JP4479576B2 - 静電荷像現像用トナー、画像形成装置、画像形成方法 - Google Patents
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樹脂粒子を凝集・融着させてなる母体粒子に外添剤を添加して得られる静電荷像現像用トナーにおいて、
前記外添剤として、
個数平均一次粒子径が10〜50nmの無機粒子と
個数平均一次粒子径が70〜150nmの無機粒子と
個数平均一次粒子径が70〜150nmの2種類以上の金属元素を含むドメイン・マトリックス構造を有する金属酸化物粒子と
を用いることを特徴とする静電荷像現像用トナー。
前記金属酸化物粒子の添加量が、0.1〜3.0質量%であることを特徴とする請求項1に記載の静電荷像現像用トナー。
前記個数平均一次粒子径が10〜50nmの無機粒子の添加量が、1.0〜2.5質量%であることを特徴とする請求項1または2に記載の静電荷像現像用トナー。
前記個数平均一次粒子径が70〜150nmの無機粒子の添加量が、0.1〜2.0質量%であることを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の静電荷像現像用トナー。
感光体上の形成された静電潜像を請求項1〜4の何れか1項に記載の静電荷像現像用トナーを有する現像剤により現像してトナー像を形成する現像手段と、
該感光体上に形成されたトナー像を転写材に転写する転写手段と、
該トナー像が転写された転写材を感光体から分離する分離手段と、
該転写手段により転写材上に転写されたトナー像を定着する定着手段と、
転写後に感光体上に残留したトナーを回収し、該現像手段に戻すトナーリサイクル手段とを有することを特徴とする画像形成装置。
前記定着手段は、交流電流の印加により磁界を発生する誘導コイルと、該誘導コイルで発生した磁界の作用で加熱される加熱ローラと、を有することを特徴とする請求項5に記載の画像形成装置。
感光体上の形成された静電潜像を請求項1〜4の何れか1項に記載の静電荷像現像用トナーを有する現像剤により現像してトナー像を形成する現像工程と、
該感光体上に形成されたトナー像を転写材に転写する転写工程と、
該トナー像が転写された転写材を感光体から分離する分離工程と、
該転写材に転写されたトナー像を転写材に定着する定着工程と、
転写後に感光体上に残留したトナーを回収し、該現像工程に戻すトナーリサイクル工程からなることを特徴とする画像形成方法。
前記転写材に転写されたトナー像を転写材に定着する定着工程は、交流電流の印加により誘導コイルで発生した磁界の作用で加熱ローラを加熱し、
加熱された加熱ローラと加圧ローラとの間に形成されるニップ部に、
該転写材を搬送させてトナー像を溶融定着させることを特徴とする請求項7に記載の画像形成方法。
小径の無機粒子を構成する材料としては、各種無機酸化物、炭化物、窒化物、ホウ化物等が好適に用いられる。
大径の無機粒子を構成する無機材料としては、各種無機酸化物、炭化物、窒化物、ホウ化物等が好適に用いられる。
金属酸化物粒子を構成する金属元素としては、特に制限はないが、好ましい金属元素としてSi、Ti、Mg、Al、Sn、Ge、Zr、Zn等を挙げられる。これらの中ではSi、Ti、Al、Zrがより好ましい。
乳化会合法は、樹脂粒子を水系媒体中で凝集・融着させて調製する方法である。この方法としては、特に限定されるものではないが、例えば、特開平5−265252号公報や特開平6−329947号公報、特開平9−15904号公報に示す方法を挙げることができる。即ち、樹脂粒子と着色剤などの構成材料の分散粒子、或いは樹脂及び着色剤等より構成される粒子を複数以上凝集・融着させる方法、特に水中に、これらを乳化剤を用いて分散した後に、臨界凝集濃度以上の凝集剤を加え塩析させると同時に、形成された重合体自体のガラス転移点温度以上で加熱融着させて融着粒子を形成しつつ徐々に粒径を成長させ、目的の粒径となったところで水を多量に加えて粒径成長を停止し、更に加熱、撹拌しながら粒子表面を平滑にして形状を制御し、その粒子を含水状態のまま流動状態で加熱乾燥することにより、本発明のトナーを形成することができる。
(1)離型剤をラジカル重合性単量体に溶解或いは分散する溶解/分散工程
(2)樹脂粒子の分散液を調製するための重合工程
(3)水系媒体中で樹脂粒子と着色剤粒子を凝集・融着させてトナー母体(会合粒子)を得る凝集・融着工程
(4)トナー母体の分散液を冷却する冷却工程
(5)冷却されたトナー母体の分散液から当該トナー母体を固液分離し、当該トナー母体から界面活性剤などを除去する洗浄工程
(6)洗浄処理されたトナー母体を乾燥する乾燥工程
必要に応じ
(7)乾燥処理されたトナー母体に外添剤を添加する工程が含まれていてもよい。
この工程は、ラジカル重合性単量体に離型剤を溶解或いは分散させて、当該離型剤のラジカル重合性単量体溶液を調製する工程である。
この重合工程の好適な一例においては、界面活性剤を含有した水系媒体中に、前記離型剤を溶解或いは分散含有したラジカル重合性単量体溶液を添加し、機械的エネルギーを加えて液滴を形成させ、次いで水溶性のラジカル重合開始剤からのラジカルにより当該液滴中において重合反応を進行させる。尚、前記水系媒体中に、核粒子として樹脂粒子を添加しておいても良い。
凝集・融着の方法としては、重合工程により得られた樹脂粒子(着色または非着色の樹脂粒子)を用いた凝集・融着法が好ましい。また、当該凝集・融着工程においては、樹脂粒子や着色剤粒子とともに、離型剤粒子や荷電制御剤などの内添剤粒子なども凝集・融着させることができる。
この工程は、前記トナー母体の分散液を冷却処理(急冷処理)する工程である。冷却処理条件としては、1〜20℃/minの冷却速度で冷却する。冷却処理方法としては特に限定されるものではなく、反応容器の外部より冷媒を導入して冷却する方法や、冷水を直接反応系に投入して冷却する方法を例示することができる。
この固液分離・洗浄工程では、上記の工程で所定温度まで冷却されたトナー母体の分散液から当該トナー母体を固液分離する固液分離処理と、固液分離されたトナーケーキ(ウェット状態にあるトナー母体をケーキ状に凝集させた集合物)から界面活性剤や塩析剤などの付着物を除去する洗浄処理とが施される。ここに、濾過処理方法としては、遠心分離法、ヌッチェ等を使用して行う減圧濾過法、フィルタープレス等を使用して行う濾過法など特に限定されるものではない。
この工程は、洗浄処理されたトナーケーキを乾燥処理し、乾燥されたトナー母体を得る工程である。この工程で使用される乾燥機としては、スプレードライヤー、真空凍結乾燥機、減圧乾燥機などを挙げることができ、静置棚乾燥機、移動式棚乾燥機、流動層乾燥機、回転式乾燥機、撹拌式乾燥機などを使用することが好ましい。乾燥されたトナー母体の水分は、5質量%以下であることが好ましく、更に好ましくは2質量%以下とされる。尚、乾燥処理されたトナー母体同士が、弱い粒子間引力で凝集している場合には、当該凝集体を解砕処理してもよい。ここに、解砕処理装置としては、ジェットミル、ヘンシェルミキサー、コーヒーミル、フードプロセッサー等の機械式の解砕装置を使用することができる。
この工程は、乾燥されたトナー母体に外添剤を混合し、トナーを作製する工程である。
結着樹脂を構成する重合性単量体としては公知のものを使用することができる。具体的には、スチレンとアクリル酸或いはメタクリル酸誘導体と、イオン性解離基を有するものを組み合わせて用いることが好ましい。
本発明に用いられる着色剤は、公知の無機または有機着色剤を使用することができる。尚、これらの着色剤は必要に応じて単独もしくは2つ以上を選択併用しても良い。また、着色剤の添加量はトナー全体に対して1〜30質量%、好ましくは2〜20質量%の範囲に設定するのが良い。
本発明に用いられる離型剤は、公知の化合物を用いることができる。離型剤はトナー全体に対して1〜15質量%、好ましくは3〜12質量%含有すると、良好な結果を得ることができる。
本発明のトナーには、必要に応じて荷電制御剤を添加することができる。荷電制御剤としては、公知の化合物を用いることができる。
本発明では、本発明に係る外添剤を用いることが必須の要件であるが、以下に示す従来公知の外添剤を混合して用いてもよい。
本発明のトナーは、一成分現像剤、二成分現像剤として用いることができる。
本発明のトナーは、トナーリサイクル手段を有する画像形成装置に好適に使用される。
本発明に用いる転写材は、トナー画像を保持する支持体で、通常画像支持体、記録材或いは転写紙と通常よばれるものである。具体的には薄紙から厚紙までの普通紙や上質紙、アート紙やコート紙等の塗工された印刷用紙、市販されている和紙やはがき用紙、OHP用のプラスチックフィルム、布等の各種転写材を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
《小径の無機粒子》
二酸化珪素粒子と二酸化チタン粒子を表1に記載のように混合して「無機粒子1−1〜1−6」を準備した。
個数平均一次粒子径の異なる二酸化チタンからなる「無機粒子2−1〜2−5」を準備した。
〈金属酸化物粒子3−1の製造〉
金属酸化物粒子の製造には、図3に記載の装置を用いた。
ヘキサメチルジシロキサン 72質量部
γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン 14質量部
トリイソステアリルイソプロピルチタネート 14質量部
上記で製造した金属酸化物粒子を透過型電子顕微鏡を用いて観察した結果、ドメイン・マトリックス構造をしていることが確認できた。また、金属酸化物粒子の個数平均一次粒子径は、透過型電子顕微鏡写真を撮影し、画像解析装置「ルーゼックス AP」((株)ニレコ製)で計測した結果、104nmであった。
「金属酸化物粒子3−1」の作製に用いた原料を表3のように変更、火炎温度を表3のように調整して燃焼させた以外は同様にして「金属酸化物粒子3−2〜3−6」を製造した。
〈トナー母体の作製〉
(コア用樹脂粒子の作製)
第一段重合(ミニエマ重合)
撹拌装置、温度センサー、冷却管、窒素導入装置を取り付けた反応容器に、下記単量体混合液を入れ、そこにペンタエリスリトールテトラベヘン酸エステル100gを添加し、70℃に加温して溶解させて単量体溶液を調製した。
n−ブチルアクリレート 60.0g
メタクリル酸 15.0g
n−オクチル−3−メルカプトプロピオネート 7.0g
一方、ポリオキシエチレン(2)ドデシルエーテル硫酸ナトリウム2gをイオン交換水1350gに溶解させた界面活性剤溶液を70℃に加温し、前記単量体溶液に添加混合した後、循環経路を有する機械式分散機「クレアミックス(CLEARMIX)」(エム・テクニック社製)により、70℃で30分間混合分散を行い、乳化分散液を調製した。
上記のようにして得られた「樹脂粒子(1H)」に、過硫酸カリウム12gをイオン交換水220gに溶解させた開始剤溶液を添加し、80℃の温度条件下に、
スチレン 320.0g
n−ブチルアクリレート 100.0g
メタクリル酸 35.0g
n−オクチル−3−メルカプトプロピオネート 7.5g
からなる単量体混合液を1時間かけて滴下した。滴下終了後、2時間にわたり加熱撹拌することにより重合を行った後、28℃まで冷却し樹脂粒子を得た。これを「コア用樹脂粒子」とする。
撹拌装置、温度センサー、冷却管、窒素導入装置を取り付けた反応容器に、ドデシル硫酸ナトリウム8gをイオン交換水3000gに溶解させた界面活性剤溶液を仕込み、窒素気流下230rpmの撹拌速度で撹拌しながら、内温を80℃に昇温した。
n−ブチルアクリレート 165.0g
メタクリル酸 70.0g
n−オクチル−3−メルカプトプロピオネート 5.5g
(着色剤分散液の作製)
ドデシル硫酸ナトリウム90gをイオン交換水1600gに撹拌溶解した。この溶液を撹拌しながら、カーボンブラック「リーガル330R」(キャボット社製)400gを徐々に添加し、次いで、撹拌装置「クレアミックス」(エム・テクニック社製)を用いて分散処理することにより、着色剤粒子の分散液を調整した。これを、「着色剤分散液」とする。この着色剤分散液における着色剤粒子の粒子径を、電気泳動光散乱光度計「ELS−800」(大塚電子社製)を用いて測定したところ、110nmであった。
撹拌装置、温度センサー、冷却管、窒素導入装置を取り付けた反応容器に、下記材料を入れ撹拌し、液温を30℃に調整した後、この溶液に5Nの水酸化ナトリウム水溶液を加えてpHを10に調整した。
イオン交換水 1400g
着色剤分散液1 420g
次いで、塩化マグネシウム・6水和物60gをイオン交換水60gに溶解した水溶液を、撹拌下、30℃にて10分間かけて添加した。3分間放置した後に昇温を開始し、この系を60分間かけて98℃まで昇温して凝集を行い、粒子径を成長させ会合反応を行った。その状態で、「コールターマルチサイザーIII」(ベックマン・コールター社製)にて会合粒子の粒径を測定し、体積基準におけるメディアン粒径(D50)が5μmになった時点で、塩化ナトリウム8.5gをイオン交換水35gに溶解した水溶液を添加して粒子成長を停止し、6時間撹拌し融着させた。
凝集・融着工程にて作製した「トナー母体の分散液」をバスケット型遠心分離機「MARKIII 型式番号60×40」(松本機械社製)で固液分離し、「トナー母体粒子のウェットケーキ」を形成した。該ウェットケーキを、前記バスケット型遠心分離機で水洗浄し、その後「フラッシュジェットドライヤー」(セイシン企業社製)に移し、水分量が0.5質量%となるまで乾燥して「トナー母体」を作製した。
上記の「トナー母体」100質量部に、表1に記載の外添剤を各々添加し、「ヘンシェルミキサー」(三井三池化工社製)で10分間混合し、その後45μmの目開きのフルイで粗大粒子を除去し、「トナー1〜21」を作製した。これらを「実施例1〜11」と「比較例1〜10」とする。
上記で得られた各トナーにシリコン樹脂を被覆した体積平均粒径50μmのフェライトキャリアを混合し、トナー濃度が6質量%の「現像剤1〜21」を調製した。
市販の複合機「7272」(トナーリサイクル方式)(コニカミノルタビジネステクノロジーズ社製)の定着装置を図5に記載の誘導加熱定着装置に変更した改造機に、上記で作製した「実施例1〜11」、「比較例1〜10」を順番に装填し、20℃、55%RHの環境で、画素率が10%の画像(文字画像が7%、人物顔写真、べた白画像、べた黒画像がそれぞれ1/4等分にあるオリジナル画像)を、A4版上質紙(64g/m2)に100万枚にわたるプリントを行い、以下の評価項目について評価を行った。尚、評価において、◎、○及び△は問題が無く合格、×は問題が有り不合格とした。
画像かぶりは、プリントされていない転写材(白紙)の濃度を20カ所、画像濃度を測定し、その平均値を白紙濃度とし、次に、無地画像のプリントがなされた転写材の白地部分を同様に20カ所、画像濃度を測定し平均濃度を算出し、その平均濃度から前記白紙濃度を引いた値をかぶり濃度として評価した。測定は反射濃度計「RD−918」(マクベス社製)を用いて行った。
◎:画像かぶり濃度が、0.003以下で優れている
○:画像かぶり濃度が、0.006以下で良好
△:画像かぶり濃度が、0.010以下で実用上問題ないレベル
×:画像かぶり濃度が、0.010より大きく実用上問題となるレベル。
画像濃度は、べた黒画像部の濃度を反射濃度計「RD−918」(マクベス社製)を用いて12点測定して評価した。
◎:画像濃度が、1.35以上で優れている
○:画像濃度が、1.30以上で良好
△:画像濃度が、1.20以上、1.30以下で実用上問題ないレベル
×:画像濃度が、1.20未満で実用上問題となるレベル。
1枚、50万枚、100万枚プリント終了後、画素濃度が1.30のソリッド画像(20mm×50mm)を形成し、下記式により転写率を求めて、評価を行った。
評価基準
○:転写率が、90%以上で良好
△:転写率が、80%以上で実用上問題ないレベル
×:転写率が、80%未満で実用上問題となるレベル。
細線再現性は、1枚、50万枚、100万枚プリント終了後、1mm幅に8本、5本の黒線が引かれた原稿をプリントし、何本まで解像できているかで評価した。
○:5本/mmまで解像でき、細線の再現性がまず良好
×:5本/mmを解像できす、細線の再現性が悪い。
2 連続相の領域であるマトリックス
3 ドメイン
Claims (8)
- 樹脂粒子を凝集・融着させてなる母体粒子に外添剤を添加して得られる静電荷像現像用トナーにおいて、
前記外添剤として、
個数平均一次粒子径が10〜50nmの無機粒子と
個数平均一次粒子径が70〜150nmの無機粒子と
個数平均一次粒子径が70〜150nmの2種類以上の金属元素を含むドメイン・マトリックス構造を有する金属酸化物粒子と
を用いることを特徴とする静電荷像現像用トナー。 - 前記金属酸化物粒子の添加量が、0.1〜3.0質量%であることを特徴とする請求項1に記載の静電荷像現像用トナー。
- 前記個数平均一次粒子径が10〜50nmの無機粒子の添加量が、1.0〜2.5質量%であることを特徴とする請求項1または2に記載の静電荷像現像用トナー。
- 前記個数平均一次粒子径が70〜150nmの無機粒子の添加量が、0.1〜2.0質量%であることを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の静電荷像現像用トナー。
- 感光体上の形成された静電潜像を請求項1〜4の何れか1項に記載の静電荷像現像用トナーを有する現像剤により現像してトナー像を形成する現像手段と、
該感光体上に形成されたトナー像を転写材に転写する転写手段と、
該トナー像が転写された転写材を感光体から分離する分離手段と、
該転写手段により転写材上に転写されたトナー像を定着する定着手段と、
転写後に感光体上に残留したトナーを回収し、該現像手段に戻すトナーリサイクル手段とを有することを特徴とする画像形成装置。 - 前記定着手段は、交流電流の印加により磁界を発生する誘導コイルと、該誘導コイルで発生した磁界の作用で加熱される加熱ローラと、を有することを特徴とする請求項5に記載の画像形成装置。
- 感光体上の形成された静電潜像を請求項1〜4の何れか1項に記載の静電荷像現像用トナーを有する現像剤により現像してトナー像を形成する現像工程と、
該感光体上に形成されたトナー像を転写材に転写する転写工程と、
該トナー像が転写された転写材を感光体から分離する分離工程と、
該転写材に転写されたトナー像を転写材に定着する定着工程と、
転写後に感光体上に残留したトナーを回収し、該現像工程に戻すトナーリサイクル工程からなることを特徴とする画像形成方法。 - 前記転写材に転写されたトナー像を転写材に定着する定着工程は、交流電流の印加により誘導コイルで発生した磁界の作用で加熱ローラを加熱し、
加熱された加熱ローラと加圧ローラとの間に形成されるニップ部に、
該転写材を搬送させてトナー像を溶融定着させることを特徴とする請求項7に記載の画像形成方法。
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