JP2013156592A - 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、画像形成装置及び画像形成方法 - Google Patents
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- Developing Agents For Electrophotography (AREA)
Abstract
【解決手段】結着樹脂と離型剤とを含む材料を混錬粉砕して得られるトナー粒子と、平均径が100nm以上500nm以下であり、平均円形度が0.5以上0.85以下であり、立体画像解析により求められる最大高さHに対する平面画像解析により求められる円相当径Daの比の平均値が、1.5を超え1.9未満であるシリカ粒子である外添剤と、を有する静電荷像現像用トナーである。
【選択図】なし
Description
結着樹脂と離型剤とを含む材料を混錬粉砕して得られるトナー粒子と、
平均径が100nm以上500nm以下であり、平均円形度が0.5以上0.85以下であり、立体画像解析により求められる最大高さHに対する平面画像解析により求められる円相当径Daの比の平均値が、1.5を超え1.9未満であるシリカ粒子である外添剤と、
を有する静電荷像現像用トナーである。
請求項1に記載の静電荷像現像用トナーを含む静電荷像現像剤である。
請求項1に記載の静電荷像現像用トナーを収納し、
画像形成装置に着脱されるトナーカートリッジである。
画像形成装置に着脱されるプロセスカートリッジである。
像保持体と、
前記像保持体の表面を帯電する帯電手段と、
前記像保持体の表面に静電荷像を形成する静電荷像形成手段と、
請求項2に記載の静電荷像現像剤を収納し、前記静電荷像現像剤により前記静電荷像を現像してトナー像を形成する現像手段と、
前記トナー像を記録媒体に転写する転写手段と、
前記像保持体の表面をクリーニングするクリーニング手段と、
前記記録媒体に前記トナー像を定着する定着手段と、
を備える画像形成装置である。
像保持体の表面を帯電する帯電工程と、
前記像保持体表面に静電荷像を形成する静電荷像形成工程と、
請求項2に記載の静電荷像現像剤により前記静電荷像を現像してトナー像を形成する現像工程と、
前記トナー像を記録媒体に転写する転写工程と、
前記像保持体の表面をクリーニングするクリーニング工程と、
前記記録媒体に前記トナー像を定着する定着工程と、
を有する画像形成方法である。
請求項2に係る発明によれば、結着樹脂と離型剤とを含む材料を混錬粉砕して得られるトナー粒子と、平均径が100nm以上500nm以下であり、平均円形度が0.5以上0.85以下であり、立体画像解析により求められる最大高さHに対する平面画像解析により求められる円相当径Daの比の平均値が、1.5を超え1.9未満ではないシリカ粒子である外添剤と、を有する静電荷像現像用トナーを適用する場合に比べ、優れたクリーニング性を有すると共に広範囲の定着温度域を有し、高温度領域での定着不良の発生を抑制する静電荷像現像剤が得られる。
請求項3〜6に係る発明によれば、結着樹脂と離型剤とを含む材料を混錬粉砕して得られるトナー粒子と、平均径が100nm以上500nm以下であり、平均円形度が0.5以上0.85以下であり、立体画像解析により求められる最大高さHに対する平面画像解析により求められる円相当径Daの比の平均値が、1.5を超え1.9未満ではないシリカ粒子である外添剤と、を有する静電荷像現像用トナーを適用する場合に比べ、クリーニング性の低下と定着温度域の縮小とに起因する画像欠陥を抑制した画像が得られる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が得られる。
本実施形態に係る静電荷像現像用トナー(以下、単に「トナー」と称する場合がある)は、結着樹脂と離型剤とを含む材料を混錬粉砕して得られるトナー粒子(以下、混錬粉砕トナー粒子と称する場合がある)と、平均径が100nm以上500nm以下であり、平均円形度が0.5以上0.85以下であり、立体画像解析により求められる最大高さHに対する平面画像解析により求められる円相当径Daの比(Da/H)の平均値が、1.5を超え1.9未満であるシリカ粒子である外添剤と、を有する。
そのため、混錬粉砕トナー粒子を有するトナーを用いた場合、トナー同士が、又は、トナーと像保持体とが、離型剤を介して非静電的に付着し易くなると考えられ、転写効率を抑制したり、クリーニング部においてクリーニングブレードで擦られて感光体を汚染する、といった傾向にある。
このような、トナー粒子表面に露出した離型剤に起因する付着を抑制する方法として、平均径が100nm以上の大きい外添剤を外添することが挙げられるが、反面トナー粒子から遊離し易いため、外添剤がクリーニング部をすり抜けてフィルミング(感光体へのトナー固着)といった感光体の汚染を生じる傾向にある。
このような現象は、外添剤の形状が球状に近い場合、特に生じ易い傾向にあると考えられる。
また、形状が球状に近い外添剤は、転がり易いため、表面に凹凸が多い混錬粉砕トナー粒子上で偏在し易く、トナー粒子を被覆するためには多量の外添剤を添加する必要が生じるので、トナーから遊離する遊離外添剤が増加する傾向にあり、像保持体上のクリーニングを要する外添剤の量も増加し、クリーニング性が低下すると考えられる。
さらに、球状に近い形状の外添剤は、トナー粒子上を転がって離型剤が露出した箇所に付着し、離型剤を被覆して離型剤の機能を発揮できない状態とし易く、その結果、トナーにおける定着時の高温オフセット温度を低下させ、定着温度域を狭める傾向にあると考えられるが、このような、離型剤を被覆する現象は、外添剤の添加量が増加するほど生じる傾向にあると考えられる。
しかし、異形状の外添剤は、嵩張りやすく、重なると立体障害が生じ易い形状であるため、トナー粒子の被覆率を上げるためには多量の外添剤を添加する必要がある。
そして、外添剤を多量に添加する結果、トナー粒子から遊離する外添剤が増加してクリーニング性が低下し、かつ、外添剤に被覆されて機能を発揮できない離型剤が増加してトナーの定着温度域が狭まる(特に高温度域での定着不良が抑制されない)傾向にあると考えられる。
また、本実施形態に係るトナーは、外添剤が板状の扁平構造でトナー粒子上を転がり難いため、球状の外添剤を用いた場合に比較すると、表面に凹凸が多い混錬粉砕トナー粒子であっても外添剤が偏在し難くなるので、上述のような、多量の外添剤を添加することによるクリーニング性の低下が抑制されると考えられる。
また、外添剤が転がり難くなることから、転がった外添剤が離型剤に優先してトラップされて離型剤を被覆することに起因する、トナーの定着温度域が狭まる傾向が抑制される。
加えて、該外添剤は、異形状の外添剤の中でも、板状の扁平構造であることから、外添剤の特定の面が広くなり、その広い面がトナー粒子と接すると、1つの外添剤が覆うトナー粒子上の面積が広くなるため、少量の外添剤でトナー粒子を被覆した場合であっても、トナー粒子の被覆率が高くなる傾向にあると考えられる。
つまり、少量の外添剤でトナー粒子の被覆率を上げることとなるため、厚みがある異形状の外添剤のように、トナーに多量の外添剤を添加する必要がなくなると考えられる。
その結果、トナーから遊離する遊離外添剤が減少して像保持体上のクリーニングを要する外添剤の量が減少し、優れたクリーニング性を有する傾向にあり、かつ、外添剤に被覆されて機能を発揮できない離型剤が減少してトナーの定着温度域が狭まる傾向が抑制される。
本実施形態に係るトナーが有する外添剤は、平均径が100nm以上500nm以下であり、平均円形度が0.5以上0.85以下であり、立体画像解析により求められる最大高さHに対する平面画像解析により求められる円相当径Daの比の平均値が、1.5を超え1.9未満であるシリカ粒子である。
以下、外添剤として用いるシリカ粒子について述べる。
シリカ粒子は、平均径が100nm以上500nm以下である。
シリカ粒子の平均径は、100nm以上500nm以下とすることで、トナー粒子表面の離型剤に起因して、トナー同士が、又は、トナーと像保持体とが、離型剤を介して非静電的に付着することを抑制すると考えられる。
また、シリカ粒子の平均径は、100nm以上とすることで、粒子の形状が球状となり難く、円形度が0.5以上0.85以下の形状となり易いと考えられる。さらに、シリカ粒子をトナー粒子に被覆する場合に、トナー粒子表面に分散し易い傾向があると考えられる。
シリカ粒子の平均径は、500nm以下とすることで、シリカ粒子に機械的負荷が加わった場合に欠損し難くなり、また、シリカ粒子をトナー粒子に被覆した場合にトナー粒子の強度が向上する傾向にあり、さらに、シリカ粒子を付着するトナー粒子の流動性を上げ易くなると考えられる。
シリカ粒子は、平均円形度が0.5以上0.85以下である。
平均円形度が0.85以下であると、球状から離れていく為、トナー粒子上を転がり難い傾向があり、シリカ粒子をトナー粒子へ添加した際に、トナーにおける外添剤の構造の変化が抑制されると考えられる。
また、シリカ粒子をゾルゲル法により製造する場合、シリカ粒子は平均円形度が0.5以上であるほうが製造上容易である。
円形度(100/SF2)=4π×(A/I2) 式(1)
〔式(1)中、Iは画像上におけるシリカ粒子の周囲長を示し、Aはシリカ粒子の投影面積を表す。
シリカ粒子の平均円形度は、上記平面画像解析によって得られたシリカ粒子100個の円形度の累積頻度における50%円形度として得られる。
本シリカ粒子は、「立体画像解析により求められるシリカ粒子の最大高さH」に対する「平面画像解析により求められるシリカ粒子の円相当径Da」の比(Da/H)の平均値が、1.5を超え1.9未満である。
Da/Hの平均値は、シリカ粒子それぞれについてDaおよびHを測定して得たシリカ粒子それぞれのDa/Hの平均値である。
また、トナーに添加するシリカ粒子が少量で済むことから、トナーから遊離するシリカ粒子が減少する傾向にあるので、像保持体上のクリーニングを要するシリカ粒子の量が減少すると考えられる。
その結果、上記のトナーは優れたクリーニング性を有すると共に広範囲の定着温度域を有し、高温度領域での定着不良の発生を抑制することとなる。
また、Da/Hの平均値が1.5を超えることにより、シリカ粒子の高さHが増すことによる外部からの機械的負荷を受け易い構造となることを抑制する結果、トナー粒子の流動性を維持し得ると考えられる。
さらに、Da/Hの平均値は、1.9未満であることによりシリカ粒子の形状が鱗片状に近付くことを抑制する結果、シリカ粒子に機械的負荷が加わった場合に欠損し易くなることによるトナー粒子の流動性の低下を抑制すると考えられる。
トナー粒子に外添させた後のシリカ粒子を、電子線三次元粗さ解析装置(ERA−8900:エリオニクス社製)を用いて、倍率10,000倍の視野で10nm毎にX−Y軸方向の高さ解析を行い、高さを求めると同時に、同視野での倍率10,000倍の二次元画像を撮影する。
次に、二次元画像を、画像解析ソフトWinROOF(三谷商事社製)を用いて、0.010000μm/pixel条件で求めた面積から、下記式(2)で円相当径Daを求め、粒子毎に粒子番号を付ける。
円相当径=2√(面積/π) 式(2)
また、Da/Hの平均値は、測定したシリカ粒子100個の平均である。
シリカ粒子は、シリカ、すなわちSiO2を主成分とする粒子であればよく、結晶性でも非晶性でもよい。また、水ガラスやアルコキシシラン等のケイ素化合物を原料に製造された粒子であってもよいし、石英を粉砕して得られる粒子であってもよい。
また、シリカ粒子の分散性の観点から、シリカ粒子表面は疎水化処理されていることが望ましい。例えば、シリカ粒子表面がアルキル基で被覆されることにより、シリカ粒子は疎水化される。そのためには、例えば、シリカ粒子にアルキル基を有する公知の有機珪素化合物を作用させればよい。疎水化処理の方法の詳細は後述する。
シリカ粒子の製造方法は、得られるシリカ粒子が、平均径が100nm以上500nm以下であり、平均円形度が0.5以上0.85以下であり、立体画像解析により求められる最大高さHに対する平面画像解析により求められる円相当径Daの比の平均値が、1.5を超え1.9未満であるものであれば、特に制限されない。
例えば、粒径が500nmを超えるシリカ粒子を粉砕し、分級する乾式方法によって得てもよいし、アルコキシシランに代表されるケイ素化合物を原料とし、ゾルゲル法によって粒子を生成する、いわゆる湿式方法によってシリカ粒子を製造してもよい。湿式方法としては、ゾルゲル法のほかに、水ガラスを原料としてシリカゾルを得る方法もある。
本実施形態に係るシリカ粒子の製造方法では、上記手法により、平均径が100nm以上500nm以下で、Da/Hの平均値が1.5を超え1.9未満となる平均円形度が0.5以上0.85以下の異形状のシリカ粒子が得られる。この理由は、定かではないが以下の理由によるものと考えられる。
そして、テトラアルコキシシランとアルカリ触媒との供給をそれぞれ続けていくと、テトラアルコキシシランの反応により、生成した核粒子が成長する。
テトラアルコキシシラン及びアルカリ触媒の供給を停止することで、理由は定かではないが、反応系中の粒子が扁平状に凝集すると考えられる。ここで、テトラアルコキシシラン及びアルカリ触媒の供給の停止が早すぎると、すなわち、テトラアルコキシシランの供給量が少ないと、反応系中の粒子濃度が希薄で、粒子同士が衝突する確立が低く、凝集が進みにくいと考えられる。一方、テトラアルコキシシラン及びアルカリ触媒の供給の停止が遅く、テトラアルコキシシランの供給量が多いと、核粒子の成長が進み過ぎ、粒子自体が安定し、凝集しないため、扁平状の粒子が形成されないと考えられる。
また、テトラアルコキシシラン及びアルカリ触媒の供給を停止する時間が短いと、粒子の凝集量が足りず、停止時間が長いと、凝集しすぎてゲル状になる場合がある。
その上、このようなシリカ粒子の製造方法では、生成した異形状の核粒子が異形状を保ったまま粒子成長され、シリカ粒子が得られると考えられることから、機械的負荷に強く、壊れ難いシリカ粒子が得られると考えられる。
さらに、このようなシリカ粒子の製造方法では、アルカリ触媒溶液中に、テトラアルコキシシランとアルカリ触媒とをそれぞれ供給し、テトラアルコキシシランの反応を生じさせることで、粒子生成を行っていることから、従来のゾルゲル法により異形状のシリカ粒子を製造する場合に比べ、総使用アルカリ触媒量が少なくなり、その結果、アルカリ触媒の除去工程の省略も実現される。これは、特に、高純度が求められる製品にシリカ粒子を適用する場合に有利である。
以下、シリカ粒子の製造方法の詳細を説明する。
粒子生成工程は、さらに、少なくとも、3段階に別れ、アルカリ触媒溶液に、テトラアルコキシシラン及びアルカリ触媒を供給してシリカ粒子の生成を開始する第1の供給工程と、テトラアルコキシシラン及びアルカリ触媒の供給を停止する供給停止工程(熟成工程ともいう)と、その後、テトラアルコキシシラン及びアルカリ触媒の供給を再開する第2の供給工程とを有する。
準備工程は、アルコールを含む溶媒を準備し、これにアルカリ触媒を添加して、アルカリ触媒溶液を準備する。
なお、アルコールとしては、例えば、メタノール、エタノール等の低級アルコールが挙げられる。
アルカリ触媒の濃度が、0.6mol/L以上であると、粒子生成工程でテトラアルコキシシランを供給したときに、生成した核粒子の成長過程の核粒子の分散性が安定となり、2次凝集物等の粗大凝集物が生成を抑制し、ゲル化状となることを抑制し得る。
一方、アルカリ触媒の濃度が、0.85mol/Lより多いと、生成した核粒子の安定性が過大となり、真球状の核粒子が生成され、平均円形度が0.85以下の異形状の核粒子が得られず、その結果、異形状のシリカ粒子が得られない。
なお、アルカリ触媒の濃度は、アルコール触媒溶液(アルカリ触媒+アルコールを含む溶媒)に対する濃度である。
次に、粒子生成工程について説明する。
粒子生成工程は、アルカリ触媒溶液中に、テトラアルコキシシランと、アルカリ触媒と、をそれぞれ供給し、当該アルカリ触媒溶液中で、テトラアルコキシシランを反応(加水分解反応、縮合反応)させて、シリカ粒子を生成する工程である。本実施形態に係るシリカ粒子の製造方法では、このように粒子成長を進ませる中で、添加成分の供給を止めて、凝集させ、扁平状の異形粒子を形成する。
第1の供給工程は、アルカリ触媒溶液中に、テトラアルコキシシラン及びアルカリ触媒を供給する工程である。テトラアルコキシシランは、準備工程におけるアルコールの量に対し、0.002mol/mol以上0.008mol/mol以下となるまで供給する。
ここで、「準備工程におけるアルコールの量に対し、0.002mol/mol以上0.008mol/mol以下の濃度」とは、『準備工程で用意したアルカリ触媒溶液中のアルコールの単位モル量(1mol)に対して、0.002mol以上0.008mol以下』を意味する。
一方、テトラアルコキシシランの供給量が、準備工程で準備したアルカリ触媒溶液中のアルコールの量に対し0.008mol/molより多いと、核粒子が安定してしまうため粒子同士の合一が進まず、異形化度の低い粒子が形成され、流動維持性が損なわれる。
具体的には、例えば、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラプロポキシシラン、テトラブトキシシラン等が挙げられるが、反応速度の制御性や得られるシリカ粒子の形状、粒径、粒度分布等の点から、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシランがよい。
既述のように、テトラアルコキシシラン及びアルカリ触媒を供給する対象であるアルカリ触媒溶液は、アルカリ触媒の濃度(含有量)が、0.6mol/L以上0.85mol/L以下であることがこのましい。
従って、第1の供給工程は、0.6mol/L以上0.85mol/L以下の濃度でアルカリ触媒が含まれるアルカリ触媒溶液中に、テトラアルコキシシラン及びアルカリ触媒を供給して、核粒子を形成する核粒子形成工程を含むことが好ましい。アルカリ触媒溶液のアルカリ触媒の濃度の好ましい範囲は、既述のとおりである。
これは、アルカリ触媒溶液を準備する工程で用いたアルコール1molに対して、1分間当たり0.001mol以上0.010mol以下の供給量でテトラアルコキシシランを供給することを意味する。
なお、シリカ粒子の粒径については、テトラアルコキシシランの種類や、反応条件にもよるが、粒子生成の反応に用いるテトラアルコキシシランの総供給量を、例えばシリカ粒子分散液1Lに対し1.08mol以上とすることで、粒径が100nm以上の一次粒子が得られ、シリカ粒子分散液1Lに対し5.49mol以下とすることで、粒径が500nm以下の一次粒子が得られる。
テトラアルコキシシランの供給速度が0.010mol/(mol・min)以下であれば、核粒子形成段階におけるテトラアルコキシシラン同士の反応や、粒子成長におけるテトラアルコキシシランと核粒子との反応に対する供給量が過大とならず、反応系がゲル化しにくく、核粒子形成及び粒子成長を阻害しにくい。
アルカリ触媒の供給量が、0.1mol以上であることで、生成した核粒子の成長過程の核粒子の分散性が安定し、2次凝集物等の粗大凝集物が生成しにくく、ゲル化状となることが抑制される。
一方、アルカリ触媒の供給量が、0.4mol以下であることで、生成した核粒子の安定性が過大となりにくく、核粒子生成段階で形成した異形状の核粒子が核粒子成長段階で球状に成長することを抑制する。
供給停止工程では、第1の供給工程により、テトラアルコキシシランが既述の濃度となるまでテトラアルコキシシラン及びアルカリ触媒を供給した後、テトラアルコキシシラン及びアルカリ触媒の供給を0.5min以上10min以下の時間停止するものである。
供給停止工程は、テトラアルコキシシラン及びアルカリ触媒の供給を一度停止して、核粒子の凝集を進めて熟成させる、いわば熟成工程である。
熟成工程における、テトラアルコキシシラン及びアルカリ触媒の供給停止時間を10min以下とすることで、粒子同士の合一が過剰に進み、粒子の分散が損なわれることを抑制する。
第2の供給工程は、供給停止工程の後、さらに、テトラアルコキシシラン及びアルカリ触媒を供給するものである。供給停止工程によって停止していたテトラアルコキシシラン及びアルカリ触媒の供給を、再開することで、核粒子の凝集体を、さらに粒子成長させ、扁平状、異形シリカ粒子の平均径をさらに大きくする。
第2の供給工程において、反応系に供給するテトラアルコキシシランの濃度および供給量、ならびに、アルカリ触媒の濃度および供給量は、第1の供給工程において、反応系に供給するテトラアルコキシシランの濃度および供給量、ならびに、アルカリ触媒の濃度および供給量と異なっていてもよい。
また、本シリカ粒子の製造方法においては、第2の供給工程の後に、1回以上の供給停止工程を有していてもよいし、さらにテトラアルコキシシラン及びアルカリ触媒を供給する供給工程を有していてもよい。
乾燥されたシリカ粒子は、必要に応じて解砕、篩分により、粗大粒子や凝集物の除去を行うことがよい。解砕方法は、特に限定されないが、例えば、ジェットミル、振動ミル、ボールミル、ピンミルなどの乾式粉砕装置により行う。篩分方法は、例えば、振動篩、風力篩分機など公知のものにより行う。
疎水化処理剤としては、例えば、アルキル基(例えばメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基等)を有する公知の有機珪素化合物が挙げられ、具体例には、例えば、シラザン化合物(例えばメチルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、トリメチルクロロシラン、トリメチルメトキシシランなどのシラン化合物、ヘキサメチルジシラザン、テトラメチルジシラザン等)等が挙げられる。疎水化処理剤は、1種で用いてもよいし、複数種用いてもよい。
これら疎水化処理剤の中も、トリメチルメトキシシラン、ヘキサメチルジシラザンなどのトリメチル基を有する有機珪素化合物が好適である。
ここで、粉体のシリカ粒子を疎水化処理する方法としては、ヘンシェルミキサーや流動床などの処理槽内で粉体の親水性シリカ粒子を攪拌し、そこに疎水化処理剤を加え、処理槽内を加熱することで疎水化処理剤をガス化して粉体のシリカ粒子の表面のシラノール基と反応させる方法が挙げられる。処理温度は、特に限定されないが、例えば、80℃以上300℃以下がよく、望ましくは120℃以上200℃以下である。
次に、トナー粒子について説明する。
トナー粒子は、結着樹脂と、離型剤と、必要に応じて、着色剤と、その他添加剤と、を含んで構成される。
ポリエステル樹脂は、ジカルボン酸成分とジオール成分との中から好適なものを選択して組合せ、例えば、エステル交換法又は重縮合法等、従来公知の方法を用いて合成することで得られる。
離型剤としては、例えば、低分子量ポリプロピレン、低分子量ポリエチレン等の炭化水素系ワックス、オレフィンワックス、パラフィンワックス;シリコーン樹脂;ロジン類;ライスワックス;カルナバワックス;等が挙げられる。これらの離型剤の融解温度は、50℃以上100℃以下が望ましく、60℃以上95℃以下がより望ましい。
離型剤の含有量が0.5質量%以上であれば、特にオイルレス定着において剥離不良の発生が防止される。離型剤の含有量が15質量%以下であれば、トナーの流動性が悪化することがなく、画質および画像形成の信頼性が向上する。
着色剤としては、例えば、染料であっても顔料であってもかまわないが、耐光性や耐水性の観点から顔料が望ましい。
着色剤としては、例えば、カーボンブラック、アニリンブラック、アニリンブルー、カルコイルブルー、クロムイエロー、ウルトラマリンブルー、デュポンオイルレッド、キノリンイエロー、メチレンブルークロライド、フタロシアニンブルー、マラカイトグリーンオキサレート、ランプブラック、ローズベンガル、キナクリドン、ベンジシンイエロー、C.I.ピグメント・レッド48:1、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185、C.I.ピグメント・レッド238、C.I.ピグメント・イエロー12、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97、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等の公知の顔料を使用してもよい。
着色剤の種類を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。
帯電制御剤としては、公知のものを使用してもよいが、アゾ系金属錯化合物、サリチル酸の金属錯化合物、極性基を含有するレジンタイプの帯電制御剤を用いてもよい。
本実施形態のトナー粒子の形状係数SF1は140以上160以下の範囲であることが望ましい。トナー粒子の形状係数SF1を前述の範囲とすることで、高湿度下における赤色画像の再現性が向上する。その理由は定かではないが、トナー粒子の形状係数SF1を前述の範囲とすることでトナー粒子の形状が不定形となり、転写時における画像形成時に赤色は2次色のため、トナー2層と画像が高くなるが、トナー粒子のころがりが抑制され、トナー粒子がちらばりにくくなる理由から定着画像表面の凹凸が少なくなり、トナー粒子画像のグロスが向上することで高湿度下における赤色画像の再現性が向上するためと推察される。
上記形状係数SF1は、145以上155以下の範囲であることがより望ましい。
SF1=(ML2/A)×(π/4)×100 ・・・ 式(2)
上記式(2)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。
トナー粒子のガラス転移温度(Tg)は、40℃以上50℃以下の範囲であることがより好ましい。
本実施形態のトナーの製造方法は、公知である混練粉砕法等の乾式法によってトナー粒子を作製し、上記外添剤を外添する。
混練粉砕法は、より詳細には、結着樹脂と離型剤とを含む材料を混錬する混錬工程と、前記混錬物を粉砕する粉砕工程とに分けられる。必要に応じて、混錬工程により形成された混錬物を冷却する冷却工程等、他の工程を有してもよい。
各工程の一例について詳しく説明する。
混錬工程は、結着樹脂と離型剤とその他必要に応じた添加剤とを含む材料(以下、トナー粒子形成材料と称する場合がある)を混錬する。
混錬工程においては、トナー粒子形成材料100質量部に対し、0.5質量部以上5質量部以下の水系媒体(例えば、蒸留水やイオン交換水等の水、アルコール類等)を添加することが望ましい。
スクリュー押出し機11は、スクリュー(図示せず)を備えたバレル12と、バレル12にトナーの材料であるトナー粒子形成材料を注入する注入口14と、バレル12中のトナー粒子形成材料に水系媒体を添加するための液体添加口16と、バレル12中でトナー粒子形成材料が混錬されて形成された混錬物を排出する排出口18と、から構成されている。
ついで、送りスクリュー部SBにおいて、液体添加口16からバレル12に水系媒体を注入することにより、トナー粒子形成材料に水系媒体を添加する。また図1では、送りスクリュー部SBにおいて水系媒体を注入する形態を示しているが、これに限られず、ニーディング部NBにおいて水系媒体が注入されてもよく、送りスクリュー部SB及びニーディング部NBの両方において水系媒体が注入されてもよい。すなわち、水系媒体を注入する位置及び注入箇所は、必要に応じて選択される。
最後に、ニーディング部NBにより溶融混錬されて形成された混錬物は、送りスクリュー部SCにより排出口18に輸送され、排出口18から排出される。
以上のようにして、図1に示したスクリュー押出機11を用いた混錬工程が行われる。
冷却工程は、上記混錬工程において形成された混錬物を冷却する工程であり、冷却工程では、混錬工程終了の際における混錬物の温度から4℃/sec以上の平均降温速度で40℃以下まで冷却することが好ましい。混錬物の冷却速度が遅い場合、混錬工程において結着樹脂中に細かく分散された混合物(トナー粒子形成材料の混合物)が再結晶化し、分散径が大きくなる場合がある。一方、上記平均降温速度で急冷すると、混錬工程終了直後の分散状態がそのまま保たれるため好ましい。なお上記平均降温速度とは、混錬工程終了の際における混錬物の温度(例えば図1のスクリュー押出し機11を用いた場合は、t2℃)から40℃まで降温させる速度の平均値をいう。
冷却工程における冷却方法としては、具体的には、例えば、冷水又はブラインを循環させた圧延ロール及び挟み込み式冷却ベルト等を用いる方法が挙げられる。なお、前記方法により冷却を行う場合、その冷却速度は、圧延ロールの速度、ブラインの流量、混錬物の供給量、混錬物の圧延時のスラブ厚等で決定される。スラブ厚は、1から3mmの薄さであることが好ましい。
冷却工程により冷却された混錬物は、粉砕工程により粉砕され、粒子が形成される。粉砕工程では、例えば、機械式粉砕機、ジェット式粉砕機等が使用される。
粉砕工程により得られた粒子は、必要に応じて、目的とする範囲の体積平均粒径のトナー粒子を得るため、分級工程により分級を行ってもよい。分級工程においては、従来から使用されている遠心式分級機、慣性式分級機等が使用され、微粉(目的とする範囲の粒径よりも小さい粒子)及び粗粉(目的とする範囲の粒径よりも大きい粒子)が除去される。
得られたトナー粒子は、上述のシリカ粒子を外添剤として添加付着する。これらは、例えばV型ブレンダーやヘンシェルミキサー、レディゲミキサー等によって行われ、段階を分けて付着される。
上記外添工程の後に、必要に応じて篩分工程を設けてもよい。篩分方法としては、具体的には、例えば、ジャイロシフター、振動篩分機、風力篩分機等が挙げられる。篩分することにより、外添剤の粗粉等が取り除かれ、感光体上の筋の発生、装置内のぼた汚れなどが抑制される。
本実施形態に係る静電荷像現像剤は、本実施形態に係るトナーを少なくとも含むものである。
本実施形態に係る静電荷像現像剤は、本実施形態に係るトナーのみを含む一成分現像剤であってもよいし、当該トナーとキャリアと混合した二成分現像剤であってもよい。
次に、本実施形態に係る画像形成装置/画像形成方法について説明する。
本実施形態に係る画像形成装置は、像保持体と、像保持体を帯電する帯電手段と、帯電した像保持体の表面に静電荷像を形成する静電荷像形成手段と、静電荷像現像剤を収容し、静電荷像現像剤により、像保持体上に形成された静電荷像をトナー画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画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画像を定着する定着手段と、を有する。そして、静電荷像現像剤として、上記本実施形態に係る静電荷像現像剤を適用する。
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に収められたイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの4色のトナーを含むトナーの供給がなされる。
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。
感光体1Yは、導電性(20℃における体積抵抗率:1×10−6Ωcm以下)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荷像が感光体1Yの表面に形成される。
このようにして感光体1Y上に形成された静電荷像は、感光体1Yの走行に従って予め定められた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上の静電荷像が、現像装置4Yによって可視像(現像像)化される。
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。
こうして、第1のユニット10Yにてイエロートナー画像の転写された中間転写ベルト20は、第2乃至第4のユニット10M、10C、10Kを通して順次搬送され、各色のトナー画像が重ねられて多重転写される。
定着後における画像表面の平滑性をさらに向上させるには、被転写体の表面も平滑であることが望ましく、例えば、普通紙の表面を樹脂等でコーティングしたコート紙、印刷用のアート紙等が好適に使用される。
なお、上記例示した画像形成装置は、中間転写ベルト20を介してトナー画像を記録紙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画像が記録紙に転写される構造であってもよい。
図3は、本実施形態に係る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の実施形態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。なお、図3において符号300は被転写体を示す。
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に対して着脱自在としたものである。
(外添剤1)
−準備工程〔アルカリ触媒溶液(1)の調製〕−
攪拌翼、滴下ノズル、温度計を有したガラス製反応容器にメタノール250部、10%アンモニア水45部を入れ、攪拌混合して、アルカリ触媒溶液(1)を得た。こときのアルカリ触媒溶液(1)のアンモニア触媒量:NH3量(NH3〔mol〕/(NH3+メタノール+水)〔L〕)は、0.73mol/Lであった。
(第1の供給工程)
次に、アルカリ触媒溶液(1)の温度を30℃に調整し、アルカリ触媒溶液(1)を窒素置換した。その後、アルカリ触媒溶液(1)を120rpmで撹拌しながら、テトラメトキシシラン(TMOS)と、触媒(NH3)濃度が3.7%のアンモニア水とを、それぞれ4部/minと、2.4部/minの流量で滴下し、同時に供給を開始した。
テトラメトキシシラン及びアンモニア水の供給開始後1.5min経過した時点で、テテトラメトキシシラン及びアンモニア水の供給を同時に停止した。テトラメトキシシラン及びアンモニア水の供給を停止した時点でのテトラメトキシシランの供給量は、準備工程で反応容器に添加したアルコールの量に対して0.0063mol/molであった。
テトラメトキシシラン及びアンモニア水の供給停止時間は、1minとした。
テトラメトキシシラン及びアンモニア水の供給停止から1min後に、テトラメトキシシラン及びアンモニア水の供給を再開した。なお、供給にあたっては、テトラメトキシシラン及びアンモニア水の流量が、それぞれ、4部/min及び2.4部/minになるように調整を行い、テトラメトキシシラン及びアンモニア水を滴下した。
テトラメトキシシラン90部及び3.7%アンモニア水54部を滴下した後、シリカ粒子の懸濁液(1)を得た。
その後、得られたシリカ粒子懸濁液(1)の溶媒を加熱蒸留により150部留去し、純水を150部加えた後、凍結乾燥機により乾燥を行い、異形状の親水性シリカ粒子(1)を得た。
さらに、親水性シリカ粒子(1)35gにヘキサメチルジシラザン7部を添加し、150℃で2時間反応させ、シリカ表面が疎水化処理された異形状の疎水性シリカ粒子〔ゾルゲルシリカ粒子(1)〕を得た。
得られたゾルゲルシリカ粒子(1)を外添剤1とした。
表1に従って、供給時間、供給停止時間及び供給停止時のTMOS量を変更した以外は、外添剤1と同様にしてゾルゲルシリカ粒子(2)〜(18)を作製し、外添剤2〜18とした。
表1に記載の、フュームドシリカ1、2を外添剤19、20とし、酸化チタン1、2を外添剤21、22とした。フュームドシリカ1はA90(日本アエロジル(株)製)、フュームドシリカ2はA150(日本アエロジル(株)製)。酸化チタン1はMT−150W(テイカ(株)製)、酸化チタン2はMT−700B(テイカ(株)製)に外添剤1同様の疎水化処理を行った。
−ポリエステル樹脂の合成−
・テレフタル酸: 30モル%
・フマル酸: 70モル%
・ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物 20モル%
・ビスフェノールAプロピレンオキサイド付加物 80モル%
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モノマーを仕込み、1時間を要して190℃まで上げ、反応系内が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をモノマー成分100質量部に対して1.2質量部投入した。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3時間脱水縮合反応を継続し、重量平均分子量12700であるポリエステル樹脂を得た。
・ポリエステル樹脂 85質量部
・シアン顔料(銅フタロシアニンB15:3:大日精化工業(株)製)7質量部
・カルナバワックス RC−160(溶融温度84℃:東亜化成(株)製)
8質量部
<トナーの作製>
ヘンシェルミキサーを用いて、100部のトナー粒子に対して1.5部の外添剤1を添加し、トナーを作製した。
(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 メタクリレート共重合体(成分比:90/10) 2質量部
カーボンブラック(R330:キャボット社製) 0.2質量部
60℃で30分撹拌した後、更に加温しながら減圧して脱気し、乾燥させることによりキャリアを作製した。
得られた外添剤及び静電荷像現像剤について以下の項目で評価を行った。
結果を表2に示す。
得られたトナーについて既述の方法で外添剤(シリカ粒子)1の平均径、平均円形度及びDa/H比を既述の方法により測定したところ、221nm、0.75及び、1.72であった。
トナーをプロセススピードが可変のDocuCenterColor a450用 ベンチ定着機(FBNF定着、富士ゼロックス社製)改造機に充填し、プロセススピード150mm/secに固定した条件で、定着温度を150℃以上210℃以下の範囲で変えて定着テストを実施した。
トナー載り量は4.5g/m2に調整した。用紙は白紙のA4サイズ(富士ゼロックス社製、C2紙)を用いた。定着部材にトナー成分が移行する(ホットオフセット)最低温度を最高定着温度(ホットオフセット発生温度)とした。なお210℃で発生しない場合には220℃と記載するが、これは220℃ではベルトの耐熱性が低いため実施しなかったことを表すものである。
評価は、非定着発生温度は130℃以下で、かつ、ホットオフセット発生温度が200℃以上を許容範囲とする。
クリーニング性の評価のため、上記外添剤1を有するトナーを含む静電荷像現像剤を用いて、DocuCenterColor a450改造機で記録用紙(富士ゼロックス オフィスサプライ社製:J紙)に画像を出力し、画質の確認を行った。
具体的には、30℃/90%RHの条件で、画像濃度20%の画像を10枚形成し、その後画像濃度1%の画像を5万枚形成した後に、再度画像濃度20%の画像を10枚形成した。
評価は、5万枚形成前(以下、初期と称する場合がある)及び5万枚形成後(以下、5万枚後と称する場合がある)に形成した画像濃度20%の画像について、目視で行った。
評価基準を以下に示す。
◎:問題なし
○:一部低濃度であるが使用上問題ない
△:画像の一部に低濃度/軽微なスジが確認される。
×:使用上問題あり(*1:カブリ、*2:低濃度、*3:スジ、*4:白筋)
表2に従って、外添剤を変更した以外は、実施例1と同様にしてトナー及び静電荷像現像剤を作製し、実施例1と同様の評価を行った。
表2に従って、比較例1〜13における外添剤の添加量を2部に変更した以外は、実施例1と同様にしてトナー及び静電荷像現像剤を作製し、実施例1と同様の評価を行った。
また、画質、帯電量及び転写効率が、画像を5万枚形成後(5万枚後)であっても維持されていることがわかる。
さらに、外添剤の添加量は、比較例に比べ、実施例のほうが、少量で効果が有ることが確認できる。
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
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 画像形成ユニット
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
28、115 定着装置
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
Claims (6)
- 結着樹脂と離型剤とを含む材料を混錬粉砕して得られるトナー粒子と、
平均径が100nm以上500nm以下であり、平均円形度が0.5以上0.85以下であり、立体画像解析により求められる最大高さHに対する平面画像解析により求められる円相当径Daの比の平均値が、1.5を超え1.9未満であるシリカ粒子である外添剤と、
を有する静電荷像現像用トナー。 - 請求項1に記載の静電荷像現像用トナーを含む静電荷像現像剤。
- 請求項1に記載の静電荷像現像用トナーを収納し、
画像形成装置に着脱されるトナーカートリッジ。 - 請求項2に記載の静電荷像現像剤を収納し、像保持体の表面に形成された静電荷像を前記静電荷像現像剤により現像してトナー像を形成する現像手段を備え、
画像形成装置に着脱されるプロセスカートリッジ。 - 像保持体と、
前記像保持体の表面を帯電する帯電手段と、
前記像保持体の表面に静電荷像を形成する静電荷像形成手段と、
請求項2に記載の静電荷像現像剤を収納し、前記静電荷像現像剤により前記静電荷像を現像してトナー像を形成する現像手段と、
前記トナー像を記録媒体に転写する転写手段と、
前記像保持体の表面をクリーニングするクリーニング手段と、
前記記録媒体に前記トナー像を定着する定着手段と、
を備える画像形成装置。 - 像保持体の表面を帯電する帯電工程と、
前記像保持体表面に静電荷像を形成する静電荷像形成工程と、
請求項2に記載の静電荷像現像剤により前記静電荷像を現像してトナー像を形成する現像工程と、
前記トナー像を記録媒体に転写する転写工程と、
前記像保持体の表面をクリーニングするクリーニング工程と、
前記記録媒体に前記トナー像を定着する定着工程と、
を有する画像形成方法。
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