JP2645500B2 - トナー組成物 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、電子写真法を利用した画像形成装置に用い
られるトナー組成物に関し、より詳細にはディジタル静
電潜像を反転現像するに適したトナー組成物に関する。

（従来技術及びその問題点） 従来より、電子写真法を利用した画像形成装置が多く
市販されている。この電子写真法を利用した画像形成装
置においては、一般に感光体を一様に帯電させ、この帯
電した感光体表面に画像露光を施し、光照射による帯電
電荷の減衰によって静電潜像を形成し、この静電潜像を
トナーによって現像して可視像化することでトナー画像
を得ている。そして、このトナー画像を所望の転写材に
転写し、転写材上に定着することで像形成物を出力して
得ている。

上記現像においては、一般に磁性体からなるキャリア
粒子とトナーの混合物を用いる二成分現像方式と、トナ
ーのみを使用する一成分現像方式に大別することがてき
る。二成分現像方式においてはトナーはキャリア粒子と
の摩擦混合によって適正な帯電量を得、また、一成分現
像方式においてもトナーはトナー同士や現像スリーブ、
穂切規制ブレード、トナー圧接ブレード等の摩擦帯電部
材との摩擦接触によって所定の帯電量を得ることによっ
て、静電潜像を構成する静電荷との静電引力によってト
ナーが感光体上に付着することで現像がなされるもので
ある。

近年、レーザープリンターやLEDプリンター等の画像
読取部と画像出力部が切り離された装置が用いられるよ
うになってきており、これらの装置においては、反転現
像方式即ち画像露光部の電荷の減衰したところにトナー
を付着させる方式が用いられている。（正現像は帯電電
荷の残っている部分にトナーを付着させる。）この、反
転現像方式においては多くはデイジタル処理された画像
信号をレーザー出力によって感光体上に像露光するもの
であり、階調性を表現する手段としては潜像を再現する
面積率で表現しており、トナーの粒子が揃っていないと
微妙な階調を表すことができなかったり、また、ライン
画像においても微細な細線が忠実に再現されなくなって
しまう。更に、デイジタル潜像を反転現像する場合、現
像スリーブ上に形成された磁気ブラシ中のトナーの存在
量が一様でないと画像がぬけたり、濃度のムラを発生し
やすく、現像剤の流動性、特に現像スリーブ上での搬送
性が一様に安定しなければならない。

また、反転現像方式においては現像スリーブに印加さ
れたバイアス電位がトナーの現像にかかわる推進力とな
っており、トナーの帯電量の変動によっ非画像部にトナ
ーが付着しやすくトナー帯電量の制御をより厳密に行な
う必要がある。

また、近年有機感光層を有する感光体を用いることが
多くなってきており、感光層を形成する樹脂媒質とトナ
ーとの親和性が高いために現像の繰り返しとともにトナ
ーフィルミングが発生しやすく、このためトナーのクリ
ーニング性の改善が要求されている。

本発明は上記点に鑑みてなされたものであり、その目
的は、反転現像方式において、画像ガブリや画像周辺部
でのトナーの飛び散りを発生することなく、レーザー露
光によって形成されたディジタル静電潜像を忠実に現像
して、細線再現性及び階調性に優れた画像が得られるト
ナー組成物を提供することにある。

更に、本発明の目的は帯電量の変動が少なく、有機感
光層へのトナーのフィルミイングを発生することのない
耐久性に優れた反転現像用トナー組成物を提供すること
にある。

（問題点を解決するための手段） 本発明によれば、像担持体上に形成されたデイジタル
静電潜像の現像に使用されるトナー組成物であって、少
なくとも、中心粒径が６乃至10μｍの範囲にあり、全粒
子の70％以上が中心粒径の0.6倍から1.2倍の粒径範囲内
にあり、且つ５μｍ未満の微粒子の含有率が10％以下、
16μｍ以上の粗大粒子の含有率が２％以下であるトナー
粒子と、式（Ｉ）で表されるポリメチルシリル基を有す
る有機シリコーン化合物で疎水化処理された疎水性シリ
カの混合物からなり、該トナー組成物の圧縮度〔（緩み
見掛け密度−固め見掛け密度）／緩み見掛け密度〕が35
乃至40％の範囲にあるトナー組成物が提供される。

また、上記トナー組成物は親水性アルミナ微粒子が配
合されていることが好ましい。

（作用） 本発明は、反転現像に適用するトナー組成物として、
中心粒径が特定の小粒径範囲にあるとともに、中心粒径
の前後の粒径範囲内に殆どの粒子が含包される極めてシ
ャープな粒度分布形態を有するトナーを、従来に比べて
流動性と疎水性が著しく向上した特定の疎水性シリカ微
粒子で表面処理したことに特徴を有するものである。

つまり、中心粒径を６乃至10μｍ、特に好ましくは７
乃至９μｍの粒径範囲にし、５μｍ未満の微粒子成分を
10％以下、16μｍ以上の粗大粒子成分を２％以下にして
中心粒径の0.6倍から1.2倍の粒径範囲内に全粒子の70％
以上が占めるように粒度特性を調整して小粒径化された
トナー粒子に、式（Ｉ）で表されるポリメチルシリル基
を有する有機シリコーン化合物で疎水化された疎水性シ
リカを配合してトナー組成物とすることにより、小粒径
化によるトナー粒子の流動性の低下を改善しながら、ド
ラム−スリーブ間での現像剤の搬送量を一様にし、更
に、磁気ブラシ中でのトナーの存在量と帯電電荷量を一
様に保つことが可能となって、レーザーによって書き込
まれた画像部の電荷減衰部に忠実にトナーが移行してデ
イジタル画像における画像濃淡表現及び階調性を良好に
し、細線画像も線幅が一様なキレのある画像に再現する
ことができるものである。

中心粒径が上記範囲を離れて大きくなると、微細細線
の再現性が低下して解像度に乏しい画像しか再現できな
くなり、また、中心粒径が上記範囲を離れて小さくなる
と流動性の著しい低下を招き、現像器内でトナーの凝集
物を発生したり、現像スリーブ上の磁気ブラシ中のトナ
ー存在量の変動による画像ムラを発生することになる。
更に、たとえ中心粒径が上記範囲を満足したとしても、
全粒子の70％以上が中心粒径の0.6倍から1.2倍の粒径で
ないと、磁気ブラシ中に不良帯電粒子を多く含有するこ
とになり画像濃度の低下や画像カブリを発生することに
なる。また、５μｍ未満の極微粒子成分と16μｍ以上の
粗大粒子成分のカットも重要であり、前述した範囲に調
整することでクリーニング性と画質を良好にする。更
に、本発明においては上記粒度特性を有するトナー粒子
に対して、式（Ｉ）で表されるポリメチルシリル基を有
する有機シリコーン化合物で表面処理された疎水性シリ
カを混合してトナー組成物を調整することが重要であ
る。即ち、上記の疎水性シリカを配合することによって
トナー組成物全体の流動性を高め、高温、高湿な悪環境
下においても現像トナー量を一定に維持できるととも
に、連続複写時のトナーの帯電不良を防止し、常に適性
帯電量のトナーを現像スリーブ上に供給して一様な磁気
ブラシを形成することができるのである。また、クリー
ニング不良を有効に防止することができる。この疎水性
シリカは、前記のトナー粒子100重量部に対して一般に
0.05乃至１重量部、特に0.1乃至0.5重量部を配合するこ
とが好ましく、トナー組成物全体の圧縮度が35乃至40
％、特に36乃至38％の範囲となるように調整する。圧縮
度が上記範囲を満たすものは、トナー粒子間に疎水性シ
リカが均一に介在してトナー粒子相互の滑りを良くし
て、適度に詰まった状態にあるといえる。そして、この
ようなトナー組成物はトナー収容容器中からの現像器へ
の補給性や現像器の撹拌部での撹拌性、磁気ブラシ中の
トナーの分散性を好ましい状態に維持することができ
る。即ち、上記範囲を外れて圧縮度が小さくなると、ト
ナー収容容器中からの現像器内への補給量が安定せず過
剰補給状態を発生し易くなってトナー飛散や画像カブリ
を誘発する。また、上記範囲よりも大きくなると、トナ
ー組成物全体の流動性が乏しく、トナー補給が満足に行
われず画像濃度を低下したり、現像撹拌部でブロッキン
グを発生して、現像スリーブや撹拌パドル等にトナーの
付着物を発生することがある。ここで圧縮度とは、下記
式（Ｉ）で表され、固め見掛け比重および緩み見掛け比
重は、「パウダテスタ」（ホソカワミクロン社製）によ
り測定される。

圧縮度は、粉体相互の混合状態を示すものである。

本発明のトナー組成物は、上述の如く特定粒度特性の
トナー粒子に特定の疎水性シリカを配合することによっ
て、極めて良好な反転現像用のトナー組成物となる。

（発明の好適態様） トナー粒子 本発明のトナーを構成する結着樹脂材料としては、帯
電性と定着性を考慮して種々の樹脂を使用することがで
きる。具体的には、スチレン系重合体、アクリル系重合
体、スチレン−アクリル系重合体、ポリエチレン、塩素
化ポリエチレン、ポリプロピレン、アイオノマー等のオ
レフィン系重合体、ポリ塩化ビニル、ポリエステル、ポ
エアミド、ポリウレタン、エポキシ樹脂、ジアリルフタ
レート樹脂、フェノール樹脂、ロジン変性マレイン酸樹
脂、ロジンエステル、石油樹脂等の各種重合体を一種ま
たは二種以上を用いることがてきる。また、着色剤とし
ては以下記す従来公知のトナー用の顔料や染料が使用さ
れる（以下、単に着色顔料と呼ぶ）。例えば、黒色顔料
としては、カーボンブラックが挙げられ、有彩色顔料と
しては、同フタロシアニン系シアン着色顔料、アゾ系イ
エロー着色顔料、アゾ系マゼンダ着色顔料、キナクリド
系マゼンダ着色顔料等が挙げられる。また、トナーに磁
性を与える為に、磁性材料顔料を含有させてもよく、例
えば、四三酸化鉄、三二酸化鉄、酸化鉄亜鉛、酸化鉄イ
ットリウム、酸化カドミウム、酸化鉄銅、酸化鉄亜鉛、
酸化鉄ネオジウム、酸化鉄バリウム、酸化鉄マグネシウ
ム、酸化鉄マンガン、酸化鉄ランタン、鉄粉、コバルト
粉、ニッケル粉等のそれ自体公知の磁性材料の微粉末の
任意のものを用いることができる。

これら着色顔料は結着樹脂100重量部当たり0.1乃至50
重量部、特に１乃至20重量部が好ましく使用される。

また、トナーの帯電電荷を調整するため電荷制御剤を
含有することができる。例えば、ニグロシン染料、オイ
ルブラック、スピロンブラック等の油溶性染料や、ナフ
テン酸、サリチル酸、オクチル酸、高級脂肪酸、樹脂酸
等のマンガン、鉄、コバルト、鉛、亜鉛、セリウム、カ
ルシウム、ニッケル等の金属塩や金属キレート、含金属
アゾ染料、ピリミジン化合物等を結着樹脂100重量部当
たり0.1乃至10重量部含有させることができる。

また、定着時のオフセットを防止するために、低分子
量ポリプロピレン、低分子量ポリエチレン、パラフィン
ワックス等の各種ワックス、炭素数４以上のオレフィン
系単量体の低分子量オレフィンワックス重合体、脂肪酸
アミド、シリコーンオイル等を結着樹脂100重量部当た
り0.1乃至５重量部配合することができる。

本発明に使用するトナー粒子は上記材料を使用してそ
れ自体公知の製造方法によって作成する。例えば、二軸
押し出し機、ロールミル等で溶融混練した後、混練物を
冷却、粉砕、分級して前述した粒度特性に調整すること
により得られる。また、トナー粒子は球形化、角取り等
を行ってもよい。

疎水性シリカ 本発明で使用する疎水性シリカは、高純度ヒュームド
シリカ（SiO₂:99.8％）を有機シリコンコンパウンドで
ある式（Ｉ）で表されるポリメチルシリル基を有する有
機シリコーン化合物で表面処理がなされたもので、その
もの自体が極めて疎水性が強く上記粒度特性のトナー粒
子と共に混合すると一次粒子状に分散して、トナー組成
物全体の流動性、摩擦帯電性、環境安定性を極めて向上
させることができ、適正な帯電電荷が付与されたトナー
粒子からなる磁気ブラシを繰り返し形成することがてき
る。粒径としては、一次粒子の平均粒径が0.0001乃至0.
1m、特に0.001乃至0.01μｍの範囲にあることが好まし
い。具体例としては、TS−720（キャボット社製、商品
名）を挙げることができる。

本発明のトナー組成物は磁性キャリアと混合して、二
成分系現像剤として使用するのが好ましい。磁性キャリ
アとしては、それ自体公知の磁性材料粒子が使用され
る。例えば、酸化鉄、還元鉄、銅、フェライト、ニッケ
ル、コバルト等やこれらの亜鉛、アルミニウム等の合金
等が使用される。これらのうら特に、フェライト粒子が
好ましく、例えば、Zn系フェライト、Ni系フェライト、
Cu系フェライト、Mn系フェライト、Ni−Zn系フェライ
ト、Mn−Mg系フェライト、Cu−Mg系フェライト、Mn−Zn
系フェライト、Mn−Cu−Zn系フェライト等が挙げられ
る。これらの磁性キャリアは未被覆のままで使用できる
が、樹脂成分で被覆していてもよく、例えば、スチレン
系樹脂、アクリル系樹脂、シリコーン樹脂、弗素系樹
脂、ケトン系樹脂、ポリエステル系樹脂、エポキシ樹
脂、メラミン樹脂等、ポリカーボネート樹脂等の一種又
は二種以上を被覆したものが使用される。これら磁性キ
ャリアの粒径としては、50乃至120μｍ、特に90乃至110
μｍの範囲ものものが好ましく使用される。そして、こ
れらの磁性キャリアと上記のトナー組成物とは、重量比
で表して99:1、乃至90:10、特に98:2乃至96:4の割合に
混合して使用される。また、現像条件としては、ブロー
オフ法で測定したトナーの帯電量が±15乃至±25μc/
g、特に±17乃至±23μc/gとなるように調整したものが
好ましく、感光体の表面電位が±600乃至±800V、特に
±650乃至±700Vの範囲に設定し、バイアス電位を±400
乃至±550V、特に±450乃至±500Vの範囲に印加した現
像条件下で使用することが好ましい。また、本発明のト
ナー組成物は、表面が樹脂分からなる有機感光体を摺擦
して現像する場合に特に好適であり、クリーニグ不良を
発生することがない。また、本発明のトナー組成物に
は、疎水性シリカの他にこの分野で使用される公知の表
面処理剤を配合してもよく、特に親水性のアルミナ粒子
が好適に使用される。このアルミナ粒子を使用する際は
疎水性シリカとの配合割合が重要で、疎水性シリカとア
ルミナ粒子との重量比が一般に、1:0.2乃至1:3、特に1:
0.5乃至1:1が好ましい。

上記説明してきたとおり、本発明のトナー組成物は、
小粒径且つ極めてシャープな粒度分布を有するトナー粒
子に特定の疎水性シリカを配合して混合することによ
り、流動性、帯電性、搬送性、耐環境性、耐凝集性、ク
リーニング性を良好にし、ディジタル潜像を忠実且つ鮮
鋭に現像して、カブリの発生、画像ムラ、画像濃度不良
を発生することなく解像度、階調性に優れたトナー画像
を繰り返し形成することができる。

以下、実施例及び比較例によって詳細に説明する。

（実施例１） 現像剤 スチレン−アクリル共重合体 100 重量部 カーボンブラック 8.5重量部 低分子量ポリプロピレン、ビスコール550P（三洋化成社
製、商品名） 1.8重量部 電荷制御剤、ボントロンＳ−34（オリエント化学社製、
商品名） 10 重量部 を溶融混練し、冷却後、粉砕、分級を行って中心粒径が
8.5μｍで、全粒子の75％が5.1μｍ〜10.2μｍの間に存
在し、16μｍ以上の粗大粒子の含有率は０％で、５μｍ
以下の微細粒子の含有率が３％のトナー粒子を得た。

そして、このトナー粒子100重量部に対して式（Ｉ）
で表されるポリメチルシリル基を有する有機シリコーン
化合物で疎水化処理された疎水性シリカ:TS−720（キャ
ボット社製、商品名）0.5重量部と、親水性のアルミナ
粒子：アルミニウムオキサイドＣ（日本アエロジル社
製、商品名）0.5重量部を配合し、ヘンシェルミキサー
によって混合してトナー組成物を得た。

そして、上記トナー組成物とアクリル系重合体によっ
て表面被覆された重量平均粒径が104μｍのフェライト
キャリアを重量比で3:97で混合して現像剤とした。

そして、電子写真複写機DC−1605（三田工業社製、商
品名）に半導体レーザーによる露光装置を搭載した改造
機を用いて、第１表に示す現像条件下で複写試験を行っ
た。

（実施例２） 実施例１においてトナー粒子の粒度特性をより小粒径
にし、シャープ化を図った。そして、疎水性シリカの量
を0.7重量部に増やし、他は同様にして現像剤を調整し
た。

次いで、表−１に示す現像条件下で複写試験を行っ
た。

（実施例３） 実施例１においてトナー粒子の中心粒径を大きくし、
微細粒子と粗大粒子の割合を少し増やした。また、磁性
キャリアの重量平均粒径を90μｍにした、これら以外は
同様にして現像剤を調整し、表−１に示す現像条件下で
複写試験を行った。

（比較例１） 実施例１と同様の処方から、中心粒径を10.5μｍと
し、6.3μｍ〜12.6μｍの間に全粒子の60％が存在し、1
6μｍ以上の粗大粒子の含有率は５％で、５μｍ以下の
微細粒子の含有率が３％のトナー粒子を得た。そして、
他は同様にして現状剤を調整し、表に示す現像条件下で
複写試験を行った。

（比較例２） 実施例１のトナー粒子を使用し、TS−720の代わり
に、従来からのアルキル基で疎水化処理された疎水性シ
リカ:R−972（日本アエロジル社製、商品名）0.5重量部
を使用した以外は同様にして現像剤を調整して、表に示
す現像条件下で複写試験を行った。

（比較例３） 実施例１と同様の処方から、中心粒径を7.2μｍと
し、4.3μｍ〜8.5μｍの間に全粒子の72％が存在し、16
μｍ以上の粗大粒子の含有率は０％で、５μｍ以下の微
細粒子の含有率が11％ののトナー粒子を得た。そして、
疎水性シリカの配合量を増量し、他は同様にして現像剤
を調整して表に示す現像条件下で複写試験を行った。

（比較例４） 実施例１と同様の処方から、中心粒径を5.8μｍと
し、3.5μｍ〜7.0μｍの間に全粒子の80％が存在し、16
μｍ以上の粗大粒子の含有率は０％で、５μｍ以下の微
細粒子の含有率が８％のトナー粒子を得た。そして、疎
水性シリカの配合量を増量し、磁性キャリアとして重量
平均粒径が80μｍのものを使用し、他は同様にして現像
剤を調整して表に示す現像条件下で複写試験を行った。

表中、クリーニング不良はクリーニング不良発生時の
複写枚数で表し、中間調の再現性は写真原稿との比較に
よって目視にて判断した。また、画像濃度とカブリ濃度
は反射濃度計による数値で表し、解像度は1mm当たりに
何本の細線画像が再現できるかで表し、画質については
得られた複写物の中央と両端及び前後で濃度差や解像度
の差が出ていないかで判断した。

表より、実施例のトナー組成物は長期にわたって良好
な画像が得られることがわかる。一方、比較例のトナー
組成物を使用すると、濃度の低下、解像度の低下、画質
のムラ、クリーニング不良等の何らかの不具合を発生
し、良好画像を安定に形成できなくなることがわかる。

（発明の効果） 本発明のトナー組成物は、デイジタル静電潜像を反転
現像する現像システムに極めて良好に作用し、良好画像
を長期間安定して供給することができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−133560（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−291666（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−216365（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−40951（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−83733（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−21945（ＪＰ，Ｕ)

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】像担持体上に形成されたディジタル静電潜
   像の現像に使用されるトナー組成物であって、 少なくとも、中心粒径が６乃至10μｍの範囲にあり、全
   粒子の70％以上が中心粒径の0.6倍から1.2倍の粒径範囲
   にあり、且つ５μｍ未満の微粒子の含有率が10％以下、
   16μｍ以上の粗大粒子の含有率が２％以下であるトナー
   粒子と、下記式で表されるポリメチルシリル基を有する
   有機シリコーン化合物で疎水化処理された疎水性シリカ
   との混合物からなり、トナー組成物の圧縮度が35乃至40
   ％であることを特徴とするトナー組成物。 ｎは１以上の整数を示す。
2. 【請求項２】疎水性シリカの配合量がトナー粒子100重
   量部当たり0.05乃至１重量部であることを特徴とする請
   求項１記載のトナー組成物。
3. 【請求項３】親水性アルミナが配合されていること特徴
   とする請求項１または２記載のトナー組成物。
4. 【請求項４】疎水性シリカと親水性アルミナの配合割合
   が（疎水性シリカ：親水性アルミナ）が1:0.2乃至1:3で
   あることを特徴とする請求項３記載のトナー組成物。