JP2006030662A - トナー、現像剤及びこれを用いる画像形成装置、プロセスカートリッジ - Google Patents

トナー、現像剤及びこれを用いる画像形成装置、プロセスカートリッジ Download PDF

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安雄 朝比奈
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久志 中島
Koichi Sakata
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Abstract

【課題】 外添剤の感光体等の像担持体に対するフィルミングを抑え、トナーのクリーニング性を向上させることができる外添剤が添加されたトナー、現像剤及びこれらを用いる画像形成装置を提供する。
【解決手段】少なくとも結着樹脂と着色剤とからなり、トナー表面に外添剤が添加されているトナーにおいて、前記外添剤は、個数平均粒径が20〜50nmで、10〜20nm及び200〜300nmの大きさの粒子が存在し、かつ外添剤の1次粒子の形状がほぼ真球状であって、実質的に非凝集体構造の1次粒子単体で外添されているトナーとする。
【選択図】 図1

Description

本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンター等の静電複写プロセスによる画像形成に用いられる静電潜像現像用のトナー、現像剤に関するものであり、また、このトナーを用いる画像形成装置、プロセスカートリッジに関するものである。
電子写真、静電記録、静電印刷等の画像形成方法は、その現像工程において、例えば、静電荷像が形成されている感光体等の像担持体に、現像剤に含まれるトナーが一旦付着し、次に転写工程において感光体から転写紙等の転写媒体にトナーが転写された後、定着工程において紙面に定着される。現像剤としては、一成分系現像方式と二成分系現像方式に分けられ、磁性キャリアとトナーとから成る二成分系現像剤、及び、磁性キャリアを必要としない一成分系現像剤(磁性トナー、非磁性トナー)が知られている。
従来、トナーとしては、スチレン系樹脂、ポリエステル樹脂などのトナーバインダを着色剤などと共に溶融混練し、微粉砕して製造される、混練粉砕法の乾式トナーが用いられている。しかし、近年、高画質化への要求が高まっており、特に高精細なカラー画像形成を実現させるため、トナーの小粒径化、球形化が進められている。小粒径化により、ドットの再現性が良好になり、球形化により現像性、転写性の向上を図ることができる。
この樹脂で構成されたトナーは、体積平均粒径が10μm前後であり、搬送性・混合性を補うために流動性を付与する無機/有機微粒子が外添されていた。無機微粒子等のトナーへの添加方法としては、シリカ、アルミナ、酸化チタン等の無機微粒子をトナーと共に乾式でミキサー等により混合・攪拌して付着させる方法が一般的である。
しかし、流動性を付与するためトナーに外添された無機微粒子は、使用中に接触する部材とのストレスによってすぐにトナー中に埋め込まれてしまい、流動性が損なわれトナー補給性、現像性、帯電性が劣化した。また、十分に混合されないトナーでは、トナーから遊離して画像形成装置内に浮遊して装置内を汚したり、また、感光体等の像担持体に付着してトナーが固着する起点となる外添剤のフィルミングが生ずるという問題がある。
さらに、近年は、特に高精細なカラー画像形成を実現させるため、トナーの小粒径化、球形化のために、懸濁重合法、乳化重合法、分散重合法等により製造される重合法のトナーを始め、液中でトナー粒子を造粒して製造する方法が多数検討されている。特に、球形化されたトナーでは、像担持体上で転がりやすくエラストマー製のクリーニングブレードをすり抜けやすくなり、クリーニング不良が発生するという問題点がある。 したがって、このために、特許文献1では、実質的にストラクチャー構造を形成していない、アルキルアルコキシシランとシリコーンオイルによって疎水化処理されて、メタノール滴定法による疎水化度が40〜90%で、しかもFT―IR分析における波数3750cm―1付近の孤立シラノール基の吸収帯が消滅している疎水性シリカ微粉体を含むトナーが開示されている。また、特許文献2では、BET比表面積10〜50m/gの球状シリカ粉末がヘキサメチルジシラザンによって疎水化処理されてなるものであって、メタノール滴定法による疎水化度が65%以上で、ゆるめ嵩密度が0.25g/cm以下であることを特徴とする高分散、高疎水性球状シリカ微粉体を含むトナーが開示されている。
さらに、特許文献3では、トナー粒子の平均円形度が0.960以上であり、少なくとも酸化チタン微粒子及びシリカ微粒子が外添されており、表面における酸化チタン微粒子の個数遊離率(Yt)が1.00〜50.00%であり、シリカ微粒子の個数遊離率(Ys)が0.01〜4.00%であり、Yt>Ysであるトナーが開示されている。
また、特許文献4では、表面が疎水化処理された平均一次粒子径80〜300nm、含水率が3〜15%、体積抵抗率が1×1013Ωcm以上であるゾルゲル法シリカを含有するトナーが開示されている。
また、特許文献5では、外添剤としてシリカ系粒子と、重量平均粒径(D50)が100〜1000nmの無機微粒子が添加されているトナーを用いる画像形成装置が開示されている。
特開2003−149855号公報 特開2004−67475号公報 特開2002−72544号公報 特開2002−91061号公報 特開2003−215836号公報
しかし、特許文献1ないし5に開示されているトナー等では、外添剤の感光体へのフィルミングを抑制し、かつ、小粒径・球形化されたトナーのクリーニング性を向上させることは困難である。
そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その課題は、外添剤の感光体等の像担持体に対するフィルミングを抑え、トナーのクリーニング性を向上させることができる外添剤が添加されたトナーを提供することである。さらに、小粒径・球形化されたトナーであっても、エラストマー製のブレードによるクリーニング性を向上させることができるトナーを提供することである。
また、このトナーを用いることで、長期にわたってクリーニング不良、フィルミングによるベタ部、ハーフトーン部における斑点状の白抜けによる異常画像の発生のない高品位の画像が得られる画像形成装置を提供することである。
上記課題を解決する手段である本発明の特徴を以下に挙げる。
1.本発明のトナーは、静電潜像を現像するトナーであって、少なくとも結着樹脂と着色剤とからなり、トナー表面に外添剤が添加されているトナーにおいて、前記外添剤は、個数平均粒径が20〜50nmで、10〜20nm及び200〜300nmの大きさの粒子が存在し、かつ、外添剤の1次粒子の形状がほぼ真球状であって、実質的に比凝集体構造の1次粒子単体で外添されていることを特徴とする。
2.また、本発明のトナーは、さらに、前記外添剤の形状は、SEM画像より計測した形状係数SF−1が、100〜110の範囲にあることを特徴とする。
3.また、本発明のトナーは、さらに、トナー表面における付着状態で実質的に非凝集体構造が、3つ以上の1次粒子の凝集体の個数存在比率が5%以下であることを特徴とする。
4.比凝集体トナー表面における付着状態で実質的に非凝集体構造が、3つ以上の1次粒子の凝集体の個数存在比率が1%以下であることを特徴とする。
5.また、本発明のトナーは、さらに、前記外添剤が、メタノール滴定法による疎水化度が40〜90%であることを特徴とする。
6.また、本発明のトナーは、さらに、前記外添剤が、ゆるめ嵩密度が0.25g/cm以下であることを特徴とする。
7.また、本発明のトナーは、さらに、前記外添剤が、シリコン、チタン、アルミニウムから選択される金属の酸化物であることを特徴とする。
8.また、本発明のトナーは、さらに、前記外添剤が、シリコーンオイル、シリコーンカップリング剤、チタンカップリング剤、アルミニウムカップリング剤の中から選択されるもので表面処理されていることを特徴とする。
9.また、本発明のトナーは、さらに、外添剤が混合媒体とともに乾式混合されることを特徴とする。
10.また、本発明のトナーは、さらに、外添剤が湿式混合されることを特徴とする。
11.また、本発明のトナーは、さらに、体積平均粒径が3.0〜8.0μmで、体積平均粒径(Dv)と個数平均粒径(Dn)との比(Dv/Dn)が1.00〜1.40の範囲にあることを特徴とする。
12.また、本発明のトナーは、さらに、平均円形度が0.94以上であることを特徴とする。
13.また、本発明のトナーは、さらに、外観形状がほぼ球形状であって、長軸と短軸との比(r2/r1)が0.5〜1.0の範囲で、厚さと短軸との比(r3/r2)が0.7〜1.0の範囲であって、長軸r1≧短軸r2≧厚さr3の関係を満足することを特徴とする。
14.また、本発明のトナーは、さらに、少なくとも、活性水素基を有する化合物と反応可能な部位を有する重合体、ポリエステル、着色剤、離型剤とを有機溶媒中にそれぞれ溶解又は分散させたトナー材料液を、水系媒体中で架橋及び/又は伸長反応させて得られることを特徴とする。
15.また、本発明のトナーは、さらに、カラートナーであることを特徴とする。
16.本発明の現像剤は、潜像担持体上に形成された静電潜像を現像する現像剤であって、前記現像剤は、上記1ないし15のいずれかに記載のトナーと、磁性キャリアとからなる二成分現像剤であることを特徴とする。
17.また、本発明の現像剤は、潜像担持体上に形成された静電潜像を現像する現像剤であって、前記現像剤は、上記1ないし15のいずれかに記載のトナーを使用した一成分現像剤であることを特徴とする。
18.本発明の画像形成装置は、少なくとも、像担持体表面に均一に帯電を施す帯電手段を有する帯電装置を備える画像形成装置において、少なくとも交互電界を印加して帯電付与する帯電装置と、上記16又は17に記載の現像剤を使用する現像装置とを備えることを特徴とする。
19.また、本発明の画像形成装置は、さらに、前記帯電装置は、ローラ状の帯電部材を備えることを特徴とする。
20.また、本発明の画像形成装置は、さらに、潜像担持体と少なくとも現像手段を一体に支持し、画像形成装置本体に着脱可能なプロセスカートリッジを備えることを特徴とする。
以上説明したように、上記解決するための手段によって、本発明のトナー又は現像剤は、外添剤によって、外添剤の像担持体に対するフィルミングを抑え、トナーのクリーニング性を向上させることができる。さらに、小粒径・球形化されたトナーであっても、エラストマー製のブレードによるクリーニング性を向上させることができる。
また、本発明の画像形成装置は、このトナーを用いることで、長期にわたってクリーニング不良、フィルミングによるベタ部、ハーフトーン部における斑点状の白抜けによる異常画像の発生のない高品位の画像が得られる。
以下に、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。なお、いわゆる当業者は特許請求の範囲内における本発明を変更・修正をして他の実施形態をなすことは容易であり、これらの変更・修正はこの特許請求の範囲に含まれるものであり、以下の説明はこの発明における最良の形態の例であって、この特許請求の範囲を限定するものではない。
本発明のトナーは、静電潜像を現像するトナーであって、少なくとも結着樹脂と着色剤とからなり、その表面に外添剤が添加されている。その外添剤としては、個数平均粒径が20〜80nmの範囲にあり、10〜20nm及び200〜300nmの大きさの粒子が存在する。
外添剤の粒子径が小さくなると、接触しているものとの間における付着力が強くなる。このために、トナー表面から遊離しにくくなり、トナー表面にとどまり、トナーの流動性を向上させる。さらに、粒子径が小さいことから表面積が多くなり、単位重量あたりの帯電量を大きくなり、トナーの帯電量の調整に大きく寄与する。
また、トナー表面から遊離しくいことから、像担持体である感光体に浮遊して付着することが少なく、トナーのフィルミング余裕度を向上させることができる。しかし、粒子径の小さい外添剤がトナー表面にとどまることで、感光体上にある場合はトナー表面と感光体との距離を大きくとることができず、トナーと感光体との電気的吸引力を低下させることができず、トナーのクリーニングが発生することはある。さらに、多少トナー表面から遊離して感光体上にあって、クリーニングブレードに付着してもトナーとともにクリーニングブレードをすり抜けてしまい、トナーのクリーニングブレードをすり抜けををせき止めることができない、特に、小径化・球形化したトナーでは、このすり抜けによるクリーニングに対する効果が小さい。
また、外添剤の粒子径が大きくなると、トナー表面にあって、トナー表面と感光体との距離を大きくとることができることから、転写率を大きくし、かつ、クリーニングを用意にすることができる。さらに、クリーニングブレードの表面に存在すると、トナーとクリーニングブレードとの間に存在して、トナーがクリーニングブレードをすり抜けるの防止する効果が大きい。
しかし、接触しているものとの間における付着力が弱くなる。このために、トナー表面から容易に遊離し、トナー表面にとどまる割合が少ないために、トナーの流動性、帯電量への寄与は小さい。
したがって、感光体表面に付着して生ずるフィルミング性とクリーニングブレードの先端にとどまってトナーのすり抜けを防止するクリーニング性との双方に対応するために、外添剤の個数平均粒径は20〜80nmの範囲にする。さらに、この中で、10〜20nm及び200〜300nmの大きさの粒子が存在する。これは、トナー表面に付着しにくい粒径の大きい、200〜300nmの外添剤粒子とトナー表面に付着しやすい粒径の小さい、10〜20nmの外添剤粒子を混在することによって、トナーの流動性、帯電性に寄与させながら、トナーから遊離する小さい粒径の外添剤を減らしてフィルミングを抑制し、さらに、小さい粒径の外添剤と大きい粒径の外添剤を感光体上で混在させることで、クリーニング性の低いトナーでも、クリーニングブレード先端でのせき止めによるクリーニングを可能にすることはできる。また、トナー表面に外添剤が均一に付着させることで、トナーの帯電性が安定し、また、外添剤の粒径差による埋没速度の差があっても、長期にわたって安定した流動性、帯電性を有するトナーとすることができる。
従って、粒径が10〜20nmの範囲にある外添剤の割合は0.001〜10%、さらに、0.01〜5%の範囲にあることが好ましい。粒径が200〜300nmの範囲にある外添剤の割合は0.0001〜8%、さらに、0.001〜6%の範囲にあることが好ましい。
これは、10〜20nmの範囲にある外添剤の割合は0.001%未満では、トナーの流動性、帯電性に寄与しないし、クリーニングブレード先端でのせき止め効果が小さい。10〜20nmの範囲にある外添剤の割合は10%を越えると、遊離する量が増加して感光体表面にフィルミングする。
また、200〜300nmの範囲にある外添剤の割合は0.0001%未満では、クリーニングブレード先端でのせき止めによる効果が小さく、小粒径・球形化トナーのクリーニング不良を防止することができない。200〜300nmの範囲にある外添剤の割合は8%を越えると、トナーの流動性、帯電性の向上に寄与しない。
また、この外添剤は、ほぼ球形の形状を有している。トナー表面での外添剤は、混合時の衝撃を受けて分布するが、不定形形状の外添剤では均等に衝撃を受けることができないために、トナー表面上で不均一に分布する。この点で、ほぼ球形の外添剤は混合時の衝撃を均等に受けるために、不定形形状の外添剤に比べてトナー表面に均一に分布する。
このために、不定形形状の外添剤では、単位重量あたりの表面積の大きい外添剤の帯電量が不均一に分布することで、トナーの帯電量分布が広くなるが、球形形状の外添剤では、不定形に比較して帯電量分布が狭くなる。これによって、地かぶりを減らして、高品位の画像を得ることができる。また、球形形状は不定形形状に比較して、転がりやすいので、トナーの流動性をよくすることができる。
さらに、感光体を構成する樹脂は、ポリアミド、ポリウレタン、エポキシ樹脂、ポリケトン、ポリカーボネート、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、ポリビニルブチラール、ポリビニルホルマール、ポリビニルケトン、ポリスチレン、ポリ−N−ビニルカルバゾール、ポリアクリルアミド等が、単独又は2種以上の混合物として用いる。したがって、不定形形状の外添剤では、感光体を構成する樹脂に当たって埋め込まれることが多くなる。この埋め込まれた外添剤を起点として、トナー樹脂がさらに固着してゆき、感光体上に黒点状のフィルミングが生ずる。この点で、球形形状のトナーは、感光体に突き当たっても埋め込まれることが少なくフィルミングが生じにくい。
本発明のトナーに外添される外添剤の球形形状は、以下のように確かめることができる。透過型電子顕微鏡(TEM)により加速電圧100〜300keVで観察することで外添剤の形状が判別できる。
さらに、本発明のトナーでは、外添剤は、実質的に非凝集体構造を形成せずほぼ単体でトナー表面に存在する。従来は、気相法で製造される金属酸化物微粒子は、お互いに溶融した高温状態で冷却されるために球形形状の粒子がが葡萄状に数個の粒子が連なって外添剤を形成している。しかも、これらは焼結したような状態で結合しており、混合媒体を用いて衝撃を与えても容易に個々の粒子に分けることはできない。まして、二成分現像剤におけるキャリアとの混合でも個々の粒子に分けることはできず、トナー表面にある外添剤は葡萄状に凝集体構造状態にある。しかし、トナーと混合させる時又は現像装置内でキャリアと混合して使用するときに、トナー表面で外添剤は粒子個々が単体として存在している。したがって、混合前の外添剤だけの状態では、多少凝集体構造の状態にある粒子が存在していてもよい。
外添剤が実質的にアグロメレイトした構造を形成せずほぼ単体でトナー表面に存在することで、少ない外添剤の添加量で、トナーの流動性を向上させる効果がある。またトナー表面に均一に添加することが可能となり、添加剤が遊離しにくくなりフィルミングに対してより有利になる。また遊離した場合においても凝集体で存在しにくくなり、凝集体が核になり発生するフィルミングに対して核の基点量が少なくなることによりフィルミングに対してさらに有利となる。またクリーニングに対しても単体で存在することにより均一なダムを形成することが可能となり、より効果的となる。
また、本発明のトナーは、メタノール滴定法による疎水化度が40〜90%である外添剤を外添する。疎水化度が40%未満では、高湿度環境下におけるトナーの帯電量が変化する。外添剤表面に付着した水分は、導電性のために帯電した電荷がアースにリークしたり、摩擦帯電したキャリア上の反対極性の電荷と合わさって消滅する機会が多くなり、帯電量が常湿時より低くなる。また、水分子外添剤表面に吸着することで、水の表面張力により、トナー表面上の外添剤に水の表面張力が作用して外添剤同士が凝集して流動性が低下する。特に、球形形状では表面張力が大きくなり、単体で存在することで1個あたりの重量が小さいために、疎水化度が40%未満では流動性の低下が大きくなるために、疎水化度が40以上にする、さらに、60%以上がいっそう好ましい。
また、疎水化度が90%を越えると、水分が付着しても外添剤同士の表面張力は作用しないし、電荷の減衰もない。したがって、実用上90%以下で十分である。
疎水化度は、以下の方法により測定した。はじめに、イオン交換水50ml、試料0.2gをビーカーに入れ、攪拌しながらメタノールを滴下する。つぎに、ビーカー内のメタノール濃度が増加するにつれ外添剤は徐々に沈降させ、その全量が沈んだ終点におけるメタノールと水との混合溶液中のメタノールの質量分率を疎水化度(%)とした。
また、本発明のトナーは、ゆるめ嵩密度が0.25g/cm以下である外添剤を外添する。ゆるめ嵩密度は、外添剤の実質的に非凝集体構造状態をみることができる、外添剤粒子が単体のままで存在している状態を数値的に示している。ゆるみ嵩密度が小さいほど外添剤粒子が、個々に単体で存在する割合が高くなっている、さらに、ここの数値が小さいほど、小さいな衝撃を受けると凝集体構造状態の粒子が容易に個々の外添剤粒子単体に分散されることを示している。したがって、ゆるめ嵩密度が0.25g/cm以下であれば、トナーとの乾式混合における混合媒体の衝撃で容易に分散させることができる。また、0.20g/cm以下であれば、現像装置内におけるキャリアとの混合におけるキャリアの衝撃で容易に分散させることができる。
なお、ゆるめ嵩密度は、以下の方法によって測定した。はじめに、水平な場所に設置した容量100mlのステンレス製カップに試料を圧粉しないように、上方にある篩いから、ゆっくりと外添剤を徐々に加えていき、カップ上部から溢れた部分を平らな板で掻きとり、外添剤が水平に充填された状態にする。このとき充填された外添剤の質量をカップの容量で割って得られた値をゆるめ嵩密度(g/cm)とした。
本発明のトナーに用いる外添剤は、金属酸化物、金属炭化物、金属窒化物、金属炭酸化物等の無機微粒子を用いることができる。具体的には、シリカ、アルミナ、酸化チタン、チタン酸バリウム、チタン酸マグネシウム、チタン酸カルシウム、チタン酸ストロンチウム、酸化亜鉛、酸化スズ、ケイ砂、クレー、雲母、ケイ灰石、ケイソウ土、酸化クロム、酸化セリウム、ベンガラ、三酸化アンチモン、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、硫酸バリウム、炭酸バリウム、炭酸カルシウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素などを挙げることができる。
さらに、外添剤としては、有機微粒子を用いることができる。具体的には、、高分子系微粒子、たとえばソープフリー乳化重合や懸濁重合、分散重合によって得られるポリスチレン、メタクリル酸エステルやアクリル酸エステル共重合体やシリコーン、ベンゾグアナミン、ナイロンなどの重縮合系、熱硬化性樹脂による重合体粒子を用いてもよい。
また、本発明のトナーに用いる外添剤は、表面処理を行って、疎水性を上げ、高湿度下においても流動特性や帯電特性の悪化を防止することができる。例えば、アルキル基、フッ化アルキル基等を含むことのあるシランカップリング剤、チタネートカップリング剤、アルミニウムカップリング剤等のカップリング剤、シリコーンオイル、高級脂肪酸、フッ素化合物などが好ましい表面処理剤として挙げられる。
とくに、カップリング剤の一例であるシランカップリング剤は、疎水化度、流動性の向上のために使用される。具体的には、シランカップリング剤としては、クロロシラン、アルコキシシラン、シラザン、特殊シリル化剤等を使用することができ、さらに、アルコキシシランが好ましい。アルコキシシランとしては、例えば、ビニルトリメトキシシラン、プロピルトリメトキシシラン、i−ブチルトリメトキシシラン、n−ブチルトリメトキシシラン、n−ヘキシルトリメトキシシラン、n−オクチルトリメトキシシラン、n−ドデシルトリメトキシシラン等を挙げることができる。
シリコーンオイルとしては、ポリジメチルシロキサン、ポリメチルフェニルシロキサン、ポリジフェニルシロキサン等を使用することができ、さらに、フッ素を含有するシロキサン等を用いてもよい。
また、フッ素化合物としては、フッ素原子を有する有機ケイ素化合物が好ましく、3,3,4,4,5,5,6,6,6−ノナフルオロヘキシルトリクロロシラン、3,3,3−トリフルオロプロピルトリメトキシシラン、メチル−3,3,3−トリフルオロプロピルジクロロシラン、ジメトキシメチル−3,3,3−トリフルオロプロピルシラン、3,3,4,4,5,5,6,6,6−ノナフルオロヘキシルメチルジクロロシラン等が挙げられる。
さらに、高級脂肪酸としては、ステアリン酸、オレイン酸、パルミチン酸、リノール酸をあげることができ、これら高級脂肪酸の金属塩を用いてもよい。具体的には、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸アルミニウム、ステアリン酸銅、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸カルシウム、オレイン酸亜鉛、オレイン酸マンガン、パルミチン酸亜鉛、リノール酸亜鉛、リノール酸カルシウム等が挙げることができる。
また、本発明のトナーでは、外添剤は、疎水性シリカ微粉末等の無機/有機微粒子をガラスビーズ等の混合媒体とともに混合機内で外添処理する乾式混合を用いる。外添剤の混合は一般の混合機が用いられるがジャケット等装備して、内部の温度を調節できることが好ましい。外添剤の添加は、最初又は途中で適宜添加する。混合機の例としては、V型混合機、ロッキングミキサー、レーディゲミキサー、ナウターミキサー、ヘンシェルミキサーなどが挙げられる。
また、水系及び/又はアルコール系の溶媒中でトナーに外添処理する湿式混合を用いる。この湿式混合は、水系溶媒中に分散させたトナーに、外添剤を投入し、トナー表面に付着させる。また、この外添剤が疎水化処理されている場合は、少量のアルコールなどを併用して界面張力を下げて濡れやすくしてから分散させても良い。その後、加熱して溶媒を除去して固定して、脱離を防止することができる。これによって、外添剤をトナー表面上に均一に分散させることができる。また、水系溶媒中にトナー、外添剤を分散させたときに、界面活性剤添加することにより、トナー表面に均一に外添剤が分散させることができる。さらに、外添剤又はトナーと逆極性の界面活性剤を使用することが好ましい。
さらに、本発明のトナーは、体積平均粒径が3.0〜8.0μmの範囲にある。このトナーを用いることで、潜像に対して緻密にトナーを現像させることができ、高品位の画像を得ることができる。体積平均粒径が3.0μm未満では、多量のトナーを現像させないと適当な画像濃度を得ることができないために現像プロセスへの負担が大きくなり、画像形成装置に用いるには実用上困難である。また、体積平均粒径が8.0μmを越えると、細線の再現性が低下するために高品位の画像を得ることができない。とくに、フルカラー画像では、粒状性が顕著になり、カラーのハーフトーン部の目視上で粗くなり、高品位のカラー画像を得ることが困難である。
また、本発明のトナーは、体積平均粒径(Dv)と個数平均粒径(Dn)との比(Dv/Dn)である分散度が1.00〜1.40の範囲にある。分散度を小さくして、粒径分布を狭くすることで、トナーの帯電量分布が均一になり、地肌かぶりの少ない高品位な画像を得ることができ、また、感光体からの静電転写に際して、感光体上のトナーが均等な電界を受けることで転写率を高くすることができる。
さらに、本発明のトナーは、平均円形度が0.94以上である。平均円形度SR=(粒子投影面積と同じ面積の円の周囲長/粒子投影像の周囲長)×100%で定義され、トナーが真球に近いほど100%に近い値となる。円形度の高いトナーは、現像電界の影響を受けやすく、静電潜像の電界に沿って忠実に現像される。微小な潜像ドットを再現する際には緻密で均一な現像がされることで細線再現性が高くなる。また、円形度の高いトナーは、その表面は滑らかで適度な流動性をもつために電界の影響を受けやすく、電界に沿って忠実に転移しやすいために転写率が高くなり、高品位の画像を得ることができる。しかし、トナーの平均円形度が0.94未満では、忠実な現像、転写率の高い転写ができなくなるため、平均円形度は0.94以上が好ましい。
この円形度は、乾式粉砕で製造されるトナーでは、熱的又は機械的に球形化処理する。熱的には、例えば、アトマイザーなどに熱気流とともにトナー母体粒子を噴霧することで球形化処理を行うことができる。また、機械的にはボールミル等の混合機に比重の軽いガラス等の混合媒体とともに投入して攪拌することで、球形化処理することができる。ただし、熱的球形化処理では凝集し粒径の大きいトナー母体粒子又は機械的球形化処理では微粉が発生するために再度の分級工程が必要になる。また、水系溶媒中で製造されるトナーでは、溶媒を除去する工程で強い攪拌を与えることで、形状を制御することができる。
また、本発明のトナーは、外観形状がほぼ球形状であって、長軸と短軸との比(r2/r1)が0.5〜1.0の範囲で、厚さと短軸との比(r3/r2)が0.7〜1.0の範囲であって、長軸r1≧短軸r2≧厚さr3の関係を満足する。このトナーの形状は略球形状であり、以下の形状規定によって表すことができる。図1は、本発明に係るトナーの形状を模式的に示す図である。図1において、略球形状のトナーを長軸r1、短軸r2、厚さr3(但し、r1≧r2≧r3とする。)で規定するとき、本発明のトナーは、長軸と短軸との比(r2/r1)((b)参照)が0.5〜1.0で、厚さと短軸との比(r3/r2)((c)参照)が0.7〜1.0の範囲にあることが好ましい。長軸と短軸との比(r2/r1)が0.5未満では、真球形状から離れるために細線の再現性、転写率が劣り、高品位な画質が得られなくなる。また、厚さと短軸との比(r3/r2)が0.7未満では、扁平形状に近くなり、球形トナーのような高転写率は得られなくなる。特に、厚さと短軸との比(r3/r2)が1.0では、長軸を回転軸とする回転体となり、トナーの流動性を向上させることができる。
なお、r1、r2、r3は、走査型電子顕微鏡(SEM)で、視野の角度を変えて写真を撮り、観察しながら測定した。
また、本発明のトナーは、少なくとも、活性水素基を有する化合物と反応可能な部位を有する重合体、ポリエステル、着色剤、離型剤とを有機溶媒中にそれぞれ溶解又は分散させたトナー材料液を、水系媒体中で架橋及び/又は伸長反応させて得られる。以下に、トナーの構成材料及び製造方法について説明する。
(変性ポリエステル)
本発明に係るトナーはバインダ樹脂として変性ポリエステル(i)を含む。変性ポリエステル(i)としては、ポリエステル樹脂中にエステル結合以外の結合基が存在したり、またポリエステル樹脂中に構成の異なる樹脂成分が共有結合、イオン結合などで結合した状態をさす。具体的には、ポリエステル末端に、カルボン酸基、水酸基と反応するイソシアネート基などの官能基を導入し、さらに活性水素含有化合物と反応させ、ポリエステル末端を変性したものを指す。
変性ポリエステル(i)としては、イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー(A)とアミン類(B)との反応により得られるウレア変性ポリエステルなどが挙げられる。イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー(A)としては、多価アルコール(PO)と多価カルボン酸(PC)の重縮合物で、かつ活性水素基を有するポリエステルを、さらに多価イソシアネート化合物(PIC)と反応させたものなどが挙げられる。上記ポリエステルの有する活性水素基としては、水酸基(アルコール性水酸基及びフェノール性水酸基)、アミノ基、カルボキシル基、メルカプト基などが挙げられ、これらのうち好ましいものはアルコール性水酸基である。
ウレア変性ポリエステルは、以下のようにして生成される。
多価アルコール化合物(PO)としては、2価アルコール(DIO)および3価以上の多価アルコール(TO)が挙げられ、(DIO)単独、または(DIO)と少量の(TO)との混合物が好ましい。2価アルコール(DIO)としては、アルキレングリコール(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、1,6−ヘキサンジオールなど);アルキレンエーテルグリコール(ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレンエーテルグリコールなど);脂環式ジオール(1,4−シクロヘキサンジメタノール、水素添加ビスフェノールAなど);ビスフェノール類(ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールSなど);上記脂環式ジオールのアルキレンオキサイド(エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイドなど)付加物;上記ビスフェノール類のアルキレンオキサイド(エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイドなど)付加物などが挙げられる。これらのうち好ましいものは、炭素数2〜12のアルキレングリコールおよびビスフェノール類のアルキレンオキサイド付加物であり、特に好ましいものはビスフェノール類のアルキレンオキサイド付加物、およびこれと炭素数2〜12のアルキレングリコールとの併用である。3価以上の多価アルコール(TO)としては、3〜8価またはそれ以上の多価脂肪族アルコール(グリセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ソルビトールなど);3価以上のフェノール類(トリスフェノールPA、フェノールノボラック、クレゾールノボラックなど);上記3価以上のポリフェノール類のアルキレンオキサイド付加物などが挙げられる。
多価カルボン酸(PC)としては、2価カルボン酸(DIC)および3価以上の多価カルボン酸(TC)が挙げられ、(DIC)単独、および(DIC)と少量の(TC)との混合物が好ましい。2価カルボン酸(DIC)としては、アルキレンジカルボン酸(コハク酸、アジピン酸、セバシン酸など);アルケニレンジカルボン酸(マレイン酸、フマール酸など);芳香族ジカルボン酸(フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、ナフタレンジカルボン酸など)などが挙げられる。これらのうち好ましいものは、炭素数4〜20のアルケニレンジカルボン酸および炭素数8〜20の芳香族ジカルボン酸である。3価以上の多価カルボン酸(TC)としては、炭素数9〜20の芳香族多価カルボン酸(トリメリット酸、ピロメリット酸など)などが挙げられる。なお、多価カルボン酸(PC)としては、上述のものの酸無水物または低級アルキルエステル(メチルエステル、エチルエステル、イソプロピルエステルなど)を用いて多価アルコール(PO)と反応させてもよい。
多価アルコール(PO)と多価カルボン酸(PC)の比率は、水酸基[OH]とカルボキシル基[COOH]の当量比[OH]/[COOH]として、通常2/1〜1/1、好ましくは1.5/1〜1/1、さらに好ましくは1.3/1〜1.02/1である。
多価イソシアネート化合物(PIC)としては、脂肪族多価イソシアネート(テトラメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、2,6−ジイソシアナトメチルカプロエートなど);脂環式ポリイソシアネート(イソホロンジイソシアネート、シクロヘキシルメタンジイソシアネートなど);芳香族ジイソシアネート(トリレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネートなど);芳香脂肪族ジイソシアネート(α,α,α’,α’−テトラメチルキシリレンジイソシアネートなど);イソシアネート類;前記ポリイソシアネートをフェノール誘導体、オキシム、カプロラクタムなどでブロックしたもの;およびこれら2種以上の併用が挙げられる。
多価イソシアネート化合物(PIC)の比率は、イソシアネート基[NCO]と、水酸基を有するポリエステルの水酸基[OH]の当量比[NCO]/[OH]として、通常5/1〜1/1、好ましくは4/1〜1.2/1、さらに好ましくは2.5/1〜1.5/1である。[NCO]/[OH]が5を超えると低温定着性が悪化する。[NCO]のモル比が1未満では、ウレア変性ポリエステルを用いる場合、そのエステル中のウレア含量が低くなり、耐ホットオフセット性が悪化する。
イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー(A)中の多価イソシアネート化合物(PIC)構成成分の含有量は、通常0.5〜40wt%、好ましくは1〜30wt%、さらに好ましくは2〜20wt%である。0.5wt%未満では、耐ホットオフセット性が悪化するとともに、耐熱保存性と低温定着性の両立の面で不利になる。また、40wt%を超えると低温定着性が悪化する。
イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー(A)中の1分子当たりに含有されるイソシアネート基は、通常1個以上、好ましくは、平均1.5〜3個、さらに好ましくは、平均1.8〜2.5個である。1分子当たり1個未満では、ウレア変性ポリエステルの分子量が低くなり、耐ホットオフセット性が悪化する。
次に、ポリエステルプレポリマー(A)と反応させるアミン類(B)としては、2価アミン化合物(B1)、3価以上の多価アミン化合物(B2)、アミノアルコール(B3)、アミノメルカプタン(B4)、アミノ酸(B5)、およびB1〜B5のアミノ基をブロックしたもの(B6)などが挙げられる。
2価アミン化合物(B1)としては、芳香族ジアミン(フェニレンジアミン、ジエチルトルエンジアミン、4,4’−ジアミノジフェニルメタンなど);脂環式ジアミン(4,4’−ジアミノ−3,3’−ジメチルジシクロヘキシルメタン、ジアミンシクロヘキサン、イソホロンジアミンなど);および脂肪族ジアミン(エチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミンなど)などが挙げられる。3価以上の多価アミン化合物(B2)としては、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミンなどが挙げられる。アミノアルコール(B3)としては、エタノールアミン、ヒドロキシエチルアニリンなどが挙げられる。アミノメルカプタン(B4)としては、アミノエチルメルカプタン、アミノプロピルメルカプタンなどが挙げられる。アミノ酸(B5)としては、アミノプロピオン酸、アミノカプロン酸などが挙げられる。B1〜B5のアミノ基をブロックしたもの(B6)としては、前記B1〜B5のアミン類とケトン類(アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなど)から得られるケチミン化合物、オキサゾリジン化合物などが挙げられる。これらアミン類(B)のうち好ましいものは、B1およびB1と少量のB2の混合物である。
アミン類(B)の比率は、イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー(A)中のイソシアネート基[NCO]と、アミン類(B)中のアミノ基[NHx]の当量比[NCO]/[NHx]として、通常1/2〜2/1、好ましくは1.5/1〜1/1.5、さらに好ましくは1.2/1〜1/1.2である。[NCO]/[NHx]が2を超えたり1/2未満では、ウレア変性ポリエステルの分子量が低くなり、耐ホットオフセット性が悪化する。
また、ウレア変性ポリエステル中には、ウレア結合と共にウレタン結合を含有していてもよい。ウレア結合含有量とウレタン結合含有量のモル比は、通常100/0〜10/90であり、好ましくは80/20〜20/80、さらに好ましくは、60/40〜30/70である。ウレア結合のモル比が10%未満では、耐ホットオフセット性が悪化する。
本発明で用いられる変性ポリエステル(i)は、ワンショット法、プレポリマー法により製造される。変性ポリエステル(i)の重量平均分子量は、通常1万以上、好ましくは2万〜1000万、さらに好ましくは3万〜100万である。この時のピーク分子量は1000〜10000が好ましく、1000未満では伸長反応しにくくトナーの弾性が少なくその結果耐ホットオフセット性が悪化する。また10000を超えると定着性の低下や粒子化や粉砕において製造上の課題が高くなる。変性ポリエステル(i)の数平均分子量は、後述の変性されていないポリエステル(ii)を用いる場合は特に限定されるものではなく、前記重量平均分子量とするのに得やすい数平均分子量でよい。(i)単独の場合は、数平均分子量は、通常20000以下、好ましくは1000〜10000、さらに好ましくは2000〜8000である。20000を超えると低温定着性及びフルカラー装置に用いた場合の光沢性が悪化する。
変性ポリエステル(i)を得るためのポリエステルプレポリマー(A)とアミン類(B)との架橋及び/又は伸長反応には、必要により反応停止剤を用い、得られるウレア変性ポリエステルの分子量を調整することができる。反応停止剤としては、モノアミン(ジエチルアミン、ジブチルアミン、ブチルアミン、ラウリルアミンなど)、およびそれらをブロックしたもの(ケチミン化合物)などが挙げられる。
(未変性ポリエステル)
本発明においては、前記変性されたポリエステル(i)単独使用だけでなく、この(i)と共に、未変性ポリエステル(ii)をバインダ樹脂成分として含有させることもできる。(ii)を併用することで、低温定着性及びフルカラー装置に用いた場合の光沢性が向上し、単独使用より好ましい。(ii)としては、前記(i)のポリエステル成分と同様な多価アルコール(PO)と多価カルボン酸(PC)との重縮合物などが挙げられ、好ましいものも(i)と同様である。また、(ii)は無変性のポリエステルだけでなく、ウレア結合以外の化学結合で変性されているものでもよく、例えばウレタン結合で変性されていてもよい。(i)と(ii)は少なくとも一部が相溶していることが低温定着性、耐ホットオフセット性の面で好ましい。従って、(i)のポリエステル成分と(ii)は類似の組成が好ましい。(ii)を含有させる場合の(i)と(ii)の重量比は、通常5/95〜80/20、好ましくは5/95〜30/70、さらに好ましくは5/95〜25/75、特に好ましくは7/93〜20/80である。(i)の重量比が5%未満では、耐ホットオフセット性が悪化するとともに、耐熱保存性と低温定着性の両立の面で不利になる。
(ii)のピーク分子量は、通常1000〜10000、好ましくは2000〜8000、さらに好ましくは2000〜5000である。1000未満では耐熱保存性が悪化し、10000を超えると低温定着性が悪化する。(ii)の水酸基価は5以上であることが好ましく、さらに好ましくは10〜120、特に好ましくは20〜80である。5未満では耐熱保存性と低温定着性の両立の面で不利になる。(ii)の酸価は1〜5が好ましく、より好ましくは2〜4である。ワックスに高酸価ワックスを使用するため、バインダは低酸価バインダが帯電や高体積抵抗につながるので二成分系現像剤に用いるトナーにはマッチしやすい。
バインダ樹脂のガラス転移点(Tg)は通常35〜70℃、好ましくは55〜65℃である。35℃未満ではトナーの耐熱保存性が悪化し、70℃を超えると低温定着性が不十分となる。ウレア変性ポリエステルは、得られるトナー母体粒子の表面に存在しやすいため、本発明のトナーにおいては、公知のポリエステル系トナーと比較して、ガラス転移点が低くても耐熱保存性が良好な傾向を示す。
(着色剤)
着色剤としては、公知の染料及び顔料が全て使用でき、例えば、カーボンブラック、ニグロシン染料、鉄黒、ナフトールイエローS、ハンザイエロー(10G、5G、G)、カドミュウムイエロー、黄色酸化鉄、黄土、黄鉛、チタン黄、ポリアゾイエロー、オイルイエロー、ハンザイエロー(GR、A、RN、R)、ピグメントイエローL、ベンジジンイエロー(G、GR)、パーマネントイエロー(NCG)、バルカンファストイエロー(5G、R)、タートラジンレーキ、キノリンイエローレーキ、アンスラザンイエローBGL、イソインドリノンイエロー、ベンガラ、鉛丹、鉛朱、カドミュウムレッド、カドミュウムマーキュリレッド、アンチモン朱、パーマネントレッド4R、パラレッド、ファイセーレッド、パラクロルオルトニトロアニリンレッド、リソールファストスカーレットG、ブリリアントファストスカーレット、ブリリアントカーンミンBS、パーマネントレッド(F2R、F4R、FRL、FRLL、F4RH)、ファストスカーレットVD、ベルカンファストルビンB、ブリリアントスカーレットG、リソールルビンGX、パーマネントレッドF5R、ブリリアントカーミン6B、ピグメントスカーレット3B、ボルドー5B、トルイジンマルーン、パーマネントボルドーF2K、ヘリオボルドーBL、ボルドー10B、ボンマルーンライト、ボンマルーンメジアム、エオシンレーキ、ローダミンレーキB、ローダミンレーキY、アリザリンレーキ、チオインジゴレッドB、チオインジゴマルーン、オイルレッド、キナクリドンレッド、ピラゾロンレッド、ポリアゾレッド、クロームバーミリオン、ベンジジンオレンジ、ペリノンオレンジ、オイルオレンジ、コバルトブルー、セルリアンブルー、アルカリブルーレーキ、ピーコックブルーレーキ、ビクトリアブルーレーキ、無金属フタロシアニンブルー、フタロシアニンブルー、ファストスカイブルー、インダンスレンブルー(RS、BC)、インジゴ、群青、紺青、アントラキノンブルー、ファストバイオレットB、メチルバイオレットレーキ、コバルト紫、マンガン紫、ジオキサンバイオレット、アントラキノンバイオレット、クロムグリーン、ジンクグリーン、酸化クロム、ピリジアン、エメラルドグリーン、ピグメントグリーンB、ナフトールグリーンB、グリーンゴールド、アシッドグリーンレーキ、マラカイトグリーンレーキ、フタロシアニングリーン、アントラキノングリーン、酸化チタン、亜鉛華、リトボン及びそれらの混合物が使用できる。着色剤の含有量はトナーに対して通常1〜15重量%、好ましくは3〜10重量%である。
着色剤は樹脂と複合化されたマスターバッチとして用いることもできる。マスターバッチの製造、またはマスターバッチとともに混練されるバインダ樹脂としては、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重合体、あるいはこれらとビニル化合物との共重合体、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、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、エポキシ樹脂、エポキシポリオール樹脂、ポリウレタン、ポリアミド、ポリビニルブチラール、ポリアクリル酸樹脂、ロジン、変性ロジン、テルペン樹脂、脂肪族又は脂環族炭化水素樹脂、芳香族系石油樹脂、塩素化パラフィン、パラフィンワックスなどが挙げられ、単独あるいは混合して使用できる。
(荷電制御剤)
荷電制御剤としては公知のものが使用でき、例えばニグロシン系染料、トリフェニルメタン系染料、クロム含有金属錯体染料、モリブデン酸キレート顔料、ローダミン系染料、アルコキシ系アミン、4級アンモニウム塩(フッ素変性4級アンモニウム塩を含む)、アルキルアミド、燐の単体または化合物、タングステンの単体または化合物、フッ素系活性剤、サリチル酸金属塩及び、サリチル酸誘導体の金属塩等である。具体的にはニグロシン系染料のボントロン03、4級アンモニウム塩のボントロンP−51、含金属アゾ染料のボントロンS−34、オキシナフトエ酸系金属錯体のE−82、サリチル酸系金属錯体のE−84、フェノール系縮合物のE−89(以上、オリエント化学工業社製)、4級アンモニウム塩モリブデン錯体のTP−302、TP−415(以上、保土谷化学工業社製)、4級アンモニウム塩のコピーチャージPSY VP2038、トリフェニルメタン誘導体のコピーブルーPR、4級アンモニウム塩のコピーチャージ NEG VP2036、コピーチャージ NX VP434(以上、ヘキスト社製)、LRA−901、ホウ素錯体であるLR−147(日本カーリット社製)、銅フタロシアニン、ペリレン、キナクリドン、アゾ系顔料、その他スルホン酸基、カルボキシル基、4級アンモニウム塩等の官能基を有する高分子系の化合物が挙げられる。このうち、特にトナーを負極性に制御する物質が好ましく使用される。
荷電制御剤の使用量は、バインダ樹脂の種類、必要に応じて使用される添加剤の有無、分散方法を含めたトナー製造方法によって決定されるもので、一義的に限定されるものではないが、好ましくはバインダ樹脂100重量部に対して、0.1〜10重量部の範囲で用いられる。好ましくは、0.2〜5重量部の範囲がよい。10重量部を超える場合にはトナーの帯電性が大きすぎ、荷電制御剤の効果を減退させ、現像ローラとの静電気的吸引力が増大し、現像剤の流動性低下や、画像濃度の低下を招く。
(離型剤)
離型剤としては、融点が50〜120℃の低融点のワックスが、バインダ樹脂との分散の中でより離型剤として効果的に定着ローラとトナー界面との間で働き、これにより定着ローラにオイルの如き離型剤を塗布することなく高温オフセットに対し効果を示す。このようなワックス成分としては、以下のものが挙げられる。ロウ類及びワックス類としては、カルナバワックス、綿ロウ、木ロウ、ライスワックス等の植物系ワックス、ミツロウ、ラノリン等の動物系ワックス、オゾケライト、セルシン等の鉱物系ワックス、及びおよびパラフィン、マイクロクリスタリン、ペトロラタム等の石油ワックス等が挙げられる。また、これら天然ワックスの外に、フィッシャー・トロプシュワックス、ポリエチレンワックス等の合成炭化水素ワックス、エステル、ケトン、エーテル等の合成ワックス等が挙げられる。さらに、12−ヒドロキシステアリン酸アミド、ステアリン酸アミド、無水フタル酸イミド、塩素化炭化水素等の脂肪酸アミド及び、低分子量の結晶性高分子樹脂である、ポリ−n−ステアリルメタクリレート、ポリ−n−ラウリルメタクリレート等のポリアクリレートのホモ重合体あるいは共重合体(例えば、n−ステアリルアクリレート−エチルメタクリレートの共重合体等)等、側鎖に長いアルキル基を有する結晶性高分子等も用いることができる。
荷電制御剤、離型剤はマスターバッチ、バインダ樹脂とともに溶融混練することもできるし、もちろん有機溶剤に溶解、分散する際に加えても良い。
次に、トナーの製造方法について説明する。ここでは、好ましい製造方法について示すが、これに限られるものではない。
(トナーの製造方法)
1)着色剤、未変性ポリエステル、イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー、離型剤を有機溶媒中に分散させトナー材料液を作る。
有機溶媒は、沸点が100℃未満の揮発性であることが、トナー母体粒子形成後の除去が容易である点から好ましい。具体的には、トルエン、キシレン、ベンゼン、四塩化炭素、塩化メチレン、1,2−ジクロロエタン、1,1,2−トリクロロエタン、トリクロロエチレン、クロロホルム、モノクロロベンゼン、ジクロロエチリデン、酢酸メチル、酢酸エチル、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなどを単独あるいは2種以上組合せて用いることができる。特に、トルエン、キシレン等の芳香族系溶媒および塩化メチレン、1,2−ジクロロエタン、クロロホルム、四塩化炭素等のハロゲン化炭化水素が好ましい。有機溶媒の使用量は、ポリエステルプレポリマー100重量部に対し、通常0〜300重量部、好ましくは0〜100重量部、さらに好ましくは25〜70重量部である。
2)トナー材料液を界面活性剤、樹脂微粒子の存在下、水系媒体中で乳化させる。
水系媒体は、水単独でも良いし、アルコール(メタノール、イソプロピルアルコール、エチレングリコールなど)、ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフラン、セルソルブ類(メチルセルソルブなど)、低級ケトン類(アセトン、メチルエチルケトンなど)などの有機溶媒を含むものであってもよい。
トナー材料液100重量部に対する水系媒体の使用量は、通常50〜2000重量部、好ましくは100〜1000重量部である。50重量部未満ではトナー材料液の分散状態が悪く、所定の粒径のトナー粒子が得られない。20000重量部を超えると経済的でない。
また、水系媒体中の分散を良好にするために、界面活性剤、樹脂微粒子等の分散剤を適宜加える。
界面活性剤としては、アルキルベンゼンスルホン酸塩、α−オレフィンスルホン酸塩、リン酸エステルなどのアニオン性界面活性剤、アルキルアミン塩、アミノアルコール脂肪酸誘導体、ポリアミン脂肪酸誘導体、イミダゾリンなどのアミン塩型や、アルキルトリメチルアンモニム塩、ジアルキルジメチルアンモニウム塩、アルキルジメチルベンジルアンモニウム塩、ピリジニウム塩、アルキルイソキノリニウム塩、塩化ベンゼトニウムなどの4級アンモニウム塩型のカチオン性界面活性剤、脂肪酸アミド誘導体、多価アルコール誘導体などの非イオン界面活性剤、例えばアラニン、ドデシルジ(アミノエチル)グリシン、ジ(オクチルアミノエチル)グリシンやN−アルキル−N,N−ジメチルアンモニウムべタインなどの両性界面活性剤が挙げられる。
また、フルオロアルキル基を有する界面活性剤を用いることにより、非常に少量でその効果をあげることができる。好ましく用いられるフルオロアルキル基を有するアニオン性界面活性剤としては、炭素数2〜10のフルオロアルキルカルボン酸及びその金属塩、パーフルオロオクタンスルホニルグルタミン酸ジナトリウム、3−[ω−フルオロアルキル(C6〜C11)オキシ]−1−アルキル(C3〜C4)スルホン酸ナトリウム、3−[ω−フルオロアルカノイル(C6〜C8)−N−エチルアミノ]−1−プロパンスルホン酸ナトリウム、フルオロアルキル(C11〜C20)カルボン酸及び金属塩、パーフルオロアルキルカルボン酸(C7〜C13)及びその金属塩、パーフルオロアルキル(C4〜C12)スルホン酸及びその金属塩、パーフルオロオクタンスルホン酸ジエタノールアミド、N−プロピル−N−(2−ヒドロキシエチル)パーフルオロオクタンスルホンアミド、パーフルオロアルキル(C6〜C10)スルホンアミドプロピルトリメチルアンモニウム塩、パーフルオロアルキル(C6〜C10)−N−エチルスルホニルグリシン塩、モノパーフルオロアルキル(C6〜C16)エチルリン酸エステルなどが挙げられる。
商品名としては、サーフロンS−111、S−112、S−113(旭硝子社製)、フロラードFC−93、FC−95、FC−98、FC−129(住友3M社製)、ユニダインDS−101、DS−102(ダイキン工業社製)、メガファックF−110、F−120、F−113、F−191、F−812、F−833(大日本インキ社製)、エクトップEF−102、103、104、105、112、123A、123B、306A、501、201、204、(トーケムプロダクツ社製)、フタージェントF−100、F150(ネオス社製)などが挙げられる。
また、カチオン性界面活性剤としては、フルオロアルキル基を右する脂肪族1級、2級もしくは2級アミン酸、パーフルオロアルキル(C6−C10)スルホンアミドプロピルトリメチルアンモニウム塩などの脂肪族4級アンモニウム塩、ベンザルコニウム塩、塩化ベンゼトニウム、ピリジニウム塩、イミダゾリニウム塩、商品名としてはサーフロンS−121(旭硝子社製)、フロラードFC−135(住友3M社製)、ユニダインDS−202(ダイキンエ業杜製)、メガファックF−150、F−824(大日本インキ社製)、エクトップEF−132(トーケムプロダクツ社製)、フタージェントF−300(ネオス社製)などが挙げられる。
樹脂微粒子は、水性分散体を形成しうる樹脂であればいかなる樹脂も使用でき、熱可塑性樹脂でも熱硬化性樹脂でもよい。例えばビニル系樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ケイ素系樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、アニリン樹脂、アイオノマー樹脂、ポリカーボネート樹脂等が挙げられる。樹脂としては、上記の樹脂を2種以上併用しても差し支えない。
このうち好ましいのは、微細球状樹脂粒子の水性分散体が得られやすい点から、ビニル系樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂及びそれらの併用が好ましい。例えばビニル系樹脂としては、ビニル系モノマーを単独重合また共重合したポリマーで、例えば、スチレン−(メタ)アクリル酸エステル共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、(メタ)アクリル酸−アクリル酸エステル重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−無水マレイン酸共重合体、スチレン−(メタ)アクリル酸共重合体等の樹脂が挙げられる。樹脂微粒子の平均粒径は5〜200nm、好ましくは20〜300nmである。また、リン酸三カルシウム、炭酸カルシウム、酸化チタン、コロイダルシリカ、ヒドロキシアパタイト等の無機化合物分散剤も用いることができる。
上記の樹脂微粒子、無機化合物分散剤と併用して使用可能な分散剤として、高分子系保護コロイドにより分散液滴を安定化させても良い。例えばアクリル酸、メタクリル酸、α−シアノアクリル酸、α−シアノメタクリル酸、イタコン酸、クロトン酸、フマール酸、マレイン酸または無水マレイン酸などの酸類、あるいは水酸基を含有する(メタ)アクリル系単量体、例えばアクリル酸−β−ヒドロキシエチル、メタクリル酸−β−ヒドロキシエチル、アクリル酸−β−ヒドロキシプロビル、メタクリル酸−β−ヒドロキシプロピル、アクリル酸−γ−ヒドロキシプロピル、メタクリル酸−γ−ヒドロキシプロピル、アクリル酸−3−クロロ2−ヒドロキシプロビル、メタクリル酸−3−クロロ−2−ヒドロキシプロピル、ジエチレングリコールモノアクリル酸エステル、ジエチレングリコールモノメタクリル酸エステル、グリセリンモノアクリル酸エステル、グリセリンモノメタクリル酸エステル、N−メチロールアクリルアミド、N−メチロールメタクリルアミドなど、ビニルアルコールまたはビニルアルコールとのエーテル類、例えばビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、ビニルプロピルエーテルなど、またはビニルアルコールとカルボキシル基を含有する化合物のエステル類、例えば酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニルなど、アクリルアミド、メタクリルアミド、ジアセトンアクリルアミドあるいはこれらのメチロール化合物、アクリル酸クロライド、メタクリル酸クロライドなどの酸クロライド類、ビニルピリジン、ビニルピロリドン、ビニルイミダゾール、エチレンイミンなどの含窒素化合物、またはその複素環を有するものなどのホモポリマーまたは共重合体、ポリオキシエチレン、ポリオキシプロピレン、ポリオキシエチレンアルキルアミン、ポリオキシプロピレンアルキルアミン、ポリオキシエチレンアルキルアミド、ポリオキシプロピレンアルキルアミド、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンラウリルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルフェニルエステル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエステルなどのポリオキシエチレン系、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロースなどのセルロース類などが使用できる。
分散の方法としては特に限定されるものではないが、低速せん断式、高速せん断式、摩擦式、高圧ジェット式、超音波などの公知の設備が適用できる。この中でも、分散体の粒径を2〜20μmにするために高速せん断式が好ましい。高速せん断式分散機を使用した場合、回転数は特に限定はないが、通常1000〜30000rpm、好ましくは5000〜20000rpmである。分散時間は特に限定はないが、バッチ方式の場合は、通常0.1〜5分である。分散時の温度としては、通常、0〜150℃(加圧下)、好ましくは40〜98℃である。
3)乳化液の作製と同時に、アミン類(B)を添加し、イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー(A)との反応を行わせる。
この反応は、分子鎖の架橋及び/又は伸長を伴う。反応時間は、ポリエステルプレポリマー(A)の有するイソシアネート基構造とアミン類(B)との反応性により選択されるが、通常10分〜40時間、好ましくは2〜24時間である。反応温度は、通常、0〜150℃、好ましくは40〜98℃である。また、必要に応じて公知の触媒を使用することができる。具体的にはジブチルチンラウレート、ジオクチルチンラウレートなどが挙げられる。
4)反応終了後、乳化分散体(反応物)から有機溶媒を除去し、洗浄、乾燥してトナー母体粒子を得る。
有機溶媒を除去するためには、系全体を徐々に層流の攪拌状態で昇温し、一定の温度域で強い攪拌を与えた後、脱溶媒を行うことで紡錘形のトナー母体粒子が作製できる。また、分散安定剤としてリン酸カルシウム塩などの酸、アルカリに溶解可能な物を用いた場合は、塩酸等の酸により、リン酸カルシウム塩を溶解した後、水洗するなどの方法によって、トナー母体粒子からリン酸カルシウム塩を除去する。その他酵素による分解などの操作によっても除去できる。
5)上記で得られたトナー母体粒子に、荷電制御剤を打ち込み、ついで、シリカ微粒子、酸化チタン微粒子等の無機微粒子を外添させ、トナーを得る。
荷電制御剤の打ち込み、及び無機微粒子の外添は、ミキサー等を用いた公知の方法によって行われる。
これにより、小粒径であって、粒径分布のシャープなトナーを容易に得ることができる。さらに、有機溶媒を除去する工程で強い攪拌を与えることで、真球状からラクビーボール状の間の形状を制御することができ、さらに、表面のモフォロジーも滑らかなものから梅干形状の間で制御することができる。
以上によって製造されたトナーは、二成分系現像剤に用いる場合には、磁性キャリアと混合して用いれば良く、磁性キャリアとしては、鉄、マグネタイト、Mn、Zn、Cu等の2価の金属を含むフェライトであって、重量平均粒径D20〜100μmが好ましい。平均粒径が20μm未満では、現像時に感光体1にキャリア付着が生じやすく、100μmを越えると、トナーとの混合性が低く、トナーの帯電量が不十分で連続使用時の帯電不良等を生じやすい。また、Znを含むCuフェライトが飽和磁化が高いことから好ましいが、画像形成装置のプロセスにあわせて適宜選択することができる。磁性キャリアを被覆する樹脂としては、特に限定されないが、例えばシリコーン樹脂、スチレン−アクリル樹脂、含フッ素樹脂、オレフィン樹脂等がある。その製造方法は、コーティング樹脂を溶媒中に溶解し、流動層中にスプレーしコア上にコーティングしても良く、また、樹脂粒子を静電気的に核粒子に付着させた後に熱溶融させて被覆するものであってもよい。被覆される樹脂の厚さは、0.05〜10μm、好ましくは0.3〜4μmがよい。
また、磁性キャリアを使用しない1成分系の磁性トナー或いは、非磁性トナーとしても用いることができる。
また、本発明のトナーは、カラートナーとして用いることが好ましい。細線、微小ドットの再現性に優れ、トナーの粒状性にも優れており、中間色のカラーの再現性に優れていることからカラー画像を形成するカラートナーに用いることにいっそう適している。
また、本発明は、少なくとも、像担持体表面に均一に帯電を施す帯電手段を有する帯電装置を備える画像形成装置において、少なくとも交互電界を印加して帯電付与する帯電装置と、上述の現像剤を使用する現像装置とを備える画像形成装置である。図2は、本発明の画像形成装置の構成を示す概略図である。
[画像形成装置]
以下、本発明の電子写真用トナー、または前記トナーとキャリアからなる二成分系現像剤を使用する画像形成装置について説明する。
〜中間転写体〜
本発明における転写システムの中間転写体の1実施形態について説明する。像担持体としての感光体ドラム(以下、感光体という)10の回りには、帯電装置としての帯電ローラ20、露光装置30、クリーニングブレードを有するクリーニング装置60、除電装置としての除電ランプ70、現像装置40、中間転写体としての中間転写体50とが配設されている。該中間転写体50は、複数の懸架ローラ51によって懸架され、図示しないモータ等の駆動手段により矢印方向に無端状に走行するように構成されている。この該懸架ローラ51の一部は、中間転写体へ転写バイアスを供給する転写バイアスローラとしての役目を兼ねており、図示しない電源から所定の転写バイアス電圧が印加される。また、該中間転写体50のクリーニングブレードを有するクリーニング装置90も配設されている。また、該中間転写体50に対向し、最終転写材としての転写紙100に現像像を転写するための転写手段として転写ローラ80が配設され、該転写ローラ80は図示しない電源装置により転写バイアスを供給される。そして、上記中間転写体50の周りには、電荷付与手段としてのコロナ帯電器52が設けられている。
上記現像装置40は、現像剤担持体としての現像ベルト41と、該現像ベルト41の回りに併設した黒(以下、Bkという)現像ユニット45K、イエロー(以下、Yという)現像ユニット45Y、マゼンタ(以下、マゼンタという)現像ユニット45M、シアン(以下、Cという)現像ユニット45Cとから構成されている。また、該現像ベルト41は、複数のベルトローラに張り渡され、図示しないモータ等の駆動手段により矢印方向に無端状に走行するように構成され、上記感光体10との接触部では該感光体10とほぼ同速で移動する。
各現像ユニットの構成は共通であるので、以下の説明はBk現像ユニット45Kについてのみ行ない、他の現像ユニット45Y、45M、45Cについては、図中でBk現像ユニット45Kにおけるものと対応する部分に、該ユニットにおけるものに付した番号の後にY、M、Cを付すに止め説明は省略する。現像ユニット45Kは、トナー粒子とキャリア液成分とを含む、高粘度、高濃度の液体現像剤を収容する現像タンク42Kと、下部を該現像タンク42K内の液体現像剤に浸漬するように配設された汲み上げローラ43Kと、該汲み上げローラ43Kから汲み上げられた現像剤を薄層化して現像ベルト41に塗布する塗布ローラ44Kとから構成されている。該塗布ローラ44Kは、導電性を有しており、図示しない電源から所定のバイアスが印加される。
なお、本実施形態に係る画像形成装置の装置構成としては、図1に示すような装置構成以外にも、図2に示すように、各色の現像ユニットを1つの感光体40の回りに併設した装置構成であってもよい。
次に、本実施形態に係る画像形成装置の動作について説明する。図2において、感光体10を矢印方向に回転駆動しながら帯電ローラ20により一様帯電した後、露光装置30により図示しない光学系で原稿からの反射光を結像投影して該感光体10上に静電荷像を形成する。この静電荷像は、現像装置40により現像され、顕像としてのトナー像が形成される。現像ベルト41上の現像剤薄層は、現像領域において感光体との接触により薄層の状態で該ベルト41から剥離し、感光体10上の潜像の形成されている部分に移行する。この現像装置40により現像されたトナー像は、感光体10と等速移動している中間転写体50との当接部(一次転写領域)にて中間転写体50の表面に転写される(一次転写)。3色あるいは4色を重ね合わせる転写を行う場合は、この行程を各色ごとに繰り返し、中間転写体50にカラー画像を形成する。
上記中間転写体上の重ね合せトナー像に電荷を付与するための上記コロナ帯電器52を、該中間転写体50の回転方向において、上記感光体10と該中間転写体50との接触対向部の下流側で、かつ該中間転写体50と転写紙100との接触対向部の上流側の位置に設置する。そして、このコロナ帯電器52が、該トナー像に対して、該トナー像を形成するトナー粒子の帯電極性と同極性の真電荷を付与し、転写紙100へ良好な転写がなされるに十分な電荷をトナー像に与える。上記トナー像は、上記コロナ帯電器52によりに帯電された後、上記転写ローラ80からの転写バイアスにより、図示しない給紙部から矢印方向に搬送された転写紙100上に一括転写される(二次転写)。この後、トナー像が転写された転写紙100は、図示しない分離装置により感光体10から分離され、図示しない定着装置で定着処理がなされた後に装置から排紙される。一方、転写後の感光体10は、クリーニング装置60よって未転写トナーが回収除去され、次の帯電に備えて除電ランプ70により残留電荷が除電される。
該中間転写体の静止摩擦係数は前述したように、好ましくは0.1〜0.6、より好ましくは0.3〜0.5がよい。該中間転写体の体積抵抗は数Ωcm以上10Ωcm以下であることが好ましい。体積抵抗を数Ωcm以上10Ωcm以下とすることにより、中間転写体自身の帯電を防ぐとともに、電荷付与手段により付与された電荷が該中間転写体上に残留しにくくなるので、二次転写時の転写ムラを防止できる。また、二次転写時の転写バイアス印加を容易にできる。
中間転写体の材質は特に制限されず、公知の材料が全て使用できる。その一例を以下に示す。(1)ヤング率(引張弾性率)の高い材料を単層ベルトとして用いたものであり、PC(ポリカーボネート)、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)、PAT(ポリアルキレンテレフタレート)、PC(ポリカーボネート)/PAT(ポリアルキレンテレフタレート)のブレンド材料、ETFE(エチレンテトラフロロエチレン共重合体)/PC、ETFE/PAT、PC/PATのブレンド材料、カーボンブラック分散の熱硬化性ポリイミド等。これらヤング率の高い単層ベルトは画像形成時の応力に対する変形量が少なく、特にカラー画像形成時にレジズレを生じにくいとの利点を有している。(2)上記のヤング率の高いベルトを基層とし、その外周上に表面層または中間層を付与した2〜3層構成のベルトであり、これら2〜3層構成のベルトは単層ベルトの硬さに起因し発生するライン画像の中抜けを防止しうる性能を有している。(3)ゴムおよびエラストマーを用いたヤング率の比較的低いベルトであり、これらのベルトは、その柔らかさによりライン画像の中抜けが殆ど生じない利点を有している。また、ベルトの幅を駆動ロールおよび張架ロールより大きくし、ロールより突出したベルト耳部の弾力性を利用して蛇行を防止するので、リブや蛇行防止装置を必要とせず低コストを実現できる。
中間転写ベルトは、従来からフッ素系樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリイミド樹脂等が使用されてきていたが、近年ベルトの全層や、ベルトの一部を弾性部材にした弾性ベルトが使用されてきている。樹脂ベルトを用いたカラー画像の転写は以下の課題がある。
カラー画像は通常4色の着色トナーで形成される。1枚のカラー画像には、1層から4層までのトナー層が形成されている。トナー層は1次転写(感光体から中間転写ベルトへの転写)や、2次転写(中間転写ベルトからシートへの転写)を通過することで圧力を受け、トナー同士の凝集力が高くなる。トナー同士の凝集力が高くなると文字の中抜けやベタ部画像のエッジ抜けの現象が発生しやすくなる。樹脂ベルトは硬度が高くトナー層に応じて変形しないため、トナー層を圧縮させやすく文字の中抜け現象が発生しやすくなる。
また、最近はフルカラー画像を様々な用紙、例えば和紙や意図的に凹凸を付けや用紙に画像を形成したいという要求が高くなってきている。しかし、平滑性の悪い用紙は転写時にトナーと空隙が発生しやすく、転写抜けが発生しやすくなる。密着性を高めるために2次転写部の転写圧を高めると、トナー層の凝縮力を高めることになり、上述したような文字の中抜けを発生させることになる。
そこで、シートへの転写に際して弾性ベルトは次の目的で使用される。弾性ベルトは、転写部でトナー層、平滑性の悪い用紙に対応して変形する。つまり、局部的な凹凸に追従して弾性ベルトは変形するため、過度にトナー層に対して転写圧を高めることなく、良好な密着性が得られ文字の中抜けの無い、平面性の悪い用紙に対しても均一性の優れた転写画像を得ることができる。
弾性ベルトの樹脂は、ポリカーボネート、フッ素系樹脂(ETFE,PVDF)、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−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(例えば、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およびスチレン−アクリル酸フェニル共重合体等)、スチレン−メタクリル酸エステル共重合体(例えば、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(スチレンまたはスチレン置換体を含む単重合体または共重合体)、メタクリル酸メチル樹脂、メタクリル酸ブチル樹脂、アクリル酸エチル樹脂、アクリル酸ブチル樹脂、変性アクリル樹脂(例えば、シリコーン変性アクリル樹脂、塩化ビニル樹脂変性アクリル樹脂、アクリル・ウレタン樹脂等)、塩化ビニル樹脂、スチレン−酢酸ビニル共重合体、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、ロジン変性マレイン酸樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエステルポリウレタン樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブタジエン、ポリ塩化ビニリデン、アイオノマー樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂、ケトン樹脂、エチレン−エチルアクリレート共重合体、キシレン樹脂およびポリビニルブチラール樹脂、ポリアミド樹脂、変性ポリフェニレンオキサイド樹脂等からなる群より選ばれる1種類あるいは2種類以上の組み合わせを使用することができる。ただし、上記材料に限定されるものではないことは当然である。
弾性材ゴム、エラストマーとしては、ブチルゴム、フッ素系ゴム、アクリルゴム、EPDM、NBR、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレンゴム天然ゴム、イソプレンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、ブタジエンゴム、エチレン−プロピレンゴム、エチレン−プロピレンターポリマー、クロロプレンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、塩素化ポリエチレン、ウレタンゴム、シンジオタクチック1,2−ポリブタジエン、エピクロロヒドリン系ゴム、リコーンゴム、フッ素ゴム、多硫化ゴム、ポリノルボルネンゴム、水素化ニトリルゴム、熱可塑性エラストマー(例えば、ポリスチレン系、ポリオレフィン系、ポリ塩化ビニル系、ポリウレタン系、ポリアミド系、ポリウレア,ポリエステル系、フッ素樹脂系)等からなる群より選ばれる1種類あるいは2種類以上の組み合わせを使用することができる。ただし、上記材料に限定されるものではないことは当然である。
抵抗値調節用導電剤に特に制限はないが、例えば、カーボンブラック、グラファイト、アルミニウムやニッケル等の金属粉末、酸化錫、酸化チタン、酸化アンチモン、酸化インジウム、チタン酸カリウム、酸化アンチモン−酸化錫複合酸化物(ATO)、酸化インジウム−酸化錫複合酸化物(ITO)等の導電性金属酸化物、導電性金属酸化物は、硫酸バリウム、ケイ酸マグネシウム、炭酸カルシウム等の絶縁性微粒子を被覆したものでもよい。上記導電剤に限定されるものではないことは当然である。
表層材料、表層は弾性材料による感光体への汚染防止と、転写ベルト表面への表面摩擦抵抗を低減させてトナーの付着力を小さくしてクリーニング性、2次転写性を高めるものが要求される。たとえばポリウレタン、ポリエステル、エポキシ樹脂等の1種類あるいは2種類以上の組み合わせを使用し表面エネルギーを小さくし潤滑性を高める材料、たとえばフッ素樹脂、フッ素化合物、フッ化炭素、2酸化チタン、シリコンカーバイト等の粉体、粒子を1種類あるいは2種類以上または粒径が異なるものの組み合わせを分散させ使用することができる。また、フッ素系ゴム材料のように熱処理を行うことで表面にフッ素リッチな層を形成させ表面エネルギーを小さくさせたものを使用することもできる。
〜帯電装置〜
図4は、接触式の帯電装置を用いた画像形成装置の構成を示す概略図である。被帯電体,像担持体としての感光体140は矢印の方向に所定の速度(プロセススピード)で回転駆動される。この感光ドラムに接触させた帯電部材である帯電ローラー160は芯金とこの芯金の外周に同心一体にローラー上に形成した導電ゴム層を基本構成とし、芯金の両端を不図示の軸受け部材等で回転自由に保持させると供に、不図示の加圧手段によって感光ドラムに所定の加圧力で押圧させており、本図の場合はこの帯電ローラー160は感光体140の回転駆動に従動して回転する。帯電ローラ160は、直径9mmの芯金上に100,000Ω・cm程度の中抵抗ゴム層522を被膜して直径16mmに形成されている。
帯電ローラー160の芯金と不図示の電源とは電気的に接続されており、電源により帯電ローラーに対して所定のバイアスが印加される。これにより感光体140の周面が所定の極性,電位に一様に帯電処理される。
本発明で用いられる帯電装置はもちろん上記のような接触式の帯電装置に限定されるず非接触でもよいが、帯電装置から発生するオゾンが低減された画像形成装置が得られるので、接触式の帯電装置を用いることが好ましい。
さらに、本発明の画像形成装置では、帯電装置に交互電界を印加する。DC(直流)電界では、感光体を−極性に帯電させるために、O とNO が多数形成される。このオゾン、窒素酸化物が感光体上に付着して感光体表面を劣化させる。とくに、感光体表面を硬化させ摩耗が大きくなり、また、摩擦係数が小さくなるために外添剤が付着しやすくなりフィルミングが発生することが多くなる。このために、AC(交流)を重畳させた交互電界を印加することで、オゾン等の発生を押さえ、かつ、感光体を均一に帯電させることができる。とくに、交互電界にすることで、逆極性のHの発生でオゾンで感光体の劣化を押さえることができる。
本発明で使われる帯電部材の形状としてはローラーの他にも、磁気ブラシ、ファーブラシ等、どのような形態をとってもよく、画像形成装置の仕様や形態にあわせて選択可能である。磁気ブラシを用いる場合、磁気ブラシは例えばZn−Cuフェライト等、各種フェライト粒子を帯電部材として用い、これを支持させるための非磁性の導電スリーブ、これに内包されるマグネットロールによって構成される。また、ファーブラシを用いる場合、例えば、ファーブラシの材質としては、カーボン、硫化銅、金属または金属酸化物により導電処理されたファーを用い、これを金属や他の導電処理された芯金に巻き付けたり張り付けたりすることで帯電装置とする。
〜タンデム型カラー画像形成装置〜
図5は、本発明のタンデム型カラー画像形成装置の構成を示す概略図である。
タンデム型の画像形成装置には、図5に示すように、各感光体1上の画像を転写装置2により、シート搬送ベルト3で搬送するシートsに順次転写する直接転写方式のものと、図8に示すように、各感光体1上の画像を1次転写装置2によりいったん中間転写体4に順次転写して後、その中間転写体4上の画像を2次転写装置5によりシートsに一括転写する間接転写方式のものとがある。転写装置5は転写搬送ベルトであるが,ローラ形状も方式もある。
直接転写方式のものと、間接転写方式のものとを比較すると、前者は、感光体1を並べたタンデム型画像形成装置Tの上流側に給紙装置6を、下流側に定着装置7を配置しなければならず、シート搬送方向に大型化する欠点がある。これに対し後者は、2次転写位置を比較的自由に設置することができる。給紙装置6、および定着装置7をタンデム型画像形成装置Tと重ねて配置することができ、小型化が可能となる利点がある。
また、前者は、シート搬送方向に大型化しないためには、定着装置7をタンデム型画像形成装置Tに接近して配置することとなる。そのため、シートsがたわむことができる十分な余裕をもって定着装置7を配置することができず、シートsの先端が定着装置7に進入するときの衝撃(特に厚いシートで顕著となる)や、定着装置7を通過するときのシート搬送速度と,転写搬送ベルトによるシート搬送速度との速度差により、定着装置7が上流側の画像形成に影響を及ぼしやすい欠点がある。これに対し後者は、シートsがたわむことができる十分な余裕をもって定着装置7を配置することができるから、定着装置7がほとんど画像形成に影響を及ぼさないようにすることができる。
以上のようなことから、最近は、タンデム型画像形成装置の中の、特に間接転写方式のものが注目されてきている。図6は、本発明のタンデム型カラー画像形成装置であって、中間転写体を有する画像形成装置の構成を示す概略図である。
そして、この種のカラー画像形成装置では、図6に示すように、1次転写後に感光体1上に残留する転写残トナーを、感光体クリーニング装置8で除去して感光体1表面をクリーニングし、再度の画像形成に備えていた。また、2次転写後に中間転写体4上に残留する転写残トナーを、中間転写体クリーニング装置9で除去して中間転写体4表面をクリーニングし、再度の画像形成に備えていた。
以下、図面を参照しつつ、この発明の実施の形態につき説明する。
図7は、この発明の一実施の形態を示すもので、タンデム型間接転写方式の画像形成装置の構成を示す概略図である。図中符号100は複写装置本体、200はそれを載せる給紙テーブル、300は複写装置本体100上に取り付けるスキャナ、400は更にその上に取り付ける原稿自動搬送装置(ADF)である。複写装置本体100には、中央に、無端ベルト状の中間転写体10を設ける。
そして、図7に示すとおり、図示例では3つの支持ローラ14,15,16に掛け回して図中時計回りに回転搬送可能とする。
この図示例では、3つのなかで第2の支持ローラ15の左に、画像転写後に中間転写体10上に残留する残留トナーを除去する中間転写体クリーニング装置17を設ける。
また、3つのなかで第1の支持ローラ14と第2の支持ローラ15間に張り渡した中間転写体10上には、その搬送方向に沿って、イエロー,シアン,マゼンタ,ブラックの4つの画像形成手段18を横に並べて配置してタンデム画像形成装置20を構成する。
そのタンデム画像形成装置20の上には、図7に示すように、更に露光装置21を設ける。一方、中間転写体10を挟んでタンデム画像形成装置20と反対の側には、2次転写装置22を備える。2次転写装置22は、図示例では、2つのローラ23間に、無端ベルトである2次転写ベルト24を掛け渡して構成し、中間転写体10を介して第3の支持ローラ16に押し当てて配置し、中間転写体10上の画像をシートに転写する。
2次転写装置22の横には、シート上の転写画像を定着する定着装置25を設ける。定着装置25は、無端ベルトである定着ベルト26に加圧ローラ27を押し当てて構成する。
上述した2次転写装置22には、画像転写後のシートをこの定着装置25へと搬送するシート搬送機能も備えてなる。もちろん、2次転写装置22として、転写ローラや非接触のチャージャを配置してもよく、そのような場合は、このシート搬送機能を併せて備えることは難しくなる。
なお、図示例では、このような2次転写装置22および定着装置25の下に、上述したタンデム画像形成装置20と平行に、シートの両面に画像を記録すべくシートを反転するシート反転装置28を備える。
さて、いまこのカラー画像形成装置を用いてコピーをとるときは、原稿自動搬送装置400の原稿台30上に原稿をセットする。または、原稿自動搬送装置400を開いてスキャナ300のコンタクトガラス32上に原稿をセットし、原稿自動搬送装置400を閉じてそれで押さえる。
そして、不図示のスタートスイッチを押すと、原稿自動搬送装置400に原稿をセットしたときは、原稿を搬送してコンタクトガラス32上へと移動して後、他方コンタクトガラス32上に原稿をセットしたときは、直ちにスキャナ300を駆動し、第1走行体33および第2走行体34を走行する。そして、第1走行体33で光源から光を発射するとともに原稿面からの反射光を更に反射して第2走行体34に向け、第2走行体34のミラーで反射して結像レンズ35を通して読取りセンサ36に入れ、原稿内容を読み取る。
また、不図示のスタートスイッチを押すと、不図示の駆動モータで支持ローラ14,15,16の1つを回転駆動して他の2つの支持ローラを従動回転し、中間転写体10を回転搬送する。同時に、個々の画像形成手段18でその感光体40を回転して各感光体40上にそれぞれ、ブラック,イエロー,マゼンタ,シアンの単色画像を形成する。そして、中間転写体10の搬送とともに、それらの単色画像を順次転写して中間転写体10上に合成カラー画像を形成する。
一方、不図示のスタートスイッチを押すと、給紙テーブル200の給紙ローラ42の1つを選択回転し、ペーパーバンク43に多段に備える給紙カセット44の1つからシートを繰り出し、分離ローラ45で1枚ずつ分離して給紙路46に入れ、搬送ローラ47で搬送して複写機本体100内の給紙路48に導き、レジストローラ49に突き当てて止める。
または、給紙ローラ50を回転して手差しトレイ51上のシートを繰り出し、分離ローラ52で1枚ずつ分離して手差し給紙路53に入れ、同じくレジストローラ49に突き当てて止める。
そして、中間転写体10上の合成カラー画像にタイミングを合わせてレジストローラ49を回転し、中間転写体10と2次転写装置22との間にシートを送り込み、2次転写装置22で転写してシート上にカラー画像を記録する。
画像転写後のシートは、2次転写装置22で搬送して定着装置25へと送り込み、定着装置25で熱と圧力とを加えて転写画像を定着して後、切換爪55で切り換えて排出ローラ56で排出し、排紙トレイ57上にスタックする。または、切換爪55で切り換えてシート反転装置28に入れ、そこで反転して再び転写位置へと導き、裏面にも画像を記録して後、排出ローラ56で排紙トレイ57上に排出する。
一方、画像転写後の中間転写体10は、中間転写体クリーニング装置17で、画像転写後に中間転写体10上に残留する残留トナーを除去し、タンデム画像形成装置20による再度の画像形成に備える。
ここで、レジストローラ49は一般的には接地されて使用されることが多いが、シートの紙粉除去のためにバイアスを印加することも可能である。
上述したタンデム画像形成装置20において、個々の画像形成手段18は、詳しくは、例えば図8に示すように、ドラム状の感光体40のまわりに、帯電装置60、現像装置61、1次転写装置62、感光体クリーニング装置63、除電装置64等を備えてある。図8に記載された符号について説明すると65は現像スリーブ上現像剤、68は撹拌パドル、69は仕切り板、71はトナー濃度センサー、72は現像スリーブ、73はドクター、75はクリーニングブレード、76はクリーニングブラシ、77はクリーニングローラー、78はクリーニングブレード、79はトナー排出オーガー、80は駆動装置である。
〜プロセスカートリッジ〜
図8は、本発明のプロセスカートリッジを備えるタンデム型間接転写方式の画像形成装置の構成を示す概略図である。図8において、aはプロセスカートリッジ全体を示し、bは感光体、cは帯電手段、dは現像手段、eはクリーニング手段を示す。
本発明においては、上述の感光体b、帯電装置手段c、現像手段dおよびクリーニング手段e等の構成要素のうち、少なくとも感光体bおよび現像手段dをプロセスカートリッジとして一体に結合して構成し、このプロセスカートリッジを複写機やプリンター等の画像形成装置本体に対して着脱可能に構成する。
以下実施例により本発明を更に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。以下、部は重量部を示す。
(2成分現像剤評価)
2成分系現像剤で画像評価する場合は、以下のように、シリコーン樹脂により0.5μmの平均厚さでコーティングされた平均粒径35μmのフェライトキャリアを用い、キャリア100重量部に対し各色トナー7重量部を容器が転動して攪拌される型式のターブラーミキサーを用いて均一混合し帯電させて、現像剤を作成した。
(キャリアの製造)
芯材
Mnフェライト粒子(重量平均径:35μm) 5000部
コート材
トルエン 450部
シリコーン樹脂SR2400 450部
(東レ・ダウコーニング・シリコーン製、不揮発分50%)
アミノシランSH6020 10部
(東レ・ダウコーニング・シリコーン製)
カーボンブラック 10部
上記コート材を10分間スターラーで分散してコート液を調整し、このコート液と芯材を流動床内に回転式底板ディスクと攪拌羽根を設けた旋回流を形成させながらコートを行うコーティング装置に投入して、当該コート液を芯材上に塗布した。得られた塗布物を電気炉で250℃、2時間焼成し上記キャリアを得た。
(外添剤の製造方法)
本発明に用いる外添剤A1〜A9、B1〜B4は以下のように製造した。得られた外添剤の物性は表1に示した。
(外添剤A1)
バーナーの中心部に設けたスラリー噴霧用二流体ノズルの中心部から、金属シリコン粉末(平均粒径6.7μm)50質量部と水50質量部からなるスラリーを火炎中(温度約1800℃)に20.5kg/時間の速度で噴射すると共に、その周囲から酸素を供給した。生成した球状シリカ粉末をブロワーによって捕集ラインへ空気輸送し、バグフィルターで捕集した。球状シリカ粉末250gを振動流動層に仕込み、吸引ブロワーにより循環させた空気で流動化させながら水3.2gを噴霧して5分間流動混合させた後、シランカップリング剤であるHMDS(ヘキサメチルジシラザン)5.3gを噴霧し、40分間流動混合し外添剤A1を得た。
(外添剤A2)
外添剤A1で得られた疎水化処理前の球状シリカ粉末をジメチルシリコーンオイル8.2gで処理する他は、外添剤A1と同様に製造し、外添剤A2を得た。
(外添剤A3)
外添剤A1にジメチルシリコーンオイル4gをミストスプレーにより噴霧して、30分間混合して、外添剤A3を得た。
(外添剤A4)
外添剤A1製造において、金属シリコン粉末(平均粒径6.7μm)70質量部と水30質量部に変えて製造した以外は外添剤A1と同様に製造し、外添剤A4を得た。
(外添剤A5)
外添剤A1製造において、金属シリコン粉末(平均粒径6.7μm)40質量部と水60質量部に変えて、火炎温度を約1900℃に変えた以外は外添剤A1と同様に製造し、外添剤A5を得た。
(外添剤A6)
外添剤A1製造において、火炎噴霧速度を10.3kg/時間に変更した以外は外添剤A1と同様に製造し、外添剤A6を得た。
(外添剤A7)
外添剤A1で得られた疎水化処理前の球状シリカ粉末をジメチルジクロロシラン3.0gで処理した以外は、外添剤A1と同様に製造し、外添剤A7を得た。
(外添剤A8)
バーナーの中心部に設けたスラリー噴霧用二流体ノズルの中心部から、金属チタン粉末(平均粒径20.0μm)50質量部と水50質量部からなるスラリーを火炎中(温度約2000℃)に20.5kg/時間の速度で噴射すると共に、その周囲から酸素を供給した。生成した球状酸化チタン粉末をブロワーによって捕集ラインへ空気輸送し、バグフィルターで捕集した。球状シリカ粉末250gを振動流動層に仕込み、吸引ブロワーにより循環させた空気で流動化させながら水3.2gを噴霧して5分間流動混合させた後、シランカップリング剤であるイソブチルトリメトキシシラン5.3gを噴霧し、30分間流動混合し外添剤A8を得た。
(外添剤A9)
バーナーの中心部に設けたスラリー噴霧用二流体ノズルの中心部から、金属アルミニウム粉末(平均粒径35.0μm)50質量部と水50質量部からなるスラリーを火炎中(温度約1900℃)に10.5kg/時間の速度で噴射すると共に、その周囲から酸素を供給した。生成した球状アルミナ粉末をブロワーによって捕集ラインへ空気輸送し、バグフィルターで捕集し外添剤A9を得た。
(外添剤B1)
バーナーの中心部に設けたスラリー噴霧用二流体ノズルの中心部から、金属シリコン粉末(平均粒径6.7μm)20質量部と水80質量部からなるスラリーを火炎中(温度約1800℃)に32.5kg/時間の速度で噴射すると共に、その周囲から酸素を供給した。生成した球状シリカ粉末をブロワーによって捕集ラインへ空気輸送し、バグフィルターで捕集した。球状シリカ粉末250gを振動流動層に仕込み、吸引ブロワーにより循環させた空気で流動化させながら水3.2gを噴霧して5分間流動混合させた後、シランカップリング剤であるHMDS(ヘキサメチルジシラザン)2.3gを噴霧し、40分間流動混合し外添剤B1を得た。
(外添剤B2)
バーナーの中心部に設けたスラリー噴霧用二流体ノズルの中心部から、金属シリコン粉末(平均粒径6.7μm)50質量部と水40質量部からなるスラリーを火炎中(温度約1850℃)に9.6kg/時間の速度で噴射すると共に、その周囲から酸素を供給した。生成した球状シリカ粉末をブロワーによって捕集ラインへ空気輸送し、バグフィルターで捕集した。球状シリカ粉末250gを振動流動層に仕込み、吸引ブロワーにより循環させた空気で流動化させながら水3.2gを噴霧して5分間流動混合させた後、シランカップリング剤であるHMDS(ヘキサメチルジシラザン)4.3gを噴霧し、20分間流動混合し外添剤B2を得た。
(外添剤B3)
メタノール700質量部、水46質量部、28%アンモニア水55質量部を添加して混合した。この溶液を35℃に調整し攪拌しながらテトラメトキシシラン1300質量部および5.4%アンモニア水470質量部を同時に添加開始し、前者は7時間、そして後者は4時間かけて滴下した。テトラメトキシシラン滴下後も0.5時間攪拌を続け加水分解を行いシリカ微粒子の懸濁液を得た。得られた懸濁液に室温でヘキサメチルジシラザン550質量部を添加し55℃に加熱し3時間反応させシリカ微粒子をトリメチルシリル化した。これにより、外添剤B3が得られた。
(外添剤B4)
メタノール700質量部、水46質量部、28%アンモニア水55質量部を添加して混合した。この溶液を35℃に調整し攪拌しながらテトラメトキシシラン1300質量部および5.4%アンモニア水470質量部を同時に添加開始し、前者は5時間、そして後者は2時間かけて滴下した。テトラメトキシシラン滴下後も0.2時間攪拌を続け加水分解を行いシリカ微粒子の懸濁液を得た。得られた懸濁液に室温でヘキサメチルジシラザン550質量部を添加し55℃に加熱し3時間反応させシリカ微粒子をトリメチルシリル化した。これにより、外添剤B4が得られた。
Figure 2006030662
(実施例1)
〜有機微粒子エマルションの合成〜
製造例1
撹拌棒および温度計をセットした反応容器に、水683部、メタクリル酸エチレンオキサイド付加物硫酸エステルのナトリウム塩(エレミノールRS−30、三洋化成工業製)11部、メタクリル酸166部、アクリル酸ブチル110部、過硫酸アンモニウム1部を仕込み、3800回転/分で30分間撹拌したところ、白色の乳濁液が得られた。加熱して、系内温度75℃まで昇温し4時間反応させた。さらに、1%過硫酸アンモニウム水溶液30部加え、75℃で6時間熟成してビニル系樹脂(メタクリル酸−アクリル酸ブチル−メタクリル酸エチレンオキサイド付加物硫酸エステルのナトリウム塩の共重合体)の水性分散液[微粒子分散液1]を得た。[微粒子分散液1]をLA−920で測定した体積平均粒径は、75nmであった。[微粒子分散液1]の一部を乾燥して樹脂分を単離した。該樹脂分のTgは58℃であり、重量平均分子量は13万であった。
〜水相の調整〜
製造例2
水990部、[微粒子分散液1]83部、ドデシルジフェニルェーテルジスルホン酸ナトリウムの48.3%水溶液(エレミノールMON−7):三洋化成工業製)37部、酢酸エチル90部を混合撹拌し、乳白色の液体を得た。これを[水相1]とする。
〜低分子ポリエステルの合成〜
製造例3
冷却管、撹拌機および窒素導入管の付いた反応容器中に、ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物229部、ビスフェノールAプロピレンオキサイド3モル付加物529部、テレフタル酸208部、アジピン酸46部およびジブチルチンオキサイド2部を入れ、常圧で230℃で7時間反応し、さらに10〜15mmHgの減圧で5時聞反応した後、反応容器に無水トリメリット酸44部を入れ、180℃、常圧で3時間反応し、[低分子ポリエステル1]を得た。[低分子ポリエステル1〕は、数平均分子量2300、重量平均分子量6700,Tg43℃、酸価25であった。
〜中間体ポリエステルの合成〜
製造例4
冷却管、撹拌機および窒索導入管の付いた反応容器中に、ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物682部、ビスフェノールAプロピレンオキサイド2モル付加物81部、テレフタル酸283部、無水トリメリット酸22部およびジブチルチンオキサイド2部を入れ、常圧で230℃で7時間反応し、さらに10〜15mmHgの減圧で5時間反応した[中間体ポリエステル1]を得た。[中間体ポリエステル1]は、数平均分子量2200、重量平均分子量9700、Tg54℃、酸価0.5、水酸基価52であった。
次に、冷却管、撹拌機および窒素導入管の付いた反応容器中に、[中間体ポリエステル1]410部、イソホロンジイソシアネート89部、酢酸エチル500部を入れ100℃で5時間反応し、[プレポリマー1]を得た。[プレポリマー1]の遊離イソシアネート重量%は、1.53%であった。
〜ケチミンの合成〜
製造例5
撹拌棒および温度計をセットした反応容器に、イソホロンジアミン170部とメチルエチルケトン75部を仕込み、50℃で4時間半反応を行い、[ケチミン化合物1]を得た。[ケチミン化合物1]のアミン価は417であった。
〜マスターバッチ(MB)の合成〜
製造例6
水600部、Pigment Blue 15:3 含水ケーキ(固形分50%)、 ポリエステル樹脂1200部を加え、ヘンシェルミキサー(三井鉱山社製)で混合し、混合物を2本ロールを用いて120℃で45分間混練後、圧延冷却しパルペライザーで粉砕、[マスターバッチ1]を得た。
〜油相の作成〜
製造例7
撹拌棒および温度計をセットした容器に、[低分子ポリエステル1]378部、カルナバWAX100部、酢酸エチル947部を仕込み、撹拌下80℃に昇温し、80℃のまま5時間保持した後、1時問で30℃に冷却した。次いで容器に[マスターバッチ1]500部、酢酸エチル500部を仕込み、1時間混合し[原料溶解液1]を得た。
[原料溶解液1]1324部を容器に移し、ビーズミル(ウルトラビスコミル、アイメックス社製)を用いて、送液速度1kg/hr、ディスク周速度6m/秒、0.5mmジルコニアビーズを80体積%充填、3パスの条件で、顔料、WAXの分散を行った。次いで、[低分子ポリエステル1]の65%酢酸エチル溶液1324部加え、上記条件のビーズミルで2パスし、[顔料・WAX分散液1]を得た。[顔料・WAX分散液1]の固形分濃度(130℃、30分)は50%であった。
〜乳化⇒脱溶剤〜
製造例8
[顔料・WAX分散液1]749部、[プレポリマー1]を115部、[ケチミン化合物1]2.9部を容器に入れ、TKホモミキサー(特殊機化製)で5,000rpmで2分間混合した後、容器に[水相1]1200部を加え、TKホモミキサーで、回転数13,000rpmで25分間混合し[乳化スラリー1]を得た。
撹拌機および温度計をセットした容器に、[乳化スラリー1]を投入し、30℃で8時間脱溶剤した後、45℃で7時間熟成を行い、[分散スラリー1]を得た。
〜洗浄⇒乾燥〜
製造例9
[分散スラリー1]100部を減圧濾過した後、
(1):濾過ケーキにイオン交換水100部を加え、TKホモミキサーで混合(回転数12,000rpmで10分間)した後濾過した。
(2):(1)の濾過ケーキに10%水酸化ナトリウム水溶液1OO部を加え、TKホモミキサーで混合(回転数12,000rpmで30分間)した後、減圧濾過した。
(3):(2)の濾過ケーキに10%塩酸100部を加え、TKホモミキサーで混合(回転数12,000rpmで10分間)した後濾過した。
(4):(3)の濾過ケーキにイオン交換水300部を加え、TKホモミキサーで混合(回転数12,000rpmで10分間)した後濾過する操作を2回行い[濾過ケーキ1]を得た。
[濾過ケーキ1]を循風乾燥機にて45℃で48時間乾燥した。
その後下記式(1)のフッ素化合物を1wt%濃度で分散させた水溶媒曹中で、トナー母体に対して下記式(1)のフッ素化合物が0.1wt%になるように混合し、フッ素化合物を付着(結合)させた後、循風乾燥機にて45℃で48時間乾燥させた後、さらに30℃で10時間棚段にて乾燥させた。その後目開き75μmメッシュで篩い[トナー母体粒子1]を得た。
その後、[トナー母体粒子1]100部、燃焼法で製造した一次粒径10nmのヘキサメチルジシラザン疎水化処理シリカ1.5部と外添剤A1を1部、さらに疎水化処理酸化チタン0.5部をヘンシェルミキサーにて混合してトナーを得た。得られたトナーの物性は表2、評価結果は表3に示した。
Figure 2006030662
(実施例2〜9)
実施例1と比較して、実施例2〜9は、外添剤A1の代わりに各外添剤A2〜A9を使用した以外は全く同様にトナーを製造して評価した。得られたトナーの物性は表2、評価結果は表3に示した。
(実施例10)
実施例1において〜乳化⇒脱溶剤〜の工程を以下に変更した以外は全く同様にトナーを製造して評価した。得られたトナーの物性は表2、評価結果は表3に示した。
〜乳化⇒脱溶剤〜
[顔料・WAX分散液1]749部、[プレポリマー1]を115部、[ケチミン化合物1]2.9部を容器に入れ、TKホモミキサー(特殊機化製)で5,000rpmで2分間混合した後、容器に[水相1]1200部を加え、TKホモミキサーで、回転数13,000rpmで10分間混合し[乳化スラリー1]を得た。
撹拌機および温度計をセットした容器に、[乳化スラリー1]を投入し、30℃で5時間脱溶剤した後、45℃で4時間熟成を行い、[分散スラリー1]を得た。
(実施例11)
実施例1において〜乳化⇒脱溶剤〜の工程を以下に変更した以外は全く同様にトナーを製造して評価した。得られたトナーの物性は表2、評価結果は表3に示した。
〜乳化⇒脱溶剤〜
[顔料・WAX分散液1]749部、[プレポリマー1]を115部、[ケチミン化合物1]2.9部を容器に入れ、TKホモミキサー(特殊機化製)で5,000rpmで2分間混合した後、容器に[水相1]1200部を加え、TKホモミキサーで、回転数11,000rpmで50分間混合し[乳化スラリー1]を得た。
撹拌機および温度計をセットした容器に、[乳化スラリー1]を投入し、30℃で10時間脱溶剤した後、45℃で24時間熟成を行い、[分散スラリー1]を得た。
(実施例12)
実施例1において〜乳化⇒脱溶剤〜の工程を以下に変更した以外は全く同様にトナーを製造して評価した。得られたトナーの物性は表2、評価結果は表3に示した。
〜乳化⇒脱溶剤〜
[顔料・WAX分散液1]749部、[プレポリマー1]を115部、[ケチミン化合物1]2.9部を容器に入れ、TKホモミキサー(特殊機化製)で5,000rpmで2分間混合した後、容器に[水相1]1200部を加え、TKホモミキサーで、回転数11,000rpmで50分間混合し[乳化スラリー1]を得た。
撹拌機および温度計をセットした容器に、[乳化スラリー1]を投入し、回転数4000rpm、30℃で10時間脱溶剤、異形化処理した後、40℃で7時間熟成を行い、[分散スラリー1]を得た。
(実施例13)
実施例1において〜乳化⇒脱溶剤〜の工程を以下に変更した以外は全く同様にトナーを製造して評価した。得られたトナーの物性は表2、評価結果は表3に示した。
〜乳化⇒脱溶剤〜
[顔料・WAX分散液1]749部、[プレポリマー1]を115部、[ケチミン化合物1]2.9部を容器に入れ、TKホモミキサー(特殊機化製)で10,000rpmで10分間混合した後、容器に[水相1]1200部を加え、TKホモミキサーで、回転数13,000rpmで30分間混合し[乳化スラリー1]を得た。
撹拌機および温度計をセットした容器に、[乳化スラリー1]を投入し、30℃で5時間脱溶剤した後、45℃で4時間熟成を行い、[分散スラリー1]を得た。
(実施例14)
実施例1において、〜洗浄⇒乾燥〜工程を変更し、外添剤の付着方法を以下のような湿式方式変更した以外は、実施例1と同様にしてトナーを製造評価した。
〜洗浄⇒乾燥〜
製造例9
[分散スラリー1]100部を減圧濾過した後、
(1):濾過ケーキにイオン交換水100部を加え、TKホモミキサーで混合(回転数12,000rpmで10分間)した後濾過した。
(2):(1)の濾過ケーキに10%水酸化ナトリウム水溶液1OO部を加え、TKホモミキサーで混合(回転数12,000rpmで30分間)した後、減圧濾過した。
(3):(2)の濾過ケーキに10%塩酸100部を加え、TKホモミキサーで混合(回転数12,000rpmで10分間)した後濾過した。
(4):(3)の濾過ケーキにイオン交換水300部を加え、TKホモミキサーで混合(回転数12,000rpmで10分間)した後濾過する操作を2回行い[濾過ケーキ1]を得た。
[濾過ケーキ1]を循風乾燥機にて45℃で48時間乾燥した。
その後、下記式(1)のフッ素化合物を1wt%濃度で分散させた水溶媒曹中に外添剤A1を1.2wt%濃度で加え分散させた。その後トナー母体に対して下記式(1)のフッ素化合物が0.1wtになるように混合し、フッ素化合物を付着(結合)させると同時に、最終的に外添剤A1がトナー母体に対し1wt%付着する量比で混合処理した。その後循風乾燥機にて45℃で48時間乾燥させた後、さらに30℃で10時間棚段にて乾燥させた。その後目開き75μmメッシュで篩い[トナー母体粒子1]を得た。
その後、[トナー母体粒子1]100部、燃焼法で製造した一次粒径10nmのヘキサメチルジシラザン疎水化処理シリカ1.5部と疎水化処理酸化チタン0.5部をヘンシェルミキサーにて混合してトナーを得た。得られたトナーの物性は表2、評価結果は表3に示した。
Figure 2006030662
(実施例15)
実施例1に用いたトナーを使用して、評価に用いるマシンの帯電機構を改造し、DC(直流)帯電のみ付与するように改造して評価した。
(比較例1〜4)
実施例1において、外添剤をA1から各B1〜B4に変更した以外は、実施例1と同様にトナーを製造して評価した。得られたトナーの物性は表2、評価結果は表3に示した。
(評価項目)
1)粒径
トナーの粒径は、コールターエレクトロニクス社製の粒度測定器「コールターカウンターTAII」を用い、アパーチャー径100μmで測定した。体積平均粒径および個数平均粒径は上記粒度測定器により求めた。
2)平均円形度
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Eが計測できる。具体的な測定方法としては、容器中の予め不純固形物を除去した水120ml中に分散剤として界面活性剤、好ましくはアルキルベンゼンスフォン酸塩を0.3ml加え、更に測定試料を0.2g程度加える。試料を分散した懸濁液は超音波分散器で約2分間分散処理を行ない、分散液濃度を約5000個/μlとして前記装置によりトナーの形状及び分布を測定することによって得られる。
3)定着性
リコー製imAgio Neo 450を改造してベルト定着方式として、普通紙及び厚紙の転写紙(リコー製 タイプ6200及びNBSリコー製複写印刷用紙<135>)にベタ画像で、1.0±0.1 mg/cmのトナー付着量で定着評価した。定着ベルトの温度を変化させて定着試験を行い、普通紙でホットオフセットの発生しない上限温度を定着上限温度とした。また厚紙で定着下限温度を測定した。 定着下限温度は、得られた定着画像をパットで擦った後の画像濃度の残存率が70%以上となる定着ロール温度をもって定着下限温度とした。定着上限温度は190℃以上、定着下限温度は140℃以下が望まれる。
4)クリーニング性(LL評価)
Ricoh製IPSiO Color 8100をオイルレス定着方式に改造してチューニングした評価機を用いて、LL環境(温度10℃、湿度15%)において、5%画像濃度チャートを100枚出力後のクリーニングブレードを通過した感光体上の転写残トナーをスコッチテープ(住友スリーエム(株)製)で白紙に移し、それをX−Rite 938(X−Rite社製)で測定し、ブランクとの差が0.005未満のものを◎、0.005〜0.010のものを○、0.011〜0.02のものを△、0.02を超えるものを×として評価した。
5)クリーニング性(耐久性)
Ricoh製IPSiO Color 8100をオイルレス定着方式に改造してチューニングした評価機を用いて、5%画像濃度チャートを40000枚出力後のクリーニング工程を通過した感光体上の転写残トナーをスコッチテープ(住友スリーエム(株)製)で白紙に移し、それをX−Rite 938(X−Rite社製)で測定し、ブランクとの差が0.005未満のものを◎、0.005〜0.010のものを○、0.011〜0.02のものを△、0.02を超えるものを×として評価した。
6)フィルミング性
Ricoh製IPSiO Color 8100をオイルレス定着方式に改造してチューニングした評価機を用いて、5%画像濃度チャートを2000枚出力後の感光体に付着した付着成分量を目視により評価した。全く付着がなく良好なものを◎、わずかに曇りの痕跡が観察されるものを○、曇りのスジが確認できるものを△、曇り面積が多いものを×として評価した。
7)HH画像ボケ
Ricoh製IPSiO Color 8100をオイルレス定着方式に改造してチューニングした評価機を用いて、5%画像濃度チャートを2000枚出力後にHH環境(温度90℃、湿度80%)にマシンを設置し、画像を出力して、画像ボケが発生するかを確認した。ボケが全くなく良好なものを◎、少しボケるがほとんど観察できないものを○、わずかにボケるものを△、明確にボケるものを×とした。
8)帯電安定性
Ricoh製IPSiO Color 8100をオイルレス定着方式に改造してチューニングした評価機を用いて、各トナーを用いて画像面積率5%チャート連続100000枚出力耐久試験を実施し、そのときの帯電量の変化を評価した。現像剤1gを計量し、ブローオフ法により帯電量変化を求めた。帯電量の変化が5μC/g以下の場合は○、10μC/g以下の場合は△、10μC/gを超える場合は×とした。
9)画像濃度
リコー製imAgio Neo 450を改造してベルト定着方式として、普通紙の転写紙(リコー製 タイプ6200)に0.4±0.1mg/cmの付着量におけるベタ画像出力後、画像濃度をX−Rite 938(X−Rite社製)により測定した。画像濃度1.4以上を○、それ未満を×とした。
10)画像粒状性、鮮鋭性
Ricoh製IPSiO Color 8100をオイルレス定着方式に改造してチューニングした評価機を用い、単色で写真画像の出力を行い、粒状性、鮮鋭性の度合を目視にて評価した。良好なものから◎、○、△、×で評価した。◎はオフセット印刷並、○はオフセット印刷よりわずかに悪い程度、△はオフセット印刷よりかなり悪い程度、×は従来の電子写真画像程度で非常に悪い。
11)カブリ
温度10℃、湿度15%の環境において、Ricoh製IPSiO Color 8100をオイルレス定着方式に改造してチューニングした評価機を用いて、各トナーを用いて画像面積率5%チャート連続100000枚出力耐久試験を実施後の転写紙上地肌部のトナー汚れ度合を目視(ルーペ)にて評価した。良好なものから◎、○、△、×で評価した。◎は、トナー汚れがまったく観察されず良好状態、○は、わずかに汚れが観察される程度で問題となはならい、△は少し汚れが観察される程度、×は許容範囲外で非常に汚れがあり問題となる。
12)トナー飛散
温度40℃、湿度90%の環境において、Ricoh製IPSiO Color 8100をオイルレス定着方式に改造してチューニングした評価機を用いて、各トナーを用いて画像面積率5%チャート連続100000枚出力耐久試験を実施後の複写機内のトナー汚染状態を目視にて評価した。◎は、トナー汚れがまったく観察されず良好状態、○は、わずかに汚れが観察される程度で問題とはならない、△は少し汚れが観察される程度、×は許容範囲外で非常に汚れがあり問題となる。
13)環境保存性
トナーを10gずつ計量し、20mlのガラス容器に入れ、100回ガラス瓶をタッピングした後、温度55℃、湿度80%にセットした恒温槽に24時間放置した後、針入度計で針入度を測定した。また低温低湿(10℃、15%)環境に保存したトナーも同様に針入度を評価し、高温高湿、低温低湿環境で、より針入度が小さい方の値を採用して評価した。良好なものから、◎:20mm以上、○:15mm以上20mm未満、△:10mm以上〜15mm未満、×:10mm未満、とした。
14)転写性
オイルレス定着方式に改造してチューニングした評価機を用いて、60分間紙を出力せずに現像機を攪拌させ現像ストレスを与えた。その後、感光体上に0.4mg/cmの付着量で現像させた静電像を転写電流15μAにて紙(タイプ6200、(株)リコー製)に転写後、感光体上の転写残トナーをスコッチテープ(住友スリーエム(株)製)で白紙に移し、それをX−Rite 938(X−Rite社製)で測定し、ブランクとの差が0.005未満のものを◎、0.005〜0.015のものを○、0.016〜0.02のものを△、0.02を超えるものを×として評価した。
15)画像ボソツキ性
オイルレス定着方式に改造してチューニングした評価機を用いて、60分間紙を出力せずに現像機を攪拌させ現像ストレスを与えた。その後、感光体上に0.4mg/cmの付着量で現像させた静電像を転写電流15μAにて紙(タイプ6200、(株)リコー製)に転写後、感光体上の転写残トナーをスコッチテープ(住友スリーエム(株)製)で白紙に移した。その転写残画像を目視で観察し、ボソツキ程度が良好で、まったくボソツキ感がないものを◎、少しボソツキがあるがほとんど目立たないものを○、少しボソツキがあるものを△、ボソツキが非常にあり、許容できないレベルを×として評価した。
16)帯電ローラ汚れ
Ricoh製IPSiO Color 8100をオイルレス定着方式に改造してチューニングした評価機を用いて、5%画像濃度チャートを2000枚出力後に帯電ローラに付着した外添剤に由来する汚れを確認した。汚れが全くなく良好なものを◎、わずかに汚れがあるが問題ないものを○、少し汚れがあるが使用できるものを△、汚れがひどく使用に耐えられないものを×とした。
Figure 2006030662
Figure 2006030662
本発明に係るトナーの形状を模式的に示す図である。 本発明の画像形成装置の構成を示す概略図である。 本発明の画像形成装置の構成を示す概略図である。 接触式の帯電装置を用いた画像形成装置の構成を示す概略図である。 本発明のタンデム型カラー画像形成装置の構成を示す概略図である。 本発明のタンデム型カラー画像形成装置であって、中間転写体を有する画像形成装置の構成を示す概略図である。 本発明のタンデム型間接転写方式の画像形成装置の構成を示す概略図である 本発明のプロセスカートリッジを備えるタンデム型間接転写方式の画像形成装置の構成を示す概略図である。
符号の説明
10 中間転写体
14、15、16 支持ローラ
17 中間転写体クリーニング装置
18 画像形成手段
20 タンデム画像形成部
21 露光装置
22 2次転写装置(転写ローラ)
23 ローラ
24 2次転写ベルト
25 定着装置
25a 定着ヒータ
25b 従動ローラ
25c 駆動ローラ
25d 定着温度センサ
25e 平面基盤
26 定着ベルト(定着フィルム)
27 加圧ローラ
28 シート反転装置
32 コンタクトガラス
33 第1走行体
34 第2走行体
35 結像レンズ
36 読み取りセンサ
40 感光体
41 現像ベルト
42 給紙ローラ
43 ペーパーバンク
44 給紙カセット
45 分離ローラ
46、48 給紙路
47 搬送ローラ
49 レジストローラ
50 給紙ローラ
51 手差しトレイ
52 分離ローラ
53 手差し給紙路
55 切換爪
56 排出ローラ
57 排紙トレイ
60 帯電装置
60a 帯電ローラ
60b ブラシローラ
60c 芯金
60d 導電ゴム層
60e ブラシ部
60f 電源
61 現像装置
62 1次転写装置
63 クリーニング装置
64 除電装置(除電ランプ)
100 複写機本体
200 給紙テーブル
300 スキャナ
400 原稿自動搬送装置

Claims (20)

  1. 静電潜像を現像するトナーであって、少なくとも結着樹脂と着色剤とからなり、トナー表面に外添剤が添加されているトナーにおいて、
    前記外添剤は、個数平均粒径が20〜50nmで、10〜20nm及び200〜300nmの大きさの粒子が存在し、かつ
    外添剤の1次粒子の形状がほぼ真球状であって、実質的に非凝集体構造の1次粒子単体で外添されている
    ことを特徴とするトナー。
  2. 請求項1に記載のトナーにおいて、
    前記外添剤の形状は、SEM画像より計測した形状係数SF−1が、100〜110の範囲にある
    ことを特徴とするトナー。
  3. 請求項1又は2に記載のトナーにおいて、
    前記外添剤は、トナー表面における付着状態で実質的に非凝集体構造が、3つ以上の1次粒子の凝集体の個数存在比率が5%以下である
    ことを特徴とするトナー。
  4. 請求項1ないし3のいずれかに記載のトナーにおいて、
    前記外添剤は、トナー表面における付着状態で実質的に非凝集体構造が、3つ以上の1次粒子の凝集体の個数存在比率が1%以下である
    ことを特徴とするトナー。
  5. 請求項1ないし4のいずれかに記載のトナーにおいて、
    前記外添剤は、メタノール滴定法による疎水化度が40〜90%である
    ことを特徴とするトナー。
  6. 請求項1ないし5のいずれかに記載のトナーにおいて、
    前記外添剤は、ゆるめ嵩密度が0.25g/cm以下である
    ことを特徴とするトナー。
  7. 請求項1ないし6のいずれかに記載のトナーにおいて、
    前記外添剤は、シリコン、チタン、アルミニウムから選択される金属の酸化物である
    ことを特徴とするトナー。
  8. 請求項1ないし7のいずれかに記載のトナーにおいて、
    前記外添剤は、シリコーンオイル、シリコーンカップリング剤、チタンカップリング剤、アルミニウムカップリング剤の中から選択されるもので表面処理されている
    ことを特徴とするトナー。
  9. 請求項1ないし8のいずれかに記載のトナーにおいて、
    前記トナーは、外添剤が混合媒体とともに乾式混合される
    ことを特徴とするトナー。
  10. 請求項1ないし9のいずれかに記載のトナーにおいて、
    前記トナーは、外添剤が湿式混合される
    ことを特徴とするトナー。
  11. 請求項1ないし10のいずれかに記載のトナーにおいて、
    前記トナ−は、体積平均粒径が3.0〜8.0μmで、
    体積平均粒径(Dv)と個数平均粒径(Dn)との比(Dv/Dn)が1.00〜1.40の範囲にある
    ことを特徴とするトナー。
  12. 請求項1ないし11のいずれかに記載のトナーにおいて、
    前記トナ−は、平均円形度が0.94以上である
    ことを特徴とするトナー。
  13. 請求項1ないし12のいずれかに記載のトナーにおいて、
    前記トナーが、外観形状がほぼ球形状であって、
    長軸と短軸との比(r2/r1)が0.5〜1.0の範囲で、厚さと短軸との比(r3/r2)が0.7〜1.0の範囲であって、長軸r1≧短軸r2≧厚さr3の関係を満足する
    ことを特徴とするトナー。
  14. 請求項1ないし13のいずれかに記載のトナーにおいて、
    前記トナーは、少なくとも、活性水素基を有する化合物と反応可能な部位を有する重合体、ポリエステル、着色剤、離型剤とを有機溶媒中にそれぞれ溶解又は分散させたトナー材料液を、水系媒体中で架橋及び/又は伸長反応させて得られる
    ことを特徴とするトナー。
  15. 請求項1ないし14のいずれかに記載のとトナーにおいて、
    前記トナーは、カラートナーである
    ことを特徴とするトナー。
  16. 潜像担持体上に形成された静電潜像を現像する現像剤であって、
    前記現像剤は、請求項1ないし15のいずれかに記載のトナーと、磁性キャリアとからなる二成分現像剤である
    ことを特徴とする現像剤。
  17. 潜像担持体上に形成された静電潜像を現像する現像剤であって、
    前記現像剤は、請求項1ないし15のいずれかに記載のトナーを使用した一成分現像剤である
    ことを特徴とする現像剤。
  18. 少なくとも、像担持体表面に均一に帯電を施す帯電手段を有する帯電装置を備える画像形成装置において、
    少なくとも交互電界を印加して帯電付与する帯電装置と、
    請求項16又は17に記載の現像剤を使用する現像装置とを備える
    ことを特徴とする画像形成装置。
  19. 請求項18に記載の画像形成装置において、
    前記帯電装置は、ローラ状の帯電部材を備える
    ことを特徴とする画像形成装置。
  20. 請求項19に記載の画像形成装置は、
    前記画像形成装置は、潜像担持体と少なくとも現像手段を一体に支持し、画像形成装置本体に着脱可能なプロセスカートリッジを備える
    ことを特徴とする画像形成装置。
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