JP2015163950A - 静電荷像現像用トナー、二成分現像剤および画像形成方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】少なくとも結着樹脂を含有するトナー粒子、および、脂肪酸金属塩を含有する外添剤を含有する静電荷像現像用トナーにおいて、トナーの水系分散液の遠心分離法により測定された、当該水系分散液中での遠心分離処理によって遊離する脂肪酸金属塩の割合が30〜80%であり、遠心分離処理後の上澄み液に存在する粒子の個数平均粒径が0.7μm以上3.0μm以下であり、前記トナー粒子表面に存在する結着樹脂が、ビニル重合体部分およびポリエステル部分を含有することを特徴とする。
【選択図】なし
Description
一方、ポリエステル樹脂を用いたトナーは、スチレン−アクリル共重合体樹脂を用いたトナーに比べて、負帯電性が非常に高く、特に低温低湿環境下では過剰帯電しやすい傾向にある。帯電量が過剰になると、静電的な付着力が高まり、必要量のトナーを現像するのに過剰な電界強度が必要となり、また、十分に転写しきれずにトナーが感光体上に残留し、結果として出力画像の濃度低下を引き起こすという問題がある。
特許文献1には、低温定着性およびクリーニング性を得るために、小粒径の脂肪酸金属塩からなる潤滑剤を用いたトナーが開示されている。また、特許文献2には、脂肪酸金属塩の遊離率を規定したトナーが開示されている。
しかしながら、特許文献1および特許文献2に開示されたトナーにおいても、上記問題を全て解決することはできない。
トナーの水系分散液の遠心分離法により測定された、当該水系分散液中での遠心分離処理によって遊離する脂肪酸金属塩の割合が30〜80%であり、遠心分離処理後の上澄み液に存在する粒子の個数平均粒径が0.7μm以上3.0μm以下であり、
前記トナー粒子表面に存在する結着樹脂が、ビニル重合体部分およびポリエステル部分を含有することを特徴とする。
前記静電荷像現像用トナーが上記の静電荷像現像用トナーであることを特徴とする。
感光体に接触して設けられた帯電ローラによって感光体表面を帯電させる工程を有することを特徴とする。
本発明のトナーは、少なくとも結着樹脂を含有するトナー粒子、および、脂肪酸金属塩を含有する外添剤を含有するものであり、少なくとも結着樹脂を含有するトナー粒子、および、脂肪酸金属塩を含有する外添剤からなるものであることが好ましい。トナー粒子には、必要に応じて、着色剤、離型剤、荷電制御剤などが含有されていてもよい。また、外添剤には、脂肪酸金属塩の他、他の成分が含有されていてもよい。
脂肪酸金属塩の遊離率が上記範囲内であることにより、二成分現像剤を構成するキャリアを高い正帯電性に維持することができ、長期間の使用にわたっても高温高湿環境下におけるトナーの帯電性の低下を抑制することができる。これは、脂肪酸金属塩が一般的にキャリアより高い正帯電性を有することから、トナー粒子から遊離した脂肪酸金属塩がキャリアに付着し、延展してキャリア表面を被覆するので、キャリアの正帯電性が維持されるからと考えられる。また、脂肪酸金属塩の感光体への供給量が均一となり、画像濃度差を抑制することができる。これは、脂肪酸金属塩の遊離率が上記範囲内であることにより、感光体上において画像が形成されるべき部分(以下、「画像部」ともいう。)には、トナー粒子に付着している脂肪酸金属塩が感光体上に供給されやすく、感光体上において画像が形成されない部分(以下、「非画像部」ともいう。)には、遊離している脂肪酸金属塩が感光体上に供給されやすくなるので、感光体上の画像部と非画像部とで脂肪酸金属塩の供給量のバラツキが抑制されるからと考えられる。
また、上澄み粒子の個数平均粒径が0.7μm以上であることにより、低温低湿環境下において初期の過剰帯電を抑制することができ、一方、上澄み粒子の個数平均粒径が3.0μm以下であることにより、効率的にキャリア表面を被覆することができ、長期間の使用にわたっても高温高湿環境下におけるトナーの帯電性の低下を抑制することができる。
吸引乾燥したトナーと、未使用のトナーとについて、蛍光X線分析装置「XRF−1700」(島津製作所社製)を用いて金属量のNET強度を測定した。得られた値を脂肪酸金属塩量とし、下記式(1)により遊離率を算出した。NET強度の具体的な測定方法としては、トナー2gを荷重15tにて10秒間、加圧してペレット化し、定性定量分析にて下記条件で測定を行った。なお、測定には2θテーブルより測定したい元素(脂肪酸金属塩に由来の金属元素)のKαピーク角度を決定して用いた。
−測定条件−
スリット:標準
アッテネータ:なし
分光結晶(Ti=LiF、Si=PET)
検出器(Ti=SC、Si=FPC)
式(1):遊離率(%)=(吸引乾燥したトナーの脂肪酸金属塩量)/(未使用のトナーの脂肪酸金属塩量)×100
ここで、「未使用のトナー」とは、遠心分離処理に供されたトナーと同一のものであって、トナーボトルに入っている未使用のものをいう(ただし、キャリアが入っている場合には、磁石等で取り除いたものとする。)。
また、上澄み粒子の個数平均粒径は、使用する脂肪酸金属塩の粒径によって制御することができる。
本発明のトナーにおいては、トナー粒子表面に存在する結着樹脂(以下、「表面樹脂」ともいう。)が、ビニル重合体部分およびポリエステル部分を含有するものであれば特に限定されない。ビニル重合体部分とポリエステル部分とは、これらが結合していない場合には、ビニル樹脂とポリエステル樹脂とをそれぞれ指す。ビニル重合体部分とポリエステル部分とが結合している場合、このような樹脂は、ビニル重合セグメントとポリエステル重合セグメントとが両反応性モノマーを介して化学的に結合している複合樹脂を指し、ビニル重合セグメントがビニル重合体部分を指し、ポリエステル重合セグメントがポリエステル部分を指す。本発明においては、表面樹脂が、ビニル重合セグメントとポリエステル重合セグメントとが結合している複合樹脂であることが好ましい。
本発明においては、表面樹脂が、ビニル重合体部分およびポリエステル部分を含有するものであることにより、低温低湿環境下における特に初期のトナーの過剰帯電に伴う画像濃度の低下を抑制することができる。これは、ポリエステル部分と、当該ポリエステル部分より帯電性の低いビニル重合体部分とがトナー粒子表面に共存することにより、低温定着性を犠牲にすることなくトナーの帯電性を調整することができるからである。特に、表面樹脂が、ビニル重合セグメントとポリエステル重合セグメントとが結合している複合樹脂であることにより、より安定的にトナーの帯電性を維持することができる。また、現像器内でトナー粒子、脂肪酸金属塩およびキャリアが混合される際に、トナー粒子表面にビニル重合体部分が存在することにより、トナー粒子と脂肪酸金属塩との静電的な付着力が低下するため、脂肪酸金属塩がよりキャリアに移行しやすく、高温高湿環境下におけるトナーの帯電性の低下をより一層抑制することができる。
芳香族系ビニルモノマーとしては、例えば、スチレン、o−メチルスチレン、m−メチルスチレン、p−メチルスチレン、p−メトキシスチレン、p−フェニルスチレン、p−クロロスチレン、p−エチルスチレン、p−n−ブチルスチレン、p−tert−ブチルスチレン、p−n−ヘキシルスチレン、p−n−オクチルスチレン、p−n−ノニルスチレン、p−n−デシルスチレン、p−n−ドデシルスチレン、2,4−ジメチルスチレン、3,4−ジクロロスチレンおよびこれらの誘導体などが挙げられる。これらは、1種単独で、または2種以上を組み合わせて用いることができる。
(メタ)アクリル酸エステル系モノマーとしては、例えば、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸−2−エチルヘキシル、アクリル酸シクロヘキシル、アクリル酸フェニル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸ヘキシル、メタクリル酸−2−エチルヘキシル、β−ヒドロキシアクリル酸エチル、γ−アミノアクリル酸プロピル、メタクリル酸ステアリル、メタクリル酸ジメチルアミノエチル、メタクリル酸ジエチルアミノエチルなどが挙げられる。これらは、1種単独で、または2種以上を組み合わせて用いることができる。
これらのなかでも、芳香族系ビニルモノマーと(メタ)アクリル酸エステル系モノマーとを組み合わせて用いることが好ましい。
ビニル重合性モノマーとしては、第3のビニルモノマーを用いることもできる。第3のビニルモノマーとしては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、無水マレイン酸、ビニル酢酸などの酸モノマー、アクリルアミド、メタクリルアミド、アクリロニトリル、エチレン、プロピレン、ブチレン塩化ビニル、N−ビニルピロリドン、ブタジエンなどが挙げられる。
ビニル重合性モノマーとしては、多官能ビニルモノマーを用いてもよい。多官能ビニルモノマーとしては、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコール、へキシレングリコールなどのジアクリレート、ジビニルベンゼン、ペンタエリスリトール、トリメチロールプロパンなどの三級以上のアルコールのジメタクリレートおよびトリメタクリレートなどが挙げられる。
多価カルボン酸モノマー誘導体としては、例えば、多価カルボン酸モノマーのアルキルエステル、酸無水物および酸塩化物を用いることができ、多価アルコールモノマー誘導体としては、例えば、多価アルコールモノマーのエステル化合物およびヒドロキシカルボン酸を用いることができる。
多価カルボン酸モノマーとしては、例えば、シュウ酸、コハク酸、マレイン酸、アジピン酸、β−メチルアジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ノナンジカルボン酸、デカンジカルボン酸、ウンデカンジカルボン酸、ドデカンジカルボン酸、フマル酸、シトラコン酸、ジグリコール酸、シクロヘキサン−3,5−ジエン−1,2−ジカルボン酸、リンゴ酸、クエン酸、ヘキサヒドロテレフタール酸、マロン酸、ピメリン酸、酒石酸、粘液酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、テトラクロロフタル酸、クロロフタル酸、ニトロフタル酸、p−カルボキシフェニル酢酸、p−フェニレン二酢酸、m−フェニレンジグリコール酸、p−フェニレンジグリコール酸、o−フェニレンジグリコール酸、ジフェニル酢酸、ジフェニル−p,p’−ジカルボン酸、ナフタレン−1,4−ジカルボン酸、ナフタレン−1,5−ジカルボン酸、ナフタレン−2,6−ジカルボン酸、アントラセンジカルボン酸、ドデセニルコハク酸などの2価のカルボン酸;トリメリット酸、ピロメリット酸、ナフタレントリカルボン酸、ナフタレンテトラカルボン酸、ピレントリカルボン酸、ピレンテトラカルボン酸などの3価のカルボン酸などが挙げられる。これらは、1種単独で、または2種以上を組み合わせて用いることができる。
多価アルコールモノマーとしては、例えば、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、ジエチレングリコール、ヘキサンジオール、シクロヘキサンジオール、オクタンジオール、デカンジオール、ドデカンジオール、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2価のアルコール;グリセリン、ペンタエリスリトール、ヘキサメチロールメラミン、ヘキサエチロールメラミン、テトラメチロールベンゾグアナミン、テトラエチロールベンゾグアナミンなどの3価のポリオールなどが挙げられる。これらは、1種単独で、または2種以上を組み合わせて用いることができる。
ビニル重合体部分とポリエステル部分とが結合していない場合の表面樹脂におけるビニル樹脂とポリエステル樹脂との質量比は、得られたトナー粒子を酸化ルテニウム(VIII)または酸化オスミウム(VIII)など、好ましくは酸化ルテニウム(VIII)によって染色し、ビニル樹脂とポリエステル樹脂とは染色形態(色)が異なることを利用し、当該トナー粒子を透過型電子顕微鏡による画像解析を行うことによって求めることができる。具体的には、画像解析において表層300nmまでを表面と定義し、表層300nmまでのそれぞれの面積を求めることで、面積比を質量比とみなし、ビニル樹脂とポリエステル樹脂との質量比を求めることができる。
表面樹脂が、ビニル重合体部分とポリエステル部分とが結合していない場合には、ビニル樹脂とポリエステル樹脂とを有する結着樹脂を得る方法としては、以下の方法が挙げられる。
(1)ビニル樹脂を含有する樹脂微粒子およびポリエステル樹脂を含有する樹脂微粒子をそれぞれ調製し、ビニル樹脂を含有する樹脂微粒子またはポリエステル樹脂を含有する樹脂微粒子の一方による粒子を成長させた後に、ビニル樹脂を含有する樹脂微粒子またはポリエステル樹脂を含有する樹脂微粒子の他方を添加する方法。
(2)ビニル樹脂を含有する樹脂微粒子およびポリエステル樹脂を含有する樹脂微粒子をそれぞれ調製し、ビニル樹脂を含有する樹脂微粒子およびポリエステル樹脂を含有する樹脂微粒子を同時に添加し、粒子成長させる方法。
なお、ビニル樹脂を含有する樹脂微粒子およびポリエステル樹脂を含有する樹脂微粒子を調製する方法は、特に制限されず、公知の方法で調製することができる。
複合樹脂におけるビニル重合セグメントの比率は、複合樹脂を形成する際に用いるビニル重合セグメントを構成する全成分(全原料)と、ポリエステル重合セグメントを構成する全成分(全原料)との合計における、ビニル重合セグメントを構成する全成分の比率として計算することができる。
両反応性モノマーとしては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、フマル酸、マレイン酸などが挙げられ、さらにこれらのヒドロキシアルキル(炭素数1〜3)エステルであってもよい。反応性の観点から、アクリル酸、メタクリル酸、フマル酸が好ましい。また、両反応性モノマーとしては、多価のビニル系カルボン酸よりも、一価のビニル系カルボン酸を用いることが耐久性の観点から好ましい。これは、一価のビニル系カルボン酸が、付加重合系樹脂(ビニル重合セグメント)の原料モノマーと反応性が高いので、複合化しやすいためと考えられる。一方、フマル酸などのジカルボン酸を両反応性モノマーとして用いた場合、耐久性がやや劣る。これは、ジカルボン酸が付加重合系樹脂の原料モノマーと反応性が低く、均一に複合化し難いので、ドメイン構造が形成されるためと考えられる。
(1)付加重合反応を行った後に、縮重合反応を行い、必要に応じて架橋剤となる3価以上の縮重合系樹脂の原料モノマーを反応系に添加し、縮重合反応をさらに進行させる方法。
(2)縮重合反応を行った後に、付加重合反応を行い、付加重合反応の後に、必要に応じて架橋剤となる3価以上の縮重合系樹脂の原料モノマーを反応系に添加し、縮重合反応に適した温度条件下で縮重合反応をさらに進行させる方法。
(3)付加重合反応に適した温度条件下で、付加重合反応と縮重合反応を平行して行い、付加重合反応が終了した後、必要に応じて架橋剤となる3価以上の縮重合系樹脂の原料モノマーを反応系に添加し、縮重合反応に適した温度条件下で縮重合反応をさらに進行させる方法。
測定手順としては、測定試料(ビニル樹脂)3.0mgをアルミニウム製パンに封入し、ホルダーにセットする。リファレンスは空のアルミニウム製パンを使用した。測定条件としては、測定温度0℃〜200℃、昇温速度10℃/分、降温速度10℃/分で、Heat−cool−Heatの温度制御で行い、その2nd.Heatにおけるデータをもとに解析を行い、第1の吸熱ピークの立ち上がり前のベースラインの延長線と、第1のピークの立ち上がり部分からピーク頂点までの間で最大傾斜を示す接線を引き、その交点をガラス転移点とする。
具体的には、装置「HLC−8120GPC」(東ソー社製)およびカラム「TSKguardcolumn+TSKgelSuperHZ−M3連」(東ソー社製)を用い、カラム温度を40℃に保持しながら、キャリア溶媒としてテトラヒドロフラン(THF)を流速0.2ml/minで流し、測定試料(ビニル樹脂)を室温において超音波分散機を用いて5分間処理を行う溶解条件で濃度1mg/mlになるようにテトラヒドロフランに溶解させ、次いで、ポアサイズ0.2μmのメンブランフィルターで処理して試料溶液を得、この試料溶液10μLを上記のキャリア溶媒と共に装置内に注入し、屈折率検出器(RI検出器)を用いて検出し、測定試料の有する分子量分布を単分散のポリスチレン標準粒子を用いて測定した検量線を用いて算出される。検量線測定用のポリスチレンとしては10点用いた。
また、ポリエステル部分(ポリエステル樹脂)のゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によって測定される分子量は、重量平均分子量(Mw)で5,000〜1,000,000であることが好ましい。
また、複合樹脂のゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によって測定される分子量は、重量平均分子量(Mw)で5,000〜1,000,000であることが好ましい。
トナー粒子表面の状態は、酸化ルテニウム(VIII)または酸化オスミウム(VIII)にて染色したトナー粒子断面を透過型電子顕微鏡(TEM)により、定法により測定することにより観察可能である。
トナー粒子に着色剤が含有される場合においては、着色剤としては、例えば、カーボンブラック、磁性体、染料、顔料などが挙げられる。
カーボンブラックとしては、例えば、チャンネルブラック、ファーネスブラック、アセチレンブラック、サーマルブラック、ランプブラックなどが挙げられる。
磁性体としては、例えば、鉄、ニッケル、コバルトなどの強磁性金属、これらの金属を含む合金、フェライト、マグネタイトなどの強磁性金属の化合物、強磁性金属を含まないが熱処理することにより強磁性を示す合金(例えば、マンガン−銅−アルミニウムおよびマンガン−銅−錫などのホイスラー合金、二酸化クロムなど)などが挙げられる。
染料としては、例えば、C.I.ソルベントレッド1、同49、同52、同58、同63、同111、同122、C.I.ソルベントイエロー19、同44、同77、同79、同81、同82、同93、同98、同103、同104、同112、同162、C.I.ソルベントブルー25、同36、同60、同70、同93、同95などが挙げられる。
顔料としては、例えば、C.I.ピグメントレッド5、同48:1、同53:1、同57:1、同122、同139、同144、同149、同166、同177、同178、同222、C.I.ピグメントオレンジ31、同43、C.I.ピグメントブルー15:3、同60などが挙げられる。
これらは、1種単独で、または2種以上を組み合わせて用いることができる。
トナー粒子に離型剤が含有される場合においては、離型剤としては、例えば、低分子量ポリエチレンワックス、低分子量ポリプロピレンワックス、フィッシャートロプシュワックス、マイクロクリスタリンワックス、パラフィンワックスなどの炭化水素系ワックス類、カルナウバワックス、ペンタエリスリトールベヘン酸エステル、ベヘン酸ベヘニル、クエン酸ベヘニルなどのエステルワックス類などが挙げられる。これらは、1種単独で、または2種以上を組み合わせて用いることができる。
離型剤の融点は、低温定着性および離型性の観点から、50〜95℃であることが好ましい。
トナー粒子に荷電制御剤が含有される場合においては、荷電制御剤としては、種々の公知のもので、かつ水系媒体中に分散することができるものを用いることができる。具体的には、ニグロシン系染料、ナフテン酸または高級脂肪酸の金属塩、アルコキシル化アミン、第4級アンモニウム塩化合物、アゾ系金属錯体、サリチル酸金属塩、またはその金属錯体などが挙げられる。このような荷電制御剤は、分散した状態で数平均一次粒径が10〜500nm程度とすることが好ましい。
本発明のトナーにおいては、脂肪酸金属塩を含有する外添剤が含有されている。また、外添剤には、脂肪酸金属塩の他、流動性、帯電性、クリーニング性などを改良するために、いわゆる流動化剤、クリーニング助剤などの他の成分が含有されていてもよい。
脂肪酸金属塩としては、感光体への延展性の観点からモース硬度が2以下である脂肪酸金属塩が好ましい。このような脂肪酸金属塩としては、亜鉛、カルシウム、マグネシウム、アルミニウムおよびリチウムから選ばれる金属の塩が好ましい。これらのなかでも、滑性を高める観点から、亜鉛、リチウムまたはカルシウムの金属の塩が好ましい。また、脂肪酸金属塩の脂肪酸としては、炭素数12以上22以下の高級脂肪酸が好ましい。炭素数12以上の脂肪酸を用いると、遊離脂肪酸金属塩の発生を抑制することができ、また、炭素数22以下の脂肪酸を用いると、脂肪酸金属塩の融点が高くなり過ぎず、良好な定着性が得られる。脂肪酸としては、ステアリン酸が特に好ましい。以上のことから、脂肪酸金属塩としては、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸リチウム、ステアリン酸カルシウムが特に好ましい。
脂肪酸金属塩の平均粒径が0.3μm以上であることにより、トナーに対する付着力が適度な大きさのものとなり、感光体上に供給されずにトナーと一緒に転写されることを抑制することができる。また、脂肪酸金属塩の平均粒径が20μm以下であることにより、感光体に確実に滑性を付与することができる。
脂肪酸金属塩の体積平均粒径は、レーザ回折/散乱式粒度分布測定装置「LA−750」(堀場製作所社製)を用いて測定される値である。
脂肪酸金属塩の添加量が0.01質量部以上であることにより、感光体に確実に滑性を付与することができる。また、脂肪酸金属塩の添加量が0.50質量部以下であることにより、低温低湿環境下において初期帯電量の上昇を確実に抑制することができる。
金属酸化物としては、従来公知のものを使用することができ、例えば、シリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア、酸化亜鉛、酸化クロム、酸化セリウム、酸化アンチモン、酸化タングステン、酸化スズ、酸化テルル、酸化マンガン、酸化ホウ素などが挙げられる。これらのなかでも、気相法により作製されるシリカ、アルミナ、チタニアおよびこれらの複合酸化物が特に好ましい。ここでいう複合酸化物としては、ケイ素原子を含有すると共に、チタン原子、アルミニウム原子、ジルコニウム原子およびカルシウム原子のうち少なくとも1つの原子を含有するものであることが好ましい。また、硫酸法等で作製されるメタチタン酸、アナターゼ型、ルチル型、アモルファスのチタニアも好適なものとして挙げられる。
疎水化処理剤としては、例えば、ジメチルジメトキシシラン、ヘキサメチルジシラザン(HMDS)、メチルトリメトキシシラン、イソブチルトリメトキシシラン、デシルトリメトキシシランなどが挙げられる。
シリコーンオイルとしては、例えば、オルガノシロキサンオリゴマー、オクタメチルシクロテトラシロキサン、デカメチルシクロペンタンシロキサン、テトラメチルシクロテトラシロキサン、テトラビニルテトラメチルシクロテトラシロキサンなどの環状化合物、直鎖状または分岐状のオルガノシロキサンなどが挙げられる。また、側鎖、片末端、両端、側鎖片末端または側鎖両末端などに変性基を導入した反応性の高い、少なくとも末端を変性したシリコーンオイルを用いてもよい。変性基の種類としては、アルコキシ、カルボキシル、カルビノール、高級脂肪酸変性、フェノール、エポキシ、メタクリル、アミノなどが挙げられる。また、例えば、アミノ/アルコキシ変性など数種の変性基を有するシリコーンオイルであってもよい。さらに、ジメチルシリコーンオイルとこれら変性シリコーンオイル、さらには他の表面処理剤と混合処理または併用処理してもよい。併用する処理剤としては、例えば、シランカップリング剤、チタネート系カップリング剤、アルミネート系カップリング剤、各種シリコーンオイル、脂肪酸、脂肪酸金属塩、そのエステル化物、ロジン酸などが挙げられる。
本発明のトナーは、ガラス転移点(Tg)が20〜70℃であることが好ましく、より好ましくは30〜60℃である。
本発明のトナーのガラス転移点が上記の範囲にあることにより、十分な低温定着性および耐熱保管性が確実に両立して得られる。
本発明のトナーにおいては、平均粒径が、例えば体積基準のメディアン径で4〜10μmであることが好ましい。この平均粒径は、製造時において使用する凝集剤の濃度や有機溶媒の添加量、融着時間、結着樹脂の組成などによって制御することができる。
体積基準のメディアン径が上記の範囲にあることにより、1200dpiレベルの非常に微小なドット画像を忠実に再現することなどができる。
本発明のトナーにおいては、このトナーを構成する個々のトナー粒子について、帯電特性の安定性、低温定着性の観点から、平均円形度が0.850〜0.990であることが好ましい。
平均円形度が上記の範囲であることにより、個々のトナー粒子が破砕しにくくなって摩擦帯電付与部材の汚染が抑制されてトナーの帯電性が安定し、また、形成される画像において画質が高いものとなる。
式(y):円形度=(粒子像と同じ投影面積をもつ円の周囲長)/(粒子投影像の周囲長)
本発明のトナーの製造方法としては、例えば、懸濁重合法、乳化凝集法、その他公知の方法などが挙げられる。
これらの中でも、高画質化、高安定性に有利となる粒子径の均一性、形状の制御性、コア−シェル構造形成の容易性の観点より、乳化凝集法を採用することが好ましい。
(1)水系媒体中に着色剤微粒子が分散されてなる分散液を調製する工程
(2)水系媒体中に、必要に応じて内添剤を添加した樹脂微粒子が分散されてなる分散液を調製する工程
(3)着色剤微粒子の分散液と樹脂微粒子の分散液とを混合して、着色剤微粒子と樹脂微粒子とを凝集、融着させてトナー粒子を形成する工程
(4)トナー粒子の分散系(水系媒体)からトナー粒子を濾別し、界面活性剤などを除去する工程
(5)トナー粒子を乾燥する工程
(6)トナー粒子に外添剤を添加する工程
水系媒体中には、界面活性剤が含有されていてもよく、界面活性剤としては、従来公知の種々のアニオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤、ノニオン界面活性剤などを用いることができる。
凝集、融着工程おいて使用される凝集剤としては、特に限定されるものではないが、アルカリ金属塩やアルカリ土類金属塩などの金属塩から選択されるものが好適に使用される。金属塩としては、例えばナトリウム、カリウム、リチウムなどの一価の金属塩;カルシウム、マグネシウム、マンガン、銅などの二価の金属塩;鉄、アルミニウムなどの三価の金属塩などが挙げられる。具体的な金属塩としては、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化リチウム、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、塩化亜鉛、硫酸銅、硫酸マグネシウム、硫酸マンガンなどを挙げることができ、これらの中で、より少量で凝集を進めることができることから、二価の金属塩を用いることが特に好ましい。これらは1種単独で、または2種以上を組み合わせて用いることができる。
外添剤の添加方法としては、ヘンシェルミキサーのように処理される粒子に剪断力を付与することができる混合装置を用い、混合時間を長くする、および/または、撹拌羽根の回転周速を上げる等の混合処理を行う。また、複数種類の外添剤を用いる場合においては、全ての外添剤を一括で混合処理するか、または、複数回に分けて分割して混合処理してもよい。混合装置としては、ヘンシェルミキサー、コーヒーミルなどの機械式の混合装置が挙げられる。
本発明の二成分現像剤は、本発明のトナーと、静電荷像現像用キャリア(以下、単に「キャリア」ともいう。)とが混合されてなるものである。
キャリアとしては、鉄、フェライト、マグネタイトなどの金属、それらの金属とアルミニウム、鉛などの金属との合金などの従来から公知の材料からなる磁性粒子を用いることができ、特にフェライト粒子が好ましい。また、キャリアとしては、磁性粒子の表面を樹脂などの被覆材で被覆したコートキャリアや、バインダー樹脂中に磁性体微粉末を分散してなる分散型キャリアなど用いてもよい。
キャリアの体積基準のメディアン径は、代表的には湿式分散機を備えたレーザ回折式粒度分布測定装置「ヘロス(HELOS)」(シンパティック(SYMPATEC)社製)により測定することができる。
本発明の画像形成方法は、本発明のトナーおよびキャリアから構成される二成分現像剤を用い、感光体に接触して設けられた帯電ローラによって感光体表面を帯電させる工程を有することを特徴とする。
(a)感光体に接触して設けられた帯電ローラによって感光体表面を帯電させる工程
(b)露光することにより感光体上に静電潜像を形成する工程
(c)感光体上に形成された静電潜像を二成分現像剤により現像してトナー像を形成する工程
(d)感光体上に形成されたトナー像を画像支持体に転写する工程
(e)画像支持体上に転写されたトナー像を定着する工程
(f)感光体上の転写残トナーをクリーニングブレードによって除去する工程
ドデシル硫酸ナトリウム90質量部をイオン交換水1600質量部に撹拌溶解させて作製した溶液を撹拌させておき、当該溶液中に、カーボンブラック「モーガルL」を420質量部、徐々に添加した。次いで、撹拌装置「クレアミックス」(エム・テクニック社製)を用いて分散処理を行い、「着色剤微粒子分散液〔1〕」を調製した。着色剤微粒子分散液〔1〕中の着色剤微粒子の粒径をマイクロトラック粒度分布測定装置「UPA−150」(日機装社製)を用いて測定したところ、117nmであった。
(1)第1段重合
撹拌装置、温度センサー、温度制御装置、冷却管および窒素導入装置を取り付けた反応容器に予めアニオン性界面活性剤「ラウリル硫酸ナトリウム」2.0質量部をイオン交換水2900質量部に溶解させた界面活性剤溶液を仕込み、窒素気流下230rpmの撹拌速度で撹拌しながら、内温を80℃に昇温させた。
この界面活性剤溶液に、重合開始剤「過硫酸カリウム:KPS」9.0質量部を添加し、内温を78℃とした後、スチレン540質量部、n−ブチルアクリレート270質量部、メタクリル酸65質量部およびn−オクチルメルカプタン17質量部からなる溶液(1)を3時間かけて滴下し、滴下終了後、78℃において1時間にわたって加熱・撹拌することにより重合(第1段重合)を行い、「樹脂微粒子〔a1〕の分散液」を調製した。
撹拌装置を取り付けたフラスコ内において、スチレン94質量部、n−ブチルアクリレート60質量部、メタクリル酸11質量部およびn−オクチルメルカプタン5質量部からなる溶液(2)に、離型剤としてパラフィンワックス(融点:73℃)55質量部を添加し、85℃に加温して溶解させて単量体溶液を調製した。
一方、アニオン性界面活性剤「ラウリル硫酸ナトリウム」2質量部をイオン交換水1100質量部に溶解させた界面活性剤溶液を90℃に加温した。この界面活性剤溶液に「樹脂微粒子〔a1〕の分散液」を、樹脂微粒子〔a1〕の固形分換算で28質量部添加した後、循環経路を有する機械式分散機「クレアミックス」(エム・テクニック社製)により、上記単量体溶液を4時間、混合・分散させ、分散径350nmの乳化粒子を含有する分散液を調製した。この分散液に、重合開始剤「KPS」2.5質量部をイオン交換水110質量部に溶解させた開始剤溶液を添加し、この系を90℃において2時間にわたって加熱・撹拌することにより重合(第2段重合)を行い、「樹脂微粒子〔a11〕の分散液」を調製した。
「樹脂微粒子〔a11〕の分散液」に、重合開始剤「KPS」2.5質量部をイオン交換水110質量部に溶解させた開始剤溶液を添加し、80℃の温度条件下において、スチレン230質量部、n−ブチルアクリレート100質量部およびn−オクチルメルカプタン5.2質量部からなる溶液(3)を1時間かけて滴下した。滴下終了後、3時間にわたって加熱・撹拌することにより重合(第3段重合)を行った。その後、28℃まで冷却し、スチレン−アクリル共重合体樹脂であるビニル樹脂よりなる「樹脂微粒子分散液〔A1〕」を調製した。得られた樹脂微粒子分散液〔A1〕を構成するビニル樹脂のガラス転移点は49℃であり、重量平均分子量は45000であった。
(1)ポリエステル樹脂の合成
窒素導入管、脱水管、撹拌器および熱電対を装備した容量10リットルの四つ口フラスコに、ビスフェノールAプロピレンオキサイド2モル付加物500質量部、テレフタル酸117質量部、フマル酸82質量部およびエステル化触媒(オクチル酸スズ)2質量部を入れ、230℃で8時間縮重合反応させ、さらに、2kPaで2時間反応させ、160℃まで冷却し、ポリエステル樹脂〔b1〕を得た。得られたポリエステル樹脂〔b1〕のガラス転移点は54℃であり、重量平均分子量は20000であった。
(2)樹脂微粒子分散液の調製
ポリエステル樹脂〔b1〕100質量部を酢酸エチル400質量部に溶解させた。次いで、5.0質量%の水酸化ナトリウム水溶液25質量部を添加して、樹脂溶液を調製した。この樹脂溶液を、撹拌装置を有する容器へ投入し、樹脂溶液を撹拌しながら、0.26質量%のラウリル硫酸ナトリウム水溶液638質量部を30分間かけて滴下混合した。ラウリル硫酸ナトリウム水溶液の滴下途中、反応容器内の液が白濁し、さらに、ラウリル硫酸ナトリウム水溶液を全量滴下後、樹脂溶液粒子を均一に分散させた乳化液が調製された。
次いで、上記乳化液を40℃に加熱し、ダイヤフラム式真空ポンプ「V−700」(BUCHI社製)を使用して、150hPaの減圧下で酢酸エチルを蒸留除去することにより、ポリエステル樹脂よりなる「樹脂微粒子分散液〔B1〕」を調製した。
(1)複合樹脂の合成
窒素導入管、脱水管、撹拌器および熱電対を装備した容量10リットルの四つ口フラスコに、ビスフェノールAプロピレンオキサイド2モル付加物500質量部、テレフタル酸117質量部、フマル酸82質量部およびエステル化触媒(オクチル酸スズ)2質量部を入れ、230℃で8時間縮重合反応させ、さらに、2kPaで2時間反応させ、160℃まで冷却した後、アクリル酸10質量部、スチレン162質量部、n−ブチルアクリレート42質量部および重合開始剤(ジ−t−ブチルパーオキサイド)10質量部の混合物を滴下ロートにより1時間かけて滴下し、滴下後、160℃に保持したまま、1時間付加重合反応を継続させた後、200℃に昇温し、10kPaで1時間保持した後、アクリル酸、スチレンおよびブチルアクリレートを除去することにより、ビニル重合セグメントとポリエステル重合セグメントとが結合してなる複合樹脂〔c1〕を合成した。得られた複合樹脂〔c1〕のガラス転移点は55℃であり、重量平均分子量は25000であった。
なお、得られた複合樹脂におけるビニル重合セグメントの比率は、23質量%である。
(2)樹脂微粒子分散液の調製
複合樹脂〔c1〕100質量部を酢酸エチル400質量部に溶解させた。次いで、5.0質量%の水酸化ナトリウム水溶液25質量部を添加して、樹脂溶液を調製した。この樹脂溶液を、撹拌装置を有する容器へ投入し、樹脂溶液を撹拌しながら、0.26質量%のラウリル硫酸ナトリウム水溶液638質量部を30分間かけて滴下混合した。ラウリル硫酸ナトリウム水溶液の滴下途中、反応容器内の液が白濁し、さらに、ラウリル硫酸ナトリウム水溶液を全量滴下後、樹脂溶液粒子を均一に分散させた乳化液が調製された。
次いで、上記乳化液を40℃に加熱し、ダイヤフラム式真空ポンプ「V−700」(BUCHI社製)を使用して、150hPaの減圧下で酢酸エチルを蒸留除去することにより、複合樹脂よりなる「樹脂微粒子分散液〔C1〕」を調製した。
ステアリン酸140質量部をエタノール1000質量部に投入し75℃で混合したものに対して、水酸化亜鉛50質量部をゆっくり加え、1時間混合した。その後、20℃まで冷却して生成物を取り出し、150℃で乾燥させてエタノールを除去した。得られたステアリン酸亜鉛の固形物をハンマーミルで粗粉砕し、次いでジェット気流式粉砕機「I−20ジェットミル」(日本ニューマチック社製)で微粉砕し、風力式分級機「DS−20/DS−10分級機」(日本ニューマチック社製)によりカットポイント1.9μmで分級して、体積平均粒径が1.5μmのステアリン酸亜鉛よりなる脂肪酸金属塩〔1〕を作製した。
脂肪酸金属塩〔1〕の作製において、カットポイントを1.9μmから1.1μmに変更したことの他は同様にして、体積平均粒径が0.7μmのステアリン酸亜鉛よりなる脂肪酸金属塩〔2〕を作製した。
脂肪酸金属塩〔1〕の作製において、カットポイントを1.9μmから3.4μmに変更したことの他は同様にして、体積平均粒径が3.0μmのステアリン酸亜鉛よりなる脂肪酸金属塩〔3〕を作製した。
脂肪酸金属塩〔1〕の作製において、カットポイントを1.9μmから1.0μmに変更したことの他は同様にして、体積平均粒径が0.6μmのステアリン酸亜鉛よりなる脂肪酸金属塩〔4〕を作製した。
脂肪酸金属塩〔1〕の作製において、カットポイントを1.9μmから4.1μmに変更したことの他は同様にして、体積平均粒径が3.5μmのステアリン酸亜鉛よりなる脂肪酸金属塩〔5〕を作製した。
脂肪酸金属塩〔1〕の作製において、水酸化亜鉛を水酸化リチウムに変更したことの他は同様にして、体積平均粒径が1.5μmのステアリン酸リチウムよりなる脂肪酸金属塩〔6〕を作製した。
脂肪酸金属塩〔1〕の作製において、水酸化亜鉛を水酸化カルシウムに変更したことの他は同様にして、体積平均粒径が1.5μmのステアリン酸カルシウムよりなる脂肪酸金属塩〔7〕を作製した。
(1)凝集・融着工程
撹拌装置、温度センサーおよび冷却管を取り付けた反応容器に、「樹脂微粒子分散液〔A1〕」を固形分換算で328質量部、イオン交換水2000質量部を投入後、5モル/リットルの水酸化ナトリウム水溶液を添加して、pHを25℃において10に調整した。
次いで、塩化マグネシウム60質量部をイオン交換水60質量部に溶解した水溶液を、撹拌下、30℃において10分間かけて添加した。その後、3分間放置した後に昇温を開始し、この系を60分間かけて80℃まで昇温し、80℃を保持したまま粒子成長反応を継続した。この状態で「コールターマルチサイザー3」(コールターベックマン社製)にて会合粒子の粒径を測定し、体積基準のメディアン径(D50)が4.0μmになった時点で、「樹脂微粒子分散液〔B1〕」を固形分換算で72質量部を30分間かけて投入し、反応液の上澄みが透明になり、会合粒子の体積基準のメディアン径(D50)が6.3μmになった時点で塩化ナトリウム190質量部をイオン交換水760質量部に溶解した溶液を添加して粒子成長を停止させた。
さらに、昇温を行い、90℃の状態で加熱撹拌することにより、粒子の融着を進行させ、トナーの平均円形度の測定装置「FPIA−2100」(Sysmex社製)を用いて(HPF検出数4000個)、平均円形度が0.945になった時点で30℃に冷却し、「トナー粒子分散液〔1〕」を調製した。
得られたトナー粒子分散液〔1〕における、酸化ルテニウム(VIII)により染色したトナー粒子の断面について、透過型電子顕微鏡を用いて画像解析を行った。画像解析においては、表層300nmまでを表面と定義し、表層300nmまでのビニル樹脂とポリエステル樹脂とのそれぞれの面積を求めて質量比を計算したところ、ビニル樹脂とポリエステル樹脂との質量比(ビニル樹脂/ポリエステル樹脂)は20/80であった。
得られたトナー粒子分散液〔1〕を遠心分離機で固液分離し、トナー粒子のウェットケーキを形成した。このウェットケーキを、遠心分離機で濾液の電気伝導度が5μS/cmになるまで35℃のイオン交換水で洗浄した。その後、「フラッシュジェットドライヤー」(セイシン企業社製)に移し、水分量が0.5質量%となるまで乾燥した。
乾燥処理したトナー粒子100質量部に小径シリカ微粒子(「RX−200」ヒュームドシリカ HMDS処理 個数平均粒径12nm;日本アエロジル社製)を0.75質量部、球状シリカ微粒子(「X−24 9600」ゾルゲル製法によるシリカ HMDS処理 個数平均粒径80nm;信越化学社製)を1.50質量部、研磨効果の高い金属酸化物微粒子としてチタン酸カルシウム(「TC110」個数平均粒径300nm シリコーンオイル処理;チタン工業社製)を0.5質量部添加し、ヘンシェルミキサー「FM10B」(三井三池化工業社製)を用いて、撹拌羽根周速を40m/秒、処理温度30℃で12分間混合した。次いで、脂肪酸金属塩〔1〕を0.15質量部添加し、撹拌羽根周速を40m/秒、処理温度30℃で8分間混合した。その後、目開き90μmのふるいを用いて粗大粒子を除去することにより、トナー〔1〕を得た。このトナー〔1〕においては、脂肪酸金属塩の遊離率は55%、上澄みに存在する粒子の個数平均粒径が1.5μmであった。
なお、このトナー〔1〕においては、酸化ルテニウム(VIII)にて染色したトナー粒子断面を透過型電子顕微鏡(TEM)により観察したところ、ポリエステル樹脂(樹脂微粒子〔B1〕)によるシェル層がスチレン−アクリル共重合体樹脂(樹脂微粒子〔A1〕)によるコアを完全に被覆しておらず、コアが露出されていた。従って、トナー〔1〕においては、トナー粒子表面にビニル重合体部分およびポリエステル部分の双方が存在することが確認された。
(1)凝集・融着工程
撹拌装置、温度センサーおよび冷却管を取り付けた反応容器に、「樹脂微粒子分散液〔A1〕」を固形分換算で328質量部、イオン交換水2000質量部を投入後、5モル/リットルの水酸化ナトリウム水溶液を添加して、pHを25℃において10に調整した。
次いで、塩化マグネシウム60質量部をイオン交換水60質量部に溶解した水溶液を、撹拌下、30℃において10分間かけて添加した。その後、3分間放置した後に昇温を開始し、この系を60分間かけて80℃まで昇温し、80℃を保持したまま粒子成長反応を継続した。この状態で「コールターマルチサイザー3」(コールターベックマン社製)にて会合粒子の粒径を測定し、体積基準のメディアン径(D50)が6.0μmになった時点で、塩化ナトリウム95質量部をイオン交換水380質量部に溶解した溶液を添加して粒径成長を停止させた。その後、「樹脂微粒子分散液〔C1〕」を固形分換算で72質量部を30分間かけて投入し、反応液の上澄みが透明になった時点で、塩化ナトリウム190質量部をイオン交換水760質量部に溶解した溶液を添加して粒子成長を停止させた。
さらに、昇温を行い、90℃の状態で加熱撹拌することにより、粒子の融着を進行させ、トナーの平均円形度の測定装置「FPIA−2100」(Sysmex社製)を用いて(HPF検出数4000個)、平均円形度が0.945になった時点で30℃に冷却し、「トナー粒子分散液〔2〕」を調製した。
得られたトナー粒子分散液〔2〕を遠心分離機で固液分離し、トナー粒子のウェットケーキを形成した。このウェットケーキを、遠心分離機で濾液の電気伝導度が5μS/cmになるまで35℃のイオン交換水で洗浄した。その後、「フラッシュジェットドライヤー」(セイシン企業社製)に移し、水分量が0.5質量%となるまで乾燥した。
乾燥処理したトナー粒子100質量部に小径シリカ微粒子(「RX−200」ヒュームドシリカ HMDS処理 個数平均粒径12nm;日本アエロジル社製)を0.75質量部、球状シリカ微粒子(「X−24 9600」ゾルゲル製法によるシリカ HMDS処理 個数平均粒径80nm;信越化学社製)を1.50質量部、研磨効果の高い金属酸化物微粒子としてチタン酸カルシウム(「TC110」個数平均粒径300nm シリコーンオイル処理;チタン工業社製)を0.5質量部添加し、ヘンシェルミキサー「FM10B」(三井三池化工業社製)を用いて、撹拌羽根周速を40m/秒、処理温度30℃で12分間混合した。次いで、脂肪酸金属塩〔1〕を0.15質量部添加し、撹拌羽根周速を40m/秒、処理温度30℃で8分間混合した。その後、目開き90μmのふるいを用いて粗大粒子を除去することにより、トナー〔2〕を得た。このトナー〔2〕においては、脂肪酸金属塩の遊離率は55%、上澄みに存在する粒子の個数平均粒径が1.5μmであった。
トナー〔2〕の製造において、表1の処方に従ったことの他は同様にしてトナー〔3〕〜〔16〕を得た。得られたトナーの脂肪酸金属塩の遊離率および上澄みに存在する粒子の個数平均粒径を表1に示す。
トナー〔2〕の製造において、「樹脂微粒子分散液〔C1〕」を「樹脂微粒子分散液〔B1〕」に変更したことの他は同様にしてトナー〔17〕を得た。このトナー〔17〕においては、脂肪酸金属塩の遊離率は55%、上澄みに存在する粒子の個数平均粒径が1.5μmであった。
トナー〔1〕に対して、シクロヘキシルメタクリレートとメチルメタクリレートとの共重合樹脂(モノマー比1:1)を被覆した体積基準のメディアン径が33μmのフェライトキャリアを、トナー濃度が6.0質量%となるように混合して二成分現像剤〔1〕を作製した。
二成分現像剤〔1〕の作製において、トナー〔1〕をトナー〔2〕〜〔17〕にそれぞれ変更したことの他は同様にして二成分現像剤〔2〕〜〔17〕を作製した。
二成分現像剤の評価装置として、市販の複写機「bizhub c 454」(コニカミノルタ社製)を準備し、上記で作製した現像剤を順次装填し、下記の評価を行った。結果を表2に示す。
かぶりは、高温高湿(30℃・80%RH)環境下において、印字率5%の文字画像を50万枚プリントした後に、白紙をプリントし、50万枚プリント後の転写材の白紙濃度で評価した。A4判の転写材において20か所の濃度を測定し、その平均値を白紙濃度とする。濃度測定は反射濃度計「RD−918」(マクベス社製)を用いて行った。白紙濃度が0.01以下であれば合格とする。
最高濃度は、低温低湿(10℃・10%RH)環境下において、A4判の転写材に黒ベタ画像をプリントし、初期の黒ベタ画像を、反射濃度計「RD−918」(マクベス社製)を用いて、カブリ濃度と同様にして白紙濃度を基準とした相対反射濃度により評価した。黒ベタ画像部の各濃度が1.2以上であれば合格とする。
滑剤による濃度ムラは、高温高湿(30℃・80%RH)環境下において、A4判の転写材に全面20%帯画像を連続で100枚プリントし、100枚目の画像の帯部と背景部との反射濃度を、反射濃度計「RD−907」(マクベス社製)を用いて測定し、その濃度差によって評価した。濃度差が0.05以下であれば合格とする。
Claims (7)
- 少なくとも結着樹脂を含有するトナー粒子、および、脂肪酸金属塩を含有する外添剤を含有する静電荷像現像用トナーにおいて、
トナーの水系分散液の遠心分離法により測定された、当該水系分散液中での遠心分離処理によって遊離する脂肪酸金属塩の割合が30〜80%であり、遠心分離処理後の上澄み液に存在する粒子の個数平均粒径が0.7μm以上3.0μm以下であり、
前記トナー粒子表面に存在する結着樹脂が、ビニル重合体部分およびポリエステル部分を含有することを特徴とする静電荷像現像用トナー。 - 前記ビニル重合体部分と前記ポリエステル部分とが結合してい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。
- 前記脂肪酸金属塩が、トナー粒子100質量部に対して0.01〜0.50質量部の割合で添加されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の静電荷像現像用トナー。
- 前記脂肪酸金属塩が、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸リチウムおよびステアリン酸カルシウムより選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかに記載の静電荷像現像用トナー。
- 前記脂肪酸金属塩がステアリン酸亜鉛であることを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれかに記載の静電荷像現像用トナー。
- 静電荷像現像用トナーおよび静電荷像現像用キャリアとからなる二成分現像剤であって、
前記静電荷像現像用トナーが請求項1〜請求項5のいずれか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二成分現像剤。 - 請求項6に記載の二成分現像剤を用いた画像形成方法において、
感光体に接触して設けられた帯電ローラによって感光体表面を帯電させる工程を有することを特徴とする画像形成方法。
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