JP2009122171A - トナー - Google Patents
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Abstract
【課題】プリント物を重ねてトナー画像と紙とを擦っても画像の光沢性を維持し、かつ、低温定着も両立させるトナーを提供する。
【解決手段】コア作製時に破断伸度が100%以上800%以下の微粒子を用い、平均円形度が0.895以上0.980以下であるコアシェル構造のトナー。
【選択図】図1
【解決手段】コア作製時に破断伸度が100%以上800%以下の微粒子を用い、平均円形度が0.895以上0.980以下であるコアシェル構造のトナー。
【選択図】図1
Description
本発明は、電子写真方式の画像形成に使用されるトナーに関し、特に、低温定着性と画像光沢性の低めの維持という2つの課題を両立させるトナーに関する。
近年、科学技術に対して地球環境への配慮が強く求められる様になり、電子写真方式の画像形成装置の分野においても、画像形成時における電力消費の抑制、低減化等の対応により、環境負荷の低減を実現させる技術の検討が日々行われている。環境負荷を低減させる方向の1つとして、定着に要する熱量の低減化が挙げられ、従来よりも低い温度で溶融し定着するいわゆる低温定着対応のトナーの開発が進められてきた。
低温定着対応のトナーは、低温定着の実現に加え、高温高湿環境下で保管してもトナー同士が付着することのない安定性を有することが求められており、この2つの課題を両立させる手段を付与する方向で、これまでもその開発が進められてきた。具体的には、低融点の樹脂からなる粒子表面に比較的高融点の樹脂層を設けたコアシェル構造のトナー設計(たとえば、特許文献1参照)や、低融点ワックスや溶融粘度の低い樹脂を組み合わせたトナーの設計(たとえば、特許文献2、3参照)といった技術がある。
また、低温定着対応のトナーは、ガラス転移温度や軟化点を低減させるため、構成樹脂の粘弾性を低く抑える方向に設計する傾向があった。粘弾性の低い樹脂で作製したトナーで形成された画像は、定着後の表面平滑性が高くなりがちで、光沢度が上昇する仕上がりになり易かった。トナー画像の光沢度が高いと、ユーザーは反射光の影響で画像の読み取りが行いにくくなる。したがって、この様なトナーで作製した文字画像を読むことは、ユーザーの目に負担を与えることになる。事実、オフィスでは文字の多い文書がプリンタで出力されているので、ユーザーに与える影響を配慮する必要があった。
本発明者等は、定着後のトナー画像表面に凹凸を形成させ、画像の光沢度の低減化を実現させようと考えていた。たとえば、ワックス中にナノメータレベルの微細な無機粒子を添加したり、樹脂粒子の粒径と熱特性を制御しながら樹脂粒子を設計する等の対応により、定着後の画像表面に凹凸を形成させ画像上の光沢を抑えようとする検討がなされた。
特開平11−231570号公報
特開2001−42564号公報
特開2004−163612号公報
上記技術により、定着後のトナー画像表面に凹凸が付与されてトナー画像の光沢性を低減できる様になったが、製本物の様にプリント物を重ねて使用するケースでは繰り返し読んでいくうちにプリント物がだんだん読みにくくなる傾向があった。これは、重ねられたプリント物ではトナー画像が紙と擦れ合ってしまうので、トナー中に添加した凹凸を付与する物質が剥離するためと考えられた。この様に、製本物の様にプリント物を重ねた形態にしたものは画像の光沢性を低く維持することが困難であった。また、この様な物質を添加することで、安定した画像形成を損ねることは回避したいものであった。
本発明は、製本物の様に、プリント物が重ね合わせた形態にしてトナー画像と紙とが擦れ合うことがあっても、トナー画像の光沢性を低い状態に維持することが可能なトナーを提供することを目的とするものである。また、本発明は前述したトナー画像の光沢性を低く維持することと、従来よりも低い温度でトナー画像を定着するいわゆる低温定着とを両立することが可能なトナーを提供することを目的とするものである。さらに、本発明は連続でプリント作製を行っても、フィルミングや転写抜けに起因する画像欠陥のないプリントを安定して作製することができるトナーを提供することを目的とする。
上記課題は、以下に記載の構成により、解消されることが確認された。
請求項1に記載の発明は、
『少なくとも樹脂と着色剤を含有するコアのまわりにシェルを被覆してなるコアシェル構造のトナーであって、
前記コアは、少なくとも破断伸度が100%以上800%以下となる微粒子と、樹脂微粒子及び着色剤微粒子とを凝集させて形成するものであり、
前記トナーの平均円形度が、0.895以上0.980以下であることを特徴とするトナー。』というものである。
『少なくとも樹脂と着色剤を含有するコアのまわりにシェルを被覆してなるコアシェル構造のトナーであって、
前記コアは、少なくとも破断伸度が100%以上800%以下となる微粒子と、樹脂微粒子及び着色剤微粒子とを凝集させて形成するものであり、
前記トナーの平均円形度が、0.895以上0.980以下であることを特徴とするトナー。』というものである。
請求項2に記載の発明は、
『前記シェルを被覆する前のコアの平均円形度と前記トナーの平均円形度の差が、0.005以上0.090以下であることを特徴とする請求項1に記載のトナー。』というものである。
『前記シェルを被覆する前のコアの平均円形度と前記トナーの平均円形度の差が、0.005以上0.090以下であることを特徴とする請求項1に記載のトナー。』というものである。
本発明によれば、製本物の様にプリント物を重ね合わせた時に、トナー画像と紙とが擦れ合う状態におかれても、トナー画像の光沢性を低い状態に維持することができる様になった。したがって、本発明に係るトナーを用いて作製された書物をユーザが繰り返し読み返すことがあっても、ユーザの目に負担を与えることがない。
また、本発明によれば、トナー画像の光沢性を低く維持できるとともに、従来よりも低い温度でトナー画像を定着できる様にした。さらに、本発明によれば、連続でプリント作製を行ったときに、フィルミングや転写抜けに起因する画像欠陥を発生させずにプリント物を安定して作製することができる様になった。
本発明に係るトナーは、コアシェル構造トナーを構成するコアに破断時伸びが100%以上800%以下となる微粒子、すなわち、通常の画像形成環境でゴム弾性を発現することが可能な微粒子を添加して形成されたものである。
本発明では、トナー画像表面への凹凸付与粒子として、通常の画像形成環境でゴム弾性を発現する粒子を用いることで、製本物の様にトナー画像が紙と擦れ合い易い状態になっても、画像の光沢性を長期間にわたり低く維持できる様にした。これは、凹凸付与粒子にゴム弾性微粒子を用いることにより、トナー構成樹脂との間に強固な接着性が得られ、凹凸付与粒子がトナー画像表面から脱離しなくなるためと考えられる。従来技術では、トナー画像表面への凹凸付与粒子は外添剤処理により添加されており、凹凸付与粒子とトナー構成樹脂との間に強固な接着性を得ることが困難であった。本発明では、トナー構成樹脂と分子構造が類似するゴム弾性微粒子を使用することで、トナー構成樹脂と凹凸付与粒子との間に従来技術では得られなかったレベルの強い接着性が得られるため、本発明の効果が奏される様になったものと推測される。
また、トナーの平均円形度を0.895以上0.980以下とすることで、コア表面にシェル層がムラなく均一に形成され、低温定着性と高温高湿環境下で保管した時にトナー同士の固着が起きない耐ブロッキング性とを有するトナーが得られる様になった。トナーの平均円形度が上記範囲のとき、低温定着性と保存安定性を両立させることができる様になった理由は、コアの形状が樹脂粒子がムラなく均一に付着し易いものになっているためと考えられた。すなわち、コア表面に凹凸が目立つ形状のものでは、コア表面に樹脂微粒子が付着し易い個所と付着しにくい個所とが発生する様になり、シェル形成用の樹脂微粒子のコア表面への付着にムラができて、均一なシェルの形成が困難になる。ムラのない均一なシェルを形成するためには、コア表面のエネルギー準位がどこも同じレベルになる必要があり、平均円形度が前記範囲のときはコア表面のエネルギー準位がどこも同じレベルになっているものと推測される。
また、コア中にゴム弾性を発現する粒子を存在させることにより、画像形成装置内で撹拌等の作用を長期間受け続けてもゴム弾性粒子が衝撃を吸収してトナーの耐久性を向上させ、同時にトナーの保管性も向上させているとも考えられる。
以下、本発明について説明する。
本発明でいう「トナー画像の光沢度」とは、所定条件の下でトナー画像表面に光を照射した時に得られるトナー画像表面の反射の程度を定量したもので、たとえば、以下の手順で定量することができる。すなわち、転写材の90%以上の面積領域がトナーで被覆されている画像部分を、「JIS Z8741 1983方法2」により、入射角75°にて光沢度測定装置(グロスメーター)「GMX−203(村上色彩技術研究所社製)」により測定した値を光沢度とする。
図3に、光沢度測定装置(グロスメーター)の概念図を示す。光沢度測定装置では、光源70から光学系71を介して試料72に光が照射される。この試料72からの反射光を光学系73を介して受光器74で受光させる。図中のS1とS2はスリットである。また、α1は光画像の開き角、β1は垂直面内の開き角、α2は受光器の開き角、β2は垂直面内の開き角を表す。図に示す指定された入射角θに対して試料72面からの鏡面反射光束をφ、標準面からの反射光束をφsとして光沢度Gは下記式で表される。
光沢度G=(φ/φs)×(使用した標準面の光沢度)
ここで、使用した標準面の光沢度は100.0である。従って、光沢度は100以下の数値で表されることになる。すなわち、反射光束が多いほど光沢度Gの値は100に近い値になるもので、本発明では、トナー画像の光沢度が25以下のものを光沢性が低い状態に維持されているものとしている。
ここで、使用した標準面の光沢度は100.0である。従って、光沢度は100以下の数値で表されることになる。すなわち、反射光束が多いほど光沢度Gの値は100に近い値になるもので、本発明では、トナー画像の光沢度が25以下のものを光沢性が低い状態に維持されているものとしている。
本発明に係るトナーの採り得る構造について説明する。本発明に係るトナーは、少なくとも着色剤を含有する樹脂からなるコアの表面に樹脂を被覆してシェルを形成したコアシェル構造を有するものである。トナーのコアシェル構造の例を図1に示す。図1に示すトナーTは、いずれも着色剤1を含有する樹脂2からなるコアAと、コアA表面に樹脂3を被覆して形成されたシェルBから構成される。なお、図1に示すトナーTには、コアA中に本発明で必須の構成要件である破断伸度100%以上800%以下のゴム弾性粒子の記載が省かれている。
図1(a)に示すトナーTは、シェルBがコアA表面を完全に被覆してなる構造のものである。本発明に係るトナーは、図1(a)の様にシェルBがコアAを完全に被覆した構造を有するものに限定されるものではなく、たとえば、図1(b)に示す様にシェルBがコアAを完全に被覆せず、コアAがところどころ露出している構造のものも含まれる。
すなわち、本発明でいうコアシェル構造のトナーとは、コア表面の30%以上がシェルBで被覆された構造を有するものをいう。また、本発明では「シェルの形成」という用語も用いているが、コアAの表面をシェル形成用の樹脂である樹脂3により30%以上被覆させた状態にすることを「シェルの形成」というものである。
たとえば、図1(b)のトナーTは、シェルBが、コアA表面の30%以上100%未満、好ましくは、50%以上95%以下を被覆している状態を示すものである。また、図1(c)のトナーTは、コアA表面に若干の凹凸が存在するものの、シェルBの一部がコアAの内部に入り込む等により、シェル形成後のトナーTの平均円形度が0.895以上0.980以下となるものである。また、シェル形成前のコアAの平均円形度とトナーTの平均円形度の差が、0.005以上0.090以下であることが好ましく、図1(c)に示すトナーTもコアAの平均円形度の差が上記範囲内にある。
本発明に係るトナーの断面構造やコア表面におけるシェルの被覆率は、たとえば、透過型電子顕微鏡(TEM)や走査型プローブ顕微鏡(SPM)等で観察することにより、確認できる。なお、走査型プローブ顕微鏡(SPM)は、トナーの断面形状観察に加えてトナー構成樹脂の硬さ等の物性も評価することができる。
透過型電子顕微鏡(TEM)によるトナーの断面構造の観察方法について説明する。トナーの断面構造は透過型電子顕微鏡によるトナーの断面構造の観察方法は、たとえば、以下の手順により、作製した試料を撮影された写真画像より観察することが可能である。
先ず、トナーを常温硬化性のエポキシ樹脂中に十分分散させた後、包埋し、粒径100nm程度のスチレン微粉末に分散させた後、加圧成形を行ってトナーを含有させてなるブロックを作製する。作製したブロックに、必要な場合には四三酸化ルテニウム、または、四三酸化オスミウムを併用して染色処理を行った後、ダイヤモンド歯を備えたミクロトームを用いて、厚さ80〜200nmの薄片状に切り出して測定用試料を作製する。
この様にして薄片状にした測定用試料を、透過型電子顕微鏡(TEM)にセットして、トナーの断面構造を写真撮影する。このとき、電子顕微鏡の倍率はトナー1個の断面が視野に入る倍率とすることが好ましく、具体的には、約10,000倍程度にすることが好ましい。また、透過型電子顕微鏡で写真撮影を行うトナーの数は、最低でも10個以上とすることが好ましい。
透過型電子顕微鏡によるトナーの断面構造観察は、当業者の間で通常よく知られている機種で十分に対応可能で、具体的な機種としては、たとえば、「LEM−2000型(トプコン社製)」や「JEM−2000FX(日本電子製)」等が挙げられる。
本発明に係るトナーが、コアシェル構造を有することは、撮影した断面構造写真を観察すると、着色剤等が存在する領域とこれらが存在しない領域とが確認され、コアとシェルとの界面となる境界が存在することが確認できる。
また、コア表面におけるシェルの被覆率は、透過型電子顕微鏡(TEM)により、撮影された画像情報を画像処理装置「ルーゼックスF」(ニレコ社製)で演算処理することにより算出される。すなわち、「ルーゼックスF」による演算処理により、撮影されたトナーのコア領域とシェル領域の面積が算出され、少なくとも10個以上のトナーの断面構造写真よりコア表面におけるシェルの平均被覆率を算出することが可能である。
本発明に係るトナーは、少なくとも樹脂と着色剤を含有するコアのまわりにシェルを被覆してなるコアシェル構造を有し、当該コアには破断伸度が100%以上800%以下となる粒子を含有されているものである。「破断伸度」とは、「切断時伸び」とも呼ばれる物性値で、弾性微粒子を図2に示す形状の試験片に成形し、試験片を一定速度で引っ張り続けると、ある時点で試験片が破断する。試験片が破断する時までに伸びた伸び率のことを「破断伸度」と呼ぶ。
本発明に係るトナーを用いて作製されたプリント物は、冊子に代表される様な複数のプリント物を重ねた状態で供給し、この状態で繰り返し読まれても、画像の光沢性を長期間にわたり低く維持することができる。これは、ゴム弾性粒子とトナー構成樹脂との間に良好な接着性が発現され、定着後のトナー画像が紙と擦れ合う環境にあってもゴム弾性粒子がトナーから脱離しにくいため、光沢性を低く維持することができるものと考えられる。
また、本発明では上記範囲の破断伸度を有する粒子を含有することにより、トナー画像そのものにある程度の柔軟性が付与されるので、プリント物を丸めたり折り曲げたりした時、転写シート表面からトナー画像が脱離することがない。したがって、ポスター等、何回も丸めたり折り曲げて使用する機会の多いプリント物では、画像の剥離による画質低下が起きにくいものになる。
本発明に使用されるゴム弾性粒子の破断伸度は、たとえば、加硫ゴムの引張試験法であるJIS K6251に準じ、引張試験機を用いることにより測定することが可能である。すなわち、ゴム弾性粒子を板状に成形したものを2mm厚のプレスシートで打ち抜いてJIS K6251に規定されるダンベル3号試験片を作製し、20℃±2℃、65±10%RHの環境下で、当該試験片を引張試験機に供して測定を行うものである。
図2にダンベル3号試験片の規格を示す。図2に示す様に、ダンベル3号試験片は測定に供せられる部分である平行部分の規格が、幅5mm、長さ20mm、厚さ2mm、測定標線間距離20mmであり、引張速度500mm/minで試験を行うものである。上記条件下による引張試験で得られる破断伸度Ebは、下記式より算出される。すなわち、
破断伸度Eb(%)=100×〔(L1−L0)/L0〕
式中、L1は切断時の標線間距離、L0は最初の標線間距離を表す。
破断伸度Eb(%)=100×〔(L1−L0)/L0〕
式中、L1は切断時の標線間距離、L0は最初の標線間距離を表す。
また、引張試験機の具体例としては、たとえば、「テンシロン万能試験機RTA−100((株)オリエンテック製)」等の公知の引張試験機が挙げられる。
本発明に係るトナーに使用可能な弾性粒子の構成材料は、画像形成環境下で上記破断強度を発現するいわゆるエラストマーと呼ばれる形態のものであれば、特に限定されるものではない。具体的な弾性粒子構成材料としては、たとえば、以下のものが挙げられる。下記に示すゴム材料は、単独で使用される他、複数種類のものからなるブレンド物の形態で使用される。
下記構成材料のうち、ゴム材料は架橋工程を経て形成されるもので、分子構造内に架橋点を有するものである。また、熱可塑性エラストマーは、常温でゴム弾性を有しながら、高温では熱可塑性プラスチックと同様に軟化する性質を有するもので、プラスチックと同様に射出成形等により成形が可能である。熱可塑性エラストマーは、架橋工程が不要で、また、他のゴム材料では困難とされるリサイクルが可能なメリットを有しており、成形工程の簡素化に併せて、省エネ、省資源化に適する面を有する。
(1)ビニル共重合体系ゴム材料
エチレンプロピレン共重合体ゴム(EPM、EPDM)、アクリロニトリルブタジエン共重合体ゴム(ニトリルゴム(NBR))、水素化ニトリルゴム(水素添加ニトリルゴム(HNBR))、スチレンブタジエン共重合体ゴム(SBR)、エピクロルヒドリンゴム(ECO;エピクロルヒドリンとエチレンオキサイドとの共重合体)
(2)ビニルホモポリマー系ゴム材料
ブタジエンゴム(BR)、ポリイソプレン系ゴム(天然ゴム(NR)、合成天然ゴム(IR))、クロロプレンゴム(CR)、アクリルゴム(ACM)、エピクロルヒドリンゴム(CO;エピクロルヒドリンホモポリマー)
(3)シリコーン系ゴム材料
ビニルメチルシリコーンゴム(VMQ)、フッ素化シリコーンゴム(フロロシリコーンゴム)(FVMQ)
(4)フッ素系ゴム材料
フッ化ビニリデン系ゴム(FKM)、テトラフルオロエチレン−プロピレン系ゴム(FEPM)、テトラフルオロエチレン−パープルオロビニルエーテル系ゴム(FFKM)等
(5)ウレタン系ゴム材料
ポリエステルウレタンゴム(AU;主鎖にエステル結合を有する)、ポリエーテルウレタンゴム(EU;主鎖にエーテル結合を有する)
(6)熱可塑性エラストマー(TPE;Thermoplastic Elastomers)
スチレン系熱可塑性エラストマー(SBC)、オレフィン系熱可塑性エラストマー(TPO)、ウレタン系熱可塑性エラストマー(PU)、エステル系熱可塑性エラストマー(TPEE)、アミド系熱可塑性エラストマー(TPAE)
破断伸度が100%以上800%以下の弾性微粒子は、以下に述べる公知の方法により作製することが可能である。作製方法の1つとして、公知の溶液重合法や乳化重合法により油滴状態の重合性単量体を重合して弾性微粒子を作製する方法がある。すなわち、所望の粒径の微粒子が得られる様に水系媒体中に重合性単量体を分散させておき、この状態で重合反応を行うことにより作製することができる。たとえば、スチレンブタジエン共重合体を作製する場合には、前記重合方法でスチレンと1,3−ブタジエンとを共重合させることにより得られる。
(1)ビニル共重合体系ゴム材料
エチレンプロピレン共重合体ゴム(EPM、EPDM)、アクリロニトリルブタジエン共重合体ゴム(ニトリルゴム(NBR))、水素化ニトリルゴム(水素添加ニトリルゴム(HNBR))、スチレンブタジエン共重合体ゴム(SBR)、エピクロルヒドリンゴム(ECO;エピクロルヒドリンとエチレンオキサイドとの共重合体)
(2)ビニルホモポリマー系ゴム材料
ブタジエンゴム(BR)、ポリイソプレン系ゴム(天然ゴム(NR)、合成天然ゴム(IR))、クロロプレンゴム(CR)、アクリルゴム(ACM)、エピクロルヒドリンゴム(CO;エピクロルヒドリンホモポリマー)
(3)シリコーン系ゴム材料
ビニルメチルシリコーンゴム(VMQ)、フッ素化シリコーンゴム(フロロシリコーンゴム)(FVMQ)
(4)フッ素系ゴム材料
フッ化ビニリデン系ゴム(FKM)、テトラフルオロエチレン−プロピレン系ゴム(FEPM)、テトラフルオロエチレン−パープルオロビニルエーテル系ゴム(FFKM)等
(5)ウレタン系ゴム材料
ポリエステルウレタンゴム(AU;主鎖にエステル結合を有する)、ポリエーテルウレタンゴム(EU;主鎖にエーテル結合を有する)
(6)熱可塑性エラストマー(TPE;Thermoplastic Elastomers)
スチレン系熱可塑性エラストマー(SBC)、オレフィン系熱可塑性エラストマー(TPO)、ウレタン系熱可塑性エラストマー(PU)、エステル系熱可塑性エラストマー(TPEE)、アミド系熱可塑性エラストマー(TPAE)
破断伸度が100%以上800%以下の弾性微粒子は、以下に述べる公知の方法により作製することが可能である。作製方法の1つとして、公知の溶液重合法や乳化重合法により油滴状態の重合性単量体を重合して弾性微粒子を作製する方法がある。すなわち、所望の粒径の微粒子が得られる様に水系媒体中に重合性単量体を分散させておき、この状態で重合反応を行うことにより作製することができる。たとえば、スチレンブタジエン共重合体を作製する場合には、前記重合方法でスチレンと1,3−ブタジエンとを共重合させることにより得られる。
弾性微粒子の弾性や強度は、共重合体の場合ハードセグメントを形成する重合性単量体とソフトセグメントを形成する重合性単量体の比率により制御することが可能である。また、重合反応中に加硫を行うことにより弾性や強度を制御することも可能で、この場合、加硫度を調節することで実現される。
また、市販の合成ゴム材料や熱可塑性エラストマーを粉砕装置で粉砕処理することにより、弾性微粒子を作製することもできる。すなわち、ペレットやパウダーの形態で供給される市販品を粉砕、分級して弾性微粒子を得るものである。弾性微粒子は、以下の手順で作製される。
先ず、ペレットの形態で供給されたものは、フェザーミルやハンマーミル等で疎粉砕しておく。続いて、前述のペレットの粗粉砕処理を経たもの、あるいは、パウダーの形態で供給されたものを、ターボミルやクリプトロン等の機械式粉砕機やジェットミル等の気流式粉砕機で微粉砕する。次に、微粉砕処理したものを機械式あるいは気流式の分級機に投入し、分級処理を行うことにより、所望の粒径を有する弾性微粒子が得られる。分級機による分級は、弾性微粒子を搬送する風力と搬送の際に弾性微粒子に加わる遠心力や向心力とのバランスを利用したり、コアンダ効果と呼ばれる気流の性質を利用して行われる。なお、粉砕処理により弾性微粒子を作製する場合、たとえば、作業環境を低めの温度に設定してゴム弾性が発現しにくい条件下で粉砕処理を行うと、シェアがかかり易く粉砕作業を効率よく行うことができる。
さらに、上記の様な粉砕処理を経て弾性微粒子を作製する方法の他に、市販の合成ゴム材料や熱可塑性エラストマーを有機溶媒に溶解させ、作製したゴム溶液をクレアミックス等の分散装置に投入して分散処理を行うことにより弾性微粒子を作製する方法もある。
本発明に係るトナーは、その平均円形度が0.895以上0.980以下の値を有するものであり、0.920以上0.970以下となるものがより好ましい。平均円形度の値が上記範囲のトナーは、シェル形成時、樹脂粒子がコア表面にムラなく均一に付着することができ、結果、コア露出頻度の少ないコアシェル構造のトナーを形成し易いものと推測される。すなわち、コア表面が凹凸の大きな形状を有するものでは、コア表面に樹脂粒子の付着し易い個所と付着しにくい個所が存在する様になり、コア表面に樹脂粒子が均一に付着することが困難になり、コアの露出したトナーが形成され易いものと推測される。
本発明では、表面に樹脂粒子がムラなく付着できるレベルの表面状態を有するコアが形成され、これは、前述したゴム弾性を発現する粒子の存在により、コア表面全体がシェル層形成樹脂粒子に対して高い吸引力を発現する様になったためと推測される。
また、平均円形度が上記範囲の値を有するトナーは、適度な流動性を発現し、画像形成装置内で長期にわたり機械的な負荷を受ける様な状態が続いてもトナーの変形や劣化の進行が防止できる。その結果、高精細なトナー画像を長期にわたり、安定して形成することが可能になる。
トナーの平均円形度は、下記式で定義されるトナーの円形度を足し合わせた値を全トナー数で除して算出した値である。
円形度=(トナー像と同じ投影面積を有する円の周囲長)/(トナー投影像の周囲長)
トナーの平均円形度は、例えば「FPIA−2100(Sysmex社製)」に代表されるフロー式粒子像分析装置を用いて算出することができる。
トナーの平均円形度は、例えば「FPIA−2100(Sysmex社製)」に代表されるフロー式粒子像分析装置を用いて算出することができる。
具体的には、トナーを界面活性剤入り水溶液にてなじませ、超音波分散を1分行い分散した後、「FPIA−2100」を用い、測定条件HPF(高倍率撮像)モードにて、HPF検出数3000〜10000個の適正濃度で測定を行う。この範囲であれば、再現性のある同一測定値が得られる。
また、本発明に係るトナーは、体積基準におけるメディアン径(D50)が、3μm以上9μm以下とすることが好ましい。体積基準におけるメディアン径(D50)を上記範囲とすることにより、たとえば、1200dpi(dpi;1インチ(2.54cm)あたりのドット数)レベルの非常に小さなドット画像の再現も可能にする。トナーの粒径を上記範囲とすることにより、たとえば、写真画像の様な高解像度が要求される高精細な画像形成も行え、印刷画像と同等レベルのプリント物を版を起こす手間をかけずに得られる。したがって、オンデマンド印刷と呼ばれる数千枚レベルのプリント注文に対応する印刷分野で、高画質画像のプリント物を迅速に作成することを可能にする。
なお、トナーの体積基準におけるメディアン径(D50)は、「マルチサイザー3(ベックマン・コールター社製)」に、データ処理用のコンピューターシステムを接続した装置を用いて測定、算出することができる。
測定手順としては、トナー0.02gを、界面活性剤溶液20ml(トナーの分散を目的として、例えば界面活性剤成分を含む中性洗剤を純水で10倍希釈した界面活性剤溶液)で馴染ませた後、超音波分散を1分間行い、トナー分散液を作製する。このトナー分散液を、サンプルスタンド内のISOTONII(ベックマン・コールター社製)の入ったビーカーに、測定濃度5〜10%になるまでピペットにて注入し、測定機カウントを2500個に設定して測定する。なお、マルチサイザー3のアパチャ−径は50μmのものを使用する。
次に、本発明に係るトナーの製造方法について説明する。
本発明に係るトナーを構成する着色粒子(外添処理前のトナー粒子のこと)は、少なくとも着色剤を含有する樹脂からなるコアの表面に樹脂を被覆してシェルを形成したコアシェル構造を有するものである。本発明に係るトナーの製造方法は、特に限定されるものではなく、従来のトナー製造方法により作製することが可能である。すなわち、混練、粉砕、分級工程を経てトナーを作製するいわゆる粉砕法や、重合性単量体を重合させ、同時に、形状や大きさを制御しながら粒子形成を行ういわゆる重合法により作製可能である。
この中でも、重合法によるトナー作製は、その製造工程で粒子の形状や大きさを制御しながら所望のトナーを形成することが可能で、微小なドット画像を忠実に再現することが可能な小径トナーの作製に最適である。この様な視点からも重合法によるトナー作製が好ましく、その中でも、乳化重合法や懸濁重合法により予め120nm前後の樹脂粒子を形成しておき、この樹脂粒子を凝集させる工程を経て粒子形成を行う乳化会合法は有効な作製方法の1つといえる。
以下に、乳化会合法によるコアシェル構造のトナー作製例を説明する。乳化会合法では概ね以下の様な手順を経てトナーを作製する。すなわち、
(1)コア形成用樹脂微粒子分散液の作製工程
(2)着色剤微粒子分散液の作製工程
(3)弾性微粒子分散液の作製工程
(4)コア用樹脂粒子の凝集・融着工程
(5)第1熟成工程
(6)シェル化工程
(7)第2熟成工程
(8)冷却工程
(9)洗浄工程
(10)乾燥工程
(11)外添剤処理工程
以下、各工程について説明する。
(1)樹脂微粒子分散液の作製工程
この工程は、コア用の樹脂粒子を形成する重合性単量体を水系媒体中に投入して重合を行って120nm程度の大きさの樹脂微粒子を形成する工程である。この工程では、樹脂微粒子中にワックスを含有させたものを形成することも可能で、この場合、ワックスを重合性単量体に溶解あるいは分散させておき、これを水系媒体中で重合させて、ワックスを含有する樹脂微粒子を形成する。
(2)着色剤微粒子分散液の作製工程
水系媒体中に着色剤を分散させ、110nm程度の大きさの着色剤微粒子分散液を作製する工程である。
(3)ゴム弾性発現微粒子分散液の作製工程
水系媒体中にスチレンブタジエン共重合体等のゴム弾性を発現する樹脂を分散させ、120nm〜320nm程度の大きさのゴム弾性発現微粒子を分散させてなるゴム弾性発現微粒子分散液を作製する工程である。
(3)コア用粒子の凝集・融着工程(コアの形成)
この工程は、水系媒体中で前述の樹脂微粒子と着色剤微粒子、及び、ゴム弾性を発現する微粒子を凝集させ、凝集させたこれらの粒子を融着させてコア用の粒子を作製する工程である。この工程では、樹脂粒子と着色剤粒子とを混合させた水系媒体中に、アルカリ金属塩やアルカリ土類金属塩等を凝集剤として添加した後、樹脂粒子のガラス転移温度以上で、混合物の融解ピーク温度以下に加熱して凝集を進行させ、同時に樹脂粒子同士を融着させる。
(1)コア形成用樹脂微粒子分散液の作製工程
(2)着色剤微粒子分散液の作製工程
(3)弾性微粒子分散液の作製工程
(4)コア用樹脂粒子の凝集・融着工程
(5)第1熟成工程
(6)シェル化工程
(7)第2熟成工程
(8)冷却工程
(9)洗浄工程
(10)乾燥工程
(11)外添剤処理工程
以下、各工程について説明する。
(1)樹脂微粒子分散液の作製工程
この工程は、コア用の樹脂粒子を形成する重合性単量体を水系媒体中に投入して重合を行って120nm程度の大きさの樹脂微粒子を形成する工程である。この工程では、樹脂微粒子中にワックスを含有させたものを形成することも可能で、この場合、ワックスを重合性単量体に溶解あるいは分散させておき、これを水系媒体中で重合させて、ワックスを含有する樹脂微粒子を形成する。
(2)着色剤微粒子分散液の作製工程
水系媒体中に着色剤を分散させ、110nm程度の大きさの着色剤微粒子分散液を作製する工程である。
(3)ゴム弾性発現微粒子分散液の作製工程
水系媒体中にスチレンブタジエン共重合体等のゴム弾性を発現する樹脂を分散させ、120nm〜320nm程度の大きさのゴム弾性発現微粒子を分散させてなるゴム弾性発現微粒子分散液を作製する工程である。
(3)コア用粒子の凝集・融着工程(コアの形成)
この工程は、水系媒体中で前述の樹脂微粒子と着色剤微粒子、及び、ゴム弾性を発現する微粒子を凝集させ、凝集させたこれらの粒子を融着させてコア用の粒子を作製する工程である。この工程では、樹脂粒子と着色剤粒子とを混合させた水系媒体中に、アルカリ金属塩やアルカリ土類金属塩等を凝集剤として添加した後、樹脂粒子のガラス転移温度以上で、混合物の融解ピーク温度以下に加熱して凝集を進行させ、同時に樹脂粒子同士を融着させる。
具体的には、前述の手順で作製した樹脂粒子と着色剤粒子とを反応系に添加し、塩化マグネシウム等の凝集剤を添加することにより、樹脂微粒子と着色剤粒子とを凝集させると同時に微粒子同士を融着させて粒子形成を行う。そして、粒子の大きさが目標の大きさになった時に、食塩水等の塩を添加して凝集を停止させる。
(4)第1熟成工程
この工程は、上記凝集・融着工程に引き続き、反応系を加熱処理することによりコアの形状が所望の形状になるまで熟成を行う工程である。
(5)シェル化工程
この工程は、第1熟成工程で形成されたコアの分散液仲に、シェル形成用の樹脂粒子を添加して、コア表面にシェルを形成する工程である。
(6)第2熟成工程
この工程は、上記シェル化工程に引き続き、反応系を加熱処理することにより、コア表面へのシェルの被覆を強化するとともに、着色粒子の形状が所望の形状になるまで熟成を行う工程である。
(7)冷却工程
この工程は、前記着色粒子の分散液を冷却処理(急冷処理)する工程である。冷却処理条件としては、1〜20℃/minの冷却速度で冷却する。冷却処理方法としては特に限定されるものではなく、反応容器の外部より冷媒を導入して冷却する方法や、冷水を直接反応系に投入して冷却する方法を例示することができる。
(8)洗浄工程
この工程は、上記工程で所定温度まで冷却された粒子分散液から粒子を固液分離する工程と、固液分離されてウェットのケーキ状集合体にした粒子から界面活性剤や凝集剤等の付着物を除去するための洗浄工程からなる。
(4)第1熟成工程
この工程は、上記凝集・融着工程に引き続き、反応系を加熱処理することによりコアの形状が所望の形状になるまで熟成を行う工程である。
(5)シェル化工程
この工程は、第1熟成工程で形成されたコアの分散液仲に、シェル形成用の樹脂粒子を添加して、コア表面にシェルを形成する工程である。
(6)第2熟成工程
この工程は、上記シェル化工程に引き続き、反応系を加熱処理することにより、コア表面へのシェルの被覆を強化するとともに、着色粒子の形状が所望の形状になるまで熟成を行う工程である。
(7)冷却工程
この工程は、前記着色粒子の分散液を冷却処理(急冷処理)する工程である。冷却処理条件としては、1〜20℃/minの冷却速度で冷却する。冷却処理方法としては特に限定されるものではなく、反応容器の外部より冷媒を導入して冷却する方法や、冷水を直接反応系に投入して冷却する方法を例示することができる。
(8)洗浄工程
この工程は、上記工程で所定温度まで冷却された粒子分散液から粒子を固液分離する工程と、固液分離されてウェットのケーキ状集合体にした粒子から界面活性剤や凝集剤等の付着物を除去するための洗浄工程からなる。
洗浄処理は、濾液の電気伝導度が10μS/cmになるまで水洗浄する。濾過処理方法としては、遠心分離法、ヌッチェ等を使用して行う減圧濾過法、フィルタープレス等を使用して行う濾過法などがあり、特に限定されるものではない。
(9)乾燥工程
この工程は、洗浄処理された粒子を乾燥処理し、乾燥された粒子を得る工程である。この工程で使用される乾燥機としては、スプレードライヤー、真空凍結乾燥機、減圧乾燥機などを挙げることができ、静置棚乾燥機、移動式棚乾燥機、流動層乾燥機、回転式乾燥機、撹拌式乾燥機などを使用することが好ましい。
(9)乾燥工程
この工程は、洗浄処理された粒子を乾燥処理し、乾燥された粒子を得る工程である。この工程で使用される乾燥機としては、スプレードライヤー、真空凍結乾燥機、減圧乾燥機などを挙げることができ、静置棚乾燥機、移動式棚乾燥機、流動層乾燥機、回転式乾燥機、撹拌式乾燥機などを使用することが好ましい。
また、乾燥された粒子の水分は、5質量%以下であることが好ましく、更に好ましくは2質量%以下とされる。尚、乾燥処理された粒子同士が、弱い粒子間引力で凝集している場合には、当該凝集体を解砕処理してもよい。ここに、解砕処理装置としては、ジェットミル、ヘンシェルミキサー、コーヒーミル、フードプロセッサー等の機械式の解砕装置を使用することができる。
(10)外添剤処理工程
この工程は、乾燥された粒子に必要に応じ外添剤を混合し、トナーを作製する工程である。外添剤の混合装置としては、ヘンシェルミキサー、コーヒーミル等の機械式の混合装置を使用することができる。
(10)外添剤処理工程
この工程は、乾燥された粒子に必要に応じ外添剤を混合し、トナーを作製する工程である。外添剤の混合装置としては、ヘンシェルミキサー、コーヒーミル等の機械式の混合装置を使用することができる。
乳化会合法によるトナー製造方法は、以上の工程を経て、トナー作製を行うものであり、前述した理由により、本発明に係るコアシェル構造のトナーは上記乳化会合法で作製することが好ましい。
乳化会合法によるコアシェル構造のトナーを作製する方法は、以上の工程を経て行われ、前述の様に、本発明に係るコアシェル構造のトナーは上記乳化会合法で作製することが好ましい。
次に、本発明に係るトナーに使用可能な樹脂や着色剤、及び、ワックス等の構成要素について、具体例を挙げて説明する。
先ず、本発明に係るトナーに使用可能な樹脂としては、下記(1)乃至(10)に示す様なビニル系単量体に代表される重合性単量体を重合して作製される重合体が代表的なものである。すなわち、本発明に係るトナーに使用可能な樹脂としては、下記に示すビニル系単量体を単独あるいは複数種類組み合わせて重合を行って得られるものが挙げられる。
(1)スチレンあるいはスチレン誘導体
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、α−メチルスチレン、p−クロロスチレン、3,4−ジクロロスチレン、p−フェニルスチレン、p−エチルスチレン、2,4−ジメチルスチレン、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−ドデシルスチレン等
(2)メタクリル酸エステル誘導体
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−ブチル、メタクリル酸イソプロピル、メタクリル酸イソブチル、メタクリル酸t−ブチル、メタクリル酸n−オクチル、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、メタクリル酸ラウリル、メタクリル酸フェニル、メタクリル酸ジエチルアミノエチル、メタクリル酸ジメチルアミノエチル等
(3)アクリル酸エステル誘導体
アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸イソプロピル、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸t−ブチル、アクリル酸イソブチル、アクリル酸n−オクチル、アクリル酸2−エチルヘキシル、アクリル酸ステアリル、アクリル酸ラウリル、アクリル酸フェニル等。
(4)オレフィン類
エチレン、プロピレン、イソブチレン等
(5)ビニルエステル類
プロピオン酸ビニル、酢酸ビニル、ベンゾエ酸ビニル等
(6)ビニルエーテル類
ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル等
(7)ビニルケトン類
ビニルメチルケトン、ビニルエチルケトン、ビニルヘキシルケトン等
(8)N−ビニル化合物
N−ビニルカルバゾール、N−ビニルインドール、N−ビニルピロリドン等
(9)ビニル化合物類
ビニルナフタレン、ビニルピリジン等
(10)アクリル酸あるいはメタクリル酸誘導体
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。
(1)スチレンあるいはスチレン誘導体
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、α−メチルスチレン、p−クロロスチレン、3,4−ジクロロスチレン、p−フェニルスチレン、p−エチルスチレン、2,4−ジメチルスチレン、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−ドデシルスチレン等
(2)メタクリル酸エステル誘導体
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−ブチル、メタクリル酸イソプロピル、メタクリル酸イソブチル、メタクリル酸t−ブチル、メタクリル酸n−オクチル、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、メタクリル酸ラウリル、メタクリル酸フェニル、メタクリル酸ジエチルアミノエチル、メタクリル酸ジメチルアミノエチル等
(3)アクリル酸エステル誘導体
アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸イソプロピル、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸t−ブチル、アクリル酸イソブチル、アクリル酸n−オクチル、アクリル酸2−エチルヘキシル、アクリル酸ステアリル、アクリル酸ラウリル、アクリル酸フェニル等。
(4)オレフィン類
エチレン、プロピレン、イソブチレン等
(5)ビニルエステル類
プロピオン酸ビニル、酢酸ビニル、ベンゾエ酸ビニル等
(6)ビニルエーテル類
ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル等
(7)ビニルケトン類
ビニルメチルケトン、ビニルエチルケトン、ビニルヘキシルケトン等
(8)N−ビニル化合物
N−ビニルカルバゾール、N−ビニルインドール、N−ビニルピロリドン等
(9)ビニル化合物類
ビニルナフタレン、ビニルピリジン等
(10)アクリル酸あるいはメタクリル酸誘導体
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。
また、樹脂を構成する重合性単量体として、イオン性解離基を有する重合性単量体を組み合わせて使用することも可能である。イオン性解離基としては、たとえば、カルボキシル基、スルフォン酸基、リン酸基等の置換基が挙げられ、イオン性解離基を有する重合性単量体はこれらの置換基を有するものである。
イオン性解離基を有する重合性単量体の具体例を以下に挙げる。
アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、イタコン酸、ケイ皮酸、フマル酸、マレイン酸モノアルキルエステル、イタコン酸モノアルキルエステル、スチレンスルフォン酸、アリルスルフォコハク酸、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルフォン酸、アシドホスホオキシエチルメタクリレート、3−クロロ−2−アシッドホスホオキシプロピルメタクリレート等。
さらに、樹脂を構成する重合性単量体として、多官能性ビニル類を使用して架橋構造の樹脂とすることも可能である。多官能性ビニル類の具体例を以下に挙げる。
ジビニルベンゼン、エチレングリコールジメタクリレート、エチレングリコールジアクリレート、ジ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アクリレート、トリ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アクリレート、ネオペンチルグリコールジメタクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート等。
次に、本発明に係るトナーに使用可能な着色剤としては公知のものが挙げられる。具体的な着色剤を以下に示す。
黒色の着色剤としては、たとえば、ファーネスブラック、チャンネルブラック、アセチレンブラック、サーマルブラック、ランプブラック等のカーボンブラック、更にマグネタイト、フェライト等の磁性粉も用いられる。
マゼンタもしくはレッド用の着色剤としては、C.I.ピグメントレッド2、C.I.ピグメントレッド3、C.I.ピグメントレッド5、C.I.ピグメントレッド6、C.I.ピグメントレッド7、C.I.ピグメントレッド15、C.I.ピグメントレッド16、C.I.ピグメントレッド48;1、C.I.ピグメントレッド53;1、C.I.ピグメントレッド57;1、C.I.ピグメントレッド122、C.I.ピグメントレッド123、C.I.ピグメントレッド139、C.I.ピグメントレッド144、C.I.ピグメントレッド149、C.I.ピグメントレッド166、C.I.ピグメントレッド177、C.I.ピグメントレッド178、C.I.ピグメントレッド222等が挙げられる。
また、オレンジもしくはイエロー用の着色剤としては、C.I.ピグメントオレンジ31、C.I.ピグメントオレンジ43、C.I.ピグメントイエロー12、C.I.ピグメントイエロー13、C.I.ピグメントイエロー14、C.I.ピグメントイエロー15、C.I.ピグメントイエロー17、C.I.ピグメントイエロー93、C.I.ピグメントイエロー94、C.I.ピグメントイエロー138等が挙げられる。
さらに、グリーンもしくはシアン用の着色剤としては、C.I.ピグメントブルー15、C.I.ピグメントブルー15;2、C.I.ピグメントブルー15;3、C.I.ピグメントブルー15;4、C.I.ピグメントブルー16、C.I.ピグメントブルー60、C.I.ピグメントブルー62、C.I.ピグメントブルー66、C.I.ピグメントグリーン7等が挙げられる。
これらの着色剤は必要に応じて単独もしくは2つ以上を選択併用することも可能である。また、着色剤の添加量はトナー全体に対して1〜30質量%、好ましくは2〜20質量%の範囲に設定するのが良い。
次に、本発明に係るトナーに使用可能なワックスについて説明する。本発明に係るトナーに使用可能なワックスとしては、従来公知のものが挙げられ、具体的には、以下のものが挙げられる。
(1)長鎖炭化水素系ワックス
ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックス等のポリオレフィンワックス、パラフィンワックス、サゾールワックス等
(2)エステル系ワックス
トリメチロールプロパントリベヘネート、ペンタエリスリトールテトラミリステート、ペンタエリスリトールテトラステアレート、ペンタエリスリトールテトラベヘネート、ペンタエリスリトールジアセテートジベヘネート、グリセリントリベヘネート、1,18−オクタデカンジオールジステアレート、トリメリット酸トリステアリル、ジステアリルマレエート等
(3)アミド系ワックス
エチレンジアミンジベヘニルアミド、トリメリット酸トリステアリルアミド等
(4)ジアルキルケトン系ワックス
ジステアリルケトン等
(5)その他
カルナウバワックス、モンタンワックス等。
(1)長鎖炭化水素系ワックス
ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックス等のポリオレフィンワックス、パラフィンワックス、サゾールワックス等
(2)エステル系ワックス
トリメチロールプロパントリベヘネート、ペンタエリスリトールテトラミリステート、ペンタエリスリトールテトラステアレート、ペンタエリスリトールテトラベヘネート、ペンタエリスリトールジアセテートジベヘネート、グリセリントリベヘネート、1,18−オクタデカンジオールジステアレート、トリメリット酸トリステアリル、ジステアリルマレエート等
(3)アミド系ワックス
エチレンジアミンジベヘニルアミド、トリメリット酸トリステアリルアミド等
(4)ジアルキルケトン系ワックス
ジステアリルケトン等
(5)その他
カルナウバワックス、モンタンワックス等。
ワックスの融点は、通常40〜160℃であり、好ましくは50〜120℃、さらに好ましくは60〜90℃である。ワックスの融点を上記範囲内にすることにより、トナーの耐熱保存性が確保され、同時に、低温での定着を行う場合でもコールドオフセット等を発生させずに安定したトナー画像形成が行える。また、トナー中のワックス含有量は、1質量%〜30質量%が好ましく、さらに好ましくは5質量%〜20質量%である。
本発明に好ましく使用されるエステル系ワックスの具体例を以下に示す。
次に、本発明に係るトナーは、その製造工程で外部添加剤(=外添剤)として数平均一次粒径が40〜800nmの無機微粒子や有機微粒子等の粒子を添加して、トナー作製することが好ましい。
外添剤の添加により、トナーの流動性や帯電性が改良され、また、クリーニング性の向上等が実現される。外添剤の種類は特に限定されるものではなく、たとえば、以下に挙げる無機微粒子や有機微粒子、及び、滑剤が挙げられる。
無機微粒子としては、従来公知のものを使用することができる。具体的には、シリカ、チタニア、アルミナ、チタン酸ストロンチウム微粒子等が好ましく用いることができる。これら無機微粒子としては必要に応じて疎水化処理したものを用いても良い。具体的なシリカ微粒子としては、例えば日本アエロジル社製の市販品R−805、R−976、R−974、R−972、R−812、R−809、ヘキスト社製のHVK−2150、H−200、キャボット社製の市販品TS−720、TS−530、TS−610、H−5、MS−5等が挙げられる。
チタニア微粒子としては、例えば、日本アエロジル社製の市販品T−805、T−604、テイカ社製の市販品MT−100S、MT−100B、MT−500BS、MT−600、MT−600SS、JA−1、富士チタン社製の市販品TA−300SI、TA−500、TAF−130、TAF−510、TAF−510T、出光興産社製の市販品IT−S、IT−OA、IT−OB、IT−OC等が挙げられる。
アルミナ微粒子としては、例えば、日本アエロジル社製の市販品RFY−C、C−604、石原産業社製の市販品TTO−55等が挙げられる。
また、有機微粒子としては数平均一次粒子径が10〜2000nm程度の球形の有機微粒子を使用することができる。具体的には、スチレンやメチルメタクリレートなどの単独重合体やこれらの共重合体を使用することができる。
また、クリーニング性や転写性をさらに向上させるために滑剤を使用することも可能である。滑剤としては、たとえば、以下の様な高級脂肪酸の金属塩が挙げられる。すなわち、ステアリン酸の亜鉛、アルミニウム、銅、マグネシウム、カルシウム等の塩、オレイン酸の亜鉛、マンガン、鉄、銅、マグネシウム等の塩、パルミチン酸の亜鉛、銅、マグネシウム、カルシウム等の塩、リノール酸の亜鉛、カルシウム等の塩、リシノール酸の亜鉛、カルシウム等の塩が挙げられる。
これら外添剤や滑剤の添加量は、トナー全体に対して0.1〜10.0質量%が好ましい。また、外添剤や滑剤の添加方法としては、タービュラーミキサー、ヘンシェルミキサー、ナウターミキサー、V型混合機などの種々の公知の混合装置を使用して添加する方法が挙げられる。
本発明に係るトナーは、キャリアとトナーより構成される二成分現像剤として、また、トナーのみから構成される非磁性一成分現像剤として使用することが可能である。
本発明に係るフルカラートナーキットを構成するトナーを二成分現像剤として使用する場合、たとえば、後述するタンデム方式の画像形成装置を用いて、高速でのフルカラープリント作成が可能である。また、トナーを構成する樹脂やワックスを選択することにより、定着時の紙温度が100℃程度のいわゆる低温定着によるフルカラープリントの作製も可能である。
また、二成分現像剤として使用する際に用いられる磁性粒子であるキャリアは、たとえば、鉄、フェライト、マグネタイト等の金属、それらの金属とアルミニウム、鉛等の金属との合金等の従来から公知の材料を使用することが可能である。これらの中ではフェライト粒子が好ましい。キャリアの体積平均粒径は15〜100μmのものが好ましく、25〜80μmのものがより好ましい。
本発明に係るトナーを用いて形成されるトナー画像は、転写紙P上に転写され、定着処理により転写紙Pの上に固定されるものである。ここでいう転写紙Pとは、像担持体より転写されたトナー画像を保持する支持体で、通常画像支持体、記録材、転写紙、あるいは、用紙等と呼ばれるものである。具体的には、薄紙から厚紙までの普通紙や上質紙、アート紙やコート紙等の塗工された印刷用紙、市販されている和紙やはがき用紙、OHP用のプラスチックフィルム、布等の各種転写材料が挙げられる。
本発明に係るトナーは、コアシェル構造を有するもので、たとえば、コアのガラス転移温度を30℃以上40℃以下、シェルのガラス転移温度を45℃以上55℃以下にする等の対応により、現状の定着温度よりも低い温度でトナー画像を定着することができる。すなわち、本発明に係るトナーを用いて形成したトナー画像を定着するにあたり、用紙の表面温度を125℃以下にして、いいかえると、加熱ローラ表面温度を90℃乃至150℃にしても良好な定着処理が行える。具体的には、トナー画像を形成した用紙が定着ローラに巻き付いたり、形成したトナー画像が他の用紙に接触して擦れあうことがあってもトナー剥離を起こすことはない。
本発明に係るトナーを低温定着対応の画像形成装置で使用したとき、定着装置における加熱部材の表面温度を上記範囲、特に、140℃未満、さらに、加熱部材の表面温度を130℃未満に設定することが可能である。
具体的な定着装置の形態としては、図4に示す加熱ローラを用いた定着装置が挙げられる。図4は、加熱ローラを用いた定着装置の一例を示す概略図である。
図4に示す定着装置24は、加熱ロール240と、これに当接する加圧ロール241とを備えている。なお、図4において、246は分離爪、Pはトナー像が形成された用紙(転写紙)である。
加熱ロール240aは、たとえば、フッ素樹脂や弾性体からなる被覆層82が芯金240aの表面に形成されてなり、線状ヒーターよりなる加熱部材244を内包している。
芯金240は、金属から構成され、その内径は10〜70mmとされる。芯金240を構成する金属は、特に限定されるものではないが、たとえば、鉄、アルミニウム、銅等の金属や、これらの合金を挙げることができる。
芯金240aの肉厚は0.1〜15mmとされ、省エネの要請(薄肉化)と、強度(構成材料に依存)とのバランスを考慮して決定することが好ましい。たとえば、0.57mmの鉄よりなる芯金と同等の強度を、アルミニウムよりなる芯金で保持するためには、その肉厚を0.8mmとする必要がある。
被覆層240cの表面を構成するフッ素樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)及びテトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)などが挙げられる。
フッ素樹脂からなる被覆層240cの厚みは10〜500μmとされ、好ましくは20〜400μmとされる。
フッ素樹脂からなる被覆層240cの厚みが10μm未満であると、被覆層としての機能を十分に発揮することができず、定着装置としての耐久性を確保することが困難になる。一方、被覆層240cの厚みが500μmを超えると、被覆層表面に紙粉によるキズがつき易くなる。発生したキズ部にはトナー等が付着し易いので、これに起因する画像汚れの発生が懸念されることになる。
また、被覆層240cを構成する弾性体としては、LTV、RTV、HTVなどの耐熱性の良好なシリコンゴム及びシリコンスポンジゴムなどを用いることが好ましい。
被覆層240cを構成する弾性体のアスカーC硬度は、80°未満とされ、好ましくは60°未満とされる。
また、被覆層240cの厚みは0.1〜30mmが好ましく、0.1〜20mmがより好ましい。
加熱部材244としては、ハロゲンヒーターを好適に使用することができる。
加圧ロール250は、弾性体からなる被覆層250bが芯金250a表面に形成されてなる。被覆層250bを構成する弾性体は、特に限定されるものではなく、ウレタンゴム、シリコンゴムなどの各種軟質ゴム及びスポンジゴムが挙げられるが、この中でも、シリコンゴム及びシリコンスポンジゴムが好ましい。
被覆層250bの厚みは0.1〜30mmが好ましく、0.1〜20mmがより好ましい。
また、定着温度(加熱ロール240の表面温度)は定着時に用紙の温度を100℃前後にすることのできる温度で、後述する定着線速にもよるが、70〜180℃である。また、定着線速は80〜640mm/secが好ましく、加熱ロール240と加圧ロール250のニップ幅は8〜40mm、好ましくは11〜30mmに設定する。
なお、分離爪246は、加熱ロール240に熱定着された用紙が、加熱ロールに巻き付くのを防止するため設けられている。
また、本発明に係るトナーを使用する場合、加熱部材から供給される熱を用紙に効率よく供給できる構造の定着装置を用いることが好ましい。具体的には、加熱部材あるいは加圧部材のいずれか一方に耐熱性のベルトを用いるベルト定着と呼ばれる方式の定着装置を用いることが好ましい。
図5に、ベルト定着方式の定着装置(ベルトと加熱ローラを用いたタイプ)の一例を示す。図5に示す定着装置24は、ニップ幅を確保するためにベルトと加熱ローラを用いたタイプのもので、加熱ローラ240とシームレスベルト241、及びシームレスベルト241を介して加熱ローラ240に押圧される圧力パッド(圧力部材)242a、圧力パッド(圧力部材)242b、前記潤滑剤供給部材243とで主要部が構成されている。
加熱ローラ240は、金属製のコア(円筒状芯金)240aの周囲に耐熱性弾性体層240b、及び離型層(耐熱性樹脂層)240cより形成され、コア240aの内部には加熱源としてハロゲンランプ244が配置されている。加熱ローラ240の表面温度は温度センサ245により計測され、その計測信号に基づいて図示しない温度コントローラによりハロゲンランプ244がフィードバック制御され、加熱ローラ240表面が一定温度になるように調整される。シームレスベルト241は、加熱ローラ240に対し所定の角度で巻き付けられるように接触し、ニップ部を形成している。
シームレスベルト241の内側には、低摩擦層を表面に有する圧力パッド242がシームレスベルト241を介して加熱ローラ240に押圧される状態で配置されている。圧力パッド242は、強いニップ圧がかかる圧力パッド242aと、弱いニップ圧がかかる圧力パッド242bとが設けられ、金属製等のホルダ242cに保持されている。
ホルダ242cには、シームレスベルト241がスムーズに摺動回転するようにベルト走行ガイドが取り付けられている。ベルト走行ガイドはシームレスベルト241内面と摺擦するため摩擦係数が低い部材が望ましく、かつ、シームレスベルト241から熱を奪いにくいように熱伝導の低い部材が好ましい。なお、シームレスベルト241の材質の具体例としては、たとえばポリイミドが挙げられる。
以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明の実施態様はこれに限定されるものではない。
1.「弾性微粒子2A〜2G」の作製
下記に示す様に、市販の合成ゴム、熱可塑性エラストマーを粉砕、分級処理することにより、「弾性微粒子2A〜2G」を作製した。
(1)弾性微粒子2A
市販のポリスチレン−ポリ(エチレン/プロピレン)ブロック共重合体エラストマー「セプトン SEP2002(クラレ(株)製)」(スチレン含有量30質量%、破断震度480%)を使用した。最初に、上記ポリスチレン−ポリ(エチレン/プロピレン)ブロック共重合体エラストマーのペレットをハンマーミルで目開き2mmを通過する大きさに粗粉砕した。続いて、温度10℃の作業環境下でターボミル粉砕機(ターボ工業社製)で粗粉砕物を90分間粉砕処理し、さらに、コアンダ効果を利用した気流分級機で微粉分級処理を行うことにより、平均粒径が150nmの「弾性微粒子2A」を作製した。
(2)弾性微粒子2B
市販の溶液重合スチレンブタジエン共重合体ゴム「JSR SL563(JSR(株)製)」(スチレン含有量20質量%、破断強度800%)を使用した。前記スチレンブタジエン共重合体ゴムのペレットを用い、ターボミル粉砕機(ターボ工業社製)による粉砕処理を80分間にした他は「弾性微粒子2A」と同様の作業環境、作業手順で処理することにより、平均粒径180nmの「弾性微粒子2B」を作製した。
(3)弾性微粒子2C
市販のポリスチレン−ポリ(エチレン/プロピレン)ブロック共重合体エラストマー「セプトン SEP1020(クラレ(株)製)」(スチレン含有量36質量%、破断強度100%)を使用した。前記ポリスチレン−ポリ(エチレン/プロピレン)ブロック共重合体エラストマーのパウダーを、温度10℃の作業環境下でターボミル粉砕機(ターボ工業社製)で55分間粉砕処理した。さらに、コアンダ効果を利用した気流分級機で微粉分級処理を行うことにより、平均粒径が240nmの「弾性微粒子2C」を作製した。
(4)弾性微粒子2D
市販の乳化重合スチレンブタジエン共重合体ゴム「JSR 0202(JSR(株)製)」(スチレン含有量46質量%、破断伸度250%)を使用した。前記スチレンブタジエン共重合体ゴムのペレットを用い、ターボミル粉砕機(ターボ工業社製)による粉砕処理を100分間にした他は「弾性微粒子2A」と同様の作業環境、作業手順で処理することにより、平均粒径120nmの「弾性微粒子2D」を作製した。
(5)弾性微粒子2E
市販の乳化重合スチレンブタジエン共重合体ゴム「JSR 1502(JSR(株)製)」(スチレン含有量23.5%、破断伸度560%)を使用した。前記スチレンブタジエン共重合体ゴムのペレットを用い、ターボミル粉砕機(ターボ工業社製)による粉砕処理を35分間にした他は「弾性微粒子2A」と同様の作業環境、作業手順で処理することにより、平均粒径320nmの「弾性微粒子2E」を作製した。
(6)弾性微粒子2F
市販の熱可塑性ポリアミドエラストマー「ZL9501(ダイセル・デグサ(株)製)」(破断伸度50%)を使用した。前記熱可塑性ポリアミドエラストマーのペレットを、「弾性微粒子2D」と同様の作業環境、作業手順で処理することにより、平均粒径120nmの「弾性微粒子2F」を作製した。
(7)弾性微粒子2G
市販の溶液重合スチレンブタジエン共重合体ゴム「JSR SL574(JSR(株)製)」(スチレン含有量15質量%、破断伸度850%)を使用した。前記スチレンブタジエン共重合体ゴムのペレットを用い、ターボミル粉砕機(ターボ工業社製)による粉砕処理を70分間にした他は「弾性微粒子2A」と同様の作業環境、作業手順で処理することにより、平均粒径200nmの「弾性微粒子2G」を作製した。
1.「弾性微粒子2A〜2G」の作製
下記に示す様に、市販の合成ゴム、熱可塑性エラストマーを粉砕、分級処理することにより、「弾性微粒子2A〜2G」を作製した。
(1)弾性微粒子2A
市販のポリスチレン−ポリ(エチレン/プロピレン)ブロック共重合体エラストマー「セプトン SEP2002(クラレ(株)製)」(スチレン含有量30質量%、破断震度480%)を使用した。最初に、上記ポリスチレン−ポリ(エチレン/プロピレン)ブロック共重合体エラストマーのペレットをハンマーミルで目開き2mmを通過する大きさに粗粉砕した。続いて、温度10℃の作業環境下でターボミル粉砕機(ターボ工業社製)で粗粉砕物を90分間粉砕処理し、さらに、コアンダ効果を利用した気流分級機で微粉分級処理を行うことにより、平均粒径が150nmの「弾性微粒子2A」を作製した。
(2)弾性微粒子2B
市販の溶液重合スチレンブタジエン共重合体ゴム「JSR SL563(JSR(株)製)」(スチレン含有量20質量%、破断強度800%)を使用した。前記スチレンブタジエン共重合体ゴムのペレットを用い、ターボミル粉砕機(ターボ工業社製)による粉砕処理を80分間にした他は「弾性微粒子2A」と同様の作業環境、作業手順で処理することにより、平均粒径180nmの「弾性微粒子2B」を作製した。
(3)弾性微粒子2C
市販のポリスチレン−ポリ(エチレン/プロピレン)ブロック共重合体エラストマー「セプトン SEP1020(クラレ(株)製)」(スチレン含有量36質量%、破断強度100%)を使用した。前記ポリスチレン−ポリ(エチレン/プロピレン)ブロック共重合体エラストマーのパウダーを、温度10℃の作業環境下でターボミル粉砕機(ターボ工業社製)で55分間粉砕処理した。さらに、コアンダ効果を利用した気流分級機で微粉分級処理を行うことにより、平均粒径が240nmの「弾性微粒子2C」を作製した。
(4)弾性微粒子2D
市販の乳化重合スチレンブタジエン共重合体ゴム「JSR 0202(JSR(株)製)」(スチレン含有量46質量%、破断伸度250%)を使用した。前記スチレンブタジエン共重合体ゴムのペレットを用い、ターボミル粉砕機(ターボ工業社製)による粉砕処理を100分間にした他は「弾性微粒子2A」と同様の作業環境、作業手順で処理することにより、平均粒径120nmの「弾性微粒子2D」を作製した。
(5)弾性微粒子2E
市販の乳化重合スチレンブタジエン共重合体ゴム「JSR 1502(JSR(株)製)」(スチレン含有量23.5%、破断伸度560%)を使用した。前記スチレンブタジエン共重合体ゴムのペレットを用い、ターボミル粉砕機(ターボ工業社製)による粉砕処理を35分間にした他は「弾性微粒子2A」と同様の作業環境、作業手順で処理することにより、平均粒径320nmの「弾性微粒子2E」を作製した。
(6)弾性微粒子2F
市販の熱可塑性ポリアミドエラストマー「ZL9501(ダイセル・デグサ(株)製)」(破断伸度50%)を使用した。前記熱可塑性ポリアミドエラストマーのペレットを、「弾性微粒子2D」と同様の作業環境、作業手順で処理することにより、平均粒径120nmの「弾性微粒子2F」を作製した。
(7)弾性微粒子2G
市販の溶液重合スチレンブタジエン共重合体ゴム「JSR SL574(JSR(株)製)」(スチレン含有量15質量%、破断伸度850%)を使用した。前記スチレンブタジエン共重合体ゴムのペレットを用い、ターボミル粉砕機(ターボ工業社製)による粉砕処理を70分間にした他は「弾性微粒子2A」と同様の作業環境、作業手順で処理することにより、平均粒径200nmの「弾性微粒子2G」を作製した。
作製した「弾性微粒子2A〜2G」の破断伸度と粒径を表1に示す。
2.「2成分現像剤(トナー)1〜9」の作製
2−1.「トナー1」の作製
(1)「コア形成用樹脂微粒子1」の作製
先ず、以下の手順で「コア形成用樹脂微粒子1」を作製した。
(a)第1段重合
撹拌装置、温度センサ、冷却管、窒素導入装置を取り付けた反応容器に、アニオン系界面活性剤ポリオキシ(2)ドデシルエーテル硫酸エステルナトリウム塩4.0質量部とイオン交換水3000質量部を投入して界面活性剤溶液を調製した。前記界面活性剤溶液を窒素気流下で撹拌しながら80℃に昇温した。
2−1.「トナー1」の作製
(1)「コア形成用樹脂微粒子1」の作製
先ず、以下の手順で「コア形成用樹脂微粒子1」を作製した。
(a)第1段重合
撹拌装置、温度センサ、冷却管、窒素導入装置を取り付けた反応容器に、アニオン系界面活性剤ポリオキシ(2)ドデシルエーテル硫酸エステルナトリウム塩4.0質量部とイオン交換水3000質量部を投入して界面活性剤溶液を調製した。前記界面活性剤溶液を窒素気流下で撹拌しながら80℃に昇温した。
80℃に昇温後、過硫酸カリウム(KPS)10質量部をイオン交換水400質量部に溶解させてなる開始剤水溶液を添加して液温を75℃にして、下記化合物よりなる「単量体混合溶液1」を1時間かけて滴下した。
スチレン 532質量部
n−ブチルアクリレート 200質量部
メタクリル酸 68質量部
n−オクチルメルカプタン 16質量部
上記界面活性剤溶液中に「単量体混合溶液1」を滴下後、この系を75℃の下で2時間加熱、撹拌処理して重合(第1段重合)を行い、「樹脂微粒子分散液a1」を作製した。
(b)第2段重合
撹拌装置、温度センサ、冷却管、窒素導入装置を取り付けた反応容器に、アニオン系界面活性剤ポリオキシ(2)ドデシルエーテル硫酸エステルナトリウム塩3.0質量部とイオン交換水3060質量部を投入して界面活性剤溶液を調製した。前記界面活性剤溶液を窒素気流下で撹拌しながら80℃に昇温した。
n−ブチルアクリレート 200質量部
メタクリル酸 68質量部
n−オクチルメルカプタン 16質量部
上記界面活性剤溶液中に「単量体混合溶液1」を滴下後、この系を75℃の下で2時間加熱、撹拌処理して重合(第1段重合)を行い、「樹脂微粒子分散液a1」を作製した。
(b)第2段重合
撹拌装置、温度センサ、冷却管、窒素導入装置を取り付けた反応容器に、アニオン系界面活性剤ポリオキシ(2)ドデシルエーテル硫酸エステルナトリウム塩3.0質量部とイオン交換水3060質量部を投入して界面活性剤溶液を調製した。前記界面活性剤溶液を窒素気流下で撹拌しながら80℃に昇温した。
昇温後、上記樹脂微粒子a1 35質量部(固形分換算)と、下記化合物を含有してなる混合液を添加し、循環経路を有する機械式分散装置「クレアミックス(エム・テクニック社製)」により30分間混合分散処理を行って、乳化粒子(油滴)分散液を調製した。
スチレン 100質量部
n−ブチルアクリレート 62質量部
メタクリル酸 12質量部
n−オクチルメルカプタン 1.75質量部
パラフィンワックス「HNP−57(日本製蝋社製)」 96質量部
次に、上記乳化粒子分散液に、過硫酸カリウム(KPS)5質量部をイオン交換水100質量部に溶解させてなる開始剤水溶液を添加し、この系を80℃の下で1時間にわたり加熱、撹拌処理して重合(第2段重合)を行った。
(c)第3段重合
前記第2段重合実施後、さらに、過硫酸カリウム(KPS)5.45質量部をイオン交換水220質量部に溶解させてなる開始剤水溶液を添加し、前記反応系を80℃にして、下記化合物よりなる混合液を1時間かけて滴下した。
n−ブチルアクリレート 62質量部
メタクリル酸 12質量部
n−オクチルメルカプタン 1.75質量部
パラフィンワックス「HNP−57(日本製蝋社製)」 96質量部
次に、上記乳化粒子分散液に、過硫酸カリウム(KPS)5質量部をイオン交換水100質量部に溶解させてなる開始剤水溶液を添加し、この系を80℃の下で1時間にわたり加熱、撹拌処理して重合(第2段重合)を行った。
(c)第3段重合
前記第2段重合実施後、さらに、過硫酸カリウム(KPS)5.45質量部をイオン交換水220質量部に溶解させてなる開始剤水溶液を添加し、前記反応系を80℃にして、下記化合物よりなる混合液を1時間かけて滴下した。
スチレン 294質量部
n−ブチルアクリレート 155質量部
n−オクチルメルカプタン 7.1質量部
滴下終了後、2時間にわたり加熱、撹拌処理を行って重合(第3段重合)を行い、その後反応系を28℃まで冷却することにより、樹脂微粒子を作製した。得られた樹脂微粒子を「コア形成用樹脂微粒子1」とする。
(2)「シェル形成用樹脂微粒子分散液」の作製
撹拌装置、温度センサ、冷却管、窒素導入装置を備えた反応容器に、前記「コア形成用樹脂微粒子1」の第1段重合時に作製した界面活性剤溶液と同様のものを作製した。この界面活性剤溶液を、窒素気流下で230rpmの撹拌速度で撹拌しながら、内温を80℃に昇温させた。その後、前記界面活性剤溶液中に、過硫酸カリウム(KPS)10質量部をイオン交換水400質量部に溶解させてなる開始剤溶液を添加し、液温を80℃にして、下記「単量体混合溶液」を2時間かけて滴下した。
n−ブチルアクリレート 155質量部
n−オクチルメルカプタン 7.1質量部
滴下終了後、2時間にわたり加熱、撹拌処理を行って重合(第3段重合)を行い、その後反応系を28℃まで冷却することにより、樹脂微粒子を作製した。得られた樹脂微粒子を「コア形成用樹脂微粒子1」とする。
(2)「シェル形成用樹脂微粒子分散液」の作製
撹拌装置、温度センサ、冷却管、窒素導入装置を備えた反応容器に、前記「コア形成用樹脂微粒子1」の第1段重合時に作製した界面活性剤溶液と同様のものを作製した。この界面活性剤溶液を、窒素気流下で230rpmの撹拌速度で撹拌しながら、内温を80℃に昇温させた。その後、前記界面活性剤溶液中に、過硫酸カリウム(KPS)10質量部をイオン交換水400質量部に溶解させてなる開始剤溶液を添加し、液温を80℃にして、下記「単量体混合溶液」を2時間かけて滴下した。
そして、80℃の下で2時間かけて加熱、撹拌処理することにより重合を行い、「シェル形成用樹脂微粒子1分散液」を作製した。なお、単量体混合溶液は、
スチレン 624質量部
2−エチルヘキシルアクリレート 120質量部
メタクリル酸 56質量部
n−オクチルメルカプタン(NOM) 16.4質量部
よりなるものである。
(3)「着色剤分散液1」の調製
ドデシル硫酸ナトリウム90質量部をイオン交換水1600質量部に撹拌溶解させて作製した溶液を撹拌させておき、当該溶液中に、カーボンブラック「リーガル330R(キャボット社製)」を420質量部を徐々に添加した。次いで、撹拌装置「クレアミックス(エム・テクニック社製)」を用いて分散処理を行い、「着色剤分散液1」を調製した。
(4)「凝集・融着工程(コア1の形成)」
撹拌装置、温度センサ、冷却管、窒素導入装置を備えた反応容器に、
「コア形成用樹脂微粒子1」 360.6質量部(固形分換算)
「弾性微粒子A」 31.4質量部(固形分換算)
イオン交換水 1100質量部
「着色剤分散液1」 200質量部(固形分換算)
を投入し、液温を30℃に調整した。その後、5モル/リットルの水酸化ナトリウム水溶液を添加してpHを10.0に調整した。
スチレン 624質量部
2−エチルヘキシルアクリレート 120質量部
メタクリル酸 56質量部
n−オクチルメルカプタン(NOM) 16.4質量部
よりなるものである。
(3)「着色剤分散液1」の調製
ドデシル硫酸ナトリウム90質量部をイオン交換水1600質量部に撹拌溶解させて作製した溶液を撹拌させておき、当該溶液中に、カーボンブラック「リーガル330R(キャボット社製)」を420質量部を徐々に添加した。次いで、撹拌装置「クレアミックス(エム・テクニック社製)」を用いて分散処理を行い、「着色剤分散液1」を調製した。
(4)「凝集・融着工程(コア1の形成)」
撹拌装置、温度センサ、冷却管、窒素導入装置を備えた反応容器に、
「コア形成用樹脂微粒子1」 360.6質量部(固形分換算)
「弾性微粒子A」 31.4質量部(固形分換算)
イオン交換水 1100質量部
「着色剤分散液1」 200質量部(固形分換算)
を投入し、液温を30℃に調整した。その後、5モル/リットルの水酸化ナトリウム水溶液を添加してpHを10.0に調整した。
上記反応系を撹拌させておき、この状態で塩化マグネシウム・6水和物60質量部をイオン交換水60質量部に溶解してなる水溶液を10分間かけて上記反応系に添加した。添加後、3分間放置した後、昇温を開始して、この系を60分間かけて80℃まで昇温させて、80℃を保持した状態で樹脂粒子の凝集を行い粒子を成長させた。この状態で「マルチサイザー3(ベックマンコールター社製)」を用いて凝集粒子の粒径測定を行った。体積基準メディアン系(D50)が6.5μmになった時に、塩化ナトリウム40質量部をイオン交換水160質量部に溶解させてなる水溶液を反応系に添加して粒子の成長を停止させた。
さらに、反応系の温度を70℃にして3時間にわたり、加熱撹拌を行うことにより粒子の融着を継続させて、熟成処理を行い、「コア1」を形成させた。なお、「コア1」の平均円形度を「FPIA2000(システックス社製)」で測定したところ、0.905であった。
(5)「シェル化工程」
次いで、上記「コア1」の分散液に、
「シェル形成用樹脂微粒子1」 44質量部(固形分換算)
を添加し、さらに、塩化マグネシウム・6水和物2質量部をイオン交換水1000質量部に溶解させてなる水溶液を10分間かけて添加した。
(5)「シェル化工程」
次いで、上記「コア1」の分散液に、
「シェル形成用樹脂微粒子1」 44質量部(固形分換算)
を添加し、さらに、塩化マグネシウム・6水和物2質量部をイオン交換水1000質量部に溶解させてなる水溶液を10分間かけて添加した。
さらに、この系を80℃に昇温させて、1時間にわたり撹拌を継続して、「コア1」表面に「シェル形成用樹脂微粒子1」を融着させ、その後、この系を75℃にして20分間にわたり加熱撹拌を行って熟成処理を行い、シェルを形成させた。
さらに、塩化ナトリウム150質量部をイオン交換水600質量部に溶解させた水溶液を添加して熟成処理を行い、平均円形度が0.940になった時点で、8℃/分の条件で30℃まで冷却した。
(6)「洗浄工程」
生成した着色粒子を、バスケット型遠心分離装置「MARKIII 型式番号60×40(松本機械社製)」で固液分離を行い、「着色粒子1」のウェットケーキを作製し、当該ウェットケーキに40℃のイオン交換水を加えて洗浄を行った。そして、ろ液の電気伝導度が5μS/cm以下になるまで、前記バスケット型遠心分離装置による固液分離と洗浄を繰り返した。
(7)「乾燥工程」
ろ液の電気伝導度が5μS/cm以下になった時に作製したウェットケーキを解砕し、「フラッシュジェットドライヤ(セイシン企業(株)製)」により、水分量が0.5質量%となるまで乾燥処理を行い、コアシェル構造を有する「着色粒子1」を得た。なお、「着色粒子1」表面のシェル被覆率を評価したところ98%であった。
(8)「外添剤処理工程」
上記「着色粒子1」に疎水性シリカ(個数平均粒径=12nm、疎水化度=68)1質量%を添加し、「ヘンシェルミキサー(三井三池化工社製)」にて処理を行うことにより、「トナー1」を作製した。
2−2.「トナー2〜9」の作製
(1)「トナー2」の作製
前記「トナー1」の「凝集、融着工程」において、
「コア形成用樹脂微粒子1」 372.4質量部(固形分換算)
「樹脂微粒子2B」 19.6質量部(固形分換算)
に変更し、塩化ナトリウム水溶液添加後の熟成処理を3.5時間行った他は同様の手順により、平均円形度が0.925の「コア2」を形成した。また、シェル化工程後の熟成処理において、粒子の平均円形度が0.960になった時点で冷却処理を開始した。その他は「トナー1」と同じ手順で「トナー2」を作製した。
(2)「トナー3」の作製
前記「トナー1」の「凝集、融着工程」において、
「コア形成用樹脂微粒子1」 345質量部(固形分換算)
「樹脂微粒子2C」 47質量部(固形分換算)
に変更した他は同様の手順により、平均円形度が0.890の「コア3」を形成した。また、シェル化工程後の熟成処理において、粒子の平均円形度が0.920になった時点で冷却処理を開始した他は同様の手順により、「トナー3」を作製した。
(3)「トナー4」の作製
前記「トナー1」の「凝集、融着工程」において、
「コア形成用樹脂微粒子1」 380.2質量部(固形分換算)
「樹脂微粒子2D」 11.8質量部(固形分換算)
に変更し、塩化ナトリウム水溶液添加後の熟成処理を5時間行った他は同様の手順により、平均円形度が0.940の「コア4」を形成した。また、シェル化工程後の熟成処理において、粒子の平均円形度が0.970になった時点で冷却処理を開始した。その他は「トナー1」と同じ手順で「トナー4」を作製した。
(4)「トナー5」の作製
前記「トナー1」の「凝集、融着工程」において、
「コア形成用樹脂微粒子1」 305.8質量部(固形分換算)
「樹脂微粒子2E」 86.2質量部(固形分換算)
に変更した他は同様の手順により、平均円形度が0.872の「コア5」を形成した。また、シェル化工程後の熟成処理において、粒子の平均円形度が0.900になった時点で冷却処理を開始した。その他は「トナー1」と同じ手順で「トナー5」を作製した。
(5)「トナー6」の作製
前記「トナー1」の「凝集、融着工程」において、
「コア形成用樹脂微粒子1」 392質量部(固形分換算)
に変更した他は同様の手順により、平均円形度が0.910の「コア6」を形成した。また、シェル化工程後の熟成処理において、粒子の平均円形度が0.940になった時点で冷却処理を開始した。その他は「トナー1」と同じ手順で「トナー6」を作製した。
(6)「トナー7」の作製
前記「トナー1」の「凝集、融着工程」において、
「樹脂微粒子2E」 31.4質量部(固形分換算)
に変更した他は同様の手順により、平均円形度が0.870の「コア7」を形成した。また、シェル化工程後の熟成処理において、粒子の平均円形度が0.890になった時点で冷却処理を開始した。その他は「トナー1」と同じ手順で「トナー7」を作製した。
(7)「トナー8」の作製
前記「トナー2」の「凝集、融着工程」において、「樹脂粒子2A」を「樹脂微粒子2F」に変更した他は同様の手順により、平均円形度が0.900の「コア8」を形成した。また、シェル化工程後の熟成処理において、粒子の平均円形度が0.985になった時点で冷却処理を開始した。その他は「トナー2」と同じ手順で「トナー8」を作製した。
(8)「トナー9」の作製
前記「トナー2」の「凝集、融着工程」において、「樹脂粒子2A」を「樹脂微粒子2G」に変更した他は同様の手順により、平均円形度が0.900の「コア9」を形成した。また、シェル化工程後の熟成処理において、粒子の平均円形度が0.985になった時点で冷却処理を開始した。その他は「トナー2」と同じ手順で「トナー9」を作製した。
(9)「2成分現像剤1〜9」の作製
以上の手順により作製した「トナー1〜9」に対し、シリコーン樹脂を被覆した体積平均粒径60μmのフェライトキャリアを混合し、トナー濃度が6%となる様にして「2成分現像剤1〜9」を作製した。
3.評価実験
(1)評価実験その1
作製した「2成分現像剤1〜9」をそれぞれ現像装置に充填し、当該現像装置を市販のモノクロデジタルプリンタ「bizhub Pro 1050(コニカミノルタビジネステクノロジーズ(株)製)」に搭載して評価を行った。なお、定着装置は図4に示すベルト定着方式の定着装置を用い、ベルトの表面温度を後述の様に変化させて、低温定着性とトナー画像の光沢度の評価を行った。
(6)「洗浄工程」
生成した着色粒子を、バスケット型遠心分離装置「MARKIII 型式番号60×40(松本機械社製)」で固液分離を行い、「着色粒子1」のウェットケーキを作製し、当該ウェットケーキに40℃のイオン交換水を加えて洗浄を行った。そして、ろ液の電気伝導度が5μS/cm以下になるまで、前記バスケット型遠心分離装置による固液分離と洗浄を繰り返した。
(7)「乾燥工程」
ろ液の電気伝導度が5μS/cm以下になった時に作製したウェットケーキを解砕し、「フラッシュジェットドライヤ(セイシン企業(株)製)」により、水分量が0.5質量%となるまで乾燥処理を行い、コアシェル構造を有する「着色粒子1」を得た。なお、「着色粒子1」表面のシェル被覆率を評価したところ98%であった。
(8)「外添剤処理工程」
上記「着色粒子1」に疎水性シリカ(個数平均粒径=12nm、疎水化度=68)1質量%を添加し、「ヘンシェルミキサー(三井三池化工社製)」にて処理を行うことにより、「トナー1」を作製した。
2−2.「トナー2〜9」の作製
(1)「トナー2」の作製
前記「トナー1」の「凝集、融着工程」において、
「コア形成用樹脂微粒子1」 372.4質量部(固形分換算)
「樹脂微粒子2B」 19.6質量部(固形分換算)
に変更し、塩化ナトリウム水溶液添加後の熟成処理を3.5時間行った他は同様の手順により、平均円形度が0.925の「コア2」を形成した。また、シェル化工程後の熟成処理において、粒子の平均円形度が0.960になった時点で冷却処理を開始した。その他は「トナー1」と同じ手順で「トナー2」を作製した。
(2)「トナー3」の作製
前記「トナー1」の「凝集、融着工程」において、
「コア形成用樹脂微粒子1」 345質量部(固形分換算)
「樹脂微粒子2C」 47質量部(固形分換算)
に変更した他は同様の手順により、平均円形度が0.890の「コア3」を形成した。また、シェル化工程後の熟成処理において、粒子の平均円形度が0.920になった時点で冷却処理を開始した他は同様の手順により、「トナー3」を作製した。
(3)「トナー4」の作製
前記「トナー1」の「凝集、融着工程」において、
「コア形成用樹脂微粒子1」 380.2質量部(固形分換算)
「樹脂微粒子2D」 11.8質量部(固形分換算)
に変更し、塩化ナトリウム水溶液添加後の熟成処理を5時間行った他は同様の手順により、平均円形度が0.940の「コア4」を形成した。また、シェル化工程後の熟成処理において、粒子の平均円形度が0.970になった時点で冷却処理を開始した。その他は「トナー1」と同じ手順で「トナー4」を作製した。
(4)「トナー5」の作製
前記「トナー1」の「凝集、融着工程」において、
「コア形成用樹脂微粒子1」 305.8質量部(固形分換算)
「樹脂微粒子2E」 86.2質量部(固形分換算)
に変更した他は同様の手順により、平均円形度が0.872の「コア5」を形成した。また、シェル化工程後の熟成処理において、粒子の平均円形度が0.900になった時点で冷却処理を開始した。その他は「トナー1」と同じ手順で「トナー5」を作製した。
(5)「トナー6」の作製
前記「トナー1」の「凝集、融着工程」において、
「コア形成用樹脂微粒子1」 392質量部(固形分換算)
に変更した他は同様の手順により、平均円形度が0.910の「コア6」を形成した。また、シェル化工程後の熟成処理において、粒子の平均円形度が0.940になった時点で冷却処理を開始した。その他は「トナー1」と同じ手順で「トナー6」を作製した。
(6)「トナー7」の作製
前記「トナー1」の「凝集、融着工程」において、
「樹脂微粒子2E」 31.4質量部(固形分換算)
に変更した他は同様の手順により、平均円形度が0.870の「コア7」を形成した。また、シェル化工程後の熟成処理において、粒子の平均円形度が0.890になった時点で冷却処理を開始した。その他は「トナー1」と同じ手順で「トナー7」を作製した。
(7)「トナー8」の作製
前記「トナー2」の「凝集、融着工程」において、「樹脂粒子2A」を「樹脂微粒子2F」に変更した他は同様の手順により、平均円形度が0.900の「コア8」を形成した。また、シェル化工程後の熟成処理において、粒子の平均円形度が0.985になった時点で冷却処理を開始した。その他は「トナー2」と同じ手順で「トナー8」を作製した。
(8)「トナー9」の作製
前記「トナー2」の「凝集、融着工程」において、「樹脂粒子2A」を「樹脂微粒子2G」に変更した他は同様の手順により、平均円形度が0.900の「コア9」を形成した。また、シェル化工程後の熟成処理において、粒子の平均円形度が0.985になった時点で冷却処理を開始した。その他は「トナー2」と同じ手順で「トナー9」を作製した。
(9)「2成分現像剤1〜9」の作製
以上の手順により作製した「トナー1〜9」に対し、シリコーン樹脂を被覆した体積平均粒径60μmのフェライトキャリアを混合し、トナー濃度が6%となる様にして「2成分現像剤1〜9」を作製した。
3.評価実験
(1)評価実験その1
作製した「2成分現像剤1〜9」をそれぞれ現像装置に充填し、当該現像装置を市販のモノクロデジタルプリンタ「bizhub Pro 1050(コニカミノルタビジネステクノロジーズ(株)製)」に搭載して評価を行った。なお、定着装置は図4に示すベルト定着方式の定着装置を用い、ベルトの表面温度を後述の様に変化させて、低温定着性とトナー画像の光沢度の評価を行った。
〈低温定着性〉
以下に示す手順により、定着可能温度を算出して低温定着性を評価した。なお、定着可能温度とは定着率が90%以上となる定着温度のことをいう。
以下に示す手順により、定着可能温度を算出して低温定着性を評価した。なお、定着可能温度とは定着率が90%以上となる定着温度のことをいう。
具体的には、常温常湿(20℃、50%RH)環境下で、定着ベルトの表面温度を100〜160℃まで5℃刻みで変更し、2.5cm角のベタ画像(トナー付着量0.3mg/m2)のプリントを作製した。作製した各ベタ画像の定着率を、メンディングテープ剥離法により測定し、定着率が90%以上となった定着温度を求め、その温度を定着可能温度として評価した。
以下、メンディングテープ剥離法について説明する。
(a)転写紙上の2.5cm角のベタ黒画像のトナー付着量が0.3mg/m2となる設定条件下で作製したトナー画像の絶対反射濃度D0を測定する。
(b)「メンディングテープ(住友3M社製:No.810−3−12)」をトナー画像に軽く貼り付ける。
(c)1kPaの圧力でテープの上を3.5回往復擦り付ける。
(d)剥離角度180°、剥離強度2Nの条件の下でテープを剥離する。
(e)剥離後の絶対反射濃度D1を測定する。
(f)上記絶対反射濃度D0とD1より、定着率を算出する。なお、定着率は下記式
定着率(%)=(D1/D0)×100
より算出される。また、絶対反射濃度の測定は反射濃度計「RD−918(マクベス社製)」を使用した。定着可能温度が150℃未満のものを合格とし、特に、定着可能温度が130℃未満のものを優れているものと評価した。
(a)転写紙上の2.5cm角のベタ黒画像のトナー付着量が0.3mg/m2となる設定条件下で作製したトナー画像の絶対反射濃度D0を測定する。
(b)「メンディングテープ(住友3M社製:No.810−3−12)」をトナー画像に軽く貼り付ける。
(c)1kPaの圧力でテープの上を3.5回往復擦り付ける。
(d)剥離角度180°、剥離強度2Nの条件の下でテープを剥離する。
(e)剥離後の絶対反射濃度D1を測定する。
(f)上記絶対反射濃度D0とD1より、定着率を算出する。なお、定着率は下記式
定着率(%)=(D1/D0)×100
より算出される。また、絶対反射濃度の測定は反射濃度計「RD−918(マクベス社製)」を使用した。定着可能温度が150℃未満のものを合格とし、特に、定着可能温度が130℃未満のものを優れているものと評価した。
〈トナー画像の光沢度〉
上記定着可能温度の下で作製したプリント物を用いて評価を行った。画像支持体の90%以上の面積領域がトナーで被覆されたA4版の試料をそれぞれ10枚作製して冊子状に綴じた。冊子状に綴じた試料をぱらぱらめくる作業を5回繰り返した後、5枚目の用紙の光沢度を測定した。光沢度の測定は、グロスメーター「GMX−203(村上色彩技術研究所社製)」を用い、前述の「JIS Z8741 1983方法2」に基いて行った。光沢度が25以下のものを合格とした。
(2)評価実験その2
〈連続プリントによる画質変動の評価〉
前記画像形成装置(モノクロデジタルプリンタ「bizhub Pro 1050(コニカミノルタビジネステクノロジーズ(株)製)」)を用いて、常温常湿環境(20℃、50%RH)下で3000枚の連続プリントを実施した。連続プリント実施後、画質変動と機内汚染の発生の有無について評価を行った。画質変動は、カブリの発生、濃度ムラ、白抜けの評価を行うことにより対応した。
上記定着可能温度の下で作製したプリント物を用いて評価を行った。画像支持体の90%以上の面積領域がトナーで被覆されたA4版の試料をそれぞれ10枚作製して冊子状に綴じた。冊子状に綴じた試料をぱらぱらめくる作業を5回繰り返した後、5枚目の用紙の光沢度を測定した。光沢度の測定は、グロスメーター「GMX−203(村上色彩技術研究所社製)」を用い、前述の「JIS Z8741 1983方法2」に基いて行った。光沢度が25以下のものを合格とした。
(2)評価実験その2
〈連続プリントによる画質変動の評価〉
前記画像形成装置(モノクロデジタルプリンタ「bizhub Pro 1050(コニカミノルタビジネステクノロジーズ(株)製)」)を用いて、常温常湿環境(20℃、50%RH)下で3000枚の連続プリントを実施した。連続プリント実施後、画質変動と機内汚染の発生の有無について評価を行った。画質変動は、カブリの発生、濃度ムラ、白抜けの評価を行うことにより対応した。
なお、連続プリントに使用したプリント画像は、プリント上の画素率が6%となる画像で、反射濃度が0.80となるハーフトーン画像、人物顔写真、白地画像、反射濃度が1.2のベタ画像がそれぞれ1/4等分されたA4サイズの画像を出力したものである。
〈カブリ〉
2998枚目から3000枚目の3枚のプリント画像上のハーフトーン画像、人物顔写真、白地画像を目視評価し、カブリの発生状況を評価した。評価は
○:カブリの発生が見られず問題なし
△:白地部でカブリの発生がわずかに見られたが、ハーフトーン画像や人物顔写真画像上では認められなかった
×:3つの画像上でカブリの発生が確認された
とし、○と△を合格とした。
2998枚目から3000枚目の3枚のプリント画像上のハーフトーン画像、人物顔写真、白地画像を目視評価し、カブリの発生状況を評価した。評価は
○:カブリの発生が見られず問題なし
△:白地部でカブリの発生がわずかに見られたが、ハーフトーン画像や人物顔写真画像上では認められなかった
×:3つの画像上でカブリの発生が確認された
とし、○と△を合格とした。
〈白抜け〉
3000枚のプリント終了後に出力した評価用画像上のハーフトーン画像部とベタ画像部で評価を行った。長径が0.4mm以上の白抜けがA4用紙上に何個あるかで判定し、10個未満を合格とし、特に、白抜けの数が3個以下のものは優れているものと評価した。なお、白抜けの長径はビデオプリンタ付き顕微鏡で測定したものである。
3000枚のプリント終了後に出力した評価用画像上のハーフトーン画像部とベタ画像部で評価を行った。長径が0.4mm以上の白抜けがA4用紙上に何個あるかで判定し、10個未満を合格とし、特に、白抜けの数が3個以下のものは優れているものと評価した。なお、白抜けの長径はビデオプリンタ付き顕微鏡で測定したものである。
〈機内汚れ〉
3000枚の連続プリント後の現像装置からのトナーこぼれによる機内汚れの状態を目視で評価するとともに、現像装置を画像形成装置から取り外したときの手の汚れ具合を評価した。以下の4ランクに分類し判定した。
3000枚の連続プリント後の現像装置からのトナーこぼれによる機内汚れの状態を目視で評価するとともに、現像装置を画像形成装置から取り外したときの手の汚れ具合を評価した。以下の4ランクに分類し判定した。
◎;現像装置上蓋のトナー付着や装置内の機内汚れが見られず、現像装置を取り外しても全く手が汚れなかった
○;現像装置では現像ローラ付近の上蓋に若干のトナー付着があったが、それ以外の個所ではトナーの付着が見られない。また、装置内のトナー飛散も見られず、現像装置を取り外しても手はよごれなかった
△;現像装置上蓋の一部にトナー付着があったが、装置内のトナー飛散は見られず、現像装置を取り外しても手は汚れなかった
×:機内へのトナー飛散が確認され、また、現像装置を取り外した際に手洗いが必要な程に手が汚れた。
○;現像装置では現像ローラ付近の上蓋に若干のトナー付着があったが、それ以外の個所ではトナーの付着が見られない。また、装置内のトナー飛散も見られず、現像装置を取り外しても手はよごれなかった
△;現像装置上蓋の一部にトナー付着があったが、装置内のトナー飛散は見られず、現像装置を取り外しても手は汚れなかった
×:機内へのトナー飛散が確認され、また、現像装置を取り外した際に手洗いが必要な程に手が汚れた。
結果を表2に示す。
表2に示す様に、本発明の構成を満足する実施例1〜5では、良好な光沢度を有するトナー画像が得られ、かつ、従来よりも低い温度でトナー画像の定着が行えることが確認された。定着性の評価で本発明の構成を満足するトナーが、使用した樹脂や着色剤が同じである比較例1に比べて定着温度が低下した理由は明らかではないが、おそらく、弾性粒子の添加により、樹脂を構成する高分子鎖が比較例1に比べランダムに配列したためと考えられる。また、実施例1〜5では、3000枚の連続プリントを行った後も、画質に変動が見られず、しかも、弾性粒子の脱離に因る機内汚染の発生も見られなかった。
一方、本発明の構成から外れる比較例1〜4では、上記評価項目を全て満足する結果が得られるものはなく、本発明の構成要件を付与することにより、本発明の効果が発現されることが確認されたものといえる。
1 着色剤
2、3 樹脂
A コア
B シェル
T トナー
2、3 樹脂
A コア
B シェル
T トナー
Claims (2)
- 少なくとも樹脂と着色剤を含有するコアのまわりにシェルを被覆してなるコアシェル構造のトナーであって、
前記コアは、少なくとも破断伸度が100%以上800%以下となる微粒子と、樹脂微粒子及び着色剤微粒子とを凝集させて形成するものであり、
前記トナーの平均円形度が、0.895以上0.980以下であることを特徴とするトナー。 - 前記シェルを被覆する前のコアの平均円形度と前記トナーの平均円形度の差が、0.005以上0.090以下であることを特徴とする請求項1に記載のトナー。
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-
2007
- 2007-11-12 JP JP2007293002A patent/JP2009122171A/ja active Pending
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