以下、本発明の実施形態について詳細に説明するが、本発明は、以下の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の目的の範囲内において、適宜変更を加えて実施することができる。なお、説明が重複する箇所については、適宜説明を省略する場合があるが、発明の要旨を限定するものではない。
本発明は、トナーとして正帯電性トナー(以下単にトナーともいう)を用い、導電性基体上に少なくともアモルファスシリコンからなる感光層が形成されている潜像担持部を備える画像形成装置を用いて画像を形成する、画像形成方法に関する。以下、本発明の画像形成方法と、正帯電性トナーについて説明する。
[画像形成方法]
本発明の画像形成方法において用いる画像形成装置は、導電性基体上に少なくともアモルファスシリコンからなる感光層が形成されている潜像担持部を備える限り特に限定されないが、後述するような、複数色のトナーを用いるタンデム方式のカラー画像形成装置が好ましい。ここでは、タンデム方式のカラー画像形成装置による画像形成方法について説明する。
なお、以下に説明するタンデム方式のカラー画像形成装置は、各潜像担持部の表面上にそれぞれ異なった各色のトナーによるトナー像を形成させるために、所定方向に並設された、複数の潜像担持部と、各潜像担持部に対向して配置され、表面にトナーを担持して搬送し、搬送されたトナーを、各潜像担持部の表面にそれぞれ供給するローラー(現像スリーブ)を備えた複数の現像部とを備え、現像部において、本発明の静電潜像現像用トナーを潜像担持部に供給する。
図1は、本発明の画像形成方法に用いる、好適な画像形成装置の構成を示す断面図である。ここでは、画像形成装置として、カラープリンター1を例に挙げて説明する。
このカラープリンター1は、図1に示すように、箱型の機器本体1aを有している。この機器本体1a内には、用紙Pを給紙する給紙部2と、この給紙部2から給紙された用紙Pを搬送しながら当該用紙Pに画像データに基づくトナー像を転写する画像形成部3と、この画像形成部3で用紙P上に転写された未定着トナー像を用紙Pに定着する定着処理を施す定着部4とが設けられている。さらに、機器本体1aの上面には、定着部4で定着処理の施された用紙Pが排紙される排紙部5が設けられている。
給紙部2は、給紙カセット121、ピックアップローラー122、給紙ローラー123,124,125、及びレジストローラー対126を備えている。給紙カセット121は、機器本体1aから挿脱可能に設けられ、用紙Pを貯留する。ピックアップローラー122は、給紙カセット121の図1に示す左上方位置に設けられ、給紙カセット121に貯留されている用紙Pを1枚ずつ取り出す。給紙ローラー123,124,125は、ピックアップローラー122によって取り出された用紙Pを用紙搬送路に送り出す。レジストローラー対126は、給紙ローラー123,124,125によって用紙搬送路に送り出された用紙Pを一時待機させた後、所定のタイミングで画像形成部3に供給する。
また、給紙部2は、機器本体1aの図1に示す左側面に取り付けられる不図示の手差しトレイとピックアップローラー127とをさらに備えている。このピックアップローラー127は、手差しトレイに載置された用紙Pを取り出す。ピックアップローラー127によって取り出された用紙Pは、給紙ローラー123,125によって用紙搬送路に送り出され、レジストローラー対126によって、所定のタイミングで画像形成部3に供給される。
画像形成部3は、画像形成ユニット7と、この画像形成ユニット7によってその表面(接触面)にコンピューターのような装置から電送された画像データに基づくトナー像が1次転写される中間転写ベルト31と、この中間転写ベルト31上のトナー像を給紙カセット121から送り込まれた用紙Pに2次転写させるための2次転写ローラー32とを備えている。
画像形成ユニット7は、中間転写ベルト31の移動方向の上流側(図1では右側)から下流側に向けて順次配設されたブラック用ユニット7Kと、イエロー用ユニット7Yと、シアン用ユニット7Cと、マゼンタ用ユニット7Mとを備えている。各ユニット7K,7Y,7C及び7Mは、それぞれの中央位置に像担持体であるドラム型の潜像担持部37が矢符(時計回り)方向に回転可能に配置されている。そして、各潜像担持部37の周囲には、帯電部39、露光部38、現像部71、クリーニング部8、及び除電器が、潜像担持部37の回転方向上流側から順に各々配置されている。
帯電部39は、矢符方向に回転されている潜像担持部37の周面を均一に帯電させる。帯電部39は、潜像担持部37の周面を均一に帯電させることができれば特に制限されず、非接触方式であっても、接触方式であってもよい。帯電部の具体例としては、コロナ帯電装置、帯電ローラー、帯電ブラシが挙げられる。
潜像担持部37の表面電位(帯電電位)は、本発明の目的を阻害しない範囲で特に限定されない。現像性と潜像担持部37の帯電能力とのバランスを考慮すると、表面電位は+200V以上+500V以下であるのが好ましく、+200V以上+300V以下であるのがより好ましい。表面電位が低すぎる場合、現像電界が不十分となり、形成画像の画像濃度を確保し難くなる。表面電位が高すぎる場合、感光層の膜厚によっては、帯電能力の不足、潜像担持部37の絶縁破壊、オゾンの発生量の増加のような問題が起こりやすくなる。
潜像担持部37は、ドラム状の導電性基体上にアモルファスシリコンからなる感光層が形成されている。アモルファスシリコンからなる感光層は、例えば、グロー放電分解法、スパッタリング法、ECR法、蒸着法のような気相成長法によって形成することができる。アモルファスシリコンからなる感光層を形成する際には、感光層に、Hやハロゲン元素を含有させることができる。また、感光層の特性を調整するために、C、N、Oのような元素を含有させたり、周期表(長周期型)の13族元素や15族元素を感光層に含有させたりしてもよい。
アモルファスシリコンからなる感光層を構成する材料は、アモルファスシリコンであれば特に限定されない。好適なアモルファスシリコン材料としては、アモルファスSi、アモルファスSiC、アモルファスSiO、アモルファスSiONが挙げられる。これらのアモルファスシリコン材料の中では、高抵抗であり、帯電特性、耐摩耗性、耐環境性に優れることからアモルファスSiCがより好ましい。また、アモルファスシリコン材料としてアモルファスSiCを用いる場合、アモルファスSi(1−X)CX(Xは0.3以上1未満)が好ましく、アモルファスSi(1−X)CX(Xは0.5以上0.95以下)がより好ましい。このような組成のアモルファスSiCは、1012Ωcm以上1013Ωcm以下と極めて高い抵抗値を示すため、潜像担持部37の潜像電荷の流れを抑制でき、静電潜像の維持能力に優れる潜像担持部37が得られる。また、このような組成のアモルファスSiCを用いることにより、耐湿性に優れる潜像担持部37が得られる。
感光層は、導電性基体上に形成されたキャリア阻止層の上に形成してもよい。また、感光層の表面には表面保護層を設けてもよい。潜像担持部37としては、導電性基体、キャリア阻止層、感光層、表面保護層の順に積層されたものが特に好適に使用される。
表面保護層を設ける場合、帯電部39による放電時の、アモルファスシリコンかなる感光層の表面での、放電生成物や水分子を吸着しやすい酸化物の皮膜の形成を抑制できる。また、表面保護層を設けることにより、潜像担持部37の、絶縁耐圧の向上、及び繰り返し使用時の耐摩耗性の向上を図れる。表面保護層の材料としては、アモルファスSiC、アモルファスSiO、アモルファスSiN、アモルファスSiON、アモルファスSiCONのような無機絶縁材料が挙げられる。
表面保護層の膜厚は、本発明の目的を阻害しない範囲で特に限定されないが、20000Å以下が好ましく、5000Å以上15000Å以下がより好ましい。表面保護層の膜厚をこのような範囲とすることで、耐圧性能が劣化し難い潜像担持部37を優れた効率で生産できる。
キャリア阻止層を設ける場合、現像時に、アモルファスシリコンからなる感光層へのキャリアの注入を阻止して露光部と非露光部との静電コントラストを高めることにより、画像の濃度向上、地肌カブリの低減を図れる。キャリア阻止層の材料としては、アモルファスSiC、アモルファスSiO、アモルファスSiN、アモルファスSiON、アモルファスSiCONのような無機絶縁材料や、ポリエチレンテレフタレート、パリレン(登録商標)、ポリ四フッ化エチレン、ポリイミド、ポリフッ化エチレンプロピレン、ポリウレタン、エポキシ樹脂、ポリエステル、ポリカーボネート、酢酸セルロール樹脂のような有機絶縁材料が挙げられる。
キャリア阻止層の膜厚は、本発明の目的を阻害しない範囲で特に限定されないが、0.01μm以上5μm以下が好ましく、0.1μm以上3μm以下がより好ましい。キャリア阻止層が薄すぎる場合には、所望のキャリア阻止効果を得にくく、キャリア阻止層が厚すぎる場合には、製膜に長時間を要し、潜像担持部37の生産性が低下するおそれがある。
潜像担持部37の、導電性基体の感光層側の表面から潜像担持部37の最表面までの距離は特に限定されないが、潜像担持部37の製造コストを低減でき、解像度に優れる画像が得られる点から、30μm以下であるのが好ましい。なお、潜像担持体の最表面とは、表面保護層が形成されている場合は表面保護層の表面であり、表面保護層が形成されていない場合は感光層の表面である。また、導電性基体の感光層側の表面から潜像担持部37の最表面までの距離とは、キャリア阻止層、感光層、及び表面保護層の厚さの合計である。
潜像担持部37の、導電性基体の感光層側の表面から潜像担持部37の感光層側の表面までの距離の下限は、本発明の目的を阻害しない範囲で特に限定されないが、10μm以上が好ましい。距離が短すぎる場合には、潜像担持部37の帯電性能が不十分であったり、露光に用いるレーザー光の乱反射により、ハーフパターンに干渉縞が生じたりする場合がある。
露光部38は、いわゆるレーザー走査ユニットであり、帯電部39によって均一に帯電された潜像担持部37の周面に、上位装置であるパーソナルコンピューター(PC)から入力された画像データに基づくレーザー光を照射し、潜像担持部37上に画像データに基づく静電潜像を形成する。現像部71は、静電潜像が形成された潜像担持部37の周面に後述のトナーを供給することで、画像データに基づくトナー像を形成させる。現像部71の構成は、現像剤の種類、及び現像方式によって適宜変更される。現像部71を用いて潜像担持部37の周面に形成されたトナー像は、中間転写ベルト31に1次転写される。
中間転写ベルト31へのトナー像の1次転写が終了した後、潜像担持部37の周面に残留しているトナーはクリーニング部8を用いて清掃される。クリーニング部が備えるクリーニング装置は特に限定されないが、ここでは、クリーニング装置として弾性ブレード81を備えるクリーニング部について説明する。クリーニング部8に備えられる弾性ブレード81は、潜像担持部37の表面を摺擦して、潜像担持部37の周面に残留するトナーを除去する。弾性ブレード81はウレタン系ゴムやエチレン−プロピレン系ゴムにより構成されるのが好ましい。
除電器は、1次転写が終了した後、潜像担持部37の周面を除電する。クリーニング部8及び除電器によって清浄化処理された潜像担持部37の周面は、新たな帯電処理のために帯電部39へ向かい、新たな帯電処理が行われる。
中間転写ベルト31は、無端状のベルト状回転体であって、表面(接触面)側が各潜像担持部37の周面にそれぞれ当接するように駆動ローラー33、従動ローラー34、バックアップローラー35及び1次転写ローラー36のような複数のローラーに架け渡されている。また、中間転写ベルト31は、各潜像担持部37と対向配置された1次転写ローラー36によって潜像担持部37に押圧された状態で、複数のローラーによって無端回転するように構成されている。駆動ローラー33は、不図示のステッピングモータのような駆動源によって回転駆動し、中間転写ベルト31に無端回転させるための駆動力を与える。従動ローラー34、バックアップローラー35、及び1次転写ローラー36は、回転自在に設けられ、駆動ローラー33による中間転写ベルト31の無端回転に伴って従動回転する。これらのローラー34,35,36は、駆動ローラー33の主動回転に応じて中間転写ベルト31を介して従動回転すると共に、中間転写ベルト31を支持する。
1次転写ローラー36は、1次転写バイアスを中間転写ベルト31に印加する。そうすることによって、各潜像担持部37上に形成されたトナー像は、各潜像担持部37と1次転写ローラー36との間で、駆動ローラー33の駆動により矢符(反時計回り)方向に周回する中間転写ベルト31に重ね塗り状態で順次転写(1次転写)される。
2次転写ローラー32は、2次転写バイアスを用紙Pに印加する。そうすることによって、中間転写ベルト31上に1次転写されたトナー像は、2次転写ローラー32とバックアップローラー35との間で用紙Pに2次転写され、これによって、用紙Pにカラーの転写画像(未定着トナー像)が転写される。
定着部4は、画像形成部3で用紙Pに転写された転写画像に定着処理を施すものであり、通電発熱体により加熱される加熱ローラー41と、この加熱ローラー41に対向配置され、周面が加熱ローラー41の周面に押圧当接される加圧ローラー42とを備えている。
そして、画像形成部3で2次転写ローラー32を用いて用紙Pに転写された転写画像は、当該用紙Pが加熱ローラー41と加圧ローラー42との間を通過する際の加熱及び加圧からなる定着処理で用紙Pに定着される。そして、定着処理の施された用紙Pは、排紙部5へ排紙されるようになっている。また、本実施形態のカラープリンター1では、定着部4と排紙部5との間の適所に複数の搬送ローラー対6が配設されている。
排紙部5は、カラープリンター1の機器本体1aの頂部が凹没されることによって形成され、この凹没した凹部の底部に排紙された用紙Pを受ける排紙トレイ51が形成されている。
アモルファスシリコンからなる感光層を備える潜像担持部37を備えるカラープリンター1は、以上のような画像形成動作によって、用紙P上に画像形成を行う。そして、上記の構成のタンデム方式の画像形成装置により、後述する正帯電性トナーを用いて現像を行うことで、トナー像を良好に形成することができ、且つ、種々の環境下で、長期間にわたって画像を形成する場合に、ダッシュマークの発生を抑制しつつ、トナーを所望の帯電量に帯電させることによって、所望の画像濃度の画像を形成できる。
[正帯電性トナー]
本発明の画像形成方法に用いられる正帯電性トナーは、少なくとも結着樹脂を含むトナーコア粒子と、トナーコア粒子を被覆するシェル層と、からなる。そして、トナーコア粒子を被覆するシェル層は、正帯電性の電荷制御樹脂を含む樹脂からなり、球状の樹脂微粒子を用いて形成される。
また、本発明の画像形成方法に用いられるトナーは、その表面を、走査型電子顕微鏡を用いて観察する場合に、粒子径が6μm以上8μm以下のトナー粒子について、シェル層に球状の樹脂微粒子に由来する構造が観察されない。そして、本発明の画像形成方法に用いられるトナーは、トナーの断面を、透過型電子顕微鏡を用いて観察する場合に、シェル層の内部に、トナーコア粒子の表面に対して略垂直方向の、樹脂微粒子同士の界面に由来するクラックが観察される。以下、トナーの構造と、トナーの材料とについて説明する。
〔トナーの構造〕
本発明の画像形成方法に用いるトナーは、トナーコア粒子がその全表面をシェル層により被覆されている。静電潜像現像用トナーの表面のシェル層による被覆状態は、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて確認できる。また、シェル層の平滑化の程度と、静電潜像現像用トナーのシェル層の内部とは、トナーの断面を、透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて観察することにより確認できる。本発明の画像形成方法に用いるトナーの好適な一態様について、TEMを用いて観察されるトナーの断面の模式図を図2に示す。
図2に示されるように、静電潜像現像用トナー101では、シェル層103が、トナーコア粒子102の全表面を被覆している。また、シェル層は、トナーコア粒子に樹脂微粒子層を付着させて形成される樹脂微粒子層の外表面が、外力により平滑化されて形成されたものである。
シェル層103の厚さは、本発明の目的を阻害しない範囲で特に限定されず、0.03μm以上1μm以下が好ましく、0.04μm以上0.7μm以下がより好ましく、0.05μm以上0.5μm以下が特に好ましく、0.05μm以上0.3μm以下が最も好ましい。なお、後述するように、シェル層が凸部を有する場合、シェル層の厚さが不均一である場合がある。このようにシェル層の厚さが不均一な場合について、本出願の、特許請求の範囲、及び明細書では、シェル層の最も厚い部分の厚さを、「シェル層の厚さ」とする。
シェル層が厚過ぎる場合、トナーを定着する際にトナーに加わる圧力によるシェル層の破壊が起こりにくい。この場合、トナーコア粒子に含まれる結着樹脂や離型剤の軟化又は溶融が速やかに進行せず、トナーを被記録媒体上に定着させにくい。一方、シェル層が薄すぎる場合、シェル層の強度が低くなる。シェル層の強度が低いと、輸送時等の衝撃によりシェル層が破壊される場合があり、高温でトナーを保存する場合に、シェル層が破壊された個所からの、トナー表面への離型剤の染み出しによって、トナーが凝集しやすくなる。
シェル層103の厚さは、トナー101断面のTEM撮影像を市販の画像解析ソフトウェアを用いて解析することにより、計測することができる。市販の画像解析ソフトウェアとしては、WinROOF(三谷商事株式会社製)のようなソフトウェアを用いることができる。
本発明の画像形成方法に用いるトナーは、図2に示すようにシェル層103が、トナーコア粒子102とシェル層103との界面上、且つ、2つのクラック104間に、凸部105を有するのが好ましい。シェル層103がこのような凸部105を有することにより、シェル層が凸部105を有していない場合に比べて、トナーコア粒子102とシェル層103との接触面積を大きくすることができる。これにより、シェル層に凸部105を設けることで、トナーコア粒子102とシェル層103との密着性が向上し、シェル層103がトナーコア粒子102から剥離しにくくなる。このため、シェル層が凸部105を備える場合、耐熱保存性が良好なトナーを得ることができる。
前述の通り、本発明の画像形成方法に用いるトナーのシェル層は、より具体的には、
I)球状の樹脂微粒子を、トナーコア粒子の表面に対して垂直方向に重ならないように、トナーコア粒子の表面に付着させて、トナーコア粒子の全表面を被覆する樹脂微粒子層を形成する工程、及び
II)樹脂微粒子層の外表面への外力の印加によって、樹脂微粒子層中の樹脂微粒子を変形させることにより、樹脂微粒子層の外表面を平滑化させてシェル層を形成する工程、
を含む方法を用いて形成されている。
シェル層の平滑化の程度は、本発明の画像形成方法に用いるトナーの表面を、走査型電子顕微鏡を用いて観察する場合に、粒子径6μm以上8μm以下のトナー粒子のシェル層の外表面に、シェル層の形成に用いる球状の樹脂微粒子に由来する構造が観察されない程度であればよい。粒子径6μm以上8μm以下のトナーのシェル層の状態がこのような状態であれば、トナーに含まれるトナー粒子の殆どで、コア粒子の表面が露出しないようにシェル層が形成されている。シェル層の外表面の状態を、走査型電子顕微鏡観察を用いて確認する場合の、トナー粒子の粒子径とは、電子顕微鏡画像上のトナーの投影面積から算出される円相当径である。
図2に示されるシェル層の好適な態様では、トナー101は、トナーコア粒子102の全表面がシェル層103により被覆されている。また、シェル層103は、その外表面が平滑であるようにトナーコア粒子102の全表面を被覆しているため、シェル層103の剥離や、トナー101を高温で保存する際に離型剤のようなトナーに含まれる成分のトナー101表面への染み出しが生じにくい。本発明の画像成形方法では、このようなトナーを用いるため、ダッシュマークの発生や、高温でのトナーの保存時のトナーの凝集体の発生が抑制される。
さらに、トナー101は、シェル層103の内部に空隙(クラック)105が存在するため、トナーを被記録媒体上に定着させる際に、トナーに加わる圧力によって、クラックを基点とするシェル層の破壊が起こりやすい。これにより、トナー101は、トナーコア粒子102に含まれる結着樹脂や離型剤の軟化又は溶融が速やかに進行するため、低温域で、トナーを被記録媒体上に定着させやすい。
〔トナー材料〕
本発明の画像形成方法に用いるトナーは、少なくとも結着樹脂を含むトナーコア粒子と、トナーコア粒子の全表面を被覆するシェル層と、からなる。トナーコア粒子は、結着樹脂中に、必要に応じ、離型剤、電荷制御剤、着色剤、磁性粉等を含んでいてもよい。また、本発明の画像形成方法に用いるトナーは所望によりその表面が、外添剤により処理されたものであってもよい。さらに、本発明の画像形成方法に用いるトナーは、所望のキャリアと混合して2成分現像剤として使用することもできる。
以下、本発明の画像形成方法に用いるトナーを構成する必須、又は任意の成分である、結着樹脂、離型剤、電荷制御剤、着色剤、磁性粉、シェル層を形成する樹脂微粒子、及び外添剤と、本発明の画像形成方法に用いるトナーを2成分現像剤として使用する場合に用いるキャリアと、本発明の静電潜像現像用トナーの製造方法とについて順に説明する。
(結着樹脂)
本発明の画像形成方法に用いるトナーにおけるトナーコア粒子は、結着樹脂を含む。トナーコア粒子に含まれる結着樹脂は、従来からトナー用の結着樹脂として用いられている樹脂であれば特に制限されない。結着樹脂の具体例としては、スチレン系樹脂、アクリル系樹脂、スチレンアクリル系樹脂、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、塩化ビニル系樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、ビニルエーテル系樹脂、N−ビニル系樹脂、スチレン−ブタジエン樹脂のような熱可塑性樹脂が挙げられる。これらの樹脂の中でも、結着樹脂中の着色剤の分散性、トナーの帯電性、用紙に対する定着性の面から、ポリスチレン系樹脂、及びポリエステル樹脂が好ましい。以下、ポリスチレン系樹脂、及びポリエステル樹脂について説明する。
ポリスチレン系樹脂は、スチレンの単独重合体でもよく、スチレンと共重合可能な他の共重合モノマーとの共重合体でもよい。スチレンと共重合可能な他の共重合モノマーの具体例としては、p−クロルスチレン;ビニルナフタレン;エチレン、プロピレン、ブチレン、イソブチレンのようなエチレン不飽和モノオレフィン類;塩化ビニル、臭化ビニル、弗化ビニルのようなハロゲン化ビニル;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、ベンゾエ酸ビニル、酪酸ビニルのようなビニルエステル類;アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸イソブチル、アクリル酸ドテシル、アクリル酸n−オクチル、アクリル酸2−クロルエチル、アクリル酸フェニル、α−クロルアクリル酸メチル、メタアクリル酸メチル、メタアクリル酸エチル、メタアクリル酸ブチルのような(メタ)アクリル酸エステル;アクリロニトリル、メタアクリロニトリル、アクリルアミドのような他のアクリル酸誘導体;ビニルメチルエーテル、ビニルイソブチルエーテルのようなビニルエーテル類;ビニルメチルケトン、ビニルエチルケトン、メチルイソプロペニルケトンのようなビニルケトン類;N−ビニルピロール、N−ビニルカルバゾール、N−ビニルインドール、N−ビニルピロリデンのようなN−ビニル化合物が挙げられる。これらの共重合モノマーは、2種以上を組み合わせてスチレン単量体と共重合できる。
ポリエステル樹脂は、2価又は3価以上のアルコール成分と2価又は3価以上のカルボン酸成分との縮重合や共縮重合によって得られるものを使用することができる。ポリエステル樹脂を合成する際に用いられる成分としては、以下のアルコール成分やカルボン酸成分が挙げられる。
2価又は3価以上のアルコール成分の具体例としては、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、1,2−プロピレングリコール、1,3−プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、1,4−ブテンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、ジプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコールのようなジオール類;ビスフェノールA、水素添加ビスフェノールA、ポリオキシエチレン化ビスフェノールA、ポリオキシプロピレン化ビスフェノールAのようなビスフェノール類;ソルビトール、1,2,3,6−ヘキサンテトロール、1,4−ソルビタン、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、トリペンタエリスリトール、1,2,4−ブタントリオール、1,2,5−ペンタントリオール、グリセロール、ジグリセロール、2−メチルプロパントリオール、2−メチル−1,2,4−ブタントリオール、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、1,3,5−トリヒドロキシメチルベンゼンのような3価以上のアルコール類が挙げられる。
2価又は3価以上のカルボン酸成分の具体例としては、マレイン酸、フマール酸、シトラコン酸、イタコン酸、グルタコン酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、シクロヘキサンジカルボン酸、コハク酸、アジピン酸、セバチン酸、アゼライン酸、マロン酸、或いはn−ブチルコハク酸、n−ブテニルコハク酸、イソブチルコハク酸、イソブテニルコハク酸、n−オクチルコハク酸、n−オクテニルコハク酸、n−ドデシルコハク酸、n−ドデセニルコハク酸、イソドデシルコハク酸、イソドデセニルコハク酸のようなアルキル又はアルケニルコハク酸のような2価カルボン酸;1,2,4−ベンゼントリカルボン酸(トリメリット酸)、1,2,5−ベンゼントリカルボン酸、2,5,7−ナフタレントリカルボン酸、1,2,4−ナフタレントリカルボン酸、1,2,4−ブタントリカルボン酸、1,2,5−ヘキサントリカルボン酸、1,3−ジカルボキシル−2−メチル−2−メチレンカルボキシプロパン、1,2,4−シクロヘキサントリカルボン酸、テトラ(メチレンカルボキシル)メタン、1,2,7,8−オクタンテトラカルボン酸、ピロメリット酸、エンポール三量体酸のような3価以上のカルボン酸が挙げられる。これらの2価又は3価以上のカルボン酸成分は、酸ハライド、酸無水物、低級アルキルエステルのようなエステル形成性の誘導体として用いてもよい。ここで、「低級アルキル」とは、炭素原子数1から6のアルキル基を意味する。
結着樹脂がポリエステル系樹脂である場合の、ポリエステル系樹脂の軟化点は、70℃以上130℃以下であることが好ましく、80℃以上120℃以下がより好ましい。
結着樹脂としては、用紙に対する定着性が良好であることから熱可塑性樹脂を用いることが好ましいが、熱可塑性樹脂単独で使用するだけでなく、熱可塑性樹脂に架橋剤や熱硬化性樹脂を添加することができる。架橋剤や熱硬化性樹脂を添加して、結着樹脂内に、一部架橋構造を導入することにより、トナーの定着性を低下させることなく、トナーの耐熱保存性及び耐久性のような特性を向上させることができる。なお、熱硬化性樹脂を用いる場合は、ソックスレー抽出器を用いて抽出される結着樹脂の架橋部分量(ゲル量)は、結着樹脂の質量に対して、10質量%以下が好ましく、0.1質量%以上10質量%以下がより好ましい。
熱可塑性樹脂と共に使用できる熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂やシアネート系樹脂が好ましい。好適な熱硬化性樹脂の具体例としては、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、水素化ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、ポリアルキレンエーテル型エポキシ樹脂、環状脂肪族型エポキシ樹脂、及びシアネート樹脂が挙げられる。これらの熱硬化性樹脂は、2種以上を組み合わせて使用できる。
結着樹脂のガラス転移点(Tg)は、40℃以上70℃以下が好ましい。ガラス転移点が高すぎる場合、トナーの低温定着性が低下する傾向がある。ガラス転移点が低すぎる場合、トナーの耐熱保存性が低下する傾向がある。
結着樹脂のガラス転移点は、示差走査熱量計(DSC)を用いて、結着樹脂の比熱の変化点から求めることができる。より具体的には、測定装置としてセイコーインスツルメンツ株式会社製示差走査熱量計DSC−6200を用い、結着樹脂の吸熱曲線を測定することで結着樹脂のガラス転移点を求めることができる。測定試料10mgをアルミパン中に入れ、リファレンスとして空のアルミパンを使用する。測定温度範囲25℃以上200℃以下、昇温速度10℃/分で常温常湿下にて測定して得られた結着樹脂の吸熱曲線より結着樹脂のガラス転移点を求めることができる。
結着樹脂の質量平均分子量(Mw)は、本発明の目的を阻害しない範囲で特に限定されない。典型的には、結着樹脂の質量平均分子量(Mw)は、20,000以上300,000以下が好ましく、30,000以上2,000,000以下がより好ましい。なお、結着樹脂の質量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)を用いて、標準ポリスチレン樹脂を用いて予め作成しておいた検量線を用いて求めることができる。
また、結着樹脂がポリスチレン系樹脂である場合、結着樹脂は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーを用いて測定される分子量分布上で、低分子量領域と、高分子量領域とにそれぞれピークを有するのが好ましい。具体的には、低分子量領域のピークを分子量3,000以上20,000以下の範囲に有するのが好ましく、高分子量領域のピークを分子量300,000以上1,500,000以下の範囲に有するのが好ましい。また、このような分子量分布のポリスチレン系樹脂について、数平均分子量(Mn)と質量平均分子量(Mw)との比(Mw/Mn)は、10以上が好ましい。結着樹脂が、分子量分布において、低分子量領域のピークと高分子量領域のピークをこのような範囲に有することで、低温定着性に優れ、高温オフセットを抑制できるトナーを得ることができる。
(離型剤)
トナーコア粒子は、定着性や耐オフセット性を向上させる目的で、離型剤を含むのが好ましい。トナーコア粒子に含むことができる離型剤の種類は、本発明の目的を阻害しない範囲で特に限定されない。離型剤としてはワックスが好ましく、ワックスの例としては、カルナウバワックス、合成エステルワックス、ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックス、フッ素樹脂系ワックス、フィッシャートロプシュワックス、パラフィンワックス、モンタンワックス、ライスワックスが挙げられる。これらの離型剤は2種以上を組み合わせて使用できる。このような離型剤をトナーに添加することにより、オフセットや像スミアリング(画像をこすった際の画像周囲の汚れ)の発生をより効率的に抑制することができる。
結着樹脂としてポリエステル樹脂が用いられる場合は、相溶性の観点から、離型剤として、カルナバワックス、合成エステルワックス、及びポリエチレンワックスからなる群より選択される1以上の離型剤が好適に用いられる。また、結着樹脂としてポリスチレン系樹脂が用いられる場合は、同じく相溶性の観点から、離型剤として、フィッシャートロプシュワックス、及び/又はパラフィンワックスが好適に用いられる。
なお、フィッシャートロプシュワックスは、一酸化炭素の接触水素化反応であるフィッシャートロプシュ反応を利用して製造される、イソ(iso)構造分子や側鎖が少ない、直鎖炭化水素化合物である。
フィッシャートロプシュワックスの中でも、質量平均分子量が1,000以上であり、且つDSC測定を用いて観測される吸熱ピークのボトム温度が、100℃以上120℃以下の範囲内であるものがより好ましい。このようなフィッシャートロプシュワックスとしては、サゾール社から入手できるサゾールワックスC1(吸熱ピークのボトム温度:106.5℃)、サゾールワックスC105(吸熱ピークのボトム温度:102.1℃)、サゾールワックスSPRAY(吸熱ピークのボトム温度:102.1℃)のようなワックスが挙げられる。
離型剤の使用量は、本発明の目的を阻害しない範囲で特に限定されない。具体的な離型剤の使用量は、トナーコア粒子の全質量に対して、1質量%以上10質量%以下が好ましい。離型剤の使用量が過少である場合、形成画像におけるオフセットや像スミアリングの発生の抑制について所望の効果が得られない場合があり、離型剤の使用量が過多である場合、トナー同士の融着によってトナーの耐熱保存性が低下する場合がある。
(電荷制御剤)
トナーコア粒子は、トナーの、帯電レベルや、所定の帯電レベルに短時間で帯電可能か否かの指標となる帯電立ち上がり特性を向上させ、耐久性や安定性に優れたトナーを得る目的で、電荷制御剤を含んでもよい。本発明の画像形成方法に用いられるトナーは正帯電性トナーであるため、電荷制御剤としては正帯電性の電荷制御剤が使用される。
正帯電性の電荷制御剤の種類は、本発明の目的を阻害しない範囲で特に限定されず、従来よりトナーに使用されている電荷制御剤から適宜選択できる。正帯電性の電荷制御剤の具体例としては、ピリダジン、ピリミジン、ピラジン、オルトオキサジン、メタオキサジン、パラオキサジン、オルトチアジン、メタチアジン、パラチアジン、1,2,3−トリアジン、1,2,4−トリアジン、1,3,5−トリアジン、1,2,4−オキサジアジン、1,3,4−オキサジアジン、1,2,6−オキサジアジン、1,3,4−チアジアジン、1,3,5−チアジアジン、1,2,3,4−テトラジン、1,2,4,5−テトラジン、1,2,3,5−テトラジン、1,2,4,6−オキサトリアジン、1,3,4,5−オキサトリアジン、フタラジン、キナゾリン、キノキサリンのようなアジン化合物;アジンファストレッドFC、アジンファストレッド12BK、アジンバイオレットBO、アジンブラウン3G、アジンライトブラウンGR、アジンダークグリ−ンBH/C、アジンディ−プブラックEW、及びアジンディープブラック3RLのようなアジン化合物からなる直接染料;ニグロシン、ニグロシン塩、ニグロシン誘導体のようなニグロシン化合物;ニグロシンBK、ニグロシンNB、ニグロシンZのようなニグロシン化合物からなる酸性染料;ナフテン酸又は高級脂肪酸の金属塩類;アルコキシル化アミン;アルキルアミド;ベンジルメチルヘキシルデシルアンモニウム、デシルトリメチルアンモニウムクロライドのような4級アンモニウム塩が挙げられる。これらの正帯電性の電荷制御剤の中では、より迅速な帯電立ち上がり性が得られる点で、ニグロシン化合物が特に好ましい。これらの正帯電性の電荷制御剤は、2種以上を組み合わせて使用できる。
官能基として4級アンモニウム塩、カルボン酸塩、又はカルボキシル基を有する樹脂も正帯電性の電荷制御剤として使用できる。より具体的には、4級アンモニウム塩を有するスチレン系樹脂、4級アンモニウム塩を有するアクリル系樹脂、4級アンモニウム塩を有するスチレン−アクリル系樹脂、4級アンモニウム塩を有するポリエステル樹脂、カルボン酸塩を有するスチレン系樹脂、カルボン酸塩を有するアクリル系樹脂、カルボン酸塩を有するスチレン−アクリル系樹脂、カルボン酸塩を有するポリエステル樹脂、カルボキシル基を有するスチレン系樹脂、カルボキシル基を有するアクリル系樹脂、カルボキシル基を有するスチレン−アクリル系樹脂、カルボキシル基を有するポリエステル樹脂が挙げられる。これらの樹脂の分子量は、本発明の目的を阻害しない範囲で特に限定されず、オリゴマーであってもポリマーであってもよい。
正帯電性の電荷制御剤として使用できる樹脂の中では、帯電量を所望の範囲内の値に容易に調節することができる点から、4級アンモニウム塩を官能基として有するスチレン−アクリル系樹脂がより好ましい。4級アンモニウム塩を官能基として有するスチレン−アクリル系樹脂において、スチレン単位と共重合させる好ましいアクリル系コモノマーの具体例としては、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸n−プロピル、アクリル酸iso−プロピル、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸iso−ブチル、アクリル酸2−エチルヘキシル、メタアクリル酸メチル、メタアクリル酸エチル、メタアクリル酸n−ブチル、メタアクリル酸iso−ブチルのような(メタ)アクリル酸アルキルエステルが挙げられる。
また、4級アンモニウム塩としては、ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリレート、ジアルキル(メタ)アクリルアミド、又はジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリルアミドから第4級化の工程を経て誘導される単位が用いられる。ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリレートの具体例としては、ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ジプロピルアミノエチル(メタ)アクリレート、ジブチルアミノエチル(メタ)アクリレートが挙げられ、ジアルキル(メタ)アクリルアミドの具体例としてはジメチルメタクリルアミドが挙げられ、ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリルアミドの具体例としては、ジメチルアミノプロピルメタクリルアミドが挙げられる。また、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、N−メチロール(メタ)アクリルアミドのようなヒドロキシ基含有重合性モノマーを重合時に併用することもできる。
正帯電性の電荷制御剤の使用量は、本発明の目的を阻害しない範囲で特に限定されない。正帯電性の電荷制御剤の使用量は、典型的には、トナーコア粒子の全質量に対し、0.1質量%以上10質量%以下が好ましい。電荷制御剤の使用量が過少である場合、所定の極性にトナーを安定して帯電させにくいため、形成画像の画像濃度が所望する値を下回ったり、画像濃度を長期にわたって維持することが困難になったりすることがある。また、電荷制御剤が均一に分散し難く、形成画像にかぶりが生じやすくなったり、潜像担持部の汚染が起こりやすくなったりする。電荷制御剤の使用量が過多である場合、耐環境性の悪化による、高温高湿下での帯電不良に起因する形成画像における画像不良や、潜像担持部の汚染が起こりやすくなる。
(着色剤)
トナーコア粒子は、必要に応じて着色剤を含んでいてもよい。トナーコア粒子に含むことができる着色剤は、トナーの色に合わせて、公知の顔料や染料を用いることができる。トナーに添加可能な好適な着色剤の具体例としては、カーボンブラック、アセチレンブラック、ランプブラック、アニリンブラックのような黒色顔料;黄鉛、亜鉛黄、カドミウムイエロー、黄色酸化鉄、ミネラルファストイエロー、ニッケルチタンイエロー、ネーブルスイエロー、ナフトールイエローS、ハンザイエローG、ハンザイエロー10G、ベンジジンイエローG、ベンジジンイエローGR、キノリンイエローレーキ、パーマネントイエローNCG、タートラジンレーキ、モノアゾイエロー、ジアゾイエローのような黄色顔料;赤口黄鉛、モリブデンオレンジ、パーマネントオレンジGTR、ピラゾロンオレンジ、バルカンオレンジ、インダスレンブリリアントオレンジGKのような橙色顔料;ベンガラ、カドミウムレッド、鉛丹、硫化水銀カドミウム、パーマネントレッド4R、リソールレッド、ピラゾロンレッド、ウオッチングレッドカルシウム塩、レーキレッドD、ブリリアントカーミン6B、エオシンレーキ、ローダミンレーキB、アリザリンレーキ、ブリリアントカーミン3B、モノアゾレッドのような赤色顔料;マンガン紫、ファストバイオレットB、メチルバイオレットレーキのような紫色顔料;紺青、コバルトブルー、アルカリブルーレーキ、ビクトリアブルー部分塩素化物、ファーストスカイブルー、インダスレンブルーBC、フタロシアニンブルーのような青色顔料;クロムグリーン、酸化クロム、ピグメントグリーンB、マラカイトグリーンレーキ、ファイナルイエローグリーンGのような緑色顔料;亜鉛華、酸化チタン、アンチモン白、硫化亜鉛のような白色顔料;バライト粉、炭酸バリウム、クレー、シリカ、ホワイトカーボン、タルク、アルミナホワイトのような体質顔料が挙げられる。これらの着色剤は、トナーを所望の色相に調整する目的で2種以上を組み合わせて用いることもできる。
着色剤の使用量は、本発明の目的を阻害しない範囲で特に限定されない。具体的には、着色剤の使用量は、トナーコア粒子の全質量に対して、1質量%以上10質量%以下が好ましく、2質量%以上7質量%以下がより好ましい。
なお、熱可塑性樹脂のような樹脂材料中に予め着色剤が分散されたマスターバッチとして、着色剤を用いることもできる。着色剤をマスターバッチとして用いる場合、マスターバッチに含まれる樹脂は、結着樹脂と同種の樹脂であるのが好ましい。
(磁性粉)
本発明の画像形成方法に用いるトナーは、所望により、トナーコア粒子にて、結着樹脂中に磁性粉を配合することにより、磁性1成分現像剤とすることができる。トナーを磁性1成分現像剤とする場合に用いる磁性粉の種類は、本発明の目的を阻害しない範囲で特に限定されない。好適な磁性粉の例としては、フェライト、マグネタイトのような鉄;コバルト及びニッケルのような強磁性金属;鉄、及び/又は強磁性金属を含む合金;鉄、及び/又は強磁性金属を含む化合物;熱処理のような強磁性化処理を施された強磁性合金;二酸化クロムが挙げられる。
磁性粉の粒子径は、本発明の目的を阻害しない範囲で限定されない。具体的な磁性粉の粒子径は、0.1μm以上1.0μm以下が好ましく、0.1μm以上0.5μm以下がより好ましい。このような範囲の粒子径の磁性粉を用いる場合、結着樹脂中に磁性粉を均一に分散させやすい。
磁性粉は、結着樹脂中での分散性を改良する目的で、チタン系カップリング剤やシラン系カップリング剤のような表面処理剤により表面処理されたものを用いることができる。
磁性粉の使用量は、本発明の目的を阻害しない範囲で特に限定されない。具体的な磁性粉の使用量は、トナーコア粒子の全質量に対して、35質量%以上65質量%以下が好ましく、35質量%以上55質量%以下がより好ましい。磁性粉の使用量が過多である場合、長期間連続して画像を形成する場合に所望する画像濃度の画像を形成しにくくなったり、定着性が極度に低下したりする場合がある。また、磁性粉の使用量が過少である場合、形成画像にかぶりが発生しやすかったり、長期間にわたり印刷する場合に画像濃度が低下しやすかったりする場合がある。
(樹脂微粒子)
本発明の画像形成方法に用いる正帯電性トナーのシェル層は、正帯電性の電荷制御樹脂を含む樹脂からなる。また、シェル層は樹脂微粒子により形成される。このため、シェル層の形成に用いられる樹脂微粒子としては、正帯電静の電荷制御樹脂を含む樹脂からなる樹脂微粒子が使用される。本発明の正帯電性トナーは、正帯電性の電荷制御樹脂を含む樹脂を用いて形成される特定の構造のシェル層を備えている。そのため、導電性基体上に少なくともアモルファスシリコンからなる感光層が形成されている潜像担持部を備える画像形成装置を用いて、種々の環境下で長期間にわたって画像を形成する場合に、トナーを所望の帯電量に帯電させることができるので、所望の画像濃度の画像を形成できる。
所定の構造のシェル層を形成しやすいことから、樹脂微粒子の材料は、不飽和結合を有するモノマーの重合体が好ましい。そして、正帯電性の電荷制御樹脂は、樹脂に帯電性を付与する帯電性官能基と不飽和結合とを有するモノマーと、帯電性官能基を持たず不飽和結合を有するモノマーとの共重合体が好ましい。樹脂に正帯電性を付与する場合に使用される、帯電性官能基と不飽和結合とを有するモノマーとしては、四級アンモニウム基のような含窒素極性官能基と不飽和結合とを有するモノマーが好ましい。
不飽和結合を有するモノマーの種類は、シェル層として十分な物理的性質を有する樹脂を合成可能であれば特に限定されない。不飽和結合を有するモノマーとしては、ビニル系単量体が好ましい。ビニル系単量体に含まれるビニル基は、α位をアルキル基により置換されていてもよい。また、ビニル系単量体に含まれるビニル基は、ハロゲン原子により置換されていてもよい。ビニル基が有していてもよいアルキル基は、炭素数1以上6以下のアルキル基が好ましく、メチル基又はエチル基がより好ましく、メチル基が特に好ましい。また、ビニル基が有してもいてもよいハロゲン原子は、塩素原子、又は臭素原子が好ましく、塩素原子がより好ましい。
ビニル系単量体のうち、含窒素極性官能基のような帯電性官能基を持たない単量体の具体例としては、スチレン、o−メチルスチレン、m−メチルスチレン、p−メチルスチレン、p−エチルスチレン、2,4−ジメチルスチレン、p−n−ブチルスチレン、p−tert−ブチルスチレン、p−n−ヘキシルスチレン、p−n−オクチルスチレン、p−n−ノニルスチレン、p−n−デシルスチレン、p−n−ドデシルスチレン、p−メトキシスチレン、p−エトキシスチレン、p−フェニルスチレン、p−クロロスチレン、3,4−ジクロロスチレンのようなスチレン類;エチレン、プロピレン、ブチレン、イソブチレンのようなエチレン性不飽和モノオレフィン類;塩化ビニル、塩化ビニリデン、臭化ビニル、フッ化ビニルのようなハロゲン化ビニル類;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、安息香酸ビニル、酪酸ビニルのようなビニルエステル類;(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸n−ブチル、(メタ)アクリル酸イソブチル、(メタ)アクリル酸プロピル、(メタ)アクリル酸n−オクチル、(メタ)アクリル酸ドデシル、(メタ)アクリル酸2−エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸ステアリル、(メタ)アクリル酸2−クロロエチル、(メタ)アクリル酸フェニル、α−クロロアクリル酸メチルのような(メタ)アクリル酸エステル類;アクリロニトリルのような(メタ)アクリル酸誘導体;ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、ビニルイソブチルエーテルのようなビニルエーテル類;ビニルメチルケトン、ビニルヘキシルケトン、メチルイソプロペニルケトンのようなビニルケトン類;ビニルナフタリン類が挙げられる。これらの中でも、スチレン類が好ましく、スチレンがより好ましい。これらのモノマーは2種以上を組み合わせて使用できる。
正帯電性の電荷制御樹脂のモノマーとして使用される、正帯電性官能基である含窒素極性官能基を持つビニル系単量体の例としては、N−ビニル化合物や、アミノ(メタ)アクリル系単量体や、メタクリロニトリル(メタ)アクリルアミドが挙げられる。N−ビニル化合物の具体例としては、N−ビニルピロール、N−ビニルカルバゾール、N−ビニルインドール、及びN−ビニルピロリドンのようなN−ビニル化合物が挙げられる。また、アミノ(メタ)アクリル系単量体の好適な例としては、下式で表される化合物が挙げられる。
CH2=C(R1)−(CO)−X−N(R2)(R3)
(式中、R1は水素又はメチル基を示す。R2及びR3は、それぞれ水素原子又は炭素数1以上20以下のアルキル基を示す。Xは−O−、−O−Q−又は−NHを示す。Qは炭素数1以上10以下のアルキレン基、フェニレン基、又はこれらの基の組合せを示す。)
上記式中、R2及びR3の具体例としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、iso−プロピル基、n−ブチル基、iso−ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、n−ペンチル基、iso−ペンチル基、tert−ペンチル基、n−ヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、2−エチルヘキシル基、n−ノニル基、n−デシル基、n−ウンデシル基、n−ドデシル基(ラウリル基)、n−トリデシル基、n−テトラデシル基、n−ペンタデシル基、n−ヘキサデシル基、n−ヘプタデシル基、n−オクタデシル基(ステアリル基)、n−ノナデシル基、及びn−イコシル基が挙げられる。
上記式中、Qの具体例としては、メチレン基、1,2−エタン−ジイル基、1,1−エチレン基、プロパン−1,3−ジイル基、プロパン−2,2−ジイル基、プロパン−1,1−ジイル基、プロパン−1,2−ジイル基、ブタン−1,4−ジイル基、ペンタン−1,5−ジイル基、ヘキサン−1,6−ジイル基、ヘプタン−1,7−ジイル基、オクタン−1,8−ジイル基、ノナン−1,9−ジイル基、デカン−1,10−ジイル基、p−フェニレン基、m−フェニレン基、o−フェニレン基、及びベンジル基に含まれるフェニル基の4位から水素を除いた二価基が挙げられる。
上記式で表されるアミノ(メタ)アクリル系単量体の具体例としては、例えば、N,N−ジメチルアミノ(メタ)アクリレート、N,N−ジメチルアミノメチル(メタ)アクリレート、N,N−ジエチルアミノメチル(メタ)アクリレート、2−(N,N−メチルアミノ)エチル(メタ)アクリレート、2−(N,N−ジエチルアミノ)エチル(メタ)アクリレート、3−(N,N−ジメチルアミノ)プロピル(メタ)アクリレート、4−(N,N−ジメチルアミノ)ブチル(メタ)アクリレート、p−N,N−ジメチルアミノフェニル(メタ)アクリレート、p−N,N−ジエチルアミノフェニル(メタ)アクリレート、p−N,N−ジプロピルアミノフェニル(メタ)アクリレート、p−N,N−ジ−n−ブチルアミノフェニル(メタ)アクリレート、p−N−ラウリルアミノフェニル(メタ)アクリレート、p−N−ステアリルアミノフェニル(メタ)アクリレート、(p−N,N−ジメチルアミノフェニル)メチル(メタ)アクリレート、(p−N,N−ジエチルアミノフェニル)メチル(メタ)アクリレート、(p−N,N−ジ−n−プロピルアミノフェニル)メチル(メタ)アクリレート、(p−N,N−ジ−n−ブチルアミノフェニル)メチルベンジル(メタ)アクリレート、(p−N−ラウリルアミノフェニル)メチル(メタ)アクリレート、(p−N−ステアリルアミノフェニル)メチル(メタ)アクリレート、N,N−ジメチルアミノエチル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジエチルアミノエチル(メタ)アクリルアミド、3−(N,N−ジメチルアミノ)プロピル(メタ)アクリルアミド、3−(N,N−ジエチルアミノ)プロピル(メタ)アクリルアミド、p−N,N−ジメチルアミノフェニル(メタ)アクリルアミド、p−N,N−ジエチルアミノフェニル(メタ)アクリルアミド、p−N,N−ジ−n−プロピルアミノフェニル(メタ)アクリルアミド、p−N,N−ジ−n−ブチルアミノフェニル(メタ)アクリルアミド、p−N−ラウリルアミノフェニル(メタ)アクリルアミド、p−N−ステアリルアミノフェニル(メタ)アクリルアミド、(p−N,N−ジメチルアミノフェニル)メチル(メタ)アクリルアミド、(p−N,N−ジエチルアミノフェニル)メチル(メタ)アクリルアミド、(p−N,N−ジ−n−プロピルアミノフェニル)メチル(メタ)アクリルアミド、(p−N,N−ジ−n−ブチルアミノフェニル)メチル(メタ)アクリルアミド、(p−N−ラウリルアミノフェニル)メチル(メタ)アクリルアミド、(p−N−ステアリルアミノフェニル)メチル(メタ)アクリルアミドが挙げられる。
不飽和結合を有するモノマーの付加重合方法は本発明の目的を阻害しない範囲で限定されず、溶液重合、塊状重合、乳化重合、及び懸濁重合のような任意の方法を選択できる。
以上説明したビニル系単量体の重合に使用できる重合開始剤としては、過硫酸カリウム、ペルオキソ二硫酸ナトリウム、ペルオキソ二硫酸カリウム、ペルオキソ二硫酸アンモニウム、過酸化アセチル、過酸化デカノイル、過酸化ラウロイル、過酸化ベンゾイル、アゾビスイソブチロニトリル、アゾビスメチルブチロニトリル、2,2’−アゾビス−2,4−ジメチルバレロニトリル、2,2’−アゾビス−4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル、t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、t−ブチルパーベンゾエート、ジシクロヘキシルパーオキサイド、及びジクミルパーオキサイドのような公知の重合開始剤を使用できる。これらの重合開始剤の使用量は、モノマーの総質量に対して0.1質量%以上15質量%以下が好ましい。
上記のビニル系単量体の重合方法は本発明の目的を阻害しない範囲で限定されず、溶液重合、塊状重合、乳化重合、及び懸濁重合のような任意の方法を選択できる。
乳化重合、又は懸濁重合のように、水性媒体を用いて不飽和結合を有するモノマーを付加重合させる場合には、界面活性剤を使用することができる。界面活性剤は、本発明の目的を阻害しない範囲で限定されず、アニオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤、及びノニオン系界面活性剤からなる群より適宜選択できる。アニオン系界面活性剤の例としては、硫酸エステル塩型活性剤、スルホン酸塩型活性剤、リン酸エステル塩型界面活性剤、及び石鹸が挙げられる。カチオン系界面活性剤の例としては、アミン塩型活性剤、及び4級アンモニウム塩型活性剤が挙げられる。ノニオン系界面活性剤の例としては、ポリエチレングリコール型活性剤、アルキルフェノールエチレンオキサイド付加物型活性剤、及びグリセリン、ソルビトール、ソルビタンのような多価アルコールの誘導体である多価アルコール型活性剤が挙げられる。これらの界面活性剤の中では、アニオン系界面活性剤、及びノニオン系界面活性剤の少なくとも一方を用いるのが好ましい。これらの界面活性剤は、1種を用いても、2種以上を組み合わせて使用してもよい。
電荷制御樹脂が、樹脂に帯電性を付与する帯電性官能基と不飽和結合とを有するモノマーと、帯電性官能基を持たない不飽和結合を有するモノマーとの共重合体である場合、電荷制御樹脂中の、帯電性官能基と不飽和結合とを有するモノマーに由来する構成単位の、電荷制御樹脂中の全構成単位に対するモル比率は、0.1モル%以上10モル%以下が好ましく、0.3モル%以上7モル%以下がより好ましい。
樹脂微粒子を構成する樹脂中の電荷制御樹脂の含有量は、本発明の目的を阻害しない範囲で特に限定されない。樹脂微粒子の材料である樹脂中の電荷制御樹脂の含有量は、樹脂微粒子全質量に対して、80質量%以上が好ましく、90質量%以上がより好ましく、100質量%が特に好ましい。樹脂微粒子を構成する樹脂が、電荷制御樹脂と、帯電性官能基を持たない樹脂との混合物である場合、帯電性官能基を持たない樹脂としては、前述の、帯電性官能基を持たないビニル系単量体から選択される、1種以上の単量体の重合体を用いることができる。また、樹脂微粒子は、必要に応じて、前述の着色剤を含有する樹脂を用いて調製されてもよい。
電荷制御樹脂と、帯電性官能基を持たない樹脂との混合物は、2種以上の樹脂を2軸押出機のような溶融混練装置を用いて溶融混練する方法や、2種以上の樹脂を、有機溶剤に溶解させて得られる樹脂溶液から、有機溶剤を除去する方法によって調製することができる。
また、電荷制御樹脂を含む樹脂からなる樹脂微粒子と、帯電性の官能基を持たない樹脂からなる樹脂微粒子とを組み合わせて用いて、シェル層を形成してもよい。この場合、シェル層の形成に使用される樹脂微粒子の総質量に対する、電荷制御樹脂を含む樹脂からなる樹脂微粒子の質量の割合は、80質量%以上が好ましく、90質量%以上がより好ましい。この場合、帯電性の官能基を持たない樹脂からなる樹脂微粒子としては、前述の、帯電性官能基を持たないビニル系単量体から選択される、1種以上の単量体の重合体からなる樹脂微粒子を用いることができる。
樹脂微粒子を構成する樹脂のガラス転移点は、本発明の目的を阻害しない範囲で特に限定されない。典型的には、ガラス転移点は45℃以上90℃以下が好ましく、50℃以上80℃以下がより好ましい。また、樹脂微粒子を構成する樹脂の軟化点は、本発明の目的を阻害しない範囲で特に限定されない。典型的には、軟化点は100℃以上250℃以下が好ましく、110℃以上240℃以下がより好ましい。また、樹脂の軟化点は、トナーコア粒子に含まれる結着樹脂の軟化点よりも高いのが好ましく、10℃以上140℃以下高いのがより好ましい。樹脂微粒子を構成する樹脂の温度特性をこのような範囲とすることで、樹脂微粒子がトナーコア粒子に埋め込まれる際に、樹脂微粒子のトナーコア粒子と接触する部分が変形しにくいため、シェル層の内表面に、シェル層に変化する前の樹脂微粒子の形状に由来する凸部が形成されやすい。
樹脂微粒子を構成する樹脂の質量平均分子量(Mw)は、本発明の目的を阻害しない範囲で特に限定されない。典型的には、質量平均分子量は20,000以上1,500,000以下が好ましい。樹脂微粒子の材料である樹脂の質量平均分子量(Mw)は、従来知られる方法に従って、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーを用いて測定できる。
樹脂微粒子の平均粒子径は、本発明の目的を阻害しない範囲で特に限定されず、0.03μm以上1μm以下が好ましく、0.04μm以上0.7μm以下がより好ましく、0.05μm以上0.5μm以下が特に好ましく、0.05μm以上0.3μm以下が最も好ましい。このような粒子径の樹脂微粒子を用いる場合、トナーコア粒子の表面を、樹脂微粒子により単層で均一に被覆しやすく、所望の構造のシェル層を形成しやすい。樹脂微粒子の平均粒子径が過小である場合、トナーコア粒子表面に好ましい厚さのシェル層を形成しにくく、耐熱保存性に優れるトナーを得にくい。一方、樹脂微粒子の平均粒子径が過大である場合、トナーコア粒子表面に均一に樹脂微粒子を付着させにくい。このため、所定の構造のシェル層を形成しにくく、耐熱保存性に優れるトナーを得にくい。
樹脂微粒子の平均粒子径は、重合条件の調整や、公知の粉砕方法及び分級方法を用いて調整することができる。樹脂微粒子の平均粒子径については、フィールドエミッション走査電子顕微鏡(JSM−6700F(日本電子株式会社製))を用いて撮影した電子顕微鏡写真から、50個以上の樹脂微粒子の粒子径を測定して、個数平均粒径を測定できる。
樹脂微粒子の使用量は、本発明の目的を阻害しない範囲で特に限定されない。樹脂微粒子の使用量は、典型的には、トナーコア粒子100質量部に対して1質量部以上20質量部以下が好ましく、3質量部以上15質量部以下がより好ましい。樹脂微粒子の使用量が過少であると、トナーコア粒子の全表面を樹脂微粒子により被覆できない場合がある。トナーコア粒子の全表面を樹脂微粒子により被覆できない場合、高温での保存時にトナーが凝集しやすく、耐熱保存性が低下しやすい。樹脂微粒子の使用量が過多であると、シェル層が厚くなりやすい。この場合、定着性に優れるトナーを得にくい。
(外添剤)
本発明の画像形成方法に用いるトナーは、トナーコア粒子の表面にシェル層を形成した後に、所望により外添剤により処理することができる。以下、外添剤により処理される粒子を、「トナー母粒子」とも記載する。
外添剤の種類は、本発明の目的を阻害しない範囲で特に限定されず、従来からトナー用に使用されている外添剤から適宜選択できる。好適な外添剤の具体例としては、シリカや、アルミナ、酸化チタン、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウムのような金属酸化物が挙げられる。これらの外添剤は、2種以上を組み合わせて使用できる。
外添剤の粒子径は、本発明の目的を阻害しない範囲で特に限定されず、典型的には0.01μm以上1.0μm以下が好ましい。
外添剤の使用量は、本発明の目的を阻害しない範囲で特に限定されない。外添剤の使用量は、典型的には、トナーコア粒子の表面にシェル層を形成して製造したトナー母粒子の全質量に対して、0.1質量%以上10質量%以下が好ましく、0.2質量%以上5質量%以下がより好ましい。外添剤の使用量が過少であると、トナーの疎水性が低下しやすい。その結果、高温高湿環境下において空気中の水分子の影響を受けやすくなり、トナーの帯電量の極端な低下に起因する形成画像の画像濃度の低下や、トナーの流動性の低下のような問題が起こりやすくなる。また、外添剤の使用量が過多であると、トナーの過度のチャージアップにより画像濃度低下を招くおそれがある。
〔キャリア〕
画像形成方法に用いるトナーは、所望のキャリアと混合して2成分現像剤として使用することもできる。2成分現像剤を調製する場合、キャリアとして磁性キャリアを用いるのが好ましい。
本発明の静電潜像現像用トナーを2成分現像剤とする場合の好適なキャリアとしては、キャリア芯材が樹脂により被覆されたものが挙げられる。キャリア芯材の具体例としては、鉄、酸化処理鉄、還元鉄、マグネタイト、銅、ケイ素鋼、フェライト、ニッケル、コバルトのような粒子や、これらの材料とマンガン、亜鉛、及びアルミニウムのような金属との合金の粒子、鉄−ニッケル合金、鉄−コバルト合金のような粒子、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化銅、酸化マグネシウム、酸化鉛、酸化ジルコニウム、炭化ケイ素、チタン酸マグネシウム、チタン酸バリウム、チタン酸リチウム、チタン酸鉛、ジルコン酸鉛、ニオブ酸リチウムのようなセラミックスの粒子、リン酸二水素アンモニウム、リン酸二水素カリウム、ロッシェル塩のような高誘電率物質の粒子、樹脂中に上記磁性粒子を分散させた樹脂キャリアが挙げられる。
キャリアを被覆する樹脂の具体例としては、(メタ)アクリル系重合体、スチレン系重合体、スチレン−(メタ)アクリル系共重合体、オレフィン系重合体(ポリエチレン、塩素化ポリエチレン、ポリプロピレン等)、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリカーボネート、セルロース樹脂、ポリエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂(ポリテトラフルオロエチレン、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン等)、フェノール樹脂、キシレン樹脂、ジアリルフタレート樹脂、ポリアセタール樹脂、アミノ樹脂が挙げられる。これらの樹脂は2種以上を組み合わせて使用できる。
キャリアの粒子径は、本発明の目的を阻害しない範囲で特に限定されないが、電子顕微鏡を用いて測定される粒子径で、20μm以上200μm以下が好ましく、30μm以上150μm以下がより好ましい。
キャリアの見掛け密度は、本発明の目的を阻害しない範囲で特に限定されない。見掛け密度は、キャリアの組成や表面構造によって異なるが、典型的には、2400kg/m3以上3000kg/m3以下が好ましい。
本発明の画像形成方法に用いるトナーを2成分現像剤として用いる場合、トナーの含有量は、2成分現像剤の質量に対して、1質量%以上20質量%以下が好ましく、3質量%以上15質量%以下が好ましい。2成分現像剤におけるトナーの含有量をこのような範囲とすることにより、形成画像の画像濃度を所望する濃度に維持したり、トナー飛散の抑制によって画像形成装置内部のトナーによる汚染や転写紙へのトナーの付着を抑制したりできる。
(正帯電性トナーの製造方法)
以上説明した本発明の画像形成方法に用いられる正帯電性トナーの製造方法は、トナーコア粒子とシェル層とが、それぞれ所定の構造となるように形成される限り特に限定されない。また、必要に応じて、シェル層で被覆されたトナーコア粒子をトナー母粒子として用いて、トナー母粒子の表面に、外添剤を付着させる外添処理を施してもよい。以上説明した正帯電性トナーの好適な製造方法として、以下に、トナーコア粒子の製造方法と、シェル層の形成方法と、外添処理方法とを順に説明する。
<トナーコア粒子の製造方法>
トナーコア粒子を製造する方法は、結着樹脂中に着色剤、離型剤、電荷制御剤、及び磁性粉のような任意成分を良好に分散できる限り特に限定されない。トナー母粒子の好適な製造方法の具体例としては、結着樹脂と、着色剤、離型剤、電荷制御剤、及び磁性粉のような成分とを混合機を用いて混合した後、一軸又は二軸押出機のような混練機を用いて結着樹脂と結着樹脂に配合される成分とを溶融混練し、冷却された混練物を粉砕・分級する方法が挙げられる。トナー母粒子の平均粒子径は、本発明の目的を阻害しない範囲で特に限定されないが、一般的には5μm以上10μm以下が好ましい。
〔シェル層の形成方法〕
シェル層は、球状の樹脂微粒子を用いて形成される。そして、より具体的には、
I)球状の樹脂微粒子を、トナーコア粒子の表面に対して垂直方向に重ならないように、トナーコア粒子の表面に付着させて、トナーコア粒子の全表面を被覆する樹脂微粒子層を形成する工程、及び
II)樹脂微粒子層の外表面への外力の印加によって、樹脂微粒子層中の樹脂微粒子を変形させることにより、樹脂微粒子層の外表面を平滑化させてシェル層を形成する工程、
を含む方法を用いて形成されている。
このように、樹脂微粒子によりシェル層を形成させる方法としては、乾式条件でトナーコア粒子と樹脂微粒子とを混合できる混合装置を用いる方法が好ましい。具体例には、トナーコア粒子の表面に樹脂微粒子を付着させつつ、表面に樹脂微粒子が付着したトナーコア粒子に対して機械的外力を与えることができる混合装置を用いて、トナーコア粒子の表面にシェル層を形成させる方法が挙げられる。機械的外力としては、混合装置内の狭小な空間をトナーコア粒子が高速で移動する際に、トナーコア粒子同士のずりや、トナーコア粒子と、装置内壁、ローター、又はステーターとの間に生じるずりによって、トナーコア粒子に与えられる剪断力や、トナーコア粒子同士の衝突又はトナーコア粒子の装置内壁との衝突によって、トナーコア粒子に与えられる撃力が挙げられる。
より具体的な方法について説明する。まず、混合装置内で、トナーコア粒子と、樹脂微粒子とを、混合することによって、トナーコア粒子の表面に対して垂直方向に樹脂微粒子が重ならないように、トナーコア粒子の表面に樹脂微粒子を均一に付着させる。粒子径の大きなトナーコア粒子と、粒子径の小さな樹脂微粒子とが接触する場合、微視的には平面とみなせるトナーコア粒子の表面と、樹脂微粒子の表面との間で、面と面との接触が起こるため、樹脂微粒子はトナーコア粒子に付着しやすい。他方、樹脂微粒子同士が接触する場合、二つの樹脂微粒子の曲面である表面が接触するため、点と点との接触が起こる。このため、トナーコア粒子に樹脂微粒子を付着させる過程で、トナーコア粒子表面に付着する樹脂微粒子にさらに樹脂微粒子が付着しても、混合装置によって、樹脂微粒子が付着したトナーコア粒子に与えられる機械的外力によって、樹脂微粒子に付着する樹脂微粒子は、樹脂微粒子から容易に剥離する。このような理由から、以下説明する方法では、トナーコア粒子の表面に対して垂直方向に樹脂微粒子が重ならないように、トナーコア粒子が樹脂微粒子により被覆される。
樹脂微粒子をトナーコア粒子に付着させる際、トナーコア粒子表面の樹脂微粒子層に、前述の機械的外力が加えられる。トナーコア粒子表面の樹脂微粒子層に、機械的外力が加えられることにより、樹脂微粒子がトナーコア粒子に埋め込まれつつ変形し、トナーコア粒子の全表面を被覆する樹脂微粒子層外表面が平滑化され、樹脂微粒子層がシェル層に変化する。このように、シェル層の外表面では平滑化が進行するのに対し、シェル層内部では、樹脂微粒子間の境界面が残されたままとなる。このため、樹脂微粒子を用いて形成されるシェル層の内部には、トナーコア粒子の表面に対して略垂直方向のクラックが形成される。
このとき、トナーコア粒子の材質がシェル層を形成する樹脂微粒子と同等の硬さか、やや硬い材質である場合、シェル層の内表面(トナーコア粒子側の表面)が平滑になる場合がある。他方、トナーコア粒子の材質がシェル層を形成する樹脂微粒子よりも柔らかい材質である場合、樹脂微粒子がトナーコア粒子に埋め込まれる際に、樹脂微粒子のトナーコア粒子と接触する部分が変形しにくいため、シェル層の内表面に、シェル層に変化する前の微粒子の形状に由来する凸部が形成されやすい。なお、この場合、凸部は、シェル層が備える2つのクラック間に形成される。
上記方法では、機械的外力が弱いと、所望する程度の樹脂微粒子の変形が起こらず、所定の形状のシェル層を形成できない場合がある。シェル層の形成に用いる装置によって、所定の形状のシェル層を形成するための条件は異なるが、樹脂微粒子により被覆されたトナーコア粒子に与えられる機械的外力が強くなるように、段階的に運転条件を変更し、各条件で得られるトナーのシェル層の構造を確認することによって、種々の装置についての、所定のシェル層を形成するための好適な条件を定めることができる。しかし、機械的外力が強すぎる場合、例えば、樹脂微粒子が激しく変形しすぎ、シェル層の内部にトナーコア粒子に対して略垂直方向のクラックが形成されなかったり、機械的外力が熱に変換されることによって、トナーコア粒子や樹脂微粒子の溶融が生じたりするような不具合が生じる場合がある。
樹脂微粒子によりトナーコア粒子を被覆しつつ、樹脂微粒子により被覆されたトナーコア粒子に対して機械的外力を与えることができる装置としては、例えば、ハイブリダイザーNHS−1(株式会社奈良機械製作所製)、コスモスシステム(川崎重工業株式会社製)、ヘンシェルミキサー(日本コークス工業株式会社製)、マルチパーパスミキサー(日本コークス工業株式会社製)、コンポジ(日本コークス工業株式会社製)、メカノフュージョン装置(ホソカワミクロン株式会社製)、メカノミル(岡田精工株式会社製)、及びノビルタ(ホソカワミクロン株式会社製)のような装置が挙げられる。
<外添処理方法>
外添剤によるトナー母粒子の処理方法は特に限定されず、従来知られている方法に従ってトナー母粒子を処理できる。具体的には、外添剤の粒子がトナー母粒子中に埋没しないように処理条件を調整し、ヘンシェルミキサーやナウターミキサーのような混合機によって、外添剤によるトナー母粒子の処理が行われる。
以上説明した本発明の画像形成方法は、定着性、及び耐熱保存性に優れ、高温高湿環境や低温低湿環境のような種々の環境下で、長期間にわたって画像を形成する場合に、トナーを所望の帯電量に帯電させることがでるので、所望の画像濃度の画像を形成できる。
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明する。なお、本発明は実施例により何ら限定されるものではない。
[製造例1]
(ポリエステル樹脂の製造)
ビスフェノールAのプロピレンオキサイド付加物1960g、ビスフェノールAのエチレンオキサイド付加物780g、ドデセニル無水コハク酸257g、テレフタル酸770g、及び酸化ジブチル錫4gを反応容器に仕込んだ。次に、反応容器内を窒素雰囲気とし、撹拌しながら反応容器内部の温度を235℃まで上昇させた。次いで、同温度において8時間反応を行った後、反応容器内を8.3kPaに減圧して1時間反応を行った。その後、反応混合物を180℃に冷却し、所望の酸化となるようにトリメリット酸無水物を反応容器に添加した。次いで、10℃/時間の速度で反応混合物の温度を210℃まで昇温させて、同温度で反応を行った。反応終了後、反応容器の内容物を取り出し、冷却してポリエステル樹脂を得た。
[製造例2]
(トナーコア粒子の製造)
結着樹脂(製造例1で得たポリエステル樹脂)89質量部、離型剤(ポリプロピレンワックス 660P(三洋化成株式会社製))5質量部、電荷制御剤(P−51(オリヱント化学工業株式会社製))1質量部、及び着色剤(カーボンブラック MA100(三菱化学株式会社製))5質量部を、混合機を用いて混合し混合物を得た。次に、混合物を2軸押出機を用いて溶融混練して混練物を得た。混練物を、粉砕機(ロートプレックス(株式会社東亜機械製作所製))を用いて粗粉砕した後に、粗粉砕物を機械式粉砕機(ターボミル(ターボ工業株式会社製))を用いて微粉砕して微粉砕物を得た。分級機(エルボージェット(日鉄鉱業株式会社製))によって微粉砕物を分級して、体積平均粒子径(D50)が7.0μmのトナーコア粒子を得た。トナーコア粒子の体積平均粒子径は、コールターカウンターマルチサイザー3(ベックマンコールター社製)を用いて測定した。
[製造例3]
(樹脂微粒子Aの製造)
撹拌装置、温度計、冷却管、及び窒素導入管を備えた容量2000mlのフラスコを反応容器として用いた。溶剤として、イソブタノール180gを入れた反応容器に、ジエチルアミノエチルメタクリレート16gと、パラトルエンスルホン酸メチル16gとを仕込んだ。反応容器をマントルヒーター上に置き、窒素導入管より窒素ガスを反応容器内に導入して、反応容器内を不活性雰囲気とした。次いで、フラスコ内の混合物を撹拌しながら反応容器の内温を80℃に上げ、同温度で1時間撹拌を継続して4級化反応を行った。
4級化反応後、反応容器に、スチレン214gと、ブチルアクリレート72gと、過酸化物系開始剤であるt−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート(アルケマ吉富株式会社製)12gと、を加えた。反応容器の内温を、95℃(重合温度)まで上げた後、反応容器の内容物を3時間撹拌した。次いで、t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート6gをさらに反応容器内に加えた。その後、反応容器の内容物を95℃で3時間撹拌して、重合反応を完結させて、樹脂微粒子分散液を得た。得られた樹脂微粒子分散液をフリーズドライして、粉末状の樹脂微粒子Aを得た。樹脂微粒子Aの個数平均粒子径は、0.10μmであった。
なお、樹脂微粒子の個数平均粒子径は以下の方法に従って測定した。まず、フィールドエミッション走査電子顕微鏡(JSM−6700F(日本電子株式会社製))を用いて、倍率100,000倍の樹脂微粒子の写真を撮影した。撮影された電子顕微鏡写真を必要に応じてさらに拡大し、50個以上の樹脂微粒子について定規やノギスを用いて、その粒径を測定した。測定した樹脂微粒子の粒径の平均値を樹脂微粒子の個数平均粒径とした。
(樹脂微粒子Bの製造)
撹拌装置、温度計、冷却管、及び窒素導入装置を備えた容量1000mlの反応容器に、蒸留水450mlと、ドデシルアンモニウムクロライド0.52gとを仕込んだ。反応器の内容物を、窒素雰囲気下で撹拌しながら、反応容器内部の温度を80℃まで上昇させた。昇温後、反応容器に、濃度1質量%の過硫酸カリウム(重合開始剤)水溶液120gとイオン交換水200gとを加えた。次いで、アクリル酸ブチル15g、メタクリル酸メチル165g、及びn−オクチルメルカプタン(連鎖移動剤)3.6gからなる混合物を1.5時間かけて反応容器に滴下した後、さらに2時間かけて重合を行い、樹脂微粒子の水性分散液を得た。得られた樹脂微粒子の水性分散液を、フリーズドライを用いて乾燥して、樹脂微粒子Bを得た。樹脂微粒子Bの個数平均粒子径は、0.10μmであった。
[実施例1、比較例1、比較例2、及び比較例5]
(トナー母粒子の調製)
製造例2で得られたトナーコア粒子100gに対して、製造例3で得られた表1に記載の種類の樹脂微粒子10gを用い、トナーコア粒子を樹脂微粒子により被覆し、トナーコア粒子表面にシェル層を形成した。シェル化処理には粉体処理装置(マルチパーパスミキサー MP型(日本コークス工業株式会社製))を用いた。粉体処理装置の処理槽内にトナーコア粒子と樹脂微粒子とを投入し、表1に記載の回転数、及び処理時間で処理してトナー母粒子を得た。なお、実施例1で用いたトナーを調製する際には、粉体処理装置の槽内温度が50℃以上60℃以下の範囲となるように制御した。
(外添処理)
得られたトナー母粒子に、トナー母粒子の質量に対して、2.0質量%の酸化チタン(EC−100(チタン工業株式会社製))と、1.0質量%の疎水性シリカ(RA−200H(日本アエロジル株式会社製))とを加え、ヘンシェルミキサー(三井鉱山株式会社製)にて、回転周速30m/秒にて5分間、撹拌・混合して、トナーを得た。
[比較例3]
製造例2で得られたトナーコア粒子100gに対して、製造例3で得られた樹脂微粒子A10gを用い、トナーコア粒子を樹脂微粒子Aにより被覆し、トナーコア粒子表面にシェル層を形成した。
シェル層の形成には表面改質装置(微粒子コーティング装置 SFP−01型(株式会社パウレック製))を用いた。トナーコア粒子を、表面改質装置の流動層中に、給気温度80℃で循環させた。製造例3で得られた樹脂微粒子A10gを含む水性分散液300gを、スプレー速度5g/分で、60分間、表面改質装置の流動層中に噴霧し、トナー母粒子を得た。得られたトナー母粒子を、実施例1で用いたトナーと同様に外添処理し、比較例3で用いたトナーを得た。
[比較例4]
製造例2で得られたトナーコア粒子をトナー母粒子として用いて、実施例1で用いたトナーと同様にして外添処理を行い、比較例4で用いたトナーを得た。
≪シェル層の構造の確認≫
下記方法に従って、実施例1及び比較例1〜5で用いたトナーの表面を、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて観察し、トナーコア粒子のシェル層による被覆状態と、シェル層の表面の状態とを確認した。また、下記方法に従って、実施例1及び比較例1〜5で用いたトナーの断面の写真を、透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて撮影した。得られたTEM写真を用いて、シェル層の表面状態と、シェル層の内部の状態と、シェル層の内表面の形状とを確認した。実施例1で用いたトナーの断面のTEM写真を図2に示し、比較例1で用いたトナーの断面のTEM写真を図3に示し、比較例3で用いたトナーの断面のTEM写真を図4に示す。なお、比較例4で用いたトナーは、シェル化処理されていないため、比較例4で用いたトナーについて、トナーの表面のSEM観察、及びトナーの断面のTEM観察を行わなかった。
<トナーの表面の観察方法>
走査型電子顕微鏡(JSM−6700F(日本電子株式会社製))を用いて、トナー粒子表面を、倍率10,000倍にて観察した。
<トナーの断面の撮影方法>
トナーを樹脂に包埋した試料を作成した。ミクロトーム(EM UC6(ライカ株式会社製))を用いて、得られた試料から厚さ200nmのトナーの断面観察用の薄片試料を作成した。得られた薄片試料を、透過型電子顕微鏡(TEM、JSM−6700F(日本電子株式会社製))を用いて倍率50,000倍にて観察し、任意のトナーの断面の画像を撮影した。
実施例1及び比較例5で用いたトナーは、その表面に対して走査型電子顕微鏡観察(SEM)を行った際に、粒子径6μm以上8μm以下のトナー粒子について、シェル層に、シェル層の形成に使用された樹脂微粒子に由来する略球状の粒子が観察されなかった。また、図2に示す実施例1に用いられるトナーの断面のTEM写真からは、実施例1に用いられるトナーのシェル層は、略球状の粒子をその表面に含まず、その外表面が平滑であることが確認された。実施例1で用いたトナーの断面のTEM写真から、実施例1で用いたトナーのシェル層の内部には、トナーコア粒子の表面に対して略垂直方向のクラックが存在すること確認された。また、実施例1に用いられるトナーの断面のTEM写真から、実施例1で用いたトナーのシェル層が、その内表面側に、2つのクラック間に凸部有することが確認された。なお、比較例5で用いたトナーの断面を、TEMを用いて観察したが、比較例5で用いたトナーのシェル層の構造は実施例1で用いたトナーのシェル層の構造と同様であったため、比較例5で用いたトナーの断面のTEM写真は撮影しなかった。
比較例1及び2で用いたトナーは、SEMを用いて、粒子径6μm以上8μm以下のトナー粒子について、その表面を観察した際に、トナーコア粒子の表面が球状の粒子状態のままの樹脂微粒子により被覆されていることが確認された。また、図3に示す比較例1で用いたトナーの断面のTEM写真からも、比較例1で用いたトナーが、トナーコア粒子の表面が粒子状態のままの樹脂微粒子により被覆されていることが確認された。なお、比較例2で用いたトナーの断面を、TEMを用いて観察した際に、比較例2で用いたトナーのシェル層の構造が、比較例1で用いたトナーのシェル層の構造と同様であったため、比較例2で用いたトナーの断面のTEM写真は撮影しなかった。
比較例3で用いたトナーは、SEMを用いて、粒子径6μm以上8μm以下のトナー粒子について、その表面を観察した際に、シェル層に球状の樹脂微粒子に由来する略球状の粒子が観察されず、シェル層の外表面が平滑であることが確認された。また、図4に示す比較例3で用いたトナーの断面のTEM写真からも、比較例3で用いたトナーのシェル層の外表面が平滑であることが確認された。しかし、比較例3で用いたトナーの断面のTEM写真から、比較例3で用いたトナーのシェル層の内部に、トナーコア粒子の表面に対して略垂直方向のクラックが存在することが確認されなかった。
≪評価≫
下記方法に従って、各実施例及び比較例用に調製されたトナーを用いて、導電性基体上にアモルファスシリコンからなる感光層が形成されている潜像担持部を備える画像形成装置によって画像を形成する際の、定着性と、ダッシュマークの発生と、所定環境下での形成画像の画像濃度及びトナー帯電量とを評価した。また、下記方法に従って、各実施例及び比較例用に調製されたトナーの耐熱保存性を評価した。これらの評価結果を表1に記す。
<定着性>
アモルファスシリコンからなる感光層が形成されている潜像担持部を備え、定着温度を調節できるように改造されたページプリンター(FS−C5400N(京セラドキュメントソリューションズ製))を評価機として用いた。評価機は、電源を切った状態で10分間静置した後、電源を入れて用いた。なお、評価には下記製造例4で得た、2成分現像剤を用いた。
[製造例4]
(2成分現像剤の調製)
キャリア(フェライトキャリア(パウダーテック株式会社製))と、フェライトキャリアの質量に対して10質量%のトナーとを、ボールミルにて30分間混合して2成分現像剤を調製した。
常温常湿(20℃、65%RH)環境下にて、定着温度を180℃に設定した評価機を用いて評価画像を得た。得られた評価画像の、摩擦前の画像濃度を、グレタグマクベススペクトロアイ(グレタグマクベス社製)を用いて測定した。
次いで、布帛により覆った1kgの分銅を用いて、分銅の自重のみが画像にかかるように10往復させて摩擦し、摩擦後の画像濃度を測定した。下式に従って、摩擦前後の画像濃度から定着率を算出した。算出した定着率から、下記基準に従って定着性を評価した。
○評価を合格とした。
定着率(%)=(摩擦後画像濃度/摩擦前画像濃度)×100
○:定着率が95%以上。
△:定着率が90%以上95%未満。
×:定着率が90%未満。
<耐熱保存性>
トナーを、50℃にて100時間保存した。次いで、パウダーテスター(ホソカワミクロン株式会社製)のマニュアルに従い、レオスタッド目盛り5、時間30秒の条件で、140メッシュ(目開き105μm)の篩を用いてトナーを篩別して、下式により凝集度(%)を求め、下記基準により評価した。○評価を合格とした。
(凝集度算出式)
凝集度(%)=篩上に残留したトナー質量/篩別前のトナーの質量×100
○:凝集度が20%以下。
△:凝集度が20%超50%以下。
×:凝集度が50%超。
<ダッシュマークの発生>
定着性の評価に用いた評価機を用いて、常温常湿(20℃、65%RH)環境下にて、印字率4%で10万枚連続の画像形成を行った後に、被記録媒体に白紙画像を出力し、得られた被記録媒体を目視にて観察して、ダッシュマークの有無について評価した。
○:ダッシュマークが観察されなかった。
×:ダッシュマークが観察された。
<所定環境下の画像濃度、及びトナー帯電量>
下記方法に従って、常温常湿(20℃、65%RH)、高温高湿(32.5℃、80%RH)、及び低温低湿(10℃、20%RH)のそれぞれの環境下にて、初期のトナー帯電量、及び画像濃度と、連続画像形成後のトナー帯電量、及び画像濃度とを評価した。
(画像濃度)
評価機を用いて、定着温度180℃で、被記録媒体に画像評価パターンを形成して初期画像を得た。その後、印字率4%で10万枚連続の画像形成を行った後に、被記録媒体に画像評価パターンを形成して連続画像形成後の画像を得た。初期、及び連続画像形成後の画像評価パターン中のソリッド画像の画像濃度を、反射濃度計(RD914、グレタグマクベス社製)を用いて測定した。画像濃度を以下の基準により評価した。○を合格と判定した。
○:1.22以上。
△:1.22未満1.20以上。
×:1.20未満。
(帯電量)
初期画像の形成後、初期のトナーの帯電量を測定した。次いで、印字率4%で10万枚連続の画像形成を行った後に、連続画像形成後のトナーの帯電量を測定した。帯電量の測定は帯電量測定装置(Q/M Meter 210HS(TRek社製))を用いて行った。帯電量を以下の基準により評価した。○を合格と判定した。
○:20.0以上24.0以下。
△:19.0以上20.0未満、又は24.0超25.0以下。
×:19.0未満25.0超。
実施例1によれば、導電性基体上に少なくともアモルファスシリコンからなる感光層が形成されている潜像担持部を備える画像形成装置により、少なくとも結着樹脂を含むトナーコア粒子と、トナーコア粒子の全表面を被覆する所定の構造のシェル層と、からなり、シェル層が電荷制御樹脂を含む樹脂からなり、走査型電子顕微鏡を用いて観察する場合に、特定の範囲の粒子径のトナー粒子についてシェル層に樹脂微粒子に由来する略球状の粒子が見られず、透過型電子顕微鏡を用いてその断面を観察する場合に、シェル層の内部に、トナーコア粒子の表面に対して略垂直方向のクラックが多数観察されるトナーを用いて画像形成する場合、トナー像を良好に定着させることができ、種々の環境下で長期間にわたって画像を形成する場合に、トナーを所望の帯電量に帯電させることができるので、所望の画像濃度の画像を形成できることが分かる。
また、実施例1、比較例1、及び比較例2に用いられるトナーのSEM観察により、シェル層の形成に用いる装置の回転数を上昇させることにより、シェル層の表面に樹脂微粒子に由来する略球状の粒子が観察されなくなることが分かった。つまり、実施例1、比較例1、及び比較例2によれば、シェル層の形成に用いる装置の回転数を上昇させることにより、樹脂微粒子の変形が進み、シェル層の外表面が平滑化されることが分かる。
比較例1によれば、トナーコア粒子が略球状の樹脂微粒子に被覆されているトナーを用いて、長期間にわたって画像を形成する場合、形成画像にダッシュマークが発生し、トナーを所望の帯電量に帯電させにくいので、所望の画像濃度の画像を形成しにくいことが分かる。これは、トナーコア粒子のシェル層の表面に球状のまま樹脂微粒子が存在しているため、長期間にわたる画像形成によりトナーに過度のストレスが加わることで、シェル層がトナーコア粒子から脱離しやすいためと推察される。
比較例2で用いたトナーでは、シェル層に含まれる樹脂微粒子の変形が、比較例1で用いたトナーより進行している。よって、比較例2で用いたトナーは、シェル層の表面が比較例1で用いたトナーよりも平滑であって、シェル層の内部に含まれる空隙も少ない。このため、比較例2では、長期にわたり画像を形成する場合の、トナーの帯電性と、形成画像の画像濃度とが、比較例1よりも改善されている。しかし、比較例2で用いたトナーのシェル層には、樹脂微粒子に由来する略球状の微粒子が観察される状態であるため、長期間の画像形成時のシェル層のトナーコア粒子からの剥離の抑制は十分でない。このため、比較例2では、長期にわたり画像を形成する際に、形成画像にダッシュマークが発生し、高温高湿環境下及び低温低湿環境下で長期に亘り画像を形成する際に、所望の画像濃度の画像を形成しにくい。
比較例3によれば、シェル層の内部に、トナーコア粒子の表面に対して略垂直方向のクラックが観察されないトナーを用いて画像を形成する場合、トナー像を良好に定着させにくいことが分かる。これは、トナーを定着する際にトナーに加わる圧力によってシェル層の破壊が起こりにくいためと推察される。
比較例4によれば、トナーコア粒子がシェル層により被覆されていないトナーを用いて画像を形成する場合、高温高湿環境下や低温低湿環境下で長期間にわたって画像を形成する場合に、トナーを所望の帯電量に帯電させにくいので、所望の画像濃度の画像を形成しにくいことが分かる。
また、比較例4によれば、トナーコア粒子がシェル層により被覆されていないトナーを用いて長期間にわたり画像を形成する場合、形成画像にダッシュマークが発生しやすいことが分かる。トナーコア粒子がシェル層により被覆されていないため、離型剤のようなトトナーに含まれる成分がアモルファスシリコンからなる感光層の表面に付着しやすいためと考えられる。
比較例5によれば、シェル層の材質が電荷制御樹脂を含まないトナーを用いて画像を形成する場合、シェル層の構造が、実施例1で用いたトナーのシェル層の構造と同様であっても、長期間にわたって画像を形成する場合に、トナーを所望の帯電量に帯電させにくいので、所望の画像濃度で画像を形成しにくいことが分かる。