JP4176414B2 - 静電荷像現像用トナー - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真法、静電記録法、静電印刷法において形成される静電潜像を現像するための静電荷像現像用トナーに関し、詳しくは該静電荷像現像用トナーの帯電制御技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＴ技術が世界的に重要な技術として用いられるようになるのにともない、オフィスではパソコン（以下、ＰＣと記載する）の使用が一般的となり、一人一台の時代になってきている。ＰＣで作成された文書は、電子データとして配付、閲覧されたり、または紙情報として印刷またはコピーされることで多くの人々の共有情報となる。
そういったオフィスで紙情報として出力、配布、そして回覧するために一般的に使用されているプリンターや複写機としては、すべてのＰＣから出力できるようにネットワーク型のものが使用されている。ネットワーク型として使用されている電子データ出力用画像形成装置の多くは、電子写真方式のものが用いられ、電子写真プロセスではその特性上、廃トナーが生成される。
【０００３】
一方、多くの電子写真方式で用いられている現像方式である２成分現像方式では、現像に使用されるトナーに帯電性を付与するためにキャリアを用いるが、キャリアには寿命が有り、回収、再生または廃棄の必要がある。
近年、地球環境を守るために、多くの国や企業でさまざまな取り組みが行われている。それらは、例えば、資源のリサイクル、無公害、廃棄ゼロ、省エネルギー、地球温暖化対策、クリーンエネルギー、等が上げられる。このような背景から、今後は地球環境に優しく、キャリアの再生または長寿命化を図った電子データ出力用画像形成装置が望まれているところである。
キャリアを用いない方法としては、１成分現像方式が上げられるが、転写後に多くの廃トナーが残り、環境に対しては好ましくない。また高速印字には適さないという問題もある。
【０００４】
以上の点から、地球環境に優しく、また今後のＩＴ産業の重要な部分となる電子データのための、高速な画像形成装置が望まれているところである。
また近年では、高速な画像形成装置として、従来のモノクロ機からフルカラー機に移行しつつある。フルカラー機では、モノクロ使用とフルカラー使用とを併用して用いることが多いため、印字する書類によって面積率が大きく異なる場合がある。通常の文字情報だけでは、大体７％程度の面積率であるのに対し、写真やプレゼンテーションに使用する資料の場合８０％以上の面積率になることがある。出力される画像によって面積率が大きく異なるということは、使用されるトナー量が画像によって変化することを意味している。１回に使用されるトナー量が変化するということは、現像器内に補給されるトナー量が画像により異なってくるわけである。つまり、帯電を与える一定量のキャリアに対して、トナー量は大きく変化し、そして変化しても補給トナーの帯電特性は常に同じ状態を維持させる必要がある。
しかし、トナーに帯電を与えるキャリアの特性やトナー表面状態が経時的に変化したりするため、従来では補給トナーの帯電特性を同じ状態に維持させることは困難であった。これはキャリアの寿命を短くしてしまい、環境に対して優しいものとは言えない状況であった。
【０００５】
また、補給トナーの帯電特性のばらつきにより、トナー補給時に地汚れ現象がみられるという不具合も発生する。地汚れは、非画像部にトナーが付着し目的でない画像を形成することである。この現象は、一般的には帯電が正常でないトナーが付着していることが多い。つまり地汚れは、帯電不良または正規帯電できないトナーが原因で発生しているともいえる。
一般的に、帯電量の測定はキャリアとトナーを混合して一定時間攪拌後に測定している。しかしながら本来のトナーの特性を明確に表すためには、トナー帯電ダイナミクスを知ることが重要である。これは、トナー帯電量を時間とともに測定することであり、この測定を行うことで、トナーの帯電特性を詳しく知ることができる。
地汚れトナーと正常トナーをこの方法で調べた結果、地汚れトナーは帯電の初期に不安定な挙動を示していた。この原因の１つにはトナーに含有される帯電制御剤に問題があることがわかり、帯電制御剤の体積抵抗を調べると地汚れしやすいトナーの場合、現像手段等から印加される印加電圧に対して体積抵抗が大きく低下することが明らかとなってきた。
【０００６】
印加電圧による体積抵抗の変化を防止するために、特開２００１−１９４８２３号公報では、外添剤の体積抵抗を規定してトナー帯電量の適正化を図った技術を提案している。また、特開２０００−０９８６５７号公報では、キャリアの体積抵抗を規定することによって高画質化の検討が行われている。また、特開平０５−０４０４０３号公報では、トナー規制部材の体積抵抗による帯電量分布の均一化を図っている。
これらによっても帯電量の適正化を行うことは可能であるが、本発明ではさらに高い効果を得られることがわかった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は以上の背景に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、キャリア特性の劣化を防止して地球環境保護に貢献し、且つ、トナー補給時の帯電立ちあがりが良好で、トナーの帯電不良による地汚れを防止し、高速の画像形成装置に対して経時に高品質に対応可能な静電荷像現像用トナーを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、少なくとも帯電制御剤を含有する静電荷像現像用トナーであって、前記帯電制御剤は、融点を有する結晶性の金属錯体化合物であり、かつ再結晶処理と加圧処理をしたものであることを特徴とする静電荷像現像用トナーである。
本発明は、前記静電荷像現像用トナーにおいて、前記加圧処理が３０ｔの圧力下における処理であることを特徴とする静電荷像現像用トナーである。
本発明は、前記いずれかの静電荷像現像用トナーにおいて、前記帯電制御剤は、印加電圧を５００Ｖ、１０００Ｖ、１５００Ｖ、２０００Ｖに設定して測定したときの体積抵抗が３．０×１０^８Ω・ｃｍ以上で、印加電圧に関わらず一定であることを特徴とする静電荷像現像用トナーである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下より、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の静電荷像現像用トナーを用いた画像形成装置の主要部を示す構成図である。なお、図１は一例であり、本発明はこれに限定されるものではない。
１は像担持体であり、帯電手段２により表面を帯電された後、露光３により潜像を形成され、静電荷像現像用トナーを補給される現像手段４により現像されてトナー像化される。トナー像は転写手段５により転写材等に転写され、定着手段７により転写材に定着される。一方、像担持体１上に残った転写残トナーはクリーニング手段６により回収される。
【００１０】
トナーは、現像手段４により現像される時に電圧が印加され、その時の電圧によって帯電量が低下する場合がある。これは、電圧によって、トナーに含まれる材料の体積抵抗が低下し、その結果帯電量が低下するものと考えられる。
トナーの地汚れはトナー帯電が不十分である場合に起こる。トナーの帯電はキャリア等と摩擦されることでトナー表面に電荷が発生し、その電荷が帯電制御剤等で保持されている。したがって、トナーの体積抵抗の変化は、帯電制御剤が電荷をいかに保持することができるかが重要となると考えられる。
帯電制御剤が電荷を保持する性能の指標として、ここでは、印加電圧に対する体積抵抗の変化を見ることで判断できる。つまり体積抵抗が一定であるような帯電制御剤を用いると地汚れが生じないのである。
この現象は帯電制御剤の結晶構造に起因すると考えられ、帯電制御剤の不純物を除去することで、体積抵抗の変化を防ぐことができる。従来の帯電制御剤は、Ｘ線構造回析によると結晶構造がきれいではなく乱れており、このため、印加電圧に対する体積抵抗が大きく変化し、その結果地汚れが発生しやすくなっていたものと思われる。
【００１１】
本発明のトナーは、少なくとも融点を有する結晶性低分子化合物を帯電制御剤として含有し、該化合物の体積抵抗が、常に同じ値で略変化せず、印加電圧に対しても一定であることを特徴とする。
前記化合物の体積抵抗が常に一定であるためには、前述したように不純物を除去し結晶構造を整える必要がある。しかし、結晶構造をきれいに整えすぎると帯電制御性能は悪くなるようである。
この原因は次のように考えられる。化合物に電荷を保持して帯電制御性能を持たせるためには、結晶構造中にある種のトラップされる領域を保有する必要がある。結晶構造が揃いすぎていると電子が流れやすくなるため、このトラップされる領域は少なくなる。そのため、ある種の歪みを持たせることで、結晶性と非結晶領域を共存させることが重要になると考えられる。
本発明では結晶性を良好な状態にするために不純物を除去し、非結晶領域を持たせるために圧力をかけることで目的を達成することができる。
【００１２】
帯電制御剤としての前記化合物は、有色材料を用いると色の変化が起こるため、カラートナーでは無色、白色に近い材料が好ましい。帯電制御剤としての前記化合物は公知のものが全て使用でき、例えば、トリフェニルメタン系染料、モリブデン酸キレート顔料、ローダミン系染料、アルコキシ系アミン、４級アンモニウム塩（フッ素変性４級アンモニウム塩を含む）、アルキルアミド、燐の単体または化合物、タングステンの単体または化合物、フッ素系活性剤、サリチル酸金属塩及び、サリチル酸誘導体の金属塩等である。具体的には第四級アンモニウム塩のボントロンＰー５１、オキシナフトエ酸系金属錯体のＥ−８２、サリチル酸系金属錯体のＥ−８４、フェノール系縮合物のＥ−８９（以上、オリエント化学工業社製）、第四級アンモニウム塩モリブデン錯体のＴＰ−３０２、ＴＰ−４１５（以上、保土谷化学工業社製）、第四級アンモニウム塩のコピーチャージＰＳＹ ＶＰ２０３８、トリフェニルメタン誘導体のコピーブルーＰＲ、第四級アンモニウム塩のコピーチャージ ＮＥＧ ＶＰ２０３６、コピーチャージ ＮＸ ＶＰ４３４（以上、ヘキスト社製）、ＬＲＡー９０１、ホウ素錯体であるＬＲ−１４７（日本カーリット社製）、キナクリドン、アゾ系顔料、の化合物が挙げられる。
【００１３】
また、前記化合物の体積抵抗が３．０×１０^８Ω・ｃｍ以上であることによってその効果が大きくなる。これは、以下の方法によって見出された。
帯電制御性能を示す化合物を１０数種類用いて、材料の体積抵抗を測定した。その結果、体積抵抗とトナーの地汚れランクの関係を調べたところ、体積抵抗が３．０×１０^８Ω・ｃｍの近傍でしきい値があることがわかった。
この値より低い化合物を帯電制御剤として用い、画像形成を行うと、地肌汚れやトナー飛散が発生しやすくなり、あまり好ましいものではない。また、体積抵抗があまり極端に大きくなりすぎると、逆にトナーの性能を示さなくなる。
【００１４】
なお、前記化合物の体積抵抗が、印加電圧に関わらず略一定であるというのは、本発明では５％以内の変化をさす。５％以内の変化に抑えることで、補給トナーを加えた時に地汚れしないトナーを得ることができる。５％を越えると、トナーの体積抵抗の変化に影響し、地汚れが発生してしまう。
【００１５】
帯電制御剤の体積抵抗を算出するための実験は以下のようにして行うことができる。
帯電制御剤を圧縮成型器により６ｔ下で厚さ約２ｍｍに整形する。そのサンプルを用い、電極面積２ｃｍ^２にて交流電源装置（長野愛知エレクトリック製）を用いて、９ＫＨｚの周波数での電圧を印加する。その時の測定結果をオシロで測定し体積抵抗を算出する。本発明では、印加電圧を５００、１０００、１５００、２０００Ｖに設定して実験を行った。
【００１６】
本発明の静電荷像現像用トナーは、結着樹脂、着色剤、ワックス、分散剤等、公知の材料を適宜用いることができる。
トナーの製造方法としては、一般的な方法を使用することができる。
２軸スクリューニーダを用いて、結着樹脂、着色剤、ワックス、分散剤、帯電制御剤を溶融混錬し、ジェットミル粉砕を用いて粉砕後、分級、添加剤混合を行い、トナーを得る。
【００１７】
【実施例】
以下本発明について、実施例と比較例を挙げてより具体的に説明を行うが、これらは本発明の一態様にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００１８】
（実施例１）
帯電制御剤処理
下記表１に示す特性のＥ８４（オリエント化学社製：２，６−ｄｉ−ｔｅｒｔ−Ｂｕサリチル酸亜鉛塩）を水に溶解し、再結晶を行い不純物を除去した。得られた化合物はＸ線回折スペクトルから結晶形が異なっていることが確認された。その化合物を用いて、３０ｔの圧力下において１０分処理を行った。処理後の帯電制御剤の体積抵抗は、電圧を５００、１０００、１５００、２０００Ｖに設定して測定したところ、３．１×１０^８Ω・ｃｍで一定であった。
【表１】

【００１９】
トナー作製
低分子量ポリエステル樹脂６０重量部、高分子量スチレンアクリル樹脂３０重量部、カーボンブラック４重量部、カルナウバワックス４重量部、前記帯電制御剤１重量部とを、２軸のスクリューニーダで混練した。混練時にダイから練られたトナーが連続して出てくるとき、トナーに脈動が見られない状態で混練した。つづいて圧延冷却後粗粉砕したトナーをジェットミルにて粉砕し、最後に気流式分級機において体積平均粒径５．８μｍ、個数平均粒径４．９μｍのトナーを得た。
同様に、マゼンタ、シアン、イエローについても顔料を代えてカラートナーを得た。
【００２０】
現像剤作製
次に、得られた各色トナー１００重量部に対し、外添剤としてチタニア０．３重量部をヘンシェルミキサーにて２分間混合処理を行った。この際まずオーダードミクスチャー状態を形成してから、混合エネルギーを制御して混合作業を行った。混合エネルギーは、撹拌装置の回転数とともに撹拌バネ形状、容器形状によって制御される。その後にシリカを１重量部添加し、１分間混合処理を３回行った。このトナー５重量部を、芯材３４μｍにスプレーコーティングしたシリコンコートキャリアと混合させて現像剤を得た。
画像試験
上記現像剤を用い、高速の電子データ出力用画像形成装置としてリコー製プリンターＩＰＳｉＯ８０００において画像形成したところ、地汚れのまったく無い画像を得ることができた。トナー補給時でも、地汚れを観測することはできなかった。１００Ｋ枚出力したが最後まで地汚れを見ることはできなかった。
【００２１】
（実施例２）
帯電制御剤の処理時に３０ｔ圧力をかけない以外は実施例１と同じ方法でトナーを作製し、現像剤を得た。
リコー製プリンターＩＰＳｉＯ８０００において画像形成したところ、地汚れのまったく無い画像を得ることができた。トナー補給時でも、地汚れを観測することはできなかった。７０Ｋ枚出力したが地汚れを見ることができなかった。８０Ｋ枚から少し地汚れがでてきた。
【００２２】
（比較例１）
帯電制御剤の前処理を行わない以外は実施例１と同じ方法でトナーを作製し、現像剤を得た。
リコー製プリンターＩＰＳｉＯ８０００において画像形成したところ、３０Ｋ枚出力あたりから地汚れが発生した。
【００２３】
（比較例２）
下記表２に示す特性のＴＮ１０５（保土谷化学工業社製：２，６−ｄｉ−ｔｅｒｔ−Ｂｕサリチル酸ジルコニウム錯体）を、処理をせず用いた以外は実施例１と同じ方法でトナーを作製し、現像剤を得た。
リコー製プリンターＩＰＳｉＯ８０００において画像形成したところ、２０Ｋ枚出力あたりから地汚れが発生した。
【表２】

【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、トナーに含有される帯電制御剤の体積抵抗を適当な値にすることで、キャリアの劣化を抑えることができ、トナー補給時の帯電立ちあがりが良好で、地汚れが発生せず、高速の画像形成装置に対応可能な、高耐久な現像剤を達成できる静電荷像現像用トナーを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のトナーを用いる画像形成装置の一例である。
【符号の説明】
１ 像担持体
２ 帯電手段
３ 露光
４ 現像手段
５ 転写手段
６ クリーニング手段
７ 定着手段

Claims (3)

1. 少なくとも帯電制御剤を含有する静電荷像現像用トナーであって、
   前記帯電制御剤は、融点を有する結晶性の金属錯体化合物であり、かつ再結晶処理と加圧処理をしたものである
   ことを特徴とする静電荷像現像用トナー。
2. 請求項１に記載の静電荷像現像用トナーにおいて、
   前記加圧処理が３０ｔの圧力下における処理である
   ことを特徴とする静電荷像現像用トナー。
3. 請求項１または２に記載の静電荷像現像用トナーにおいて、
   前記帯電制御剤は、印加電圧を５００Ｖ、１０００Ｖ、１５００Ｖ、２０００Ｖに設定して測定したときの体積抵抗が３．０×１０^８Ω・ｃｍ以上で、印加電圧に関わらず一定である
   ことを特徴とする静電荷像現像用トナー。

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