JP4376619B2 - 静電荷像現像用トナー及び、プロセスカートリッジ、画像形成装置 - Google Patents
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Description
電気的潜像を現像する方式には大別して、絶縁性有機液体中に各種の顔料や染料を微細に分散させた現像剤を用いる液体現像方式とカスケード法、磁気ブラシ法、パウダークラウド法等のように天然または合成樹脂にカーボンブラック等の着色剤を分散したトナーを用いる乾式現像方式があり、乾式現像方式には一成分現像方式とキャリアを用いる二成分現像方式がある。
また、さらに近年ではカーボンブラックに変わる着色剤として、安全性が高い黒色金属化合物微粉末を用いる試みが提案されている。特許文献7では、平均粒径0.1〜0.5μmのFe2TiO5とFe2O3−FeTiO3固溶体との混合物が、特許文献8、特許文献9、特許文献10ではFeOを25〜30%含有した磁性酸化鉄が、特許文献11、特許文献12では残留磁化6emu/g以下のマグネタイトが、独狐文献13には内部にTi、表面にTiとFeからなる酸化鉄粒子が、特許文献14では飽和磁化0.5〜10emu/g、粒径0.1〜0.4μm、Fe2TiO4で被覆されたルチル型TiO2混合相結晶が、特許文献15では飽和磁化30emu/g以下、誘電損率50以下の金属化合物が、特許文献16では飽和磁化40emu/g以下、含有量20重量部以下の金属化合物が考案されている。
そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その課題は、カーボンブラックに変わる新規な黒色着色剤を用いて、しかも生産性が高い高画質画像を得ることができる静電荷像現像用トナー及び画像形成方法を提供することである。
本発明は、少なくとも結着樹脂と着色剤からなるトナーにおいて、着色剤として、波長分散型蛍光X線装置で測定した、チタン成分をTi原子換算でFe原子に対して10〜45重量%含有する黒色酸化鉄化合物を用い、トナーのコールターマルチサイザーで測定した粒径分布が、(1)重量平均粒径が3.0〜9.0μm、(2)5μm以下のトナー粒子が60〜90個数%であり、398kA/m(5kOe)の磁場で測定した飽和磁化σsが0.1〜5.0emu/gであり、黒色酸化鉄化合物のBET比表面積が5〜20m2/g、であり、黒色酸化鉄化合物の含有量が、静電荷像現像用トナーに対し15〜40重量%であることを特徴とする静電荷像現像用トナー及びプロセスカートリッジ、画像形成方法を提供するものである。
また、本発明は、ワックス成分として0.5〜20重量%のカルナウバワックス及びまたはライスワックス及びまたはエステルワックスを含有することを特徴とするトナー及びプロセスカートリッジ、画像形成方法を提供するものである。
さらに、本発明は、樹脂成分としてポリエステル樹脂を含有することを特徴とするトナー及びプロセスカートリッジ、画像形成方法を提供するものである。
本発明に用いられる静電荷像現像用トナー(以下、単に「トナー」と記す。)は、結着樹脂、着色剤を必須成分として含有し、着色剤として、波長分散型蛍光X線装置で測定した、チタン成分をTi原子換算でFe原子に対して10〜45重量%含有する黒色酸化鉄化合物を用いることが好ましい。黒色酸化物化合物の構造としては、Fe2O3−FeTiO3固溶体を含有する多結晶粒子粉末であることが黒色でありかつ磁性が弱いという点から好ましい。
マグネタイト粒子粉末、ヘマタイト粒子粉末としては、粒状、球状、針状等いかなる形態の粒子でもよく、また、大きさは0.03〜1.5μm程度の粒子を使用することができる。原料粒子のサイズと生成物粒子のサイズは、相関であり、小さいサイズの原料粒子を用いると小さいサイズの生成物粒子が、大きいサイズの原料粒子を用いると大きいサイズの生成物粒子が得られる傾向にある。
チタン化合物としては、チタンの含水酸化物、水酸化物、酸化物のいずれをも使用することができる。マグネタイト粒子粉末と混合する場合には水溶性のチタン化合物を用いるのが好ましい。チタン化合物の量は、チタン成分をTi原子換算でFe原子に対して10〜45重量の範囲が好ましい。10重量%未満の場合には、得られる黒色顔料粒子粉末の磁化値が大きくなりトナーの現像能力が低下し、画像濃度が低くなる。45重量%を超える場合には非磁性の黒色顔料粒子粉末が得られるが、TiO2の生成量が多くなるためL値(明度)が高くなりトナー着色力が低下する。Ti原子換算でFe原子に対する比率は蛍光X線分析装置を使用し、得られたメインピークの比率により求めることができる。
また、5μm以下のトナー粒子が60〜90個数%であることが好ましい。5μm以下のトナー粒子が60個数%未満の場合、微小な潜像ドットを忠実に再現する微細粒子が少ないため、再現性が劣るという問題が生ずる。また5μm以下のトナー粒子が90個数%を越える場合、トナーの流動性が悪化し、均一な帯電をさせる事が困難になってくる。また、帯電量が高くなるため、画像濃度が低くなる。
コールターカウンター法によるトナー粒子の粒度分布の測定装置としては、コールターカウンターTA−IIやコールターマルチサイザーII(いずれもコールター社製)があげられる。
以下に測定方法について述べる。
まず、電解水溶液100〜150ml中に分散剤として界面活性剤(好ましくはアルキルベンゼンスルフォン酸塩)を0.1〜5ml加える。ここで、電解液とは1級塩化ナトリウムを用いて約1%NaCl水溶液を調製したもので、例えばISOTON−II(コールター社製)が使用できる。ここで、更に測定試料を2〜20mg加える。試料を懸濁した電解液は、超音波分散器で約1〜3分間分散処理を行ない、前記測定装置により、アパーチャーとして100μmアパーチャーを用いて、トナー粒子又はトナーの体積、個数を測定して、体積分布と個数分布を算出する。得られた分布から、トナーの重量平均粒径、個数平均粒径を求めることができる。チャンネルとしては、2.00〜2.52μm未満;2.52〜3.17μm未満;3.17〜4.00μm未満;4.00〜5.04μm未満;5.04〜6.35μm未満;6.35〜8.00μm未満;8.00〜10.08μm未満;10.08〜12.70μm未満;12.70〜16.00μm未満;16.00〜20.20μm未満;20.20〜25.40μm未満;25.40〜32.00μm未満;32.00〜40.30μm未満の13チャンネルを使用し、粒径2.00μm以上乃至40.30μm未満の粒子を対象とする。
トナーの飽和飽和磁化σsが5.0emu/gを越える場合、磁気スリーブ、磁気ブラシなどの磁石を内蔵したトナー担時体との保持力が強くなり、感光体への現像性が悪化する。0.1emu/g未満の場合は、トナー担時体との保持力が弱くなり、トナー飛散、地汚れが悪化する。
トナーの飽和飽和磁化σsの測定は、理研電子(株)製の磁化測定装置BHU−60を用い、内径7mmφ、高さ10mmのセルに充填したトナーに、磁界を398kA/mまで掃引した際の履歴曲線から飽和磁化σsを求めた。
また、本発明は、黒色酸化鉄化合物の含有量がトナーに対し、15〜40重量%であることが好ましい。15重量%未満の場合、トナーの着色力が不十分となり、トナーが赤味を帯びた色になる。40重量%以上の場合は、トナーの比重が大きくなりすぎて、現像能力が低下する。また、トナー中の結着樹脂成分の割合が少なくなるため、定着性が悪化する。
本発明のトナーの製造方法は、従来公知の方法でよく、樹脂成分、着色剤、その他場合によってはワックス成分、荷電制御剤等をミキサー等を用いて混合し、熱ロール、エクストルーダー等の混練機を用い混練した後、冷却固化し、これをジェットミル等の粉砕で粉砕し、その後分級し得られる。
上述したトナーは、必要に応じてその他、添加剤を添加する事も可能である。添加剤としては、シリカ、酸化アルミニウム類、酸化チタン類を例示することができる。高流動性を付与する事を主目的する場合には疎水化処理シリカあるいはルチル型微粒子酸化チタンとして平均一次粒径が0.001〜1μm、好ましくは0.005〜0.1μmの範囲ものから適宜選択でき、特に有機シラン表面処理シリカあるいはチタニアが好ましく、通常0.1〜5重量%、好ましくは0.2〜2重量%の割合で使用される。
また、これによって、プロセスカートリッジの寿命が長いので、画像形成装置8のプロセスカートリッジ交換サイクルを伸ばして、交換の手間を軽減することができる。
(トナー処方)
スチレン−nブチルアクリレート共重合体:51重量部
(重量平均分子量:62000)
Ti−Fe着色剤 :45重量部
(Ti含有量:15重量%、比表面積:6.0m2/g)
荷電制御剤(スピロンブラックTR−H:保土谷化学):1重量部
低分子量ポリプロピレン(ビスコール550P:三洋化成):3重量部
以上の処方で2軸エクストルーダーを用いて混練し、粉砕、分級し重量平均粒径4.5μm、5μm以下のトナー粒子を85個数%とした、後ヘンシェルミキサーを用い、シリカ微粉末(R−972:クラリアントジャパン製)1.5重量部を混合し、本発明のトナーを得た。飽和磁化σsは5.5emu/gであった。
このトナーと、平均粒径80μmの球形フェライト粒子にシリコーン樹脂コートしたキャリアで、トナー濃度2.5重量部の現像剤を調整する。
imagio Neo 750(リコー社製 75cpmコピー機)に現像剤とトナーをセットし、100000枚のコピーを行う。スタート、20000、50000、100000枚時に画像をサンプリングし、下記の特性を求める。
(1)画像濃度:マクベス濃度計により測定。
(2)地汚れ:マクベス濃度計により測定。
(3)トナー飛散:前扉内側に添付した白紙の汚れをマクベス濃度計にて測定。なお、白紙のマクベス濃度は0.07であり、この値が高いほどトナー飛散が悪い。
(4)トナー生産性評価:IDS−20粉砕機(日本ニューマチック工業)にて重量平均粒径が6.0±0.2μmとなる時のトナーのフィード量(Kg/H)を求める。
これらの評価結果は、表1〜4に示す。
(トナー処方)
スチレン−nブチルアクリレート共重合体:85重量部
(重量平均分子量:62000)
Ti−Fe着色剤 :10重量部
(Ti含有量:35重量%、比表面積:18.0m2/g)
荷電制御剤(スピロンブラックTR−H:保土谷化学):1重量部
低分子量ポリプロピレン(ビスコール550P:三洋化成):4重量部
以上の処方で2軸エクストルーダーを用いて混練し、粉砕、分級し重量平均粒径8.5μm、5μm以下のトナー粒子を62個数%とした後、ヘンシェルミキサーを用い、シリカ微粉末(R−972:クラリアントジャパン製)1.0重量部を混合し、本発明のトナーを得た。飽和磁化σsは0.05emu/gであった。評価結果は表1〜4に示す。
(トナー処方)
スチレン−nブチルアクリレート共重合体:55重量部
(重量平均分子量:62000)
Ti−Fe着色剤 :40重量部
(Ti含有量:5重量%、比表面積:20.0m2/g)
荷電制御剤(スピロンブラックTR−H:保土谷化学):2重量部
低分子量ポリプロピレン(ビスコール550P:三洋化成):3重量部
以上の処方で2軸エクストルーダーを用いて混練し、粉砕、分級し重量平均粒径6.5μm、5μm以下のトナー粒子を75個数%とした後、ヘンシェルミキサーを用い、シリカ微粉末(R−972:クラリアントジャパン製)1.0重量部を混合し、本発明の比較例のトナーを得た。飽和磁化σsは6.0emu/gであった。評価結果は表1〜4に示す。
(トナー処方)
スチレン−nブチルアクリレート共重合体:70重量部
(重量平均分子量:62000)
Ti−Fe着色剤 :25重量部
(Ti含有量:50重量%、比表面積:6.5m2/g)
荷電制御剤(スピロンブラックTR−H:保土谷化学):2重量部
低分子量ポリプロピレン(ビスコール550P:三洋化成):3重量部
以上の処方で2軸エクストルーダーを用いて混練し、粉砕、分級し重量平均粒径6.5μm、5μm以下のトナー粒子を75個数%とした後、ヘンシェルミキサーを用い、シリカ微粉末(R−972:クラリアントジャパン製)1.0重量部を混合し、本発明の比較例のトナーを得た。飽和磁化σsは0.05emu/gであった。評価結果は表1〜4に示す。
(トナー処方)
スチレン−nブチルアクリレート共重合体:65重量部
(重量平均分子量:62000)
Ti−Fe着色剤 :30重量部
(Ti含有量:15重量%、比表面積:25.0m2/g)
荷電制御剤(スピロンブラックTR−H:保土谷化学):2重量部
低分子量ポリプロピレン(ビスコール550P:三洋化成):3重量部
以上の処方で2軸エクストルーダーを用いて混練し、粉砕、分級し重量平均粒径5.5μm、5μm以下のトナー粒子を80個数%とした後、ヘンシェルミキサーを用い、シリカ微粉末(R−972:クラリアントジャパン製)1.0重量部を混合し、本発明の比較例のトナーを得た。飽和磁化σsは0.5emu/gであった。評価結果は表1〜4に示す。
(トナー処方)
スチレン−nブチルアクリレート共重合体:55重量部
(重量平均分子量:62000)
Ti−Fe着色剤 :45重量部
(Ti含有量:10重量%、比表面積:4.0m2/g)
荷電制御剤(スピロンブラックTR−H:保土谷化学):2重量部
低分子量ポリプロピレン(ビスコール550P:三洋化成):3重量部
以上の処方で2軸エクストルーダーを用いて混練し、粉砕、分級し重量平均粒径5.5μm、5μm以下のトナー粒子を80個数%とした後、ヘンシェルミキサーを用い、シリカ微粉末(R−972:クラリアントジャパン製)1.0重量部を混合し、本発明の比較例のトナーを得た。飽和磁化σsは5.5emu/gであった。評価結果は表1〜4に示す。
比較例4のトナーを重量平均粒径2.8μm、5μm以下のトナー粒子を93個数%とした後、ヘンシェルミキサーを用い、シリカ微粉末(R−972:クラリアントジャパン製)2.5重量部を混合し、本発明の比較例のトナーを得た。飽和磁化σsは5.5emu/gであった。評価結果は表1〜4に示す。
比較例4のトナーを重量平均粒径9.5μm、5μm以下のトナー粒子を55個数%とした後、ヘンシェルミキサーを用い、シリカ微粉末(R−972:クラリアントジャパン製)0.3重量部を混合し、本発明の比較例のトナーを得た。飽和磁化σsは5.5emu/gであった。評価結果は表1〜4に示す。
(トナー処方)
スチレン−nブチルアクリレート共重合体:85重量部
(重量平均分子量:62000)
カーボンブラック(#44:三菱化学) :8重量部
荷電制御剤(スピロンブラックTR−H:保土谷化学):2重量部
低分子量ポリプロピレン(ビスコール550P:三洋化成):5重量部
以上の処方で2軸エクストルーダーを用いて混練し、粉砕、分級し重量平均粒径7.5μm、5μm以下のトナー粒子を55個数%とした後、ヘンシェルミキサーを用い、シリカ微粉末(R−972:クラリアントジャパン製)1.0重量部を混合し、本発明の比較例のトナーを得た。飽和磁化σsは0emu/gであった。評価結果は表1〜4に示す。
(トナー処方)
スチレン−nブチルアクリレート共重合体:85重量部
(重量平均分子量:62000)
Ti−Fe着色剤 :10重量部
(Ti含有量:25重量%、比表面積:16.0m2/g)
荷電制御剤(スピロンブラックTR−H:保土谷化学):2重量部
低分子量ポリプロピレン(ビスコール550P:三洋化成)3重量部
以上の処方で2軸エクストルーダーを用いて混練し、粉砕、分級し重量平均粒径6.5μm、5μm以下のトナー粒子を65個数%とした後、ヘンシェルミキサーを用い、シリカ微粉末(R−972:クラリアントジャパン製)1.0重量部を混合し、本発明のトナーを得た。飽和磁化σsは0.3emu/gであった。評価結果は表1〜4に示す。
(トナー処方)
スチレン−nブチルアクリレート共重合体:50重量部
(重量平均分子量:62000)
Ti−Fe着色剤 :45重量部
(Ti含有量:10重量%、比表面積:16.0m2/g)
荷電制御剤(スピロンブラックTR−H:保土谷化学):2重量部
低分子量ポリプロピレン(ビスコール550P:三洋化成):3重量部
以上の処方で2軸エクストルーダーを用いて混練し、粉砕、分級し重量平均粒径6.5μm、5μm以下のトナー粒子を65個数%とした後、ヘンシェルミキサーを用い、シリカ微粉末(R−972:クラリアントジャパン製)1.0重量部を混合し、本発明のトナーを得た。飽和磁化σsは4.0emu/gであった。評価結果は表1〜4に示す。
(トナー処方)
スチレン−nブチルアクリレート共重合体:78重量部
(重量平均分子量:62000)
Ti−Fe着色剤 :17重量部
(Ti含有量:35重量%、比表面積:12.0m2/g)
荷電制御剤(スピロンブラックTR−H:保土谷化学):2重量部
低分子量ポリプロピレン(ビスコール550P:三洋化成):3重量部
以上の処方で2軸エクストルーダーを用いて混練し、粉砕、分級し重量平均粒径5.5μm、5μm以下のトナー粒子を65個数%とした後、ヘンシェルミキサーを用い、シリカ微粉末(R−972:クラリアントジャパン製)1.5重量部を混合し、本発明のトナーを得た。飽和磁化σsは2.0emu/gであった。評価結果は表1〜4に示す。
(トナー処方)
スチレン−nブチルアクリレート共重合体:58重量部
(重量平均分子量:62000)
Ti−Fe着色剤 :35重量部
(Ti含有量:35重量%、比表面積:12.0m2/g)
荷電制御剤(スピロンブラックTR−H:保土谷化学):2重量部
低分子量ポリプロピレン(ビスコール550P:三洋化成):3重量部
以上の処方で2軸エクストルーダーを用いて混練し、粉砕、分級し重量平均粒径5.5μm、5μm以下のトナー粒子を65個数%とした後、ヘンシェルミキサーを用い、シリカ微粉末(R−972:クラリアントジャパン製)1.5重量部を混合し、本発明のトナーを得た。飽和磁化σsは2.5emu/gであった。評価結果は表1〜4に示す。
(トナー処方)
スチレン−nブチルアクリレート共重合体:58重量部
(重量平均分子量:62000)
Ti−Fe着色剤 :35重量部
(Ti含有量:35重量%、比表面積:12.0m2/g)
荷電制御剤(スピロンブラックTR−H:保土谷化学):2重量部
カルナウバワックス: 5重量部
以上の処方で2軸エクストルーダーを用いて混練し、粉砕、分級し重量平均粒径4.5μm、5μm以下のトナー粒子を85個数%とした後、ヘンシェルミキサーを用い、シリカ微粉末(R−972:クラリアントジャパン製)1.5重量部を混合し、本発明のトナーを得た。飽和磁化σsは1.5emu/gであった。評価結果は表1〜4に示す。
(トナー処方)
スチレン−nブチルアクリレート共重合体:58重量部
(重量平均分子量:62000)
Ti−Fe着色剤 :35重量部
(Ti含有量:25重量%、比表面積:8.0m2/g)
荷電制御剤(スピロンブラックTR−H:保土谷化学):2重量部
ライスワックス :5重量部
以上の処方で2軸エクストルーダーを用いて混練し、粉砕、分級し重量平均粒径3.5μm、5μm以下のトナー粒子を85個数%とした後、ヘンシェルミキサーを用い、シリカ微粉末(R−972:クラリアントジャパン製)1.5重量部を混合し、本発明のトナーを得た。飽和磁化σsは1.9emu/gであった。評価結果は表1〜4に示す。
(トナー処方)
ポリエステル樹脂 :63重量部
(重量平均分子量:12500)
Ti−Fe着色剤 :30重量部
(Ti含有量:20重量%、比表面積:11.0m2/g)
荷電制御剤(スピロンブラックTR−H:保土谷化学):2重量部
ライスワックス : 2重量部
カルナウバワックス :3重量部
以上の処方で2軸エクストルーダーを用いて混練し、粉砕、分級し重量平均粒径6.5μm、5μm以下のトナー粒子を70個数%とした後、ヘンシェルミキサーを用い、シリカ微粉末(R−972:クラリアントジャパン製)1.0重量部を混合し、本発明のトナーを得た。トナーの飽和磁化σsは1.7emu/gであった。評価結果は表1〜4に示す。
2 プロセスカートリッジ
3 帯電ローラ
4 現像装置
5 画像形成装置
7 給紙ローラ
8 給紙カセット
10 転写ローラ
11 感光体
12 定着装置
Claims (7)
- 少なくとも結着樹脂と着色剤からなる静電荷像現像用トナーにおいて、
前記着色剤は、波長分散型蛍光X線装置で測定したチタン成分がTi原子換算でFe原子に対して10〜45重量%含有する黒色酸化鉄化合物であって、該黒色酸化鉄化合物は、BET比表面積が5〜20m2/g、含有量が、静電荷像現像用トナーに対し15〜40重量%であり、
前記静電荷像現像用トナーは、コールターマルチサイザーで測定した粒径分布が、(1)重量平均粒径が3.0〜9.0μm、(2)5μm以下のトナー粒子が60〜90個数%であり、398kA/m(5kOe)の磁場で測定した飽和磁化σsが0.1〜5.0emu/gである
ことを特徴とする静電荷像現像用トナー。 - 請求項1に記載の静電荷像現像用トナーにおいて、
カルナウバワックス、ライスワックス、エステルワックスから選択される1以上のワックス成分の含有量が、静電荷像現像用トナーに対し0.5〜20重量%である
ことを特徴とする静電荷像現像用トナー。 - 請求項1又は2に記載の静電荷像現像用トナーにおいて、
ポリエステル樹脂が樹脂成分として含有されている
ことを特徴とする静電荷像現像用トナー。 - 少なくとも潜像を形成する像担持体と潜像をトナーで現像する現像装置とを一体に支持して、画像形成装置本体に着脱可能なプロセスカートリッジにおいて、
少なくとも結着樹脂と着色剤からなり、
前記着色剤は、波長分散型蛍光X線装置で測定したチタン成分がTi原子換算でFe原子に対して10〜45重量%含有する黒色酸化鉄化合物であって、該黒色酸化鉄化合物のBET比表面積が5〜20m 2 /g、含有量が、静電荷像現像用トナーに対し15〜40重量%であり、
コールターマルチサイザーで測定した粒径分布が、(1)重量平均粒径が3.0〜9.0μm、(2)5μm以下のトナー粒子が60〜90個数%であり、398kA/m(5kOe)の磁場で測定した飽和磁化σsが0.1〜5.0emu/gである静電荷像現像用トナーを充填している
ことを特徴とするプロセスカートリッジ。 - 請求項4に記載のプロセスカートリッジにおいて、
前記プロセスカートリッジは、請求項1ないし3のいずれかに記載の静電潜像現像用トナーを用いる
ことを特徴とするプロセスカートリッジ。 - 潜像を担持する像担持体と、帯電部材を像担持体表面に接触又は近接させて像担持体を帯電する帯電装置と、像担持体に潜像を形成する潜像形成装置と、像担持体の潜像にトナーを付着させて現像する現像装置と、像担持体とこれに接触しつつ表面移動する表面移動部材との間に転写電界を形成して、像担持体に形成されたトナー像を、表面移動部材との間に挟持される記録部材上又は表面移動部材上に転写する転写装置と、像担持体上のトナーをクリーニングするクリーニング装置とを備える画像形成装置において、
前記画像形成装置は、少なくとも結着樹脂と着色剤からなり、着色剤として、チタン成分をTi原子換算でFe原子に対して10〜45重量%含有する黒色酸化鉄化合物を用い、トナーのコールターマルチサイザーで測定した粒径分布が、(1)重量平均粒径が3.0〜9.0μm、(2)5μm以下のトナー粒子が60〜90個数%であり、トナーの398kA/m(5kOe)の磁場で測定した飽和磁化σsが0.1〜5.0emu/gであり、黒色酸化鉄化合物のBET比表面積が5〜20m2/gであり、黒色酸化鉄化合物の含有量が、静電荷像現像用トナーに対し15〜40重量%であるトナーを用いる
ことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項6に記載の画像形成装置において、
前記画像形成装置は、請求項1ないし3のいずれかに記載の静電潜像現像用トナーを用いる
ことを特徴とする画像形成装置。
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