JP2010092011A - 静電荷現像用トナー、画像形成装置、および画像形成方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】結着樹脂と着色剤を含有するトナー母粒子に、外添剤として少なくとも樹脂微粒子および疎水性シリカが外添された静電荷現像用トナーであって、前記樹脂微粒子が、イソボロニル基を有するアクリレート単量体単位を含有する重合体を含むことを特徴とする静電荷現像用トナー、およびこれを用いた画像形成装置と画像形成方法。
【選択図】図1
Description
しかし、トナーは粒子径が小さくなるほど帯電制御等が困難となりやすく、超寿命化や高速化には限界があった。
外添剤としては疎水性シリカや酸化チタンなどが用いられる場合が多く、従来、これらの機能材料の開発が進められてきたが、最近では、外添剤として樹脂微粒子が注目されている。
また、特許文献2には、画像形成装置に備わる感光体や帯電ローラへのトナーの融着防止と、現像剤の帯電性を維持することを目的として、2種類の粒度を有するスチレン−アクリル系の樹脂微粒子、および無機微粉体がトナー母粒子に添加された現像剤が開示されている。
特許文献1、2に記載のように、樹脂微粒子を外添剤として用いることで、現像剤を長期間使用した後でもトナーの帯電量を維持できるようになる。
また、前記重合体が、スチレン単量体単位を含有することが好ましい。
さらに、前記重合体が、メタクリレート単量体単位を含有することを特徴とすることが好ましい。
また、前記樹脂微粒子のガラス転移温度が、130〜200℃であることが好ましく、150〜170℃であることがより好ましい。
さらに、前記樹脂微粒子の添加量が、前記トナー母粒子100質量部に対して0.01〜5.00質量部であることが好ましく、0.05〜2.00質量部であることがより好ましい。
また、前記疎水性シリカの添加量が、前記トナー母粒子100質量部に対して0.1〜5.0質量部であることが好ましい。
また、本発明の画像形成方法は、前記静電荷現像用トナーを用いることを特徴とする。
トナー母粒子は、結着樹脂と着色剤を含有する。
(結着樹脂)
結着樹脂としては特に制限されないが、ポリスチレン系樹脂、ポリエステル系樹脂、アクリル系樹脂、スチレン−アクリル系共重合体、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、塩化ビニル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、ビニルエーテル系樹脂、N−ビニル系樹脂、スチレン−ブタジエン樹脂等の熱可塑性樹脂を使用することが好ましい。これらの中でも、ポリエステル系樹脂が好ましい。
ポリエステル系樹脂としては、例えばアルコール成分とカルボン酸成分との縮重合ないし共縮重合によって得られるものが挙げられる。
着色剤としては、例えば、黒色顔料として、アセチレンブラック、ランブラック、アニリンブラック等のカーボンブラック;黄色顔料として、黄鉛、亜鉛黄、カドミウムイエロー、黄色酸化鉄、ミネラルファストイエロー、ニッケルチタンイエロー、ネーブルスイエロー、ナフトールイエローS、ハンザイエローG、ハンザイエロー10G、ベンジジンイエローG、ベンジジンイエローGR、キノリンイエローレーキ、パーマンネントイエローNCG、タートラジンレーキ;橙色顔料として、赤口黄鉛、モリブテンオレンジ、パーマネントオレンジGTR、ピラゾロンオレンジ、バルカンオレンジ、インダスレンブリリアントオレンジRK、ベンジジンオレンジG、インダスレンブリリアントオレンジGK;赤色顔料として、ベンガラ、カドミウムレッド、鉛丹、硫化水銀カドミウム、パーマネントレッド4R、リソールレッド、ピラゾロンレッド、ウオッチングレッドカルシウム塩、レーキレッドD、ブリリアントカーミン6B、エオシンレーキ、ローダミンレーキB、アリザリンレーキ、ブリリアントカーミン3B;紫色顔料として、マンガン紫、ファストバイオレットB、メチルバイオレットレーキ;青色顔料として、紺青、コバルトブルー、アルカリブルーレーキ、ビクトリアブルーレーキ、フタロシアニンブルー、無金属フタロシアニンブルー、フタロシアニンブルー部分塩素化物、ファーストスカイブルー、インダスレンブルーBC;緑色顔料として、クロムグリーン、酸化クロム、ピグメントグリーンB、マラカイトグリーンレーキ、ファナルイエローグリーンG;白色顔料として、亜鉛華、酸化チタン、アンチモン白、硫化亜鉛;白色顔料として、バライト粉、炭酸バリウム、クレー、シリカ、ホワイトカーボン、タルク、アルミナホワイト等を使用できる。
着色剤の含有量は、結着樹脂100質量部に対して1.0〜20.0質量部が好ましく、3.0〜10.0質量部がより好ましい。
トナー母粒子は、帯電制御剤やワックスをさらに含有してもよい。
帯電制御剤は、トナーの摩擦帯電特性を制御するためのもので、トナーの帯電極性に応じて正帯電制御用および/または負帯電制御用の帯電制御剤を用いる。
帯電制御剤の種類としては、特に制限されるものではないが、例えば正帯電性を示す帯電制御剤の場合、ニグロシン、四級アンモニウム塩化合物、樹脂にアミン系化合物を結合させた樹脂タイプの帯電制御剤等が挙げられる。カラートナー用として使用する場合には、無色ないし白色のものが好ましい。
帯電制御剤の含有量は、結着樹脂100質量部に対して0.1〜10.0質量部が好ましく、0.5〜5.0質量部がより好ましい。
ワックスの含有量は、結着樹脂100質量部に対して0.5〜15.0質量部が好ましく、1.0〜10.0質量部がより好ましい。
トナー母粒子は、公知の混練粉砕法、重合法、紡糸法等で製造することができる。例えば、混練粉砕法であれば次のような手順で製造する。上述した結着樹脂、各色のトナーに合わせた着色剤、帯電制御剤、ワックス等の必要な原料をヘンシェルミキサー等のミキサーで混合し、二軸押し出し機等で溶融混合した後、ハンマーミル等の粉砕機で粉砕する。その後、気流式分級機等の分級機で分級して、各色のトナーに対応したトナー母粒子とする。
なお、トナー母粒子の体積基準の平均粒子径は、例えばベックマン・コールター社製の粒度分布測定装置「マルチマイザーIII」を使用して、アパーチャ径100μmの条件で測定した粒度分布の測定値から算出した値で表すこととする。
(樹脂微粒子)
本発明においては、外添剤として樹脂微粒子を用いる。樹脂微粒子は帯電性が高く、トナーの比表面積を十分に確保し、維持できるため、長期間使用した後でもトナーの帯電量を保持でき、高画質な画像を安定して形成できる。
なお、本発明において「微粒子」とは、トナー母粒子よりも粒子径の小さい粒子のことである。
なお、樹脂微粒子がイソボロニル基を有するアクリレート単量体単位を含有する重合体を含んでいるかは、トナーの赤外分光分析により特定することができる。
他の単量体としては、スチレン単量体、(メタ)アクリレート単量体(ただし、イソボロニル基を有するものを除く)が好適である。
以下、少なくともイソボロニル基を有するアクリレート単量体単位と、スチレン単量体単位とを含有する共重合体を、イソボロニル基含有スチレン−アクリル系共重合体という。
一方、共重合体中のスチレン単量体単位の含有量は、5〜55質量%が好ましく、15〜45質量%がより好ましい。スチレン単量体単位の含有量が上記範囲内であれば、画像濃度、画像カブリ、樹脂微粒子の付着や、その他の不具合の発生を効果的に抑制できる。
また、共重合体中のメタクリレート単量体単位の含有量は、5〜55質量%が好ましく、15〜45質量%がより好ましい。メタクリレート単量体単位の含有量が上記範囲内であれば、画像濃度、画像カブリ、樹脂微粒子の付着や、その他の不具合の発生を効果的に抑制できる。
他の樹脂微粒子としては、アクリル系重合体、アクリレート単量体単位とメタクリレート単量体単位を含有する共重合体などが挙げられる。
樹脂微粒子として他の樹脂微粒子を併用する場合、その添加量は、イソボロニル基を有するアクリレート単量体単位を含有する重合体の1/2〜1/4倍が好ましい。
なお、樹脂微粒子の添加量については、トナー表面のSEM写真により、樹脂微粒子個数および面積を計測し、統計的に算出できる。
市販の示差走査熱量計(DSC)を用い、樹脂微粒子を一旦Tgより高い温度まで昇温速度10℃/分で昇温させた後に降温させ、再びTgより高い温度まで昇温させて、温度を安定させるために10分間その温度を維持した走査を行ったときの吸熱ピークの値を測定し、これを樹脂微粒子のTgとする。
本発明においては、外添剤として樹脂微粒子と共に疎水性シリカを併用する。疎水性シリカを併用することで、トナーの流動性が増加し、トナーの帯電の均一性が向上する。
疎水性シリカの添加量は、トナー母粒子100質量部に対して、0.1〜5.0質量部が好ましく、0.5〜2.0質量部がより好ましい。
本発明においては、本発明の効果を損なわない範囲で、外添剤として上述した樹脂微粒子および疎水性シリカ以外の他の外添剤を併用してもよい。
他の外添剤としては、例えばアルミナ、マグネタイト、酸化スズ、酸化チタン、酸化ストロンチウムなどが挙げられる。中でも酸化チタンが好ましい。
他の外添剤の添加量は、トナー母粒子100質量部に対して、0.1〜5.0質量部が好ましく、0.5〜2.0質量部がより好ましい。
トナーは、上述した各色に対応したトナー母粒子に外添剤を加え(外添)、例えばヘンシェルミキサー等のミキサーで混合することで得られる。
このようにして得られるトナーは、そのまま1成分現像剤として用いてもよく、キャリアと組み合わせて2成分現像剤として用いてもよい。
キャリアと組み合わせる場合、トナーの添加量は、キャリア100質量部に対して3.0〜20.0質量部が好ましく、5.0〜15.0質量部がより好ましい。
磁性体としては、例えば、鉄、ニッケル、コバルト等の磁性体金属、これらの合金、あるいは希土類を含有する合金類、ヘマタイト、マグネタイト、マンガン−亜鉛系フェライト、ニッケル−亜鉛系フェライト、マンガン−マグネシウム系フェライト、リチウム系フェライトなどのソフトフェライト、銅−亜鉛系フェライト等の鉄系酸化物、これらの混合物が挙げられる。
結着樹脂としては、例えば、ビニル系樹脂、ポリエステル系樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリイミド樹脂、セルロース樹脂、ポリエーテル樹脂、これらの混合物等が挙げられる。
磁性体の粒子は、焼結法、アトマイズ法等の公知の方法によって製造される。
キャリアは、その表面に、コート樹脂からなる被覆層を有していてもよい。
従って、本発明の静電荷現像用トナーは、帯電性を良好に維持できると共に、高温高湿の環境下において樹脂微粒子の感光体付着を抑制でき、高画質な画像を形成できる。
本発明の画像形成装置は、本発明の静電荷現像用トナーを用いることを特徴とする。
ここで、本発明の画像形成装置の一例について、図面を用いて詳細に説明する。
図1は、タンデム型フルカラー画像形成装置(以下、単に「画像形成装置」という。)10の要部を示す概略構成図である。この画像形成装置10は、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(BK)の各色にそれぞれ対応した画像形成ユニット11を備えている。
そして、各画像形成ユニット11においては、帯電部材13で帯電された感光体12の表面が露光部材14で露光されて静電潜像が形成され、この静電潜像を現像装置15で現像することによって、感光体12上にトナー像が形成されるようになっている。
こうして中間転写体16の転写面16aに転写されたフルカラーのトナー像は、2次転写ロール18の作用により、さらに紙などの記録材19に2次転写されるようになっている。
本発明の画像形成方法は、本発明の静電荷現像用トナーを用いることを特徴とする。
ここで、上述した画像形成装置10を用いて、本発明の画像形成方法の一例を説明する。
まず、各画像形成ユニット11において、帯電部材13によって感光体12の表面を帯電する(帯電工程)。ついで、感光体12の表面を露光部材14で露光して静電潜像を形成する(露光工程)。ついで、現像装置15によって静電潜像にトナーを付着させて静電潜像をトナー像として現像する(現像工程)。ついで、各画像形成ユニット11の感光体12上のトナー像を中間転写体16の表面(転写面16a)に順次転写する(1次転写工程)。ついで、2次転写ロール18によって紙などの記録材19に、中間転写体16上のトナー像を転写する(2次転写工程)。その後、記録材19を定着装置24に搬送して、記録材19上のトナー像を定着し、排紙トレイ等(図示略)に排紙する。
一方、中間転写体16上に残留するトナーは、クリーニングブレード23にて掻き取られる。
なお、以下に示す「部」及び「%」は、それぞれ「質量部」及び「質量%」を示す。
<樹脂微粒子A>
攪拌器、温度計、窒素導入管、還流冷却器、および滴下ロートを装着した2リットルのセパラブル・フラスコに、イオン交換水100部に対し、ラウリン酸ジエタノールアミド1部を混入し、80℃に昇温した。その後、2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオンアミジン)2塩酸塩を0.1部添加し、さらにスチレン40部、イソボロニルアクリレート30部、n−ブチルメタクリレート30部を滴下し、3時間80℃に保ち重合した。得られた液体を限外ろ過装置により精製した後、スプレードライにて乾燥し、ガラス転移温度(Tg)150℃の樹脂微粒子Aを得た。
なお、樹脂微粒子がイソボロニル基を有するアクリレート単量体単位を含有する重合体を含んでいるかは、トナーの赤外分光分析により特定した。また、Tgは以下の方法にて測定した。
示差走査熱量計(TA Instrument社製、「Q100」)を用い、樹脂微粒子を一旦Tgより高い温度まで昇温速度10℃/分で昇温させた後に降温させ、再びTgより高い温度まで昇温させて、温度を安定させるために10分間その温度を維持した走査を行ったときの吸熱ピークの値を測定し、これを樹脂微粒子のTgとした。
イソボロニルアクリレートの配合量を15質量部、n−ブチルメタクリレートの配合量を45質量部に変更した以外は、樹脂微粒子Aと同様にして樹脂微粒子Bを製造した。樹脂微粒子BのTgは130℃であった。
イソボロニルアクリレートの配合量を45質量部、n−ブチルメタクリレートの配合量を15質量部に変更した以外は、樹脂微粒子Aと同様にして樹脂微粒子Cを製造した。樹脂微粒子CのTgは200℃であった。
イソボロニルアクリレートの配合量を5質量部、n−ブチルメタクリレートの配合量を55質量部に変更した以外は、樹脂微粒子Aと同様にして樹脂微粒子Dを製造した。樹脂微粒子DのTgは120℃であった。
イソボロニルアクリレートの配合量を55質量部、n−ブチルメタクリレートの配合量を5質量部に変更した以外は、樹脂微粒子Aと同様にして樹脂微粒子Eを製造した。樹脂微粒子EのTgは220℃であった。
攪拌器、温度計、窒素導入管、還流冷却器、および滴下ロートを装着した2リットルのセパラブル・フラスコに、イオン交換水200部に対し、ラウリル硫酸ナトリウム3部を混入し、窒素ガス雰囲気下で80℃に昇温した。その後、撹拌しながら過硫酸アンモニウム1部を添加し、さらにメチルメタクリレート70部とn−ブチルアクリレート30部からなるモノマー混合物を1時間かけて滴下し、ついで1時間撹拌し、エマルジョンを得た。得られたエマルジョンを乾燥し、平均一次粒子径74nmの樹脂微粒子Fを得た。樹脂微粒子FのTgは120℃であった。
なお、樹脂微粒子Fの平均一次粒子径は、後述するトナー母粒子の平均粒子径の測定方法と同様の方法にて測定した値である。
昇温温度を80℃から75℃に変更し、過硫酸アンモニウム1部を添加しさらにメチルメタクリレート70部とn−ブチルアクリレート30部からなるモノマー混合物を5時間かけて滴下した以外は、樹脂微粒子Fと同様にして平均一次粒子径77nmの樹脂微粒子Gを得た。樹脂微粒子GのTgは130℃であった。
イソボロニルアクリレートの配合量を0質量部、n−ブチルメタクリレートの配合量を60質量部に変更した以外は、樹脂微粒子Aと同様にして樹脂微粒子Hを製造した。樹脂微粒子HのTgは105℃であった。
<静電荷現像用トナーの製造>
結着樹脂として、ビスフェノールとフマル酸を縮合して得られたポリエステル樹脂100部に、着色剤として銅フタロシアニン顔料4部と、帯電制御剤として4級アンモニウム塩化合物(オリエント化学社製、「ボントロンP−51」)2部と、ワックスとしてフィッシャートロプシュワックス(日本精鑞社製、「FT−100」)3部を加え、ヘンシェルミキサー(三井鉱山社製)にて2分間混合した後、2軸押出機で溶融混練してトナー混練物を調製した。得られたトナー混練物を気流式粉砕機で微粉砕し、風力分級機で分級処理し、体積基準の平均粒子径8μmのトナー母粒子を得た。
なお、トナー母粒子の体積基準の平均粒子径は、粒度分布測定装置(ベックマン・コールター社製、「マルチマイザーIII」)を使用して、アパーチャ径100μmの条件で測定した粒度分布の測定値から算出した。
ついで、トナー濃度が8%になるように、得られた静電荷現像用トナーとフェライトキャリア(パウダーテック社製、「EF−60B」、平均粒子径:60μm)を配合し、均一に撹拌混合して2成分現像剤とした。
(評価1:印字率0.2%の場合)
京セラミタ製のカラー複合機「KM−3232」(アモルファスシリコン感光体内蔵)を改造して評価機として用い、これに得られた2成分現像剤をセットし、高温高湿環境下(温度:32.5℃、相対湿度80%RH)において、マシン電源を入れ安定させた後、印字率0.2%で1万枚の耐久画像の出力試験を行った。1万枚目の画像を出力し、サンプル画像とした。サンプル画像においてはソリッドと白紙地肌を測定できる箇所を設け、3点での画像濃度(ID)をマクベス反射濃度計(グレタグマクベス社製、「RD−19I」)にて測定し、平均値を求めた。IDが1.20以上を合格とした。結果を表2に示す。
評価1の耐久画像の出力試験の後に、さらに高温高湿環境下(温度:32.5℃、相対湿度80%RH)、印字率5.0%で1万枚の耐久画像の出力試験を行った。1万枚目の画像を出力し、評価1と同様にして画像濃度(ID)およびカブリ濃度(FD)を測定し、樹脂微粒子の付着および不具合の有無について目視にて確認した。結果を表2に示す。
評価1、2において、カブリ濃度(FD)が0.010以下を満たし、かつ耐久画像の出力試験後において各種不具合が無い場合を「○」、FDが0.010以下を満たすが、耐久画像の出力試験後においていずれかの不具合がある場合を「△」、FDが0.010を超える場合を「×」とした。結果を表2に示す。
樹脂微粒子の種類および添加量を表1に示すように変更した以外は、実施例1と同様にして2成分現像剤を作製し、各評価を行った。結果を表2に示す。
樹脂微粒子の種類および添加量を表1に示すように変更した以外は、実施例1と同様にして2成分現像剤を作製し、各評価を行った。結果を表2に示す。
樹脂微粒子を添加しなかった以外は、実施例1と同様にして2成分現像剤を作製し、各評価を行った。結果を表2に示す。
Claims (10)
- 結着樹脂と着色剤を含有するトナー母粒子に、外添剤として少なくとも樹脂微粒子および疎水性シリカが外添された静電荷現像用トナーであって、
前記樹脂微粒子が、イソボロニル基を有するアクリレート単量体単位を含有する重合体を含むことを特徴とする静電荷現像用トナー。 - 前記重合体が、スチレン単量体単位を含有することを特徴とする請求項1に記載の静電荷現像用トナー。
- 前記重合体が、メタクリレート単量体単位を含有することを特徴とする請求項1または2に記載の静電荷現像用トナー。
- 前記樹脂微粒子のガラス転移温度が、130〜200℃であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の静電荷現像用トナー。
- 前記樹脂微粒子のガラス転移温度が、150〜170℃であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の静電荷現像用トナー。
- 前記樹脂微粒子の添加量が、前記トナー母粒子100質量部に対して0.01〜5.00質量部であることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の静電荷現像用トナー。
- 前記樹脂微粒子の添加量が、前記トナー母粒子100質量部に対して0.05〜2.00質量部であることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の静電荷現像用トナー。
- 前記疎水性シリカの添加量が、前記トナー母粒子100質量部に対して0.1〜5.0質量部であることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の静電荷現像用トナー。
- 請求項1〜8のいずれかに記載の静電荷現像用トナーを用いることを特徴とする画像形成装置。
- 請求項1〜8のいずれかに記載の静電荷現像用トナーを用いることを特徴とする画像形成方法。
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