JP2015184569A - 不定形無機粒子、静電荷像現像用トナー、静電荷像現像剤、トナーカートリッジ、プロセスカートリッジ、画像形成装置及び画像形成方法 - Google Patents
不定形無機粒子、静電荷像現像用トナー、静電荷像現像剤、トナーカートリッジ、プロセスカートリッジ、画像形成装置及び画像形成方法 Download PDFInfo
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Abstract
Description
即ち、請求項1に係る発明は、
下記条件(1)及び下記条件(2)を満たす不定形無機粒子である。
条件(1):投影像の絶対最大長に並行で前記投影像を挟み込む線を長辺とし、前記絶対最大長に対して垂直で前記投影像を挟み込む線を短辺とする外接長方形の中心と、前記投影像の重心との間の距離が前記絶対最大長の1/17以上1/13以下。
条件(2):前記外接長方形の長辺の長さと短辺の長さの比(長辺/短辺)が1.2以上1.5以下。
トナー粒子と、請求項1に記載の不定形無機粒子を含む外添剤と、を含み、前記外添剤に占める前記不定形無機粒子の割合が、50個数%以上である静電荷像現像用トナーである。
請求項2に記載の静電荷像現像用トナーを含む静電荷像現像剤である。
請求項2に記載の静電荷像現像用トナーを収容し、
画像形成装置に着脱されるトナーカートリッジである。
請求項3に記載の静電荷像現像剤を収容し、前記静電荷像現像剤により、像保持体の表面に形成された静電荷像をトナー画像として現像する現像手段を備え、
画像形成装置に着脱されるプロセスカートリッジである。
像保持体と、
前記像保持体の表面を帯電する帯電手段と、
帯電した前記像保持体の表面に静電荷像を形成する静電荷像形成手段と、
請求項3に記載の静電荷像現像剤を収容し、前記静電荷像現像剤により、前記像保持体の表面に形成された静電荷像をトナー画像として現像する現像手段と、
前記像保持体の表面に形成されたトナー画像を記録媒体の表面に転写する転写手段と、
前記記録媒体の表面に転写されたトナー画像を定着する定着手段と、
を備える画像形成装置である。
像保持体の表面を帯電する帯電工程と、
帯電した前記像保持体の表面に静電荷像を形成する静電荷像形成工程と、
請求項3に記載の静電荷像現像剤により、前記像保持体の表面に形成された静電荷像をトナー画像として現像する現像工程と、
前記像保持体の表面に形成されたトナー画像を記録媒体の表面に転写する転写工程と、
前記記録媒体の表面に転写されたトナー画像を定着する定着工程と、
を有する画像形成方法である。
請求項2に係る発明によれば、上記条件1及び条件2を満たさない無機粒子を外添剤として用いるか、又は外添剤に占める特定の無機粒子の割合を50個数%未満とする場合に比較して、像保持体の表面の偏摩耗の発生が抑制される静電荷像現像用トナーが提供される。
請求項3に係る発明によれば、上記条件1及び条件2を満たさない無機粒子を外添剤として用いるか、又は外添剤に占める特定の無機粒子の割合を50個数%未満とする場合に比較して、像保持体の表面の偏摩耗の発生が抑制される静電荷像現像剤が提供される。
請求項4に係る発明によれば、上記条件1及び条件2を満たさない無機粒子を外添剤として用いるか、又は外添剤に占める特定の無機粒子の割合を50個数%未満とする場合に比較して、像保持体の表面の偏摩耗の発生が抑制される静電荷像現像用トナーを収容するトナーカートリッジが提供される。
請求項5に係る発明によれば、上記条件1及び条件2を満たさない無機粒子を外添剤として用いるか、又は外添剤に占める特定の無機粒子の割合を50個数%未満とする場合に比較して、像保持体の表面の偏摩耗の発生が抑制される静電荷像現像剤の取り扱いを容易にし、種々の構成の画像形成装置への適応性が高められる。
請求項6に係る発明によれば、上記条件1及び条件2を満たさない無機粒子を外添剤として用いるか、又は外添剤に占める特定の無機粒子の割合を50個数%未満とする場合に比較して、像保持体の表面の偏摩耗の発生が抑制される静電荷像現像剤を用いた画像形成装置が提供される。
請求項7に係る発明によれば、上記条件1及び条件2を満たさない無機粒子を外添剤として用いるか、又は外添剤に占める特定の無機粒子の割合を50個数%未満とする場合に比較して、像保持体の表面の偏摩耗の発生が抑制される静電荷像現像剤を用いた画像形成方法が提供される。
本実施形態に係る不定形無機粒子は、下記条件(1)及び下記条件(2)を満たすものである。
条件(1):投影像の絶対最大長に並行で前記投影像を挟み込む線を長辺とし、前記絶対最大長に対して垂直で前記投影像を挟み込む線を短辺とする外接長方形の中心と、前記投影像の重心との間の距離が前記絶対最大長の1/17以上1/13以下。
条件(2):前記外接長方形の長辺の長さと短辺の長さの比(長辺/短辺)が1.2以上1.5以下。
トナーの外添剤の一種として研磨剤を用い、像保持体表面に存在する樹脂成分等の付着物をクリーニングブレードで除去するには、当該研磨剤を像保持体とクリーニングブレードとのニップ部にとどまらせることが重要である。研磨剤をニップ部にとどまらせるためには、研磨剤を不定形とするのが有効である。しかし、研磨剤粒子が不定型であると研磨剤粒子が特定の場所にとどまってしまうことがあるため、像保持体の回転軸方向に対して研磨剤の存在分布が偏在してしまい、研磨能力の分布が不均一になってしまうことがある。その結果、研磨能力が強くなった部分において像保持体の表面にスクラッチ傷が発生してしまう場合がある。その結果、像保持体の表面に偏摩耗が発生することがある。
また、研磨剤粒子が球形に近いと、クリーニングブレードをすり抜けてしまい、研磨効果が発現しないことがある。
特に、像保持体表面をリフレッシュするための研磨剤として球形に近いチタン酸化合物、酸化セリウムなどが使用される場合、これら研磨剤の研磨能力の高さ故に、スクラッチ傷が発生しやすい。
まず、不定形無機粒子を平滑な台にのせ、振動をかけてむらのないように分散する。続いて分散した不定形無機粒子を導電テープを貼り付けたSEM台に転写し、走査型電子顕微鏡「FE−SEM S−4700」(日立ハイテクノロジーズ社製)により60000倍に拡大した観察像を撮影し、観察像を画像解析ソフト「Win Roof」(三谷商事株式会社製)を用いた形状特徴解析により粒子の絶対最大長、外接長方形の中心の座標、重心の座標を算出し、座標から中心―重心間の距離を計算する。以上の操作を不定形無機粒子500個について行いその平均値を算出する。
本実施形態に係る不定形無機粒子の形状が第一の粒状部と第二の粒状部とが一体化した形状である場合、第一の粒状部の粒子径と第二の粒状部の粒子径との比(第一の粒状部/第二の粒状部)は、2以上4以下が望ましく、2.5以上3.5以下がより望ましい。第一の粒状部の粒子径と第二の粒状部の粒子径との比(第一の粒状部/第二の粒状部)を2以上4以下とすることで、不定形無機粒子が上記条件(1)及び上記条件(2)を満たしやすくなる。
まず、不定形無機粒子を平滑面にのせ、振動を掛けてムラのないように分散する。1000個の不定形無機粒子について、カラーレーザ顕微鏡「VK−9700」(キーエンス社製)により1000倍に拡大して上から見た面の円相当径Dを測定し、その算術平均値を求めることにより平均円相当径を算出する。
本実施形態に係る不定形無機粒子の一例である不定形シリカ粒子の製造方法は、例えば、アルコールを含む溶媒中に、0.6mol/L以上0.85mol/L以下の濃度でアルカリ触媒が含まれるアルカリ触媒溶液を準備する工程(以下、「アルカリ触媒溶液準備工程」と称することがある)と、前記アルカリ触媒溶液中に、テトラアルコキシシランを供給すると共に、テトラアルコキシシランの1分間当たりに供給される総供給量の1mol当たりに対して0.1mol以上0.4mol以下でアルカリ触媒を供給する工程(以下、「粒子生成工程」と称することがある)と、を有してもよい。
アルカリ触媒溶液準備工程は、アルコールを含む溶媒を準備し、これにアルカリ触媒を添加して、アルカリ触媒溶液を準備する。
なお、アルコールとしては、例えば、メタノール、エタノール等の低級アルコールが挙げられる。
なお、アルカリ触媒の濃度は、アルコール触媒溶液(アルカリ触媒+アルコールを含む溶媒)に対する濃度である。
粒子生成工程は、アルカリ触媒溶液中に、テトラアルコキシシランと、アルカリ触媒と、をそれぞれ供給し、当該アルカリ触媒溶液中で、テトラアルコキシシランを反応(加水分解反応、縮合反応)させて、シリカ粒子を生成する工程である。
この粒子生成工程では、テトラアルコキシシランの供給初期に、テトラアルコキシシランの反応により、核粒子が生成した後(核粒子生成段階)、この核粒子の成長を経て(核粒子成長段階)、シリカ粒子が生成する。
このテトラアルコキシシランの供給量を上記範囲とすることで、粗大凝集物の発生が少なく、異型状のシリカ粒子が生成され易くなる。
なお、このテトラアルコキシシランの供給量は、アルカリ触媒溶液におけるアルコール1mol当たりに対する、1分間当たりにテトラアルコキシシランを供給するmol数を示している。
乾燥されたシリカ粒子は、必要に応じて解砕、篩分により、粗大粒子や凝集物の除去を行うことがよい。解砕方法は、特に限定されないが、例えば、ジェットミル、振動ミル、ボールミル、ピンミルなどの乾式粉砕装置により行う。篩分方法は、例えば、振動篩、風力篩分機など公知のものにより行う。
疎水化処理剤としては、例えば、アルキル基(例えばメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基等)を持つ公知の有機ケイ素化合物が挙げられ、具体例には、例えば、シラザン化合物(例えばメチルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、トリメチルクロロシラン、トリメチルメトキシシランなどのシラン化合物、ヘキサメチルジシラザン、テトラメチルジシラザン等)等が挙げられる。疎水化処理剤は、1種で用いてもよいし、複数種用いてもよい。
これら疎水化処理剤の中も、トリメチルメトキシシラン、ヘキサメチルジシラザンなどのトリメチル基を有する有機ケイ素化合物が好適である。
ここで、粉体のシリカ粒子を疎水化処理する方法としては、ヘンシェルミキサーや流動床などの処理槽内で粉体の親水性シリカ粒子を攪拌し、そこに疎水化処理剤を加え、処理槽内を加熱することで疎水化処理剤をガス化して粉体のシリカ粒子の表面のシラノール基と反応させる方法が挙げられる。処理温度は、特に限定されないが、例えば、80℃以上300℃以下がよく、望ましくは120℃以上200℃以下である。
本実施形態に係る静電荷像現像用トナー(以下、本実施形態に係るトナー)は、トナー粒子と、本実施形態に係る不定形無機粒子を含む外添剤と、を含み、前記外添剤に占める本実施形態に係る不定形無機粒子の割合が、50個数%以上であるものである。理論上の上限値は100個数%である。外添剤に占める本実施形態に係る不定形無機粒子の割合は、50個数%以上80個数%以下が望ましく、60個数%以上75個数%以下がより望ましい。
走査型電子顕微鏡「FE−SEM S−4700」(日立ハイテクノロジーズ社製)によりトナー表面を60000倍に拡大した観察像を撮影し、観察像を画像解析ソフト「Win Roof」(三谷商事株式会社製)を用いた形状特徴解析により解析し、不定形無機粒子とそれ以外の外添剤とを分別し、1000個あたりの比率を算出する。
トナー粒子は、例えば、結着樹脂と、必要に応じて、着色剤と、離型剤と、その他添加剤と、を含んで構成される。
結着樹脂としては、例えば、スチレン類(例えばスチレン、パラクロロスチレン、α−メチルスチレン等)、(メタ)アクリル酸エステル類(例えばアクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸n−プロピル、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸ラウリル、アクリル酸2−エチルヘキシル、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)、エチレン性不飽和ニトリル類(例えばアクリロニトリル、メタクリロニトリル等)、ビニルエーテル類(例えばビニルメチルエーテル、ビニルイソブチルエーテル等)、ビニルケトン類(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)、オレフィン類(例えばエチレン、プロピレン、ブタジエン等)等の単量体の単独重合体、又はこれら単量体を2種以上組み合せた共重合体からなるビニル系樹脂が挙げられる。
結着樹脂としては、例えば、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、変性ロジン等の非ビニル系樹脂、これらと前記ビニル系樹脂との混合物、又は、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も挙げられる。
これらの結着樹脂は、1種類単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
なお、ガラス転移温度は、示差走査熱量測定(DSC)により得られたDSC曲線より求め、より具体的にはJIS K−7121−1987「プラスチックの転移温度測定方法」のガラス転移温度の求め方に記載の「補外ガラス転移開始温度」により求められる。
結着樹脂の数平均分子量(Mn)は、2000以上100000以下が好ましい。
結着樹脂の分子量分布Mw/Mnは、1.5以上100以下が好ましく、2以上60以下がより好ましい。
なお、重量平均分子量及び数平均分子量は、ゲルパーミュエーションクロマトグラフィ(GPC)により測定する。GPCによる分子量測定は、測定装置として東ソー製GPC・HLC−8120GPCを用い、東ソー製カラム・TSKgel SuperHM−M(15cm)を使用し、THF溶媒で行う。重量平均分子量及び数平均分子量は、この測定結果から単分散ポリスチレン標準試料により作成した分子量校正曲線を使用して算出する。
着色剤としては、例えば、カーボンブラック、クロムイエロー、ハンザイエロー、ベンジジンイエロー、スレンイエロー、キノリンイエロー、ピグメントイエロー、パーマネントオレンジGTR、ピラゾロンオレンジ、バルカンオレンジ、ウオッチヤングレッド、パーマネントレッド、ブリリアンカーミン3B、ブリリアンカーミン6B、デュポンオイルレッド、ピラゾロンレッド、リソールレッド、ローダミンBレーキ、レーキレッドC、ピグメントレッド、ローズベンガル、アニリンブルー、ウルトラマリンブルー、カルコオイルブルー、メチレンブルークロライド、フタロシアニンブルー、ピグメントブルー、フタロシアニングリーン、マラカイトグリーンオキサレートなどの種々の顔料、又は、アクリジン系、キサンテン系、アゾ系、ベンゾキノン系、アジン系、アントラキノン系、チオインジコ系、ジオキサジン系、チアジン系、アゾメチン系、インジコ系、フタロシアニン系、アニリンブラック系、ポリメチン系、トリフェニルメタン系、ジフェニルメタン系、チアゾール系などの各種染料等が挙げられる。
着色剤は、1種類単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
離型剤としては、例えば、炭化水素系ワックス;カルナバワックス、ライスワックス、キャンデリラワックス等の天然ワックス;モンタンワックス等の合成又は鉱物・石油系ワックス;脂肪酸エステル、モンタン酸エステル等のエステル系ワックス;などが挙げられる。離型剤は、これに限定されるものではない。
なお、融解温度は、示差走査熱量測定(DSC)により得られたDSC曲線から、JIS K−7121−1987「プラスチックの転移温度測定方法」の融解温度の求め方に記載の「融解ピーク温度」により求める。
その他の添加剤としては、例えば、磁性体、帯電制御剤、無機粉体等の周知の添加剤が挙げられる。これらの添加剤は、内添剤としてトナー粒子に含まれる。
トナー粒子は、単層構造のトナー粒子であってもよいし、芯部(コア粒子)と芯部を被覆する被覆層(シェル層)とで構成された所謂コア・シェル構造のトナー粒子であってもよい。
ここで、コア・シェル構造のトナー粒子は、例えば、結着樹脂と必要に応じて着色剤及び離型剤等のその他添加剤とを含んで構成された芯部と、結着樹脂を含んで構成された被覆層と、で構成されていることがよい。
測定に際しては、分散剤として、界面活性剤(アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウムが好ましい)の5%水溶液2ml中に測定試料を0.5mg以上50mg以下加える。これを電解液100ml以上150ml以下中に添加する。
試料を懸濁した電解液は超音波分散器で1分間分散処理を行い、コールターマルチサイザーIIにより、アパーチャー径として100μmのアパーチャーを用いて2μm以上60μm以下の範囲の粒径の粒子の粒度分布を測定する。なお、サンプリングする粒子数は50000個である。
測定される粒度分布を基にして分割された粒度範囲(チャネル)に対して体積、数をそれぞれ小径側から累積分布を描いて、累積16%となる粒径を体積粒径D16v、数粒径D16p、累積50%となる粒径を体積平均粒径D50v、累積数平均粒径D50p、累積84%となる粒径を体積粒径D84v、数粒径D84pと定義する。
これらを用いて、体積平均粒度分布指標(GSDv)は(D84v/D16v)1/2、数平均粒度分布指標(GSDp)は(D84p/D16p)1/2として算出される。
式:SF1=(ML2/A)×(π/4)×100
上記式中、MLはトナーの絶対最大長、Aはトナーの投影面積を各々示す。
具体的には、形状係数SF1は、主に顕微鏡画像又は走査型電子顕微鏡(SEM)画像を画像解析装置を用いて解析することによって数値化され、以下のようにして算出される。すなわち、スライドガラス表面に散布した粒子の光学顕微鏡像をビデオカメラによりルーゼックス画像解析装置に取り込み、100個の粒子の最大長と投影面積を求め、上記式によって計算し、その平均値を求めることにより得られる。
次に、本実施形態に係るトナーの製造方法について説明する。
本実施形態に係るトナーは、トナー粒子を製造後、トナー粒子に対して、外添剤を外添することで得られる。
結着樹脂となる樹脂粒子が分散された樹脂粒子分散液を準備する工程(樹脂粒子分散液準備工程)と、樹脂粒子分散液中で(必要に応じて他の粒子分散液を混合した後の分散液中で)、樹脂粒子(必要に応じて他の粒子)を凝集させ、凝集粒子を形成する工程(凝集粒子形成工程)と、凝集粒子が分散された凝集粒子分散液に対して加熱し、凝集粒子を融合・合一して、トナー粒子を形成する工程(融合・合一工程)と、を経て、トナー粒子を製造する。
なお、以下の説明では、着色剤、及び離型剤を含むトナー粒子を得る方法について説明するが、着色剤、離型剤は、必要に応じて用いられるものである。無論、着色剤、離型剤以外のその他添加剤を用いてもよい。
まず、結着樹脂となる樹脂粒子が分散された樹脂粒子分散液と共に、例えば、着色剤粒子が分散された着色剤粒子分散液、離型剤粒子が分散された離型剤粒子分散液を準備する。
水系媒体としては、例えば、蒸留水、イオン交換水等の水、アルコール類等が挙げられる。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。
界面活性剤は、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。
なお、転相乳化法とは、分散すべき樹脂を、その樹脂が可溶な疎水性有機溶剤中に溶解せしめ、有機連続相(O相)に塩基を加えて、中和したのち、水媒体(W相)を投入することによって、W/OからO/Wへの、樹脂の変換(いわゆる転相)が行われて不連続相化し、樹脂を、水媒体中に粒子状に分散する方法である。
なお、樹脂粒子の体積平均粒径は、レーザー回折式粒度分布測定装置(例えば、堀場製作所製、LA−700)の測定によって得られた粒度分布を用い、分割された粒度範囲(チャンネル)に対し、体積について小粒径側から累積分布を引き、全粒子に対して累積50%となる粒径を体積平均粒径D50vとして測定される。なお、他の分散液中の粒子の体積平均粒径も同様に測定される。
次に、樹脂粒子分散液と共に、着色剤粒子分散液と、離型剤粒子分散液と、を混合する。
そして、混合分散液中で、樹脂粒子と着色剤粒子と離型剤粒子とをヘテロ凝集させ目的とするトナー粒子の径に近い径を持つ、樹脂粒子と着色剤粒子と離型剤粒子とを含む凝集粒子を形成する。
凝集粒子形成工程においては、例えば、混合分散液を回転せん断型ホモジナイザーで攪拌下、室温(例えば25℃)で上記凝集剤を添加し、混合分散液のpHを酸性(例えばpHが2以上5以下)に調整し、必要に応じて分散安定剤を添加した後に、上記加熱を行ってもよい。
凝集剤の金属イオンと錯体もしくは類似の結合を形成する添加剤を必要に応じて用いてもよい。この添加剤としては、キレート剤が好適に用いられる。
キレート剤としては、水溶性のキレート剤を用いてもよい。キレート剤としては、例えば、酒石酸、クエン酸、グルコン酸等のオキシカルボン酸、イミノジ酸(IDA)、ニトリロトリ酢酸(NTA)、エチレンジアミンテトラ酢酸(EDTA)等が挙げられる。
キレート剤の添加量としては、例えば、樹脂粒子100質量部に対して0.01質量部以上5.0質量部以下が好ましく、0.1質量部以上3.0質量部未満がより好ましい。
次に、凝集粒子が分散された凝集粒子分散液に対して、例えば、樹脂粒子のガラス転移温度以上(例えば樹脂粒子のガラス転移温度より10から30℃高い温度以上)に加熱して、凝集粒子を融合・合一し、トナー粒子を形成する。
なお、凝集粒子が分散された凝集粒子分散液を得た後、当該凝集粒子分散液と、樹脂粒子が分散された樹脂粒子分散液と、をさらに混合し、凝集粒子の表面にさらに樹脂粒子を付着するように凝集して、第2凝集粒子を形成する工程と、第2凝集粒子が分散された第2凝集粒子分散液に対して加熱をし、第2凝集粒子を融合・合一して、コア/シェル構造のトナー粒子を形成する工程と、を経て、トナー粒子を製造してもよい。
洗浄工程は、帯電性の点から充分にイオン交換水による置換洗浄を施すことがよい。また、固液分離工程は、特に制限はないが、生産性の点から吸引濾過、加圧濾過等を施すことがよい。また、乾燥工程も特に方法に制限はないが、生産性の点から凍結乾燥、フラッシュジェット乾燥、流動乾燥、振動型流動乾燥等を施すことがよい。
混練粉砕法は、より詳細には、結着樹脂を含むトナー形成材料を混練する混練工程と、前記混練物を粉砕する粉砕工程とに分けられる。必要に応じて、混練工程により形成された混練物を冷却する冷却工程等、他の工程を有してもよい。
混練粉砕法に係る各工程について詳しく説明する。
混練工程は、結着樹脂を含むトナー形成材料を混練する。
混練工程においては、トナー形成材料100質量部に対し、0.5質量部以上5質量部以下の水系媒体(例えば、蒸留水やイオン交換水等の水、アルコール類等)を添加することが望ましい。
スクリュー押出し機11は、スクリュー(図示せず)を備えたバレル12と、バレル12にトナーの原料であるトナー形成材料を注入する注入口14と、バレル12中のトナー形成材料に水系媒体を添加するための液体添加口16と、バレル12中でトナー形成材料が混練されて形成された混練物を排出する排出口18と、から構成されている。
ついで、送りスクリュー部SBにおいて、液体添加口16からバレル12に水系媒体を注入することにより、トナー形成材料に水系媒体を添加する。また図2では、送りスクリュー部SBにおいて水系媒体を注入する形態を示しているが、これに限られず、ニーディング部NBにおいて水系媒体が注入されてもよく、送りスクリュー部SB及びニーディング部NBの両方において水系媒体が注入されてもよい。すなわち、水系媒体を注入する位置及び注入箇所は、必要に応じて選択される。
最後に、ニーディング部NBにより溶融混練されて形成された混練物は、送りスクリュー部SCにより排出口18に輸送され、排出口18から排出される。
以上のようにして、図2に示したスクリュー押出機11を用いた混練工程が行われる。
冷却工程は、上記混練工程において形成された混練物を冷却する工程であり、冷却工程では、混練工程終了の際における混練物の温度から4℃/sec以上の平均降温速度で40℃以下まで冷却することが好ましい。混練物の冷却速度が遅い場合、混練工程において結着樹脂中に細かく分散された混合物(着色剤、離型剤等の内添剤の混合物)が再結晶化し、分散径が大きくなる場合がある。一方、上記平均降温速度で急冷すると、混練工程終了直後の分散状態がそのまま保たれるため好ましい。なお上記平均降温速度とは、混練工程終了の際における混練物の温度(例えば図2のスクリュー押出し機11を用いた場合は、t2℃)から40℃まで降温させる速度の平均値をいう。
冷却工程における冷却方法としては、具体的には、例えば、冷水又はブラインを循環させた圧延ロール及び挟み込み式冷却ベルト等を用いる方法が挙げられる。なお、前記方法により冷却を行う場合、その冷却速度は、圧延ロールの速度、ブラインの流量、混練物の供給量、混練物の圧延時のスラブ厚等で決定される。スラブ厚は、1mm以上3mm以下の薄さであることが好ましい。
冷却工程により冷却された混練物は、粉砕工程により粉砕され、粒子が形成される。粉砕工程では、例えば、機械式粉砕機、ジェット式粉砕機等が使用される。
粉砕工程により得られた粒子は、必要に応じて、目的とする範囲の体積平均粒子径のトナー粒子を得るため、分級工程により分級を行ってもよい。分級工程においては、従来から使用されている遠心式分級機、慣性式分級機等が使用され、微粉(目的とする範囲の粒径よりも小さい粒子)及び粗粉(目的とする範囲の粒径よりも大きい粒子)が除去される。
得られたトナー粒子には、凝集合一法と同様にして外添剤が添加され、混合されることで本実施形態に係るトナーが製造される。
本実施形態に係る静電荷像現像剤は、本実施形態に係るトナーを少なくとも含むものである。
本実施形態に係る静電荷像現像剤は、本実施形態に係るトナーのみを含む一成分現像剤であってもよいし、当該トナーとキャリアと混合した二成分現像剤であってもよい。
なお、磁性粉分散型キャリア、及び樹脂含浸型キャリアは、当該キャリアの構成粒子を芯材とし、これに被覆樹脂により被覆したキャリアであってもよい。
なお、被覆樹脂、及びマトリックス樹脂には、導電材料等、その他添加剤を含ませてもよい。
具体的な樹脂被覆方法としては、芯材を被覆層形成用溶液中に浸漬する浸漬法、被覆層形成用溶液を芯材表面に噴霧するスプレー法、芯材を流動エアーにより浮遊させた状態で被覆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の芯材と被覆層形成用溶液とを混合し、溶剤を除去するニーダーコーター法等が挙げられる。
本実施形態に係る画像形成装置/画像形成方法について説明する。
本実施形態に係る画像形成装置は、像保持体と、像保持体の表面を帯電する帯電手段と、帯電した像保持体の表面に静電荷像を形成する静電荷像形成手段と、静電荷像現像剤を収容し、静電荷像現像剤により、像保持体の表面に形成された静電荷像をトナー画像として現像する現像手段と、像保持体の表面に形成されたトナー画像を記録媒体の表面に転写する転写手段と、記録媒体の表面に転写されたトナー画像を定着する定着手段と、を備える。そして、静電荷像現像剤として、本実施形態に係る静電荷像現像剤が適用される。
中間転写方式の装置の場合、転写手段は、例えば、表面にトナー画像が転写される中間転写体と、像保持体の表面に形成されたトナー画像を中間転写体の表面に一次転写する一次転写手段と、中間転写体の表面に転写されたトナー画像を記録媒体の表面に二次転写する二次転写手段と、を有する構成が適用される。
図3に示す画像形成装置は、色分解された画像データに基づくイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)の各色の画像を出力する電子写真方式の第1乃至第4の画像形成ユニット10Y、10M、10C、10K(画像形成手段)を備えている。これらの画像形成ユニット(以下、単に「ユニット」と称する場合がある)10Y、10M、10C、10Kは、水平方向に互いに予め定められた距離離間して並設されている。なお、これらユニット10Y、10M、10C、10Kは、画像形成装置に対して脱着するプロセスカートリッジであってもよい。
また、各ユニット10Y、10M、10C、10Kの現像装置(現像手段)4Y、4M、4C、4Kのそれぞれには、トナーカートリッジ8Y、8M、8C、8Kに収められたイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの4色のトナーを含むトナーの供給がなされる。
なお、一次転写ロール5Yは、中間転写ベルト20の内側に配置され、感光体1Yに対向した位置に設けられている。更に、各一次転写ロール5Y、5M、5C、5Kには、一次転写バイアスを印加するバイアス電源(図示せず)がそれぞれ接続されている。各バイアス電源は、図示しない制御部による制御によって、各一次転写ロールに印加する転写バイアスを可変する。
まず、動作に先立って、帯電ロール2Yによって感光体1Yの表面が−600V乃至−800Vの電位に帯電される。
感光体1Yは、導電性(例えば20℃における体積抵抗率:1×10−6Ωcm以下)の基体上に感光層を積層して形成されている。この感光層は、通常は高抵抗(一般の樹脂の抵抗)であるが、レーザ光線3Yが照射されると、レーザ光線が照射された部分の比抵抗が変化する性質を持っている。そこで、帯電した感光体1Yの表面に、図示しない制御部から送られてくるイエロー用の画像データに従って、露光装置3を介してレーザ光線3Yを出力する。レーザ光線3Yは、感光体1Yの表面の感光層に照射され、それにより、イエロー画像パターンの静電荷像が感光体1Yの表面に形成される。
感光体1Y上に形成された静電荷像は、感光体1Yの走行に従って予め定められた現像位置まで回転される。そして、この現像位置で、感光体1Y上の静電荷像が、現像装置4Yによってトナー画像として可視像(現像像)化される。
一方、感光体1Y上に残留したトナーは感光体クリーニング装置6Yで除去されて回収される。
こうして、第1のユニット10Yにてイエロートナー画像の転写された中間転写ベルト20は、第2乃至第4のユニット10M、10C、10Kを通して順次搬送され、各色のトナー画像が重ねられて多重転写される。
定着後における画像表面の平滑性をさらに向上させるには、記録紙Pの表面も平滑が好ましく、例えば、普通紙の表面を樹脂等でコーティングしたコート紙、印刷用のアート紙等が好適に使用される。
本実施形態に係るプロセスカートリッジについて説明する。
本実施形態に係るプロセスカートリッジは、本実施形態に係る静電荷像現像剤を収容し、静電荷像現像剤により、像保持体の表面に形成された静電荷像をトナー画像として現像する現像手段を備え、画像形成装置に着脱されるプロセスカートリッジである。
図4に示すプロセスカートリッジ200は、例えば、取り付けレール116及び露光のための開口部118が備えられた筐体117により、感光体107(像保持体の一例)と、感光体107の周囲に備えられた帯電ロール108(帯電手段の一例)、現像装置111(現像手段の一例)、及び感光体クリーニング装置113(クリーニング手段の一例)を一体的に組み合わせて保持して構成し、カートリッジ化されている。
なお、図4中、109は露光装置(静電荷像形成手段の一例)、112は転写装置(転写手段の一例)、115は定着装置(定着手段の一例)、300は記録紙(記録媒体の一例)を示している。
本実施形態に係るトナーカートリッジは、本実施形態に係るトナーを収容し、画像形成装置に着脱されるトナーカートリッジである。トナーカートリッジは、画像形成装置内に設けられた現像手段に供給するための補給用のトナーを収容するものである。
攪拌機、滴下ノズル、温度計を具備した1.5Lのガラス製反応容器に、メタノール198g、10%アンモニア水(NH4OH)35gを添加して混合して、アルカリ触媒溶液を得た。
このアルカリ触媒溶液を25℃に調整した後、攪拌しながら、テトラメトキシシラン(TMOS)100gと3.8%アンモニア水(NH4OH)79gとを、テトラアルコキシシランの1分間当たりに供給される総供給量の1mol当たりに対してNH3量が0.27molになるように流量を調整し、添加を開始し、60分かけて滴下を行い平均粒径170nmのシリカ粒子懸濁液1を得た。
アルカリ触媒溶液の温度を25℃から35℃に変更した以外はシリカ粒子懸濁液1の製造と同様に操作し、平均粒径85nmのシリカ粒子懸濁液2を得た。
アルカリ触媒溶液の温度を25℃から38℃に変更した以外はシリカ粒子懸濁液1の製造と同様に操作し、平均粒径57nmのシリカ粒子懸濁液3を得た。
アルカリ触媒溶液の温度を25℃から43℃に変更した以外はシリカ粒子懸濁液1の製造と同様に操作し、平均粒径43nmのシリカ粒子懸濁液4を得た。
アルカリ触媒溶液の温度を25℃から50℃に変更した以外はシリカ粒子懸濁液1の製造と同様に操作し、平均粒径34nmのシリカ粒子懸濁液5を得た。
アルカリ触媒溶液の温度を25℃から30℃に変更した以外はシリカ粒子懸濁液1の製造と同様に操作し、平均粒径128nmのシリカ粒子懸濁液6を得た。
(不定形無機粒子1の製造)
シリカ粒子懸濁液1とシリカ粒子懸濁液3を混合し撹拌しながら30℃に調整した後、塩化亜鉛0.2gを添加し60分間撹拌を継続した。
その後、溶媒を加熱蒸留により300g留去し、純水を300g加えた後、凍結乾燥機により乾燥を行い、親水性不定形シリカ粒子を得た。
さらに、親水性不定形シリカ粒子35gにヘキサメチルジシラザン7gを添加し、150℃で2時間反応させ、シリカ粒子の疎水化処理を行うことにより、疎水性シリカ粒子である不定形無機粒子1を得た。
不定形無機粒子1についての外接長方形の中心と、投影像の重心との間の距離と絶対最大長(長辺)との比及び外接長方形の長辺の長さと短辺の長さの比を表1に示す。
(不定形無機粒子2の製造)
シリカ粒子懸濁液3をシリカ粒子懸濁液4に変更する以外は実施例1と同様に操作し、不定形無機粒子2を得た。
不定形無機粒子2についての外接長方形の中心と、投影像の重心との間の距離と絶対最大長(長辺)との比及び外接長方形の長辺の長さと短辺の長さの比を表1に示す。
(不定形無機粒子3の製造)
シリカ粒子懸濁液3をシリカ粒子懸濁液2に変更する以外は実施例1と同様に操作し、不定形無機粒子3を得た。
不定形無機粒子3についての外接長方形の中心と、投影像の重心との間の距離と絶対最大長(長辺)との比及び外接長方形の長辺の長さと短辺の長さの比を表1に示す。
(不定形無機粒子4の製造)
シリカ粒子懸濁液3をシリカ粒子懸濁液6に変更する以外は実施例1と同様に操作し、不定形無機粒子4を得た。
不定形無機粒子4についての外接長方形の中心と、投影像の重心との間の距離と絶対最大長(長辺)との比及び外接長方形の長辺の長さと短辺の長さの比を表1に示す。
(不定形無機粒子5の製造)
シリカ粒子懸濁液3をシリカ粒子懸濁液5に変更する以外は実施例1と同様に操作し、不定形無機粒子5を得た。
不定形無機粒子5についての外接長方形の中心と、投影像の重心との間の距離と絶対最大長(長辺)との比及び外接長方形の長辺の長さと短辺の長さの比を表1に示す。
(トナー1の作製)
スチレン−ブチルアクリレート共重合体(重量平均分子量Mw=150,000、共重合比80:20)100部、カーボンブラック(モーガルL:キャボット社製)5部、およびカルナバワックス6部の混合物をエクストルーダで混練し、ジェットミルで粉砕後、温風による球形化処理をクリプトロン(川崎重工製)にて実施し、風力式分級機で分級して粒子径6.2μmのトナー粒子を得た。
このトナー粒子100部に対して実施例A1で得られた不定形無機粒子1の1.2部を添加し、ヘンシェルミキサーで混合してトナー1を得た。
スチレン−メチルメタクリレート共重合体(Mw:3.5万)2.8部とカーボンブラック0.2部をトルエン50部に投入し、サンドミルを用いて30分間分散して分散液を作製した。この分散液23部をフェライト粒子100部(体積平均粒径30μm)と混合し、この混合物を真空脱気型ニーダーで、80℃に加熱しながら30分間撹拌した。その後減圧しながら撹拌し、溶剤を除去した。取り出した混合物を75μmメッシュで篩分を行い、粗大分を除去し、キャリアを得た。
トナー1の40部と、キャリア350部と、をV−ブレンダーを用い35rpmで30分間攪拌し、212μmメッシュで篩分を行い、粗大分を除去することにより静電荷像現像剤(以下、「現像剤」と称する)1を得た。
不定形無機粒子1に替えて不定形無機粒子2を用いた以外は実施例B1と同様にしてトナー2を得た。トナー1に替えてトナー2を用いた以外は実施例B1と同様にして現像剤2を得た。
不定形無機粒子1に替えて不定形無機粒子3を用いた以外は実施例B1と同様にしてトナー3を得た。トナー1に替えてトナー3を用いた以外は実施例B1と同様にして現像剤3を得た。
実施例B1で得られたトナー粒子100部に対して実施例A1で得られた不定形無機粒子1の1.0部とコロイダルシリカ(日本アエロジル社製R972)0.2部とを添加し、ヘンシェルミキサーで混合してトナー4を得た。トナー1に替えてトナー4を用いた以外は実施例B1と同様にして現像剤4を得た。
実施例B1で得られたトナー粒子100部に対して実施例A3で得られた不定形無機粒子3の1.0部とコロイダルシリカ(日本アエロジル社製R972)0.2部とを添加し、ヘンシェルミキサーで混合してトナー5を得た。トナー1に替えてトナー5を用いた以外は実施例B1と同様にして現像剤5を得た。
不定形無機粒子1に替えて不定形無機粒子4を用いた以外は実施例B1と同様にしてトナー6を得た。トナー1に替えてトナー6を用いた以外は実施例B1と同様にして現像剤6を得た。
不定形無機粒子1に替えて不定形無機粒子5を用いた以外は実施例B1と同様にしてトナー7を得た。トナー1に替えてトナー7を用いた以外は実施例B1と同様にして現像剤7を得た。
実施例B1で得られたトナー粒子100部に対して実施例A1で得られた不定形無機粒子1の0.48部とコロイダルシリカ(日本アエロジル社製R972)0.72部とを添加し、ヘンシェルミキサーで混合してトナー8を得た。トナー1に替えてトナー8を用いた以外は実施例B1と同様にして現像剤8を得た。
実施例B1〜B5及び比較例B1〜B3について下記評価を行った。結果を表2に示す。
−感光体フィルミング−
各例で得られた現像剤を、富士ゼロックス社製画像形成装置「DocuPrintC3200改造機(プロセス速度を320mm/sにし、定着装置を除去して転写工程まで通常と同じように動作するように改造したもの)を用い、記録媒体上のトナー量を0.2g/m2として10℃/15%RH環境下において5000枚の連続出力を行い、フィルミングによる画像欠陥が発生したプリント枚数について百分率で数値化し評価した。
−評価基準−
◎:フィルミングによる画像欠陥0.5%未満
○:0.5%以上2.0%未満
△:2.0%以上5.0%未満
×:5.0%以上
フィルミング評価のための画像連続出力後、画像形成装置を分解し感光体を取り出し、取り出した感光体表面をカラーレーザー顕微鏡「VK−9700」(キーエンス社製)を用いて観察し、目視にて表面のスクラッチ傷の状態を評価した。
−評価基準−
◎:スクラッチ傷は認められない
○:細かなスクラッチ傷がわずかに認められる
△:細かなスクラッチ傷が認められるが筋状のスクラッチ傷は認められない
×:筋状のスクラッチ傷が顕著に認められる
2Y、2M、2C、2K、帯電ロール(帯電手段の一例)
3 露光装置(静電荷像形成手段の一例)
3Y、3M、3C、3K レーザ光線
4Y、4M、4C、4K 現像装置(現像手段の一例)
5Y、5M、5C、5K 一次転写ロール(一次転写手段の一例)
6Y、6M、6C、6K 感光体クリーニング装置(クリーニング手段の一例)
8Y、8M、8C、8K トナーカートリッジ
10Y、10M、10C、10K 画像形成ユニット
20 中間転写ベルト(中間転写体の一例)
22 駆動ロール
24 支持ロール
26 二次次転写ロール(二次転写手段の一例)
30 中間転写体クリーニング装置
107 感光体(像保持体の一例)
108 帯電ロール(帯電手段の一例)
109 露光装置(静電荷像形成手段の一例)
111 現像装置(現像手段の一例)
112 転写装置(転写手段の一例)
113 感光体クリーニング装置(クリーニング手段の一例)
115 定着装置(定着手段の一例)
116 取り付けレール
117 筐体
118 露光のための開口部
200 プロセスカートリッジ
300 記録紙(記録媒体の一例)
P 記録紙(記録媒体の一例)
Claims (7)
- 下記条件(1)及び下記条件(2)を満たす不定形無機粒子。
条件(1):投影像の絶対最大長に並行で前記投影像を挟み込む線を長辺とし、前記絶対最大長に対して垂直で前記投影像を挟み込む線を短辺とする外接長方形の中心と、前記投影像の重心との間の距離が前記絶対最大長の1/17以上1/13以下。
条件(2):前記外接長方形の長辺の長さと短辺の長さの比(長辺/短辺)が1.2以上1.5以下。 - トナー粒子と、請求項1に記載の不定形無機粒子を含む外添剤と、を含み、前記外添剤に占める前記不定形無機粒子の割合が、50個数%以上である静電荷像現像用トナー。
- 請求項2に記載の静電荷像現像用トナーを含む静電荷像現像剤。
- 請求項2に記載の静電荷像現像用トナーを収容し、
画像形成装置に着脱されるトナーカートリッジ。 - 請求項3に記載の静電荷像現像剤を収容し、前記静電荷像現像剤により、像保持体の表面に形成された静電荷像をトナー画像として現像する現像手段を備え、
画像形成装置に着脱されるプロセスカートリッジ。 - 像保持体と、
前記像保持体の表面を帯電する帯電手段と、
帯電した前記像保持体の表面に静電荷像を形成する静電荷像形成手段と、
請求項3に記載の静電荷像現像剤を収容し、前記静電荷像現像剤により、前記像保持体の表面に形成された静電荷像をトナー画像として現像する現像手段と、
前記像保持体の表面に形成されたトナー画像を記録媒体の表面に転写する転写手段と、
前記記録媒体の表面に転写されたトナー画像を定着する定着手段と、
を備える画像形成装置。 - 像保持体の表面を帯電する帯電工程と、
帯電した前記像保持体の表面に静電荷像を形成する静電荷像形成工程と、
請求項3に記載の静電荷像現像剤により、前記像保持体の表面に形成された静電荷像をトナー画像として現像する現像工程と、
前記像保持体の表面に形成されたトナー画像を記録媒体の表面に転写する転写工程と、
前記記録媒体の表面に転写されたトナー画像を定着する定着工程と、
を有する画像形成方法。
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