JP2010249995A - 静電荷像現像用トナーおよびその画像形成方法 - Google Patents

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政裕 安野
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剛 内田
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Koichi Sugama
幸一 菅間
Masahiko Nakamura
正彦 中村
Kenichi Onaka
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Abstract

【課題】低温定着性、耐熱保管性、耐久性に優れるとともに環境を含めた帯電性にも優れた現像剤および画像形成方法を提供する。
【解決手段】ポリエステル樹脂を含有する結着樹脂、着色剤、荷電制御剤を含有してなり、該荷電制御剤がチアカリックスアレーン、スルフィニル化チアカリックスアレーンおよびスルホニル化チアカリックスアレーンから選ばれる環状フェノール硫化物であり、該ポリエステル樹脂が脂肪族多価アルコールを含有してなるアルコール成分とカルボン酸成分とを縮重合させてなり、かつ、トナー中に実質的にスズ元素を含有しないことを特徴とする静電荷像現像用トナー。
【選択図】なし

Description

本発明は、電子写真方式の画像形成方法に用いられるトナーおよびその画像形成方法に関するものである。
近年、電子写真方式の画像形成装置としては、通常の複写機やプリンターとしてオフィス内文書の印刷や単なるコピーとして使用するものから、オフィス外用の印字物の作製の分野、具体的には、電子データから可変情報を簡単に印字できることから、軽印刷の領域であるオンデマンドプリンティング(POD)市場にまで用途が拡大してきており、これに伴ってオフィス内においては複数の複写機やプリンターが設置された状態となるなど全体として電力消費量が増大してきている。
POD市場においては、複写行為にではなく印字物自体に価値が求められるために、当該印字物として、高い画質のものを形成することが要求されている。
従来より低温定着性と耐熱保管性を両立させる有効な手段としてポリエステル樹脂系がトナー用結着樹脂として使用されており、この中でもポリエステル樹脂を構成する多価アルコール成分として脂肪族多価アルコール化合物を主成分とすることにより耐久性を向上させる物性の必須要件となる耐破砕性を維持しつつ低温での定着性も良好なものとすることができることが知られている。一方、該ポリエステル樹脂を使用したトナーは、帯電性の立ち上がりが悪く、特に耐久時や高温高湿下ならびに低温低湿下においてトナーの飛散や画像上のカブリ性能が悪く、更に画像濃度の低下や画像濃度の均一性が悪化する傾向にあることが課題となる(例えば、特許文献1〜3参照。)。
さらに近年、安全性の観点から、従来ポリエステル樹脂の縮重合反応には、スズ化合物触媒が用いられてきたが、スズという重金属を含んでいるため最近では環境施策の用件に合わなくなってきており、その代替が望まれている。
特開平1−223469号公報 特開平2−161467号公報 特開平1−204062号公報
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、その目的は、低温定着性、耐熱保管性、耐久性に優れるとともに環境を含めた帯電性にも優れた現像剤を提供することにある。更に環境安全性に優れた現像剤を提供することと共に、高い画質の画像を得ることのできるトナーおよびその画像形成方法を提供することにある。
本発明者らが検討した結果、ポリエステル樹脂を構成する脂肪族アルコール成分として脂肪族多価アルコール化合物を主成分としてなり、かつ、トナー粒子中に特定の構造よりなる荷電制御剤を含有させてなることにより、上記課題を改善するものである。
すなわち、本発明は以下のような構成を有することにより達成される。
1.少なくともポリエステル樹脂を含有する結着樹脂、着色剤、荷電制御剤を含有してなり、該荷電制御剤が下記一般式(1)で示されるチアカリックスアレーン、スルフィニル化チアカリックスアレーンおよびスルホニル化チアカリックスアレーンから選ばれる環状フェノール硫化物であり、該ポリエステル樹脂が脂肪族多価アルコールを含有してなるアルコール成分とカルボン酸成分とを縮重合させてなり、かつ、トナー中に実質的にスズ元素を含有しないことを特徴とする静電荷像現像用トナー。
Figure 2010249995
(式中、XはS、SOまたはSOを表し、Zは水素原子、アルキル基、置換アルキル基、アラルキル基、アシル基、又はアルコキシカルボニル基を表す。nは3〜9の整数であり、Yは炭化水素基、ハロゲン化炭化水素基、ハロゲン原子、−SOまたは、−SOであり、R及びRは水素原子、炭化水素基または金属元素を表し、複数のYは同一であっても異なっていてもよい。)
2.前記トナーの体積基準メディアン径が2.0μm以上8.0μm以下であり、かつ、平均円形度が0.920〜0.995であることを特徴とする前記1に記載のトナー。
3.前記トナーの軟化点温度が121℃以下であり、ガラス転移温度が55℃以下であることを特徴とする前記1又は2に記載のトナー。
4.少なくとも黒色トナーとカラートナーを用いてトナー画像を形成する画像形成方法であって該トナーが、前記1〜3のいずれか1項に記載のトナーであることを特徴とする画像形成方法。
本発明のトナーによれば、これを構成するトナー粒子が脂肪族多価アルコールを主成分として成るポリエステル樹脂よりなり、耐久時において、破砕性を維持しつつ低温定着性に優れている。また、一方では、該ポリエステル樹脂を使用したトナーは、荷電の立ち上がり性が悪く、特に耐久時や高温高湿時ならびに低温低湿時において、トナーの飛散及び画像上のカブリ性能が悪く、更に画像濃度の低下及び画像濃度の均一性が悪化する傾向にあるが、該ポリエステル樹脂に加えて特定の荷電制御剤を含有してなることにより、これらの課題が顕著に改善し、安定した帯電性と高品位な画像が安定して得られる。
非磁性一成分現像方式の画像形成装置の一例を示す概略図である。 非磁性一成分現像方式の画像形成装置に搭載可能な現像装置の断面図である。 二成分現像方式の画像形成装置の一例を示す概略図である。
以下、本発明について具体的に説明する。
本発明のトナーは、少なくともポリエステル樹脂を含有する結着樹脂、着色剤、荷電制御剤を含有してなり、該荷電制御剤が下記一般式(1)で示されるチアカリックスアレーン、スルフィニル化チアカリックスアレーンおよびスルホニル化チアカリックスアレーンから選ばれる環状フェノール硫化物であり、該ポリエステル樹脂が脂肪族多価アルコールを含有してなるアルコール成分とカルボン酸成分とを縮重合させてなり、かつ、トナー中に実質的にスズ元素を含有しないことを特徴とするものである。
Figure 2010249995
(式中、XはS、SOまたはSOを表し、Zは水素原子、アルキル基、置換アルキル基、アラルキル基、アシル基、又はアルコキシカルボニル基を表す。nは3〜9の整数であり、Yは炭化水素基、ハロゲン化炭化水素基、ハロゲン原子、−SOまたは、−SOであり、R及びRは水素原子、炭化水素基または金属元素を表し、複数のYは同一であっても異なっていてもよい。)
最初に、荷電制御剤として含有される一般式(1)で表される環状ポリフェノール化合物について説明する。
炭化水素基の具体例としては、例えばメチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、イソブチル、tert−ブチル、n−ペンチル、イソペンチル、ネオペンチル、tert−ペンチル、2−メチルブチル、n−ヘキシル、イソヘキシル、3−メチルペンチル、エチルプチル、n−ヘプチル、2−メチルヘキシル、n−オクチル、イソオクチル、tert−オクチル、2−エチルヘキシル、3−メチルヘプチル、n−ノニル、イソノニル、1−メチルオクチル、エチルヘプチル、n−デシル、1−メチルノニル、n−ウンデシル、1,1−ジメチルノニル、n−ドデシル、n−テトラデシル、n−ヘブタデシル、n−オクタデシル基などのアルキル基、及びエチレンやプロピレン、ブチレンの重合物あるいはそれらの共重合物より成る炭化水素基が挙げられる。
不飽和脂肪族炭化水素基の適当な具体例としては、例えばビニル、アリール、イソプロペニル、2−ブテニル、2−メチルアリル、1,1−ジメチルアリル、3−メチル−2−ブテニル、3−メチル−3−ブテニル、4−ペンテニル、ヘキセニル、オクテニル、ノネニル、デセニル基などのアルケニル、アルキニル基、及びアセチレンやブタジエン、イソプロピレンの重合物あるいはそれらの共重合物より成る基などが挙げられる。脂環式炭化水素基の過当な具体例としては、例えばシクロブロビル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロヘプチル、シクロオクチル、3−メチルシクロヘキシル、4−メチルシクロヘキシル、4−エチルシクロヘキシル、2−メチルシクロオクチル、シクロプロペニル、シクロブテニル、シクロペンテニル、シクロヘキセニル、シクロオクテニル、4−メチルシクロヘキセニル、4−エチルシクロヘキセニル基などのシクロアルキル、シクロアルケニル、シクロアルキニル基などが挙げられる。
脂環式一脂肪族炭化水素基の適当な具体例としては、例えばシクロブロピルエチル、シクロブチルエチル、シクロペンチルエチル、シクロヘキシルメチル、シクロヘキシルエチル、シクロヘプチルメチル、シクロオクチルエチル、3−メチルシクロヘキシルプロピル、4−メチルシクロヘキシルエチル、4−エチルシクロヘキシルエチル、2−メチルシクロオクチルエチル、シクロプロペニルブチル、シクロブテニルエチル、シクロペンテニルエチル、シクロヘキセニルメチル、シクロヘプテニルメチル、シクロオクテニルエチル、4−メチルシクロヘキセニノレプロピル、4−エチルシクロヘキセニルペンチル基などのシクロアルキル、シクロアルケニル、シクロアルキニル基などで置換されたアルキル、アルケニル、アルキニル基などが挙げられる。
芳香族炭化水素基の適当な具体例としては、例えばフェニル、ナフチル基などのアリール基、4−メチルフェニル、3,4−ジメチルフェニル、3,4,5−トリメチルフェニル、2−エチルフェニル、n−ブチルフェニル、tert−ブチルフェニル、アミルフェニル、ヘキシルフェニル、ノニルフェニル、2−tert−ブチル−5−メチルフェニル、シクロヘキシルフェニル、クレジル、オキシエチルクレジル、2−メトキシ−4−tert−ブチルフェニル、ドデシルフェニル基などのアルキルアリール、アルケニルアリール、アルキニルアリール基などが挙げられる。アルキルアリ−ル基のアルキル部分、アルケニルアリール基のアルケニル部分、アルキニルアリール基のアルキニル部分は環状構造をとってもよい。
芳香族一脂肪族炭化水素基の具体的な例としては、例えばベンジル、1−フェニルエチル、2−フェニルエチル、2−フェニルプロピル、3−フェニルプロピル、4−フェニルブチル、5−フェニルペンチル、6−フェニルヘキシル、1−(4−メチルフェニル)エチル、2−(4−メチルフェニル)エチル、2−メチルベンジル、1,1−ジメチル−2−フェニルエチル基などのアラルキル、アラルケニル、アラルキニル基などが挙げられる。アラルキル基のアルキル部分、アラルケニル基のアルケニル部分、アラルキニル基のアルキニル部分は環状構造をとってもよい。ハロゲン化炭化水素は、上記炭化水素基がハロゲン置換されたものが好ましくハロゲンの種類としては、フッ素化物、塩素化物、臭素化物、ヨウ素化物のいずれでも良い。ハロゲン原子としてはフッ素化物、塩素化物、臭素化物、ヨウ素化物のいずれでも良い。R及びRは水素原子または炭化水素基である。炭化水素基としては上記炭化水素基が適用できる。
一般式(1)において、RおよびRの金属、すなわち、Yの硫酸金属塩またはスルホン酸金属塩の金属としては、特に制限ないが、アルカリ金属が好ましい。アルカリ金属は、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、フランジウムなどがあるが、ナトリウムが好ましい。また、一般式(1)において、nは、4〜6の整数であるが、好ましくは4である。一般式(1)の環状フェノール硫化物は、一般式(1)のXがSであるチアカリックスアレーン、一般式(1)のXがSOであるスルフィニル化チアカリックスアレーン、または、一般式(1)のXがSO2であるスルホニル化チアカリックスアレーンである。
一般式(1)で表される環状フェノール硫化物は、一般的にチアカリックスアレーンと称され、公知の方法により製造することができる(Tetrahedron,53,10689(1997)、Tetrahedron Lett.38,3971(1997)、特開平9−227553号公報、特開平10−77282号公報、特開平10−81680号公報、特開平10−168078号公報、特開平11−49770号公報、特開平11−255766号公報、特開2001−181278号公報、特開2000−273096号公報、特許3233570号公報参照)。また、これらのカリックスアレーンを塩基触媒の存在下でアルキル化剤、アシル化剤あるいはアルコキシカルボニル化剤と反応させることによって、前記一般式(1)における残基Zを導入することができる(特開平10−168078号公報、特開平11−152284号公報参照)。スルフィニル化チアカリックスアレーンならびにスルホニル化チアカリックスアレーンも公知の方法によって製造することができる(WO98/9959参照)。本発明においては、一般式(1)に示してなる荷電制御剤を1種のみを使用しても良いし、また2種以上を組み合わせて使用しても良い。
上記荷電制御剤は、体積平均粒径を0.05〜5μmに調整して使用することが好ましい。
特に懸濁重合や乳化重合凝集法等の湿式造粒法において使用する場合は、0.05〜1μmさらに好ましくは、0.05〜0.5μmで使用する。
なお、添加量は、トナー粒子に対して、0.05〜5質量部、好ましくは、0.1〜2質量部、さらに好ましくは、0.2〜1質量部である。トナー粒子全体に含有させても良く、また、表面に局在化させても良い。
次に、荷電制御剤の具体例を下記表1に示す。
Figure 2010249995
次に、本発明に係わるトナーに含有されるポリエステル樹脂について説明する。本発明では、トナーを構成するトナー中に前記の荷電制御剤を含有させるとともに、結着樹脂中に多価アルコール成分として脂肪族多価アルコール化合物を主成分としてなるポリエステル樹脂を含有させることにより、上記課題を改善するものである。
脂肪族多価アルコールの含有量は、耐久性の観点から、アルコール成分中、30〜100モル%であり、好ましくは50〜100モル%である。
脂肪族多価アルコールとしては、炭素数2〜18の脂肪族多価アルコール、及びそれらの炭素数2〜4のアルキレンオキサイド(付加モル数1〜16)付加物等が挙げられる。耐久性の観点から、好ましくは炭素数2〜8、より好ましくは炭素数2〜6の脂肪族多価アルコールが好ましい。
炭素数2〜8の脂肪族多価アルコールとしては、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、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、1,4−ブテンジオール、1,7−ヘプタンジオール、1,8−オクタンジオール等のジオール、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の3価以上の多価アルコールが挙げられ、これらの中では、α,ω−直鎖アルカンジオール好ましく、1,4−ブタンジオール及び1,6−ヘキサンジオールがより好ましい。
アルコール成分には、炭素数2〜8の脂肪族多価アルコール以外の多価アルコール成分が含有されていてもよく、該多価アルコール成分としては、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)付加物等の2価の芳香族アルコール等が挙げられる。
また、カルボン酸成分としては、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、トリメリット酸、ピロメリット酸等の芳香族多価カルボン酸、フマル酸、マレイン酸、アジピン酸、コハク酸、ドデセニルコハク酸、オクテニ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の脂肪族多価カルボン酸、それらの酸の無水物及びそれらの酸のアルキル(炭素数1〜8)エステル等が挙げられる。
また、カルボン酸成分中にフマル酸変性ロジン及び/又はマレイン酸変性ロジンを含有したものも好適に使用される。フマル酸/マレイン酸変性ロジン由来の樹脂は、極めて低い温度での定着が可能であり、保存性も向上するため好ましい。「フマル酸/マレイン酸変性ロジン由来の樹脂」には、i)アルコール成分とフマル酸で変性されたフマル酸変性ロジンを含有したカルボン酸成分とを縮重合させて得られるポリエステルユニットを有するフマル酸変性ロジン由来の樹脂、ii)アルコール成分とマレイン酸で変性されたマレイン酸変性ロジンを含有したカルボン酸成分とを縮重合させて得られるポリエステルユニットを有するマレイン酸変性ロジン由来の樹脂、及びiii)アルコール成分とフマル酸変性ロジン及びマレイン酸変性ロジンを含有したカルボン酸成分とを縮重合させて得られるポリエステルユニットを有するフマル酸・マレイン酸変性ロジン由来の樹脂が含まれるが、保存性の観点から、フマル酸変性ロジン由来の樹脂が好ましい。(特開2007−322932)
本発明において好適に使用されるフマル酸変性ロジンとは、フマル酸で変性されたロジンであり、アビエチン酸、ネオアビエチン酸、パラストリン酸、ピマール酸、イソピマール酸、サンダラコピマール酸、デヒドロアビエチン酸、レポピマール酸等を主成分とするロジンに、フマル酸を付加反応させて得られるものであり、具体的には、ロジンの主成分の中で共役二重結合を有するレポピマール酸、アビエチン酸、ネオアビエチン酸及びパラストリン酸と、フマル酸とによる加熱下でのディールス−アルダー(Diels−Alder)反応を経て得ることができる。
本発明において好適に使用できるマレイン酸変性ロジンとは、マレイン酸又は無水マレイン酸で変性されたロジンであり、フマル酸変性ロジンと同様に、アビエチン酸、ネオアビエチン酸、パラストリン酸、ピマール酸、イソピマール酸、サンダラコピマール酸、デヒドロアビエチン酸、レポピマール酸等を主成分とするロジンに、マレイン酸又は無水マレイン酸を付加反応させて得られるものであり、具体的には、ロジンの主成分の中で共役二重結合を有するレポピマール酸、アビエチン酸、ネオアビエチン酸及びパラストリン酸と、マレイン酸又は無水マレイン酸とによる加熱下でのディールス−アルダー(Diels−Alder)反応を経て得ることができる。
カルボン酸成分は、帯電性の観点から、芳香族多価カルボン酸化合物が含有されているのが好ましく、その含有量は、カルボン酸成分中、30〜100モル%が好ましく、50〜100モル%がより好ましい。
原料モノマー中には、定着性の観点から、3価以上の多価モノマー、即ち3価以上の多価アルコール及び/又は3価以上の多価カルボン酸化合物が含有されているのが好ましく、その含有量は、原料モノマー中、0.1〜20モル%が好ましく、1〜15モル%がより好ましい。
ポリエステル樹脂は、例えば、アルコール成分とカルボン酸成分とを不活性ガス雰囲気中にて、要すればエステル化触媒を用いて、180〜250℃の温度で縮重合することにより製造することができる。
ポリエステル樹脂の軟化点は、70〜140℃が好ましく、更に70〜125℃が好ましい。また、ガラス転移点は、35〜65℃、更に35〜55℃が好ましい。
また、ポリエステル樹脂の酸価は5〜70mgKOH/gが好ましく、水酸基価は5〜70mgKOH/gが好ましい。水酸価(OHv)は、通常1〜40KOHmg/gが好ましく、更に1〜35KOHmg/gが好ましい。
本発明のトナーには、結着樹脂として、以上に説明した原料モノマーとして脂肪族多価アルコールを特定量用いて得られたポリエステル以外の樹脂、スチレン−アクリル樹脂、ポリエステルとスチレンアクリルの混合樹脂、エポキシ樹脂等が含有されていてもよい。その場合、原料モノマーとして脂肪族多価アルコールを特定量用いて得られたポリエステル樹脂の含有量は、結着樹脂中、30〜100質量%がより好ましく、50〜100質量%が特に好ましい。
従来、ポリエステル樹脂の縮重合反応には、スズ化合物触媒が用いられてきたが、スズという重金属を含んでいるため最近では環境施策の用件に合わなくなってきており、その代替が望まれている。
本発明においてスズ化合物触媒に替わる特定の触媒化合物としては、有機金属化合物、金属酸化物など、特に金属アルコレートの骨格を有する有機金属化合物を挙げられ、具体的には、特定の触媒金属元素としてチタンを供給するチタン化合物としては、テトラノルマルブチルチタネート、テトラ(2−エチルヘキシル)チタネート、テトライソプロピルチタネート、テトラメチルチタネート、テトラステアリルチタネートなどのチタンアルコキシド;ポリヒドロキシチタンステアレートなどのチタンアシレート;チタンテトラアセチルアセトナート、チタンオクチレングリコレート、チタンエチルアセトアセテート、チタンラクテート、チタントリエタノールアミネートなどなどのチタンキレートなどを挙げることができる。
また、ゲルマニウムを供給するゲルマニウム化合物としては、二酸化ゲルマニウムなどを挙げることができる。さらにアルミニウムを供給するアルミニウイム化合物としては、ポリ水酸化アルミニウムなどの酸化物、アルミニウムアルコキシドなどが挙げられ、トリブチルアルミネート、トリオクチルアルミネート、トリステアリルアルミネートなども例示することができる。これらは1種単独でまたは2種以上を組み合わせて用いてもよい。
特定の触媒化合物の使用量としては、ポリエステルセグメントを形成すべき多価オール成分および多価カルボン酸成分との合計に対して0.001〜5.000質量%が好ましい。
なお、特定の触媒化合物は、重縮合反応の開始時に添加してもよく、また、重縮合反応の途中で添加してもよい。
重縮合反応の途中に特定の触媒化合物を追加することにより、得られるトナーにおける特定の触媒金属元素の含有割合を調整することができる。
得られるポリエステルセグメントのガラス転移点温度(Tg)は、20〜90℃であることが好ましく、特に35〜65℃であることが好ましい。
また、この芳香族ジオール由来ポリエステルセグメントの軟化点温度は、80〜220℃であることが好ましく、特に80〜150℃であることが好ましい。
特にトナーの高温高湿および低温低湿下での帯電環境安定性の観点からチタン化合物触媒を用いることが好ましい。更に、さらなる向上の観点から、チタンアルコラートならびにアルカリおよびアルカリ土類金属アルコキシドなどのような金属アルコラートを使用することが好ましく、特にチタンアルコラートが好ましい。
チタン化合物触媒を含有した縮重合系樹脂組成物は、触媒として反応活性の高いチタン化合物の存在下、縮重合系樹脂の原料モノマーを縮重合させて得られる。
縮重合系樹脂組成物におけるチタン化合物触媒の含有量は、0.005〜4質量%が好ましく、0.05〜3質量%がより好ましく、0.1〜2質量%が特に好ましい。
従って、本発明における縮重合系樹脂組成物は、チタン化合物の存在下、アルコール成分とカルボン酸成分とを縮重合させて得られる、チタン化合物触媒を含有したポリエステル樹脂組成物が好ましい。
本発明におけるチタン化合物触媒としては、縮重合系樹脂の縮重合反応の触媒として作用するものであれば特に限定されないが、Ti−O結合を有するチタン化合物が好ましく、総炭素数1〜28のアルコキシ基、アルケニルオキシ基又はアシルオキシ基を有する化合物がより好ましく、式(I):Ti(X)(Y)(I)
(式中、Xは総炭素数1〜28の置換アミノ基、Yは総炭素数1〜28のアルコキシ基、アルケニルオキシ基又はアシルオキシ基、好ましくはアルコキシ基、n及びmは1〜3の整数であり、nとmの和は4である)
で表されるチタン化合物及び式(II):
Ti(Z)(II)
(Zは総炭素数1〜28のアルコキシ基、アルケニルオキシ基又はアシルオキシ基、好ましくはアルコキシ基であり、4種のZは同一でも異なっていてもよい)で表されるチタン化合物が特に好ましい。チタン化合物はそれぞれ単独で用いられていても、混合して用いられていてもよい。
式(I)において、Xで表される置換アミノ基の総炭素数は、2〜10が好ましく、4〜8がより好ましく、6が特に好ましい。なお、本発明における置換アミノ基とは、チタン原子と直接結合することのできる窒素原子を有する基であり、水酸基を有していてもよいアルキルアミノ基等が挙げられるが、4級カチオン基もアミノ基に含まれ、好ましくは4級カチオン基である。かかるアミノ基は、例えばハロゲン化チタンをアミン化合物と反応させることにより生成させることができ、かかるアミン化合物としてはモノアルカノールアミン化合物、ジアルカノールアミン化合物、トリアルカノールアミン化合物等のアルカノールアミン化合物、トリアルキルアミン等のアルキルアミン化合物等が挙げられ、これらの中ではアルカノールアミンが好ましく、トリアルカノールアミンがより好ましい。
また、Yで表される基の総炭素数は、1〜6が好ましく、2〜5がより好ましい。
さらに、本発明の効果の観点から、Xで表される基がYで表される基よりも総炭素数が多いことが好ましく、その総炭素数の差は、好ましくは1〜6、より好ましくは2〜4である。
式(I)で表されるチタン化合物の具体例としては、チタンジイソプロピレートビストリエタノールアミネート〔Ti(C14N)(CO)〕、チタンジイソプロピレートビスジエタノールアミネート〔Ti(C10N)(CO)〕、チタンジペンチレートビストリエタノールアミネート〔Ti(C14N)(C11O)〕、チタンジエチレートビストリエタノールアミネート〔Ti(C14N)(CO)〕、チタンジヒドロキシオクチレートビストリエタノールアミネート〔Ti(C14N)(OHC16O)〕、チタンジステアレートビストリエタノールアミネート〔Ti(C14N)(C1837O)〕、チタントリイソプロピレートトリエタノールアミネート〔Ti(C14N)(CO)〕、チタンモノプロピレートトリス(トリエタノールアミネート)〔Ti(C14N)(CO)〕等が挙げられ、これらの中ではチタンジイソプロピレートビストリエタノールアミネート、チタンジイソプロピレートビスジエタノールアミネート及びチタンジペンチレートビストリエタノールアミネートが好ましく、これらは、例えばマツモト交商(株)の市販品としても入手可能である。
式(II)において、Zで表される基の総炭素数は、8〜28が好ましく、12〜24がより好ましく、16〜20が特に好ましい。
なお、式(I)及び式(II)において、Yで表される基及びZで表される基は、水酸基、ハロゲン等の置換基を有していてもよいが、無置換又は水酸基を置換基とするものが好ましく、無置換のものがより好ましい。
また、Zで表される4種の基は、同一でも異なっていてもよいが、反応活性及び耐加水分解性の観点から、全て同一の基であるのが好ましい。
式(II)で表されるチタン化合物の具体例としては、テトラ−n−ブチルチタネート〔Ti(CO)〕、テトラプロピルチタネート〔Ti(CO)〕、テトラステアリルチタネート〔Ti(C1837O)〕、テトラミリスチルチタネート〔Ti(C1429O)〕、テトラオクチルチタネート〔Ti(C17O)〕、ジオクチルジヒドロキシオクチルチタネート〔Ti(C17O)(OHC16O)〕、ジミリスチルジオクチルチタネート〔Ti(C1429O)(C17O)〕等で挙げられ、これらの中ではテトラステアリルチタネート、テトラミリスチルチタネート、テトラオクチルチタネート及びジオクチルジヒドロキシオクチルチタネートが好ましく、これらは、例えばハロゲン化チタンを対応するアルコールと反応させることにより得ることもできる。
本発明で使用されるトナーについてさらに説明する。
本発明で使用されるトナーは、体積基準メディアン径(D50v)を2μm以上8μm以下とすることが好ましい。体積基準メディアン径を上記範囲とすることにより、たとえば、1200dpi(dpi;1インチ(2.54cm)あたりのドット数)レベルの非常に微小なドット画像を忠実に再現することも可能である。
体積基準メディアン径を上記範囲の小径のものにすることにより、写真画像等を構成するドット画像を忠実に再現することができるので、印刷画像と同等以上の高精細のカラーの写真画像を形成することができる。特に、オンデマンド印刷と呼ばれる数百部から数千部レベルでプリント注文を受ける印刷分野では、高精細な写真画像の入ったフルカラーの高画質プリントを迅速にユーザに納品することができる様になる。
なお、トナーの体積基準メディアン径(D50v径)は、「マルチサイザー3(ベックマン・コールター社製)」に、データ処理用のコンピュータシステムを接続した装置を用いて測定、算出することができる。
測定手順としては、トナー0.02gを、界面活性剤溶液20ml(トナーの分散を目的として、例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)で馴染ませた後、超音波分散を1分間行い、トナー分散液を作製する。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・コールター社製)」の入ったビーカーに、測定濃度5〜10%になるまでピペットにて注入し、測定機カウントを2500個に設定して測定する。なお、「マルチサイザー3」のアパチャー径は50μmのものを使用する。
本発明で使用されるトナーは、その体積基準の粒度分布における変動係数(CV値)が2%以上21%以下のものが好ましく、5%以上15%以下のものがより好ましい。
体積基準の粒度分布における変動係数(CV値)は、トナー粒子の粒度分布における分散度を体積基準で表したもので、以下の式によって定義される。
CV値(%)=(個数粒度分布における標準偏差)/(個数粒度分布におけるメディアン径(D50v))×100
このCV値の値が小さい程、粒度分布がシャープであることを示し、それだけトナー粒子の大きさがそろっていることを意味する。すなわち、大きさの揃ったトナーが得られることになるので、デジタル画像形成で求められる微細なドット画像や細線をより高精度に再現することが可能である。また、写真画像をプリントするにあたり、大きさの揃った小径トナーを用いることにより、印刷インクで作製された画像品質あるいはそれ以上の高画質の写真画像を作成することができる。
また、本発明に係わるトナーは、下記式で示される平均円形度(形状係数の平均値)が0.920〜0.995、好ましくは0.930〜0.985のものが好ましい。
平均円形度=(円相当径から求めた円の周囲長)/(粒子投影像の周囲長)
上記平均円形度の測定方法は、特に、限定されるものではないが、たとえば、トナー粒子を電子顕微鏡で500倍に拡大して写真撮影を行い、電子顕微鏡写真画像上より画像解析装置を用いて500個のトナー粒子について円形度を測定し、その算術平均値を求めることにより、平均円形度を算出することができる。
本発明に係わるトナーの平均円形度を0.920〜0.995とすることが好ましい。更に好ましくは、0.930〜0.985とすることにより、画像形成に使用するトナーはその形状がある程度揃ったものになるので、トナー粒子の形状に起因することにより、帯電性が均一化し易くなり、画質の向上が図られる。すなわち、トナー粒子の形状が揃うことにより、現像性、転写性が向上し、更に定着時におけるトナーの溶融、固着にばらつきがなく、外添剤の付着性も均等化されて外添剤粒子による作用効果も均一化できる様になる。さらには、画像形成時のストレス等に対する耐久性も均一化される。これらの効果により、色調や濃度にばらつきのない良好な画質のトナー画像が得られる様になると期待される。
本発明に係るトナーは、その軟化点温度が121℃以下となるものが好ましく、70℃以上100℃以下となるものがより好ましい。
トナーの軟化点を前記範囲とすることにより、従来技術よりも低い温度でトナー画像定着が行える様になり、電力消費の低減を実現する環境に優しい画像形成を可能にする。また、本発明を好適に使用することが可能なPOD分野でも安定した定着性能を発現させる上でも好ましい。
なお、トナーの軟化点は、たとえば、以下の方法を単独で、あるいは、組み合わせることにより制御が可能である。すなわち、
(1)樹脂形成に用いる単量体の種類や組成比を調節する。
(2)連鎖移動剤の種類や添加量により樹脂の分子量を調節する。
(3)ワックス等の種類や添加量を調節する。
また、トナーの軟化点温度の測定方法は、具体的には「フローテスターCFT−500(島津製作所社製)」を用い、高さ10mmの円柱形状に成形し、昇温速度6℃/分で加熱しながらプランジャーより1.96×10Paの圧力を加え、直径1mm、長さ1mmのノズルから押し出すようにし、これにより当該フローテスターのプランジャー降下量−温度間の曲線(軟化流動曲線)を描き、最初に流出する温度を溶融開始温度、降下量5mmに対する温度を軟化点温度とする方法がある。
本発明に係るトナーは、そのガラス転移温度(Tg)が55℃以下となるものが好ましく、35〜50℃の温度がより好ましい。
トナーのガラス転移温度を前記範囲とすることにより、従来技術よりも低い温度でトナー画像定着が行える様になり、電力消費の低減を実現する環境に優しい画像形成を可能にする。また、本発明を好適に使用することが可能なPOD分野でも安定した定着性能を発現させる上でも好ましい。
本発明のトナーのガラス転移温度は、DSC−7示差走査カロリメーター(パーキンエルマー製)、TAC7/DX熱分析装置コントローラー(パーキンエルマー製)を用いて行うことができる。
測定手順としては、トナー4.5mg〜5.0mgを小数点以下2桁まで精秤しアルミニウム製パン(KITNO.0219−0041)に封入し、DSC−7サンプルホルダーにセットする。リファレンスは空のアルミニウム製パンを使用した。測定条件としては、測定温度0℃〜200℃、昇温速度10℃/分、降温速度10℃/分で、Heat−cool−Heatの温度制御で行い、その2nd.Heatにおけるデータをもとに解析を行った。
ガラス転移温度は、第1の吸熱ピークの立ち上がり前のベースラインの延長線と、第1のピークの立ち上がり部分からピーク頂点までの間で最大傾斜を示す接線を引き、その交点をガラス転移点として示す。
次に、本発明に係わるトナーの製造方法について説明する。
本発明で使用されるトナーは、少なくとも樹脂と着色剤を含有してなる粒子(以下、着色粒子ともいう)より構成されるものである。本発明で使用されるトナーを構成する着色粒子(外添処理を行う前の母体粒子のこと)は、特に限定されるものではなく、従来のトナー製造方法で作製することが可能なものである。すなわち、混練、粉砕、分級工程を経てトナーを作製するいわゆる粉砕法によるトナー製造方法や、ポリエステルラテックス微粒子を作成し、凝集させながら同時に形状や大きさを制御しながら粒子形成を行う乳化凝集法や、溶剤にポリエステル樹脂を溶解し、水系等で分散造粒する懸濁造粒法、さらにいわゆる重合法によるポリエステル伸長法等がある。
乳化凝集法で用いる場合のポリエステルラテックスの製造例について説明する。
(溶融分散法)
ポリエステル樹脂を軟化点以上の温度(例えば、溶融温度)に維持しながら、水系媒体中に機械的手段により分散させてもよいし、または水系媒体中でポリエステル樹脂を必要に応じて加圧下で軟化点以上の温度(例えば、溶融温度)に加熱した後、機械的手段により分散させてもよい。
機械的手段としては、例えば、スリットを有するリング状固定子とスリットを有するリング状回転子とを、僅かな間隔を保持して、相互にかみ合うように同軸上にもうけた高速回転型連続式乳化分散機を使用するのが好ましい。粒子の粒径制御においては上記分散機の回転数、並びに時間、水系媒体の加熱温度、樹脂自体の温度等を適宜調整することにより任意の粒径に制御できる。水系媒体中には分散安定化のために前記の界面活性剤が適宜添加されてもよい。
粒子を安定に分散するためには、水系媒体中あるいは樹脂の溶融体中に前記界面活性剤や塩基性物質を添加することができるが、トナーの帯電特性と樹脂粒子の安定性の観点からは、水系媒体に塩基性物質を添加することが好ましい。塩基性物質としては、例えば、アンモニア、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化リチウムなどの無機塩基化合物、メチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミン、エチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミンなどの有機アミン類等が挙げられる。水系媒体は水であることが好ましく、さらに好ましくは脱イオン水である。
(溶液分散法)
ポリエステル樹脂を有機溶媒に溶解し、得られた溶液を水系媒体中、ホモジナイザー等の混合撹拌装置によって高速剪断下で分散し、加熱することによって有機溶媒を除去する。
有機溶媒はポリエステル樹脂を溶解可能で、かつ水に不溶なものが使用され、ポリエステルの構成成分にもよるが、通常、トルエン、キシレン、ヘキサン等の炭化水素類、塩化メチレン、クロロホルム、ジクロルエタン等のハロゲン化炭化水素類、エタノール、ブタノール、ベンジルアルコールエーテル、テトラヒドロフラン等のアルコール類、エーテル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸イソプロピル等のエステル類、アセトン、メチルエチルケトン、ジイソブチルケトン、シクロヘキサノン、メチルシクロヘキサノン等のケトン類が挙げられる。水系媒体中には分散安定化のために前記の界面活性剤が適宜添加されてもよい。
有機溶媒の除去は減圧下で行ってもよい。
また、該荷電制御剤は、トナー粒子内部に含有させても良く、表面に局在化しても良い。表面に局在化する場合は、湿式法においては、トナー粒子を形成した後に表面層に(1)荷電制御剤のみ、(2)樹脂成分と一緒に(3)該荷電制御剤を内包した樹脂微粒子を付着あるいは固着させることが好ましい。
また、乾式法においては、熱的な力や機械的衝撃力により、トナー表面に固定化して使用することが好ましい。具体的な装置としては、ヘンシェルミキサー、ハイブリダイゼーションシステム、サーフュージングシステム、メカノフュージョンシステム等が好適に使用できる。
なお、粉砕法によりトナーを製造する場合、混練物の温度を130℃以下に維持した状態で作製を行うことが好ましい。これは、混練物に加える温度が130℃を超えると、混練物に加えられた熱の作用で混練物中における着色剤の凝集状態に変動を来し均一な凝集状態を維持できなくなるおそれがあるためである。仮に、凝集状態にバラツキが発生すると、作製されたトナーの色調にバラツキが生じることになり、色濁りの原因となることが懸念される。
次に、本発明に係わるトナーを構成する樹脂やワックス、着色剤等について、具体例を挙げて説明する。
先ず、本発明に係わるポリエステル樹脂と併用する樹脂は、特に限定されるものではないが、下記に記載されるビニル系単量体と呼ばれる重合性単量体を重合して形成される重合体がその代表的なものである。また、本発明で使用可能な樹脂を構成する重合体は、少なくとも1種の重合性単量体を重合して得られる重合体を構成成分とするものであり、これらビニル系単量体を単独あるいは複数種類組み合わせて作製した重合体である。
以下に、ビニル系の重合性単量体の具体例を示す。
(1)スチレンあるいはスチレン誘導体
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−tert−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−ドデシルスチレン等
(2)メタクリル酸エステル誘導体
メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸n−ブチル、メタクリル酸イソプロピル、メタクリル酸イソブチル、メタクリル酸t−ブチル、メタクリル酸n−オクチル、メタクリル酸2−エチルヘキシル、メタクリル酸ステアリル、メタクリル酸ラウリル、メタクリル酸フェニル、メタクリル酸ジエチルアミノエチル、メタクリル酸ジメチルアミノエチル等
(3)アクリル酸エステル誘導体
アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸イソプロピル、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸t−ブチル、アクリル酸イソブチル、アクリル酸n−オクチル、アクリル酸2−エチルヘキシル、アクリル酸ステアリル、アクリル酸ラウリル、アクリル酸フェニル等
(4)オレフィン類
エチレン、プロピレン、イソブチレン等
(5)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
(6)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
(7)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
(8)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
(9)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、本発明で使用されるトナーの結着樹脂を構成するビニル系の重合性単量体には、以下に示すイオン性解離基を有するものも使用可能である。たとえば、カルボキシル基、スルフォン酸基、リン酸基等の官能基を単量体の側鎖に有するものがあり、具体的には、以下のものがある。
先ず、カルボキシル基を有するものとしては、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がある。また、スルフォン酸基を有するものとしては、スチレンスルフォン酸、アリルスルフォコハク酸、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルフォン酸等があり、リン酸基を有するものとしてはアシドホスホオキシエチルメタクリレート等がある。
また、以下に示す多官能性ビニル類を使用することにより、架橋構造の樹脂を作製することも可能である。以下に、多官能性ビニル類の具体例を示す。
ジビニルベンゼン、エチレングリコールジメタクリレート、エチレングリコールジアクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジアクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジメタクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート等。
また、トナーに使用可能な着色剤としては、たとえば、以下のものがある。具体的な着色剤を以下に示す。
黒色トナー用の着色剤としては、カーボンブラックが用いられ、たとえば、ファーネスブラック、チャンネルブラック、アセチレンブラック、サーマルブラック、ランプブラック等のカーボンブラック等がある。
また、カラートナー用の着色剤は、有機化合物からなる顔料あるいは染料が用いられ、以下に記載のものがある。
マゼンタもしくはレッド用の着色剤としては、C.I.ピグメントレッド1、同2、同3、同5、同6、同7、同15、同16、同48:1、同53:1、同57:1、同60、同63、同64、同68、同81、同83、同87、同88、同89、同90、同112、同114、同122、同123、同139、同144、同149、同150、同163、同166、同170、同177、同178、同184、同202、同206、同207、同209、同222、同238、同269等がある。
また、オレンジもしくはイエロー用の着色剤としては、C.I.ピグメントオレンジ31、同43、C.I.ピグメントイエロー12、同14、同15、同17、同74、同83、同93、同94、同138、同155、同162、同180、同185等がある。
さらに、グリーンもしくはシアン用の着色剤としては、C.I.ピグメントブルー2、同3、同15、同15:2、同15:3、同15:4、同16、同17、同60、同62、同66、C.I.ピグメントグリーン7等がある。
また、染料としては、C.I.ソルベントレッド1、同49、同52、同58、同63、同111、同122、C.I.ソルベントイエロー2、同6、同14、同15、同16、同19、同21、同33、同44、同56、同61、同77、同79、同80、同81、同82、同93、同98、同103、同104、同112、同162、C.I.ソルベントブルー25、同36、同60、同70、同93、同95等がある。
これらの着色剤は必要に応じて単独もしくは2つ以上を選択併用することも可能である。また、着色剤の添加量はトナー全体に対して1〜30質量%、好ましくは2〜20質量%の範囲に設定するのがよい。
次に、本発明で使用されるトナーに含有されるワックスとしては、以下に示すものがある。
(1)ポリオレフィン系ワックス
ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックス等
(2)長鎖炭化水素系ワックス
パラフィンワックス、サゾールワックス等
(3)ジアルキルケトン系ワックス
ジステアリルケトン等
(4)エステル系ワックス
カルナウバワックス、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、ペンタエリスリ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等
(5)アミド系ワックス
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等
ワックスの融点は、通常40〜125℃であり、好ましくは50〜120℃、さらに好ましくは60〜90℃である。融点を上記範囲内にすることにより、トナーの耐熱保存性が確保されるとともに、低温で定着を行う場合でもコールドオフセットなどを起こさずに安定したトナー画像形成が行える。また、トナー中のワックス含有量は、1質量%〜30質量%が好ましく、さらに好ましくは5質量%〜20質量%である。
(外添剤粒子の説明)
本発明で使用可能な外添剤としては、各種無機酸化物、窒化物、ホウ化物などを好適に用いることができる。具体的には、無機酸化物としては、例えば、シリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア、酸化亜鉛、酸化クロム、酸化セリウム、酸化アンチモン、酸化タングステン、酸化スズ、酸化テルル、酸化マンガン、酸化ホウ素等がある。また、炭化物としては、炭化ケイ素、炭化ホウ素、炭化チタン等があり、窒化物には、窒化ケイ素、窒化チタン、窒化ホウ素等がある。特に好適に使用できるものとして気相法により製造されてなる5〜50nmの超微粒子のシリカ、アルミナ、チタニアならびに複合酸化物粒子が使用できる。複合酸化物粒子は、ケイ素原子を含有するとともに、チタン原子、アルミニウム原子、ジルコニウム原子、カルシウム原子のうちの少なくとも1つの原子を含有するものであることが好ましい。また、硫酸法等で製造されてなるアナターゼ型、ルチル型、アモルファスのチタニア粒子も好適に使用できる。なお、添加量は、トナーに対して0.1〜5.0質量部、好ましくは0.5〜3質量部である。
また、無機酸化物としては、合成シリカ微粒子を用いる事ができる。合成シリカは、その製法によって、シラン化合物を燃焼させて得られる燃焼法シリカ(即ち、ヒュームドシリカ)、金属珪素粉を爆発的に燃焼させて得られる爆燃法シリカ、珪酸ナトリウムと鉱酸との中和反応によって得られる湿式シリカ(このうちアルカリ条件で合成したものを沈降法シリカ、酸性条件で合成したものをゲル法シリカという)、ヒドロカルビルオキシシランの加水分解によって得られるゾルゲル法シリカ(いわゆるStoeber法)に大別される。本発明においては、どのタイプも使用できるが特に粒径ならびに形状が揃ったゾルゲル法で製造されてなるシリカが好適に使用できる。なお、添加量は、トナーに対して0.1〜8.0質量部、好ましくは0.5〜5質量部である。
これらの外添剤用化合物は、カップリング剤等の公知の処理剤により表面処理されていることが好ましく、具体的な表面処理用の処理剤としては以下のものが挙げられる。
シラン系カップリング剤、チタネート系カップリング剤、シリコーン系オイル、シリコーンワニス、フッ素系シランカップリング剤、フッ素系シリコーンオイル、アミノ基/第4級アンモニウム塩含有カップリング剤、変性シリコーンオイル等。
また、クリーニング性や転写性をさらに向上させるために、いわゆる滑剤と呼ばれる高級脂肪酸金属塩を併用することも可能である。高級脂肪酸の金属塩の具体例としては、たとえば、以下のものが挙げられる。すなわち、ステアリン酸の亜鉛、アルミニウム、銅、マグネシウム、カルシウム等の塩、オレイン酸の亜鉛、マンガン、鉄、銅、マグネシウム等の塩、パルミチン酸の亜鉛、銅、マグネシウム、カルシウム等の塩、リノール酸の亜鉛、カルシウム等の塩、リシノール酸の亜鉛、カルシウム等の塩がある。
また、チタン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウム、チタン酸マグネシウム、チタン酸バリウム等のチタン酸化合物も併用可能である。さらに上記無機粒子の他に有機粒子を用いることも可能で、具体的には、スチレンやメチルメタクリレート等の単独重合体やこれらの共重合体よりなる小径外添剤粒子を使用することができる。上記無機粒子の他に平均一次粒径が10〜2000nm程度の公知の有機微粒子を用いることも可能で、具体的には、スチレンやメチルメタクリレート等の単独重合体やこれらの共重合体よりなる小径外添剤粒子を使用することができる。
これら外添剤のトナーへの添加量は、前述の外添剤の総量として0.3〜10.0質量部が好ましい。さらに好ましくは、0.5〜5.0質量%である。また、外添剤の添加方法としては、タービュラーミキサー、ヘンシェルミキサー、ナウターミキサー、V型混合機などの種々の公知の混合装置を使用して添加する方法が挙げられる。
<現像剤>
本発明のトナーは、例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。
本発明のトナーにおいては、キャリアと混合する二成分現像剤として使用する場合は、キャリアに対するトナーフィルミング(キャリア汚染)の発生を抑制することができ、一成分現像剤として使用する場合は、現像装置の摩擦帯電部材に対するトナーフィルミングの発生を抑制することができる。
二成分現像剤を構成するキャリアとしては、鉄、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から公知の材料からなる磁性粒子を用いることができ、特にフェライト粒子を用いることが好ましい。
キャリアとしては、その体積平均粒径としては15〜100μmのものが好ましく、20〜50μmのものがより好ましい。キャリアの体積平均粒径の測定は、代表的には湿式分散機を備えたレーザ回折式粒度分布測定装置「ヘロス(HELOS)」(シンパティック(SYMPATEC)社製)により測定することができる。
キャリアとしては、さらに樹脂により被覆されているもの、あるいは樹脂中に磁性粒子を分散させたいわゆる樹脂分散型キャリアを用いることが好ましい。被覆用の樹脂組成としては、特に限定はないが、例えば、オレフィン系樹脂、スチレン系樹脂、スチレン−アクリル系樹脂、シリコン系樹脂、エステル系樹脂あるいはフッ素含有重合体系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、例えば、スチレン−アクリル系樹脂、ポリエステル樹脂、フッ素系樹脂、フェノール系樹脂など使用することができる。
<画像形成方法>
以上のトナーは、非接触加熱方法ならびに接触加熱方法の両方で使用できる。その中でも特に、接触加熱方式による定着工程を含む画像形成方法に好適に用いることができる。画像形成方法としては、具体的には、以上のようなトナーを使用して、例えば像担持体上に静電的に形成された静電潜像を、現像装置において現像剤を摩擦帯電部材によって帯電させることにより顕在化させてトナー像を得、このトナー像を記録材に転写し、その後、記録材上に転写されたトナー像を接触加熱方式の定着処理によって記録材に定着させることにより、可視画像が得られる。
<定着方法>
接触加熱方式としては、特に熱圧定着方式、さらには熱ロール定着方式および固定配置された加熱体を内包した回動する加圧部材により定着する圧接加熱定着方式を挙げることができる。
熱ロール定着方式の定着方法においては、通常、表面にフッ素樹脂などが被覆された鉄やアルミニウムなどよりなる金属シリンダー内部に熱源が備えられた上ローラと、シリコンゴムなどで形成された下ローラとから構成された定着装置が用いられる。
熱源としては、線状のヒータが用いられ、このヒータによって上ローラの表面温度が120〜200℃程度に加熱される。上ローラおよび下ローラ間には圧力が加えられており、この圧力によって下ローラが変形されることにより、この変形部にいわゆるニップが形成される。ニップの幅は1〜10mm、好ましくは1.5〜7mmとされる。定着線速は40mm/sec〜600mm/secとされることが好ましい。ニップの幅が過小である場合には、熱を均一にトナーに付与することができなくなり、定着ムラが発生するおそれがあり、一方、ニップ幅が過大である場合には、トナー粒子に含有されるポリエステル樹脂の溶融が促進され、定着オフセットが発生するおそれがある。
以上に説明したようなトナーによれば、これを構成するトナー粒子がポリエステル樹脂よりなり、特定の小さい粒径を有することによって基本的に高い画質の画像が得られ、特定のシャープな粒径分散度を有することによって過度に粒径が小さいものや大きいトナー粒子の存在を抑制することができて定着時にトナー粒子間に高い密着性が得られる。
電力消費量が低減された状態でも高い画像濃度、および広い色再現範囲を得ることができると共に、高い画質の画像を得ることができる。
本発明に係る画像形成方法は、カラートナーと黒色トナーを用いてトナー画像を形成する画像形成方法である。すなわち、キャリアと混合して構成される二成分現像剤を用いる二成分現像方式の画像形成方法、及び、キャリアを使用しない非磁性一成分現像剤を用いる一成分現像方式のカラー画像形成方法に適用することができる。
このうち、キャリアを使用せずに画像形成を行う非磁性一成分現像方式の画像形成では、画像形成時にトナーは帯電部材や現像ローラ面に摺擦、押圧されて帯電される。この様に、非磁性一成分現像方式による画像形成では、トナー帯電を行う専用手段を設けていないので現像装置の構造を簡略化でき、コンパクトな画像形成装置の実現に有利である。本発明に係る構成を用いることにより、コンパクト化されたフルカラー画像形成装置による非磁性一成分現像方式の画像形成方法で、スペース的に制限のある作業環境でも黒色画像とカラー画像のバランスのとれたフルカラーのプリント物を作製できる。
また、非磁性一成分現像方式の画像形成では、規制部材と現像ローラの面で形成されるニップでトナーを帯電するものであり、ニップ幅が狭くなると、その分、摩擦帯電の時間が短縮され、効率のよいトナー帯電が求められる様になる。
また、現像ローラ上ではトナーに強い押圧力が加わり易く、トナー粒子同士のぶつかり合いにより、トナーの破損や外添剤の剥離を起き易かった。
また、本発明のトナーにより、トナー粒子が現像ローラやトナー層厚規制部材に付着しにくくなるので、トナー付着による汚染も防止できるものと考えられる。
さらに、前述した様に、本発明はキャリアとトナーから構成される二成分現像剤を用いる二成分現像方式の画像形成方法にも適用することが可能で、いわゆるハイブリッド現像方式あるいはトリクル現像方式と呼ばれる方式の現像方式を経てトナー画像を形成する画像形成方法にも適用することができる。
図1に本発明に係る画像形成方法が実施可能な画像形成装置の一例を示す。なお、本発明に係る画像形成方法は、図1に示す形態の画像形成装置のみにより実現されるものではないことは前述したとおりである。図1に示す画像形成装置は、図2に示す現像装置20が搭載可能なフルカラー画像形成装置である。なお、図2に示す現像装置20が搭載可能な画像形成装置は、図1に示すものに限定されるものではない。たとえば、後述する現像装置20を直列に配置させた構造のタンデム型と呼ばれる画像形成装置にも適用することができる。
図1の画像形成装置は、回転駆動される感光体ドラム15の周囲に、感光体ドラム15表面を所定電位に均一帯電させる針電極帯電タイプの帯電装置16、感光体ドラム15上の残留トナーを除去するクリーナ17が設けられている。
レーザ走査光学系18は、帯電装置16により均一帯電された感光体ドラム15上を走査露光し、感光体ドラム15上に静電潜像を形成する。レーザ走査光学系18は、レーザダイオード、ポリゴンミラー、fθ光学素子を内蔵し、その制御部にはイエロー、マゼンタ、シアン、ブラック毎の印字データがホストコンピュータから転送される。そして、上記各色の印字データに基づいて、レーザビームが順次出力され、感光体ドラム15上を走査露光して、各色毎の静電潜像を形成する。
現像装置20を収納した現像装置ユニット30は、静電潜像が形成された感光体ドラム15に各色トナーを供給して現像を行う。現像装置ユニット30には、支軸33の周囲にイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各非磁性一成分トナーをそれぞれ収納した4つの現像装置20Y、20M、20C、20Bkが装着され、支軸33を中心に回転して、各現像装置20が感光体ドラム15と対向する位置に導かれる。
現像装置ユニット30は、レーザ走査光学系18により感光体ドラム15上に各色の静電潜像が形成される毎に、支軸33を中心に回転し、対応する色のトナーを収容した現像装置20を感光体ドラム15に対向する位置に導く。そして、各現像装置20Y、20M、20C、20Bkより感光体ドラム15上に、帯電された各色トナーを順次供給して現像を行う。
図1に示す画像形成装置は、現像装置ユニット30より感光体ドラム15の回転方向下流側に無端状の中間転写ベルト40が設けられ、感光体ドラム15と同期して回転駆動する。中間転写ベルト40は、1次転写ローラ41により押圧された部位で感光体ドラム15と接触し、感光体ドラム15上に形成されたトナー画像を転写する。また、中間転写ベルト40を支持する支持ローラ42と対向して、2次転写ローラ43が回転可能に設けられ、支持ローラ42と2次転写ローラ43との対向する部位で、中間転写ベルト40上のトナー画像が記録紙等の記録材S上に押圧転写される。
なお、現像装置ユニット30と中間転写ベルト40との間には、中間転写ベルト40上の残留トナーを除去するクリーナ50が中間転写ベルト40に対して接離可能に設けられている。
記録材Sを中間転写ベルト40に導く給紙手段60は、記録材Sを収容する給紙トレイ61と、給紙トレイ61に収容した記録材Sを1枚ずつ給紙する給紙ローラ62、給紙した記録材Sを2次転写部位に送るタイミングローラ63より構成される。
トナー画像が押圧転写された記録材Sは、エアーサクションベルト等で構成された搬送手段66により定着装置70に搬送され、定着装置70で転写されたトナー画像が記録材S上に定着される。定着後、記録材Sは垂直搬送路80を搬送され、装置本体100の上面に排出される。
次に、本発明に係る画像形成方法に使用可能な現像装置の一例として、図2に示す非磁性一成分現像方式の現像装置を説明する。現像装置20は「トナーカートリッジ」とも呼ばれ、トナーを収納したトナー収納部に加えて現像ローラ等の構成部材が一体に配置されたユニットの形態を有し、装置をそのまま画像形成装置に装填することでトナー補給が行える様に設計されている。
現像装置20は、現像ローラ10、現像ローラ10の左側に設けられたバッファ室22、バッファ室22に隣接するホッパ23を有する。ホッパ23は前述したトナー収納部に該当するものである。現像ローラ10は、図示しないモータにより図中反時計回り方向に回転駆動され、図示しない画像形成装置に組み込まれた状態にある像担持体と接触または近接する。
バッファ室22には、トナー層規制部材であるブレード24が現像ローラ10に圧接させた状態で配置されている。ここで、ブレード24はトナーの層厚を規制するとともに、現像ローラ上に担持されたトナーを荷電する帯電付与部材として機能するものである。また、現像ローラ10には供給ローラ26が押圧されている。供給ローラ26は、図示しないモータにより現像ローラ10と同一方向(図中反時計回り方向)に回転駆動することにより、現像ローラ10表面にトナー供給を行う。供給ローラ26は、導電性の円柱基体と基体の外周にウレタンフォームなどで形成された発泡層を有する。
トナー層規制部材であるブレード24は、現像ローラ10上のトナーの帯電量及び付着量を規制するものである。また、現像ローラ10の回転方向に対してブレード24の下流側に、現像ローラ10上でのトナーの帯電量や付着量の規制を補助する補助ブレード25をさらに設けることも可能である。
帯電付与部材としても機能するブレード24は、現像ローラ上でトナーの均一な薄層を形成するとともにトナーの摩擦帯電を行う。ブレード24は、ある程度の弾性を有する部材で作製され、現像ローラに当接することにより現像ローラ上にトナーの薄層を形成する。トナー層規制部材であるブレード24は、ステンレスやリン青銅をそのまま使用する他に、これらの表面にウレタン樹脂やエポキシ樹脂をコーティングしたものや、シリカやチタン酸化合物等の無機化合物をゾルゲル法等によりコーティングしたものが使用できる。また、シリコンゴムやウレタンゴム等のJIS Aに規定される硬度が40°〜90°の弾性材料も使用できる。
現像ローラ上に形成されたトナーの薄層は、トナー粒子が最大で10個分、好ましくは5個分以下の厚さを有するものである。具体的には、静電潜像担持体11の周速を100mm/sec、現像ローラ10の周速を200mm/sec、トナー規制部材24の現像ローラ10への押圧力を10〜100N/mとしたとき、トナー粒子約1.5個分の厚みの層を形成することができる。
また、ブレード24の現像ローラへの当接力は、100mN/cm〜5N/cmが好ましく、200mN/cm〜4N/cmが特に好ましい。当接力をこの範囲内にすることにより、搬送ムラを起こさずにトナー搬送が行えるので、白スジ等の画像不良の発生が回避される。また、当接力を上記範囲とすることにより、トナーを変形、破砕させずに現像ローラ上でトナー層を形成し摩擦帯電を行うことができる。
この様に、現像装置20では、現像ローラ10とトナー層規制部材であるブレード24とがそれぞれ当接する様に配置され、トナー層規制部材により現像ローラ上にトナーの薄層が形成される。そして、現像ローラ上に薄層化され、かつ、摩擦帯電したトナーは像担持体上に供給されることにより、像担持体上に形成された静電潜像を可視画像化できる。
現像装置20を構成するホッパ23には、一成分現像剤であるトナーTが収納されている。また、ホッパ23にはトナーTを撹拌する回転体27が設けられている。回転体27には、フィルム状の搬送羽根が取り付けられており、回転体27の矢印方向への回転によりトナーTを搬送する。搬送羽根により搬送されたトナーTは、ホッパ23とバッファ室22を隔てる隔壁に設けられた通路28を介してバッファ室22に供給される。なお、搬送羽根の形状は、回転体27の回転に伴い羽根の回転方向前方でトナーTを搬送しながら撓むとともに、通路28の左側端部に到達すると真っ直ぐの状態に戻る様になっている。このように羽根はその形状を湾曲状態を経て真っ直ぐに戻る様にすることでトナーTを通路28に供給する。
また、通路28には通路28を閉鎖する弁281が設けられている。この弁はフィルム状の部材で、一端が隔壁の通路28右側面上側に固定され、トナーTがホッパ23から通路28に供給されると、トナーTからの押圧力により右側に押されて通路28を開ける様になっている。その結果、バッファ室22内にトナーTが供給される。
また、弁281の他端には規制部材282が取り付けられている。規制部材282と供給ローラ26は、弁281が通路28を閉鎖した状態でも僅かな隙間を形成する様に配置される。規制部材282は、バッファ室22の底部に溜まるトナー量が過度にならないように調整するもので、現像ローラ10から供給ローラ26に回収されたトナーTがバッファ室22の底部に多量に落下しない様に調整される。
現像装置20では、画像形成時に現像ローラ10が矢印方向に回転駆動するとともに供給ローラ26の回転によりバッファ室22のトナーが現像ローラ10上に供給される。現像ローラ10上に供給されたトナーTは、ブレード24、補助ブレード25により帯電、薄層化された後、像担持体との対向領域に搬送され、像担持体上の静電潜像の現像に供される。現像に使用されなかったトナーは、現像ローラ10の回転に伴ってバッファ室22に戻り、供給ローラ26により現像ローラ10から掻き取られ回収される。
また、現像装置20に設けられる現像バイアス電源装置29は、現像バイアス電圧Vbの設定値(例えば500V程度)を出力する直流電圧電源と交番電界(例えばVppが2.0kV,周波数2kHz)を形成する交流電源装置より構成される。なお、「Vpp」とは、交番電圧波形の振幅の山と谷の差であるピーク・トゥー・ピーク電圧を示す。
画像形成時、静電潜像担持体11が、帯電装置(図示せず)により例えば800V程度の電位に一様に帯電され、その後、所定部分がレーザ等の光学ヘッドにより露光されると、例えば100V程度の電位に減衰されて静電潜像が形成される。
現像領域では、現像バイアス電源装置29から印加される現像バイアス電圧Vbと交番電圧により形成される電界の作用により、現像ローラ10上で薄層形成していたトナーが現像ローラ10周面から飛翔してパウダクラウド化する。そして、静電潜像が形成されている静電潜像担持体上にトナーを供給することで静電潜像が現像されトナー像が形成される。
(二成分系現像方式の画像形成装置説明)
また、本発明に係る画像形成方法は、トナーとキャリアからなる二成分系現像剤を用いて行うことも可能である。
図3は、二成分系現像剤によるフルカラー画像形成が可能な画像形成装置の一例を示す概略図である。
この画像形成装置は、タンデム型カラー画像形成装置と呼ばれるもので、複数組の画像形成部20Y、20M、20C、20Kと、転写部としての無端ベルト状中間転写体ユニット4と、記録部材Pを搬送する無端ベルト状の給紙搬送手段21及び定着手段としての熱ロール式定着装置70を有する。画像形成装置の本体Aの上部には、原稿画像読み取り装置SCが配置されている。
各感光体に形成される異なる色のトナー像の1つとしてイエロー色の画像を形成する画像形成部Yは、第1の感光体としてのドラム状の感光体15Y、感光体15Yの周囲に配置された帯電手段16Y、露光手段18Y、現像手段20Y、1次転写手段としての1次転写ロール41Y、クリーニング手段50Yを有する。また、別の異なる色のトナー像の1つとしてマゼンタ色の画像を形成する画像形成部Mは、第1の感光体としてのドラム状の感光体15M、感光体15Mの周囲に配置された帯電手段16M、露光手段18M、現像手段20M、1次転写手段としての1次転写ロール41M、クリーニング手段50Mを有する。また、別の異なる色のトナー像の1つとしてシアン色の画像を形成する画像形成部Cは、第1の感光体としてのドラム状の感光体15C、感光体15Cの周囲に配置された帯電手段16C、露光手段18C、現像手段20C、1次転写手段としての1次転写ロール41C、クリーニング手段50Cを有する。
さらに、更に他の異なる色のトナー像の1つとして黒色の画像を形成する画像形成部Kは、第1の感光体としてのドラム状の感光体15K、該感光体15Kの周囲に配置された帯電手段16K、露光手段18K、現像手段20K、1次転写手段としての1次転写ロール41K、クリーニング手段50Kを有する。
無端ベルト状中間転写体ユニット4は、複数のロールにより巻回され、回動可能に支持された中間転写エンドレスベルト状の第2の像担持体としての無端ベルト状中間転写体40を有する。
画像形成部Y、M、C、Kより形成された各色の画像は、1次転写ロール41Y、41M、41C、41Kにより、回動する無端ベルト状中間転写体40上に逐次転写されて、合成されたカラー画像が形成される。給紙カセット60内に収容された転写材として用紙等の記録部材Sは、給紙搬送手段61により給紙され、複数の中間ロール62A、62B、62C、62D、レジストロール63を経て、2次転写手段としての2次転写ロール43A、43Bに搬送され、記録部材S上にカラー画像が一括転写される。カラー画像が転写された記録部材Sは、熱ロール式定着装置70により定着処理され、排紙ロール75に挟持されて機外の排紙トレイ76上に載置される。
一方、2次転写ロール43A、43Bにより記録部材Pにカラー画像を転写した後、記録部材Sを曲率分離した無端ベルト状中間転写体40は、クリーニング手段48により残留トナーが除去される。
画像形成処理中、1次転写ロール41Kは常時、感光体15Kに圧接している。他の1次転写ロール41Y、41M、41Cはカラー画像形成時にのみ、それぞれ対応する感光体15Y、15M、15Cに圧接する。
2次転写ロール43A、43Bは、ここを記録部材Sが通過して2次転写が行われるときにのみ、無端ベルト状中間転写体40に圧接する。
このように感光体15Y、15M、15C、15K上に帯電、露光、現像によりトナー像を形成し、無端ベルト状中間転写体40上で各色のトナー像を重ね合わせ、一括して記録部材Pに転写し、定着装置70で加圧及び加熱により固定して定着する。トナー像を記録部材Sに転写させた後の感光体15Y、15M、15C、15Kは、クリーニング装置50で転写時に感光体に残されたトナーを清掃した後、上記の帯電、露光、現像のサイクルに入り、次の像形成が行われる。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記の態様に限定されるものではなく、種々の変更を加えることができる。
以下に、本発明を製造例、実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
(チアカリックスアレーン:化合物番号50の作製例)
還流冷却器を備えたナス型フラスコに、実施例1で得られた化合物A100gをクロロホルム3Lに溶解し、酢酸5L、過ホウ素酸ナトリウム200gを加え50℃で18時間攪拌した。放冷後、得られた反応溶液からクロロホルムで生成物の抽出を行なった。クロロホルム相を2N塩酸で洗浄後、無水硫酸マグネシウムで乾燥させ、クロロホルムを留去することにより、白色の粉末を得た。これをベンゼン−メタノールから再結晶して、5,11,17,23−テトラ−tert−ブチル−25,26,27,28−テトラヒドロキシ−2,8,14,20−テトラスルホニル[1.9.3.1.13,79.1315,19]オクタコサ−1(25)、3,5,7(28)、9,11,13(27)、15,17,19(26)、21,23−ドデカエン(化合物50;一般式(1)において、X=SO,Y=tert−ブチル、Z=H、n=4)からなる荷電制御剤を得た。
(チアカリックスアレーン:化合物番号40の作製例)
NaH(60質量%鉱油溶液)50gを無水n−へキサンで洗浄した後、無水ジメチルホルムアミド500mlを加え攪拌した。無水トルエン5Lに実施例1で得られた化合物A100gを溶解させ、これを上記の分散溶液中に滴下した。室温で2時間攪拌した後、ヨウ化メチル500Lを加え、室温でさらに2時間、その後60℃で30分間、80℃で1時間攪拌し、120℃で2時間還流加熱した。放冷後、これに1Nの塩酸5Lを加え、トルエンで抽出を行った。この溶液を10質量%チオ硫酸ナトリウム水溶液、さらに、蒸留水で洗浄し、溶媒を留去することにより反応物130gを得た。この反応混合物をメタノール、次いで、アセトンにて洗浄した。残渣の不溶分をクロロホルムに溶解させ、不溶分を濾過により除去し、溶媒を留去し、白色結晶113gを得た。この粗精製物を、さらに、クロロホルムに溶解し、アセトン5Lを加えて、析出した結晶を濾過することにより、5,11,17,23−テトラ−tert−ブチル−25,26,27,28−テトラメトキシ−2,8,14,20−テトラチア[1.9.3.1.13,79.1315,19]オクタコサ−1(25)、3,5,7(28)、9,11,13(27)、15,17,19(26)、21,23−ドデカエン(化合物40;一般式(1)において、X=S,Y=tert−ブチル、Z=CH、n=4)からなる荷電制御剤を得た。
(1)「外添剤粒子(ア)〜(ス)」の準備
以下の「小径外添剤粒子(ア)〜(ス)」を準備した。すなわち、
小径外添剤粒子(ア);数平均1次粒径7nmのシリカ粒子
小径外添剤粒子(イ);数平均1次粒径13nmのシリカ粒子
小径外添剤粒子(ウ);数平均1次粒径21nmのシリカ粒子
小径外添剤粒子(エ);数平均1次粒径40nmのシリカ粒子
以上、シリカは、HMDSで疎水化処理を行った。
小径外添剤粒子(オ);数平均1次粒径15nmのアナターゼ型チタニア粒子
小径外添剤粒子(カ);数平均1次粒径35nmのルチル型疎水性チタニア
以上、チタニアは、i−ブチルトリメトキシシランで疎水化処理を行った。
大径外添剤粒子(キ);数平均1次粒径55nm疎水性シリカ
大径外添剤粒子(ク);数平均1次粒径80nm疎水性シリカ
大径外添剤粒子(ケ);数平均1次粒径110nm疎水性シリカ
大径外添剤粒子(コ);数平均1次粒径150nm疎水性シリカ
大径外添剤粒子(サ);数平均1次粒径250nm疎水性シリカ
以上、シリカは、HMDSで疎水化処理を行った。
大径外添剤粒子(シ);数平均1次粒径120nmチタン酸カルシウム
大径外添剤粒子(ス);数平均1次粒径330nmチタン酸カルシウム
以上、チタン酸カルシウムは、シリコーンオイル処理で疎水化処理を行った。
(50〜300nm外添剤の製造例)
(シリカ粒子(ケ)の作製)
攪拌機と、滴下ロートと、温度計とを備えたガラス製反応器にメタノール623.7gと、水41.4gと、28質量%アンモニア水49.8gとを入れて混合した。得られた溶液を35℃となるように調整し、攪拌しながらテトラメトキシシラン1163.7g(7.65モル)および5.4質量%アンモニア水418.1gを同時に添加し始め、テトラメトキシシランは6時間かけて、アンモニア水は5時間かけて、それぞれを滴下した。滴下が終了した後も、さらに0.5時間攪拌を継続して加水分解を行うことにより、親水性球状シリカ粒子のメタノール−水分散液を得た。
このメタノール−水分散液に室温でヘキサメチルジシラザン484、2g(3モル)を加えて疎水化処理を施し、シリカ粒子ケを得た。
(シリカ粒子キ,ク、コ、サの作製)
シリカ粒子ケの製造条件において滴下条件を変更することにより、1次粒子の平均粒子径が、55、80,150,250nmの疎水性シリカ、キ,ク、コ、サを得た。
(ポリエステル樹脂の製造例A〜F)
表2に示すアルコール成分、無水トリメリット酸以外のカルボン酸成分及びエステル化触媒を、冷水を通水した還流冷却管を上部に装備し98℃の温水を通水した分溜管、窒素導入管、脱水管、攪拌器及び熱電対を装備した5リットル容の四つ口フラスコに入れ、窒素雰囲気下、160℃で2時間縮重合反応させた後、6時間かけて210℃まで昇温し、その後、66kPaにて反応率が90%に達するまで反応処理を行った。その後、200℃まで冷却した後、表2に示す無水トリメリット酸を投入し、1時間常圧(101kPa)で反応させた後210℃に再び昇温し、40kPaにて所望の軟化点に達するまで重合反応を行って表2に記載の物性を有するポリエステル樹脂A〜Fを得た。
(マレイン酸変性ロジンの製造例)
分留管、還流冷却器及び受器を装備した10L容のフラスコに精製ロジン6084g(18モル)と無水マレイン酸529g(5.4モル)を加え、160℃から220℃に8時間かけて昇温し、220℃にて2時間反応させた後、さらに、220℃、5.3kPaの減圧下で蒸留を行い、マレイン酸変性ロジンを得た。マレイン酸のマレイン酸変性度は50であった。
(フマル酸変性ロジンの製造例)
分留管、還流冷却器及び受器を装備した10L容のフラスコに精製ロジン5408g(16モル)、フマル酸928g(8モル)及びt−ブチルカテコール0.4gを加え、160℃から200℃に2時間かけて昇温し、200℃にて2時間反応させた後、さらに5.3kPaの減圧下で蒸留を行い、フマル酸変性ロジンを得た。フマル酸変性ロジンのフマル酸変性度は100であった。
Figure 2010249995
(トナー用母体粒子の製造例)
(1)「シアントナー用母体粒子1C〜5C」の作製
下記化合物を「ヘンシェルミキサー(三井三池鉱業社製)」で十分混合した後、2軸押出混練機「PCM−30(池貝鉄工(株)製)」の排出部を取り外したものを使用して溶融混練した後冷却した。
ポリエステル樹脂A 100質量部
C.I.ピグメントブルー15:3 5質量部
ペンタエリスリトールベヘン酸エステル 6質量部
荷電制御剤(化合物29) 3質量部
得られた混練物を冷却ベルトで冷却した後、フェザーミルで粗粉砕した。その後、機械式粉砕機「KTM(川崎重工(株)製)」で平均粒径9〜10μmまで粉砕し、さらに、ジェット粉砕機「IDS(日本ニューマチック工業社製)」で平均粒径5.9μmになるまで粉砕処理と粗粉分級を行った。その後、粗粉分級したものよりロータ型分級機(ティープレックス型分級機タイプ「100ATP(ホソカワミクロン(株)製)」を使用して体積基準メディアン径が5.9μm、平均円形度が0.955の「シアントナー用母体粒子1C」を作製した。また、前記「シアントナー用母体粒子1C」の作製で粉砕及び分級の条件を変えて、体積基準メディアン径ならびに平均円形度が表3の「シアントナー用母体粒子2C〜5C」を作製した。
Figure 2010249995
「シアントナー用母体粒子6C〜22C」の作成
上記トナー用母体粒子の製造例1Cにおいて、荷電制御剤を下記比較化合物52に変更して、シアントナー用母体粒子21Cを作製し、化合物29から表3に示してなる化合物に変更する以外は同様の方法で表3に示す物性のトナー6C〜20Cを作成した。
また、荷電制御剤を添加しない以外は同様の方法にてトナー用母体粒子22Cを得た。
Figure 2010249995
「シアントナー用母体粒子23C〜27C」の作成
上記トナー用母体粒子の製造例1Cにおいて、使用する樹脂AをB〜Fに変更する以外は同様の方法にて表3に示す物性のトナー22C〜27Cを作成した。
(2)「イエロートナー用母体粒子1Y〜27Y」の作製
前記「シアントナー用母体粒子1C〜27C」の作製で用いた着色剤「C.I.ピグメントブルー15:3」に代えて「C.I.ピグメントイエロー180」を用いた他は同様の手順で表4に示す物性の「イエロートナー用母体粒子1Y〜27Y」を作製した。
Figure 2010249995
(3)「マゼンタトナー用母体粒子1M〜27M」の作製
前記「シアントナー用母体粒子1C〜27C」の作製で着色剤「C.I.ピグメントレッド57:1」を用いた他は同様の手順で表5に示す物性の「マゼンタトナー用母体粒子1M〜27M」を作製した。
Figure 2010249995
(4)「黒トナー用母体粒子1K〜27K」の作製
前記「シアントナー用母体粒子1C〜27C」の作製で着色剤「カーボンブラック(MogalL:キャボット社製)8質量部」を用いた他は同様の手順で表6に示す物性の「ブラックトナー用母体粒子1K〜27K」を作製した。
Figure 2010249995
(5)「トナー母体粒子28C,28Y,28M,28Kの作製」
トナー用母体粒子1C,1Y,1M,1Kそれぞれ100部に対し、疎水性シリカ0.8質量部を添加し、ヘンシェルミキサーを用い周速30m/secで90秒間混合処理を行った。得られたそれぞれのトナーを、表面改質装置(サーフュージングシステム;日本ニューマチック工業社製)により以下の条件で表面処理することにより表3〜6に示してなるトナー用母体粒子28C,28Y,28M,28Kを得た。
表面条件は、最高温度;250℃、滞留時間;0.5秒、粉体分散濃度;100g/m、冷却風温度;18℃、冷却水温度;20℃。
(6)「トナー母体粒子29C,29Y,29M,29Kの作製」
トナー用母体粒子22C100部に対し、疎水性シリカ0.3質量部と本発明でなる帯電制御剤(化合物51)0.5質量部を添加し、ヘンシェルミキサーを用い周速30m/secで90秒間混合処理を行った。得られた粒子を、ハイブリダイゼーションシステム(NHS−3型;奈良機械製作所社製)を用いて、6000rpmで3分間表面処理することにより、トナー母体表面に帯電制御剤を固定化しトナー用母体粒子29Cを得た。同様にして表3〜6に示す29Y,29Mのトナー母体粒子を得た。また、29Kは、荷電制御剤の添加量を1.0質量部とした上で29Cと同様の方法でトナー母体粒子を作成した。
(7)「トナー母体粒子30C,30Y,30M,30Kの作製」
(樹脂微粒子分散液の作製)
5リットル容のステンレス釜で、上記ポリエステルA 600g、及び、非イオン性界面活性剤[「エマルゲン430(花王社製)」、ポリオキシエチレンオレイルエーテル(HLB:16.2)]6g、陰イオン性界面活性剤[「ネオペレックスG−15(花王社製)」、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム(濃度:15質量%)]20g及び、中和剤として水酸化カリウム水溶液(濃度:5質量%)を252g加え、カイ型の攪拌機で250r/minの攪拌下、95℃、常圧(101.3kPa)下で分散させた。内容物は95℃に達した後2時間攪拌されたのち、カイ型の攪拌機で200r/minの攪拌下、脱イオン水1118gを6g/分で滴下し、体積平均粒径が、200nmの微粒化した樹脂微粒子分散液1を得た。
(離型剤粒子分散液の作製)
エステルワックス(WEP−5、日本油脂(株)製) 50質量部
アニオン性界面活性剤(ネオゲンSC、第一工業製薬(株)製) 2.5質量部
イオン交換水 200質量部
上記成分を120℃に加熱して、IKA社製ウルトラタラックスT50で十分に分散した後、圧力吐出型ホモジナイザーで分散処理し、体積平均粒径210nm、固形分20質量%の離型剤粒子分散液を得た。
(荷電制御剤粒子分散液の作製)
化合物50 20質量部
アニオン性界面活性剤(ネオゲンSC、第一工業製薬(株)製) 2.5質量部
イオン交換水 200質量部
上記成分を常温でIKA社製ウルトラタラックスT50で十分に分散した後、圧力吐出型ホモジナイザーで分散処理し、体積平均粒径180nm、固形分10質量%の離型剤粒子分散液を得た。
(着色剤分散液の作製)
アニオン性界面活性剤(ネオゲンSC、第一工業製薬(株)製)80質量部をイオン交換水3200質量部に投入し、これを撹拌、溶解させて界面活性剤溶液(水系媒体)を調製した。この界面活性剤溶液を撹拌しながら、下記着色剤を徐々に添加した。
C.I.Pigment Blue15:3 400.0質量部
上記着色剤を添加後、撹拌装置「クレアミックス(エム・テクニック(株)製)」を用い、着色剤の粒子径が200nm以下になるまで分散処理を行って、着色剤分散液の調製を行った。得られた着色剤分散液を「着色剤分散液C」とする。体積基準メディアン径は132nmであった。
前記「着色剤粒子分散液C」の調製で用いた「C.I.ピグメントブルー15:3」に代えて、イエロー着色剤である「C.I.ピグメントイエロー74」400質量部に変更した他は同様の手順で、イエロー色の「着色剤粒子分散液Y」を調製した。体積基準メディアン径は152nmであった。
また、前記「着色剤粒子分散液C」の調製で用いた「C.I.ピグメントブルー15:3」に代えて、マゼンタ着色剤である「C.I.ピグメントレッド122」400質量部に変更した他は同様の手順で、マゼンタ色の「着色剤粒子分散液M」を調製した。マゼンタ着色剤粒子Mの体積基準メディアン径は154nmであった。
さらに、前記「シアン着色剤粒子分散液C」の調製でアニオン性界面活性剤(ネオゲンSC、第一工業製薬(株)製)80質量部を120質量部、「C.I.ピグメントブルー15:3」に代えてカーボンブラック「リーガル330R(キャボット社製)」を800質量部に変更した他は同様の手順により、「黒色着色剤粒子分散液K」を調製した。体積基準メディアン径は139nmであった。
(トナー用母体粒子30Cの作製)
樹脂微粒子分散液1 200質量部(60g)
着色剤粒子分散液C 38質量部(4.1g)
離型剤粒子分散液 60質量部(12g)
ポリ塩化アルミニウム 0.4質量部
イオン交換水 100質量部
上記の成分を丸型ステンレス製フラスコ中で撹拌装置「クレアミックス(エム・テクニック(株)製)」を用い十分に混合・分散した後、加熱用オイルバスでフラスコを攪拌しながら48℃まで加熱した。48℃で60分保持した後、ここに上記樹脂微粒子分散液1を緩やかに70質量部追加した。さらに荷電制御剤粒子分散液を5gを追加した。その後、濃度0.5mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液を用いて系内のpHを8.0に調整した後、ステンレス製フラスコを密閉し、攪拌軸のシールを磁力シールして攪拌を継続しながら90℃まで加熱して3時間保持した。反応終了後、降温速度を2℃/分で冷却し、濾過、イオン交換水で十分に洗浄した後、ヌッチェ式吸引濾過により固液分離を行った。これをさらに30℃のイオン交換水3Lを用いて再分散し、15分間300rpmで攪拌・洗浄した。この洗浄操作をさらに6回繰り返し、濾液のpHが中性となったところで、ヌッチェ式吸引濾過によりNo.5Aろ紙を用いて固液分離を行った。次いで真空乾燥を12時間継続してトナー母体粒子30Cを得た。
母体の体積基準メディアン径(D50v)は5.6μm、平均円形度は0.985であった。
「トナー用母体粒子30M、30Y、30K」の作製
前記「シアントナー用母体粒子30C」の作製で用いた「着色剤粒子分散液C」に代えてイエロー色の「着色剤粒子分散液Y」を用いた他は同様の手順で、体積基準メディアン径(D50v)が5.5μm、平均円形度が0.985の「イエロートナー用母体粒子30Y」を作製した。また、前記「シアントナー用母体粒子30C」の作製で用いた「着色剤粒子分散液C」に代えてマゼンタ色の「着色剤粒子分散液M」を用いた他は同様の手順で、体積基準メディアン径(D50v)が5.4μm、平均円形度が0.987の「マゼンタトナー用母体粒子30M」を作製した。さらに、前記「シアントナー用母体粒子30C」の作製で用いた「着色剤粒子分散液C」に代えて黒色の「着色剤粒子分散液K」を用いた他は同様の手順で、体積基準メディアン径(D50v)が5.5μm、平均円形度が0.983の「黒色トナー用母体粒子30K」を作製した。
(外添処理)
「シアントナー1〜32、イエロートナー1〜32、マゼンタトナー1〜32、黒色トナー1〜32」の作製
各「トナー用母体粒子」に対し、表3〜6で示してなる外添剤を添加し、以下の手順で外添処理を行うことにより、シアントナー1〜32、イエロートナー1〜32、マゼンタトナー1〜32、黒色トナー1〜32」を作製した。
最初に、トナー用母体粒子表面に小径外添剤粒子(イ),小径外添剤(エ),小径外添剤粒子(オ)を表3〜表6に示す様に添加した。
トナー用母体粒子と小径外添剤粒子を計量し、ヘンシェルミキサー「FM10B(三井三池化工(株)製)」に投入して、25℃の温度下で撹拌羽根の周速を40m/秒、処理時間3分に設定して処理を行った。さらに大径外添剤粒子(コ)を表3〜表6に示す様に添加し、さらに撹拌羽根の周速を40m/秒、処理時間を15分に設定して処理を行った。本処理品を目開きが90μmのふるいを用いて粗大粒子を除去することによりトナー粒子を作製した。なお、各トナーに添加した各種外添剤の種類及び添加量は各表に示すとおりである。各外添剤の添加量は着色粒子100質量部に対するものである。
(評価実験)
(評価実験その1)
市販の非磁性一成分現像方式の画像形成装置であるカラーレーザプリンタ「magicolor 5440DL(コニカミノルタビジネステクノロジーズ(株)製)」を用いて定着温度を通常の設定より20℃下げた条件により評価を行った。前記画像形成装置用のイエロー、マゼンタ、シアン、黒色の各トナー用の現像装置には、表7に示す組み合わせで各トナーを収容し、これを前記画像形成装置に搭載した。
高温高湿環境(温度30℃、湿度85%RH)と低温低湿環境(温度10℃、湿度15%RH)の下での画質の変動を後述する内容で評価した。フルカラーモードで各々の画素率が1%のイエロー、マゼンタ、シアン、レッド、グリーン、ブルー、黒色から構成されるカラー画像をA4サイズ用紙上に出力したものを1枚間欠モードで1万枚連続出力する。1万枚のプリント出力前後に評価用の画像サンプルを出力し、初期段階と1万枚出力後の画質を比較して評価した。
評価用の画像サンプルは、イエロー、マゼンタ、シアン、レッド、グリーン、ブルー、黒色の2cm角パッチより構成されるベタカラー画像、ベタ白画像、及び、ベタカラー画像と同じ構成の50%ハーフトーンカラー画像の3種類である。これらをそれぞれA4サイズの用紙上に1枚ずつ出力し、カブリ濃度、ベタカラー画像及びハーフトーンカラー画像均一性について評価を行うとともに、クリーニング性とPCノイズの評価も行った。
〈カブリの評価〉
ベタ白画像領域におけるカブリ濃度を測定して評価を行った。反射濃度計「RD−918(マクベス社製)」を使用し、画像サンプルの出力に用いた用紙の反射濃度を0に設定し、ベタ白画像領域上より任意の10個所の反射濃度を測定し、その算術平均値をカブリ濃度とした。カブリ濃度が0.003以下のものを○、0.005以下のものを△とし、これらを合格とし、0.005を超えるものを不合格(×)とした。
〈画像の均一性〉
1万枚の連続出力前後のカラー画像パッチを目視観察し、色相及び均一性(カラー画像間での濃度ムラ)について下記の基準に基づいて評価した。○と△を合格、×を不合格とする。すなわち、
○:各カラー画像について連続出力前後で色相と均一性に変化が見られず、かつ、連続出力後のカラー画像間で均一性が認められる
△:各カラー画像について連続出力前後で色相に若干の変化が見られるが問題のないレベルで、均一性については連続出力前後、及び、連続出力後のカラー画像間のいずれも問題なし
×:各カラー画像について連続出力前後で色相と均一性に明らかに変化が見られた。また、連続出力後のカラー画像間での均一性も認められなかった。
以上の結果を表7に示す。
Figure 2010249995
表7に示す様に、本発明の構成要件を有する「実施例29」はいずれの評価項目も規定を満たす結果が得られ、本発明の効果を奏するものであることが確認された。一方、本発明の構成要件を満たさない「比較例5」では、規定を満足する結果が得られず、本発明の効果を有するものではないことが確認された。
(評価実験その2)
「実施例1〜28」及び「比較例1〜4」で用いられる各トナーに、メチルメタクリレートとシクロヘキシルメタクリレート樹脂で被覆した体積平均粒径50μmのフェライトキャリアを混合することによりトナー濃度が6%の2成分現像剤を作製した。2成分現像剤は、上述した様に、前記キャリアとトナーをそれぞれトナー濃度が6質量%になる様に添加し、「ミクロ型V型混合機(筒井理化学器株式会社)」を用いて回転速度45rpmで30分間混合処理して作製したものである。
なお、前記キャリアの体積平均粒径は、湿式分散機を備えたレーザ回折式粒度分布測定装置「ヘロス(HELOS)(シンパティック(SYMPATEC)社製)」により測定したものである。
上記現像剤より構成される実施例と比較例を、二成分系現像方式の市販のカラー複合機「bizhub550(コニカミノルタビジネステクノロジーズ(株)製)」を用いて定着温度を通常の設定より20℃下げた条件により評価を行い、前記と同じ画像形成条件下で同一の評価を行った。結果を表8に示す。
Figure 2010249995
表8に示す様に、本発明の構成要件を有する「実施例」はいずれの評価項目も規定を満たす結果が得られ、二成分系現像方式の画像形成方法におかれても本発明の効果が発現されることが確認できた。一方、本発明の構成要件を満たさない「比較例」は評価項目の中に規定を満足しないものがあり、本発明の効果を発現できないものであることが確認された。
10 現像ローラ
15(15Y、15M、15C、15K) 感光体ドラム
20(20Y、20M、20C、20K) 現像装置
24 ブレード(トナー層規制部材、帯電付与部材)
30 現像装置ユニット
4 中間転写体ユニット
40 中間転写ベルト
41Y、41M、41C、41K 1次転写ロール
43A、43B 2次転写ロール
50(50Y、50M、50C、50K) クリーナ(クリーニング装置)
60 給紙装置
70 定着装置
S 記録材

Claims (4)

  1. 少なくともポリエステル樹脂を含有する結着樹脂、着色剤、荷電制御剤を含有してなり、該荷電制御剤が下記一般式(1)で示されるチアカリックスアレーン、スルフィニル化チアカリックスアレーンおよびスルホニル化チアカリックスアレーンから選ばれる環状フェノール硫化物であり、該ポリエステル樹脂が脂肪族多価アルコールを含有してなるアルコール成分とカルボン酸成分とを縮重合させてなり、かつ、トナー中に実質的にスズ元素を含有しないことを特徴とする静電荷像現像用トナー。
    Figure 2010249995
    (式中、XはS、SOまたはSOを表し、Zは水素原子、アルキル基、置換アルキル基、アラルキル基、アシル基、又はアルコキシカルボニル基を表す。nは3〜9の整数であり、Yは炭化水素基、ハロゲン化炭化水素基、ハロゲン原子、−SOまたは、−SOであり、R及びRは水素原子、炭化水素基または金属元素を表し、複数のYは同一であっても異なっていてもよい。)
  2. 前記トナーの体積基準メディアン径が2.0μm以上8.0μm以下であり、かつ、平均円形度が0.920〜0.995であることを特徴とする請求項1に記載のトナー。
  3. 前記トナーの軟化点温度が121℃以下であり、ガラス転移温度が55℃以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載のトナー。
  4. 少なくとも黒色トナーとカラートナーを用いてトナー画像を形成する画像形成方法であって該トナーが、請求項1〜3のいずれか1項に記載のトナーであることを特徴とする画像形成方法。
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