JP6775924B2 - 磁性トナー - Google Patents

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Description

本発明は、電子写真法の如き画像形成方法に使用される磁性トナーに関する。
電子写真画像形成装置には、より高速化、長寿命化、省エネルギー化が求められており、これらに対応する為に、トナーに対しても種々の性能のより一層の向上が求められている。特に、長寿命化に対しては、長期の使用によってもトナーの転写効率や現像性が維持されていることが重要である。また、高速化、省エネルギー化の観点から、トナーに対しては、より一層の低温定着性の向上が要求されている。
さらに複写機やプリンターにおいては、装置の小型化が進んでおり、これらの点で有利な磁性トナーを用いた磁性一成分現像方式が好ましく用いられる。
磁性トナーで、長期に亘る安定した転写効率、現像性、より一層の低温定着性の向上を満足させるべく、種々のトナーが提案されている。特許文献1では、磁性トナーに比抵抗を調整した外添剤を添加することで、トナーの耐久性や帯電性を向上させる提案がなされている。特許文献2では、磁性トナーにシリカ粒子とメラミン樹脂粒子の複合樹脂粒子を外添することで、現像性を向上し、画像流れを抑制する提案がなされている。特許文献3では、磁性トナーに大粒径シリカを外添することで、現像性を向上し、かぶりを抑制する提案がなされている。特許文献4および5では、樹脂微粒子の表面に無機微粒子が埋め込まれた複合粒子を外添することで、耐久性を向上させる提案がなされている。
特開2006−91935号公報 特許第4321272号公報 特開2000−292972号公報 特開2013−92748号公報 WO2013/063291号公報
本発明者らが、上記した文献に記載のトナーについて検討を重ねた結果、特許文献1に係るトナーは、低温定着性や、長期の使用での現像性、転写効率については未だ改善の余地があり、特許文献2に係るトナーについては、低温定着性や、長期の使用でのかぶりにおいて、未だ改善の余地があり、特許文献3に係るトナーは、低温定着性や、長期の使用での現像性、転写効率については、未だ改善の余地があり、特許文献4および5に係るトナーは、長期の使用での現像性、かぶり、転写効率については未だ改善の余地があることが分かった。
そこで、本発明の目的は、低温定着性に優れると共に、長期の使用においても現像性、かぶり、転写効率に優れた磁性トナーを提供することである。
本発明は、結着樹脂及び磁性体を含有する磁性トナー粒子、無機微粒子a及び有機無機複合微粒子を有する磁性トナーであって、
該磁性トナーは、
(i)真比重が1.40g/cm3以上1.70g/cm3以下であり、
(ii)磁場796kA/mにおける飽和磁化が10Am2/kg以上20Am2/kg以下であり、
該無機微粒子aは、体積抵抗率が1.0×103Ω・cm以上1.0×108Ω・cm以下の金属酸化物であり、
該有機無機複合微粒子は、
(i)樹脂粒子に無機微粒子bが埋め込まれた構造を有し、
(ii)真比重が1.50g/cm3以上1.75g/cm3以下であり、
(iii)形状係数SF−2が103以上120以下であり、
(vi)該無機微粒子bがシリカ微粒子である、
ことを特徴とする磁性トナーに関する。
本発明によれば、低温定着性に優れると共に、長期の使用においても現像性、かぶり、転写効率に優れた磁性トナーを得ることができる。
外添剤を混合する際に用いられる混合処理装置の一例を示す模式図である。 図1の装置の撹拌部材の説明図である。
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明は、結着樹脂及び磁性体を含有する磁性トナー粒子、無機微粒子a及び有機無機複合微粒子を有する磁性トナーであって、
該磁性トナーは、
(i)真比重が1.40g/cm3以上1.70g/cm3以下であり、
(ii)磁場796kA/mにおける飽和磁化が10Am2/kg以上20Am2/kg以下であり、
該無機微粒子aは、体積抵抗率が1.0×103Ω・cm以上1.0×108Ω・cm以下の金属酸化物であり、
該有機無機複合微粒子は、
(i)樹脂粒子に無機微粒子bが埋め込まれた構造を有し、
(ii)真比重が1.50g/cm3以上1.75g/cm3以下である、
ことを特徴とする磁性トナーに関する。
本発明者らの検討によれば、上記のような磁性トナーを用いることにより、低温定着性を改善できると共に、長期の使用においても、現像性、かぶり、転写効率を改善することができる。
本発明に係る磁性トナーは、好ましくは、内部にマグネットロール等の磁界発生手段を設けたトナー担持体(以下、現像スリーブという)を用いて磁性トナーを現像領域に搬送し、現像する磁性一成分現像方式に適用される。磁性トナーへの電荷付与は、主としてトナー規制部材によって磁性トナーが規制された領域において、磁性トナーと現像スリーブの摩擦帯電付与部材との摺擦による摩擦帯電によって行われる。
本発明に係る磁性トナーは、磁性トナー中の磁性体の含有量を少なくすることで、低温定着性を向上させることができる。
一方で、磁性トナー中の磁性体の含有量を少なくすると、低温定着性は向上するものの、体積抵抗率の小さい磁性体の含有量が少なくなることで、磁性トナーの帯電をリークしにくくなる。その結果、現像スリーブ上で磁性トナーが過剰に帯電してしまう(チャージアップという)。特に低温低湿環境下での画出しや、磁性トナーの消費が少ない低印字での画出しを続けた場合に、現像スリーブ上の磁性トナーがチャージアップしやすくなる。磁性トナーがチャージアップすると、現像スリーブに磁性トナーが強く付着してしまい、磁性トナーが現像されにくくなるために安定した現像性を維持することが難しい。
そこで、磁性トナー中の磁性体の含有量を少なくした磁性トナー粒子に、体積抵抗率の小さい無機微粒子aを外添することで、磁性トナーの体積抵抗率を下げることができ、現像スリーブ上でのチャージアップを抑えることができる。
しかしながら、磁性体の含有量を少なくした磁性トナー粒子に、体積抵抗率の小さい無機微粒子aを外添することで磁性トナーのチャージアップを抑えられる設計にしても、長期の使用において安定した性能を得ることは難しかった。長期の使用で磁性トナーが摺擦を繰り返されることで、磁性トナー表面の無機微粒子aが埋め込まれて磁性トナーの帯電をリークしにくくなる。また、摺擦により無機微粒子aが磁性トナー表面で移動することにより、無機微粒子aの磁性トナー上での存在分布に偏りが生じて、磁性トナーの帯電分布がブロードになりやすく、かぶりの発生や現像性の低下が起こりやすい。
そこで本発明者らは、無機微粒子aの移動を抑制して長期にわたり帯電の安定したトナーを得るために種々検討した。その結果、磁性トナー粒子と真比重の近い有機無機複合微粒子を外添することで、長期の使用においても磁性トナーの帯電性を制御して、現像性、かぶりを改善でき、さらに、転写効率も改善できることを見出した。
長期の使用においても磁性トナーの現像性やかぶりを改善でき、さらに転写効率も改善できる理由については、以下のように考えている。
有機無機複合微粒子と磁性トナーが近い真比重を有することで、磁性トナー粒子と有機無機複合微粒子の外添装置内での粉の流れが均一になり、磁性トナー上に有機無機複合微粒子が均一に分散して外添されやすくなると考えられる。
さらに有機無機複合微粒子は、樹脂粒子に無機微粒子bが埋め込まれた構造を有するので、磁性トナーが摺擦を繰り返しても磁性トナー表面で転がりにくくなり、均一な分散状態を維持しやすい。
磁性トナー上に有機無機複合微粒子が均一に分散して外添されやすくなることで、無機微粒子aの存在分布も均一になりやすくなる。また、有機無機複合微粒子と磁性トナーが近い真比重を有することで、長期の使用においても有機無機複合微粒子が磁性トナー表面に埋め込まれにくくなり、結果的に無機微粒子aの存在分布も均一に維持できるようになる。この結果、本発明の磁性トナーは帯電分布がシャープな状態を維持できると考えられ、そのため長期の使用において、かぶり、現像性を改善できると考えている。
転写効率が改善する理由については次のように推測している。
紙(メディア)に転写バイアスを印加することで、ドラム上のトナーは紙に転写される。
トナー粒子と有機無機複合微粒子の真比重が近くなるように設計することで、有機無機複合微粒子は磁性トナー表面に埋め込まれにくくなっている。さらに有機無機複合微粒子は磁性トナー表面上に均一に近い状態で分散している。この結果、磁性トナーとドラム表面との付着力を低減させることで、有機無機複合微粒子がスペーサーのような役割を果たしてドラム表面と離れやすくなっていることが考えられる。
また、磁性トナー表面に有機無機複合微粒子が均一に近い状態で分散していると、帯電分布がシャープになりやすく、紙に転写バイアスを印加した際にドラム上の大部分の磁性トナーが紙へ転写されやすい。このように、磁性トナーとドラムの付着力を低減できることと、帯電的にも転写に有利であることで、良好な転写効率が得られると考えている。
本発明に係る磁性トナーは、真比重が1.40g/cm3以上1.70g/cm3以下であることが低温定着性の向上に必要である。また、磁性トナー上で有機無機複合微粒子をより動きにくく、また埋め込まれにくくするためにも磁性トナーの真比重がこの範囲であることが重要である。
真比重が1.40g/cm3未満の場合、現像スリーブでの搬送が困難になり、現像性が低下しやすくなると共に、磁性トナーの現像スリーブへの磁気拘束力も低下するために、かぶりも悪化しやすい。また、有機無機複合微粒子が磁性トナー表面に埋め込まれやすくなりやすい。真比重が1.70g/cm3より大きい場合、低温定着性が低下してしまう。
磁性トナーの真比重を1.40g/cm3以上1.70g/cm3以下にした場合には、磁性トナーの磁場796kA/mにおける飽和磁化が10Am2/kg以上20Am2/kg以下であることが重要である。飽和磁化が10Am2/kg未満の場合、現像スリーブでの搬送が困難になり、現像性が低下しやすくなると共に、磁性トナーの現像スリーブへの磁気拘束力も低下するために、かぶりが生じやすい。飽和磁化が20Am2/kgより大きい場合は、磁性トナーの真比重が大きくなっているので、低温定着性が低下しやすい。磁性トナーのチャージアップを抑えるための無機微粒子aは、体積抵抗率が1.0×103Ω・cm以上1.0×108Ω・cm以下の金属酸化物であることが重要である。体積抵抗率が1.0×108Ω・cmより大きい場合は、磁性トナーのチャージアップを緩和する効果が得られにくく、現像性が低下しやすくなる。体積抵抗率が1.0×103Ω・cm未満の場合、磁性トナーの帯電がリークしやすくなり現像性が低下しやすくなる。
本発明に係る磁性トナーに用いられる有機無機複合微粒子は、(i)樹脂粒子に無機微粒子bが埋め込まれた構造を有することが重要である。樹脂粒子に無機微粒子bが埋め込まれていることで、磁性トナーが摺擦を繰り返されても有機無機複合微粒子が、磁性トナー表面上で動きにくく、均一な分散状態を維持しやすい。さらに樹脂粒子に無機微粒子bが埋め込まれていると、無機微粒子bが樹脂粒子から外れにくくなる。そのため、有機無機複合微粒子の真比重は長期の使用においても変化せず、磁性トナー上で均一な分散状態を維持しやすくなる。そのため、長期の使用でも現像性、かぶり、転写効率が維持される。
なお、例えば樹脂粒子と無機微粒子bとを同時に外添する場合や、樹脂微粒子と無機微粒子を順番に外添する場合は、磁性トナー粒子上で樹脂粒子と無機微粒子bが凝集などを起こして、見かけ上、一体の有機無機複合微粒子となっている場合がある。しかし、この方法では無機微粒子bの樹脂微粒子への埋め込みが不十分である場合が多いため、本発明の効果を得られにくい。
有機無機複合微粒子は、(ii)真比重が1.50g/cm3以上1.75g/cm3以下であることが重要である。真比重が1.50g/cm3未満の場合は、磁性トナー表面に有機無機複合微粒子を均一に分散させにくくなったり、摺擦により有機無機複合微粒子が磁性トナー表面で移動しやすくなったりしてしまう。そのため、長期の使用で、かぶりが発生しやすくなり、現像性、転写効率の低下が起こりやすい。真比重が1.75g/cm3より大きい場合は、長期の使用において有機無機複合微粒子が磁性トナー表面に埋め込まれやすくなり、現像性、かぶり、転写効率に関して劣るようになりやすい。
本発明に係る有機無機複合微粒子は、
(iii)表面に無機微粒子bに由来する凸部を複数有している方が、トナー表面との付着力の制御の点から好ましく、
(iv)一次粒子の個数平均粒径(D1)が50nm以上200nm以下であることが、磁性トナー表面に均一に外添される点で好ましい。
本発明に係る有機無機複合微粒子の含有量は、磁性トナー粒子の質量を基準として、0.50質量%以上3.00質量%以下であると、耐久性を維持できる点で好ましい。
本発明に係る有機無機複合微粒子は、形状の指標としては走査型電子顕微鏡を用いて倍率20万倍で撮影した有機無機複合微粒子の拡大画像を用いて測定した形状係数SF−2が、103以上120以下であると好ましい。形状係数SF−2は粒子の凹凸度合いの指標であり、その値が100であると真円となり、数値が大きくなるほど凹凸の度合いが増していく。
SF−2が上記範囲内である場合、長期の使用においても磁性トナー表面上で有機無機複合微粒子が移動しにくくなるため、均一な存在分布を維持しやすくなり、現像性が低下しにくくなる。
本発明に係る有機無機複合微粒子は、例えば、WO2013/063291の実施例の記載に従って製造することができる。有機無機複合微粒子に使用される無機微粒子bは特に限定されるものではないが、流動性付与の点から本発明においては、シリカ微粒子、アルミナ微粒子、チタニア微粒子、酸化亜鉛微粒子、チタン酸ストロンチウム微粒子、酸化セリウム微粒子及び炭酸カルシウム微粒子であることが好ましい。これらの微粒子群の中から任意の組み合わせで選択される2種以上を用いることもできる。
無機微粒子bの一次粒子の個数平均粒径(D1)は、10nm以上70nm以下であると、有機無機複合微粒子の一次粒子の個数平均粒径(D1)や真比重を制御する上で好ましい。
本発明に係る無機微粒子aは、金属酸化物であり、例えば、酸化鉄、酸化チタン、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化アルミニウムが挙げられる。これらの微粒子群で単独では本発明の体積抵抗率の範囲に含まれない材料でも、任意の組み合わせで選択される2種以上を用いた複合酸化物として体積抵抗率を調整しても良い。
本発明に係る無機微粒子aは、一次粒子の個数平均粒径(D1)が10nm以上500nm以下であると、磁性トナーの体積抵抗率を下げてチャージアップを抑えられる点で好ましい。
本発明に係る無機微粒子aの含有量は、磁性トナー粒子の質量を基準として、0.05質量%以上5.0質量%以下であると、磁性トナーの体積抵抗率を下げてチャージアップを抑えられる点で好ましい。
本発明に係る磁性トナーは、日本画像学会標準キャリア(N−01)とを用いて二成分法により測定された磁性トナーの摩擦帯電量が、−65mC/kg以上−45mC/kg以下であると好ましい。上記範囲にあると、さらに現像性が改善される。
本発明に係るトナーは、有機無機複合微粒子と無機微粒子a以外の他の外添剤を含んでいても構わない。特にトナーの流動性や帯電性を向上させるために、他の外添剤として流動性向上剤を添加するのが好ましい。
流動性向上剤としては、以下のものを用いることができる。
例えば、フッ化ビニリデン微粉末、ポリテトラフルオロエチレン微粉末の如きフッ素系樹脂粉末;湿式製法シリカ、乾式製法シリカの如き微粉末シリカ、微粉末酸化チタン、微粉末アルミナ、それらをシラン化合物、チタンカップリング剤、シリコーンオイルにより表面処理を施した処理シリカ;酸化亜鉛、酸化スズの如き酸化物;チタン酸ストロンチウムやチタン酸バリウム、チタン酸カルシウム、ジルコン酸ストロンチウムやジルコン酸カルシウムの如き複酸化物;炭酸カルシウム及び、炭酸マグネシウムの如き炭酸塩化合物等。
好ましい流動性向上剤としては、ケイ素ハロゲン化合物の蒸気相酸化により生成された微粉末であり、いわゆる乾式法シリカ又はヒュームドシリカと称されるものである。例えば、四塩化ケイ素ガスの酸水素焔中における熱分解酸化反応を利用するもので、基礎となる反応式は次のようなものである。
SiCl4+2H2+O2→SiO2+4HCl
この製造工程において、塩化アルミニウム又は塩化チタン等の他の金属ハロゲン化合物をケイ素ハロゲン化合物と共に用いることによってシリカと他の金属酸化物の複合微粉体を得ることも可能であり、シリカとしてはそれらも包含する。
個数基準での粒度分布における一次粒子の個数平均粒径は5nm以上30nm以下であると、高い帯電性と流動性を持たせることができることができるので好ましい。
さらには、本発明に用いられる流動性向上剤としては、前記ケイ素ハロゲン化合物の気相酸化により生成されたシリカ微粉体に疎水化処理した処理シリカ微粉体がより好ましい。疎水化処理は、有機無機複合微粒子または有機無機複合微粒子に使用される無機微粒子への表面処理と同様の方法を用いることができる。
流動性向上剤は、BET法で測定した窒素吸着による比表面積が30m2/g以上300m2/g以下のものが好ましい。また、トナー100質量部に対して流動性向上剤を総量で0.01質量部以上3質量部以下使用することが良い。
本発明に係るトナーは、前記流動性向上剤と混合して、また必要に応じてさらに他の外添剤(例えば帯電制御剤等)と混合して一成分現像剤として用いることができる。
次に、本発明に係るトナー粒子について説明する。
まず。本発明に係るトナー粒子に用いられる結着樹脂としては、ポリエステル系樹脂、ビニル系樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂が挙げられる。特に、低温定着性の点からポリエステル樹脂を含有することが好ましい。結着樹脂は、保存安定性という観点で、ガラス転移点(Tg)が45℃以上70℃以下であることが好ましい。
本発明に係る磁性トナーに用いられる磁性体としては、マグネタイト、ヘマタイト、フェライトのような酸化鉄、鉄、コバルト、ニッケルのような金属あるいはこれらの金属とアルミニウム、コバルト、銅、鉛、マグネシウム、スズ、亜鉛、アンチモン、ビスマス、カルシウム、マンガン、チタン、タングステン、バナジウムのような金属の合金およびその混合物が挙げられる。これらの磁性体は平均粒子径が0.05μm以上2μm以下のものが好ましい。
磁性体は黒色着色剤の役割をかねることもできるが、さらに黒色着色剤として、カーボンブラック、グラフト化カーボンを併用しても構わない。
本発明に係るトナーは更にワックスを含有してもよい。ワックスの具体例としては、例えば、以下のものが挙げられる。
・低分子量ポリエチレン、低分子量ポリプロピレン、ポリオレフィン共重合物、ポリオレフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、パラフィンワックス、フィッシャートロプシュワックスの如き脂肪族炭化水素系ワックス;
・酸化ポリエチレンワックスの如き脂肪族炭化水素系ワックスの酸化物;又は、それらのブロック共重合物;
・キャンデリラワックス、カルナバワックス、木ろう、ホホバろうの如き植物系ワックス;
・みつろう、ラノリン、鯨ろうの如き動物系ワックス;
・オゾケライト、セレシン、ペトロラタムの如き鉱物系ワックス;
・モンタン酸エステルワックス、カスターワックスの如き脂肪族エステルを主成分とするワックス類;
・脱酸カルナバワックスの如き脂肪族エステルを一部又は全部を脱酸化したもの等。
更に、パルミチン酸、ステアリン酸、モンタン酸、或いは更に長鎖のアルキル基を有する長鎖アルキルカルボン酸類の如き飽和直鎖脂肪酸;ブラシジン酸、エレオステアリン酸、パリナリン酸の如き不飽和脂肪酸;ステアリルアルコール、エイコシルアルコール、ベヘニルアルコール、カウナウビルアルコール、セリルアルコール、メリシルアルコール、或いは更に長鎖のアルキル基を有するアルキルアルコールの如き飽和アルコール;ソルビトールの如き多価アルコール;リノール酸アミド、オレイン酸アミド、ラウリン酸アミドの如き脂肪族アミド;メチレンビスステアリン酸アミド、エチレンビスカプリン酸アミド、エチレンビスラウリン酸アミド、ヘキサメチレンビスステアリン酸アミドの如き飽和脂肪族ビスアミド;エチレンビスオレイン酸アミド、ヘキサメチレンビスオレイン酸アミド、N,N’−ジオレイルアジピン酸アミド、N,N’−ジオレイルセバシン酸アミドの如き不飽和脂肪酸アミド類;m−キシレンビスステアリン酸アミド、N,N’−ジステアリルイソフタル酸アミドの如き芳香族系ビスアミド;ステアリン酸カルシウム、ラウリン酸カルシウム、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸マグネシウムの如き脂肪族金属塩(一般に金属石けんといわれているもの);脂肪族炭化水素系ワックスにスチレンやアクリル酸の如きビニル系モノマーを用いてグラフト化させたワックス;ベヘン酸モノグリセリドの如き脂肪酸と多価アルコールの部分エステル化物;植物性油脂を水素添加することによって得られるヒドロキシル基を有するメチルエステル化合物が挙げられる。
また、これらのワックスを、プレス発汗法、溶剤法、再結晶法、真空蒸留法、超臨界ガス抽出法又は融液晶析法を用いて分子量分布をシャープにしたものも好適に用いることができる。さらに、低分子量固形脂肪酸、低分子量固形アルコール、低分子量固形化合物等の不純物を除去したワックスも好適に用い得る。
離型剤として使用できるワックスの具体的な例としては、ビスコール(登録商標)330−P、550−P、660−P、TS−200(三洋化成工業社)、ハイワックス400P、200P、100P、410P、420P、320P、220P、210P、110P(三井化学社)、サゾールH1、H2、C80、C105、C77(シューマン・サゾール社)、HNP−1、HNP−3、HNP−9、HNP−10、HNP−11、HNP−12(日本精蝋株式会社)、ユニリン(登録商標)350、425、550、700、ユニシッド(登録商標)、ユニシッド(登録商標)350、425、550、700(東洋ペトロライト社)、木ろう、蜜ろう、ライスワックス、キャンデリラワックス、カルナバワックス(株式会社セラリカNODAにて入手可能)が挙げられる。
本発明に係るトナーには、その帯電性を安定化させるために電荷制御剤を用いることが好ましい。このような電荷制御剤としては、本発明に用いられる結着樹脂の末端に存在する酸基あるいは水酸基と中心金属が相互作用し易い、有機金属錯体、キレート化合物が有効である。その例としては、モノアゾ金属錯体;アセチルアセトン金属錯体;芳香族ヒドロキシカルボン酸又は芳香族ジカルボン酸の金属錯体又は金属塩が挙げられる。
使用できる具体的な例としては、Spilon Black TRH、T−77、T−95(保土谷化学社)、BONTRON(登録商標)S−34、S−44、S−54、E−84、E−88、E−89 (オリヱント化学社)が挙げられる。また、電荷制御樹脂も上述の電荷制御剤と併用することもできる。
本発明に係るトナー粒子の製造方法は特に限定されず、例えば粉砕法や、乳化重合法、懸濁重合法及び溶解懸濁法などのいわゆる重合法を用いることができる。
粉砕法では、まず、トナー粒子を構成する結着樹脂、磁性体、ワックス、電荷制御剤等を、ヘンシェルミキサー、ボールミル等の混合機により充分に混合する。次いで、得られた混合物を二軸混練押出機、加熱ロール、ニーダー、エクストルーダー等の熱混練機を用いて溶融混練し、冷却固化後、粉砕及び分級を行う。これによって、本発明に係るトナー粒子を得られる。得られた磁性トナー粒子に、外添剤を外添混合することによって、磁性トナーを得ることができる。
混合機としては、以下のものが挙げられる。ヘンシェルミキサー(三井鉱山社製);スーパーミキサー(カワタ社製);リボコーン(大川原製作所社製);ナウターミキサー、タービュライザー、サイクロミックス(ホソカワミクロン社製);スパイラルピンミキサー(太平洋機工社製);レーディゲミキサー(マツボー社製)。
混練機としては、以下のものが挙げられる。KRCニーダー(栗本鉄工所社製);ブス・コ・ニーダー(Buss社製);TEM型押し出し機(東芝機械社製);TEX二軸混練機(日本製鋼所社製);PCM混練機(池貝鉄工所社製);三本ロールミル、ミキシングロールミル、ニーダー(井上製作所社製);ニーデックス(三井鉱山社製);MS式加圧ニーダー、ニダールーダー(森山製作所社製);バンバリーミキサー(神戸製鋼所社製)。
粉砕機としては、以下のものが挙げられる。カウンタージェットミル、ミクロンジェット、イノマイザ(ホソカワミクロン社製);IDS型ミル、PJMジェット粉砕機(日本ニューマチック工業社製);クロスジェットミル(栗本鉄工所社製);ウルマックス(日曹エンジニアリング社製);SKジェット・オー・ミル(セイシン企業社製);クリプトロン(川崎重工業社製);ターボミル(ターボエ業社製);スーパーローター(日清エンジニアリング社製)。
分級機としては、以下のものが挙げられる。クラッシール、マイクロンクラッシファイアー、スペディッククラシファイアー(セイシン企業社製);ターボクラッシファイアー(日清エンジニアリング社製);ミクロンセパレータ、ターボプレックス(ATP)、TSPセパレータ(ホソカワミクロン社製);エルボージェット(日鉄鉱業社製)、ディスパージョンセパレータ(日本ニューマチックエ業社製);YMマイクロカット(安川商事社製)。
外添剤を混合する混合処理装置としては、上記混合機などの公知の混合処理装置を用いることができるが、外添剤を磁性トナー粒子に固着させるという点で図1に示すような装置が好ましい。
図1は、本発明に用いられる外添剤を混合する際に用いることができる混合処理装置の一例を示す模式図である。
当該混合処理装置は、磁性トナー粒子と外添剤に対して、狭いクリアランス部において、シェアがかかる構成になっているために、磁性トナー粒子表面に外添剤を固着させやすい。
本発明に係るトナーに係る各種物性の測定について以下に説明する。
<磁性トナー、有機無機複合微粒子、無機微粒子aの真比重の測定方法>
磁性トナー、有機無機複合微粒子、無機微粒子aの真密度は、乾式自動密度計オートピクノメーター(ユアサアイオニクス社製)により測定した。
有機無機複合微粒子、無機微粒子aが外添された磁性トナーから、有機無機複合微粒子、無機微粒子aの物性を測定する場合は、磁性トナーから有機無機複合微粒子、無機微粒子aを分離してそれぞれ測定することができる。磁性トナーをメタノールに超音波分散させて有機無機複合微粒子、無機微粒子aを外して、24時間静置する。沈降した磁性トナー粒子と上澄み液に分散した有機無機複合微粒子、無機微粒子aとを分離、回収し、十分に乾燥させることで、それぞれ単離することができる。磁性トナーに他の外添剤が外添されている場合は、上澄み液を遠心分離法で分離して単離することで測定することも可能である。
条件は下記の通りである。
セル:SMセル(10ml)
サンプル量:サンプルの比重で異なるが、セルの約8割を満たす量を入れる。
この測定装置は、気相置換法に基づいて、固体・液体の真密度を測定するものである。液相置換法と同様、アルキメデスの原理に基づいているが、置換媒体としてガス(アルゴンガス)を用いるため、精度が高い。
<磁性トナー及び磁性体の磁気特性の測定方法>
磁性トナー及び磁性体の磁気特性は、振動型磁力計VSM P−1−10(東英工業社製)を用いて、外部磁場796kA/mで測定する。
<無機微粒子aの体積抵抗率の測定方法>
無機微粒子aの体積抵抗率は、以下のようにして測定する。装置としてはケースレーインスツルメンツ社製6517型エレクトロメータ/高抵抗システムを用いる。直径25mmの電極を接続し、電極間に無機微粒子aを厚みが約0.5mmとなるように乗せて、約2.0N(約204g)の荷重をかけた状態で、電極間の距離を測定する。
無機微粒子aに1,000Vの電圧を1分間印加した時の抵抗値を測定し、以下の式を用いて体積抵抗率を算出する。
体積抵抗率(Ω・cm)=R×L
R:抵抗値(Ω)
L:電極間距離(cm)
無機微粒子aが外添された磁性トナーから、無機微粒子aの物性を測定する場合は、磁性トナーから無機微粒子aを分離して測定することができる。磁性トナーをメタノールに超音波分散させて無機微粒子aを外して、24時間静置する。沈降した磁性トナー粒子と上澄み液に分散した無機微粒子aとを分離、回収し、十分に乾燥させることで、単離することができる。磁性トナーに他の外添剤が外添されている場合は、上澄み液を遠心分離法で分離して単離することで測定することもできる。
<磁性トナー中の有機無機複合微粒子、無機微粒子aの含有量の定量方法>
有機無機複合微粒子、無機微粒子aが外添された磁性トナーから、有機無機複合微粒子、無機微粒子aの含有量を測定する場合は、磁性トナーから有機無機複合微粒子、無機微粒子aを分離して測定することができる。磁性トナーをメタノールに超音波分散させて有機無機複合微粒子、無機微粒子aを外して、24時間静置する。沈降した磁性トナー粒子と上澄み液に分散した有機無機複合微粒子、無機微粒子aとを分離、回収し、十分に乾燥させることで、単離することができる。磁性トナーに他の外添剤が外添されている場合は、上澄み液を遠心分離法で分離して単離することで測定することもできる。単離した有機無機複合微粒子、無機微粒子aの量を測定することで、磁性トナー中の有機無機複合微粒子、無機微粒子aの含有量を計算する。
<二成分法による磁性トナーの摩擦帯電量の測定法>
50mlのポリビンに、日本画像学会標準キャリア(N−01)9.5gを秤量する。その上に、磁性トナー0.5gを秤量し、キャリアと磁性トナーを積層させた状態で、常温常湿環境下(23℃、60%)に24時間調湿する。調湿後、ポリビンの蓋を閉め、ロールミルで、一秒間に1回転の速度で、15回転させた。続いて、試料をポリ瓶ごと振とう機に取り付け、一分間あたり150回のストロークで振とうし、5分間磁性トナーとキャリアを混合した。この状態の現像剤を測定用の現像剤とした。
摩擦帯電量を測定する装置として、吸引分離式帯電量測定器セパソフト STC−1−C1型(三協パイオテク製)を用いた。サンプルフォルダー(ファラデーゲージ)底に目開き20μmのメッシュ(金網)を設置し、その上に、上記のようにして調製した現像剤0.10gを入れフタをする。この時のサンプルフォルダー全体の質量を秤りW1(g)とする。次にサンプルフォルダーを本体に設置し風量調節弁を調整して吸引圧力を2kPaとする。この状態で2分間吸引し磁性トナーを吸引除去する。この時の電荷Q(μC)とする。また、吸引後のサンプルフォルダー全体の質量を秤りW2(g)とする。この時に求められるQは、キャリアの電荷を計測しているため、磁性トナーの摩擦帯電量としては、その逆極性になる。この現像剤の摩擦帯電量(mC/kg)の絶対値は下式の如く算出される。尚、測定も、常温常湿環境下(23℃、60%)で実施した。
摩擦帯電量(mC/kg)=Q/(W1−W2)
<有機無機複合微粒子、無機微粒子aの一次粒子の個数平均粒径(D1)の測定方法> 有機無機複合微粒子、無機微粒子aの一次粒子の個数平均粒径(D1)の測定は、走査型電子顕微鏡「S−4800」(商品名;日立製作所製)を用いて行う。有機無機複合微粒子、無機微粒子aが外添されたトナーを観察して、最大20万倍に拡大した視野において、ランダムに100個の有機無機複合微粒子、無機微粒子aの一次粒子の長径を測定して個数平均粒径(D1)を求める。観察倍率は、有機無機複合微粒子、無機微粒子aの大きさによって適宜調整する。
<有機無機複合微粒子の形状係数SF−2の測定方法>
有機無機複合微粒子の形状係数SF−2の測定は、走査型電子顕微鏡「S−4800」(商品名;日立製作所製)を用いて行う。有機無機複合微粒子が外添された磁性トナーを観察し以下のように算出した。
観察倍率は有機無機複合微粒子の大きさによって適宜調整した。最大20万倍に拡大した視野において、画像処理ソフト「Image−Pro Plus5.1J」(MediaCybernetics社製)を使用し、ランダムに100個の有機無機複合微粒子の一次粒子の周囲長および面積を算出した。
SF−2は下記の式にて算出し、その平均値をSF−2とした。
SF−2=(粒子の周囲長)2/粒子の面積×100/4π
<トナー粒子の重量平均粒径(D4)の測定方法>
トナーの重量平均粒径(D4)は、以下のようにして算出する。測定装置としては、100μmのアパーチャーチューブを備えた細孔電気抵抗法による精密粒度分布測定装置「コールター・カウンター Multisizer 3」(登録商標、ベックマン・コールター社製)を用いる。測定条件の設定及び測定データの解析は、付属の専用ソフト「ベックマン・コールター Multisizer 3 Version3.51」(ベックマン・コールター社製)を用いる。尚、測定は実効測定チャンネル数2万5千チャンネルで行なう。
測定に使用する電解水溶液は、特級塩化ナトリウムをイオン交換水に溶解して濃度が約1質量%となるようにしたもの、例えば、「ISOTON II」(ベックマン・コールター社製)が使用できる。
尚、測定、解析を行なう前に、以下のように前記専用ソフトの設定を行なった。
前記専用ソフトの「標準測定方法(SOM)を変更」画面において、コントロールモードの総カウント数を50000粒子に設定し、測定回数を1回、Kd値は「標準粒子10.0μm」(ベックマン・コールター社製)を用いて得られた値を設定する。「閾値/ノイズレベルの測定ボタン」を押すことで、閾値とノイズレベルを自動設定する。また、カレントを1600μAに、ゲインを2に、電解液をISOTON IIに設定し、「測定後のアパーチャーチューブのフラッシュ」にチェックを入れる。
前記専用ソフトの「パルスから粒径への変換設定」画面において、ビン間隔を対数粒径に、粒径ビンを256粒径ビンに、粒径範囲を2μmから60μmまでに設定する。
具体的な測定法は以下の通りである。
(1)Multisizer 3専用のガラス製250ml丸底ビーカーに前記電解水溶液約200mlを入れ、サンプルスタンドにセットし、スターラーロッドの撹拌を反時計回りで24回転/秒にて行なう。そして、専用ソフトの「アパーチャーのフラッシュ」機能により、アパーチャーチューブ内の汚れと気泡を除去しておく。
(2)ガラス製の100ml平底ビーカーに前記電解水溶液約30mlを入れる。この中に分散剤として「コンタミノンN」(商品名;非イオン界面活性剤、陰イオン界面活性剤及び有機ビルダーからなるpH7の精密測定器洗浄用中性洗剤の10質量%水溶液、和光純薬工業社製)をイオン交換水で約3質量倍に希釈した希釈液を約0.3ml加える。
(3)発振周波数50kHzの発振器2個を位相を180度ずらした状態で内蔵し、電気的出力120Wの超音波分散器「Ultrasonic Dispersion System Tetora150」(商品名;日科機バイオス社製)を準備する。超音波分散器の水槽内に約3.3lのイオン交換水を入れ、この水槽中にコンタミノンNを約2ml添加する。
(4)前記(2)のビーカーを前記超音波分散器のビーカー固定穴にセットし、超音波分散器を作動させる。そして、ビーカー内の電解水溶液の液面の共振状態が最大となるようにビーカーの高さ位置を調整する。
(5)前記(4)のビーカー内の電解水溶液に超音波を照射した状態で、トナー約10mgを少量ずつ前記電解水溶液に添加し、分散させる。そして、さらに60秒間超音波分散処理を継続する。尚、超音波分散にあたっては、水槽の水温が10℃以上40℃以下となる様に適宜調節する。
(6)サンプルスタンド内に設置した前記(1)の丸底ビーカーに、ピペットを用いてトナーを分散した前記(5)の電解質水溶液を滴下し、測定濃度が約5%となるように調整する。そして、測定粒子数が50000個になるまで測定を行なう。
(7)測定データを装置付属の前記専用ソフトにて解析を行ない、重量平均粒径(D4)を算出する。尚、前記専用ソフトでグラフ/体積%と設定したときの、「分析/体積統計値(算術平均)」画面の「平均径」が重量平均粒径(D4)である。
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明は何らこれに制約されるものではない。なお、実施例及び比較例の部数は特に断りが無い場合、すべて質量基準である。
<ポリエステル樹脂>
・ビスフェノールAプロピレンオキシド2モル付加物 400部
・ビスフェノールAプロピレンオキシド3モル付加物 280部
・テレフタル酸 120部
・イソフタル酸 120部
上記ポリエステルモノマーと、縮合触媒としてテトラブチルチタネート2部を入れ、220℃で窒素気流下で生成する水を留去しながら反応を行った。次いで180℃に冷却し、無水トリメリット酸250部を加えて反応を行った。反応終了後容器から取り出し、冷却、粉砕してポリエステル樹脂を得た。ポリエステル樹脂の軟化点Tmは118℃、ガラス転移温度Tgは60℃であった。
<磁性体1および2>
磁性トナー粒子の作製に用いる磁性体として、下記表1に示す磁性体1及び磁性体2を用意した。
Figure 0006775924
<有機無機複合微粒子1〜7>
磁性トナーの作製に用いる有機無機複合微粒子としては、有機無機複合微粒子1乃至7は、表2に示す無機微粒子bを用いて、WO2013/063291の実施例1に従って製造したものを用意した。有機無機複合微粒子1〜7の物性を表2に示す。
<有機無機複合微粒子8>
表3に示した100部の樹脂微粒子1に対し、一次粒子の個数平均粒径(D1)が15nmのコロイダルシリカ30部をヘンシェルミキサーで混合し有機無機複合微粒子8を得た。有機無機複合微粒子8の物性を表2に示す。有機無機複合微粒子8を走査型電子顕微鏡「S−4800」(商品名;日立製作所製)で拡大して観察したところ、樹脂微粒子1の表面にコロイダルシリカが付着してはいるものの、埋め込まれていなかった。
Figure 0006775924
<その他の添加剤>
上記有機無機複合微粒子以外に使用する添加剤の物性を表3に示す。樹脂微粒子1には、スチレン−2−エチルヘキシルアクリレート−メチルメタクリレート−メタクリル酸共重合体、無機微粒子1には、コロイダルシリカを使用した。
Figure 0006775924
<無機微粒子a1〜a4>
磁性トナーの作製に用いる無機微粒子aとして、下記表4に示す無機微粒子a1〜a4を用意した。
Figure 0006775924
<磁性トナー粒子の製造例1>
・ポリエステル樹脂:100部
・磁性体1:60部
・フィッシャートロプッシュワックス(サゾール社製、C105、融点105℃):1部
・荷電制御剤(保土谷化学社製、T−77):2部
上記材料をヘンシェルミキサーで前混合した後、PCM−30(池貝鉄工所社製)を用い、吐出口における溶融物温度が150℃になるように、温度を設定し、溶融混練した。得られた混練物を冷却し、ハンマーミルで粗粉砕した後、粉砕機としてターボミルT250(ターボ工業社製)を用いて微粉砕した。得られた微粉砕粉末をコアンダ効果を利用した多分割分級機を用いて分級して、重量平均粒径(D4)6.7μmの磁性トナー粒子1を得た。
<磁性トナーの製造例1>
磁性トナー粒子の製造例1で得た磁性トナー粒子1に対して、図1に示す装置を用いて、外添混合処理を行った。
本実施例においては、図1に示す装置で、本体ケーシング1の内周部の径が130mmであり、処理空間9の容積が2.0×10-33の装置を用い、駆動部8の定格動力を5.5kWとし、撹拌部材3の形状を図2のものとした。そして、図2における撹拌部材3aと撹拌部材3bの重なり幅dを撹拌部材3の最大幅Dに対して0.25Dとし、撹拌部材3と本体ケーシング1内周とのクリアランスを3.0mmとした。尚、図1、図2において、符号2は回転体、符号4はジャケット、符号5は原料投入口、符号6は製品排出口、符号7は中心軸、符号10は回転体端部側面、符号11は回転方向、符号12は戻り方向、符号13は送り方向、符号16は原料投入口用インナーピース、符号17は製品排出口用インナーピースである。
上記した装置構成で、磁性トナー粒子1の100部と、表に示した添加剤とを、図1に示す装置に投入した。
流動性向上剤としては、ヒュームドシリカ(BET比表面積:130m2/g、一次粒子の個数平均粒径(D1):16nm)100部をヘキサメチルジシラザン10部で処理し、次いでジメチルシリコーンオイル10部で処理を行ったものを用いた。
磁性トナー粒子1とヒュームドシリカを投入後、磁性トナー粒子とヒュームドシリカを均一に混合するために、プレ混合を実施した。プレ混合の条件は、駆動部8の動力を0.1W/g(駆動部8の回転数150rpm)とし、処理時間を1分間とした。
プレ混合終了後、外添混合処理を行った。外添混合処理条件は、駆動部8の動力を1.0W/g(駆動部8の回転数1800rpm)で一定となるように、撹拌部材3の最外端部周速を調整し、処理時間を5分間とした
外添混合処理後、直径500mm、目開き75μmのスクリーンを設置した円形振動篩機で粗粒等を除去し、磁性トナー1を得た。磁性トナー1の物性を表6に示す。
磁性トナー1から分析した無機微粒子a1の体積抵抗率と一次粒子の個数平均粒径(D1)は、表4に示す値と同じであった。また、有機無機複合微粒子1の一次粒子の個数平均粒径(D1)、真比重、形状係数SF−2は、表2に示す値と同じであった。
<磁性トナー粒子の製造例2〜6>
磁性トナー粒子の製造例1において、表5に示す磁性体の種類と添加部数を変更した以外は、磁性トナー粒子の製造例1と同様にして、磁性トナー粒子2〜6を得た。
Figure 0006775924
<磁性トナーの製造例2〜17、比較用磁性トナーの製造例1〜7>
磁性トナー粒子1の製造例において、無機微粒子aの種類と添加量、有機無機複合微粒子の種類と添加量を表6のように変更した以外は、磁性トナー粒子の製造例1と同様にして、磁性トナー2〜17、比較用磁性トナー1〜7を得た。
磁性トナー2〜17、比較用磁性トナー1〜7の物性を表6に示す。
磁性トナー2〜17、比較用磁性トナー1〜7から分析したそれぞれの無機微粒子aの体積抵抗率と一次粒子の個数平均粒径(D1)は、表4に示す値と同じであった。また、有機無機複合微粒子や無機微粒子1の一次粒子の個数平均粒径(D1)、真比重、形状係数SF−2は、表2に示す値と同じであった。
Figure 0006775924
〔実施例1〕
本実施例において評価に用いるマシンとしては、市販の磁性一成分方式のプリンターHP LaserJet Enterprise600 M603dn(ヒューレットパッカード社製:プロセススピード350mm/s)を用いた。この評価機において、磁性トナー1を用いて下記の評価を実施した。評価結果を表7に示す。
<現像性、かぶり、転写効率の評価>
本発明の磁性トナーの評価は、長期の使用で磁性トナーが劣化した時の性能をより判断しやすいように、まずは高温高湿下(温度32.5℃、相対湿度85%)で画出しを実施した。続いて、磁性トナーの帯電性能の影響を評価しやすい低温低湿下(温度10℃、相対湿度30%)で画出しを行った。
具体的には、磁性トナーを所定のプロセスカートリッジに1000g充填した。高温高湿下において、印字率2%となる横線パターンを2枚/1ジョブとして、ジョブとジョブの間にマシンがいったん停止してから次のジョブが始まるように設定したモードで、計40000枚の画出し試験を実施した。10枚目と40000枚目での画像濃度を測定した。その後、プロセスカートリッジを低温低湿下に移動して、印字率2%となる横線パターンを2枚/1ジョブとして、ジョブとジョブの間にマシンがいったん停止してから次のジョブが始まるように設定したモードで、3000枚の画出し試験を実施した。3000枚目での画像濃度、かぶり、転写効率を測定した。
画像濃度は、反射濃度計であるマクベス濃度計(マクベス社製)でSPIフィルターを使用して、5mm丸のベタ画像の反射濃度を測定することにより測定した。数値が大きい方が良いことを示す。
かぶりは、低温低湿下で3000枚の画出し試験を実施した後に、べた白を通紙して、白地部反射濃度最悪値をDs、画像形成前の転写材の反射平均濃度をDrとし、Dr−Dsをかぶり値とした。白地部反射濃度の測定には、反射濃度計(リフレクトメーター モデル TC−6DS 東京電色社製)を用いた。数値が小さいほどかぶり抑制が良いことを示す。
転写効率は、低温低湿下で3000枚の画出し試験を実施した後に、連続5枚ベタ黒を通紙し、その画像を目視で観察して評価した。
A:5枚とも転写抜け発生せず。
B:1枚軽微な転写抜けが見られた。
C:2〜4枚軽微な転写抜けが見られた。
D:5枚全てに軽微な転写抜けが見られた。
E:1枚以上、明確な転写抜けが見られた。
<低温定着性の評価>
定着装置の定着温度を任意に設定できるように改造した。
この装置を用いて、定着器の温度180℃以上220℃以下の範囲で5℃おきに温調して、ボンド紙(75g/m2)に画像濃度が0.60〜0.65となるようにハーフトーン画像を出力する。得られた画像を4.9kPaの荷重をかけたシルボン紙で5往復摺擦し、摺擦前後の画像濃度の濃度低下率が10%以下になる最も低い温度をもって、低温定着性の評価とした。この温度が低い方が低温定着性が良いことを示す。低温定着性の評価は常温常湿下(温度25℃、相対湿度60%)で行った。
実施例1に関しては、何れも良好な結果が得られた。
〔実施例2〜17、比較例1〜7〕
磁性トナー2〜17、比較用磁性トナー1〜7を用いて実施例1と同様の評価を実施した。評価結果を表7に示す。
Figure 0006775924
1:本体ケーシング、2:回転体、3、3a、3b:撹拌部材、4:ジャケット、5:原料投入口、6:製品排出口、7:中心軸、8:駆動部、9:処理空間、10:回転体端部側面、11:回転方向、12:戻り方向、13:送り方向、16:原料投入口用インナーピース、17:製品排出口用インナーピース、d:撹拌部材の重なり部分を示す間隔、D:撹拌部材の幅

Claims (3)

  1. 結着樹脂及び磁性体を含有する磁性トナー粒子、無機微粒子a及び有機無機複合微粒子を有する磁性トナーであって、
    該磁性トナーは、
    (i)真比重が1.40g/cm3以上1.70g/cm3以下であり、
    (ii)磁場796kA/mにおける飽和磁化が10Am2/kg以上20Am2/kg以下であり、
    該無機微粒子aは、体積抵抗率が1.0×103Ω・cm以上1.0×108Ω・cm以下の金属酸化物であり、
    該有機無機複合微粒子は、
    (i)樹脂粒子に無機微粒子bが埋め込まれた構造を有し、
    (ii)真比重が1.50g/cm3以上1.75g/cm3以下であり、
    (iii)形状係数SF−2が103以上120以下であり、
    (vi)該無機微粒子bがシリカ微粒子である、
    ことを特徴とする磁性トナー。
  2. 該有機無機複合微粒子は、
    (iv)表面に、該無機微粒子bに由来する凸部を複数有し、
    (v)一次粒子の個数平均粒径(D1)が50nm以上200nm以下である、請求項1に記載の磁性トナー。
  3. 該無機微粒子aの含有量が、磁性トナーの質量を基準として、0.05質量%以上5.0質量%以下である、請求項1または2に記載の磁性トナー。
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