JP2007248867A - 電子写真用トナー - Google Patents

Abstract

【課題】外添剤の凝集による生ずるかぶり、白スジ、感光体の劣化、帯電ロール汚染を防止した電子写真用トナーを提供すること。
【解決手段】粒径の異なる３種類の無機物質粒子を外添したトナーであって、前記３種類の無機物質粒子は、平均粒径１〜２０ｎｍの第１の無機物質粒子、平均粒径２０〜５０ｎｍであってかつ第１の無機物質粒子より大きい平均粒径の第２の無機物質粒子、及び平均粒径が５０ｎｍ以上であってかつ第２の無機物質粒子より大きい平均粒径の第３の無機物質粒子であり、これら無機物質粒子は、いずれもシリコーンオイルで表面処理されていることを特徴とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、電子写真用トナーに係り、特に、複数種の無機物質粒子を外添した電子写真用トナーに関する。

電子写真方式による画像形成は、一般に光導電性材料よりなる感光層を有するドラムに均一な静電荷を与えた後、画像露光を行うことにより、静電潜像を形成し、これを帯電したトナーで現像して可視化し、得られたトナー像を用紙に転写することにより行われる。

現像剤としては、主にキャリアとトナーで構成される二成分現像剤と、キャリアを必要としない一成分現像剤がある。トナーの帯電は、二成分現像剤では、キャリアとトナーとの混合による摩擦で行い、一成分現像剤では、トナー同士の摩擦もしくは、現像ロールに圧接されているドクターブレードとの摩擦により行われる。

現像剤の種類によらず、主にトナーの流動性、帯電性を調整する目的で、トナー粒子の表面に外添剤として、金属酸化物等の無機微粒子や有機樹脂微粒子を添加する方法が広く知られている。

外添剤に関しては、これまで多くの提案がなされている。外添剤の粒径に関しては、流動性を付与するには平均粒径が２０ｎｍ以下の比較的小粒径のシリカが広く使われているが、トナーが現像器内で撹拌されることでシリカがトナー粒子内に埋没し、流動性、帯電性が安定しないなどの問題があった。

これに対し、上記小粒径シリカより大きい粒径の無機微粒子を添加することにより、小粒径シリカのトナー粒子内への埋没を防ぎ、流動性を安定させる方法が提案されており、また、粒径の異なる２種類の外添剤を添加する方法も知られている（例えば特許文献１参照）。

また、高温高湿や低温低湿での極端な環境下でも、安定した画像を得るため、外添剤の表面処理に関しても、いくつかの提案がなされている。

具体的な処理剤としては、ジメチルシロキサン、ヘキサメチルジシラザン、アミノシラン、アルキルシランなどが一般的であり、外添剤に疎水性を付与することで、環境安定性を向上させると共に、帯電量の調整を行うことができる（例えば、特許文献２参照）。

外添剤としては、シリカの他、アルミナ、チタニア、ジルコニア、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム等が挙げられ、帯電量、帯電の立ち上りの調整、ドラムの研磨などの目的で、適宜選択されている（例えば、特許文献３参照）。なお、特許文献３では、特定のチタン酸ストロンチウム及びチタニア、シリカ等を外添している。

一方、近年、画像形成の高速化、高画質化が求められているが、高速化のためには、トナーに対し、従来よりも帯電の立ち上りと安定性が要求されている。また、高画質化では、トナーの小粒径化が求められているが、トナーの粒径が小さくなると、比表面積の増加、流動性の悪化により、従来よりも外添剤の添加量が増えてしまう。

外添剤が添加量が増えることにより発生する顕著な問題として、外添剤が凝集する問題が挙げられる。外添剤の凝集とは、外添工程でのトナーへの均一な付着及び外添剤の分散が悪化し、外添剤が凝集し、トナー中に混在してしまうことであり、多くの不具合を発生させる。例えば、トナーの帯電量にばらつきを生じさせたり、感光体を傷つけたり、フィルミングを発生させてしまう。転写後の感光体にクリーニングブレードを接触させ、転写残トナーをクリーニングする場合、外添剤の凝集物はトナー粒子に比べ小さいために、クリーニングされずにブレードを通過してしまい、帯電ロールを汚染し、感光体への均一な帯電を阻害し、画像欠陥を招いてしまう。

更に、一成分現像剤の場合、現像ロールとドクターブレードの間に詰まりを生じさせ、画像欠陥が発生したり、二成分現像剤の場合、キャリアに外添剤凝集物が付着し、トナーに最適な帯電を付与することができなくなるという問題もある。

外添剤の凝集物により生ずる問題は、従来からあったが、外添剤の添加量が増えることでより顕著に現れている。特に、複数の異なる外添剤を同時に添加する場合に顕著である。
特開平０６−１６７８２７ 特開２００１−３５６５２１ 特開平１０−１０７７０

本発明は、このような事情の下になされ、外添剤の凝集による生ずるかぶり、白スジ、感光体の劣化、帯電ロール汚染を防止した電子写真用トナーを提供することを目的とする。

本発明者らは、上記問題を改善するため、検討を行った結果、粒径の異なる複数種類の外添剤を同時に添加する場合、これら複数種類の外添剤にシリコーンオイルによる同一の表面処理を行うことにより、上記問題を解決し得ることを見出した。

即ち、本発明は、粒径の異なる３種類の無機物質粒子を外添したトナーであって、前記３種類の無機物質粒子は、平均粒径１〜２０ｎｍの第１の無機物質粒子、平均粒径２０〜５０ｎｍであってかつ第１の無機物質粒子より大きい平均粒径の第２の無機物質粒子、及び平均粒径が５０ｎｍ以上であってかつ第２の無機物質粒子より大きい平均粒径の第３の無機物質粒子であり、これら無機物質粒子は、いずれもシリコーンオイルで表面処理されていることを特徴とする電子写真用トナーを提供する。

かかる本発明の電子写真用トナーにおいて、シリコーンオイルとして、ポリジメチルシロキサンを用いることができる。
また、第１の無機物質粒子と第２の無機物質粒子をシリカとし、第３の無機物質粒子をチタニアとすることができる。
本発明の電子写真用トナーは、５〜７μｍの平均粒径を有することが好ましい。

本発明はまた、上述したトナーであって、トナーを担持搬送するための弾性現像ローラと、この弾性現像ローラ上に前記トナーを薄層状に形成するように前記トナーの厚さを規制するためのトナー層規制部材とを備え、前記弾性現像ローラの搬送速度が１００ｍｍ／秒以上である現像装置に用いられる電子写真用トナーを提供する。

本発明によると、いずれもシリコーンオイルで表面処理された、小粒径外添剤、中粒径外添剤、及び大粒径外添剤の３種の外添剤を外添することにより、外添剤の凝集が防止され、外添剤の凝集により生ずるかぶり、白スジ、感光体の劣化、帯電ロール汚染を防止することが可能な電子写真用トナーが提供される。

以下、発明を実施するための最良の形態について説明する。

本発明の一実施形態に係る電子写真用トナーは、粒径の異なる３種類の無機物質粒子を外添したトナーであって、これら無機物質粒子が、いずれもシリコーンオイルで表面処理されていることを特徴とする。シリコーンオイルとしては、ポリジメチルシロキサンを好ましく用いることができる。シリコーンオイルではないヘキサメチルジシラザンやアルキルシランでは、本発明の効果を得ることができない。

前記３種類の無機物質粒子は、平均粒径１〜２０ｎｍの第１の無機物質粒子、平均粒径２０〜５０ｎｍであってかつ第１の無機物質粒子より大きい平均粒径の第２の無機物質粒子、及び平均粒径が５０ｎｍ以上であってかつ第２の無機物質粒子より大きい平均粒径の第３の無機物質粒子である。

これらの無機物質粒子のうち、第１の無機物質粒子はトナーに流動性を付与して、トナー補給性を改善し、第２の無機物質粒子はトナーのベタ追従性を改善し、第３の無機物質粒子は転写性を向上させる機能を有する。

第１〜第３の無機物質粒子の材質としては、シリカ、チタニア、アルミナ、ジルコニア等を挙げることができるが、シリカ、チタニアが好ましい。

第１〜第３の無機物質粒子は、すべて同一の材質でも、異なる材質であってもよい。しかし、シリカは、大粒径のものが得にくいため、第１の無機物質粒子と第２の無機物質粒子がシリカであり、第３の無機物質粒子がチタニアであることが望ましい。

第１〜第３の無機物質粒子は、すべて表面処理されている。本発明者らは、外添剤の凝集について、検討を重ねた結果、３種の外添剤粒子にすべて同一の表面処理、即ち疎水性処理を行うことにより、外添剤の凝集を防止し得ることを見出した。そして、ポリジメチルシロキサンのようなシリコーンオイルにより表面処理した場合に、外添剤の凝集により生ずるすべての不具合を解消し得ることを見出した。

図１は、以上説明した本発明の電子写真用トナーを用いて画像形成をするための画像形成装置を示す。

図１に示す画像形成装置は、現像装置１と感光体ドラム２とを備えている。現像装置１は、内部にトナーを収容するトナーホッパー３、トナーを供給する供給ロール４、供給ロール４から供給されたトナーを感光体ドラム２に付与し、感光体ドラム２の表面の静電潜像を現像する弾性体からなる現像ローラ５、この現像ローラ５に摺接して、現像ローラ５表面のトナー層の厚さを規制するドクターブレード６を具備している。感光体ドラム２の周囲には、感光体ドラム２の表面を一様に帯電する帯電ロール７、帯電した感光体ドラム２の表面に原稿像を露光して、静電潜像を形成するＬＥＤ８が配置されている。

感光体ドラム２の下部には、転写ベルト９が感光体ドラム２の回転とともに走行しており、転写シート１０により感光体ドラム２と接触して、現像されたトナー像は、用紙１１に転写される。なお、転写後も感光体ドラム２の表面に残留する、転写されなかったトナーは、クリーニングブレード１２により除去される。

以上のように構成される画像形成装置に上述した本実施形態に係るトナーを実装し、弾性現像ローラの搬送速度を１００ｍｍ／秒以上の高速で動作させても、外添剤の凝集による生ずる白スジ、感光体の劣化、及び帯電ロール汚染が発生することはない。

実施例
ポリエステル樹脂とマゼンタ顔料（Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド５７：１）を樹脂：顔料が７：３の重量比になるように加圧ニーダーに仕込み混練し、得られた混練物をフェザーミル（２ｍｍパス）で粉砕し、顔料マスターバッチを得た。次いで、結着樹脂としてポリエステル樹脂（軟化点１４７℃、ガラス転移点７５℃）８３重量部、着色剤として、マゼンタ顔料マスターバッチ１０重量部、離型剤として、「カルナバワックス１号粉末」（加藤洋行輸入品）６重量部、帯電制御剤として、「ＬＲ−１４７」（日本カーリット社製：有機ホウ素化合物）１重量部を、合計で５０ｋｇになるよう計量し、１５０Ｌのヘンシェルミキサーに投入し、１０００ｒｐｍで３分間混合した。混合物をテーブルフィーダーで連続式２本ロール型混練機へ供給し、混練物を得た。原料供給量は２５ｋｇ／ｈで行った。

得られた混練物を冷却ベルトにて冷却した後、ロートプレックス（ホソカワミクロン社製、２ｍｍ径スクリーン）で粗粉砕し、粗粉砕物を衝突式粉砕機・風力分級機にて、トナー平均粒径が６．０μｍになるように粉砕分級を行い、着色微粒子を得た。

以上のようにして得た着色微粒子に、下記表１に示す種類・割合で外添剤を添加混合し、１２種のトナー試料を得た。

顔料マスターバッチ及び、結着樹脂として使用したポリエステル樹脂は、アルコール単量体として、ポリオキシエチレン化ビスフェノールＡとポリオキシプロピレン化ビスフェノールＡを用い、カルボン酸単量体としてテレフタル酸、ドデセニルコハク酸を主成分として用いたものを使用した。

以上のトナーの製造における混練機の条件、各特性値の測定方法、混合条件を以下に示す。

１．混練機の条件
連続式２本ロール型混練機は、ロール径０．１６ｍ、有効ロール長さ０．７ｍのものを使用した。フロントロールの設定温度は供給側１２０℃、排出側７０℃、バックロールの設定温度は供給・排出側ともに３０℃、フロントロールの回転数は７５ｒｐｍ、バックロールの回転数は５０ｒｐｍに設定した。

２．軟化点の測定
試料１ｇについて、装置としてフローテスター（島津製作所製、ＣＦＴ−５００Ｄ）を用いて、１／２法により試料の半分が流出した温度を軟化点とした。測定条件は、下記の通りである。

昇温速度：６℃／分
荷重：２０ｋｇ
ノズル：直径１ｍｍ、長さ１ｍｍ
３．ガラス転移点（Ｔｇ）の測定
装置として示差走査熱量計（島津製作所社製：ＤＳＣ−６０）を用い、試料８ｍｇを１０℃／分で１６０℃まで昇温し、降温速度１０℃／分で３５℃まで冷却した後、再度１０℃／分で１６０℃まで昇温し、２回目の昇温時において、転移により得られる曲線部分の２つの接線の交点をガラス転移点とした。

４．トナー粒径の測定
ビーカーにトナー少量と精製水、界面活性剤を入れ、超音波洗浄器にて分散したものを試料として用い、マルチサイザーII（コールター社製）により測定した。アパーチャーは１００μｍで行い、カウントは５０，０００個で行い、体積平均粒径を得た。

５．無機微粒子の粒径の測定
５０ｎｍ未満の場合は、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）にて、複数サンプルを取り、１次粒子径を測定し、その平均値を粒径とした。５０ｎｍ以上の場合は、試料をエタノールに入れ、超音波分散機で分散させた後、動的光散乱式粒径分布測定装置「ＬＢ−５００」（商品名：堀場製作所製）を用い、粒径の測定を行った。

６．外添剤混合条件
容積２０Ｌのヘンシェルミキサーに着色微粒子を３．０ｋｇ投入した。着色剤微粒子１００重量部に対し、下記表に示す条件で外添剤を添加し、混合した。撹拌羽としては強撹拌羽を装着し、風速４０ｍ／ｓｅｃで回転させた。

以下に、以上のようにして製造したトナーについての画像形成試験の方法と評価基準について説明する。

試験１−かぶり
非磁性一成分現像装置「カシオページプレストＮ−５」（カシオ計算機社製：カラープリンタ毎分２９枚（Ａ４横）機、プロセススピード１２９ｍｍ／ｓｅｃ）にトナーを実装し、通常環境（２５℃、５０％ＲＨ）において、普通紙（ＸＥＲＯＸ−Ｐ紙Ａ４サイズ）を用いて５％印字画像を１０，０００枚連続印字した後、白紙印字を行い、印字している途中でフロント扉を開けることにより、印字を強制終了させ、その時のＯＰＣドラム上のカブリトナーをメンディングテープに写しとり、白紙に貼り付けて、カブリトナーを採取していないテープと比較した。

測定は分光式色差計「ＳＥ−２０００」（商品名：日本電色社製）を用いて得られるＸＹＺ値より、かぶり前後の差の最大値をカブリ値として求め、下記の基準で評価した。

◎：カブリ値が２未満で非常に良好
○：カブリ値が２以上５未満で良好
△：カブリ値が５を超え、１０未満で実用上問題ないレベル
×：カブリ値が１０以上で不良
試験２−外添剤凝集による白スジ
試験１と同様の装置を用い、通常環境（２５℃、５０％ＲＨ）において、５％印字画像を１６，０００枚連続印字した。途中、２，０００枚おきにベタ画像、ハーフトーン画像を印字し、ブレード融着による白スジの発生枚数により下記の基準で評価した。

◎：１６，０００枚まで発生しない
○：１４，０００枚以降に発生（実用上問題ないレベル）
×：１４，０００枚未満で発生
試験３−感光体劣化
試験１で使用した装置を用い、通常環境（２５℃、５０％ＲＨ）において、普通紙（ＸＥＲＯＸ−Ｐ紙Ａ４サイズ）を用いて５％印字画像を３０，０００枚連続印字した後、ハーフトーン画像、ベタ画像を印字し、感光体フィルミング、及び感光体キズが原因となって画像劣化がないかどうか確認すると共に、目視にて感光体表面を観察し、下記の基準で評価した。

◎：感光体の劣化はみられない
○：画像には出ないが感光体の劣化がある
×：画像に出るほどの感光体の劣化がある
試験４−帯電ロール汚染
試験３の評価の際に、帯電ロール汚れによる画像劣化を確認するとともに、帯電ロール上の汚れを確認した。下記の基準で評価した。

◎：帯電ロールの汚染はみられない
○：画像には出ないが帯電ロールの汚染がある
×：画像に出るほどの帯電ロールの汚染がある
１２種のトナー試料について、上記試験を行い、評価した結果を下記表１に示す。

表面処理の略語は以下の通りである。

ＰＤＭＳ：ポリジメチルシロキサン
ＨＭＤＳ：ヘキサメチルジシラザン
ＲＳ：アルキルシラン
なお、第１の外添剤及び第２の外添剤として用いた、種々の粒径の、種々の表面処理がされた無機物質は、日本アエロジル社より入手した。

第３の外添剤に使用したチタニアは、アナターゼ型の酸化チタン（富士チタン工業社製）に各表面処理を行ったものである。

実施例４で使用した粒径５１０ｎｍのアルミナは、住友金属工業社製「ＡＫＰ−２０」に表面処理を行ったものである。

上記表から、次のことがわかる。即ち、いずれもシリコーンオイルであるポリジメチルシロキサンで表面処理された粒径の異なる３種類の無機物質粒子を外添した実施例１〜５に係るトナーは、かぶり、外添剤凝集による白スジ、感光体劣化、帯電ロール汚染について、いずれも良好な結果が得られている。

これに対し、比較例１〜３に係るトナーは、粒径の異なる３種類の無機物質粒子が外添されているが、無機物質粒子により表面処理の種類が異なっているとともに、シリコーンオイル以外の物質による処理を含むため、外添剤の凝集による白スジ及び帯電ロール汚染において、劣った試験結果となっている。また、同一の表面処理ではあるが、シリコーンオイルではないヘキサメチルジシラザンにより表面処理されている比較例４では、凝集スジに関しては良好であったが、かぶり、感光体劣化が悪化した。第３の外添剤を用いていない比較例５では、感光体劣化が発生し、第２の外添剤を用いていない比較例６では、かぶり、感光体劣化、帯電ロール汚染が発生した。

なお、第１の外添剤を用いていない比較例７では、トナーの流動性が悪く、現像ロール上の薄層形成が不均一となったため、評価を中止した。

本発明の一実施形態に係るトナーを用いる画像形成装置の概略を示す図である。

符号の説明

１…現像装置、２…感光体ドラム、３…トナーホッパー、４…供給ロール、５…現像ロール、６…ドクターブレード、７…帯電ロール、８…ＬＥＤ、９…転写ベルト、１０…転写シート、１１…用紙、１２…クリーニングブレード。

Claims (5)

1. 粒径の異なる３種類の無機物質粒子を外添したトナーであって、前記３種類の無機物質粒子は、平均粒径１〜２０ｎｍの第１の無機物質粒子、平均粒径２０〜５０ｎｍであってかつ第１の無機物質粒子より大きい平均粒径の第２の無機物質粒子、及び平均粒径が５０ｎｍ以上であってかつ第２の無機物質粒子より大きい平均粒径の第３の無機物質粒子であり、これら無機物質粒子は、いずれもシリコーンオイルで表面処理されていることを特徴とする電子写真用トナー。
2. 前記シリコーンオイルは、ポリジメチルシロキサンであることを特徴とする請求項１に記載の電子写真用トナー。
3. 前記第１の無機物質粒子と第２の無機物質粒子がシリカであり、前記第３の無機物質粒子がチタニアであることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子写真用トナー。
4. ５〜７μｍの平均粒径を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電子写真用トナー。
5. トナーを担持搬送するための弾性現像ローラと、この弾性現像ローラ上に前記トナーを薄層状に形成するように前記トナーの厚さを規制するためのトナー層規制部材とを備え、前記弾性現像ローラの搬送速度が１００ｍｍ／秒以上である現像装置に用いられる前記請求項１〜４のいずれかに記載の電子写真用トナー。

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