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JP5266744B2 - 静電荷像現像用トナー、製造方法、及び製造装置、並びに、現像剤、トナー入り容器、プロセスカートリッジ、画像形成方法、及び画像形成装置 - Google Patents
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JP5266744B2 - 静電荷像現像用トナー、製造方法、及び製造装置、並びに、現像剤、トナー入り容器、プロセスカートリッジ、画像形成方法、及び画像形成装置 - Google Patents

静電荷像現像用トナー、製造方法、及び製造装置、並びに、現像剤、トナー入り容器、プロセスカートリッジ、画像形成方法、及び画像形成装置 Download PDF

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Description

本発明は、電子写真法、静電記録法、静電印刷法等により形成される静電荷像を現像剤により現像する際に用いられる静電荷像現像用トナー、製造方法、及び製造装置、並びに、現像剤、トナー入り容器、プロセスカートリッジ、画像形成方法、及び画像形成装置に関する。
電子写真法としては、一般には、光導電性物質を利用した感光体(以下、「静電潜像担持体」、「像担持体」、「電子写真感光体」と称することもある)に種々の手段を用いて静電潜像を形成する静電潜像形成工程、トナーを用いて静電潜像を現像してトナー像を形成する現像工程、トナー像を紙等の記録媒体に転写する転写工程、記録媒体に転写されたトナー像を加熱、圧力、熱圧、溶剤蒸気等により記録媒体に定着させる定着工程、感光体に残存したトナーを除去するクリーニング工程等から成り立っている。
電子写真、静電記録、静電印刷等に於いて使用される現像剤は、その現像工程において、例えば、静電荷像が形成されている静電潜像担持体等の像担持体に一旦現像され、次に転写工程において静電潜像担持体から転写紙等の転写媒体に転写された後、定着工程において紙面に定着される。その際、潜像保持面上に形成される静電荷像を現像する為の現像剤として、キャリアとトナーから成る二成分系現像剤及び、キャリアを必要としない一成分系現像剤(磁性トナー、非磁性トナー)が知られている。
電子写真法で用いられるトナーは、省エネルギーで、環境に対する影響の少ない方法を用いて製造することが求められている。
従来、電子写真、静電記録、静電印刷などに用いられる乾式トナーとしては、スチレン系樹脂、ポリエステル系樹脂などの結着樹脂を、着色剤などの内添剤と共に溶融混練し、微粉砕したもの、いわゆる粉砕型トナーが広く用いられている。
粉砕法によるトナーの製造方法において、得られるトナーの形状の均一性を確保するためには、各構成材料を均一に分散させ、粉砕することが重要となる。基本的には、粉砕トナーの形状は、不定形であり、粉砕断面がランダムとなることから、形状や構造を制御するのは、困難である。また、着色剤、離型剤、帯電制御剤等の内添剤を多量に添加すると、粉砕工程の際に、内添剤と結着樹脂の界面で粉砕することにより、内添剤が表面に露出しやすく、個々のトナー粒子内で帯電性の偏り等が発生し、流動性、帯電性能等のトナー特性等の品質が低下するという問題がある。
近年、高画質化の要求から、トナーをより小粒径にする必要が生じているが、小粒径にすることによって下記(1)〜(3)に示すような問題が生じていた。
(1)指数関数的に粉砕エネルギーが増加する。
(2)形状が不定形であることとあいまって流動性が著しく悪くなり、トナー補給性や転写性、クリーニング性が悪化する。
(3)内添剤と結着樹脂での界面粉砕による個々のトナー粒子間で帯電性の偏りが顕著になる。
また、最近では、溶媒中でトナーを製造するケミカル法(例えば、懸濁重合法、乳化重合凝集法、溶解懸濁法、ポリエステル伸長法、転相乳化法等)によるトナー製造法が検討されている。
前記懸濁重合法は、単量体中に着色剤、離型剤、帯電制御剤等の内添剤と重合開始剤を分散させ、分散剤を有する水系媒体中に該分散液を懸濁させ油滴を形成させ、その後、昇温して液滴中の単量体を重合反応させることによりトナーを製造する方法である。(非特許文献1参照)
前記乳化重合凝集法の一例を示す。先ず着色剤を界面活性剤水溶液中で分散を行う。一方、界面活性剤水溶液に、重合開始剤、スチレン単量体及びアクリル単量体を加え、乳化重合による樹脂エマルジョンを生成する。着色剤分散液と樹脂エマルジョン、また適宜離型剤、帯電制御剤等その他の内添剤の分散液を混合し、pH調整や凝集剤の添加により、所望の粒径となるよう会合させ成長させた後、加熱撹拌することにより各微粒子間を融着することによりトナーを製造する方法である(特許文献1及び非特許文献2参照)。
前記溶解懸濁法は、結着樹脂を、結着樹脂が溶解可能な有機溶媒中に溶解して成る油性成分を、水性成分中で懸濁させた懸濁液を調製する工程と、懸濁液から有機溶媒を除去する工程とを有する、体積収縮を伴う工法である。結着樹脂とともに着色剤、離型剤、帯電制御剤等の内添剤を低沸点有機溶媒などの揮発性溶剤に分散、溶解させ、これを分散剤の存在する水系媒体中で懸濁し、油滴を形成した後に揮発性溶剤を除去するものであり、この方法は懸濁重合法、乳化重合凝集法と異なり、用いることのできる樹脂に汎用性が広く、特に透明性や定着後の画像部の平滑性が要求されるフルカラープロセスに有用なポリエステル樹脂を用いることができる点で優れている(特許文献2、及び非特許文献3参照)。
前記ポリエステル伸長法は、結着樹脂である、反応性を有する樹脂を含むポリエステル樹脂を、ポリエステル樹脂が溶解可能な有機溶媒中に溶解して成る油性成分を、水性成分中で乳化凝集して分散液を調製する工程と、分散液から有機溶媒を除去しながらポリエステル伸長反応を行う工程とを有する工法である。この方法も懸濁重合法、乳化重合凝集法と異なり、透明性や定着後の画像部の平滑性が要求されるフルカラープロセスに有用なポリエステル樹脂を用いることができる点で優れているとともに、伸長反応を行うことによりトナーの粘弾性制御が可能となり、広い温度領域での定着を可能とするものである(非特許文献4参照)。
前記転相乳化法は、結着樹脂とともに着色剤、離型剤、帯電制御剤等の内添剤を低沸点有機溶媒などの揮発性溶剤に分散、溶解させ、ここに連続水相を注入していくことにより、W/O分散系からO/W分散系へと転相させることにより油滴を形成した後に揮発性溶剤を除去するものである。この方法も、用いることのできる樹脂に汎用性が広く、特に透明性や定着後の画像部の平滑性が要求されるフルカラープロセスに有用なポリエステル樹脂を用いることができる点で優れている(特許文献3、及び特許文献4参照)。
このようなケミカル法を用いて製造されるトナーとしては、近年の環境問題に配慮する観点から、カプセルトナー、コアシェルトナーといった、所望の機能を効果的に発現することが可能な形態を有するものが知られている。
ケミカル法は、粉砕法と比較して、粒子径が小さく、粒子径分布の狭いトナーを製造することができる。しかし、水中又は親水性溶媒中でトナーが造粒されることから、トナーの表面が親水性となり、帯電性能の低下、経時安定性及び環境特性の不安定化を引き起こし、現像及び転写不良、トナー飛散、画質低下等の問題を誘発する可能性を有している。更に、ケミカル法は、廃液が多いことや、トナーを乾燥させるためのエネルギーが大きいといった問題があり、環境負荷の面からも好ましくない。
粉砕法での、トナー小粒径化に伴う流動性悪化や転写性・クリーニング性悪化、ケミカル法での、トナーの表面親水性による帯電性能の低下、経時安定性及び環境特性の不安定化を防止するために、従来のトナーではトナー表面に無機または有機の微粒子を付着させて、これらの表面微粒子の効果によってトナーの付着性を下げることが通常であった。また、トナー容器から現像部にトナーを搬送するために十分な流動性を付与するためにも、トナー表面に無機または有機の微粒子を付着させることが通常であった。
それら微粒子としては、例えば疎水性シリカ等を代表とする疎水性微粉末(特許文献5参照)、シリカ微粒子に酸化アルミニウムや酸化チタン微粒子等を混入したもの(特許文献6参照)、或いはアルミナ被覆チタニア微粒子(特許文献7参照)等を用いることが知られている。また、酸化チタンについては、アナターゼ型の結晶構造を有するもの(特許文献8参照)、酸化アルミニウム被覆酸化チタン(特許文献9参照)、更に酸化チタン微粒子をカップリング剤で表面処理したもの(特許文献10参照、特許文献11参照)が提案されているが、一般的には流動性付与効果が最も高いシリカが用いられている。これらシリカ等の疎水性微粉末を使用することによって、流動性、現像性、転写性はかなり改善される。
しかしながら、トナー表面に保持されたこれらの外添剤は、複写機、プリンターなどの使用下において、現像機中、転写部、クリーニング部などで常に機械的なストレスを受け続けているため、トナー表面から内部へ埋没したり、外添剤が離脱したりすることにより経時的に付着性が増大し、これにより転写効率の低下やクリーニング信頼性の低下が生じていた。
粉砕法やケミカル法に代わるトナーの製造方法として、圧電パルスを利用して微小液滴を形成し、さらにこれを乾燥固化してトナー化する工法が提案されている(特許文献12参照)。更に、液室内の熱膨張を利用し、やはり微小液滴を形成し、さらにこれを乾燥固化してトナー化する工法が提案されている(特許文献13参照)。更には、音響レンズを利用し、同様の処理をする方法が提案されている(特許文献14参照)。
このような方法で製造されるトナーも、トナーの重要な特性である帯電制御効果を発現させるために、荷電制御剤を添加することになるが、荷電制御剤を添加したトナーの分散液を微小な吐出孔から吐出させる場合、吐出孔を閉塞させることなく安定して吐出させることが困難である場合が多く、このため荷電制御剤を極微分散する工程を必要としたり、更には微分散状態を一定時間保持するために多量の分散安定剤で処理する必要があった。特に水系の溶剤を用い、微小液滴を形成し乾燥固化してトナー化する場合は、トナー表面が親水性となり、トナーの表面親水性による帯電性能の低下の防止、経時安定性の向上、及び環境特性の安定化のために、粉砕法やケミカル法同様にトナー表面に無機または有機の微粒子を付着させる必要が生じていた。
また、粒子の製造方法として、振動オリフィスを用いた液滴化(特許文献15参照)、機械的振動の付与による液滴化(特許文献16、17参照)、加圧振動噴射造粒装置を用いた方法(特許文献18参照)が提案されているが、これらの方法をトナーの製造方法に適用することは未だ行われていない。
したがって、シャープな粒度分布を有し、帯電性、環境性、経時安定性などのトナー特性が良好であり、かつ廃液も発生せず、残留単量体も含有せず、乾燥工程が不要であり、低コストであるトナーの製造方法及び該トナーの製造方法により製造されたトナー、並びに該トナーを用いた画像形成方法については、未だ十分に満足できる性能を有するものが提供されていないのが現状である。
特許第3141783号公報 特開平7−152202号公報 特許第3063269号公報 特開平8−211655号公報 特開昭52−30437号公報 特開昭60−238847号公報 特開昭57−79961号公報 特開昭60−112052号公報 特開昭57−79961号公報 特開平4−40467号公報 特開平3−348354号公報 特開2003−262976号公報 特開2003−280236号公報 特開2003−262977号公報 特許第3344003号公報 国際公開第03/000741号パンフレット 特開2006−293320号公報 特開2006−77252号公報 日本画像学会誌43巻1号、33−39(2004) 日本画像学会誌43巻1号、40−47(2004) 日本画像学会誌43巻1号、48−53(2004) 日本画像学会誌43巻1号、54−59(2004)
本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであり、従来における前記諸問題を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。即ち、本発明は、転写性、クリーニング性が良好で、かつ鮮明な高画質画像の形成が可能な静電荷像現像用トナー、製造方法、及び製造装置、並びに、該トナーを用いた現像剤、トナー入り容器、プロセスカートリッジ、画像形成方法、及び画像形成装置を提供することを目的とする。
また本発明は、外添剤の埋没や離脱による影響が少なく、環境や経時を問わず安定して高画質・高品位のカラー画像を形成できる、製造方法、及び製造装置、並びに、該トナーを用いた現像剤、トナー入り容器、プロセスカートリッジ、画像形成方法、及び画像形成装置を提供することを目的とする。
さらに本発明は、生産時の環境負荷が少なく、トナーを効率よく生産することができ、更にこれまでにない粒度の単一分散性を有した粒子であることにより、流動性や帯電特性といったトナーに求められる多くの特性値において、これまでの製造方法にみられた粒子による変動の幅が全くないか、非常に少ない、電子写真、静電記録、静電印刷等に於ける静電荷像を現像する為の現像剤に使用される静電荷像現像用トナー、製造方法、及び製造装置、並びに、該トナーを用いた現像剤、トナー入り容器、プロセスカートリッジ、画像形成方法、及び画像形成装置を提供することを目的とする。
本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、少なくとも結着樹脂と、着色剤と、珪素原子を有する重合体と、を含有するトナー組成液を、吐出孔より吐出し、次いで液滴化した後、当該液滴を造粒空間において固体粒子にすることにより上記課題が解決されることを見出し、本発明を完成するに至った。
まず本発明者らは、珪素原子を有する特定の化合物が存在する系においては、空気と流動状態にあるトナー材料の界面に、前記珪素原子を有する特定の化合物が配向し、トナー母粒子の表面に珪素原子が多い層が形成することによって、少量の外添剤でも十分な転写性、クリーニング性が得られることを見出した。
そして、具体的な方法として、珪素原子を有する重合体を溶解して添加しておき、流動状態にある液滴形成時から吐出液滴を乾燥固化させる工程で配向する特性を利用し、珪素原子を選択的にトナー表面に移動させ固定化することによりトナー母粒子の付着力を低減でき、少量の外添剤でも十分な転写性、クリーニング性を有するという知見を得た。
即ち、上記課題を解決するために本発明に係る静電荷像現像用トナー、製造方法、及び製造装置、並びに、該トナーを用いた現像剤、トナー入り容器、プロセスカートリッジ、画像形成方法、及び画像形成装置は、具体的には下記(1)〜(10)に記載の技術的特徴を有する。
少なくとも結着樹脂と、着色剤と、珪素原子を有する重合体と、を含有するトナー組成液を、吐出孔より吐出し、次いで液滴化した後、当該液滴を造粒空間において固体粒子にすることにより得られる静電荷像現像用トナーであり、前記トナー組成液は、少なくとも前記結着樹脂と、前記着色剤と、前記珪素原子を有する重合体とを、有機溶剤に分散/溶解してなり、前記珪素原子を有する重合体は、前記有機溶剤に可溶である静電荷像現像用トナーの製造方法であって、前記トナー組成液をノズル板に設けられた吐出孔から吐出する吐出工程と、当該吐出された前記トナー組成液を液滴化する液滴化工程と、前記液滴を造粒空間において前記有機溶剤を除去することにより固体粒子にする粒子形成工程と、を有することを特徴とする静電荷像現像用トナーの製造方法である。
)前記トナー組成液は液状であり、前記吐出工程は、前記トナー組成液に圧力を付与して前記吐出孔から当該トナー組成液を連続的に吐出して柱状化し、前記液滴化工程は、当該柱状化したトナー組成液を振動によって液滴化することを特徴とする上記()に記載の静電荷像現像用トナーの製造方法である。
)前記ノズル板は、厚み5〜100μmの金属板で形成され、前記吐出孔の開口径は3〜35μmであることを特徴とする上記()または()に記載の静電荷像現像用トナーの製造方法である。
)前記ノズル板は、吐出孔が複数個設けられたことを特徴とする上記()乃至()のいずれかに記載の静電荷像現像用トナーの製造方法である。
)前記粒子形成工程は、前記吐出工程における液滴吐出方向と同方向に乾燥気体を流すことにより気流を発生させ、該気流により、液滴を溶媒除去設備内で搬送せしめると共に、前記液滴中の溶媒を除去せしめて固体粒子を形成することを特徴とする上記(1)乃至(4)に記載の静電荷像現像用トナーの製造方法である。
)前記乾燥気体が、空気または窒素ガスであることを特徴とする上記()に記載の静電荷像現像用トナーの製造方法である。
)前記乾燥気体の温度が、40〜200℃であることを特徴とする上記()または()に記載の静電荷像現像用トナーの製造方法である。
)前記溶媒除去設備が、液滴の電荷とは逆極性に帯電された静電カーテンで周囲が覆われた搬送路を有してなり、該搬送路内に液滴を通過させることを特徴とする上記()乃至()のいずれかに記載の静電荷像現像用トナーの製造方法である。
)トナーの体積平均粒径/数平均粒径(Dv/Dn)が、1.00〜1.10の範囲にあることを特徴とする上記()乃至()のいずれかに記載の静電荷像現像用トナーの製造方法である。
10)前記静電荷像現像用トナーの体積平均粒径が1〜6μmであることを特徴とする上記()乃至()のいずれかに記載の静電荷像現像用トナーの製造方法である。
本発明によると、従来と比較してトナー粒子の極最表面にのみ高濃度の珪素原子を配置することによって、従来における諸問題を解決でき、転写性、クリーニング性が良好で、鮮明な高画質画像の形成が可能なだけでなく、環境や経時を問わず安定して高画質・高品位のカラー画像を形成できる静電荷像現像用トナー、製造方法、及び製造装置、並びに、該トナーを用いた現像剤、トナー入り容器、プロセスカートリッジ、画像形成方法、及び画像形成装置を提供することができる。
また、本発明によると、従来における諸問題を解決でき、生産時の環境負荷を少なくすることができ、トナーを効率よく生産することができ、更にこれまでにない粒度の単一分散性を有した粒子であることにより、さらに優れた帯電特性といったトナーに求められる多くの特性値において、これまでの製造方法にみられた粒子による変動の幅が全くないか、非常に少ない、電子写真、静電記録、静電印刷等に於ける静電荷像を現像するための現像剤に使用される静電荷像現像用トナー、製造方法、及び製造装置、並びに、該トナーを用いた現像剤、トナー入り容器、プロセスカートリッジ、画像形成方法、及び画像形成装置を提供することができる。
具体的には、これまでの粉砕法やケミカル法で製造したトナーにみられた粒子のバラツキによる変動幅が全くないか、あっても殆ど無視できる程度に極端に変動が少ないものであるといった大きな特徴を有する。これらの特徴の実現は、本発明でしか得ることができない特性といえるが、この特性の実現によりはじめて、感光体に形成された潜像に殆ど忠実な画像を形成することが可能となった。また同様の特徴から長期間に亘りその効果が持続することを可能とした。すなわち、粒度分布の均一性、形状の均一性、表面状態の均一性の達成により、電子写真プロセス上設定されたトナー帯電量に達するために必要な機械的ストレスが非常に少なく、トナー寿命が飛躍的に伸びたことによるものと推察される。このことにより、画質に優れた画像を長期間にわたり得ることが可能となる。
本発明の静電荷像現像用トナーは、少なくとも結着樹脂と、着色剤と、珪素原子を有する重合体とを含有し、最表層のみに付着力を低減する珪素原子を配置、固定化し、かつ粒子のバラツキによる変動幅が殆ど無視できる程度に極端に少ないものであることから、少量の外添剤でも十分な転写性、クリーニング性、トナー容器からの補給性が得られるようにしたものである。
以下、本発明の静電荷像現像用トナーの製造方法の説明を通じて、本発明の静電荷像現像用トナーの詳細についても明らかにする。
本発明によると、珪素原子を有する界面活性剤を含むトナー組成液を吐出孔より放出し、トナー組成液を液滴化し、液滴を造粒空間において固体粒子にすることにより得るもので、気相中で乾燥する過程で粒子表面に珪素原子を有する化合物をにじみ出させることによりトナー表面の珪素元素の量を極めて多く配置するものである。
即ち、負帯電制御効果に優れた珪素原子を有する特定の化合物を溶解して添加しておき、吐出液滴を乾燥固化させる工程で気相に配向する特性を利用し、選択的にトナー表面に移動させ固定化するものである。これにより珪素原子に由来する定着性阻害効果を殆ど受けることなく、目的とする帯電制御性のみを獲得できる。
以下、本発明の製造方法について説明する。
(トナー製造方法)
少なくとも樹脂と、着色剤と、珪素原子を有する重合体とを、溶解乃至分散させたトナー組成液を、一定の周波数で振動させたノズル板に設けられた吐出孔から吐出させて液滴とし、該液滴を乾燥させることを特徴とする。
−液滴化現象−
液柱の均一液滴化現象はRayleigh, Lord “On the Instability of Jets” Proc. London Math. Soc. 110:4 [1878]に説明されるように、液柱が最も不安定になる波長条件λは、液柱直径djを用いて下記の式(1)で表される。
λ=4.5dj 式(1)
ここで、発生する擾乱現象の周波数fは、液柱の速度をvとした場合下記の式(2)で表すことが出来る。
f=v/λ 式(2)
また、Schneider J.M., C.D.Hendricks, Rev. Instrum. 35(10), 1349−50 [1964]で説明されるように、実験的に安定に均一粒子を形成する条件を導いた結果、下記の式(3)の条件において安定的に均一粒子を形成することが可能であるとしている。
3.5<λ/dj<7.0 式(3)
更には、Lindblad N.R. and J.M.Schneider, J. Sci. Instrum. 42, 635 [1965]で説明されるように、エネルギー保存則を基に、吐出孔より排出される液が、液柱を形成する最小ジェットvmin速度は下記の式(4)のように表現される。
min=(8σ/ρdj)1/2 (4)
式(4)において、σは液の表面張力、ρは液密度、djは液柱の直径を表す。式(1)から式(4)の条件式はこのような現象を再現するための条件を推定するために有用であるが、我々は、これらの関係式は液物質の種類、混合物、分散物等によって変動し得ることを確認しているが、振動子を貯留部に取り付け、これを振動数fにおいて振動することにより液柱が、上記のような擾乱によって液滴化する現象は様々な液体において成立した。
−装置−
本発明のトナー製造方法に使用される装置(以下、「トナー製造装置」ともいう。)としては、本製造方法により、トナーを製造可能な装置であれば、特に制限はなく、適宜選択して使用することができるが、少なくとも樹脂と着色剤とを含有するトナー組成物を液状としたトナー組成液を、一定の周波数で振動させたノズル板から吐出させて、液滴を形成する液滴形成手段と、該液滴中に含まれる溶媒を除去することにより前記液滴を乾燥させ、トナー粒子を形成するトナー粒子形成手段とを有するトナー製造装置によるのが好ましい。前記トナー製造装置は、液滴形成手段が、ノズル板を直接振動させる振動発生手段を有し、該振動発生手段が、ノズル板を、液状としたトナー組成液の通過と同時に振動させることがより好ましい。また、トナー組成物を液状としたトナー組成液が貯留され、トナー組成物を液状としたトナー組成液を液滴形成手段に供給する貯留手段を有することがより好ましい。
例えば、図1及び図2に示すように、珪素原子を有する界面活性剤を含む原材料溶液を入れた貯留部1は、貯留部1へ液を供給する液供給管8と接続され、吐出孔4を有する板を保持するハウジング9を設けた構造が望ましい。また、貯留部1の全体を振動する振動手段2が、貯留部1に接している。振動手段2にはリード線11を介して波形発生装置10と接続されており、制御される形態が望ましい。また、異なる品種を作成するため貯留部1内の液抜くためのドレイン12を設けることが、生産を行う上で好ましい。
貯留部1は、少なくとも、トナー組成物液を加圧された状態において保持される必要があるため、SUS、アルミなどの金属等の部材からなり、10MPa程度の耐圧性があることが望ましいが、これに限るものではない。
また、振動手段2は、一つの振動手段により、吐出孔4を有する貯留部1全体を励振させるのが好ましい。貯留部1に振動を与える振動手段2としては、確実な振動を一定の周波数で与えることができるものであれば特に制限はなく、適宜選択して使用することができる。
圧電体は、電気的エネルギーを機械的エネルギーに変換する機能を有する。具体的には、電圧を印加することにより、伸縮し、この伸縮により、吐出孔4を振動させることができる。圧電体としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)等の圧電セラミックスが挙げられるが、一般に変位量が小さい為、積層して使用されることが多い。この他にも、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)等の圧電高分子や、水晶、LiNbO3、LiTaO3、KNbO3、等の単結晶、などが挙げられる。
一定の周波数としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、50kHz乃至50MHzが好ましく、100kHz乃至10MHzがより好ましく、極めて均一な粒子径を有する微小液滴を発生させる観点から、200kHz乃至2MHzが特に好ましい。
振動手段2は、貯留部1と接しており、貯留部1は吐出孔4を有する板が保持されており、振動手段2と吐出孔4を有する板とは、吐出孔4から発生する液柱に振動を均一に与える観点から、平行に配置されていることが最も好ましく、振動の過程における変形が起こっても、その関係は傾きが10°以内に保たれることが望ましい。
吐出孔4は、1個のみ設けても粒子生産は可能であるが、極めて均一な粒子径を有する微小液滴を効率よく発生させる観点から、複数個設け、各吐出孔から吐出される液滴を、一の溶媒除去設備、図示の例では、溶媒除去設備6で乾燥させるのが好ましい。
振動手段2の一部を、固定支持するための支持手段3は、装置に貯留部1及び振動手段2を固定するために設けられており、材質に限定は特に無いが、金属などの剛体であればよい。必要によっては余分な共振による貯留部1の振動の乱れを発生させないために、振動緩和材としてのゴム材、樹脂材などが一部に設けられていてもよい。
吐出孔4は、トナー組成液を、液柱として吐出させるための吐出孔である。吐出孔4を有するノズル板の材質及び形状としては、特に制限はなく、適宜選択した形状とすることができるが、例えば、吐出孔4を有するノズル板が、厚み5〜50μmの金属板で形成され、かつ、吐出孔4の開口径が1〜40μmであることが、トナー組成物液中に含まれる1μm以下の微粒子分散物を閉塞させることなく、かつ100kHz以上の振動周波数で極めて均一な粒子径を有する微小液滴を発生させることを両立させる観点から好ましい。これは、液滴化現象により安定的に液滴を得ることが可能な周波数領域は、実質上、吐出孔4の開口径の直径が大きくなるにつれて減少するため、生産性を考慮して、100kHz以上の振動周波数を想定している。なお、開口径は、真円であれば直径を意味し、楕円であれば短径を意味する。
貯留部1へ液を供給する液供給手段5としては、チューブポンプ、ギアポンプ、ロータリーポンプ、シリンジポンプなどの定量ポンプであることが望ましい。また、圧縮空気などによって加圧し送液するタイプのポンプであってもよい。これら液供給手段5で貯留部1はトナー組成液で満たされ、更に液滴化可能な圧力まで昇圧することが可能である。液圧力はポンプ付属の圧力ゲージまたは専用の圧力センサにて測定が可能である。
溶媒除去設備6としては、液滴13の溶媒を除去することができれば特に制限はないが、液滴13の吐出方向と同方向に乾燥気体14を流すことにより気流を発生させ、気流により、液滴13を溶媒除去設備6内で搬送させると共に、搬送中に液滴13中の溶媒を除去させることにより、トナー粒子15を形成するのが好ましい。なお、ここで、「乾燥気体」とは、大気圧下の露点温度が−10℃以下の状態の気体を意味する。乾燥気体としては、液滴13を乾燥可能な気体であれば特に制限はなく、例えば、空気、窒素ガス、などが好適に挙げられる。
トナー捕集部7は、トナーを効率的に捕集し、搬送する観点から、トナー粒子製造装置の底部に設けられた部材である。トナー捕集部7の構造としては、トナーを捕集できれば特に制限はなく、適宜選択することができるが、上述の観点から、図示の例のように、開口径が漸次縮小するテーパー面を有してなり、開口径が入口部より縮小した出口部から、トナー粒子15を乾燥気体14の流れによりトナー貯蔵容器に移送させるのが好ましい。
移送の方法としては、図示の例のように、乾燥気体14によりトナー粒子15をトナー貯蔵容器に圧送しても良く、トナー貯蔵容器側からトナー粒子15を吸い込んでもよい。
乾燥気体14の流れとしては、特に制限はないが、遠心力を発生させて微粉を除去できる観点から、渦流であることが好ましい。
さらに、トナー粒子15の搬送をより効率的に行う観点から、トナー捕集部7、及びトナー貯蔵容器が導電性の材料で形成され、かつ、これらがアースに接続されているのがより好ましい。また、トナー製造装置は、防曝仕様であることが好ましい。
また、例えば、図3に示すように、少なくとも、前記貯留手段としてのスラリー分散液貯蔵容器35と、乾燥容器30内に設けられた、前記液滴形成手段としての、ノズル板21と、電極22と、前記トナー粒子形成手段としての、溶媒除去設備23と、除電器24と、トナー捕集部25と有する装置が好適に挙げられる。
図3に示したトナー製造装置では、スラリー分散液貯蔵容器35に貯留された前記溶解乃至分散液を、液供給管29を介して、液供給手段34により適宜供給量を調整して液供給流路37を通り、前記ノズル板21に形成した吐出孔から液滴31として吐出させ、該液滴31を、電極22により帯電した後、溶媒除去設備23で溶媒を除去することによりトナー粒子26とし、該トナー粒子26を、除電器24による除電後、渦流27によりトナー捕集部25に捕集して、トナー貯蔵容器32に搬送するようになっている。
以下、前記図3に示したトナー製造装置について、各部材毎にさらに詳述する。
−−ノズル板及び圧電体−−
前記図3に示したノズル板21は、先にも述べたように、トナー組成物を液状としたトナー組成液を、吐出させて液滴とする部材である。
前記ノズル板21の材質及び形状としては、特に制限はなく、適宜選択した形状とすることができるが、例えば、ノズル板21が、厚み5〜50μmの金属板で形成され、かつ、吐出孔の開口径が3〜35μmであることが、ノズル板21から溶液を噴射させるときに、貯留部1自体に振動を与えることにより、せん断力が付与され、極めて均一な粒子径を有する微小液滴を発生させる観点から好ましい。なお、前記開口径は、真円であれば直径を意味し、楕円であれば短径を意味する。
一定の周波数としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、50kHz乃至50MHzが好ましく、極めて均一な粒子径を有する微小液滴を発生させる観点から、100kHz乃至10MHzがより好ましく、100kHz乃至450kHzが特に好ましい。
前記ノズル板21には、吐出孔を1個のみ設けてもよいが、極めて均一な粒子径を有する微小液滴を発生させる観点から複数個設け、各吐出孔から吐出される液滴31を、一の溶媒除去設備、図示の例では、溶媒除去設備23で乾燥させるのが好ましい。
図4について更に説明すると、37は液供給流路、39はOリングであり、このノズル板21とOリング39を隔てて設けられた前記液供給流路37を介して供給されるトナー組成液を液滴31とし、分散エアにより、乾燥設備内に放出する。
ノズル板21に形成する吐出孔の個数としては、特に制限はないが、極めて均一な粒子径を有する微小液滴をより確実に発生させるためには、1乃至5000であることが好ましく、1乃至2000であるのことがより好ましく、さらには200乃至1500であることが特に好ましい。
−−溶媒除去設備−−
前記溶媒除去設備23としては、液滴31の溶媒を除去することができれば特に制限はないが、液滴31の吐出方向と同方向に乾燥気体を流すことにより気流を発生させ、該気流により、液滴31を溶媒除去設備23内で搬送させると共に、該搬送中に前記液滴31中の溶媒を除去させることにより、トナー粒子26を形成するのが好ましい。なお、ここで、「乾燥気体」とは、大気圧下の露点温度が−10℃以下の状態の気体を意味する。
前記乾燥気体としては、液滴31を乾燥可能な気体であれば特に制限はなく、例えば、空気、窒素ガス、などが好適に挙げられる。
前記乾燥気体を溶媒除去設備23に流す方法としては、特に制限はないが、例えば、図3に示すように、乾燥気体供給管33より流す方法が挙げられる。
前記乾燥気体の温度は、乾燥効率の面においてはより高温である方が好ましく、また噴霧乾燥の特性上、使用する溶媒の沸点以上の乾燥気体を使用したとしても、乾燥途中の恒率乾燥領域では液滴温度が溶媒沸点以上に上昇することはなく、得られるトナーに熱的損傷を与えることはない。しかしながら、トナーの主構成材料が熱可塑性樹脂であることから、乾燥後すなわち減率乾燥領域において、使用する樹脂の沸点以上の乾燥気体にさらされると、トナー同士が熱融着を発生しやすくなり、単分散性が損なわれる危険性がある。したがって、前記乾燥気体の温度は、具体的には、例えば、40〜200℃が好ましく、60〜150℃がより好ましく、75〜85℃が特に好ましい。
また、図3に示すように、前記溶媒除去設備23の内壁面には、液滴31が、前記溶媒除去設備23の壁面に付着することを防止する観点から、液滴31の電荷とは逆極性に帯電された電界カーテン28を設け、前記電界カーテン28で周囲が覆われた搬送路を形成し、該搬送路内に液滴31を通過させるのが好ましい。
−−除電器−−
前記除電器24は、液滴31を、搬送路内に通過させることにより形成したトナー粒子26の電荷を一時的に中和させた後、該トナー粒子26をトナー捕集部25に収容させるための部材である。
前記除電器24による除電の方法としては、特に制限はなく、通常知られている方法を適宜選択して使用することができるが、効率的に除電が可能であることから、例えば、軟X線照射、プラズマ照射、などにより行うのが好ましい。
−−トナー捕集部−−
前記トナー捕集部25は、トナーを効率的に捕集し、搬送する観点から、トナー製造装置の底部に設けられた部材である。
前記トナー捕集部25の構造としては、トナーを捕集できれば特に制限はなく、適宜選択することができるが、上述の観点から、図示の例のように、開口径が漸次縮小するテーパー面を有してなり、該開口径が入口部より縮小した出口部から、トナー粒子26を、乾燥気体を用いて当該乾燥気体の流れによりトナー貯蔵容器32に移送させるのが好ましい。
前記移送の方法としては、前記乾燥気体により、図示の例のように、トナー粒子26をトナー貯蔵容器32に圧送しても良く、トナー貯蔵容器32側からトナー粒子26を吸い込んでもよい。
前記乾燥気体の流れとしては、特に制限はないが、遠心力を発生させて確実にトナー粒子26を捕集できる観点から、渦流27であることが好ましい。
更に、該トナー粒子26の搬送をより効率的に行う観点から、トナー捕集部25及びトナー貯蔵容器32が、導電性の材料で形成され、かつ、これらがアースに接続されているのがより好ましい。また、前記トナー製造装置は、防曝仕様であることが好ましい。
−−液滴−−
前記液滴31は、先に述べたように、特定の物質を含有するトナー用材料の溶解乃至分散液を、一定の周波数で振動させたノズル板21から吐出させることにより発生させる。なお、前記トナー用材料については後述する。
前記トナー組成物を液化する方法としては、特に制限はなく、通常使用される方法を適宜選択することができる。具体的には、スチレンアクリル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリオール系樹脂、エポキシ系樹脂等の結着樹脂を、着色剤等と共に溶融混練し、微粉砕しても良いし、この製造途中で得られた混練物を、樹脂成分が可溶な有機溶媒に一度溶解させ、これを微小液滴として処理しても良い。
−作用−
以上の詳細に説明した本発明のトナー製造方法によれば、ノズル板21に形成した吐出孔から発生する液滴31の粒子数は、1秒当たり数万乃至数百万個と、非常に多く、更に吐出孔を多くすることも容易である。また、非常に均一な液滴径が得られ、充分な生産性を有する観点からも、トナーを生産するのに最も好適な方法といえる。さらに、本製造方法では、最終的に得られるトナーの粒径を、下記計算式(1)により正確に決定することができ、使用する材料による粒径の変化が殆どない。
〔計算式〕
Dp=(6QC/πf)1/3・・・計算式(1)
但し、Dp:固体粒子径、Q:液流量(ポンプ流量と吐出孔の口径で決まる)、f:振動周波数、C:固形分の体積濃度である。
トナー粒子径は上記計算式(1)のみで正確に計算することが可能であるが、より簡単には下記計算式(2)で求められる。
〔計算式〕
固形分体積濃度(体積%)=(固体粒子径/液滴径)3・・・計算式(2)
すなわち、本発明により得られるトナー粒子26の直径は、液滴31を噴出する振動周波数に依らずノズル板21の開口径の2倍となる。そこで、上記計算式(2)の関係から、固形分の濃度を予め求め調整することにより、目的とする固体粒子径を得ることが可能である。例えば、吐出孔の口径が7.5μmの場合、液滴径は15μmとなる。そこで、固形分体積濃度を6.40体積%にすれば6.0μmの固体粒子が得られることになる。この場合、振動周波数は生産性の点からより高いほど望ましいが、ここで決定した振動周波数にあわせて計算式(1)からQ(液流量)を決定することになる。
これまでの製造方法では、使用する材料によって粒度が大きく変化することが多いが、本製造方法では、吐出する際の液滴径と、固形分濃度とを管理することにより、設定した通りの粒径を有する粒子を連続して得ることが可能になる。
また、本発明により得られたトナーは極めて均一な粒子径を有することから、トナー母体における流動性が非常に高い。そのため、製造装置等への付着力低下を目的として外添剤を加える場合においても、極めて少量でその効果を発揮することができる。ストレスによる外添剤の劣化や微粒子の人体への安全性を考えると、このような外添剤を極力使用しないことが好ましいので、これも本発明の利点といえる。
(トナー)
本発明のトナーは、先に述べた、本発明のトナー製造方法により製造されたトナーである。また、前記トナー製造方法により、粒度分布が単分散なものが得られる。
具体的には、前記トナーの粒度分布(重量平均粒径/数平均粒径)としては、1.00〜1.10の範囲にあるのが好ましく、1.00〜1.05の範囲にあるのがさらに好ましい。また、重量平均粒径としては、1〜6μmであるのが好ましい。
本発明で使用できるトナー材料は、従来の電子写真用トナーと全く同じ物が使用できる。すなわち、スチレンアクリル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリオール系樹脂、エポキシ系樹脂、等の結着樹脂を各種有機溶媒に溶解し、着色剤を分散、かつ、離型剤を分散又は溶解し、これを吐出孔より吐出させて、前記トナー製造方法により微小液滴とし乾燥固化させることで、目的とするトナー粒子を作成することが可能である。また、上記材料を熱溶融混練し得られた混練物を各種溶媒に一度溶解乃至分散した液を、前記トナー製造方法により微小液滴とし乾燥固化させ、乾燥過程で珪素元素を有する重合体がトナー粒子表層に移動することで、目的のトナーを得ることも可能である。
−トナー用材料−
前記トナー用材料としては、少なくとも樹脂と着色剤と珪素元素を有する重合体を含有し、必要に応じて、ワックス、磁性体等のその他の成分を含有する。また、前記トナー用材料を液状としたトナー組成液を作成するために、前記トナー用材料を有機溶剤に、溶解もしくは微分散することが好ましい。
ここで、有機溶剤としては、1価アルコール類、2価アルコール類、芳香族炭化水素類、脂肪族炭化水素類、エステル類、ケトン類、脂環族炭化水素類、揮発性オルガノポリシロキサン類等が挙げられる。具体的にはメタノール、エタノール、2−プロパノール、n−ブタノール、プロピレングリコール、トルエン、キシレン、イソペンタン、n−ヘキサン、n−ヘプタン、酢酸エチル、酢酸ブチル、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサン、等が挙げられる。
−−珪素元素を有する重合体−−
珪素元素を有する重合体としては、シリコーン樹脂、シリコーン−アクリル樹脂、シリコーンオイルなどがあげられる。
ここで、珪素原子を有する重合体が有機溶剤に不溶であると、トナーの分散液を微小な吐出孔から吐出させる時に、吐出孔を閉塞させることなく安定して吐出させるために、珪素原子を有する重合体を極微分散する工程や、更には微分散状態を一定時間保持する必要も生じるため、有機溶剤に可溶であることが好ましい。
また、珪素原子を有する重合体が常温で液体であり、且つ加える珪素原子を有する重合体量が多いと、トナー粒子表面に液体の珪素原子を有する重合体がブリードアウトし、液架橋力により付着力が増加し、転写性を悪化させる可能性があるため、珪素原子を有する重合体は常温で固体であることが好ましい。
シリコーン樹脂としては、合成したものを使用してもよいし、市販品を使用してもよい。市販品としては、ストレートシリコーン樹脂として、KR271、KR255、KR220L、KR152(以上信越シリコーン社製)や804 RESIN、805 RESIN、840 RESIN、SR2400、SR2406、SR2410、SR213、SR217 Flake Resin、220 Flake Resin、233 Flake Resin、249 Flake Resin(以上東レダウコーニング・シリコーン社製)などが挙げられる。
また、シリコーン樹脂としては変性シリコーン樹脂を用いることもできる。例えばアルキド変性シリコーン樹脂として、KR−206(信越シリコーン社製)、SR−2110(東レダウコーニング・シリコーン社製)、エポキシ変性シリコーン樹脂としてES−1001N(信越シリコーン社製)、SR2115(東レダウコーニング・シリコーン社製)、ウレタン変性シリコーン樹脂としてKR305(信越シリコーン社製)、アミノ変性シリコーン樹脂としてSF8417、BY16−850、BY16−872(東レダウコーニング・シリコーン社製)などが挙げられる。
また、ジメチルシロキサン・メチル(ポリオキシエチレン)シロキサン・メチル(ポリオキシプロピレン)シロキサン共重合体などのポリエーテル変性シリコーン、ポリオキシエチレン・メチルポリシロキサン共重合体(市販品として東レダウコーニング・シリコーン社製 SH−3771M、SH−3772M、SH−3773M、SH−375M、信越シリコーン社製 KF−6004)なども挙げられる
シリコーン−アクリル樹脂は、共重合する単量体種や共重合比率、分子量を変えることによって任意の性状の樹脂を得ることができるため好適である。
シリコーン−アクリル樹脂は、KR5208(信越シリコーン社製)などのような市販品を使用しても良いし、シリコーン含有ラジカル重合性単量体とシリコーン含有ラジカル重合性単量体と共重合可能な単量体と共重合しても得ることができる。
シリコーン含有ラジカル重合性単量体の具体例として下記一般式(1)の化合物が挙げられる。
(式中、R1は水素原子又はメチル基、R2は鎖中に酸素原子を含有してもよい炭素数1〜6の2価炭化水素基、R3は炭素数1〜30のアルキル基、芳香族基、又はヒドロキシル基を示し、hは1〜200の整数を示す。)
一般式(1)のシリコーン含有ラジカル重合性単量体は市販品として入手することができ、例えばサイラプレーンFM−0711(チッソ株式会社製、上記一般式(1)において、R1=メチル基、R2=プロピレン基、h=10、R3=ブチル基である。)、サイラプレーンFM−0721(チッソ株式会社製、上記一般式(1)において、R1=メチル基、R2=プロピレン基、h=62、R3=ブチル基である。)、サイラプレーンFM−0725(チッソ株式会社製、上記一般式(1)において、R1=メチル基、R2=プロピレン基、h=130、R3=ブチル基である。)、X−22−2475(信越化学工業株式会社製、上記一般式(1)において、R1=メチル基、R2=プロピレン基、h=2、R3=メチル基である。)、X−22−174DX(信越化学工業株式会社製、上記一般式(1)において、R1=メチル基、R2=プロピレン基、h=58、R3=メチル基である。)、X−22−2426(信越化学工業株式会社製、上記一般式(1)において、R1=メチル基、R2=プロピレン基、h=156、R3=ブチル基である。)等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
本発明で用いられるシリコーン−アクリル共重合体中におけるシリコーン含有ラジカル重合性単量体は5〜60質量%、好ましくは15〜55質量%、さらに好ましくは25〜50質量%の範囲で含まれることが好ましい。上記シリコーン含有ラジカル重合性単量体の含有量が5質量%未満であると十分な効果が得られず、また60質量%を超えると共重合体の溶剤への溶解性が低くなる。
また、シリコーン含有ラジカル重合性単量体の具体例として下記一般式(2)の化合物も有用である。
(式中、R4は水素原子又はメチル基、R5は鎖中に酸素原子を含有してもよい炭素数1〜6の2価炭化水素基を示し、iは0〜150の整数を示す。)
一般式(2)のシリコーン含有ラジカル重合性単量体は市販品として入手することができ、例えばサイラプレーンFM−7711(チッソ株式会社製、上記一般式(2)において、R4=メチル基、R5=プロピレン基、i=8である。)、サイラプレーンFM−7721(チッソ株式会社製、上記一般式(2)において、R4=メチル基、R5=プロピレン基、i=60である。)、サイラプレーンFM−7725(チッソ株式会社製、上記一般式(2)において、R4=メチル基、R5=プロピレン基、i=130である。)、X−22−164(信越化学工業株式会社製、上記一般式(2)において、R1=メチル基、R2=プロピレン基、i=0である。)、X−22−164AS(信越化学工業株式会社製、上記一般式(2)において、R1=メチル基、R2=プロピレン基、i=7である。)、X−22−164A(信越化学工業株式会社製、上記一般式(2)において、R1=メチル基、R2=プロピレン基、i=18である。)、X−22−164B(信越化学工業株式会社製、上記一般式(2)において、R1=メチル基、R2=プロピレン基、i=40である。)、X−22−164C(信越化学工業株式会社製、上記一般式(2)において、R1=メチル基、R2=プロピレン基、i=60である。)、X−22−164E(信越化学工業株式会社製、上記一般式(2)において、R1=メチル基、R2=プロピレン基、i=100である。)等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
また、シリコーン含有ラジカル重合性単量体の具体例として下記一般式(3)の化合物も挙げられる。
(式中、R6は水素原子又はメチル基、R7は鎖中に酸素原子を含有してもよい炭素数1〜6の2価炭化水素基を示し、jは0、1又は2の整数を示す。)
一般式(3)のシリコーン含有ラジカル重合性単量体としては、γ−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−アクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ−アクリロキシプロピルジメチルメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルジメチルメトキシシラン、γ−アクリロキシプロピルトリエトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、γ−アクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ−アクリロキシプロピルジメチルエトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルジメチルエトキシシラン等がが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
市販品としては、例えばTM−0701及びTM−0701T(チッソ株式会社製;γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン;上記一般式(3)中、R6=メチル基、R7=プロピレン基である。)、X−22−2404(信越化学工業株式会社製)、BX16−122A、BY16−122A(東レ・ダウコーニング・シリコーン株式会社製)等が、入手することができる。
その他のシリコーン含有ラジカル重合性単量体の具体例として、ビニルトリメトキシシラン、ビニルメチルジメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルメチルジエトキシシラン、トリメトキシシリルスチレン、ジメトキシメチルシリルスチレン、トリエトキシシリルスチレン、ジエトキシメチルシリルスチレン等が挙げられる。
本発明で用いられるシリコーン−アクリル共重合体中におけるシリコーン含有ラジカル重合性単量体は10〜80質量%、好ましくは15〜70質量%、さらに好ましくは20〜60質量%の範囲で含まれることが好ましい。シリコーン含有ラジカル重合性単量体の含有量が10質量%未満であると十分な効果が得られず、また80質量%を超える場合は、共重合体の溶剤への溶解性が低くる。
シリコーン含有ラジカル重合性単量体と共重合可能な重合性不飽和単量体としては、例えば、n−ブチル(メタ)アクリレート、t−ブチル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、ヘキシル(メタ)アクリレート、オクチル(メタ)アクリレート等のアルキル基の炭素数が4以上の(メタ)アクリル酸アルキルエステル等が、生成する共重合体成分の有機溶媒に対する溶解性の点から好ましい。
共重合体の成分の合成に用いられる重合開始剤としては、例えば、有機過酸化物、アゾ系化合物等が挙げられる。有機過酸化物としては、イソブチルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド、3,5,5−トリメチルヘキサノイルパーオキサイド、オクタノイルパーオキサイド、t−ブチルクミルパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド、ジクロルベンゾイルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、ジ−t−ブチルパーオキサイド、1,1−ビス(t−ブチルパーオキシ−3,3,5−トリメチルシクロヘキサン、3,3,5−トリメチルシクロヘキサノンパーオキサイド、メチルシクロヘキサノンパーオキサイド、ジイソブチルパーオキシジカーボネート、2−ジエチルヘキシルパーオキシジカーボネート、2,5−ジメチル−2,5−ビス(2−エチルヘキサノイルパーオキシ)ヘキサン、1,1−ビス(t−ヘキシルパーオキシ)−3,3,5−トリメチルシクロヘキサン、1,1−ビス(t−ヘキシルパーオキシ)シクロヘキサン、1,1−ビス(t−ブチルパーオキシ)シクロヘキサン、2,2−ビス(t−ブチルパーオキシ)ブタン、t−ブチルハイドロパーオキサイド、クメンハイドロパーオキサイド、ジイソプロピルベンゼンハイドロパーオキサイド、メチルエチルケトンパーオキサイド、シクロヘキサノンパーオキサイド、t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、1,1,3,3−テトラメチルブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、t−ヘキシルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、t−ブチルパーオキシイソブチレート等が挙げられる。また、アゾ系化合物としては、2,2′−アゾビス−イソブチロニトリル、ジメチルアゾジイソブチレート、2,2−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2′−アゾビス(2−メチルブチロニトリル)、2,2′−アゾビス(4−メトキシ2,4−ジメチルバレロニトリル)、(1−フェニルエチル)アゾジフェニルメタン、ジメチル−2,2′−アゾビスイソブチレート、1,1′−アゾビス(1−シクロヘキサンカルボニトリル)、2,2′−アゾビス(2,2,4−トリメチルペンタン)、2−フェニルアゾ−2,4−ジメチル−4−メトキシバレロニトリル、2,2′アゾビス(2−メチルプロパン)等が挙げられる。これらの重合開始剤は、単独で又は2種類以上を組み合わせて使用することができる。
重合開始剤の使用量は、得られる共重合体の目的とする分子量により決められるものであるが、通常、合成に使用される重合性不飽和単量体の総量に対し、0.05〜5.0重量%とすることが好ましい。また、必要に応じて、連鎖移動剤を用いて分子量の調整をしてもよい。連鎖移動剤としては、例えば、n−ドデシルメルカプタン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリエトキシシラン等が挙げられる。
共重合体を合成するためには、公知の種々の重合法を利用することができるが、簡便であり、かつ合成後トナー組成液作成にそのまま供することができる点から溶液重合が好ましい。溶液重合法は、有機溶媒に重合性不飽和化合物及び重合開始剤を加え、重合反応させる方法である。有機溶媒としては、前述のトナー組成液に用いる有機溶媒を利用することができる。共重合体の合成におけるこの有機溶媒の配合量は、共重合体に用いられる重合性不飽和単量体の総量100重量部に対し、25〜400重量部とすることが好ましく、40〜250重量部とすることが好ましい。25重量部未満であると重合中の粘度が高くなり、合成が困難になる傾向があり、得られる溶液の粘度も高くなる傾向がある。また、400重量部を超えると、得られる溶液の樹脂分濃度が低いため、トナー組成液作成時に所望の固形分濃度に調節できなくなる可能性がある。また、重合時の反応温度は、通常、60〜160℃が好ましく、反応時間は1〜12時間が好ましい。
本発明で用いられるシリコーン−アクリル共重合体のGPCによるポリスチレン換算の重量平均分子量は、2,000〜1,000,000であるのが好ましく、より好ましくは5,000〜800,000であり、重量平均分子量が2,000未満であると、機内でトナーが撹拌されている間にトナー表面から脱離する場合があり、1,000,000を超えると有機溶剤への溶解性が低くなる場合がある。
本発明で用いるシリコーンオイルとしては、例えば、ポリメチルシロキサンなどのジメチルシリコーンオイル(市販品として東レダウコーニング・シリコーン社製 SH‐200、信越シリコーン社製 KF−96)、オクタメチルシクロテトラシロキサン、デカメチルシクロペンタシロキサン、ドデカメチルシクロヘキサシロキサンなどの環状シリコーンオイル(市販品として東レダウコーニング・シリコーン社製 SH−244、SH−245、DC−345、信越シリコーン社製 KF−995)、メチルフェニルポリシロキサンなどのメチルフェニルシリコーンオイル(市販品として東レダウコーニング・シリコーン社製 SH−510、SH−550、SH−710、信越シリコーン社製 KF−50、KF−53、KF−54、KF−56)、などが挙げられる。
シリコーンオイルの粘度が低いとトナー組成液を作成する時に乳化はするものの短時間で分離するため、100cs以上粘度を有することが好ましい。また、粘度が高すぎると乳化が困難なため、粘度は10000cs以下が好ましい。
−−樹脂−−
前記樹脂としては、少なくとも結着樹脂が挙げられる。
前記結着樹脂としては、反応性物質と作用して該結着樹脂の粘弾性を大きくすることが好ましい。その作用については、共有結合、イオン結合、水素結合などが考えられる。通常使用される樹脂の中から、適宜反応性を考慮して使用することができるが、例えば、アクリル酸及びアクリル酸エステル系単量体、メタクリル酸及びメタクリル酸エステル系単量体等のビニル重合体、これらの単量体又は2種類以上からなる共重合体、ポリエステル系重合体、ポリオール樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、フラン樹脂、エポキシ樹脂、キシレン樹脂、テルペン樹脂、クマロンインデン樹脂、ポリカーボネート樹脂、石油系樹脂、などが挙げられる。
スチレン系結着樹脂として、ポリスチレン、ポリp−クロロスチレン、ポリビニルトルエンなどのスチレン及びその置換体の重合体;スチレン−p−クロロスチレン共重合体、スチレン−プロピレン共重合体、スチレン−ビニルトルエン共重合体、スチレン−ビニルナフタリン共重合体、スチレン−アクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリル酸エチル共重合体、スチレン−アクリル酸ブチル共重合体、スチレン−アクリル酸オクチル共重合体、スチレン−メタクリル酸メチル共重合体、スチレン−メタクリル酸エチル共重合体、スチレン−メタクリル酸ブチル共重合体、スチレン−α−クロルメタクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−ビニルメチルエーテル共重合体、スチレン−ビニルメチルケトン共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−イソプレン共重合体、スチレン−アクリロニトリル−インデン共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、スチレン−マレイン酸エステル共重合体などのスチレン系共重合体が挙げられる。また、アクリル系バインダーとして、ポリメチルメタクリレート、ポリブチルメタクリレートが挙げられ、その他、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、エポキシ樹脂、エポキシポリオール樹脂、ポリウレタン、ポリアミド、ポリビニルブチラール、ポリアクリル酸樹脂、ロジン、変性ロジン、テルペン樹脂、フェノール樹脂、脂肪族又は脂環族炭化水素樹脂、芳香族系石油樹脂、塩素化パラフィン、パラフィンワックス、などが挙げられる。
前記アクリル酸及びメタクリル酸エステル系単量体としては、例えば、アクリル酸、あるいはアクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸n−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n−ドデシル、アクリル酸2−エチルへキシル、アクリル酸ステアリル、アクリル酸2−クロルエチル、アクリル酸フェニル等のアクリル酸、又はそのエステル類、などが挙げられる。
前記メタクリル酸及びメタクリル酸エステル系単量体としては、例えば、メタクリル酸、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸n−ブチル、メタクリル酸イソブチル、メタクリル酸n−オクチル、メタクリル酸n−ドデシル、メタクリル酸2−エチルへキシル、メタクリル酸ステアリル、メタクリル酸フェニル、メタクリル酸ジメチルアミノエチル、メタクリル酸ジエチルアミノエチル等のメタクリル酸又はそのエステル類、などが挙げられる。
前記ビニル重合体、又は共重合体を形成する他の単量体の例としては、以下の(1)〜(16)が挙げられる。(1)塩化ビニル、塩化ビニルデン、臭化ビニル、フッ化ビニル等のハロゲン化ビニル類;(2)酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、安息香酸ビニル等のビニルエステル類;(3)ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、ビニルイソブチルエーテル等のビニルエーテル類;(4)ビニルメチルケトン、ビニルヘキシルケトン、メチルイソプロペニルケトン等のビニルケトン類;(5)N−ビニルピロール、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のN−ビニル化合物;(6)ビニルナフタリン類;(7)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若しくはメタクリル酸誘導体等;(8)マレイン酸、シトラコン酸、イタコン酸、アルケニルコハク酸、フマル酸、メサコン酸の如き不飽和二塩基酸;(9)マレイン酸無水物、シトラコン酸無水物、イタコン酸無水物、アルケニルコハク酸無水物の如き不飽和二塩基酸無水物;(10)マレイン酸モノメチルエステル、マレイン酸モノエチルエステル、マレイン酸モノブチルエステル、シトラコン酸モノメチルエステル、シトラコン酸モノエチルエステル、シトラコン酸モノブチルエステル、イタコン酸モノメチルエステル、アルケニルコハク酸モノメチルエステル、フマル酸モノメチルエステル、メサコン酸モノメチルエステルの如き不飽和二塩基酸のモノエステル;(11)ジメチルマレイン酸、ジメチルフマル酸の如き不飽和二塩基酸エステル;(12)クロトン酸、ケイヒ酸の如きα,β−不飽和酸;(13)クロトン酸無水物、ケイヒ酸無水物の如きα,β−不飽和酸無水物;(14)該α,β−不飽和酸と低級脂肪酸との無水物、アルケニルマロン酸、アルケニルグルタル酸、アルケニルアジピン酸、これらの酸無水物及びこれらのモノエステルの如きカルボキシル基を有する単量体;(15)2−ヒドロキシエチルアクリレート、2−ヒドロキシエチルメタクリレート、2−ヒドロキシプロピルメタクリレート等のアクリル酸又はメタクリル酸ヒドロキシアルキルエステル類;(16)4−(1−ヒドロキシ−1−メチルブチル)スチレン、4−(1−ヒドロキシ−1−メチルへキシル)スチレンの如きヒドロキシ基を有する単量体。
通常使用される樹脂の中には、反応性の低い樹脂も存在するが、前記の樹脂と併用してもよい。例えばスチレン系単量体としては、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、p−フエニルスチレン、p−エチルスチレン、2,4−ジメチルスチレン、p−n−アミルスチレン、p−tert−ブチルスチレン、p−n−へキシルスチレン、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、p−メトキシスチレン、p−クロルスチレン、3,4−ジクロロスチレン、m−ニトロスチレン、o−ニトロスチレン、p−ニトロスチレン等のスチレン、又はその誘導体、などが挙げられる。
また、ビニル重合体、又は共重合体を形成する他の単量体の例としては、エチレン、プロピレン、ブチレン、イソブチレン等のモノオレフイン類;ブタジエン、イソプレン等のポリエン類などが挙げられる。
本発明のトナーにおいて、結着樹脂のビニル重合体、又は共重合体は、ビニル基を2個以上有する架橋剤で架橋された架橋構造を併用してもよい。この場合に用いられる架橋剤としては、芳香族ジビニル化合物として、例えば、ジビニルベンゼン、ジビニルナフタレン、などが挙げられる。アルキル鎖で結ばれたジアクリレート化合物類として、例えば、エチレングリコールジアクリレート、1,3−ブチレングリコールジアクリレート、1,4−ブタンジオールジアクリレート、1,5−ペンタンジオールジアクリレート、1,6へキサンジオールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、これらの化合物のアクリレートをメタクリレートに代えたもの、などが挙げられる。エーテル結合を含むアルキル鎖で結ばれたジアクリレート化合物類として、例えば、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アクリレート、テトラエチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコール#400ジアクリレート、ポリエチレングリコール#600ジアクリレート、ジプロピレングリコールジアクリレート、これらの化合物のアクリレートをメタアクリレートに代えたもの、などが挙げられる。
その他、芳香族基及びエーテル結合を含む鎖で結ばれたジアクリレート化合物、又はジメタクリレート化合物も挙げられる。ポリエステル型ジアクリレート類としては例えば、商品名MANDA(日本化薬社)が挙げられる。
これらの架橋剤は、前記ビニル重合体、又は共重合体を形成する他の単量体100重量部に対して、0.01〜2重量部用いることが好ましく、0.03〜1重量部用いることがより好ましい。これらの架橋性単量体のうち、トナー用樹脂に定着性、耐オフセット性の点から、芳香族ジビニル化合物(特にジビニルベンゼン)、芳香族基及びエーテル結合を1つ含む結合鎖で結ばれたジアクリレート化合物類が好適に挙げられる。これらの中でも、スチレン−アクリル共重合体となるような単量体の組み合わせが好ましい。
架橋剤が2重量部以上であると、前記結着樹脂を有機溶媒に溶解しトナー組成液を作成する時に不溶解部が生じ、トナー組成液を吐出孔から吐出させて液滴を形成する時に、吐出孔の目詰まりが生じ、安定生産ができない場合がある。
本発明のビニル重合体又は共重合体の製造に用いられる重合開始剤としては、例えば、2,2'−アゾビスイソブチロニトリル、2,2'−アゾビス(4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2'−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2'−アゾビス(2−メチルブチロニトリル)、ジメチル−2,2'−アゾビスイソブチレート、1,1'−アゾビス(1−シクロへキサンカルボニトリル)、2−(カルバモイルアゾ)−イソブチロニトリル、2,2'−アゾビス(2,4,4−トリメチルペンタン)、2−フェニルアゾ−2',4'−ジメチル−4'−メトキシバレロニトリル、2,2'−アゾビス(2−メチルプロパン)、メチルエチルケトンパ−オキサイド、アセチルアセトンパーオキサイド、シクロへキサノンパーオキサイド等のケトンパーオキサイド類、2,2−ビス(tert−ブチルパーオキシ)ブタン、tert−ブチルハイドロパーオキサイド、クメンハイドロパーオキサイド、1,1,3,3−テトラメチルブチルハイドロパーオキサイド、ジ−tert−ブチルパーオキサイド、tert−ブチルクミルパーオキサイド、ジークミルパーオキサイド、α−(tert−ブチルパーオキシ)イソプロピルべンゼン、イソブチルパーオキサイド、オクタノイルパーオキサイド、デカノイルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド、3,5,5−トリメチルヘキサノイルパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド、m−トリルパーオキサイド、ジ−イソプロピルパーオキシジカーボネート、ジ−2−エチルへキシルパーオキシジカーボネート、ジ−n−プロピルパーオキシジカーボネート、ジ−2−エトキシエチルパーオキシカーボネート、ジ−エトキシイソプロピルパーオキシジカーボネート、ジ(3−メチル−3−メトキシブチル)パーオキシカーボネート、アセチルシクロへキシルスルホニルパーオキサイド、tert−ブチルパーオキシアセテート、tert−ブチルパーオキシイソブチレート、tert−ブチルパーオキシ−2−エチルへキサレート、tert−ブチルパーオキシラウレート、tert−ブチル−オキシベンゾエ−ト、tert−ブチルパーオキシイソプロピルカーボネート、ジ−tert−ブチルパーオキシイソフタレート、tert−ブチルパーオキアリルカーボネート、イソアミルパーオキシ−2−エチルへキサノエート、ジ−tert−ブチルパーオキシへキサハイドロテレフタレート、tert−ブチルパーオキシアゼレート、などが挙げられる。
結着樹脂がスチレン−アクリル共重合体の場合、樹脂成分のテトラヒドロフラン(THF)に可溶分のGPCによる分子量分布で、分子量3,000〜50,000(数平均分子量換算)の領域に少なくとも1つのピークが存在し、分子量100,000以上の領域に少なくとも1つのピークが存在する樹脂が、定着性、オフセット性、保存性の点で好ましい。また、THF可溶分としては、分子量分布100,000以下の成分が50〜90%となるような結着樹脂が好ましく、分子量5,000〜30,000の領域にメインピークを有する結着樹脂がより好ましく、5,000〜20,000の領域にメインピークを有する結着樹脂が最も好ましい。
また、ポリエステル樹脂は、スチレン系やアクリル系樹脂に比して、トナー保存時の安定性を確保しつつ、より溶融粘度を低下させることが可能である。このようなポリエステル樹脂は、例えばアルコールとカルボン酸との重縮合反応によって得ることができる。アルコールとしては、ポリ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、1,4−プロピレングリコール、ネオペンチルグリコール、1,4−ブテンジオールなどのジオール類、1,4−ビス(ヒドロキシメチル)シクロヘキサン、ビスフェノールA、水素添加ビスフェノールA、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Aなどのエーテル化ビスフェノール類、これらを炭素数3〜22の飽和もしくは不飽和の炭化水素基で置換した2価のアルコール単位体、その他の2価のアルコール単位体、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、ペンタエスリトールジペンタエスリトール、トリペンタエスリトール、蔗糖、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等の三価以上のアルコール単量体を挙げることができる。また、ポリエステル樹脂を得るために用いられるカルボン酸としては、例えばパルミチン酸、ステアリン酸、オレイン酸等のモノカルボン酸、マレイン酸、フマール酸、メサコン酸、シトラコン酸、テレフタル酸、シクロヘキサンジカルボン酸、コハク酸、アジピン酸、セバチン酸、マロン酸、これらを炭素数3〜22の飽和もしくは不飽和の炭化水素基で置換した2価の有機酸単量体、これらの酸の無水物、低級アルキルエステルとリノレイン酸からの二量体、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、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、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エンボール三量体酸、これらの酸無水物等の、三価以上の多価カルボン酸単量体を挙げることができる。ここで、三価以上のアルコール単量体や三価以上の多価カルボン酸単量体が多いと、前記結着樹脂を有機溶媒に溶解しトナー組成液を作成する時に不溶解部が生じ、トナー組成液を吐出孔から吐出させて、液滴を形成する時に吐出孔の目詰まりが生じ、安定生産ができない場合がある。
結着樹脂がポリエステル系樹脂の場合は、樹脂成分のTHF可溶成分の分子量分布で、分子量3千〜5万の領域に少なくとも1つのピークが存在するのが、トナーの定着性、耐オフセット性の点で好ましく、また、THF可溶分としては、分子量5万以下の成分が70〜100%となるような結着樹脂も好ましく、分子量5千〜2万の領域に少なくとも1つのピークが存在する結着樹脂がより好ましい。分子量5万以上の成分が多いと、有機溶媒への溶解性が悪く、トナー組成液を作成する工程に時間がかかったり、トナー組成液を吐出孔から吐出させて、液滴を形成する時に吐出孔の目詰まりが生じ、安定生産ができない場合があるため好ましくない。
結着樹脂がポリエステル樹脂の場合、その酸価としては、0.1mgKOH/g〜40mgKOH/gであることが好ましく、0.1mgKOH/g〜30mgKOH/gであることがより好ましく、0.1mgKOH/g〜20mgKOH/gであることが最も好ましい。酸価が大きいと、有機溶媒への溶解性が悪く、トナー組成液を作成する工程に時間がかかったり、トナー組成液を吐出孔から吐出させて、液滴を形成する時に吐出孔の目詰まりが生じ、安定生産ができない場合があるため好ましくない。
エポキシ系樹脂としては、ビスフェノールAとエポクロルヒドリンとの重縮合物等があり、例えば、エポミックR362、R364、R365、R366、R367、R369(以上三井石油化学工業(株)製)、エポトートYD−011、YD−012、YD−014、YD−904、YD−017(以上東都化成(株)製)、エポコート1002、1004、1007(以上シェル化学社製)等の市販のものが挙げられる。また、これらエポキシ樹脂の末端のエポキシ基をクミルフェノールやアルキルフェノール等のフェノール化合物で封止しても良い。
本発明のトナーに使用できる結着樹脂としては、前記ビニル重合体成分及びポリエステル系樹脂成分の少なくともいずれか中に、これらの両樹脂成分と反応し得る単量体成分を含む樹脂も使用することができる。ポリエステル系樹脂成分を構成する単量体のうちビニル重合体と反応し得るものとしては、例えば、フタル酸、マレイン酸、シトラコン酸、イタコン酸等の不飽和ジカルボン酸又はその無水物、などが挙げられる。ビニル重合体成分を構成する単量体としては、カルボキシル基又はヒドロキシ基を有するものや、アクリル酸若しくはメタクリル酸エステル類が挙げられる。
本発明において、前記結着樹脂の数平均分子量及び重量平均分子量は、GPCによって以下の条件で測定される。
・装置 : GPC−150C(ウォーターズ社製)
・カラム : KF801〜807(ショウデックス社製)
・温度 : 40℃
・溶媒 : THF(テトラヒドロフラン)
・流速 : 1.0ml/分
・試料 : 濃度0.05〜0.6%の試料を0.1ml注入
以上の条件で測定した結着樹脂の分子量分布から単分散ポリスチレン標準試料により作成した分子量校正曲線を使用して結着樹脂の数平均分子量及び重量平均分子量を算出した。
本発明において、トナー組成物の結着樹脂成分の酸価は、以下の方法により求め、基本操作はJIS K−0070に準ずる。
(1)試料は予め結着樹脂(重合体成分)以外の添加物を除去して使用するか、結着樹脂及び架橋された結着樹脂以外の成分の酸価及び含有量を予め求めておく。試料の粉砕品0.5〜2.0gを精秤し、重合体成分の重さをWgとする。例えば、トナーから結着樹脂の酸価を測定する場合は、着色剤又は磁性体等の酸価及び含有量を別途測定しておき、計算により結着樹脂の酸価を求める。
(2)300(ml)のビーカーに試料を入れ、トルエン/エタノール(体積比4/1)の混合150(ml)を加え溶解する。
(3)0.1mol/lのKOHのエタノール溶液を用いて、電位差滴定装置を用いて滴定する。
(4)この時のKOH溶液の使用量をS(ml)とし、同時にブランクを測定し、この時のKOH溶液の使用量をB(ml)とし、以下の式(5)で算出する。ただしfはKOHのファクターである。
酸価(mgKOH/g)=[(S−B)×f×5.61]/W 式(5)
トナーの結着樹脂及び結着樹脂を含む組成物は、トナー保存性の観点から、ガラス転移温度(Tg)が35〜80℃であるのが好ましく、40〜75℃であるのがより好ましい。Tgが35℃より低いと高温雰囲気下でトナーが劣化しやすく、また定着時にオフセットが発生しやすくなることがある。また、Tgが80℃を超えると、定着性が低下することがある。
−−着色剤−−
前記着色剤としては、特に制限はなく、通常使用される樹脂を適宜選択して使用することができるが、例えば、カーボンブラック、ニグロシン染料、鉄黒、ナフトールイエローS、ハンザイエロー(10G、5G、G)、カドミウムイエロー、黄色酸化鉄、黄土、黄鉛、チタン黄、ポリアゾイエロー、オイルイエロー、ハンザイエロー(GR、A、RN、R)、ピグメントイエローL、ベンジジンイエロー(G、GR)、パーマネントイエロー(NCG)、バルカンファストイエロー(5G、R)、タートラジンレーキ、キノリンイエローレーキ、アンスラザンイエローBGL、イソインドリノンイエロー、ベンガラ、鉛丹、鉛朱、カドミウムレッド、カドミウムマーキュリレッド、アンチモン朱、パーマネントレッド4R、パラレッド、ファイセーレッド、パラクロルオルトニトロアニリンレッド、リソールファストスカーレットG、ブリリアントファストスカーレット、ブリリアントカーンミンBS、パーマネントレッド(F2R、F4R、FRL、FRLL、F4RH)、ファストスカーレットVD、ベルカンファストルビンB、ブリリアントスカーレットG、リソールルビンGX、パーマネントレッドF5R、ブリリアントカーミン6B、ポグメントスカーレット3B、ボルドー5B、トルイジンマルーン、パーマネントボルドーF2K、ヘリオボルドーBL、ボルドー10B、ボンマルーンライト、ボンマルーンメジアム、エオシンレーキ、ローダミンレーキB、ローダミンレーキY、アリザリンレーキ、チオインジゴレッドB、チオインジゴマルーン、オイルレッド、キナクリドンレッド、ピラゾロンレッド、ポリアゾレッド、クロームバーミリオン、ベンジジンオレンジ、ペリノンオレンジ、オイルオレンジ、コバルトブルー、セルリアンブルー、アルカリブルーレーキ、ピーコックブルーレーキ、ビクトリアブルーレーキ、無金属フタロシアニンブルー、フタロシアニンブルー、ファストスカイブルー、インダンスレンブルー(RS、BC)、インジゴ、群青、紺青、アントラキノンブルー、ファストバイオレットB、メチルバイオレットレーキ、コバルト紫、マンガン紫、ジオキサンバイオレット、アントラキノンバイオレット、クロムグリーン、ジンクグリーン、酸化クロム、ピリジアン、エメラルドグリーン、ピグメントグリーンB、ナフトールグリーンB、グリーンゴールド、アシッドグリーンレーキ、マラカイトグリーンレーキ、フタロシアニングリーン、アントラキノングリーン、酸化チタン、亜鉛華、リトボン及びこれらの混合物、などが挙げられる。
着色剤は、ボールミルやビーズミルを用い、分散剤の存在下に有機溶剤中に微分散させて用いることができる。後述するマスターバッチを用い、それを溶解後、微分散させることも好適である。
前記着色剤の含有量としては、トナーに対して1〜15重量%が好ましく、3〜10重量%がより好ましい。含有量が、1重量%未満であると、トナーの着色力の低下が見られ、15重量%を超えると、トナー中での顔料の分散不良が起こり、着色力の低下、及びトナーの電気特性の低下を招くことがある。
本発明で用いる着色剤は、樹脂と複合化されたマスターバッチとして用いることもできる。必要に応じて顔料分散剤を配合しても良い。マスターバッチとともに混練される結着樹脂としては、先にあげた変性、未変性ポリエステル樹脂の他に、例えば、ポリスチレン、ポリp−クロロスチレン、ポリビニルトルエンなどのスチレン及びその置換体の重合体;スチレン−p−クロロスチレン共重合体、スチレン−プロピレン共重合体、スチレン−ビニルトルエン共重合体、スチレン−ビニルナフタリン共重合体、スチレン−アクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリル酸エチル共重合体、スチレン−アクリル酸ブチル共重合体、スチレン−アクリル酸オクチル共重合体、スチレン−メタクリル酸メチル共重合体、スチレン−メタクリル酸エチル共重合体、スチレン−メタクリル酸ブチル共重合体、スチレン−α−クロルメタクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−ビニルメチルエーテル共重合体、スチレン−ビニルメチルケトン共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−イソプレン共重合体、スチレン−アクリロニトリル−インデン共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、スチレン−マレイン酸エステル共重合体などのスチレン系共重合体;ポリメチルメタクリレート、ポリブチルメタクリレートなどのアクリル系バインダー;ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、エポキシ樹脂、エポキシポリオール樹脂、ポリウレタン、ポリアミド、ポリビニルブチラール、ポリアクリル酸樹脂、ロジン、変性ロジン、テルペン樹脂、フェノール樹脂、脂肪族又は脂環族炭化水素樹脂、芳香族系石油樹脂、塩素化パラフィン、パラフィンワックス、などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を混合して使用してもよい。
前記マスターバッチは、マスターバッチ用の樹脂と着色剤とを高せん断力をかけて混合、混練して得る事ができる。この際、着色剤と樹脂の相互作用を高めるために、有機溶剤を用いる事ができる。また、いわゆるフラッシング法と呼ばれる着色剤の、水を含んだ水性ペーストを、樹脂と有機溶剤とともに混合混練し、着色剤を樹脂側に移行させ、水分と有機溶剤成分を除去する方法も、着色剤のウエットケーキをそのまま用いる事ができるため、乾燥する必要がなく、好適に使用される。混合混練するには、3本ロールミル等の高せん断分散装置が好適に使用される。
前記マスターバッチの使用量としては、結着樹脂100量部に対して、0.1〜20重量部が好ましい。
また、前記マスターバッチ用の樹脂は、酸価が30mgKOH/g以下が好ましく、酸価が20mgKOH/g以下がより好ましい。酸価が30mgKOH/gを超えると、高湿下での帯電性が低下することがある。
また、前記顔料分散剤は、顔料分散性の点で、結着樹脂との相溶性が高いことが好ましく、具体的な市販品としては、「アジスパーPB821」、「アジスパーPB822」(味の素ファインテクノ社製)、「Disperbyk−2001」(ビックケミー社製)、「EFKA−4010」(EFKA社製)、などが挙げられる。
前記顔料分散剤は、トナー中に、着色剤に対して0.1〜50重量%の割合で配合することが好ましい。配合割合が0.1重量%未満であると、顔料分散性が不十分となることがあり、50重量%より多いと、高湿下での帯電性が低下することがある。
前記顔料分散剤の重量平均分子量は、GPCでのスチレン換算重量での、メインピークの極大値の分子量で、500〜100,000が好ましく、顔料分散性の観点から、3,000〜100,000がより好ましい。特に、5,000〜50,000が好ましく、5,000〜30,000が最も好ましい。分子量が500未満であると、極性が高くなり、着色剤の分散性が低下することがあり、分子量が100,000を超えると、溶剤との親和性が高くなり、着色剤の分散性が低下することがある。
前記顔料分散剤の添加量は、着色剤100重量部に対して1〜50重量部であることが好ましく、5〜30重量部であることがより好ましい。1重量部未満であると分散能が低くなることがあり、50重量部を超えると帯電性が低下することがある。
<ワックス>
また、本発明では、結着樹脂、着色剤とともにワックスを含有させることもできる。
本発明のワックスとしては、特に制限はなく、通常使用されるものを適宜選択して使用することができるが、例えば、低分子量ポリエチレン、低分子量ポリプロピレン、ポリオレフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、パラフィンワックス、サゾールワックス等の脂肪族炭化水素系ワックス、酸化ポリエチレンワックス等の脂肪族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体、キャンデリラワックス、カルナバワックス、木ろう、ホホバろう等の植物系ワックス、みつろう、ラノリン、鯨ろう等の動物系ワックス、オゾケライト、セレシン、ペテロラタム等の鉱物系ワックス、モンタン酸エステルワックス、カスターワックスの等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の等の脂肪酸エステルを一部又は全部を脱酸化したもの、などが挙げられる。
前記ワックスの例としては、更に、パルミチン酸、ステアリン酸、モンタン酸、あるいは更に直鎖のアルキル基を有する直鎖アルキルカルボン酸類等の飽和直鎖脂肪酸、プランジン酸、エレオステアリン酸、バリナリン酸等の不飽和脂肪酸、ステアリルアルコール、エイコシルアルコール、ベヘニルアルコール、カルナウピルアルコール、セリルアルコール、メシリルアルコール、あるいは長鎖アルキルアルコール等の飽和アルコール、ソルビトール等の多価アルコール、リノール酸アミド、オレフィン酸アミド、ラウリン酸アミド等の脂肪酸アミド、メ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等の飽和脂肪酸ビスアミド、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'−ジオレイルセパシン酸アミド等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等の芳香族系ビスアミド、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等の脂肪酸金属塩、脂肪族炭化水素系ワックスにスチレンやアクリル酸等のビニル系単量体を用いてグラフト化させたワックス、ベヘニン酸モノグリセリド等の脂肪酸と多価アルコールの部分エステル化合物、植物性油脂を水素添加すること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が挙げられる。
より好適な例としては、オレフィンを高圧下でラジカル重合したポリオレフィン、高分子量ポリオレフィン重合時に得られる低分子量副生成物を精製したポリオレフィン、低圧下でチーグラー触媒、メタロセン触媒の如き触媒を用いて重合したポリオレフィン、放射線、電磁波又は光を利用して重合したポリオレフィン、高分子量ポリオレフィンを熱分解して得られる低分子量ポリオレフィン、パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、フィッシャートロプシュワックス、ジントール法、ヒドロコール法、アーゲ法等により合成される合成炭化水素ワックス、炭素数1個の化合物を単量体とする合成ワックス、水酸基又はカルボキシル基の如き官能基を有する炭化水素系ワックス、炭化水素系ワックスと官能基を有する炭化水素系ワックスとの混合物、これらのワックスを母体としてスチレン、マレイン酸エステル、アクリレート、メタクリレート、無水マレイン酸の如きビニル単量体でグラフト変性したワックスが挙げられる。
また、これらのワックスを、プレス発汗法、溶剤法、再結晶法、真空蒸留法、超臨界ガス抽出法又は溶液晶析法を用いて分子量分布をシャープにしたものや、低分子量固形脂肪酸、低分子量固形アルコール、低分子量固形化合物、その他の不純物を除去したものも好ましく用いられる。
前記ワックスの融点としては、定着性と耐オフセット性のバランスを取るために、70〜140℃であることが好ましく、70〜120℃であることがより好ましい。70℃未満では耐ブロッキング性が低下することがあり、140℃を超えると耐オフセット効果が発現しにくくなることがある。
また、2種以上の異なる種類のワックスを併用することにより、ワックスの作用である可塑化作用と離型作用を同時に発現させることができる。
可塑化作用を有するワックスの種類としては、例えば、融点の低いワックス、分子の構造上に分岐のあるものや極性基を有する構造のもの、などが挙げられる。
離型作用を有するワックスとしては、融点の高いワックスが挙げられ、その分子の構造としては、直鎖構造のものや、官能基を有さない無極性のものが挙げられる。使用例としては、2種以上の異なるワックスの融点の差が10℃〜100℃のものの組み合わせや、ポリオレフィンとグラフト変性ポリオレフィンの組み合わせ、などが挙げられる。
2種のワックスを選択する際には、同様構造のワックスの場合は、相対的に、融点の低いワックスが可塑化作用を発揮し、融点の高いワックスが離型作用を発揮する。この時、融点の差が10〜100℃の場合に、機能分離が効果的に発現する。10℃未満では機能分離効果が表れにくいことがあり、100℃を超える場合には相互作用による機能の強調が行われにくいことがある。このとき、機能分離効果を発揮しやすくなる傾向があることから、少なくとも一方のワックスの融点が70〜120℃であることが好ましく、70〜100℃であることがより好ましい。
前記ワックスは、相対的に、枝分かれ構造のものや官能基の如き極性基を有するものや主成分とは異なる成分で変性されたものが可塑作用を発揮し、より直鎖構造のものや官能基を有さない無極性のものや未変性のストレートなものが離型作用を発揮する。好ましい組み合わせとしては、エチレンを主成分とするポリエチレンホモポリマー又はコポリマーとエチレン以外のオレフィンを主成分とするポリオレフィンホモポリマー又はコポリマーの組み合わせ、ポリオレフィンとグラフト変成ポリオレフィンの組み合わせ、アルコールワックス、脂肪酸ワックス又はエステルワックスと炭化水素系ワックスの組み合わせ、フイシャートロプシュワックス又はポリオレフィンワックスとパラフィンワックス又はマイクロクリスタルワックスの組み合わせ、フィッシャートロプシュワックスとポルリオレフィンワックスの組み合わせ、パラフィンワックスとマイクロクリスタルワックスの組み合わせ、カルナバワックズ、キャンデリラワックス、ライスワックス又はモンタンワックスと炭化水素系ワックスの組み合わせが挙げられる。
いずれの場合においても、トナー保存性と定着性のバランスをとりやすくなることから、トナーのDSC測定において観測される吸熱ピークにおいて、70〜110℃の領域に最大ピークのピークトップ温度があることが好ましく、70〜110℃の領域に最大ピークを有しているのがより好ましい。
前記ワックスの総含有量としては、結着樹脂100重量部に対し、0.2〜20重量部が好ましく、0.5〜10重量部がより好ましい。
本発明では、DSCにおいて測定されるワックスの吸熱ピークの最大ピークのピークトップの温度をもってワックスの融点とする。
前記ワックス又はトナーのDSC測定機器としては、高精度の内熱式入力補償型の示差走査熱量計で測定することが好ましい。測定方法としては、ASTM D3418−82に準じて行う。本発明に用いられるDSC曲線は、1回昇温、降温させ前履歴を取った後、温度速度10℃/minで、昇温させた時に測定されるものを用いる。
また、本発明では結着樹脂、着色剤とともに、一般に電子写真用トナーに使用される公知の荷電制御剤を本発明の帯電制御効果を有する珪素元素を有する重合体と併用して用いることもできる。
前記帯電制御剤は、有色材料を用いると、色調が変化することがあるため、無色又は白色に近い材料が好ましく、含有金属錯体染料、フッ素変性4級アンモニウム塩、サリチル酸の金属塩、サリチル酸誘導体の金属塩等が挙げられる。なお、金属は、目的に応じて適宜選択することができるが、アルミニウム、亜鉛、チタン、ストロンチウム、ホウ素、ケイ素、ニッケル、鉄、クロム、ジルコニウム等が挙げられる。
市販の帯電制御剤としては、オキシナフトエ酸系金属錯体のE−82、サリチル酸系金属錯体のE−84、フェノール系縮合物のE−89(以上、オリエント化学工業社製)、LRA−901、ホウ素錯体であるLR−147(日本カーリット社製)、キナクリドン、アゾ系顔料、その他スルホン酸、カルボン酸、4級アンモニウム塩等を有する高分子化合物等が挙げられる。
帯電制御剤の使用量は、結着樹脂の種類、必要に応じて使用される添加剤の有無、分散方法を含めたトナー製造方法によって決定されるもので、一義的に限定されるものではないが、好ましくは結着樹脂100重量部に対して、0.1〜10重量部の範囲で用いられる。好ましくは、0.2〜5重量部の範囲がよい。10重量部を越える場合にはトナーの帯電性が大きすぎ、主帯電制御剤の効果を減退させ、現像ローラとの静電的吸引力が増大し、現像剤の流動性低下や、画像濃度の低下を招く。
また、これらの帯電制御剤、離型剤はマスターバッチ、樹脂とともに溶融混練することもできるし、もちろん有機溶剤に溶解、分散する際に加えても良いが、吐出孔を閉塞させない必要があることからビーズミルの如き湿式粉砕器を使用して、帯電制御剤を微粉砕し有機溶媒に分散させておく必要がある。
本発明で使用できる磁性体としては、例えば、(1)マグネタイト、マグヘマイト、フェライトの如き磁性酸化鉄、及び他の金属酸化物を含む酸化鉄、(2)鉄、コバルト、ニッケル等の金属、又は、これらの金属とアルミニウム、コバルト、銅、鉛、マグネシウム、錫、亜鉛、アンチモン、ベリリウム、ビスマス、カドミウム、カルシウム、マンガン、セレン、チタン、タングステン、バナジウム等の金属との合金、(3)及びこれらの混合物、などが用いられる。
磁性体として具体的に例示すると、四三酸化鉄(Fe34)、γ−三二酸化鉄(γ−Fe23)、ZnFe24、Y3Fe512、CdFe24、Gd3Fe512、CuFe24、PbFe12O、NiFe24、NdFe2O、BaFe1219、MgFe24、MnFe24、LaFeO3、鉄粉、コバルト粉、ニッケル粉、などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。これらの中でも特に、四三酸化鉄、γ−三二酸化鉄の微粉末が好適に挙げられる。
また、異種元素を含有するマグネタイト、マグヘマイト、フェライト等の磁性酸化鉄、又はその混合物も使用できる。異種元素を例示すると、例えば、リチウム、ベリリウム、ホウ素、マグネシウム、アルミニウム、ケイ素、リン、ゲルマニウム、ジルコニウム、錫、イオウ、カルシウム、スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウム、などが挙げられる。好ましい異種元素としては、マグネシウム、アルミニウム、ケイ素、リン、又はジルコニウムから選択される。異種元素は、酸化鉄結晶格子の中に取り込まれていてもよいし、酸化物として酸化鉄中に取り込まれていてもよいし、又は表面に酸化物あるいは水酸化物として存在していてもよいが、酸化物として含有されているのが好ましい。
前記異種元素は、磁性体生成時にそれぞれの異種元素の塩を混在させ、pH調整により、粒子中に取り込むことができる。また、磁性体粒子生成後にpH調整、あるいは各々の元素の塩を添加しpH調整することにより、粒子表面に析出することができる。
前記磁性体の使用量としては、結着樹脂100重量部に対して、磁性体10〜200重量部が好ましく、20〜150重量部がより好ましい。これらの磁性体の個数平均粒径としては、0.1〜2μmが好ましく、0.1〜0.5μmがより好ましい。前記個数平均径は、透過電子顕微鏡により拡大撮影した写真をデジタイザー等で測定することにより求めることができる。
また、磁性体の磁気特性としては、10Kエルステッド印加での磁気特性がそれぞれ、抗磁力20〜150エルステッド、飽和磁化50〜200emu/g、残留磁化2〜20emu/gのものが好ましい。
前記磁性体は、着色剤としても使用することができる。
前記トナー結着樹脂のガラス転移温度(Tg)としては、目的に応じて適宜選択することができるが、30〜120℃であることが好ましく、40〜70℃が更に好ましい。ガラス転移温度(Tg)が、30℃未満であると、トナーの貯蔵安定性が低下することがあり、120℃を超えると、低温定着性が不十分になることがある。
ここで、前記ガラス転移温度(Tg)とは、具体的に次のような手順で決定される。測定装置として島津製作所製TA−60WS、及びDSC−60を用い、次に示す測定条件で測定することができる。
〔測定条件〕
・サンプル容器:アルミニウム製サンプルパン(フタあり)
・サンプル量:5mg
・リファレンス:アルミニウム製サンプルパン(アルミナ10mg)
・雰囲気:窒素(流量50ml/min)
・温度条件
開始温度:20℃
昇温速度:10℃/min
終了温度:150℃
保持時間:なし
降温温度:10℃/min
終了温度:20℃
保持時間:なし
昇温速度:10℃/min
終了温度:150℃
測定した結果は、前記島津製作所製データ解析ソフト(TA−60、バージョン1.52)を用いて解析を行った。解析方法は2度目の昇温のDSC微分曲線であるDrDSC曲線から同装置内のガラス転移点解析機能を用いてガラス転移温度を求める。本発明ではガラス転移温度としては、ガラス転移し始める最初のショルダー部分の温度をガラス転移温度とした。
得られたトナーは、流動性向上剤、クリーニング性向上剤等の外添剤を添加しても良い。前記流動性向上剤は、トナー表面に添加することにより、トナーの流動性を改善(流動しやすくなる)するものである。
前記流動性向上剤としては、例えば、カーボンブラック、フッ化ビニリデン微粉末、ポリテトラフルオロエチレン微粉末の如きフッ素系樹脂粉末、湿式製法シリカ、乾式製法シリカの如き微粉末シリカ、微粉未酸化チタン、微粉未アルミナ、それらをシランカップリング剤、チタンカップリング剤若しくはシリコーンオイルにより表面処理を施した処理シリカ、処理酸化チタン、処理アルミナ、などが挙げられる。これらの中でも、微粉末シリカ、微粉未酸化チタン、微粉未アルミナが好ましく、また、これらをシランカップリング剤やシリコーンオイルにより表面処理を施した処理シリカが更に好ましい。
前記流動性向上剤の粒径としては、平均一次粒径として、5nm〜500nmであることが好ましく、7nm〜120nmであることがより好ましい。
前記微粉末シリカは、ケイ素ハロゲン化含物の気相酸化により生成された微粉体であり、いわゆる乾式法シリカ又はヒュームドシリカと称されるものである。
ケイ素ハロゲン化合物の気相酸化により生成された市販のシリカ微粉体としては、例えば、AEROSIL(日本アエロジル社商品名、以下同じ)−130、−300、−380、−TT600、−MOX170、−MOX80、−COK84:Ca−O−SiL(CABOT社商品名)−M−5、−MS−7、−MS−75、−HS−5、−EH−5:Wacker HDK(ワッカーへミー社商品名)−N20、V15、−N20E、−T30、−T40:D−CFineSilica(ダウコーニング社商品名):Fransol(フランジル社商品名)、などが挙げられる。
更には、ケイ素ハロゲン化合物の気相酸化により生成されたシリカ微粉体を疎水化処理した処理シリカ微粉体がより好ましい。処理シリカ微粉体において、メタノール滴定試験によって測定された疎水化度が好ましくは30〜80%の値を示すようにシリカ微粉体を処理したものが特に好ましい。疎水化は、シリカ微粉体と反応あるいは物理吸着する有機ケイ素化合物等で化学的あるいは物理的に処理することによって付与される。好ましい方法としては、ケイ素ハロゲン化合物の気相酸化により生成されたシリカ微粉体を有機ケイ素化合物で処理する方法がよい。
有機ケイ素化合物としては、ヒドロキシプロピルトリメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、n−ヘキサデシルトリメトキシシラン、n−オクタデシルトリメトキシシラン、ビニルメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、ジメチルビニルクロロシラン、ジビニルクロロシラン、γ−メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン、へキサメチルジシラン、トリメチルシラン、トリメチルクロロシラン、ジメチルジクロロシラン、メチルトリクロロシラン、アリルジメチルクロロシラン、アリルフェニルジクロロシラン、ベンジルジメチルクロロシラン、ブロモメチルジメチルクロロシラン、α−クロルエチルトリクロロシラン、β−クロロエチルトリクロロシラン、クロロメチルジメチルクロロシラン、トリオルガノシリルメルカプタン、トリメチルシリルメルカプタン、トリオルガノシリルアクリレート、ビニルジメチルアセトキシシラン、ジメチルエトキシシラン、トリメチルエトキシシラン、トリメチルメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、イソブチルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、へキサメチルジシロキサン、1,3−ジビニルテトラメチルジシロキサン、1,3−ジフエニルテトラメチルジシロキサン及び1分子当り2から12個のシロキサン単位を有し、未端に位置する単位にそれぞれSiに結合した水酸基を0〜1個含有するジメチルポリシロキサン等がある。更に、ジメチルシリコーンオイルの如きシリコーンオイルが挙げられる。これらは1種単独で使用してもよいし、2種以上を混合して使用してもよい。
流動性向上剤の個数平均粒径としては、5〜100nmになるものが好ましく、5〜50nmになるものがより好ましい。
BET法で測定した窒素吸着による比表面積としては、30m2/g以上が好ましく、60〜400m2/gがより好ましい。表面処理された微粉体としては、20m2/g以上が好ましく、40〜300m2/gがより好ましい。これらの微粉体の適用量としては、トナー粒子100重量部に対して0.03〜8重量部が好ましい。
静電潜像担持体や一次転写媒体に残存する転写後の現像剤を除去するためのクリーニング性向上剤としては、例えば、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸等の脂肪酸金属塩、ポリメチルメタクリレート微粒子、ポリスチレン微粒子等のソープフリー乳化重合によって製造されたポリマー微粒子、シリコーン、ベンゾグアナミン、ナイロンなどの重合体粒子などを挙げることかできる。ポリマー微粒子は比較的粒度分布が狭く、体積平均粒径が0.01〜1μmのものが好ましい。
本発明のトナーには、他の外添剤として、静電潜像担持体・キャリアの保護、熱特性・電気特性・物理特性の調整、抵抗調整、軟化点調整、定着率向上等を目的として、各種金属石けん、フッ素系界面活性剤、フタル酸ジオクチルや、導電性付与剤として酸化スズ、酸化亜鉛、カーボンブラック、酸化アンチモン等や、酸化チタン、酸化アルミニウム、アルミナ等の無機微粉体などを必要に応じて添加することができる。これらの無機微粉体は、必要に応じて疎水化してもよい。また、ポリテトラフルオロエチレン、ステアリン酸亜鉛、ポリフッ化ビニリデン等の滑剤、酸化セシウム、炭化ケイ素、チタン酸ストロンチウム等の研磨剤、ケーキング防止剤、更に、トナー粒子と逆極性の白色微粒子及び黒色微粒子を、現像性向上剤として用いることもできる。
これらの添加剤は、帯電量コントロール等の目的でシリコーンワニス、各種変性シリコーンワニス、シリコーンオイル、各種変性シリコーンオイル、シランカップリング剤、官能基を有するシランカップリング剤、その他の有機ケイ素化合物等の処理剤、又は種々の処理剤で処理することも好ましい。
本発明のトナーは、その形状、大きさ等については、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば図5に示す走査電子顕微鏡写真のようなトナー母体(後述の実施例8において作成されたもの)などが用いられるが、以下のような、平均円形度、重量平均粒径、重量平均粒径と個数平均粒径との比(重量平均粒径/個数平均粒径)などを有していることが好ましい。
前記平均円形度は、前記トナーの形状と投影面積の等しい相当円の周囲長を実在粒子の周囲長で除した値であり、例えば、0.900〜0.980が好ましく、0.950〜0.975がより好ましい。なお、前記平均円形度が0.94未満の粒子が15%以下であるものが好ましい。
前記平均円形度が、0.900未満であると、満足できる転写性やチリのない高画質画像が得られないことがあり、0.980を超えると、ブレードクリーニングなどを採用している画像形成システムでは、感光体上及び転写ベルトなどのクリーニング不良が発生し、画像上の汚れ、例えば、写真画像等の画像面積率の高い画像形成の場合において、給紙不良等で未転写の画像を形成したトナーが感光体上に転写残トナーとなって蓄積した画像の地汚れが発生してしまうことがあり、あるいは、感光体を接触帯電させる帯電ローラ等を汚染してしまい、本来の帯電能力を発揮できなくなってしまうことがある。
ここで、前記平均円形度は、フロー式粒子像分析装置(Flow Particle Image Analyzer)を使用して測定することができる。例えば東亜医用電子社(株)製フロー式粒子像分析装置FPIA−2000を用いて測定することができる。
測定は、フィルターを通して微細なごみを取り除き、その結果として10-3cm3の水中に測定範囲(例えば、円相当径0.60μm以上、159.21μm未満)の粒子数が20個以下の水10ml中にノニオン系界面活性剤(好ましくは和光純薬社製コンタミノンN)を数滴加え、更に、測定試料を5mg加え、超音波分散器(SMT社製、UH−50)で20kHz,50W/10cm3の条件で1分間分散処理を行い、更に、合計5分間の分散処理を行い測定試料の粒子濃度が4,000〜8,000個/10-3cm3(測定円相当径範囲の粒子を対象として)の試料分散液を用いて、0.60μm以上、159.21μm未満の円相当径を有する粒子の粒度分布を測定する。
試料分散液は、フラットで偏平な透明フローセル(厚み約200μm)の流路(流れ方向に沿って広がっている)を通過させる。フローセルの厚みに対して交差して通過する光路を形成するために、ストロボとCCDカメラが、フローセルに対して、相互に反対側に位置するように装着される。試料分散液が流れている間に、ストロボ光がフローセルを流れている粒子の画像を得るために1/30秒間隔で照射され、その結果、それぞれの粒子は、フローセルに平行一定範囲を有する2次元画像として撮影される。それぞれの粒子の2次元画像の面積から、同一の面積を有する円の直径を円相当径として算出する。
約1分間で、1,200個以上の粒子の円相当径を測定することができ、円相当径分布に基づく数及び規定された円相当径を有する粒子の割合(個数%)を測定できる。結果(頻度%及び累積%)は、0.06〜400μmの範囲を226チャンネル(1オクターブに対し30チャンネルに分割)に分割して得ることができる。実際の測定では、円相当径が0.60μm以上、159.21μm未満の範囲で粒子の測定を行う。
重量平均粒径及び粒度分布は、コールターカウンター法による重量平均粒径及び粒度分布を、コールターカウンターTA−II又はコールターマルチサイザーII(いずれもコールター社製)を用いて測定することができる。
まず、電解水溶液100〜150ml中に分散剤として界面活性剤(アルキルベンゼンスルフォン酸塩)を0.1〜5ml加える。ここで、電解液とは1級塩化ナトリウムを用いて1重量%NaCl水溶液を調製したもので、例えばISOTON−II(コールター社製)が使用できる。ここで、更に測定試料を2〜20mg加えた。試料を懸濁した電解液は、超音波分散器で1〜3分間分散処理を行い、前記測定装置により、アパーチャーとして100μmアパーチャーを用いて、トナーの重量、及び個数を測定して、重量分布と個数分布を算出した。得られた分布から、トナーの重量平均粒径(D4)、個数平均粒径(Dn)を求めることができる。
チャンネルとしては、2.00〜2.52μm未満;2.52〜3.17μm未満;3.17〜4.00μm未満;4.00〜5.04μm未満;5.04〜6.35μm未満;6.35〜8.00μm未満;8.00〜10.08μm未満;10.08〜12.70μm未満;12.70〜16.00μm未満;16.00〜20.20μm未満;20.20〜25.40μm未満;25.40〜32.00μm未満;32.00〜40.30μm未満の13チャンネルを使用し、粒径2.00μm以上乃至40.30μm未満の粒子を対象とする。
前記トナーの重量平均粒径としては、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、例えば、1〜10μmが好ましく、3〜8μmがより好ましい。
前記重量平均粒径が、1μm未満であると、二成分現像剤では現像装置における長期の撹拌においてキャリアの表面にトナーが融着し、キャリアの帯電能力を低下させることがあり、また、一成分現像剤では、現像ローラへのトナーのフィルミングや、トナーを薄層化するため、ブレード等の部材へのトナー融着が発生し易くなることがあり、10μmを超えると、高解像で高画質の画像を得ることが難しくなり、現像剤中のトナーの収支が行われた場合にトナーの粒子径の変動が大きくなることがある。
前記トナーにおける重量平均粒径と個数平均粒径との比(重量平均粒径/個数平均粒径)としては、1.00〜1.10が好ましく、1.00〜1.05がより好ましい。
前記重量平均粒径と個数平均粒径との比(重量平均粒径/個数平均粒径)が、1.10を超えると、二成分現像剤では、現像装置における長期の撹拌においてキャリアの表面にトナーが融着し、キャリアの帯電能力を低下させることがあり、また、一成分現像剤では、現像ローラへのトナーのフィルミングや、トナーが薄層化し、ブレード等の部材へのトナー融着が発生し易くなることがあり、また、高解像で高画質の画像を得ることが難しくなり、現像剤中のトナーの収支が行われた場合にトナーの粒子径の変動が大きくなることがある。
また、流動性を向上させる外添剤を少なくした場合、前記重量平均粒径と個数平均粒径との比(重量平均粒径/個数平均粒径)が、1.10を超えると、流動性が悪化してトナー容器から現像部へのトナーの補給性が悪化することがある。
前記重量平均粒径、及び、前記重量平均粒径と個数平均粒子径との比(重量平均粒径/個数平均粒径)は、例えば、コールターエレクトロニクス社製の粒度測定器「コールターカウンターTAII」を用いて測定することができる。
(現像剤)
本発明の現像剤は、本発明の前記トナーを少なくとも含有してなり、キャリアなどの適宜選択したその他の成分を含有してなる。該現像剤としては、一成分現像剤であってもよいし、二成分現像剤であってもよいが、近年の情報処理速度の向上に対応した高速プリンタ等に使用する場合には、寿命向上等の点で前記二成分現像剤が好ましい。
本発明の前記トナーを用いた前記一成分現像剤の場合、トナーの収支が行われても、トナーの粒子径の変動が少なく、現像ローラへのトナーのフィルミングや、トナーを薄層化するためのブレード等の部材へのトナーの融着がなく、現像装置の長期の使用(撹拌)においても、良好で安定した現像性及び画像が得られる。また、本発明の前記トナーを用いた前記二成分現像剤の場合、長期にわたるトナーの収支が行われても、現像剤中のトナー径の変動が少なく、現像装置における長期の撹拌においても、良好で安定した現像性が得られる。
本発明のトナーを、キャリアと混合して2成分現像剤として使用した場合、前記キャリアとしては、通常のフェライト、マグネタイト等のキャリアも樹脂コートキャリアも使用することができる。
前記樹脂コートキャリアは、キャリアコア粒子とキャリアコア粒子表面を被覆(コート)する樹脂である被覆材からなる。
前記キャリアコア粒子の材料としては、特に制限はなく、公知のものの中から適宜選択することができ、例えば、50〜90emu/gのマンガン−ストロンチウム(Mn−Sr)系材料、マンガン−マグネシウム(Mn−Mg)系材料などが好ましく、画像濃度の確保の点では、鉄粉(100emu/g以上)、マグネタイト(75〜120emu/g)等の高磁化材料が好ましい。また、トナーが穂立ち状態となっている感光体への当りを弱くでき高画質化に有利である点で、銅−亜鉛(Cu−Zn)系(30〜80emu/g)等の弱磁化材料が好ましい。これらは、1種単独で使用してもよい、2種以上を併用してもよい。
前記キャリアコア粒子の粒径としては、体積平均粒径で、10〜150μmが好ましく、40〜100μmがより好ましい。
前記体積平均粒径が、10μm未満であると、キャリア粒子の分布において、微粉系が多くなり、1粒子当たりの磁化が低くなってキャリア飛散を生じることがあり、150μmを超えると、比表面積が低下し、トナーの飛散が生じることがあり、ベタ部分の多いフルカラーでは、特にベタ部の再現が悪くなることがある。
前記樹脂層の材料としては、特に制限はなく、公知の樹脂の中から目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、アミノ系樹脂、ポリビニル系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ハロゲン化オレフィン樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリフッ化ビニル樹脂、ポリフッ化ビニリデン樹脂、ポリトリフルオロエチレン樹脂、ポリヘキサフルオロプロピレン樹脂、弗化ビニリデンとアクリル単量体との共重合体、フッ化ビニリデンとフッ化ビニルとの共重合体、テトラフルオロエチレンとフッ化ビニリデンと非フッ化単量体とのターポリマー等のフルオロターポリマー、シリコーン樹脂、などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記アミノ系樹脂としては、例えば尿素−ホルムアルデヒド樹脂、メラミン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、ユリア樹脂、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂等が挙げられる前記ポリビニル系樹脂としては、例えばアクリル樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂、ポリアクリロニトリル樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリビニルブチラール樹脂等が挙げられる。前記ポリスチレン系樹脂としては、例えばポリスチレン樹脂、スチレンアクリル共重合樹脂等が挙げられる。前記ハロゲン化オレフィン樹脂としては、例えばポリ塩化ビニル等が挙げられる。前記ポリエステル系樹脂としては、例えばポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂等が挙げられる。
前記樹脂層には、必要に応じて導電粉等を含有させてもよく、該導電粉としては、例えば、金属粉、カーボンブラック、酸化チタン、酸化錫、酸化亜鉛、などが挙げられる。これらの導電粉の平均粒子径としては、1μm以下が好ましい。前記平均粒子径が1μmを超えると、電気抵抗の制御が困難になることがある。
前記樹脂層は、例えば、前記シリコーン樹脂等を溶剤に溶解させて塗布溶液を調製した後、該塗布溶液を前記芯材の表面に公知の塗布方法により均一に塗布し、乾燥した後、焼付を行うことにより形成することができる。前記塗布方法としては、例えば、浸漬法、スプレー法などが挙げられる。
前記溶剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、トルエン、キシレン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、セルソルブ、ブチルアセテート、などが挙げられる。
前記焼付としては、特に制限はなく、外部加熱方式であってもよいし、内部加熱方式であってもよく、例えば、固定式電気炉、流動式電気炉、ロータリー式電気炉、バーナー炉等を用いる方法、マイクロウエーブを用いる方法、などが挙げられる。
前記樹脂層の前記キャリアにおける量としては、0.01〜5.0重量%が好ましい。前記量が0.01重量%未満であると、前記芯材の表面に均一な前記樹脂層を形成することができないことがあり、5.0重量%を超えると、前記樹脂層が厚くなり過ぎてキャリア同士の造粒が発生し、均一なキャリア粒子が得られないことがある。
前記現像剤が前記二成分現像剤である場合、前記キャリアの該二成分現像剤における含有量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、90〜98重量%が好ましく、93〜97重量%がより好ましい。
前記現像剤は、本発明の前記トナーを含有しているので、画像形成時において、帯電性能に優れ、高画質な画像を安定に形成することができる。
(トナー入り容器)
本発明のトナー入り容器は、本発明の前記トナー乃至前記現像剤を容器中に収容してなる。
前記容器としては、特に制限はなく、公知のものの中から適宜選択することができ、例えば、トナー入り容器本体とキャップとを有してなるもの、などが好適に挙げられる。
前記トナー入り容器本体としては、その大きさ、形状、構造、材質などについ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、前記形状としては、円筒状などが好ましく、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であるトナーが排出口側に移行可能であり、かつ該スパイラル部の一部又は全部が蛇腹機能を有しているもの、などが特に好ましい。
前記トナー入り容器本体の材質としては、特に制限はなく、寸法精度がよいものが好ましく、例えば、樹脂が好適に挙げられ、その中でも、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、などが好適に挙げられる。
前記トナー入り容器は、保存、搬送等が容易であり、取扱性に優れ、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てトナーの補給に好適に使用することができる。
(プロセスカートリッジ)
本発明のプロセスカートリッジは、静電潜像を担持する静電潜像担持体と、該静電潜像担持体上に担持された静電潜像を、現像剤を用いて現像し可視像を形成する現像手段とを、少なくとも有してなり、更に必要に応じて適宜選択したその他の手段を有してなる。
前記現像手段としては、本発明の前記トナー乃至前記現像剤を収容する現像剤収容器と、該現像剤収容器内に収容されたトナー乃至現像剤を担持しかつ搬送する現像剤担持体とを、少なくとも有してなり、更に、担持させるトナー層厚を規制するための層厚規制部材等を有していてもよい。
ここで、前記プロセスカートリッジは、例えば、図6に示すように、静電潜像担持体701を内蔵し、帯電手段702、現像手段704、転写手段708、クリーニング手段707を含み、更に必要に応じてその他の手段を有してなる。図6中、703は露光手段による露光、705は記録媒体をそれぞれ示す。
次に、図6に示すプロセスカートリッジによる画像形成プロセスについて示すと、静電潜像担持体701は、矢印方向に回転しながら、帯電手段702による帯電、露光手段(不図示)による露光703により、その表面に露光像に対応する静電潜像が形成される。この静電潜像は、現像手段704で現像され、得られた可視像は転写手段708により、記録媒体705に転写され、プリントアウトされる。次いで、像転写後の静電潜像担持体表面は、クリーニング手段707によりクリーニングされ、更に除電手段(不図示)により除電されて、再び、以上の操作を繰り返すものである。
(画像形成方法及び画像形成装置)
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、定着手段とを少なくとも有してなり、更に必要に応じて適宜選択したその他の手段、例えば、除電手段、クリーニング手段、リサイクル手段、制御手段等を有してなる。
前記静電潜像形成工程は、静電潜像担持体上に静電潜像を形成する工程である。
前記静電潜像担持体(「光導電性絶縁体」、「感光体」と称することがある)としては、その材質、形状、構造、大きさ、等について特に制限はなく、公知のものの中から適宜選択することができるが、その形状としてはドラム状が好適に挙げられ、材質としては、有機感光体やアモルファスシリコン、セレン等の無機感光体などが挙げられる。
前記静電潜像の形成は、例えば、前記静電潜像担持体の表面を一様に帯電させた後、像様に露光することにより行うことができ、前記静電潜像形成手段により行うことができる。前記静電潜像形成手段は、例えば、前記静電潜像担持体の表面を一様に帯電させる帯電器と、前記静電潜像担持体の表面を像様に露光する露光器とを少なくとも備える。
前記帯電は、例えば、前記帯電器を用いて前記静電潜像担持体の表面に電圧を印加することにより行うことができる。
前記帯電器としては、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、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それ自体公知の接触帯電器、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、などが挙げられる。
前記露光は、例えば、前記露光器を用いて前記静電潜像担持体の表面を像様に露光することにより行うことができる。
前記露光器としては、前記帯電器により帯電された前記静電潜像担持体の表面に、形成すべき像様に露光を行うことができる限り特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、複写光学系、ロッドレンズアレイ系、レーザー光学系、液晶シャッタ光学系、などの各種露光器が挙げられる。
なお、本発明においては、前記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。
−現像工程及び現像手段−
前記現像工程は、前記静電潜像を、本発明の前記トナー乃至前記現像剤を用いて現像して可視像を形成する工程である。
前記可視像の形成は、例えば、前記静電潜像を本発明の前記トナー乃至前記現像剤を用いて現像することにより行うことができ、前記現像手段により行うことができる。
前記現像手段は、例えば、本発明の前記トナー乃至前記現像剤を用いて現像することができる限り、特に制限はなく、公知のものの中から適宜選択することができ、例えば、本発明の前記トナー乃至現像剤を収容し、前記静電潜像に該トナー乃至該現像剤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が好適に挙げられ、前記トナー入り容器を備えた現像器などがより好ましい。
前記現像器は、単色用現像器であってもよいし、多色用現像器であってもよく、例えば、前記トナー乃至前記現像剤を摩擦攪拌させて帯電させる攪拌器と、回転可能なマグネットローラとを有してなるもの、などが好適に挙げられる。
前記現像器内では、例えば、前記トナーと前記キャリアとが混合攪拌され、その際の摩擦により該トナーが帯電し、回転するマグネットローラの表面に穂立ち状態で保持され、磁気ブラシが形成される。該マグネットローラは、前記静電潜像担持体(感光体)近傍に配置されているため、該マグネットローラの表面に形成された前記磁気ブラシを構成する前記トナーの一部は、電気的な吸引力によって該静電潜像担持体(感光体)の表面に移動する。その結果、前記静電潜像が該トナーにより現像されて該静電潜像担持体(感光体)の表面に該トナーによる可視像が形成される。
前記現像器に収容させる現像剤は、本発明の前記トナーを含む現像剤であるが、該現像剤としては一成分現像剤であってもよいし、二成分現像剤であってもよい。該現像剤に含まれるトナーは、本発明の前記トナーである。
−転写工程及び転写手段−
前記転写工程は、前記可視像を記録媒体に転写する工程であるが、中間転写体を用い、該中間転写体上に可視像を一次転写した後、該可視像を前記記録媒体上に二次転写する態様が好ましく、前記トナーとして二色以上、好ましくはフルカラートナーを用い、可視像を中間転写体上に転写して複合転写像を形成する第一次転写工程と、該複合転写像を記録媒体上に転写する第二次転写工程とを含む態様がより好ましい。
前記転写は、例えば、前記可視像を、転写帯電器を用いて前記中間転写体もしくは前記記録媒体を帯電することにより行うことができ、前記転写手段により行うことができる。前記転写手段としては、可視像を中間転写体上に転写して複合転写像を形成する第一次転写手段と、該複合転写像を記録媒体上に転写する第二次転写手段とを有する態様が好ましい。
なお、前記中間転写体としては、特に制限はなく、目的に応じて公知の転写体の中から適宜選択することができ、例えば、転写ベルト等が好適に挙げられる。
前記転写手段(前記第一次転写手段、前記第二次転写手段)は、前記静電潜像担持体(感光体)上に形成された前記可視像を前記記録媒体側へ剥離帯電させる転写器を少なくとも有するのが好ましい。前記転写手段は、1つであってもよいし、2つ以上であってもよい。
前記転写器としては、コロナ放電によるコロナ転写器、転写ベルト、転写ローラ、圧力転写ローラ、粘着転写器、などが挙げられる。
なお、前記記録媒体としては、特に制限はなく、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。
前記定着工程は、記録媒体に転写された可視像を定着装置を用いて定着させる工程であり、各色のトナーに対し前記記録媒体に転写する毎に行ってもよいし、各色のトナーに対しこれを積層した状態で一度に同時に行ってもよい。
前記定着装置としては、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、公知の加熱加圧手段が好適である。前記加熱加圧手段としては、加熱ローラと加圧ローラとの組合せ、加熱ローラと加圧ローラと無端ベルトとの組合せ、などが挙げられる。
前記加熱加圧手段における加熱は、通常、120〜200℃が好ましい。
なお、本発明においては、目的に応じて、前記定着工程及び定着手段と共にあるいはこれらに代えて、例えば、公知の光定着器を用いてもよい。
前記除電工程は、前記静電潜像担持体に対し除電バイアスを印加して除電を行う工程であり、除電手段により好適に行うことができる。
前記除電手段としては、特に制限はなく、前記静電潜像担持体に対し除電バイアスを印加することができればよく、公知の除電器の中から適宜選択することができ、例えば、除電ランプ等が好適に挙げられる。
前記クリーニング工程は、前記静電潜像担持体上に残留する前記トナーを除去する工程であり、クリーニング手段により好適に行うことができる。
前記クリーニング手段としては、特に制限はなく、前記静電潜像担持体上に残留する前記電子写真トナーを除去することができればよく、公知のクリーナの中から適宜選択することができ、例えば、磁気ブラシクリーナ、静電ブラシクリーナ、磁気ローラクリーナ、ブレードクリーナ、ブラシクリーナ、ウエブクリーナ等が好適に挙げられる。
前記リサイクル工程は、前記クリーニング工程により除去した前記トナーを前記現像手段にリサイクルさせる工程であり、リサイクル手段により好適に行うことができる。
前記リサイクル手段としては、特に制限はなく、公知の搬送手段等が挙げられる。
前記画像形成装置により本発明の画像形成方法を実施する一の態様について、図7を参照しながら説明する。図7に示す画像形成装置800は、前記静電潜像担持体としての感光体ドラム810(以下「感光体810」という)と、前記帯電手段としての帯電ローラ820と、前記露光手段としての露光装置830と、前記現像手段としての現像装置840と、中間転写体850と、クリーニングブレードを有する前記クリーニング手段としてのクリーニング装置860と、前記除電手段としての除電ランプ870とを備える。
中間転写体850は無端ベルトであり、その内側に配置されこれを張架する3個のローラ851によって、図中矢印方向に移動可能に設計されている。3個のローラ851の一部は、中間転写体850へ所定の転写バイアス(一次転写バイアス)を印加可能な転写バイアスローラとしても機能する。中間転写体850には、その近傍に中間転写体用クリーニングブレード890が配置されており、また、記録媒体895に可視像(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可能な前記転写手段としての転写ローラ880が対向して配置されている。中間転写体850の周囲には、この中間転写体850上の可視像に電荷を付与するためのコロナ帯電器858が、該中間転写体850の回転方向において、静電潜像担持体810と中間転写体850との接触部と、中間転写体850と記録媒体895との接触部との間に配置されている。
現像装置840は、現像剤担持体としての現像ベルト841と、この現像ベルト841の周囲に併設したブラック現像ユニット845K、イエロー現像ユニット845Y、マゼンタ現像ユニット845M、及びシアン現像ユニット845Cとから構成されている。なお、ブラック現像ユニット845Kは、現像剤収容部842Kと現像剤供給ローラ843Kと現像ローラ844Kとを備えている。イエロー現像ユニット845Yは、現像剤収容部842Yと現像剤供給ローラ843Yと現像ローラ844Yとを備えている。マゼンタ現像ユニット845Mは、現像剤収容部842Mと現像剤供給ローラ843Mと現像ローラ844Mとを備えている。シアン現像ユニット845Cは、現像剤収容部842Cと現像剤供給ローラ843Cと現像ローラ844Cとを備えている。また、現像ベルト841は、無端ベルトであり、複数のベルトローラにより回転可能に張架され、一部が静電潜像担持体810と接触している。
図7に示す画像形成装置800において、例えば、帯電ローラ820が感光体ドラム810を一様に帯電させる。露光装置830が感光ドラム810上に像様に露光を行い、静電潜像を形成する。感光ドラム810上に形成された静電潜像を、現像装置840からトナーを供給して現像して可視像(トナー像)を形成する。該可視像(トナー像)が、ローラ851から印加された電圧により中間転写体850上に転写(一次転写)され、更に転写紙895上に転写(二次転写)される。その結果、転写紙895上には転写像が形成される。なお、感光体810上の残存トナーは、クリーニング装置860により除去され、感光体810における帯電は除電ランプ870により一旦、除去される。
前記画像形成装置により本発明の画像形成方法を実施する他の態様について、図8を参照しながら説明する。図8に示す画像形成装置900は、図7に示す画像形成装置800において、現像ベルト841を備えてなく、感光体810の周囲に、ブラック現像ユニット845K、イエロー現像ユニット845Y、マゼンタ現像ユニット845M及びシアン現像ユニット845Cが直接対向して配置されていること以外は、図7に示す画像形成装置800と同様の構成を有し、同様の作用効果を示す。なお、図8においては、図7におけるものと同じものは同符号で示した。
前記画像形成装置により本発明の画像形成方法を実施する他の態様について、図9を参照しながら説明する。図9に示すタンデム画像形成装置は、タンデム型カラー画像形成装置である。タンデム画像形成装置は、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とを備えている。
複写装置本体150には、無端ベルト状の中間転写体1050が中央部に設けられている。そして、中間転写体1050は、支持ローラ1014、1015及び1016に張架され、図9中、時計回りに回転可能とされている。支持ローラ1015の近傍には、中間転写体1050上の残留トナーを除去するための中間転写体クリーニング装置1017が配置されている。支持ローラ1014と支持ローラ1015とにより張架された中間転写体1050には、その搬送方向に沿って、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの4つの画像形成手段1018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。タンデム型現像器120の近傍には、露光装置1021が配置されている。中間転写体1050における、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1022が配置されている。二次転写装置1022においては、無端ベルトである二次転写ベルト1024が一対のローラ1023に張架されており、二次転写ベルト1024上を搬送される転写紙と中間転写体1050とは互いに接触可能である。二次転写装置1022の近傍には定着装置1025が配置されている。定着装置1025は、無端ベルトである定着ベルト1026と、これに押圧されて配置された加圧ローラ1027とを備えている。
なお、タンデム画像形成装置においては、二次転写装置1022及び定着装置1025の近傍に、転写紙の両面に画像形成を行うために該転写紙を反転させるためのシート反転装置1028が配置されている。
次に、タンデム型現像器120を用いたフルカラー画像の形成(カラーコピー)について説明する。即ち、先ず、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1032上に原稿をセットし、原稿自動搬送装置400を閉じる。
スタートスイッチ(不図示)を押すと、原稿自動搬送装置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1032上へと移動された後で、一方、コンタクトガラス1032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1033及び第2走行体1034が走行する。このとき、第1走行体1033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1034におけるミラーで反射し、結像レンズ1035を通して読取りセンサ1036で受光されてカラー原稿(カラー画像)が読取られ、ブラック、イエロー、マゼンタ及びシアンの画像情報とされる。
そして、ブラック、イエロー、マゼンタ、及びシアンの各画像情報は、タンデム型現像手段120における各画像形成手段1018(ブラック用画像形成手段、イエロー用画像形成手段、マゼンタ用画像形成手段、及びシアン用画像形成手段)にそれぞれ伝達され、各画像形成手段において、ブラック、イエロー、マゼンタ、及びシアンの各トナー画像が形成される。即ち、タンデム型現像手段120における各画像形成手段1018(ブラック用画像形成手段、イエロー用画像形成手段、マゼンタ用画像形成手段及びシアン用画像形成手段)は、図10に示すように、それぞれ、静電潜像担持体1110(ブラック用静電潜像担持体1010K、イエロー用静電潜像担持体1010Y、マゼンタ用静電潜像担持体1010M、及びシアン用静電潜像担持体1010C)と、該静電潜像担持体1110を一様に帯電させる帯電装置160と、各カラー画像情報に基づいて各カラー画像対応画像用に前記静電潜像担持体を露光(図10中、L)し、該静電潜像担持体上に各カラー画像に対応する静電潜像を形成する露光装置と、該静電潜像を各カラートナー(ブラックトナー、イエロートナー、マゼンタトナー、及びシアントナー)を用いて現像して各カラートナーによるトナー画像を形成する現像装置61と、該トナー画像を中間転写体1050上に転写させるための転写帯電器1062と、クリーニング装置63と、除電器64とを備えており、それぞれのカラーの画像情報に基づいて各単色の画像(ブラック画像、イエロー画像、マゼンタ画像、及びシアン画像)を形成可能である。こうして形成された該ブラック画像、該イエロー画像、該マゼンタ画像及び該シアン画像は、支持ローラ1014、1015及び1016により回転移動される中間転写体1050上にそれぞれ、ブラック用静電潜像担持体1010K上に形成されたブラック画像、イエロー用静電潜像担持体1010Y上に形成されたイエロー画像、マゼンタ用静電潜像担持体1010M上に形成されたマゼンタ画像及びシアン用静電潜像担持体1010C上に形成されたシアン画像が、順次転写(一次転写)される。そして、中間転写体1050上に前記ブラック画像、前記イエロー画像、マゼンタ画像、及びシアン画像が重ね合わされて合成カラー画像(カラー転写像)が形成される。
一方、給紙テーブル200においては、給紙ローラ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つからシート(記録紙)を繰り出し、分離ローラ145で1枚ずつ分離して給紙路146に送出し、搬送ローラ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1049に突き当てて止める。あるいは、給紙ローラ142を回転して手差しトレイ1054上のシート(記録紙)を繰り出し、分離ローラ1058で1枚ずつ分離して手差し給紙路1053に入れ、同じくレジストローラ1049に突き当てて止める。なお、レジストローラ1049は、一般には接地されて使用されるが、シートの紙粉除去のためにバイアスが印加された状態で使用されてもよい。そして、中間転写体1050上に合成された合成カラー画像(カラー転写像)にタイミングを合わせてレジストローラ1049を回転させ、中間転写体1050と二次転写装置1022との間にシート(記録紙)を送出させ、二次転写装置1022により該合成カラー画像(カラー転写像)を該シート(記録紙)上に転写(二次転写)することにより、該シート(記録紙)上にカラー画像が転写され形成される。なお、画像転写後の中間転写体1050上の残留トナーは、中間転写体クリーニング装置1017によりクリーニングされる。
カラー画像が転写され形成された前記シート(記録紙)は、二次転写装置1022により搬送されて、定着装置1025へと送出され、定着装置1025において、熱と圧力とにより前記合成カラー画像(カラー転写像)が該シート(記録紙)上に定着される。その後、該シート(記録紙)は、切換爪1055で切り換えて排出ローラ1056により排出され、排紙トレイ1057上にスタックされ、あるいは、切換爪1055で切り換えてシート反転装置1028により反転されて再び転写位置へと導き、裏面にも画像を記録した後、排出ローラ1056により排出され、排紙トレイ1057上にスタックされる。
本発明の画像形成方法及び前記画像形成装置では、シャープな粒度分布を有し、帯電性、環境性、経時安定性などのトナー特性が良好である本発明の前記トナーを用いているので、高画質画像を形成することができる。
以下、本発明の実施例について説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。
(合成例1)
−珪素元素を有する重合体1の合成−
攪拌機及び冷却管を備えた5Lの4口セパラブルフラスコにメチルエチルケトン120g、シリコーン含有ラジカル重合性単量体(チッソ株式会社製、サイラプレンFM−0711)45gを加え、窒素ガスを吹き込みながら80℃に加熱した。そこに2−エチルヘキシルアクリレート55g及びメチルエチルケトン55gの混合溶液と、2,2’−アゾビス(2−メチルブチロニトリル)1.0gとメチルエチルケトン25gの混合溶液を15分間隔で8回に分けて添加後、さらに80℃で3時間加熱攪拌し、重量平均分子量105,000の透明な珪素元素を有する重合体溶液1を得た。
(合成例2)
−珪素元素を有する重合体2の合成−
攪拌機及び冷却管を備えた5Lの4口セパラブルフラスコにメチルエチルケトン115g、シリコーン含有ラジカル重合性単量体(チッソ株式会社製、サイラプレンFM−7725)40gを加え、窒素ガスを吹き込みながら80℃に加熱した。そこにn−ブチルアクリレート60g及びメチルエチルケトン60gの混合溶液と、2,2’−アゾビス(2−メチルブチロニトリル)1.0gとメチルエチルケトン25gの混合溶液を15分間隔で8回に分けて添加後、さらに80℃で3時間加熱攪拌し、重量平均分子量124,000の透明な珪素元素を有する重合体溶液2を得た。
(合成例3)
−珪素元素を有する重合体3の合成−
攪拌機及び冷却管を備えた5Lの4口セパラブルフラスコにトルエン200重量部を入れ窒素雰囲気中で80℃に昇温、n−ブチルアクリレート40重量部、γ−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン60部及びAIBN(和光純薬株式会社製、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル)2重量部の混合物を、液温を80〜90℃に保ちながら2時間で滴下し、滴下終了後さらに80℃に保ったまま8時間加温し、透明な珪素元素を有する重合体溶液3を得た。GPC測定による重量平均分子量は、45,000であった。
(合成例4)
−珪素元素を有する重合体4の合成−
攪拌機及び冷却管を備えた5Lの4口セパラブルフラスコにトルエン200重量部を入れ窒素雰囲気中で80℃に昇温、n−ブチルアクリレート40重量部、シリコーン含有ラジカル重合性単量体(信越シリコーン社製、X−22−2475)60g及びAIBN(和光純薬株式会社製、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル)2重量部の混合物を、液温を80〜90℃に保ちながら2時間で滴下し、滴下終了後さらに80℃に保ったまま8時間加温し、透明な珪素元素を有する重合体溶液4を得た。GPC測定による重量平均分子量は、54,000であった。
(合成例5)
−珪素元素を有する重合体5の合成−
攪拌機及び冷却管を備えた5Lの4口セパラブルフラスコにメチルエチルケトン120g、シリコーン含有ラジカル重合性単量体(信越シリコーン社製、X−22−2426)10gを加え、窒素ガスを吹き込みながら80℃に加熱した。そこにn−ブチルアクリレート90g及びメチルエチルケトン40gの混合溶液と、2,2’−アゾビス(2−メチルブチロニトリル)1gとメチルエチルケトン20gの混合溶液を15分間隔で8回に分けて添加後、さらに80℃で3時間加熱攪拌し、重量平均分子量148,000の透明な珪素元素を有する重合体溶液5を得た。
(合成例6)
−珪素元素を有する重合体6の合成−
攪拌機及び冷却管を備えた5Lの4口セパラブルフラスコにトルエン200重量部を入れ窒素雰囲気中で80℃に昇温、n−ブチルアクリレート40重量部、シリコーン含有ラジカル重合性単量体(信越シリコーン社製、X−22−164)60g及びAIBN(和光純薬株式会社製、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル)1.5重量部の混合物を、液温を80〜90℃に保ちながら2時間で滴下し、滴下終了後さらに80℃に保ったまま8時間加温し、透明な珪素元素を有する重合体溶液6を得た。GPC測定による重量平均分子量は、4,800であった。
(合成例7)
−珪素元素を有する重合体7の合成−
攪拌機及び冷却管を備えた5Lの4口セパラブルフラスコにトルエン200重量部を入れ窒素雰囲気中で80℃に昇温、n−ブチルアクリレート90重量部、シリコーン含有ラジカル重合性単量体(信越シリコーン社製、X−22−164E)10g及びAIBN(和光純薬株式会社製、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル)1重量部の混合物を、液温を80〜90℃に保ちながら2時間で滴下し、滴下終了後さらに80℃に保ったまま8時間加温し、透明な珪素元素を有する重合体溶液7を得た。GPC測定による重量平均分子量は、13,6100であった。
(合成例8)
−珪素元素を有する重合体8の合成−
攪拌機及び冷却管を備えた5Lの4口セパラブルフラスコにトルエン200重量部を入れ窒素雰囲気中で80℃に昇温、エチルアクリレート60重量部、メチルメタクリレート20重量部、γ−アクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン20部及びAIBN(和光純薬株式会社製、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル)1.5重量部の混合物を、液温を80〜90℃に保ちながら2時間で滴下し、滴下終了後さらに80℃に保ったまま8時間加温し、透明な珪素元素を有する重合体溶液8を得た。GPC測定による重量平均分子量は、42,000であった。
(合成例9)
−珪素元素を有する重合体9の合成−
攪拌機及び冷却管を備えた5Lの4口セパラブルフラスコにメチルエチルケトン140g、シリコーン含有ラジカル重合性単量体(チッソ株式会社製、サイラプレンFM−0721)65gを加え、窒素ガスを吹き込みながら80℃に加熱した。そこに2−エチルヘキシルアクリレート35g及びメチルエチルケトン35gの混合溶液と、2,2’−アゾビス(2−メチルブチロニトリル)1.0gとメチルエチルケトン25gの混合溶液を15分間隔で8回に分けて添加後、さらに80℃で3時間加熱攪拌し、少し白濁した重量平均分子量98,000の珪素元素を有する重合体溶液9を得た。
(合成例10)
−珪素元素を有する重合体10の合成−
攪拌機及び冷却管を備えた5Lの4口セパラブルフラスコにメチルエチルケトン140g、シリコーン含有ラジカル重合性単量体(チッソ株式会社製、サイラプレンFM−7711)65gを加え、窒素ガスを吹き込みながら80℃に加熱した。そこにオクチルアクリレート35g及びメチルエチルケトン35gの混合溶液と、2,2’−アゾビス(2−メチルブチロニトリル)1.0gとメチルエチルケトン25gの混合溶液を15分間隔で8回に分けて添加後、さらに80℃で3時間加熱攪拌し、重量平均分子量102,000の少し白濁した珪素元素を有する重合体溶液10を得た。
(合成例11)
−珪素元素を有する重合体3の合成−
攪拌機及び冷却管を備えた5Lの4口セパラブルフラスコにトルエン200重量部を入れ窒素雰囲気中で80℃に昇温、n−オクチルアクリレート15重量部、γ−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン85部及びAIBN(和光純薬株式会社製、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル)2重量部の混合物を、液温を80〜90℃に保ちながら2時間で滴下し、滴下終了後さらに80℃に保ったまま8時間加温し、少し白濁した珪素元素を有する重合体11溶液を得た。GPC測定による重量平均分子量は、37,000であった。
(合成例12)
−珪素元素を有する重合体12の合成−
攪拌機及び冷却管を備えた5Lの4口セパラブルフラスコにメチルエチルケトン120g、シリコーン含有ラジカル重合性単量体(チッソ株式会社製、サイラプレンFM−0725)3gを加え、窒素ガスを吹き込みながら80℃に加熱した。そこにブチルアクリレート97g及びメチルエチルケトン55gの混合溶液と、2,2’−アゾビス(2−メチルブチロニトリル)1.0gとメチルエチルケトン25gの混合溶液を15分間隔で8回に分けて添加後、さらに80℃で3時間加熱攪拌し、重量平均分子量112,000の透明な珪素元素を有する重合体溶液12を得た。
(合成例13)
−珪素元素を有する重合体13の合成−
攪拌機及び冷却管を備えた5Lの4口セパラブルフラスコにメチルエチルケトン115g、シリコーン含有ラジカル重合性単量体(チッソ株式会社製、サイラプレンFM−7721)3gを加え、窒素ガスを吹き込みながら80℃に加熱した。そこにn−ブチルアクリレート97g及びメチルエチルケトン60gの混合溶液と、2,2’−アゾビス(2−メチルブチロニトリル)1.0gとメチルエチルケトン25gの混合溶液を15分間隔で8回に分けて添加後、さらに80℃で3時間加熱攪拌し、重量平均分子量118,000の透明な珪素元素を有する重合体溶液13を得た。
(合成例14)
−珪素元素を有する重合体14の合成−
攪拌機及び冷却管を備えた5Lの4口セパラブルフラスコにトルエン200重量部を入れ窒素雰囲気中で80℃に昇温、n−ブチルアクリレート92重量部、γ−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン8部及びAIBN(和光純薬株式会社製、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル)2重量部の混合物を、液温を80〜90℃に保ちながら2時間で滴下し、滴下終了後さらに80℃に保ったまま8時間加温し、透明な珪素元素を有する重合体溶液14を得た。GPC測定による重量平均分子量は、52,000であった。
(合成例15)
−結着樹脂としてのポリエステル樹脂1の合成−
温度計、攪拌機、冷却器および窒素導入管の付いた反応槽中にビスフェノールAのPO付加物(水酸基価 320)64部、ビスフェノールAのEO付加物(水酸基価 343)544部、テレフタル酸123部およびジブチルチンオキサイド4部を入れ、常圧で230℃で3時間反応した後180℃まで冷却し、無水ドデセニルコハク酸296部を入れ、さらに10〜15mmHgの減圧で酸価が2mgKOH/g以下になるまで反応した。その後無水トリメリット酸20部をいれ、常圧180℃で2時間反応し、反応槽から取り出しポリエステル樹脂1を得た。ポリエステル樹脂1のTgは48℃、数平均分子量は9000、重量平均分量は22000、酸価は10mgKOH/g、水酸基価は17mgKOH/gであった。
(合成例16)
−結着樹脂としてのポリエステル樹脂2の合成−
合成例17と同様の反応装置にビスフェノールAのPO付加物(水酸基価 320)636部、テレフタル酸191部およびジブチルチンオキサイド4部を入れ、常圧で230℃で3時間反応した後180℃まで冷却し、無水ドデセニルコハク酸205部を入れ、さらに10〜15mmHgの減圧で酸価が2mgKOH/g以下になるまで反応した。その後無水トリメリット酸20部をいれ、常圧180℃で2時間反応し、反応槽から取り出しポリエステル樹脂2を得た。ポリエステル樹脂2のTgは55℃、数平均分子量は5000、重量平均分量は10000、酸価は11mgKOH/g、水酸基価は16mgKOH/gであった。
(実施例1)
−着色剤分散液の調製−
先ず、着色剤としての、カーボンブラックの分散液を調製した。
カーボンブラック(Regal400;Cabot社製)15重量部、顔料分散剤3重量部を、メチルエチルケトン82重量部に、攪拌羽を有するミキサーを使用し、一次分散させた。ここで、顔料分散剤としては、アジスパーPB821(味の素ファインテクノ社製)を使用した。
得られた一次分散液を、1mmφのジルコニアビーズを充填して横型湿式分散機(ダイノーミル、シンマルエンタープライズ社製)を用いて強力なせん断力により細かく分散し、凝集体を完全に除去した分散液を調製した。更に、0.45μmの細孔を有するフィルター(PTFE製)を通過させ、サブミクロン領域まで分散させた液を調製した。
−樹脂及びワックスを添加した分散液の調製−
次に、結着樹脂としての樹脂、及びワックスを添加した分散液を調製した。結着樹脂としてのポリエステル樹脂1を100重量部、カーボンブラック分散液30重量部、カルナバワックス5重量部、珪素元素を有する重合体溶液1を30重量部、フタージェントF100(ネオス社製)0.5重量部を、酢酸エチル1,000重量部に投入し、着色剤分散液調製時と同じく、攪拌羽を有するミキサーを使用して、10分間攪拌を行い分散させた。この段階の分散液を、着色剤分散液調製時と同様に、0.45μmのフィルター(PTFE製)で濾過したが、目詰まりの発生はなく、全て通過することを確認した。なお、この分散液の電解伝導率は3.4×10-7S/mであった。
得られた分散液更に固形分が6.0%になるよう酢酸エチルを用いて希釈し、液を図1に示したトナー製造装置の、スラリー分散液貯蔵容器35に供給した。使用した吐出孔を有する板は、厚み20μmのニッケルプレートに、真円形状の出口直径8.0μmの吐出孔を、フェムト秒レーザによるマスク縮小投影法による除去加工により同心円上に10個作成した。吐出孔の存在する部分は、一辺0.5mmの正方形の範囲であった。
分散液調製後、以下のようなトナー作成条件で、液滴を形成させた後、液滴を乾燥固化し、サイクロンで捕集することにより粒子を得た。得られた粒子100重量部に疎水性シリカ(アエロジルR−972、日本アエロジル社製)0.2重量部を加えヘンシェルミキサーで混合し、トナー1を作成した。
〔トナー作成条件〕
分散液固形分 :6.0%
液流量 :40ml/hr
乾燥空気流量 :シース 2.0L/分、装置内エア 3.0L/分
装置内温度 :27〜28℃
露点温度 :−20℃
共通貯留部振動周波数 :601.0kHz
(実施例2〜8)
実施例1において、珪素元素を有する重合体溶液1の替わりに珪素元素を有する重合体溶液2〜8を使用した以外は実施例1と同様にして、それぞれトナー2〜8を作成した。
(実施例9)
−着色剤分散液の調製−
先ず、着色剤としての、カーボンブラックの分散液を調製した。
カーボンブラック(Regal400;Cabot社製)15重量部、顔料分散剤3重量部を、酢酸エチル82重量部に、攪拌羽を有するミキサーを使用し、一次分散させた。顔料分散剤としては、アジスパーPB821(味の素ファインテクノ社製)を使用した。得られた一次分散液を、ダイノーミルを用いて強力なせん断力により細かく分散し、凝集体を完全に除去した分散液を調製した。更に、0.45μmの細孔を有するフィルター(PTFE製)を通過させ、サブミクロン領域まで分散させた液を調製した。
−樹脂及びワックスを添加した分散液の調製−
次に、結着樹脂としての樹脂、及びワックスを添加した分散液を調製した。結着樹脂としてのポリエステル樹脂2を100重量部、カーボンブラック分散液30重量部、カルナバワックス5重量部、珪素元素を有する重合体溶液1を30重量部、フタージェントF100(ネオス社製)0.5重量部を、酢酸エチル1,000重量部に投入し、着色剤分散液調製時と同じく、攪拌羽を有するミキサーを使用して、10分間攪拌を行い分散させた。この段階の分散液を、着色剤分散液調製時と同様に、0.45μmのフィルター(PTFE製)で濾過したが、目詰まりの発生はなく、全て通過することを確認した。なお、この分散液の電解伝導率は3.4×10-7S/mであった。
−トナーの作成−
得られた分散液更に固形分が6.0%になるよう酢酸エチルを用いて希釈し、液を図3に示したトナー製造装置の、スラリー分散液貯蔵容器35に供給した。使用した吐出孔を有する板は、厚み20μmのニッケルプレートに、真円形状の出口直径8.0μmの吐出孔を、フェムト秒レーザによるマスク縮小投影法による除去加工により同心円上に10個作成した。吐出孔の存在する部分は、一辺0.5mmの正方形の範囲であった。
分散液調製後、以下のようなトナー作成条件で、液滴を形成させた後、液滴を乾燥固化し、サイクロンで捕集することにより粒子を得た。得られた粒子100重量部に疎水性シリカ(アエロジルR−972、日本アエロジル社製)0.2重量部を加えヘンシェルミキサーで混合しトナー9を作成した。
〔トナー作成条件〕
分散液固形分 :6.0 %
液流量 :40 ml/hr
乾燥空気流量 :シース 2.0L/分、装置内エアー 3.0L/分
装置内温度 :27〜28℃
露点温度 :−20℃
振動周波数 :601.0kHz
(実施例10〜15)
実施例9において、珪素元素を有する重合体溶液1の替わりに、珪素元素を有する重合体溶液9〜14を使用した以外は実施例1と同様にして、それぞれトナー10〜15を作成した。
(実施例16〜19)
実施例1において、珪素元素を有する重合体溶液1を30重量部の替わりに、各々2重量部、6重量部、50重量部、80重量部とした以外は実施例1と同様にして、それぞれトナー16〜19を作成した。
(実施例20)
実施例9において、珪素元素を有する重合体溶液1の替わりに、シリコーンオイル(信越シリコーン KF96;1000CP)を10重量部使用した以外は実施例1と同様にしてトナー20を作成した。
(実施例21)
実施例9において、珪素元素を有する重合体溶液1の替わりに、シリコーン樹脂(東レダウコーニングシリコーン社製840 RESIN)を10重量部使用した以外は実施例1と同様にしてトナー21を作成した。
(比較例1)
実施例9において、珪素元素を有する重合体溶液1を除いた以外は実施例1と同様にしてトナー22を作成した。
(比較例2)
実施例9において、珪素元素を有する重合体溶液1を除いた以外は実施例1と同様にして粒子を作成した後、得られた粒子100重量部に疎水性シリカ(HDK2000H、ワッカーへミー社製)0.7重量部と疎水性酸化チタン(STT−30A、チタン工業社製)0.8重量部を加えヘンシェルミキサーで混合し、トナー23を作成した。
(比較例3)
結着樹脂としてのポリエステル樹脂1を100重量部、カーボンブラック(Regal400;Cabot社製)4.5重量部、カルナバワックス5重量部、フタージェントF100(ネオス社製)0.5重量部をヘンシェルミキサーにて混合し、得られた混合物をブスコニーダーPCS30(ブス社製)により混練し、混練物を得た。ついで、得られた混練物を空気中で冷却したのち、アルピネロートプレックス(ホソカワミクロン社製)にて粗粉砕し、ミクロンジェットMJT−1(ホソカワミクロン社製)にて粉砕し、分級を行い、粒子を得た。得られた粒子100重量部に疎水性シリカ(アエロジルR−972、日本アエロジル社製)0.2重量部を加えヘンシェルミキサーで混合しトナー24を作成した。
(比較例4)
比較例3と同様にして粒子を作成した後、得られた粒子100重量部に疎水性シリカ(HDK2000H、ワッカーへミー社製)0.7重量部と疎水性酸化チタン(STT−30A、チタン工業社製)0.8重量部を加えヘンシェルミキサーで混合し、トナー25を作成した。
<重量平均粒径及び粒度分布の測定>
得られた各トナーについて、コールターカウンター法による重量平均粒径及び粒度分布を、コールターカウンターTA−IIを用いて測定した。得られた分布から、トナーの重量平均粒径(D4)、個数平均粒径(Dn)を求めた。
また、得られたトナーの重量平均粒径(D4)、及び個数平均粒径(Dn)の結果から比(D4/Dn)を求め、下記基準により、粒度分布を評価した。結果を表1に示す。
〔粒径分布(D4/Dn)の評価〕
○:D4/Dnが1.05未満
△:D4/Dnが1.05以上、1.10未満
×:D4/Dnが1.10以上
−現像剤の調製−
シリコーン樹脂(SR2411:東レダウコーニングシリコーン社製)を希釈して、固形分5%のシリコーン樹脂溶液を得た。固形分に対して、3重量%のアミノシランカップリング剤H2N(CH23Si(OC253を添加し、流動床型コーティング装置を用いて、銅−亜鉛フェライト粒子(F−300、パウダーテック社製)の粒子表面上に、上記のシリコーン樹脂溶液を、100℃の雰囲気下で約40g/minの割合で塗布し、更に240℃で2時間加熱して、シリコーン樹脂膜厚0.38μmのキャリアを得た。
次に、各トナー5重量部と、上述のシリコーン被覆の銅−亜鉛フェライトキャリア95重量部からなる現像剤を調製した。
また次に、得られた現像剤について、以下のようにして、定着性、画像濃度、画像品質、感光体への融着、及び帯電量の測定を行った。
<画像濃度、画像品質、定着品質>
得られた各現像剤について、タンデム型カラープリンター(Ipsio CX9000、株式会社リコー製)を用いて、複写紙(TYPE6000、株式会社リコー製)に各現像剤の付着量が1.00±0.05mg/cm2のチャート面積を5%とした画像を形成した。該画像の形成を20℃60%RHの環境下で、前記複写紙10,000枚に対して、繰り返し画像形成を行ったのち、画像濃度の測定と、画像品質の評価を行った。その後、同様な手順で10℃30%RH環境下、30℃90%RH環境下においても連続5,000枚繰り返し画像形成を行ったのち、画像濃度の測定と、画像品質の評価を行った。
ここで、画像濃度はSpectrodenstiometer X−Rite 938(X−Rite社製)を用い、D65光源、視野角2°、ステイタスTの条件で測定を行い、以下の基準で評価を行った。
〔評価基準(画像濃度)〕
○:1.4以上
△:1.2以上1.4未満
×:1.2未満
また画像評価は、地汚れ、画像のにじみやボケ、カスレを総合的に目視で観察評価した。
〔評価基準(画像評価)〕
○:地汚れ、画像にじみ、ボケ、カスレのいずれも観察されない。
△:地汚れ、画像にじみ、ボケ、カスレのいずれかが観察されるが、極軽微である。
×:地汚れ、画像にじみ、ボケ、カスレのいずれかが観察される。
地汚れ、画像にじみ、ボケ、カスレが観察された場合は×、極軽微な発生の場合は△、発生がない場合は○とした。
定着品質は、複写紙(TYPE6000、株式会社リコー製)に各現像剤の付着量が1.00±0.05mg/cm2の50mm×30mmのベタ画像を取り、各環境下で連続して10枚印字し、9枚目と10枚目の印字画像を描画針にて傷つけ、トナーの剥がれ、紙の地肌が出るか否かを目視で観察し評価した。
〔評価基準(定着品質)〕
○:全く剥がれが観察されない。
△:部分的なトナー剥がれが観察されるが、紙の地肌が見えるまで至らない。
×:トナーがはがれ、紙の地肌が観察される。
初期及び20℃60%RH環境下で10,000枚耐久後、10℃30%RH環境下で5,000枚耐久後(累計1,5000枚耐久後)、30℃90%RH環境下で5,000枚耐久後(累計20,000枚耐久後)について、画像濃度と画像品質、定着性の評価結果を表4と表5に示す。
<帯電量>
20℃60%RHの環境下で、前記複写紙10,000枚終了繰り返し画像形成を行ったのち、10℃30%RH環境下、30℃90%RH環境下において連続5,000枚繰り返し画像形成を行ったのち、画像評価を行う時点で各現像剤をサンプリングし、ファラデーゲージに0.5g現像剤を入れトナーをブローすることによって帯電量を求めた。測定結果を表4と表5に示す。
<トナーの補給性>
トナー容器から現像部へのトナーの補給性は、各々のトナーをトナー容器に充填し機械にセット、上記画像を形成している間(累計20,000枚耐久中)の、トナーの補給状況を、下記基準に基づいて評価した。
〔評価基準(補給性)〕
○:累計20,000枚耐久中補給異常が認められなかった。
×:トナーがトナー容器に入っているのに関わらずトナーエンド検知が点灯し、機械が停止した。
測定結果を表1、2に示す。
なお、トナーがトナー容器に入っているのに関わらずトナーエンド検知が点灯し機械が停止した時点で試験は中断とした。
表1と表2の結果から、実施例1〜21のトナーを用いて得られる現像剤は、比較例のトナーを用いて得られる現像剤に比べ、帯電量が安定して高画像品質が得られることが確認された。また、比較例1、比較例3のトナーは補給性が劣り、比較例2及び比較例4のトナーは帯電量の低下が大きく画像品質が劣ることがわかった。ここで、比較例1のトナーは、累計10,320枚時点で、また比較例2のトナーは420枚時点でトナーエンド検知が点灯し機械が停止したため試験は中断とした。また、比較例1と比較例3の異常画像は画像中の白点ようの抜け(ボイドの発生)であり、比較例2と比較例4の異常画像は画像太りとベタ部転写不良によるものである。
本発明のトナーの製造方法、及びトナー製造装置は、トナーを効率よく生産することができ、更にこれまでにない粒度の単一分散性を有した粒子を製造でき、更に本トナー製造で製造し珪素原子含有化合物を含有するトナーは、粒度の単一分散性とあいまって、少量の外添剤であっても、優れた転写性やと定着性、トナー補給性を満足することから、電子写真、静電記録、静電印刷等に於ける静電荷像を現像するための現像剤として好適に用いられる。
さらに、本発明は、外添剤が少量であるため、外添剤の埋没や離脱による影響が少なく、環境や経時を問わず安定して高画質・高品位のカラー画像を形成できることから、電子写真、静電記録、静電印刷等に於ける静電荷像を現像するための現像剤として好適に用いられる。
本発明の静電荷像現像用トナーの製造装置に係る一実施の形態における装置の構成を示す概略図である。 本発明の静電荷像現像用トナーの製造装置に係る一実施の形態における貯留部の構成を示す概略図である。 本発明の静電荷像現像用トナーの製造装置に係る他の実施の形態における装置の構成(複数のノズル板を有する含む装置構成)を示す概略図である。 本発明の静電荷像現像用トナーの製造装置に係る一実施の形態における液滴形成部の構成を示す概略図である。 実施例8において作成されたトナー母体の走査電子顕微鏡写真である。 本発明のプロセスカートリッジに係る一実施の形態における構成示す概略図である。 本発明の画像形成装置に係る画像形成部の一実施の形態における構成示す概略図である。 本発明の画像形成装置に係る画像形成部の他の実施の形態における構成示す概略図である。 本発明の画像形成装置に係る一実施の形態における構成示す概略図である。 本発明の画像形成装置に係る一実施の形態における画像形成部の構成示す概略図である。
符号の説明
1 貯留部
2 振動手段
3 支持手段
4 吐出孔
5 液供給手段
6 溶媒除去設備
7 トナー捕集部
8 液供給管
9 ハウジング
10 波形発生装置
11 導電線
12 ドレイン
13 液滴
14 乾燥気体
15 トナー粒子
21 ノズル板
22 電極
23 溶媒除去設備
24 除電器
25 トナー捕集部
26 トナー粒子
27 渦流
28 電界カーテン
29 液供給管
30 乾燥容器
31 液滴
32 トナー貯蔵容器
33 乾燥気体供給管
34 定量ポンプ
35 スラリー分散液貯蔵容器
37 液供給流路
39 Oリング
41 ハウジング
61 現像装置
63 クリーニング装置
64 除電器
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 帯電装置
200 給紙テーブル
300 スキャナ
400 原稿自動搬送装置(ADF)
701 静電潜像担持体
702 帯電手段
703 露光
704 現像手段
705 記録媒体
707 クリーニング手段
708 転写手段
800 画像形成装置
810 感光体(感光体ドラム)
820 帯電ローラ
830 露光装置
840 現像装置
841 現像ベルト
842K 現像剤収容部
842Y 現像剤収容部
842M 現像剤収容部
842C 現像剤収容部
843K 現像剤供給ローラ
843Y 現像剤供給ローラ
843M 現像剤供給ローラ
843C 現像剤供給ローラ
844K 現像ローラ
844Y 現像ローラ
844M 現像ローラ
844C 現像ローラ
845K ブラック用現像ユニット
845Y イエロー用現像ユニット
845M マゼンタ用現像ユニット
845C シアン用現像ユニット
850 中間転写体
851 ローラ
860 クリーニング装置
870 除電ランプ
880 転写ローラ
890 クリーニングブレード
895 転写紙
1010K ブラック用静電潜像担持体
1010Y イエロー用静電潜像担持体
1010M マゼンタ用静電潜像担持体
1010C シアン用静電潜像担持体
1014 支持ローラ
1015 支持ローラ
1016 支持ローラ
1017 中間転写クリーニング装置
1018 画像形成手段
1021 露光装置
1022 二次転写装置
1023 ローラ
1024 二次転写ベルト
1025 定着装置
1026 定着ベルト
1027 加圧ローラ
1028 シート反転装置
1032 コンタクトガラス
1033 第1走行体
1034 第2走行体
1035 結像レンズ
1036 読取りセンサ
1049 レジストローラ
1052 分離ローラ
1053 手差し給紙路
1054 手差しトレイ
1055 切換爪
1056 排出ローラ
1057 排出トレイ
1058 コロナ帯電器
1062 転写帯電器

Claims (10)

  1. 少なくとも結着樹脂と、着色剤と、珪素原子を有する重合体と、を含有するトナー組成液を、吐出孔より吐出し、次いで液滴化した後、当該液滴を造粒空間において固体粒子にすることにより得られる静電荷像現像用トナーであり、
    前記トナー組成液は、少なくとも前記結着樹脂と、前記着色剤と、前記珪素原子を有する重合体とを、有機溶剤に分散/溶解してなり、
    前記珪素原子を有する重合体は、前記有機溶剤に可溶である静電荷像現像用トナーの製造方法であって、
    記トナー組成液をノズル板に設けられた吐出孔から吐出する吐出工程と、
    当該吐出された前記トナー組成液を液滴化する液滴化工程と、
    前記液滴を造粒空間において前記有機溶剤を除去することにより固体粒子にする粒子形成工程と、を有することを特徴とする静電荷像現像用トナーの製造方法。
  2. 前記トナー組成液は液状であり、
    前記吐出工程は、前記トナー組成液に圧力を付与して前記吐出孔から当該トナー組成液を連続的に吐出して柱状化し、
    前記液滴化工程は、当該柱状化したトナー組成液を振動によって液滴化することを特徴とする請求項に記載の静電荷像現像用トナーの製造方法。
  3. 前記ノズル板は、厚み5〜100μmの金属板で形成され、
    前記吐出孔の開口径は3〜35μmであることを特徴とする請求項またはに記載の静電荷像現像用トナーの製造方法。
  4. 前記ノズル板は、吐出孔が複数個設けられたことを特徴とする請求項乃至のいずれかに記載の静電荷像現像用トナーの製造方法。
  5. 前記粒子形成工程は、前記吐出工程における液滴吐出方向と同方向に乾燥気体を流すことにより気流を発生させ、該気流により、液滴を溶媒除去設備内で搬送せしめると共に、前記液滴中の溶媒を除去せしめて固体粒子を形成することを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の静電荷像現像用トナーの製造方法。
  6. 前記乾燥気体が、空気または窒素ガスであることを特徴とする請求項記載の静電荷像現像用トナーの製造方法。
  7. 前記乾燥気体の温度が、40〜200℃であることを特徴とする請求項またはに記載の静電荷像現像用トナーの製造方法。
  8. 前記溶媒除去設備が、液滴の電荷とは逆極性に帯電された静電カーテンで周囲が覆われた搬送路を有してなり、該搬送路内に液滴を通過させることを特徴とする請求項乃至のいずれかに記載の静電荷像現像用トナーの製造方法。
  9. トナーの体積平均粒径/数平均粒径(Dv/Dn)が、1.00〜1.10の範囲にあることを特徴とする請求項乃至のいずれかに記載の静電荷像現像用トナーの製造方法。
  10. 前記静電荷像現像用トナーの体積平均粒径が1〜6μmであることを特徴とする請求項乃至のいずれかに記載の静電荷像現像用トナーの製造方法。
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