JP4907206B2 - 粒状外部表面添加剤組成物 - Google Patents
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Description
本発明は、トナー、該トナーを含有する現像剤、並びに磁性ブラシ現像システムを使用する該現像剤による像形成方法に関する。さらに詳細には、本発明は、優れたプリント品質およびトナーの現像剤中への改良された混合性を得るように設定された特定の外部添加剤による制御された特性を有するトナーおよび現像剤に関する。
米国特許第6,319,647号は、少なくとも１種のバインダー、少なくとも１種の着色剤、および好ましくは１種以上の外部添加剤を含有するトナー粒子を有するトナーを記載しており、該トナーを、現像剤中に有利に配合し、磁性ブラシ現像システムにおいて使用して一貫した高品質像を得ている。上記トナー粒子は、担体粒子との摩擦電気的接触後、0.6〜0.9 fC/μmの粒子直径当りの電荷(Q/D)および20〜25μC/gの摩擦電荷を示す。上記トナー粒子は、好ましくは、7.8〜8.3μｍ(ミクロン)の平均粒径を有する。上記トナーは担体粒子と混合して現像剤が得られており、該担体粒子は、好ましくは、45〜55μｍ(ミクロン)の平均直径を有し且つポリフッ化ビニリデンポリマーまたはコポリマーおよびポリメチルメタクリレートポリマーまたはコポリマーを含むコーティーングでコーティーングされた、銅および亜鉛を実質的に含まないフェライトのコアを含む。
米国特許第6,416,916号は、少なくとも１種のバインダー、少なくとも１種の着色剤、並びにステアリン酸亜鉛と二酸化ケイ素または二酸化チタンの少なくとも１種とを含む外部添加剤パッケージを含有するトナー粒子を有するトナーを記載しており、ステアリン酸亜鉛の量はトナーの約0.10質量％以下に限定されている。ステアリン酸亜鉛の量をそのように限定した場合、上記トナーから形成された現像剤は、優れた摩擦電気帯電性および安定性並びに優れた現像剤流動性を示すと報告している。この現像剤を磁性ブラシ現像システムにおいて使用した場合、一貫した高品質コピー像が、実質的に何らの経時的な空乏欠陥(depletion defects)なしで形成されている。
米国特許第6,416,916号は、少なくとも１種のバインダー、少なくとも１種の着色剤、並びにステアリン酸亜鉛と二酸化ケイ素または二酸化チタンの少なくとも１種とを含む外部添加剤パッケージを含有するトナー粒子を有するトナーを記載しており、ステアリン酸亜鉛の量はトナーの約0.10質量％以下に限定されている。ステアリン酸亜鉛の量をそのように限定した場合、上記トナーから形成された現像剤は、優れた摩擦電気帯電性および安定性並びに優れた現像剤流動性を示すと報告している。この現像剤を磁性ブラシ現像システムにおいて使用した場合、一貫した高品質コピー像が、実質的に何らの経時的な空乏欠陥(depletion defects)なしで形成されている。
依然として望まれているのは、好ましくは磁性ブラシ現像システムにおいて使用し、全ての環境において高プリント品質を発生させ得るトナーである。また、現像剤中への混合物としてのトナーの添加が不適切な符号の極性を有する如何なるトナーも生成させないことが依然として所望されている。
第１の実施態様においては、少なくとも１種のバインダー、少なくとも１種の着色剤、および外部添加剤のトナー粒子を含み、該外部添加剤が、シリカおよび/またはチタニア、並びにステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸アルミニウムおよびステアリン酸マグネシウムからなる群から選ばれた少なくとも２種のステアリン酸金属塩を含むことを特徴とするトナーを説明する。
また、担体粒子との混合物中に上記トナー粒子を含む現像剤も説明する。
また、感光体、導電性磁性ブラシ現像システム、および上記ステアリン酸金属塩外部添加剤化合物を含有するトナーを含む現像剤用の上記導電性磁性ブラシ現像システムと関連するハウジングを含む電子写真像形成装置も説明する。上記導電性磁性ブラシ現像システムは、ハイブリッドジャンピング現像システムまたはハイブリッド無清掃現像システムも含む。
また、担体粒子との混合物中に上記トナー粒子を含む現像剤も説明する。
また、感光体、導電性磁性ブラシ現像システム、および上記ステアリン酸金属塩外部添加剤化合物を含有するトナーを含む現像剤用の上記導電性磁性ブラシ現像システムと関連するハウジングを含む電子写真像形成装置も説明する。上記導電性磁性ブラシ現像システムは、ハイブリッドジャンピング現像システムまたはハイブリッド無清掃現像システムも含む。
一般に、電子写真プリンティング法は、光導電性部材を実質的に均一な電位に帯電させてその表面を感光性にすることを含む。光導電性表面の帯電部分を、例えば、走査レーザービーム、LED源等、または複製する原文書からの光像に暴露する。これにより、静電潜像を感光体の光導電性表面上に記録する。静電潜像を光導電性表面上に記録した後、潜像を、トナーを含む現像剤を上記潜像と接触させることによって現像する。
二成分および一成分現像剤材料を通常使用する。典型的な二成分現像剤材料は、摩擦電気的に付着したトナー粒子を有する磁性担体を含む。一成分現像剤材料は、トナー粒子を典型的に含む。トナー粒子は、上記潜像に引付けされて上記光導電性表面上にトナー粉末像を形成する。その後、トナー粉末像をコピーシートに転写させる。最後に、トナー粉末像を加熱して、この像をコピーシートに像形状で恒久的に定着させる。
感光体上の潜像を現像する一般的に公知の方法は、１以上の磁性ブラシの使用による。
各実施態様において、本発明における導電性磁性ブラシ現像剤は、ハイブリッドジャンピング現像法、ハイブリッド無清掃現像法、および同様な方法において使用し得る。
上記の現像剤は、負帯電トナーを含有し得、レーザーまたはLEDプリンターによる使用、ドラム上に光発生層および電荷輸送層を有する多層型可撓性光導電性像形成部材および有機光導電性像形成部材による放電領域現像、光レンズゼログラフィー、例えばセレン、セレン・ヒ素・テルルのようなセレン合金、水素化非晶質シリコンのような無機光導電性部材上での帯電領域現像、トライレベルゼログラフィー、および総カラーゼログラフィー等において適している；例えば、Xerox Corporation DocuColor iGen3R Digital Production Press および Xerox NuveraR 100/120を参照されたい。
各実施態様において、上記現像剤は、好ましくは、例えば、例示するような導電性磁性ブラシ現像による像形成およびプリンティングシステムにおいて使用し、これらのシステムにおいては、各実施態様において、高現像レベル、感光体像電位の実質的完全中和への現像、低レベルの像電位の現像および背景増大の抑制を可能にする。
二成分および一成分現像剤材料を通常使用する。典型的な二成分現像剤材料は、摩擦電気的に付着したトナー粒子を有する磁性担体を含む。一成分現像剤材料は、トナー粒子を典型的に含む。トナー粒子は、上記潜像に引付けされて上記光導電性表面上にトナー粉末像を形成する。その後、トナー粉末像をコピーシートに転写させる。最後に、トナー粉末像を加熱して、この像をコピーシートに像形状で恒久的に定着させる。
感光体上の潜像を現像する一般的に公知の方法は、１以上の磁性ブラシの使用による。
各実施態様において、本発明における導電性磁性ブラシ現像剤は、ハイブリッドジャンピング現像法、ハイブリッド無清掃現像法、および同様な方法において使用し得る。
上記の現像剤は、負帯電トナーを含有し得、レーザーまたはLEDプリンターによる使用、ドラム上に光発生層および電荷輸送層を有する多層型可撓性光導電性像形成部材および有機光導電性像形成部材による放電領域現像、光レンズゼログラフィー、例えばセレン、セレン・ヒ素・テルルのようなセレン合金、水素化非晶質シリコンのような無機光導電性部材上での帯電領域現像、トライレベルゼログラフィー、および総カラーゼログラフィー等において適している；例えば、Xerox Corporation DocuColor iGen3R Digital Production Press および Xerox NuveraR 100/120を参照されたい。
各実施態様において、上記現像剤は、好ましくは、例えば、例示するような導電性磁性ブラシ現像による像形成およびプリンティングシステムにおいて使用し、これらのシステムにおいては、各実施態様において、高現像レベル、感光体像電位の実質的完全中和への現像、低レベルの像電位の現像および背景増大の抑制を可能にする。
上述したように、CMB現像剤は、種々のシステム、例えば、ハイブリッドジャンピング(HJD)システムまたはハイブリッド無清掃現像(HSD)システムにおいて使用し得る。
HJDシステムにおいては、ドナーロールとして良く知られている現像ロールを、２つの現像電界(空隙をはさんでの電界)によって出力させる。第１の電界は、トナークラウド発生のために使用し、3.25 kHz周波数で2.6 kボルトピーク対ピークの典型的電位を有するacジャンピング電界である。第２の電界は、感光体上の現像トナー塊の量を制御するために使用するdc現像電界である。dc電界を排除し、ac電界の負荷サイクルを使用して感光体上で現像すべきトナー塊を制御するのが好ましい。
HSD法は、ドナーロール表面上へ通常の磁性ブラシによりトナーを現像する。複数の電極線を現像領域内の整調ドナーロールから近接間隔で置く。AC電圧を上記電線に印加して現像領域内にトナークラウドを発生させる。このドナーロールは、一般に、薄い、例えば、50〜200μmの部分導電性層で被覆した導電性コアからなる。磁性ブラシロールを、ドナーコアに対するある電位差に保持してトナー現像に必要な電界を発生させる。その後、ドナーロール上のトナー層を電線または電線セットからの電界により撹乱させてトナー粒子の撹拌クラウドを発生させ持続させる。ドナーに対する電線の典型的なAC電圧は、5〜15 kHzの周波数で700〜900 Vppである。これらのACシグナルは、多くの場合、純正弦波よりはむしろ方形波である。その後、クラウドからのトナーを、潜像によって発生した電界により、隣接感光体上に現像する。
いずれのCMBシステムにおいても、トナーは、装置から除去して、画像を紙のような画像記録用媒体上に発生させる。従って、追加のトナーを装置中に導入しなければならない。
しかしながら、装置に追加する前の新鮮トナーは、電荷を有していない。それで、トナーは、担体の反対極性に帯電させる必要がある。例えば、担体を正帯電させている場合、トナーは、負帯電させてトナーを画像記録用媒体上に適切に転写させる必要がある。トナーが不適切な極性である場合、トナーは背景中にプリントされるであろう。
HJDシステムにおいては、ドナーロールとして良く知られている現像ロールを、２つの現像電界(空隙をはさんでの電界)によって出力させる。第１の電界は、トナークラウド発生のために使用し、3.25 kHz周波数で2.6 kボルトピーク対ピークの典型的電位を有するacジャンピング電界である。第２の電界は、感光体上の現像トナー塊の量を制御するために使用するdc現像電界である。dc電界を排除し、ac電界の負荷サイクルを使用して感光体上で現像すべきトナー塊を制御するのが好ましい。
HSD法は、ドナーロール表面上へ通常の磁性ブラシによりトナーを現像する。複数の電極線を現像領域内の整調ドナーロールから近接間隔で置く。AC電圧を上記電線に印加して現像領域内にトナークラウドを発生させる。このドナーロールは、一般に、薄い、例えば、50〜200μmの部分導電性層で被覆した導電性コアからなる。磁性ブラシロールを、ドナーコアに対するある電位差に保持してトナー現像に必要な電界を発生させる。その後、ドナーロール上のトナー層を電線または電線セットからの電界により撹乱させてトナー粒子の撹拌クラウドを発生させ持続させる。ドナーに対する電線の典型的なAC電圧は、5〜15 kHzの周波数で700〜900 Vppである。これらのACシグナルは、多くの場合、純正弦波よりはむしろ方形波である。その後、クラウドからのトナーを、潜像によって発生した電界により、隣接感光体上に現像する。
いずれのCMBシステムにおいても、トナーは、装置から除去して、画像を紙のような画像記録用媒体上に発生させる。従って、追加のトナーを装置中に導入しなければならない。
しかしながら、装置に追加する前の新鮮トナーは、電荷を有していない。それで、トナーは、担体の反対極性に帯電させる必要がある。例えば、担体を正帯電させている場合、トナーは、負帯電させてトナーを画像記録用媒体上に適切に転写させる必要がある。トナーが不適切な極性である場合、トナーは背景中にプリントされるであろう。
即ち、本発明の１つの利点は、トナーの現像剤への混合が上記ステアリン酸金属塩外部表面添加剤により適切な極性に帯電させることである。
CMB現像剤においては、ステアリン酸金属塩添加剤をトナー粒子の外表面に添加して適切な現像剤導電度を付与させている。さらに、ステアリン酸金属塩は、混合、電荷、相対湿度(RH)感受性および電荷分布のような他のトナー/現像剤性能に対する影響も有し得る。
現在のところ、ステアリン酸亜鉛またはステアリン酸カルシウムのいずれかを個々にトナーに添加して通常の噴射ポリエステルトナーおよびエマルジョン/凝集(EA)ポリエステルトナーの双方に改良されたRH感受性を付与させている。EAトナー設計においては、ステアリン酸亜鉛は、狭い電荷分布を与えているが、いずれの添加剤設計によっても固有の貧弱なRH感受性をもたらしている。ステアリン酸カルシウムは、帯電化において大いに改良されたRH感受性を与えているが、実施中に混合性/電荷を低下させている。
トナーおよび現像剤は、全ての環境条件下において機能性であり、プリンターから良好な像品質が得られるのが望ましい。即ち、トナーと現像剤は、低湿度および低温度、例えば、10℃および15%相対湿度(本明細書においてはC-ゾーンと称する)において、中湿度および中温度、例えば、22℃および50%相対湿度(本明細書においてはB-ゾーンと称する)において、さらに、高湿度および高温度、例えば、28℃および85%相対湿度(本明細書においてはA-ゾーンと称する)において機能することが望ましい。
全ての条件下において良好な性能であるためには、トナーおよび現像剤の臨界的な諸性質がこれらの環境領域に亘ってできる限り少なく変化することが重要である。これらの領域に亘る大きな差異が存在すれば、これらの材料は大きいRH感受性比を有し、このことは、トナーが低温度および低湿度または高温度および高湿度のいずれかまたは双方の極限領域において性能不足を示し得ることを意味する。臨界的諸性質における究極の目的は、RH感受性比ができる限り１に近いことである。そのようなRH感受性比が達成されたときに、トナーは、高湿度および低湿度条件の双方において等しく有効である。換言すれば、そのトナーは、RHの変化に対し低感受性を有する。
CMB現像剤においては、ステアリン酸金属塩添加剤をトナー粒子の外表面に添加して適切な現像剤導電度を付与させている。さらに、ステアリン酸金属塩は、混合、電荷、相対湿度(RH)感受性および電荷分布のような他のトナー/現像剤性能に対する影響も有し得る。
現在のところ、ステアリン酸亜鉛またはステアリン酸カルシウムのいずれかを個々にトナーに添加して通常の噴射ポリエステルトナーおよびエマルジョン/凝集(EA)ポリエステルトナーの双方に改良されたRH感受性を付与させている。EAトナー設計においては、ステアリン酸亜鉛は、狭い電荷分布を与えているが、いずれの添加剤設計によっても固有の貧弱なRH感受性をもたらしている。ステアリン酸カルシウムは、帯電化において大いに改良されたRH感受性を与えているが、実施中に混合性/電荷を低下させている。
トナーおよび現像剤は、全ての環境条件下において機能性であり、プリンターから良好な像品質が得られるのが望ましい。即ち、トナーと現像剤は、低湿度および低温度、例えば、10℃および15%相対湿度(本明細書においてはC-ゾーンと称する)において、中湿度および中温度、例えば、22℃および50%相対湿度(本明細書においてはB-ゾーンと称する)において、さらに、高湿度および高温度、例えば、28℃および85%相対湿度(本明細書においてはA-ゾーンと称する)において機能することが望ましい。
全ての条件下において良好な性能であるためには、トナーおよび現像剤の臨界的な諸性質がこれらの環境領域に亘ってできる限り少なく変化することが重要である。これらの領域に亘る大きな差異が存在すれば、これらの材料は大きいRH感受性比を有し、このことは、トナーが低温度および低湿度または高温度および高湿度のいずれかまたは双方の極限領域において性能不足を示し得ることを意味する。臨界的諸性質における究極の目的は、RH感受性比ができる限り１に近いことである。そのようなRH感受性比が達成されたときに、トナーは、高湿度および低湿度条件の双方において等しく有効である。換言すれば、そのトナーは、RHの変化に対し低感受性を有する。
即ち、本発明の１つの目的は、少なくとも２種の異なるステアリン酸金属塩をトナー粒子外表面上に含ませて各個々のステアリン酸金属塩の正および負の効果を均衡させることによってより良好な全体的性能を付与させることである。
本発明は、全ての導電性磁性ブラシトナー/現像剤、通常の噴射型トナー、並びにポリエステルEAトナーおよびスチレン/アクリレートEAトナーに等しく適用し得る。
本発明は、導電性磁性ブラシ現像環境において機能して従来技術のトナーおよび現像剤よりも優れた像品質を達成する新規なトナーおよび現像剤の局面を開示する；該現像剤は、より良好な摩擦電気安定性および像品質安定性を有する。色合、単色性(solids)、ハーフトーン、光沢、絵画性、文書および背景は、操作全体に亘って安定している。
以下、本発明におけるトナーの製造において使用する適切で好ましい材料を説明する。
トナーにおいて使用するのに適する樹脂バインダーは、いずれも限定することなく使用し得る。さらに、化学的方法(エマルジョン/凝集)および物理的方法(破砕)によって製造したトナーも等しく使用し得る。特定の適切なトナーの例は、以下のとおりである。
トナーは、当該技術において公知のポリエステルトナー粒子であり得る。エマルジョン/凝集(EA)法によって生成させたポリエステルトナー粒子は、多くの特許に例示されている。ポリエステルは、これらの文献に記載されているポリエステル物質のいずれも含み得る。これらの文献はポリエステルEAトナーおよびその製造方法を十分に記載しているので、これらの点についてのさらなる説明は、本明細書においては省略する。
トナーは、当該技術において公知のスチレン/アクリレートトナー粒子であり得る。E/A法によって生成させたスチレン/アクリレートトナー粒子は、多くの特許に例示されている。スチレン/アクリレートは、これらの文献に記載されている物質のいずれも含み得る。これらの文献はスチレン/アクリレートEAトナーおよびその製造方法を十分に記載しているので、これらの点についてのさらなる説明は、本明細書においては省略する。
トナーは、EA法以外の周知の方法によっても製造し得る。そのような通常の噴射型トナー粒子は、多くの特許に記載されている。通常の噴射型トナーは、これらの文献に記載されている物質を含む。これらの文献はEA法以外の方法により製造した通常の噴射型トナーおよびその製造方法を十分に記載しているので、これらの点についてのさらなる説明は、本明細書においては省略する。
本発明は、全ての導電性磁性ブラシトナー/現像剤、通常の噴射型トナー、並びにポリエステルEAトナーおよびスチレン/アクリレートEAトナーに等しく適用し得る。
本発明は、導電性磁性ブラシ現像環境において機能して従来技術のトナーおよび現像剤よりも優れた像品質を達成する新規なトナーおよび現像剤の局面を開示する；該現像剤は、より良好な摩擦電気安定性および像品質安定性を有する。色合、単色性(solids)、ハーフトーン、光沢、絵画性、文書および背景は、操作全体に亘って安定している。
以下、本発明におけるトナーの製造において使用する適切で好ましい材料を説明する。
トナーにおいて使用するのに適する樹脂バインダーは、いずれも限定することなく使用し得る。さらに、化学的方法(エマルジョン/凝集)および物理的方法(破砕)によって製造したトナーも等しく使用し得る。特定の適切なトナーの例は、以下のとおりである。
トナーは、当該技術において公知のポリエステルトナー粒子であり得る。エマルジョン/凝集(EA)法によって生成させたポリエステルトナー粒子は、多くの特許に例示されている。ポリエステルは、これらの文献に記載されているポリエステル物質のいずれも含み得る。これらの文献はポリエステルEAトナーおよびその製造方法を十分に記載しているので、これらの点についてのさらなる説明は、本明細書においては省略する。
トナーは、当該技術において公知のスチレン/アクリレートトナー粒子であり得る。E/A法によって生成させたスチレン/アクリレートトナー粒子は、多くの特許に例示されている。スチレン/アクリレートは、これらの文献に記載されている物質のいずれも含み得る。これらの文献はスチレン/アクリレートEAトナーおよびその製造方法を十分に記載しているので、これらの点についてのさらなる説明は、本明細書においては省略する。
トナーは、EA法以外の周知の方法によっても製造し得る。そのような通常の噴射型トナー粒子は、多くの特許に記載されている。通常の噴射型トナーは、これらの文献に記載されている物質を含む。これらの文献はEA法以外の方法により製造した通常の噴射型トナーおよびその製造方法を十分に記載しているので、これらの点についてのさらなる説明は、本明細書においては省略する。
使用することのできる、例えば、トナー中に、トナーの約1〜約25質量％の有効量、好ましくは約3〜約10質量％の量で存在する顔料のような各種着色剤としては、例えば、REGAL 330Rのようなカーボンブラック；Mobay社のマグネタイト類：MO8029TM、MO8060 TM、Columbian社のマグネタイト類：MAPICO BLACKS TM類および表面処理マグネタイト類、Pfizer社のマグネタイト類：CB4799 TM、CB5300 TM、CB5600 TM、MCX6369 TM、Bayer社のマグネタイト類：BAYFERROX 8600 TM、8610 TM、Northern Pigments社のマグネタイト類：NP-604 TM、NP-608 TM、Magnox社のマグネタイト類：TMB-100 TMまたはTMB-104 TMのようなマグネタイト類等がある。カラー顔料としては、シアン、マゼンタ、イエロー、レッド、グリーン、ブラウン、ブルーまたはこれらの混合物を選択し得る。顔料類の特定の例としては、Paul Uhlich and Company社から入手し得るフタロシアニンHELIOGEN BLUE L6900 TM、D6840 TM、D7080 TM、D7020 TM、PYLAM OIL BLUE TM、PYLAM OIL YELLOW TM、PIGMENT BLUE 1 TM；オンタリオ州トロントのDominion Color Corporation社から入手し得るPIGMENT VIOLET 1 TM、PIGMENT RED 48 TM、LEMON CHROME YELLOW DCC 1026 TM、E.D. TOLUIDINE RED TM およびBON RED C TM；Hoechst社から入手し得るNOVAPERM YELLOW FGL TM, HOSTAPERM PINK E TM；および、E.I. DuPont de Nemours and Company社から入手し得るCINQUASIA MAGENTA TM等がある。一般に、選択し得る着色剤は、シアン、マゼンタまたはイエロー顔料、およびこれらの混合物である。使用し得るマゼンタ類の例は、2,9-ジメチル置換キナクリドンおよびカラーインデックスにCI 60710、CI Dispersed Red 15として特定されているアントラキノン染料、カラーインデックスにCI 26050、CI Solvent Red 19として特定されているジアゾ染料等がある。使用し得るシアン類の具体的な例としては、銅テトラ(オクタデシルスルホンアミド)フタロシアニン、カラーインデックスにCI 74160、CI Pigment Blueとして記載されているx-銅フタロシアニン顔料、およびカラーインデックスにCI 69810、Special Blue X-2137として記載されているAnthrathrene Blue等があり、また、選択し得るイエロー類の具体的な例は、ジアリーライドイエロー3,3-ジクロロベンジデンアセトアセトアニリド、カラーインデックスにCI 12700, CI Solvent Yellow 16として特定されているモノアゾ顔料、カラーインデックスにForon Yellow SE/GLN, CI Dispersed Yellow 33として特定されているニトロフェニルアミンスルホンアミド、2,5-ジメトキシ-4-スルホンアニリドフェニルアゾ-4'-クロロ-2,5-ジメトキシアセトアセトアニリド、Yellow 180およびPermanent Yellow FGLであり、これらの着色剤は、例えば、トナーの約3〜約15質量％の量で存在する。オレンジ染料の例としては、公知の適切な染料類がある(カラーインデックスおよび多くの米国特許参照)。色域目的の好ましくは高純度を有するオレンジ可溶性染料の例は、Neopen Yellow 075、Neopen Yellow 159、Neopen Orange 252、Neopen Red 336、Neopen Red 335、Neopen Red 366、Neopen Blue 808、Neopen Black X53、Neopen Black X55であり、これらの染料は、種々の適切な量、例えば、トナーの約0.5〜20質量％、とりわけ約5〜20質量％で使用する。着色剤は、顔料、染料、顔料と染料の混合物、顔料混合物、染料混合物等を含む。着色剤の上記羅列は単に例示のためであり、任意の適切な着色剤を本発明においては使用し得る。当業者であれば理解し得るように、顔料類は、界面活性剤または樹脂バインダー中に予備分散させて混合を容易にする。
外部添加剤は、トナー粒子の表面と結合する添加剤である。本発明においては、外部添加剤は、二酸化ケイ素即ちシリカ(SiO2)またはチタニア即ち二酸化チタン(TiO2)の少なくとも１種を含む。一般に、シリカは、トナー流動性、摩擦電気増強、混合制御、現像および転写安定性の改良、並びにより高いトナーブロッキング温度のためにトナー表面に適用する。TiO2は、相対湿度(RH)安定性の改良、摩擦電気制御、並びに現像および転写安定性の改良のために適用する。最も好ましい実施態様においては、外部添加剤パッケージは、シリカとチタニアの双方を含む。
SiO2およびTiO2は、好ましくは、200 nm未満の一次粒度を有すべきである。シリカは、好ましくは、約5〜約200 nm範囲の一次粒度を有する。チタニアは、好ましくは、約5〜約50 nm範囲の一次粒度を有する。勿論、それよりも大きい、例えば、約500 nmまでの粒度も、必要に応じて使用し得る。TiO2は、広範囲の面積被覆および操作長に亘って現像および転写を維持するのにとりわけ有用であることが判明している。SiO2およびTiO2は、好ましくは、例えば、約50〜200%表面積被覆率(SAC)範囲のトナー総被覆率でもってトナー表面に適用する。添加剤の量および粒度に関するもう１つの測定基準は、“SAC×粒度”((%表面積被覆率)×(添加剤のナノメートルでの一次粒度))であり、添加剤は、好ましくは、例えば1,000〜4,000の総SAC×粒度範囲を有すべきである。
より好ましくは、添加するSiO2は、Nippon Aerosil社から入手し得るRY 50のようなポリジメチルシロキサンで表面処理する。他の適切な処理ヒュームドシリカは、Cabot Corporation社のCab-O-Sil DivisionからTS530として商業的に入手可能である。チタニアは、処理型または未処理型のいずれかであり得る。未処理二酸化チタンは、Degussa社からP25として入手し得る。最も好ましくは、二酸化チタンは、例えば、MT3103またはSMT5103として商業的に入手し得るデシルシラン(共に、Tayca Corporation社より入手し得る)で表面処理する。
SiO2およびTiO2は、好ましくは、200 nm未満の一次粒度を有すべきである。シリカは、好ましくは、約5〜約200 nm範囲の一次粒度を有する。チタニアは、好ましくは、約5〜約50 nm範囲の一次粒度を有する。勿論、それよりも大きい、例えば、約500 nmまでの粒度も、必要に応じて使用し得る。TiO2は、広範囲の面積被覆および操作長に亘って現像および転写を維持するのにとりわけ有用であることが判明している。SiO2およびTiO2は、好ましくは、例えば、約50〜200%表面積被覆率(SAC)範囲のトナー総被覆率でもってトナー表面に適用する。添加剤の量および粒度に関するもう１つの測定基準は、“SAC×粒度”((%表面積被覆率)×(添加剤のナノメートルでの一次粒度))であり、添加剤は、好ましくは、例えば1,000〜4,000の総SAC×粒度範囲を有すべきである。
より好ましくは、添加するSiO2は、Nippon Aerosil社から入手し得るRY 50のようなポリジメチルシロキサンで表面処理する。他の適切な処理ヒュームドシリカは、Cabot Corporation社のCab-O-Sil DivisionからTS530として商業的に入手可能である。チタニアは、処理型または未処理型のいずれかであり得る。未処理二酸化チタンは、Degussa社からP25として入手し得る。最も好ましくは、二酸化チタンは、例えば、MT3103またはSMT5103として商業的に入手し得るデシルシラン(共に、Tayca Corporation社より入手し得る)で表面処理する。
ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸アルミニウムおよびステアリン酸マグネシウムからなる群から選ばれる少なくとも２種のステアリン酸金属塩外部添加剤も、トナー上に存在する。これらのステアリン酸金属塩は、潤滑特性を付与する。その潤滑特性により、これらのステアリン酸金属塩は、摩擦電気増強ももたらす。さらにまた、これらのステアリン酸金属塩は、トナーと担体粒子間の接触回数を増大させることにより、より高めのトナー電荷および電荷安定性も可能にする。１つの商業的に入手可能なステアリン酸金属塩は、100%の材料が325メッシュスクリーンを通過するような粒度を有するステアリン酸亜鉛であり、Ferro Corporation社のPolymer Additives Divisionによって製造されたZINC STEARATE LTMとして知られている。また、Synthetic Products Company (Synpro)社のFisher Scientific Chemical Divisionから入手し得るもののような他の商業的に入手可能なステアリン酸亜鉛等も使用し得る。
このように、上記複数のステアリン酸金属塩は、現像剤の高くて安定な摩擦電気特性を維持するために必要な外部添加剤である。本発明の現像剤は、好ましくは、例えば、−15〜−40μC/gの摩擦電気値(既知のファラデーケ−ジ法によって測定したとき)を有する。潤滑性外部添加剤としてのこれらステアリン酸金属塩を含まないと、摩擦電気値は、現像剤の寿命に亘って安定でないままであり、現像剤の寿命に亘って許容し難く減衰する。
単一のステアリン酸金属塩では、所望性能特性の全てを付与し得ず、多くの場合、性能のある種の妥協に至る。例えば、米国特許第6,416,916号は、高めの量のステアリン酸亜鉛が単色領域像に現れる像空乏欠陥の発生をとりわけ長時間プリント操作中に生じさせることを明らかにしている。即ち、その実施例におけるステアリン酸亜鉛の量は、トナー中で0.1%未満の負荷量に限定されなければならない。
少なくとも２種のステアリン酸金属塩が外部添加剤の１部である場合、種々の利点がCMB系において得られることを見出した。とりわけ、HSD現像系においては、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸アルミニウムおよびステアリン酸マグネシウムからなる群から選ばれる２種以上のステアリン酸金属塩を外部添加剤としてトナーに添加することにより、電荷量、電荷安定性、RH感受性、混合性、電荷通過性(charge-through)、電荷分布幅および現像剤導電性のような所望性能特性の優れた組合せが達成され得る。好ましくは、外部添加剤は、ステアリン酸アルミニウムとステアリン酸カルシウムを含む。
上記ステアリン酸金属塩は、好ましくは、トナー粒子中に、トナー粒子の約0.025〜約5.0質量％、好ましくはトナー粒子の約0.05〜約3質量％の量で存在する。２種のステアリン酸金属塩を使用する場合、２つのステアリン酸金属塩の比は、4：1〜1：1、好ましくは2：1〜1：1の範囲であり得、より好ましくは、この比はおよそ1：1である。
このように、上記複数のステアリン酸金属塩は、現像剤の高くて安定な摩擦電気特性を維持するために必要な外部添加剤である。本発明の現像剤は、好ましくは、例えば、−15〜−40μC/gの摩擦電気値(既知のファラデーケ−ジ法によって測定したとき)を有する。潤滑性外部添加剤としてのこれらステアリン酸金属塩を含まないと、摩擦電気値は、現像剤の寿命に亘って安定でないままであり、現像剤の寿命に亘って許容し難く減衰する。
単一のステアリン酸金属塩では、所望性能特性の全てを付与し得ず、多くの場合、性能のある種の妥協に至る。例えば、米国特許第6,416,916号は、高めの量のステアリン酸亜鉛が単色領域像に現れる像空乏欠陥の発生をとりわけ長時間プリント操作中に生じさせることを明らかにしている。即ち、その実施例におけるステアリン酸亜鉛の量は、トナー中で0.1%未満の負荷量に限定されなければならない。
少なくとも２種のステアリン酸金属塩が外部添加剤の１部である場合、種々の利点がCMB系において得られることを見出した。とりわけ、HSD現像系においては、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸アルミニウムおよびステアリン酸マグネシウムからなる群から選ばれる２種以上のステアリン酸金属塩を外部添加剤としてトナーに添加することにより、電荷量、電荷安定性、RH感受性、混合性、電荷通過性(charge-through)、電荷分布幅および現像剤導電性のような所望性能特性の優れた組合せが達成され得る。好ましくは、外部添加剤は、ステアリン酸アルミニウムとステアリン酸カルシウムを含む。
上記ステアリン酸金属塩は、好ましくは、トナー粒子中に、トナー粒子の約0.025〜約5.0質量％、好ましくはトナー粒子の約0.05〜約3質量％の量で存在する。２種のステアリン酸金属塩を使用する場合、２つのステアリン酸金属塩の比は、4：1〜1：1、好ましくは2：1〜1：1の範囲であり得、より好ましくは、この比はおよそ1：1である。
本発明に従って製造したトナー組成物と混合するのに使用し得る担体粒子の具体的な例としては、トナー粒子の極性と反対極性の電荷を摩擦電気的に得ることのできる粒子がある。適切な担体粒子の具体的な例としては、粒状ジルコン、粒状シリコン、ガラス、スチール、ニッケル、フェライト類、鉄フェライト類、二酸化ケイ素等がある。さらに、再現性の凹凸を有する表面に特徴を有しそれによって粒子に比較的大外面積を与えるニッケルの結節状担体ビーズからなる、米国特許第3,847,604号(該米国特許の開示はその全体を参考として本明細書に合体させる)に記載されているようなニッケルベリー状担体も担体粒子として使用し得る。
最も好ましい実施態様においては、担体コアは、例えば、Hoeganaes Corporation社から商業的に入手し得る細分化スチールからなる。
選定した担体粒子は、コーティーング有りまたは無しで使用し得、コーティーングは、一般に、ポリフッ化ビニリデン樹脂のようなフルオロポリマー類；スチレン、メチルメタクリレート、トリエトキシシランのようなシランとのターポリマー類；テトラフルオロエチレン類、他の公知のコーティーング等からなる。
もう１つの実施態様においては、担体コアは、Soken社から商業的に入手し得る質量平均分子量 300,000〜350,000を有するポリメチルメタクリレート(PMMA)ポリマーで部分的にコーティーングする。PMMAは、該ポリマーが、一般に、接触するトナー上に負電荷を付与させる点で電気陽性ポリマーである。
PMMAは、必要に応じて、得られるコポリマーが適切な粒度を有する限り、任意の所望コモノマーと共重合させ得る。適切なコモノマーとしては、モノアルキルまたはジアルキルアミン類、例えば、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メタクリレート、ジイソプロピルアミノエチルメタクリレートまたはt-ブチルアミノエチルメタクリレート等がある。
本発明におけるもう１つの好ましい実施態様においては、担体コアのポリマーコーティーングは、PMMA、最も好ましくは、担体コアに220℃〜260℃程度の高めの温度で適用(溶融または融合)させた、乾燥粉末形で適用し且つ１μm未満、好ましくは0.5μm未満の平均粒度を有するPMMAからなる。260℃よりも高い温度は、PMMAを有害に分解させる。本発明における担体と現像剤の摩擦電気整調性は、担体コーティーングを適用する温度によって与えられ、高い温度ほど、温度上昇がポリマーコーティーングを分解するように作用しそれによって摩擦電気を低下させる点を越えるまで、高い摩擦電気を生じさせる。
高い摩擦電気によるほど、現像寿命は長く、周辺電界現像の改良が期待される。現像剤中のトナー対担体比は、およそ4.5である。
以下、本発明を下記の実施例およびデータによってさらに具体的に説明する。当業者であれば、種々のステアリン酸金属塩の組合せが下記の実施例と等しく有効であることは自明であろう。
最も好ましい実施態様においては、担体コアは、例えば、Hoeganaes Corporation社から商業的に入手し得る細分化スチールからなる。
選定した担体粒子は、コーティーング有りまたは無しで使用し得、コーティーングは、一般に、ポリフッ化ビニリデン樹脂のようなフルオロポリマー類；スチレン、メチルメタクリレート、トリエトキシシランのようなシランとのターポリマー類；テトラフルオロエチレン類、他の公知のコーティーング等からなる。
もう１つの実施態様においては、担体コアは、Soken社から商業的に入手し得る質量平均分子量 300,000〜350,000を有するポリメチルメタクリレート(PMMA)ポリマーで部分的にコーティーングする。PMMAは、該ポリマーが、一般に、接触するトナー上に負電荷を付与させる点で電気陽性ポリマーである。
PMMAは、必要に応じて、得られるコポリマーが適切な粒度を有する限り、任意の所望コモノマーと共重合させ得る。適切なコモノマーとしては、モノアルキルまたはジアルキルアミン類、例えば、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メタクリレート、ジイソプロピルアミノエチルメタクリレートまたはt-ブチルアミノエチルメタクリレート等がある。
本発明におけるもう１つの好ましい実施態様においては、担体コアのポリマーコーティーングは、PMMA、最も好ましくは、担体コアに220℃〜260℃程度の高めの温度で適用(溶融または融合)させた、乾燥粉末形で適用し且つ１μm未満、好ましくは0.5μm未満の平均粒度を有するPMMAからなる。260℃よりも高い温度は、PMMAを有害に分解させる。本発明における担体と現像剤の摩擦電気整調性は、担体コーティーングを適用する温度によって与えられ、高い温度ほど、温度上昇がポリマーコーティーングを分解するように作用しそれによって摩擦電気を低下させる点を越えるまで、高い摩擦電気を生じさせる。
高い摩擦電気によるほど、現像寿命は長く、周辺電界現像の改良が期待される。現像剤中のトナー対担体比は、およそ4.5である。
以下、本発明を下記の実施例およびデータによってさらに具体的に説明する。当業者であれば、種々のステアリン酸金属塩の組合せが下記の実施例と等しく有効であることは自明であろう。
8.3μｍ(ミクロン)のEAポリエステルシアントナーを、SKMミルにて13,000 rpmで30秒間表面添加剤と乾式混合した。トナー全てを、2.3%のシリカ、1.9%のチタニア、0.1%のステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸アルミニウムおよびステアリン酸マグネシウムから選択した各種ステアリン酸塩と混合した。また、ステアリン酸カルシウムとステアリン酸アルミニウムの各々0.05%、合計0.1%を含むトナーブレンドも、２種のステアリン酸塩混合の利点を例証するために調製した。これらの現像剤においては、一般的に、0.1%のステアリン酸カルシウムまたはステアリン酸亜鉛が最適の現像剤導電度を与え、ステアリン酸塩のさらなる添加は導電度を増大させないことが判明した。0.1%からのステアリン酸塩の低減は、導電度を低下させる。即ち、全てのトナーを合計0.1%のステアリン酸塩で評価した。
帯電性評価は、C-ゾーンおよびB-ゾーンにおいて4.5 pphで状態調節し、100gの担体と4.5gのトナーからなり、シェーカーで帯電させる前にBおよびC-ゾーンで１夜状態調節した現像剤を使用して実施した。担体は、1%ポリメチルメタクリレートでコーティーングした細分化スチールコア粉末からなっていた。各現像剤の帯電性は、全噴出摩擦法(total blow-off tribo method)を使用して、安定性について15分および45分後に測定した。この時点で、BおよびC-ゾーンにおいて前以って状態調節した2.25gの新鮮トナーを帯電現像剤に加え、15秒での混合速度および120秒での電荷通過性を、電荷スペクトルグラフを使用して電荷分布を測定することによって測定した。また、現像剤サンプルを、3.4kgの担体と154gのトナーを加え、B-ゾーンで１夜状態調節し、次いで、Littleford M5Rブレンダー内で10分間混合することによって4.5 pphで調製した。その後、帯電現像剤をXerox iGen3現像剤ハウジングに入れ、100 ppmプリント速度に等しい工程速度で2時間稼動させた。現像剤サンプルを、上記全噴出法による帯電評価、電荷スペクトルグラフ法による電荷分布、および導電度評価のために、一定間隔で採取した。導電度は、100gの現像剤を直径 3.85cmおよび長さ 8.0cmの磁性ロール上に載せ、得られた現像剤を2.4mmのトリムギャップによりトリミングし、次いで、10 Vの印加電圧を使用してブラシを通る電流を測定することによって測定した。
帯電性評価は、C-ゾーンおよびB-ゾーンにおいて4.5 pphで状態調節し、100gの担体と4.5gのトナーからなり、シェーカーで帯電させる前にBおよびC-ゾーンで１夜状態調節した現像剤を使用して実施した。担体は、1%ポリメチルメタクリレートでコーティーングした細分化スチールコア粉末からなっていた。各現像剤の帯電性は、全噴出摩擦法(total blow-off tribo method)を使用して、安定性について15分および45分後に測定した。この時点で、BおよびC-ゾーンにおいて前以って状態調節した2.25gの新鮮トナーを帯電現像剤に加え、15秒での混合速度および120秒での電荷通過性を、電荷スペクトルグラフを使用して電荷分布を測定することによって測定した。また、現像剤サンプルを、3.4kgの担体と154gのトナーを加え、B-ゾーンで１夜状態調節し、次いで、Littleford M5Rブレンダー内で10分間混合することによって4.5 pphで調製した。その後、帯電現像剤をXerox iGen3現像剤ハウジングに入れ、100 ppmプリント速度に等しい工程速度で2時間稼動させた。現像剤サンプルを、上記全噴出法による帯電評価、電荷スペクトルグラフ法による電荷分布、および導電度評価のために、一定間隔で採取した。導電度は、100gの現像剤を直径 3.85cmおよび長さ 8.0cmの磁性ロール上に載せ、得られた現像剤を2.4mmのトリムギャップによりトリミングし、次いで、10 Vの印加電圧を使用してブラシを通る電流を測定することによって測定した。
上述したように、トナー粒子は、担体の反対極性にあることが必要である。本試験においては、担体が正、トナーが負である。また、上述したように、トナーはプリンティング工程の間使用するので、追加のトナーを現像系に混合物として添加する。
表１から分かるように、現像剤をステアリン酸カルシウム/ステアリン酸アルミニウムを含有するトナーにより45分間で十分に帯電させ、次いで、さらなる2.25グラムのトナーを添加した後、トナーの電荷は、B-ゾーンおよび15秒で全て負であり、120秒で0であった。このことは、B-ゾーン内の120秒でのステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウムまたはステアリン酸アルミニウムのみを含有していたトナーと比較して、単一ステアリン酸塩を含む全てのトナーが混合試験中に幾分不適切な符号の極性を示していたので、改良に値する。このことは、ステアリン酸塩混合物を含むトナーが不適切な符号の極性を有さない現像剤を一貫して提供していることを示唆している。不適切な符号の極性は、プリンティング工程中に背景の増大をもたらす。
同様に、ステアリン酸カルシウムとステアリン酸アルミニウムの組合せは、15秒および120秒の双方の混合時間でのC-ゾーンにおける混合試験中のいずれの時点での不適切な符号の極性、即ち、ステアリン酸亜鉛およびステアリン酸アルミニウム単独と等価の性能を発生させてなく、ステアリン酸カルシウム単独と比較して性能を改良していた。
表１から理解し得るように、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウムまたはステアリン酸アルミニウムのうちで、全ての湿度および全ての時点で不適切な符号の極性トナーなしで必要なトナー帯電性を生じたものはなかった。しかしながら、ステアリン酸カルシウム/ステアリン酸アルミニウム混合物は、BおよびC-ゾーン双方の全ての時点において的確なトナー帯電性を生じていた。B-ゾーンにおける120秒でのトナー電荷は0であるが、このことは、単一ステアリン酸金属塩のみを使用したときの不適切な符号極性の正帯電に対しては大きな改良である。0トナー電荷を有することにより、不的確な極性を有するトナーのようには、像が背景中にプリントされることはない。
表１から分かるように、現像剤をステアリン酸カルシウム/ステアリン酸アルミニウムを含有するトナーにより45分間で十分に帯電させ、次いで、さらなる2.25グラムのトナーを添加した後、トナーの電荷は、B-ゾーンおよび15秒で全て負であり、120秒で0であった。このことは、B-ゾーン内の120秒でのステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウムまたはステアリン酸アルミニウムのみを含有していたトナーと比較して、単一ステアリン酸塩を含む全てのトナーが混合試験中に幾分不適切な符号の極性を示していたので、改良に値する。このことは、ステアリン酸塩混合物を含むトナーが不適切な符号の極性を有さない現像剤を一貫して提供していることを示唆している。不適切な符号の極性は、プリンティング工程中に背景の増大をもたらす。
同様に、ステアリン酸カルシウムとステアリン酸アルミニウムの組合せは、15秒および120秒の双方の混合時間でのC-ゾーンにおける混合試験中のいずれの時点での不適切な符号の極性、即ち、ステアリン酸亜鉛およびステアリン酸アルミニウム単独と等価の性能を発生させてなく、ステアリン酸カルシウム単独と比較して性能を改良していた。
表１から理解し得るように、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウムまたはステアリン酸アルミニウムのうちで、全ての湿度および全ての時点で不適切な符号の極性トナーなしで必要なトナー帯電性を生じたものはなかった。しかしながら、ステアリン酸カルシウム/ステアリン酸アルミニウム混合物は、BおよびC-ゾーン双方の全ての時点において的確なトナー帯電性を生じていた。B-ゾーンにおける120秒でのトナー電荷は0であるが、このことは、単一ステアリン酸金属塩のみを使用したときの不適切な符号極性の正帯電に対しては大きな改良である。0トナー電荷を有することにより、不的確な極性を有するトナーのようには、像が背景中にプリントされることはない。
表１：混合性データ
以下の表２〜４は、２つのステアリン酸金属塩の組合せが、表１において実証した混合後のトナーの電荷以外のいずれのトナー/現像剤性能に実質的に影響を与えていないことを示している。表２〜４において実証した全てのデータは、現像剤への混合前のトナーを指標している。
表２：混合前の摩擦電気帯電性
表２：混合前の摩擦電気帯電性
表３に示す分布指数は、トナー粒子の電荷分布の測度である。理想的には、分布は狭い。分布指数は、好ましくは2.0未満、より好ましくは1.5未満、さらにより好ましくは1.0未満である。
表３：混合前の分布指数
表３：混合前の分布指数
表４において実証しているような流動凝集性は、トナー粒子が互いに粘着する度合の測度である。好ましくは、流動凝集性は、10%未満である。
表４：混合前のトナーの流動凝集性
表４：混合前のトナーの流動凝集性
表５、表６および表７は、100 ppmで稼動するXerox iGen3現像剤ハウジング内でのステアリン酸カルシウム単独、ステアリン酸アルミニウム単独、およびステアリン酸カルシウムとステアリン酸アルミニウムの混合物を含む各現像剤の性能を示す。表５は、全てのトナーが現像剤ハウジング内で同様且つ許容し得る電荷を有することを確証している。表６は、全てのトナーが現像剤ハウジング内で同様且つ許容し得る電荷分布指数を有することを示している。表７は、全てのトナーが同様且つ許容し得る現像剤導電度を有することを示している。即ち、ステアリン酸カルシウムとステアリン酸アルミニウムの混合物を含むトナーは、トナー上に単独ステアリン酸塩を含む現像剤と比較して、同等の帯電および電導度性能を有している。
表５：稼動時間につれてのトナー電荷
表５：稼動時間につれてのトナー電荷
表６：稼働時間につれてのトナー分布指数
表７：稼働時間につれてのトナー分布指数
表７：稼働時間につれてのトナー分布指数
Claims (1)
- 少なくとも１種のバインダー、少なくとも１種の着色剤、および外部添加剤のトナー粒子を含み、該外部添加剤がステアリン酸カルシウムとステアリン酸アルミニウムの混合物であることを特徴とするトナー。
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