JP2019028237A - 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 PDF

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Abstract

【課題】色点の発生を抑制しうる静電荷像現像用トナーを提供すること。【解決手段】トナー粒子と、前記トナー粒子に外添された、電気陰性度が1.3以下の金属元素をドープされたチタン酸ストロンチウム粒子と、前記トナー粒子に外添されたシリカ粒子と、を含み、蛍光X線元素分析法(XRF)によって得られる、電気陰性度が1.3以下の金属元素の検出ピーク強度をMe−R、ストロンチウムの検出ピーク強度をSr−R、及びケイ素の検出ピーク強度をSi−Rとし、X線光電子分光法(XPS)によって得られるストロンチウムの元素比率をSr−Pとしたとき、条件(1)0.08kcps≦Me−R≦10kcps、(2)0.1%≦Sr−P≦3.0%、及び(3)0.15≦Sr−R/Si−R≦12を満たす静電荷像現像用トナー。【選択図】なし

Description

本発明は、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、及び画像形成方法に関する。
特許文献1には、トナー粒子と、潤滑剤粒子と、体積平均粒径が3μm以上7μm以下であり、且つ、形状係数(SF2)が250以上500以下である金属酸化物粒子と、を有し、該金属酸化物粒子がチタン酸ストロンチウム粒子である静電荷像現像用トナーが開示されている。
特許文献2には、平均一次粒子径が0.02〜0.3μmであり、立方体又は直方体状粒子を有するチタン酸ストロンチウム系微細粒子を外添剤として含む静電記録用トナーが開示されている。
特許文献3には、トナー母粒子100重量部に対して、個数平均粒径が5〜20nmの疎水性シリカAを0.05〜2.0重量部、個数平均粒径が20nmを超えて、70nm以下の疎水性シリカBを1.0〜5.0重量部、及び、重量平均粒径が30〜75nmのチタン酸ストロンチウムを0.1〜1.0重量部を含有してなる二成分現像剤が開示されている。
特開2015−184463号公報 特開2015−137208号公報 特開2010−44113号公報
静電荷像現像用トナーにおいて、蛍光X線元素分析法(XRF)によって得られる、電気陰性度が1.3以下の金属元素の検出ピーク強度をMe−R、ストロンチウムの検出ピーク強度をSr−R、及びケイ素の検出ピーク強度をSi−Rとし、X線光電子分光法(XPS)によって得られるストロンチウムの元素比率をSr−Pとしたとき、Me−R、Sr−P、及びSr−R/Si−Rのいずれかが特定の条件から外れると、色点が発生することがある。
そこで、本発明の課題は、前記Me−Rのみが特定の条件を満たさない場合に比べて、色点の発生を抑制しうる静電荷像現像用トナーを提供することを課題とする。
上記課題は、以下の手段により解決される。
請求項1に係る発明は、
トナー粒子と、
前記トナー粒子に外添された、電気陰性度が1.3以下の金属元素をドープされたチタン酸ストロンチウム粒子と、
前記トナー粒子に外添されたシリカ粒子と、
を含み、蛍光X線元素分析法(XRF)によって得られる、電気陰性度が1.3以下の金属元素の検出ピーク強度をMe−R、ストロンチウムの検出ピーク強度をSr−R、及びケイ素の検出ピーク強度をSi−Rとし、X線光電子分光法(XPS)によって得られるストロンチウムの元素比率をSr−Pとしたとき、以下の条件(1)〜(3)を満たす静電荷像現像用トナー。
(1)0.08kcps≦Me−R≦10kcps
(2)0.1%≦Sr−P≦3.0%
(3)0.15≦Sr−R/Si−R≦12
請求項2に係る発明は、
X線光電子分光法(XPS)によって得られる、電気陰性度が1.3以下の金属元素の元素比率をMe−Pとしたとき、以下の条件(4)を満たす、請求項1に記載の静電荷像現像用トナー。
(4)0.04%≦Me−P≦0.7%
請求項3に係る発明は、
X線光電子分光法(XPS)によって得られる、電気陰性度が1.3以下の金属元素の元素比率をMe−Pとしたとき、以下の(4−1)を満たす、請求項2に記載の静電荷像現像用トナー。
(4−1)0.07%≦Me−P≦0.35%
請求項4に係る発明は、
前記チタン酸ストロンチウム粒子のトナー粒子からの遊離率が30%以下である請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の静電荷像現像用トナー。
請求項5に係る発明は、
前記チタン酸ストロンチウム粒子のトナー粒子からの遊離率が15%以下である請求項4に記載の静電荷像現像用トナー。
請求項6に係る発明は、
前記チタン酸ストロンチウム粒子中の電気陰性度が1.3以下の金属元素の含有量が、0.1mass%以上10mass%以下である請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の静電荷像現像用トナー。
請求項7に係る発明は、
前記チタン酸ストロンチウム粒子中の電気陰性度が1.3以下の金属元素の含有量が、0.20mass%以上8.50mass%以下である請求項6に記載の静電荷像現像用トナー。
請求項8に係る発明は、
前記チタン酸ストロンチウム粒子は疎水化処理された表面を有する請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載の静電荷像現像用トナー。
請求項9に係る発明は、
前記チタン酸ストロンチウム粒子は、ケイ素含有有機化合物にて疎水化処理された表面を有する請求項8に記載の静電荷像現像用トナー。
請求項10に係る発明は、
前記チタン酸ストロンチウム粒子は、チタン酸ストロンチウム粒子の質量に対して5質量%以上30質量%以下のケイ素含有有機化合物を含む前記表面を有する、請求項9に記載の静電荷像現像用トナー。
請求項11に係る発明は、
前記チタン酸ストロンチウム粒子中の電気陰性度が1.3以下の金属元素がランタンである、請求項1〜請求項10のいずれか1項に記載の静電荷像現像用トナー。
請求項12に係る発明は、
前記チタン酸ストロンチウム粒子の一次平均粒径が10nm以上100nm以下である、請求項1〜請求項11のいずれか1項に記載の静電荷像現像用トナー。
請求項13に係る発明は、
前記チタン酸ストロンチウム粒子の一次平均粒径が20nm以上60nm以下である、請求項12に記載の静電荷像現像用トナー。
請求項14に係る発明は、
前記チタン酸ストロンチウム粒子と前記シリカ粒子との質量比(チタン酸ストロンチウム粒子/シリカ粒子)が、0.07以上1.00以下である、請求項1〜請求項13のいずれか1項に記載の静電荷像現像用トナー。
請求項15に係る発明は、
前記チタン酸ストロンチウム粒子と前記シリカ粒子との質量比(チタン酸ストロンチウム粒子/シリカ粒子)が、0.10以上0.4以下である、請求項14に記載の静電荷像現像用トナー。
請求項16に係る発明は、
前記Me−R、前記Sr−R、前記Si−R、及び前記Sr−Pが、以下の条件(1−1)〜(3−1)を満たす請求項1〜請求項15のいずれか1項に記載の静電荷像現像用トナー。
(1−1)0.12kcps≦Me−R≦4kcps
(2−1)0.3%≦Sr−P≦1.0%
(3−1)0.4≦Sr−R/Si−R≦5
請求項17に係る発明は、
請求項1〜請求項16のいずれか1項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18に係る発明は、
請求項1〜請求項16のいずれか1項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19に係る発明は、
請求項17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。
請求項20に係る発明は、
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17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。
請求項21に係る発明は、
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17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。
請求項1、8、9、10、11、又は16に係る発明によれば、前記Me−Rのみが前記条件(1)を満たさない場合に比べて、色点の発生を抑制しうる静電荷像現像用トナーが提供される。
請求項2又は3に係る発明によれば、前記Me−Pが0.2%未満又は0.8%を超える場合に比べ、色点の発生を抑制しうる静電荷像現像用トナーが提供される。
請求項4又は5に係る発明によれば、前記チタン酸ストロンチウム粒子のトナー粒子からの遊離率が30%を超える場合に比べ、色点の発生を抑制しうる静電荷像現像用トナーが提供される。
請求項6又は7に係る発明によれば、前記チタン酸ストロンチウム粒子中の電気陰性度が1.3以下の金属元素の含有量が0.1mass%未満又は10mass%を超える場合に比べ、色点の発生を抑制しうる静電荷像現像用トナーが提供される。
請求項12又は13に係る発明によれば、前記チタン酸ストロンチウム粒子の平均一次粒子粒径が10nm未満又は100nmを超える場合に比べて、色点の発生を抑制しうる静電荷像現像用トナーが提供される。
請求項14又は15に係る発明によれば、前記チタン酸ストロンチウム粒子/シリカ粒子が0.07未満又は1.00を超える場合に比べて、色点の発生を抑制しうる静電荷像現像用トナーが提供される。
請求項17、18、19、20、又は21に係る発明によれば、前記Me−Rのみが前記条件(1)を満たさない静電荷像現像用トナーを適用した場合に比べ、色点の発生を抑制しうる静電荷像現像剤、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、又は画像形成方法が提供される。
本実施形態に係る画像形成装置を示す概略構成図である。 本実施形態に係るプロセスカートリッジを示す概略構成図である。
以下に、発明の実施形態を説明する。これらの説明及び実施例は実施形態を例示するものであり、発明の範囲を制限するものではない。
本開示において組成物中の各成分の量について言及する場合、組成物中に各成分に該当する物質が複数種存在する場合には、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数種の物質の合計量を意味する。
本開示において「〜」を用いて示された数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値をそれぞれ最小値及び最大値として含む範囲を示す。
本開示において、「静電荷像現像用トナー」を単に「トナー」ともいい、「静電荷像現像剤」を単に「現像剤」ともいう。
<静電荷像現像用トナー>
本実施形態に係る静電荷像現像用トナーについて説明する。
本実施形態に係るトナーは、トナー粒子と、トナー粒子に外添された、電気陰性度が1.3以下の金属元素をドープされたチタン酸ストロンチウム粒子(以下、「特定チタン酸ストロンチウム粒子」ともいう)と、トナー粒子に外添されたシリカ粒子と、を含む。つまり、本実施形態に係るトナーは、トナー粒子の他、外添剤として、シリカ粒子と特定チタン酸ストロンチウム粒子とを含む。以下、特定チタン酸ストロンチウム粒子にドープされた電気陰性度が1.3以下の金属元素を、「ドーパント」ともいう。
そして、本実施形態に係るトナーは、蛍光X線元素分析法(XRF)によって得られる、電気陰性度が1.3以下の金属元素の検出ピーク強度をMe−R、ストロンチウムの検出ピーク強度をSr−R、及びケイ素の検出ピーク強度をSi−Rとし、X線光電子分光法(XPS)によって得られるストロンチウムの元素比率をSr−Pとしたとき、以下の条件(1)〜(3)を満たす。
(1)0.08kcps≦Me−R≦10kcps
(2)0.1%≦Sr−P≦3.0%
(3)0.15≦Sr−R/Si−R≦12
低温低湿下(例えば、10℃15%RH)で、低画像密度(例えば、画像密度1%)の出力が続けて行われると、高攪拌されたトナー粒子の表面は高い電荷密度を有する。この状態のトナーに、高画像密度(例えば、画像密度80%)の出力が行われて未帯電のトナーが大量に加わると、トナー粒子同士で静電凝集が発生し、色点が発生する。
ここで、「色点」とは、画像上で局所的に濃度の高い領域が生じる現象であり、斑点状に見えてしまう。
特に、シリカ粒子はトナーの外添剤として知られているが、このシリカ粒子は、トナー粒子に対して負帯電性を付与しうると共に、自身の摩擦帯電性が高いことから、外添剤として用いられた場合、トナー粒子の表面の負帯電性を高め易い。そのため、シリカ粒子を外添したトナー粒子は、上記のように高攪拌された場合、表面がより高い電荷密度を有することになり、トナー粒子同士の静電凝集が生じ易い。
そのため、トナー粒子の負帯電性が高まることを抑制する目的で、外添剤として、酸化チタンより負帯電性が低いチタン酸ストロンチウム粒子を用いる手法があるが、トナー粒子同士の静電凝集の改善の点では未だ不十分である。
そこで、本発明者らが外添剤について検討を行ったところ、外添剤としてシリカ粒子と共に電気陰性度が1.3以下の金属元素がドープされたチタン酸ストロンチウム粒子を用いたトナーにおいて、トナーの内部及び表面に存在する、電気陰性度が1.3以下の金属元素(Me)、ストロンチウム(Sr)、及びケイ素(Si)の量及び比率を最適化することで、トナー粒子同士の静電凝集を抑制できることを見出した。そして、本発明者らが更に検討を続けたところ、トナー粒子同士の静電凝集の抑制が、トナーの内部及び表面に存在する、電気陰性度が1.3以下の金属元素(Me)、ストロンチウム(Sr)、及びケイ素(Si)の量及び比率が、上記条件(1)〜(3)を満たすことで達成しうることも見出した。
負帯電性と電気陰性度とは相関があり、電気陰性度が小さい程、負帯電性が低くなる傾向がある。上記のように、電気陰性度が1.3以下の金属元素がドープされたチタン酸ストロンチウム粒子を外添剤として用い、条件(1)〜(3)を満たすことで、外添剤としてシリカ粒子を用いた場合であっても、トナー粒子の表面の負帯電性が高まることを抑えることができ、トナー粒子同士の静電凝集が抑えられる。
その結果、本発明に係るトナーでは、色点の発生が抑制されると推測される。
[条件(1)〜(3)]
本実施形態における条件(1)〜(3)について説明する。
本実施形態に係るトナーは、蛍光X線元素分析法(XRF)によって得られる、電気陰性度が1.3以下の金属元素の検出ピーク強度をMe−R、ストロンチウムの検出ピーク強度をSr−R、及びケイ素の検出ピーク強度をSi−Rとし、X線光電子分光法(XPS)によって得られるストロンチウムの元素比率をSr−Pとしたとき、以下の条件(1)〜(3)を満たす。
(1)0.08kcps≦Me−R≦10kcps
(2)0.1%≦Sr−P≦3.0%
(3)0.15≦Sr−R/Si−R≦12
蛍光X線元素分析法(XRF)では、トナー粒子に外添剤が外添されてなるトナーの内部及び表面に存在する元素が定量される。
また、X線光電子分光法(XPS)では、トナー粒子に外添剤が外添されてなるトナーの表面に存在する元素の比率が求められる。
条件(1)に示されるMe−Rは、トナー内部及び表面における、電気陰性度が1.3以下の金属元素の存在量を示すものであり、これが0.08kcps≦Me−R≦10kcpsの条件を満たすことにより、トナー粒子同士の静電凝集が抑制される。
これは、Me−Rが、主に特定チタン酸ストロンチウム粒子中のドーパントである金属元素に由来するものであって、条件(1)を満たすということは、特定チタン酸ストロンチウム粒子が適度な量で外添されていることの反映であり、この場合、トナー粒子の表面の負帯電性が高まることを効果的に抑えることができ、その結果として、トナー粒子同士の静電凝集を抑えられるものと推定される。
Me−Rが下限値未満であると、トナー粒子の表面の負帯電性が高まることを抑制し難くなり、トナー粒子同士の静電凝集を抑えにくい。また、Me−Rが上限値よりも大きいと、チタン酸ストロンチウム粒子の外添量が多いこととなり、チタン酸ストロンチウム粒子も負帯電性ではあるので、トナー粒子の表面の負帯電性が高まってしまい、トナー粒子同士の静電凝集を抑えにくい。
本実施形態において、Me−Rは、以下の条件(1−1)を満たすことが好ましい。
(1−1)0.12kcps≦Me−R≦4kcps
条件(1)に示されるMe−Rは、主に、特定チタン酸ストロンチウム粒子中のドーパントの量、特定チタン酸ストロンチウム粒子の量(外添量)等により制御しうる。
条件(2)に示されるSr−Pは、トナー表面におけるストロンチウムの存在比率を示すものであり、トナー粒子に外添された特定チタン酸ストロンチウム粒子の量(外添量)、及び粒径、その他、トナー粒子に外添されたシリカ粒子又は他の粒子の量(外添量)、及びそれらの粒径等により制御しうる。
これが0.1%≦Sr−P≦2.2%の条件を満たすことにより、条件(1)を満たし易くなる。
本実施形態において、Sr−Pは、以下の条件(2−1)を満たすことが好ましい。
(2−1)0.3%≦Sr−P≦1.0%
条件(3)におけるSr−Rは、トナー内部及び表面におけるストロンチウムの存在量を示すものであり、主として、トナー粒子に外添された特定チタン酸ストロンチウム粒子の量(外添量)、粒径等により制御しうる。
また、条件(3)におけるSi−Rは、トナー内部及び表面におけるケイ素の存在量を示すものであり、主として、トナー粒子に外添されたシリカ粒子の量(外添量)等により制御しうる。
これが0.15≦Sr−R/Si−R≦12の条件を満たすことにより、条件(1)を満たし易くなり、また、シリカ粒子と特定チタン酸ストロンチウム粒子との外添量のバランスが取れて、特定チタン酸ストロンチウム粒子の外添効果が発現し、トナー粒子の表面の負帯電性が高まることを効果的に抑えられると推定される。
本実施形態において、Sr−RとSi−Rとの関係は、以下の条件(3−1)を満たすことが好ましい。
(3−1)0.4≦Sr−R/Si−R≦5
[条件(4)]
本実施形態に係るトナーは、X線光電子分光法(XPS)によって得られる、電気陰性度が1.3以下の金属元素の元素比率をMe−Pとしたとき、以下の条件(4)を満たすことが好ましい。
(4)0.2%≦Me−P≦0.8%
条件(4)に示されるMe−Pは、トナー表面における電気陰性度が1.3以下の金属元素の存在比率を示すものであり、主に、トナー粒子に外添された特定チタン酸ストロンチウム粒子中のドーパントの量、及び特定チタン酸ストロンチウム粒子の量(外添量)等により制御しうる。
これが0.2%≦Me−P≦0.8%の条件を満たすことにより、条件(1)を満たし易くなる。
本実施形態において、Me−Pは、以下の条件(4−1)を満たすことが好ましい。
(4−1)0.07%≦Me−P≦0.35%
本実施形態において、蛍光X線元素分析法(XRF)は、以下の方法にて行われる。
まず、測定試料であるトナー6gを、株式会社前川試験機製作所製の圧縮成型機を用いて、荷重10tf、荷重スピード3、荷重時間60秒で、直径5cmの円盤状に圧縮成型する。
得られた円盤状の圧縮成型体について、蛍光X線解析装置(島津製作所社製、XRF1500)を用いて、測定面積30mmφにて、分析する元素に応じて元素分析を行う。
ここで、分析する元素は、ケイ素(Si)、ストロンチウム(Sr)、及び電気陰性度が1.3以下の金属元素(Me)とし、元素の定性は、リガク社製 SQXソフトを用いて実施し、元素の検出ピーク強度を検出量(kcps)として採用する。
ケイ素(Si)の場合は、電圧30kV、電流100mA、フィルタ:F−Be、スリット:S4、分光結晶RX4、検出器:PC、PHA:100−300の条件で、ケイ素(Si)のピーク波長を144.78degとし、測定時間40秒の定点測定を行う。また、141.78deg(開始)と148.00deg(終了)をバックグラウンドの波長とし、各10秒で測定した結果から、ピーク値とバックグラウンドの差分を算出し、検出量(kcps)を導く。
ストロンチウム(Sr)及び電気陰性度が1.3以下の金属元素(Me)の場合は、電圧60kV、電流50mA、フィルタ:F−Al、スリット:S2、分光結晶LiF、検出器:SC、PHA:100−300の条件で、5degから90degにより測定し、検出ピークを確認する。検出元素はSQXソフトにより示され、検出されたストロンチウム(Sr)、及び電気陰性度が1.3以下の金属元素(Me)のKA値に対し、再度個々に定量測定を実施する。検出されたピーク値の波長と、バックグラウンドとしてピーク値の両端±4degを選択し、上記同条件でピーク波長を測定時間40秒、バックグラウンドの両端の波長を各10秒で測定し、各々の元素の検出量(kcps)を導く。
なお、電気陰性度が1.3以下の金属元素が複数ある場合、Me−Rは複数の検出ピーク強度(検出量)の和となる。
本実施形態において、X線光電子分光法(XPS)は、以下の方法にて行われる。
即ち、測定試料であるトナーについて、X線光電子分光分析装置(日本電子(株)製JPS−9000MX)を用いて、X線源としてMgKα線を用い、加速電圧を10kV、エミッション電流を20mAに設定して、元素分析を行う。
ここで、分析する元素は、炭素(C)、酸素(O)、ケイ素(Si)、チタン(Ti)、ストロンチウム(Sr)及び電気陰性度が1.3以下の金属元素(Me)とし、測定された各元素の存在比率(atom%)の総計から、各々の元素の存在比率を算出する。
なお、電気陰性度が1.3以下の金属元素が複数ある場合、Me−Pは複数の検出ピーク強度の和を用いて算出した存在比率となる。
[遊離率]
本実施形態において、特定チタン酸ストロンチウム粒子のトナー粒子からの遊離率が30%以下であることが好ましく、15%以下であることがより好ましい。
遊離率が30%以下であることで、トナー粒子間に介在する特定チタン酸ストロンチウム粒子の量が十分となり、トナー粒子同士の静電凝集が抑制され易い。
この遊離率は、トナーに含まれる特定チタン酸ストロンチウム粒子の総量に対し、以下のように超音波振動を与えたときにトナー粒子から遊離した特定チタン酸ストロンチウム粒子の量の割合(%)を意味する。
トナーにおける外添剤の遊離率の測定方法は、以下の通りである。
まず、200mlのガラス瓶に、イオン交換水100ml及び10質量%トリトンX100水溶液(Acros Organics製)5.5mlを添加し、その混合液にトナーを5g添加して、30回攪拌し、1時間以上静置する。
その後、上記混合液を20回攪拌後、超音波ホモジナイザー(SONICS&MATERIALS有限会社製、製品名homogenizer、形式VCX750、CV33)を用いて、出力30%にダイヤルを設定し、以下の条件で超音波エネルギーを1分間付与する。
・振動時間:60秒連続
・振幅:20W(30%)に設定
・振動開始温度:23±1.5℃
・超音波振動子と容器底面との距離:10mm
次に、超音波エネルギーを付与した混合液をろ紙〔商品名:定性ろ紙(No.2、110mm)、アドバンテック東洋株式会社製〕を用いて吸引ろ過し、再度イオン交換水で2回洗浄し、遊離した外添剤をろ過して除去後、トナーを乾燥させる。
上記の処理により遊離した外添剤を除去後、トナーに残留する外添剤量(以下、分散後外添剤量という)と、上記の外添剤を除去する処理を行っていないトナーの外添剤量(以下、分散前外添剤量という)と、を蛍光X線元素分析法(XRF)で定量し、分散前外添剤量及び分散後外添剤量の値を下記式に代入する。
下記式により算出された値を外添剤の遊離率とする。
外添剤の遊離率(%)=〔(分散前外添剤量−分散後外添剤量)/分散前外添剤量〕×100
特定チタン酸ストロンチウム粒子の遊離率を測定する場合には、蛍光X線元素分析法(XRF)で定量する際に、Sr又はTiのピーク強度のみを採用することで、分散前の特定チタン酸ストロンチウム粒子の量及び分散後の特定チタン酸ストロンチウム粒子の量を求めればよい。これらの量を、上記の式に代入することで、特定チタン酸ストロンチウム粒子の遊離率が算出される。
遊離率を測定する際に用いる蛍光X線元素分析法(XRF)は、Me−R、Sr−R、及びSi−Rを求める際に用いた方法と同じである。
特定チタン酸ストロンチウム粒子のトナー粒子からの遊離率は、特定チタン酸ストロンチウム粒子の形状及び粒径、トナー粒子の形状及び粒径、トナー粒子に対して特定チタン酸ストロンチウム粒子を外添する際の混合条件等によって制御しうる。
[特定チタン酸ストロンチウム粒子]
本実施形態に係るトナーに、外添剤として含まれるチタン酸ストロンチウム粒子について詳細に説明する。
特定チタン酸ストロンチウム粒子は、電気陰性度が1.3以下の金属元素(ドーパント)をドープされたチタン酸ストロンチウム粒子である。
特定チタン酸ストロンチウム粒子は、チタン及びストロンチウム以外の金属元素として、電気陰性度が1.3以下の金属元素をドーパントとして含むことにより、トナー粒子同士の静電凝集を抑え、色点の発生を抑制しうる。
特定チタン酸ストロンチウム粒子に用いられるドーパントは、チタン及びストロンチウム以外の金属元素であって、電気陰性度が1.3以下の金属元素であれば特に制限されない。ここで、本実施形態における電気陰性度は、オールレッド・ロコウの電気陰性度である。
ドーパントとして好適である金属元素を、オールレッド・ロコウの電気陰性度と共に以下に示す。具体的には、マグネシウム(1.23)、カルシウム(1.04)、イットリウム(1.11)、ジルコニウム(1.22)、ニオブ(1.23)、バリウム(0.97)の他、ランタン(1.08)、セリウム(1.06)等のランタノイドが挙げられる。
ドーパントとしてランタノイドを用いた場合、ランタノイドが安定的に3価の電子を放出することから、チタン酸ストロンチウム粒子の表面における電荷の偏りを抑制しやすく、電荷の均一性の高い特定チタン酸ストロンチウム粒子が得られると推測される。
そのため、ドーパントしては、ランタノイド(いずれもオールレッド・ロコウの電気陰性度は1.3以下)が好ましく、特に、特定チタン酸ストロンチウム粒子にドープし易い点、電気陰性度が低めである点から、ランタン(1.08)が好ましい。
特定チタン酸ストロンチウム粒子中のドーパントの量は、トナー粒子同士の静電凝集を抑制し易い点から、例えば、ストロンチウムに対しドーパントが0.1モル%以上20モル%以下となる範囲が好ましく、0.1モル%以上15モル%以下となる範囲がより好ましく、0.1モル%以上10モル%以下となる範囲が更に好ましい。
また、特定チタン酸ストロンチウム粒子中のドーパントの含有量は、トナー粒子同士の静電凝集を抑制し易い点から、0.1mass%以上10mass%以下となる範囲が好ましく、0.2mass%以上8.5mass%以下がより好ましく、0.4mass%以上4.1mass%以下となる範囲がより好ましい。
ここで、特定チタン酸ストロンチウム粒子中のドーパントの含有量は、蛍光X線元素分析法(XRF)にて求められる。ここでの蛍光X線元素分析法(XRF)には、測定試料を特定チタン酸ストロンチウム粒子に代えた上で、前述した、電気陰性度が1.3以下の金属元素の検出ピーク強度(Me−R)等を測定する方法と同じ方法が採用される。
・疎水化処理された表面
特定チタン酸ストロンチウム粒子は、特定チタン酸ストロンチウム粒子の作用を良化する点から、疎水化処理された表面を有することが好ましい。つまり、特定チタン酸ストロンチウム粒子は、(未処理の)チタン酸ストロンチウム粒子の表面を疎水化処理してなるものが好ましい。
中でも、表面を疎水化処理し易い点から、ケイ素含有有機化合物にて疎水化処理された表面を有することが好ましい。ケイ素含有有機化合物としては、アルコキシシラン化合物、シラザン化合物、シリコーンオイル等が挙げられ、中でも、アルコキシシラン化合物及びシリコーンオイルからなる群より選択される少なくとも1種であることが好ましい。
ケイ素含有有機化合物については、特定チタン酸ストロンチウム粒子の製造方法の欄にて詳細に説明する。
また、特定チタン酸ストロンチウム粒子は、チタン酸ストロンチウム粒子の質量に対して5質量%以上30質量%以下のケイ素含有有機化合物を含む表面(即ち、疎水化処理された表面)を有することが好ましい。
つまり、ケイ素含有有機化合物による疎水化処理量は、チタン酸ストロンチウム粒子の質量に対して1質量%以上50質量%以下が好ましく、5質量%以上40質量%以下がより好ましく、5質量%以上30質量%以下が更に好ましい。
・平均一次粒径
特定チタン酸ストロンチウム粒子は、トナー粒子に対する分散性及び被覆率の向上の点から、また、トナー粒子に対する遊離率を上記の範囲に制御し易い点から、平均一次粒径が10nm以上100nm以下であり、20nm以上80nm以下がより好ましく、20nm以上60nm以下が更に好ましく、30nm以上60nm以下が更に好ましい。
本実施形態において、特定チタン酸ストロンチウム粒子の一次粒径とは、一次粒子像と同じ面積をもつ円の直径(いわゆる円相当径)であり、特定チタン酸ストロンチウム粒子の平均一次粒径とは、一次粒子の個数基準の分布において小径側から累積50%となる粒径である。
特定チタン酸ストロンチウム粒子の平均一次粒径は、例えば、以下の方法で測定される。
まず、走査型電子顕微鏡(SEM)により倍率4万倍で観察し、一視野内からチタン酸ストロンチウム粒子の一次粒子200個を無作為に特定する。特定したチタン酸ストロンチウム粒子を画像解析ソフトによる画像解析によって、一次粒子300個それぞれの円相当径を求める。
そして、一次粒子300個の個数基準の分布における小径側から累積50%となる円相当径を求める。
ここで、走査型電子顕微鏡としては、日立ハイテクノロジーズ製S−4800を用い、測定条件は、加速電圧15kV、エミッション電流20μA、WD15mmとする。また、画像解析ソフトとしては、画像処理解析ソフトWinRoof(三谷商事株式会社)を用いる。
特定チタン酸ストロンチウム粒子の平均一次粒径は、例えば、チタン酸ストロンチウム粒子を湿式製法により製造する際の各種条件によって制御しうる。
−特定チタン酸ストロンチウム粒子の製造方法−
特定チタン酸ストロンチウム粒子は、チタン酸ストロンチウム粒子を製造した後、必要に応じて、表面を疎水化処理することで製造される。
チタン酸ストロンチウム粒子の製造方法は、特に制限されないが、粒径及び形状を制御する観点から、湿式製法であることが好ましい。
・チタン酸ストロンチウム粒子の製造
チタン酸ストロンチウム粒子の湿式製法は、例えば、酸化チタン源とストロンチウム源との混合液にアルカリ水溶液を添加しながら反応させ、次いで酸処理を行う製造方法である。本製造方法においては、酸化チタン源とストロンチウム源の混合割合、反応初期の酸化チタン源濃度、アルカリ水溶液を添加するときの温度及び添加速度などによって、チタン酸ストロンチウム粒子の粒径が制御される。
酸化チタン源としてはチタン化合物の加水分解物の鉱酸解膠品が好ましい。ストロンチウム源としては、硝酸ストロンチウム、塩化ストロンチウム等が挙げられる。
酸化チタン源とストロンチウム源の混合割合は、SrO/TiOモル比で0.9以上1.4以下が好ましく、1.05以上1.20以下がより好ましい。反応初期の酸化チタン源濃度は、TiOとして0.05モル/L以上1.3モル/L以下が好ましく、0.5モル/L以上1.0モル/L以下がより好ましい。
前述の条件(1)及び(4)を満たすため、チタン酸ストロンチウム粒子は、酸化チタン源とストロンチウム源との混合液にドーパント源を添加する。ドーパント源としては、チタン及びストロンチウム以外の金属の酸化物が挙げられる。ドーパント源としての金属酸化物は、例えば、硝酸、塩酸、硫酸等に溶解した溶液として添加する。
また、ドーパント源の添加量は、ストロンチウム100モルに対して、ドーパントである金属が0.1モル以上20モル以下となる量が好ましく、0.5モル以上10モル以下となる量がより好ましい。
また、ドーパント源の添加は、酸化チタン源とストロンチウム源との混合液にアルカリ水溶液を添加する際であってもよい。その際も、ドーパント源の金属酸化物は、硝酸、塩酸、硫酸等に溶解した溶液として添加されればよい。
アルカリ水溶液としては、水酸化ナトリウム水溶液が好ましい。アルカリ水溶液を添加するときの温度は、高いほど結晶性の良好なチタン酸ストロンチウム粒子が得られる傾向があり、本実施形態では、60℃以上100℃以下の範囲が好ましい。
アルカリ水溶液の添加速度は、添加速度が遅いほど大きな粒子径のチタン酸ストロンチウム粒子が得られ、添加速度が速いほど小さな粒子径のチタン酸ストロンチウム粒子が得られる。アルカリ水溶液の添加速度は、仕込み原料に対し、例えば、0.001当量/h以上1.2当量/h以下であり、0.002当量/h以上1.1当量/h以下が適切である。
・疎水化処理
チタン酸ストロンチウム粒子の表面に施される疎水化処理は、例えば、疎水化処理剤と溶媒とを混合してなる処理液を調製し、撹拌下、チタン酸ストロンチウム粒子と処理液とを混合し、更に撹拌を続けることで行われる。
表面処理後は、処理液の溶媒を除去する目的で乾燥処理を行う。
疎水化処理剤としては、ケイ素含有有機化合物が好ましく、ケイ素含有有機化合物としては、アルコキシシラン化合物、シラザン化合物、シリコーンオイル等が挙げられる。
疎水化処理剤であるアルコキシシラン化合物としては、例えば、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン;メチルトリメトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、プロピルトリメトキシシラン、ブチルトリメトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、n−オクチルトリメトキシシラン、デシルトリメトキシシラン、ドデシルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、ブチルトリエトキシシラン、ヘキシルトリエトキシシラン、デシルトリエトキシシラン、ドデシルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、o−メチルフェニルトリメトキシシラン、p−メチルフェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ベンジルトリエトキシシラン;ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、メチルビニルジメトキシシラン、メチルビニルジエトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン;トリメチルメトキシシラン、トリメチルエトキシシラン;が挙げられる。
疎水化処理剤であるシラザン化合物としては、例えば、ジメチルジシラザン、トリメチルジシラザン、テトラメチルジシラザン、ペンタメチルジシラザン、ヘキサメチルジシラザン等が挙げられる。
疎水化処理剤であるシリコーンオイルとしては、例えば、ジメチルポリシロキサン、ジフェニルポリシロキサン、フェニルメチルポリシロキサン等のシリコーンオイル;アミノ変性ポリシロキサン、エポキシ変性ポリシロキサン、カルボキシル変性ポリシロキサン、カルビノール変性ポリシロキサン、フッ素変性ポリシロキサン、メタクリル変性ポリシロキサン、メルカプト変性ポリシロキサン、フェノール変性ポリシロキサン等の反応性シリコーンオイル;等が挙げられる。
前記処理液の調製に用いる溶媒としては、ケイ素含有有機化合物がアルコキシシラン化合物又はシラザン化合物である場合はアルコール(例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール)が好ましく、ケイ素含有有機化合物がシリコーンオイルである場合は炭化水素(例えば、ベンゼン、トルエン、ノルマルヘキサン、ノルマルヘプタン等が好ましい。
前記処理液において、ケイ素含有有機化合物の濃度は、1質量%以上50質量%以下が好ましく、5質量%以上40質量%以下がより好ましく、10質量%以上30質量%以下が更に好ましい。
表面処理に用いるケイ素含有有機化合物の量は、例えば、チタン酸ストロンチウム粒子100質量部に対して、1質量部以上50質量部以下が好ましく、5質量部以上40質量部以下がより好ましく、5質量部以上30質量部以下が更に好ましい。
以上のようにして、疎水化処理された表面を有するチタン酸ストロンチウム粒子が得られる。
・外添量
特定チタン酸ストロンチウム粒子の外添量は、トナー粒子同士の静電凝集を抑制し易い点から、トナー粒子100質量部に対して、0.1質量部以上3質量部以下が好ましく、0.3質量部以上2質量部以下がより好ましく、0.3質量部以上1.5質量部以下が更に好ましい。
本実施形態に係るトナーは、前述の条件(1)〜(3)を満たし、トナー粒子同士の静電凝集を抑制し易い点から、前記チタン酸ストロンチウム粒子と前記シリカ粒子との質量比(チタン酸ストロンチウム粒子/シリカ粒子)が、0.07以上1.0以下であることが好ましく、0.1以上0.5以下であることがより好ましい。
[シリカ粒子]
続いて、本実施形態に係るトナーに、外添剤として用いるシリカ粒子について説明する。
本実施形態においてトナーの外添剤としてのシリカ粒子は、シリカ、すなわちSiOを主成分とする粒子であればよく、結晶性でも非晶性でもよい。
また、シリカ粒子としては、水ガラス、アルコキシシラン等のケイ素化合物を原料に製造された粒子であってもよいし、石英を粉砕して得られる粒子であってもよい。
具体的には、シリカ粒子としては、例えば、ゾルゲルシリカ粒子、水性コロイダルシリカ粒子、アルコール性シリカ粒子、気相法により得られるフュームドシリカ粒子、溶融シリカ粒子等が挙げられる。
外添剤としては、体積平均粒径の異なるシリカ粒子を用いてもよく、具体的には、例えば、体積平均粒径10nm以上100nm以下(好ましくは20nm以上80nm以下)の中径シリカ粒子と、体積平均粒径50nm以上250nm以下(好ましくは80nm以上200nm以下)の大径シリカ粒子と、の少なくとも2種を用いることがよい。
大径シリカ粒子の含有量に対する中径シリカ粒子の含有量の質量比(中径シリカ粒子/大径シリカ粒子)は、好ましくは0.4以上4.0以下、より好ましくは0.6以上3.5以下、更に好ましくは0.8以上3.0以下である。
シリカ粒子の表面は、疎水化処理されていることが好ましい。疎水化処理は、例えば、疎水化処理剤にシリカ粒子を浸漬する等して行う。疎水化処理剤は特に制限されないが、例えば、シラン系カップリング剤、シリコーンオイル、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等が挙げられる。これらは1種を単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。疎水化処理剤の量は、例えば、シリカ粒子100質量部に対して1質量部以上10質量部以下である。
シリカ粒子の外添量は、トナー粒子100質量部に対して、1質量部以上6質量部以下が好ましく、2質量部以上5質量部以下がより好ましく、4質量部以上5質量部以下が更に好ましい。
[特定チタン酸ストロンチウム粒子以外の粒子]
本実施形態に係るトナーは、前述した特定チタン酸ストロンチウム及びシリカ粒子以外の粒子を含んでいてもよい。
他の粒子としては、ドーパントが含まれていないチタン酸ストロンチウム粒子及びその他の無機粒子が挙げられる。
その他の無機粒子として、TiO、Al、CuO、ZnO、SnO、CeO、Fe、MgO、BaO、CaO、KO、NaO、ZrO、CaO・SiO、KO・(TiO)n、Al・2SiO、CaCO、MgCO、BaSO、MgSO等が挙げられる。
外添剤としての無機粒子の表面は、疎水化処理が施されていることがよい。疎水化処理は、例えば疎水化処理剤に無機粒子を浸漬する等して行う。疎水化処理剤は特に制限されないが、例えば、シラン系カップリング剤、シリコーンオイル、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。
疎水化処理剤の量は、通常、無機粒子100質量部に対して、1質量部以上10質量部以下である。
その他の粒子としては、樹脂粒子(ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、メラミン樹脂等の樹脂粒子)、クリーニング活剤(例えばフッ素系高分子量体の粒子)等も挙げられる。
本実施形態に係る外添剤において、特定チタン酸ストロンチウム粒子及びシリカ粒子以外の粒子を含む場合、全粒子における、特定チタン酸ストロンチウム粒子及びシリカ粒子以外の粒子の含有量が5.0質量%以下であることが好ましく、0.3質量%以上2.5質量%以下であることがより好ましく、0.3質量%以上2.0質量%以下であることが更に好ましい。
[トナー粒子]
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む。
−結着樹脂−
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(例えば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種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
結着樹脂としては、ポリエステル樹脂が好適である。ポリエステル樹脂としては、例えば、多価カルボン酸と多価アルコールとの縮重合体が挙げられる。
多価カルボン酸としては、例えば、脂肪族ジカルボン酸(例えばシュウ酸、マロン酸、マレイン酸、フマル酸、シトラコン酸、イタコン酸、グルタコン酸、コハク酸、アルケニルコハク酸、アジピン酸、セバシン酸等)、脂環式ジカルボン酸(例えばシクロヘキサンジカルボン酸等)、芳香族ジカルボン酸(例えばテレフタル酸、イソフタル酸、フタル酸、ナフタレンジカルボン酸等)、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)アルキルエステルが挙げられる。これらの中でも、多価カルボン酸としては、例えば、芳香族ジカルボン酸が好ましい。
多価カルボン酸としては、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種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
多価アルコールとしては、例えば、脂肪族ジオール(例えばエチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール、ブタンジオール、ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール等)、脂環式ジオール(例えばシクロヘキサンジオール、シクロヘキサンジメタノール、水添ビスフェノールA等)、芳香族ジオール(例えばビスフェノール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等)が挙げられる。これらの中でも、多価アルコールとしては、例えば、芳香族ジオール、脂環式ジオールが好ましく、より好ましくは芳香族ジオールである。
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種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
ポリエステル樹脂のガラス転移温度(Tg)は、50℃以上80℃以下が好ましく、50℃以上65℃以下がより好ましい。
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 K7121−1987「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重量平均分子量(Mw)は、5000以上1000000以下が好ましく、7000以上500000以下がより好ましい。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。
ポリエステル樹脂の重量平均分子量及び数平均分子量は、ゲルパーミ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−8120GPC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。
ポリエステル樹脂は、公知の製造方法により得られる。具体的には、例えば、重合温度を180℃以上230℃以下とし、必要に応じて反応系内を減圧し、縮合の際に発生する水やアルコールを除去しながら反応させる方法により得られる。
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。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重縮合させるとよい。
結着樹脂の含有量は、トナー粒子全体に対して、40質量%以上95質量%以下が好ましく、50質量%以上90質量%以下がより好ましく、60質量%以上85質量%以下が更に好ましい。
−着色剤−
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、ブリリアントカーミン3B、ブリリアントカーミン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等の顔料;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、チアゾール系等の染料;が挙げられる。
着色剤は、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
着色剤は、必要に応じて表面処理された着色剤を用いてもよく、分散剤と併用してもよい。また、着色剤は、複数種を併用してもよい。
着色剤の含有量は、トナー粒子全体に対して、1質量%以上30質量%以下が好ましく、3質量%以上15質量%以下がより好ましい。
−離型剤−
離型剤としては、例えば、炭化水素系ワックス;カルナバワックス、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。
離型剤の融解温度は、50℃以上110℃以下が好ましく、60℃以上100℃以下がより好ましい。
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 K7121−1987「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。
離型剤の含有量は、トナー粒子全体に対して、1質量%以上20質量%以下が好ましく、5質量%以上15質量%以下がより好ましい。
−その他の添加剤−
その他の添加剤としては、例えば、磁性体、帯電制御剤、無機粉体等の公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。
[トナー粒子の特性]
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。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を含む芯部と、結着樹脂を含む被覆層と、で構成されている。
トナー粒子の体積平均粒径(D50v)は、2μm以上10μm以下が好ましく、4μm以上8μm以下がより好ましい。
トナー粒子の体積平均粒径は、コールターマルチサイザーII(ベックマン・コールター社製)を用い、電解液はISOTON−II(ベックマン・コールター社製)を使用して測定される。
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質量%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について、各々の粒径を測定する。サンプリングする粒子数は50000個である。
測定された粒径について、小径側から体積基準の累積分布を描いて、累積50%となる粒径を体積平均粒径D50vと定義する。
トナー粒子の形状係数SF1としては、110以上150以下が好ましく、120以上140以下がより好ましい。
なお、形状係数SF1は、下記式により求められる。
式:SF1=(ML/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。
[トナーの製造方法]
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。
トナー粒子は、乾式製法(例えば、混練粉砕法等)、湿式製法(例えば、凝集合一法、懸濁重合法、溶解懸濁法等)のいずれにより製造してもよい。これらの製法に特に制限はなく、公知の製法が採用される。これらの中でも、凝集合一法により、トナー粒子を得ることがよい。
具体的には、例えば、トナー粒子を凝集合一法により製造する場合、
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を加熱し、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。
以下、各工程の詳細について説明する。
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。
−樹脂粒子分散液準備工程−
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粒子分散液を準備する。
樹脂粒子分散液は、例えば、樹脂粒子を界面活性剤により分散媒中に分散させることにより調製する。
樹脂粒子分散液に用いる分散媒としては、例えば水系媒体が挙げられる。
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。
界面活性剤としては、例えば、硫酸エステル塩系、スルホン酸塩系、リン酸エステル系、せっけん系等のアニオン界面活性剤;アミン塩型、4級アンモニウム塩型等のカチオン界面活性剤;ポリエチレングリコール系、アルキルフェノールエチレンオキサイド付加物系、多価アルコール系等の非イオン系界面活性剤等が挙げられる。これらの中でも特に、アニオン界面活性剤、カチオン界面活性剤が挙げられる。非イオン系界面活性剤は、アニオン界面活性剤又はカチオン界面活性剤と併用してもよい。
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。
樹脂粒子分散液において、樹脂粒子を分散媒に分散する方法としては、例えば回転せん断型ホモジナイザーや、メディアを有するボールミル、サンドミル、ダイノミル等の一般的な分散方法が挙げられる。また、樹脂粒子の種類によっては、転相乳化法によって分散媒に樹脂粒子を分散させてもよい。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、水系媒体(W相)を投入することによって、W/OからO/Wへの転相を行い、樹脂を水系媒体中に粒子状に分散する方法である。
樹脂粒子分散液中に分散する樹脂粒子の体積平均粒径としては、例えば0.01μm以上1μm以下が好ましく、0.08μm以上0.8μm以下がより好ましく、0.1μm以上0.6μm以下が更に好ましい。
樹脂粒子の体積平均粒径は、レーザ回折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D50vとして測定される。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。
樹脂粒子分散液に含まれる樹脂粒子の含有量は、5質量%以上50質量%以下が好ましく、10質量%以上40質量%以下がより好ましい。
樹脂粒子分散液と同様にして、例えば、着色剤粒子分散液、離型剤粒子分散液も調製される。つまり、樹脂粒子分散液における粒子の体積平均粒径、分散媒、分散方法、及び粒子の含有量に関しては、着色剤粒子分散液中に分散する着色剤粒子、及び離型剤粒子分散液中に分散する離型剤粒子についても同様である。
−凝集粒子形成工程−
次に、樹脂粒子分散液と、着色剤粒子分散液と、離型剤粒子分散液と、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。
具体的には、例えば、混合分散液に凝集剤を添加すると共に、混合分散液のpHを酸性(例えばpH2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、樹脂粒子のガラス転移温度に近い温度(具体的には、例えば、樹脂粒子のガラス転移温度−30℃以上ガラス転移温度−10℃以下)に加熱し、混合分散液に分散された粒子を凝集させて、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撹拌下、室温(例えば25℃)で凝集剤を添加し、混合分散液のpHを酸性(例えばpH2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、加熱を行ってもよい。
凝集剤としては、例えば、混合分散液に含まれる界面活性剤と逆極性の界面活性剤、無機金属塩、2価以上の金属錯体が挙げられる。凝集剤として金属錯体を用いた場合には、界面活性剤の使用量が低減され、帯電特性が向上する。
凝集剤と共に、該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。
無機金属塩としては、例えば、塩化カルシウム、硝酸カルシウム、塩化バリウム、塩化マグネシウム、塩化亜鉛、塩化アルミニウム、硫酸アルミニウム等の金属塩;ポリ塩化アルミニウム、ポリ水酸化アルミニウム、多硫化カルシウム等の無機金属塩重合体;などが挙げられる。
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;イミノ二酢酸(IDA)、ニトリロ三酢酸(NTA)、エチレンジアミン四酢酸(EDTA)等のアミノカルボン酸;などが挙げられる。
キレート剤の添加量は、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。
−融合・合一工程−
次に、凝集粒子が分散された凝集粒子分散液を、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。
以上の工程を経て、トナー粒子が得られる。
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、を更に混合し、凝集粒子の表面に更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。
融合・合一工程終了後、溶液中に形成されたトナー粒子に、公知の洗浄工程、固液分離工程、及び乾燥工程を施して乾燥した状態のトナー粒子を得る。洗浄工程は、帯電性の観点から、イオン交換水による置換洗浄を充分に施すことがよい。固液分離工程は、生産性の観点から、吸引濾過、加圧濾過等を施すことがよい。乾燥工程は、生産性の観点から、凍結乾燥、気流乾燥、流動乾燥、振動型流動乾燥等を施すことがよい。
そして、本実施形態に係るトナーは、例えば、得られた乾燥状態のトナー粒子に、外添剤を添加し、混合することにより製造される。混合は、例えばVブレンダー、ヘンシェルミキサー、レーディゲミキサー等によって行うことがよい。更に、必要に応じて、振動篩分機、風力篩分機等を使ってトナーの粗大粒子を取り除いてもよい。
<静電荷像現像剤>
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を混合した二成分現像剤であってもよい。
キャリアとしては、特に制限はなく、公知のキャリアが挙げられる。キャリアとしては、例えば、磁性粉からなる芯材の表面に樹脂を被覆した被覆キャリア;マトリックス樹脂中に磁性粉が分散して配合された磁性粉分散型キャリア;多孔質の磁性粉に樹脂を含浸させた樹脂含浸型キャリア;等が挙げられる。磁性粉分散型キャリア及び樹脂含浸型キャリアは、当該キャリアの構成粒子を芯材とし、この表面に樹脂を被覆したキャリアであってもよい。
磁性粉としては、例えば、鉄、ニッケル、コバルト等の磁性金属;フェライト、マグネタイト等の磁性酸化物;などが挙げられる。
被覆用の樹脂及びマトリックス樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリビニルアセテート、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリ塩化ビニル、ポリビニルエーテル、ポリビニルケトン、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、スチレン−アクリル酸エステル共重合体、オルガノシロキサン結合を含んで構成されるストレートシリコーン樹脂又はその変性品、フッ素樹脂、ポリエステル、ポリカーボネート、フェノール樹脂、エポキシ樹脂等が挙げられる。被覆用の樹脂及びマトリックス樹脂には、導電性粒子等の添加剤を含ませてもよい。導電性粒子としては、金、銀、銅等の金属、カーボンブラック、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化スズ、硫酸バリウム、ホウ酸アルミニウム、チタン酸カリウム等の粒子が挙げられる。
芯材の表面を樹脂で被覆するには、被覆用の樹脂、及び各種添加剤(必要に応じて使用する)を適当な溶媒に溶解した被覆層形成用溶液により被覆する方法等が挙げられる。溶媒としては、特に限定されるものではなく、使用する樹脂の種類や、塗布適性等を勘案して選択すればよい。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、その後に溶剤を除去するニーダーコーター法;等が挙げられる。
二成分現像剤におけるトナーとキャリアとの混合比(質量比)は、トナー:キャリア=1:100乃至30:100が好ましく、3:100乃至20:100がより好ましい。
<画像形成装置、画像形成方法>
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。
本実施形態に係る画像形成装置では、像保持体の表面を帯電する帯電工程と、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工程と、本実施形態に係る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工程と、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工程と、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工程と、を有する画像形成方法(本実施形態に係る画像形成方法)が実施される。
本実施形態に係る画像形成装置は、像保持体の表面に形成されたトナー画像を直接記録媒体に転写する直接転写方式の装置;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し、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中間転写方式の装置;トナー画像の転写後、帯電前の像保持体の表面をクリーニングするクリーニング手段を備えた装置;トナー画像の転写後、帯電前に像保持体の表面に除電光を照射して除電する除電手段を備える装置;等の公知の画像形成装置が適用される。
本実施形態に係る画像形成装置が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。
本実施形態に係る画像形成装置において、例えば、現像手段を含む部分が、画像形成装置に対して着脱するカートリッジ構造(プロセスカートリッジ)であってもよい。プロセスカートリッジとしては、例えば、本実施形態に係る静電荷像現像剤を収容した現像手段を備えるプロセスカートリッジが好適に用いられる。
以下、本実施形態に係る画像形成装置の一例を説明するが、これに限定されるわけではない。以下の説明においては、図に示す主要部を説明し、その他はその説明を省略する。
図1は、本実施形態に係る画像形成装置を示す概略構成図である。
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」ともいう)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。これらユニット10Y、10M、10C、10Kは、画像形成装置に対して着脱するプロセスカートリッジであってもよい。
各ユニット10Y、10M、10C、10Kの上方には、各ユニットを通して中間転写ベルト(中間転写体の一例)20が延設されている。中間転写ベルト20は、中間転写ベルト20の内面に接する、駆動ロール22及び支持ロール24に巻きつけて設けられ、第1のユニット10Yから第4のユニット10Kに向う方向に走行するようになっている。支持ロール24は、図示しないバネ等により駆動ロール22から離れる方向に力が加えられており、両者に巻きつけられた中間転写ベルト20に張力が与えられている。中間転写ベルト20の像保持面側には、駆動ロール22と対向して中間転写ベルトクリーニング装置30が備えられている。
各ユニット10Y、10M、10C、10Kの現像装置(現像手段の一例)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、ブラックの各トナーの供給がなされる。
第1乃至第4のユニット10Y、10M、10C、10Kは、同等の構成及び動作を有しているため、ここでは中間転写ベルト走行方向の上流側に配設されたイエローの画像を形成する第1のユニット10Yについて代表して説明する。
第1のユニット10Yは、像保持体として作用する感光体1Yを有している。感光体1Yの周囲には、感光体1Yの表面を予め定められた電位に帯電させる帯電ロール(帯電手段の一例)2Y、帯電された表面を色分解された画像信号に基づくレーザ光線3Yによって露光して静電荷像を形成する露光装置(静電荷像形成手段の一例)3、静電荷像に帯電したトナーを供給して静電荷像を現像する現像装置(現像手段の一例)4Y、現像したトナー画像を中間転写ベルト20上に転写する一次転写ロール(一次転写手段の一例)5Y、及び一次転写後に感光体1Yの表面に残存するトナーを除去する感光体クリーニング装置(像保持体クリーニング手段の一例)6Yが順に配置されている。
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。各ユニットの一次転写ロール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の値を変える。
以下、第1のユニット10Yにおいてイエロー画像を形成する動作について説明する。
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からレーザ光線3Yを照射する。それにより、イエローの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。
静電荷像とは、帯電によって感光体1Yの表面に形成される像であり、レーザ光線3Yによって、感光層の被照射部分の比抵抗が低下し、感光体1Yの表面の帯電した電荷が流れ、一方、レーザ光線3Yが照射されなかった部分の電荷が残留することによって形成される、いわゆるネガ潜像である。
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する。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現像され可視化される。
現像装置4Y内には、例えば、少なくともイエロートナーとキャリアとを含む静電荷像現像剤が収容されている。イエロートナーは、現像装置4Yの内部で撹拌されることで摩擦帯電し、感光体1Y上に帯電した帯電荷と同極性(負極性)の電荷を有して現像剤ロール(現像剤保持体の一例)上に保持されている。そして、感光体1Yの表面が現像装置4Yを通過していくことにより、感光体1Y表面上の除電された潜像部にイエロートナーが静電的に付着し、潜像がイエロートナーによって現像される。イエローのトナー画像が形成された感光体1Yは、引続き予め定められた速度で走行され、感光体1Y上に現像されたトナー画像が予め定められた一次転写位置へ搬送される。
感光体1Y上のイエローのトナー画像が一次転写位置へ搬送されると、一次転写ロール5Yに一次転写バイアスが印加され、感光体1Yから一次転写ロール5Yに向う静電気力がトナー画像に作用し、感光体1Y上のトナー画像が中間転写ベルト20上に転写される。このとき印加される転写バイアスは、トナーの極性(−)と逆極性の(+)極性であり、第1のユニット10Yでは制御部(図示せず)によって例えば+10μAに制御されている。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。
第2ユニット10M以降の一次転写ロール5M、5C、5Kに印加される一次転写バイアスも、第1のユニットに準じて制御されている。
こうして、第1のユニット10Yにてイエローのトナー画像が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。
第1乃至第4のユニットを通して4色のトナー画像が多重転写された中間転写ベルト20は、中間転写ベルト20と、中間転写ベルトの内面に接する支持ロール24と、中間転写ベルト20の像保持面側に配置された二次転写ロール(二次転写手段の一例)26とから構成された二次転写部へと至る。一方、記録紙(記録媒体の一例)Pが供給機構を介して二次転写ロール26と中間転写ベルト20とが接触した隙間に予め定められたタイミングで給紙され、二次転写バイアスが支持ロール24に印加される。このとき印加される転写バイアスは、トナーの極性(−)と同極性の(−)極性であり、中間転写ベルト20から記録紙Pに向う静電気力がトナー画像に作用し、中間転写ベルト20上のトナー画像が記録紙P上に転写される。この際の二次転写バイアスは二次転写部の抵抗を検出する抵抗検出手段(図示せず)により検出された抵抗に応じて決定されるものであり、電圧制御されている。
トナー画像が転写された記録紙Pは定着装置(定着手段の一例)28における一対の定着ロールの圧接部(ニップ部)へと送り込まれ、トナー画像が記録紙P上へ定着され、定着画像が形成される。カラー画像の定着が完了した記録紙Pは、排出部へ向けて搬出され、一連のカラー画像形成動作が終了される。
トナー画像を転写する記録紙Pとしては、例えば、電子写真方式の複写機、プリンター等に使用される普通紙が挙げられる。記録媒体としては、記録紙P以外にも、OHPシート等も挙げられる。定着後における画像表面の平滑性を更に向上させるには、記録紙Pの表面も平滑であることが好ましく、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。
<プロセスカートリッジ、トナーカートリッジ>
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。
本実施形態に係るプロセスカートリッジは、現像手段と、必要に応じて、例えば、像保持体、帯電手段、静電荷像形成手段、及び転写手段等のその他手段から選択される少なくとも一つと、を備える構成であってもよい。
以下、本実施形態に係るプロセスカートリッジの一例を示すが、これに限定されるわけではない。以下の説明においては、図に示す主要部を説明し、その他はその説明を省略する。
図2は、本実施形態に係るプロセスカートリッジの一例を示す概略構成図である。
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。
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。
次に、本実施形態に係るトナーカートリッジについて説明する。
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。
図1に示す画像形成装置は、トナーカートリッジ8Y、8M、8C、8Kが着脱される構成を有する画像形成装置であり、現像装置4Y、4M、4C、4Kは、各々の色に対応したトナーカートリッジと、図示しないトナー供給管で接続されている。トナーカートリッジ内に収容されているトナーが少なくなった場合には、このトナーカートリッジが交換される。
以下、実施例により発明の実施形態を詳細に説明するが、発明の実施形態は、これら実施例に何ら限定されるものではない。以下の説明において、特に断りのない限り、「部」は質量基準である。
<チタン酸ストロンチウム粒子の作製>
[チタン酸ストロンチウム粒子(1)]
脱硫及び解膠したチタン源であるメタチタン酸をTiOとして0.7モル採取し、反応容器に入れた。次いで、反応容器に、塩化ストロンチウム水溶液を、SrO/TiOモル比が1.11になるように0.78モル添加した。次いで、反応容器に、硝酸ランタン(III)六水和物:和光純薬工業製を、ストロンチウム100モルに対してランタンが5モルになる量添加した。3つの材料の混合液における初期TiO濃度が0.7モル/Lになるようにした。
次いで、攪拌混合し、混合液を90℃に加温した後、その温度で10N水酸化ナトリウム水溶液154mlを1時間かけて添加し、その後90℃で1時間攪拌を続け反応を終了した。反応後スラリーを40℃まで冷却し、PH5.5になるまで塩酸を添加し1時間攪拌を行った。得られた沈殿物をデカンテーション洗浄し、ろ過、分離する前に該沈殿物を含むスラリーに塩酸を加えPH6.5になるように調整した。
次いで、固液分離を行い得られた固形分に、i−ブチルトリメトキシシランのアルコール溶液を、固形分に対してi−ブチルトリメトキシシランが10質量%となる量を添加して1時間攪拌を行った。
その次に、得られたケーキを130℃の大気中で7時間乾燥しチタン酸ストロンチウム粒子(1)を得た。
[チタン酸ストロンチウム粒子(2)]
硝酸ランタン(III)六水和物:和光純薬工業製を、ストロンチウム100モルに対してランタンが10モルになる量添加した以外は、チタン酸ストロンチウム粒子(1)の作製と同様にして、チタン酸ストロンチウム粒子(2)を作製した。
[チタン酸ストロンチウム粒子(3)]
硝酸ランタン(III)六水和物:和光純薬工業製を添加しなかった以外は、チタン酸ストロンチウム粒子(1)の作製と同様にして、チタン酸ストロンチウム粒子(3)を作製した。
[チタン酸ストロンチウム粒子(4)]
i−ブチルトリメトキシシランによる疎水化処理を行わなかった以外は、チタン酸ストロンチウム粒子(1)の作製と同様にして、チタン酸ストロンチウム粒子(4)を作製した。
<各種測定>
得られたチタン酸ストロンチウム粒子について、平均一次粒径、及び電気陰性度1.3以下の金属元素の含有量(表1中は「ドーパントの含有量」と表記)を測定した。
これらの測定は、全て前述した測定方法により行った。
各種測定結果を表1に示す。
[シリカ粒子(1)]
平均一次粒径40nmである、AEROSIL RY50(日本アエロジル社製)をシリカ粒子(1)とした。
<トナー粒子の作製>
[トナー粒子(1)]
−樹脂粒子分散液(1)の調製−
・テレフタル酸 :30モル部
・フマル酸 :70モル部
・ビスフェノールAエチレンオキサイド付加物 : 5モル部
・ビスフェノールAプロピレンオキサイド付加物:95モル部
撹拌装置、窒素導入管、温度センサ及び精留塔を備えたフラスコに、上記の材料を仕込み、1時間かけて温度を220℃まで上げ、上記材料100部に対してチタンテトラエトキシド1部を投入した。生成する水を留去しながら30分間かけて230℃まで温度を上げ、該温度で1時間脱水縮合反応を継続した後、反応物を冷却した。こうして、重量平均分子量18,000、ガラス転移温度60℃のポリエステル樹脂を得た。
温度調節手段及び窒素置換手段を備えた容器に、酢酸エチル40部及び2−ブタノール25部を投入し、混合溶剤とした後、ポリエステル樹脂100部を徐々に投入し溶解させ、ここに、10質量%アンモニア水溶液(樹脂の酸価に対してモル比で3倍量相当量)を入れて30分間撹拌した。次いで、容器内を乾燥窒素で置換し、温度を40℃に保持して、混合液を撹拌しながらイオン交換水400部を2部/分の速度で滴下した。滴下終了後、室温(20℃乃至25℃)に戻し、撹拌しつつ乾燥窒素により48時間バブリングを行うことにより、酢酸エチル及び2−ブタノールを1000ppm以下まで低減させた樹脂粒子分散液を得た。該樹脂粒子分散液にイオン交換水を加え、固形分量を20質量%に調整し、樹脂粒子分散液(1)を得た。
−着色剤粒子分散液(1)の調製−
・Regal330(キャボット社製カーボンブラック) : 70部
・アニオン性界面活性剤(第一工業製薬、ネオゲンRK) : 5部
・イオン交換水 :200部
上記の材料を混合し、ホモジナイザー(IKA社、商品名ウルトラタラックスT50)を用いて10分間分散した。分散液中の固形分量が20質量%となるようイオン交換水を加え、体積平均粒径170nmの着色剤粒子が分散された着色剤粒子分散液(1)を得た。
−離型剤粒子分散液(1)の調製−
・パラフィンワックス(日本精蝋、HNP−9) :100部
・アニオン性界面活性剤(第一工業製薬、ネオゲンRK): 1部
・イオン交換水 :350部
上記の材料を混合して100℃に加熱し、ホモジナイザー(IKA社、商品名ウルトラタラックスT50)を用いて分散した後、マントンゴーリン高圧ホモジナイザー(ゴーリン社)で分散処理し、体積平均粒径200nmの離型剤粒子が分散された離型剤粒子分散液(1)(固形分量20質量%)を得た。
−トナー(1)の作製−
・樹脂粒子分散液(1) :403部
・着色剤粒子分散液(1) : 12部
・離型剤粒子分散液(1) : 50部
・アニオン性界面活性剤(TaycaPower): 2部
上記の材料を丸型ステンレス製フラスコに入れ、0.1Nの硝酸を添加してpHを3.5に調整した後、ポリ塩化アルミニウム濃度が10質量%の硝酸水溶液30部を添加した。次いで、ホモジナイザー(IKA社、商品名ウルトラタラックスT50)を用いて液温30℃において分散した後、加熱用オイルバス中で45℃まで加熱し30分間保持した。
その後、樹脂粒子分散液(1)100部を緩やかに追加し1時間保持し、0.1Nの水酸化ナトリウム水溶液を添加してpHを8.5に調整した後、攪拌を継続しながら85℃まで加熱し、5時間保持した。その後、20℃/分の速度で20℃まで冷却し、濾過し、イオン交換水で充分に洗浄し、乾燥させることにより、体積平均粒径6.1μmのトナー粒子(1)を得た。
<キャリアの作製>
キャリアは次のように作製されたものを用いた。
・フェライト粒子(体積平均粒子径:50μm) 100部
・トルエン 14部
・スチレン−メチルメタクリレート共重合体 2部
(共重合比:15/85)
・カーボンブラック(R330:キャボット社製) 0.2部
まず、フェライト粒子を除く上記成分を10分間スターラーで撹拌させて、分散した被覆液を調製し、次に、この被覆液とフェライト粒子とを真空脱気型ニーダーに入れて、60℃において30分撹拌した後、更に加温しながら減圧して脱気し、乾燥させることによりキャリアを得た。
〔トナー及び現像剤の作製:実施例1〕
トナー粒子(1)100部に、外添剤としてチタン酸ストロンチウム粒子(1)0.30部及びシリカ粒子(1)4.5部を添加し、ヘンシェルミキサーで撹拌周速30m/secで3分間混合し、外添トナーを得た。
そして、得られた外添トナーとキャリアとを、トナー:キャリア=8:100(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。
〔トナー及び現像剤の作製:実施例2〜6、比較例1、2〕
チタン酸ストロンチウム粒子の種類及び添加量(表1では「外添量A」と表記)を表1に記載のようにした以外は、実施例1と同様にして、トナー及び現像剤を作製した。
〔トナー及び現像剤の作製:実施例7〕
シリカ粒子(1)の添加量(表1では「外添量B」と表記)を8.0部に変えた以外は、実施例1と同様にして、トナー及び現像剤を作製した。
〔トナー及び現像剤の作製:実施例8、比較例3〕
チタン酸ストロンチウム粒子(1)の添加量(外添量A)を表1に記載の量に変え、また、シリカ粒子(1)の添加量(外添量B)を1.5部に変えた以外は、実施例1と同様にして、トナー及び現像剤を作製した。
<評価>
得られた各例の現像剤を、画像形成装置「ApeosPort−IV C5575(富士ゼロックス社製)」の改造機(環境変動における濃度自動制御センサを切った改造機)」の現像装置に収容した。
この画像形成装置の改造機を用いて、10℃15%RH環境下で、画像密度Cin1%の画像をA4紙に5000枚連続出力した。
その後、続けて、30℃85%RH環境下で、画像密度Cin80%の画像をA4紙に1000枚連続出力した。
そして、最後に出力した1000枚の画像の中に、トナー粒子同士の静電凝集による色点の有無を目視にて確認し、色点があった場合にはその個数を求めた。
出力された1000枚のうち、色点が無かった枚数(色点が0個の枚数)、色点が1個以上4個以下の枚数、色点が5個以上9個以下の枚数、及び色点が10個以上の枚数を表1にまとめた。
許容範囲は、色点が1個以上4個以下の枚数が5枚以下であること、かつ、色点が5個以上9個以下の枚数が2枚以下であること、かつ、色点が10個以上の枚数が0枚であること、とした。
1Y、1M、1C、1K 感光体(像保持体の一例)
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(像保持体クリーニング手段の一例)
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 二次転写ロール(二次転写手段の一例)
28 定着装置(定着手段の一例)
30 中間転写ベルトクリーニング装置(中間転写体クリーニング手段の一例)
P 記録紙(記録媒体の一例)
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(像保持体クリーニング手段の一例)
115 定着装置(定着手段の一例)
116 取り付けレール
117 筐体
118 露光のための開口部
200 プロセスカートリッジ
300 記録紙(記録媒体の一例)

Claims (21)

  1. トナー粒子と、
    前記トナー粒子に外添された、電気陰性度が1.3以下の金属元素をドープされたチタン酸ストロンチウム粒子と、
    前記トナー粒子に外添されたシリカ粒子と、
    を含み、蛍光X線元素分析法(XRF)によって得られる、電気陰性度が1.3以下の金属元素の検出ピーク強度をMe−R、ストロンチウムの検出ピーク強度をSr−R、及びケイ素の検出ピーク強度をSi−Rとし、X線光電子分光法(XPS)によって得られるストロンチウムの元素比率をSr−Pとしたとき、以下の条件(1)〜(3)を満たす静電荷像現像用トナー。
    (1)0.08kcps≦Me−R≦10kcps
    (2)0.1%≦Sr−P≦3.0%
    (3)0.15≦Sr−R/Si−R≦12
  2. X線光電子分光法(XPS)によって得られる、電気陰性度が1.3以下の金属元素の元素比率をMe−Pとしたとき、以下の条件(4)を満たす、請求項1に記載の静電荷像現像用トナー。
    (4)0.04%≦Me−P≦0.7%
  3. X線光電子分光法(XPS)によって得られる、電気陰性度が1.3以下の金属元素の元素比率をMe−Pとしたとき、以下の条件(4−1)を満たす、請求項2に記載の静電荷像現像用トナー。
    (4−1)0.07%≦Me−P≦0.35%
  4. 前記チタン酸ストロンチウム粒子の前記トナー粒子からの遊離率が30%以下である請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の静電荷像現像用トナー。
  5. 前記チタン酸ストロンチウム粒子の前記トナー粒子からの遊離率が15%以下である請求項4に記載の静電荷像現像用トナー。
  6. 前記チタン酸ストロンチウム粒子中の電気陰性度が1.3以下の金属元素の含有量が、0.1mass%以上10mass%以下である請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の静電荷像現像用トナー。
  7. 前記チタン酸ストロンチウム粒子中の電気陰性度が1.3以下の金属元素の含有量が、0.20mass%以上8.50mass%以下である請求項6に記載の静電荷像現像用トナー。
  8. 前記チタン酸ストロンチウム粒子は疎水化処理された表面を有する請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載の静電荷像現像用トナー。
  9. 前記チタン酸ストロンチウム粒子は、ケイ素含有有機化合物にて疎水化処理された表面を有する請求項8に記載の静電荷像現像用トナー。
  10. 前記チタン酸ストロンチウム粒子は、チタン酸ストロンチウム粒子の質量に対して5質量%以上30質量%以下のケイ素含有有機化合物を前記表面に有する、請求項9に記載の静電荷像現像用トナー。
  11. 前記チタン酸ストロンチウム粒子中の電気陰性度が1.3以下の金属元素がランタンである、請求項1〜請求項10のいずれか1項に記載の静電荷像現像用トナー。
  12. 前記チタン酸ストロンチウム粒子の一次平均粒径が10nm以上100nm以下である、請求項1〜請求項11のいずれか1項に記載の静電荷像現像用トナー。
  13. 前記チタン酸ストロンチウム粒子の一次平均粒径が20nm以上60nm以下である、請求項12に記載の静電荷像現像用トナー。
  14. 前記チタン酸ストロンチウム粒子と前記シリカ粒子との質量比(チタン酸ストロンチウム粒子/シリカ粒子)が、0.07以上1.00以下である、請求項1〜請求項13のいずれか1項に記載の静電荷像現像用トナー。
  15. 前記チタン酸ストロンチウム粒子と前記シリカ粒子との質量比(チタン酸ストロンチウム粒子/シリカ粒子)が、0.10以上0.4以下である、請求項14に記載の静電荷像現像用トナー。
  16. 前記Me−R、前記Sr−R、前記Si−R、及び前記Sr−Pが、以下の条件(1−1)〜(3−1)を満たす請求項1〜請求項15のいずれか1項に記載の静電荷像現像用トナー。
    (1−1)0.12kcps≦Me−R≦4kcps
    (2−1)0.3%≦Sr−P≦1.0%
    (3−1)0.4≦Sr−R/Si−R≦5
  17. 請求項1〜請求項16のいずれか1項に記載の静電荷像現像用トナーを含む静電荷像現像剤。
  18. 請求項1〜請求項16のいずれか1項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。
  19. 請求項17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。
  20. 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17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。
  21. 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17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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