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JP2018180279A - 静電荷像現像用トナー - Google Patents

静電荷像現像用トナー Download PDF

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JP2018180279A JP2017079613A JP2017079613A JP2018180279A JP 2018180279 A JP2018180279 A JP 2018180279A JP 2017079613 A JP2017079613 A JP 2017079613A JP 2017079613 A JP2017079613 A JP 2017079613A JP 2018180279 A JP2018180279 A JP 2018180279A
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内野 泰子
Yasuko Uchino
泰子 内野
内野 哲
Satoru Uchino
哲 内野
慎也 小原
Shinya Obara
慎也 小原
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Abstract

【課題】本発明の課題は、高温高湿・低温低湿環境のいずれにおいても、長時間にわたり高画質な画像を形成することができる静電荷像現像用トナーを提供することである。
【解決手段】本発明の静電荷像現像用トナーは、表面に外添剤を有するトナー母体粒子を含有する静電荷像現像用トナーであって、前記外添剤として、少なくともシリカ粒子を含有し、前記シリカ粒子が、硫黄元素を含有することを特徴とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、静電荷像現像用トナーに関する。より詳細には、本発明は、高温高湿・低温低湿環境のいずれにおいても、長時間にわたり高画質な画像を形成することができる静電荷像現像用トナーに関する。
電子写真方式の画像形成に用いられる静電荷像現像用トナー(以下、単に「トナー」ともいう。)に要求される性能としては、帯電性能、流動性、転写性及びクリーニング性などが挙げられる。従来、トナーには、これらの特性を付与、改善する目的で外添剤と呼ばれる種々の有機化合物、無機化合物から成る粒子が添加されている。代表的な外添剤としては、シリカや酸化チタンなどの無機粒子が知られており、その中でも、シリカは、負帯電性が高く、高画質な画像を得るためには、必要不可欠である。
近年、高精細・高画質の画像への要求が高まり、小粒径のトナーが主流になっている。これらの小粒径のトナーは感光体表面への付着力が大きく、転写残トナーとして残留しやすい。転写残トナーは、通常クリーニングブプロセスで除去されるが、トナー表面に存在する、又はトナー表面から離脱した外添剤(主には、シリカ粒子)は硬度が高いため、クリーニングブレードやローラーと感光体の隙間に滞留すると、感光体表面を過剰に減耗させたり、傷をつけてしまい、画像不良等の原因となるという問題があった。
特許文献1には、トナーの搬送路を長手方向で複数に分割し、搬送路一つあたりの長さを短くすることで、クリーニングローラーの表面に付着している外添剤の量のムラを抑制することで、電子写真感光体表面の長手方向の摩耗ムラを抑制し、出力画像の濃度ムラを抑制する技術が開示されている。
しかしながら、クリーニング部材に堆積・付着する外添剤の量のムラを抑制しても、硬度の高い外添剤(主には、シリカ粒子)を含有していると、感光体表面の減耗過多による画像ムラは抑制できず、長時間にわたり高画質な画像を形成することが困難であるという問題があった。
特開2014−219484号公報
本発明は上記問題及び状況に鑑みてなされ、その解決課題は、高温高湿・低温低湿環境のいずれにおいても、長時間にわたり高画質な画像を形成することができる静電荷像現像用トナーを提供することである。
本発明者らは、上記課題を解決すべく、上記問題の原因等について検討する過程において、トナー中に、外添剤として、少なくともシリカ粒子を含有し、当該シリカ粒子が、硫黄元素を含有することで、高温高湿・低温低湿環境のいずれにおいても、長時間にわたり高画質な画像を形成することができることを見いだし、本発明に至った。
すなわち、本発明に係る課題は、以下の手段によって解決される。
1.表面に外添剤を有するトナー母体粒子を含有する静電荷像現像用トナーであって、
前記外添剤として、少なくともシリカ粒子を含有し、
前記シリカ粒子が、硫黄元素を含有することを特徴とする静電荷像現像用トナー。
2.前記シリカ粒子のうち、シリカ母体粒子に硫黄元素を含有することを特徴とする第1項に記載の静電荷像現像用トナー。
3.前記シリカ粒子に含有される硫黄元素の含有量が、20〜50000質量ppmの範囲内であることを特徴とする第1項又は第2項に記載の静電荷像現像用トナー。
4.前記シリカ粒子が、ナトリウム元素を含有することを特徴とする第1項から第3項までのいずれか一項に記載の静電荷像現像用トナー。
5.前記外添剤として、前記シリカ粒子に加えて、第2のシリカ粒子を含有し、
前記第2のシリカ粒子が、シリコーンオイルで表面修飾されていることを特徴とする第1項から第4項までのいずれか一項に記載の静電荷像現像用トナー。
6.前記トナー母体粒子が、結着樹脂を含有し、
前記結着樹脂に含有されるスチレン−アクリル系樹脂が、当該結着樹脂全量に対して、50〜100質量%の範囲内であることを特徴とする第1項から第5項までのいずれか一項に記載の静電荷像現像用トナー。
本発明の上記手段により、高温高湿・低温低湿環境のいずれにおいても、長時間にわたり高画質な画像を形成することができる静電荷像現像用トナーを提供することができる。
本発明の効果の発現機構又は作用機構は明確になっていないが、以下のように推察される。
本発明のトナーは、外添剤として、硫黄元素を含有するシリカ粒子を用いている。
通常、外添剤に使用されるシリカ粒子は、非晶性の二酸化ケイ素であり、SiO四面体が、不規則な配列をしたまま固化したものである。ここで、非晶性の二酸化ケイ素は、3次元的なネットワークを形成しており、硬い粒子を形成している。
本発明に係るシリカ粒子は、硫黄元素を含有することで、この二酸化ケイ素の3次元的なネットワークを分断させ、硬度を低下させることができたと考えられる。また、硫黄元素は、炭素元素、窒素元素及びリン元素などの非金属元素の中でも、原子半径が比較的大きい第3周期の元素であり、効果的に3次元ネットワークを分断することができたものと考えられる。また、硫黄元素を用いる方法は、安全性や製造性の観点からも有用である。
また、このようなシリカ粒子を外添剤として含むトナーを用いた場合、感光体表面を過剰に減耗させたり、傷をつけてしまうことを抑制できたので、現像の安定性と感光体の摩耗抑制を両立することができたと考えられる。そして、高温高湿・低温低湿環境のいずれにおいても、長時間にわたり高画質の画像形成を行うことができたと考えられる。
抵抗測定装置の構成を示す説明用概略図
本発明の静電荷像現像用トナーは、表面に外添剤を有するトナー母体粒子を含有する静電荷像現像用トナーであって、前記外添剤として、少なくともシリカ粒子を含有し、前記シリカ粒子が、硫黄元素を含有することを特徴とする。この特徴は各請求項に係る発明に共通の技術的特徴である。
本発明の実施態様としては、本発明の効果を有効に得る観点から、前記シリカ粒子のうち、シリカ母体粒子に硫黄元素を含有することが好ましい。これにより、上述した二酸化ケイ素の3次元ネットワークを分断してシリカ粒子の硬度を低くするという効果を有効に得ることができると考えられる。
また、本発明の実施態様としては、前記シリカ母体粒子に含有される硫黄元素の含有量が、20〜50000質量ppmの範囲内であることが好ましい。20質量ppm以上とすることで、上述した二酸化ケイ素の3次元的なネットワークを分断する効果を有効に得て、シリカ粒子の硬度を低くする効果が得られると考えられ、感光体減耗による画像濃度ムラの悪化を抑制することができる。また、50000質量ppm以下とすることで、上述した二酸化ケイ素の3次元的なネットワークの分断の効果を大きくしすぎることがなく、シリカ粒子の硬度を低くしすぎることを防ぎ、感光体減耗を適度に行うことで、感光体フィルミングによる画像汚れも抑制することができる。
また、本発明の実施態様としては、前記シリカ粒子が、ナトリウム元素を含有することが好ましい。シリカ粒子がナトリウム元素を含有することで、高カバレッジでプリントした際にも、トナー飛散・トナーこぼれなどが発生せず、高品質な画像を得ることができるという効果が得られる。その理由は定かではないが、ナトリウム元素が含有されないものと比較して粒子の抵抗が低下することにより、帯電の立ち上がりが向上するためと推測している。
また、本発明の実施態様としては、前記外添剤として、前記シリカ粒子に加えて、第2のシリカ粒子を含有し、当該第2のシリカ粒子が、シリコーンオイルで表面修飾されていることが好ましい。これにより、当該第2のシリカ粒子から遊離したシリコーンオイルが、感光体へ移行し、シリカ粒子と感光体との摩擦を低減するため、感光体減耗を抑制するという相乗効果を得ることができる。
また、本発明の実施態様としては、前記トナー母体粒子が、結着樹脂を含有し、当該結着樹脂に含有されるスチレン−アクリル系樹脂が、当該結着樹脂全量に対して、50〜100質量%の範囲内であることが好ましい。スチレン−アクリル系樹脂を主成分とするトナー母体粒子は、外添剤として用いるシリカ粒子との付着性が高いため、遊離するシリカ粒子の数を抑制することで、遊離したシリカ粒子による感光体表面の過剰な減耗を抑制することができる。
以下、本発明とその構成要素及び本発明を実施するための形態について詳細な説明をする。
なお、本願において、「〜」は、その前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む意味で使用する。
[静電荷像現像用トナーの概要]
本発明の静電荷像現像用トナーは、表面に外添剤を有するトナー母体粒子を含有する静電荷像現像用トナーであって、前記外添剤として、少なくともシリカ粒子を含有し、前記シリカ粒子が、硫黄元素を含有することを特徴とする。
また、本発明において「静電荷像現像用トナー(トナー)」とは、「トナー粒子」の集合体のことをいう。また、トナー粒子とは、トナー母体粒子に外添剤を添加したものをいう。なお、本発明においては、トナー母体粒子とトナー粒子とを区別する必要がない場合には、単にトナー粒子と称することがある。
<トナー母体粒子>
本発明に係るトナー母体粒子は、結着樹脂として、非晶性樹脂及び結晶性樹脂を含有することが好ましい。また、トナー母体粒子は、その他必要に応じて、着色剤、離型剤(ワックス)、荷電制御剤等の他の構成成分を含有してもよい。
また、本発明において、このトナー母体粒子に、外添剤が添加されたものをトナー粒子という。
<外添剤>
本発明のトナーは、外添剤として、少なくともシリカ粒子(以下、「第1のシリカ粒子」ともいう。)を含有し、当該第1のシリカ粒子が、硫黄元素を含有する。また、本発明のトナーは、外添剤として、当該第1のシリカ粒子に加えて、第2のシリカ粒子を含有し、当該第2のシリカ粒子が、シリコーンオイルで表面修飾されていることが好ましい。
以下、第1のシリカ粒子及び第2のシリカ粒子について説明する。
<第1のシリカ粒子>
本発明に係る第1のシリカ粒子は、上述したとおり、硫黄元素を含有する。
通常、外添剤に使用されるシリカ粒子は、非晶性の二酸化ケイ素であり、SiO四面体が、不規則な配列をしたまま固化したものである。ここで、非晶性の二酸化ケイ素は、3次元的なネットワークを形成しており、硬い粒子を形成している。
本発明に係る第1のシリカ粒子は、硫黄元素を含有することで、この二酸化ケイ素の3次元的なネットワークを分断させ、硬度を低下させることができたと考えられる。また、硫黄元素は、炭素元素、窒素元素、リン元素などの非金属元素の中でも、原子半径が比較的大きい第3周期の元素であり、効果的に3次元ネットワークを分断することができたものと考えられる。また、硫黄元素を用いる方法は、安全性や製造性の観点からも有用である。
また、このような第1のシリカ粒子を外添剤として含むトナーを用いた場合、感光体表面を過剰に減耗させたり、傷をつけてしまうことを抑制できたので、現像の安定性と感光体の摩耗抑制を両立することができたと考えられる。そして、高温高湿・低温低湿環境のいずれにおいても、長時間にわたり高画質の画像形成を行うことができたと考えられる。
本発明の実施態様としては、本発明の効果を有効に得る観点から、第1のシリカ粒子のうち、シリカ母体粒子に硫黄元素を含有することが好ましい。これにより、上述した二酸化ケイ素の3次元ネットワークを分断してシリカ粒子の硬度を低くするという効果を有効に得ることができると考えられる。
また、本発明において、シリカ母体粒子とは、表面修飾処理、すなわち疎水化処理がなされていない状態のシリカ粒子をいう。
また、本発明において、シリカ粒子とは、シリカ母体粒子を表面修飾処理した粒子、表面修飾がされていない状態のシリカ粒子(シリカ母体粒子)、又はこれらの混合物を全て含む意味で使用する。
(シリカ粒子中に含有される硫黄元素)
本発明に係る第1のシリカ粒子に含有される硫黄元素の含有量は、20〜50000質量ppmの範囲内であることが好ましい。20質量ppm以上とすることで、上述した二酸化ケイ素の3次元的なネットワークを分断する効果を有効に得て、シリカ粒子の硬度を低くする効果が得られると考えられ、感光体減耗による画像濃度ムラの悪化を抑制することができる。また、50000質量ppm以下とすることで、上述した二酸化ケイ素の3次元的なネットワークの分断の効果を大きくしすぎることがなく、シリカ粒子の硬度を低くしすぎることを防ぎ、感光体減耗を適度に行うことで、感光体フィルミングによる画像汚れも抑制することができる。
また、硫黄元素を含有する第1シリカ粒子の製造方法としては、例えば、(1)硫黄化合物を含む溶液中にシリカ粒子を入れて、その表面に溶液をコーティングし、その後、乾燥、焼成する方法(溶液法)や、(2)硫黄含有化合物(例えば、二酸化硫黄(SO))のガスと、ケイ素含有化合物(例えば、四塩化ケイ素(SiCl))のガスとの混合ガスを、火炎(フレーム)中で反応させる方法(気相法)が挙げられる。これらのうち、シリカ粒子中に硫黄を均一に存在させる観点からは、気相法で製造することが好ましい。
(シリカ粒子中に含有される他の元素)
本発明に係る第1のシリカ粒子は、硫黄元素以外の元素も含有してもよく、例えば、本発明の効果が得られる範囲で、リチウム元素、ナトリウム元素、カリウム元素、ベリリウム元素、マグネシウム元素、カルシウム元素、炭素元素、窒素元素、及びリン元素等を含有してもよい。また、これらの元素のうち、第1のシリカ粒子は、ナトリウム元素を含有することが好ましい。第1のシリカ粒子がナトリウム元素を含有することで、高カバレッジでプリントした際にも、トナー飛散などが発生せず、高品質な画像を得ることができるという効果が得られる。その理由は定かではないが、ナトリウム元素が含有されないものと比較して粒子の抵抗が低下することにより、帯電の立ち上がりが向上するためと推測している。
シリカ粒子中に存在する元素量の測定は、蛍光X線分析装置、酸分解/誘導結合プラズマ発光分光分析法等などで定量することができる。以下に、酸分解/誘導結合プラズマ発光分光分析法を用いた測定方法の一例を述べるが、同等の定量ができれば、これに限定されるわけではない。
前処理として、試料を、当該試料に応じて選択した酸を用いて溶解する。酸の種類は、測定する元素の種類によって、硝酸、硫酸、塩酸、フッ化水素酸、過酸化水素などを選択して用いることで目的成分を溶出する。分解液は超純水を用いて適宜希釈する。その他、アルカリ溶融法や燃焼法など、金属や元素に最適な溶解方法を選択する。
測定する元素の測定には、例えば、高周波誘導結合プラズマ発光分析装置(ICP−OES、エスアイアイナノテクノロジー社製、SPS3520UV)を用いることができる。波長は干渉がなく感度の高いものであれば限定されない。検量線は試料を含まない分解液に関東化学社製の化学分析用標準液を添加し試料液と同じ酸濃度になるように調整して使用する。また、元素の種類によっては、燃焼イオンクロマト法を用いるなど、最適な装置を選択する。
(シリカ粒子表面)
また、帯電性の安定化という観点からは、シリカ粒子表面に硫黄元素が局在しないことが好ましく、すなわちシリカ母体粒子内部のみに硫黄元素が存在することが好ましい。
シリカ粒子表面における硫黄元素量は、以下のXPS(X線光電子分光分析装置)で測定される硫黄の元素比率が、2atom%以下であることが好ましく、1atom%以下であることが更に好ましく、ピークが検知されないこと(0atom%)が特に好ましい。
シリカ粒子表面における硫黄元素量は、X線光電子分光分析装置「K−Alpha」(サーモフィッシャーサイエンティフィック社製)を用いて、下記の分析条件によってケイ素元素、炭素元素、酸素元素、硫黄元素及びナトリウム元素の定量分析を行い、各々の原子ピーク面積から相対感度因子を用いて、表面元素濃度を算出し、硫黄元素の表面元素濃度(atom%)の値を計算する。なお、測定は、粉体用測定プレートの穴(直径3mm、深さ1mm)の中に、シリカ粒子を入れ、表面をすりきったものを測定サンプルとする。
(測定条件)
X線:Alモノクロ線源
加速:12kV、6mA
ビーム系:400μm
パスエネルギー:50eV
ステップサイズ:0.1eV
(表面修飾)
本発明に係る第1のシリカ粒子は、下記一般式(1)で表される構造を有するアルキルアルコキシシラン、シラザン又はシリコーンオイルで表面修飾されていることが好ましい。
まず、下記一般式(1)で表される構造を有するアルキルアルコキシシランについて説明する。
一般式(1):R−Si(OR
は、置換基を有してもよい炭素数が1以上10以下の直鎖アルキル基を表す。炭素数は、より好ましくは、4以上8以下である。置換基としては、本発明の効果が得られれば特に限られないが、例えば、メチル基又はエチル基が挙げられる。ここで、Rの炭素数を1以上10以下とすることで、トナー粒子の外添剤同士がアルキル基同士の相互作用によって適度な分子間力を有することとなり、飛び散り難く、粒状性の良好な画像を得ることができると考えられる。また、Rの炭素数を10以下とすることで、トナー粒子間の相互作用力が強くなりすぎることや、外添剤の凝集性が高くなりすぎることを防ぐことができる。
は、メチル基又はエチル基を表す。Rの官能基が立体構造的に大きくなると、シリカ粒子の表面修飾がされにくくなるため、反応性の観点からは、メチル基がより好ましい。なお、Rが水素原子の場合は、一般式(1)がヒドロキシ基を有する化合物になるため、水との化学的親和性が高くなり、この結果、高温高湿環境下での帯電量のリーク点となってしまうことから好ましくない。
以上で説明した一般式(1)で表される構造を有するアルキルアルコキシシランの例としては、具体的には、CH−(CH−Si(OCH、CH−(CH−Si(OC、CH−(CH−Si(OCH、CH−(CH−Si(OC、CH−(CH−Si(OCH、CH−(CH−Si(OC、CH−(CH−Si(OCH、CH−(CH−Si(OC、CH−CH−Si(OCH、CH−CH−Si(OC等が挙げられるが、一般式(1)で表される構造を有するアルキルアルコキシシランであればよく、これに限定されない。
次に、シラザンについて説明する。シラザンとしては、本発明の効果を阻害しない範囲内で公知のものを使用できるが、トナー粒子間に適度な相互作用力を付与して、飛び散り難く、粒状性の良好な画像を得る観点からは、ヘキサメチルジシラザン又はヘキサエチルジシラザンが好ましく、これらの中でもヘキサメチルジシラザンが特に好ましい。
次に、シリコーンオイルについて説明する。シリコーンオイルとしては、公知のシリコーンオイルを用いることができ、例えば、ジメチルシリコーンオイル、アルキル変性シリコーンオイル、アミノ変性シリコーンオイル、カルボキシル変性シリコーンオイル、エポキシ変性シリコーンオイル、フッ素変性シリコーンオイル、アルコール変性シリコーンオイル、ポリエーテル変性シリコーンオイル、メチルフェニルシリコーンオイル、メチルハイドロジェンシリコーンオイル、メルカプト変性シリコーンオイル、高級脂肪酸変性シリコーンオイル、フェノール変性シリコーンオイル、メタクリル酸変性シリコーンオイル、ポリエーテル変性シリコーンオイル、メチルスチリル変性シリコーンオイル等を使用できる。また、これらの中でも、シリコーンオイルとしては、ジメチルシリコーンオイルを用いることが、コスト及び取り扱いの容易性の観点から好ましい。
また、表面修飾に用いるアルキルアルコキシシラン、シラザン又はシリコーンオイルは、それぞれ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。
シリカ粒子の上述したアルキルアルコキシシラン、シラザン又はシリコーンオイルによる表面修飾方法は、公知の方法を用いることができ、例えば、乾式法又は湿式法を使用することができる。
乾式法においては、流動層反応器内で、原料シリカ粒子と、表面修飾剤とを撹拌又は混合することが好ましい。また、湿式法においては、原料シリカ粒子を溶剤中に分散させて原料シリカ粒子のスラリーを形成し、次いで、このスラリーに表面修飾剤を加えて、原料シリカ粒子表面を変性させることが好ましい。
乾式法又は湿式法において、原料シリカ粒子と表面修飾剤は、100〜400℃の範囲で0.5〜5時間加熱することが好ましい。このような加熱処理によって、原料シリカ粒子表面のシラノール基を効果的に修飾することができる。また、処理剤(表面修飾剤)の量は、特に制限されないが、原料シリカ粒子100質量部に対して5〜30質量部であることが好ましく、8〜20質量部であることがより好ましい。
(個数平均一次粒子径)
第1のシリカ粒子の個数平均一次粒子径は、10〜200nmの範囲内であることが好ましく、更に好ましくは、10〜120nmの範囲内である。個数平均一次粒子径を10nm以上とすることで、トナー母体粒子に埋没しにくくなり安定して効果発現させることができる。また、個数平均一次粒子径を200nm以下とすることで、感光体表面の減耗過多を抑制しやすくすることができる。
シリカ粒子の個数平均一次粒子径の測定方法は、走査型電子顕微鏡(SEM)「JSM−7401F」(日本電子株式会社製)を用いて撮影した写真画像をスキャナーにより取り込み、画像処理解析装置LUZEX AP(ニレコ製)を用いて該写真画像の外添剤粒子(シリカ粒子)について2値化処理する。そして、シリカ粒子100個についての水平方向フェレ径を算出し、その平均値を個数平均一次粒子径とする。外添剤の数平均一次粒子径が小径であり凝集体としてトナー表面に存在する場合は、該凝集体を形成する一次粒子の粒子径を測定するものとする。
(含有量)
本発明に係る第1のシリカ粒子の含有量は、効果発現の観点から、トナー全量に対して0.1〜3.0質量%の範囲内であることが好ましく、さらに好ましくは、0.1〜2.5質量%の範囲内である。
(体積抵抗率)
本発明に係る第1のシリカ粒子の常温常湿環境(20℃・50%RH)における体積抵抗率は、1×1010〜1×1014Ω・cmの範囲内であることが好ましい。
第1のシリカ粒子の体積抵抗率が1×1010Ω・cm以上のものを用いることにより、高温高湿環境でも帯電量のリークを抑えることができ、1×1014Ω・cm以下のものを用いることにより低温低湿環境でも過帯電を抑えることができ、環境安定性を維持することができる。
本発明に係る第1のシリカ粒子の体積抵抗率は、下記手順によって測定される値である。図1は、体積抵抗率を測定する際に用いる抵抗測定装置10の構成を示す説明用概略図である。抵抗測装置10は、荷重ユニット1、本体セル4、高圧電源5及び抵抗測定器6等を備える。測定は、まず本体セル4に試料2(1g)を投入した後、1400gの荷重ユニット1を乗せ、その状態で試料の高さ3を測定する。その後、高圧電源5を用い、試料2の上下の電極面に1000Vの直流電圧を印加し、30秒後の抵抗測定器6で表示される抵抗値を読み取る。本測定器の電極の面積は0.968cmであり、これらの値から体積抵抗率を下記数式(1)によって算出する。
数式(1):体積抵抗率(Ω・cm)={抵抗(Ω)×電極の面積(cm)}/試料高さ(cm)
<第2のシリカ粒子>
第2のシリカ粒子には、ゾル・ゲル法、気相法、溶融法等の公知の方法で作製されたシリカ粒子を使用することができる。
第2のシリカ粒子は、上述したとおり、シリコーンオイルで表面修飾されている。
シリコーンオイルとしては、公知のシリコーンオイルを用いることができ、例えば、第1のシリカ粒子の表面修飾で用いることができるシリコーンオイルと同様のものを用いることができる。
また、表面修飾に用いるシリコーンオイルは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
(個数平均一次粒子径)
第2のシリカ粒子の個数平均一次粒子径は、10〜200nmの範囲内であり、より好ましくは20〜150nmの範囲内である。個数平均一次粒子径を10nm以上とすることで、第2のシリカ粒子が感光体とクリーニングブレードとの間に入り込み、感光体とクリーニングブレードとの接触圧力を安定化するという効果を発現させ、フィルミングに起因する画像不良を防止することができる。また、個数平均一次粒子径を200nm以下とすることで、トナー母体粒子への付着強度を向上させ、トナー母体粒子から外れにくくすることができる。
(含有量)
本発明に係る第2のシリカ粒子の含有量は、効果発現の観点から、トナー全量に対して0.1〜3.0質量%の範囲内であることが好ましく、さらに好ましくは、0.1〜2.5質量%の範囲内である。
<その他の外添剤>
本発明のトナーは、外添剤として、第1のシリカ粒子及び第2のシリカ粒子に加えて、公知の他の外添剤を含有してもよい。
(公知の他の外添剤)
本発明のトナーは、上述したとおり、外添剤として、他の公知の外添剤をさらに含有してもよい。公知の外添剤としては、例えば、後述する無機微粒子、有機微粒子及び滑剤を用いることができる。
無機微粒子としては、例えば、酸化アルミニウム微粒子、酸化チタン微粒子などの無機酸化物微粒子、ステアリン酸アルミニウム微粒子、ステアリン酸亜鉛微粒子などの無機ステアリン酸化合物微粒子、又は、チタン酸ストロンチウム、チタン酸亜鉛などの無機チタン酸化合物微粒子などが挙げられる。これら無機微粒子は、耐熱保管性の向上、環境安定性の向上等のために、シランカップリング剤やチタンカップリング剤、高級脂肪酸、シリコーンオイル等によって、光沢処理、疎水化処理等が行われていてもよい。
有機微粒子としては、例えば、個数平均一次粒子径が10〜2000nm程度の球形の有機微粒子を使用することができる。具体的には、スチレンやメチルメタクリレートなどの単独重合体やこれらの共重合体による有機微粒子を使用することができる。
滑剤は、クリーニング性や転写性をさらに向上させる目的で使用されるものである。滑剤としては、例えば、高級脂肪酸の金属塩が用いられうる。高級脂肪酸の金属塩の具体例としては、例えば、ステアリン酸の亜鉛、アルミニウム、銅、マグネシウム、カルシウムなどの塩、オレイン酸の亜鉛、マンガン、鉄、銅、マグネシウムなどの塩、パルミチン酸の亜鉛、銅、マグネシウム、カルシウムなどの塩、リノール酸の亜鉛、カルシウムなどの塩、リシノール酸の亜鉛、カルシウムなどの塩などが挙げられる。
<結着樹脂>
本発明に係るトナー母体粒子には、結着樹脂として、非晶性樹脂と結晶性樹脂を含有することが好ましい。結着樹脂は、非晶性樹脂のみによって構成されていてもよい。
<非晶性樹脂>
非晶性樹脂は、示差走査熱量測定(DSC)を行った時に、融点を有さず、比較的高いガラス転移温度(Tg)を有する樹脂のことを意味する。非晶性樹脂のガラス転移温度(Tg)は、特に制限されないが、低温定着性などの定着性、並びに、耐熱保管性及び耐ブロッキング性などの耐熱性を確実に得る観点から、25〜60℃の範囲内であることが好ましい。なお、本明細書中、樹脂のガラス転移温度(Tg)は実施例に記載の方法により測定された値を採用する。
非晶性樹脂としては、上記特性を有するものであれば特に制限はなく、本技術分野における従来公知の非晶性樹脂を用いることができる。その具体例としては、ビニル樹脂、ウレタン樹脂、ウレア樹脂、ポリエステル樹脂などが挙げられる。なかでも、帯電性としてシリカ粒子との付着性が高いという観点から、ビニル樹脂が好ましい。
ビニル樹脂としては、ビニル化合物を重合したものであれば特に制限されないが、例えば、(メタ)アクリル酸エステル樹脂、スチレン−(メタ)アクリル酸エステル樹脂、エチレン−酢酸ビニル樹脂などが挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
上記のビニル樹脂のなかでも、熱定着時の可塑性を考慮すると、スチレン−(メタ)アクリル酸エステル樹脂が好ましい。したがって、以下では、非晶性樹脂としてのスチレン−(メタ)アクリル酸エステル樹脂(本明細書では、「スチレン−(メタ)アクリル樹脂」、又は「スチレン−アクリル系樹脂」とも称する)について説明する。
スチレン−(メタ)アクリル樹脂は、少なくとも、スチレン単量体と(メタ)アクリル酸エステル単量体とを付加重合させて形成されるものである。ここでいうスチレン単量体は、CH=CH−Cの構造式で表されるスチレンの他に、スチレン構造中に公知の側鎖や官能基を有する構造のものを含むものである。また、ここでいう(メタ)アクリル酸エステル単量体は、CH=CHCOOR(Rはアルキル基)で表されるアクリル酸エステル化合物やメタクリル酸エステル化合物の他に、アクリル酸エステル誘導体やメタクリル酸エステル誘導体等の構造中に公知の側鎖や官能基を有するエステル化合物を含むものである。なお、本明細書中、「(メタ)アクリル酸エステル単量体」とは、「アクリル酸エステル単量体」と「メタクリル酸エステル単量体」とを総称したものである。
スチレン−(メタ)アクリル樹脂の形成が可能なスチレン単量体及び(メタ)アクリル酸エステル単量体の一例を以下に示す。
スチレン単量体の具体例としては、例えば、スチレン、o−メチルスチレン、m−メチルスチレン、p−メチルスチレン、α−メチルスチレン、p−フェニルスチレン、p−エチルスチレン、2,4−ジメチルスチレン、p−tert−ブチルスチレン、p−n−ヘキシルスチレン、p−n−オクチルスチレン、p−n−ノニルスチレン、p−n−デシルスチレン、p−n−ドデシルスチレン等が挙げられる。これらスチレン単量体は、単独でも又は2種以上組み合わせても用いることができる。
また、(メタ)アクリル酸エステル単量体の具体例としては、例えば、メチルアクリレート、エチルアクリレート、イソプロピルアクリレート、n−ブチルアクリレート、t−ブチルアクリレート、イソブチルアクリレート、n−オクチルアクリレート、2−エチルヘキシルアクリレート、ステアリルアクリレート、ラウリルアクリレート、フェニルアクリレート等のアクリル酸エステル単量体;メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、n−ブチルメタクリレート、イソプロピルメタクリレート、イソブチルメタクリレート、t−ブチルメタクリレート、n−オクチルメタクリレート、2−エチルヘキシルメタクリレート、ステアリルメタクリレート、ラウリルメタクリレート、フェニルメタクリレート、ジエチルアミノエチルメタクリレート、ジメチルアミノエチルメタクリレート等のメタクリル酸エステル等が挙げられる。これら(メタ)アクリル酸エステル単量体は、単独でも又は2種以上を組み合わせても使用することができる。
スチレン−(メタ)アクリル樹脂中のスチレン単量体に由来する構成単位の含有率は、当該樹脂の全量に対し、40〜90質量%の範囲内であると好ましい。また、当該樹脂中の(メタ)アクリル酸エステル単量体に由来する構成単位の含有率は、当該樹脂の全量に対し、10〜60質量%であると好ましい。
さらに、スチレン−(メタ)アクリル樹脂は、上記スチレン単量体及び(メタ)アクリル酸エステル単量体に加え、以下の単量体化合物を含んでいてもよい。当該単量体化合物としては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、イタコン酸、ケイ皮酸、フマル酸、マレイン酸モノアルキルエステル、イタコン酸モノアルキルエステル等のカルボキシ基を有する化合物;2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、3−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、3−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート等のヒドロキシ基を有する化合物が挙げられる。これら単量体化合物は、単独でも又は2種以上を組み合わせても使用することができる。
スチレン−(メタ)アクリル樹脂中の上記単量体化合物に由来する構成単位の含有率は、当該樹脂の全量に対し、0.5〜20質量%の範囲内であると好ましい。
スチレン−(メタ)アクリル樹脂の重量平均分子量(Mw)は、10000〜100000であることが好ましい。スチレン−(メタ)アクリル樹脂の製造方法は、特に制限されず、上記単量体の重合に通常用いられる過酸化物、過硫化物、過硫酸塩、アゾ化合物などの任意の重合開始剤を用い、塊状重合、溶液重合、乳化重合法、ミニエマルション法、分散重合法など公知の重合手法により重合を行う方法が挙げられる。また、分子量を調整することを目的として、一般的に用いられる連鎖移動剤を用いることができる。連鎖移動剤としては特に限定されるものではなく、例えばn−オクチルメルカプタン等のアルキルメルカプタン、メルカプト脂肪酸エステルなどを挙げることができる。
結着樹脂中のスチレン−(メタ)アクリル樹脂(スチレン−アクリル系樹脂)の含有量は特に制限されないが、結着樹脂の全量に対して、50〜100質量%の範囲内であることが好ましい。スチレン−(メタ)アクリル樹脂(スチレン−アクリル系樹脂)を主成分とするトナー母体粒子は、外添剤として用いるシリカ粒子との付着性が高いため、遊離するシリカ粒子の数を抑制することで、遊離したシリカ粒子による感光体表面の過剰な減耗を抑制することができる。
<結晶性樹脂>
本発明に係るトナー母体粒子には、結着樹脂として、結晶性樹脂を含有することが好ましい。結晶性樹脂を非晶性樹脂と混合して用いることにより、加熱定着時、結晶性樹脂と非晶性樹脂とが相溶化する。その結果、トナーの低温定着化を図ることができ、省エネルギー化を図ることができる。
ここで、結晶性樹脂とは、示差走査熱量測定(DSC)において、階段状の吸熱変化ではなく、明確な吸熱ピークを有する樹脂をいう。明確な吸熱ピークとは、具体的には、示差走査熱量測定(DSC)において、昇温速度10℃/分で測定した際に、吸熱ピークの半値幅が15℃以内であるピークのことを意味する。
結晶性樹脂としては、上記特性を有するものであれば特に制限はなく、本技術分野における従来公知の結晶性樹脂を用いることができる。その具体例としては、結晶性ポリエステル樹脂、結晶性ポリウレタン樹脂、結晶性ポリウレア樹脂、結晶性ポリアミド樹脂、結晶性ポリエーテル樹脂等が挙げられる。結晶性樹脂は、単独でも又は2種以上組み合わせても用いることができる。
これらのなかでも結晶性樹脂として、結晶性ポリエステル樹脂を用いることが好ましい。ここで、「結晶性ポリエステル樹脂」とは、2価以上のカルボン酸(多価カルボン酸)及びその誘導体と、2価以上のアルコール(多価アルコール)及びその誘導体との重縮合反応によって得られる公知のポリエステル樹脂のうち、上記吸熱特性を満たす樹脂である。
結晶性ポリエステル樹脂の融点は特に制限されないが、55〜90℃の範囲内であることが好ましく、60〜85℃の範囲内であることがより好ましい。結晶性ポリエステル樹脂の融点が上記範囲であることにより、十分な低温定着性が得られる。なお、結晶性ポリエステル樹脂の融点は、樹脂組成によって制御することができる。また、本明細書中、樹脂の融点は実施例に記載の方法により測定された値を採用する。
結晶性ポリエステル樹脂を構成する多価カルボン酸及び多価アルコールの価数としては、好ましくはそれぞれ2〜3であり、特に好ましくはそれぞれ2であるため、以下では、価数がそれぞれ2である場合(すなわち、ジカルボン酸成分、ジオール成分)について詳説する。
ジカルボン酸成分としては、脂肪族ジカルボン酸を用いることが好ましく、必要に応じて芳香族ジカルボン酸を併用してもよい。脂肪族ジカルボン酸としては、直鎖型のものを用いることが好ましい。直鎖型のものを用いることによって、結晶性が向上するという利点がある。ジカルボン酸成分は、1種単独で用いてもよいし、2種以上用いてもよい。
脂肪族ジカルボン酸としては、例えば、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、1,9−ノナンジカルボン酸、1,10−デカンジカルボン酸(ドデカン二酸)、1,11−ウンデカンジカルボン酸、1,12−ドデカンジカルボン酸(テトラデカン二酸)、1,13−トリデカンジカルボン酸、1,14−テトラデカンジカルボン酸、1,16−ヘキサデカンジカルボン酸、1,18−オクタデカンジカルボン酸などが挙げられる。
ジカルボン酸成分としては、上記脂肪族ジカルボン酸の中でも、炭素数6〜14の脂肪族ジカルボン酸であることが好ましく、炭素数8〜14の脂肪族ジカルボン酸であるとより好ましい。
脂肪族ジカルボン酸とともに用いることのできる芳香族ジカルボン酸としては、例えば、フタル酸、テレフタル酸、イソフタル酸、オルトフタル酸、t−ブチルイソフタル酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸、4,4′−ビフェニルジカルボン酸などが挙げられる。これらの中でも、入手容易性及び乳化容易性の観点から、テレフタル酸、イソフタル酸、t−ブチルイソフタル酸を用いることが好ましい。
また、上記ジカルボン酸の他、トリメリット酸、ピロメリット酸などの3価以上の多価カルボン酸及び上記のカルボン酸化合物の無水物、又は炭素数1〜3のアルキルエステルなどを用いてもよい。
結晶性ポリエステル樹脂を形成するためのジカルボン酸成分としては、脂肪族ジカルボン酸の含有量が50モル%以上とされることが好ましく、より好ましくは70モル%以上であり、さらに好ましくは80モル%以上であり、特に好ましくは100モル%である。ジカルボン酸成分における脂肪族ジカルボン酸の含有量が50モル%以上とされることにより、結晶性ポリエステル樹脂の結晶性を十分に確保することができる。
また、ジオール成分としては、脂肪族ジオールを用いることが好ましく、必要に応じて脂肪族ジオール以外のジオールを併用してもよい。脂肪族ジオールとしては、直鎖型のものを用いることが好ましい。直鎖型のものを用いることによって、結晶性が向上するという利点がある。ジオール成分は、1種単独で用いてもよいし、2種以上用いてもよい。
脂肪族ジオールとしては、例えば、エチレングリコール、1,2−プロパンジオール、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,7−ヘプタンジオール、1,8−オクタンジオール、1,9−ノナンジオール、1,10−デカンジオール、1,11−ウンデカンジオール、1,12−ドデカンジオール、1,13−トリデカンジオール、1,14−テトラデカンジオール、1,18−オクタデカンジオール、1,20−エイコサンジオールネオペンチルグリコール、などが挙げられる。
ジオール成分としては、上記脂肪族ジオールの中でも、炭素数2〜12の脂肪族ジオールであることが好ましく、炭素数3〜10の脂肪族ジオールがより好ましい。
脂肪族ジオールとともに用いることのできるジオールとしては、二重結合を有するジオール、スルホン酸基を有するジオールなどが挙げられる。具体的には、二重結合を有するジオールとしては、例えば、1,4−ブテンジオール、2−ブテン−1,4−ジオール、3−ヘキセン−1,6−ジオール、4−オクテン−1,8−ジオールなどが挙げられる。また、脂肪族ジオールとともに用いることのできるジオールとして、3価以上の多価アルコールを用いてもよい。3価以上の多価アルコールとしては、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、ソルビトールなどが挙げられる。
結晶性ポリエステル樹脂を形成するためのジオール成分としては、脂肪族ジオールの含有量が50モル%以上とされることが好ましく、より好ましくは70モル%以上であり、さらに好ましくは80モル%以上であり、特に好ましくは100モル%である。ジオール成分における脂肪族ジオールの含有量が50モル%以上とされることにより、結晶性ポリエステル樹脂の結晶性を確保することができ、低温定着性に優れたトナーが得られる。
結晶性ポリエステル樹脂の重量平均分子量(Mw)は、十分な低温定着性及び優れた長期耐熱保管安定性を確実に両立して得るという観点から、3000〜100000であると好ましく、4000〜50000であるとより好ましく、5000〜20000であると特に好ましい。上記のジオール成分とジカルボン酸成分との使用比率は、ジオール成分のヒドロキシ基の当量[OH]とジカルボン酸成分のカルボキシ基の当量[COOH]との比[OH]/[COOH]が、1.5/1〜1/1.5の範囲内であると好ましく、1.2/1〜1/1.2の範囲内であるとより好ましい。
結晶性ポリエステル樹脂の製造方法は特に制限されず、公知のエステル化触媒を利用して、上記ジカルボン酸及びジアルコールを重縮合する(エステル化する)ことにより製造することができる。
結晶性ポリエステル樹脂の製造の際に使用可能な触媒としては、ナトリウム、リチウム等のアルカリ金属化合物;マグネシウム、カルシウム等の第2族元素を含む化合物;アルミニウム、亜鉛、マンガン、アンチモン、チタン、スズ、ジルコニウム、ゲルマニウム等の金属の化合物;亜リン酸化合物;リン酸化合物;及びアミン化合物等が挙げられる。具体的には、スズ化合物としては、酸化ジブチルスズ、オクチル酸スズ、ジオクチル酸スズ、これらの塩等などを挙げることができる。チタン化合物としては、テトラノルマルブチルチタネート、テトライソプロピルチタネート、テトラメチルチタネート、テトラステアリルチタネートなどのチタンアルコキシド;ポリヒドロキシチタンステアレートなどのチタンアシレート;チタンテトラアセチルアセトナート、チタンラクテート、チタントリエタノールアミネートなどのチタンキレートなどを挙げることができる。ゲルマニウム化合物としては、二酸化ゲルマニウムなどを挙げることができる。さらにアルミニウム化合物としては、ポリ水酸化アルミニウムなどの酸化物、アルミニウムアルコキシドなどが挙げられ、トリブチルアルミネートなどを挙げることができる。これらは1種単独で又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。
重合温度は特に限定されるものではないが、150〜250℃の範囲内であることが好ましい。また、重合時間は特に限定されるものではないが、0.5〜15時間の範囲内とすると好ましい。重合中には、必要に応じて反応系内を減圧にしてもよい。
結着樹脂が結晶性樹脂(好ましくは、結晶性ポリエステル樹脂)を含む場合、結着樹脂における結晶性樹脂の含有量は特に制限されないが、結着樹脂の総量に対して、50質量%未満であることが好ましく、30質量%以下であることがより好ましく、10質量%以下であることが特に好ましい。結晶性樹脂として結晶性ポリエステル樹脂である場合、含有量を50質量%未満とすることにより、結晶性ポリエステル樹脂の吸湿性に起因する帯電量の環境依存性を低減することができる。一方、含有量の下限値は特に制限されないが、結着樹脂が結晶性樹脂(好ましくは、結晶性ポリエステル樹脂)を含む場合、5質量%以上であると好ましい。結晶性樹脂の含有量が結着樹脂の総量に対して5質量%以上であれば、低温定着性に優れたトナーが得られる。
<着色剤>
着色剤としては、カーボンブラック、磁性体、染料、顔料などを任意に使用することができる。
カーボンブラックとしては、チャンネルブラック、ファーネスブラック、アセチレンブラック、サーマルブラック、又はランプブラックなどが使用される。
磁性体としては、鉄、ニッケル、又はコバルトなどの強磁性金属、これらの金属を含む合金、フェライト、又はマグネタイトなどの強磁性金属の化合物などを用いることができる。
染料としては、C.I.ソルベントレッド1、同49、同52、同58、同63、同111、同122、C.I.ソルベントイエロー19、同44、同77、同79、同81、同82、同93、同98、同103、同104、同112、同162、C.I.ソルベントブルー25、同36、同60、同70、同93、同95などを用いることができ、またこれらの混合物も用いることができる。
顔料としては、C.I.ピグメントレッド5、同48:1、同48:3、同53:1、同57:1、同81:4、同122、同139、同144、同149、同166、同177、同178、同222、C.I.ピグメントオレンジ31、同43、C.I.ピグメントイエロー14、同17、同74、同93、同94、同138、同155、同180、同185、C.I.ピグメントグリーン7、C.I.ピグメントブルー15:3、同15:4、又は同60などを用いることができ、これらの混合物も用いることができる。
<離型剤(ワックス)>
離型剤としては、公知の種々のワックスを用いることができる。
ワックスとしては、例えば、ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックスなどの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などの分枝鎖状炭化水素ワックス、パラフィンワックス、サゾールワックスなどの長鎖炭化水素系ワックス、ジステアリルケトンなどのジアルキルケトン系ワックス、カルナバワックス、モンタンワックス、ベヘン酸ベヘニル、トリメチロールプロパントリベヘネート、ペンタエリスリトールテトラベヘネート、ペンタエリスリトールジアセテートジベヘネート、グリセリントリベヘネート、1,18−オクタデカンジオールジステアレート、トリメリット酸トリステアリル、ジステアリルマレエートなどのエステル系ワックス、エチレンジアミンベヘニルアミド、トリメリット酸トリステアリルアミドなどのアミド系ワックスなどが挙げられる。
離型剤の含有量は、結着樹脂100質量部に対して0.1〜30質量部の範囲内であることが好ましく、より好ましくは1〜10質量部の範囲内である。これらは、1種又は2種以上を組み合わせて用いることができる。また、離型剤の融点は、電子写真におけるトナーの低温定着性及び離型性の観点から、50〜95℃の範囲内であることが好ましい。
<荷電制御剤>
また、本発明に係るトナー母体粒子には、必要に応じて荷電制御剤を添加することができる。荷電制御剤としては、種々の公知のものを使用することができる。
荷電制御剤としては、水系媒体中に分散することができる公知の種々の化合物を用いることができ、具体的には、ニグロシン系染料、ナフテン酸又は高級脂肪酸の金属塩、アルコキシル化アミン、第4級アンモニウム塩化合物、アゾ系金属錯体、サリチル酸金属塩、又はその金属錯体などが挙げられる。
荷電制御剤の含有量は、結着樹脂100質量部に対して0.1〜10質量部の範囲内であることが好ましく、より好ましくは0.5〜5質量部の範囲内である。
<トナー母体粒子の粒径>
トナー母体粒子の粒径としては、体積基準のメジアン径(D50)が3〜10μmの範囲内にあることが好ましく、4〜7μmの範囲内にあることがより好ましい。
上記範囲内にあれば、1200dpiレベルの非常に微小なドット画像であっても高い再現性が得られる。
なお、トナー粒子の平均粒径は、製造時に使用する凝集剤の濃度や有機溶媒の添加量、融着時間、融着温度、結着樹脂の組成等によって制御することができる。
トナー母体粒子の体積基準のメジアン径は、体積粒度分布におけるメジアン径であり、「マルチサイザー3(ベックマン・コールター社製)」に、データ処理用のコンピューターシステムを接続した装置を用いて測定・算出することができる。
測定手順としては、例えば、トナー粒子0.02gを、界面活性剤溶液20mL(トナー粒子の分散を目的として、例えば界面活性剤成分を含む中性洗剤を純水で10倍希釈した界面活性剤溶液)で馴染ませた後、超音波分散を1分間行い、トナー母体粒子分散液を調製する。このトナー母体粒子分散液を、サンプルスタンド内のISOTONII(ベックマン・コールター社製)の入ったビーカーに、測定濃度5〜10%になるまでピペットにて注入する。ここで、この濃度範囲にすることにより、再現性のある測定値を得ることができる。そして、測定粒子カウント数を25000個に設定し、マルチサイザー3(ベックマン・コールター社製)のアパーチャー径を100μmとし、測定範囲2〜60μmの範囲を256分割しての頻度数を算出し、体積積算分率が大きい方から50%の粒子径を体積基準のメジアン径とする。
<トナー母体粒子の平均円形度>
トナー母体粒子は、帯電特性の安定性の観点から、平均円形度が0.930〜1.000の範囲内にあることが好ましく、0.950〜0.995の範囲内にあることがより好ましい。
平均円形度が上記範囲内にあれば、個々のトナー母体粒子が破砕しにくくなる。これにより、キャリア粒子表面の汚染を抑制してトナーの帯電性を安定させることができるとともに、形成される画像の画質を高めることができる。
トナー母体粒子の平均円形度は、フロー式粒子像分析装置「FPIA−3000」(Sysmex社製)を用いて測定した値である。具体的には、トナー母体粒子を界面活性剤水溶液に湿潤させ、超音波分散を1分間行い、分散した後、「FPIA−3000」を用い、測定条件HPF(高倍率撮像)モードにて、HPF検出数3000〜10000個の適正濃度で測定を行う。この範囲であれば、再現性のある測定値が得られる。円形度は下記式で計算される。
式:トナー母体粒子の円形度=(粒子像と同じ投影面積を持つ円の周囲長)/(粒子投影像の周囲長)
ここで、トナー母体粒子の平均円形度は、各粒子の円形度を足し合わせ、測定した全粒子数で割った算術平均値である。
<コア・シェル構造>
トナー粒子は、そのままトナーとして用いることができるが、当該トナー粒子をコア粒子として当該コア粒子とその表面を被覆するシェル層とを備えるコア・シェル構造のような多層構造のトナー粒子であってもよい。シェル層は、コア粒子の全表面を被覆していなくてもよく、部分的にコア粒子が露出していてもよい。コア・シェル構造の断面は、例えば透過型電子顕微鏡(TEM:Transmission Electron Microscope)、走査型プローブ顕微鏡(SPM:Scanning Probe Microscope)等の公知の観察手段によって、確認することができる。
コア・シェル構造の場合は、コア粒子とシェル層でガラス転移点、融点、硬度等の特性を異ならせることができ、目的に応じたトナー粒子の設計が可能である。例えば、結着樹脂、着色剤、離型剤等を含有し、ガラス転移点(Tg)が比較的低いコア粒子の表面に、ガラス転移点(Tg)が比較的高い樹脂を凝集、融着させて、シェル層を形成することができる。シェル層は、非晶性樹脂を含有することが好ましい。
<二成分現像剤>
本発明に係るトナーと、下記キャリア粒子とを混合することにより、二成分現像剤を得ることができる。混合の際に用いられる混合装置としては特に制限されないが、例えば、ナウターミキサー、Wコーン及びV型混合機等が挙げられる。
二成分現像剤中のトナーの含有量(トナー濃度)は、特に制限されないが、4.0〜8.0質量%であると好ましい。
<キャリア粒子>
キャリア粒子は、磁性体により構成され、公知のものを用いることができる。例えば、キャリア粒子としては、磁性体からなる芯材粒子と、当該芯材粒子の表面を被覆する被覆材の層とを有する被覆型キャリア粒子や、樹脂中に磁性体の微粉末が分散されてなる樹脂分散型のキャリア粒子等が挙げられる。キャリア粒子は、感光体に対するキャリア粒子の付着を抑制する観点から、上記被覆型キャリア粒子であることが好ましい。以下、被覆型キャリア粒子について説明する。
被覆型キャリア粒子を構成する芯材粒子(キャリアコア)は、磁性体、例えば、磁場によって強く磁化する物質によって構成される。磁性体としては、例えば、鉄、ニッケル及びコバルトなどの強磁性を示す金属、これらの金属を含む合金又は化合物、並びに熱処理することにより強磁性を示す合金等が挙げられる。上記磁性体は、1種単独で又は2種以上組み合わせて用いることができる。
上記強磁性を示す金属及びこれらの金属を含む合金又は化合物としては、鉄、下記式(a)で表されるフェライト、及び、下記式(b)で表されるマグネタイトが挙げられる。式(a)、式(b)中のMは、Mn、Fe、Ni、Co、Cu、Mg、Zn、Cd及びLiからなる群から選択される一以上の金属を表す。
式(a):MO・Fe
式(b):MFe
また、上記熱処理することにより強磁性を示す合金としては、マンガン−銅−アルミニウム及びマンガン−銅−スズなどのホイスラー合金、並びに、二酸化クロム等が挙げられる。
一般に、被覆型キャリア粒子の比重は、芯材粒子を構成する金属の比重よりも小さくなる。よって、現像容器内における撹拌の衝撃力をより小さくするという観点から、上記の中でも、芯材粒子として、各種のフェライトを用いると好ましい。
上記芯材粒子の表面を被覆材(キャリアコート樹脂)により被覆することにより、被覆型キャリア粒子を得ることができる。このとき、被覆材としては、芯材粒子の被覆に利用される公知の樹脂を用いることができる。かような樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン系樹脂;ポリスチレン樹脂;ポリメチルメタクリレートなどの(メタ)アクリル樹脂、ポリアクリロニトリル、ポリビニルアセテート、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリ塩化ビニルなどのポリビニル樹脂及びポリビニリデン樹脂;塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体やスチレン−アクリル酸共重合体などの共重合体樹脂;オルガノシロキサン結合からなるシリコーン樹脂又はその変性樹脂(例えば、アルキッド樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタンなどによる変性樹脂);ポリフッ化ビニルなどのフッ素樹脂;ポリアミド樹脂;ポリエステル樹脂;ポリウレタン樹脂;ポリカーボネート樹脂;尿素−ホルムアルデヒド樹脂などのアミノ樹脂;エポキシ樹脂などが挙げられる。
キャリア粒子の水分吸着性を低減させる観点、及び、被覆材と芯材粒子との密着性を高める観点から、被覆材は、シクロアルキル基を有する樹脂であると好ましい。シクロアルキル基としては、例えば、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、シクロノニル基及びシクロデシル基が挙げられる。なかでも、被覆材と芯材粒子(好ましくはフェライト粒子)との密着性の観点からシクロペンチル基又はシクロヘキシル基が好ましく、シクロヘキシル基がより好ましい。
被覆材としてのキャリアコート樹脂の重量平均分子量(Mw)は、特に制限されないが、10000〜800000の範囲内であると好ましく、100000〜750000の範囲内であるとより好ましい。なお、上記重量平均分子量(Mw)は、実施例の結晶性樹脂の分子量測定に記載のGPC装置を用いた方法により測定することができる。当該樹脂における上記シクロアルキル基を有する構成単位の含有量は、例えば10〜90質量%である。なお、樹脂中のシクロアルキル基を有する構成単位の含有量は、例えば、熱分解−ガスクロマトグラフ/質量分析(Py−GC/MS)やH−NMR等によって求めることが可能である。
上記被覆材及び芯材粒子に対して機械的衝撃力や熱を加えることにより、被覆材を芯材粒子に対して付着、固着させることができ、これにより、キャリアを得ることができる。
キャリア粒子の体積基準のメジアン径は、15〜100μmのものが好ましく、25〜80μmのものがより好ましい。
キャリア粒子のメジアン径は、レーザー回折式粒度分布測定装置「HELOS KA」(株式会社日本レーザー製)を用いて湿式にて測定されるものである。具体的には、まず、焦点位置200mmの光学系を選択し、測定時間を5秒に設定する。そして、測定用の磁性体粒子を0.2%ドデシル硫酸ナトリウム水溶液に加え、超音波洗浄機「US−1」(アズワン株式会社製)を用いて3分間分散させて測定用試料分散液を作製し、これをレーザー回折式粒度分布測定装置に数滴供給し、試料濃度ゲージが測定可能領域に達した時点で測定を開始する。得られた粒度分布を粒度範囲(チャンネル)に対して、小径側から累積分布を作成し、累積50%となる粒径を体積平均粒子径とする。
[静電荷像現像用トナーの製造方法]
本発明のトナーを製造する方法としては、特に限定されず、混練粉砕法、懸濁重合法、乳化凝集法、溶解懸濁法、ポリエステル伸長法、分散重合法など公知の方法が挙げられる。これらの中でも、粒径の均一性、形状の制御性観点からは、乳化凝集法を採用することが好ましい。
乳化凝集法とは、界面活性剤や分散安定剤によって分散された結着樹脂の粒子(以下、「結着樹脂粒子」ともいう)の分散液を、必要に応じて、着色剤の粒子(以下、「着色剤粒子」ともいう)の分散液と混合し、所望のトナー粒子径となるまで凝集させ、さらに結着樹脂粒子間の融着を行うことにより形状制御を行って、トナー粒子を製造する方法である。ここで、結着樹脂の粒子は、任意に離型剤、荷電制御剤などを含有していてもよい。
本発明に係るトナーの好ましい製造方法について、以下に一例を示す。
(1)水系媒体中に着色剤粒子が分散されてなる着色剤粒子分散液を調製する工程
(2)水系媒体中に、必要に応じて内添剤を含有した非晶性樹脂粒子が分散されてなる非晶性樹脂粒子分散液を調製する工程
(3)水系媒体中に結晶性樹脂粒子が分散されてなる結晶性樹脂粒子分散液を調製する工程
(4)着色剤粒子分散液、非晶性樹脂粒子分散液及び結晶性樹脂粒子分散液を混合して凝集用樹脂粒子分散液を得て、凝集剤の存在下で着色剤粒子、非晶性樹脂粒子及び結晶性樹脂粒子を凝集、融着させてトナー母体粒子を形成する工程(凝集・融着工程)
(5)トナー母体粒子の分散液からトナー母体粒子を濾別し、界面活性剤などを除去する工程(洗浄工程)
(6)トナー母体粒子を乾燥する工程(乾燥工程)
(7)トナー母体粒子に外添剤を添加する工程(外添剤処理工程)
また、上述した(2)における必要に応じて内添剤を含有した非晶性樹脂粒子は、2層以上の多層構造を有するように作製してもよい。例えば3層構造を有する非晶性樹脂粒子を作製する場合、第1段重合(内層の形成)、第2段重合(中間層の形成)及び第3段重合(外層の形成)の3段階に分けて非晶性樹脂粒子を合成する重合反応を行うことで、作製することができる。また、ここで、第1段重合〜第3段重合のそれぞれの重合反応において、重合性単量体の組成を変更することで、組成の異なる3層構成の非晶性樹脂粒子を作製できる。また、例えば、第1段重合〜第3段重合のいずれかにおいて、離型剤等の適宜の内添剤を含有した状態で非晶性樹脂の合成反応を行うことで、適宜の内添剤を含有する3層構成の非晶性樹脂粒子を形成することができる。
また、トナー粒子は、トナー粒子をコア粒子として当該コア粒子とその表面を被覆するシェル層とを備えるコア・シェル構造としてもよい。コア・シェル構造を有するトナー粒子は、先ず、コア粒子用の結着樹脂粒子と着色剤粒子とを凝集、融着させてコア粒子を作製し、次いで、コア粒子の分散液中にシェル層用の結着樹脂粒子を添加してコア粒子表面にシェル層用の結着樹脂粒子を凝集、融着させてコア粒子表面を被覆するシェル層を形成することにより得ることができる。
<外添処理>
トナー母体粒子に対する外添剤の外添混合処理は、機械式混合装置を用いることができる。機械式混合装置としては、ヘンシェルミキサー、ナウターミキサー、タービュラーミキサー等が使用できる。これらの中で、ヘンシェルミキサーのように処理される粒子に剪断力を付与できる混合装置を用いて、混合時間を長くする又は撹拌羽根の回転周速を上げる等の混合処理を行えばよい。また、複数種類の外添剤を使用する場合、トナー粒子に対して全ての外添剤を一括で混合処理するか、又は外添剤に応じて複数回に分けて分割して混合処理してもよい。
外添剤の混合方法は、上記機械式混合装置を用いて、混合強度、すなわち撹拌羽根の周速、混合時間、又は、混合温度等を制御することによって外添剤の解砕度合いや付着強度を制御することができる。
以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
[シリカ母体粒子1〜9の作製]
<シリカ粒子中の元素量の測定>
後述するシリカ粒子中の硫黄元素及びナトリウム元素の含有量は、以下のように測定した。
まず、前処理として、シリカ粒子を密閉式マイクロ波分解装置「マイルストーンゼネラル社製、ETHOS1」にて酸分解を行った。未分解物がある場合は塩酸、硝酸、過酸化水素などを用いて目的成分を溶出させた。分解液は超純水を用いて適宜希釈した。元素量の測定には、高周波誘導結合プラズマ発光分析装置(ICP−OES、エスアイアイナノテクノロジー社製、SPS3520UV)を用いた。検量線は試料を含まない分解液に関東化学社製の化学分析用標準液を添加し試料液と同じ酸濃度になるように調整して使用した。
<シリカ母体粒子1の作製>
200℃で気化した四塩化ケイ素(SiCl)ガスと二酸化硫黄(SO)ガスとを100:0.05の割合で、不活性ガス(窒素ガス)とともに、火炎温度2000℃の酸素−水素炎中に噴霧して、高温加水分解した。冷却後、フィルターで捕集し硫黄を含有したシリカ粒子の粉末を得た。さらに、得られた粉末100gに5%NaOH溶液8gを霧状に噴霧した後、約900℃に加熱し、付着する塩化物を除去し、シリカ母体粒子1を作製した。シリカ母体粒子1の硫黄元素の含有量は20質量ppm、ナトリウム元素の含有量は4000質量ppmであった。また、得られたシリカ母体粒子1のBET比表面積は、130g/mであり、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて算出した個数平均一次粒子径は20nmであった。
<シリカ母体粒子2の作製>
四塩化ケイ素(SiCl)ガスと二酸化硫黄(SO)ガスとの割合を100:5にしたこと以外はシリカ母体粒子1の製造方法と同様にして、シリカ母体粒子2を作製した。
シリカ母体粒子2の硫黄元素の含有量は2000質量ppmであり、ナトリウム元素の含有量は4000質量ppmであった。また、得られたシリカ母体粒子2のBET比表面積は130g/mであり、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて算出した個数平均一次粒子径は20nmであった。
<シリカ母体粒子3の作製>
四塩化ケイ素(SiCl)ガスと二酸化硫黄(SO)ガスとの割合を100:25にしたこと以外はシリカ母体粒子1と同様にして、シリカ母体粒子3を作製した。シリカ母体粒子3の硫黄元素の含有量は50000質量ppmであり、ナトリウム元素の含有量は4000質量ppmであった。また、得られたシリカ母体粒子3のBET比表面積は130g/mであり、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて算出した個数平均一次粒子径は20nmであった。
<シリカ母体粒子4の作製>
200℃で気化した四塩化ケイ素(SiCl)ガスと二酸化硫黄(SO)ガスとを100:5の割合で、不活性ガス(窒素ガス)とともに、火炎温度2000℃の酸素−水素炎中に噴霧して高温加水分解した。冷却後、フィルターで捕集し、硫黄を含有したシリカ粒子の粉末を得た。さらに、得られた粉末100gを約900℃に加熱し、付着する塩化物を除去し、シリカ母体粒子4を作製した。シリカ母体粒子4の硫黄元素の含有量は、2000質量ppmであり、ナトリウムは含有していなかった。得られたシリカ母体粒子4のBET比表面積は130g/mであり、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて算出した個数平均一次粒子径は20nmであった。
<シリカ母体粒子5の作製>
200℃で気化した四塩化ケイ素(SiCl)ガスと二酸化硫黄(SO)ガスとを100:5の割合で、不活性ガス(窒素ガス)とともに、火炎温度2000℃の酸素−水素炎中に噴霧して高温加水分解した。冷却後、フィルターで捕集し硫黄を含有したシリカ粒子の粉末を得た。さらに、得られた粉末100gに5%NaOH溶液100gを霧状に噴霧した後、約900℃に加熱し、付着する塩化物を除去し、シリカ母体粒子5を作製した。シリカ母体粒子5の硫黄元素の含有量は、2000質量ppm、ナトリウム元素の含有量は50000質量ppmであった。得られた粒子のBET比表面積は130g/mであり、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて算出した個数平均一次粒子径は20nmであった。
<シリカ母体粒子6の作製>
200℃で気化した四塩化ケイ素(SiCl)ガスと二酸化硫黄(SO)ガスとを100:5の割合で、不活性ガス(窒素ガス)とともに、火炎温度2000℃の酸素−水素炎中に噴霧して高温加水分解した。冷却後、フィルターで捕集し硫黄を含有したシリカ粒子を得た。更に、得られた粉末100gに5%KOH溶液8gを霧状に噴霧した後、約900℃に加熱し、付着する塩化物を除去し、シリカ母体粒子6を作製した。シリカ母体粒子6の硫黄元素の含有量は、2000質量ppm、カリウム元素の含有量は4000質量ppmであった。得られたシリカ母体粒子6のBET比表面積は130g/mであり、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて算出した個数平均一次粒子径は20nmであった。
<シリカ母体粒子7の作製>
200℃で気化した四塩化ケイ素(SiCl)ガスと二酸化硫黄(SO)ガスとを100:5の割合で、不活性ガス(窒素ガス)とともに、火炎温度2000℃の酸素−水素炎中に噴霧して高温加水分解した。冷却後、フィルターで捕集し、硫黄を含有したシリカ粒子の粉末を得た。さらに、得られた粉末100gに5%LiOH溶液8gを霧状に噴霧した後、約900℃に加熱し、付着する塩化物を除去し、シリカ母体粒子7を作製した。シリカ母体粒子7の硫黄元素の含有量は2000質量ppmであり、リチウム元素の含有量は4000質量ppmであった。得られたシリカ母体粒子7のBET比表面積は130g/mであり、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて算出した個数平均一次粒子径は20nmであった。
<シリカ母体粒子8の作製>
200℃で気化した四塩化ケイ素(SiCl)ガスを不活性ガス(窒素ガス)とともに、火炎温度2000℃の酸素−水素炎中に噴霧して高温加水分解した。冷却後、フィルターで捕集し、シリカ母体粒子の粉末を得た。さらに、得られた粉末100gに5%NaOH溶液8gを霧状に噴霧した後、約900℃に加熱し、付着する塩化物を除去し、シリカ母体粒子8を作製した。シリカ母体粒子8には、硫黄は含まれておらず、ナトリウム元素の含有量は4000質量ppmであった。得られたシリカ母体粒子8のBET比表面積は130g/mであり、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて算出した個数平均一次粒子径は20nmであった。
<シリカ母体粒子9の作製>
200℃で気化した四塩化ケイ素(SiCl)ガスを不活性ガス(窒素ガス)とともに、火炎温度2000℃の酸素−水素炎中に噴霧して高温加水分解した。冷却後、フィルターで捕集しシリカ母体粒子の粉末を得た。さらに、得られた粉末100gを約900℃に加熱し、付着する塩化物を除去し、シリカ母体粒子9を作製した。シリカ母体粒子9には、硫黄もナトリウムも含有していなかった。得られたシリカ母体粒子9のBET比表面積は130g/mであり、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて算出した個数平均一次粒子径は20nmであった。
[シリカ粒子1〜12の作製]
以下のように、シリカ粒子1〜12を作製した。なお、後述する通り、シリカ粒子1〜11は第1のシリカ粒子、シリカ粒子12は第2のシリカ粒子として用いた。
<シリカ粒子1の作製>
シリカ母体粒子1の100質量部を反応容器に入れ、窒素雰囲気下、撹拌しながら、水2.5質量部を噴霧した。これに、表面修飾剤であるヘキサメチルジシラザン(HMDS)15質量部、ジエチルアミン1.0質量部を噴霧し、180℃で1時間加熱撹拌し、その後冷却し、疎水性のシリカ粒子1を得た。
<シリカ粒子2〜9の作製>
シリカ粒子1の製造方法において、シリカ母体粒子1をシリカ母体粒子2〜9に変更した以外は同様にして、シリカ粒子2〜9を作製した。
<シリカ粒子10の作製>
シリカ母体粒子2について100質量部を反応容器に入れ、窒素雰囲気下、撹拌しながら、表面修飾剤であるポリジメチルシロキサン(PDMS)5質量部を噴霧した。撹拌を継続した状態で、室温から340℃まで昇温し、そこで30分間保持した。これを冷却することにより、疎水性のシリカ粒子10を得た。
<シリカ粒子11の作製>
シリカ母体粒子2の100質量部を反応容器に入れ、窒素雰囲気下、撹拌しながら、水2.5質量部を噴霧した。これに、表面修飾剤であるn−オクチルトリメトキシシラン15質量部、ジエチルアミン1.0質量部を噴霧し、180℃で1時間加熱撹拌し、その後冷却し、疎水性のシリカ粒子11を得た。
<シリカ粒子12の作製>
市販の表面修飾処理が施されていない気相法で作製されたシリカ粒子(日本アエロジル株式会社製、アエロジル(登録商標)OX50、個数平均一次粒子径40nm)100質量部を反応容器に入れ、窒素雰囲気下、撹拌しながら、表面修飾剤であるポリジメチルシロキサン(PDMS)5質量部を噴霧した。撹拌を継続した状態で、室温から340℃まで昇温し、そこで30分間保持した。これを冷却することにより、疎水性のシリカ粒子12を得た。
<シリカ粒子1〜12の粒子表面の硫黄元素量の測定>
各シリカ粒子表面における硫黄元素量を、X線光電子分光分析装置「K−Alpha」(サーモフィッシャーサイエンティフィック社製)を用いて、下記の分析条件によってケイ素元素、炭素元素、酸素元素、硫黄元素及びナトリウム元素の定量分析を行い、各々の原子ピーク面積から相対感度因子を用いて、表面元素濃度を算出し、硫黄元素の表面元素濃度(atom%)の値を計算した。なお、測定は、粉体用測定プレートの穴(直径3mm、深さ1mm)の中に、シリカ粒子粉末を入れ、表面をすりきった状態で測定した。
(測定条件)
X線:Alモノクロ線源
加速:12kV、6mA
ビーム系:400μm
パスエネルギー:50eV
ステップサイズ:0.1eV
また、上記測定の結果、シリカ粒子1〜12の全てにおいて、シリカ粒子表面における硫黄元素量は、0atom%であった。
<シリカ粒子1〜12の体積抵抗率の測定>
各シリカ粒子の常温常湿環境(20℃・50%RH)における体積抵抗率を測定した。測定値は表Iに示す。
シリカ粒子の体積抵抗率は、図1に示すような抵抗測定装置10によって測定した。抵抗測装置10は、荷重ユニット1、本体セル4、高圧電源5及び抵抗測定器6等を備える。測定は、まず本体セル4に試料2(1g)を投入した後、1400gの荷重ユニット1を乗せ、その状態で試料の高さ3を測定した。その後、高圧電源5を用い、試料2の上下の電極面に1000Vの直流電圧を印加し、30秒後の抵抗測定器6で表示される抵抗値を読み取った。本測定器の電極の面積は0.968cmであり、これらの値から体積抵抗率を下記数式(1)によって算出した。
数式(1):体積抵抗率(Ω・cm)={抵抗(Ω)×電極の面積(cm)}/試料高さ(cm)
Figure 2018180279
[トナー母体粒子1の作製]
<非晶性樹脂微粒子(離型剤含有スチレン−アクリル系樹脂微粒子)の水系分散液の調製>
〔第1段重合〕
撹拌装置、温度センサー、冷却管、窒素導入装置を取り付けた5Lの反応容器に、ドデシル硫酸ナトリウム8質量部及びイオン交換水3000質量部を仕込み、窒素気流下230rpmの撹拌速度で撹拌しながら、内温を80℃に昇温させた。昇温後、過硫酸カリウム10質量部をイオン交換水200質量部に溶解させたものを添加し、再度液温80℃とし、
スチレン 480質量部と、
n−ブチルアクリレート 250質量部と、
メタクリル酸 68質量部と、
n−オクチル−3−メルカプトプロピオネート 2.1質量部と、
からなる単量体混合液を1時間かけて滴下後、80℃にて2時間加熱、撹拌することにより重合を行い、樹脂微粒子の分散液(x1)を調製した。
〔第2段重合〕
撹拌装置、温度センサー、冷却管、窒素導入装置を取り付けた5Lの反応容器に、ポリオキシエチレン(2)ドデシルエーテル硫酸ナトリウム7質量部をイオン交換水2000質量部に溶解させた溶液を仕込み、98℃に加熱後、
樹脂微粒子の分散液(x1) 260質量部と、
スチレン(St) 284質量部と、
n−ブチルアクリレート(BA) 142質量部と、
メタクリル酸(MAA) 6質量部と、
n−オクチル−3−メルカプトプロピオネート1.5質量部と、
離型剤:ベヘン酸ベヘニル(融点73℃) 190質量部と、
からなる単量体及び離型剤を90℃にて溶解させた溶液を添加し、循環経路を有する機械式分散機「クレアミックス」(エム・テクニック株式会社製)により、1時間混合分散させ、乳化粒子(油滴)を含む分散液を調製した。
次いで、この分散液に、過硫酸カリウム6質量部をイオン交換水200質量部に溶解させた開始剤溶液を添加し、この系を84℃にて1時間にわたり加熱撹拌することにより重合を行い、樹脂微粒子の分散液(x2)を調製した。
〔第3段重合〕
さらに、樹脂微粒子の分散液(x2)に過硫酸カリウム11質量部をイオン交換水400質量部に溶解させた溶液を添加し、82℃の温度条件下で、
スチレン(St) 350質量部と、
n−ブチルアクリレート(BA) 155質量部と、
アクリル酸(AA) 37質量部と、
n−オクチル−3−メルカプトプロピオネート 15質量部と、
からなる単量体混合液を1時間かけて滴下した。滴下終了後、2時間にわたり加熱撹拌することにより重合を行った後、28℃まで冷却し、5モル/リットルの水酸化ナトリウム水溶液を添加してpHを7.0に調整し、ビニル樹脂からなる非晶性樹脂微粒子の水系分散液(SA−1)を調製した。
得られた非晶性樹脂微粒子の水系分散液(SA−1)について、非晶性樹脂微粒子の体積基準のメジアン径が220nm、ガラス転移温度(Tg)が55℃、重量平均分子量(Mw)が27000であった。
<結晶性樹脂(結晶性ポリエステル樹脂)の合成>
撹拌装置、温度センサー、冷却管及び窒素導入装置を取り付けた反応容器に、多価カルボン酸:オクタン二酸(分子量174.2)258.0質量部と、多価アルコール:1,8−オクタンジオール(分子量146.2)192.0質量部と、を投入した。触媒としてジブチルスズオキシド0.7質量部、及びハイドロキノン0.4質量部を加えて、窒素ガス雰囲気下、170℃で5時間反応させた。さらに、3.3kPaにて所望の融点の樹脂が得られるまで170℃で反応させて結晶性樹脂(C1)を得た。
この結晶性樹脂(C1)をDSCにて昇温速度10℃/分で測定したところ、明確なピークを有し、ピークトップの温度は70℃であり、重量平均分子量は、15000であった。なお、明確なピークとは、昇温速度10℃/分で測定した際の、吸熱ピークの半値幅が15℃以内であるピークのことを言う。
<結晶性樹脂微粒子(結晶性ポリエステル樹脂微粒子)の水系分散液の調製>
結晶性樹脂(C1)を300質量部溶融させて溶融状態のまま、乳化分散機「キャビトロンCD1010」(株式会社ユーロテック製)に対して毎分100質量部の移送速度で移送した。また、この溶融状態の結晶性樹脂(C1)の移送と同時に、当該乳化分散機に対して、水性溶媒タンクにおいて試薬アンモニア水をイオン交換水で希釈した濃度0.37質量%の希アンモニア水を、熱交換機で100℃に加熱しながら毎分0.1リットルの移送速度で移送した。そして、この乳化分散機を、回転子の回転速度60Hz、圧力5kg/cmの条件で運転することにより、結晶性樹脂微粒子分散液(CA−1)を調製した。なお、希アンモニア水は中和度が54%になるように添加した。結晶性樹脂微粒子分散液(CA−1)中の結晶性樹脂微粒子の分散粒子径は、体積基準のメジアン径で151.0nmであった。
なお、中和度は、中和に用いたアンモニア水の量を、中和に用いる水酸化カリウム(KOH)の質量(g)に換算した上で、下記数式で算出される値を中和度(%)とした。
中和度(%)=[(中和に用いるKOH量[g])/(結晶性樹脂(結晶性ポリエステル樹脂)の末端を100%中和できるKOH量[g])]×100
<非晶性樹脂(非晶性ポリエステル樹脂)の合成>
テレフタル酸(TPA) 112質量部と、
トリメリット酸(TMA) 6質量部と、
フマル酸(FA) 12質量部と、
アジピン酸 60質量部と、
ビスフェノールAプロピレンオキシド付加物(BPA・PO)
290質量部と、
ビスフェノールAエチレンオキシド付加物(BPA・EO)
55質量部と、
を、撹拌機、温度計、冷却管及び窒素ガス導入管を備えた反応容器に入れ、反応容器中を乾燥窒素ガスで置換した後、チタンテトラブトキサイド0.1質量部を添加し、窒素ガス気流下において180℃で撹拌しながら9時間重合反応を行った。さらに、チタンテトラブトキサイド0.2質量部を添加し、温度を220℃に上げて撹拌しながら6時間重合反応を行った後、反応容器内を1333.2Paまで減圧し、減圧下で反応を行うことにより、非晶性樹脂(A1)を得た。
この非晶性樹脂(A1)のガラス転移点(Tg)は53℃、重量平均分子量(Mw)は25000であった。
<非晶性樹脂微粒子(非晶性ポリエステル樹脂微粒子)の水系分散液の調製>
非晶性樹脂(A1)200質量部を酢酸エチル200質量部に溶解した後、イオン交換水800質量部にポリオキシエチレンラウリルエーテル硫酸ナトリウムを濃度が1.3質量%になるよう溶解させた水溶液と混合し、超音波ホモジナイザーを用いて分散を行った。この溶液を減圧下、酢酸エチルを除去した後、固形分濃度を20質量%に調整した。これにより、水系媒体中に非晶性樹脂(A1)による微粒子が分散された非晶性樹脂微粒子分散液(AA−1)を調製した。分散液中の非晶性樹脂(A1)による微粒子の体積基準のメジアン径は200nmであった。
<離型剤微粒子分散液の調製>
離型剤として、ベヘン酸ベヘニル(融点73℃)200質量部を95℃に加温し溶解させた。これを、さらにアルキルジフェニルエーテルジスルホン酸ナトリウムが3質量%の濃度となるようイオン交換水800質量部に溶解された界面活性剤水溶液に投入した後、超音波ホモジナイザーを用いて分散処理を行った。固形分濃度は20質量%に調整した。これにより、水系媒体中に離型剤微粒子が分散された離型剤微粒子分散液(Wax1)を調製した。
離型剤微粒子分散液(Wax1)における離型剤微粒子の体積基準のメジアン径をマイクロトラック粒度分布測定装置「マイクロトラックUPA−150」(日機装社製)を用いて測定したところ、150nmであった。
<着色剤微粒子分散液の調製>
ドデシル硫酸ナトリウム90質量部をイオン交換水1600質量部に溶解させた溶液を撹拌しながら、カーボンブラック「リーガル330R」(キャボット社製)420質量部を徐々に添加し、次いで、撹拌装置「クレアミックス」(エム・テクニック社製)を用いて分散処理することにより、着色剤微粒子分散液(1)を調製した。この着色剤微粒子分散液(1)における着色剤微粒子の粒子径を、電気泳動光散乱光度計「ELS−800」(大塚電子社製)を用いて測定したところ、110nmであった。
<トナー母体粒子1の製造>
結晶性樹脂微粒子分散液(CA−1) 10質量部(固形分換算)
非晶性樹脂微粒子分散液(SA−1) 90質量部(固形分換算)
着色剤微粒子分散液 10質量部(固形分換算)
イオン交換水 300質量部
アニオン系界面活性剤(ダウケミカル社製、Dowfax2A1)
4.5質量部
上記成分を、撹拌器、温度計及びpH計を具備した3リットルの反応容器に投入し、温度25℃にて、5モル/リットルの水酸化ナトリウム水溶液を添加してpHを10に調整した。次いで、塩化マグネシウム35質量部をイオン交換水35質量部に溶解した水溶液を、撹拌下、30℃にて10分間かけて添加し、3分間保持した後に昇温を開始し、この系を60分間かけて90℃まで昇温し、90℃を保持したまま粒子成長反応を継続した。
この状態で、「マルチサイザー3(ベックマン・コールター社製)」にて会合粒子の粒径を測定し、体積基準のメジアン径(D50)が6.0μmになった時点で、塩化ナトリウム150質量部をイオン交換水600質量部に溶解した水溶液を添加して粒子成長を停止させ、さらに、融着工程として液温度95℃にて加熱撹拌することにより、フロー式粒子像分析装置「FPIA−2100」による測定で平均円形度0.955になるまで、粒子間の融着を進行させた。その後、液温30℃まで冷却し、塩酸を添加してpHを4.0に調整し、撹拌を停止した。
冷却後のスラリーを、目開き20μmのナイロンメッシュに通過させ粗大粉を除去し、メッシュを通過したトナースラリーに、硝酸を加えてpH6.0に調整した後、アスピレータで減圧濾過した。濾紙上に残ったトナーを手でできるだけ細かく砕いて、温度30℃でトナー量の10倍のイオン交換水に投入し、30分間撹拌混合した後、再度アスピレータで減圧濾過し、濾液の電気伝導度を測定した。濾液の電気伝導度が10μS/cm以下になるまでこの操作を繰り返し洗浄することで、母体トナーを得た。母体トナーを湿式乾式整粒機(コーミル)で細かく砕いてから、35℃のオーブン中で36時間真空乾燥して、トナー母体粒子1を得た。このトナー母体粒子の粒子径は、6.2μmであった。
<トナー母体粒子2の製造>
3リットルの反応容器に投入した成分を、
結晶性樹脂微粒子分散液(CA−1) 10質量部(固形分換算)
非晶性樹脂微粒子分散液(AA−1) 80質量部(固形分換算)
離型剤微粒子分散液 10質量部(固形分換算)
着色剤微粒子分散液 10質量部(固形分換算)
イオン交換水 300質量部
アニオン系界面活性剤(ダウケミカル社製、Dowfax2A1)
4.5質量部
に変更した以外は、トナー母体粒子1の製造と同様にして、トナー母体粒子2を製造した。
[トナーの作製]
<トナー1の製造>
上記トナー母体粒子1の100質量部に対して、第1のシリカ粒子としてシリカ粒子1を1質量部、第2のシリカ粒子としてシリカ粒子12を0.5質量部添加し、ヘンシェルミキサーを用いて羽根先端周速30m/sの周速で15分混合することで、トナー母体粒子へ外添した。その後、目開き45μmの振動篩いで篩分することでトナー1を得た。
<トナー2〜13の製造>
表IIに示すトナー母体粒子と第1のシリカ粒子を用いた以外は、トナー1と同様にして、トナー2〜13を製造した。
[現像剤の製造]
上記のようにして作製したトナー1〜13について、シクロヘキシルメタクリレートとメチルメタクリレートの共重合樹脂(モノマー質量比=1:1)を被覆した体積平均粒子径30μmのフェライトキャリアを用い、トナー濃度が6質量%となるようにして混合し、現像剤1〜13を製造し、以下の評価を行った。混合機は、V型混合機を用いて、30分間混合した。
Figure 2018180279
[評価]
画像出力には、bizhub PRESS C1070(コニカミノルタ(株)製)を用いた。上記のように調整したトナーと現像剤とを、それぞれトナーカートリッジと現像機とに充填し、評価用の画像形成装置とした。
<画質評価>
以下の画質評価を、高温高湿環境(温度30℃、湿度80%RH)及び低温低湿環境(温度10℃、湿度20%RH)のそれぞれで実施した。評価結果は下記表IIIに示す。
(1)目視評価
画像支持体としてA4サイズの普通紙を用いて、1枚目に反射濃度0.50のハーフトーン画像(以下「初期画像」という。)を印字し、次いで、印字率5%の画像を1枚間欠モードで1万枚印字し、次いで、印字率40%の画像を100枚印字した後に、初期と同様にハーフトーン画像(以下「高カバレッジ画像」という。)を出力した。その後さらに、印字率5%の画像を1枚間欠モードで29万枚印字しその後、初期と同様にハーフトーン画像(以下「30万枚後画像」という。)を出力した。
上記で得られた「初期画像」、「高カバレッジ画像」及び「30万枚後画像」について、トナーこぼれ及び感光体フィルミングによる白抜けについて、目視評価を行った。
ここで、トナーこぼれの発生箇所数及び白抜けの発生箇所数は、評価画像の全面を観察し、紙面に対し10cm離れた位置から目視にて検知できる大きさのものを個数として数えた。
トナーこぼれ及びフィルミングによる白抜けの目視評価は、下記評価基準によって評価し、◎、○及び△を実用上問題ないとして合格とした。
◎:トナーこぼれ及びフィルミングによる白抜けの発生なし
○:トナーこぼれ及びフィルミングによる白抜けの発生箇所数の合計が1箇所
△:トナーこぼれ及びフィルミングによる白抜けの発生箇所数の合計が2箇所又は3箇所
×:トナーこぼれ及びフィルミングによる白抜けの発生箇所数の合計が4箇所以上
(2)ハーフトーンムラ評価
また、上記で得られた「初期画像」と「30万枚後画像」について、それぞれ20か所の反射濃度を測定し、その最大値と最小値の差を測定した。この最大値と最小値の差が0.05を超えた場合、実用上問題が生じるため濃度ムラ(ハーフトーンムラ)の不良と判断した。具体的には、濃度ムラは、下記基準によって評価し、◎又は○を合格とした。
また、上述した反射濃度の測定は、反射濃度計「RD−919」(マクベス社製)を用いて行った。
◎:画像中の反射濃度の差が0.02以下
○:画像中の反射濃度の差が0.02より大きく0.05以下
×:画像中の反射濃度の差が0.05より大きい
(3)静電潜像担持体(感光体)評価:感光体表面の感光層の減耗量の評価
上記目視評価において、「初期画像」及び「30万枚後画像」の印刷完了後、それぞれ静電潜像担持体(感光体)表面に形成された感光層の膜厚を測定し、「初期画像」印刷後の膜厚から、「30万枚後画像」の印刷後の膜厚を引いた値を減耗量として評価した。評価は以下の基準によって行い、摩耗量が4μmを超えた場合に、実用上問題が生じるため不良と判断し、◎、○及び△を実用上問題ないとして合格とした。
膜厚の測定は、均一膜厚部分をランダムに10か所測定し、その平均値を静電潜像担持体(感光体)の感光層の膜厚とした。膜厚測定器は渦電流方式の膜厚測定器「EDDY560C」(HELMUT FISCHER GmbH 社製)を用いて行った。
◎:減耗量が1μm以下
○:減耗量が1μmを超え、2μm以下
△:減耗量が2μmを超え、4μm以下
×:減耗量が4μmを超える
Figure 2018180279
表IIIに示すように、本発明に係るトナーは、高温高湿・低温低湿環境のいずれにおいても、長時間にわたり高画質の画像形成を行うことができることがわかった。これに対し、比較例に係るトナーは、いずれかの項目について劣るものであった。
1 荷重ユニット
2 試料
3 試料の高さ
4 本体セル
5 高圧電源
6 抵抗測定器
10 抵抗測定装置

Claims (6)

  1. 表面に外添剤を有するトナー母体粒子を含有する静電荷像現像用トナーであって、
    前記外添剤として、少なくともシリカ粒子を含有し、
    前記シリカ粒子が、硫黄元素を含有することを特徴とする静電荷像現像用トナー。
  2. 前記シリカ粒子のうち、シリカ母体粒子に硫黄元素を含有することを特徴とする請求項1に記載の静電荷像現像用トナー。
  3. 前記シリカ粒子に含有される硫黄元素の含有量が、20〜50000質量ppmの範囲内であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の静電荷像現像用トナー。
  4. 前記シリカ粒子が、ナトリウム元素を含有することを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載の静電荷像現像用トナー。
  5. 前記外添剤として、前記シリカ粒子に加えて、第2のシリカ粒子を含有し、
    前記第2のシリカ粒子が、シリコーンオイルで表面修飾されていることを特徴とする請求項1から請求項4までのいずれか一項に記載の静電荷像現像用トナー。
  6. 前記トナー母体粒子が、結着樹脂を含有し、
    前記結着樹脂に含有されるスチレン−アクリル系樹脂が、当該結着樹脂全量に対して、50〜100質量%の範囲内であることを特徴とする請求項1から請求項5までのいずれか一項に記載の静電荷像現像用トナー。
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