JP2004271826A - 静電荷像現像用トナー、トナー評価方法及び現像方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】トナー搬送性に問題がなく、ドット再現性の良い高画質がいつでも得られるトナーを作製し、それを安定して生産できるようにするために、流動性に関して高精度のしかも個人差のない評価方式、およびその評価方式を用いて得られるトナーを提供すること。
【解決手段】少なくとも樹脂、顔料からなる粉体の表面に荷電制御剤を付着または固着させてなる静電荷像現像用トナーであって、該粉体を予め圧密状態にした後、円錐ロータを回転させながら侵入速度5mm/minで20mm粉体層中に侵入させたときに発生するトルクの値が、粉体層の空間率が0.58の場合は0.1〜2.5mNm、かつ、空間率が0.54の場合は0.1〜3.8mNmであることを特徴とする静電荷像現像用トナー。
【選択図】 図1
【解決手段】少なくとも樹脂、顔料からなる粉体の表面に荷電制御剤を付着または固着させてなる静電荷像現像用トナーであって、該粉体を予め圧密状態にした後、円錐ロータを回転させながら侵入速度5mm/minで20mm粉体層中に侵入させたときに発生するトルクの値が、粉体層の空間率が0.58の場合は0.1〜2.5mNm、かつ、空間率が0.54の場合は0.1〜3.8mNmであることを特徴とする静電荷像現像用トナー。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真法に基づいた1成分現像または2成分現像装置に用いるトナーおよび評価手段に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
複写機やプリンタなどの画質は、高画質化が進んでおり、最近では細かいドットの再現性が非常に重要になってきている。このドットの再現性は、トナーや現像剤の帯電量などの他に流動性に非常に影響され、細かい潜像部に均一なトナー層または現像剤層を安定して供給すること、搬送することが必要になってきている。特に、一成分現像方式においては、非常に薄い層を常に安定に現像ローラ上に設ける必要があり、トナーの流動性が重要となってきている。
また、高画質化が進むにつれて、それに用いられるトナーにおいては、小粒径化、高機能化が進んでいる。そのため、トナーの構造が複雑になってきており、従来より細かい作製時の制御が必要となってきている。特に、トナーの流動性はドット再現性の他に種々の画像品質に影響を与えるため、評価の面では個人差のない、精度の高い評価法が必要とされている。
また、トナーの作製法が粉砕方式から重合法等の他の方式に変化したとき、製造条件に対しての流動特性の変化が大きく、粉砕方式の場合に比較して、細かい作製時のコントロールおよび評価が必要となっている。
また、トナーの低温定着化や定着のオイルレス化が進んでくるとともに、トナーの母体組成や構造が複雑になり、トナーの流動性にも影響を及ぼすようになる。そのため、従来よりも精度の高い構造制御が必要になり、それに応じて感度の高い流動性評価法が必要とされている。
また、電荷制御剤の効果的な構造検討も行なわれており、トナー粒子表面に電荷制御剤を局在化させて、安定した帯電特性を持たせる検討が進んでいる。しかし、粒子表面での電荷制御剤の状態により、流動性にも影響を及ぼすため、感度の高い流動性評価法が必要とされている。
【0003】
トナーの流動性の評価方法に関して従来なされている提案としては、磁場が印加されたロートの狭部を通過して落下するのに要する時間を測定する方法がある(例えば、特許文献1参照。)。
また、傾斜可能な板の上にトナーを載せて、板を徐々に傾けていき、流れ始めるときと流れ終えたときの角度を測定してトナーの流動性を評価する方法がある(例えば、特許文献2参照。)。
さらに、篩を何段かに重ねて、その上にトナーを投入して、篩部分に水平方向と垂直方向の振動を与え、一定時間後の各篩部に残ったトナー量に予め設定された係数を乗算して算出してトナーの流動性を評価する方法がある(例えば、特許文献3参照。)。
しかしながらこれらの方法によると、得られるデータのバラツキが大きく、測定者による差があり、細かいトナー間の流動性の違いを評価することは困難であった。
【0004】
本発明者等は、このような問題に対して、トナーの流動性をトナー粉体層に円錐ロータを回転させながら侵入させ、円錐ロータがトナー粉体層中を移動するときに発生するトルクまたは荷重を測定することによって評価し、細かいトナー間の流動性の違いを正確に評価することができる新規な評価方式を先に提案し、出願した(特願2002−346981号、特願2002−346831号)。
該新規な評価方式によると、定量的に、精度良く、個人差がなく評価でき、また、短時間でトナー層をそのまま測定でき、製造ラインの中にも導入できるので、トナー搬送性が良好で、高画質が得られるトナーを安定して生産できる利点を有するものである。
【0005】
【特許文献1】
特開平1−203941号公報
【特許文献2】
特開平4−116449号公報
【特許文献3】
特開2000−292967号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、トナー搬送性に問題がなく、ドット再現性の良い高画質がいつでも得られるトナーを作製し、それを安定して生産できるようにするために、流動性に関して高精度のしかも個人差のない評価方式、およびその評価方式を用いて得られるトナーを提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、本発明の(1)「少なくとも樹脂、顔料からなる粉体の表面に荷電制御剤を付着または固着させてなる静電荷像現像用トナーであって、該粉体を予め圧密状態にした後、円錐ロータを回転させながら侵入速度5mm/minで20mm粉体層中に侵入させたときに発生するトルクの値が、粉体層の空間率が0.58の場合は0.1〜2.5mNm、かつ、空間率が0.54の場合は0.1〜3.8mNmであることを特徴とする静電荷像現像用トナー」、(2)「少なくとも樹脂、顔料からなる粉体の表面に荷電制御剤を付着または固着させてなる静電荷像現像用トナーであって、該粉体を予め圧密状態にした後、円錐ロータを回転させながら侵入速度5mm/minで20mm粉体層中に侵入させたときに発生する荷重の値が、粉体層の空間率が0.58の場合は0.01〜0.65N、かつ、空間率が0.54の場合は0.01〜1.1Nであることを特徴とする静電荷像現像用トナー」、(3)「前記粉体の表面に付着または固着した荷電制御剤が平均粒径10〜200nmであることを特徴とする前記第(1)項又は第(2)項に記載の静電荷像現像用トナー」、(4)「前記粉体の平均円形度が0.90〜0.99であることを特徴とする前記第(1)項乃至第(3)項のいずれかに記載の静電荷像現像用トナー」、(5)「前記粉体の中に離型剤を含んでいることを特徴とする前記第(1)項乃至第(4)項のいずれかに記載の静電荷像現像用トナー」、(6)「前記粉体の中に離型剤の分散剤を含んでいることを特徴とする前記第(5)項に記載の静電荷像現像用トナー」、(7)「樹脂及び顔料を予め混練させた組成物を用いて作製したことを特徴とする前記第(1)項又は第(2)項に記載の静電荷像現像用トナー」、(8)「前記荷電制御剤が付着または固着した粉体の表面に、平均粒径10〜200nmの無機微粉体からなる添加剤を付着または固着させたことを特徴とする前記第(1)項乃至第(7)項のいずれかに記載の静電荷像現像用トナー」、(9)「前記粉体が重合法によって作製されたことを特徴とする前記第(1)項乃至第(8)項のいずれかに記載の静電荷像現像用トナー」、(10)「体積平均粒径が4〜8μmであることを特徴とする前記第(1)項乃至第(9)項のいずれかに記載の静電荷像現像用トナー」によって解決される。
また、上記課題は、本発明の(11)「前記第(1)項乃至第(10)項のいずれかに記載の静電荷像現像用トナーを用いて、圧密状態のトナー層が形成された容器中のトナー層中に、円錐ロータを回転させながら侵入させて、円錐ロータにかかるトルクと容器にかかる荷重を測定することによって、その測定値からトナーの流動性を評価する方法であって、該円錐ロータの頂角が20〜150°であることを特徴とする静電荷像現像用トナー評価方法」、(12)「前記円錐ロータの表面に溝が切ってあることを特徴とする前記第(11)項に記載の静電荷像現像用トナー評価方法」、(13)「前記円錐ロータの回転数が0.1〜10rpmであることを特徴とする前記第(11)項又は第(12)項に記載の静電荷像現像用トナー評価方法」によって解決される。
また、上記課題は、本発明の(14)「前記第(1)項乃至第(10)項のいずれかに記載の静電荷像現像用トナーを用いて、接触または非接触現像を行なうことを特徴とする1成分現像方法」、(15)「ドクターローラおよび/または供給ローラを用いることを特徴とする前記第(14)項に記載の1成分現像方法」、(16)「前記第(1)項乃至第(10)項のいずれかに記載の静電荷像現像用トナーと、粒径20〜100μmのキャリアを用いて現像することを特徴とする2成分現像方法」、(17)「ACバイアス電圧成分を印加して現像することを特徴とする前記第(14)項乃至第(16)項のいずれかに記載の現像方法」によって解決される。
また、上記課題は、本発明の(18)「前記第(1)項乃至第(10)項のいずれかに記載の静電荷像現像用トナーが充填されたことを特徴とするトナーカートリッジ」によって解決される。
また、上記課題は、本発明の(19)「前記第(11)項乃至第(13)項のいずれかに記載の評価方法を用いてトナーを製造することを特徴とする静電像現像用トナーの製造方法」によって解決される。
また、上記課題は、本発明の(20)「圧密状態のトナー層が形成された容器中のトナー層中に、円錐ロータを回転させながら侵入させて、円錐ロータにかかるトルクと容器にかかる荷重を測定してトナーの流動性を評価するのに用いる装置であって、トナー層中に回転しながら侵入する円錐ロータ、回転する円錐ロータにかかるトルクを検出するトルクメータ、円錐ロータの回転によって容器にかかる荷重を検出するロードセルおよび円錐ロータを上下移動させる昇降機を少なくとも具備し、前記第(11)項乃至第(13)項のいずれかに記載の評価方法を用いることを特徴とする静電荷像現像用トナー評価装置」によって解決される。
また、上記課題は、本発明の(21)「前記第(11)項乃至第(13)項のいずれかに記載の評価方法を用いてトナーを製造することを特徴とする静電像現像用トナーの製造装置」によって解決される。
【0008】
本発明は、少なくとも樹脂、顔料からなる粉体の表面に荷電制御剤を付着または固着させてなる静電荷像現像用トナーであって、該粉体を予め圧密状態にした後、円錐ロータを回転させながら侵入速度5mm/minで20mm粉体層中に侵入させたときに発生するトルクの値が、粉体層の空間率が0.58の場合は0.1〜2.5mNm、かつ、空間率が0.54の場合は0.1〜3.8mNmになるようにすることにより、トナー搬送性が良く、ドット再現性の良い高画質の得られる静電荷像現像用トナーに関するものである。
【0009】
本発明のトナーは、少なくとも樹脂、顔料からなる粉体の表面に電荷制御剤を付着または固着させた構造をしている。特に、電荷制御剤を粉体の表面に局在化させることにより、帯電特性の安定化を実現し、ドット再現性の優れた高画質を常に実現するものである。粉体表面の電荷制御剤の状態は流動性にも強く影響を及ぼすため、トナー層や現像剤層を形成するときのトナー搬送特性に影響を与えないようにする必要がある。感度の高い流動性評価法を用いてトナー流動性に問題のない最適な条件に入るように規定することにより、粉体表面の電荷制御剤の状態を最適化して、そのときの高画質化も実現できた。
【0010】
本発明の評価方法は、トナーの粉体層中に円錐ロータを回転させながら、侵入(下降)させたり、引抜(アップ)いたりさせ、そのときに円錐ロータやトナー粉体層が入っている容器にかかるトルクや荷重を測定し、そのトルクや荷重の値により流動性を評価するものである。
【0011】
円錐ロータの形状はどんなものでも良いが、円錐の頂角が20〜150°であるものが適している。円錐の頂角が20°より小さいとトナー粉体層との抵抗が小さいため、トルクや荷重が小さく、細かい流動性の違いを評価できない。逆に、頂角が150°より大きい場合には、トナー粉体層を押さえつける方向の力が大きくなり、トナー粒子の変形が生じやすくなり、トナー流動性の評価には適していない。円錐ロータの長さは、トナー粉体層の中に円錐ロータ表面が連続的に存在するような充分な長さが必要である。また、円錐ロータ表面には溝が切ってある方が良い。円錐ロータの材質面とトナー粒子との摩擦成分を測定するのではなく、トナー粒子とトナー粒子との摩擦成分を測定する方が良い。そのためには、円錐ロータが回転しながらトナー粉体層の中に侵入していくとき、円錐ロータ表面に切ってある溝の中にトナー粒子が入り込んできて、その入り込んだトナー粒子と周りのトナー粒子との摩擦状態を測定するようにした方が適している。この溝の形状は問わないが、円錐ロータの材質面とトナー粒子との接触が小さくなるように工夫する必要がある。一例を図2に示す。これは、円錐の頂点からまっすぐ底辺方向に溝を切ったもので、その溝の断面が三角形の凹凸からなるのこぎり歯形状をしている。この場合、円錐ロータ材質面とトナー粒子との接触は、三角溝の山の先端部分のみとなる。ほとんどが溝に入り込んだトナー粒子とその周辺のトナー粒子との接触となる。
【0012】
円錐ロータの材質としては、特に限定的でなく、加工しやすくて、表面が固く、変質しないものが好ましく、さらに帯電性を帯びない材質が適している。具体例として、SUS,Al,Cu,Au,Ag,黄銅等を挙げることができる。
【0013】
トナー粉体のトルクおよび荷重は、円錐ロータ(1)の回転数や侵入速度によって変化するものである。
本発明の評価方法においては、トナー粒子同士の微妙な接触状態を検知し、測定精度を上げるために、円錐ロータの回転数や侵入速度を下げて測定することが好ましく、特に次のような条件で行なうことが好ましいことを確認した。
・円錐ロータの回転数:0.1〜100rpm
・円錐ロータの侵入速度:0.2〜200mm/min
円錐ロータの回転数を、0.1rpm未満の条件で行なうと、トナー粉体層の微妙な状態の影響を受けやすいため、トルク測定バラツキの問題が生じる傾向がある。また、100rpmより大きい場合には、トナーの飛び散り等が生じて、安定に測定できない場合が出てくる。
一方、円錐ロータの侵入速度が0.2mm/min未満の場合には、トナー粉体層の微妙な状態の影響を受けやすく、測定バラツキの問題が生じる傾向がある。また、200mm/minより速い場合は、トナー粉体層が圧密状態になりやすく、トナー変形等の影響が出てくるので、流動性評価には適当でない。
【0014】
装置構成は図1のようになり、圧密ゾーンと測定ゾーンから成る。圧密ゾーンは、粉体を入れる容器(4)、その容器を上下させる昇降ステージ(3)、圧密させるピストン(5)、そのピストンに荷重を加えるおもり(7)等から構成される。
なお、本構成は一例であり、本発明を限定するものではない。また、圧密ゾーンがなくても良い。
本構成では、粉体を入れた試料容器(4)を上昇させ、圧密用のピストン(5)に接触させ、さらに上昇させてピストン(5)に重り(7)の荷重が全てかかるような重り(7)が支持板(8)より浮いた状態になるようにし、一定時間放置する。
その後、粉体を入れた容器(4)が載せてある昇降ステージ(3)を下げて、ピストン(5)を粉体表面から離す。ピストン(5)は、どんな材質でも良いが、粉体を押付ける表面の表面性がスムーズである必要がある。
そのため、加工しやすくて、表面が固く、変質しない材質が良い。また、帯電による粉体付着がないようにする必要があり、導電性の材質が適している。この材質の一例としては、SUS,Al,Cu,Au,Ag,黄銅等がある。
【0015】
円錐ロータ(1)の形は、前述したように頂角が20〜150°のものが好ましい(図2参照。)。
円錐ロータ(1)の長さは、円錐ロータ部分が充分トナー層の内部まで入るように長くする必要がある。
溝の形状は、どのような形状でも良いが、円錐ロータを交換したためにトルクや荷重の値が再現しなくなるということがないように注意しないといけない。そのためには、円錐ロータの溝形状は単純で、同じ形状のロータが何度でも造れる形の方が良い(図3参照。)。
【0016】
容器(4)の材質については問わないが、粉体との帯電による影響が出ないように導電性の材質が適している。また、粉体を入れ替えながら測定するため、汚れを少なくするために表面が鏡面に近いものが良い。容器のサイズは重要であり、円錐ロータ(1)が回転しながら侵入するときに容器の壁の影響がでないように円錐ロータ(1)の直径に対して大き目の(直径)サイズを選択する必要がある。
【0017】
トルクメータ(2)は高感度タイプのものが良く、非接触方式のものが適している。ロードセル(6)は荷重レンジが広く、分解能の高いものが適している。位置検出器はリニアスケール、光を用いた変位センサ等があるが、精度的に0.1mm以下の仕様が適している。昇降機は、サーボモータやステッピングモータを用いて、精度良く駆動できるものが良い。
【0018】
測定は、容器(4)にトナーを一定量投入し、本装置にセットする。その後、円錐ロータ(1)を回転させながらトナー粉体層の中に侵入させる。しかし、実際の測定に入る前に、トナー粉体層を加圧して、圧密状態を作り出し、その圧密状態のトナー層に円錐ロータ(1)を下降させ測定を行なうようにした方が良い。トルクや荷重測定に入るときには、決められた回転数、侵入速度で行なう。円錐ロータ(1)の回転方向は任意である。円錐ロータ(1)の侵入距離は、浅いとトルクや荷重の値が小さく、データの再現性等に問題が生じるため、データの再現性のある領域まで深く円錐ロータ(1)を侵入させた方が良い。
本発明者の実験結果によると、5mm以上侵入させればほぼ安定した測定が可能になった。測定モードは、どのような条件でも可能であるが、例として以下のような測定モードがある。
▲1▼容器にトナーを充填する。
▲2▼トナー粉体層を加圧して、圧密状態作り出す。
▲3▼円錐ロータを回転させながら侵入させ、そのときのトルク、荷重を測定する。
▲4▼円錐ロータがトナー表面層から予め設定した深さ迄侵入したところで、侵入動作を止める。
▲5▼円錐ロータを引抜く動作を開始する。
▲6▼円錐ロータの先端がトナー粉体層表面から抜け、完全にフリーになった時点(最初のホームポジション)で円錐ロータの引抜き動作を停止し、回転も止める。
以上の▲1▼〜▲6▼の操作を繰返して測定を行なう。連続的に行なっても良い。
【0019】
また、別の測定法としては、トナー粉体層を測定前に加振器により振動を与えて安定化させ、その安定化したトナー粉体層を加圧し圧密状態にし、圧密状態のトナー粉体層に回転させながら円錐ロータを侵入させ、そのときのトルクや荷重を測定し、予め設定した深さ迄到達したら侵入動作を止め、その後円錐ロータを最初の位置(ホームポジション)迄アップさせる。
【0020】
また、別な方法としては圧密状態のトナー粉体層に、円錐ロータを侵入させて、予め設定したトルク値になるまでの深さを調べる方法等がある。
圧密状態は、一般的に空間率の変化として評価できる(粉体工学ハンドブック(朝倉書店出版)参照。)。
【0021】
以上説明したように、本発明の評価方式においては、トナー粉体層の空間率が重要であり、本発明者等の実験結果によれば、空間率の範囲としては、種々な測定法の場合を含めて安定して測定するためには、0.4〜0.75が好ましいことが確認された。
0.4未満になると、圧密状態の微妙な条件の違いが、トルクと荷重に影響を及ぼし、安定した測定が困難になる傾向になる。0.75より大きい場合にはトナーが飛散し、測定には適していない。
しかし、測定系、測定条件等に関してはこの限りではない。
【0022】
本発明の流動性評価方法の対象とするトナーについては、その粒径を問わないが、高画質画像を実現するための本発明のトナーとしては、その体積平均粒径が4〜8μmであることが好ましく、さらに5〜7μmがより好ましい。
体積平均粒径4μm未満のトナーは、軽量であるため飛散しやすくなって長期間使用を繰り返すと画像形成装置の内側ばかりでなく画像形成装置の外側周囲を汚し、さらに人体への影響も懸念され、また低湿環境下での画像濃度低下、感光体クリーニング不良等という問題が生じやすくなる。
また、体積平均粒径が8μmを超えるトナーの場合には、100μm以下の微小スポットの解像度が充分でなく非画像部への飛び散りも多く画像品位が劣る傾向となる。
【0023】
本トナーを用いる現像剤は、高画質画像を実現するために、キャリアの平均粒径が20〜100μmであることが必要である。キャリアの平均粒径が20〜100μmの範囲にあると、現像機内部のトナー濃度が2〜10重量%の範囲内において、トナーの帯電量をより均一にすることができる。20μmより小さくなるとキャリア粒子の感光体上への付着等が生じやすく、さらにトナーとの撹拌効率が悪くなりトナーの均一な帯電量が得られにくくなる。逆に、キャリアの平均粒径が100μmを超える場合では、細かい画像再現性が悪くなり、高画質は得られない。
【0024】
トナーを構成する材料についての説明する。
樹脂としては、ポリスチレン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、スチレンアクリル樹脂、スチレンメタクリレート樹脂、ポリウレタン樹脂、ビニル樹脂、ポリオレフィン樹脂、スチレンブタジエン樹脂、フェノール樹脂、ポリエチレン樹脂、シリコン樹脂、ブチラール樹脂、テルペン樹脂、ポリオール樹脂等がある。
【0025】
ビニル樹脂としては、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単重合体: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−クロロメタクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−ビニルメチルエーテル共重合体、スチレン−ビニルエチルエーテル共重合体、スチレン−ビニルメチルケトン共重合体、スチレン−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、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル等がある。
【0026】
ポリエステル樹脂としては、以下のA群に示したような2価のアルコールと、B群に示したような二塩基酸塩からなるものであり、さらにC群に示したような3価以上のアルコールあるいはカルボン酸を第三成分として加えてもよい。
A群: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−ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、1,4−ブテンジオール、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−(2,2)−2,2’−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、ポリオキシプロピレン−(3,3)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、ポリオキシエチレン−(2,0)−2,2−ビス−(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、ポリオキシプロピレン(2,0)−2,2’−ビス−(4−ヒドロキシフェニル)プロパン等。
B群:マレイン酸、フマール酸、メサコニン酸、シトラコン酸、イタコン酸、グルタコン酸、フタール酸、イソフタール酸、テレフタール酸、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、リノレイン酸、またはこれらの酸無水物または低級アルコールのエステル等。
C群:グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール等の3価以上のアルコール、トリメリト酸、ピロメリト酸等の3価以上のカルボン酸等。
【0027】
ポリオール樹脂としては、エポキシ樹脂と2価フェノールのアルキレンオキサイド付加物、もしくはそのグリシジルエーテルとエポキシ基と反応する活性水素を分子中に1個有する化合物と、エポキシ樹脂と反応する活性水素を分子中に2個以上有する化合物を反応してなるものなどがある。
【0028】
顔料としては、例えば以下のようなものが用いられる。
黒色顔料としては、カーボンブラック、オイルファーネスブラック、チャンネルブラック、ランプブラック、アセチレンブラック、アニリンブラック等のアジン系色素、金属塩アゾ色素、金属酸化物、複合金属酸化物等が挙げられる。
黄色顔料としては、カドミウムイエロー、ミネラルファストイエロー、ニッケルチタンイエロー、ネーブルスイエロー、ナフトールイエローS、ハンザイエローG、ハンザイエロー10G、ベンジジンイエローGR、キノリンイエローレーキ、パーマネントイエローNCG、タートラジンレーキ等が挙げられる。
また、橙色顔料としては、モリブデンオレンジ、パーマネントオレンジGTR、ピラゾロンオレンジ、バルカンオレンジ、インダンスレンブリリアントオレンジRK、ベンジジンオレンジG、インダンスレンブリリアントオレンジGK等が挙げられる。
また、赤色顔料としては、ベンガラ、カドミウムレッド、パーマネントレッド4R、リソールレッド、ピラゾロンレッド、ウォッチングレッドカルシウム塩、レーキレッドD、ブリリアントカーミン6B、エオシンレーキ、ローダミンレーキB、アリザリンレーキ、ブリリアントカーミン3B等が挙げられる。
紫色顔料としては、ファーストバイオレットB、メチルバイオレットレーキが挙げられる。
青色顔料としては、コバルトブルー、アルカリブルー、ビクトリアブルーレーキ、フタロシアニンブルー、無金属フタロシアニンブルー、フタロシアニンブルー部分塩素化物、ファーストスカイブルー、インダンスレンブルーBC等が挙げられる。
緑色顔料としては、クロムグリーン、酸化クロム、ピグメントグリーンB、マラカイトグリーンレーキ等が挙げられる。
【0029】
これらの顔料は、1種または2種以上を使用することができる。
特にカラートナーにおいては、良好な顔料の均一分散が必須となり、顔料を直接大量の樹脂中に投入するのではなく、一度高濃度に顔料を分散させたマスターバッチを作製し、それを希釈する形で投入する方式が用いられている。
この場合、一般的には、分散性を助けるために溶剤が使用されるが、環境等の問題があるため、水を使用して分散させることが好ましい。
水を使用する場合、マスターバッチ中の残水分が問題にならないように、温度コントロールが重要になる。
【0030】
本発明のトナーにおいては、電荷制御剤をトナー粒子内部に配合(内添)することが好ましい。しかし、トナー粒子と混合(外添)して用いても良い。電荷制御剤によって、現像システムに応じた最適の電荷量コントロールが可能となり、特に本発明では、粒度分布と電荷量とのバランスを更に安定したものとすることが可能である。つまり、トナーの表面に電荷制御剤を設けることにより、対キャリアとの摩擦帯電を有効的にかつ均一に行なうことが可能になり、安定したトナー粒子の帯電特性を得ることができる。電荷制御剤の平均粒径は10〜200nmの小さい粒径のものが最適である。10nmより小さい粒径の場合には流動性に及ぼす影響が小さく、200nmより大きい粒径の場合にはトナー粒子表面への付着状態にバラツキが生じ、安定性に問題が生じた。
電荷制御剤としては、トナーを正電荷性に制御するものとして、ニグロシンおよび四級アンモニウム塩、トリフェニルメタン系染料、イミダゾール金属錯体や塩類を、単独あるいは2種類以上組み合わせて用いることができる。
また、トナーを負電荷性に制御するものとしてサリチル酸金属錯体や塩類、有機ホウ素塩類、カリックスアレン系化合物等が用いられる。
【0031】
トナー粒子表面への電荷制御剤の付着または固着を実現させるには、混合機が必要になる。装置としては、オングミル、θコンポーザ、スーパーミキサー、ハイブリタイザー、クリプトロン、Qミキサー等がある。
電荷制御剤の付着または固着条件であるが、主に混合回転数によってトナー粒子表面への付着または固着条件が制御される。つまり、混合回転数は粉体表面に電荷制御剤を付着させる力を制御できる。混合回転数は2000rpm〜5000rpmが最適であり、混合回転数が2000rpmより低回転数の場合には電荷制御剤がトナー粒子表面に非常に弱い力で付着するような形になり、トナー粒子の表面状態の安定さが失われ、トナー飛散、機内汚染等が生じやすくなる。混合回転数が5000rpmより高回転数では、電荷制御剤がトナー粒子表面内部に食込むと共に、表面の凹凸形状がならされて凹凸が小さくなり、流動性は逆に悪くなる。
これらの混合条件は、混合機の種類によって異なる。特に、注入が可能な混合機の場合には、微粉体が添加される前の粉体(母体)と微粉体との間に働くエネルギーが加わりやすい条件にあるので、細かく最適な条件を調整する必要がある。
【0032】
また、本発明のトナーには、定着時のオフセット防止のために離型剤を内添することが可能である。
離型剤としては、キャンデリラワックス、カルナウバワックス、ライスワックスなどの天然ワックス、モンタンワックスおよびその誘導体、パラフィンワックスおよびその誘導体、ポリオレフィンワックスおよびその誘導体、サゾールワックス、低分子量ポリエチレン、低分子量ポリプロピレン、アルキルリン酸エステル等がある。
これら離型剤の融点は、65〜90℃であることが好ましい。この範囲より低い場合には、トナーの保存時のブロッキングが発生しやすくなり、この範囲より高い場合には定着ローラー温度が低い領域でオフセットが発生しやすくなる場合がある。
【0033】
離型剤等の分散性を向上させるなどの目的のために、添加剤を加えても良い。
添加剤としては、スチレンアクリル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリスチレン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、スチレンメタクリレート樹脂、ポリウレタン樹脂、ビニル樹脂、ポリオレフィン樹脂、スチレンブタジエン樹脂、フェノール樹脂、ブチラール樹脂、テルペン樹脂、ポリオール樹脂等があり、それぞれの樹脂を2種以上混合して用いることができる。
【0034】
樹脂は、結晶性ポリエステルを用いても良い。結晶性を有し、分子量分布がシャープで、かつその低分子量分の絶対量を可能な限り多くした脂肪族系ポリエステルである。この樹脂はガラス転移温度(Tg)において結晶転移を起こすと同時に、固体状態から急激に溶融粘度が低下し、紙への定着機能を発現する。この結晶性ポリエステル樹脂の使用により、樹脂のTgや分子量を下げ過ぎることなく低温定着化を達成することができる。そのため、Tg低下に伴なう保存性の低下はない。また、低分子量化に伴なう高すぎる光沢や耐オフセット性の悪化もない。したがって、この結晶性ポリエステル樹脂の導入は、トナーの低温定着性の向上に非常に有効である。
【0035】
本発明のトナーおいて、低温定着性を発現し、耐ホットオフセット性を確保するためには、トナー中の樹脂および離型剤の合計量に対して、結晶性ポリエステルの含有量は1〜50重量%であり、離型剤の含有量は2〜15重量%であることが好ましい。結晶性ポリエステルの含有量が1重量%未満の場合は低温定着性に効果がなく、50重量%を超える場合はホットオフセット性が悪化する。離型剤含有量が2重量%未満の場合は、耐オフセット性に効果がない場合があり、15重量%を超える場合には、トナー流動性の低下が生じる。
【0036】
結晶性ポリエステル樹脂の分子構造については、限定的でないが、ポリエステル樹脂の結晶性および軟化点の観点から、炭素数2〜6のジオール化合物、特に1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオールおよびこれらの誘導体を含有するアルコール成分と、マレイン酸、フマル酸、コハク酸、およびこれらの誘導体を含有する酸成分とを用いて合成される下記一般式(1)で表わされる脂肪族系ポリエステルを含有することが好ましい。
【0037】
【化1】
[−O−CO−CR1=CR2−CO−O−(CH2)n−]m …(1)
(ここでn,mは繰り返し単位の数である。R1,R2は炭化水素基である。)
また、ポリエステル樹脂の結晶性および軟化点の観点から、非線状のポリエステルを合成するために、アルコール成分にグリセリン等の3価以上の多価アルコールを追加し、酸成分に無水トリメリット酸などの3価以上の多価カルボン酸を追加して縮重合を行なっても良い。
【0038】
結晶性ポリエステル樹脂のガラス転移温度(Tg)は、耐熱保存性が悪化しない範囲で低いことが望ましく、80〜130℃の範囲にあることが好ましい。
ガラス転移温度(Tg)が80℃未満の場合は耐熱保存性が悪化し、現像装置内部の温度でブロッキングが発生しやすくなり、130℃より高い場合には定着下限温度が高くなるため低温定着性が得られなくなる。
結晶性ポリエステル樹脂のガラス転移温度(Tg)は、DSCによる2nd昇温時の吸熱ピーク温度である。
【0039】
また、本発明のトナーに粉砕性を向上させるために、粉砕助剤を含ませても良い。
粉砕助剤用の材料としては、ビニルトルエン、α−メチルスチレンおよびイソプロペニルトルエンからなる群から選ばれる少なくとも1種のモノマーの重合体を含む樹脂等である。
この重合体としては、ビニルトルエン、α−メチルスチレンまたはイソプロペニルトルエンの単独重合体であってもよいし、これらのモノマー同志の共重合体であってもよい。
これらの重合体には、スチレン以外の他のモノマーが共重合されていないのが好ましいが、本発明の目的を損なわない範囲でスチレン以外の他のモノマーが共重合されていてもよい。
スチレンの含有量は、共重合体を構成する全モノマーに占めるスチレンの割合として50モル%以下、好ましくは40〜20モル%であることが望ましい。
これらの樹脂は脆いために、結晶性ポリエステルと組み合わせて使用すると、結晶性ポリエステルの結晶性に起因する不充分な粉砕性を向上させることができる。
【0040】
本発明のトナーを作製する方法としては、粉砕法、重合法(懸濁重合、乳化重合分散重合、乳化凝集、乳化会合等)等があるが、これらの作製法に限るものではない。
【0041】
粉砕法の一例について述べる。
先ず、前述した樹脂、着色剤としての顔料または染料、電荷制御剤、離型剤、その他の添加剤等を、ヘンシェルミキサーの如き混合機によって充分に混合した後、バッチ式の2本ロール、バンバリーミキサーや連続式の2軸押出し機、連続式の1軸混練機等の熱混練機を用いて構成材料をよく混練し、圧延冷却後、切断を行なう。
切断後のトナー混練物は破砕を行ない、ハンマーミル等を用いて粗粉砕し、更にジェット気流を用いた微粉砕機や機械式粉砕機によって、微粉砕し、旋回気流を用いた分級機やコアンダ効果を用いた分級機により所定の粒度に分級する。
その後、混合機により無機粒子などからなる添加剤を粒子表面に付着もしくは固着させる。
【0042】
この混合工程によって、添加剤を粒子表面に付着もしくは固着させた後のトナー粒子の流動性を、本発明の評価法を用いて評価する。
この場合、抜き取り検査で、試料を試料容器に入れ、加圧等によって圧密状態にし、その試料容器を直接図1に示す評価装置の試料台に載せ測定を行なう。円錐ロータの回転数は0.1〜10rpmとし、円錐ロータの侵入速度は5mm/minとした。測定は、円錐ロータを回転させながら侵入させ、5mm以上の予め設定した侵入距離を経た後は侵入を止め、その後円錐ロータを引抜き、元の初期位置に戻す。この円錐ロータのトナー粉体層への侵入時のトルク、荷重を測定し、トナーの流動性を評価する。
混合工程後、250メッシュ以上の篩を通過させ、粗大粒子、凝集粒子を除去し本発明のトナーを得る。なお、風篩工程後、トナーの流動性を評価しても良い。
【0043】
本発明の評価法によってトナー流動性を評価した場合には、測定値(トルク、荷重)とトナー流動性が以下のような関係になる。
1)・トルクの値が小さければ小さい程、流動性は良くなる。
・トルクの値が大きければ大きい程、流動性は悪くなる。
2)・荷重の値が小さければ小さい程、流動性は良くなる。
・荷重の値が大きければ大きい程、流動性は悪くなる。
【0044】
円錐ロータを用いた本発明の評価法は、次のような特徴を持つものであり、抜取り試料をそのまま迅速に、簡単に測定できるため、個人差のない、精度の高い測定ができることにある。
▲1▼非破壊検査である。
▲2▼試料をそのまま測定できる。
▲3▼短時間で測定できる。
▲4▼誰にでも簡単に測定できる。
そのため、製造ラインでの計測も可能であり、製造工程の中での各工程間に設置して、工程途中での品質評価ができる。
例えば、混合工程を経た後、次工程へ粉体試料を搬送する途中に、試料抜取り・測定ゾーンを設けておき、あるタイミングでシャッターを開閉して、一定量の試料を測定部へ搬送する。その測定部の先端部はSUS等でできた容器になっており、そのまま本評価方法にて測定する。
または、その容器を近くの別の場所に配置した本発明の評価装置へ持っていき、試料ステージへのせて測定する。
評価の結果、その数値が予め定めた設定範囲を外れていた場合、試料を充填工程へは回さず、トナーの再処理工程へ回す。
これらの仕組みは、混合工程前の工程である粉砕・分級工程後の検査、混合工程の後にある風篩工程後の検査、充填前の検査等に適用できる。
図6は、本発明の流動性評価装置と組み合わせたトナー製造装置の概略図である。トナー製造装置あるいはラインの中に、本発明の評価装置を組み込んで、トナーの製造の効率化を図ることができる。
また、これらの機能をもったトナー評価装置を単独に開発段階の評価装置として使うことも可能である。
【0045】
前述のように、本発明の評価法によるトルクおよび荷重の測定値は、トナーの流動性を示しており、定量的な評価が可能となる。今までの従来の評価法では、測定バラツキや感度不足のために、トナー粒子表面の微妙な違いは評価できないという問題があった。しかし、本評価法は感度が高く、測定バラツキが小さいために、トナー粒子表面状態の微妙な違いによる流動性変化を評価することができ、トナーの種類が変わっても粒径が変わっても同じ土俵で評価できる。つまり、非常に汎用的な安定した評価値になる。
【0046】
トナー粉体層中に侵入させた円錐ロータの回転によって得られるトルクと荷重の各特性は、粉体の流動性と密接な関係がある。
すなわち、粉体の流動性が良い場合には1個1個の粉体粒子間の付着力が小さいために動きやすく、その粉体層内で円錐ロータを動かしてもトルクは小さく、荷重変化も小さい。しかし、逆に粉体の流動性が悪い場合には、1個1個の粉体粒子間の付着力が大きいために動きにくく、その粉体層内で円錐ロータを移動した場合には円錐ロータにかかるトルクは大きくなり、下方向へ働く力(荷重)も大きくなる。
特に、この現象はトナー中に離型剤等を入れた場合に微妙な変化として現れ、1個1個の粉体粒子間の付着力は圧密状態でより顕著に現れる。そのため、圧密状態でのトナー流動性を評価する必要がある。
よって、本発明の評価法では、以下のような関係で流動性を評価できる。
流動性が良い場合→圧密状態の粉体層内を移動したときのトルク、荷重が小さい。
流動性が悪い場合→圧密状態の粉体層内を移動したときのトルク、荷重が大きい。
トナーの流動性は、電荷制御剤の付着状態により大きく変化する。つまり、電荷制御剤をトナー粒子表面に付着もしくは固着させる状態によりトナー粒子の流動性は大きく変化する。その状態は、混合機を用いての混合条件(仕込み量、回転数、混合時間等)によって変化するが、特に混合回転数の影響は大きく、重要な役割を果たす。
【0047】
プリンタや複写機において、高画質化を実現するためには、非常に微小なドット再現性を高める必要がある。
それを実現するためには、非常に微小な潜像に対して忠実なトナー現像が必要となる。
この忠実な現像を可能にするためには、現像域に均一なトナーブラシを搬送、供給する必要がある。そのためには、その搬送された現像域のトナーが適度な帯電量をもっていることが必要であるが、常に安定して現像域に均一なトナーブラシが供給できるようなトナーの動き易さ、搬送のし易さが非常に重要となる。
つまり、微小なドット再現性を上げるためには、トナーの流動性を上げることが必要になる。また、トナーにおいては、トナー粒子の形状をも考慮して流動性を上げる必要がある。
【0048】
トナー粒子の円形度はフロー式粒子像分析装置FPIA−1000(東亜医用電子株式会社製)により平均円形度として計測した。
以上から、流動性はトナー形状によっても影響され、トナーの平均円形度が0.90〜0.99である非常に球形に近いトナーの場合には流動性に優れ、ドット再現性に優れた高画質化を実現できることが分かった。
トナー粒子の形状を制御する方法としては、分級工程後のトナー粒子を回転体の中に入れて高速回転させたり、瞬間的に熱を加えるような工程を介したりして実現できる。
【0049】
本発明のトナーを重合法によって作製する方法について説明する。
重合法の一例としては、モノマーに着色剤及び電荷制御剤等を添加したモノマー組成物を、水系の媒体中で懸濁し重合させることによってトナー粒子を得る方法が挙げられる。造粒法は特に限定されない。
例えば本発明のトナーは、有機溶媒中に少なくとも、イソシアネート基を含有するポリエステル系プレポリマーが溶解し、顔料系着色剤が分散し、離型剤が溶解ないし分散している油性分散液を水系媒体中に無機微粒子及び/又はポリマー微粒子の存在下で分散させるとともに、この分散液中で該プレポリマーをポリアミン及び/又は活性水素含有基を有するモノアミンと反応させてウレア基を有するウレア変性ポリエステル系樹脂を形成させ、このウレア変性ポリエステル系樹脂を含む分散液からそれに含まれる液状媒体を除去することによって得られる。
【0050】
ウレア変性ポリエステル系樹脂において、そのTgは40〜65℃、好ましくは45〜60℃である。その数平均分子量Mnは2500〜50000、好ましくは2500〜30000である。その重量平均分子量Mwは1万〜50万、好ましくは3万〜10万である。
このトナーは、該プレポリマーと該アミンとの反応によって高分子量化されたウレア結合を有するウレア変性ポリエステル系樹脂をバインダー樹脂として含む。そして、そのバインダー樹脂中には着色剤が高分散している。
【0051】
得られた乾燥後のトナーの粉体を風力分級し、上記最適な混合条件により混合機により荷電制御剤を粒子表面に付着もしくは固着させる。さらにその後、無機微粒子などからなる添加剤を粒子表面に付着もしくは固着させても良い。電荷制御剤を表面に打込むことにより、トナーの帯電量の制御がしやすくなる。
付着したり、固着したりする具体的手段としては、高速で回転する羽根によって粉体混合物に衝撃力を加える方法、高速気流中に粉体混合物を投入し、加速させ、粒子同士または複合化した粒子を適当な衝突板に衝突させる方法などがある。
装置としては、オングミル、Qミキサー、I式ミルを改造して粉砕エアー圧力を下げた装置、ハイブリダイゼイションシステム、クリプトロンシステム及び自動乳鉢などが挙げられる。
これらの方式の場合にも、造粒後の検査、電荷制御剤の処理後の検査、添加剤の混合工程後の検査、混合工程の後にある風篩工程後の検査、充填前の検査等に適用できる。
【0052】
本発明のトナーは、接触または非接触現像方式に使用する1成分現像剤として用いる。
接触または非接触現像方式は種々の公知のものが使用される。例えば、アルミスリーブを用いた接触現像法、導電性ゴムベルトを用いた接触現像法、アルミ素管の表面にカーボンブラック等を含む導電性樹脂層を形成した現像スリーブを用いる非接触現像法等がある。
また、本発明のトナーを用いた現像時にACバイアス電圧成分を印加すると、現像効率が向上し、画像特性が向上する。
【0053】
また、1成分現像方式において、トナー供給部の出口にトナー層を均一にするためのローラ状のブレードや供給ローラを設けた現像方式に、本発明のトナーを用いることを特徴とする。
このような方式の場合には、トナーの流動性が現像ローラ上のトナー層の均一化に大きく影響を与え、且つ耐久特性に影響を与える。耐久特性が悪い場合には、感光体へのフィルミングだけではなく、ドクターローラや供給ローラへのフィルミングが発生する。このため、トナー層が均一に形成できないばかりかトナー帯電が不均一になり、トナー電荷量も小さくなる。このため現像不良が生じる。
しかし本発明のトナーを用いると、トナーに流動性に優れているため、供給ローラやドクターローラを介しての現像ローラ上へのトナー層の均一薄層化が容易に実現でき、常に安定した現像ローラ上へのトナー搬送が可能となる。また、ドクターローラや供給ローラへのフィルミングは発生せず、安定した現像が行なわれ、耐久特性に優れた方式となる。図7は、そのような現像方式を用いた装置の概略図である。
【0054】
本発明のトナーは流動性に優れているため、カートリッジ容器に入れて保管することが充分可能であり、カートリッジ容器から現像部へトナー搬送するような構成の装置にも適している。
カートリッジ容器としては、トナーを充填するトナーカートリッジと、少なくとも電子写真感光体と現像手段を具備し、現像手段のトナー収容部にトナーを充填するプロセスカートリッジとを挙げることができ、通常これらのトナーカートリッジ又はプロセスカートリッジを電子写真画像形成装置に装着して、画像を形成する。
【0055】
また、磁性トナーとする場合には、トナー粒子の中に磁性体の微粒子を内添すれば良い。磁性体としては、フェライト、マグネタイト、鉄、ニッケル、コバルト、それらの合金などの強磁性体等が考えられる。磁性体の平均粒径は0.1〜1μmが好ましい。磁性体の含有量はトナー100重量部に対して、10〜70重量部であることが好ましい。
【0056】
また、前述したように本発明のトナーは電荷制御剤を付着または固着させたトナー粒子表面にさらに無機微粉体をトナー表面に付着または固着させても良い。
この無機微粉体の平均粒径は10〜200nmが適している。10nmより小さい粒径の場合には流動性に効果のある凹凸表面を作り出すことが難しく、200nmより大きい粒径の場合には粉体形状がラフになり、トナー形状の問題が生じる。
本発明のトナーに用いる無機微粉体としては、Si、Ti、Al、Mg、Ca、Sr、Ba、In、Ga、Ni、Mn、W、Fe、Co、Zn、Cr、Mo、Cu、Ag、V、Zr等の酸化物や複合酸化物が挙げられる。
これらのうち二酸化珪素(シリカ)、二酸化チタン(チタニア)、アルミナの微粒子が好適に用いられる。
さらに、疎水化処理剤等により表面改質処理することが有効である。疎水化処理剤の代表例としては以下のものが挙げられる。
ジメチルジクロルシラン、トリメチルクロルシラン、メチルトリクロルシラン、アリルジメチルジクロルシラン、アリルフェニルジクロルシラン、ベンジルジメチルクロルシラン、ブロムメチルジメチルクロルシラン、α−クロルエチルトリクロルシラン、p−クロルエチルトリクロルシラン、クロルメチルジメチルクロルシラン、クロルメチルトリクロルシラン、ヘキサフェニルジシラザン、ヘキサトリルジシラザン等。
無機微粉体はトナーに対して0.1〜2重量%使用されるのが好ましい。0.1重量%未満では、トナー凝集を改善する効果が乏しくなり、2重量%を超える場合は、細線間のトナー飛び散り、機内の汚染、感光体の傷や摩耗等の問題が生じやすい傾向がある。
【0057】
二成分現像剤に使用されるキャリアとしては公知のものが使用可能であり、例えば鉄粉、フェライト粉、ニッケル粉、マグネタイト粉の如き磁性粒子あるいはこれら磁性粒子の表面をフッ素系樹脂、ビニル系樹脂、シリコーン系樹脂等で処理したもの、あるいは磁性粒子が樹脂中に分散されている磁性粒子分散樹脂粒子等が挙げられる。これら磁性キャリアの平均粒径は20〜100μmが良い。好ましくは20〜70μmが良い。
【0058】
また、本発明のトナーには、実質的な悪影響を与えない範囲内で更に他の添加剤、例えばポリテトラフロロエチレン系フッ素樹脂粉末、ステアリン酸亜鉛粉末、ポリフッ化ビニリデン粉末の如き滑剤粉末;あるいは酸化セリウム粉末、炭化珪素粉末、チタン酸ストロンチウム粉末などの研磨剤;あるいは例えばカーボンブラック粉末、酸化亜鉛粉末、酸化スズ粉末等の導電性付与剤を現像性向上剤として少量用いることもできる。
【0059】
また、本評価法は混練り工程や粉砕工程を用いないで作製する重合法やスプレードライ法などで作製したトナー、カプセルトナーにも使用できる。
【0060】
【実施例】
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、これは本発明をなんら限定するものではない。なお、以下の配合における部数は全て重量部である。
実施例の記載順序を説明すると、先ず、トナー組成、トナー作製法および混合条件を変化したトナーを作製し、作製したトナー流動性を本発明の評価法を用いて評価し、また、作製したトナーを用いて得られる画像について、ドット再現性を画像のザラツキ感として5段階評価(ランク1:悪い→ランク5:良い)した。
また、初期のトナー帯電量を測定した後2万枚のランニング耐久試験を行ない、現像部でのブロッキング等のトナー搬送性の不具合点を評価した。不具合点のなかった場合を○、不具合点のあった場合を×として評価した。トナーの流動性は、円錐ロータが侵入時のトナー粉体相表面から20mm侵入したときのトルクと荷重の値を測定した。トナーは予め圧密状態にし、空間率を変化してトルク、荷重を測定し、空間率が0.54および0.58のときのトルク、荷重を評価した。
圧密荷重及び円錐ロータの評価条件は以下のようにした。
・圧密荷重:250g、750g、1500g
・円錐ロータの頂角:60°
・円錐ロータの回転数:1rpm
・円錐ロータの侵入速度:5mm/min
【0061】
実施例1
上記原材料をミキサーで充分に混合した後、2軸押出し機によりバレル温度100℃、混練機回転数100rpmで溶融混練した。混練物を圧延冷却後カッターミルで粗粉砕し、ジェット気流を用いた微粉砕機で粉砕後、旋回式風力分級装置を用いて、平均粒径が6.5μmの粒度分布に分級した。その後、母体着色粒子100部に対して、以下の混合条件にて添加剤を混合し、トナーを作製した。
添加剤:サルチル酸亜鉛塩 2部
混合回転数:2000rpm
混合時間:120sec
混合機:Qミキサー
このようにして、本発明のトナーを作製した後、本発明の評価法により該トナーの流動性を測定した。その結果を表1に示す。
さらに、上記粒子100部に対して、以下の混合条件にて添加剤を混合し、トナーを作製した。
添加剤:シリカ微粉末 1部
混合回転数:750rpm
混合時間:120sec
混合機:スーパーミキサー
得られたトナーを潜像担持体がOPCドラム感光体でクリーニング方式がブレードクリーニングである複写機にセットし、画像評価実験およびランニング実験を行なった。その結果を表1に示す。
【0062】
実施例2
実施例1と同様の原材料、作製方法で混練、粉砕、分級を行ない、平均粒径が6.5μmの粒度分布に分級した。
さらに、母体着色粒子100部に対して、以下の混合条件にて添加剤を混合し、トナーを作製した。
添加剤:サルチル酸亜鉛塩 2部
混合回転数:3000rpm
混合時間:120sec
混合機:Qミキサー
このようにして、本発明のトナーを作製した後、本発明の評価法により該トナーの流動性を測定した。その結果を表1に示す。
さらに、上記粒子100部に対して、以下の混合条件にて添加剤を混合し、トナーを作製した。
添加剤:シリカ微粉末 1部
混合回転数:750rpm
混合時間:120sec
混合機:スーパーミキサー
得られたトナーを潜像担持体がOPCドラム感光体でクリーニング方式がブレードクリーニングである複写機にセットし、画像評価実験およびランニング実験を行なった。その結果を表1に示す。
【0063】
実施例3
実施例1と同様の原材料、作製方法で混練、粉砕、分級を行ない、平均粒径が6.5μmの粒度分布に分級した。
さらに、母体着色粒子100部に対して、以下の混合条件にて添加剤を混合し、トナーを作製した。
添加剤:サルチル酸亜鉛塩 2部
混合回転数:4000rpm
混合時間:120sec
混合機:Qミキサー
このようにして、本発明のトナーを作製した後、本発明の評価法により該トナーの流動性を測定した。その結果を表1に示す。
さらに、上記粒子100部に対して、以下の混合条件にて添加剤を混合し、トナーを作製した。
添加剤:シリカ微粉末 1部
混合回転数:750rpm
混合時間:120sec
混合機:スーパーミキサー
得られたトナーを潜像担持体がOPCドラム感光体でクリーニング方式がブレードクリーニングである複写機にセットし、画像評価実験およびランニング実験を行なった。その結果を表1に示す。
【0064】
実施例4
実施例1と同様の原材料、作製方法で混練、粉砕、分級を行ない、平均粒径が6.5μmの粒度分布に分級した。
さらに、母体着色粒子100部に対して、以下の混合条件にて添加剤を混合し、トナーを作製した。
添加剤:サルチル酸亜鉛塩 2部
混合回転数:5000rpm
混合時間:120sec
混合機:Qミキサー
このようにして、本発明のトナーを作製した後、本発明の評価法により該トナーの流動性を測定した。その結果を表1に示す。
さらに、上記粒子100部に対して、以下の混合条件にて添加剤を混合し、トナーを作製した。
添加剤:シリカ微粉末 1部
混合回転数:750rpm
混合時間:120sec
混合機:スーパーミキサー
得られたトナーを潜像担持体がOPCドラム感光体でクリーニング方式がブレードクリーニングである複写機にセットし、画像評価実験およびランニング実験を行なった。その結果を表1に示す。
【0065】
比較例1
実施例1と同様の原材料、作製方法で混練、粉砕、分級を行ない、平均粒径が6.5μmの粒度分布に分級した。
さらに、母体着色粒子100部に対して、以下の混合条件にて添加剤を混合し、トナーを作製した。
添加剤:サルチル酸亜鉛塩 2部
混合回転数:1000rpm
混合時間:120sec
混合機:Qミキサー
このようにして、本発明のトナーを作製した後、本発明の評価法により該トナーの流動性を測定した。その結果を表1に示す。
さらに、上記粒子100部に対して、以下の混合条件にて添加剤を混合し、トナーを作製した。
添加剤:シリカ微粉末 1部
混合回転数:750rpm
混合時間:120sec
混合機:スーパーミキサー
得られたトナーを潜像担持体がOPCドラム感光体でクリーニング方式がブレードクリーニングである複写機にセットし、画像評価実験およびランニング実験を行なった。その結果を表1に示す。
【0066】
比較例2
実施例1と同様の原材料、作製方法で混練、粉砕、分級を行ない、平均粒径が6.5μmの粒度分布に分級した。
さらに、母体着色粒子100部に対して、以下の混合条件にて添加剤を混合し、トナーを作製した。
添加剤:サルチル酸亜鉛塩 2部
混合回転数:6000rpm
混合時間:120sec
混合機:Qミキサー
このようにして、本発明のトナーを作製した後、本発明の評価法により該トナーの流動性を測定した。その結果を表1に示す。
さらに、上記粒子100部に対して、以下の混合条件にて添加剤を混合し、トナーを作製した。
添加剤:シリカ微粉末 1部
混合回転数:750rpm
混合時間:120sec
混合機:スーパーミキサー
得られたトナーを潜像担持体がOPCドラム感光体でクリーニング方式がブレードクリーニングである複写機にセットし、画像評価実験およびランニング実験を行なった。その結果を表1に示す。
【0067】
実施例5
<トナーバインダーの合成>
冷却管、攪拌機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エチレンオキサイド2モル付加物724部、イソフタル酸276部およびジブチルチンオキサイド2部を入れ、常圧、230℃で8時間反応し、さらに10〜15mmHgの減圧で5時間反応した後、160℃まで冷却して、これに32部の無水フタル酸を加えて2時間反応した。次いで、80℃まで冷却し、酢酸エチル中にてイソフォロンジイソシアネート188部と2時間反応を行ない、イソシアネート含有プレポリマーIを得た。次いでプレポリマーIの267部とイソホロンジアミン14部を50℃で2時間反応させ、重量平均分子量64000のウレア変性ポリエステルIを得た。上記と同様にビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物724部、テレフタル酸276部を常圧下、230℃で8時間重縮合し、次いで10〜15mmHgの減圧で5時間反応して、ピーク分子量5000の変性されていないポリエステルAを得た。ウレア変性ポリエステルIの200部と変性されていないポリエステルAの800部を酢酸エチル/MEK(1/1)混合溶剤2000部に溶解、混合し、トナーバインダーIの酢酸エチル/MEK溶液を得た。一部減圧乾燥し、トナーバインダーIを単離した。分析の結果Tgは62℃であった。
【0068】
<トナーの作製>
上記原材料をビーカー内で、60℃にてTK式ホモミキサーで12000rpmで攪拌し、均一に溶解、分散させてトナー材料溶液を作製した。
【0069】
ビーカー内に上記原材料を入れ均一に溶解した。その後60℃に昇温し、TK式ホモミキサーで12000rpmに攪拌しながら、上記トナー材料溶液を投入し10分間攪拌した。ついで、この混合液を攪拌棒および温度計付のフラスコに移し、30℃まで昇温して減圧下で溶剤を除去し、濾別、洗浄、乾燥した後、風力分級し、トナー粒子を得た。体積平均粒径は6.3μmであった。このトナー粒子100部に対して、以下の混合条件にて添加剤を混合し、トナーを得た。
さらに、母体着色粒子100部に対して、以下の混合条件にて添加剤を混合し、トナーを作製した。
添加剤:サルチル酸亜鉛塩 2部
混合回転数:1000rpm
混合時間:120sec
混合機:Qミキサー
このようにして、本発明のトナーを作製した後、本発明の評価法により該トナーの流動性を測定した。その結果を表1に示す。
上記作製法で得られたトナーとキャリアをキャリア97.5部に対し、2.5部の割合で混合し、二成分現像剤を作製した。
得られたトナーを潜像担持体がOPCドラム感光体でクリーニング方式がブレードクリーニングである複写機にセットし、画像評価実験およびランニング実験を行なった。その結果を表1に示す。
【0070】
実施例6
実施例5と同様の原材料、作製方法で作製、分級を行ない、平均粒径が6.3μmの粒度分布に分級した。
さらに、母体着色粒子100部に対して、以下の混合条件にて添加剤を混合し、トナーを作製した。
添加剤:サルチル酸亜鉛塩 2部
混合回転数:3000rpm
混合時間:120sec
混合機:Qミキサー
このようにして、本発明のトナーを作製した後、本発明の評価法により該トナーの流動性を測定した。その結果を表1に示す。
さらに、上記粒子100部に対して、以下の混合条件にて添加剤を混合し、トナーを作製した。
添加剤:シリカ微粉末 1部
混合回転数:750rpm
混合時間:120sec
混合機:スーパーミキサー
上記作製法で得られたトナーとキャリアをキャリア97.5部に対し、2.5部の割合で混合し、二成分現像剤を作製した。
得られたトナーを潜像担持体がOPCドラム感光体でクリーニング方式がブレードクリーニングである複写機にセットし、画像評価実験およびランニング実験を行なった。その結果を表1に示す。
【0071】
実施例7
実施例5と同様の原材料、作製方法で作製、分級を行ない、平均粒径が6.3μmの粒度分布に分級した。
さらに、母体着色粒子100部に対して、以下の混合条件にて添加剤を混合し、トナーを作製した。
添加剤:サルチル酸亜鉛塩 2部
混合回転数:4000rpm
混合時間:120sec
混合機:Qミキサー
このようにして、本発明のトナーを作製した後、本発明の評価法により該トナーの流動性を測定した。その結果を表1に示す。
さらに、上記粒子100部に対して、以下の混合条件にて添加剤を混合し、トナーを作製した。
添加剤:シリカ微粉末 1部
混合回転数:750rpm
混合時間:120sec
混合機:スーパーミキサー
上記作製法で得られたトナーとキャリアをキャリア97.5部に対し、2.5部の割合で混合し、二成分現像剤を作製した。
得られたトナーを潜像担持体がOPCドラム感光体でクリーニング方式がブレードクリーニングである複写機にセットし、画像評価実験およびランニング実験を行なった。その結果を表1に示す。
【0072】
実施例8
実施例5と同様の原材料、作製方法で作製、分級を行ない、平均粒径が6.3μmの粒度分布に分級した。
さらに、母体着色粒子100部に対して、以下の混合条件にて添加剤を混合し、トナーを作製した。
添加剤:サルチル酸亜鉛塩 2部
混合回転数:2500rpm
混合時間:120sec
混合機:θコンポーザー
このようにして、本発明のトナーを作製した後、本発明の評価法により該トナーの流動性を測定した。その結果を表1に示す。
さらに、上記粒子100部に対して、以下の混合条件にて添加剤を混合し、トナーを作製した。
添加剤:シリカ微粉末 1部
混合回転数:750rpm
混合時間:120sec
混合機:スーパーミキサー
上記作製法で得られたトナーとキャリアをキャリア97.5部に対し、2.5部の割合で混合し、二成分現像剤を作製した。
得られたトナーを潜像担持体がOPCドラム感光体でクリーニング方式がブレードクリーニングである複写機にセットし、画像評価実験およびランニング実験を行なった。その結果を表1に示す。
【0073】
比較例3
実施例5と同様の原材料、作製方法で作製、分級を行ない、平均粒径が6.3μmの粒度分布に分級した。
さらに、母体着色粒子100部に対して、以下の混合条件にて添加剤を混合し、トナーを作製した。
添加剤:サルチル酸亜鉛塩 2部
混合回転数:1000rpm
混合時間:120sec
混合機:Qミキサー
このようにして、本発明のトナーを作製した後、本発明の評価法により該トナーの流動性を測定した。その結果を表1に示す。
さらに、上記粒子100部に対して、以下の混合条件にて添加剤を混合し、トナーを作製した。
添加剤:シリカ微粉末 1部
混合回転数:750rpm
混合時間:120sec
混合機:スーパーミキサー
上記作製法で得られたトナーとキャリアをキャリア97.5部に対し、2.5部の割合で混合し、二成分現像剤を作製した。
得られたトナーを潜像担持体がOPCドラム感光体でクリーニング方式がブレードクリーニングである複写機にセットし、画像評価実験およびランニング実験を行なった。その結果を表1に示す。
【0074】
比較例4
実施例5と同様の原材料、作製方法で作製、分級を行ない、平均粒径が6.3μmの粒度分布に分級した。
さらに、母体着色粒子100部に対して、以下の混合条件にて添加剤を混合し、トナーを作製した。
添加剤:サルチル酸亜鉛塩 2部
混合回転数:6000rpm
混合時間:120sec
混合機:Qミキサー
このようにして、本発明のトナーを作製した後、本発明の評価法により該トナーの流動性を測定した。その結果を表1に示す。
さらに、上記粒子100部に対して、以下の混合条件にて添加剤を混合し、トナーを作製した。
添加剤:シリカ微粉末 1部
混合回転数:750rpm
混合時間:120sec
混合機:スーパーミキサー
上記作製法で得られたトナーとキャリアをキャリア97.5部に対し、2.5部の割合で混合し、二成分現像剤を作製した。
得られたトナーを潜像担持体がOPCドラム感光体でクリーニング方式がブレードクリーニングである複写機にセットし、画像評価実験およびランニング実験を行なった。その結果を表1に示す。
【0075】
【表1】
【0076】
以上の結果から判るように、トナー粉体層の本発明の評価法による流動性評価値とドット再現性及びランニング時のトナー搬送性との間には強い相関関係が存在し、本発明の評価法によりドット再現性及び現像部のトナー搬送性を評価できることが判る。
実施例1〜8及び比較例1〜4について、円錐ロータ侵入時のトルクとドット再現性の関係を図4に、また、円錐ロータ侵入時の荷重とドット再現性の関係を図5にそれぞれ示す。
これらの結果から、ドット再現性の良い高画質及び良好なトナー搬送性を得るために必要な、流動性の良いトナーを得るためには、以下の条件(ロータ侵入速度:5mm/min、20mm侵入時の値)を満足することが必要である。また、以下の条件のとき、トナー帯電量が高く、安定化していることが判った。
(1)円錐ロータ侵入時のトルクの値が、空間率が0.58の場合0.1〜2.5mNmであり、空間率が0.54の場合0.1〜3.8mNmである。
(2)円錐ロータ侵入時の荷重の値が、空間率が0.58の場合0.01〜0.65Nであり、空間率が0.54の場合0.01〜1.1Nである。
空間率が0.58の場合、円錐ロータ侵入時のトルク値が0.1mNm未満では、トナーの流動性以外の帯電特性が悪くなり画質低下が生じ、2.5mNmより大きくなれば流動性が低下し、ドット再現性及びトナー搬送性が悪くなる。円錐ロータ侵入時の荷重値が0.01N未満では、トナーの帯電特性が悪くなり画質低下が生じ、0.65Nより大きくなるとトナーの流動性が低下しドット再現性及びトナー搬送性が悪くなる。
空間率が0.54の場合、円錐ロータ侵入時のトルク値が0.1mNm未満では、トナーの流動性以外の帯電特性が悪くなり画質低下が生じ、3.8mNmより大きくなれば流動性が低下し、ドット再現性及びトナー搬送性が悪くなる。円錐ロータ侵入時の荷重値が0.01N未満では、トナーの帯電特性が悪くなり画質低下が生じ、1.1Nより大きくなるとトナーの流動性が低下しドット再現性及びトナー搬送性が悪くなる。
【0077】
【発明の効果】
以上、詳細且つ具体的な説明より明らかなように、本発明によって、トナー帯電量が高く、トナー搬送性が良く、ドット再現性の良い高画質が形成可能なトナーを安定して提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のトナー流動性評価装置の概要図である。
【図2】本発明の流動性評価装置に設ける円錐ロータの側面図と断面図である。
【図3】本発明の流動性評価装置に設ける他の円錐ロータの側面図と断面図である。
【図4】実施例1〜8及び比較例1〜4のトルクとドット再現性の関係を示す図である。
【図5】実施例1〜8及び比較例1〜4の荷重とドット再現性の関係を示す図である。
【図6】本発明の流動性評価装置と組み合わせたトナー製造装置の概略図である。
【図7】本発明の流動性評価法で評価したトナーを使った現像装置の概略図である。
【符号の説明】
1 円錐ロータ
2 トルクメータ
3 昇降ステージ
4 試料容器
5 ピストン
6 ロードセル
7 おもり
8 支持板
9 加振器
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真法に基づいた1成分現像または2成分現像装置に用いるトナーおよび評価手段に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
複写機やプリンタなどの画質は、高画質化が進んでおり、最近では細かいドットの再現性が非常に重要になってきている。このドットの再現性は、トナーや現像剤の帯電量などの他に流動性に非常に影響され、細かい潜像部に均一なトナー層または現像剤層を安定して供給すること、搬送することが必要になってきている。特に、一成分現像方式においては、非常に薄い層を常に安定に現像ローラ上に設ける必要があり、トナーの流動性が重要となってきている。
また、高画質化が進むにつれて、それに用いられるトナーにおいては、小粒径化、高機能化が進んでいる。そのため、トナーの構造が複雑になってきており、従来より細かい作製時の制御が必要となってきている。特に、トナーの流動性はドット再現性の他に種々の画像品質に影響を与えるため、評価の面では個人差のない、精度の高い評価法が必要とされている。
また、トナーの作製法が粉砕方式から重合法等の他の方式に変化したとき、製造条件に対しての流動特性の変化が大きく、粉砕方式の場合に比較して、細かい作製時のコントロールおよび評価が必要となっている。
また、トナーの低温定着化や定着のオイルレス化が進んでくるとともに、トナーの母体組成や構造が複雑になり、トナーの流動性にも影響を及ぼすようになる。そのため、従来よりも精度の高い構造制御が必要になり、それに応じて感度の高い流動性評価法が必要とされている。
また、電荷制御剤の効果的な構造検討も行なわれており、トナー粒子表面に電荷制御剤を局在化させて、安定した帯電特性を持たせる検討が進んでいる。しかし、粒子表面での電荷制御剤の状態により、流動性にも影響を及ぼすため、感度の高い流動性評価法が必要とされている。
【0003】
トナーの流動性の評価方法に関して従来なされている提案としては、磁場が印加されたロートの狭部を通過して落下するのに要する時間を測定する方法がある(例えば、特許文献1参照。)。
また、傾斜可能な板の上にトナーを載せて、板を徐々に傾けていき、流れ始めるときと流れ終えたときの角度を測定してトナーの流動性を評価する方法がある(例えば、特許文献2参照。)。
さらに、篩を何段かに重ねて、その上にトナーを投入して、篩部分に水平方向と垂直方向の振動を与え、一定時間後の各篩部に残ったトナー量に予め設定された係数を乗算して算出してトナーの流動性を評価する方法がある(例えば、特許文献3参照。)。
しかしながらこれらの方法によると、得られるデータのバラツキが大きく、測定者による差があり、細かいトナー間の流動性の違いを評価することは困難であった。
【0004】
本発明者等は、このような問題に対して、トナーの流動性をトナー粉体層に円錐ロータを回転させながら侵入させ、円錐ロータがトナー粉体層中を移動するときに発生するトルクまたは荷重を測定することによって評価し、細かいトナー間の流動性の違いを正確に評価することができる新規な評価方式を先に提案し、出願した(特願2002−346981号、特願2002−346831号)。
該新規な評価方式によると、定量的に、精度良く、個人差がなく評価でき、また、短時間でトナー層をそのまま測定でき、製造ラインの中にも導入できるので、トナー搬送性が良好で、高画質が得られるトナーを安定して生産できる利点を有するものである。
【0005】
【特許文献1】
特開平1−203941号公報
【特許文献2】
特開平4−116449号公報
【特許文献3】
特開2000−292967号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、トナー搬送性に問題がなく、ドット再現性の良い高画質がいつでも得られるトナーを作製し、それを安定して生産できるようにするために、流動性に関して高精度のしかも個人差のない評価方式、およびその評価方式を用いて得られるトナーを提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、本発明の(1)「少なくとも樹脂、顔料からなる粉体の表面に荷電制御剤を付着または固着させてなる静電荷像現像用トナーであって、該粉体を予め圧密状態にした後、円錐ロータを回転させながら侵入速度5mm/minで20mm粉体層中に侵入させたときに発生するトルクの値が、粉体層の空間率が0.58の場合は0.1〜2.5mNm、かつ、空間率が0.54の場合は0.1〜3.8mNmであることを特徴とする静電荷像現像用トナー」、(2)「少なくとも樹脂、顔料からなる粉体の表面に荷電制御剤を付着または固着させてなる静電荷像現像用トナーであって、該粉体を予め圧密状態にした後、円錐ロータを回転させながら侵入速度5mm/minで20mm粉体層中に侵入させたときに発生する荷重の値が、粉体層の空間率が0.58の場合は0.01〜0.65N、かつ、空間率が0.54の場合は0.01〜1.1Nであることを特徴とする静電荷像現像用トナー」、(3)「前記粉体の表面に付着または固着した荷電制御剤が平均粒径10〜200nmであることを特徴とする前記第(1)項又は第(2)項に記載の静電荷像現像用トナー」、(4)「前記粉体の平均円形度が0.90〜0.99であることを特徴とする前記第(1)項乃至第(3)項のいずれかに記載の静電荷像現像用トナー」、(5)「前記粉体の中に離型剤を含んでいることを特徴とする前記第(1)項乃至第(4)項のいずれかに記載の静電荷像現像用トナー」、(6)「前記粉体の中に離型剤の分散剤を含んでいることを特徴とする前記第(5)項に記載の静電荷像現像用トナー」、(7)「樹脂及び顔料を予め混練させた組成物を用いて作製したことを特徴とする前記第(1)項又は第(2)項に記載の静電荷像現像用トナー」、(8)「前記荷電制御剤が付着または固着した粉体の表面に、平均粒径10〜200nmの無機微粉体からなる添加剤を付着または固着させたことを特徴とする前記第(1)項乃至第(7)項のいずれかに記載の静電荷像現像用トナー」、(9)「前記粉体が重合法によって作製されたことを特徴とする前記第(1)項乃至第(8)項のいずれかに記載の静電荷像現像用トナー」、(10)「体積平均粒径が4〜8μmであることを特徴とする前記第(1)項乃至第(9)項のいずれかに記載の静電荷像現像用トナー」によって解決される。
また、上記課題は、本発明の(11)「前記第(1)項乃至第(10)項のいずれかに記載の静電荷像現像用トナーを用いて、圧密状態のトナー層が形成された容器中のトナー層中に、円錐ロータを回転させながら侵入させて、円錐ロータにかかるトルクと容器にかかる荷重を測定することによって、その測定値からトナーの流動性を評価する方法であって、該円錐ロータの頂角が20〜150°であることを特徴とする静電荷像現像用トナー評価方法」、(12)「前記円錐ロータの表面に溝が切ってあることを特徴とする前記第(11)項に記載の静電荷像現像用トナー評価方法」、(13)「前記円錐ロータの回転数が0.1〜10rpmであることを特徴とする前記第(11)項又は第(12)項に記載の静電荷像現像用トナー評価方法」によって解決される。
また、上記課題は、本発明の(14)「前記第(1)項乃至第(10)項のいずれかに記載の静電荷像現像用トナーを用いて、接触または非接触現像を行なうことを特徴とする1成分現像方法」、(15)「ドクターローラおよび/または供給ローラを用いることを特徴とする前記第(14)項に記載の1成分現像方法」、(16)「前記第(1)項乃至第(10)項のいずれかに記載の静電荷像現像用トナーと、粒径20〜100μmのキャリアを用いて現像することを特徴とする2成分現像方法」、(17)「ACバイアス電圧成分を印加して現像することを特徴とする前記第(14)項乃至第(16)項のいずれかに記載の現像方法」によって解決される。
また、上記課題は、本発明の(18)「前記第(1)項乃至第(10)項のいずれかに記載の静電荷像現像用トナーが充填されたことを特徴とするトナーカートリッジ」によって解決される。
また、上記課題は、本発明の(19)「前記第(11)項乃至第(13)項のいずれかに記載の評価方法を用いてトナーを製造することを特徴とする静電像現像用トナーの製造方法」によって解決される。
また、上記課題は、本発明の(20)「圧密状態のトナー層が形成された容器中のトナー層中に、円錐ロータを回転させながら侵入させて、円錐ロータにかかるトルクと容器にかかる荷重を測定してトナーの流動性を評価するのに用いる装置であって、トナー層中に回転しながら侵入する円錐ロータ、回転する円錐ロータにかかるトルクを検出するトルクメータ、円錐ロータの回転によって容器にかかる荷重を検出するロードセルおよび円錐ロータを上下移動させる昇降機を少なくとも具備し、前記第(11)項乃至第(13)項のいずれかに記載の評価方法を用いることを特徴とする静電荷像現像用トナー評価装置」によって解決される。
また、上記課題は、本発明の(21)「前記第(11)項乃至第(13)項のいずれかに記載の評価方法を用いてトナーを製造することを特徴とする静電像現像用トナーの製造装置」によって解決される。
【0008】
本発明は、少なくとも樹脂、顔料からなる粉体の表面に荷電制御剤を付着または固着させてなる静電荷像現像用トナーであって、該粉体を予め圧密状態にした後、円錐ロータを回転させながら侵入速度5mm/minで20mm粉体層中に侵入させたときに発生するトルクの値が、粉体層の空間率が0.58の場合は0.1〜2.5mNm、かつ、空間率が0.54の場合は0.1〜3.8mNmになるようにすることにより、トナー搬送性が良く、ドット再現性の良い高画質の得られる静電荷像現像用トナーに関するものである。
【0009】
本発明のトナーは、少なくとも樹脂、顔料からなる粉体の表面に電荷制御剤を付着または固着させた構造をしている。特に、電荷制御剤を粉体の表面に局在化させることにより、帯電特性の安定化を実現し、ドット再現性の優れた高画質を常に実現するものである。粉体表面の電荷制御剤の状態は流動性にも強く影響を及ぼすため、トナー層や現像剤層を形成するときのトナー搬送特性に影響を与えないようにする必要がある。感度の高い流動性評価法を用いてトナー流動性に問題のない最適な条件に入るように規定することにより、粉体表面の電荷制御剤の状態を最適化して、そのときの高画質化も実現できた。
【0010】
本発明の評価方法は、トナーの粉体層中に円錐ロータを回転させながら、侵入(下降)させたり、引抜(アップ)いたりさせ、そのときに円錐ロータやトナー粉体層が入っている容器にかかるトルクや荷重を測定し、そのトルクや荷重の値により流動性を評価するものである。
【0011】
円錐ロータの形状はどんなものでも良いが、円錐の頂角が20〜150°であるものが適している。円錐の頂角が20°より小さいとトナー粉体層との抵抗が小さいため、トルクや荷重が小さく、細かい流動性の違いを評価できない。逆に、頂角が150°より大きい場合には、トナー粉体層を押さえつける方向の力が大きくなり、トナー粒子の変形が生じやすくなり、トナー流動性の評価には適していない。円錐ロータの長さは、トナー粉体層の中に円錐ロータ表面が連続的に存在するような充分な長さが必要である。また、円錐ロータ表面には溝が切ってある方が良い。円錐ロータの材質面とトナー粒子との摩擦成分を測定するのではなく、トナー粒子とトナー粒子との摩擦成分を測定する方が良い。そのためには、円錐ロータが回転しながらトナー粉体層の中に侵入していくとき、円錐ロータ表面に切ってある溝の中にトナー粒子が入り込んできて、その入り込んだトナー粒子と周りのトナー粒子との摩擦状態を測定するようにした方が適している。この溝の形状は問わないが、円錐ロータの材質面とトナー粒子との接触が小さくなるように工夫する必要がある。一例を図2に示す。これは、円錐の頂点からまっすぐ底辺方向に溝を切ったもので、その溝の断面が三角形の凹凸からなるのこぎり歯形状をしている。この場合、円錐ロータ材質面とトナー粒子との接触は、三角溝の山の先端部分のみとなる。ほとんどが溝に入り込んだトナー粒子とその周辺のトナー粒子との接触となる。
【0012】
円錐ロータの材質としては、特に限定的でなく、加工しやすくて、表面が固く、変質しないものが好ましく、さらに帯電性を帯びない材質が適している。具体例として、SUS,Al,Cu,Au,Ag,黄銅等を挙げることができる。
【0013】
トナー粉体のトルクおよび荷重は、円錐ロータ(1)の回転数や侵入速度によって変化するものである。
本発明の評価方法においては、トナー粒子同士の微妙な接触状態を検知し、測定精度を上げるために、円錐ロータの回転数や侵入速度を下げて測定することが好ましく、特に次のような条件で行なうことが好ましいことを確認した。
・円錐ロータの回転数:0.1〜100rpm
・円錐ロータの侵入速度:0.2〜200mm/min
円錐ロータの回転数を、0.1rpm未満の条件で行なうと、トナー粉体層の微妙な状態の影響を受けやすいため、トルク測定バラツキの問題が生じる傾向がある。また、100rpmより大きい場合には、トナーの飛び散り等が生じて、安定に測定できない場合が出てくる。
一方、円錐ロータの侵入速度が0.2mm/min未満の場合には、トナー粉体層の微妙な状態の影響を受けやすく、測定バラツキの問題が生じる傾向がある。また、200mm/minより速い場合は、トナー粉体層が圧密状態になりやすく、トナー変形等の影響が出てくるので、流動性評価には適当でない。
【0014】
装置構成は図1のようになり、圧密ゾーンと測定ゾーンから成る。圧密ゾーンは、粉体を入れる容器(4)、その容器を上下させる昇降ステージ(3)、圧密させるピストン(5)、そのピストンに荷重を加えるおもり(7)等から構成される。
なお、本構成は一例であり、本発明を限定するものではない。また、圧密ゾーンがなくても良い。
本構成では、粉体を入れた試料容器(4)を上昇させ、圧密用のピストン(5)に接触させ、さらに上昇させてピストン(5)に重り(7)の荷重が全てかかるような重り(7)が支持板(8)より浮いた状態になるようにし、一定時間放置する。
その後、粉体を入れた容器(4)が載せてある昇降ステージ(3)を下げて、ピストン(5)を粉体表面から離す。ピストン(5)は、どんな材質でも良いが、粉体を押付ける表面の表面性がスムーズである必要がある。
そのため、加工しやすくて、表面が固く、変質しない材質が良い。また、帯電による粉体付着がないようにする必要があり、導電性の材質が適している。この材質の一例としては、SUS,Al,Cu,Au,Ag,黄銅等がある。
【0015】
円錐ロータ(1)の形は、前述したように頂角が20〜150°のものが好ましい(図2参照。)。
円錐ロータ(1)の長さは、円錐ロータ部分が充分トナー層の内部まで入るように長くする必要がある。
溝の形状は、どのような形状でも良いが、円錐ロータを交換したためにトルクや荷重の値が再現しなくなるということがないように注意しないといけない。そのためには、円錐ロータの溝形状は単純で、同じ形状のロータが何度でも造れる形の方が良い(図3参照。)。
【0016】
容器(4)の材質については問わないが、粉体との帯電による影響が出ないように導電性の材質が適している。また、粉体を入れ替えながら測定するため、汚れを少なくするために表面が鏡面に近いものが良い。容器のサイズは重要であり、円錐ロータ(1)が回転しながら侵入するときに容器の壁の影響がでないように円錐ロータ(1)の直径に対して大き目の(直径)サイズを選択する必要がある。
【0017】
トルクメータ(2)は高感度タイプのものが良く、非接触方式のものが適している。ロードセル(6)は荷重レンジが広く、分解能の高いものが適している。位置検出器はリニアスケール、光を用いた変位センサ等があるが、精度的に0.1mm以下の仕様が適している。昇降機は、サーボモータやステッピングモータを用いて、精度良く駆動できるものが良い。
【0018】
測定は、容器(4)にトナーを一定量投入し、本装置にセットする。その後、円錐ロータ(1)を回転させながらトナー粉体層の中に侵入させる。しかし、実際の測定に入る前に、トナー粉体層を加圧して、圧密状態を作り出し、その圧密状態のトナー層に円錐ロータ(1)を下降させ測定を行なうようにした方が良い。トルクや荷重測定に入るときには、決められた回転数、侵入速度で行なう。円錐ロータ(1)の回転方向は任意である。円錐ロータ(1)の侵入距離は、浅いとトルクや荷重の値が小さく、データの再現性等に問題が生じるため、データの再現性のある領域まで深く円錐ロータ(1)を侵入させた方が良い。
本発明者の実験結果によると、5mm以上侵入させればほぼ安定した測定が可能になった。測定モードは、どのような条件でも可能であるが、例として以下のような測定モードがある。
▲1▼容器にトナーを充填する。
▲2▼トナー粉体層を加圧して、圧密状態作り出す。
▲3▼円錐ロータを回転させながら侵入させ、そのときのトルク、荷重を測定する。
▲4▼円錐ロータがトナー表面層から予め設定した深さ迄侵入したところで、侵入動作を止める。
▲5▼円錐ロータを引抜く動作を開始する。
▲6▼円錐ロータの先端がトナー粉体層表面から抜け、完全にフリーになった時点(最初のホームポジション)で円錐ロータの引抜き動作を停止し、回転も止める。
以上の▲1▼〜▲6▼の操作を繰返して測定を行なう。連続的に行なっても良い。
【0019】
また、別の測定法としては、トナー粉体層を測定前に加振器により振動を与えて安定化させ、その安定化したトナー粉体層を加圧し圧密状態にし、圧密状態のトナー粉体層に回転させながら円錐ロータを侵入させ、そのときのトルクや荷重を測定し、予め設定した深さ迄到達したら侵入動作を止め、その後円錐ロータを最初の位置(ホームポジション)迄アップさせる。
【0020】
また、別な方法としては圧密状態のトナー粉体層に、円錐ロータを侵入させて、予め設定したトルク値になるまでの深さを調べる方法等がある。
圧密状態は、一般的に空間率の変化として評価できる(粉体工学ハンドブック(朝倉書店出版)参照。)。
【0021】
以上説明したように、本発明の評価方式においては、トナー粉体層の空間率が重要であり、本発明者等の実験結果によれば、空間率の範囲としては、種々な測定法の場合を含めて安定して測定するためには、0.4〜0.75が好ましいことが確認された。
0.4未満になると、圧密状態の微妙な条件の違いが、トルクと荷重に影響を及ぼし、安定した測定が困難になる傾向になる。0.75より大きい場合にはトナーが飛散し、測定には適していない。
しかし、測定系、測定条件等に関してはこの限りではない。
【0022】
本発明の流動性評価方法の対象とするトナーについては、その粒径を問わないが、高画質画像を実現するための本発明のトナーとしては、その体積平均粒径が4〜8μmであることが好ましく、さらに5〜7μmがより好ましい。
体積平均粒径4μm未満のトナーは、軽量であるため飛散しやすくなって長期間使用を繰り返すと画像形成装置の内側ばかりでなく画像形成装置の外側周囲を汚し、さらに人体への影響も懸念され、また低湿環境下での画像濃度低下、感光体クリーニング不良等という問題が生じやすくなる。
また、体積平均粒径が8μmを超えるトナーの場合には、100μm以下の微小スポットの解像度が充分でなく非画像部への飛び散りも多く画像品位が劣る傾向となる。
【0023】
本トナーを用いる現像剤は、高画質画像を実現するために、キャリアの平均粒径が20〜100μmであることが必要である。キャリアの平均粒径が20〜100μmの範囲にあると、現像機内部のトナー濃度が2〜10重量%の範囲内において、トナーの帯電量をより均一にすることができる。20μmより小さくなるとキャリア粒子の感光体上への付着等が生じやすく、さらにトナーとの撹拌効率が悪くなりトナーの均一な帯電量が得られにくくなる。逆に、キャリアの平均粒径が100μmを超える場合では、細かい画像再現性が悪くなり、高画質は得られない。
【0024】
トナーを構成する材料についての説明する。
樹脂としては、ポリスチレン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、スチレンアクリル樹脂、スチレンメタクリレート樹脂、ポリウレタン樹脂、ビニル樹脂、ポリオレフィン樹脂、スチレンブタジエン樹脂、フェノール樹脂、ポリエチレン樹脂、シリコン樹脂、ブチラール樹脂、テルペン樹脂、ポリオール樹脂等がある。
【0025】
ビニル樹脂としては、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単重合体: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−クロロメタクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−ビニルメチルエーテル共重合体、スチレン−ビニルエチルエーテル共重合体、スチレン−ビニルメチルケトン共重合体、スチレン−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、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル等がある。
【0026】
ポリエステル樹脂としては、以下のA群に示したような2価のアルコールと、B群に示したような二塩基酸塩からなるものであり、さらにC群に示したような3価以上のアルコールあるいはカルボン酸を第三成分として加えてもよい。
A群: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−ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、1,4−ブテンジオール、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−(2,2)−2,2’−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、ポリオキシプロピレン−(3,3)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、ポリオキシエチレン−(2,0)−2,2−ビス−(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、ポリオキシプロピレン(2,0)−2,2’−ビス−(4−ヒドロキシフェニル)プロパン等。
B群:マレイン酸、フマール酸、メサコニン酸、シトラコン酸、イタコン酸、グルタコン酸、フタール酸、イソフタール酸、テレフタール酸、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、リノレイン酸、またはこれらの酸無水物または低級アルコールのエステル等。
C群:グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール等の3価以上のアルコール、トリメリト酸、ピロメリト酸等の3価以上のカルボン酸等。
【0027】
ポリオール樹脂としては、エポキシ樹脂と2価フェノールのアルキレンオキサイド付加物、もしくはそのグリシジルエーテルとエポキシ基と反応する活性水素を分子中に1個有する化合物と、エポキシ樹脂と反応する活性水素を分子中に2個以上有する化合物を反応してなるものなどがある。
【0028】
顔料としては、例えば以下のようなものが用いられる。
黒色顔料としては、カーボンブラック、オイルファーネスブラック、チャンネルブラック、ランプブラック、アセチレンブラック、アニリンブラック等のアジン系色素、金属塩アゾ色素、金属酸化物、複合金属酸化物等が挙げられる。
黄色顔料としては、カドミウムイエロー、ミネラルファストイエロー、ニッケルチタンイエロー、ネーブルスイエロー、ナフトールイエローS、ハンザイエローG、ハンザイエロー10G、ベンジジンイエローGR、キノリンイエローレーキ、パーマネントイエローNCG、タートラジンレーキ等が挙げられる。
また、橙色顔料としては、モリブデンオレンジ、パーマネントオレンジGTR、ピラゾロンオレンジ、バルカンオレンジ、インダンスレンブリリアントオレンジRK、ベンジジンオレンジG、インダンスレンブリリアントオレンジGK等が挙げられる。
また、赤色顔料としては、ベンガラ、カドミウムレッド、パーマネントレッド4R、リソールレッド、ピラゾロンレッド、ウォッチングレッドカルシウム塩、レーキレッドD、ブリリアントカーミン6B、エオシンレーキ、ローダミンレーキB、アリザリンレーキ、ブリリアントカーミン3B等が挙げられる。
紫色顔料としては、ファーストバイオレットB、メチルバイオレットレーキが挙げられる。
青色顔料としては、コバルトブルー、アルカリブルー、ビクトリアブルーレーキ、フタロシアニンブルー、無金属フタロシアニンブルー、フタロシアニンブルー部分塩素化物、ファーストスカイブルー、インダンスレンブルーBC等が挙げられる。
緑色顔料としては、クロムグリーン、酸化クロム、ピグメントグリーンB、マラカイトグリーンレーキ等が挙げられる。
【0029】
これらの顔料は、1種または2種以上を使用することができる。
特にカラートナーにおいては、良好な顔料の均一分散が必須となり、顔料を直接大量の樹脂中に投入するのではなく、一度高濃度に顔料を分散させたマスターバッチを作製し、それを希釈する形で投入する方式が用いられている。
この場合、一般的には、分散性を助けるために溶剤が使用されるが、環境等の問題があるため、水を使用して分散させることが好ましい。
水を使用する場合、マスターバッチ中の残水分が問題にならないように、温度コントロールが重要になる。
【0030】
本発明のトナーにおいては、電荷制御剤をトナー粒子内部に配合(内添)することが好ましい。しかし、トナー粒子と混合(外添)して用いても良い。電荷制御剤によって、現像システムに応じた最適の電荷量コントロールが可能となり、特に本発明では、粒度分布と電荷量とのバランスを更に安定したものとすることが可能である。つまり、トナーの表面に電荷制御剤を設けることにより、対キャリアとの摩擦帯電を有効的にかつ均一に行なうことが可能になり、安定したトナー粒子の帯電特性を得ることができる。電荷制御剤の平均粒径は10〜200nmの小さい粒径のものが最適である。10nmより小さい粒径の場合には流動性に及ぼす影響が小さく、200nmより大きい粒径の場合にはトナー粒子表面への付着状態にバラツキが生じ、安定性に問題が生じた。
電荷制御剤としては、トナーを正電荷性に制御するものとして、ニグロシンおよび四級アンモニウム塩、トリフェニルメタン系染料、イミダゾール金属錯体や塩類を、単独あるいは2種類以上組み合わせて用いることができる。
また、トナーを負電荷性に制御するものとしてサリチル酸金属錯体や塩類、有機ホウ素塩類、カリックスアレン系化合物等が用いられる。
【0031】
トナー粒子表面への電荷制御剤の付着または固着を実現させるには、混合機が必要になる。装置としては、オングミル、θコンポーザ、スーパーミキサー、ハイブリタイザー、クリプトロン、Qミキサー等がある。
電荷制御剤の付着または固着条件であるが、主に混合回転数によってトナー粒子表面への付着または固着条件が制御される。つまり、混合回転数は粉体表面に電荷制御剤を付着させる力を制御できる。混合回転数は2000rpm〜5000rpmが最適であり、混合回転数が2000rpmより低回転数の場合には電荷制御剤がトナー粒子表面に非常に弱い力で付着するような形になり、トナー粒子の表面状態の安定さが失われ、トナー飛散、機内汚染等が生じやすくなる。混合回転数が5000rpmより高回転数では、電荷制御剤がトナー粒子表面内部に食込むと共に、表面の凹凸形状がならされて凹凸が小さくなり、流動性は逆に悪くなる。
これらの混合条件は、混合機の種類によって異なる。特に、注入が可能な混合機の場合には、微粉体が添加される前の粉体(母体)と微粉体との間に働くエネルギーが加わりやすい条件にあるので、細かく最適な条件を調整する必要がある。
【0032】
また、本発明のトナーには、定着時のオフセット防止のために離型剤を内添することが可能である。
離型剤としては、キャンデリラワックス、カルナウバワックス、ライスワックスなどの天然ワックス、モンタンワックスおよびその誘導体、パラフィンワックスおよびその誘導体、ポリオレフィンワックスおよびその誘導体、サゾールワックス、低分子量ポリエチレン、低分子量ポリプロピレン、アルキルリン酸エステル等がある。
これら離型剤の融点は、65〜90℃であることが好ましい。この範囲より低い場合には、トナーの保存時のブロッキングが発生しやすくなり、この範囲より高い場合には定着ローラー温度が低い領域でオフセットが発生しやすくなる場合がある。
【0033】
離型剤等の分散性を向上させるなどの目的のために、添加剤を加えても良い。
添加剤としては、スチレンアクリル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリスチレン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、スチレンメタクリレート樹脂、ポリウレタン樹脂、ビニル樹脂、ポリオレフィン樹脂、スチレンブタジエン樹脂、フェノール樹脂、ブチラール樹脂、テルペン樹脂、ポリオール樹脂等があり、それぞれの樹脂を2種以上混合して用いることができる。
【0034】
樹脂は、結晶性ポリエステルを用いても良い。結晶性を有し、分子量分布がシャープで、かつその低分子量分の絶対量を可能な限り多くした脂肪族系ポリエステルである。この樹脂はガラス転移温度(Tg)において結晶転移を起こすと同時に、固体状態から急激に溶融粘度が低下し、紙への定着機能を発現する。この結晶性ポリエステル樹脂の使用により、樹脂のTgや分子量を下げ過ぎることなく低温定着化を達成することができる。そのため、Tg低下に伴なう保存性の低下はない。また、低分子量化に伴なう高すぎる光沢や耐オフセット性の悪化もない。したがって、この結晶性ポリエステル樹脂の導入は、トナーの低温定着性の向上に非常に有効である。
【0035】
本発明のトナーおいて、低温定着性を発現し、耐ホットオフセット性を確保するためには、トナー中の樹脂および離型剤の合計量に対して、結晶性ポリエステルの含有量は1〜50重量%であり、離型剤の含有量は2〜15重量%であることが好ましい。結晶性ポリエステルの含有量が1重量%未満の場合は低温定着性に効果がなく、50重量%を超える場合はホットオフセット性が悪化する。離型剤含有量が2重量%未満の場合は、耐オフセット性に効果がない場合があり、15重量%を超える場合には、トナー流動性の低下が生じる。
【0036】
結晶性ポリエステル樹脂の分子構造については、限定的でないが、ポリエステル樹脂の結晶性および軟化点の観点から、炭素数2〜6のジオール化合物、特に1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオールおよびこれらの誘導体を含有するアルコール成分と、マレイン酸、フマル酸、コハク酸、およびこれらの誘導体を含有する酸成分とを用いて合成される下記一般式(1)で表わされる脂肪族系ポリエステルを含有することが好ましい。
【0037】
【化1】
[−O−CO−CR1=CR2−CO−O−(CH2)n−]m …(1)
(ここでn,mは繰り返し単位の数である。R1,R2は炭化水素基である。)
また、ポリエステル樹脂の結晶性および軟化点の観点から、非線状のポリエステルを合成するために、アルコール成分にグリセリン等の3価以上の多価アルコールを追加し、酸成分に無水トリメリット酸などの3価以上の多価カルボン酸を追加して縮重合を行なっても良い。
【0038】
結晶性ポリエステル樹脂のガラス転移温度(Tg)は、耐熱保存性が悪化しない範囲で低いことが望ましく、80〜130℃の範囲にあることが好ましい。
ガラス転移温度(Tg)が80℃未満の場合は耐熱保存性が悪化し、現像装置内部の温度でブロッキングが発生しやすくなり、130℃より高い場合には定着下限温度が高くなるため低温定着性が得られなくなる。
結晶性ポリエステル樹脂のガラス転移温度(Tg)は、DSCによる2nd昇温時の吸熱ピーク温度である。
【0039】
また、本発明のトナーに粉砕性を向上させるために、粉砕助剤を含ませても良い。
粉砕助剤用の材料としては、ビニルトルエン、α−メチルスチレンおよびイソプロペニルトルエンからなる群から選ばれる少なくとも1種のモノマーの重合体を含む樹脂等である。
この重合体としては、ビニルトルエン、α−メチルスチレンまたはイソプロペニルトルエンの単独重合体であってもよいし、これらのモノマー同志の共重合体であってもよい。
これらの重合体には、スチレン以外の他のモノマーが共重合されていないのが好ましいが、本発明の目的を損なわない範囲でスチレン以外の他のモノマーが共重合されていてもよい。
スチレンの含有量は、共重合体を構成する全モノマーに占めるスチレンの割合として50モル%以下、好ましくは40〜20モル%であることが望ましい。
これらの樹脂は脆いために、結晶性ポリエステルと組み合わせて使用すると、結晶性ポリエステルの結晶性に起因する不充分な粉砕性を向上させることができる。
【0040】
本発明のトナーを作製する方法としては、粉砕法、重合法(懸濁重合、乳化重合分散重合、乳化凝集、乳化会合等)等があるが、これらの作製法に限るものではない。
【0041】
粉砕法の一例について述べる。
先ず、前述した樹脂、着色剤としての顔料または染料、電荷制御剤、離型剤、その他の添加剤等を、ヘンシェルミキサーの如き混合機によって充分に混合した後、バッチ式の2本ロール、バンバリーミキサーや連続式の2軸押出し機、連続式の1軸混練機等の熱混練機を用いて構成材料をよく混練し、圧延冷却後、切断を行なう。
切断後のトナー混練物は破砕を行ない、ハンマーミル等を用いて粗粉砕し、更にジェット気流を用いた微粉砕機や機械式粉砕機によって、微粉砕し、旋回気流を用いた分級機やコアンダ効果を用いた分級機により所定の粒度に分級する。
その後、混合機により無機粒子などからなる添加剤を粒子表面に付着もしくは固着させる。
【0042】
この混合工程によって、添加剤を粒子表面に付着もしくは固着させた後のトナー粒子の流動性を、本発明の評価法を用いて評価する。
この場合、抜き取り検査で、試料を試料容器に入れ、加圧等によって圧密状態にし、その試料容器を直接図1に示す評価装置の試料台に載せ測定を行なう。円錐ロータの回転数は0.1〜10rpmとし、円錐ロータの侵入速度は5mm/minとした。測定は、円錐ロータを回転させながら侵入させ、5mm以上の予め設定した侵入距離を経た後は侵入を止め、その後円錐ロータを引抜き、元の初期位置に戻す。この円錐ロータのトナー粉体層への侵入時のトルク、荷重を測定し、トナーの流動性を評価する。
混合工程後、250メッシュ以上の篩を通過させ、粗大粒子、凝集粒子を除去し本発明のトナーを得る。なお、風篩工程後、トナーの流動性を評価しても良い。
【0043】
本発明の評価法によってトナー流動性を評価した場合には、測定値(トルク、荷重)とトナー流動性が以下のような関係になる。
1)・トルクの値が小さければ小さい程、流動性は良くなる。
・トルクの値が大きければ大きい程、流動性は悪くなる。
2)・荷重の値が小さければ小さい程、流動性は良くなる。
・荷重の値が大きければ大きい程、流動性は悪くなる。
【0044】
円錐ロータを用いた本発明の評価法は、次のような特徴を持つものであり、抜取り試料をそのまま迅速に、簡単に測定できるため、個人差のない、精度の高い測定ができることにある。
▲1▼非破壊検査である。
▲2▼試料をそのまま測定できる。
▲3▼短時間で測定できる。
▲4▼誰にでも簡単に測定できる。
そのため、製造ラインでの計測も可能であり、製造工程の中での各工程間に設置して、工程途中での品質評価ができる。
例えば、混合工程を経た後、次工程へ粉体試料を搬送する途中に、試料抜取り・測定ゾーンを設けておき、あるタイミングでシャッターを開閉して、一定量の試料を測定部へ搬送する。その測定部の先端部はSUS等でできた容器になっており、そのまま本評価方法にて測定する。
または、その容器を近くの別の場所に配置した本発明の評価装置へ持っていき、試料ステージへのせて測定する。
評価の結果、その数値が予め定めた設定範囲を外れていた場合、試料を充填工程へは回さず、トナーの再処理工程へ回す。
これらの仕組みは、混合工程前の工程である粉砕・分級工程後の検査、混合工程の後にある風篩工程後の検査、充填前の検査等に適用できる。
図6は、本発明の流動性評価装置と組み合わせたトナー製造装置の概略図である。トナー製造装置あるいはラインの中に、本発明の評価装置を組み込んで、トナーの製造の効率化を図ることができる。
また、これらの機能をもったトナー評価装置を単独に開発段階の評価装置として使うことも可能である。
【0045】
前述のように、本発明の評価法によるトルクおよび荷重の測定値は、トナーの流動性を示しており、定量的な評価が可能となる。今までの従来の評価法では、測定バラツキや感度不足のために、トナー粒子表面の微妙な違いは評価できないという問題があった。しかし、本評価法は感度が高く、測定バラツキが小さいために、トナー粒子表面状態の微妙な違いによる流動性変化を評価することができ、トナーの種類が変わっても粒径が変わっても同じ土俵で評価できる。つまり、非常に汎用的な安定した評価値になる。
【0046】
トナー粉体層中に侵入させた円錐ロータの回転によって得られるトルクと荷重の各特性は、粉体の流動性と密接な関係がある。
すなわち、粉体の流動性が良い場合には1個1個の粉体粒子間の付着力が小さいために動きやすく、その粉体層内で円錐ロータを動かしてもトルクは小さく、荷重変化も小さい。しかし、逆に粉体の流動性が悪い場合には、1個1個の粉体粒子間の付着力が大きいために動きにくく、その粉体層内で円錐ロータを移動した場合には円錐ロータにかかるトルクは大きくなり、下方向へ働く力(荷重)も大きくなる。
特に、この現象はトナー中に離型剤等を入れた場合に微妙な変化として現れ、1個1個の粉体粒子間の付着力は圧密状態でより顕著に現れる。そのため、圧密状態でのトナー流動性を評価する必要がある。
よって、本発明の評価法では、以下のような関係で流動性を評価できる。
流動性が良い場合→圧密状態の粉体層内を移動したときのトルク、荷重が小さい。
流動性が悪い場合→圧密状態の粉体層内を移動したときのトルク、荷重が大きい。
トナーの流動性は、電荷制御剤の付着状態により大きく変化する。つまり、電荷制御剤をトナー粒子表面に付着もしくは固着させる状態によりトナー粒子の流動性は大きく変化する。その状態は、混合機を用いての混合条件(仕込み量、回転数、混合時間等)によって変化するが、特に混合回転数の影響は大きく、重要な役割を果たす。
【0047】
プリンタや複写機において、高画質化を実現するためには、非常に微小なドット再現性を高める必要がある。
それを実現するためには、非常に微小な潜像に対して忠実なトナー現像が必要となる。
この忠実な現像を可能にするためには、現像域に均一なトナーブラシを搬送、供給する必要がある。そのためには、その搬送された現像域のトナーが適度な帯電量をもっていることが必要であるが、常に安定して現像域に均一なトナーブラシが供給できるようなトナーの動き易さ、搬送のし易さが非常に重要となる。
つまり、微小なドット再現性を上げるためには、トナーの流動性を上げることが必要になる。また、トナーにおいては、トナー粒子の形状をも考慮して流動性を上げる必要がある。
【0048】
トナー粒子の円形度はフロー式粒子像分析装置FPIA−1000(東亜医用電子株式会社製)により平均円形度として計測した。
以上から、流動性はトナー形状によっても影響され、トナーの平均円形度が0.90〜0.99である非常に球形に近いトナーの場合には流動性に優れ、ドット再現性に優れた高画質化を実現できることが分かった。
トナー粒子の形状を制御する方法としては、分級工程後のトナー粒子を回転体の中に入れて高速回転させたり、瞬間的に熱を加えるような工程を介したりして実現できる。
【0049】
本発明のトナーを重合法によって作製する方法について説明する。
重合法の一例としては、モノマーに着色剤及び電荷制御剤等を添加したモノマー組成物を、水系の媒体中で懸濁し重合させることによってトナー粒子を得る方法が挙げられる。造粒法は特に限定されない。
例えば本発明のトナーは、有機溶媒中に少なくとも、イソシアネート基を含有するポリエステル系プレポリマーが溶解し、顔料系着色剤が分散し、離型剤が溶解ないし分散している油性分散液を水系媒体中に無機微粒子及び/又はポリマー微粒子の存在下で分散させるとともに、この分散液中で該プレポリマーをポリアミン及び/又は活性水素含有基を有するモノアミンと反応させてウレア基を有するウレア変性ポリエステル系樹脂を形成させ、このウレア変性ポリエステル系樹脂を含む分散液からそれに含まれる液状媒体を除去することによって得られる。
【0050】
ウレア変性ポリエステル系樹脂において、そのTgは40〜65℃、好ましくは45〜60℃である。その数平均分子量Mnは2500〜50000、好ましくは2500〜30000である。その重量平均分子量Mwは1万〜50万、好ましくは3万〜10万である。
このトナーは、該プレポリマーと該アミンとの反応によって高分子量化されたウレア結合を有するウレア変性ポリエステル系樹脂をバインダー樹脂として含む。そして、そのバインダー樹脂中には着色剤が高分散している。
【0051】
得られた乾燥後のトナーの粉体を風力分級し、上記最適な混合条件により混合機により荷電制御剤を粒子表面に付着もしくは固着させる。さらにその後、無機微粒子などからなる添加剤を粒子表面に付着もしくは固着させても良い。電荷制御剤を表面に打込むことにより、トナーの帯電量の制御がしやすくなる。
付着したり、固着したりする具体的手段としては、高速で回転する羽根によって粉体混合物に衝撃力を加える方法、高速気流中に粉体混合物を投入し、加速させ、粒子同士または複合化した粒子を適当な衝突板に衝突させる方法などがある。
装置としては、オングミル、Qミキサー、I式ミルを改造して粉砕エアー圧力を下げた装置、ハイブリダイゼイションシステム、クリプトロンシステム及び自動乳鉢などが挙げられる。
これらの方式の場合にも、造粒後の検査、電荷制御剤の処理後の検査、添加剤の混合工程後の検査、混合工程の後にある風篩工程後の検査、充填前の検査等に適用できる。
【0052】
本発明のトナーは、接触または非接触現像方式に使用する1成分現像剤として用いる。
接触または非接触現像方式は種々の公知のものが使用される。例えば、アルミスリーブを用いた接触現像法、導電性ゴムベルトを用いた接触現像法、アルミ素管の表面にカーボンブラック等を含む導電性樹脂層を形成した現像スリーブを用いる非接触現像法等がある。
また、本発明のトナーを用いた現像時にACバイアス電圧成分を印加すると、現像効率が向上し、画像特性が向上する。
【0053】
また、1成分現像方式において、トナー供給部の出口にトナー層を均一にするためのローラ状のブレードや供給ローラを設けた現像方式に、本発明のトナーを用いることを特徴とする。
このような方式の場合には、トナーの流動性が現像ローラ上のトナー層の均一化に大きく影響を与え、且つ耐久特性に影響を与える。耐久特性が悪い場合には、感光体へのフィルミングだけではなく、ドクターローラや供給ローラへのフィルミングが発生する。このため、トナー層が均一に形成できないばかりかトナー帯電が不均一になり、トナー電荷量も小さくなる。このため現像不良が生じる。
しかし本発明のトナーを用いると、トナーに流動性に優れているため、供給ローラやドクターローラを介しての現像ローラ上へのトナー層の均一薄層化が容易に実現でき、常に安定した現像ローラ上へのトナー搬送が可能となる。また、ドクターローラや供給ローラへのフィルミングは発生せず、安定した現像が行なわれ、耐久特性に優れた方式となる。図7は、そのような現像方式を用いた装置の概略図である。
【0054】
本発明のトナーは流動性に優れているため、カートリッジ容器に入れて保管することが充分可能であり、カートリッジ容器から現像部へトナー搬送するような構成の装置にも適している。
カートリッジ容器としては、トナーを充填するトナーカートリッジと、少なくとも電子写真感光体と現像手段を具備し、現像手段のトナー収容部にトナーを充填するプロセスカートリッジとを挙げることができ、通常これらのトナーカートリッジ又はプロセスカートリッジを電子写真画像形成装置に装着して、画像を形成する。
【0055】
また、磁性トナーとする場合には、トナー粒子の中に磁性体の微粒子を内添すれば良い。磁性体としては、フェライト、マグネタイト、鉄、ニッケル、コバルト、それらの合金などの強磁性体等が考えられる。磁性体の平均粒径は0.1〜1μmが好ましい。磁性体の含有量はトナー100重量部に対して、10〜70重量部であることが好ましい。
【0056】
また、前述したように本発明のトナーは電荷制御剤を付着または固着させたトナー粒子表面にさらに無機微粉体をトナー表面に付着または固着させても良い。
この無機微粉体の平均粒径は10〜200nmが適している。10nmより小さい粒径の場合には流動性に効果のある凹凸表面を作り出すことが難しく、200nmより大きい粒径の場合には粉体形状がラフになり、トナー形状の問題が生じる。
本発明のトナーに用いる無機微粉体としては、Si、Ti、Al、Mg、Ca、Sr、Ba、In、Ga、Ni、Mn、W、Fe、Co、Zn、Cr、Mo、Cu、Ag、V、Zr等の酸化物や複合酸化物が挙げられる。
これらのうち二酸化珪素(シリカ)、二酸化チタン(チタニア)、アルミナの微粒子が好適に用いられる。
さらに、疎水化処理剤等により表面改質処理することが有効である。疎水化処理剤の代表例としては以下のものが挙げられる。
ジメチルジクロルシラン、トリメチルクロルシラン、メチルトリクロルシラン、アリルジメチルジクロルシラン、アリルフェニルジクロルシラン、ベンジルジメチルクロルシラン、ブロムメチルジメチルクロルシラン、α−クロルエチルトリクロルシラン、p−クロルエチルトリクロルシラン、クロルメチルジメチルクロルシラン、クロルメチルトリクロルシラン、ヘキサフェニルジシラザン、ヘキサトリルジシラザン等。
無機微粉体はトナーに対して0.1〜2重量%使用されるのが好ましい。0.1重量%未満では、トナー凝集を改善する効果が乏しくなり、2重量%を超える場合は、細線間のトナー飛び散り、機内の汚染、感光体の傷や摩耗等の問題が生じやすい傾向がある。
【0057】
二成分現像剤に使用されるキャリアとしては公知のものが使用可能であり、例えば鉄粉、フェライト粉、ニッケル粉、マグネタイト粉の如き磁性粒子あるいはこれら磁性粒子の表面をフッ素系樹脂、ビニル系樹脂、シリコーン系樹脂等で処理したもの、あるいは磁性粒子が樹脂中に分散されている磁性粒子分散樹脂粒子等が挙げられる。これら磁性キャリアの平均粒径は20〜100μmが良い。好ましくは20〜70μmが良い。
【0058】
また、本発明のトナーには、実質的な悪影響を与えない範囲内で更に他の添加剤、例えばポリテトラフロロエチレン系フッ素樹脂粉末、ステアリン酸亜鉛粉末、ポリフッ化ビニリデン粉末の如き滑剤粉末;あるいは酸化セリウム粉末、炭化珪素粉末、チタン酸ストロンチウム粉末などの研磨剤;あるいは例えばカーボンブラック粉末、酸化亜鉛粉末、酸化スズ粉末等の導電性付与剤を現像性向上剤として少量用いることもできる。
【0059】
また、本評価法は混練り工程や粉砕工程を用いないで作製する重合法やスプレードライ法などで作製したトナー、カプセルトナーにも使用できる。
【0060】
【実施例】
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、これは本発明をなんら限定するものではない。なお、以下の配合における部数は全て重量部である。
実施例の記載順序を説明すると、先ず、トナー組成、トナー作製法および混合条件を変化したトナーを作製し、作製したトナー流動性を本発明の評価法を用いて評価し、また、作製したトナーを用いて得られる画像について、ドット再現性を画像のザラツキ感として5段階評価(ランク1:悪い→ランク5:良い)した。
また、初期のトナー帯電量を測定した後2万枚のランニング耐久試験を行ない、現像部でのブロッキング等のトナー搬送性の不具合点を評価した。不具合点のなかった場合を○、不具合点のあった場合を×として評価した。トナーの流動性は、円錐ロータが侵入時のトナー粉体相表面から20mm侵入したときのトルクと荷重の値を測定した。トナーは予め圧密状態にし、空間率を変化してトルク、荷重を測定し、空間率が0.54および0.58のときのトルク、荷重を評価した。
圧密荷重及び円錐ロータの評価条件は以下のようにした。
・圧密荷重:250g、750g、1500g
・円錐ロータの頂角:60°
・円錐ロータの回転数:1rpm
・円錐ロータの侵入速度:5mm/min
【0061】
実施例1
上記原材料をミキサーで充分に混合した後、2軸押出し機によりバレル温度100℃、混練機回転数100rpmで溶融混練した。混練物を圧延冷却後カッターミルで粗粉砕し、ジェット気流を用いた微粉砕機で粉砕後、旋回式風力分級装置を用いて、平均粒径が6.5μmの粒度分布に分級した。その後、母体着色粒子100部に対して、以下の混合条件にて添加剤を混合し、トナーを作製した。
添加剤:サルチル酸亜鉛塩 2部
混合回転数:2000rpm
混合時間:120sec
混合機:Qミキサー
このようにして、本発明のトナーを作製した後、本発明の評価法により該トナーの流動性を測定した。その結果を表1に示す。
さらに、上記粒子100部に対して、以下の混合条件にて添加剤を混合し、トナーを作製した。
添加剤:シリカ微粉末 1部
混合回転数:750rpm
混合時間:120sec
混合機:スーパーミキサー
得られたトナーを潜像担持体がOPCドラム感光体でクリーニング方式がブレードクリーニングである複写機にセットし、画像評価実験およびランニング実験を行なった。その結果を表1に示す。
【0062】
実施例2
実施例1と同様の原材料、作製方法で混練、粉砕、分級を行ない、平均粒径が6.5μmの粒度分布に分級した。
さらに、母体着色粒子100部に対して、以下の混合条件にて添加剤を混合し、トナーを作製した。
添加剤:サルチル酸亜鉛塩 2部
混合回転数:3000rpm
混合時間:120sec
混合機:Qミキサー
このようにして、本発明のトナーを作製した後、本発明の評価法により該トナーの流動性を測定した。その結果を表1に示す。
さらに、上記粒子100部に対して、以下の混合条件にて添加剤を混合し、トナーを作製した。
添加剤:シリカ微粉末 1部
混合回転数:750rpm
混合時間:120sec
混合機:スーパーミキサー
得られたトナーを潜像担持体がOPCドラム感光体でクリーニング方式がブレードクリーニングである複写機にセットし、画像評価実験およびランニング実験を行なった。その結果を表1に示す。
【0063】
実施例3
実施例1と同様の原材料、作製方法で混練、粉砕、分級を行ない、平均粒径が6.5μmの粒度分布に分級した。
さらに、母体着色粒子100部に対して、以下の混合条件にて添加剤を混合し、トナーを作製した。
添加剤:サルチル酸亜鉛塩 2部
混合回転数:4000rpm
混合時間:120sec
混合機:Qミキサー
このようにして、本発明のトナーを作製した後、本発明の評価法により該トナーの流動性を測定した。その結果を表1に示す。
さらに、上記粒子100部に対して、以下の混合条件にて添加剤を混合し、トナーを作製した。
添加剤:シリカ微粉末 1部
混合回転数:750rpm
混合時間:120sec
混合機:スーパーミキサー
得られたトナーを潜像担持体がOPCドラム感光体でクリーニング方式がブレードクリーニングである複写機にセットし、画像評価実験およびランニング実験を行なった。その結果を表1に示す。
【0064】
実施例4
実施例1と同様の原材料、作製方法で混練、粉砕、分級を行ない、平均粒径が6.5μmの粒度分布に分級した。
さらに、母体着色粒子100部に対して、以下の混合条件にて添加剤を混合し、トナーを作製した。
添加剤:サルチル酸亜鉛塩 2部
混合回転数:5000rpm
混合時間:120sec
混合機:Qミキサー
このようにして、本発明のトナーを作製した後、本発明の評価法により該トナーの流動性を測定した。その結果を表1に示す。
さらに、上記粒子100部に対して、以下の混合条件にて添加剤を混合し、トナーを作製した。
添加剤:シリカ微粉末 1部
混合回転数:750rpm
混合時間:120sec
混合機:スーパーミキサー
得られたトナーを潜像担持体がOPCドラム感光体でクリーニング方式がブレードクリーニングである複写機にセットし、画像評価実験およびランニング実験を行なった。その結果を表1に示す。
【0065】
比較例1
実施例1と同様の原材料、作製方法で混練、粉砕、分級を行ない、平均粒径が6.5μmの粒度分布に分級した。
さらに、母体着色粒子100部に対して、以下の混合条件にて添加剤を混合し、トナーを作製した。
添加剤:サルチル酸亜鉛塩 2部
混合回転数:1000rpm
混合時間:120sec
混合機:Qミキサー
このようにして、本発明のトナーを作製した後、本発明の評価法により該トナーの流動性を測定した。その結果を表1に示す。
さらに、上記粒子100部に対して、以下の混合条件にて添加剤を混合し、トナーを作製した。
添加剤:シリカ微粉末 1部
混合回転数:750rpm
混合時間:120sec
混合機:スーパーミキサー
得られたトナーを潜像担持体がOPCドラム感光体でクリーニング方式がブレードクリーニングである複写機にセットし、画像評価実験およびランニング実験を行なった。その結果を表1に示す。
【0066】
比較例2
実施例1と同様の原材料、作製方法で混練、粉砕、分級を行ない、平均粒径が6.5μmの粒度分布に分級した。
さらに、母体着色粒子100部に対して、以下の混合条件にて添加剤を混合し、トナーを作製した。
添加剤:サルチル酸亜鉛塩 2部
混合回転数:6000rpm
混合時間:120sec
混合機:Qミキサー
このようにして、本発明のトナーを作製した後、本発明の評価法により該トナーの流動性を測定した。その結果を表1に示す。
さらに、上記粒子100部に対して、以下の混合条件にて添加剤を混合し、トナーを作製した。
添加剤:シリカ微粉末 1部
混合回転数:750rpm
混合時間:120sec
混合機:スーパーミキサー
得られたトナーを潜像担持体がOPCドラム感光体でクリーニング方式がブレードクリーニングである複写機にセットし、画像評価実験およびランニング実験を行なった。その結果を表1に示す。
【0067】
実施例5
<トナーバインダーの合成>
冷却管、攪拌機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エチレンオキサイド2モル付加物724部、イソフタル酸276部およびジブチルチンオキサイド2部を入れ、常圧、230℃で8時間反応し、さらに10〜15mmHgの減圧で5時間反応した後、160℃まで冷却して、これに32部の無水フタル酸を加えて2時間反応した。次いで、80℃まで冷却し、酢酸エチル中にてイソフォロンジイソシアネート188部と2時間反応を行ない、イソシアネート含有プレポリマーIを得た。次いでプレポリマーIの267部とイソホロンジアミン14部を50℃で2時間反応させ、重量平均分子量64000のウレア変性ポリエステルIを得た。上記と同様にビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物724部、テレフタル酸276部を常圧下、230℃で8時間重縮合し、次いで10〜15mmHgの減圧で5時間反応して、ピーク分子量5000の変性されていないポリエステルAを得た。ウレア変性ポリエステルIの200部と変性されていないポリエステルAの800部を酢酸エチル/MEK(1/1)混合溶剤2000部に溶解、混合し、トナーバインダーIの酢酸エチル/MEK溶液を得た。一部減圧乾燥し、トナーバインダーIを単離した。分析の結果Tgは62℃であった。
【0068】
<トナーの作製>
上記原材料をビーカー内で、60℃にてTK式ホモミキサーで12000rpmで攪拌し、均一に溶解、分散させてトナー材料溶液を作製した。
【0069】
ビーカー内に上記原材料を入れ均一に溶解した。その後60℃に昇温し、TK式ホモミキサーで12000rpmに攪拌しながら、上記トナー材料溶液を投入し10分間攪拌した。ついで、この混合液を攪拌棒および温度計付のフラスコに移し、30℃まで昇温して減圧下で溶剤を除去し、濾別、洗浄、乾燥した後、風力分級し、トナー粒子を得た。体積平均粒径は6.3μmであった。このトナー粒子100部に対して、以下の混合条件にて添加剤を混合し、トナーを得た。
さらに、母体着色粒子100部に対して、以下の混合条件にて添加剤を混合し、トナーを作製した。
添加剤:サルチル酸亜鉛塩 2部
混合回転数:1000rpm
混合時間:120sec
混合機:Qミキサー
このようにして、本発明のトナーを作製した後、本発明の評価法により該トナーの流動性を測定した。その結果を表1に示す。
上記作製法で得られたトナーとキャリアをキャリア97.5部に対し、2.5部の割合で混合し、二成分現像剤を作製した。
得られたトナーを潜像担持体がOPCドラム感光体でクリーニング方式がブレードクリーニングである複写機にセットし、画像評価実験およびランニング実験を行なった。その結果を表1に示す。
【0070】
実施例6
実施例5と同様の原材料、作製方法で作製、分級を行ない、平均粒径が6.3μmの粒度分布に分級した。
さらに、母体着色粒子100部に対して、以下の混合条件にて添加剤を混合し、トナーを作製した。
添加剤:サルチル酸亜鉛塩 2部
混合回転数:3000rpm
混合時間:120sec
混合機:Qミキサー
このようにして、本発明のトナーを作製した後、本発明の評価法により該トナーの流動性を測定した。その結果を表1に示す。
さらに、上記粒子100部に対して、以下の混合条件にて添加剤を混合し、トナーを作製した。
添加剤:シリカ微粉末 1部
混合回転数:750rpm
混合時間:120sec
混合機:スーパーミキサー
上記作製法で得られたトナーとキャリアをキャリア97.5部に対し、2.5部の割合で混合し、二成分現像剤を作製した。
得られたトナーを潜像担持体がOPCドラム感光体でクリーニング方式がブレードクリーニングである複写機にセットし、画像評価実験およびランニング実験を行なった。その結果を表1に示す。
【0071】
実施例7
実施例5と同様の原材料、作製方法で作製、分級を行ない、平均粒径が6.3μmの粒度分布に分級した。
さらに、母体着色粒子100部に対して、以下の混合条件にて添加剤を混合し、トナーを作製した。
添加剤:サルチル酸亜鉛塩 2部
混合回転数:4000rpm
混合時間:120sec
混合機:Qミキサー
このようにして、本発明のトナーを作製した後、本発明の評価法により該トナーの流動性を測定した。その結果を表1に示す。
さらに、上記粒子100部に対して、以下の混合条件にて添加剤を混合し、トナーを作製した。
添加剤:シリカ微粉末 1部
混合回転数:750rpm
混合時間:120sec
混合機:スーパーミキサー
上記作製法で得られたトナーとキャリアをキャリア97.5部に対し、2.5部の割合で混合し、二成分現像剤を作製した。
得られたトナーを潜像担持体がOPCドラム感光体でクリーニング方式がブレードクリーニングである複写機にセットし、画像評価実験およびランニング実験を行なった。その結果を表1に示す。
【0072】
実施例8
実施例5と同様の原材料、作製方法で作製、分級を行ない、平均粒径が6.3μmの粒度分布に分級した。
さらに、母体着色粒子100部に対して、以下の混合条件にて添加剤を混合し、トナーを作製した。
添加剤:サルチル酸亜鉛塩 2部
混合回転数:2500rpm
混合時間:120sec
混合機:θコンポーザー
このようにして、本発明のトナーを作製した後、本発明の評価法により該トナーの流動性を測定した。その結果を表1に示す。
さらに、上記粒子100部に対して、以下の混合条件にて添加剤を混合し、トナーを作製した。
添加剤:シリカ微粉末 1部
混合回転数:750rpm
混合時間:120sec
混合機:スーパーミキサー
上記作製法で得られたトナーとキャリアをキャリア97.5部に対し、2.5部の割合で混合し、二成分現像剤を作製した。
得られたトナーを潜像担持体がOPCドラム感光体でクリーニング方式がブレードクリーニングである複写機にセットし、画像評価実験およびランニング実験を行なった。その結果を表1に示す。
【0073】
比較例3
実施例5と同様の原材料、作製方法で作製、分級を行ない、平均粒径が6.3μmの粒度分布に分級した。
さらに、母体着色粒子100部に対して、以下の混合条件にて添加剤を混合し、トナーを作製した。
添加剤:サルチル酸亜鉛塩 2部
混合回転数:1000rpm
混合時間:120sec
混合機:Qミキサー
このようにして、本発明のトナーを作製した後、本発明の評価法により該トナーの流動性を測定した。その結果を表1に示す。
さらに、上記粒子100部に対して、以下の混合条件にて添加剤を混合し、トナーを作製した。
添加剤:シリカ微粉末 1部
混合回転数:750rpm
混合時間:120sec
混合機:スーパーミキサー
上記作製法で得られたトナーとキャリアをキャリア97.5部に対し、2.5部の割合で混合し、二成分現像剤を作製した。
得られたトナーを潜像担持体がOPCドラム感光体でクリーニング方式がブレードクリーニングである複写機にセットし、画像評価実験およびランニング実験を行なった。その結果を表1に示す。
【0074】
比較例4
実施例5と同様の原材料、作製方法で作製、分級を行ない、平均粒径が6.3μmの粒度分布に分級した。
さらに、母体着色粒子100部に対して、以下の混合条件にて添加剤を混合し、トナーを作製した。
添加剤:サルチル酸亜鉛塩 2部
混合回転数:6000rpm
混合時間:120sec
混合機:Qミキサー
このようにして、本発明のトナーを作製した後、本発明の評価法により該トナーの流動性を測定した。その結果を表1に示す。
さらに、上記粒子100部に対して、以下の混合条件にて添加剤を混合し、トナーを作製した。
添加剤:シリカ微粉末 1部
混合回転数:750rpm
混合時間:120sec
混合機:スーパーミキサー
上記作製法で得られたトナーとキャリアをキャリア97.5部に対し、2.5部の割合で混合し、二成分現像剤を作製した。
得られたトナーを潜像担持体がOPCドラム感光体でクリーニング方式がブレードクリーニングである複写機にセットし、画像評価実験およびランニング実験を行なった。その結果を表1に示す。
【0075】
【表1】
【0076】
以上の結果から判るように、トナー粉体層の本発明の評価法による流動性評価値とドット再現性及びランニング時のトナー搬送性との間には強い相関関係が存在し、本発明の評価法によりドット再現性及び現像部のトナー搬送性を評価できることが判る。
実施例1〜8及び比較例1〜4について、円錐ロータ侵入時のトルクとドット再現性の関係を図4に、また、円錐ロータ侵入時の荷重とドット再現性の関係を図5にそれぞれ示す。
これらの結果から、ドット再現性の良い高画質及び良好なトナー搬送性を得るために必要な、流動性の良いトナーを得るためには、以下の条件(ロータ侵入速度:5mm/min、20mm侵入時の値)を満足することが必要である。また、以下の条件のとき、トナー帯電量が高く、安定化していることが判った。
(1)円錐ロータ侵入時のトルクの値が、空間率が0.58の場合0.1〜2.5mNmであり、空間率が0.54の場合0.1〜3.8mNmである。
(2)円錐ロータ侵入時の荷重の値が、空間率が0.58の場合0.01〜0.65Nであり、空間率が0.54の場合0.01〜1.1Nである。
空間率が0.58の場合、円錐ロータ侵入時のトルク値が0.1mNm未満では、トナーの流動性以外の帯電特性が悪くなり画質低下が生じ、2.5mNmより大きくなれば流動性が低下し、ドット再現性及びトナー搬送性が悪くなる。円錐ロータ侵入時の荷重値が0.01N未満では、トナーの帯電特性が悪くなり画質低下が生じ、0.65Nより大きくなるとトナーの流動性が低下しドット再現性及びトナー搬送性が悪くなる。
空間率が0.54の場合、円錐ロータ侵入時のトルク値が0.1mNm未満では、トナーの流動性以外の帯電特性が悪くなり画質低下が生じ、3.8mNmより大きくなれば流動性が低下し、ドット再現性及びトナー搬送性が悪くなる。円錐ロータ侵入時の荷重値が0.01N未満では、トナーの帯電特性が悪くなり画質低下が生じ、1.1Nより大きくなるとトナーの流動性が低下しドット再現性及びトナー搬送性が悪くなる。
【0077】
【発明の効果】
以上、詳細且つ具体的な説明より明らかなように、本発明によって、トナー帯電量が高く、トナー搬送性が良く、ドット再現性の良い高画質が形成可能なトナーを安定して提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のトナー流動性評価装置の概要図である。
【図2】本発明の流動性評価装置に設ける円錐ロータの側面図と断面図である。
【図3】本発明の流動性評価装置に設ける他の円錐ロータの側面図と断面図である。
【図4】実施例1〜8及び比較例1〜4のトルクとドット再現性の関係を示す図である。
【図5】実施例1〜8及び比較例1〜4の荷重とドット再現性の関係を示す図である。
【図6】本発明の流動性評価装置と組み合わせたトナー製造装置の概略図である。
【図7】本発明の流動性評価法で評価したトナーを使った現像装置の概略図である。
【符号の説明】
1 円錐ロータ
2 トルクメータ
3 昇降ステージ
4 試料容器
5 ピストン
6 ロードセル
7 おもり
8 支持板
9 加振器
Claims (21)
- 少なくとも樹脂、顔料からなる粉体の表面に荷電制御剤を付着または固着させてなる静電荷像現像用トナーであって、該粉体を予め圧密状態にした後、円錐ロータを回転させながら侵入速度5mm/minで20mm粉体層中に侵入させたときに発生するトルクの値が、粉体層の空間率が0.58の場合は0.1〜2.5mNm、かつ、空間率が0.54の場合は0.1〜3.8mNmであることを特徴とする静電荷像現像用トナー。
- 少なくとも樹脂、顔料からなる粉体の表面に荷電制御剤を付着または固着させてなる静電荷像現像用トナーであって、該粉体を予め圧密状態にした後、円錐ロータを回転させながら侵入速度5mm/minで20mm粉体層中に侵入させたときに発生する荷重の値が、粉体層の空間率が0.58の場合は0.01〜0.65N、かつ、空間率が0.54の場合は0.01〜1.1Nであることを特徴とする静電荷像現像用トナー。
- 前記粉体の表面に付着または固着した荷電制御剤が平均粒径10〜200nmであることを特徴とする請求項1又は2に記載の静電荷像現像用トナー。
- 前記粉体の平均円形度が0.90〜0.99であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の静電荷像現像用トナー。
- 前記粉体の中に離型剤を含んでい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。
- 前記粉体の中に離型剤の分散剤を含んでいることを特徴とする請求項5に記載の静電荷像現像用トナー。
- 樹脂及び顔料を予め混練させた組成物を用いて作製したことを特徴とする請求項1又は2に記載の静電荷像現像用トナー。
- 前記荷電制御剤が付着または固着した粉体の表面に、平均粒径10〜200nmの無機微粉体からなる添加剤を付着または固着させたことを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の静電荷像現像用トナー。
- 前記粉体が重合法によって作製されたことを特徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載の静電荷像現像用トナー。
- 体積平均粒径が4〜8μmであることを特徴とする請求項1乃至9のいずれかに記載の静電荷像現像用トナー。
- 請求項1乃至10のいずれかに記載の静電荷像現像用トナーを用いて、圧密状態のトナー層が形成された容器中のトナー層中に、円錐ロータを回転させながら侵入させて、円錐ロータにかかるトルクと容器にかかる荷重を測定することによって、その測定値からトナーの流動性を評価する方法であって、該円錐ロータの頂角が20〜150°であることを特徴とする静電荷像現像用トナー評価方法。
- 前記円錐ロータの表面に溝が切ってあることを特徴とする請求項11に記載の静電荷像現像用トナー評価方法。
- 前記円錐ロータの回転数が0.1〜10rpmであることを特徴とする請求項11又は12に記載の静電荷像現像用トナー評価方法。
- 請求項1乃至10のいずれかに記載の静電荷像現像用トナーを用いて、接触または非接触現像を行なうことを特徴とする1成分現像方法。
- ドクターローラおよび/または供給ローラを用いることを特徴とする請求項14に記載の1成分現像方法。
- 請求項1乃至10のいずれかに記載の静電荷像現像用トナーと、粒径20〜100μmのキャリアを用いて現像することを特徴とする2成分現像方法。
- ACバイアス電圧成分を印加して現像することを特徴とする請求項14乃至16のいずれかに記載の現像方法。
- 請求項1乃至10のいずれかに記載の静電荷像現像用トナーが充填されたことを特徴とするトナーカートリッジ。
- 請求項11乃至13のいずれかに記載の評価方法を用いてトナーを製造することを特徴とする静電像現像用トナーの製造方法。
- 圧密状態のトナー層が形成された容器中のトナー層中に、円錐ロータを回転させながら侵入させて、円錐ロータにかかるトルクと容器にかかる荷重を測定してトナーの流動性を評価するのに用いる装置であって、トナー層中に回転しながら侵入する円錐ロータ、回転する円錐ロータにかかるトルクを検出するトルクメータ、円錐ロータの回転によって容器にかかる荷重を検出するロードセルおよび円錐ロータを上下移動させる昇降機を少なくとも具備し、請求項11乃至13のいずれかに記載の評価方法を用いることを特徴とする静電荷像現像用トナー評価装置。
- 請求項11乃至13のいずれかに記載の評価方法を用いてトナーを製造することを特徴とする静電像現像用トナーの製造装置。
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