JP2015001721A - 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
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 Download PDFInfo
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Abstract
Description
この画像の形成に用いられるトナーとしては、結着樹脂や着色剤を含有するトナー粒子と、このトナー粒子に外添する外添剤と、を含むものが多く使用されている。
また、特許文献2には、少なくとも結着樹脂、及び着色剤を含有するトナー母体粒子と、少なくとも1種の無機粒子とを含むトナーにおいて、前記無機粒子の少なくとも1種が、多孔質の無機粒子であることを特徴とするトナーが提案されている。
また、特許文献3では、少なくとも結着樹脂、離型剤、及び着色剤を含むトナー粒子と、体積平均粒径dが70nm以上400nm以下で、体積基準の粒径の標準偏差σに対する体積平均粒径dの比(d/σ)が2.0以上12以下であり、平均円形度が0.5以上0.9以下である外添剤と、を有する静電荷像現像用トナーが提案されている。
請求項1に係る発明は、
トナー粒子と、平均円相当径が70nm以上400nm以下、平均円形度が0.5以上0.9以下であり、細孔容積が0.05cm3/g以上2.5cm3/g以下であるシリカ粒子と、を含む静電荷像現像用トナーある。
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容し、
画像形成装置に着脱されるトナーカートリッジである。
請求項2に記載の静電荷像現像剤を収容し、前記静電荷像現像剤により、像保持体の表面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、
帯電した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容し、前記静電荷像現像剤により、前記像保持体の表面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、
前記像保持体の表面に形成されたトナー画像を記録媒体の表面に転写する転写手段と、
前記記録媒体の表面に転写されたトナー画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、
帯電した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工程と、
請求項2に記載の静電荷像現像剤により、前記像保持体の表面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工程と、
前記像保持体の表面に形成されたトナー画像を記録媒体の表面に転写する転写工程と、
前記記録媒体の表面に転写されたトナー画像を定着する定着工程と、
を有する画像形成方法である。
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)は、トナー粒子と、外添剤としてのシリカ粒子と、を含んで構成されており、かかるシリカ粒子は、平均円相当径が70nm以上400nm以下、平均円形度が0.5以上0.9以下であって、更に細孔容積が0.05cm3/g以上2.5cm3/g以下であることを特徴とする。
この理由は定かでないが、以下に示す理由によるものと考えられる。
しかしながら、異形シリカ粒子は、現像手段の機械的負荷を受けてもトナー粒子の凸部に残留し易く、スペーサーとしての機能を維持するため、現像手段の機械的負荷を受けた後もトナー間の付着力が低下し易くなると考えられる。このため、異形シリカ粒子が外添されたトナーでは、このトナーにより得られた画像において、転写中抜けが発生することがある。
本実施形態では、細孔容積が特定の範囲である異形シリカ粒子は、その細孔容積が0.05cm3/g以上2.5cm3/g以下とすると、水を表面に吸着し易くなると考えられる。この異形シリカ粒子をトナー粒子に外添させると、異形シリカ粒子の表面に吸着した水により相互作用(例えば、液架橋力)が大きくなり、トナー間の付着力が向上し易くなると考えられる。よって、像保持体からトナー画像が転写される場合に、トナー画像の一部が転写されない現象が発生し難く、転写中抜けが抑制された画像が得られると考えられる。
よって、本実施形態に係るトナーは、上記構成により、転写中抜けが抑制された画像が得られると考えられる。
また、本実施形態では異形シリカ粒子は、細孔容積が上記範囲であるために、相互作用(例えば、液架橋力)が大きくなり易くトナーと被転写体(例えば、中間転写体)との付着力が大きくなり易くなるのに加え、異形状であるために錨効果が働き易くなる。その結果、本実施形態に係るトナーは、被転写体上(例えば、中間転写体)におけるトナーの飛び散りを抑制しやすいと考えられる。
トナー粒子は、例えば、結着樹脂と、必要に応じて、着色剤と、離型剤と、その他添加剤と、を含んで構成される。
結着樹脂としては、例えば、スチレン類(例えばスチレン、パラクロロスチレン、α−メチルスチレン等)、(メタ)アクリル酸エステル類(例えばアクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸n−プロピル、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸ラウリル、アクリル酸2−エチルヘキシル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸n−プロピル、メタクリル酸ラウリル、メタクリル酸2−エチルヘキシル等)、エチレン性不飽和ニトリル類(例えばアクリロニトリル、メタクリロニトリル等)、ビニルエーテル類(例えばビニルメチルエーテル、ビニルイソブチルエーテル等)、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、ビニルイソプロペニルケトン等)、オレフィン類(例えばエチレン、プロピレン、ブタジエン等)等の単量体の単独重合体、又はこれら単量体を2種以上組み合せた共重合体からなるビニル系樹脂が挙げられる。
結着樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、セルロース樹脂、ポリエーテル樹脂、変性ロジン等の非ビニル系樹脂、これらと前記ビニル系樹脂との混合物、又は、これらの共存下でビニル系単量体を重合して得られるグラフト重合体等も挙げられる。
これらの結着樹脂は、1種類単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
ポリエステル樹脂としては、例えば、公知のポリエステル樹脂が挙げられる。
多価カルボン酸は、ジカルボン酸と共に、架橋構造又は分岐構造をとる3価以上のカルボン酸を併用してもよい。3価以上のカルボン酸としては、例えば、トリメリット酸、ピロメリット酸、これらの無水物、又はこれらの低級(例えば炭素数1以上5以下)アルキルエステル等が挙げられる。
多価カルボン酸は、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。
多価アルコールとしては、ジオールと共に、架橋構造又は分岐構造をとる3価以上の多価アルコールを併用してもよい。3価以上の多価アルコールとしては、例えば、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が挙げられる。
多価アルコールは、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、ガラス転移温度は、示差走査熱量測定(DSC)により得られたDSC曲線より求め、より具体的にはJIS K−1987「プラスチックの転移温度測定方法」のガラス転移温度の求め方に記載の「補外ガラス転移開始温度」により求められる。
ポリエステル樹脂の数平均分子量(Mn)は、2000以上100000以下が好ましい。
ポリエステル樹脂の分子量分布Mw/Mnは、1.5以上100以下が好ましく、2以上60以下がより好ましい。
なお、重量平均分子量及び数平均分子量は、ゲルパーミュエーションクロマトグラフィ(GPC)により測定する。GPCによる分子量測定は、測定装置として東ソー製GPC・HLC−8120を用い、東ソー製カラム・TSKgel SuperHM−M(15cm)を使用し、THF溶媒で行う。重量平均分子量及び数平均分子量は、この測定結果から単分散ポリスチレン標準試料により作成した分子量校正曲線を使用して算出する。
なお、原料の単量体が、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よい。この場合、重縮合反応は溶解補助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単量体が存在する場合は、あらかじめ相溶性の悪い単量体とその単量体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よい。
着色剤としては、例えば、カーボンブラック、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、ピグメントイエロー、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、ウオッチヤングレッド、パーマネントレッド、ブリリアンカーミン3B、ブリリアンカーミン6B、デュポンオイルレッド、ピラゾロンレッド、リソールレッド、ローダミンBレーキ、レーキレッドC、ピグメントレッド、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、ピグメントブルー、フタロシアニングリーン、マラカイトグリーンオキサレートなどの種々の顔料、又は、アクリジン系、キサンテン系、アゾ系、ベンゾキノン系、アジン系、アントラキノン系、チオインジコ系、ジオキサジン系、チアジン系、アゾメチン系、インジコ系、フタロシアニン系、アニリンブラック系、ポリメチン系、トリフェニルメタン系、ジフェニルメタン系、チアゾール系などの各種染料等が挙げられる。
着色剤は、1種類単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
離型剤としては、例えば、炭化水素系ワックス;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;モンタンワックス等の合成又は鉱物・石油系ワックス;脂肪酸エステル、モンタン酸エステル等のエステル系ワックス;などが挙げられる。離型剤は、これに限定されるものではない。
なお、融解温度は、示差走査熱量測定(DSC)により得られたDSC曲線から、JIS K−1987「プラスチックの転移温度測定方法」の融解温度の求め方に記載の「融解ピーク温度」により求める。
その他の添加剤としては、例えば、磁性体、帯電制御剤、無機粉体等の周知の添加剤が挙げられる。これらの添加剤は、内添剤としてトナー粒子に含まれる。
トナー粒子は、単層構造のトナー粒子であってもよいし、芯部(コア粒子)と芯部を被覆する被覆層(シェル層)とで構成された所謂コア・シェル構造のトナー粒子であってもよい。
ここで、コア・シェル構造のトナー粒子は、例えば、結着樹脂と必要に応じて着色剤及び離型剤等のその他添加剤とを含んで構成された芯部と、結着樹脂を含んで構成された被覆層と、で構成されていることがよい。
測定に際しては、分散剤として、界面活性剤(アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウムが好ましい)の5%水溶液2ml中に測定試料を0.5mg以上50mg以下加える。これを電解液100ml以上150ml以下中に添加する。
試料を懸濁した電解液は超音波分散器で1分間分散処理を行い、コールターマルチサイザーIIにより、アパーチャー径として100μmのアパーチャーを用いて2μm以上60μm以下の範囲の粒径の粒子の粒度分布を測定する。なお、サンプリングする粒子数は50000個である。
測定される粒度分布を基にして分割された粒度範囲(チャネル)に対して体積、数をそれぞれ小径側から累積分布を描いて、累積16%となる粒径を体積粒径D16v、数粒径D16p、累積50%となる粒径を体積粒径D50v、数粒径D50p、累積84%となる粒径を体積粒径D84v、数粒径D84pと定義する。
これらを用いて、体積平均粒度分布指標(GSDv)は(D84v/D16v)1/2、数平均粒度分布指標(GSDp)は(D84p/D16p)1/2として算出される。
式:SF1=(ML2/A)×(π/4)×100
上記式中、MLはトナーの絶対最大長、Aはトナーの投影面積を各々示す。
具体的には、形状係数SF1は、主に顕微鏡画像又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、以下のようにして算出される。すなわち、スライドガラス表面に散布した粒子の光学顕微鏡像をビデオカメラにより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。
本実施形態では、外添剤として異形シリカ粒子が適用される。
以下、異形シリカ粒子の物性及び特性について説明する。
異形シリカ粒子の平均円相当径は、70nm以上400nm以下であり、望ましくは70nm以上250nm以下であり、より望ましくは80nm以上200nm以下である。
異形シリカ粒子の平均円相当径を70nm以上とすることにより、トナー粒子への埋没が抑制され、外添剤としての機能(スペーサーとしての機能)が確保され易くなる。
一方、異形シリカ粒子の平均円相当径を400nm以下とすることにより、トナー粒子からの遊離が抑制されることから、遊離した異形シリカ粒子が像保持体を傷つけ、経時での画像不良の発生が抑制され易くなる。
式:円相当径=2√(面積/π)
[上記式中、面積は、異形シリカの投影面積を表す。]
また、異形シリカ粒子の平均円形度は、0.5以上0.9以下であり、望ましくは0.65以上0.9以下であり、より望ましくは0.70以上0.85以下である。
異形シリカ粒子の平均円形度を0.5以上とすることにより、機械的負荷が加わった場合に応力集中を抑制し、機械的負荷による欠損が抑えられる。
一方、異形シリカ粒子の平均円形度を0.9以下とすることにより、形状が異形状となり、トナー粒子の凹部への移動が抑制され、外添剤としての機能(スペーサーとしての機能)が確保され易くなる。また、異形シリカ粒子の錨効果により付着力が向上し、トナー飛び散りを抑制し易くなる。
・式:円形度(100/SF2)=4π×(A/I2)
〔上記式中、Iは画像上における異形シリカ粒子の一次粒子の周囲長を示し、Aは外添剤の一次粒子の投影面積を表す。SF2は形状係数を表す。〕
そして、異形シリカ粒子の平均円形度は、上記画像解析によって得られた一次粒子100個の円相当径の累積頻度における50%円形度として得られる。
異形シリカ粒子の細孔容積は、0.05cm3/g以上2.5cm3/g以下、望ましくは0.05cm3/g以上1.2cm3/g以下である。
異形シリカ粒子の細孔容積を0.05cm3/g以上2.5cm3/g以下とすることにより、転写中抜けの発生が抑制される。
異形シリカ粒子の細孔の径は、1.7nm以上150nm以下がよく、望ましくは3.0nm以上100nm、より望ましくは5nm以上25nmである。
異形シリカ粒子の細孔の径が5nm以上25nm以下であると、細孔内に十分水分が保持され、且、シリカ−水間の相互作用が強く、転写中抜けの抑制効果が大きい。細孔径が小さすぎる場合、水分子が入り込むスペースが少ないため、転写中抜け抑制効果が小さくなる。一方、細孔径が大きすぎる場合、細孔中心部の水分に対し、シリカ−水間相互作用が及ばず、水分保持能が小さくなってしまう。
異形シリカ粒子は、例えば、水ガラスを原料としてシリカを得る方法や、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製造してもよい。
本異形シリカ粒子の製造方法は、アルコールを含む溶媒中に、0.6mol/L以上0.87mol/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を準備する工程(以下、「アルカリ触媒溶液準備工程」と称することがある)と、前記アルカリ触媒溶液中に、テトラアルコキシシランと、テトラアルコキシシランの1分間当たりに供給される総供給量の1mol当たりに対して0.1mol以上0.4mol以下でアルカリ触媒とテトラアルコキシシランの1分間当たりに供給される総供給量の1mol当たりに対して例えば0.004mol以上0.50mol以下でシラノール基反応性封止剤とを供給する工程(以下、「粒子生成工程」と称することがある)と、を有する。
本異形シリカ粒子の製造方法では、上記手法により、粗大凝集物の発生が少なく、上記特性を満たす異形状で細孔容積が0.05cm3/g以上2.5cm3/g以下である異形シリカ粒子が得られる。
特に、本異形シリカ粒子の製造方法では、細孔容積が0.05cm3/g以上2.5cm3/g以下である異形シリカ粒子が得られることから、乾式の方法で得られる表面に少数の細孔が存在する異形シリカ粒子に比べ、異形シリカ粒子の表面に水を吸着させ易く、相互作用(例えば、液架橋力)によりトナー間の付着力を向上させ易く、その結果、転写中抜けを抑制し易い異形シリカ粒子が製造され易くなる。
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。
なお、異形シリカ粒子の平均円相当径は、テトラアルコキシシランの総供給量に依存すると考えられる。
また、本異形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、異形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、壊れ難い異形シリカ粒子が得られると考えられる。
シラノール基反応性封止剤の供給量を、例えば0.000008mol/(mol・min)以上0.00275mol/(mol・min)以下とすることで、供給されたシラノール基反応性封止剤は、粒子生成工程において、異形シリカ粒子の表面の細孔内のシラノール基と反応し、シラノール基同士の縮合反応を阻害すると考えられる。このため、シラノール基反応性封止剤の供給量により、異形シリカ粒子の細孔容積が特定の範囲に制御され易くなると考えられる。
以下、本異形シリカ粒子の製造方法における各工程について詳細に説明する。
まず、アルカリ触媒溶液準備工程について説明する。
アルカリ触媒溶液準備工程は、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。
混合溶媒の場合、アルコールの他の溶媒に対する量は80質量%以上(望ましくは90質量%以上)であることがよい。
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より少ないと、生成した核粒子の成長過程の核粒子の分散性が不安定となり、2次凝集物等の粗大凝集物が生成されたり、ゲル化状となったりして、粒度分布が悪化することがある。
一方、アルカリ触媒の濃度が、0.87mol/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0.90以下の異形状の核粒子が得ることが困難となることがある。
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、シラノール基反応性封止剤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、異形シリカ粒子を生成する工程である。
この粒子生成工程では、テトラアルコキシシランの供給初期に、テトラアルコキシシランの反応により核粒子が生成した後(核粒子生成段階)、この核粒子の成長を経て(核粒子成長段階)、異形シリカ粒子が生成する。この核粒子の成長過程において、異形シリカ粒子の細孔内のシラノール基がシラノール基反応性封止剤によりシラノール基と反応不活性な置換基に置換することにより細孔容積が0.05cm3/g以上2.5cm3/g以下であるなると考えられる。
但し、シラノール基反応性封止剤は、テトラアルコキシシランとアルカリ触媒との供給と同時に又は当該供給をして核粒子を形成した後に供給してもよい。
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0.002mol以上0.0055mol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、異形シリカ粒子の粒径については、反応温度により制御され、反応温度が高いほど小粒径化し、反応温度が高いほど大径化する。
テトラアルコキシシランの供給量が0.0055mol/(mol・min)を超えると、滴下されたテトラアルコキシシランと核粒子とが反応する前に、テトラアルコキシシラン同士の反応を生じさせることになると考えられる。そのため、核粒子へのテトラアルコキシシラン供給の偏在化を助長し、核粒子形成のバラツキをもたらすことから、形状分布の分布幅が拡大し、円形度の標準偏差が0.3以下のシリカを製造することが困難となることがある。
アルカリ触媒の供給量が、0.1molより少ないと、生成した核粒子の成長過程の核粒子の分散性が不安定となり、2次凝集物等の粗大凝集物が生成したり、ゲル化状となったりして、粒度分布が悪化することがある。
一方、アカリ触媒の供給量が、0.4molより多いと、生成した核粒子の安定性が過大となり、核粒子生成段階で円形度の低い核粒子が生成されても、その核粒子成長段階で核粒子が球状に成長し、円形度の低い異形シリカ粒子が得られない場合がある。
有機珪素化合物としては、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)やアミノ基、ビニル基、メタクリル基、イソシアネート基、メルカプト基、サルファー基、ウレイド基、エポキシ基等の官能基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(例えばヘキサメチルジシラザン、テトラメチルジシラザン等のアルキル基を有するシラザン化合物;3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン等のアミノ基を有するシラザン化合物;ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン等のビニル基を有するシラザン化合物;3−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン等のメタクリル基を有するシラザン化合物;3−イソシアネートプロピルトリエトキシシラン等のイソシアネート基を有するシラザン化合物;3−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン等のメルカプト基を有するシラザン化合物;3−ウレイドプロピルトリエトキシシラン等のウレイド基を有するシラザン化合物;3−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン等のエポキシ基を有するシラザン化合物;その他、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等のシラン化合物ななど)や、有機シロキサン化合物(例えば、ジメチルポリシロキサン)等が挙げられる。有機珪素化合物は、1種で用いてもよいし、複数種用いてもよい。
シラノール基反応性封止剤の供給量が0.004mol以上であると、細孔内のシラノール基がシラノール基と反応不活性な置換基に置換され易くなるため、細孔容積が0.05cm3/g以上2.5cm3/g以下である異形シリカ粒子が作製され易くなる。0.5mol以下であると、細孔量が多すぎず、保持する水分量が適度となる。0.5molを超えると、細孔量が多すぎて保持する水分量が多量となり、電気抵抗の低下による電荷注入に伴う画像ディフェクトを生じる。
乾燥された異形シリカ粒子は、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。
ここで、本異形シリカ粒子の製造方法により得られる異形シリカ粒子は、疎水化処理剤により異形シリカ粒子の表面を疎水化処理して用いていてもよい。
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。
疎水化処理剤の使用量は、特に限定はされないが、疎水化の効果を得るためには、例えば、異形シリカ粒子に対し、1質量%以上100質量%以下、望ましくは5質量%以上80質量%以下である。
一方、粉体の疎水性異形シリカ粒子を得る方法としては、上記方法で疎水性異形シリカ粒子分散液を得た後、上記方法で乾燥して疎水性異形シリカ粒子の粉体を得る方法、異形シリカ粒子分散液を乾燥して親水性異形シリカ粒子の粉体を得た後、疎水化処理剤を添加して疎水化処理を施し、疎水性異形シリカ粒子の粉体を得る方法、疎水性異形シリカ粒子分散液を得た後に乾燥して疎水性異形シリカ粒子の粉体を得た後、更に疎水化処理剤を添加して疎水化処理を施し、疎水性異形シリカ粒子の粉体を得る方法等が挙げられる。
以上のようにして、疎水化処理された異形シリカ粒子が得られる。
疎水化処理剤の量としては、通常、例えば、無機粒子100部に対して、1部以上10部である。
次に、本実施形態に係るトナーの製造方法について説明する。
本実施形態に係るトナーは、トナー粒子を製造後、トナー粒子に対して、外添剤を外添することで得られる。
これらの中も、凝集合一法により、トナー粒子を得ることがよい。
結着樹脂となる樹脂粒子が分散された樹脂粒子分散液を準備する工程(樹脂粒子分散液準備工程)と、樹脂粒子分散液中で(必要に応じて他の粒子分散液を混合した後の分散液中で)、樹脂粒子(必要に応じて他の粒子)を凝集させ、凝集粒子を形成する工程(凝集粒子形成工程)と、凝集粒子が分散された凝集粒子分散液に対して加熱し、凝集粒子を融合・合一して、トナー粒子を形成する工程(融合・合一工程)と、を経て、トナー粒子を製造する。
なお、以下の説明では、着色剤、及び離型剤を含むトナー粒子を得る方法について説明するが、着色剤、離型剤は、必要に応じて用いられるものである。無論、着色剤、離型剤以外のその他添加剤を用いてもよい。
まず、結着樹脂となる樹脂粒子が分散された樹脂粒子分散液と共に、例えば、着色剤粒子が分散された着色剤粒子分散液、離型剤粒子が分散された離型剤分散液を準備する。
水系媒体としては、例えば、蒸留水、イオン交換水等の水、アルコール類等が挙げられる。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。
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。
なお、転相乳化法とは、分散すべき樹脂を、その樹脂が可溶な疎水性有機溶剤中に溶解せしめ、有機連続相(O相)に塩基を加えて、中和したのち、水媒体(W相)を投入することによって、W/OからO/Wへの、樹脂の変換(いわゆる転相)が行われて不連続相化し、樹脂を、水媒体中に粒子状に分散する方法である。
なお、樹脂粒子の体積平均粒径は、レーザー回析式粒度分布測定装置(例えば、堀場製作所製、LA−700)の測定によって得られた粒度分布を用い、分割された粒度範囲(チャンネル)に対し、体積について小粒径側から累積分布を引き、全粒子に対して累積50%となる粒径を体積平均粒径D50pとして測定される。なお、他の分散液中の粒子の体積平均粒径も同様に測定される。
次に、樹脂粒子分散液と共に、着色剤粒子分散液と、離型剤分散液と、を混合する。
そして、混合分散液中で、樹脂粒子と着色剤粒子と離型剤粒子とをヘテロ凝集させ目的とするトナー粒子の径に近い径を持つ、樹脂粒子と着色剤粒子と離型剤粒子とを含む凝集粒子を形成する。
凝集粒子形成工程においては、例えば、混合分散液を回転せん断型ホモジナイザーで攪拌下、室温(例えば25℃)で上記凝集剤を添加し、混合分散液のpHを酸性(例えばpHが2以上5以下)に調整し、必要に応じて分散安定剤を添加した後に、上記加熱を行ってもよい。
凝集剤の金属イオンと錯体もしくは類似の結合を形成する添加剤を必要に応じて用いてもよい。この添加剤としては、キレート剤が好適に用いられる。
キレート剤としては、水溶性のキレート剤を用いてもよい。キレート剤としては、例えば、酒石酸、クエン酸、グルコン酸等のオキシカルボン酸、イミノジ酸(IDA)、ニトリロトリ酢酸(NTA)、エチレンジアミンテトラ酢酸(EDTA)等が挙げられる。
キレート剤の添加量としては、例えば、樹脂粒子100質量部に対して0.01質量部以上5.0質量部以下が好ましく、0.1質量部以上3.0質量部未満がより好ましい。
次に、凝集粒子が分散された凝集粒子分散液に対して、例えば、樹脂粒子のガラス転移温度以上(例えば樹脂粒子のガラス転移温度より10から30℃高い温度以上)に加熱して、凝集粒子を融合・合一し、トナー粒子を形成する。
なお、凝集粒子が分散された凝集粒子分散液を得た後、当該凝集粒子分散液と、樹脂粒子が分散された樹脂粒子分散液と、をさらに混合し、凝集粒子の表面にさらに樹脂粒子を付着するように凝集して、第2凝集粒子を形成する工程と、第2凝集粒子が分散された第2凝集粒子分散液に対して加熱をし、第2凝集粒子を融合・合一して、コア/シェル構造のトナー粒子を形成する工程と、を経て、トナー粒子を製造してもよい。
洗浄工程は、帯電性の点から充分にイオン交換水による置換洗浄を施すことがよい。また、固液分離工程は、特に制限はないが、生産性の点から吸引濾過、加圧濾過等を施すことがよい。また、乾燥工程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、振動型流動乾燥等を施すことがよい。
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。
なお、磁性粉分散型キャリア、樹脂含浸型キャリア、及び導電性粒子分散型キャリアは、当該キャリアの構成粒子を芯材とし、これに被覆樹脂により被覆したキャリアであってもよい。
なお、被覆樹脂、及びマトリックス樹脂には、導電材料等、その他添加剤を含ませてもよい。
具体的な樹脂被覆方法としては、芯材を被覆層形成用溶液中に浸漬する浸漬法、被覆層形成用溶液を芯材表面に噴霧するスプレー法、芯材を流動エアーにより浮遊させた状態で被覆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の芯材と被覆層形成用溶液とを混合し、溶剤を除去するニーダーコーター法等が挙げられる。
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、像保持体の表面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、像保持体の表面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、像保持体の表面に形成されたトナー画像を記録媒体の表面に転写する転写手段と、記録媒体の表面に転写されたトナー画像を定着する定着手段と、を備える。そして、静電荷像現像剤として、本実施形態に係る静電荷像現像剤が適用される。
中間転写方式の装置の場合、転写手段は、例えば、表面にトナー画像が転写される中間転写体と、像保持体の表面に形成されたトナー画像を中間転写体の表面に一次転写する一次転写手段と、中間転写体の表面に転写されたトナー画像を記録媒体の表面に二次転写する二次転写手段と、を有する構成が適用される。
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乃至第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」と称する場合がある)10Y、10M、10C、10Kは、水平方向に互いに予め定められた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、画像形成装置に対して脱着するプロセスカートリッジであってもよい。
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。
なお、一次転写ロール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、各一次転写ロール5Y、5M、5C、5Kには、一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、各一次転写ロールに印加する転写バイアスを可変する。
まず、動作に先立って、帯電ロール2Yによって感光体1Yの表面が−600V乃至−800Vの電位に帯電される。
感光体1Yは、導電性(例えば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、イエロー画像パターンの静電荷像が感光体1Yの表面に形成される。
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によってトナー画像として可視像(現像像)化される。
一方、感光体1Y上に残留したトナーは感光体クリーニング装置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、記録紙Pの表面も平滑が好ましく、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。
本実施形態に係るプロセスカートリッジについて説明する。
本実施形態に係るプロセスカートリッジは、本実施形態に係る静電荷像現像剤を収容し、静電荷像現像剤により、像保持体の表面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である。
図2に示すプロセスカートリッジ200は、例えば、取り付けレール116及び露光のための開口部118が備えられた筐体117により、感光体107(像保持体の一例)と、感光体107の周囲に備えられた帯電ロール108(帯電手段の一例)、現像装置111(現像手段の一例)、及び感光体クリーニング装置113(クリーニング手段の一例)を一体的に組み合わせて保持して構成し、カートリッジ化されている。
なお、図2中、109は露光装置(静電荷像形成手段の一例)、112は転写装置(転写手段の一例)、115は定着装置(定着手段の一例)、300は記録紙(記録媒体の一例)を示している。
本実施形態に係るトナーカートリッジは、本実施形態に係るトナーを収容し、画像形成装置に着脱されるトナーカートリッジである。トナーカートリッジは、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補給用のトナーを収容するものである。
(トナー粒子(1)の作製)
−樹脂粒子分散液(1)の調製−
・スチレン(和光純薬工業製):320部
・nブチルアクリレート(和光純薬工業製):80部
・βカルボキシエチルアクリレート(ローディア日華製):9部
・1’10デカンジオールジアクリレート(新中村化学製):1.5部
・ドデカンチオール(和光純薬工業製):2.7部
上記成分を混合溶解したものに、アニオン性界面活性剤ダウファックス(ダウケミカル社製)4部をイオン交換水550部に溶解した溶液を加えてフラスコ中で分散、乳化し10分間ゆっくりと攪拌・混合しながら、さらに、過硫酸アンモニウム6部を溶解したイオン交換水50部を投入した。次いでフラスコ内の窒素置換を行った後、フラスコ内の溶液を攪拌しながらオイルバスで70℃になるまで加熱し、5時間そのまま乳化重合を継続し、固形分量41%のアニオン性の樹脂粒子分散液(1)を得た。
樹脂粒子分散液(1)中の樹脂粒子は、中心粒径が196nm、ガラス転移温度が51.5℃、重量平均分子量Mwが32400であった。
・スチレン(和光純薬工業製):280部
・nブチルアクリレート(和光純薬工業製):120部
・βカルボキシエチルアクリレート(ローディア日華製):9部
上記成分を混合溶解したものに、アニオン性界面活性剤ダウファックス(ダウケミカル社製)1.5部をイオン交換水550部に溶解した溶液をフラスコ中で分散、乳化し10分間ゆっくりと攪拌・混合しながら、さらに、過硫酸アンモニウム0.4部を溶解したイオン交換水50部を投入した。次いでフラスコ内の窒素置換を行った後、フラスコ内の溶液を攪拌しながらオイルバスで70℃になるまで加熱し、5時間そのまま乳化重合を継続し、固形分量42%のアニオン性の樹脂粒子分散液(2)を得た。
樹脂粒子分散液(2)中の樹脂粒子は中心粒径が150nm、ガラス転移温度が53.2℃、重量平均分子量Mwが41000、数平均分子量Mnが25000であった。
・C.I.Pigment Yellow74顔料:30部
・アニオン性界面活性剤(日油(株)製:ニュ−レックスR):2部
・イオン交換水:220部
上記成分を混合し、ホモジナイザー(IKAウルトラタラックス)により10分予備分散した後に、アルティマイザー(対抗衝突型湿式粉砕機:杉野マシン製)を用い圧力245Mpaで15分間分散処理を行い、着色剤粒子中心粒径が169nmで固形分が22.0%の着色剤粒子分散液(1)を得た。
・パラフィンワックス HNP9(融解温度75℃:日本精鑞製):45部
・カチオン性界面活性剤Neogen RK(第一工業製薬):5部
・イオン交換水:200部
上記成分を混合し100℃に加熱して、ウルトラタラックスT50(IKA製)にて分散後、圧力吐出型ゴーリンホモジナイザーで分散処理し、離型剤粒子の中心粒径が196nm、固形分量が22.0%の離型剤粒子分散液(1)を得た。
・樹脂粒子分散液(1):106部
・樹脂粒子分散液(2):36部
・着色剤粒子分散液(1):30部
・離型剤粒子分散液(1):91部
上記成分を丸型ステンレス製フラスコ中においてウルトラタラックスT50(IKA製)で混合・分散した溶液を得た。
次いで、この溶液にポリ塩化アルミニウム0.4部を加えてコア凝集粒子を作製し、ウルトラタラックスを用いて分散操作を継続した。さらに加熱用オイルバスでフラスコ内の溶液を攪拌しながら49℃まで加熱し、49℃で45分保持した後、ここに樹脂粒子分散液1を36部追加し、コア/シェル凝集粒子を作製した。その後、0.5mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液を加えて溶液のpHを5.6にした後、ステンレス製フラスコを密閉し、磁力シールを用いて攪拌を継続しながら96℃まで加熱し、5時間保持した後、冷却し、イエローのトナー粒子を得た。
49℃で60分保持した以外は、トナー粒子(1)と同様にして体積平均粒径6.4μmのトナー粒子(2)を得た。
(シリカ粒子(1)の作製)
(造粒工程)
−アルカリ触媒溶液準備工程〔アルカリ触媒溶液の調製〕−
金属製撹拌棒、滴下ノズル(テフロン(登録商標)製マイクロチューブポンプ)、及び、温度計を有した容積3Lのガラス製反応容器にメタノール157.9部、10%アンモニア水25.89部を入れ、攪拌混合して、アルカリ触媒溶液を得た。
次に、アルカリ触媒溶液の温度を35℃に調整し、アルカリ触媒溶液を窒素置換した。その後、アルカリ触媒溶液を撹拌しながら、テトラメトキシシラン(TMOS)28.73部と、触媒(NH3)濃度が3.8%のアンモニア水17.31部と、シラノール基反応性封止剤であるヘキサメチルジシラザン(HMDS)5.64部とを、下記供給量で、同時に滴下を行い異形シリカ粒子の懸濁液(異形シリカ粒子懸濁液)を得た。
ここで、テトラメトキシシランの供給量は、5.27部/min、3.8%アンモニア水の供給量は、3.18部/min、ヘキサメチルジシラザンの供給量は、1.03部/minとした。
次に、得られた親水性の異形シリカ粒子懸濁液(親水性異形シリカ粒子分散液)を、スプレードライにより乾燥して、溶媒を除去し、親水性異形シリカ粒子の粉末を得た。
得られた親水性異形シリカ粒子の粉末100部をミキサーに入れ、窒素雰囲気下で200℃に加熱しながら200rpmで撹拌し、ヘキサメチルジシラザン(HMDS)を親水性異形シリカ粒子の粉末に対し、30部滴下し2時間反応させた。その後、冷却させ疎水処理された疎水性シリカ粒子の粉末を得た。
上記シリカ粒子(1)の作製において、アルカリ触媒溶液準備工程でのメタノール量、10%アンモニア水量、粒子生成工程でのテトラメトキシシランの供給量、3.8%アンモニア水の供給量、並びにシラノール基反応性封止剤の種類及び供給量を表1に示す条件で行い、シリカ粒子(2)〜(8)、(R1)〜(R3)を得た。なお、それぞれの粒径(平均円相当径)、平均円形度、細孔容積は表2のようであった。
(トナー(1)の製造)
トナー粒子(1)とシリカ粒子(1)とを混合して、トナー粒子(1)にシリカ粒子(1)を外添して、トナー(1)を製造した。
以下に示す各トナーの製造の条件に従って、各トナー(2)〜(8)、(R1)〜(R3)を製造した。
トナー(2):シリカ粒子(1)をシリカ粒子(2)に変更した以外はトナー(1)と同様にしてトナー(2)を得た。
トナー(3):シリカ粒子(1)をシリカ粒子(3)に変更した以外はトナー(1)と同様にしてトナー(3)を得た。
トナー(4):シリカ粒子(1)をシリカ粒子(4)に変更した以外はトナー(1)と同様にしてトナー(4)を得た。
トナー(6):シリカ粒子(1)をシリカ粒子(6)に変更した以外はトナー(1)と同様にしてトナー(6)を得た。
トナー(7):シリカ粒子(1)をシリカ粒子(7)に変更した以外はトナー(1)と同様にしてトナー(7)を得た。
トナー(8):シリカ粒子(1)をシリカ粒子(8)に変更した以外はトナー(1)と同様にしてトナー(8)を得た。
トナー(R2):シリカ粒子(1)をシリカ粒子(R2)に変更した以外はトナー(1)と同様にしてトナー(R2)を得た。
トナー(R3):シリカ粒子(1)をシリカ粒子(R3)に変更した以外はトナー(1)と同様にしてトナー(R3)を得た。
得られた各トナーとキャリアとを、トナー:キャリア=5:95(質量比)の割合でVブレンダーに入れ、20分間撹拌し、現像剤を得た。
ニーダーにMn−Mgフェライト(体積平均粒径:50μm、パウダーテック社製、形状係数SF1:120)を1,000部投入し、パーフルオロオクチルメチルアクリレート−メチルメタクリレート共重合体(重合比率:20/80、Tg:72℃、重量平均分子量:72,000、綜研化学(株)製〕150部をトルエン700部に溶かした溶液を加え、常温(25℃)で20分混合した後、70℃に加熱して減圧乾燥した後、取り出し、コートキャリアを得た。更に得たコートキャリアを75μm目開きのメッシュでふるい、粗粉を除去してキャリアを得た。キャリアの形状係数SF1は122であった。
各例で得られた現像剤を、用いて富士ゼロックス(株)社製DocuCentre Color 400の現像器に充填し、以下のようにして転写中抜け及びトナー飛び散りについて評価を行った。結果を表2に示す。
次にようにして、転写中抜けを評価した。但し、この評価は、常温常湿下(25℃50RH%)、低温低湿下(10℃10RH%)のそれぞれの環境下で行った。
具体的には、初期の段階(2枚目)、及び5,000枚印字を行った後、OHPシートに印字を行い、ベタ画像における転写中抜けの発生の有無を目視により、評価した。
転写中抜けの判定基準は以下の通りである。
A :未発生
B :OHPシート上で非常に軽微な発生が確認される
C :OHPシート上で軽微な発生が確認される
D :OHPシート上で広範囲に顕著に発生が確認される
次にようにして、トナー飛び散りを評価した。
具体的には、評価に用いた富士ゼロックス(株)社製DocuCentre Color 400の被転写体(中間転写ベルト)上のトナーの飛散を目視により評価した。
トナー飛び散りの判定基準は以下の通りである。
A :トナー飛び散りが確認されない
B :非常に軽微なトナー飛び散りが確認される
C :軽微なトナー飛び散りが確認される
D :はっきりとトナー飛び散りが確認される
また、本実施例では、比較例に比べ、トナー飛び散りが抑制されることがわかる。
2Y、2M、2C、2K、帯電ロール(帯電手段の一例)
3 露光装置(静電荷像形成手段の一例)
3Y、3M、3C、3K レーザ光線
4Y、4M、4C、4K 現像装置(現像手段の一例)
5Y、5M、5C、5K 一次転写ロール(一次転写手段の一例)
6Y、6M、6C、6K 感光体クリーニング装置(クリーング手段の一例)
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(中間転写体の一例)
22 駆動ロール
24 支持ロール
26 二次次転写ロール(二次転写手段の一例)
30 中間転写体クリーニング装置
107 感光体(像保持体の一例)
108 帯電ロール(帯電手段の一例)
109 露光装置(静電荷像形成手段の一例)
111 現像装置(現像手段の一例)
112 転写装置(転写手段の一例)
113 感光体クリーニング装置(クリーング手段の一例)
115 定着装置(定着手段の一例)
116 取り付けレール
118 露光のための開口部
117 筐体
200 プロセスカートリッジ
300 記録紙(記録媒体の一例)
P 記録紙(記録媒体の一例)
Claims (6)
- トナー粒子と、平均円相当径が70nm以上400nm以下、平均円形度が0.5以上0.9以下であり、細孔容積が0.05cm3/g以上2.5cm3/g以下であるシリカ粒子と、を含む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容し、
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容し、前記静電荷像現像剤により、像保持体の表面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、
帯電した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容し、前記静電荷像現像剤により、前記像保持体の表面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、
前記像保持体の表面に形成されたトナー画像を記録媒体の表面に転写する転写手段と、
前記記録媒体の表面に転写されたトナー画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、
帯電した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工程と、
請求項2に記載の静電荷像現像剤により、前記像保持体の表面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工程と、
前記像保持体の表面に形成されたトナー画像を記録媒体の表面に転写する転写工程と、
前記記録媒体の表面に転写されたトナー画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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