KR101564686B1 - 정전하상 현상용 토너, 정전하상 현상제, 토너 카트리지, 프로세스 카트리지, 화상 형성 장치, 및, 화상 형성 방법 - Google Patents

정전하상 현상용 토너, 정전하상 현상제, 토너 카트리지, 프로세스 카트리지, 화상 형성 장치, 및, 화상 형성 방법 Download PDF

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후지제롯쿠스 가부시끼가이샤
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Abstract

착색제 및 결착 수지를 함유하는 토너 입자; 및
상기 토너 입자상의 외첨제로서, 그 외첨제가 실리카 입자를 함유하고, 상기 실리카 입자의 1차 입자는 평균입경이 70nm 이상 400nm 이하이고, 비중이 1.0 이상 1.9 이하이며, 평균원형도가 0.5 이상 0.9 이하인 외첨제;
를 함유하는 정전하상 현상용 토너를 제공한다.

Description

정전하상 현상용 토너, 정전하상 현상제, 토너 카트리지, 프로세스 카트리지, 화상 형성 장치, 및, 화상 형성 방법 {ELECTROSTATIC IMAGE DEVELOPING TONER, ELECTROSTATIC IMAGE DEVELOPER, TONER CARTRIDGE, PROCESS CARTRIDGE, IMAGE FORMING APPARATUS AND IMAGE FORMING METHOD}
본 발명은, 정전하상 현상용 토너, 정전하상 현상제, 토너 카트리지, 프로세스 카트리지, 화상 형성 장치, 및, 화상 형성 방법에 관한 것이다.
전자사진법에 있어서는, 일반적으로는, 광도전성 물질을 이용한 감광체(정전잠상 유지체)에, 갖가지 유닛에 의해 전기적으로 잠상을 형성하고, 형성된 잠상을, 토너를 함유하는 현상제를 사용하여 현상하여 현상상을 형성하고, 이 현상상을, 필요에 따라 중간전사체를 통해, 종이 등의 피전사체에 전사하고, 가열, 가압, 가열가압 등에 의해 정착함, 이라는 복수의 공정을 거쳐, 화상이 형성된다.
토너의 장기에 걸친 사용에 의해, 이러한 공정을 거쳐 형성되는 화상에는, 정착 화상의 농도가 변화하거나, 비화상부에 토너 입자의 일부가 부착하는 문제가 생길 수 있다.
예를 들면, 특허문헌1에서는, 장기간 사용에 의한 토너 열화나 감광체 표면으로의 토너의 고착 등을 방지하는 것을 목적으로 하여, 적어도 토너 입자 및외첨제를 갖는 토너에 있어서, 그 토너는, (a) 플로우식(flow type) 입자상 분석 장치에 의해 측정되는 입자의 평균원형도 분포에 있어서, 0.920 내지 0.995의 평균원형도를 갖고, 또 평균원형도 0.950 미만의 입자를 2 내지 40개수% 함유하고 있고, 또 (b) 쿨터(Coulter)법에 의해 측정되는 중량평균입경이 2.0 내지 9.0㎛이며, 그 외첨제는, 그 토너 입자상에서, 1차 입자 또는 2차 입자의 상태로 존재하고 있는 평균장경 10㎛ 내지 400㎛ 및 형상 계수 SF1이 100 내지 130의 무기미분체(A)와, 입자가 복수 합일함으로써 생성된 형상 계수 SF1이 150보다 큰 비구상 무기미분체(B)를 적어도 갖고 있는 토너를 제안하고 있다.
일본 특개평11-174731호 공보
본 발명의 과제는, 토너 입자 표면상에서의 실리카 입자의 편재가 억제된 정전하상 현상용 토너를 제공함에 있다.
상기 과제는, 이하의 수단에 의해 해결된다.
(1) 착색제 및 결착 수지를 함유하는 토너 입자; 및 상기 토너 입자상의 외첨제로서, 그 외첨제가 실리카 입자를 함유하고, 상기 실리카 입자의 1차 입자는 평균입경이 70nm 이상 400nm 이하이고, 비중이 1.0 이상 1.9 이하이며, 평균원형도가 0.5 이상 0.9 이하인 외첨제;를 함유하는 정전하상 현상용 토너.
(2) (1)에 있어서, 상기 실리카 입자의 1차 입자의 평균원형도가 0.5 이상 0.8 이하인 정전하상 현상용 토너.
(3) (1)에 있어서, 상기 토너 입자의 형상 계수 SF1이 125 이상 140 이하인 정전하상 현상용 토너.
(4) (1)에 있어서, 상기 토너 입자의 형상 계수 SF2가 105 이상 130 이하인 정전하상 현상용 토너.
(5) (1)에 있어서, 상기 실리카 입자의 1차 입자의 평균입경이 100nm 이상 350nm 이하인 정전하상 현상용 토너.
삭제
(7) (1)에 기재된 정전하상 현상용 토너 및 캐리어를 함유하는 정전하상 현상제.
(8) (7)에 있어서, 상기 실리카 입자의 1차 입자의 평균원형도가 0.5 이상 0.8 이하인 정전하상 현상제.
(9) (7)에 있어서, 상기 토너 입자의 형상 계수 SF1이 125 이상 140 이하인 정전하상 현상제.
(10) (1)에 기재된 정전하상 현상용 토너를 수납하는 토너 카트리지.
(11) (10)에 있어서, (1)에 기재된 정전하상 현상용 토너가 토너 카트리지의 부피에 대해 90부피% 이상으로 수납된 토너 카트리지.
(12) (7)에 기재된 정전하상 현상제를 수납하며, 정전잠상 유지체의 표면에 형성된 정전잠상을 그 정전하상 현상제에 의해 현상하여 토너상을 형성하는 현상 유닛을 포함하는 프로세스 카트리지.
(13) 정전잠상 유지체와, 상기 정전잠상 유지체의 표면을 대전하는 대전 유닛과, 상기 정전잠상 유지체의 표면에 정전잠상을 형성하는 정전잠상 형성 유닛과, (7)에 기재된 정전하상 현상제를 수납하며, 상기 정전잠상 유지체의 표면에 형성된 상기 정전잠상을 그 정전하상 현상제에 의해 현상하여 토너상을 형성하는 현상 유닛과, 상기 토너상을 기록매체에 전사하는 전사 유닛과, 상기 기록매체의 토너상을 정착하는 정착 유닛을 구비하는 화상 형성 장치.
(14) (13)에 있어서, 상기 실리카 입자의 1차 입자의 평균원형도가 0.5 이상 0.8 이하인 화상 형성 장치.
(15) (13)에 있어서, 상기 토너 입자의 형상 계수 SF1이 125 이상 140 이하인 화상 형성 장치.
(16) 정전잠상 유지체의 표면을 대전하는 대전 공정과, 대전한 상기 정전잠상 유지체의 표면에 정전잠상을 형성하는 정전잠상 형성공정과, 상기 정전잠상 유지체의 표면에 형성된 상기 정전잠상을 (7)에 기재된 정전하상 현상제에 의해 현상하여 토너상을 형성하는 현상공정과, 상기 토너상을 기록매체에 전사하는 전사 공정과, 상기 기록매체의 토너상을 정착하는 정착공정을 포함하는 화상 형성 방법.
(17) (16)에 있어서, 상기 실리카 입자의 1차 입자의 평균원형도가 0.5 이상 0.8 이하인 화상 형성 방법.
(18) (16)에 있어서, 상기 토너 입자의 형상 계수 SF1이 125 이상 140 이하인 화상 형성 방법.
상기 (1)에 관한 발명에 따르면, 토너 입자의 표면에 외첨하는 실리카 입자로서, 평균입경이 70nm 이상 400nm 이하이고, 비중이 1.0 이상 1.9 이하이며, 평균원형도가 0.5 이상 0.9 이하인 실리카 입자를 함유하지 않는 경우에 비해, 토너 입자 표면상에서의 실리카 입자의 편재가 억제된 정전하상 현상용 토너가 제공된다.
상기 (2)에 관한 발명에 따르면, 실리카 입자의 1차 입자의 평균원형도가 0.5 이상 0.8 이하가 아닌 경우에 비해, 토너 입자 표면상에서의 실리카 입자의 편재가 억제된 정전하상 현상용 토너가 제공된다.
상기 (3)에 관한 발명에 따르면, 토너 입자의 형상 계수 SF1이 125 이상 140 이하가 아닌 경우에 비해, 토너 입자 표면상에서의 실리카 입자의 편재가 억제된 정전하상 현상용 토너가 제공된다.
상기 (4)에 관한 발명에 따르면, 토너 입자의 형상 계수 SF2가 105 이상 130 이하가 아닌 경우에 비해, 토너 입자 표면상에서의 실리카 입자의 편재가 억제된 정전하상 현상용 토너가 제공된다.
상기 (5)에 관한 발명에 따르면, 실리카 입자의 1차 입자의 평균입경이 100nm 이상 350nm 이하가 아닌 경우에 비해, 토너 입자 표면상에서의 실리카 입자의 편재가 억제된 정전하상 현상용 토너가 제공된다.
상기 (6)에 관한 발명에 따르면, 실리카 입자의 1차 입자의 비중이 1.0 이상 1.9 이하가 아닌 경우에 비해, 토너 입자 표면상에서의 실리카 입자의 편재가 억제된 정전하상 현상용 토너가 제공된다.
상기 (7)에 관한 발명에 따르면, 정전하상 현상제가, 평균입경이 70nm 이상 400nm 이하이고, 비중이 1.0 이상 1.9 이하이며, 평균원형도가 0.5 이상 0.9 이하인, 토너 입자의 표면상에 외첨하는 실리카 입자를 갖는 토너를 함유하지 않는 경우에 비해, 토너 입자 표면상에서의 실리카 입자의 편재가 억제된 정전하상 현상제가 제공된다.
상기 (8)에 관한 발명에 따르면, 실리카 입자의 1차 입자의 평균원형도가 0.5 이상 0.8 이하가 아닌 경우에 비해, 토너 입자 표면상에서의 실리카 입자의 편재가 억제된 정전하상 현상제가 제공된다.
상기 (9)에 관한 발명에 따르면, 토너 입자의 형상 계수 SF1이 125 이상 140 이하가 아닌 경우에 비해, 토너 입자 표면상에서의 실리카 입자의 편재가 억제된 정전하상 현상제가 제공된다.
상기 (10)에 관한 발명에 따르면, 평균입경이 70nm 이상 400nm 이하이고, 비중이 1.0 이상 1.9 이하이며, 평균원형도가 0.5 이상 0.9 이하인, 토너 입자의 표면상에 외첨하는 실리카 입자를 갖는 토너를 함유하는 정전하상 현상제를 사용하지 않은 경우에 비해, 색점의 발생이 억제된 화상이 얻어진다.
상기 (11)에 관한 발명에 따르면, (1) 기재의 정전하상 현상용 토너가 토너 카트리지의 부피에 대해 90부피% 이상으로 수납되지 않은 경우에 비해, 색점의 발생이 억제된 화상이 얻어진다.
상기 (12)에 관한 발명에 따르면, 평균입경이 70nm 이상 400nm 이하이고, 비중이 1.0 이상 1.9 이하이며, 평균원형도가 0.5 이상 0.9 이하인, 토너 입자의 표면상에 외첨하는 실리카 입자를 갖는 토너를 함유하는 정전하상 현상제를 사용하지 않은 경우에 비해, 색점의 발생이 억제된 화상이 얻어진다.
상기 (13)에 관한 발명에 따르면, 평균입경이 70nm 이상 400nm 이하이고, 비중이 1.0 이상 1.9 이하이며, 평균원형도가 0.5 이상 0.9 이하인, 토너 입자의 표면상에 외첨하는 실리카 입자를 갖는 토너를 함유하는 정전하상 현상제를 사용하지 않은 경우에 비해, 색점의 발생이 억제된 화상이 얻어진다.
상기 (14)에 관한 발명에 따르면, 실리카 입자의 1차 입자의 평균원형도가 0.5 이상 0.8 이하가 아닌 경우에 비해, 색점의 발생이 억제된 화상이 얻어진다.
상기 (15)에 관한 발명에 따르면, 토너 입자의 형상 계수 SF1이 125 이상 140 이하가 아닌 경우에 비해, 색점의 발생이 억제된 화상이 얻어진다.
상기 (16)에 관한 발명에 따르면, 평균입경이 70nm 이상 400nm 이하이고, 비중이 1.0 이상 1.9 이하이며, 평균원형도가 0.5 이상 0.9 이하인, 토너 입자의 표면상에 외첨하는 실리카 입자를 갖는 토너를 함유하는 정전하상 현상제를 사용하지 않은 경우에 비해, 색점의 발생이 억제된 화상이 얻어진다.
상기 (17)에 관한 발명에 따르면, 실리카 입자의 1차 입자의 평균원형도가 0.5 이상 0.8 이하가 아닌 경우에 비해, 색점의 발생이 억제된 화상이 얻어진다.
상기 (18)에 관한 발명에 따르면, 토너 입자의 형상 계수 SF1이 125 이상 140 이하가 아닌 경우에 비해, 색점의 발생이 억제된 화상이 얻어진다.
본 발명의 실시형태를 이하의 도면에 기하여 설명한다.
도1은 본 발명의 실시형태의 화상 형성 장치의 1예를 나타내는 개략 구성도.
도2는 본 발명의 실시형태의 프로세스 카트리지의 1예를 나타내는 개략 구성도.
이하, 본 발명의 실시형태에 관하여 상세하게 설명한다.
<정전하상 현상용 토너>
본 실시형태에 관한 정전하상 현상용 토너(이하, 단지「토너」라 하는 경우가 있음)는, 적어도 착색제 및 결착 수지를 함유하는 토너 입자와, 토너 입자의 표면에 외첨한 실리카 입자로서, 평균입경이 70nm 이상 400nm 이하이고, 비중이 1.0 이상 1.9 이하이며, 평균원형도가 0.5 이상 0.9 이하인 실리카 입자를 포함하여 구성되어 있다.
토너가 상기 구성을 취함으로써, 토너 입자 표면상에서의 실리카 입자의 편재가 억제된다. 이는 확실하지 않지만, 이하에 나타내는 이유에 의한 것으로 생각된다.
졸겔법에 의해 제조되는 실리카 입자는, 평균입경이 70nm 이상 400nm 이하, 비중이 1.0 이상 1.9 이하이며, 평균원형도가 0.9를 초과하는 구상의 입자로 되는 것이 일반적이다. 이러한 실리카 입자를 토너 입자의 외첨제로서 사용하면, 비중이 가볍기 때문에, 현상기내에서 토너가 받는 기계적 부하에 대해, 실리카 입자가 토너 입자의 표면에 매몰하기 어려워, 토너상의 전사성 저하에 의한 화상농도의 저하를 억제할 수 있다.
그러나, 당해 구상의 실리카 입자에, 예를 들면 캐리어와의 마찰이 생기면, 비중이 작고, 구상인 형태이므로 토너 입자의 표면에서 굴러, 이동하기 쉽다. 그 때문에, 토너 입자의 오목부에 편재하기 쉬워, 토너 입자의 표면이 노출하는 것으로 생각된다. 토너 입자의 표면은, 일반적으로 결착 수지를 함유하는 성분으로 구성되어 점착성(stickiness)을 가지므로, 표면이 노출한 토너 입자끼리는 밀착하여, 응집하기 쉽고, 그 결과, 색점(화상 형성면의 백지부에 점상으로 착색하는 현상)이 발생한 화상이 형성되는 것으로 생각된다.
실리카 입자의 토너 입자의 오목부로의 편재는, 특히, 토너의 교체성이 저하하는 저화상밀도(저 에리어 커버리지(low area coverage))의 출력이 계속된 경우에 생기기 쉬운 것으로 생각된다. 이는, 상대적인 캐리어의 존재 비율이 상승하여, 실리카 입자와 캐리어와의 마찰이 커지기 때문인 것으로 생각된다.
또한, 토너 입자의 응집은, 특히, 결착 수지가 끈적거리기 쉽게되는 고온고습 환경하(예를 들면, 30℃, 85% RH 환경하)에서 발생하기 쉽다.
따라서, 그 결과, 고온고습 환경하에서, 또한 저화상밀도의 출력이 계속되는 환경하에서는, 색점이 발생하기 쉬운 상태가 된다.
그에 대해, 본 실시형태에서는, 상기 입경 및 상기 비중의 실리카 입자의 평균원형도를 0.5 이상 0.9 이하로 한다. 즉, 실리카 입자의 형상을 구상으로부터 이형상(heterogeneous form)으로 이형화시킴으로써, 실리카 입자와 캐리어와의 마찰이 커진 경우라도, 구상의 실리카 입자의 경우보다도 실리카 입자와 토너 입자 표면과의 접촉점 및 접촉면적이 커지기 때문에, 본 실시형태의 실리카 입자는 토너 입자의 오목부에 편재하기 어려워진다고 생각된다. 그 결과, 토너 입자의 표면의 노출이 억제되고, 토너 입자끼리의 응집이 억제되어, 화상의 색점 발생을 억제할 수 있다고 생각된다.
특히 색점이 발생하기 쉬운, 고온고습 환경하에서, 저화상밀도(저 에리어 커버리지)의 출력이 계속된 경우라도, 상술한 바와 같이 토너 입자의 표면에 있어서 실리카 입자의 편재가 억제되기 때문에, 토너 입자 표면의 노출이 억제되고, 토너 입자의 응집이 억제되어, 화상의 색점 발생을 억제할 수 있다고 생각된다.
또, 특허문헌1에는, 할로겐화 규소 화합물을 기상(vapor-phase) 산화하고, 기상 산화시, 실리카의 1차 입자가 합일하는 온도에서 소성함으로써 비구상의 실리카 분체를 제조하는 것이 설명되어 있지만, 이와 같이 실리카 입자를 소성하면, 비중이 1.9보다도 커져, 토너 입자 표면에 실리카 입자가 매몰하기 쉬워진다고 생각된다.
이하, 본 실시형태에 관한 토너의 각 구성에 관하여 상세하게 설명한다.
우선, 토너 입자에 관하여 설명한다.
〔토너 입자〕
토너 입자는, 적어도 결착 수지와, 착색제를 함유하고, 필요에 따라, 이형제와, 그 밖의 내첨제를 함유해도 된다.
결착 수지로서는, 특히 제한은 없지만, 예를 들면, 스티렌, p-클로로스티렌, α-메틸스티렌 등의 스티렌류; 아크릴산메틸, 아크릴산에틸, 아크릴산n-프로필, 아크릴산n-부틸, 아크릴산라우릴, 아크릴산2-에틸헥실, 메타크릴산메틸, 메타크릴산에틸, 메타크릴산n-프로필, 메타크릴산라우릴, 메타크릴산2-에틸헥실 등의 비닐기를 갖는 에스테르류; 아크릴로니트릴, 메타크릴로니트릴 등의 비닐니트릴류; 비닐메틸에테르, 비닐이소부틸에테르 등의 비닐에테르류; 비닐메틸케톤, 비닐에틸케톤, 비닐이소프로페닐케톤 등의 비닐케톤류; 에틸렌, 프로필렌, 부타디엔 등의 올레핀류 등의 단량체로 이루어지는 단독 중합체, 또는 이들을 2종 이상 조합시켜 얻어지는 공중합체, 나아가서는 이들의 혼합물을 들 수 있다. 또한, 에폭시 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리우레탄 수지, 폴리아미드 수지, 셀룰로오스 수지, 폴리에테르 수지 등, 비(非)비닐축합 수지, 또는, 이들과 상기 비닐 수지와의 혼합물이나, 이들의 공존하에서 비닐계 단량체를 중합하여 얻어지는 그래프트 중합체 등을 들 수 있다.
스티렌 수지, (메타)아크릴 수지, 또는 스티렌-(메타)아크릴계 공중합 수지는, 예를 들면, 스티렌계 단량체 또는 (메타)아크릴산계 단량체를, 단독 또는 적절히 조합시켜 공지의 방법에 의해 얻어진다. 또, 「(메타)아크릴」이란, 「아크릴」및「메타크릴」중 어느 것도 포함하는 표현이다.
폴리에스테르 수지는, 디카르복시산 성분과 디올 성분과의 중에서 호적한 것을 선택하여 조합시키고, 예를 들면, 에스테르 교환법 또는 중축합법 등, 종래 공지의 방법을 사용하여 합성함으로써 얻어진다.
스티렌 수지, (메타)아크릴 수지 또는 이들의 공중합 수지를 결착 수지로서 사용하는 경우, 중량평균분자량 Mw가 20,000 이상 100,000 이하, 수평균분자량 Mn이 2,000 이상 30,000 이하의 범위의 것을 사용하는 것이 바람직하다. 한편, 폴리에스테르 수지를 결착 수지로서 사용하는 경우는, 중량평균분자량 Mw가 5,000 이상 40,000 이하, 수평균분자량 Mn이 2,000 이상 10,000 이하의 범위인 것을 사용하는 것이 바람직하다.
결착 수지의 유리전이온도는, 40℃ 이상 80℃ 이하의 범위에 있는 것이 바람직하다. 유리전이온도가 상기 범위인 것에 의해, 최저 정착 온도가 유지되기 쉬워진다.
착색제로서는, 공지의 착색제이면 특히 한정되지 않지만, 예를 들면, 퍼니스 블랙, 샤넬 블랙, 아세틸렌 블랙, 써멀 블랙 등의 카본 블랙; 산화철 레드, 울트라마린 블루, 산화티탄 등의 무기 안료; 패스트 옐로우, 디스아조 옐로우, 피라졸론 레드, 킬레이트 레드(Chelate Red), 브릴리언트 카민, 파라 브라운 등의 아조 안료; 구리 프탈로시아닌, 무금속 프탈로시아닌 등의 프탈로시아닌 안료; 및 플라반트론 옐로우, 디브로모안트론 오렌지, 페릴렌 레드, 퀴나크리돈 레드, 디옥사진 바이올렛 등의 축합다환계 안료를 들 수 있다.
착색제는, 필요에 따라 표면 처리된 착색제를 사용해도 되고, 분산제와 병용해도 된다. 또한, 착색제는, 복수종을 병용해도 된다.
착색제의 함유량으로서는, 결착 수지의 전질량에 대해, 1질량% 이상 30질량% 이하의 범위가 바람직하다.
이형제로서는, 예를 들면, 탄화수소계 왁스; 카나우바 왁스, 라이스 왁스, 칸델릴라 왁스 등의 천연 왁스; 몬탄 왁스 등의 합성 혹은 광물석유계 왁스; 지방산에스테르, 몬탄산에스테르 등의 에스테르계 왁스; 등을 들 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
이형제의 융점은, 보존성의 관점에서, 50℃ 이상인 것이 바람직하고, 60℃ 이상인 것이 보다 바람직하다. 또한, 내(耐)오프셋성의 관점에서, 110℃ 이하인 것이 바람직하고, 100℃ 이하인 것이 보다 바람직하다.
이형제의 함유량은, 1질량% 이상 15질량% 이하가 바람직하고, 2질량% 이상 12질량% 이하가 보다 바람직하며, 3질량% 이상 10질량% 이하가 보다 더 바람직하다.
그 밖의 내첨제로서는, 예를 들면, 자성체, 대전제어제, 무기분체 등을 들 수 있다.
토너 입자의 형상 계수 SF1는 125 이상 140 이하(바람직하게는 125 이상 135 이하, 보다 바람직하게는 130 이상 135 이하)이며, 형상 계수 SF2가 105 이상 130 이하(바람직하게는 110 이상 125 이하, 보다 바람직하게는 115 이상 120 이하)이다.
형상 계수 SF1은, 하기 식에 의해 구해진다.
형상 계수 SF1=(ML2/A)×(π/4)×100
상기 식 중, ML은 토너 입자의 절대 최대 길이, A는 토너 입자의 투영 면적을 각각 나타낸다.
형상 계수 SF1은, 주로 현미경 화상 또는 주사전자현미경(SEM) 화상을 화상 해석 장치를 사용하여 해석함으로써 수치화되고, 예를 들면, 이하와 같이 하여 산출 할 수 있다. 즉, 슬라이드글라스 표면에 산포한 토너 입자의 광학현미경상을, 비디오 카메라를 통해 루젝스 화상 해석 장치에 취입(取入)하여, 100개의 토너 입자의 최대길이와 투영 면적을 구하고, 상기 식에 의해 계산하여, 그 평균치를 구함으로써 얻어진다.
형상 계수 SF2는, 다음과 같이 하여 구한다.
주사형 전자현미경(예를 들면 히타치주식회사제: S-4100 등)을 사용하여 토너 입자를 관찰하여 화상을 촬영하고, 이 화상을 화상 해석 장치(예를 들면 LUZE Ⅲ, 니레코사제)에 취입하고 100개의 각각의 토너 입자에 관하여, 다음 식에 기해 SF2를 산출하고, 그 평균치를 구하여, 형상 계수 SF2로 한다. 또, 전자현미경은 1시야 중에 외첨제가 3개 이상 20개 이하 정도 나오도록 배율을 조정하고, 복수 시야의 관찰을 합하여 다음 식에 기해 SF2를 산출했다.
형상 계수 SF2={PM2/(4·A·π)}×100
여기서, 식 중, PM은, 토너 입자의 주위(周圍) 길이를 나타낸다. A는, 토너 입자의 투영 면적을 나타낸다. π는, 원주율은 나타낸다.
토너 입자의 체적평균입경으로서는, 2㎛ 이상 10㎛ 이하가 바람직하고, 4㎛ 이상 8㎛ 이하가 보다 바람직하다.
토너 입자의 체적평균입경의 측정은, 쿨터멀티사이저 Ⅱ형(베크만쿨터사제)를 사용하여, 50㎛의 어퍼쳐경으로 측정한다. 이 때, 측정은, 토너 입자를 전해질 수용액(아이소톤(ISOTON) 수용액)에 분산시키고, 초음파에 의해 30초 이상 분산시킨 후에 행한다.
측정법으로서는, 분산제로서 계면활성제, 바람직하게는 알킬벤젠설폰산나트륨의 5% 수용액 2㎖ 중에, 측정 시료를 0.5 내지 50mg 가하고, 이를 상기 전해액 100 내지 150㎖ 중에 첨가한다. 이 측정 시료를 현탁시킨 전해액을 초음파 분산기로 약 1분간 분산 처리를 행하여, 입자의 입도 분포를 측정한다. 측정하는 입자수는 50,000이다.
측정된 입도 분포를, 분할된 입도 범위(채널)에 대해, 체적에 관하여 작은 직경 측으로부터 누적 분포를 그려, 누적 50%가 되는 입경을 체적평균입경으로 정의한다.
다음으로, 실리카 입자에 관하여 설명한다.
〔실리카 입자〕
실리카 입자는, 평균입경이 70nm 이상 400nm 이하이고, 비중이 1.0 이상 1.9 이하이며, 평균원형도가 0.5 이상 0.9 이하이다.
-평균입경-
실리카 입자의 평균입경이 70nm 미만에서는, 입자의 형상이 구상이 되기 쉬워, 평균원형도가 0.5 이상 0.9 이하의 형상이 얻어지지 않을 수 있다. 또한, 실리카 입자를 토너 입자의 표면에 부착시키는 경우에, 토너 입자의 표면에 분산시키기 어렵다. 실리카 입자의 평균입경이 400nm를 초과하면, 실리카 입자에 기계적 부하가 가해진 경우에, 결손하기 쉽다. 또한, 실리카 입자를 토너 입자 표면에 외첨시킨 경우에, 토너(실리카 입자가 외첨한 토너 입자)의 강도가 향상하기 어려워, 토너의 유동성이 높아지기 어렵다.
실리카 입자의 평균입경은, 100nm 이상 350nm 이하인 것이 바람직하고, 100nm 이상 250nm 이하인 것이 보다 바람직하다.
실리카 입자의 평균입경은, 토너 입자에 실리카 입자를 분산시킨 후의 실리카 입자의 1차 입자 100개를 SEM(Scanning Electron Microscope) 장치에 의해 관찰하고, 1차 입자의 화상 해석에 의해 얻어진 원 상당 직경의 누적빈도에 있어서의 50% 직경(D50v)을 의미한다.
-비중-
실리카 입자는, 비중이 1.0 이상 1.9 이하이다.
실리카 입자의 비중이 1.9를 초과하면, 실리카 입자가 기계적 부하를 받은 때에, 실리카 입자가 토너 입자의 표면에 매몰하기 쉽고, 1.0 미만이면, 실리카 입자가 움직이기 쉬워져, 토너 입자의 오목부에 편재하기 쉽다.
실리카 입자의 비중은, 1.1 이상 1.8 이하인 것이 바람직하다.
실리카 입자의 비중은, 다음과 같이 하여 측정된다.
르샤틀리에 비중병을 사용하여 JIS-K-0061:92의 5-2-1에 준거하여 비중을 측정했다. 조작은 다음을 통해 행한다.
(1) 르샤틀리에 비중병에 약 250㎖의 에틸알코올을 넣고, 메니스커스(meniscus)가 눈금의 위치에 오도록 조정한다.
(2) 비중병를 항온수조에 담그고, 액온이 20.0±0.2℃로 된 때, 메니스커스의 위치를 비중병의 눈금으로 정확하게 독취(讀取)한다. (정도(精度) 0.025㎖로 함)
(3) 시료 약 100.000g를 칭량하여, 그 질량을 W로 한다.
(4) 칭량한 시료를 비중병에 넣고 거품을 제거한다.
(5) 비중병을 항온수조에 담그고, 액온이 20.0±0.2℃로 된 때, 메니스커스의 위치를 비중병의 눈금으로 정확하게 독취한다. (정도 0.025㎖로 함)
(6) 다음 식에 의해 비중을 산출한다.
D=W/(L2-L1) … (A)
S=D/0.9982 … (B)
식 중, D는 시료의 밀도(g/cm3)(20℃), S는 시료의 비중(20℃에서), W는 시료의 겉보기 질량(g), L1은 시료를 비중병에 넣기 전의 메니스커스를 읽은 것(㎖)(20℃에서), L2는 시료를 비중병에 넣은 후의 메니스커스를 읽은 것(㎖)(20℃에서), 0.9982는 20℃에 있어서의 물의 밀도(g/cm3)이다.
또한, 토너 입자에 외첨된 상태의 실리카 입자의 비중은, 이하와 같이 하여 구한다.
전자현미경 S4100에 장착한 에너지 분산형 X선 분석 장치 EMAX model 6923H(Horiba사제)를 사용하여 가속전압 20kV로 맵핑(mapping)한다. 원소 조성으로부터 실리카 입자의 재료종을 추측하여, 추측된 재료종의 진(眞)비중을 그 실리카 입자의 비중으로 근사한다.
-평균원형도-
실리카 입자는, 평균원형도가 0.5 이상 0.9 이하이다.
실리카 입자의 평균원형도가 0.9를 초과하면, 실리카 입자가 구상에 근접하기 때문에, 실리카 입자를 토너 입자의 표면에 외첨시에, 혼합성이나, 토너 입자에의 밀착성이 나빠지고, 보다 토너 입자의 표면을 구르기 쉬워진다. 그 때문에, 예를 들면, 캐리어와의 마찰이 생긴 경우나, 토너의 보존 후에, 실리카 입자가 보다 편재하거나, 토너 입자로부터 탈리할 수 있다. 실리카 입자의 평균원형도가 0.5 미만이면, 실리카 입자의 종/횡비가 큰 형상이 되어, 실리카 입자에 기계적 부하가 가해진 경우에 응력 집중이 생겨, 결손하기 쉬워진다. 또, 실리카 입자를 졸겔법에 의해 제조하는 경우는, 1차 입자의 평균원형도가 0.5 미만인 실리카 입자는 제조가 곤란한 것으로 생각된다.
실리카 입자의 평균원형도는, 0.5 이상 0.8 이하인 것이 바람직하다.
또, 실리카 입자의 평균원형도는, 토너 입자에 실리카 입자를 분산시킨 후의 실리카 입자의 1차 입자를, SEM 장치에 의해 관찰하고, 얻어진 1차 입자의 화상 해석으로부터, 하기 식에 의해 산출되는 「100/SF2」로서 얻어진다.
평균원형도(100/SF2)=4π×(A/Ⅰ2)
식 중, I는 화상상에 있어서의 실리카 입자의 1차 입자의 주위 길이를 나타내고, A는 실리카 입자의 1차 입자의 투영 면적을 나타낸다. SF2는 형상 계수를 나타낸다.
실리카 입자의 평균원형도는, 상기 화상 해석에 의해 얻어진 1차 입자 100개의 원형도의 누적빈도에 있어서의 50% 원형도로서 얻어진다.
(성분, 표면 처리)
실리카 입자는, 실리카, 즉 SiO2를 주성분으로 하는 입자이면 되고, 결정성이어도 비결정성이어도 된다. 또한, 물유리나 알콕시실란 등의 규소 화합물을 원료로 하여 제조된 입자여도 되고, 석영을 분쇄하여 얻어지는 입자여도 된다.
또한, 실리카 입자의 분산성의 관점에서, 실리카 입자의 표면은 소수화 처리되어 있는 것이 바람직하다. 예를 들면, 실리카 입자의 표면에 알킬기를 결합함으로써, 실리카 입자는 소수화된다. 그러기 위해서는, 예를 들면, 실리카 입자에 알킬기를 갖는 공지의 유기규소 화합물을 작용시키면 된다. 소수화 처리의 방법의 상세는 후술한다.
이미 기술한, 평균입경이 70nm 이상 400nm 이하이고, 비중이 1.0 이상 1.9 이하이며, 평균원형도가 0.5 이상 0.9 이하인 실리카 입자(이하, 「특정 실리카 입자」라고도 칭함)의 첨가량으로서는, 토너 입자의 전질량에 대해 0.3질량% 이상 15질량% 이하인 것이 바람직하고, 0.5질량% 이상 10질량% 이하인 것이 보다 바람직하다.
특정 실리카 입자의 제조 방법은, 평균입경이 70nm 이상 400nm 이하이고, 비중이 1.0 이상 1.9 이하이며, 평균원형도가 0.5 이상 0.9 이하인 실리카 입자를 제조할 수 있는 방법이면 특히 제한되지 않는다. 예를 들면, 물유리를 원료로서 실리카졸을 얻는 방법에 의해 제조해도 되고, 알콕시실란으로 대표되는 규소 화합물을 원료로 하여, 졸겔법에 의해 입자를 생성하는, 소위 습식 방법에 의해 특정 실리카 입자를 제조해도 된다.
그러나, 실리카를 소성하여 제조하고, 분쇄 및 분급하는 건식 방법에 의한 방법으로는, 일반적으로, 실리카 입자의 비중이 1.9를 초과해버려, 비중의 점에서, 특정 실리카를 제조할 수 없다. 한편, 알콕시실란으로 대표되는 규소 화합물을 원료로 하여, 졸겔법에 의해 입자를 생성하는 방법에 의하면, 실리카 입자 중에 공극이 생겨, 비중이 1.0 이상 1.9 이하이고, 또한 평균입경이 70nm 이상 400nm 이하의 실리카 입자를 얻기 쉽다.
나아가, 특정 실리카 입자는, 평균원형도가 0.9 이하인 이형상의 실리카 입자이기 때문에, 이러한 형상을 갖는 특정 실리카 입자를 토너 입자의 표면에 갖는 토너를 제조함에는, 다음의 공정을 갖는 실리카 입자의 제조 방법에 의한 것이 바람직하다.
본 실시형태에 관한 실리카 입자의 제조 방법은, 알코올을 함유하는 용매 중에, 0.6mol/L 이상 0.85mol/L 이하의 농도로 알칼리 촉매가 함유되는 알칼리 촉매 용액을 준비하는 공정(「알칼리 촉매 용액 준비공정」이라 함)과, 상기 알칼리 촉매 용액 중에, 상기 알코올에 대해, 0.002mol/(mol·min) 이상 0.009mol/(mol·min) 이하의 공급량으로 테트라알콕시실란을 공급함과 함께, 상기 테트라알콕시실란의 1분간 당에 공급되는 총공급량의 1mol당에 대해, 0.lmol 이상 0.4mol 이하로 알칼리 촉매를 공급하여 실리카 입자(특정 실리카 입자)를 얻는 공정(「실리카 입자 생성공정」이라 함)을 갖는다.
즉, 본 실시형태에 관한 실리카 입자의 제조 방법에서는, 상기 농도의 알칼리 촉매가 함유되는 알코올의 존재하에, 원료인 테트라알콕시실란과, 별도로, 촉매인 알칼리 촉매를 각각 상기 관계로 공급하면서, 테트라알콕시실란을 반응시켜, 특정 실리카 입자를 생성한다.
본 실시형태에 관한 실리카 입자의 제조 방법에서는, 상기 방법에 의해, 평균입경이 70nm 이상 400nm 이하이고, 비중이 1.0 이상 1.9 이하이며, 평균원형도가 0.5 이상 0.9 이하인 이형상의 특정 실리카 입자가 얻어진다. 이는, 확실하지 않지만 이하의 이유에 의한 것으로 생각된다.
우선, 알코올을 함유하는 용매 중에, 알칼리 촉매가 함유되는 알칼리 촉매 용액을 준비하고, 이 용액 중에 테트라알콕시실란과 알칼리 촉매를 각각 공급하면, 알칼리 촉매 용액 중에 공급된 테트라알콕시실란이 반응하여, 핵입자가 생성된다. 이 때, 알칼리 촉매 용액 중의 알칼리 촉매 농도가 상기 범위에 있다면, 2차 응집물 등의 조대 응집물의 생성을 억제하면서, 이형상의 핵입자가 생성하는 것으로 생각된다. 이는, 알칼리 촉매는, 촉매 작용 이외에, 생성되는 핵입자의 표면에 배위하여, 핵입자의 형상, 분산 안정성에 기여하지만, 그 양이 상기 범위내이면, 알칼리 촉매가 핵입자의 표면을 균일하게 덮지 않기 때문에(즉 알칼리 촉매가 핵입자의 표면에 편재하여 부착하기 때문에), 핵입자의 분산 안정성은 유지하지만, 핵입자의 표면장력 및 화학적 친화성에 부분적인 치우침이 생겨, 이형상의 핵입자가 생성되는 것으로 생각되기 때문이다.
여기서, 테트라알콕시실란의 공급량은, 실리카 입자의 입도 분포나 평균원형도에 관계하는 것으로 생각된다. 테트라알콕시실란의 공급량을, 0.002mol/(mol·min) 이상 0.009mol/(mol·min) 이하로 함으로써, 입자 성장 단계에 있어서의 테트라알콕시실란과 핵입자 간의 접촉 확률을 높여, 테트라알콕시실란이 핵입자에 치우침 없이 공급되기 전에, 테트라알콕시실란과 핵입자와의 반응을 생기게 할 수 있다고 생각된다. 즉, 테트라알콕시실란과 핵입자와의 반응이 치우친다고 생각된다. 그 때문에, 핵입자로의 테트라알콕시실란의 공급의 치우침을 조장하여, 입자 성장의 고르지 못함을 초래한다고 생각된다.
또, 실리카 입자의 평균입경은, 테트라알콕시실란의 총공급량에 의존하는 것으로 생각된다.
이상으로부터, 본 실시형태에 관한 실리카 입자의 제조 방법에서는, 조대 응집물의 발생이 적고, 평균입경이 70nm 이상 400nm 이하이고, 비중이 1.0 이상 1.9 이하이며, 평균원형도가 0.5 이상 0.9 이하인 이형상의 특정 실리카 입자가 얻어진다고 생각된다.
상기 방법으로 얻은 특정 실리카 입자를, 토너 입자의 표면에 부착함으로써, 토너 입자상에서의 실리카 입자의 편재가 억제되는 본 실시형태에 관한 토너를 제조할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 관한 실리카 입자의 제조 방법에 있어서의 알칼리 촉매 용액 준비공정 및 실리카 입자 생성공정(양 공정을 합하여「특정 실리카 입자 제조공정」이라고도 칭함)에서는, 이형상의 핵입자를 생성시키고, 이 이형상을 유지한 채 핵입자를 성장시켜 실리카 입자가 생성되는 것으로 생각되는 점에서, 기계적 부하에 대한 형상 안정성이 높은 이형상의 실리카 입자가 얻어지는 것으로 생각된다.
또한, 특정 실리카 입자 제조공정에서는, 생성한 이형상의 핵입자가 이형상을 유지한 채 입자 성장시켜, 실리카 입자가 얻어지는 것으로 생각되는 점에서, 기계적 부하에 대하여 강하여, 파괴되기 어려운 실리카 입자가 얻어지는 것으로 생각된다.
또한, 특정 실리카 입자 제조 방법에서는, 알칼리 촉매 용액 중에, 테트라알콕시실란과 알칼리 촉매를 각각 공급하여, 테트라알콕시실란의 반응을 생성시킴으로써, 입자 생성을 행하고 있으므로, 단지 졸겔법에 의해 이형상의 실리카 입자를 제조하는 경우에 비해, 총 사용 알칼리 촉매량이 작아지고, 그 결과, 알칼리 촉매의 제거공정의 생략도 실현된다. 이는, 특히, 고순도가 요구되는 제품에 실리카 입자를 적용하는 경우에 유리하다.
-알칼리 촉매 용액 준비공정-
우선, 알칼리 촉매 용액 준비공정에 관하여 설명한다.
알칼리 촉매 용액 준비공정은, 알코올을 함유하는 용매를 준비하고, 이것에 알칼리 촉매를 첨가하여, 알칼리 촉매 용액을 준비한다.
알코올을 함유하는 용매는, 알코올 단독의 용매여도 되고, 필요에 따라 알코올과, 물; 아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤 등의 케톤류; 메틸셀로솔브, 에틸셀로솔브, 부틸셀로솔브, 아세트산셀로솔브 등의 셀로솔브류; 디옥산, 테트라히드로푸란 등의 에테르류 등의 다른 용매와의 혼합 용매여도 된다.
혼합 용매의 경우, 알코올의 다른 용매에 대한 양은 80질량% 이상(바람직하게는 90질량% 이상)인 것이 좋다.
또, 알코올로서는, 예를 들면, 메탄올, 에탄올 등의 저급 알코올을 들 수 있다.
한편, 알칼리 촉매로서는, 테트라알콕시실란의 반응(예를 들면, 가수분해 반응 또는 축합 반응)을 촉진시키기 위한 촉매이며, 예를 들면, 암모니아, 요소, 모노아민, 사급암모늄염 등의 염기성 촉매를 들 수 있고, 특히 암모니아가 바람직하다.
알칼리 촉매의 농도(함유량)는, 0.6mol/L 이상 0.85mol/L 이하이며, 바람직하게는 0.63mol/L 이상 0.78mol/L 이하이며, 보다 바람직하게는 0.66mol/L 이상 0.75mol/L 이하이다.
알칼리 촉매의 농도가, 0.6mol/L 미만이면, 생성한 핵입자의 성장 과정의 핵입자의 분산성이 불안정해져, 2차 응집물 등의 조대 응집물이 생성되거나, 겔화가 일어나거나, 입도 분포가 악화한다.
반면, 알칼리 촉매의 농도가, 0.85mol/L 초과인 경우, 생성한 핵입자의 안정성이 과대해져, 진(眞)구상의 핵입자가 생성되어, 평균원형도가 0.85 이하의 이형상의 핵입자를 얻기 어렵고, 그 결과, 이형상의 특정 실리카 입자를 얻기 어렵다.
또, 알칼리 촉매의 농도는, 알코올 촉매 용액(알칼리 촉매 + 알코올을 함유하는 용매)에 대한 농도이다.
-실리카 입자 생성공정-
다음으로, 실리카 입자 생성공정에 관하여 설명한다.
실리카 입자 생성공정은, 알칼리 촉매 용액 중에, 테트라알콕시실란과, 알칼리 촉매를 각각 공급하고, 당해 알칼리 촉매 용액 중에서, 테트라알콕시실란을 반응(예를 들면, 가수분해 반응, 축합 반응)시켜, 실리카 입자를 생성하는 공정이다.
이 실리카 입자 생성공정에서는, 테트라알콕시실란의 공급 초기에, 테트라알콕시실란의 반응에 의해, 핵입자가 생성한 후(핵입자 생성 단계), 이 핵입자의 성장을 거쳐(핵입자 성장 단계), 실리카 입자가 생성한다.
알칼리 촉매 용액 중에 공급하는 테트라알콕시실란으로서는, 예를 들면, 테트라메톡시실란, 테트라에톡시실란, 테트라프로폭시실란, 테트라부톡시실란 등을 들 수 있지만, 반응 속도의 제어성이나 얻어지는 실리카 입자의 형상, 입경, 입도 분포 등의 점에서, 테트라메톡시실란, 테트라에톡시실란이 좋다.
테트라알콕시실란의 공급량은, 알칼리 촉매 용액중의 알코올에 대해, 0.002mol/(mol·min) 이상 0.009mol/(mol·min) 이하로 한다.
이는, 알칼리 촉매 용액을 준비하는 공정에서 사용한 알코올 1mol에 대해, 1분간당 0.002mol 이상 0.009mol 이하의 공급량으로 테트라알콕시실란을 공급하는 것을 의미한다.
테트라알콕시실란의 공급량을 상기 범위로 함으로써, 평균원형도가 0.5 이상 0.9 이하의 이형상의 실리카 입자가, 높은 비율(예를 들면 95개수% 이상)로 생성되기 쉬워진다.
또, 실리카 입자의 입경에 관해서는, 테트라알콕시실란의 종류나, 반응 조건에도 따르지만, 입자 생성의 반응에 사용하는 테트라알콕시실란의 총공급량을, 예를 들면 실리카 입자 분산액 1L에 대해 1.08mol 이상으로 함으로써, 입경이 100nm 이상의 1차 입자가 얻어지고, 실리카 입자 분산액 1L에 대해 5.49mol 이하로 함으로써, 입경이 500nm 이하의 1차 입자가 얻어진다.
테트라알콕시실란의 공급량이, 0.002mol/(mol·min)보다 적으면, 적하된 테트라알콕시실란과 핵입자와의 접촉 확률을 보다 낮추는 것으로는 되지만, 테트라알콕시실란의 총공급량의 적하를 종료하기까지에 장시간을 요하여, 생산 효율이 나쁘다.
테트라알콕시실란의 공급량이 0.009mol/(mol·min)보다 많으면, 핵입자 형성 단계에 있어서의 테트라알콕시실란 끼리의 반응이나, 입자 성장에 있어서의 테트라알콕시실란과 핵입자와의 반응에 대한 공급량이 과대로 되어, 반응계가 겔화하기 쉬워, 핵입자 형성 및 입자 성장을 저해하기 때문이다.
테트라알콕시실란의 공급량은, 0.002mol/(mol·min) 이상 0.0085mol/(mol·min) 이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는, 0.002mol/(mol·min) 이상 0.008mol/(mol·min) 이하이다.
한편, 알칼리 촉매 용액 중에 공급하는 알칼리 촉매는, 상기 예시한 것을 들 수 있다. 이 공급하는 알칼리 촉매는, 알칼리 촉매 용액 중에 미리 함유되는 알칼리 촉매와 같은 종류의 것이어도 되고, 다른 종류의 것이어도 되지만, 같은 종류의 것인 것이 좋다.
알칼리 촉매의 공급량은, 테트라알콕시실란의 1분간당에 공급되는 총공급량의 1mol당에 대해, 0.lmol 이상 0.4mol 이하로 하고, 바람직하게는 0.14mol 이상 0.35mol 이하이며, 보다 바람직하게는 0.18mol 이상 0.30mol 이상이다.
알칼리 촉매의 공급량이, 테트라알콕시실란의 1분간당에 공급되는 총공급량의 1mol당에 대해 0.lmol보다 작으면, 생성한 핵입자의 성장 과정의 핵입자의 분산성이 불안정해져, 2차 응집물 등의 조대 응집물이 생성되거나, 겔화가 일어나거나, 입도 분포가 악화한다.
반면, 알칼리 촉매의 공급량이, 0.4mol보다 많으면, 생성한 핵입자의 안정성이 과대해져, 핵입자 생성 단계에서 이형상의 핵입자가 생성되어도, 그 핵입자 성장 단계에서 핵입자가 구상으로 성장하여, 이형상의 실리카 입자를 얻을 수 없다.
여기서, 실리카 입자 생성공정에 있어서, 알칼리 촉매 용액 중에, 테트라알콕시실란과, 알칼리 촉매를 각각 공급하지만, 이 공급 방법은, 연속적으로 하여 공급하는 방식이어도 되고, 간헐적으로 공급하는 방식이어도 된다.
또한, 실리카 입자 생성공정에 있어서, 알칼리 촉매 용액중의 온도(공급시의 온도)는, 예를 들면, 5℃ 이상 50℃ 이하인 것이 좋고, 바람직하게는 15℃ 이상 40℃ 이하의 범위이다.
이상의 공정을 거쳐, 특정 실리카 입자가 얻어진다. 이 상태에서, 얻어지는 특정 실리카 입자는, 분산액의 상태로 얻어지지만, 그대로 실리카 입자 분산액으로서 사용해도 되고, 용매를 제거하여 실리카 입자의 분체로서 취출(取出)하여 사용해도 된다.
실리카 입자 분산액으로서 사용하는 경우는, 필요에 따라 물이나 알코올로 희석하거나 농축함으로써 실리카 입자 고형분 농도의 조정을 행해도 된다. 또한, 실리카 입자 분산액은, 그 밖의 알코올류, 에스테르류, 케톤류 등의 수용성유기 용매 등으로 용매 치환하여 사용해도 된다.
한편, 실리카 입자의 분체로서 사용하는 경우, 실리카 입자 분산액으로부터의 용매를 제거할 필요가 있지만, 이 용매 제거 방법으로서는, 1) 여과, 원심분리, 증류 등에 의해 용매를 제거한 후, 진공건조기, 트레이형(tray type) 드라이어 등에 의해 건조하는 방법, 2) 유동층 건조기, 스프레이 드라이어 등에 의해 슬러리를 직접 건조하는 방법 등, 공지의 방법을 들 수 있다. 건조 온도는, 특히 한정되지 않지만, 바람직하게는 200℃ 이하이다. 200℃ 보다 높으면 실리카 입자 표면에 잔존하는 실라놀기의 축합에 의한 1차 입자끼리의 결합이나 조대 입자의 발생이 일어나기 쉬워진다.
건조된 실리카 입자는, 필요에 따라 해쇄(解碎), 체가름(sieving)에 의해, 조대 입자나 응집물의 제거를 행하는 것이 좋다. 해쇄 방법은, 특히 한정되지 않지만, 예를 들면, 제트 밀, 진동 밀, 볼 밀, 핀 밀 등의 건식 분쇄 장치에 의해 행한다. 체가름 방법은, 예를 들면, 진동식, 풍력식 분기 등 공지의 것에 의해 행한다.
특정 실리카 입자 제조공정에 의해 얻어지는 특정 실리카 입자는, 소수화 처리제에 의해 특정 실리카 입자의 표면을 소수화 처리 후 사용해도 된다.
소수화 처리제로서는, 예를 들면, 알킬기(예를 들면 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기 등)를 갖는 공지의 유기규소 화합물을 들 수 있고, 구체예로는, 예를 들면, 실라잔 화합물(예를 들면, 헥사메틸디실라잔, 테트라메틸디실라잔 등), 실란 화합물(예를 들면, 메틸트리메톡시실란, 디메틸디메톡시실란, 트리메틸클로로실란, 트리메틸메톡시실란 등) 등을 들 수 있다. 소수화 처리제는, 1종으로 사용해도 되고, 복수종 사용해도 된다.
이들 소수화 처리제의 중에서도, 트리메틸메톡시실란, 헥사메틸디실라잔 등의 트리메틸 구조를 갖는 유기규소 화합물이 호적하다.
소수화 처리제의 사용량은, 특히 한정은 되지 않지만, 소수화의 효과를 얻기 위해서는, 예를 들면, 특정 실리카 입자에 대하여, 1질량% 이상 100질량% 이하, 바람직하게는 5질량% 이상 80질량% 이하이다.
소수화 처리제에 의한 소수화 처리가 실시된 소수성 실리카 입자 분산액을 얻는 방법으로서는, 예를 들면, 특정 실리카 입자 분산액에 소수화 처리제를 필요량 첨가하고, 교반하에 30℃ 이상 80℃ 이하의 온도 범위에서 반응시킴으로써, 특정 실리카 입자에 소수화 처리를 실시하여, 소수성 실리카 입자 분산액을 얻는 방법을 들 수 있다. 이 반응 온도가 30℃보다 저온에서는 소수화 반응이 진행하기 어렵고, 80℃를 넘는 온도에서는 소수화 처리제의 자기축합에 의한 분산액의 겔화나 실리카 입자끼리의 응집 등이 일어나기 쉬워진다.
한편, 분체의 소수성 실리카 입자를 얻는 방법으로서는, 상기 방법으로 소수성 실리카 입자 분산액을 얻은 후, 상기 방법으로 건조하여 소수성 실리카 입자의 분체를 얻는 방법, 실리카 입자 분산액을 건조하여 친수성 실리카 입자의 분체를 얻은 후, 소수화 처리제를 첨가하여 소수화 처리를 실시하여, 소수성 실리카 입자의 분체를 얻는 방법, 소수성 실리카 입자 분산액을 얻은 후, 건조하여 소수성 실리카 입자의 분체를 얻은 후, 소수화 처리제를 첨가하여 소수화 처리를 더 실시하여, 소수성 실리카 입자의 분체를 얻는 방법 등을 들 수 있다.
여기서, 분체의 특정 실리카 입자를 소수화 처리하는 방법으로서는, 헨셀 믹서나 유동상 등의 처리조내에서 분체의 친수성 실리카 입자를 교반하고, 거기에 소수화 처리제를 가하여, 처리조내를 가열함으로써 소수화 처리제를 가스화하여 분체의 특정 실리카 입자의 표면의 실라놀기와 반응시키는 방법을 들 수 있다. 처리 온도는, 특히 한정되지 않지만, 예를 들면, 80℃ 이상 300℃ 이하가 좋고, 바람직하게는 120℃ 이상 200℃ 이하이다.
토너 입자는, 특정 실리카 입자 이외의 외첨제를 부착하고 있어도 된다.
특정 실리카 입자 이외의 외첨제로서는, 예를 들면, 알루미나, 산화티탄, 티탄산바륨, 티탄산마그네슘, 티탄산칼슘, 티탄산스트론튬, 산화아연, 규사, 클레이, 운모, 규회석, 규조토, 산화크롬, 산화세륨, 산화철 레드, 삼산화안티몬, 산화마그네슘, 산화지르코늄, 황산바륨, 탄산바륨, 탄산칼슘, 탄화규소, 질화규소 등의 무기 입자를 들 수 있다. 또한, 플루오로카본 수지, 실리콘 수지 등의 수지 입자, 스테아르산아연으로 대표되는 고급 지방산의 금속염을 사용해도 된다.
특정 실리카 입자 이외의 외첨제의 첨가량으로서는, 토너 입자의 전질량에 대해 0.3질량% 이상 3.0질량% 이하로 하면 좋다.
다음으로, 본 실시형태에 관한 토너의 제조 방법에 관하여 설명한다.
본 실시형태에 관한 토너는, 토너 입자를 제조 후, 토너 입자에 대해, 외첨제로서의 특정 실리카 입자를 외첨함으로써 얻어진다.
토너 입자의 제조 방법으로서는, 혼련분쇄법이나 습식조립법등을 들 수 있지만, 습식조립법에 의해 행해지는 것이 바람직하다. 습식조립법으로서는, 예를 들면, 공지의 용융현탁법, 유화응집합일법, 용해현탁법 등의 방법을 들 수 있다.
얻어진 토너 입자에 외첨제를 외첨하는 방법으로서는, 예를 들면, V형 블렌더나 헨셀 믹서나 레디게(Loedige) 믹서 등의 공지의 혼합기에 의해 혼합하는 방법을 들 수 있다.
<정전하상 현상제>
본 실시형태에 관한 정전하상 현상제는, 본 실시형태에 관한 토너를 적어도 함유하는 것이다.
본 실시형태에 관한 정전하상 현상제는, 본 실시형태에 관한 토너만을 함유하는 1성분 현상제여도 되고, 당해 토너와 캐리어와 혼합한 2성분 현상제여도 된다.
캐리어로서는, 특히 제한은 없고, 공지의 캐리어를 들 수 있다. 캐리어로서는, 예를 들면, 수지 코팅 캐리어, 자성 분산형 캐리어, 수지 분산형 캐리어 등을 들 수 있다.
상기 2성분 현상제에 있어서의, 본 실시형태에 관한 토너와 상기 캐리어와의 혼합비(질량비)는, 1/100 내지 30/100 정도의 범위가 바람직하고, 3/100 내지 20/100 정도의 범위가 보다 바람직하다.
<화상 형성 장치 및 화상 형성 방법>
다음으로, 본 실시형태에 관한 토너를 사용한 본 실시형태에 관한 화상 형성 장치 및 화상 형성 방법에 관하여 설명한다.
본 실시형태에 관한 화상 형성 장치는, 정전잠상 유지체와, 상기 정전잠상 유지체의 표면을 대전하는 대전 유닛과, 상기 정전잠상 유지체의 표면에 정전잠상을 형성하는 정전잠상 형성 유닛과, 본 실시형태에 관한 정전하상 현상제를 수납하며, 상기 정전잠상 유지체의 표면에 형성된 상기 정전잠상을 그 현상제에 의해 현상하여 토너상을 형성하는 현상 유닛과, 상기 토너상을 기록매체에 전사하는 전사 유닛과, 상기 기록매체의 토너상을 정착하는 정착 유닛을 구비하여 구성된다.
본 실시형태에 관한 화상 형성 장치에 따르면, 정전잠상 유지체의 표면을 대전하는 대전공정과, 대전한 상기 정전잠상 유지체의 표면에 정전잠상을 형성하는 정전잠상 형성공정과, 본 실시형태에 관한 정전하상 현상제에 의해, 정전잠상 유지체의 표면에 형성된 정전잠상을 현상하여 토너상을 형성하는 현상공정과, 상기 토너상을 기록매체에 전사하는 전사공정과, 상기 기록매체의 토너상을 정착하는 정착공정을 포함하는 화상 형성 방법이 실시된다.
본 실시형태에 관한 화상 형성 장치에 있어서의 화상의 형성은, 정전잠상 유지체로서 전자사진 감광체를 이용한 경우, 예를 들면, 이하와 같이 행한다. 우선, 전자사진 감광체의 표면을, 코로트론 대전기, 접촉 대전기 등에 의해 대전한 후, 노광하여, 정전잠상을 형성한다. 이어서, 표면에 현상제층을 형성시킨 현상롤러와 접촉 혹은 근접시켜, 정전잠상에 토너를 부착시켜, 전자사진 감광체 상에 토너상을 형성한다. 형성된 토너상은, 코로트론 대전기 등을 이용하여 종이 등의 기록매체 표면에 전사된다. 나아가, 기록매체 표면에 전사된 토너상은, 정착 장치에 의해 정착되어, 기록매체에 화상이 형성된다.
또, 본 실시형태에 관한 화상 형성 장치에 있어서, 예를 들면, 현상 유닛을 포함하는 부분이, 화상 형성 장치에 대해 탈착 가능하게 장착되는 카트리지 구조(토너 카트리지, 프로세스 카트리지 등)여도 된다.
토너 카트리지로서는, 예를 들면, 본 실시형태에 관한 정전하상 현상용 토너를 수납하고, 화상 형성 장치에 탈착 가능하게 장착되는 토너 카트리지가 호적하게 사용된다.
프로세스 카트리지로서는, 예를 들면, 본 실시형태에 관한 정전하상 현상제를 수납함과 함께, 정전잠상 유지체의 표면에 형성된 정전잠상을 그 정전하상 현상제에 의해 현상하여 토너상을 형성하는 현상 유닛을 마련하여, 화상 형성 장치에 탈착 가능하게 장착되는 프로세스 카트리지가 호적하게 사용된다.
이하, 본 실시형태에 관한 화상 형성 장치의 1예를 나타내지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 또, 도면에 나타내는 주요부를 설명하며, 그 밖은 그 설명을 생략한다.
도 1은, 4련 탠덤 방식(quadruplet tandem mode)의 컬러화상 형성 장치를 나타내는 개략 구성도이다. 도 1에 나타내는 화상 형성 장치는, 색분해된 화상데이터에 의거하여 옐로우(Y), 마젠타(M), 시안(C), 블랙(K)의 각 색의 화상을 출력하는 전자사진 방식의 제1 내지 제4의 화상 형성 유닛(10Y, 10M, 10C, 10K)(화상 형성 유닛)을 구비하고 있다. 이들 화상 형성 유닛(이하, 단지「유닛」이라 칭하는 경우가 있음) (10Y, 10M, 10C, 10K)은, 서로 미리 정해진 거리로 이간(離間)하여 병설되어 있다. 또, 이들 유닛 10Y, 10M, 10C, 10K의 각각은, 화상 형성 장치 본체에 대해 탈착 가능하게 장착된 프로세스 카트리지여도 된다.
각 유닛(10Y, 10M, 10C, 10K)의 도면에 있어서의 상방에는, 각 유닛을 통해 중간전사체로서의 중간전사벨트(20)가 연설(延設)되어 있다. 중간전사벨트(20)는, 도면에 있어서의 좌로부터 우방향으로 서로 이간하여 배치된 구동롤러(22) 및 중간전사벨트(20) 내면에 접하는 지지롤러(24)에 감아서 설치되어, 제1의 유닛(10Y)으로부터 제4의 유닛(10K)으로 향한 방향으로 주행되도록 되어 있다. 또, 지지롤러(24)는, 도시하지 않은 스프링 등에 의해 구동롤러(22)로부터 벗어나는 방향으로 힘이 가해지고 있어, 지지롤러(24)와 구동롤러(22)를 둘러 설치된 중간전사벨트(20)에 소정의 장력이 부여되고 있다. 또한, 중간전사벨트(20)의 상유지체 측의 측면에는, 구동롤러(22)와 대향하여 중간전사체 클리닝 장치(30)가 구비되어 있다.
또한, 각 유닛(10Y, 10M, 10C, 10K)의 현상 장치(현상 유닛) (4Y, 4M, 4C, 4K)의 각각에는, 토너 카트리지(8Y, 8M, 8C, 8K)에 넣어진 옐로우, 마젠타, 시안, 블랙의 4색의 토너가 공급된다.
상술한 제1 내지 제4의 유닛(10Y, 10M, 10C, 10K)은, 동등의 구성을 갖고 있기 때문에, 여기서는 중간전사벨트(20) 주행 방향의 상류측에 배설된 옐로우 화상을 형성하는 제1의 유닛(10Y)에 관하여 대표하여 설명한다. 또, 제1의 유닛(10Y)과 동등의 부분에, 옐로우(Y)의 대신에, 마젠타(M), 시안(C), 블랙(K)을 붙인 참조 부호를 붙임으로써, 제2 내지 제4의 유닛(10M, 10C, 10K)의 설명을 생략한다.
제1의 유닛(10Y)은, 잠상유지체로서 작용하는 감광체(1Y)를 구비한다. 감광체(1Y)의 주위에는, 감광체(1Y)의 표면을 미리 정해진 전위로 대전시키는 대전롤러(2Y), 대전된 표면을 색분해된 화상신호에 의거하여 레이저 광선(3Y)에 의해 노광하여 정전잠상을 형성하는 노광 장치(3), 정전잠상에 대전한 토너를 공급하여 정전잠상을 현상하는 현상 장치(현상 유닛)(4Y), 현상한 토너상을 중간전사벨트(20)상에 전사하는 1차 전사롤러(5Y)(1차 전사 유닛), 및 1차 전사 후에 감광체(1Y)의 표면에 잔존하는 토너를 제거하는 감광체 클리닝 장치(클리닝유닛)(6Y)가 순차로 배치되어 있다.
또, 1차 전사롤러(5Y)는, 중간전사벨트(20)의 내측에 배치되고, 감광체(1Y)에 대향한 위치에 설치되어 있다. 나아가, 각 1차 전사롤러(5Y, 5M, 5C, 5K)에는, 각각의 1차 전사롤러에 1차 전사 바이어스를 인가하는 바이어스 전원(미도시)이 각각 접속되어 있다. 각 바이어스 전원은, 도시하지 않은 제어부에 의한 제어에 의해, 각 1차 전사롤러에 인가하는 전사 바이어스를 가변한다.
이하, 제1 유닛(10Y)에 있어서 옐로우 화상을 형성하는 동작에 관하여 설명한다. 우선, 동작에 앞서, 대전롤러(2Y)에 의해 감광체(1Y)의 표면이 -600V 내지 -800V 정도의 전위로 대전된다.
감광체(1Y)는, 도전성(20℃에 있어서의 체적저항률: 1×10-6Ωcm 이하)의 기체상에 감광층을 적층하여 형성되어 있다. 이 감광층은, 통상은 고저항(일반의 수지 정도의 저항)이지만, 레이저 광선(3Y)이 조사되면, 레이저 광선이 조사된 부분의 비저항이 변화하는 성질을 갖고 있다. 그런 까닭에, 대전한 감광체(1Y)의 표면에, 제어부(미도시)로부터 보내져 오는 옐로우용의 화상데이터에 따라, 노광 장치(3)를 통해 레이저 광선(3Y)을 출력한다. 레이저 광선(3Y)은, 감광체(1Y)의 표면의 감광층에 조사되고, 그에 의해, 옐로우 인자 패턴의 정전하상이 감광체(1Y)의 표면에 형성된다.
정전하상이란, 대전에 의해 감광체(1Y)의 표면에 형성되는 상이며, 레이저 광선(3Y)에 의해, 감광층의 피조사 부분의 비저항이 저하하여, 감광체(1Y)의 표면의 대전한 전하가 흐르고, 한편, 레이저 광선(3Y)이 조사되지 않은 부분의 전하가 잔류함으로써 형성되는, 소위 네거티브 잠상이다.
이와 같이 하여 감광체(1Y)상에 형성된 정전하상은, 감광체(1Y)의 주행에 따라 미리 정해진 현상 위치까지 회전된다. 그리고, 이 현상 위치에서, 감광체(1Y)상의 정전하상이, 현상 장치(4Y)에 의해 가시상(토너상)화된다.
현상 장치(4Y)내에는, 예를 들면, 적어도 옐로우 토너와 캐리어를 함유하는 본 실시형태에 관한 정전하상 현상제가 수납되어 있다.
현상 장치(4Y)는 본 실시형태에 관한 옐로우 토너를 포함하고 있다. 옐로우 토너는, 현상 장치(4Y)의 내부에서 교반됨으로써 마찰대전하고, 감광체(1Y)상에 대전한 대전하와 동극성(부극성)의 전하를 가져 현상제롤(현상제 유지체)상에 유지되어 있다. 그리고 감광체(1Y)의 표면이 현상 장치(4Y)를 통과해감에 의해, 감광체(1Y) 표면상의 제전(除電)된 잠상부에 옐로우 토너가 정전적으로 부착하여, 잠상이 옐로우 토너에 의해 현상된다. 옐로우의 토너상이 형성된 감광체(1Y)는, 계속하여 미리 정해진 속도로 주행되어, 감광체(1Y)상에 현상된 토너상이 미리 정해진 1차 전사 위치로 반송된다.
감광체(1Y)상의 옐로우 토너상이 1차 전사 위치로 반송되면, 1차 전사롤러(5Y)에 1차 전사 바이어스가 인가되고, 감광체(1Y)로부터 1차 전사롤러(5Y)로 향한 정전기력이 토너상에 작용되어, 감광체(1Y)상의 토너상이 중간전사벨트(20)상에 전사된다. 이 때 인가되는 전사 바이어스는, 토너의 극성(-)과 역극성의 (+)극성이며, 예를 들면 제1 유닛(10Y)에서는 제어부(미도시)에 따라 +10㎂ 정도로 제어되고 있다.
한편, 감광체(1Y)상에 잔류한 토너는 클리닝 장치(6Y)에 의해 제거되어 회수된다.
또한, 제2의 유닛(10M)의 1차 전사롤러(5M) 및 그 후의 1차 전사롤러(5C, 5K)에 인가되는 1차 전사 바이어스도, 제1의 유닛의 1차 전사 바이어스에 준해 제어되고 있다.
이렇게 하여, 제1의 유닛(10Y)으로부터 옐로우 토너상이 전사된 중간전사벨트(20)는, 제2 내지 제4의 유닛(10M, 10C, 10K)을 통해 순차 반송되어, 각색의 토너상이 겹쳐 다중 전사된다.
제1 내지 제4의 유닛을 통해 4색의 토너상이 다중 전사된 중간전사벨트(20)는, 중간전사벨트(20)와, 중간전사벨트(20)의 내면에 접하는 지지롤러(24)와, 중간전사벨트(20)의 상유지면 측에 배치된 2차 전사롤러(2차 전사 유닛)(26)로 구성된 2차 전사부에 이른다. 한편, 기록지(피전사체)(P)가 공급기구를 통해 2차 전사롤러(26)와 중간전사벨트(20)가 압접(壓接)되어 있는 간극에 미리 정해진 타이밍으로 급지되며, 2차 전사 바이어스가 지지롤러(24)에 인가된다. 이 때 인가되는 전사 바이어스는, 토너의 극성(-)과 동극성의 (-)극성이며, 중간전사벨트(20)로부터 기록지(P)에 향한 정전기력이 토너상에 작용되어, 중간전사벨트(20)상의 토너상이 기록지(P)상에 전사된다. 또, 이 때의 2차 전사 바이어스는 2차 전사부의 저항을 검출하는 저항검출유닛(미도시)에 의해 검출된 저항에 따라 결정되는 것이며, 전압 제어되고 있다.
이후, 기록지(P)는 정착 장치(롤상정착 유닛)(28)에 있어서의 한 쌍의 정착롤의 압접부(닙부(nip part))로 보내져 토너상이 가열되고, 색 중첩된 토너상이 용융되어, 기록지(P)상으로 정착된다.
토너상을 전사하는 피전사체로서는, 예를 들면, 전자사진 방식의 복사기, 프린터 등에 사용되는 보통지, OHP 시트 등을 들 수 있다.
정착 후에 있어서의 화상표면의 평활성을 더 향상시킴에는, 상기 피전사체의 표면도 가능한 한 평활한 것이 바람직하고, 예를 들면, 보통지의 표면을 수지 등으로 코팅한 코팅지, 인쇄용의 아트지 등이 호적하게 사용된다.
컬러화상의 정착이 완료한 기록지(P)는, 배출부로 향해 반출되어, 일련의 컬러화상 형성 동작이 종료된다.
또, 상기 예시한 화상 형성 장치는, 중간전사벨트(20)를 거쳐 토너상을 기록지(P)에 전사하는 구성으로 되어 있지만, 이 구성에 한정되는 것은 아니고, 감광체로부터 직접 토너상이 기록지에 전사되는 구조여도 된다.
<프로세스 카트리지, 토너 카트리지>
도 2는, 본 실시형태에 관한 정전하상 현상제를 수용하는 프로세스 카트리지의 호적한 1예의 실시형태를 나타내는 개략 구성도이다. 프로세스 카트리지(200)는, 감광체(107)와 함께, 대전롤러(108), 현상 장치(111), 감광체 클리닝 장치(113), 노광을 위한 개구부(118), 및, 제전노광을 위한 개구부(117)를 취부(取付)하고, 이들 모두를 장착 레일(116)을 사용하여 조합, 그리고 일체화한 것이다. 또, 도 2에 있어서 부호 300은 피전사체를 나타낸다.
그리고, 이 프로세스 카트리지(200)는, 전사 장치(112)와, 정착 장치(115)와, 도시하지 않은 다른 구성 부분으로 구성되는 화상 형성 장치에 대해 착탈 자재로 장착한 것이다.
도 2에서 나타내는 프로세스 카트리지(200)는, 대전 장치(108), 현상 장치(111), 클리닝 장치(113), 노광을 위한 개구부(118), 및, 제전노광을 위한 개구부(117)를 구비하고 있지만, 이들 장치는 선택적으로 조합시키는 것이 가능하다. 본 실시형태의 프로세스 카트리지는, 감광체(107) 외에, 대전 장치(108), 현상 장치(111), 클리닝 장치(클리닝유닛)(113), 노광을 위한 개구부(118), 및, 제전노광을 위한 개구부(117)로 구성되는 군에서 선택되는 적어도 1종을 구비한다.
다음으로, 본 실시형태에 관한 토너 카트리지에 관하여 설명한다. 본 실시형태에 관한 토너 카트리지는, 정전하상 현상용 토너를 수납하고, 화상 형성 장치에 탈착 가능하게 장착되는 토너 카트리지이다. 본 발명의 정전하상 현상용 토너는 토너 카트리지의 부피에 대해 90부피% 이상으로 수납되는 것이 바람직하다.
또, 도 1에 나타내는 화상 형성 장치는, 토너 카트리지(8Y, 8M, 8C, 8K)의 착탈 가능하게 장착된 구성을 갖는 화상 형성 장치이며, 현상 장치(4Y, 4M, 4C, 4K)는, 각각의 현상 장치(색)에 대응한 토너 카트리지와, 도시하지 않은 토너 공급관을 통해 접속되어 있다. 또한, 토너 카트리지내에 수용되어 있는 토너가 적어진 경우에는, 이 토너 카트리지가 교환된다.
[실시예]
이하, 본 실시형태를 실시예에 의해 구체적으로 설명하지만, 본 실시형태는 이들 실시예에 하등 한정되는 것이 아니다. 또 이하의 설명에 있어서, 특히 앙해가 없는 한, 「부」「%」은 모두 「질량부」 「질량%」을 의미한다.
〔실시예1〕
<토너의 제조>
[토너 입자의 제작]
(폴리에스테르 수지 분산액의 제조)
에틸렌글리콜〔와코준야쿠고교(주)제〕 37부
네오펜틸글리콜〔와코준야쿠고교(주)제〕 65부
1,9노난디올〔와코준야쿠고교(주)제〕 32부
테레프탈산〔와코준야쿠공업(주)제〕 96부
상기 모노머를 플라스크에 장입하고, 1시간에 걸쳐 200℃까지 승온하고, 반응계내가 균일하게 교반되어 있는 것을 확인한 뒤, 디부틸틴옥사이드를 1.2부 투입했다. 나아가, 생성하는 물을 유거(留去)하면서 동 온도로부터 6시간에 걸쳐 240℃까지 승온하고, 다시 240℃에서 4시간 탈수 축합 반응을 계속하여, 산가가 9.4mgKOH/g, 중량평균분자량 13,000, 유리전이온도 62℃인 폴리에스테르 수지를 얻었다.
이어서, 이 폴리에스테르 수지를 용융상태 그대로, 카비트론 CDl010((주)유로테크제)에 매분 100g의 속도로 이송했다. 별도 준비한 수성매체 탱크에 시약 암모니아수를 이온교환수로 희석한 0.37질량% 농도의 희석 암모니아수를 넣고, 열교환기로 120℃에서 가열하면서 매분 0.1리터의 속도로 상기 폴리에스테르 수지 용융체와 동시에 상기 카비트론으로 이송했다. 회전자의 회전 속도가 60Hz, 압력이 5kg/cm2의 조건으로 카비트론을 운전했다.
이에 따라, 평균입경 160nm, 고형분 30%, 유리전이온도 62℃, 중량평균분자량 Mw가 13,000의 수지 입자가 분산된 비결정성 폴리에스테르 수지 분산액을 얻었다.
(착색제 분산액의 제조)
시안 안료〔C.I.Pigment Blue 15:3, 다이니치세이카고교(주)제〕 10부
음이온성 계면활성제〔네오겐 SC, 다이이치고교세이야쿠(주)제〕 2부
이온교환수 80부
상기의 성분을 혼합하고, 고압충격식 분산기 얼티마이저〔HJP30006, (주)스기노머신제〕에 의해 1시간 분산하여, 체적평균입경 180nm, 고형분 20%의 착색제 분산액을 얻었다.
(이형제 분산액의 제조)
파라핀 왁스〔HNP9, 니뽄세이로사제〕 50부
음이온성 계면활성제〔네오겐 SC, 다이이치고교세이야쿠제〕 2부
이온교환수 200부
상기 성분을 120℃로 가열하고, IKA사제, ULTRA-TURRAX T50으로 충분하게 혼합 분산한 후, 압력 토출형 호모지나이저로 분산 처리하여, 체적평균입경이 200nm, 고형분 20%의 이형제 분산액을 얻었다.
(토너 입자1의 제작)
폴리에스테르 수지 분산액 200부
착색제 분산액 25부
폴리염화알루미늄 0.4부
이온교환수 100부
상기의 성분을 스테인리스스틸제 플라스크에 투입하고, IKA사제의 ULTRA-TURRAX를 사용하여 충분하게 혼합, 분산한 후, 가열용 오일 배쓰로 플라스크를 교반하면서 48℃까지 가열했다. 48℃에서 30분 유지한 후, 여기에 상기와 같은 폴리에스테르 수지 분산액을 완만하게 70부 추가했다.
그 후, 농도 0.5mol/L의 수산화나트륨 수용액을 사용하여 계내의 pH를 8.0로 조정한 후, 스테인리스스틸제 플라스크를 밀폐하고, 교반축의 실(seal)을 자력 실(magnetically seal)하여 교반을 계속하면서 90℃까지 가열하여 3시간 유지했다. 반응 종료 후, 반응 혼합물을 강온 속도를 2℃/분으로 냉각하여, 여과, 이온교환수로 충분히 세정한 후, 누체식(Nutsche type) 흡인 여과에 의해 고액 분리를 행했다. 이를 다시 30℃의 이온교환수 3L를 사용하여 재분산하고, 15분간 300rpm로 교반 세정했다. 이 조작을 6회 더 반복하여, 여과액의 pH가 7.54, 전기전도도 6.5μS/cm로 된 때에, 누체식 흡인 여과에 의해 N0. 5A 여과지를 사용하여 고액 분리를 행했다. 이어서 진공건조를 12시간 계속하여 토너 입자(1)을 얻었다.
토너 입자(1)의 체적평균입경 D50v를 쿨터 카운터로 측정한 바 5.8㎛이며, SF1은 130였다.
[외첨제의 제조]
(실리카 입자의 제조)
-알칼리 촉매 용액 준비공정〔알칼리 촉매 용액(1)의 제조〕-
교반날개, 적하노즐, 온도계를 갖춘 용적 3L의 유리제 반응 용기에 메탄올600부, 10% 암모니아수 90부를 넣고, 교반 혼합하여, 알칼리 촉매 용액(1)을 얻었다. 이 때의 암모니아 촉매량, 즉, 알칼리 촉매 용액(1)의 NH3 양(NH3〔mol〕/(암모니아 + 메탄올)〔L〕)은, 0.62mol/L였다.
-입자 생성공정〔실리카 입자 현탁액(1)의 제조〕-
다음으로, 알칼리 촉매 용액(1)의 온도를 45℃로 조정하고, 알칼리 촉매 용액(1)을 질소 치환했다. 그 후, 알칼리 촉매 용액(1)을 120rpm로 교반하면서, 테트라메톡시실란(TMOS) 300부와, 촉매(NH3) 농도가 4.44질량%인 암모니아수 120부를, 하기 공급량으로, 동시에 적하를 개시하여, 20분에 걸쳐 적하를 행하여, 실리카 입자의 현탁액(실리카 입자 현탁액(1))을 얻었다.
여기서, 테트라메톡시실란(TMOS)의 공급량은, 알칼리 촉매 용액(1) 중의 메탄올의 총 몰수에 대해, 15g/min, 즉, 0.0053mol/(mol·min)로 했다. 또한, 4.44% 암모니아수의 공급량은, 테트라알콕시실란의 1분간당에 공급되는 총공급량에 대해, 6.0g/min으로 했다. 이는, 테트라알콕시실란의 1분간당에 공급되는 총공급량의 1mol에 대해 0.159mol/min에 상당한다.
그 후, 얻어진 실리카 입자 현탁액(1)의 용매를 가열 증류에 의해 250g 유거하고, 순수를 250g 가한 후, 동결건조기에 의해 건조를 행하여, 이형상의 친수성 실리카 입자(1)를 얻었다.
-실리카 입자의 소수화 처리-
나아가, 친수성 실리카 입자(1) 100g에 메톡시트리메틸실란 20g를 첨가하고, 그 혼합물을 150℃에서 2시간 반응시켜, 실리카표면이 소수화 처리된 이형상의 소수성 실리카 입자〔(실리카 입자(1)〕를 얻었다.
-실리카 입자의 물성-
얻어진 실리카 입자(1)를, 토너 입자(1)에 첨가하여, 실리카 입자(1)의 1차 입자 100개에 관하여 SEM 사진 촬영을 행했다. 다음으로, 얻어진 SEM 사진에 대해, 화상 해석을 행한 결과, 실리카 입자(1)의 1차 입자는, 평균입경(D50v)이 150nm, 평균원형도[100/SF2]는 0.55인 이형상의 입자였다.
또한, 실리카 입자(1)의 비중을, 이미 기술한 JlS-K-0061: 92의 5-2-1에 준거한 방법으로 측정하였다.
실리카 입자(1)의 물성은, 표1에도 나타냈다.
-토너의 제조-
토너 입자(1) 20g에, 실리카 입자(1)를 0.4g 첨가하고, 0.4L 샘플 밀에 의해 15,000rpm으로 30초간 혼합하여, 소수성의 실리카 입자(1)가 부착한 토너(1)를 얻었다.
<평가>
얻어진 토너(l)와 캐리어를, 토너(1):캐리어=5:95(질량비)의 비율로 V블렌더에 넣고, 20분간 교반하여, 현상제(1)를 얻었다.
또, 캐리어는 다음과 같이 제작된 것을 사용했다.
-캐리어-
니더에 Mn-Mg 페라이트(체적평균입경: 50㎛, 파우더텍사제, 형상 계수 SF1: 120)를 1,000부 투입하고, 퍼플루오로옥틸메틸아크릴레이트 메틸메타크릴레이트 공중합체(중합 비율: 20/80, Tg: 72℃, 중량평균분자량: 72,000, 소켄가가쿠(주)제〕150부를 톨루엔 700부에 용해한 용액을 가하여, 상온에서 20분 혼합한 후, 70℃에서 가열하여 감압 건조한 후, 건조물을 취출하여, 코팅 캐리어를 얻었다. 나아가 얻은 코팅 캐리어를 75㎛ 오프닝(opening)의 메쉬로 체가름하여, 조분을 제거하여 캐리어를 얻었다. 캐리어의 형상 계수 SF1은 122였다.
얻어진 현상제(1)를, DocuCentreColor 400 개조기(후지제롯쿠스사제)의 현상기에 충전하여, 색점에 관하여 평가를 행했다. 결과를 표1에 나타낸다.
-색점 평가-
색점 평가는, 고온고습(30℃, 85% RH)하에서, 에리어 커버리지 20%의 화상 10,000매를 출력한 후에, 에리어 커버리지 100%의 전면 화상을 100매 출력하여, 화상부에 색점이 발생한 매수를 세었다.
〔실시예2∼실시예8, 및, 비교예1∼비교예5〕
토너(1)의 제조에 있어서, 토너 입자(1)에 외첨하는 실리카 입자(1)를, 실리카 입자(2)∼실리카 입자(8) 또는 실리카 입자(101)∼실리카 입자(105)로 변경한 이외는, 마찬가지로 하여, 실시예2∼실시예8의 토너(2)∼토너(8), 및, 비교예1∼비교예5의 토너(101)∼토너(105)를 제조했다.
얻어진 실리카 입자(2)∼실리카 입자(8) 및 실리카 입자(101)∼실리카 입자(105)에 관하여, 실리카 입자(1)와 마찬가지의 방법으로, 실리카 입자의 물성을 조사했다.
화상 해석에 의해 얻어진 각 1차 입자의 평균입경(D50v), 평균원형도[100/SF2], 비중을, 표1의 「실리카 입자」의 「물성」란에 나타냈다.
또한, 현상제(1)의 제조에 있어서, 토너(1)의 대신에, 토너(2)∼토너(8), 또는, 토너(101)∼토너(105)를 사용한 외는 마찬가지로 하여, 현상제(2)∼현상제(8) 및 현상제(101)∼현상제(105)를 제조했다.
얻어진 현상제(2)∼현상제(8) 및 현상제(101)∼현상제(105)를 사용하여, 실시예1과 마찬가지로 하여 색점 평가를 행했다.
실시예2∼실시예8, 및, 비교예1∼비교예5에서 사용한 실리카 입자(2)∼실리카 입자(8) 및 실리카 입자(101)∼실리카 입자(105)는 다음과 같이 하여 제조했다.
우선, 실리카 입자(2)∼실리카 입자(8) 및 실리카 입자(103)∼실리카 입자(105)의 제조 방법에 관하여 설명한다.
-실리카 입자(2)∼실리카 입자(8) 및 실리카 입자(103)∼실리카 입자(105)의 제조-
알칼리 촉매 용액(1)의 제조에 있어서, 메탄올「600g」를 표1의 「피첨가 성분」의 「메탄올」의 「질량(g)」란에 나타내는 양으로 하고, 10% 암모니아수「90g」을, 표1의 「피첨가 성분」의 「10% 암모니아수」의 「질량(g)」란에 나타내는 양으로 한 외는 마찬가지로 하여, 알칼리 촉매 용액(2)∼알칼리 촉매 용액(8), 및, 알칼리 촉매 용액(103)∼알칼리 촉매 용액(105)을 제조했다.
상기 제조 후의 알칼리 촉매 용액(2)∼알칼리 촉매 용액(8), 및, 알칼리 촉매 용액(103)∼알칼리 촉매 용액(105) 중의 각 촉매량: NH3 양을, 표1의 「피첨가 성분」의 「10% 암모니아수」의 「NH3 양[mol/L]」란에 나타냈다.
이어서, 실리카 입자 현탁액(1)의 제조에 있어서, 알칼리 촉매 용액(1)의 대신에 알칼리 촉매 용액(2)∼알칼리 촉매 용액(8), 또는, 알칼리 촉매 용액(103)∼알칼리 촉매 용액(105)를 사용하고, 알칼리 촉매 용액에 첨가하는 테트라메톡시실란의 양 및 공급량과, 알칼리 촉매 용액에 첨가하는 암모니아수의 촉매 농도, 양, 및 공급량을, 표1에 나타내는 양으로 변경한 이외는, 마찬가지로 하여 실리카 입자 현탁액(2)∼실리카 입자 현탁액(8), 및, 실리카 입자 현탁액(103)∼실리카 입자 현탁액(105)을 제조했다.
구체적으로는, 알칼리 촉매 용액에 첨가하는 테트라메톡시실란의 양 및 공급량에 관해서는, 테트라메톡시실란의 양「300g」을 표1의 「전첨가량」의 「TMOS」의 「질량[g]」란에 나타내는 양으로 변경하고, 테트라메톡시실란의 공급량「15g/min」를 표1의 「공급량[g/min]」의 「TMOS」란에 나타내는 양으로 변경했다.
알칼리 촉매 용액에 첨가하는 암모니아수의 촉매 농도, 양, 및 공급량에 관해서는, 암모니아수의 촉매 농도「4.44%」를 표1의 「전첨가량」의 「암모니아수」의 「NH3 농도[%]」란에 나타내는 양으로 변경하고, 암모니아수의 양「120g」를 표1의 「전첨가량」의 「암모니아수」의 「질량[g]」란에 나타내는 양으로 변경하고, 암모니아수의 공급량「6g/min」를 표1의 「공급량[g/min]」의 「암모니아수」란에 나타내는 양으로 변경했다.
여기서, 알칼리 촉매 용액(2)∼알칼리 촉매 용액(8), 및, 알칼리 촉매 용액(103)∼알칼리 촉매 용액(105)으로의 암모니아 촉매의 공급량으로서, 테트라알콕시실란의 1분간당에 공급되는 총공급량의 1mol에 대한 양을, 표1의 「공급량(상대량)」의 「NH3 양[mol/min](대(對)TMOS)」란에 나타냈다.
또한, 알칼리 촉매 용액(2)∼알칼리 촉매 용액(8), 및, 알칼리 촉매 용액(103)∼알칼리 촉매 용액(105)으로의 테트라알콕시실란(TMOS)의 공급량으로서, 알칼리 촉매 용액(2)∼알칼리 촉매 용액(8), 및, 알칼리 촉매 용액(103)∼알칼리 촉매 용액(105) 중의 메탄올1mol에 대한 양을, 표1의 「공급량(상대량)」의 「TMOS량[mol/(mol·min)](대(對)메탄올)」란에 나타냈다.
얻어진 실리카 입자 현탁액(2)∼실리카 입자 현탁액(8), 및 실리카 입자 현탁액(103)∼실리카 입자 현탁액(105)에 관하여, 실리카 입자 현탁액(1)과 마찬가지로 하여 용매를 유거하고, 잔류물을 건조하여, 친수성 실리카 입자(2)∼친수성 실리카 입자(8), 및 친수성 실리카 입자(103)∼친수성 실리카 입자(105)를 얻었다.
나아가, 친수성 실리카 입자(2)∼친수성 실리카 입자(8), 및 친수성 실리카 입자(103)∼친수성 실리카 입자(105)를, 실시예1과 마찬가지로 하여 소수화 처리하여, 소수성 실리카 입자(2)∼실리카 입자(8), 및 소수성 실리카 입자(103)∼실리카 입자(105)를 얻었다.
-실리카 입자(101)의 제조-
시판의 실리카 입자 에어로질 #50(니뽄에어로질사제) 100g를, 풍력분급기를 사용하여 분급하여, 실리카 입자(101)를 제조했다.
-실리카 입자(102)의 제조-
시판의 실리카 입자 TG-C122(Cabot사제) 100g를, 풍력분급기를 사용하여 분급하여, 실리카 입자(102)를 얻었다.
[표1]
Figure 112011080357223-pat00001
상기 결과로부터, 본 실시예에서는, 비교예에 비해, 고온고습 환경하에서, 저화상밀도의 화상 출력이 연속(10000매)한 후에, 화상을 출력해도, 색점이 발생하기 어려웠다.
본 발명을 특정한 실시형태와 관련하여 나타내어 기술하지만, 특허청구범위에 의해 정의된 본 발명의 사상 및 범주를 벗어나지 않고서 다양한 변형이 행해질 수 있음은 당업자에게 이해될 것이다.
1Y, 1M, 1C, 1K, 107 … 감광체(상유지체)
2Y, 2M, 2C, 2K, 108 … 대전롤러
3Y, 3M, 3C, 3K … 레이저 광선
3, 110 … 노광 장치
4Y, 4M, 4C, 4K, 111 … 현상 장치(현상 유닛)
5Y, 5M, 5C, 5K … 1차 전사롤러
6Y, 6M, 6C, 6K, 113 … 감광체 클리닝 장치(클리닝유닛)
8Y, 8M, 8C, 8K … 현상제 카트리지
10Y, 10M, 10C, 10K … 유닛
20 … 중간전사벨트
22 … 구동롤러
24 … 지지롤러
26 … 2차 전사롤러(전사 유닛)
28, 115 … 정착 장치(정착 유닛)
30 … 중간전사체 클리닝 장치
112 … 전사 장치
116 … 장착 레일
117 … 제전노광을 위한 개구부
118 … 노광을 위한 개구부
200 … 프로세스 카트리지
P, 300 … 기록지(피전사체)

Claims (18)

  1. 착색제 및 결착 수지를 함유하는 토너 입자; 및
    상기 토너 입자상의 외첨제로서, 그 외첨제가 실리카 입자를 함유하고, 상기 실리카 입자의 1차 입자는 평균입경이 70nm 이상 400nm 이하이고, 비중이 1.0 이상 1.9 이하이며, 평균원형도가 0.5 이상 0.9 이하인 외첨제;
    를 함유하며,
    상기 토너 입자의 형상 계수 SF1이 125 이상 140 이하인
    정전하상 현상용 토너.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 실리카 입자의 1차 입자의 평균원형도가 0.5 이상 0.8 이하인 정전하상 현상용 토너.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 토너 입자의 형상 계수 SF2가 105 이상 130 이하인 정전하상 현상용 토너.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 실리카 입자의 1차 입자의 평균입경이 100nm 이상 350nm 이하인 정전하상 현상용 토너.
  6. 삭제
  7. 제1항에 기재된 정전하상 현상용 토너 및 캐리어를 함유하는 정전하상 현상제.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 실리카 입자의 1차 입자의 평균원형도가 0.5 이상 0.8 이하인 정전하상 현상제.
  9. 삭제
  10. 제1항에 기재된 정전하상 현상용 토너를 수납하는 토너 카트리지.
  11. 제10항에 있어서,
    제1항에 기재된 정전하상 현상용 토너가 토너 카트리지의 부피에 대해 90부피% 이상으로 수납된 토너 카트리지.
  12. 제7항에 기재된 정전하상 현상제를 수납하며, 정전잠상 유지체의 표면에 형성된 정전잠상을 그 정전하상 현상제에 의해 현상하여 토너상을 형성하는 현상 유닛을 포함하는 프로세스 카트리지.
  13. 정전잠상 유지체와,
    상기 정전잠상 유지체의 표면을 대전하는 대전 유닛과,
    상기 정전잠상 유지체의 표면에 정전잠상을 형성하는 정전잠상 형성 유닛과,
    제7항에 기재된 정전하상 현상제를 수납하며, 상기 정전잠상 유지체의 표면에 형성된 상기 정전잠상을 그 정전하상 현상제에 의해 현상하여 토너상을 형성하는 현상 유닛과,
    상기 토너상을 기록매체에 전사하는 전사 유닛과,
    상기 기록매체의 토너상을 정착하는 정착 유닛,
    을 구비하는 화상 형성 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 실리카 입자의 1차 입자의 평균원형도가 0.5 이상 0.8 이하인 화상 형성 장치.
  15. 삭제
  16. 정전잠상 유지체의 표면을 대전하는 대전 공정과,
    대전한 상기 정전잠상 유지체의 표면에 정전잠상을 형성하는 정전잠상 형성공정과,
    상기 정전잠상 유지체의 표면에 형성된 상기 정전잠상을 제7항에 기재된 정전하상 현상제에 의해 현상하여 토너상을 형성하는 현상공정과,
    상기 토너상을 기록매체에 전사하는 전사 공정과, 상기 기록매체의 토너상을 정착하는 정착공정,
    을 포함하는 화상 형성 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 실리카 입자의 1차 입자의 평균원형도가 0.5 이상 0.8 이하인 화상 형성 방법.
  18. 삭제
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