JP2004037824A - トナーおよびこれを用いた二成分現像剤 - Google Patents
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Abstract
【課題】優れた耐久性を有することから廃キャリアを少なくすることができ、帯電特性にも優れ、なおかつ地汚れやトナー飛散の発生も防止できるトナーおよびこれを用いた二成分現像剤を提供すること。
【解決手段】少なくとも現像ユニットを備えた電子写真装置に使用されるトナーにおいて、前記トナーは、その表面にＳｉを含む無機または有機材料の添加剤を保持するとともに、前記トナーにキャリアを混合し二成分現像剤としかつこれをターブラミキサーで１分間回転させたとき、前記トナー表面の光電子分光法の測定により検出されたＳｉ元素のピークの位置と、３０分間回転させたときの前記トナー表面の光電子分光法の測定により検出されたＳｉ元素のピークの位置との差が、０．８ｅＶ以下であることを特徴とするトナー。
【選択図】 図１
【解決手段】少なくとも現像ユニットを備えた電子写真装置に使用されるトナーにおいて、前記トナーは、その表面にＳｉを含む無機または有機材料の添加剤を保持するとともに、前記トナーにキャリアを混合し二成分現像剤としかつこれをターブラミキサーで１分間回転させたとき、前記トナー表面の光電子分光法の測定により検出されたＳｉ元素のピークの位置と、３０分間回転させたときの前記トナー表面の光電子分光法の測定により検出されたＳｉ元素のピークの位置との差が、０．８ｅＶ以下であることを特徴とするトナー。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真法、静電記録法、静電印刷法において形成される静電潜像を現像するためのトナーおよびこれを用いた二成分現像剤に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＴ技術が、世界的に重要な技術として発展するのにともない、オフィスではパーソナルコンピュータ（ＰＣ）の使用が一般的となり、一人一台の時代になってきている。ＰＣで作成された文書は、電子データとして配付、閲覧され、あるいは紙情報としてプリンターや複写機により印刷、コピーされ、オフィス内で多くの人々の共有情報となる。このようなオフィスでは、すべてのＰＣから電子データが出力できるようにネットワーク型のプリンターや複写機が使用されている。
ネットワーク型として使用されている電子データ出力装置の多くは、電子写真方式のものが用いられ、電子写真プロセスではその特性上、廃トナーが生じる。一方、多くの電子写真方式で用いられている現像方式である二成分現像では、現像に使用されるトナーに帯電性を付与するためのキャリアに寿命があり、回収、再生または廃棄の必要がある。再生されれば、地球環境上好ましいが、廃棄されるとなると地球環境に対し大きな問題となる。
【０００３】
一方、地球環境を守るために多くの国や企業でさまざまな取り組みが行われている。それらは、例えば、資源のリサイクル、無公害、廃棄ゼロ、省エネルギー、地球温暖化対策、クリーンエネルギー等が挙げられる。
このような背景から、今後は地球環境に優しい電子データの出力装置が望まれているところである。キャリアを用いない方法としては、一成分現像方式が挙げられるが、転写後に多くの廃トナーが残り（二成分現像も同じ）、環境に対しては好ましくない。また高速印字には適さないという問題もある。
以上の点から地球環境に優しく、また今後のＩＴ産業の重要な部分となる電子データの高速な出力装置が望まれているところである。
近年では、従来のモノクロ機だけではなく、フルカラー機に対しても高速出力が望まれている。しかし、フルカラー機では、モノクロとフルカラーを兼用することが多いため、印字する書類によって面積率が大きく異なる場合がある。例えば、通常の文字情報だけでは、紙に対して印字は７％程度の面積率であるのに対し、写真やプレゼンテーションに使用する資料の場合は、８０％以上の面積率になることがある。出力される画像によって面積率が大きく異なるということは、使用されるトナー量が画像によって変化することを意味している。１回に使用されるトナー量が変化するということは、現像ユニットに供給されるトナー量が画像により異なることを意味している。つまり、帯電を与える一定量のキャリアに対して、トナー量は大きく変化し、そして変化しても現像ユニットに供給するトナーの帯電特性は常に同じ状態を維持させる必要がある。しかし、従来の二成分現像剤では、この要求を満たすことはできなかった。その理由としては、トナーに帯電を与えるキャリア特性やトナー表面状態が経時的に変化することが挙げられる。このため、キャリアの寿命が短くなり、多量の廃キャリアが生じ、地球環境に対して優しいものとは言えない状況にある。
【０００４】
また、現像ユニット内に存在する既存のトナーと補給された新しいトナー（補給トナー）との特性が異なることも補給トナーの帯電特性を悪化させることの要因の一つとなっている。既存トナーは現像ユニット内においてキャリアと混合され、また現像スリーブ上でドクターブレードやドクターローラを通過することで、外部応力を加えられることになる。外部応力を加えられたトナーは、トナー表面に存在する添加剤の存在状態が変化したり、またトナー形状が大きく変わったりする。トナーの帯電が添加剤の帯電に依存することがある場合、添加剤の存在状態が変化すると当然の事ながら帯電量は変化する。さらにこのような変化したトナーを含む現像剤に、補給トナーが加えられると、補給トナーの帯電特性が好ましい状態でいられなくなる場合がある。逆に、補給トナーが加えられたことで既存の変化したトナーの帯電特性が悪化する現象も見られている。
【０００５】
また、キャリアの寿命を短くする原因としては、キャリアにトナー組成物が付着してキャリア本来の帯電性能を阻害することが挙げられる。キャリアに付着するトナー組成物としては、トナー表面に存在するシリカやチタニア、またはステアリン酸亜鉛等の添加剤、トナー母体を構成する樹脂、ワックス、帯電制御剤等が挙げられる。
特開平９−２７４３６８号公報には、筒状の容器本体の一端側中央部に楕円状のトナー吐出口を形成したトナー収納容器と、前記トナー吐出口から吐出したトナーを現像部へ導入するための開口部を有し、前記トナー収納容器を略水平向きに保持する容器保持手段と、前記トナー収納容器と連動して一体的に回転し、前記トナー吐出口から吐出したトナーを前記開口部へ掻き出すための押出し部材を取り付けた複数のリブを設けた容器保持部材と、前記容器保持手段に保持された前記トナー収納容器をその長手方向の中心軸の回りに回転させる回転駆動手段とを有するトナー補給装置において、前記楕円状のトナー吐出口の長手方向両端部がトナー吐出位置であり、前記複数のリブは、このトナー吐出位置が隣り合うリブの中間に位置するように配置されていることを特徴とするトナー補給装置が開示され、この構成によれば、一定量のトナーを安定して現像部へ補給し続けることができるとされている。しかしながら、トナー組成物のキャリアへの付着が抑制されるかどうかについては明らかになっていない。
また、特開２０００−２６７３５４号公報には、室温より高い温度で添加剤をトナーに混合し、添加剤をトナー表面に固定化する技術が開示されている。この技術では、いくつかのトナー粒子は温度効果により添加剤を固定化することが可能であるが、すべてのトナーにおける添加剤存在状態を同一にすることは不可能である。
また、特開２０００−２６７３３３号公報には、超音波を用いてトナーへの添加剤の固定化を試みている。しかしこの技術もすべてのトナーにおける添加剤存在状態を同一にすることは不可能であり、トナー組成物のキャリアへの付着を抑制することは難しい。
さらに、特開平３−７６０３５号公報、特開平７−９２７２７号公報に開示された技術では、トナー表面への添加剤の埋没形態が不均一となり、十分な耐久性を提供することができない。
一方、特開平１０−２２１９３７号公報には、静電潜像を担持する像担持体と現像領域を介して対向する現像剤担持体に、撹拌スクリューにより現像剤を撹拌して搬送する現像方法において、前記撹拌スクリューは、略台形状の断面を有する螺旋状羽根部と、回転軸部とから成り、前記螺旋状羽根部の現像剤搬送方向側の螺旋斜面が回転中心線となす角度θ１を、前記螺旋状羽根部の現像剤搬送逆方向側の螺旋斜面が回転中心線となす角度θ２より大きく設定し、前記撹拌スクリューの駆動回転により、前記螺旋状羽根部が現像剤を撹拌、搬送して、前記現像剤担持体に現像剤を供給することを特徴とする現像方法が開示されている。この技術によれば、あるトナーとキャリアの組み合わせにおいて補給トナーの帯電特性は改善されるものの、すべてのトナーとキャリアの組み合わせにおいて同様の効果を奏することはできない。特にトナー表面に存在する添加剤が望ましい状態で存在しない場合、例えば添加剤がトナーに埋没するような場合は、十分な帯電特性を得ることが難しい。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上の背景に鑑みなされたものであり、その目的は、優れた耐久性を有することから廃キャリアを少なくすることができ、帯電特性にも優れ、なおかつ地汚れやトナー飛散の発生も防止できるトナーおよびこれを用いた二成分現像剤を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、少なくとも現像ユニットを備えた電子写真装置に使用されるトナーにおいて、前記トナーは、その表面にＳｉを含む無機または有機材料の添加剤を保持するとともに、前記トナーにキャリアを混合し二成分現像剤としかつこれをターブラミキサーで１分間回転させたとき、前記トナー表面の光電子分光法の測定により検出されたＳｉ元素のピークの位置と、３０分間回転させたときの前記トナー表面の光電子分光法の測定により検出されたＳｉ元素のピークの位置との差が、０．８ｅＶ以下であることを特徴とするトナーである。
請求項２の発明は、前記二成分現像剤をターブラミキサーで１分間回転させたとき、前記トナー表面の光電子分光法の測定により検出されたＳｉ元素のピークの半値幅に対し、３０分間回転させたときの前記トナー表面の光電子分光法の測定により検出されたＳｉ元素の半値幅が、１２０％以下の変化量であることを特徴とする請求項１に記載のトナーである。
請求項３の発明は、前記無機または有機材料の添加剤の電子状態が、トナー表面の電子状態と共有化されていることを特徴とする請求項１または２に記載のトナーである。
請求項４の発明は、前記現像ユニットが、トナーおよびキャリアを混合する２軸スクリューを備えた混合部と、前記混合部に新しいトナーを補給するトナー補給部と、感光体上の静電潜像にトナーを付着させる現像スリーブと、前記現像スリーブへのトナーの流入を規制するドクターブレードまたはローラとを備え、前記トナー補給部から補給された新しいトナーが請求項１または２に記載のトナーであり、前記新しいトナーとキャリアとを前記２軸スクリューで混合した際、前記新しいトナーの帯電量が、前記ドクターブレードまたはローラに到達する前に、前記混合部の既存トナーの帯電量と同レベルに立ち上がっていることを特徴とする請求項１または２に記載のトナーである。
請求項５の発明は、前記トナー補給部から補給された新しいトナーとキャリアとを前記２軸スクリューで混合した際、前記新しいトナーの帯電量が、前記ドクターブレードまたはローラに到達する前に、前記混合部の既存トナーの帯電量の７０％以上に立ち上がっていることを特徴とする請求項４に記載のトナーである。
請求項６の発明は、請求項１ないし５のいずれか１項に記載のトナーと、キャリアとを混合してなる二成分現像剤である。
請求項７の発明は、前記キャリアが、コート材料によりコーティングされたコートキャリアであり、かつ個々のキャリアのコーティング膜厚が、その設定値の±２５％の範囲内にあることを特徴とする請求項６に記載の二成分現像剤である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
前記のように本発明の二成分現像剤は、ターブラミキサーで１分間回転させたとき、トナー表面の光電子分光法の測定により検出されたＳｉ元素のピークの位置と、３０分間回転させたときのトナー表面の光電子分光法の測定により検出されたＳｉ元素のピークの位置とが、０．８ｅＶ以下であることを特徴としている。
ここで本発明でいうターブラミキサーとは、商業的に入手可能である、
Ｗｉｌｌｙ Ａ． Ｂａｃｈｏｆｅｎ ＡＧ社製、商品名ターブラー・シェーカー・ミキサー（Ｔ２Ｆ型１０Ｂ型５０Ａ）であり、採用した回転数は２０ｒｐｍである。
【０００９】
本発明の前記要件を満たすことのできるトナーは、例えば次のようにして製造することができる。
トナーを構成する母体樹脂として、帯電能力が高い樹脂を採用する。例えばポリエステルが好ましい。なお、ポリオールやエポキシ樹脂は本発明では好ましくない。続いて、母体樹脂であるポリエステル、着色剤、ワックス、必要に応じて着色剤、分散剤およびワックス分散剤を混練する。前記各種材料は、公知のものから適宜選択すればよい。なお分散剤はアモルファスなものよりも結晶性が高い材料が好ましい。また、前記混練は、前記材料を一度氷点下２０℃にて１時間程度冷却した後、２軸のスクリューニーダを用いて実施するのが好ましい。さらに前記混練は、混練物がダイから連続的に押し出されるとき、脈動が見られない状態で行うのがよい。脈動が大きいと分散状態が不良になったり、トナー表面に保持される添加剤の電子状態が不良となる。次に得られた混練物をジェット粉砕器で粉砕し分級後、Ｓｉを含む無機または有機材料の添加剤と混合し、篩いかけし、トナーを得る。該添加剤の混合時は、まずオーダードミクスチャー状態を形成した後、混合エネルギーを制御する。混合エネルギーは、添加剤のトナー粒子への衝突速度が、トナーの母体樹脂の相転移温度以上になる速度エネルギーであるのが好ましい。
【００１０】
Ｓｉを含む無機または有機材料の添加剤としてはとくに制限されないが、例えば無機材料の添加剤として、湿式製法シリカ、乾式製法シリカ等の微粉末シリカ、有機材料の添加剤として、該微粉末シリカ、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等のフッ素系樹脂粉末、微粉末酸化チタン、微粉末アルミナ等を、シランカップリング剤、シリコーンオイル等により表面処理を施した材料等が挙げられる。Ｓｉを含む無機または有機材料の添加剤は、トナー母体に対して０．１〜１０．０重量％使用するのがよい。また、Ｓｉを含まない添加剤を適宜使用できるのは勿論である。
【００１１】
また本発明によれば、トナーおよびキャリアからなる二成分現像剤をターブラミキサーで１分間回転させたとき、前記トナー表面の光電子分光法の測定により検出されたＳｉ元素のピークの半値幅に対し、３０分間回転させたときの前記トナー表面の光電子分光法の測定により検出されたＳｉ元素の半値幅が、１２０％以下の変化量であるのが好ましい。半値幅がこの変化量の範囲内であれば、本発明のトナーを補給トナーとして使用したとき、その帯電特性を一層高めることができる。
【００１２】
また本発明によれば、無機または有機材料の添加剤の電子状態が、トナー表面の電子状態と共有化されているのが好ましい。なお、ここでいう共有化とは、無機または有機材料の添加剤の容積の５０％程度が、トナー表面に埋没され固定されていることを意味する。該共有化が達成されることにより、トナーの使用過程により添加剤が埋没してしまったり、あるいは添加剤の上に何かが覆い被さったとしても、トナーの帯電特性の劣化を最小限に抑制することができる。
【００１３】
次に本発明における現像ユニットについて説明する。現像ユニットは、従来公知のものを本発明でも使用することができる。図１は、本発明で使用可能な現像ユニットの一実施形態を説明するための概略図である。
図１において、現像ユニットは、トナーおよびキャリアを混合する２軸スクリュー１０を備えた混合部１１と、混合部１１に新しいトナーを補給するトナー補給部１２と、感光体１３上の静電潜像にトナーを付着させる現像スリーブ１４と、現像スリーブ１４へのトナーの流入を規制するドクターブレード１５とを備えている。なお、ドクターブレード１５は、ドクターローラであってもよい。また図１において符号１６は、感光体１３の周囲に近接あるいは接触して、感光体１３上に一様な電荷を帯電させる帯電ローラであり、１７は、感光体１３上を除電する除電光であり、１８は、感光体１３上に静電潜像を形成するための図示しない露光手段からのレーザ光であり、１９は、トナー像を転写紙に転写する転写ローラであり、２０は、感光体１３上の残留トナーを除去するクリーニングブレードである。
本発明によれば、トナー補給部１２から本発明のトナーとキャリアとを２軸スクリュー１０で混合した際、本発明のトナーの帯電量が、ドクターブレードまたはローラ１５に到達する前に、混合部１１の既存トナーの帯電量と同レベルに立ち上げることができる。なおここでいう同レベルとは、例えば既存トナーの帯電量の７０％以上である。このような帯電量を本発明のトナーが確保することにより、地汚れを大きく改善することができ、良好な画像を提供することができる。
【００１４】
また本発明は、前記の本発明のトナーとキャリアとを混合してなる二成分現像剤を提供するものである。キャリアとしては、とくに制限されないが、例えば粒子径２０〜２００μｍ程度の鉄粉、フェライト粉、マグネタイト粉、磁性樹脂キャリア等が挙げられる。またキャリアとトナーの割合は、キャリア１００重量部に対してトナー１〜１０重量部が好ましい。
【００１５】
本発明によれば、キャリアが、コート材料によりコーティングされたコートキャリアであり、かつ個々のキャリアのコーティング膜厚が、その設定値の±２５％の範囲内にあるのが好ましい。この範囲内であれば、地汚れの発生をさらに抑制することができる。
コート材料としては、とくに制限されないが、例えばストレートシリコーン樹脂、例えば信越化学工業社製、ＫＲ２７１、ＫＲ２７２、ＫＲ２８２、ＫＲ２５２、ＫＲ１５２、東レダウコーニングシリコーン社製、ＳＲ２４００、ＳＲ２４０６等が挙げられる。また変性シリコーン樹脂も使用することができ、具体的にはエポキシ変性シリコーン（例えば信越化学工業社製ＥＳ−１００１Ｎ、東レダウコーニングシリコーン社製ＳＲ２１１５）、アクリル変性シリコーン（例えば信越化学工業社製ＫＲ−５２０８）、フェノール変性シリコーン、ウレタン変性シリコーン（例えば信越化学工業社製ＫＲ−３０５）、ポリエステル変性シリコーン（例えば信越化学工業社製ＫＲ−５２０３）、アルキッド変性シリコーン（例えば信越化学工業社製ＫＲ−２０６、東レダウコーニングシリコーン社製ＳＲ２１１０）等が挙げられる。また前記シリコーン樹脂には、アミノシランカップリング剤を適量（０．００１〜２０重量％）含有させることができる。このようなアミノシランカップリング剤としては、例えばＨ２Ｎ（ＣＨ２）３Ｓｉ（ＯＣＨ３）３、Ｈ２Ｎ（ＣＨ２）３Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）３、Ｈ２Ｎ（ＣＨ２）３Ｓｉ（ＣＨ３）２ＯＣ２Ｈ５、Ｈ２Ｎ（ＣＨ２）３Ｓｉ（ＣＨ３）（ＯＣ２Ｈ５）２、Ｈ２ＮＣＨ２ＣＨ２ＮＨＣＨ２Ｓｉ（ＯＣＨ３）３、Ｈ２ＮＣＨ２ＣＨ２ＮＨＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２Ｓｉ（ＣＨ３）（ＯＣＨ３）２、Ｈ２ＮＣＨ２ＣＨ２ＮＨＣＨ２ＣＨ２Ｓｉ（ＯＣＨ３）３、（ＣＨ３）２ＮＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２Ｓｉ（ＣＨ３）（ＯＣ２Ｈ５）２、（Ｃ４Ｈ９）２ＮＣ３Ｈ６Ｓｉ（ＯＣＨ３）３等が挙げられる。さらに前記シリコーン樹脂には、下記のような各種樹脂を混合することもできる。ポリスチレン、クロロポリスチレン、ポリ−α−メチルスチレン、スチレン−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−ブタジエン共重合体、スチレン−塩化ビニル共重合体、スチレン−酢酸ビニル共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、スチレン−アクリル酸エステル共重合体（スチレン−メタクリル酸メチル共重合体、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−メタクリル酸フェニル共重合体等）、スチレン−α−クロルアクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリロニトリル−アクリル酸エステル共重合体等のスチレン系樹脂、エポキシ樹脂、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、アイオノマー樹脂、ポリウレタン樹脂、ケトン樹脂、エチレン−エチルアクリレート共重合体、キシレン樹脂、ポリアミド樹脂、フェノール樹脂、ポリカーボネート樹脂、メラミン樹脂等。
コーティング方法は、例えばスプレードライ法、浸漬法、パウダーコーティング法等、公知の方法を採用できる。とくに流動床コーティング装置を用いる方法は、均一なコーティングが達成されるので好ましい。キャリアのコーティング膜厚は、例えば０．０２〜１μｍ、とくに０．０３〜０．８μｍが挙げられる。
【００１６】
【作用】
トナーの帯電に寄与する部分は、トナーの構成材料、例えば樹脂、着色剤、ワックス、帯電制御剤であり、またトナー表面に保持されている無機または有機材料の微粒子の添加剤である。トナーが現像ユニット内でストレス等を受けることでトナーの表面形状は変化し、形状とともに組成も変化する。そのため、初期のトナー特性と経時的に変化したトナー特性では電荷状態が異なる。電荷状態の変化は、マクロ的にはトナー帯電量として示される。本発明者らは、トナーの帯電現象をさらに詳しく調べるために、帯電に寄与すると考えられる、トナー表面に保持されている無機または有機材料の微粒子、とくにシリカ粒子の電荷状態を光電子分光法（ＸＰＳ）で調べたところ、初期トナーのＳｉ元素ナロースキャンのピーク位置と、経時変化した劣化トナーのＳｉ元素ナロースキャンのピーク位置とが異なっていることが明らかとなった。なお、通常、Ｓｉ元素のピーク位置は約１０３．５ｅＶである。これに対し、初期トナーの帯電に寄与しているシリカ粒子のＳｉ元素ピーク位置は１０４．５ｅＶであった。ピーク位置が通常より高エネルギー側にあるということは、Ｓｉ元素がチャージアップして電荷を保持している事と考えられる。そしてこの帯電特性の変化は、本発明者らの検討によれば、ターブラミキサーにおいてトナーとキャリアを一定時間混合することにより再現されることが分かった。
そこで本発明者らは、トナーにキャリアを混合し二成分現像剤としかつこれをターブラミキサーで１分間回転させたとき、トナー表面の光電子分光法の測定により検出されたＳｉ元素のピークの位置と、３０分間回転させたときの前記トナー表面の光電子分光法の測定により検出されたＳｉ元素のピークの位置とが、０．８ｅＶ以下である場合、本発明の効果を奏することのできる良好なトナーであることを見出し、本発明を完成することができた。
【００１７】
【実施例】
以下、本発明を実施例および比較例によりさらに説明するが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。
実施例１
低分子量ポリエステル樹脂６０重量部、高分子量スチレンアクリル樹脂３０重量部、カーボンブラックを４重量部、カルナウバワックス４重量部、帯電制御剤Ｅ−８４の１重量部を、一度氷点下２０℃にて１時間冷却した後、２軸のスクリューニーダで混練を行った。ダイから連続的に押し出される混練物に脈動が見られないように、混練を行った。つづいて圧延冷却後粗粉砕したトナーを、ジェットミルにて粉砕し、最終的に気流式分級機において体積平均粒径５．３μｍ、個数平均粒径４．８μｍのトナーを得た。
同様に、マゼンタ、シアン、イエローについても顔料を代えてカラートナーを得た。
次に、得られた各色トナー１００重量部に対してチタニア０．５重量部、ステアリン酸亜鉛０．５重量部を加えてヘンシェルミキサーにて２分間混合処理を行った。この際まずオーダードミクスチャー状態を形成してから、混合エネルギーを制御して混合作業を行った。混合エネルギーは、撹拌装置の回転数とともに、撹拌バネ形状、容器形状によって支配される。また本実施例での混合エネルギーは、添加剤の母体トナー粒子への衝突速度が、トナー母体樹脂の相転移温度以上になる速度エネルギーで行った。ミキサータンク容量は１００リットルを採用し、１０００ｒｐｍの回転数で混合処理した。その後、シリカを１重量部添加し、前記と同様の混合作業を１分間、３回行った。得られたトナーを一度別のタンクに移し変え、再度ヘンシェルミキサーに投入し、処理を１分間行った。一度に５０ｋｇのトナーを製造できた。このトナー５重量部と、キャリア１００重量部とを混合し、二成分現像剤を得た。なお、キャリアは、マグネタイトからなる心材（φ３４μｍ）に、シリコーン樹脂をスプレーコーティング（膜厚０．５μｍ）したものである。また、二成分現像剤を作製する前に、添加剤を混合したトナーは３０日放置した。
このトナーは光電子分光法による測定の結果、トナーにキャリアを混合し二成分現像剤としかつこれをターブラミキサーで１分間回転させたとき、前記トナー表面の光電子分光法の測定により検出されたＳｉ元素のピークの位置と、３０分間回転させたときの前記トナー表面の光電子分光法の測定により検出されたＳｉ元素のピークの位置との差が、０．６ｅＶであった。また、二成分現像剤をターブラミキサーで１分間回転させたとき、前記トナー表面の光電子分光法の測定により検出されたＳｉ元素のピークの半値幅に対し、３０分間回転させたときの前記トナー表面の光電子分光法の測定により検出されたＳｉ元素の半値幅が、１１０％の変化量であった。さらに、添加剤の電子状態が、トナー表面の電子状態と共有化されていることが光電子分光法によるマッピングから明らかとなった。さらにまた、個々のキャリアのコーティング膜厚が、その設定値の±２５％の範囲内にある（具体的には±５％の範囲内）ことがＴＯＦ−ＳＩＭＳから確認された。さらに、前記トナーは、リコー社製カラープリンターＩｐｓｉｏ８０００において補給トナーとして使用したとき、ドクターブレードを通過する前の２軸スクリュー部において、既存トナーの帯電量（−２２μｃ／ｇ）と同レベル（−１８μｃ／ｇ）に立ち上がっていた。なお、ｉｐｓｉｏ８０００の現像ユニットは、トナーおよびキャリアを混合する２軸スクリューを備えた混合部と、前記混合部に新しいトナーを補給するトナー補給部と、感光体上の静電潜像にトナーを付着させる現像スリーブと、前記現像スリーブへのトナーの流入を規制するドクターブレードを備えている。
また、得られたトナーを用いてオイル塗布機構を外したｉｐｓｉｏ８０００により画像形成を行った。細線およびベタ画像が良好な画像が形成できた。地汚れはまったく見られなかった。転写率を測定したところ９８％であった。また、二成分現像剤は２５０Ｋ枚まで交換の必要がなかった。帯電の立ち上がりも良好で、高速印字条件下におけるトナー補給でも地汚れは発生しなかった。さらに、１５０Ｋランニングした後にも地汚れは観測できなかった。
【００１８】
実施例２
実施例１において、シリカの混合作業の３回のところを１回にした以外は同じ方法でトナーを作製した。また同じ方法で二成分現像剤を作製した。
このトナーは光電子分光法による測定の結果、トナーにキャリアを混合し二成分現像剤としかつこれをターブラミキサーで１分間回転させたとき、前記トナー表面の光電子分光法の測定により検出されたＳｉ元素のピークの位置と、３０分間回転させたときの前記トナー表面の光電子分光法の測定により検出されたＳｉ元素のピークの位置との差が、０．７ｅＶであった。また、二成分現像剤をターブラミキサーで１分間回転させたとき、前記トナー表面の光電子分光法の測定により検出されたＳｉ元素のピークの半値幅に対し、３０分間回転させたときの前記トナー表面の光電子分光法の測定により検出されたＳｉ元素の半値幅が、１１５％の変化量であった。さらに、添加剤の電子状態が、トナー表面の電子状態と共有化されていることが光電子分光法によるマッピングから明らかとなった。さらにまた、個々のキャリアのコーティング膜厚が、その設定値の±２５％の範囲内にある（具体的には±１０％の範囲内）ことがＴＯＦ−ＳＩＭＳから確認された。さらに、前記トナーは、リコー社製カラープリンターＩｐｓｉｏ８０００において補給トナーとして使用したとき、ドクターブレードを通過する前の２軸スクリュー部において、既存トナーの帯電量（−２２μｃ／ｇ）と同レベル（−１７μｃ／ｇ）に立ち上がっていた。
また、得られたトナーを用いてオイル塗布機構を外したｉｐｓｉｏ８０００により画像形成を行った。細線およびベタ画像が良好な画像が形成できた。地汚れはまったく見られなかった。転写率を測定したところ９５％であった。また、二成分現像剤は２００Ｋ枚まで交換の必要がなかった。帯電の立ち上がりも良好で、高速印字条件下におけるトナー補給でも地汚れは発生しなかった。さらに、１００Ｋランニングした後にも地汚れは観測できなかった。
【００１９】
実施例３
実施例１で使用したステアリン酸亜鉛を除いた以外は実施例１と同じ方法でトナーを作製した。また同じ方法で二成分現像剤を作製した。
このトナーは光電子分光法による測定の結果、トナーにキャリアを混合し二成分現像剤としかつこれをターブラミキサーで１分間回転させたとき、前記トナー表面の光電子分光法の測定により検出されたＳｉ元素のピークの位置と、３０分間回転させたときの前記トナー表面の光電子分光法の測定により検出されたＳｉ元素のピークの位置との差が、０．７ｅＶであった。また、二成分現像剤をターブラミキサーで１分間回転させたとき、前記トナー表面の光電子分光法の測定により検出されたＳｉ元素のピークの半値幅に対し、３０分間回転させたときの前記トナー表面の光電子分光法の測定により検出されたＳｉ元素の半値幅が、１００％の変化量であった。さらに、添加剤の電子状態が、トナー表面の電子状態と共有化されていることが光電子分光法によるマッピングから明らかとなった。さらにまた、個々のキャリアのコーティング膜厚が、その設定値の±２５％の範囲内にある（具体的には±１８％の範囲内）ことがＴＯＦ−ＳＩＭＳから確認された。さらに、前記トナーは、リコー社製カラープリンターＩｐｓｉｏ８０００において補給トナーとして使用したとき、ドクターブレードを通過する前の２軸スクリュー部において、既存トナーの帯電量（−２２μｃ／ｇ）と同レベル（−２０μｃ／ｇ）に立ち上がっていた。
また、得られたトナーを用いてオイル塗布機構を外したｉｐｓｉｏ８０００により画像形成を行った。細線およびベタ画像が良好な画像が形成できた。地汚れはまったく見られなかった。転写率を測定したところ９５％であった。また、二成分現像剤は３００Ｋ枚まで交換の必要がなかった。帯電の立ち上がりも良好で、高速印字条件下におけるトナー補給でも地汚れは発生しなかった。さらに、２００Ｋランニングした後にも地汚れは観測できなかった。
【００２０】
比較例１
実施例１と同様にトナーを製造した。ただし、実施例１の添加剤の混合作業条件を採用せずに添加剤を混合し、すぐに二成分現像剤を作製した。
このトナーは光電子分光法による測定の結果、トナーにキャリアを混合し二成分現像剤としかつこれをターブラミキサーで１分間回転させたとき、前記トナー表面の光電子分光法の測定により検出されたＳｉ元素のピークの位置と、３０分間回転させたときの前記トナー表面の光電子分光法の測定により検出されたＳｉ元素のピークの位置との差が、１．０ｅＶであった。
また、実施例１と同様の方法で画像出しを行った。細線およびベタ画像が良好な画像が形成できた。転写率を測定したところ８３％であった。また、二成分現像剤の寿命は５０Ｋ枚までで交換が必要となった。帯電の立ち上がりが不良で、高温高湿度環境下では５Ｋ枚から地汚れが発生した。また１５Ｋ枚でも通常使用で地汚れが発生した。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によれば、優れた耐久性を有することから廃キャリアを少なくすることができ、帯電特性にも優れ、なおかつ地汚れやトナー飛散の発生も防止できるトナーおよびこれを用いた二成分現像剤が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明で使用可能な現像ユニットの一実施形態を説明するための概略図である。
【符号の説明】
１０ ２軸スクリュー
１１ 混合部
１２ トナー補給部
１３ 感光体
１４ 現像スリーブ
１５ ドクターブレード
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真法、静電記録法、静電印刷法において形成される静電潜像を現像するためのトナーおよびこれを用いた二成分現像剤に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＴ技術が、世界的に重要な技術として発展するのにともない、オフィスではパーソナルコンピュータ（ＰＣ）の使用が一般的となり、一人一台の時代になってきている。ＰＣで作成された文書は、電子データとして配付、閲覧され、あるいは紙情報としてプリンターや複写機により印刷、コピーされ、オフィス内で多くの人々の共有情報となる。このようなオフィスでは、すべてのＰＣから電子データが出力できるようにネットワーク型のプリンターや複写機が使用されている。
ネットワーク型として使用されている電子データ出力装置の多くは、電子写真方式のものが用いられ、電子写真プロセスではその特性上、廃トナーが生じる。一方、多くの電子写真方式で用いられている現像方式である二成分現像では、現像に使用されるトナーに帯電性を付与するためのキャリアに寿命があり、回収、再生または廃棄の必要がある。再生されれば、地球環境上好ましいが、廃棄されるとなると地球環境に対し大きな問題となる。
【０００３】
一方、地球環境を守るために多くの国や企業でさまざまな取り組みが行われている。それらは、例えば、資源のリサイクル、無公害、廃棄ゼロ、省エネルギー、地球温暖化対策、クリーンエネルギー等が挙げられる。
このような背景から、今後は地球環境に優しい電子データの出力装置が望まれているところである。キャリアを用いない方法としては、一成分現像方式が挙げられるが、転写後に多くの廃トナーが残り（二成分現像も同じ）、環境に対しては好ましくない。また高速印字には適さないという問題もある。
以上の点から地球環境に優しく、また今後のＩＴ産業の重要な部分となる電子データの高速な出力装置が望まれているところである。
近年では、従来のモノクロ機だけではなく、フルカラー機に対しても高速出力が望まれている。しかし、フルカラー機では、モノクロとフルカラーを兼用することが多いため、印字する書類によって面積率が大きく異なる場合がある。例えば、通常の文字情報だけでは、紙に対して印字は７％程度の面積率であるのに対し、写真やプレゼンテーションに使用する資料の場合は、８０％以上の面積率になることがある。出力される画像によって面積率が大きく異なるということは、使用されるトナー量が画像によって変化することを意味している。１回に使用されるトナー量が変化するということは、現像ユニットに供給されるトナー量が画像により異なることを意味している。つまり、帯電を与える一定量のキャリアに対して、トナー量は大きく変化し、そして変化しても現像ユニットに供給するトナーの帯電特性は常に同じ状態を維持させる必要がある。しかし、従来の二成分現像剤では、この要求を満たすことはできなかった。その理由としては、トナーに帯電を与えるキャリア特性やトナー表面状態が経時的に変化することが挙げられる。このため、キャリアの寿命が短くなり、多量の廃キャリアが生じ、地球環境に対して優しいものとは言えない状況にある。
【０００４】
また、現像ユニット内に存在する既存のトナーと補給された新しいトナー（補給トナー）との特性が異なることも補給トナーの帯電特性を悪化させることの要因の一つとなっている。既存トナーは現像ユニット内においてキャリアと混合され、また現像スリーブ上でドクターブレードやドクターローラを通過することで、外部応力を加えられることになる。外部応力を加えられたトナーは、トナー表面に存在する添加剤の存在状態が変化したり、またトナー形状が大きく変わったりする。トナーの帯電が添加剤の帯電に依存することがある場合、添加剤の存在状態が変化すると当然の事ながら帯電量は変化する。さらにこのような変化したトナーを含む現像剤に、補給トナーが加えられると、補給トナーの帯電特性が好ましい状態でいられなくなる場合がある。逆に、補給トナーが加えられたことで既存の変化したトナーの帯電特性が悪化する現象も見られている。
【０００５】
また、キャリアの寿命を短くする原因としては、キャリアにトナー組成物が付着してキャリア本来の帯電性能を阻害することが挙げられる。キャリアに付着するトナー組成物としては、トナー表面に存在するシリカやチタニア、またはステアリン酸亜鉛等の添加剤、トナー母体を構成する樹脂、ワックス、帯電制御剤等が挙げられる。
特開平９−２７４３６８号公報には、筒状の容器本体の一端側中央部に楕円状のトナー吐出口を形成したトナー収納容器と、前記トナー吐出口から吐出したトナーを現像部へ導入するための開口部を有し、前記トナー収納容器を略水平向きに保持する容器保持手段と、前記トナー収納容器と連動して一体的に回転し、前記トナー吐出口から吐出したトナーを前記開口部へ掻き出すための押出し部材を取り付けた複数のリブを設けた容器保持部材と、前記容器保持手段に保持された前記トナー収納容器をその長手方向の中心軸の回りに回転させる回転駆動手段とを有するトナー補給装置において、前記楕円状のトナー吐出口の長手方向両端部がトナー吐出位置であり、前記複数のリブは、このトナー吐出位置が隣り合うリブの中間に位置するように配置されていることを特徴とするトナー補給装置が開示され、この構成によれば、一定量のトナーを安定して現像部へ補給し続けることができるとされている。しかしながら、トナー組成物のキャリアへの付着が抑制されるかどうかについては明らかになっていない。
また、特開２０００−２６７３５４号公報には、室温より高い温度で添加剤をトナーに混合し、添加剤をトナー表面に固定化する技術が開示されている。この技術では、いくつかのトナー粒子は温度効果により添加剤を固定化することが可能であるが、すべてのトナーにおける添加剤存在状態を同一にすることは不可能である。
また、特開２０００−２６７３３３号公報には、超音波を用いてトナーへの添加剤の固定化を試みている。しかしこの技術もすべてのトナーにおける添加剤存在状態を同一にすることは不可能であり、トナー組成物のキャリアへの付着を抑制することは難しい。
さらに、特開平３−７６０３５号公報、特開平７−９２７２７号公報に開示された技術では、トナー表面への添加剤の埋没形態が不均一となり、十分な耐久性を提供することができない。
一方、特開平１０−２２１９３７号公報には、静電潜像を担持する像担持体と現像領域を介して対向する現像剤担持体に、撹拌スクリューにより現像剤を撹拌して搬送する現像方法において、前記撹拌スクリューは、略台形状の断面を有する螺旋状羽根部と、回転軸部とから成り、前記螺旋状羽根部の現像剤搬送方向側の螺旋斜面が回転中心線となす角度θ１を、前記螺旋状羽根部の現像剤搬送逆方向側の螺旋斜面が回転中心線となす角度θ２より大きく設定し、前記撹拌スクリューの駆動回転により、前記螺旋状羽根部が現像剤を撹拌、搬送して、前記現像剤担持体に現像剤を供給することを特徴とする現像方法が開示されている。この技術によれば、あるトナーとキャリアの組み合わせにおいて補給トナーの帯電特性は改善されるものの、すべてのトナーとキャリアの組み合わせにおいて同様の効果を奏することはできない。特にトナー表面に存在する添加剤が望ましい状態で存在しない場合、例えば添加剤がトナーに埋没するような場合は、十分な帯電特性を得ることが難しい。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上の背景に鑑みなされたものであり、その目的は、優れた耐久性を有することから廃キャリアを少なくすることができ、帯電特性にも優れ、なおかつ地汚れやトナー飛散の発生も防止できるトナーおよびこれを用いた二成分現像剤を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、少なくとも現像ユニットを備えた電子写真装置に使用されるトナーにおいて、前記トナーは、その表面にＳｉを含む無機または有機材料の添加剤を保持するとともに、前記トナーにキャリアを混合し二成分現像剤としかつこれをターブラミキサーで１分間回転させたとき、前記トナー表面の光電子分光法の測定により検出されたＳｉ元素のピークの位置と、３０分間回転させたときの前記トナー表面の光電子分光法の測定により検出されたＳｉ元素のピークの位置との差が、０．８ｅＶ以下であることを特徴とするトナーである。
請求項２の発明は、前記二成分現像剤をターブラミキサーで１分間回転させたとき、前記トナー表面の光電子分光法の測定により検出されたＳｉ元素のピークの半値幅に対し、３０分間回転させたときの前記トナー表面の光電子分光法の測定により検出されたＳｉ元素の半値幅が、１２０％以下の変化量であることを特徴とする請求項１に記載のトナーである。
請求項３の発明は、前記無機または有機材料の添加剤の電子状態が、トナー表面の電子状態と共有化されていることを特徴とする請求項１または２に記載のトナーである。
請求項４の発明は、前記現像ユニットが、トナーおよびキャリアを混合する２軸スクリューを備えた混合部と、前記混合部に新しいトナーを補給するトナー補給部と、感光体上の静電潜像にトナーを付着させる現像スリーブと、前記現像スリーブへのトナーの流入を規制するドクターブレードまたはローラとを備え、前記トナー補給部から補給された新しいトナーが請求項１または２に記載のトナーであり、前記新しいトナーとキャリアとを前記２軸スクリューで混合した際、前記新しいトナーの帯電量が、前記ドクターブレードまたはローラに到達する前に、前記混合部の既存トナーの帯電量と同レベルに立ち上がっていることを特徴とする請求項１または２に記載のトナーである。
請求項５の発明は、前記トナー補給部から補給された新しいトナーとキャリアとを前記２軸スクリューで混合した際、前記新しいトナーの帯電量が、前記ドクターブレードまたはローラに到達する前に、前記混合部の既存トナーの帯電量の７０％以上に立ち上がっていることを特徴とする請求項４に記載のトナーである。
請求項６の発明は、請求項１ないし５のいずれか１項に記載のトナーと、キャリアとを混合してなる二成分現像剤である。
請求項７の発明は、前記キャリアが、コート材料によりコーティングされたコートキャリアであり、かつ個々のキャリアのコーティング膜厚が、その設定値の±２５％の範囲内にあることを特徴とする請求項６に記載の二成分現像剤である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
前記のように本発明の二成分現像剤は、ターブラミキサーで１分間回転させたとき、トナー表面の光電子分光法の測定により検出されたＳｉ元素のピークの位置と、３０分間回転させたときのトナー表面の光電子分光法の測定により検出されたＳｉ元素のピークの位置とが、０．８ｅＶ以下であることを特徴としている。
ここで本発明でいうターブラミキサーとは、商業的に入手可能である、
Ｗｉｌｌｙ Ａ． Ｂａｃｈｏｆｅｎ ＡＧ社製、商品名ターブラー・シェーカー・ミキサー（Ｔ２Ｆ型１０Ｂ型５０Ａ）であり、採用した回転数は２０ｒｐｍである。
【０００９】
本発明の前記要件を満たすことのできるトナーは、例えば次のようにして製造することができる。
トナーを構成する母体樹脂として、帯電能力が高い樹脂を採用する。例えばポリエステルが好ましい。なお、ポリオールやエポキシ樹脂は本発明では好ましくない。続いて、母体樹脂であるポリエステル、着色剤、ワックス、必要に応じて着色剤、分散剤およびワックス分散剤を混練する。前記各種材料は、公知のものから適宜選択すればよい。なお分散剤はアモルファスなものよりも結晶性が高い材料が好ましい。また、前記混練は、前記材料を一度氷点下２０℃にて１時間程度冷却した後、２軸のスクリューニーダを用いて実施するのが好ましい。さらに前記混練は、混練物がダイから連続的に押し出されるとき、脈動が見られない状態で行うのがよい。脈動が大きいと分散状態が不良になったり、トナー表面に保持される添加剤の電子状態が不良となる。次に得られた混練物をジェット粉砕器で粉砕し分級後、Ｓｉを含む無機または有機材料の添加剤と混合し、篩いかけし、トナーを得る。該添加剤の混合時は、まずオーダードミクスチャー状態を形成した後、混合エネルギーを制御する。混合エネルギーは、添加剤のトナー粒子への衝突速度が、トナーの母体樹脂の相転移温度以上になる速度エネルギーであるのが好ましい。
【００１０】
Ｓｉを含む無機または有機材料の添加剤としてはとくに制限されないが、例えば無機材料の添加剤として、湿式製法シリカ、乾式製法シリカ等の微粉末シリカ、有機材料の添加剤として、該微粉末シリカ、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等のフッ素系樹脂粉末、微粉末酸化チタン、微粉末アルミナ等を、シランカップリング剤、シリコーンオイル等により表面処理を施した材料等が挙げられる。Ｓｉを含む無機または有機材料の添加剤は、トナー母体に対して０．１〜１０．０重量％使用するのがよい。また、Ｓｉを含まない添加剤を適宜使用できるのは勿論である。
【００１１】
また本発明によれば、トナーおよびキャリアからなる二成分現像剤をターブラミキサーで１分間回転させたとき、前記トナー表面の光電子分光法の測定により検出されたＳｉ元素のピークの半値幅に対し、３０分間回転させたときの前記トナー表面の光電子分光法の測定により検出されたＳｉ元素の半値幅が、１２０％以下の変化量であるのが好ましい。半値幅がこの変化量の範囲内であれば、本発明のトナーを補給トナーとして使用したとき、その帯電特性を一層高めることができる。
【００１２】
また本発明によれば、無機または有機材料の添加剤の電子状態が、トナー表面の電子状態と共有化されているのが好ましい。なお、ここでいう共有化とは、無機または有機材料の添加剤の容積の５０％程度が、トナー表面に埋没され固定されていることを意味する。該共有化が達成されることにより、トナーの使用過程により添加剤が埋没してしまったり、あるいは添加剤の上に何かが覆い被さったとしても、トナーの帯電特性の劣化を最小限に抑制することができる。
【００１３】
次に本発明における現像ユニットについて説明する。現像ユニットは、従来公知のものを本発明でも使用することができる。図１は、本発明で使用可能な現像ユニットの一実施形態を説明するための概略図である。
図１において、現像ユニットは、トナーおよびキャリアを混合する２軸スクリュー１０を備えた混合部１１と、混合部１１に新しいトナーを補給するトナー補給部１２と、感光体１３上の静電潜像にトナーを付着させる現像スリーブ１４と、現像スリーブ１４へのトナーの流入を規制するドクターブレード１５とを備えている。なお、ドクターブレード１５は、ドクターローラであってもよい。また図１において符号１６は、感光体１３の周囲に近接あるいは接触して、感光体１３上に一様な電荷を帯電させる帯電ローラであり、１７は、感光体１３上を除電する除電光であり、１８は、感光体１３上に静電潜像を形成するための図示しない露光手段からのレーザ光であり、１９は、トナー像を転写紙に転写する転写ローラであり、２０は、感光体１３上の残留トナーを除去するクリーニングブレードである。
本発明によれば、トナー補給部１２から本発明のトナーとキャリアとを２軸スクリュー１０で混合した際、本発明のトナーの帯電量が、ドクターブレードまたはローラ１５に到達する前に、混合部１１の既存トナーの帯電量と同レベルに立ち上げることができる。なおここでいう同レベルとは、例えば既存トナーの帯電量の７０％以上である。このような帯電量を本発明のトナーが確保することにより、地汚れを大きく改善することができ、良好な画像を提供することができる。
【００１４】
また本発明は、前記の本発明のトナーとキャリアとを混合してなる二成分現像剤を提供するものである。キャリアとしては、とくに制限されないが、例えば粒子径２０〜２００μｍ程度の鉄粉、フェライト粉、マグネタイト粉、磁性樹脂キャリア等が挙げられる。またキャリアとトナーの割合は、キャリア１００重量部に対してトナー１〜１０重量部が好ましい。
【００１５】
本発明によれば、キャリアが、コート材料によりコーティングされたコートキャリアであり、かつ個々のキャリアのコーティング膜厚が、その設定値の±２５％の範囲内にあるのが好ましい。この範囲内であれば、地汚れの発生をさらに抑制することができる。
コート材料としては、とくに制限されないが、例えばストレートシリコーン樹脂、例えば信越化学工業社製、ＫＲ２７１、ＫＲ２７２、ＫＲ２８２、ＫＲ２５２、ＫＲ１５２、東レダウコーニングシリコーン社製、ＳＲ２４００、ＳＲ２４０６等が挙げられる。また変性シリコーン樹脂も使用することができ、具体的にはエポキシ変性シリコーン（例えば信越化学工業社製ＥＳ−１００１Ｎ、東レダウコーニングシリコーン社製ＳＲ２１１５）、アクリル変性シリコーン（例えば信越化学工業社製ＫＲ−５２０８）、フェノール変性シリコーン、ウレタン変性シリコーン（例えば信越化学工業社製ＫＲ−３０５）、ポリエステル変性シリコーン（例えば信越化学工業社製ＫＲ−５２０３）、アルキッド変性シリコーン（例えば信越化学工業社製ＫＲ−２０６、東レダウコーニングシリコーン社製ＳＲ２１１０）等が挙げられる。また前記シリコーン樹脂には、アミノシランカップリング剤を適量（０．００１〜２０重量％）含有させることができる。このようなアミノシランカップリング剤としては、例えばＨ２Ｎ（ＣＨ２）３Ｓｉ（ＯＣＨ３）３、Ｈ２Ｎ（ＣＨ２）３Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）３、Ｈ２Ｎ（ＣＨ２）３Ｓｉ（ＣＨ３）２ＯＣ２Ｈ５、Ｈ２Ｎ（ＣＨ２）３Ｓｉ（ＣＨ３）（ＯＣ２Ｈ５）２、Ｈ２ＮＣＨ２ＣＨ２ＮＨＣＨ２Ｓｉ（ＯＣＨ３）３、Ｈ２ＮＣＨ２ＣＨ２ＮＨＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２Ｓｉ（ＣＨ３）（ＯＣＨ３）２、Ｈ２ＮＣＨ２ＣＨ２ＮＨＣＨ２ＣＨ２Ｓｉ（ＯＣＨ３）３、（ＣＨ３）２ＮＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２Ｓｉ（ＣＨ３）（ＯＣ２Ｈ５）２、（Ｃ４Ｈ９）２ＮＣ３Ｈ６Ｓｉ（ＯＣＨ３）３等が挙げられる。さらに前記シリコーン樹脂には、下記のような各種樹脂を混合することもできる。ポリスチレン、クロロポリスチレン、ポリ−α−メチルスチレン、スチレン−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−ブタジエン共重合体、スチレン−塩化ビニル共重合体、スチレン−酢酸ビニル共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、スチレン−アクリル酸エステル共重合体（スチレン−メタクリル酸メチル共重合体、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−メタクリル酸フェニル共重合体等）、スチレン−α−クロルアクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリロニトリル−アクリル酸エステル共重合体等のスチレン系樹脂、エポキシ樹脂、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、アイオノマー樹脂、ポリウレタン樹脂、ケトン樹脂、エチレン−エチルアクリレート共重合体、キシレン樹脂、ポリアミド樹脂、フェノール樹脂、ポリカーボネート樹脂、メラミン樹脂等。
コーティング方法は、例えばスプレードライ法、浸漬法、パウダーコーティング法等、公知の方法を採用できる。とくに流動床コーティング装置を用いる方法は、均一なコーティングが達成されるので好ましい。キャリアのコーティング膜厚は、例えば０．０２〜１μｍ、とくに０．０３〜０．８μｍが挙げられる。
【００１６】
【作用】
トナーの帯電に寄与する部分は、トナーの構成材料、例えば樹脂、着色剤、ワックス、帯電制御剤であり、またトナー表面に保持されている無機または有機材料の微粒子の添加剤である。トナーが現像ユニット内でストレス等を受けることでトナーの表面形状は変化し、形状とともに組成も変化する。そのため、初期のトナー特性と経時的に変化したトナー特性では電荷状態が異なる。電荷状態の変化は、マクロ的にはトナー帯電量として示される。本発明者らは、トナーの帯電現象をさらに詳しく調べるために、帯電に寄与すると考えられる、トナー表面に保持されている無機または有機材料の微粒子、とくにシリカ粒子の電荷状態を光電子分光法（ＸＰＳ）で調べたところ、初期トナーのＳｉ元素ナロースキャンのピーク位置と、経時変化した劣化トナーのＳｉ元素ナロースキャンのピーク位置とが異なっていることが明らかとなった。なお、通常、Ｓｉ元素のピーク位置は約１０３．５ｅＶである。これに対し、初期トナーの帯電に寄与しているシリカ粒子のＳｉ元素ピーク位置は１０４．５ｅＶであった。ピーク位置が通常より高エネルギー側にあるということは、Ｓｉ元素がチャージアップして電荷を保持している事と考えられる。そしてこの帯電特性の変化は、本発明者らの検討によれば、ターブラミキサーにおいてトナーとキャリアを一定時間混合することにより再現されることが分かった。
そこで本発明者らは、トナーにキャリアを混合し二成分現像剤としかつこれをターブラミキサーで１分間回転させたとき、トナー表面の光電子分光法の測定により検出されたＳｉ元素のピークの位置と、３０分間回転させたときの前記トナー表面の光電子分光法の測定により検出されたＳｉ元素のピークの位置とが、０．８ｅＶ以下である場合、本発明の効果を奏することのできる良好なトナーであることを見出し、本発明を完成することができた。
【００１７】
【実施例】
以下、本発明を実施例および比較例によりさらに説明するが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。
実施例１
低分子量ポリエステル樹脂６０重量部、高分子量スチレンアクリル樹脂３０重量部、カーボンブラックを４重量部、カルナウバワックス４重量部、帯電制御剤Ｅ−８４の１重量部を、一度氷点下２０℃にて１時間冷却した後、２軸のスクリューニーダで混練を行った。ダイから連続的に押し出される混練物に脈動が見られないように、混練を行った。つづいて圧延冷却後粗粉砕したトナーを、ジェットミルにて粉砕し、最終的に気流式分級機において体積平均粒径５．３μｍ、個数平均粒径４．８μｍのトナーを得た。
同様に、マゼンタ、シアン、イエローについても顔料を代えてカラートナーを得た。
次に、得られた各色トナー１００重量部に対してチタニア０．５重量部、ステアリン酸亜鉛０．５重量部を加えてヘンシェルミキサーにて２分間混合処理を行った。この際まずオーダードミクスチャー状態を形成してから、混合エネルギーを制御して混合作業を行った。混合エネルギーは、撹拌装置の回転数とともに、撹拌バネ形状、容器形状によって支配される。また本実施例での混合エネルギーは、添加剤の母体トナー粒子への衝突速度が、トナー母体樹脂の相転移温度以上になる速度エネルギーで行った。ミキサータンク容量は１００リットルを採用し、１０００ｒｐｍの回転数で混合処理した。その後、シリカを１重量部添加し、前記と同様の混合作業を１分間、３回行った。得られたトナーを一度別のタンクに移し変え、再度ヘンシェルミキサーに投入し、処理を１分間行った。一度に５０ｋｇのトナーを製造できた。このトナー５重量部と、キャリア１００重量部とを混合し、二成分現像剤を得た。なお、キャリアは、マグネタイトからなる心材（φ３４μｍ）に、シリコーン樹脂をスプレーコーティング（膜厚０．５μｍ）したものである。また、二成分現像剤を作製する前に、添加剤を混合したトナーは３０日放置した。
このトナーは光電子分光法による測定の結果、トナーにキャリアを混合し二成分現像剤としかつこれをターブラミキサーで１分間回転させたとき、前記トナー表面の光電子分光法の測定により検出されたＳｉ元素のピークの位置と、３０分間回転させたときの前記トナー表面の光電子分光法の測定により検出されたＳｉ元素のピークの位置との差が、０．６ｅＶであった。また、二成分現像剤をターブラミキサーで１分間回転させたとき、前記トナー表面の光電子分光法の測定により検出されたＳｉ元素のピークの半値幅に対し、３０分間回転させたときの前記トナー表面の光電子分光法の測定により検出されたＳｉ元素の半値幅が、１１０％の変化量であった。さらに、添加剤の電子状態が、トナー表面の電子状態と共有化されていることが光電子分光法によるマッピングから明らかとなった。さらにまた、個々のキャリアのコーティング膜厚が、その設定値の±２５％の範囲内にある（具体的には±５％の範囲内）ことがＴＯＦ−ＳＩＭＳから確認された。さらに、前記トナーは、リコー社製カラープリンターＩｐｓｉｏ８０００において補給トナーとして使用したとき、ドクターブレードを通過する前の２軸スクリュー部において、既存トナーの帯電量（−２２μｃ／ｇ）と同レベル（−１８μｃ／ｇ）に立ち上がっていた。なお、ｉｐｓｉｏ８０００の現像ユニットは、トナーおよびキャリアを混合する２軸スクリューを備えた混合部と、前記混合部に新しいトナーを補給するトナー補給部と、感光体上の静電潜像にトナーを付着させる現像スリーブと、前記現像スリーブへのトナーの流入を規制するドクターブレードを備えている。
また、得られたトナーを用いてオイル塗布機構を外したｉｐｓｉｏ８０００により画像形成を行った。細線およびベタ画像が良好な画像が形成できた。地汚れはまったく見られなかった。転写率を測定したところ９８％であった。また、二成分現像剤は２５０Ｋ枚まで交換の必要がなかった。帯電の立ち上がりも良好で、高速印字条件下におけるトナー補給でも地汚れは発生しなかった。さらに、１５０Ｋランニングした後にも地汚れは観測できなかった。
【００１８】
実施例２
実施例１において、シリカの混合作業の３回のところを１回にした以外は同じ方法でトナーを作製した。また同じ方法で二成分現像剤を作製した。
このトナーは光電子分光法による測定の結果、トナーにキャリアを混合し二成分現像剤としかつこれをターブラミキサーで１分間回転させたとき、前記トナー表面の光電子分光法の測定により検出されたＳｉ元素のピークの位置と、３０分間回転させたときの前記トナー表面の光電子分光法の測定により検出されたＳｉ元素のピークの位置との差が、０．７ｅＶであった。また、二成分現像剤をターブラミキサーで１分間回転させたとき、前記トナー表面の光電子分光法の測定により検出されたＳｉ元素のピークの半値幅に対し、３０分間回転させたときの前記トナー表面の光電子分光法の測定により検出されたＳｉ元素の半値幅が、１１５％の変化量であった。さらに、添加剤の電子状態が、トナー表面の電子状態と共有化されていることが光電子分光法によるマッピングから明らかとなった。さらにまた、個々のキャリアのコーティング膜厚が、その設定値の±２５％の範囲内にある（具体的には±１０％の範囲内）ことがＴＯＦ−ＳＩＭＳから確認された。さらに、前記トナーは、リコー社製カラープリンターＩｐｓｉｏ８０００において補給トナーとして使用したとき、ドクターブレードを通過する前の２軸スクリュー部において、既存トナーの帯電量（−２２μｃ／ｇ）と同レベル（−１７μｃ／ｇ）に立ち上がっていた。
また、得られたトナーを用いてオイル塗布機構を外したｉｐｓｉｏ８０００により画像形成を行った。細線およびベタ画像が良好な画像が形成できた。地汚れはまったく見られなかった。転写率を測定したところ９５％であった。また、二成分現像剤は２００Ｋ枚まで交換の必要がなかった。帯電の立ち上がりも良好で、高速印字条件下におけるトナー補給でも地汚れは発生しなかった。さらに、１００Ｋランニングした後にも地汚れは観測できなかった。
【００１９】
実施例３
実施例１で使用したステアリン酸亜鉛を除いた以外は実施例１と同じ方法でトナーを作製した。また同じ方法で二成分現像剤を作製した。
このトナーは光電子分光法による測定の結果、トナーにキャリアを混合し二成分現像剤としかつこれをターブラミキサーで１分間回転させたとき、前記トナー表面の光電子分光法の測定により検出されたＳｉ元素のピークの位置と、３０分間回転させたときの前記トナー表面の光電子分光法の測定により検出されたＳｉ元素のピークの位置との差が、０．７ｅＶであった。また、二成分現像剤をターブラミキサーで１分間回転させたとき、前記トナー表面の光電子分光法の測定により検出されたＳｉ元素のピークの半値幅に対し、３０分間回転させたときの前記トナー表面の光電子分光法の測定により検出されたＳｉ元素の半値幅が、１００％の変化量であった。さらに、添加剤の電子状態が、トナー表面の電子状態と共有化されていることが光電子分光法によるマッピングから明らかとなった。さらにまた、個々のキャリアのコーティング膜厚が、その設定値の±２５％の範囲内にある（具体的には±１８％の範囲内）ことがＴＯＦ−ＳＩＭＳから確認された。さらに、前記トナーは、リコー社製カラープリンターＩｐｓｉｏ８０００において補給トナーとして使用したとき、ドクターブレードを通過する前の２軸スクリュー部において、既存トナーの帯電量（−２２μｃ／ｇ）と同レベル（−２０μｃ／ｇ）に立ち上がっていた。
また、得られたトナーを用いてオイル塗布機構を外したｉｐｓｉｏ８０００により画像形成を行った。細線およびベタ画像が良好な画像が形成できた。地汚れはまったく見られなかった。転写率を測定したところ９５％であった。また、二成分現像剤は３００Ｋ枚まで交換の必要がなかった。帯電の立ち上がりも良好で、高速印字条件下におけるトナー補給でも地汚れは発生しなかった。さらに、２００Ｋランニングした後にも地汚れは観測できなかった。
【００２０】
比較例１
実施例１と同様にトナーを製造した。ただし、実施例１の添加剤の混合作業条件を採用せずに添加剤を混合し、すぐに二成分現像剤を作製した。
このトナーは光電子分光法による測定の結果、トナーにキャリアを混合し二成分現像剤としかつこれをターブラミキサーで１分間回転させたとき、前記トナー表面の光電子分光法の測定により検出されたＳｉ元素のピークの位置と、３０分間回転させたときの前記トナー表面の光電子分光法の測定により検出されたＳｉ元素のピークの位置との差が、１．０ｅＶであった。
また、実施例１と同様の方法で画像出しを行った。細線およびベタ画像が良好な画像が形成できた。転写率を測定したところ８３％であった。また、二成分現像剤の寿命は５０Ｋ枚までで交換が必要となった。帯電の立ち上がりが不良で、高温高湿度環境下では５Ｋ枚から地汚れが発生した。また１５Ｋ枚でも通常使用で地汚れが発生した。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によれば、優れた耐久性を有することから廃キャリアを少なくすることができ、帯電特性にも優れ、なおかつ地汚れやトナー飛散の発生も防止できるトナーおよびこれを用いた二成分現像剤が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明で使用可能な現像ユニットの一実施形態を説明するための概略図である。
【符号の説明】
１０ ２軸スクリュー
１１ 混合部
１２ トナー補給部
１３ 感光体
１４ 現像スリーブ
１５ ドクターブレード
Claims (7)
- 少なくとも現像ユニットを備えた電子写真装置に使用されるトナーにおいて、前記トナーは、その表面にＳｉを含む無機または有機材料の添加剤を保持するとともに、前記トナーにキャリアを混合し二成分現像剤としかつこれをターブラミキサーで１分間回転させたとき、前記トナー表面の光電子分光法の測定により検出されたＳｉ元素のピークの位置と、３０分間回転させたときの前記トナー表面の光電子分光法の測定により検出されたＳｉ元素のピークの位置との差が、０．８ｅＶ以下であることを特徴とするトナー。
- 前記二成分現像剤をターブラミキサーで１分間回転させたとき、前記トナー表面の光電子分光法の測定により検出されたＳｉ元素のピークの半値幅に対し、３０分間回転させたときの前記トナー表面の光電子分光法の測定により検出されたＳｉ元素の半値幅が、１２０％以下の変化量であることを特徴とする請求項１に記載のトナー。
- 前記無機または有機材料の添加剤の電子状態が、トナー表面の電子状態と共有化されていることを特徴とする請求項１または２に記載のトナー。
- 前記現像ユニットが、トナーおよびキャリアを混合する２軸スクリューを備えた混合部と、前記混合部に新しいトナーを補給するトナー補給部と、感光体上の静電潜像にトナーを付着させる現像スリーブと、前記現像スリーブへのトナーの流入を規制するドクターブレードまたはローラとを備え、前記トナー補給部から補給された新しいトナーが請求項１または２に記載のトナーであり、前記新しいトナーとキャリアとを前記２軸スクリューで混合した際、前記新しいトナーの帯電量が、前記ドクターブレードまたはローラに到達する前に、前記混合部の既存トナーの帯電量と同レベルに立ち上がっていることを特徴とする請求項１または２に記載のトナー。
- 前記トナー補給部から補給された新しいトナーとキャリアとを前記２軸スクリューで混合した際、前記新しいトナーの帯電量が、前記ドクターブレードまたはローラに到達する前に、前記混合部の既存トナーの帯電量の７０％以上に立ち上がっていることを特徴とする請求項４に記載のトナー。
- 請求項１ないし５のいずれか１項に記載のトナーと、キャリアとを混合してなる二成分現像剤。
- 前記キャリアが、コート材料によりコーティングされたコートキャリアであり、かつ個々のキャリアのコーティング膜厚が、その設定値の±２５％の範囲内にあることを特徴とする請求項６に記載の二成分現像剤。
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