JP7233922B2 - トナー及びトナーの製造方法 - Google Patents

トナー及びトナーの製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、電子写真方式、静電記録方式、静電印刷方式に用いられるトナー及びトナーの製造方法に関する。
近年、電子写真方式のフルカラー複写機が広く普及するに従い、さらなる高速化、高画質化等が要求されている。高画質化のためには、トナーの現像性や転写性を向上させる必要がある。また複写機の高速化、出力画像の安定性なども求められており、これまで以上に耐ストレス性の高いトナーの開発が求められている。
トナーが安定した性能を得るために、トナー粒子にはいわゆる外添剤といわれる金属酸化物などの無機微粒子粉末が含まれている。さらに、これらの無機微粒子粉末は、トナーの流動性を向上させる効果や、トナー同士やトナーと他の部材とのスペーサとなり、トナーの付着性を低減させる効果をもつものが知られている。しかしながら、これらの無機微粒子はトナー表面から脱離しその機能が低下してしまうことも知られているため、トナー表面から脱離させないことが重要である。
トナー表面から無機微粒子を脱離させずに優れた流動性と転写性を得るために、トナー母粒子の表面に小粒径シリカ粒子と大粒径シリカ粒子を付着させ、それらを衝撃力により固定化させたトナーの提案がなされている(特許文献1)。この場合、初期の転写性向上に一定の効果はあるものの、ストレス付与後の転写性やトナー及び現像剤の流動性には言及されておらず、この点に関してさらなる改善の余地がある。
また、耐ストレス性を高めるために、トナー母粒子100重量部に対して、下記の二種類のシリカを添加した後、加熱処理して球形化したトナーが提案されている(特許文献2)。
・一次粒子の個数平均粒径が35nm以上300nm以下のシリカ0.5質量部以上6.0重量部以下
・一次粒子の個数平均粒径が4nm以上30nm以下のシリカ0.1質量部以上3.0重量部以下
この場合、トナーの耐ストレス性に一定の効果は見られるが、さらなる高速化対応や、よりトナーへのストレスがかかる二成分現像方式への対応のためには、いまだ改善の余地がある。
また高品位の画像を得るためには、クリーニング不良等に起因するいわゆる画像欠陥を発生させてはならない。前述の転写性を向上させる方向は転写残トナーが少なくなる方向であり、転写残トナーが極端に少なくなると潤滑成分が枯渇しクリーニングブレードのビビリ、捲れが発生する可能性がある。また転写性が向上する方向としてトナー円形度を高める手段があるが、これも従来から言われているようにクリーニング性が厳しくなる方向である。このように転写性とクリーニング性とはトレードオフの関係となることが多々ある。
特開2011-186402号公報 特開2007-279239号公報
本発明の目的は、長期間の使用においても優れた転写性とクリーニング性とを両立するトナーを提供することである。
本発明によれば、結着樹脂及び着色剤を含有するトナー粒子と、前記トナー粒子を被覆している無機微粒子とを有するトナーであって、
前記トナー粒子表面における前記無機微粒子の一次粒子の粒径の個数分布において、
粒径が5nm以上200nm以下の範囲に存在する無機微粒子の個数をA
粒径が5nm以上20nm以下の範囲に存在する無機微粒子の個数をB
粒径が35nm以上55nm以下の範囲に存在する無機微粒子の個数をC
粒径が80nm以上135nm以下の範囲に存在する無機微粒子の個数をDとしたとき、下記式(1)~(5)の関係を満たし、
0.95≦A/全無機微粒子の個数 式(1)
0.20≦B/A≦0.50 式(2)
0.15≦C/A≦0.55 式(3)
0.15≦D/A≦0.55 式(4)
0.70≦(B/A+C/A+D/A) 式(5)
前記トナー粒子に対する前記無機微粒子の被覆率が55%以上であり、
前記トナーを水洗処理した後の、前記トナー粒子表面における前記無機微粒子の一次粒子の粒径の個数分布において、
粒径が5nm以上200nm以下の範囲に存在する無機微粒子の個数をA
粒径が5nm以上20nm以下の範囲に存在する無機微粒子の個数をB
粒径が35nm以上55nm以下の範囲に存在する無機微粒子の個数をC
粒径が80nm以上135nm以下の範囲に存在する無機微粒子の個数をDとしたとき、下記式(6)~(8)の関係を満たし、
/B≦0.5 式(6)
0.85≦C/C 式(7)
0.55≦D/D≦0.75 式(8)
前記水洗処理は、界面活性剤を含むイオン交換水に前記トナーを加えた分散液を、振とう速度:46.7cm/秒、振とうの幅:4.0cm、の条件で5分間振とうするものであるトナーが提供される。
本発明によれば、転写性とクリーニング性とが高いレベルで両立するトナーを提供することができる。
本発明に係るトナーの製造に用いられる熱球形化処理装置の図である。 クリーニング工程における外添剤の作用を説明するための図である。 帯電ローラと感光体との間の等価回路を示す図である。 印加交流電圧Vac(最大振幅値;Vpp)と帯電交流電流Iacとの関係を示す図である。
本発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、優れた転写性とクリーニング性とを両立するためには、下記のことが重要であることを見出し、本発明に至った。
すなわち、トナー粒子の表面が無機微粒子によってある一定割合以上被覆されるとともに、トナー粒子の表面に存在する無機微粒子が粒径の異なる3つの範囲にそれぞれある一定割合以上存在することである。
すなわち、本発明に係るトナーは、結着樹脂及び着色剤を含有するトナー粒子と、前記トナー粒子を被覆している無機微粒子とを有するトナーであって、
前記トナー粒子表面における前記無機微粒子の一次粒子の粒径の個数分布において、
粒径が5nm以上200nm以下の範囲に存在する無機微粒子の個数をA
粒径が5nm以上20nm以下の範囲に存在する無機微粒子の個数をB
粒径が35nm以上55nm以下の範囲に存在する無機微粒子の個数をC
粒径が80nm以上135nm以下の範囲に存在する無機微粒子の個数をDとしたとき、下記式(1)~(5)の関係を満たし、
0.95≦A/全無機微粒子の個数 式(1)
0.20≦B/A≦0.50 式(2)
0.15≦C/A≦0.55 式(3)
0.15≦D/A≦0.55 式(4)
0.70≦(B/A+C/A+D/A) 式(5)
前記トナー粒子に対する前記無機微粒子の被覆率が55%以上であり、
前記トナーを水洗処理した後の、前記トナー粒子表面における前記無機微粒子の一次粒子の粒径の個数分布において、
粒径が5nm以上200nm以下の範囲に存在する無機微粒子の個数をA
粒径が5nm以上20nm以下の範囲に存在する無機微粒子の個数をB
粒径が35nm以上55nm以下の範囲に存在する無機微粒子の個数をC
粒径が80nm以上135nm以下の範囲に存在する無機微粒子の個数をDとしたとき、下記式(6)~(8)の関係を満たすことが重要である。
/B≦0.5 式(6)
0.85≦C/C 式(7)
0.55≦D/D≦0.75 式(8)
前記水洗処理は、界面活性剤を含むイオン交換水に前記トナーを加えた分散液を、振とう速度:46.7cm/秒、振とうの幅:4.0cm、の条件で5分間振とうするものである。
なお、以下では、粒径が5nm以上20nm以下の範囲に存在する無機微粒子を「小粒径の無機微粒子」とも記載し、
粒径が35nm以上55nm以下の範囲に存在する無機微粒子を「中粒径の無機微粒子」とも記載し、
粒径が80nm以上135nm以下の範囲に存在する無機微粒子を「大粒径の無機微粒子」とも記載する。
トナー表面における無機微粒子の存在状態を前記の状態にしたものは、これを満たさないトナーに比べて、耐ストレス性が向上しクリーニング性と転写性とが高いレベルで両立する。この効果が得られるメカニズムについて本発明者らは次のように考えている。
本発明においては、トナー表面中に存在する無機微粒子が異なる3つの粒径範囲にそれぞれある一定比率存在することが重要である。まずクリーニング工程において説明すると、粒径が5nm以上20nm以下の範囲に存在する無機微粒子は図2に示すようにブレードニップ部の上流に潤滑層2-4として存在する必要がある。この潤滑層2-4を形成する小粒径の無機微粒子(5nm以上20nm以下)が適度にブレードニップ部を通過することでブレードによるクリーニング作用が円滑に行われる。小粒径の無機微粒子のブレードニップ部通過量が所望の量より少ない場合は、クリーニングブレード2-2と感光体2-1とが接する面における摩擦係数が高いため、ブレードのビビリや捲れを引き起こしクリーニング不良が発生してしまう(トナーすり抜け)。
上記ブレードニップ部通過量を安定させるためには、下記式(2)及び式(6)が満たされる必要がある。
0.20≦B/A≦0.50 式(2)
/B≦0.5 式(6)
/Aが0.20未満となる場合はブレードニップ部を通過する個数が少なくなり潤滑成分が不足し安定したクリーニング性が得られない。
またB/B1が0.5超となる場合も同様にトナー粒子表面から離れて自由に動ける小粒径の無機微粒子が少なくなってしまうのでクリーニングブレードのビビリや捲れが発生してしまう。
逆にB/Aが0.50超となる場合は図2に示すトナーによる滞留層2-6の流動性が高くなりすぎてクリーニングが破綻してしまう。滞留層2-6の流動性が高すぎるとトナーの動きが早くなりすぎて阻止層2-5の形成を阻害してしまう。安定したブレードクリーニング性を得るためには、図2に示すようにブレードニップ部2-3の上流部に、阻止層2-5と潤滑層2-4とが安定して形成される必要がある。阻止層2-5は大粒径の無機微粒子により形成され、ブレードニップ部2-3へのトナーの侵入を防ぐ役割を果たしている。小粒径の無機微粒子はブレードニップ部2-3の最近接部まで進入し潤滑層2-4を形成し、この小粒径の無機微粒子が少しずつブレードニップ部2-3を通過することによってブレードクリーニングを成立させている。潤滑層2-4が枯渇すると前述したようにブレードのビビリや捲れが発生しクリーニング不良が発生する。
次に下記式(3)、式(4)、式(7)及び式(8)が満たされると優れたクリーニング性と転写性を得ることができるメカニズムに関しては以下のように考えている。
0.15≦C/A≦0.55 式(3)
0.85≦C/C 式(7)
0.15≦D/A≦0.55 式(4)
0.55≦D/D≦0.75 式(8)
図2に示す滞留層2-6に必要な特性として適度な流動性を有することが挙げられる。滞留層2-6の流動性が高すぎると前述したように阻止層2-5の破壊を引き起こしクリーニングが破綻する。逆に滞留層2-6の流動性が低すぎると滞留層2-6の動きが鈍くなりトナーの入れ替わりがなくなるので、ブレードニップ部への小粒径及び/又は大粒径の無機微粒子の供給が不足し阻止層2-5、潤滑層2-4が順次形成されなくなってしまう。滞留層2-6に適度な流動性を与えるためには無機微粒子として粒径が35nm以上55nm以下のものが適している。粒径が35nmより小さいと滞留層2-6としては流動性が高くなりすぎてしまうので好ましくない。粒径が55nmより大きいとトナー母粒子表面に固着している無機微粒子同士が噛み合い滞留層の動きが鈍くなり流動性が不足してしまう。
次に転写性について述べる。転写性を高めるにはトナーの非静電付着力を低くする必要があり、そのためには無機微粒子によって対象物に対して点接触させて接触面積を小さくする手段が有効である。この作用を効果的に発現させるには無機微粒子の粒径を大きくすることが好ましく、粒径が小さいとトナー母粒子が対象物に接触してしまったり、トナーにストレスが加わったときに埋没し外添剤としての機能が発現しなくなってしまったりする。
近年の転写システムは感光体から中間転写体に転写する一次転写、中間転写体から記録媒体に転写する二次転写を採用することが多くなっている。記録媒体も多種多様でエンボス紙のように凹凸表面の記録材が用いられることもあり、このような凹凸の大きい記録材へ積層したトナー像を二次転写するとき、中間転写体の表面と記録材の表面との間に空隙ができてしまう。
このときこの空隙によって転写電界が弱くなってしまい、凹部のところでトナー像が抜けるという画像不良が起こる可能性がある。このような画像不良を極力発生させないためにもトナーの非静電付着力を低くする必要があり、本発明の構成を取ることにより達成することができる。
本発明では粒径が35nm以上55nm以下の無機微粒子と粒径が80nm以上135nm以下の無機微粒子とを使用する。A、C及びDが下記の関係を満たすことによって粒径が35nm以上の無機微粒子で占められる面積比率を上げ非静電付着力を低減することができる。
0.15≦C/A
0.15≦D/A
また、粒径が35nm以上の無機微粒子によってトナー母粒子と対象物との距離を保ち母粒子の表面と対象物との接触機会を極力減らすことができる。またトナーにストレスが加わったときの無機微粒子の埋没を抑制することができる。
一次転写によって感光体から中間転写体にトナーが移動する際、無機微粒子の一部はトナー母粒子の表面から離脱し、感光体の表面に残留してしまい、二次転写時は非静電付着力が増大した状態になってしまう。この現象を防ぐためには無機微粒子のトナー母粒子に対する固着性を高める必要があり、本発明ではC、C、D及びDが下記式(7)及び式(8)を満たすようにする。
0.85≦C/C 式(7)
0.55≦D/D≦0.75 式(8)
粒径が35nm以上55nm以下の無機微粒子はトナー母粒子への固着性をできるだけ高めておいたほうが良い。こうすることによって脱離を防ぐことができ二次転写時にも粒子を減少させることなく残すことができる。またこの粒径の無機微粒子はトナー母粒子に固着した状態でも適度な流動性を有するため前述したトナー滞留層の適度な動きを持たせることに適している。
一方、粒径が80nm以上135nm以下の無機微粒子はD及びDが下記の関係を満たすことによって、トナー母粒子に対する固着性を高めて二次転写時の付着力低減に寄与させることができる。
0.55≦D/D
ただし、粒径が80nm以上135nm以下の無機微粒子は一部の無機微粒子がトナー母粒子から離脱し、D及びDが下記の関係を満たすような状態にしておかなければならない。
/D≦0.75
この離脱する無機微粒子は前述した阻止層を形成するために必要である。阻止層を形成することに適する無機微粒子の粒径は80nm以上135nm以下である。粒径が80nmより小さいと阻止層が貧弱になりトナーを確実にせき止めることが難しくなる。またブレードからすり抜ける確率も高くなり安定した阻止層の形成には適さない。また無機微粒子の粒径が135nmより大きいと無機微粒子がトナー母粒子に固着しにくくなることや、無機微粒子による研磨力が強くなり過ぎて感光体の表面を傷つけてしまう可能性もある。
本発明においては上記作用を発現させるために粒径が5nm以上200nm以下の範囲に存在する無機微粒子の個数Aが下記式(1)及び式(5)を満たすことが必要である。
0.95≦A/(全無機微粒子の個数) 式(1)
0.70≦(B/A+C/A+D/A) 式(5)
本発明においては、トナー粒子に対する無機微粒子の被覆率が55%以上である必要がある。被覆率が55%未満の場合は無機微粒子の量が不足するため本発明で求める上記作用を満足に発現させることができない。
また本発明に係るトナー表面に存在する無機微粒子のうち、粒径が5nm以上200nm以下の範囲に存在する無機微粒子の粒径分布において、下記の3つの範囲のそれぞれにピークを持つことが好ましい。
・粒径が5nm以上20nm以下の範囲
・粒径が35nm以上55nm以下の範囲
・粒径が80nm以上135nm以下の範囲
各範囲においてピークを持つことにより上記作用がより効果的に発現するようになる。
本発明は摩耗レートの低い感光体を用いたときに特に効果を発揮する。
摩耗レートが高いと感光体の削れ粉が発生し潤滑剤が常にブレードニップ部に存在し得る状況となるため安定したクリーニングを行いやすい。
一方、摩耗レートが低い場合は削れ粉の発生がほとんどないことと、感光体表面の劣化(放電生成物の蓄積)に起因する摩擦係数の上昇が起こるため、ブレードクリーニングが厳しい状況となるので本発明の効果が得やすい。
本発明に用いられる無機微粒子としては、酸化チタン微粒子、シリカ微粒子、アルミナ微粒子、チタン酸ストロンチウム微粒子等の公知の無機微粒子が挙げられる。シリカ微粒子は、小粒径の無機微粒子、中粒径の無機微粒子、大粒径の無機微粒子のいずれとしても好ましく、チタン酸ストロンチウム微粒子は中粒径の無機微粒子として好ましい。
中粒径の無機微粒子としてチタン酸ストロンチウム微粒子を用いることが好ましい理由は以下のとおりである。
チタン酸ストロンチウムはシリカに比べ抵抗が低く、トナー間の静電凝集を抑える事ができるので、上記滞留層で必要とされる適度な流動性を生み出すのにより好ましい。
シリカ微粒子としては、沈降法、ゾルゲル法等の湿式シリカ、爆燃法、ヒュームド法等の乾式シリカがあるが、形状制御のしやすさから、乾式シリカであることがより好ましい。
乾式シリカは、ケイ素ハロゲン化合物等を原料としている。
ケイ素ハロゲン化合物としては、四塩化ケイ素が用いられるが、メチルトリクロロシラン、トリクロロシランなどのシラン類単独、又は四塩化ケイ素とシラン類との混合状態でも原料として使用可能である。
原料は気化した後、酸水素炎中で中間体として生じる水と反応する、いわゆる、火炎加水分解反応によって目的のシリカを得る。
例えば、四塩化ケイ素ガスの酸素、水素中における熱分解酸化反応を利用するもので、反応式は次の様なものである。
SiCl+2H+O→SiO+4HCl
以下に、本発明に用いられる乾式シリカの製造例を説明する。
酸素ガスをバーナーに供給し、着火用バーナーに点火した後、水素ガスをバーナーに供給して火炎を形成し、これに原料である四塩化ケイ素を投入しガス化させた。次に、火炎加水分解反応を行わせ、生成したシリカ粉末を回収した。
平均粒径および形状は、四塩化ケイ素流量、酸素ガス供給流量、水素ガス供給流量、シリカの火炎中滞留時間を適宜変えることによって、任意に調整可能である。
本発明に用いられる無機微粒子は疎水化処理を行っていることが好ましい。疎水化処理剤としては、シラン化合物、シリコーンオイル又はそれらの混合物等を用いることができるが、無機微粒子の優れた分散性を得ることができるという観点から、シラン化合物のみで疎水化処理されているものがより好ましい。
<その他の無機微粒子>
本発明のトナーには、必要に応じて無機微粒子をさらに含有させることもできる。無機微粒子は、トナー粒子に内添しても良いし外添剤としてトナー粒子と混合してもよい。外添剤としては、シリカ、酸化チタン、酸化アルミニウム、チタン酸ストロンチウムなどの無機微粉体が好ましい。無機微粉体は、シラン化合物、シリコーンオイル又はそれらの混合物などの疎水化剤で疎水化されていることが好ましい。
これらその他の無機微粒子の使用量は、トナー粒子100質量部に対して0.1質量部以上10.0質量部以下であることが好ましい。トナー粒子とその他の無機微粒子との混合には、ヘンシェルミキサーなどの公知の混合機を用いることができる。また、トナー粒子とその他の無機微粒子とを混合するタイミングは、後述する熱処理前又は熱処理後のどちらでもよい。
<非晶性樹脂>
本発明のトナーに使用される非晶性樹脂としては、特に限定されず、下記の重合体又は樹脂を用いることが可能である。
例えば、以下のものが挙げられる。ポリスチレン、ポリ-p-クロルスチレン、ポリビニルトルエンなどのスチレン及びその置換体の単重合体;スチレン-p-クロルスチレン共重合体、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-アクリル酸エステル共重合体、スチレン-メタクリル酸エステル共重合体、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-ビニルメチルエーテル共重合体、スチレン-ビニルエチルエーテル共重合体、スチレン-ビニルメチルケトン共重合体、スチレン-アクリロニトリル-インデン共重合体などのスチレン系共重合体;ポリ塩化ビニル、フェノール樹脂、天然変性フェノール樹脂、天然樹脂変性マレイン酸樹脂、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、ポリ酢酸ビニル、シリコーン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン、ポリアミド樹脂、フラン樹脂、エポキシ樹脂、キシレン樹脂、ポリビニルブチラール、テルペン樹脂、クマロン-インデン樹脂、石油系樹脂など。
これらの中で、優れた低温定着性を得ることができるという観点から、ポリエステル樹脂を主成分とすることが好ましい。ポリエステル樹脂のポリエステルユニットに用いられるモノマーとしては、多価アルコール(2価もしくは3価以上のアルコール)と、多価カルボン酸(2価もしくは3価以上のカルボン酸)、その酸無水物又はその低級アルキルエステルとが用いられる。ここで分岐ポリマーを作製するためには、非晶性樹脂の分子内において部分架橋することが有効であり、そのためには、3価以上の多官能化合物を使用することが好ましい。したがって、ポリエステルユニットの原料モノマーとして、3価以上のカルボン酸、その酸無水物又はその低級アルキルエステル、及び/又は3価以上のアルコールを含むことが好ましい。
ポリエステル樹脂のポリエステルユニットに用いられる多価アルコールモノマーとしては、以下の多価アルコールモノマーを使用することができる。
2価のアルコール成分としては、以下のものが挙げられる。エチレングリコール、プロピレングリコール、1,3-ブタンジオール、1,4-ブタンジオール、2,3-ブタンジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、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、2-エチル-1,3-ヘキサンジオール、水素化ビスフェノールA、下記式(A)で表されるビスフェノール及びその誘導体;
Figure 0007233922000001
(式中、Rはエチレンまたはプロピレン基であり、x及びyはそれぞれ0以上の整数であり、かつ、x+yの平均値は0以上10以下である。)
式(B)で示されるジオール類;
Figure 0007233922000002
3価以上のアルコール成分としては、例えば、以下のものが挙げられる。ソルビトール、1,2,3,6-ヘキサンテトロール、1,4-ソルビタン、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、トリペンタエリスリトール、1,2,4-ブタントリオール、1,2,5-ペンタントリオール、グリセロール、2-メチルプロパントリオール、2-メチル-1,2,4-ブタントリオール、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、1,3,5-トリヒドロキシメチルベンゼン。これらのうち、好ましくはグリセロール、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトールが用いられる。これらの2価のアルコール及び3価以上のアルコールは、単独であるいは複数を併用して用いることができる。
ポリエステル樹脂のポリエステルユニットに用いられる多価カルボン酸モノマーとしては、以下の多価カルボン酸モノマーを使用することができる。
2価のカルボン酸成分としては、例えば、以下のものが挙げられる。マレイン酸、フマル酸、シトラコン酸、イタコン酸、グルタコン酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、コハク酸、アジピン酸、セバチン酸、アゼライン酸、マロン酸、n-ドデセニルコハク酸、イソドデセニルコハク酸、n-ドデシルコハク酸、イソドデシルコハク酸、n-オクテニルコハク酸、n-オクチルコハク酸、イソオクテニルコハク酸、イソオクチルコハク酸、これらの酸の無水物及びこれらの低級アルキルエステル。これらのうち、マレイン酸、フマル酸、テレフタル酸、n-ドデセニルコハク酸が好ましく用いられる。
3価以上のカルボン酸、その酸無水物又はその低級アルキルエステルとしては、例えば、以下のものが挙げられる。1,2,4-ベンゼントリカルボン酸、2,5,7-ナフタレントリカルボン酸、1,2,4-ナフタレントリカルボン酸、1,2,4-ブタントリカルボン酸、1,2,5-ヘキサントリカルボン酸、1,3-ジカルボキシル-2-メチル-2-メチレンカルボキシプロパン、1,2,4-シクロヘキサントリカルボン酸、テトラ(メチレンカルボキシル)メタン、1,2,7,8-オクタンテトラカルボン酸、ピロメリット酸、エンポール三量体酸、これらの酸無水物又はこれらの低級アルキルエステル。これらのうち、特に1,2,4-ベンゼントリカルボン酸、すなわちトリメリット酸又はその誘導体が安価で、反応制御が容易であるため、好ましく用いられる。これらの2価のカルボン酸等及び3価以上のカルボン酸は、単独であるいは複数を併用して用いることができる。
本発明のポリエステルユニットの製造方法については、特に制限されるものではなく、公知の方法を用いることができる。例えば、前述のアルコールモノマー及びカルボン酸モノマーを同時に混合し、エステル化反応またはエステル交換反応、及び縮合反応を経て重合し、ポリエステル樹脂を製造する。また、重合温度は、特に制限されないが、180℃以上290℃以下の範囲が好ましい。ポリエステルユニットの重合に際しては、例えば、チタン系触媒、スズ系触媒、酢酸亜鉛、三酸化アンチモン、二酸化ゲルマニウム等の重合触媒を用いることができる。特に、スズ系触媒を使用して重合されたポリエステルユニットが好ましい。
また、本発明のトナーに使用される非晶性樹脂のピーク分子量は4,000以上13,000以下であることが、優れた低温定着性と耐ホットオフセット性とを得ることができるという観点から好ましい。
また、本発明のトナーに使用される非晶性樹脂の酸価は5mgKOH/g以上20mgKOH/g以下であることが、高温高湿環境下において優れた帯電安定性を得ることができるという観点から好ましい。
さらに、本発明のトナーに使用される非晶性樹脂の水酸基価は20mgKOH/g以上70mgKOH/g以下であることが、優れた低温定着性と保存性とを得ることができるという観点から好ましい。
また、本発明のトナーに使用される非晶性樹脂は、低分子量の非晶性樹脂Aと高分子量の非晶性樹脂Bとを混ぜ合わせて使用しても良い。低分子量の非晶性樹脂Aと高分子量の非晶性樹脂Bとの含有比率(A/B)は質量基準で60/40以上90/10以下であることが、優れた低温定着性と耐ホットオフセット性とを得ることができるという観点から好ましい。
低分子量の非晶性樹脂Aのピーク分子量は4,000以上7,000以下であることが、優れた低温定着性を得ることができるという観点から好ましい。
また、低分子量の非晶性樹脂Aの酸価は20mgKOH/g以下であることが、高温高湿環境下において優れた帯電安定性を得ることができるという観点から好ましい。
高分子量の非晶性樹脂Bのピーク分子量は10,000以上20,000以下であることが、優れた耐ホットオフセット性を得ることができるという観点から好ましい。
また、高分子量の結着樹脂Bの酸価は15mgKOH/g以上30mgKOH/g以下であることが、高温高湿環境下において優れた帯電安定性を得ることができるという観点から好ましい。
また、非晶性樹脂として、炭素数8以上24以下のアルキル基を含むコハク酸由来のユニットを有するポリエステル樹脂を用いることが好ましく、ドデセニルコハク酸を用いることがより好ましい。炭素数8以上のアルキル基を有さないポリエステル樹脂に対する該炭素数8以上24以下のアルキル基を含むコハク酸由来のユニットを有するポリエステル樹脂の比率が1%以上10%以下であることが好ましい。
<その他の非晶性樹脂>
本発明のトナーに使用される非晶性樹脂としては、顔料分散性を向上させたり、トナーの帯電安定性、耐ブロッキング性を改善したりする目的で上記非晶性樹脂以外に下記の重合体を本発明の効果を阻害しない量で添加することも可能である。
本発明のトナーの非晶性樹脂に用いられるその他の樹脂としては、例えば以下の樹脂が挙げられる。ポリスチレン、ポリ-p-クロルスチレン、ポリビニルトルエンなどのスチレン及びその置換体の単重合体;スチレン-p-クロルスチレン共重合体、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-アクリル酸エステル共重合体、スチレン-メタクリル酸エステル共重合体、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-ビニルメチルエーテル共重合体、スチレン-ビニルエチルエーテル共重合体、スチレン-ビニルメチルケトン共重合体、スチレン-アクリロニトリル-インデン共重合体などのスチレン系共重合体;ポリ塩化ビニル、フェノール樹脂、天然変性フェノール樹脂、天然樹脂変性マレイン酸樹脂、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、ポリ酢酸ビニル、シリコーン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン、ポリアミド樹脂、フラン樹脂、エポキシ樹脂、キシレン樹脂、ポリビニルブチラール、テルペン樹脂、クマロン-インデン樹脂、石油系樹脂等。
<結晶性ポリエステル>
トナーの可塑効果を促進し、低温定着性を向上させる目的で本発明のトナーに下記のような結晶性ポリエステル樹脂を添加してもよい。
結晶性ポリエステルとしては、炭素数2以上22以下の脂肪族ジオールと、炭素数2以上22以下の脂肪族ジカルボン酸とを主成分として含む単量体組成物を重縮合反応させることにより得られるものが例としてあげられる。
炭素数2以上22以下(より好ましくは炭素数6以上12以下)の脂肪族ジオールとしては、特に限定されないが、鎖状の脂肪族ジオールであることが好ましく、直鎖状の脂肪族ジオールであることがより好ましい。例えば、以下のものが挙げられる。エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、1,2-プロピレングリコール、1,3-プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、1,4-ブタンジオール、1,4-ブタジエングリコール、トリメチレングリコール、テトラメチレングリコール、ペンタメチレングリコール、1,6-ヘキサンジオール、オクタメチレングリコール、ノナメチレングリコール、デカメチレングリコール、ネオペンチルグリコール。これらの中でも、特にエチレングリコール、ジエチレングリコール、1,4-ブタンジオール、及び1,6-ヘキサンジオールなどの直鎖脂肪族、α,ω-ジオールが好ましく例示される。
上記アルコール成分のうち、好ましくは50質量%以上、より好ましくは70質量%以上が、炭素数2以上22以下の脂肪族ジオールから選ばれるアルコールである。
本発明において、上記脂肪族ジオール以外の多価アルコール単量体を用いることもできる。前記多価アルコール単量体のうち2価アルコール単量体としては、ポリオキシエチレン化ビスフェノールA、ポリオキシプロピレン化ビスフェノールA等の芳香族アルコール;1,4-シクロヘキサンジメタノール等が挙げられる。また、前記多価アルコール単量体のうち3価以上の多価アルコール単量体としては、以下のものが挙げられる。1,3,5-トリヒドロキシメチルベンゼン等の芳香族アルコール;ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、トリペンタエリスリトール、1,2,4-ブタントリオール、1,2,5-ペンタントリオール、グリセリン、2-メチルプロパントリオール、2-メチル-1,2,4-ブタントリオール、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン等の脂肪族アルコール等。
さらに結晶性ポリエステルの特性を損なわない程度に1価のアルコ-ルを用いてもよい。前記1価のアルコールとしては、例えば以下のものが挙げられる。n-ブタノール、イソブタノール、sec-ブタノール、n-ヘキサノール、n-オクタノール、ラウリルアルコール、2-エチルヘキサノール、デカノール、シクロヘキサノール、ベンジルアルコール、ドデシルアルコール等の1官能性アルコールなど。
一方、炭素数2以上22以下(より好ましくは炭素数6以上12以下)の脂肪族ジカルボン酸としては、特に限定されないが、鎖状の脂肪族ジカルボン酸であることが好ましく、直鎖状の脂肪族ジカルボン酸であることがより好ましい。具体例としては以下のものが挙げられる。シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スペリン酸、グルタコン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ノナンジカルボン酸、デカンジカルボン酸、ウンデカンジカルボン酸、ドデカンジカルボン酸、マレイン酸、フマル酸、メサコン酸、シトラコン酸、イタコン酸、これらの酸無水物または低級アルキルエステルを加水分解したものなど。
上記カルボン酸成分のうち、50質量%以上が炭素数2以上22以下の脂肪族ジカルボン酸から選ばれるカルボン酸であることが好ましく、70質量%以上が炭素数2以上22以下の脂肪族ジカルボン酸から選ばれるカルボン酸であることがより好ましい。
上記炭素数2以上22以下の脂肪族ジカルボン酸以外の多価カルボン酸を用いることもできる。その他の多価カルボン酸単量体のうち、2価のカルボン酸としては、以下のものが挙げられる。イソフタル酸、テレフタル酸等の芳香族カルボン酸;n-ドデシルコハク酸、n-ドデセニルコハク酸の脂肪族カルボン酸;シクロヘキサンジカルボン酸などの脂環式カルボン酸、これらの酸無水物または低級アルキルエステルなど。
また、その他のカルボン酸単量体のうち、3価以上の多価カルボン酸としては、以下のものが挙げられる。1,2,4-ベンゼントリカルボン酸(トリメリット酸)、2,5,7-ナフタレントリカルボン酸、1,2,4-ナフタレントリカルボン酸、ピロメリット酸等の芳香族カルボン酸、1,2,4-ブタントリカルボン酸、1,2,5-ヘキサントリカルボン酸、1,3-ジカルボキシル-2-メチル-2-メチレンカルボキシプロパン、等の脂肪族カルボン酸、これらの酸無水物または低級アルキルエステル等の誘導体等。
さらに結晶性ポリエステルの特性を損なわない程度に1価のカルボン酸を含有していてもよい。1価のカルボン酸としては、例えば以下のものが挙げられる。ナフタレンカルボン酸、サリチル酸、4-メチル安息香酸、3-メチル安息香酸、フェノキシ酢酸、ビフェニルカルボン酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、オクタン酸、デカン酸、ドデカン酸、ステアリン酸などのモノカルボン酸。
結晶性ポリエステルは、通常のポリエステル合成法に従って製造することができる。例えば、前記したカルボン酸単量体とアルコ-ル単量体とをエステル化反応、またはエステル交換反応させた後、減圧下または窒素ガスを導入して常法に従って重縮合反応させることで所望の結晶性ポリエステルを得ることができる。
上記エステル化またはエステル交換反応は、必要に応じて硫酸、チタンブトキサイド、ジブチルスズオキサイド、酢酸マンガン、酢酸マグネシウムなどの通常のエステル化触媒またはエステル交換触媒を用いて行うことができる。
また、上記重縮合反応は、通常の重合触媒、例えばチタンブトキサイド、ジブチルスズオキサイド、酢酸スズ、酢酸亜鉛、二硫化スズ、三酸化アンチモン、二酸化ゲルマニウムなど公知の触媒を使用して行うことができる。重合温度、触媒量は特に限定されるものではなく、適宜に決めればよい。
エステル化もしくはエステル交換反応または重縮合反応において、得られる結晶性ポリエステルの強度を上げるために全単量体を一括混合してもよい。また、低分子量成分を少なくするために2価の単量体を先ず反応させた後、3価以上の単量体を添加して反応させたりする等の方法を用いてもよい。
<ワックス>
本発明のトナーはワックスを含有してもよい。用いられるワックスとしては、例えば以下のものが挙げられる。低分子量ポリエチレン、低分子量ポリプロピレン、アルキレン共重合体、マイクロクリスタリンワックス、パラフィンワックス、フィッシャートロプシュワックスなどの炭化水素系ワックス;酸化ポリエチレンワックスなどの炭化水素系ワックスの酸化物又はそれらのブロック共重合物;カルナバワックスなどの脂肪酸エステルを主成分とするワックス類;脱酸カルナバワックスなどの脂肪酸エステル類を一部又は全部を脱酸化したもの。さらに、以下のものが挙げられる。パルミチン酸、ステアリン酸、モンタン酸などの飽和直鎖脂肪酸類;ブラシジン酸、エレオステアリン酸、パリナリン酸などの不飽和脂肪酸類;ステアリルアルコール、アラルキルアルコール、ベヘニルアルコール、カルナウビルアルコール、セリルアルコール、メリシルアルコールなどの飽和アルコール類;ソルビトールなどの多価アルコール類;パルミチン酸、ステアリン酸、ベヘン酸、モンタン酸などの脂肪酸類と、ステアリルアルコール、アラルキルアルコール、ベヘニルアルコール、カルナウビルアルコール、セリルアルコール、メリシルアルコールなどのアルコール類とのエステル類;リノール酸アミド、オレイン酸アミド、ラウリン酸アミドなどの脂肪酸アミド類;メチレンビスステアリン酸アミド、エチレンビスカプリン酸アミド、エチレンビスラウリン酸アミド、ヘキサメチレンビスステアリン酸アミドなどの飽和脂肪酸ビスアミド類;エチレンビスオレイン酸アミド、ヘキサメチレンビスオレイン酸アミド、N,N’ジオレイルアジピン酸アミド、N,N’ジオレイルセバシン酸アミドなどの不飽和脂肪酸アミド類;m-キシレンビスステアリン酸アミド、N,N’ジステアリルイソフタル酸アミドなどの芳香族系ビスアミド類;ステアリン酸カルシウム、ラウリン酸カルシウム、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸マグネシウムなどの脂肪族金属塩(一般的に金属石けんといわれているもの);脂肪族炭化水素系ワックスにスチレンやアクリル酸などのビニル系モノマーを用いてグラフト化させたワックス類;ベヘニン酸モノグリセリドなどの脂肪酸と多価アルコールの部分エステル化物;植物性油脂の水素添加によって得られるヒドロキシル基を有するメチルエステル化合物。
これらのワックスの中でも、ワックスとワックス分散剤との相互作用、および低温定着性、耐ホットオフセット性を向上させるという観点から以下のものが好ましい。パラフィンワックス、フィッシャートロプシュワックスなどの炭化水素系ワックス、もしくはカルナバワックスなどの脂肪酸エステル系ワックス。本発明においては、耐ホットオフセット性がより向上するという点から、炭化水素系ワックスがより好ましい。
本発明では、ワックスの使用量は、結着樹脂100質量部あたり1質量部以上20質量部以下であることが好ましい。
また、示差走査熱量測定(DSC)装置で測定される昇温時の吸熱曲線において、ワックスの最大吸熱ピークのピーク温度としては45℃以上140℃以下であることが好ましい。ワックスの最大吸熱ピークのピーク温度が上記範囲内であるとトナーの優れた保存性と耐ホットオフセット性とを両立できるため好ましい。
<ワックス分散剤>
本発明ではワックス分散剤を用いてもよい。特に限定しないが、ポリオレフィンにスチレンアクリル系ポリマーがグラフト変性された重合体を用いることが好ましい。スチレンアクリル系ポリマーが、シクロアルキルアクリレート由来のユニット又はシクロアルキルメタクリレート由来のユニットを有することがより好ましい。
ワックス分散剤は、スチレンアクリル系樹脂のGPCによる分子量分布において、重量平均分子量(Mw)が5,000以上70,000以下であることが好ましい。ワックス分散剤の重量平均分子量(Mw)が上記範囲であるとワックスの分散性が向上すると同時に耐ブロッキング性、耐ホットオフセット性が向上する。
重量平均分子量(Mw)が5,000以上であると、ワックス分散剤がトナー中に留まり、高温高湿下に長時間静置された場合に生じるワックスのトナー表面への溶出が抑えられ、トナーの耐ブロッキング性が向上する。また、重量平均分子量(Mw)が70,000以下であると、トナー中に微分散したワックスが定着溶融時に迅速に溶融トナー表面に移行でき、定着時の離型性が良くなり、高温オフセットが発生しにくくなる。
該ポリオレフィンは、特に限定されることはないが、トナー粒子中でのワックスとの親和性が優れるという観点から、後述する本発明のトナーに用いられるワックスから選択することが好ましい。
該ポリオレフィンは、示差走査熱量計(DSC)を用いて測定される最大級熱ピークのピーク温度が70℃以上90℃以下であることが好ましい。
該ポリオレフィンとしては、以下のような炭化水素系ワックスが好ましい。低分子量ポリエチレン、低分子量ポリプロピレン、アルキレン共重合体、マイクロクリスタリンワックス、パラフィンワックス、及びフィッシャートロプシュワックス。
また、該ワックス分散剤の製造時の反応性が優れるという観点から、ポリプロピレンのように枝分かれ構造単位を持つことが好ましい。
なお、本発明において、ポリオレフィンにスチレンアクリル系ポリマーをグラフト変性する方法は、特に限定されず、従来公知の方法を用いることができる。
本発明の重合体において、スチレンアクリル系ポリマーは、シクロアルキルアクリレート由来のユニット又はシクロアルキルメタクリレート由来のユニットを有していれば特に限定されることはない。
シクロアルキルアクリレート由来のユニット又はシクロアルキルメタクリレート由来のユニットとしては、飽和脂環式炭化水素基が好ましい。より好ましくは炭素数3以上18以下の飽和脂環式炭化水素基、さらに好ましくは炭素数4以上12以下の飽和脂環式炭化水素基である。飽和脂環式炭化水素基には、シクロアルキル基、縮合多環炭化水素基、橋かけ環炭化水素基、スピロ炭化水素基などが包含される。
このような飽和脂環式基としては、以下のものが挙げられる。シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、t-ブチルシクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、トリシクロデカニル基、デカヒドロ-2-ナフチル基、トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン-8-イル基、ペンタシクロペンタデカニル基、イソボルニル基、アダマンチル基、ジシクロペンタニル基、トリシクロペンタニル基など。
また、飽和脂環式基は、置換基としてアルキル基、ハロゲン原子、カルボキシ基、カルボニル基、ヒドロキシ基などを有することもできる。該アルキル基としては、炭素数1~4のアルキル基が好ましい。
これらの飽和脂環式基のうち、シクロアルキル基、縮合多環炭化水素基、橋かけ環炭化水素基が好ましく、炭素数3以上18以下のシクロアルキル基、置換又は非置換のジシクロペンタニル基、置換又は非置換のトリシクロペンタニル基がより好ましい。炭素数6以上10以下のシクロアルキル基がさらに好ましく、炭素数6のシクロヘキシル基が特に好ましい。
なお、置換基の位置及び数は任意であり、置換基を2以上有する場合、当該置換基は同一でも異なっていてもよい。
上記スチレンアクリル系ポリマーは、飽和脂環式化合物由来の構造部位を有するビニル系モノマー(a)の単独重合体でもよいが、その他のモノマー(b)との共重合体であってもよい。
該ビニル系モノマー(a)としては、以下のものが挙げられる。シクロプロピルアクリレート、シクロブチルアクリレート、シクロペンチルアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、シクロヘプチルアクリレート、シクロオクチルアクリレート、シクロプロピルメタクリレート、シクロブチルメタクリレート、シクロペンチルメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、シクロヘプチルメタクリレート、シクロオクチルメタクリレート、ジヒドロシクロペンタジエチルアクリレート、ジシクロペンタニルアクリレート、ジシクロペンタニルメタクリレートなどのモノマー及びこれらの併用。
これらの中でも、疎水性が優れるという観点から、シクロヘキシルアクリレート、シクロヘプチルアクリレート、シクロオクチルアクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、シクロヘプチルメタクリレート、シクロオクチルメタクリレートが好ましい。
該その他のモノマー(b)としては、以下のものが挙げられる。スチレン、p-メチルスチレン、m-メチルスチレン、p-メトキシスチレン、p-ヒドロキシスチレン、p-アセトキシスチレン、ビニルトルエン、エチルスチレン、フェニルスチレン、ベンジルスチレンなどのスチレン系モノマー;メチルアクリレート、エチルアクリレート、ブチルアクリレート、2-エチルヘキシルアクリレート、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、ブチルメタクリレート、2-エチルヘキシルメタクリレートなどの不飽和カルボン酸のアルキルエステル(該アルキルの炭素数が1以上18以下);酢酸ビニルなどのビニルエステル系モノマー;ビニルメチルエーテルのようなビニルエーテル系モノマー;塩化ビニルのようなハロゲン元素含有ビニル系モノマー;ブタジエン、イソブチレンなどのジエン系モノマー及びこれらの併用。
また極性調整のため、酸基や水酸基を付加するモノマーを添加してもよい。酸基や水酸基を付加するモノマーとしては、アクリル酸、メタクリル酸、無水マレイン酸、マレイン酸ハーフエステル、アクリル酸2エチルヘキシルなどがあげられる。
本発明において、上記スチレンアクリル系樹脂は、下記式(2)で表されるモノマーユニットを有することが、優れた低温定着性を有するトナーを得ることができるという観点から好ましい。
上記スチレンアクリル系樹脂が、下記式(2)で表されるモノマーユニットを有する場合、該重合体のガラス転移温度(Tg)が低下する傾向にある。その結果、該ワックス分散剤がトナー粒子に含有された場合、トナーが高温高湿下に長時間静置されても帯電性が低下せず、かつ、低温定着性がさらに向上する。
Figure 0007233922000003
[式(2)中、Rは水素原子又はメチル基を表し、nは1以上18以下の整数を表す。(nは、2以上7以下の整数であることが好ましい。この範囲にあるときガラス転移温度(Tg)を効率よく下げることができる。nが2未満のときはガラス転移温度(Tg)を下げる効果が得られない場合があり、7より大きい場合は入れ目に対してガラス転移温度(Tg)が下がりすぎ、調整が困難になることがある。)]
前記重合体を用いてトナーを製造する場合、トナー用結着樹脂は特別限定されることはないが、結着樹脂としてポリエステル樹脂を用いた場合にワックス分散剤が充分に効果を発揮する。
ポリエステル樹脂と炭化水素系ワックスとの相溶性は低い。そのため、本発明において結着樹脂としてポリエステル樹脂を使用する場合、ワックスをそのままの状態で添加してトナー化すると、トナー中にワックスが偏析して存在し、遊離ワックス等も発生することから、結果的に帯電不良等の不具合が発生する場合がある。
また、該重合体は、該結着樹脂100質量部に対して1.0質量部以上10.0質量部以下含有されることが好ましい。
<ワックスマスターバッチ>
ワックスをトナー製造時に混合せず、樹脂、ワックス、及びワックス分散剤と溶融混合し、マスターバッチとして使用してもよい。
<着色剤>
トナーに含有できる着色剤としては、以下のものが挙げられる。
黒色着色剤としては、カーボンブラック;イエロー着色剤とマゼンタ着色剤及びシアン着色剤とを用いて黒色に調色したものが挙げられる。着色剤には、顔料を単独で使用してもかまわないが、染料と顔料とを併用してその鮮明度を向上させた方がフルカラー画像の画質の点からより好ましい。
マゼンタトナー用顔料としては、以下のものが挙げられる。C.I.ピグメントレッド1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、21、22、23、30、31、32、37、38、39、40、41、48:2、48:3,48:4、49、50、51、52、53、54、55、57:1、58、60、63、64、68、81:1、83、87、88、89、90、112、114、122、123、146、147、150、163、184、202、206、207、209、238、269、282;C.I.ピグメントバイオレット19;C.I.バットレッド1、2、10、13、15、23、29、35。
マゼンタトナー用染料としては、以下のものが挙げられる。C.I.ソルベントレッド1、3、8、23、24、25、27、30、49、81、82、83、84、100、109、121;C.I.ディスパースレッド9;C.I.ソルベントバイオレット8、13、14、21、27;C.I.ディスパーバイオレット1などの油溶染料、C.I.ベーシックレッド1、2、9、12、13、14、15、17、18、22、23、24、27、29、32、34、35、36、37、38、39、40;C.I.ベーシックバイオレット1、3、7、10、14、15、21、25、26、27、28などの塩基性染料。
シアントナー用顔料としては、以下のものが挙げられる。C.I.ピグメントブルー2、3、15:2、15:3、15:4、16、17;C.I.バットブルー6;C.I.アシッドブルー45、フタロシアニン骨格にフタルイミドメチル基を1~5個置換した銅フタロシアニン顔料。
シアントナー用染料としては、C.I.ソルベントブルー70がある。
イエロートナー用顔料としては、以下のものが挙げられる。C.I.ピグメントイエロー1、2、3、4、5、6、7、10、11、12、13、14、15、16、17、23、62、65、73、74、83、93、94、95、97、109、110、111、120、127、128、129、147、151、154、155、168、174、175、176、180、181、185;C.I.バットイエロー1、3、20。
イエロートナー用染料としては、C.I.ソルベントイエロー162がある。
着色剤の使用量は、結着樹脂100質量部に対して0.1質量部以上30質量部以下で使用されることが好ましい。
<現像剤>
本発明のトナーは、一成分系現像剤としても使用できるが、磁性キャリアと混合して二成分系現像剤として用いることが、ドット再現性をより向上させるために、また長期にわたり安定した画像が得られるという点で好ましい。
磁性キャリアとしては、例えば以下のような公知のものを使用することができる。表面を酸化した鉄粉又は未酸化の鉄粉や、鉄、リチウム、カルシウム、マグネシウム、ニッケル、銅、亜鉛、コバルト、マンガン、クロム、希土類などの金属粒子、それらの合金粒子、酸化物粒子。フェライト等の磁性体や、磁性体と、この磁性体を分散した状態で保持するバインダー樹脂とを含有する磁性体分散樹脂キャリア(いわゆる樹脂キャリア)等。
本発明のトナーを磁性キャリアと混合して二成分系現像剤として使用する場合、その際のキャリア混合比率は、二成分系現像剤中のトナー濃度として、2質量%以上15質量%以下にすることが好ましく、4質量%以上13質量%以下にすることがより好ましい。
<トナーの製造方法>
結着樹脂及び着色剤を含有するトナー粒子と、前記トナー粒子を被覆している無機微粒子とを有する、本発明に係るトナーの製造方法は、トナー母粒子作製工程、第1の外添工程、熱処理工程、及び第2の外添工程、をこの順に有する。
トナー母粒子作製工程では、結着樹脂及び着色剤を含有するトナー母粒子を作製する。
第1の外添工程では、一次粒子の粒径が35nm以上55nm以下の範囲に存在する無機微粒子(中粒径の無機微粒子)と、一次粒子の粒径が80nm以上135nm以下の範囲に存在する無機微粒子(大粒径の無機微粒子)とを外添する。
外添量は、トナー母粒子の100質量部に対して、中粒径の無機微粒子は1.0~5.0質量部であり、大粒径の無機微粒子は1.5~6.0質量部とする。
熱処理工程では、第1の外添工程において中粒径の無機微粒子及び大粒径の無機微粒子が外添されたトナー粒子を熱風で処理する。
第2の外添工程では、一次粒子の粒径が5nm以上20nm以下の範囲に存在する無機微粒子(小粒径の無機微粒子)と、一次粒子の粒径が80nm以上135nm以下の範囲に存在する無機微粒子(大粒径の無機微粒子)とを外添する。
外添量は、熱処理されたトナー粒子の100質量部に対して、小粒径の無機微粒子は0.3~2.0質量部であり、大粒径の無機微粒子は0.5~4.0質量部とする。
<トナー粒子の製造方法>
トナー粒子を製造する方法としては、溶融混練法、乳化転相法、懸濁重合法、乳化凝集法など、従来から公知のいずれの方法により得られたものであってもよい。着色剤粒子を非晶性樹脂中に微分散させるという観点から、結着樹脂と、樹脂組成物と、結晶性ポリエステルを溶融混練し、混練物を冷却後、粉砕及び分級する溶融混練法が好ましい。
以下、溶融混練法でのトナー製造手順について説明する。
原料混合工程では、トナー粒子を構成する材料として、例えば、結着樹脂及びワックス、着色剤、必要に応じて荷電制御剤等の他の成分を所定量秤量して配合し、混合する。混合装置の一例としては、ダブルコン・ミキサー、V型ミキサー、ドラム型ミキサー、スーパーミキサー、ヘンシェルミキサー、ナウタミキサ、メカノハイブリッド(日本コークス工業(株)製)などが挙げられる。
次に、混合した材料を溶融混練して、結着樹脂中にワックス等を分散させる。その溶融混練工程では、加圧ニーダー、バンバリィミキサーなどのバッチ式練り機や、連続式の練り機を用いることができ、連続生産できる優位性から、1軸又は2軸押出機が主流となっている。例えば、KTK型2軸押出機((株)神戸製鋼所製)、TEM型2軸押出機(東芝機械(株)製)、PCM混練機((株)池貝製)、2軸押出機(ケイ・シー・ケイ社製)、コ・ニーダー(ブス社製)、ニーデックス(日本コークス工業(株)製)などが挙げられる。さらに、溶融混練することによって得られる樹脂組成物は、2本ロール等で圧延され、冷却工程で水などによって冷却してもよい。
ついで、樹脂組成物の冷却物は、粉砕工程で所望の粒径にまで粉砕される。粉砕工程では、粉砕機で粗粉砕した後に、微粉砕機で微粉砕する。粉砕機としては、例えばクラッシャー、ハンマーミル、フェザーミルなどが挙げられる。微粉砕機としては、例えばクリプトロンシステム(川崎重工業(株)製)、スーパーローター(日清エンジニアリング(株)製)、ターボ・ミル(フロイント・ターボ(株)製)やエアージェット方式による微粉砕機などが挙げられる。
その後、必要に応じて分級機や篩分機を用いて分級し、分級品(トナー粒子)を得る。分級機や篩分機としては、例えば以下のものが挙げられる。慣性分級方式のエルボージェット(日鉄鉱業(株)製)、遠心力分級方式のターボプレックス(ホソカワミクロン(株)製)、TSPセパレータ(ホソカワミクロン(株)製)、ファカルティ(ホソカワミクロン(株)製)など。
本発明のトナーの製造方法においては、熱処理工程の前に、得られたトナー用粉体粒子(以下、トナー母粒子とも記載する。)に無機微粒子を添加することが重要である。トナー母粒子に無機微粒子を添加する方法としては、トナー母粒子と無機微粒子を所定量配合し、粉体にせん断力を与える高速撹拌機を外添機として用いて、撹拌・混合する。高速撹拌機としては、例えばヘンシェルミキサー、メカノハイブリッド(日本コークス(株)製)、スーパーミキサー、ノビルタ(ホソカワミクロン(株)製)などが挙げられる。
続いて、得られたトナー母粒子の表面に、熱処理工程で図1のような熱処理装置を用いて無機微粒子を熱固着させる。
以下、図1に示す熱処理装置を用いて、樹脂粒子に熱処理を実施する方法を具体的に例示する。
原料定量供給手段1により定量供給された樹脂粒子は、圧縮気体流量調整手段2により調整された圧縮気体によって、原料供給手段の鉛直線上に設置された導入管3に導かれる。導入管3を通過した混合物は、原料供給手段の中央部に設けられた円錐状の突起状部材4により均一に分散され、放射状に広がる8方向の供給管5に導かれ熱処理が行われる処理室6に導かれる。
このとき、処理室6に供給された樹脂粒子は、処理室6内に設けられた樹脂粒子の流れを規制するための規制手段9によって、その流れが規制される。このため処理室6に供給された樹脂粒子は、処理室6内を旋回しながら熱処理された後、冷却される。
供給された樹脂粒子を熱処理するための熱風は、熱風供給手段7から供給され、分配部材12で分配され、熱風を旋回させるための旋回部材13により、処理室6内に熱風を螺旋状に旋回させて導入される。その構成としては、熱風を旋回させるための旋回部材13が、複数のブレードを有しており、その枚数や角度により、熱風の旋回を制御することができる。処理室6内に供給される熱風は、熱風供給手段7の出口部における温度が100℃以上300℃以下であることが好ましく、130℃以上170℃以下であることがより好ましい。熱風供給手段7の出口部における温度が上記の範囲内であれば、樹脂粒子を加熱しすぎることによる粒子の融着や合一を防止しつつ、粒子を均一に処理することが可能となる。
熱風は熱風供給手段7から供給される。さらに熱処理された熱処理樹脂粒子は冷風供給手段8から供給される冷風によって冷却される。冷風供給手段8から供給される冷風の温度は-20℃以上30℃以下であることが好ましい。冷風の温度が上記の範囲内であれば、熱処理樹脂粒子を効率的に冷却することができ、樹脂粒子の均一な熱処理を阻害することなく、熱処理樹脂粒子の融着や合一を防止することができる。また、冷風の絶対水分量は、0.5g/m以上15.0g/m以下であることが好ましい。
次に、冷却された熱処理樹脂粒子は、処理室6の下端にある回収手段10によって回収される。なお、回収手段10の先にはブロワー(不図示)が設けられ、それにより吸引搬送される構成となっている。
また、粉体粒子供給口14は、供給された樹脂粒子の旋回方向と熱風の旋回方向が同方向になるように設けられており、回収手段10も、旋回された樹脂粒子の旋回方向を維持するように、処理室6の外周部に接線方向に設けられている。さらに、冷風供給手段8から供給される冷風は、装置外周部から処理室内周面に、水平かつ接線方向から供給されるよう構成されている。粉体粒子供給口14から供給される熱処理前樹脂粒子の旋回方向、冷風供給手段8から供給された冷風の旋回方向、熱風供給手段7から供給された熱風の旋回方向がすべて同方向である。そのため、処理室内で乱流が起こらず、装置内の旋回流が強化され、熱処理前樹脂粒子に強力な遠心力がかかり、熱処理前樹脂粒子の分散性がさらに向上するため、合一粒子の少ない、形状の揃った熱処理樹脂粒子を得ることができる。
本発明のトナーの製造方法では、熱処理後に粗大な粒子が存在する場合、必要に応じて、分級によって粗大粒子を除去する工程を有していても構わない。粗大粒子を除去する分級機としては、ターボプレックス、TSP、TTSP、クリフィス(ホソカワミクロン(株)製)、エルボージェット(日鉄鉱業(株)製)等が挙げられる。
さらに、熱処理後、必要に応じて、粗粒等を篩い分けるために、篩分機を用いても良い。篩分機としては、ウルトラソニック(晃栄産業(株)製);レゾナシーブ、ジャイロシフター((株)徳寿工作所);ターボスクリーナー(フロイント・ターボ(株)製);ハイボルター(東洋ハイテック(株)製)等が挙げられる。
なお、本発明の熱処理工程は上記微粉砕の後であってもよいし、分級の後でもよい。
本発明のトナーの平均円形度は0.955以上であることが好ましく、さらに好ましくは0.960以上である。トナーの平均円形度が上記の範囲であることにより、トナーの転写効率が向上する。
トナー及び原材料の各種物性の測定法について以下に説明する。
<無機微粒子の一次粒子の個数平均粒径(D1)の測定方法>
外添剤の一次粒子の個数平均粒径は、透過型電子顕微鏡(TEM)「JEM2800」(日本電子(株)製)を用いて測定する。
まず、測定サンプルの調製を行う。外添剤約5mgに対し、イソプロパノール1mLを加え、超音波分散機(超音波洗浄機)で5分間分散させる。次に、TEM用の支持膜付きマイクログリッド(150メッシュ)に上記分散液を1滴たらし、乾燥させることで測定サンプルを準備した。
次に、透過型電子顕微鏡(TEM)により、加速電圧200kVの条件のもと、視野中の外添剤が十分に測長できる倍率(例えば200k~1M倍)にて画像を取得し、ランダムに100個の外添剤の一次粒子の粒径を測定して個数平均粒径を求める。一次粒子の粒径の測定は手動、または計測ツールを用いても良い。
<樹脂の重量平均分子量の測定方法>
樹脂のTHF可溶分の分子量分布は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により、以下のようにして測定した。
まず、室温で24時間かけて、トナーをテトラヒドロフラン(THF)に溶解した。その後に得られた溶液を、ポア径が0.2μmの耐溶剤性メンブランフィルター「マエショリディスク」(東ソー(株)製)を用いて濾過してサンプル溶液を得た。なお、サンプル溶液は、THFに可溶な成分の濃度が約0.8質量%となるように調整した。このサンプル溶液を用いて、以下の条件で測定した。
装置:HLC8120 GPC(検出器:RI)(東ソー(株)製)
カラム:Shodex KF-801、802、803、804、805、806、807の7連(昭和電工(株)製)
溶離液:テトラヒドロフラン(THF)
流速:1.0mL/分
オーブン温度:40.0℃
試料注入量:0.10mL
試料の分子量の算出にあたっては、標準ポリスチレン樹脂を用いて作成した分子量校正曲線を使用した。
標準ポリスチレン樹脂としては、例えば、以下のものが挙げられる。商品名「TSKスタンダード ポリスチレン F-850、F-450、F-288、F-128、F-80、F-40、F-20、F-10、F-4、F-2、F-1、A-5000、A-2500、A-1000、A-500」、東ソー(株)製。
<トナー粒子の重量平均粒径(D4)の測定方法>
トナー粒子の重量平均粒径(D4)は、以下のようにして算出する。測定装置としては、100μmのアパーチャーチューブを備えた細孔電気抵抗法による精密粒度分布測定装置「コールター・カウンター Multisizer 3」(登録商標、ベックマン・コールター(株)製)を用いる。測定条件の設定及び測定データの解析は、付属の専用ソフト「ベックマン・コールター Multisizer 3 Version3.51」(ベックマン・コールター(株)製)を用いる。実効測定チャンネル数2万5千チャンネルで測定し、測定データの解析を行い、算出した。
測定に使用する電解水溶液は、特級塩化ナトリウムをイオン交換水に溶解して濃度が約1質量%となるようにしたもの、例えば、「ISOTON II」(ベックマン・コールター(株)製)が使用できる。
なお、測定、解析を行う前に、以下のように前記専用ソフトの設定を行った。
前記専用ソフトの「標準測定方法(SOM)を変更画面」において、コントロールモードの総カウント数を50,000粒子に設定し、測定回数を1回、Kd値は「標準粒子10.0μm」(ベックマン・コールター(株)製)を用いて得られた値を設定した。閾値/ノイズレベルの測定ボタンを押すことで、閾値とノイズレベルを自動設定した。また、カレントを1600μAに、ゲインを2に、電解液をISOTON IIに設定し、測定後のアパーチャーチューブのフラッシュにチェックを入れた。
専用ソフトの「パルスから粒径への変換設定画面」において、ビン間隔を対数粒径に、粒径ビンを256粒径ビンに、粒径範囲を2μm以上60μm以下に設定した。
具体的な測定法は以下のとおりである。
(1)Multisizer 3専用のガラス製250mL丸底ビーカーに前記電解水溶液約200mLを入れ、サンプルスタンドにセットし、スターラーロッドの撹拌を反時計回りで24回転/秒にて行った。そして、解析ソフトの「アパーチャーのフラッシュ」機能により、アパーチャーチューブ内の汚れと気泡をあらかじめ除去した。
(2)ガラス製の100mL平底ビーカーに前記電解水溶液約30mLを入れ、この中に分散剤として下記「コンタミノンN」をイオン交換水で3質量倍に希釈した希釈液を約0.3mL加えた。
・コンタミノンN:非イオン界面活性剤、陰イオン界面活性剤、有機ビルダーからなるpH7の精密測定器洗浄用中性洗剤の10質量%水溶液、和光純薬工業(株)製
(3)発振周波数50kHzの発振器2個を、位相を180度ずらした状態で内蔵し、電気的出力120Wの超音波分散器「Ultrasonic Dispension System Tetora150」(日科機バイオス(株)製)の水槽内に所定量のイオン交換水を入れ、この水槽中に前記コンタミノンNを約2mL添加した。
(4)前記(2)のビーカーを前記超音波分散器のビーカー固定穴にセットし、超音波分散器を作動させた。そして、ビーカー内の電解水溶液の液面の共振状態が最大となるようにビーカーの高さ位置を調整した。
(5)前記(4)のビーカー内の電解水溶液に超音波を照射した状態で、トナー約10mgを少量ずつ前記電解水溶液に添加し、分散させた。そして、さらに60秒間超音波分散処理を継続した。なお、超音波分散にあたっては、水槽の水温が10℃以上40℃以下となる様に適宜調節した。
(6)サンプルスタンド内に設置した前記(1)の丸底ビーカーに、ピペットを用いてトナーを分散した前記(5)の電解質水溶液を滴下し、測定濃度が約5%となるように調整した。そして、測定粒子数が50000個になるまで測定を行った。
(7)測定データを装置付属の前記専用ソフトにて解析を行い、重量平均粒径(D4)を算出した。なお、専用ソフトでグラフ/体積%と設定したときの、分析/体積統計値(算術平均)画面の「平均径」を重量平均粒径(D4)とした。
<トナー粒子の平均円形度の測定方法>
トナー粒子の平均円形度は、フロー式粒子像分析装置「FPIA-3000型」(シスメックス(株)製)によって、校正作業時の測定・解析条件で測定した。
フロー式粒子像分析装置「FPIA-3000型」(シスメックス(株)製)の測定原理は、流れている粒子を静止画像として撮像し、画像解析を行うというものである。試料チャンバーへ加えられた試料は、試料吸引シリンジによって、フラットシースフローセルに送り込まれる。フラットシースフローに送り込まれた試料は、シース液に挟まれて扁平な流れを形成する。フラットシースフローセル内を通過する試料に対しては、1/60秒間隔でストロボ光が照射されており、流れている粒子を静止画像として撮影することが可能である。また、扁平な流れであるため、焦点の合った状態で撮像される。粒子像はCCDカメラで撮像され、撮像された画像は、1視野が512画素×512画素であり、1画素あたり0.37×0.37μmの画像処理解像度で画像処理され、各粒子像の輪郭抽出を行い、粒子像の投影面積や周囲長等が計測される。
次に、各粒子像の投影面積Sと周囲長Lを求める。上記投影面積Sと周囲長Lを用いて円相当径と円形度を求める。円相当径とは、粒子像の投影面積と同じ面積を持つ円の直径のことであり、円形度Cは、円相当径から求めた円の周囲長を粒子投影像の周囲長Lで割った値として定義され、次式で算出される。
円形度C=2×(π×S)1/2/L
粒子像が真円形のときに円形度は1.000になり、粒子像の外周の凹凸の程度が大きくなるほど円形度は小さい値になる。
各粒子の円形度を算出後、円形度0.2から1.0の範囲を800分割したチャンネルに振り分け、各チャンネルの中心値を代表値として平均値を計算し平均円形度の算出を行う。
具体的な測定方法は、以下のとおりである。まず、イオン交換水20mLに、分散剤として界面活性剤、好ましくはドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムを0.02g加えた。その後、測定試料0.02gを加え、発振周波数50kHz、電気的出力150Wの卓上型の超音波洗浄器分散機(例えば「VS-150」(株)ヴェルヴォクリーア製など)を用いて2分間分散処理を行い、測定用の分散液とした。その際、分散液の温度が10℃以上40℃以下となる様に適宜冷却する。
測定には、標準対物レンズ(10倍)を搭載した前記フロー式粒子像分析装置を用い、シース液にはパーティクルシース「PSE-900A」(シスメックス(株)製)を使用した。前記手順に従い調製した分散液を前記フロー式粒子像分析装置に導入し、HPF測定モードで、トータルカウントモードにて3,000個のトナー粒子を計測した。そして、粒子解析時の2値化閾値を85%とし、解析粒子径を円相当径2.00μm以上200.00μm以下に限定し、トナーの平均円形度を求めた。
測定にあたっては、測定開始前に標準ラテックス粒子(例えばDuke Scientific社製5200Aをイオン交換水で希釈)を用いて自動焦点調整を行う。その後、測定開始から2時間毎に焦点調整を実施することが好ましい。
なお、下記の実施例では、シスメックス(株)が発行する校正証明書の発行を受けたフロー式粒子像分析装置を使用した。そして、解析粒子径を円相当径2.00μm以上、200.00μm以下に限定した以外は、校正証明を受けたときの測定及び解析条件で測定を行った。
<樹脂のガラス転移温度(Tg)の測定>
樹脂のガラス転移温度は、示差走査熱量分析装置「Q2000」(TA Instruments社製)を用いてASTM D3418-82に準じて測定する。
装置検出部の温度補正はインジウムと亜鉛の融点を用い、熱量の補正についてはインジウムの融解熱を用いる。
具体的には、樹脂約5mgを精秤し、アルミニウム製のパンの中に入れ、リファレンスとして空のアルミニウム製のパンを用い、測定範囲30℃から180℃の間で、昇温速度10℃/分で測定を行う。一度180℃まで昇温させて10分間保持し、続いて30℃まで降温させ、その後に再度昇温を行う。この2度目の昇温過程で、温度30から100℃の範囲において比熱変化が得られる。このときの比熱変化が出る前のベースラインと、比熱変化が出た後のベースラインとから縦軸方向に等距離にある直線を中間点の線とする。この中間点の線と示差熱曲線との交点の温度(いわゆる、中間点ガラス転移温度)を、樹脂のガラス転移温度(Tg)とする。
<トナー表面上の無機微粒子の一次粒子の粒径の測定>
トナー表面上の無機微粒子の一次粒子の粒径は、走査型電子顕微鏡(SEM)「S-4700」((株)日立製作所製)を用いて、トナー母粒子に外添した無機微粒子を観察して求めた。
観察倍率は無機微粒子の大きさによって適宜調整したが、最大20万倍に拡大した視野において、一次粒子の長径を測定して、その平均値を個数平均粒径とした。視野としては2μm×2μm四方の領域を10か所測定している。
<ESCAによる被覆率の測定方法>
無機微粒子としてシリカ微粒子を用いた場合、無機微粒子の被覆率は、ESCA(X線光電子分光分析)により測定される、トナー粒子表面に存在するシリカ由来のケイ素原子量(以下、Si量とも記載する。)から算出される。ESCAは、サンプル表面の深さ方向で数nm以下の領域の原子を検出する分析方法である。そのため、トナーの表面の原子を検出することが可能である。サンプルホルダーとしては、装置付属の直径60mmのプラテン(サンプル固定用の約1mm径のねじ穴が具備されている)を用いた。そのプラテンのネジ穴は貫通しているため、樹脂等で穴をふさぎ、深さ0.5mm程度の粉体測定用の凹部を作製する。その凹部に測定試料をスパチュラ等で詰め込み、すり切ることでサンプルを作製した。
ESCAの装置及び測定条件は、下記のとおりである。
使用装置:アルバック・ファイ(株)製 PHI5000VersaProbeII
分析方法:ナロー分析
測定条件:
X線源:Al-Kα
X線条件:100μm 25W 15kV
光電子取り込み角度:45°
PassEnergy:58.70eV
測定範囲:300μm×200μm
以上の条件で測定を行った。
解析方法は、まず炭素1s軌道のC-C結合に由来するピークを285eVに補正する。その後、100eV以上105eV以下にピークトップが検出されるケイ素2p軌道に由来するピーク面積から、アルバック-ファイ(株)提供の相対感度因子を用いることで、構成元素の総量に対するシリカに由来するSi量を算出する。次に、上記と同様の方法でトナーに適用したシリカ単体を測定し、構成元素の総量に対するシリカに由来するSi量を算出し、外添剤単体を測定した際のSi量に対するトナーを測定した際のSi量の割合を本発明におけるシリカ被覆率とする。
<シリカ微粒子の固着率の測定方法>
本発明では、固着されているシリカ微粒子を次の様に定義する。
イオン交換水20g、界面活性剤である下記のコンタミノンN0.4gを30ccのガラスバイアル(例えば、日電理化硝子(株)製、VCV-30、外径:35mm、高さ:70mm)に入れて十分に混合し、分散液を作製する。
・コンタミノンN(非イオン界面活性剤、陰イオン界面活性剤、有機ビルダーからなるpH7の精密測定器洗浄用中性洗剤の10質量%水溶液、和光純薬工業(株)製)
このガラスバイアルにトナー1.0gを添加し、トナーが自然に沈降するまで静置して処理前分散液を作製する。この分散液を、振とう速度:46.7cm/秒、振とうの幅:4.0cm、で5分間振とうした場合でも剥がれないシリカ微粒子を固着されているとする。シリカ微粒子が残存したトナーと脱離したシリカ微粒子との分離は遠心分離機を用いて行う。遠心分離工程は3700rpmで30分間行った。シリカ微粒子が残存したトナーを吸引濾過することで採取し、乾燥させ分離後のトナーを得た。
固着率の測定は以下の様にする。
まず上記分離工程前のトナーに含まれるシリカ微粒子の定量を行う。これは波長分散型蛍光X線分析装置Axios advanced(PANalytical社製)を用いて、トナー粒子中のSi元素強度:Si-Bを測定する。
次に同様に上記分離工程後のトナーのSi元素強度:Si-Aを測定する。固着率は下記の式を用いて算出する。
固着率(%)=(Si-A/Si-B)×100
以上本発明の基本的な構成と特色について述べたが、以下実施例に基づいて具体的に本発明について説明する。しかしながら、本発明の技術的範囲は何らこれに限定されるものではない。
<非晶性樹脂Aの製造例>
・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:72.0質量部(0.20モル;多価アルコール総モル数に対して100.0mol%)
・テレフタル酸:28.0質量部(0.17モル;多価カルボン酸総モル数に対して100.0mol%)
・2-エチルヘキサン酸錫(II)(エステル化触媒):0.5質量部
冷却管、攪拌機、窒素導入管、及び、熱電対を有する反応槽に、上記材料を秤量した。次にフラスコ内を窒素ガスで置換した後、撹拌しながら徐々に昇温し、200℃の温度で撹拌しつつ、4時間反応させた。
さらに、反応槽内の圧力を8.3kPaに下げ、1時間維持した後、180℃まで冷却し、大気圧に戻した(第1反応工程)。
・無水トリメリット酸:1.3質量部(0.01モル;多価カルボン酸総モル数に対して4.0mol%)
・tert-ブチルカテコール(重合禁止剤):0.1質量部
その後、上記材料を加え、反応槽内の圧力を8.3kPaに下げ、温度180℃に維持した状態で、1時間反応させ、ASTM D36-86に従って測定した軟化点が120℃に達したのを確認してから温度を下げて反応を止めた(第2反応工程)。得られた非晶性樹脂Aのガラス転移温度Tgは57℃であった。
<結晶性樹脂Bの製造例>
・ヘキサンジオール:33.9質量部(0.29モル;多価アルコール総モル数に対して100.0mol%)
・ドデカン二酸:66.1質量部(0.29モル;多価カルボン酸総モル数に対して100.0mol%)
・2-エチルヘキサン酸錫(II):0.5質量部
冷却管、攪拌機、窒素導入管、及び、熱電対を有する反応槽に、上記材料を秤量した。次にフラスコ内を窒素ガスで置換した後、撹拌しながら徐々に昇温し、140℃の温度で撹拌しつつ、3時間反応させた。
その後、反応槽内の圧力を8.3kPaに下げ、温度200℃に維持して、4時間反応させることにより結晶性樹脂Bを得た(第1反応工程)。得られた結晶性樹脂Bの重量平均分子量Mwは10,000、融解ピーク温度Tpは71℃であった。
<非晶性樹脂Cの製造例>
・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:70.0質量部(0.20モル;多価アルコール総モル数に対して100.0mol%)
・テレフタル酸:27.0質量部(0.17モル;多価カルボン酸総モル数に対して100.0mol%)
・ドデセニル無水コハク酸:3質量部
・2-エチルヘキサン酸錫(II)(エステル化触媒):0.5質量部
冷却管、攪拌機、窒素導入管、及び、熱電対を有する反応槽に、上記材料を秤量した。次にフラスコ内を窒素ガスで置換した後、撹拌しながら徐々に昇温し、200℃の温度で撹拌しつつ、4時間反応させた。
さらに、反応槽内の圧力を8.3kPaに下げ、1時間維持した後、180℃まで冷却し、大気圧に戻した(第1反応工程)。
・無水トリメリット酸:1.3質量部(0.01モル;多価カルボン酸総モル数に対して4.0mol%)
・tert-ブチルカテコール(重合禁止剤):0.1質量部
その後、上記材料を加え、反応槽内の圧力を8.3kPaに下げ、温度180℃に維持した状態で、1時間反応させた。ASTM D36-86に従って測定した軟化点が120℃に達したのを確認してから温度を下げて反応を止めた(第2反応工程)。得られた非晶性樹脂Cのガラス転移温度Tgは57℃であった。
<重合体1の製造例>
温度計および撹拌機を有するオートクレーブ反応槽中に、キシレン300質量部、炭化水素ワックス(軟化点90℃)10質量部を入れて充分に溶解し、窒素置換した。その後、下記の材料の混合溶液を180℃で3時間滴下して重合し、さらにこの温度で30分間保持した。
・スチレン 68.0質量部
・メタクリル酸 5.0質量部
・メタクリル酸シクロヘキシル 5.0質量部
・アクリル酸ブチル 12.0質量部
・キシレン 250質量部
次いで脱溶剤を行い、重合体1を得た。
<ワックスマスターバッチの製造例>
・非晶性樹脂C:40質量部
・重合体1 :30質量部
・フィッシャートロプシュワックス(炭化水素ワックス、最大吸熱ピークのピーク温度90℃) :30質量部
溶解した非晶性樹脂Cに重合体1およびフィッシャートロプシュワックスを混合し、ワックスマスターバッチを得た。
<無機微粒子の製造例>
<無機微粒子1の製造例>
酸素ガスをバーナーに供給し、着火用バーナーに点火した後、水素ガスをバーナーに供給して火炎を形成し、これに原料である四塩化ケイ素を投入しガス化させることでシリカ微粒子を得た。得られたシリカ微粒子を電気炉に移し、薄層状に敷きつめた後、900℃で加熱処理を施し焼結させた。その後、疎水化処理として、ヘキサメチルジシラザンによって表面処理を行うことにより、無機微粒子1を得た。無機微粒子1の物性を表1に示す。
<無機微粒子2~5の製造例>
四塩化ケイ素量、酸素ガス量、水素ガス量、シリカ濃度、滞留時間、焼結条件、表面処理剤を調整し無機微粒子2~5を得た。無機微粒子2~5の物性を表1に示す。
<無機微粒子6の製造例>
硫酸法で得られたメタチタン酸を脱鉄漂白処理した後、水酸化ナトリウム水溶液を加えpH9.0とし、脱硫処理を行い、その後、塩酸によりpH5.8まで中和し、ろ過水洗を行った。洗浄済みケーキに水を加えTiOとして1.5モル/Lのスラリーとした後、塩酸を加えpH1.5とし解膠処理を行った。
脱硫・解膠を行ったメタチタン酸をTiOとして採取し、容積が3Lの反応容器に投入した。該解膠メタチタン酸スラリーに、塩化ストロンチウム水溶液を、SrO/TiOモル比(SrOのモル数とTiOのモル数との比)が1.15となるよう添加した後、TiO濃度0.8モル/Lに調整した。次に、撹拌混合しながら90℃に加温した後、窒素ガスのマイクロバブリングを600mL/分で行いながら10N(モル/L)水酸化ナトリウム水溶液444mLを50分間かけて添加した。その後、窒素ガスのマイクロバブリングを200mL/分で行いながら温度95℃で1時間撹拌を行った。
その後、当該反応スラリーを反応容器のジャケットに10℃の冷却水を流しながら撹拌して15℃まで急冷し、pH2.0となるまで塩酸を加え1時間撹拌を続けた。得られた沈殿をデカンテーション洗浄した後、6N(モル/L)の塩酸を加えてpH2.0に調整し、固形分に対して8.0質量%のn-オクチルエトキシシランを加え18時間撹拌を行った。4N(モル/L)水酸化ナトリウム水溶液で中和し、2時間撹拌した後にろ過・分離を行い、120℃の大気中で8時間乾燥して無機微粒子6を得た。電子顕微鏡観察により個数基準で算出した平均一次粒子径は40nmであった。
Figure 0007233922000004
<トナー製造例1>
・非晶性樹脂A 100質量部
・結晶性樹脂B 5質量部
・ワックスマスターバッチ 20質量部
・C.I.ピグメントブルー15:3 5質量部
上記処方で示した原材料をヘンシェルミキサー(FM-75型、三井鉱山(株)製)を用いて、回転数1200rpm、回転時間5分で混合した後、温度125℃に設定した二軸混練機(PCM-30型、(株)池貝製)にて混練した。得られた混練物を冷却し、ハンマーミルにて1mm以下に粗粉砕し、粗砕物を得た。得られた粗砕物を、機械式粉砕機(T-250、フロイント・ターボ(株)製)にて微粉砕した。さらに回転型分級機(F-300、ホソカワミクロン(株)製)を用い、分級を行い、トナー母粒子1を得た。得られたトナー母粒子1は、重量平均粒径(D4)が6.0μmであった。
・トナー母粒子1 100質量部
・無機微粒子3 2質量部
・無機微粒子6 2質量部
上記処方で示した原材料をヘンシェルミキサー(FM-10C型、三井鉱山(株)製)を用いて、回転数3,000rpm、回転時間3分で混合した後、図1で示す表面処理装置によって熱処理を行い、トナー粒子1を得た。
運転条件はフィード量=5kg/hr、熱風温度=180℃、熱風流量=6m/分、冷風温度=-5℃、冷風流量=4m/分、冷風絶対水分量=3g/m、ブロワー風量=20m/分、インジェクションエア流量=1m/分とした。
次に得られたトナー粒子1と無機微粒子を以下の条件で混合攪拌した。
・トナー粒子1 100質量部
・無機微粒子1 0.6質量部
・無機微粒子3 2質量部
上記処方で示した原材料をヘンシェルミキサー(FM-10C型、三井鉱山(株)製)を用いて、回転数4000rpm、回転時間2分で混合し、トナー1を得た。得られたトナー1は、平均円形度が0.964、重量平均粒径(D4)が6.0μmであった。得られたトナー1の概要及び物性を表3に示す。
<トナー製造例2~36>
表2に示すとおり、材料の種類、添加部数、混合条件、熱処理の条件を変更した以外は、トナー製造例1と同様にして、トナー2~36を製造した。トナー2~36の特性を表3に示す。
Figure 0007233922000005
Figure 0007233922000006
Figure 0007233922000007
Figure 0007233922000008
<磁性コア粒子の製造例>
工程1(秤量・混合工程):
・Fe 60.2質量%
・MnCO 33.9質量%
・Mg(OH) 4.8質量%
・SrCO 1.1質量%
上記のような混合比となるようにフェライト原材料を秤量した。その後、ジルコニア(直径10mm)のボールを用いた乾式ボールミルで2時間粉砕・混合した。
工程2(仮焼成工程):
粉砕・混合した後、バーナー式焼成炉を用いて大気中において温度1,000℃で3時間焼成し、仮焼フェライトを作製した。フェライトの組成は、下記のとおりである。
(MnO)(MgO)(SrO)(Fe
上記式において、a,b,c,dの値はそれぞれ以下のとおりである。
a=0.39、b=0.11、c=0.01、d=0.50
工程3(粉砕工程):
クラッシャーで0.5mm程度に粉砕した後に、ジルコニア(直径10mm)のボールを用いて、仮焼フェライト100質量部に対し、水を30質量部加え、湿式ボールミルで2時間粉砕した。
そのスラリーを、ジルコニアのビーズ(直径1.0mm)を用いた湿式ビーズミルで4時間粉砕し、フェライトスラリーを得た。
工程4(造粒工程):
得られたフェライトスラリーに、バインダーとして仮焼フェライト100質量部に対してポリビニルアルコール2.0質量部を添加し、スプレードライヤー(製造元:大川原化工機(株))を用いて、直径約36μmの球状粒子に造粒した。
工程5(本焼成工程):
焼成雰囲気をコントロールするために、電気炉にて窒素雰囲気下(酸素濃度1.00体積%以下)において、温度1,150℃で4時間焼成した。
工程6(選別工程):
凝集した粒子を解砕した後に、目開き250μmの篩を用いて篩分して粗大粒子を除去し、磁性コア粒子を得た。
<コート樹脂の製造例>
・シクロヘキシルメタクリレートモノマー 26.8質量部
・メチルメタクリレートモノマー 0.2質量部
・メチルメタクリレートマクロモノマー 8.4質量部
(片末端にメタクリロイル基を有する重量平均分子量5,000のマクロモノマー)
・トルエン 31.3質量部
・メチルエチルケトン 31.3質量部
上記材料を、還流冷却器、温度計、窒素導入管及び攪拌装置を取り付けた四つ口のセパラブルフラスコに添加し、窒素ガスを導入して充分に窒素雰囲気にした。その後、80℃まで加温し、2.0質量部のアゾビスイソブチロニトリルを添加して5時間還流し重合させた。得られた反応物にヘキサンを注入して共重合体を沈殿析出させ、沈殿物を濾別後、減圧乾燥してコート樹脂を得た。
<磁性キャリア1製造例>
・コート樹脂 20.0質量%
・トルエン 80.0質量%
上記材料をビーズミルで分散混合し、樹脂液を得た。
前記磁性コア粒子100質量部をナウタミキサに投入し、さらに、前記樹脂液を樹脂成分として2.0質量部になるようにナウタミキサに投入した。減圧下で温度70℃に加熱し、100rpmで混合し、4時間かけて溶媒除去及び塗布操作を行った。その後、得られた試料をジュリアミキサーに移し、窒素雰囲気下、温度100℃で2時間熱処理した後、目開き70μmの篩を用いて分級して磁性キャリア1を得た。得られた磁性キャリアの体積分布基準50%粒径(D50)は、38.2μmであった。
以上のトナー1~36と前記磁性キャリア1とを、トナー濃度が8.0質量%になるようにV型混合機(V-10型:(株)徳寿製作所)を用いて30rpm、回転時間5分で混合し、二成分系現像剤1~36を得た。
<実施例1>
画像形成装置として、キヤノン(株)製デジタル商業印刷用プリンターimageRUNNER ADVANCE C5560の改造機を用い、シアン位置の現像器に二成分系現像剤1を入れ、クリーニング性の評価を行った。
ここで一次帯電工程の放電電流量(△Iac)は100μAとした。
[放電電流量△Iacの算出]
ここで、帯電ローラから感光体に流れる放電電流量△Iacの算出について説明する。
本例では、正弦波交流バイアスに直流バイアスを重畳した帯電バイアスを用い、帯電ローラに流れる交流帯電電流Iacが定電流制御されている。
帯電ローラと感光体との間のインピーダンスZcは、図3の等価回路によって表されると考えてよい。Rcは帯電ローラの抵抗、Ccは帯電ローラの静電容量、Cdは感光体の静電容量、Cairは帯電ローラと感光体と間の微小エアギャップの静電容量である。
放電が起きていない場合は、インピーダンスZcに従って、印加交流電圧Vac(最大
振幅値;Vpp)と帯電交流電流Iacとの間には以下の関係式(1)が成立している。
Iac=Iz・・・関係式(1)
Iz=α・Vac、 α=1/(√2・Zc)
しかしながら、放電が起きているとき、すなわち、下記の関係式(2)が成立しているときは、図4に示すように、上記の関係式(1)が成立せず、Iac>Izとなる。
Vac(Vpp)≧Vth(V)・・・関係式(2)
Vth:放電開始電圧
ここで、Izは、Iacが線形に伸びている部分(Vac<Vth)、またその外挿部(Vac≧Vthでは図4の点線部)を示す。
本例の説明では、このIacとIzとの差△Iacを放電電流量(μA)と規定する。
また感光ドラムはテーパー摩耗量が0.4mgのものを使用した。テーバー磨耗試験は以下の様に行った。テーバー磨耗試験機(Y.S.S.Taber (株)安田製作所製)の試料台にサンプルを装着する。そして、2個の表面にラッピングテープ(富士フイルム(株)製 品名:C2000)を装着したゴム製の磨耗輪(CS-0)に各々荷重500gを掛け、1,000回転後のサンプルの重量減少を精密天秤にて測定した。
表面の10点平均粗さRzが0.8μm、表面の凹凸の平均間隔Smが45μmである感光ドラムを使用した。感光ドラムの表面粗さは、接触式面粗さ測定機(商品名:サーフコーダSE3500、(株)小坂研究所製)を用いて以下のように測定を行った。
検出器:R2μm、0.7mNのダイアモンド針、フィルタ:2CR、カットオフ値:0.8mm、測定長さ:2.5mm、送り速さ:0.1mmとし、JIS規格B0601で定義される10点平均粗さRzのデータを処理した。また表面の凹凸の平均間隔Smは同様の条件で測定して得られた以下のSmiの各値を以下の式に代入して得られる算術平均値である。
Figure 0007233922000009
感光ドラムの表面形状を制御する粗面化手段としては、研磨シートや吐砥によるものなどが挙げられるが、なんら限定されるものではない。
クリーニング性の評価は以下のように行った。
<クリーニング性の評価>
試験環境:温度30℃、相対湿度80%
クリーニングブレード設定角:20°
感光ドラムへのトナーの載り量:0.3~0.4mg/cm
トナーの帯電量:20~30μC/g
上記条件でA3用紙、10枚相当の未転写トナーをプロセススピード260mm/secでクリーニングブレードに供給後バチ止めし、クリーニングブレードからすり抜けたトナーの量(以下、すり抜けトナー量とも記載する。)を測定した。すり抜けトナー量は分光濃度計(エックスライト(株)製の「504分光濃度計」)を用いて測定した。「バチ止め」とは、本体動作を瞬間的に停止することである。
クリーニングブレードの感光ドラムに対する線圧は10gf/cmで行った。
評価基準は以下のとおりである。評価結果を表4に示す。
A:0.01未満
B:0.01以上0.02未満
C:0.02以上0.04未満
D:0.04以上
Cランク以上であれば、本発明の効果が得られているレベルとする。
<転写性評価>
画像形成装置として、キヤノン(株)製デジタル商業印刷用プリンターimageRUNNER ADVANCE C5560の改造機を用い、シアン位置の現像器に二成分系現像剤1を入れて、クリーニング性の評価を行った。厳しい条件で評価するために、トナーを耐久劣化させた状態で転写性の評価を行った。
耐久条件は以下のとおりである。
紙: CS-680(68.0g/m
(キヤノンマーケティングジャパン(株)より販売)
感光体上のトナーの載り量: 0.35mg/cm(FFh画像、ベタ画像)
試験環境:温度30℃、相対湿度80%
耐久画像出力試験として、画像比率0.1%のFFh出力の帯チャートを用いて、A4用紙に50,000枚出力を行った。
転写性の評価は低平滑度紙としてベック平滑度が15~20度の紙(Hammer Mill Great White、LTRサイズ、坪量75g/mのうち、平滑度の低い紙のみ抽出)を用いた。評価用の画像としては、上記A4用紙の中心に10cmの画像を配置し、感光体上のトナーの載り量:0.35mg/cm(FFh画像)とし、出力後の画像濃度を測定した。
転写性の評価は耐久画像出力試験を実施する前の画像濃度と実施した後の画像濃度との濃度差に基づいて行った。画像濃度は分光濃度計(エックスライト(株)製の「504分光濃度計」)を用いて測定した。
評価基準は以下のとおりである。評価結果を表4に示す。
A:濃度差が0.10未満
B:濃度差が0.10以上、0.15未満
C:濃度差が0.15以上、0.25未満
D:濃度差が0.25以上
Cランク以上であれば、本発明の効果が得られているレベルとする。
<実施例2~22、および比較例1~14>
二成分系現像剤2~36を用いた以外は、実施例1と同様にして評価を行った。評価結果を表4に示す。
Figure 0007233922000010
1.原料定量供給手段
2.圧縮気体流量調整手段
3.導入管
4.突起状部材
5.供給管
6.処理室
7.熱風供給手段
8.冷風供給手段
9.規制手段
10.回収手段
11.熱風供給手段出口
12.分配部材
13.旋回部材
14.粉体粒子供給口
2-1.感光体
2-2.クリーニングブレード
2-3.ブレードニップ部
2-4.小粒径の無機微粒子による潤滑層
2-5.大粒径の無機微粒子による阻止層
2-6.トナーによる滞留層

Claims (4)

  1. 結着樹脂及び着色剤を含有するトナー粒子と、前記トナー粒子を被覆している無機微粒子とを有するトナーであって、
    前記トナー粒子表面における前記無機微粒子の一次粒子の粒径の個数分布において、
    粒径が5nm以上200nm以下の範囲に存在する無機微粒子の個数をA
    粒径が5nm以上20nm以下の範囲に存在する無機微粒子の個数をB
    粒径が35nm以上55nm以下の範囲に存在する無機微粒子の個数をC
    粒径が80nm以上135nm以下の範囲に存在する無機微粒子の個数をDとしたとき、下記式(1)~(5)の関係を満たし、
    0.95≦A/全無機微粒子の個数 式(1)
    0.20≦B/A≦0.50 式(2)
    0.15≦C/A≦0.55 式(3)
    0.15≦D/A≦0.55 式(4)
    0.70≦(B/A+C/A+D/A) 式(5)
    前記トナー粒子に対する前記無機微粒子の被覆率が55%以上であり、
    前記トナーを水洗処理した後の、前記トナー粒子表面における前記無機微粒子の一次粒子の粒径の個数分布において、
    粒径が5nm以上200nm以下の範囲に存在する無機微粒子の個数をA
    粒径が5nm以上20nm以下の範囲に存在する無機微粒子の個数をB
    粒径が35nm以上55nm以下の範囲に存在する無機微粒子の個数をC
    粒径が80nm以上135nm以下の範囲に存在する無機微粒子の個数をDとしたとき、下記式(6)~(8)の関係を満たし、
    /B≦0.5 式(6)
    0.85≦C/C 式(7)
    0.55≦D/D≦0.75 式(8)
    前記水洗処理は、界面活性剤を含むイオン交換水に前記トナーを加えた分散液を、振とう速度:46.7cm/秒、振とうの幅:4.0cm、の条件で5分間振とうするものであることを特徴とするトナー。
  2. 前記粒径が5nm以上200nm以下の範囲に存在する無機微粒子の粒径分布が、
    前記粒径が5nm以上20nm以下の範囲、前記粒径が35nm以上55nm以下の範囲、及び前記粒径が80nm以上135nm以下の範囲のそれぞれにピークを持つ請求項1に記載のトナー。
  3. 前記粒径が5nm以上20nm以下の範囲に存在する無機微粒子がシリカ微粒子であり、
    前記粒径が35nm以上55nm以下の範囲に存在する無機微粒子がシリカ微粒子又はチタン酸ストロンチウム微粒子であり、
    前記粒径が80nm以上135nm以下の範囲に存在する無機微粒子がシリカ微粒子である、請求項1又は2に記載のトナー。
  4. 結着樹脂及び着色剤を含有するトナー粒子と、前記トナー粒子を被覆している無機微粒子とを有するトナーの製造方法であって、
    結着樹脂及び着色剤を含有するトナー母粒子を作製するトナー母粒子作製工程、
    前記トナー母粒子の100質量部に対して
    一次粒子の粒径が35nm以上55nm以下の範囲に存在する無機微粒子を1.0~5.0質量部と、
    一次粒子の粒径が80nm以上135nm以下の範囲に存在する無機微粒子を1.5~6.0質量部と、を外添する外添工程、
    前記無機微粒子が外添されたトナー粒子を熱風で処理する熱処理工程、
    前記熱処理されたトナー粒子の100質量部に対して
    一次粒子の粒径が5nm以上20nm以下の範囲に存在する無機微粒子を0.3~2.0質量部と、
    一次粒子の粒径が80nm以上135nm以下の範囲に存在する無機微粒子を0.5~4.0質量部と、を外添する外添工程、
    をこの順に有することを特徴とする請求項1~3のいずれか一項に記載のトナーの製造方法。
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