JP2007248867A - 電子写真用トナー - Google Patents
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Abstract
【課題】外添剤の凝集による生ずるかぶり、白スジ、感光体の劣化、帯電ロール汚染を防止した電子写真用トナーを提供すること。
【解決手段】粒径の異なる3種類の無機物質粒子を外添したトナーであって、前記3種類の無機物質粒子は、平均粒径1〜20nmの第1の無機物質粒子、平均粒径20〜50nmであってかつ第1の無機物質粒子より大きい平均粒径の第2の無機物質粒子、及び平均粒径が50nm以上であってかつ第2の無機物質粒子より大きい平均粒径の第3の無機物質粒子であり、これら無機物質粒子は、いずれもシリコーンオイルで表面処理されていることを特徴とする。
【選択図】なし
【解決手段】粒径の異なる3種類の無機物質粒子を外添したトナーであって、前記3種類の無機物質粒子は、平均粒径1〜20nmの第1の無機物質粒子、平均粒径20〜50nmであってかつ第1の無機物質粒子より大きい平均粒径の第2の無機物質粒子、及び平均粒径が50nm以上であってかつ第2の無機物質粒子より大きい平均粒径の第3の無機物質粒子であり、これら無機物質粒子は、いずれもシリコーンオイルで表面処理されていることを特徴とする。
【選択図】なし
Description
本発明は、電子写真用トナーに係り、特に、複数種の無機物質粒子を外添した電子写真用トナーに関する。
電子写真方式による画像形成は、一般に光導電性材料よりなる感光層を有するドラムに均一な静電荷を与えた後、画像露光を行うことにより、静電潜像を形成し、これを帯電したトナーで現像して可視化し、得られたトナー像を用紙に転写することにより行われる。
現像剤としては、主にキャリアとトナーで構成される二成分現像剤と、キャリアを必要としない一成分現像剤がある。トナーの帯電は、二成分現像剤では、キャリアとトナーとの混合による摩擦で行い、一成分現像剤では、トナー同士の摩擦もしくは、現像ロールに圧接されているドクターブレードとの摩擦により行われる。
現像剤の種類によらず、主にトナーの流動性、帯電性を調整する目的で、トナー粒子の表面に外添剤として、金属酸化物等の無機微粒子や有機樹脂微粒子を添加する方法が広く知られている。
外添剤に関しては、これまで多くの提案がなされている。外添剤の粒径に関しては、流動性を付与するには平均粒径が20nm以下の比較的小粒径のシリカが広く使われているが、トナーが現像器内で撹拌されることでシリカがトナー粒子内に埋没し、流動性、帯電性が安定しないなどの問題があった。
これに対し、上記小粒径シリカより大きい粒径の無機微粒子を添加することにより、小粒径シリカのトナー粒子内への埋没を防ぎ、流動性を安定させる方法が提案されており、また、粒径の異なる2種類の外添剤を添加する方法も知られている(例えば特許文献1参照)。
また、高温高湿や低温低湿での極端な環境下でも、安定した画像を得るため、外添剤の表面処理に関しても、いくつかの提案がなされている。
具体的な処理剤としては、ジメチルシロキサン、ヘキサメチルジシラザン、アミノシラン、アルキルシランなどが一般的であり、外添剤に疎水性を付与することで、環境安定性を向上させると共に、帯電量の調整を行うことができる(例えば、特許文献2参照)。
外添剤としては、シリカの他、アルミナ、チタニア、ジルコニア、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム等が挙げられ、帯電量、帯電の立ち上りの調整、ドラムの研磨などの目的で、適宜選択されている(例えば、特許文献3参照)。なお、特許文献3では、特定のチタン酸ストロンチウム及びチタニア、シリカ等を外添している。
一方、近年、画像形成の高速化、高画質化が求められているが、高速化のためには、トナーに対し、従来よりも帯電の立ち上りと安定性が要求されている。また、高画質化では、トナーの小粒径化が求められているが、トナーの粒径が小さくなると、比表面積の増加、流動性の悪化により、従来よりも外添剤の添加量が増えてしまう。
外添剤が添加量が増えることにより発生する顕著な問題として、外添剤が凝集する問題が挙げられる。外添剤の凝集とは、外添工程でのトナーへの均一な付着及び外添剤の分散が悪化し、外添剤が凝集し、トナー中に混在してしまうことであり、多くの不具合を発生させる。例えば、トナーの帯電量にばらつきを生じさせたり、感光体を傷つけたり、フィルミングを発生させてしまう。転写後の感光体にクリーニングブレードを接触させ、転写残トナーをクリーニングする場合、外添剤の凝集物はトナー粒子に比べ小さいために、クリーニングされずにブレードを通過してしまい、帯電ロールを汚染し、感光体への均一な帯電を阻害し、画像欠陥を招いてしまう。
更に、一成分現像剤の場合、現像ロールとドクターブレードの間に詰まりを生じさせ、画像欠陥が発生したり、二成分現像剤の場合、キャリアに外添剤凝集物が付着し、トナーに最適な帯電を付与することができなくなるという問題もある。
外添剤の凝集物により生ずる問題は、従来からあったが、外添剤の添加量が増えることでより顕著に現れている。特に、複数の異なる外添剤を同時に添加する場合に顕著である。
特開平06−167827
特開2001−356521
特開平10−10770
本発明は、このような事情の下になされ、外添剤の凝集による生ずるかぶり、白スジ、感光体の劣化、帯電ロール汚染を防止した電子写真用トナーを提供することを目的とする。
本発明者らは、上記問題を改善するため、検討を行った結果、粒径の異なる複数種類の外添剤を同時に添加する場合、これら複数種類の外添剤にシリコーンオイルによる同一の表面処理を行うことにより、上記問題を解決し得ることを見出した。
即ち、本発明は、粒径の異なる3種類の無機物質粒子を外添したトナーであって、前記3種類の無機物質粒子は、平均粒径1〜20nmの第1の無機物質粒子、平均粒径20〜50nmであってかつ第1の無機物質粒子より大きい平均粒径の第2の無機物質粒子、及び平均粒径が50nm以上であってかつ第2の無機物質粒子より大きい平均粒径の第3の無機物質粒子であり、これら無機物質粒子は、いずれもシリコーンオイルで表面処理されていることを特徴とする電子写真用トナーを提供する。
かかる本発明の電子写真用トナーにおいて、シリコーンオイルとして、ポリジメチルシロキサンを用いることができる。
また、第1の無機物質粒子と第2の無機物質粒子をシリカとし、第3の無機物質粒子をチタニアとすることができる。
本発明の電子写真用トナーは、5〜7μmの平均粒径を有することが好ましい。
また、第1の無機物質粒子と第2の無機物質粒子をシリカとし、第3の無機物質粒子をチタニアとすることができる。
本発明の電子写真用トナーは、5〜7μmの平均粒径を有することが好ましい。
本発明はまた、上述したトナーであって、トナーを担持搬送するための弾性現像ローラと、この弾性現像ローラ上に前記トナーを薄層状に形成するように前記トナーの厚さを規制するためのトナー層規制部材とを備え、前記弾性現像ローラの搬送速度が100mm/秒以上である現像装置に用いられる電子写真用トナーを提供する。
本発明によると、いずれもシリコーンオイルで表面処理された、小粒径外添剤、中粒径外添剤、及び大粒径外添剤の3種の外添剤を外添することにより、外添剤の凝集が防止され、外添剤の凝集により生ずるかぶり、白スジ、感光体の劣化、帯電ロール汚染を防止することが可能な電子写真用トナーが提供される。
以下、発明を実施するための最良の形態について説明する。
本発明の一実施形態に係る電子写真用トナーは、粒径の異なる3種類の無機物質粒子を外添したトナーであって、これら無機物質粒子が、いずれもシリコーンオイルで表面処理されていることを特徴とする。シリコーンオイルとしては、ポリジメチルシロキサンを好ましく用いることができる。シリコーンオイルではないヘキサメチルジシラザンやアルキルシランでは、本発明の効果を得ることができない。
前記3種類の無機物質粒子は、平均粒径1〜20nmの第1の無機物質粒子、平均粒径20〜50nmであってかつ第1の無機物質粒子より大きい平均粒径の第2の無機物質粒子、及び平均粒径が50nm以上であってかつ第2の無機物質粒子より大きい平均粒径の第3の無機物質粒子である。
これらの無機物質粒子のうち、第1の無機物質粒子はトナーに流動性を付与して、トナー補給性を改善し、第2の無機物質粒子はトナーのベタ追従性を改善し、第3の無機物質粒子は転写性を向上させる機能を有する。
第1〜第3の無機物質粒子の材質としては、シリカ、チタニア、アルミナ、ジルコニア等を挙げることができるが、シリカ、チタニアが好ましい。
第1〜第3の無機物質粒子は、すべて同一の材質でも、異なる材質であってもよい。しかし、シリカは、大粒径のものが得にくいため、第1の無機物質粒子と第2の無機物質粒子がシリカであり、第3の無機物質粒子がチタニアであることが望ましい。
第1〜第3の無機物質粒子は、すべて表面処理されている。本発明者らは、外添剤の凝集について、検討を重ねた結果、3種の外添剤粒子にすべて同一の表面処理、即ち疎水性処理を行うことにより、外添剤の凝集を防止し得ることを見出した。そして、ポリジメチルシロキサンのようなシリコーンオイルにより表面処理した場合に、外添剤の凝集により生ずるすべての不具合を解消し得ることを見出した。
図1は、以上説明した本発明の電子写真用トナーを用いて画像形成をするための画像形成装置を示す。
図1に示す画像形成装置は、現像装置1と感光体ドラム2とを備えている。現像装置1は、内部にトナーを収容するトナーホッパー3、トナーを供給する供給ロール4、供給ロール4から供給されたトナーを感光体ドラム2に付与し、感光体ドラム2の表面の静電潜像を現像する弾性体からなる現像ローラ5、この現像ローラ5に摺接して、現像ローラ5表面のトナー層の厚さを規制するドクターブレード6を具備している。感光体ドラム2の周囲には、感光体ドラム2の表面を一様に帯電する帯電ロール7、帯電した感光体ドラム2の表面に原稿像を露光して、静電潜像を形成するLED8が配置されている。
感光体ドラム2の下部には、転写ベルト9が感光体ドラム2の回転とともに走行しており、転写シート10により感光体ドラム2と接触して、現像されたトナー像は、用紙11に転写される。なお、転写後も感光体ドラム2の表面に残留する、転写されなかったトナーは、クリーニングブレード12により除去される。
以上のように構成される画像形成装置に上述した本実施形態に係るトナーを実装し、弾性現像ローラの搬送速度を100mm/秒以上の高速で動作させても、外添剤の凝集による生ずる白スジ、感光体の劣化、及び帯電ロール汚染が発生することはない。
実施例
ポリエステル樹脂とマゼンタ顔料(C.I.ピグメントレッド57:1)を樹脂:顔料が7:3の重量比になるように加圧ニーダーに仕込み混練し、得られた混練物をフェザーミル(2mmパス)で粉砕し、顔料マスターバッチを得た。次いで、結着樹脂としてポリエステル樹脂(軟化点147℃、ガラス転移点75℃)83重量部、着色剤として、マゼンタ顔料マスターバッチ10重量部、離型剤として、「カルナバワックス1号粉末」(加藤洋行輸入品)6重量部、帯電制御剤として、「LR−147」(日本カーリット社製:有機ホウ素化合物)1重量部を、合計で50kgになるよう計量し、150Lのヘンシェルミキサーに投入し、1000rpmで3分間混合した。混合物をテーブルフィーダーで連続式2本ロール型混練機へ供給し、混練物を得た。原料供給量は25kg/hで行った。
ポリエステル樹脂とマゼンタ顔料(C.I.ピグメントレッド57:1)を樹脂:顔料が7:3の重量比になるように加圧ニーダーに仕込み混練し、得られた混練物をフェザーミル(2mmパス)で粉砕し、顔料マスターバッチを得た。次いで、結着樹脂としてポリエステル樹脂(軟化点147℃、ガラス転移点75℃)83重量部、着色剤として、マゼンタ顔料マスターバッチ10重量部、離型剤として、「カルナバワックス1号粉末」(加藤洋行輸入品)6重量部、帯電制御剤として、「LR−147」(日本カーリット社製:有機ホウ素化合物)1重量部を、合計で50kgになるよう計量し、150Lのヘンシェルミキサーに投入し、1000rpmで3分間混合した。混合物をテーブルフィーダーで連続式2本ロール型混練機へ供給し、混練物を得た。原料供給量は25kg/hで行った。
得られた混練物を冷却ベルトにて冷却した後、ロートプレックス(ホソカワミクロン社製、2mm径スクリーン)で粗粉砕し、粗粉砕物を衝突式粉砕機・風力分級機にて、トナー平均粒径が6.0μmになるように粉砕分級を行い、着色微粒子を得た。
以上のようにして得た着色微粒子に、下記表1に示す種類・割合で外添剤を添加混合し、12種のトナー試料を得た。
顔料マスターバッチ及び、結着樹脂として使用したポリエステル樹脂は、アルコール単量体として、ポリオキシエチレン化ビスフェノールAとポリオキシプロピレン化ビスフェノールAを用い、カルボン酸単量体としてテレフタル酸、ドデセニルコハク酸を主成分として用いたものを使用した。
以上のトナーの製造における混練機の条件、各特性値の測定方法、混合条件を以下に示す。
1.混練機の条件
連続式2本ロール型混練機は、ロール径0.16m、有効ロール長さ0.7mのものを使用した。フロントロールの設定温度は供給側120℃、排出側70℃、バックロールの設定温度は供給・排出側ともに30℃、フロントロールの回転数は75rpm、バックロールの回転数は50rpmに設定した。
連続式2本ロール型混練機は、ロール径0.16m、有効ロール長さ0.7mのものを使用した。フロントロールの設定温度は供給側120℃、排出側70℃、バックロールの設定温度は供給・排出側ともに30℃、フロントロールの回転数は75rpm、バックロールの回転数は50rpmに設定した。
2.軟化点の測定
試料1gについて、装置としてフローテスター(島津製作所製、CFT−500D)を用いて、1/2法により試料の半分が流出した温度を軟化点とした。測定条件は、下記の通りである。
試料1gについて、装置としてフローテスター(島津製作所製、CFT−500D)を用いて、1/2法により試料の半分が流出した温度を軟化点とした。測定条件は、下記の通りである。
昇温速度:6℃/分
荷重:20kg
ノズル:直径1mm、長さ1mm
3.ガラス転移点(Tg)の測定
装置として示差走査熱量計(島津製作所社製:DSC−60)を用い、試料8mgを10℃/分で160℃まで昇温し、降温速度10℃/分で35℃まで冷却した後、再度10℃/分で160℃まで昇温し、2回目の昇温時において、転移により得られる曲線部分の2つの接線の交点をガラス転移点とした。
荷重:20kg
ノズル:直径1mm、長さ1mm
3.ガラス転移点(Tg)の測定
装置として示差走査熱量計(島津製作所社製:DSC−60)を用い、試料8mgを10℃/分で160℃まで昇温し、降温速度10℃/分で35℃まで冷却した後、再度10℃/分で160℃まで昇温し、2回目の昇温時において、転移により得られる曲線部分の2つの接線の交点をガラス転移点とした。
4.トナー粒径の測定
ビーカーにトナー少量と精製水、界面活性剤を入れ、超音波洗浄器にて分散したものを試料として用い、マルチサイザーII(コールター社製)により測定した。アパーチャーは100μmで行い、カウントは50,000個で行い、体積平均粒径を得た。
ビーカーにトナー少量と精製水、界面活性剤を入れ、超音波洗浄器にて分散したものを試料として用い、マルチサイザーII(コールター社製)により測定した。アパーチャーは100μmで行い、カウントは50,000個で行い、体積平均粒径を得た。
5.無機微粒子の粒径の測定
50nm未満の場合は、透過型電子顕微鏡(TEM)にて、複数サンプルを取り、1次粒子径を測定し、その平均値を粒径とした。50nm以上の場合は、試料をエタノールに入れ、超音波分散機で分散させた後、動的光散乱式粒径分布測定装置「LB−500」(商品名:堀場製作所製)を用い、粒径の測定を行った。
50nm未満の場合は、透過型電子顕微鏡(TEM)にて、複数サンプルを取り、1次粒子径を測定し、その平均値を粒径とした。50nm以上の場合は、試料をエタノールに入れ、超音波分散機で分散させた後、動的光散乱式粒径分布測定装置「LB−500」(商品名:堀場製作所製)を用い、粒径の測定を行った。
6.外添剤混合条件
容積20Lのヘンシェルミキサーに着色微粒子を3.0kg投入した。着色剤微粒子100重量部に対し、下記表に示す条件で外添剤を添加し、混合した。撹拌羽としては強撹拌羽を装着し、風速40m/secで回転させた。
容積20Lのヘンシェルミキサーに着色微粒子を3.0kg投入した。着色剤微粒子100重量部に対し、下記表に示す条件で外添剤を添加し、混合した。撹拌羽としては強撹拌羽を装着し、風速40m/secで回転させた。
以下に、以上のようにして製造したトナーについての画像形成試験の方法と評価基準について説明する。
試験1−かぶり
非磁性一成分現像装置「カシオページプレストN−5」(カシオ計算機社製:カラープリンタ毎分29枚(A4横)機、プロセススピード129mm/sec)にトナーを実装し、通常環境(25℃、50%RH)において、普通紙(XEROX−P紙A4サイズ)を用いて5%印字画像を10,000枚連続印字した後、白紙印字を行い、印字している途中でフロント扉を開けることにより、印字を強制終了させ、その時のOPCドラム上のカブリトナーをメンディングテープに写しとり、白紙に貼り付けて、カブリトナーを採取していないテープと比較した。
非磁性一成分現像装置「カシオページプレストN−5」(カシオ計算機社製:カラープリンタ毎分29枚(A4横)機、プロセススピード129mm/sec)にトナーを実装し、通常環境(25℃、50%RH)において、普通紙(XEROX−P紙A4サイズ)を用いて5%印字画像を10,000枚連続印字した後、白紙印字を行い、印字している途中でフロント扉を開けることにより、印字を強制終了させ、その時のOPCドラム上のカブリトナーをメンディングテープに写しとり、白紙に貼り付けて、カブリトナーを採取していないテープと比較した。
測定は分光式色差計「SE−2000」(商品名:日本電色社製)を用いて得られるXYZ値より、かぶり前後の差の最大値をカブリ値として求め、下記の基準で評価した。
◎:カブリ値が2未満で非常に良好
○:カブリ値が2以上5未満で良好
△:カブリ値が5を超え、10未満で実用上問題ないレベル
×:カブリ値が10以上で不良
試験2−外添剤凝集による白スジ
試験1と同様の装置を用い、通常環境(25℃、50%RH)において、5%印字画像を16,000枚連続印字した。途中、2,000枚おきにベタ画像、ハーフトーン画像を印字し、ブレード融着による白スジの発生枚数により下記の基準で評価した。
○:カブリ値が2以上5未満で良好
△:カブリ値が5を超え、10未満で実用上問題ないレベル
×:カブリ値が10以上で不良
試験2−外添剤凝集による白スジ
試験1と同様の装置を用い、通常環境(25℃、50%RH)において、5%印字画像を16,000枚連続印字した。途中、2,000枚おきにベタ画像、ハーフトーン画像を印字し、ブレード融着による白スジの発生枚数により下記の基準で評価した。
◎:16,000枚まで発生しない
○:14,000枚以降に発生(実用上問題ないレベル)
×:14,000枚未満で発生
試験3−感光体劣化
試験1で使用した装置を用い、通常環境(25℃、50%RH)において、普通紙(XEROX−P紙A4サイズ)を用いて5%印字画像を30,000枚連続印字した後、ハーフトーン画像、ベタ画像を印字し、感光体フィルミング、及び感光体キズが原因となって画像劣化がないかどうか確認すると共に、目視にて感光体表面を観察し、下記の基準で評価した。
○:14,000枚以降に発生(実用上問題ないレベル)
×:14,000枚未満で発生
試験3−感光体劣化
試験1で使用した装置を用い、通常環境(25℃、50%RH)において、普通紙(XEROX−P紙A4サイズ)を用いて5%印字画像を30,000枚連続印字した後、ハーフトーン画像、ベタ画像を印字し、感光体フィルミング、及び感光体キズが原因となって画像劣化がないかどうか確認すると共に、目視にて感光体表面を観察し、下記の基準で評価した。
◎:感光体の劣化はみられない
○:画像には出ないが感光体の劣化がある
×:画像に出るほどの感光体の劣化がある
試験4−帯電ロール汚染
試験3の評価の際に、帯電ロール汚れによる画像劣化を確認するとともに、帯電ロール上の汚れを確認した。下記の基準で評価した。
○:画像には出ないが感光体の劣化がある
×:画像に出るほどの感光体の劣化がある
試験4−帯電ロール汚染
試験3の評価の際に、帯電ロール汚れによる画像劣化を確認するとともに、帯電ロール上の汚れを確認した。下記の基準で評価した。
表面処理の略語は以下の通りである。
PDMS:ポリジメチルシロキサン
HMDS:ヘキサメチルジシラザン
RS:アルキルシラン
なお、第1の外添剤及び第2の外添剤として用いた、種々の粒径の、種々の表面処理がされた無機物質は、日本アエロジル社より入手した。
HMDS:ヘキサメチルジシラザン
RS:アルキルシラン
なお、第1の外添剤及び第2の外添剤として用いた、種々の粒径の、種々の表面処理がされた無機物質は、日本アエロジル社より入手した。
第3の外添剤に使用したチタニアは、アナターゼ型の酸化チタン(富士チタン工業社製)に各表面処理を行ったものである。
実施例4で使用した粒径510nmのアルミナは、住友金属工業社製「AKP−20」に表面処理を行ったものである。
上記表から、次のことがわかる。即ち、いずれもシリコーンオイルであるポリジメチルシロキサンで表面処理された粒径の異なる3種類の無機物質粒子を外添した実施例1〜5に係るトナーは、かぶり、外添剤凝集による白スジ、感光体劣化、帯電ロール汚染について、いずれも良好な結果が得られている。
これに対し、比較例1〜3に係るトナーは、粒径の異なる3種類の無機物質粒子が外添されているが、無機物質粒子により表面処理の種類が異なっているとともに、シリコーンオイル以外の物質による処理を含むため、外添剤の凝集による白スジ及び帯電ロール汚染において、劣った試験結果となっている。また、同一の表面処理ではあるが、シリコーンオイルではないヘキサメチルジシラザンにより表面処理されている比較例4では、凝集スジに関しては良好であったが、かぶり、感光体劣化が悪化した。第3の外添剤を用いていない比較例5では、感光体劣化が発生し、第2の外添剤を用いていない比較例6では、かぶり、感光体劣化、帯電ロール汚染が発生した。
なお、第1の外添剤を用いていない比較例7では、トナーの流動性が悪く、現像ロール上の薄層形成が不均一となったため、評価を中止した。
1…現像装置、2…感光体ドラム、3…トナーホッパー、4…供給ロール、5…現像ロール、6…ドクターブレード、7…帯電ロール、8…LED、9…転写ベルト、10…転写シート、11…用紙、12…クリーニングブレード。
Claims (5)
- 粒径の異なる3種類の無機物質粒子を外添したトナーであって、前記3種類の無機物質粒子は、平均粒径1〜20nmの第1の無機物質粒子、平均粒径20〜50nmであってかつ第1の無機物質粒子より大きい平均粒径の第2の無機物質粒子、及び平均粒径が50nm以上であってかつ第2の無機物質粒子より大きい平均粒径の第3の無機物質粒子であり、これら無機物質粒子は、いずれもシリコーンオイルで表面処理されていることを特徴とする電子写真用トナー。
- 前記シリコーンオイルは、ポリジメチルシロキサンであることを特徴とする請求項1に記載の電子写真用トナー。
- 前記第1の無機物質粒子と第2の無機物質粒子がシリカであり、前記第3の無機物質粒子がチタニアであることを特徴とする請求項1又は2に記載の電子写真用トナー。
- 5〜7μmの平均粒径を有することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の電子写真用トナー。
- トナーを担持搬送するための弾性現像ローラと、この弾性現像ローラ上に前記トナーを薄層状に形成するように前記トナーの厚さを規制するためのトナー層規制部材とを備え、前記弾性現像ローラの搬送速度が100mm/秒以上である現像装置に用いられる前記請求項1〜4のいずれかに記載の電子写真用トナー。
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