JP3882575B2 - 静電潜像現像用トナーとその製造方法及び2成分現像剤、画像形成方法及び画像形成装置 - Google Patents
静電潜像現像用トナーとその製造方法及び2成分現像剤、画像形成方法及び画像形成装置 Download PDFInfo
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、プリンタ等に用いられる静電潜像現像用トナーとその製造方法、それを用いた現像剤、画像形成方法及び画像形成装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、電子写真方式による画像形成方法では、デジタル技術の進展により、デジタル方式の画像形成が主流となりつつある。デジタル方式の画像形成方法は、1200dpi(dpiとは1インチ即ち2.54cmあたりのドット数)等の1画素の小さなドット画像を顕像化することを基本としており、これらの小さなドット画像を忠実に再現する高画質技術が要求され、この様な高画質化の観点からトナーの小粒径化が進められている。
【0003】
トナーの小粒径化、粒度分布および形状の均一化を達成させる手段として、懸濁重合法や乳化重合法により得られた重合トナーが注目されつつあり、特願平11−304004号等には重合法により得られるトナーではその形状や丸み、粒径分布を制御することのできる旨が記載されている。
【0004】
又、紙等の画像支持体(転写材、転写紙等ということあり)上に形成されたトナー像を定着する方式として、当該トナー像が形成された画像支持体を加熱ローラと加圧ローラとの間を通過させて定着させる熱ローラ定着方式が広く採用されている。熱ローラ定着方式では、溶融したトナーが加熱ローラに付着するオフセット現象を発生させ、画像汚れを発生させ易いという欠点を有している。
【0005】
そこで、オフセット現象の発生を防止するための手段として、定着装置の加熱ローラにシリコーンオイルを塗布し、当該加熱ローラにトナーに対する離型性を付与することが知られている。この方法は、トナーの種類が制限されない点で有利であるが、転写紙上にシリコーンオイルが付着するためにボールペン等の筆記具での書き込みが困難になる等、ビジネス文書に不向きであった。市場ではコピー文書を即時にビジネス文書として用い、文書中への書き込みはごく通常に行われていることであり、シリコーンオイルを塗布する方法は時代の要請に応えることのできないものになっている。
【0006】
近年においては、トナー中にワックス等の離型剤を添加することによってトナー自体に離型性を付与する技術が採用されており、特開平3−296067号公報ではトナー断面において結着樹脂中に離型剤であるポリプロピレンが分散した海島構造を形成し、該ポリプロピレンの島部分の長軸方向の最大直径と島と島との平均間隔を特定したものが開示され、特開平10−161338号公報には海島構造のトナーの離型剤成分について、熱定着前の離型剤成分の粒径を特定し、熱定着後は海島構造が消失するものが開示されている。
【0007】
しかしながら、この様にトナー中に離型剤を導入させても、なお定着ローラの清掃機構を設置する必要があった。その理由は、離型剤を導入したトナーでは、数枚単位の印字を行う程度の画像形成ではオフセット発生はないものの、この様な画像形成でも1万〜2万という枚数の画像形成を経ると徐々に定着ローラにトナーが蓄積し、いわゆるノンビジュアルオフセットと呼ばれるオフセットを発生させる。ノンビジュアルオフセットの発生防止の観点からも定着装置(定着器)の清掃部材は数万枚の処理毎に交換する必要がある。
【0008】
また、画像形成装置の処理能力も向上し、毎分50枚以上の出力を有する高速機が登場しているが、この様な高速機では定着工程において、トナー中の離型剤がトナー表面に十分に滲出する前に定着工程が完了してしまうためトナー中に含有された離型剤が十分に機能することができず、ノンビジュアルオフセットが発生し易いばかりか、少ない処理枚数の段階でオフセット発生を招いてしまう。
【0009】
また、前述の文献に開示されたトナーは粉砕法によるものであり、混練工程を経ることによって、生成されるトナー中において離型剤が配向してしまう。離型剤がトナー中で配向すると、定着工程におけるトナー表面への離型剤成分の滲出が配向方向に従ってしまうために、トナーの全方向への等方的な滲出が行われなくなるため、更に定着ローラと転写紙との間での離型剤の効果を発揮することが困難になる。この様に、粉砕トナーを用いては高速機での使用に充分耐え得るものが出来ないのが現状である。
【0010】
ところで、高画質化の観点よりトナーの小粒径化が進められ、特開平8−41468号公報等に示される様に離型剤用化合物の改良やトナー中への添加量を増やす技術が検討されているが、多量の離型剤を添加すると、離型剤がトナー粒子より遊離し、遊離した離型剤が現像剤を劣化させたり、トナー流動性を低下させたり、感光体フィルミングを発生させる問題を有している。
【0011】
また、特開平5−88409号公報ではトナー粒子構造を特定し、結着樹脂中に球状の大きな離型剤の島を有する重合トナーが開示されているが、個々のトナー粒子中への離型剤添加量のばらつきが解消できないために、トナー粒子中に離型剤の島が存在しないものもあることが見出されている。また、トナー粒子中で離型剤の形状が球状であるために離型剤と樹脂との間の接触面積が小さくなり、離型剤のトナー粒子からの脱離により、トナーの帯電性不良を招くと云ったトナー劣化を発生させている。
【0012】
更に、上記文献のものは、大きな径の離型剤の島がトナー粒子中央付近に1〜2個存在する構造から定着工程で離型剤がトナー表面に浸み出してくるまでに時間を要する。このために定着ローラとトナーとの間に十分な離型剤の層を形成できない問題もあり、これまでの技術では高速機への使用に十分耐え得るトナーを市場に送り出すことは達成されていなかった。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上の様な事情に基づいてなされたものである。
【0014】
即ち、本発明の第1の目的は、ノンビジュアルオフセット性に優れ、長期使用に伴い処理の累積枚数が増加しても画像汚れを発生させない静電潜像現像用トナーとその製造方法を提供することにある。
【0015】
本発明の第2の目的は、高速機に使用しても、離型剤のトナー表面への滲出が効果的に行われ、離型性不足による定着巻付きジャム等の発生のない、溶融性、流動性の優れた静電潜像現像用トナーとその製造方法を提供することにある。
【0016】
本発明の第3の目的は、トナー中からの離型剤の脱離を発生させない、耐久性を有する静電潜像現像用トナーとその製造方法を提供することにある。
【0017】
本発明の第4の目的は、オイルレス或いはクリーニングレスの定着工程を有した高速画像形成装置に使用可能な静電潜像現像用トナーとその製造方法を提供することにある。
【0018】
更に、本発明の第5の目的は、上記静電潜像現像用トナーを使用する現像剤、画像形成方法及び画像形成装置を提供することである。
【0019】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明者等は鋭意検討の末、本発明の樹脂粒子と結晶性化合物の粒子を会合させて得られる海島構造を有する重合トナーの構造に着目し、トナー粒子中の結晶性化合物からなる島の分散状態を制御、特定することで本発明の課題が達成されることを見出した。
【0020】
本発明は、海島構造を有するトナー粒子中において島である結晶性化合物が、トナー粒子内で偏りを持つことなく適度な分散状態をもって3次元的に配置される形態をとることにより、画像形成時にトナーが、どの方向から加圧されても均等かつ十分な量の離型剤(結晶性化合物)を最適にトナー外に滲出させることを可能にし、その結果オフセットの発生を防止する等の効果を見出したものである。
【0021】
本発明は、以下に示す何れか1項の構成を採ることにより、トナー粒子中に存在する島が極めて短い距離間隔で微分散し、トナー粒子中では、島が密に存在している領域や疎らに存在している領域を有する様な分散状態にムラのあるトナーを形成することなく、トナー粒子中のどの領域でも島が同じ様な分散状態となる海島構造のトナーを得ることを可能にしたものである。
【0022】
〔1〕 少なくとも樹脂と着色剤と結晶性化合物とを含有する静電潜像現像用トナーにおいて、下記(1)、(2)及び(3)の条件を充たすことを特徴とする静電潜像現像用トナー。
(1) トナー粒子は海島構造を有し、該トナー粒子中の結晶性化合物の島について、該島間の最近接壁間距離の平均値が100〜1060nmであり、前記最近接壁間距離が1300nm以上である島が、全島の10個数%以下である。
(2) 結晶性化合物が、n(ノルマル)−パラフィンを92質量%以上含有し、炭素数の異なる複数のn−パラフィン成分を含有しており、DSCで測定される吸熱曲線において最大吸熱ピークのピークトップ温度が70〜120℃であり、該最大吸熱ピークのピーク半値幅が12℃以下、且つ針入度が4以下である。
(3)該トナー粒子表面に結晶性化合物の島の露出していないトナー粒子が98%以上ある。
【0025】
〔2〕 少なくとも樹脂と着色剤と結晶性化合物とを含有する静電潜像現像用トナーにおいて、該トナー粒子は、海島構造を有するもので、該樹脂が海の部分を構成し、着色剤の島と結晶性化合物の島からなることを特徴とする〔1〕記載の静電潜像現像用トナー。
【0027】
〔3〕 前記トナーは、個数平均粒径が3〜9μmであることを特徴とする〔1〕又は〔2〕に記載の静電潜像現像用トナー。
【0028】
〔4〕 少なくとも樹脂と着色剤と結晶性化合物とを含有する〔1〕〜〔3〕の何れか1項に記載の静電潜像現像用トナーの製造方法において、少なくとも重合性単量体を水系媒体中で重合せしめて得られることを特徴とする静電潜像現像用トナーの製造方法。
【0029】
〔5〕 少なくとも樹脂と着色剤と結晶性化合物とを含有する〔1〕〜〔3〕の何れか1項に記載の静電潜像現像用トナーの製造方法において、少なくとも樹脂粒子を水系媒体中で凝集/融着させて得られることを特徴とする静電潜像現像用トナーの製造方法。
【0030】
〔6〕 少なくとも樹脂と着色剤と結晶性化合物とを含有する〔1〕〜〔3〕の何れか1項に記載の静電潜像現像用トナーの製造方法において、該トナーは、多段重合法によって得られる複合樹脂微粒子と着色剤粒子とを凝集/融着させて得られることを特徴とする静電潜像現像用トナーの製造方法。
【0031】
〔7〕 〔4〕〜〔6〕の何れか1項に記載の静電潜像現像用トナーの製造方法により造られたことを特徴とする静電潜像現像用トナー。
【0032】
〔8〕 少なくとも樹脂と着色剤と結晶性化合物とを含有する静電潜像現像用トナーとキャリアを混合した2成分現像剤であって、〔1〕〜〔3〕又は〔7〕の何れか1項に記載の静電潜像現像用トナーを含有することを特徴とする静電潜像現像用2成分現像剤。
【0033】
〔9〕 感光体上に形成された静電潜像を可視画像化し、該可視画像を記録媒体上に転写、加熱定着させる工程を有する画像形成方法において、前記加熱定着は線速230〜900mm/secで行い、該可視画像化を〔1〕〜〔3〕又は〔7〕の何れか1項に記載の静電潜像現像用トナーを用いて行うことを特徴とする画像形成方法。
【0034】
〔10〕 感光体上に形成された静電潜像を可視画像化し、該可視画像を記録媒体上に転写、加熱定着させる工程を有する〔9〕に記載の画像形成方法を用い、該感光体上への像露光照射がデジタル露光によって行われることを特徴とする画像形成装置。
【0035】
【発明の実施の形態】
本発明は、トナーを構成する離型性を有する結晶性化合物の島がトナー粒子中において、3次元的に偏りなく配置される状態となる様に制御することにより、画像形成工程時の加圧方向に関係なくトナー中の離型性を有する結晶性化合物の滲出を等方的かつ等量的にムラなく行うことを可能にした結果、オフセットの防止、光沢ムラの発生防止をはじめとする効果を発揮することを見出したものである。
【0036】
以下本発明について詳細に説明する。
本発明のトナー粒子は、海島構造を有するものであるが、海島構造とは、連続相中に、閉じた界面(相と相との境界)を有する島状の相が存在している構造のものをいう。すなわち、本発明のトナーでは、トナー粒子を構成する樹脂、着色剤、結晶性化合物の各成分は、お互いに相溶せずに、それぞれが独立して相を形成するため、トナー粒子は海島構造を有するものとなる。そして、本発明はトナーという性質上、海である樹脂の連続相中に、結晶性化合物の島と着色剤の島とが存在している構造をとるものとなっている。
【0037】
この様にして、本発明のトナー粒子は、連続相中に別の構成成分の相が島状に存在している構造を採るものであり、本発明では、該トナー粒子中における、島間の最近接壁間距離の平均値が特定範囲内にあるものの個数を特定することにより、トナー粒子中における結晶性化合物の島の分散性を制御するとともに、トナー粒子中より遊離する結晶性化合物の量を激減させることを見出し、その結果トナー粒子に添加された結晶性化合物が画像形成時に効果的にその機能を発揮することにより、オフセット性の改良による感光体のトナーフィルミング発生の抑制をはじめとする前記課題を達成したものである。
【0038】
すなわち、従来の技術においては、重合トナーに添加された結晶性化合物は、トナー粒子中において、適度な分散性を達成しにくい傾向にあったが、本発明はこの問題を解決したのである。本発明において、結晶性化合物のトナー粒子中における等方的、かつ、最適な分散性を達成させた明確な理由は必ずしも解明されているものではない。おそらく、従来技術のものは添加された結晶性化合物の粒子同士がより凝集し易い傾向にあったため、トナー粒子中において最適な分散状態を呈する島が形成できなかったものと推測される。本発明では、結晶性化合物同士の凝集を効果的に制御する機構が作用することによってこの問題を解決したものと推測される。
【0039】
また、本発明では、トナー粒子表面に結晶性化合物を露出させず、粒子内において均一な分散性を有することが、上記結晶性化合物のトナー粒子中からの遊離をも同時に効果的に防ぐものと考えられる。この様な構造を有するトナー粒子を形成することができた理由は必ずしも解明されているものではない。おそらく、本発明のトナーに用いる離型性を有する結晶性化合物はトナー粒子内部に存在するときより安定した状態で結着樹脂に保持されるためと推測される。
【0040】
あるいは、仮にトナー粒子表面に結晶性化合物が存在していたとしても、本発明のトナーは、水系媒体中で結晶性化合物の融点以上に加熱されて製造されるものであるので、濾過工程の段階で水系媒体を除去するときにトナー粒子表面に存在した結晶性化合物も水といっしょに除去されるものであるとも推測される。
【0041】
また、結晶性化合物の形状も起因するものと推測される。すなわち、従来技術のものは添加されて凝集した結晶性化合物の形状が球形、もしくは球形に近い形状のため添加された結晶性化合物の粒子がトナー粒子中を容易に移動し、又、トナー粒子中における接触面積が小さいために結晶性化合物がトナー粒子中で堅固に保持されず、粒子中より脱離してしまうものと推測される。
【0042】
これに対し、本発明のトナー粒子は、トナー粒子中の結晶性化合物の島が、粒子中で堅固に保持される形態をとっているため、加熱定着工程時以外ではトナー粒子中より遊離することなく安定かつ堅固に保持され、加熱定着の際に迅速かつ確実にトナー粒子外に滲出させる機能が付与させられたものと推測される。また、トナー粒子外に適度に滲出した離型機能を有する結晶性化合物により、定着像表面にも摩擦係数の低い結晶性化合物による保護層が形成されることにより汚れの問題が解消され、特に、製本時の様な画像情報の掲載された紙を束ね、重ね合わせたときに生ずる汚れ発生の防止も達成している。
【0043】
本発明のトナー粒子は、その構造が海島構造を有するものであることは、透過型電子顕微鏡で撮影されたトナー粒子の断面写真により、トナー粒子中に輝度の異なる領域を有していることから確認できる。また、図1は、本発明の海島構造を有するトナー粒子の一例として示す模式図であり、電子顕微鏡写真においては、本発明のトナー粒子は、この模式図に示す様に連続相と輝度の異なる島部とから構成されるものであることが観察される。また、トナー粒子の外周に沿って長さa、深さbの島部を有しない領域が存在するものでもある。
【0044】
すなわち、本発明のトナー粒子は、透過型電子顕微鏡により、図1の模式図に示す様に、連続相中(結着樹脂の相)に輝度の異なる粒状の島(結晶性化合物の相、及び着色剤の相)が存在することが確認される。更に、電子顕微鏡の観察結果より得られた結果に基づいて、トナー粒子1個中の島の個数、島の形状係数、島の最近接壁間距離等のトナー粒子中の海島構造を特定する因子を数値として得ることができる。
【0045】
透過電子顕微鏡写真における輝度とは、トナー粒子を構成する各要素、すなわち結着樹脂、着色剤、及び結晶性化合物の結晶状態の差に起因して発生する電子線透過率の差を可視化することにより生ずるものであり、一般に着色剤は結着樹脂よりも電子線の透過率が低いため低輝度に撮影され、結晶性化合物は結着樹脂よりも高輝度寄りに撮影される。
【0046】
電子顕微鏡写真において、低輝度とは画素(ピクセル)の輝度信号を256階調に分割した時に0〜99階調にあるものを言い、中輝度とは80〜160階調の範囲にあるもの、高輝度とは127〜255階調にあるものをいうが、本発明では相対的なもの、すなわち前述のトナー粒子の構成要素を写真によりそれぞれ判別できるものであればよく必ずしも上記の範囲に限定されるものではない。例えば、結晶性化合物の島について、透過型電子顕微鏡観察用の切片を80〜120℃の環境下に置くと流出し空孔として観察されるため、着色剤の島と容易に識別が可能である。
【0047】
この様にして、本発明においてはトナー粒子中の各構成要素を輝度を基に識別することにより、海は海として、島は島として電子顕微鏡写真によって目視判定、識別することを可能にしているものであり、電子顕微鏡装置に設置されている画像解析装置によって輝度の情報を目視により識別可能なイメージ情報に変換させているものである。
【0048】
本発明において、島部を構成する結晶性化合物とは融点を有する有機化合物であり、本発明のトナー粒子中の結晶性化合物の融点はトナーの軟化点よりも低い温度で、具体的には130℃以下のものである。
【0049】
また、本発明のトナーは、DSC曲線において、70℃から120℃に吸熱ピークを有し、かつその吸熱量が4〜30J/gであることを特徴とするものであるが、DSCにより、本発明のトナー中の島部を構成する結晶性化合物が融点を有することを確認でき、更には結晶性を有するものであることはX線回折装置等の手段によって確認できるものである。また、本発明のトナー中に含有される結晶性化合物は、画像形成時において離型剤としての機能を発揮するものである。
【0050】
かかる結晶性化合物の融点は70〜120℃であり、より好ましくは70〜110℃であり、特に好ましくは75〜98℃とされる。70〜120℃の範囲に融点を有する結晶性化合物を含有したトナーでは、その溶融粘度を下げることが可能となり、紙等に対する接着性の向上を図ることができ、しかも、当該結晶性化合物が存在しても、高温側の弾性率が好ましい範囲に維持されるため、良好な耐オフセット性が発揮される。
【0051】
結晶性化合物の融点が70℃未満の場合には、定着性自体は向上するものの、保存性が低下し実用性に問題を生じる。一方、融点が120℃を超える場合には、溶融開始温度が高くなるために、定着性の向上に対する寄与が低く、定着性改良の効果発揮が少なくなる。
【0052】
ここで、本発明のトナー中に含有される結晶性化合物の融点は、示差走査熱量計(DSC)にて測定された値を云い、具体的には、0℃から200℃まで10℃/minの条件で昇温(第一昇温過程)したときに測定される吸熱ピークの最大ピークを示す温度を融点とする。そして、この融点は、後述する「DSCによる第一昇温過程での吸熱ピーク(P1)」と一致するものである。
【0053】
融点の具体的な測定装置としては、パーキンエルマー社製のDSC−7等を挙げることができる。DSCによる融点の具体的な測定方法は、昇温・冷却条件としては、0℃にて1分間放置した後、10℃/minの条件で200℃まで昇温し、その際に測定される最大の吸熱ピークを示す温度を第一昇温過程での吸熱ピークP1とする。その後、200℃にて1分間放置後、10℃/minの条件で降温し、その際に測定される最大の発熱ピークを示す温度を第一冷却過程での発熱ピーク(P2)とする。
【0054】
本発明のトナーに用いられる結晶性化合物は、DSCによる第一昇温過程での吸熱ピーク(P1)が70〜120℃、特に75〜98℃に存在することが好ましい。また、DSCによる第一冷却過程での発熱ピーク(P2)が30〜110℃、特に40〜100℃に存在することが好ましい。ここに、吸熱ピーク(P1)と、発熱ピーク(P2)とは、P1≧P2の関係が成立する。温度差(P1−P2)は、特に制限されるものではないが、50℃以下であることが好ましい。
【0055】
上記のような熱的特性を有する結晶性化合物を含有させることにより、優れたオフセット防止効果(広い定着可能温度域)および優れた定着性(高い定着率)を発揮させることができる。
【0056】
結晶性化合物はシャープに溶解し、結果としてトナー全体の溶融粘度を下げることができ、定着性を向上することができるものである。また、互いに相分離して存在することにより、高温側での弾性率の低下を抑えることが可能となるため、耐オフセット性も損なうことがない。
【0057】
吸熱ピーク(P1)が70℃未満に存在する場合には、融解温度が低いために、定着性は向上するものの、保存安定性が低下する。また、吸熱ピーク(P1)が120℃を超える範囲に存在する場合には、融解温度が高いために、結果として定着性の向上及び耐オフセット性の向上を図ることができない。
【0058】
再結晶化の状態を示す発熱ピーク(P2)が30℃未満に存在する場合には、かなり低い温度まで冷却しないと再結晶化することができず、そのような物質は、結晶性が低い状態でトナー中に存在することになり、定着性の向上に寄与することができない。また、発熱ピーク(P2)が110℃を超える範囲に存在する場合には、再結晶化する温度が高過ぎて、いわゆる溶融温度も高くなり、低温定着性が損なわれる。
【0059】
また、上記のDSCは、本発明のトナーの吸熱ピークを確認できると同時に、その熱量である吸熱量測定することが可能であり、本発明のトナーでは、上記の吸熱ピーク時の吸熱量が4〜30J/gであり、より好ましくは6〜24J/gである。
【0060】
本発明のトナー粒子の構造を観察することのできる透過型電子顕微鏡装置は、通常当業者の間でよく知られた機種で十分観察され、例えば、「LEM−2000型(トプコン社製)」等が用いられる。本発明では、透過型電子顕微鏡写真の結果より得られる10,000倍の倍率で1000個以上のトナー粒子の投影面撮影から、本発明で特徴とされるトナー粒子内における島部の個数等の値を算出したものである。
【0061】
本発明において、透過型電子顕微鏡を用いた撮影方法は、トナー粒子を測定する際に行う通常知られた方法で行われるものである。すなわち、トナーの断層面を測定する具体的方法としては、常温硬化性のエポキシ樹脂中にトナーを十分分散させた後、包埋し硬化させてもよく、粒径100nm程度のスチレン微粉末に分散させた後加圧成形した後、必要により得られたブロックを四三酸化ルテニウム、又は四三酸化オスミウムを併用し染色を施した後、ダイヤモンド歯を備えたミクロトームを用い薄片状のサンプルを切り出し透過電子顕微鏡(TEM)を用い、トナーの断層形態を写真撮影する。当該写真からトナー粒子中における結晶性化合物の領域の形状を目視で確認するとともに、該電子顕微鏡装置に備えられた画像処理装置「ルーゼックスF」(ニレコ社製)により、撮影された画像情報を演算処理によって、トナー粒子内における島部のフェレ径、個数、形状係数の値が得られるものである。
【0062】
以上の方法により、本発明のトナー粒子の構造は特定される。以下、本発明のトナー粒子の構造を特定する因子について詳細に説明する。
【0063】
本発明のトナーでは、トナー粒子内に存在する島部における最近接壁間距離の平均値が100〜1060nmであり、かつ前記最近接壁間距離が1300nm以上となる島が、トナー粒子中の全島の10個数%以下であることを特徴とするものであり、この条件を満足することでトナー粒子内の結晶性化合物からなる島が適度に短い距離間隔を保って粒子内をムラなく微分散することを達成している。本発明のトナー中の島が、距離間隔にばらつきなく微分散していることは、上記の透過型電子顕微鏡写真からも目視で確認できる。
【0064】
本発明のトナーは、最近接壁間距離の平均値が100〜1060nmであり、かつ、前記最近接壁間距離が1300nm以上となる島がトナー粒子中の全島の10個数%以下であることは、本発明のトナーがトナー粒子中において結晶性化合物の島が粒子内でやたらに多く密な状態で存在している個所と島が殆ど存在しない個所といった粒子中での島の分散にムラのないことを意味するものである。すなわち、本発明では、トナー粒子中において、島がムラなく最適な状態で分散しているものであることが確認されるのである。
【0065】
なお、本発明のトナーにおける島の最近接壁間距離とは、図1の模式図で矢印で示す様に、トナー粒子中において隣接し合う島同士の界面間の距離をいうものである。
【0066】
また、本発明は、トナー粒子中の最近接壁間距離の平均値が、100〜1060nmであり、かつ、前記最近接壁間距離が1300nm以上となる島の数がトナー中の全島の10個数%以下のものである。この範囲であれば定着工程において効果的な結晶性化合物の滲出が達成されるものである。
【0067】
また、本発明では、最近接壁間距離が1300nm以上となるの島の個数が0個数%となるものであっても当然よい。すなわち、最近接壁間距離が1300nm以上となる島の数が0個数%とは、トナー粒子中で島がまさに短い距離間をもって完全にムラのない状態で微分散していることを意味するものである。
【0068】
本発明のトナーでは、トナー中の島が、前述の最近接壁間距離の平均値が100〜1060nmを有し、1300nm以上の最近接壁間距離を有する島の個数がトナー中の全島の10個数%以下であるときに、島部を構成する結晶性化合物がトナー粒子表面に露出していないものが全体の98%以上であることを見出している。
【0069】
結晶性化合物の島がトナー粒子表面に露出していないことにより、島がトナー粒子中からより脱離しにくい構造を有している。なお、島のトナー粒子表面からの露出状況と露出していないトナー粒子が全トナーの98%以上存在することは、前述の透過型電子顕微鏡観察結果により、前述の画像解析装置により得られるものである。本発明は1000個のトナー粒子表面を観察した結果に基づき、上記の関係を見出したものである。
【0070】
また、本発明のトナーは前述した様に、結晶性化合物の島の他に輝度の異なることで電子顕微鏡写真より識別できる着色剤成分の島を有するものであるが、着色剤成分の島は、図1(イ)の模式図で島Bにより示されるものである。この模式図から明らかな様に本発明の海島構造を有するトナー粒子中には結晶性化合物の島と着色剤成分の島という複数種類のトナー構成要素の島が存在していてもよいものであって、これらの種類の異なる島は、相互に輝度が異なるので、電子顕微鏡写真において容易に識別できるものである。
【0071】
次に本発明のトナーの粒径について説明する。
本発明で用いられるトナーの粒径は、個数平均粒径で3〜9μmで、4.5〜8.5μmであることが好ましく、更に好ましくは5〜8μmである。この粒径は、トナーの製造方法において、凝集剤(塩析剤)の濃度や有機溶媒の添加量、融着時間、重合体の組成によって制御することができる。
【0072】
個数平均粒径が3〜9μmであることにより、転写効率を高めハーフトーンの画質が向上し、細線やドット等の画質が向上する。トナーの粒度分布の算出、個数平均粒径の測定は、コールターカウンターTA−II、コールターマルチサイザー(いずれもコールター社製)、SLAD1100(島津製作所社製レーザ回折式粒径測定装置)等を用いて測定することができる。本発明においては、コールターマルチサイザーを用い、粒度分布を出力するインターフェース(日科機社製)、パーソナルコンピュータを接続し測定、算出したものである。
【0073】
次に本発明のトナーの製造方法について説明する。
本発明のトナーは、少なくとも重合性単量体を水系媒体中で重合せしめて得られるものが好ましい。この製造方法は、重合性単量体を懸濁重合法により重合して樹脂粒子を調製し、あるいは、必要な添加剤の乳化液を加えた液中(水系媒体中)にて単量体を乳化重合を行って微粒の樹脂粒子を調製し、必要に応じて荷電制御性樹脂粒子を添加した後、有機溶媒、塩類などの凝集剤等を添加して当該樹脂粒子を凝集/融着する方法で製造するものである。
【0074】
〈懸濁重合法〉
本発明のトナーを製造する方法の一例としては、重合性単量体中に荷電制御性樹脂を溶解させ、着色剤や必要に応じて離型剤、さらに重合開始剤等の各種構成材料を添加し、ホモジナイザー、サンドミル、サンドグラインダー、超音波分散機などで重合性単量体に各種構成材料を溶解あるいは分散させる。この各種構成材料が溶解あるいは分散された重合性単量体を分散安定剤を含有した水系媒体中にホモミキサーやホモジナイザーなどを使用しトナーとしての所望の大きさの油滴に分散させる。その後、反応装置(撹拌装置)へ移し、加熱することで重合反応を進行させる。反応終了後、分散安定剤を除去し、濾過、洗浄し、さらに乾燥することで本発明のトナーを調製する。なお、本発明でいうところの「水系媒体」とは、少なくとも水が50質量%以上含有されたものを示す。
【0075】
〈乳化重合法〉
また、本発明のトナーを製造する方法として樹脂粒子を水系媒体中で凝集/融着させて調製する方法も挙げることができる。この方法としては、特に限定されるものではないが、例えば、特開平5−265252号公報や特開平6−329947号公報、特開平9−15904号公報に示す方法を挙げることができる。すなわち、樹脂粒子と着色剤などの構成材料の分散粒子、あるいは樹脂および着色剤等より構成される微粒子を複数以上塩析、凝集、融着させる方法、特に水中にてこれらを乳化剤を用いて分散した後に、臨界凝集濃度以上の凝集剤を加え塩析させると同時に、形成された重合体自体のガラス転移点温度以上で加熱融着させて融着粒子を形成しつつ徐々に粒径を成長させ、目的の粒径となったところで水を多量に加えて粒径成長を停止し、さらに加熱、撹拌しながら粒子表面を平滑にして形状を制御し、その粒子を含水状態のまま流動状態で加熱乾燥することにより、本発明のトナーを形成することができる。なお、ここにおいて凝集剤と同時にアルコールなど水に対して無限溶解する溶媒を加えてもよい。
【0076】
本発明のトナーの製造方法においては、少なくとも重合性単量体に結晶性化合物を溶かした後、重合性単量体を重合せしめる工程を経て形成した複合樹脂微粒子と着色剤粒子とを凝集/融着させて得られるものである。本発明のトナーは、重合性単量体に結晶性化合物を溶かすものであるが、これは溶解させて溶かすものでも、溶融して溶かすものであってもよい。
【0077】
また、本発明のトナーの製造方法は、好ましくは多段重合法によって得られる複合樹脂微粒子と着色剤粒子とを凝集/融着させるものであるが、多段重合法について以下に説明する。
【0078】
〈多段重合法により得られる複合樹脂粒子の製造方法〉
本発明のトナーの製造方法は、以下に示す工程より構成されるものである。
【0079】
1:多段重合工程
2:複合樹脂粒子と着色剤粒子とを凝集/融着させてトナー粒子を得る凝集/融着工程
3:トナー粒子の分散系から当該トナー粒子を濾別し、当該トナー粒子から界面活性剤などを除去する濾過・洗浄工程
4:洗浄処理されたトナー粒子を乾燥する乾燥工程、
5:乾燥処理されたトナー粒子に外添剤を添加する工程
から構成される。
【0080】
以下、各工程について、詳細に説明する。
〔多段重合工程〕
多段重合工程とは、オフセット発生防止したトナーを得るべく樹脂粒子の分子量分布を拡大させるために行う重合方法である。すなわち、1つの樹脂粒子において異なる分子量分布を有する相を形成するために重合反応を多段階に分けて行うものであって、得られた樹脂粒子がその粒子の中心より表層に向かって分子量勾配を形成させる様に意図して行うものである。例えば、はじめに高分子量の樹脂粒子分散液を得た後、新たに重合性単量体と連鎖移動剤を加えることによってて低分子量の表層を形成する方法が採られている。
【0081】
本発明においては、製造の安定性および得られるトナーの破砕強度の観点から三段重合以上の多段重合法を採用することが好ましい。以下に、多段重合法の代表例である二段重合法および三段重合法について説明する。この様な多段階重合反応によって得られたトナーでは破砕強度の観点から表層程低分子量のものが好ましい。
【0082】
〈二段重合法〉
二段重合法は、結晶性化合物を含有する高分子量樹脂から形成される中心部(核)と、低分子量樹脂から形成される外層(殻)とにより構成される複合樹脂粒子を製造する方法である。
【0083】
この方法を具体的に説明すると、先ず、結晶性化合物を単量体に溶解させて単量体溶液を調製し、この単量体溶液を水系媒体(例えば、界面活性剤水溶液)中に油滴分散させた後、この系を重合処理(第一段重合)することにより、結晶性化合物を含む高分子量の樹脂粒子の分散液を調製するものである。
【0084】
次いで、この樹脂粒子の分散液に、重合開始剤と低分子量樹脂を得るための単量体とを添加し、樹脂粒子の存在下で単量体を重合処理(第二段重合)を行うことにより、樹脂粒子の表面に、低分子量の樹脂(単量体の重合体)からなる被覆層を形成する方法である。
【0085】
〈三段重合法〉
三段重合法は、高分子量樹脂から形成される中心部(核)、結晶性化合物を含有する中間層及び低分子量樹脂から形成される外層(殻)とにより構成される複合樹脂粒子を製造する方法である。本発明のトナーでは上記の様な複合樹脂粒子として存在するものである。
【0086】
この方法を具体的に説明すると、先ず、常法に従った重合処理(第一段重合)により得られた樹脂粒子の分散液を、水系媒体(例えば、界面活性剤の水溶液)に添加するとともに、上記水系媒体中に、結晶性化合物を単量体に溶解させてなる単量体溶液を油滴分散させた後、この系を重合処理(第二段重合)することにより、樹脂粒子(核粒子)の表面に、結晶性化合物を含有する樹脂(単量体の重合体)からなる被覆層(中間層)を形成して、複合樹脂粒子(高分子量樹脂−中間分子量樹脂)の分散液を調製する。
【0087】
次いで、得られた複合樹脂粒子の分散液に、重合開始剤と低分子量樹脂を得るための単量体とを添加し、複合樹脂粒子の存在下で単量体を重合処理(第三段重合)することにより、複合樹脂粒子の表面に、低分子量の樹脂(単量体の重合体)からなる被覆層を形成する。上記方法において、中間層を組み入れることにより、結晶性化合物を微細かつ均一に分散することができ好ましい。
【0088】
本発明に係るトナーの製造方法においては、重合性単量体を水系媒体中で重合することが好ましい。すなわち、結晶性化合物を含有する樹脂粒子(核粒子)または被覆層(中間層)を形成する際に、結晶性化合物を単量体に溶解させ、得られる単量体溶液を水系媒体中で油滴分散させ、この系に重合開始剤を添加して重合処理することにより、ラテックス粒子として得る方法である。
【0089】
本発明でいう水系媒体とは、水50〜100質量%と水溶性の有機溶媒0〜50質量%とからなる媒体をいう。水溶性の有機溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、イソプロパノール、ブタノール、アセトン、メチルエチルケトン、テトラヒドロフラン等を例示することができ、得られる樹脂を溶解しないアルコール系有機溶媒が好ましい。
【0090】
ここで、機械的エネルギーによる油滴分散を行うための分散機としては、特に限定されるものではなく、例えば、高速回転するローターを備えた撹拌装置「クレアミックス(CLEARMIX)」(エム−テクニック社製)、超音波分散機、機械式ホモジナイザー、マントンゴーリンおよび圧力式ホモジナイザーなどを挙げることができる。また、分散粒子径としては、10〜1000nmとされ、好ましくは50〜1000nm、更に好ましくは30〜300nmである。ここで分散粒子径に分布を持たせることで、トナー粒子中における結晶性化合物の相分離構造、すなわちフェレ径、形状係数及びこれらの変動係数を制御してもよい。
【0091】
この重合工程で得られる複合樹脂粒子の粒子径は、電気泳動光散乱光度計「ELS−800」(大塚電子社製)を用いて測定される重量平均粒径で10〜1000nmの範囲にあることが好ましい。
【0092】
また、複合樹脂粒子のガラス転移温度(Tg)は48〜74℃の範囲にあることが好ましく、更に好ましくは52〜64℃である。
【0093】
また、複合樹脂粒子の軟化点は95〜140℃の範囲にあることが好ましい。
本発明のトナーは、好ましくは樹脂および着色粒子の表面に、凝集/融着によって樹脂粒子を融着させてなる樹脂層を形成させて得られるものであるが、このことについて以下に説明する。
【0094】
〔凝集/融着工程〕
この凝集/融着工程は、例えば前記多段重合工程によって得られた複合樹脂粒子と着色剤粒子とを凝集/融着させる(塩析と融着とを同時に起こさせる)ことによって、不定形(非球形)のトナー粒子を得る工程である。
【0095】
本発明でいう凝集/融着とは、塩析(粒子の凝集)と融着(粒子間の界面消失)とが同時に起こること、または、塩析と融着とを同時に起こさせる行為をいう。塩析と融着とを同時に行わせるためには、複合樹脂粒子を構成する樹脂のガラス転移温度(Tg)以上の温度条件下において粒子(複合樹脂粒子、着色剤粒子)を凝集させる必要がある。
【0096】
この凝集/融着工程では、複合樹脂粒子および着色剤粒子とともに、荷電制御剤などの内添剤粒子(数平均一次粒子径が10〜1000nm程度の微粒子)を凝集/融着させてもよい。また、着色剤粒子は、表面改質されていてもよく、表面改質剤としては、従来公知のものを使用することができる。
【0097】
着色剤粒子は、水性媒体中に分散された状態で凝集/融着処理が施される。着色剤粒子が分散される水性媒体は、臨界ミセル濃度(CMC)以上の濃度で界面活性剤が溶解されている水溶液が好ましい。
【0098】
着色剤粒子の分散処理に使用する分散機は、特に限定されないが、好ましくは、高速回転するローターを備えた撹拌装置「クレアミックス(CLEARMIX)」(エム−テクニック社製)、超音波分散機、機械的ホモジナイザー、マントンゴーリン、圧力式ホモジナイザー等の加圧分散機、ゲッツマンミル、ダイヤモンドファインミル等の媒体型分散機が挙げられる。
【0099】
複合樹脂粒子と着色剤粒子とを凝集/融着させるためには、複合樹脂粒子および着色剤粒子が分散している分散液中に、臨界凝集濃度以上の塩析剤(凝集剤)を添加するとともに、この分散液を、複合樹脂粒子のガラス転移温度(Tg)以上に加熱することが必要である。
【0100】
凝集/融着させるために好適な温度範囲としては、(Tg+10)〜(Tg+50℃)とされ、特に好ましくは(Tg+15)〜(Tg+40℃)とされる。また、融着を効果的に行なわせるために、水に無限溶解する有機溶媒を添加してもよい。
【0101】
〔熟成工程〕
熟成工程は、凝集/融着工程に後続する工程であり、樹脂粒子の融着後も温度を結晶性化合物の融点近傍、好ましくは融点±20℃に保ち、一定の強度で撹拌を継続することにより、結晶性化合物を相分離させる工程である。この工程において結晶性化合物のフェレ径、形状係数及びこれらの変動係数を制御することが可能である。
【0102】
また、本発明においては樹脂粒子と着色剤を水系媒体中において塩析、凝集、融着させて着色粒子(本発明では、トナー粒子とも呼ぶ)を得た後、前記トナー粒子を水系媒体から分離するときに、水系媒体中に存在している界面活性剤のクラフト点以上の温度で行うことが好ましく、更に好ましくは、クラフト点〜(クラフト点+20℃)の温度範囲で行うことである。
【0103】
上記のクラフト点とは、界面活性剤を含有した水溶液が白濁化しはじめる温度であり、クラフト点の測定は下記のように行われる。
【0104】
《クラフト点の測定》
塩析、凝集、融着する工程で用いる水系媒体すなわち界面活性剤溶液に、実際に使用する量の凝集剤を加えた溶液を調製し、この溶液を1℃で5日間貯蔵した。次いで、この溶液を撹拌しながら透明になるまで徐々に加熱した。溶液が透明になった温度をクラフト点として定義する。
【0105】
トナー粒子への過剰帯電を抑え、均一な帯電性を付与するという観点から、特に環境に対して帯電性を安定化し、維持する為に、本発明の静電潜像現像用トナーは、上記に記載の金属元素(形態として、金属、金属イオン等が挙げられる)をトナー中に250〜20000ppm含有することが好ましく、更に好ましくは800〜5000ppmである。
【0106】
また、本発明においては、凝集剤に用いる2価(3価)の金属元素と後述する凝集停止剤として加える1価の金属元素の合計値が350〜35000ppmであることが好ましい。
【0107】
トナー中の金属イオン残存量の測定は、蛍光X線分析装置「システム3270型」〔理学電気工業社製〕を用いて、凝集剤として用いられる金属塩の金属種(例えば、塩化カルシウムに由来するカルシウム等)から発する蛍光X線強度を測定することによって求めることができる。具体的な測定法としては、凝集剤金属塩の含有割合が既知のトナーを複数用意し、各トナー5gをペレット化し、凝集剤金属塩の含有割合(質量ppm)と、当該金属塩の金属種からの蛍光X線強度(ピーク強度)との関係(検量線)を測定する。次いで、凝集剤金属塩の含有割合を測定すべきトナー(試料)を同様にペレット化し、凝集剤金属塩の金属種からの蛍光X線強度を測定し、含有割合すなわち「トナー中の金属イオン残存量」を求めることができる。
【0108】
〔濾過・洗浄工程〕
この濾過・洗浄工程では、上記の工程で得られたトナー粒子の分散系から当該トナー粒子を濾別する濾過処理と、濾別されたトナー粒子(ケーキ状の集合物)から界面活性剤や塩析剤などの付着物を除去する洗浄処理とが施される。ここに、濾過処理方法としては、遠心分離法、ヌッチェ等を使用して行う減圧濾過法、フィルタープレス等を使用して行う濾過法など特に限定されるものではない。
【0109】
〔乾燥工程〕
この工程は、洗浄処理されたトナー粒子を乾燥処理する工程である。
【0110】
この工程で使用される乾燥機としては、スプレードライヤー、真空凍結乾燥機、減圧乾燥機などを挙げることができ、静置棚乾燥機、移動式棚乾燥機、流動層乾燥機、回転式乾燥機、撹拌式乾燥機などを使用することが好ましい。
【0111】
乾燥処理されたトナー粒子の水分は、5質量%以下であることが好ましく、更に好ましくは2質量%以下とされる。
【0112】
なお、乾燥処理されたトナー粒子同士が、弱い粒子間引力で凝集している場合には、当該凝集体を解砕処理してもよい。ここに、解砕処理装置としては、ジェットミル、ヘンシェルミキサー、コーヒーミル、フードプロセッサー等の機械式の解砕装置を使用することができる。
【0113】
本発明のトナーは、着色剤の不存在下において複合樹脂粒子を形成し、当該複合樹脂粒子の分散液に着色剤粒子の分散液を加え、当該複合樹脂粒子と着色剤粒子とを凝集/融着させることにより調製されることが好ましい。
【0114】
このように、複合樹脂粒子の調製を着色剤の存在しない系で行うことにより、複合樹脂粒子を得るための重合反応が阻害されることない。このため、本発明のトナーによれば、優れた耐オフセット性が損なわれることはなく、トナーの蓄積による定着装置の汚染や画像汚れを発生させることはない。
【0115】
また、複合樹脂粒子を得るための重合反応が確実に行われる結果、得られるトナー粒子中に単量体やオリゴマーが残留するようなことはなく、当該トナーを使用する画像形成方法の熱定着工程において、異臭を発生させることはない。
【0116】
更に、得られるトナー粒子の表面特性は均質であり、帯電量分布もシャープとなるため、鮮鋭性に優れた画像を長期にわたり形成することができる。このようなトナー粒子間における組成・分子量・表面特性が均質であるトナーによれば、接触加熱方式による定着工程を含む画像形成方法において、画像支持体に対する良好な接着性(高い定着強度)を維持しながら、耐オフセット性および巻き付き防止特性の向上を図ることができ、適度の光沢を有する画像を得ることができる。
【0117】
次に、トナー製造工程で用いられる各構成因子について、詳細に説明する。
(重合性単量体)
本発明に用いられる樹脂(バインダー)を造るための重合性単量体としては、疎水性単量体を必須の構成成分とし、必要に応じて架橋性単量体が用いられる。また、下記の様に構造中に酸性極性基を有する単量体又は塩基性極性基を有する単量体を少なくとも1種類含有するのが望ましい。
(1)疎水性単量体
単量体成分を構成する疎水性単量体としては、特に限定されるものではなく従来公知の単量体を用いることができる。また、要求される特性を満たすように、1種または2種以上のものを組み合わせて用いることができる。
【0118】
具体的には、モノビニル芳香族系単量体、(メタ)アクリル酸エステル系単量体、ビニルエステル系単量体、ビニルエーテル系単量体、モノオレフィン系単量体、ジオレフィン系単量体、ハロゲン化オレフィン系単量体等を用いることができる。
【0119】
ビニル芳香族系単量体としては、例えば、スチレン、o−メチルスチレン、m−メチルスチレン、p−メチルスチレン、p−メトキシスチレン、p−フェニルスチレン、p−クロロスチレン、p−エチルスチレン、p−n−ブチルスチレン、p−tert−ブチルスチレン、p−n−ヘキシルスチレン、p−n−オクチルスチレン、p−n−ノニルスチレン、p−n−デシルスチレン、p−n−ドデシルスチレン、2,4−ジメチルスチレン、3,4−ジクロロスチレン等のスチレン系単量体およびその誘導体が挙げられる。
【0120】
(メタ)アクリル酸エステル系単量体としては、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸−2−エチルヘキシル、アクリル酸シクロヘキシル、アクリル酸フェニル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸ヘキシル、メタクリル酸−2−エチルヘキシル、β−ヒドロキシアクリル酸エチル、γ−アミノアクリル酸プロピル、メタクリル酸ステアリル、メタクリル酸ジメチルアミノエチル、メタクリル酸ジエチルアミノエチル等が挙げられる。
【0121】
ビニルエステル系単量体としては、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、ベンゾエ酸ビニル等が挙げられ、ビニルエーテル系単量体としては、ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、ビニルイソブチルエーテル、ビニルフェニルエーテル等が挙げられる。
【0122】
又、モノオレフィン系単量体としては、エチレン、プロピレン、イソブチレン、1−ブテン、1−ペンテン、4−メチル−1−ペンテン等が挙げられ、ジオレフィン系単量体としては、ブタジエン、イソプレン、クロロプレン等が挙げられる。
【0123】
(2)架橋性単量体
樹脂粒子の特性を改良するために架橋性単量体を添加しても良い。架橋性単量体としては、例えば、ジビニルベンゼン、ジビニルナフタレン、ジビニルエーテル、ジエチレングリコールメタクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、ポリエチレングリコールジメタクリレート、フタル酸ジアリル等の不飽和結合を2個以上有するものが挙げられる。
【0124】
(3)酸性極性基を有する単量体
酸性極性基を有する単量体としては、(a)カルボキシル基(−COOH)を有するα,β−エチレン性不飽和化合物、及び、(b)スルホン基(−SO3H)を有するα,β−エチレン性不飽和化合物を挙げることができる。
【0125】
(a)のカルボキシル基を有するα,β−エチレン性不飽和化合物の例としては、アクリル酸、メタアクリル酸、フマール酸、マレイン酸、イタコン酸、ケイ皮酸、マレイン酸モノブチルエステル、マレイン酸モノオクチルエステル、およびこれらのNa、Zn等の金属塩類等を挙げることができる。
【0126】
(b)のスルホン基を有するα,β−エチレン性不飽和化合物の例としては、スルホン化スチレン、及びそのNa塩、アリルスルホコハク酸、アリルスルホコハク酸オクチル、及びこれらのNa塩等を挙げることができる。
【0127】
(4)塩基性極性基を有する単量体
塩基性極性基を有する単量体としては、(i)アミン基或いは4級アンモニウム基を有する炭素原子数1〜12、好ましくは2〜8、特に好ましくは2の脂肪族アルコールの(メタ)アクリル酸エステル、(ii)(メタ)アクリル酸アミドあるいは、随意N上で炭素原子数1〜18のアルキル基でモノ又はジ置換された(メタ)アクリル酸アミド、(iii)Nを環員として有する複素環基で置換されたビニール化合物及び(iv)N,N−ジアリル−アルキルアミン或いはその四級アンモニウム塩を例示することができる。中でも、(i)のアミン基或いは四級アンモニウム基を有する脂肪族アルコールの(メタ)アクリル酸エステルが塩基性極性基を有する単量体として好ましい。
【0128】
(i)のアミン基或いは四級アンモニウム基を有する脂肪族アルコールの(メタ)アクリル酸エステルの例としては、ジメチルアミノエチルアクリレート、ジメチルアミノエチルメタクリレート、ジエチルアミノエチルアクリレート、ジエチルアミノエチルメタクリレート、上記4化合物の四級アンモニウム塩、3−ジメチルアミノフェニルアクリレート、2−ヒドロキシ−3−メタクリルオキシプロピルトリメチルアンモニウム塩等を挙げることができる。
【0129】
(ii)の(メタ)アクリル酸アミド或いはN上で随意モノ又はジアルキル置換された(メタ)アクリル酸アミドとしては、アクリルアミド、N−ブチルアクリルアミド、N,N−ジブチルアクリルアミド、ピペリジルアクリルアミド、メタクリルアミド、N−ブチルメタクリルアミド、N,N−ジメチルアクリルアミド、N−オクタデシルアクリルアミド等を挙げることができる。
【0130】
(iii)のNを環員として有する複素環基で置換されたビニル化合物としては、ビニルピリジン、ビニルピロリドン、ビニル−N−メチルピリジニウムクロリド、ビニル−N−エチルピリジニウムクロリド等を挙げることができる。
【0131】
(iv)のN,N−ジアリル−アルキルアミンの例としては、N,N−ジアリルメチルアンモニウムクロリド、N,N−ジアリルエチルアンモニウムクロリド等を挙げることができる。
【0132】
(重合開始剤)
本発明に用いられるラジカル重合開始剤は、水溶性であれば適宜使用が可能である。例えば、過硫酸塩(例えば、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム等)、アゾ系化合物(例えば、4,4′−アゾビス4−シアノ吉草酸及びその塩、2,2′−アゾビス(2−アミジノプロパン)塩等)、パーオキシド化合物等が挙げられる。更に、上記ラジカル重合開始剤は、必要に応じて還元剤と組み合せレドックス系開始剤とする事が可能である。レドックス系開始剤を用いることにより、重合活性を上昇させ、重合温度の低下が図れ、更に、重合時間の短縮が達成できる等好ましい面を有している。
【0133】
重合温度は、重合開始剤の最低ラジカル生成温度以上であれば、特に限定されるものではないが例えば50℃から90℃の範囲である。但し、過酸化水素−還元剤(アスコルビン酸等)を組み合わせた常温開始の重合開始剤を用いることで、室温またはそれ以上の温度で重合することも可能である。
【0134】
(連鎖移動剤)
分子量を調整することを目的として、公知の連鎖移動剤を用いることができる。連鎖移動剤としては、特に限定されるものではないが、例えば、オクチルメルカプタン、ドデシルメルカプタン、tert−ドデシルメルカプタン等のメルカプト基を有する化合物が用いられる。特に、下記化合物は、分子量分布がシャープであるトナーが得られ、保存性、定着強度、耐オフセット性に優れることから好ましく用いられる。例えば、チオグリコール酸エチル、チオグリコール酸プロピル、チオグリコール酸プロピル、チオグリコール酸ブチル、チオグリコール酸t−ブチル、チオグリコール酸2−エチルヘキシル、チオグリコール酸オクチル、チオグリコール酸デシル、チオグリコール酸ドデシル、エチレングリコールのメルカプト基を有する化合物、ネオペンチルグリコールのメルカプト基を有する化合物、ペンタエリストールのメルカプト基を有する化合物を挙げることができる。このうち、トナー加熱定着時の臭気を抑制する観点で、n−オクチル−3−メルカプトプロピオン酸エステルが、特に好ましい。
【0135】
(界面活性剤)
前述の重合性単量体を使用して重合を行うためには、界面活性剤を使用して水系媒体中に油滴分散を行うことが好ましい。この際に使用することのできる界面活性剤としては、特に限定されるものでは無いが、下記のイオン性界面活性剤を好適な化合物の例として挙げることができる。
【0136】
イオン性界面活性剤としては、例えば、スルホン酸塩(ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、アリールアルキルポリエーテルスルホン酸ナトリウム、3,3−ジスルホンジフェニル尿素−4,4−ジアゾ−ビス−アミノ−8−ナフトール−6−スルホン酸ナトリウム、オルト−カルボキシベンゼン−アゾ−ジメチルアニリン、2,2,5,5−テトラメチル−トリフェニルメタン−4,4−ジアゾ−ビス−β−ナフトール−6−スルホン酸ナトリウム等)、硫酸エステル塩(ドデシル硫酸ナトリウム、テトラデシル硫酸ナトリウム、ペンタデシル硫酸ナトリウム、オクチル硫酸ナトリウム等)、脂肪酸塩(オレイン酸ナトリウム、ラウリン酸ナトリウム、カプリン酸ナトリウム、カプリル酸ナトリウム、カプロン酸ナトリウム、ステアリン酸カリウム、オレイン酸カルシウム等)が挙げられる。
【0137】
本発明は、下記一般式(1)、(2)の界面活性剤が特に好ましく用いられる。
一般式(1) R1(OR2)nOSO4M
一般式(2) R1(OR2)nSO3M
一般式(1)、(2)において、R1は炭素数6〜22のアルキル基またはアリールアルキル基を表すが、好ましくは炭素数8〜20のアルキル基またはアリールアルキル基であり、更に好ましくは炭素数9〜16のアルキル基またはアリールアルキル基である。
【0138】
R1で表される炭素数6〜22のアルキル基としては、例えば、n−ヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、n−デシル基、n−ウンデシル基、n−ヘキサデシル基、シクロプロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等が挙げられ、R1で表されるアリールアルキル基としては、ベンジル基、ジフェニルメチル基、シンナミル基、スチリル基、トリチル基、フェネチル基等が挙げられる。
【0139】
一般式(1)、(2)において、R2は炭素数2〜6のアルキレン基を表すが、好ましくは炭素数2〜3のアルキレン基である。R2で表される炭素数2〜6のアルキレン基としては、エチレン基、トリメチレン基、テトラメチレン基、プロピレン基、エチルエチレン基等が挙げられる。
【0140】
一般式(1)、(2)において、nは1〜11の整数であるが、好ましくは2〜10、更に好ましくは2〜5であり、特に好ましくは2〜3である。
【0141】
一般式(1)、(2)において、Mで表される1価の金属元素としてはナトリウム、カリウム、リチウムが挙げられる。中でも、ナトリウムが好ましく用いられる。
【0142】
以下に、一般式(1)、(2)で表される界面活性剤の具体例を示すが本発明はこれらに限定されるものではない。
【0143】
化合物(101):C10H21(OCH2CH2)2OSO3Na
化合物(102):C10H21(OCH2CH2)3OSO3Na
化合物(103):C10H21(OCH2CH2)2SO3Na
化合物(104):C10H21(OCH2CH2)3SO3Na
化合物(105):C8H17(OCH2CH(CH3))2OSO3Na
化合物(106):C18H37(OCH2CH2)2OSO3Na
本発明においては、トナーの帯電保持機能を良好な状態に保ち、高温高湿下でのカブリ発生を抑え、転写性を向上させる観点から、また、低温低湿下での帯電量上昇を抑え、現像量を安定化させる観点から、上記記載の一般式(1)、(2)で表される界面活性剤の静電潜像現像用トナー中の含有量は、1〜1000ppmが好ましく、更に好ましくは5〜500ppmであり、特に好ましくは7〜100ppmである。
【0144】
本発明において、トナーに含有させる界面活性剤の量を上記記載範囲とすることで、本発明の静電潜像現像用トナーの帯電性は、環境の影響に左右されることなく、常に、均一で安定な状態で付与され維持されることが可能である。
【0145】
また、本発明の静電潜像現像用トナー中に含有される上記記載の一般式(1)、(2)で表される界面活性剤の含有量は以下に示す方法によって算出される。
【0146】
トナー1gを50mlのクロロホルムに溶解させ、100mlのイオン交換水でクロロホルム層より界面活性剤を抽出する。更に抽出を行ったクロロホルム層を100mlのイオン交換水でもう一度抽出を行い合計200mlの抽出液(水層)を得、この抽出液を500mlまで希釈する。
【0147】
この希釈液を試験液として、JIS 33636項に規定された方法に従い、メチレンブルーで呈色させ、吸光度を測定し、別途作成した検量線より、トナー中の界面活性剤の含有量を測定するものである。
【0148】
また、一般式(1)、(2)で表される界面活性剤の構造は、上記の抽出物を1H−NMRを用いて分析し、構造決定した。
【0149】
また、本発明では、ノニオン性界面活性剤を使用することもでき、具体的には、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイドとポリエチレンオキサイドの組合せ、ポリエチレングリコールと高級脂肪酸とのエステル、アルキルフェノールポリエチレンオキサイド、高級脂肪酸とポリエチレングリコールのエステル、高級脂肪酸とポリプロピレンオキサイドのエステル、ソルビタンエステル等が挙げられる。
【0150】
本発明では、これらの界面活性剤は、主に乳化重合時の乳化剤として使用されるが他の工程または他の目的で使用してもよい。
【0151】
(樹脂粒子、トナーの分子量分布)
本発明のトナーは、その分子量分布のピーク又は肩が、100,000〜1,000,000、及び1,000〜50,000に存在することが好ましく、更に分子量分布のピーク又は肩が、100,000〜1,000,000、25,000〜150,000及び1,000〜50,000に存在するものであることが好ましい。
【0152】
樹脂粒子の分子量は、100,000〜1,000,000の領域にピークもしくは肩を有する高分子量成分と、1,000から50,000未満の領域にピークもしくは肩を有する低分子量成分の両成分を少なくとも含有する樹脂が好ましく、更に好ましくは、15,000〜100,000の部分にピーク又は肩を有する中間分子量体の樹脂を使用することが好ましい。
【0153】
前述のトナーあるいは樹脂の分子量測定方法は、THF(テトラヒドロフラン)を溶媒としたGPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)による測定がよい。すなわち、測定試料0.5〜5mg、より具体的には1mgに対してTHFを1.0ml加え、室温にてマグネチックスターラーなどを用いて撹拌を行い、充分に溶解させる。次いで、ポアサイズ0.45〜0.50μmのメンブランフィルターで処理した後に、GPCへ注入する。GPCの測定条件は、40℃にてカラムを安定化させ、THFを毎分1.0mlの流速で流し、1mg/mlの濃度の試料を約100μl注入して測定する。カラムは、市販のポリスチレンジェルカラムを組み合わせて使用することが好ましい。例えば、昭和電工社製のShodex GPC KF−801、802、803、804、805、806、807の組合せや、東ソー社製のTSKgel G1000H、G2000H、G3000H、G4000H、G5000H、G6000H、G7000H、TSK guard columnの組合せなどを挙げることができる。又、検出器としては、屈折率検出器(IR検出器)、あるいはUV検出器を用いるとよい。試料の分子量測定では、試料の有する分子量分布を単分散のポリスチレン標準粒子を用いて作成した検量線を用いて算出する。検量線作成用のポリスチレンとしては10点程度用いるとよい。
【0154】
(凝集剤)
本発明では、水系媒体中で調製した樹脂粒子の分散液から、樹脂粒子を塩析、凝集、融着する工程において、金属塩を凝集剤として好ましく用いることができるが、2価または3価の金属塩を凝集剤として用いることが更に好ましい。その理由は、1価の金属塩よりも2価、3価の金属塩の方が臨界凝集濃度(凝析値あるいは凝析点)が小さいため好ましい。
【0155】
本発明で用いられる凝集剤は、例えばナトリウム、カリウム、リチウム等のアルカリ金属の塩である1価の金属塩、例えばカルシウム、マグネシウム等のアルカリ土類金属の塩やマンガン、銅等の2価の金属塩、鉄やアルミニウム等の3価の金属塩等が挙げられる。
【0156】
これら金属塩の具体的な例を以下に示す。1価の金属塩としては、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化リチウム、2価の金属塩としては、塩化カルシウム、塩化亜鉛、硫酸銅、硫酸マグネシウム、硫酸マンガン等が挙げられ、3価の金属塩としては、塩化アルミニウム、塩化鉄等が挙げられる。これらは、目的に応じて適宜選択されるが臨界凝集濃度の小さい2価や3価の金属塩が好ましい。
【0157】
本発明で云う臨界凝集濃度とは、水性分散液中の分散物の安定性に関する指標であり、凝集剤を添加し、凝集が起こるときの凝集剤の添加濃度を示すものである。この臨界凝集濃度は、ラテックス自身及び分散剤により大きく変化する。例えば、岡村誠三他著 高分子化学17,601(1960)等に記述されており、これらの記載に従えば、その値を知ることが出来る。又、別の方法として、目的とする粒子分散液に所望の塩を濃度を変えて添加し、その分散液のζ電位を測定し、ζ電位が変化し出す点の塩濃度を臨界凝集濃度とすることも可能である。
【0158】
本発明では、金属塩を用いて臨界凝集濃度以上の濃度になるように重合体微粒子分散液を処理する。この時、当然の事ながら、金属塩を直接加えるか、水溶液として加えるかは、その目的に応じて任意に選択される。水溶液として加える場合には、重合体粒子分散液の容量と金属塩水溶液の総容量に対し、添加した金属塩が重合体粒子の臨界凝集濃度以上になる必要がある。
【0159】
本発明では、金属塩の濃度は、臨界凝集濃度以上であれば良いが、好ましくは臨界凝集濃度の1.2倍以上、更に好ましくは1.5倍以上添加される。
【0160】
(着色剤)
本発明のトナーは、上記の複合樹脂粒子と着色剤粒子とを凝集/融着して得られるものである。本発明のトナーを構成する着色剤(複合樹脂粒子との凝集/融着に供される着色剤粒子)としては、各種の無機顔料、有機顔料、染料を挙げることができる。無機顔料としては、従来公知のものを用いることができる。具体的な無機顔料を以下に例示する。
【0161】
黒色の顔料としては、例えば、ファーネスブラック、チャンネルブラック、アセチレンブラック、サーマルブラック、ランプブラック等のカーボンブラック、更にマグネタイト、フェライト等の磁性粉も用いられる。
【0162】
これらの無機顔料は所望に応じて単独または複数を選択併用する事が可能である。また顔料の添加量は重合体に対して2〜20質量%であり、好ましくは3〜15質量%が選択される。
【0163】
磁性トナーとして使用する際には、前述のマグネタイトを添加することができる。この場合には所定の磁気特性を付与する観点から、トナー中に20〜60質量%添加することが好ましい。
【0164】
有機顔料及び染料も従来公知のものを用いることができ、具体的な有機顔料及び染料を以下に例示する。
【0165】
マゼンタまたはレッド用の顔料としては、例えば、C.I.ピグメントレッド2、C.I.ピグメントレッド3、C.I.ピグメントレッド5、C.I.ピグメントレッド6、C.I.ピグメントレッド7、C.I.ピグメントレッド15、C.I.ピグメントレッド16、C.I.ピグメントレッド48:1、C.I.ピグメントレッド53:1、C.I.ピグメントレッド57:1、C.I.ピグメントレッド122、C.I.ピグメントレッド123、C.I.ピグメントレッド139、C.I.ピグメントレッド144、C.I.ピグメントレッド149、C.I.ピグメントレッド166、C.I.ピグメントレッド177、C.I.ピグメントレッド178、C.I.ピグメントレッド222等が挙げられる。
【0166】
オレンジまたはイエロー用の顔料としては、例えば、C.I.ピグメントオレンジ31、C.I.ピグメントオレンジ43、C.I.ピグメントイエロー12、C.I.ピグメントイエロー13、C.I.ピグメントイエロー14、C.I.ピグメントイエロー15、C.I.ピグメントイエロー17、C.I.ピグメントイエロー93、C.I.ピグメントイエロー94、C.I.ピグメントイエロー138、C.I.ピグメントイエロー180、C.I.ピグメントイエロー185、C.I.ピグメントイエロー155、C.I.ピグメントイエロー156等が挙げられる。
【0167】
グリーンまたはシアン用の顔料としては、例えば、C.I.ピグメントブルー15、C.I.ピグメントブルー15:2、C.I.ピグメントブルー15:3、C.I.ピグメントブルー16、C.I.ピグメントブルー60、C.I.ピグメントグリーン7等が挙げられる。
【0168】
また、染料としては、例えば、C.I.ソルベントレッド1、同49、同52、同58、同63、同111、同122、C.I.ソルベントイエロー19、同44、同77、同79、同81、同82、同93、同98、同103、同104、同112、同162、C.I.ソルベントブルー25、同36、同60、同70、同93、同95等を用いることができ、またこれらの混合物も用いることができる。
【0169】
これらの有機顔料及び染料は、所望に応じて、単独または複数を選択併用することが可能である。また、顔料の添加量は、重合体に対して2〜20質量%であり、好ましくは3〜15質量%である。
【0170】
本発明のトナーを構成する着色剤(着色剤粒子)は、表面改質されていてもよい。表面改質剤としては、従来公知のものを使用することができ、具体的にはシランカップリング剤、チタンカップリング剤、アルミニウムカップリング剤等を好ましく用いることができる。シランカップリング剤としては、例えば、メチルトリメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、メチルフェニルジメトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン等のアルコキシシラン、ヘキサメチルジシロキサン等のシロキサン、γ−クロロプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリクロロシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−ウレイドプロピルトリエトキシシラン等が挙げられる。チタンカップリング剤としては、例えば、味の素社製の「プレンアクト」と称する商品名で市販されているTTS、9S、38S、41B、46B、55、138S、238S等、日本曹達社製の市販品A−1、B−1、TOT、TST、TAA、TAT、TLA、TOG、TBSTA、A−10、TBT、B−2、B−4、B−7、B−10、TBSTA−400、TTS、TOA−30、TSDMA、TTAB、TTOP等が挙げられる。アルミニウムカップリング剤としては、例えば、味の素社製の「プレンアクトAL−M」等が挙げられる。
【0171】
これらの表面改質剤の添加量は、着色剤に対して0.01〜20質量%であることが好ましく、更に好ましくは0.1〜5質量%である。また、着色剤粒子の表面改質法としては、着色剤粒子の分散液中に表面改質剤を添加し、この系を加熱して反応させる方法が挙げられる。この様にして表面改質された着色剤粒子は、濾過により採取され、同一の溶媒による洗浄処理と濾過処理が繰り返された後、乾燥処理されて得られるものである。
【0172】
(結晶性化合物)
本発明のトナーは、DSCで測定される吸熱曲線において最大吸熱ピークのピークトップ温度が70〜120℃である結晶性化合物を含有する。該結晶性化合物を含有させることにより、大きな可塑効果が得られるために大幅に定着性が向上する。このような結晶性化合物は溶融粘度が低いことと、結着樹脂成分と相分離する作用が働く為にトナー粒子表面近傍に存在しやすいことなどから、トナー粒子表面の可塑効果が、大きく、トナー保存性、トナー流動性、トナー融着、現像耐久性、クリーニング安定性に影響を有する。そして70℃未満になると耐ブロッキング性や保存性が低下し、120℃を超えると大きな定着性向上効果が望めない。
【0173】
また、構造的に分岐構造があるi(イソ)−パラフィン構造あるいはナフテン構造(シクロパラフィン構造)炭化水素や芳香族炭化水素が存在すると、より可塑作用が大きくなってしまうので、本発明に係る結晶性化合物は、直鎖構造であるn(ノルマル)−パラフィン構造をとる炭化水素の含有率が92質量%以上であることを特徴とし、保存性、流動性、耐融着性、耐久現像性、クリーニング安定性に影響を与えることなく、定着性向上を図ることができる。n−パラフィン含有率は好ましくは93質量%以上であり、更に好ましくは94質量%以上であり、特に好ましくは95質量%以上であって、弊害を生ずることなくより優れた定着性向上効果が得られる。92質量%未満であると流動性、保存性、耐融着性、耐久現像性のいずれかに影響が出て、定着性向上効果を十分に享受することができなくなる。
【0174】
本発明に係る結晶性化合物は、DSCで測定される吸熱曲線の最大吸熱ピークの半値幅が12℃以下であることを特徴とし、トナーの保存性と定着性のバランスをとることができる。好ましくはこの半値幅が10℃以下で、更に好ましくは8℃以下である。この半値幅を持つ結晶性化合物により可塑効果が効率的に発揮されるので、少量の添加量でも優れた定着性向上効果を得ることが出来る。また結晶性化合物の添加量を増加することによる現像性の低下や、耐ブロッキング性の低下、流動性悪化から生じるクリーニングトラブル、ドラム融着等の発生が抑制されているため、結晶性化合物成分を増量することで更なる定着性向上が望める。半値幅が12℃を超えると、保存性あるいは定着性のいずれかに影響が出て、保存性と定着性とが両立されたトナーを得ることが困難になる。
【0175】
また、DSCで測定される吸熱ピークにおいて始点オンセット温度が50℃以上で、終点オンセット温度が100℃以下であることが、これらの効果を高くする上で好ましい。始点オンセット温度が50℃未満であると、保存性に劣るようになり、終点オンセット温度が100℃を超えると定着性向上効果が小さくなる。
【0176】
上述のような効果をより強く発揮するには始点オンセット温度が55℃以上、終点オンセット温度が95℃以下であることが好ましく、更に好ましくは、始点オンセット温度が60℃以上、終点オンセット温度が90℃以下である。
【0177】
本発明における可塑効果は、トナーの溶融粘度を下げ、トナーの定着性を上げるのは勿論のこと、本発明では、トナー表面近傍の可塑効果がより大きいので、表面近傍のトナーの溶融粘度はより下がり、記録媒体へのアンカー効果が働き、定着性向上に大きく貢献する。その一方で過剰な可塑作用は発生しないため、耐ブロッキング性に優れ、保存性に優れた、使いこなしやすいトナーとすることができるのである。
【0178】
また、従来の低温定着性に優れたトナーでは、トナーがクリーニング器のクリーニングブレードあるいはスリーブ上でドクターブレードで摩擦されると一部が溶け、トナー融着を起こすことがあった。この様な場合においても、本発明のトナーは、可塑効果をある程度でセーブできるため融着の発生を抑えることができる。
【0179】
更に本発明のトナーは流動性が良好であるため、クリーニング器中でのトナーの動きが安定し、クリーニング器中にトナーが詰まりクリーニング器を破損したり、特定部位のトナーの滞留量が増加しクリーニング不良等が発生したりすることなく、しかも定着性の優れたトナーとすることができる。また現像器、トナーホッパー中でのトナーの動きが安定し、トナーの補給、補給前後のトナーの混合が良好で現像性の安定化がもたらされる。このように、クリーニング器、現像器での安定性が増すので、定着性の向上と相まって高速機などにおける耐久安定性が向上するのである。
【0180】
本発明に用いられる結晶性化合物としては、次のようなものが利用できる。
好ましく用いられる結晶性化合物としては、高分子量ポリオレフィン重合時に得られる低分子量副生成物を精製したポリオレフィン;チーグラー触媒、メタロセン触媒の如き触媒を用いて重合したポリオレフィン;パラフィンワックス、フィッシャートロプシュワックス;石炭、天然ガス等を原料としてジントール法、ヒドロコール法、アーゲ法等により合成される合成炭化水素ワックス;炭素数1個の化合物をモノマーとする合成ワックス;水酸基、カルボキシル基などの官能基を有する炭化水素系ワックス;炭化水素系ワックスと官能基を有する炭化水素系ワックスとの混合物がある。
【0181】
また、これらの結晶性化合物を、プレス発汗法、溶剤法、再結晶法、真空蒸留法、超臨界ガス抽出法、融液晶析法を用いて分子量分布をシャープにしたものや低分子量固形脂肪酸、低分子量固形アルコール、低分子量固形化合物、その他の不純物を除去したものが好ましく用いられる。
【0182】
更に好ましく用いられるのは、パラフィンワックス、フィッシャートロプシュワックス、メタロセン触媒を用いて合成されたポリエチレン、ポリエチレン重合時に得られる低分子量副生物の蒸留精製物である。
【0183】
分散性の観点からパラフィンワックス、フィッシャートロプシュワックスが特に好ましく用いられ、顕著な定着性向上効果が得られ、現像性に優れる様になる。
【0184】
また、n−パラフィンの平均炭素数が30〜55個であることが好ましく、更に好ましくは32〜50個であり、特に34〜45個であることで、定着性向上と、保存性、流動性のバランスをとることができる。30個未満では、保存性、流動性に劣り、55個を超えると定着性向上効果が減少する様になる。
【0185】
本発明においては、プレス発汗法、溶剤法、再結晶法、真空蒸留法、超臨界ガス抽出法、融液晶析法等を利用し精製、分留を精度よく行うことでn−パラフィン率の高い結晶性化合物とすることができる。なかでも、結晶性化合物に対する貧溶剤を用いて精製を行う溶剤法を応用した方法が好ましい。たとえば、ベンゼンもしくはトルエンとケトン(アセトンまたはメチルエチルケトン);メチルイソブチルケトン;液化プロパン;トリクロロエチレンとベンゼン;ジクロロエタンとジクロロメタンの如き溶剤が用いられる。
【0186】
例えば、次のような方法が応用できる。原料結晶性化合物に溶剤を加えて加熱し、結晶性化合物成分を完全に溶解した後、冷却機で冷却して結晶性化合物を結晶化させる。目的とする結晶性化合物のDSC最大級熱ピークのピークトップ温度に応じて、所定の温度まで冷却し、ろ過する。このとき、温度制御を厳密に行い、冷却速度に時間をかけることでイソパラフィン、ナフテン、芳香族等を分離して、n−パラフィン率を高めることができる。さらに、結晶性化合物のケークを溶剤で洗い、油分、イソパラフィン、ナフテン、芳香族等を分離する。この工程を繰り返し、n−パラフィン率を高くすることができる。最終的に、溶剤回収装置で溶剤を分離して、結晶性化合物を得る。さらにこのあと、必要に応じて、水素精製、活性白土処理、脱臭処理を行う。また原料結晶性化合物は、真空蒸留、ガス抽出、融液晶析を用いて、予め分子量分布を狭くしたものが、n−パラフィン率を高める上で好ましい。
【0187】
従来より、DSC最大級ピークのピークトップ温度が65℃未満であるような低融点の結晶性化合物は従来の溶剤法においてもn−パラフィン率を高めることができたが、70℃以上のものは困難であり、特に75℃以上の高融点のものは困難であった。従来の蒸留等の方法のみでは、分子量に関して分留できるが、イソパラフィン、ナフテン分を十分に減らすことが難しかった。
【0188】
この溶剤法に好ましく用いられる原料結晶性化合物としては、石油ワックスから得られるスラックワックスやパラフィンワックス、エチレン重合時に得られる重合副生成物、メタロセンを触媒として重合される低分子量のポリエチレン、石炭や天然ガスを原料として得られるフィッシャートロプシュワックスなどがある。
【0189】
また本発明の結晶性化合物は、JIS K 2283−3.8で測定される100℃における動粘度において20mm2/s以下であることが好ましく、更に好ましくは1〜10mm2/s以下で好ましい可塑効果が得られる。
【0190】
また本発明の結晶性化合物は、JIS K 2235−5.4で測定される25℃における針入度において4以下であり、更に好ましくは3以下であることで、過剰な可塑効果を防止できる。
【0191】
本発明のトナーにおいては、これらの結晶性化合物の含有量は、結着樹脂100質量部に対し、0.2〜20質量部で用いられ、中でも0.5〜10質量部で用いるのが効果的である。
【0192】
本発明におけるDSC測定では、例えば、パーキンエルマー社製のDSC−7が利用できる。
【0193】
測定方法は、ASTM D3418−82に準じて行う。本発明に用いられるDSC曲線は、1回昇温させ前履歴を取った後、温度速度10℃/minで降温、昇温させた時に測定されるDSC曲線を用いる。各温度の定義は次のように定める。
・最大吸熱ピークのピークトップ温度
ベースラインからの高さが最も高いピークのピークトップ温度。
・最大吸熱ピークの半値幅
最大吸熱ピークの、ベースラインからピークトップまでの高さの2分の1の高さにおけるピークの温度幅
・吸熱ピークの始点オンセット温度
昇温時曲線の微分値が最大となる点における曲線の接線とベースラインとの交点の温度
・吸熱ピークの終点オンセット温度
昇温時曲線の微分値が最小となる点における曲線の接線とベースラインとの交点の温度
n−パラフィン含有率はガスクロマトグラフの定量分析により求めることができる。例えば島津製作所製のGC−17Aが利用でき、カラムは液相:ジメチルシロキサン、膜厚:0.25μm、内径×長さ=0.25mm×15mを、検出器はFIDを使用する。
【0194】
測定条件としては、キャリアガスとしてヘリウムを用いる。温度条件はカラム恒温槽はイニシャル60℃で40℃/minで昇温し、160℃にし、その後15℃/minで昇温し、350℃とし、その後7℃/minで昇温し445℃として4分ホールドする。気化室はイニシャル70℃で250℃/minで昇温し、445℃として0.1分ホールドする。検出器は445℃にホールドする。試料はヘプタンを溶媒とし、0.1質量%の濃度に調整する。
【0195】
標準物質として炭素数20,24,28,30,32,36,40,44のn−パラフィンを用い、リテンションタイムの内挿、外挿により、n−パラフィン成分の各炭素数別のピーク面積を求める。これが各炭素数別含有量で試料全体に対し含有率をもとめ質量%で表すことができる。各ノルマル成分ピーク間の他のピークは非ノルマル成分(例えばイソパラフィン)として扱う。n−パラフィン率は試料全成分中のn−パラフィン含有率で質量%で表示し、全ピーク面積中におけるn−パラフィン成分の面積率に相当する。
【0196】
平均炭素数は、n−パラフィンの分布で質量平均により次式から算出される。
平均炭素数C=(1/100)×Σ Ci・Fi
(Ciは炭素数、Fiは炭素数Ciの含有量の百分率を表す。)
またn−パラフィンの炭素数分布の標準偏差Sが0.5〜10であることが好ましく、さらには1.0〜8.0であることが好ましく、更に好ましくは1.5〜6.0でバランスのとれた可塑効果が得られる。標準偏差が0.5未満であるn−パラフィン、特に成分が単一の純パラフィンに近いものは結晶性が高くなり、トナー中に微分散させるのが難しくなる。また標準偏差が10を超える場合は可塑作用が大きくなり耐ブロッキング性に影響を及ぼす様になる。
【0197】
更に本発明では、炭素数の増減に伴い、含有量が連続的に変化する(炭素数の一つおきに含有量の多寡が現われず、炭素数の連続増減とともに含有量がスムーズに推移する様態)炭化水素ワックスが好ましく、常温時の硬さと溶融時の低粘度を同時に高度に実現でき、優れた保存性,粉体特性と定着性を両立できる。
【0198】
また本発明においては離型作用を補うために他の結晶性化合物を併用して用いてもよい。これらの併用する結晶性化合物としては、好ましくは最大吸熱ピークのピークトップ温度が90〜150℃である。例えば次のような結晶性化合物があげられる。モンタンワックス及びその誘導体、マイクロクリスタリンワックス及びその誘導体、フィッシャートロプシュワックス及びその誘導体、ポリオレフィンワックス及びその誘導体、カルナウバワックス及びその誘導体の如きワックスで、誘導体には酸化物や、ビニル系モノマーとのブロック共重合物、グラフト変性物を含む。その他、アルコールワックス、脂肪酸ワックス、酸アミドワックス、エステルワックス、ケトンワックス、硬化ひまし油及びその誘導体、植物系ワックス、動物系ワックス、鉱物系ワックス、ペトロラクタムである。
【0199】
中でも好ましく用いられる併用する結晶性化合物は、オレフィンを高圧下でラジカル重合あるいはチーグラー触媒・メタロセン触媒を用いて重合した低分子量のポリオレフィン及びこの時の副生成物、高分子量のポリオレフィンを熱分解して得られる低分子量のポリオレフィン、一酸化炭素・水素からなる合成ガスから触媒を用いて得られる炭化水素の蒸留残分、あるいはこれらを水素添加して得られる合成炭化水素などから得られる結晶性化合物が用いられ、酸化防止剤が添加されていてもよい。あるいは、直鎖状のアルコールワックス、脂肪酸ワックス、酸アミドワックス、エステルワックスあるいは、モンタン系誘導体である。また、脂肪酸等の不純物を予め除去してあるものも好ましい。
【0200】
これらのワックスから、プレス発汗法、溶剤法、真空蒸留、超臨界ガス抽出法、分別結晶化(例えば、融液晶析及び結晶ろ別)等を利用して、ワックスを分子量により分別した併用する結晶性化合物も本発明に好ましく用いられる。また分別後に、酸化やブロック共重合、グラフト変性を行なってもよい。
【0201】
これらの併用する結晶性化合物の含有量は、結着樹脂100質量部に対し、前述の結晶性化合物と併せて総量で0.5〜20質量部で用いることができ、好ましくは1.0〜15質量部で用いるのが効果的である。
【0202】
(現像剤)
本発明のトナーは、一成分現像剤でも二成分現像剤として用いてもよく、一成分現像剤として用いる場合は、非磁性一成分現像剤、あるいはトナー中に0.1〜0.5μm程度の磁性粒子を含有させた磁性一成分現像剤が挙げられいずれも使用できる。
【0203】
また、キャリアと混合して二成分現像剤として用いることもでき、この場合は、キャリアの磁性粒子として、鉄、フェライト、マグネタイト等の金属、それらの金属とアルミニウム、鉛等の金属との合金等の従来から公知の材料を用いることが出来る。特にフェライト粒子が好ましい。上記磁性粒子は、その体積平均粒径としては15〜100μm、より好ましくは25〜80μmのものがよい。
【0204】
キャリアの体積平均粒径の測定は、代表的には湿式分散機を備えたレーザ回折式粒度分布測定装置「ヘロス(HELOS)」(シンパティック(SYMPATEC)社製)により測定することができる。
【0205】
キャリアは、磁性粒子が更に樹脂により被覆されているもの、あるいは樹脂中に磁性粒子を分散させたいわゆる樹脂分散型キャリアが好ましい。コーティング用の樹脂組成としては、特に限定は無いが、例えば、オレフィン系樹脂、スチレン系樹脂、スチレン−アクリル系樹脂、シリコーン系樹脂、エステル系樹脂或いはフッ素含有重合体系樹脂等が用いられる。また、樹脂分散型キャリアを構成するための樹脂としては、特に限定されず公知のものを使用することができ、例えば、スチレン−アクリル系樹脂、ポリエステル樹脂、フッ素系樹脂、フェノール樹脂等を使用することができる。
【0206】
これらの樹脂の中で、特にフッ素含有重合体系の樹脂が好ましく、中でもフッ素化アリレート樹脂が好ましい。例えば1,1−ジヒドロパーフルオロアルコールもしくはトリヒドロパーフルオロアルコール、テトラヒドロパーフルオロアルコール、その他のフルオロアルコール、フルオロアセチルアルコール、N−フルオロアルキルスルホニル−N−アルキルアミノアルコール等とアクリル酸、又はメタアクリル酸とのエステル化反応物(例えば、1,1,1−トリフルオロエチルメタクリレート)を重合した樹脂、或いはこれらと脂肪族オレフィン、ハロゲン化脂肪族オレフィン、共役ジエン系脂肪族ジオレフィン、芳香族ビニル系化合物、含窒素ビニル系化合物、(メタ)アクリル酸アルキルエステルとの共重合体樹脂が挙げられる。
【0207】
(画像形成方法と画像形成装置)
次に本発明のトナーを用いる画像形成方法に用いる画像形成装置について説明する。
【0208】
図2は本発明の画像形成装置の一例を示す断面構成図である。4は潜像形成体である感光体ドラムであり、アルミニウム製のドラム基体の外周面に感光体層である有機光導電体(OPC)を形成してなるもので矢印方向に所定の速度で回転する。
【0209】
図2において、図示しない原稿読み取り装置にて読み取った情報に基づき、半導体レーザ光源1から露光光が発せられる。これをポリゴンミラー2により、図2の紙面と垂直方向に振り分け、画像の歪みを補正するfθレンズ3を介して、感光体面上に照射され静電潜像を作る。感光体ドラム4は、予め帯電器5により一様帯電され、像露光のタイミングにあわせて時計方向に回転を開始している。
【0210】
感光体ドラム面上の静電潜像は、現像器6によりトナー現像され、形成されたトナー像はタイミングを合わせて搬送されてきた転写紙8に転写器7の作用により転写される。更に感光体ドラム4と転写紙8は分離器(分離極)9により分離されるが、トナー像は転写紙8に転写担持されて、定着器10へと導かれ定着される。
【0211】
感光体面に残留した未転写のトナー等は、クリーニングブレード方式のクリーニング器11にて清掃され、帯電前露光(PCL)12にて残留電荷を除き、次の画像形成のため再び帯電器5により、一様帯電される。
【0212】
トナーリサイクルを行う場合には、特に限定されるものでは無いが、例えば、クリーニング部で回収されたトナーを搬送コンベアあるいは搬送スクリューによって補給用トナーホッパー、現像器あるいは補給用トナーと中間室によって混合して現像器へ供給する方法等をあげることができる。好ましくは現像器へ直接戻す方式あるいは中間室にて補給用トナーとリサイクルトナーを混合して供給する方式をあげることができる。
【0213】
次に図3において、トナーのリサイクル部材斜視構成図の一例を挙げる。この方式は現像器へリサイクルトナーを直接戻す方式である。
【0214】
クリーニングブレード13で回収された未転写トナーはトナークリーニング器11内の搬送スクリュウによってトナーリサイクルパイプ14に集められ、更にこのリサイクルパイプの受け口15から現像器6に戻され、再び現像剤として使用される。
【0215】
図3は又、本発明の画像形成装置に着脱自在のプロセスカートリッジの斜視図でもある。この図3では斜視構造を判りやすくするため感光体ユニットと現像剤ユニットを分離した図面になっているが、これを全部一体化したユニットとして着脱自在に画像形成装置に搭載できる。この場合、感光体、現像器、クリーニング器及びリサイクル部材が一体となりプロセスカートリッジを構成している。
【0216】
又、上記画像形成装置は、感光体ドラムと、帯電器、現像器、クリーニング器あるいはリサイクル部材等の少なくとも一つを含むプロセスカートリッジを搭載する形態にすることもできる。
【0217】
次に、転写紙は代表的には普通紙であるが、現像後の未定着像を転写可能なものなら、特に限定されず、OHP用のPETベース等も無論含まれる。
【0218】
又、クリーニングブレード13は、厚さ1〜30mm程度のゴム状弾性体を用い、材質としてはウレタンゴムが最も良く用いられる。これは感光体に圧接して用いられるため熱を伝え易く、本発明においては解除機構を設け、画像形成動作を行っていない時には感光体から離しておくのが望ましい。
【0219】
本発明は、電子写真法による画像形成装置、特にコンピュータ等からのデジタル画像データで変調した変調ビームにより感光体上に静電潜像を形成する装置に使用することもできる。
【0220】
近年、感光体上に静電潜像を形成し、この潜像を現像して可視画像を得る電子写真等の分野において、画質の改善、変換、編集等が容易で高品質の画像形成が可能なデジタル方式を採用した画像形成方法の研究開発が盛んになされている。
【0221】
この画像形成方法及び装置に採用されるコンピュータまたは複写原稿からのデジタル画像信号により光変調する走査光学系として、レーザ光学系に音響光学変調器を介在させ、当該音響光学変調器により光変調する装置、半導体レーザを用い、レーザ強度を直接変調する装置があり、これらの走査光学系から一様に帯電した感光体上にスポット露光してドット状の画像を形成する。
【0222】
前述の走査光学系から照射されるビームは、裾が左右に広がった正規分布状に近似した丸状や楕円状の輝度分布となり、例えばレーザビームの場合、通常、感光体上で主走査方向あるいは副走査方向の一方あるいは両者が20〜100μmという極めて狭い丸状あるいは楕円状である。
【0223】
本発明のトナーは、トナー像が形成された画像形成支持体を、定着装置を構成する加熱ローラと加圧ローラとの間に通過させて定着する工程を含む画像形成方法に好適に使用される。
【0224】
図4は、本発明のトナーを用いた画像形成方法において使用する定着装置の一例を示す断面図であり、図4に示す定着装置10は、加熱ローラ71と、これに当接する加圧ローラ72とを備えている。なお、図5において、Tは転写紙(画像支持体)上に形成されたトナー像である。
【0225】
加熱ローラ71は、フッ素樹脂または弾性体からなる被覆層82が芯金81の表面に形成されてなり、線状ヒーターよりなる加熱部材75を内包している。
【0226】
芯金81は、金属から構成され、その内径は10〜70mmとされる。芯金81を構成する金属としては特に限定されるものではないが、例えば鉄、アルミニウム、銅等の金属あるいはこれらの合金を挙げることができる。
【0227】
芯金81の肉厚は0.1〜15mmとされ、省エネルギーの要請(薄肉化)と、強度(構成材料に依存)とのバランスを考慮して決定される。例えば、0.57mmの鉄よりなる芯金と同等の強度を、アルミニウムよりなる芯金で保持するためには、その肉厚を0.8mmとする必要がある。
【0228】
被覆層82を構成するフッ素樹脂としては、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)およびPFA(テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体)などを例示することができる。
【0229】
フッ素樹脂からなる被覆層82の厚みは10〜500μmとされ、好ましくは20〜400μmとされる。
【0230】
フッ素樹脂からなる被覆層82の厚みが10μm未満であると、被覆層としての機能を十分に発揮することができず、定着装置としての耐久性を確保することができない。一方、500μmを超える被覆層の表面には紙粉によるキズがつきやすく、当該キズ部にトナーなどが付着し、これに起因する画像汚れを発生する問題がある。
【0231】
また、被覆層82を構成する弾性体としては、LTV、RTV、HTVなどの耐熱性の良好なシリコーンゴムおよびシリコーンスポンジゴムなどを用いることが好ましい。
【0232】
被覆層82を構成する弾性体のアスカーC硬度は、80°未満とされ、好ましくは60°未満とされる。
【0233】
また、弾性体からなる被覆層82の厚みは0.1〜30mmとされ、好ましくは0.1〜20mmとされる。
【0234】
被覆層82を構成する弾性体のアスカーC硬度が80°を超える場合、および当該被覆層82の厚みが0.1mm未満である場合には、定着のニップを大きくすることができず、ソフト定着の効果(例えば、平滑化された界面のトナー層による色再現性の向上効果)を発揮することができない。
【0235】
加熱部材75としては、ハロゲンヒーターを好適に使用することができる。加圧ローラ72は、弾性体からなる被覆層84が芯金83の表面に形成されてなる。被覆層84を構成する弾性体としては特に限定されるものではなく、ウレタンゴム、シリコーンゴムなどの各種軟質ゴムおよびスポンジゴムを挙げることができ、被覆層84を構成するものとして例示したシリコーンゴムおよびシリコーンスポンジゴムを用いることが好ましい。
【0236】
被覆層84を構成する弾性体のアスカーC硬度は、80°未満とされ、好ましくは70°未満、更に好ましくは60°未満とされる。
【0237】
また、被覆層84の厚みは0.1〜30mmとされ、好ましくは0.1〜20mmとされる。
【0238】
被覆層84を構成する弾性体のアスカーC硬度が80°を超える場合、および被覆層84の厚みが0.1mm未満である場合には、定着のニップを大きくすることができず、ソフト定着の効果を発揮することができない。
【0239】
芯金83を構成する材料としては特に限定されるものではないが、アルミニウム、鉄、銅などの金属またはそれらの合金を挙げることができる。
【0240】
加熱ローラ71と加圧ローラ72との当接荷重(総荷重)としては、通常40〜350Nとされ、好ましくは50〜300N、さらに好ましくは50〜250Nとされる。この当接荷重は、加熱ローラ71の強度(芯金81の肉厚)を考慮して規定され、例えば0.3mmの鉄よりなる芯金を有する加熱ローラにあっては、250N以下とすることが好ましい。
【0241】
また、耐オフセット性および定着性の観点から、ニップ幅としては4〜10mmであることが好ましく、当該ニップの面圧は0.6×105Pa〜1.5×105Paであることが好ましい。
【0242】
図5に示した定着装置による定着条件の一例を示せば、定着温度(加熱ローラ10の表面温度)が150〜210℃とされ、定着線速が230〜900mm/secとされる。
【0243】
【実施例】
以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明の態様はこれに限定されるものではない。なお、文中「部」とは「質量部」を表す。
【0244】
〔1〕結晶性化合物の調製
結晶性化合物1〜4
天然ガスを原料とした市販のフィッシャートロプシュワックスを真空蒸留し、蒸留条件を変更して異なる留分のものを用い溶解した状態でメチルブチルケトンで洗浄を繰り返したのち徐冷し結晶性化合物1〜4を得た。
【0245】
結晶性化合物5〜6
メタロセンを触媒にして得られたポリエチレンを原料に、結晶性化合物1〜4と同様に洗浄を行い結晶性化合物5〜6を得た。
【0246】
結晶性化合物7
溶剤にはトルエンとメチルエチルケトンの混合溶剤を用い、80℃にて原料ワックスを溶解し、0.2℃/minで68℃まで冷却し1時間保持した後、濾過した。濾別したワックスを新しい混合溶剤で2回洗浄した後、ワックスを取り出し、溶剤を溶剤回収装置にて分離し、水素化精製を行って結晶性化合物7を得た。
【0247】
結晶性化合物8
溶剤にはキシレンを用い、134℃にて原料ワックスを溶解し、0.2℃/minで98℃まで冷却し1時間保持した後、濾過した。濾別したワックスを新しい溶剤で2回洗浄した後、ワックスを取り出し、溶剤を溶剤回収装置にて分離し、水素化精製を行って結晶性化合物8を得た。
【0248】
結晶性化合物1〜8の特性を下記表1に示す。
【0249】
【表1】
【0250】
〔2〕結晶性化合物分散液の調製
結晶性化合物分散液1
結晶性化合物1 50質量部
アニオン性界面活性剤(ネオゲンSC、第一工業製薬社製) 5質量部
イオン交換水 200質量部
前記成分を96℃に加熱してホモジナイザー(IKA社製、ウルトラタラックスT50)で分散した後、圧力吐出型ホモジナイザーで分散処理し、結晶性化合物分散液1を得た。
【0251】
結晶性化合物分散液2〜8
結晶性化合物1を結晶性化合物2〜8に変えた以外は結晶性化合物分散液1と同様にして結晶性化合物分散液2〜8を得た。
【0252】
〔3〕トナー用樹脂の調製
〔ラテックス1HML〕
(1)核粒子の調製(第一段重合)
撹拌装置、温度センサー、冷却管、窒素導入装置を取り付けた5000mlのセパラブルフラスコにアニオン系界面活性剤
(101) C10H21(OCH2CH2)2OSO3Na 7.08g
をイオン交換水3010gに溶解させた界面活性剤溶液(水系媒体)を仕込み、窒素気流下230rpmの撹拌速度で撹拌しながら、フラスコ内の温度を80℃に昇温させた。
【0253】
この界面活性剤溶液に、重合開始剤(過硫酸カリウム:KPS)9.2gをイオン交換水200gに溶解させた開始剤溶液を添加し、温度を75℃とした後、スチレン70.1g、n−ブチルアクリレート19.9g、メタクリル酸10.9gからなる単量体混合液を1時間かけて滴下し、この系を75℃にて2時間にわたり加熱、撹拌することにより重合(第一段重合)を行い、ラテックス(高分子量樹脂からなる樹脂粒子の分散液)を調製した。これを「ラテックス(1H)」とする。
【0254】
(2)中間層の形成(第二段重合)
撹拌装置を取り付けたフラスコ内において、スチレン105.6g、n−ブチルアクリレート30.0g、メタクリル酸6.2g、n−オクチル−3−メルカプトプロピオン酸エステル5.6gからなる単量体混合液を90℃に加温し溶解させて単量体溶液を調製した。
【0255】
一方、アニオン系界面活性剤(上記式(101))1.6gをイオン交換水2700mlに溶解させた界面活性剤溶液を98℃に加熱し、この界面活性剤溶液に、核粒子の分散液である前記ラテックス(1H)を固形分換算で28g添加した後、循環経路を有する機械式分散機「クレアミックス(CLEARMIX)」(エム−テクニック社製)により、乳化粒子(油滴)を含む分散液(乳化液)を調製した。
【0256】
次いで、この分散液(乳化液)に、重合開始剤(KPS)5.1gをイオン交換水240mlに溶解させた開始剤溶液と、イオン交換水750mlとを添加し、この系を98℃にて12時間にわたり加熱撹拌することにより重合(第二段重合)を行い、ラテックス(高分子量樹脂からなる樹脂粒子の表面が中間分子量樹脂により被覆された構造の複合樹脂粒子の分散液)を得た。これを「ラテックス(1HM)」とする。
【0257】
(3)外層の形成(第三段重合)
上記の様にして得られたラテックス(1HM)に、重合開始剤(KPS)7.4gをイオン交換水200mlに溶解させた開始剤溶液を添加し、80℃の温度条件下に、スチレン300g、n−ブチルアクリレート95g、メタクリル酸15.3g、n−オクチル−3−メルカプトプロピオン酸エステル10.4gからなる単量体混合液を1時間かけて滴下した。滴下終了後、2時間にわたり加熱撹拌することにより重合(第三段重合)を行った後、28℃まで冷却しラテックス(高分子量樹脂からなる中心部と、中間分子量樹脂からなる中間層と、低分子量樹脂からなる外層とを有する複合樹脂粒子の分散液)を得た。
【0258】
このラテックスを「ラテックス(1HML)」とする。
このラテックス(1HML)を構成する複合樹脂粒子は、138,000、80,000および13,000にピーク分子量を有するものであり、また、この複合樹脂粒子の重量平均粒径は122nmであった。
【0259】
〔ラテックス2HML〕
界面活性剤(101)に代えて、アニオン系界面活性剤(ドデシルベンゼンスルフォン酸ナトリウム:SDS)7.08gを使用したこと以外は、ラテックス(1HML)と同様にして、ラテックス(高分子量樹脂からなる中心部と、中間分子量樹脂からなる中間層と、低分子量樹脂からなる外層とを有する複合樹脂粒子の分散液)を得た。このラテックスを「ラテックス(2HML)」とする。
【0260】
このラテックス(2HML)を構成する複合樹脂粒子は、138,000、80,000および12,000にピーク分子量を有するものであり、また、この複合樹脂粒子の重量平均粒径は110nmであった。
【0261】
〔着色粒子1〜10及び比較用着色粒子1〜6の製造〕
アニオン系界面活性剤(101)59.0gをイオン交換水1600mlに撹拌溶解し、この溶液を撹拌しながら、カーボンブラック「リーガル330」(キャボット社製)420.0gを徐々に添加し、次いで「クレアミックス」(エム−テクニック社製)を用いて分散処理することにより、着色剤粒子の分散液(以下「着色剤分散液1」という。)を調製した。この着色剤分散液における着色剤粒子の粒子径を、電気泳動光散乱光度計「ELS−800」(大塚電子社製)を用いて測定したところ、重量平均粒径で89nmであった。
【0262】
ラテックス1HML420.7g(固形分換算)と、イオン交換水900gと、着色剤分散液1を166gと結晶性化合物分散液1〜8を表2の組み合わせで各210g、温度センサー、冷却管、窒素導入装置、撹拌装置を取り付けた反応容器(四つ口フラスコ)に入れ撹拌した。容器内の温度を30℃に調整した後、この溶液に5モル/Lの水酸化ナトリウム水溶液を加えてpHを8〜10.0に調整した。
【0263】
次いで、塩化マグネシウム・6水和物12.1gをイオン交換水1000mlに溶解した水溶液を、撹拌下、30℃にて10分間かけて添加した。3分間放置した後に昇温を開始し、この系を6〜60分間かけて90℃まで昇温し、会合粒子の生成を行った。その状態で、「コールターカウンター TA−II」にて会合粒子の粒径を測定し、個数平均粒径が4〜7μmになった時点で、塩化ナトリウム80.4gをイオン交換水1000mlに溶解した水溶液を添加して粒子成長を停止させ、更に熟成処理として液温度85〜98℃にて2〜12時間にわたり加熱撹拌することにより、粒子の融着及び結晶性化合物の相分離を継続させた(熟成工程)。
【0264】
その後、30℃まで冷却し、塩酸を添加してpHを2.0に調整し、撹拌を停止した。生成した会合粒子を濾過し、45℃のイオン交換水で繰り返し洗浄を行い、その後、40℃の温風で乾燥することにより、着色粒子を得た。
【0265】
前記凝集工程のpH、熟成処理工程の温度、熟成時間、撹拌強度を制御することにより、結晶性化合物、着色剤分散状態、形状および形状係数の変動係数を制御し、更に、液中分級により、トナー粒径および粒度分布の変動係数を任意に調整して、表2に示す最近接壁間距離の平均値、最近接壁間距離が1300nm以上の島を有する比率(個数%)等の特性を着色粒子1〜10および比較用着色粒子1〜6について得た(これらを各々実施例1〜10および比較例1〜6として示した)。
【0266】
【表2】
【0267】
以上の様にして得られた着色粒子1〜10及び比較用着色粒子1〜6の各々に、平均一次粒子径35nmの疎水性シリカ0.8質量部、平均一次粒子径25nmの疎水性酸化チタン1.0質量部を添加し、10Lヘンシェルミキサーの回転翼周速を30m/sに設定し25分間混合した。なお、これらの着色粒子について、外部添加剤の添加によってその形状や粒径は変化しないものである。
【0268】
キャリアの製造
フェライト芯材の製造
MnOを18mol%、MgOを4mol%、Fe2O3を78mol%を湿式ボールミルで2時間粉砕、混合し乾燥させた後に、900℃で2時間保持することにより仮焼成し、これをボールミルで3時間粉砕しスラリー化した。分散剤およびバインダーを添加し、スプレードライヤーにより造粒、乾燥し、その後1200℃m3時間本焼成を行い、抵抗値4.3×108Ω・cmのフェライト芯材粒子を得た。
【0269】
被覆用樹脂の製造
先ず、界面活性剤として炭素数12のアルキル基を有するベンゼンスルホン酸ナトリウムを用いた水溶液媒体中の濃度を0.3質量%とした乳化重合法により1,1,1−トリフルオロエチルメタクリレート/メチルメタクリレート(共重合比2/8)の共重合体を合成し、体積平均一次粒径0.1μm、重量平均分子量(Mw)200,000、数平均分子量(Mn)91,000、Mw/Mn=2.2、軟化点温度(Tsp)230℃およびガラス転移温度(Tg)110℃の樹脂微粒子を得た。なお、前記樹脂微粒子は、乳化状態において、水と共沸し、残存単量体量を510ppmとした。
【0270】
次に、フェライト芯材粒子100質量部と前記樹脂微粒子2質量部とを撹拌羽根付き高速撹拌混合機に投入し、120℃で30分間撹拌混合して機械的衝撃力の作用を利用して体積平均粒径61μmの樹脂被覆キャリアを得た。
【0271】
現像剤の製造
外部添加剤が添加された着色粒子の各々と、キャリアとを混合し、トナー濃度が6質量%の現像剤を調製した。
【0272】
感光体P1の製造
長さ380mm、直径60mmの円筒状導電性支持体上に下記の塗布液を塗布し、感光体P1を作製した。
【0273】
〈下引き層〉
チタンキレート化合物(TC−750 松本製薬社製) 30g
シランカップリング剤(KBM−503 信越化学社製) 17g
2−プロパノール 150ml
上記塗布液を用いて円筒状導電性支持体上に、膜厚0.5μmとなるよう塗布した。
【0274】
〈電荷発生層〉
を混合し、サンドミルを用いて10時間分散し、電荷発生層塗布液を調製した。この塗布液を前記下引き層の上に浸漬塗布法で塗布し、膜厚0.2μmの電荷発生層を形成した。
【0275】
〈電荷輸送層〉
を混合し、溶解して電荷輸送層塗布液を調製した。この塗布液を前記電荷発生層の上に浸漬塗布法で塗布し、乾燥膜厚20μmの電荷輸送層を形成した。
【0276】
〈保護層〉
メチルトリメトキシシラン 150g
ジメチルジメトキシシラン 30g
反応性電荷輸送性化合物(例示化合物B−1) 15g
ポリフッ化ビニリデン粒子(体積平均粒径0.2μm) 10g
酸化防止剤(例示化合物2−1) 0.75g
2−プロパノール 75g
3%酢酸 5g
を混合し、保護層の塗布液を調製した。この塗布液を前記電荷輸送層の上に円形量規制型塗布装置により厚さ2μmの樹脂層を形成し、120℃、1時間の加熱硬化を行い、シロキサン樹脂の保護層を形成した。
【0277】
【化1】
【0278】
評価機として、図2に記載の画像形成プロセスを有するデジタル複写機(コロナ帯電、レーザ露光、反転現像、静電転写、爪分離、クリーニングブレードを有する)に、感光体P1及び各現像剤を搭載し評価した。上記デジタル複写機は以下の条件に設定し評価を行った。
【0279】
帯電条件
帯電器;スコロトロン帯電器、初期帯電電位を−750V
露光条件
露光部電位を−50Vにする露光量に設定
現像条件
DCバイアス;−550V
転写極;コロナ帯電方式
また、定着装置としては、芯金として鉄を使用し、表面を厚さ25μmのPFA(テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体)で被覆された表面粗さRaが0.8μmの加熱ローラを使用し、加圧ローラとして鉄の芯金を使用し、HTVシリコーンゴムの上に厚み120μmのPFAチューブを被覆した表面粗さRaが0.8μmの加圧ローラを用いた。なお、ニップ幅は3.8mmであり、線速は420mm/secである。
【0280】
なお、定着装置のクリーニング機構及びシリコーンオイル供給機構は装着していない。定着の温度は加熱ローラの表面温度で制御し、165℃の設定温度とした。
【0281】
複写条件は最も厳しいと思われる低温低湿環境(10℃、20%RH)にて連続50万コピー行い、コピー画像のノンビジュアルオフセット性、高速定着時の巻き付き、定着ローラ寿命、クリーニング性、感光体のフィルミング発生、感光体の寿命、ハーフトーンの均一性及び文字つぶれの発生状況について評価を行った。
【0282】
評価は、画素率が7%の文字画像、人物顔写真画像、ベタ白画像、ベタ黒画像がそれぞれ1/4等分にあるオリジナル画像をA4中性紙での複写を行い、10000枚毎にハーフトーン、ベタ白画像、ベタ黒画像、細線画像を評価した。
【0283】
〈ノンビジュアルオフセット性〉
10mm×50mm、厚さ5mmのフェルトパッドを50g/cm2(5×10-5Pa)の荷重で当接させ、10,000枚印字後の汚れを観察した。
評価基準
◎:フェルトパッドに汚れの発生が無い。
○:フェルトパッドにごく軽微な汚れが発生(実用上問題なし)。
×:フェルトパッド画像上に汚れが発生(実用上問題有り)。
【0284】
〈高速定着時の巻き付き〉
熱ローラの温度設定を165℃としたままラインスピードの設定を420mm/secから840mm/secに変化させ、20,000枚印字後にベタ画像のコピーを行い、巻き付き性と定着率の評価を行った。
評価基準
◎:定着分離不良による紙詰まり発生がなく、定着分離爪痕も観察されない。
○:定着分離不良による紙詰まり発生はないが、定着分離爪痕が若干認められた(実用上問題なし)。
×:定着分離不良による紙詰まり発生(実用上問題有り)。
なお、定着率の測定は、A4サイズの普通紙(秤量65g/m2)を使用した。
【0285】
〈定着ローラ寿命〉
定着ローラ上についた傷による画像汚れが発生した枚数で評価した。
【0286】
〈クリーニング性能〉
画像白地部にクリーニング装置から感光体上にトナーがすりぬけて、画像汚れとして判別された枚数で評価した。下記◎及び○を合格とした。
評価基準
◎:100万枚を超えても発生なし
○:70万〜100万枚で発生
×:70万枚未満で発生
〈製本時の汚れ〉
64g/m2の普通紙に両面コピーを行い、一冊あたり100枚の冊子としたのち、20回手めくりした時の白地部の汚れを観察した。
【0287】
ランクA:画像上に汚れの発生がない
ランクB:画像上にごく軽微な汚れが確認されたが、実用上全く問題ないレベルのもの
ランクC:画像上に軽微な汚れが確認されたが、実用上問題ないレベルのもの
ランクD:画像上に汚れがあり、実用に適さない
評価ランクA、B、Cを合格、Dを不合格とした。
【0288】
〈感光体フィルミング〉
前述の連続100万コピー後の感光体表面を目視観察により、フィルミングの有無を判定した。但し、それ以前にフィルミングが著しい場合は、その枚数でテストを中止し、それまでのラスト枚数を記載した。
【0289】
〈感光体の寿命〉
露光量を最大にしたときのカブリ濃度(転写紙に対する非画像部の相対濃度)が0.01を超えた時点の枚数で評価した。カブリ濃度は反射濃度測定機PDA−65(コニカ社製)で測定した。
【0290】
〈ハーフトーンの均一性〉
感光体フィルミング等の転写性変動に伴うハーフトーン画像の均一性を評価した。評価基準は以下のとおりである。
【0291】
ランクA:ムラのない均一な画像
ランクB:スジ状の薄いムラが存在するが実用上問題なし
ランクC:スジ状の薄いムラが数本存在するが実用上問題なし
ランクD:スジ状のはっきりしたムラが数本以上存在し、実用上問題有り
〈文字つぶれ〉
3ポイント、5ポイントの文字画像を形成し、下記の評価基準で評価した。
【0292】
◎:3ポイント、5ポイントとも明瞭であり、容易に判読可能で実用上問題なし
○:3ポイントは、一部判読不能な文字が発生しているが、5ポイントは明瞭で容易に判読可能で実用上問題なし
×:3ポイントは、殆どの文字が判読不能であり、5ポイントも、一部あるいは全部が判読不能な状態で実用上問題有り
以上の評価項目についての結果を表3に示す。
【0293】
【表3】
【0294】
上記表3の結果からも明らかな様に、本発明の静電潜像現像用トナーでは、ノンビジュアルオフセットの発生抑制等が達成され、定着装置を75万枚以上の長期にわたり、部材交換する必要なく連続使用可能であることが確認された。また、感光体の寿命も大幅に延長させることを可能にする結果が得られ、比較試料として用いられた従来技術の静電潜像現像用トナーよりも遙かに優れた性能を有する者であることが確認された。
【0295】
【発明の効果】
本発明により、第1には、ノンビジュアルオフセット性に優れ、長期使用に伴い処理の累積枚数が増加しても画像汚れを発生させない静電潜像現像用トナーとその製造方法を提供することが出来る。
【0296】
第2には、高速機に使用しても、離型剤のトナー表面への滲出が効果的に行われ、離型性不足による定着巻付きジャム等の発生のない、溶融性、流動性の優れた静電潜像現像用トナーとその製造方法を提供することが出来る。
【0297】
第3には、トナー中からの離型剤の脱離を発生させない、耐久性を有する静電潜像現像用トナーとその製造方法を提供することが出来る。
【0298】
第4には、オイルレス或いはクリーニングレスの定着工程を有した高速画像形成装置に使用可能な静電潜像現像用トナーとその製造方法を提供することが出来る。
【0299】
更に、第5には、上記静電潜像現像用トナーを使用する現像剤、画像形成方法及び画像形成装置を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の海島構造を有するトナー粒子を説明する模式図。
【図2】本発明に適用される画像形成装置の一例を示す断面構成図。
【図3】トナーのリサイクル部材斜視構成図。
【図4】本発明に適用される定着装置の断面図。
【符号の説明】
1 半導体レーザ光源
2 ポリゴンミラー
3 fθレンズ
4 感光体ドラム
5 帯電器
6 現像器
7 転写器
8 転写紙
9 分離器
10 定着器
11 クリーニング器
12 帯電前露光
13 クリーニングブレード
14 トナーリサイクルパイプ
15 リサイクルパイプの受け口
71 加熱ローラ
72 加圧ローラ
75 加熱部材
81 芯金
82 被覆層
Claims (10)
- 少なくとも樹脂と着色剤と結晶性化合物とを含有する静電潜像現像用トナーにおいて、下記(1)、(2)及び(3)の条件を充たすことを特徴とする静電潜像現像用トナー。
(1) トナー粒子は海島構造を有し、該トナー粒子中の結晶性化合物の島について、該島間の最近接壁間距離の平均値が100〜1060nmであり、前記最近接壁間距離が1300nm以上である島が、全島の10個数%以下である。
(2) 結晶性化合物が、n(ノルマル)−パラフィンを92質量%以上含有し、炭素数の異なる複数のn−パラフィン成分を含有しており、DSCで測定される吸熱曲線において最大吸熱ピークのピークトップ温度が70〜120℃であり、該最大吸熱ピークのピーク半値幅が12℃以下、且つ針入度が4以下である。
(3)該トナー粒子表面に結晶性化合物の島の露出していないトナー粒子が98%以上ある。 - 少なくとも樹脂と着色剤と結晶性化合物とを含有する静電潜像現像用トナーにおいて、該トナー粒子は、海島構造を有するもので、該樹脂が海の部分を構成し、着色剤の島と結晶性化合物の島からなることを特徴とする請求項1記載の静電潜像現像用トナー。
- 前記トナーは、個数平均粒径が3〜9μmであることを特徴とする請求項1又は2に記載の静電潜像現像用トナー。
- 少なくとも樹脂と着色剤と結晶性化合物とを含有する請求項1〜3の何れか1項に記載の静電潜像現像用トナーの製造方法において、少なくとも重合性単量体を水系媒体中で重合せしめて得られることを特徴とする静電潜像現像用トナーの製造方法。
- 少なくとも樹脂と着色剤と結晶性化合物とを含有する請求項1〜3の何れか1項に記載の静電潜像現像用トナーの製造方法において、少なくとも樹脂粒子を水系媒体中で凝集/融着させて得られることを特徴とする静電潜像現像用トナーの製造方法。
- 少なくとも樹脂と着色剤と結晶性化合物とを含有する請求項1〜3の何れか1項に記載の静電潜像現像用トナーの製造方法において、該トナーは、多段重合法によって得られる複合樹脂微粒子と着色剤粒子とを凝集/融着させて得られることを特徴とする静電潜像現像用トナーの製造方法。
- 請求項4〜6の何れか1項に記載の静電潜像現像用トナーの製造方法により造られたことを特徴とする静電潜像現像用トナー。
- 少なくとも樹脂と着色剤と結晶性化合物とを含有する静電潜像現像用トナーとキャリアを混合した2成分現像剤であって、請求項1〜3又は7の何れか1項に記載の静電潜像現像用トナーを含有することを特徴とする静電潜像現像用2成分現像剤。
- 感光体上に形成された静電潜像を可視画像化し、該可視画像を記録媒体上に転写、加熱定着させる工程を有する画像形成方法において、前記加熱定着は線速230〜900mm/secで行い、該可視画像化を請求項1〜3又は7の何れか1項に記載の静電潜像現像用トナーを用いて行うことを特徴とする画像形成方法。
- 感光体上に形成された静電潜像を可視画像化し、該可視画像を記録媒体上に転写、加熱定着させる工程を有する請求項9に記載の画像形成方法を用い、該感光体上への像露光照射がデジタル露光によって行われることを特徴とする画像形成装置。
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