JP4924248B2

JP4924248B2 - カラートナー

Info

Publication number: JP4924248B2
Application number: JP2007177715A
Authority: JP
Inventors: 英樹池田; 忠洋椿
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 2007-07-05
Filing date: 2007-07-05
Publication date: 2012-04-25
Anticipated expiration: 2027-07-05
Also published as: JP2009015079A

Description

本発明は、カラートナーに係り、特に、カブリを防止したカラートナーに関する。

電子写真方式による画像形成方法は、一般に、静電潜像をトナーにより現像して可視化し、得られたトナー像を用紙に転写することにより行われている。このような画像形成に用いられるトナーの製造方法としては、粉砕法、重合法等があるが、粉砕法が主流を占めている。粉砕法の一般的な製造方法としては、結着樹脂、着色剤、離型剤、帯電制御剤等の原料を乾式で混合したあと、２軸押出機などで溶融混練し、冷却固化した後に粗粉砕を行い、混練粗砕物を得る。その後ジェットミルなどで微粉砕を行い、適切な粒度分布になるように分級機で粒度調整を行う。さらにシリカなどと一緒に混合機で混合することで表面処理を行い、トナーを得る。

カラープリンターの場合、一般にマゼンタ、シアン、イエローの３色のカラートナーとブラックトナーを使用し、３色のカラートナーを重ね合わせることで、色再現性を実現している。

このようなカラートナーの現像特性は、顔料の電気的特性により大きく影響を受ける。例えば、古くより、顔料としてブリリアントカーミン６Ｂ（C.I. Pigment Red 57.1）を用いたマゼンタトナーが一般に使用されており、この顔料は、最も安価で色調及び透明性に優れたマゼンタ顔料として知られている。しかしながら、このような金属塩類でレーキ化されて得られた顔料は、カブリについて劣っていたり、現像特性が他色トナーと大きく異なるため、他色トナーとバランスがとれないという問題がある。また、カーボンブラックについても同様のことが言える。

そのため、顔料の表面処理により特性を改善する様々な提案がなされている（例えば、特許文献１〜５参照）。しかし、これらはいずれも顔料の高分散化や帯電性を向上させることを目的とするものであり、カブリの低減や顔料の現像特性をそろえることについては、何ら考慮されていない。

以上のように、マゼンタ、シアン、イエロー、ブラックの各カラートナーは、含まれる顔料の相違により、消費量、カブリ、転写性、現像ロール上の単位あたりのトナー量等の現像性の相違が生ずるため、これを解消することが求められている。これまでの技術では、このようなカラートナー毎の現像性の相違を、帯電ブレードの形状、印加電圧、トナー外添条件、帯電制御剤等を調整することにより解消しようとしていたため、部品点数の増加や製造コストの増加を招いていた。

なお、上述したトナーの製造プロセスにおいて、粉砕工程では帯電制御剤が粉砕界面となり、露出した帯電制御剤が欠落してしまうという問題もある。そのため、所望の帯電制御剤の量を確保するため、多量の帯電制御剤を使用しなければならなかった。
特開２００５−３２１８００号公報特開２００４−３４１０８４号公報特開平７−１６００３８号公報特開昭６１−１４９９６９号公報特開昭６２−００５２５６号公報

本発明は、以上のような事情の下になされ、カブリ及び帯電制御剤使用量の低減を可能とするカラートナーを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の第１の態様は、結着樹脂及び着色剤を含むカラートナーであって、前記着色剤は、下記式（１）により表されるサリチル酸誘導体または下記式（２）により表されるベンジル酸誘導体により表面処理を施された顔料を含むことを特徴とするカラートナーを提供する。

（式中、Ｒ^１、Ｒ^２、Ｒ^３はそれぞれ独立して、水素原子、直鎖もしくは分枝鎖状の炭素数１〜１０のアルキル基またはアリル基を示し、Ｍは亜鉛、ジルコニウム、クロム、アルミニウム、銅、ニッケル又はコバルトを示し、ｍは２以上の整数、ｎは１以上の整数をそれぞれ示す。）

（式中、Ｍはホウ素又はアルミニウム、ｍは２以上の整数、ｎは１以上の整数を示す。）
本発明の第１の実施形態に係るカラートナーは、前記顔料として金属塩類でレーキ化されて得られた可溶性アゾ顔料を用いた、マゼンタトナーとすることができる。また、前記顔料として、カーボンブラックを用いたブラックトナーとすることができる。

また、トナー製造工程において、微粉分級後の粉末に含まれる帯電制御剤の割合が、微粉砕工程後の粉末に含まれる帯電制御剤に対して９５質量％以上であることが望ましい。

本発明の第１の態様によると、カブリ及び帯電制御剤使用量の低減を可能とするカラートナーが提供される。

以下、発明の実施の形態について詳細に説明する。

本発明の第１の実施形態に係るカラートナーは、結着樹脂としてポリエステルを用い、着色剤として、帯電制御剤により表面処理を施された顔料を含むものを用いたことを特徴とする。

このように、顔料を帯電制御剤により表面処理すると、帯電制御剤は顔料表面に付着した状態で混練物中に均一に存在しているため、帯電制御剤単独で混練物中に存在する従来のトナーのように、粉砕の際に粉砕界面となることがない。そのため、露出した帯電制御剤が欠落するようなことがなく、帯電制御剤を効率よくトナーに添加することが可能となる。

また、複数のカラー顔料の各々が潜在的に有している現像特性のバラツキを、顔料を帯電制御剤により表面処理することにより、平均化させることが可能となる。

顔料の表面処理に用いられる帯電制御剤の好ましい例としては、下記式（１）により表されるサリチル酸誘導体を挙げることができる。

（式中、Ｒ^１、Ｒ^２、Ｒ^３はそれぞれ独立して、水素原子、直鎖もしくは分枝鎖状の炭素数１〜１０のアルキル基またはアリル基を示し、Ｍは亜鉛、ジルコニウム、クロム、アルミニウム、銅、ニッケル又はコバルトを示し、ｍは２以上の整数、ｎは１以上の整数をそれぞれ示す。）
サリチル酸誘導体の金属化合物は、ＣＬＡＲＫ，Ｊ．Ｌ．ＫＡＯ，Ｈ（１９４８）Ｊ．Ａｍｅｒ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．７０，２１５１に記載された方法によって容易に合成することができる。例えば、溶媒中に２モルのサリチル酸のナトリウム塩（サリチル酸誘導体のナトリウム塩を含む）と、１モルの塩化亜鉛とを添加して混合し、加温して攪拌することにより亜鉛化合物として得ることができる。この金属化合物は白色を呈する結晶であり、結着樹脂中に分散させた場合にも着色を示さない。亜鉛化合物以外の金属化合物についても上述した方法に準じて製造することができる。

サリチル酸誘導体からなる帯電制御剤の具体例としては、市販品としてボントロンＥ−８４」（Ｍ：亜鉛、オリエント化学工業（株）製）、「ＴＮ−１０５」（Ｍ：ジルコニウム、保土谷化学工業（株）製）、「ボントロンＥ−８１」（Ｍ：クロム、オリエント化学工業（株）製）等を挙げることができる。

帯電制御剤の他の好ましい例としては、下記式（２）により表されるベンジル酸誘導体を挙げることができる。

（式中、Ｍはホウ素又はアルミニウム、ｍは２以上の整数、ｎは１以上の整数を示す。）
ベンジル酸誘導体からなる帯電制御剤の具体例としては、市販品として「ＬＲ１４７」（Ｍ：ホウ素、日本カーリット（株）製）、「ＬＲ−２９７」（Ｍ：アルミニウム、日本カーリット（株）製）等を挙げることができる。

顔料に表面処理される帯電制御剤の量は、トナーに通常使用される量でよく、例えば、顔料に対し５〜５０質量％である。

着色剤に含まれ、上記帯電制御剤により表面処理されるマゼンタ顔料としては、金属塩類でレーキ化されて得られた可溶性アゾ顔料を好適に用いることができる。金属塩類でレーキ化されて得られた可溶性アゾ顔料は、安価で透明性に優れた顔料ではあるが、電気的特性に劣っており、カブリや消費量が多い点で他のマゼンタ顔料より劣っていたが、上記帯電制御剤による表面処理により、カブリや帯電制御剤使用量を低減するとともに、電気的特性を他の顔料とバランスをとることができる。

金属塩類でレーキ化されて得られた可溶性アゾ顔料としては、C.I. Pigment Red 57.1、C.I. Pigment Red 48.1、C.I. Pigment Red 53.1、C.I. Pigment Red 49.1、C.I. Pigment Red 52.1、C.I. Pigment Red 64.1、C.I. Pigment Red 50.1、C.I. Pigment Red 63.1、C.I. Pigment Red 58.1、C.I. Pigment Red 60、C.I. Pigment Red 243、C.I. Pigment Red 61等を挙げることができる。

着色剤に含まれ、上記帯電制御剤により表面処理されるブラック顔料としては、カーボンブラックを好適に用いることができる。カーボンブラックは、導電性顔料であるため、しばしばカブリや消費量について改善を求められ、またユーザーでは最も使用されるトナー色であり、ブラックトナーの性能はプリンター自体の性能を左右すると言われているものであるが、上記帯電制御剤による表面処理により、カブリや帯電制御剤使用量を低減するとともに、電気的特性や現像特性を他の顔料とバランスをとることができる。

顔料の表面処理方法は、例えば、メタノールに帯電制御剤を溶解した溶液中に顔料を加え、攪拌し、乾燥し、粉砕することにより得ることができる。

以下、本発明の実施例と比較例を示し、本発明についてより具体的に説明する。

各例で用いた顔料の帯電制御剤による表面処理は、次のようにして行った。

表面処理（１）
メタノール１００質量部に対し、表面処理用帯電制御剤として「ＬＲ−１４７」（日本カーリット（株）製）２質量部を溶解させ、マゼンタ顔料（セイカファーストカーミン１４７６Ｔ−７（大日精化（株）製））８質量部を加え、十分に撹拌した。得られた顔料スラリーを減圧乾燥機で乾燥した後、粉砕機で微粒子状に粉砕し、２０質量％の帯電制御剤により表面改質された表面処理マゼンタ顔料（Ｍ１）を得た。

同様に、シアン顔料（シアニンブルー４９２０（大日精化（株）製））、イエロー顔料（パリオトールイエローＤ１１５５（ＢＡＳＦジャパン（株）製））、及びカーボンブラック（ＭＯＧＵＬ−Ｌ（キャボット・スペシャリティ・ケミカルズ・インク（株）製））に対し表面改質を行い、表面処理シアン顔料（Ｃ１）、表面処理イエロー顔料（Ｙ１）、表面処理ブラック顔料（Ｂ１）を得た。

表面処理（２）
メタノール１００質量部に対し、表面処理用帯電制御剤として「ボントロンＥ−８４」（オリエント化学工業（株）製）２質量部を溶解させ、マゼンタ顔料：セイカファーストカーミン１４７６Ｔ−７（大日精化（株）製）８質量部を加え、十分に撹拌した。得られた顔料スラリーを減圧乾燥機で乾燥した後、粉砕機で微粒子状に粉砕し、２０質量％の帯電制御剤で表面を改質したマゼンタ顔料（Ｍ２）を得た。

同様にして、シアン顔料（シアニンブルー４９２０（大日精化（株）製））、イエロー顔料（パリオトールイエローＤ１１５５（ＢＡＳＦジャパン（株）製））、カーボンブラック（ＭＯＧＵＬ−Ｌ（キャボット・スペシャリティ・ケミカルズ・インク（株）製））に対し表面改質を行い、表面処理シアン顔料（Ｃ２）、表面処理イエロー顔料（Ｙ２）、表面処理ブラック顔料（Ｂ２）を得た。

以上のようにして得た表面処理顔料を下記表１にまとめた。

実施例１
ポリエステル樹脂１００質量部（花王（株）製：Ｔｍ１３５℃）、２０質量％の帯電制御剤により表面処理されたマゼンタ顔料（Ｍ１）５質量部、及び離型剤（１号カルナバワックス：日本ワックス（株）製）３質量部をヘンシェルミキサーで十分に混合した後、２軸押出機にて溶融混練し、冷却した後、流動性カウンタージェットミル「２００ＡＦＧ」（ホソカワミクロン（株）製）を用いて微粉砕し、ＴＳＰトナーセパレーター「２００ＴＳＰ」（ホソカワミクロン（株）製）を用いて微粉分級工程を経て、質量平均粒子径が９．０μｍの粉体を得た。

得られた粉体１００質量部に、外添剤として疎水性シリカ「ＲＸ２００」（日本アエロジル（株）製）を１．５質量部添加し、１０リットル容のヘンシェルミキサーで３２００ｒ／ｍｉｎ、１８０秒間攪拌し、粉体に表面処理を施して、マゼンタトナーを得た。

同様にして、表面処理シアン顔料（Ｃ１）、表面処理イエロー顔料（Ｙ１）、表面処理ブラック顔料（Ｂ１）を用いて、それぞれシアントナー、イエロートナー、及びブラックトナーを得た。

実施例２
ポリエステル樹脂１００質量部（花王（株）製、Ｔｍ：１３５℃）、２０質量％の帯電制御剤で表面を処理したマゼンタ顔料（Ｍ２）５質量部、離型剤（１号カルナバワックス：日本ワックス（株）製）３質量部を、ヘンシェルミキサーで十分に混合した後、２軸押出機にて溶融混練し、冷却した後、流動性カウンタージェットミル「２００ＡＦＧ」（ホソカワミクロン（株）製）を用いて微粉砕し、ＴＳＰトナーセパレーター「２００ＴＳＰ」（ホソカワミクロン（株）製）を用いて微粉分級工程を経て、質量平均粒子径が９．０μｍの粉体を得た。

得られた粉体１００質量部に、外添剤として疎水性シリカ「ＲＸ２００」（日本アエロジル（株）製）の１．５質量部を添加し、１０リットル容のヘンシェルミキサーで３２００ｒ／ｍｉｎの回転速度で１８０秒間攪拌し、粉体に表面処理を施して、マゼンタトナーを得た。

同様にして、表面処理シアン顔料（Ｃ２）、表面処理イエロー顔料（Ｙ２）、表面処理ブラック顔料（Ｂ２）を用いて、それぞれシアントナー、イエロートナー、及びブラックトナーを得た。

実施例３
スチレンアクリル樹脂１００質量部（三洋化成（株）製、Ｔｍ：１４０℃）、２０質量％の帯電制御剤により表面処理されたマゼンタ顔料（Ｍ１）５質量部、及び離型剤（１号カルナバワックス：日本ワックス（株）製）３質量部を、ヘンシェルミキサーで十分に混合した後、２軸押出機にて溶融混練し、冷却した後、流動性カウンタージェットミル「２００ＡＦＧ」（ホソカワミクロン（株）製）を用いて微粉砕し、ＴＳＰトナーセパレーター「２００ＴＳＰ」（ホソカワミクロン（株）製）を用いて微粉分級工程を経て、質量平均粒子径が９．０μｍの粉体を得た。

得られた粉体１００質量部に、外添剤として疎水性シリカ「ＲＸ２００」（日本アエロジル（株）製）１．５質量部を添加し、１０リットル容のヘンシェルミキサーで３２００ｒ／ｍｉｎの回転速度で１８０秒間攪拌し、粉体に表面処理を施して、マゼンタトナーを得た。

比較例１
ポリエステル樹脂１００質量部（花王（株）製、Ｔｍ：１３５℃）、マゼンタ顔料（セイカファーストカーミン１４７６Ｔ−７（大日精化（株）製））４質量部、帯電制御剤（ＬＲ１４７：日本カーリット（株）製）１質量部、および離型剤（１号カルナバワックス：日本ワックス（株）製）３質量部を、ヘンシェルミキサーで十分に混合した後、２軸押出機にて溶融混練し、冷却した後、流動性カウンタージェットミル「２００ＡＦＧ」（ホソカワミクロン（株）製）を用いて微粉砕し、ＴＳＰトナーセパレーター「２００ＴＳＰ」（ホソカワミクロン（株）製）を用いて微粉分級工程を経て、質量平均粒子径が９．０μｍの粉体を得た。

同様にして、シアン顔料（シアニンブルー４９２０（大日精化（株）製））、イエロー顔料（パリオトールイエローＤ１１５５（ＢＡＳＦジャパン（株）製））、及びカーボンブラック（ＭＯＧＵＬ−Ｌ（キャボット・スペシャリティ・ケミカルズ・インク（株）製）を用い、シアントナー、イエロートナー、ブラックトナーをそれぞれ製造した。

比較例２
スチレンアクリル樹脂（三洋化成製Ｔｍ１４０℃）１００質量部、マゼンタ顔料（セイカファーストカーミン１４７６Ｔ−７（大日精化（株）製））４質量部、及び帯電制御剤（ＬＲ１４７：日本カーリット（株））１質量部、および離型剤（１号カルナバワックス：日本ワックス（株）製）３質量部を、ヘンシェルミキサーで十分に混合した後、２軸押出機にて溶融混練し、冷却した後、流動性カウンタージェットミル「２００ＡＦＧ」（ホソカワミクロン（株）製）を用いて微粉砕し、ＴＳＰトナーセパレーター「２００ＴＳＰ」（ホソカワミクロン（株）製）を用いて微粉分級工程を経て、質量平均粒子径が９．０μｍの粉体を得た。

以上の実施例１〜３及び比較例１、２のトナーの各成分を下記表２にまとめた。

以上の実施例１〜３及び比較例１、２のトナーについて、Ａ４べた紙上トナー質量、現像ロール上トナー質量（単位面積当たり）、外添前トナー母粒子ブローオフ帯電量、カブリを測定し、各特性を評価した。

各特性の検査・測定・評価条件は、次の通りである。

１．印刷条件
カシオ計算機（株）製「ページプレストＮ５」を用い、トナーカートリッジにトナーを６００ｇ充填した。印刷環境は、温度２３℃±３℃、湿度５０％±１５％の実験室で行った。

２．Ａ４べた紙上トナー質量
下記の式により算定した。

Ａ４べた紙上トナー質量（ｍｇ）＝（Ａ４紙ベタ１０００枚印字後質量（ｇ）−印字前Ａ４紙１０００枚質量（ｇ））
３．カブリ評価
高温高湿下で分光色彩計ＳＥ２０００型（日本電色工業（株））を用いて、白紙の反射濃度、及び１０００枚目の画像における非画像部の反射濃度を測定し、両者の反射濃度の差を白紙の反射濃度を基準として評価した。

４．現像ロール上単位面積当たり（１ｃｍ^２）のトナー質量評価
５％印字で１０枚程度を印刷した後、１０ｍｍ×１０ｍｍ口径のノズルを使用し、図１に示すように、現像ロール上のトナーを掃除機などで吸引捕集し、捕集したトナーの質量を測定する。１０箇所測定した平均値を求めた。

５．外添前トナー母粒子ブローオフ帯電量
ブローオフ粉体帯電量測定装置（東芝ケミカル（株）製）を用い、鉄粉キャリア（Ｚ−１５０／２５０）（パウダーテック（株）製）に対してサンプル濃度０．３質量％とし、ターブラーミキサーで２０分間混合した際の値をブローオフ帯電量とした。

装置条件はＳＵＳ４００メッシュ、ブロー圧力１ｋｇｆ／ｃｍ２、６０秒値であり、測定は、温度２３℃±３℃、湿度５０％±１５％に調整された実験室内で行った。

６．変動係数
下記の式により求めた。

変動係数＝４色トナーを母集団とした標準偏差／４色トナーの算術平均値×１００
７．トナー粒子中の帯電制御剤含有量の測定
下記の装置及び条件で測定した。

シーケンシャル蛍光Ｘ線分析装置：ＸＲＦ−１７００型（島津製作所（株）製）
Ｘ線管：４ｋｗ薄窓、Ｒｈターゲット、エンドウィンドウ型
出力：４０ｋＶ、９５ｍＡ
この場合、帯電制御剤としてＬＲ１４７（日本カーリット（株）製）及びボントロンＥ−８４（オリエント化学工業（株）製）を用い、それぞれ検量線を作成してトナー中の帯電制御剤含有量を測定した。微粉砕後のトナー中の帯電制御剤の量（Ａ：質量％）と微分級後のトナー中の帯電制御剤の量（Ｂ：質量％）を測定し、（Ｂ／Ａ）×１００（％）を求めた。

実施例１〜３及び比較例１、２のトナーについて、Ａ４べた紙上トナー質量、現像ロール上トナー質量（単位面積当たり）、外添前トナー母粒子ブローオフ帯電量、及びカブリを測定した結果を下記表３に示す。

上記表３から、実施例１〜３に係るトナーは、Ａ４べた紙上トナー質量、現像ロール上トナー質量（単位面積当たり）、及び外添前トナー母粒子ブローオフ帯電量の各特性の４色の変動係数が低く、カブリも軽減している。そのため、同種／同量の外添剤を用いることが可能となり、帯電ブレードの形状、印加電圧も４色同一にすることができる。

これに対し、比較例１、２のトナーでは、各特性の４色の変動係数は高く、カブリも大きいことがわかる。

次に、実施例１〜３及び比較例１、２のトナーの帯電制御剤含有量（微分級後／微粉砕後＝Ｂ／Ａ）の測定結果を下記表４に示す。

上記表４から、実施例１〜３のトナーでは、微粉砕後と微分級後とで帯電制御剤の含有量はそれほど減少していないが、比較例１、２のトナーでは、微粉砕後と微分級後とで帯電制御剤の含有量が大幅に減少していることがわかる。これは、比較例１、２のトナーでは、帯電制御剤が遊離しているため、粉砕の際に帯電制御剤が粉砕界面となってしまい、粉砕により露出した帯電制御剤が欠落し、分級微紛中に混入してしまうのに対し、実施例１〜３のトナーでは、帯電制御剤は顔料表面に付着しているため、粉砕の際に粉砕界面となることはなく、粉砕により欠落しないためと考えられる。

現像ロール上単位面積当たりのトナー質量を測定する装置を示す図である。

Claims

結着樹脂及び着色剤を含むカラートナーであって、前記着色剤は、下記式（１）により表されるサリチル酸誘導体または下記式（２）により表されるベンジル酸誘導体により表面処理を施された顔料を含むことを特徴とするカラートナー。

（式中、Ｒ ^１、Ｒ ^２、Ｒ ^３はそれぞれ独立して、水素原子、直鎖もしくは分枝鎖状の炭素数１〜１０のアルキル基またはアリル基を示し、Ｍは亜鉛、ジルコニウム、クロム、アルミニウム、銅、ニッケル又はコバルトを示し、ｍは２以上の整数、ｎは１以上の整数をそれぞれ示す。）

（式中、Ｍはホウ素又はアルミニウム、ｍは２以上の整数、ｎは１以上の整数を示す。）
前記顔料は金属塩類でレーキ化されて得られた可溶性アゾ顔料であることを特徴とする請求項１記載のカラートナー。
前記顔料はカーボンブラックであることを特徴とする請求項１または２記載のカラートナー。
トナー製造工程において、微粉分級後の粉末に含まれる帯電制御剤の割合が、微粉砕工程後の粉末に含まれる帯電制御剤に対して９５質量％以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のカラートナー。