒体中に分散させることにより、トナー材料を乳化乃至分散することができる。そして、トナー材料を乳化乃至分散させる際に、硬化剤と前記非線状の反応性前駆体とを伸長反応及び/又は架橋反応させることにより非晶質ポリエステル樹脂Aが生成する。
非晶質ポリエステル樹脂Aは、例えば、以下の(1)~(3)の方法により生成させることができる。
(1)前記非線状の反応性前駆体と前記硬化剤とを含む油相を、水系媒体中で乳化又は分散させ、水系媒体中で前記硬化剤と前記非線状の反応性前駆体とを伸長反応及び/又は架橋反応させることにより前記非晶質ポリエステル樹脂Aを生成させる方法。
(2)前記非線状の反応性前駆体を含む油相を、予め前記硬化剤を添加した水系媒体中で乳化又は分散させ、水系媒体中で前記硬化剤と前記非線状の反応性前駆体とを伸長反応及び/又は架橋反応させることにより前記非晶質ポリエステル樹脂Aを生成させる方法。
(3)前記非線状の反応性前駆体を含む油相を水系媒体中で乳化又は分散させた後で、水系媒体中に前記硬化剤を添加し、水系媒体中で粒子界面から前記硬化剤と前記非線状の反応性前駆体とを伸長反応及び/又は架橋反応させることにより前記非晶質ポリエステル樹脂Aを生成させる方法。
なお、粒子界面から硬化剤と非線状の反応性前駆体とを伸長反応及び/又は架橋反応させる場合、生成するトナーの表面に優先的に非晶質ポリエステル樹脂Aが形成され、トナー中に非晶質ポリエステル樹脂Aの濃度勾配を設けることもできる。
非晶質ポリエステル樹脂Aを生成させるための反応条件(反応時間、反応温度)としては、特に制限はなく、前記硬化剤と、前記非線状の反応性前駆体との組み合わせに応じて、適宜選択することができる。
反応時間としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、10分間~40時間が好ましく、2時間~24時間がより好ましい。
反応温度としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、0℃~150℃が好ましく、40℃~98℃がより好ましい。
水系媒体中において、前記非線状の反応性前駆体を含有する分散液を安定に形成する方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、水系媒体相中に、トナー材料を溶媒に溶解乃至分散させて調製した油相を添加し、せん断力により分散させる方法等が挙げられる。
分散のための分散機としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、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、超音波分散機等が挙げられる。
これらの中でも、分散体(油滴)の粒子径を2μm~20μmに制御することができる点で、高速せん断式分散機が好ましい。
高速せん断式分散機を用いた場合、回転数、分散時間、分散温度等の条件は、目的に応じて適宜選択することができる。
回転数としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、1,000rpm~30,000rpmが好ましく、5,000rpm~20,000rpmがより好ましい。
分散時間としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、バッチ方式の場合、0.1分間~5分間が好ましい。
分散温度としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、加圧下において、0℃~150℃が好ましく、40℃~98℃がより好ましい。なお、一般に、分散温度が高温である方が分散は容易である。
トナー材料を乳化乃至分散させる際の、水系媒体の使用量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、トナー材料100質量部に対して、50質量部~2,000質量部が好ましく、100質量部~1,000質量部がより好ましい。
水系媒体の使用量が、50質量部未満であると、前記トナー材料の分散状態が悪くなって、所定の粒子径のトナー母体粒子が得られないことがあり、2,000質量部を超えると、生産コストが高くなることがある。
トナー材料を含有する油相を乳化乃至分散する際には、油滴等の分散体を安定化させ、所望の形状にすると共に粒度分布をシャープにする観点から、分散剤を用いることが好ましい。
分散剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、界面活性剤、難水溶性の無機化合物分散剤、高分子系保護コロイド等が挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、界面活性剤が好ましい。
界面活性剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、陰イオン界面活性剤、陽イオン界面活性剤、非イオン界面活性剤、両性界面活性剤等を用いることができる。
陰イオン界面活性剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、アルキルベンゼンスルホン酸塩、α-オレフィンスルホン酸塩、リン酸エステル等が挙げられる。これらの中でも、フルオロアルキル基を有するものが好ましい。
非晶質ポリエステル樹脂Aを生成させる際の伸長反応及び/又は架橋反応には、触媒を用いることができる。
触媒としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ジブチルスズラウレート、ジオクチルスズラウレート等が挙げられる。
(有機溶媒の除去工程)
乳化スラリー等の分散液から有機溶媒を除去することにより、トナー母体粒子を得る。分散液から有機溶媒を除去する方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、反応系全体を徐々に昇温させて、油滴中の有機溶媒を蒸発させる方法、分散液を乾燥雰囲気中に噴霧して、油滴中の有機溶媒を除去する方法等が挙げられる。
有機溶媒が除去されると、トナー母体粒子が形成される。トナー母体粒子に対しては、洗浄、乾燥等を行うことができ、さらに分級等を行うことができる。前記分級は、液中でサイクロン、デカンター、遠心分離等により、微粒子部分を取り除くことにより行ってもよいし、乾燥後に分級操作を行ってもよい。
[トナーの作製]
(混合工程)
得られたトナー母体粒子と、2種以上の金属無機微粒子を含む外添剤とを混合する。
添加剤の混合は一般の粉体の混合機が用いられるがジャケット等装備して、内部の温度を調節できることが好ましい。なお、添加剤に与える負荷の履歴を変えるには、途中又は漸次添加剤を加えていけばよい。この場合、混合機の回転数、転動速度、時間、温度等を変化させてもよい。また、はじめに強い負荷を、次に、比較的弱い負荷を与えてもよいし、その逆でもよい。使用できる混合設備としては、例えば、V型混合機、ロッキングミキサー、レーディゲミキサー、ナウターミキサー、ヘンシェルミキサー、ノビルタ等が挙げられる。
次いで、250メッシュ以上の篩を通過させて、粗大粒子、凝集粒子を除去することにより、トナーが得られる。
<現像剤>
一実施形態に係る現像剤は、一実施形態に係るトナーを含み、必要に応じてキャリア等の適宜選択されるその他の成分を含むことができる。これにより、転写性、帯電性等に優れ、高画質な画像を安定に形成することができる。
現像剤は、一成分現像剤であってもよいし、二成分現像剤であってもよいが、近年の情報処理速度の向上に対応した高速プリンタ等に使用する場合には、寿命向上の点から、二成分現像剤であることが好ましい。
一実施形態に係るトナーを一成分現像剤に用いる場合、トナーの収支が行われても、トナーの粒子径の変動が少なく、現像ローラへのトナーのフィルミングや、トナーを薄層化するブレード等の部材へのトナーの融着が少なく、現像装置における長期の攪拌においても、良好で安定した現像性及び画像が得られる。
一実施形態に係るトナーを二成分現像剤に用いる場合には、キャリアと混合して現像剤として用いることができる。二成分現像剤中のキャリアの含有量は、目的に応じて適宜選択することができるが、二成分現像剤100質量部に対して、90質量部~98質量部が好ましく、93質量部~97質量部がより好ましい。
一実施形態に係る現像剤は、磁性一成分現像方法、非磁性一成分現像方法、二成分現像方法等の公知の各種電子写真法による画像形成に好適に用いることができる。
[キャリア]
キャリアは、特に制限されず、目的に応じて適宜選択することができるが、芯材と、芯材を被覆する樹脂層(被覆層)とを有するものであることが好ましい。
(芯材)
芯材の材料は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、50emu/g~90emu/gのマンガン-ストロンチウム系材料、50emu/g~90emu/gのマンガン-マグネシウム系材料等が挙げられる。また、画像濃度を確保するためには、100emu/g以上の鉄粉、75emu/g~120emu/gのマグネタイト等の高磁化材料を用いることが好ましい。また、穂立ち状態となっている現像剤の感光体に対する衝撃を緩和でき、高画質化に有利であることから、30emu/g~80emu/gの銅-亜鉛系等の低磁化材料を用いることが好ましい。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
芯材の体積平均粒径は、特に制限されず、目的に応じて適宜選択することができるが、10μm~150μmが好ましく、40μm~100μmがより好ましい。体積平均粒径が10μm以上であれば、キャリア中に微粉が多くなり、一粒子当たりの磁化が低下してキャリアの飛散が生じることがあるという問題を有効に防止できる。一方、150μm以下であれば、比表面積が低下し、トナーの飛散が生じることがあり、ベタ部分の多いフルカラーでは、特にベタ部の再現が悪くなることがあるという問題を有効に防止することができる。
(樹脂層)
樹脂層は、樹脂及び必要に応じてその他の成分を含有することができる。樹脂層に用いられる樹脂としては、必要な帯電性を付与できる公知の材料を使用できる。具体的にはシリコーン樹脂、アクリル樹脂、またはこれらを併用して使用することが好ましい。また樹脂層を形成するための組成物は、シランカップリング剤を含有することが好ましい。
樹脂層の平均膜厚は、0.05~0.50μmであることが好ましい。
<トナー収容ユニット>
一実施形態に係るトナー収容ユニットは、一実施形態に係るトナーを収容することができる。一実施形態に係るトナー収容ユニットとは、トナーを収容する機能を有するユニットに、トナーを収容したものをいう。ここで、トナー収容ユニットの態様としては、例えば、トナー収容容器、現像器、プロセスカートリッジが挙げられる。
トナー収容容器とは、トナーを収容した容器をいう。
現像器は、トナーを収容し現像する手段を有するものをいう。
プロセスカートリッジとは、少なくとも静電潜像担持体(像担持体ともいう)と現像手段とを一体とし、トナーを収容し、画像形成装置に対して着脱可能であるものをいう。前記プロセスカートリッジは、更に帯電手段、露光手段、クリーニング手段等から選ばれる少なくとも一つを備えてもよい。
一実施形態に係るトナー収容ユニットには、一実施形態に係るトナーが収容される。一実施形態に係るトナー収容ユニットを、画像形成装置に装着して画像形成することで、一実施形態に係るトナーを用いて画像形成が行われるため、地汚れの発生が抑えられると共に、耐フィルミング性に優れたトナーを得ることができる。
<画像形成装置>
一実施形態に係る画像形成装置は、静電潜像担持体と、前記静電潜像担持体上に静電潜像を形成する静電潜像形成部と、前記静電潜像担持体に形成された前記静電潜像をトナーを用いて現像してトナー像を形成する現像部とを有し、更に必要に応じて、その他の構成を有することができる。
一実施形態に係る画像形成装置は、より好ましくは、上記の、静電潜像担持体、静電潜像形成部及び現像部の他に、前記トナー像を記録媒体に転写する転写部と、前記記録媒体の表面に転写された転写像を定着させる定着部とを備える。
前記現像部において、一実施形態に係るトナーが使用される。好ましくは、一実施形態に係るトナーを含有し、更に必要に応じて、キャリア等のその他の成分が含有された現像剤を用いることにより、トナー像を形成してもよい。
(静電潜像担持体)
静電潜像担持体(「電子写真感光体」、「感光体」と称することがある)の材質、形状、構造、大きさ等としては、特に制限されず、公知のものの中から適宜選択することができる。静電潜像担持体の材質としては、例えば、アモルファスシリコン、セレン等の無機感光体、ポリシラン、フタロポリメチン等の有機感光体(OPC)等が挙げられる。これらの中でも、より高精細な画像が得られる点で、有機感光体(OPC)が好ましい。静電潜像担持体の形状としては、ドラム状が好適に挙げられる。
(静電潜像形成部)
静電潜像形成部としては、静電潜像担持体上に静電潜像を形成する手段であれば、特に制限されず、目的に応じて適宜選択することができる。静電潜像形成部は、例えば、前記静電潜像担持体の表面を一様に帯電させる帯電部材(帯電器)と、前記静電潜像担持体の表面を像様に露光する露光部材(露光器)とを備える。
帯電器としては、特に制限されず、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、導電性又は半導電性のロール、ブラシ、フィルム、ゴムブレード等を備えた接触帯電器、コロトロン、スコロトロン等のコロナ放電を利用した非接触帯電器等が挙げられる。
帯電器としては、静電潜像担持体に接触乃至非接触状態で配置され、直流及び交流電圧を重畳印加することによって静電潜像担持体表面を帯電するものが好ましい。また、帯電器が、静電潜像担持体にギャップテープを介して非接触に近接配置された帯電ローラであり、帯電ローラに直流並びに交流電圧を重畳印加することによって静電潜像担持体表面を帯電するものが好ましい。
露光器としては、帯電器により帯電された静電潜像担持体の表面に、形成すべき像様に露光を行うことができる限り特に制限されず、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、複写光学系、ロッドレンズアレイ系、レーザ光学系、液晶シャッタ光学系等の各種露光器が挙げられる。なお、静電潜像担持体の裏面側から像様に露光を行う光背面方式を採用してもよい。
(現像部)
現像部は、静電潜像担持体に形成された前記静電潜像を現像して可視像を形成できれば、特に制限されず、目的に応じて適宜選択することができる。現像部は、例えば、トナーを収容し、静電潜像にトナーを接触又は非接触的に付与可能な現像器を備えるものを好適に用いることができ、トナー入り容器を備えた現像器等が好ましい。
現像器は、単色用現像器であってもよいし、多色用現像器であってもよく、例えば、トナーを摩擦攪拌させて帯電させる攪拌器と、回転可能なマグネットローラとを有するもの等が好適に挙げられる。
(転写部)
転写部としては、可視像を中間転写体上に転写して複合転写像を形成する第一次転写部と、複合転写像を記録媒体上に転写する第二次転写部とを有する態様が好ましい。なお、中間転写体としては、特に制限されず、目的に応じて公知の転写体の中から適宜選択することができ、例えば、転写ベルト等が好適に挙げられる。
転写部(第一次転写手段及び第二次転写部)は、静電潜像担持体(感光体)上に形成された可視像を記録媒体側へ剥離帯電させる転写器を少なくとも有するのが好ましい。転写部は1つであってもよいし、2以上であってもよい。
転写器としては、コロナ放電によるコロナ転写器、転写ベルト、転写ローラ、圧力転写ローラ、粘着転写器等が挙げられる。なお、記録媒体としては、特に制限されず、公知の記録媒体(記録紙)の中から適宜選択することができる。
(定着部)
定着部としては、特に制限されず、目的に応じて適宜選択することができるが、公知の加熱加圧部が好適である。加熱加圧部としては、加熱ローラと加圧ローラとの組合せ、加熱ローラと加圧ローラと無端ベルトとの組合せ等が挙げられる。
定着部は、発熱体を具備する加熱体と、加熱体と接触するフィルムと、フィルムを介して加熱体と圧接する加圧部材とを有し、フィルムと加圧部材の間に未定着画像を形成させた記録媒体を通過させて加熱定着できる加熱加圧部であることが好ましい。加熱加圧部における加熱は、通常、80℃~200℃が好ましい。なお、本実施形態においては、目的に応じて、定着部と共に又はこれに代えて、例えば、公知の光定着器を用いてもよい。
(その他)
一次形態に係る画像形成装置は、その他、例えば、除電部、リサイクル部、制御部等を備えることができる。
((除電部))
除電部としては、特に制限されず、静電潜像担持体に対し除電バイアスを印加することができればよく、公知の除電器の中から適宜選択することができ、例えば、除電ランプ等が好適に挙げられる。
((クリーニング部))
クリーニング部は、静電潜像担持体上に残留するトナーを除去することができればよく、公知のクリーナの中から適宜選択することができる。クリーニング部として、例えば、磁気ブラシクリーナ、静電ブラシクリーナ、磁気ローラクリーナ、ブレードクリーナ、ブラシクリーナ、ウエブクリーナ等が挙げられる。
一次形態に係る画像形成装置は、クリーニング部を有することにより、クリーニング性を向上させることができる。すなわち、トナー間付着力を制御することにより、トナーの流動性が制御され、クリーニング性を向上させることができる。また、劣化後のトナーの特性を制御することにより、高寿命化や高温多湿等の過酷な条件下においても、優れたクリーニング品質を維持することができる。さらに、感光体上におけるトナーから外添剤を十分に遊離させることができるため、クリーニングブレードニップ部における外添剤の堆積層(ダム層)を形成することにより、高いクリーニング性を達成することができる。
((リサイクル部))
リサイクル部としては、特に制限されず、公知の搬送手段等が挙げられる。
((制御部))
制御部は、上記の各部の動きを制御することができる。制御部としては、上記の各部の動きを制御できれば、特に制限されず、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、シークエンサー、コンピュータ等の制御機器が挙げられる。
一実施形態に係る画像形成装置は、一実施形態に係るトナーを用いて画像形成を行うことができるため、地汚れの発生が抑えられると共に、耐フィルミング性に優れ、安定して高画質な画像を提供することができる。
<画像形成方法>
一実施形態に係る画像形成方法は、静電潜像担持体上に静電潜像を形成する静電潜像形成工程と、前記静電潜像をトナーを用いて現像してトナー像を形成する現像工程とを含み、更に必要に応じて、その他の工程を含むことができる。前記画像形成方法は、前記画像形成装置により好適に行うことができ、前記静電潜像形成工程は、前記静電潜像形成部により好適に行うことができ、前記現像工程は、前記現像部により好適に行うことができ、前記その他の工程は、前記その他の部により好適に行うことができる。
また、一実施形態に係る画像形成方法は、より好ましくは、上記の、静電潜像形成工程及び現像工程の他に、前記トナー像を記録媒体に転写する転写工程と、前記記録媒体の表面に転写された転写像を定着する定着工程とを含む。
現像工程において、一実施形態に係るトナーが使用される。好ましくは、一実施形態に係るトナーを含有し、更に必要に応じて、キャリア等のその他の成分が含有された現像剤を用いることにより、トナー像を形成してもよい。
静電潜像形成工程は、静電潜像担持体上に静電潜像を形成する工程であり、静電潜像担持体表面を帯電させる帯電工程と、帯電された静電潜像担持体表面を露光して静電潜像を形成する露光工程とを含む。帯電は、例えば、帯電器を用いて静電潜像担持体の表面に電圧を印加することにより行うことができる。露光は、例えば、前記露光器を用いて前記静電潜像担持体の表面を像様に露光することにより行うことができる。静電潜像の形成は、例えば、静電潜像担持体の表面を一様に帯電させた後、像様に露光することにより行うことができ、静電潜像形成部により行うことができる。
現像工程は、静電潜像を複数色のトナーにより順次現像して可視像を形成する工程である。可視像の形成は、例えば、静電潜像を前記トナーを用いて現像することにより行うことができ、現像器により行うことができる。
現像器内では、例えば、トナーとキャリアとが混合攪拌され、その際の摩擦によりトナーが帯電し、回転するマグネットローラの表面に穂立ち状態で保持され、磁気ブラシが形成される。マグネットローラは、静電潜像担持体(感光体)近傍に配置されているため、マグネットローラの表面に形成された磁気ブラシを構成するトナーの一部は、電気的な吸引力によって静電潜像担持体(感光体)の表面に移動する。その結果、静電潜像がトナーにより現像されて静電潜像担持体(感光体)の表面にトナーによる可視像が形成される。
転写工程は、可視像を記録媒体に転写する工程である。転写工程は、中間転写体を用い、中間転写体上に可視像を一次転写した後、可視像を記録媒体上に二次転写する態様が好ましい。転写工程は、二色以上のトナー、好ましくはフルカラートナーを用い、可視像を中間転写体上に転写して複合転写像を形成する第一次転写工程と、複合転写像を記録媒体上に転写する第二次転写工程とを含む態様がより好ましい。転写は、例えば、可視像を転写帯電器を用いて静電潜像担持体(感光体)を帯電することにより行うことができ、転写部により行うことができる。
定着工程は、記録媒体に転写された可視像を定着装置を用いて定着させる工程であり、各色の現像剤に対し記録媒体に転写する毎に行ってもよいし、各色の現像剤に対しこれを積層した状態で一度に同時に行ってもよい。
一次形態に係る画像形成方法は、更に必要に応じて適宜選択したその他の工程、例えば、除電工程、クリーニング工程、リサイクル工程等を含むことができる。
除電工程は、静電潜像担持体に対し除電バイアスを印加して除電を行う工程であり、除電部により好適に行うことができる。
クリーニング工程は、静電潜像担持体上に残留する前記トナーを除去する工程であり、クリーニング部により好適に行うことができる。
リサイクル工程は、クリーニング工程により除去したトナーを現像部にリサイクルさせる工程であり、リサイクル部により好適に行うことができる。
一実施形態に係る画像形成方法は、一実施形態に係るトナーを用いて画像形成を行うことができるため、地汚れの発生が抑えられると共に、耐フィルミング性に優れ、安定して高画質な画像を提供することができる。
[画像形成装置の一態様]
次に、一実施形態に係る画像形成装置の一の態様について、図1を参照しながら説明する。図1は、一実施形態に係る画像形成装置の一例を示す概略構成図である。図1に示すように、画像形成装置1Aは、静電潜像担持体である感光体ドラム10と、帯電部である帯電ローラ20と、露光部である露光装置30と、現像部である現像装置40と、中間転写体(中間転写ベルト)50と、クリーニング部であるクリーニング装置60と、転写部である転写ローラ70と、除電部である除電ランプ80と、中間転写体クリーニング装置90とを備える。
中間転写体50は、内側に配置されている3個のローラ51で張架されている無端ベルトであり、3個のローラ51によって、矢印方向に移動可能に設計されている。3個のローラ51の一部は、中間転写体50へ所定の転写バイアス(一次転写バイアス)を印加可能な転写バイアスローラとしても機能する。中間転写体50の近傍には、中間転写体クリーニング装置90が配置されている。さらに、中間転写体50の近傍に、転写ローラ70が中間転写体50に対向して配置され、記録媒体としての転写紙Pに現像像(トナー画像)を転写(二次転写)するための転写バイアス(二次転写バイアス)を印加することができる。中間転写体50の周囲には、中間転写体50上のトナー画像に電荷を付与するためのコロナ帯電器52が、中間転写体50の回転方向に対して、感光体ドラム10と中間転写体50との接触部と、中間転写体50と転写紙Pとの接触部との間に配置されている。
現像装置40は、現像剤担持体である現像ベルト41と、現像ベルト41の周囲に併設したブラック(Bk)現像ユニット42K、イエロー(Y)現像ユニット42Y、マゼンタ(M)現像ユニット42M、及びシアン(C)現像ユニット42Cとから構成されている。
現像ベルト41は、複数のベルトローラで張架されている無端ベルトであり、図中、矢印方向に移動することができる。さらに、現像ベルト41の一部が感光体ドラム10と接触している。
ブラック現像ユニット42Kは、現像剤収容部421Kと現像剤供給ローラ422Kと現像ローラ(現像剤担持体)423Kとを備えている。イエロー現像ユニット42Yは、現像剤収容部421Yと現像剤供給ローラ422Yと現像ローラ423Yとを備えている。マゼンタ現像ユニット42Mは、現像剤収容部421Mと現像剤供給ローラ422Mと現像ローラ423Mとを備えている。シアン現像ユニット42Cは、現像剤収容部421Cと現像剤供給ローラ422Cと現像ローラ423Cとを備えている。
次に、画像形成装置1を用いて画像を形成する方法について説明する。まず、帯電ローラ20を用いて、感光体ドラム10の表面を一様に帯電させた後、露光装置30を用いて、感光体ドラム10に露光光Lを露光し、静電潜像を形成する。次に、感光体ドラム10上に形成された静電潜像を、現像装置40から供給されたトナーで現像してトナー像を形成する。さらに、感光体ドラム10上に形成されたトナー像が、ローラ51から印加された転写バイアスにより、中間転写体50上に転写(一次転写)された後、転写ローラ70から印加された転写バイアスにより、不図示の給紙部によって給紙された転写紙P上に転写(二次転写)される。一方、トナー像が中間転写体50に転写された感光体ドラム10は、表面に残留したトナーがクリーニング装置60により除去された後、除電ランプ80により除電される。画像転写後の中間転写体50上の残留トナーは、中間転写体クリーニング装置90によって除去される。
転写工程終了後、転写紙Pは定着ユニットに搬送されて、この定着ユニットで、上記転写されたトナー像は転写紙Pに定着される。
図2は、一実施形態に係る画像形成装置の他の一例を示す概略構成図である。図2に示すように、画像形成装置1Bは、図1に示す画像形成装置1Aにおいて、現像ベルト41を設けずに、感光体ドラム10の周囲に、ブラック現像ユニット42K、イエロー現像ユニット42Y、マゼンタ現像ユニット42M及びシアン現像ユニット42Cが直接対向して配置されている以外は、画像形成装置1Aと同様の構成を有する。
図3は、一実施形態に係る画像形成装置の他の一例を示す概略構成図である。図3に示すように、画像形成装置1Cは、タンデム型カラー画像形成装置であり、複写装置本体110と、給紙テーブル120と、スキャナ130と、原稿自動搬送装置(ADF)140と、二次転写装置150と、定着部である定着装置160と、シート反転装置170を備えている。
複写装置本体110の中央部には、無端ベルト状の中間転写体50が設けられている。中間転写体50は、3個のローラ53A、53B及び53Cに張架されている無端ベルトであり、図3中、矢印方向に移動することができる。ローラ53Bの近傍には、トナー像が記録紙に転写された中間転写体50上に残留したトナーを除去するための中間転写体クリーニング装置90が配置されている。ローラ53A及び53Bにより張架された中間転写体50に対向すると共に、搬送方向に沿って、画像形成ユニット(イエロー(Y)現像ユニット42Y、シアン(C)現像ユニット42C、マゼンタ(M)現像ユニット42M及びブラック(Bk)現像ユニット42K)が配置されている。
また、前記画像形成ユニットの近傍には、露光装置30が配置されている。さらに、中間転写体50の前記画像形成ユニットが配置された側とは反対側には、二次転写装置150が配置されている。二次転写装置150は、二次転写ベルト151を備える。なお、二次転写ベルト151は、一対のローラ152に張架されている無端ベルトであり、二次転写ベルト151上を搬送される記録紙と中間転写体50は、ローラ53Cとローラ152との間で接触することができる。なお、二次転写ベルト151は、一対のローラ152に張架されている無端ベルトであり、二次転写ベルト151上を搬送される記録紙と中間転写体50は、ローラ53Cとローラ152との間で接触することができる。
また、二次転写ベルト151の近傍には、定着装置160が配置されている。定着装置160は、一対のローラに張架されている無端ベルトである定着ベルト161と、定着ベルト161に押圧されて配置された加圧ローラ162とを備えている。
また、二次転写ベルト151及び定着装置160の近傍に、記録紙の両面に画像を形成する場合に、記録紙を反転させるためのシート反転装置170が配置されている。
次に、画像形成装置1Cを用いて、フルカラー画像を形成する方法について説明する。ます、原稿自動搬送装置(ADF)140の原稿台141上にカラー原稿をセットするか、原稿自動搬送装置140を開いてスキャナ130のコンタクトガラス131上にカラー原稿をセットし、原稿自動搬送装置140を閉じる。
スタートスイッチ(不図示)を押すと、原稿自動搬送装置140にカラー原稿をセットした時は、カラー原稿が搬送されてコンタクトガラス131上へと移動された後で、スキャナ130が駆動し、光源を備える第1走行体132及び第2走行体133が走行する。一方、コンタクトガラス131上に原稿をセットした時は直ちに、スキャナ130が駆動して、光源を備える第1走行体132及び第2走行体133が走行する。このとき、第1走行体132から照射された光の原稿面からの反射光を第2走行体133のミラーで反射した後、結像レンズ135を通して読取りセンサ136で受光することにより、カラー原稿(カラー画像)が読み取られ、ブラック、イエロー、マゼンタ及びシアンの画像情報が得られる。
各色の画像情報は、各色の現像ユニット(イエロー現像ユニット42Y、シアン現像ユニット42C、マゼンタ現像ユニット42M及びブラック現像ユニット42K)にそれぞれ伝達され、各色のトナー像が形成される。
図4は、図3の画像形成装置の部分拡大図である。図4に示すように、各現像ユニット(イエロー現像ユニット42Y、シアン現像ユニット42C、マゼンタ現像ユニット42M及びブラック現像ユニット42K)は、それぞれ、感光体ドラム10(ブラック用静感光体ドラム10K、イエロー用感光体ドラム10Y、マゼンタ用感光体ドラム10M、及びシアン用感光体ドラム10C)と、静電潜像担持体10を一様に帯電させる帯電部である帯電ローラ20と、各色の画像情報に基づいて、感光体ドラム10に露光光Lを露光し、感光体ドラム10上に各色の静電潜像を形成する露光装置30と、静電潜像を各色の現像剤で現像して各色のトナー像を形成する現像部である現像装置40と、トナー像を中間転写体50上に転写させるための転写帯電器62と、クリーニング装置60と、除電ランプ80とを備える。
各色の現像ユニット(イエロー現像ユニット42Y、シアン現像ユニット42C、マゼンタ現像ユニット42M及びブラック現像ユニット42K)で形成された各色のトナー像は、ローラ53A、53B及び53Cに張架されて移動する中間転写体50上に順次転写(一次転写)される。そして、中間転写体50上に各色のトナー像が重ね合わされて、複合トナー像が形成される。
一方、給紙テーブル120においては、給紙ローラ121の1つを選択的に回転させ、ペーパーバンク122に多段に備える給紙カセット123の1つから記録紙を繰り出す。記録紙は、分離ローラ124で1枚ずつ分離されて給紙路125に送出され、搬送ローラ126で搬送されて複写装置本体110内の給紙路111に導かれ、レジストローラ112に突き当てて止められる。または、手差しローラ113を回転して手差しトレイ114上の記録紙を繰り出し、手差しローラ113で1枚ずつ分離して手差し給紙路115に導き、レジストローラ112に突き当てて止める。
なお、レジストローラ112は、一般には接地されて使用されるが、記録紙の紙粉を除去するためにバイアスが印加された状態で使用されてもよい。
次に、中間転写体50上に形成された複合トナー像にタイミングを合わせてレジストローラ112を回転させ、中間転写体50と二次転写ベルト151との間に記録紙を送出させ、複合トナー像を記録紙上に転写(二次転写)する。なお、複合トナー像を転写した中間転写体50上に残留したトナーは、中間転写体クリーニング装置90により除去される。
複合トナー像が転写された記録紙は、二次転写ベルト151により搬送された後、定着装置160により複合トナー像が記録紙上に定着される。
その後、記録紙は、切換爪116により搬送経路が切り換えられ、排出ローラ117により排紙トレイ118上に排出される。または、記録紙は、切換爪116により搬送経路が切り換えられ、シート反転装置170により反転され、再度、二次転写ベルト151にと導かれ、裏面にも同様にして画像が形成された後、排出ローラ117により排紙トレイ118上に排出される。
以下、実施例及び比較例を示して実施形態を更に具体的に説明するが、実施形態はこれらの実施例及び比較例により限定されるものではない。
<ケチミン化合物(活性水素基含有化合物)の合成>
撹拌棒及び温度計をセットした反応容器に、イソホロンジアミン170質量部及びメチルエチルケトン75質量部を仕込み、50℃で5時間反応させ、ケチミン化合物(活性水素基含有化合物)を得た。ケチミン化合物は、アミン価が418mgKOH/gであった。
<非晶質ポリエステル樹脂A1の合成>
冷却管、撹拌機及び窒素導入管をセットした反応容器に、3-メチル-1,5-ペンタンジオール、アジピン酸及び無水トリメリット酸を仕込んだ。このとき、カルボキシル基に対する水酸基のモル比を1.5とし、全モノマー中の無水トリメリット酸の含有量を1mol%とし、全モノマーに対して、1000ppmのチタンテトライソプロポキシドを添加した。次に、4時間程度で200℃まで昇温し、さらに2時間で230℃まで昇温して、水が流出しなくなるまで反応させた後、10~15mmHgの減圧下で5時間反応さ
せ、水酸基を有する非晶質ポリエステルを得た。
冷却管、撹拌機及び窒素導入管をセットした反応容器に、水酸基を有する非晶質ポリエステルとイソホロンジイソシアネートを仕込んだ。このとき、水酸基に対するイソシアネート基のモル比を2.0とした。
次に、酢酸エチルで希釈した後、100℃で5時間反応させ、非晶質ポリエステル樹脂A1のプレポリマー(非晶質ポリエステルプレポリマー)の50%酢酸エチル溶液を得た。
加熱装置、撹拌機及び窒素導入管をセットした反応容器に、非晶質ポリエステルプレポリマーの50%酢酸エチル溶液を仕込んで撹拌した後、硬化剤としてケチミン化合物を滴下した。このとき、イソシアネート基に対するアミノ基のモル比を1とした。次に、45℃で10時間撹拌した後、酢酸エチルの残量が100ppm以下になるまで50℃で減圧乾燥させ、非晶質ポリエステル樹脂A1を得た。非晶質ポリエステル樹脂A1は、ガラス転移温度が-55℃であり、重量平均分子量が130000であった。
<非晶質ポリエステル樹脂B1の合成>
窒素導入管、脱水管、攪拌器及び熱電対をセットした反応容器に、ビスフェノールAのエチレンオキサイド2モル付加物(BisA-EO)、ビスフェノールAのプロピレンオキサイド3モル付加物(BisA-PO)、テレフタル酸及びアジピン酸を仕込んだ。このとき、BisA-POに対するBisA-EOのモル比を40/60とし、アジピンに対するテレフタル酸のモル比を93/7とし、カルボキシル基に対する水酸基のモル比を1.2とし、全モノマーに対して、500ppmのチタンテトライソプロポキシドを添加した。次に、230℃で8時間反応させた後、10~15mmHgの減圧下で4時間反応させた。さらに、全モノマーに対して、1mol%の無水トリメリット酸を添加した後、180℃で3時間反応させ、非晶質ポリエステル樹脂B1を得た。非晶質ポリエステル樹脂B1は、ガラス転移温度が67℃であり、重量平均分子量が10000であった。
<非晶質ポリエステル樹脂A1及び非晶質ポリエステル樹脂B1の特性の評価>
非晶質ポリエステル樹脂A1及び非晶質ポリエステル樹脂B1のガラス転移温度と重量平均分子量は、以下の方法により、測定した。
[ガラス転移温度]
示差走査熱量計Q-200(TAインスツルメント社製)を用いて、ガラス転移温度を測定した。具体的には、対象試料約5.0mgをアルミニウム製の試料容器に入れた後、試料容器をホルダーユニットに載せ、電気炉にセットした。次に、窒素雰囲気下、昇温速度10℃/minで-80℃から150℃まで昇温した。得られたDSC曲線から、示差走査熱量計中の解析プログラムを用いて、対象試料のガラス転移温度を求めた。
[重量平均分子量]
GPC測定装置HLC-8220GPC(東ソー社製)及びカラムTSKgel SuperHZM-H 15cm 3連(東ソー社製)を用いて、重量平均分子量を測定した。具体的には、40℃のヒートチャンバー中でカラムを安定させた。次に、1mL/minの流速でテトラヒドロフラン(THF)をカラムに流し、0.05~0.6質量%の試料のTHF溶液を50~200μL注入して、試料の重量平均分子量を測定した。このとき、数種の単分散ポリスチレン標準試料を用いて作成された検量線の対数値とカウント数との関係から、試料の数平均分子量を算出した。
なお、標準ポリスチレン試料としては、重量平均分子量が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の試料(Pressure Chemical社製)を用いた。また、検出器としては、RI(屈折率)検出器を用いた。
<実施例1>
[マスターバッチの作製]
ヘンシェルミキサー(日本コークス工業社製)を用いて、水1200質量部、DBP吸油量が42mL/100mg、pHが9.5のカーボンブラックPrintex35(デクサ社製)500質量部及び500質量部の非晶質ポリエステルBを混合した後、2本ロールを用いて、150℃で30分間混練した。次に、圧延冷却した後、パルペライザーを用いて粉砕し、マスターバッチを得た。
[ワックス分散剤の合成]
温度計及び撹拌機をセットしたオートクレーブ反応槽に、キシレン480質量部、融点が108℃、重量平均分子量が1000ポリエチレンのサンワックス151P(三洋化成工業社製)100質量部を仕込んだ後、ポリエチレンを溶解させ、窒素置換した。次に、スチレン805質量部、アクリロニトリル50質量部、アクリル酸ブチル45質量部、ジ-t-ブチルパーオキサイド36質量部及びキシレン100質量部の混合液を3時間で滴下しながら、170℃で重合し、30分間保持した。さらに、脱溶剤し、ワックス分散剤を得た。ワックス分散剤は、ガラス転移温度が65℃であり、重量平均分子量が18000であった。
[ワックス分散液の調製]
撹拌棒及び温度計をセットした容器に、融点が75℃のパラフィンワックスHNP-9(日本精鑞社製)300質量部、150質量部のワックス分散剤及び酢酸エチル1800質量部を仕込んだ。次に、撹拌しながら、80℃まで昇温し、5時間保持した後、1時間で30℃まで冷却した。さらに、ビーズミルのウルトラビスコミル(アイメックス社製)を用いて、直径が0.5mmのジルコニアビーズを80体積%充填し、3パスの条件で分散させ、ワックス分散液を得た。このとき、送液速度を1kg/hとし、ディスクの周速度を6m/sとした。
[油相の調製]
225質量部のワックス分散液、非晶質ポリエステル樹脂A1の50%酢酸エチル溶液40質量部、390質量部の非晶質ポリエステルB、60質量部のマスターバッチ及び酢酸エチル285質量部を容器に仕込んだ後、TKホモミキサー(プライミクス社製)を用いて、7000rpmで60分間混合し、油相1を得た。
[ビニル系樹脂分散液の合成]
撹拌棒及び温度計をセットした反応容器に、水683質量部、メタクリル酸のエチレンオキサイド付加物の硫酸エステルのナトリウム塩エレミノールRS-30(三洋化成工業社製)11質量部、スチレン138質量部、メタクリル酸138質量部及び過硫酸アンモニウム1質量部を仕込んだ後、400rpmで15分間撹拌し、白色の乳濁液を得た。次に、系内の温度を75℃まで昇温し、5時間反応させた後、1%過硫酸アンモニウム水溶液30質量部を添加して、75℃で5時間熟成し、ビニル系樹脂(スチレン-メタクリル酸-メタクリル酸エチレンオキサイド付加物硫酸エステルのナトリウム塩の共重合体)の水性分散液(ビニル系樹脂分散液)を得た。ビニル系樹脂は、体積平均粒径が0.14μmであった。なお、ビニル系樹脂の体積平均粒径は、レーザ回折/散乱式粒度分布測定装置LA-920(HORIBA社製)を用いて測定した。
[水相の調製]
水990質量部、83質量部のビニル系樹脂分散液、ドデシルジフェニルエーテルジスルホン酸ナトリウムの48.5%水溶液(エレミノールMON-7、三洋化成工業社製)37質量部及び酢酸エチル90質量部を混合撹拌し、乳白色の水相を得た。
[乳化・脱溶剤]
油相が入った容器に、0.2質量部のケチミン化合物及び1200質量部の水相を添加した後、TKホモミキサーを用いて、13000rpmで20分間混合し、乳化スラリーを得た。
撹拌機及び温度計をセットした容器に、乳化スラリーを仕込み、30℃で8時間脱溶剤した後、45℃で4時間熟成し、分散スラリーを得た。
[洗浄・加熱処理・乾燥]
100質量部の分散スラリーを減圧濾過した。次に、濾過ケーキにイオン交換水100質量部を添加し、TKホモミキサーを用いて、12000rpmで10分間混合した後、濾過した(以下、洗浄工程(1)という)。
さらに、濾過ケーキに10%水酸化ナトリウム水溶液100質量部を添加し、TKホモミキサーを用いて、12000rpmで30分間混合した後、減圧濾過した(以下、洗浄工程(2)という)。
次に、濾過ケーキに10%塩酸100質量部を添加し、TKホモミキサーを用いて、12000rpmで10分間混合した後、濾過した(以下、洗浄工程(3)という)。
さらに、濾過ケーキにイオン交換水300質量部を添加し、TKホモミキサーを用いて、12000rpmで10分間混合した後、濾過した(以下、洗浄工程(4)という)。
上記の洗浄工程(1)~(4)の操作を2回繰り返した。
濾過ケーキにイオン交換水100質量部を添加し、TKホモミキサーを用いて、12000rpmで10分間混合し、50℃で4時間加熱処理した後、濾過した。循風乾燥機を用いて、45℃で48時間濾過ケーキを乾燥させた後、目開きが75μmのメッシュで篩い、トナー母体粒子1を得た。得られたトナー母体粒子1の、体積平均粒径Dvが5.5μmであり、平均円形度が0.970であった。
(体積平均粒径Dvの測定)
精密粒度分布測定装置(Multisizer 3(登録商標)、ベックマン・コールター社製)を用いて、トナー母体粒子1の体積平均粒径Dvを測定した。
(平均円形度)
湿式フロー式粒子径・形状分析装置FPIA-3000及び解析ソフトFPIA-3000 Data Processing Program for FPIA version00-10(シスメックス社製)を用いて、トナーの平均円形度を測定した。具体的には、ガラス製の100mLビーカーに、アルキルベンゼンスルホン酸塩のネオゲンSC-A(第一工業製薬社製)の10%水溶液0.1~0.5mL及びトナー0.1~0.5gを添加した後、ミクロスパーテルを用いて、かき混ぜ、イオン交換水80mLを添加した。次に、超音波分散機UH-50(SMT社製)を用いて、20kHz、50W/10cmの条件で1分間分散させた後、合計5分間分散させ、測定試料を得た。ここで、粒子濃度が4000~8000個/10-3cmの測定試料を用いて、0.60μm以上159.21μm未満の円相当径を有する粒子の平均円形度を測定した。
[外添剤処理]
20Lヘンシェルミキサー(三井鉱山社製)に、母体粒子を100質量部、金属酸化物粒子1(シリカ粒子1(NX90G、日本アエロジル社製、個数平均粒径:20nm))を1.7質量部、金属酸化物粒子2を0.3質量部投入し、周速40m/sで15分間混合し、目開き500メッシュの篩を通過させ、トナーを得た。なお、用いた金属酸化物粒子1の個数平均粒径の個数平均粒径は、以下の通り測定して求めた。金属酸化物粒子1は、以下の通り調整した。
(個数平均粒径の測定)
電界放出形走査電子顕微鏡SU8230(株式会社日立ハイテクノロジーズ社製)を用いて、外添剤のSEM画像を取得し、画像解析により個数平均粒径を測定した。まず、外添剤をテトラヒドロフランに分散させた後、基板上で溶剤を除去して乾固させた。このサンプルをSEMで観察して画像を取得し、各々の粒子について二次粒子の最長長さを計測した。200個の粒子の平均値を算出し、個数平均粒径とした。SEMの測定条件の一例を示す。
((SEMの測定条件))
・加速電圧:2.0kV
・WD(Working Distance):10.0mm
・観察倍率:50000倍
(金属酸化物粒子2の調製)
酸化ジルコニウムに換算して20gを含むオキシ塩化ジルコニウム水溶液100gに0.74gの酸化イットリウムを溶解した。この水溶液を沸点で、70時間還流を行い、オキシ塩化ジルコニウムを加水分解した。ジルコニアゾルの粒子径は、平均で100Åであった。この加水分解液に平均粒径が0.02μmのアルミナ粉末30.2gを加え、この混合液を直径0.5mmのジルコニアボールをポリエチレン製容器の半分まで満たしたボールミルに移し、20時間回転混合しアルミナ粉末を充分に分散させた後、ロータリーエバポレーターを使用して減圧乾燥を行った。得られた乾燥物は、電気炉を用いて大気中、900℃、2時間焼成したのち、前記と同様のボールミルを使用して40時間粉砕し、平均粒径が0.02μmであり、ジルコニア(ZrO)の含有割合(ZrOの含有量/(ZrOの含有量+Al23の含有量))が0.6である、ジルコニア-アルミナ複合粒子(ZrO-Al23複合粒子)を得た。得られたジルコニア-アルミナ複合粒子を、金属酸化物粒子2として用いた。なお、金属酸化物粒子2の平均粒径及びジルコニア含有率は、上記の金属酸化物粒子2の調製条件を変更することで、調製することができる。
Figure 0007480645000001
<実施例2>
実施例1において、金属酸化物粒子2の平均粒径を変更したこと以外は、実施例1と同様の方法により、トナーを作製した。
<実施例3>
実施例1において、金属酸化物粒子1として、シリカ粒子1に代えてシリカ粒子2(RX50、日本アエロジル社製、個数平均粒径:40nm)を用い、金属酸化物粒子2の平均粒径及びZrOの含有割合を変更したこと以外は、実施例1と同様の方法により、トナーを作製した。
<実施例4>
実施例1において、金属酸化物粒子1として、シリカ粒子1に代えてシリカ粒子2(RX50、日本アエロジル社製、個数平均粒径:40nm)を用い、金属酸化物粒子2の平均粒径を変更したこと以外は、実施例1と同様の方法により、トナーを作製した。
<実施例5及び6>
実施例1において、金属酸化物粒子2の平均粒径及びZrOの含有割合を変更したこと以外は、実施例1と同様の方法により、トナーを作製した。
<実施例7>
実施例1において、母体粒子1を母体粒子2に変更し、金属酸化物粒子2の平均粒径及びZrOの含有割合を変更したこと以外は、実施例1と同様の方法により、トナーを作製した。
[母体粒子2の作製]
母体粒子2は、以下のように作製した。
(非晶質ポリエステル樹脂A2の合成)
冷却管、撹拌機、及び窒素導入管を装備した反応槽中に、下記表2に示すモノマー種及び縮合触媒としてのテトラブトキシチタネートを入れ、窒素気流下、生成する水を留去しながら、230℃で6時間反応させた。次に、5mmHg~20mmHgの減圧下、1時間反応させ、非晶質ポリエステル樹脂A2を得た。なお、表2における"25mol%"とは、酸成分50mol%、アルコール成分50mol%としたときのアルコール成分中の割合を示す。
(非晶質ポリエステル樹脂B2の合成)
下記表2に示す酸成分及びアルコール成分に変更したこと以外は、上記の(ポリエステル樹脂A1の合成)と同様にして、非晶質ポリエステル樹脂B2を得た。
(結晶性ポリエステル樹脂C1の合成)
下記表2に示す酸成分及びアルコール成分をOH/COOHが0.9となるように窒素導入管、脱水管、攪拌器及び熱電対を装備した5Lの四つ口フラスコに仕込んで、酸成分及びアルコール成分を含む混合液を作製した。その後、混合液にチタンテトライソプロポキシド(樹脂成分に対して500ppm)を添加して、酸成分及びアルコール成分をチタンテトライソプロポキシドと共に180℃で10時間反応させた後、200℃に昇温してさらに3時間反応させた。その後、酸成分及びアルコール成分をチタンテトライソプロポキシドとさらに8.3kPaの圧力にて2時間反応させることで、結晶性ポリエステル樹脂Cを得た。
Figure 0007480645000002
(トナー母体粒子2の作製)
((トナー原材料))
ポリエステル樹脂A1 :24.2質量部
ポリエステル樹脂B2 :60.0質量部
ポリエステル樹脂C1 :3.2質量部
離型剤(合成エステルワックス):4.8質量部
着色剤(フタロシアニンブルー):6.8質量部
帯電制御剤(モノアゾ金属錯体):1.0質量部
上記のトナー原材料を、へンシェルミキサー(三井三池化工機株式会社製、FM20B)を用いて予備混合した後、二軸混練機(株式会社池貝製、PCM-30)で120℃の温度で溶融、混練した。得られた混練物はローラにて2.7mmの厚さに圧延した後にベルトクーラーにて室温まで冷却し、ハンマーミルにて200μm~300μmに粗粉砕した。次いで、超音速ジェット粉砕機ラボジェット(日本ニューマチック工業株式会社製)を用いて微粉砕した後、気流分級機(日本ニューマチック工業株式会社製、MDS-I)で重量平均粒径が5.8±0.2μmとなるようにルーバー開度を適宜調整しながら分級し、トナー母体粒子2を得た。得られたトナー母体粒子2の、平均円形度は0.935であり、体積平均粒径は5.8μmであった。
<比較例1>
実施例1において、金属酸化物粒子1を用いず、金属酸化物粒子2の平均粒径及びZrOの含有割合を変更したこと以外は、実施例1と同様の方法により、トナーを作製した。
<比較例2及び3>
実施例1において、金属酸化物粒子2の平均粒径及びZrOの含有割合を変更したこと以外は、実施例1と同様の方法により、トナーを作製した。
<比較例4>
実施例1において、金属酸化物粒子2として、ジルコニア-アルミナ複合粒子に代えてシリカ-アルミナ複合粒子(SiO2-Al23複合粒子)を用い、金属酸化物粒子2の平均粒径及びZrOの含有割合を変更したこと以外は、実施例1と同様の方法により、トナーを作製した。
<比較例5>
実施例1において、金属酸化物粒子2を用いないこと以外は、実施例1と同様の方法により、トナーを作製した。
実施例2~7及び比較例1~5で用いた、母体粒子の種類と、金属酸化物粒子1の種類及び平均粒径と、金属酸化物粒子2の種類、平均粒径及びZrOの含有割合とを表1に示す。
<トナーの特性の評価>
上記のように得られたトナーを用いて現像液を作製し、地汚れ(かぶり)と耐フィルミング性を評価して、トナーの特性を評価した。
[現像剤の作製]
作製したトナー5質量%と、コーティングフェライトキャリア95質量%とを、ターブラーミキサー(ウィリー・エ・バッコーフェン(WAB)社製)を用いて48rpmで5分間均一混合し、現像剤を作製した。
[地汚れ]
デジタルフルカラー複合機Imagio MP C5000(リコー社製)に現像剤を充填した後、A4サイズ、トナーの付着量が0.5mg/cmのベタ画像を複写した。次に、1000枚複写した時を初期、10万枚複写した時を経時として、白紙画像を現像中に停止させ、現像後の感光体上の現像剤をテープ転写し、転写後のテープの画像濃度を測定した。転写後のテープの画像濃度と、未転写のテープの画像濃度との差(画像濃度差)を、938スペクトロデンシトメーター(X-RITE社製)を用いて測定し、下記評価基準にしたがって、かぶりを評価した。画像濃度差が、△以上であれば、実用上合格であると言える。
(評価基準)
◎:画像濃度差が、0.005未満である場合
○:画像濃度差が、0.005以上0.010未満である場合
△:画像濃度差が、0.010以上0.030未満である場合
×:画像濃度差が、0.030以上である場合
<耐フィルミング性>
デジタルフルカラー複合機Imagio MP C5000(リコー社製)に現像剤を充填した後、A4サイズ、トナーの付着量が0.5mg/cmのベタ画像を複写した。次に、1000枚複写した時を初期、10万枚複写した時を経時として所定の枚数の印刷が終了後に、PCUユニットを取り出し、OPC上を観察し、下記評価基準にしたがって、フィルミング状態を目視で評価した。〇以上であれば、実用上合格であると言える。
(評価基準)
((初期の場合))
◎:1000枚でも発生せず
○:1000枚で異常画像数が、0.2%以下
△:1000枚で異常画像数が、0.3%以上~1.0%未満
×:1000枚で異常画像数が、1.0%以上
((経時の場合))
◎:10万枚でも発生せず
○:10万枚で異常画像数が、0.1%未満
△:10万枚で異常画像数が、0.1%以上~1.0%未満
×:10万枚で異常画像数が、1.0%以上
[総合評価]
総合評価は、下記評価基準により評価した。全ての評価項目が◎又は○が2つあるものを◎、○が3つあり、△が1つあるが使用上は問題ないものを○、×が1つ以上のものを×として判定した。
(評価基準)
◎:非常に優れている
○:優れている
×:実用に耐えない
各実施例及び比較例のトナーの評価結果を表3に示す。
Figure 0007480645000003
表3より、実施例1~7のトナーは、地汚れ及び耐フィルミング性をいずれも使用上の条件を満たしていたことが確認された。これに対して、比較例1~5で得られたトナーは、地汚れ及び耐フィルミング性の少なくともいずれかが使用上の条件を満たしておらず、実用上問題を有することが確認された。
よって、実施例1~7のトナーは、比較例1~5のトナーと異なり、シリカ粒子と、ジルコニア及びアルミナを含む複合粒子とを含み、複合粒子に含まれるZrOの含有割合を0.6~0.7とすることで、地汚れの発生が抑えられると共に、耐フィルミング性に優れ、安定して高画質な画像の形成を実現するトナーであるといえる。
以上の通り、実施形態を説明したが、上記実施形態は、例として提示したものであり、上記実施形態により本発明が限定されるものではない。上記実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の組み合わせ、省略、置き換え、変更等を行うことが可能である。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
1A、1B、1C 画像形成装置
10 静電潜像担持体(感光体ドラム)
20 帯電ローラ(帯電部)
30 露光装置(露光部)
40 現像装置(現像部)
50 中間転写体(中間転写ベルト)
60 クリーニング装置(クリーニング部)
70 転写ローラ(転写部)
80 除電ランプ(除電部)
特開2014-174410号公報

Claims (8)

  1. 2種類以上の金属酸化物粒子を含み、
    前記金属酸化物粒子の1種がシリカ粒子であり、他の1種がジルコニア及びアルミナを含む複合粒子であり、
    前記ジルコニアの含有量の、前記ジルコニア及び前記アルミナの含有量の和に対する割合が、0.5~0.8であるトナー。
  2. 前記複合粒子の平均粒径が、20nm~500nmである請求項1に記載のトナー。
  3. 前記複合粒子の平均粒径は、前記シリカ粒子の平均粒径よりも大きい請求項1又は2に記載のトナー。
  4. 前記複合粒子の表面が、疎水化処理されている請求項1~3の何れか一項に記載のトナー。
  5. 請求項1~4の何れか一項に記載のトナーを含むことを特徴とする現像剤。
  6. 請求項1~4の何れか一項に記載のトナーを収容したトナー収容ユニット。
  7. 静電潜像担持体と、
    前記静電潜像担持体の上に静電潜像を形成する静電潜像形成部と、
    前記静電潜像をトナーを用いて現像して可視像を形成する現像部と、
    前記可視像を記録媒体に転写する転写部と、
    前記記録媒体に転写された転写像を定着させる定着部と、を備え、
    前記トナーが、請求項1~4の何れか一項に記載のトナーである画像形成装置。
  8. 静電潜像担持体の上に静電潜像を形成する静電潜像形成工程と、
    前記静電潜像をトナーを用いて現像して可視像を形成する現像工程と、
    前記可視像を記録媒体に転写する転写工程と、
    前記記録媒体に転写された転写像を定着する定着工程と、を含み、
    前記トナーが、請求項1~4の何れか一項に記載のトナーである画像形成方法。
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