JP2010151963A - 静電荷像現像用トナー、静電荷像現像剤、トナーカートリッジ、プロセスカートリッジ及び画像形成装置 - Google Patents

静電荷像現像用トナー、静電荷像現像剤、トナーカートリッジ、プロセスカートリッジ及び画像形成装置 Download PDF

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Abstract

【課題】帯電性の環境依存性が少なく、画像濃度が低温低湿下、高温高湿下の何れでも安定で、優れた画像が得られる静電荷像現像用トナーを提供する。
【解決手段】ポリエステル樹脂を含む結着樹脂、離型剤及び着色剤を含有し、湿式製法で製造され、下記定義(a)により定義されるAと、下記定義(b)により定義されるBとが、下記式(1)及び(2)の関係を満たすことを特徴とする静電荷像現像用トナー。
定義(a)
トナー100gをメタノール500gに溶解し、抽出されたトナー成分の抽出前のトナーに対する比率をAとする。
定義(b)
トナー100gをイオン交換水500gに分散し、pH9.0に調整した後に50℃にて加熱処理したトナー100gを、メタノール500gに溶解し、抽出されたトナー成分の抽出前の加熱処理したトナーに対する比率をBとする。
式(1)
A ≦ 2%
式(2)
(A−B) ≦ 0.05%
【選択図】なし

Description

本発明は、静電荷像現像用トナー、静電荷像現像剤、トナーカートリッジ、プロセスカートリッジ及び画像形成装置に関する。
電子写真法等のように、静電潜像を経て画像情報を可視化する方法は、現在各種の分野で広く利用されている。前記電子写真法においては、帯電工程、露光工程等を経て電子写真用感光体(像保持体、以下単に「感光体」という場合がある)表面の静電潜像を静電荷像現像用トナー(以下、単に「トナー」という場合がある)により現像し、転写工程、定着工程等を経て前記静電潜像が可視化される。
前記電子写真法に用いるトナーとしては、定着性能に優れ、比較的低エネルギーで小粒径トナーを作製できる事から凝集合一法を用いたポリエステルトナーが検討されてきている。このようなトナーとしては、電気伝導度滴定により得られる表面カルボキシル基の量が、5×10−11mol/cm≦A≦3×10−9mol/cmである重合体粒子を用いて作製したトナーが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
また、トナー1gから20ml(25℃)の水で抽出されるイオン性界面活性剤の量(A)が0.5mg≧A≧0.00001mgであるトナーが提案されている(例えば、特許文献2参照)。
また、ポリエステル樹脂を含有してなり、アルカリ洗浄した後のトナーから抽出される全有機炭素溶出量(トータル・オーガニック・カーボン(TOC)量)が200ppm/g以下であるトナーが提案されている(例えば、特許文献3参照)。
また、個数平均粒径が0.5〜6.0μmであり、個数分布の変動係数が20%以下であり、メタノール溶媒により抽出されるメタノール可溶樹脂成分を、トナー質量に対して、0.01〜10質量%含有し、該メタノール可溶樹脂成分は、有機酸基を有する重合体組成物を含有し、50〜600mmgKOH/gの酸価(Av)を有し、α―メチルスチレンを構成単位として含有する共重合体を含むトナーが提案されている(例えば、特許文献4参照)。
また、水系媒体中に重付加あるいは重縮合反応により得られた樹脂粒子を分散させてなる分散液を用い、該樹脂粒子を水系媒体中で凝集させる工程を経て得られる静電潜像現像用トナーであり、該トナー中にジカルボン酸成分を5〜45ppmとジアルコール成分を含有するトナーが提案されている(例えば、特許文献5参照)。
特許第3671549号明細書 特許第特許第3987143号明細書 特開2006−119617号公報 特許第3754848号明細書 特許第4013795号明細書
上記のような、凝集合一法により得られるトナーは、トナー粒子を合一する必要があることから加熱が必要となり、ポリエステル樹脂の場合、加水分解の発生が潜在的に問題となる場合がある。また、凝集合一法により得られるトナーにおいては、イオン性界面活性剤が使用されており、トナー表面にイオン性界面活性剤が残留するとトナーの帯電性能が低下することから、イオン性界面活性剤の除去が必要となり、除去する為には比較的高温で且つアルカリ性水溶液で洗浄することが必要となり、比較的高温のアルカリ性水溶液で洗浄すると、結着樹脂として使用するポリエステル樹脂の加水分解がより生じやすい条件となるため、比較的低分子量で親水性の高い結着樹脂由来性成分の生成が問題となりやすい。トナー粒子表面にこれら低分子量成分が存在すると、トナーの帯電の環境安定性が悪化する場合がある。
前記特許文献1〜5で提案された技術は、このような状況下で提案されたものである。
特許文献1で提案されたトナーは、低温低湿下での帯電量が高く、連続使用時に濃度低下が生じてしまう。
また、特許文献2で提案されたトナーは、トナーに残留する界面活性剤を除去することにより、帯電量の環境差が少なく、カブリ及び濃度低下の発生を抑制する提案である。
また、特許文献3で提案されたトナーは、トナー粒子表面に界面活性剤、イオン性物質並びにトナー形状制御に用いる樹脂粒子が残留することによるトナーの帯電性能を、アルカリ洗浄により、全有機炭素溶出成分を抑制することでトナー帯電性能を向上させたものである。
また、特許文献4で提案されたトナーは、メタノールで抽出されるα―メチルスチレンを構成単位として含有する共重合体がトナーに存在することによりトナー帯電の環境安定性を安定化させるものである。
また、特許文献5で提案されたトナーは、ジカルボン酸成分をトナー中に含有させることでセルロースから構成される転写紙表面の水酸基と脱水反応し、転写紙とトナーの接着強度を増し、強固な定着性能を得るものである。
しかし、これら特許文献1〜5で提案されたトナーでは、トナーから抽出される低分子量成分の制御出来ない、あるいはアルカリ洗浄により低分子量成分が生成してしまうことからトナー帯電環境性を改善するには不十分である。
本発明の目的は、帯電性の環境依存性が少なく、画像濃度が低温低湿下、高温高湿下の何れでも安定で、優れた画像が得られる静電荷像現像用トナー、該静電荷像現像用トナーを含む静電荷像現像剤、該静電荷像現像用トナーを収めるトナーカートリッジ、該静電荷像現像剤を用いるプロセスカートリッジ及び画像形成装置を提供することにある。
上記課題は、以下の本発明により達成される。
すなわち請求項1に係る発明は、
ポリエステル樹脂を含む結着樹脂、離型剤及び着色剤を含有し、湿式製法で製造され、
下記定義(a)により定義されるAと、下記定義(b)により定義されるBとが、下記式(1)及び(2)の関係を満たすことを特徴とする静電荷像現像用トナー。
定義(a)
トナー100gをメタノール500gに溶解し、抽出されたトナー成分の重量の、抽出前のトナー100gに対する比率をAとする。
定義(b)
トナー100gをイオン交換水500gに分散し、pH9.0に調整した後に50℃にて3時間加熱処理する。更に加熱処理したトナー100gを、メタノール500gに溶解し、抽出されたトナー成分の重量の、抽出前の加熱処理したトナー100gに対する比率をBとする。
式(1)
A ≦ 2%
式(2)
(A−B) ≦ 0.05%
請求項2に係る発明は、
トナー100gをメタノール500gに添加し、温度50℃の条件下で3時間攪拌したときに、該メタノールに抽出されたトナー成分を、乾固後にテトラヒドロフランに溶解させた可溶分は、分子量2000以下の成分の比率が70重量%未満であることを特徴とする請求項1に記載の静電荷像現像用トナーである。
請求項3に係る発明は、
ポリエステル樹脂Aを含む結着樹脂、着色剤及び離型剤を含むコア粒子の表面に、ポリエステル樹脂Bを含む結着樹脂を含有するシェルを設けたコアシェル構造を有し、
前記ポリエステル樹脂Bの重量平均分子量が40000以上100000以下であり、
前記ポリエステル樹脂Bの重量平均分子量が前記ポリエステル樹脂Aの重量平均分子量より大きいことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の静電荷像現像用トナーである。
請求項4に係る発明は、
トナーを含み、該トナーが請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の静電荷像現像用トナーであることを特徴とする静電荷像現像剤である。
請求項5に係る発明は、
トナーが少なくとも収められ、該トナーが請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の静電荷像現像用トナーであることを特徴とするトナーカートリッジである。
請求項6に係る発明は、
現像剤保持体を少なくとも備え、請求項4に記載の静電荷像現像剤を収めることを特徴とするプロセスカートリッジである。
請求項7に係る発明は、
像保持体と、該像保持体上に形成された静電荷像を現像剤によりトナー像として現像する現像手段と、像保持体上に形成されたトナー像を被転写体上に転写する転写手段と、被転写体上に転写されたトナー像を定着する定着手段と、を有し、前記現像剤が請求項5に記載の静電荷像現像剤であることを特徴とする画像形成装置である。
請求項1に係る発明によれば、帯電性の環境依存性が少なく、画像濃度が低温低湿下、高温高湿下の何れでも安定で、優れた画像が得られる静電荷像現像用トナーが提供される。
請求項2に係る発明によれば、帯電性の環境依存性が少なく、画像濃度が低温低湿下、高温高湿下の何れでも安定で、優れた画像が得られるという効果が顕著になる。
請求項3に係る発明によれば、帯電環境依存性を維持しつつ、定着性能が確保される。
請求項4に係る発明によれば、帯電性の環境依存性が少なく、画像濃度が低温低湿下、高温高湿下の何れでも安定で、優れた画像が得られる静電荷像現像剤が提供される。
請求項5に係る発明によれば、帯電性の環境依存性が少なく、画像濃度が低温低湿下、高温高湿下の何れでも安定で、優れた画像が得られるトナーカートリッジが提供される。
請求項6に係る発明によれば、帯電性の環境依存性が少なく、画像濃度が低温低湿下、高温高湿下の何れでも安定で、優れた画像が得られるプロセスカートリッジが提供される。
請求項7に係る発明によれば、帯電性の環境依存性が少なく、画像濃度が低温低湿下、高温高湿下の何れでも安定で、優れた画像が得られる画像形成装置が提供される。
以下、本実施形態を詳細に説明する。
<静電荷像現像用トナー>
本実施形態の静電荷像現像用トナー(以下、「本実施形態のトナー」という場合がある。)は、ポリエステル樹脂を含む結着樹脂、離型剤及び着色剤を含有し、湿式製法で製造され、
下記定義(a)により定義されるAと、下記定義(b)により定義されるBとが、下記式(1)及び(2)の関係を満たすことを特徴とする。
定義(a)
トナー100gをメタノール500gに溶解し、抽出されたトナー成分の重量の、抽出前のトナー100gに対する比率をAとする。
定義(b)
トナー100gをイオン交換水500gに分散し、pH9.0に調整した後に50℃にて3時間加熱処理する。更に加熱処理したトナー100gを、メタノール500gに溶解し、抽出されたトナー成分の重量の、抽出前の加熱処理したトナー100gに対する比率をBとする。
式(1)
A ≦ 2%
式(2)
(A−B) ≦ 0.05%
ここで、前記定義(a)及び(b)に定義されたA及びBの求め方について説明する。
定義(a)に定義されたAの求め方
トナー100gをメタノール500gに溶解し、温度50℃の条件下で3時間攪拌したときに、メタノールに抽出されたトナー成分の重量の、抽出前のトナー100gに対する比率をAとする。
前記抽出されたトナー成分の重量は、3時間撹拌することにより、メタノール可溶分が抽出されたトナーを回収し、乾燥した後のトナーの重量を測定し、抽出前のトナー100gからの減量分を計算することにより求められる(減量分を計算する方法については定義(b)も同様)。
定義(b)に定義されたBの求め方
トナー100gを、イオン交換水500gに分散し、1N水酸化ナトリウム水溶液を滴下してpH9.0に調整した後に温度50℃の条件下で3時間攪拌して加熱処理する。更に温度50℃の条件下で3時間攪拌して加熱処理した後のトナーを濾過後、乾燥したトナー100gを、メタノール500gに添加し、温度50℃の条件下で3時間攪拌したときに、メタノールに抽出されたトナー成分の重量の、抽出前の加熱処理したトナー100gに対する比率をBとする。
上記の工程において、トナー100gをpH9.0に調整した水溶液中で攪拌すると、トナーの一部は水溶液に抽出されるため、乾燥すると重量が100gより少なくなってしまう。
一方、次のメタノール中で3時間攪拌する工程に用いるトナーは、100g必要であるため、トナー100gをpH9.0に調整した水溶液中で攪拌する工程を、更に別のサンプルにも実施し、メタノール中で3時間攪拌する工程を経たトナー100gを得る必要がある。
次に、pH9.0に調整した水溶液中で攪拌したトナー100gを、メタノール500gに添加し、温度50℃の条件下で3時間攪拌する。Bは、このメタノール中で3時間撹拌することにより、メタノール可溶分が抽出されたトナーを回収し、乾燥した後のトナーの重量を測定し、メタノールに抽出されたトナー成分の重量の、pH9.0に調整した水溶液中で攪拌した100gから減った重量に対する比率をBとする。
以上の工程では、重量は、精秤する必要がある。また、トナーの乾燥は、温風乾燥機等により乾燥することができる。
本実施形態のトナーは、低温定着性に優れ、更に加水分解性の強いポリエステル樹脂を使用しても、帯電性の環境依存性が少なく、画像濃度が低温低湿下、高温高湿下の何れでも安定で、優れた画像が得られる。
ポリエステル樹脂のうち、低分子量の成分はメタノール可溶であるが、このメタノール可溶成分がトナー表面に存在すると、高温高湿下では、結着樹脂の吸湿により加水分解が促進され、トナー帯電の環境安定性が低下する。特に、前記低分子量の成分の内、ポリエステル樹脂の単量体もしくは結着樹脂の加水分解物した低分子量の成分であり、カルボキシル基または水酸基等の親水性基が多いものほど、トナー自体の吸湿性が増加しトナー帯電の環境安定性が低下してしまう。
前記定義(a)により定義されるAが小さい(軽い)ほど、トナー帯電の環境安定性が向上する。具体的には、前記Aが2%以下であるとトナー帯電の環境安定性が向上する。これは上述のように、ポリエステル樹脂のうち、低分子量の成分はメタノール可溶であるため、前記Aが小さいことはトナー表面の低分子量の成分が少ないことを意味するためである。前記Aは、トナー帯電の環境安定性がより向上する点で、1.0%以下であることが好ましく、0.5%以下であることがより好ましい。
発明者らは、トナー帯電の環境安定性について鋭意検討した結果、前記メタノールに抽出されるトナー成分のうち、特にトナーを50℃、アルカリ環境(pH=9.0)の水媒体に分散したときに、抽出してしまう成分が帯電性の環境安定性に大きな影響があることを見出した。これはトナーを50℃、アルカリ環境(pH=9.0)の水媒体に分散したときに、抽出してしまう成分は、トナーの結着樹脂であるポリエステル樹脂の単量体もしくは結着樹脂の加水分解物した低分子量成分であり、カルボキシル基または水酸基等の親水性基が多く、これがトナー自体の吸湿性が増加させ、トナー帯電の環境安定性が著しく低下してしまうためと考えられる。
本実施形態のトナーは、前記Aから前記Bを引いた差が0.05%以下とする(前記式(2)の関係を満たす)ことにより、トナー帯電の環境安定性が得られるという効果が顕著になる。この結果、画像濃度が低温低湿下、高温高湿下の何れでも安定で、優れた画像が得られる。これは前記重量Bが、メタノールに抽出されるトナー成分のうち、トナーを50℃、アルカリ環境(pH=9.0)の水媒体に分散したときに、抽出する成分の量を示しており、該成分は上記のようにトナー帯電の環境安定性を著しく低下させる成分であるためと考えられる。
前記AからBを引いた差は、0.02%以下であることが好ましく、0.01%以下であることがより好ましい。前記Aから前記Bを引いた差0.05%より大きいと、トナー表面が吸湿してしまい、高温高湿下での帯電量が低下しやすくなる。
前記A及びBを、前記式(1)及び(2)の関係を満たすように制御する方法としては、トナー作製時にトナーを洗浄することにより、トナーから抽出される低分子量成分の量を調整するのと同時に、コアシェル構造を有するトナー構造とし、シェル層に比較的高分子量樹脂を用いることで、加水分解による低分子量成分がトナー表面に過度に存在することを抑制する方法が挙げられる。
また、前記トナーの洗浄では、アルカリ水溶液で洗浄することにより、イオン性界面活性剤等の不純物を除去した後、酸性水溶液で洗浄することが重要である。酸性水溶液で洗浄することにより、ポリエステル樹脂由来の低分子量成分が除去され、更にポリエステル樹脂末端のカルボキシル基末端をアルカリ塩から水素原子に置換される。この結果、優れたトナーの帯電性能が得られる。前記重量A及び重量Bを、前記式(1)及び(2)の関係を満たすように制御する方法の詳細については後述する。
本実施形態のトナーは、トナー100gをメタノール500gに添加し、温度50℃の条件下で3時間攪拌したときに、該メタノールに抽出されたトナー成分を、乾固後にテトラヒドロフラン(THF)に溶解させた可溶分は、分子量2000以下の成分の比率が70重量%未満であることが好ましい。前記分子量2000以下の成分の比率が70%重量以上であると、親水性の高い成分がトナー表面に残留しやすくなり、トナーの帯電環境依存性が低下してしまう場合がある。
前記分子量2000以下の成分の比率は、50重量%未満であることがより好ましい。また、加熱定着時の用紙とトナーの密着性を確保する観点で、20重量%以上であることが好ましい。
ここで、前記THF可溶分の分子量測定は、以下の条件で行った。
東ソー(株)HLC−8120GPC、SC−8020装置を用い、カラムはTSK gel Super HZ2000(6.0mmID×15cm×2)を用い、溶離液としてTHF(テトラヒドロフラン)を用いた。実験条件としては、試料濃度0.5%、流速0.6ml/分、サンプル注入量10μl、測定温度40℃、検量線はA−500、F−1、F−10、F−80、F−380、A−2500、F−4、F−40、F−128、F−700の10サンプルから作製した。また試料解析におけるデータ収集間隔は300msとした。GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)チャートから、分子量3000以下の成分比率を確認した。尚、分子量360付近にピークがあるが、これは溶離液由来のものであり、数平均及び重量平均の分子量解析から除外した。
本実施形態のトナーにおいて、結着樹脂の酸価は、トナーの帯電量を確保の点で、5mgKOH/g以上20mgKOH/g以下であることが好ましく、8mgKOH/g以上17mgKOH/g以下であることがより好ましい。
本実施形態のトナーは、帯電環境依存性を維持しつつ、定着性能が確保される点で、ポリエステル樹脂Aを含む結着樹脂、着色剤及び離型剤を含むコア粒子の表面に、ポリエステル樹脂Bを含む結着樹脂を含有するシェルを設けたコアシェル構造を有し、前記ポリエステル樹脂Bの重量平均分子量が40000以上100000以下であり、前記ポリエステル樹脂Bの重量平均分子量が前記ポリエステル樹脂Aの重量平均分子量より大きいことが好ましい。シェル層にあるポリエステル樹脂Bの重量平均分子量が、コア粒子中に含まれるポリエステル樹脂Aよりも大きい事により、トナー自体の吸湿性を抑制し、トナー帯電の環境安定性を維持しつつ、低温定着性が確保される。この場合の前記ポリエステル樹脂Bの重量平均分子量は、50000以上80000以下であることが好ましい。
次に、本実施形態のトナーに含まれる各成分について説明する。本実施形態のトナーは、結着樹脂としてポリエステル樹脂を含む。ポリエステル樹脂としては結晶性ポリエステル樹脂でも非晶性ポリエステル樹脂の何れでも構わない。
(結晶性ポリエステル樹脂)
本実施形態において、「結晶性ポリエステル樹脂」とは、前記のように示差走査熱量測定(DSC)において、階段状の吸熱量変化ではなく、明確な吸熱ピークを有する樹脂を指し、該吸熱ピークを有する樹脂であればなんでもよく、結晶性ポリエステル主鎖に対して他成分を共重合したポリマーの場合、他成分が50構成モル%以下であれば、この共重合体も結晶性ポリエステル樹脂とする。即ち吸熱ピークを示すことより、結晶性ポリエステル樹脂とする。以下、結晶性ポリエステル樹脂の好ましい例を示すが、ここに示されるものに限定されない。
本実施形態で用いられる結晶性ポリエステル樹脂は、多価カルボン酸成分と多価アルコール成分とから合成されることが好ましい。なお、前記結晶性ポリエステル樹脂として市販品を使用してもよいし、適宜合成したものを使用してもよい。
前記多価カルボン酸成分としては、例えば、シュウ酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、スペリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、1,9−ノナンジカルボン酸、1,10−デカンジカルボン酸、1,12−ドデカンジカルボン酸、1,14−テトラデカンジカルボン酸、1,18−オクタデカンジカルボン酸等の脂肪族ジカルボン酸;フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、ナフタレン−2,6−ジカルボン酸、マロン酸、メサコニン酸等の二塩基酸等の芳香族ジカルボン酸;などが挙げられ、さらに、これらの無水物やこれらの低級アルキルエステルも挙げられるがこの限りではない。
また、3価以上のカルボン酸としては、例えば、1,2,4−ベンゼントリカルボン酸、1,2,5−ベンゼントリカルボン酸、1,2,4−ナフタレントリカルボン酸等や、これらの無水物、低級アルキルエステルなどが挙げられる。これらは1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
また、酸成分としては、前述の脂肪族ジカルボン酸や芳香族ジカルボン酸の他に、スルホン酸基を有するジカルボン酸成分が含まれていても良い。このようにスルホン基を持つジカルボン酸としては、例えば、2−スルホテレフタル酸ナトリウム塩、5−スルホイソフタル酸ナトリウム塩、スルホコハク酸ナトリウム塩等が挙げられるが、これらに限定されない。また、これらの低級アルキルエステル、酸無水物等も挙げられる。
これらスルホン酸基を有する2価以上のカルボン酸成分は、ポリエステルを構成する全カルボン酸成分に対して0モル%以上20モル%以下の範囲で含有されることが好ましく、より好適には0モル%以上10モル%以下の範囲である。含有量が20モル%より多いと、例えば結晶性ポリエステル樹脂の結晶性が低下するばかりではなく、造粒の際に、凝集後、粒子が融合する工程に悪影響を与え、トナー径の調整が難しくなるという不具合が生じる場合がある。
前記多価アルコール成分としては、脂肪族ジオールが好ましく、主鎖部分の炭素数が6〜20である直鎖型脂肪族ジオールがより好適である。前記脂肪族ジオールが分岐型であると、例えば結晶性ポリエステル樹脂の結晶性が低下し、融点が降下してしまうため、耐トナーブロッキング性、画像保存性、及び低温定着性が悪化してしまう場合がある。また、炭素数が6未満であると、芳香族ジカルボン酸と縮重合させる場合、融点が高くなり、低温定着が困難となることがある一方、20を超えると実用上の材料の入手が困難となる場合がある。前記炭素数としては14以下であることがより好ましい。
本実施形態において、結晶性ポリエステル樹脂の合成に好適に用いられる脂肪族ジオールとしては、例えば、エチレングリコール、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,7−ヘプタンジオール、1,8−オクタンジオール、1,9−ノナンジオール、1,10−デカンジオール、1,11−ウンデカンジオール、1,12−ドデカンジオール、1,13−トリデカンジオール、1,14−テトラデカンジオール、1,18−オクタデカンジオール、1,14−エイコサンデカンジオールなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。これらのうち、入手容易性を考慮すると1,8−オクタンジオール、1,9−ノナンジオール、1,10−デカンジオールが好ましい。
また、3価以上のアルコールとしては、例えば、グリセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトールなどが挙げられる。これらは1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
なお、必要に応じて、酸価や水酸基価の調整等の目的で、酢酸、安息香酸等の1価の酸や、シクロヘキサノールベンジルアルコール等の1価のアルコールも使用することができる。
結晶性ポリエステル樹脂の製造方法としては、特に制限はなく、酸成分とアルコール成分とを反応させる一般的なポリエステル重合法で製造することができ、例えば、直接重縮合、エステル交換法等が挙げられ、モノマーの種類によって使い分けて製造する。
結晶性ポリエステル樹脂の製造は、重合温度180℃以上230℃以下で行われ、必要に応じて反応系内を減圧にし、縮合時に発生する水やアルコールを除去しながら反応させる。モノマーが反応温度下で溶解又は相溶しない場合は、高沸点の溶剤を溶解補助剤として加え溶解させても良い。重縮合反応においては、溶解補助溶剤を留去しながら行う。共重合反応において相溶性の悪いモノマーが存在する場合は、あらかじめ相溶性の悪いモノマーと、そのモノマーと重縮合予定の酸又はアルコールとを縮合させておいてから主成分と共に重縮合させると良い。
結晶性ポリエステル樹脂の製造時に使用可能な触媒としては、ナトリウム、リチウム等のアルカリ金属化合物;マグネシウム、カルシウム等のアルカリ土類金属化合物;亜鉛、マンガン、アンチモン、チタン、スズ、ジルコニウム、ゲルマニウム、アルミニウム等の金属化合物;亜リン酸化合物、リン酸化合物、及びアミン化合物等が挙げられ、具体的には、以下の化合物が挙げられる。
具体的には、例えば、酢酸ナトリウム、炭酸ナトリウム、酢酸リチウム、炭酸リチウム、酢酸カルシウム、ステアリン酸カルシウム、酢酸マグネシウム、酢酸亜鉛、ステアリン酸亜鉛、ナフテン酸亜鉛、塩化亜鉛、酢酸マンガン、ナフテン酸マンガン、チタンテトラエトキシド、チタンテトラプロポキシド、チタンテトライソプロキシド、チタンテトラブトキシド、三酸化アンチモン、トリフェニルアンチモン、トリブチルアンチモン、ギ酸スズ、シュウ酸スズ、テトラフェニルスズ、ジブチルスズジクロライド、ジブチルスズオキシド、ジフェニルスズオキシド、ジルコニウムテトラブトキシド、ナフテン酸ジルコニウム、炭酸ジルコニール、酢酸ジルコニール、ステアリン酸ジルコニール、オクチル酸ジルコニール、酸化ゲルマニウム、アルミニウム、トリフェニルホスファイト、トリス(2,4−t−ブチルフェニル)ホスファイト、エチルトリフェニルホスホニウムブロマイド、トリエチルアミン、トリフェニルアミン等の化合物が挙げられる。反応性の観点から、アンチモン系、スズ系、チタン系が好ましく。環境への影響や安全性の観点から、チタン系がさらに好ましい。
結晶性ポリエステル樹脂の溶融温度としては、好ましくは50℃以上100℃以下の範囲であり、より好ましくは60℃以上80℃以下の範囲である。融点が50℃より低いと、トナーの保存性や定着後のトナー画像の保存性が問題となる場合がある。一方、100℃より高いと従来のトナーに比べて十分な低温定着が得られない場合がある。
なお、上記結晶性ポリエステル樹脂の融点は、前記の示差走査熱量測定(DSC)により得られた吸熱ピークのピーク温度として求めた。
結晶性ポリエステル樹脂の分子量の調整は、反応時間やモノマーのモル比によって行うことができる。反応時間は、触媒やモノマーの種類によって異なるが、反応時間が短いと分子量が小さく、反応時間が長いと大きくなる。モノマー中のアルコールとカルボン酸との比が1:1になるようなモノマーのモル比にすることで、高分子量品が得られる。
結晶性ポリエステル樹脂の合成直後の重量平均分子量(Mw)は、コア粒子に用いられる場合、3000以上35000以下の範囲であることが好ましく、10000以上30000以下の範囲であることがより好ましい。分子量(Mw)が3000未満であると、定着時においてオフセットが発生しやすくなる場合があり、重量平均分子量(Mw)が35000を超えると、低温での定着性が悪化する場合がある。
トナーにおける結晶性ポリエステル樹脂の含有量としては、前記のように5〜15質量%の範囲であるが、トナー中の結晶性ポリエステル樹脂の含有量は、後述する特定の溶媒を用いた結晶性ポリエステル樹脂及び非晶性ポリエステル樹脂の分離により求められる。
(非晶性ポリエステル樹脂)
本実施形態において用いられる「非晶性ポリエステル樹脂」とは、示差走査熱量測定(DSC)において明瞭な吸熱ピークでなく、階段状の吸熱変化が認められる樹脂である。非晶性ポリエステル樹脂を用いる場合には、樹脂の酸価の調整やイオン性界面活性剤などを用いて乳化分散することにより、後述する樹脂粒子分散液を容易に調製される点で有利である。
本実施形態で用いられる非晶性ポリエステル樹脂としては、主として多価カルボン酸類と多価アルコール類との縮重合により得られるものである。
前記多価カルボン酸としては、例えばテレフタル酸、イソフタル酸、無水フタル酸、無水トリメリット酸、ピロメリット酸、ナフタレンジカルボン酸などの芳香族カルボン酸類;無水マレイン酸、フマル酸、コハク酸、アルケニル無水コハク酸、アジピン酸などの脂肪族カルボン酸類;シクロヘキサンジカルボン酸などの脂環式カルボン酸類;等が挙げられ、これらの多価カルボン酸を1種又は2種以上用いてもよい。
これら多価カルボン酸の中では、芳香族カルボン酸を使用することが好ましく、また良好な定着性の確保を目的として、架橋構造あるいは分岐構造を導入するためジカルボン酸とともに3価以上のカルボン酸(トリメリット酸やその酸無水物等)を併用することが好ましい。
前記多価アルコールとしては、例えばエチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール、ブタンジオール、ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、グリセリンなどの脂肪族ジオール類;シクロヘキサンジオール、シクロヘキサンジメタノール、水添ビスフェノールAなどの脂環式ジオール類;ビスフェノールAのエチレンオキサイド付加物、ビスフェノールAのプロピレンオキサイド付加物などの芳香族ジオール類;等が挙げられ、これら多価アルコールの1種又は2種以上用いることができる。
これら多価アルコールの中では、芳香族ジオール類、脂環式ジオール類が好ましく、芳香族ジオールがより好ましい。また、良好な定着性の確保を目的として、架橋構造あるいは分岐構造を導入するためにジオールとともに3価以上の多価アルコール(グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール)を併用してもよい。
なお、多価カルボン酸と多価アルコールとの重縮合によって得られたポリエステル樹脂に、さらにモノカルボン酸および/またはモノアルコールを加えて、重合末端のヒドロキシル基および/またはカルボキシル基をエステル化し、ポリエステル樹脂の酸価を調整しても良い。
前記モノカルボン酸としては酢酸、無水酢酸、安息香酸、トリクロル酢酸、トリフルオロ酢酸、無水プロピオン酸等を挙げることができる。また、前記モノアルコールとしてはメタノール、エタノール、プロパノール、オクタノール、2エチルヘキサノール、トリフルオロエタノール、トリクロロエタノール、ヘキサフルオロイソプロパノール、フェノールなどが挙げられる。
非晶質ポリエステル樹脂は、上記多価アルコールと多価カルボン酸とを常法に従って縮合反応させることによって製造することができる。例えば、前記多価アルコールと多価カルボン酸、必要に応じて触媒を入れ、温度計、撹拌器、流下式コンデンサを備えた反応容器に配合し、不活性ガス(窒素ガス等)の存在下、150℃以上250℃以下で加熱し、副生する低分子化合物を連続的に反応系外に除去し、所定の酸価に達した時点で反応を停止させ、冷却し、目的とする反応物を取得することによって製造される。
この非晶性ポリエステル樹脂の合成に使用する触媒としては、アンチモン系、スズ系、チタン系、アルミニウム系の触媒が使用される。例えば、ジブチル錫ジラウレート、ジブチル錫オキサイド等の有機金属やテトラブチルチタネート等の金属アルコキシドなどのエステル化触媒が挙げられる。環境への影響や安全性の観点から、チタン系がさらに好ましい。このような触媒の添加量は、原材料の総量に対して0.01質量%以上1.00質量%以下の範囲とすることが好ましい。
(離型剤)
本実施形態において用いられる離型剤としては、公知の離型剤であれば特に限定されない。例えば、カルナウバワックス、ライスワックス、キャンデリラワックス等の天然ワックス;低分子量ポリプロピレン、低分子量ポリエチレン、サゾールワックス、マイクロクリスタリンワックス、フィッシャートロプシュワックス、パラフィンワックス、モンタンワックス等の合成或いは鉱物・石油系ワックス;ステアリン酸、パルチミン酸等の高級脂肪酸;エステルワックス;などが挙げられるが、これに限定されるものではない。また、これらの離型剤は、1種単独で用いても良く、2種以上併用しても良い。
これらの中では、パラフィンワックス、カルナウバワックス及びその変性ワックス、エステルワックスから選択される1種以上の使用が、前記溶融時の離型剤のトナー表面への染み出しの観点から好ましい。
上記離型剤の融点は、保存性の観点から、50℃以上であることが好ましく、60℃以上であることがより好ましい。また、耐オフセット性の観点から、110℃以下であることが好ましく、100℃以下であることがより好ましい。
離型剤の含有量は、結着樹脂100質量に対して、2質量部以上30質量部以下の範囲であることが好ましく、5質量部以上20質量部以下の範囲であることがより好ましい。離型剤の含有量が2質量部より少ないと、離型剤添加の効果がなく、高温でのホットオフセットを引き起こす場合がある。一方、30質量部より多すぎると、帯電性の悪化やトナーの強度が低下することによって、破壊されやすくなり、キャリア汚染などを引き起こす場合がある。
(着色剤)
本実施形態において用いられる着色剤としては、公知の着色剤であれば特に限定されない。例えば、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、サーマルブラック等のカーボンブラック;ベンガラ、紺青、酸化チタン等の無機顔料;ファストイエロー、ジスアゾイエロー、ピラゾロンレッド、キレートレッド、ブリリアントカーミン、パラブラウン等のアゾ顔料;銅フタロシアニン、無金属フタロシアニン等のフタロシアニン顔料;フラバントロンイエロー、ジブロモアントロンオレンジ、ペリレンレッド、キナクリドンレッド、ジオキサジンバイオレット等の縮合多環系顔料;等が挙げられる。
より具体的には、クロムイエロー、ハンザイエロー、ベンジジンイエロー、スレンイエロー、キノリンイエロー、パーマネントオレンジGTR、ピラロゾンオレンジ、バルカンオレンジ、ウオッチヤングレッド、パーマネントレッド、デュポンオイルレッド、リソールレッド、ローダミンBレーキ、レーキレッドC、ローズベンガル、アニリンブルー、ウルトラマリンブルー、カルコオイルブルー、メチレンブルークロライド、フタロシアニンブルー、フタロシアニングリーン、マラカイトグリーンオクサレート、C.I.ピグメント・レッド48:1、C.I.ピグメント・レッド122、C.I.ピグメント・レッド57:1、C.I.ピグメント・イエロー12、C.I.ピグメント・イエロー97、C.I.ピグメント・イエロー17、C.I.ピグメント・イエロー180、C.I.ピグメント・イエロー74、C.I.ピグメント・ブルー15:1、C.I.ピグメント・ブルー15:3などの種々の顔料などを例示することができ、これらを1種または2種以上を併せて使用することができる。
前記着色剤の含有量としては、結着樹脂100質量部に対して、1〜30質量部の範囲が好ましいが、必要に応じて表面処理された着色剤を使用したり、顔料分散剤を使用することも有効である。前記着色剤の種類を適宜選択することにより、イエロートナー、マゼンタトナー、シアントナー、ブラックトナー等が得られる。
(その他の添加剤)
本実施形態では、上記の成分以外にも、更に必要に応じて内添剤、帯電制御剤、無機粉体(無機粒子)、有機粒子等の種々の成分を添加してもよい。
内添剤としては、例えば、フェライト、マグネタイト、還元鉄、コバルト、ニッケル、マンガン等の金属、合金、またはこれら金属を含む化合物などの磁性体等、または、無機粉体を主にトナーの粘弾性調整を目的として添加され、例えば、シリカ、アルミナ、チタニア、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、燐酸カルシウム、酸化セリウム等の下記に詳細に列挙するような通常、トナー表面の外添剤として使用されるすべての無機粒子が挙げられる。帯電制御剤としては、例えば4級アンモニウム塩化合物、ニグロシン系化合物、アルミ、鉄、クロムなどの錯体からなる染料、トリフェニルメタン系顔料などが挙げられる。
また、外添剤としては、各種無機粒子、例えば、シリカ、アルミナ、酸化チタン、チタン酸バリウム、チタン酸マグネシウム、チタン酸カルシウム、チタン酸ストロンチウム、酸化亜鉛、ケイ砂、クレー、雲母、ケイ灰石、ケイソウ土、塩化セリウム、ベンガラ、酸化クロム、酸化セリウム、三酸化アンチモン、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素等が挙げられる。中でも、シリカ粒子や酸化チタン粒子が好ましく、疎水化処理された粒子が特に好ましい。
前記無機粒子は、一般に流動性を向上させる目的で使用される。無機粒子の1次粒子径としては、1〜200nmが好ましく、その添加量としては、トナー100質量部に対して、0.01〜20質量部が好ましい。
前記有機粒子は、一般にクリーニング性や転写性を向上させる目的で使用され、具体的には例えば、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリフッ化ビニリデン等が挙げられる。
さらに、本実施形態のトナーについて、その製造方法とともにより詳細に述べる。
本実施形態のトナーを製造する方法としては、特に制限はないが、湿式造粒法によることが好ましい。前記湿式造粒法としては、公知の溶融懸濁法、乳化凝集法、溶解懸濁法等の方法が好適に挙げられる。以下、特に好適な乳化凝集法を例に説明する。
乳化凝集法は、少なくとも樹脂粒子を分散させた分散液(以下、「乳化液」と称する場合がある)中で凝集粒子を形成し凝集粒子分散液を調製する工程(凝集工程)と、前記凝集粒子分散液を加熱して、凝集粒子を融合する工程(融合工程)を含む製造方法である。また、凝集工程及び融合工程間に、凝集粒子分散液中に、粒子を分散させた粒子分散液を添加混合して前記凝集粒子に粒子を付着させて付着粒子を形成する工程(付着工程)を設けたものであってもよい。前記付着工程では、前記凝集工程で調製された凝集粒子分散液中に、前記粒子分散液を添加混合して、前記凝集粒子に前記粒子を付着させて付着粒子を形成するが、添加される粒子は、凝集粒子に凝集粒子から見て新たに追加される粒子に該当するので、「追加粒子」と称する場合がある。
また、前記式(1)及び(2)の規定を満たすために、トナー粒子をアルカリ性水溶液で洗浄した後、酸性水溶液を用いて洗浄する工程(洗浄工程)を有することが好ましい。
前記追加粒子としては、前記樹脂粒子の他に離型剤粒子、着色剤粒子等を単独もしくは複数組み合わせたものであってもよい。前記粒子分散液を追加混合する方法としては、特に制限はなく、例えば徐々に連続的に行ってもよいし、複数回に分割して段階的に行ってもよい。このような追加粒子を添加する操作によって、コアシェル構造を形成することが好ましい。前記追記粒子の主成分となる結着樹脂が、シェル層用樹脂である。この方法を用いれば、融合工程において、温度、攪拌数、pHなどの調整により、トナー形状制御を簡単に行うことができる。
前記乳化凝集法に非晶性ポリエステル樹脂や結晶性ポリエステル樹脂を用いる場合、例えば非晶性ポリエステル樹脂を乳化し乳化粒子(液滴)を形成する乳化工程が好適に用いられる。
前記乳化工程において、例えば前記非晶性ポリエステル樹脂の乳化粒子(液滴)は、水系媒体と、ポリエステル樹脂及び必要に応じて着色剤を含む混合液(ポリマー液)と、を混合した溶液に、剪断力を与えることにより形成される。その際、非晶性ポリエステル樹脂のガラス転移温度以上の温度に加熱することで、ポリマー液の粘性を下げて乳化粒子を形成することができる。また、乳化粒子の安定化や水系媒体の増粘のため分散剤を使用することもできる。以下、かかる乳化粒子の分散液のことを、「樹脂粒子分散液」という場合がある。
前記乳化粒子を形成する際に用いる乳化機としては、例えば、ホモジナイザー、ホモミキサー、加圧ニーダー、エクストルーダー、メディア分散機等が挙げられる。前記ポリエステル樹脂の乳化粒子(液滴)の大きさとしては、その平均粒子径(体積平均粒径)で80〜300nmの範囲が好ましく、120〜250nmの範囲がより好ましい。80nm未満では水中にほとんど溶解してしまうため、粒子作製が困難になり、また300nmを超えると、所望の粒径である3.0〜7.5μmの粒子を得ることが困難になる場合がある。なお、樹脂粒子の体積平均粒径は、ドップラー散乱型粒度分布測定装置(日機装社製、マイクロトラックUPA9340)で測定した。
本実施形態では、樹脂を乳化させるために転相乳化法を用いることが好ましい。転相乳化法は、少なくともポリエステル樹脂を有機溶媒に溶解させ、必要に応じて中和剤や分散安定剤を添加して、攪拌下にて、水系溶媒を滴下して、乳化粒子を得た後、樹脂分散液中の溶媒を除去して、乳化液を得る方法である。このとき、中和剤や分散安定剤の投入順は変更してもよい。
樹脂を溶解させる有機溶媒としては、例えば、蟻酸エステル類、酢酸エステル類、酪酸エステル類、ケトン類、エーテル類、ベンゼン類、ハロゲン化炭素類が挙げられる。具体的には、蟻酸、酢酸、酪酸等のメチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、イソブチル、sec−ブチル、t−ブチル等エステル類;アセトン、MEK(メチルエチルケトン)、MPK(メチルプロピルケトン)、MIPK(メチルイソプロピルケトン)、MBK(メチルブチルケトン)、MIBK(メチルイソブチルケトン)等のメチルケトン類;ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル等のエーテル類;トルエン、キシレン、ベンゼン等の複素環置換体類;四塩化炭素、塩化メチレン、1,2−ジクロロエタン、1,1,2−トリクロロエタン、トリクロロエチレン、クロロホルム、モノクロロベンゼン、ジクロロエチリデン等のハロゲン化炭素類;などを単独であるいは2種以上組合せて用いることが可能である。入手し易さや脱溶剤時の回収容易性、環境への配慮の点から、低沸点溶媒(50〜150℃)の酢酸エステル類やメチルケトン類、エーテル類が通常好ましく用いられ、特に、アセトン、メチルエチルケトン、酢酸、酢酸エチル、酢酸ブチルなどの水に一部溶解性を有するものが好ましい。前記有機溶媒は、樹脂粒子中に残存すると定着時に加熱部材表面を変性させる場合があるため揮発性の比較的高いものを用いることが好ましい。
本実施形態では、例えば非晶性または結晶性ポリエステル樹脂と上記有機溶媒とを混合し、20℃以上90℃以下の温度に加熱して溶解した後、水を添加する前または乳化する前に、塩基類を加えることが好ましい。これにより、ポリエステル樹脂表面のカルボン酸基を中和させ、親水性をあげることで、乳化粒子の安定性を保つことができる。上記塩基としては、アンモニア水、または、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム等の水溶液等が挙げられる。
また、塩または酸を加えることが好ましい。これにより、乳化粒子(樹脂粒子)の粒径をある程度大きく保つことができる。塩基類の添加量は、樹脂に対して、1質量%以上10質量%以下の範囲とすることが好ましい。
更には、塩基類を添加する前あるいは添加した後、または乳化する前に、酸や塩類を加えることが好ましい。すなわち、前記樹脂に対してメタノールによる精製を行なうと、樹脂中の低分子の親水性成分が除かれるため、樹脂の乳化分散液作製の際に、粒径の制御がしにくくなり、粒度分布が悪化することがある。この場合、系中に酸や塩を加えることで安定に乳化分散液が作製可能となることがわかった。
上記塩としては、塩化ナトリウム、塩化カリウム等の塩をそのまま、あるいはその水溶液またはアルコール等の有機溶媒溶液としたもの、もしくはアンモニア水溶液等が挙げられる。また、酸としては、塩酸、硝酸等の無機酸、酢酸、クエン酸等の有機酸、あるいは、フマル酸、マレイン酸等のモノマー類等が挙げられる。これら塩類または酸は、水に可溶であることが好ましい。酸または塩の添加量は、樹脂に対して、0.005質量%以上1質量%以下の範囲とすることが好ましい。
前記水系溶媒としては、基本的にはイオン交換水が用いられるが、油滴を破壊しない程度に水溶性有機溶媒を含んでも構わない。水溶性有機溶媒としては、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノール、2−ブタノール、t−ブタノール、1−ペンタノール等の短炭素鎖アルコール類;エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル等のエチレングリコールモノアルキルエーテル類;エーテル類、ジオール類、THF、アセトン等が挙げられる。これらの水溶性有機溶媒のイオン交換水との混合比は、質量比で1%以上50%以下の範囲、より好適には1%以上30%以下が選択され水性成分として用いられる。また、水溶性有機溶媒は添加されるイオン交換水に混合するだけでなく、樹脂溶解液中に添加して使用しても構わない。水溶性有機溶媒を添加する場合には、樹脂と樹脂溶解溶媒との濡れ性が調整され、また、樹脂溶解後の液粘度を低下させる機能が期待できる。
また、前記乳化液が安定的に分散状態を保つよう、必要に応じて樹脂溶液及び水性成分に分散剤を添加してもよい。前記分散剤としては、水性成分中で親水性コロイドを形成するもので、特にヒドロキシメチルセルローズ、ヒドロキシエチルセルローズ、ヒドロキシプロピルセルローズ等のセルローズ誘導体;ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリアクリルアミド、ポリアクリル酸塩、ポリメタクリル酸塩等の合成高分子類;ゼラチン;アラビアゴム;寒天;等の分散安定化剤が挙げられる。また、シリカ、酸化チタン、アルミナ、リン酸三カルシウム、炭酸カルシウム、硫酸カルシウム、炭酸バリウム等の固体微粉末も用いることができる。これらの分散安定化剤は通常、水性成分中の濃度が0質量%以上20質量%以下、好ましくは0質量%以上10質量%以下となるよう添加される。
前記分散剤としては、界面活性剤も用いられる。前記界面活性剤の例としては、後述する着色剤分散液に用いられるものに準じたものを使用することができる。例えば、サポニンなどの天然界面活性成分の他に、アルキルアミン塩酸・酢酸塩類、4級アンモニウム塩類、グリセリン類等のカチオン系界面活性剤、脂肪酸石けん類、硫酸エステル類、アルキルナフタレンスルホン酸塩類、スルホン酸塩類、リン酸、リン酸エステル、スルホコハク酸塩類等のアニオン系界面活性剤などが挙げられ、アニオン界面活性剤、非イオン性界面活性剤が好ましく用いられる。前記乳化液のpHを調整するために、中和剤を添加してもよい。前記中和剤としては、硝酸、塩酸、水酸化ナトリウム、アンモニアなど一般の酸、アルカリを用いることができる。
前記乳化液から有機溶媒を除去する方法としては、乳化液を常温(20℃以上25℃以下)もしくは加熱下で有機溶剤を揮発させる方法、これに減圧を組み合わせる方法が好ましく用いられる。
前記着色剤や離型剤の分散方法としては、例えば、回転せん断型ホモジナイザーや、メディアを有するボールミル、サンドミル、ダイノミルなどの一般的な分散方法を使用することができ、なんら制限されるものではない。
必要に応じて、界面活性剤を使用してこれら着色剤の水分散液を調製したり、分散剤を使用してこれら着色剤の有機溶剤分散液を調製したりすることもできる。以下、かかる着色剤、離型剤の分散液のことを、「着色剤分散液」「離型剤分散液」という場合がある。
着色剤分散液や離型剤分散駅に用いられる分散剤は、一般的には界面活性剤である。界面活性剤としては、例えば、硫酸エステル塩系、スルホン酸塩系、リン酸エステル系、せっけん系等のアニオン界面活性剤;アミン塩型、4級アンモニウム塩型等のカチオン界面活性剤;ポリエチレングリコール系、アルキルフェノールエチレンオキサイド付加物系、多価アルコール系等の非イオン系界面活性剤等が好適にあげられる。これらの中でもイオン性界面活性剤が好ましく、アニオン界面活性剤、カチオン界面活性剤がより好ましい。前記非イオン系界面活性剤は、前記アニオン界面活性剤またはカチオン界面活性剤と併用されるのが好ましい。前記界面活性剤は、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。また、離型剤分散液など、他の分散液に用いられる分散剤と同極性であることが好ましい。
前記アニオン界面活性剤の具体例としては、ラウリン酸カリウム、オレイン酸ナトリウム、ヒマシ油ナトリウム等の脂肪酸セッケン類;オクチルサルフェート、ラウリルサルフェート、ラウリルエーテルサルフェート、ノニルフェニルエーテルサルフェート等の硫酸エステル類;ラウリルスルホネート、ドデシルスルホネート、ドデシルベンゼンスルホネート、トリイソプロピルナフタレンスルホネート、ジブチルナフタレンスルホネート等のアルキルナフタレンスルホン酸ナトリウム、ナフタレンスルホネートホルマリン縮合物、モノオクチルスルホサクシネート、ジオクチルスルホサクシネート、ラウリン酸アミドスルホネート、オレイン酸アミドスルホネート等のスルホン酸塩類;ラウリルホスフェート、イソプロピルホスフェート、ノニルフェニルエーテルホスフェート等のリン酸エステル類;ジオクチルスルホコハク酸ナトリウム等のジアルキルスルホコハク酸ナトリウム、スルホコハク酸ラウリル2ナトリウム、ポリオキシエチレンスルホコハク酸ラウリル2ナトリウム等のスルホコハク酸塩類等があげられる。中でも、ドデシルベンゼンスルホネートやその分岐体などのアルキルベンゼンスルホネート系化合物が好ましい。
前記カチオン界面活性剤の具体例としては、ラウリルアミン塩酸塩、ステアリルアミン塩酸塩、オレイルアミン酢酸塩、ステアリルアミン酢酸塩、ステアリルアミノプロピルアミン酢酸塩等のアミン塩類;ラウリルトリメチルアンモニウムクロライド、ジラウリルジメチルアンモニウムクロライド、ジステアリルアンモニウムクロライド、ジステアリルジメチルアンモニウムクロライド、ラウリルジヒドロキシエチルメチルアンモニウムクロライド、オレイルビスポリオキシエチレンメチルアンモニウムクロライド、ラウロイルアミノプロピルジメチルエチルアンモニウムエトサルフェート、ラウロイルアミノプロピルジメチルヒドロキシエチルアンモニウムパークロレート、アルキルベンゼンジメチルアンモニウムクロライド、アルキルトリメチルアンモニウムクロライド等の4級アンモニウム塩類等が挙げられる。
前記非イオン性界面活性剤の具体例としては、ポリオキシエチレンオクチルエーテル、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル等のアルキルエーテル類;ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル等のアルキルフェニルエーテル類;ポリオキシエチレンラウレート、ポリオキシエチレンステアレート、ポリオキシエチレンオレート等のアルキルエステル類;ポリオキシエチレンラウリルアミノエーテル、ポリオキシエチレンステアリルアミノエーテル、ポリオキシエチレンオレイルアミノエーテル、ポリオキシエチレン大豆アミノエーテル、ポリオキシエチレン牛脂アミノエーテル等のアルキルアミン類;ポリオキシエチレンラウリン酸アミド、ポリオキシエチレンステアリン酸アミド、ポリオキシエチレンオレイン酸アミド等のアルキルアミド類;ポリオキシエチレンヒマシ油エーテル、ポリオキシエチレンナタネ油エーテル等の植物油エーテル類;ラウリン酸ジエタノールアミド、ステアリン酸ジエタノールアミド、オレイン酸ジエタノールアミド等のアルカノールアミド類;ポリオキシエチレンソルビタンモノラウレート、ポリオキシエチレンソルビタンモノパルミテート、ポリオキシエチレンソルビタンモノステアレート、ポリオキシエチレンソルビタンモノオレエート等のソルビタンエステルエーテル類等が挙げられる。
用いられる分散剤の添加量は、着色剤や離型剤に対して、2質量%以上30質量%以下であることが好ましく、5質量%以上20質量%以下であることがより好適である。分散剤が少なすぎると粒径が小さくならない場合や、分散液の保存安定性が低下する場合がある。一方、多すぎる場合には、トナー中に残留する分散剤の量が多くなり、トナーの帯電性や粉体流動性が低下する場合がる。
用いられる水系分散媒は、蒸留水、イオン交換水など、金属イオンなどの不純物が少ないものであることが好ましい。また、消泡や表面張力調整の目的でアルコールなどを添加することもできる。また、粘度調整のために、ポリビニルアルコールやセルロース系ポリマーなどを添加することもできる。
また、前記種々の添加剤の分散液を作製する手段としては、特に制限はないが、例えば、回転剪断型ホモジナイザーやメデイアを有するボールミル、サンドミル、ダイノミルなど、その他、着色剤分散液や離型剤分散液の作製に用いたものに準じた装置など、それ自体公知の分散装置が挙げられ、最適なものを選択して用いることができる。
前記凝集工程においては、凝集粒子を形成させるために、凝集剤を用いることが好ましい。用いられる凝集剤は、前記分散剤に用いる界面活性剤と逆極性の界面活性剤や、一般の無機金属化合物(無機金属塩)又はその重合体が挙げられる。無機金属塩を構成する金属元素は周期律表(長周期律表)における2A、3A、4A、5A、6A、7A、8、1B、2B、3B族に属する2価以上の電荷を有するものであり、樹脂粒子の凝集系においてイオンの形で溶解するものであればよい。
前記無機金属塩を具体的に挙げると、塩化カルシウム、硝酸カルシウム、塩化バリウム、塩化マグネシウム、塩化亜鉛、塩化アルミニウム、硫酸アルミニウムなどの金属塩、及び、ポリ塩化アルミニウム、ポリ水酸化アルミニウム、多硫化カルシウム等の無機金属塩重合体などである。その中でも特に、アルミニウム塩及びその重合体が好適である。一般的に、よりシャープな粒度分布を得るためには、無機金属塩の価数が1価より2価、2価より3価以上で、同じ価数であっても重合タイプの無機金属塩重合体の方がより適している。
凝集剤の添加量は、凝集剤の種類や価数によって変動するが、おおむね、0.05〜0.1質量%の範囲である。前記凝集剤は、トナー化の工程中に、水系媒体中に流出したり、粗粉を形成するなどにより、添加量すべてがトナー中に残留するわけではない。特にトナー化の工程で、樹脂中の溶剤量が多い場合には、溶剤と凝集剤が相互作用して、水系媒体中に流出しやすいため、残溶剤量に合わせて調節する必要がある。
前記融合工程においては、凝集工程に準じた攪拌下で、凝集体の懸濁液のpHを5以上10以下の範囲にすることにより、凝集の進行を止め、樹脂のガラス転移温度(Tg)以上の温度(あるいは結晶性樹脂の融点以上の温度)で加熱を行うことにより凝集粒子を融合させ合一させる。また、加熱の時間としては、所望の合一が為される程度行えばよく、0.2〜10時間程度行えばよい。その後、樹脂のTg以下まで降温して、粒子を固化する際、降温速度によって粒子形状及び表面性が変化する。例えば、早い速度で降温した場合には球形化及び表面の凹凸が少なくなりやすく、逆にゆっくり降温した場合は、粒子形状が不定形化し、粒子表面に凹凸が生じやすい。そのため、少なくとも0.5℃/分以上の速度で、より好適には1.0℃/分以上の速度で樹脂のTg以下まで降温するのが好ましい。
また、樹脂のTg以上の温度で熱しながら、凝集工程に準じてpHや凝集剤の添加により粒子を成長させ、所望の粒径になったところで融合工程の場合に準じて、少なくとも0.5℃/分の速度で樹脂のTg以下まで降温して、固化と同時に粒子成長を停止させれば、凝集工程と融合工程とを同時に行うことができるため、工程の簡略化の面では好ましいが、前述のコアシェル構造を作ることが難しくなる場合がある。
融合工程を終了した後のトナー粒子を、洗浄し乾燥することによりトナー粒子を得る。トナー粒子の洗浄工程においてはアルカリでイオンを中和する工程を含むことが好ましい。アルカリによる処理は、トナーのスラリーをpH8.0以上11.0以下、40℃以上に加温にすることが好ましい。アルカリ処理温度は、40℃以上60℃未満が好ましい。60℃よりも高い温度にすると結着樹脂であるポリエステル樹脂の加水分解が顕著となり、トナー表面荒れが発生し、好ましくない。トナーの帯電性を考慮すると、アルカリ処理を行なった後は、酸処理する工程を含んでもよく、その後、イオン交換水で置換洗浄を施すことが好ましい。洗浄度合いは、ろ液の伝導度でモニターするのが一般的で、最終的に、伝導度が25μS/cm以下となるようにすることが好ましい。また、洗浄後の固液分離は、特に制限はないが、生産性の点から吸引濾過、フィルタープレスなどの加圧濾過等が好ましく用いられる。さらに、乾燥も、特に方法に制限はないが、生産性の点から凍結乾燥、フラッシュジェット乾燥、流動乾燥、振動型流動乾燥等が好ましく用いられ、最終的なトナーの水分率は1質量%以下、より好適には0.7質量%以下になるように乾燥する。
上記のようにして得られたトナー粒子には、流動性助剤、クリーニング助剤、研磨剤等として、無機粒子および有機粒子を外添混合することができる。無機粒子としては、例えば、シリカ、アルミナ、酸化チタン、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、リン酸三カルシウム、酸化セリウム等の通常トナー表面の外添剤として使用される総ての粒子があげられる。これらの無機粒子は、その表面が疎水化されたものであることが好ましく、帯電性、粉体特性、保存性などのトナー諸特性や、現像性や転写性といったシステム適性を制御するために用いられる。有機粒子としては、例えば、スチレン系重合体、(メタ)アクリル系重合体、エチレン系重合体などのビニル系樹脂、ポリエステル樹脂シリコーン樹脂、フッ素系樹脂等の通常トナー表面の外添剤として使用される総ての粒子が挙げられる。
これらの粒子は転写性を向上させる目的で添加され、その1次粒径は0.05〜1.0μmであることが好ましい。さらに、滑剤を添加することもできる。滑剤として、例えばエチレンビスステアリル酸アミド、オレイン酸アミド等の脂肪酸アミド、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウムなどの脂肪酸金属塩ユニリンなどの高級アルコールなどがあげられる。これらは一般にクリーニング性を向上させる目的で添加され、その1次粒径は、0.150μmのものが用いられる。
前記外添剤は、サンプルミルやヘンシェルミキサーなどで機械的衝撃力を加えられてトナー表面に付着又は固着させられる。
(トナーの特性)
本実施形態におけるトナーの体積平均粒径は4〜9μmの範囲であることが好ましく、より好ましくは4.5〜8.5μmの範囲であり、さらに好ましくは5〜8μmの範囲である。体積平均粒径が4μmより小さいと、トナー流動性が低下し、各粒子の帯電性が低下しやすく、また帯電分布が広がるため、背景へのかぶりや現像器からのトナーこぼれ等が生じやすくなる。また4μmより小さいと、格段にクリーニング性が困難となる場合がある。体積平均粒径が9μmより大きいと、解像度が低下するため、十分な画質が得られなくなり、近年の高画質要求を満たすことが困難となる場合がある。
また、本実施形態のトナーは、下記の方法により測定される粒度分布を分割された粒度範囲(チャンネル)に対し、体積、数、それぞれに小径側から累積分布を描き、累積16%となる粒径を体積D16%、累積50%となる粒径を体積D50%累積84%となる粒径を体積D84%と定義したときに、(D84%/D16%)1/2より算出される体積平均粒度分布指標(GSDv)は、1.15〜1.30であることが好ましく、1.15〜1.25であることがより好ましい。
なお、上記体積平均粒子径等の測定は、マルチサイザーII(ベックマン−コールター社製)を用いて、50μmのアパーチャー径で行うことができる。この際、測定はトナーを電解質水溶液(アイソトン水溶液)に分散させ(濃度:10質量%)、超音波により30秒以上分散させた後に行った。また、粒度分布については、マルチサイザーIIを用いて測定される粒度分布を基にして分割された粒度範囲(分割数:1.26〜50.8μmまでを16チャンネルに、logスケールで0.1間隔となるように分割する。具体的には、チャンネル1が1.26μm以上1.59μm未満、チャンネル2が1.59μm以上2.00μm未満、チャンネル3が2.00μm以上2.52μm未満・・・、とし、左側の下限数値のlog値が(log1.26=)0.1、(log1.59=)0.2、(log2.00=)0.3、・・・、1.6となるように分割した。)に対して、体積、数をそれぞれ小粒径側から累積分布を引いて、累積16%となる粒径を体積D16v、数D16p、累積50%となる粒径を体積D50v(体積平均粒径)、数D50p、累積84%となる粒径を体積D84v、数D84pと定義した。
また、本実施形態のトナーは、形状係数SF1が110〜140の範囲の球状形状であることが好ましい。形状がこの範囲の球状であることにより、転写効率、画像の緻密性が向上し、高画質な画像形成が行われる。
上記形状係数SF1は110〜130の範囲であることがより好ましい。
ここで上記形状係数SF1は、下記式(1)により求められる。
SF1=(ML/A)×(π/4)×100 ・・・ 式(1)
上記式(1)中、MLはトナー粒子の絶対最大長、Aはトナー粒子の投影面積を各々示す。
前記SF1は、主に顕微鏡画像または走査型電子顕微鏡(SEM)画像を画像解析装置を用いて解析することによって数値化され、例えば、以下のようにして算出することができる。すなわち、スライドガラス表面に散布したトナー粒子の光学顕微鏡像をビデオカメラを通じてルーゼックス画像解析装置に取り込み、100個の粒子の最大長と投影面積を求め、上記式(1)によって計算し、その平均値を求めることにより得られる。
<静電荷像現像剤>
本実施形態の静電荷像現像用トナーは、そのまま一成分現像剤として、あるいはキャリアとから構成される二成分現像剤として用いられるが、帯電の維持性や安定性に優れる二成分現像剤が好ましい。以下、二成分現像剤の実施形態により説明する。
キャリアとしては、樹脂で被膜されたキャリアであることが好ましく、窒素含有樹脂で被膜されたキャリアであることがさらに好適である。該窒素含有樹脂としては、ジメチルアミノエチルメタクリレート、ジメチルアクリルアミド、アクリロニトリル等を含むアクリル系樹脂、ウレア、ウレタン、メラミン、グアナミン、アニリン等を含むアミノ樹脂、またアミド樹脂、ウレタン樹脂が挙げられる。またこれらの共重合樹脂でもかまわない。キャリアの被膜樹脂としては、前記窒素含有樹脂の中から2種以上を組み合わせて使用してもよい。また前記窒素含有樹脂と窒素を含有しない樹脂とを組み合わせて使用してもよい。また前記窒素含有樹脂を粒子状にし、窒素を含有しない樹脂中に分散して使用してもよい。特にウレア樹脂、ウレタン樹脂、メラミン樹脂、アミド樹脂は負帯電性が高く、また樹脂硬度が高いため、被膜樹脂の剥がれなどによる帯電量の低下を効果的に抑制することができる。
一般に、キャリアは適度な電気抵抗値を有することが必要であり、具体的には109〜1014Ωcm程度の電気抵抗値が求められている。例えば鉄粉キャリアのように電気抵抗値が106Ωcmと低い場合には、スリーブからの電荷注入によりキャリアが感光体の画像部へ付着したり、潜像電荷がキャリアを介して逃げ、潜像の乱れや画像の欠損等を生じたりする等の問題が生じる場合がある。一方、絶縁性(20℃における体積抵抗率:1×1014Ωcm以上)の樹脂を厚く被覆してしまうと電気抵抗値が高くなりすぎ、キャリア電荷がリークしにくくなり、その結果エッジの効いた画像にはなるが、反面大面積の画像面では中央部の画像濃度が非常に薄くなるというエッジ効果という問題が生じる場合がある。そのためキャリアの抵抗調整のために樹脂被覆層中に導電性(20℃における体積抵抗率:1×10−6Ωcm以下)粉末を分散させることが好ましい。
導電性粉末の具体例としては、金、銀、銅等の金属;カーボンブラック;酸化チタン、酸化亜鉛等の半導電性(体積抵抗率が1×10−6Ωcmより大きく1×1014Ωcm未満)酸化物;酸化チタン、酸化亜鉛、硫酸バリウム、ホウ酸アルミニウム、チタン酸カリウム粉末等の表面を酸化スズやカーボンブラック、金属で覆ったもの;等が挙げられる。この中でも製造安定性、コスト、導電性の良さからカーボンブラックが好ましい。
上記樹脂被覆層を、キャリア芯材の表面に形成する方法としては、例えば、キャリア芯材の粉末を被膜層形成用溶液中に浸漬する浸漬法、被膜層形成用溶液をキャリア芯材の表面に噴霧するスプレー法、キャリア芯材を流動エアーにより浮遊させた状態で被膜層形成用溶液を噴霧する流動床法、ニーダーコーター中でキャリア芯材と被膜層形成用溶液を混合し溶剤を除去するニーダーコーター法、被膜樹脂を粒子化し被膜樹脂の融点以上でキャリア芯材とニーダーコーター中で混合し冷却して被膜させるパウダーコート法が挙げられるが、ニーダーコーター法及びパウダーコート法が特に好ましく用いられる。上記方法により形成される樹脂被膜層の平均膜厚は、通常0.1〜10μm、より好適には0.2〜5μmの範囲である。
キャリアに用いられる芯材(キャリア芯材)としては、特に制限はなく、鉄、鋼、ニッケル、コバルト等の磁性金属、又は、フェライト、マグネタイト等の磁性酸化物、ガラスビーズ等が挙げられるが、磁気ブラシ法を用いる観点からは、磁性キャリアであるのが好ましい。キャリア芯材の平均粒径としては、一般的には10〜100μmが好ましく、20〜80μmがより好ましい。
前記二成分現像剤におけるトナーと上記キャリアとの混合比(質量比)としては、トナー:キャリア=1:100〜30:100程度の範囲であり、3:100〜20:100程度の範囲がより好ましい。
<画像形成装置>
次に、本実施形態の静電荷像現像用トナーを用いた本実施形態の画像形成装置について説明する。
本実施形態の画像形成装置は、像保持体と、該像保持体上に形成された静電荷像を現像剤によりトナー像として現像する現像手段と、像保持体上に形成されたトナー像を被転写体上に転写する転写手段と、被転写体上に転写されたトナー像を定着する定着手段と、を有し、前記現像剤として本実施形態の静電荷像現像剤を用いるものである。
なお、この画像形成装置において、例えば前記現像手段を含む部分が、画像形成装置本体に対して脱着可能なカートリッジ構造(プロセスカートリッジ)であってもよく、該プロセスカートリッジとしては、現像剤保持体を少なくとも備え、本実施形態の静電荷像現像剤を収容する本実施形態のプロセスカートリッジが好適に用いられる。
以下、本実施形態の画像形成装置の一例を実施形態により示すが、これに限定されるわけではない。なお、図に示す主要部を説明し、その他はその説明を省略する。
図1は、4連タンデム方式のフルカラー画像形成装置を示す概略構成図である。図1に示す画像形成装置は、色分解された画像データに基づくイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)の各色の画像を出力する電子写真方式の第1〜第4の画像形成ユニット10Y、10M、10C、10K(画像形成手段)を備えている。これらの画像形成ユニット(以下、単に「ユニット」と称する)10Y、10M、10C、10Kは、水平方向に互いに所定距離離間して並設されている。なお、これらユニット10Y、10M、10C、10Kは、画像形成装置本体に対して脱着可能なプロセスカートリッジであってもよい。
各ユニット10Y、10M、10C、10Kの図面における上方には、各ユニットを通して中間転写体としての中間転写ベルト20が延設されている。中間転写ベルト20は、図における左から右方向に互いに離間して配置された駆動ローラ22および中間転写ベルト20内面に接する支持ローラ24に巻回されて設けられ、第1ユニット10Yから第4ユニット10Kに向う方向に走行されるようになっている。尚、支持ローラ24は、図示しないバネ等により駆動ローラ22から離れる方向に付勢されており、両者に巻回された中間転写ベルト20に所定の張力が与えられている。また、中間転写ベルト20の像保持体側面には、駆動ローラ22と対向して中間転写体クリーニング装置30が備えられている。
また、各ユニット10Y、10M、10C、10Kの現像装置(現像手段)4Y、4M、4C、4Kのそれぞれには、トナーカートリッジ8Y、8M、8C、8Kに収容されたイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの4色のトナーが供給可能である。
上述した第1〜第4ユニット10Y、10M、10C、10Kは、同等の構成を有しているため、ここでは中間転写ベルト走行方向の上流側に配設されたイエロー画像を形成する第1ユニット10Yについて代表して説明する。尚、第1ユニット10Yと同等の部分に、イエロー(Y)の代わりに、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)を付した参照符号を付すことにより、第2〜第4ユニット10M、10C、10Kの説明を省略する。
第1ユニット10Yは、像保持体として作用する感光体1Yを有している。感光体1Yの周囲には、感光体1Yの表面を所定の電位に帯電させる帯電ローラ2Y、帯電された表面を色分解された画像信号に基づくレーザ光線3Yよって露光して静電荷像を形成する露光装置3、静電荷像に帯電したトナーを供給して静電荷像を現像する現像装置(現像手段)4Y、現像したトナー像を中間転写ベルト20上に転写する1次転写ローラ5Y(1次転写手段)、および1次転写後に感光体1Yの表面に残存するトナーを除去する感光体クリーニング装置(クリーニング手段)6Yが順に配設されている。
尚、1次転写ローラ5Yは、中間転写ベルト20の内側に配置され、感光体1Yに対向した位置に設けられている。更に、各1次転写ローラ5Y、5M、5C、5Kには、1次転写バイアスを印加するバイアス電源(図示せず)がそれぞれ接続されている。各バイアス電源は、図示しない制御部による制御によって、各1次転写ローラに印加する転写バイアスを可変する。
以下、第1ユニット10Yにおいてイエロー画像を形成する動作について説明する。まず、動作に先立って、帯電ローラ2Yによって感光体1Yの表面が−600V〜−800V程度の電位に帯電される。
感光体1Yは、導電性の基体上に感光層を積層して形成されている。この感光層は、通常は高抵抗(一般の樹脂程度の抵抗)であるが、レーザ光線3Yが照射されると、レーザ光線が照射された部分の比抵抗が変化する性質を持っている。そこで、帯電した感光体1Yの表面に、図示しない制御部から送られてくるイエロー用の画像データに従って、露光装置3を介してレーザ光線3Yを出力する。レーザ光線3Yは、感光体1Yの表面の感光層に照射され、それにより、イエロー印字パターンの静電潜像が感光体1Yの表面に形成される。
静電潜像とは、帯電によって感光体1Yの表面に形成される像であり、レーザ光線3Yによって、感光層の被照射部分の比抵抗が低下し、感光体1Yの表面の帯電した電荷が流れ、一方、レーザ光線3Yが照射されなかった部分の電荷が残留することによって形成される、いわゆるネガ潜像である。
このようにして感光体1Y上に形成された静電潜像は、感光体1Yの走行に従って所定の現像位置まで回転される。そして、この現像位置で、感光体1Y上の静電潜像が、現像装置4Yによって可視像(現像像)化される。
現像装置4Y内には、例えば、少なくともイエロー着色剤と結晶性ポリエステル樹脂及び非晶性ポリエステル樹脂とを含む体積平均粒径が7μmのイエロートナーが収容されている。イエロートナーは、現像装置4Yの内部で攪拌されることで摩擦帯電し、感光体1Y上に帯電した帯電荷と同極性(負極性)の電荷を有して現像剤ロール(現像剤保持体)上に保持されている。そして感光体1Yの表面が現像装置4Yを通過していくことにより、感光体1Y表面上の除電された潜像部にイエロートナーが静電的に付着し、潜像がイエロートナーによって現像される。イエローのトナー像が形成された感光体1Yは、引続き所定速度で走行され、感光体1Y上に現像されたトナー像が所定の1次転写位置へ搬送される。
感光体1Y上のイエロートナー像が1次転写へ搬送されると、1次転写ローラ5Yに所定の1次転写バイアスが印加され、感光体1Yから1次転写ローラ5Yに向う静電気力がトナー像に作用され、感光体1Y上のトナー像が中間転写ベルト20上に転写される。このとき印加される転写バイアスは、トナーの極性(−)と逆極性の(+)極性であり、例えば第1ユニット10Yでは制御部に(図示せず)よって+10μA程度に制御されている。
一方、感光体1Y上に残留したトナーはクリーニング装置6Yで除去されて回収される。
また、第2ユニット10M以降の1次転写ローラ5M、5C、5Kに印加される1次転写バイアスも、第1ユニットに準じて制御されている。
こうして、第1ユニット10Yにてイエロートナー像の転写された中間転写ベルト20は、第2〜第4ユニット10M、10C、10Kを通して順次搬送され、各色のトナー像が重ねられて多重転写される。
第1〜第4ユニットを通して4色のトナー像が多重転写された中間転写ベルト20は、中間転写ベルト20と中間転写ベルト20内面に接する支持ローラ24と中間転写ベルト20の像保持面側に配置された2次転写ローラ(2次転写手段)26とから構成された2次転写部へと至る。一方、記録紙(被転写体)Pが供給機構を介して2次転写ローラ26と中間転写ベルト20とが圧接されている隙間に所定のタイミングで給紙され、所定の2次転写バイアスが支持ローラ24に印加される。このとき印加される転写バイアスは、トナーの極性(−)と同極性の(−)極性であり、中間転写ベルト20から記録紙Pに向う静電気力がトナー像に作用され、中間転写ベルト20上のトナー像が記録紙P上に転写される。尚、この際の2次転写バイアスは2次転写部の抵抗を検出する抵抗検出手段(図示せず)により検出された抵抗に応じて決定されるものであり、電圧制御されている。
この後、記録紙Pは定着装置(定着手段)28へと送り込まれトナー像が加熱され、色重ねしたトナー像が溶融されて、記録紙P上へ定着される。カラー画像の定着が完了した記録紙Pは、排出部へ向けて搬出され、一連のカラー画像形成動作が終了される。
なお、上記例示した画像形成装置は、中間転写ベルト20を介してトナー像を記録紙Pに転写する構成となっているが、この構成に限定されるものではなく、感光体から直接トナー像が記録紙に転写される構造であってもよい。
<プロセスカートリッジ、トナーカートリッジ>
図2は、本実施形態の静電荷像現像剤を収容するプロセスカートリッジの好適な一例を示す概略構成図である。プロセスカートリッジ200は、感光体107とともに、帯電ローラ108、現像装置111、感光体クリーニング装置(クリーニング手段)113、露光のための開口部118、及び、除電露光のための開口部117を取り付けレール116を用いて組み合わせ、そして一体化したものである。
そして、このプロセスカートリッジ200は、転写装置112と、定着装置115と、図示しない他の構成部分とから構成される画像形成装置本体に対して着脱自在としたものであり、画像形成装置本体とともに画像形成装置を構成するものである。なお、300は記録紙である。
図2で示すプロセスカートリッジでは、帯電装置108、現像装置111、クリーニング装置(クリーニング手段)113、露光のための開口部118、及び、除電露光のための開口部117を備えているが、これら装置は選択的に組み合わせることが可能である。本実施形態のプロセスカートリッジでは、感光体107のほかには、帯電装置108、現像装置111、クリーニング装置(クリーニング手段)113、露光のための開口部118、及び、除電露光のための開口部117から構成される群から選択される少なくとも1種を備える。
次に、本実施形態のトナーカートリッジについて説明する。本実施形態のトナーカートリッジは、画像形成装置に着脱可能に装着され、少なくとも、前記画像形成装置内に設けられた現像手段に供給するためのトナーを収めるトナーカートリッジにおいて、前記トナーが既述した本実施形態のトナーであることを特徴とする。なお、本実施形態におけるトナーカートリッジには少なくともトナーが収容されればよく、画像形成装置の機構によっては、例えば現像剤が収められてもよい。
従って、トナーカートリッジの着脱が可能な構成を有する画像形成装置においては、前記トナーを収めたトナーカートリッジを利用することにより、特に容器が小型化されたトナーカートリッジにおいても保存性を保つことができ、高画質を維持しつつ低温定着化を図ることが可能となる。
なお、図1に示す画像形成装置は、トナーカートリッジ8Y、8M、8C、8Kの着脱が可能な構成を有する画像形成装置であり、現像装置4Y、4M、4C、4Kは、各々の現像装置(色)に対応したトナーカートリッジと、図示しないトナー供給管で接続されている。また、トナーカートリッジ内に収納されているトナーが少なくなった場合には、このトナーカートリッジを交換することができる。
以下、実施例を用いて本実施形態を具体的に説明するが、本実施形態は下記実施例により限定されるものではない。
(各分散液の調製)
−非晶性ポリエステル樹脂分散液(1)の調製−
・ビスフェノールAエチレンオキサイド2mol付加物:60mol%
・ビスフェノールAプロピレンオキサイド2mol付加物:40mol%
・テレフタル酸:80mol%
・ドデセニルコハク酸:20mol%
攪拌装置、窒素導入管、温度センサー、精留塔を備えた内容量5リットルのフラスコに上記のモノマーを仕込み、1時間を要して温度を190℃まで上げ、反応系内が均一に攪拌されていることを確認した後、ジブチル錫オキサイドの1.0質量%を投入した。さらに生成する水を留去しながら同温度から6時間を要して240℃まで温度を上げ、240℃でさらに2時間脱水縮合反応を継続し、ガラス転移点が61.0℃、酸価が12.0mgKOH/g、重量平均分子量28000である非晶質ポリエステル樹脂(1)を得た。
次に、5Lのセパラブルフラスコに樹脂を溶解しうる相当量の酢酸エチルとイソプロピルアルコール混合溶剤を投入し、その後上記非晶質ポリエステル樹脂(1)を徐々に投入して、スリーワンモーターで攪拌を施し、完全に溶解させて油相を得た。この攪拌されている油相に希アンモニア水溶液を適量滴下し、更にイオン交換水に滴下して転相乳化させ、更にエバポレータで減圧しながら脱溶剤を実施し、非晶質ポリエステル樹脂(1)の粒子を含む非晶性ポリエステル樹脂分散液(1)を調製した。非晶性樹脂粒子の体積平均粒径は、0.18μmであった(樹脂の濃度はイオン交換水で調整して30質量%とした)。
−非晶性ポリエステル樹脂分散液(2)の調製−
・ビスフェノールAエチレンオキサイド2mol付加物:60mol%
・ビスフェノールAプロピレンオキサイド2mol付加物:40mol%
・テレフタル酸ジメチルエステル:65mol%
・ドデセニルコハク酸:30mol%
・トリメリット酸:5mol.%
攪拌装置、窒素導入管、温度センサー、精留塔を備えた内容量5リットルのフラスコに上記のモノマーを仕込み、1時間を要して温度を190℃まで上げ、反応系内が均一に攪拌されていることを確認した後、ジブチル錫オキサイドの1.0質量%を投入した。さらに生成する水を留去しながら同温度から6時間を要して240℃まで温度を上げ、240℃でさらに2時間脱水縮合反応を継続し、ガラス転移点が58℃、酸価が11.5mgKOH/g、重量平均分子量82000である非晶質ポリエステル樹脂(2)を得た。
次いで非晶質ポリエステル樹脂(2)を用い、次のようにして非晶質ポリエステル樹脂分散液(2)を調製した。5Lのセパラブルフラスコに樹脂を溶解しうる相当量酢酸エチルとイソプロピルアルコール混合溶剤を投入し、その後上記非晶質ポリエステル樹脂(2)を徐々に投入して、スリーワンモーターで攪拌を施し、完全に溶解させて油相を得た。この攪拌されている油相に希アンモニア水溶液を適量滴下し、更にイオン交換水に滴下して転相乳化させ、更にエバポレータで減圧しながら脱溶剤を実施し、非晶質ポリエステル樹脂(2)の粒子を含む非晶質ポリエステル樹脂分散液(2)を調製した。この粒子の体積平均粒径は、0.22μmであった(樹脂粒子の濃度はイオン交換水で調整して30質量%とした)。
−非晶性ポリエステル樹脂分散液(3)の調製−
・ビスフェノールAエチレンオキサイド2mol付加物:70mol%
・ビスフェノールAプロピレンオキサイド2mol付加物:30mol%
・テレフタル酸:100mol%
攪拌装置、窒素導入管、温度センサー、精留塔を備えた内容量5リットルのフラスコに上記のモノマーを仕込み、1時間を要して温度を190℃まで上げ、反応系内が均一に攪拌されていることを確認した後、ジブチル錫オキサイドの1.0質量%を投入した。さらに生成する水を留去しながら同温度から6時間を要して240℃まで温度を上げ、240℃でさらに2時間脱水縮合反応を継続し、ガラス転移点が60℃、酸価が12.5mgKOH/g、重量平均分子量14000である非晶質ポリエステル樹脂(3)を得た。
次いで非晶質ポリエステル樹脂(3)を用い、次のようにして非晶質ポリエステル樹脂分散液(3)を調製した。
5Lのセパラブルフラスコに樹脂を溶解しうる相当量酢酸エチルとイソプロピルアルコール混合溶剤を投入し、その後上記非晶質ポリエステル樹脂(3)を徐々に投入して、スリーワンモーターで攪拌を施し、完全に溶解させて油相を得た。この攪拌されている油相に希アンモニア水溶液を適量滴下し、更にイオン交換水に滴下して転相乳化させ、更にエバポレータで減圧しながら脱溶剤を実施し、非晶質ポリエステル樹脂(3)の粒子を含む非晶質ポリエステル樹脂粒子分散液(3)を調製した。この複合樹脂粒子の体積平均粒径は、0.14μmであった(樹脂粒子の濃度はイオン交換水で調整して30質量%とした)。
−非晶性ポリエステル樹脂分散液(4)の調製−
・ビスフェノールAエチレンオキサイド2mol付加物:30mol%
・ビスフェノールAプロピレンオキサイド2mol付加物:70mol%
・テレフタル酸ジメチルエステル:75mol%
・ドデセニルコハク酸:20mol%
・トリメリット酸:5mol.%
攪拌装置、窒素導入管、温度センサー、精留塔を備えた内容量5リットルのフラスコに上記のモノマーを仕込み、1時間を要して温度を190℃まで上げ、反応系内が均一に攪拌されていることを確認した後、ジブチル錫オキサイドの1.0質量%を投入した。さらに生成する水を留去しながら同温度から6時間を要して240℃まで温度を上げ、240℃でさらに2時間脱水縮合反応を継続し、ガラス転移点が57.5℃、酸価が13.0mgKOH/g、重量平均分子量45000である非晶質ポリエステル樹脂(4)を得た。
次いで非晶質ポリエステル樹脂(4)を用い、次のようにして非晶質ポリエステル樹脂(4)分散液を調製した。5Lのセパラブルフラスコに樹脂を溶解しうる相当量酢酸エチルとイソプロピルアルコール混合溶剤を投入し、その後上記非晶質ポリエステル樹脂(4)を徐々に投入して、スリーワンモーターで攪拌を施し、完全に溶解させて油相を得た。この攪拌されている油相に希アンモニア水溶液を適量滴下し、更にイオン交換水に滴下して転相乳化させ、更にエバポレータで減圧しながら脱溶剤を実施し、非晶質ポリエステル樹脂(4)の粒子を含む非晶質ポリエステル樹脂粒子分散液(4)を調製した。この粒子の体積平均粒径は、0.20μmであった(樹脂粒子の濃度はイオン交換水で調整して30%とした)。
−着色剤分散液の調製−
シアン顔料20質量部(大日精化社製:ECB−301)、アニオン界面活性剤2質量部(第一工業製薬社製:ネオゲンSC,有効成分として着色剤に対して10質量%)、イオン交換水78質量部を用い、ホモジナイザー(IKA社製、ウルトラタラックスT50)を用いて、6000rpmで5分間分散した後、攪拌器で1昼夜攪拌させて脱泡、続けて分散液を高圧衝撃式分散機アルティマイザー(スギノマシン社製、HJP300006)を用いて、圧力240MPaで分散した。分散は25パス相当で行った。その後イオン交換水を加えて、固形分濃度を25.0質量%に調整した。得られた着色剤分散液の平均粒径をマイクロトラックUPAにて測定した所、D50は0.120μmであった。
−離型剤分散液の調製−
カルナバワックス(融点:81℃)40質量部、アニオン界面活性剤2質量部(第一工業製薬社製:ネオゲンSC)、イオン交換水58質量部を用い、ホモジナイザー(IKA社製、ウルトラタラックスT50)を用いて、6000rpmで5分間分散した後、攪拌器で1昼夜攪拌させて脱泡、続けて圧力吐出型ゴーリンホモジナイザーで分散処理し、その後イオン交換水を加えて、固形分濃度を25.0質量%に調整した。得られた離型剤分散液の粒度分布をマイクロトラックUPAにて測定し、体積平均粒径は0.23μmであった。カルナバワックス(融点:81℃)40質量部、アニオン界面活性剤2質量部(第一工業製薬社製:ネオゲンSC)、イオン交換水58質量部を用い、ホモジナイザー(IKA社製、ウルトラタラックスT50)を用いて、6000rpmで5分間分散した後、攪拌器で1昼夜攪拌させて脱泡、続けて圧力吐出型ゴーリンホモジナイザーで分散処理し、その後イオン交換水を加えて、固形分濃度を25.0質量%に調整した。得られた離型剤分散液の粒度分布をマイクロトラックUPAにて測定し、体積平均粒径は0.23μmであった。
<実施例1〜5、比較例1〜5>
(トナーの作製)
・イオン交換水:280質量部
・非晶性ポリエステル樹脂分散液(1):367質量部
・アニオン性界面活性剤(第一工業製薬(株):ネオゲンRK、20質量%):2.8質量部
上記成分を温度計、pH計、攪拌機、を具備した3リットルの反応容器に入れ、外部からマントルヒーターで温度制御しながら、温度30℃、攪拌回転数150rpmにて、30分間攪拌した。更に着色剤分散液を60質量部、離型剤分散液を80質量部を投入し、5分間攪拌した。これに1.0質量%硝酸水溶液を添加し、pHを3.0に調整した。
上記3.0に調整した混合物をホモジナイザー(IKAジャパン社製:ウルトラタラクスT50)で分散しながら、ポリ塩化アルミニウムを0.4質量部添加し、攪拌機しながら、50℃まで昇温し、コールターカウンター[TA−II]型(アパーチャー径:50μm、コールター社製)にて粒径を測定して体積平均粒径が5.5μmとなった(コア粒子の形成)ところで、非晶質ポリエステル樹脂分散液(2)を180質量部投入した。投入後30分間保持した後、5質量%水酸化ナトリウム水溶液を用いてpHを8.0にした。その後、90℃まで昇温し、90℃で3時間保持した(シェルの形成)後、冷却しトナー粒子分散液(1)を得た。
(洗浄工程)
得られたトナー粒子分散液(1)を濾過し、これに固形分濃度が20質量%となるようにイオン交換水を滴下する。表1の洗浄方法のアルカリ処理の欄に記載の処理温度(洗浄水温度)に調整した後、5質量%水酸化ナトリウム水溶液を表1の洗浄方法のアルカリ処理の欄に記載のpH(処理pH)となるまで添加し、アルカリ処理攪拌洗浄を20分間実施した後、濾過した。この後、固形分濃度が20質量%となるようにイオン交換水を滴下し、1M−HNO水溶液を表1の洗浄方法の酸処理の欄に記載のpH(処理pH)となるまで添加し、酸処理攪拌洗浄を20分間実施した後、濾過した。この操作の後、固形分濃度が20質量%となるようにイオン交換水を滴下し、ろ液の電気伝導度が15μS/cm以下となるまでイオン交換水で繰り返し洗浄行った後、濾過した。この濾過したトナーを40℃のオーブン中で5時間真空乾燥して、実施例1のトナー(1)を得た。
実施例1において、コア粒子の形成及びシェルの形成に用いた非晶質ポリエステル樹脂分散液の種類を表1に記載の分散液に変更し、更に洗浄工程における洗浄時の処理pH及び処理温度を表1に記載の処理pH及び処理温度にそれぞれ変更して、実施例2〜5、比較例1〜5のトナー(2)〜(10)をそれぞれ得た。尚、アルカリ処理又は酸処理の欄の「−−」は、処理を行わなかったことを示す。
(キャリアの作製)
・フェライト粒子(平均粒径:50μm):100質量部
・トルエン:14質量部
・スチレン/メチルメタクリレート共重合体(共重合比:15/85):2質量部
・カーボンブラック:0.2質量部
まず、フェライト粒子を除く上記成分をサンドミルにて分散し、この分散液をフェライト粒子と共に真空脱気型ニーダに入れ、攪拌しながら減圧し乾燥させることによりキャリアを得た。
(現像剤の作製)
上記キャリア100質量部に対して、トナー(1)〜(10)をそれぞれ8質量部混合し、現像剤(1)〜(10)をそれぞれ得た。
得られた現像剤(1)〜(10)に用いたトナーの詳細、更に既述の方法で測定した比率A、比率B、(比率A−比率B)、テトラヒドロフランに溶解させた可溶分の重量平均分子量及び分子量2000以下の成分の比率を表1に示す。
Figure 2010151963
(評価)
実施例1〜5、比較例1〜5の現像剤を用いて、Docu Centre Color 400改造機(富士ゼロックス社製)により、低温・低湿(10℃,20%RH)及び高温・高湿(30℃,85%RH)下で50000枚の出力試験(画像面積:5%)を行い、下記の帯電維持性、画像濃度、カブリの評価を行った。その結果を表2に示す。
[帯電維持性]
帯電維持性の評価は、初期(500枚走行)の帯電量と5000枚走行後での帯電量との差を求めた。なお、帯電量測定器は東芝社(製)ブローオフトライボ測定器TB200を使用した。尚、前記帯電量の差は、5μc/g以下にすることを一つの目的とするが、その値は小さいほど好ましい。
[画像濃度評価]
画像濃度は、500枚走行時、及び5000枚走行時で得られた画像の濃度をX−rite404濃度測定器により測定した。画像濃度は1.30以上あれば実使用上大きな問題は無い。
[画質カブリ評価]
室温32℃、湿度75%の環境室にて、500枚走行時、及び5000枚走行時で得られた画像について、非画像部を目視観察し、G1(カブリ無し)からG5(明らかなカブリ有り)までのグレード付けを行った。通常G2以下であれば画質上の問題は無いと判断される。
Figure 2010151963
表2に示されるように、実施例1〜5は、低温・低湿下及び高温高湿下においても優れた帯電維持性を保持し、濃度再現性及びカブリの様な画像欠陥の無い優れた画像が得られるが、比較例1〜5は、低温・低湿下で初期から濃度が出なかったり、高温高湿下では、連続走行後カブリが悪化する等、優れた画像が得られない。
本実施形態の画像形成装置の一例を示す概略構成図である。 本実施形態のプロセスカートリッジの一例を示す概略構成図である。
符号の説明
1Y、1M、1C、1K、107 感光体(像保持体)
2Y、2M、2C、2K、108 帯電ローラ
3Y、3M、3C、3K レーザ光線
3 露光装置
4Y、4M、4C、4K、111 現像装置(現像手段)
5Y、5M、5C、5K 1次転写ローラ
6Y、6M、6C、6K、113 感光体クリーニング装置(クリーニング手段)
8Y、8M、8C、8K トナーカートリッジ
10Y、10M、10C、10K ユニット
20 中間転写ベルト
22 駆動ローラ
24 支持ローラ
26 2次転写ローラ(転写手段)
28、115 定着装置(定着手段)
30 中間転写体クリーニング装置
112 転写装置
116 取り付けレール
117 除電露光のための開口部
118 露光のための開口部
200 プロセスカートリッジ、
P、300 記録紙(被転写体)

Claims (7)

  1. ポリエステル樹脂を含む結着樹脂、離型剤及び着色剤を含有し、湿式製法で製造され、
    下記定義(a)により定義されるAと、下記定義(b)により定義されるBとが、下記式(1)及び(2)の関係を満たすことを特徴とする静電荷像現像用トナー。
    定義(a)
    トナー100gをメタノール500gに溶解し、抽出されたトナー成分の重量の、抽出前のトナー100gに対する比率をAとする。
    定義(b)
    トナー100gをイオン交換水500gに分散し、pH9.0に調整した後に50℃にて3時間加熱処理する。更に加熱処理したトナー100gを、メタノール500gに溶解し、抽出されたトナー成分の重量の、抽出前の加熱処理したトナー100gに対する比率をBとする。
    式(1)
    A ≦ 2%
    式(2)
    (A−B) ≦ 0.05%
  2. トナー100gをメタノール500gに添加し、温度50℃の条件下で3時間攪拌したときに、メタノールに抽出されたトナー成分を、乾固後にテトラヒドロフランに溶解させた可溶分は、分子量2000以下の成分の比率が70重量%未満であることを特徴とする請求項1に記載の静電荷像現像用トナー。
  3. ポリエステル樹脂Aを含む結着樹脂、着色剤及び離型剤を含むコア粒子の表面に、ポリエステル樹脂Bを含む結着樹脂を含有するシェルを設けたコアシェル構造を有し、
    前記ポリエステル樹脂Bの重量平均分子量が40000以上100000以下であり、
    前記ポリエステル樹脂Bの重量平均分子量が前記ポリエステル樹脂Aの重量平均分子量より大きいことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の静電荷像現像用トナー。
  4. トナーを含み、該トナーが請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の静電荷像現像用トナーであることを特徴とする静電荷像現像剤。
  5. トナーが少なくとも収められ、該トナーが請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の静電荷像現像用トナーであることを特徴とするトナーカートリッジ。
  6. 現像剤保持体を少なくとも備え、請求項4に記載の静電荷像現像剤を収めることを特徴とするプロセスカートリッジ。
  7. 像保持体と、該像保持体上に形成された静電荷像を現像剤によりトナー像として現像する現像手段と、像保持体上に形成されたトナー像を被転写体上に転写する転写手段と、被転写体上に転写されたトナー像を定着する定着手段と、を有し、前記現像剤が請求項4に記載の静電荷像現像剤であることを特徴とする画像形成装置。
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