JP4970876B2 - 乳化凝集トナー、現像システム、画像形成方法 - Google Patents

乳化凝集トナー、現像システム、画像形成方法 Download PDF

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Description

本明細書に記載されているのは、良好な品質および光沢を有する画像の形成と現像に使用されるトナー、およびそのトナーを含む一成分現像剤（single component developers）であり、さらに詳しくは、一成分現像を使用する画像形成装置において使用するのに理想的に適した性質を新規に組み合わせて有するトナーに関する。
乳化凝集トナー（emulsion aggregation toners）は、該トナーのサイズを均一にさせ得る、また該トナーが環境にやさしい、という点で印刷画像および／または電子写真画像の形成に使用するに優れたトナーである。乳化凝集トナーについては、例えば特許文献１〜８に記載されている。
乳化凝集トナーの主要なタイプの一つとして、アクリレート（acrylate）をベースとして含むトナー、例えば、スチレンアクリレートトナー粒子、が挙げられる（例えば、特許文献９参照）。
また、特許文献１０には、約５，０００未満の数平均分子量と、約１０，０００から４０，０００の重量平均分子量と、６を超える分子量分布（molecular weight distribution）とを有する、スチレン／ｎ−アクリレート共重合体を含むトナー組成物が、低温定着温度（a low fusing temperature）において、優れた光沢性と高い定着性能を与えることについて記載されている。
米国特許第５，３７０，９６３号明細書 米国特許第５，４１８，１０８号明細書 米国特許第５，２９０，６５４号明細書 米国特許第５，２７８，０２０号明細書 米国特許第５，３０８，７３４号明細書 米国特許第５，３４４，７３８号明細書 米国特許第５，４０３，６９３号明細書 米国特許第５，３６４，７２９号明細書 米国特許第６，１２０，９６７号明細書 米国特許第５，４６２，８２８号明細書
特に一成分現像剤画像形成装置において使用した場合に、優れた印刷品質を達成することが可能な、スチレンアクリレート乳化凝集トナーが依然として求められている。
実施の形態において記載されているのは、一成分現像システムにおいて静電画像を現像するトナーであって、スチレンアクリレートポリマーバインダと、少なくとも１種の離型剤と、少なくとも１種の着色剤と、を含む乳化凝集トナー粒子を含み、前記トナー粒子が、約５μｍ〜約１０μｍの体積平均粒径と、約０．９５〜約０．９９の平均円形度と、約１．１０〜約１．３０の体積幾何学的標準偏差ＧＳＤｖおよび数幾何学的標準偏差ＧＳＤｎ（ＧＳＤｖ＆ｎ）と、約４５℃〜約６５℃のガラス転移開始温度と、を有している。
また、実施の形態において、一成分現像剤は、外添剤は別として、シリカを含まないトナー粒子を含んでいてもよい。さらに、該トナー粒子は、コア粒子の上にシェル層を有していてもよい。
二成分現像剤の場合のような電荷キャリアを含まない、一成分現像剤においては、トナー粒子が、高い転写効率（優れた流動特性および低い凝集性を含む）と適切な摩擦電荷を帯びる性能とを有していることが重要である。実施の形態におけるトナーは、一成分現像機で使用するのに理想的に適した、適切な組成と物理的性質を有している。
本明細書に記載のトナー粒子には、少なくともスチレンアクリレートポリマーバインダと着色剤とを含む。ワックスのような離型剤（release agent）がトナー粒子に含まれているのも好ましい。樹脂の分子量、凝結剤（coagulating agent）のレベル、離型剤組成物および／または機械の定着器の構成などを変更することによって、そのレオロジーを調節することが可能である。
バインダのための具体的なスチレン・アクリレート・ポリマー樹脂（styrene acrylate polymer resins）の例としては、たとえば、ポリ（スチレン−アルキルアクリレート）、ポリ（スチレン−アルキルメタクリレート）、ポリ（スチレン−アルキルアクリレート−アクリル酸）、ポリ（スチレン−アルキルメタクリレート−アクリル酸）、ポリ（スチレン−アルキルアクリレート−アクリロニトリル−アクリル酸）、ポリ（スチレン−プロピルアクリレート）、ポリ（スチレン−ブチルアクリレート）、ポリ（スチレン−ブチルアクリレート−アクリル酸）、ポリ（スチレン−ブチルアクリレート−メタクリル酸）、ポリ（スチレン−ブチルアクリレート−アクリロニトリル）、ポリ（スチレン−ブチルアクリレート−アクリロニトリル−アクリル酸）、およびその他類似のスチレン・アクリレート・ポリマーなどを挙げることができる。
好ましくは、そのバインダが、スチレン−アルキルアクリレートを含む。より好ましくは、そのスチレン−アルキルアクリレートが、スチレン−ブチルアクリレート共重合体樹脂であり、例えば、スチレン−ブチルアクリレート−βカルボキシエチルアクリレートポリマー樹脂であれば最も好ましい。
実施の形態においては、トナー粒子を製造するためのスチレンアクリレートバインダ樹脂は、好ましくは、約４５℃〜約６５℃、または約５５℃〜約６０℃のガラス転移温度を有しているべきである、ということがわかった。
そのポリマーバインダを製造するために使用されるモノマーには制限はないが、使用されるモノマーとしては、たとえば、スチレン、アクリレート（たとえばメタクリレート、ブチルアクリレート、β−カルボキシエチルアクリレート（β−ＣＥＡ）、エチルヘキシルアクリレート、オクチルアクリレートなど）、ブタジエン、イソプレン、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、アクリロニトリルなどの１種または複数を挙げることができる。公知の連鎖移動剤を使用して、ポリマーの分子量的な性質を調節することもできる。連鎖移動剤の例としては、ドデカンチオール、ドデシルメルカプタン、オクタンチオール、四臭化炭素、四塩化炭素などが挙げられ、その量は各種好適な量、たとえばモノマーの約０．１〜約１０重量パーセント、好ましくはモノマーの約０．２〜約５重量パーセントとすることができる。さらに、デカンジオールジアクリレートやジビニルベンゼンのような架橋剤をモノマー系の中に含めて、より高い分子量のポリマーを得ることもできるが、その添加量は、約０．０１重量パーセント〜約２５重量パーセント、好ましくは約０．５〜約１０重量パーセントの範囲の有効な量としてよい。
好ましい実施の形態においては、モノマー成分を、必要に応じて用い得る上述の各種添加剤と共に、ラテックス乳化物の形態とし、次いで重合させて、たとえば約５ｎｍ〜約５００ｎｍ、または約１８０ｎｍ〜約３００ｎｍのオーダーの小粒径のポリマー粒子とするのが好ましい。さらに、そのラテックス乳化物が、約２０〜約１００ｋｐｓｅ、または約３０〜約６０ｋｐｓｅの重量平均分子量（Ｍｗ）と、約５〜約３０ｋｐｓｅ、または約８〜約２０ｋｐｓｅの数平均分子量（Ｍｎ）と、約４５℃〜約６５℃、または約５５℃〜約６０℃のＴｇ（ガラス転移温度）を有しているのが好ましい。
モノマーおよびその他の各種乳化重合成分を重合させてラテックス乳化物とする際には、必要に応じて、界面活性剤を存在させなくても、あるいは適当な界面活性剤を存在させてもよい。モノマーからラテックスポリマー粒子を形成させるためのその他各種の方法を、特に制限無く使用できることは、言うまでもない。
各種の公知の着色剤、たとえば顔料、染料またはそれらの混合物を、トナーのたとえば約１〜約２０重量パーセント、または約３〜約１２重量パーセントの有効な量（effective amount）でトナー中に存在させるが、それは、ブラック、シアン、バイオレット、マゼンタ、オレンジ、イエロー、レッド、グリーン、ブラウン、ブルーまたはそれらの混合物などから選択することができる。
着色剤粒子の分散物は、たとえば、回転剪断ホモジナイザー、媒体分散装置（media dispersing apparatus）たとえばボールミル、サンドミルおよびアトリター、および高圧向流衝突分散装置などを使用して、調製することができる。極性を有する界面活性剤を使用することによって、ホモジナイザーを使用して水系で、着色剤を分散させることも可能である。
着色剤は、色相角（hue angle）、彩度、明度、耐候性、ＯＨＰシート透明度、およびトナーにおける分散性などの見地から選択すればよい。着色剤は、トナーの全固形分含量の重量を基準にして、２〜１５重量％の量で添加することができる。ブラック着色剤として磁性材料を使用する場合には、他の着色剤の場合とは異なり、１０〜７０重量％の量で添加することができる。着色剤の混合量は、定着の際に着色性を確保するのに必要な量とする。トナー中の着色剤粒子が１００〜３３０ｎｍのメジアン粒径を有している場合には、ＯＨＰシートの透明性と着色性が確保できる。着色剤粒子のメジアン粒径は、たとえば、レーザー回折粒径測定装置を用いて測定することができる。
トナーを磁性トナーとして使用する場合には、その中に磁性粉体を含めることができる。具体的には、磁場において磁化することが可能な物質を使用するが、その例としては、強磁性粉体、たとえば鉄、コバルトおよびニッケル、ならびに強磁性化合物たとえば、フェライトおよびマグネタイトなどが挙げられる。
トナーを水系で得る場合には、磁性材料の水相への移行を促進させる必要があり、その磁性材料の表面を、たとえば、予め疎水化処理にかけて、変性しておくのが好ましい。
トナーに所望の着色を与えるのに充分な量で着色剤を組み込む。一般的には、顔料または染料を、固形分ベースでトナー粒子の約２％〜約３５重量％の範囲、好ましくは固形分ベースでトナー粒子の約４％〜約１０重量％の範囲の量で使用する。言うまでもないことであるが、それぞれの色に対する着色剤は異なっているので、それぞれのタイプのカラートナー中に存在させる着色剤の量も、典型的には異なったものとなる。
ラテックスポリマーバインダおよび着色剤に加えて、トナーには、離型剤、好ましくはワックス分散物を含んでいるのが好ましい。トナー製剤（toner formulation）に離型剤を添加することによって、トナーオフセット抵抗、たとえば、特に低オイルまたはオイルレスの定着器設計における定着ロールからのトナーの剥離が容易となる。離型剤の具体例としては、たとえばポリエチレン、ポリプロピレンおよびポリブテンなどの低分子量ポリオレフィン、加熱すると軟化点を示すシリコーン、たとえばオレイン酸アミド、エルカ酸アミド、リシノール酸アミドおよびステアリン酸アミドなどの脂肪族アミド、たとえば、カルナウバワックス、ライスワックス、カンデリラワックス、ウッドワックスおよびホホバオイルなどの植物性ワックス、たとえば、ビーズワックスなどの動物性ワックス、たとえばモンタンワックス、オゾケライト、セレシン、パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックスおよびフィッシャー・トロプシュワックスなどの鉱物質または石油系ワックス、およびそれらの変性品、などが挙げられる。
イオン性界面活性剤またはポリマー電解質、たとえば、ポリマー酸およびポリマー塩基を用いて該離型剤を水中に分散させ、その融点より高い温度にまで加熱すると同時に、ホモジナイザーまたは大きな剪断力を与えることが可能な加圧吐出分散器（pressure discharge disperser）を用いて分散させて、メジアン粒径が１μｍ以下の粒子の分散物を形成することができる。
トナーを構成する固形成分の全重量を基準にして、好ましくは約５重量％〜約２５重量％、より好ましくは約８重量％〜約１２重量％の量で該離型剤を添加して、それにより、オイルレス定着系における定着画像の剥離特性を確保する。
得られる離型剤粒子分散物の粒子径は、たとえば、レーザー回折粒径測定装置（マイクロトラック社（MicroTrac Inc.）製のマイクロトラック・ＵＰＡ（Microtrac UPA）１５０）を使用することにより、測定することができる。離型剤として好ましい粒径は、１．０μｍ未満である。離型剤を使用するにあたっては、帯電特性と耐久性を確保するという観点から、樹脂の微粒子（fine particles）、着色剤の微粒子および離型剤の粒子が、凝集し、次いで、樹脂微粒子分散物が凝集粒子の表面上の樹脂微粒子にさらに付着するのが好ましい。
さらに、本明細書に記載のトナーには、場合によっては凝結剤（coagulant）が含まれていてもよい。必要に応じて配合することの出来る適切な凝結剤としては、周知の凝結剤である、ポリ塩化アルミニウム（polyaluminum chloride、ＰＡＣ）および／またはポリスルホケイ酸アルミニウム（polyaluminum sulfosilicate、ＰＡＳＳ）を挙げることができる。この凝結剤は、トナー粒子中に、外添剤（external additives、外部添加剤とも称する）は除き、また乾燥重量基準で、トナー粒子の０〜約５重量％、好ましくはトナー粒子の約０％よりは多く、約２重量％までの量で存在させる。
トナーにはさらに追加として、公知の正または負の荷電用添加剤（charge additives）を有効で適切な量、たとえばトナーの約０．１〜約５重量パーセントで加えることもできるが、そのようなものとしては、たとえば、アルキルピリジニウムハライドなどを含む４級（quaternary）アンモニウム化合物、重硫酸塩（bisulfates）、有機硫酸塩およびスルホン酸（塩）組成物や、セチルピリジニウムテトラフルオロボレート、ジステアリルジメチルアンモニウムメチルスルフェート、アルミニウム塩または錯体、などが挙げられる。
一つの実施の形態においては、トナー粒子がコア−シェル構造を有している。この実施の形態では、コアは、少なくともバインダおよび着色剤、好ましくはさらにワックスを含む、先に述べたトナー粒子材料を含み構成される。以下においてさらに詳しく述べるが、コア粒子を形成し、凝集により所望の粒径とした後で、そのコア粒子の上に薄い外側のシェルを形成させる。そのシェルは、（着色剤、離型剤などを含まずに）バインダ材料だけから構成されているのが好ましいが、所望により他の成分を加えてもよい。
シェルは、コア粒子のラテックスと同一の組成であってもよいラテックス樹脂からなるのが好ましいが、あるいは、まったく異なった２種の組成または物性を有していてもよい。たとえば、シェルのラテックス樹脂とコアのラテックス樹脂は同一であってもよいし、あるいは、化学的および物理的特性が異なった類似のポリマーで構成されていてもよい。
シェルのラテックスは、先に挙げたいずれのポリマーからなっていてもよいが、好ましくはスチレン・アクリレート・ポリマー（styrene acrylate polymer）、最も好ましくはスチレン−ブチルアクリレート・ポリマー（styrene-butyl acrylate polymer）であって、これには、スチレン−ブチルアクリレート−βカルボキシエチルアクリレート（styrene-butyl acrylate-bcarboxyethyl acrylate）が含まれる。トナー凝集物に対して、全バインダ材料の約１重量％〜約５０重量％の量でシェルラテックスを添加することができるが、全バインダ材料の約５重量％〜約３０重量％の量とするのが好ましい。トナー凝集物の上のシェルすなわちコーティングは厚みを有し、そのシェルの厚みは約０．２〜約１．５μｍ、好ましくは約０．５〜約１．０μｍである。
実施の形態において、シェルのガラス転移温度は、トナーのコア粒子のスチレンアクリレートバインダのガラス転移温度（Ｔｇ）と同じか、それよりも高くても低くてもよいが、それは使用する定着システムによって決まってくる。外添剤および／またはワックスの、シェルの中への浸透（penetration）を抑制するには、Ｔｇが高い方が望ましいが、その一方で、外添剤および／またはワックスの浸透が望まれるようなケースではＴｇの低いシェルが望ましい。トナーの貯蔵安定性（shelf and storage stability）には、シェルのＴｇが高い方が効果がある。
コア中および（存在するとすれば）シェル中に含まれるバインダの全量は、固形分ベースでトナー粒子（外添剤は除く）の約５０〜約９５重量％の量で含まれるのが好ましく、より好ましくはトナーの約６０〜約８０重量％である。
さらに、乳化凝集法によってトナーを調製する場合、そのプロセスに、少なくとも１種の（one or more）界面活性剤を使用することができる。好適な界面活性剤には、アニオン性、カチオン性およびノニオン性界面活性剤が含まれていてよい。
乳化凝集トナー粒子を形成させるためには、好適な乳化凝集方法であれば、いかなる方法を使用してもよい。そのような方法には、典型的には、以下に示す基本的なプロセスステップが含まれる：バインダ、少なくとも１種の着色剤、場合によっては少なくとも１種の界面活性剤、場合によってはワックス乳化物、場合によっては凝結剤および場合によっては少なくとも１種のさらなる添加剤、を含むラテックス乳化物を少なくとも凝集させて凝集物を形成させる工程と、場合によっては上述の凝集させたコア粒子の上にシェルを形成させる工程と、次いで、場合によってはその凝集物を合一（coalescing）または融合（fusing）させる工程と、次いで、そうして得られた乳化凝集トナー粒子を回収する工程と、場合によっては洗浄工程と、場合によっては乾燥工程。
乳化凝集合一プロセスの好ましい一例を挙げれば、容器の中で、ラテックスバインダ、着色剤分散物、および脱イオン水を含み、場合によってはワックス乳化物、場合によっては凝結剤をさらに含有する混合物を形成させる。次いで、ホモジナイザーを使用してその混合物を剪断して均質としてから、反応器に移し、そこで、その均質化した混合物をたとえば、少なくとも約５０℃、好ましくは約６０℃〜約７０℃に加熱し、トナー粒子が凝集して所望の粒径になるのに充分な時間、その温度に維持する。「凝集（aggregation）」とは、ラテックス、顔料、ワックスおよびその他の粒子を互いに融合させて、より大きな粒径のアグロメレート（agglomerate(ｓ)）を形成させることを指す。所望のコア粒径に達したら、次いで追加のラテックスバインダを添加して、その凝集したコア粒子の上にシェルを形成させる。所望の粒径の凝集トナー粒子が得られたら、凝集を停止させるが、そのためにはたとえば、その混合物のｐＨを調整して、それ以上のトナーの凝集を抑制する。そのトナー粒子をさらに、たとえば、少なくとも約８０℃、好ましくは約９０℃〜約１０５℃の温度まで加熱すると共にそのｐＨを調整することで、それらの粒子を合一させて球状となるようにする。次いでその混合物を所望の温度まで冷却し、そこで凝集、合一したトナー粒子を回収し、必要に応じて洗浄、乾燥させる。
トナー粒子を形成させた後で、外添剤とブレンドするのが好ましい。各種好適な表面添加剤を外添剤として使用することができる。好適な外添剤としては、ＳｉＯ２やＴｉＯ２や酸化アルミニウムなどの金属酸化物のうち少なくとも１種、を挙げることができる。一般に、シリカ（ＳｉＯ２）をトナー表面に付着させるのは、トナーの流動性、摩擦帯電の増強、現像および転写安定性の改良、トナーブロッキング温度の上昇、などのためである。ＴｉＯ２を付着させるのは、相対湿度（ＲＨ）安定性の改良、摩擦帯電の制御および現像および転写安定性の改良などのためである。これらの外部表面添加剤は、コーティングの有無に関わらず、使用することができる。
一つの実施の形態においては、トナー粒子には、第一のシリカとチタニアのいずれかまたは両方を含有する外添剤パッケージを含む。第一のシリカは、粒径が好ましくは約５〜約１５ｎｍであって、ＨＭＤＳ（hexamethyldisilazane、ヘキサメチルジシラザン）および／またはＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）を用いて処理／コーティングしてあるのが好ましい。その第一のシリカは、トナー粒子の重量の約０．１％〜約５．０％、または約０．１％〜約３．０％の量で存在させるのが好ましい。この粒径範囲の無機添加剤粒子は、ＢＥＴ（ブルナウアー−エメット−テラー（Brunauer, Emmett and Teller））表面積が、約１００〜約３００ｍ２／ｇ、または約１２５〜約２５０ｍ２／ｇを示すものが好ましいが、必要に応じて、その数値がこの範囲から外れていてもよい。疎水性チタニア（酸化チタン）の粒径は好ましくは約５ｎｍ〜約１３０ｎｍであり、トナー粒子の重量の約０．０５％〜約１．０％、または約０．１％〜約０．５％の量で存在しているのが好ましい。チタニア粒子は、約２０〜約１２０ｍ２／ｇ、または約３０〜約８０ｍ２／ｇのＢＥＴ表面積を示すのが好ましいが、必要に応じて、その数値がこの範囲から外れていてもよい。添加剤パッケージにはさらに、第二のシリカを含んでいてもよいが、それは、第一のシリカよりも大きく、約２０ｎｍ〜約１５０ｎｍの粒径を有し、またＨＭＤＳおよび／またはＰＤＭＳで処理および／またはコーティングされているのが好ましい。第二のシリカは、トナー粒子の重量の約０．１％〜約５．０％、または約０．１％〜約３．０％の量で存在させるのが好ましい。この大粒径の無機添加物粒子（larger inorganic additive）は、約２０〜約１２０ｍ２／ｇ、または約３０〜約９０ｍ２／ｇのＢＥＴ表面積を示すのが好ましいが、必要に応じて、その数値がこの範囲から外れていてもよい。粒径が大きい方のシリカ（第二のシリカ）は、スペーサー材料として機能する。この粒径が大きい方のシリカ（第二のシリカ）を使用しなかったり、スペーサー材料をまったく使用しなかったり、あるいはそれに代えて別なスペーサー材料を使用したりすることには、何の制限もない。
実施の形態においては、トナー粒子を、その平均粒径が約５μｍ〜約１０μｍまたは約６μｍ〜約８μｍ、その平均円形度が約０．９５〜約０．９９、そしてその体積幾何学的標準偏差（ＧＳＤｖ）および数幾何学的標準偏差（ＧＳＤｎ）（ＧＳＤｖとＧＳＤｎをまとめてＧＳＤｖ＆ｎとも示す）が約１．１０〜約１．３０または１．１５〜１．２５となるように製造する。ここで「平均粒径」は、体積平均粒径を指しており、それは、各種の適当な装置、たとえば常法となっているコールター・カウンタを用いて求めることができる。「円形度」も、たとえば公知の、マーベルン・シスメックス・フロー・パーティクル・インテグレーション・アナリシス（Malvern Sysmex Flow Particle Integration Analysis）法など、各種好適な方法を用いて測定することができる。この円形度は、その粒子が完全な球にどの程度近いかの目安である。円形度が１．０であれば、その粒子が完全な球体形状であることを示している。「ＧＳＤ（geometric standard deviation）」とは、（Ｄ８４／Ｄ５０）についての上側の体積幾何学的標準偏差（ＧＳＤ by volume）（粗レベル）と、（Ｄ５０／Ｄ１６）についての数幾何学的標準偏差（ＧＳＤ by number）（精レベル）を指している。累積パーセントが全トナー粒子の５０％に達する点での粒子直径をＤ５０ｖと定義し、累積パーセントが８４％に達する点での粒子直径をＤ８４ｖと定義する。上述の、体積平均粒径分布指数（volume average particle size distribution index）とも称されるＧＳＤｖは、累積分布におけるＤ５０とＤ８４を用いることで表すことができ、ここで、その体積平均粒径分布指数ＧＳＤｖを（Ｄ８４ｖ／Ｄ５０ｖ）として表す。上述の、数平均粒径分布指数（number average particle size distribution index）とも称されるＧＳＤｎは、累積分布におけるＤ５０とＤ１６を用いることで表すことができ、ここで、その数平均粒径分布指数ＧＳＤｎは、（Ｄ５０ｎ／Ｄ１６ｎ）として表す。このＧＳＤ値が１．０に近いほど、それらの粒子の間の粒径の分散が低い。トナー粒子についての上述のＧＳＤの値は、そのトナー粒子が狭い粒径分布を有するように製造されていることを示している。トナー粒子はさらに、約４０℃〜約６５℃、好ましくは約５５℃〜約６０℃の、ＤＳＣで測定したガラス転移開始温度（Ｔｇ）を有している。
いくつかの具体的な配合、たとえば低速のＳＣＤ用途において、すなわち、例えばレギュラーモードで、１２〜１６ｐｐｍ（ページ／分）ブラック、４ｐｐｍカラー、ベストモードで８〜１０ｐｐｍ（ブラックの場合）、２ｐｐｍ（カラーの場合）、最高で２０ｐｐｍで印刷するような装置では、そのトナーの平均粒径が約５〜約１０μｍ、または約６μｍ〜約８μｍ、円形度が約０．９５〜約０．９９、そしてＧＳＤが約１．１０〜約１．３０、または約１．１５〜約１．２５であるのが好ましい。外添剤とブレンドする際の、このトナーの（摩擦）帯電量は、約１０．０〜約４８．０μＣ／ｇであるのが好ましい。
ある種の別な具体的な配合、たとえば高速ＳＣＤ用途において、すなわち、例えば１７ｐｐｍ（ブラックおよびカラー）、場合によっては上限３０ｐｐｍで印刷するような装置では、そのトナーの平均粒径が約５μｍ〜約１０μｍ、または約６μｍ〜８μｍ、円形度が約０．９５〜約０．９９、そしてＧＳＤが約１．１０〜約１．３０、または約１．１５〜約１．２５であるのが好ましい。外添剤パッケージとブレンドする際の、このトナーの（摩擦）帯電量は、約１０．０〜約４０．０μＣ／ｇであるのが好ましい。
一つの実施の形態において、トナーには、シアントナー、マゼンタトナー、イエロートナーおよびブラックトナーを含む、４種のカラートナーのセットが含まれるが、ここでそれぞれのトナーが、キャリアを含まない一成分トナーであるのが好ましく、またそれぞれのトナーが、スチレンアクリレートポリマーバインダ、少なくとも１種の離型剤および少なくとも１種の着色剤を含む乳化凝集トナー粒子を含み構成されている。別々の着色粒子は、その体積平均粒径が約５μｍ〜約１０μｍ、または約６μｍ〜８μｍ、平均円形度が約０．９５〜約０．９９、体積幾何学的標準偏差および数幾何学的標準偏差（ＧＳＤｖ＆ｎ）が約１．１０〜約１．３０、または約１．１５〜約１．２５、そしてガラス転移開始温度が約４５℃〜約６５℃であれば、好ましい。それぞれに別に着色されたトナー粒子では、平均粒径が約５μｍ〜約１０μｍ、または約６μｍ〜約８μｍ、最も好ましくは６．５μｍ〜約７．５μｍ、ガラス転移開始温度が約４５℃〜約６５℃、最も好ましくは約５５℃〜約６０℃である。
トナー粒子の凝集力（cohesivity）は、その粒子の表面モルホロジー（morphology）に、ある程度まで関連する。粒子の表面が、丸くスムーズである程（the rounder/smoother）、凝集性（the cohesion）が低く、流動性（the flow）が高くなる。表面の丸みが減ったり、粗くなったりすると、流動性が悪化し、凝集性が高くなる。したがって、本明細書に記載のトナー粒子が実質的に球状を有していることは、この点で有利である。凝集度は、ホソカワ・パウダーテスター（Hosokawa Powder Tester）で、開口メッシュサイズが５３μｍ、４５μｍ、３８μｍの３連の８ｃｍ（径）試験用篩を用いて測定することができる。試験条件は、ナガノ・サイエンス社（Nagano Science）製の恒温恒湿チャンバーＨＬ−４０（または同等品）内で、振動モードとし、ノブを９０秒間、７に設定する。ホソカワミクロン社（Hosokawa Micron Corporation）製のホソカワ・パウダーテスターを用いて測定したトナーの凝集度が、約５％〜約３０％、または約５％〜約１５％のパーセント凝集度（percent cohesion）であるのが好ましいが、必要に応じて、その数値がこの範囲から外れていてもよい。
さらに、このトナー粒子が、約０．５〜約３．０ｍ２／ｇ、または約０．８〜約２．０ｍ２／ｇのＢＥＴ表面積を示すのが好ましいが、必要に応じて、その数値がこの範囲から外れていてもよい。
また、トナー粒子が、温度１３０℃、加重約４９．０ニュートン（５．０キログラム重［5.0 kilograms］）（Ｌ／Ｄ比３．８のダイを使用）の条件下で、１０分あたり約２．０ｇ（about 2.0 g/10 min）〜約７０．０ｇ、または１０分あたり約５．０ｇ〜約３０．０ｇのトナーのメルトフローインデックス（ＭＦＩ）を示すのが好ましい。ＭＦＩは、トナーのレオロジーの指標であって、特定の加重条件下で、長さＬ直径Ｄのオリフィスを１０分間に通過するトナーの重量（単位：ｇ）として定義される。
本明細書に記載した、実施の形態におけるトナーをＳＣＤ装置（SCD device）に用いて、ブラック／ホワイトまたはフルカラーのトナー画像を形成させる場合、それぞれのトナーカラーが、約０．１５〜約０．５０、または約０．２０〜約０．４０のＴＭＡＤ（トナー・マス・エリア・デンシティ（toner mass area density））を示すのが好ましいが、これはたとえば、現像器ロール（developer roll）で測定される（measured off）トナーによって求めることができる。これによって、画像を現像する際にその装置で使用されるトナーの全量を顕著に減少させることが可能となる。
本明細書に記載のトナー粒子を、キャリア粒子を含まない、一成分現像剤（ＳＣＤ）製剤として使用するのが好ましい。
ＳＣＤにおける一成分現像剤組成物として上述のトナー粒子を使用すると、極めて高い転写効率が得られる。
ＳＣＤにおいては典型的に、トナーの上の電荷が、その現像プロセスを支配する。トナーがロールと接触したときに、トナーの上に正しい極性の電荷が発生するようにドナーロール材料を選択する。静電力によりドナーロールの上に形成されたトナー層が、帯電ゾーン（具体的にはこの用途では帯電ローラ）を通過してから、現像ゾーンに入る。現像ゾーンに入るところで、現像ニップにかかる軽い圧力のために、ロールの上に所望の厚みのトナー層が形成される。この帯電は典型的にはほんの数秒であって、トナーの電荷を最小とすることができる。次いでさらなるバイアスをトナーにかけて、さらなる現像を行い、感光体へ所定の部分（the controlled portion）のトナーを移動させる。低電荷のトナーが大量に存在すれば、バックグラウンドやその他の欠陥が画像上に現れることになる。次いでその画像を感光体から受像基材（image receiving substrate）へ転写させるが、ここでその転写は、直接的に転写させることも、あるいは中間転写部材を介して間接的に転写させることも可能であって、次いで、たとえば加熱した定着ロールを使用して、加熱および／または加圧することにより、その画像を受像基材に定着させる。
一つの実施の形態においては、そのトナーは、一成分現像剤を用いた装置において使用するのに理想的に（ideally）適している。一成分現像では、トナーの粒径と形状の影響を受けやすい。粒子モルホロジーが最適ではないような場合には、ドナーロールの上にトナー粒子が蓄積する可能性があり、そのために、ドナーロール上に絶縁層が形成され、それによって電荷の発生が抑制されてしまう可能性がある。本明細書に記載のトナーは、理想的な粒径と形状を有しているために、そのような問題点を実質的に避けることができる。
本発明のトナーおよび現像剤について、以下、実施例を用いてさらに説明する。
［実施例１］
低速ＳＣＤ装置のためのトナーの製造において使用するのに適したラテックスを調製する。
本明細書に記載のプロセスのために選択されるポリマーは、乳化重合法によって調製することが可能で、そのようなプロセスで使用されるモノマーとしては、たとえば、スチレン、アクリレート、メタクリレート、ブタジエン、イソプレン、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、βカルボキシエチルアクリレート（beta carboxy ethyl acrylate）、アクリロニトリル、などを挙げることができる。乳化重合を選択した場合には、公知の連鎖移動剤、たとえば約０．１〜約１０パーセントのドデカンチオール、または、有効量、たとえば約０．１〜約１０パーセントの四臭化炭素を使用して、ポリマーの分子量的な性質を調節することができる。たとえば、約０．０１μｍ〜約２μｍのポリマー粒子を得るための方法としては、実施例として後述する方法の他、ポリマーマイクロサスペンション法（polymer microsuspension process）；ポリマー溶液マイクロサスペンション法（polymer solution microsuspension process）、機械的磨砕法（mechanical grinding processes）、その他の公知の方法から選択することができる。さらに、反応性の重合開始剤、連鎖移動剤を、本発明のプロセスのために選択することができる。乳化重合法は、バッチプロセス（重合開始の時点において、使用するすべての成分がその重合媒体（polymerization medium）の中に存在しているプロセス）で実施してもよいし、あるいは連続乳化プロセスで実施してもよい。重合に供するモノマー（単一または複数）の形態は、そのまま（neat）であっても、あるいは水中乳化物（emulsions in water）としてであってもよい。
この実施例においては、モノマーは、スチレン、βカルボキシエチルアクリレート（βＣＥＡ）、デカンジオールジアクリレート（Ａ−ＤＯＤ）、ドデカンチオールおよびブチルアクリレートから選択された、それらの混合物を乳化重合させて、ラテックスを形成させた。得られたラテックスには４１．７％の固形分を含む。そのものは、Ｍｗ＝４７．１ｋｐｓｅ、Ｍｎ＝１２．４ｋｐｓｅ（ＧＰＣにより測定）、Ｔｇ＝５７℃（ＤＳＣ）、粒径＝２８６ｎｍ（マイクロトラック・ＵＰＡ １５０で測定）であった。このラテックスを凝集／合一プロセスにおいて使用して、実施例２〜４のシアン、マゼンタおよびイエロートナー粒子を調製した。
［実施例２］
この実施例においては、低速ＳＣＤ装置において使用するためのシアントナーを調製する。
蒸留水４９．４部を２Ｌ容の反応器に仕込んだ。実施例１のラテックス２４部を添加し、次いで５．６部のシアン顔料分散物１５．３（固形分１７％）を添加した。このラテックス／顔料混合物に、５．５部のポリエチレンワックス分散物、さらに３部のＰＡＣ（１０％溶液）を添加した。その混合物を２０分かけてホモジナイズしてから、反応器の温度を６４℃にまで上げて、凝集を開始させた。粒子の粒径が６．７μｍに達するまで、凝集反応を続けた。その時点で、実施例１のラテックス１２．５部をシェルとして添加すると、粒子はトータルの粒径として７．５μｍまで成長した。この時点で、４％ＮａＯＨを添加することにより、ｐＨを６．５に調整した。温度を上げて９６℃として、合一を行わせた。次いでｐＨを４．０に調整し、加熱を４時間続けた。次いで粒子を反応器から取り出し、洗浄、乾燥させた。
得られたシアン粒子を分析すると、体積平均粒径が７．４３μｍ、円形度が０．９８、ＧＳＤが１．２４、ＢＥＴ表面積が１．１３、そしてガラス転移開始温度が５９℃であった。
このシアン粒子を、１重量％の小粒径シリカおよび１重量％の小粒径チタニアとブレンドした。トナー濃度（ｐｐｈ）８．１８の場合の、このブレンドした一成分現像剤の（摩擦）帯電量は、４５．６μＣ／ｇであった。これは、真空で吸引することによって、現像器ロールの測定領域（measured area）からトナーを引き離し、その後、ファラデーケージ（Faraday cage）へと移動させて、電荷測定を行なうことにより測定される。
［実施例３］
この実施例においては、低速ＳＣＤ装置において使用するためのイエロートナーを調製する。
蒸留水４９部を２Ｌ容の反応器に仕込んだ。実施例１のラテックス２４部を添加し、それに続けて５．８部のイエロー顔料分散物７４（固形分１９％）を添加した。そのラテックス／顔料混合物に、５．５部のポリエチレンワックス分散物、さらに３部のＰＡＣ（１０％溶液）を添加した。その混合物を２０分かけてホモジナイズしてから、反応器の温度を６４℃にまで上げて、凝集を開始させた。粒子の粒径が６．７μｍに達するまで、凝集反応を続けた。その時点で、実施例１のラテックス１２．５部をシェルとして添加すると、粒子は７．５μｍまで成長した。４％ＮａＯＨを添加することによりそのｐＨを６．５に調整してから、温度を９６℃まで上げて、合一を行わせた。その時点で、ｐＨを４．０に調整し、加熱を４時間続けた。次いで粒子を反応器から取り出し、洗浄、乾燥させた。
得られたイエロー粒子を分析すると、体積平均粒径が７．６３μｍ、円形度が０．９５、ＧＳＤが１．２０、ＢＥＴ表面積が１．５８、そしてガラス転移開始温度が５８．４℃であった。
このイエロー粒子を、１重量％の小粒径シリカおよび１重量％の小粒径チタニアとブレンドした。トナー濃度（ｐｐｈ）８．４９の場合の、このブレンドした一成分現像剤の（摩擦）帯電量は、４６．１μＣ／ｇであった。
［実施例４］
この実施例においては、低速ＳＣＤ装置において使用するためのマゼンタトナーを調製する。
蒸留水４９部を２Ｌ容の反応器に仕込んだ。実施例１のラテックス２４部を添加し、それに続けて５．９部のマゼンタ顔料分散物Ｒ１２２（固形分１８％）を添加した。そのラテックス／顔料混合物に、５．５部のポリエチレンワックス分散物、さらに３部のＰＡＣ（１０％溶液）を添加した。その混合物を２０分かけてホモジナイズしてから、反応器の温度を６４℃にまで上げて、凝集を開始させた。粒子の粒径が６．７μｍに達するまで、凝集反応を続けた。その時点で、実施例１のラテックス１２．５部をシェルとして添加すると、粒子は７．８μｍまで成長した。４％ＮａＯＨを添加することによりそのｐＨを６．５に調整してから、温度を９６℃まで上げて、合一を行わせた。ｐＨを４．０に調整すし、加熱を９時間続けた。次いで粒子を反応器から取り出し、洗浄、乾燥させた。
得られたマゼンタ粒子を分析すると、体積平均粒径が９．７２μｍ、円形度が０．９６、ＧＳＤが１．２５、ＢＥＴ表面積が２．４４、そしてガラス転移開始温度が５９．２℃であった。
このマゼンタ粒子を、１重量％の小粒径シリカおよび１重量％の小粒径チタニアとブレンドした。トナー濃度（ｐｐｈ）７．９８の場合の、このブレンドした一成分現像剤の（摩擦）帯電量は、３１．４μＣ／ｇであった。
［実施例５］
高速ＳＣＤ装置のためのトナーの製造において使用するのに適したラテックスを調製する。
この実施例においては、モノマーは、スチレン、βＣＥＡ、Ａ−ＤＯＤ、ドデカンチオールおよびブチルアクリレートから選択された、それらの混合物を乳化重合させて、ラテックスを形成させる。この配合により製造して得られたラテックスは、固形分含量が約４１．３％、Ｍｗが３４〜３９ｋｐｓｅ、Ｍｎが１０〜１３ｋｐｓｅ（ＧＰＣ測定による）、Ｔｇが５７〜６０℃（ＤＳＣ）、そして粒径が１８０〜２５０ｎｍ（マイクロトラック・ＵＰＡ １５０）であった。これらのラテックスを凝集／合一プロセスに用いて、高速、すなわち、すべてのモードにおいてカラー、ブラックのいずれにおいても１７ｐｐｍ以上のＳＣＤ装置で使用するための、シアン、マゼンタ、イエローおよびブラックのトナー母粒子（parent particles）（実施例６〜９）を調製した。
［実施例６］
この実施例においては、高速ＳＣＤ装置において使用するためのシアントナーを調製する。
蒸留水４６部を約７．５７Ｌ（２ガロン）容の反応器に仕込んだ。実施例５のラテックス２６部を添加し、それに続けて４．９部のシアン顔料分散物１５．３（固形分１７％）を添加した。そのラテックス／顔料混合物に、６．４部のポリエチレンワックス分散物、さらには、０．０２ＭのＨＮＯ３３．４部を組み合わせた０．３部のＰＡＣ（１０％溶液）を添加した。その混合物を２０分かけてホモジナイズしてから、反応器の温度を６３℃にまで上げて、凝集を開始させた。粒子の粒径が６．１３μｍに達するまで、凝集反応を続けた。その時点で、実施例５のラテックス１３部をシェルとして添加すると、粒子は７．５５μｍまで成長した。その時点で、４％ＮａＯＨを添加することによって、ｐＨを４．２に調整した。温度を９６℃まで上げて、合一を行わせた。ｐＨを４．０に調整し、加熱を４時間続けた。次いで粒子を反応器から取り出し、洗浄、乾燥させた。
得られたシアン粒子を分析すると、体積平均粒径が７．１５μｍ、円形度が０．９７１、ＧＳＤが１．２１、ＢＥＴ表面積が１．０３、そしてガラス転移開始温度が５６℃であった。
このシアン粒子を、オクチルシランでコーティングした、平均粒径１２ｎｍのシリカ０．８重量％および平均粒径１５ｎｍのチタニア０．５重量％とブレンドした。そのブレンドした一成分現像剤の（摩擦）帯電量は、高速ＳＣＤ装置における試験では、１４．３３μＣ／ｇであった。
［実施例７］
この実施例においては、高速ＳＣＤ装置において使用するためのイエロートナーを調製する。
蒸留水４６部を約７．５７Ｌ（２ガロン）容の反応器に仕込んだ。実施例５のラテックス２８部を添加し、それに続けて４．１部のイエロー顔料分散物７４（固形分１９％）を添加した。そのラテックス／顔料混合物に、５．６部のポリエチレンワックス分散物、さらには０．０２ＭのＨＮＯ３３．０部中の０．３部のＰＡＣ（１０％溶液）を添加した。その混合物を２０分かけてホモジナイズしてから、反応器の温度を６２℃にまで上げて、凝集を開始させた。粒子の粒径が５．９μｍに達するまで、凝集反応を続けた。その時点で、実施例５のラテックス１３部をシェルとして添加すると、粒子は７．２μｍまで成長した。その時点で、４％ＮａＯＨを添加することによって、ｐＨを４．５に調整した。温度を９６℃まで上げて、合一を行わせた。その時点で、ｐＨを４．０に調整し、加熱を４時間続けた。次いで粒子を反応器から取り出し、洗浄、乾燥させた。
得られたイエロー粒子を分析すると、体積平均粒径が６．９６μｍ、円形度が０．９６５、ＧＳＤが１．２０、ＢＥＴ表面積が０．９９、そしてガラス転移開始温度が５８℃であった。
そのイエロー粒子を、オクチルシランでコーティングした平均粒径１２ｎｍのシリカ０．８重量％および平均粒径１５ｎｍのチタニア０．５重量％とブレンドした。そのブレンドした一成分現像剤の（摩擦）帯電量は、高速ＳＣＤ装置における試験では、１８．３μＣ／ｇであった。
［実施例８］
この実施例においては、高速ＳＣＤ装置において使用するためのマゼンタトナーを調製する。
蒸留水４６部を２リットル容の反応器に仕込んだ。実施例５のラテックス２４部を添加し、それに続けて７．５部のマゼンタ顔料分散物Ｒ１２２（固形分１８％）および１．３部のＰＲ１８５（固形分１７％）を添加した。そのラテックス／顔料混合物に、５．３６部のポリエチレンワックス分散物、さらには０．０２ＭのＨＮＯ３２．９部中の０．３部のＰＡＣ（１０％溶液）を添加した。その混合物を２０分かけてホモジナイズしてから、反応器の温度を６０℃にまで上げて、凝集を開始させた。粒子の粒径が５．９５μｍに達するまで、凝集反応を続けた。この時点で、実施例５のラテックス１２．６部をシェルとして添加すると、粒子は７．５μｍまで成長した。この時点で、４％ＮａＯＨを添加することによって、ｐＨを５．５に調整した。温度を９６℃まで上げて、合一を行わせた。この時点で、ｐＨを４．２に調整し、加熱を４時間続けた。次いで粒子を反応器から取り出し、洗浄、乾燥させた。
得られたマゼンタ粒子を分析すると、体積平均粒径が７．４６μｍ、円形度が０．９６、ＧＳＤが１．２１、ＢＥＴ表面積が２．４４、そしてガラス転移開始温度が５７．７℃であった。
そのマゼンタ粒子を、オクチルシランでコーティングした平均粒径１２ｎｍのシリカ０．８重量％および平均粒径１５ｎｍのチタニア０．５重量％とブレンドする。そのブレンドした一成分現像剤の（摩擦）帯電量は、高速ＳＣＤ装置における試験では、１８．９μＣ／ｇである。実施例８のトナーは、市販されているトナー（例えば、ＨＰトナー）に対して充分同等の性能を示す。
［実施例９］
この実施例においては、高速ＳＣＤ装置において使用するためのブラックトナーを調製する。
蒸留水５２部を２リットル容の反応器に仕込んだ。実施例５のラテックス２４部を添加し、それに続けて、４．３部のリーガル（REGAL）３３０カーボンブラック顔料（固形分１７％）を添加した。そのラテックス／顔料混合物に、５．２部のポリエチレンワックス分散物、さらには０．０２ＭのＨＮＯ３２．７部中の０．３部のＰＡＣ（１０％溶液）を添加した。その混合物を２０分かけてホモジナイズしてから、反応器の温度を６０℃にまで上げて、凝集を開始させた。粒子の粒径が５．２μｍに達するまで、凝集反応を続けた。この時点で、実施例５のラテックス１１．５部をシェルとして添加すると、粒子は７．３μｍまで成長した。この時点で、４％ＮａＯＨを添加することによって、ｐＨを６．３に調整した。温度を９６℃まで上げて、合一を行わせた。その時点で、ｐＨを４．１に調整する。加熱を４時間続けた。次いで粒子を反応器から取り出し、洗浄、乾燥させた。
得られたブラック粒子を分析すると、体積平均粒径が８．９７μｍ、円形度が０．９７４、ＧＳＤが１．２０、ＢＥＴ表面積が１．６０、そしてガラス転移開始温度が５８．３℃であった。
そのブラック粒子を、オクチルシランでコーティングした平均粒径１２ｎｍのシリカ０．８重量％および平均粒径１５ｎｍのチタニア０．５重量％とブレンドした。そのブレンドした一成分現像剤の（摩擦）帯電量は、高速ＳＣＤ装置における試験では、１３．１μＣ／ｇであった。

Claims (3)

  1. 一成分現像システムにおいて静電画像を現像するトナーであって、
    スチレンアクリレートポリマーバインダと、少なくとも１種の離型剤と、少なくとも１種の着色剤と、を含む乳化凝集トナー粒子を含み、
    前記トナー粒子が、５μｍ〜１０μｍの体積平均粒径と、０．９５〜０．９９の平均円形度と、１．１０〜１．３０の体積幾何学的標準偏差ＧＳＤｖおよび数幾何学的標準偏差ＧＳＤｎ（ＧＳＤv&n）と、４５℃〜６５℃のガラス転移開始温度と、を有し、
    前記乳化凝集トナー粒子は、その外側に形成された、スチレンアクリレートポリマーからなるシェル層をさらに含み、
    前記シェル層のスチレンアクリレートポリマーが、前記スチレンアクリレートポリマーバインダのガラス転移温度よりも高い、または、低い、ガラス転移温度を有することを特徴とするトナー。
  2. 画像現像ステーションを含み、ハウジングを有する一成分現像システムであって、
    前記ハウジングは、スチレンアクリレートポリマーバインダと、少なくとも１種の離型剤と、少なくとも１種の着色剤と、を含む乳化凝集トナー粒子を含むトナーを含む、静電画像を現像するための一成分現像剤を含み、
    前記トナー粒子が、５μｍ〜１０μｍの体積平均粒径と、０．９５〜０．９９の平均円形度と、１．１０〜１．３０の体積幾何学的標準偏差および数幾何学的標準偏差（ＧＳＤv&n）と、４５℃〜６５℃のガラス転移開始温度と、を有し、
    前記乳化凝集トナー粒子は、その外側に形成された、スチレンアクリレートポリマーからなるシェル層をさらに含み、
    前記シェル層のスチレンアクリレートポリマーが、前記スチレンアクリレートポリマーバインダのガラス転移温度よりも高い、または、低い、ガラス転移温度を有し、
    前記一成分現像剤が前記ハウジングから前記画像現像ステーションへ供給されることを特徴とするシステム。
  3. トナー粒子を含む一成分現像剤を用いて画像を形成する方法であって、
    摩擦電荷を有するトナー粒子を画像形成部材の上の逆に荷電した潜像に塗布して、画像を現像する工程と、前記現像された画像を受像基材に転写する工程と、を含み、
    前記トナー粒子が、スチレンアクリレートポリマーバインダと、少なくとも１種の離型剤と、少なくとも１種の着色剤と、を含む乳化凝集トナー粒子からなり、
    かつ前記トナー粒子が、５μｍ〜１０μｍの体積平均粒径と、０．９５〜０．９９の平均円形度と、１．１０〜１．３０の体積幾何学的標準偏差および数幾何学的標準偏差（ＧＳＤv&n）と、４５℃〜６５℃のガラス転移開始温度と、を有し、
    前記乳化凝集トナー粒子は、その外側に形成された、スチレンアクリレートポリマーからなるシェル層をさらに含み、
    前記シェル層のスチレンアクリレートポリマーが、前記スチレンアクリレートポリマーバインダのガラス転移温度よりも高い、または、低い、ガラス転移温度を有することを特徴とする方法。
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