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JP5482951B2 - 静電画像形成用トナー、現像剤、プロセスカートリッジ、画像形成装置 - Google Patents

静電画像形成用トナー、現像剤、プロセスカートリッジ、画像形成装置 Download PDF

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Description

本発明は、複写機、プリンター、FAXなどの電子写真方式の画像形成装置に適用される静電画像形成用トナー、該トナーを用いた現像剤、プロセスカートリッジ、該プロセスカートリッジを搭載した画像形成装置に関する。
昨今の環境配慮型商品の隆盛等により、低エネルギーでトナーを定着する技術が望まれている。その手段は種々挙げられるが、中でもより低温で定着し得る静電画像形成用トナーへの要求が強くなっている。
トナーの定着温度を低くする手段として、トナーバインダーのガラス転移点(Tg)を低くすることが一般的に行われている。しかし、単純にTgを低くすると、粉体の凝集(ブロッキング)が起り易く、画像形成装置内で凝集すると現像装置の動作に影響し、動作できなくなることがある。そこまでいかなくとも、トナー収納容器内で凝集することによりトナーを補給できなくなり、トナー濃度が低下し、異常画像が形成されることがある。
また、トナーのTgを低くすることにより、キャリア、感光体、及び各種ブレードへのトナー付着が生じ易くなり、異常画像が形成されることがある。したがってブロッキングやフィルミングの発生を抑え、トナーの耐ブロッキング性をよくする必要がある。また、Tgを低くすると定着画像表面のトナーの保存性も同時に悪くなる。定着画像が溶融し転位し易いと、重ねてある他の記録媒体に付着したりして長期に保存できないことがある。
このTgはトナーバインダーの設計上の重要ポイントであり、単純にTgを下げる方法では今以上に定着装置を低温に設定しても定着可能なトナーを得ることはできなかった。
一方、耐ブロッキング性、フィルミング性と低温定着性を両立させる手段として、結晶性樹脂をトナーバインダーとして用いる方法が古くから知られている。しかしながら、溶融時の弾性不足によりホットオフセットが起こるという問題があった。
また、耐ブロッキング性、フィルミング性と低温定着性を両立させる手段として、溶融懸濁法や乳化凝集法による、シェルをもつコア−シェルタイプのトナーが提案されている(例えば、特許文献1、2参照)。しかしながら、低温定着性を維持しながら、良好な耐ブロッキング性、フィルミング性を得るにはまだ不十分である。
更に、この課題解決のため、結晶性樹脂に着目した手法(特許文献3)も提唱されているが、外部条件(製造、保管、及び定着時の熱履歴や部分相混合等)の影響を受け易く、結晶構造が安定しないため、トナーの諸特性、耐ブロッキング性、画像安定性等に悪影響を及ぼすという問題があった。
また、これらの公知技術は、結晶性ポリエステル樹脂が非晶質ポリエステル樹脂に比べて急速に溶融するため低温定着化を実現できる。しかし、低温定着性と耐熱保存性の両立は可能であるが、特に高速機の場合には、現像器内でトナーにかかるストレスがより大きくなり、トナー凝集体の発生、ドクター詰まりにより、出力されたトナー画像面におけるトナーの白抜け(転写白抜け)が生じるという問題がある。更に、結晶性ポリエステル樹脂を含むトナーの場合、高温高湿環境においてトナーの凝集体が発生するという問題もある。
したがって、低温定着性を有し、かつ耐ブロッキング性、耐フィルミング性、転写白抜けを抑制しうるトナーが求められているのが現状である。
本発明は、前記従来における諸問題を解決し、低温定着性と、耐ブロッキング性、耐フィルミング性、転写白抜け抑制を両立させた静電画像形成用トナーの提供を目的とする。
上記課題は、次の1)の発明によって解決される。
1) 少なくとも着色剤、結着樹脂及び離型剤を含有し、次の要件(a)〜(e)を満たすことを特徴とする静電画像形成用トナー。
(a)前記結着樹脂として非晶質ポリエステル樹脂と結晶性ポリエステル樹脂を含む。
(b)前記非晶質ポリエステル樹脂のうち少なくとも一種が、構成成分としてジオール成分を含み、ジオール成分が炭素数3〜10の脂肪族ジオールを50モル%以上含有し、かつ架橋成分として3価以上の脂肪族アルコールを含む。
トナーの、示差走査熱量測定(DSC)で測定した際の1回目昇温時におけるガラス転移温度Tg1stが25℃〜50℃である。
)相対湿度70%の条件下における50℃のTMA圧縮変形量(TMA%)が10
%以下である。
(e)トナーのTHF不溶分の、示差走査熱量測定(DSC)で測定した際の2回目昇温時におけるガラス転移温度Tg2nd′が−40℃〜30℃であり、該THF不溶分の40℃における貯蔵弾性率G′が10 〜1.9×10 で、かつ100℃における貯蔵弾性率G′が10 〜2.2×10 である。
本発明によれば、低温定着性と、耐ブロッキング性、耐フィルミング性、転写白抜け抑制を両立させた静電画像形成用トナーを提供できる。
即ち、定着時に熱をかける直前までは耐ブロッキング性を有し、熱をかけたときに急峻な軟化特性を示すことにより低温定着が可能となり、低温定着性と、耐ブロッキング性、耐フィルミング性、転写白抜け抑制という二律背反の性質を両立させることができる。
本発明の画像形成装置の一例を示す図。 本発明の画像形成装置の他の例を示す図。 各色の画像形成手段を示す図。 本発明のプロセスカートリッジの一例を示す図。
以下、上記本発明1)について詳しく説明するが、本発明の実施の態様には次の2)〜11)も含まれるので、これらについても併せて説明する。
) トナーのTg1st−Tg2ndが10℃以上であることを特徴とする1)に記載の静電画像形成用トナー。
なお、Tg2ndは、トナーを示差走査熱量計(DSC)で測定した際の2回目昇温時におけるガラス転移温度である。
) 前記ジオール成分の主鎖となる部分の炭素数が奇数であり、アルキル基を側鎖に有することを特徴とする1)又は2)に記載の静電画像形成用トナー。
) 前記架橋成分が3価の脂肪族アルコールであることを特徴とする1)〜3)のいずれかに記載の静電画像形成用トナー。
) 前記非晶質ポリエステル樹脂のうち少なくとも一種が、活性水素基含有化合物と該化合物と反応可能な重合体を反応させて得られる非晶質ポリエステル樹脂であることを特徴とする1)〜)のいずれかに記載の静電画像形成用トナー。
) 前記結晶性ポリエステル樹脂の含有率が3〜20重量%であることを特徴とする1)〜5)のいずれかに記載の静電画像形成用トナー。
) 前記結晶性ポリエステル樹脂が、不飽和二重結合部位による架橋構造を有することを特徴とする1)〜6)のいずれかに記載の静電画像形成用トナー。
) 前記結晶性ポリエステル樹脂が、融点60℃〜80℃であり、かつ炭素数4〜12の直鎖飽和脂肪族ジカルボン酸を全酸成分中80モル%以上含有し、炭素数2〜12の直鎖飽和脂肪族ジオールを全アルコール成分中80モル%以上含有することを特徴とする1)〜7)のいずれかに記載の静電画像形成用トナー。
) 1〜)のいずれかに記載の静電画像形成用トナーを用いた現像剤。
10) 1〜)のいずれかに記載の静電画像形成用トナーを用いたプロセスカートリッジ。
1110)に記載のプロセスカートリッジを搭載した画像形成装置。
本発明の静電画像形成用トナー(以下、トナーということもある)は、少なくとも着色剤、結着樹脂及び離型剤を含有する。また、前記結着樹脂としてポリエステル樹脂を含有する。更に、該ポリエステル樹脂として、少なくとも一種の非晶質ポリエステル樹脂を含む。
<非晶質ポリエステル樹脂>
前記非晶質ポリエステル樹脂は、構成成分としてジオール成分を含み、該ジオール成分が炭素数3〜10の脂肪族ジオールを50モル%以上含み、かつ、架橋成分として3価以上のアルコールを含む。
前記非晶質ポリエステル樹脂は単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。前記非晶質ポリエステル樹脂は、紙などの記録媒体への接着性がより優れる点から、活性水素基含有化合物と該化合物と反応可能な重合体を反応させて得られるものであることが好ましく、更に好ましくはウレタン結合及び/又はウレア結合を有することが好ましい。これにより、ウレタン結合及び/又はウレア結合が擬似架橋点のような挙動を示し、前記非晶質ポリエステル樹脂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向上する。
−−−ジオール−−−
前記ジオールとしては、炭素数3〜10の脂肪族ジオールを50モル%以上含有してい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。その例としては、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、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などが挙げられる。これらの中でも、炭素数3〜7の脂肪族ジオールが好ましい。
これらのジオールは、1種を単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
更には、構成するジオール成分の主鎖となる部分の炭素数が奇数であり、アルキル基を側鎖に有すると、定着温度領域での樹脂の高い熱変形性を有しながら、ゴム弾性を発現することが出来、トナーの低温定着性、耐ブロッキング性がより優れるので好ましい。
−−−ジカルボン酸−−−
前記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などが挙げられる。また、これらの無水物、低級(炭素数1〜3)アルキルエステル化物、ハロゲン化物などを用いてもよい。
前記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、フマル酸などが挙げられる。
前記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などが挙げられる。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種を単独で使用してもよいし2種以上を併用してもよい。
−−−3価以上のアルコール−−−
記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る。その例としては、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、ジペンタエリスリトールなどが挙げられる。これらの3価以上のアルコールは、1種を単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
記3価以上のアルコールを含むことにより、ゴム弾性が発現し、耐ブロッキング性がより向上する。更には定着温度領域での樹脂の高い熱変形性を有しながら、ゴム弾性を発現することが出来、トナーの低温定着性、耐ブロッキング性がより向上する点から、3価のアルコールが好ましい。
−−ウレタン結合及び/又はウレア結合を含有するポリエステル樹脂−−
前記ウレタン結合及び/又はウレア結合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などが挙げられる。
−−−ポリイソシアネート−−−
前記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などが挙げられる。
前記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などが挙げられる。
前記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る。その例としては、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などが挙げられる。
前記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などが挙げられる。
前記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る。その例としては、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などが挙げられる。
前記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などが挙げられる。
前記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)イソシアヌレートなどが挙げられる。
これらのポリイソシアネートは、1種を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、後述する硬化剤と反応させる反応前駆体(以下、「プレポリマー」と称することもある。)として使用することが好ましい。
−硬化剤−
前記硬化剤としては、プレポリマーと反応す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、活性水素基含有化合物などが挙げられる。
−−活性水素基含有化合物−−
前記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、メルカプト基などが挙げられる。これらは、1種を単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記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。
前記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などが挙げられる。これらは、1種を単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよいが、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。
前記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、脂肪族ジアミンなどが挙げられる。
前記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などが挙げられる。前記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などが挙げられる。前記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などが挙げられる。
前記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などが挙げられる。
前記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などが挙げられる。
前記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などが挙げられる。
前記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、アミノカプロン酸などが挙げられる。
前記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などが挙げられる。
前記非晶質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測定など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。
前記プレポリマーとして使用する非晶質ポリエステル樹脂の含有量には特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できるが、トナー100重量部に対して5〜25重量部が好ましく、10〜20重量部がより好ましい。含有量が5重量部未満では、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り、25重量部を超えると、耐熱保存性が悪化したり、定着後に得られる画像の光沢度が低下することがある。含有量が前記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、及び耐ブロッキング性の全てに優れるので好ましい。
前記非晶質ポリエステル樹脂は、2種以上のポリエステル樹脂を含有することが好ましく、前記ウレタン/ウレア変性したポリエステル樹脂に加え、未変性ポリエステル樹脂を含有することが好ましい。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など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などにより変性されていないポリエステル樹脂である。
前記多価アルコールとしては、例えば、ジオールなどが挙げられる。
前記ジオールとしては、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)付加物などが挙げられる。
これらは、1種を単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記多価カルボン酸としては、例えば、ジカルボン酸などが挙げられる。
前記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などが挙げられる。これらは、1種を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、未変性ポリエステル樹脂は、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。
前記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、又はそれらの酸無水物などが挙げられる。
前記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などが挙げられる。
未変性ポリエステル樹脂の分子量には特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。しかし、分子量が低すぎると、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り、分子量が高すぎると、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。従ってGPC(ゲル浸透クロマトグラフィー)測定において、重量平均分子量(Mw)が3,000〜10,000であることが好ましく、4,000〜7,000がより好ましい。また数平均分子量(Mn)は、1,000〜4,000であることが好ましく、1,500〜3,000がより好ましい。また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。
未変性ポリエステル樹脂の酸価には特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、1〜50mgKOH/gが好ましく、5〜30mgKOH/gがより好ましい。前記酸価が、1mgKOH/g以上であると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。前記酸価が、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。
未変性ポリエステル樹脂の水酸基価には特に制限はなく、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。
未変性ポリエステル樹脂のガラス転移温度(Tg)は40℃〜70℃が好ましい。前記ガラス転移温度が40℃未満では、トナーの耐ブロッキング性、及び現像機内での攪拌等のストレスに対する耐久性が劣り、また、耐フィルミング性が悪化することがある。一方、前記ガラス転移温度が70℃を超えると、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ではなく、低温定着性が不十分となることがある。
前記未変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測定など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。
未変性ポリエステル樹脂の含有量には特に制限はなく、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、50〜90質量部が好ましく、60〜80質量部がより好ましい。含有量が50質量部未満では、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、及び変性ポリエステル樹脂の含有量が少なくなるため、低温定着性に劣ることがある。前記含有量が、前記より好ましい範囲であると、高画質及び低温定着性の両方に優れる点で有利である。
また、本発明のトナーは、結着樹脂として、非晶質ポリエステル樹脂と結晶性ポリエステル樹脂を含むことが好ましい。非晶質ポリエステル樹脂としては前述した非晶質ポリエステル樹脂を用いる。
<結晶性ポリエステル樹脂>
結晶性ポリエステル樹脂は、温度領域50〜100℃の範囲内に融点を有することが好ましい。より好ましくは60〜80℃である。結晶性ポリエステル樹脂は、融点を境にして急激に粘度低下するため、融点以上の温度で保存されると凝集してブロッキングを起こしてしまう。そこで、結晶性ポリエステル樹脂の融点は、保存時や使用時に晒される温度よりも高い温度、即ち50℃以上であることが好ましい。また、低温定着を達成するためには、融点が100℃以下であることが好ましい。
結晶性ポリエステル樹脂の融点は、JISK−7121に示す入力補償示差走査熱量測定の融解ピーク温度として求めることができる。なお、結晶性樹脂は複数の融解ピークを示す場合もあるが、最大のピークをもって融点とみなす。
結晶性ポリエステル樹脂は、不飽和二重結合を有する2価又は3価以上の不飽和カルボン酸と2価又は3価以上の飽和カルボン酸との混合物を、2価又は3価以上のアルコールと縮合反応させることにより得られるものが好ましい。このような架橋型結晶性ポリエステル樹脂としては特に制限はなく市販品を用いてもよいし、適宜合成したものを用いてもよい。
前記2価の不飽和カルボン酸としては、例えば、マレイン酸、無水マレイン酸、フマル酸、シトラコン酸、イタコン酸等が挙げられる。
前記2価の飽和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、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、ナフタレン−2,7−ジカルボン酸、シクロヘキサンジカルボン酸、マロン酸、メサコニン酸等の二塩基酸、及びこれらの無水物やこれらの低級アルキルエステル等が挙げられる。
前記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やこれらの低級アルキルエステル等が挙げられる。
これらのカルボン酸は、1種を単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記2価のアルコールとしては、例えば、ビスフェノールA、水素添加ビスフェノールA、ビスフェノールAのエチレンオキシド及び/又はプロピレンオキシド付加物、1,4−シクロヘキサンジオール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ジ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、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、キシリレングリコール等が挙げられる。
前記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。
これらのアルコールは1種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
なお、必要に応じて、酸価や水酸基価の調整等の目的で、酢酸、安息香酸等の1価の酸や、シクロヘキサノール、ベンジルアルコール等の1価のアルコールも使用することができる。
本発明では、上記のような不飽和二重結合を有するポリエステル樹脂の1種又は2種以上を結晶性ポリエステル樹脂として用いるが、他の非架橋性樹脂を混合してもよい。該非架橋性樹脂としては、公知のものの中から適宜選択して用いることができる。
なお、本発明の効果を損ねない範囲で、結晶核剤を添加したりアニーリングなどでポストキュア処理を行って結晶化度を高めても何ら問題はない。
結晶性ポリエステル樹脂としては、炭素数4〜12の直鎖飽和脂肪族ジカルボン酸を全酸成分中80モル%以上含有し、炭素数2〜12の直鎖飽和脂肪族ジオールを全アルコール成分中80モル%以上含有することが好ましい。これにより、結晶性が高くなりシャープメルト性が向上し、優れた低温定着性を発揮できる。
−定着補助成分−
本発明のトナーは定着補助成分を含むことが好ましい。定着補助成分は、トナーが定着する前までは結晶ドメインとしてトナー中に非相溶状態で存在するが、定着時の加熱により融解し、結着樹脂と相溶して可塑化するので、耐ブロッキング性と低温定着性を向上させることができる。定着補助成分としては、樹脂を可塑化させる作用を持つものの中から適宜選択できるが、後述するトナーのTg1stとTg2ndの差を大きく出来るものが好ましい。定着補助成分としては、例えば脂肪酸エステル、脂肪族アミド、脂肪酸、脂肪族アルコールなどが挙げられるが、前述した結着樹脂中の結晶性ポリエステル樹脂は結着樹脂としての機能に加えて、定着補助成分としての優れた機能を有する。
ここで、本発明のトナーのTg1st、Tg2ndについて説明する。
本発明では、対象試料としてトナーを用い、後述するDSCシステムで測定した際の、1回目昇温時におけるガラス転移温度をTg1st、2回目昇温時におけるガラス転移温度をTg2ndとする。
また本発明では、前記非晶質ポリエステル樹脂、結晶性ポリエステル樹脂、離型剤等のその他の構成成分の融点及びガラス転移温度は、特に断りが無い場合、2回目昇温時における吸熱ピークトップ温度を融点とし、Tg2ndをガラス転移温度とする。
<融点、及びガラス転移温度(Tg)の測定方法>
本発明における融点、ガラス転移温度(Tg)は、DSCシステム(示差走査熱量計)(「Q−200」、TAインスツルメント社製)を用いて測定できる。
具体的には、トナーなどの対象試料の融点、ガラス転移温度は、下記手順により測定できる。
−前処理−
本発明のトナーはTg1stが25℃〜50℃であることを特徴とするが、Tg1stはトナーの熱履歴により、結着樹脂のモルフォロジー変化、例えば定着助剤など第三成分との相溶状態が変化することにより変動しやすい。そこでトナーの熱履歴を消去するために、トナーを50℃で24時間保持し、その後、24時間以内にDSC測定を行い、Tg1stを算出する。このような前処理を加えることによりトナーの熱履歴を消去し、正確なTg1stを算出することが出来る。
−測定−
測定に際しては、まず対象試料約5.0mgをアルミニウム製の試料容器に入れ、試料容器をホルダーユニットに載せ、電気炉中にセットする。次いで窒素雰囲気下、−80℃から昇温速度10℃/minで150℃まで加熱する(昇温1回目)。その後、150℃から降温速度10℃/minで−80℃まで冷却させ、更に、昇温速度10℃/minで150℃まで加熱(昇温2回目)する。この昇温1回目、及び、昇温2回目のそれぞれにおいて、示差走査熱量計(「Q−200」、TAインスツルメント社製)を用いてDSC曲線を計測する。
得られたDSC曲線から、Q−200システム中の解析プログラムを用いて、1回目の昇温時におけるDSC曲線を選択し、対象試料の昇温1回目におけるガラス転移温度を求めることができる。また同様に、2回目の昇温時におけるDSC曲線を選択し、対象試料の昇温2回目におけるガラス転移温度を求めることができる。
また、得られたDSC曲線から、Q−200システム中の解析プログラムを用いて、1回目の昇温時におけるDSC曲線を選択し、対象試料の昇温1回目における吸熱ピークトップ温度を融点として求めることができる。また同様に、2回目の昇温時におけるDSC曲線を選択し、対象試料の昇温2回目における吸熱ピークトップ温度を融点として求めることができる。
本発明のトナーの熱特性について説明する。
トナーの熱特性としては、得られるトナー母体が25℃〜45℃の範囲のTgを有することが好ましい。Tgが25℃未満では、現像機内でのブロッキングや感光体へのフィルミングが発生することがあり、45℃を超えるとトナーの低温定着性が低下することがある。
また、上記Tgに加えて、相対湿度70%の条件下における50℃のTMA圧縮変形量(TMA%)が10%以下である必要がある。より好ましくは7%以下である。この値が10%を超えるということは、夏場の輸送や海上輸送を想定した場合、容易に変形しうることを意味しており、侵入度試験等によって得られた静的保存性やドライ条件下での保存性に優れていたとしても、誤差因子込みの動的条件下では保存性が悪いことになる。そのため耐ブロッキング性が悪くなり、夏場の輸送や倉庫保管、複写機内温度等を考慮すると、容易にトナー同士が膠着し、搬送性や転写性が悪化し、画質不良等を生じる。
このようなTgとTMA%の要件を満たすことにより、本発明のトナーは、耐熱保存性(耐ブロッキング性)と低温定着性の両立を図ることができる。
<TMA圧縮変形量(TMA%)>
上記(TMA%)は以下のようにして測定できる。
粒子状トナー5mgを3mmφの錠剤成型器(島津製作所製)によりタブレット化したものを、熱機械測定装置(エスアイアイ・ナノテクノロジーズ社製のEXSTAR7000)に供する。測定は、相対湿度70%の条件下で0℃〜80℃まで2℃/分で昇温し、圧縮モードで行う。このときの圧縮力は100mNとする。得られる試料温度と圧縮変位(変形率)とのグラフから、50℃に対応する圧縮変位(変形率)を読み取り、この値をTMA%とする。
本発明のトナーは、結着樹脂中の結晶性ポリエステル樹脂の含有率を3〜20重量%とすることが好ましい。これにより、トナーが保管される環境、現像装置内での攪拌ではトナーは溶融せず、所定の温度範囲で急激に粘弾性が低下することにより、低温定着性とブロッキング性の両立を図ることができる。含有率が3重量%未満では、低温定着性が発現せず定着性がよくない。一方、含有率が20重量%を超えると、ブロッキング性が低くなり、画像形成装置内でトナーの凝集体が生成する。
本発明のトナーは、耐ブロッキング性と低温定着性を向上させるため、Tg1stとTg2ndの差が大きい方が好ましく、その差が10℃以上であることがより好ましい。
また、本発明のトナーは、ソックスレー抽出などにより抽出されたTHF不溶分のガラス転移温度(Tg2nd′)が−40℃〜30℃であり、THF不溶分の40℃における貯蔵弾性率G′が10〜10、100℃における貯蔵弾性率G′が10〜10であることが好ましい。
本発明のトナーは、ゴム弾性を持つ架橋構造を有するポリエステル樹脂を含むことにより、低いガラス転移温度(Tg1st)を有しながらも、耐ブロッキング性、耐フィルミング性を達成することが出来る。トナー中のゴム弾性を発現させるポリエステル樹脂は、THFなどの溶剤に不溶性を有するレベルで架橋、高分子量化していることが好ましい。
Tg2ndが−40℃未満では、架橋が形成されていても保存領域でのトナーの変形を抑制することが困難となり、耐ブロッキング性、耐フィルミング性に劣ることがある。一方、Tg2ndが30℃を超えると、定着温度領域でのトナーの溶融が不十分となり、低温定着性に劣ることがある。
THF不溶分の40℃における貯蔵弾性率G′が10未満では、保存領域でのトナーの変形を抑制することが困難となり、耐ブロッキング性、耐フィルミング性に劣ることがある。また、THF不溶分の40℃における貯蔵弾性率G′が10を超えると、定着温度領域でのトナーの溶融が不十分となり、低温定着性に劣ることがある。
THF不溶分の100℃における貯蔵弾性率G′が10未満では、定着温度領域でトナーの弾性が不十分となり、定着時の耐ホットオフセット性が劣ることがある。また、THF不溶分の100℃における貯蔵弾性率G′が10を超えると、定着温度領域でのトナーの変形が不十分となり、低温定着性の悪化、画像光沢の低下を生じることがある。
損失正接tanδ〔貯蔵弾性率G′に対する損失弾性率G″の比(G″/G′)〕は、20〜70℃の範囲に極大値を有していることが好ましく、40〜60℃の範囲に極大値を有していることが更に好ましい。tanδの極大値が20℃未満では、保管環境においてトナーが外部応力に対して変形しやすくなるため、耐熱保存性が不十分となる場合がある。また、70℃を超えると、定着時においてトナーの外部応力に対する変形が不十分となり、低温定着性が不十分となる場合がある。
<貯蔵弾性率G′、及び損失正接tanδの測定方法>
トナー、トナーのTHF不溶分、THF可溶分の前記貯蔵弾性率G′、及び損失正接tanδは、動的粘弾性測定装置(ARES、TAインスツルメント社製)を用いて測定できる。測定の際の周波数は、1Hzである。
具体的には、測定試料を、直径8mm、厚み1mm〜2mmのペレットに成型し、直径8mmのパラレルプレートに固定する。次いで、トナーTg1stから+0〜5℃以内の温度でパラレルプレートに密着させ、60分間温度を保持する。次いでプレートのサンプルにかかる荷重を一定にしたまま−60℃まで冷却し、−60℃の状態で60分間保持する。測定開始の際は、歪み量0.1%(歪み量制御モード)で、200℃まで昇温速度2.0℃/分間で昇温させて、貯蔵弾性率G′を測定する。
前記着色剤としては、トナー用着色剤として使用されている染料、顔料等を適宜使用することができる。具体的には、カーボンブラック、鉄黒、スーダンブラックSM、ファーストイエローG、ベンジジンイエロー、ソルベントイエロー(21、77、114など)、ピグメントイエロー(12、14、17、83など)、インドファーストオレンジ、イルガシンレッド、パラニトアニリンレッド、トルイジンレッド、ソルベントレッド(17、49、128、5、13、22、48・2など)、ディスパースレッド、カーミンFB、ピグメントオレンジR、レーキレッド2G、ローダミンFB、ローダミンBレーキ、メチルバイオレットBレーキ、フタロシアニンブルー、ソルベントブルー(25、94、60、15・3など)、ピグメントブルー、ブリリアントグリーン、フタロシアニングリーン、オイルイエローGG、カヤセットYG、オラゾールブラウンB及びオイルピンクOP等が挙げられる。これらは単独で用いても2種以上を混合して用いてもよい。
また、必要により磁性粉(鉄、コバルト、ニッケル等の強磁性金属の粉末又はマグネタイト、ヘマタイト、フェライト等の化合物)を着色剤としての機能を兼ねて含有させることができる。
着色剤の含有量は、結着樹脂100重量部に対して、0.1〜40重量部が好ましく、より好ましくは0.5〜10重量部である。なお、磁性粉を用いる場合は、20〜150重量部が好ましく、より好ましくは40〜120重量部である。
前記離型剤としては、軟化点が50〜170℃のものが好ましく、ポリオレフィンワックス、天然ワックス(例えばカルナウバワックス、モンタンワックス、パラフィンワックス及びライスワックスなど)、炭素数30〜50の脂肪族アルコール(例えばトリアコンタノールなど)、炭素数30〜50の脂肪酸(例えばトリアコンタンカルボン酸など)及びこれらの混合物等が挙げられる。これらの他に、ポリメチレン(例えばサゾールワックス等のフィシャートロプシュワックスなど)、脂肪酸金属塩(ステアリン酸カルシウムなど)、脂肪酸エステル(ベヘニン酸ベヘニルなど)なども用いることができる。
前記ポリオレフィンワックスとしては、オレフィン(例えばエチレン、プロピレン、1−ブテン、イソブチレン、1−ヘキセン、1−ドデセン、1−オクタデセン及びこれらの混合物等)の(共)重合体[(共)重合により得られるもの及び熱減成型ポリオレフィンを含む]、オレフィンの(共)重合体の酸素及び/又はオゾンによる酸化物、オレフィンの(共)重合体のマレイン酸変性物[例えばマレイン酸及びその誘導体(無水マレイン酸、マレイン酸モノメチル、マレイン酸モノブチル及びマレイン酸ジメチル等)変性物]、オレフィンと不飽和カルボン酸[(メタ)アクリル酸、イタコン酸及び無水マレイン酸等]及び/又は不飽和カルボン酸アルキルエステル[(メタ)アクリル酸アルキル(アルキルの炭素数1〜18)エステル及びマレイン酸アルキル(アルキルの炭素数1〜18)エステル等]等との共重合体が挙げられる。
本発明のトナーは、上記材料の他に、必要に応じて、荷電制御剤、流動化剤等の添加剤を含有させることもできる。
荷電制御剤としては、ニグロシン染料、3級アミンを側鎖として含有するトリフェニルメタン系染料、4級アンモニウム塩、ポリアミン樹脂、イミダゾール誘導体、4級アンモニウム塩基含有ポリマー、含金属アゾ染料、銅フタロシアニン染料、サリチル酸金属塩、ベンジル酸のホウ素錯体、スルホン酸基含有ポリマー、含フッ素系ポリマー、ハロゲン置換芳香環含有ポリマー、サリチル酸のアルキル誘導体の金属錯体、セチルトリメチルアンモニウムブロミド等が挙げられる。
流動化剤としては、コロイダルシリカ、アルミナ粉末、酸化チタン粉末、炭酸カルシウム粉末、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、硫酸バリウム、炭酸バリウム等が挙げられる。
トナー中の各成分の組成比(重量%)は、結着樹脂が、好ましくは30〜97%、更に好ましくは40〜95%、特に好ましくは45〜92%;着色剤が、好ましくは0.05〜60%、更に好ましくは0.1〜55%、特に好ましくは0.5〜50%;添加剤のうち、離型剤が、好ましくは0〜30%、更に好ましくは0.5〜20%、特に好ましくは1〜10%;荷電制御剤が、好ましくは0〜20%、更に好ましくは0.1〜10%、特に好ましくは0.5〜7.5%;流動化剤が、好ましくは0〜10%、更に好ましくは0〜5%、特に好ましくは0.1〜4%である。また、添加剤の合計含有量は、好ましくは3〜70%、更に好ましくは4〜58%、特に好ましくは5〜50%である。
組成比が上記範囲であれば帯電性が良好なトナーを容易に得ることができる。
トナーの製造方法としては、混練粉砕法、懸濁重合法、乳化重合凝集法、乳化転相法等の公知の方法を採用すればよい。
混練粉砕法は、結着樹脂を着色剤などと共に溶融混練した後、微粉砕し、更に分級して製造する方法である。例えば、流動化剤を除くトナーを構成する成分を乾式ブレンドした後、溶融混練し、粗粉砕し、最終的にジェットミル粉砕機等を用いて微粒化し、更に分級して体積平均粒径(D50)を5〜20μm程度の微粒子とし、最後に流動化剤を混合して製造する。なお、体積平均粒径(D50)は、コールターカウンター[例えば、商品名:マルチサイザーIII(コールター社製)]を用いて測定できる。
懸濁重合法は、モノマー、重合開始剤、着色剤、離型剤等を、分散安定剤を含む水相中に攪拌しながら加えて油滴を形成させ、その後、昇温して重合反応を行わせることにより、トナー粒子を得る方法である。
乳化重合凝集法は、例えば、ポリエステル樹脂を結着樹脂として使用し、水相中で乳化分散した後、脱溶剤して得られた微粒子と、着色剤、離型剤(ワックス)等を水相中で分散させて形成した分散体とを凝集させ、加熱融着させることによりトナー粒子を製造する方法である。
乳化転相法は、流動化剤を除くトナーを構成する成分を有機溶剤に溶解又は分散させた後、水等を添加してエマルジョン化し、次いで分離、分級して製造する。また、特開2002−284881号公報に記載の有機微粒子を用いる方法により製造してもよい。トナーの体積平均粒径(D50)は、3〜15μmが好ましい。
トナーは、必要に応じて、キャリア粒子(鉄粉、ガラスビーズ、ニッケル粉、フェライト、マグネタイト及び樹脂(アクリル樹脂及びシリコーン樹脂等)により表面をコーティングしたフェライト等)と混合して、電気的潜像の現像剤として用いることができる。
また、キャリア粒子の代わりに、帯電ブレード等と摩擦させて、電気的潜像を形成させることもできる。そして、電気的潜像は、公知の熱ロール定着方法などによって、支持体(紙及びポリエステルフィルム等)に定着される。
<<トナー構成成分の分離手段>>
前記トナーを分析する際の各成分の分離手段の一例について説明する。
まず、トナー1gを100mLのTHF中に投入し、25℃の条件下、30分間攪拌しながら可溶分が溶解した溶解液を得る。これを目開き0.2μmのメンブランフィルターでろ過し、トナー中のTHF可溶分を得る。次いで、これをTHFに溶解してGPC測定用の試料とし、前述の各樹脂の分子量測定に用いるGPCに注入する。
一方、GPCの溶出液排出口にフラクションコレクターを配置して、所定のカウント毎に溶出液を分取しておき、溶出曲線の溶出開始(曲線の立ち上がり)から面積率で5%毎に溶出液を得る。次いで、各溶出分について、1mLの重クロロホルムに30mgのサンプルを溶解させ、基準物質として0.05体積%のテトラメチルシラン(TMS)を添加する。溶液を5mm径のNMR測定用ガラス管に充填し、核磁気共鳴装置(日本電子社製JNM−AL400)を用い、23℃〜25℃の温度下、128回の積算を行い、スペクトルを得る。
トナーに含まれる前記非晶質ポリエステル樹脂、及び前記結晶性ポリエステル樹脂などのモノマー組成、及び構成比率は、得られたスペクトルのピーク積分比率から求めることができる。
例えば、以下のようにピークの帰属を行い、それぞれの積分比から構成モノマーの成分比率を求める。ピークの帰属は、例えば、
・8.25ppm付近:トリメリット酸のベンゼン環由来(水素1個分)
・8.07〜8.10ppm付近:テレフタル酸のベンゼン環由来(水素4個分)
・7.1〜7.25ppm付近:ビスフェノールAのベンゼン環由来(水素4個分)
・6.8ppm付近:ビスフェノールAのベンゼン環由来(水素4個分)及びフマル酸の二重結合由来(水素2個分)
・5.2〜5.4ppm付近:ビスフェノールAプロピレンオキサイド付加物のメチン由来(水素1個分)
・3.7〜4.7ppm付近:ビスフェノールAプロピレンオキサイド付加物のメチレン由来(水素2個分)及びビスフェノールAエチレンオキサイド付加物のメチレン由来(水素4個分)
・1.6ppm付近:ビスフェノールAのメチル基由来(水素6個分)
とすることができる。
これらの結果から、例えば、前記非晶質ポリエステル樹脂が90重量%以上を占めるフラクションに回収された抽出物を前記非晶質ポリエステル樹脂として扱うことができる。また、前記結晶性ポリエステル樹脂が90重量%以上を占めるフラクションに回収された抽出物を前記結晶性ポリエステル樹脂として扱うことができる。
−ソックスレーによるTHF不溶分の抽出−
本発明のトナーのTHF不溶分の抽出は以下の手順で行うことが出来る。
トナー1gをTHF100gにより12時間還流し、THF不溶分と可溶分に分ける。THF可溶分のTHFを脱溶剤した固形分、及びTHF不溶分の固形分をそれぞれ40℃、20時間常圧で乾燥させた後、23℃、20時間減圧乾燥させたものを、それぞれTHF不溶分及びTHF可溶分とする。
本発明の現像剤は、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。
[現像剤収容容器]
本発明の現像剤を収容する現像剤収容容器は特に限定されず、公知のものの中から適宜選択することができるが、容器本体とキャップを有するもの等が挙げられる。
また、容器本体の大きさ、形状、構造、材質等は特に限定されないが、形状は円筒状が好ましく、内周面にスパイラル状の凹凸が形成され、回転させることにより、内容物の現像剤が排出口側に移行可能であり、スパイラル状の凹凸の一部又は全てが蛇腹機能を有するものが特に好ましい。材質も特に限定されないが、寸法精度がよいものが好ましく、例えば、ポリエステル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリアクリル酸、ポリカーボネート樹脂、ABS樹脂、ポリアセタール樹脂等の樹脂材料が挙げられる。
現像剤収容容器は、保存、搬送等が容易であり、取扱性に優れるため、後述するプロセスカートリッジ、画像形成装置等に着脱可能に取り付け、現像剤の補給に使用することができる。
[画像形成方法]
本発明のトナーを用いた画像形成方法は、静電潜像形成工程と、現像工程と、転写工程と、定着工程を少なくとも有することが好ましく、クリーニング工程を有することが更に好ましく、必要に応じて、除電工程、リサイクル工程、制御工程等を有してもよい。
また、本発明の画像形成装置は、静電潜像担持体と、静電潜像形成手段と、現像手段と、転写手段と、定着手段を少なくとも有することが好ましく、クリーニング手段を有することが更に好ましく、必要に応じて、除電手段、リサイクル手段、制御手段等を有してもよい。
前記画像形成方法は、本発明の画像形成装置を用いて実施することができ、静電潜像形成工程は静電潜像形成手段を用いて、現像工程は現像手段を用いて、転写工程は転写手段を用いて、定着工程は定着手段を用いて、その他の工程は、その他の手段を用いて、実施することができる。
(静電潜像形成工程)
静電潜像形成工程は、光導電性絶縁体、感光体等の静電潜像担持体上に静電潜像を形成する工程である。静電潜像担持体の材質、形状、構造、大きさ等は特に限定されず、公知のものの中から適宜選択することができるが、形状は、ドラム状であることが好ましい。また、感光体としては、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等が挙げられる。中でも、長寿命である点で、アモルファスシリコン感光体等が好ましい。
静電潜像は、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形成され、静電潜像形成手段を用いて形成することができる。静電潜像形成手段は、例えば、静電潜像担持体の表面に電圧を印加して一様に帯電させる帯電器と、静電潜像担持体の表面を像様に露光する露光器を少なくとも有する。
帯電器としては、特に限定されないが、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公知の接触帯電器、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を用いることができる。
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することができれば特に限定されないが、例えば、複写光学系、ロッドレンズアレイ系、レーザー光学系、液晶シャッタ光学系等の各種露光器を用いることができる。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。
(現像工程)
現像工程は、静電潜像を、本発明の現像剤で現像してトナー像を形成する工程であり、可視像は、現像手段を用いて形成することができる。現像手段は、本発明の現像剤で現像することができれば特に限定されないが、例えば、本発明の現像剤を収容し、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少なくとも有するものを用いることができ、前記現像剤収容容器を備えた現像器等が好ましい。
現像器は、乾式現像方式及び湿式現像方式の何れであってもよく、また、単色用現像器及び多色用現像器の何れであってもよく、例えば、本発明の現像剤を摩擦攪拌により帯電させる攪拌器と、回転可能なマグネットローラーを有するもの等が挙げられる。現像器内では、例えば、トナーとキャリアが混合攪拌され、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ー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。マグネットローラーは、静電潜像担持体近傍に配置されており、マグネットローラー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、静電潜像担持体の表面にトナー像が形成される。なお、現像器に収容する現像剤は、本発明の現像剤であるが、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。
(転写工程)
転写工程は、例えば、転写帯電器を用いて、トナー像が形成された静電潜像担持体を帯電することにより、トナー像を記録媒体に転写する工程であり、転写手段を用いて転写することができる。このとき、転写工程は、トナー像を中間転写体上に転写する一次転写工程と、中間転写体上に転写されたトナー像を記録媒体上に転写する二次転写工程を有することが好ましい。また、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て、各色のトナー像を中間転写体上に転写して複合トナー像を形成する一次転写工程と、中間転写体上に形成された複合トナー像を記録媒体上に転写する二次転写工程を有することが更に好ましい。
転写手段は、トナー像を中間転写体上に転写して複合トナー像を形成する一次転写手段と、中間転写体上に形成された複合トナー像を記録媒体上に転写する二次転写手段を有することが好ましい。なお、中間転写体は特に限定されないが、例えば、無端状の転写ベルト等が挙げられる。また、転写手段(一次転写手段、二次転写手段)は、静電潜像担持体上に形成されたトナー像を記録媒体側に帯電剥離させる転写器を少なくとも有することが好ましい。なお、転写手段は、1個又は2個以上の転写器を有することができる。
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、転写ローラー、圧力転写ローラー、粘着転写器等が挙げられる。
なお、記録媒体は特に限定されず、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。
(定着工程)
定着工程は、記録媒体に転写されたトナー像を定着させる工程であり、定着手段を用いて定着させることができる。なお、二色以上のトナーを用いる場合は、各色のトナーが記録媒体に転写される毎に定着させてもよいし、全色のトナーが記録媒体に転写されて積層された状態で定着させてもよい。定着手段は特に限定されず、公知の加熱加圧手段を用いることができる。加熱加圧手段としては、加熱ローラーと加圧ローラーを組み合わせたもの、加熱ローラーと加圧ローラーと無端ベルトを組み合わせたもの等が挙げられる。このとき、加熱温度は、通常、80〜200℃である。なお、必要に応じて、定着手段と共に、あるいは定着手段の代わりに、例えば、公知の光定着器を用いてもよい。
(除電工程)
除電工程は、静電潜像担持体に除電バイアスを印加して除電する工程であり、除電手段を用いて除電することができる。除電手段は、静電潜像担持体に除電バイアスを印加することができれば特に限定されないが、例えば、除電ランプ等を用いることができる。
(クリーニング工程)
クリーニング工程は、静電潜像担持体上に残留するトナーを除去する工程であり、クリーニング手段を用いて行うことができる。クリーニング手段は、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特に限定されないが、例えば、磁気ブラシクリーナー、静電ブラシクリーナー、磁気ローラークリーナー、ブレードクリーナー、ブラシクリーナー、ウエブクリーナー等を用いることができる。
(リサイクル工程)
リサイクル工程は、クリーニング工程で除去されたトナーを現像手段にリサイクルさせる工程であり、リサイクル手段を用いて行うことができる。リサイクル手段は特に限定されず、公知の搬送手段等を用いることができる。
(制御工程)
制御工程は、各工程を制御する工程であり、制御手段を用いて行うことができる。制御手段は、各手段の動作を制御することができれば特に限定されないが、例えば、シークエンサー、コンピューター等を用いることができる。
[画像形成装置]
図1に、本発明の画像形成装置の一例を示す。画像形成装置100Aは、静電潜像担持体としての感光体ドラム10と、帯電手段としての帯電ローラー20と、露光手段としての露光装置(不図示)と、現像手段としての現像器45(K、Y、M、C)と、中間転写体50と、クリーニング手段としてのクリーニングブレードを有するクリーニング装置60と、除電手段としての除電ランプ70を有する。
中間転写体50は、無端ベルトであり、その内側に配置されている3個のローラー51で張架されており、矢印方向に移動することができる。3個のローラー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)を印加することが可能な転写バイアスローラーとしても機能する。
また、中間転写体50の近傍には、クリーニングブレードを有するクリーニング装置90が配置されている。更に、記録紙95にトナー像を転写(二次転写)するための転写バイアスを印加することが可能な転写手段としての転写ローラー80が中間転写体50に対向して配置されている。
また、中間転写体50の周囲には、中間転写体50上のトナー像に電荷を付与するためのコロナ帯電器52が、感光体ドラム10と中間転写体50の接触部と、中間転写体50と記録紙95の接触部との間に配置されている。
ブラック(K)、イエロー(Y)、マゼンタ(M)及びシアン(C)の各色の現像器45は、現像剤収容部42(K、Y、M、C)と、現像剤供給ローラー43と、現像ローラー44を備える。
画像形成装置100Aでは、帯電ローラー20により感光体ドラム10を一様に帯電させた後、露光装置(不図示)により露光光Lを感光ドラム10上に像様に露光し、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、現像器45から現像剤を供給して現像してトナー像を形成した後、ローラー51から印加された転写バイアスにより、トナー像が中間転写体50上に転写(一次転写)される。更に、中間転写体50上のトナー像は、コロナ帯電器52により電荷を付与された後、記録紙95上に転写(二次転写)される。なお、感光体ドラム10上に残存したトナーは、クリーニング装置60により除去され、感光体ドラム10は除電ランプ70により一旦、除電される。
図2に、本発明の画像形成装置の他の例を示す。画像形成装置100Bは、タンデム型カラー画像形成装置であり、複写装置本体150と、給紙テーブル200と、スキャナ300と、原稿自動搬送装置(ADF)400を有する。
複写装置本体150には、無端ベルト状の中間転写体50が中央部に設けられている。中間転写体50は、支持ローラー14、15及び16に張架されており、矢印方向に回転することができる。
支持ローラー15の近傍には、中間転写体50上に残留したトナーを除去するためのクリーニング装置17が配置されている。また、支持ローラー14と支持ローラー15により張架された中間転写体50には、その搬送方向に沿って、イエロー、シアン、マゼンタ及びブラックの4個の画像形成手段18が対向して並置されたタンデム型現像器120が配置されている。
各色の画像形成手段18は、図3に示すように、感光体ドラム10と、感光体ドラム10を一様に帯電させる帯電ローラー160と、感光体ドラム10に形成された静電潜像をブラック(K)、イエロー(Y)、マゼンタ(M)及びシアン(C)の各色の現像剤で現像してトナー像を形成する現像器70と、各色のトナー像を中間転写体50上に転写させるための転写ローラー62と、クリーニング装置63と、除電ランプ64を備える。
また、図2の画像形成装置において、タンデム型現像器120の近傍には、露光装置(不図示)が配置されている。露光装置は、感光体ドラム10上に露光光を露光し、静電潜像を形成する。
更に、中間転写体50のタンデム型現像器120が配置された側とは反対側には、二次転写装置22が配置されている。二次転写装置22は、一対のローラー23に張架されている無端ベルトである二次転写ベルト24からなり、二次転写ベルト24上を搬送される記録紙と中間転写体50が互いに接触可能となっている。
二次転写装置22の近傍には、定着装置25が配置されている。定着装置25は、無端ベルトである定着ベルト26と、定着ベルト26に押圧されて配置される加圧ローラー27を有する。
また、二次転写装置22及び定着装置25の近傍に、記録紙の両面に画像を形成するために記録紙を反転させる反転装置28が配置されている。
次に、画像形成装置100Bにおけるフルカラー画像の形成(カラーコピー)について説明する。まず、原稿自動搬送装置(ADF)400の原稿台130上に原稿をセットするか、あるいは原稿自動搬送装置400を開いてスキャナ300のコンタクトガラス32上に原稿をセットし、原稿自動搬送装置400を閉じる。次に、スタートスイッチ(不図示)を押すと、原稿自動搬送装置400に原稿をセットした時は、原稿が搬送されてコンタクトガラス32上へと移動された後で、コンタクトガラス32上に原稿をセットした時は、直ちにスキャナ300が駆動し、第1走行体33及び第2走行体34が走行する。このとき、第1走行体33により、光源からの光が照射されると共に、原稿面からの反射光を第2走行体34におけるミラーで反射し、結像レンズ35を通して読み取りセンサ36で受光される。これにより、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各色の画像情報が得られる。
更に、露光装置により、得られた各色の画像情報に基づいて、各色の静電潜像が感光体ドラム10に形成された後、各色の静電潜像は、各色の現像器120から供給された現像剤で現像され、各色のトナー像が形成される。形成された各色のトナー像は、支持ローラー14、15及び16により回転移動する中間転写体50上に、順次重ねて転写(一次転写)され、中間転写体50上に複合トナー像が形成される。
給紙テーブル200においては、給紙ローラー142の1つを選択的に回転させ、ペーパーバンク143に多段に備える給紙カセット144の1つから記録紙を繰り出し、分離ローラー145で1枚ずつ分離して給紙路146に送り出し、搬送ローラー147で搬送して複写機本体150内の給紙路148に導き、レジストローラー49に突き当てて止める。あるいは、手差しトレイ54上の記録紙を繰り出し、分離ローラー58で1枚ずつ分離して手差し給紙路53に入れ、レジストローラー49に突き当てて止める。なお、レジストローラー49は、一般に接地して使用されるが、記録紙の紙粉除去のために、バイアスが印加された状態で使用してもよい。
そして、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ー49を回転させ、中間転写体50と二次転写装置22の間に記録紙を送り出し、複合トナー像を記録紙上に転写(二次転写)する。
複合トナー像が転写された記録紙は、二次転写装置22により搬送されて定着装置25に送り出される。そして、定着装置25において、定着ベルト26及び加圧ローラー27により加熱加圧されて、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55で切り換えて排出ローラー56により排出され、排紙トレイ57上にスタックされる。あるいは、切換爪55で切り換えて反転装置28により反転され、再び転写位置へと導かれて裏面にも画像を形成した後、排出ローラー56により排出され、排紙トレイ57上にスタックされる。
なお、複合トナー像が転写された後に中間転写体50上に残留したトナーは、クリーニング装置17により除去される。
[プロセスカートリッジ]
図4に、本発明のプロセスカートリッジの一例を示す。
プロセスカートリッジ110は、感光体ドラム10、コロナ帯電器52、現像器40、転写ローラー80及びクリーニング装置90を有する。
本発明のプロセスカートリッジは、各種画像形成装置に着脱可能に成型されており、静電潜像を担持する静電潜像担持体と、静電潜像担持体上に担持された静電潜像を本発明の現像剤で現像してトナー像を形成する現像手段を少なくとも有する。なお、本発明のプロセスカートリッジは、必要に応じて、他の手段を更に有していてもよい。
現像手段としては、本発明の現像剤を収容する現像剤収容容器と、現像剤収容容器内に収容された現像剤を担持すると共に搬送する現像剤担持体を少なくとも有する。なお、現像手段は、担持する現像剤の厚さを規制するため規制部材等を更に有してもよい。
以下、実施例、参考例及び比較例を示して本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。なお、説明中の「部」及び「%」はいずれも重量基準である。
実施例、参考例及び比較例のトナーは、以下の手順で調製した。
<トナーの調製>
−ケチミン化合物の合成−
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部、及びメチルエチルケトン75部を仕込み、50℃で5時間反応を行い、[ケチミン化合物]を得た。この[ケチミン化合物]のアミン価は418であった。
−マスターバッチ(MB)の調製−
水1,200部、カーボンブラック(Printex35デクサ社製)〔DBP吸油量=42mL/100mg、pH=9.5〕540部、及び、非晶質ポリエステル樹脂A 1,200部を加え、ヘンシェルミキサー(三井鉱山社製)で混合し、混合物を2本ロールを用いて150℃で30分混練した後、圧延冷却し、パルペライザーで粉砕して[マスターバッチ]を得た。
−顔料・WAX分散液の作製−
撹拌棒及び温度計をセットした容器に、不飽和二重結合を有する結晶性ポリエステル樹脂Bを220部、離型剤としてパラフィンワックス50部(日本精鑞社製、HNP−9、炭化水素系ワックス、融点75℃、SP値8.8)、CCA(サリチル酸金属錯体E−84:オリエント化学工業社製)22部、及び酢酸エチル947部を仕込み、撹拌下で80℃に昇温し、80℃のまま5時間保持した後、1時間で30℃に冷却した。次いで、容器に[マスターバッチ]500部、及び酢酸エチル500部を仕込み、1時間混合して[原料溶解液]を得た。
上記[原料溶解液]1,324部を容器に移し、ビーズミル(ウルトラビスコミル、アイメックス社製)を用いて、送液速度1kg/hr、ディスク周速度6m/秒、0.5mmジルコニアビーズを80体積%充填、3パスの条件で、分散を行った。次いで、非晶質ポリエステル樹脂Aの65%酢酸エチル溶液1,042.3部を加え、前記と同じ条件のビーズミルで1パスし、[顔料・WAX分散液]を得た。この[顔料・WAX分散液]の固形分濃度(130℃、30分)は50%であった。
−油相の調製−
[顔料・WAX分散液]664部、[プレポリマー]80部、及び[ケチミン化合物]4.6部を容器に入れ、TKホモミキサー(特殊機化社製)により5,000rpmで1分間混合し、[油相]を得た。ここで、[プレポリマー]とは、後述する「反応性基を有する非線状のポリエステル樹脂A−1−1」である。
−有機微粒子エマルション(微粒子分散液)の合成−
撹拌棒及び温度計をセットした反応容器に、水683部、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(エレミノールRS−30:三洋化成工業社製)11部、スチレン138部、メタクリル酸138部、及び過硫酸アンモニウム1部を仕込み、400回転/分で15分間撹拌したところ、白色の乳濁液が得られた。加熱して、系内温度75℃まで昇温し、5時間反応させた。更に、1%過硫酸アンモニウム水溶液30部を加え、75℃で5時間熟成してビニル系樹脂(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[微粒子分散液]を得た。この[微粒子分散液]についてLA−920(HORIBA社製)で測定した体積平均粒径は、0.14μmであった。この[微粒子分散液]の一部を乾燥して樹脂分を単離した。
−水相の調製−
水990部、[微粒子分散液]83部、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部、及び酢酸エチル90部を混合撹拌し、乳白色の液体を得た。これを[水相]とした。
−乳化・脱溶剤−
前記[油相]が入った容器に、[水相]1,200部を加え、TKホモミキサーにより回転数13,000rpm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]を投入し、30℃で8時間脱溶剤した。
−不飽和基反応工程−
得られた脱溶剤後のスラリーに、水溶性のラジカル重合開始剤(和光純薬社製V−44)を触媒量添加した後、50℃で5時間熟成を行い、結晶性ポリエステル樹脂Bの不飽和二重結合による反応をさせて、[分散スラリー]を得た。
−洗浄・乾燥−
[分散スラリー]100部を減圧濾過した後、次の(1)〜(5)の操作を行った。
(1):濾過ケーキにイオン交換水100部を加え、TKホモミキサーで混合(回転数12,000rpmで10分間)した後、濾過した。
(2):(1)の濾過ケーキに10%水酸化ナトリウム水溶液100部を加え、TKホモミキサーで混合(回転数12,000rpmで30分間)した後、減圧濾過した。
(3):(2)の濾過ケーキに10%塩酸100部を加え、TKホモミキサーで混合(回転数12,000rpmで10分間)した後、濾過した。
(4):(3)の濾過ケーキにイオン交換水300部を加え、TKホモミキサーで混合(回転数12,000rpmで10分間)した後、濾過する、という前記(1)〜(3)の操作を2回行い[濾過ケーキ]を得た。
(5):(4)の[濾過ケーキ]を、循風乾燥機により45℃で48時間乾燥し、目開き75μmメッシュで篩って[トナー]を得た。
(合成例1)
−反応性基を有する非線状のポリエステル樹脂A−1−1の合成−
冷却管、撹拌機及び窒索導入管の付いた反応容器中に、3−メチル−1,5−ペンタンジオールとトリメチロールプロパンのモル比97:3の混合物(アルコール成分)、及びアジピン酸(酸成分)を、OH:COOH=1.1:1となるように、チタンテトライソプロポキシド(300ppm対樹脂成分)と共に投入した。その後、4時間程度で200℃まで昇温し、次いで、2時間かけて230℃に昇温し、流出水がなくなるまで反応させた。その後、更に10〜15mmHgの減圧下で5時間反応させて中間体ポリエステルを得た。次に、冷却管、撹拌機及び窒素導入管の付いた反応容器中に、中間体ポリエステルとイソホロンジイソシアネートをモル比2.1:1で投入し、酢酸エチルで48重量%となるように希釈した後、100℃で5時間反応させて反応性基を有する非線状のポリエステル樹脂A−1−1を得た。この樹脂の数平均分子量(Mn)は3,800、重量平均分子量(Mw)は17,500、Tgは−50℃であった。
(合成例2)
−反応性基を有する非線状のポリエステル樹脂A−1−2の合成−
冷却管、撹拌機及び窒索導入管の付いた反応容器中に、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物、トリメチロールプロパンのモル比20:77:3の混合物(アルコール成分)、及びアジピン酸とテレフタル酸のモル比50:50の混合物(酸成分)を、OH:COOH=1.1:1となるように、チタンテトライソプロポキシド(300ppm対樹脂成分)と共に投入した。その後、4時間程度で200℃まで昇温し、次いで、2時間かけて230℃に昇温し、流出水がなくなるまで反応させた。その後、更に10〜15mmHgの減圧下で5時間反応させて中間体ポリエステルを得た。次に、冷却管、撹拌機及び窒素導入管の付いた反応容器中に、中間体ポリエステルとイソホロンジイソシアネートをモル比2.1:1で投入し、酢酸エチルで48重量%となるように希釈した後、100℃で5時間反応させて反応性基を有する非線状のポリエステル樹脂A−1−2を得た。この樹脂の数平均分子量(Mn)は4,200、重量平均分子量(Mw)は18,900、Tgは31℃であった。
(合成例3)
−反応性基を有する非線状のポリエステル樹脂A−1−3の合成−
冷却管、撹拌機及び窒索導入管の付いた反応容器中に、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、トリメチロールプロパンのモル比97:3の混合物(アルコール成分)、及びアジピン酸とテレフタル酸のモル比50:50の混合物(酸成分)を、OH:COOH=1.1:1となるように、チタンテトライソプロポキシド(300ppm対樹脂成分)と共に投入した。その後、4時間程度で200℃まで昇温し、次いで2時間かけて230℃に昇温し、流出水がなくなるまで反応させた。その後、更に10〜15mmHgの減圧下で5時間反応させて中間体ポリエステルを得た。次に、冷却管、撹拌機及び窒素導入管の付いた反応容器中に、中間体ポリエステルとイソホロンジイソシアネートをモル比2.1:1で投入し、酢酸エチルで48重量%となるように希釈した後、100℃で5時間反応させて反応性基を有する非線状のポリエステル樹脂A−1−3を得た。この樹脂の数平均分子量(Mn)は5,200、重量平均分子量(Mw)は21,900、Tgは−30℃であった。
(合成例4)
−反応性基を有する非線状のポリエステル樹脂A−1−4の合成−
冷却管、撹拌機及び窒索導入管の付いた反応容器中に、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、トリメチロールプロパンのモル比96:4の混合物(アルコール成分)、及びアジピン酸とテレフタル酸のモル比50:50の混合物(酸成分)を、OH:COOH=1.1:1となるように、チタンテトライソプロポキシド(300ppm対樹脂成分)と共に投入した。その後、4時間程度で200℃まで昇温し、次いで2時間かけて230℃に昇温し、流出水がなくなるまで反応させた。その後、更に10〜15mmHgの減圧下で5時間反応させて中間体ポリエステルを得た。次に、冷却管、撹拌機及び窒素導入管の付いた反応容器中に、中間体ポリエステルとイソホロンジイソシアネートをモル比2.2:1で投入し、酢酸エチルで48重量%となるように希釈した後、100℃で5時間反応させて反応性基を有する非線状のポリエステル樹脂A−1−4を得た。この樹脂の数平均分子量(Mn)は5,600、重量平均分子量(Mw)は42,000、Tgは−27℃であった。
(合成例5)
−反応性基を有する非線状のポリエステル樹脂A−1−5の合成−
冷却管、撹拌機及び窒索導入管の付いた反応容器中に、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、トリメチロールプロパンのモル比98:2の混合物(アルコール成分)、及びアジピン酸とテレフタル酸のモル比50:50の混合物(酸成分)を、OH:COOH=1.1:1となるように、チタンテトライソプロポキシド(300ppm対樹脂成分)と共に投入した。その後、4時間程度で200℃まで昇温し、次いで2時間かけて230℃に昇温し、流出水がなくなるまで反応させた。その後、更に10〜15mmHgの減圧下で5時間反応させて中間体ポリエステルを得た。次に、冷却管、撹拌機及び窒素導入管の付いた反応容器中に、中間体ポリエステルとイソホロンジイソシアネートをモル比1.9:1で投入し、酢酸エチルで48重量%となるように希釈した後、100℃で5時間反応させて反応性基を有する非線状のポリエステル樹脂A−1−5を得た。この樹脂の数平均分子量(Mn)は3,200、重量平均分子量(Mw)は15,000、Tgは−35℃であった。
(合成例6)
−反応性基を有する非線状のポリエステル樹脂A−1−6の合成−
冷却管、撹拌機及び窒索導入管の付いた反応容器中に、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物、トリメチロールプロパンのモル比27:70:3の混合物(アルコール成分)、及びアジピン酸とテレフタル酸のモル比50:50の混合物(酸成分)を、OH:COOH=1.1:1となるように、チタンテトライソプロポキシド(300ppm対樹脂成分)と共に投入した。その後、4時間程度で200℃まで昇温し、次いで、2時間かけて230℃に昇温し、流出水がなくなるまで反応させた。その後、更に10〜15mmHgの減圧下で5時間反応させて中間体ポリエステルを得た。次に、冷却管、撹拌機及び窒素導入管の付いた反応容器中に、中間体ポリエステルとイソホロンジイソシアネートをモル比2.1:1で投入し、酢酸エチルで48重量%となるように希釈した後、100℃で5時間反応させて反応性基を有する非線状のポリエステル樹脂A−1−6を得た。この樹脂の数平均分子量(Mn)は4,500、重量平均分子量(Mw)は19,000、Tgは29℃であった。
(合成例7)
−反応性基を有する非線状のポリエステル樹脂A−1−7の合成−
冷却管、撹拌機及び窒索導入管の付いた反応容器中に、3−メチル−1,5−ペンタンジオールとトリメチロールプロパンのモル比97:3の混合物(アルコール成分)、及びアジピン酸とテレフタル酸のモル比70:30の混合物(酸成分)を、OH:COOH=1.1:1となるように、チタンテトライソプロポキシド(300ppm対樹脂成分)と共に投入した。その後、4時間程度で200℃まで昇温し、次いで、2時間かけて230℃に昇温し、流出水がなくなるまで反応させた。その後、更に10〜15mmHgの減圧下で5時間反応させて中間体ポリエステルを得た。次に、冷却管、撹拌機及び窒素導入管の付いた反応容器中に、中間体ポリエステルとイソホロンジイソシアネートをモル比2.1:1で投入し、酢酸エチルで48重量%となるように希釈した後、100℃で5時間反応させて反応性基を有する非線状のポリエステル樹脂A−1−7を得た。この樹脂の数平均分子量(Mn)は4,300、重量平均分子量(Mw)は18,500、Tgは−40℃であった。
(合成例8)
−ポリエステル樹脂A−2−1の合成−
窒素導入管、脱水管、攪拌器及び熱伝対を装備した5Lの四つ口フラスコに、ビスフェノールAエチレンオキサイドサイド2モル付加物とビスフェノールAプロピレンオキサイド3モル付加物のモル比85:15の混合物(アルコール成分)、及びイソフタル酸とアジピン酸のモル比80:20の混合物(酸成分)を、OH:COOH=1.3:1で仕込み、500ppmのチタンテトライソプロポキシドと共に常圧下、230℃で10時間反応させ、更に10〜15mmHgの減圧下で5時間反応させた後、反応容器に無水トリメリット酸30部を入れ、180℃、常圧下で3時間反応させて、線状のポリエステル樹脂A−2−1を得た。この樹脂の数平均分子量(Mn)は、2,400、重量平均分子量(Mw)は5,400、Tgは48℃であった。
(合成例9)
−ポリエステル樹脂A−2−2の合成−
合成例8におけるイソフタル酸とアジピン酸のモル比を20:80に変え、アルコール成分中のビスフェノールAプロピレンオキサイド3モル付加物をプロピレングリコールに変え、仕込み比率をOH:COOH=1.2:1とした点以外は、合成例8と同様にして線状のポリエステル樹脂A−2−2を得た。この樹脂の数平均分子量(Mn)は4,000、重量平均分子量(Mw)は12,000、Tgは29℃であった。
(合成例10)
−ポリエステル樹脂A−2−3の合成−
窒素導入管、脱水管、攪拌器及び熱伝対を装備した5Lの四つ口フラスコに、ビスフェノールAエチレンオキサイドサイド2モル付加物とビスフェノールAプロピレンオキサイド3モル付加物のモル比60:40の混合物(アルコール成分)、及びテレフタル酸とアジピン酸のモル比90:10の混合物(酸成分)を、OH:COOH=1.3:1で仕込み、500ppmのチタンテトライソプロポキシドと共に常圧下、230℃で10時間反応させ、更に10〜15mmHgの減圧下で5時間反応させた後、反応容器に無水トリメリット酸30部を入れ、180℃、常圧下で3時間反応させて、線状のポリエステル樹脂A−2−3を得た。この樹脂の数平均分子量(Mn)は、2,500、重量平均分子量(Mw)は5,800、Tgは65℃であった。
(合成例11)
−不飽和二重結合を有する結晶性ポリエステル樹脂Bの合成−
加熱乾燥した二口フラスコに、フマル酸ジメチルとセバシン酸ジメチルのモル比90:10の混合物(酸性分)、酸成分の1.15倍量の1,6−ヘキサンジオール(アルコール成分)、及び触媒としてTi(OBu)を入れた後、減圧操作により容器内の空気を窒素ガス不活性雰囲気とし、機械攪拌により180℃で5時間還流を行った。その後、減圧蒸留により過剰な1,6−ヘキサンジオールを除去し、230℃まで徐々に昇温しつつ2時間攪拌し、粘稠な状態となったところで空冷し、反応を停止させた。生成物が固化する前に、反応容器内にテトラヒドロフラン(THF)を添加し、加圧濾過装置で触媒残渣を除去した。精製は、THF/MeOHを用いて再沈殿物を回収、減圧乾燥を行い、不飽和二重結合を有する結晶性ポリエステル樹脂Bを得た。この樹脂の数平均分子量(Mn)は3,900、重量平均分子量(Mw)は13,800、融点は68℃であった。
参考例1)
表1の参考例1の欄に示す割合で、前記樹脂A−1−1、樹脂A−2−1、樹脂Bを使用し、前述した方法に従って、トナーを調製した。即ち、樹脂A−1−1が10%、樹脂A−2−1が80%、樹脂Bが10%となるように混合して使用した。
参考例2)
合成例11における1,6−ヘキサンジオールをエチレングリコールに変えた点以外は、合成例11と同様にして結晶性ポリエステル樹脂B′を合成した。この樹脂の数平均分子量(Mn)は3,800、重量平均分子量(Mw)は16,200、融点は77℃であった。
参考例1における樹脂Bに代えて、樹脂B′を用いた点以外は、参考例1と同様にしてトナーを調製した。
参考例3)
樹脂A−1−1を使用せず、樹脂A−2−1に代えて、前記樹脂A−2−2を使用した点以外は、参考例1と同様にしてトナーを調製した。
参考例4)
樹脂Bの含有率を5%に変えた点以外は、参考例1と同様にしてトナーを調製した。
参考例5)
樹脂Bの含有率を15%に変えた点以外は、参考例1と同様にしてトナーを調製した。
参考例6)
樹脂Bの含有率を20%に変えた点以外は、参考例1と同様にしてトナーを調製した。
参考例7)
樹脂A−1−1の含有率を20%、樹脂Bの含有率を3%に変えた点以外は、参考例1と同様にしてトナーを調製した。
参考例8)
樹脂A−1−1の含有率を3%、樹脂Bの含有率を10%に変えた点以外は、参考例1と同様にしてトナーを調製した。
参考例9)
樹脂A−2−1に変えて樹脂A−2−2を使用し、樹脂Bの含有率を15重量%に変えた点以外は、参考例1と同様にしてトナーを調製した。
参考例10)
樹脂A−1−1に変えて樹脂A−1−2を使用した点以外は、参考例1と同様にしてトナーを調製した。
(実施例11)
樹脂A−1−1に変えて樹脂A−1−3を使用した点以外は、参考例1と同様にしてトナーを調製した。
参考例12)
樹脂A−1−1に変えて樹脂A−1−4を使用した点以外は、参考例1と同様にしてトナーを調製した。
参考例13)
樹脂A−1−1に変えて樹脂A−1−5を使用した点以外は、参考例1と同様にしてトナーを調製した。
参考例14)
実施例11の樹脂Bに変えてステアリン酸アミド(日本精化社製 Neutron−2 融点95℃)を使用した点以外は同様にしてトナーを調製した。
参考例15)
実施例11の樹脂Bの含有率を0重量%にした点以外は同様にしてトナーを調製した。
(実施例16)
樹脂A−1−1に変えて樹脂A−1−6を使用した点以外は、参考例1と同様にしてトナーを調製した。
(実施例17)
樹脂A−1−1に変えて樹脂A−1−7を使用した点以外は、参考例1と同様にしてトナーを調製した。
(比較例1)
合成例1におけるアルコール成分をプロピレングリコールに変え、酸の構成をテレフタル酸/アジピン酸/トリメリット酸=80/17.5/2.5に変えた点以外は合成例1と同様にしてポリエステル樹脂A−1′を合成した。この樹脂の数平均分子量(Mn)は5,500、重量平均分子量(Mw)は45,000、Tgは56℃であった。
参考例1における樹脂A−1−1に代えて、樹脂A−1′を用いた点以外は、参考例1と同様にしてトナーを調製した。
(比較例2)
樹脂A−1−1の含有率を30重量%に変えた点以外は、参考例1と同様にしてトナーを調製した。
(比較例3)
樹脂Bの含有率を25重量%に変えた点以外は、参考例1と同様にしてトナーを調製した。
(比較例4)
樹脂Bを、不飽和二重結合を有しないポリブチレンサクシネートセバケート(Aldrich社製)に変えた点以外は、参考例1と同様にしてトナーを調製した。
(比較例5)
合成例11における酸成分を全てセバシン酸ジメチルに変えた点以外は、合成例11と同様にして結晶性ポリエステル樹脂B″を合成した。この樹脂の数平均分子量(Mn)は3,600、重量平均分子量(Mw)は14,000、融点は63℃であった。
参考例1の樹脂Bに代えて樹脂B″を用いた点以外は、参考例1と同様にしてトナーを調製した。
上記実施例、参考例及び比較例の各トナーについて、下記のようにして特性を測定し評価した。結果を表1、表2に示す。
−軟化点(Tm)−
高化式フローテスター(島津製作所製、CFT−500D)を用いて、1gの測定試料を50℃で予熱した後、昇温速度5℃/分で加熱しながら、プランジャーに30Kgの荷重を与え、直径0.5mm、長さ1mmのノズルから押し出して、「プランジャー降下量(流れ値)」と「温度」とのグラフを描き、プランジャーの降下量の最大値の1/2に対応する温度をグラフから読み取り、この値(測定試料の半分が流出したときの温度)を軟化点とした。
−耐ブロッキング性−
ガラス容器にトナーを充填し、50℃の恒温槽で24時間放置した。次いで24℃に冷却し、ブロッキング(凝集)の程度により下記の基準で評価した。
〔評価基準〕
◎:ブロッキングが発生しない。
○:ブロッキングが発生するが、力を加えると容易に分散する。実用上問題がない。
△:ブロッキングが発生し、力を加えても分散しない。
×:ブロッキングが発生し、完全に固着し、粉体として取り出すことが出来ない。
上記実施例、参考例及び比較例の各トナーについて、以下のようにして現像剤を作製した。
−キャリアの作製−
トルエン100部に、シリコーン樹脂オルガノストレートシリコーン100部、γ−(2−アミノエチル)アミノプロピルトリメトキシシラン5部、及びカーボンブラック10部を添加し、ホモミキサーで20分間分散させて、樹脂層塗布液を調製した。
次いで、流動床型コーティング装置を用いて、平均粒径50μmの球状マグネタイト
1,000部の表面に樹脂層塗布液を塗布して、キャリアを作製した。

−現像剤の作製−
ボールミルを用いて、各トナー5部と、前記キャリア95部を混合し、現像剤を作製した。
作製した各現像剤について、以下のようにして定着特性、発色性を評価した。

<定着温度>
定着ローラとして、テフロン(登録商標)ローラを使用した複写機MF2200(リコー社製)の定着部を改造した装置を用いて、タイプ6200紙(リコー社製)に複写テストを行った。
具体的には、定着温度を変化させてコールドオフセット温度(定着下限温度)及び高温オフセット温度(定着上限温度)を求めた。
定着下限温度の評価条件は、紙送りの線速度を120〜150mm/秒、面圧を1.2kgf/cm、ニップ幅を3mmとした。
また、定着上限温度の評価条件は、紙送りの線速度を50mm/秒、面圧を2.0kgf/cm、ニップ幅を4.5mmとした。
また、コールドオフセット温度(定着下限温度)及び高温オフセット温度(定着上限温度)の範囲を定着温度幅とした。
ここで、定着性としては定着下限温度が115℃以下で、定着温度幅は、40℃以上あれば実用上好ましい。
<耐フィルミング性>
画像形成装置MF2800(リコー社製)を用いて、トナーの付着量が0.40mg/cmとなるようにした全面ベタ画像を10,000枚形成した後の感光体を目視で検査し、トナー成分(主に離型剤)の感光体への固着が生じていないかを下記の基準で評価した。
〔評価基準〕
◎:トナー成分の固着が確認されない。
○:トナー成分の固着が確認できるが、実用上、問題になるレベルではない。
△:トナー成分の固着が確認でき、実用上問題があるレベルである。
×:トナー成分の固着が確認でき、実用上大きく問題があるレベルである。
<転写白抜け>
現像剤をRicoh pro 6100に装着し、画像面積率5%のA4画像を1万枚連続して印刷した。次いで、A4紙に全面ベタ画像(トナー付着量0.4mg/cm)を3枚出力し、目視及び光学顕微鏡観察により画像中の白抜け画像の状態を調べ、下記の基準で評価した。
〔評価基準〕
◎:目視で3枚とも白抜け画像が判らない。
○:光学顕微鏡で観察すると3枚目の白抜け画像が確認できるが、実用上問題になる
レベルではない。
△:目視で白抜け画像が3枚併せて1〜10個確認でき、実用上問題がある。
×:目視で白抜け画像が3枚併せて11個以上確認でき、実用上大きく問題がある。
<画像濃度>
imageo MP C4300(リコー社製)に使用されているキャリアとトナーを、トナー濃度が5重量%となるように混合し、現像剤を得た。
imageo MP C4300(リコー社製)のユニットに現像剤を投入した後、PPC用紙タイプ6000<70W>A4 T目(リコー社製)に2cm×15cmの長方形のベタ画像をトナーの付着量が0.40mg/cmとなるように形成した。このとき、定着ローラの表面温度を120℃となるように設定した。次に、X−Rite938(X−Rite社製)を用いて、ベタ画像の画像濃度(ID)を、ステータスAモード、d50光で測定した。
〔評価基準〕
◎:1.5以上
○:1.4以上、1.5未満
△:1.2以上、1.4未満
×:1.2未満
<光沢度>
定着ローラとして、テフロン(登録商標)ローラを使用した複写機MF2200(リコー社製)の定着部を改造した装置を用いて、タイプ6200紙(リコー社製)に対し複写テストを行った。具体的には、定着温度を、低温定着性の評価の際に求めた定着下限温度+20℃に設定し、紙送りの線速度を120〜150mm/秒間、面圧を1.2kgf/cm、ニップ幅を3mmとした。光沢度計VG−7000(日本電色社製)を用いて、複写テスト後の画像の60度光沢を測定し、次の基準で評価した。
〔評価基準〕
◎:30%以上
○:25%以上、30%未満
△:20%以上、25%未満
×:20%未満
Figure 0005482951
Figure 0005482951
なお、上記表2中の「*1」「*2」は、それぞれ樹脂Bに変えて用いた「ステアリン酸アミド」「ポリブチレンサクシネートセバケート」を示し、それらの含有率は、樹脂B含有率の欄に( )付きで示したように、10%である。
L 露光光
10 静電潜像担持体(感光体ドラム)
10K ブラック用静電潜像担持体
10Y イエロー用静電潜像担持体
10M マゼンタ用静電潜像担持体
10C シアン用静電潜像担持体
14 支持ローラ
15 支持ローラ
16 支持ローラ
17 中間転写クリーニング装置
18 画像形成手段
20 帯電ローラ
21 露光装置
22 二次転写装置
23 ローラ
24 二次転写ベルト
25 定着装置
26 定着ベルト
27 加圧ベルト
28 シート反転装置
32 コンタクトガラス
33 第1走行体
34 第2走行体
35 結像レンズ
36 読取りセンサ
40 現像器
42K 現像剤収容部
42Y 現像剤収容部
42M 現像剤収容部
42C 現像剤収容部
43K 現像剤供給ローラ
43Y 現像剤供給ローラ
43M 現像剤供給ローラ
43C 現像剤供給ローラ
44K 現像ローラ
44Y 現像ローラ
44M 現像ローラ
44C 現像ローラ
45K ブラック現像ユニット
45Y イエロー現像ユニット
45M マゼンタ現像ユニット
45C シアン現像ユニット
49 レジストローラ
50 中間転写ベルト
51 ローラ
52 コロナ帯電装置
53 手差し給紙路
54 手差しトレイ
55 切換爪
56 排出ローラ
57 排出トレイ
58 分離ローラ
60 クリーニング装置
61 現像装置
62 転写ローラ
63 感光体クリーニング装置
64 除電ランプ
70 除電ランプ
80 転写ローラ
90 クリーニング装置
95 転写紙
100A 画像形成装置
100B 画像形成装置
110 プロセスカートリッジ
120 タンデム型現像器
130 原稿台
142 給紙ローラ
143 ペーパーバンク
144 給紙カセット
145 分離ローラ
146 給紙路
147 搬送ローラ
148 給紙路
150 複写装置本体
160 帯電ローラー
200 給紙テーブル
300 スキャナ
400 原稿自動搬送装置(ADF)
特開2009−053695号公報 特開2011−150229号公報 特開2011−123483号公報

Claims (11)

  1. 少なくとも着色剤、結着樹脂及び離型剤を含有し、次の要件(a)〜(e)を満たすことを特徴とする静電画像形成用トナー。
    (a)前記結着樹脂として非晶質ポリエステル樹脂と結晶性ポリエステル樹脂を含む。
    (b)前記非晶質ポリエステル樹脂のうち少なくとも一種が、構成成分としてジオール成分を含み、ジオール成分が炭素数3〜10の脂肪族ジオールを50モル%以上含有し、かつ架橋成分として3価以上の脂肪族アルコールを含む。
    トナーの、示差走査熱量測定(DSC)で測定した際の1回目昇温時におけるガラス転移温度Tg1stが25℃〜50℃である。
    )相対湿度70%の条件下における50℃のTMA圧縮変形量(TMA%)が10
    %以下である。
    (e)トナーのTHF不溶分の、示差走査熱量測定(DSC)で測定した際の2回目昇温時におけるガラス転移温度Tg2nd′が−40℃〜30℃であり、該THF不溶分の40℃における貯蔵弾性率G′が10 〜1.9×10 で、かつ100℃における貯蔵弾性率G′が10 〜2.2×10 である。
  2. トナーのTg1st−Tg2ndが10℃以上であることを特徴とする請求項1に記載の静電画像形成用トナー。
    なお、Tg2ndは、トナーを示差走査熱量計(DSC)で測定した際の2回目昇温時におけるガラス転移温度である。
  3. 前記ジオール成分の主鎖となる部分の炭素数が奇数であり、アルキル基を側鎖に有することを特徴とする請求項1又は2に記載の静電画像形成用トナー。
  4. 前記架橋成分が3価の脂肪族アルコールであることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の静電画像形成用トナー。
  5. 前記非晶質ポリエステル樹脂のうち少なくとも一種が、活性水素基含有化合物と該化合物と反応可能な重合体を反応させて得られる非晶質ポリエステル樹脂であることを特徴とする請求項1〜のいずれかに記載の静電画像形成用トナー。
  6. 前記結晶性ポリエステル樹脂の含有率が、3〜20重量%であることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の静電画像形成用トナー。
  7. 前記結晶性ポリエステル樹脂が、不飽和二重結合部位による架橋構造を有することを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の静電画像形成用トナー。
  8. 前記結晶性ポリエステル樹脂が、融点60℃〜80℃であり、かつ炭素数4〜12の直鎖飽和脂肪族ジカルボン酸を全酸成分中80モル%以上含有し、炭素数2〜12の直鎖飽和脂肪族ジオールを全アルコール成分中80モル%以上含有することを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の静電画像形成用トナー。
  9. 請求項1〜のいずれかに記載の静電画像形成用トナーを用いた現像剤。
  10. 請求項1〜のいずれかに記載の静電画像形成用トナーを用いたプロセスカートリッジ。
  11. 請求項10に記載のプロセスカートリッジを搭載した画像形成装置。
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