本発明を実施するための最良の形態を必要に応じて図面を参照にして説明する。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の好ましい形態における例であって、この特許請求の範囲を限定するものではない。
本発明の電子写真現像剤は、トナーとキャリアを含む2成分系の電子写真現像剤であって、トナーは、樹脂、着色剤、及び層間イオンの少なくとも一部を有機イオンで変性された層状無機鉱物を含有している。そして、トナーは少なくともトナー組成物及び/又はトナー組成物前駆体を含む油相及び/又はモノマー相を水系媒体に分散及び/又は乳化して造粒して形成された平均円形度が0.925〜0.970である負帯電性トナーである。一方、キャリアは、芯材の表面を結着樹脂、イオン性液体、及び無機微粒子を含む被覆層で被覆したキャリアである。なお、負帯電性トナーを「トナー」、電子写真現像剤用キャリアを「キャリア」、電子写真現像剤を「現像剤」と表現することがある。
トナーに有機イオンで変性された層状無機鉱物を加えることにより、安定した品質のトナーを得られることが知られていた。ところが、2成分系の電子写真現像剤において、長期間画像形成を続けていると、キャリアの帯電量が増加してしまう傾向がある。しかし、本発明の電子写真現像剤においては、キャリアの被覆層にイオン性液体を加えることにより帯電量が増加することを防止している。
これにより、本発明の電子写真現像剤におけるキャリアは、トナーがキャリア上に蓄積するトナースペントの回避と共に帯電上昇が抑制でき、しかも耐久性に優れ、エッジ効果の生じないキメの細かい画像を色汚れを生じることなく長期にわたり形成することができる電子写真現像剤を提供する。このキャリアと上述の負帯電性トナーとからなる電子写真現像剤はオイルレス乾式現像剤として好適に用いることができる。
以下に、本発明についてさらに具体的に説明する。
[変性層状無機鉱物]
本発明の現像剤において用いるトナーに関しては後に詳述するが、先ず、トナーに含有される、層間のイオンの少なくとも一部を有機イオンで変性した層状無機鉱物(変性層状無機鉱物)について説明する。層状無機鉱物は厚さ数μmの層が重ね合わさってできている無機鉱物の事を言い、変性するとはその層間に存在するイオンに有機イオンを導入することを言う。層状無機鉱物としては、例えば、スメクタイト族(モンモリロナイト、サポナイトなど)、カオリン族(カオリナイトなど)、マガディアイト、カネマイトが知られている。また、特表2006−500605号公報、特表2006−503313号公報、特開2003−202708号公報に述べられている層状無機物質などが具体例として挙げられる。このような物質構造は、広義にはインターカレーションに包含されるものである。
変性層状無機鉱物はその変性された層状構造により親水性が変化する。つまり、層状無機鉱物を変性せずに水系媒体中に分散して造粒するトナーに用いると、水系媒体中に層状無機鉱物が移行し、トナーを異形化(真球状でない形状に)することができないが、変性層状無機鉱物とすることにより、疎水性が高くなって造粒時にトナーが容易に異形化すると共に、分散して微細化し、電荷調整機能を十分に発揮する。すなわち、かかる変性無機鉱物は、トナーの製造時に粒子を微細化すると共に粒子形状を異形化し、かつ、トナー粒子の表面部分に特に多く存在して電荷調節機能を果たすと共に、低温定着にも貢献する。このとき、トナー材料中の変性層状無機鉱物の含有量は、0.05〜5質量%であることが好ましい。
本発明に用いる変性層状無機鉱物は、スメクタイト系の基本結晶構造を持つものを有機カチオンで変性したものが望ましい。また、層状無機鉱物の2価金属の一部を3価の金属に置換することにより、金属アニオンを導入することができるが、金属アニオンを導入すると親水性が高いため、金属アニオンの少なくとも一部を有機アニオンで変性した層状無機化合物が望ましい。
変性層状無機鉱物における層状無機鉱物の有機イオン変性剤としては、第4級アルキルアンモニウム塩、フォスホニウム塩やイミダゾリウム塩などが挙げられ、その中でも第4級アルキルアンモニウム塩が望ましい。前記第4級アルキルアンモニウムとしては、トリメチルステアリルアンモニウム、ジメチルステアリルベンジルアンモニウム、ジメチルオクタデシルアンモニウム、オレイルビス(2−ヒドロキシエチル)メチルアンモニウムなどが挙げられる。また、有機イオン変性剤としては分岐、非分岐または環状アルキル(C1〜C44)、アルケニル(C1〜C22)、アルコキシ(C8〜C32)、ヒドロキシアルキル(C2〜C22)、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド等を有する硫酸塩、スルホン酸塩、カルボン酸塩、またはリン酸塩が挙げられる。エチレンオキサイド骨格を持ったカルボン酸が望ましい。
層状無機鉱物における層間のイオンの少なくとも一部を有機イオンで変性することによって層状無機鉱物は適度な疎水性を持ち、この変性層状無機鉱物を、トナー組成物及び/又はトナー組成物前駆体を含む油相中に含有させた場合、油相が非ニュ−トニアン粘性を発現し、トナーを異形化することができる。このとき、変性層状無機鉱物のトナー材料中における含有量は、前述のように0.05〜5質量%であることが好ましい。
変性層状無機鉱物は、適宜選択することができるが、有機イオンで変性したモンモリロナイト、ベントナイト、ヘクトライト、アタパルジャイト、セピオライト及びこれらの混合物等が挙げられる。中でも、トナー特性に影響を与えず、容易に粘度調整ができ、添加量を少量とすることができることから有機変性モンモリロナイト又はベントナイトが好ましい。
層間のイオンの少なくとも一部を有機カチオンで変性した層状無機鉱物の市販品としては、Bentone 3、Bentone 38、Bentone 38V(以上、レオックス社製)、チクソゲルVP(United catalyst社製)、クレイトン34、クレイトン40、クレイトンXL(以上、サザンクレイ社製)等のクオタニウム18ベントナイト;Bentone 27(レオックス社製)、チクソゲルLG(United catalyst社製)、クレイトンAF、クレイトンAPA(以上、サザンクレイ社製)等のステアラルコニウムベントナイト;クレイトンHT、クレイトンPS(以上、サザンクレイ社製)等のクオタニウム18/ベンザルコニウムベントナイトが挙げられる。特に好ましい変性した層状無機鉱物としては、クレイトンAF、クレイトンAPAが挙げられる。
一方、層間のイオンの少なくとも一部を有機アニオンで変性した層状無機鉱物としてはDHT−4A(協和化学工業社製)を下記一般式(1)で表される有機アニオンで変性させたものが特に好ましい。下記一般式(1)としては、例えば、ハイテノール330T(第一工業製薬社製)が挙げられる。
R1(OR2)nOSO3M …一般式(1)
[式中、R1は炭素数13を有するアルキル基、R2は炭素数2から6を有するアルキレン基を表す。nは2から10の整数を表し、Mは1価の金属元素を表す]
上記のような適度な疎水性を持つ変性層状無機鉱物を用いることにより、この変性層状無機鉱物を含有するトナーの製造過程においてトナー組成物及び/又はトナー組成物前駆体を含む油相が非ニュートニアン粘性を持ち、トナー形成時にトナーを異形化することができる。
[キャリア]
一方、トナーとキャリアの二成分系現像剤の場合、変性層状無機鉱物を含有するトナーでは、メカニズムは不明であるが、経時でのキャリアの帯電性能が変化することがあるという問題がある。つまり、トナー消費量とともに帯電量(帯電)も上昇していく傾向がある。これは、トナー成分がキャリア表面に蓄積すなわちスペントしていくことが原因で、発生しているものと考えられるが、帯電が上昇するメカニズムの詳細は不明である。
変性層状無機鉱物を含有しないトナー成分のスペントであれば、帯電量が低下するのが一般的であるが、変性層状無機鉱物を含有するトナーでは帯電量が上昇する。文章などの画像面積(トナー付着面積)の少ないチャートでは特に帯電量が変化することは少ないが、写真やポスター画像など画像面積(トナー付着面積)が多いチャートでは帯電量が上昇する。画像面積が多いチャートではトナー消費量が多く、トナー消費量とともに帯電量も上昇していく。
すなわち、キャリア表面に蓄積したスペント物を除去することが必要であり、これを達成する目的から、本発明におけるキャリアは、キャリア芯材上に結着樹脂及び無機微粒子を含む被覆層を有し、このキャリア被覆層中に含有される微粒子によってキャリア表面に凹凸を持たせることでキャリア同士の自己研磨によりスペント物を除去する。また、除去しきれなく帯電上昇することを抑える目的で、被覆層にイオン性液体を含有させる。イオン性液体を含有させることで、帯電のリーク効果が得られ、帯電上昇が抑制される。
上記無機微粒子としては、カーボンブラック、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化アルミニウム、酸化スズ-酸化アンチモン、酸化スズ−酸化インジウムなどの表面処理した微粒子などの無機微粒子を用いることができる。被覆層の削れにより無機微粒子がトナー中に混入すると、無機微粒子が無色または白色以外の場合、カラー画像については色汚れの原因となる。カーボンブラック、酸化インジウムなどは帯電のリーク効果はあるが、色汚れの問題を注意する必要がある。
また、酸化亜鉛、酸化チタンは白色であるが、カーボンブラックのように帯電のリーク効果が少なく、被覆層中に多量に添加しなければならない。無機微粒子を多量に添加すると、キャリア被覆層中で無機微粒子が偏在してしまうという問題がある。無機微粒子の偏在個所が被覆層の削れにより露出すると、その個所を起点に電気的なリークポイントとなり、局所的な抵抗値の低下が発生する。抵抗値低下により画像部へのキャリア付着が発生し、白抜けなどの異常画像となることがある。
イオン性液体は液体であり、被覆層液の作成時に被覆樹脂と微分散しやすく、結果としてキャリア被覆層中に微分散状態で存在するため、局所的な抵抗値低下は発生しない。また、イオン性液体は無色〜白濁であるため、被覆層が削れてトナー中に混入しても色汚れは発生しない。このように、被覆層中にイオン性液体を含むことで、本発明は顕著な帯電リーク効果を有する。本発明に用いられるイオン性液体は、イオン性液体としての一般的な物性、即ち、−100℃乃至200℃程度の広い温度領域で液体状態である、イオン伝導性が高い、不揮発性である、引火性・可燃性が無い、熱安定性を有するものであれば如何なるものでも用いることができる。
しかしながら、本発明においては、一般に電子写真現像剤の製造工程(樹脂の熱硬化および脱溶剤)にて使用される温度領域、即ち、少なくとも100乃至300℃の温度範囲内において分解しないことが好ましい。イオン性液体のイオン伝導特性は特に限定されるものではないが、10乃至30℃の温度範囲内において、1.0×103(s/cm)以上であることが好ましい。1.0×103(s/cm)未満では帯電のリーク効果が期待できない。帯電上昇する場合には非画像部へのキャリア付着(エッジキャリア付着)や白抜け、画像濃度不足などの異常画像が発生する。
本発明に用いられるイオン性液体の具体的な組成としては、一般的なイオン性液体としての物性を備えているものであれば特に限定されず、上記したようにイオン性液体が保持できる温度や、イオン伝導特性等の物性がより適したものであることが好ましい。本発明においてイオン性液体のイオン伝導性を測定する方法としては、密閉型伝電度測定セル、交流インピーダンスメータ(東亜電波工業製、CM−40S)を用い、周波数10kHz、25℃で測定すればよい。
イオン性液体としては、有機カチオニウム塩として、アンモニウム塩、イミダゾリウム誘導体、ピリジニウム、フォスホニウムなどが挙げられ、有機酸アニオンとしてはBF4−、PF6−、CF3SO3−(Tf:トリフラート)、(CF3SO2)2N−(TFSI)などが挙げられる。その中でも、エチルメチルイミダゾリウム(EMI)やブチルメチルイミダゾリウム(BMI)の塩が好適に用いられる。本発明においては、これら以外にもイオン性液体に溶解する成分を含むイオン性物質を用いてもよい。
イオン性液体は、下記のピリジニウム系(化1)、イミダゾリウム系(化2)、脂環式アミン系(化3)又は脂肪族アミン系(化4)の材料を使用することが好ましい。
(式中のR、R'は同一でも異なっていてもよく、それぞれ水素元素、炭素数1〜8の脂肪族炭化水素残基、炭素数5〜7のシクロアルキル基又はフェニル基を示す。)
(式中のR、R'は同一でも異なっていてもよく、それぞれ水素元素、炭素数1〜8の脂肪族炭化水素残基、炭素数5〜7のシクロアルキル基又はフェニル基を示す。)
(式中のR、R'は同一でも異なっていてもよく、それぞれ水素元素、炭素数1〜8の脂肪族炭化水素残基、炭素数5〜7のシクロアルキル基又はフェニル基を示す。)
(式中のR、R'、R''、R'''は同一でも異なっていてもよく、それぞれ水素元素、炭素数1〜8の脂肪族炭化水素残基、炭素数5〜7のシクロアルキル基又はフェニル基を示す。)
イオン性液体の市販品としては、広栄化学工業社製 ピリジニム系イオン性液体としてIL−P11、IL−P14や、イミダゾリウム系イオン性液体としてIL−IM1や、脂環式アミン系イオン性液体としてIL−C1、IL−C3、IL−C5、および脂肪族アミン系イオン性液体としてIL−A1、IL−A2、IL−A3、IL−A4、IL−A5(以上、全て広栄化学工業社製)などを挙げることができる。
本発明の電子写真現像剤に用いられるキャリアは、上述のように、キャリア芯材上に結着樹脂及び導電性微粒子を含む被覆層を有する。本発明でいうキャリア芯材(以降、「芯材」と略すことがある。)としては、二成分系のキャリアとして公知のもの、例えば、フェライト、Cu−Znフェライト、Mnフェライト、Nmmgフェライト、Nmmg−Srフェライト、マグネタイト、鉄、ニッケル等、キャリアの用途や使用目的に合わせ適宜選択して用いればよく例示材料に限るものではない。
また、キャリアの被覆層中に含有される無機微粒子はキャリア芯材に対して下式(1)に示した被覆率(C)で表した場合の値が50%以上であることが好ましい。
被覆率=(Ds×ρs×W)/(4×Df×ρf)×100 …(1)
(Ds:キャリア芯材体積平均粒径、ρs:キャリア芯材真比重、W:キャリア芯材に対する無機微粒子の割合、Df:無機微粒子の体積平均粒径、ρf:無機微粒子の真比重)
このようにすることによって、キャリア表面に凹凸が形成され、現像剤を摩擦帯電させるための攪拌により、トナーとの摩擦あるいはキャリア同士の摩擦で、結着樹脂への強い衝撃を伴う接触を緩和することができる。これにより、キャリアへのトナーのスペントを抑制することが可能となる。
被覆率(C)の算出は以下のようにする。無機微粒子の真比重ρf及びキャリア芯材真比重ρsについては乾式自動嵩密度計アキュピック1330(島津製作所社製)を用いて測定する。キャリア芯材粒径Ds(体積平均粒径、以下、特に断らない場合は、キャリアの芯材及び無機微粒子の粒径は体積平均粒径を表す。)はマイクロトラック粒度分析計(日機装社製)のSRAタイプを用いて測定する。0.7μm以上、125μm以下のレンジ設定で行ったものを使用。また、分散液にはメタノールを使用し、屈折率1.33、キャリアおよび芯材の屈折率は2.42に設定する。
無機微粒子の粒径Dfは、自動粒度分布測定装置CAPA―700(堀場製作所製)にて体積平均粒径を測定する。測定の前処理として、ジューサーミキサーにアミノシラン(SH6020:東レ・ダウコーニング・シリコン社製)30ml、トルエン溶液300mlを入れる。試料を6.0g加え、ミキサー回転速度をlowにセットし、3分間分散する。1000mlビーカーに予め用意されたトルエン溶液500mlの中に分散液を適量加えて希釈する。希釈液はホモジナイザーにて常に攪拌を続ける。この希釈溶液を超遠心式自動粒度分布測定装置CAPA―700にて測定する。
[測定条件]
回転速度:2000rpm
最大粒度:2.0μm
最小粒度:0.1μm
粒度間隔:0.1μm
分散媒粘度:0.59mPa・s
分散媒密度:0.87g/cm3
粒子密度:無機微粒子の密度は乾式自動嵩密度計アキュピック1330(島津製作所社製)を用い測定した真比重値を用いる。
上式(1)において被覆率(C)が50%未満であると、経時の膜削れにおいてキャリア芯材表面が露出してしまう確率が高くなり、局所的に抵抗の低下が発生し、そのような状態が存在するキャリアがベタ画像中に現像してしまい、画像中に白抜けが発生する傾向がある。特に40%未満ではその傾向が大きい。
さらに、図1に示すように、キャリア被覆層に含まれる無機微粒子の粒径(Df)と、被覆層膜厚(h)との比(Df/h)が、0.5〜1.5であることで、改善効果が顕著である。すなわち、粒子径(Df)と被覆層膜厚(h)との比(Df/h)が、0.5〜1.5であることで、被覆膜に比べ粒子径の大きいものが存在し粒子の方が凸となるので、現像剤を摩擦帯電させるための攪拌によるトナーとの摩擦あるいはキャリア同士の摩擦において、結着樹脂への強い衝撃を伴う接触を緩和することができる。なお、図1においては、Dは個々の無機微粒子の粒径を表し、上記のDfは無機微粒子の体積平均粒径である。また、h1〜h4は被覆層のそれぞれの位置における膜厚を表し、上記のhは平均の被覆層膜厚を表す。
これにより、帯電発生箇所である結着樹脂の膜削れも抑制することが可能となる。さらに、図1に示すように、キャリア表面に被覆膜に比べて凸となる粒子が多数存在するため、キャリア同士の摩擦接触によりキャリア表面に付着したトナーのスペント成分を効率良く掻き落とすクリーニング効果も発揮し、トナースペントを防止することができる。
[Df/h]が0.5よりも少ない場合、無機微粒子は結着樹脂中に埋もれてしまう傾向が大きくなるため上記効果が低減し好ましくない。特に、[Df/h]が0.4よりも少なくなると効果が著しく低下し好ましくない。[Df/h]が1.5を超える場合、無機微粒子と結着樹脂との接触面積が少ないために充分な拘束力が得られず、無機微粒子が脱離し易くなるため好ましくない。キャリアから無機微粒子が脱離した場合には、抵抗低下を引き起こしてしまい好ましくない。
図1は、本発明の電子写真現像剤用キャリアの被覆層における導電性微粒子の粒子径(Df)と被覆層膜厚(h)の関係を概念的に示す模式図である。キャリアの被覆層の厚みhは、透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて、キャリア断面を観察し、キャリア表面を覆う被覆層の樹脂部の厚みを測定し、その平均値からを求められる。具体的には、キャリア芯材表面と粒子との間に存在する樹脂部の厚みのみを測定する。粒子間に存在する樹脂部の厚みや、無機微粒子上の樹脂部の厚みは測定には含めない。キャリア断面における任意の50点測定の平均を求めて厚みh(μm)とする。無機微粒子の粒子径(Df)は前述した無機微粒子の粒径測定方法と同様に超遠心式自動粒度分布測定装置CAPA−700にて測定する。
次に、本発明の電子写真現像剤用のキャリアの抵抗値(体積固有抵抗)は、1010〜1016Ω・cmが好ましい。この範囲内であれば、必要に応じて調整することができる。カラー画像のように高画質を求める画像形成システムにおいて、キャリアの抵抗値調整は必須である。抵抗値が1010Ω・cm未満の場合、非画像部でのキャリア付着が生じ好ましくない。一方、体積固有抵抗が1016Ω・cmを超える場合、エッジ効果が許容できないレベルに悪化して好ましくない。なお、実用上は、ハイレジスト計の測定可能下限を下回った場合には、実質的には体積固有抵抗値は得られず、ブレークダウンしたものとして扱うことにする。
なお、キャリアの抵抗値(体積固有抵抗)は、図2の概略図に示すキャリア抵抗測定装置によって測定すればよい。抵抗値は、電極間距離2mm、表面積2×4cmの電極32a、電極32bを収容したフッ素樹脂製容器からなるセル31にキャリア33を充填し、三協パイオテク社製:タッピングマシンPTM−1型を用いて、タッピングスピード30回/minにて1分間タッピング操作を行う。両極間に1000Vの直流電圧を印加し、ハイレジスタンスメーター4329A(4329A+LJK5HVLVWDQFH0HWHU;横川ヒューレットパッカード株式会社製)により直流抵抗を測定して電気抵抗率RΩ・cmを求め、LogRを算出する。
本発明におけるキャリアの体積平均粒径は、20μm〜65μmであることが好ましい。体積平均粒径が20μm以上65μm以下であることにより、キャリア付着や画質などに対する改善効果が顕著である。これは、体積平均粒径が20μm未満の場合は、粒子の均一性が低下することと、マシン側で充分使いこなす技術が確立できていないことにより、キャリア付着などの問題が生じ好ましくない。一方、65μmを越える場合には、画像細部の再現性が悪く精細な画像が得られないので好ましくない。
上記キャリアの体積平均粒子径は、マイクロトラック粒度分析計(日機装社製)のSRAタイプを用いて測定することができる。0.7μm以上、125μm以下のレンジ設定で行ったものを用いる。また、分散液にはメタノールを使用し屈折率1.33、キャリアおよび芯材の屈折率は2.42に設定する。
キャリアの結着樹脂として、少なくともシリコーン樹脂を含有することが好ましい。キャリアの結着樹脂が少なくともシリコーン樹脂であることで、改善効果が顕著である。シリコーン樹脂は表面エネルギが低いためにトナー成分のスペントがし難く、膜削れが生じるため、スペント成分の蓄積が進み難い効果が得られるためである。
本発明におけるシリコーン樹脂とは、一般的に知られているシリコーン樹脂全てを指し、オルガノシロサン結合のみからなるストレートシリコーンや、アルキド、ポリエステル、エポキシ、アクリル、ウレタンなどで変性したシリコーン樹脂などが挙げられるが、これに限るものではない。例えば、市販品を例とすると、ストレートシリコーン樹脂としては、信越化学製のKR271、KR255、KR152、東レ・ダウコーニング・シリコン社製のSR2400、SR2406、SR2410等が挙げられる。この場合、シリコーン樹脂単体で用いることも可能であるが、架橋反応する他成分や、帯電量調整成分等を同時に用いることも可能である。さらに、変性シリコーン樹脂としては、信越化学製のKR206(アルキド変性)、KR5208(アクリル変性)、ES1001N(エポキシ変性)、KR305(ウレタン変性)、東レ・ダウコーニング・シリコン社製のSR2115(エポキシ変性)、SR2110(アルキド変性)などが挙げられる。
さらに、キャリアの結着樹脂として、アクリル樹脂とシリコーン樹脂の混合系を用いることができる。シリコーン樹脂に加えてアクリル樹脂を併用することにより、被覆層の接着性などの改善効果が顕著となる。すなわち、アクリル樹脂は接着性が強く脆性が低いので、耐磨耗性に非常に優れた性質を持ち、被覆膜削れや膜剥がれといった劣化が発生しづらく、被覆層を安定的に維持することが可能であると共に、強い接着性により導電性微粒子など被覆層中に含有する粒子を強固に保持することができる。特に、被覆層膜厚よりも大きな粒径を有する微粒子の保持には強力な効果を発揮することができる。
本発明におけるアクリル樹脂とは、アクリル成分を有する樹脂全てを指し、特に限定するものではない。また、アクリル樹脂単体で用いることも可能であるほか、アクリル樹脂と架橋反応する他成分を少なくとも1つ以上同時に用いることも可能である。ここでいう架橋反応する他成分とは、例えば、アミノ樹脂、酸性触媒などが挙げられるが、これに限るものではない。上記アミノ樹脂とは、例えば、グアナミン、メラミン樹脂等を指すが、これらに限るものではない。また、上記酸性触媒としては、触媒作用を持つもの全てを用いることができる。例えば、完全アルキル化型、メチロール基型、イミノ基型、メチロール/イミノ基型等の反応性基を有するものであるが、これらに限るものではない。
前述のようにアクリル樹脂は接着性が強く脆性が低いので耐磨耗性に非常に優れた性質を持つが、その反面、表面エネルギが高いため、スペントし易いトナーとの組み合わせでは、トナー成分のスペント(蓄積)による帯電量低下など不具合が生じる場合がある。その場合、表面エネルギが低いためトナー成分のスペントがし難く、膜削れが生じるためのスペント成分の蓄積が進み難い効果が得られるシリコーン樹脂を併用することで、この問題を解消することができる。しかし、シリコーン樹脂は接着性が弱く脆性が高いので、耐磨耗性が悪いという弱点も有するため、この2種の樹脂の性質をバランス良く得ることが重要であり、これによりスペントがし難く耐摩耗性も有する被覆膜を得ることが可能となる。
本発明におけるキャリアは、印加磁場1kOe(103/4π・A/m)における磁気モーメントが、40Am2/kg以上90Am2/kg以下であることが好ましい。以下、印加磁場の強さを、Oe(エルステッド)で表現することがある。なお、1000Oe(1kOe)は103/4π・A/mに相当する。
磁気モーメントを上記範囲とすることにより、キャリア粒子間の保持力が適正に保たれるので、キャリアまたは現像剤へのトナーの分散(混ざり)が素早く良好となるが、1kOeにおける磁気モーメントが40Am2/kg未満の場合は、磁気モーメント不足によりキャリア付着が生じ好ましくない。一方、1kOeにおける磁気モーメントが90Am2/kgを超える場合には、現像時に形成する現像剤の穂が硬くなり過ぎるため、画像細部の再現性が悪く精細な画像が得られないので好ましくない。
磁気モーメントは、以下のようにして測定することができる。B−Hトレーサー(BHU−60/理研電子(株)製)を使用し、円筒セル(内径7mm、高さ10mm)にキャリア芯材粒子1.0gを詰めて装置にセットする。磁場を徐々に大きくし3kOeまで変化させ、次に徐々に小さくして零にした後、反対向きの磁場を徐々に大きくし3kOeとする。さらに徐々に磁場を小さくして零にした後、最初と同じ方向に磁場をかける。このようにして、B−Hカーブを図示し、その図より1kOeの磁気モーメントを算出する。
[トナー]
次に、本発明の現像剤に用いるトナーについて詳細に説明する。
本発明の現像剤に用いるトナーは、樹脂、着色剤、及び層間のイオンの少なくとも一部を有機イオンで変性した層状無機鉱物を含有し、かつ、少なくともトナー組成物及び/又はトナー組成物前駆体を含む油相及び/又はモノマー相を水系媒体に分散及び/又は乳化して造粒された平均円形度が0.925〜0.970で、負帯電性である。上記トナーは、クリーニングにおいても信頼性が高く、低温定着性にも優れ、しかも微小ドット再現性に優れており、高品位な画質を安定して得ることができる。
トナーの平均円形度は、0.925〜0.970が好ましく、0.945〜0965がより好ましい。なお、円形度は、試料の投影面積と等しい面積を有する円の周囲長を試料の周囲長で除した値である。トナー中の円形度が0.925未満である粒子の含有量は、15%以下であることが好ましい。平均円形度が0.925未満であると、満足できる転写性やチリのない高画質画像が得られないことがあり、0.970を超えると、ブレードクリーニング等を採用している画像形成装置では、感光体上及び転写ベルト等のクリーニング不良が発生し、画像上の汚れが発生することがある。例えば、写真画像等の画像面積率の高い画像を形成する場合、給紙不良等で未転写画像を形成したトナーが感光体上に蓄積して画像の地汚れが発生したり、感光体を接触帯電させる帯電ローラ等を汚染して、本来の帯電能力を発揮できなくしたりすることがある。
平均円形度は、平板上の撮像部検知帯にトナーを含有する懸濁液を通過させ、CCDカメラで光学的に粒子画像を検知し、解析する光学的検知帯の手法等により計測することができ、フロー式粒子像分析装置FPIA−2100(シスメックス社製)等を用いて計測することができる。
本発明の電子写真現像剤を構成するトナーにおいて、その体積平均粒径(Dv)と個数平均粒径(Dn)との比(Dv/Dn)は、1.00〜1.30であることが好ましく、このような範囲とすることにより、高解像度、高画質を得ることを可能とする。さらに、二成分現像剤においては、長期にわたるトナーの供給使用の繰り返しが行われても、現像剤中のトナーにおける粒子径の変動を少なくすると共に、現像装置における長期の攪拌においても、良好で安定した現像性を可能とする。さらに好ましくは、Dv/Dnは1.00〜1.20の範囲であり、より良好な画像が得られる。Dv/Dnが1.30を超えてしまうと、トナー粒子個々の粒径のバラツキが大きく、現像の際などでトナーの挙動にバラツキが発生し、微小ドットの再現性を損なってしまうことになり、高品位な画像は得られなくなる。
本発明におけるトナーにおいて、その体積平均粒径Dvは3.0〜7.0μmであることが好ましい。一般的には、トナーの粒子径は小さければ小さい程、高解像で高画質の画像を得るために有利であると言われているが、逆に転写性やクリーニング性に対しては不利である。また、前記の範囲よりも体積平均粒子径が小さい場合、二成分現像剤では現像装置における長期の攪拌においてキャリアの表面にトナーが融着し、キャリアの帯電能力を低下させ、一成分現像剤として用いた場合には、現像ローラへのトナーのフィルミングや、トナーを薄層化する為のブレード等の部材へのトナーの融着を発生させやすくなる。
また、これらの現象は、微粉の含有率が大きく関係し、特に2μm以下の粒子が20%を超えるとキャリアへの付着や高いレベルで帯電の安定性を図る場合支障となる。逆に、トナーの粒子径が前記範囲よりも大きい場合には、高解像で高画質の画像を得ることが難しくなると共に、現像剤中のトナーの収支が行われた場合にトナーの粒子径の変動が大きくなる場合が多い。また、体積平均粒子径/個数平均粒子径が1.30よりも大きい場合も同様であることが明らかとなった。
次に、トナー形状と転写性の関係について述べる。多色現像で転写せしめるフルカラー複写機を用いた場合においては、白黒複写機に用いられる一色の黒トナーの場合と比較して感光体上のトナー量が増加し、従来の不定形トナーを用いただけでは転写効率を向上させることが困難である。さらに、通常の不定形トナーを用いた場合には、感光体とクリーニング部材との間や、中間転写体とクリーニング部材との間、及び/又は、感光体と中間転写体間でのズリ力や摺擦力のために、感光体表面や中間転写体表面にトナーの融着やフィルミングが発生して転写効率が悪化しやすい。フルカラー画像の生成においては4色のトナー像が均一に転写されにくく、さらに、中間転写体を用いる場合には、色ムラやカラーバランスの面で問題が生じやすく、高画質のフルカラー画像を安定して出力することは容易ではない。
前述したように、小粒径で粒子径の揃ったトナーではクリーニング性に関しては困難を生じるため、円形度が0.950以下の粒子が全トナー粒子の20〜80%あることが好ましい。すなわち、ブレードクリーニングと転写効率のバランスの観点から、トナーの円形度が0.950以下の粒子が全トナー粒子の20〜80%あることで、クリーニングと転写性の両立が計られる。クリーニングと転写性はブレードの材質やブレードの当て方にも大きく関係し、また、転写もプロセス条件で異なるので前記範囲の中でプロセスに応じた設計が可能となる。
しかしトナー円形度が0.950以下の粒子が全トナー粒子の20%より低下するとブレードではクリーニングが困難になる。また円形度が0.950以下の粒子が全トナー粒子の80%を超えると、前述した転写性の悪化が見られる。この現象は、トナー形状が異形化し過ぎているため、転写の際におけるトナーの移動(感光体表面〜転写紙、感光体表面〜中間転写ベルト、第一の中間転写ベルト〜第二の中間転写ベルト、等)がスムースでなくなり、さらにトナー粒子間でその挙動にバラツキを生じるため、均一かつ高い転写効率が得られなくなる。その他、帯電の不安定や粒子のもろさが発現しはじめる。さらに現像剤中での微粉化現象となり現像剤の耐久性低下の要因となってくる。
(トナー粒径、円形度等の測定)
以下、本発明のトナーの性状に関する測定方法を示す。本発明におけるトナーの2μm以下の粒子率、円形度及び平均円形度はフロー式粒子像分析装置FPIA−2000(東亜医用電子株式会社製)により計測できる。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100〜150ml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0.1〜0.5ml加え、さらに測定試料を0.1〜0.5g程度加える。試料を分散した懸濁液は超音波分散器で約1〜3分間分散処理を行い、分散液濃度を3000〜1万個/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。
トナー粒径はカーコールターカウンター法による。トナー粒子の粒度分布の測定装置としては、コールターカウンターTA−IIやコールターマルチサイザーII(いずれもコールター社製)が挙げられる。本発明においてはコールターカウンターTA−II型を用いて、個数分布、体積分布を出力するインターフェイス(日科技研)及びPC9801パーソナルコンピューター(NEC製)に接続して測定すればよい。
以下に、トナーの平均粒径及び粒度分布の測定方法について述べる。まず、電解水溶液100〜150ml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0.1〜5ml加える。ここで、電解液とは1級塩化ナトリウムを用いて約1%NaCl水溶液を調製したもので、例えば、ISOTON−II(コールター社製)が使用できる。ここで、さらに測定試料を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分間分散処理を行ない、前記測定装置により、アパーチャーとして100μmアパーチャーを用いて、トナー粒子又はトナーの体積、個数を測定して、体積分布と個数分布を算出する。
チャンネルとしては、2.00〜2.52μm未満;2.52〜3.17μm未満;3.17〜4.00μm未満;4.00〜5.04μm未満;5.04〜6.35μm未満;6.35〜8.00μm未満;8.00〜10.08μm未満;10.08〜12.70μm未満;12.70〜16.00μm未満;16.00〜20.20μm未満;20.20〜25.40μm未満;25.40〜32.00μm未満;32.00〜40.30μm未満の13チャンネルを使用し、粒径2.00μm以上乃至40.30μm未満の粒子を対象とする。本発明に係わる体積分布から求めた体積基準の体積平均粒径(Dv)及び個数分布から求めた個数平均粒径(Dn)とその比Dv/Dnを求める。
(結着樹脂)
本発明におけるトナーは、特に、少なくともトナー組成物及び/又はトナー組成物前駆体を含む油相及び/又はモノマー相を水系媒体に分散及び/又は乳化して造粒されたものが好ましく、組成分である樹脂(トナーの結着樹脂)としては後で詳述するようなポリエステル系樹脂が好適である。
本発明の検討によれば、耐熱保存性を維持しつつ、より低温定着性を効果的に発揮し、プレポリマーによる変性後の耐オフセット性を付与するには、該酸性基含有ポリエステル樹脂のTHF可溶分の質量平均分子量が1,000〜30,000であることが好ましい。これは、1,000未満ではオリゴマー成分が増加するため耐熱保存性が悪化し、30,000を超えると立体障害によりプレポリマーによる変性が不十分となり耐オフセット性が悪化するためである。
ポリエステル系樹脂の分子量はGPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)により、以下のように測定される。40℃のヒートチャンバー中でカラムを安定させ、この温度におけるカラムに、溶媒としてTHFを毎分1mlの流速で流し、試料濃度として0.05〜0.6質量%に調製した樹脂のTHF試料溶液を50〜200μl注入して測定する。試料の分子量測定に当たっては、試料の有する分子量分布を、数種の単分散ポリスチレン標準試料により、作成された検量線の対数値とカウント数との関係から算出する。検量線作成用の標準ポリスチレン試料としては、例えば、Pressure Chemical Co.あるいは東洋ソーダ工業社製の分子量が6×102、2.1×103、4×103、1.75×104、5.1×104、1.1×105、3.9×105、8.6×105、2×106、4.48×106のものを用い、少なくとも10点程度の標準ポリスチレン試料を用いるのが適当である。また、検出器にはRI(屈折率)検出器を用いる。
第一の結着樹脂であるポリエステル樹脂の酸価を1.0〜50.0(KOHmg/g)にすることにより、塩基化合物添加による粒径コントロール、低温定着性、耐高温オフセット性、耐熱保存性、帯電安定性などのトナー特性をより高品位にすることが可能である。つまり、酸価が50.0(KOHmg/g)を超えると変性ポリエステルの伸長または架橋反応が不十分となり、耐高温オフセット性に影響が見られ、また、1.0(KOHmg/g)未満では、製造時の塩基化合物による分散安定効果が得られず、また変性ポリエステルの伸長または架橋反応が進みやすく、製造安定性に問題が生じるためである。
酸価の測定は、JIS K0070−1992に記載の測定方法に準拠して以下の条件で行う。試料調整は、ポリエステル0.5gをTHF120mlに添加して室温(23℃)で約10時間撹拌して溶解する。さらにエタノール30mlを添加して試料溶液とする。測定は、上記装置にて測定して算出することができるが、具体的には次のように計算する。予め標定されたN/10苛性カリ〜アルコール溶液で滴定し、アルコールカリ液の消費量から次の計算で酸価を求める。
酸価=KOH(ml数)×N×56.1/試料質量
(ただしNはN/10KOHのファクター)
本発明におけるトナー組成分の樹脂として、好適に用いられるポリエステル樹脂を例としてその酸価を測定する場合、測定方法の詳細は、JIS K0070に準拠した。すなわち、以下の方法による。なお、溶媒にTHFを用いる。
*酸価は具体的に次のような手順で決定される。
測定装置 :電位差自動的提訴うち DL−53 Titrator(メトラー・トレド社製)
使用電極 :DG113−SC(メトラー・トレド社製)
解析ソフト:LabX Light Version 1.00.000
装置の校正:トルエン120mlとエタノール30mlの混合溶媒を使用
測定温度 :23℃
*測定条件
Stir
SPEED [%] 25
Time [s] 15
EQP titration
Titrant/Sensor
Titrant CH3ONa
Concentration [mol/L] 0.1
Sensor DG115
Unit of measurement mV
Predispensing to volume
Volume [mL] 1.0
Wait time [s] 0
Titrant addition Dynamic
dE(set) [mV] 8.0
dV(min) [mL] 0.03
dV(max) [mL] 0.5
Measure mode Equilibrium controlled
dE [mV] 0.5
dt [s] 1.0
t(min) [s] 2.0
t(max) [s] 20.0
Recognition
Threshold 100.0
Steepest jump only No
Range No
Tendency None
Termination
at maximum volume [mL] 10.0
at potential No
at slope No
after number EQPs Yes
n = 1
comb. termination conditions No
Evaluation
Procedure Standard
Potential 1 No
Potential 2 No
Stop for reevaluation No。
本発明においては、変性後におけるポリエステル樹脂、すなわち結着樹脂の主成分の耐熱保存性能は、変性前のポリエステル樹脂のガラス転移点に依存するため、ポリエステル樹脂のガラス転移点を35℃〜65℃に設計することが好ましい。つまり、35℃未満では、耐熱保存性が不足し、65℃を超えると低温定着に悪影響を及ぼす。
ガラス転移点(Tg)の測定は、理学電機社製のRigaku THRMOFLEX TG8110により、昇温速度10℃/minの条件にて測定される。Tgの測定方法について概説する。Tgを測定する装置として、理学電機社製TG−DSCシステムTAS−100を使用した。まず、試料約10mgをアルミ製試料容器に入れ、それをホルダユニットに乗せ、電気炉中にセットする。次に、室温から昇温速度10℃/minで150℃まで加熱した後、150℃で10min間放置、室温まで試料を冷却して10min放置、窒素雰囲気下で再度150℃まで昇温速度10℃/minで加熱してDSC測定を行う。Tgは、TAS−100システム中の解析システムを用いて、Tg近傍の吸熱カーブの接線とベースラインとの接点から算出する。
ポリエステル樹脂を変性するプレポリマーは低温定着性、耐高温オフセット性を実現するために重要な結着樹脂成分であり、その質量平均分子量は3,000〜20,000が好ましい。すなわち、質量平均分子量が3,000未満では反応速度の制御が困難となり、製造安定性に問題が生じ始める。また、質量平均分子量が20,000を超えた場合には十分な変性ポリエステルが得られずに、耐オフセット性に影響を及ぼし始める。
トナー酸価は低温定着性、耐高温オフセット性に対して、結着樹脂酸価より重要な指標であることが判明した。本発明のトナー酸価は未変性ポリエステルの末端カルボキシル基に由来する。この未変性ポリエステルは、トナーとしての低温定着性(定着下限温度、ホットオフセット発生温度など)を制御するために、酸価を0.5〜40.0(KOHmg/g)にすることが好ましい。つまり、トナー酸価が40.0(KOHmg/g)を超えると変性ポリエステルの伸長または架橋反応が不十分となり、耐高温オフセット性に影響が見られ、また、0.5(KOHmg/g)未満では、製造時の塩基化合物による分散安定効果が得られず、変性ポリエステルの伸長または架橋反応が進みやすく、製造安定性に問題が生じるためである。
酸価は具体的には上記ポリエステル樹脂の酸価の測定方法に準拠して決定される。THF不溶分がある場合、前記トナーの酸価は、THFを溶媒として酸価を測定した時の値を示す。JIS K0070−1992に記載の測定方法に準拠して以下の条件で測定を行う。試料調整:トナー0.5g(酢酸エチル可溶成分では0.3g)を前記ポリエステルの代わりに用いて行った。
本発明の現像剤に用いるトナーのガラス転移点は低温定着性、耐熱保存性、高耐久性を得るために40〜70℃が好ましい。つまり、ガラス転移点が40℃未満では現像機内でのブロッキングや感光体へのフィルミングが発生し易くなり、また、70℃を超えた場合には低温定着性が悪化しやすくなる。
本発明の現像剤に用いるトナーは、有機溶媒中に少なくとも活性水素と反応可能な変性ポリエステル系樹脂からなるバインダー成分及び着色剤からなるトナー組成分を溶解又は分散させて形成した溶解又は分散物を、分散剤を含む水素媒体中で架橋剤及び/又は伸長剤と反応させ、得られた分散液から溶媒を除去することにより得られる。
活性水素と反応可能な反応性変性ポリエステル系樹脂(RMPE)としては、例えば、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)などが挙げられる。このプレポリマー(A)としては、ポリオール(PO)とポリカルボン酸(PC)との重縮合物で、かつ活性水素を有するポリエステルをさらにポリイソシアネート(PIC)と反応させたもの等が挙げられる。
上記ポリエステルの有する活性水素を含む基としては、水酸基(アルコール性水素基およ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。
前記反応性変性ポリエステル系樹脂に対する架橋剤としては、アミン類が用いられ、伸長剤としてはジイソシアネート化合物(ジフェニルメタンジイソシアネート等)が用いられる。後述に詳しく説明するアミン類は、活性水素と反応可能な変性ポリエステルに対する架橋剤や伸長剤として作用する。
前記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)にアミン類(B)を反応させて得られるウレア変性ポリエステル等の変性ポリエステルはその高分子成分の分子量を調節しやすく、乾式トナー、特にオイルレス低温定着特性(定着用加熱媒体への離型オイル塗布機構のない広範な離型性及び定着性)を確保するのに好都合である。特にポリエステルプレポリマーの末端をウレア変性したものは未変性のポリエステル樹脂自体の定着温度域での高流動性、透明性を維持したまま、定着用加熱媒体への接着性を抑制することができる。
本発明で用いる好ましいポリエステルプレポリマーは、末端に酸基や水酸基等の活性水素基を有するポリエステルに、その活性水素と反応するイソシアネート基等の官能基を導入したものである。このプレポリマーからウレア変性ポリエステル等の変性ポリエステル(MPE)を誘導することができるが、本発明の場合、結着樹脂として用いる好ましい変性ポリエステルは、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)に対して、架橋剤及び/又は伸長剤としてアミン類(B)を反応させて得られるウレア変性ポリエステルである。
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)は、ポリオール(PO)とポリカルボン酸(PC)と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ポリイソシアネート(PIC)と反応させることによって得ることができる。
上記ポリエステルの有する活性水素基としては、前述のように水酸基(アルコール性水酸基およ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。
ポリオール(PO)としては、ジオール(DIO)および3価以上のポリオール(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。ジオール(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価以上のポリオール(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。
ポリカルボン酸(PC)としては、ジカルボン酸(DIC)および3価以上のポリカルボン酸(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。
ジカルボン酸(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価以上のポリカルボン酸(TC)としては、炭素数9〜20の芳香族ポリカルボン酸(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、ポリカルボン酸(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)を用いてポリオール(PO)と反応させてもよい。ポリオール(PO)とポリカルボン酸(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。
ポリイソシアネート(PIC)としては、脂肪族ポリイソシアネート(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);イソシアヌレート類;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。
ポリイソシアネート(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、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。
末端にイソシアネート基を有するプレポリマー(A)中のポリイソシアネート(3)構成成分の含有量は、通常0.5〜40質量%、好ましくは1〜30質量%、さらに好ましくは2〜20質量%である。0.5質量%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、40質量%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プレポリマー(A)中の1分子当たりに含有す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。
アミン類(B)としては、ジアミン(B1)、3価以上のポリアミン(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。
ジアミン(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価以上のポリアミン(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及びB1と少量のB2の混合物である。
さらに、必要により伸長停止剤を用いてポリエステルの分子量を調整することができる。伸長停止剤としては、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。
アミン類(B)の比率は、イソシアネート基を有するプレポリマー(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、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。
本発明において、結着樹脂として好ましく用いられるポリエステル系樹脂(ポリエステル)は、ウレア変性ポリエステル(UMPE)であるが、このポリエステル中に、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。
ウレア変性ポリエステル(UMPE)等の変性ポリエステルは、ワンショット法、などにより製造される。ウレア変性ポリエステル(UMPE)等の変性ポリエステルの質量平均分子量は、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。1万未満では耐ホットオフセット性が悪化する。ウレア変性ポリエステル等の変性ポリエステル数平均分子量は、後述の変性されていないポリエステル(PE)を用いる場合は特に限定されるものではなく、前記質量平均分子量とするのに得やすい数平均分子量でよい。UMPE等の変性ポリエステル単独の場合は、その数平均分子量は、通常
2000〜15000、好ましくは2000〜10000、さらに好ましくは2000〜8000である。15000を超えると低温定着性およびフルカラー装置に用いた場合の光沢性が悪化する。
本発明においては、前記ウレア結合で変性されたポリエステル(UMPE)等の変性ポリエステルは単独使用だけでなく、このものと共に、変性されていないポリエステル(PE)を結着樹脂成分として含有させることもできる。PEを併用することで、低温定着性およ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。
PEとしては、前記UMPEのポリエステル成分と同様なポリオールPOとポリカルボン酸PCとの重縮合物などが挙げられ、好ましいものもUMPEの場合と同様である。
PEの質量平均分子量(Mw)は、10000〜300000、好ましくは14000〜200000である。そのMn(数平均分子量)は、1000〜10000、好ましくは1500〜6000である。また、UMPEに対しては、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、例えば、ウレタン結合で変性されているものも併用することができる。UMPEとPE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、UMPEのポリエステル成分とPEは類似の組成が好ましい。
PEを含有させる場合のUMPEとPEの質量比は、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。UMPEの質量比が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。
PEの水酸基価(mgKOH/g)は5以上であることが好ましく、PEの酸価(mgKOH/g)は通常1〜30、好ましくは5〜20である。酸価を持たせることで負帯電性となりやすく、さらには紙への定着時紙とトナーの親和性がよく低温定着性が向上する。しかし、酸価が30を超えると帯電の安定性、特に環境変動に対し悪化傾向がある。重合反応においては酸価がふれると造粒工程でのぶれにつながり乳化における制御が難しくなる。
(水酸基価の測定方法)
測定装置の条件は、上述の酸価の測定と同様とする。試料0.5gを100mlのメスフラスコに精秤し、これにアセチル化試薬5mlを正しく加える。その後100℃±5℃の浴中に浸して加熱する。1〜2時間後フラスコを浴から取り出し、放冷後水を加えて振り動かして無水酢酸を分解する。さらに分解を完全にするため再びフラスコを浴中で10分間以上加熱し放冷後、有機溶剤でフラスコの壁を良く洗う。この液を前記電極を用いてN/2水酸化カリウムエチルアルコール溶液で電位差滴定を行いOH価を求める(JISK0070−1966に準ずる。)。
本発明において、結着樹脂のガラス転移点(Tg)は、通常40〜70℃、好ましくは40〜60℃である。40℃未満ではトナーの耐熱性が悪化し、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樹脂等の変性ポリエステルの共存により、本発明の乾式トナーにおいては、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。
(離型剤)
本発明の現像剤のトナーに用いる離型剤(ワックス)としては、融点が50〜120℃の融点のワックスが好ましい。離型剤として結着樹脂との分散の中でより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耐オフセットに対し効果を示す。なお、本発明におけるワックスの融点は、示差走査熱量計(DSC)による最大吸熱ピークとした。
本発明において使用できる離型剤として機能するワックス成分としては、以下の材料が挙げられる。即ち、具体例としては、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他に、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。
(着色剤)
本発明の現像剤のトナーで用いる着色剤としては、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、ポ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質量%、好ましくは3〜10質量%である。
(マスターバッチ)
本発明で用い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結着樹脂としては、先に挙げた変性、未変性ポリエステル樹脂の他にポリスチレン、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;スチレン−p−クロロスチレン共重合体、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−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−α−クロルメタクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、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−アクリロニトリル−インデン共重合体、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。
本マスターバッチはマスターバッチ用の樹脂と着色剤とを高せん断力をかけて混合、混練してマスターバッチを得ることができる。この際、着色剤と樹脂の相互作用を高めるために、有機溶剤を用いることができる。また、いわゆるフラッシング法と呼ばれる着色剤の水を含んだ水性ペーストを樹脂と有機溶剤と共に混合混練し、着色剤を樹脂側に移行させ、水分と有機溶剤成分を除去する方法も着色剤のウエットケーキをそのまま用いることができるために乾燥する必要がなく、好ましく用いられる。混合混練するには3本ロールミル等の高せん断分散装置が好ましく用いられる。
トナー粒子表面に帯電制御剤を付着固定化するために、着色剤と樹脂を含む粒子と少なくとも帯電制御剤粒子からなる粒子同士を容器中で回転体を用いて混合する電子写真用トナーの製造方法が知られているが、本発明では、この方法において、容器内壁より突出した固定部材が存在しない容器中で、回転体の周速が40〜150m/secで混合する工程が含まれることにより目的のトナー粒子が得られる。
(帯電制御剤)
本発明におけるトナーは、必要に応じて帯電制御剤を含有してもよい。帯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、第四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)、第四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)、第四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、第四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、四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等が挙げられる。
本発明において帯電制御剤の使用量は、結着樹脂の種類、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ー樹脂100質量部に対して、0.1〜10質量部の範囲で用いられる。好ましくは、0.2〜5質量部の範囲がよい。10質量部を越える場合にはトナーの帯電性が大き過ぎ、主帯電制御剤の効果を減退させ、現像ローラとの静電的吸引力が増大し、現像剤の流動性低下や、画像濃度の低下を招く。これらの帯電制御剤、離型剤はマスターバッチ、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よい。
(外添剤)
本発明で用いるトナーとして、着色粒子の流動性や現像性、帯電性を補助するために外添剤を用いることができ、このような外添剤としては、無機微粒子を好ましく用いることができる。
この無機微粒子の一次粒子径は、5nm〜2μmであることが好ましく、特に5nm〜500nmであることが好ましい。また、BET法による比表面積は、20〜500m2/gであることが好ましい。この無機微粒子の使用割合は、トナーの0.01〜5質量%であることが好ましく、特に0.01〜2.0質量%であることが好ましい。
上記外添剤に用いる無機微粒子の具体例としては、例えば、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、ペンガラ、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。中でも、流動性付与剤としては、疎水性シリカ微粒子と疎水性酸化チタン微粒子を併用するのが好ましい。特に両微粒子の平均粒径が50nm以下のものを使用して攪拌混合を行なった場合、トナーとの静電力、ファンデルワールス力は格段に向上することより、所望の帯電レベルを得るために行なわれる現像機内部の攪拌混合によっても、トナーから流動性付与剤が脱離することなく、ホタルなどが発生しない良好な画像品質が得られて、さらに転写残トナーの低減が図られることが明らかになった。
酸化チタン微粒子は、環境安定性、画像濃度安定性に優れている反面、帯電立ち上がり特性の悪化傾向にあることより、酸化チタン微粒子添加量がシリカ微粒子添加量よりも多くなると、その副作用の影響が大きくなることが考えられる。しかし、疎水性シリカ微粒子及び疎水性酸化チタン微粒子の添加量が0.3〜1.5wt%の範囲では、帯電立ち上がり特性が大きく損なわれず、所望な帯電立ち上がり特性が得られ、すなわち、コピーの繰り返しを行なっても、安定した画像品質が得られて、トナー吹きも抑制できることが判った。
(結着樹脂の製造方法)
なお、前記結着樹脂は以下の方法などで製造することができる。
ポリオール(PO)とポリカルボン酸(PC)を、テトラブトキシチタネート、ジブチルチンオキサイドなど公知のエステル化触媒の存在下、150〜280℃に加熱し、必要により減圧としながら生成する水を溜去して、水酸基を有するポリエステルを得る。次いで40〜140℃にて、これにポリイソシアネート(PIC)を反応させ、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)を得る。さらに、このAにアミン類(B)を0〜140℃にて反応させ、ウレア結合で変性されたポリエステル(UMPE)を得る。この変性ポリエステルの数平均分子量は、1000〜10000、好ましくは1500〜6000である。PICを反応させる際およびAとBを反応させる際には、必要により溶剤を用いることもできる。
使用可能な溶剤としては、芳香族溶剤(トルエン、キシレンなど);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);エステル類(酢酸エチルなど);アミド類(ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミドなど)及びエーテル類(テトラヒドロフランなど)などのイソシアネート(PIC)に対して不活性なものが挙げられる。ウレア結合で変性されていないポリエステル(PE)を併用する場合は、水酸基を有するポリエステルと同様な方法でPEを製造し、これを前記UMPEの反応完了後の溶液に溶解し、混合する。
(水系媒体中でのトナー製造法)
本発明のトナーは以下の方法で製造することができるが勿論これらに限定されることはない。本発明で用いる水系媒体としては、水単独でもよいが、水と混和可能な溶剤を併用することもできる。混和可能な溶剤としては、アルコール(メタノール、イソプロパノール、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)などが挙げられる。
本発明では、水系媒体中で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)等の反応性変性ポリエステルをアミン(B)と反応させることにより、ウレア変性ポリエステル(UMPE)等を得ることができる。水系媒体中でウレア変性ポリエステル等の変性ポリエステルやプレポリマー(A)等の反応性変性ポリエステルからなる分散体を安定して形成させる方法としては、水系媒体中にウレア変性ポリエステル等の変性ポリエステルやプレポリマー(A)等の反応性変性ポリエステルからなるトナー原料の組成分を加えて、せん断力により分散させる方法などが挙げられる。プレポリマー(A)等の反応性変性ポリエステルと他のトナー組成分である(以下トナー原料と呼ぶ)着色剤、着色剤マスターバッチ、離型剤、荷電制御剤、未変性ポリエステル樹脂などは、水系媒体中で分散体を形成させる際に混合してもよいが、予めトナー原料を混合した後、水系媒体中にその混合物を加えて分散させたほうがより好ましい。また、本発明においては、着色剤、離型剤、荷電制御剤などの他のトナー原料は、必ずしも、水系媒体中で粒子を形成させる時に混合しておく必要はなく、粒子を形成せしめた後、添加してもよい。例えば、着色剤を含まない粒子を形成させた後、公知の染着の方法で着色剤を添加することもできる。
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。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。高温なほうが、ウレア変性ポリエステルやプレポリマー(A)からなる分散体の粘度が低く、分散が容易な点で好ましい。
ウレア変性ポリエステルやプレポリマー(A)等のポリエステルを含むトナー組成分100部に対する水系媒体の使用量は、通常50〜2000質量部、好ましくは100〜1000質量部である。50質量部未満ではトナー組成物の分散状態が悪く、所定の粒径のトナー粒子が得られない。20000質量部を超えると経済的でない。また、必要に応じて、分散剤を用いることもできる。分散剤を用いたほうが、粒度分布がシャープになるとともに分散が安定である点で好ましい。
トナー組成物が分散された油性相を水が含まれる液体には、乳化、分散するための各種の分散剤が用いられる。このような分散剤には、界面活性剤、無機微粒子分散剤、ポリマー微粒子分散剤等が包含される。
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陰イオン界面活性剤、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四級アンモニウム塩型の陽イオン界面活性剤、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上げることができる。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−[オメガ−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−[オメガ−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。
上記アニオン性界面活性剤の商品名としては、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有する脂肪族一級、二級もしくは二級アミン酸、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などが挙げられる。
上記カチオン性界面活性剤の商品名としては、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。
また、水に難溶の無機化合物分散剤として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も用いることができる。
また、微粒子ポリマーも無機分散剤と同様な効果が確認された。例えば、MMAポリマー微粒子1μm、及び3μm、スチレン微粒子0.5μm、及び2μm、スチレン−アクリロニトリル微粒子ポリマー1μm、(PB−200H(花王製)SGP(総研)、テクノポリマーSB(積水化成品工業)、SGP−3G(総研)ミクロパール(積水ファインケミカル))などがある。
また、上記の無機分散剤、微粒子ポリマーと併用して使用可能な分散剤としては、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よい。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、例えば酢酸ピニル、プロピオン酸ピニル、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、ピニルビリジン、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窒素原子、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エニルエーテル、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。
得られた乳化分散体(反応物)を樹脂ガラス転移温度より低い一定の温度域、有機溶剤濃度域で攪拌収斂させることで合着粒子を作製し、有機溶媒を除去するために、系全体を徐々に層流の攪拌状態で昇温し、脱溶剤を行うことで異形化トナー粒子が作製できる。なお、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、微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。分散剤を使用した場合には、該分散剤がトナー粒子表面に残存したままとすることもできる。
さらに、トナー組成分を含む分散媒体の粘度を低くするために、ウレア変性ポリエステルやプレポリマー(A)等のポリエステルが可溶の溶剤を使用することもできる。溶剤を用いたほうが、粒度分布がシャープになる点で好ましい。溶剤は沸点が100℃未満の揮発性であることが、溶剤の除去が容易である点から好ましい。
このような溶剤としては、例えば、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。溶剤の使用量は、プレポリマー(A)100部に対して、通常0〜300部、好ましくは0〜100部、さらに好ましくは25〜70部である。溶剤を使用した場合は、変性ポリエステル(プレポリマー)のアミンによる伸長および/または架橋反応後、得られた反応物から、溶媒(溶剤)を常圧または減圧下で除去する。
伸長および/または架橋反応時間は、例えば、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)の組み合わせによる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。なお、伸長剤及び/又は架橋剤としては、前記したアミン類(B)が用いられる。
本発明においては、伸長及び/又は架橋反応後の分散液(反応液)からの脱溶媒に先立ち、該分散液を、樹脂ガラス転移温度より低い一定の温度域、有機溶剤濃度域で攪拌収斂させることで合着粒子を作製し、形状を確認後、10〜50℃で脱溶剤を行うのが好ましい。この溶剤除去前の液攪拌によりトナーが異形化する。本発明においては、特に層間のイオンの少なくとも一部を有機イオンで変性した層状無機鉱物を含有することから、確実に異形化が起こる。前記造粒条件は絶対的なものではないので、条件を適宜選択する必要がある。なお、造粒中に含有される有機溶剤濃度が高い場合には、乳化液の粘度を下げることになり、液滴が合一した際、粒子形状が球形化になりやすい傾向があるのでバランス良く粘度調整することが必要である。
また造粒中に含有される有機溶剤濃度が低い場合、液滴が合一した際、液滴粘度が高く、完全な一粒子とはならず、外れてしまう。このため、最適な条件を設定する必要があり、また条件選択でトナー形状を適宜調整することができる。さらに本発明においては、層間のイオンの少なくとも一部を有機イオンで変性した層状無機鉱物(有機変性層状無機鉱物)の含有量によっても形状を調整することが可能である。有機変性層状無機鉱物は、該溶解液または分散液中の固形分中に0.05〜10%含有されることが好ましい。0.05%未満では目標の油相粘度が得られず、目標の形状が得られない。液滴粘度が低いため、攪拌収斂中に液滴が合着しても、目標の合着粒子が得られず、球形状になってしまう。10%を超えると、製造性が悪化し、液滴粘度が高くなり過ぎて合着粒子とならなく、さらには定着性能が悪化する。
一方、前述のトナーの体積平均粒径Dvと個数平均粒径(Dn)との比Dv/Dnは、主に、例えば、水層粘度、油層粘度、樹脂微粒子の特性、添加量等を調整することによりコントロールすることができる。また、DvおよびDnは、例えば、樹脂微粒子の特性、添加量、等を調整することによりコントロールすることができる。
[プロセスカートリッジ]
次に、本発明のプロセスカートリッジについて説明する。図3、4に本発明の電子写真現像剤を保持するプロセスカートリッジの構成図の一例を示す。図3に示すプロセスカートリッジ10は、感光体11と、帯電手段12、現像手段13、クリーニング手段14手段を一体に支持し、画像形成装置本体に着脱自在となるように構成されている。
図4に本発明の電子写真現像剤を保持した状況を明示したプロセスカートリッジの一例を示す。なお、図4における各符号は、1:感光体(感光体ドラム)、2:現像装置、3−3:滞留現像剤、3a:トナー、3b:磁性キャリア、4:現像スリーブ、5:マグネットローラ、6:ドクタブレード、7:現像剤収容ケース、7a:プレドクター、8:トナーホッパー、8a:トナー補給口、9:トナー搬送および攪拌パドル、50:帯電ローラ、58:クリーニング装置、80:磁界形成手段、D:現像領域、S:現像剤収容部を表す。
このプロセスカートリッジは、感光体が所定の周速度で回転駆動され、感光体は回転過程において、帯電手段によりその周面に正または負の所定電位の均一耐電を受け、次いで、スリット露光やレーザービーム走査露光等の像露光手段から画像露光され、こうして感光体の周面に静電潜像が順次形成され、形成された静電潜像は、次いで現像手段によりトナー現像され、現像されたトナー像は、給紙部から感光体と転写手段との間に感光体の回転と同期されて給送された転写材に、転写手段により順次転写されていく。像転写を受けた転写材は感光体面から分離されてプロセスカートリッジ外の像定着手段へ導入されて像定着され、印刷物(コピー)として装置外へプリントアウトされる。像転写後の感光体表面は、必要に応じクリーニング手段によって転写残りトナーの除去を受けて清浄面化され、さらに除電された後、繰り返し画像形成に使用される。すなわち、この形態のプロセスカートリッジを用いた画像形成方法は、像担持体上に静電潜像を形成する工程、前記静電潜像を少なくともキャリアとトナーからなる現像剤で現像して可視像を形成する工程、得られた可視像を記録部材に転写する工程を含み、現像剤として本発明の電子写真現像剤が用いられている。
本発明のプロセスカートリッジによれば、上記電子写真現像剤を保持しているので、電子写真現像剤のキャリアから供給されるトナーにより、微小ドット再現性に優れた高品位な画質を得ることができ、低温定着性にも優れ、クリーニングにおいても信頼性が高い。
[画像形成装置、画像形成方法]
次に、画像形成装置について説明する。本発明の画像形成装置は、少なくとも、感光体と、該感光体上に画像を形成する現像手段と、該感光体上の画像を転写材に転写する転写手段と、該転写材上の画像を定着する定着手段とを備えた画像形成装置であって、本発明おいては、上述の感光体、帯電手段、現像手段、及びクリーニング手段、除電手段等の構成要素を備えている。好ましくは、感光体と本発明の現像剤を用いる現像手段と、他の単数又は複数の手段とを上述の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等の画像形成装置本体に対して着脱可能に構成している。
本発明の現像剤を用いる現像手段を有する画像形成装置は、感光体が所定の周速度で回転駆動される。感光体は回転過程において、帯電手段によりその周面に正または負の所定電位の均一耐電を受け、次いで、スリット露光やレーザービーム走査露光等の像露光手段からの画像露光光を受け、こうして感光体の周面に静電潜像が順次形成され、形成された静電潜像は、次いで現像手段によりトナー現像され、現像されたトナー像は、給紙部から感光体と転写手段との間に感光体の回転と同期されて給送された転写材に、転写手段により順次転写されていく。像転写を受けた転写材は感光体面から分離されて像定着手段へ導入されて像定着され、印刷物(コピー)として装置外へプリントアウトされる。像転写後の感光体表面は、クリーニング手段によって転写残りトナーの除去を受けて清浄面化され、さらに除電された後、繰り返し画像形成に使用される。
本発明の画像形成装置を用いた画像形成方法は、像担持体上に静電潜像を形成する工程、前記静電潜像を少なくともキャリアとトナーからなる現像剤で現像して可視像を形成する工程、得られた可視像を記録部材に転写し、定着する工程を含み、現像剤として本発明の電子写真現像剤が用いられている。
本発明の画像形成装置によれば、本発明の電子写真現像剤を使用しているので、長期にわたりエッジ効果が抑制され、色汚れなどのない、キメ細かく高品位な画像を形成することができる。また、クリーニングにおいて高い信頼性が得られ、しかも低温定着性や微小ドット再現性に優れているため、長期にわたって高品位な画質を得ることができる。
また、本発明の画像形成方法によれば、トナー粒子の帯電量分布を狭くして個々のトナー粒子の帯電量のばらつきを抑え得る。これにより、長期にわたりエッジ効果が生じず、色汚れなどのない、キメ細かく高品位な画像を形成することができる。また、クリーニングにおいて高い信頼性が得られ、しかも低温定着性や微小ドット再現性に優れているため、長期にわたって高品位な画質を得ることができる。
(実施例)
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、特に記載がなければ、「部」、「%」は質量基準である。
(実施例1)
[キャリア1の製造]
下記の原料等を攪拌用容器に秤取り、これをホモミキサーで10分間攪拌し、シリコーン樹脂被覆膜形成溶液を得た。
・シリコーン樹脂溶液[固形分23%(SR2410:東レ・ダウコーニング・シリコン社製)] 432.2部
・アミノシラン[固形分100%(SH6020:東レ・ダウコーニング・シリコン社製)]
0.66部
・無機酸化物微粒子A [酸化アルミニウム 粒径:0.40μm、真比重:3.9]
145部
・イオン性液体 [IL−A2(広栄化学工業株式会社 製) イオン伝導度:6.1×105s/cm] 20部
・トルエン 300部
芯材として平均粒径35μmの焼成フェライト粉(真比重5.5)5000部を用い、上記被覆膜形成溶液を芯材表面に被覆膜厚0.35μmになるように、スピラコーター(岡田精工社製)によりコーター内温度40℃で塗布し乾燥した。得られたキャリアを電気炉中にて200℃で1時間放置して焼成した。冷却後フェライト粉バルクを目開き63μmの篩を用いて解砕し、平均粒径/被覆膜厚(D/h):1.1、体積固有抵抗(対数表示):13.9[Log(Ω・cm)]、1kOeにおける磁化:68Am2/kgの[キャリア1]を得た。このときの樹脂被覆層中に含まれる無機酸化物微粒子は芯材に対して被覆率(C)は93%であった。
なお、芯材の平均粒径測定については、マイクロトラック粒度分析計(日機装株式会社)のSRAタイプを使用し、0.7μm以上、125μm以下のレンジ設定で行ったものを用いた。平均粒径はD50とする。
結着樹脂被覆膜厚測定は、透過型電子顕微鏡にてキャリア断面を観察することにより、キャリア表面を覆う被覆膜を観察することができるため、その膜厚の平均値をもって膜厚とした。
磁化測定は、東英工業(株)製VSM−P7−15を用い、下記の方法により測定したものである。試料約0.15gを秤量し、内径2.4mmφ、高さ8.5mmのセルに試料を充填し、1000エルステッド(Oe)の磁場下で測定した値である。
[トナー]:(トナー1)
冷却管、攪拌機及び窒素導入管の付いた反応槽中に、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プロピオンオキサイド3モル付加物529部、テレフタル酸208部、アジピン酸46部及びジブチルスズオキシド2部を投入し、常圧下、230℃で8時間反応させた。さらに、10〜15mmHgの減圧下で5時間反応させた後、反応槽中に無水トリメリット酸44部を添加し、常圧下、180℃で2時間反応させて、未変性ポリエステル樹脂を合成した。得られた未変性ポリエステル樹脂は、数平均分子量が2500、質量平均分子量が6700、ガラス転移温度が43℃、酸価が25mgKOH/gであった。
水1200部、カーボンブラックPrintex35(デクサ社製;DBP吸油量=42ml/100mg、pH=9.5)540部、及び上記未変性ポリエステル樹脂1200部を、ヘンシェルミキサー(三井鉱山社製)を用いて混合した。二本ロールを用いて、得られた混合物を150℃で30分混練した後、圧延冷却し、パルペライザー(ホソカワミクロン社製)で粉砕して、マスターバッチを調製した。
撹拌棒及び温度計をセットした反応容器中に、未変性ポリエステル樹脂378部、カルナバワックス110部、サリチル酸金属錯体E−84(オリエント化学工業社製)22部及び酢酸エチル947部を仕込み、撹拌下、80℃まで昇温し、80℃で5時間保持した後、1時間かけて30℃まで冷却した。次に、反応容器中に、上記マスターバッチ500部及び酢酸エチル500部を仕込み、1時間混合して原料溶解液を得た。
得られた原料溶解液1324部を反応容器に移し、ビーズミルのウルトラビスコミル(アイメックス社製)を用いて、0.5mmジルコニアビーズを80体積%充填し、送液速度が1kg/時、ディスク周速度が6m/秒の条件で3パスして、C.I.ピグメントレッド及びカルナバワックスを分散させ、ワックス分散液を得た。
次に、得られたワックス分散液に未変性ポリエステル樹脂の65質量%酢酸エチル溶液1324部を添加した。上記と同様の条件でウルトラビスコミルを用いて1パスして得られた分散液200部に、少なくとも一部をベンジル基を有する第4級アンモニウム塩で変性した層状無機鉱物モンモリロナイト(クレイトンAPA Southern Clay Products社製)3部を添加し、T.K.ホモディスパー(特殊機化工業社製)を用いて、30分間攪拌し、トナー材料の分散液を得た。
得られたトナー材料の分散液の粘度を、以下のようにして測定した。直径20mmのパラレルプレートを備えたパラレルプレート型レオメータAR2000(ディー・エイ・インスツルメント・ジャパン社製)を用いて、ギャップを30μmにセットし、トナー材料の分散液に対して、25℃において、せん断速度30000秒−1で30秒間せん断力を加えた後、せん断速度を0秒−1から70秒−1まで20秒間で変化させた時の粘度(粘度A)を測定した。また、パラレルプレート型レオメータAR2000を用いて、トナー材料の分散液に対して、25℃において、せん断速度30000秒−1で30秒間せん断力を加えた時の粘度(粘度B)を測定した。この結果を下記表1に示した。
冷却管、撹拌機及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部及びジブチルスズオキシド2部を仕込み、常圧下、230℃で8時間反応させた。次に、10〜15mHgの減圧下で、5時間反応させて、中間体ポリエステル樹脂を合成した。
得られた中間体ポリエステル樹脂は、数平均分子量が2100、質量平均分子量が9500、ガラス転移温度が55℃、酸価が0.5mgKOH/g、水酸基価が51mgKOH/gであった。
次に、冷却管、撹拌機及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樹脂410部、イソホロンジイソシアネート89部及び酢酸エチル500部を仕込み、100℃で5時間反応させて、プレポリマーを合成した。得られたプレポリマーの遊離イソシアネート含有量は、1.53質量%であった。
撹拌棒及び温度計をセットした反応容器中に、イソホロンジアミン170部及びメチルエチルケトン75部を仕込み、50℃で5時間反応させ、ケチミン化合物を合成した。得られたケチミン化合物のアミン価は、418mgKOH/gであった。
反応容器中に、トナー材料の分散液749部、プレポリマー115部及びケチミン化合物2.9部を仕込み、TK式ホモミキサー(特殊機化製)を用いて5000rpmで1分間混合して、油相混合液を得た。
撹拌棒及び温度計をセットした反応容器中に、水683部、反応性乳化剤(メタクリル酸のエチレンオキシド付加物の硫酸エステルのナトリウム塩)エレミノールRS−30(三洋化成工業社製)11部、スチレン83部、メタクリル酸83部、アクリル酸ブチル110部及び過硫酸アンモニウム1部を仕込み、400rpmで15分間撹拌し、乳濁液を得た。乳濁液を加熱して、75℃まで昇温して5時間反応させた。次に、1質量%過硫酸アンモニウム水溶液30部を添加し、75℃で5時間熟成して、樹脂粒子分散液を調製した。
(トナー材料液の分散質粒子の粒径及び分散粒子径の分布)
トナー材料液の分散質粒径、分散粒径分布の測定に「マイクロトラックUPA−150」(日機装社製)を用いて測定し、解析ソフト「マイクロトラックパーティクルサイズ アナライザ−Ver.10.1.2−016EE」(日機装社製)を用いて解析を行った。具体的にはガラス製30mlサンプル瓶にトナー材料液、次いでトナー材料液作製に用いた溶媒を添加し、10質量%の分散液を調製した。得られた分散液を「超音波分散器W−113MK−II」(本多電子社製)で2分間分散処理した。
測定するトナー材料液に用いた溶媒でバックグラウンドを測定した後、前記分散液を滴下し、測定器のサンプルローディングの値が1〜10の範囲となる条件で分散粒子径を測定した。本測定法は分散粒子径の測定再現性の点から測定器のサンプルローディングの値が1〜10の範囲となる条件で測定することが重要である。前記サンプルローディングの値を得るために前記分散液の滴下量を調節する必要がある。
測定・解析条件は以下のように設定した。分布表示:体積、粒径区分選択:標準、チャンネル数:44、測定時間:60sec、測定 回数:1回、粒子透過性:透過、粒子屈折率:1.5、粒子形状:非球形、密度:1g/cm3溶媒屈折率の値は日機装社発行の「測定時の入力条件に関するガイドライン」に記載されている値のうちトナー材料液に用いた溶媒の値を用いた。
水990部、樹脂粒子分散液83部、ドデシルジフェニルエーテルジスルホン酸ナトリウムの48.5質量%水溶液エレミノールMON−7(三洋化成工業社製)37部、高分子分散剤カルボキシメチルセルロースナトリウムの1質量%水溶液セロゲンBS−H−3(第一工業製薬社製)135部及び酢酸エチル90部を混合撹拌し、水系媒体を得た。
水系媒体1200部に、油相混合液867部を加え、TK式ホモミキサーを用いて、13000rpmで20分間混合して、分散液(乳化スラリー)を調製した。次に、撹拌機及び温度計をセットした反応容器中に、乳化スラリーを仕込み、30℃で8時間脱溶剤した後、45℃で4時間熟成を行い、分散スラリーを得た。
トナーの体積平均粒径(Dv)及び個数平均粒径(Dn)は、粒度測定器(「マルチサイザーIII」、ベックマンコールター社製)を用い、アパーチャー径100μmで測定し、解析ソフト(BeckmanCoulter Mutlisizer 3 Version3.51)にて解析を行った。具体的にはガラス製100mlビーカーに10wt%界面活性剤(アルキルベンゼンスフォン酸塩ネオゲンSC−A;第一工業製薬製)を0.5ml添加し、各トナー0.5g添加しミクロスパーテルでかき混ぜ、次いでイオン交換水80mlを添加した。得られた分散液を超音波分散器(W−113MK−II本多電子社製)で10分間分散処理した。前記分散液を、前記マルチサイザーIIIを用い、測定用溶液としてアイソトンIII(ベックマンコールター製)を用いて測定を行った。測定は装置が示す濃度が8±2%になるように前記トナーサンプル分散液を滴下した。本測定法は粒径の測定再現性の点から前記濃度を8±2%にすることが重要である。この濃度範囲であれば粒径に誤差は生じない。
分散スラリー100質量部を減圧濾過した後、濾過ケーキにイオン交換水100部を添加し、TK式ホモミキサーを用いて12000rpmで10分間混合した後、濾過した。得られた濾過ケーキに10質量%塩酸を加えて、pHを2.8に調整し、TK式ホモミキサーを用いて12000rpmで10分間混合した後、濾過した。さらに、得られた濾過ケーキにイオン交換水300部を添加し、TK式ホモミキサーを用いて12000rpmで10分間混合した後、濾過する操作を2回行い、最終濾過ケーキを得た。得られた最終濾過ケーキを、循風乾燥機を用いて45℃で48時間乾燥し、目開き75μmメッシュで篩い、トナー母粒子を得た。
得られたトナー母粒子100部に対し、外添剤としての疎水性シリカ1.0部と、疎水化酸化チタン0.5部を添加し、ヘンシェルミキサー(三井鉱山社製)を用いて混合処理し、トナーを製造した。これを、[トナー1]とする。
こうして得た[トナー1]7部と[キャリア1]93部を混合攪拌し、トナー濃度7質量%の現像剤を得て、色汚れ、キャリア付着、画像濃度、耐久性(帯電低下量、抵抗変化量)を評価した。現像剤の主要な特性(トナーの円形度、キャリアの体積固有抵抗、被覆率、D/h、磁気モーメント)を下記表1に、また評価結果を下記表2に示す。
(評価法)
以下に実施例における評価の方法及び条件を示す。
<クリーニング性>
クリーニング性は、以下のようにして評価した。初期並びに1000枚及び10万枚印刷した後に、クリーニング工程を通過した感光体上の残存するトナーを、スコッチテープ(住友スリーエム社製)を用いて白紙に移し、マクベス反射濃度計RD514型で測定し、ブランクとの差が0.01以下のものを良好(○)、0.01を越えるものを不良(×)として判定した。
<色汚れ>
市販のデジタルフルカラープリンター(リコー社製imagioNeo C455)改造機にて0.5%画像面積の画像チャートを30,000枚までランニングした後でのカラー単色画像のΔE値の評価を行った。初期および30000枚後のカラー単色画像を出力し、下記式に従って、ΔE値を求める。ΔEが2以下は色汚れがない(○)、ΔEが2乃至4は色汚れが目立たず(△)色調変化は指摘されない、ΔEが4以上は明らかに色汚れが目立ち(×)色調変化を指摘される。
画像出力後、画像濃度をX−RITE938(x−rite社製)により測定する。イエロー画像濃度が1.4±0.5のポイントでのCIEL*、CIEa*、CIEb*を3点測定し平均値を求め、下記式に代入し、ΔE値を算出する。
ΔE=√((初期L*)2+(初期a*)2+(初期b*)2)−√((ラン後L*)2+(ラン後a*)2+(ラン後b*)2)
<キャリア付着>
市販のデジタルフルカラープリンター(リコー社製imagioNeo C455)改造機に現像剤をセットし、帯電電位DC740V、現像バイアス600Vに設定(地肌ポテンシャルを140Vに固定)し、ドット形成ハーフトーンを現像した感光体表面に付着しているキャリア個数をルーペ観察により5視野カウントし、その平均の100cm2当たりのキャリア付着個数をもってエッジキャリア付着量とした。評価は、◎:20個以下、○:21個以上60個以下、△:61個以上80個以下、×:81個以上とし、◎○△を合格とし×を不合格とした。
また、白抜け評価(画像部)は帯電電位DC740V、現像バイアス600Vに設定(地肌ポテンシャルを140Vに固定)し、全面ベタ画像(A3サイズ)を出力し、画像上の白抜けした個数をカウントした。評価は、◎:5個以下、○:6個以上10個以下、△:11個以上20個以下、×:21個以上とし、◎○△を合格とし×を不合格とした。
<画像濃度>
単色モードで50%画像面積の画像チャートを300,000枚ランニング出力した後、ベタ画像をリコー社製6000ペーパーに画像出力後、画像濃度をX−Rite(X−Rite社製)により測定を行った。下記表2に、測定値が、1.8以上2.2未満の場合は◎で、1.4以上1.8未満の場合は○で、1.2以上1.4未満の場合は△で、および、1.2未満の場合は×で表示した。
<耐久性>
市販のデジタルフルカラープリンター(リコー社製imagioNeo C455)改造機に現像剤をセットし、単色モードで50%画像面積の画像チャートにて300,000枚のランニング評価を行った。そして、このランニングを終えたキャリアの帯電低下量をもって判断した。抵抗低下量は単色モードにて0.5%画像面積の画像チャートで300,000枚のランニング評価を行った。そして、このランニングを終えたキャリアの抵抗低下量をもって判断した。
ここでいう帯電量変化量とは、常温常湿室(温度23.5℃ 湿度60%RH)で30分間以上は開封系にて調湿し、初期のキャリア6.000gとトナー0.452gをステンレス製容器へ加えた後、密封し、YS−LD〔(株)ヤヨイ社製振とう機〕にて目盛150で5分間運転し、約1100回の振幅により摩擦帯電させたサンプルを、一般的なブローオフ法[東芝ケミカル(株)製:TB−200]にて測定した帯電量(Q1)から、ランニング後の現像剤中のトナーを前記ブローオフ装置にて除去し得たキャリアを、前記方法と同様の方法で測定した帯電量(Q2)を差し引いた量のことを言い、目標値は±10.0(μc/g)以内である。
ここでいう抵抗変化量とは、初期のキャリアを前述した抵抗測定方法にて求めた抵抗値(R1)から、ランニング後の現像剤中のトナーを前記ブローオフ装置にて除去し得たキャリアを、前記抵抗測定方法と同様の方法で測定した値(R2)を差し引いた量のことを言い、目標値は絶対値で3.0[Log(Ω・cm)]以内である。また、抵抗変化の原因は、キャリアの結着樹脂膜の削れ、トナー成分のスペント、キャリア被覆膜中の粒子脱離などであるため、これらを減らすことで、抵抗変化量を抑えることができる。
(実施例2)
被覆層処方が以下に記す、アクリル樹脂系とシリコーン樹脂系の混合系に変更した以外は実施例1と同様にして、D/h:0.9、体積固有抵抗:14.1[Log(Ω・cm)]、磁化:68Am2/kgの[キャリア2]を得た。このときの樹脂被覆層中に含まれる無機酸化粒子は芯材に対して被覆率が83%であった。
・アクリル樹脂溶液(固形分50%) 34.2部
・グアナミン溶液(固形分70%) 9.7部
・酸性触媒(固形分40%) 0.19部
・シリコーン樹脂溶液[固形分20% (SR2410:東レ・ダウコーニング・シリコン社製)] 432.2部
・アミノシラン[固形分100% (SH6020:東レ・ダウコーニング・シリコン社製)] 3.42部
・イオン性液体 IL−A2(広栄化学工業株式会社 製) 20部
[イオン伝導度:6.1×105s/cm]
・無機酸化微粒子B (酸化アルミニウム 粒径:0.37μm、真比重3.9)
97部
こうして得た[キャリア2]と[トナー1]を、実施例1と同様の方法により現像剤化し評価を行った。現像剤の主要な特性(トナーの円形度、キャリアの体積固有抵抗、被覆率、D/h、磁気モーメント)を下記表1に、また評価結果を下記表2に示す。
(実施例3)
被覆層処方が以下に記す、アクリル樹脂系とシリコーン樹脂系の処方比を変更した以外は実施例2と同様にして、D/h:1.9、体積固有抵抗:13.1[Log(Ω・cm)]、磁化:68Am2/kgの[キャリア4]を得た。このときの樹脂被覆層中に含まれる無機酸化粒子は芯材に対して被覆率が83%であった。
・アクリル樹脂溶液(固形分50%) 17.1部
・グアナミン溶液(固形分70%) 4.85部
・酸性触媒(固形分40%) 0.10部
・シリコーン樹脂溶液[固形分20% (SR2410:東レ・ダウコーニング・シリコン社製)] 216.2部
・アミノシラン[固形分100% (SH6020:東レ・ダウコーニング・シリコン社製)] 1.68部
・イオン性液体 (IL−A2 広栄化学工業株式会社製 イオン伝導度:6.1×105s/cm] 20部
・無機酸化微粒子B (酸化アルミニウム 粒径:0.37μm、真比重3.9)
97部
・トルエン 1600部
こうして得た[キャリア3]と[トナー1]を、実施例1と同様の方法により現像剤化し評価を行った。現像剤の主要な特性(トナーの円形度、キャリアの体積固有抵抗、被覆率、D/h、磁気モーメント)を下記表1に、また評価結果を下記表2に示す。
(実施例4)
被覆層処方が以下に記す、アクリル樹脂系とシリコーン樹脂系の処方比を変更した以外は実施例2と同様にして、D/h:0.4、体積固有抵抗:16.5[Log(Ω・cm)
]、磁化:68Am2/kgの[キャリア5]を得た。このときの樹脂被覆層中に含まれ
る無機酸化粒子は芯材に対して被覆率が83%であった。
・アクリル樹脂溶液(固形分50%) 158.8部
・グアナミン溶液(固形分70%) 49.6部
・酸性触媒(固形分40質量%) 0.88部
・シリコーン樹脂溶液[固形分20% (SR2410:東レ・ダウコーニング・シリコン社製)] 743.2部
・アミノシラン[固形分100% (SH6020:東レ・ダウコーニング・シリコン社製)] 1.68部
・イオン性液体 [IL−A2(広栄化学工業株式会社 製)イオン伝導度:6.1×105S/cm] 20部
・無機酸化微粒子B(酸化アルミニウム 粒径:0.37μm、真比重3.9) 97部
・トルエン 1600部
上記により得た[キャリア4]と[トナー1]を、実施例1と同様の方法により現像剤化し評価を行った。現像剤の主要な特性(トナーの円形度、キャリアの体積固有抵抗、被覆率、D/h、磁気モーメント)を下記表1に、また評価結果を下記表2に示す。
(実施例5)
実施例2において、キャリア被覆膜形成溶液の組成分である無機酸化物微粒子B 酸化アルミニウムの代わりに酸化チタン(アナターゼ)C[粒径:0.35μm、真比重5.0]を110質量部使用したこと以外は実施例2と同様にして、D/h:0.9、体積固有抵抗:16.5[Log(Ω・cm)]の[キャリア5]を得た。このときの樹脂被覆層中に含まれる微粒子は芯材に対して被覆率が73%であった。
上記により得た[トナー1]と[キャリア5]を、実施例1と同様の方法により現像剤化し、評価を行った。現像剤の主要な特性(トナーの円形度、キャリアの体積固有抵抗、被覆率、D/h、磁気モーメント)を下記表1に、また評価結果を下記表2に示す。
(実施例6)
キャリアの質量平均粒径が18μm(真比重5.7)を用い、被覆層処方が以下に記す通り以外は実施例1と同様にして、D/h:0.9、体積固有抵抗:15.7[Log(Ω・cm)]、磁化:66Am2/kgの[キャリア6]を得た。このときの樹脂被覆層中に含まれる無機酸化粒子は芯材に対して被覆率が71%であった。
・アクリル樹脂溶液(固形分50%) 68.4部
・グアナミン溶液(固形分70%) 19.4部
・酸性触媒(固形分40%) 0.38部
・シリコーン樹脂溶液[固形分20% (SR2410:東レ・ダウコーニング・シリコン社製)] 864.4部
・アミノシラン[固形分100% (SH6020:東レ・ダウコーニング・シリコン社製)] 0.46部
・イオン性液体 [IL−A2(広栄化学工業株式会社 製)イオン伝導度:6.1×105s/cm] 20部
・無機酸化微粒子B [酸化アルミニウム 粒径:0.37μm、真比重3.9]
195部
上記により得た[キャリア6]と[トナー1]を、実施例1と同様の方法により現像剤化し、評価を行った。現像剤の主要な特性(トナーの円形度、キャリアの体積固有抵抗、被覆率、D/h、磁気モーメント)を下記表1に、また評価結果を下記表2に示す。
(実施例7)
キャリアの質量平均粒径が71μm(真比重5.3)、被覆層処方が以下に記す通り以外は実施例1と同様にして、D/h:0.6、体積固有抵抗:14.5[Log(Ω・cm)]、磁化:69Am2/kgの[キャリア7]を得た。このときの樹脂被覆層中に含まれる無機酸化粒子は芯材に対して被覆率が78%であった。
・アクリル樹脂溶液(固形分50%) 34.2部
・グアナミン溶液(固形分70%) 9.7部
・酸性触媒(固形分40質量%) 0.19部
・シリコーン樹脂溶液[固形分20% (SR2410:東レ・ダウコーニング・シリコン社製)] 292.9部
・アミノシラン[固形分100% (SH6020:東レ・ダウコーニング・シリコン社製)] 0.42部
・イオン性液体 [IL−A2(広栄化学工業株式会社 製)イオン伝導度:6.1×105S/cm] 20部
・無機酸化微粒子B [酸化アルミニウム 粒径:0.37μm、真比重3.9]
60部
・トルエン 800部
上記により得た[キャリア7]と[トナー1]を、実施例1と同様の方法により現像剤化し、評価を行った。現像剤の主要な特性(トナーの円形度、キャリアの体積固有抵抗、被覆率、D/h、磁気モーメント)を下記表1に、また評価結果を下記表2に示す。
(実施例8)
実施例2において、磁化の低い35μm焼成フェライト(真比重5.4)を用い、磁化が35Am2/kgに変更になった以外は同様にして、D/h:0.9、体積固有抵抗:13.9[Log(Ω・cm)]の[キャリア8]を得た。このときの樹脂被覆層中に含まれる無機酸化粒子は芯材に対して被覆率が83%であった。
上記により得た[キャリア8]と[トナー1]を、実施例1と同様の方法により現像剤化し、評価を行った。現像剤の主要な特性(トナーの円形度、キャリアの体積固有抵抗、被覆率、D/h、磁気モーメント)を下記表1に、また評価結果を下記表2に示す。
(実施例9)
実施例2において、磁化の高い35μm焼成フェライト(真比重5.5)を用い、磁化が93Am2/kgに変更になった以外は同様にして、D/h:0.9、体積固有抵抗:14.1[Log(Ω・cm)]の[キャリア9]を得た。このときの樹脂被覆層中に含まれる無機酸化粒子は芯材に対して被覆率が83%であった。
上記により得た[キャリ9]と[トナー1]を、実施例1と同様の方法により現像剤化し、評価を行った。現像剤の主要な特性(トナーの円形度、キャリアの体積固有抵抗、被覆率、D/h、磁気モーメント)を下記表1に、また評価結果を下記表2に示す。
(実施例10)
実施例1において、無機微粒子添加量を110部から75部へと減量した以外は実施例1と同様にして、D/h:1.1、体積固有抵抗:13.5[Log(Ω・cm)]、磁化:69Am2/kgの[キャリア10]を得た。このときの樹脂被覆層中に含まれる無機酸化粒子は芯材に対して被覆率が43%であった。
上記により得た[キャリア10]と[トナー1]を、実施例1と同様の方法により現像剤化し、評価を行った。現像剤の主要な特性(トナーの円形度、キャリアの体積固有抵抗、被覆率、D/h、磁気モーメント)を下記表1に、また評価結果を下記表2に示す。
(実施例11)
実施例1において、イオン性液体をIL−A2 [イオン伝導度:6.1×105s/cm]からIL−P14[イオン伝導度:1.8×103s/cm](広栄化学工業株式会社 製)に変更し、30部へと増量した以外は同様にして、D/h:1.1、体積固有抵抗:13.8[Log(Ω・cm)]、磁化:68Am2/kgの[キャリア11]を得た。このときの樹脂被覆層中に含まれる無機酸化粒子は芯材に対して被覆率が93%であった。上記により得た[キャリ11]と[トナー1]を、実施例1と同様の方法により現像剤化し、評価を行った。現像剤の主要な特性(トナーの円形度、キャリアの体積固有抵抗、被覆率、D/h、磁気モーメント)を下記表1に、また評価結果を下記表2に示す。
(実施例12)
実施例1において、イオン性液体をIL−A2 [イオン伝導度:6.1×105s/cm]からIL−IM1[イオン伝導度:1.5×102s/cm](広栄化学工業株式会社 製)に変更し、30部へと増量した以外は同様にして、D/h:1.1、体積固有抵抗:16.3[Log(Ω・cm)]、磁化:68Am2/kgの[キャリア12]を得た。このときの樹脂被覆層中に含まれる無機酸化粒子は芯材に対して被覆率が93%であった。上記により得た[キャリア12]と[トナー1]を、実施例1と同様の方法により現像剤化し、評価を行った。現像剤の主要な特性(トナーの円形度、キャリアの体積固有抵抗、被覆率、D/h、磁気モーメント)を下記表1に、また評価結果を下記表2に示す。
(比較例1)
下記組成のキャリア被覆膜形成溶液をホモミキサーで10分間分散し、キャリア被覆層用のシリコーン樹脂被覆膜形成溶液を得た。
〔キャリア被覆膜形成溶液の組成〕
・シリコーン樹脂溶液[固形分23% (SR2410:東レ・ダウコーニング・シリコン社製)] 432.2部
・アミノシラン[固形分100% (SH6020:東レ・ダウコーニング・シリコン社製)] 0.66部
・カーボンブラック MA100R(三菱化学工業株式会社 製) 20部
・トルエン 300部
キャリア芯材として平均粒径;35μmの焼成フェライト粉(真比重5.5)5000質量部を用い、上記被覆膜形成溶液を芯材表面に膜厚0.35μmになるように、スピラコーター(岡田精工社製)によりコーター内温度40℃で塗布し乾燥した。得られたキャリアを電気炉中にて200℃で1時間放置して焼成した。冷却後フェライト粉バルクを目開き63μmの篩を用いて解砕し、体積固有抵抗:12.9[Log(Ω・cm)]、磁化:68Am2/kgの[キャリア13]を得た。
上記により得た[キャリア13]と[トナー1]を、実施例1と同様の方法により現像剤化し、評価を行った。現像剤の主要な特性(トナーの円形度、キャリアの体積固有抵抗、被覆率、D/h、磁気モーメント)を下記表1に、また評価結果を下記表2に示す。
(比較例2)
実施例1のトナー作製に用いたクレイトンAPA(Southern Clay Products社製)3部をMEK−ST−UP(日産化学工業製)45部に変更した以外は実施例1と同様にしてトナーの製造を行い[トナー2]を得た。
上記により得た[トナー2]と[キャリア1]を、実施例1と同様の方法により現像剤化し、評価を行った。現像剤の主要な特性(トナーの円形度、キャリアの体積固有抵抗、被覆率、D/h、磁気モーメント)を下記表1に、また評価結果を下記表2に示す。
(トナーの評価方法及び評価結果)
得られたトナーについて、体積平均粒子径Dv、個数平均粒子径Dn、粒度分布Dv/Dn、平均円形度、形状計数SF1及びクリーニング性を以下のようにして測定した。 Dv及びDnは、粒度測定器マルチサイザーIII(ベックマン・コールター社製)を用いて、アパーチャー径100μmで測定した。また、得られた結果からDv/Dnを算出した。
本発明においては、超微粉トナーの計測にフロー式粒子像分析装置(「FPIA−2100」;シスメックス社製)を用いて計測し、解析ソフト(FPIA−2100Data ProcessingProgram for FPIA version00−10)を用いて解析を行った。具体的には、ガラス製100mlビーカーに10wt%界面活性剤(アルキルベンゼンスフォン酸塩ネオゲンSC−A;第一工業製薬性)を0.1〜0.5ml添加し、各トナー0.1〜0.5g添加しミクロスパーテルでかき混ぜ、次いでイオン交換水80mlを添加した。得られた分散液を超音波分散器(本多電子社製)で3分間分散処理した。前記分散液を前記FPIA−2100を用いて濃度を5000〜15000個/μlが得られるまでトナーの形状及び分布を測定した。本測定法は平均円形度の測定再現性の点から前記分散液濃度が5000〜15000個/μlにすることが重要である。
前記分散液濃度を得るために前記分散液の条件、すなわち添加する界面活性剤量、トナー量を変更する必要がある。界面活性剤量は前述したトナー粒径の測定と同様にトナーの疎水性により必要量が異なり、多く添加すると泡によるノイズが発生し、少ないとトナーを十分にぬらすことができないため、分散が不十分となる。またトナー添加量は粒径により異なり、小粒径の場合は少なく、また大粒径の場合は多くする必要があり、トナー粒径が3〜7μmの場合、トナー量を0.1〜0.5g添加することにより分散液濃度を5000〜15000個/μlにあわせる事が可能となる。
SF1は、以下のようにして計測した。トナーに蒸着した後、加速電圧2.5keVの条件で、超高分解能FE−SEMのS−5200(日立製作所社製)を用いて、100個以上のトナーを観察した。次に、画像解析装置Luzex AP(ニレコ社製)の画像処理装置及び画像処理ソフトウエアを用いて、SF1を算出した。
[評価結果]
表2より、本発明の範囲内である実施例1乃至13については、キャリアによる色汚れもなく、また、画像濃度、キャリア付着、帯電変化量、抵抗低下量の全ての評価項目においても良好な結果が得られたことが判る。実施例のトナーは、初期から長期にわたり、クリーニング性に優れていた。一方、比較例1では、色汚れが発生し、実用上使用できない結果となった。また、比較例2のトナーは、初期からクリーニング不良が発生し、長期にわたる評価はできなかった。以上のように、実施例に示す現像剤を用いた画像形成技術により、極めて安定した良好な画質の画像を長期にわたって得ることができる。
以上、本発明の実施例を具体的に説明してきたが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではなく、これら本発明の実施例を、本発明の主旨及び範囲を逸脱することなく、変更又は変形することができる。