JP2007298993A

JP2007298993A - トナー調製プロセスとトナー

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Publication number: JP2007298993A
Application number: JP2007118915A
Authority: JP
Inventors: Juan A Morales-Tirado; エイモラレス−チラドジュアン; Daniel A Harrington; エイハーリントンダニエル; William H Hollenbaugh Jr; エイチフォレンボージュニアウィリアム; Vladislav Skorokhod; スコロークハッドウラディスラフ; Wafa F Bashir; エフバシールワァファ; Jackie B Parker; ビーパーカージャッキー; Robert E Grace; イーグレイスロバート; James M Chappell; エムチャッペルジェイムス; A Mofuatsuto Karen; エイモファットカレン; Richard P N Veregin; ピイエヌベレジンリチャード
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 2006-04-28
Filing date: 2007-04-27
Publication date: 2007-11-15
Also published as: MX2007004860A; EP1850188A1; CA2585598A1; BRPI0702527A2; US20070254230A1

Abstract

【課題】磁気ブラシ現像システムに有利に用いられ、多岐にわたる温度・湿度環境の下で長時間優れた印刷品質のトナー及びトナー調整プロセスを提供する。
【解決手段】本発明のトナー調整プロセスは、トナー調製を行うプロセスであって、少なくとも結着剤樹脂と着色剤とから構成される乳化物を混合してトナー粒子を形成するステップと、トナー粒子を凝集するステップと、混練機で前記トナー粒子と外部添加剤とを混練してトナーを形成するステップとを含み、前記混練機が、約９０．５〜約１００．５Ｗ／ｌｂの混練強度と約２０．３〜約３５．３Ｗｈ／ｌｂの比混練エネルギーと約０．２５〜約０．５５ｌｂ／Ｌの混練機装入密度とを有する。
【選択図】なし

Description

本開示は、一般に、トナーと含トナー現像剤とに関する。特に、本開示は、表面添加剤混練プロセスで得られる外部添加剤セットを有するトナーと現像剤とに関する。本発明で得られるトナーと現像剤を用いると、優れた画質が得られ、トナーの現像剤への混練が改良され、印刷および／または画像形成に当たって汚染レベルが減少する。

導電性磁気ブラシシステムでは、トナーは、記録媒体、例えば、紙に供給され、記録媒体に画像を永久的に形成すると、システムから除去される。その結果として、画像をさらに形成するためには、追加的トナーを、導電性磁気ブラシシステムに導入しなければならない。

しかし、システムに追加される前の新しいトナーは、電荷を有していないと考えられる。従って、トナーは、二成分式現像剤ではキャリアの反対の極性に帯電される必要が生ずる。例えば、キャリアが正に帯電している場合は、記録媒体上にトナーを適切に転写するには、トナーを負に帯電する必要がある。トナーが、老化したトナーより低い電荷しか有しなかったり、不正の極性のトナー（符号の違ったトナー）であったりした場合は、トナーは望ましくない形で背景にプリントされ、結果として画像の品質は劣ったものとなる。

米国特許第５，９２２，５０１号明細書米国特許第６，３１９，６４７号明細書米国特許第６，８７８，４９９号明細書

所望されるのは、磁気ブラシ現像システムに有利に用い得るトナーと含トナー現像剤であり、多岐にわたる温度・湿度環境の下で長時間優れた印刷品質が提供されるトナーと含トナー現像剤である。さらに、また、符号の異なった極性を有するトナーを実質的に生成せずに、新しいトナーを老化した現像剤に混練添加物として添加することが望ましい。

また、本明細書には、電導性磁気ブラッシュ現像環境中で作動し、既知のトナーと現像剤より優秀な印刷品質を達成するトナーと現像剤との態様が記載される。加えて、改良されたトナー機能性、例えば、優れたトナー電荷安定性や単峰型の電荷分布や最小限の相対湿度感度などが得られる混練条件下にトナーを外部添加剤と混練する混練プロセスが記載される。さらに、複写機などの印刷装置の中で生じるトナー汚染は、前記混練プロセス条件によって製造されるトナーを使用することにより、最小限に抑え得る。

実施の形態では、少なくとも結着樹脂と着色剤とから構成される乳化物を混練してトナー粒子を形成するステップと、トナー粒子を凝集するステップと、混練機で外部添加剤をトナー粒子と混練してトナーを形成するステップとを含むトナー調製プロセスが記載され、前記混練機は、具体的には約９０．５〜約１００．５Ｗ／ｌｂの混練強度値、約２０．３〜約３５．３Ｗ／ｌｂの比混練エネルギー値、および約０．２５〜約０．５５ｌｂ／Ｌの混練機装入密度を有する。

実施の形態では、少なくとも一種の結着剤と少なくとも一種の着色剤と外部添加剤とで製造されたトナー粒子から構成されるトナーが記載される。前記外部添加剤は、具体的にはトナー粒子の重量基準で約１．５４％〜約１．８８％から成る第一シリカと、第一シリカと任意選択の第三シリカとは少なくとも平均直径が相異なり、トナー粒子の重量基準で約０．６７％〜約０．８２％から成る第二シリカと、を含むとき、トナー粒子の重量基準で約０．２３％〜約０．５５％から成る任意選択の第三シリカと、トナー粒子の重量基準で約０．９９％〜約１．２２％から成るチタニアとを含む。

さらなる実施の形態では、キャリアとトナーとから構成される現像剤が記載される。前記トナーは、少なくとも一種の結着剤と少なくとも一種の着色剤と外部添加剤で製造されるトナー粒子から構成されたものであり、前記外部添加剤は、具体的にはトナー粒子の重量基準で約１．５４％〜約１．８８％から成る第一シリカと、第一シリカと任意選択の第三シリカとは少なくとも平均直径が相異なり、トナー粒子の重量基準で約０．６７％〜約０．８２％から成る第二シリカと、を含むとき、トナー粒子の重量基準で約０．２３％〜約０．５５％から成る任意選択の第三シリカと、トナー粒子の重量基準で約０．９９％〜約１．２２％から成るチタニアとを含む。

トナーの実施の形態は、少なくとも一種の結着剤と少なくとも一種の着色剤と外部添加剤で製造されたトナー粒子を含み、前記外部添加剤は、具体的にはトナー粒子の重量基準で約１．５４％〜約１．８８％から成る第一シリカと、トナー粒子の重量基準で約０．６７％〜約０．８２％から成る第二シリカと、を含むとき、トナー粒子の重量基準で約０．２３％〜約０．５５％から成る任意選択の第三シリカと、トナー粒子の重量基準で約０．９９％〜約１．２２％から成るチタニアとを含む。実施の形態では、トナー粒子は、約３〜約１５μｍ、例えば、約５〜約１３μｍ、または約５〜約１０μｍの平均粒子径を有し得る。

どのような好適な結着剤もトナーに使用するのに採用し得る。乳化／凝集（Ｅ／Ａ）のような化学的方法で調製されたトナーが特に使用し得る。もっとも粉砕のような物理的方法で調製されたトナーも、採用し得る。

結着剤としては、技術に既知のような、例えば、スチレン／アクリレート結着剤を使用し得る。

選択される結着剤、例えば、スチレンアクリレート、スチレンブタジエン、スチレンメタクリレートなどは、多岐にわたる効果的な量、トナー粒子の全重量基準で、例えば、約５０重量％〜約９８重量％、約５５重量％〜約７５重量％、または７０重量％〜約９５重量％で存在し得る。樹脂は、小さな平均粒径を有し、ブルックヘーヴン（Brookhaven）ナノサイズ粒子アナライザによって容積平均径を測定すると、例えば、約０．０１μｍ〜約３μｍ、約０．０５μｍ〜約２μｍまたは約１．５μｍ〜約２．５μｍの容積平均径を有し得る。

スチレン／アクリレート結着剤は、例えば、スチレン：ブチルアクリレート：β−カルボキシエチルアクリレートから構成される。例えば、モノマとしては、モノマの全重量基準でスチレン約４０％〜約９５％、ブチルアクリレート約５％〜約６０％、β−カルボキシエチルアクリレート１００部当たり約０．０５部〜約１０部の量、またはスチレン約６０％〜約８５％、ブチルアクリレート約１５％〜約４０％、β−カルボキシエチルアクリレート１００部当たり約１部〜約５部の量で存在する。

着色剤は、顔料、染料、顔料と染料の混練物、顔料の混練物、染料の混練物などが挙げられる。多岐にわたる着色剤、例えば、顔料は、トナーの重量基準で、例えば、約１重量％〜約２５重量％、約３重量％〜約１０重量％、または約５重量％〜約２０重量％の量で存在し得る。

さらに、トナー混練物は、また、例えば、好適なワックスを離型剤として含有し得る。好適なのは、ポリプロピレンとポリエチレンである。

ワックスは、多岐にわたる量でのトナー組成物に存在し得る。しかし、一般に、これらのワックスは、トナー組成物の重量基準で、例えば、約５重量％〜約２５重量％、約５重量％〜約１５重量％または８重量％〜約１０重量％の量で存在し得る。

外部添加物は、トナー粒子の表面と会合する添加物である。実施の形態では、外部添加物としては、少なくとも第一の二酸化珪素、つまりシリカ（ＳｉＯ_２）、第二のシリカ、およびチタニアつまり二酸化チタン（ＴｉＯ_２）が挙げられる。

一般に、シリカは、トナー流動性、摩擦電気増大、混練制御、現像・転写安定性の改良、およびトナーブロッキング温度の上昇の目的でトナー表面に適用される。ＴｉＯ_２は、相対湿度（ＲＨ）安定性の改良、摩擦電気制御および現像・転写安定性の改良の目的で適用される。

実施の形態では、上記第一シリカは、トナー流動生、摩擦電気増大、混練制御、現像・転写安定性の改良、およびトナーブロッキング温度の上昇の目的でトナー表面に適用される。ＴｉＯ_２は、相対湿度（ＲＨ）安定性の改良、摩擦電気制御および現像・転写安定性の改良の目的で適用される。上記第二シリカは、トナー付着性を減少し、トナー転写効率を安定させ、トナー老化と関連した現像能力劣化特性を低下／最小限化し、摩擦電気帯電特性と過帯電を安定させるために適用される。第二シリカ外部添加剤は、第一シリカより大きな平均サイズ（径）を有し、従って、例えば、以下に議論されるような超大粒子サイズを有し、トナー粒子の表面に存在するので、トナー粒子とキャリア粒子の間のスペーサとして機能し、従って、現像ハウジングで老化が起こる際に従来のより小さな外部添加剤、例えば、第一シリカおよび／またはチタニアの圧密化を減少させる。従って、スペーサは、現像システムの画像形成プロセスの間に現像ハウジング内で従来のより小さなサイズのトナー外部添加物が埋め込まれてしまう不利さを補償して現像剤を安定化させる機能がある。前述の第二シリカのような超大粒外部添加物は、スペーサ型のバリアとして機能し、従って、例えば、シリカやチタニアのような、より小さな従来のトナー外部添加物は、トナー粒子の表面に埋め込められてしまう傾向を有する接触力から保護される。従って、より超大外部添加剤粒子は、バリアを提供し、より小さいサイズのトナー外部表面添加物が埋め込まれる程度を減少させ、従って、改良されたフロー安定性、従って電子写真プロセスで複写／印刷する際に優れた現像・転写安定性を現像剤に付与する。本発明のトナー組成物は、改良された能力を示し、極めて多数の画像形成サイクルに対してＤＭＡ（フォトレセプタ上の現像量／面積（developed mass per area））とＴＭＡ（フォトレセプタ上の転写量／面積（transferred mass per area））とを維持し、許容し得る摩擦電気帯電特性と混練性能を示す。

さらに、任意選択の第三シリカは、トナー流動性を改善し、かつ摩擦電気帯電を増大する目的でトナー表面に適用されるが、一方、第一シリカは、トナー流動性、摩擦増大、混練制御、現像・転写安定性の改良、およびトナーブロッキング温度の上昇の目的でトナー表面に適用され、第二シリカは、スペーサ型バリアとして機能し、より小さな従来のトナー添加剤、例えば、第一シリカや任意選択の第三シリカやチタニアを、トナー粒子の表面に埋め込む傾向を有する接触力から保護する。さらに、任意選択の第三シリカ外部添加剤粒子は、第一シリカや第二シリカと較べて、より小さなサイズ（径）を有し、トナー粒子の表面に存在し、流動性補助剤として機能する。従って、トナー流動性を強化する。

実施の形態では、第一シリカ、第二シリカ、任意選択の第三シリカおよびチタニアは各々、２００ｎｍ未満の平均一次粒子サイズを有し得る。第一シリカは、例えば、約５ｎｍ〜約５０ｎｍ、約５ｎｍ〜約２５ｎｍ、または約２０ｎｍ〜約４０ｎｍの範囲の径で測定される平均一次粒子サイズを有し得る。第二シリカは、例えば、約１００ｎｍ〜約２００ｎｍ、約１００ｎｍ〜約１５０ｎｍ、または約１２５ｎｍ〜約１４５ｎｍの範囲の径で測定される平均一次粒子サイズを有し得る。任意選択の第三シリカは、例えば、約１ｎｍ〜約２０ｎｍ、約２ｎｍ〜約１０ｎｍ、または約５ｎｍ〜約１５ｎｍの範囲の径で測定される平均一次粒子サイズを有し得る。チタニアは、例えば、約５ｎｍ〜約５０ｎｍ、約５ｎｍ〜約２０ｎｍ、または約１０ｎｍ〜約５０ｎｍの範囲の径で測定される平均一次粒子サイズを有し得る。もちろん、より大きいサイズ粒子も、また、所望ならば、例えば、最大約５００ｎｍまで使用可能である。チタニアは、広範囲のエリアカバレッジ(area coverage)で長時間のジョブ時間にわたって現像・転写性能を維持するのに特に役立つことが見出されている。

第一シリカ、第二シリカ、任意選択の第三シリカとチタニアは、表面面積被覆(surface area coverage)（ＳＡＣ）、例えば、約２０％〜約９０％、約２０％〜約６０％または約４５％〜約８５％の範囲の全トナー被覆でトナー表面に適用し得る。添加物の量とサイズに関する他の一つの定量値は、ＳＡＣ×サイズ（（表面積被覆率、％×添加物の主粒子サイズ、ｎｍ）で、添加物は、例えば、約５００〜約４，０００，約１，０００〜約３，０００または約５００〜約１，５００の間の全ＳＡＣ×サイズの値を有し得る。

実施の形態では、第一シリカは、ポリジメチルシロキサンで表面処理したシリカであり得る。そのような処理済みシリカは、ＲＹ５０として日本エアロジル（Nippon Aerosil）社から市販されている。第二シリカは、未処理シリカ、例えば、ゾル−ゲル法シリカであり得る。そのようなゾル−ゲル法シリカの例としては、例えば、信越化学（株）から市販のＸ２４である。第三シリカは、キャボット社（Cabot Corporation）のCab-O-Sil部門から市販のＴＳ５３０のような表面処理シリカであり得る。チタニアは処理済みでも未処理でも差し支えない。未処理チタニアは、Ｐ２５としてデグッサ（Degussa）社から入手可能である。実施の形態では、チタニアは、例えば、ＭＴ３１０３、またはＳＭＴ５１０３として双方ともタイカ社（Tayca Corporation）から市販のデシルシランで表面処理済みのものである。

第一シリカは、トナー粒子の重量基準で、例えば、約１．５４％〜約１．８８％、約１．５４％〜約１．６５％または約１．６％〜約１．８％の量でトナー粒子に存在し得る。第二シリカは、トナー粒子の重量基準で、例えば、約０．６７％〜約０．８２％、約０．６７％〜約０．７％または約０．７％〜約０．８％の量でトナー粒子に存在し得る。任意選択の第三シリカは、トナー粒子の重量基準で、例えば、約０．２３％〜約０．５５％、約０．２５％〜約０．３５％または約０．３％〜約０．５％の量でトナー粒子に存在し得る。チタニアは、トナー粒子の重量基準で、例えば、約０．９９％〜約１．２２％、約１％〜約１．２％または約０．９９％〜約１．１％の量でトナー粒子に存在し得る。

望ましいのは、トナーと現像剤が広範囲の環境条件の下で機能を発揮し、プリンタから良好な画質が得られることである。従って、トナーと現像剤が、低い湿度と温度、例えば、相対湿度２０％と１６℃（本明細書では、Ｊ−ゾーンと記載）、温和な湿度と温度、例えば、相対湿度５０％と２１℃（本明細書では、Ｂ-ゾーンと記載）、および高い湿度と温度、例えば、相対湿度８０％と２７℃（本明細書では、Ａ-ゾーンと記載）で機能することが望ましい。

広い範囲の条件の下で良好な性能を示すには、トナーと現像剤の重要な特性の変化が、Ａ−ゾーン、Ｂゾーン、Ｊ−ゾーンと記載された環境ゾーンで可能な限り少ないことである。これらのゾーンにわたって大きな違いがあるならば、対象材料には大きな相対湿度（ＲＨ）感度比があるということであり、トナーが極端なゾーンで、すなわち、低い温度と湿度で、または高い温度と湿度で、または両方で性能不足を示すことを意味する。重要な特性の目標は、ＲＨ感度比が可能な限り１に近いことである。そのようなＲＨ感度比が達成されるとき、トナーは、高湿度の条件でも低湿度の条件でも等しく効果的であり得る。換言すれば、このトナーはＲＨ変化に対して低感度ということである。

トナーの帯電特性を改善し、複写機のような印刷装置の性能を改良するために、効果的な外部添加剤パッケージを処方し、トナー粒子の表面に馴染ませ得る。摩擦電荷／トナー濃度（ＴＣ）寛容度空間は、本明細書では摩擦電荷の範囲とＴＣ寛容度の範囲とで囲まれた理想的な操作空間を称する。外部添加物パッケージを備え、キャリア粒子と摩擦接触したトナー粒子に対する理想的操作空間は、例えば、約２５μＣ／ｇ〜約４７μＣ／ｇ、約２５μＣ／ｇ〜約３５μＣ／ｇ、または約３０μＣ／ｇ〜約４５μＣ／ｇの摩擦電荷と、例えば、約２．５％〜約４％、約２．５％〜約３％、または約３％〜約４％のＴＣ範囲を示し得る。摩擦電荷をＹ軸に、ＴＣをＸ軸に載せて記すと、約２５μＣ／ｇ〜約４７μＣ／ｇの範囲の幅と、約２．５％〜約４％の長さを有するボックス形の理想的トナー現像剤操作空間が得られる。この理想的操作空間は、導電性磁気ブラシ現像剤システムから優れた画像品質の定着プリントを生成する最適現像剤性能に対する機能的電子写真空間を定義する。

実施の形態では、トナー現像剤は、トナー粒子の約１．７１重量％の４０ｎｍＲＹ５０シリカ、トナー粒子の約０．７４重量％の１４０ｎｍＸ２４シリカ、トナー粒子の約０．３６重量％の８ｎｍＴＳ５３０シリカ、およびトナー粒子の約１．１１重量％の４０ｎｍＪＭＴチタニアを含有する。トナー現像剤に対するＳＡＣは８４％である。Ａ−ゾーンのトナー現像剤の摩擦電荷は、約２２μＣ／ｇ〜約３３μＣ／ｇの範囲である。Ｊ−ゾーンのトナー現像剤の摩擦電荷は、約２５μＣ／ｇ〜約３６μＣ／ｇの範囲である。従って、ＲＨ感度、すなわち、J−ゾーン摩擦電荷／Ａ−ゾーン摩擦電荷の比は、例えば、約１．１〜１．３，または１．０９〜約１．１４であり、従って、J−ゾーン摩擦電荷／Ａ−ゾーン摩擦電荷の比は、理想の値の１に近い数値であり、トナー現像剤のＲＨ感度が低いことを示す。

本発明のトナーが示す低いＲＨ感度に加えて、本発明のトナーは優れた耐老化性能も示す。通常、トナーの摩擦電荷は、トナー材が時間とともに老化するにつれて、低下するものである。時間とともにトナー材の摩擦電荷が低下する理由は少なくとも二つ存在する。第一に、キャリアからの表面被覆剤がある程度剥離される可能性があり、第二に、摩擦電荷を生成するためにトナーとキャリアを双方とも一緒に混練する間に外部添加剤がトナーからキャリアにあるレベルで転送されてしまう可能性があることである。従って、キャリアの特性が時間と共に変化するにつれて、トナーの摩擦電荷が減少する。トナーの老化特性を評価する一つの方法は、トナーをノーススター（Northstar）のような老化試験装置に設置して評価することである。この試験装置は、本質的にトナーの老化を促進し、フォトレセプタベルトの上にトナーを形成させるペーパーレスのポンプである。トナー現像剤を、実施の形態では、試験装置に装入して１９０時間老化させた。この１９０時間の期間、電荷を１，５，７，１０，１５，２０，４０，４５，５０，６０，８０，１００，１３０，１５０，１７０，１９０時間の点で測定した。この際に対応した摩擦電荷は、それぞれ、３３，３０，２６，３２，２８，３０，２４，２７，２７，２３，２５，２９，３３，３２，および３１μＣ／ｇであった。従って、前記トナー材の老化試験により、トナーの摩擦電荷が安定した状態にあって、約２３〜約３３μＣ／ｇの狭い範囲内に収まっていることが示され、１９０時間という長期間でも低下は実質的にないことが示される。

従って、実施の形態で、少なくとも一種の結着剤と少なくとも一種の着色剤と本明細書で議論された外部添加物とから構成されるトナー粒子は、幾つかの改良されたトナー機能を提供し得る。これらの改良点としては、例えば、（１）約２５μＣ／ｇ〜約４７μＣ／ｇの操作範囲にある適切なレベルの摩擦電荷、（２）１９０時間の老化性能試験の際に約２３μＣ／ｇ〜約３３μＣ／ｇの範囲の摩擦電荷値に維持される電荷安定性、および（３）約１．１〜１．３のＲＨ感度を有する優秀なＲＨ感度が挙げられる。

さらに、トナーを外部添加物と混練する方法も、また、前述の改良されたトナー機能を有するトナーを製造するのに重要な役割を果たし得る。混練プロセスは、混練機内で外部添加物をトナー粒子と馴染ませるプロセスである。トナー調製に用いられるプロセスの実施の形態の一つは、少なくとも一種の結着剤樹脂と着色剤から成る乳化物を混練してトナー粒子を形成するステップと、得られたトナー粒子を所望のサイズに凝集するステップと、混練機でトナー粒子と外部添加物を混練するステップとを含むが、この場合外部添加剤は、第一シリカと第二シリカと任意選択の第三シリカとチタニアとから構成される前記の添加剤パッケージを含む。外部添加物は、一般に、混練機、例えば、ヘンシェルブレンダ（Henschel Blender）ＦＭ−１０，７５または６００混練機中でトナー粒子に添加される。混練の役目は、添加剤の集塊を適切なナノサイズに壊し、トナーバッチに含まれる最も小さい添加物粒子をも均一に分散し、最も小さな添加剤粒子をトナー粒子と良好に馴染ませることである。これらのプロセスの各々は混練機内で同時並行的に進行する。

混練プロセスに使用される時間量は、混練プロセスの間にどの位エネルギーが適用されるかを決定する。混練プロセスの間に適用されるエネルギーは、本明細書では、比混練エネルギーで示し得る。比混練エネルギーは、Ｗｈ／ｌｂという値で表し得る。比混練エネルギーは、混練機内の質量当たりの電力消費量と全混練時間との積として定義される。混練機内の質量当たりの電力消費量は、混練機が満杯の荷重であるときと空荷重との際の消費電力量の差を混練機内の質量で割って定義される（混練強度）。消費動力量は、操作中の混練機速度で決定され、機器のパネルに記録される。混練時間は、実施の形態では、５分間〜３０分間、例えば、１５分間〜２０分間または１０分間〜２５分間まの範囲にあり得る。対応する比混練エネルギーは、混練プロセスの際に、例えば、約２０．３〜約３５．３Ｗｈ／ｌｂ、特に約２４．３〜約３１．３Ｗｈ／ｌｂまたは約３０．３〜約３５．３Ｗｈ／ｌｂの範囲にして、前述の改良されたトナー機能を備えるトナーを製造し得る。

混練プロセスの間、添加物粒子は、衝突が粒子と粒子の間と粒子と回転する混練翼との間で起こるとき、トナー粒子の表面に付着する。トナー粒子と表面添加物との間で起こるそのような付着現象は、機械的衝撃と静電気引力双方に起因すると考えられる。そのような付着の量は、混練の強度レベルに比例し、これは、また、混練翼の速度と形状（特にサイズ）双方の関数である。混練強度は、例えば、外部添加物パッケージが付着したトナー粒子のある特定量を混練するのに使用されるエネルギーの流量のことを称する。混練強度は、一般にＷ／ｌｂとして表示される単位質量当たりの電力に関して効果的に測定し得る。混練強度は、エネルギーの流量に関連するので、混練機が回転する速度が、混練機の強度レベルを決定する。速度が高ければ高いほど、混練は、より強烈になる。実施の形態では、回転する混練翼の速度は、一般に約８０フィート／秒を超え、例えば、約８０フィート／秒〜約１２０フィート／秒、特に約８０フィート／秒〜約１１０フィート／秒または約９０フィート／秒〜約１００フィート／秒である。混練強度は、一般にＷ／ｌｂとして表現される単位質量当たりのワット（Ｗ）（システムに加えられる仕事の時間当たりの速度で測られる単位）で表現される電力に関して効果的に測定される。混練強度は、混練機が満杯の荷重であるときと空荷重との際の消費電力量の差を混練機内の質量で割って定義される。消費動力量は、操作中の混練機速度で決定され、機器のパネルに記録される。従って、前述の改良されたトナー機能を達成するには、対応する混練強度は、例えば、約９０．５〜１００．５Ｗ／ｌｂ、特に約９５．５〜約９９．５Ｗ／ｌｂまたは約９３．５〜約９７．５Ｗ／ｌｂの値を有し得る。

添加物の付着力は、添加物付着力分布（Additive Attachment Force Distribution）（ＡＡＦＤ）と称される量で表現される。この量は、トナー懸濁物が相異なるレベルのエネルギー下で超音波処理された後にトナー粒子の表面に残留する具体的な添加物の相対的量について情報を与える。具体的にいえば、トナー粒子の表面の具体的な添加物の初期濃度を、誘導結合プラズマ光放射分光分析やエネルギー分散型Ｘ線蛍光分析のような分析技術で決定する。次いで、サンプル、例えば、約７〜約１０ｇのトナーを使用し、トナー粒子の水分散物を作製する。界面活性剤、例えば、トリトン（Ｔｒｉｔｏｎ）−Ｘを添加し、トナー粒子を湿潤し、水の媒体中にトナー粒子の均一な分散状態を維持し得る。次いで、超音波プローブをトナー分散物に挿入し、サンプルを所望の時間だけ、例えば、１０秒〜１０分間、超音波処理し、既定量のエネルギーをトナーに付与し、添加物の一部をトナー粒子の表面から引き離す。次いで、分散物を静置して、トナー粒子が分散物容器の底部に沈降させる一方、添加物を水媒体の表面近くに浮上させる。次ぎに前記浮上物を水媒体中から流し出し、浮上物中の添加物の量を、誘導結合プラズマ光放射分光分析で測定する。次いで、トナー粒子表面に残存する添加剤量の％（ＡＡＦＤ）は、超音波処理前にトナー粒子表面に存在していた初期添加物濃度と超音波処理後にトナー粒子表面から除かれた添加物量とに基づいて計算し得る。一種またはそれ以上の種類のシリカが外部表面添加剤として含まれている実施の形態では、トナーは、１２キロジュール（ＫＪ）の超音波処理エネルギーに対しては、シリカ全量基準で、例えば、約２０％〜約９０％、約２０％〜約７５％または約２０％〜約５０％、そして６ＫＪの超音波処理エネルギーに対しては、シリカ全量基準で、例えば、約５０％〜約９０％、約５０％〜約８５％または約５０％〜約７５％の値のＡＡＦＤを示し得る。

混練機に装入されたトナーの量は、また、トナー機能に影響し得る。混練機に装入されるトナーの量は、トナーの混練機装入密度という術語で表現し得る。本明細書では混練機装入密度は、１リットル（Ｌ）の容積の混練機に装入されるポンド（ｌｂ）表示のトナー量を称する。より具体的に言えば、混練機装入密度は、混練機内部のトナー粒子質量を混練機の容積で割った値として定義される。実施の形態では、混練機装入密度は、例えば、約０．２５〜約０．４０ｌｂ／Ｌ、特に約０．２５〜約０．３５ｌｂ／Ｌまたは約０．２３〜約０．３３ｌｂ／Ｌの範囲にあり得る。

混練条件を有する前述の混練プロセスとその混練プロセスで製造されて得られるトナーとは、また、トナー混合の適正さに影響し得る。適正混練とは、例えば、新たに追加されたトナーが、現像剤中に現在すでに存在するトナー（新たにトナーが添加される前に現像剤中に存在するトナー）と同じレベル急速に帯電される状態のことを称する。従って、理想的には、現在存在するトナーと新たに追加されるトナーは、同じ帯電速度と、単峰型の電荷分布を有し得る。新たに追加されたトナーが、現像剤に現在すでに存在しているトナーのレベルに急速に帯電しないことになれば、低速混練として知られる状況が生じ、明確な電荷レベルが二つ横方向に並んで現像サブシステムに存在し、従って二峰型の電荷分布が現れる。場合によっては、新たに追加されたトナーが、正味の電荷を全く有しなくても、フォトレセプタ上の現像に用いなくてはならないこともあり得る。

実施の形態では、本発明の開示に基づく混練プロセスで製造されたトナーが現像サブシステムの現在存在しているトナーに混合されるときは、実質的に単峰型の電荷分布が、新たなトナーにも現在のトナーにも得られ、このことは電荷スペクトログラフで測定し得る。例えば、従来のトナー組成物では、しばしば、電荷分布曲線の主ピークの下に明確な第二ピークを有する電荷分布曲線が示される。対照的に、本発明の開示の実施の形態に従えば、実質的に単峰型の電荷分布を有するトナーを製造し得る。電荷スペクトログラフで測定しても、低電荷や不正符号のトナーは極めて少量、若しくは実質的にゼロである。

実施の形態によると、電荷スペクトログラフでトナーを分析したところ、従来のトナーに較べて改良された電荷分布が示された。すなわち、見出されたことによると、本明細書に示された具体的な処方で得られた第一シリカ、第二シリカ、任意選択の第三シリカおよびチタニアを含むトナー組成物は、特有な添加物パッケージを有しないトナー組成物に比較して実質的に単峰型の電荷分布を提供することである。換言すれば、電荷分布プロット上では、本発明のトナー組成物は、唯一の主ピークを示し、実質的に単峰型の分布が達成される。従って、本明細書に記載のトナーは、トナー組成物の電荷分布調整に当たって一層優れた改良を提供する。

本明細書に記載のトナーは、キャリアと混ぜ合わせて二成分系現像剤組成物を得ることができる。各現像剤中のトナー濃度は、現像剤の全重量基準で、例えば、約１重量％〜約１０重量％、特に約２重量％〜約６重量％または約２．５重量％〜約４重量％の範囲であり得る。

トナー粒子は、一種またはそれ以上の種類のキャリア粒子と混合することによって現像剤を形成するのに使用し得る。トナーと混合するのに選択し得るキャリア粒子としては、例えば、トナー粒子と逆の極性の電荷を摩擦帯電で得る能力があるキャリアが挙げられる。実施の形態では、キャリア粒子は、例えば、約４０〜約８５μｍ、特に約４０〜約８０μｍまたは約５５〜約８５μｍの平均粒子サイズを有し得る。キャリア粒子は、また、約１０^−８〜約１０^−６（ｏｈｍ−ｃｍ）^−１、約１０^−８〜約１０^−７（ｏｈｍ−ｃｍ）^−１または約１０^−７〜約１０^−６（ｏｈｍ−ｃｍ）^−１の導電率を有し得る。

現像剤組成物を、フォトレセプタのような画像受理部材に画像を形成するために、電子写真形成装置のような静電写真／電子写真装置で使用し得る。電子写真画像形成装置の実施の形態は、フォトレセプタと、導電性磁気ブラシ現像システムと、導電性磁気ブラシ現像システムに関連し、現像剤を含むハウジングを備える。導電性磁気ブラシ現像システムは、現像剤を静電潜像画像と接触させる。導電性磁気ブラシ現像システムは、堅い円筒形スリーブ形状の磁気ブラシを備え得る。この円筒形スリーブは、永久磁石製の固定アセンブリの周りを回転し、アルミニウムやステンレスのような導電性の非鉄材料で製作され、外表面は現像剤付着を制御するために繊維様テクスチャとし得る。同スリーブの回転作用により、キャリア顆粒（粒子）とトナー粒子から成る帯磁して付着した現像剤が移送され、現像剤ブラシと光伝導性表面を有するベルトとの間の直接的接触が可能となる。静電潜像画像は、キャリア顆粒からトナー粒子を引き付け、ベルトの光伝導性表面上にトナー表現の画像を形成する。実施の形態では、導電性磁気ブラシ現像システムは、半導体磁気ブラシ現像システムでも差し支えない。前記装置の操作の間、トナー表面に添加物を適正に付着・分布しなければ、トナー粒子とキャリア粒子との間の衝突の結果として、トナー粒子が、キャリア粒子と画像装置のコンポーネントとから分離してしまう恐れがある。従って、適正な添加物付着が行われていないトナー粒子がキャリア粒子と混合され、画像形成装置に使われる現像剤が形成されるときは、画像形成コンポーネントとの衝突力が、トナー粒子とキャリア粒子間で存在する結合力に打ち勝ち、キャリア粒子をトナー粒子から離させてしまう結果となる。すると、遊離した自由飛行粒子が、システム内で動き回り、ある時間の後には、画像形成装置の多岐にわたるコンポーネント上に堆積し、コンポーネント汚染を惹起し、長期間にわたってコンポーネント特性を変えてしまうことになる。このコンポーネント汚染は、画質に悪影響を与え、多くの場合、低解像度の画像の形成に至る。

しかし、トナー粒子が、第一シリカ、第二シリカ、任意選択の第三シリカおよびチタニアを含む外部添加剤と一緒に約９０．５〜約１００．５Ｗ／ｌｂの混練強度値と約２０．３〜約３５．３Ｗｈ／ｌｂの比混練エネルギーと約０．２５〜約０．５５ｌｂ／Ｌの混練機装入密度を有する混練機を使用して混練されるときは、画像形成装置に起こる汚染現象は低減され得る。以下の表１に示されるように、比混練エネルギーが画像形成装置に起こる汚染現象の低減に重要な影響を有する。汚染の大きさは、標準画像基準(Standard Image Reference)（ＳＩＲ）と称されるビジュアルな評価スケールに対して、得られた汚染レベルを比較することによって測定される。このスケールに基づけば、少ない数字は、汚染が少ないことを示す。具体的にいえば、比混練エネルギーが増大すればするほど、ＳＩＲ評価で示されるシステム汚染レベルは、約２０から約１７に急激に低下する。さらに、比混練エネルギーが増大するに従って、ＳＩＲで示されるホワイト堆積物汚染レベルも、また、約３．９から約０に急激に低下する。以下、シリカ残留％として示される添加物付着力分布の諸値と、システム汚染と、ホワイト堆積物由来汚染を、望ましい混練条件の範囲に対して測定した。これらの値を、以下の表１に要約する。

表１に対しては、トナー組成物は、１．７１％のＲＹ５０シリカ、０．７４％のＸ２４シリカ、約０．３６％のＴＳ５３０シリカ、および１．１１％のＪＭＴチタニアを含有する外部添加剤パッケージを混練して、設定重量のトナーにして調製した。ヘンシェル（Henschel）式ＦＭ混練機で相異なるレベルの混練エネルギーと混練強度とで行った。得られたトナー組成物は、相異なるレベルの添加物付着力分布とシステム汚染と、ホワイト汚染物とを示した。

装置の操作の間、外部添加物がトナー粒子に十分に固定されていなければ、すなわち、外部添加物の強度が不足ならば、トナー／キャリア粒子と画像形成装置のコンポーネントとの間の衝突により、また、外部添加物の剥離が生じる恐れがある。次いで、ホワイト堆積物と呼ばれる自由飛行の外部添加物が画像形成装置の多岐にわたるコンポーネントに堆積し、コンポーネント汚染を惹起する恐れがある。しかし、画像形成装置に生じるホワイト堆積物は、トナー粒子が、第一シリカ、第二シリカ、任意選択の第三シリカおよびチタニアを含む外部添加剤と一緒に約９０．５〜約１００．５Ｗ／ｌｂの混練強度値と約２０．３〜約３５．３Ｗｈ／ｌｂの比混練エネルギー値と約０．２５〜約０．５５ｌｂ／Ｌの混練機装入密度を有する混練機を使用して混練されるときは、低減され得る。添加物がトナー粒子の表面に付着している力を測定すると、外部添加物の強度が混練プロセスで使用される比混練エネルギーの量とともに増加することが証明される。実施例として、表１に示されるように、比混練エネルギーの量が増加すると、トナー表面に残留している全シリカの％（ＡＡＦＤ）、すなわち、第一シリカ、第二シリカ、および任意選択の第三シリカを合わせたシリカの％で表される外部添加物の付着力は、６キロジュール（ＫＪ）の超音波処理エネルギーでは約４４％〜約５３％増加する。さらに、表１に示されるように、比混練エネルギーの量が増加すると、トナー表面に残留している全シリカの％（ＡＡＦＤ）で表される外部添加物の付着力は、１２キロジュール（ＫＪ）の超音波処理エネルギーでは約１９％〜約３０％増加する。さらに、トナー粒子の表面に残留するシリカの％が高ければ高いほど、添加物の付着力が大きいことが示される。従って、比混練エネルギーを増加すれば、トナー粒子に外部添加物が付着する力が顕著に改善され、このため、画像形成装置に生ずるシステム汚染のレベルとともにホワイト堆積物が減少し得る。別の言い方をすれば、画像形成装置に生じるシステム汚染レベルは、トナー粒子が、第一シリカ、第二シリカ、任意選択の第三シリカおよびチタニアを含む外部添加剤と一緒に約９０．５〜約１００．５Ｗ／ｌｂの混練強度値と約２０．３〜約３５．３Ｗｈ／ｌｂの比混練エネルギー値と約０．２５〜約０．５５ｌｂ／Ｌの混練機装入密度を有する混練機を使用して混練されるときは、低減され得る。

さらに、紙のような記録媒体に再現される画像の画質は、第一シリカ、第二シリカ、任意選択の第三シリカおよびチタニアを含む外部添加剤と一緒に約９０．５〜約１００．５Ｗ／ｌｂの混練強度値と約２０．３〜約３５．３Ｗｈ／ｌｂの比混練エネルギー値と約０．２５〜約０．５５ｌｂ／Ｌの混練機装入密度を有する混練機を使用して混練されるトナー粒子の結果として改良され得る。画質は、すべて無次元パラメータである明度、ムラ度(mottle)、グレーン度(graininess)のような画質表示量で特性化し得る。明度は、面積当たりの所与のトナー量でブラックからホワイトに画像が遷移する尺度である。面積当たりのトナー量は、ｍｇ／ｍ^２で表し得る。ムラ度は、明度が再生された画像のプリント内でどの位変わるかを示す尺度である。電子写真システムでは、グレーン度は通常、現像サブシステム内に見出され、現像サブシステムによって惹起されるのであるが、一方、ムラ度はトナーが基板へ転写される程度が不完全なことによって惹起される。実施の形態では、第一シリカ、第二シリカ、任意選択の第三シリカおよびチタニアを含む外部添加剤に関連し、約９０．５〜約１００．５Ｗ／ｌｂの混練強度値と約２０．３〜約３５．３Ｗｈ／ｌｂの比混練エネルギー値と約０．２５〜約０．５５ｌｂ／Ｌの混練機装入密度を有する混練機を使用して混練されるトナー粒子から得られる再生画像は、約０．６ｍｇ／ｍ^２未満、例えば、約０〜約０．６ｍｇ／ｍ^２、特に約０．２〜約０．５ｍｇ／ｍ^２または約０．０１〜約０．５５ｍｇ／ｍ^２の範囲を有する所与面積当たりトナー量に対して、例えば、約１９〜約２６、特に約１９〜約２２または約２０〜約２５の範囲を有する明度、一般に約４０未満、例えば、約０〜約４０、特に約２８〜約３８または約２５〜約３５の範囲を有するムラ度、および一般に約２未満、例えば、約０〜約２，特に約０．５〜約１．５または約０．９〜約１．９の範囲を有するグレーン度を有する。これらの画像品質表示定量値が証明することは、前述の外部添加物パッケージでトナーを馴染ませて処理し、かつ約９０．５〜約１００．５Ｗ／ｌｂの混練強度値と約２０．３〜約３５．３Ｗｈ／ｌｂの比混練エネルギー値と約０．２５〜約０．５５ｌｂ／Ｌの混練機装入密度を有する混練機を使用することによって、画像品質を改善し得るということである。

Claims

トナー調製を行うプロセスであって、
少なくとも結着剤樹脂と着色剤とから構成される乳化物を混合してトナー粒子を形成するステップと、
トナー粒子を凝集するステップと、
混練機で前記トナー粒子と外部添加剤とを混練してトナーを形成するステップとを含み、前記混練機が、約９０．５〜約１００．５Ｗ／ｌｂの混練強度と約２０．３〜約３５．３Ｗｈ／ｌｂの比混練エネルギーと約０．２５〜約０．５５ｌｂ／Ｌの混練機装入密度とを有することを特徴とするトナー調製プロセス。
少なくとも一種の結着剤と少なくとも一種の着色剤と外部添加剤とで製造されたトナー粒子から構成されるトナーにおいて、前記外部添加剤がトナー粒子の重量基準で約１．５４％〜約１．８８％から成る第一シリカと、第一シリカと任意選択の第三シリカとは少なくとも平均直径が相異なり、トナー粒子の重量基準で約０．６７％〜約０．８２％から成る第二シリカと、を含むとき、トナー粒子の重量基準で約０．２３％〜約０．５５％から成る任意選択の第三シリカと、トナー粒子の重量基準で約０．９９％〜約１．２２％から成るチタニアとを含むことを特徴とするトナー。