荷電制御剤により表面処理された外添剤を添加したトナーは、優れた帯電立ち上がり性、及び優れた帯電安定性を有することが知られている。加えて、異なる環境下(低温低湿、高温高湿)で使用した際にも環境間における帯電量の差を抑制できるという特徴がある。そこで画質向上の観点から、荷電制御剤により表面処理された外添剤を添加したトナーを評価したところ、トナーの帯電に一定の効果はあるものの、いずれの環境においても感光体ドラム上にフィルミングが発生し、画像弊害を生じることが分かった。
フィルミングの原因となった感光体ドラム表面を分析した結果、低温低湿環境下において発生したフィルミングは、トナー粒子が起因となっていることが確認された。その理由を本発明者らは以下のように考えている。荷電制御剤により表面処理された外添剤を添加したトナーは、トナーの帯電量が増加した為に、感光体ドラムとトナーの静電付着力が上昇し、クリーニングブレードをすり抜ける。その結果、クリーニング部ですり抜けた一部のトナーが感光体ドラムに擦りつけられることで、フィルミングが発生したと考えられる。
一方、高温高湿環境下において発生したフィルミングは、トナー表面から感光体ドラム表面に移行した外添剤が起因となっていることが確認された。その理由を本発明者らは以下のように考えている。荷電制御剤により表面処理された外添剤を構成する無機微粒子は、多くの水酸基を有しており、空気中の水分を吸着し易い構成である。その結果、感光体ドラム−外添剤間の付着力(液架橋力)が上昇しクリーニングブレードを外添剤がすり抜けた為に、フィルミングが発生したと考えられる。
この様に、今後の高速化や長寿命化に対しては、トナーの帯電安定化とフィルミングの抑制を両立することの出来るトナーの開発が必要であった。本発明者らが、上記課題を解決すべく検討を進めた結果、下記に示す特徴を有する外添剤を添加したトナーを用いることで、上記の課題を解決できるという考えに行きついた。
即ち、結着樹脂及び着色剤を含有するトナー粒子と、外添剤Aとを有するトナーであって、
前記外添剤Aは、
i)下記式(1)で示される稠密度が0.40以上0.80以下の形状を有し、
稠密度=外添剤の面積/包絡線により囲まれた外添剤の面積 式(1)
ii)無機微粒子の表面をシランまたはシラザン化合物により処理を行った後に荷電制御剤による処理を行うことによって得られた外添剤であり、
iii)前記無機微粒子の比表面積が30m2/g以上140m2/g以下
であることを特徴とする。
以下に、本発明のトナーに用いる外添剤Aについて具体的に示していく。
本発明に用いる外添剤Aは、無機微粒子の表面を荷電制御剤により処理した外添剤である。
ブレード方式のクリーニング装置では、感光体ドラム−ブレード間に強い線圧を加えることでトナーや外添剤のすり抜けを防止しており、感光体ドラム上に生じた付着物がブレードニップ部を通過すると、フィルミングが発生しやすくなる。よって、感光体ドラム−ブレード間に外添剤が留まることによる層を形成させ、付着物が通過するのをブロックすることを考慮に入れてトナーを設計する必要がある。ブロック層の形成手段としては、トナー表面に固着、及び付着した外添剤を感光体ドラム表面と接触した際に移行させるのが一般的である。しかしながらブロック層は、感光体ドラム−ブレードニップ部に挟まれており、回転している感光体ドラムに対してブロック層の摩擦抵抗が大きい場合、ブロック層はニップ部の下流側に引き込まれブロック層を維持することが出来ない。上述したように、ブロック層はトナーが感光体ドラムに接触した際にトナーから移行する外添剤により形成されるため、トナーに外添される外添剤は、ドラム表面に対して良好な滑り性を示さなければならない。
本発明者らが、外添剤Aの滑り性に着目して鋭意検討を行った結果、無機微粒子の表面を荷電制御剤により処理することで、良好な滑り性を得られることが分かった。その理由は定かではないが、以下のように考察している。
通常、荷電制御剤は極性を有する置換基を有しており、このような置換基は電気陰性度の大きな原子で構成されている。一般的に、電気陰性度が大きな原子を有する物質は、摩擦係数が小さくなることが知られており、これはvan der Waals力の定義を考えると理解できる。van der Waals力は、2つの原子が近づくことで生じる、電子の揺らぎがもたらす引力である。そのため電気陰性度が大きく電子の揺らぎが発生し難い物質に関しては、van der Waals力が小さくなる。よって、摩擦係数も小さくなる。このような理由から、荷電制御剤により表面処理を行った無機微粒子は、相手の物質に対して低摩擦特性を示すと考えている。
なお、微粒子Aの表面処理に、トナー粒子中に荷電制御剤として用いられている化合物が有効であることから、その表面処理に用いる化合物を「荷電制御剤」と称しているが、荷電制御機能を利用しているのではない。
本発明に用いられる荷電制御剤としては、トナーに用いられる公知の荷電制御剤であればよく、例えば、ネガ系荷電制御剤として、サリチル酸、アルキルサリチル酸、ジアルキルサリチル酸、ナフトエ酸、ダイカルボン酸の如き芳香族カルボン酸の金属化合物、アゾ染料あるいはアゾ顔料の金属化合物、スルホン酸基又はカルボン酸基を置換基として有する高分子化合物、尿素化合物、カリックスアレーンが挙げられる。また、ポジ系荷電制御剤として、四級アンモニウム塩、四級アンモニウム塩を側鎖に有する高分子化合物、グアニジン化合物、ニグロシン系化合物、イミダゾール化合物が挙げられる。本発明では、外添剤表面への処理のしやすさの観点から、高分子化合物(荷電制御樹脂)であることが好ましく、更に、スルホン酸基またはサリチル酸基を置換基として有する高分子化合物を用いることが好ましい。また、荷電制御樹脂の重量平均分子量(Mw)が1000以上300000以下であると、外添剤の表面を均一に処理できるためより好ましい。より好ましくは、3000以上50000以下である。
外添剤Aは表面に、芳香族カルボン酸の金属化合物、アゾ染料又はアゾ顔料の金属化合物、スルホン酸基又はカルボキシ基を有する重合体、四級アンモニウム塩、四級アンモニウム塩を有する重合体、グアニジン化合物、ニグロシン化合物及びイミダゾール化合物からなる群より選択される化合物を有するものであることが好ましい。また、該化合物が、モノアゾ金属化合物、スルホン酸基又はカルボキシ基を有する重合体からなる群より選択される化合物であることがより好ましい。
スルホン酸基を有する重合体としては、スチレンスルホン酸、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸(AMPS)、ビニルスルホン酸、メタクリルスルホン酸、マレイミド誘導体、又はスチレン誘導体等に由来する樹脂や、下記式(5)のマレイン酸アミド誘導体が例示でき、特に2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸由来の部分構造を有する樹脂が好ましい。荷電制御樹脂中の2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸由来の部分構造の含有量は、0.3質量%以上20.0質量%以下が好ましい。
カルボキシ基を有する重合体及びサリチル酸基を有する重合体としては、3−ビニルサリチル酸、4−ビニルサリチル酸、5−ビニルサリチル酸、6−ビニルサリチル酸、3−ビニル−5−イソプロピルサリチル酸、3−ビニル−5−t−ブチルサリチル酸、4−ビニル−6−t−ブチルサリチル酸、下記式(4)で示される1価の基aを有する重合体Aが例示でき、特に下記式(4)で示される1価の基aを有する重合体Aが好ましい。
(式中、R
1は、それぞれ独立して、ヒドロキシ基、カルボキシ基、炭素数が1以上18以下のアルキル基、又は、炭素数が1以上18以下のアルコキシ基を示し、R
2は水素原子、ヒドロキシ基、炭素数1以上18以下のアルキル基、又は、炭素数1以上18以下のアルコキシ基を示し、gは1以上3以下の整数であり、hは0以上3以下の整数である。)
R1及びR2におけるアルキル基の例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、s−ブチル基、t−ブチル基などが挙げられ、アルコキシ基の例としては、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基等が挙げられる。
重合体Aの主鎖構造としては、特に制限はない。
例えば、ビニル系重合体、ポリエステル系重合体、ポリアミド系重合体、ポリウレタン系重合体、ポリエーテル系重合体などが挙げられる。また、これらが2種以上組み合わさったハイブリッド型の重合体も挙げられる。ここに挙げた中でも、トナー母粒子との密着性を考慮すると、ビニル系重合体であることが好ましい。重合体Aにおける、一価の基の含有量は、0.3質量%以上30質量%以下が好ましい。
重合体Aは、例えば、式(4)で示される基の置換位置にビニル基などの重合性官能基を有する化合物をモノマーとして用いることで合成することができる。その場合、一価の基aを有する重合体Aは以下の式(4−2)で表される。
[前記式(4−2)中、R
3は、それぞれ独立して、炭素数1以上18以下(好ましくは1以上4以下)のアルキル基、又は、炭素数1以上18以下(好ましくは1以上4以下)のアルコキシ基を表す。R
4は、水素原子、ヒドロキシ基、炭素数1以上18以下(好ましくは1以上4以下)のアルキル基、又は、炭素数1以上18以下(好ましくは1以上4以下)のアルコキシ基を表す。R
5は水素原子又はメチル基を表し、iは1以上3以下の整数を表し、jは0以上3以下の整数を表す。]
更に、本発明に用いられる荷電制御樹脂は、酸価が15mgKOH/mg以上35mgKOH/mg以下であることが好ましい。先述した通り、本発明における摩擦低減効果は、極性を有する置換基によって発現していると考えている。よって酸価の値を15mgKOH/mg以上にすることで、良好な摩擦低減効果を発揮出来る。また、酸価の値を35mgKOH/mg以下にすることで、荷電制御剤に対して空気中の水分が吸着し難く安定した帯電性を得られる為、かぶりの発生を抑制でき好ましい。酸価は、用いるモノマーの種類によって制御することが出来る。
また、異なる環境下(低温低湿、高温高湿)においても感光体ドラム上のフィルミングを抑制する為には、外添剤Aに対してシランまたはシラザン化合物による処理を行う必要がある。加えて、外添剤Aに対して荷電制御剤、及びシランまたはシラザン化合物を表面処理する順番が重要となる。即ち、本発明のトナーには、無機微粒子の表面をシランまたはシラザン化合物により処理を行った後に荷電制御剤による処理を行うことによって得られた外添剤Aを添加することが必要である。
先述したように、高温高湿環境下において発生する感光体ドラム上のフィルミングは、無機微粒子表面に存在する水酸基に対して空気中の水分が吸着することで、感光体ドラム−外添剤間の付着力(液架橋力)が上昇したことが原因であると考えている。よって無機微粒子の表面に存在する水酸基を減少させる必要があり、シランまたはシラザン化合物による疎水化処理を行う必要がある。これにより、感光体ドラムに対する外添剤の付着力を抑制することが出来、高温高湿環境下におけるドラム上フィルミングは抑制できる。
また、本発明者らが表面処理の順番に着目して、鋭意検討を行った結果、特定の順番で外添剤の表面処理を行わなければ、外添剤の滑り性が失われてしまうことが判明した。即ち、外添剤の滑り性と疎水性を両立する為には、無機微粒子の表面をシランまたはシラザン化合物により処理を行った後に荷電制御剤による処理を行うことによって得られた外添剤Aを添加することが必要である。
また、この順序で処理が行われた外添剤Aの表面組成を特定する試みを行ったが、それぞれの量が微量であること、粒子サイズが小さいことなどの理由によって、その積層構成を特定することは困難であった。そのため、本発明においては、処理の順序を規定することによって、発明を特定している。
上記の順序で処理を行った場合に特に効果が得られる理由は定かではないが、以下のように考察している。
先述したように、外添剤が良好な滑り性を発現する為には、荷電制御剤の極性を有する置換基が外添剤の最表面に配置され、感光体ドラム表面と接触する関係でなければならない。一方、外添剤表面にカップリング反応したシランまたはシラザン化合物は、立体的に大きな構造を有している。そのため、荷電制御剤による処理を行った後にシランまたはシラザン化合物により処理を行った場合、シランまたはシラザン化合物の有する大きな立体構造が荷電制御剤の極性を有する置換基を覆ってしまう。このような理由から、極性を有する置換基が外添剤の最表面に配置されていない為に、滑り性が失われたのではないかと考えている。
また、荷電制御剤による処理とシランまたはシラザン化合物による処理を同時に行った場合においても、外添剤の滑り性は発現されないことが分かった。これは、シランまたはシラザン化合物による処理が化学的結合であるため反応時間を伴うのに対し、荷電制御剤による処理は化学結合ではないため、反応時間を伴わないことによると考えている。つまり、2つの処理剤を同時に処理しても、先に処理が終了するのは荷電制御剤であり、その後、シランまたはシラザン化合物による処理が進行していく。結果として、荷電制御剤の極性を有する置換基が外添剤の最表面に配置されていない為に、滑り性が失われたのではないかと考えている。
本発明の外添剤の処理に用いられるシランまたはシラザン化合物としては特段の制限なく公知のシランまたはシラザン化合物を用いることができる。
具体的には、ヘキサメチルジシラザン、卜リメチルシラン、トリメチルクロルシラン、トリメチルエトキシシラン、ジメチルジクロルシラン、メチルトリクロルシラン、アリルジメチルクロルシラン、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、β−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、トリオルガノシリルメルカプタン、トリメチルシリルメルカプタン、トリオルガノシリルアクリレート、ビニルジメチルアセトキシシラン、ジメチルエトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、イソブチルトリメトキシシラン、n−プロピルトリメトキシシラン、n−プロピルトリエトキシシラン、へキシルトリメトキシシラン、オクチルトリエトキシシラン、デシルトリメトキシシラン等が挙げられる。中でも、荷電制御剤の固定化率を高められるという点で、ケイ素原子に結合するアルキル基の炭素数は1〜2のものを用いることが好ましい。更に、処理の均一性およびカップリング結合の確実性の観点から、ヘキサメチルジシラザンを用いることがより好ましい。
本発明の外添剤を得るのに必要なアルコキシシランまたはシラザンの少なくとも一方による処理は、外添剤を撹拌によりクラウド状としたものに気化したアルコキシシランまたはシラザンを反応させる乾式処理を利用することができる。また、外添剤を溶媒中に分散させ、アルコキシシランまたはシラザンを滴下反応させる湿式法の如き一般に知られた処理方法も利用することができる。
上記条件を満たす外添剤を用いて、更に詳細な検討を行った結果、ドラム上のフィルミングを抑制するためには、外添剤の表面処理を工夫するのみでは不十分であることが分かった。その理由は定かではないが、以下のように考察している。
先述したように、低摩擦特性を示す外添剤を用いることの効果は、ブロック層がブレードニップ部下流側に引き込まれる現象を抑制することにある。これにより、安定してブロック層は維持される一方、外添剤同士の滑り性も向上する為、外添剤同士の引っかかりが低下し、外添剤は感光体ドラム上を高速で回転してしまう。外添剤に表面処理された荷電制御剤は、外添剤表面と化学的に結合していないため、外添剤が回転しながら感光体ドラムに接触し続けることで徐々に感光体ドラム表面に移行し消費されていく。その結果、最終的にブロック層の滑り性が低下することでフィルミングが発生していると考えた。
そこで本発明者らは外添剤の形状に着目して検討を行ったところ、外添剤の稠密度を制御することが必要であるということが分かった。即ち、本発明に用いる外添剤Aは、下記式(1)で示される稠密度の平均値が0.40以上0.80以下の形状有することが必要である。また、稠密度の平均値は、0.50以上0.80以下が好ましく、0.60以上0.75以下がより好ましい。
稠密度=外添剤の面積/包絡線により囲まれた外添剤の面積 式(1)
稠密度とは上記式(1)で示される指標であり、外添剤の面積を外添剤の凸面積で除した値である。凸面積とは、対象の外添剤の輪郭を基に作成される包絡線で囲われた部分の面積である。稠密度は0より大きく1以下の値をとる量であり、値が小さいほど凹部が多い入り組んだ形状となる。つまり、用いる外添剤の稠密度の値が小さくなれば凹部が多い形状となり、外添剤同士が引っ掛かり易く転がりにくいため感光体ドラム−ブレード間に挟まっても回転せずにニップ部に留まり易く、安定したブロック層を形成し易いと考えている。
また、ブロック層は通常、ブレードニップ部から受ける圧力により、感光体ドラム表面に強く押し付けられており、外添剤に表面処理された荷電制御剤が感光体ドラム表面に移行する速度を促進していると考えている。しかし、上記範囲を満たした外添剤で形成されるブロック層は、外添剤の凹部がもたらす空洞により、ブレードニップ部で受ける圧力を低減でき、摩擦が低減されることで荷電制御剤の消費を抑制する効果もあると考えている。加えて、外添剤の凹部が感光体ドラム表面に移行し消費されていく荷電制御剤をトラップし、ため込むことによって、より長期間良好な滑り性を維持できると考えている。
外添剤の稠密度の平均値が0.40より小さい場合、凹部が存在しすぎるため外添剤同士の絡まりが強く、結果として外添剤凝集体の発生が感光体ドラム上のフィルミングを促進してしまう。また外添剤の稠密度の平均値が0.80より大きい場合、凹部が少なくなるため外添剤が転がり易く、ドラム上のフィルミングが発生してしまう。
ちなみに、従来から外添剤形状の指標として用いられているアスペクト比では上記効果を説明するには不十分であった。何故なら、アスペクト比は単純に形状の細長さを示す指標であり、細長い形状だと外添剤同士が引っ掛かり易いということにはつながらないためである。
本発明に用いられる無機微粒子の比表面積は30m2/g以上140m2/g以下である。また好ましくは40m2/g以上90m2/g以下である。
無機微粒子の比表面積が30m2/gよりも小さいと、外添剤同士の接触面積が少なくなるため、安定してブロック層を形成することが出来ず、感光体ドラム上のフィルミングが悪化する。また、無機微粒子の比表面積が140m2/gよりも大きいと、荷電制御剤を均一に処理することが難しく、良好な滑り性が得られないため感光体ドラム上のフィルミングが悪化する。
本発明に用いられる外添剤Aとしては、安定した流動性、帯電性を得ることができ、かぶりを抑制できることから、シリカを用いることが好ましい。尚、沈降法、ゾルゲル法等の湿式シリカ、爆燃法、ヒュームド法等の乾式シリカがあるが、本発明の特徴の一つである凹部が多い形状制御のしやすさから、乾式シリカであることがより好ましい。
乾式シリカは、ケイ素ハロゲン化合物等を原料としている。
ケイ素ハロゲン化合物としては、四塩化ケイ素が用いられるが、メチルトリクロロシラン、トリクロロシランなどのシラン類単独、又は四塩化ケイ素とシラン類との混合状態でも原料として使用可能である。
原料は気化した後、酸水素炎中で中間体として生じる水と反応する、いわゆる、火炎加水分解反応によって目的のシリカを得る。
以下に、本発明に用いられる乾式非球状シリカの製造方法を説明する。
酸素ガスをバーナーに供給し、着火用バーナーに点火した後、水素ガスをバーナーに供給して火炎を形成し、これに原料である四塩化ケイ素を投入しガス化させた。次に、火炎加水分解反応を行わせ、生成したシリカ粉末を回収した。
平均粒径および形状は、四塩化ケイ素流量、酸素ガス供給流量、水素ガス供給流量、シリカの火炎中滞留時間を適宜変えることによって、凹部が多い外添剤の形状を任意に調整可能である。凹部が多い形状を制御する手段として、得られたシリカ粉末を電気炉に移し、薄層状に敷きつめた後、加熱処理を施し焼結させても良い。焼結させることで、外添剤の合一強度が高まり、クリーニング部でのドラム傷を抑制する効果がより向上し易く好ましい。
これら外添剤Aの添加量としては、所望の特性が得られれば特に限定させることはない。
荷電制御剤を外添剤表面に処理する方法としては、例えば、荷電制御剤を水または有機溶媒に溶解し、外添剤に対して溶解液を滴下または噴霧により添加して混合後、加熱処理によって水または有機溶媒を除去することで表面処理を行えば良い。これにより、荷電制御剤が表面に処理された外添剤Aを得ることが出来る。
外添剤Aの解砕方法としては、例えばアトマイザー(東京アトマイザー製造株式会社製)等の解砕機を用いることが出来る。解砕機の回転数、及び解砕機への供給量を任意に調整することで、外添剤Aの稠密度を制御することが可能となる。
また、溶媒に難溶性の荷電制御剤、及び荷電制御剤単一での表面処理が出来ないものについては、溶媒に可溶な樹脂を用いて溶解液を作製し、溶解液に荷電制御剤を混合させた後、外添剤に処理してやれば良い。
また本発明に用いられる外添剤Aは、無機微粒子の比表面積をX(m2/g)とし、前記無機微粒子100質量部に対する前記荷電制御剤による処理量をY(質量部)としたとき、前記AおよびBが以下の式(2)および(3)を満たすことが好ましい。
1≦Y≦30 (2)
Y/X≦0.22 (3)
荷電制御剤による処理量Yを1以上とすることで、無機微粒子表面を容易に処理することができ、良好な滑り性を得ることが出来る。また、荷電制御剤による処理量Yを30以下とすることで、凝集体が発生し難く、画像スジの発生を抑制することが出来る。加えて、外添剤Aが、Y/X≦0.22の範囲を満たすことで、凝集体が発生し難く、画像スジの発生を抑制することが出来る。
この様な外添剤Aがブロック層を形成するためには、外添剤がトナー表面から感光体ドラム表面に移行し、感光体ドラム−ブレードニップ間に供給される必要がある。その状態を計測する方法として、本発明者らが鋭意検討を行った結果、ポリカーボネート薄膜表面にトナーを堆積させ、トナーを吸引除去し、ポリカーボネート薄膜表面を走査型電子顕微鏡(SEM)にて観察する手法で測定できることがわかった。
即ち、本発明のトナーは、ポリカーボネート薄膜付着測定法において、ポリカーボネート薄膜に付着する前記外添剤Aの付着量が、ポリカーボネート薄膜の面積を100.0面積%としたときに0.1面積%以上5.0面積%以下であることが好ましい。
外添剤Aの付着量を0.1面積%以上にすることで、ブレードニップ部に対して外添剤Aが安定して供給されるため、容易にブロック層を形成することが出来る。また外添剤Aの付着量を5.0面積%以下にすることで、外添剤Aの過剰供給による帯電ローラーの部材汚染を防止し、画像スジ発生を抑制できる。外添剤Aの付着量は、外添強度、及び添加量を変更することで制御することが出来る。
本発明のトナー粒子の製造方法は、特に限定されない。帯電特性が良好な、高い円形度のトナーを製造する方法としては、懸濁重合法・界面重合法・分散重合法の如き、親水性媒体中で直接トナーを製造する方法(以下、重合法とも称する)や、粉砕トナーを熱球形化する方法等が挙げられる。
その中でも、個々の粒子がほぼ球形に揃っていて、帯電量の分布も比較的均一となるため高い転写性を有している、懸濁重合法で製造するトナーが好ましい。
懸濁重合法は、重合性単量体、着色剤、ワックス等を有する重合性単量体組成物を水系媒体中に分散して、重合性単量体組成物の液滴を製造する造粒工程、液滴中の重合性単量体を重合する重合工程を経ることによりトナー粒子を製造する製法である。
本発明のトナーは、コア部とシェル部を少なくとも有するトナー粒子を有するトナーであることが好ましい。このような構造をとることによりコア部のトナー粒子表面への滲出による帯電不良やブロッキングを防ぐことができる。また、さらにシェル部の表面上にはシェル部とは樹脂組成の違う表層部が存在するものがより好ましい。この表層部が存在することにより環境安定性、耐久性、耐ブロッキング性をより向上させることができる。
本発明のトナー粒子を生成するために使用することが出来る重合性単量体として好ましいものに、ビニル系重合性単量体を挙げることができる。例えばスチレン;α−メチルスチレン、β−メチルスチレン、o−メチルスチレン、m−メチルスチレン、p−メチルスチレン、2,4−ジメチルスチレンの如きスチレン誘導体;メチルアクリレート、エチルアクリレート、n−プロピルアクリレート、iso−プロピルアクリレート、n−ブチルアクリレート、iso−ブチルアクリレート、tert−ブチルアクリレート、2−エチルヘキシルアクリレートの如きアクリル系重合性単量体;メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、n−プロピルメタクリレート、iso−プロピルメタクリレート、n−ブチルメタクリレート、iso−ブチルメタクリレート、tert−ブチルメタクリレートの如きメタクリル系重合性単量体;メチレン脂肪族モノカルボン酸エステル類;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、ベンゾエ酸ビニル、酪酸ビニル、安息香酸ビニル、蟻酸ビニルの如きビニルエステルが挙げられる。
シェル部は、ポリエステル、スチレン−アクリル共重合体、或いはスチレン−メタクリル共重合体などの樹脂により形成されることが好ましい。
本発明のトナーはワックスを含有することが好ましい。本発明に係わるトナーに使用可能なワックス成分としては、パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、ペトロラタムの如き石油系ワックス及びその誘導体、モンタンワックス及びその誘導体、フィッシャートロプシュ法による炭化水素ワックス及びその誘導体、ポリエチレン、ポリプロピレンの如きポリオレフィンワックス及びその誘導体、カルナバワックス、キャンデリラワックスの如き天然ワックス及びその誘導体などで、誘導体には酸化物や、ビニル系モノマーとのブロック共重合物、グラフト変性物を含む。さらには、高級脂肪族アルコール、ステアリン酸、パルミチン酸等の脂肪酸、あるいはその化合物、酸アミドワックス、エステルワックスも使用できる。
本発明に用いられる着色剤としては、以下の有機顔料、有機染料、及び、無機顔料が挙げられる。
黒色着色剤としては、カーボンブラック、磁性体、以下に示すイエロー/マゼンタ/シアン着色剤を用い黒色に調色されたものが利用される。
イエロー着色剤としては、縮合アゾ化合物,イソインドリノン化合物,アンスラキノン化合物、アゾ金属錯体、メチン化合物、アリルアミド化合物に代表される化合物が挙げられる。具体的には、以下の、C.I.ピグメントイエロー12、13、14、15、17、62、73、74、83、93、94、95、97、109、110、111、120、128、129、138、147、150、151、154、155、168、180、185、214が挙げられる。
マゼンタ着色剤としては、縮合アゾ化合物、ジケトピロロピロール化合物、アントラキノン、キナクリドン化合物、塩基染料レーキ化合物、ナフトール化合物、ベンズイミダゾロン化合物、チオインジゴ化合物、ペリレン化合物が挙げられる。具体的には、以下の、C.I.ピグメントレッド2、3、5、6、7、23、48:2、48:3、48:4、57:1、81:1、122、146、166、169、177、184、185、202、206、220、221、238、254、269、C.I.ピグメントバイオレット19が挙げられる。
シアン着色剤としては、銅フタロシアニン化合物及びその誘導体、アントラキノン化合物、塩基染料レーキ化合物が挙げられる。具体的には、C.I.ピグメントブルー1、7、15、15:1、15:2、15:3、15:4、60、62、66が挙げられる。
これらの着色剤は、単独又は混合し更には固溶体の状態で用いることができる。着色剤は、色相角、彩度、明度、耐光性、OHP透明性、トナー中への分散性の点から選択される。着色剤の添加量は、重合性単量体又は結着樹脂100質量部に対し1質量部以上20質量部以下であることが好ましい。
さらに本発明のトナーは、着色剤として磁性体を含有させ磁性トナーとすることも可能である。この場合、磁性体は着色剤の役割をかねることもできる。磁性体としては、マグネタイト、ヘマタイト、フェライト如きの酸化鉄、鉄、コバルト、ニッケルの如き金属或いはこれらの金属のアルミニウム、銅、マグネシウム、スズ、亜鉛、ベリリウム、カルシウム、マンガン、セレン、チタン、タングステン、バナジウムの如き金属の合金及びその混合物が挙げられる。上記磁性体は、表面改質された磁性体が好ましい。重合法により磁性トナーを調製する場合には、重合阻害のない物質である表面改質剤により、疎水化処理を施したものが好ましい。このような表面改質剤としては、例えばシランカップリング剤、チタンカップリング剤を挙げることができる。これらの磁性体は個数平均粒径が2.0μm以下が好ましく、0.1μm以上0.5μm以下のものがさらに好ましい。トナー粒子中に含有させる量としては、重合性単量体又は結着樹脂100質量部に対し20質量部以上200質量部以下、特に好ましくは結着樹脂100質量部に対し40質量部以上150質量部以下が良い。
トナーの平均円形度としては、0.960以上であることが好ましい。0.960以上だと、細線再現性が良化する。好ましくはトナーの平均円形度が0.970以上だと細線再現性がより良好となる。
また粉砕法でトナー粒子を製造するための製造方法としては、以下の例が挙げられる。
原料混合工程では、トナー粒子を構成する材料として、結着樹脂、着色剤、その他の添加剤等を、所定量秤量して配合し、混合する。混合装置の一例としては、ダブルコン・ミキサー、V型ミキサー、ドラム型ミキサー、スーパーミキサー、FMミキサ、ナウターミキサー、メカノハイブリッド(日本コークス工業株式会社製)などが挙げられる。
次に、混合した材料を溶融混練して、結着樹脂中に着色剤等を分散させる。溶融混練工程では、加圧ニーダー、バンバリィミキサーの如きバッチ式練り機や、連続式の練り機を用いることができる。連続生産できる優位性から、1軸又は2軸押出機が主流となっている。例えば、KTK型2軸押出機(神戸製鋼所社製)、TEM型2軸押出機(東芝機械社製)、PCM混練機(池貝製)、2軸押出機(ケイ・シー・ケイ社製)、コ・ニーダー(ブス社製)、ニーデックス(日本コークス工業株式会社製)などが挙げられる。更に、溶融混練することによって得られる樹脂組成物は、2本ロール等で圧延され、冷却工程で水などによって冷却してもよい。
ついで、樹脂組成物の冷却物は、粉砕工程で所望の粒径にまで粉砕される。粉砕工程では、例えば、クラッシャー、ハンマーミル、フェザーミルの如き粉砕機で粗粉砕した後、更に、例えば、クリプトロンシステム(川崎重工業社製)、スーパーローター(日清エンジニアリング社製)、ターボ・ミル(フロイント・ターボ株式会社製)やエアージェット方式による微粉砕機で微粉砕する。
その後、必要に応じて慣性分級方式のエルボージェット(日鉄鉱業社製)、遠心力分級方式のターボプレックス(ホソカワミクロン社製)、TSPセパレータ(ホソカワミクロン社製)、ファカルティ(ホソカワミクロン社製)の如き分級機や篩分機を用いて分級し、トナー粒子を得る。
また、トナー粒子を球形化する方法としては、粉砕後にハイブリタイゼーションシステム(奈良機械製作所製)、メカノフージョンシステム(ホソカワミクロン社製)、ファカルティ(ホソカワミクロン社製)、メテオレインボー MR Type(日本ニューマチック工業社製)を用いて行う。
トナー粒子に外添剤を外添する方法する混合機としては、FMミキサ(日本コークス工業株式会社製)、スーパーミキサー(カワタ社製)、ノビルタ(ホソカワミクロン社製)、ハイブリダイザー(奈良機械社製)が挙げられる。
また、外添後に粗粒子をふるい分けるために用いられる篩い装置としては、以下のものが挙げられる。ウルトラソニック(晃栄産業社製);レゾナシーブ、ジャイロシフター(徳寿工作所社);バイブラソニックシステム(ダルトン社製);ソニクリーン(新東工業社製);ターボスクリーナー(フロイント・ターボエ業社製);ミクロシフター(槙野産業社製)を用いて行う。
次に、本発明のトナーに係る各物性の測定方法に関して記載する。
<外添剤の稠密度の測定方法>
外添剤の稠密度の測定は、ポリカーボネート薄膜付着測定法を用いて行った。
ポリカーボネート薄膜付着測定法の各過程を図1に示す。図1において、基板12にトナーTを配置する方法として、目開き75μmのステンレスメッシュのふるい11を用いている。基板としては感光体の表層を模擬するため、50μmの厚みのアルミシートにポリカーボネート(ユーピロンZ−400、三菱エンジニアリングプラスチックス(株)、粘度平均分子量(Mv)40,000)をトルエンに10質量%となる様に溶解して塗工液とした。この塗工液を、50番手のマイヤーバーを用いて上記アルミシートに塗工し、100℃で10分間乾燥させることで、アルミシート上に膜厚10μmのポリカーボネートを有するシートを作製した。
このシートを基板ホルダ13で保持した。基板は一辺が約3mmの正方形とした。ふるいにトナーを約10mg投入し、ふるいの直下20mmの距離に基板を配置した。ふるいから落下したトナーが効率よく基板に堆積されるように、ふるいの開口は直径10mmとしている。
ふるいを保持する枠体に、加速度5G相当となる、振幅1mm、デューティー比33%ののこぎり波形振動を5Hzでふるい面内方向に30秒印加し、基板にトナーを堆積させた。
・トナーを配置した基板に振動を印加する工程
次にトナーを堆積した基板に加速度0.5G相当となる、振幅1mm、デューティー比33%ののこぎり波形振動を3Hzで基板の面内方向に20秒印加し、基板とトナーの接触を促進させた。
・基板からトナーを除去する工程
振動印加後の基板に吸引手段14として、掃除機のノズル先端に接続した内径約5mmのエラストマー製の吸引口をトナー配置面と垂直となるように近づけ、基板に付着したトナーを除去する。トナーの残留程度を目視で確認しながら除去した。本実施の形態では吸引口端部と基板の距離を約1mm、吸引時間を約3秒とした。その時の吸引圧力を測定すると6kPaであった。
・基板に供給された外添剤の付着量を定量化する工程
トナー除去後に基板12に残留する外添剤Aの量と形状を数値化する際には走査型電子顕微鏡による観察と画像計測を用いた。まず、トナー除去後の基板にPtを電流20mA、60秒間スパッタし、観察用試料とした。次に、走査型電子顕微鏡による観察においては、100nm前後の外添剤を観察できる観察倍率を任意に選択できる。走査型電子顕微鏡としては、日立超高分解能電界放出走査電子顕微鏡S−4800((株)日立ハイテクノロジーズ)を用い、S−4800の反射電子像にて観察を行う。観察倍率としては、外添剤の粒径によるが、例えば100nm前後であれば20000倍、加速電圧10kV、作動距離3mmの条件にて観察できる。20000倍における観察領域は約30μm×20μmの領域である。
観察により得られた画像は外添剤が高輝度に、基板が低輝度に表されているので、二値化により、視野内の外添剤の量を定量化することができる。二値化の条件は観察装置やスパッタ条件により適切に選択することができる。ここでは二値化には画像解析ソフトウェアImage J(開発元Wayne Rasband)を用い、背景輝度分布をSubtract Backgroundメニューから平坦化半径40ピクセルで除去した後、輝度閾値50で二値化する。得られる二値化画像の一例を図2に示す。
得られた二値化画像を、画像解析ソフトウェアImage Jで粒子解析することで、外添剤の付着量を算出する。付着量としては、二値化画像の粒子から面積や形状を規定して算出した。粒子の面積としては、観察視野中において高輝度の外添剤の内、0.005μm2以上1.0μm2以下で、稠密度が0.40以上0.80以下の形状の粒子を画像解析ソフトウェアで規定して抽出した値である。画像解析ソフトウェアImage Jにて稠密度はSolidityという名称で数値範囲の規定を行う事が可能である。
二値化画像の粒子から面積や形状を規定して算出した粒子の面積を、観察領域のポリカーボネート薄膜の面積を100%とした時に、外添剤面積が視野全体に占める外添剤面積率を用いた。上記測定を二値化画像100枚について行い、その平均値を外添剤Aの付着量とした。
<無機微粒子の比表面積の測定方法>
無機微粒子の比表面積の測定は、JIS Z8830(2001年)に準じて行なう。具体的な測定方法は、以下の通りである。
測定装置としては、定容法によるガス吸着法を測定方式として採用している「自動比表面積・細孔分布測定装置 TriStar3000(島津製作所社製)」を用いる。測定条件の設定および測定データの解析は、本装置に付属の専用ソフト「TriStar3000 Version4.00」を用いて行い、また装置には真空ポンプ、窒素ガス配管、ヘリウムガス配管が接続される。窒素ガスを吸着ガスとして用い、BET多点法により算出した値を本発明におけるBET比表面積とする。
尚、BET比表面積は以下のようにして算出する。
まず、無機微粒子に窒素ガスを吸着させ、その時の試料セル内の平衡圧力P(Pa)と無機微粒子の窒素吸着量Va(モル・g-1)を測定する。そして、試料セル内の平衡圧力P(Pa)を窒素の飽和蒸気圧Po(Pa)で除した値である相対圧Prを横軸とし、窒素吸着量Va(モル・g-1)を縦軸とした吸着等温線を得る。次いで、無機微粒子の表面に単分子層を形成するのに必要な吸着量である単分子層吸着量Vm(モル・g-1)を、下記のBET式を適用して求める。
Pr/Va(1−Pr)=1/(Vm×C)+(C−1)×Pr/(Vm×C)
(ここで、CはBETパラメーターであり、測定サンプル種、吸着ガス種、吸着温度により変動する変数である。)
BET式は、X軸をPr、Y軸をPr/Va(1−Pr)とすると、傾きが(C−1)/(Vm×C)、切片が1/(Vm×C)の直線と解釈できる(この直線をBETプロットという)。
直線の傾き=(C−1)/(Vm×C)
直線の切片=1/(Vm×C)
Prの実測値とPr/Va(1−Pr)の実測値をグラフ上にプロットして最小二乗法により直線を引くと、その直線の傾きと切片の値が算出できる。これらの値を用いて上記の傾きと切片の連立方程式を解くと、VmとCが算出できる。
さらに、上記で算出したVmと窒素分子の分子占有断面積(0.162nm2)から、下記の式に基づいて、無機微粒子のBET比表面積S(m2・g-1)を算出する。
S=Vm×N×0.162×10-18
(ここで、Nはアボガドロ数(モル-1)である。)
本装置を用いた測定は、装置に付属の「TriStar3000 取扱説明書V4.0」に従うが、具体的には、以下の手順で測定する。
充分に洗浄、乾燥した専用のガラス製試料セル(ステム直径3/8インチ、容積約5ml)の風袋を精秤する。そして、ロートを使ってこの試料セルの中に約0.1gの無機微粒子を入れる。
無機微粒子を入れた前記試料セルを真空ポンプと窒素ガス配管を接続した「前処理装置 バキュプレップ061(島津製作所社製)」にセットし、23℃にて真空脱気を約10時間継続する。尚、真空脱気の際には、無機微粒子が真空ポンプに吸引されないよう、バルブを調整しながら徐々に脱気する。セル内の圧力は脱気とともに徐々に下がり、最終的には約0.4Pa(約3ミリトール)となる。真空脱気終了後、窒素ガスを徐々に注入して試料セル内を大気圧に戻し、試料セルを前処理装置から取り外す。そして、この試料セルの質量を精秤し、風袋との差から無機微粒子の正確な質量を算出する。尚、この際に、試料セル内の無機微粒子が大気中の水分等で汚染されないように、秤量中はゴム栓で試料セルに蓋をしておく。
次に、無機微粒子が入った前記の試料セルのステム部に専用の「等温ジャケット」を取り付ける。そして、この試料セル内に専用のフィラーロッドを挿入し、前記装置の分析ポートに試料セルをセットする。尚、等温ジャケットとは、毛細管現象により液体窒素を一定レベルまで吸い上げることが可能な、内面が多孔性材料、外面が不浸透性材料で構成された筒状の部材である。
続いて、接続器具を含む試料セルのフリースペースの測定を行なう。フリースペースは、23℃においてヘリウムガスを用いて試料セルの容積を測定し、続いて液体窒素で試料セルを冷却した後の試料セルの容積を同様にヘリウムガスを用いて測定して、これらの容積の差から換算して算出する。また、窒素の飽和蒸気圧Po(Pa)は、装置に内蔵されたPoチューブを使用して、別途に自動で測定される。
次に、試料セル内の真空脱気を行った後、真空脱気を継続しながら試料セルを液体窒素で冷却する。その後、窒素ガスを試料セル内に段階的に導入して無機微粒子に窒素分子を吸着させる。この際、平衡圧力P(Pa)を随時計測することにより前記した吸着等温線が得られるので、この吸着等温線をBETプロットに変換する。尚、データを収集する相対圧Prのポイントは、0.05、0.10、0.15、0.20、0.25、0.30の合計6ポイントに設定する。得られた測定データに対して最小二乗法により直線を引き、その直線の傾きと切片からVmを算出する。さらに、このVmの値を用いて、前記したように無機微粒子のBET比表面積を算出する。
<重量平均分子量(Mw)の測定>
荷電制御樹脂の重量平均分子量(Mw)はゲルパーミュエーションクロマトグラフィー(GPC)によって、ポリスチレン換算で算出される。スルホン酸を有する荷電制御樹脂は、カラム溶出速度がスルホン酸基の量にも依存してしまうため、正確な分子量及び分子量分布を測定したことにはならない。そのため、予めスルホン酸基をキャッピングした試料を用意する必要がある。キャッピングにはメチルエステル化が好ましく、市販のメチルエステル化剤が使用できる。具体的には、トリメチルシリルジアゾメタンで処理する方法が挙げられる。
GPCによる分子量の測定は、以下の様にして行う。荷電制御剤樹脂をTHF(テトラヒドロフラン)に加え、室温で24時間静置した溶液を、ポア径が0.2μmの耐溶剤性メンブランフィルター「マイショリディスク」(東ソー社製)で濾過してサンプル溶液とし、以下の条件で測定する。尚、サンプル調製は、樹脂の濃度が0.8質量%になるようにTHFの量を調整する。なお、樹脂がTHFに溶解しにくい場合には、DMF(N,N−ジメチルホルムアミド)などの塩基性溶媒を用いることも可能である。
装置:HLC8120 GPC(検出器:RI)(東ソー社製)
カラム:Shodex KF−801、802、803、804、805、806、807の7連(昭和電工社製)
溶離液:テトラヒドロフラン(THF)
流速:1.0ml/min
オーブン温度:40.0℃
試料注入量:0.10ml
試料の分子量の算出にあたっては、以下に列挙する標準ポリスチレン樹脂カラムを用いて作成した分子量校正曲線を使用する。具体的には、東ソ−社製の商品名「TSKスタンダード ポリスチレン F−850、F−450、F−288、F−128、F−80、F−40、F−20、F−10、F−4、F−2、F−1、A−5000、A−2500、A−1000、A−500」である。
<酸価の測定>
酸価は試料1gに含まれる酸を中和するために必要な水酸化カリウムのmg数である。荷電制御樹脂の酸価はJIS K 0070−1992に準じて測定されるが、具体的には、以下の手順に従って測定する。
(1)試薬の準備
フェノールフタレイン1.0gをエチルアルコール(95vol%)90mlに溶かし、イオン交換水を加えて100mlとし、フェノールフタレイン溶液を得る。
特級水酸化カリウム7gを5mlの水に溶かし、エチルアルコール(95vol%)を加えて1lとする。炭酸ガス等に触れないように、耐アルカリ性の容器に入れて3日間放置後、ろ過して、水酸化カリウム溶液を得る。得られた水酸化カリウム溶液は、耐アルカリ性の容器に保管する。前記水酸化カリウム溶液のファクターは、0.1モル/l塩酸25mlを三角フラスコに取り、前記フェノールフタレイン溶液を数滴加え、前記水酸化カリウム溶液で滴定し、中和に要した前記水酸化カリウム溶液の量から求める。前記0.1モル/l塩酸は、JIS K 8001−1998に準じて作成されたものを用いる。
(2)操作
(A)本試験
試料2.0gを200mlの三角フラスコに精秤し、トルエン/エタノール(2:1)の混合溶液100mlを加え、5時間かけて溶解する。次いで、指示薬として前記フェノールフタレイン溶液を数滴加え、前記水酸化カリウム溶液を用いて滴定する。尚、滴定の終点は、指示薬の薄い紅色が約30秒間続いたときとする。
(B)空試験
試料を用いない(すなわちトルエン/エタノール(2:1)の混合溶液のみとする)以外は、上記操作と同様の滴定を行う。
(3)得られた結果を下記式に代入して、酸価を算出する。
A=[(C−B)×f×5.61]/S
ここで、A:酸価(mgKOH/g)、B:空試験の水酸化カリウム溶液の添加量(ml)、C:本試験の水酸化カリウム溶液の添加量(ml)、f:水酸化カリウム溶液のファクター、S:試料(g)である。
<平均円形度の測定方法>
トナーの平均円形度は、フロー式粒子像分析装置「FPIA−3000」(シスメックス社製)によって、校正作業時の測定及び解析条件で測定する。
具体的な測定方法は、以下の通りである。まず、ガラス製の容器中に予め不純固形物などを除去したイオン交換水約20mlを入れる。この中に分散剤として「コンタミノンN」(非イオン界面活性剤、陰イオン界面活性剤、有機ビルダーからなるpH7の精密測定器洗浄用中性洗剤の10質量%水溶液、和光純薬工業社製)をイオン交換水で約3質量倍に希釈した希釈液を約0.2ml加える。更に測定試料を約0.02g加え、超音波分散器を用いて2分間分散処理を行い、測定用の分散液とする。その際、分散液の温度が10℃以上40℃以下となる様に適宜冷却する。超音波分散器としては、発振周波数50kHz、電気的出力150Wの卓上型の超音波洗浄器分散器(例えば「VS−150」(ヴェルヴォクリーア社製))を用い、水槽内には所定量のイオン交換水を入れ、この水槽中に前記コンタミノンNを約2ml添加する。
測定には、対物レンズとして「UPlanApro」(倍率10倍、開口数0.40)を搭載した前記フロー式粒子像分析装置を用い、シース液にはパーティクルシース「PSE−900A」(シスメックス社製)を使用した。前記手順に従い調整した分散液を前記フロー式粒子像分析装置に導入し、HPF測定モードで、トータルカウントモードにて3000個のトナー粒子を計測する。そして、粒子解析時の2値化閾値を85%とし、解析粒子径を円相当径1.985μm以上39.69μm未満に限定し、トナー粒子の平均円形度を求める。
測定にあたっては、測定開始前に標準ラテックス粒子(例えば、Duke Scientific社製の「RESEARCH AND TEST PARTICLES Latex Microsphere Suspensions 5200A」をイオン交換水で希釈)を用いて自動焦点調整を行う。その後、測定開始から2時間毎に焦点調整を実施することが好ましい。
なお、本願実施例では、シスメックス社による校正作業が行われた、シスメックス社が発行する校正証明書の発行を受けたフロー式粒子像分析装置を使用した。解析粒子径を円相当径1.985μm以上39.69μm未満に限定した以外は、校正証明を受けた時の測定及び解析条件で測定を行った。
以下実施例にもとづいて具体的に本発明について説明する。しかしながら、これによって本発明の実施の態様がなんら限定されるものではない。実施例中の部数は質量部である。
<荷電制御剤(微粒子A表面処理用)の製造例>
<CCA1の製造例>
撹拌機、コンデンサー、温度計、窒素導入管を付した3Lフラスコに純水1000部、乳化剤としてドデシル硫酸ナトリウム4部を仕込み、窒素置換を30分間行う。ペルオキソ二硫酸カリウム(KPS)2部を仕込み、撹拌し溶解する。内容物を窒素導入下80℃に昇温する。80℃に到達した時点でスチレン300部、アクリル酸−2−エチルヘキシル(2−EHA)60部の混合モノマーと、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸(AMPS)40部を純水600部に溶解した水溶液を2時間かけて別々に滴下する。その後80℃のまま8時間重合を行いエマルション溶液を得た。エマルション溶液を50℃の真空乾燥機で水分が1%以下になるまで乾燥し、スチレン/2−EHA/AMPS共重合体であるCCA1を得た。このCCA1の物性を表1に示す。
<CCA2〜CCA5の製造例>
CCA1の製造例において、使用するモノマー量を表2に従って変更し、重合温度や重合時間を調整することにより分子量を制御しながら、CCA2〜CCA5を製造した。CCA2〜CCA5の物性を表1に示す。
<CCA6の製造例>
2,4−ジヒドロキシ安息香酸18部をメタノール150部に溶解させ、炭酸カリウム36.9部を加えて65℃に加熱した。この反応液に4−(クロロメチル)スチレン18.7部とメタノール100部の混合液を滴下し、65℃にて3時間反応させた。反応液を冷却後、濾過し、濾液を濃縮して粗生成物を得た。粗生成物をpH2の水1500部に分散させ、酢酸エチルを加えて抽出した。その後、水洗し、硫酸マグネシウムで乾燥させ、減圧下、酢酸エチルを留去して析出物を得た。析出物をヘキサン洗浄後、トルエンと酢酸エチルにて再結晶することで精製し、化学式(6)に示すビニル単量体を得た。
次に、化学式(6)に示すビニル単量体 13.1部とスチレン81.9部をトルエン42.0部に溶解させ、1時間撹拌した後、110℃まで加熱した。この反応液に、tert−ブチルパーオキシイソプロピルモノカルボネート(日本油脂株式会社製、商品名パーブチルI)3.0部とトルエン42部の混合液を滴下した。更に110℃にて4時間反応した。その後、冷却しメタノール1000部に滴下し、析出物を得た。得られた析出物をTHF120部に溶解後、メタノール1800部に滴下し、白色析出物を析出させ、濾過し、減圧下90℃にて乾燥させることで、スチレンと化学式(6)に示すビニル単量体との共重合体であるCCA6を得た。このCCA6の物性を表1に示す。
<CCA7>
T−77(保土谷化学工業社製;含金属アゾ染料)を用いた。
<無機微粒子の製造例>
<無機微粒子1の製造例>
酸素ガスをバーナーに供給し、着火用バーナーに点火した後、水素ガスをバーナーに供給して火炎を形成し、これに原料である四塩化ケイ素を投入しガス化させることでシリカ微粒子を得た。具体的には、原料の四塩化珪素ガス量は150kg/hr、水素ガス50Nm3/hrおよび酸素ガスの量30Nm3/hr、火炎中のシリカ濃度0.50kg/Nm3と滞留時間0.020secとした。得られたシリカ微粒子を電気炉に移し、薄層状に敷きつめた後、700℃で加熱処理を施し焼結、凝集させ無機微粒子1を得た。無機微粒子1の物性を表3に示す。
<無機微粒子2〜7、9、及び10の製造例>
四塩化ケイ素量、酸素ガス量、水素ガス量、シリカ濃度、滞留時間、焼結条件を調整することで、無機微粒子2〜7、9、及び10を得た。無機微粒子2〜7、9、及び10の物性は表3の通りである。
<無機微粒子8>
比表面積が81m2/gのアルミナ粒子を用意した。
<外添剤Aの製造例>
<外添剤A−1の製造例>
第一処理工程として、無機微粒子1 100部に対し、15.0部のヘキサメチルジシラザン(以下HMDSとも言う)を内部に噴霧し、シリカの流動化状態でシラン化合物処理を行なった。この反応を60分間継続した後、反応を終了した。
第二処理工程として、第一処理工程によって生成したシリカ微粒子に対し、荷電制御剤CCA1 5部をトルエンに溶解した液を噴霧し、2時間の撹拌混合によってCCA1の固定化を行った。その後、200℃で熱処理してトルエンを揮発させ、表面にCCA1を有する無機微粒子1/HMDS/CCA1複合物を得た。次に、得られた無機微粒子1/HMDS/CCA1複合物を、微粉砕機アトマイザーTAP−1W(東京アトマイザー製造株式会社製)によって解砕し、形状を制御することで外添剤A−1を得た。解砕機の回転数は4000rpm、解砕機への供給量は5kg/hである。得られた外添剤A−1の物性を表4に示す。
<外添剤A−2〜A−18、A−20、及びA−24の製造例>
無機微粒子、シランまたはシラザン化合物、荷電制御剤の組み合わせ、及び解砕条件を表4に示すように変更した以外は、外添剤A−1の製造例と同様にして外添剤A−2〜A−18、A−20、及びA−24を得た。得られた外添剤A−2〜A−18、A−20、及びA−24の物性を表4に示す。
<外添剤A−19の製造例>
第一処理工程として、無機微粒子2 100部に対し、15.0部のHMDSを内部に噴霧し、シリカの流動化状態でシラン化合物処理を行なった。この反応を60分間継続した後、反応を終了した。
第二処理工程として、ポリエステル系樹脂 5g(テレフタル酸−プロピレンオキサイド変性ビスフェノールA(2モル付加物)共重合体(モル比=51:50)、酸価 10mgKOH/g、ガラス転移点 70℃、重量平均分子量(Mw) 10500、重量平均分子量(Mw)/数平均分子量(Mn) 3.2)をトルエンに溶解し、さらにCCA7 5gを混合することでCCA7の分散溶液を準備した。得られた分散溶液を第一処理工程によって生成したシリカ微粒子に対して噴霧し、2時間の撹拌混合によってCCA7の固定化を行った。その後、200℃で熱処理してトルエンを揮発させ、表面にCCA7を有する無機微粒子2/HMDS/CCA7複合物を得た。解砕工程は表4に示す条件に変更して行うことで、外添剤A−19を得た。得られた外添剤A−19の物性を表4に示す。
<外添剤A−21の製造例>
第一処理工程として、無機微粒子2 100部に対し、荷電制御剤CCA1 5部をトルエンに溶解した液を噴霧し、2時間の撹拌混合によってCCA1の固定化を行った。その後、200℃で熱処理してトルエンを揮発させ、CCA1による表面処理を行った。
第二処理工程として、第一処理工程によって生成したシリカ微粒子に対し、15.0部のHMDSを内部に噴霧し、シリカの流動化状態でシラン化合物処理を行なった。この反応を60分間継続した後、反応を終了し、表面にCCA1を有する無機微粒子2/CCA1/HMDS複合物を得た。解砕工程は表4に示す条件に変更して行うことで、外添剤A−21を得た。得られた外添剤A−21の物性を表4に示す。
<外添剤A−22の製造例>
無機微粒子2 100部に対して、HMDS 15.0部、及び荷電制御剤CCA1 5部をトルエンに溶解した液を同時に噴霧し、2時間の撹拌混合によってCCA1の固定化、及びシラン化合物処理を行なった。その後、200℃で熱処理してトルエンを揮発させ、表面にCCA1を有する無機微粒子2/CCA1/HMDS複合物を得た。解砕工程は表4に示す条件に変更して行うことで、外添剤A−22を得た。得られた外添剤A−22の物性を表4に示す。
<外添剤A−23の製造例>
無機微粒子2 100部に対して、荷電制御剤CCA1 5部をトルエンに溶解した液を噴霧し、2時間の撹拌混合によってCCA1の固定化を行った。その後、200℃で熱処理してトルエンを揮発させ、表面にCCA1を有する無機微粒子2/CCA1複合物を得た。解砕工程は表4に示す条件に変更して行うことで、外添剤A−23を得た。得られた外添剤A−23の物性を表4に示す。
<トナー粒子の製造例>
四つ口容器中にイオン交換水710部と0.1モル/リットルのNa3PO4水溶液850部を添加し、高速撹拌装置T.K.ホモミクサー(特殊機化工業(株)製)を用いて12,000rpmで撹拌しながら、60℃に保持した。ここに1.0モル/リットル−CaCl2水溶液68部を徐々に添加し、微細なリン酸カルシウムを含む水系分散媒体を調製した。
スチレン 124部
n−ブチルアクリレート 36部
銅フタロシアニン顔料(ピグメントブルー15:3) 13部
ポリエステル系樹脂(テレフタル酸−プロピレンオキサイド変性ビスフェノールA(2モル付加物)共重合体(モル比=51:50)、酸価 10mgKOH/mg、ガラス転移点 70℃、Mw 10500、Mw/Mn 3.2) 10部
負荷電性制御剤(3,5−ジ−tert−ブチルサリチル酸のアルミニウム化合物) 0.8部
フィシャートロプシュワックス(吸熱メインピーク温度 78℃) 15部
上記の材料をアトライタ(日本コークス工業株式会社製)を用いて3時間撹拌し、各成分を重合性単量体中に分散させ、単量体混合物を調製した。単量体混合物に重合開始剤である1,1,3,3−テトラメチルブチルパ−オキシ2−エチルヘキサノエ−ト20.0部(トルエン溶液50%)を添加し、重合性単量体組成物を調製した。重合性単量体組成物を上記水系分散媒体中に投入し、撹拌機の回転数を10,000rpmに維持しつつ5分間造粒した。その後、高速撹拌装置をプロペラ式撹拌器に変えて、内部温度を70℃に昇温させ、ゆっくり撹拌しながら6時間反応させた。
次いで、容器内を温度80℃に昇温して4時間維持し、その後冷却し、スラリー1を得た。スラリー1を含む容器内に希塩酸を添加して分散安定剤を除去した。更に、ろ別、洗浄、乾燥して重量平均粒径(D4)が6.2μmの重合体粒子(トナー粒子1)を得た。トナー粒子1の平均円形度は0.980であった。
〔実施例1〕
得られたトナー粒子1 100部に対して、外添剤A−1 0.5部、及び外添剤B(一次粒子の個数平均粒子径(D1)が9nm、比表面積が215m2/gのシリカ微粉末) 1.0部を添加した。それらの材料をFM10C(日本コークス工業株式会社製)によって外添混合した。外添条件は、トナー粒子仕込み量 1.8kg、回転数 3600rpm、外添時間 5分で行った。その後、目開き100μmのメッシュで篩い、負摩擦帯電性のトナー1を得た。得られたトナー1の物性を表5に示す。
得られたトナーを用いて、以下の評価を行った。
<試験>
HP製レーザービームプリンタHP Color LaserJet Enterprise M651nを、プリンタの将来的な更なる高速化と高寿命化を考慮して、プロセススピードを400mm/sに改造して使用した。評価紙としては、キヤノンマーケティングジャパンが販売するCS−680を用いた。ドラム上フィルミングの評価は、低印字比率(1%)で行った。これにより、クリーニングニップ部に供給される外添剤Aの量が少なくなり、ドラム上フィルミング性に対して厳しい条件となる。
<感光体ドラム上フィルミング>
感光体ドラム上フィルミングの評価は感光体ドラム表面の目視及び画像で評価を行った。低温低湿環境(温度15℃:相対湿度30%)、常温常室環境(温度25℃:相対湿度60%)、高温高湿環境(温度32℃:相対湿度80%)の各環境において、それぞれ印字比率が1%の画像を出力する動作を繰り返し、出力枚数が500枚に到達する毎に1晩放置した。その後、上記の様にして500枚出力し1晩放置する工程を繰り返し、最終的には5000枚の画像出力を行った。その後、ハーフトーン画像を5枚連続して出力し、出力画像と感光体ドラム表面の状態を以下の基準で評価した。A、Bランクを合格とした。
A:画像欠陥、及び感光体ドラム表面の付着物が全く見られない。
B:画像欠陥は全く見られないが、感光体ドラム表面に軽微な付着物が見られる。
C:画像上に軽微な白ポチ(平均1〜3つ)が見られる。
D:画像上に白ポチ(平均4つ以上)が見られる。
<かぶりの評価>
高温高湿環境(温度32℃、相対湿度80%)で、印字比率が1%の画像を出力する動作を繰り返し、出力枚数が500枚に到達する毎に1晩放置した。その後、上記の様にして500枚出力し1晩放置する工程を繰り返し、最終的には5000枚の画像出力を行い、以下の方法で評価を行った。
上記の画像出力試験において、毎回白地部分を有する画像を1枚ずつ出力した。その後、すべての白地部分を有する画像について、白地部分を有する画像の白地部分の白色度(反射率Ds(%))と転写紙の白色度(平均反射率Dr(%))の差から、かぶり濃度(%)(=Dr(%)−Ds(%))を算出した。なお、白色度は、「REFLECTMETER MODEL TC−6DS」(東京電色社製)により測定した。フィルターは、アンバーライトフィルターを用いた。かぶりが最悪であったものについて、以下のランク付けを行った。A、Bランクを合格とした。
A:かぶり濃度が1.0%未満である。
B:かぶり濃度が1.0%以上2.0%未満である。
C:かぶり濃度が2.0%以上3.0%未満である。
D:かぶり濃度が3.0%以上である。
<全面ベタ画像における白スジ(ベタ画像白スジ)>
画質の観点から、ベタ画像白スジの評価を行った。上記画像出力において5000枚出力後、画像形成装置の電源を落として1週間放置した。その後、画像形成装置を再起動させ、印字紙全面にベタ画像部を形成したチャートを1枚出力し、以下の基準で評価を行った。A、Bランクを合格とした。
A:画像上に白いスジ状の縦線が全く見られない。
B:画像上に白いスジ状の縦線が、1〜3本うすく見られる。
C:画像上にはっきりとした白いスジ状の縦線が、1〜3本見られる。
D:画像上にはっきりとした白いスジ状の縦線が、4本以上見られる。
〔実施例2〜23〕
表5記載の外添処方、及び外添条件とした以外は、実施例1と同様にして、トナー2〜23を得た。トナーの諸物性については表5に示した通りである。
また、実施例1と同様にして評価を行った結果を表6に示す。
〔比較例1〜5〕
表5記載の外添処方、及び外添条件とした以外は、実施例1と同様にして、トナー24〜28を得た。トナーの諸物性については表5に示した通りである。
また、実施例1と同様にして評価を行った結果を表6に示す。