JP3874362B2 - トナー組成物 - Google Patents

Description

本発明はトナー組成物に係り，さらに詳しくは，感光体のフィルミング現像および画像のバックグラウンド現像を防止し，高画質の画像を提供できる乾式電子写真方式画像形成装置に用いられる乾式トナー組成物に関する。

近年，画像形成装置は高速で高画質の画像が得られるレーザプリンタ，ファクシミリ，複写機等を含む電子写真方式画像形成装置が一般化しつつある。このような電子写真方式画像形成装置は現像剤であるトナーの種類に応じて乾式と湿式とに区分される。

図１は，非接触現像方式の乾式電子写真方式画像形成装置を概略的に示した概略図である。図１を参照すれば，帯電装置６００を用いて感光体１００を帯電させた後，レーザ走査ユニット９００に画像を露光させて，感光体１００上に潜像を形成する。トナー４００は，供給ローラ３００により現像ローラ２００に供給される。トナー層規制装置５００は，現像ローラ２００に供給されたトナーを均一かつ薄厚に調節するが，同時に，現像ローラ２００とトナー層規制装置５００により，トナーが高摩擦帯電される。この過程で，現像領域に移動するトナーのＭ／Ａ及びＱ／Ｍが調節される。Ｍ／Ａは，トナー層規制装置を通過した後現像ローラ上で測定した，単位面積当たりのトナー質量（ｍｇ／ｃｍ^２）を意味し，Ｑ／Ｍは，トナー層規制装置を通過してから現像ローラ上で測定した，単位質量当たりのトナーの帯電量（μＣ／ｇ）を意味する。規制装置５００の部材を通過したトナーを，感光体１００に形成された静電潜像に現像し，現像されたトナーは，転写ローラ（図示せず）により記録媒体に転写され，定着器（図示せず）により定着される。転写された後感光体１００上に残留するトナーは，クリーニングブレード７００によりクリーニングされ，感光体１００は，再び帯電過程から反復して画像を形成する。

乾式トナーは，一般的に着色剤，結合剤，帯電制御剤及び離型剤を含んで形成され，その他トナーに求められる機能によって，添加剤をさらに含むことができる。添加剤はトナー粒子の内部に添加される内添剤と，トナー粒子の表面に添加される外添剤とに区分される。特に，トナーは，記録媒体上に印刷画像を形成する数μｍ程度の粒径を有する微粒子であって，帯電特性及び流動特性が，印刷画像の品質を左右する最も重要な影響因子である。従って，トナーに流動性，帯電安定性，クリーニング性などを与えるために，多種の化合物が外添剤としてトナー組成物に添加されうる。

一方，非接触非磁性１成分現像方式は，小型化が可能であり，カラー対応が容易であり，階調性に優れ高解像度の印字品質確保が可能であるという長所がある。しかし，非接触非磁性１成分現像方式の場合，安定的な現像性維持及びフォグ，飛散防止などのためには，初期印刷だけではなく，長期間かけた反復印刷後にも，トナーが所定の帯電量及び均一な帯電分布を維持することが必要である。

特開２００１−２６５０５１号公報 特開平４−０２１８６１号公報

しかしながら，トナーに均一な帯電性を与えるためには，現像ローラ上に薄層のトナー層を形成すべきであるが，このようにトナー層を薄くすれば，トナーがストレスを激しく受けることから，劣化しやすくなるなどの問題点があった。また，現像ローラ上で薄いトナー層を形成する際，トナーの帯電量が上昇して現像効率が急激に低下し，これにより画像濃度が低下し易くなる。このような現像効率の低下を改善するためにトナーの帯電量を下向調整すれば，フォグ（またはバックグラウンド）の増加やトナー飛散による汚染などの問題点が発生した。

そこで，本発明は，このような問題に鑑みてなされたもので，その目的は，環境変化及び長期間の画像印刷による経時的変化にも安定的なトナー帯電量及び帯電量分布を維持してフィルミング現像とフォグ発生を抑え，高画質の画像を得ることが可能な，新規かつ改良されたトナー組成物を提供することにある。

上記課題を解決するために，本発明のある観点によれば，着色剤，結合剤，帯電制御剤，及び離型剤を含むトナー粒子と外添剤を含み，上記の外添剤は，シリカ，チタン酸カルシウム，及び酸化セリウムを含むトナー組成物が提供される。

上記のシリカの含量は，上記トナー粒子１００質量部に対して０．１質量部〜８．０質量部であり，上記のチタン酸カルシウムの含量は，上記トナー粒子１００質量部に対して０．１質量部〜３．０質量部であり，上記の酸化セリウムの含量は，上記トナー粒子１００質量部に対して０．１質量部〜４．０質量部であってもよい。

上記のシリカは，１次粒子粒径が５ｎｍ〜２０ｎｍの範囲内である小粒子シリカの含量が上記トナー粒子１００質量部に対して０．１質量部〜４．０質量部であり，１次粒子粒径が３０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲内である大粒子シリカの含量が上記トナー粒子１００質量部に対して０．１質量部〜４．０質量部であってもよい。

上記のチタン酸カルシウムは，１次粒子粒径が５００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内であってもよい。

上記の酸化セリウムは，１次粒子粒径が１０００ｎｍ〜１５００ｎｍの範囲内であってもよい。

上記のシリカは，負帯電性であってもよい。

本発明によれば，トナー組成物に小粒子シリカ，大粒子シリカ，チタン酸カルシウム，および酸化セリウムを所定の成分比で含有する外添剤を添加することによって，画像濃度が安定的に維持され，フォグ現像が発生せず，供給性に優れ，フィルミング現像も発生しないトナー組成物を提供することができる。

以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

本発明の第１の実施形態に係るトナー組成物は，着色剤，結合剤，帯電制御剤，及び離型剤を含むトナー粒子と外添剤とを含む。

着色剤は，染料系着色剤と顔料系着色剤とがあり，公知のトナー用着色剤であればいずれも使用可能であるが，特に，熱安定性及び耐光性に優れる顔料系着色剤を使用することが望ましい。本実施形態のトナー組成物に使用できる顔料系着色剤は，例えば，アゾ系顔料，フタロシアニン系顔料，塩基性染料系顔料，キナクリドン系顔料，ジオキサジン系顔料及び縮合アゾ系顔料を含む有色有機顔料と，クロン酸塩，フェロシアン化物，酸化物，硫化物セレン化物，硫酸塩，珪酸塩，炭酸塩，燐酸塩及び金属粉末を含む有色無機顔料及びカーボンブラックを含む黒色無機顔料があり，これら顔料の中から単独または２種以上を混合して使用できる。但し，本発明のトナー組成物に使用できる顔料系着色剤は，上記のものに限定されるわけではない。トナー組成物に一般的に含まれる着色剤の含量は，トナー粒子全体の１００質量部に対して１質量部〜１０質量部の範囲内である。

本実施形態のトナー組成物に使用できる結合剤樹脂は，例えば，ポリスチレン及びポリビニルトルエンのようなスチレン及びその誘導体の単独重合体，スチレン−アクリル共重合体のようなスチレン共重合体，ポリエチレン，ポリプロピレン，塩化ビニル系樹脂，ポリアクリレート，ポリメタクリレート，ポリエステル，ポリアクリロニトリル，メラミン樹脂，エポキシ樹脂などがあり，これらの中から選ばれたものを単独または２種以上混合して使用することができる。但し，本発明に係るトナー組成物に使用できる結合剤樹脂は，上記のものに限定されるわけではない。

トナー組成物に一般的に含まれる結合剤樹脂は，トナー粒子全体の１００質量部に対して８０質量部〜９８質量部の範囲内である。

帯電制御剤は，トナー粒子に帯電される電荷量を調節するために添加される物質であって，電荷調節剤，帯電調節剤などの名称として呼ばれ，トナー粒子の電荷が正（＋）なのか負（−）なのかによって，添加される帯電制御剤の種類も異なってくる。

負極性の帯電制御剤としては，クロムを含有するアゾ系染料，クロム，鉄，亜鉛などのような金属を含有するサリシル酸化合物などがある。両極性の帯電制御剤としては，ニグロシン，４級アンモニウム塩，トリフェニルメタン誘導体などがある。

商業的に利用可能な帯電制御剤の例を挙げると，ニグロシンＮＯ１（オリエントケミカル社製），ニグロシンＥＸ（オリエントケミカル社製），Ａｉｚｅｎ Ｓｐｉｌｏｎ ｂｌａｃｋ ＴＲＨ（保土ヶ谷ケミカル社製），Ｔ−７７（保土ヶ谷ケミカル社製），Ｂｏｎｔｒｏｎ Ｓ−３４（オリエントケミカル社製），及びＢｏｎｔｒｏｎ Ｅ−８４（オリエントケミカル社製）などがある。

トナー組成物に含まれる帯電制御剤の含量は，一般にトナー粒子全体の１００質量部に対して０．１質量部〜１０質量部の範囲内である。

トナーに添加される離型剤は，トナー画像が記録媒体に転写され定着される際，ローラとトナーとの離型性を向上させてトナーオフセット（ｔｏｎｅｒ ｏｆｆｓｅｔ）を防止し，トナーによって記録媒体がローラに付着して，記録媒体にジャム現像が発生することを防止する。

離型剤としては，低分子量ポリオレフィン類，加熱により軟化点を有するシリコン類，脂肪酸アミド類及びワックスなどがあり，商業的に容易に用いられるワックスが，通常用いられる。

本実施形態のトナー組成物の離型剤として使用されうるワックスは，例えば，カルナウバワックス，ベイベリーワックスを含む植物性天然ワックス及びビーズワックス，シェラックワックス，及びスペルマセティワックスを含む動物性天然ワックスを含む天然ワックス，モンタンワックス，オゾケライトワックス，セレシンワックスを含むミネラルワックス，パラフィンワックス，マイクロクリスタリンワックス，ポリエチレンワックス，ポリプロピレンワックス，アクリレートワックス，脂肪酸アミドワックス，シリコンワックス及びポリテトラフロオロエチレンワックスを含む合成ワックスなどがあり，これらの中から一つまたは２種以上を混合して使用することができる。但し，本発明に用いることができるワックスが，上記のものに限定されるわけではない。ワックスの含量は，一般的にトナー粒子全体の１００質量部に対して１質量部〜１０質量部の範囲内であることが望ましい。

本実施形態に係るトナー組成物は，前述したトナー粒子を構成する基本的な構成の他に，トナーの帯電量及び帯電量分布を維持しフィルミング現像の発生とフォグ発生を抑え，所定の現像性を保つために，所定の組成比の外添剤を含む。本実施形態に係るトナー組成物に含有される外添剤は，シリカ，チタン酸カルシウム，および酸化セリウムを所定の比率で含んで形成される。本実施形態の外添剤に含まれるシリカは，その含量が，トナー粒子１００質量部に対して０．１質量部〜８．０質量部であることが望ましい。

シリカは，通常除湿剤として使われる物質であるが，その粒子粒径に応じて役割が異なってくる場合がある。シリカは，１次粒子粒径が約３０ｎｍ以上の場合を大粒子シリカ，１次粒子粒径が３０ｎｍ未満の場合を小粒子シリカと呼ぶ。

本明細書において使われる用語である「１次粒子（ｐｒｉｍａｒｙ ｐａｒｔｉｃｌｅ）」は，重合，結合などが起らない化合物の単位粒子を意味する。

小粒子シリカは，主にトナー粒子の流動性を向上させるために添加され，大粒子シリカは，主にトナー粒子に帯電性を与えるために添加される。本実施形態に係る外添剤に含まれるシリカは，小粒子シリカと大粒子シリカとが，所定の成分比で含まれることが望ましいが，１次粒径が５ｎｍ〜２０ｎｍの範囲内である小粒子シリカはその含量が０．１質量部〜４．０質量部であり，１次粒径が３０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲内である大粒子シリカはその含量が０．１質量部〜４．０質量部の範囲内であることが望ましい。

トナー組成物の外添剤に含まれる小粒子シリカ及び大粒子シリカの１次粒子の粒径は，トナー粒子との相溶性及びトナー粒子自体の粒径を考慮して決定される。

全体シリカの含量が０．１質量部より小さければ，外添剤として期待される流動性と帯電性への寄与がわずかであり，全体シリカの含量が８．０質量部より多ければ，帯電性が過多となってトナー粒子に付与される帯電量の調節に問題が生じうるので，これを考慮して適切な含量を選択する。

本実施形態に係るトナー組成物の外添剤は，チタン酸カルシウムを含む。チタン酸カルシウムの含量は，トナー粒子１００質量部に対して０．１質量部〜３．０質量部であることが望ましい。

酸化チタンは，ＴｉＯ_２の他，色々の酸価を有する形態が存在するが，その中でもＴｉＯ_２の形態が最も一般的である。アルカリと溶解してチタン酸アルカリになるが，本実施形態に係る外添剤は酸化チタンを基に合成されたチタン酸カルシウムを使用する。酸化チタンは隠蔽力が大きい白色顔料（チタンホワイト）として多用され，その用途としては磁器原料，研磨剤，医薬品，化粧品などとしても多用される。本実施形態に係る外添剤において，酸化チタンはシリカだけ含有した場合に発生する過多な帯電性を調節する機能を果たす。本実施形態に使われるチタン酸カルシウムは，その１次粒子粒径が５００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内であることが望ましい。酸化チタンの粒径は，シリカと同様に，トナー粒子粒径及びトナーとの相溶性を考慮して決定することができる。本実施形態に係る外添剤は，酸化セリウムを含む。酸化セリウムは，トナー粒子１００質量部に対して０．１質量部〜４．０質量部で外添剤に含まれる。酸化セリウムの１次粒子粒径も，トナー粒子粒径及びトナーとの相溶性を考慮して決定され，本実施形態では，その１次粒子粒径が１０００ｎｍ〜１５００ｎｍの範囲内であることが望ましい。

酸化セリウムは，通常摩擦剤として用いられるが，本実施形態に係る外添剤中の酸化セリウムは，感光体上に残留するトナー粒子のクリーニングのためのクリーニング剤として，トナー粒子に荷電される帯電量を制御する帯電量制御剤として，及び現像ローラや感光体上に発生するフィルミング現像を防止するためのフィルミング防止剤として働く。

本実施形態の外添剤は，前述したシリカ，チタン酸カルシウム及び酸化セリウムを，前述した所定の比率で全て含むことを特徴とし，これらのうち一つでも含まない場合は，外添剤がその機能を正しく発揮できない。

前述したもの以外でも，本実施形態に係るトナー組成物は，機能性の向上のために様々な添加剤をさらに含有することができる。例えば，ＵＶ安定剤，防微剤，殺細菌剤，殺真菌剤，帯電防止剤，光沢改質剤，酸化防止剤，シランまたはシリコン−改質シリカ粒子のような凝結防止剤などを，内添剤または外添剤としてトナー組成物に添加することができる。

（実施例１）
＜トナー粒子の製造（粉砕方式負極性トナー）＞
ポリエステル ９０．５質量部
カーボンブラック ５質量部
帯電制御剤（鉄錯体，保土ヶ谷社製） ２．５質量部
低分子量ポリプロピレンワックス ２質量部

上記の組成の成分を，ヘンシェル（ｈｅｎｓｃｈｅｌ）タイプのミキサーを用いて均一に予備混合してから二軸圧出器に投入して，１３０℃で溶融混合物を圧出し，冷却凝固させた。その後，粉砕分給器を用いて，平均粒径約８μｍの外添処理前段階の未処理トナー粒子を得た。

＜トナー組成物の製造＞
上記の未処理トナー粒子を使用し，以下の組成及び含量の外添剤を外添処理して，トナー組成物を製造した。

負帯電性シリカ（１次粒子粒径５ｎｍ〜２０ｎｍ） １．０質量部
負帯電性シリカ（１次粒子粒径３０ｎｍ〜２００ｎｍ） １．２質量部
チタン酸カルシウム（１次粒子粒径５００ｎｍ〜１０００ｎｍ） １．０質量部
酸化セリウム（１次粒子粒径１０００ｎｍ〜１５００ｎｍ） ０．５質量部

（比較例１）
＜トナー組成物の製造＞
上記の実施例１において製造された未処理トナー粒子を使用し，以下の組成及び含量の外添剤を外添処理して，トナー組成物を製造した。

負帯電性シリカ（１次粒子粒径５ｎｍ〜２０ｎｍ） １．０質量部
負帯電性シリカ（１次粒子粒径３０ｎｍ〜２００ｎｍ） １．２質量部

（比較例２）
＜トナー組成物の製造＞
上記の実施例１において製造された未処理トナー粒子を使用し，以下の組成及び含量の外添剤を外添処理して，トナー組成物を製造した。

負帯電性シリカ（１次粒子粒径５ｎｍ〜２０ｎｍ） １．０質量部
負帯電性シリカ（１次粒子粒径３０ｎｍ〜２００ｎｍ） １．２質量部
チタン酸カルシウム（１次粒子粒径５００ｎｍ〜１０００ｎｍ） １．０質量部

（比較例３）
＜トナー組成物の製造＞
上記の実施例１において製造された未処理トナー粒子を使用し，以下の組成及び含量の外添剤を外添処理して，トナー組成物を製造した。

負帯電性シリカ（１次粒子粒径５ｎｍ〜２０ｎｍ） １．０質量部
負帯電性シリカ（１次粒子粒径３０ｎｍ〜２００ｎｍ） １．２質量部
酸化セリウム（１次粒子粒径１０００ｎｍ〜１５００ｎｍ） ０．５質量部

＜テスト＞
上記の実施例１及び比較例１〜３によるトナー組成物を，以下の現像条件下で現像して比較した。

＜現像条件＞
表面電位（Ｖ_０）：−７００Ｖ
潜像電位（Ｖ_Ｌ）：−１００Ｖ
現像ローラ印加電圧：Ｖ_ｐ−ｐ＝１．８ＫＶ，周波数＝２．０ｋＨｚ
Ｖ_ｄｃ＝−５００Ｖ，周期比率＝３５％（矩形波）
現像ギャップ（ｇａｐ）：１５０μｍ〜４００μｍ
現像ローラ
（１）アルミニウムの場合
粗度：Ｒｚ＝１〜２．５（ニッケルメッキ後）
（２）ゴムローラの場合（ニトリルブタジエン系弾性ゴムローラ）
抵抗：１×１０^５Ω〜５×１０^５Ω
硬度：５０
トナー：帯電量（Ｑ／Ｍ）＝−５〜−３０μＣ／ｇ（トナー層規制装置を通過した後現像ローラ上で）
トナー重量＝０．３ｍｇ／ｃｍ^２〜１．０ｍｇ／ｃｍ^２

＜テスト結果＞
上記の実施例１，比較例１〜比較例３によるトナー組成物を用いて，上記現像条件で２０ｐｐｍ級ＬＢＰプリンタを用いて画像を評価した。

各画像に対して，画像濃度（ｉｍａｇｅ ｄｅｎｓｉｔｙ），フォグ（バックグラウンド，非画像領域の汚染），供給性及び感光体のフィルミング現像を測定して，各トナー組成物の性能を比較した。この際，画像濃度は用紙上の黒色パターン（ｓｏｌｉｄ ｐａｔｔｅｒｎ）の濃度を測定し，フォグは感光媒体上の非画像領域における濃度を濃度計（ＳｐｅｃｔｒｏＥｙｅ，ＧｒｅｇＭａｃｂｅｔｈ社製）を用いて測定した。供給性及びフィルミング現像は，肉眼で評価した。

＜画像濃度＞
以下に示した表１において，画像濃度が１．３超過の場合は〇，１．１〜１．３の場合は△，１．１未満の場合は×で評価した。

上記の表１から分かるように，本実施形態の実施例１によるトナー組成物及び外添剤中で一部だけを含むトナー組成物の場合も，全て画像濃度は良好であった。従って，外添剤中にシリカだけが含有されていても，ある程度長期間使用する際に，画像濃度を所定の水準に維持できることが分かる。

＜フォグ＞
以下に示した表２において，フォグが１．１４未満の場合は〇，１．１５〜１．１６の場合は△，１．１７超過の場合は×で評価した。

上記の表２から分かるように，本実施形態に係る外添剤を含む実施例１のトナー組成物は，ある程度の枚数になるまではフォグ現像を抑え，鮮明な画像を提供することができた。一方，シリカだけ含有する比較例１のトナー組成物と，シリカ及び酸化セリウムとを含有する比較例３は，２０００枚からフォグによって鮮明な画像が得られなくなり，シリカとチタン酸カルシウムとを含む比較例２の場合は，３０００枚からフォグによって鮮明な画像が得られなかった。従って，シリカ，チタン酸カルシウム及び酸化セリウムを全て含む実施例１によるトナー組成物が，長期間の使用時にも画像の鮮明度を維持できることが分かる。

＜供給性＞
以下に示した表３において，供給性に優れた場合は〇，普通の場合は△，供給性が不良な場合は×で示した。

上記の表３から分かるように，本実施形態に係るシリカ，チタン酸カルシウム，酸化セリウムを全て含む実施例１によるトナー組成物において，供給性が最も長く維持された。

＜フィルミング現像＞
以下に示す表４において，フィルミング現像が多発しない場合は〇，フィルミング現像が発生するが収容できる程度の場合は△，フィルミング現像が多発する場合は×で示した。

上記の表３から分かるように，本実施形態の実施例１によるシリカ，チタン酸カルシウム，及び酸化セリウムを全て含有するトナー組成物の場合に，比較的長期間かけてもフィルミング現像が発生しないことが分かった。

以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は，トナー組成物に適用可能である。

一般の電子写真方式画像形成装置の概略図である。

符号の説明

１００ 感光体
２００ 現像ローラ
３００ 供給ローラ
４００ トナー
５００ トナー層規制装置
６００ 帯電装置
７００ クリーニングブレード
９００ レーザ走査ユニット

Claims (6)

1. 着色剤，結合剤，帯電制御剤，及び離型剤を含むトナー粒子と外添剤を含み；
   前記外添剤は，シリカ，チタン酸カルシウム，及び酸化セリウムを含むことを特徴とする，トナー組成物。
2. 前記シリカの含量は，前記トナー粒子１００質量部に対して０．１質量部〜８．０質量部であり，
   前記チタン酸カルシウムの含量は，前記トナー粒子１００質量部に対して０．１質量部〜３．０質量部であり，
   前記酸化セリウムの含量は，前記トナー粒子１００質量部に対して０．１質量部〜４．０質量部であることを特徴とする，請求項１に記載のトナー組成物。
3. 前記シリカは，
   １次粒子粒径が５ｎｍ〜２０ｎｍの範囲内である小粒子シリカの含量が，前記トナー粒子１００質量部に対して０．１質量部〜４．０質量部であり，
   １次粒子粒径が３０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲内である大粒子シリカの含量が，前記トナー粒子１００質量部に対して０．１質量部〜４．０質量部であることを特徴とする，請求項２に記載のトナー組成物。
4. 前記チタン酸カルシウムは，１次粒子粒径が５００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内であることを特徴とする，請求項１または２に記載のトナー組成物。
5. 前記酸化セリウムは，１次粒子粒径が１０００ｎｍ〜１５００ｎｍの範囲内であることを特徴とする，請求項１または２に記載のトナー組成物。
6. 前記シリカは，負帯電性であることを特徴とする，請求項１または２に記載のトナー組成物。
   

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