本発明は、オイルレス定着で高光沢性、高透光性を有し、優れた帯電特性及び環境依存性、クリーニング性、転写性を有し、かつシャープな粒度分布を有する小粒子径の静電荷像現像用トナー、二成分現像剤を提供し、かつ、トナーの飛散、かぶり等の無い高画質で信頼性の高いカラー画像の形成を可能にする画像形成を提供することについて鋭意検討した。
(1)重合方法
樹脂粒子分散液の調製は、ビニル系単量体をイオン性界面活性剤中で乳化重合やシード重合等することにより、ビニル系単量体の単独重合体又は共重合体(ビニル系樹脂)の樹脂粒子をイオン性界面活性剤に分散させてなる分散液が調製される。その手段としては、例えば、高速回転型乳化装置、高圧乳化装置、コロイド型乳化装置、メデイアを有するボールミル、サンドミル、ダイノミルなどのそれ自体公知の分散装置が挙げられる。樹脂粒子における樹脂が、前記ビニル系単量体の単独重合体又は共重合体以外の樹脂である場合には、該樹脂が、水への溶解度が比較的低い油性溶剤に溶解するのであれば、該樹脂を該油性溶剤に溶解させ、この溶液を、ホモジナイザー等の分散機を用いてイオン性界面活性剤や高分子電解質と共に水中に微粒子分散し、その後、加熱又は減圧して該油性溶剤を蒸散させることにより、ビニル系樹脂以外の樹脂製の樹脂粒子をイオン性界面活性剤に分散させてなる分散液が調製される。
重合開始剤としては、2,2’−アゾビスー(2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、1,1’−アゾビス(シクロヘキサンー1−カルボニトリル)、2,2’−アゾビスー4−メトキシー2,4−ジメチルバレロニトリル、アゾビスイソブチロニトリル等のアゾ系又はジアゾ系重合開始剤、や過硫酸塩(過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム等)、アゾ系化合物(4,4'−アゾビス4−シアノ吉草酸及びその塩、2,2'−アゾビス(2−アミジノプロパン)及びその塩等)、パーオキシド化合物等が挙げられる。
顔料粒子分散液は、極性を有する界面活性剤を添加した水中に顔料粒子を添加し、前記した分散の手段を用いて分散させることにより調製される。
本実施形態のトナーは、水系媒体中で第一の樹脂粒子を分散させた第一の樹脂粒子分散液と、顔料粒子を分散させた顔料粒子分散液とを水系中で混合凝集し、加熱することにより樹脂の少なくとも一部が溶融して、凝集粒子を形成する。この形成された凝集粒子分散液に、樹脂粒子を分散させた樹脂粒子分散液又はワックスを分散させたワックス粒子分散液を添加し、樹脂のガラス転移点温度以上の温度で0.5〜5時間加熱処理して、前記凝集粒子に樹脂粒子又はワックスを融着させて融着粒子(着色粒子と称することもある)を形成する方法が好ましい。
この融着粒子(着色粒子)表面が微細な凹凸を形成していることにより、感光体又は転写体上に残留したトナーを除去するクリーニング性を向上させることが出来る。またこれにより、帯電性付与性が向上し、電荷制御剤を添加せずとも高帯電性を維持安定化することが出来る。
さらには融着粒子(着色粒子)が略球形に近づける構成で、かつ表面に微細な凹凸を形成していることにより、感光体又は転写体上に残留したトナーを除去するクリーニング性の向上とともに、高い転写効率を得また文字部の中抜けや逆転写を低減する、転写性能を向上させる両立を図ることが可能となる。
図7A−B、図8A−B、図9A−B、図10A−B、図11A−B、図12A−B、図13A−B、図14A−B、図15A−Bに着色粒子であるトナー母体のSEMによる断面像を示す。SEM観察時の熱による粒子表面状態の変化をさけるため、試料の金属スパッタリング等の前処理は行っていない。SEMは日本電子社製、JSM−6700F、加速電圧1kV、試料傾斜0度、倍率は図上段Aが5000倍、下段Bが1万倍である。
本実施形態のトナー母体を図9A−B、図10A−B、図11A−B、図12A−B又は図13A−Bに示す。トナー母体は、やや球形に近い形をしており表面に微細な凹凸が形成されている。表面に見られる微細な凹凸の存在と、球形に近い形をしたトナー母体形状の効果により、転写性能と帯電性能及びクリーニング性能の両立化を実現することが出来る。
比較例として図14A−B又は図15A−Bに示すトナー母体は、表面に微細な凹凸が形成されているが、形状自体が不定形に近い形をしている。図7A−B又は図8A−Bに示すトナー母体粒子は、球形化がかなり進行しており、表面にはほとんど微細な凹凸は形成されていない。
このとき、前記着色粒子の表面凹凸状指数が50%以上、95%以下であることが好ましい。これにより、前述したクリーニング性、転写性及び帯電性の両立を図ることができる。95%より大きいとクリーニング性が困難になり、50%よりも小さいと、過度の帯電量となり、画像濃度が低下する傾向にある。
また流動性が低下する。
この表面凹凸状指数について説明する。図16A−B、図17A−B、図18A−B、図19A−B、図20A−B、図21A−B又は図22A−Bに、それぞれ図7A−B、図8A−B、図9A−B、図10A−B、図11A−B、図12A−B又は図13A−BのSEM観察写真を2値化処理した図を示す。255段階の境界のしきい値を、128を基準として2値化処理を行ったものである。倍率は図上段Aが5000倍、下段Bが1万倍である。
本実施形態のトナー母体である着色粒子である図18A−B、図19A−B、図20A−B、図21A−B又は図22A−Bにおいては、表面の凹凸形状に対応する黒と白の2値化パターンが形成されている。すなわち表面の凹凸が多いほど、その凹凸に応じた白の領域が多くなり、黒化率が低くなる傾向にある。図18Bの黒化率は88.1、図19Bの黒化率は76.9、図20Bの黒化率は66.9、図21Bの黒化率は59.0、図22Bの黒化率は65.4である。
比較例として図16A−B、図17A−Bでは、表面の凹凸はほとんど見られないため、表面の凹凸に応じた白の領域が少なく、黒化率が高くなる傾向にある。図16Bの黒化率は95.4、図17Bの黒化率は98.4である。着色粒子の表面凹凸状指数、すなわちSEM観察写真を2値化処理しその黒化率で定量化した指数は着色粒子表面の凹凸状態をよく再現する値である。
着色粒子の表面凹凸状指数は、1万倍で撮影したSEM観察写真を2値化処理し、その黒化率を指数として定量化した数値である。255段階の境界のしきい値を、128を基準として2値化処理を行ったものである。このときトナー粒子の境界はSEMの観察の関係から、粒子の周辺の光が強くなる傾向にあり、本来の表面凹凸とは違う現象をひらってしまうことになるため、粒子径直径の90%内径内での黒化率を評価した。トナーを20個選んでその平均値を取った値である。
また、表面に微細な凹凸を形成した着色粒子の形状係数をKC、窒素吸着によるBET比表面積をBTs、着色粒子の粒子径から算出される比表面積をBTkとすると、
100≦KC≦130
1.1≦BTs/BTk≦6.0
の関係満たすことにより、前述した特性の両立を再現性良く図ることが出来る。
好ましくは、
100≦KC≦125
2.1≦BTs/BTk≦4.5
さらに好ましくは、
100≦KC≦120
2.5≦BTs/BTk≦4.0
の関係を満たすことである。
着色粒子の形状係数を130以下とすることで、形状を球状に近づくことになり、転写性能が向上する。また比表面積比(BTs/BTk)を特定することで、表面に形成された凹凸を定量化でき、一定の微細な凹凸を形成していることが判断できる。このとき、1.1よりも小さいと表面微細凹凸が十分に形成されておらず、クリーニング性が低下する。また帯電維持性も低下する。さらに2.1以上とすることで、帯電性の安定化が図れ、帯電の立ち上がり性が改善されることにより、トナーが消費された後新たなトナーが補給された場合、カブリの発生防止の効果が大きい。6以上になると、表面が荒れすぎているか、又は形状自体が不定形になっているため、転写性能が悪化する。
形状係数(KC)はキーエンスのリアルサーフェイスビュー顕微鏡(VE7800)を使用し、1000倍に拡大したトナー母体(着色粒子とも表現する場合もある)100個程度を取込み、周囲長及び断面積を測定し、下記の式にて求めた(d:トナー母体の周長、A:トナー母体の断面積)。
KC(形状係数)=d2/(4π・A)× 100
比表面積測定値(BTs)は、島津製作所製フローソーブII2300を使用して測定した。
比表面積計算値(BTk)は、6/(ρ・r)から算出した。ρはトナー母体の真比重、rはトナー母体の体積平均粒子径である。
粒度分布測定は、コールターカウンタTA−II型(コールターカウンタ社)を用い、個数分布、体積分布を出力するインターフェイス(日科機製)及びパーソナルコンピュータを接続して測定する。電解液は濃度1質量%となるよう界面活性剤(ラウリル硫酸ナトリウム)を加えたもの50ml程度に被測定トナーを2mg程度加え、試料を懸濁した電解液は超音波分散器で約3分間分散処理を行い、コールターカウンタTA−II型にてアパーチャー70μmのアパーチャーを用いた。70μmのアパーチャー系では、粒
度分布測定範囲は1.26μm〜50.8μmであるが、2.0μm未満の領域は外来ノイズ等の影響で測定精度や測定の再現性が低いため実用的ではない。よって測定領域を2.0μm〜44.02μmとした。
チャネルは256、全カウント数は50000とした。256の各チャネル毎に比表面積計算値を算出し、それらの平均した値である。
本実施形態のトナーの好ましい第一の形態は、水系媒体中で第一の樹脂粒子を分散させた第一の樹脂粒子分散液と、顔料粒子を分散させた顔料粒子分散液とを水系中で混合凝集し、加熱して凝集粒子を形成する。
この生成した凝集粒子が分散した凝集粒子分散液に、第三の樹脂粒子を分散させた第三の樹脂粒子分散液及び第四の樹脂を分散させた第四の樹脂粒子分散液を添加混合し、その第三の樹脂のTg以上に加熱融着することで、凝集粒子表面に第三の樹脂と第四の樹脂を融着し、生成した着色粒子(トナー母体を称することもある)の表面に微細な凹凸を形成させる構成である。これにより前述した効果が発揮される。
第三の樹脂粒子と第四の樹脂粒子の配合比率によって、表面凹凸状が影響される。第三の樹脂粒子の配合比率が高くなると、表面凹凸状がなくなる傾向にある。第四の樹脂粒子の配合比率が高くなると、粒子表面に融着せずに粒子の状態のまま残りやすく、水中に浮遊した粒子が多くなりやすい。第三の樹脂粒子と第四の樹脂粒子の配合比率は9:1〜5:5の範囲が好ましい。好ましくは、2:1〜1:1の範囲である。
第三の樹脂粒子として、ガラス転移点(Tg)は40℃〜60℃、軟化点(Tm)が110℃〜130℃、溶融開始温度(Tfb)が80℃〜110℃である構成が好ましい。より好ましくは、ガラス転移点が43℃〜55℃、軟化点が110℃〜130℃、溶融開始温度が80℃〜100℃である構成が好ましい。また、THF可溶分のゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)によって測定された数平均分子量(Mn)が0.3万〜1万、重量平均分子量(Mw)が1万〜10万、Z平均分子量(Mz)が3万〜50万、重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)の比Mw/Mnが2〜15、Z平均分子量(Mz)と数平均分子量(Mn)の比Mz/Mnが5〜50である構成が好ましい。好ましくは数平均分子量(Mn)が0.3万〜0.7万、重量平均分子量(Mw)が1万〜7万、Z平均分子量(Mz)が3万〜30万、重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)の比Mw/Mnが2.5〜10、Z平均分子量(Mz)と数平均分子量(Mn)の比Mz/Mnが9〜40である構成が好ましい。
第三の樹脂粒子のガラス転移点が40℃よりも小さく、又は軟化点が110℃よりも小さく、又は溶融開始温度が80℃よりも小さいと耐熱性が低下する。高温オフセット性が低下する。表面凹凸状を出しにくくなる。ガラス転移点が60℃よりも大きく、又は軟化点が130℃よりも大きく、又は溶融開始温度が110℃よりも大きいと低温定着性が悪化する。粒子表面に融着せずに粒子の状態のまま残ってしまい、水中に浮遊した粒子が多くなりやすい。
また、数平均分子量が0.3万よりも小さく、又は重量平均分子量が1万よりも小さく、又はZ平均分子量が3万よりも小さく、又はMw/Mnが2よりも小さく、又は比Mz/Mnが5よりも小さいと高温オフセット性が低下する。表面凹凸状を出しにくくなる。数平均分子量1万よりも大きく、又は重量平均分子量が10万Z平均分子量が50万よりも大きく、又はMw/Mnが15よりも大きく、又はMz/Mnが5〜50よりも大きいと低温定着性が悪化する。凝集粒子表面に融着せずに粒子の状態のまま残ってしまい、水中に浮遊した粒子が多くなりやすい。
また、第四の樹脂粒子として、ガラス転移点(Tg)が60℃〜80℃、軟化点(Tm)が140℃〜200℃、溶融開始温度(Tfb)が125℃〜180℃である構成が好ましい。より好ましくは、ガラス転移点(Tg)が65℃〜80℃、軟化点(Tm)が150℃〜195℃、溶融開始温度(Tfb)が130℃〜170℃である構成が好ましい。THF可溶分のゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)によって測定された数平均分子量(Mn)が0.5万〜5万、重量平均分子量(Mw)が5万〜30万、Z平均分子量(Mz)が20万〜80万、重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)の比Mw/Mnが4〜10、Z平均分子量(Mz)と数平均分子量(Mn)の比Mz/Mnが10〜50である構成が好ましい。より好ましくは、数平均分子量(Mn)が0.6万〜4.5万、重量平均分子量(Mw)が5万〜30万、Z平均分子量(Mz)が25万〜60万、重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)の比Mw/Mnが4〜7.5、Z平均分子量(Mz)と数平均分子量(Mn)の比Mz/Mnが12〜45である構成が好ましい。
第四の樹脂粒子のTgが60℃よりも小さく、又はTmが140℃よりも小さく、又はTfbが125℃よりも小さいと耐熱性が低下する。表面凹凸状が出しにくくなる。第四の樹脂粒子のTgが80℃よりも大きく、又はTmが200℃よりも大きく、又はTfbが180℃よりも大きいと低温定着性が悪化する。粒子表面に融着せずに粒子の状態のまま残ってしまい、水中に浮遊した粒子が多くなりやすい。
THF可溶分のゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)によって測定されたMnが0.5万よりも小さく、又はMwが5万よりも小さく、又はMzが20万よりも小さく、又はMw/Mnが4よりも小さく、又はMz/Mnが10よりも小さいと高温オフセット性が低下する。表面凹凸状を出しにくくなる。Mnが5万よりも大きく、又はMwが30万よりも大きく、又はMzが80万よりも大きく、又はMw/Mnが10よりも大きく、又はMz/Mnが50よりも大きいと低温定着性が悪化する。粒子表面に融着せずに粒子の状態のまま残ってしまい、水中に浮遊した粒子が多くなりやすい。
このとき、第四の樹脂粒子の溶融開始温度が、第三の樹脂粒子の溶融開始温度よりも、15℃以上高い構成とすることが好ましい。溶融性のずれにより、トナー母体表面に微細な凹凸が形成される。好ましくは20℃以上、より好ましくは30℃以上である。
また、第四の樹脂粒子の重量平均分子量が、第三の樹脂粒子の重量平均分子量よりも、10%以上高い構成とすることが好ましい。分子量の差による粘弾性の相違により、トナー母体表面に微細な凹凸が形成される。好ましくは15%以上、より好ましくは20%以上である。
この第三の樹脂と第四の樹脂の総和の重量比は、トナー全体の樹脂に対し、10〜50wt%の範囲が好ましい。
また、本実施形態のトナーの好ましい第二の形態は、水系媒体中で第一の樹脂粒子を分散させた第一の樹脂粒子分散液と、顔料粒子を分散させた顔料粒子分散液とを水系中で混合凝集し、加熱して凝集粒子を形成する。
この生成した凝集粒子が分散した凝集粒子分散液に、第五の樹脂粒子を分散させた第五の樹脂粒子分散液を添加混合し、その第五の樹脂のTg以上に加熱融着することで、凝集粒子表面に第五の樹脂を融着し、生成した着色粒子の表面に微細な凹凸を形成させる構成である。これにより前述した効果が発揮される。
この第五の樹脂の構成としては、少なくとも5000〜3万及び8万〜40万に分子量のピーク又はショルダーを有する構成が好ましい。第五の樹脂の低分子量成分が優先的に凝集粒子表面に付着を開始するため、凝集粒子の二次凝集を避けることが出来て、樹脂の融着を進めることが出来る。第五の樹脂の高分子量成分の溶融がおくれるため、着色粒子表面に凹凸を形成することができる。
第五の樹脂粒子として、ガラス転移点(Tg)が60℃〜80℃、軟化点(Tm)が140℃〜200℃、溶融開始温度(Tfb)が125℃〜180℃である構成が好ましい。より好ましくは、ガラス転移点(Tg)が65℃〜80℃、軟化点(Tm)が150℃〜195℃、溶融開始温度(Tfb)が130℃〜170℃である構成が好ましい。THF可溶分のゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)によって測定された数平均分子量(Mn)が0.5万〜5万、重量平均分子量(Mw)が5万〜30万、Z平均分子量(Mz)が20万〜80万、重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)の比Mw/Mnが10〜30、Z平均分子量(Mz)と数平均分子量(Mn)の比Mz/Mnが30〜100である構成が好ましい。より好ましくは、数平均分子量(Mn)が0.6万〜4.5万、重量平均分子量(Mw)が5万〜20万、Z平均分子量(Mz)が25万〜60万、重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)の比Mw/Mnが10〜20、Z平均分子量(Mz)と数平均分子量(Mn)の比Mz/Mnが40〜80である構成が好ましい。
第五の樹脂粒子のTgが60℃よりも小さく、又はTmが140℃よりも小さく、又はTfbが125℃よりも小さいと耐熱性が低下する。表面凹凸性が出しにくくなる。Tgが80℃よりも大きく、又はTmが200℃よりも大きく、又はTfbが180℃よりも大きいと低温定着性が悪化する。粒子表面に融着せずに粒子の状態のまま残ってしまい、水中に浮遊した粒子が多くなりやすい。
THF可溶分のゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)によって測定されたMnが0.5万よりも小さく、又はMwが5万よりも小さく、又はMzが20万よりも小さく、又はMw/Mnが10よりも小さく、又はMz/Mnが30よりも小さいと高温オフセット性が低下する。表面凹凸状を出しにくくなる。Mnが5万よりも大きく、又はMwが30万よりも大きく、又はMzが80万よりも大きく、又はMw/Mnが30よりも大きく、又はMz/Mnが100よりも大きいと低温定着性が悪化する。粒子表面に融着せずに粒子の状態のまま残ってしまい、水中に浮遊した粒子が多くなりやすい。
この第五の樹脂粒子はトナー全体の樹脂に対し、10〜50wt%の範囲が好ましい。多いと低温定着性が低下し、少ないと表面凹凸性が発揮しにくい傾向にある。
本実施形態のトナー好ましい第三の形態は、水系媒体中で第一の樹脂粒子を分散させた第一の樹脂粒子分散液と、顔料粒子を分散させた顔料粒子分散液とを水系中で混合凝集し、加熱して凝集粒子を形成する。
この生成した凝集粒子が分散した凝集粒子分散液に、第二の樹脂粒子を分散させた第二の樹脂粒子分散液及びワックスを分散させたワックス粒子分散液を添加混合し、その第二の樹脂のTg以上に加熱融着することで、凝集粒子表面に第二の樹脂とワックスを融着し、生成した着色粒子の表面に微細な凹凸を形成させる構成である。これにより前述した効果が発揮される。
このとき、ワックスの融点が第二の樹脂のガラス転移点(Tg)よりも15℃以上高い構成とすることが好ましい。溶融性のずれによりトナー母体表面に微細な凹凸が形成される。好ましくは20℃以上、より好ましくは30℃以上である。
第ニの樹脂粒子とワックスの配合比率によって、表面凹凸状が影響される。第二の樹脂粒子の配合比率が高くなると、表面凹凸状がなくなる傾向にある。ワックスの配合比率が高くなると、粒子表面に融着せずに粒子の状態のまま残りやすく、水中に浮遊した粒子が多くなりやすい。第二の樹脂粒子とワックスの配合比率は9:1〜5:5の範囲が好ましい。好ましくは、2:1〜1:1の範囲である。
このときの第二の樹脂の構成は、前述した第三の樹脂構成又は第四の樹脂構成を好適に使用できる。第四の樹脂を使用した場合、融着粒子形成時の温度を第三の樹脂使用時に比べて10℃以上高めに設定するか、あるいは加熱時間を倍以上長く設定することにより、粒子表面に融着せずに粒子の状態のまま残ることなく、また水中に浮遊した粒子の残存を抑えて、表面凹凸を形成できる。
これらの構成により、定着ローラに離型剤のオイルを塗布することなくオフセットの発生を防止でき、かつ高光沢性を有するオイルレスカラー定着を実現できる。凝集粒子(芯粒子又はコア粒子と表現することもある)中にワックスを包含させる構成に比べて、トナーを低温定着するため低軟化点の樹脂組成を使用した溶融しやすい構成でも、耐オフセット性、紙と定着ローラとの剥離性、分離性をより良好なものとすることが出来る。
凝集粒子の作成は、水系媒体中において、第一の樹脂粒子を分散させた第一の樹脂粒子分散液と顔料粒子を分散させた顔料粒子分散液、必要に応じてワックスを分散させたワックス分散液とを混合し、水系媒体のpHを一定の条件下に調整し、無機塩の存在下、水系媒体の第一の樹脂のガラス転移点温度(Tg)以上に加熱して凝集させることで凝集粒子を生成する。
具体的には、水系媒体中において、少なくとも、第一の樹脂粒子を分散させた第一の樹脂粒子分散液と顔料粒子を分散させた顔料粒子分散液、必要に応じてワックスを分散させたワックス分散液とを混合し、pHを6.0以下とした混合分散液を作成するのが好ましい。例えば乳化重合樹脂を重合したときに過硫酸カリウムを使用した際、その残留分が加熱凝集時の熱により分解してpHを下げてしまうことがあるため、乳化重合した後に一定温度以上に加熱処理を施すことが好適である。
混合分散液を作成したときのpHが6.0よりも大きくなると、加熱して凝集粒子を形成する際に、液中のpH変動(減少現象)が大きくなり、粒子が粗大化してしまう。
樹脂を乳化重合反応させる際の温度は70〜80℃で1〜4時間の処理が好ましく、その後にさらに温度を80〜90℃に上げた後、1〜5時間加熱処理を施すことが好ましい。これにより重合開始剤の残留成分を低減させることが出来、凝集反応中での重合開始剤の分解によるpHの急激な低下を下げることが出来る。その結果、凝集粒子の粗大化を防止することが可能となり、小粒径で粒度分布の狭いトナー母体を得ることが出来る。
その後、その混合分散液pHを9.5〜12.2の範囲に調整するのが好ましい。1N NaOHを添加することでpHの調整が可能である。
pH調整後に、水溶性無機塩を添加し、攪拌しながら第一の樹脂のガラス転移点温度(Tg)以上に加熱処理して少なくとも第一の樹脂粒子と顔料粒子が凝集した所定の体積平均粒径(3〜6μm)の凝集粒子を形成することができる。この所定の体積平均粒径の凝集粒子が形成されたときの液のpHが7.0〜9.5の範囲とすることにより、ワックスの遊離が少なく、狭い粒度分布で、樹脂、ワックスが混在分散状態となった凝集粒子が形成できやすい。添加するNaOH量、凝集剤種や量、乳化重合樹脂分散液のpH、顔料分散液のpH、ワックス分散液のpHの設定値や、加熱温度、時間によりpHを調整することが出来る。
水溶性無機塩の添加前及び加熱前の混合分散液のpHを調製する際、9.5よりも小さいと形成された凝集粒子が粗大化し、粒度分布がブロードになりやすい。12.2よりも大きいと凝集が進みにくく遊離した樹脂、顔料粒子が多くなる。
凝集粒子が形成されたときの液のpHが7.0よりも小さいと凝集粒子が粗大化してしまう。9.5よりも大きいときは凝集不良で遊離した樹脂、顔料粒子が多くなる。
さらに、前記した凝集粒子が分散した凝集粒子分散液に、第二の樹脂粒子を分散させた第二の樹脂粒子分散液及びワックスを分散させたワックス粒子分散液を添加したときのpHを5.2〜8.8の範囲に調整し、その後、第二の樹脂粒子のガラス転移点温度以上の温度で0.5〜2時間加熱処理し、その後にpHを3.2〜6.8の範囲に調整した後さらに、第二の樹脂粒子のガラス転移点温度以上の温度で0.5〜5時間加熱処理して、前記凝集粒子に第二の樹脂粒子及びワックスを融着させ、生成した着色粒子の表面に微細な凹凸を形成する方法が好ましい。
この工程の狙いは、ワックスが極性を有するため、水系中のpHの調整により、凝集粒子表面に優先的にワックスの付着が始まり、シャープメルト性を有するワックスの溶融が始まり、凝集粒子表面にワックスが溶融付着する。樹脂のガラス転移点(Tg)は30〜70℃であるが、水系媒体が樹脂のTg以上の温度でも、樹脂はワックスのようにシャープに溶融が始まるわけではなく、表面が徐々に溶融が進む。そして先に凝集粒子表面に融着したワックスの表面を覆う形で樹脂が付着融着するため、表面に微細な凹凸が形成しやすくなると考えられる。
pHを5.2〜8.8の範囲に調整し、その後、第二の樹脂粒子のガラス転移点温度以上の温度で0.5〜2時間の加熱処理の目的は、凝集粒子表面に優先的にワックスを付着させ、溶融したワックスの表面に第二の樹脂粒子を均一に付着させる。
その後にpHを3.2〜6.8の範囲に調整した後、さらに第二の樹脂粒子のガラス転移点温度以上の温度で加熱処理することで、二次凝集を起こすことなく、ワックス粒子の遊離を抑え、凝集粒子にワックス及び第二の樹脂粒子を融着させた、狭い粒度分布の着色粒子を得ることが出来る。
第二の樹脂粒子分散液及びワックス粒子分散液を添加したときのpHが5.2よりも小さいときは、凝集粒子へのワックス粒子及び第二の樹脂粒子の付着が起こりにくく、遊離樹脂粒子が増加する。8.8よりも大きいときは凝集粒子同士の二次凝集が発生しやすくなる。また第二の樹脂粒子とワックスのみとの別凝集が生じやすい。
0.5〜2時間の加熱処理後のpHを3.2より小さいと、一旦付着した樹脂粒子が遊離する場合がある。6.8よりも大きいと、凝集粒子の二次凝集が発生しやすくなる。
凝集粒子と、第二の樹脂粒子及びワックス粒子が凝集粒子に付着融着した粒子との体積平均粒子径の差が0.5〜2μmであることが好ましい。0.5μmより小さいと、第二の樹脂粒子及びワックス粒子の付着状態が不良で、水分の影響を受け、第二の樹脂自体の強度が不足する。2μmより大きくなると定着性、光沢性を低下させる。
また、前記した凝集粒子が分散した凝集粒子分散液に、第三の樹脂粒子を分散させた第三の樹脂粒子分散液及び第四の樹脂粒子を分散させた第四の樹脂粒子分散液を添加したときのpHを5.2〜8.8の範囲に調整し、その後、第三の樹脂粒子のガラス転移点温度以上の温度で0.5〜2時間加熱処理し、その後にpHを3.2〜6.8の範囲に調整した後さらに、第三の樹脂粒子のガラス転移点温度以上の温度で0.5〜5時間加熱処理して、前記凝集粒子に第三の樹脂粒子及び第四の樹脂粒子を融着させて、生成した着色粒子の表面に微細な凹凸を形成する方法も好ましい。
また、前述した加熱処理により凝集粒子が形成され、その凝集粒子が分散した凝集粒子分散液に、温度状態を保ったまま、連続して第五の樹脂粒子を分散させた第五の樹脂粒子分散液を添加する方法も可能である。
高温度を保持した凝集粒子分散液に投入添加した際、第五の樹脂の低分子量成分が優先的に凝集粒子表面に付着を開始するため、凝集粒子の二次凝集を避けることが出来て、樹脂の融着を進めることが出来る。第五の樹脂の高分子量成分の溶融がおくれるため、着色粒子表面に凹凸を形成することができる。
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その後、任意の洗浄工程、固液分離工程、及び乾燥工程を経て、トナーを得ることができる。この洗浄工程においては、帯電性を向上させる観点より、十分にイオン交換水による置換洗浄を行うのが好ましい。前記固液分離工程における分離方法としては、特に制限はなく、生産性の観点から、吸引濾過法や加圧濾過法などの公知のろ過方法が好ましく挙げられる。前記乾燥工程における乾燥方法としては、特に制限はなく、生産性の観点から、フラッシュジェット乾燥方法、流動乾燥方法、及び振動型流動乾燥方法などの公知の乾燥方法が好ましく挙げられる。
水溶性無機塩としては、アルカリ金属塩及びアルカリ土類金属塩を挙げることができる。アルカリ金属としては、リチウム、カリウム、ナトリウム等が挙げられ、アルカリ土類金属としては、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウムなどが挙げられる。これらのうち、カリウム、ナトリウム、マグネシウム、カルシウム、バリウムが好ましい。前記アルカリ金属又はアルカリ土類金属の対イオン(塩を構成する陰イオン)としては、塩化物イオン、臭化物イオン、ヨウ化物イオン、炭酸イオン、硫酸イオン等が挙げられる。
水に無限溶解する有機溶媒としては、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、エチレングリコール、グリセリン、アセトン等が挙げられる。これらのうち、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノールなどの炭素数が3以下のアルコールが好ましく、特に2−プロパノールが好ましい。
極性を有する分散剤としては、極性界面活性剤を含有する水系媒体などが挙げられる。水系媒体としては、蒸留水、イオン交換水等の水、アルコール類などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。前記極性を有する分散剤における前記極性界面活性剤の含有量としては、一概に規定することはできず、目的に応じて適宜選択することができる。
極性界面活性剤としては、例えば、硫酸エステル塩系、スルホン酸塩系、リン酸エステル系、せっけん系等のアニオン界面活性剤、アミン塩型、4級アンモニウム塩型等のカチオン界面活性剤などが挙げられる。
前記アニオン界面活性剤の具体例としては、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ドデシル硫酸ナトリウム、アルキルナフタレンスルホン酸ナトリウム、ジアルキルスルホコハク酸ナトリウムなどが挙げられる。前記カチオン界面活性剤の具体例としては、ラウリルアミン塩酸塩又はステアリン酸アミン塩酸塩、アルキルベンゼンジメチルアンモニウムクロライド、アルキルトリメチルアンモニウムクロライド、ジステアリルアンモニウムクロライドなどが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
また本発明においては、これらの極性界面活性剤と、非極性界面活性剤とを併用することできる。前記非極性界面活性剤としては、例えば、ポリエチレングリコール系、アルキルフェノールエチレンオキサイド付加物系、多価アルコール系等の非イオン系界面活性剤などが挙げられる。
この低融点のワックスを混合凝集時に脱離浮遊させず、均一に樹脂中に内包化するためには、ワックスの分散粒度分布、ワックスの組成、ワックスの溶融特性も影響される。
樹脂粒子にスチレンアクリル系の共重合体を使用に対してはポリプロピレンやポリエチレン等のビニル系のワックスよりも、エステル系ワックスの使用により、混合凝集時に脱離浮遊させず、均一に樹脂中に略一箇所に集めた形で内包化できる。遊離ワックスの影響を排除でき、OPCや転写ベルトへのフィルミング、キャリアスペントを防止でき、かつ転写時の中抜け、逆転写を効果的に防ぐことが可能となる。
ワックス粒子分散液は、極性を有する界面活性剤を添加した水系媒体中にワックスをイオン交換水中で加熱し、溶融させ分散させることにより調製される。
このときワックスの分散粒子径は小粒径側から積算したときの体積粒径積算分布において16%径(PR16)が20〜200nm、50%径(PR50)が40〜300nm、84%径(PR84)が400nm以下、PR84/PR16が1.2〜2.0の大きさにまで乳化分散させる。200nm以下の粒子が65体積%以上、500nmを越える粒子が10体積%以下であることが好ましい。
好ましくは、小粒径側から積算したときの体積粒径積算分における16%径(PR16)が20〜100nm、50%径(PR50)が40〜160nm、84%径(PR84)が260nm以下、PR84/PR16が1.2〜1.8である。150nm以下の粒子が65体積%以上、400nmを越える粒子が10体積%以下であることが好ましい。
さらに好ましくは、小粒径側から積算したときの体積粒径積算分における16%径(PR16)が20〜60nm、50%径(PR50)が40〜120nm、84%径(PR84)が220nm以下、PR84/PR16が1.2〜1.8である。130nm以下の粒子が65体積%以上、300nmを越える粒子が10体積%以下であることが好ましい。
樹脂粒子分散液と顔料粒子分散液及びワックス粒子分散液とを混合凝集して凝集体粒子を形成するとき、50%径(PR50)が40〜300nmと微細分散とすることにより、ワックスが樹脂粒子間に取り込まれやすくワックス自体同士での凝集を防止でき、分散が均一に行える。樹脂粒子に取り込まれ水中に浮遊する粒子をなくすことができる。
PR16が200nmより大きく、50%径(PR50)が300nmより大きく、PR84が400nmよりも大きく、PR84/PR16が2.0よりも大きく、200nm以下の粒子が65体積%より多く、500nmを越える粒子が10体積%より多くなると、ワックスが樹脂粒子間に取り込まれにくくワックス自体同士のみでの凝集が多発する。樹脂粒子に取り込まれず、水中に浮遊する粒子が増大する傾向にある。さらに樹脂を付着融合させる際にトナー母体表面に露出遊離するワックス量が多くなり、感光体へのフィルミング、キャリアへのスペントの増加、現像でのハンドリング性が低下し、また現像メモリーが発生しやすくなる。
PR16が20nmより小さく、50%径(PR50)が40nmより小さく、PR84/PR16が1.2よりも小さくしようとすると、分散状態を維持しづらく、放置時にワックスの再凝集が発生し、粒度分布の放置安定性が良くない。また分散時に負荷が大きくなり、発熱が大きくなり、生産性が低下してしまう。
またワックス粒子分散液中に分散させたワックス粒子の小粒径側から積算したときの体積粒径積算分における50%径(PR50)が、溶融凝集体粒子を形成する際の樹脂粒子の50%径(PR50)よりも小さくすることで、ワックスが樹脂粒子間に取り込まれやすくワックス自体同士での凝集を防止でき、分散が均一に行える。樹脂粒子に取り込まれ水中に浮遊する粒子をなくすことができる。凝集体粒子を水系中で加熱して溶融した凝集粒子を得る際に、混在分散状態とできやすい。より好ましくは、樹脂粒子の50%径(PR50)よりも20%以上小さくすることである。
ワックスの融点以上の温度に保持された分散剤を添加した媒体中に、前記ワックスをワックス濃度40wt%以下で溶融させたワックス溶融液を、固定体と一定のギャップを介して高速回転する回転体により生じる高せん断力作用により乳化分散させることにより、ワックス粒子を微細に分散できる。
図3、4に示す一定容量の槽内の回転体の側面から槽壁まで、0.1mm〜10mm程度のギャップを設けて、回転体を30m/s以上、好ましくは40m/s以上、より好ましくは50m/s以上の高速で回転することにより、水系に強力なずりせん断力が作用し、微細な粒径の乳化分散体が得られる。処理時間は30s〜5min程度の処理で分散体が形成できる。
また図5、6に示すような固定した固定体に対し、1〜100μm程度のギャップを設けて30m/s以上、好ましくは40m/s以上、より好ましくは50m/s以上で回転する回転体との強いせん断力作用を付加することにより微細な分散体を作成することができる。
高圧ホモジナイザーのような高圧式の分散機よりも微細な粒子の粒度分布をより狭小化シャープに形成できる。また長時間の放置でも分散体を形成した微粒子が再凝集することなく、安定した分散状態を保つことができ、粒度分布の放置安定性が向上する。
ワックスの融点が高い場合は、高圧状態で加熱することにより溶融した液を作成する。またワックスを油性溶剤に溶解させる。この溶液を図3、4、5、6に示した分散機を用いて界面活性剤や高分子電解質と共に水中に微粒子分散し、その後、加熱又は減圧して該油性溶剤を蒸散させることにより得られることも出来る。
粒度測定は堀場製作所レーザ回折粒度測定器(LA920)、島津製作所レーザ回折粒度測定器(SALD2100)などを用いて測定することができる。
(2)ワックス
本実施形態のトナーにおいて、凝集粒子が分散した分散液に、第二の樹脂を分散させた第二の樹脂粒子分散液と、ワックスを分散させたワックス粒子分散液を混合し、加熱処理して前記凝集粒子に前記ワックス及び前記第二の樹脂を融着させて融着粒子を形成する際に使用するワックスとして、ヨウ素価が25以下、けん化価が30〜300からなる構成のワックスが好ましい。これによりオイルを塗布せずとも、オフセット性を防止して低温定着で、高光沢性、透光性を有するオイルレス定着を実現できる。またトナー多層転写時にトナーの電荷作用による反発が緩和され、転写効率の低下、転写時の文字の中抜け、逆転写を抑えることができる。また後述するキャリアと組合せた使用によりキャリアへのスペントの発生を抑制でき、現像剤の長寿命化を可能とできる。また現像器内でのハンドリング性が向上し、現像の奥側と、手前側で画像の均一性が向上する。また現像メモリー発生を低減できる。
ヨウ素価が25より大きいと、水系中での浮遊物が増大し、凝集粒子表面への均一付着性が低下する。これがトナーに残留してしまうと、感光体等のフィルミングを生じさせる。一次転写でのトナー多層転写時にトナーの電荷作用による反発が緩和されにくくなる。環境依存性が大きく、また長期連続使用時に材料の帯電性の変化が大きくなり画像の安定性を阻害する。また現像メモリーも発生しやすくなる。けん化価が30より小さくなると、不けん化物、炭化水素の存在が増加し、感光体フィルミング、トナーの帯電性の悪化を生じる。フィルミングや連続使用時の帯電性の低下を招く。300より大きくなると水系中での浮遊物が増大し、凝集粒子表面への均一付着性が低下する。トナーの電荷作用による反発が緩和されにくくなる。またカブリやトナー飛散の増大を招く。
そのワックスの220℃における加熱減量は8重量%以下であることが好ましい。加熱減量が8重量%より大きくなると、トナーのガラス転移点を低下させ、トナーの貯蔵安定性を損なう。現像特性に悪影響を与え、カブリや感光体フィルミングを生じさせる。生成されるトナーの粒度分布がブロードになってしまう。
ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)における分子量特性、数平均分子量が100〜5000、重量平均分子量が200〜10000、重量平均分子量と数平均分子量の比(重量平均分子量/数平均分子量)が1.01〜8、Z平均分子量と数平均分子量の比(Z平均分子量/数平均分子量)が1.02〜10、分子量5×102〜1×104の領域に少なくとも一つの分子量極大ピークを有していることが好ましい。より好ましくは数平均分子量が500〜4500、重量平均分子量が600〜9000、重量平均分子量と数平均分子量の比(重量平均分子量/数平均分子量)が1.01〜7、Z平均分子量と数平均分子量の比(Z平均分子量/数平均分子量)が1.02〜9、さらに好ましくは数平均分子量が700〜4000、重量平均分子量が800〜8000、重量平均分子量と数平均分子量の比(重量平均分子量/数平均分子量)が1.01〜6、Z平均分子量と数平均分子量の比(Z平均分子量/数平均分子量)が1.02〜8である。
数平均分子量が100より小さく、重量平均分子量が200より小さく、分子量極大ピークが5×102よりも小さい範囲に位置しているとなると保存安定性が悪化する。また現像器内でのハンドリング性が低下し、トナー濃度の均一性保持を阻害する。トナーの感光体フィルミングを生じてしまう。生成されるトナーの粒度分布がブロードになってしまう。
数平均分子量が5000より大きく、重量平均分子量が10000より大きく、重量平均分子量と数平均分子量の比(重量平均分子量/数平均分子量)が8より大きく、Z平均分子量と数平均分子量の比(Z平均分子量/数平均分子量)が10より大きく、分子量極大ピークが1×104の領域よりも大きい範囲に位置していると、離型作用が弱くなり定着性、耐オフセット性等の定着性機能が低下する。ワックスの乳化分散粒子生成時の生成粒子の粒径を小さくできにくくなる。
DSC法による吸熱ピーク温度(融点Tmw)が50〜100℃のものが好ましい。好ましくは55〜95℃、さらに好ましくは、65〜85℃のものである。50℃よりも低いと、トナーの貯蔵安定性が悪化する。100℃よりも高いと乳化分散粒子生成時の生成粒子の粒径を小さくできにくくなる。凝集粒子表面への均一付着性が低下する。
さらに融点以上の温度での10℃変化時の容積増加率が2〜30%の材料が好ましい。固体から液体に変わるとき急激に膨張することで定着時の熱で溶融したとき、トナー相互の接着性がより強化され、より定着性が向上し、また定着ローラとの離型性も良くなり耐オフセット性も向上する。
添加量としては、結着樹脂100重量部に対して2〜90重量部添加が好ましい。好ましくは結着樹脂100重量部に対して5〜80重量部、より好ましくは10〜50重量部、さらに好ましくは15〜20重量部添加が好ましい。2重量部以下であると、定着性向上の効果が得られず、90重量部以上では貯蔵安定性に難点がある。
ワックスとしては、メドウフォーム油誘導体、カルナウバワックス誘導体、ホホバ油誘導体、木ロウ、ミツロウ、オゾケライト、カルナウバワックス、キャンデリアワックス、セレシンワックス、ライスワックス等の材料が好ましく、またこれらの誘導体も好適に使用される。そして一種類又は二種類以上組み合わせての使用も可能である。
メドウフォーム油誘導体としては、メドウフォーム油脂肪酸、メドウフォーム油脂肪酸の金属塩、メドウフォーム油脂肪酸エステル、水素添加メドウフォーム油、メドウフォーム油アミド、ホモメドウフォーム油アミド、メドウフォーム油トリエステル、エポキシ化メドウフォーム油のマレイン酸誘導体、メドウフォーム油脂肪酸多価アルコールエステルのイソシアネート重合物、ハロゲン化変性メドウフォーム油も好ましく使用できる。小粒径の均一な粒度分布の乳化分散体を作成することができる。凝集粒子表面への均一な付着性が得られる。
オイルレス定着と現像剤の長寿命化、転写性改良に効果が得られる好ましい材料である。これらは1種又は2種以上組み合せての使用が可能である。
メドウフォーム油をけん化分解して得られるメドウフォーム油脂肪酸は4〜30個の炭素原子を有する脂肪酸からなるものが好ましい。その金属塩はナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウム、バリウム、亜鉛、鉛、マンガン、鉄、ニッケル、コバルト、アルミニウムなどの金属塩が使用することが出来る。高温での耐オフセット性が良好である。
メドウフォーム油脂肪酸エステルとしては例えば、メチル、エチル、ブチルやグリセリン、ペンタエリスリトール、ポリプロピレングリコール、トリメチロールプロパンなどのエステルであり、特に、メドウフォーム油脂肪酸ペンタエリスリトールモノエステル、メドウフォーム油脂肪酸ペンタエリスリトールトリエステル、メドウフォーム油脂肪酸トリメチロールプロパンエステルなどが好ましい。高温での耐オフセット性とともに耐コールドオフセット性が良好である。
さらには、メドウフォーム油脂肪酸とグリセリン、ペンタエリスリトール、トリメチロールプロパン等の多価アルコールとのエステル化反応物を、トリレンジイソシアネート(TDI)、ジフェニルメタン−4,4’−ジイソシアネート(MDI)、等のイソシアネートで架橋して得られるメドウフォーム油脂肪酸多価アルコールエステルのイソシアネート重合物も好ましく使用できる。キャリアへのスペント性が少なく、二成分現像剤のより長寿命化が可能となる。
水素添加メドウフォーム油はメドウフォーム油に水素添加して不飽和結合を飽和結合としたものである。耐オフセット性とともに、光沢性、透光性を向上できる。
メドウフォーム油アミドはメドウフォーム油を加水分解した後、エステル化することにより脂肪酸メチルエステルとし、その後、濃アンモニア水と塩化アンモニウムとの混合物と反応して得られる。さらにこれに水素添加することにより融点を調節することが可能となる。また加水分解する前に水素添加することも可能である。融点が75〜120℃の物が得られる。ホモメドウフォーム油アミドは、メドウフォーム油を加水分解後還元してアルコールとした後、二トリルを経て得られる。耐オフセット性とともに、光沢性、透光性を向上できる。
ホホバ油誘導体としては、ホホバ油脂肪酸、ホホバ油脂肪酸の金属塩、ホホバ油脂肪酸エステル、水素添加ホホバ油、ホホバ油アミド、ホモホホバ油アミド、ホホバ油トリエステル、エポキシ化ホホバ油のマレイン酸誘導体、ホホバ油脂肪酸多価アルコールエステルのイソシアネート重合物、ハロゲン化変性ホホバ油も好ましく使用できる。小粒径の均一な粒度分布の乳化分散体を作成することができる。凝集粒子表面への均一な付着性が得られる。また樹脂とワックスの均一混合分散が行いやすい。オイルレス定着と現像剤の長寿命化、転写性改良に効果が得られる好ましい材料である。これらは1種又は2種以上組み合せての使用が可能である。
ホホバ油をけん化分解して得られるホホバ油脂肪酸は4〜30個の炭素原子を有する脂肪酸からなる。その金属塩はナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウム、バリウム、亜鉛、鉛、マンガン、鉄、ニッケル、コバルト、アルミニウムなどの金属塩が使用することが出来る。高温での耐オフセット性が良好である。
ホホバ油脂肪酸エステルとしては例えば、メチル、エチル、ブチルやグリセリン、ペンタエリスリトール、ポリプロピレングリコール、トリメチロールプロパンなどのエステルであり、特に、ホホバ油脂肪酸ペンタエリスリトールモノエステル、ホホバ油脂肪酸ペンタエリスリトールトリエステル、ホホバ油脂肪酸トリメチロールプロパンエステルなどが好ましい。高温での耐オフセット性とともに耐コールドオフセット性が良好である。
さらには、ホホバ油脂肪酸とグリセリン、ペンタエリスリトール、トリメチロールプロパン等の多価アルコールとのエステル化反応物を、トリレンジイソシアネート(TDI)、ジフェニルメタン−4,4'−ジシソシアネート(MDI) 、等のイソシアネートで架橋して得られるホホバ油脂肪酸多価アルコールエステルのイソシアネート重合物も好ましく使用できる。キャリアへのスペント性が少なく、二成分現像剤のより長寿命化が可能となる。
水素添加ホホバ油はホホバ油に水素添加して不飽和結合を飽和結合としたものである。耐オフセット性とともに、光沢性、透光性を向上できる。
ホホバ油アミドはホホバ油を加水分解した後、エステル化することにより脂肪酸メチルエステルとし、その後、濃アンモニア水と塩化アンモニウムとの混合物と反応して得られる。さらにこれに水素添加することにより融点を調節することが可能となる。また加水分解する前に水素添加することも可能である。融点が75〜120℃の物が得られる。ホモホホバ油アミドは、ホホバ油を加水分解後還元してアルコールとした後、二トリルを経て得られる。耐オフセット性とともに、光沢性、透光性を向上できる。
ケン化価は、試料の1gをけん化するのに要する水酸化カリウムKOHのミリグラム数をいう。酸価とエステル価の和にあたる。ケン化価値を測定するには約0.5Nの水酸化カリウムのアルコール溶液中で試料をケン化した後、0.5Nの塩酸で過剰の水酸化カリウムを滴定する。
ヨウ素価は試料にハロゲンを作用させたときに、吸収されるハロゲンの量をヨウ素に換算し、試料100gに対するg数で表したものをいう。脂肪100gに吸収されるヨウ素のグラム数であり、この値が大きいほど試料中の脂肪酸の不飽和度が高いことを示す。試料のクロロホルム又は四塩化炭素溶液にヨウ素と塩化水銀(II)のアルコール溶液又は塩化ヨウ素の氷酢酸溶液を加えて、放置後反応しないで残ったヨウ素をチオ硫酸ナトリウム標準液で滴定して吸収ヨウ素量を算出する。
加熱減量の測定は試料セルの重量を0.1mgまで精秤(W1mg)し、これに試料10〜15mgを入れ、0.1mgまで精秤する(W2mg)。試料セルを示差熱天秤にセットし、秤量感度を5mgにして測定開始する。測定後、チャートにより試料温度が220℃になった時点での重量減を0.1mgまで読み取る(W3mg)。装置は、真空理工製TGD−3000、昇温速度は10℃/min、最高温度は220℃、保持時間は1minで、加熱減量(%)=W3/(W2−W1)×100、で求められる。
これによりカラー画像における透光性を改善すると共にローラへの耐オフセット性を向上させることが可能となる。またキャリアへのスペントの発生を抑制でき現像剤の長寿命化を可能とできる。
また、本実施形態のトナーにおいて使用するワックスとして、少なくとも炭素数4〜30の長鎖アルキル基、エステル基及びビニル基を有する酸価10〜80mgKOH/gのワックスが好ましく使用できる。
このワックスは、炭素数4〜30の長鎖アルキルアルコールと不飽和多価カルボン酸又はその無水物及び不飽和炭化水素系ワックスとの反応により得られるワックスが好ましい。
また、長鎖アルキルアミンと不飽和多価カルボン酸又はその無水物及び不飽和炭化水素系ワックスとの反応により得られワックス、又は長鎖フルオロアルキルアルコールと不飽和多価カルボン酸又はその無水物及び不飽和炭化水素系ワックスとの反応により得られるワックスも好適に使用できる。効果は長鎖アルキル基による離型作用の増進、エステル基による樹脂との分散相性を良くし、ビニル基による耐久性、オフセット性の良化効果が考えられる。
このワックスのGPCにおける分子量分布において、重量平均分子量が1000〜6000、Z平均分子量が1500〜9000、重量平均分子量と数平均分子量の比(重量平均分子量/数平均分子量)が1.1〜3.8、Z平均分子量と数平均分子量の比(Z平均分子量/数平均分子量)が1.5〜6.5、1×103〜3×104の領域に少なくとも一つの分子量極大ピークを有し、酸価10〜80mgKOH/g、融点50〜120℃、25℃における針入度が4以下であることが好ましい。針入度試験とは、材料の硬さを測定する方法の1つで、試験方法はJIS K2207に規格化されており、規定重量の針を試料中に垂直に進入させ(温度25℃、全荷重100g、時間5秒で測定)、進入した長さにより試料の硬さを表す。針入度の値は、1/10mmが針入度1になる。数字が大きいほど柔らかな材料となる。
より好ましくは重量平均分子量が1000〜5000、Z平均分子量が1700〜8000、重量平均分子量と数平均分子量の比(重量平均分子量/数平均分子量)が1.1〜2.8、Z平均分子量と数平均分子量の比(Z平均分子量/数平均分子量)が1.5〜4.5、1×103〜1×104の領域に少なくとも一つの分子量極大ピークを有し、酸価10〜50mgKOH/g、融点60〜110℃が好ましく、
更に好ましくは重量平均分子量が1000〜2500、Z平均分子量が1900〜3000、重量平均分子量と数平均分子量の比(重量平均分子量/数平均分子量)が1.2〜1.8、Z平均分子量と数平均分子量の比(Z平均分子量/数平均分子量)が1.7〜2.5、1×103〜3×103の領域に少なくとも一つの分子量極大ピークを有し、酸価35〜50mgKOH/g、融点65〜95℃である。
オイルレス定着における非オフセット性と高光沢性、OHPの高透光性を発現でき、高温保存性を低下させることがない。薄紙に3層のカラートナーが形成された画像において、定着ローラやベルトとの紙の分離性向上に特に効果がある。
また極性を有する分散剤中での乳化分散が均一な小粒径粒子の作成が可能となり、混合凝集により樹脂顔料との均一凝集が可能となり、浮遊物の存在をなくし、色濁りを抑えられる。また凝集粒子表面への均一な付着性が得られる。これによりオイルを塗布せずとも、オフセット性を防止して低温定着で、高光沢性、透光性を有するオイルレス定着を実現できる。
後述したキャリアと組合せた使用により、オイルレス定着と共にスペントの発生を抑制でき現像剤の長寿命化が図られ、また現像器内での均一性が保持でき、現像メモリーの発生も抑制できる。さらには連続使用時の帯電安定性が得られ、定着性と現像安定性との両立が可能となる。
ここで、ワックスの長鎖アルキルの炭素数が4より小さいと離型作用が弱くなり分離性、高温非オフセット性が低下する。長鎖アルキルの炭素数が30より大きいと樹脂との混合凝集性が悪くなり、分散性が低下する。酸価が10mgKOH/gより小さいとトナーの長期使用時の帯電量低下を招く。酸価が80mgKOH/gより大きいと耐湿性が低下し、高湿下でのかぶりが増大する。高いと乳化分散粒子生成時の生成粒子の粒径を小さくできにくくなる。凝集粒子表面への均一付着性が低下する。
融点が50℃より小さいとトナーの貯蔵安定性が低下する。融点が120℃より大きいと離型作用が弱くなり非オフセット温度幅が狭くなる。高いと乳化分散粒子生成時の生成粒子の粒径を小さくできにくくなる。
25℃における針入度が4より大きいと強靭性が低下し、長期使用中に感光体フィルミングを生じる。
重量平均分子量が1000よりも小さく、Z平均分子量が1500より小さく、重量平均分子量/数平均分子量が1.1よりも小さく、Z平均分子量/数平均分子量が1.5よりも小さく、分子量極大ピークが1×103よりも小さい範囲に位置していると、トナーの保存性が低下、感光体や中間転写体にフィルミングを発生する。また現像器内でのハンドリング性が低下し、トナー濃度の均一性を低下させる。また現像メモリーを生じ易くなる。高速回転による高せん断力作用時の乳化分散粒子生成時の生成粒子の粒度分布がブロ−ドになってしまう。
重量平均分子量が6000よりも大きく、Z平均分子量が9000よりも大きく、重量平均分子量/数平均分子量が3.8よりも大きく、Z平均分子量/数平均分子量が6.5よりも大きく、分子量極大ピークが3×104の領域よりも大きい範囲に位置していると、離型作用が弱くなり定着オフセット性が低下する。乳化分散粒子生成時の生成粒子の粒径を小さくできにくくなる。
アルコールとしてはオクタノール、ドデカノール、ステアリルアルコール、ノナコサノール、ペンタデカノール等の長鎖のアルキル鎖を持つものが使用できる。またアミン類としてN−メチルヘキシルアミン、ノニルアミン、ステアリルアミン、ノナデシルアミン等が好適に使用できる。フルオロアルキルアルコールとしては、1−メトキシ−(パーフルオロー2−メチル−1−プロペン)、ヘキサフルオロアセトン、3−パーフルオロオクチルー1,2−エポキシプロパン等が好適に使用できる。不飽和多価カルボン酸又はその無水物としては、マレイン酸、無水マレイン酸、イタコン酸、無水イタコン酸、シトラコン酸、無水シトラコン酸等が一種又は二種以上使用できる。なかでもマレイン酸、無水マレイン酸がより好ましい。不飽和炭化水素系ワックスとしては、エチレン、プロピレン、α―オレフィン等が好適に使用できる。
不飽和多価カルボン酸又はその無水物をアルコール又はアミンを用いて重合させ、次にこれをジクルミパーオキサイドやターシャリーブチルパーオキシイソプロピルモノカルボネート等の存在下で合成炭化水素系ワックスに付加させることにより得ることができる。
また、本実施形態のトナーに使用するワックスとして、ヒドロキシステアリン酸の誘導体、グリセリン脂肪酸エステル、グリコール脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステル等の材料も好ましく、一種類又は二種類以上組合せての使用も有効である。均一な乳化分散の小粒径粒子の作成が可能となり、凝集粒子表面への均一な付着性が得られ、オイルを塗布せずとも、オフセット性を防止して低温定着で、高光沢性、透光性を有するオイルレス定着を実現できる。またオイルレス定着と共に現像剤の長寿命化が図られ、また現像器内での均一性が保持でき、現像メモリーの発生も抑制できる。
ヒドロキシステアリン酸の誘導体としては、12−ヒドロキシステアリン酸メチル、12−ヒドロキシステアリン酸ブチル、プロピレングリコールモノ12−ヒドロキシステアラート、グリセリンモノ12−ヒドロキシステアラート、エチレングリコールモノ12−ヒドロキシステアラート等が好適な材料である。オイルレス定着における紙の巻付き防止効果と、フィルミング防止効果がある。
グリセリン脂肪酸エステルとしてはグリセリンステアラート、グリセリンジステアラート、グリセリントリステアラート、グリセリンモノパルミタート、グリセリンジパルミタート、グリセリントリパルミタート、グリセリンベヘナート、グリセリンジベヘナート、グリセリントリベヘナート、グリセリンモノミリスタート、グリセリンジミリスタート、グリセリントリミリスタート等が好適な材料である。オイルレス定着における低温時のコールドオフセット性緩和と、転写性低下防止効果がある。
グリコール脂肪酸エステルとしては、プロピレングリコールモノパルミタート、プロピレングリコールモノステアラート等のプロピレングリコール脂肪酸エステル、エチレングリコールモノステアラート、エチレングリコールモノパルミタート等のエチレングリコール脂肪酸エステルが好適な材料である。オイルレス定着性とともに、現像での滑りを良くしキャリアスペント防止の効果がある。
ソルビタン脂肪酸エステルとしては、ソルビタンモノパルミタート、ソルビタンモノステアラート、ソルビタントリパルミタート、ソルビタントリステアラートが好適な材料である。さらには、ペンタエリスリトールのステアリン酸エステル、アジピン酸とステアリン酸又はオレイン酸の混合エステル類等の材料が好ましく、一種類又は二種類以上組み合わせての使用も可能である。オイルレス定着における紙の巻付き防止効果と、フィルミング防止効果がある。
また、本実施形態のトナーに使用するワックスとして、脂肪族アミド系のワックスの使用も好ましい。均一な乳化分散の小粒径粒子の作成が可能となり、凝集粒子表面への均一な付着性が得られ、オイルを塗布せずとも、オフセット性を防止して低温定着で、高光沢性、透光性を有するオイルレス定着を実現できる。またオイルレス定着と共に現像剤の長寿命化が図られ、また現像器内での均一性が保持でき、現像メモリーの発生も抑制できる。
カラー画像における透光性を向上できる。特に定着画像表面の平滑性を促進させ高画質のカラー像を得ることが可能となる。さらには定着時の複写用紙の定着ローラへの巻き付きを防止することができ、透光性と耐オフセット性の両立、転写時の中抜けを防止することが可能となる。
脂肪族アミド系のワックスとしては、パルミチン酸アミド、パルミトレイン酸アミド、ステアリン酸アミド、オレイン酸アミド、アラキジン酸アミド、エイコセン酸アミド、ベヘニン酸アミド、エルカ酸アミド、リグリノセリン酸アミド等の炭素数4〜30を有する飽和又は1価の不飽和の脂肪族アミドで、融点が50〜120℃が好ましい。より好ましくは70〜100℃、さらに好ましくは75〜95℃である。融点が50℃より小さくとなるとトナーの貯蔵安定性が悪化する。感光体へのフィルミングが発生しやすくなる。融点が120℃より大きいと、乳化分散粒子生成時の生成粒子の粒径を小さくできにくくなる。凝集粒子表面への均一付着性が低下する。定着画像表面の平滑性が低下し、透光性を悪化させる。
添加量としては、結着樹脂100重量部に対して2〜90重量部添加が好ましい。好ましくは結着樹脂100重量部に対して5〜50重量部、より好ましくは10〜30重量部、さらに好ましくは15〜20重量部添加が好ましい。2重量部未満であると、定着性向上の効果が得られず、90重量部を越えると貯蔵安定性に難点がある。
さらにはメチレンビスステアリン酸アミド、エチレンビスステアリン酸アミド、プロピレンビスステアリン酸アミド、ブチレンビスステアリン酸アミド、メチレンビスオレイン酸アミド、エチレンビスオレイン酸アミド、プロピレンビスオレイン酸アミド、ブチレンビスオレイン酸アミド、メチレンビスラウリン酸アミド、エチレンビスラウリン酸アミド、プロピレンビスラウリン酸アミド、ブチレンビスラウリン酸アミド、メチレンビスミリスチン酸アミド、エチレンビスミリスチン酸アミド、プロピレンビスミリスチン酸アミド、ブチレンビスミリスチン酸アミド、メチレンビスパルミチン酸アミド、エチレンビスパルミチン酸アミド、プロピレンビスパルミチン酸アミド、ブチレンビスパルミチン酸アミド、メチレンビスパルミトレイン酸アミド、エチレンビスパルミトレイン酸アミド、プロピレンビスパルミトレイン酸アミド、ブチレンビスパルミトレイン酸アミド、メチレンビスアラキジン酸アミド、エチレンビスアラキジン酸アミド、プロピレンビスアラキジン酸アミド、ブチレンビスアラキジン酸アミド、メチレンビスエイコセン酸アミド、エチレンビスエイコセン酸アミド、プロピレンビスエイコセン酸アミド、ブチレンビスエイコセン酸アミド、メチレンビスベヘニン酸アミド、エチレンビスベヘニン酸アミド、プロピレンビスベヘニン酸アミド、ブチレンビスベヘニン酸アミド、メチレンビスエルカ酸アミド、エチレンビスエルカ酸アミド、プロピレンビスエルカ酸アミド、ブチレンビスエルカ酸アミド等の飽和又は1〜2価の不飽和の脂肪酸のアルキレンビス脂肪酸アミド系のワックスが好ましい。
融点が50〜120℃が好ましい。より好ましくは70〜100℃、さらに好ましくは75〜95℃である。融点が50℃より小さくとなるとトナーの貯蔵安定性が悪化する。感光体へのフィルミングが発生しやすくなる。融点が120℃より大きいと、乳化分散粒子生成時の生成粒子の粒径を小さくできにくくなる。凝集粒子表面への均一付着性が低下する。定着画像表面の平滑性が低下し、透光性を悪化させる。
添加量としては、結着樹脂100重量部に対して2〜90重量部添加が好ましい。好ましくは結着樹脂100重量部に対して5〜50重量部、より好ましくは10〜30重量部、さらに好ましくは15〜20重量部添加が好ましい。2重量部未満であると、定着性向上の効果が得られず、90重量部を越えると貯蔵安定性に難点がある。
(3)樹脂
本実施形態のトナーの樹脂微粒子に例えば、熱可塑性結着樹脂が挙げられる。具体的には、スチレン、パラクロロスチレン、α−メチルスチレン等のスチレン類;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、アクリル酸ラウリル、アクリル酸2−エチルヘキシル等アクリル系単量体;メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸n−プロピル、メタクリル酸ラウリル、メタクリル酸2−エチルヘキシル等のメタクリル系単量体;さらにアクリル酸、メタクリル酸、スチレンスルフォン酸ナトリウム等のエチレン性不飽和酸単量体;さらにアクリロニトリル、メタクリロニトリル等のビニルニトリル類;ビニルメチルエーテル、ビニルイソブチルエーテル等のビニルエーテル類;ビニルメチルケトン、ビニルエチルケトン、ビニルイソプロペニルケトン等のビニルケトン類;エチレン、プロピレン、ブタジエンなどのオレフィン類などの単量体などの単独重合体、それらの単量体を2種以上組み合せた共重合体、又はそれらの混合物、さらには、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、セルロース樹脂、ポリエーテル樹脂等、非ビニル縮合系樹脂、又は、それらと前記ビニル系樹脂との混合物、これらの共存下でビニル系単量体を重合して得られるグラフト重合体等を挙げることができる。
これらの樹脂の中でもビニル系樹脂が特に好ましい。ビニル系樹脂の場合、イオン性界面活性剤などを用いて乳化重合やシード重合により樹脂粒子分散液を容易に調製することができる点で有利である。前記ビニル系モノマーとしては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、ケイ皮酸、フマル酸、ビニルスルフォン酸、エチレンイミン、ビニルピリジン、ビニルアミンなどのビニル系高分子酸やビニル系高分子塩基の原料となるモノマーが挙げられる。本発明においては、前記樹脂粒子が、前記ビニル系モノマーをモノマー成分として含有するのが好ましい。本発明においては、これらのビニル系モノマーの中でも、ビニル系樹脂の形成反応の容易性等の点でビニル系高分子酸がより好ましく、具体的にはアクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、ケイ皮酸、フマル酸などのカルボキシル基を解離基として有する解離性ビニル系モノマーが、重合度やガラス転移点の制御の点で特に好ましい。
樹脂粒子分散液における前記樹脂粒子の含有量としては、通常5〜50重量%であり、好ましくは10〜30重量%である。樹脂、ワックス及びトナーの分子量は、数種の単分散ポリスチレンを標準サンプルとするゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)によって測定された値である。
装置は、東ソー社製HPLC8120シリーズ、カラムはTSKgel superHM−H H4000/H3000/H2000(7.8mm径、150mm×3)、溶離液THF(テトラヒドロフラン)、流量0.6ml/min、試料濃度0.1%、注入量20μL、検出器RI、測定温度40℃、測定前処理は試料をTHFに溶解後0.45μmのフィルターでろ過しシリカ等の添加剤を除去した樹脂成分を測定する。測定条件は、対象試料の分子量分布が、数種の単分散ポリスチレン標準試料により得られる検量線における分子量の対数とカウント数が直線となる範囲内に包含される条件である。
また炭素数4〜30の長鎖アルキルアルコール、不飽和多価カルボン酸又はその無水物及び不飽和炭化水素系ワックスとの反応により得られるワックスの測定は、装置はWATERS製GPC−150C、カラムはShodex HT−806M(8.0mmI.D.−30cm×2)、溶離液はo−ジクロロベンゼン、流量は1.0mL/min、試料濃度は0.3%、注入量は200μL、検出器はRI、測定温度は130℃、測定前処理は試料を溶媒に溶解後0.5μmの金属焼結フィルターでろ過処理した。測定条件は、対象試料の分子量分布が、数種の単分散ポリスチレン標準試料により得られる検量線における分子量の対数とカウント数が直線となる範囲内に包含される条件である。
また、結着樹脂の軟化点は、島津製作所の定荷重押出し形細管式レオメータフローテスタ(CFT500)により、1cm3の試料を昇温速度6℃/分で加熱しながらプランジャーにより約9.8×105N/m2 の荷重を与え、直径1mm、長さ1mmのダイから押し出して、このプランジャーのピストンストロークと温度との関係における昇温温度特性との関係から、ピストンストロークが立上り始める温度が流出開始温度(Tfb)、曲線の最低値と流出終了点の差の1/2を求め、それと曲線の最低値を加えた点の位置における温度を1/2法における溶融温度(軟化点Tm)となる。
また樹脂のガラス転移点は示差走査熱量計(島津製作所DSC−50)を用い、100℃まで昇温し、その温度にて3分間放置した後、降温速度10℃/minで室温まで冷却したサンプルを、昇温速度10℃/minで昇温して熱履歴を測定した際に、ガラス転移点以下のベースラインの延長線とピークの立上り部分からピークの頂点までの間での最大傾斜を示す接線との交点の温度を言う。
ワックスのDSCによる吸熱ピークの融点は、示差走査熱量計(島津製作所DSC−50)を用い、5℃/minで200℃まで昇温し、5分間保温10℃まで急冷後、15分間放置後5℃/minで昇温させ、吸熱(融解)ピークから求めた。セルに投入するサンプル量は10mg±2mgとした。
(4)電荷制御剤
電荷制御剤としては、アクリルスルホン酸系の重合体で、スチレン系モノマーと極性基としてスルホン酸基を有するアクリル酸系モノマーとのビニル共重合体が好ましい。特にはアクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸との共重合体が好ましい特性を発揮できる。後述するキャリアと組合せて使用することにより、現像器内でのハンドリング性を向上し、トナー濃度の均一性が向上する。さらに現像メモリーの発生を抑制できる。また、好ましい材料としてはサリチル酸誘導体の金属塩が用いられる。これにより、定着時での帯電作用による画像乱れを防止できる。これはワックスのもつ酸価を有する官能基と金属塩の帯電極性の効果と思われる。また連続使用時での帯電量の低下を防止できる。これらは乳化重合時の樹脂モノマー(例えばスチレンモノマーが適当)に溶融させ、モノマーを乳化重合させることで、CCAが添加された樹脂微粒子分散体を作成することができる。添加量は樹脂100重量部に対し、0.1〜5重量部が好ましい。より好ましくは0.1〜2重量部、さらに好ましくは0.5〜1.5重量部である。0.1重量部よりも少ないと、帯電作用効果が無くなる。5重部よりも多くなると分散が均一化しない。カラー画像での色濁りが目立ってくる。
(5)顔料
また、本実施形態に使用される顔料としては、カーボンブラック、鉄黒、グラファイト、ニグロシン、アゾ染料の金属錯体、C.I.ピグメント・イエロー1,3,74,97,98等のアセト酢酸アリールアミド系モノアゾ黄色顔料、C.I.ピグメント・イエロー12,13,14,17等のアセト酢酸アリールアミド系ジスアゾ黄色顔料、C.I.ソルベントイエロー19,77,79、C.I.ディスパース・イエロー164が配合され、特に好ましくはC.I.ピグメント・イエロー93,180,185のベンズイミダゾロン系顔料が好適である。
C.I.ピグメント・レッド48,49:1,53:1,57,57:1,81,122,5等の赤色顔料、C.I.ソルベント・レッド49,52,58,8等の赤色染料、C.I.ピグネント・ブルー15:3等のフタロシアニン及びその誘導体の青色染顔料が1種又は2種類以上で配合される。添加量は結着樹脂100重量部に対し、3〜8重量部が好ましい。
各粒子のメジアン径としては、通常1μm以下であり、0.01〜1μmであるのが好ましい。前記メジアン径が1μmを超えると、最終的に得られる静電荷像現像用トナーの粒径分布が広くなったり、遊離粒子が発生し、性能や信頼性の低下を招き易い。一方、前記メジアン径が前記範囲内にあると前記欠点がない上、トナー間の偏在が減少し、トナー中の分散が良好となり、性能や信頼性のバラツキが小さくなる点で有利である。なお、前記メジアン径は、例えば堀場製作所レーザ回折粒度測定器(LA920)などを用いて測定することができる。
(6)外添剤
本実施形態では外添剤として無機微粉末が混合添加される。無機微粉末としては、シリカ、アルミナ、酸化チタン、ジルコニア、マグネシア、フェライト、マグネタイト等の金属酸化物微粉末、チタン酸バリウム、チタン酸カルシウム、チタン酸ストロンチウム等のチタン酸塩、ジルコン酸バリウム、ジルコン酸カルシウム、ジルコン酸ストロンチウム等のジルコン酸塩あるいはこれらの混合物が用いられる。無機微粉末は必要に応じて疎水化処理される。
無機微粉末に処理されるシリコーンオイル系の材料としては、(化3)に示されるものが好ましい。
(但し、R2は炭素数1〜3のアルキル基、R3は炭素数1〜3のアルキル基、ハロゲン変性アルキル基、フェニル基、又は置換フェニル基、R1は炭素数1〜3のアルキル基、又は炭素数1〜3のアルコキシ基、m及びnは1以上100以下の整数を示す。)
例えばジメチルシリコーンオイル、メチルハイドロジェンシリコーンオイル、メチルフェニルシリコーンオイル、環状ジメチルシリコーンオイル、エポキシ変性シリコーンオイル、カルボキシル変性シリコーンオイル、カルビノール変性シリコーンオイル、メタクリル変性シリコーンオイル、メルカプト変性シリコーンオイル、ポリエーテル変性シリコーンオイル、メチルスチリル変性シリコーンオイル、アルキル変性シリコーンオイル、フッ素変性シリコーンオイル、アミノ変性シリコーンオイル、クロルフェニル変成シリコーンオイルのうちの少なくとも1種類以上で処理される無機微粉末が好適に使用される。例えば東レダウコーニングシリコーン社のSH200、SH510、SF230、SH203、BY16―823、BY16―855B等が挙げられる。処理は無機微粉末とシリコーンオイル等の材料とをヘンシェルミキサ等の混合機により混合する方法や、無機微粉末へシリコーンオイル系の材料を噴霧する方法、溶剤にシリコーンオイル系の材料を溶解或いは分散させた後、無機微粉末と混合した後、溶剤を除去して作成する方法等がある。無機微粉末100重量部に対して、シリコーンオイル系の材料は1〜20重量部配合されるのが好ましい。
シランカップリング剤としては、ジメチルジクロロシラン、トリメチルクロルシラン、アリルジメチルクロルシラン、ヘキサメチルジシラザン、アリルフェニルジクロルシラン、ベンジルメチルクロルシラン、ビニルトリエトキシシラン、γ−メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、ジビニルクロルシラン、ジメチルビニルクロルシラン等がある。シランカップリング剤処理は、無機微粉末を攪拌等によりクラウド状としたものに気化したシランカップリング剤を反応させる乾式処理又は、無機微粉末を溶媒中に分散させたシランカップリング剤を滴下反応させる湿式法等により処理される。
またシランカップリング処理した後にシリコーンオイル系の材料を処理することも好ましい。
正極帯電性を有する無機微粉末はアミノシランや(化4)に示されるアミノ変性シリコーンオイル、エポキシ変性シリコーンオイルで処理される。
(但し、R1及びR6は水素、炭素数1〜3のアルキル基、アルコキシ基、又はアリール基、R2は炭素数1〜3のアルキレン基、又はフェニレン基、R3は窒素複素環を含む有機基、R4及びR5は水素、炭素数1〜3のアルキル基、又はアリール基、mは1以上の数、n及びqは0を含む正の整数、n+1は1以上の正の数を示す。)
また、疎水性処理を高めるため、ヘキサメチルジシラザンやジメチルジクロロシラン、他のシリコーンオイルによる処理の併用も好ましい。例えば、ジメチルシリコーンオイル、メチルフェニルシリコーンオイル、アルキル変性シリコーンオイルのうちの少なくとも1種類以上で処理することが好ましい。
また、脂肪酸エステル、脂肪酸アミド、脂肪酸金属塩により無機微粉末の表面を処理することも好ましい。いずれか1種又は2種以上を表面処理したシリカ又は酸化チタン微粉末がより好ましい。
脂肪酸、脂肪酸金属塩としては、カプリル酸、カプリン酸、ウンデシル酸、ラウリル酸、ミスチリン酸、パリミチン酸、ステアリン酸、ベヘン酸、モンタン酸、ラクセル酸、オレイン酸、エルカ酸、ソルビン酸、リノール酸等が挙げられる。中でも炭素数14〜20の脂肪酸が好ましい。
また脂肪酸金属塩を構成する金属としては、アルミニウム、亜鉛、カルシウム、マグネシウム、リチウム、ナトリウム、鉛、バリウムが挙げられ、中でもアルミニウム、亜鉛、ナトリウムが好ましい。特に好ましくはジステアリン酸アルミニウム(Al(OH)(C17H35COO)2)、又はモノステアリン酸アルミニウム(Al(OH)2(C17H35COO))、等のジ脂肪酸アルミニウム、モノ脂肪酸アルミニウムが好ましい。OH基を有することが過帯電を防止し、転写不良を抑えることができる。また処理時にシリカ等の無機微粉末との処理性が向上するものと考えられる。
また、脂肪族アミドとしては、パルミチン酸アミド、パルミトレイン酸アミド、ステアリン酸アミド、オレイン酸アミド、アラキジン酸アミド、エイコセン酸アミド、ベヘニン酸アミド、エルカ酸アミド、リグリノセリン酸アミド等の炭素数16〜24を有する飽和または1価の不飽和の脂肪族アミドが好ましく用いられる。
脂肪酸エステルとしては例えば、ステアリン酸ステアリル、パルミチン酸パルミチル、ベヘン酸ベヘニル、モンタン酸ステアリル等の炭素数16〜24の高級アルコールと炭素数16〜24の高級脂肪酸とからなるエステル類や、ステアリン酸ブチル、ベヘン酸イソブチル、モンタン酸プロピル、オレイン酸2−エチルヘキシル等の炭素数16〜24の高級脂肪酸と低級モノアルコールとからなるエステル類や、脂肪酸ペンタエリスリトールモノエステル、脂肪酸ペンタエリスリトールトリエステル、脂肪酸トリメチロールプロパンエステル等が好ましく用いられる。
ヒドロキシステアリン酸の誘導体、グリセリン脂肪酸エステル、グリコール脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステル等の多価アルコール脂肪酸エステル等の材料が好ましく、一種類又は二種類以上組み合わせての使用も可能である。
表面処理の好ましい形態としては、処理される無機微粉末の表面をカツプリング剤及び/又はシリコ−ンオイルにて処理を施した後に脂肪酸等により処理を施すことが好ましい。単に親水性無機微粉末の脂肪酸を処理する場合よりも均一な処理が可能となり、トナーの高帯電化を図れることと、トナーに添加したときの流動性が向上する効果があるためである。またカツプリング剤及び/又はシリコ−ンオイルとともに脂肪酸等を処理する構成でも上記効果を奏する。
脂肪酸等をトルエン、キシレン、ヘキサン等の炭化水素系有機溶剤に溶解し、それとシリカ、酸化チタン、アルミナ等の無機微粉末とを分散機にかけ湿式混合して処理剤により、無機微粉末の表面に付着させて、表面処理を施し、その後に溶剤を溜去して乾燥処理を行うことにより生成される。
ポリシロキサンと脂肪酸等との混合割合が1:2〜20:1であることが好ましい。割合が1:2よりも脂肪酸等が多くなると、外添剤の帯電量が高くなり、画像濃度の低下、二成分現像においてはチャージアップが発生しやすくなる。20:1よりも脂肪酸等が少なくなると、転写における中抜け、逆転写性への効果が低下する。
このとき脂肪酸等を表面処理した外添剤の強熱減量は1.5〜25wt%であることが好ましい。より好ましくは5〜25wt%、更に好ましくは8〜20wt%である。1.5wt%より少ないと、処理剤の機能が十分に発揮されず、帯電性、転写性向上の効果が現れない。25wt%よりも多いと未処理剤が存在し、現像性や耐久性に悪影響を与える。
また、小粒径トナーのハンドリング性を向上でき、現像、転写において高画質化と転写性向上の両立を図ることができる。現像においては潜像をより忠実に再現できる。そして転写の際のトナー粒子の転写率を悪化させることなく転写できる。またタンデム転写においても再転写を防止でき、中抜けの発生の抑制が可能となる。さらには現像量を少なくしても高画像濃度を得ることができる。また後述するキャリアと組合せた使用により、耐スペント性をより向上でき、現像器内でのハンドリング性を向上させトナー濃度の均一性を上げることが出きる。また現像メモリー発生を抑制できる。
平均粒子径6nm〜200nmである外添剤をトナー母体粒子100重量部に対し1〜6重量部外添処理する構成が好ましい。平均粒子径6nmよりも小さいと、シリカ浮遊粒子や感光体へのフィルミングが生じ易い。転写時の逆転写の発生を抑さえ切れない。200nmよりも大きくなると、トナーの流動性が悪化する。1.5重量部よりも少ないとトナーの流動性が悪化する。転写時の逆転写の発生を抑さえ切れない。6重量部よりも多いとシリカ浮遊や感光体へのフィルミングが生じ易い。高温オフセット性を悪化される。
さらには、平均粒子径が6nm〜20nmである外添剤をトナー母体粒子100重量部に対し0.5〜2.5重量部と、20nm〜200nmである外添剤をトナー母体粒子100重量部に対し0.5〜3.5重量部とを少なくとも外添処理する構成が好ましい。この構成により機能分離した外添剤を、湿式法により作成したトナー母体に使用することにより、現像でのハンドリング性、転写時の逆転写、中抜け、飛散りに対しよりマージンが取れる。またキャリアへのスペントを防止できる。このとき平均粒子径が6nm〜20nmの無機微粉末の強熱減量が1.5〜25wt%、平均粒子径が20nm〜200nmの強熱減量が0.5〜23wt%であることが好ましい。
外添剤の強熱減量を特定することにより、転写時の逆転写、中抜け、飛散りに対しよりマージンが取れる。またキャリアへのワックスの耐スペント性を向上でき、現像器内でのハンドリング性を向上させトナー濃度の均一性を上げることが出きる。また現像メモリー発生を抑制できる。
平均粒子径が6nm〜20nmの強熱減量が1.5wt%よりも少ないと、逆転写、中抜けに対する転写マージンが狭くなる。25wt%よりも多くなると、表面処理がムラになり、帯電のバラツキが生じる。好ましくは強熱減量が1.5〜20wt%、より好ましくは5〜19wt%である。
平均粒子径が20nm〜200nmの強熱減量が0.5wt%よりも少ないと、逆転写、中抜けに対する転写マージンが狭くなる。23wt%よりも多くなると、表面処理がムラになり、帯電のバラツキが生じる。好ましくは強熱減量が1.5〜18wt%、より好ましくは5〜16wt%である。
また、平均粒子径が6nm〜20nm、強熱減量が0.5〜20wt%である外添剤をトナー母体粒子100重量部に対し0.5〜2重量部と、平均粒子径が20nm〜100nm、強熱減量が1.5〜25wt%である外添剤をトナー母体粒子100重量部に対し0.5〜3.5重量部、平均粒子径が100nm〜200nm、強熱減量が0.1〜10wt%である外添剤をトナー母体粒子100重量部に対し0.5〜2.5重量部とを少なくとも外添処理する構成も好ましい。この平均粒子径と強熱減量を特定した機能分離した外添剤の構成により帯電付与性、帯電保持性の向上、転写時の逆転写、中抜けの改善とともに、キャリアの表面への付着物の除去に効果が得られる。
さらには、平均粒子径6nm〜200nm、強熱減量が0.5〜25wt%である正帯電性無機微粉末をさらにトナー母体粒子100重量部に対し0.2〜1.5重量部を外添処理する構成も好ましい。
正帯電性無機微粉末を添加する効果は、トナーが長期連続使用の際に過帯電になることを抑え、より現像剤寿命を延ばすことが可能となる。さらには過帯電による転写時の飛散りを抑える効果も得られる。またキャリアへのスペントを防止できる。0.2重量部よりも少ないとその効果が得にくい。1.5重量部よりも多くなると、現像でのかぶりが増大する。強熱減量は好ましくは1.5〜20wt%、より好ましくは5〜19wt%である。
乾燥減量(%)は、予め乾燥、放冷、精秤した容器に試料約1gを取り、精秤する。熱風乾燥器(105℃±1℃)で2時間乾燥する。デシケータ中で30分間放冷後その重量を精秤し次式より算出する。
乾燥減量(%)=[乾燥による減量(g)/試料量(g)]×100
強熱減量は、予め乾燥、放冷、精秤した磁性ルツボに試料約1gを取り、精秤する。500℃に設定した電気炉中で2時間強熱する。デシケータ中で1時間放冷後その重量を精秤し次式より算出する。
強熱減量(%)=[強熱による減量(g)/試料量(g)]×100
また処理された無機微粉末の水分吸着量が1wt%以下であることが好ましい。好ましくは0.5wt%以下、より好ましくは0.1wt%以下、さらに好ましくは0.05wt%以下である。1wt%より多いと、帯電性の低下、耐久時の感光体へのフィルミングを生じる。水分吸着量の測定は、水吸着装置については、連続蒸気吸着装置(BELSORP18:日本ベル株式会社)にて測定した。
疎水化度の測定は、250mlのビーカー中に装入した蒸留水50mlに試験すべき生成物0.2gを秤取する。先端に、液体中に浸威しているビュレットからメタノールを無機微粉末の総量がぬれるまで滴下する。その際不断に電磁攪拌機でゆっくりと攪拌する。完全に濡らすために必須なメタノール量a(ml)から次式により疎水化度が算出される。
疎水化度=(a/(50+a))×100(%)
(7)トナーの粉体物性
本実施形態では、結着樹脂、着色剤及びワックスを含むトナー母体粒子の体積平均粒径が3〜7μm、個数分布における2.52〜4μmの粒径を有するトナー母体粒子の含有量が10〜75個数%、体積分布における4〜6.06μmの粒径を有するトナ−母体粒子が30〜75体積%であり、体積分布における8μm以上の粒径を有するトナ−母体粒子が5体積%以下で含有し、体積分布における4〜6.06μmの粒径を有するトナ−母体粒子の体積%をV46とし、個数分布における4〜6.06μmの粒径を有するトナ−母体粒子の個数%をP46としたとき、P46/V46が0.5〜1.5の範囲にあり、体積平均粒径における変動係数は10〜25%、個数粒径分布の変動係数が10〜28%であることが好ましい。
好ましくは、トナー母体粒子の体積平均粒径が3〜6.5μm、個数分布における2.52〜4μmの粒径を有するトナー母体粒子の含有量が20〜75個数%、体積分布における4〜6.06μmの粒径を有するトナ−母体粒子が35〜75体積%であり、体積分布における8μm以上の粒径を有するトナ−母体粒子が3体積%以下で含有し、体積分布における4〜6.06μmの粒径を有するトナ−母体粒子の体積%をV46とし、個数分布における4〜6.06μmの粒径を有するトナ−母体粒子の個数%をP46としたとき、P46/V46が0.5〜1.3の範囲にあり、体積平均粒径における変動係数は10〜20%、個数粒径分布の変動係数が10〜23%であることが好ましい。
さらに、好ましくは、トナー母体粒子の体積平均粒径が3〜5μm、個数分布における2.52〜4μmの粒径を有するトナー母体粒子の含有量が40〜75個数%、体積分布における4〜6.06μmの粒径を有するトナ−母体粒子が45〜75体積%であり、体積分布における8μm以上の粒径を有するトナ−母体粒子が3体積%以下で含有し、体積分布における4〜6.06μmの粒径を有するトナ−母体粒子の体積%をV46とし、個数分布における4〜6.06μmの粒径を有するトナ−母体粒子の個数%をP46としたとき、P46/V46が0.5〜0.9の範囲にあり、体積平均粒径における変動係数は10〜15%、個数粒径分布の変動係数が10〜18%であることが好ましい。
高解像度画質、さらにはタンデム転写における逆転写の防止、中抜けを防止し、オイルレス定着との両立を図ることを可能とできる。トナー中の微粉はトナーの流動性、画質、貯蔵安定性、感光体や現像ローラ、転写体ヘのフィルミング、経時特性、転写性、特にタンデム方式での多層転写性に影響する。さらにはオイルレス定着での非オフセット性、光沢性、透光性に影響する。オイルレス定着実現のためにワックス等のワックスを配合したトナーにおいて、タンデム転写性との両立において微粉量が影響する。
体積平均粒径が7μmを超えると画質と転写の両立が図れない。体積平均粒径が3μm未満であると現像でのトナー粒子のハンドリグ性が困難となる。
個数分布における2.52〜4μmの粒径を有するトナー母体粒子の含有量が10個数%未満になると、画質と転写の両立が図れない。75個数%を超えると、現像でのトナー母体粒子のハンドリグ性が困難となる。また感光体、現像ローラ、転写体へのフィルミングが発生しやすくなる。さらに微粉は熱ローラとの付着性も大きいためオフセットしやすい傾向にある。またタンデム方式において、トナーの凝集が強くなりやすく、多層転写時に2色目の転写不良を生じ易くなる。適当な範囲が必要となる。
体積分布における4〜6.06μmの粒径を有するトナ−母体粒子が75体積%を超えると、画質と転写の両立が図れない。30体積%未満になると、画質の低下が生じる。
体積分布における8μm以上の粒径を有するトナ−母体粒子が5体積%を越えて含有すると、画質の低下が生じる。転写不良の原因となる。
体積分布における4〜6.06μmの粒径を有するトナ−母体粒子の体積%をV46とし、個数分布における4〜6.06μmの粒径を有するトナ−母体粒子の個数%をP46としたとき、P46/V46が0.5よりも小さいとき、微粉存在量が過多になり、流動性の低下、転写性の悪化、地カブリが悪化する。1.5よりも大きいときは、大きい粒子が多く存在しかつ粒度分布がブロードになり、高画質化が図ることが出来ない。
P46/V46を規定する目的は、トナー粒子を小粒径にして、かつその粒度分布を狭くするための指標とできるものである。
粒度分布測定は、コールターカウンタTA−II型(コールターカウンタ社)を用い、個数分布、体積分布を出力するインターフェイス(日科機製)及びパーソナルコンピュータを接続して測定する。電解液は濃度1質量%となるよう界面活性剤(ラウリル硫酸ナトリウム)を加えたもの50ml程度に被測定トナーを2mg程度加え、試料を懸濁した電解液は超音波分散器で約3分間分散処理を行い、コールターカウンタTA−II型にてアパーチャー70μmのアパーチャーを用いた。70μmのアパーチャー系では、粒度分布測定範囲は1.26μm〜50.8μmであるが、2.0μm未満の領域は外来ノイズ等の影響で測定精度や測定の再現性が低いため実用的ではない。よって測定領域を2.0μm〜44.02μmとした。
また、静嵩密度と動嵩密度から算出されるのが圧縮度で、トナー流動性の指標の一つである。トナーの流動性はトナーの粒度分布、トナー粒子形状、外添剤、ワックスの種類や量に影響される。トナーの粒度分布が狭く微粉が少ない場合、トナー形状が球形に近い場合、外添剤の添加量が多い場合、外添剤の粒径が小さい場合は、圧縮度が小さくなりトナーの流動性は高くなる。圧縮度は5〜40%が好ましい。より好ましくは、10〜30%である。オイルレス定着と、タンデム方式多層転写との両立を図ることが可能となる。5%より小さいと、定着性が低下し、特に透光性が悪化しやすい。現像ロ−ラからトナー飛散が多くなりやすい。40%よりも大きい転写性が低下し、タンデム方式での中抜け、転写不良を生じる。
(8)キャリア
本実施形態の樹脂被覆キャリアは、キャリア芯材に、アミノシランカップリング剤を含有したフッ素変性シリコーン系樹脂からなる被覆樹脂層を有するキャリアが好適に使用される。キャリア芯材には、鉄粉系キャリア芯材、フェライト系キャリア芯材、マグネタイト系キャリア芯材、また磁性体を樹脂中に分散した樹脂分散型キャリア芯材等がある。ここでフェライト系キャリア芯材の例としては、一般的に下記式で表される。
(MO)X(Fe2O3)Y
式中、Mは、Cu,Zn,Fe,Mg,Mn,Ca,Li,Ti,Ni,Sn,Sr,Al,Ba,Co,Mo等から選ばれる少なくとも1種を含有する。またX,Yは重量モル比を示し、かつ条件X+Y=100を満たす。
フェライト系キャリア芯材は、Fe2O3を主原料に、Mは、Cu,Zn,Fe,Mg,Mn,Ca,Li,Ti,Ni,Sn,Sr,Al,Ba,Co,Mo等から選ばれる少なくとも1種の酸化物を混合して原料に用いる。
フェライト系キャリア芯材の製造方法の例としては、まず上記各酸化物等の原料を適量配合し、湿式ボールミルで10時間粉砕、混合し、乾燥させた後、950℃で4時間保持する。これを湿式ボ−ルミルで24時間粉砕し、さらに結着剤としてポリビニルアルコール、消泡剤、分散剤等を加え、原料粒子径が5μm以下のスラリ−とする。このスラリーを造粒乾燥し、造粒物を得て、酸素濃度をコントロールしながら1300℃で6時間保持した後、粉砕し、さらに所望の粒度分布に分級して得る。
本発明の樹脂被覆層に用いる樹脂としては、フッ素変性シリコーン系樹脂が必須である。そのフッ素変性シリコーン系樹脂としては、パーフロロアルキル基含有の有機ケイ素化合物とポリオルガノシロキサンとの反応から得られる架橋性フッ素変性シリコ−ン樹脂が好ましい。ポリオルガノシロキサンとパーフロロアルキル基含有の有機ケイ素化合物との配合比は、ポリオルガノシロキサン100重量部に対して、パーフロロアルキル基含有の有機ケイ素化合物が3重量部以上20重量部以下であることが好ましい。
ポリオルガノシロキサンは下記(化5)及び(化6)から選ばれる少なくとも一つの繰り返し単位を示すものが好ましい。
(但し、R1,R2は水素原子、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、メトキシ基、炭素数1〜4のアルキル基またはフェニル基、R3,R4は炭素数1〜4のアルキル基またはフェニル基を示し、mは平均重合度であり正の整数(好ましくは2以上500以下の範囲、さらに好ましくは5以上200以下の範囲)を示す。)
(但し、R1,R2はそれぞれ水素原子、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、メトキシ基、炭素数1〜4のアルキル基、フェニル基、R3,R4,R5,R6は炭素数1〜4のアルキル基またはフェニル基を示し、nは平均重合度であり正の整数(好ましくは2以上500以下の範囲、さらに好ましくは5以上200以下の範囲)を示す。)
パーフロロアルキル基含有の有機ケイ素化合物の例としては、CF3CH2CH2Si(OCH3)3、C4F9CH2CH2Si(CH3)(OCH3)2、C8F17CH2CH2Si(OCH3)3、C8F17CH2CH2Si(OC2H5)3、(CF3)2CF(CF2)8CH2CH2Si(OCH3)3等が挙げられるが、特にトリフロロプロピル基を有するものが好ましい。
また、本実施形態においては、アミノシランカップリング剤を被覆樹脂層に含有させる。このアミノシランカップリング剤としては公知のものでよく、例えばγ−(2−アミノエチル)アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−(2−アミノエチル)アミノプロピルメチルジメトキシシラン、オクタデシルメチル〔3−(トリメトキシシリル)プロピル〕アンモニウムクロライド(上からSH6020、SZ6023、AY43−021:共に東レダウコーニングシリコーン社製)、KBM602、KBM603、KBE903、KBM573(信越シリコーン社製)等が挙げられるが、特には、1級アミンのものが好ましい。メチル基、エチル基、フェニル基等で置換された2級又は3級のアミンでは極性が弱く、トナーとの帯電立ち上がり特性に対して効果が少ない。また、アミノ基の部分が、アミノメチル基、アミノエチル基、アミノフェニル基になると、シランカップリング剤の最先端は、1級アミンであるが、シランから伸びる直鎖の有機基中のアミノ基は、トナーとの帯電立ち上がり特性に寄与せず、逆に高湿時に水分の影響を受けるため、最先端のアミノ基により初期のトナーとの帯電付与能力は有するものの、耐刷時に帯電付与能力が下がり、最終的には寿命が短いものとなる。
そこでこのようなアミノシランカップリング剤とフッ素変性シリコ−ン樹脂を併用して用いることにより、トナーに対して、シャ−プな帯電量分布を確保したまま、負帯電性を付与でき、かつ補給されたトナーに対し、早い帯電立ち上がり性を有し、トナー消費量を低減させることができる。さらに、アミノシランカップリング剤が架橋剤の如き効果を発現し、ベ−ス樹脂であるフッ素変性シリコ−ン樹脂層の架橋度を向上させ、被膜樹脂硬度をさらに向上させ、長期使用での摩耗・剥離等が低減でき、耐スペント性を向上させ、帯電付与能力の低下が抑えられて帯電の安定化が図られ、耐久性が向上する。
さらに前述したトナーの構成において、低融点のワックスを一定量以上添加したトナー表面は略樹脂のみであるため、帯電性がやや不安定な面がある。例えば帯電性が弱く、また帯電立ち上がり性が遅くなるケ−スが想定され、カブリ、全面ベタ画像の均一性が低下し、また転写時に文字飛び、中抜けが発生しやすくなるが、トナーと本キャリアを組合せて使用することにより、上記課題が改善され、現像器内でのハンドリング性が向上し、画像上において現像の奥側と手前側での濃度の均一性が向上する。またベタ画像採取後に履歴が残るいわゆる現像メモリーも低減できる。
アミノシランカップリング剤の使用割合としては、樹脂に対して、5〜40重量%、好ましくは10〜30重量%である。5重量%未満であるとアミノシランカップリング剤の効果がなく、40重量%を越えると樹脂被覆層の架橋度が高くなり過ぎ、チャ−ジアップ現象を引き起こし易くなり、現像性不足等の画像欠陥の発生原因となることがある。
また、帯電安定化のため,チャージアップを防止するため、樹脂被覆層には導電性微粒子を含有することも可能である。導電性微粒子としては、オイルファーネスカーボンやアセチレンブラックのカーボンブラック、酸化チタン、酸化亜鉛などの半導電性酸化物、酸化チタン、酸化亜鉛、硫酸バリウム、ホウ酸アルミニウム、チタン酸カリウム等の粉末表面を酸化スズやカーボンブラック、金属で被覆したもの等が挙げられ、その固有抵抗が1010Ω・cm以下のものが好ましい。導電性微粒子を用いる場合の含有量は1〜15重量%が好ましい。導電性微粒子は、樹脂被覆層に対し、ある程度の含有量であれば、フィラ−効果により樹脂被覆層の硬度の向上をもたらすが、15重量%を越えると、逆に樹脂被覆層の形成を阻害し、密着性・硬度の低下の原因となる。さらには、フルカラ−現像剤における導電性微粒子の過剰の含有量は、紙面上に転写・定着されたトナ−の色汚れの原因となる。
本発明に用いるキャリアの平均粒径は20〜70μmが好ましい。キャリアの平均粒径が20μm未満では、キャリア粒子の分布において微粒子の存在率が高くなり、それらのキャリア粒子はキャリア1粒子当たりの磁化が低くなるため、キャリアが感光体に現像されやすくなる。また、キャリアの平均粒子が70μmを超えると、キャリア粒子の比表面積が小さくなり、トナ−保持力が弱くなるため、トナー飛散が発生する。また、ベタ部分の多いフルカラーでは、特にベタ部の再現が悪く好ましくない。
キャリア芯材上に被覆層を形成する方法には、特に制限はなく、公知の被覆方法、例えば、キャリア芯材である粉末を、被膜層形成用溶液中に浸漬する浸漬法、被膜層形成用溶液をキャリア芯材の表面に噴霧するスプレー法、キャリア芯材を流動エアーにより浮遊させた状態で被膜層形成用溶液を噴霧する流動床法、ニーダーコーター中でキャリア芯材と被膜層形成用溶液を混合し、溶剤を除去するニーダーコーター法等の湿式被覆方法の他、粉末状の樹脂とキャリア芯材とを高速混合し、その摩擦熱を利用することで樹脂粉末をキャリア芯材表面に融着被覆する乾式被覆方法等が挙げられ、いずれも適用することができるが、本発明におけるアミノシランカップリング剤を含有するフッ素変性シリコ−ン系樹脂の被覆においては、湿式被覆方法が特に好ましく用いられる。
被膜層形成用塗布液に使用する溶剤は、前記コート樹脂を溶解するものであれば特に限定されるものではなく、用いられるコート樹脂に適合するように選択することができる。一般的には、例えば、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類、テトラヒドロフラン、ジオキサンなどのエーテル類が使用できる。
樹脂被覆量はキャリア芯材に対し、0.2〜6.0重量%が好ましく、より好ましくは0.5〜5.0重量%、さらに好ましくは0.6〜4.0重量%、0.7〜3重量%である。樹脂の被覆量が0.2重量%未満になると、キャリア表面に均一な被覆を形成することができずキャリア芯材の特性の影響を大きく受けてしまい、本発明のフッ素変性シリコ−ン樹脂とアミノシランカップリング剤の効果を充分に発揮できない。6.0重量%を超えると被覆層が厚くなり過ぎ、キャリア粒子同士の造粒が発生し、均一なキャリア粒子が得られない傾向にある。
このようにして、キャリア芯材表面にアミノシランカップリング剤を含有するフッ素変性シリコ−ン樹脂を被覆した後には、焼き付け処理を施すことが好ましい。焼き付け処理を施す手段としては、特に制限はなく、外部加熱方式又は内部加熱方式のいずれでもよく、例えば、固定式又は流動式電気炉、ロ−タリ−キルン式電気炉、バ−ナ−炉でもよく、もしくはマイクロ波による焼き付けでもよい。ただし、焼き付け処理の温度に関しては、樹脂被覆層の耐スペント性を向上さるというフッ素シリコ−ンの効果を効率よく発現させるために、200〜350℃の高温で処理することが好ましく、より好ましくは、220〜280℃である。処理時間は1.5〜2.5時間が好ましい。処理温度が低いと被膜樹脂自体の硬度が低下する。処理温度が高すぎると帯電低下が生じる。
(9)二成分現像
感光体と現像ローラ間には直流バイアスと共に交流バイアスを印加する。
そのときの周波数が1〜10kHz、交流バイアスが1.0〜2.5kV(p−p)であり、かつ感光体と現像ローラ間の周速度比が1:1.2〜1:2であることが好ましい。
より好ましくは周波数が3.5〜8kHz、交流バイアスが1.2〜2.0kV(p−p)であり、かつ感光体と現像ローラ間の周速度比が1:1.5〜1:1.8である。
更に好ましくは周波数が5.5〜7kHz、交流バイアスが1.5〜2.0kV(p−p)であり、かつ感光体と現像ローラ間の周速度比が1:1.6〜1:1.8である。
この現像プロセス構成と本実施形態のトナー又は二成分現像剤の使用により、ドットを忠実に再現でき、現像γ特性をねかせる特性とできる。高画質画像とオイルレス定着性を両立できる。また高抵抗キャリアでも低湿下でのチャージアップを防止でき、連続使用においても高画像濃度を得ることができる。
トナー表面が略樹脂主体であっても、本キャリア組成と交流バイアスとの併用により、キャリアとの付着力を低減でき画像濃度を維持できると共にカブリを低減でき、ドットをも忠実に再現できるものと思われる。
周波数が1kHzより小さいと、ドット再現性が悪化し、中間調再現性が悪化する。周波数が10kHzより大きくなると、現像領域での追随ができず、効果が現れない。この周波数の領域では高抵抗キャリアを使用した二成分現像において、現像ローラと感光体間よりもキャリアとトナー間での往復作用に働き、トナーをキャリアから微少に遊離させる効果があり、これによりドット再現性、中間調再現性が良好に行われ、かつ高画像濃度を出すことが可能になる。
交流バイアスが1.0kV(p−p)より小さくなると、チャージアップの抑制の効果が得られず、交流バイアスが2.5kV(p−p)より大きくなるとカブリが増大する。感光体と現像ローラ間の周速度比が1:1.2より小さいと(現像ローラが遅くなる)画像濃度が得にくい。感光体と現像ローラ間の周速度比が1:2より大きくなると(現像ローラ速度が上がる)とトナー飛散が多くなる。
(10)タンデムカラープロセス
また、高速にカラー画像を形成するために、本実施形態では、感光体と帯電手段とトナー担持体を含むトナー像形成ステーションを複数個有し、像担持体上に形成した静電潜像を顕像化したトナー像を、前記像担持体に無端状の転写体を当接させて前記転写体に転写させる一次転写プロセスが順次連続して実行して、前記転写体に多層の転写トナー画像を形成し、その後前記転写体に形成した多層のトナー像を、一括して紙やOHP等の転写媒体に一括転写させる二次転写プロセスが実行されるよう構成された転写プロセスにおいて、第1の一次転写位置から第2の一次転写位置までの距離をd1(mm)、感光体の周速度をv(mm/s)とした場合、d1/v≦0.65となる転写位置構成を取る構成で、マシンの小型化と印字速度の両立を図るものである。毎分20枚(A4)以上処理でき、かつマシンがSOHO用途として使用できる大きさの小型化を実現するためには、複数のトナー像形成ステーション間を短く、かつプロセス速度を高める構成が必須である。その小型化と印字速度の両立のためには上記値が0.65以下とする構成がミニマムと考えられる。
しかし、このトナー像形成ステーション間を短い構成をとるとき、例えば1色目のイエロートナーが一次転写された後、次の2色目のマゼンタトナーが一次転写されるまでの時間が極めて短く、転写体の帯電緩和又は転写されたトナーの電荷緩和が殆ど生じず、イエロートナーの上にマゼンタトナーを転写する際に、マゼンタトナーがイエロートナーの電荷作用により反発され、転写効率の低下、転写時の文字の中抜けという問題が生じる。さらに第3色目のシアントナーの一次転写の時、前のイエロー、マゼンタトナーの上に転写される際にシアントナーの飛び散り、転写不良、転写中抜けが顕著に発生する。さらに繰り返し使用しているうちに特定粒径のトナーが選択的に現像され、トナー粒子個々の流動性が大きく異なると摩擦帯電する機会が異なるため、帯電量のバラツキが生じ、より転写性の劣化を招いてしまう。
そこで、本実施形態のトナー又は二成分現像剤を使用することにより、帯電分布が安定化しトナーの過帯電を抑えると共に、流動性変動を抑えることができる。そのため定着特性を犠牲にすることなく、転写効率の低下、転写時の文字の中抜け、逆転写を防止することができる。また感光体、又は転写体上に残留したトナーのクリーニング性も良好に行うことが出来る。
(11)オイルレスカラー定着
本実施形態では、トナーを定着する手段にオイルを使用しないオイルレス定着構成の定着プロセスを具備する電子写真装置に好適に使用される。その加熱手段としては電磁誘導加熱がウオームアップ時間の短縮、省エネの観点から好ましい構成である。磁場発生手段と、電磁誘導により発生する発熱層及び離型層を少なくとも有する回転加熱部材と、該回転加熱部材と一定のニップを形成している回転加圧部材とを少なくとも有する加熱加圧手段を使用して、回転加熱部材と回転加圧部材間にトナーが転写された複写紙等の転写媒体を通過させ、定着させる構成である。特徴として回転加熱部材のウオームアップ時間が従来のハロゲンランプを使用している場合に比べて、非常に早い立ち上がり性を示す。そのため回転加圧部材が十分に昇温していない状態で複写の動作に入るため、低温定着と広範囲な耐オフセット性が要求される。
構成としては、加熱部材と定着部材を分離した定着ベルトを使用した構成も好ましく使用される。そのベルトとしては耐熱性と変形自在性とを有するニッケル電鋳ベルトやポリイミドベルトの耐熱ベルトが好適に用いられる。離形性を向上するために表面層としてシリコーンゴム、フッ素ゴム、フッ素樹脂を用いる構成である。
これらの定着においてはこれまでは離型オイルを塗布してオフセットを防止してきた。オイルを使用せずに離型性を有するトナーにより、離型オイルを塗布する必要はなくなった。しかし離型オイルを塗布しないと帯電しやすく、未定着のトナー像が加熱部材又は定着部材と近接すると帯電の影響により、トナー飛びが生じる場合がある。特に低温低湿下において発生しやすい。
そこで、本実施形態のトナーの使用により、オイルを使用せずとも低温定着と広範囲な耐オフセット性を実現でき、カラー高透光性を得ることができる。またトナーの過帯電性を抑制でき加熱部材又は定着部材との帯電作用によるトナーの飛びを抑えられる。
(キャリア製造例1)
MnOを39.7mol%、MgOを9.9mol%、Fe2O3を49.6mol%及びSrOを0.8mol%湿式ボールミルで、10時間粉砕し、混合し、乾燥させた後、950℃で4時間保持し、仮焼成を行った。これを湿式ボールミルで24時間粉砕し、次いでスプレードライヤにより造粒し、乾燥し、電気炉にて、酸素濃度2%雰囲気の中で1270℃で6時間保持し、本焼成を行った。その後、解砕し、さらに分級して平均粒径50μm、印加磁場が3000エルステットの時の飽和磁化が65emu/gであるフェライト粒子の芯材を得た。
次に、(化7)で示されるR1、R2がメチル基、すなわち(CH3)2SiO2/2単位が15.4mol%、(化8)で示されるR3がメチル基、すなわちCH3SiO3/2単位が84.6mol%であるポリオルガノシロキサン250gと、CF3CH2CH2Si(OCH3)321gとを反応させフッ素変性シリコーン樹脂を得た。さらにそのフッ素変性シリコーン樹脂を固形分換算で100gとアミノシランカップリング剤(γ−アミノプロピルトリエトキシシラン)10gとを秤量し、300ccのトルエン溶剤に溶解させた。
(但し、R1,R2,R3,R4はメチル基、mは平均重合度であり100である。)
(但し、R1,R2,R3,R4,R5,R6はメチル基、nは平均重合度であり80である。)
前記フェライト粒子10kgに対し、液浸乾燥式被覆装置を用い、上記被覆樹脂溶液を20分間攪拌することによりコーティングを行った。その後260℃で1時間焼き付けを行い、キャリアA1を得た。
(キャリア製造例2)
CF3CH2CH2Si(OCH3)3をC8F17CH2CH2Si(OCH3)3に変更した以外は、製造例1と同様の工程でコア材を製造し、コーティングを行い、キャリアA2を得た。
(キャリア製造例3)
導電性カーボン(ケッチェンブラックインタ−ナショナル社製 EC)を樹脂固形分に対し5wt%をパールミルにて分散した以外は、製造例1と同様の工程でコア材を製造し、コーティングを行い、キャリアA3を得た。
(キャリア製造例4)
アミノシランカップリング剤の添加量を30gに変更した以外は、製造例3と同様の工程でコア材を製造し、コーティングを行い、キャリアA4を得た。
(キャリア製造例5)
アミノシランカップリング剤の添加量を50gに変更した以外は、製造例3と同様の工程でコア材を製造し、コーティングを行い、キャリアb1を得た。
(キャリア製造例6)
被覆樹脂をストレートシリコーン(東レ・ダウコーニング社製 SR−2411)を固形分換算で100g、を秤量し、300ccのトルエン溶剤に溶解させた。
前記フェライト粒子10kgに対し、液浸乾燥式被覆装置を用い、上記被覆樹脂溶液を20分間攪拌することによりコーティングを行った。その後210℃で1時間焼き付けを行い、キャリアb2を得た。
(キャリア製造例7)
被覆樹脂をパーフルオロオクチルエチルアクリレート/メタクリレート共重合体を固形分換算で100gを秤量し、300ccのトルエン溶剤に溶解させた。
前記フェライト粒子10kgに対し、液浸乾燥式被覆装置を用い、上記被覆樹脂溶液を20分間攪拌することによりコーティングを行った。その後200℃で1時間焼き付けを行い、キャリアb3を得た。
(キャリア製造例8)
被覆樹脂をアクリル変性シリコーン樹脂(信越化学社製 KR−9706)を固形分換算で100gを秤量し、300ccのトルエン溶剤に溶解させた。前記フェライト粒子10kgに対し、液浸乾燥式被覆装置を用い、上記被覆樹脂溶液を20分間攪拌することによりコーティングを行った。その後210℃で1時間焼き付けを行い、キャリアb4を得た。
(実施例1)
次に本発明のトナーの実施例について説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。
[トナーの製造プロセス]
図23を用いて本発明の一実施例の製造工程を示す。20は乳化重合槽であり、原料供給ライン21から、モノマーとアニオン性界面活性剤(乳化剤)と重合開始剤とイオン交換水等を供給して、乳化重合を行う。得られるポリマーは平均粒子径0.1〜0.2μmの樹脂粒子分散体である。30は顔料分散槽であり、原料供給ライン31から顔料とアニオン性界面活性剤とイオン交換水を供給して、平均粒子径0.1〜0.2μmの顔料分散粒子を得る。40は図3〜4で説明したワックス分散槽であり、原料供給ライン44からワックスとアニオン性界面活性剤とイオン交換水を供給して、平均粒子径0.2〜0.5μmのワックス分散粒子を得る。それぞれの一次粒子が得られたら、バルブ22,32,49を開け、各供給ライン51,52,53から凝集槽50へそれぞれの一次原料を送り、混合粒子分散液を調製した。
その後得られた混合分散液にNaOH、硫酸マグネシウム水溶液を所定の混合比で添加し、加熱して樹脂が溶融した凝集粒子を得た。その後、第二樹脂粒子でさらに表面を被覆してもよい。凝集槽50における操作工程を、後に説明する図24A−Bに示す。
次にバルブ54を開け、供給ライン61からフィルトレーション分離槽60に送って凝集粒子を分離する。次にバルブ62を開けて供給ライン71から洗浄槽70に凝集粒子を送り、水洗浄を行い、バルブ72を開き、供給ライン73からフィルトレーション分離槽60に送って凝集粒子を水と分離する。この操作を複数回繰り返す。その後、バルブ63を開いて精製された凝集粒子のトナーを得る。これを乾燥してトナー製品とする。
前記において、フィルトレーション分離槽60のフィルターは、ロートグラスフィルターNo.5A(7μm)を用いた。
図24は凝集槽50における操作工程を示す。まず図24Aにおいて、第一の樹脂粒子を分散させた第一の樹脂粒子分散液及び顔料粒子を分散させた顔料粒子分散液の混合粒子分散液を作成する。pH調整工程1において、例えばNaOHなどのアルカリを加えてpHを9.5〜12.2に保持する。次の凝集処理における凝集を効率よく行うためである。凝集処理工程においては、例えばMgSO4等の凝集剤を添加して凝集処理する。
次いで加熱処理工程において、加熱融着処理する。このとき、処理終了時のpHを7.0〜9.5に保持し、小粒径でシャープな粒度分布の凝集粒子を得る。
さらに前記凝集粒子が分散した凝集粒子分散液に、第二の樹脂粒子分散させた第二の樹脂粒子分散液及びワックスを分散させたワックス粒子分散液を添加する。pH調整工程で、pHを5.2〜8.8に調整した後、第二の樹脂粒子のガラス転移点温度以上の温度で、一定時間加熱処理し、さらにpH調整工程で、pHを3.2〜6.8に調整する。第二の樹脂粒子のガラス転移点温度以上の温度で、一定時間加熱処理することで、第二の樹脂及びワックスが融着したトナー粒子を得ることが出来る。
また図24Bにおいては、第一の樹脂粒子を分散させた第一の樹脂粒子分散液及び顔料粒子を分散させた顔料粒子分散液の混合粒子分散液を作成する。pH調整工程1において、例えばNaOHなどのアルカリを加えてpHを9.5〜12.2に保持する。次の凝集処理における凝集を効率よく行うためである。凝集処理工程においては、例えばMgSO4等の凝集剤を添加して凝集処理する。
次いで加熱処理工程において、加熱融着処理する。このとき、処理終了時のpHを7.0〜9.5に保持し、小粒径でシャープな粒度分布の凝集粒子を得る。
さらに前記凝集粒子が分散した凝集粒子分散液に、第三の樹脂粒子分散させた第三の樹脂粒子分散液及び第四の樹脂粒子分散させた第四の樹脂粒子分散液を添加する。pH調整工程で、pHを5.2〜8.8に調整した後、第三の樹脂粒子のガラス転移点温度以上の温度で、一定時間加熱処理し、さらにpH調整工程で、pHを3.2〜6.8に調整する。第三の樹脂粒子のガラス転移点温度以上の温度で、一定時間加熱処理することで、第三の樹脂及び第四の樹脂が融着したトナー粒子を得ることが出来る。
(樹脂分散体の作成)
表1に使用した樹脂の特性を示す。Mnは数平均分子量、Mwは重量平均分子量,MzはZ平均分子量、Mpは分子量のピーク値、Tg(℃)はガラス転移点、Tfb(℃)は溶融開始温度、Tm(℃)は軟化点を示す。スチレン、n−ブチルアクリレート、アクリル酸は配合量(g)を示す。
(1)樹脂粒子分散液RL1の調製
スチレン96gと、n−ブチルアクリレート24gと、アクリル酸3.6gとからなるモノマー液を、イオン交換水200g中にアニオン性界面活性剤(第1工業製薬社製:ネオゲンRK)3g、ドデカンチオール6g、四臭化炭素1.2gを用いて分散し、これに過硫酸カリウム1.2gを加えて、70℃で6時間乳化重合を行った。その後さらに90℃で3時間熟成処理を行い、Mnが3900、Mwが10900、Mzが37800、Mpが8100、Tmが115℃、Tgが43℃、中位径が0.12μmの樹脂粒子が分散した樹脂粒子分散液RL1を調製した。
(2)樹脂粒子分散液RL2の調製
スチレン204gと、n−ブチルアクリレート36gと、アクリル酸3.6gとからなるモノマー液を、イオン交換水400g中にアニオン性界面活性剤(第1工業製薬社製:ネオゲンRK)6g、ドデカンチオール6g、四臭化炭素1.2gを用いて分散し、これに過硫酸カリウム1.2gを加えて、70℃で5時間乳化重合を行った。その後さらに90℃で5時間熟成処理を行い、Mnが6600、Mwが60300、Mzが259000、Mpが8100、Tmが128℃、Tgが55℃、中位径が0.18μmの樹脂粒子が分散した樹脂粒子分散液RL2を調製した。
(3)樹脂粒子分散液RL3の調製
スチレン204gと、n−ブチルアクリレート36gと、アクリル酸3.6gとからなるモノマー液を、イオン交換水400g中にアニオン性界面活性剤(第1工業製薬社製:ネオゲンRK)6g、ドデカンチオール12g、四臭化炭素2.4gを用いて分散し、これに過硫酸カリウム1.2gを加えて、70℃で5時間乳化重合を行った。その後さらに90℃で2時間熟成処理を行い、Mnが2600、Mwが18300、Mzが96200、Mpが2700、Tmが109℃、Tgが45℃、中位径が0.18μmの樹脂粒子が分散した樹脂粒子分散液RL3を調製した。
(4)樹脂粒子分散液RH4の調製
スチレン216gと、n−ブチルアクリレート24gと、アクリル酸3.6gとからなるモノマー液を、イオン交換水400g中にアニオン性界面活性剤(第1工業製薬社製:ネオゲンRK)6g、ドデカンチオール6gを用いて分散し、これに過硫酸カリウム2.4gを加えて、70℃で5時間乳化重合を行い、Mnが6800、Mwが50600、Mzが300000、Mpが10000、Tmが155℃、Tgが67℃、中位径が0.12μmの樹脂粒子が分散した樹脂粒子分散液RH4を調製した。
(5)樹脂粒子分散液RH5の調製
スチレン204gと、n−ブチルアクリレート36gと、アクリル酸3.6gとからなるモノマー液を、イオン交換水400g中にアニオン性界面活性剤(第1工業製薬社製:ネオゲンRK)6g、ドデカンチオール1.2gを用いて分散し、これに過硫酸カリウム1.2gを加えて、70℃で5時間乳化重合を行い、Mnが21100、Mwが86900、Mzが263000、Mpが57300、Tmが179℃、Tgが76℃、中位径が0.12μmの樹脂粒子が分散した樹脂粒子分散液RH5を調製した。
(6)樹脂粒子分散液RH6の調製
スチレン102gと、n−ブチルアクリレート18gと、アクリル酸1.8gとからなるモノマー液を、イオン交換水200g中にアニオン性界面活性剤(第1工業製薬社製:ネオゲンRK)3gを用いて分散し、これに過硫酸カリウム1.2gを加えて、70℃で5時間乳化重合を行い、Mnが43300、Mwが262000、Mzが577000、Mpが182000、Tmが187℃、Tgが77℃、中位径が0.12μmの樹脂粒子が分散した樹脂粒子分散液RH6を調製した。
(7)樹脂粒子分散液RH7の調製
サリチル酸アルミニウム金属錯体(オリエント化学社製:E88)を4g溶融したスチレン102gと、n−ブチルアクリレート18gと、アクリル酸1.8gとからなるモノマー液を、イオン交換水200g中にアニオン性界面活性剤(第1工業製薬社製:ネオゲンRK)3g、ドデカンチオール0g、四臭化炭素0gを用いて分散し、これに過硫酸カリウム1.2gを加えて、70℃で5時間乳化重合を行い、Mnが41000、Mwが242000、Mzが575000、Mpが154000、Tmが193℃、Tgが76℃、中位径が0.22μmの樹脂粒子が分散した樹脂粒子分散液RH7を調製した。
(8)樹脂粒子分散液RH8の調製
第五の樹脂の製造を示す。スチレン/アクリル酸ブチル/アクリル酸の3元系のモノマー組成とし、スチレンとアクリル酸ブチルの合計100重量部に対して、アクリル酸の添加量を1.5重量部とした。乳化剤は、ノニオン界面活性剤とアニオン界面活性剤を併用し、スチレンとアクリル酸ブチルの合計重量100部に対して、乳化剤の総添加量を4部とした。ノニオン系界面活性剤はノニポール400(三洋化成製)、アニオン界面活性剤はネオゲンS20−F(第一工業製薬製、固形分20%)を用いた。分子量を調整する連鎖移動剤はドデカンチオール、重合開始剤には過硫酸カリウムを用いた。反応溶媒としての水はイオン交換水を用いた。
500mlのビーカーにスチレン270g、アクリル酸ブチル30g、アクリル酸4.5gおよびドデシルメルカプタン7.5gを秤量し、マグネットスターラーで10分間撹拌する。これをモノマー溶液とする。300mlのビーカーにノニポール400を7.5g、ネオゲンS20-Fを37.5g(固形分20%)およびイオン交換水97.5gを秤量し、マグネットスターラーで10分間撹拌して乳化剤を溶解する。これを乳化剤水溶液とする。
100mlのビーカーに過硫酸カリウム1.5gおよびイオン交換水75gを秤量し、マグネットスターラーで10分間撹拌して開始剤を溶解する。これを開始剤水溶液とする。2Lのビーカーに上記の乳化剤水溶液およびモノマー溶液を入れ、ホモジナイザー(T-25ウルトラタックス、IKA社製)で9,500min-1で10分間、乳化する。この乳化液を氷水で3分間冷却した後、上記の開始剤水溶液を添加し、マグネットスターラーで3分間撹拌する。これをプレエマルジョン(約510g)とし、氷水で20℃以下にしておく。
ポリテトラフルオロエチレン製かくはん棒、冷却管、滴下ロート、温度計および窒素ガス導入管を備え付けた1Lの四つ口フラスコにイオン交換水255gを入れ、窒素ガス雰囲気下で水温を75℃に上げる。水温が73℃に達した時点で、上記のプレエマルジョンの1/10量(51g)を一度に添加する。温度が73℃以下になるが、すぐに上昇する。73℃になった時点で、残りのプレエマルジョンを一滴ずつ2時間かけて滴下する。滴下中、反応液の温度は75±2℃に保持する。このときのプレエマルジョンの滴下速度により分子量分布を2山分布とすることが出来る。2種類の樹脂をブレンドすることなく、2山分布の樹脂を得ることが出来る。滴下速度(時間)を4時間以上とすると、分子量分布は一つのピークを有する単分散系となる。
プレエマルジョン滴下終了後、75℃でさらに5時間加熱する。引き続いて、反応液の温度を85℃に上げ、85±2℃で2時間加熱する。加熱終了後、反応液を氷水で冷却して室温に戻した。Mnが6100、Mwが94600、Mzが501000、Mpが10100と108500にピークを有し、Tmが174℃、Tgが67℃、中位径が0.13μmの樹脂粒子が分散した樹脂粒子分散液RH8を調製した。
(実施例2)
顔料分散体の作成をした。表2に使用した顔料を示す。
(1)顔料粒子分散液PM1の調製
マゼンタ顔料20g(大日本インキ社製KETRED309)、アニオン性界面活性剤2g(第一工業製薬社製ネオゲンR)、イオン交換水78gを混合し、超音波分散機を用いて発振周波数30kHzで20分間分散を行って、中位径が0.12μmの顔料粒子が分散した顔料粒子分散液PM1を調製した。
(2)顔料粒子分散液PC1の調製
シアン顔料20g(大日本インキ社製KETBLUE111)、アニオン性界面活性剤2g(第一工業製薬社製ネオゲンR)、イオン交換水78gを混合し、超音波分散機を用いて発振周波数30kHzで20分間分散を行って、中位径が0.12μmの顔料粒子が分散した顔料粒子分散液PC1を調製した。
(3)顔料粒子分散液PY1の調製
イエロ顔料20g(山陽色素社製PY74)、アニオン性界面活性剤2g(第一工業製薬社製ネオゲンR)、イオン交換水78gを混合し、超音波分散機を用いて発振周波数30kHzで20分間分散を行って、中位径が0.12μmの顔料粒子が分散した顔料粒子分散液PY1を調製した。
(4)顔料粒子分散液PB1の調製
ブラック顔料20g(三菱化学社製MA100S)、アニオン性界面活性剤2g(第一工業製薬社製ネオゲンR)、イオン交換水78gを混合し、超音波分散機を用いて発振周波数30kHzで20分間分散を行って、中位径が0.12μmの顔料粒子が分散した顔料粒子分散液PB1を調製した。
(実施例3)
ワックス分散体の作成をした。(表3)、(表4)、(表5)、(表6)に使用したワックスの特性を示す。
(1)ワックス粒子分散液WA1の調製
図3に攪拌分散装置40の概略図、図4に上から見た図を示す。この装置は水冷式ジャケットタイプであり、41が外槽でその内部に冷却水をライン47から注入し、ライン48から排出して装置全体を冷却している。42は被処理液をせき止める堰板で、中央部に穴があけられており、ここから処理された液が順次取り出しライン45を通じて外部に取り出される。43は高速で回転する回転体であり、シャフト46に固定され、高速回転する。回転体の側面には、1〜5mm程度の穴があけられており、被処理液の移動が可能である。槽は120mlで、被処理液はその2分の1程度投入する。回転体の速度MAXは50m/sまで可能である。回転体の径は52mm、槽の内径は56mmである。44は連続処理の場合の原料注入口である。高圧処理やバッチ式のときは封印している。
イオン交換水70gと、アニオン界面活性剤(三洋化成工業社製SCF)1g、ノニオン界面活性剤(日本乳化剤社製ニューコール565C)1g、ワックス(W−1)28gとを仕込み、回転体の速度は20m/sで5min、その後回転速度を50m/sに上げ、2min処理した。槽内の液温度は92℃に上昇した。その熱でワックスが溶融し、強いせん断力により微細なワックス粒子分散液WA1が形成された。
(2)ワックス粒子分散液WA2の調製
(1)と同様の条件で、イオン交換水70gと、アニオン界面活性剤(三洋化成工業社製SCF)1g、ノニオン界面活性剤(日本乳化剤社製ニューコール565C)1g、ワックス(W−2)28gとを仕込み、回転体の速度は20m/sで3min、その後回転速度を45m/sに上げ、2min処理し、ワックス粒子分散液WA2が形成された。
(3)ワックス粒子分散液WA3の調製
(1)と同様の条件で、槽内を0.4Mpaまで加圧して状態で、イオン交換水70gと、アニオン界面活性剤(三洋化成工業社製SCF)1g、ノニオン界面活性剤(日本乳化剤社製ニューコール565C)1g、ワックス(W−3)28gとを仕込み、回転体の速度は20m/sで3min、その後回転速度を50m/sに上げ、2min処理し、ワックス粒子分散液WA3が形成された。
(4)ワックス粒子分散液WA4の調製
(1)と同様の条件で、イオン交換水70gと、アニオン界面活性剤(三洋化成工業社製SCF)1g、ノニオン界面活性剤(日本乳化剤社製ニューコール565C)1g、ワックス(W−4)28gとを仕込み、回転体の速度は20m/sで3min、その後回転速度を50m/sに上げ、1min処理し、ワックス粒子分散液WA4が形成された。
(5)ワックス粒子分散液WA5の調製
(3)と同様の条件で、イオン交換水70gと、アニオン界面活性剤(三洋化成工業社製SCF)1g、ノニオン界面活性剤(日本乳化剤社製ニューコール565C)1g、ワックス(W−5)28gとを仕込み、回転体の速度は20m/sで3min、その後回転速度を45m/sに上げ、4min処理し、ワックス粒子分散液WA5が形成された。
(6)ワックス粒子分散液WA6の調製
(3)と同様の条件で、イオン交換水70gと、アニオン界面活性剤(三洋化成工業社製SCF)1g、ノニオン界面活性剤(日本乳化剤社製ニューコール565C)1g、ワックス(W−6)28gとを仕込み、回転体の速度は20m/sで3min、その後回転速度を45m/sに上げ、4min処理し、ワックス粒子分散液WA6が形成された。
(7)ワックス粒子分散液WA7の調製
(3)と同様の条件で、イオン交換水70gと、アニオン界面活性剤(三洋化成工業社製SCF)1g、ノニオン界面活性剤(日本乳化剤社製ニューコール565C)1g、ワックス(W−7)28gとを仕込み、回転体の速度は20m/sで3min、その後回転速度を45m/sに上げ、4min処理し、ワックス粒子分散液WA7が形成された。
(8)ワックス粒子分散液WA8の調製
図5に攪拌分散装置の概略図、図6に上から見た図を示す。80は原料投入口、82は固定体でフローティング構造としている。81のばねにより押し付けられ、回転体83の高速回転力との押し上げ力とにより約1μm〜10μm狭ギャップを形成している。84はモータ(図示せず)につながるシャフトである。原料投入口80から投入された原料は、固定体と回転体とのギャップ間で強いせん断力を受け、液中で微細粒子に分散される。その処理された原料液は出口86から排出される。図6に上から見た図を示す。排出される微粒子85は放射状に飛ばされ、それを密閉した容器に回収される。回転体の外径は100mmである。
原料液はあらかじめ加熱された水媒体中にワックスと界面活性剤をプレ分散させておき、それを投入口80から投入して、瞬時に微細化処理される。供給量は1kg/h、回転体の速度はMAX100m/sで回転させた。
イオン交換水70gと、アニオン界面活性剤(三洋化成工業社製SCF)1g、ノニオン界面活性剤(日本乳化剤社製ニューコール565C)1g、ワックス(W−8)28gとを仕込み、回転体の速度は100m/s、供給量は1kg/hで処理し、ワックス粒子分散液WA8が形成された。
(9)ワックス粒子分散液WA9の調製
(3)と同様の条件で、イオン交換水70gと、アニオン界面活性剤(三洋化成工業社製SCF)1g、ノニオン界面活性剤(日本乳化剤社製ニューコール565C)1g、ワックス(W−9)28gとを仕込み、回転体の速度は20m/sで3min、その後回転速度を45m/sに上げ、4min処理し、ワックス粒子分散液WA9が形成された。
(10)ワックス粒子分散液wa10の調製
イオン交換水70gと、アニオン界面活性剤(三洋化成工業社製SCF)1g、ノニオン界面活性剤(日本乳化剤社製ニューコール565C)1g、パラフィンワックス(日本精鑞社製HNP−10、融点75℃)28gとを仕込み、ホモジナイザーにて30min処理し、ワックス粒子分散液wa10が形成された。
(11)ワックス粒子分散液wa11の調製
イオン交換水70gと、アニオン界面活性剤(三洋化成工業社製SCF)1g、ノニオン界面活性剤(日本乳化剤社製ニューコール565C)1g、フィッシャートロプッシュワックス(日本精鑞社製FT0070、融点72℃)28gとを仕込み、ホモジナイザーにて30min処理し、ワックス粒子分散液wa11が形成された。
(12)ワックス粒子分散液wa12の調製
イオン交換水70gと、アニオン界面活性剤(三洋化成工業社製SCF)1g、ノニオン界面活性剤(日本乳化剤社製ニューコール565C)1g、炭化水素系ワックス(日本精鑞社製LUVAX2191、融点83℃)28gとを仕込み、ホモジナイザーにて30min処理し、ワックス粒子分散液wa12が形成された。
(実施例4)
トナー母体の作成した。トナーの組成を(表7)に示す。
(1)トナー母体M1の作成
温度計、冷却管をある4つ口フラスコ2000mlに、第一の樹脂粒子分散液RL1を204g、顔料粒子分散液PM1を30g、イオン交換水300mlを投入し、ホモジナイザー(IKA社製:ウルトラタラックスT25)を用いて10min混合して混合粒子分散液を調製した。得られた混合分散液のpHは5.8であった。
その後得られた混合分散液に1N NaOHを投入し、pHを12.0とし、その後30%濃度の硫酸マグネシウム水溶液を222g添加し、10min攪拌した。その後3℃/minの速度で22℃から70℃まで昇温し、その後70℃で2時間加熱した。その後温度を80℃に昇温し、5時間処理して凝集粒子を得た。得られた凝集粒子分散液のpHは9.3であった。体積平均粒径3.1μm、変動係数16.1であった。
その後水温を60℃とし、第二のシェル用樹脂粒子分散液RL2を43gとワックス分散液WA2を50g添加し、1N NaOHを投入し、pHを8.6とした。そして水温を80℃の条件で0.5時間加熱し、その後1N HClを添加し、PHを6.6とした。その後さらに80℃の条件で2時間加熱した。そして、冷却後、反応生成物(トナー母体)をろ過し、イオン交換水にて3回洗浄を行った。その後得られたトナー母体を流動式乾燥機で40℃で6時間乾燥させることにより、体積平均粒径4.2μm、変動係数15.5のトナー母体M1を得た。KCは124、BTs/BTkは2.01、表面凹凸状指数(黒化率)は86.1であった。
第二の樹脂粒子分散液(本実施例ではRL2) 及びワックス分散液(本実施例ではWA2)を添加したときのpHが5.0とすると、ワックス及び樹第二の樹脂粒子の凝集粒子への付着が起こりにくく、遊離した粒子が増加した。またpHを9.0とすると、凝集粒子同士の二次凝集が発生し、粒子が20μm程度に粗大化した。
加熱処理後のpHを3.0とすると、一旦付着した樹脂粒子が一部遊離し、微細粒子が発生した。pHを7.0とすると、凝集粒子の二次凝集が発生し、粒子が24μm程度に粗大化した。
(2)トナー母体M2の作成
温度計、冷却管をある4つ口フラスコ2000mlに、第一の樹脂粒子分散液RL1を204g、顔料粒子分散液PM1を30g、ワックス分散液WA1を25gイオン交換水300mlを投入し、ホモジナイザー(IKA社製:ウルトラタラックスT25)を用いて10min混合して混合粒子分散液を調製した。得られた混合分散液のpHは2.8であった。
その後得られた混合分散液に1N NaOHを投入し、pHを9.6とし、その後30%濃度の硫酸マグネシウム水溶液を246g添加し、10min攪拌した。その後5℃/minの速度で22℃から70℃まで昇温し、その後70℃で2時間加熱した。その後温度を80℃に昇温し、5時間処理して凝集粒子を得た。得られた凝集粒子分散液のpHは7.2であった。体積平均粒径5.2μm、変動係数14.9であった。
その後水温を60℃とし、第二のシェル用樹脂粒子分散液RH4を43gとワックス分散液WA3を25g、添加し、1N NaOHを投入し、pHを8.6とした。そして水温を80℃の条件で0.5時間加熱し、その後1N HClを添加し、PHを6.6とした。その後さらに90℃の条件で2時間加熱した。
そして、冷却後、反応生成物(トナー母体)をろ過し、イオン交換水にて3回洗浄を行った。その後得られたトナー母体を流動式乾燥機で40℃で6時間乾燥させることにより、体積平均粒径6.2μm、変動係数14.8であった。トナー母体M2を得た。
図9−1ABにSEM観察像を示す。図18ABにSEM観察像の2値化像を示す。Aは5000倍、Bは10000万倍の拡大である。表面に微細な凹凸が観察された。KCは121、BTs/BTkは1.61、表面凹凸状指数(黒化率)は88.1であった。
このとき混合分散液を作成したときのpHが6.0よりも大きくなると、加熱して着色樹脂粒子を形成する際に、液中のpH変動(減少現象)が大きくなり、粒子が粗大化してしまう。
水溶性無機塩の添加前及び加熱前の混合分散液のpHを調製する際、9.5よりも小さいと形成された凝集粒子が粗大化してしまう。pHを9.1とすると体積平均粒子径が15.5μm、変動係数32.5と粗大化した。逆にpHを12.5とすると遊離ワックスが多くなりワックスを均一に内包化することが困難になった。
また、凝集粒子が形成されたときの液のpHが9.5よりも大きいときは凝集不良で遊離ワックスが多くなる。pHが7.0よりも小さいときは粒子が粗大化してしまう。
(3)トナー母体M3の作成
温度計、冷却管をある4つ口フラスコ2000mlに、第一の樹脂粒子分散液RL3を204g、顔料粒子分散液PM1を30g、イオン交換水300mlを投入し、ホモジナイザー(IKA社製:ウルトラタラックスT25)を用いて10min混合して混合粒子分散液を調製した。得られた混合分散液のpHは4.2であった。その後、得られた混合分散液に1N NaOHを投入し、pHを11.2とし、その後30%濃度の硫酸マグネシウム水溶液を222g添加し、10min攪拌した。その後5℃/minの速度で22℃から70℃まで昇温し、その後70℃で2時間加熱した。その後温度を80℃に昇温し、5時間処理して凝集粒子を得た。得られた凝集粒子分散液のpHは8.5であった。体積平均粒径4.5μm、変動係数14.1であった。その後水温を60℃とし、第二のシェル用樹脂粒子分散液RL2を43gとワックス分散液WA4を50g添加し、1N NaOHを投入し、pHを8.6とした。そして水温を80℃の条件で0.5時間加熱し、その後1N HClを添加し、PHを6.6とした。その後さらに80℃の条件で2時間加熱した。そして、冷却後、反応生成物(トナー母体)をろ過し、イオン交換水にて3回洗浄を行った。その後得られたトナー母体を流動式乾燥機で40℃で6時間乾燥させることにより、体積平均粒径5.5μm、変動係数15.1であった。トナー母体M3を得た。KCは129、BTs/BTkは2.10、表面凹凸状指数(黒化率)は81.4であった。
(4)トナー母体M4の作成
温度計、冷却管をある4つ口フラスコ2000mlに、第一の樹脂粒子分散液RL3を204g、顔料粒子分散液PM1を30g、イオン交換水300mlを投入し、ホモジナイザー(IKA社製:ウルトラタラックスT25)を用いて10min混合して混合粒子分散液を調製した。得られた混合分散液のpHは5.8であった。
その後得られた混合分散液に1N NaOHを投入し、pHを11.9とし、その後30%濃度の硫酸マグネシウム水溶液を222g添加し、10min攪拌した。その後5℃/minの速度で22℃から70℃まで昇温し、その後70℃で2時間加熱した。その後温度を85℃に昇温し、5時間処理して凝集粒子を得た。得られた凝集粒子分散液のpHは9.3であった。体積平均粒径3.7μm、変動係数15.0であった。
その後水温を60℃とし、第二のシェル用樹脂粒子分散液RH5を43g及びワックス粒子分散液WA5を50g、添加し、1N NaOHを投入し、pHを8.6とした。
そして水温を80℃の条件で0.5時間加熱し、その後1N HClを添加し、pHを6.6とした。
その後さらに95℃の条件で2時間加熱した。
そして、冷却後、反応生成物(トナー母体)をろ過し、イオン交換水にて3回洗浄を行った。その後得られたトナー母体を流動式乾燥機で40℃で6時間乾燥させることにより、体積平均粒径4.9μm、変動係数15.2のトナー母体M4を得た。
図10−1ABにSEM観察像を示す。図19ABにSEM観察像の2値化像を示す。Aは5000倍、Bは10000万倍の拡大である。表面に微細な凹凸が観察された。kcは122、BTs/BTkは2.21、表面凹凸状指数(黒化率)は76.9であった。
(5)トナー母体M5の作成
温度計、冷却管をある4つ口フラスコ2000mlに、第一の樹脂粒子分散液RL1を204g、顔料粒子分散液PM1を30g、イオン交換水300mlを投入し、ホモジナイザー(IKA社製:ウルトラタラックスT50)を用いて10min混合して混合粒子分散液を調製した。得られた混合分散液のpHは2.2であった。
その後得られた混合分散液に1N NaOHを投入し、pHを9.7とし、その後30%濃度の硫酸マグネシウム水溶液を222g添加し、10min攪拌した。その後5℃/minの速度で22℃から70℃まで昇温し、その後70℃で2時間加熱した。その後温度を85℃に昇温し、5時間処理して凝集粒子を得た。得られた凝集粒子分散液のpHは7.2であった。体積平均粒径5.3μm、変動係数13.8であった。
その後水温を60℃とし、第二のシェル用樹脂粒子分散液RH4を43gとワックス粒子分散液WA6を50g、添加し、1N NaOHを投入し、pHを5.0とした。
そして水温を80℃の条件で2時間加熱し、その後1N HClを添加し、pHを3.4とした。その後さらに90℃の条件で2時間加熱した。
そして、冷却後、反応生成物(トナー母体)をろ過し、イオン交換水にて3回洗浄を行った。その後得られたトナー母体を流動式乾燥機で40℃で6時間乾燥させることにより、体積平均粒径6.2μm、変動係数13.9のトナー母体M5を得た。KCは123、BTs/BTkは1.94、表面凹凸状指数(黒化率)は79.1であった。
(6)トナー母体M6の作成
温度計、冷却管をある4つ口フラスコ2000mlに、第一の樹脂粒子分散液RL2を204g、顔料粒子分散液PM1を30g、ワックス粒子分散液WA2を25g、イオン交換水300mlを投入し、ホモジナイザー(IKA社製:ウルトラタラックスT50)を用いて10min混合して混合粒子分散液を調製した。得られた混合分散液のpHは3.8であった。
その後得られた混合分散液に1N NaOHを投入し、pHを11.2とし、その後30%濃度の硫酸マグネシウム水溶液を246g添加し、10min攪拌した。その後5℃/minの速度で22℃から70℃まで昇温し、その後70℃で2時間加熱した。その後温度を85℃に昇温し、5時間処理して凝集粒子を得た。得られた凝集粒子分散液のpHは8.5であった。体積平均粒径4.3μm、変動係数13.6であった。
その後水温を60℃とし、第二のシェル用樹脂粒子分散液RH5を43gとワックス粒子分散液WA7を50g、添加し、1N NaOHを投入し、pHを6.8とした。
そして水温を80℃の条件で1時間加熱し、その後1N HClを添加し、pHを5.0とした。その後さらに95℃の条件で5時間加熱した。
そして、冷却後、反応生成物(トナー母体)をろ過し、イオン交換水にて3回洗浄を行った。その後得られたトナー母体を流動式乾燥機で40℃で6時間乾燥させることにより、体積平均粒径5.4μm、変動係数13.7のトナー母体M6を得た。KCは126、BTs/BTkは2.04、表面凹凸状指数(黒化率)は81.1であった。
(7)トナー母体M7の作成
温度計、冷却管をある4つ口フラスコ2000mlに、第一の樹脂粒子分散液RL3を204g、顔料粒子分散液PM1を30g、イオン交換水300mlを投入し、ホモジナイザー(IKA社製:ウルトラタラックスT25)を用いて10min混合して混合粒子分散液を調製した。得られた混合分散液のpHは4.2であった。
その後得られた混合分散液に1N NaOHを投入し、pHを11.8とし、その後30%濃度の硫酸マグネシウム水溶液を222g添加し、10min攪拌した。その後5℃/minの速度で22℃から70℃まで昇温し、その後70℃で2時間加熱した。その後温度を85℃に昇温し、5時間処理して凝集粒子を得た。得られた凝集粒子分散液のpHは9.2であった。体積平均粒径4.1μm、変動係数14.2であった。
その後水温を60℃とし、第二のシェル用樹脂粒子分散液RH4を43gとワックス粒子分散液WA8を50g、添加し、1N NaOHを投入し、pHを8.0とした。
そして水温を80℃の条件で1時間加熱し、その後1N HClを添加し、pHを6.0とした。その後さらに90℃の条件で5時間加熱した。
そして、冷却後、反応生成物(トナー母体)をろ過し、イオン交換水にて3回洗浄を行った。その後得られたトナー母体を流動式乾燥機で40℃で6時間乾燥させることにより、体積平均粒径5.1μm、変動係数14.9のトナー母体M7を得た。
図11−1ABにSEM観察像を示す。図20ABにSEM観察像の2値化像を示す。Aは5000倍、Bは10000万倍の拡大である。表面に微細な凹凸が観察された。KCは124、BTs/BTkは2.81、表面凹凸状指数(黒化率)は66.9であった。
(8)トナー母体M8の作成
温度計、冷却管をある4つ口フラスコ2000mlに、第一の樹脂粒子分散液RL1を204g、顔料粒子分散液PM1を30g、ワックス粒子分散液WA4を25g、イオン交換水300mlを投入し、ホモジナイザー(IKA社製:ウルトラタラックスT25)を用いて10min混合して混合粒子分散液を調製した。得られた混合分散液のpHは4.3であった。
その後得られた混合分散液に1N NaOHを投入し、pHを11.6とし、その後30%濃度の硫酸マグネシウム水溶液を246g添加し、10min攪拌した。その後5℃/minの速度で22℃から70℃まで昇温し、その後70℃で2時間加熱した。その後温度を85℃に昇温し、5時間処理して凝集粒子を得た。得られた凝集粒子分散液のpHは8.7であった。体積平均粒径5.2μm、変動係数14.9であった。
その後水温を60℃とし、第二のシェル用樹脂粒子分散液RH6を43gとワックス粒子分散液WA9を25g、添加し、1N NaOHを投入し、pHを7.0とした。
そして水温を80℃の条件で1時間加熱し、その後1N HClを添加し、pHを5.2とした。その後さらに95℃の条件で5時間加熱した。冷却後、反応生成物(トナー母体)をろ過し、イオン交換水にて3回洗浄を行った。その後得られたトナー母体を流動式乾燥機で40℃で6時間乾燥させることにより、体積平均粒径6.4μm、変動係数14.9のトナー母体M8を得た。KCは130、BTs/BTkは2.24、表面凹凸状指数(黒化率)は80.2であった。
(9)トナー母体M9の作成
温度計、冷却管をある4つ口フラスコ2000mlに、第一の樹脂粒子分散液RL1を204g、顔料粒子分散液PM1を30g、ワックス粒子分散液WA2を50g、イオン交換水300mlを投入し、ホモジナイザー(IKA社製:ウルトラタラックスT25)を用いて10min混合して混合粒子分散液を調製した。得られた混合分散液のpHは5.8であった。
その後得られた混合分散液に1N NaOHを投入し、pHを11.9とし、その後30%濃度の硫酸マグネシウム水溶液を270g添加し、10min攪拌した。その後5℃/minの速度で22℃から70℃まで昇温し、その後70℃で2時間加熱した。その後温度を85℃に昇温し、5時間処理して凝集粒子を得た。得られた凝集粒子分散液のpHは9.3であった。体積平均粒径3.7μm、変動係数15.0であった。その後水温を60℃とし、第二のシェル用樹脂粒子分散液RL2を23g及び第三のシェル用樹脂粒子分散液RH5を20g添加し、1N NaOHを投入し、pHを8.6とした。そして水温を80℃の条件で0.5時間加熱し、その後1N HClを添加し、pHを6.6とした。その後さらに95℃の条件で2時間加熱した。そして、冷却後、反応生成物(トナー母体)をろ過し、イオン交換水にて3回洗浄を行った。その後得られたトナー母体を流動式乾燥機で40℃で6時間乾燥させることにより、体積平均粒径5.0μm、変動係数15.4のトナー母体M9を得た。
図12−2ABにSEM観察像を示す。図21ABにSEM観察像の2値化像を示す。Aは5000倍、Bは10000万倍の拡大である。表面に微細な凹凸が観察された。KCは125、BTs/BTkは3.05、表面凹凸状指数(黒化率)は59.0であった。
(10)トナー母体M10の作成
温度計、冷却管をある4つ口フラスコ2000mlに、第一の樹脂粒子分散液RL1を204g、顔料粒子分散液PM1を30g、ワックス粒子分散液WA3を50g、イオン交換水300mlを投入し、ホモジナイザー(IKA社製:ウルトラタラックスT50)を用いて10min混合して混合粒子分散液を調製した。得られた混合分散液のpHは2.2であった。
その後得られた混合分散液に1N NaOHを投入し、pHを9.7とし、その後30%濃度の硫酸マグネシウム水溶液を270g添加し、10min攪拌した。その後5℃/minの速度で22℃から70℃まで昇温し、その後70℃で2時間加熱した。その後温度を85℃に昇温し、5時間処理して凝集粒子を得た。得られた凝集粒子分散液のpHは7.2であった。体積平均粒径5.2μm、変動係数13.4であった。その後水温を60℃とし、第二のシェル用樹脂粒子分散液RL1を23gと第三のシェル用樹脂粒子分散液RH6を20g、添加し、1N NaOHを投入し、pHを5.0とした。そして水温を80℃の条件で2時間加熱し、その後1N HClを添加し、pHを3.4とした。その後さらに95℃の条件で2時間加熱した。そして、冷却後、反応生成物(トナー母体)をろ過し、イオン交換水にて3回洗浄を行った。その後得られたトナー母体を流動式乾燥機で40℃で6時間乾燥させることにより、体積平均粒径6.3μm、変動係数14.0のトナー母体M10を得た。KCは126、BTs/BTkは2.55、表面凹凸状指数(黒化率)は79.0であった。
(11)トナー母体M11の作成
温度計、冷却管をある4つ口フラスコ2000mlに、第一の樹脂粒子分散液RL3を204g、顔料粒子分散液PM1を30g、ワックス粒子分散液WA1を50g、イオン交換水300mlを投入し、ホモジナイザー(IKA社製:ウルトラタラックスT50)を用いて10min混合して混合粒子分散液を調製した。得られた混合分散液のpHは3.8であった。
その後得られた混合分散液に1N NaOHを投入し、pHを11.2とし、その後30%濃度の硫酸マグネシウム水溶液を270g添加し、10min攪拌した。その後5℃/minの速度で22℃から70℃まで昇温し、その後70℃で2時間加熱した。その後温度を85℃に昇温し、5時間処理して凝集粒子を得た。得られた凝集粒子分散液のpHは8.5であった。体積平均粒径4.5μm、変動係数13.6であった。その後水温を60℃とし、第二のシェル用樹脂粒子分散液RL3を23gと第三のシェル用樹脂粒子分散液RH6を20g、添加し、1N NaOHを投入し、pHを6.8とした。そして水温を80℃の条件で1時間加熱し、その後1N HClを添加し、pHを5.0とした。その後さらに90℃の条件で5時間加熱した。冷却後、反応生成物(トナー母体)をろ過し、イオン交換水にて3回洗浄を行った。その後得られたトナー母体を流動式乾燥機で40℃で6時間乾燥させることにより、体積平均粒径5.6μm、変動係数14.2のトナー母体M11を得た。KCは127、BTs/BTkは2.62、表面凹凸状指数(黒化率)は82.0であった。
(12)トナー母体M12の作成
温度計、冷却管をある4つ口フラスコ2000mlに、第一の樹脂粒子分散液RL3を204g、顔料粒子分散液PM1を30g、ワックス粒子分散液WA8を50g、イオン交換水300mlを投入し、ホモジナイザー(IKA社製:ウルトラタラックスT25)を用いて10min混合して混合粒子分散液を調製した。得られた混合分散液のpHは4.2であった。
その後得られた混合分散液に1N NaOHを投入し、pHを11.8とし、その後30%濃度の硫酸マグネシウム水溶液を270g添加し、10min攪拌した。その後5℃/minの速度で22℃から70℃まで昇温し、その後70℃で2時間加熱した。その後温度を85℃に昇温し、5時間処理して凝集粒子を得た。得られた凝集粒子分散液のpHは9.2であった。体積平均粒径4.5μm、変動係数15.8であった。その後水温を60℃とし、第二のシェル用樹脂粒子分散液RL2を23gと第三のシェル用樹脂粒子分散液RH7を20g、添加し、1N NaOHを投入し、pHを8.0とした。そして水温を80℃の条件で1時間加熱し、その後1N HClを添加し、pHを6.0とした。その後さらに90℃の条件で5時間加熱した。冷却後、反応生成物(トナー母体)をろ過し、イオン交換水にて3回洗浄を行った。その後得られたトナー母体を流動式乾燥機で40℃で6時間乾燥させることにより、体積平均粒径5.6μm、変動係数16.0のトナー母体M12を得た。
図13−1ABにSEM観察像を示す。図22ABにSEM観察像の2値化像を示す。Aは5000倍、Bは10000万倍の拡大である。表面に微細な凹凸が観察された。KCは130、BTs/BTkは5.50、表面凹凸状指数(黒化率)は65.4であった。
(13)トナー母体M13の作成
温度計、冷却管をある4つ口フラスコ2000mlに、第一の樹脂粒子分散液RL3を204g、顔料粒子分散液PM1を30g、ワックス粒子分散液WA9を50g、イオン交換水300mlを投入し、ホモジナイザー(IKA社製:ウルトラタラックスT25)を用いて10min混合して混合粒子分散液を調製した。得られた混合分散液のpHは4.3であった。
その後得られた混合分散液に1N NaOHを投入し、pHを11.6とし、その後30%濃度の硫酸マグネシウム水溶液を270g添加し、10min攪拌した。その後5℃/minの速度で22℃から70℃まで昇温し、その後70℃で2時間加熱した。その後温度を85℃に昇温し、5時間処理して凝集粒子を得た。得られた凝集粒子分散液のpHは8.7であった。体積平均粒径5.4μm、変動係数14.9であった。その後水温を60℃とし、第二のシェル用樹脂粒子分散液RL1を23gと第三のシェル用樹脂粒子分散液RL1を20g、添加し、1N NaOHを投入し、pHを7.0とした。そして水温を80℃の条件で1時間加熱し、その後1N HClを添加し、pHを5.2とした。その後さらに90℃の条件で5時間加熱した。冷却後、反応生成物(トナー母体)をろ過し、イオン交換水にて3回洗浄を行った。その後得られたトナー母体を流動式乾燥機で40℃で6時間乾燥させることにより、体積平均粒径6.5μm、変動係数15.2のトナー母体M13を得た。KCは130、BTs/BTkは5.12、表面凹凸状指数(黒化率)は62.3であった。
(14)トナー母体m14の作成
温度計、冷却管をある4つ口フラスコ2000mlに、第一の樹脂粒子分散液RL1を204g、顔料粒子分散液PM1を25g、ワックス粒子分散液WA2を40g、イオン交換水250mlを投入し、ホモジナイザー(IKA社製:ウルトラタラックスT25)を用いて10min混合して混合粒子分散液を調製した。得られた混合分散液のpHは5.8であった。
その後得られた混合分散液に1N NaOHを投入し、pHを11.0とし、その後30%濃度の硫酸マグネシウム水溶液を255g添加し、10min攪拌した。その後3℃/minの速度で22℃から70℃まで昇温し、その後70℃で2時間加熱した。その後温度を80℃に昇温し、5時間処理して凝集粒子を得た。得られた凝集粒子分散液のpHは8.3であった。そして、冷却後、反応生成物(トナー母体)をろ過し、イオン交換水にて3回洗浄を行った。その後得られたトナー母体を流動式乾燥機で30℃で6時間乾燥させることにより、体積平均粒径5.6μm、変動係数18.9のトナー母体m14を得た。
図7−1ABにSEM観察像を示す。図16ABにSEM観察像の2値化像を示す。Aは5000倍、Bは10000万倍の拡大である。表面は略平滑性を有し、凹凸は観察されてない。KCは110、BTs/BTkは0.91、表面凹凸状指数(黒化率)は95.4であった。
(15)トナー母体m15の作成
温度計、冷却管をある4つ口フラスコ2000mlに、第一の樹脂粒子分散液RL2を204g、顔料粒子分散液PM1を25g、ワックス粒子分散液WA4を40g、イオン交換水250mlを投入し、ホモジナイザー(IKA社製:ウルトラタラックスT25)を用いて10min混合して混合粒子分散液を調製した。得られた混合分散液のpHは5.8であった。
その後得られた混合分散液に1N NaOHを投入し、pHを11.0とし、その後30%濃度の硫酸マグネシウム水溶液を255g添加し、10min攪拌した。その後3℃/minの速度で22℃から70℃まで昇温し、その後70℃で2時間加熱した。その後温度を80℃に昇温し、5時間処理して凝集粒子を得た。得られた凝集粒子分散液のpHは8.3であった。冷却後、反応生成物(トナー母体)をろ過し、イオン交換水にて3回洗浄を行った。その後得られたトナー母体を流動式乾燥機で30℃で6時間乾燥させることにより、体積平均粒径6.2μm、変動係数19.8のトナー母体m15を得た。
図8−1ABにSEM観察像を示す。図17ABにSEM観察像の2値化像を示す。Aは5000倍、Bは10000万倍の拡大である。表面は略平滑性を有し、凹凸は観察されてない。KCは115、BTs/BTkは1.09、表面凹凸状指数(黒化率)は98.4であった。
であった。
(16)トナー母体m16の作成
温度計、冷却管をある4つ口フラスコ2000mlに、第一の樹脂粒子分散液RH4を204g、顔料粒子分散液PM1を30g、ワックス分散液WA2を25gイオン交換水300mlを投入し、ホモジナイザー(IKA社製:ウルトラタラックスT25)を用いて10min混合して混合粒子分散液を調製した。得られた混合分散液のpHは3.8であった。
その後得られた混合分散液に1N NaOHを投入し、pHを10.6とし、その後30%濃度の硫酸マグネシウム水溶液を246g添加し、10min攪拌した。その後5℃/minの速度で22℃から80℃まで昇温し、その後80℃で2時間加熱した。その後温度を90℃に昇温し、2時間処理して凝集粒子を得た。得られた凝集粒子分散液のpHは8.2であった。体積平均粒径4.0μm、変動係数24.1であった。その後水温を60℃とし、第二のシェル用樹脂粒子分散液RH4を43g、添加し、1N NaOHを投入し、pHを8.6とした。そして水温を85℃の条件で0.5時間加熱し、その後1N HClを添加し、pHを6.6とした。その後さらに90℃の条件で2時間加熱した。冷却後、反応生成物(トナー母体)をろ過し、イオン交換水にて3回洗浄を行った。その後得られたトナー母体を流動式乾燥機で40℃で6時間乾燥させることにより、体積平均粒径4.8μm、変動係数25.1であった。トナー母体m16を得た。
図14A−BにSEM観察像を示す。Aは5000倍、Bは10000万倍の拡大である。表面に微細な凹凸が観察できたが、形状がかなり不定形状に近いものとなった。KCは138、BTs/BTkは6.28であった。
(17)トナー母体m17の作成
温度計、冷却管をある4つ口フラスコ2000mlに、第一の樹脂粒子分散液RH5を204g、顔料粒子分散液PM1を30g、ワックス分散液WA8を25gイオン交換水300mlを投入し、ホモジナイザー(IKA社製:ウルトラタラックスT25)を用いて10min混合して混合粒子分散液を調製した。得られた混合分散液のpHは3.8であった。
その後得られた混合分散液に1N NaOHを投入し、pHを10.6とし、その後30%濃度の硫酸マグネシウム水溶液を246g添加し、10min攪拌した。その後5℃/minの速度で22℃から80℃まで昇温し、その後80℃で2時間加熱した。その後温度を90℃に昇温し、2時間処理して凝集粒子を得た。得られた凝集粒子分散液のpHは8.2であった。体積平均粒径4.3μm、変動係数21.1であった。その後水温を60℃とし、第二のシェル用樹脂粒子分散液RH5を43g、添加し、1N NaOHを投入し、pHを8.6とした。そして水温を85℃の条件で0.5時間加熱し、その後1N HClを添加し、pHを6.6とした。その後さらに90℃の条件で2時間加熱した。冷却後、反応生成物(トナー母体)をろ過し、イオン交換水にて3回洗浄を行った。その後得られたトナー母体を流動式乾燥機で40℃で6時間乾燥させることにより、体積平均粒径5.2μm、変動係数22.1であった。トナー母体m17を得た。
図15−1ABにSEM観察像を示す。Aは5000倍、Bは10000万倍の拡大である。表面に微細な凹凸は観察されるが、形状がかなり不定形状に近いものとなった。KCは141、BTs/BTkは7.20であった。
(18)トナー母体m18の作成
温度計、冷却管をある4つ口フラスコ2000mlに、樹脂粒子分散液RL3を204g、顔料粒子分散液PM1を30g、ワックス粒子分散液wa10を50g、イオン交換水300mlを投入し、ホモジナイザー(IKA社製:ウルトラタラックスT25)を用いて10min混合して混合粒子分散液を調製した。
得られた混合粒子分散液に1N NaOHを投入し、pHを10.0とし、その後30%濃度の硫酸マグネシウム水溶液を270g添加し、10min攪拌した。その後5℃/minの速度で22℃から70℃まで昇温し、その後70℃で2時間加熱した。その後温度を90℃に昇温し、5時間処理して凝集粒子を得た。得られた凝集粒子分散液のpHは7.5であった。体積平均粒径9.8μm、変動係数24.1であった。
その後水温を60℃とし、第二のシェル用樹脂粒子分散液RH4を43g添加し、1N NaOHを投入し、pHを6.0とした。そして水温を80℃の条件で1時間加熱し、その後1N HClを添加し、pHを5.5とした。その後さらに90℃の条件で5時間加熱した。冷却後、反応生成物(トナー母体)をろ過し、イオン交換水にて3回洗浄を行った。その後得られたトナー母体を流動式乾燥機で40℃で6時間乾燥させることにより、体積平均粒径10.8μm、変動係数28.8のトナー母体m18を得た。二次凝集した粒子が多く存在し、形状がかなり不定形状に近く、KCは142となった。
(19)トナー母体m19の作成
温度計、冷却管をある4つ口フラスコ2000mlに、樹脂粒子分散液RL3を204g、顔料粒子分散液PM1を30g、ワックス粒子分散液wa11を50g、イオン交換水300mlを投入し、ホモジナイザー(IKA社製:ウルトラタラックスT25)を用いて10min混合して混合粒子分散液を調製した。
得られた混合粒子分散液に1N NaOHを投入し、pHを9.0とし、その後30%濃度の硫酸マグネシウム水溶液を270g添加し、10min攪拌した。その後5℃/minの速度で22℃から90℃まで昇温し、その後90℃で6時間加熱処理して凝集粒子を得た。得られた凝集粒子分散液のpHは6.5であった。体積平均粒径13.5μm、変動係数33.8であった。
その後水温を60℃とし、第二のシェル用樹脂粒子分散液RH4を43g添加し、1N NaOHを投入し、pHを4.8とした。そして水温を90℃の条件で1時間加熱し、その後1N HClを添加し、pHを3.0とした。その後さらに90℃の条件で5時間加熱した。冷却後、反応生成物(トナー母体)をろ過し、イオン交換水にて3回洗浄を行った。その後得られたトナー母体を流動式乾燥機で40℃で6時間乾燥させることにより、トナー母体m19を得た。体積平均粒径14.8μm、変動係数35.1のブロードな粒度分布となった。二次凝集した粒子が多く存在し、形状がかなり不定形状に近く、KCは145となった。
(20)トナー母体m20の作成
温度計、冷却管をある4つ口フラスコ2000mlに、樹脂粒子分散RL3を204g、20wt%濃度の顔料粒子分散液PM1を30g、30wt%濃度のワックス粒子分散液wa12を50g、イオン交換水300mlを投入し、ホモジナイザー(IKA社製:ウルトラタラックスT50)を用いて10min混合して混合粒子分散液を調製した。
得られた混合粒子分散液に1N NaOHを投入し、pHを9.2とし、その後30%濃度の硫酸マグネシウム水溶液を270g添加し、10min攪拌した。その後5℃/minの速度で22℃から85℃まで昇温し、その後85℃で5時間加熱処理して凝集粒子を得た。得られた凝集粒子分散液のpHは6.5であった。体積平均粒径19.5μm、変動係数35.1であった。
その後水温を60℃とし、第二のシェル用樹脂粒子分散液RH4を43g添加し、1N NaOHを投入し、pHを4.8とした。そして水温を90℃の条件で1時間加熱し、その後1N HClを添加し、pHを3.0とした。その後さらに90℃の条件で5時間加熱した。冷却後、反応生成物(トナー母体)をろ過し、イオン交換水にて3回洗浄を行った。その後得られたトナー母体を流動式乾燥機で40℃で6時間乾燥させることにより、トナー母体m20を得た。体積平均粒径21.0μm、変動係数38.8のブロードな粒度分布となった。
(21)トナー母体M21の作成
温度計、冷却管をある4つ口フラスコ2000mlに、第一の樹脂粒子分散液RL1を204g、顔料粒子分散液PM1を30g、ワックス粒子分散液WA1を25g、イオン交換水300mlを投入し、ホモジナイザー(IKA社製:ウルトラタラックスT25)を用いて10min混合して混合粒子分散液を調製した。得られた混合分散液のpHは3.3であった。
その後得られた混合分散液に1N NaOHを投入し、pHを11.5とし、その後30%濃度の硫酸マグネシウム水溶液を246g添加し、10min攪拌した。その後3℃/minの速度で22℃から70℃まで昇温し、その後70℃で2時間加熱した。その後温度を85℃に昇温し、5時間処理して凝集粒子を得た。そのままの温度状態で、第五のシェル用樹脂粒子分散液RH8を53g添加し、85℃の条件で1時間加熱し、その後さらに90℃の条件で3時間加熱した。冷却後、反応生成物(トナー母体)をろ過し、イオン交換水にて3回洗浄を行った。その後得られたトナー母体を流動式乾燥機で40℃で6時間乾燥させることにより、体積平均粒径5.5μm、変動係数17.2のトナー母体M21を得た。KCは128、BTs/BTkは4.50、表面凹凸状指数(黒化率)は79.4であった。
(表8)に本実施例で使用する外添剤を示す。その帯電量(μC/g)はノンコートのフェライトキャリアとの摩擦帯電のブローオフ法により測定したものである。25℃45RH%の環境下で、100mlのポリエチレン容器にキャリア50gとシリカ等0.1gを混合し、縦回転にて100min-1の速度で5分、30分間攪拌した後、0.3g採取し、窒素ガス1.96×104(Pa)で1分間ブローした。
負帯電性では5分値が−100〜−800μC/gで、30分の値が−50〜−600μC/gであることが好ましい。高い帯電量のシリカでは少量の添加量で機能を発揮できる。
(表9)に本実施例に本実施例で使用したトナー材料組成を示す。他の黒トナー、シアントナー、イエロートナーは顔料にPB1,PC1,PY1を使用して、他の組成はマゼンタトナー組成と同様とした。
外添剤はトナー母体100重量部に対する配合量(重量部)を示している。外添処理はFM20B(三井鉱山社)において、攪拌羽根Z0S0型、回転数2000min-1、処理時間5min、投入量1kgで行った。
図1は本実施例で使用したフルカラー画像形成用の画像形成装置の構成を示す断面図である。図1において、カラー電子写真プリンタの外装筐は省略している。
転写ベルトユニット17は、転写ベルト12、弾性体よりなる第1色(イエロー)転写ローラ10Y、第2色(マゼンタ)転写ローラ10M、第3色(シアン)転写ローラ10C、第4色(ブラック)転写ローラ10K、アルミローラよりなる駆動ローラ11、弾性体よりなる第2転写ローラ14、第2転写従動ローラ13、転写ベルト12上に残ったトナー像をクリーニングするベルトクリーナブレード16、クリーナブレードに対向する位置にローラ15を設けている。
このとき、第1色(Y)転写位置から第2色(M)転写位置までの距離は70mm(第2色(M)転写位置から第3色(C)転写位置、第3色(C)転写位置から第4色(K)転写位置も同様距離)、感光体の周速度は125mm/sである。
転写ベルト12は、絶縁性ポリカーボネート樹脂中に導電性のフィラーを混練して押出機にてフィルム化して用いる。本実施例では、絶縁性樹脂としてポリカーボネート樹脂(たとえば三菱ガス化学製,ユーピロンZ300)95重量部に、導電性カーボン(たとえばケッチェンブラック)5重量部を加えてフィルム化したものを用いた。また、表面にフッ素樹脂をコートし、厚みは約100μm、体積抵抗は107〜1012Ω・cm、表面抵抗は107〜1012Ω/□である。ドット再現性を向上させるためもある。転写ベルト12の長期使用による弛みや,電荷の蓄積を有効に防止できるようにするためであり、また、表面をフッ素樹脂でコートしているのは、長期使用による転写ベルト表面へのトナーフィルミングを有効に防止できるようにするためである。体積抵抗が107Ω・cmよりも小さいと、再転写が生じ易く、1012Ω・cmよりも大きいと転写効率が悪化する。
第1転写ローラは外径8mmのカーボン導電性の発泡ウレタンローラで、抵抗値は102〜106Ωである。第1転写動作時には、第1転写ローラ10は、転写ベルト12を介して感光体1に1.0〜9.8(N)の押圧力で圧接され、感光体上のトナーがベルト上に転写される。抵抗値が102Ωよりも小さいと、再転写が生じ易い。106Ωよりもおおきと転写不良が生じ易くなる。1.0(N)よりも小さいと転写不良を生じ、9.8(N)よりも大きいと転写文字抜けが生じる。
第2転写ローラ14は外径10mmのカーボン導電性の発泡ウレタンローラで、抵抗値は102〜106Ωである。第2転写ローラ14は、転写ベルト12及び紙、OHP等の転写媒体19とを介して転写ローラ13に圧接される。この転写ローラ13は転写ベルト12に従動回転可能に構成している。第2次転写での第2転写ローラ14と対向転写ローラ13とは5.0〜21.8(N)の押圧力で圧接され、紙等の記録材上19に転写ベルトからトナーが転写される。抵抗値が102Ωよりも小さいと、再転写が生じ易い。106Ωよりもおおきと転写不良が生じ易くなる。5.0(N)よりも小さいと転写不良となり、21.8(N)よりも大きいと負荷が大きくなり、ジッタが出やすくなる。
イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、黒(B)の各色用の4組の像形成ユニット18Y、18M、18C、18Kが、図のように直列状に配置されている。
各像形成ユニット18Y、18M、18C、18K、中に入れた現像剤を除きそれぞれ同じ構成部材よりなるので、説明を簡略化するためY用の像形成ユニット18Yについて説明し、他色用のユニットの説明については省略する。
像形成ユニットは以下のように構成されている。1は感光体、3は画素レーザ信号光、4は内部に1200ガウスの磁力を有する磁石を有するアルミよりなる外径10mmの現像ロ−ラで、感光体とギャップ0.3mmで対向し、矢印の方向に回転する。6は攪拌ローラで現像器内のトナーとキャリアを攪拌し、現像ローラへ供給する。キャリアとトナーの配合比を透磁率センサーにより読み取り(図示せず)、トナーホッパー(図示せず)から適時供給される構成である。5は金属製の磁性ブレードで現像ローラ上に現像剤の磁気フ゛ラシ層を規制する。現像剤量は150g投入している。ギャップは0.4mmとした。電源は、省略しているが、現像ローラ4には−500Vの直流と、1.5kV(p−p)、周波数6kHzの交流電圧が印可される。感光体と現像ローラ間の周速度比は1:1.6とした。またトナーとキャリアの混合比は93:7とし、現像器中の現像剤量は150gで行った。
2はエピクロルヒドリンゴムよりなる外径10mmの帯電ローラで直流バイアス−1.2kVが印加される。感光体1表面を−600Vに帯電する。8はクリーナ、9は廃トナーボックス、7は現像剤である。
紙搬送は転写ユニット17の下方から搬送され、転写ベルト12と第2転写ローラ14との圧接されたニップ部に紙給送ローラ(図示せず)により紙19が送られてくるように、紙搬送路が形成されている。
転写ベルト12上のトナーは第2転写ローラ14に印加された+1000Vにより紙19に転写され、定着ローラ201、加圧ローラ202、定着ベルト203、加熱媒体ローラ204、インダクションヒータ部205から構成される定着部に搬送され、ここで定着される。
図2にその定着プロセス図を示す。定着ローラ201とヒートローラ204との間にベルト203がかけられている。定着ローラ201と加圧ローラ202との間に所定の加重がかけられており、ベルト203と加圧ローラ202との間でニップが形成される。ヒートローラ204の外部周面にはフェライトコア206、とコイル207よりなるインダクションヒータ部205が設けられ、外面には温度センサー208が配置されている。
ベルトは30μmのNiを基体としてその上にシリコーンゴムを150μm、さらにその上にPFAチューブ30μmの重ねあわせた構成である。
加圧ローラ202は加圧バネ209により定着ローラ201に押しつけられている。トナー210を有する記録材19は、案内板211に沿って動く。
定着部材としての定着ローラ201は、長さが250mm、外径が14mm、厚さ1mmのアルミニウム製中空ローラ芯金213の表面に、JIS規格によるゴム硬度(JIS−A)が20度のシリコーンゴムからなる厚さ3mmの弾性層214を設けている。この上にシリコーンゴム層215が3mmの厚みで形成され外径が約20mmとなっている。図示しない駆動モータから駆動力を受けて125mm/sで回転する。
ヒートローラ204は肉厚1mm、外径20mmの中空パイプからなっている。定着ベルト表面温度はサーミスタを用いて表面温度170度に制御した。
加圧部材としての加圧ローラ202は、長さが250mm、外径20mmである。これは外径16mm、厚さ1mmのアルミニウムからなる中空ローラ芯金216の表面にJIS規格によるゴム硬度(JIS−A)が55度のシリコーンゴムからなる厚さ2mmの弾性層217を設けている。この加圧ローラ202は、回転可能に設置されており、片側147Nのバネ加重のバネ209によって定着ローラ201との間で幅5.0mmのニップ幅を形成している。
以下、動作について説明する。フルカラーモードではY,M,C,Kのすべての第一転写ローラ10が押し上げられ、転写ベルト12を介して像形成ユニットの感光体1を押圧している。この時第一転写ローラには+800Vの直流バイアスが印可される。画像信号がレーザ光3から送られ、帯電ローラ2により表面が帯電された感光体1に入射し、静電潜像が形成される。感光体1と接触し回転する現像ローラ4上のトナーが感光体1に形成された静電潜像を顕像化する。
このとき像形成ユニット18Yの像形成の速度(感光体の周速に等しい125mm/s)と転写ベルト12の移動速度は感光体速度が転写ベルト速度よりも0.5〜1.5%遅くなるように設定されている。
像形成工程により、Yの信号光3Yが像形成ユニット18Yに入力され、Yトナーによる像形成が行われる。像形成と同時に第1転写ローラ10Yの作用で、Yトナー像が感光体1Yから転写ベルト12に転写される。このとき第1転写ローラ10Yには+800Vの直流電圧を印加した。
第1色(Y)第一転写と第2色(M)第一転写間のタイムラグを持たせて、Mの信号光3Mが像形成ユニット18Mに入力され、Mトナーによる像形成が行われ、像形成と同時に第1転写ローラ10Mの作用で、Mトナー像が感光体1Mから転写ベルト12に転写される。このとき第一色(Y)トナーが形成されている上にMトナーが転写される。同様にC(シアン)、K(ブラック)トナーによる像形成が行われ、像形成と同時に第1転写ローラ10C、10Bの作用で、YMCKトナー像が転写ベルト12上に形成される。いわゆるタンデム方式と呼ばれる方式である。
転写ベルト12上には4色のトナー像が位置的に合致して重ね合わされカラー像が形成された。最後のBトナー像の転写後、4色のトナー像はタイミングを合わせて給紙カセット(図示せず)から送られる紙19に、第2転写ローラ14の作用で一括転写される。このとき転写ローラ13は接地し、第2転写ローラ14には+1kVの直流電圧を印加した。紙に転写されたトナー像は定着ローラ対201・202により定着された。紙はその後排出ローラ対(図示せず)を経て装置外に排出された。中間転写ベルト12上に残った転写残りのトナーは、クリーニングブレード16の作用で清掃され次の像形成に備えた。
(表10)に図1の電子写真装置により、画像評価を行い、画像濃度、地カブリ、フルカラー画像における転写性、クリーニング性の状態結果を示す。帯電量はフェライトキャリアとの摩擦帯電のブローオフ法により測定したものである。25℃45%RHの環境下で、耐久性評価のサンプルを0.3g採取し、窒素ガス1.96×104(Pa)で1分間ブローした。
現像剤を用いて画像出しを行ったところ、横線の乱れやトナーの飛び散り、文字の中抜けなどがなくベタ黒画像が均一で、16本/mmの画線をも再現した極めて高解像度高画質の画像が得られ、画像濃度1.3以上の高濃度の画像が得られた。また、非画像部の地かぶりも発生していなかった。更に、A4用紙100万枚の長期耐久テストにおいても、流動性、画像濃度とも変化が少なく安定した特性を示した。また現像時の全面ベタ画像を取ったときの均一性も良好であった。現像メモリーも発生していない。連続使用時においても、縦筋の異常画像は発生しなかった。キャリアへのトナー成分のスペントもほとんど生じていない。キャリア抵抗の変化、帯電量の低下も少なく、カブリの発生はない。トナー急速補給時の帯電立ち上がり性も良好であり、高湿環境下でかぶりが増大する現象はみられなかった。また長期使用時、高い飽和帯電量が得られ長期間維持できた。低温低湿下での帯電量の変動はほとんど生じていない。また転写においても中抜けは実用上問題ないレベルであり、転写効率は95%程度を示した。感光体上でのゴムブレードを使用した低温低湿下での残留トナーのクリーニングも良好に行えた。また転写ベルトのクリーニング不良も未発生であった。また、感光体、転写ベルトへのトナーのフィルミングも実用上問題ないレベルであった。また定着時のトナーの乱れやトナー飛びもほとんど生じていない。また3色の重なったフルカラー画像においても、転写不良は発生せず、定着時において、定着ベルトへの紙の巻付きは発生しなかった。
cm1、cm2トナーでは転写性は良好に行えたが、感光体上でのゴムブレードを使用した低温低湿下での残留トナーのクリーニングが不良ですり抜けるトナーが多い。
cm3、cm4トナーでは、クリーニング性は良好であったが、転写時の文字中抜け、逆転写性が悪化した。
cm1、cm2、cm3、cm4、cm5、cm6、cm7では画像濃度の低下、カブリも目立った。また二成分現像で全面ベタ画像をとり続けてトナーを急速に補給したときに、帯電低下が生じ、かぶりが増大した。高湿環境下でその現象が特に悪化した。
(表11)に、トナーが,マゼンタ、シアン、イエローの3色重なったフルカラー画像における定着性や定着ベルトへの紙の巻付き性を評価した。
付着量1.2mg/cm2のベタ画像をプロセス速度125mm/s、オイルを塗布しないベルトを用いた定着装置にて、OHP透過率(定着温度160℃)、高温でのオフセット性を評価した。OHP透過率は、分光光度計U−3200(日立製作所)で、700nmの光の透過率を測定した。
貯蔵安定性は50℃24時間の放置後の結果を示す。定着ニップ部でOHPのジャムは発生しなかった。普通紙の全面ベタグリーン画像では、オフセットは20万枚では全く発生しなかった。シリコーン又はフッ素系の定着ベルトでオイルを塗布せずともベルトの表面劣化現象はみられない。OHP透光性が80%以上を示しており、またオイルを使用しない定着ローラにおいて非オフセット温度幅も広い範囲で得られた。また50℃24時間の貯蔵安定性においても凝集はほとんど見られなかった(○レベル)。