以下、本発明の実施の形態を示して、本発明を詳細に説明する。
本発明のトナーは、少なくとも樹脂Aと、樹脂Bと、着色剤と離型剤とを含有する組成物を水系媒体中で製造して得られるトナー粒子と、外添剤として無機微粉体を有するトナーTにおいて、
前記樹脂Aは、スルホン酸基、スルホン酸塩基又はスルホン酸エステル基を有する重合体又は共重合体であって、THF可溶分のゲルパーミエーションクロマトグラフィーによる重量平均分子量Mw(A)が、
10000≦Mw(A)≦50000
であり、
前記樹脂Bは、少なくともスチレンまたはスチレン誘導体を重合して得られた単重合体又は共重合体であって、THF可溶分のゲルパーミエーションクロマトグラフィーによる重量平均分子量Mw(B)が
2000≦Mw(B)≦5000
であり、
前記トナーTのTHF可溶分のゲルパーミエーションクロマトグラフィーによる重量平均分子量Mw(T)が、
25000≦Mw(T)≦120000
であり、以下の関係式
Mw(A)<Mw(T)
であることが大きな特徴である。
本発明に用いられている樹脂Aは、トナーの帯電立ち上がりを早め、帯電量分布の均一性をより高める効果があるものである。また、本発明に用いられている樹脂Bは、低温定着性を伸ばす役割と写真や印刷の画質に近づけるために必要な、適切な光沢度および濃度をもった画像を得るために効果があるものである。
本発明者らは、それらの機能性樹脂、及びそれらの材料を含むトナーのTHF可溶分のゲルパーミエーションクロマトグラフィーによる重量平均分子量に着目し、Mw(A)、Mw(B)、Mw(T)を本発明の範囲内に制御し、かつ、その大小関係を明らかにすることで、所望の性能を持ったトナーが得られることを見出した。
樹脂Aの重量平均分子量Mw(A)が10000未満であった場合、高温高湿下におけるトナーの流動性が悪くなり、ハーフトーンの均一性が低下する。また、現像耐久性が劣ってしまう。これは、樹脂Bとの分子量差が少なくなってしまうことにより、分子量の低い樹脂Bが表面に存在しやすくなってしまうからではないかと予想している。
また、Mw(A)が50000を超える場合には、単量体への溶解に時間がかかることに加え、ワックスの染み出しが遅くなり、定着時の巻き付きオフセットが悪化したり、帯電量分布が広がったりしてしまう。さらには、樹脂Bを添加する主目的である、低温での適切な光沢度を得ることができなくなってしまう。また、Mw(A)は、25500以上40000以下の範囲であることが、同様の理由から、より好ましい。
樹脂Bの重量平均分子量Mw(B)が2000未満であった場合、高温放置によるブロッキング性が劣り、保存安定性が低下してしまう。5000を超える場合には、低温定着性が悪化し、所望の光沢性を持った画像が得られなくなってしまう。また、その結果、適切な画像濃度が得られなくなってしまう場合がある。また、Mw(B)は、2000以上4000以下の範囲であることが同様の理由から、より好ましい。
トナーの重量平均分子量Mw(T)が25000未満であった場合、高温放置による耐ブロッキング性が劣り、保存安定性が低下してしまう。120000を超える場合には、低温定着性が悪化し、所望の光沢性を持った画像が得られなくなってしまう。また帯電量分布が広がったりしてしまう。また、Mw(T)は、28000から100000の範囲であることが同様の理由から、より好ましい。
樹脂Aの重量平均分子量Mw(A)が、トナーの重量平均分子量Mw(T)より大きい場合、帯電の立ち上がりが悪化してしまったり、帯電量分布が広がったりしてしまう。その明確な理由は定かではないが、トナー粒子中における樹脂Aの分散が悪化し、偏在して存在してしまうことにより、起きているものと推測している。
本発明の樹脂A、BおよびトナーのGPCによるTHFに可溶な樹脂成分の分子量の測定は、以下のようにして行った。
トナーをTHFに室温で24時間静置して溶解した溶液を、ポア径が0.2μmの耐溶剤性メンブランフィルターで濾過してサンプル溶液とし、以下の条件で測定する。尚、サンプル調製は、THFに可溶な成分の濃度が0.4〜0.6質量%になるようにTHFの量を調整する。
装置:高速GPC「HLC8120 GPC」(東ソー社製)
カラム:Shodex KF−801、802、803、804、805、806、807の7連(昭和電工社製)
溶離液 :THF
流速 :1.0ml/min
オーブン温度:40.0℃
試料注入量 :0.10ml
また、試料の分子量の算出にあたっては、標準ポリスチレン樹脂(東ソー社製TSK スタンダード ポリスチレン F−850、F−450、F−288、F−128、F−80、F−40、F−20、F−10、F−4、F−2、F−1、A−5000、A−2500、A−1000、A−500)により作成した分子量較正曲線を使用する。
樹脂Aの数平均分子量(Mn)は5000以上20000以下であることが好ましい。その理由は、5000未満であるとトナーのオリゴマー成分量が多くなり高温高湿下におけるトナーの流動性が悪化し、20000を超えると結着樹脂との相溶性が低下するために帯電量分布がブロードになる傾向があるからである。
樹脂Aのピーク分子量(Mp)は18000以上30000以下が好ましい。その理由は、18000未満であるとトナーのオリゴマー成分量が多くなり高温高湿下におけるトナーの流動性が悪化し、30000を超えると定着性に悪影響を及ぼす傾向があるためである。
さらに、樹脂Aの酸価(mgKOH/g)は、5以上24以下であることが好ましい。5未満では高温高湿環境下でのハーフトーンの均一性が失われ、24を超えると、低温低湿環境下でのハーフトーン画像の安定性が失われる傾向にある。
本発明においては、樹脂Aの酸価の測定は、JIS K0070:1992に準じて行った。
本発明に係る樹脂Aを製造するための含硫黄単量体としては、スチレンスルホン酸、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、2−メタクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、ビニルスルホン酸、メタクリルスルホン酸等或いは、下記構造を有するマレイン酸アミド誘導体、マレイミド誘導体、スチレン誘導体がある。
本発明に係る樹脂Aは、上記単量体の単重合体であっても構わないが、上記単量体と他の単量体との共重合体であっても構わない。上記単量体と共重合体をなす単量体としては、ビニル系重合性単量体があり、単官能性重合性単量体或いは多官能性重合性単量体を使用することが出来る。
本発明のトナーに好適な帯電性を得る上では、上記単量体のうちスルホン酸基含有(メタ)アクリルアミドがより好ましい。
本発明の樹脂Aを重合する際に用いられるスルホン酸基を含有するビニル系モノマー量は、2〜14質量%の範囲が、トナーにおける好適な帯電量を達成し、かつハーフトーン画像の画質を環境の影響を受けずに安定に供給する上で好ましい。
単官能性重合性単量体としては、スチレン;α−メチルスチレン、β−メチルスチレン、o−メチルスチレン、m−メチルスチレン、p−メチルスチレン、2,4−ジメチルスチレン、p−n−ブチルスチレン、p−tert−ブチルスチレン、p−n−ヘキシルスチレン、p−n−オクチルスチレン、p−n−ノニルスチレン、p−n−デシルスチレン、p−n−ドデシルスチレン、p−メトキシスチレン、p−フェニルスチレンの如きスチレン誘導体;メチルアクリレート、エチルアクリレート、n−プロピルアクリレート、iso−プロピルアクリレート、n−ブチルアクリレート、iso−ブチルアクリレート、tert−ブチルアクリレート、n−アミルアクリレート、n−ヘキシルアクリレート、2−エチルヘキシルアクリレート、n−オクチルアクリレート、n−ノニルアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、ベンジルアクリレート、ジメチルフォスフェートエチルアクリレート、ジエチルフォスフェートエチルアクリレート、ジブチルフォスフェートエチルアクリレート、2−ベンゾイルオキシエチルアクリレートの如きアクリル系重合性単量体;メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、n−プロピルメタクリレート、iso−プロピルメタクリレート、n−ブチルメタクリレート、iso−ブチルメタクリレート、tert−ブチルメタクリレート、n−アミルメタクリレート、n−ヘキシルメタクリレート、2−エチルヘキシルメタクリレート、n−オクチルメタクリレート、n−ノニルメタクリレート、ジエチルフォスフェートエチルメタクリレート、ジブチルフォスフェートエチルメタクリレートの如きメタクリル系重合性単量体;メチレン脂肪族モノカルボン酸エステル;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル、安息香酸ビニル、ギ酸ビニルの如きビニルエステル;ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、ビニルイソブチルエーテルの如きビニルエーテル;ビニルメチルケトン、ビニルヘキシルケトン、ビニルイソプロピルケトンの如きビニルケトンが挙げられる。
多官能性重合性単量体としては、ジエチレングリコールジアクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、テトラエチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、1,6−ヘキサンジオールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、トリプロピレングリコールジアクリレート、ポリプロピレングリコールジアクリレート、2,2’−ビス(4−(アクリロキシ・ジエトキシ)フェニル)プロパン、トリメチロールプロパントリアクリレート、テトラメチロールメタンテトラアクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、テトラエチレングリコールジメタクリレート、ポリエチレングリコールジメタクリレート、1,3−ブチレングリコールジメタクリレート、1,6−ヘキサンジオールジメタクリレート、ネオペンチルグリコールジメタクリレート、ポリプロピレングリコールジメタクリレート、2,2’−ビス(4−(メタクリロキシ・ジエトキシ)フェニル)プロパン、2,2’−ビス(4−メタクリロキシ・ポリエトキシ)フェニル)プロパン、トリメチロールプロパントリメタクリレート、テトラメチロールメタンテトラメタクリレート、ジビニルベンゼン、ジビニルナフタリン、ジビニルエーテル等が挙げられる。
樹脂Aおいて、スルホン酸基を含有するビニル系モノマーと併用できる単量体としては、上述の如き単量体を用いることができるが、スチレン或いはスチレン誘導体は必須の単量体である。その理由は、ハーフトーン画像の画質を安定に維持する上で樹脂Aの帯電量を制御する上で必要不可欠であるためである。さらに、後述するガラス転移温度を制御する上で、(メタ)アクリル酸エステルは必須成分として存在しなければならない。
樹脂Aの製造方法は、塊状重合、溶液重合、乳化重合、懸濁重合、イオン重合等があるが、操作性などの面から溶液重合が好ましい。
樹脂Aとしては、下記の構造を有するスルホン酸基を有する重合体を例示することもできる。
X(SO3 -)n・mYk+
(X:前記重合性単量体に由来する重合体部位を表し、Yk+:カウンターイオンを表し、kはカウンターイオンの価数であり、m及びnは整数であり、n=k×mである。)
この場合、カウンターイオンとしては、水素イオン、ナトリウムイオン、カリウムイオン、カルシウムイオン、アンモニウムイオンなどであることが好ましい。
該樹脂Aは、結着樹脂100質量部当り0.5乃至10質量部含有されていることが良い。好ましくは1乃至8質量部が良い。
上記樹脂Aの含有量が0.5質量部未満の場合には、本発明で言及するような十分な荷電制御作用が得られにくく、10質量部を超えると、平均円形度が低下し、現像性や転写性の低下を引き起こしやすい。
トナー中の樹脂Aの含有量は、キャピラリー電気泳動法などを用いて測定することができる。
樹脂Aのガラス転移温度(Tg)は、72℃〜100℃の範囲が好ましく、75℃〜90℃であることがより好ましい。ガラス転移温度が72℃未満の場合には、表面に存在する荷電制御剤部分に外添剤が埋め込まれやすくなることで摩擦帯電性が低下し、特に高温高湿下での画像を安定に出力することが困難となる場合がある。一方、ガラス転移温度が100℃を超える場合には、低温低湿環境のチャージアップが悪化する傾向があり、かつトナー印字率の多い画像の時の定着性に劣る。
ガラス転移温度Tgは、示差熱分析測定装置(DSC測定装置),DSC−7(パーキンエルマー社製)を用いてASTM D3418−82に準じて測定した。
測定試料は5〜20mg、好ましくは10mgを精密に秤量する。
これをアルミパン中に入れ、リファレンスとして空のアルミパンを用い、測定温度範囲30〜200℃の間で、昇温速度10℃/minで常温常湿下で測定を行う。
この昇温過程で、メインピークの吸熱ピークが得られる。
このときの吸熱ピークが出る前と出た後のベースラインの中間点の線と示差熱曲線との交点を本発明におけるガラス転移温度Tgとする。
樹脂Aは、揮発分が0.01乃至2.0%であることが好ましい。揮発分を0.01%未満とするためには、揮発分除去工程が複雑になり、揮発分が2.0%を超える場合には、高温高湿下での帯電、特に放置後の帯電に関して劣る様になりやすい。該重合体揮発分は、高温(135℃)で1時間加熱したときに減少する質量の割合である。
なお、樹脂Aの分子量やガラス転移点の測定に際して、トナーから該樹脂の抽出を行う場合には、特に抽出の方法は制限されるものではなく、任意の方法で行える。
樹脂Bは、ポリスチレン、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−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−アクリル酸ジメチルアミノエチル共重合体、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−メタクリ酸ジメチルアミノエチル共重合体、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−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、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリビニルブチラール、シリコーン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂、ポリアクリル樹脂、ロジン、変性ロジン、テルペン樹脂、フェノール樹脂、脂肪族または脂環族炭化水素樹脂、芳香族系石油樹脂などが単独或いは混合して使用できる。
また、例えば、アミノ基、カルボン酸基、水酸基、スルフォン酸基、グリシジル基、ニトリル基等、親水性官能基含有の単量体成分をトナー中に導入したい時には、これらとスチレンあるいはエチレン等ビニル化合物とのランダム共重合体、ブロック共重合体、あるいはグラフト共重合体等の形で使用が可能である。
添加する樹脂BのTgは50℃〜100℃が好ましく、Tgが50℃未満であると、トナー粒子全体の強度が低下して多数耐久試験時に転写性や現像特性の低下を招きやすい。さらに、高温多湿環境下においてトナ−粒子同士が凝集し、保存安定性が低下するという問題も生じる。一方、ガラス転移点が100℃以上になると、定着不良という問題が生じ易くなる。
樹脂Bの添加量は、トナー粒子中の結着樹脂100質量部中に、好ましくは1〜75質量部である。1質量部未満では、樹脂の添加効果が小さい。75質量部を超えると、耐ブロッキング性に劣った保存安定性の悪いトナーとなってしまう。
本発明のトナーは、現像性、現像耐久性、保存安定性、定着性の更なる良化を狙い、樹脂Cとして、ポリエステル樹脂を添加することが好ましい。樹脂Cの重量平均分子量Mw(C)は、5000≦Mw(C)≦25000が好ましい。5000未満であった場合においては、定着時の高温オフセットが悪化したり、感光体へのフィルミングを起こしてしまう場合がある。また、樹脂Aにおける効果と同様、樹脂Bがトナー表面に存在しやすくなってしまう。25000を超える場合、本発明の目的の一つである低温定着と光沢性のある画像を得ることができなくなってしまう。さらには、後述する、トナーの平均円形度を下げてしまう。
また、ポリエステル樹脂Cを添加した場合、重量平均分子量Mw(C)は、
Mw(B)<Mw(C)<Mw(A)<Mw(T)
の関係にあることが好ましい。
Mw(A)<Mw(T)<Mw(C)の関係になった場合には、樹脂Cを入れる効果が薄く、保存安定性や現像性、現像耐久性、定着性にさほどの効果が得られなくなってしまう。
Mw(A)<Mw(C)<Mw(T)の関係になった場合には、帯電立ち上がりや、帯電量分布がやや悪化してしまう。その理由は、やはり、トナー粒子中における樹脂A、B、Cの分散状態に影響が出るからではないかと予想している。
本発明に使用されるポリエステル樹脂は、例えばトナー粒子から得られるトナーの帯電性、耐久性および定着性などの物性をコントロールする上で、飽和ポリエステル樹脂及び不飽和ポリエステル樹脂のいずれか一方又は両方を適宜選択して使用することが可能である。本発明に使用されるポリエステル樹脂を構成するアルコール成分と酸成分を以下に例示する。アルコール成分としては、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、2,3−ブタンジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、2−エチル−1,3−ヘキサンジオール、シクロヘキサンジメタノール、ブテンジオール、オクテンジオール、シクロヘキセンジメタノール、水素化ビスフェノールA、また下記一般式(III)で表されるビスフェノール誘導体、
[式中、Rはエチレンまたはプロピレン基であり、x,yはそれぞれ1以上の整数であり、かつx+yの平均値は2〜10である。]
あるいは一般式(III)の化合物の水添物、また、下記一般式(IV)で示されるジオール、
あるいは式(IV)の化合物の水添物のジオール、さらには、グリセリン、ペンタエリスリトール、ソルビット、ソルビタン、ノボラック型フェノール樹脂のオキシアルキレンエーテルの如き多価アルコール等、が挙げられる。
2価のカルボン酸としてはフタル酸、テレフタル酸、イソフタル酸、無水フタル酸の如きベンゼンジカルボン酸またはその無水物、コハク酸、アジピン酸、セバシン酸、アゼライン酸の如きアルキルジカルボン酸またはその無水物、またさらに炭素数6〜18のアルキルまたはアルケニル基で置換されたコハク酸もしくはその無水物、フマル酸、マレイン酸、シトラコン酸、イタコン酸の如き不飽和ジカルボン酸またはその無水物、さらには、トリメリット酸、ピロメリット酸、1,2,3,4−ブタンテトラカルボン酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸の如き多価カルボン酸やその無水物など、が挙げられる。
該ポリエステル樹脂は、本発明の製造方法においてトナー粒子表面に存在し、得られるトナー粒子が安定した帯電性を発現するためには、0.1〜50mgKOH/樹脂1gの酸価を有していることが好ましい。0.1mgKOH/樹脂1g未満だとトナー粒子表面での存在量が絶対的に不足することがあり、50mgKOH/樹脂1gを超えるとトナー粒子の帯電性に悪影響を及ぼすことがある。さらに本発明では5〜35mgKOH/樹脂1gの酸価の範囲がより好ましい。
これら樹脂の添加量としては、重合性単量体100質量部に対し1〜20質量部が好ましい。1質量部未満では添加効果が小さく、一方20質量部を超えると重合トナーの製造上、種々の物性設計が難しくなる。
本発明のトナーは、トナーの平均円形度が、フロー式粒子像測定装置「FPIA−2100型」(シスメックス社製)を用いて測定を行い、計測される個数基準の円相当系−円形度スキャッタグラムにおける円相当系2μm以上の粒子の平均円形度が0.960〜0.990であることが好ましい。平均円形度が0.960未満であると、トナーの転写性が劣ってしまう。これはトナー粒子と感光体との接触面積が大きく、鏡像力やファンデルワールス力等に起因するトナー粒子の感光体への付着力が増大するためであると考えている。その結果、転写効率が低くなってしまい、引いては、トナー消費量が高くなってしまう。
さらに、平均円形度が0.960未満のトナー粒子は表面のエッジ部が多いため、一つの粒子内での電荷の局在化が起こりやすいため、帯電量分布も広くなる傾向にあり、かぶりをひきおこしやすくなってしまう。
一方、平均円形度が0.990を超える場合、特に後述する非磁性一成分現像方式に用いられた場合において、現像剤担持体と現像ブレード間でのトナーの帯電が不充分となり、かぶりを引き起こしやすくなる。これは、トナーの平均円形度があがることで、トナーの流動性がアップし、現像剤担持体と現像ブレード間をすり抜け気味に通過するからではないかと予想している。また、感光体のクリーニング不良を抑制する効果が得られにくい。
<トナー平均円形度の測定>
トナーの平均円形度は、フロー式粒子像測定装置「FPIA−2100型」(シスメックス社製)を用いて測定を行い、下式を用いて算出する。
ここで、「粒子投影面積」とは二値化されたトナー粒子像の面積であり、「粒子投影像の周囲長」とは該トナー粒子像のエッジ点を結んで得られる輪郭線の長さと定義する。測定は、512×512の画像処理解像度(0.3μm×0.3μmの画素)で画像処理した時の粒子像の周囲長を用いる。
本発明における円形度はトナー粒子の凹凸の度合いを示す指標であり、トナー粒子が完全な球形の場合に1.000を示し、表面形状が複雑になる程、円形度は小さな値となる。
また、円形度頻度分布の平均値を意味する平均円形度Cは、粒度分布の分割点iでの円形度(中心値)をci、測定粒子数をmとすると、次式から算出される。
具体的な測定方法としては、容器中に予め不純固形物などを除去したイオン交換水20mlを用意し、その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ルホン酸塩を加えた後、更に測定試料を0.03g加え、均一に分散させる。分散させる手段としては、超音波分散器「UH−50型」(エスエムテー社製)に振動子として5Φのチタン合金チップを装着したものを用いることで5分間分散処理を行ない、測定用の分散液とする。
その際、該分散液の温度が40℃以上とならない様に適宜冷却する。また、円形度のバラツキを抑えるため、フロー式粒子像分析装置FPIA−2100の機内温度が26〜27℃になるよう装置の設置環境を23℃±0.5℃にコントロールし、一定時間おきに、好ましくは2時間おきに2μmラテックス粒子を用いて自動焦点調整を行う。
トナー粒子の円形度測定には、前記フロー式粒子像測定装置を用い、測定時のトナー粒子濃度が3000〜1万個/μlとなる様に該分散液濃度を再調整し、トナー粒子を1000個以上計測する。計測後、このデータを用いて、円相当径2μm未満のデータをカットして、トナー粒子の平均円形度を求める。
なお、本測定において2μm以上の円相当径の粒子群についてのみ円形度を測定する理由は、以下のとおりである。2μm未満の円相当径の粒子群には、トナー粒子とは独立して存在する外部添加剤の粒子群も多数含まれるため、測定対象を2μm未満に広げた場合には、その影響によりトナー粒子群についての円形度が正確に見積もれないからである。
本発明のトナーは、更に高画質化のため、より微小な潜像ドットを忠実に現像するためには、本発明のトナーの重量平均粒径は、4〜8μmであることが好ましい。重量平均粒径が4μm未満のトナーにおいては、転写効率の低下から感光体上の転写残トナーが多くなってしまう。また、このような場合には、接触帯電工程での感光体の削れやトナー融着の抑制が難しくなる。さらに、トナー全体の表面積が増えることに加え、粉体としての流動性及び攪拌性が低下し、個々のトナー粒子を均一に帯電させることが困難となることからカブリや転写性が悪化傾向となり、削れや融着以外にも画像の不均一ムラが生じる原因となりやすいため、本発明で使用するトナーには好ましくない。また、トナーの重量平均粒径が8μmを超える場合には、文字やライン画像に飛び散りが生じやすく、高解像度が得られにくい。
本発明のトナーの重量平均粒径及び数平均粒径はコールターカウンターTA−II型あるいはコールターマルチサイザー(コールター社製)等種々の方法で測定可能である。具体的には、下記のように測定できる。コールターマルチサイザー(コールター社製)を用い、個数分布、体積分布を出力するインターフェイス(日科機製)及びPC9801パーソナルコンピューター(NEC製)を接続する。電解液は1級塩化ナトリウムを用いて1%NaCl水溶液を調製したものを用いることができ、たとえば、ISOTON R−II(コールターサイエンティフィックジャパン社製)が使用できる。測定手順は以下の通りである。
前記電解水溶液を100〜150ml加え、更に測定試料を2〜20mg加える。試料を懸濁した電解液は超音波分散器で約1〜3分間分散処理を行い前記コールターマルチサイザーにより100μmアパーチャーを用いて、2μm以上のトナー粒子の体積、個数を測定して体積分布と個数分布とを算出する。これより重量平均粒径(D4)及び個数平均粒径(D1)を求める。
本発明に関わるトナーは、直接重合法、懸濁重合法、乳化重合法、乳化会合重合法、シード重合法、懸濁造粒法等といったトナー粒子を水系媒体中で製造し得られるものである。特に、懸濁重合法を用いることにより、球形で表面性が均一なトナーを形成することが容易となり、均一な摩擦帯電性を有したトナー粒子を得やすくなるため、より好ましい。その結果、高現像性、高転写性をも有したトナー粒子を得ることができる。特に小型化、低コストの観点からプリンターに好適に用いられている一成分現像方式に使用された場合、特に好ましい。
懸濁重合法は、重合性単量体に着色剤、離型剤、樹脂A、樹脂B(更に必要に応じて重合開始剤、架橋剤、荷電制御剤、その他の添加剤)を均一に溶解または分散せしめて単量体組成物とした後、この単量体組成物を分散安定剤を含有する連続層(例えば水相)中に適当な撹拌器を用いて分散し、そして重合反応を行わせ、所望の粒径を有するトナーを得る方法である。
また、懸濁重合して得られた微粒子に再度、重合性単量体と重合開始剤を添加して表面層を設けるコア・シェル構造を有するトナー粒子も必要に応じて設計することが可能である。
本発明のトナーは、良好な定着画像を得るために、結着樹脂100質量部に対して0.5〜50質量部の離型剤を含有することが好ましい。離型剤としては、例えば、各種のワックス等が例示できる。
本発明に係わるトナーに使用可能な離型剤としては、パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、ペトロラクタム等の石油系ワックス及びその誘導体、モンタンワックスおよびその誘導体、フィッシャートロプシュ法による炭化水素ワックス及びその誘導体、ポリエチレンに代表されるポリオレフィンワックス及びその誘導体、カルナバワックス、キャンデリラワックス等天然ワックス及びその誘導体などである。これらの誘導体には酸化物や、ビニル系モノマーとのブロック共重合物、グラフト変性物を含む。さらには、高級脂肪族アルコール、ステアリン酸、パルミチン酸等の脂肪酸、あるいはその化合物、酸アミドワックス、エステルワックス、ケトン、硬化ヒマシ油及びその誘導体、植物系ワックス、動物性ワックス等が挙げられる。これらのワックスの中では、示差熱分析における吸熱ピークが40℃〜110℃であるものが好ましく、更には45℃〜90℃であるものがより好ましい。
離型剤を使用する際の含有量としては、結着樹脂100質量部に対して0.5〜50質量部の範囲が好ましい。含有量が0.5質量部未満では低温オフセット抑制効果に乏しく、50質量部を超えてしまうと長期間の保存性が悪化すると共に、他のトナー材料の分散性が悪くなり、トナーの流動性の低下や画像特性の低下につながる。
本発明のトナーは、着色力を付与するために着色剤を必須成分として含有する。本発明に好ましく使用される有機顔料または染料として以下のものが挙げられる。
シアン色に好適な着色剤としては、顔料或いは染料を用いることができ、具体的には、C.I.ピグメントブルー1、7、15、15;1、15;2、15;3、15;4、16、17、60、62、66等、C.I.バットブルー6、C.I.アシッドブルー45、染料としては、C.I.ソルベントブルー25、36、60、70、93、95等が挙げられ、これらのもの単独或いは2種以上を併用して用いることができる。
マゼンタ色に好適な着色剤としては、顔料或いは染料を用いることができ、具体的には、C.I.ピグメントレッド1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,21,22,23,30,31,32,37,38,39,40,41,48,48;2、48;3、48;4、49,50,51,52,53,54,55,57,57;1、58,60,63,64,68,81,81;1、83,87,88,89,90,112,114,122,123,144、146,150,163,166、169、177、184,185,202,206,207,209,220、221、238、254、269等、C.I.ピグメントバイオレット19;C.I.バットレッド1,2,10,13,15,23,29,35等、マゼンタ用染料としては、C.I.ソルベントレッド1,3,8,23,24,25,27,30,49,52、58、63、81,82,83,84,100,109,111、121、122等、C.I.ディスパースレッド9、C.I.ソルベントバイオレット8,13,14,21,27等、C.I.ディスパースバイオレット1等の油溶染料、C.I.ベーシックレッド1,2,9,12,13,14,15,17,18,22,23,24,27,29,32,34,35,36,37,38,39,40等、C.I.ベーシックバイオレット1,3,7,10,14,15,21,25,26,27,28等の塩基性染料等が挙げられ、これらのもの単独或いは2種以上を併用して用いることができる。
イエロー色に好適な着色剤としては、顔料或いは染料を用いることができ、具体的には、顔料としては、C.I.ピグメントイエロー1,2,3,4,5,6,7,10,11,12、13、14、15、17、23、62、65、73、74、81、83、93、94、95、97、98、109、110、111、117、120、127、128、129、137、138、139、147、151、154、155、167、168、173、174、176、180、181、183、191、C.I.バットイエロー1,3,20等、染料としては、C.I.ソルベントイエロー19、44、77、79、81、162これらのもの単独或いは2種以上を併用して用いることができる。
これらの着色剤は、単独又は混合しさらには固溶体の状態で用いることができる。本発明のトナーに用いられる着色剤は、色相角,彩度,明度,耐光性,OHP透明性,トナーへの分散性の点から選択される。
該着色剤の添加量は、結着樹脂100質量部に対し1〜20質量部添加して用いられる。
黒色の顔料として、例えば、ファーネスブラック、チャンネルブラック、アセチレンブラック、サーマルブラック、ランプブラック等のカーボンブラックが用いられ、また、マグネタイト、フェライト等の磁性粉も用いられる。上記イエロー/マゼンタ/シアン着色剤を用い黒色に調色されたものを利用することもできる。
黒色着色剤として磁性体を用いた場合には、他の着色剤と異なり、樹脂100質量部に対し30〜200質量部添加して用いられる。
磁性体としては、鉄,コバルト,ニッケル,銅,マグネシウム,マンガン,アルミニウム,ケイ素などの元素を含む金属酸化物などがある。中でも四三酸化鉄,γ−酸化鉄等、酸化鉄を主成分とするものが好ましい。また、トナー帯電性コントロールの観点から硅素元素またはアルミニウム元素等、他の金属元素を含有していてもよい。これら磁性粒子は、窒素吸着法によるBET比表面積が2〜30m2/g、特に3〜28m2/gが好ましく、更にモース硬度が5〜7の磁性粉が好ましい。
磁性体としては、8面体,6面体,球体,針状,鱗片状などの形状を有するものがあるが、本発明においては、8面体,6面体,球体,不定型等の異方性の少ないものが画像濃度を高める上で好ましい。磁性体の平均粒径としては0.05〜1.0μmが好ましく、より好ましくは0.1〜0.6μm、さらには0.1〜0.3μmが好ましい。
本発明においては重合法を用いてトナーを得る場合には、着色剤の持つ重合阻害性や水相移行性に注意を払う必要があり、好ましくは、表面改質、例えば、重合阻害のない物質による疎水化処理を施しておいたほうが良い。特に、染料系の着色剤やカーボンブラックは、重合阻害性を有しているものが多いので使用の際に注意を要する。染料系着色剤を表面処理する好ましい方法としては、あらかじめこれら染料の存在下に重合性単量体を重合せしめる方法が挙げられ、得られた着色重合体を単量体系に添加する。
また、カーボンブラックについては、上記染料系着色剤と同様の処理の他、カーボンブラックの表面官能基と反応する物質、例えば、ポリオルガノシロキサン等で処理を行っても良い。
次に本発明のトナーを好適に発現せしめる懸濁重合法によるトナー粒子製造方法を説明する。
本発明のトナー粒子を懸濁重合法で製造する場合、使用される重合性単量体系を構成する重合性単量体としては以下のものが挙げられる。
重合性単量体としては、スチレン、o−メチルスチレン、m−メチルスチレン、p−メチルスチレン、p−メトキシスチレン、p−エチルスチレンの如きスチレン系単量体;アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸イソブチル、アクリル酸n−プロピル、アクリル酸n−オクチル、アクリル酸ドデシル、アクリル酸2−エチルヘキシル、アクリル酸ステアリル、アクリル酸2−クロルエチル、アクリル酸フェニルの如きアクリル酸エステル類;メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸n−プロピル、メタクリル酸n−ブチル、メタクリル酸イソブチル、メタクリル酸n−オクチル、メタクリル酸ドデシル、メタクリル酸2−エチルヘキシル、メタクリル酸ステアリル、メタクリル酸フェニル、メタクリル酸ジメチルアミノエチル、メタクリル酸ジエチルアミノエチルの如きメタクリル酸エステル類;その他のアクリロニトリル、メタクリロニトリル、アクリルアミドの如き単量体が挙げられる。
これらの重合性単量体は単独、または併用できる。上述の重合性単量体の中でも、スチレンまたはスチレン誘導体を単独で、あるいはほかの重合性単量体と併用することがトナーの現像特性及び耐久性の点から好ましい。
本発明に係わる懸濁重合トナーの製造において使用される重合開始剤としては、重合反応時の反応温度における半減期が0.5〜30時間であるものを用いることが好ましい。また重合性単量体100質量部に対し0.5〜20質量部の添加量で重合反応を行うと、通常、分子量1万〜10万の間に極大を有する重合体が得られ、適当な強度と溶融特性を有するトナーを得ることができる。重合開始剤例としては、2,2’−アゾビス−(2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、1,1’−アゾビス(シクロヘキサン−1−カルボニトリル)、2,2’−アゾビス−4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル、アゾビスイソブチロニトリル等のアゾ系またはジアゾ系重合開始剤;ベンゾイルパーオキサイド、t−ブチルパーオキシ2−エチルヘキサノエート、t−ブチルパーオキシピバレート、t−ブチルパーオキシイソブチレート、t−ブチルパーオキシネオデカノエート、メチルエチルケトンパーオキサイド、ジイソプロピルパーオキシカーボネート、クメンヒドロパーオキサイド、2,4−ジクロロベンゾイルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド等の過酸化物系重合開始剤が挙げられる。
本発明に係わる懸濁重合トナーを製造する際は、架橋剤を添加しても良く、好ましい添加量としては、重合性単量体100質量部に対して、0.001〜15質量部である。架橋剤としてはジビニルベンゼンなどが挙げられる。
本発明に関わる懸濁重合トナーを製造する際は、分子量調整剤を使用することができる。分子量調整剤としては、例えば、t−ドデシルメルカプタン、n−ドデシルメルカプタン、n−オクチルメルカプタンの如きメルカプタン類;四塩化炭素、四臭化炭素の如きハロゲン化炭化水素類;α−メチルスチレンダイマーなどを挙げることができる。これらの分子量調整剤は、重合開始前あるいは重合途中に添加することができる。分子量調整剤は、重合性単量体100質量部に対して、通常、0.01〜10質量部、好ましくは0.1〜5質量部の割合で用いられる。
本発明に関わる懸濁重合トナーの製造方法では、重合性単量体中に着色剤、離型剤、樹脂A、樹脂B、必要に応じて、磁性粉体、可塑剤、荷電制御剤、架橋剤、重合反応で生成する重合体の粘度を低下させるために入れる有機溶媒、高分子重合体、分散剤等を加えて、ホモジナイザー、ボールミル、コロイドミル、超音波分散機等の分散機によって均一に溶解または分散せしめて、重合性単量体系を調製し、分散安定剤を含有する水系媒体中に滴下し、懸濁・造粒する。この時、高速撹拌機もしくは超音波分散機のような高速分散機を使用して一気に所望のトナー粒子のサイズとするほうが、得られるトナー粒子の粒径がシャープになる。重合開始剤添加の時期としては、重合性単量体に他の添加剤を添加する時に同時に加えても良いし、水系媒体中において重合性単量体系を懸濁造粒する直前に添加しても良い。あるいは、懸濁造粒中に加えることも可能である。また、造粒直後、重合反応を開始する前に重合性単量体あるいは溶媒に溶解した重合開始剤を加えることもできる。
造粒後は、通常の撹拌機を用いて、粒子状態が維持され且つ粒子の浮遊・沈降が防止される程度の撹拌を行えば良い。
本発明に係わる懸濁重合トナーを製造する場合には、分散安定剤として公知の界面活性剤や有機あるいは無機分散剤が使用できる。中でも無機分散剤を用いた場合には、超微粉を生じ難く、また無機分散剤は一般的にサイズが大きいため、立体障害性により分散安定性が得られるので、反応温度を変化させても安定性が崩れ難く、更に洗浄も容易である。そのため、無機分散剤がより好ましく使用できる。こうした無機分散剤の例としては、リン酸カルシウム、リン酸マグネシウム、リン酸アルミニウム、リン酸亜鉛の如きリン酸多価金属塩;炭酸カルシウム、炭酸マグネシウムの如き炭酸塩;メタ硅酸カルシウム、硫酸カルシウム、硫酸バリウムの如き無機塩;水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、シリカ、ベントナイト、アルミナの如き無機酸化物が挙げられる。
これらの無機分散剤は、重合性単量体100質量部に対して0.2〜20質量部を単独で使用しても良く、粒度分布を調整する目的で0.001〜0.1質量部の界面活性剤を併用しても良い。界面活性剤としては、例えばドデシルベンゼン硫酸ナトリウム、テトラデシル硫酸ナトリウム、ペンタデシル硫酸ナトリウム、オクチル硫酸ナトリウム、オレイン酸ナトリウム、ラウリル酸ナトリウム、ステアリン酸ナトリウム、ステアリン酸カリウム等が挙げられる。
無機分散剤は、重合終了後、酸あるいはアルカリで溶解して、ほぼ完全に取り除くことができる。
前記重合工程においては、重合温度は40℃以上、一般には50〜90℃の温度に設定して重合を行う。この温度範囲で重合を行うと、内部に封じられるべき離型剤類が、相分離により析出して内包化がより確実なものとなる。残存する重合性単量体を消費するために、重合反応終期に、反応温度を90〜150℃にまで上げても良い。重合トナー粒子は重合終了後、公知の方法によって濾過、洗浄、乾燥を行い、無機微粉体を混合し表面に付着させることで、トナーを得ることができる。また、製造工程に分級工程を入れ、粗粉や微粉をカットしてもよい。
本発明のトナーは、トナーの流動性改良及び帯電均一化等のために、無機微粉体が添加される。
該無機微粉体においては、平均一次粒径が4〜300nmの粒子径が好ましい。
無機微粉体の平均一次粒径が300nmよりも大きい場合、十分にトナーの流動性を改善することができず、またトナー粒子への付着が不均一になり易く、低湿下での摩擦帯電性の不均一化につながるため、カブリの増大、画像濃度の低下あるいは耐久性の低下等の問題が生じやすくなる。無機微粉体の平均一次粒径が4nmよりも小さい場合には、無機微粒子の凝集性が強まり、一次粒子ではなく解砕処理によっても解れ難い強固な凝集性を持つ粒度分布の広い凝集体として挙動し易くなり、この凝集体が現像されてしまったり、像担持体或いはトナー担持体等を傷つけたりすることによって画像欠陥が生じ易くなる。トナー粒子の帯電量分布をより均一とするためには、無機微粉体の平均一次粒径は6〜100nmであることが好ましく、さらには8〜35nmであることがより好ましい。
無機微粉体の平均一次粒径は、走査型電子顕微鏡により拡大撮影したトナーの写真で、更に走査型電子顕微鏡に付属させたXMA等の元素分析手段によって無機微粉体の含有する元素でマッピングされたトナーの写真を対照しつつ、トナー表面に付着或いは遊離して存在している無機微粉体の一次粒子を100個以上測定し、個数平均粒径を求めることで測定法できる。
また、無機微粉体の含有量は、蛍光X線分析を用い、標準試料から作成した検量線を用いて定量できる。
本発明のトナーに添加する無機微粉体としては、シリカ、酸化チタン、アルミナ、またはそれらの複酸化物などが使用できる。
例えば、シリカとしてはケイ素ハロゲン化物の蒸気相酸化により生成されたいわゆる乾式法又はヒュームドシリカと称される乾式シリカ、及び水ガラス等から製造されるいわゆる湿式シリカの両者が使用可能であるが、表面及びシリカ微粉体の内部にあるシラノール基が少なく、またNa2O,SO3 2-等の製造残滓の少ない乾式シリカの方が好ましい。また乾式シリカにおいては、製造工程において例えば、塩化アルミニウム,塩化チタン等他の金属ハロゲン化合物をケイ素ハロゲン化合物と共に用いることによって、シリカと他の金属酸化物の複合微粉体を得ることも可能でありそれらも包含する。
無機微粉体の添加量は、トナー粒子100質量部に対して0.1〜4.0質量部であることが好ましく、添加量が0.1質量部未満ではその効果が十分ではなく、4.0質量部を超えると定着性が低下する傾向にある。
無機微粉体は、疎水化処理されたものであることが高湿環境下での特性を向上させる点から好ましい。トナーに添加された無機微粉体が吸湿すると、トナーとしての帯電量が著しく低下し、現像性や転写性の低下が生じ易くなる。
疎水化処理の処理剤としては、シリコーンワニス、各種変性シリコーンワニス、シリコーンオイル、各種変性シリコーンオイル、シラン化合物、シランカップリング剤、その他有機ケイ素化合物、有機チタン化合物の如き処理剤を単独で或いは併用して処理しても良い。
その中でも、シリコーンオイルにより処理したものが好ましく、より好ましくは、無機微粉体を疎水化処理すると同時或いは処理した後に、シリコーンオイルにより処理したものが高湿環境下でもトナー粒子の帯電量を高く維持し、選択現像を抑制する上で好ましい。
無機微粉体の処理条件としては、例えば第一段反応としてシリル化反応を行い表面の活性水素基を化学結合により消失させた後、第二段反応としてシリコーンオイルにより表面に疎水性の薄膜を形成することができる。シリル化剤の使用量としては、無機微粉体100質量部に対し5〜50質量部が好ましい。5質量部未満では無機微粒子表面の活性水素基を消失させるのに十分でなく、50質量部を超えると余分なシリル化剤どうしの反応で生成するシロキサン化合物が糊の役割となって無機微粒子どうしの凝集が起こり、画像欠陥を生じ易くなる。
上記シリコーンオイルは、25℃における粘度が10〜200,000mm2/sのものが、さらには3,000〜80,000mm2/sのものが好ましい。10mm2/s未満では、無機微粉体に安定性が無く、熱および機械的な応力により、画質が劣化する傾向がある。200,000mm2/sを超える場合は、均一な処理が困難になる傾向がある。
シリコーンオイルの処理方法としては、例えばシラン化合物で処理された無機微粉体とシリコーンオイルとをヘンシェルミキサー等の混合機を用いて直接混合してもよいし、無機微粉体にシリコーンオイルを噴霧する方法を用いてもよい。あるいは適当な溶剤にシリコーンオイルを溶解あるいは分散せしめた後、無機微粉体を加え混合し溶剤を除去する方法でもよい。無機微粉体の凝集体の生成が比較的少ない点で噴霧機を用いる方法がより好ましい。
シリコーンオイルの処理量は無機微粉体100質量部に対し1〜23質量部、好ましくは5〜20質量部が良い。シリコーンオイルの量が少なすぎると良好な疎水性が得られず、多すぎるとやはり無機微粒子の凝集が起こりやすい。
本発明のトナーには、クリーニング性向上等の目的で、一次粒径が30nmを超える(好ましくはBET比表面積が50m2/g未満)ことが好ましく、より好ましくは一次粒径50nm以上(好ましくはBET比表面積が30m2/g未満)の無機又は有機の球状に近い微粒子をさらに添加することが好ましい。例えば球状シリカ粒子、球状ポリメチルシルセスキオキサン粒子、球状樹脂粒子等が好ましく用いられる。
次に、本発明のトナーを用いた画像形成について説明する。
本発明のトナーを適用することのできる画像形成方法における現像工程の条件としては、トナー担持体と静電潜像担持体である感光体表面とが接触していても非接触であっても良い。ここでは、接触している場合について説明する。
トナー担持体としては弾性ローラーを用い、弾性ローラー表面等にトナーをコーティングし、これを感光体表面と接触させて現像する方法を用いることができる。弾性ローラーとしては、弾性層の硬度がASKER−C硬度30〜60度のものが好適に使用される。トナー担持体と感光体表面とを接触させて現像を行う場合には、トナーを介して感光体と感光体表面に対向する弾性ローラー間に働く電界によって現像が行われる。従って弾性ローラー表面あるいは、表面近傍が電位をもち、感光体表面とトナー担持表面の狭い間隙で電界を有する必要性がある。このため、弾性ローラーの弾性ゴムが中抵抗領域に抵抗制御されており、そして感光体表面との導通を防ぎつつ電界を保つか、または導電性ローラーの表面層に薄層の絶縁層を設ける方法も利用できる。さらには、導電性ローラー上に感光体表面に対向する側を絶縁性物質(樹脂)により被覆した樹脂被覆導電性スリーブあるいは、絶縁性スリーブで感光体に対向しない側に導電層を設けた構成も可能である。また、トナー担持体として剛体ローラーを用い、感光体をベルトのごときフレキシブルな物とした構成も可能である。トナー担持体の抵抗としては102〜109Ω・cmの範囲が好ましい。102Ωcmよりも低い場合、例えば感光体の表面にピンホール等がある場合、過電流が流れる恐れがある。反対に109Ωcmよりも高い場合は、摩擦帯電によるトナーのチャージアップが起こりやすく、画像濃度の低下を招きやすい。
トナー担持体の表面状態としては、その表面粗度Ra(μm)を0.2〜3.0となるように設定すると、高画質及び高耐久性を両立できる。該表面粗度Raはトナー搬送能力及びトナー帯電能力と相関する。該トナー担持体の表面粗度Raが3.0を超えると、該トナー担持体上のトナー層の薄層化が困難となるばかりか、トナーの帯電均一性が悪化しハーフトーンの均一性が悪化するなど、画質の向上は望めない。3.0以下にすることでトナー担持体表面のトナーの搬送能力を抑制し、該トナー担持体上のトナー層を薄層化すると共に、該トナー担持体とトナーの接触回数が多くなるため、該トナーの帯電性も改善されるので相乗的に画質が向上する。一方、表面粗度Raが0.2よりも小さくなると、トナーコート量の制御が難しくなる。
トナー担持体上のトナーコート量は、0.1〜1.5mg/cm2が好ましい。0.1mg/cm2よりも少ないと十分な画像濃度が得にくく、1.5mg/cm2よりも多くなると個々のトナー粒子全てを均一に摩擦帯電することが難しくなり、カブリが発生する要因となる。さらに、0.2〜0.9mg/cm2がより好ましい。本発明において、トナー担持体の表面粗度Raは、JIS表面粗さ「JIS B 0601」に基づき、表面粗さ測定器(サーフコーダSE−30H、株式会社小坂研究所社製)を用いて測定される中心線平均粗さに相当する。具体的には、粗さ曲線からその中心線の方向に測定長さaとして2.5mmの部分を抜き取り、この抜き取り部分の中心線をX軸、縦倍率の方向をY軸、粗さ曲線をy=f(x)で表したとき、次式によって求められる値をマイクロメートル(μm)で表したものを言う。
本発明に用いられる画像形成方法においては、トナー担持体は、感光体との対向部において同方向に回転していてもよいし、逆方向に回転していてもよい。両者の回転が同方向である場合、トナー担持体の周速を感光体の周速に対し1.05〜3.0倍となるように設定することが好ましい。
トナー担持体の周速が、感光体の周速に対し1.05倍未満であると、感光体上のトナーの受ける撹拌効果が不十分となり、良好な画像品質が望めない。また、周速比が3.0を超える場合には、機械的ストレスによるトナーの劣化やトナー担持体へのトナー固着が発生・促進され、好ましくない。感光体としては、a−Se、CdS、ZnO2、OPC、a−Siの様な光導電絶縁物質層を持つ感光ドラムもしくは感光ベルトが好適に使用される。
OPC感光体における感光層は、電荷発生物質及び電荷輸送性能を有する物質を同一層に含有する、単一層型でもよく、又は、電荷輸送層と電荷発生層を成分とする機能分離型感光層であっても良い。導電性基体上に電荷発生層、次いで電荷輸送層の順で積層されている構造の積層型感光層は好ましい例の一つである。また、有機系感光層の結着樹脂は、特に限定されるものではないが、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル系樹脂が特に、転写性に優れ、感光体へのトナーの融着、外添剤のフィルミングが起こりにくいため好ましい。
次に本発明のトナーを用いた画像形成について添付図面を参照しながら以下に説明する。
図1において、100は現像装置、109は感光体、105は紙などの被転写体、106は転写部材、107は定着用加圧ローラー、108は定着用加熱ローラー、110は感光体109に接触して直接帯電を行う一次帯電部材を示す。
一次帯電部材110には、感光体109表面を一様に帯電するようにバイアス電源115が接続されている。
現像装置100はトナー104を収容しており、静電潜像担持体(感光体)109と接触して矢印方向に回転するトナー担持体102を具備する。さらに、トナー量規制及び帯電付与のための現像ブレード101と、トナー104をトナー担持体102に付着させかつトナー担持体102との摩擦でトナーへの帯電付与を行うため矢印方向に回転する塗布ローラー103を備えている。トナー担持体102には現像バイアス電源117が接続されている。塗布ローラー103にも図示しないバイアス電源が接続されており、負帯電性トナーを使用する場合は現像バイアスよりも負側に、正帯電性トナーを使用する場合は現像バイアスよりも正側に電圧が設定される。
転写部材106には感光体109と反対極性の転写バイアス電源116が接続されている。
ここで、感光体109とトナー担持体102の接触部分における回転方向の長さ、いわゆる現像ニップ幅は0.2〜8.0mmが好ましい。0.2mm未満では現像量が不足して満足な画像濃度が得られにくく、転写残トナーの回収も不十分となりやすい。8.0mmを超えてしまうと、トナーの供給量が過剰となり、カブリが生じやすく、また、感光体の摩耗が顕著となる傾向にある。
トナーコート量は現像ブレード101により制御されるが、この現像ブレード101はトナー層を介してトナー担持体102に接触している。この時の接触圧は、4.9〜49N/m(5〜50gf/cm)が好ましい範囲である。4.9N/mよりも小さいとトナーコート量の制御に加え均一な摩擦帯電も難しくなり、カブリが生じる原因となる。一方、49N/mよりも大きくなるとトナー粒子が過剰な負荷を受けるため、粒子の変形や現像ブレードあるいはトナー担持体へのトナーの融着等が発生しやすくなり、好ましくない。
規制部材の自由端部は、好ましいNE長(現像ブレードのトナー担持体に対する当接部から自由端までの長さ)を与える範囲であればどのような形状でもよく、例えば断面形状が直線状のもの以外にも、先端近傍で屈曲したL字形状のものや、先端近傍が球状に膨らんだ形状のもの等が好適に用いられる。
トナーコート量の規制部材としては、トナーを圧接塗布するための弾性ブレード以外にも、剛性のある金属ブレード等を用いても良い。
弾性の規制部材には、所望の極性にトナーを帯電させるのに適した摩擦帯電系列の材質を選択することが好ましく、シリコーンゴム、ウレタンゴム、NBRの如きゴム弾性体、ポリエチレンテレフタレートの如き合成樹脂弾性体、ステンレス、鋼、リン青銅の如き金属弾性体が使用できる。また、それらの複合体であっても良い。
また、弾性の規制部材とトナー担持体に耐久性が要求される場合には、金属弾性体に樹脂やゴムをスリーブ当接部に当たるように貼り合わせたり、コーティングしたりしたものが好ましい。
更に、弾性の規制部材中に有機物や無機物を添加してもよく、溶融混合させても良いし、分散させても良い。例えば、金属酸化物、金属粉、セラミックス、炭素同素体、ウィスカー、無機繊維、染料、顔料、界面活性剤などを添加することにより、トナーの帯電性をコントロールできる。特に、弾性体がゴムや樹脂等の成型体の場合には、シリカ、アルミナ、チタニア、酸化錫、ジルコニア、酸化亜鉛等の金属酸化物微粉末、カーボンブラック、一般にトナーに用いられる荷電制御剤等を含有させることも好ましい。
またさらに、規制部材に直流電場及び/または交流電場を印加することによっても、トナーへのほぐし作用のため、均一薄層塗布性、均一帯電性がより向上し、充分な画像濃度の達成及び良質の画像を得ることができる。
帯電部材としては、非接触式のコロナ帯電器と、ローラー等を用いる接触型の帯電部材がありいずれのものも用いられる。効率的な均一帯電、シンプル化、低オゾン発生化のためには、接触方式のものが好ましく用いられる。
図1においては、接触型の帯電部材を用いている。
図1で用いている一次帯電部材110は、中心の芯金110bとその外周を形成した導電性弾性層110aとを基本構成とする帯電ローラーである。帯電ローラー110は、静電潜像担持体一面に押圧力を持って当接され、静電潜像担持体109の回転に伴い従動回転する。
帯電ローラーを用いた時の好ましいプロセス条件としては、ローラーの当接圧が4.9〜490N/m(5〜500gf/cm)で、直流電圧に交流電圧を重畳したものを印加電圧として用いた時には、交流電圧=0.5〜5kVpp、交流周波数=50Hz〜5kHz、直流電圧=±0.2〜±1.5kVであり、直流電圧を用いた時には、直流電圧=±0.2〜±5kVである。尚、ドラムの削れ量を抑制できるために、印加電圧として直流電圧のみを用いる場合の方がより好ましい。この他の接触帯電手段としては、帯電ブレードを用いる方法や、導電性ブラシを用いる方法がある。これらの接触帯電手段は、非接触のコロナ帯電に比べて、高電圧が不必要であり、またオゾンの発生が低減するといった点で優れている。接触帯電手段としての帯電ローラーおよび帯電ブレードの材質としては、導電性ゴムが好ましく、その表面に離型性被膜を設けても良い。離型性被膜としては、ナイロン系樹脂、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)、PVDC(ポリ塩化ビニリデン)などが適用可能である。
尚、図1に記載の画像形成装置の説明として、接触帯電手段について述べたが、その他の構成の画像形成装置においても接触帯電手段を用いる場合には、同様の装置及び条件を用いることができる。
一次帯電工程に次いで、発光素子からの露光123によって感光体109上に情報信号に応じた静電潜像を形成し、トナー担持体102と当接する位置においてトナーにより静電潜像を現像し可視像化する。さらに、本発明の画像形成方法において、特に感光体上にデジタル潜像を形成した現像システムと組み合わせることで、潜像を乱さないためにドット潜像に対して忠実に現像することが可能となる。該可視像は転写部材106により被転写体105に転写され、加熱ローラー108と加圧ローラー107の間を通過して定着され、定着画像を得る。なお、加熱加圧定着手段としては、ハロゲンヒーター等の発熱体を内蔵した加熱ローラーとこれと押圧力をもって圧接された弾性体の加圧ローラーを基本構成とする熱ローラー方式以外に、フィルムを介してヒーターにより加熱定着する方式も用いられる。
一方、転写されずに感光体109上に残った転写残トナーは、感光体109の表面に当接されるクリーニングブレードを有するクリーナー138で回収され、感光体109はクリーニングされる。
次に、本発明のトナーを用いた画像形成方法及び装置ユニットに関して図面を用いて説明する。
図2及び図3には、本発明の画像形成方法を中間転写体を用いて多重トナー像を記録材に一括転写する画像形成装置の概略図を示す。
潜像担持体としての静電潜像担持体(感光体ドラム)1の表面に、帯電バイアス電圧が印加された帯電ローラー2を回転させながら接触させて、感光体ドラム表面を一次帯電し、その後、露光手段としての光源装置Lより発せられたレーザー光Eにより、感光体ドラム1上に第1の静電潜像を形成する。形成された第1の静電潜像は、回転可能なロータリーユニット24に設けられている第1の現像器としてブラック現像器4Bk中のブラックトナーにより現像され、ブラックトナー像が形成される。感光体ドラム1上に形成されたブラックトナー像は、中間転写ドラムの導電性支持体に印加される転写バイアス電圧の作用により、中間転写ドラム5上に静電的に一次転写される。次に、上記と同様にして感光体ドラム1の表面に第2の静電潜像を形成し、ロータリーユニット24を回転して、第2の現像器としてのイエロー現像器4Y中のイエロートナーにより現像してイエロートナー像を形成し、ブラックトナー像が一次転写されている中間転写ドラム5上にイエロートナー像を静電的に一次転写する。同様にして、第3の静電潜像を形成し、ロータリーユニット24を回転して、第3の現像器としてのマゼンタ現像器4M中のマゼンタトナーにより現像し、更に、第4の静電潜像を形成し、ロータリーユニット24を回転して、第4の現像器としてシアン現像器4C中のシアントナーにより、順次一次転写を行って、中間転写ドラム5上に各色のトナー像をそれぞれ一次転写する。中間転写ドラム5上に一次転写された多重トナー像は、記録材Pを介して反対側に位置する第2の転写装置8からの転写バイアス電圧の作用により、記録材Pの上に静電的に一括に二次転写される。記録材P上に二次転写された多重トナー像は加熱ローラー9a及び加圧ローラー9bを有する定着装置9により記録材Pに加熱定着される。転写後に感光体ドラム1の表面上に残存する転写残トナーは、感光体ドラム1の表面に当接するクリーニングブレードを有するクリーナー6で回収され、感光体ドラム1はクリーニングされる。
感光体ドラム1から中間転写ドラム5への一次転写は、第1の転写装置としての中間転写ドラム5の導電性支持体に、図示しない電源より転写バイアスを印加することによって、トナー画像の転写が行われる。
中間転写ドラム5は、剛体である導電性支持体5aと、表面を覆う弾性層5bよりなる。
導電性支持体5aとしては、アルミニウム、鉄、銅及びステンレス等の金属や合金、及びカーボンや金属粒子等を分散した導電性樹脂等を用いることができ、その形状としては円筒状や、円筒の中心に軸を貫通したもの、円筒の内部に補強を施したもの等が挙げられる。
弾性層5bとしては、特に制約されるものではないが、スチレン−ブタジエンゴム、ハイスチレンゴム、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、エチレン−プロピレン共重合体、EPDM(エチレンプロピレンジエンの3元共重合体)、ニトリルブタジエンゴム(NBR)、クロロプレンゴム、ブチルゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ニトリルゴム、ウレタンゴム、アクリルゴム、エピクロロヒドリンゴム及びノルボルネンゴム等のエラストマーゴムが好適に用いられる。ポリオレフィン系樹脂、シリコーン樹脂、フッ素系樹脂、ポリカーボネート等の樹脂及びこれらの共重合体や混合物を用いても良い。
また、弾性層のさらに表面に、潤滑性、はっ水性の高い滑剤粉体を任意のバインダー中に分散した表面層を設けても良い。
滑剤は特に制限はないが、各種フッ素ゴム、フッ素エラストマー、黒鉛やグラファイトにフッ素を結合したフッ化炭素及びポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニルデン、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体及びテトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体等のフッ素化合物、シリコーン樹脂、シリコーンゴム、シリコーンエラストマー等のシリコーン系化合物、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、アクリル樹脂、ポリアミド樹脂、フェノール樹脂及びエポキシ樹脂等が好ましく用いられる。
また、表面層のバインダー中に、抵抗を制御するために導電剤を適時添加しても良い。導電剤としては、各種の導電性無機粒子及びカーボンブラック、イオン系導電剤、導電性樹脂及び導電性粒子分散樹脂等が挙げられる。
中間転写ドラム5上に形成された多重トナー像は、第2の転写装置8により記録材P上に一括に二次転写されるが、転写手段8としてはコロナ帯電器の如き非接触静電転写手段、或いは、転写ローラー及び転写ベルトの如き接触静電転写手段が使用可能である。
転写ローラーを用いる場合、中間転写ドラムの弾性層の体積固有抵抗値よりも転写ローラーの弾性層の体積固有抵抗値をより小さく設定することで転写ローラーへの印加電圧が軽減でき、転写材上に良好なトナー像を形成できると共に転写材の中間転写体への巻き付きを防止することができる。特に中間転写体の弾性層の体積固有抵抗値が転写ローラーの弾性層の体積固有抵抗値より10倍以上であることが特に好ましい。
中間転写ドラム及び転写ローラーの硬度は、JIS K−6301に準拠し測定される。本発明に用いられる中間転写ドラムは、10〜40度の範囲の弾性層から構成されることが好ましく、一方、転写ローラーの弾性層の硬度は、中間転写ドラムの弾性層の硬度より硬く、41〜80度の値を有するものが中間転写ドラムへの転写材の巻き付きを防止する上で好ましい。中間転写ドラムと転写ローラーの硬度が逆になると、転写ローラー側に凹部が形成され、中間転写ドラムへの転写材の巻き付きが発生しやすい。
定着装置9としては、加熱ローラー9aと加圧ローラー9bを有する熱ローラー定着装置に替えて、記録材P上のトナー像に接するフィルムを加熱することにより、記録材P上のトナー像を加熱し、記録材Pに多重トナー像を加熱定着するフィルム加熱定着装置を用いることもできる。
図2に示した画像形成装置が用いている中間転写体としての中間転写ドラムに代えて、中間転写ベルトを用いて多重トナー像を記録材に一括転写することも可能である。中間転写ベルトの構成について、図3に示す。
静電潜像担持体(感光ドラム)1上に形成担持されたトナー画像は、感光ドラム1と中間転写ベルト310とのニップ部を通過する過程で、一次転写ローラー312から中間転写ベルト310に印加される一次転写バイアスにより形成される電界により、中間転写ベルト310の外周面に順次一次転写される。311は中間転写ベルト310を掛け渡すローラーである。
感光ドラム1から中間転写ベルト310への第1〜第4色のトナー画像の順次重畳転写のための一次転写バイアスは、トナーとは逆極性で、バイアス電源314から印加される。
感光ドラム1から中間転写ベルト310への第1〜第3色のトナー画像の一次転写工程において、二次転写ローラー13b及びクリーニング用帯電部材309は中間転写ベルト10から離間することも可能である。
313bは二次転写ローラーで、二次転写対向ローラー313aに対応し平行に軸受させて中間転写ベルト310の下面部に離間可能な状態に配設してある。
中間転写ベルト310上に転写された多色カラートナー画像の転写材Pへの転写は、二次転写ローラー313bが中間転写ベルト310に当接されると共に、中間転写ベルト310と二次転写ローラー313bとの当接ニップに所定のタイミングで転写材Pが給送され、二次転写バイアスがバイアス電源316から二次転写ローラー313bに印加される。この二次転写バイアスにより中間転写ベルト310から転写材Pへ多色カラートナー画像が二次転写される。
転写材Pへの画像転写終了後、中間転写ベルト310にはクリーニング用帯電部材309が当接され、感光ドラム1とは逆極性のバイアスをバイアス電源315から印加することにより、転写材Pに転写されずに中間転写ベルト310上に残留しているトナー(転写残トナー)に感光ドラム1と逆極性の電荷が付与される。
前記転写残トナーは、感光ドラム1とのニップ部およびその近傍において感光ドラム1に静電的に転写されることにより、中間転写体がクリーニングされる。
中間転写ベルトは、ベルト形状の基層と基層の上に設けられる表面処理層よりなる。なお、表面処理層は複数の層により構成されていても良い。基層及び表面処理層には、ゴム、エラストマー、樹脂を使用することができる。
例えばゴム、エラストマーとしては、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、ブチルゴム、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、アクリロニトリルブタジエンゴム、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ゴム、アクリルゴム、シリコーンゴム、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及び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、ポリエステル系及びフッ素樹脂系等)等からなる群より選ばれる1種類あるいは2種類以上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。
また、樹脂としては、ポリオレフィン系樹脂、シリコーン樹脂、フッ素系樹脂、ポリカーボネート等の樹脂を使用することができる。これら樹脂の共重合体や混合物を用いても良い。
基層としては、織布形状、不織布形状、糸状、フィルム形状をした芯体層の片面あるいは両面に、上述のゴム、エラストマー、樹脂を被覆、浸漬、噴霧したものを使用しても良い。
芯体層を構成する材料は、特に限定されるものではないが、例えば綿、絹、麻及び羊毛等の天然繊維;キチン繊維、アルギン酸繊維及び再生セルロース繊維等の再生繊維;アセテート繊維等の半合成繊維;ポリエステル繊維、ナイロン繊維、アクリル繊維、ポリオレフィン繊維、ポリビニルアルコール繊維、ポリ塩化ビニル繊維、ポリ塩化ビニリデン繊維、ポリウレタン繊維、ポリアルキルパラオキシベンゾエート繊維、ポリアセタール繊維、アラミド繊維、ポリフロロエチレン繊維及びフェノール繊維等の合成繊維;炭素繊維、ガラス繊維及びボロン繊維等の無機繊維;鉄繊維及び銅繊維等の金属繊維からなる群より選ばれる1種あるいは2種以上を用いることができる。
さらに、中間転写ベルトの抵抗値を調節するために基層および表面処理層中に導電剤を添加しても良い。導電剤としては特に限定されるものではないが、例えば、カーボン、アルミニウムやニッケル等の金属粉末、酸化チタン等の金属酸化物、及び4級アンモニウム塩含有ポリメタクリル酸メチル、ポリビニルアニリン、ポリビニルピロール、ポリジアセチレン、ポリエチレンイミン、含硼素高分子化合物及びポリピロール等の導電性高分子化合物等からなる群より選ばれる1種あるいは2種以上を用いることができる。
また、中間転写ベルト表面の滑り性を上げ、転写性を向上するために必要に応じて滑剤を添加しても良い。滑剤としては、中間転写ドラムの弾性層に用いるものと同様の滑剤を用いることができる。
次に、複数画像形成部にて各色のトナー画像をそれぞれ形成し、これを同一転写材に順次重ねて転写するようにした画像形成方法について図4をもとに説明する。
図4に示される画像形成装置においては、第1,第2,第3及び第4の画像形成部29a,29b,29c,29dが並設されており、各画像形成部はそれぞれ専用の静電潜像担持体、いわゆる感光ドラム19a,19b,19c及び19dを具備している。
感光ドラム19a乃至19dの外周側には、帯電手段30a,30b,30cおよび30d、潜像形成手段23a,23b,23c及び23d、現像手段17a,17b,17c及び17d、転写手段(転写用放電手段)24a,24b,24c及び24d、ならびにクリーニング手段18a,18b,18c及び18dが配置されている。
このような構成にて、先ず、第1画像形成部29aの感光ドラム19aが帯電手段30aによって帯電され、そして潜像形成手段23aによって原稿画像における、例えばイエロー成分色の潜像が形成される。該潜像は現像手段17aのイエロートナーを有する現像剤で可視画像とされ、転写手段24aにて、転写材としての記録材Sに転写される。
上記のようにイエロー画像が転写材Sに転写されている間に、第2画像形成部29bではマゼンタ成分色の潜像が感光ドラム19b上に形成され、続いて現像手段17bのマゼンタトナーを有する現像剤で可視画像とされる。この可視画像(マゼンタトナー像)は、上記の第1画像形成部29aでの転写が終了した転写材Sが転写部24bに搬入されたときに、該転写材Sの所定位置に重ねて転写される。
以下、上記と同様な方法により第3,第4の画像形成部29c,29dによってシアン色,ブラック色の画像形成が行なわれ、上記同一の転写材Sに、シアン色,ブラック色を重ねて転写する。このような画像形成プロセスが終了した後、転写材Sは定着手段22に搬送され、転写材S上の画像を定着する。これによって転写材S上には多色画像が得られるのである。転写が終了した各感光ドラム19a,19b,19c及び19dはクリーニング手段18a,18b,18c及び18dにより残留トナーを除去され、引き続き一連の画像形成プロセスが繰り返される。
なお、上記画像形成装置では、転写材としての記録材Sの搬送のために、搬送ベルト25が用いられている。
この画像形成装置において、転写材を搬送する搬送手段として加工の容易性及び耐久性の観点からテトロン(登録商標)繊維のメッシュを用いた搬送ベルトおよびポリエチレンテレフタレート系樹脂、ポリイミド系樹脂、ウレタン系樹脂の如き薄い誘電体シートを用いた搬送ベルトが好ましく利用される。
一般に、このような搬送ベルトは体積抵抗が高く、カラー画像形成において数回の転写を繰り返す過程で搬送ベルトの帯電量が増加してしまうため、均一な転写を維持するためには各転写の都度、転写電流を順次増加させる必要があるが、本発明トナーは転写性が優れているので、転写を繰り返す毎に搬送手段の帯電が増しても、同じ転写電流で各転写におけるトナーの転写性を均一化でき、良質な高品位画像が得られる。
転写材Sが第4画像形成部29dを通過すると、AC電圧が除電器20に加えられ、転写材Sは除電され、ベルト25から分離され、その後、定着器22に入り、画像定着され、排出口26から排出される。
図5は、中間転写ドラムを用い中間転写ドラム上に一次転写された4色のカラートナー画像を記録材に一括して二次転写する際の二次転写手段として、転写ベルトを用いた画像形成装置の説明図である。
図5に示す装置システムにおいて、現像器244−1、244−2、244−3、244−4には、それぞれシアントナーを有する現像剤、マゼンタトナーを有する現像剤、イエロートナーを有する現像剤及びブラックトナーを有する現像剤が導入されている。感光体241を帯電手段によって帯電し、更に露光243することによって静電潜像を形成し、該静電荷像を現像器244−1〜244−4を用いて現像し、各色トナー像を静電潜像担持体(感光体)241上に順次形成する。感光体241はa−Se、Cds、ZnO2、OPC、a−Siの様な光導電絶縁物質層を持つ感光ドラムもしくは感光ベルトである。感光体241は図示しない駆動装置によって矢印方向に回転される。
帯電工程では、中心の芯金242bとその外周を形成した導電性弾性層242aとを基本構成とする帯電ローラー242が用いられている。帯電ローラー242は、感光体241面に押圧力をもって圧接され、感光体241の回転に伴い従動回転する。
感光体上のトナー像は、電圧(例えば、±0.1〜±5kV)が印加されている中間転写ドラム245に転写される。転写後の感光体表面は、クリーニングブレード248を有するクリーニング手段249でクリーニングされる。
中間転写ドラム245は、前述したものと同様の中間転写ドラムを用いることができる。尚、245bは、剛体である導電性支持体であり、245aは、その表面を覆う弾性層である。
中間転写ドラム245は感光体241に対して並行に軸受けさせて感光体241の下面部に接触させて配設してあり、感光体241と同じ周速度で矢印の反時計方向に回転する。
感光体241の面に形成担持された第1色のトナー像が、感光体241と中間転写ドラム245とが接する転写ニップ部を通過する過程で中間転写ドラム245に対する印加転写バイアスで転写ニップ域に形成された電界によって、中間転写ドラム245の外面に対して順次に中間転写されていく。
必要により、着脱自在なクリーニング手段280により、転写材へのトナー像の転写後に、中間転写ドラム245の表面がクリーニングされる。中間転写ドラム上にトナー像がある場合、トナー像を乱さないようにクリーニング手段280は、中間転写体表面から離される。
図5では中間転写ドラム245の下方には、転写ベルト247が配置されている。転写ベルト247は、中間転写ドラム245の軸に対して並行に配置された2本のローラー、すなわちバイアスローラー247aとテンションローラー247cに掛け渡されており、駆動手段(不図示)によって駆動される。転写ベルト247は、テンションローラー247c側を中心にしてバイアスローラー247a側が矢印方向に移動可能に構成されていることにより、中間転写ドラム245に対して下方から矢印方向に接離することができる。バイアスローラー247aには、二次転写バイアス源247dによって所望の二次転写バイアスが印加されており、一方、テンションローラー247cは接地されている。
次に、転写ベルト247であるが、本実施の形態では、カーボンを分散させた熱硬化性ウレタンエラストマー層(厚さ約300μm、体積抵抗率108〜1012Ω・cm(1kV印加時))の上に、フッ素ゴム層(厚さ20μm、体積抵抗率1015Ω・cm(1kV印加時))を重ねたゴムベルトを用いた。その外径寸法は周長80×幅300mmのチューブ形状である。
上述の転写ベルト247は、前述のバイアスローラー247aとテンションローラー247cによって約5%延ばす張力印加がなされていてもよい。
転写ベルト247は中間転写ドラム245と等速度或いは周速度に差をつけて回転させる。転写材246は中間転写ドラム245と転写ベルト247との間に搬送されると同時に、転写ベルト247にトナーが有する摩擦電荷と逆極性のバイアスを二次転写バイアス源247dから印加することによって、中間転写ドラム245上のトナー像が転写材246の表面側に転写される。
バイアスローラーの材質としては、帯電ローラーと同様のものも用いることができ、好ましい転写のプロセス条件としては、ローラーの当接圧が4.9〜490N/m(5〜500gf/cm)で、直流電圧が±0.2〜±10kVである。
例えば、バイアスローラー247aの導電性弾性層247a1はカーボン等の導電材を分散させたポリウレタン、エチレン−プロピレン−ジエン系三元共重合体(EPDM)等の体積抵抗106〜1010Ωcm程度の弾性体でつくられている。芯金247a2には定電圧電源によりバイアスが印加されている。バイアス条件としては、±0.2〜±10kVが好ましい。
次いで転写材246は、ハロゲンヒーター等の発熱体を内蔵させた加熱ローラーとこれと押圧力をもって圧接された弾性体の加圧ローラーとを基本構成とする定着器281へ搬送され、加熱ローラーと加圧ローラー間を通過することによってトナー像が転写材に加熱加圧定着される。フィルムを介してヒーターにより定着する方法を用いても良い。
以下に本発明を実施例をもって説明するが本発明は実施例によって制限されるものではない。なお、実施例中で使用する部はすべて質量部を示す。
<実施例1>
四つ口容器中にイオン交換水450部とNa3PO4 7部を添加し、高速撹拌装置TK−ホモミキサーを用いて12,000rpmで撹拌しながら、60℃に保持した。ここにCaCl2 4部を徐々に添加し、微細な難水溶性分散安定剤Ca3(PO4)2を含む水系分散媒体を調製した。
スチレンモノマー 78部
n−ブチルアクリレート 22部
C.I.ピグメントブルー15:3 6部
樹脂A(スチレン−アクリル酸2−エチルヘキシル2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸共重合体、Mw=30000) 3部
樹脂B(ポリスチレン、Mw=3100) 25部
負荷電性制御剤(3,5−ジーターシャリーブチルサリチル酸のアルミニウム化合物)
1部
HNP−9(日本精蝋製) 12部
上記単量体混合物をアトライターを用いて3時間分散させ、重合性単量体組成物とした。上記水系分散媒体中に、重合性単量体組成物を投入し、そこへ重合開始剤である2,2’−アゾビス−イソブチロバレロニトリル8.0部を添加し、撹拌機の回転数を10,000rpmに維持しつつ5分間造粒した。その後、高速撹拌装置をプロペラ式撹拌器に移して、内温を70℃に昇温させ、ゆっくり撹拌しながら10時間反応させた。次いで、容器内を温度90℃に昇温して300分間維持し、その後冷却した。容器内に希塩酸を添加してpHを1.4とし、分散安定剤を溶解した。更に、ろ別、洗浄、乾燥の後、分級によって粒子径を調整して重量平均径が6.0μm、Mw=48000のシアントナー粒子を得た。得られたトナ−粒子100部に対して、シリコーンオイルで処理され、BET法による比表面積が180m2/gである疎水性シリカ1.2部を外添し、トナーNo.1を得た。
トナーNo.1を非磁性一成分系現像剤No.1とし、図6に示すような画像形成装置を用いて画像評価を行った。画像形成装置について、以下に説明する。
図6は、非磁性一成分接触現像方式の電子写真プロセスを利用した、1200dpiレーザービームプリンタ(キヤノン製:LBP−840)改造機の概略図である。本実施例では以下の(a)〜(g)の部分を改造した装置を使用した。
(a)装置の帯電方式をゴムローラーを当接して行う直接帯電とし、印加電圧を直流成分(−1200V)とした。
(b)トナー担持体をカーボンブラックを分散したシリコーンゴムからなる中抵抗ゴムローラー(直径16mm、硬度ASKER−C45度、抵抗105Ω・cm)に変更し、感光体に当接した。
(c)該トナー担持体の回転周速は、感光体との接触部分において同方向であり、該感光体回転周速に対し130%となるように駆動した。
(d)感光体を以下のものに変更した。
ここで用いる感光体としてはAlシリンダーを基体としたもので、これに以下に示すような構成の層を順次浸漬塗布により積層して、感光体を作製した。
・導電性被覆層:酸化錫及び酸化チタンの粉末をフェノール樹脂に分散したものを主体と する。膜厚15μm。
・下引き層:変性ナイロン及び共重合ナイロンを主体とする。膜厚0.6μm。
・電荷発生層:長波長域に吸収を持つチタニルフタロシアニン顔料をブチラール樹脂に分 散したものを主体とする。膜厚0.6μm。
・電荷輸送層:ホール搬送性トリフェニルアミン化合物をポリカーボネート樹脂(オスト ワルド粘度法による分子量2万)に8:10の質量比で溶解したものを主体とする。膜 厚20μm。
(e)トナー担持体にトナーを塗布する手段として、現像器内に発泡ウレタンゴムからなる塗布ローラーを設け、該トナー担持体に当接させた。塗布ローラーには、約−550Vの電圧を印加した。
(f)該トナー担持体上トナーのコート層制御のために、樹脂コートしたステンレス製ブレードを用いた。
(g)現像時の印加電圧をDC成分(−450V)のみとした。
該画像形成装置に用いられるトナー担持体と同径、同硬度、同抵抗を有するゴムローラー表面に市販の塗料をごく薄く塗布し、画像形成装置を仮組みしたあと該ゴムローラーを取り外し、光学顕微鏡によりステンレスブレード表面を観察し、NE長を測定した。NE長は1.05mmであった。
これらのプロセスカートリッジの改造に適合するよう電子写真装置に以下のように改造及びプロセス条件設定を行った。
改造された装置はローラー帯電器(直流のみを印加)を用い像担持体を帯電する。帯電に次いで、レーザー光で画像部分を露光することにより静電潜像を形成し、トナーにより可視画像とした後に、電圧を+700V印加したローラーによりトナー像を転写材に転写するプロセスを持つ。
感光体帯電電位は、暗部電位を−600Vとし、明部電位を−150Vとした。さらに定着器は、図7で示した、フィルムを介してヒーターにより定着する装置を用い、加熱温度を170℃±20℃となるよう制御できるように改造した。
以上の条件で、高温高湿環境(30℃,80%RH)環境下にて2%の印字比率の画像を2枚間欠モード(すなわち、2枚プリントアウトする毎に10秒間現像器を休止させ、再起動時の予備動作でトナーの劣化を促進させるモード)で7000枚までプリントアウトし、初期と7000毎時に以下の項目に関して評価した。トナー物性を表1に、評価結果を表2に示す。
(1)画像濃度
通常の複写機用普通紙(75g/m2)の転写材を用いて、画出し試験において耐久評価終了時にベタ画像を出力し、その濃度を測定することにより評価した。尚、画像濃度は「マクベス反射濃度計 RD918」(マクベス社製)を用いて、原稿濃度が0.00の白地部分の画像に対する相対濃度を測定した。
A:非常に良好 1.40以上
B:良好 1.35以上、1.40未満
C:実用上問題なし 1.00以上、1.35未満
D:やや難あり 1.00未満
(2)画像カブリ
「REFLECTMETER MODEL TC−6DS」(東京電色社製)により測定したプリントアウト画像の白地部分の白色度と転写紙の白色度の差から、カブリ濃度(%)を算出し、耐久評価終了時の画像カブリを評価した。フィルターは、シアンの場合はアンバーライト、イエローの場合はブルー、マゼンタ及びブラックではグリーンフィルターを用いた。
A:非常に良好 0.5%未満
B:良好 0.5%以上1.0%未満
C:実用上問題なし 1.0%以上1.5%未満
D:やや難あり 1.5%以上
(3)ハーフトーン画像のガサツキ
トナーの流動性と帯電性のバランスを評価するために、ベタ画像を3枚印字した後に出力したハーフトーン画像の均一性で判断した。
A:非常に良好 画像の均一性が非常に優れ、極めて鮮明な画像
B:良好 画像の均一性に優れ、良好な画像
C:実用上問題なし 実用的には問題の無い画質
D:やや難あり 画像の均一性が悪く、実用上好ましくない画像
(4)トナー飛散による本体・カートリッジ内の汚染
トナーの帯電性・流動性のバランスを評価するために7000枚印字後のカートリッジ、本体内カートリッジ周辺のトナーによる汚れ具合を観察した。
A:非常に良好 カートリッジ、本体内カートリッジ周辺のトナーによる汚れが全く 観察されない
B:良好 カートリッジに微量のトナーによる汚れが観察される
C:実用上問題なし カートリッジ、本体内カートリッジ周辺のトナーによる汚れが観察 されるが、画像・カートリッジの着脱には影響しない
D:やや難あり カートリッジ、本体内カートリッジ周辺がトナーによって著しく汚 れ、画像・カートリッジの着脱にも悪影響が見られる
(5)帯電の立ち上がり評価
トナーの帯電立ち上がりは、CRGをセット後、(1)〜(3)の初期画像を出力する前に、プリントの1枚目から20枚目までのべたのパッチ画像の濃度変化(マクベス反射濃度計で測定)で下記の基準で判断した。
ランクA:非常に良好 濃度1.4に至るまでの枚数が5枚以下
ランクB:良好 濃度1.4に至るまでの枚数が6〜10枚
ランクC:実用上問題なし 濃度1.4に至るまでの枚数が11〜20枚
ランクD:やや難あり 濃度1.4に至るまでの枚数が21枚以上
(6)保存安定性試験
現像器から初期現像剤を10g抜き取り、トナーを100mlガラス瓶にいれ、50℃で10日間放置した後に目視で判定した。
ランクA:非常に良好 変化なし
ランクB:良好 凝集体があるが、すぐにほぐれる
ランクC:実用上問題なし ほぐれにくい
ランクD:やや難あり 流動性なし
ランクE:問題あり 明白なケーキング
<実施例2>
重合性単量体組成物に、
樹脂C(テレフタル酸−PO変性ビスフェノールA、Mw=9900) 6部
を添加することを除いては、実施例1と同様にして、重量平均粒径5.9μm、Mw=50000のシアントナーNo.2(非磁性一成分現像剤No.2)を得た。トナー物性を表1に、評価結果を表2に示す。
<実施例3>
重合性単量体組成物中の、スチレンモノマー 78部、n−ブチルアクリレート22部をスチレンモノマー100部のみに変更することを除いては、実施例1と同様にして、重量平均粒径6.0μm、Mw=47000のシアントナーNo.3(非磁性一成分現像剤No.3)を得た。トナー物性を表1に、評価結果を表2に示す。
<実施例4>
重合性単量体組成物中の、樹脂AをMw=16000、樹脂CをMw=20000に変更することを除いては、実施例2と同様にして、重量平均粒径5.9μm、Mw=46500のシアントナーNo.4(非磁性一成分現像剤No.4)を得た。トナー物性を表1に、評価結果を表2に示す。
<実施例5>
重合性単量体組成物中の、樹脂CをMw=28000に変更し、重合開始剤を15部添加に変更することを除いては、実施例4と同様にして、重量平均粒径5.7μm、Mw=27000のシアントナーNo.5(非磁性一成分現像剤No.5)を得た。トナー物性を表1に、評価結果を表2に示す。
<実施例6>
重合性単量体組成物中の、樹脂CをMw=4800に変更することを除いては、実施例2と同様にして、重量平均粒径5.8μm、Mw=49000のシアントナーNo.6(非磁性一成分現像剤No.6)を得た。トナー物性を表1に、評価結果を表2に示す。
<実施例7>
重合性単量体組成物中の、樹脂CをMw=28000に変更することを除いては、実施例2と同様にして、重量平均粒径5.9μm、Mw=53000のシアントナーNo.7(非磁性一成分現像剤No.7)を得た。トナー物性を表1に、評価結果を表2に示す。
<実施例8>
重合性単量体組成物中の、樹脂AをMw=25000に変更することを除いては、実施例2と同様にして、重量平均粒径5.7μm、Mw=47500のシアントナーNo.8(非磁性一成分現像剤No.8)を得た。トナー物性を表1に、評価結果を表2に示す。
<実施例9>
重合性単量体組成物中の、樹脂AをMw=42000に変更することを除いては、実施例2と同様にして、重量平均粒径5.9μm、Mw=52000のシアントナーNo.9(非磁性一成分現像剤No.9)を得た。トナー物性を表1に、評価結果を表2に示す。
<実施例10>
重合性単量体組成物中の、樹脂BをMw=4400に変更することを除いては、実施例2と同様にして、重量平均粒径5.9μm、Mw=51000のシアントナーNo.10(非磁性一成分現像剤No.10)を得た。トナー物性を表1に、評価結果を表2に示す。
<実施例11>
反応温度を70℃から65℃に変更することを除いては、実施例1と同様にして、重量平均粒径6.0μm、Mw=103000のシアントナーNo.11(非磁性一成分現像剤No.11)を得た。トナー物性を表1に、評価結果を表2に示す。
<実施例12>
(離型剤微粒子分散液1の調製)
脱塩水78.33部、ベヘン酸ベヘニルを主体とするエステル化合物(ユニスターM−2222SL、日本油脂製)20部、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム1.7部を混合し、90℃にて高圧剪断をかけ乳化し、離型剤微粒子分散液1を得た。平均粒径は340nmであった。
(樹脂微粒子分散液1の調製)
反応器(高剪断攪拌装置付き、容積1リットルフラスコ)に、イオン交換水150部、非イオン性界面活性剤(三洋化成(株)製:ノニポール400)1.5部及びアニオン性界面活性剤(第一工業製薬(株)製:ネオゲンSC)3.5部を添加した。
次いで
・スチレン 71部
・nブチルアクリレート 29部
・アクリル酸 3部
・樹脂B(ポリスチレン、Mw=3100) 25部
・オクタンチオール 0.35部
・四臭化炭素 0.7部
以上を混合し、溶解したものを、反応器に添加し、ゆっくりと混合しながら、これに過硫酸アンモニウム3.2部を溶解したイオン交換水10部を10分間かけて滴下した。10分後、内容物を撹拌しながら内容物が65℃になるまでオイルバスで加熱し、1時間後さらに70℃に昇温して4時間窒素雰囲気下にて乳化重合を継続した。所定時間後、毎分2℃の降温速度にて室温になるまで冷却を行った。こうして、平均粒径が0.07μmである樹脂粒子を分散させてなる樹脂粒子分散液1を調製した。
(着色剤微粒子分散液1の調製)
・C.I.ピグメントブルー15:3 25部
・アニオン性界面活性剤 2部
(第一工業製薬(株)製:ネオゲンSC)
・イオン交換水 78部
以上を混合し、サンドグラインダーミルを用いて分散した。この着色剤粒子分散液1における粒度分布を、粒度測定装置(堀場製作所製、LA−920)を用いて測定したところ、含まれる着色剤粒子の平均粒径は、0.2μmであり、また1μmを超える粗大粒子は観察されなかった。
(帯電制御微粒子分散液1の調製)
・ジ−アルキル−サリチル酸の金属化合物 15部
(帯電制御剤、ボントロンE−84、オリエント化学工業社製)
樹脂A(スチレン−アクリル酸2−エチルヘキシル2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸共重合体、Mw=30000) 5部
・アニオン性界面活性剤 2部
(第一工業製薬(株)製:ネオゲンSC)
・イオン交換水 78部
以上を混合し、サンドグラインダーミルを用いて分散した。この帯電制御微粒子分散液1における粒度分布を、粒度測定装置(堀場製作所製、LA−920)を用いて測定したところ、含まれる帯電制御粒子の平均粒径は0.2μmであり、また1μmを超える粗大粒子は観察されなかった。
(トナー製造例)
・樹脂微粒子分散液1 360部
・着色剤微粒子分散液1 40部
・離型剤微粒子分散液1 70部
・帯電制御粒子分散液1 7部
・アニオン性界面活性剤 2部
(第一工業製薬(株)製:ネオゲンSC)
上記の各成分を用いて、以下の手順によりトナーを製造した。反応器(容積1リットルフラスコ、バッフル付きアンカー翼)に樹脂微粒子分散液1とアニオン性界面活性剤を仕込み、均一に混合してから着色剤微粒子分散液1を添加し、均一に混合した。得られた混合分散液を攪拌しながら硫酸アルミニウム水溶液を固形分として0.6部、滴下した(凝集工程)。
滴下終了後、窒素を用いて系内を置換し、50℃にて1時間、さらに55℃にて1時間保持した。
所定時間終了後、帯電制御微粒子分散液1、離型剤微粒子分散液1、硫酸アルミニウム水溶液(固形分として0.6部)を添加してから60℃にて1時間、90℃にて30分保持した(熱融着工程)。このときの反応は窒素雰囲気下で行った。
所定時間終了後、更に、ろ別、洗浄、乾燥の後、分級によって粒子径を調整して重量平均径が5.8μm、Mw=110000のシアントナー粒子を得た。得られたトナ−粒子100部に対して、シリコーンオイルで処理され、BET法による比表面積が180m2/gである疎水性シリカ1.2部を外添し、シアントナーNo.12(非磁性一成分現像剤No.12)を得た。トナー物性を表1に、評価結果を表2に示す。
<比較例1>
重合性単量体組成物の、樹脂AをMw=8500に変更することを除いては、実施例1と同様にして、重量平均粒径5.6μm、Mw=45000のシアントナーNo.13(非磁性一成分現像剤No.13)を得た。トナー物性を表1に、評価結果を表2に示す。
<比較例2>
重合性単量体組成物の、樹脂AをMw=50500に変更することを除いては、実施例1と同様にして、重量平均粒径6.3μm、Mw=61000のシアントナーNo.14(非磁性一成分現像剤No.14)を得た。トナー物性を表1に、評価結果を表2に示す。
<比較例3>
重合性単量体組成物の、樹脂BをMw=1800に変更することを除いては、実施例1と同様にして、重量平均粒径5.5μm、Mw=47500のシアントナーNo.15(非磁性一成分現像剤No.15)を得た。トナー物性を表1に、評価結果を表2に示す。
<比較例4>
重合性単量体組成物の、樹脂BをMw=5100に変更することを除いては、実施例1と同様にして、重量平均粒径5.4μm、Mw=50000のシアントナーNo.16(非磁性一成分現像剤No.16)を得た。トナー物性を表1に、評価結果を表2に示す。
<比較例5>
重合開始剤の添加量を17部に変更することを除いては、実施例1と同様にして、重量平均粒径6.3μm、Mw=23000のシアントナーNo.17(非磁性一成分現像剤No.17)を得た。トナー物性を表1に、評価結果を表2に示す。
<比較例6>
重合開始剤の添加量を3部に変更することを除いては、実施例1と同様にして、重量平均粒径6.4μm、Mw=122000のシアントナーNo.18(非磁性一成分現像剤No.18)を得た。トナー物性を表1に、評価結果を表2に示す。
<比較例7>
重合性単量体組成物の、樹脂AをMw=50500に、重合開始剤を9部添加に変更することを除いては、実施例1と同様にして、重量平均粒径6.2μm、Mw=50000のシアントナーNo.19(非磁性一成分現像剤No.19)を得た。トナー物性を表1に、評価結果を表2に示す。