JP2005128235A - 電子写真用トナーおよび該トナーを用いる画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 平均円形度が0.94以上であり、かつ、遊離の長鎖脂肪酸またはその塩でなる粒子を0.2〜1.2個数%の量で含有するトナーを提供する。このトナーは、結着樹脂および着色剤を含む、平均円形度が0.94以上のトナー母粒子に、少なくとも長鎖脂肪酸またはその塩でなる粒子を含む添加剤を外添する工程を含む方法で得られる。最も好ましくは、少なくとも長鎖脂肪酸またはその塩でなる粒子を含む外添剤が最後の段階で外添されて得られる。
【選択図】 なし
Description
(i)トナー母粒子並びにトナー母粒子を構成する材料
トナー母粒子は、結着樹脂および着色剤を含み、必要に応じて、離型剤、分散剤、帯電制御剤、磁性剤などの内添剤を含有する。トナー母粒子は、正または負に帯電されており、好適には負に帯電されている。トナー母粒子を適切な範囲の負の帯電量を有するように帯電させるためには、いくつかの方法がある。例えば、正帯電性の結着樹脂に負帯電制御剤を配合する、負帯電性樹脂の帯電性が不充分である場合にはさらに負帯電制御剤を配合する、あるいは結着樹脂自体を負帯電性樹脂とするなどの方法がある。
(結着樹脂)
結着樹脂としては、トナーとして一般的に用いられる樹脂が用いられる。このような結着樹脂としては、例えば、ポリスチレン系樹脂、アクリレート系樹脂あるいはメタアクリレート系樹脂(以下、(メタ)アクリレート系樹脂という)、スチレン−アクリル系樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエチレン樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリプロピレン樹脂、フッ素樹脂、ポリアミド樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、およびこれらの樹脂の構成成分を含む共重合体などが用いられる。
着色剤としては、以下に示すような、有機顔料、無機顔料、および染料が使用できる。有機および無機顔料のうち、黒色顔料としては、カーボンブラック、酸化銅、四三酸化鉄、二酸化マンガン、アニリンブラック、活性炭などが用いられる。
離型剤としては、パラフィン系ワックス、ポリオレフィン系ワックス、芳香族基を有する変性ワックス、脂環基を有する炭化水素化合物、天然ワックス、炭素数12以上の長鎖脂肪酸またはそのエステル、長鎖脂肪酸金属塩(金属石鹸)、脂肪酸アミド、脂肪酸ビスアミド等が使用される。上記離型剤のうち、パラフィン系ワックス、ポリオレフィン系ワックスおよび金属石鹸が好ましく用いられる。
分散剤としては、金属石鹸、ポリエチレングリコール等が用いられる。
帯電制御剤は、トナー母粒子の帯電性を制御するために、必要に応じて、用いられる。結着樹脂自体の負帯電性の度合いが低い場合、あるいは結着樹脂自体が正に帯電している場合には、負帯電制御剤を用いて、トナー母粒子全体が所望のレベルの負帯電性を有するようにする。
磁性剤としては、例えば、Fe、Co、Ni、Cr、Mn、Zn等の金属粉、Fe3O4、Fe2O3、Cr2O3、フェライト等の金属酸化物、マンガンと酸を含む合金等の熱処理によって強磁性を示す合金等が挙げられる。これらは、予めカップリング剤等で処理したものを用いてもよい。
本発明に用いられる長鎖脂肪酸またはその塩に特に制限はない。長鎖脂肪酸としては、好ましくは炭素数10〜30、より好ましくは炭素数12〜28、さらに好ましくは炭素数12〜18の長鎖脂肪酸が用いられる。長鎖脂肪酸としては、長鎖飽和脂肪酸あるいは長鎖不飽和脂肪酸が挙げられる。好ましくは長鎖飽和脂肪酸が用いられる。長鎖脂肪酸は分岐を有していてもよいが、直鎖飽和脂肪酸、例えばステアリン酸が好ましく用いられる。
本発明に用いられる負帯電性シリカ微粒子には、特に制限がない。負帯電性シリカ微粒子として、一般に、平均粒子径が4〜120nm、好ましくは5〜50nm、さらに好ましくは平均粒子径が6〜40nmの負帯電性シリカ微粒子が用いられる。負帯電性シリカ微粒子の平均粒子径が小さい程、得られるトナーの流動性が高くなる。4nmより小さいとトナー母粒子に埋没してしまう虞がある。120nmを超えると、流動性が極端に悪くなる虞がある。なお、本明細書において、負帯電性シリカ、トナー母粒子、トナー粒子などの微粒子について平均粒子径というときは、特に断らない限り、体積平均粒子径を意味する。
本発明において、酸化チタン(チタニア)微粒子は、トナーの電荷調整などのために、必要に応じて用いられる。この酸化チタン微粒子は正帯電性シリカ微粒子と同様、負帯電性シリカ微粒子の添加後で、長鎖脂肪酸またはその塩でなる粒子の添加前に添加することが、負帯電性シリカ微粒子を強固にトナー母粒子に結合させ、かつ長鎖脂肪酸またはその塩の結着剤としての効果、並びに滑剤としての効果を発揮させる上で、好ましい。
本発明において、正帯電性シリカ微粒子は、トナーの電荷調整などのために、必要に応じて用いられる。この正帯電性シリカ微粒子は、負帯電性シリカ微粒子の添加後で、長鎖脂肪酸またはその塩でなる粒子の添加前に添加することが、負帯電性シリカ微粒子を強固にトナー母粒子に結合させ、かつ長鎖脂肪酸またはその塩の結着剤としての効果、並びに滑剤としての効果を発揮させる上で、好ましい。
酸化チタン微粒子以外の無機微粒子も、帯電性の制御、流動性の向上を目的として外添され得る。この酸化チタン微粒子以外の無機微粒子も、負帯電性シリカ微粒子の添加後で、長鎖脂肪酸またはその塩でなる粒子の添加前に添加することが、負帯電性シリカ微粒子を強固にトナー母粒子に結合させ、かつ長鎖脂肪酸またはその塩の結着剤としての効果、並びに滑剤としての効果を発揮させる上で、好ましい。
本発明のトナーは、平均円形度が0.94以上であり、かつ、遊離の長鎖脂肪酸またはその塩でなる粒子を0.2〜1.2個数%の量で含有する。本発明のトナーは、例えば、まず、平均円形度が0.94以上のトナー母粒子を調製し、次に、このトナー母粒子に、少なくとも長鎖脂肪酸またはその塩でなる粒子を含む外添剤を添加することにより製造される。この「少なくとも長鎖脂肪酸またはその塩でなる粒子を含む外添剤」とは、長鎖脂肪酸またはその塩でなる粒子のみを含む場合、および、多段処理の場合は、既に使用した外添剤以外の外添剤と長鎖脂肪酸またはその塩でなる粒子とを同時に含む場合の両方を含む。
トナー母粒子は、結着樹脂に、着色剤並びに必要に応じて、離型剤、分散剤、帯電制御剤、磁性剤などの内添剤を添加して、製造される。本発明のトナーは、トナー粒子の平均円形度が0.94以上であることが必要であるため、トナー母粒子も平均円形度が0.94以上であることが必要である。トナー母粒子の製造法には、粉砕・分級法、重合法などがあるが、円形度が高いトナー母粒子を得るためには、重合法を用いることが好ましい。重合法には、乳化重合、分散重合、懸濁重合などが挙げられる。分散重合は、懸濁重合と乳化重合の中間的な方法である。
上記のように、本発明のトナーは、長鎖脂肪酸またはその塩でなる粒子と外添剤とを同時に添加する、あるいは、外添剤を多段処理により添加し、最後の段階で少なくとも長鎖脂肪酸またはその塩でなる粒子を含む外添剤を添加することによって得られる。トナー母粒子への上記外添剤(例えば、負帯電性シリカ微粒子、酸化チタン微粒子、正帯電性シリカ微粒子、長鎖脂肪酸またはその塩でなる粒子など)の添加は、ヘンシェルミキサー、パーペンマイヤー等の高速流動混合機、メカノケミカル法を用いる混合機等の、当業者が通常用いる機械器具あるいは方法を用いて行われる。多段処理のそれぞれの工程における温度、攪拌速度、時間等は、独立に設定し得る。
負帯電性シリカ微粒子を単独で添加すると、トナー母粒子と負帯電性シリカ微粒子との間の静電的引力が正帯電性シリカ微粒子などに妨害されることがなく、さらに、負帯電性シリカ微粒子の仕事関数とトナー母粒子の仕事関数との差異が大きいため、負帯電性シリカ微粒子を強くトナー母粒子に付着させることができる。これによって、負帯電性シリカ微粒子の脱離が防止され、帯電性の変化が小さくなり、帯電性が長期的に安定化するという効果が得られる。
負帯電性シリカ微粒子と酸化チタン微粒子とを同時に、最初にトナー母粒子に添加する場合、負帯電性シリカ微粒子の仕事関数、酸化チタン微粒子の仕事関数、およびトナー母粒子の仕事関数との関係から、負帯電性シリカ微粒子が比較的強くトナー母粒子に付着するため、シリカ微粒子の遊離が抑制される。これに加えて、上記最後に長鎖脂肪酸またはその塩を添加する多段処理を行うことによる効果が発揮される。
最初に酸化チタン微粒子を添加する場合、次に、長鎖脂肪酸またはその塩でなる粒子を添加してもよい。酸化チタン微粒子の次に負帯電性シリカ微粒子を添加し、最後に長鎖脂肪酸またはその塩でなる粒子を添加してもよい。必要に応じて、正帯電性シリカ微粒子を、長鎖脂肪酸またはその塩より前に、あるいは長鎖脂肪酸またはその塩と同時に添加することにより、帯電量の急激な低下を防止しながら、帯電量を調整できる。この効果に加えて、上記長鎖脂肪酸またはその塩による効果が発揮される。
トナー母粒子が強い負帯電性である場合には、最初に正帯電シリカ微粒子を添加する;最初に正帯電性シリカ微粒子と他の外添剤とを添加する;などの処理が挙げられる。なかでも、最初に正帯電シリカ微粒子を単独で加えるのが最も好ましい。この工程によれば、負帯電性トナー母粒子と正帯電性シリカ微粒子との間の静電的引力が妨げられることがなく、かつ、正帯電性シリカ微粒子の仕事関数とトナー母粒子の仕事関数との差異が大きいため、正帯電性シリカ微粒子が強くトナー母粒子に付着される。従って、正帯電性シリカ微粒子の脱離が防止され、帯電性の変化が小さくなり、帯電性が長期的に安定化するという効果が得られる。
他の外添剤が負帯電性シリカ微粒子である場合、トナー母粒子が負に帯電していることを考慮して、最初に正帯電性シリカ微粒子と同時に負帯電性シリカ微粒子を添加することが、帯電制御の点から好ましい。正帯電性シリカ微粒子と負帯電性シリカを最初に添加する多段処理の例としては、(r)(正帯電性シリカ微粒子+負帯電性シリカ微粒子)−酸化チタン微粒子−長鎖脂肪酸またはその塩);(s) (正帯電性シリカ微粒子+負帯電性シリカ微粒子+酸化チタン微粒子)−長鎖脂肪酸またはその塩;(t) (正帯電性シリカ微粒子+負帯電性シリカ微粒子)−長鎖脂肪酸またはその塩;などが例示される。
トナー母粒子およびトナーの平均円形度は、フロー式粒子像分析装置FPIA−2100(シスメックス(株)製)を用いて測定した。この装置には、フラットシースフローセルと、このセルを挟んで対向する位置にCCDカメラとストロボとが配置されている。水などの分散させた粒子を吸引してフラットシースフローセルを通過させ、通過する粒子をストロボをフラッシュさせて撮影した。得られた画像をコンピューターで処理して、個々の粒子の面積(粒子投影面積)および粒子投影像の周囲長を計測して、そしてコンピュター処理により粒子の円相当径を計算し、個々の粒子の円形度を求めた。本実施例においては、3600枚の画像を処理して、平均円形度を求めた。
長鎖脂肪酸金属塩として、金属石鹸(ステアリン酸マグネシウム)を用いた。金属石鹸粒子の遊離率は、PT1000パーティクルアナライザー(横河電気(株)製)を用いて測定した。この金属石鹸粒子の遊離率を測定する方法の原理は、特許文献7に記載されている。簡単に述べると、この原理は、トナー粒子をプラズマ中に導入して、トナー粒子を励起・発光させ、その強さと時間を測定することにより、遊離率を求めるものである。例えば、金属石鹸粒子の遊離率は、金属石鹸粒子が外添されたトナー粒子をプラズマ中に導入し、トナー粒子中の金属石鹸粒子の発光強度を測定する。その発光強度から、金属石鹸が外添されたトナー粒子を真球粒子と仮定して真球粒子の粒径(等価粒径)を求める。遊離した金属石鹸粒子も、トナー粒子の場合と同様に、その発光強度から金属石鹸粒子の等価粒径が求められる。ただし、遊離した金属石鹸粒子の発光強度は小さいので、等価粒径は小さくなる。従って、等価粒径を比較することにより、トナー粒子と遊離している金属石鹸粒子とが区別される。従って、金属石鹸粒子の全検出個数を求め、等価粒径の小さい個体を遊離金属石鹸粒子数とすると、以下の式(X)により求められる。
トナーを、コピー機(セイコーエプソン(株)製LP−9300機)に投入し、5%消費印字パターンで10000(10K)枚のまで印字を行い、クリーニング不良の発生とバンディングの発生状況および感光体並びに中間転写体である中間転写ベルト上のフィルミングの発生状況を確認した。バンディングの有無は、5%消費の100枚印字ごとに30%のベタ画像印刷を行い、感光体径周期の画像ムラが発生したか否かを検討することによって、測定した。フィルミングの有無は、感光体並びに中間転写ベルトを50倍の光学顕微鏡で観察することによって、行った。
スチレンモノマー80質量部、アクリル酸ブチルモノマー20質量部、アクリル酸モノマー5質量部からなるモノマー混合物を準備した。この混合物を、水105質量部、ノニオン系乳化剤(ニューコール506:日本乳化剤(株)製)1質量部、アニオン系乳化剤(リボタックTE:ライオン(株)製)1.5質量部、および過硫酸カリウム0.55質量部からなる水溶液に加え、分散・乳化して、乳化重合を行い、乳白色の粒径0.25μmの樹脂エマルジョンを得た。得られた樹脂エマルジョンを200質量部、ポリエチレンワックスエマルジョン(三洋化成工業(株)製)を20重量部およびフタロシアニンブルー7質量部を、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム(界面活性剤)を0.2質量部含有する水中に分散した。次に、ジエチルアミンを添加してpHを5.5に調整した後、攪拌しながら電解質である硫酸アルミニウムを0.3質量部加えた。ついで、TKホモミキサーで高速攪拌し、分散を行った。さらに、スチレンモノマー40質量部、アクリル酸ブチル10質量部、およびサリチル酸亜鉛5質量部を水40質量部とともに追加し、窒素気流下で攪拌しながら、90℃に加熱し、過酸化水素水を加えて5時間重合させ、粒子を成長させた。重合停止後、会合粒子の結合強度を向上させるためにpHを5以上に調整しながら、95℃に昇温し、95℃で5時間保持した。得られた粒子を水洗し、45℃で真空乾燥を10時間行った。この方法で、体積平均粒径が7.0μmのトナー母粒子を調製した。得られたトナー母粒子の平均円形度は、0.97であった。
スチレン−アクリル系の結着樹脂100質量部に、赤色顔料C.I.12055を3.5質量部、およびサリチル酸クロム錯体1.0質量部を、それぞれヘンシェルミキサー20B(三井鉱山(株))に投入し、均一に混合した。この混合物を二軸混練押出機(池貝化成(株)製PCM−30)を用いて溶融混練し、冷却後、ジェット粉砕機200AFG(ホソカワミクロン(株))を用いて、ジェットエアーにより、粉砕した。次に、風力分級装置100ATP(ホソカワミクロン(株))を使用して、体積平均粒径7.0μmのトナー母粒子を得た。このトナー母粒子の平均円形度は0.92であった。
本実施例でトナー母粒子に外添する外添剤を、表1に示す。
本発明の実施例においては、外添処理は、トナー母粒子100質量部に対して、外添剤を所定量添加し、ヘンシェルミキサーFM20B(三井鉱山(株)製)を用いて、Z0S0型の攪拌羽根を用い、攪拌・混合処理を行った。
上記トナー母粒子の調製−1で調製した平均円形度0.97のトナー母粒子100質量部をヘンシェルミキサーFM20Bに投入し、これに疎水性負帯電性シリカRX200(外添剤a1)を1質量部、疎水性負帯電性シリカRX50(外添剤a2)を1質量部、疎水性酸化チタンSTT30Sを1質量部(外添剤b)、疎水性正帯電性シリカNA50H(外添剤c)を0.5質量部およびステアリン酸マグネシウム(外添剤d)を0.2質量部投入し、3000rpm、2分の処理を行い、トナーAを得た。トナーAの製造条件を表2に示す。
上記トナー母粒子の調製−1で調製した平均円形度0.97のトナー母粒子100質量部をヘンシェルミキサーFM20Bに投入し、これに疎水性負帯電性シリカRX200(外添剤a1)を1質量部、および疎水性負帯電性シリカRX50(外添剤a2)を1質量部投入し、3000rpm、2分の処理を行った(第1段目の処理)。この処理物に疎水性酸化チタンSTT30S(外添剤b)を1質量部混合投入し、3000rpm、2分の処理を行った(第2段目の処理)。この処理物に、疎水性正帯電性シリカNA50H(外添剤c)を0.5質量部投入し、3000rpm、2分の処理を行った(第3段目の処理)。そして、最後にステアリン酸マグネシウムを0.2質量部投入し、3000rpm、2分の処理(第4段目の処理)を行い、トナーBを得た。トナーBの製造条件を表2に示す。
第4段目の処理を5000rpm、2分とした以外は実施例2と同様にして、比較例1のトナーaを得た。トナーaの製造条件を表2に示す。
第4段目の処理において添加するステアリン酸マグネシウムを1.0質量部(実施例2の5倍)した以外は実施例2と同様にして、比較例2のトナーbを得た。トナーbの製造条件を表2に示す。
平均円形度が0.92のトナー母粒子を用いた以外は実施例2と同様にして、比較例1のトナーcを得た。トナーcの製造条件を表2に示す。
2 感光体
3 トナー粒子
4 外添剤
5 スタティック領域
Claims (9)
- 平均円形度が0.94以上であり、かつ、遊離の長鎖脂肪酸またはその塩でなる粒子を0.2〜1.2個数%の量で含有する、トナー。
- 結着樹脂および着色剤を含むトナー母粒子に少なくとも長鎖脂肪酸またはその塩でなる粒子を含む外添剤が添加されてなるトナーである、請求項1に記載のトナー。
- 前記外添剤が負帯電性シリカ微粒子、酸化チタンおよび正帯電性シリカ微粒子からなる群から選択される少なくとも一つである、請求項2に記載のトナー。
- 前記外添剤が多段処理で添加され、少なくとも長鎖脂肪酸またはその塩でなる粒子を含む外添剤が最後の段階で外添されて得られる、請求項2または3に記載のトナー。
- 平均円形度が0.94以上であり、かつ、遊離の長鎖脂肪酸またはその塩でなる粒子を0.2〜1.2個数%の量で含有するトナーの製造方法であって、
結着樹脂および着色剤を含む、平均円形度が0.94以上のトナー母粒子に、少なくとも長鎖脂肪酸またはその塩でなる粒子を含む添加剤を外添する工程を含む、方法。 - 前記外添剤が負帯電性シリカ微粒子、酸化チタンおよび正帯電性シリカ微粒子からなる群から選択される少なくとも一つである、請求項5に記載の方法。
- 前記外添剤が多段処理で添加される工程を含み、かつ少なくとも長鎖脂肪酸またはその塩でなる粒子を含む外添剤が最後の段階で外添される工程を含む、請求項5または6に記載の方法。
- 請求項1から4のいずれかの項に記載のトナーを備えた画像形成装置。
- 静電潜像が形成される潜像担持体;該潜像担持体上の静電潜像を現像するためにトナーを該潜像担持体に搬送するトナー担持体;該トナー担持体により該潜像担持体へ搬送されるトナー量を規制するトナー規制部材を有する現像器;潜像担持体と当接する中間転写体;および、潜像担持体または中間転写体と当接するクリーニングブレードを備えた少なくとも一つのクリーニングデバイス;を備える、請求項8に記載の画像形成装置。
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