JP2015090466A - 電子写真用トナー、電子写真用現像剤、これらを充填した容器、画像形成装置、プロセスカートリッジ及び画像形成方法 - Google Patents

電子写真用トナー、電子写真用現像剤、これらを充填した容器、画像形成装置、プロセスカートリッジ及び画像形成方法 Download PDF

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Abstract

【課題】画像印字率によらず、結晶性ポリエステル樹脂及び外添剤がキャリアに固着して、トナー飛散を起こさないトナー、現像剤、画像形成方法、装置、容器、及びプロセスカートリッジを提供する。
【解決手段】トナー母体と外添剤とが配合され、前記トナー母体は、結晶性ポリエステル樹脂と、非晶質樹脂と、ワックスとを含有し、FT−IRを使用しATR法で測定した結晶性ポリエステル樹脂のピーク高さをC、非晶質樹脂のピーク高さをRとした時、ピーク比はC/Rであり、外添剤は平均粒径が10〜180nm範囲内で、粒径が異なる2種類のシリカを含み、外添剤の配合量X重量部は、トナー母体100重量部に対し、大粒径シリカをA、小粒径シリカをBとしたとき、下記関係式(1)及び式(2)を満たす。0.01≦(C/R)/(0.62×A+1.97×B)≦0.17・・・関係式(1)0.05≦C/R≦0.18・・・関係式(2)
【選択図】図1

Description

本発明は、高速印刷が可能な画像形成方法、画像形成装置、並びに該画像形成装置に適用可能なトナー、現像剤、これらを充填した容器、及びプロセスカートリッジに関する。
特に、本発明は、優れた低温定着性を有するだけではなく、低画像面積印刷でも、高画像面積印刷でも、トナー組成である結晶性ポリエステル樹脂及び外添剤がキャリアに固着して、キャリア帯電性を低下することが起因とするトナー飛散品質問題を起こさないトナー、これを用いた現像剤、これらを搭載する画像形成装置、これらを用いる画像形成方法、これらを充填した容器、及びプロセスカートリッジに関する。
近年、電子写真業界において、高速化、高画質化が一般的に求められてきている。しかしながら、作像速度、所謂画像形成装置におけるシステム速度が高速になるにつれて画質は悪化し、特に画質に大きな影響を与える要素の一つであるトナーの定着性が悪化するため、高速化とトナーの定着性を両立させる技術が必要とされている。
紙などの記録媒体上の未定着トナー画像が、定着装置において熱と圧力により、紙などの記録媒体上に固着されてトナー画像となるが、システム速度が速くなると、未定着トナー画像が定着装置で充分な熱量を受けられなくなり、定着せずにトナー画像が紙から剥がれるなどの定着不良が発生する。
そのため、システム速度が高速になると共に、定着品質を落とさないために定着温度を上げることが考えられるが、機内温度上昇による副作用、定着部材消耗寿命、省エネルギーの観点で限界があり、定着改善の対応として不充分である。
そこで、特に超高速機において、トナー自体の定着性能の向上が求められ、定着装置における高速な定着工程に対応可能な低熱量でも良好な定着性を有するトナー設計が必要とされている。
従来、トナーの定着性を向上させるには、様々な検討が為されてきている。
例えば、トナー自体の定着性能を向上させるため、樹脂そのものの熱特性をコントロールすることなどの方法が知られている。
しかしながら、樹脂の低Tg(ガラス転移温度)化は耐熱保存性や定着強度を悪化させる原因となり、また樹脂の低分子量化によるF1/2温度の低下では、ホットオフセットの発生と光沢が高すぎる(光沢制御性)などの問題が生じる。
このため、樹脂そのものの熱特性をコントロールすることにより低温定着性に優れ、かつ、耐熱保存性、耐オフセット性が良好なトナーを得るには至っていない。
こうした低温定着化に対応すべく、従来多用されてきたスチレン−アクリル系樹脂に代えて、低温定着性に優れ、耐熱保存性も比較的良いポリエステル樹脂の使用が試みられている(例えば、特許文献1〜6参照。)。
また、低温定着性の改善を目的にバインダー中にガラス転移温度でシャープメルト性を有する特定の非オレフィン系結晶性重合体を添加する試み(例えば、特許文献7参照。)があるが、分子構造、分子量について最適化されているとはいえない。
また、特許文献8及び9には、上記した特定の非オレフィン系結晶性重合体と同様にシャープメルト性を有する結晶性ポリエステルをトナーに用いることで、定着性を向上させる発明が開示されている。
しかしながら、特許文献8に記載の結晶性ポリエステルを用いたトナーは、酸価、水酸基価がそれぞれ5以下、20以下と低く、紙と結晶性ポリエステルとの親和性が低いため充分な低温定着性を有しない。また、特許文献9に記載の結晶性ポリエステルを用いたトナーは、結晶性ポリエステルの分子構造、分子量について最適化がなされていない。
従って、特許文献9に記載の結晶性ポリエステルを用いたトナーは、適度な光沢を持たせながら、定着ローラに離型オイルを塗布しない、或いはオイル塗布量をごく微量とした定着方法においても充分な低温定着性と、充分なオフセット防止性とを有すると同時に、優れた耐熱保存性、転写性、耐久性、湿度に対する帯電の安定性及び粉砕性を有するには至らないものである。
さらに、特許文献10に記載の技術では、非相溶である結晶性ポリエステル樹脂と非結晶性ポリエステル樹脂とが為す海島状の相分離構造や、樹脂のTHF不溶分の示差走査熱量計により測定されるDSC曲線において吸熱側に出現する最大ピークの温度を規定することによって、低温定着性と耐熱保存性の両立を図っている。
しかしながら、かかる技術によっても、画像印刷濃度変動、像担持体に発生するトナーフィルミングによる画像領域に発生する白抜けなどを含む問題を充分に解決したとは言えない。
またさらに、特許文献11に記載の技術では、結晶性ポリエステル樹脂を多く含有するトナーを高速機に用いた場合、トナーフィルミングが発生してしまい、画像品質の信頼性が充分ではなく、画像品質上の問題が生じる。
更に、結晶性ポリエステル樹脂を用いるトナーは流動性が劣る傾向が見られ、流動性をよくするために外添剤量を増やすのが有効的であるが、印刷モードにより結晶性ポリエステル樹脂、又は外添剤がキャリアに固着し、経時でのキャリアの帯電能力を低下させ、実機トナー飛散が発生しまう問題がある。
実機トナー飛散を防止する等の目的で、外添剤として、大小2種類の粒径のシリカ微粒子を用いたトナーは従来公知である。特許文献12の特開平9−204062号公報には、外添剤を用いることによりその外添剤がトナー粒子表面を離れ、現像剤中のキャリアの表面に付着して汚染し、現像剤の帯電能力を下げ、その結果、現像剤の交換が頻繁に必要になってくるという問題解決のため、「結着樹脂と着色剤を含有する平均粒子径が5〜7μmのトナー粒子と外添剤からなるトナー組成物およびキャリアからなる静電荷像現像剤であって、外添剤が平均粒子径5〜15nmの第1の疎水性シリカと平均粒子径がトナー粒子の平均粒子径の1/30〜1/300の第2の疎水性シリカとからなり、該シリカ粒子は、個数平均一次粒径が5〜20nmのシリカ微粒子(A)、及び個数平均一次粒径が25〜70nmのシリカ微粒子(B)を含み、前記シリカ微粒子(A)、及びシリカ微粒子(B)の含有量が、着色樹脂粒子100重量部に対してそれぞれ0.3〜2重量部、及び0.5〜3重量部であり、トナー粒子表面における第1および第2の疎水性シリカの合計被覆率が40〜100の範囲であって、第1の疎水性シリカと第2の疎水性シリカとの割合は5:95〜95:5である静電荷像現像剤」が記載されている。
しかし、この公報記載の技術は、結着樹脂として結晶性ポリエステルを用いたトナーのキャリア粒子へのスペントにおける、外添剤の影響と、結晶性ポリエステルの影響とを同時に視野に入れたものではない。したがって当然、結晶性ポリエステル樹脂と非晶質樹脂との比、大粒径シリカと小粒径シリカとの比の最適化を示唆するものではない。
上述のように、トナーに結晶性ポリエステル樹脂を含有させると、低温定着性を向上させる効果がある。
しかしながら、結晶性ポリエステル樹脂を用いるトナーは流動性が劣る傾向が見られ、流動性をよくするために外添剤量を増やすのが有効的であるが、印刷モードにより結晶性ポリエステル樹脂、又は外添剤がキャリアに固着し、経時でのキャリアの帯電能力を低下させ、実機トナー飛散が発生しまうことが問題となっている。
かかるキャリア固着(帯電低下)起因とするトナー飛散問題については、トナー粒子中の結晶性ポリエステル樹脂及び外添剤がキャリアに固着するのが主な原因と考えられる。
特に高画像面積チャートでの印刷モードでは、トナーが補給による収支が激しく、外添剤がキャリアに固着しやすく、飛散を起こす。
一方、低画像面積チャートでの印刷モードでは、トナーはなかなか消費されなく、現像ユニットに留まることにより、外添剤がトナーに埋没して、トナー母体表層に露出する結晶性ポリエステル樹脂がキャリアに固着しやすく、飛散を起こす。
上述のように、トナーに結晶性ポリエステル樹脂を含有させると、低温定着性を向上させる効果がある。
しかしながら、結晶性ポリエステル樹脂を用いるトナーは流動性が劣る傾向が見られ、流動性をよくするために外添剤量を増やすのが有効的であるが、印刷モードにより結晶性ポリエステル樹脂、又は外添剤がキャリアに固着し、経時でのキャリアの帯電能力を低下させ、実機トナー飛散が発生しまうことが問題となっている。
かかるキャリア固着(帯電低下)起因とするトナー飛散問題については、トナー粒子中の結晶性ポリエステル樹脂及び外添剤がキャリアに固着するのが主な原因と考えられる。
特に高画像面積チャートでの印刷モードでは、トナーが補給による収支が激しく、外添剤がキャリアに固着しやすく、飛散を起こす。一方、低画像面積チャートでの印刷モードでは、トナーはなかなか消費されなく、現像ユニットに留まることにより、外添剤がトナーに埋没して、トナー母体表層に露出する結晶性ポリエステル樹脂がキャリアに固着しやすく、飛散を起こす。
本発明は、上記した従来技術における問題点に鑑みて為されたものであって、低画像面積チャートでの印刷モードでも、高画像面積チャートでの印刷モードでも、トナー粒子表層にある組成である結晶性ポリエステル樹脂及び外添剤がキャリアに固着して、キャリア帯電性を低下することが起因とするトナー飛散品質問題を起こさないトナー、現像剤、これらを用いた画像形成方法、画像形成装置、並びにこれらを充填した容器、及びプロセスカートリッジを提供することを目的とする。
そこで、本発明者等はトナー粒子の表層にある結晶性ポリエステル樹脂量と、外添剤の大粒径シリカ量、小粒径シリカ量を適切の関係に制御することにより、低画像面積チャートでの印刷モードでも、高画像面積チャートでの印刷モードでも、トナー粒子表層にある組成である結晶性ポリエステル樹脂及び外添剤がキャリアに固着して、キャリア帯電性を低下することが起因とするトナー飛散品質問題を起こさないことを達成できることを見出し本発明に至った。
即ち、上記課題を解決するために本発明に係るトナーは、具体的には下記(I)に記載の技術的特徴を有する。
(I):トナー母体と、外添剤と、が配合され、前記トナー母体は、結晶性ポリエステル樹脂と、非晶質樹脂と、ワックスとを含有する電子写真用トナーであって、前記トナーのFT−IR(フーリエ変換赤外分光分析測定装置)を使用しATR法(全反射法)で測定した結晶性ポリエステル樹脂の特徴的なスペクトルのピーク高さをC、非晶質樹脂の特徴的なスペクトルのピーク高さをRとしたとき、結晶性ポリエステル樹脂ピーク比はC/Rであり、
前記外添剤は少なくとも一次平均粒径が10〜180nm範囲内で、粒径が異なる2種類のシリカを含有し、外添剤の配合量X(重量部)は、前記トナー母体100重量部に対して、粒径が大きいシリカ(大粒径シリカ)の重量部をA、粒径が小さいシリカ(小粒径シリカ)の重量部をBとしたとき、結晶性ポリエステル樹脂ピーク比C/Rは、下記関係式(1)及び関係式(2)の関係を満たすことを特徴とする電子写真用トナー。
0.01≦(C/R)/(0.62×A+1.97×B)≦0.17・・・関係式(1)
0.05≦C/R≦0.18・・・関係式(2)
本発明によれば、高速のシステムにおいて低温定着を達成すると共に、低画像面積チャートでの印刷モードでも、高画像面積チャートでの印刷モードでも、トナー粒子表層にある組成である結晶性ポリエステル樹脂及び外添剤がキャリアに固着して、キャリア帯電性を低下することが起因とするトナー飛散品質問題を起こさない画像形成方法、画像形成装置、並びに該画像形成装置に適用可能なトナー、現像剤、これらを充填した容器、及びプロセスカートリッジを提供することができる。
本発明に係る画像形成装置の一実施の形態における一部の構成を示す概略図である。 結晶性ポリエステル樹脂の結晶状態の特徴的なスペクトルを示すグラフである。 非晶質樹脂であるポリエステル樹脂の特徴的なスペクトルを示すグラフである。 結晶性ポリエステル樹脂のX線回折結果を示すグラフである。 本発明に用いられるトナーのX線回折結果を示すグラフの一例である。
本発明に係る「電子写真用トナー」は、上記(I)に記載の技術的特徴を有するものであるが、このトナーは、以降の詳細な説明から理解されるように、つぎの(II)、(III)に記載の態様のトナーを包含する。また本発明は、つぎの(IV)〜(XII)に記載の「画像形成方法」、「画像形成装置」、「現像剤」、「プロセスカートリッジ」、「トナー容器」および「現像剤容器」を包含するものでもある。
(II):前記結晶性ポリエステル樹脂ピーク比C/Rが、下記関係式(2)、関係式(3)の関係を満たすことを特徴とする前記(I)に記載の電子写真用トナー。
0.05≦C/R≦0.18・・・関係式(2)
0.02≦(C/R)/(0.62×A+1.97×B)≦0.17・・・関係式(3)
(III):前記結晶性ポリエステル樹脂の特徴的なスペクトルは、1165cm−1であり、前記Cのベースラインは、1137−1199cm−1であり、前記非晶質樹脂の特徴的なスペクトルは、699cm−1又は829cm−1であり、前記Rのベースラインは、前記非晶質樹脂の特徴的なスペクトルが699cm−1である場合は670−714cm−1であり、前記非晶質樹脂の特徴的なスペクトルが829cm−1である場合は784−889cm−1であることを特徴とする前記(I)または(II)に記載の電子写真用トナー。
(IV):像担持体表面を帯電させる帯電工程と、該帯電工程後の像担持体表面に静電潜像を書き込む露光工程と、前記静電潜像を、トナーを含む現像剤を用いて可視化して可視像を形成する現像工程と、前記可視像を、直接又は被転写体を介して記録媒体上に転写して未定着画像を形成する転写工程と、該転写工程後の像担持体表面に残存する転写残留トナーをクリーニングするクリーニング工程と、前記未定着画像を記録媒体に定着させる定着工程と、を有し、前記トナーは、トナー母体と、外添剤と、が配合され、前記トナー母体は、結晶性ポリエステル樹脂と、非晶質樹脂と、ワックスと、を含有し、前記トナーのFT−IR(フーリエ変換赤外分光分析測定装置)を使用しATR法(全反射法)で測定した結晶性ポリエステル樹脂の特徴的なスペクトルのピーク高さをC、非晶質樹脂の特徴的なスペクトルのピーク高さをRとしたとき、結晶性ポリエステル樹脂ピーク比C/Rは、下記関係式(1)及び関係式(2)の関係を満たすことを特徴とする画像形性方法。
0.01≦(C/R)/(0.62×A+1.97×B)≦0.17・・・関係式(1)
0.05≦C/R≦0.18・・・関係式(2)
(V):前記結晶性ポリエステル樹脂ピーク比C/Rは、下記関係式(2)、関係式(3)の関係を満たすことを特徴とする前記(IV)に記載の画像形成方法。
0.05≦C/R≦0.18・・・関係式(2)
0.02≦(C/R)/(0.62×A+1.97×B)≦0.17・・・関係式(3)
(VI):像担持体表面を帯電させる帯電手段と、帯電後の像担持体表面に静電潜像を書き込む露光手段と、前記静電潜像を、トナーを含む現像剤を用いて可視化して可視像を形成する現像手段と、前記可視像を、直接又は被転写体を介して記録媒体上に転写して未定着画像を形成する転写手段と、転写後の像担持体表面に残存する転写残留トナーをクリーニングするクリーニング手段と、前記未定着画像を記録媒体に定着させる定着手段と、を有し、前記トナーは、トナー母体と、外添剤と、が配合され、前記トナー母体は、結晶性ポリエステル樹脂と、非晶質樹脂と、ワックスと、を含有し、前記トナーのFT−IR(フーリエ変換赤外分光分析測定装置)を使用しATR法(全反射法)で測定した結晶性ポリエステル樹脂の特徴的なスペクトルのピーク高さをC、非晶質樹脂の特徴的なスペクトルのピーク高さをRとしたとき、結晶性ポリエステル樹脂ピーク比C/Rは、下記関係式(1)及び関係式(2)の関係を満たすことを特徴とする画像形性装置。
0.01≦(C/R)/(0.62×A+1.97×B)≦0.17・・・関係式(1)
0.05≦C/R≦0.18・・・関係式(2)
(VII):前記結晶性ポリエステル樹脂ピーク比C/Rは、下記関係式(2)、関係式(3)の関係を満たすことを特徴とする前記(VI)に記載の画像形成装置。
0.05≦C/R≦0.18・・・関係式(2)
0.02≦(C/R)/(0.62×A+1.97×B)≦0.17・・・関係式(3)
(VIII):前記(I)乃至(III)のいずれかに記載のトナーとキャリアとを含有することを特徴とする現像剤。
(IX):前記(I)乃至(III)のいずれか1に記載のトナー又は前記(VIII)に記載の現像剤が充填されたことを特徴とする容器。
(X):前記(VIII)に記載の現像剤を保持する現像装置と、像担持体、帯電装置、クリーニング装置より選ばれる1以上と、を一体に支持し、画像形成装置本体に着脱自在であることを特徴とするプロセスカートリッジ。
(XI):前記結晶性ポリエステル樹脂の特徴的なスペクトルは、1165cm−1であり、前記Cのベースラインは、1137−1199cm−1であり、前記非晶質樹脂の特徴的なスペクトルは、699cm−1又は829cm−1であり、前記Rのベースラインは、前記非晶質樹脂の特徴的なスペクトルが699cm−1である場合は670−714cm−1であり、前記非晶質樹脂の特徴的なスペクトルが829cm−1である場合は784−889cm−1であることを特徴とする前記(IV)または(V)に記載の画像形成方法。
(XII):前記結晶性ポリエステル樹脂の特徴的なスペクトルは、1165cm−1であり、前記Cのベースラインは、1137−1199cm−1であり、前記非晶質樹脂の特徴的なスペクトルは、699cm−1又は829cm−1であり、前記Rのベースラインは、前記非晶質樹脂の特徴的なスペクトルが699cm−1である場合は670−714cm−1であり、前記非晶質樹脂の特徴的なスペクトルが829cm−1である場合は784−889cm−1であることを特徴とする上記(VI)または(VII)に記載の画像形成装置。
以下、本発明について図面を参照しながら詳細に説明する。
《画像形成装置、画像形成方法》
図1は、本発明に係る画像形成装置の一実施の形態における一部の構成を示す概略図である。
本発明に係る画像形成装置は、静電潜像を担持する像担持体1と、該像担持体表面を帯電させる帯電装置2と、前記像担持体1表面に静電潜像を書き込む露光装置8と、前記静電潜像を、トナー9を含む現像剤13を用いて可視化して可視像を形成するする現像装置3と、前記可視像を、直接又は被転写体を介して記録媒体4上に転写して未定着画像を形成する転写装置5と、像担持体1表面に残った転写残留トナーをクリーニングするクリーニング装置7と、前記未定着画像を記録媒体に定着させる定着装置6と、を備え、前記トナー9は、トナー母体と、外添剤と、が配合され、前記トナー母体は、結晶性ポリエステル樹脂と、非晶質樹脂と、ワックスと、を含有する。
帯電装置2で一様帯電された像担持体1上に、露光装置8で書き込まれて形成された静電潜像は、現像装置3によりトナーを含む現像剤を用いて可視化されて、像担持体1上にトナー像が形成される。
本発明に用いられる像担持体1には、有機感光体、無機感光体等の従来の画像形成装置に用いられる公知の像担持体を適用可能である。
帯電装置2、露光装置8は、従来の画像形成装置に用いられる公知の帯電装置、露光装置を適用可能である。
現像装置3は、像担持体1の移動方向(回転方向;時計回り)に対して順方向に回転する順方向現像ロール11と、逆方向(反時計回り)に回転する逆方向現像ロール12とを、像担持体1の上流から順方向現像ロール11、逆方向現像ロール12の順で対向して配置したセンターフィード方式の構成である。
トナー9は、貯蔵部位20からトナー補給手段21によりオーガ状攪拌部材14b上に供給され、現像剤13(キャリア10)と混合攪拌されながら紙面手前側に搬送された後、オーガ状攪拌部材14aによりさらに混合攪拌されながら、紙面奥側に搬送される。
オーガ状攪拌部材14aにより搬送される途上、現像剤13は現像ロール11、12に供給され現像に寄与する。
このとき、現像ロール11、12に担持される現像剤13の量は、規制部材15によって適切な量に規制される。
なお、図1では順方向現像ロール11並びに逆方向現像ロール12を1本ずつ備えた場合を示しているが、必要に応じてロールの設置本数を増やすこともできる。
トナー濃度センサ16はオーガ状攪拌部材14aの真下に該オーガ状攪拌部材14aと適正な間隔を保持した位置に取り付けてある。
現像装置3の温度を検出する温度センサ18は画像形成装置内における現像装置3近傍に取り付けられている。
制御部19は別途画像形成装置内に備え付けられており、トナー濃度センサ16の検出したトナー濃度と設定トナー濃度を比較し、トナー濃度が不足している場合には、トナー補給手段21を駆動してトナーを補給する構成となっている。
像担持体1上の可視像(トナー像)は転写装置5により記録媒体4(紙など)上に転写される。このとき、転写装置5は、用紙搬送ガイド板17によって搬送された記録媒体4上に直接転写するものであっても良く、中間転写ベルトのような被転写体を介して記録媒体4上に転写するものであっても良い。
次いで、像担持体1上で転写されずに残留したトナー(転写残留トナー)はクリーニングブレードを備えたクリーニング装置7により綺麗に取除かれる。
一方、記録媒体4上に転写された未定着画像(トナー像)は、定着装置6で記録媒体4に定着されて記録画像として画像形成装置外に排出される。
本発明に係る画像形成方法は、これら一連の画像形成プロセスを有していることが好ましい。
本発明に用いられるクリーニング装置7には、クリーニングブレード、クリーニングブラシ等の従来の画像形成装置に用いられる公知のクリーニング装置を適用可能である。
本発明はトナー粒子表層に露出する結晶性ポリエステル樹脂量の指標としてはC/R、トナー母体100重量部に対して、大粒径シリカの重量部はA(一次平均粒径60〜180nm)、小粒径シリカの重量部はB(一次平均粒径10〜55nm)としたとき、その関係は、下記関係式(1)、関係式(2)を満たすことが非常に重要である。
0.01≦(C/R)/(0.62×A+1.97×B)≦0.17・・・関係式(1)
0.05≦C/R≦0.18・・・関係式(2)
(C/R)/(0.62×A+1.97×B)が0.01より小さい場合は、高画像面積チャートでの連続印刷の時、トナーの消費及び収支が激しく、経時の現像攪拌ストレスによりトナー由来の外添剤がキャリアに固着し、キャリアの経時帯電能力が低下し、トナーはキャリアとの摩擦で生じる静電力による拘束が弱くなり、機内でトナー飛散問題が発生する。大粒径シリカ、小粒径シリカともキャリアに固着して帯電を低下させるが、寄与率に違いがあり、比較的には小粒径シリカがより固着しやすく、帯電を低下させる度合いが大きい傾向が見られる。
一方、(C/R)/(0.62×A+1.97×B)が0.17より大きい場合は、低画像面積チャートでの連続印刷の時、トナーの消費が少なく、トナーは長い時間で現像ユニットに留まり、経時の現像攪拌ストレスによりトナー再表層の外添剤がトナー母体に埋没し、露出したトナー母体、特に露出した結晶性ポリエステル樹脂がキャリアに固着しやすく、キャリアの経時帯電能力が低下し、トナーはキャリアとの摩擦で生じる静電力による拘束が弱くなり、機内でトナー飛散問題が発生する。大粒径シリカ、小粒径シリカともキャリアに固着して帯電を低下させるが、寄与率に違いがあり、比較的には小粒径シリカがより固着しやすく、帯電を低下させる度合いが大きい傾向が見られる。
さらに本発明は下記関係式(2)、関係式(3)を満たすことがより好ましい。
0.05≦C/R≦0.18・・・関係式(2)
0.02≦(C/R)/(0.62×A+1.97×B)≦0.17・・・関係式(3)
さらに本発明は、前記C/Rが、0.05乃至0.18であることが重要である。C/Rとは、トナー表面への結晶性ポリエステル樹脂の染み出し易さを表している。C/Rが0.18より大きいと、低温定着性が向上するが、染み出しすぎると印刷経時で、特に低画像面積チャートでの連絡印刷時にキャリアに固着しやすく、トナー飛散が発生する。
一方、C/Rが0.05より小さいと、低温定着性は劣ることになる。
C/Rの測定は、FT−IR(フーリエ変換赤外分光分析測定装置)を使用したATR法(全反射法)によって行うものである。測定方法の詳細については後述する。
C/Rの制御は結晶性ポリエステル樹脂と非晶質樹脂との相溶状態、再結晶の度合いなどに大きく影響されるものであって、前記式(1)に記載の関係を満たすためには特殊な製造条件が必要となる。
具体的には、例えば品質工学上の手法により、材料熱特性、トナー処方のみではなく、乳化造粒工程、脱溶剤工程、熟成伸張反応工程、添加剤混合工程などの製造条件を最適化することで制御可能である。
より具体的には、例えば結晶性ポリエステル樹脂の処方仕込み量を増やす、又は結晶性ポリエステル熱特性を下げると、トナーC/Rは大きくなる。仕込み量を減らす又は熱特性を上げるとC/Rが小さくなる。また工程条件の例としては外添剤の仕込み量を増やすと結晶性ポリエステルがトナー母体表層に露出しにくくなるためC/Rが小さくなる。外添剤仕込み量を減らすとC/Rが大きくなる。ただ小粒径シリカ又は大粒径シリカによってはその効果が異なり、同じ仕込み量で比較する場合は大粒径シリカの場合のC/Rは大きく(結晶性ポリエステル樹脂が露出しやすい)、小粒径シリカの場合のC/Rは小さい。
本発明は用いる無機微粒子であるシリカは、一次平均粒径が10〜180nmのを使うことが非常に好ましい。
シリカ粒径が10nmより小さいと、キャリアに固着しやすくなり、飛散が発生することが多くなる。シリカ粒径が180nmより大きいと、キャリア膜を削って、帯電を低下させ、飛散が発生することが多い。
本発明では、上述のような手法でC/Rと外添剤仕込み部数のA(大粒径シリカ)お呼びB(小粒径シリカ)が特定の関係を満たすように制御されることで、高速のシステムにおいて低温定着を達成すると共に、低画像面積チャートでの印刷モードでも、高画像面積チャートでの印刷モードでも、トナー粒子表層にある組成である結晶性ポリエステル樹脂及び外添剤がキャリアに固着して、キャリア帯電性を低下することが起因とするトナー飛散品質問題が発生することを防止することができた。
(C/Rの測定方法)本発明では、結晶性ポリエステル樹脂ピーク比C/R、ワックスピーク比W/Rは、FT−IR(フーリエ変換赤外分光分析測定装置;Avatar370/ThermoElectron社製)で、ATR法(全反射法)測定により得られる吸光度スペクトルから、結晶性ポリエステル樹脂の特徴的なスペクトルのピーク高さをC、非晶質樹脂の特徴的なスペクトルのピーク高さをRとして算出する。
ATR法では平滑な面が必要となるため、トナーを加圧成型し平滑面を作る。この時の加圧成型は、トナー2.0gに1tを60sec間荷重し、直径20mmのペレットとした。
本発明では、結晶性ポリエステル樹脂が結晶状態時の特徴的なスペクトル(1165cm−1)のピーク高さをC(図2参照、高さのベースラインは1137−1199cm−1)、アルキル鎖のC−H伸縮を由来とする特徴的なスペクトル(2850cm−1)のピーク高さをW(高さのベースラインは2834−2862cm−1)、非晶質樹脂の特徴的なスペクトル(例えばポリエステル樹脂の場合、829cm−1(図3参照、高さのベースラインは784−889cm−1)のピーク高さをRとして、C/Rをピーク強度比として計算した。
本発明におけるピーク強度比は、スペクトルを吸光度に直し、そのピーク高さを使用したものである。
尚、結晶性ポリエステル樹脂、非晶質樹脂、外添剤についての詳細は後述する。
《トナー》
本発明に用いられるトナーは、トナー母体と、外添剤と、が配合され、前記トナー母体は、結晶性ポリエステル樹脂と、非晶質樹脂と、ワックスと、を含有してなる。
(非晶質樹脂;非晶質ポリエステル樹脂)
本発明のトナーを構成する非晶質樹脂である重縮合ポリエステル樹脂としては、ポリオールとポリカルボン酸との重縮合物であるポリエステル樹脂(AX)、(AX)にさらにポリエポキシド(c)などを反応させて得られる変性ポリエステル樹脂(AY)などが挙げられる。
(AX)、(AY)などは単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて混合物として使用してもよい。
ポリオールとしては、ジオール(g)および3価以上のポリオール(h)が、ポリカルボン酸としては、ジカルボン酸(i)および3価以上のポリカルボン酸(j)が挙げられ、それぞれ2種以上を併用してもよい。
ポリエステル樹脂(AX)および(AY)としては、以下のものなどが挙げられ、これらのものを併用することもできる。
(AX1):(g)および(i)を用いた線状のポリエステル樹脂(AX2):(g)および(i)と共に(h)および/または(j)を用いた非線状のポリエステル樹脂(AY1):(AX2)に(c)を反応させた変性ポリエステル樹脂。
ジオール(g)としては、水酸基価180〜1900(mgKOH/g、以下同様)のものが好ましい。
具体的には、炭素数2〜36のアルキレングリコール(エチレングリコール、1,2−プロピレングリコール、1,3−プロピレングリコール、1,4−ブチレングリコールおよび1,6−ヘキサンジオールなど);炭素数4〜36のアルキレンエーテルグリコール(ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールおよびポリブチレングリコールなど);炭素数6〜36の脂環式ジオール(1,4−シクロヘキサンジメタノールおよび水素添加ビスフェノールAなど);上記脂環式ジオールの炭素数2〜4のアルキレンオキシド〔エチレンオキシド(以下EOと略記する)、プロピレンオキシド(以下POと略記する)およびブチレンオキシド(以下BOと略記する)など〕付加物(付加モル数1〜30);ビスフェノール類(ビスフェノールA、ビスフェノールFおよびビスフェノールSなど)の炭素数2〜4のアルキレンオキシド(EO、POおよびBOなど)付加物(付加モル数2〜30)などが挙げられる。
これらのうち好ましいものは、炭素数2〜12のアルキレングリコール、ビスフェノール類のアルキレンオキシド付加物およびこれらの併用であり、とくに好ましいものはビスフェノール類のアルキレンオキシド付加物、炭素数2〜4のアルキレングリコールおよびこれらの2種以上の併用である。
なお、上記および以下において水酸基価および酸価は、JIS K 0070に規定の方法で測定される。
3価以上(3〜8価またはそれ以上)のポリオール(h)としては、水酸基価150〜1900のものが好ましい。
具体的には、炭素数3〜36の3〜8価またはそれ以上の脂肪族多価アルコール(アルカンポリオールおよびその分子内もしくは分子間脱水物、例えば、グリセリン、トリエチロールエタン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ソルビトール、ソルビタン、ポリグリセリン、およびジペンタエリスリトール;糖類およびその誘導体、例えば庶糖およびメチルグルコシド;など);上記脂肪族多価アルコールの炭素数2〜4のアルキレンオキシド(EO、POおよびBOなど)付加物(付加モル数1〜30);トリスフェノール類(トリスフェノールPAなど)の炭素数2〜4のアルキレンオキシド(EO、POおよびBOなど)付加物(付加モル数2〜30);ノボラック樹脂(フェノールノボラックおよびクレゾールノボラックなど:平均重合度3〜60)の炭素数2〜4のアルキレンオキシド(EO、PO、BOなど)付加物(付加モル数2〜30)などが挙げられる。
これらのうち好ましいものは、3〜8価またはそれ以上の脂肪族多価アルコールおよびノボラック樹脂のアルキレンオキシド付加物(付加モル数2〜30)であり、とくに好ましいものはノボラック樹脂のアルキレンオキシド付加物である。
ジカルボン酸(i)としては、酸価180〜1250(mgKOH/g、以下同様)のものが好ましい。
具体的には、炭素数4〜36のアルカンジカルボン酸(コハク酸、アジピン酸、およびセバシン酸など)およびアルケニルコハク酸(ドデセニルコハク酸など);炭素数4〜36の脂環式ジカルボン酸〔ダイマー酸(2量化リノール酸)など〕;炭素数4〜36のアルケンジカルボン酸(マレイン酸、フマル酸、シトラコン酸、およびメサコン酸など);炭素数8〜36の芳香族ジカルボン酸(フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、およびナフタレンジカルボン酸など)などが挙げられる。
これらのうち好ましいものは、炭素数4〜20のアルケンジカルボン酸、および炭素数8〜20の芳香族ジカルボン酸である。
なお、ジカルボン酸(i)としては、上述のものの酸無水物または低級アルキル(炭素数1〜4)エステル(メチルエステル、エチルエステル、イソプロピルエステルなど)を用いてもよい。
3価以上(3〜6価またはそれ以上)のポリカルボン酸(j)としては、酸価150〜1250のものが好ましい。
具体的には、炭素数9〜20の芳香族ポリカルボン酸(トリメリット酸、ピロメリット酸など);不飽和カルボン酸のビニル重合体[数平均分子量(以下Mnと記載、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)による):450〜10000](スチレン/マレイン酸共重合体、スチレン/アクリル酸共重合体、α−オレフィン/マレイン酸共重合体、スチレン/フマル酸共重合体など)などが挙げられる。
これらのうち好ましいものは、炭素数9〜20の芳香族ポリカルボン酸であり、特に好ましいものはトリメリット酸、およびピロメリット酸である。
なお、3価以上のポリカルボン酸(j)としては、上述のものの酸無水物または低級アルキル(炭素数1〜4)エステル(メチルエステル、エチルエステル、イソプロピルエステルなど)を用いてもよい。
また、ジオール(g)、ポリオール(h)、ジカルボン酸(i)またはポリカルボン酸(j)と共に、炭素数4〜20の脂肪族または芳香族ヒドロキシカルボン酸(k)、炭素数6〜12のラクトン(l)を共重合することもできる。
ヒドロキシカルボン酸(k)としては、ヒドロキシステアリン酸、硬化ヒマシ油脂肪酸などが挙げられる。
ラクトン(l)としては、カプロラクトンなどが挙げられる。
ポリエポキシド(c)としては、ポリグリシジルエーテル〔エチレングリコールジグリシジルエーテル、テトラメチレングリコールジグリシジルエーテル、ビスフェノールAジグリシジルエーテル、ビスフェノールFジグリシジルエーテル、グリセリントリグリシジルエーテル、ペンタエリスリトールテトラグリシジルエーテル、フェノールノボラック(平均重合度3〜60)グリシジルエーテル化物など〕;ジエンオキサイド(ペンタジエンジオキサイド、ヘキサジエンジオキサイドなど)などが挙げられる。
これらの中で好ましくは、ポリグリシジルエーテルであり、さらに好ましくは、エチレングリコールジグリシジルエーテルおよびビスフェノールAジグリシジルエーテルである。
ポリエポキシド(c)の1分子当たりのエポキシ基数は、好ましくは2〜8、さらに好ましくは2〜6、特に好ましくは2〜4である。
ポリエポキシド(c)のエポキシ当量は、好ましくは50〜500である。
下限は、さらに好ましく70、特に好ましくは80であり、上限は、さらに好ましく300、特に好ましくは200である。
エポキシ基数とエポキシ当量が上記範囲内であると、現像性と定着性が共に良好である。
上述の1分子当たりのエポキシ基数およびエポキシ当量の範囲を同時に満たせばさらに好ましい。
ポリオールとポリカルボン酸の反応比率は、水酸基[OH]とカルボキシル基[COOH]の当量比[OH]/[COOH]として、好ましくは2/1〜1/2、さらに好ましくは1.5/1〜1/1.3、特に好ましくは1.3/1〜1/1.2である。
また使用するポリオールとポリカルボン酸の種類は、最終的に調製される非晶質樹脂(非晶質ポリエステル系トナーバインダー)のガラス転移点が45〜85℃となるよう分子量調整も考慮して選択される。
本発明においてトナーバインダーとして用いる非晶質樹脂(非晶質ポリエステル樹脂)は、通常のポリエステルの製造法と同様にして製造することができる。
例えば、不活性ガス(窒素ガス等)雰囲気中で、カルボン酸チタン(以下、チタン含有触媒(a)と称する。)の存在下、反応温度が好ましくは150〜280℃、さらに好ましくは160〜250℃、特に好ましくは170〜240℃で反応させることにより行うことができる。
また反応時間は、重縮合反応を確実に行う観点から、好ましくは30分以上、特に好ましくは2〜40時間である。
さらに、反応末期の反応速度を向上させるために減圧する(例えば1〜50mmHg)ことも有効である。
チタン含有触媒(a)の添加量としては、重合活性などの観点から、得られる重合体の重量に対して、好ましくは0.0001〜0.8%、さらに好ましくは0.0002〜0.6%、特に好ましくは0.0015〜0.55%である。
また、チタン含有触媒(a)の触媒効果を損なわない範囲で他のエステル化触媒を併用することもできる。
他のエステル化触媒の例としては、スズ含有触媒(例えばジブチルスズオキシド)、三酸化アンチモン、チタン含有触媒(a)以外のチタン含有触媒(例えばハロゲン化チタン、チタンジケトンエノレート、カルボン酸チタニル、及びカルボン酸チタニル塩)、ジルコニウム含有触媒(例えば酢酸ジルコニル)、ゲルマニウム含有触媒、アルカリ(土類)金属触媒(例えばアルカリ金属もしくはアルカリ土類金属のカルボン酸塩:酢酸リチウム、酢酸ナトリウム、酢酸カリウム、酢酸カルシウム、安息香酸ナトリウム、および安息香酸カリウムなど)、および酢酸亜鉛等が挙げられる。
これらの他の触蝶の添加量としては、得られる重合体の重量に対して、0〜0.6%が好ましい。
0.6%以内とすることで、ポリエステル樹脂の着色が少なくなり、カラー用のトナーに用いるのに好ましい。
添加された全触媒中のチタン含有触媒(a)の含有率は、50〜100重量%が好ましい。
線状のポリエステル樹脂(AX1)の製造方法としては、例えば、得られる重合体の重量に対して0.0001〜0.8%のチタン含有触蝶(a)と、必要により他の触媒の存在下、ジオール(g)、及びジカルボン酸(i)を、180℃〜260℃に加熱し、常圧及び/又は減圧条件で脱水縮合させて、(AX1)を得る方法が挙げられる。
非線状のポリエステル樹脂(AX2)の製造方法としては、例えば、得られる重合体の重量に対して0.0001〜0.8%のチタン含有触媒(a)と、必要により他の触媒の存在下、ジオール(g)、ジカルボン酸(i)、及び3価以上のポリオール(h)を、180℃〜260℃に加熱し、常圧及び/又は減圧条件で脱水縮合させた後、さらに3価以上のポリカルボン酸(j)を反応させて、(AX2)を得る方法が挙げられる。
ポリカルボン酸(j)を、ジオール(g)、ジカルボン酸(i)およびポリオール(h)と同時に反応させることもできる。
変性ポリエステル樹脂(AY1)の製造方法としては、ポリエステル樹脂(AX2)にポリエポキシド(c)を加え、180℃〜260℃でポリエステルの分子伸長反応を行うことで、変性ポリエステル樹脂(AY1)を得る方法が挙げられる。
ポリエポキシド(c)と反応させる非線状のポリエステル樹脂(AX2)の酸価は、好ましくは1〜60、さらに好ましくは5〜50である。
酸価が1以上であると、ポリエポキシド(c)が未反応で残存して樹脂の性能に悪影響を及ぼす恐れがなく、60以下であると、樹脂の熱安定性が良好である。
また、変性ポリエステル樹脂(AY1)を得るのに用いるポリエポキシド(c)の量は、低温定着性および耐ホットオフセット性の観点から、(AX2)に対して、好ましくは0.01〜10重量%、さらに好ましくは0.05〜5重量%である。
また、本発明のトナーには、非晶質樹脂である上記重縮合ポリエステル樹脂以外に、必要により、他の樹脂を含有させることもできる。
他の樹脂としては、スチレン系樹脂[スチレンとアルキル(メタ)アクリレートの共重合体、スチレンとジエン系モノマーとの共重合体等]、エポキシ樹脂(ビスフェノールAジグリシジルエーテル開環重合物等)、ウレタン樹脂(ジオールおよび/または3価以上のポリオールとジイソシアネートの重付加物等)などが挙げられる。
非晶質樹脂における他の樹脂の含有量は、好ましくは0〜40重量%、さらに好ましくは0〜30重量%、特に好ましくは0〜20重量%である。
(結晶性ポリエステル樹脂)
本発明で用いる結晶性ポリエステル樹脂は、その分子主鎖中に下記一般式(1)で表わされるエステル結合を少なくとも60モル%含有する結晶性脂肪族ポリエステル樹脂からなることを特徴とする。
Figure 2015090466
(前記一般式(1)中、Rは直鎖状不飽和脂肪族2価カルボン酸残基を示し、炭素数2〜20、好ましくは2〜4の直鎖状不飽和脂肪族基である。nは2〜20、好ましくは2〜6の整数である。)
前記一般式(1)の構造の存在は固体C13NMRにより確認することができる。
前記直鎖状不飽和脂肪族基の具体例としては、マレイン酸、フマル酸、1,3−n−プロペンジカルボン酸、1,4−n−ブテンジカルボン酸等の直鎖状不飽和2価カルボン酸由来の直鎖状不飽和脂肪族基を挙げることができる。
前記一般式(1)において、Rは直鎖状脂肪族2価アルコール残基またはビスフェノールAエチレンオキシド付加物を示す。
この場合の直鎖状脂肪族2価アルコール残基の具体例としては、エチレングリコール、1,3−プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール等の直鎖状脂肪族2価アルコールから誘導されたものを示すことができる。
結晶性ポリエステル樹脂は、その酸成分として、直鎖状不飽和脂肪族ジカルボン酸を用いたことから、芳香族ジカルボン酸を用いた場合に比べて結晶構造を形成し易いという作用効果を示す。
結晶性ポリエステル樹脂は、例えば、(i)直鎖状不飽和脂肪族2価カルボン酸またはその反応性誘導体(酸無水物、炭素数1〜4の低級アルキルエステル、酸ハライド等)からなる多価カルボン酸成分と、(ii)直鎖状脂肪族ジオールからなる多価アルコール成分とを、常法により重縮合反応させることによって製造することができる。
この場合、多価カルボン酸成分には、必要に応じ、少量の他の多価カルボン酸を添加することができる。
この場合の多価カルボン酸には、(i)分岐鎖を有する不飽和脂肪族二価カルボン酸、(ii)飽和脂肪族2価カルボン酸や、飽和脂肪族3価カルボン酸等の飽和脂肪族多価カルボン酸の他、(iii)芳香族2価カルボン酸や芳香族3価カルボン酸等の芳香族多価カルボン酸等が包含される。
これらの多価カルボン酸の添加量は、全カルボン酸に対して、通常、30モル%以下、好ましくは10モル%以下であり、得られるポリエステルが結晶性を有する範囲内で適宜添加される。
必要に応じて添加することのできる多価カルボン酸の具体例を示すと、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、スベリン酸、セバシン酸、シトラコン酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸等の2価カルボン酸;無水トリメット酸、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−シクロヘキサントリカルボン酸、1,2,4−ナフタレントリカルボン酸、1,2,5−ヘキサントリカルボン酸、1,3−ジカルボキシル−2−メチレンカルボキシプロパン、1,2,7,8−オクタンテトラカルボン酸等の3価以上の多価カルボン酸等を挙げることができる。
前記多価アルコール成分には、必要に応じ、少量の脂肪族系の分岐鎖2価アルコールや環状2価アルコールの他、3価以上の多価アルコールを添加することができる。
その添加量は、全アルコールに対して、30モル%以下、好ましくは10モル%以下であり、得られるポリエステルが結晶性を有する範囲内で適宜添加される。
必要に応じて添加される多価アルコールを例示すると、1,4−ビス(ヒドロキシメチル)シクロヘキサン、ポリエチレングリコール、ビスフェノールAエチレンオキサイド付加物、ビスフェノールAプロピレンオキサイド付加物、グリセリン等が挙げられる。
結晶性ポリエステル樹脂において、その分子量分布は、低温定着性の点から、シャープであることが好ましく、また、その分子量は、比較的低分子量であることが好ましい。
結晶性ポリエステル樹脂の分子量は、そのo−ジクロルベンゼン可溶分のGPCによる分子量分布において、その重量平均分子量(Mw)が5500〜6500、その数平均分子量(Mn)が1300〜1500およびそのMw/Mn比が2〜5であることが好ましい。
ポリエステル樹脂についての前記分子量分布は、横軸をlog(M:分子量)とし、縦軸を重量%とする分子量分布図に基づくものである。
本発明で用いる結晶性ポリエステル樹脂の場合、この分子量分布図において、3.5〜4.0(重量%)の範囲に分子量ピークを有することが好ましく、また、そのピークの半値幅が1.5以下であることが好ましい。
結晶性ポリエステル樹脂において、そのガラス転移温度(Tg)および軟化温度〔T(F1/2)〕は、トナーの耐熱保存性が悪化しない範囲で低いことが望ましいが、一般的には、そのTgは100〜150℃、好ましくは110〜140℃であり、そのT(F1/2)は100〜150℃、好ましくは110〜140℃である。
TgおよびT(F1/2)が前記範囲より高くなると、トナーの定着下限温度が高くなるため、トナーの低温定着性が悪化する。
本発明におけるポリエステル樹脂が結晶性を有するか否かは、粉末X線回折装置によるX線回折パターンにピークが存在するか否かで確認できる。
本発明で用いる結晶性ポリエステル樹脂は、その回折パターンにおいて、その2θが20°〜25°の位置に少なくとも1つの回折ピークが存在すること、好ましくはその2θが、少なくとも(i)19°〜21°、(ii)21°〜23°、(iii)23°〜25°および(iv)25°〜28°の位置に回折ピークが存在することを特徴とする。
粉末X線回折測定は、理学電機RINT1100を用い、管球をCu、管電圧−電流を50kV−30mAの条件で広角ゴニオメーターを用いて測定した。(図4:結晶性ポリエステル樹脂のX線回折結果、図5:本発明に用いられるトナーのX線回折結果一例参照。)
ポリエステル樹脂を2種以上併用する場合、および少なくとも1種のポリエステル樹脂と他の樹脂を混合する場合、予め粉体混合または溶融混合してもよいし、トナー化時に混合してもよい。
溶融混合する場合の温度は、好ましくは80〜180℃、さらに好ましくは100〜170℃、特に好ましくは120〜160℃である。混合温度が低すぎると充分に混合できず、不均一となることがある。
2種以上のポリエステル樹脂を混合する場合、混合温度が高すぎると、エステル交換反応による平均化などが起こるため、トナーバインダー(トナー母体中の樹脂成分)として必要な樹脂物性が維持できなくなる場合がある。
溶融混合する場合の混合時間は、好ましくは10秒〜30分、さらに好ましくは20秒〜10分、特に好ましくは30秒〜5分である。
2種以上のポリエステル樹脂を混合する場合、混合時間が長すぎると、エステル交換反応による平均化などが起こるため、トナーバインダーとして必要な樹脂物性が維持できなくなる場合がある。
溶融混合する場合の混合装置としては、反応槽などのバッチ式混合装置、および連続式混合装置が挙げられる。
適正な温度のもと短時間で均一に混合するためには、連続式混合装置が好ましい。
連続混合装置としては、エクストルーダー、コンテイニアスニーダー、3本ロールなどが挙げられる。
これらのうちエクストルーダーおよびコンテイニアスニーダーが好ましい。
粉体混合する場合は、通常の混合条件および混合装置で混合することができる。粉体混合する場合の混合条件としては、混合温度は、好ましくは0〜80℃、さらに好ましくは10〜60℃である。混合時間は、好ましくは3分以上、さらに好ましくは5〜60分である。
混合装置としては、へンシェルミキサー、ナウターミキサー、およびバンパリーミキサー等が挙げられる。好ましくはヘンシェルミキサーである。
また、結晶性ポリエステル樹脂の酸価は、紙と樹脂との親和性の観点から、目的とする低温定着性を達成するために10mgKOH/g以上であることが好ましく、一方、ホットオフセット性を向上させるには45mgKOH/g以下であることが好ましい。
更に、結晶性ポリエステル樹脂の水酸基価については、所定の低温定着性を達成し、かつ良好な帯電特性を達成するためには5〜60mgKOH/gであることが好ましい。
(ワックス)
ワックスとしては、従来公知のものが使用できる。例えば、低分子量ポリエチレン、低分子量ポリプロピレン等の低分子量ポリオレフィンワックスやフィッシャー・トロプシュワックス等の合成炭化水素系ワックスや蜜ロウ、カルナウバワックス、キャンデリラワックス、ライスワックス、モンタンワックス等の天然ワックス類、パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス等の石油ワックス類、ステアリン酸、パルミチン酸、ミリスチン酸等の高級脂肪酸、及び高級脂肪酸の金属塩、高級脂肪酸アミド、合成エステルワックス等、及びこれらの各種変性ワックスが挙げられる。
これらの列挙したワックスの中でも、カルナウバワックス及びその変性ワックスやポリエチレンワックス、合成エステル系ワックスが好適に用いられる。特に、カルナウバワックスは最も好適である。
その理由はポリエステル樹脂やポリオール樹脂に対してカルナウバワックス及びその変性ワックスや合成エステル系ワックスは適度に微分散するため、オフセット防止性と転写性・耐久性ともに優れたトナーとすることが容易なためである。
これらワックスは、1種又は2種以上を併用して用いることができる。これらのワックスの使用量は、トナーに対して2〜15重量%が好適である。2重量%未満ではオフセット防止効果が不充分であり、15重量%を超えると転写性、耐久性が低下する。
また、ワックスの融点は70〜155℃であることが好ましい。ワックスの融点が70℃より低い場合はトナーの耐熱保存性が劣るため好ましくない。ワックスの融点が155℃より高い場合は離型性が充分に発揮されないため好ましくない。
(外添剤)
本発明に用いられるトナーは、シリカを含有する以外に、他の材料と併用でも可能である。例としては、酸化チタン、アルミナ、炭化珪素、窒化珪素、窒化ホウ素等の無機微粒子や樹脂微粒子を母体トナーに外添することが挙げられるが、これらの材料に限定するものではない。
トナーが外添剤を有することで、転写性、耐久性をさらに向上すると共に、像担持体1上にフィルミングしたトナーを掻き落とす効果を奏する。
ただ本発明の関係式(1)で規定されたように、結晶性ポリエステル樹脂の特性値と適切の範囲に制御することが満たさないと画像品質、トナー飛散が発生する。
キャリア帯電性を低下させる結晶性ポリエステル樹脂を、これらの外添剤(特にシリカが好ましい)で覆い隠すこと、及びトナー表面が外添剤で覆われることによる接触面積が低下により、キャリア汚染性が向上する。
これらの無機微粒子はその表面が疎水化処理されていることが好ましく、疎水化処理されたシリカや酸化チタン、といった金属酸化物微粒子が好適に用いられる。
樹脂微粒子としては、ソープフリー乳化重合法により得られた平均粒径0.05〜1μm程度のポリメチルメタクリレートやポリスチレン微粒子が好適に用いられる。
さらに、疎水化処理されたシリカ及び疎水化処理された酸化チタンを併用し、疎水化処理されたシリカの外添量より疎水化処理された酸化チタンの外添量を多くすることにより湿度に対する帯電の安定性にも優れる。
なお、ここで用いる疎水化処理剤の代表例としては以下のものが挙げられる。
ジメチルジクロルシラン、トリメチルクロルシラン、メチルトリクロルシラン、アリルジメチルジクロルシラン、アリルフェニルジクロルシラン、ベンジルジメチルクロルシラン、ブロムメチルジメチルクロルシラン、α−クロルエチルトリクロルシラン、p−クロルエチルトリクロルシラン、クロルメチルジメチルクロルシラン、クロルメチルトリクロルシラン、p−クロルフェニルトリクロルシラン、3−クロルプロピルトリクロルシラン、3−クロルプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルメトキシシラン、ビニル−トリス(β−メトキシエトキシ)シラン、γ−メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、ジビニルジクロルシラン、ジメチルビニルクロルシラン、オクチル−トリクロルシラン、デシル−トリクロルシラン、ノニル−トリクロルシラン、(4−t−プロピルフェニル)−トリクロルシラン、(4−t−ブチルフェニル)−トリクロルシラン、ジペンチル−ジクロルシラン、ジヘキシル−ジクロルシラン、ジオクチル−ジクロルシラン、ジノニル−ジクロルシラン、ジデシル−ジクロルシラン、ジドデシル−ジクロルシラン、ジヘキサデシル−ジクロルシラン、(4−t−ブチルフェニル)−オクチル−ジクロルシラン、ジオクチル−ジクロルシラン、ジデセニル−ジクロルシラン、ジノネニル−ジクロルシラン、ジ−2−エチルヘキシル−ジクロルシラン、ジ−3,3−ジメチルペンチル−ジクロルシラン、トリヘキシル−クロルシラン、トリオクチル−クロルシラン、トリデシル−クロルシラン、ジオクチル−メチル−クロルシラン、オクチル−ジメチル−クロルシラン、(4−t−プロピルフェニル)−ジエチル−クロルシラン、オクチルトリメトキシシラン、ヘキサメチルジシラザン、ヘキサエチルジシラザン、ジエチルテトラメチルジシラザン、ヘキサフェニルジシラザン、ヘキサトリルジシラザン等。
この他チタネート系カップリング剤、アルミニウム系カップリング剤も使用可能である。
(着色剤)
本発明に用いられるトナーは、着色剤を含有しても良い。着色剤としては、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック各色のトナーを得ることが可能な公知の顔料や染料が使用できる。
例えば、黄色顔料としては、カドミウムイエロー、ピグメントイエロー155、ベンズイミダゾロン、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GR、キノリンイエローレーキ、パーマネントイエローNCG、タートラジンレーキ等が挙げられる。
また、橙色顔料としては、モリブデンオレンジ、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、インダンスレンブリリアントオレンジRK、ベンジジンオレンジG、インダンスレンブリリアントオレンジGK等が挙げられる。
赤色顔料としては、ベンガラ、キナクリドンレッド、カドミウムレッド、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、ウォ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等が挙げられる。
紫色顔料としては、ファストバイオレットB、メチルバイオレットレーキが挙げられる。
青色顔料としては、コバルトブルー、アルカリブルー、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、インダンスレンブルーBC等が挙げられる。
緑色顔料としては、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等が挙げられる。
黒色顔料としては、カーボンブラック、オイルファーネスブラック、チャンネルブラック、ランプブラック、アセチレンブラック、アニリンブラック等のアジン系色素、金属塩アゾ色素、金属酸化物、複合金属酸化物等が挙げられる。
これらは、1種または2種以上を使用することができる。
本発明に用いられるトナーは、必要に応じ帯電制御剤を含有することができる。
例えば、ニグロシン、炭素数2〜16のアルキル基を含むアジン系染料(特公昭42−1627号公報)、塩基性染料、例えばC.I.Basic Yello 2(C.I.41000)、C.I.Basic Yello 3、C.I.Basic Red 1(C.I.45160)、C.I.Basic Red 9(C.I.42500)、C.I.Basic Violet 1(C.I.42535)、C.I.Basic Violet 3(C.I.42555)、C.I.Basic Violet 10(C.I.45170)、C.I.Basic Violet 14(C.I.42510)、C.I.Basic Blue 1(C.I.42025)、C.I.Basic Blue 3(C.I.51005)、C.I.Basic Blue 5(C.I.42140)、C.I.Basic Blue 7(C.I.42595)、C.I.Basic Blue 9(C.I.52015)、C.I.Basic Blue 24(C.I.52030)、C.I.Basic Blue 25(C.I.52025)、C.I.Basic Blue 26(C.I.44045)、C.I.Basic Green 1(C.I.42040)、C.I.Basic Green 4(C.I.42000)など、これらの塩基性染料のレーキ顔料、C.I.Solvent Black 8(C.I.26150)、ベンゾイルメチルヘキサデシルアンモニウムクロライド、デシルトリメチルクロライド等の4級アンモニウム塩、或いはジブチル又はジオクチルなどのジアルキルスズ化合物、ジアルキルスズボレート化合物、グアニジン誘導体、アミノ基を含有するビニル系ポリマー、アミノ基を含有する縮合系ポリマー等のポリアミン樹脂、特公昭41−20153号公報、特公昭43−27596号公報、特公昭44−6397号公報、特公昭45−26478号公報に記載されているモノアゾ染料の金属錯塩、特公昭55−42752号公報、特公昭59−7385号公報に記載されているサルチル酸、ジアルキルサルチル酸、ナフトエ酸、ジカルボン酸のZn、Al、Co、Cr、Fe等の金属錯体、スルホン化した銅フタロシアニン顔料、有機ホウ素塩類、含フッ素四級アンモニウム塩、カリックスアレン系化合物等が挙げられる。
ブラック以外のカラートナーは、当然目的の色を損なう帯電制御剤の使用は避けるべきであり、白色のサリチル酸誘導体の金属塩等が好適に使用される。
(製造方法)
本発明のトナーを製造する方法としては特に限定されるものではなく、従来公知の製造方法が使用できる。
例えば、溶融混練粉砕法、重合法、イソシアネート基含有プレポリマーを用いた重付加反応法、溶剤溶解し脱溶剤して粉砕する方法のほか、溶融スプレー法によっても製造することができる。
これらの製造方法のうち、溶融混練法、特定の結晶性高分子および重合性単量体を含有する単量体組成物を水相中で直接的に重合する重合法(懸濁重合法・乳化重合法)、特定の結晶性高分子およびイソシアネート基含有プレポリマーを含有する組成物を水相中でアミン類により直接的に伸長/架橋する重付加反応法、溶剤溶解し脱溶剤して粉砕する方法を採用することが好ましい。
トナーを溶融混練する装置としては、バッチ式の2本ロール、バンバリーミキサーや連続式の2軸押出し機、例えば神戸製鋼所社製KTK型2軸押出し機、東芝機械社製TEM型2軸押出し機、KCK社製2軸押出し機、池貝鉄工社製PCM型2軸押出し機、栗本鉄工所社製KEX型2軸押出し機や、連続式の1軸混練機、例えばブッス社製コ・ニーダ等が好適に用いられる。
重合法、イソシアネート基含有プレポリマーを用いた重付加反応法においては、水相中での機械的エネルギーを付与して強制的に乳化(液滴の形成)処理が必須となる。
かかる機械的エネルギーの付与手段としては、ホモミキサー、超音波、マントンゴーリンなどの強い攪拌または超音波振動エネルギーの付与手段を挙げることができる。
粉砕については、ハンマーミルやロートプレックス等を用いて粗粉砕し、更にジェット気流を用いた微粉砕機や機械式の微粉砕機などを使用することができ、平均粒径が3〜15μmになるように行なうのが望ましい。
さらに、粉砕物は風力式分級機等により、5〜20μmに粒度調整される。
外添剤の母体トナーへ外添は、母体トナーと外添剤とをミキサー類を用い混合・攪拌することにより外添剤が解砕されながらトナー表面に被覆される。
このとき、無機微粒子や樹脂微粒子等の外添剤を均一にかつ強固に母体トナーに付着させることが耐久性の点で重要である。
《現像剤》
本発明に用いられる現像剤は、トナーとキャリアとを含有する二成分現像剤であることが好ましい。
トナーを二成分現像剤用に用いる場合には、キャリア粉と混合して用いられる。
この場合のキャリアとしては、公知のものが使用可能であり、例えば鉄粉、フェライト粉、マグネタイト粉、ニッケル粉、ガラスビーズ等及びこれらの表面を樹脂などで被覆処理したものなどが挙げられ、粒径は体積平均粒径が25〜200μmであることが好ましい。
《容器》
本発明に用いられる容器は、トナー又はトナーとキャリアとを含有した現像剤を当該容器中に収容してなる。
容器としては、特に制限はなく、公知のものの中から適宜選択することができ、例えば、トナー入り容器本体とキャップとを有してなるもの、などが好適に挙げられる。
容器本体としては、その大きさ、形状、構造、材質などについては特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記形状としては、円筒状などが好ましく、内周面にスパイラル状の凹凸が形成され、回転させることにより内容物であるトナーが排出口側に移行可能であり、かつ該スパイラル部の一部又は全部が蛇腹機能を有しているもの、などが特に好ましい。
容器本体の材質としては、特に制限はなく、寸法精度がよいものが好ましく、例えば、樹脂が好適に挙げられ、その中でも、例えば、ポリエステル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリアクリル酸、ポリカーボネート樹脂、ABS樹脂、ポリアセタール樹脂、などが好適に挙げられる。
本発明に用いられる容器は、保存、搬送等が容易であり、取扱性に優れ、後述する本発明のプロセスカートリッジ、上述した画像形成装置等に、着脱可能に取り付けてトナー又は現像剤の補給に好適に使用することができる。
《プロセスカートリッジ》
本発明に係るプロセスカートリッジは、上記現像剤を保持する現像装置と、像担持体、帯電装置、クリーニング装置より選ばれる1以上と、を一体に支持し、画像形成装置本体に着脱自在であることを特徴とする。
ここで、プロセスカートリッジには、上記したもののほかに、さらに除電装置など従来公知のものを一体に支持しても良い。
以下、実施例および比較例を挙げて本発明を更に説明するが、本発明はこれらの実施例
に限定されるものではない。以下、部は重量部を示す。
まず、実施例および比較例のトナーを得るために必要な材料等を以下のようにして作製
した。
〔製造例1:有機微粒子エマルション(微粒子分散液1)の合成〕
撹拌棒および温度計をセットした反応容器に、水660部、メタクリル酸エチレンオキサイド付加物硫酸エステルのナトリウム塩(エレミノールRS−30:三洋化成工業製)9.5部、スチレン130部、メタクリル酸130部、過硫酸アンモニウム1.3部を仕込み、550回転/分で30分間撹拌したところ、白色の乳濁液が得られた。これを加熱して、系内温度75℃まで昇温し、5.5時間反応させた。さらに、1%過硫酸アンモニウム水溶液40部加え、80℃で11時間熟成してビニル系樹脂(スチレン−メタクリル酸−メタクリル酸エチレンオキサイド付加物硫酸エステルのナトリウム塩の共重合体)の水性分散液[微粒子分散液1]を得た。[微粒子分散液1]をLA−920で測定した体積平均粒径は、0.35μmであった。
[微粒子分散液1]の一部を乾燥して樹脂分を単離した。該樹脂分のTgは158℃であった。
〔製造例2:水相1の調整〕
水1000部、[微粒子分散液1]92部、ドデシルジフェニルエーテルジスルホン酸ナトリウムの50%水溶液(エレミノールMON−7:三洋化成工業製)52部、酢酸エチル92部を混合撹拌し、乳白色の液体を得た。これを[水相1]とする。
〔製造例3:低分子ポリエステル1〈水酸基を有するポリエステル〉の合成〕
冷却管、撹拌機および窒素導入管の付いた反応容器中に、ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物234部、ビスフェノールAプロピレンオキサイド3モル付加物533部、テレフタル酸216部、アジピン酸48部およびジブチルチンオキサイド3部を入れ、常圧下、235℃で10時間反応し、さらに10〜20mmHgの減圧で8時聞反応した後、反応容器に無水トリメリット酸45部を入れ、185℃、常圧で2時間反応し、[低分子ポリエステル1]を得た。[低分子ポリエステル1]は、数平均分子量2700、重量平均分子量7000、Tg44℃、酸価21KOHmg/gであった。
〔製造例4:中間体ポリエステル1の合成〕
冷却管、撹拌機および窒索導入管の付いた反応容器中に、ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物690部、ビスフェノールAプロピレンオキサイド2モル付加物84部、テレフタル酸290部、無水トリメリット酸25部およびジブチルチンオキサイド3部を入れ、常圧で250℃で12時間反応し、さらに10〜20mmHgの減圧で6時間反応し、[中間体ポリエステル1]を得た。[中間体ポリエステル1]は、数平均分子量2300、重量平均分子量9000、Tg57℃、酸価0.52、水酸基価53であった。
[イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー(プレポリマー1)の合成]
次に、冷却管、撹拌機および窒素導入管の付いた反応容器中に、[中間体ポリエステル1]400部、イソホロンジイソシアネート90部、酢酸エチル500部を入れ110℃で6時間反応し、[プレポリマー1]を得た。[プレポリマー1]の遊離イソシアネート重量%は、1.70%であった。
〔製造例5−1:結晶性ポリエステル1の合成〕
窒素導入管、脱水管、攪拌器および熱伝対を装備した5リットルの四つ口フラスコに1,4−ブタンジオール28モル、フマル酸24モル、無水トリメリット酸1.80モル、ハイドロキノン6.0gを入れ、150℃で8時間反応させた後、200℃に昇温して2時間反応させ、さらに8.5KPaにて2時間反応させ[結晶性ポリエステル1]を得た。
得られた[結晶性ポリエステル1]は、軟化点、融点とも(DSCの吸熱ピーク温度)130℃、Mn800、Mw3000、酸価26、水酸基価30であった。
窒素導入管、脱水管、攪拌器および熱伝対を装備した5リットルの四つ口フラスコに1,4−ブタンジオール28モル、フマル酸24モル、無水トリメリット酸1.80モル、ハイドロキノン6.0gを入れ、150℃で4時間反応させた後、200℃に昇温して0.5時間反応させ、さらに8.5KPaにて0.5時間反応させ[結晶性ポリエステル2]を得た。
得られた[結晶性ポリエステル2]は、軟化点、融点とも(DSCの吸熱ピーク温度)80℃、Mn600、Mw1500、酸価24、水酸基価29であった。
〔製造例6:ケチミン(ケチミン化合物1)の合成〕
撹拌棒および温度計をセットした反応容器に、イソホロンジアミン180部とメチルエチルケトン80部を仕込み、50℃で6時間反応を行い、[ケチミン化合物1]を得た。
[ケチミン化合物1]のアミン価は420であった。
〔製造例7:マスターバッチ〈MB〉(マスターバッチ1)の合成〕
水1300部、カーボンブラック(Printex35 デクサ製)550部〔DBP吸油量=43ml/100mg、pH=9.5〕、ポリエステル1300部を加え、ヘンシェルミキサー(三井鉱山社製)で混合し、混合物を2本ロールを用いて160℃で45分混練後、圧延冷却し、パルペライザーで粉砕、[マスターバッチ1]を得た。
〔製造例8:油相〈顔料・WAX分散液1〉の作成〕
撹拌棒および温度計をセットした容器に、[低分子ポリエステル1]400部、エステルワックス(融点:70℃)100部、CCA(サリチル酸金属錯体E−84:オリエント化学工業)20部、酢酸エチル1000部を仕込み、撹拌下80℃に昇温し、80℃のまま8時間保持した後、1時間で24℃に冷却した。次いで、この容器に[マスターバッチ1]480部、酢酸エチル550部を仕込み、1時間混合し[原料溶解液1]を得た。
[原料溶解液1]を別の容器に移し、ビーズミル(ウルトラビスコミル、アイメックス社製)を用いて、送液速度1kg/hr、ディスク周速度6m/秒、0.5mmジルコニアビーズを80体積%充填、3パスの条件で、カーボンブラック、WAXの分散を行った。
次いで、[低分子ポリエステル1]の65%酢酸エチル溶液1000部を加え、前記条件のビーズミルで1パスし、[顔料・WAX分散液1]を得た。[顔料・WAX分散液1]の固形分濃度(150℃、60分)は54%であった。
〔製造例11:結晶性ポリエステル分散液1の作製〕
金属製2L容器に[結晶性ポリエステル1]を110g、酢酸エチル450gを採り、80℃で加熱溶解もしくは加熱分散させた後、氷水浴中で急冷した。これにガラスビーズ(3mmφ)500mlを加え、バッチ式サンドミル装置(カンペハピオ社製)で10時間攪拌を行い、体積平均粒径が0.4μmの[結晶性ポリエステル分散液1]を得た。
〔製造例12:結晶性ポリエステル分散液2の作製〕
金属製2L容器に[結晶性ポリエステル2]を110g、酢酸エチル450gを採り、80℃で加熱溶解もしくは加熱分散させた後、氷水浴中で急冷した。これにガラスビーズ(3mmφ)500mlを加え、バッチ式サンドミル装置(カンペハピオ社製)で10時間攪拌を行い、体積平均粒径が0.4μmの[結晶性ポリエステル分散液2]を得た。
〔実施例1〕
以下の乳化、脱溶剤、洗浄および乾燥工程により母体粒子を得た。
(乳化)
[顔料・WAX分散液1]680部、[プレポリマー1]119部、[結晶性ポリエステル分散液1]82部、[ケチミン化合物1]5部を容器に入れ、TKホモミキサー(特殊機化製)で5,700rpmで1分間混合した後、容器に[水相1]1280部を加え、TKホモミキサーで、回転数12,900rpmで22分間混合し[乳化スラリー1]を得た。
(脱溶剤)
撹拌機および温度計をセットした容器に、[乳化スラリー1]を投入し、30℃で10時間脱溶剤した後、45℃で5時間熟成を行い、[分散スラリー1]を得た。
(洗浄および乾燥)
[乳化スラリー1]100部を減圧濾過した後、
(1):濾過ケーキにイオン交換水100部を加え、TKホモミキサーで混合(回転数12,000rpmで10分間)した後濾過した。
(2):(1)の濾過ケーキに10%水酸化ナトリウム水溶液1OO部を加え、TKホモミキサーで混合(回転数12,000rpmで30分間)した後、減圧濾過した。
(3):(2)の濾過ケーキに10%塩酸100部を加え、TKホモミキサーで混合(回転数12,000rpmで10分間)した後濾過した。
(4):(3)の濾過ケーキにイオン交換水300部を加え、TKホモミキサーで混合(回転数12,000rpmで10分間)した後濾過する操作を2回行い[濾過ケーキ1]を得た。
[濾過ケーキ1]を循風乾燥機にて45℃で48時間乾燥し、目開き75μmメッシュで篩い[母体粒子1]を得た。
なお、母体粒子1の体積平均粒径(Dv)は3.0μm以上6.0μm未満であり、個数平均粒径(Dn)に対する体積体積平均粒径(Dv)の比(Dv/Dn)は1.05以上1.25以下であった。
上記のようにして得られた母体粒子1について、母体粒子100部に大粒径疎水性シリカ(一次粒径180nm)2.5部と、小粒径疎水性シリカ(一次粒径20nm)2.0部、疎水化酸化チタン0.3部をヘンシェルミキサーにて混合し、母体粒子を有するトナーとした。
〔実施例2〕
実施例1の乳化工程において、[結晶性ポリエステル分散液1]82部を、[結晶性ポリエステル分散液2]90部に変更し、「30℃で10時間脱溶」を「35℃で15脱溶」に変更し、「45℃で5時間熟成」を「45℃で4.5時間熟成」に変更し、「母体粒子100部に大粒径疎水性シリカ(一次粒径100nm)0.8部と、小粒径疎水性シリカ(一次粒径10nm)0.3部、疎水化酸化チタン0.3部」に変更した以外は実施例1と同様にしてトナーを得た。
〔実施例3〕
実施例1の乳化工程において、[結晶性ポリエステル分散液1]82部を、[結晶性ポリエステル分散液1]85部に変更し、「30℃で10時間脱溶」を「30℃で12脱溶」に変更し、「45℃で5時間熟成」を「45℃で4.5時間熟成」に変更した以外は実施例1と同様にしてトナーを得た。
〔実施例4〕
実施例1の乳化工程において、[結晶性ポリエステル分散液1]82部を、[結晶性ポリエステル分散液1]85部に変更し、「30℃で10時間脱溶」を「30℃で12時間脱溶」に変更し、「45℃で5時間熟成」を「45℃で4.5時間熟成」に変更し、「母体粒子100部に大粒径疎水性シリカ(一次粒径180nm)0.8部と、小粒径疎水性シリカ(一次粒径40nm)0.3部、疎水化酸化チタン0.3部」に変更した以外は実施例1と同様にしてトナーを得た。
〔比較例1〕
実施例1の乳化工程において、[結晶性ポリエステル分散液1]82部を、[結晶性ポリエステル分散液1]80部に変更し、「30℃で10時間脱溶」を「30℃で8脱溶」に変更し、「45℃で5時間熟成」を「45℃で6時間熟成」に変更した以外は実施例1と同様にしてトナーを得た。
〔比較例2〕
実施例1の乳化工程において、[結晶性ポリエステル分散液1]82部を、[結晶性ポリエステル分散液2]92部に変更し、「30℃で10時間脱溶」を「35℃で17脱溶」に変更し、「45℃で5時間熟成」を「45℃で4.0時間熟成」に変更し、「母体粒子100部に大粒径疎水性シリカ(一次粒径100nm)0.8部と、小粒径疎水性シリカ(一次粒径10nm)0.3部、疎水化酸化チタン0.3部」に変更した以外は実施例1と同様にしてトナーを得た。
〔比較例3〕
実施例1の乳化工程において、「母体粒子100部に大粒径疎水性シリカ(一次粒径180nm)2.7部と、小粒径疎水性シリカ(一次粒径40nm)2.2部、疎水化酸化チタン0.3部」に変更した以外は実施例1と同様にしてトナーを得た。
〔比較例4〕
実施例1の乳化工程において、[結晶性ポリエステル分散液1]82部を、[結晶性ポリエステル分散液2]90部に変更し、「30℃で10時間脱溶」を「35℃で15脱溶」に変更し、「45℃で5時間熟成」を「45℃で4.5時間熟成」に変更し、「母体粒子100部に大粒径疎水性シリカ(一次粒径100nm)0.7部と、小粒径疎水性シリカ(一次粒径10nm)0.2部、疎水化酸化チタン0.3部」に変更した以外は実施例1と同様にしてトナーを得た。
〔比較例5〕
実施例1の乳化工程において、「母体粒子100部に大粒径疎水性シリカ(一次粒径185nm)2.5部と、小粒径疎水性シリカ(一次粒径45nm)2部、疎水化酸化チタン0.3部」に変更した以外は実施例1と同様にしてトナーを得た。
〔比較例6〕
実施例1の乳化工程において、[結晶性ポリエステル分散液1]82部を、[結晶性ポリエステル分散液2]90部に変更し、「30℃で10時間脱溶」を「35℃で15脱溶」に変更し、「45℃で5時間熟成」を「45℃で4.5時間熟成」に変更し、「母体粒子100部に大粒径疎水性シリカ(一次粒径100nm)0.8部と、小粒径疎水性シリカ(一次粒径8nm)0.3部、疎水化酸化チタン0.3部」に変更した以外は実施例1と同様にしてトナーを得た。
<キャリアの製造>
下記組成をホモミキサーで10分間分散し、シリコーン樹脂被覆膜形成溶液を得た。芯材として体積平均粒径70μmの焼成フェライト粉を用い、上記被覆膜形成溶液を芯材表面に膜厚0.15μmになるように、スピラコーター(岡田精工社製)によりコーター内温度40℃で塗布し、乾燥した。得られたキャリアを電気炉中にて300℃で1時間放置して焼成した。冷却後フェライト粉バルクを目開き125μmの篩を用いて解砕し、キャリアを作製した。
・シリコーン樹脂溶液・・・132.2部
[固形分23%、SR2410、東レ・ダウコーニング・シリコーン社製]
・アミノシラン・・・0.66部
[固形分100%、SH6020、東レ・ダウコーニング・シリコーン社製]
・導電性粒子1・・・31部
[基体:アルミナ、表面処理;下層=二酸化スズ/上層=二酸化スズを含む酸化インジウム、粒径:0.35μm、粒子粉体比抵抗:3.5Ω・cm]
・トルエン・・・300部
<現像剤の調製>
作製した各実施例1〜4及び比較例1〜6のトナー8質量%と、上記キャリア92質量%とを混合し、それぞれ二成分現像剤を調製した。
得られたトナーについて下記測定方法、評価方法に従い評価した。
結果を表1に示す。
<測定方法>
(1)C/Rで示される結晶性ポリエステル樹脂ピーク比、及びW/Rで示されるワックスピーク比の測定本発明では、結晶性ポリエステル樹脂ピーク比C/R、ワックスピーク比W/Rは、FT−IR(フーリエ変換赤外分光分析測定装置;Avatar370/ThermoElectron社製)で、ATR法(全反射法)測定により得られる吸光度スペクトルから、結晶性ポリエステル樹脂の特徴的なスペクトルのピーク高さをC、ワックスの特徴的なスペクトルのピーク高さをW、非晶質樹脂の特徴的なスペクトルのピーク高さをRとして算出する。
ATR法では平滑な面が必要となるため、トナーを加圧成型し平滑面を作る。
この時の加圧成型は、トナー2.0gに1tを60sec間荷重し、直径20mmのペレットとした。
(FTIR−ATR法による「特徴的なスペクトルのピーク高さ」算出法)
本発明では、結晶性ポリエステル樹脂が結晶状態時の特徴的なスペクトル(1165cm−1)のピーク高さをC(図2参照、高さのベースラインは1137−1199cm−1)、アルキル鎖のC−H伸縮を由来とする特徴的なスペクトル(2850cm−1)のピーク高さをW(高さのベースラインは2834−2862cm−1)、非晶質樹脂の特徴的なスペクトル(例えばポリエステル樹脂の場合、829cm−1(図3参照、高さのベースラインは784−889cm−1)のピーク高さをRとして、C/Rをピーク強度比として計算した。
本発明におけるピーク強度比は、スペクトルを吸光度に直し、そのピーク高さを使用したものである。
(例としての図2、図3を参照;縦軸を吸光度にしてピーク高さを算出)。
(蛍光X線による「トナー粒子表面への外添剤付着状態」の同定)
(2)蛍光X線にて、予め外添剤の仕込み量を振ったサンプルで外添剤(本実施例の場合はシリカ)の検量線を作成し、外添剤の仕込み量通りの値が検出されるようなアプリケーションを作成した。外添剤の仕込み量は、トナー母体100部に対する外添剤の部数である。
(樹脂の酸価および水酸基価測定)
(3)樹脂の酸価及び水酸基価の測定方法は、JIS K 0070に規定の方法による。
但しサンプルが溶解しない場合は、溶媒にジオキサンまたはTHF、o−ジクロロベンゼン等の溶媒を用いた。
(ワックス融点測定)
(4)ワックス融点測定には、理学電機社製TG−DSCシステムTAS−100を使用した。
まず試料約10mgをアルミ製試料容器に入れ、それをホルダユニットにのせ、電気炉中にセットする。
25℃から昇温速度10℃/minで180℃まで加熱する。
融点は、TAS−100システム中の解析システムを用いて、融点近傍の吸熱カーブの接線とベースラインとの接点から算出した。
(シリカ添加量(部)、一次平均粒径の測定)
(5)シリカ添加量(部)、一次平均粒径の測定おいては、走査型電子顕微鏡(商品名:S−4300SE/N、株式会社日立ハイテクノロジーズ製)にて50000倍に拡大したトナー及びトナー表層にあるケイ素元素含有酸化物微粒子の画像を、走査型電子顕微鏡の視野を変えて100個のケイ素元素含有酸化物微粒子について撮影し、画像解析によってケイ素元素含有酸化物微粒子の一次粒子の粒子径を測定した。
得られた測定値からケイ素元素含有酸化物微粒子の平均一次粒子径を算出した。
また母体とケイ素元素含有酸化物微粒子の観察されたエリアの面積比率から、それぞれの粒径のケイ素元素含有酸化物微粒子の部数を算出した(母体100部に対して)。
<評価>
(1)フィルミング評価
(キャリアの製造)処方:
・シリコーン樹脂溶液・・・・・・・・・・・132.2部
[固形分23重量%(SR2410:東レ・ダウコーニング・シリコーン社製)]
・アミノシラン・・・・・・・・・・・・・・・0.66部
[固形分100重量%(SH6020:東レ・ダウコーニング・シリコーン社製)]
・導電性粒子・・・・・・・・・・・・・・・・・131部
[基体:アルミナ、表面処理;下層=二酸化スズ/上層=二酸化スズを含む
酸化インジウム、粒径:0.35μm,粒子粉体比抵抗:3.5Ω・cm]
・トルエン・・・・・・・・・・・・・・・・・・・300部
(製造方法)
上記処方に記載の原材料をホモミキサーで10分間分散し、シリコーン樹脂被覆膜形成溶液を得た。
芯材として体積平均粒径;70μm焼成フェライト粉を用い、上記被覆膜形成溶液を芯材表面に膜厚0.15μmになるように、スピラコーター(岡田精工社製)によりコーター内温度40℃で塗布し乾燥した。
得られたキャリアを電気炉中にて300℃で1時間放置して焼成した。
冷却後フェライト粉バルクを目開き125μmの篩を用いて解砕し、[キャリア1]を得た。
(画像評価)
上記のようにして作製したトナーの8重量%と、上記試作したキャリアの92重量%とを混合し、得られた二成分現像剤を用いて図1で示す画像形成装置の改造試作機(評価用試作改造機)にて現像を行い、高画像面積チャート(60%チャート)ランニング、50,000枚の後、低画像面積チャート(2%チャート)ランニング、50,000枚、計100000枚印刷後、それぞれA3紙で、白ベタチャート及び黒ベタチャートで各3枚画像サンプルを出力した。
白ベタチャートで出した3枚の画像に飛散トナーによる汚れがないかと目視評価すると共に、現像ユニットのトナー飛散状態を目視評価し、以下のようにランク付けた。
〔ランク基準〕
◎:飛散トナーはほとんどない。
○:飛散トナーは少しあるが、画像品質に影響しないレベル。
△:飛散トナーは少し多い、画像品質に少し汚れが出ている。
×:飛散トナーは多い。画像品質にはっきりとした汚れが出ている。
(2)低温定着性評価
出力した黒ベタ画像を、砂消しゴムを装着したクロックメーターにより10回擦り、その前後の画像濃度を測定し、下記関係式(4)にて定着率を求めた。
定着率(%)=〔(砂消しゴム10回後の画像濃度)/(前の画像濃度)〕×100・・・関係式(4)
(定着下限温度)
定着率70%以上を達成する温度を、定着下限温度とした。
低温定着性の判定基準は次の通りであり、評価結果は以下のように表した。
〔ランク基準〕
◎:非常に低温で定着可能で定着下限温度が低く、非常に低温定着性に優れる。
○:低温定着性にかなり優れる△:低温定着性が従来のトナーより優れる。
×:従来のトナーより、定着下限性が劣る。
Figure 2015090466
1 像担持体
2 帯電装置
3 現像装置
4 記録媒体(紙)
5 転写装置
6 定着装置
7 クリーニング装置
8 露光装置
9 トナー
10 キャリア
11 順方向現像ロール
12 逆方向現像ロール
13 現像剤
14a、14b オーガ状攪拌部材
15 規制部材
16 トナー濃度センサ
17 用紙搬送ガイド板
18 温度センサ
19 制御部
20 トナー貯蔵部位
21 トナー補給手段
特開昭60−90344号公報 特開昭64−15755号公報 特開平2−82267号公報 特開平3−229264号公報 特開平3−41470号公報 特開平11−305486号公報 特開昭62−63940号公報 特許第2931899号公報 特開2001−222138号公報 特開2002−214833号公報 特開2005−338814号公報 特開平9−204062号公報

Claims (10)

  1. トナー母体と、外添剤と、が配合され、前記トナー母体は、結晶性ポリエステル樹脂と、非晶質樹脂と、ワックスとを含有する電子写真用トナーであって、前記トナーのFT−IR(フーリエ変換赤外分光分析測定装置)を使用しATR法(全反射法)で測定した結晶性ポリエステル樹脂の特徴的なスペクトルのピーク高さをC、非晶質樹脂の特徴的なスペクトルのピーク高さをRとしたとき、結晶性ポリエステル樹脂ピーク比はC/Rであり、
    前記外添剤は少なくとも一次平均粒径が10〜180nm範囲内で、粒径が異なる2種類のシリカを含有し、外添剤の配合量X(重量部)は、前記トナー母体100重量部に対して、粒径が大きいシリカ(大粒径シリカ)の重量部をA、粒径が小さいシリカ(小粒径シリカ)の重量部をBとしたとき、結晶性ポリエステル樹脂ピーク比C/Rは、下記関係式(1)及び関係式(2)の関係を満たすことを特徴とする電子写真用トナー。
    0.01≦(C/R)/(0.62×A+1.97×B)≦0.17・・・関係式(1)
    0.05≦C/R≦0.18・・・関係式(2)
  2. 前記結晶性ポリエステル樹脂ピーク比C/Rが、下記関係式(2)、関係式(3)の関係を満たすことを特徴とする請求項1に記載の電子写真用トナー。
    0.05≦C/R≦0.18・・・関係式(2)
    0.02≦(C/R)/(0.62×A+1.97×B)≦0.17・・・関係式(3)
  3. 前記結晶性ポリエステル樹脂の特徴的なスペクトルは、1165cm−1であり、前記Cのベースラインは、1137−1199cm−1であり、前記非晶質樹脂の特徴的なスペクトルは、699cm−1又は829cm−1であり、前記Rのベースラインは、前記非晶質樹脂の特徴的なスペクトルが699cm−1である場合は670−714cm−1であり、前記非晶質樹脂の特徴的なスペクトルが829cm−1である場合は784−889cm−1であることを特徴とする請求項1または2に記載の電子写真用トナー。
  4. 像担持体表面を帯電させる帯電工程と、該帯電工程後の像担持体表面に静電潜像を書き込む露光工程と、前記静電潜像を、トナーを含む現像剤を用いて可視化して可視像を形成する現像工程と、前記可視像を、直接又は被転写体を介して記録媒体上に転写して未定着画像を形成する転写工程と、該転写工程後の像担持体表面に残存する転写残留トナーをクリーニングするクリーニング工程と、前記未定着画像を記録媒体に定着させる定着工程と、を有し、前記トナーは、トナー母体と、外添剤と、が配合され、前記トナー母体は、結晶性ポリエステル樹脂と、非晶質樹脂と、ワックスと、を含有し、前記トナーのFT−IR(フーリエ変換赤外分光分析測定装置)を使用しATR法(全反射法)で測定した結晶性ポリエステル樹脂の特徴的なスペクトルのピーク高さをC、非晶質樹脂の特徴的なスペクトルのピーク高さをRとしたとき、結晶性ポリエステル樹脂ピーク比C/Rは、下記関係式(1)及び関係式(2)の関係を満たすことを特徴とする画像形性方法。
    0.01≦(C/R)/(0.62×A+1.97×B)≦0.17・・・関係式(1)
    0.05≦C/R≦0.18・・・関係式(2)
  5. 前記結晶性ポリエステル樹脂ピーク比C/Rが、下記関係式(2)、関係式(3)の関係を満たすことを特徴とする請求項4に記載の画像形成方法。
    0.05≦C/R≦0.18・・・関係式(2)
    0.02≦(C/R)/(0.62×A+1.97×B)≦0.17・・・関係式(3)
  6. 像担持体表面を帯電させる帯電手段と、帯電後の像担持体表面に静電潜像を書き込む露光手段と、前記静電潜像を、トナーを含む現像剤を用いて可視化して可視像を形成する現像手段と、前記可視像を、直接又は被転写体を介して記録媒体上に転写して未定着画像を形成する転写手段と、転写後の像担持体表面に残存する転写残留トナーをクリーニングするクリーニング手段と、前記未定着画像を記録媒体に定着させる定着手段と、を有し、前記トナーは、トナー母体と、外添剤と、が配合され、前記トナー母体は、結晶性ポリエステル樹脂と、非晶質樹脂と、ワックスと、を含有し、前記トナーのFT−IR(フーリエ変換赤外分光分析測定装置)を使用しATR法(全反射法)で測定した結晶性ポリエステル樹脂の特徴的なスペクトルのピーク高さをC、非晶質樹脂の特徴的なスペクトルのピーク高さをRとしたとき、結晶性ポリエステル樹脂ピーク比C/Rは、下記関係式(1)及び関係式(2)の関係を満たすことを特徴とする画像形性装置。
    0.01≦(C/R)/(0.62×A+1.97×B)≦0.17・・・関係式(1)
    0.05≦C/R≦0.18・・・関係式(2)
  7. 前記結晶性ポリエステル樹脂ピーク比C/Rは、下記関係式(2)、関係式(3)の関係を満たすことを特徴とする請求項6に記載の画像形成装置。
    0.05≦C/R≦0.18・・・関係式(2)
    0.02≦(C/R)/(0.62×A+1.97×B)≦0.17・・・関係式(3)
  8. 請求項1乃至3のいずれかに記載のトナーとキャリアとを含有することを特徴とする現像剤。
  9. 請求項1乃至3のいずれか1に記載のトナー又は請求項8に記載の現像剤が充填されたことを特徴とする容器。
  10. 請求項8に記載の現像剤を保持する現像装置と、像担持体、帯電装置、クリーニング装置より選ばれる1以上と、を一体に支持し、画像形成装置本体に着脱自在であることを特徴とするプロセスカートリッジ。
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