JP2022159688A - トナー、現像剤、トナー収容ユニット、画像形成装置、及び画像形成方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】より高いレベルの低温定着性と飛散の抑制を両立できるトナーを提供すること。【解決手段】母体粒子と、外添剤と、を有するトナーであって、THFに不溶な成分の2回目の昇温時のDSC曲線から求められるガラス転移温度が-50℃以上10℃以下であり、平均円形度が0.975以上0.985以下であり、BET比表面積をBt[m2/g]、外添剤により被覆されている被覆率をCt[%]とすると、式1.5≦Bt-0.025×Ct≦3.0を満たし、前記外添剤の表面の少なくとも一部が、金属元素の酸化物及び水酸化物の少なくとも一方と、有機化合物と、で被覆されている。【選択図】なし
Description
本発明は、トナー、現像剤、トナー収容ユニット、画像形成装置、及び画像形成方法に関する。
従来から、電子写真方式の画像形成装置などにおいて、電気的又は磁気的に形成された潜像は、電子写真用トナー(以下、トナーという)によって顕像化されている。例えば、電子写真法では、感光体上に静電荷像(潜像)を形成し、該潜像をトナーにより現像して、トナー画像を形成している。
トナー画像は、通常、紙などの転写材上に転写され、該転写材に定着される。トナー像を転写紙上に定着する工程では、エネルギー効率の観点から、加熱ローラ定着方式や加熱ベルト定着方式等の熱定着方式が広く一般に用いられている。
近年では、画像形成装置の高速化、省エネルギー化に対する市場からの要求は益々大きくなり、低温定着性に優れ、高品位な画像を提供できるトナーが求められている。トナーの低温定着性を達成するためには、トナーの結着樹脂の軟化温度を低くする方法がある。
しかし、結着樹脂の軟化温度が低いと、定着時にトナー像の一部が定着部材の表面に付着し、コピー用紙上に転移するオフセット(ホットオフセットともいう)が発生しやすくなる。また、トナーの耐熱保存性が低下し、特に高温環境下においてトナー粒子同士が融着するブロッキングが発生する。その他にも、トナーが現像器内部やキャリアに融着して汚染する問題や、トナーが感光体表面にフィルミングしやすくなる問題がある。
これらの問題を解決できる技術として、結晶性樹脂と非晶性樹脂を併用したトナーが従来から数多く提案されている(例えば、特許文献1、2参照)。これらは、従来の非晶質樹脂のみからなるトナーに較べて、低温定着性と耐熱保存性の両立性に優れている。また、結着樹脂として軟化温度の低い架橋樹脂を使用することで、定温定着と耐熱保存性を両立する提案がされている(例えば、特許文献3参照)。
一方、近年、複写機の長寿命化、メンテナンスフリーに対する要求が高まっており、機内のトナー汚れを抑制することが求められている。機内のトナー汚れの原因の一つは、トナー飛散であり、経時でのトナーの帯電性が安定せず帯電量が低下するために、トナーがキャリアに十分に保持されず、現像器内のトナーが飛散することで機内が汚染されることである。
二成分現像方式においては、トナー成分が経時で遊離したり、キャリアに付着したりすることがトナーの帯電性能を低下させる原因となり、これを抑制するために酸化チタン、アルミナ等の外添剤を使用することが従来から提案がされ、広く使用されている。より高いトナー飛散抑制への要求に対してこれらの外添剤を増やす傾向にあるが、外添剤はトナーの定着を阻害する原因となり、より高い低温定着性を達成するための課題となっている。
低温定着性を低下させずにトナーの飛散を抑制する手段として、外添剤の多機能化が挙げられる。基体としてシリカ粒子を用いて、その表面に金属元素の酸化物または水酸化物で被覆することで、高い流動性の付与と帯電の安定化を達成できる外添剤の提案がされている(例えば、特許文献4、5参照)。
このような外添剤を用いることで、複数の種類の外添剤を一つの外添剤で置き換えることができ、全体としてより少ない外添剤の量で、求められるトナー性能を発現することができるため、低温定着と機内のトナー汚れ抑制をある程度両立することが可能となる。
しかしながら、これらの外添剤を使用する検討を進めたところ、トナーの流動性や環境に対する帯電の安定性は向上するものの、経時での帯電安定性は悪化し、むしろトナー飛散が悪化するという結果となった。また、これらの外添剤がキャリアに付着すると、トナーの帯電性能が大きく低下し、経時での帯電安定性が悪化することから、これらの外添剤ではより高いレベルの低温定着性が得られないことが分かった。
本発明の課題は、より高いレベルの低温定着性と飛散の抑制を両立できるトナーを提供することである。
上述した課題を解決するために、本発明の一態様は、母体粒子と、外添剤と、を有するトナーであって、THFに不溶な成分の2回目の昇温時のDSC曲線から求められるガラス転移温度が-50℃以上10℃以下であり、平均円形度が0.975以上0.985以下であり、BET比表面積をBt[m2/g]、外添剤により被覆されている被覆率をCt[%]とすると、式1.5≦Bt-0.025×Ct≦3.0を満たし、前記外添剤の表面の少なくとも一部が、金属元素の酸化物及び水酸化物の少なくとも一方と、有機化合物と、で被覆されていることを特徴とする。
本発明の一態様によれば、より高いレベルの低温定着性と飛散の抑制を両立できるトナーを提供することができる。
以下、本発明の実施の形態について、説明する。
<トナー>
本実施形態に係るトナーは、母体粒子と、外添剤と、を有する。
本実施形態に係るトナーは、母体粒子と、外添剤と、を有する。
[母体粒子]
母体粒子は、トナーのコアとなる母体(以下、トナー母体またはトナー母粒子と言う場合がある)を構成する粒子を示す。トナー母体は、必要に応じて結着樹脂を含有する。結着樹脂としては、非晶質ポリエステルA、非線状の非晶質ポリエステルBを含むことが好ましく、結晶性ポリエステルCを含むことがさらに好ましい。
母体粒子は、トナーのコアとなる母体(以下、トナー母体またはトナー母粒子と言う場合がある)を構成する粒子を示す。トナー母体は、必要に応じて結着樹脂を含有する。結着樹脂としては、非晶質ポリエステルA、非線状の非晶質ポリエステルBを含むことが好ましく、結晶性ポリエステルCを含むことがさらに好ましい。
非晶質ポリエステルAは、変性されていない非晶質ポリエステルであることが好ましい。変性されていない非晶質ポリエステルは、多価アルコールと多価カルボン酸を反応させることにより合成することができる。なお、多価カルボン酸の代わりに、多価カルボン酸の無水物、炭素数が1~3の低級アルキルエステル又はハロゲン化物を用いてもよい。
多価アルコールとしては、特に限定されないが、ジオール等が挙げられる。
ジオールとしては、例えば、ポリオキシプロピレン(2.2)-2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)プロパン、ポリオキシエチレン(2.2)-2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)プロパン等のビスフェノールAのアルキレン(炭素数2以上3以下)オキサイド(平均付加モル数1~10)付加物;エチレングリコール、プロピレングリコール;水添ビスフェノールA、水添ビスフェノールAのアルキレン(炭素数2~3)オキサイド(平均付加モル数1~10)付加物等が挙げられる。
これらのジオールは、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。
多価カルボン酸としては、特に限定されないが、ジカルボン酸等が挙げられる。
ジカルボン酸としては、例えば、アジピン酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、フマル酸、マレイン酸;ドデセニルコハク酸、オクチルコハク酸等の炭素数が1~20のアルキル基又は炭素数が2~20のアルケニル基により置換されているコハク酸等が挙げられる。
これらのジカルボン酸は、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。
ジカルボン酸は、テレフタル酸を50mol%以上含むことが好ましい。これにより、トナーの耐熱保存性を向上させることができる。
非晶質ポリエステルAは、3価以上のカルボン酸及び/又は3価以上のアルコール由来の構成単位を末端に有していてもよい。これにより、非晶質ポリエステルAの酸価及び水酸基価を調整することができる。
3価以上のカルボン酸としては、特に限定されないが、例えば、トリメリット酸、ピロメリット酸等が挙げられる。これらの3価以上のカルボン酸は、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。
3価以上のアルコールとしては、特に限定されないが、例えば、グリセリン、ペンタエリスリトール、トリメチロールプロパン等が挙げられる。これらの3価以上のアルコールは、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。
非晶質ポリエステルAの重量平均分子量は、通常、5,000~20,000であり、6,000~15,000であることが好ましい。非晶質ポリエステルAの重量平均分子量が5,000以上であることにより、トナーの耐熱保存性及び耐久性を向上させることができ、20,000以下であることにより、トナーの低温定着性を向上させることができる。
非晶質ポリエステルAの酸価は、通常、1~50mgKOH/gであり、好ましくは5~30mgKOH/gである。非晶質ポリエステルAの酸価が1mgKOH/g以上であることにより、トナーが負帯電性になりやすく、トナーの低温定着性を向上させることができ、50mgKOH/g以下であることにより、トナーの帯電安定性(例えば、環境変動に対する帯電安定性)を向上させることができる。
非晶質ポリエステルAの水酸基価は、通常、5mgKOH/g以上である。
非晶質ポリエステルAのガラス転移温度は、通常、40~80℃であり、好ましくは50~70℃である。本明細書において、ガラス転移温度は、ガラス転移が起こる温度を示す。非晶質ポリエステルAのガラス転移温度が40℃以上であることにより、トナーの耐熱保存性、耐久性及び耐フィルミング性を向上させることができ、80℃以下であることにより、トナーの低温定着性を向上させることができる。
トナー中の非晶質ポリエステルAの含有量は、通常、50~90質量%であり、60~80質量%であることが好ましい。トナー中の非晶質ポリエステルAの含有量が50質量%以上であることにより、画像のかぶり及び乱れの発生を抑制することができ、90質量%以下であることにより、トナーの低温定着性を向上させることができる。
非線状の非晶質ポリエステルBは、そのガラス転移温度が常温より非常に低く、低温で変形する性質を有する。また、非線状の非晶質ポリエステルBは、定着時の加熱、加圧に対して変形し、より低温で紙に接着しやすくなる性質を有する。
非晶質ポリエステルBは、分子骨格中に分岐構造を有することが好ましく、ウレタン結合及び/又はウレア結合を有することがさらに好ましい。これにより、非晶質ポリエステルBは、凝集エネルギーが高いため、紙に対する接着性に優れる。
また、非晶質ポリエステルBは、骨格中の分岐構造と、ウレタン結合及び/又はウレア結合による擬似架橋点により、分子鎖が三次元的な網目構造となり、低温で変形するが、流動しないというゴム的な性質を有する。このため、トナーの耐熱保存性及び耐高温オフセット性を向上させることができる。
このように、非晶質ポリエステルBは、超低温域にガラス転移温度を有するが、溶融粘性が高い。そのため、流動しにくい非晶質ポリエステルBを相溶の状態で他の結着樹脂と複合化することにより、トナーの低温定着性と耐熱保存性を両立することができる。
非晶質ポリエステルBは、有機溶媒に対する溶解性が低く、溶融粘性が高く、脆性が低いという特性があるため、水系媒体中に分散させたり、粉砕することによる造粒が一般に困難となる。このため、分子末端に反応基を有するプレポリマーの形態で添加し、造粒と共に反応させることが好ましい。
非晶質ポリエステルBは、ジオール由来の構成単位及びジカルボン酸由来の構成単位を含むが、3価以上の酸及び/又は3価以上のアルコール由来の構成単位をさらに含むことが好ましい。これにより、ゴム弾性を発現することができ、耐ブロッキング性を向上させることができる。
ここで、ジオールは、通常、炭素数が3~10の脂肪族ジオールを50mol%以上含む。
ジオールとしては、特に限定されないが、例えば、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-ブタンジオール、3-メチル-1,5-ペンタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、1,8-オクタンジオール、1,10-デカンジオール、1,12-ドデカンジオール等の脂肪族ジオール;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、ポリテトラメチレングリコール等のオキシアルキレン基を有するジオール;1,4-シクロヘキサンジメタノール、水素添加ビスフェノールA等の脂環式ジオール;脂環式ジオールに、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、ブチレンオキシド等のアルキレンオキシドを付加したもの;ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールS等のビスフェノール類;ビスフェノール類に、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、ブチレンオキシド等のアルキレンオキシドを付加したもの等のビスフェノール類のアルキレンオキシド付加物等が挙げられる。
これらのジオールは、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。中でも、炭素数が4~12の脂肪族ジオールが好ましい。
ジオールは、主鎖となる部分の炭素数が奇数であり、アルキル基を側鎖に有することが好ましい。これにより、定着温度領域での樹脂の高い熱変形性を有しながら、ゴム弾性を発現することができ、トナーの低温定着性及び耐ブロッキング性を向上させることができる。
ジカルボン酸としては、特に限定されないが、例えば、脂肪族ジカルボン酸、芳香族ジカルボン酸等が挙げられる。これらのジカルボン酸は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。中でも、炭素数が4~12の脂肪族ジカルボン酸が好ましい。
なお、ジカルボン酸の代わりに、ジカルボン酸の無水物、炭素数が1~3の低級アルキルエステル又はハロゲン化物を用いてもよい。
脂肪族ジカルボン酸としては、特に限定されないが、例えば、コハク酸、アジピン酸、セバシン酸、ドデカン二酸、マレイン酸、フマル酸等が挙げられる。
芳香族ジカルボン酸としては、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、ナフタレンジカルボン酸等が挙げられる。
3価以上の酸又はアルコールとしては、特に限定されないが、例えば、グリセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン(TMP)、ペンタエリスリトール、ソルビトール、ジペンタエリスリトール、トリメリット酸、(TMA)、ピロメリット酸等が挙げられる。
これらの3価以上の酸又はアルコールは、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。中でも、定着温度領域での樹脂の高い熱変形性を有しながら、ゴム弾性を発現することができ、トナーの低温定着性及び耐ブロッキング性を向上させることができる点から、3価の酸又はアルコールが好ましい。
ウレタン結合及び/又はウレア結合を有する非晶質ポリエステルBは、イソシアネート基を有する非晶質ポリエステルプレポリマーBと活性水素基を有する化合物を反応させることにより合成することができる。
イソシアネート基を有する非晶質ポリエステルプレポリマーBは、活性水素基を有する非晶質ポリエステルとポリイソシアネートを反応させることにより合成することができる。
ポリイソシアネートとしては、特に限定されないが、例えば、ジイソシアネート、3価以上のイソシアネート等が挙げられる。これらのポリイソシアネートは、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。
なお、ポリイソシアネートの代わりに、ポリイソシアネートをフェノール誘導体、オキシム、カプロラクタム等でブロックしたものを用いてもよい。
ジイソシアネートとしては、例えば、脂肪族ジイソシアネート、脂環式ジイソシアネート、芳香族ジイソシアネート、芳香脂肪族ジイソシアネート、イソシアヌレート類等が挙げられる。
脂肪族ジイソシアネートとしては、例えば、テトラメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、2,6-ジイソシアナトカプロン酸メチル、オクタメチレンジイソシアネート、デカメチンジイソシアネート、ドデカメチレンジイソシアネート、テトラデカメチレンジイソシアネート、トリメチルヘキサンジイソシアネート、テトラメチルヘキサンジイソシアネート等が挙げられる。
脂環式ジイソシアネートとしては、例えば、イソホロンジイソシアネート、シクロヘキシルメタンジイソシアネート等が挙げられる。
芳香族ジイソシアネートとしては、例えば、トリレンジイソシアネート、ジイソシアナトジフェニルメタン、1,5-ナフチレンジイソシアネート、4,4´-ジイソシアナトジフェニル、4,4´-ジイソシアナト-3,3´-ジメチルジフェニル、4,4´-ジイソシアナト-3-メチルジフェニルメタン、4,4´-ジイソシアナト-ジフェニルエーテル等が挙げられる。
芳香脂肪族ジイソシアネートとしては、例えば、α,α,α´,α´-テトラメチルキシリレンジイソシアネート等が挙げられる。
イソシアヌレート類としては、例えば、トリス(イソシアナトアルキル)イソシアヌレート、トリス(イソシアナトシクロアルキル)イソシアヌレート等が挙げられる。
活性水素基としては、特に限定されないが、水酸基(アルコール性水酸基及びフェノール性水酸基)、アミノ基、カルボキシル基、メルカプト基等が挙げられる。これらの活性水酸基は、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。
活性水素基を有する化合物は、ウレア結合を形成することができるため、アミンが好ましい。
アミンとしては、特に限定されないが、例えば、ジアミン、3価以上のアミン、アミノアルコール、アミノメルカプタン、アミノ酸等が挙げられる。これらのアミンは、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。
なお、アミンの代わりに、アミンのアミノ基をアセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン類でブロックしたケチミン、オキサゾリン等を用いてもよい。
これらの中でも、ジアミン、ジアミンと少量の3価以上のアミンとの混合物が好ましい。
ジアミンとしては、例えば、芳香族ジアミン、脂環式ジアミン、脂肪族ジアミン等が挙げられる。
芳香族ジアミンとしては、例えば、フェニレンジアミン、ジエチルトルエンジアミン、4,4´-ジアミノジフェニルメタン等が挙げられる。
脂環式ジアミンとしては、例えば、4,4´-ジアミノ-3,3´-ジメチルジシクロヘキシルメタン、ジアミノシクロヘキサン、イソホロンジアミン等が挙げられる。
脂肪族ジアミンとしては、例えば、エチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン等が挙げられる。
3価以上のアミンとしては、例えば、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン等が挙げられる。
アミノアルコールとしては、例えば、エタノールアミン、ヒドロキシエチルアニリン等が挙げられる。
アミノメルカプタンとしては、例えば、アミノエチルメルカプタン、アミノプロピルメルカプタン等が挙げられる。
アミノ酸としては、例えば、アミノプロピオン酸、アミノカプロン酸等が挙げられる。
なお、非晶質ポリエステルの分子構造は、溶液又は固体によるNMR測定の他、X線回折、GC/MS、LC/MS、IR測定等により確認することができる。簡便には、赤外線吸収スペクトルにおいて、965±10cm-1及び990±10cm-1にオレフィンのδCH(面外変角振動)に基づく吸収を有さないものを非晶質ポリエステルとして検出することができる。
非晶質ポリエステルBの2回目の昇温時のDSC曲線から求められるガラス転移温度Tg2ndは、通常、-60~0℃である。本明細書において、DSC曲線は、示差走査熱量測定(Differential scanning calorimetry、DSC)の結果として得られる曲線を示す。
非晶質ポリエステルAのTg2ndが、-60℃以上であることにより、トナーの耐熱保存性及び耐フィルミング性を向上させることができ、0℃以下であることにより、トナーの低温定着性を向上させることができる。
非晶質ポリエステルBの重量平均分子量は、通常、20,000~1,000,000であり、50,000~300,000であることが好ましく、100,000~200,000以下であることがさらに好ましい。非晶質ポリエステルAの重量平均分子量が20,000以上であることにより、トナーの耐熱保存性及び耐高温オフセット性を向上させることができ、1,000,000以下であることにより、トナーの低温定着性を向上させることができる。
トナー中の非晶質ポリエステルBの含有量は、通常、5~20質量%であり、好ましくは5~15質量%である。トナー中の非晶質ポリエステルBの含有量が5質量%以上であることにより、トナーの低温定着性及び耐高温オフセット性を向上させることができ、25質量%以下であることにより、トナーの耐熱保存性及び画像の光沢度を向上させることができる。
結晶性ポリエステルCは、結晶性が高いため、定着開始温度付近において、粘度が急激に低下する熱溶融特性を示す。このため、結晶性ポリエステルCと、非晶質ポリエステルBを含むトナーは、溶融開始温度の直前までは、結晶性ポリエステルCが溶融しないため、耐熱保存性に優れる。
また、溶融開始温度では、結晶性ポリエステルCが融解することにより粘度が急激に低下して、非晶質ポリエステルBと相溶し、定着する。このため、耐熱保存性及び低温定着性に優れるトナーが得られる。また、離型幅、即ち、定着下限温度と高温オフセット発生温度との差が大きいトナーが得られる。
結晶性ポリエステルCは、変性されておらず、多価アルコールと多価カルボン酸を反応させることにより合成することができる。
なお、多価カルボン酸の代わりに、多価カルボン酸の無水物、炭素数が1~3の低級アルキルエステル又はハロゲン化物を用いてもよい。
多価アルコールとしては、特に限定されないが、例えば、ジオール、3価以上のアルコールが挙げられる。これらの多価アルコールは、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。
ジオールとしては、例えば、飽和脂肪族ジオール等が挙げられる。
飽和脂肪族ジオールとしては、例えば、直鎖飽和脂肪族ジオール、分岐飽和脂肪族ジオールが挙げられる。中でも、結晶性ポリエステルCの結晶性が高くなることから、直鎖飽和脂肪族ジオールが好ましく、容易に入手できることから、炭素数が2~12の直鎖飽和脂肪族ジオールがさらに好ましい。
飽和脂肪族ジオールとしては、例えば、エチレングリコール、1,3-プロパンジオール、1,4-ブタンジオール、1,5-ペンタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、1,7-ヘプタンジオール、1,8-オクタンジオール、1,9-ノナンジオール、1,10-デカンジオール、1,11-ウンデカンジオール、1,12-ドデカンジオール、1,13-トリデカンジオール、1,14-テトラデカンジオール、1,18-オクタデカンジオール、1,14-エイコサンデカンジオール等が挙げられる。
中でも、結晶性ポリエステルCの結晶性が高くなり、シャープメルト性に優れることから、エチレングリコール、1,4-ブタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、1,8-オクタンジオール、1,10-デカンジオール、1,12-ドデカンジオールが好ましい。
3価以上のアルコールとしては、例えば、グリセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール等が挙げられる。
多価カルボン酸としては、特に限定されないが、2価のカルボン酸、3価以上のカルボン酸が挙げられる。
2価のカルボン酸としては、例えば、シュウ酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、スペリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、1,9-ノナンジカルボン酸、1,10-デカンジカルボン酸、1,12-ドデカンジカルボン酸、1,14-テトラデカンジカルボン酸、1,18-オクタデカンジカルボン酸等の飽和脂肪族ジカルボン酸;フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、ナフタレン-2,6-ジカルボン酸、マロン酸、メサコニン酸等の二塩基酸等の芳香族ジカルボン酸等が挙げられる。
3価以上のカルボン酸としては、例えば、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-ナフタレントリカルボン酸等が挙げられる。
なお、多価カルボン酸は、スルホン酸基を有するジカルボン酸を含んでいてもよい。また、多価カルボン酸は、炭素-炭素二重結合を有するジカルボン酸を含んでいてもよい。
結晶性ポリエステルCは、炭素数が4~12の直鎖飽和脂肪族ジカルボン酸由来の構成単位と、炭素数が2~12の直鎖飽和脂肪族ジオール由来の構成単位を有することが好ましい。これにより、結晶性ポリエステルCは、結晶性が高くなり、シャープメルト性に優れる。その結果、トナーの低温定着性を向上させることができる。
結晶性ポリエステルCの融点は、通常、60~90℃であり、60~80℃であることが好ましい。結晶性ポリエステルCの融点が60℃以上であることにより、トナーの耐熱保存性を向上させることができ、90℃以下であることにより、トナーの低温定着性を向上させることができる。
結晶性ポリエステルCの重量平均分子量は、通常、3,000~30,000であり、5,000~15,000であることが好ましい。結晶性ポリエステルCの重量平均分子量が3,000以上であることにより、トナーの耐熱保存性を向上させることができ、30,000以下であることにより、トナーの低温定着性を向上させることができる。
結晶性ポリエステルCの酸価は、通常、5mgKOH/g以上であり、10mgKOH/g以上であることが好ましい。これにより、トナーの低温定着性を向上させることができる。一方、結晶性ポリエステルCの酸価は、通常、45mgKOH/g以下である。これにより、トナーの耐高温オフセット性を向上させることができる。
結晶性ポリエステルCの水酸基価は、通常、50mgKOH/g以下であり、5~50mgKOH/gであることが好ましい。結晶性ポリエステルCの水酸基価が50mgKOH/g以下であることにより、トナーの低温定着性及び帯電特性を向上させることができる。
なお、結晶性ポリエステルの分子構造は、溶液又は固体によるNMR測定の他、X線回折、GC/MS、LC/MS、IR測定などにより確認することができる。簡便には、赤外線吸収スペクトルにおいて、965±10cm-1又は990±10cm-1にオレフィンのδCH(面外変角振動)に基づく吸収を有するものを結晶性ポリエステルとして検出することができる。
トナー中の結晶性ポリエステルCの含有量は、通常、3~20質量%であり、好ましくは5~15質量%である。トナー中の結晶性ポリエステルCの含有量が3質量%以上であることにより、トナーの低温定着性を向上させることができ、20質量%以下であることにより、トナーの耐熱保存性を向上させると共に、画像のかぶりの発生を抑制することができる。
トナー母体は、さらに必要に応じて、その他の成分を含有する。その他の成分としては、例えば、離型剤、着色剤、帯電制御剤、クリーニング性向上剤、磁性材料等が挙げられる。
離型剤としては、特に限定されないが、植物系ワックス(例えば、カルナウバワックス、綿ロウ、木ロウ、ライスワックス)、動物系ワックス(例えば、ミツロウ、ラノリン)、鉱物系ワックス(例えば、オゾケライト、セルシン)、石油ワックス(例えば、パラフィン、マイクロクリスタリン、ペトロラタム)、炭化水素系ワックス(例えば、フィッシャー・トロプシュワックス、ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックス)、合成ワックス(例えば、エステル、ケトン、エーテル)、脂肪酸アミド系化合物(例えば、12-ヒドロキシステアリン酸アミド、ステアリン酸アミド、無水フタル酸イミド等が挙げられる。
中でも、パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、フィッシャー・トロプシュワックス、ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックス等の炭化水素系ワックスが好ましい。
これらの離型剤は、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。
離型剤の融点は、通常、60~80℃である。離型剤の融点が60℃以上であることにより、トナーの耐熱保存性を向上させることができ、80℃以下であることにより、トナーの耐高温オフセット性を向上させることができる。
トナー中の離型剤の含有量は、通常、2~10質量%であり、3~8質量%であることが好ましい。トナー中の離型剤の含有量が2質量%以上であることにより、トナーの耐高温オフセット性及び低温定着性を向上させることができ、10質量%以下であることにより、トナーの耐熱保存性を向上させると共に、画像のかぶりの発生を抑制することができる。
着色剤としては、特に限定されないが、カーボンブラック、ニグロシン染料、鉄黒、ナフトールイエローS、ハンザイエロー(10G、5G、G)、カドミウムイエロー、黄色酸化鉄、黄土、黄鉛、チタン黄、ポリアゾイエロー、オイルイエロー、ハンザイエロー(GR、A、RN、R)、ピグメントイエローL、ベンジジンイエロー(G、GR)、パーマネントイエロー(NCG)、バルカンファストイエロー(5G、R)、タートラジンレーキ、キノリンイエローレーキ、アンスラザンイエローBGL、イソインドリノンイエロー、ベンガラ、鉛丹、鉛朱、カドミウムレッド、カドミウムマーキュリレッド、アンチモン朱、パーマネントレッド4R、パラレッド、ファイセーレッド、パラクロロオルトニトロアニリンレッド、リソールファストスカーレットG、ブリリアントファストスカーレット、ブリリアントカーミンBS、パーマネントレッド(F2R、F4R、FRL、FRLL、F4RH)、ファストスカーレットVD、ベルカンファストルビンB、ブリリアントスカーレットG、リソールルビンGX、パーマネントレッドF5R、ブリリアントカーミン6B、ピグメントスカーレット3B、ボルドー5B、トルイジンマルーン、パーマネントボルドーF2K、ヘリオボルドーBL、ボルドー10B、ボンマルーンライト、ボンマルーンメジアム、エオシンレーキ、ローダミンレーキB、ローダミンレーキY、アリザリンレーキ、チオインジゴレッドB、チオインジゴマルーン、オイルレッド、キナクリドンレッド、ピラゾロンレッド、ポリアゾレッド、クロームバーミリオン、ベンジジンオレンジ、ペリノンオレンジ、オイルオレンジ、コバルトブルー、セルリアンブルー、アルカリブルーレーキ、ピーコックブルーレーキ、ビクトリアブルーレーキ、無金属フタロシアニンブルー、フタロシアニンブルー、ファストスカイブルー、インダンスレンブルー(RS、BC)、インジゴ、群青、紺青、アントラキノンブルー、ファストバイオレットB、メチルバイオレットレーキ、コバルト紫、マンガン紫、ジオキサンバイオレット、アントラキノンバイオレット、クロムグリーン、ジンクグリーン、酸化クロム、ピリジアン、エメラルドグリーン、ピグメントグリーンB、ナフトールグリーンB、グリーンゴールド、アシッドグリーンレーキ、マラカイトグリーンレーキ、フタロシアニングリーン、アントラキノングリーン、酸化チタン、亜鉛華、リトポン等が挙げられる。
これらの着色剤は、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。また、トナー中の着色剤の含有量は、通常、1~15質量%であり、3~10質量%であることが好ましい。
顔料は、樹脂と複合化して、マスターバッチとして用いることもできる。
樹脂としては、特に限定されないが、例えば、非晶質ポリエステルB、ポリスチレン、ポリp-クロロスチレン、ポリビニルトルエン等のスチレン又はその置換体の重合体;スチレン-p-クロロスチレン共重合体、スチレン-プロピレン共重合体、スチレン-ビニルトルエン共重合体、スチレン-ビニルナフタリン共重合体、スチレン-アクリル酸メチル共重合体、スチレン-アクリル酸エチル共重合体、スチレン-アクリル酸ブチル共重合体、スチレン-アクリル酸オクチル共重合体、スチレン-メタクリル酸メチル共重合体、スチレン-メタクリル酸エチル共重合体、スチレン-メタクリル酸ブチル共重合体、スチレン-α-クロロメタクリル酸メチル共重合体、スチレン-アクリロニトリル共重合体、スチレン-ビニルメチルケトン共重合体、スチレン-ブタジエン共重合体、スチレン-イソプレン共重合体、スチレン-アクリロニトリル-インデン共重合体、スチレン-マレイン酸共重合体、スチレン-マレイン酸エステル共重合体等のスチレン系共重合体;ポリメチルメタクリレート、ポリブチルメタクリレート、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、エポキシ樹脂、エポキシポリオール樹脂、ポリウレタン、ポリアミド、ポリビニルブチラール、ポリアクリル酸、ロジン、変性ロジン、テルペン樹脂、脂肪族又は脂環族炭化水素樹脂、芳香族系石油樹脂等が挙げられる。
これらの樹脂は、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。
なお、樹脂と顔料を混合混練することにより、マスターバッチを製造することができる。この際、顔料と樹脂の相互作用を高めるために、有機溶剤を用いることができる。
また、いわゆるフラッシング法と呼ばれる、顔料の水性ペーストを、樹脂と有機溶剤と共に混合混練して、顔料を樹脂側に移行させ、水と有機溶剤を除去する方法を用いて、マスターバッチを製造してもよい。この場合、顔料のウェットケーキをそのまま用いることができるため、顔料を乾燥させる必要がない。
混合混練する装置としては、特に限定されないが、3本ロールミル等の高せん断分散装置が挙げられる。
クリーニング性向上剤としては、特に限定されないが、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム等の脂肪酸金属塩、ポリメチルメタクリレート粒子、ポリスチレン粒子等のソープフリー乳化重合により製造されているポリマー粒子等が挙げられる。
これらのクリーニング性向上剤は、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。
ポリマー粒子の体積平均粒径は、通常、0.01~1μmである。
磁性材料としては、特に限定されないが、例えば、鉄、マグネタイト、フェライト等が挙げられる。中でも、色調の点で、白色の材料が好ましい。これらの磁性材料は、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。
[外添剤]
外添剤は、トナー母体の外面に付着するように添加される添加剤である。本実施形態では、外添剤の表面の少なくとも一部が、金属元素の酸化物及び水酸化物の少なくとも一方と、有機化合物と、で被覆されている。ここで、金属元素の酸化物及び水酸化物の少なくとも一方とは、金属元素の酸化物、金属元素の水酸化物、または金属元素の酸化物と金属元素の水酸化物との混合物を示す。
外添剤は、トナー母体の外面に付着するように添加される添加剤である。本実施形態では、外添剤の表面の少なくとも一部が、金属元素の酸化物及び水酸化物の少なくとも一方と、有機化合物と、で被覆されている。ここで、金属元素の酸化物及び水酸化物の少なくとも一方とは、金属元素の酸化物、金属元素の水酸化物、または金属元素の酸化物と金属元素の水酸化物との混合物を示す。
外添剤の成分は、特に限定されないが、好ましくはシリカであり、より好ましくはシリカ粒子である。
外添剤に酸化物及び/または水酸化物として用いられる金属元素の種類は、特に限定されず、例えば、アルミニウム、亜鉛、カルシウム、マグネシウム、ストロンチウム、バリウム、チタン、ジルコニウム、スズ、鉄、銅などの各種の金属元素が挙げられる。これらの金属元素は、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。
これらの中でも、外添剤がシリカである場合に、該シリカが持つ高い体積抵抗を低減すると共に、得られる外添剤の特性(例えば、疎水性、体積抵抗率など)をさらに向上させる観点から、金属元素は、アルミニウム、亜鉛、マグネシウム、バリウムから選択される少なくとも一種であることが好ましい。
金属元素の酸化物、水酸化物、またはこれらの混合物の被覆量については、外添剤の質量を基準にして酸化物換算で1質量%以上40質量%以下とすることが好ましく、5質量%以上25質量%以下とすることがより好ましい。
被覆量が1質量%よりも少ない場合は、基材となるトナー母粒子の表面を十分に被覆することができず、外添剤がシリカの場合は該シリカが持つ高い体積抵抗を低減する効果が不十分となる可能性がある。一方、被覆量が40質量%よりも多い場合は、外添剤の流動性が損なわれる可能性がある。
外添剤に用いる有機化合物の種類は、特に限定されないが、シランカップリング剤で処理することが好ましい。シランカップリング剤としては、例えば、シラン、ヘキサメチルジシラザン、メチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、イソブチルトリメトキシシラン、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等が挙げられる。
これらの中でも、炭素数が4以下のアルキルシランが好ましい。炭素数が4以下のアルキルシランとしては、外添剤の流動性を向上させる観点から、例えば、メチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、イソブチルトリメトキシシランが特に好ましい。
外添剤は、必要に応じて、その他の成分として、半金属の酸化物(例えば、酸化アンチモン)、非金属元素の酸化物(例えば、酸化ケイ素)、脂肪酸金属塩(例えば、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸アルミニウム)、フルオロポリマー等が含まれる。これら他の成分は、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。
本実施形態のトナーで用いられる外添剤は、平均一次粒子径が、15nm以上50nm以下であることが好ましい。本明細書において、平均一次粒子径とは、粒子の透過型電子顕微鏡写真(TEM像)又は走査型電子顕微鏡写真(SEM像)から求められる一次粒子径の平均値(個数基準の平均一次粒子径)を示す。
外添剤の平均一次粒径が15nm以上であることにより、酸化物粒子の母体粒子中への埋没をより抑制することができる。また、外添剤の平均一次粒径が50nm以下であることにより、トナーにより流動性を付与することができる。
外添剤の製造方法としては、特に限定されないが、例えば、外添剤の表面の少なくとも一部を金属元素の酸化物及び/または水酸化物で被覆する工程と、被覆した金属元素の酸化物及び/または水酸化物の少なくとも一部をさらに有機化合物で被覆する工程と、を備えるもの方法を用いることができる。
具体的な被覆処理の方法に関しては、公知の方法を用いることができるが、例えば、以下のような方法を挙げることができる。
まず、シリカ粒子を水中に分散させ、金属元素の水溶性塩または金属元素の水溶性塩の水溶液を添加した後、酸または塩基を用いてpHが4~9になるように調整し、一定時間熟成させる。このようにすることで、金属元素の水溶性塩の加水分解が起こり、シリカ粒子の表面の少なくとも一部が金属元素の酸化物及び/または水酸化物で被覆されることになる。
次に、上記熟成後のスラリーを濾過するとともに、濾材上の残差を水洗することによって洗浄ケーキとし、乾燥させてメディア式微粉砕機で粉砕する。こうして得られた粉体と有機化合物を小型ミキサーにて混合し再乾燥させることで外添剤が得られる。
本実施形態のトナーは、THF(テトラヒドロフラン)に不溶な成分の2回目の昇温時のDSC曲線から求められるガラス転移温度(以下、Tg2ndという)が-50℃以上10℃以下であり、好ましくは30℃以上5℃以下である。Tg2ndが-50℃以上であると、トナーの耐熱保存性の低下を抑制することができる。また、Tg2ndが10℃以下であると、トナーの低温定着性の低下を抑制することができる。
本実施形態のトナーは、平均円形度が0.975以上0.985以下であり、好ましくは、0.980以上0.985以下である。本明細書において、平均円形度は、光学的に粒子を検知して、投影面積の等しい相当円の周囲長で除した平均値を示す。
従来のトナーの平均円形度は、通常、0.92以上である。これに対して、本実施形態では、トナーの平均円形度を0.975以上0.985以下にすることで、トナーのクリーニング性が向上し、感光体にトナーが残留するのを防ぐことができる。
トナーの平均円形度を制御する方法としては、特に限定されないが、例えば、加熱処理、油滴の粘度調整、油滴の会合数調整等が挙げられる。
本実施形態のトナーは、BET比表面積をBt[m2/g]、外添剤により被覆されている被覆率をCt[%]とすると、式1.5≦Bt-0.025×Ct≦3.0を満たし、式2.0≦Bt-0.025×Ct≦3.0を満たすことが好ましい。本明細書において、BET比表面積は、比表面積測定装置を用いて窒素ガス吸着BET法により測定した比表面積を示す。
Bt-0.025×Ctが1.5以上であると、外添剤がトナー母粒子から遊離しにくくなり、キャリアへの付着が抑制されるため、経時で帯電量が低下するのを防ぐことができる。また、Bt-0.025×Ctが3.0以下であると、トナーの耐久性が向上し、画像にスジ状の色抜けが発生することが抑制されることが想定される。
なお、トナーのBET比表面積は、母体粒子の表面の凹凸及び外添剤の表面の凹凸を含んだ値となる。ここで、BET比表面積が20~200m2/g程度の外添剤によりトナーが被覆されている被覆率がCt%である場合、母体粒子のBET比表面積に対するトナーのBET比表面積の増加量は、概ね0.025×Ct[m2/g]となる。従って、Bt-0.025×Ctにより、母体粒子のBET比表面積の値を見積もることができる。
BET比表面積は、測定原理より表面の微細な凹凸の検出に優れているため、Bt-0.025×Ctは、母体粒子の表面平滑性の指標となる。
母体粒子の表面平滑性を制御する方法としては、特に限定されないが、造粒のさせ方による制御、加熱処理等が挙げられる。
例えば、溶解懸濁法やエステル伸長法等の、複数の油滴を合一させてトナー粒子を得る方法において、より小さな油滴を多数合一させることで、微細な凹凸を多くして表面平滑性を下げることができる。また、母体粒子が相互に凝集しない状態、すなわち、水系媒体中に分散している状態において、結着樹脂のガラス転移温度以下の温度で加熱すると、母体粒子の表面の微細な凹凸が少なくなり、母体粒子の表面平滑性を上げることができる。
本実施形態では、トナーの平均一次粒子径が、好ましくは、3.0μm以上8.0μm以下である。トナーの平均一次粒子径が3.0μm以上であると、トナーと中間転写体との非静電的付着力が低下し、転写効率を向上させることができ、また、現像器内でトナーとキャリアが混合されやすくなる。一方、トナーの平均一次粒径が8.0μm以下であると、静電潜像に忠実に現像することができ、高解像で高画質の画像が得られる。
トナーの製造方法としては、特に限定されないが、例えば、溶解懸濁法等が挙げられる。
トナーは、イソシアネート基を有する非晶質ポリエステルプレポリマーA、非晶質ポリエステルB、必要に応じて、結晶性ポリエステルC、離型剤、着色剤等を含む油相を水系媒体中に乳化又は分散させることにより製造することが好ましい。
水系媒体は、樹脂粒子が分散していることが好ましい。
樹脂粒子を構成する樹脂としては、水系媒体中で分散することが可能であれば、特に限定されないが、例えば、ビニル系樹脂、ポリウレタン、エポキシ樹脂、ポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、ケイ素系樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、アニリン樹脂、アイオノマー樹脂、ポリカーボネート等が挙げられる。
これらの樹脂粒子を構成する樹脂としては、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。中でも、微細球状の樹脂粒子が得られやすいことから、ビニル系樹脂、ポリウレタン、エポキシ樹脂、ポリエステルが好ましい。
水系媒体に対する樹脂粒子の質量比は、通常、0.005~0.1である。
水系媒体としては、特に限定されないが、水、水と混和することが可能な溶媒等が挙げられる。これらの水系媒体は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。中でも、水が好ましい。
水と混和することが可能な溶媒としては、特に限定されないが、例えば、アルコール、ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフラン、セロソルブ類、低級ケトン類等が挙げられる。
アルコールとしては、例えば、メタノール、イソプロパノール、エチレングリコール等が挙げられる。
低級ケトン類としては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン等が挙げられる。
油相は、イソシアネート基を有する非晶質ポリエステルプレポリマーA、非晶質ポリエステルB、必要に応じて、結晶性ポリエステルC、離型剤、着色剤等を含むトナー材料を、有機溶媒中に溶解乃至分散させることにより製造することができる。
油相中の固形分濃度は、特に限定されないが、30~60質量%が好ましい。油相中の固形分濃度を適正な範囲で高くすると油滴の粘度を上がり、油滴の合一を抑制して円形度を上げることができるため、これにより円形度を制御することができる。
有機溶媒の沸点は、通常、150℃未満である。これにより、有機溶媒を容易に除去することができる。
有機溶媒としては、特に限定されないが、例えば、トルエン、キシレン、ベンゼン、四塩化炭素、塩化メチレン、1,2-ジクロロエタン、1,1,2-トリクロロエタン、トリクロロエチレン、クロロホルム、モノクロロベンゼン、ジクロロエチリデン、酢酸メチル、酢酸エチル、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等が挙げられる。
これらの有機溶媒は、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。中でも、酢酸エチル、トルエン、キシレン、ベンゼン、塩化メチレン、1,2-ジクロロエタン、クロロホルム、四塩化炭素等が好ましく、酢酸エチルがさらに好ましい。
水系媒体中に油相を乳化又は分散させる際に、イソシアネート基を有する非晶質ポリエステルプレポリマーAと活性水素基を有する化合物を反応させることにより、非晶質ポリエステルAが生成する。
非晶質ポリエステルAは、以下の(1)~(3)の方法により生成させることができる。
(1)イソシアネート基を有する非晶質ポリエステルプレポリマーAと活性水素基を有する化合物を含む油相を、水系媒体中で乳化又は分散させ、水系媒体中で活性水素基を有する化合物とイソシアネート基を有する非晶質ポリエステルプレポリマーAを伸長反応及び/又は架橋反応させることにより非晶質ポリエステルAを生成させる方法。
(2)イソシアネート基を有する非晶質ポリエステルプレポリマーAを含む油相を、予め活性水素基を有する化合物を添加した水系媒体中で乳化又は分散させ、水系媒体中で活性水素基を有する化合物とイソシアネート基を有する非晶質ポリエステルプレポリマーAを伸長反応及び/又は架橋反応させることにより非晶質ポリエステルAを生成させる方法。
(3)イソシアネート基を有する非晶質ポリエステルプレポリマーAを含む油相を水系媒体中で乳化又は分散させた後で、水系媒体中に活性水素基を有する化合物を添加し、水系媒体中で粒子の界面から活性水素基を有する化合物とイソシアネート基を有する非晶質ポリエステルプレポリマーAを伸長反応及び/又は架橋反応させることにより非晶質ポリエステルAを生成させる方法。
なお、粒子の界面から活性水素基を有する化合物とイソシアネート基を有する非晶質ポリエステルプレポリマーAを伸長反応及び/又は架橋反応させる場合、生成するトナーの表面に優先的に非晶質ポリエステルAが生成し、トナー中に非晶質ポリエステルAの濃度勾配を形成することもできる。
活性水素基を有する化合物とイソシアネート基を有する非晶質ポリエステルプレポリマーAを反応させる時間は、通常、10分間~40時間であり、2~24時間であることが好ましい。
活性水素基を有する化合物とイソシアネート基を有する非晶質ポリエステルプレポリマーAを反応させる温度は、通常、0~150℃であり、40~98℃であることが好ましい。
活性水素基を有する化合物とイソシアネート基を有する非晶質ポリエステルプレポリマーAを反応させる際には、触媒を用いることができる。
触媒としては、特に限定されないが、ジブチルスズラウレート、ジオクチルスズラウレート等が挙げられる。
水系媒体中に油相を乳化又は分散させる方法としては、特に限定されないが、水系媒体中に油相を添加し、せん断力により分散させる方法等が挙げられる。
水系媒体中に油相を乳化又は分散させるのに用いる分散機としては、特に限定されないが、低速せん断式分散機、高速せん断式分散機、摩擦式分散機、高圧ジェット式分散機、超音波分散機等が挙げられる。中でも、分散体(油滴)の粒径を2~20μmに制御できることから、高速せん断式分散機が好ましい。
高速せん断式分散機を用いる場合、回転数は、通常、1,000~30,000rpmであり、5,000~20,000rpmであることが好ましい。分散時間は、バッチ方式の場合、通常、0.1~5分間である。分散温度は、通常、加圧下において、0~150℃であり、40~98℃であることが好ましい。
トナー材料に対する水系媒体の質量比は、通常、0.5~20であり、1~10であることが好ましい。トナー材料に対する水系媒体の質量比が0.5以上であることにより、油相を良好に分散させることができ、20以下であることにより、経済的である。
水系媒体は、分散剤を含むことが好ましい。これにより、水系媒体中に油相を乳化又は分散させる際に、油滴の分散安定性を向上させ、母体粒子を所望の形状にすると共に、粒度分布を狭くすることができる。
分散剤としては、特に限定されないが、界面活性剤、難水溶性の無機化合物分散剤、高分子系保護コロイド等が挙げられる。これらの分散剤は、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。中でも、界面活性剤が好ましい。
界面活性剤としては、陰イオン界面活性剤、陽イオン界面活性剤、非イオン界面活性剤、両性界面活性剤等が挙げられる。中でも、フルオロアルキル基を有する界面活性剤が好ましい。
陰イオン界面活性剤としては、例えば、アルキルベンゼンスルホン酸塩、α-オレフィンスルホン酸塩、リン酸エステル等が挙げられる。
水系媒体は、さらに凝集剤を含むことができる。これにより、トナー母体粒子のBET比表面積を大きくすることができ、本実施形態で必要なトナー母体の粒子形状の要件を満たすことができる。
凝集剤としては、特に限定されないが、無機金属塩または2価以上の金属錯体が挙げられる。これらの凝集剤は、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。中でも無機金属塩が好ましい。
無機金属塩としては、例えば、ナトリウム塩、マグネシウム塩、アルミニウム塩及びその重合体等が挙げられる。トナー粒径及び形状の制御のしやすさの観点から、ナトリウム塩が好ましい。このようなナトリウム塩としては、例えば、塩化ナトリウム、硫酸ナトリウム等が挙げられる。
水系媒体中の凝集剤の含有量は、特に限定されないが、固形分換算で1.2質量%以上5.0質量%以下であることが好ましく、より好ましくは、1.2質量%以上3.0質量%以下である。
水系媒体中に油相を分散させた後、有機溶媒を除去して母体粒子を形成することが好ましい。
有機溶媒を除去する方法としては、特に限定されないが、油相が分散している水系媒体を徐々に昇温して、油滴中の有機溶媒を蒸発させる方法、油相が分散している水系媒体を乾燥雰囲気中に噴霧して、油滴中の有機溶媒を除去する方法等が挙げられる。
母体粒子を洗浄した後、加熱処理してもよい。水系媒体中にトナー母粒子が分散したスラリーを加熱することで、トナー母粒子のBET比表面積を小さくすることができる。加熱温度としては、トナーのガラス転移温度未満の温度が好ましく、ガラス転移温度以上の温度で加熱した場合には、トナー母粒子が凝集する可能性がある。
母体粒子を洗浄、加熱処理した後、乾燥させることが好ましい。このとき、母体粒子を分級してもよい。具体的には、サイクロン、デカンター、遠心分離機等を用いて、水系媒体に含まれる母体粒子から微粒子を除去することにより分級してもよいし、乾燥した母体粒子を分級してもよい。
母体粒子を外添剤、必要に応じて、帯電制御剤と混合することによりトナーを製造することができる。このとき、混合物に機械的衝撃力を印加することにより、母体粒子の表面から外添剤が脱離するのを抑制することができる。
混合物に機械的衝撃力を印加する方法としては、特に限定されないが、例えば、羽根を高速で回転させることにより、混合物に衝撃力を印加する方法を用いることができる。また、高速で移動する気流中に混合物を投入し、粒子同士又は粒子を衝突板に衝突させることにより、混合物に衝撃力を印加する方法を用いてもよい。
混合物に機械的衝撃力を印加する装置としては、市販品を用いることができる。この市販品としては、例えば、オングミル(ホソカワミクロン社製)、I式ミル(日本ニューマチック社製)を改造して粉砕エアー圧力を下げた装置、ハイブリダイゼイションシステム(奈良機械製作所社製)、クリプトロンシステム(川崎重工業社製)等が挙げられる。
本実施形態のトナーでは、上述のように、THFに不溶な成分の2回目の昇温時のDSC曲線から求められるガラス転移温度が-50℃以上10℃以下であり、平均円形度が0.975~0.985であり、式1.5≦Bt-0.025×Ct≦3.0を満たすことで、表面の少なくとも一部が、金属元素の酸化物及び水酸化物の少なくとも一方と、有機化合物と、で被覆されている外添剤を使用しても、キャリアへの付着が抑制され、経時でのトナー帯電性が低下しないため、高いレベルでトナー飛散を抑制することができる。
外添剤のキャリアへの付着は、トナーとキャリアが現像器内で撹拌され混合されているときに、外添剤がキャリアへ接触して移行することで起こる。トナーの平均円形度は、トナーの比較的大きな凹凸形状の程度を表しており、平均円形度が高いとトナーは凹凸が少なく小さくなる。
凹部があると外添剤をトナー母粒子に付着、固定化させる際に、その凹部に入り込みトナー母粒子に十分に固定化できないが、平均円形度が0.975以上0.985以下であるとそれを抑制して外添剤がより均一に母粒子に固定化した状態にでき、キャリアへの付着を抑制することができる。
式1.5≦Bt-0.025×Ct≦3.0は、実質的にトナー母粒子のBET比表面積を表しており、Bt-0.025×Ctが大きいとトナーの微細な凹凸が多くなる。トナーに微細な凹凸が多いと、外添剤のトナーへの接触面積が増加し、外添剤をトナー母粒子により固定化できるため、キャリアへの付着を抑制することができる。
円形度とBt-0.025×Ctを上述の範囲とするための工法としては、エステル伸長法が適しており、乳化凝集工法のようにトナー粒子をまず凝集させ加熱融着させるトナーの場合は加熱温度がガラス転移温度以上となる。このため、融着させる過程で表面は滑らかになり微細な凹凸はなくなり、トナー母粒子のBET比表面積は小さくなる。
また、混錬粉砕法により製造する場合には、円形度を高くすることはできない。エステル伸長法を用いて、従来検討されてきた円形度と母粒子のBET比表面積の範囲を越えた特性とすることで、本実施形態が得られるに至った。
一方、THFに不溶な成分の2回目の昇温時のDSC曲線から求められるガラス転移温度が-50℃以上10℃以下であることは、トナー中に低ガラス転移温度の架橋成分を含有することを表し、低温定着性を大きく向上させることができるが、それだけでなく、円形度とBt-0.025×Ctが上述の範囲において、この成分を含有しない場合と比較して外添剤のキャリアへの付着を大きく抑制できることが、検討の結果明らかとなった。
この理由については明らかとなっていないが、低ガラス転移温度の架橋成分がトナー母粒子表面に適度な付着性と弾性を付与し、外添剤のトナー母粒子表面からの遊離を抑制して表面に保持する効果を発現したものと考えられる。
外添剤の表面の少なくとも一部が、金属元素の酸化物または水酸化物と、有機化合物で被覆されている外添剤を使用することで、トナーに流動性と帯電安定性を付与することができる。特に、外添剤がシリカ等の場合は、流動性に優れているが帯電安定性は不十分であり、一方、金属元素の酸化物または水酸化物、例えば酸化チタンやアルミナ、酸化亜鉛の単独の微粒子は帯電安定性に優れるものの流動性は不十分である。
これに対して、本実施形態では、外添剤の表面に金属元素の酸化物または水酸化物を被覆することで、流動性と帯電安定性の両方を持つ外添剤とすることができる。有機化合物での被覆は疎水性を付与するために必要であるが、この炭素鎖長を適切に選択することで疎水性と流動性を両立させ、より高いレベルの低温定着性と飛散の抑制を両立することができる。
<現像剤>
本実施形態に係る現像剤は、上述のトナーを含有する。本実施形態の現像剤は、一成分現像剤であってもよいし、二成分現像剤であってもよい。
本実施形態に係る現像剤は、上述のトナーを含有する。本実施形態の現像剤は、一成分現像剤であってもよいし、二成分現像剤であってもよい。
本実施形態の現像剤は、必要に応じて、キャリア等の成分をさらに含む。キャリアは、通常、芯材上に保護層が形成されている。
芯材を構成する材料としては、特に限定されないが、質量磁化が50~90emu/gのマンガン-ストロンチウム系材料、質量磁化が50~90emu/gのマンガン-マグネシウム系材料、質量磁化が100emu/g以上の鉄、質量磁化が75~120emu/gのマグネタイト等の高磁化材料、質量磁化が30~80emu/gの銅-亜鉛系等の低磁化材料等が挙げられる。
これらの芯材を構成する材料は、1種以上を単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
芯材の体積平均粒径は、通常、10~150μmであり、40~100μmであることが好ましい。
二成分現像剤中のキャリアの含有量は、通常、90~98質量%であり、93~97質量%でることが好ましい。
現像剤の流動性は、パウダーレオメータを用いて、トータルエネルギーを測定することにより評価することができる。ここで、パウダーレオメータについて説明する。
粒子の流動性を測定する場合、液体や固体、あるいは気体の流動性を測定する場合よりも、多くの要因から影響を受けるため、粒径や形状等の従来用いられているパラメータでは、正確な粒子の流動性を特定することが困難である。
また、流動性を特定するための測定すべき因子(例えば、粒径)を決定しても、実際には、その因子が流動性に与える影響が少ない場合や、他の因子との組み合わせによってのみ、その因子を測定する意義が発生する場合もあり、測定因子を決定することでさえ困難である。
さらに、粒子の流動性は、外的環境要因によっても著しく異なる。例えば、液体であれば、測定環境が変動しても、流動性の変動幅は、それ程大きくないが、粒子の流動性については、湿度や流動させる気体の状態等の外的環境要因によって大きく変動する。このような外的環境要因がいずれの測定因子に影響を与えるかは明確にはされていないため、厳密な測定条件下で測定しても、得られる測定値の再現性に乏しいのが実際である。
また、トナーの現像タンク内での流動性については、安息角、嵩密度等が指標として、用いられてきたが、これらの物性値は、流動性に対して間接的なものであり、流動性を定量化して管理することが困難であった。
これに対して、パウダーレオメータは、現像剤から測定機の回転翼にかかるトータルエネルギーを測定することができるため、流動性に起因する各要因を合算した値を得ることができる。
それゆえ、パウダーレオメータでは、従来のように、表面の物性値や粒度分布を調整して得られた現像剤について、測定すべき項目を決定し、各項目について最適物性値を見出して測定することなく、流動性を直接的に測定できる。その結果、パウダーレオメータを用いて、トータルエネルギーを確認するだけで、静電荷像現像用に用いる現像剤として好適であるかの判断が可能となる。
このような現像剤の製造管理は、現像剤の流動性を一定に保つことに関して、従来の間接的な値で管理する方法に比べ、極めて実用に適した方法である。また、測定条件を一定とすることも容易であり、測定値の再現性も高い。つまり、トータルエネルギーで流動性を特定する方法は、従来の方法に比べて、簡便かつ正確であり、信頼性も高い。
パウダーレオメータは、充填した粒子中を回転翼が螺旋状に回転することにより、回転トルクと垂直荷重とを同時に測定して、流動性を直接的に求める流動性測定装置である。回転トルクと垂直荷重の両方を測定することで、粒子自身の特性や外部環境の影響を含めた流動性について、高感度に検出することができる。また、粒子の充填の状態を一定とした上でトータルエネルギーを測定するため、再現性の良好なデータを得ることができる。
現像剤のパウダーレオメータを用いて、容器の容量25mL、プロペラ型の回転翼の先端速度10mm/s、プロペラ型の回転翼の進入角度-5°の条件で測定されるトータルエネルギーは、通常、200~350mJであり、200~300mJであることが好ましい。
現像剤のトータルエネルギーが200mJ以上であることにより、現像剤担持体の近傍から現像剤が噴出して、画像形成装置内を汚染することを抑制できる。一方、現像剤のトータルエネルギーが350mJ以下であることにより、トナーの耐久性を向上させることができる。
ロッキングミルを用いて、振動数700rpmの条件で、30gの現像剤を60分間撹拌混合した後の現像剤のトータルエネルギーは、通常、200~350mJであり、200~300mJであることが好ましい。
ロッキングミルを用いて、撹拌混合した後の現像剤のトータルエネルギーが200mJ以上であることにより、現像剤担持体の近傍から現像剤が噴出して、画像形成装置内を汚染することをさらに抑制できる。一方、ロッキングミルを用いて、撹拌混合した後の現像剤のトータルエネルギーが350mJ以下であることにより、トナーの耐久性を向上させることができる。
現像剤は、通常、公知の容器に収容して用いられる。
容器としては、特に限定されないが、容器本体とキャップを有する容器等が挙げられる。
容器本体の形状としては、特に限定されないが、円筒状等が挙げられる。
容器本体は、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、現像剤が排出口側に移行することが可能であり、スパイラル状の凹凸の一部又は全てが蛇腹機能を有することが好ましい。
容器本体の材質としては、特に限定されないが、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリアクリル酸、ポリカーボネート、ABS樹脂、ポリアセタール等の樹脂が挙げられる。
現像剤が収容されている容器は、保存、搬送等が容易であり、取扱性に優れるため、後述するプロセスカートリッジ、画像形成装置等に着脱可能に取り付け、現像剤の補給に使用することができる。
現像剤は、磁性一成分現像法、非磁性一成分現像法、二成分現像法等の電子写真法により画像を形成する公知の画像形成装置、プロセスカートリッジに適用することができる。
本実施形態の現像剤では、上述のトナーが用いられることで、上述のトナーで得られる効果がそのまま得られる。具体的には、本実施形態の現像剤を用いることにより、上述のトナーが使用されるため、現像剤におけるトナーのより高いレベルの低温定着性と飛散の抑制を両立することができる。
<トナー収容ユニット>
本実施形態に係るトナー収容ユニットは、上述のトナーを収容する。本明細書において、トナー収容ユニットは、トナーを収容する機能を有するユニットに、トナーを収容したものである。トナー収容ユニットの態様としては、例えば、トナー収容容器、現像器、プロセスカートリッジ等で構成されたものが挙げられる。
本実施形態に係るトナー収容ユニットは、上述のトナーを収容する。本明細書において、トナー収容ユニットは、トナーを収容する機能を有するユニットに、トナーを収容したものである。トナー収容ユニットの態様としては、例えば、トナー収容容器、現像器、プロセスカートリッジ等で構成されたものが挙げられる。
トナー収容容器は、トナーを収容した容器である。
現像器は、トナーを収容し現像する手段を有するものである。
プロセスカートリッジは、少なくとも像担持体と現像手段とを一体とし、トナーを収容し、画像形成装置に対して着脱可能であるものである。プロセスカートリッジは、さらに帯電手段、露光手段、クリーニング手段のから選ばれる少なくとも一つを備えてもよい。なお、本実施形態のトナー収容ユニットの一部を構成するプロセスカートリッジの具体例は、後述の図4に示す。
本実施形態のトナー収容ユニットでは、上述のトナーが用いられることで、上述のトナーで得られる効果がそのまま得られる。具体的には、本実施形態のトナー収容ユニットを画像形成装置に装着して画像形成することで、上述のトナーを用いて画像形成が行われるため、トナーのより高いレベルの低温定着性と飛散の抑制を両立することができる。
<画像形成装置>
本実施形態に係る画像形成装置は、感光体と、該感光体を帯電させる帯電部と、帯電した該感光体に露光して静電潜像を形成する露光部と、該感光体に形成された静電潜像を、上述のトナーを用いて現像してトナー像を形成する現像部と、該感光体に形成されたトナー像を記録媒体に転写する転写部と、該記録媒体に転写されたトナー像を定着させる定着部と、を有する。
本実施形態に係る画像形成装置は、感光体と、該感光体を帯電させる帯電部と、帯電した該感光体に露光して静電潜像を形成する露光部と、該感光体に形成された静電潜像を、上述のトナーを用いて現像してトナー像を形成する現像部と、該感光体に形成されたトナー像を記録媒体に転写する転写部と、該記録媒体に転写されたトナー像を定着させる定着部と、を有する。
具体的には、本実施形態に係る画像形成装置は、図1に示す本実施形態の画像形成装置の一例で構成することができる。
図1において、画像形成装置100Aは、感光体ドラム10と、帯電ローラ20と、露光装置(図示せず)と、現像器45(K、Y、M、C)と、中間転写ベルト50と、クリーニングブレードを有するクリーニング装置60と、除電ランプ70を有する。
中間転写ベルト50は、内側に配置されている3個のローラ51により支持されており、矢印方向に移動することができる。3個のローラ51の一部は、中間転写ベルト50に所定の転写バイアスを印加することが可能な転写バイアスローラとしても機能する。
また、中間転写ベルト50の近傍には、クリーニングブレードを有するクリーニング装置90が配置されている。さらに、記録紙Pにトナー像を転写するための転写バイアスを印加することが可能な転写ローラ80が中間転写ベルト50に対向して配置されている。
また、中間転写ベルト50の周囲には、中間転写ベルト50上のトナー像に電荷を付与するコロナ帯電器52が、感光体ドラム10と中間転写ベルト50の接触部と、中間転写ベルト50と記録紙Pの接触部との間に配置されている。
ブラック(K)、イエロー(Y)、マゼンタ(M)及びシアン(C)の各色の現像器4
5は、現像剤収容部42(K、Y、M、C)と、現像剤供給ローラ43(K、Y、M、C)と、現像ローラ44(K、Y、M、C)を備える。
5は、現像剤収容部42(K、Y、M、C)と、現像剤供給ローラ43(K、Y、M、C)と、現像ローラ44(K、Y、M、C)を備える。
画像形成装置100Aでは、帯電ローラ20により感光体ドラム10を一様に帯電させた後、露光装置(図示せず)により露光光Lを感光体ドラム10上に照射し、静電潜像を形成する。次に、感光体ドラム10上に形成された静電潜像を、現像器45から現像剤(上述のトナーが含まれる)を供給して現像してトナー像を形成した後、ローラ51から印加された転写バイアスにより、トナー像が中間転写ベルト50上に転写される。
さらに、中間転写ベルト50上のトナー像は、コロナ帯電器52により電荷を付与された後、記録紙P上に転写される。なお、感光体ドラム10上に残存したトナーは、クリーニング装置60により除去され、感光体ドラム10は、除電ランプ70により一旦、除電される。
なお、図1に示す画像形成装置100Aにおいて、感光体ドラム10、帯電ローラ20、露光装置、現像器45、中間転写ベルト50、転写ローラ80は、本実施形態の画像形成装置における感光体、帯電部、露光部、現像部、転写部、定着部の各一例である。
図2に、画像形成装置の他の例を示す。
図2において、画像形成装置100Bは、タンデム型カラー画像形成装置であり、複写機本体150と、給紙テーブル200と、スキャナ300と、原稿自動搬送装置(ADF)400を有する。
複写機本体150には、中間転写ベルト50が中央部に設置されている。
中間転写ベルト50は、ローラ14、15及び16により支持されており、矢印方向に回転することができる。
支持ローラ15の近傍には、中間転写ベルト50上に残留したトナーを除去するクリーニング装置17が配置されている。また、ローラ14とローラ15により支持されている中間転写ベルト50には、その搬送方向に沿って、ブラック(K)、イエロー(Y)、マゼンタ(M)及びシアン(C)の4個の画像形成ユニット120が対向して配置されている。
各色の画像形成ユニット120は、図2、図3に示すように、感光体ドラム10と、感光体ドラム10を一様に帯電させる帯電ローラ20と、感光体ドラム10(K、Y、M、C)に形成された静電潜像をブラック(K)、イエロー(Y)、マゼンタ(M)及びシアン(C)の各色の現像剤(上述のトナーが含まれる)で現像してトナー像を形成する現像器61と、各色のトナー像を中間転写ベルト50上に転写させる転写ローラ62と、クリーニング装置63と、除電ランプ64を備える。
また、画像形成ユニット120の近傍には、露光装置21が配置されている。露光装置21は、感光体ドラム10上に露光光Lを照射し、静電潜像を形成する。
さらに、中間転写ベルト50の画像形成ユニット120が配置された側とは反対側には、転写装置22が配置されている。転写装置22は、一対のローラ23により支持されている転写ベルト24であり、転写ベルト24上を搬送される記録紙と中間転写ベルト50が互いに接触することができる。
図2に戻って、転写装置22の近傍には、定着装置25が設置されている。定着装置25は、定着ベルト26と、定着ベルト26に押圧されて配置されている加圧ローラ27を有する。
また、転写装置22及び定着装置25の近傍に、記録紙の両面に画像を形成するために記録紙を反転させる反転装置28が設置されている。
次に、画像形成装置100Bにおけるフルカラー画像の形成について説明する。まず、原稿自動搬送装置(ADF)400の原稿台130上に原稿をセットするか、原稿自動搬送装置400を開いてスキャナ300のコンタクトガラス32上に原稿をセットし、原稿自動搬送装置400を閉じる。
次に、スタートスイッチ(図示せず)を押すと、原稿自動搬送装置400に原稿をセットした時は、原稿が搬送されてコンタクトガラス32上へと移動された後で、コンタクトガラス32上に原稿をセットした時は、直ちにスキャナ300が駆動し、第1走行体33及び第2走行体34が走行する。
このとき、第1走行体33により、光源からの光が照射されると共に、原稿面からの反射光を第2走行体34におけるミラーで反射し、結像レンズ35を通して読み取りセンサ36で受光される。これにより、カラー原稿(カラー画像)が読み取られ、ブラック、イエロー、マゼンタ及びシアンの各色の画像情報が得られる。
さらに、露光装置21により、得られた各色の画像情報に基づいて、各色の静電潜像が感光体ドラム10に形成された後、各色の静電潜像は、各色の画像形成ユニット120から供給された現像剤(上述のトナーが含まれる)で現像され、各色のトナー像が形成される。各色のトナー像は、ローラ14、15及び16により回転する中間転写ベルト50上に、順次重ねて転写され、中間転写ベルト50上に複合トナー像が形成される。
給紙テーブル200においては、給紙ローラ142の1つを選択的に回転させ、ペーパーバンク143に多段に備えられている給紙カセット144の1つから記録紙を繰り出す。そして、繰り出された記録紙を、分離ローラ145で1枚ずつ分離して給紙路146に送り出し、搬送ローラ147で搬送して複写機本体150内の給紙路148に導き、レジストローラ49に突き当てて止める。
あるいは、手差しトレイ54上の記録紙を繰り出し、分離ローラ58で1枚ずつ分離して手差し給紙路53に入れ、レジストローラ49に突き当てて止める。なお、レジストローラ49は、一般に接地して使用されるが、記録紙の紙粉を除去するために、バイアスが印加されている状態で使用してもよい。
そして、中間転写ベルト50上に形成された複合トナー像にタイミングを合わせてレジストローラ49を回転させ、中間転写ベルト50と転写装置22の間に記録紙を送り出し、複合トナー像を記録紙上に転写する。
複合トナー像が転写された記録紙は、転写装置22により搬送されて、定着装置25に送り出される。そして、定着装置25において、定着ベルト26及び加圧ローラ27により、加熱加圧されて複合トナー像が記録紙上に定着する。その後、記録紙は、切換爪55で切り換えて排出ローラ56により排出され、排紙トレイ57上にスタックされる。
あるいは、切換爪55で切り換えて反転装置28により反転されて再び転写位置へと導かれて、裏面にも画像を形成した後、排出ローラ56により排出され、排紙トレイ57上にスタックされる。
複合トナー像が転写された後に中間転写ベルト50上に残留したトナーは、クリーニング装置17により除去される。
なお、図2に示す画像形成装置100Bにおいて、感光体ドラム10、帯電ローラ20、露光装置21、画像形成ユニット120、中間転写ベルト50、定着装置25は、本実施形態の画像形成装置における感光体、帯電部、露光部、現像部、転写部、定着部の各一例である。
図4に、画像形成装置のさらに他の例としてプロセスカートリッジの一例を示す。
プロセスカートリッジ110は、感光体ドラム10、コロナ帯電器52、現像器40、転写ローラ80及びクリーニング装置90を有する。
図4において、プロセスカートリッジ110では、コロナ帯電器52により一様に帯電させた感光体ドラム10上に、露光装置(図示せず)により露光光Lを照射し、静電潜像を形成する。次に、感光体ドラム10上に形成された静電潜像を、現像器40から現像剤(上述のトナーが含まれる)を供給して現像してトナー像を形成した後、コロナ帯電器52で印加された転写バイアスにより、感光体ドラム10上にトナー像が形成される。
感光体ドラム10上に形成されたトナー像は、転写ローラ80により、記録紙P上に転写される。感光体ドラム10上に残存したトナーは、クリーニング装置90により除去される。
なお、図3に示す画像形成装置100Bにおいて、感光体ドラム10、コロナ帯電器52、露光装置、現像器40は、本実施形態の画像形成装置における感光体、帯電部、露光部、現像部の各一例である。また、感光体ドラム10は、本実施形態の画像形成装置における転写部の一例でもある。さらに、転写ローラ80は、本実施形態の画像形成装置における定着部の一例である。
本実施形態の画像形成装置では、上述のトナーが含まれる現像剤が用いられることで、上述のトナーで得られる効果がそのまま得られる。具体的には、本実施形態の画像形成装置を用いることで、上述のトナーが含まれる現像剤を用いて画像形成が行われるため、画像形成におけるトナーのより高いレベルの低温定着性と飛散の抑制を両立することができる。
<画像形成方法>
本実施形態に係る画像形成方法は、感光体を帯電させる帯電工程と、帯電した該感光体に露光して静電潜像を形成する露光工程と、該感光体に形成された静電潜像を、上述のトナーを用いて現像してトナー像を形成する現像工程と、該感光体に形成されたトナー像を記録媒体に転写する転写工程と、該記録媒体に転写されたトナー像を定着させる定着工程と、を有する。
本実施形態に係る画像形成方法は、感光体を帯電させる帯電工程と、帯電した該感光体に露光して静電潜像を形成する露光工程と、該感光体に形成された静電潜像を、上述のトナーを用いて現像してトナー像を形成する現像工程と、該感光体に形成されたトナー像を記録媒体に転写する転写工程と、該記録媒体に転写されたトナー像を定着させる定着工程と、を有する。
本実施形態に係る画像形成方法は、上述の図1、図2、図3に示す画像形成装置の各一例を実施することにより実現される。
具体的には、帯電工程は、図1の画像形成装置100A及び図2の画像形成装置100Bでは、それぞれの感光体ドラム10及び帯電ローラ20で実施され、感光体が帯電する。また、図3のプロセスカートリッジ110では、感光体ドラム10及びコロナ帯電器52で実施され、感光体が帯電する。
露光工程は、図1の画像形成装置100A及び図3のプロセスカートリッジ110では、それぞれの露光装置で実施され、帯電した感光体に露光して静電潜像が形成される。また、図2の画像形成装置100Bでは、露光装置21で実施され、帯電した感光体に露光して静電潜像が形成される。
現像工程は、図1の画像形成装置100Aでは、現像器45で実施され、感光体に形成された静電潜像が上述のトナーを用いて現像されトナー像が形成される。また、図2の画像形成装置100Bでは、画像形成ユニット120で実施される。さらに、図3のプロセスカートリッジ110では、現像器40で実施され、感光体に形成された静電潜像が上述のトナーを用いて現像されトナー像が形成される。
転写工程は、図1の画像形成装置100A及び図2の画像形成装置100Bでは、それぞれの中間転写ベルト50で実施され、感光体に形成されたトナー像が記録媒体に転写する。また、図3のプロセスカートリッジ110では、感光体ドラム10で実施され、感光体に形成されたトナー像が記録媒体に転写する。
定着工程は、図1の画像形成装置100A及び図3のプロセスカートリッジ110では、それぞれの転写ローラ80で実施され、転写されたトナー像を記録媒体に定着させる。また、図2の画像形成装置100Bでは、定着装置25で実施され、転写されたトナー像を記録媒体に定着させる。
本実施形態の画像形成方法では、上述のトナーが含まれる現像剤が用いられることで、上述のトナーで得られる効果がそのまま得られる。具体的には、本実施形態の画像形成方法を用いることで、上述のトナーが含まれる現像剤を用いて画像形成が行われるため、画像形成におけるトナーのより高いレベルの低温定着性と飛散の抑制を両立することができる。
以下、実施例を示して本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、以下において、「部」及び「%」は、特に断りのない限り、質量基準である。また、各種の試験及び評価は、下記の方法に従う。
[トナーの製造]
評価に用いたトナーの具体的な作製例について説明する。本発明で用いるトナーは、これらの例に限定されるものではない。
評価に用いたトナーの具体的な作製例について説明する。本発明で用いるトナーは、これらの例に限定されるものではない。
(ケチミンの合成)
撹拌棒及び温度計をセットした反応容器に、イソホロンジアミン170部及びメチルエチルケトン75部を仕込み、50℃で5時間反応させ、ケチミン化合物1を得た。ケチミン化合物1は、アミン価が418mgKOH/gであった。
撹拌棒及び温度計をセットした反応容器に、イソホロンジアミン170部及びメチルエチルケトン75部を仕込み、50℃で5時間反応させ、ケチミン化合物1を得た。ケチミン化合物1は、アミン価が418mgKOH/gであった。
(非晶質ポリエステルAの合成)
窒素導入管、脱水管、攪拌器及び熱電対をセットした反応容器に、ビスフェノールAのエチレンオキサイド2モル付加物(BisA-EO)、ビスフェノールAのプロピレンオキサイド3モル付加物(BisA-PO)、トリメチロールプロパン(TMP)、テレフタル酸及びアジピン酸を仕込んだ。
窒素導入管、脱水管、攪拌器及び熱電対をセットした反応容器に、ビスフェノールAのエチレンオキサイド2モル付加物(BisA-EO)、ビスフェノールAのプロピレンオキサイド3モル付加物(BisA-PO)、トリメチロールプロパン(TMP)、テレフタル酸及びアジピン酸を仕込んだ。
このとき、BisA-POとBisA-EOとTMPのモル比を38.6/57.9/3.5とし、テレフタル酸とアジピン酸のモル比を85/15とし、カルボキシル基に対する水酸基のモル比を1.12とし、全モノマーに対して、500ppmのチタンテトライソプロポキシドを添加した。
次に、230℃で8時間反応させた後、10~15mmHgの減圧下で4時間反応させた。さらに、全モノマーに対して、1mol%の無水トリメリット酸を添加した後、180℃で3時間反応させ、非晶質ポリエステルAを得た。非晶質ポリエステルAは、ガラス転移温度が61℃であり、重量平均分子量が13000であった。
上記融点、ガラス転移温度、重量平均分子量は、以下のようにして求めた。
[融点及びガラス転移温度]
示差走査熱量計(TAインスツルメント社製、Q-200)を用いて、融点及びガラス転移温度を測定した。具体的には、対象試料約5.0mgをアルミニウム製の試料容器に入れた後、試料容器をホルダーユニットに載せ、電気炉にセットした。次に、窒素雰囲気下、昇温速度10℃/minで-80℃から150℃まで昇温した。
示差走査熱量計(TAインスツルメント社製、Q-200)を用いて、融点及びガラス転移温度を測定した。具体的には、対象試料約5.0mgをアルミニウム製の試料容器に入れた後、試料容器をホルダーユニットに載せ、電気炉にセットした。次に、窒素雰囲気下、昇温速度10℃/minで-80℃から150℃まで昇温した。
得られたDSC曲線から、示差走査熱量計中の解析プログラムを用いて、対象試料のガラス転移温度を求めた。また、得られたDSC曲線から、示差走査熱量計中の解析プログラムを用いて、対象試料の吸熱ピークトップ温度を融点として求めた。
[重量平均分子量]
GPC測定装置(東ソー社製、HLC-8220GPC)及びカラム(東ソー社製、TSKgel、SuperHZM-H、15cm、3連)を用いて、重量平均分子量を測定した。具体的には、40℃のヒートチャンバー中でカラムを安定させた。
GPC測定装置(東ソー社製、HLC-8220GPC)及びカラム(東ソー社製、TSKgel、SuperHZM-H、15cm、3連)を用いて、重量平均分子量を測定した。具体的には、40℃のヒートチャンバー中でカラムを安定させた。
次に、1mL/minの流速でテトラヒドロフラン(THF)をカラムに流し、0.05~0.6質量%の試料のTHF溶液を50~200μL注入して、試料の重量平均分子量を測定した。このとき、数種の単分散ポリスチレン標準試料を用いて作成された検量線の対数値とカウント数との関係から、試料の重量平均分子量を算出した。
なお、標準ポリスチレン試料としては、重量平均分子量が6×102、2.1×103、4×103、1.75×104、5.1×104、1.1×105、3.9×105、8.6×105、2×106、4.48×106の試料(Pressure Chemical社製又は東ソー社製)を用いた。また、検出器としては、RI(屈折率)検出器を用いた。
(非晶質ポリエステルプレポリマーB-1の合成)
冷却管、撹拌機及び窒素導入管をセットした反応容器に、3-メチル-1,5-ペンタンジオール、アジピン酸及び無水トリメリット酸を仕込んだ。このとき、カルボキシル基に対する水酸基のモル比を1.5とし、全モノマー中の無水トリメリット酸の含有量を1mol%とし、全モノマーに対して、1000ppmのチタンテトライソプロポキシドを添加した。
冷却管、撹拌機及び窒素導入管をセットした反応容器に、3-メチル-1,5-ペンタンジオール、アジピン酸及び無水トリメリット酸を仕込んだ。このとき、カルボキシル基に対する水酸基のモル比を1.5とし、全モノマー中の無水トリメリット酸の含有量を1mol%とし、全モノマーに対して、1000ppmのチタンテトライソプロポキシドを添加した。
次に、4時間程度で200℃まで昇温し、さらに2時間で230℃まで昇温して、水が流出しなくなるまで反応させた後、10~15mmHgの減圧下で5時間反応させ、水酸基を有する非晶質ポリエステルを得た。
冷却管、撹拌機及び窒素導入管をセットした反応容器に、水酸基を有する非晶質ポリエステルとイソホロンジイソシアネートを仕込んだ。このとき、水酸基に対するイソシアネート基のモル比を2.0とした。次に、酢酸エチルで希釈した後、100℃で5時間反応させ、非晶質ポリエステルプレポリマーB-1の50%酢酸エチル溶液を得た。
加熱装置、撹拌機及び窒素導入管をセットした反応容器に、非晶質ポリエステルプレポリマーB-1の50%酢酸エチル溶液を仕込んで撹拌した後、ケチミン化合物1を滴下した。このとき、イソシアネート基に対するアミノ基のモル比を1とした。
次に、45℃で10時間撹拌した後、酢酸エチルの残量が100ppm以下になるまで50℃で減圧乾燥させ、非晶質ポリエステルB-1を得た。非晶質ポリエステルB-1は、ガラス転移温度が-55℃であり、重量平均分子量が130000であった。
(非晶質ポリエステルプレポリマーA-2の合成)
アジピン酸の代わりに、イソフタル酸を用いた以外は、(非晶質ポリエステルプレポリマーA-1の合成)と同様にして、非晶質ポリエステルプレポリマーA-2の50%酢酸エチル溶液、非晶質ポリエステルA-2を得た。非晶質ポリエステルA-2は、ガラス転移温度が5℃であり、重量平均分子量が120000であった。
アジピン酸の代わりに、イソフタル酸を用いた以外は、(非晶質ポリエステルプレポリマーA-1の合成)と同様にして、非晶質ポリエステルプレポリマーA-2の50%酢酸エチル溶液、非晶質ポリエステルA-2を得た。非晶質ポリエステルA-2は、ガラス転移温度が5℃であり、重量平均分子量が120000であった。
(結晶性ポリエステルCの合成)
窒素導入管、脱水管、攪拌器及び熱電対をセットした反応容器に、セバシン酸及び1,6-ヘキサンジオールを仕込んだ。このとき、カルボキシル基に対する水酸基のモル比を0.9とし、全モノマーに対して、500ppmのチタンテトライソプロポキシドを添加した。
窒素導入管、脱水管、攪拌器及び熱電対をセットした反応容器に、セバシン酸及び1,6-ヘキサンジオールを仕込んだ。このとき、カルボキシル基に対する水酸基のモル比を0.9とし、全モノマーに対して、500ppmのチタンテトライソプロポキシドを添加した。
次に、180℃で10時間反応させた後、200℃まで昇温して3時間反応させた。さらに、8.3kPaの減圧下で2時間反応させ、結晶性ポリエステルC-1を得た。結晶性ポリエステルC-1は、融点が67℃であり、重量平均分子量が25000であった。
(無機外添剤Aの作製)
まず、液相法で製造されたシリカ粒子(東ソーシリカ製、ニップシールSP-200、BET比表面積200m2/g)100gを2Lの水に分散し、85℃に加温した。次に、シリカ粒子に対してAl2O3換算で10質量%となる量の塩化アルミニウム水溶液を添加し、水酸化ナトリウム水溶液でpH5.5に調整した後、30分間攪拌しながら保持した後、濾過するとともに濾材上の残渣を水洗することによって洗浄ケーキを得た。
まず、液相法で製造されたシリカ粒子(東ソーシリカ製、ニップシールSP-200、BET比表面積200m2/g)100gを2Lの水に分散し、85℃に加温した。次に、シリカ粒子に対してAl2O3換算で10質量%となる量の塩化アルミニウム水溶液を添加し、水酸化ナトリウム水溶液でpH5.5に調整した後、30分間攪拌しながら保持した後、濾過するとともに濾材上の残渣を水洗することによって洗浄ケーキを得た。
次に、この洗浄ケーキを120℃で乾燥した後、メディア式微粉砕機で粉砕した。最後に、得られた粉体40gを小型ミキサーへ投入し、デシルトリメトキシシラン10gを添加して15分混合した後、120℃で再乾燥することによって、無機外添剤Aを作製した。
(無機外添剤Bの作製)
まず、液相法で製造されたシリカ粒子(東ソーシリカ製、ニップシールSP-200、BET比表面積200m2/g)100gを2Lの水に分散し、85℃に加温した。次に、シリカ粒子に対してZnO換算で10質量%となる量の塩化亜鉛水溶液を添加し、水酸化ナトリウム水溶液でpH8.0に調整した後、30分間攪拌しながら保持した後、濾過するとともに濾材上の残渣を水洗することによって洗浄ケーキを得た。
まず、液相法で製造されたシリカ粒子(東ソーシリカ製、ニップシールSP-200、BET比表面積200m2/g)100gを2Lの水に分散し、85℃に加温した。次に、シリカ粒子に対してZnO換算で10質量%となる量の塩化亜鉛水溶液を添加し、水酸化ナトリウム水溶液でpH8.0に調整した後、30分間攪拌しながら保持した後、濾過するとともに濾材上の残渣を水洗することによって洗浄ケーキを得た。
次に、この洗浄ケーキを120℃で乾燥した後、メディア式微粉砕機で粉砕した。最後に、得られた粉体40gを小型ミキサーへ投入し、デシルトリメトキシシラン10gを添加して15分混合した後、120℃で再乾燥することによって、無機外添剤Bを作製した。
(無機外添剤Cの作製)
デシルトリメトキシシランの代わりにイソブチルトリメトキシシランを用いた以外は、無機外添剤Aと同様にして、無機外添剤Cを作製した。
デシルトリメトキシシランの代わりにイソブチルトリメトキシシランを用いた以外は、無機外添剤Aと同様にして、無機外添剤Cを作製した。
(無機外添剤Dの作製)
塩化アルミニウム水溶液の添加(pH5.5への調整及び30分間の攪拌保持を含む)を行わなかった以外は、無機外添剤Aと同様にして、無機外添剤Dを作製した。
塩化アルミニウム水溶液の添加(pH5.5への調整及び30分間の攪拌保持を含む)を行わなかった以外は、無機外添剤Aと同様にして、無機外添剤Dを作製した。
[平均一次粒子径]
電界放射型走査電子顕微鏡(日立ハイテク社製、SU8230)を用いて無機外添剤のSEM画像を取得し、画像解析により個数平均粒子径を測定した。まず、無機外添剤をテトラヒドロフランに分散させた後、基板上で溶剤を除去して乾固させた。このサンプルを上記のSEMにて観察して画像を取得し、各々の粒子について一次粒子の最大長さを計測した。50粒子の平均値を算出し、平均一次粒子径とした。
電界放射型走査電子顕微鏡(日立ハイテク社製、SU8230)を用いて無機外添剤のSEM画像を取得し、画像解析により個数平均粒子径を測定した。まず、無機外添剤をテトラヒドロフランに分散させた後、基板上で溶剤を除去して乾固させた。このサンプルを上記のSEMにて観察して画像を取得し、各々の粒子について一次粒子の最大長さを計測した。50粒子の平均値を算出し、平均一次粒子径とした。
SEMの測定条件の一例を示す。
[SEMの測定条件]
加速電圧:2.0kV
WD(Working Distance):5.0mm
観察倍率:100000倍
加速電圧:2.0kV
WD(Working Distance):5.0mm
観察倍率:100000倍
無機外添剤A~無機外添剤Bの条件を表1に示す。
(ワックス分散剤1の合成)
温度計及び撹拌機をセットしたオートクレーブ反応槽に、キシレン480部、融点が108℃、重量平均分子量が1000のポリエチレン(三洋化成工業社製、サンワックス151P)100部を仕込んだ後、ポリエチレンを溶解させ、窒素置換した。
温度計及び撹拌機をセットしたオートクレーブ反応槽に、キシレン480部、融点が108℃、重量平均分子量が1000のポリエチレン(三洋化成工業社製、サンワックス151P)100部を仕込んだ後、ポリエチレンを溶解させ、窒素置換した。
次に、スチレン805部、アクリロニトリル50部、アクリル酸ブチル45部、ジ-t-ブチルパーオキサイド36部及びキシレン100部の混合液を3時間で滴下しながら、170℃で重合し、30分間保持した。さらに、脱溶剤し、ワックス分散剤1を得た。ワックス分散剤1は、ガラス転移温度が65℃であり、重量平均分子量が18000であった。
(ワックス分散液1の調製)
撹拌棒及び温度計をセットした容器に、融点が75℃のパラフィンワックス(日本精鑞社製、HNP-9)300部、150部のワックス分散剤1及び酢酸エチル1800部を仕込んだ。
撹拌棒及び温度計をセットした容器に、融点が75℃のパラフィンワックス(日本精鑞社製、HNP-9)300部、150部のワックス分散剤1及び酢酸エチル1800部を仕込んだ。
次に、撹拌しながら、80℃まで昇温し、5時間保持した後、1時間で30℃まで冷却した。さらに、ビーズミル(アイメックス社製、ウルトラビスコミル)を用いて、直径が0.5mmのジルコニアビーズを80体積%充填し、3パスの条件で分散させ、ワックス分散液1を得た。このとき、送液速度を1kg/hとし、ディスクの周速度を6m/sとした。
(顔料マスターバッチの1作製)
ヘンシェルミキサー(日本コークス工業社製)を用いて、水1200部、DBP吸油量が42mL/100mg、pHが9.5のカーボンブラック(デクサ社製、Printex35)500部及び500部の非晶質ポリエステルAを混合した後、2本ロールを用いて、150℃で30分間混練した。次に、圧延冷却した後、パルペライザーを用いて粉砕し、顔料マスターバッチ1を得た。
ヘンシェルミキサー(日本コークス工業社製)を用いて、水1200部、DBP吸油量が42mL/100mg、pHが9.5のカーボンブラック(デクサ社製、Printex35)500部及び500部の非晶質ポリエステルAを混合した後、2本ロールを用いて、150℃で30分間混練した。次に、圧延冷却した後、パルペライザーを用いて粉砕し、顔料マスターバッチ1を得た。
(結晶性ポリエステル分散液1の調製)
撹拌棒及び温度計をセットした容器に、308部の結晶性ポリエステルC及び酢酸エチル1900部を仕込んだ。次に、撹拌しながら、80℃まで昇温し、5時間保持した後、1時間で30℃まで冷却した。
撹拌棒及び温度計をセットした容器に、308部の結晶性ポリエステルC及び酢酸エチル1900部を仕込んだ。次に、撹拌しながら、80℃まで昇温し、5時間保持した後、1時間で30℃まで冷却した。
さらに、ビーズミル(アイメックス社製、ウルトラビスコミル)を用いて、直径が0.5mmのジルコニアビーズを80体積%充填し、3パスの条件で分散させ、結晶性ポリエステル分散液1を得た。このとき、送液速度を1kg/hとし、ディスクの周速度を6m/sとした。
(油相1の調製)
非晶質ポリエステルAを320部、非晶質ポリエステルプレポリマーB-1の50%酢酸エチル溶液を100部、結晶性ポリエステル分散液1を210部、ワックス分散液1を220部、顔料マスターバッチ1を60部、及び酢酸エチル285部を容器に仕込んだ後、TKホモミキサー(プライミクス社製)を用いて、7000rpmで60分間混合し、油相1を得た。
非晶質ポリエステルAを320部、非晶質ポリエステルプレポリマーB-1の50%酢酸エチル溶液を100部、結晶性ポリエステル分散液1を210部、ワックス分散液1を220部、顔料マスターバッチ1を60部、及び酢酸エチル285部を容器に仕込んだ後、TKホモミキサー(プライミクス社製)を用いて、7000rpmで60分間混合し、油相1を得た。
(ビニル系樹脂分散液1の合成)
撹拌棒及び温度計をセットした反応容器に、水683部、メタクリル酸のエチレンオキサイド付加物の硫酸エステルのナトリウム塩(三洋化成工業社製、エレミノール(登録商標)RS-30)11部、スチレン138部、メタクリル酸138部及び過硫酸アンモニウム1部を仕込んだ後、400rpmで15分間撹拌し、白色の乳濁液を得た。
撹拌棒及び温度計をセットした反応容器に、水683部、メタクリル酸のエチレンオキサイド付加物の硫酸エステルのナトリウム塩(三洋化成工業社製、エレミノール(登録商標)RS-30)11部、スチレン138部、メタクリル酸138部及び過硫酸アンモニウム1部を仕込んだ後、400rpmで15分間撹拌し、白色の乳濁液を得た。
次に、系内の温度を75℃まで昇温し、5時間反応させた後、1%過硫酸アンモニウム水溶液30部を添加して、75℃で5時間熟成し、ビニル系樹脂分散液1を得た。ビニル系樹脂分散液1は、体積平均粒径が0.14μmであった。
なお、ビニル系樹脂分散液1の体積平均粒径は、レーザ回折/散乱式粒度分布測定装置(HORIBA社製、LA-920)を用いて測定した。
(水相1の調製)
水を990部、ビニル系樹脂分散液1を83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48.5%水溶液(三洋化成工業社製、エレミノール(登録商標)MON-7)を37部及び酢酸エチル90部を混合撹拌し、乳白色の水相1を得た。
水を990部、ビニル系樹脂分散液1を83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48.5%水溶液(三洋化成工業社製、エレミノール(登録商標)MON-7)を37部及び酢酸エチル90部を混合撹拌し、乳白色の水相1を得た。
[乳化・脱溶剤]
油相1が400部入った容器に、0.2部のケチミン1及び600部の水相1を添加した後、TKホモミキサーを用いて、下記の撹拌1~3を続けて行い乳化スラリー1を得た。
油相1が400部入った容器に、0.2部のケチミン1及び600部の水相1を添加した後、TKホモミキサーを用いて、下記の撹拌1~3を続けて行い乳化スラリー1を得た。
撹拌1:8000rpmで2分間混合する
撹拌2:2000rpmで1分間混合する
撹拌3:500rpmで20分間混合する
撹拌2:2000rpmで1分間混合する
撹拌3:500rpmで20分間混合する
撹拌機及び温度計をセットした容器に、乳化スラリー1を仕込み、30℃で8時間脱溶剤した後、45℃で4時間熟成し、分散スラリー1を得た。
[洗浄・加熱処理・乾燥]
100部の分散スラリー1を減圧濾過した。次に、濾過ケーキにイオン交換水100部を添加し、TKホモミキサーを用いて、12000rpmで10分間混合した後、濾過した(以下、洗浄工程(1)という)。
100部の分散スラリー1を減圧濾過した。次に、濾過ケーキにイオン交換水100部を添加し、TKホモミキサーを用いて、12000rpmで10分間混合した後、濾過した(以下、洗浄工程(1)という)。
さらに、濾過ケーキに10%水酸化ナトリウム水溶液100部を添加し、TKホモミキサーを用いて、12000rpmで30分間混合した後、減圧濾過した(以下、洗浄工程(2)という)。
次に、濾過ケーキに10%塩酸100部を添加し、TKホモミキサーを用いて、12000rpmで10分間混合した後、濾過した(以下、洗浄工程(3)という)。
さらに、濾過ケーキにイオン交換水300部を添加し、TKホモミキサーを用いて、12000rpmで10分間混合した後、濾過した(以下、洗浄工程(4)という)。このとき、洗浄工程(1)~(4)の操作を2回繰り返した。
濾過ケーキにイオン交換水100部を添加し、TKホモミキサーを用いて、12000rpmで10分間混合し、50℃で15分間加熱処理した後、濾過した。
循風乾燥機を用いて、45℃で48時間濾過ケーキを乾燥させた後、目開きが75μmのメッシュで篩い、母体粒子を得た。
[外添剤混合]
(実施例1)
トナー母体粒子1の100部に疎水性シリカ(電気化学社製、UFP(登録商標)-35)を2.0部、疎水性シリカ(日本アエロジル社製、NX-90G)を1.5部、無機外添剤Aを1.0部、ヘンシェルミキサーにて混合し、目開き500メッシュの篩を通過させ、トナー1を得た。
(実施例1)
トナー母体粒子1の100部に疎水性シリカ(電気化学社製、UFP(登録商標)-35)を2.0部、疎水性シリカ(日本アエロジル社製、NX-90G)を1.5部、無機外添剤Aを1.0部、ヘンシェルミキサーにて混合し、目開き500メッシュの篩を通過させ、トナー1を得た。
(実施例2)
実施例1の油相1の調製において、酢酸エチル180部を100部に変更し、撹拌1~3のうち撹拌2を行わない以外は、実施例1と同様に操作し、トナー2を得た。
実施例1の油相1の調製において、酢酸エチル180部を100部に変更し、撹拌1~3のうち撹拌2を行わない以外は、実施例1と同様に操作し、トナー2を得た。
(実施例3)
実施例1の水相1の調製において、水990部を870部にし、さらに水酸化ナトリウムの10%水溶液120部を加えた変更した以外は、実施例1と同様に操作し、トナー3を得た。
実施例1の水相1の調製において、水990部を870部にし、さらに水酸化ナトリウムの10%水溶液120部を加えた変更した以外は、実施例1と同様に操作し、トナー3を得た。
(実施例4)
実施例1の水相1の調製において、水990部を810部にし、さらに水酸化ナトリウムの10%水溶液180部を加え、洗浄・加熱処理を50℃で15分間から50℃で0分間に変更した以外は、実施例1同様に操作し、トナー4を得た。
実施例1の水相1の調製において、水990部を810部にし、さらに水酸化ナトリウムの10%水溶液180部を加え、洗浄・加熱処理を50℃で15分間から50℃で0分間に変更した以外は、実施例1同様に操作し、トナー4を得た。
(実施例5)
実施例2の乳化・脱溶剤において、撹拌2も行う以外は、実施例2と同様に操作し、トナー5を得た。
実施例2の乳化・脱溶剤において、撹拌2も行う以外は、実施例2と同様に操作し、トナー5を得た。
(実施例6)
実施例5の油相1の調製において、酢酸エチル180部を100部に変更した以外は、実施例5と同様に操作し、トナー6を得た。
実施例5の油相1の調製において、酢酸エチル180部を100部に変更した以外は、実施例5と同様に操作し、トナー6を得た。
(実施例7)
実施例3の油相1の調製において、酢酸エチル180部を50部に変更した以外は、実施例3と同様に操作し、トナー7を得た。
実施例3の油相1の調製において、酢酸エチル180部を50部に変更した以外は、実施例3と同様に操作し、トナー7を得た。
(実施例8)
実施例7の洗浄・加熱処理・乾燥を50℃で15分間から50℃で0分間に変更した以外は、実施例7と同様に操作し、トナー8を得た。
実施例7の洗浄・加熱処理・乾燥を50℃で15分間から50℃で0分間に変更した以外は、実施例7と同様に操作し、トナー8を得た。
(実施例9)
実施例8の水相1の調製において、水870部を810部にし、水酸化ナトリウムの10%水溶液120部を180部に変更した以外は、実施例8と同様に操作し、トナー9を得た。
実施例8の水相1の調製において、水870部を810部にし、水酸化ナトリウムの10%水溶液120部を180部に変更した以外は、実施例8と同様に操作し、トナー9を得た。
(実施例10)
実施例9の外添剤混合において、無機外添剤A1.0部を無機外添剤B1.0部に変更した以外は、実施例9と同様に操作し、トナー10を得た。
実施例9の外添剤混合において、無機外添剤A1.0部を無機外添剤B1.0部に変更した以外は、実施例9と同様に操作し、トナー10を得た。
(実施例11)
実施例9の外添剤混合において、疎水性シリカ1.5部を0.5部に、無機外添剤A1.0部を無機外添剤C1.0部に変更した以外は、実施例9と同様に操作し、トナー11を得た。
実施例9の外添剤混合において、疎水性シリカ1.5部を0.5部に、無機外添剤A1.0部を無機外添剤C1.0部に変更した以外は、実施例9と同様に操作し、トナー11を得た。
(比較例1)
実施例1の油相1の作製において、非晶質ポリエステルプレポリマーB-1の50%酢酸エチル溶液100部を非晶質ポリエステルプレポリマーB-2の50%酢酸エチル溶液100部に変更した以外は、実施例1と同様に操作し、トナー12を得た。
実施例1の油相1の作製において、非晶質ポリエステルプレポリマーB-1の50%酢酸エチル溶液100部を非晶質ポリエステルプレポリマーB-2の50%酢酸エチル溶液100部に変更した以外は、実施例1と同様に操作し、トナー12を得た。
(比較例2)
実施例1の乳化・脱溶剤において、撹拌1~3のうち撹拌2は行わない以外は、実施例1と同様に操作し、トナー13を得た。
実施例1の乳化・脱溶剤において、撹拌1~3のうち撹拌2は行わない以外は、実施例1と同様に操作し、トナー13を得た。
(比較例3)
比較例2の洗浄・加熱処理・乾燥を50℃で15分間から50℃で30分間に変更した以外は、比較例2と同様に操作し、トナー14を得た。
比較例2の洗浄・加熱処理・乾燥を50℃で15分間から50℃で30分間に変更した以外は、比較例2と同様に操作し、トナー14を得た。
(比較例4)
実施例4の洗浄・加熱処理・乾燥を50℃で15分間から加熱処理なしに変更した以外は、実施例4と同様に操作し、トナー15を得た。
実施例4の洗浄・加熱処理・乾燥を50℃で15分間から加熱処理なしに変更した以外は、実施例4と同様に操作し、トナー15を得た。
(比較例5)
実施例1の外添剤混合において、無機外添剤A1.0部を無機外添剤D1.0部に変更した以外は、実施例1と同様に操作し、トナー16を得た。
実施例1の外添剤混合において、無機外添剤A1.0部を無機外添剤D1.0部に変更した以外は、実施例1と同様に操作し、トナー16を得た。
(比較例6)
実施例1の外添剤混合において、疎水性シリカ1.5部を2.0部に、無機外添剤A1.0部を疎水性酸化チタン(チタン工業社、ST-550製)1.0部に変更した以外は、実施例1と同様に操作し、トナー17を得た。
実施例1の外添剤混合において、疎水性シリカ1.5部を2.0部に、無機外添剤A1.0部を疎水性酸化チタン(チタン工業社、ST-550製)1.0部に変更した以外は、実施例1と同様に操作し、トナー17を得た。
[体積平均粒径Dv]
コールターカウンター(ベックマン・コールター社製、コールターマルチサイザーII)を用いて、トナーのDvを測定した。まず、電解質水溶液100mL~150mL中に、分散剤として、ポリオキシエチレンアルキルエーテル0.1mL~5mLを加えた。
コールターカウンター(ベックマン・コールター社製、コールターマルチサイザーII)を用いて、トナーのDvを測定した。まず、電解質水溶液100mL~150mL中に、分散剤として、ポリオキシエチレンアルキルエーテル0.1mL~5mLを加えた。
ここで、電解質水溶液とは、1級塩化ナトリウムを用いて1%NaCl水溶液を調製したものであり、粒子粉体物性測定装置ISOTON-II(コールター社製、ISOTON-II)を使用した。さらに、トナー2mg~20mgを加えた。超音波分散機を用いて、トナーが懸濁した電解質水溶液を約1分間~3分間分散させた後、100μmアパーチャーを用いて、トナーの粒径と個数を測定して、Dvを求めた。
チャンネルとしては、2.00μm以上2.52μm未満;2.52μm以上3.17μm未満;3.17μm以上4.00μm未満;4.00μm以上5.04μm未満;5.04μm以上6.35μm未満;6.35μm以上8.00μm未満;8.00μm以上10.08μm未満;10.08μm以上12.70μm未満;12.70μm以上16.00μm未満;16.00μm以上20.20μm未満;20.20μm以上25.40μm未満;25.40μm以上32.00μm未満;32.00μm以上40.30μm未満の13チャンネルを使用し、粒径2.00μm以上40.30μm未満の粒子を対象とした。
[平均円形度]
湿式フロー式粒子径・形状分析装置及び解析ソフト(シスメックス社製、FPIA(登録商標)-2100 Data Processing Program for FPIA version00-10)を用いて、トナーの平均円形度を測定した。
湿式フロー式粒子径・形状分析装置及び解析ソフト(シスメックス社製、FPIA(登録商標)-2100 Data Processing Program for FPIA version00-10)を用いて、トナーの平均円形度を測定した。
具体的には、ガラス製の100mLビーカーに、アルキルベンゼンスルホン酸塩(第一工業製薬社製、ネオゲン(登録商標)SC-A)の10%水溶液0.1~0.5mL及びトナー0.1~0.5gを添加した後、ミクロスパーテルを用いて、かき混ぜ、イオン交換水80mLを添加した。
次に、超音波分散機UH-50(STM社製)を用いて、20kHz、50W/10cm3の条件で1分間分散させた後、合計5分間分散させ、測定試料を得た。ここで、粒子濃度が4000~8000個/10-3cm3の測定試料を用いて、0.60μm以上159.21μm未満の円相当径を有する粒子の平均円形度を測定した。
[Bt-0.025×Ct]
下記の方法で求めたBtとCtから、Bt-0.025×Ctを計算した。
〔Bt〕
自動比表面積/細孔分布測定装置TriStar3000(島津製作所社製、TriStar3000)を用いて、Btを測定した。
下記の方法で求めたBtとCtから、Bt-0.025×Ctを計算した。
〔Bt〕
自動比表面積/細孔分布測定装置TriStar3000(島津製作所社製、TriStar3000)を用いて、Btを測定した。
具体的には、サンプルセルにトナー約1.0gを秤量した後、前処理スマートプレップ(島津製作所社製)を用いて、24時間真空乾燥させ、トナーの表面の不純物、水分を除去した。次に、前処理したトナーを自動比表面積/細孔分布測定装置にセットした後、窒素ガス吸着量と相対圧の関係を求め、BET多点法によりBtを求めた。
〔Ct〕
フィールドエミッション走査電子顕微鏡MERILIN(SIIナノテク社製、MERILIN)を用いて、トナーを観察し、Ctを求めた。
フィールドエミッション走査電子顕微鏡MERILIN(SIIナノテク社製、MERILIN)を用いて、トナーを観察し、Ctを求めた。
具体的には、次の手順で行った。まず、トナーの二次電子像を取得した。このとき、基板は、導電テープとし、トナーが基板より明るく映るようにし、画像全体に黒くつぶれた箇所と、白くとんだ箇所のないよう、コントラストを選んで取得した。次に、得られた像を画像編集・処理ソフトであるGIMPforWindows(登録商標)で読み込み、目視により外添剤と判断した箇所を黒(R:0、G:0、B:0)で塗りつぶした。
次に、二値化処理により黒で塗りつぶした箇所の画像全体に対する面積率Aを得た。さらに、GIMPforWindows(登録商標)で読み込んだ元画像に対し、適度な明るさの閾値で二値化処理し、トナー投影像の画像全体に対する面積率Bを得た。式A/Bにより、トナー投影像に対する外添剤領域の割合を求め、50個のトナーの平均値をCtとした。
SEMの測定条件の一例を以下に示す。
[SEMの測定条件]
加速電圧:3.0kV
WD(Working Distance):10.0mm
加速電圧:3.0kV
WD(Working Distance):10.0mm
(キャリアの作製)
トルエン100部に、オルガノストレートシリコーン100部、γ-(2-アミノエチル)アミノプロピルトリメトキシシラン5部及びカーボンブラック10部を添加した後、ホモミキサーを用いて、20分間分散させ、保護層用塗布液を得た。
トルエン100部に、オルガノストレートシリコーン100部、γ-(2-アミノエチル)アミノプロピルトリメトキシシラン5部及びカーボンブラック10部を添加した後、ホモミキサーを用いて、20分間分散させ、保護層用塗布液を得た。
流動床型コーティング装置を用いて、平均粒径が50μmの球状マグネタイト1000部に保護層用塗布液を塗布して、保護層を形成し、キャリアを得た。
(現像剤の作製)
ボールミルを用いて、トナー1を5部及びキャリアを95部混合し、現像剤1を得た。
ボールミルを用いて、トナー1を5部及びキャリアを95部混合し、現像剤1を得た。
現像剤1のトナー1をトナー2~トナー17に変更した以外は、現像剤1と同様にして、現像剤2~現像剤17を得た。
作製した二成分現像剤を用いて画像形成を行い、下記の性能評価を行った。
[低温定着性]
定着ローラとして、テフロン(登録商標)ローラを使用した複写機(リコー社製、Imagio(登録商標)MF2200)の定着部を改造した装置を用いて、PPC用紙(リコー社製、タイプ6200)に複写テストを行った。
定着ローラとして、テフロン(登録商標)ローラを使用した複写機(リコー社製、Imagio(登録商標)MF2200)の定着部を改造した装置を用いて、PPC用紙(リコー社製、タイプ6200)に複写テストを行った。
具体的には、定着温度を変化させてコールドオフセット温度(定着下限温度)を求め、下記基準により実施した。定着下限温度の評価条件は、紙送りの線速度を120mm/秒間~150mm/秒間、面圧を1.2kgf/cm2、ニップ幅を3mmとした。
〔評価基準〕
優:定着下限温度が110℃未満である
良:定着下限温度が110℃以上115℃未満である
不可:定着下限温度が115℃以上である
優:定着下限温度が110℃未満である
良:定着下限温度が110℃以上115℃未満である
不可:定着下限温度が115℃以上である
[帯電安定性]
各現像剤を用いて、画像面積率12%の文字画像パターンを用いて、連続100,000枚出力する耐久試験を実施し、そのときの帯電量の変化を評価した。現像スリーブ上から現像剤を少量採取し、ブローオフ法により帯電量変化を求め、下記基準により評価した。なお、可以上が実使用可能レベルである。
各現像剤を用いて、画像面積率12%の文字画像パターンを用いて、連続100,000枚出力する耐久試験を実施し、そのときの帯電量の変化を評価した。現像スリーブ上から現像剤を少量採取し、ブローオフ法により帯電量変化を求め、下記基準により評価した。なお、可以上が実使用可能レベルである。
〔評価基準〕
優:帯電量の変化が3μC/g未満
良:帯電量の変化が3μC/g以上6μC/g未満
可:帯電量の変化が6μC/g以上10μC/g未満
不可:帯電量の変化が10μC/g以上
優:帯電量の変化が3μC/g未満
良:帯電量の変化が3μC/g以上6μC/g未満
可:帯電量の変化が6μC/g以上10μC/g未満
不可:帯電量の変化が10μC/g以上
[トナー飛散]
画像形成装置(リコー社製、IPSIO(登録商標)Color8100)をオイルレス定着方式に改造してチューニングした評価機を用い、温度40℃、湿度90%RHの環境において、各現像剤を用いて画像面積率5%チャート連続100,000枚出力耐久試験を実施後、複写機内のトナー汚染状態を目視にて観察し、下記基準に基づいて評価した。なお、可以上が実使用可能レベルである。
画像形成装置(リコー社製、IPSIO(登録商標)Color8100)をオイルレス定着方式に改造してチューニングした評価機を用い、温度40℃、湿度90%RHの環境において、各現像剤を用いて画像面積率5%チャート連続100,000枚出力耐久試験を実施後、複写機内のトナー汚染状態を目視にて観察し、下記基準に基づいて評価した。なお、可以上が実使用可能レベルである。
〔評価基準〕
優:トナー汚れがまったく観察されず良好な状態である
良:わずかに汚れが観察される程度で問題とはならない
可:少し汚れが観察される程度である
不可:許容範囲外で非常に汚れがあり問題となる
優:トナー汚れがまったく観察されず良好な状態である
良:わずかに汚れが観察される程度で問題とはならない
可:少し汚れが観察される程度である
不可:許容範囲外で非常に汚れがあり問題となる
実施例1~11、及び比較例1~6の条件及び評価の結果を表2に示す。
表2より、実施例1~11は、低温定着性、帯電安定性、トナー飛散がいずれも良であった。このうち、実施例4~11は、帯電安定性、トナー飛散が向上した。中でも、実施例8~11は、帯電安定性、トナー飛散がさらに向上した。このうち、実施例11は、低温定着性が向上した。
これに対して、比較例1、6は、低温定着性が不可であった。また、比較例2~5は帯電安定性、トナー飛散が不可であった。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。
100A、100B 画像形成装置
110 プロセスカートリッジ
120 画像形成ユニット
130 原稿台
142 給紙ローラ
143 ペーパーバンク
144 給紙カセット
145 分離ローラ
146、148 給紙路
147 搬送ローラ
150 複写機本体
200 給紙テーブル
300 スキャナ
400 原稿自動搬送装置(ADF)
10(K、Y、M、C) 感光体ドラム
14、15、16 ローラ
17、60、63、90 クリーニング装置
20 帯電ローラ20
21 露光装置
22 転写装置
23 ローラ
24 転写ベルト
25 定着装置
26 定着ベルト
27 加圧ローラ
28 反転装置
32 コンタクトガラス
33 第1走行体
34 第2走行体
35 結像レンズ
36 読み取りセンサ
40 現像器
42(K、Y、M、C) 現像剤収容部
43(K、Y、M、C) 現像剤供給ローラ
44(K、Y、M、C) 現像ローラ
45(K、Y、M、C) 現像器
49 レジストローラ
50 中間転写ベルト
51 ローラ
52 コロナ帯電器
53 手差し給紙路
54 手差しトレイ
55 切換爪
56 排出ローラ
57 排紙トレイ
58 分離ローラ
61 現像器
62、80 転写ローラ
64、70 除電ランプ
L 露光光
P 記録紙
110 プロセスカートリッジ
120 画像形成ユニット
130 原稿台
142 給紙ローラ
143 ペーパーバンク
144 給紙カセット
145 分離ローラ
146、148 給紙路
147 搬送ローラ
150 複写機本体
200 給紙テーブル
300 スキャナ
400 原稿自動搬送装置(ADF)
10(K、Y、M、C) 感光体ドラム
14、15、16 ローラ
17、60、63、90 クリーニング装置
20 帯電ローラ20
21 露光装置
22 転写装置
23 ローラ
24 転写ベルト
25 定着装置
26 定着ベルト
27 加圧ローラ
28 反転装置
32 コンタクトガラス
33 第1走行体
34 第2走行体
35 結像レンズ
36 読み取りセンサ
40 現像器
42(K、Y、M、C) 現像剤収容部
43(K、Y、M、C) 現像剤供給ローラ
44(K、Y、M、C) 現像ローラ
45(K、Y、M、C) 現像器
49 レジストローラ
50 中間転写ベルト
51 ローラ
52 コロナ帯電器
53 手差し給紙路
54 手差しトレイ
55 切換爪
56 排出ローラ
57 排紙トレイ
58 分離ローラ
61 現像器
62、80 転写ローラ
64、70 除電ランプ
L 露光光
P 記録紙
Claims (11)
- 母体粒子と、外添剤と、を有するトナーであって、
THFに不溶な成分の2回目の昇温時のDSC曲線から求められるガラス転移温度が-50℃以上10℃以下であり、
平均円形度が0.975以上0.985以下であり、
BET比表面積をBt[m2/g]、外添剤により被覆されている被覆率をCt[%]とすると、式
1.5≦Bt-0.025×Ct≦3.0
を満たし、
前記外添剤の表面の少なくとも一部が、金属元素の酸化物及び水酸化物の少なくとも一方と、有機化合物と、で被覆されていることを特徴とする、トナー。 - 平均円形度が0.980以上0.985以下である、請求項1に記載のトナー。
- 式
2.0≦Bt-0.025×Ct≦3.0
を満たす、請求項1または2に記載のトナー。 - 前記外添剤がシリカである、請求項1乃至3のいずれか一項に記載のトナー。
- 前記金属元素が、アルミニウム、亜鉛、マグネシウム、バリウムから選択される少なくとも一種である、請求項1乃至4のいずれか一項に記載のトナー。
- 前記外添剤の平均一次粒子径が、15nm以上50nm以下である、請求項1乃至5のいずれか一項に記載のトナー。
- 前記外添剤は、炭素数が4以下のアルキルシランで被覆されている、請求項1乃至6のいずれか一項に記載のトナー。
- 請求項1乃至7のいずれか一項に記載のトナーを含有する、現像剤。
- 請求項1乃至7のいずれか一項に記載のトナーを収容した、トナー収容ユニット。
- 感光体と、
前記感光体を帯電させる帯電部と、
帯電した前記感光体に露光して静電潜像を形成する露光部と、
前記感光体に形成された静電潜像を、請求項1乃至7のいずれか一項に記載のトナーを用いて現像してトナー像を形成する現像部と、
前記感光体に形成されたトナー像を記録媒体に転写する転写部と、
前記記録媒体に転写されたトナー像を定着させる定着部と、を有する、画像形成装置。 - 感光体を帯電させる帯電工程と、
帯電した前記感光体に露光して静電潜像を形成する露光工程と、
前記感光体に形成された静電潜像を、請求項1乃至7のいずれか一項に記載のトナーを用いて現像してトナー像を形成する現像工程と、
前記感光体に形成されたトナー像を記録媒体に転写する転写工程と、
前記記録媒体に転写されたトナー像を定着させる定着工程と、を有する、画像形成方法。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021064036A JP2022159688A (ja) | 2021-04-05 | 2021-04-05 | トナー、現像剤、トナー収容ユニット、画像形成装置、及び画像形成方法 |
US17/657,471 US20220326632A1 (en) | 2021-04-05 | 2022-03-31 | Toner, developing agent, toner housing unit, image forming apparatus, and a method of forming images |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2021064036A JP2022159688A (ja) | 2021-04-05 | 2021-04-05 | トナー、現像剤、トナー収容ユニット、画像形成装置、及び画像形成方法 |
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2021
- 2021-04-05 JP JP2021064036A patent/JP2022159688A/ja active Pending
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2022
- 2022-03-31 US US17/657,471 patent/US20220326632A1/en active Pending
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US20220326632A1 (en) | 2022-10-13 |
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