JP2011112450A

JP2011112450A - コロイドプローブ作製装置、コロイドプローブの作製方法、そのコロイドプローブ及び静電荷現像用トナーの評価方法

Info

Publication number: JP2011112450A
Application number: JP2009267664A
Authority: JP
Inventors: Naoki Imahashi; 直樹今橋; Motoharu Tanaka; 元治田中
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2009-11-25
Filing date: 2009-11-25
Publication date: 2011-06-09

Abstract

【課題】トナー粒子の評価に使用するコロイドプローブを確実かつ容易に作製できるコロイドプローブ作製装置、作製方法、コロイドプローブおよび前記方法で作製されたコロイドプローブを用いたトナー粒子の評価方法の提供。
【解決手段】樹脂および顔料を含むトナーの評価に用いるＡＦＭ探針を有するコロイドプローブの作製装置であって、前記作製装置のＸ−Ｙステージ上に設けられた前記ＡＦＭ探針を支持するためのＡＦＭ探針支持手段が、前記ＡＦＭ探針を有するプレートをその長手方向に間挿されるガイド溝と、前記ガイド溝方向に挿入された前記プレートを押圧して固定する固定手段とを有するホルダーと、前記ホルダーに一端が接続され前記プレートの長手方向と平行に回動可能な軸であって該軸の他端がモーターに接続される軸と、を有することを特徴とするコロイドプローブの作製装置など。
【選択図】図２

Description

本発明は、静電荷現像用トナーの評価に用いるコロイドプローブ作製装置、コロイドプローブの作製方法、そのコロイドプローブ、及び静電荷現像用トナーの評価方法に関する。

近年、複写機やプリンタ等の各種画像形成装置の画質に対して、高画質化への要望が高まっている。特に最近では、画像形成装置の画質として、細かいドットの再現性を高めることが重要視されている。
細かいドットの再現性は、トナーや現像剤の帯電量等の他、トナーの流動性に影響を受ける。このため、細かい潜像部に均一なトナー層または現像剤層を安定して供給するように、トナーの流動性をできる限り一定に制御する必要がある。
また、高画質化が進むにつれて、使用されるトナーは、小粒径化、高機能化が求められている。このため、トナーの微細な構造も、その製造時に精密に制御する必要性が高まってきている。
特に、トナーの流動性は、ドット再現性の他にも、種々の画像品質に対して大きな影響を与えるため、安定した流動性を有するトナーを評価・判別する方法の構築が求められている。

このようなトナーの評価方法の一つとして、ＡＦＭ（ＡｔｏｍｉｃＦｏｒｃｅＭｉｃｒｏｓｃｏｐｙ：原子間力顕微鏡）を用いた、例えば特許文献1に記載の発明を挙げることができる。この特許文献1には、静電荷現像用トナー評価方法などの発明が開示されている。より具体的には、下記（１）〜（４）の工程を行うトナーの評価方法が提案されている。
（１）少なくとも樹脂及び顔料を含むトナー粒子の一個を、ＡＦＭ（ＡｔｏｍｉｃＦｏｒｃｅＭｉｃｒｏｓｃｏｐｙ：原子間力顕微鏡）の探針の先端領域に取り付ける工程、（２）前記トナー粒子からなるトナー粉体相の表面に、前記探針の先端領域を近づけて、前記探針の一個のトナー粒子を前記トナー粉体相の表面にある一個トナー粒子に接触させたとき、前記探針に作用する第１の力（Ａ）を測定する工程、（３）前記探針を前記トナー粉体相の表面から離したときに、前記探針に作用する第２の力（Ｂ）を測定する工程、及び（４）前記第１の力（Ａ）に対する前記第２の力（Ｂ）の差を算出して、前記探針の単一のトナー粒子と前記トナー粉体相の単一のトナー粒子との間の粒子間力を求める工程とを備え、前記で求めた粒子間力又は前記工程を複数回行った時の粒子間力の平均値を指標として用いるトナーの評価方法。

また、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いて球状粒子の付着力を測定するためのコロイドプローブの製造方法について、例えば特許文献２を挙げることができる。

しかしこれらの提案中、トナー粒子の一個をＡＦＭの探針の先端領域に取り付ける際に、トナー粒子が１個１個まばらに付いた棒、特許文献２では、複数個の球状粒子が付着した球状試料粒子付着針を、接着剤が塗布されたＡＦＭ探針に付着させて作成しているため、粒子の取り付け作業が非常に困難であった。また、ＡＦＭ探針先端領域に取り付けるトナー粒子について、粒子サイズや粒子表面形状をマイクロスコープ等で観察し、比較して平均的なトナー粒子を選択することができず、トナー評価方法としての安定性に課題があった。

本発明は、上記した従来技術が有する問題点に鑑みてなされたものであって、トナー粒子の評価に使用するコロイドプローブを確実かつ容易に作製できるコロイドプローブ作製装置および作製方法を提供することを目的とする。また、前記方法で作製されたコロイドプローブを提供することを目的とする。さらに、前記方法で作製されたコロイドプローブを用いたトナー粒子の評価方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明は下記（１）〜（６）を特徴とする。
（１）樹脂および顔料を含むトナーの評価に用いるＡＦＭ探針を有するコロイドプローブの作製装置であって、
前記作製装置のＸ−Ｙステージ上に設けられた前記ＡＦＭ探針を支持するためのＡＦＭ探針支持手段が、前記ＡＦＭ探針をその長手方向に間挿されるガイド溝と、前記ガイド溝方向に挿入された前記プレートを押圧して固定する固定手段とを有するホルダーと、前記ホルダーに一端が接続され前記プレートの長手方向と平行に回動可能な軸であって該軸の他端がモーターに接続される軸と、を有することを特徴とする。
（２）樹脂および顔料を含むトナーの評価に用いるコロイドプローブの作製方法であって、
原子間力顕微鏡のＡＦＭ探針、接着剤塗布用針、およびトナー付着針を所定位置に位置決めする工程と、前記トナー付着針先端部に１個のトナー粒子を付着させる工程と、前記接着剤塗布用針に塗布した接着剤を前記ＡＦＭ探針に付着させる工程と、前記トナー付着針先端部を前記ＡＦＭ探針に接触させてトナー粒子をＡＦＭ探針に固定させる工程とを有し、前記ＡＦＭ探針に付着させる工程と前記固定させる工程の少なくともいずれか１つの工程の際に、前記ＡＦＭ探針をＡＦＭ探針長手方向に平行な軸を中心として回転可能な支持手段に支持させた前記ＡＦＭ探針の動作をモニターに写しながら行うことを特徴とする。
（３）前記（２）に記載のコロイドプローブの作製方法で得られたコロイドプローブ。
（４）前記（３）に記載のコロイドプローブを用いて静電荷現像用トナーを評価する方法であって、
前記ＡＦＭ探針の先端領域に１個の固定されたトナー粒子を静電荷像現像用トナーからなるトナー粒子粉体相の表面に近づけて、前記固定されたトナー粒子を前記トナー粒子粉体相の表面の単一のトナー粒子に接触させ、さらに押し付けて、前記ＡＦＭ探針に作用する第１の力（Ａ）を測定する工程（Ｉ）と、
前記固定されたトナー粒子を前記トナー粉体相の表面から離したときに、前記ＡＦＭ探針に作用する第２の力（Ｂ）を測定する工程（II）と、
前記第１の力（Ａ）に対する前記第２の力（Ｂ）の差を算出して、前記固定されたトナー粒子と前記トナー粉体相の単一トナー粒子との間の粒子間力を求める工程（III）と、を備え、
前記工程（Ｉ）〜（III）を複数回行って前記粒子間力の平均値を求め、該平均値をトナー評価の指標として用いることを特徴とする静電荷現像用トナーの評価方法。
（５）前記（４）に記載の静電荷現像用トナー評価方法において、前記トナー粒子粉体相が、１００〜９００ｋｇ／ｃｍ²の圧力で圧縮された状態とすることを特徴とする。
（６）前記（４）または（５）に記載の静電荷現像用トナー評価方法において、前記固定されたトナー粒子を、５００〜２０００ｎｍの距離から前記トナー粒子粉体相に近づけ、当該トナー粒子粉体相の表面の一個の粒子に接触させ、さらに押し付けた後、前記ＡＦＭ探針を引離すことを特徴とする。
（７）前記（４）〜（６）のいずれかに記載の静電荷現像用トナー評価方法において、前記固定されたトナー粒子を、圧縮されたトナー粒子粉体相の１個の粒子へ近づける際の、ピエゾのスキャン速度を０．１６Ｈｚ〜４．０Ｈｚにすることを特徴とする。

本発明によれば、安定した流動性を有するトナー粒子の評価に使用するコロイドプローブを確実かつ容易に作製できる作製装置、作製方法、およびこの方法で作製されたコロイドプローブを提供できる。さらに、前記方法で作製されたコロイドプローブを用いて、安定した流動性を有するトナー粒子の評価方法を提供することができる。

本発明のコロイドプローブを作製するための作製装置の全体構成を示す図である。本発明のコロイドプローブ作製装置のＡＦＭ探針支持手段１１の構成例を説明するための図である。ピエゾ変位量によるコロイドプローブに働く力を示す特性曲線の傾向を示す図である。ＡＦＭ装置の概略構成を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明を、実施形態により、詳細に説明する。
なお、いわゆる当業者は、特許請求の範囲内における本発明を変更・修正をして他の実施形態をなすことは容易であり、これらの変更・修正は本件の特許請求の範囲に含まれるものである。以下の説明は、本発明における実施の形態の例であって、本発明の特許請求の範囲を限定するものではない。

本発明のコロイドプローブ作製装置の全体構成を図１に示す。図１において、１はデジタルマイクロスコープであり、２はモニターであり、３はマイクロマニピュレータであり、４はＸ−Ｙステージであり、５はマイクロマニピュレータターミナルである。また６はトナー付着針であり、７は接着剤塗布用針であり、８はＡＦＭ（ＡｔｏｍｉｃＦｏｒｃｅＭｉｃｒｏｓｃｏｐｙ：原子間力顕微鏡）探針である。さらに９はトナーであり、１０はサンプルプレートであり、１１はＡＦＭ探針支持手段である。

次に本発明のコロイドプローブ作製装置の特徴部分を図２に示す。本発明のコロイドプローブ作製装置は、樹脂および顔料を含むトナーの評価に用いるＡＦＭ探針８を有している。このコロイドプローブ作製装置ではＡＦＭ探針８がコロイドプローブ作製装置のＸ−Ｙステージ４上に位置するように固定する、ＡＦＭ探針支持手段１１が設けられている。
ＡＦＭ探針８は、平板の矩形状のプレート８−１と、このプレート８−１の長手方向の１端またはその近傍に設けられるＡＦＭ探針部８−２とからなる。ＡＦＭ探針部８−２は、プレート８−１の面上に略垂直に設けられる。これによりプレート８−１の面が鉛直方向（本明細書ではＺ方向）となったときに、ＡＦＭ探針部８−２はＸ−Ｙ面上にほぼ位置するようにすることが好ましい。

ＡＦＭ探針８を支持するためのＡＦＭ探針支持手段１１は、ホルダー１２と、軸１４とを有して構成される。図２に示すように、このホルダー１２はガイドの溝１１−１と、固定手段１３とを有する。ガイドの溝１１−１は、ホルダー１２の長手方向に、ＡＦＭ探針８のプレート８−１の幅方向が間挿されるようにホルダー１２の前記長手方向の１端から設けられている。固定手段１３は、ガイドの溝１１−１に間挿されたＡＦＭ探針８のプレート８−１を固定するために設けられるものである。好ましくは図２に示すように、前記溝１１−１が設けられる長手方向の一端と対向する他端またはその近傍に固定手段１３が設けられる。この固定手段１３としては、たとえば板バネ１３−１を挙げることができる。
軸１４は一端がホルダー１２に連結され、他端がモーター１５に連結される。軸１４は、前記ホルダー１２に供えられたＡＦＭ探針８のプレート８−１の長手方向の軸と平行に回動することができるものである。このため軸１４はＡＦＭ探針８のプレート８−１の長手方向の軸と平行に設けられる。また軸１４はそれを延長すると、ホルダーの重心、あるいはホルダー１２にＡＦＭ探針８を間挿させて装着したときの、この装着体の重心を通るように設けることができる。また軸１４はそれを延長すると、ＡＦＭ探針８の前記したプレート８−１の長手方向の軸と重なるように設けることもできる。
プレート８−１の前記長手方向の軸は、プレート８−１のＡＦＭ探針部８−２が設けられる面の長手方向における、この面の対称軸を指す。ＡＦＭ探針部８−２は、この長手方向の軸上に位置するように設けることもできる。

図２に示すように、軸１４はモーター１５に連結され、回動可能となっている。軸１４は、モーター１５の駆動により、図２に示す軸１４の矢印方向に回動することにより、ホルダー１２に挿着されるＡＦＭ探針８のプレート８−１の長手方向の軸に平行な軸周りに回動される。これにより、たとえばＡＦＭ探針部８−２をＺ軸（本明細書では、上方向）から、Ｘ−Ｙ面と平行な面（本明細書では、水平方向）に回転移動するなど、ＡＦＭ探針８の方向、位置などを自在に変えることができる。なおモーター１５としては、デジタル的に制御可能なモーター（パルスモーター、ステッピングモーター、超音波モーター、デジタルモーターなど）が好適に選択できる。

本発明のコロイドプローブの作製装置は、デジタルマイクロスコープ１とモニター２が例えば図１に示すようにケーブルで接続されており、デジタルマイクロスコープ１で撮影された撮影像がモニター２に表示される。そのモニター２での表示では、デジタルマイクロスコープ１で撮影された撮影像が３０００倍以上に拡大表示されることが好ましい。このようにするとＡＦＭ探針部８−２の先端形状およびトナー粒子９を鮮明に観察しながら微細なコロイドプローブの作製を行うことができる。デジタルマイクロスコープ１の一例として、ユニオン光学社製の商品名ＤＺ３を挙げることができる。デジタルマイクロスコープ１は、Ｘ−Ｙステージ４を支持する固定部分に据え付けられる。

マイクロマニピュレータ３およびＸ−Ｙステージ４は、マイクロマニピュレータターミナル５により操作することが可能である。トナー付着針６の先端部にトナー９を付着させたり、あるいはＡＦＭ探針部８−２の先端領域に正確にトナー９を固定するためには、マイクロマニピュレータ３、およびＸ−Ｙステージ４の操作分解能は０．１μｍ程度であることが好ましい。マイクロマニピュレータ３、Ｘ−Ｙステージ４およびマイクロマニピュレータターミナル５は、マイクロマニピュレータシステムとして構成されている。このシステムの一例として駿河精機社製の商品名Ｍ２００を挙げることができる。

トナー付着針６、接着剤塗布用針７は、マイクロマニピュレータ３に取り付けられ、マイクロマニピュレータ３に連動して操作することができる。トナー付着針６及び接着剤塗布用針７の材質は特に限定されないが、金属（例えばタングステン）製であることが好ましい。
またＡＦＭ探針部８−２の材質は、ＳI_３Ｎ_４、ＳI単結晶からなるものが好適である。

次に本発明のコロイドプローブとして用いられるトナー９について、以下に説明する。トナー９は、熱可塑性樹脂を主成分とするバインダー樹脂と、着色剤を少なくとも含有している。このトナー９は、必要に応じて、微粒子、帯電制御剤、離型剤等を含有する公知のトナーを用いることができる。トナー９は、その製造方法は限定されないが、たとえばその製造方法として、粉砕法、重合法、造粒法等の製造方法を用いて製造した、不定形又は球形のトナーが挙げられる。このトナー９は、磁性トナー及び非磁性トナーのいずれでもよい。

トナー９に使用されるバインダー樹脂としては、ポリスチレン、ポリビニルトルエン等のスチレン及びその置換体の単重合体、スチレン−ｐ−クロロスチレン共重合体、スチレン−プロピレン共重合体、スチレン−ビニルトルエン共重合体、スチレン−アクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリル酸エチル共重合体、スチレン−アクリル酸ブチル共重合体、スチレン−メタクリル酸メチル共重合体、スチレン−メタクリル酸エチル共重合体、スチレン−メタクリル酸ブチル共重合体、スチレン−α−クロロメタクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−ビニルメチルエーテル共重合体、スチレン−ビニルメチルケトン共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−イソプレン共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、スチレン−マレイン酸エステル共重合体、ポリメタクリル酸メチル、ポリメタクリル酸ブチル、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリウレタン、エポキシ樹脂、ポリビニルブチラール、ポリアクリル酸樹脂、ロジン、変性ロジン、テルペン樹脂、フェノール樹脂、脂肪族又は脂肪族炭化水素樹脂、芳香族系石油樹脂、塩素化パラフィン、パラフィンワックス等が挙げられる。これらは、単独でもよく、また二種以上併用することもできる。

ポリエステル樹脂は、スチレン系樹脂やアクリル系樹脂と比較して、トナー９の保存時の安定性を確保しながら、溶融粘度を低下させることができる。ポリエステル樹脂は、例えば、アルコール成分とカルボン酸成分との重縮合反応によって得ることができる。

アルコール成分としては、主に２価のアルコールと、少量の３価以上の多価アルコールからなり、たとえばポリエチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、１，２−プロピレングリコール、１，３−プロピレングリコール、１，４−プロピレングリコール、ネオペンチルグリコール、１，４−ブテンジオール等のジオール類、１，４−ビス（ヒドロキシメチル）シクロヘキサン、ビスフェノールＡ、水素添加ビスフェノールＡ、ポリオキシエチレン化ビスフェノールＡ、ポリオキシプロピレン化ビスフェノールＡ等のエーテル化ビスフェノール類、これらを炭素数３〜２２の飽和又は不飽和の炭化水素基で置換した２価のアルコール単位体、その他の２価のアルコール単位体と、ソルビトール、１，２，３，６−ヘキサンテトロール、１，４−ソルビタン、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、トリペンタエリスリトール、ショ糖、１，２，４−ブタントリオール、１，２，５−ペンタントリオール、グリセロール、２−メチルプロパントリオール、２−メチル−１，２，４−ブタントリオール、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、１，３，５−トリヒドロキシメチルベンゼン等の三価以上の多価アルコール単量体が挙げられる。

カルボン酸成分としては、主に２価のカルボン酸（ジオイック酸）である有機二酸と、少量の３価以上のポリカルボン酸からなり、たとえばパルミチン酸、ステアリン酸、オレイン酸等のモノカルボン酸、マレイン酸、フマル酸、メサコン酸、シトラコン酸、テレフタル酸、シクロヘキサンジカルボン酸、コハク酸、アジピン酸、セバシン酸、マロン酸、これらの炭素数３〜２２の飽和又は不飽和の炭化水素基で置換した２価の有機酸単量体（有機二酸）と、リノレイン酸からの二量体酸、１，２，４−ベンゼントリカルボン酸、１，２，５−ベンゼントリカルボン酸、２，５，７−ナフタレントリカルボン酸、１，２，４−ナフタレントリカルボン酸、１，２，４−ブタントリカルボン酸、１，２，５−ヘキサントリカルボン酸、３，３−ジカルボキシメチルブタン酸、テトラカルボキシメチルメタン、１，２，７，８−オクタンテトラカルボン酸エンボール三量体酸、これら酸の無水物等の三価以上の多価カルボン酸単量体が挙げられる。なお上記した有機多価酸（ジオイック酸および三価以上のポリカルボン酸）は、その無水物または低級アルキルエステルであってもよい

またバインダー樹脂として使用されるエポキシ樹脂としては、ビスフェノールＡなどの化合物とエピクロロヒドリンとの重縮合物等を用いることができる。具体的には、エポミックＲ３６２、Ｒ３６４、Ｒ３６５、Ｒ３６６、Ｒ３６７、Ｒ３６９（以上、三井石油化学工業社製）、エポトートＹＤ−０１１、ＹＤ−０１２、ＹＤ−０１４、ＹＤ−９０４、ＹＤ−０１７、（以上、東都化成社製）、エポコート１００２、１００４、１００７（以上、シェル化学社製）等の市販品が挙げられる。

着色剤としては、カーボンブラック、ランプブラック、鉄黒、群青、ニグロシン染料、アニリンブルー、フタロシアニンブルー、ハンザイエローＧ、ローダミン６Ｇレーキ、カルコオイルブルー、クロムイエロー、キナクリドン、ベンジジンイエロー、ローズベンガル、トリアリルメタン系染料、モノアゾ系染顔料、ジスアゾ系染顔料等の公知の染顔料を単独で用いたり又は二種以上混合して用いることができる。

トナー９が磁性トナーである場合、この磁性トナーは、磁性体を含有している。具体的な磁性体としては、鉄、コバルト等の強磁性体、マグネタイト、ヘマタイト、ＬI系フェライト、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライト、Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト、ＮI−Ｚｎ系フェライト、Ｂａ系フェライト等の微粉末を用いることができる。

摩擦帯電性を制御するために、トナー９は、モノアゾ染料の金属錯塩、ニトロフミン酸及びその塩、サリチル酸、ナフトエ酸、ジカルボン酸のＣｏ、Ｃｒ、Ｆｅ等の金属錯体アミノ化合物、４級アンモニウム塩、有機染料等の帯電制御剤を含有してもよい。

さらに、トナー９は、必要に応じて、離型剤を含有してもよい。離型剤としては、低分子量ポリプロピレン、低分子量ポリエチレン、カルナウバワックス、マイクロクリスタリンワックス、ホホバワックス、ライスワックス、モンタン酸ワックス等を単独で用いてもよく又は二種以上混合して用いることができる。

トナー９は、その他の添加剤を含有してもよい。良好な画像を得るためには、トナー９に流動性を付与することが好ましい。このためには、一般に流動性向上剤として、疎水化された金属酸化物の粒子、滑剤等の粒子を添加することが有効であり、金属酸化物、樹脂、金属石鹸等の粒子を添加剤として用いることができる。添加剤の具体例としては、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂、ステアリン酸亜鉛等の滑剤、酸化セリウム、炭化ケイ素等の研磨剤、表面を疎水化したＳIＯ₂、ＴIＯ₂等の無機酸化物等の流動性付与剤、公知のケーキング防止剤及びそれらの表面処理物等が挙げられる。トナー９の流動性を向上させるために、特に、疎水性シリカが好ましく用いられる。

トナー９の重量平均粒径は、３．０〜９．０μｍであることが好ましく、３．５〜７．５μｍがさらに好ましい。なお、トナー９の粒径は、コールターカウンター（コールターカウンター社製）を用いて測定することができる。

また、トナー９の平均円形度は０．９０〜０．９９であることが好ましい。この範囲を満足するトナー９は流動性が良くなる。また、本発明のコロイドプローブ２４は、トナー９の粒子１個をＡＦＭ探針の先端領域に固定させる形態をとるため、平均円形度が上記範囲を満足すると、粒子のどの部分をＡＦＭ探針８の先端領域に付着させても、評価粒子の接触面がほぼ同形状をしている。このため、粒子間力の測定のバラツキが小さくなる。平均円形度が０．９０より小さい場合には、粒子の接触面の形状がコロイドプローブ２４を作る度に大きく異なってしまうため、粒子間力のバラツキが大きくなる。平均円形度は、フロー式粒子像分析装置、例えばＦＰIＡ−２０００；シスメックス社製を用いて測定できる。

トナー９の粒子をＡＦＭ探針８（ＡＦＭ探針部８−２）に固定するために、固定手段として接着剤が使用される。使用する接着剤としては粒子間の力を正確に測定するために硬化型接着剤が適している。その中でも硬化時間が調整可能な２液混合硬化型接着剤がさらに適し、特に、常温硬化型の接着剤が好ましい。２液混合硬化型接着剤の例としては、ＥＰ−３３０(セメダイン社製)等が挙げられる。

次に本発明のコロイドプローブの作製方法について、説明する。このコロイドプローブの作製方法は、大略、４つの工程を有して構成されている。１つは原子間力顕微鏡のＡＦＭ探針８、接着剤塗布用針７、およびトナー付着針６を所定位置に位置決めする工程（位置決め工程）である。２つ目は、前記トナー付着針６の先端部に１個のトナー粒子９を付着させる工程（トナー粒子付着工程）である。３つ目は、前記接着剤塗布用針７に塗布した接着剤を前記ＡＦＭ探針８に付着させる工程（接着剤付着工程）である。そして４つ目は、前記トナー付着針６の先端部を前記ＡＦＭ探針８に接触させてトナー粒子９をＡＦＭ探針８に固定させる工程（固定工程）である。そして本発明のコロイドプローブの作製方法では、前記した少なくとも３つ目と４つ目の工程のいずれか１つの工程において、ＡＦＭ探針８をＡＦＭ探針８の長手方向、すなわちプレート８−１の長手方向に平行な軸を中心として回転可能な支持手段１１に支持させて、前記ＡＦＭ探針８の動作をモニター２に写しながら行うことができる。本発明では、本発明のコロイドプローブの作製装置を用いることによって、Ｘ−Yステージ４上でＸ−Ｙ方向に操作した映像がデジタルマイクロスコープ１を介してモニター２のＺ−Ｙ方向に写し出される。この映像を見ながら接着剤を所定量塗布したり、その接着剤を所定の位置に塗布したり、トナー粒子９を固定させる工程などが行える。このため本発明では、極めて簡単に均質なコロイドプローブを作製することができる。

本発明のコロイドプローブ２４を作製する際の、図２の作製装置を用いた操作方法、すなわち本発明のコロイドプローブの作製方法について、以下に具体的に説明する。
先ず、ＡＦＭ探針８をＡＦＭ探針支持手段１１のホルダー１２の溝部分に間挿して、板バネ１３で固定する。
次にＡＦＭ探針支持手段１１およびトナー９がばらばらの状態で置かれているサンプルプレート１０をＸ−Ｙステージ４上に設置し、そのＸ−Ｙステージ４上の位置情報をコンピュータに登録する。
次に、マイクロマニピュレータ３に、トナー付着針６、接着剤塗布針７を取り付けた後、これらの各針を所定の位置までマイクロマニピュレータターミナル５を使用して移動させ、その位置情報をコンピュータに登録する。各針のトナー付着針６、接着剤塗布針７は、ＡＦＭ探針８付近で向かい合わせとなるような位置に設定する（位置決め工程）。

次に、トナー付着針６がトナー９の上方に位置するように、マイクロマニピュレータ３およびＸ−Ｙステージ４を、マイクロマニピュレータターミナル５で操作する。その後、デジタルマイクロスコープ１で観察しながらトナー付着針６を微動させて、選ばれたトナー９の粒子１個が、トナー付着針６の先端部に付着するようにする。ここでトナー付着針６の先端直径を１μｍ以下とすると、先端部分にトナー９の粒子１個だけを付着させる操作が容易になる（トナー粒子付着工程）。

次に、接着剤塗布針７をマイクロマニピュレータ３から取り外して、この接着剤塗布針７の先端部に接着剤を塗布した後、再び接着剤付着針７をマイクロマニピュレータ３に取り付け、接着剤塗布針７をコンピュータに登録していた位置に戻す。次にＡＦＭ探針８のプレート８−１の面が鉛直方向となるように、ＡＦＭ探針支持手段１１の角度を、モーター１５を用いて調整する。その後、ＡＦＭ探針８の先端領域、より詳細にはＡＦＭ探針部８−２の先端に接着剤塗布針７を接近させて接着剤を塗布する。ＡＦＭ探針部８−２への接着剤塗布は微量で十分であり、マイクロマニピュレータターミナル５で接着剤塗布針７を操作してこの針先端部の位置を微調整しながらＡＦＭ探針８の先端領域に塗布する（接着剤付着工程）。このようにすると、ＡＦＭ探針８のＸ−Ｙ方向の動作がモニター２のＺ−Ｙ方向として表示される。このため本発明のコロイドプローブ作製装置では、この先端領域への塗布が目視で確認でき、この作業状況を目視確認しながら進めることができる。これによって、マイクロマニピュレータ３の微妙な調整操作の困難を防止でき、微調整しながらＡＦＭ探針８の先端領域に接着剤を塗布する作業を容易に行うことができる。

次に、ＡＦＭ探針８のプレート８−１の面が水平方向となるようにＡＦＭ探針支持手段１１の角度をモーター１５で調整する。その後、トナー付着針６をＡＦＭ探針８の接着剤塗布部に接触させて、１個のトナー粒子９をＡＦＭ探針８、より詳細にはＡＦＭ探針８のＡＦＭ探針部８−２の先端に接着し、固定させる。この際にもトナー付着針６の微小な動きをマイクロマニピュレータターミナル５で操作する（固定工程）。このようにすることにより、ＡＦＭ探針８のプレート８−１の面を鉛直方向として、トナー粒子２３の固定作業をＸ−Ｙ方向で行ったその動きが（図示せず）、モニター１５のＺ−Ｙとして数千倍などに適宜拡大されて映し出される。この拡大された映像を見ながら固定の際の作業を慎重にマイクロマニピュレータターミナル５を扱うことができる。このため、トナー粒子９とＡＦＭ探針８の先端部との位置合わせを無理なく行うことができ、トナー粒子９をＡＦＭ探針８の先端部に正確に固定することができる。
このようにして、本発明では、コロイドプローブ２４を均質に作製することができる。

上記した手順で作製した本発明のコロイドプローブ２４を用い、そのＡＦＭ探針８の先端領域に接着・固定している１個のコロイドプローブ２４である図４に示すトナー粒子２３を、同様なトナー粒子９が密接して集合した状態である圧密にされたトナー粉体相表面の１個の粒子に一度押し付ける。その後、これらのコロイドプローブ２４のトナー粒子２３とトナー粉体相表面の１個のトナー粒子９とを引離すように操作し、そのときのトナー粒子２３と９同士の相互作用の測定を行う。こうすることで、図３に示すような力特性曲線が得られる。この力特性曲線で示される探針を近づけるときの特性と、引離すときの特性との差（図３の矢印に示すトナー粒子間力を参照のこと）によって、トナー粒子２３と９同士の図３に示すようなトナー粒子間力を求めることができる。

本発明のコロイドプローブ２４を具備した評価装置の概略構成図を図４に示す。
基板ステージ２１の上に、同様なトナー粒子９が密接して集合した状態の圧密にされたトナー粉体相２２を設ける。
続いて、このトナー粉体相２２の表面上の１個の粒子９に、トナー粒子２３が１個付いたコロイドプローブ２４を、ピエゾスキャナー２５を用いて近づけたり引離したりする操作を行う。

具体的には、以下の（１）〜（３）に記載のとおりにする。
（１）前記トナー粒子９からなるトナー粉体相２２の表面に、前記コロイドプローブ２４の先端領域を近づける。より具体的には、ＡＦＭ探針８の先端領域を近づけて、前記コロイドプローブ２４に接着・固定している１個のトナー粒子２３を前記トナー粉体相２２の表面にある１個のトナー粒子９に接触させたとき、前記コロイドプローブ２４に作用する第１の力（Ａ）を測定する。
（２）前記コロイドプローブ２４を前記トナー粉体相２２の表面から離したときに、前記コロイドプローブ２４に作用する第２の力（Ｂ）を測定する。
（３）前記第１の力（Ａ）に対して前記第２の力（Ｂ）の差を算出する。
こうして前記コロイドプローブ２４に接着・固定している１個のトナー粒子２３と前記トナー粉体相２２の中の単一のトナー粒子９との間の粒子間力を求める。
コロイドプローブ２４に発生する力の変化は、コロイドプローブ２４の裏側に、レーザ出射源２６から出射されたレーザ光Ｌを照射し、その反射光を、ミラー２７を介して検出部２８で反射光の変化として測定できる。

測定のときには、コロイドプローブ２４の先端領域に付着させた１個のトナー粒子２３に働くあらゆる力を高精度に検出する必要がある。このため、コロイドプローブ２４の先端領域に付着させた１個のトナー粒子２３を、同様なトナー粒子９からなるトナー粉体相２２の表面の１個のトナー粒子９に近づける際の距離が重要になる。

トナー粒子の場合、摩擦帯電等による力の影響を受けやすいため、かなり離れた位置からの測定が必要になる。コロイドプローブ２４に付着させた１個のトナー粒子２３から、トナー粒子粉体相２２の表面の１個のトナー粒子９へ近づけるときの好ましい距離は、５００〜２０００ｎｍであった。この５００〜２０００ｎｍ距離から１個のトナー粒子２３を付着させたコロイドプローブ２４を、トナー粒子９粉体相２２に近づけ、表面の１個のトナー粒子９に一度押し付けた。その後、コロイドプローブ２４を引離すように操作して測定した。

この距離が５００ｎｍより短い場合には、コロイドプローブ２４をトナー粒子粉体相２２の表面から引離すことができない場合が生じるため、測定には不適当である。
また、この距離が２０００ｎｍより長い場合には、測定精度が悪くなり、コロイドプローブ２４が近づくときの特性と、コロイドプローブ２４を引離すときの特性の差を正確に測定することが困難となるため好ましくない。

トナー粒子粉体相２２は、１００〜９００ｋｇ／ｃｍ²の圧力で圧縮された密接して集合した密圧状態のものを用いる。また１個のトナー粒子２３を付着させたコロイドプローブ２４が接触しても動かないように固定化したものとする。
この圧縮圧力が１００ｋｇ／ｃｍ^２未満であると、部分的に充分に固定化されていないトナー粒子９が存在し、測定に適さなくなる。一方、圧縮圧力が９００ｋｇ／ｃｍ^２を超えると、トナー粒子９に変形が生じ、トナー粒子９の構造が崩れた状態で、粒子が並んだ表面状態になり、またこれらの並んだ団子状粒子がプレスされる。これにより、のっぺらな平面状の表面状態になり、粒子間力の測定には適さなくなる。この１００〜９００ｋｇ／ｃｍ^２の圧力で圧縮された状態のトナー粒子粉体相は、１０ｍｍ×１０ｍｍ×５ｍｍｔ以下の平板状のサイズにして測定に用いる。

測定の際には、この圧縮されたトナー粒子粉体相２２をＡＦＭ装置の試料台に固定して測定する。そのときに圧縮されたトナー粒子粉体相２２が試料台表面に密着し、出来るだけ水平になるように固定する。
また、トナー粒子粉体相２２としてトナー粒子をガラス等の平面基板表面の上の接着層の上にランダムに並べて固着させたものを用い、そのトナー粒子に、トナー粒子９を１個付着させたコロイドプローブ２４を接触させて測定しても良い。但しこの場合は、基板側の１個のトナー粒子９の上に、コロイドプローブ２４の先端の１個のトナー粒子９をコンタクトさせるように位置を調整するのが難しい。

コロイドプローブ２４に付着させた１個のトナー粒子９を、圧縮されたトナー粒子粉体相２２表面の１個の粒子へ接近させるときのピエゾのスキャン速度は、０．１６Ｈｚ〜４．０Ｈｚが最適である。ピエゾのスキャン速度が０．１６Ｈｚ未満である場合には、ピエゾがゆっくり動作するため、トナー粒子９表面の吸着状態の影響を強く受け、バラツキの大きい値になり測定条件として適さない。一方、ピエゾのスキャン速度が４．０Ｈｚを超える場合には、ピエゾが速く動作するためトナー粒子同士の押し付け、引き離しの動作が充分でなくなり、１個のトナー粒子が付着したコロイドプローブ２４をトナー粉体相２２の表面の１個の粒子に近づけるときと引離すときの力の差により求まるトナー粒子同士の粒子間力が小さくなる傾向にあり、測定条件として適さない。

ＡＦＭ装置を用いたトナー粒子間力は、１０〜５０回繰返して測定し、その平均値を用いて評価することが好ましい。繰返しの測定は同じ場所で繰返すのではなく、場所を変えながら、例えば５０ｎｍ位の移動を行いながら；異なる粒子による粒子間力を測定するのが好ましい。その際、粒子間力の分布を評価することも非常に重要である。繰返し回数は多い方が良いが、多すぎると測定時間や解析時間がかかるので１０〜５０回とすることが好適である。

以下、本発明を実施例により、さらに具体的に説明する。しかしながら、本発明は下記実施例などに拘束されて限定解釈されるべきではなく、本発明は、明細書、図面に開示する範囲で解釈される。

（トナーの作製例）
以下の原材料を秤量した。
・バインダー樹脂：ポリエステル樹脂（ビスフェノールＡのプロピレンオキサイド付加物、テレフタル酸、コハク酸誘導体から合成されたポリエステル）
１００重量部
・着色剤：銅フタロシアニンブルー顔料（C.I.ピグメントブルー１５：３、LIonol Blue FG−７３５１：東洋インキ社製）３．５重量部
・帯電制御剤：サリチル酸亜鉛塩（ボントロンＥ−８４、オリエント化学社製）
５重量部
・離型剤：低分子量ポリエチレン５重量部

上記原材料をミキサーで充分に混合し、その後、２軸押出し機を用いて、バレル温度１００℃、混練機回転数１２０ｒｐｍで溶融混練した。
得られた混練物を圧延冷却後にカッターミルで粗粉砕し、ジェット気流を用いた微粉砕機で粉砕後、旋回式風力分級装置を用いて、平均粒径が６μｍの粒度分布に分級して母体着色粒子を得た。
更に、母体着色粒子１００重量部に対して、以下の混合機を用い下記の混合条件にて添加剤を混合し、トナーを作製した。
添加剤：シリカ微粉末（Ｒ９７２；日本アエロジル社製）２．０重量部
混合機：θコンポーザ
混合回転数：１６００ｒｐｍ
混合時間：１５０ｓｅｃ

〔実施例１〕
（コロイドプローブＡの作製例）
最初に、窒化ケイ素製のＡＦＭ探針８をＡＦＭ探針支持手段１１のホルダー１２の溝１１−１の部分に滑り込ませて、板バネ１３−１で固定した。
次にＡＦＭ探針支持手段１１および前記トナーの作製例で得られたトナー９がばらばらの状態で置かれているサンプルプレート１０をＸ−Ｙステージ４上に水平に設置し、そのＸ−Ｙステージ４上の位置情報をコンピュータに登録した。
次に、マイクロマニピュレータ３に、トナー付着針６、接着剤塗布針３およびＡＦＭ探針８を取り付けた後、各針を所定の位置までマイクロマニピュレータターミナル５で移動させて、その位置情報をコンピュータに登録した。

次に、トナー付着針６が前記トナーの上方に位置するように、マイクロマニピュレータ３、およびＸ−Ｙステージ４をマイクロマニピュレータターミナル５で操作させて動かした。その後、デジタルマイクロスコープ１で観察しながらトナー付着針６を微動させて、サンプルプレート１０上のトナー粒子９の群の中から選ばれた平均的形状を有するトナー粒子９を１個、トナー付着針６の先端に付着させた。

次に、接着剤塗布針７をマイクロマニピュレータ３から取り外して接着剤塗布針７の先端部周辺に２液常温硬化樹脂接着剤（セメダイン社製、EP−３３０）を規定量比の秤量後、均一になるように撹拌して塗布した後、再び接着剤付着針７をマイクロマニピュレータ３に取り付け、接着剤塗布針７をコンピュータに登録していた位置に戻した。その後、ＡＦＭ探針８のプレート８−１の面が鉛直方向となるようにＡＦＭ探針支持手段１１の角度をモーター１５で調整し、ＡＦＭ探針８の先端に接着剤塗布針７を接近させて接着剤を微量塗布した。

次に、ＡＦＭ探針８のプレート８−１の面が水平方向となるようにＡＦＭ探針支持手段１１の角度をモーター１５で調整した後、トナー付着針７をＡＦＭ探針８のＡＦＭ探針部８−２に接触させ、前記トナー粒子９をＡＦＭ探針８に接着、固定させて、コロイドプローブＡを作製した。

〔比較例１〕
（コロイドプローブＢの作製例）
ＡＦＭ探針８のプレート８−１の面が常に水平方向となるようにした以外は、実施例と全く同様の方法でコロイドプローブＢを作製した。

〔比較例２〕
（コロイドプローブＣの作製例）
ＡＦＭ探針８のプレート８−１の面が常に鉛直方向となるようにした以外は、実施例と全く同様の方法でコロイドプローブＣを作製した。

〔評価結果〕
超深度形状測定顕微鏡（ＶＫ-8500、キーエンス社製）を用いて作製したＡＦＭ探針８へのトナー粒子２３の固定状態を観察し、接着剤の塗布状態およびトナー粒子の固定位置について評価した。
・接着剤塗布状態
○：良（ＡＦＭ探針８先端部以外に接着剤塗布が観察されない。）
×：不可（ＡＦＭ探針８先端部以外にも接着剤塗布が観察される。）
・トナー粒子固定位置
○：良（ＡＦＭ探針８先端部にトナー粒子が観察される。）
×：不可（ＡＦＭ探針８先端部からずれた場所にトナー粒子が観察される。）
評価結果を表１に示す。

１デジタルマイクロスコープ、２モニター、３マイクロマニピュレータ、４Ｘ−Ｙステージ、５マイクロマニピュレータターミナル、６トナー付着針、
７接着剤塗布用針、８ＡＦＭ探針、８−１プレート（ＡＦＭ探針のプレート）、
８−２ＡＦＭ探針部、９トナー粒子、１０サンプルプレート、１１ＡＦＭ探針支持手段、１１−１溝、１２ホルダー、１３固定手段、１３−１板バネ、１４軸、１５モーター、２１基板ステージ、２２トナー粉体相、２３プローブ上のトナー粒子、２４コロイドプローブ、２５ピエゾスキャナー、２６レーザ出射源、２７ミラー、２８検出部

特開２００７−１５６０８２特開２００２−６２２５３

Claims

樹脂および顔料を含むトナーの評価に用いるＡＦＭ探針を有するコロイドプローブの作製装置であって、
前記作製装置のＸ−Ｙステージ上に設けられた前記ＡＦＭ探針を支持するためのＡＦＭ探針支持手段が、
前記ＡＦＭ探針を有するプレートをその長手方向に間挿されるガイド溝と、
前記ガイド溝方向に挿入された前記プレートを押圧して固定する固定手段とを有するホルダーと、
前記ホルダーに一端が接続され前記プレートの長手方向と平行に回動可能な軸であって該軸の他端がモーターに接続される軸と、
を有することを特徴とするコロイドプローブの作製装置。
樹脂および顔料を含むトナーの評価に用いるコロイドプローブの作製方法であって、
原子間力顕微鏡のＡＦＭ探針、接着剤塗布用針、およびトナー付着針を所定位置に位置決めする工程と、前記トナー付着針先端部に１個のトナー粒子を付着させる工程と、前記接着剤塗布用針に塗布した接着剤を前記ＡＦＭ探針に付着させる工程と、前記トナー付着針先端部を前記ＡＦＭ探針に接触させてトナー粒子をＡＦＭ探針に固定させる工程とを有し、前記ＡＦＭ探針に付着させる工程と前記固定させる工程の少なくともいずれか１つの工程の際に、前記ＡＦＭ探針をＡＦＭ探針長手方向に平行な軸を中心として回転可能な支持手段に支持させた前記ＡＦＭ探針の動作をモニターに写しながら行うことを特徴とするコロイドプローブの作製方法。
請求項２に記載のコロイドプローブの作製方法で得られたコロイドプローブ。
請求項３に記載のコロイドプローブを用いて静電荷現像用トナーを評価する方法であって、
前記ＡＦＭ探針の先端領域に１個の固定されたトナー粒子を静電荷像現像用トナーからなるトナー粒子粉体相の表面に近づけて、前記固定されたトナー粒子を前記トナー粒子粉体相の表面の単一のトナー粒子に接触させ、さらに押し付けて、前記ＡＦＭ探針に作用する第１の力（Ａ）を測定する工程（Ｉ）と、
前記固定されたトナー粒子を前記トナー粉体相の表面から離したときに、前記ＡＦＭ探針に作用する第２の力（Ｂ）を測定する工程（ＩＩ）と、
前記第１の力（Ａ）に対する前記第２の力（Ｂ）の差を算出して、前記固定されたトナー粒子と前記トナー粉体相の単一トナー粒子との間の粒子間力を求める工程（ＩＩＩ）と、を備え、
前記工程（Ｉ）〜（ＩＩＩ）を複数回行って前記粒子間力の平均値を求め、該平均値をトナー評価の指標として用いることを特徴とする静電荷現像用トナーの評価方法。
前記トナー粒子粉体相が、１００〜９００ｋｇ／ｃｍ²の圧力で圧縮された状態とすることを特徴とする請求項４に記載の静電荷現像用トナー評価方法。
前記固定されたトナー粒子を、５００〜２０００ｎｍの距離から前記トナー粒子粉体相に近づけ、当該トナー粒子粉体相の表面の一個の粒子に接触させ、さらに押し付けた後、前記ＡＦＭ探針を引離すことを特徴とする請求項４又は５に記載の静電荷現像用トナー評価方法。
前記固定されたトナー粒子を、圧縮されたトナー粒子粉体相の一個の粒子へ近づける際の、ピエゾのスキャン速度を０．１６Ｈｚ〜４．０Ｈｚにすることを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載の静電荷現像用トナー評価方法。