JP2008304727A - 磁性トナー、画像形成方法及びプロセスカートリッジ - Google Patents

磁性トナー、画像形成方法及びプロセスカートリッジ Download PDF

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彰 榊原
Tadashi Michigami
正 道上
Michihisa Magome
道久 馬籠
Eriko Yanase
恵理子 柳瀬
Takashi Matsui
崇 松井
Tomohisa Sano
智久 佐野
Shuichi Hiroko
就一 廣子
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Abstract

【課題】高解像・高精細の画質と良好なクリーニング性を維持し、高温高湿環境下における耐久安定性を確保し、停止スジの発生を防ぐことである。
【解決手段】クリーニングブレードにより静電潜像担持体上の磁性トナーを除去するクリーニング工程を有する画像形成法であり、該クリーニングブレードは反発弾性が5%以上25%以下で、該クリーニングブレードに対する静電潜像担持体の表面の動摩擦係数が0.1以上1.0以下である画像形成方法に用いられる磁性トナーであり、
該磁性トナーは結着樹脂及び磁性体を有する磁性トナー粒子を有し、該磁性トナーの最大圧密応力5kPa及び15kPaの時の単軸崩壊応力をT(5)、T(15)とした時、下記式(a)、(b)
0.2≦T(5)/T(15)≦1.0 (a)
T(15)≦3.5 (b)
を満たすことを特徴とする。
【選択図】なし

Description

本発明は電子写真法、静電記録法、又は、トナージェット法を利用した記録方法に用いられるトナーに関するものである。
電子写真法としては多数の方法が知られている。一般には光導電性物質を利用し、種々の手段により静電荷像担持体(以下、「感光体」ともいう)上に静電潜像を形成し、次いで該潜像をトナーにより現像を行って可視像とし、必要に応じて紙などの記録媒体にトナー像を転写した後、熱あるいは圧力等により記録媒体上にトナー画像を定着して複写物を得るものである。このような画像形成装置としては、複写機、プリンタ等がある。
プリンターや複写機は、300dpi、600dpi、1200dpi、2400dpiと高解像度の方向に進んでおり、現像方式もこれにともなってより高精細が要求されてきている。
高解像・高精細の画質を得るためには、トナーの小粒径化、球形状化が有効な手段として知られている(特許文献1、2)。しかしながら、こうしたトナーは一般的にクリーニングブレードすり抜けによりクリーニング性が劣ることが多く、また、帯電部材汚染が発生しやすいため、結果帯電不良を招き、濃度低下などの問題が起きる。それを防ぐために、クリーニングブレードに対しての当接圧を高くする方法もある(特許文献3、4)。しかし、特に使用前の静電潜像担持体は、表面が非常に均一であるためクリーニングブレーとの密着性がより高いので、使用初期の潤滑性を極めて高くしておかないと、ブレード反転やブレード鳴き等のトラブルが発生し易い構成になってしまう。このために、帯電不良による画像欠陥、クリーニング不良が生じやすくなる。特に、高湿環境では摩擦係数が高くなるのでこの問題は顕著である。なお、使用を開始した後は、表面が削れて粗面化されること、あるいはトナーや摩耗粉が存在すること等により、静電潜像担持体表面とクリーニングブレードの潤滑性がやや改善される。
これらの問題に対応するために、反発弾性及び動摩擦係数を低く設定することが考えられるが、その際には停止スジ(静電潜像担持体周期のスジ状の画像欠陥)という新たな問題に対応が不可能であった(後述)。
このように、低反発弾性及び低動摩擦係数を両立しつつ、1)高解像・高精細の画質と良好なクリーニング性を維持し、2)高温高湿環境下における耐久安定性を確保し、そして、3)停止スジの発生を防ぐといった点ではまだまだ改善の余地がある。
特開平9−62029号公報 EP1058157号公報 特開平5−35156 特開2006−198562
本発明の目的は、1)高解像・高精細の画質と良好なクリーニング性を維持し、2)高温高湿環境下における耐久安定性を確保し、そして、3)停止スジの発生を防ぐことである。
本発明は、静電潜像担持体を帯電する帯電工程;帯電された該静電潜像担持体に静電潜像を形成する静電潜像形成工程;静電潜像担持体上に磁性トナー像を形成するために、該静電潜像をトナー担持体上に担持されている磁性トナーによって現像する現像工程;該静電潜像担持体上の磁性トナー像を転写材に転写する転写工程;及びクリーニングブレードにより静電潜像担持体上の磁性トナーを除去するクリーニング工程を有する画像形成法であり、
該クリーニングブレードは、反発弾性が5%以上25%以下であり、該クリーニングブレードに対する静電潜像担持体の表面の動摩擦係数が0.1以上1.0以下である画像形成方法に用いられる磁性トナーであり、
該磁性トナーは結着樹脂及び、磁性体を少なくとも含有する磁性トナー粒子を有し、該磁性トナーの最大圧密応力5kPa及び15kPaの時の単軸崩壊応力をT(5)kPa、T(15)kPaとした時、下記式(a)、(b)
0.2≦T(5)/T(15)≦1.0 (a)
T(15)≦3.5 (b)
を満たすことを特徴とする磁性トナーに関する。
また、本発明は、静電潜像担持体を帯電する帯電工程;帯電された該静電潜像担持体に静電潜像を形成する静電潜像形成工程;静電潜像担持体上に磁性トナー像を形成するために、該静電潜像をトナー担持体上に担持されている磁性トナーによって現像する現像工程;該静電潜像担持体上のトナー像を転写材に転写する転写工程;及びクリーニングブレードにより静電潜像担持体上の磁性トナーを除去するクリーニング工程を有する画像形成法であり、
該静電潜像担持体は、外径が10mm以上24mm以下の径であり、該クリーニングブレードは、反発弾性が5%以上25%以下であり、該クリーニングブレードに対する静電潜像担持体の表面の動摩擦係数が0.1以上1.0以下である画像形成方法に用いられる磁性トナーであり、
該磁性トナーとして、上記構成の磁性トナーを用いることを特徴とする画像形成方法に関する。
さらに、本発明は、静電潜像担持体と、この静電潜像担持体に接触する帯電部材を有しこの帯電部材に電圧を印加して該静電潜像担持体を帯電させる帯電装置を有し、帯電した静電潜像担持体に静電潜像を形成し、このトナー像を転写材に転写し、トナー像を転写材に定着させる定着装置を有し、静電潜像担持体上のトナーを除去するクリーニング装置を有する画像形成装置であり、
該静電潜像担持体の外径は、10mm以上24mm以下の径であり、該クリーニング工程で用いられるクリーニングブレードは、反発弾性が5%以上25%以下であり、該クリーニングブレードに対する静電潜像担持体の動摩擦係数が0.1以上1.0以下である画像形成方法に用いられる磁性トナーであり、
画像形成装置に適用される磁性トナーは上記構成の磁性トナーであることを特徴とする画像形成装置に関する。
また、本発明は、上記画像形成方法に用いられるプロセスカートリッジであって、前記静電潜像担持体、帯電装置、定着装置、クリーニング装置を一体的に、かつ着脱自在に構成されていることを特徴とするプロセスカートリッジに関する。
本発明によれば、1)高解像・高精細の画質と良好なクリーニング性を維持し、2)高温高湿環境下における耐久安定性を確保し、そして、3)停止スジの発生を防ぐことができる。
本発明者らが鋭意検討を行ったところ、静電潜像担持体を帯電する帯電工程;帯電された該静電潜像担持体に静電潜像を形成する静電潜像形成工程;静電潜像担持体上に磁性トナー像を形成するために、該静電潜像を磁性トナー担持体上に担持されている磁性トナーによって現像する工程;該静電潜像担持体上のトナー像を転写材に転写する転写工程;及びクリーニングブレードにより静電潜像担持体上の磁性トナーを除去するクリーニング工程を有する画像形成法であり、
該クリーニングブレードは、反発弾性が5%以上25%以下であり、該クリーニングブレードに対する静電潜像担持体の表面の動摩擦係数が0.1以上1.0以下である画像形成方法に用いられる磁性トナーであり、
該トナーは結着樹脂及び、磁性体を少なくとも含有する磁性トナー粒子を有し、該磁性トナーの最大圧密応力5kPa及び15kPaの時の単軸崩壊応力をT(5)kPa、T(15)kPaとした時、下記式(a)、(b)を満たすことを特徴とする磁性トナーを用いることで、1)高解像・高精細の画質と良好なクリーニング性を維持し、2)高温高湿環境下における耐久安定性を確保し、そして、3)停止スジの発生を防げることを見出した。
0.2≦T(5)/T(15)≦1.0 (a)
T(15)≦3.5 (b)
これは、以下のような理由であると考えている。
一般的にクリーニングブレードの反発弾性を高くすると、静電潜像担持体との摺擦によりブレードが微振動し、金属音のような高周波音が発生する所謂ブレード鳴きの現象が発生する。また、ブレードが微振動することでトナーのすり抜けが生じ、クリーニング性が劣る。一方、反発弾性が低いと、初期のクリーニング性は向上するが、繰り返しの画像出力においては、静電潜像担持体表面の磨耗量が増加することで静電潜像担持体が削られてしまい、長期の耐久安定性が得られ難くなる。また、クリーニングブレードの先端部が静電潜像担持体に食い込んだ状態となり、クリーニングブレードと静電潜像担持体表面との接触面積が大きくなる。このため、静電潜像担持体を駆動させた時におけるクリーニングブレードの先端部との摩擦力が大きく、クリーニングブレードが反転してしまい、静電潜像担持体に駆動不良が生じたり、傷付いたりする。さらには、クリーニングブレードが破損したりする他、画質の低下等の問題がある。
クリーニングブレードの反発弾性が5%以上25%以下という本発明の範囲は、比較的反発弾性が低く、これを満たすのみでは前述のような長期の耐久安定性やブレードの破損、画質低下などの問題を解決することはできず、併せて動摩擦係数を0.1以上1.0以下とすることが必須である。動摩擦係数が0.1より小さい場合は、クリーニングブレードの規制力が弱くなることでトナーのすり抜けが発生し、帯電部材不良及びクリーニング不良を招く。一方1.0超であると、クリーニングブレードとの摺擦時のトルクが増加するため、耐磨耗性が低下し、静電潜像担持体表面にキズが入りやすくなってしまい、画像欠陥や耐久後半での画質及び濃度低下を招きやすくなる。
しかしながら、前述の反発弾性及び動摩擦係数を制御するのみでは、停止スジの問題に対応が不可能であった。停止スジは以下の原因で発生すると考えられている。印字する際の静電潜像担持体とクリーニングブレードの挙動を考えると、多数枚印字を重ねることでクリーニングブレードの先端部分にトナーの凝集塊が形成される。そして、印字を停止した際に、静電潜像担持体とクリーニングブレード先端部のニップ部にトナーが凝集塊として蓄積される。こうしたトナーは印字停止時にニップ部の圧力により静電潜像担持体に押しつけられることで、融着を引き起こす。その状態のまま、再び印字しようとした際に、トナーは静電潜像担持体に融着しているがために、本来であればクリーニングブレードにより取り除かれるべきトナーが、保持されたままブレードをすり抜けてしまう現象が発生する。この状態で静電潜像担持体が1回転し、融着したトナーがクリーニングブレード部位と接触した際に、静電潜像担持体とクリーニングブレード間の回転阻害を引き起こし、その瞬間に帯電ムラなどの帯電安定性の低下を招く。そして、静電潜像担持体が2回転、3回転と回転を重ねるたびに、同様の原因により静電潜像担持体の回転周期ごとに帯電不良による画像欠陥が引き起こされる。これが、停止スジの原因であると考えられる。この現象はトナーへのストレスにより起きやすく、特に耐久後半及び高温高湿環境下において起こりやすい。
この停止スジの問題を解決するために、本発明者らが鋭意検討を行った結果、磁性トナーの最大圧密応力5kPa及び15kPaの時の単軸崩壊応力をT(5)kPa、T(15)kPaを前述の式(a)、(b)の範囲に制御することで上記問題を解決できることを見出した。これは以下の理由であると考える。
停止スジの問題を解決するためには、静電潜像担持体への、1)トナーの融着を防ぐ、もしくは、2)融着したトナーを瞬時に取り除くことが重要である。1)の融着を防ぐ観点では、低反発弾性を達成するために、クリーニングブレードの当接圧を高くしているがため、完全に融着を防ぐことは難しい。そこで、2)を解決する手段として磁性トナーの単軸崩壊応力を制御する点に着目した。単軸崩壊応力は、粉体に対してある一定の圧力が加えられた際に、どの程度の応力が加えられると元の粉体としての特性を取り戻すかの指標となる値である。即ち、この値が低ければ低いほど、小さい応力で元の粉体特性を取り戻すことを意味する。これを静電潜像担持体、クリーニングブレードと磁性トナーで考えてみると、静電潜像担持体とクリーニングブレードに挟まれたニップ部に存在するトナーが受ける圧力において、どれほどの応力(静電潜像担持体の回転力)を受けるかを制御することが重要であることを意味している。使用初期のクリーニングブレードは、特に高温高湿環境下でブレードめくれなどの問題を発生しやすく、局所的に当接圧のムラが発生することでトナーへの応力も局所的に高くなる傾向がある。この際は最大圧密応力15kPaの時の値をモニタリングすることでトナーの状態を掴むことが可能である。一方、耐久後半で静電潜像担持体が磨耗してきた際など、局所的に圧力が低くなる場合もあるが、最大圧密応力5kPaの値をモニタリングすることで同様にトナーの状態を掴むことが可能であると考えられる。
本発明者らが鋭意検討を行ったところ、該磁性トナーの最大圧密応力15kPaの時の単軸崩壊応力の値が3.5kPa以下であることが必須であるとの結論に至った。この範囲内であれば、前述のクリーニング工程において、クリーニングブレード先端部と静電潜像担持体の間において融着された磁性トナーが、印字の際に静電潜像担持体に加わる回転力、即ち応力により瞬時にほぐれ、粉体としての流動性を取り戻す。これにより磁性トナーは問題なくクリーニングブレードにより除去され、良好な帯電安定性が得られ、結果として良好な画像を得られることがわかった。より好ましくは、3.0kPa以下である。該磁性トナーの最大圧密応力15kPaの時の単軸崩壊応力の値が3.5kPaよりも大きいと、該磁性トナーはクリーニングブレード近傍において瞬時に粉体の特性を取り戻すことができない。このため、そのまま静電潜像担持体上に残存トナーとして残るがために、停止スジの問題や帯電部材汚染、クリーニング不良等の問題を引き起こす。
また、最大圧密応力5kPa及び15kPaの時の単軸崩壊応力をT(5)kPa、T(15)kPaとした時、T(5)/T(15)の値が0.2以上1.0以下であることも必須である。T(5)/T(15)の値が0.2よりも小さいと、磁性トナーは圧力による影響を大きくうける。このため、例えば凝集したトナーをほぐすために強い力を加えると、凝集していないトナーに対しても大きなシェアがかかることとなり帯電ムラを生じ、カブリの問題や画質の低下が生じる。T(5)/T(15)の値が0.2以上1.0以下であれば、トナーは凝集されて静電潜像担持体に保持されることはなく、クリーニングブレードの反発弾性が小さい本件の構成においてもクリーニング不良や帯電部材汚染を防ぐことが可能となる。その際、動摩擦係数が0.1以上1.0以下であることにより、静電潜像担持体の削れを防ぐことができる他、ブレードめくれの防止や、長期使用における耐久安定性を確保することが可能となる。
以上のように、反発弾性、動摩擦係数、磁性トナーの単軸崩壊応力を上記の範囲にバランスよく制御することが必須である。これにより、1)高解像・高精細の画質と良好なクリーニング性を維持し、2)高温高湿環境下における耐久安定性を確保し、そして、3)停止スジの発生を防ぐことができるものと考えられる。
なお、トナーの単軸崩壊応力は結着樹脂、磁性体、製造条件等全てのものが関係する。トナーの単軸崩壊応力を調整するためには、内包する成分としては、例えば磁性体の残留磁化、離型剤の存在状態を調整することで調整可能である。また、トナーを所謂粉砕法で製造するときは、混練加熱温度、冷却温度や速度、粒子形状など、また所謂重合法で作る際には、重合温度、重合反応及び蒸留条件、冷却温度、樹脂の疎水化処理などで調整可能である。特に、重合法においては、重合後半或いは重合終了後、該容器内の水系媒体に温度100℃以上の飽和水蒸気を導入することによりトナーの平均円形度が向上し、トナーは流動性に優れ、本発明に必須要件であるT(15)≦3.5(kPa)を達成しやすく好ましい。
本発明に用いられるクリーニングブレードの反発弾性は5%以上25%以下であることが必須であるが、これを達成するためにはウレタンなどの弾性ゴムブレードを用いることが好ましい。しかしながら、本件の範囲内であれば、他の弾性ゴムを用いるほか、エッジ部に樹脂を塗布してもよい。尚、反発弾性の測定は、JIS K−7311に準ずる。
本発明に用いられる静電潜像担持体は動摩擦係数が0.1以上1.0以下であることが必須である。静電潜像担持体の製造方法を以下に示す。
支持体上に感光層を有する静電潜像担持体において、表面層が式(1)で示される繰り返し構造単位及び、式(2)で示される繰り返し単位を有し、かつ末端の一方または両方の構造が式(3)であるポリカーボネート重合体を含有することを特徴とする。
Figure 2008304727
(式中、Xは単結合、−O−、−S−及び置換もしくは無置換のアルキリデン基を示し、R1乃至R8は同一または異なって、水素原子、ハロゲン原子、アルコキシ基、ニトロ基、置換もしくは無置換のアルキル基及び置換もしくは無置換のアリール基を示す。)
Figure 2008304727
(式中、R9及びR10は水素原子、アルキル基又はアリール基、R11乃至R14は同一または異なって、水素原子、ハロゲン原子、置換または無置換のアルキル基又はアリール基を示す。aは1乃至30、mは1乃至500正の整数を示す。)
Figure 2008304727
(式中、R15及びR16は水素原子、ハロゲン原子、アルコキシ基、ニトロ基、置換基を有してもよいアルキル基又はアリール基を示す。R17及びR18は水素原子、アルキル基又はアリール基を示す。R19乃至R23は同一または異なって、水素原子、ハロゲン原子、置換または無置換のアルキル基又はアリール基を示す。bは1乃至30、nは1乃至500正の整数を示す。)
上述のポリカーボネート重合体を含有する静電潜像担持体は、極めて高い潤滑性を示し、本発明の必須要件である動摩擦係数0.1以上1.0以下を達成することが可能となり、良好なクリーニング性及び画像特性を提供可能となる。これについては以下のように考えている。
該ポリカーボネート重合体は、ポリカーボネート樹脂の一方または両方の末端にポリシロキサン部位を有し、かつポリカーボネート樹脂の主鎖にもシロキサン部位が重合された構造である。
その理由としては末端にポリシロキサン部位を有することで、シロキサン部分の自由度が増加しより表面近傍に局所的に集中する為に、非常に高い潤滑性を示すものと思われる。この時、シロキサン鎖が長い方が、潤滑性向上に有効に作用し、式(2)、(3)の繰り返し単位n=10以上の時、特に高い潤滑性を示す。
この場合、純水に対する接触角は100°以上と高くなり、高湿度環境下にて水分の吸着を防ぐことが可能となり、潤滑性を維持することが可能となる。即ち、使用初期に最も発生し易いブレードめくれやブレード鳴き等の問題に効果的に働き、最も厳しい高湿環境においても上記問題の発生を防ぐことが可能である。
本発明におけるポリシロキサン基としては、ポリアルキルシロキサン、ポリアリールシロキサン、ポリアルキルアリールシロキサン等より誘導されたものであり、具体的にはポリジメチルシロキサン、ポリジエチルシロキサン、ポリジフェニルシロキサン、ポリメチルフェニルシロキサン等が挙げられる。これらは2種類以上併用しても良い。ポリシロキサン基の長さは、式(2)、(3)中の平均繰り返し単位であるm及びnで表され、m及びnが1以上500以下であり、好適には10以上100以下である。十分なシロキサンの潤滑性を得るためにはある程度、m及びnが大きい方がよいがm及びnが500を超えるようなものでは、不飽和基を有する一官能性フェニル化合物の反応性が劣り、あまり実用的ではない。
また、m及びnの平均繰り返し単位の数値は同じ組合せであることが好ましい。そうすることにより、電荷輸送層の被膜の透明性が大きく高まり、被膜の光学的特性の面からも好ましく、低残留電位で高感度、ゴースト等のメモリー画像の発生を抑制するといった効果がみられた。
以下に、式(1)に示されるビスフェノール及び、式(2)、(3)で示されるシロキサン化合物の好ましい具体例を示すが、これらに限られるものではない。
Figure 2008304727
Figure 2008304727
Figure 2008304727
Figure 2008304727
本発明に用いられるポリカーボネート重合体中におけるポリシロキサンの質量は10質量%以上60質量%以下が好ましい。ポリシロキサンの含有量が10質量%これよりも少ないと電荷輸送層に添加する割合を増やさないと高い潤滑性を発揮し難くなり、耐久性との両立が難しい場合がある。一方、60質量%よりも含有量が多いと、製造が難しく、液透明性や電子写真特性成に支障が生じる場合がある。ここでの質量構成比率とは、一般式(2)、(3)で示されるシロキサン構造単位から構成された部分の全質量が、重合体全体の質量に対してどれだけの割合を占めているかを、質量%で示したものである。
次に、本発明に用いられるポリカーボネート重合体の合成例を以下に示す。
(合成例1)
10%水酸化ナトリウム水溶液500mlに、(1−13)で示されるビスフェノール120gを加えて溶解した。この溶液にジクロロメタン300mlを加え攪拌し、溶液温度を10℃以上15℃以下に保ちながら、ホスゲン100gを1時間かけて吹き込んだ。ホスゲンを約70%吹き込んだところで(2−1)で示される平均繰り返し単位m=20のシロキサン化合物10gと(3−1)で示される平均繰り返し単位n=20のシロキサン化合物20gを溶液に加えた。ホスゲンの導入が終了後、激しく攪拌して反応液を乳化させ、0.2mlのトリエチルアミンを加え、1時間攪拌した。その後ジクロロメタン相をリン酸で中和し、更にpH7程度になるまで水洗を繰り返した。続いてこの液相をイソプロパノールに滴下し、沈殿物をろ過、乾燥することによって、白色粉状の重合体(本発明に用いられるポリカーボネート重合体)を得た。
得られた重合体を赤外線吸収スペクトルで分析したところ、1750cm-1にカルボニル基による吸収、1240cm-1にエーテル結合による吸収及びカーボネート結合が確認された。また、3200cm-1以上3650cm-1以下の吸収はほとんどなく、水酸基は認められなかった。更に、1000cm-1以上1100cm-1以下のシロキサンに起因するピークも確認された。1H−NMRにおいてもシロキサン部位及びポリカーボネート部位が存在することが確認された。得られた重合体をMALDI−TOF−MS(BRUKER社製)で測定したところ、式(2−1)から形成されたシロキサン部位と式(3−1)から形成されたシロキサン部位が約1:2であり、平均繰り返し単位の平均はおよそm:n=20:20であることを確認した。また、粘度平均分子量(Mv)は約26000であり、シロキサン部位の質量構成比率は約20%である。従い、このポリカーボネート重合体はポリカーボネート樹脂の両方の末端にポリシロキサン部位を有し、かつポリカーボネート樹脂の主鎖にもシロキサン部位が重合された構造である。
(合成例2)
式(2−1)で示されるシロキサン化合物の平均繰り返し単位m=40を25gと、式(3−1)で示されるシロキサン化合物の繰り返し単位n=40を55gとした以外は合成例1と同様にして合成し、本発明のポリカーボネート重合体を得た。粘度平均分子量(Mv)は約20600であった。このポリカーボネート重合体は平均繰り返し単位の平均はおよそ、m:n=40:40であり、シロキサン部位の質量構成比率は約40%であること、構造はポリカーボネート樹脂の両方の末端にポリシロキサン部位を有し、かつポリカーボネート樹脂の主鎖にもシロキサン部位が重合された構造であることを、MALDI−TOF−MS、赤外線吸収スペクトル及び1H−NMRにて同様に確認した。
本発明に用いられるポリカーボネート重合体の粘度平均分子量(Mv)は、5,000乃至200,000であることが好ましく、特には10,000乃至100,000であることが好ましい。合成の際は、分子量を調節する為に、一官能のシロキサン化合物に加え、他の一官能性化合物を末端停止剤として併用して使用しても良い。このような停止剤としては、例えば、フェノール、p−クミルフェノール、p−t−ブチルフェノール、安息香酸、塩化ベンジル等の通常ポリカーボネートを製造する際に使用される化合物が挙げられる。
本発明に用いられるポリカーボネート重合体は、優れた潤滑性及び優れた強度を有するが、より優れた強度を有する樹脂と混合して用いられることが好ましい。混合比は、ポリカーボネート重合体0.5質量部に対して他の樹脂が1乃至99質量部であることが好ましい。本発明に用いられるポリカーボネート重合体は、感光層の表面近傍に集中しやすい為に少ないブレンド比でも高い潤滑性を発揮する。
また、上述のポリカーボネート重合体と前記式(4)に示すポリジメチルシロキサンを混合して使用すると、更に高い初期滑り性を発現し、特性の悪化もなく好ましい。混合比は本発明に用いられるポリカーボネート重合体に対して、5質量%以上20質量%以下であることが好ましく、かつ、この2種の混合物の含有量は表面層の全固形分に対し0.1質量%以上5.0質量%以下が好ましい。また、式(4)に示す平均繰り返し単位数lは10以上100以下が好ましい。100を越えるようなものでは、少量添加であっても感光層にした際に被膜が白濁し易く、被膜の光学的特性からも好ましくない。
尚、ポリジメチルシロキサンの単独添加では、ポリカーボネート重合体ほど、高い滑り性が発現しない。また、前述したように、少量の添加によっても残留電位が著しく増加し易く、電荷輸送層の被膜が白濁し、被膜の光学的特性の面からも、画質が低下し、感度低下による濃度薄やゴースト等のメモリー画像が発生する。しかし、ポリカーボネート重合体と前述の範囲で混合して、前述の割合で表面層に添加すると、そのような弊害が発生せず、低残留電位で、高感度、耐久によるゴースト等のメモリー画像の発生も見られなかった。ここで、前述理由からポリカーボネート重合体同様、ポリジメチルシロキサンとの混合物の状態でもm、n、lの平均繰り返し単位の数値は同じ組合せであることが好ましい。平均繰り返し単位の数値は前述のMALDI−TOF−MS(BRUKER社製)で測定することができる。平均繰り返し単位の数値が同じとは、測定誤差も考慮し大よそ±3の範囲内であれば同じとみなした。
尚、合成時に二官能のシロキサン化合物(合成例1,2であれは化合物(2−1))を加えず、一官能のシロキサン化合物(合成例1,2であれは化合物(3−1))のみを用いて合成すると、主鎖にシロキサン構造を持たず、ポリカーボネートの繰り返し単位の末端の一方または、両方にシロキサン構造を持つポリカーボネート重合体が合成される。このポリカーボネート重合体は本発明に用いられる主鎖と末端の両方にシロキサン構造を持つポリカーボネートと併用しても良い。
次に、本発明に用いられる静電潜像担持体の構成について説明する。
本発明に用いられる静電潜像担持体の表面層は、感光層が電荷輸送材料と電荷発生材料とを同一の層に含有する単層型の場合はその層であり、電荷輸送材料を含有する電荷輸送層と電荷発生材料を含有する電荷発生層とを有する積層型の場合は電荷輸送層である。更には、電荷輸送層上に保護層を設ける場合は、保護層である。保護層は導電性金属酸化物等の導電性粒子を含有してもよい。
本発明においては、電子写真特性の点から積層型であることが好ましい。以下に、積層型の電子写真静電潜像担持体構成について説明する。
本発明に用いられる導電性支持体としてはアルミニウム、ニッケル、銅、金、鉄等の金属または合金、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリイミド、ガラス等の絶縁性支持体上にアルミニウム、銀、金等の金属あるいは酸化インジウム、酸化スズ等の導電材料の薄膜を形成したもの、カーボンや導電性フィラーを樹脂中に分散し導電性を付与したもの等が例示できる。これらの支持体表面は電気的特性改善あるいは密着性改善のために、陽極酸化等の電気化学的な処理を行った支持体や、導電性支持体表面をアルカリリン酸塩あるいはリン酸やタンニン酸を主成分とする酸性水溶液に金属塩の化合物またはフッ素化合物の金属塩を溶解してなる溶液で化学処理を施したものを用いることもできる。
また、単一波長のレーザー光などを用いたプリンターに本静電潜像担持体を用いる場合には、干渉縞を抑制するために導電性支持体はその表面を適度に粗らしておくことが必要である。具体的には上記支持体表面をホーニング、ブラスト、切削、電界研磨等の処理をした支持体もしくはアルミニウム及びアルミニウム合金上に導電性金属酸化物及び結着樹脂からなる導電性皮膜を有する支持体を用いることが必要である。
ホーニング処理としては、乾式及び湿式での処理方法があるがいずれを用いてもよい。湿式ホーニング処理は、水等の液体に粉末状の研磨剤を懸濁させ、高速度で基体表面に吹き付けて粗面化する方法である。表面粗さは、吹き付け圧力、速度、研磨剤の量、種類、形状、大きさ、硬度、比重及び懸濁温度等により制御することができる。同様に、乾式ホーニング処理は、研磨剤をエアーにより、高速度で導電性基体表面に吹き付けて粗面化する方法であり、湿式ホーニング処理と同じように表面粗さを制御することができる。これら湿式または乾式ホーニング処理に用いる研磨剤としては、炭化ケイ素、アルミナ、鉄、ガラスビーズ等の粒子が挙げられる。
支持体と電荷発生層または後述の中間層との間には、レーザー光などの散乱による干渉縞の防止や、支持体の傷の被覆を目的とした導電層を設けてもよい。
導電層は、カーボンブラック、金属粒子、金属酸化物粒子などの導電性粒子を結着樹脂に分散させて形成することができる。好適な金属酸化物粒子としては、酸化亜鉛や酸化チタンの粒子が挙げられる。また、導電性粒子として、硫酸バリウムの粒子を用いることもできる。導電性粒子には、被覆層を設けてもよい。
導電性粒子の体積抵抗率は0.1Ω・cm以上1000Ω・cm以下の範囲が好ましく、特には1Ω・cm以上1000Ω・cm以下の範囲がより好ましい。この体積抵抗率は、三菱油化(株)製の抵抗測定装置ロレスタAPを用いて測定して求めた値であり、測定サンプルは49MPaの圧力で固めてコイン状としたものである。また、導電性粒子の平均粒径は0.05μm以上1.0μm以下の範囲が好ましく、特には0.07μm以上0.7μm以下の範囲がより好ましい。この平均粒径は、遠心沈降法により測定した値である。導電層中の導電性粒子の割合は、導電層全質量に対して1.0質量%以上90質量%以下の範囲が好ましく、特には5.0質量%以上80質量%以下の範囲がより好ましい。
導電層に用いられる結着樹脂としては、例えば、フェノール樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリアミド酸樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、メラミン樹脂、ポリエステル樹脂などが挙げられる。これらは単独、混合または共重合体として1種または2種以上用いることができる。これらは、支持体に対する接着性が良好であるとともに、導電性粒子の分散性を向上させ、かつ、成膜後の耐溶剤性が良好である。これらの中でも、フェノール樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリアミド酸樹脂が好ましい。
導電層の膜厚は0.1μm以上30μm以下であることが好ましく、特には0.5μm以上20μm以下であることがより好ましい。
導電層の体積抵抗率は1013Ω・cm以下であることが好ましく、特には105Ω・cm以上1012Ω・cm以下の範囲であることがより好ましい。この体積抵抗率は、測定対象の導電層と同じ材料によってアルミニウム板上に被膜を形成し、この皮膜上に金の薄膜を形成して、アルミニウム板と金薄膜の両電極間を流れる電流値をpAメーターで測定して求めた値である。
また、導電層には、必要に応じてフッ素あるいはアンチモンを含有させてもよいし、導電層の表面性を高めるために、レベリング剤を添加してもよい。
また、支持体または導電層と電荷発生層との間には、必要に応じてバリア機能や接着機能を有する中間層(下引き層、接着層とも呼ばれる。)を設けてもよい。中間層は、感光層の接着性改良、塗工性改良、支持体からの電荷注入性改良、感光層の電気的破壊に対する保護などのために形成される。
中間層は、アクリル樹脂、アリル樹脂、アルキッド樹脂、エチルセルロース樹脂、エチレン−アクリル酸コポリマー、エポキシ樹脂、カゼイン樹脂、シリコーン樹脂、ゼラチン樹脂、ナイロン、フェノール樹脂、ブチラール樹脂、ポリアクリレート樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアリルエーテル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリブタジエン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ユリア樹脂などの樹脂や、酸化アルミニウムなどの材料を用いて形成することができる。
中間層の膜厚は0.05μm以上5μm以下であることが好ましく、特には0.3μm以上3μm以下であることがより好ましい。
積層型静電潜像担持体の場合、支持体、導電層、または中間層の上には電荷発生層が形成される。電荷発生層は電荷発生材料を0.3倍以上4倍以下の質量のバインダー樹脂及び溶剤と共にホモジナイザー、超音波分散、ボールミル、振動ボールミル、サンドミル、アトライター、ロールミル及び液衝突型高速分散機等を使用してよく分散した分散液を塗布し、乾燥することによって形成することができる。
本発明に用いられる電荷発生材料としては、セレン−テルル、ピリリウム、チアピリリウム系染料、フタロシアニン、アントアントロン、ジベンズピレンキノン、トリスアゾ、シアニン、ジスアゾ、モノアゾ、インジゴ、キナクリドン及び非対称キノシアニン系の各顔料等が挙げられる。上記の各種電荷発生物質の中でも、高感度であるという点で、近年フタロシアニン顔料が広く使用されている。
代表的なフタロシアニン顔料としては、オキシチタニウムフタロシアニン、クロロガリウムフタロシアニン、ジクロロスズフタロシアニン、ヒドロキシガリウムフタロシアニンなどが挙げられる。
電荷発生層に用いられる結着樹脂としては、例えば、アクリル樹脂、アリル樹脂、アルキッド樹脂、エポキシ樹脂、ジアリルフタレート樹脂、シリコーン樹脂、スチレン−ブタジエンコポリマー、セルロース樹脂、ナイロン、フェノール樹脂、ブチラール樹脂、ベンザール樹脂、メラミン樹脂、ポリアクリレート樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアリルエーテル樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリイミド樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、ポリビニルメタクリレート樹脂、ポリビニルアクリレート樹脂、ポリブタジエン樹脂、ポリプロピレン樹脂、メタクリル樹脂、ユリア樹脂、塩化ビニル−酢酸ビニルコポリマー、酢酸ビニル樹脂、塩化ビニル樹脂などが挙げられる。特には、ブチラール樹脂などが好ましい。これらは単独、混合または共重合体として1種または2種以上用いることができる。
電荷発生層用塗布液に用いられる溶剤は、使用する結着樹脂や電荷発生物質の溶解性や分散安定性から選択されるが、有機溶剤としてはアルコール、スルホキシド、ケトン、エーテル、エステル、脂肪族ハロゲン化炭化水素、芳香族化合物などが挙げられる。
電荷発生層の膜厚は5μm以下であることが好ましく、特には0.01μm以上2μm以下であることがより好ましく、さらには0.05μm以上0.3μm以下であることがより一層好ましい。
また、電荷発生層には、種々の増感剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、可塑剤、電子搬送性剤などを必要に応じて添加することもできる。
電荷発生層上には電荷輸送層が形成される。電荷輸送層には電荷輸送物質が含有され、電荷輸送物質としては、例えば、トリアリールアミン化合物、ヒドラゾン化合物、スチリル化合物、スチルベン化合物、ピラゾリン化合物、オキサゾール化合物、チアゾール化合物、トリアリールメタン化合物などが挙げられる。これら電荷輸送物質は1種のみ用いてもよく、2種以上用いてもよい。
本発明において、電荷輸送層が表面層である場合、少なくとも一般式(1)、(2)、(3)で示されるポリカーボネート重合体を含有する。更に必要に応じて他のバインダー樹脂をブレンドし、適当な溶剤を用いて溶解した溶液を塗布し、乾燥することによって形成することができる。乾燥温度は100℃以上の温度で乾燥させると、ポリカーボネート重合体が表面に移行し易くなりより高い潤滑性を発揮するのでより好ましい。
本発明に用いられるポリカーボネート重合体とブレンドするバインダー樹脂としては、例えば、アクリル樹脂、アクリロニトリル樹脂、アリル樹脂、アルキッド樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ナイロン、フェノール樹脂、フェノキシ樹脂、ブチラール樹脂、ポリアクリルアミド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアリルエーテル樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリイミド樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリフェニレンオキシド樹脂、ポリブタジエン樹脂、ポリプロピレン樹脂、メタクリル樹脂、ユリア樹脂、塩化ビニル樹脂、酢酸ビニル樹脂などが挙げられる。特には、ポリアリレート樹脂、ポリカーボネート樹脂などがポリカーボネート重合体との相溶性や、電子写真特性、耐久性向上の意味でより好ましい。これらは単独、混合または共重合体として1種または2種以上用いることができる。
電荷輸送物質とバインダー樹脂との割合は、2:1乃至1:2(質量比)の範囲が好ましい。
電荷輸送層の膜厚は5μm以上50μm以下であることが好ましく、特には7μm以上30μm以下であることがより好ましい。
電荷輸送層には、酸化防止剤、紫外線吸収剤、可塑剤、フッ素オイルなどの界面活性剤、フッ素樹脂粉体などのフィラー、更にフッ素原子含有化合物などの添加剤が含まれていてもよい。
また、感光層が単層型の場合は、上述のような電荷発生材料や電荷輸送材料を上述のようなバインダー樹脂に分散し及び溶解した溶液を塗布し、乾燥することによって形成することができる。膜厚は5μm以上40μm以下であることが好ましく、特には15μm以上30μm以下であることが好ましい。
上記各層の塗布液を塗布する際には、例えば、浸漬塗布法(浸漬コーティング法)、スプレーコーティング法、スピンナーコーティング法、ローラーコーティング法、マイヤーバーコーティング法、ブレードコーティング法などの塗布方法を用いることができる。
塗工の際の液粘度は塗工性の観点から5mPa・s以上500mPa・s以下が好ましい。
本発明において、静電潜像担持体の外径が10mm以上24mm以下であることが好ましい。静電潜像担持体の外径が10mmより小さい場合、静電潜像担持体が比較的小さいがために、単位面積あたりの電子写真画像を得るためのシリンダー回転数の増加により、静電潜像担持体表面の摩擦回数が大きくなる。このために、本発明の必須要件であるクリーニングブレードの反発弾性が5%以上25%以下といった比較的低い反発弾性においては、クリーニングブレードによる静電潜像担持体表面の傷がつきやすくなるほか、クリーニングブレードを破損しやすくなる傾向がある。その結果、耐久等の連続使用の際に帯電安定性が不十分となる傾向にあり好ましくない。また、シリンダー回転数が増加することで、静電潜像担持体とクリーニングブレードに挟まれたニップ部に存在するトナーが局所的に受ける圧力は高くなる。その結果、トナーの静電潜像担持体への融着が起こりやすい傾向にあり、停止スジの問題等がおきやすくなり好ましくない。一方、静電潜像担持体の外径が24mmを超えると、電子写真装置の小型化、軽量化が達成されにくくなる傾向にある。
本発明において、磁性トナーの平均円形度が0.950以上であることが好ましく、より好ましくは0.960以上である。トナーが球形に近い、あるいは球形の場合、トナーは流動性に優れるため、本発明の必須要件である最大圧密応力15kPaでの単軸崩壊応力が3.5以下を達成しやすく、均一な摩擦帯電性を得られやすい。また、トナー粒子と像担持体との接触面積が小さくなり、鏡映力やファンデルワールス力等に起因するトナー粒子の静電潜像担持体への付着力が低下する。このため、本発明に用いられる動摩擦係数0.1以上1.0以下という比較的ブレードの規制力が低い値でも、トナーの残存が少なく、クリーニング性を損なわれ難い。また、トナー粒子同士も付着力が小さくなることで、トナー間凝集力が低下するため、停止スジの問題などが起こり難くより好ましい。
本発明において、磁性トナーの鉄及び鉄化合物の遊離率が0.05%以上3.00%以下であることが好ましく、より好ましくは0.05%以上1.50%以下である。この場合には、トナーの帯電量分布がシャープになり、反転成分が減少し好ましい。
本発明における磁性トナーの鉄及び鉄化合物の遊離率とは、パーティクルアナライザー(PT1000:横河電機(株)製)により測定されたものである。パーティクルアナライザーはJapan Hardcopy97論文集の65乃至68ページに記載の原理で測定を行う。該装置は、トナー等の微粒子を一個づつプラズマへ導入し、微粒子の発光スペクトルから発光物の元素、粒子数、粒子の粒径を知ることが出来る。
この中で、遊離率とは、結着樹脂の構成元素である炭素原子の発光と、鉄原子の発光の同時性から次式(5)により求めたものと定義する。
鉄及び鉄化合物の遊離率(%)
=100×鉄原子のみの発光回数/(炭素原子と同時に発光した鉄原子の発光回数+ 鉄原子のみの発光回数) 式(5)
ここで、炭素原子と鉄原子の同時発光とは、炭素原子の発光から2.6msec以内に発光した鉄原子の発光を同時発光とし、それ以降の鉄原子の発光は鉄原子のみの発光とする。炭素原子と鉄原子の同時発光は、トナー中に分散した磁性粉体からの発光と考えられ、鉄原子のみの発光は、トナーから遊離した状態にある磁性粉体からの発光と考えられる。
具体的な測定方法は以下の通りである。0.1%酸素含有のヘリウムガスを用い、23℃で湿度60%の環境にて測定を行い、トナーサンプルは同環境下にて1晩放置し、調湿したものを測定に用いる。また、チャンネル1で炭素原子(測定波長247.860nm、Kファクターは推奨値を使用)、チャンネル2で鉄原子(測定波長239.56nm、Kファクターは3.3764を使用)を測定する。一回のスキャンで炭素原子の発光数が1000個以上1400個以下となるようにサンプリングを行い、炭素原子の発光数が総数で10000以上となるまでスキャンを繰り返し、発光数を積算する。この時、炭素元素の発光個数を縦軸に、元素の三乗根電圧を横軸にとった分布において、該分布が極大を一つ有し、更に、谷が存在しない分布となるようにサンプリングし、測定を行う。そして、このデータを元に、全元素のノイズカットレベルを1.50Vとし、上記計算式を用い、鉄及び鉄化合物の遊離率を算出する。後述の実施例においても同様に測定した。
また、荷電制御剤であるアゾ系の鉄化合物等といった、鉄原子を含有する無機化合物以外の材料もトナー中に含まれている場合がある。こういった化合物は鉄原子と同時に有機化合物中の炭素も同時に発光するため、遊離の鉄原子としてはカウントされない。
鉄及び鉄化合物の遊離率3.00%を超えるトナーは、トナーの帯電量が低くなる上に、遊離の磁性体がトナー担持体上に不規則に蓄積してしまい、クリーニング性の低下を招く。一方、鉄及び鉄化合物の遊離率が0.05%より少ないと、実質的に磁性粉体はトナーから遊離していないことを意味する。このように鉄及び鉄化合物の遊離率が低いトナーは高い帯電量を有するものの、帯電のリークサイトが存在しないためにチャージアップしやすくなり、トナー間での静電凝集力が強くなることで、前述のような停止スジの問題が起こりやすくなる。
なお、鉄及び鉄化合物の遊離率は、トナーが含有する磁性体の量、及び、磁性体の粒度、粒度分布、トナーの製造方法等に依存する。本発明の好適な製造方法である懸濁重合法(後述)においては、磁性体の疎水化度、処理の均一性、及び、造粒条件等に依存するものであるが、一例として、磁性体の表面処理が不均一である場合、表面処理が充分に施されていない(親水性が強い)磁性体はその一部あるいは全てが遊離してしまう。
本発明の磁性トナーは、公知のいずれの方法によっても製造することが可能である。まず、粉砕法により製造する場合は、例えば、結着樹脂、磁性体、更に必要に応じて離型剤、荷電制御剤、着色剤等の磁性トナーとして必要な成分及びその他の添加剤等をヘンシェルミキサー、ボールミル等の混合器により十分混合してから加熱ロール、ニーダー、エクストルーダーの如き熱混練機を用いて溶融混練して樹脂類をお互いに相溶させた中に磁性粉体等の他の磁性トナー材料を分散又は溶解させ、冷却固化、粉砕後、分級、必要に応じて表面改質処理を行ってトナー粒子を得ることが出来る。分級及び表面処理の順序はどちらが先でもよい。分級工程においては生産効率上、多分割分級機を用いることが好ましい。
粉砕工程は、機械衝撃式、ジェット式等の公知の粉砕装置を用いた方法により行うことができる。これらの方法において平均円形度0.950以上を有するトナーを得るためには、さらに熱をかけて粉砕したり、あるいは補助的に機械的衝撃を加える処理をしたりすることが好ましい。また、微粉砕(必要に応じて分級)されたトナー粒子を熱水中に分散させる湯浴法、熱気流中を通過させる方法などを用いても良い。
機械的衝撃力を加える手段としては、例えば川崎重工社製のクリプトロンシステムやターボ工業社製のターボミル等の機械衝撃式粉砕機を用いる方法、また、ホソカワミクロン社製のメカノフージョンシステムや奈良機械製作所製のハイブリダイゼーションシステム等の装置のように、高速回転する羽根によりトナーをケーシングの内側に遠心力により押しつけ、圧縮力、摩擦力等の力によりトナーに機械的衝撃力を加える方法が挙げられる。
本発明に関わるトナーを粉砕法により製造する場合の結着樹脂としては、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−メタアクリル酸メチル共重合体、スチレン−メタアクリル酸エチル共重合体、スチレン−メタアクリル酸ブチル共重合体、スチレン−メタクリル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、ポリアクリル酸樹脂、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、パラフィンワックス、カルナバワックスなどが単独或いは混合して使用できる。特に、スチレン系共重合体及びポリエステル樹脂が現像特性、定着性等の点で好ましい。
本発明の磁性トナーは、上述のように粉砕法によって製造することも可能であるが、この粉砕法で得られるトナー粒子は一般に不定形のものである。本発明に好ましく用いられる平均円形度が0.950以上という物性を得る為には、機械的・熱的あるいは何らかの特殊な処理を行うことが必要となり、生産性が劣るものとなる。そこで、本発明のトナーは分散重合法、会合凝集法、懸濁重合法等、湿式媒体中でトナーを製造することが好ましく、特に懸濁重合法は、本発明の好ましい条件を満たしやすく、非常に好ましい。懸濁重合法とは、重合性単量体および着色剤(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させて重合性単量体組成物とした後、この重合性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同時に重合反応を行わせ、所望の粒径を有するトナーを得るものである。この懸濁重合法で得られるトナー(以後重合トナー)は、個々のトナー粒子形状がほぼ球形に揃っているため、平均円形度が0.950以上のトナーが得られやすく好ましい。
しかしながら前述の如く、重合トナー中に通常の磁性体を含有させても、遊離の磁性体が多数存在し、トナー粒子の帯電特性が著しく低下することがある。また、磁性体の分散も悪くなる傾向にあり、さらに、懸濁重合トナーの製造時に分散媒体である水と磁性体との相互作用が強いことにより、所望の円形度を有するトナーが得られ難く、トナーの粒度分布も広くなる傾向にある。
これは、i)磁性体は一般的に親水性であるためにトナー表面に存在しやすいこと、ii)水溶媒撹拌時に磁性体が乱雑に動き、それに単量体から成る懸濁粒子表面が引きずられ、形状が歪んで円形になりにくいこと等が原因と考えられる。こういった問題を解決するためには磁性体の有する表面特性の改質が重要である。
そこで、本発明の磁性トナーに使用される磁性体は、カップリング剤で疎水化処理されていることが好ましい。磁性体表面を疎水化する際、水系媒体中で、磁性体を一次粒径となるよう分散しつつカップリング剤を加水分解しながら表面処理する方法を用いることがより好ましい。さらには、水溶液中で製造した磁性体を洗浄後、乾燥させずに疎水化処理することが非常に好ましい。水中での疎水化処理方法は気相中で処理するより、磁性体同士の合一が生じにくくより均一な処理が行える。また、乾燥工程を経ずに疎水化処理するものは、乾燥時に生じる凝集が起こらないので、処理時にはほぼ一次粒径に分散されているので非常に均一な表面処理をすることが出来る。
カップリング剤を水系媒体中で加水分解しながら磁性体表面を処理する方法は、クロロシラン類やシラザン類のようにガスを発生するようなカップリング剤を使用する必要がない。さらに、これまで気相中では磁性体同士が合一しやすくて、良好な処理が困難であった高粘性のカップリング剤も使用できるようになり、疎水化の効果は絶大である。
本発明に係わる磁性体の表面処理において使用できるカップリング剤としては、例えば、シランカップリング剤、チタンカップリング剤等が挙げられる。より好ましく用いられるのはシランカップリング剤であり、一般式で示されるものである。
RmSiYn
[式中、Rはアルコキシ基を示し、mは1以上3以下の整数を示し、Yはアルキル基、ビニル基、グリシドキシ基、メタクリル基の如き炭化水素基を示し、nは1以上3以下の整数を示す。ただし、m+n=4である。]
上記一般式で表されるシランカップリング剤としては、例えば、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリス(β−メトキシエトキシ)シラン、β−(3、4エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、n−ブチルトリメトキシシラン、イソブチルトリメトキシシラン、トリメチルメトキシシラン、n−ヘキシルトリメトキシシラン、n−デシルトリメトキシシラン、ヒドロキシプロピルトリメトキシシラン、n−ヘキサデシルトリメトキシシラン、n−オクタデシルトリメトキシシラン等を挙げることができる。
特にこの中で、十分な疎水性を得る為に下記式で示されるアルキルトリアルコキシシランカップリング剤を用いることが好ましい。
p2p+1−Si−(OCq2q+13
[式中、pは2以上20以下の整数を示し、qは1以上3以下の整数を示す。]
上記式におけるpが2より小さいと、疎水化処理は容易となるが、疎水性を十分に付与することが困難であり、遊離の磁性粉体を抑制することが難しくなる。またpが20より大きいと、疎水性は十分になるが、磁性体同士の合一が多くなり、トナー中へ磁性体を十分に分散性させることが困難になり好ましくない。
また、qが3より大きいと、シランカップリング剤の反応性が低下して疎水化が十分に行われにくくなる。特に、式中のpが2以上20以下の整数(より好ましくは、3以上15以下の整数)を示し、qが1以上3以下の整数(より好ましくは、1又は2の整数)を示すアルキルトリアルコキシシランカップリング剤を使用するのが良い。
その処理量は磁性粉体100質量部に対して、シランカップリング剤の総量が0.05質量部以上20質量部以下、好ましくは0.1質量部以上10質量部以下であり、磁性体の表面積、カップリング剤の反応性等に応じて処理剤の量を調整することが好ましい。
磁性粉体の表面処理として水系媒体中でカップリング剤で処理するには、水系媒体中で適量の磁性体およびカップリング剤を撹拌する方法が挙げられる。撹拌は、例えば撹拌羽根を有する混合機で、磁性体が水系媒体中で、一次粒子になるように充分におこなうのが良い。
ここで、水系媒体とは、水を主要成分としている媒体である。具体的には、水系媒体として水、或いは、水に少量の界面活性剤を添加したもの、水にpH調整剤を添加したもの、水に有機溶剤を添加したものが挙げられる。界面活性剤としては、ポリビニルアルコールの如きノンイオン系界面活性剤が好ましい。界面活性剤は、水に対して0.1質量%以上5質量%以下添加するのが良い。pH調整剤としては、塩酸等無機酸が挙げられる。有機溶剤としてはアルコール類等が挙げられる。
なお、上記シランカップリング剤を用いる場合、単独で処理あるいは複数の種類を併用して処理することが可能であり、併用する場合、それぞれのカップリング剤を同時あるいは時間差をもって投入し、磁性体の処理を行う。こうして得られる磁性体は粒子の凝集が見られず、個々の粒子表面が均一に疎水化処理されているため、重合トナー用の材料として用いた場合、トナー粒子の均一性が良好なものとなる。
また、本発明の磁性トナーに用いられる磁性体は、四三酸化鉄、γ−酸化鉄の如き酸化鉄を主成分とするものであり、リン、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、珪素などの元素を含んでもよい。これら磁性体は、窒素吸着法によるBET比表面積が2m2/g以上30m2/g以下であることが好ましく、特に3m2/g以上28m2/g以下であることがより好ましい。また、モース硬度が5以上7以下のものが好ましい。磁性体の形状としては、多面体、8面体、6面体、球形、針状、鱗片状などがあるが、多面体、8面体、6面体、球形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。
本発明において、該磁性トナーの磁場79.6kA/m(1000エルステッド)で着磁した時の残留磁化が2.0A2/kg以下であることが好ましい。磁性トナーの残留磁化が2.0A2/kgよりも大きい場合はトナーの磁気的拘束力が高くなるため、現像時に不要なトナーまで転写静電潜像担持体に保持されることで高解像度の画像が得られ難い。また、過剰なトナーが静電潜像担持体に付着し、飛び散りが生じやすく、クリーニング不良も招きやすい。更には、静電潜像担持体とクリーニングブレード部に保持されたトナー同士も磁気的拘束力により凝集がほぐれにくく、前述の停止スジの問題を引き起こしやすくなるため、好ましくない。
本発明において磁性トナーの残留磁化の強さは、振動型磁力計VSM P−1−10(東英工業社製)を用いて、25℃の室温にて外部磁場79.6kA/mで測定する。また、磁性体の磁気特性についても、振動型磁力計VSM P−1−10(東英工業社製)を用いて、25℃の室温にて外部磁場79.6kA/mで測定することができる。
なお、形状としては球形、多面体、六面体等が残留磁化が小さく好適である。磁性体の残留磁化を小さくするためには磁性体にリン、珪素等の元素を有させることが有効である。なお、磁性体の形状はSEMあるいはTEMなどによって確認することが出来、形状に分布がある場合は、存在する形状の内、最も多い形状をもって該磁性粉体の形状とする。
磁性体の体積平均粒径としては0.05μm以上0.40μm以下が好ましい。体積平均粒径が0.05μm未満の場合、黒色度の低下が顕著となり、白黒用トナーの着色剤としては着色力が不十分となるうえに、複合酸化物粒子どうしの凝集が強くなるため、分散性が低下する傾向となる。また、磁性体の表面積が増えることにより磁性体の残留磁化が大きなものとなり、結果としてトナーの残留磁化も大きくなるので好ましくない。一方、体積平均粒径が0.40μmを超えると残留磁化は小さくなるものの、着色力が不足するようになる。加えて、特に小粒径トナー用の着色剤として使用する場合、個々のトナー粒子に均一に磁性粉体を分散させることが確率的に困難となり、分散性が低下しやすくなるため、好ましくない。
なお、磁性体の体積平均粒径は、透過型電子顕微鏡を用いて測定できる。具体的には、エポキシ樹脂中へ観察すべきトナー粒子を十分に分散させた後、温度40℃の雰囲気中で2日間硬化させ得られた硬化物を、ミクロトームにより薄片上のサンプルとして、透過型電子顕微鏡(TEM)において1万倍ないしは4万倍の拡大倍率の写真で視野中の100個の磁性体粒子径を測定する。そして、磁性体の投影面積に等しい円の相当径をもとに、体積平均粒径の算出を行った。また、画像解析装置により粒径を測定することも可能である。
本発明では磁性体が着色剤の効果を併せ持つが、主たる着色剤が磁性体であれば他の着色剤を併用しても良い。併用し得る着色剤としては、磁性あるいは非磁性無機化合物、公知の染料及び顔料が挙げられる。具体的には、例えば、コバルト、ニッケルなどの強磁性金属粒子、またはこれらにクロム、マンガン、銅、亜鉛、アルミニウム、希土類元素などを加えた合金、ヘマタイトなどの粒子、チタンブラック、ニグロシン染料/顔料、カーボンブラック、フタロシアニン等が挙げられる。これらもまた、表面を処理して用いることが好ましい。
本発明に用いる磁性体の疎水化度は35%以上95%以下であることが好ましく、より好ましくは45%以上95%以下である。疎水化度は磁性粉体表面の処理剤の種類、量、及び処理方法により任意に変えることが可能である。疎水化度とは磁性体の疎水性を示しており、疎水化度が低いものは親水性が高いことを意味する。そのため、疎水化度が低い磁性体を用いた場合、本発明のトナーを製造する際に好適に用いられる懸濁重合法では、造粒中に磁性体が水系に移行してしまい、粒度分布がブロードになると共に、遊離の磁性体として存在することになり好ましくない。さらに、磁性体の分散性も低下する傾向にある。また、疎水化度を95%より高くするためには磁性体表面の処理材を多量に使用しなければならず、この様な状態では磁性体の合一が生じ易く、処理の均一性が損なわれてしまう。
なお、本発明における疎水化度とは以下の方法により測定されたものである。
磁性体の疎水化度の測定は、メタノール滴定試験により行う。メタノール滴定試験は、疎水化された表面を有する磁性体の疎水化度を確認する実験的試験である。
メタノールを用いた疎水化度測定は次のように行う。磁性粉体0.1gを容量500mlのビーカーの水50mlに添加する。その後メタノールを液中に徐々に添加し滴定を行う。この際メタノールは液底部より供給し、緩やかに攪拌しながら行う。磁性体の沈降終了は、液面に磁性体の浮遊物が確認されなくなった時点とし、疎水化度は、沈降終了時点に達した際のメタノール及び水混合液中のメタノールの体積百分率としてあらわされる。後述の実施例においても同様に測定した。
本発明の磁性トナーに用いられる磁性体は、結着樹脂100質量部に対して、50質量部以上120質量部以下を用いることが好ましい。50質量部未満ではトナーの着色力が乏しく、カブリの抑制も困難である。一方、120質量部を超えると、個々のトナー粒子への磁性体の均一な分散が難しくなるだけでなく、トナー一粒当りの残留磁化も増え、トナー担持体への磁力による保持力が強まり現像性が低下する。また、トナー同士の磁気的拘束力が高くなり、前述のごとき理由で停止スジの問題を引き起こしやすく、クリーニング性も劣るため、好ましくない。
なお、トナー中の磁性体の含有量の測定は、パーキンエルマー社製熱分析装置:TGA7を用いて測定することができる。測定方法は、窒素雰囲気下において昇温速度25℃/分で常温から900℃まで、トナーを加熱し、100℃から750℃まで間の減量質量%を結着樹脂量とし、残存重量を近似的に磁性体量とする。
本発明の磁性トナーに用いられる磁性体は、例えばマグネタイトの場合、下記方法で製造される。
第一鉄塩水溶液に、鉄成分に対して当量または当量以上の水酸化ナトリウム等のアルカリを加え、水酸化第一鉄を含む水溶液を調製する。調製した水溶液のpHをpH7以上(好ましくはpH8以上14以下)に維持しながら空気を吹き込み、水溶液を70℃以上に加温しながら水酸化第一鉄の酸化反応をおこない、磁性酸化鉄粉体の芯となる種晶をまず生成する。
次に、種晶を含むスラリー状の液に前に加えたアルカリの添加量を基準として約1当量の硫酸第一鉄を含む水溶液を加える。液のpHを6以上14以下に維持しながら空気を吹込みながら水酸化第一鉄の反応をすすめ種晶を芯にして磁性酸化鉄粉体を成長させる。この時、任意のpHを選択することにより、磁性体の形状をコントロールすることが可能である。酸化反応がすすむにつれて液のpHは酸性側に移行していくが、液のpHは6未満にしない方が好ましい。酸化反応終了後、そのままpH等を調整してカップリング処理することも可能であるが、酸化反応終了後、洗浄、濾過して得られた酸化鉄粉体を、乾燥せずに別の水系媒体中に再分散させた後、再分散液のpHを酸性領域にし、十分攪拌しながらシランカップリング剤を添加し、加水分解後、温度を上げる、あるいは、アルカリ域にpHをすることでカップリング処理を行うことが好ましい。いずれにせよ、酸化反応終了後に乾燥工程を経ずに表面処理を行うことが肝要であり、カップリング処理前に乾燥させてしまうと、磁性体を均一に水系媒体中に分散させることが難しく、均一な処理が困難となる。
第一鉄塩としては、一般的に硫酸法チタン製造に副生する硫酸鉄、鋼板の表面洗浄に伴って副生する硫酸鉄の利用が可能であり、更に塩化鉄等が可能である。
水溶液法による磁性酸化鉄の製造方法は一般に反応時の粘度の上昇を防ぐこと、及び、硫酸鉄の溶解度から鉄濃度0.5mol/l以上2mol/l以下が用いられる。硫酸鉄の濃度は一般に薄いほど製品の粒度が細かくなる傾向を有する。また、反応に際しては、空気量が多い程、そして反応温度が低いほど微粒化しやすい。
このようにして製造された疎水性磁性粉体を材料とした磁性トナーを使用することにより、安定したトナーの帯電性が得られ、高画質及び高安定性が可能となる。
本発明において、該磁性トナーの重量平均粒径(D4)が5.0μm乃至10.0μmであり、次式で示される圧縮率が30以下であることもまた好ましい。
圧縮率={1−(見掛け密度)/(タップ密度)}×100 式(d)
圧縮率が30より大きいと、即ちトナーが密に存在しないため、現像器内部での攪拌によるトナーへのシェアが付近一になりやすく、その結果帯電が不均一となり、カブリの発生を引き起こす他、画質がやや劣るものとなる。
なお、磁性体の見掛け密度とタップ密度はJIS K5101に準拠して測定する。また、タップ密度に関しては、タッピング回数を600回とし測定を行う。見掛け密度及びタップ密度の測定には、例えばホソカワミクロン製のパウダーテスターを使用することができる。
本発明の磁性トナーを好適に製造出来る懸濁重合法による製造方法を説明する。本発明に係わる重合トナーは、一般にトナー組成物、すなわち重合性単量体中に、磁性体、離型剤、可塑剤、荷電制御剤、架橋剤、場合によって着色剤等トナーとして必要な成分及びその他の添加剤、例えば、高分子重合体、分散剤等を適宜加えて、分散機等に依って均一に溶解または分散させた重合性単量体組成物を、分散安定剤を含有する水系媒体中に懸濁して製造できる。
本発明に関わる重合トナーの製造において、重合性単量体組成物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−エチルスチレン等のスチレン系単量体、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等の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等の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、アクリルアミド等の単量体が挙げられる。これらの単量体は単独、または混合して使用し得る。上述の単量体の中でも、スチレンまたはスチレン誘導体を単独で、あるいは他の単量体と混合して使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。
本発明に係わる重合トナーの製造においては、重合性単量体組成物に樹脂を添加して重合しても良い。例えば、単量体では水溶性のため水性懸濁液中では溶解して乳化重合を起こすため使用できないアミノ基、カルボン酸基、水酸基、スルホン酸基、グリシジル基、ニトリル基等親水性官能基含有の重合性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、共重合体の形にして、あるいはポリエステル、ポリアミド等の重縮合体、ポリエーテル、ポリイミン等重付加重合体の形で使用が可能となる。こうした極性官能基を含む高分子重合体をトナー中に共存させると、前述のワックス成分を相分離させ、より内包化が強力となり、耐ブロッキング性、現像性の良好なトナーを得ることができる。
これらの樹脂の中でも特にポリエステル樹脂を含有することにより、その効果は大きなものとなる。これは次に述べる理由からと考えている。ポリエステル樹脂は比較的極性の高い官能基であるエステル結合を数多く含む為、樹脂自身の極性が高くなる。その極性の為、水系分散媒中では液滴表面にポリエステルが偏在する傾向が強くなり、その状態を保ちながら重合が進行し、トナーとなる。この為、トナー表面にポリエステル樹脂が偏在することで表面状態や、表面組成が均一な物となり、その結果、均一な帯電性と離型剤の良好な内包との相乗効果により非常に良好な現像性を得ることが出来る。
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、不飽和ポリエステル樹脂、あるいはその両者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は、アルコール成分と酸成分から構成される通常のものが使用でき、両成分については以下に例示する。
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、また下記式で表されるビスフェノール誘導体;
Figure 2008304727
[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以上10以下である。]
或いは上記化合物の水添物、または、下記式で示されるジオール;
Figure 2008304727
を表す。]
或いは、上記化合物の水添物のジオールが挙げられる。
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以上18以下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などが挙げられる。
さらに、アルコール成分としてグリセリン、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が挙げられる。酸成分としてトリメリット酸、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やその無水物等の多価カルボン酸が挙げられる。
上記ポリエステル樹脂の中では、帯電特性、環境安定性が優れておりその他の電子写真特性においてバランスのとれた前記のビスフェノールAのアルキレンオキサイド付加物が好ましく使用される。この化合物の場合には、定着性やトナーの耐久性の点においてアルキレンオキサイドの平均付加モル数は2以上10以下が好ましい。
本発明におけるポリエステル樹脂は全成分中45乃至55モル%がアルコール成分であり、55モル%以上45モル%以下が酸成分であることが好ましい。
本発明の磁性トナーにおいてトナー粒子表面に存在し、得られるトナー粒子の帯電安定性を高めるために、ポリエステル樹脂は0.1乃至50mgKOH/樹脂1gの酸価を有していることが好ましい。
本発明においては、得られるトナー粒子の物性に悪影響を及ぼさない限り2種以上のポリエステル樹脂を併用したり、例えば、シリコーンやフルオロアルキル基含有化合物により変性したりして物性を調整することも可能である。
また、このような極性官能基を含む高分子重合体を使用する場合、その平均分子量は3000以上が好ましく用いられる。このような極性官能基を含む樹脂はトナー表面近傍に集中するため、数平均分子量が3000未満の場合は現像性、耐ブロッキング性、耐久性が低下する傾向にあるので好ましくない。
また、材料の分散性や定着性、あるいは画像特性の改良等を目的として上記以外の樹脂を単量体組成物中に添加しても良く、用いられる樹脂としては、例えば、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−メタアクリル酸メチル共重合体、スチレン−メタアクリル酸エチル共重合体、スチレン−メタアクリル酸ブチル共重合体、スチレン−メタクリル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、ポリアクリル酸樹脂、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。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質量部以上20質量部以下が好ましい。1質量部未満では添加効果が小さく、一方、20質量部超添加すると重合トナーの種々の物性設計が難しくなる。
さらに、重合性単量体を重合して得られるトナーの分子量範囲とは異なる分子量の重合体を単量体中に溶解して重合すれば、分子量分布の広い、耐オフセット性の高いトナーを得ることが出来る。
本発明において、荷電制御剤としては、特に制限されること無く公知のものを用いることができるが、有機金属化合物や荷電制御性物質を有する樹脂(以下、「荷電制御樹脂」と称す)を用いることが好ましい。また、均一な帯電を行うという観点から、有機金属化合物を用いるよりも荷電制御樹脂を用いることがより好ましい。特に本発明のトナーの好適な製造方法(後述)である懸濁重合を行う場合は、トナー消費量を低減させるという観点からも、荷電制御樹脂を用いることが非常に有利である。これは、荷電制御樹脂を用い懸濁重合を行った場合、荷電制御樹脂中に含まれる親水基により荷電制御樹脂が油液表面に局在化しやすく、これにより荷電制御樹脂がトナー表層を均一に覆うためにトナーの帯電が迅速に行われると共に、正規の帯電が行われ易くなる為に反転成分が少なくなるからである。また、粉砕法によってトナーを製造する場合であっても、混練工程において結着樹脂と荷電制御樹脂とが良く混ざり合う為、均一な帯電を持つようになりやすく、消費量の削減の効果がある。
本発明に用いられる荷電制御樹脂とは例えば含硫黄重合体である。含硫黄重合体を製造するための硫黄元素を有する単量体としては、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が挙げられる。
本発明に用いることが出来る含硫黄重合体は、上記単量体の単重合体であってもよく、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。その中でもスルホン酸基含有(メタ)アクリルアミド系単量体とスチレンとの共重合体が、トナーの帯電性の観点から特に好ましい。
硫黄元素を有する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。
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。
含硫黄重合体の製造方法は、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。
スルホン酸基を有する重合体は、
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、Y+: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。)
の如き構造を有する。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良く、より好ましくは水素イオンである。
一方、他の荷電制御剤としては、ネガ系荷電制御剤としてサリチル酸、アルキルサリチル酸、ジアルキルサリチル酸、ナフトエ酸、ダイカルボン酸の如き芳香族カルボン酸の金属化合物、アゾ染料あるいはアゾ顔料の金属塩または金属錯体の如き有機金属化合物;ホウ素化合物、尿素化合物、ケイ素化合物、カリックスアレーン等が挙げられる。中でもジ−tert−ブチルサリチル酸アルミニウム化合物が好ましく用いられる。ポジ系荷電制御剤としては、四級アンモニウム塩、グアニジン化合物、ニグロシン系化合物、イミダゾール化合物等が挙げられる。
電荷制御剤をトナーに含有させる方法としては、トナー粒子内部に添加する方法と、懸濁重合を行う場合には、水中での油液滴の形成時、あるいは水中で油液滴を形成し、重合を行っている最中、または、重合後に荷電制御剤を溶解、懸濁させた重合性単量体を加えることによりシード重合を行うことも可能である。また、荷電制御剤として有機金属化合物を用いる場合は、トナー粒子にこれら化合物を外部添加し、シェアをかけ混合・攪拌することにより導入することも可能である。
これらの電荷制御剤の使用量としては、結着樹脂の種類、他の添加剤の有無、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。ただし、内部添加する場合は、好ましくは結着樹脂100質量部に対して0.1乃至10質量部、より好ましくは0.1乃至5質量部の範囲で用いられる。また、外部添加する場合、トナー100質量部に対し、好ましくは0.005乃至1.0質量部、より好ましくは0.01乃至0.3質量部である。
本発明の磁性トナーは定着性向上の為、離型剤を含有しても良く、本発明に好適な懸濁重合法でトナーを製造する際、結着樹脂100質量部に対し5乃至30質量部を含有することが好ましい。離型剤の含有量が5質量部未満では低温オフセット抑制効果に乏しい。30質量部を超えてしまうとトナー表面へのしみ出し等によりトナーの帯電均一性が劣るものとなり、高温高湿環境下での濃度低下を招きやすくなるので好ましくない。さらに多量のワックスを内包するために、トナー形状がいびつになりやすくなる。
本発明に係わる磁性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、モンタンワックス及びその誘導体、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、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、動物性ワックスなども使用できる。
これらの離型剤成分の内でも、示差走差熱量計により測定されるDSC曲線において昇温時に40乃至140℃の領域に最大吸熱ピークを有するものが好ましく、さらには45乃至120℃の領域に有するものがより好ましい。上記温度領域に最大吸熱ピークを有することにより、良好な定着性をトナーに付与することができると共に、離型剤成分のしみ出し等を抑制出来るので好ましい。最大吸熱ピークが40℃未満であると離型剤成分の自己凝集力が弱くなり、結果として離型剤成分のしみ出しが生じ易くなり、トナーの帯電均一性が低下する。一方、該最大吸熱ピークが140℃を超えると、本発明の好適な製造方法である懸濁重合法において、離型剤の重合性単量体への溶解性が極めて悪くなるため、離型剤の分散性が低下し、好ましくない。
離型剤の吸熱ピークトップの測定はASTM D 3417−99に準じて行う。また、トナー及び非晶質ポリエステルのガラス転移温度(Tg)の測定は、ASTM D 3418−99に準じて行う。例えばパーキンエルマー社製DSC−7、TAインストルメント社製DSC2920、TAインストルメント社製Q1000を用いることが出来る。装置検出部の温度補正はインジウムと亜鉛の融点を用い、熱量の補正についてはインジウムの融解熱を用いる。測定サンプルにはアルミニウム製のパンを用い、対照用に空パンをセットし測定する。
試料を一回200℃まで昇温させ熱履歴を除いた後、急冷し、再度、昇温速度10℃/minにて温度30乃至200℃の範囲で昇温させた時に測定されるDSC曲線を用いる。後述の実施例においても同様に測定した。
本発明のトナーでは、重合開始剤として従来公知のアゾ系重合開始剤、過酸化物系重合開始剤などを用いることができる。アゾ系重合開始剤としては、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が例示される。過酸化物系重合開始剤としては、t−ブチルパーオキシアセテート、t−ブチルパーオキシラウレート、t−ブチルパーオキシピバレート、t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、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、t−ヘキシルパーオキシアセテート、t−ヘキシルパーオキシラウレート、t−ヘキシルパーオキシピバレート、t−ヘキシルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、t−ヘキシルパーオキシイソブチレート、t−ヘキシルパーオキシネオデカノエート、t−ブチルパーオキシベンゾエート、α,α’−ビス(ネオデカノイルパーオキシ)ジイソプロピルベンゼン、クミルパーオキシネオデカノエート、1,1,3,3−テトラメチルブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、1,1,3,3−テトラメチルブチルパーオキシネオデカノエート、1−シクロヘキシル−1−メチルエチルパーオキシネオデカノエート、2,5−ジメチル−2,5−ビス(2−エチルヘキサノイルパーオキシ)ヘキサン、1−シクロヘキシル−1−メチルエチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、t−ヘキシルパーオキシイソプロピルモノカーボネート、t−ブチルパーオキシイソプロピルモノカーボネート、t−ブチルパーオキシ2−エチルヘキシルモノカーボネート、t−ヘキシルパーオキシベンゾエート、2,5−ジメチル−2,5−ビス(ベンゾイルパーオキシ)ヘキサン、t−ブチルパーオキシ−m−トルオイルベンゾエート、ビス(t−ブチルパーオキシ)イソフタレート、t−ブチルパーオキシマレイックアシッド、t−ブチルパーオキシ−3,5,5−トリメチルヘキサノエート、2,5−ジメチル−2,5−ビス(m−トルオイルパーオキシ)ヘキサンなどのパーオキシエステル、ベンゾイルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド、イソブチリルパーオキサイドなどのジアシルパーオキサイド、ジイソプロピルパーオキシジカーボネート、ビス(4−t−ブチルシクロヘキシル)パーオキシジカーボネート、ジ−sec−ブチルパーオキシジカーボネートなどのパーオキシジカーボネート、1,1−ジ−t−ブチルパーオキシシクロヘキサン、1,1−ジ−t−ヘキシルパーオキシシクロヘキサン、1,1−ジ−t−ブチルパーオキシ−3,3,5−トリメチルシクロヘキサン、2,2−ジ−t−プチルパーオキシブタンなどのパーオキシケタール、ジ−t−ブチルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、t−ブチルクミルパーオキサイドなどのジアルキルパーオキサイド、その他としてt−ブチルパーオキシアリルモノカーボネート等が挙げられ、必要に応じてこれらの開始剤を2種以上用いることもできる。
本発明では、架橋剤を添加してもよく、好ましい添加量としては、重合性単量体100質量部に対し0.001乃至10質量部である。
ここで、架橋剤としては、主として2個以上の重合可能な二重結合を有する化合物が用いられ、例えば、ジビニルベンゼン、ジビニルナフタレン等のような芳香族ジビニル化合物;例えば、エチレングリコールジアクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、1,3−ブタンジオールジメタクリレート等のような二重結合を2個有するカルボン酸エステル;ジビニルアニリン、ジビニルエーテル、ジビニルスルフィド、ジビニルスルホン等のジビニル化合物;及び3個以上のビニル基を有する化合物が単独もしくは混合物として用いられる。
本発明のトナーを重合法で製造する方法では、一般に上述の重合性単量体、離型剤、結晶性ポリエステルを少なくとも含む組成物を適宜加えて、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依って均一に溶解または分散させた重合性単量体組成物を、分散安定剤を含有する水系媒体中に懸濁する。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りやすい。重合開始剤添加の時期としては、重合性単量体中に他の添加剤を添加する時同時に加えても良いし、水系媒体中に懸濁する直前に混合しても良い。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出来る。
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なえば良い。
本発明のトナーを重合法で製造する場合には、分散安定剤として公知の界面活性剤や有機分散剤・無機分散剤が使用できる。中でも無機分散剤は、有害な超微粉を生じ難く、その立体障害性により分散安定性を得ているので反応温度を変化させても安定性が崩れ難く、洗浄も容易でトナーに悪影響を与え難いので、好ましく使用できる。こうした無機分散剤の例としては、燐酸カルシウム、燐酸マグネシウム、燐酸アルミニウム、燐酸亜鉛等の燐酸多価金属塩、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム等の炭酸塩、メタ硅酸カルシウム、硫酸カルシウム、硫酸バリウム等の無機塩、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、アルミナ等の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質量部以上20質量部以下を単独で又は2種類以上組み合わせて使用することが好ましい。さらに、0.001質量部以上0.1質量部以下の界面活性剤を併用してもよい。
これらの無機分散剤を用いる場合には、そのまま使用してもよいが、より細かい粒子を得るため、水系媒体中にて該無機分散剤粒子を生成させることができる。例えば、燐酸カルシウムの場合、高速攪拌下、燐酸ナトリウム水溶液と塩化カルシウム水溶液とを混合して、水不溶性の燐酸カルシウムを生成させることができ、より均一で細かな分散が可能となる。この時、同時に水溶性の塩化ナトリウムが副生するが、水系媒体中に水溶性塩が存在すると、重合性単量体の水への溶解が抑制されて、乳化重合に依る超微粒トナーが発生し難くなるので、より好都合である。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。
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。
前記重合工程においては、重合温度は40℃以上、一般には50℃以上90℃以下の温度に設定して重合を行なう。この温度範囲で重合を行なうと、トナー粒子内部に封じられるべき離型剤が、相分離により、水になじみにくい離型剤はトナー内部へと導入されやすくなることとなり内包化がより完全になると推察される。
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、必要により無機微粉体を混合し表面に付着させることで、本発明の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することも可能である。
本発明に用いられる磁性トナーが、前述の粉砕法(乾式法)で作られる場合、重量平均粒径D4が5.0μm以上10.0μmであり、該磁性トナーの重量平均粒径D4と個数平均粒径D1の比D4/D1が1.20以上1.40以下であることもまた好ましい。D4が5.0μmより小さい場合は、画質は良化傾向を示すものの、クリーニングブレードのすり抜けなどが起こりやすく、好ましくない。一方、D4が10μmよりも大きい場合は、画質が劣る他、飛び散りが悪化し好ましくない。D4/D1が1.0に近ければ近いほど粒度分布がシャープであることを示すが、D4/D1が1.2より小さい場合は、製造の工程上、より複数回の機械的、熱的な処理を必要とするため、それによりトナーの収率が落ちることもあり好ましくない。一方、D4/D1が1.40よりも大きい場合は、粒径のばらつきが広く、摩擦帯電などの帯電付与の際にトナー間での帯電量のムラが出来て画質が低下するなど好ましくない。以上より、D4が5.0μm以上10.0μm以下であり、かつ、D4/D1が1.20以上1.40以下であれば、実用上問題の無いレベルの画質が得られ、またトナーの収率を稼ぐことが出来、製造上好ましい。更に、適度な粒度分布であるためトナーの静電凝集も起こり難いために、前述の理由から停止スジが発生し難く、またクリーニング性が非常に良好であり好ましい。
また、その際、該磁性トナーが離型剤を含有し、該磁性トナーのメタノール/水混合溶媒に対する濡れ性試験において、波長780nmの光の透過率50%時のメタノール濃度(TA)が60体積%以上80体積%以下であることも好ましい。メタノール濃度が高い時は、即ちトナー表面に離型剤が多く存在していることを意味し、その結果静電潜像担持体との離型性が高く、特に耐久後半でのクリーニング性が維持され好ましい。TAが60体積%より小さいと、上記クリーニング効果が得られ難く好ましくない。一方、80体積%よりも大きいと、摩擦帯電能が落ち、現像性の低下による画像濃度薄を招き好ましくない。また、高温高湿環境下でその傾向はより顕著となり、好ましくない。
また、粉砕法で作られる際の該磁性トナーは結着樹脂100質量部に対して、離型剤を5質量部以上20質量部以下含有することが好ましい。離型剤の含有量が5質量部よりも少ないと、トナー表面に存在する離型剤量が不足することで、上記のようなクリーニング効果が得られ難い。一方、離型剤を20質量部よりも多く含有すると摩擦帯電性を阻害することとなり、現像性が低下し、画像濃度が薄くなる傾向を示す。また、粒子の形状もいびつな物となりやすく、画質の低下を招きやすく好ましくない。
本発明において、流動化剤として無機微紛体が1種以上含まれるのも好ましく、無機微粉体は、ペロブスカイト型の結晶構造を有していることが好ましい。ペロブスカイト型結晶の無機微粉体の中でも特に好ましいものは、例えば、チタン酸ストロンチウム微粉体、チタン酸バリウム微粉体、チタン酸カルシウム微粉体であり、この中でもチタン酸ストロンチウム微粉体が更に好ましい。
また、一般的に外添剤の疎水性向上のために用いるシリコーンオイル、シランカップリング剤、チタンカップリング剤、及び脂肪酸またはその金属塩により表面処理することも本発明において、好ましい。
ペロブスカイト型結晶構造を有する無機微粉体の好ましい一次粒子の平均粒径は30nm以上300nm以下であり、より好ましくは40nm以上300nm以下であり、さらに好ましくは40nm以上250nm以下である。平均粒径が30nm未満では、特に長期間に渡り使用した際にクリーニング不良を起こし易く、好ましくない。一方、300nmを超えると現像器内での帯電が不充分になりやすいため適さない。
上記範囲内の微粉体を得るための方法として、湿式で製造する場合には結晶成長方法が挙げられ、pH、温度、濃度、反応時間等を制御することにより、所望の微粉体を得ることができる。また、乾式で製造する場合には、粉体を融点以下の温度で加熱して表面近傍のみを溶融せしめ粒子間において内部と同じ強度の結合を持たせる方法である。この焼結法によって生成した粉体の形状は、角がなく、丸みを帯びているという形態的特徴がある。
又、該ペロブスカイト型結晶構造を有する無機微粉体は、トナー粒子表面に必ずしも一次粒子として存在するとは限らず、凝集体として存在する場合もある。その場合でも、600nm以上の粒径を有する粒子及び凝集体の含有率が1個数%以下であると、均一に帯電されやすくなるので好ましい。
また、無機微粉体の粒子形状については、球状又は球状に近い多面体状、立方体、直方体であることが好ましい。これらの中でも立方体及び/又は直方体状の粒子形状であることが、より好ましい。無機微粉体として粒子形状が概略立方体及び/又は直方体であるペロブスカイト型結晶構造を有する無機微粉体を用いることで、無機微粉体と磁性トナー粒子との接触面積が大きくなる。そして、磁性トナー粒子同士の過度なパッキングが抑制され、圧密状態での単軸崩壊応力の規制を効率的に行える。さらに、無機微粉体と磁性トナー粒子との接触面積が大きくなることで、効率的に磁性トナーを均一帯電させることができ、高画質化に結びつけることできる。このような、立方体及び/又は直方体状の粒子形状の無機微粉体の中でも、焼結工程を経由しないチタン酸ストロンチウムであると、無機微粉体の形状が均一化しやすいため、さらに好ましい。
焼結工程を経由しないチタン酸ストロンチウムの製造方法の一例を示すと、硫酸チタニルから加水分解して得られた含水酸化チタンスラリーをアルカリ水溶液で洗浄する。次に、該含水酸化チタンのスラリーに塩酸を添加して、チタニアゾル分散液を得る。該チタニアゾル分散液にNaOHを添加し、含水酸化チタンを得る。含水酸化チタンにSr(OH)2・8H2Oを加えて窒素ガス置換を行い、蒸留水を加える。窒素雰囲気中で該スラリーを80℃まで昇温し、80℃で6時間反応を行う。反応後室温まで冷却し、洗浄をくり返し、その後、濾過、乾燥し、焼結工程を経由していないチタン酸ストロンチウム微粒子を得る。
更に本発明においては、現像性や耐久性を向上させるために、更に次の如き無機微粉体を上記トナーに添加することもできる。例えば、珪素、マグネシウム、亜鉛、アルミニウム、チタン、セリウム、コバルト、鉄、ジルコニウム、クロム、マンガン、錫、アンチモンの如き金属の酸化物;硫酸バリウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、炭酸アルミニウムの如き金属塩;カオリンの如き粘土鉱物;アパタイトの如きリン酸化合物;炭化珪素、窒化珪素の如き珪素化合物;カーボンブラックやグラファイトの如き炭素粉末が挙げられる。
同様の目的で以下の如き有機粒子や複合粒子をトナーに添加することもできる。ポリアミド樹脂粒子、シリコン樹脂粒子、シリコンゴム粒子、ウレタン粒子、メラミン−ホルムアルデヒド粒子、アクリル粒子の如き樹脂粒子;ゴム、ワックス、脂肪酸系化合物又は樹脂と、金属、金属酸化物、カーボンブラックの無機粒子とからなる複合粒子;テフロン(登録商標)、ポリ弗化ビニリデンの如きフッ素樹脂;弗化カーボンの如きフッ素化合物;ステアリン酸亜鉛の如き脂肪酸金属塩;脂肪酸エステルの如き脂肪酸誘導体;硫化モリブデン、アミノ酸及びアミノ酸誘導体が挙げられる。
以下に、本発明のトナーを好適に用いることの出来る画像形成装置の一例を図に沿って具体的に説明する。
図1は上記画像形成装置の構成を示す模式的断面図であり、図2は図1の現像装置部分の構成を示す模式的断面図である。図の画像形成装置は一成分磁性トナーを用いた現像方式を採用した電子写真装置であり、像担持体としてのドラム状の静電潜像担持体(感光ドラム)100と、その周囲に配置された帯電手段として一次帯電ローラー117、現像手段としての現像器140、転写手段としての転写帯電ローラー114、クリーニング手段としてのクリーナー116、レジスタローラー124等を有している。また、画像形成装置に着脱可能な、静電潜像担持体の周囲に配置された部材を一体的に有するプロセスカートリッジとすることができる。
まず、静電潜像担持体100は一次帯電ローラー117によって、例えば−600Vに帯電される(印加電圧は交流電圧−1.7kVpp、直流電圧−620Vdc)。そして、レーザー発生装置121から発せられるレーザー光123を静電潜像担持体100に照射することによって露光され、形成されるべき画像に応じた静電潜像が静電潜像担持体100上に形成される。
静電潜像担持体100上に形成された静電潜像は現像器140によって本発明のトナーとしての一成分磁性トナーで現像され、トナー画像となる。形成された静電潜像担持体100上のトナー画像は、転写材を介して静電潜像担持体に当接された転写ローラー114により転写材上へ転写される。トナー画像をのせた転写材は搬送ベルト125等により定着手段としての定着器126へ運ばれ転写材上に定着される。また、転写材上に転写されず一部静電潜像担持体に残されたトナーはクリーナー116によりクリーニングされる。
現像器140は、図2に示すように静電潜像担持体100に近接して配設されたアルミニウム、ステンレスの如き非磁性金属で作られた円筒状のトナー担持体102(以下現像スリーブと称す)を有する。そして、静電潜像担持体100と現像スリーブ102との間隙は、図示されないスリーブ/静電潜像担持体間隙保持部材等により所定距離(例えば約270μm)に維持されている。現像スリーブ内にはマグネットローラー104が現像スリーブ102と同芯的に固定、配設されている。但し、現像スリーブ102は回転可能である。マグネットローラー104には図示のように複雑の磁極が具備されており、S1は現像、N1はトナーコート量規制、S2はトナーの取り込み/搬送、N2はトナーの吹き出し防止に影響している。トナーは、トナー塗布ローラ141によって、現像スリーブ102上に塗布され、付着して搬送される。搬送されるトナー量を規制する部材として、弾性ブレード103が現像スリーブ102に当接するように配設され、弾性ブレード103の現像スリーブ102に対する当接圧により現像領域に搬送されるトナー量が制御される。静電潜像担持体100表面と現像スリーブ102表面の最近接部である現像領域では、静電潜像担持体100と現像スリーブ102との間に直流及び交流の現像バイアスが印加され、現像スリーブ上のトナーは静電潜像に応じて静電潜像担持体100上に飛翔し可視像となる。
次に、本発明に係る各物性の測定方法に関して記載する。
(1)動摩擦係数
静電潜像担持体表面の動摩擦係数(μ)の測定は、常温常湿(25℃/50%RH)環境下において図3の概略断面図に示されるクリーニングブレード固定装置(HEIDON社製の表面試験装置、HEIDON−14)を用いることで測定可能である。この装置は、ブレード7を一定の荷重(g)で静電潜像担持体6に押し当て、静電潜像担持体面と平行に動いている時に加わる力(g)を測定する。動摩擦係数はブレードが動いている時の[静電潜像担持体に加わる力(g)]/[ブレードに加えた荷重(g)]から求められる。使用ブレードは北辰工業社製ウレタンブレード(ゴム硬度67°)を5mm×30mm×2mmにカットし、荷重10gでwith方向、角度20°にて測定した。
(2)クリーニングブレードの反発弾性
クリーニングブレードの反発弾性は、加硫ゴム及び熱可塑性ゴムの反発弾性試験方法(JIS K6255)に準拠したリュプケ式反発弾性試験装置により測定を行った。試験片としては、クリーニングブレードに用いられる部材を厚さ12.5mm、直径29mmの片として加工し測定を行った。測定は23℃、65RH%で行った。
(3)最大圧密応力5kPa及び15kPa時の単軸崩壊応力T(5)kPa及びT(15)kPa
最大圧密応力5kPaと最大圧密応力15kPa時の単軸崩壊応力の測定は、シェアスキャン TS−12(Sci−Tec社製)を用いて行った。シェアスキャンはProf.Virendra M.Puriによって書かれた‘CHARACTERIZING POWDER FLOWABILITY(2002.01.24発表)’記載のモールクーロンモデルによる原理で測定を行う。
具体的には、断面方向に直線的に剪断力を付加できる回転セル(円柱状,直径110mm,内径55mm、容量210cm3)を使用し常温環境(23℃,60%RH)にて測定を行った。この回転セルの中に磁性トナー100gを入れ、2.0kPaになるように垂直荷重をかけ、この垂直荷重における最密な充填状態となるように圧密粉体層を作製する。この圧密状態を圧力を自動で検知し個人差なく作製できる点でシェアスキャンによる測定が本発明においては好ましい。同様に、垂直荷重を4.0kPa、6.0kPa、8.0kPa及び10.0kPaとした圧密粉体層を形成する。そして、各垂直荷重で形成したサンプルに圧密粉体層を形成した際にかけた垂直荷重を継続してかけながら徐々にせん断力を加え、その際のせん断応力の変動を測定する試験を行い、定常点を決定する。定常点に到達したとの判断は、上記試験において、せん断応力の変位と垂直荷重をかけるための荷重印加手段の垂直方向の変位が小さくなり、両者が安定した値を取るようになったとき定常点に到達したものとする。次に、定常点に到達した圧密粉体層から徐々に垂直荷重を除荷し、各荷重における破壊包絡線(垂直荷重応力vsせん断応力のプロット)を作成し、Y切片及び傾きを求める。モールクーロンモデルによる解析において、単軸崩壊応力及び最大圧密応力は下記式で表され、上記Y切片は「凝集力」となり、傾きが「内部摩擦角」になる。
単軸崩壊応力=2c(1+sinφ)/cosφ
最大圧密応力=((A−(A2sin2φ−τssp 2cos2φ)0.5)/cos2φ) ×(1+sinφ)−(c/tanφ)
(A=σssp+(c/tanφ)、c=凝集力、φ=内部摩擦角、τssp=c+σssp×tanφ、σssp=定常点における垂直荷重)
各垂直荷重において算出した単軸崩壊応力と最大圧密応力をプロット(Flow Function Plot)し、そのプロットに基づき直線を引く。この直線より、最大圧密応力5kPa,15kPa時の単軸崩壊応力T(5)kPa及びT(15)kPaを求めた。
(4)平均円形度
トナーの平均円形度及び、モード円形度は、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。
Figure 2008304727
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。
Figure 2008304727
また、モード円形度は円形度頻度分布において、もっとも頻度が高い円形度の値である。
なお、本発明で用いている測定装置である「FPIA−2100」は、各粒子の円形度を算出後、平均円形度及び円形度標準偏差の算出に当たって、得られた円形度によって、粒子を円形度0.4以上1.0以下を0.01ごとに等分割したクラスに分け、その分割点の中心値と測定粒子数を用いて平均円形度及び円形度標準偏差の算出を行う。
測定手順としては、以下の通りである。界面活性剤約0.1mgを溶解している水10mlに、磁性トナー約5mgを分散させて分散液を調製し、超音波(20kHz、50W)を分散液に5分間照射し、分散液濃度を3000万個μl以上2万個/μl以下として、前記装置により測定を行い、2μm以上の円相当径の粒子群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、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の影響を排除し、より正確にトナー粒子の円形度を求めるためである。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℃以上27℃以下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。
さらに本発明で用いている測定装置である「FPIA−2100」は、従来よりトナーの形状を算出するために用いられていた「FPIA−1000」と比較して、処理粒子画像の倍率の向上、さらに取り込んだ画像の処理解像度を向上(256×256→512×512)によりトナーの形状測定の精度が上がっており、それにより微粒子のより確実な補足を達成している装置である。従って、本発明のように、より正確に形状を測定する必要がある場合には、より正確に形状に関する情報が得られるFPIA2100の方が有用である。
(5)重量平均粒径D4及び個数平均粒径D1
本発明の磁性トナーの重量平均粒径(D4)及び個数平均粒径(D1)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。本発明においては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)を接続し、電解液は1級塩化ナトリウムを用いて1%NaCl水溶液を調製する。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。
測定法としては、前記電解水溶液100ml以上150ml以下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フォン酸塩を0.1ml以上5ml以下を加え、更に測定試料を2mg以上20mg以下を加える。試料を懸濁した電解液は超音波分散器で約1乃至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アパーチャーとして100μmアパーチャーを用いて、2μm以上のトナー粒子の個数を測定して個数分布を算出する。それをもとに重量平均粒径を求める。
(6)波長780nmの光の透過率が50%時のメタノール濃度(TA)
波長780nmの光の透過率が50%時のメタノール濃度(TA)は以下のとおり測定される。まず、磁性トナー0.5gを水70mlの入ったビーカー内に導入し、400rpmの攪拌速度で分散させた。この分散液に1.3ml/minの滴下速度で、メタノール濃度が10体積%であるメタノールを滴下し、その際の波長780nmにおける光の透過率を測定した。透過率が50%になった際の全メタノール濃度をTA(%)として表した。透過率は、下記式で示される。
透過率(%)=(透過光強度)/(初期の透過光強度)×100
但し、初期の透過光強度は、メタノール滴下前の透過光強度。
以下、本発明を製造例及び実施例を挙げて具体的に説明するが、これは本発明をなんら限定するものではない。なお、実施例中で用いられる部数又は%は、質量部又は質量%を示す。
<1>磁性体の製造
(表面処理磁性体1の製造)
硫酸第一鉄水溶液中に、鉄イオンに対して1.0当量以上1.1当量以下の苛性ソーダ溶液を混合し、水酸化第一鉄を含む水溶液を調製した。水溶液のpHを10に保ちながら、空気を吹き込み、80℃以上90℃以下で酸化反応を行い、種晶を生成させるスラリーを調製した。
次いで、このスラリー液に当初のアルカリ量(苛性ソーダのナトリウム成分)に対し0.9当量以上1.2当量以下となるよう硫酸第一鉄水溶液を加えた後、スラリー液をpH9に維持して、空気を吹き込みながら酸化反応を進め、磁性酸化鉄を含むスラリー液を得た。濾過、洗浄をした後、この含水スラリー液を一旦取り出した。次に、この含水サンプルを乾燥せずに別の水系媒体に再分散させた後、再分散液のpHを約4.1に調整し、十分に攪拌しながらシランカップリング剤(n−C1021Si(OCH33)を磁性酸化鉄100部に対して2.0部添加し、加水分解を行った。その際、分散液のpHを約10にし、縮合反応を行い、カップリング処理を行った。生成した疎水性磁性紛体を常法により洗浄、濾過、乾燥し、得られた粒子を十分解砕処理し、平均粒径が0.18μmの球形の表面処理磁性体1を得た。
(表面処理磁性体2の製造)
表面処理磁性体1の製造において、カップリング処理剤量を0.6部とする以外は同様にして表面処理磁性体2を得た。
<2>無機微粉体の製造例
<無機微粉体の製造例1>
硫酸チタニル水溶液を加水分解して得られた含水酸化チタンスラリーをアルカリ水溶液で洗浄した。次に、該含水酸化チタンのスラリーに塩酸を添加して、pHを0.7に調整してチタニアゾル分散液を得た。該チタニアゾル分散液にNaOHを添加し、分散液のpHを5.0に調整し、上澄み液の電気伝導度が70μS/cmになるまで洗浄をくり返しした。
該含水酸化チタンに対し、0.98倍モル量のSr(OH)2・8H2Oを加えてSUS製の反応容器に入れ、窒素ガス置換した。更に、SrTiO3換算で0.5mol/リットルになるように蒸留水を加えた。窒素雰囲気中で該スラリーを80℃まで7℃/時間で昇温し、80℃に到達してから6時間反応を行った。反応後室温まで冷却し、上澄み液を除去した後、純水で洗浄をくり返し、その後、ヌッチェで濾過を行った。得られたケーキを乾燥し、焼結工程を経由していない一次粒子の平均粒径が110nmのチタン酸ストロンチウム微粒子を得た。このチタン酸ストロンチウム微粒子を無機微粉体1とした。該無機微粉体1の物性を表1に示す。
<無機微粉体の製造例2>
硫酸チタニル水溶液を加水分解して得られた含水酸化チタンスラリーをアルカリ水溶液で洗浄した。次に、該含水酸化チタンのスラリーに塩酸を添加して、pHを4.0に調整してチタニアゾル分散液を得た。該チタニアゾル分散液にNaOHを添加し、分散液のpHを8.0に調整し、上澄み液の電気伝導度が100μS/cmになるまで洗浄をくり返しした。
該含水酸化チタンに対し、1.02倍モル量のSr(OH)2・8H2Oを加えてSUS製の反応容器に入れ、窒素ガス置換した。更に、SrTiO3換算で0.3mol/リットルになるように蒸留水を加えた。窒素雰囲気中で該スラリーを90℃まで30℃/時間で昇温し、90℃に到達してから5時間反応を行った。反応後室温まで冷却し、上澄み液を除去した後、純水で洗浄をくり返し、その後、ヌッチェで濾過を行った。得られたケーキを乾燥し、焼結工程を経由していない一次粒子の平均粒径が30nmのチタン酸ストロンチウム微粒子を得た。このチタン酸ストロンチウム微粒子を無機微粉体2とした。該無機微粉体2の物性を表1に示す。
Figure 2008304727
<3>磁性トナーの製造
(磁性トナー1の製造)
イオン交換水720部に0.1M−Na3PO4水溶液410部を投入し60℃に加温した後、1.0M−CaCl2水溶液61.6部を添加して分散安定剤を含む水系媒体を得た。
スチレン 79.0部
n−ブチルアクリレート 21.0部
表面処理磁性体1 90.0部
ジビニルベンゼン 0.48部
負荷電制御剤(モノアゾ染料系Fe化合物) 1.5部
非晶質ポリエステル(数平均分子量10000,酸価10mgKOH/g) 3.0部
上記処方をアトライター(三井三池化工機(株))を用いて均一に分散混合した。この単量体組成物を60℃に加温し、そこにパラフィンワックス(融点78℃)15部を添加溶解し、これに重合開始剤2,2’−アゾビス−(2,4−ジメチルバレロニトリル)7部を溶解した。
前記水系媒体中に上記重合性単量体組成物を投入し、60℃,N2雰囲気下においてクレアミックス(エム・テクニック社製)にて15000rpmで10分間攪拌し、造粒した。その後パドル攪拌翼で攪拌しつつ70℃で5時間重合反応を行った。重合反応終了後、加熱を停止し、1時間当り75部の飽和水蒸気(スチーム圧力205kPa:温度120℃)を内容物中に直接導入した。飽和水蒸気の導入を開始してから10分後、容器内の内容物の温度は100℃に達した。重合用容器内温度が100℃に達した3時間後、懸濁液を冷却し、塩酸を加えてCa3(PO42を溶解し、濾過、水洗、乾燥してトナー粒子を得た。
このトナー粒子100部と、ヘキサメチルジシラザン処理した後シリコーンオイルで処理した疎水性シリカ微粉体(処理後のBET比表面積が120m2/g)1.0部と、0.6部の無機微粉体1とをヘンシェルミキサー(三井三池化工機(株))で混合して、磁性トナー1を得た。磁性トナー1の物性を表2に示す。
(磁性トナー2の製造)
磁性トナー1の製造において、表面処理磁性体1を123部用いたこと以外は磁性トナー1の製造と同様にして磁性トナー2を得た。得られた磁性トナー2の物性を表2に示す。
(磁性トナー3の製造)
イオン交換水720部に0.1M−Na3PO4水溶液410部を投入し60℃に加温した後、1.0M−CaCl2水溶液61.6部を添加して分散安定剤を含む水系媒体を得た。
スチレン 79.0部
n−ブチルアクリレート 21.0部
表面処理磁性体1 110.0部
ジビニルベンゼン 0.48部
負荷電制御剤(モノアゾ染料系Fe化合物) 1.2部
非晶質ポリエステル(数平均分子量10000,酸価10mgKOH/g) 5.0部
上記処方をアトライター(三井三池化工機(株))を用いて均一に分散混合した。この単量体組成物を60℃に加温し、そこにポリエステルワックス(融点105℃)25部を添加溶解し、これに重合開始剤2,2’−アゾビス−(2,4−ジメチルバレロニトリル)7部を溶解した。
前記水系媒体中に上記重合性単量体組成物を投入し、60℃,N2雰囲気下においてクレアミックス(エム・テクニック社製)にて12000rpmで10分間攪拌し、造粒した。その後パドル攪拌翼で攪拌しつつ70℃で5時間重合反応を行った。
重合反応終了後、加熱を停止し、1時間当り75部の飽和水蒸気(スチーム圧力205kPa:温度120℃)を内容物中に直接導入した。飽和水蒸気の導入を開始してから10分後、容器内の内容物の温度は100℃に達した。重合用容器内温度が100℃に達した3時間後、懸濁液を冷却し、塩酸を加えてCa3(PO42を溶解し、濾過、水洗、乾燥してトナー粒子を得た。
得られた磁性トナー粒子100部と、ヘキサメチルジシラザン処理した後シリコーンオイルで処理した疎水性シリカ微粉体(処理後のBET比表面積が120m2/g)1.0部と、0.2部の無機微粉体2とをヘンシェルミキサー(三井三池化工機(株))で混合して、磁性トナー3を得た。磁性トナー3の物性を表2に示す。
(磁性トナー4の製造)
磁性トナー1の製造において、表面処理磁性体1を48部用いたこと以外は磁性トナー1の製造と同様にして磁性トナー粒子を得た。この磁性トナー粒子100質量部にヘキサメチルジシラザン処理した後シリコーンオイルで処理した疎水性シリカ微粉体(処理後のBET比表面積が120m2/g)1.0部と、0.3部の無機微粉体1とをヘンシェルミキサー(三井三池化工機(株))で混合して、磁性トナー4得た。得られた磁性トナー4の物性を表2に示す。
(磁性トナー5の製造)
磁性トナー1の製造において、表面処理磁性体1の代わりに表面処理磁性体2を用い、パラフィンワックス15質量部の代わりに、エステルワックス(融点67℃)を10部用いたこと以外は磁性トナー1の製造と同様にして磁性トナー5を得た。得られた磁性トナー5の物性を表2に示す。
(磁性トナー6の製造)
スチレン 33.0部
n−ブチルアクリレート 21.0部
ビニルベンゼン 0.5部
表面処理磁性体1 80.0部
上記処方をアトライターを用い均一に分散混合した。その後、60℃に加温し、磁性トナー1の製造で用いたパラフィンワックス15部、2,2−アゾビスイスブチロニトリル3.5部を添加し、溶解した。
次いで、リン酸三カルシウム4質量%の水系コロイド溶液650部を60℃に加温した後、上記の重合成単量体191部を添加し、クレアミックス(エム・テクニック社製)にて10000rpmで3分間乳化分散させた。
その後、窒素雰囲気下にて攪拌を続けながら、85℃で10時間反応を行った後、室温まで冷却し、磁性トナー粒子分散液を得た。
スチレン 13.0部
n−ブチルアクリレート 7.0部
ジビニルベンゼン 0.2部
2,2−アゾビスイスブチロニトリル 0.4部
ラウリル硫酸ナトリウム 0.1部
次に、上記処方を水20部に投入し、超音波ホモジナイザーを用いて分散させ、水乳濁液40.7部を得た。
これを前記磁性トナー粒子分散液中に滴下し、粒子を膨張させた。その後、窒素雰囲気下にて攪拌を行い、85℃で10時間反応を行った。その後、懸濁液を冷却し、塩酸を加え分散媒を溶解し、濾過、水洗、乾燥し磁性トナー6を得た。磁性トナー6の物性を表2に示す。
(磁性トナー7の製造)
磁性トナー1の製造において、表面処理磁性体1を140部用いたこと以外は磁性トナー1の製造と同様にして磁性トナー粒子を得た。この磁性トナー粒子100部に、ヘキサメチルジシラザン処理した後シリコーンオイルで処理した疎水性シリカ微粉体(処理後のBET比表面積が120m2/g)1.0部と、0.3部の無機微粉体1とをヘンシェルミキサー(三井三池化工機(株))で混合して、磁性トナー7を得た。得られた磁性トナー7の物性を表2に示す。
(磁性トナー8の製造)
イオン交換水720部に0.1M−Na3PO4水溶液378部を投入し60℃に加温した後、1.0M−CaCl2水溶液56.6部を添加して分散安定剤を含む水系媒体を得た。
その後、磁性トナー1の製造と同様にして磁性トナー8を得た。得られた磁性トナー粒子を得た。この磁性トナー粒子100部に、ヘキサメチルジシラザン処理した後シリコーンオイルで処理した疎水性シリカ微粉体(処理後のBET比表面積が120m2/g)1.0部と、0.3部の無機微粉体1とをヘンシェルミキサー(三井三池化工機(株))で混合して、磁性トナー8を得た。得られた磁性トナー8の物性を表2に示す。
(磁性トナー9の製造)
イオン交換水720部に0.1M−Na3PO4水溶液492部を投入し60℃に加温した後、1.0M−CaCl2水溶液73.9部を添加して分散安定剤を含む水系媒体を得た。
スチレン 79.0部
n−ブチルアクリレート 21.0部
表面処理磁性体1 110.0部
ジビニルベンゼン 0.48部
負荷電制御剤(モノアゾ染料系Fe化合物) 1.2部
非晶質ポリエステル(数平均分子量10000,酸価10mgKOH/g) 5.0部
上記処方をアトライター(三井三池化工機(株))を用いて均一に分散混合した。この単量体組成物を60℃に加温し、そこにパラフィンワックス(融点78℃)25部を添加溶解し、これに重合開始剤2,2’−アゾビス−(2,4−ジメチルバレロニトリル)7部を溶解した。
前記水系媒体中に上記重合性単量体組成物を投入し、60℃,N2雰囲気下においてクレアミックス(エム・テクニック社製)にて15000rpm10分間攪拌し、造粒した。その後パドル攪拌翼で攪拌しつつ70℃で5時間重合させた後、そのまま2時間攪拌した。反応終了後、懸濁液を冷却し、塩酸を加えて酸洗浄し、濾過・水洗した後に乾燥して磁性トナー粒子を得た。
得られた磁性トナー粒子100部と、ヘキサメチルジシラザン処理した後シリコーンオイルで処理した疎水性シリカ微粉体(処理後のBET比表面積が120m2/g)0.3部を混合して、磁性トナー9を得た。磁性トナー9の物性を表2に示す。
Figure 2008304727
(磁性トナー10の製造)
・スチレン/n−ブチルアクリレート共重合体(質量比79/21) 100部
・非晶質ポリエステル(数平均分子量10000,酸価10mgKOH/g) 3.0部
・ジビニルベンゼン 0.5部
・表面処理磁性粉体1 90部
・負荷電制御剤(モノアゾ染料系Fe化合物) 1.5部
・パラフィンワックス(融点 78℃) 10.0部
上記材料をブレンダーにて混合し、140℃に加熱した2軸エクストルーダーで溶融混練し、冷却した混練物をハンマーミルで粗粉砕し、粗粉砕物をジェットミルで微粉砕後、300℃の熱風により熱処理を行った。その後、得られた微粉砕物を重量平均粒径D4が7.89μmとなるように風力分級を行い、磁性トナー粒子を得た。
得られた磁性トナー粒子100部と、個数平均1次粒径9nmの微粉体をヘキサメチルジシラザンで処理した後シリコーンオイルで処理し、処理後のBET値が200m2/gの疎水性シリカ微紛体0.6部と0.3部の無機微粉体1とをヘンシェルミキサー(三井三池化工機(株))で混合して、磁性トナー10を得た。磁性トナー10の物性を表3に示す。
(磁性トナー11の製造)
磁性トナー10の製造において、重量平均粒径が4.80μmとなるように風力分級を行うこと以外は磁性トナー10と同様にして、磁性トナー11を得た。得られた磁性トナー11の物性を表3に示す。
(磁性トナー12の製造)
磁性トナー10の製造において、重量平均粒径が10.3μmとなるように風力分級を行うこと以外は磁性トナー10と同様にして、磁性トナー12を得た。得られた磁性トナー12の物性を表3に示す。
(磁性トナー13の製造)
磁性トナー10の製造において、パラフィンワックス(融点78℃)を3部用いたこと以外は磁性トナー10と同様にして、磁性トナー13を得た。得られた磁性トナー13の物性を表3に示す。
(磁性トナー14の製造)
磁性トナー10の製造において、パラフィンワックス(融点78℃)を22部用いたこと以外は磁性トナー10と同様にして、磁性トナー14を得た。得られた磁性トナー14の物性を表3に示す。
(磁性トナー15の製造)
・スチレン/n−ブチルアクリレート共重合体(質量比79/21) 100部
・非晶質ポリエステル(数平均分子量10000,酸価10mgKOH/g) 3.0部
・ジビニルベンゼン 0.5部
・表面処理磁性粉体1 90部
・負荷電制御剤(モノアゾ染料系Fe化合物) 1.5部
・パラフィンワックス(融点 78℃) 20.0部
上記材料をブレンダーにて混合し、140℃に加熱した2軸エクストルーダーで溶融混練し、冷却した混練物をハンマーミルで粗粉砕し、粗粉砕物をジェットミルで微粉砕後、得られた微粉砕物を風力分級して磁性トナー15を得た。得られた磁性トナー15の物性を表3に示す。
Figure 2008304727
〔実施例1〕
<画像形成装置>
画像形成装置として、LBP−3410(キヤノン社製)を改造し現像及び転写バイアスを変更可能とした装置を用いた。現像バイアスとして直流電圧Vdc−450V、重畳する交番電界として1550Vpp、周波数2200Hzを用いた。その際、静電潜像担持体の外径が16mm、表面の動摩擦係数が0.14のものと、クリーニングブレードの反発弾性が12%のものを用意し、前述の装置に備え付けられていた静電潜像担持体とクリーニングブレードの2点の交換を行った。
この条件において、磁性トナー1を使用し、常温常湿環境下(23℃,60%RH)、高温高湿環境下(30℃、80%RH)において、印字率4%の縦線のみからなる画像にて連続モードで9000枚の画出し試験を行った後、以下に示す評価項目について各環境で評価を行った。なお、記録媒体としてはLetterの75g/m2の紙を使用した。その結果、9000枚耐久後においても常温常湿環境下及び高温高湿環境下でのクリーニング不良は発生せず、また、高温高湿環境下において停止スジの発生が見られず、良好な画像が得られた。各種評価結果を表4に示す。
本発明の実施例並びに比較例に記載の評価項目とその判断基準について以下に述べる。
<画像濃度>
画像濃度はベタ画像部を形成し、このベタ画像をマクベス反射濃度計(マクベス社製)にて測定を行った。
<カブリ>
白画像を出力し紙上カブリの測定を行い、以下の基準で判断した。なお、カブリの測定は、東京電色社製のREFLECTMETER MODEL TC−6DSを使用して測定した。フィルターは、グリーンフィルターを用い、カブリは以下の式により算出した。
カブリ(反射率)(%)=標準紙の反射率(%)−サンプル非画像部の反射率(%)
なお、カブリの判断基準は以下の通りである。
A:非常に良好(1.5%未満)
B:良好(1.5%以上、2.5%未満)
C:普通(2.5%以上、4.0%未満)
D:悪い(4.0%以上)
<画質>
画質の判断基準は、画像の均一性、細線再現性を総合的に評価したものである。
画像の均一性はベタ黒画像、ならびに、ハーフトーン画像の均一性で判断を行った。
A:細線再現性、画像の均一性に優れ、鮮明な画像。
B:細線再現性、画像の均一性が若干劣るものの、良好な画像。
C:実用的には問題の無い画質。
D:細線再現性、画像の均一性が悪く、実用上好ましくない画像。
<クリーニング性>
クリーニング性の評価は、常温常湿環境下及び高温高湿環境下にてベタ白画像上の汚れの程度及び、ベタ白画像画出し後の静電潜像担持体の汚れの程度を評価した。
A:画像上全く問題のない鮮明な画質であり、像担持体に全く汚れが見られないクリーニ ング性。
B:画像上全く問題のない画質が得られるが、像担持体上にやや汚れがみられるクリーニ ング性。
C:実用的には問題の無いクリーニング性。
D:画像及び像担持体に汚れが見られ、実用上好ましくないクリーニング性。
<停止スジ>
停止スジは、高温高湿環境下にて初期の画出し時及び、9000枚耐久画出し後において評価を行った。その際、ベタ黒画像上のスジの程度及び、ベタ白画像画出し後の静電潜像像担持体の汚れの程度を評価した。
A:画像上全く問題のない画像レベルであり、静電潜像担持体に全く汚れが見られない状 態。
B:画像上全く問題のないが、静電潜像担持体上に少しトナーの融着がみられる状態。
C:実用的には問題の無い画像が得られるが、静電潜像担持体にはトナーの融着が見られ る状態。
D:画像にスジが発生し、静電潜像担持体上にトナーの融着が見られ、実用上好ましくな い状態。
〔実施例2乃至13〕
磁性トナー2乃至13を使用し、実施例1と同様の条件で画出し及び耐久試験を行った。その結果、9000枚耐久後においても常温常湿環境、高温高湿環境での評価において実用上問題の無い画像が得られた。各環境でのそれぞれの評価結果を表4に示す。
〔比較例1〕
磁性トナー14を使用し、実施例1と同様の条件で画出し試験及び耐久性評価を行った。その結果、常温常湿環境下でのカブリが悪く、高温高湿環境下における停止スジが悪い結果であった。これは、磁性トナー14が帯電ムラを生じたことによりカブリの発生が生じた他、静電潜像担持体に融着したトナーが充分にほぐされなかったために停止スジが発生したと考えられる。
〔比較例2〕
実施例1において、クリーニングブレードの反発弾性が4%の物を用いた以外は実施例1と同様の条件で画出し試験及び耐久性評価を行った。その結果、常温常湿環境下及び高温高湿環境下での耐久後のクリーニング性が悪い結果であった。これは、繰り返しの画像出力により静電潜像担持体が削られてしまい、トナーを規制する力が弱まることでトナーがすり抜け、クリーニング性が悪化したものと考えられる。
〔比較例3〕
実施例1において、クリーニングブレードの反発弾性が26%の物を用いた以外は実施例1と同様の条件で画出し試験及び耐久性評価を行った。その結果、常温常湿環境下及び高温高湿環境下での耐久後のクリーニング性が悪い結果であった。これは、静電潜像担持体との摺擦によりブレードが微振動し、その際にトナーがその間をすり抜けることによりクリーニング性が悪化したものと考えられる。
〔比較例4〕
実施例1において、静電潜像担持体表面の動摩擦係数が0.08の物を用いた以外は実施例1と同様の条件で画出し試験及び耐久性評価を行った。その結果、常温常湿環境下及び高温高湿環境下での耐久後のクリーニング性が悪い結果であった。これは、静電潜像担持体との規制が弱いがために、トナーがすり抜けることによりクリーニング性が悪化したものと考えられる。
〔比較例5〕
実施例1において、静電潜像担持体表面の動摩擦係数が0.23の物を用いた以外は実施例1と同様の条件で画出し試験及び耐久性評価を行った。その結果、常温常湿環境下及び高温高湿環境下での耐久後の停止スジが発生した他、画質が悪い結果であった。これは、静電潜像担持体との摺擦時のトルクが増加したために、耐磨耗性が低下し、静電潜像担持体表面にキズが入り、その結果画像欠陥が生じた他、クリーニングブレード部での規制が強いがために、トナーが静電潜像担持体に融着し、停止スジの発生が起きたものと考えられる。
〔比較例6〕
磁性トナー15を使用し、実施例1と同様の条件で画出し試験及び耐久性評価を行った。その結果、高温高湿環境下の耐久後における停止スジが悪い結果であった。これは、静電潜像担持体に融着した磁性トナー15が充分にほぐされなかったために停止スジが発生したと考えられる。
Figure 2008304727
本発明のトナーが適用される画像形成装置の一例の概略を示す図である。 図1で示された画像形成装置のカートリッジの断面図である。 クリーニングブレード固定装置の概略断面図である。
符号の説明
100 静電潜像担持体(感光ドラム、被帯電体)
102 現像スリーブ(磁性トナー担持体)
114 転写ローラー(転写部材)
116 クリーナー
117 帯電ローラー(接触帯電部材)
121 レーザービームスキャナー(潜像形成手段、露光装置)
124 給紙ローラ
125 搬送部材
126 定着装置
140 現像装置
141 攪拌部材

Claims (16)

  1. 静電潜像担持体を帯電する帯電工程;帯電された該静電潜像担持体に静電潜像を形成する静電潜像形成工程;静電潜像担持体上に磁性トナー像を形成するために、該静電潜像をトナー担持体上に担持されている磁性トナーによって現像する現像工程;該静電潜像担持体上の磁性トナー像を転写材に転写する転写工程;及びクリーニングブレードにより静電潜像担持体上の磁性トナーを除去するクリーニング工程を有する画像形成法であり、
    該クリーニングブレードは、反発弾性が5%以上25%以下であり、該クリーニングブレードに対する静電潜像担持体の表面の動摩擦係数が0.1以上1.0以下である画像形成方法に用いられる磁性トナーであり、
    該磁性トナーは結着樹脂及び、磁性体を少なくとも含有する磁性トナー粒子を有し、該磁性トナーの最大圧密応力5kPa及び15kPaの時の単軸崩壊応力をT(5)kPa、T(15)kPaとした時、下記式(a)、(b)
    0.2≦T(5)/T(15)≦1.0 (a)
    T(15)≦3.5 (b)
    を満たすことを特徴とする磁性トナー。
  2. 該静電潜像担持体は、外径が10mm以上24mm以下であることを特徴とする請求項1に記載の磁性トナー。
  3. 該磁性トナーは下記式(c)を満たすことを特徴とする請求項1又は2に記載の磁性トナー。
    T(15)≦3.0 (c)
  4. 該磁性トナーは、平均円形度が0.950以上であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の磁性トナー。
  5. 該磁性トナーは結着樹脂100質量部に対して磁性体を50質量部以上120質量部以下を含有することを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の磁性トナー。
  6. 該磁性トナーは、鉄及び鉄化合物の遊離率が0.05%以上3.00%以下であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の磁性トナー。
  7. 該磁性トナーは、磁場79.6kA/m(1000エルステッド)で着磁した時の残留磁化が2.0A2/kg以下であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の磁性トナー。
  8. 該磁性トナーは、重量平均粒径(D4)が5.0μm以上10.0μm以下であり、該磁性トナーの下記式(d)から得られる圧縮率が30以下であることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の磁性トナー。
    圧縮率={1−(見掛け密度/タップ密度)}×100 (d)
  9. 該磁性トナー粒子は水系媒体中にて製造された磁性トナー粒子であることが特徴である請求項1乃至8に記載の磁性トナー。
  10. 該磁性トナー粒子が乾式法により製造されたトナー粒子であり、該磁性トナーの重量平均粒径(D4)が5.0μm以上10.0μm以下であり、該磁性トナーは、重量平均粒径(D4)と個数平均粒径(D1)の比D4/D1が1.20以上1.40以下であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の磁性トナー。
  11. 該磁性トナー粒子は、結着樹脂、磁性体及び、離型剤を少なくとも含有し、該磁性トナーのメタノール/水混合溶媒に対する濡れ性試験において、波長780nmの光の透過率が50%時のメタノール濃度(TA)が60体積%以上80体積%以下であることを特徴とする請求項10に記載の磁性トナー。
  12. 該磁性トナー粒子は結着樹脂100質量部に対して、離型剤を5質量部以上20質量部以下を含有することを特徴とする請求項10又は11に記載の磁性トナー。
  13. 該磁性トナーは、該磁性トナー粒子が熱処理による表面改質工程を含む粉砕法により製造されたことを特徴とする請求項9乃至12に記載の磁性トナー。
  14. 静電潜像担持体を帯電する帯電工程;帯電された該静電潜像担持体に静電潜像を形成する静電潜像形成工程;静電潜像担持体上にトナー像を形成するために、該静電潜像をトナー担持体上に担持されている磁性トナーによって現像する現像工程;該静電潜像担持体上のトナー像を転写材に転写する転写工程;及びクリーニングブレードにより静電潜像担持体上のトナーを除去するクリーニング工程を有する画像形成法において、
    該静電潜像担持体は、外径が10mm以上24mm以下の径であり、該クリーニングブレードは、反発弾性が5%以上25%以下であり、該クリーニングブレードに対する静電潜像担持体の表面の動摩擦係数が0.1以上1.0以下であり、
    該磁性トナーとして、請求項1乃至13のいずれか一項に記載の磁性トナーを用いることを特徴とする画像形成方法。
  15. 静電潜像担持体と、この静電潜像担持体に接触する帯電部材を有しこの帯電部材に電圧を印加して該静電潜像担持体を帯電させる帯電装置と、帯電した静電潜像担持体に静電潜像を形成するための装置と、磁性トナー像を転写材に転写するための転写装置と、トナー像を転写材に定着させる定着装置を有し、静電潜像担持体上のトナーを除去するクリーニング装置とを有する画像形成装置であり、
    該静電潜像担持体は、外径が10mm以上24mm以下の径であり、該クリーニング工程で用いられるクリーニングブレードの反発弾性が5%以上25%以下であり、該クリーニングブレードに対する静電潜像担持体の表面の動摩擦係数が0.1以上1.0以下であり、
    該磁性トナーは請求項1乃至13のいずれか一項に記載の磁性トナーであることを特徴とする画像形成装置。
  16. 請求項15に記載の画像形成装置に着脱可能なプロセスカートリッジであって、前記静電潜像担持体、帯電装置、定着装置、クリーニング装置を一体的に有していることを特徴とするプロセスカートリッジ。
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