JP5342783B2 - 現像剤、現像剤の相対湿度感受性能の予測方法、現像剤の作製方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真現像材料における相対湿度（ＲＨ）感受性を予測する方法に関する。特に、電子写真現像材料のＲＨ感受性は、ルイス酸−塩基のＲＨ比を算出することにより確立される。

湿度レベルは、印刷装置、例えばインクジェットプリンタ、イオノグラフィプリンタ、レーザープリンタ、およびコピー機などにおいて全体的な印刷品質および印刷性能に寄与する。これらのレベルはモデルごとに異なり、メディアおよび空気中の含水率によって、湿度レベルが印刷品質および印刷性能に直接影響を与える。印刷装置で最も頻繁に起こる問題のいくつかは、高いＲＨ条件（例えば、暑く湿った気候）または低いＲＨ条件（例えば、寒く乾燥した気候）によりもたらされ得る。低いＲＨレベルに共通している印刷品質の不具合としては、淡いまたはかすれた（light or faded）印刷、ウォッシュアウト（washed-out）印刷、バンディング（banding）の淡い部分、および同じページ上での文字の繰り返しが挙げられ得る。高いＲＨレベルに共通している印刷品質の不具合としては、過剰なバックグラウンド、彩度の過剰な色内容（over−saturation of color content）、およびトナーがページから剥がれる裏移り（offsetting）部分が挙げられ得る。

摩擦帯電はＲＨに強く影響を受けることは周知である。例えば、乳化凝集（ＥＡ）ポリエステルトナー粒子は非常に親水性であり、従って雰囲気湿度にさらされて予測不可能な摩擦電気の帯電を経験する可能性がある。より詳細には、ＥＡポリエステルトナーはトナーの表面に親水性の官能基を有し、湿度感受性をもたらす。ＲＨが低いと、トナーの摩擦電気の帯電は帯電度が高くなる可能性があり、ＲＨが高いと、トナーの帯電度は低くなる可能性がある。従って、そのようなトナー粒子は、広い範囲の湿度条件に機能するように、例えば疎水性物質で、処理する必要があり得る。

現在、電子写真現像材料においてＲＨ性能を予測する方法はない。ＲＨでの帯電性能の改善、つまり、望ましいＲＨ感受性をもつトナーを見出すことは、大部分が試行錯誤であり、それは時宜に適わず費用がかかるだけでなく、最良の結果を生み出さない可能性がある。

米国特許第５，５９３，８０７号明細書 米国特許第５，５５６，７２７号明細書 米国特許第３，８４７，６０４号明細書 米国特許第４，９３７，１６６号明細書 米国特許第４，９３５，３２６号明細書 米国特許第５，２９０，６５４号明細書 米国特許第５，３０８，７３４号明細書 米国特許第５，３７０，９６３号明細書

従って、例えば少なくともトナーとキャリアとを含み構成される電子写真現像材料のＲＨ感受性を正確に予測する材料設計手順に対する必要性がある。

実施形態では、現像剤のルイス酸−塩基のＲＨ比が約０．２未満であり、ルイス酸−塩基のＲＨ比が次の方程式により定義される、トナーおよびキャリアを含み構成される二成分現像剤が記載される。また、場合によっては、トナーには表面添加剤を含んでもよい。

［［ｌｎ［（Ｋ_ａｔ／Ｋ_ｂｔ）／（Ｋ_ａｃ／Ｋ_ｂｃ）］_{Ｌｏｗ ＲＨ}］−［ｌｎ［（Ｋ_ａｔ／Ｋ_ｂｔ）／（Ｋ_ａｃ／Ｋ_ｂｃ）］_{Ｈｉｇｈ ＲＨ}］］／［ｌｎ［（Ｋ_ａｔ／Ｋ_ｂｔ）／（Ｋ_ａｃ／Ｋ_ｂｃ）］_{Ｌｏｗ ＲＨ}］

さらなる実施形態では、候補トナーを選択する工程と、候補キャリアを選択する工程と、候補トナーおよび候補キャリアに対するルイス酸およびルイス塩基定数を決定する工程と、ルイス酸−塩基のＲＨ比を算出する工程と、を含み、算出したルイス酸−塩基のＲＨ比が約０．２未満であればトナーおよびキャリアから得られる現像剤において許容されるＲＨ感受性性能であることが予測される、少なくともトナーおよびキャリアから構成される二成分現像剤においてＲＨ感受性を予測する方法、が記載される。

一層さらなる実施形態では、トナーのルイス酸定数、トナーのルイス塩基定数、キャリアのルイス酸定数、キャリアのルイス塩基定数を決定する工程と、次の方程式を適用してルイス酸−塩基のＲＨ比を計算する工程と、を含む。

［［ｌｎ［（Ｋ_ａｔ／Ｋ_ｂｔ）／（Ｋ_ａｃ／Ｋ_ｂｃ）］_{１５％ ＲＨ}］−［ｌｎ［（Ｋ_ａｔ／Ｋ_ｂｔ）／（Ｋ_ａｃ／Ｋ_ｂｃ）］_{８５％ ＲＨ}］］／［ｌｎ［（Ｋ_ａｔ／Ｋ_ｂｔ）／（Ｋ_ａｃ／Ｋ_ｂｃ）］_{１５％ ＲＨ}］

ここで、ルイス酸−塩基のＲＨ比が約０．２未満である場合、トナーとキャリアを混合して現像剤を作製する、少なくともトナーおよびキャリアを含み構成される二成分現像剤を作製する方法が記載される。

本開示は、少なくともトナーおよびキャリアを含み構成される電子写真現像材料の感受性を予測することに関する。

一般に、電子写真印刷のプロセスには、光伝導性の部材を実質的に均一な電位に帯電してその表面に感光性を与える工程が含まれる。光伝導性表面の帯電した部分を、走査型レーザー光、ＬＥＤ源、または複製される原稿からの光像にさらす。これにより光伝導性表面に静電潜像が記録される。静電潜像が光伝導性表面に記録された後、この潜像が現像される。現像には二成分現像材料がよく使用される。典型的な二成分現像剤は、磁性キャリア顆粒など、摩擦帯電されてそれに付着しているトナー粒子を有するキャリア顆粒を含む。トナー粒子は潜像に引き寄せられ、光伝導性表面にトナー粉末像を形成する。トナー粉末像はその後複写シートへ移される。最後に、トナー粉末像は加熱および／または加圧されて、複写シートに画像の形状で恒久的に融着される。

電子写真式画像形成において、現像剤組成物は、１つ以上のトナー組成物および１つ以上のキャリア組成物を含み得る。キャリアが組み込まれている現像剤は、キャリア粒子と、例えば樹脂結合剤と着色剤から構成される組成物を有するトナー粒子を混合することにより生成され得る。一般に、約１重量部〜約５重量部のトナー粒子は、約１０〜約３００重量部のキャリア粒子と混合される。電子写真の現像ハウジングに最初に導入される現像剤中のトナー濃度は、キャリア１００部につきトナー約１〜約２５部、例えば約３〜約１０部であってもよい。

本明細書の実施形態に従って用いられ得るトナー組成物は、特に限定されるものではなく、当業者に容易に理解されるはずである。トナー組成物は、一般に少なくとも樹脂バインダと着色剤を含む。実施形態において、用いるために適したトナー樹脂の説明となる例としては、ポリアミド類、エポキシ類、ポリウレタン類、ジオレフィン類、ビニル樹脂類、スチレンアクリレート類、スチレンメタクリレート類、スチレンブタジエン類、ポリエステル類（ジカルボン酸と、ジフェノールを含むジオールの高分子エステル化生成物など）、架橋ポリエステル類などが挙げられる。

実施形態では、少なくとも１種類のバインダが望ましい。ポリアクリレート類およびポリエステル類など、任意の種類のトナーバインダ樹脂を用いてもよいが、ポリスチレンとポリブチルアクリレートの共重合体を含むその他の樹脂も、適用可能であり得る。結合剤樹脂は、所望の大きさのトナー粒子を形成するＥＡ法に適して用いられ得る。

樹脂の説明となる例としては、限定されるものではないが、ポリ（スチレン−アルキルアクリレート）、ポリ（スチレン−１，３−ジエン）、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−１，３−ジエン−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（アルキルメタクリレート−アルキルアクリレート）、ポリ（アルキルメタクリレート−アリールアクリレート）、ポリ（アリールメタクリレート−アルキルアクリレート）、ポリ（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−１，３−ジエン−アクリロニトリル−アクリル酸）、ポリ（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−ブタジエン）、ポリ（メチルスチレン−ブタジエン）、ポリ（メチルメタクリレート−ブタジエン）、ポリ（エチルメタクリレート−ブタジエン）、ポリ（プロピルメタクリレート−ブタジエン）、ポリ（ブチルメタクリレート−ブタジエン）、ポリ（メチルアクリレート−ブタジエン）、ポリ（エチルアクリレート−ブタジエン）、ポリ（プロピルアクリレート−ブタジエン）、ポリ（ブチルアクリレート−ブタジエン）、ポリ（スチレン−イソプレン）、ポリ（メチルスチレン−イソプレン）、ポリ（メチルメタクリレート−イソプレン）、ポリ（エチルメタクリレート−イソプレン）、ポリ（プロピルメタクリレート−イソプレン）、ポリ（ブチルメタクリレート−イソプレン）、ポリ（メチルアクリレート−イソプレン）、ポリ（エチルアクリレート−イソプレン）、ポリ（プロピルアクリレート−イソプレン）、およびポリ（ブチルアクリレート−イソプレン）、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−ブタジエン−アクリル酸）、ポリ（スチレン−ブタジエン−メタクリル酸）、ポリ（スチレン−ブタジエン−アクリロニトリル−アクリル酸）、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−アクリロノニトリル−アクリル酸）、ポリ（パラ−メチルスチレン−ブタジエン）、ポリ（メタ−メチルスチレン−ブタジエン）、ポリ（α−メチルスチレン−ブタジエン）、ポリ（パラ−メチルスチレン−イソプレン）、ポリ（メタ−メチルスチレン−イソプレン）、ポリ（α−メチルスチレン−イソプレン）、ポリ（メチルアクリレート−スチレン）、ポリ（エチルアクリレート−スチレン）、ポリ（メチルメタクリレート−スチレン）、それらの組合せなどを含む群より選択されるポリマーが挙げられる。

樹脂のさらなる説明となる例としては、ポリエチレン−テレフタレート、ポリプロピレン−テレフタレート、ポリブチレン−テレフタレート、ポリペンチレン−テレフタレート、ポリヘキサレン−テレフタレート、ポリヘプタデン−テレフタレート、ポリオクタレン−テレフタレートが挙げられる。スルホン化ポリエステル（例えば米国特許第５，５９３，８０７号に記載されるようなナトリウムスルホン化ポリエステルなど）も、用いられ得る。さらなる樹脂（ポリエステル樹脂など）は、本明細書、および本明細書に列挙される適当な米国特許に示される通りであり、より具体的には、例には、コポリ（１，２−プロピレン−ジプロピレン−５−スルホイソフタレート）−コポリ（１，２−プロピレン−ｅ−ジプロピレンテレフタレート）、コポリ（１，２−プロピレン−ジエチレン−５−スルホイソフタレート）−コポリ（１，２−プロピレン−ジエチレンテレフタレート）、コポリ（プロピレン−５−スルホイソフタレート）−コポリ（１，２−プロピレンテレフタレート）、コポリ（１，３−ブチレン−５−スルホイソフタレート）−コポリ（１，３−ブチレンテレフタレート）、コポリ（ブチレンスルホイソフタレート）−コポリ（１，３−ブチレンテレフタレート）、それらの組合せなどがさらに含まれる。

ビニルモノマーには、スチレン、ｐ−クロロスチレンビニルナフタレン、不飽和モノ−オレフィン類（エチレン、プロピレン、ブチレンおよびイソブチレンなど）、ハロゲン化ビニル類（塩化ビニル、臭化ビニル、フッ化ビニル、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、安息香酸ビニル、および酪酸ビニル）、モノカルボン酸のエステルなどのビニルエステル類（アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、ｎ−ブチル−アクリレート、アクリル酸イソブチル、ドデシルアクリレート、ｎ−オクチルアクリレート、２−クロロエチルアクリレート、アクリル酸フェニル、メチルαクロロアクリレート、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、およびメタクリル酸ブチルを含む）、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、アクリルアミド、ビニルエーテル類（ビニルメチルエーテル、ビニルイソブチルエーテル、およびビニルエチルエーテルを含む）、ビニルケトン類（ビニルメチルケトン、ビニルヘキシルケトンおよびメチルイソプロペニルケトンを含む）、ハロゲン化ビニリデン類（塩化ビニリデンおよびクロロフッ化ビニリデンなど）、Ｎ−ビニルインドール、Ｎ−ビニルピロリドンなどが含まれ得る。また、選択されたスチレンブタジエン共重合体、その混合物などであってもよい。

樹脂は、トナーの約２５重量％〜約９８重量％、例えば約５０〜約９５重量％などの様々な有効量を含んでもよい。その他の樹脂の有効量も選択され得る。

任意の種類の染料、顔料、染料の混合物、顔料の混合物、ならびに染料および顔料の混合物を含む、少なくとも１種類の着色剤を用いてもよい。様々な既知の着色剤、特に顔料が、例えば、トナーの約１〜約６５重量％、例えば約２〜約３５重量％、または約１〜約１５重量％の有効量でトナー中に存在し、用いられ得るものとしては、ＲＥＧＡＬ ３３０（商標）などのカーボンブラック、ＭｏｂａｙマグネタイトＭＯ８０２９（商標）、ＭＯ８０６０（商標）などのマグネタイトなどが挙げられる。有色顔料として、既知のシアン、マゼンタ、イエロー、レッド、グリーン、ブラウン、ブルーまたはそれらの混合物が選択され得る。着色剤、特に顔料の具体的な例としては、フタロシアニンＨＥＬＩＯＧＥＮ ＢＬＵＥ Ｌ６９００（商標）、Ｄ６８４０（商標）、Ｄ７０８０（商標）、Ｄ７０２０（商標）、シアン１５：３、マゼンタレッド８１：３、イエロー１７、その開示が参照により全て本明細書に組み込まれる米国特許第５，５５６，７２７号の顔料、などが挙げられる。選択され得る具体的なマゼンタの例としては、例えば、カラーインデックスでＣｌ ６０７１０、Ｃｌ Ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ Ｒｅｄ １５として特定されている２，９−ジメチル−置換キナクリドンおよびアントラキノン染料、カラーインデックスでＣｌ ２６０５０、Ｃｌ Ｓｏｌｖｅｎｔ Ｒｅｄ １９として特定されているジアゾ染料などが挙げられる。選択され得る具体的なシアンの説明となる例としては、カラーインデックスにＣｌ ７４１６０、Ｃｌ Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｂｌｕｅとして記載される銅テトラ（オクタデシルスルホンアミド）フタロシアニン、ｘ−銅フタロシアニン顔料、およびカラーインデックスでＣｌ ６９８１０、Ｓｐｅｃｉａｌ Ｂｌｕｅ Ｘ−２１３７として特定されているアントラトレンブルーなどが挙げられる。選択され得るイエローの説明となる具体的な例は、ディアリライドイエロー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でＣｌ １２７００、Ｃｌ Ｓｏｌｖｅｎｔ イエロー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でフォロンイエローＳＥ／ＧＬＮ、Ｃｌ Ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ イエロー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、およびパーマネントイエローＦＧＬである。着色マグネタイト類、例えばＭＡＰＩＣＯ ＢＬＡＣＫ（商標）、およびシアン、マゼンタ、イエロー成分の混合物も顔料として選択され得る。選択された顔料などの着色剤は、本明細書に示されるようにフラッシュ顔料（flushed pigments）であってもよい。着色剤の例には、カラーインデックス構造番号７４１６０のピグメントブルー１５：３、カラーインデックス構造番号４５１６０：３のマゼンタピグメントレッド８１：３、およびカラーインデックス構造番号２１１０５のイエロー１７、ならびに食用染料、イエロー、ブルー、グリーン、レッド、マゼンタ染料などの既知染料などがさらに含まれる。

さらなる有用な着色剤としては、水系分散体中の顔料、例えば、サン・ケミカルから市販されているものなどが挙げられ、それにはＳＵＮＳＰＥＲＳＥ ＢＨＤ ６０１１Ｘ（ブルー１５タイプ）、ＳＵＮＳＰＥＲＳＥ ＢＨＤ ９３１２Ｘ（ピグメントブルー１５ ７４１６０）、ＳＵＮＳＰＥＲＳＥ ＢＨＤ ６０００Ｘ（ピグメントブルー１５：３ ７４１６０）、ＳＵＮＳＰＥＲＳＥ ＧＨＤ ９６００ＸおよびＧＨＤ ６００４Ｘ（ピグメントグリーン７ ７４２６０）、ＳＵＮＳＰＥＲＳＥ ＱＨＤ ６０４０Ｘ（ピグメントレッド１２２ ７３９１５）、ＳＵＮＳＰＥＲＳＥ ＲＨＤ ９６６８Ｘ（ピグメントレッド１８５ １２５１６）、ＳＵＮＳＰＥＲＳＥ ＲＨＤ ９３６５Ｘおよび９５０４Ｘ（ピグメントレッド５７ １５８５０：１）、ＳＵＮＳＰＥＲＳＥ ＹＨＤ ６００５Ｘ（ピグメントイエロー８３ ２１１０８）、ＦＬＥＸＩＶＥＲＳＥ ＹＦＤ ４２４９（ピグメントイエロー１７ ２１１０５）、ＳＵＮＳＰＥＲＳＥ ＹＨＤ ６０２０Ｘおよび６０４５Ｘ（ピグメントイエロー７４ １１７４１）、ＳＵＮＳＰＥＲＳＥ ＹＨＤ ６００Ｘおよび９６０４Ｘ（ピグメントイエロー１４ ２１０９５）、ＦＬＥＸＩＶＥＲＳＥ ＬＦＤ ４３４３およびＬＦＤ ９７３６（ピグメントブラック７ ７７２２６）などまたはそれらの混合物が含まれる。例えば、クラリアントから市販されているその他の有用な着色剤の水系分散体としては、使用前に水および／または界面活性剤に分散させることのできる、ＨＯＳＴＡＦＩＮＥ イエローＧＲ、ＨＯＳＴＡＦＩＮＥ Ｂｌａｃｋ ＴおよびＢｌａｃｋ ＴＳ、ＨＯＳＴＡＦＩＮＥ ブルーＢ２Ｇ、ＨＯＳＴＡＦＩＮＥ Ｒｕｂｉｎｅ Ｆ６Ｂおよびマゼンタ乾燥色素、例えばトナーマゼンタ６ＢＶＰ２２１３およびトナーマゼンタＥ０２が挙げられる。

実施形態のトナー組成物は、トナー樹脂粒子と着色剤を溶融ブレンディングした後、機械で摩砕することを含む、多数の既知の方法により調製することができる。その他の方法としては、噴霧乾燥、溶融分散、乳化凝集、分散重合、懸濁重合、および押出など、当分野で既知のものが挙げられる。一般に、トナーは、平均体積径が約５〜約２０μｍのトナー粒子が得られるように調製される。

選択されたトナー粒子は、エマルジョン法から調製されてもよく、そのような方法で用いられるモノマーは、スチレン、アクリレート類、メタクリレート類、ブタジエン、イソプレン、および場合によっては、酸または塩基性のオレフィンモノマー（アクリル酸、メタクリル酸、アクリルアミド、メタクリルアミド、ジアルキルもしくはトリアルキルアクリルアミドまたはメタクリルアミドの第四級ハロゲン化アンモニウム、ビニルピリジン、ビニルピロリドン、ビニル−Ｎ−メチルピリジニウムクロリドなど）からなる群より選択され得る。酸性基または塩基性基の存在は任意である。ジビニルベンゼンまたはジメタクリレートなどの架橋剤も、エマルジョンの調製において選択され得る。ドデカンチオールまたは四塩化炭素などの連鎖移動剤も、乳化重合によるトナー粒子の調製の際に選択され得る。

実施形態では、トナーには表面添加剤を含んでもよい。添加剤の例は、表面処理されたヒュームドシリカ、例えばキャボシル社（Cabosil Corporation）製、粒径８ナノメートルおよびヘキサメチルジシラザンの表面処理のＴＳ−５３０、デグサ／日本アエロジル社（DeGussa/Nippon Aerosil Corporation）から入手したＨＭＤＳで被覆されたＮＡＸ５０シリカ、キャボット社（Cabot Corporation）から入手したＤＴＭＳで被覆されたヒュームドシリカ二酸化ケイ素コアＬ９０を含むＤＴＭＳシリカ、ワッカー・ケミー（Wacker Chemie）から入手したアミノ官能化オルガノポリシロキサンで被覆されたＨ２０５０ＥＰ、ＴｉＯ_２などの金属酸化物、例えばテイカ社（Tayca Corp.）製、粒径１６ナノメートルおよびデシルシランの表面処理のＭＴ−３１０３、テイカ社から入手したＤＴＭＳで被覆された結晶性二酸化チタンコアＭＴ５００Ｂを含むＳＭＴ５１０３、デグサ・ケミカルズ（Degussa Chemicals）製の表面処理されていないＰ−２５、酸化アルミニウムなどの代わりの金属酸化物、ならびに、潤滑剤として、例えば、ステアリン酸塩または長鎖アルコール類（ＵＮＩＬＩＮ ７００（商標）など）、などである。一般に、シリカは、トナーの流動性、摩擦の向上、混合の調節、現像安定性および転写安定性の改良、ならびにトナーのブロッキング温度の上昇ためにトナー表面に適用される。ＴｉＯ_２は、ＲＨ安定性の改良、摩擦調節および現像および転写安定性の改良のために適用される。

トナー粒子と混合するために選択され得るキャリア粒子の説明となる例としては、トナー粒子の極性と反対の極性の電荷を摩擦電気によって得ることのできる粒子が挙げられる。適したキャリア粒子の説明となる例としては、粒状ジルコン、粒状シリコン、ガラス、鋼、ニッケル、フェライト、鉄フェライト、二酸化ケイ素などが挙げられる。さらに、キャリア粒子として、その全開示が参照により全て本明細書に組み込まれる米国特許第３，８４７，６０４号に開示される、凹部および凸部が繰り返される表面を特徴とし、それにより比較的外面積をもつ粒子をもたらす、ニッケルの結節性キャリアビーズ（nodular carrier beads）を含み構成される、ニッケルベリーキャリアが選択され得る。その他のキャリアとして、その開示が参照により全て本明細書に組み込まれる米国特許第４，９３７，１６６号および同第４，９３５，３２６号に開示されているようなものを用いることも好適である。

実施形態では、キャリアは、例えば、ヒュガネース社（Hoeganaes Corporation）から市販されているアトマイズ鋼を含み構成される。

選択されたキャリア粒子は、コーティングをしてもしなくても用いることができ、コーティングは一般に、ポリフッ化ビニリデン樹脂などのフルオロポリマー、スチレンの三元共重合体、メタクリル酸メチル、シラン、例えばトリエトキシシラン、テトラフルオロエチレン（tetrafluorethylenes）、およびその他の既知の塗料などから構成される。

さらなる実施形態では、キャリアコアは、例えば、ソーケン（Soken）から市販されている、重量平均分子量３００，０００〜３５０，０００のポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）ポリマーで部分的に被覆されてもよい。ＰＭＭＡは、ポリマーが一般にそれと接触しているトナーに負の電荷を与えるという点において陽性のポリマーである。

ＰＭＭＡは、場合によっては、結果として生じるコポリマーが適した粒径を保つ限り、任意の所望のコモノマーと共重合されてもよい。適したコモノマーには、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などが含まれ得る。

上述のように、キャリアコアのポリマーコーティングは、ＰＭＭＡ、例えばＰＭＭＡから構成されてもよい。ＰＭＭＡは乾燥粉末形態で適用されてもよく、平均粒径が１マイクロメートル未満、例えば０．５マイクロメートル未満であり、約２２０℃〜２６０℃の高温でキャリアコアに適用（溶融および融着）される。２６０℃を超える温度は逆にＰＭＭＡを分解する可能性がある。本明細書のキャリアおよび現像剤の摩擦電気の調節可能性（tunability）は、キャリアコーティングが適用される温度によりもたらされ、高い温度は、上昇する温度がポリマーコーティングを分解する働きをするポイントを超え、低い摩擦となるまで高い摩擦を生じる。

本明細書に開示されるトナーおよび現像剤は、種々の処理速度を有する電子写真装置で用いてもよい。例えば、そのような装置の処理速度は約１７０ｍｍ／秒〜約５００ｍｍ／秒、例えば約１８０ｍｍ／秒〜約３９０ｍｍ／秒または約１９０ｍｍ／秒〜約３８０ｍｍ／秒である。電子写真装置の印刷速度は、約２０ページ／秒（ｐｐｍ）〜約１１０ｐｐｍ、例えば約２５ｐｐｍ〜約１００ｐｐｍまたは約３０ｐｐｍ〜約９０ｐｐｍであり得る。実施形態では、印刷速度は約３５ｐｐｍ、約３８ｐｐｍ、約４５ｐｐｍ、約５５ｐｐｍ、約７５ｐｐｍまたは約８７ｐｐｍであり得る。

トナー粒子は、その各々の全体が参照により本明細書に組み込まれる米国特許第５，５９３，８０７号、同第５，２９０，６５４号、同第５，３０８，７３４号、および同第５，３７０，９６３号などの多数の特許に説明されている、乳化凝集（ＥＡ）法により作製することができる。

着色剤を凝集の前にポリマーバインダ粒子に添加する場合、着色剤は、適当な媒質、つまり、その中にポリマー粒子を含むラテックスエマルジョンと相溶性または混和性の媒質中の着色剤の分散体として添加してもよい。実施形態では、ポリマー結合剤と着色剤の両方が水性媒質中にある。

様々な任意選択の添加剤もトナー組成物に含まれ得る。そのような添加剤には、凝集プロセスに関与する添加剤、例えば、成分の分散を助けるための界面活性剤、または大きなサイズのトナー粒子凝集体の形成を助けるために用いられる凝固剤もしくはその他の凝集剤が挙げられ得る。そのような添加剤はまた、トナーコア粒子自体のための添加剤、例えば、ワックス、帯電を制御する添加剤などを含んでもよい。任意のその他の添加剤も、所望によりまたは要求に応じて凝集相の分散体に含んでもよい。

本明細書に例証される方法およびトナーに選択され得るワックスの例としては、例えば、アライド・ケミカル（Allied Chemical）およびペトロライト社（Petrolite Corporation）から市販されているポリプロピレン類およびポリエチレン類、例えば、マイケルマン社（Michaelman Inc.）およびダニエルズ・プロダクツ・カンパニ（Daniels Products Company）から入手可能なワックスエマルジョン、例えば、イーストマン・ケミカル・プロダクツ社（Eastman Chemical Products,Inc.）から市販されているＥＰＯＬＥＮＥ Ｎ−１５（商標）、例えば、三洋化成工業（Sanyo Kasei K.K.）から入手可能な低重量平均分子量ポリプロピレン、ＶＩＳＣＯＬ ５５０−Ｐ（商標）および類似の材料が挙げられる。選択された市販のポリエチレンの分子量Ｍｗは約５００〜約３，０００と考えられており、一方、市販のポリプロピレンの分子量は約４，０００〜約７，０００と考えられている。官能化されたワックスの例には、例えば、アミン類およびアミド類（例えば、マイクロ・パウダー社（Micro Powder Inc.）から入手可能なＡＱＵＡ ＳＵＰＥＲＳＬＩＰ ６５５０（商標）、ＳＵＰＥＲＳＬＩＰ ６５３０（商標））、フッ素化ワックス類（例えば、マイクロ・パウダー社より入手可能なＰＯＬＹＦＬＵＯ １９０（商標）、ＰＯＬＹＦＬＵＯ ２００（商標）、ＰＯＬＹＦＬＵＯ ５２３ＸＦ（商標）、ＡＱＵＡ ＰＯＬＹＦＬＵＯ ４１１（商標）、ＡＱＵＡ ＰＯＬＹＳＩＬＫ １９（商標）、ＰＯＬＹＳＩＬＫ １４（商標）など）、混合フッ素化（mixed fluorinated）アミドワックス類（マイクロ・パウダー社から入手可能なＭＩＣＲＯＳＰＥＲＳＩＯＮ １９（商標）など）、イミド類、エステル類、第四級アミン類、カルボン酸類またはアクリルポリマーエマルジョン（例えば、全てエスシー・ジョンソン・ワックス（SC Johnson Wax）から入手可能なＪＯＮＣＲＹＬ ７４（商標）、８９（商標）、１３０（商標）、５３７（商標）、および５３８（商標）など）、例えば、アライド・ケミカル、ペトロライト社およびエスシー・ジョンソン・ワックスから入手可能な塩素化ポリプロピレン類およびポリエチレン類などが挙げられる。

凝集成分または凝集剤の説明となる例としては、ステアリン酸亜鉛、アルカリ土類金属または遷移金属塩、アルカリ（ＩＩ）塩、例えば塩化ベリリウム、臭化ベリリウム、ヨウ化ベリリウム、酢酸ベリリウム、硫酸ベリリウム、塩化マグネシウム、臭化マグネシウム、ヨウ化マグネシウム、酢酸マグネシウム、硫酸マグネシウム、塩化カルシウム、臭化カルシウム、ヨウ化カルシウム、酢酸カルシウム、硫酸カルシウム、塩化ストロンチウム、臭化ストロンチウム、ヨウ化ストロンチウム、酢酸ストロンチウム、硫酸ストロンチウム、塩化バリウム、臭化バリウム、ヨウ化バリウムなどが挙げられる。遷移金属塩または陰イオンの例としては、酢酸塩、アセト酢酸塩、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン、タングステン、マンガン、鉄、ルテニウム、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、カドミウム、銀の硫酸塩またはアルミニウム塩（例えば、酢酸アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム、ハロゲン化アルミニウムなど）、それらの混合物などが挙げられる。存在する場合、選択された凝集剤の量は変動し得、例えば、トナーの重量または水の重量で約０．１〜約１０重量％、さらにより具体的には約１〜約５重量％である。

金属酸化物の外部表面添加剤（外添剤）は、トナーにはよく存在する。これらの酸化物の１つの機能は、おそらくトナーの荷電の制御に寄与することである。さらに、酸化物により付与される電荷は、酸化物の仕事関数によって制御される。よくある外部表面添加剤としては、例えば、シリカおよびチタニアが挙げられる。

現像材料を混合すると、キャリア顆粒との摩擦帯電によってトナー帯電が起こる。摩擦帯電は、環境的な条件、および具体的にはＲＨに強い影響を及ぼし得る。低いＲＨでは、トナーの摩擦電気の帯電は高くなる傾向があり、高いＲＨでは、トナーの摩擦電気は帯電量が低くなる傾向がある。

低い湿度条件は、よくＣゾーン（およそ１０℃／ＲＨ１５％）と呼ばれ、高い湿度はよくＡゾーン（およそ２８℃／ＲＨ８５％）と呼ばれる。実際に使われる際には、これはプリンタを使用している間の環境の湿度をさす。低湿条件と高湿条件との間の帯電特性の違いがトナーのＲＨ感受性比である。最終目的はトナーのルイス酸−塩基のＲＨ比が約０．２未満で帯電ＲＨ比が約０．３３未満となることである。そのようなＲＨ比が達成されれば、トナーは高湿条件と低湿条件の両方で等しく効果的である。別の言い方をすれば、ＲＨの変化に対するトナー帯電の感受性が低い。本明細書において、「許容されるＲＨ感受性性能」とは、例えば、ＲＨ感受性が約０．３３以下、例えばルイス酸−塩基のＲＨ比で証明されるように約０．２未満であり、帯電ＲＨ比が約０．３３未満である現像剤をさす。

帯電の化学的根拠を理解するために、表面を調べるための強力な方法である逆ガスクロマトグラフィー（ＩＧＣ）を用いて現像材料に関するルイス酸−塩基パラメータを測定した。これらのパラメータは、材料が電子対を受け取るかまたは供与する能力をそれぞれ表す。ＩＧＣを用いると、どのような固体材料に関してもルイス酸パラメータ（Ｋａ）およびルイス塩基パラメータ（Ｋｂ）を測定することが可能である。本明細書において、ルイス酸−塩基のＲＨ比が現像剤の帯電ＲＨ比に関連していることが見出される。ＩＧＣを用いると、どのような固体材料に関してもＫａおよびＫｂを測定することが可能である。従って、実施形態では、現像剤の帯電ＲＨ比を、低ＲＨと高ＲＨとの間のＱ／Ｍ帯電の相対損失として定義することができる。従って、トナーおよびキャリア成分から構成される現像剤に関して、帯電ＲＨ比は、以下の方程式により、任意の２つのＲＨ条件間で、例えば低ＲＨと高ＲＨとの間で記述され得る。

［［Ｑ／Ｍ］_{Ｌｏｗ ＲＨ}］−［Ｑ／Ｍ］_{Ｈｉｇｈ ＲＨ}］］／［［Ｑ／Ｍ］_{Ｌｏｗ ＲＨ}］、
（ｔ＝トナー、ｃ＝キャリア）

ここで、［［Ｑ／Ｍ］_{Ｌｏｗ ＲＨ}］は、低ＲＨ、つまりＣゾーンでのトナーとキャリアの両方を表す。さらに、［Ｑ／Ｍ］_{Ｈｉｇｈ ＲＨ}］は、高ＲＨ、つまりＡゾーンでのトナーとキャリアの両方を表す。従って、２つを組み合わせることにより、２つのＲＨ条件、つまり、低ＲＨまたはＣゾーン、および高ＲＨまたはＡゾーン間の帯電比を表す方程式がもたらされる。

Ｑ／Ｍは現像剤ルイス酸−塩基値によって決まるため、低ＲＨと高ＲＨ、例えば１５％〜８５％の現像剤に関する現像剤ルイス酸−塩基比のＲＨ感受性も、次式のように定義され得る。

［［ｌｎ［（Ｋ_ａｔ／Ｋ_ｂｔ）／（Ｋ_ａｃ／Ｋ_ｂｃ）］_{Ｌｏｗ ＲＨ}］−［ｌｎ［（_{Ｌｏｗ ＲＨ}］Ｋ_ａｔ／Ｋ_ｂｔ）／（Ｋ_ａｃ／Ｋ_ｂｃ）］_{Ｈｉｇｈ ＲＨ}］］／［ｌｎ［（Ｋ_ａｔ／Ｋ_ｂｔ）／（Ｋ_ａｃ／Ｋ_ｂｃ）］、
（ｔ＝トナー、ｃ＝キャリア）

結果は、現像剤のＲＨ感受性は、表１（下記）に示されるように、現像剤ルイス酸−塩基比のＲＨ感受性によって決まる。しかし、この関係は、低ＲＨおよび高いＲＨでのＱ／Ｍが両方とも負電荷であるか、または正電荷である場合にのみ適用され得る。現像剤ルイス酸−塩基のＲＨ感受性がゼロから増えていくにつれて、Ｑ／ＭＲＨ感受性もゼロから増えていく。表１（下記）の線形最小二乗適合から、この関係は、次のようである。

［［Ｑ／Ｍ］_{Ｌｏｗ ＲＨ}］−［Ｑ／Ｍ］_{Ｈｉｇｈ ＲＨ}］］／［［Ｑ／Ｍ］_{Ｌｏｗ ＲＨ}］＝１．６３×［［ｌｎ［（Ｋ_ａｔ／Ｋ_ｂｔ）／（Ｋ_ａｃ／Ｋ_ｂｃ）］_{Ｌｏｗ ＲＨ}］−［ｌｎ［（Ｋ_ａｔ／Ｋ_ｂｔ）／（Ｋ_ａｃ／Ｋ_ｂｃ）］_{Ｈｉｇｈ ＲＨ}］］／［ｌｎ［（Ｋ_ａｔ／Ｋ_ｂｔ）／（Ｋ_ａｃ／Ｋ_ｂｃ）］_{Ｌｏｗ ＲＨ}］

この関係は、良好なＲＨ感受性を有するべき現像剤に関して、帯電ＲＨ比は、例えば約０．３３未満であるべきであり、現像剤ルイス酸−塩基のＲＨ比は、例えば約０．２未満であるべきであることを示している。従って、材料の現像剤ルイス酸−塩基の値が、現像剤帯電ＲＨ比が約０．３３未満であり、ルイス酸−塩基のＲＨ比が約０．２未満であるように制御されるならば、その現像剤は良好なＲＨ感受性を有する。

予測モデル（上記）は、優れたＲＨ感受性をもつ現像剤を開発する際に、時間と費用を節約するために用いることができる。主として、トナーとキャリアを作製した後、ＲＨ性能を評価するという必要がない。本方法により、簡単な測定で単にＫ_ａ値とＫ_ｂ値を求めるだけで誰でもＲＨ性能を正確に予測することが可能となる。従って、一旦ルイス酸および塩基定数が測定されると、測定されたトナーとキャリア材料の任意の組合せに関してＲＨ感受性を予測することができる。ＲＨ感受性が所望の性能の範囲内であれば、トナーとキャリアを組み合わせることにより、例えば、混合することにより、現像剤が作製され得る。

実施形態では、一旦許容されるルイス酸−塩基ＲＨが見出されれば、トナーとキャリアを組み合わせて現像剤が作製され得る。

［比較例および実施例］
測定されたトナーＫ_ａｔ／Ｋ_ｂｔはＲＨ１５％で０．９４であり、測定されたキャリアＫ_ａｃ／Ｋ_ｂｃはＲＨ１５％で０．４４である。ＲＨ８５％で、測定されたトナーＫ_ａｔ／Ｋ_ｂｔは１．１６であり、測定されたキャリアＫ_ａｃ／Ｋ_ｂｃは０．７５である。これらの数字をルイス酸−塩基のＲＨ比に当てはめると、０．４という値が返った。この現像剤に関して、ＲＨ１５％での電荷は−５．２であり、ＲＨ８５％で電荷は−１．７である。これらの数字を帯電ＲＨ比に当てはめると、０．７という値が返った。しかし、ルイス酸塩基ＲＨ比は約０．２未満という要件に適わず、帯電ＲＨ比は約０．３３未満という要件に適わない。従って、予測モデルは適用できない。一般に、摩擦帯電が１５μＣ／ｇ未満であれば、印刷物上のバックグラウンドは許容し難くなる。さらに、遊離したトナーも、電子写真プリンタの他の部分の汚染をもたらすトナークラウドまたはエアゾールを作り出す現像剤から揮散され得る。

低ＲＨと高ＲＨの両方で１５μＣ／ｇより大きい負電荷要件に適うためには、トナー成分の酸の値が増加し、および／もしくはトナーの塩基の値が増加する、ならびに／またはキャリアの酸の値が減少し、および／もしくはキャリアの塩基の値が増加することが必要である。高い酸値および低い塩基値をもつ、適したトナー材料のいくつかの説明となる例は、ポリテトラフルオロエチレン（Ｋ_ａ／Ｋ_ｂ値＝３）、塩化ポリビニル（Ｋ_ａ／Ｋ_ｂ値＝４）、またはグラスファイバー（Ｋ_ａ／Ｋ_ｂ値＝４）である。低い酸値をもつ、適したキャリア材料の例は、ＣａＣＯ_３（Ｋ_ａ／Ｋ_ｂ値＝０．２５）およびポリスチレン（Ｋ_ａ／Ｋ_ｂ値＝０．２７）である。帯電要件を満たすために、全体のＫ_ａ／Ｋ_ｂ値がキャリア材料全体のＫ_ａ／Ｋ_ｂよりも大きくなるようにこれらの成分の１つ以上を適当な現像剤成分に添加してもよい。差が大きいほど、負電荷は大きい。

低ＲＨ感受性をもたらすためには、塩基の値と比較して、トナーの酸の値が、ＲＨの上昇に伴って一定のままであるか、またあるいはＲＨとともに上昇することが必要である。このことにより高ＲＨでＫ_ａ／Ｋ_ｂ値が高く保たれる。また、キャリアＫ_ａ／Ｋ_ｂ値を一定のままかまたは低下させるように、キャリアの酸の値を塩基の値に対して、またはＲＨの低下に伴って低く保つことも必要である。あらゆる環境条件下で高い電荷を維持するためには、トナーとキャリアのＫ_ａ／Ｋ_ｂ値間の差を大きく維持することが必要である。水のＫ_ａ／Ｋ_ｂは１．２と測定されるので、従って水の吸着は、高いＫ_ａ／Ｋ_ｂを有することが望ましいトナー材料のＫ_ａ／Ｋ_ｂを低下させ、低いＫ_ａ／Ｋ_ｂ値を有することが望ましいキャリア材料のＫ_ａ／Ｋ_ｂを増加させる傾向があるので、一定のＫ_ａ／Ｋ_ｂを維持するためには、水の吸着を最低限にすることが必要である。例えば、低い水の吸着に関する要件は、ポリスチレンおよびポリテトラフルオロエチレンなどの疎水性材料により適えられる。

Claims (1)

1. 少なくともトナーとキャリアとを含む二成分現像剤において許容されるＲＨ感受性性能を予測する方法であって、
   候補トナーを選択する工程と、
   候補キャリアを選択する工程と、
   前記候補トナーおよび前記候補キャリアに対するルイス酸定数およびルイス塩基定数を決定する工程と、
   次の方程式：［［ｌｎ［（Ｋ_at／Ｋ_bt）／（Ｋ_ac／Ｋ_bc）］_{15% RH}］−［ｌｎ［（Ｋ_at／Ｋ_bt）／（Ｋ_ac／Ｋ_bc）］_{85% RH}］］／［ｌｎ［（Ｋ_at／Ｋ_bt）／（Ｋ_ac／Ｋ_bc）］_{15% RH}］
   ここで、Ｋ_atは前記候補トナーのルイス酸定数、Ｋ_btは前記候補トナーのルイス塩基定数、Ｋ_acは前記候補キャリアのルイス酸定数、Ｋ_bcは前記候補キャリアのルイス塩基定数、１５％ ＲＨは１０℃，ＲＨ１５％の条件、８５％ ＲＨは２８℃，ＲＨ８５％の条件をそれぞれ示し、
   を適用してルイス酸−塩基のＲＨ比を算出する工程と、
   を含み、
   算出した前記ルイス酸−塩基のＲＨ比が０．２未満であれば、前記トナーおよび前記キャリアから得られる現像剤において許容されるＲＨ感受性性能であることが予測される、方法。