JP5872259B2 - 静電荷像現像用トナー - Google Patents
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Description
例えば、コア部分に酸化チタンを含みシェル部分に酸化珪素を含むコアシェル構造を有するとともに酸化チタンの含有量が80〜95重量%である複合酸化物を含有するトナーが、カブリや帯電ローラー汚れを抑制することが開示されている(特許文献1参照)。
〔1〕 外添剤として、チタニアとシリカからなる複合酸化物粒子(外添剤A)と疎水性シリカ粒子(外添剤B)を含有する静電荷像現像用トナーであって、該外添剤Aが、コア部分がチタニアからなり、シェル部分がシリカからなるコアシェル構造を有し、該外添剤A中のチタニアの含有量が75〜95重量%であり、該外添剤B中の炭素量が2.8〜6.0重量%である静電荷像現像用トナー、
〔2〕 前記〔1〕記載の静電荷像現像用トナーとキャリアからなる、二成分現像剤、並びに
〔3〕 前記〔1〕記載の静電荷像現像用トナー又は前記〔2〕記載の二成分現像剤をハイブリッド現像方式の画像形成装置に使用する画像形成方法
に関する。
外添剤Aはチタニアとシリカからなる複合酸化物粒子であり、かつシリカがシェル層であるコアシェル構造であるため、粒子表面にチタニアがほとんど存在しない。そのために、外添剤Aの体積抵抗値をシリカの体積抵抗値とチタニアの体積抵抗値との間に制御し、トナーの帯電量を適切に制御できる。また、粒子表面にチタニアがほとんど存在しないために、外添剤Aの粒子表面性状が均一であり、トナーの帯電量分布をシャープにすることができる。その結果、長時間連続印刷した場合においても、帯電量が適切な値で安定に維持される。
一方、外添剤Bは、炭素量の多いシリカであるために、炭素量の小さいシリカに比べ、トナー粒子間の付着力を高めることができる。
文字中抜けは、被転写材とトナー粒子の静電相互作用が強い、すなわちトナーの帯電量が大きい場合、あるいはトナー粒子間の付着力が弱い場合に発生すると推測される。外添剤Aと外添剤Bを併用することにより、長時間連続印刷した場合においても、被転写材とトナー粒子の静電相互作用とトナー粒子間の付着力が、安定かつ適切に制御され、文字中抜けが抑制されると考えられる。
外添剤Aは、チタニアとシリカからなる複合酸化物粒子である。本発明の効果を損なわない範囲で、チタニアとシリカ以外の物質を含有してもよい。外添剤A中のチタニアとシリカの合計含有量は、95重量%以上が好ましく、97重量%以上がより好ましく、99重量%以上がさらに好ましく、実質的に100重量%がよりさらに好ましい。なお、この複合酸化物粒子に後述される疎水化処理が行われる場合は、チタニアとシリカの合計含有量は、疎水化処理される前の複合酸化物粒子中の含有量である。
外添剤Aの体積抵抗値をシリカとチタニアの間に制御し、トナーの帯電量を適切に制御する観点、トナーの帯電量分布をシャープにし、帯電安定性を向上させる観点、外添剤Aの疎水化処理を容易にして、転写材や感光体などの部材とトナー粒子の付着力、及びトナー粒子間の付着力を高める観点、及びこれらの結果、文字中抜けを抑制し、適度な画像濃度を維持する観点から、コア部分がチタニアからなり、シェル部分がシリカからなるコアシェル構造を有する。コア部分には、本発明の効果を損なわない範囲でチタニア以外の物質が含有されていてもよく、シェル部分は、本発明の効果を損なわない範囲でシリカ以外の物質が含有されていてもよい。
外添剤Aはシリカをシェル層とするコアシェル構造のために、チタニアが表面に存在する非コアシェル構造のチタニアとシリカの複合酸化物粒子に比べ、均一に疎水化処理することができ、その結果、トナーの文字中抜けを抑制し、適度な画像濃度を維持することができる。
これらの中では、転写材や感光体などの部材とトナー粒子の付着力、及びトナー粒子間の付着力を適切に制御する観点から、オルガノジシラザンが好ましく、ヘキサメチルジシラザンがより好ましい。
例えば、四塩化ケイ素ガスと四塩化チタンガスとを不活性ガスと共に燃焼バーナーを備えた混合室に導入し、水素及び空気と混合して所定比率の混合ガスとし、この混合ガスを反応室で1000〜3000℃にて燃焼させて、複合酸化物を生成させ、冷却後、フィルターで捕集することによって得られる。
あるいは、アルコール溶媒中にて分散機を使用して酸化チタン微粒子分散液を調製し、次いで、アルコキシシラン化合物、アルコール、アンモニア水、上記分散液、更に水を順に加えて混合し、80℃にてアルコキシドの加水分解を行い、シリカ層を酸化チタン微粒子表面に固着させた後、濾過、洗浄、乾燥し、その後粉砕して得ることもできる。
本発明に用いる外添剤Bは、トナー粒子間の付着力を適切に高め、トナー粒子が集合体となって転写することで文字中抜けを抑制し、適度な画像濃度を維持する観点から、疎水化処理されたシリカ粒子である。
ジメチルシリコーンオイルの25℃における動粘度は、疎水化処理工程においてジメチルシリコーンオイルの揮発性、引火性を抑制する観点から、50cSt以上が好ましく、シリカ表面に均一に付着させる観点から、10000cSt以下が好ましく、500cSt以下がさらに好ましい。
外添剤Aと外添剤Bの重量比[外添剤A/外添剤B]は、トナーの文字中抜けを抑制する観点から、75/25〜25/75が好ましく、70/30〜30/70がより好ましく、60/40〜40/60がさらに好ましく、50/50〜40/60がよりさらに好ましい。
また、トナーの帯電量を適切な値に制御し、画像濃度を適切な値に制御する観点から、75/25〜60/40が好ましい。
本発明のトナーは、外添剤Aや外添剤B以外の外添剤を、本発明の効果が損なわれない程度に適宜を含有してもよい。
本発明のトナーは、トナー母粒子中に結着樹脂、着色剤を含有する。
[結着樹脂]
本発明に用いる結着樹脂は、トナーの低温定着性、保存安定性、耐久性に優れる観点から、ポリエステルを含有することが好ましい。結着樹脂として、ポリエステルのみを用いることが好ましいが、低温定着性の効果が損なわれない範囲において、ポリエステル以外の他の樹脂が含有されていてもよい。他の結着樹脂としては、ビニル系樹脂、エポキシ樹脂、ポリカーボネート、ポリウレタン等が挙げられる。
で表されるビスフェノールAのアルキレンオキサイド付加物等が挙げられる。炭素数2〜20の2価のアルコールとして、具体的には、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,4-ブタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、ビスフェノールA、水素添加ビスフェノールA等が挙げられる。
着色剤としては、トナー用着色剤として用いられている染料、顔料等のすべてを使用することができ、具体的には、カーボンブラック、フタロシアニンブルー、パーマネントブラウンFG、ブリリアントファーストスカーレット、ピグメントグリーンB、ローダミン−Bベース、ソルベントレッド49、ソルベントレッド146、ソルベントブルー35、キナクリドン、カーミン6B、イソインドリン、ジスアゾエロー等を用いることができる。
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、低分子量ポリプロピレンポリエチレン共重合体、マイクロクリスタリンワックス、パラフィンワックス、フィッシャートロプシュワックス等の脂肪族炭化水素系ワックス及びそれらの酸化物、カルナウバワックス、モンタンワックス、サゾールワックス及びそれらの脱酸ワックス、脂肪酸エステルワックス等のエステル系ワックス、脂肪酸アミド類、高級アルコール等が挙げられる。これらのなかでは、トナーの低温定着性、保存安定性を向上させる観点、二成分現像剤として用いる際にキャリアへのトナーの付着を抑制する観点から、炭化水素系ワックス及びエステル系ワックスが好ましく、同様の観点から、エステル系ワックスではカルナウバワックスが好ましく、炭化水素系ワックスではポリプロピレンワックスが好ましい。
荷電制御剤として、負帯電性荷電制御剤、正帯電性荷電制御剤のいずれも用いることができる。
負帯電性荷電制御剤としては、含金属アゾ染料、銅フタロシアニン染料、サリチル酸のアルキル誘導体の金属錯体、ニトロイミダゾール誘導体、ベンジル酸ホウ素錯体等が挙げられる。含金属アゾ染料としては、例えば「バリファーストブラック3804」、「ボントロンS-28」、「ボントロンS-31」、「ボントロンS-32」、「ボントロンS-34」、「ボントロンS-36」(以上、オリエント化学工業社製)、「T-77」、「アイゼンスピロンブラックTRH」(以上、保土谷化学工業社製)等が挙げられる。サリチル酸のアルキル誘導体の金属錯体としては、例えば「ボントロンE-81」、「ボントロンE-82」、「ボントロンE-84」、「ボントロンE-85」(以上、オリエント化学工業社製)等が挙げられる。ベンジル酸ホウ素錯体としては、例えば、「LR-147」(日本カーリット社製)等が挙げられる。これらの中では、トナーの帯電安定性を向上させ、文字中抜けを抑制し、適度な画像濃度を維持する観点から、含金属アゾ染料及びサリチル酸のアルキル誘導体の金属錯体が好ましく、サリチル酸のアルキル誘導体の金属錯体がさらに好ましい。
本発明のトナーは、さらに、トナー母粒子中に磁性粉、流動性向上剤、導電性調整剤、体質顔料、繊維状物質等の補強充填剤、酸化防止剤、老化防止剤、クリーニング性向上剤等の添加剤を適宜含有していてもよい。
本発明のトナーは、溶融混練法、乳化凝集法、重合法等の従来より公知のいずれの方法によって得られたトナーであってもよいが、生産性や着色剤の分散性の観点から、溶融混練法による粉砕トナーが好ましい。具体的には、結着樹脂、着色剤、荷電制御剤、離型剤等の原料をヘンシェルミキサー等の混合機で均一に混合した後、溶融混練し、冷却後、粉砕、分級を行ってトナー母粒子を製造することができる。一方、トナーの小粒径化の観点からは、重合法や乳化凝集法等によるトナーが好ましい。
トナー母粒子の体積中位粒径(D50)は、トナーの画像品質を向上させる観点から、3〜15μmが好ましく、4〜12μmがより好ましく、6〜9μmがさらに好ましい。なお、本明細書において、体積中位粒径(D50)とは、体積分率で計算した累積体積頻度が粒径の小さい方から計算して50%になる粒径を意味する。
トナー母粒子と外添剤との混合には、回転羽根等の攪拌具を備えた混合機を用いることが好ましく、ヘンシェルミキサー、スーパーミキサー等の高速混合機が好ましく、ヘンシェルミキサーがより好ましい。
外添剤Aと外添剤Bは、あらかじめ混合して高速混合機やV型ブレンダーに添加してもよく、また別々に添加してもよい。
[軟化点]
トナーのガラス転移点は、トナーの低温定着性を向上させる観点から、70℃以下が好ましく、65℃以下がより好ましい。また、外添剤のトナーへの埋め込みを防止し、文字中抜けを抑制し、適度な画像濃度を維持する観点、トナーの保存安定性を向上させる観点から、45℃以上が好ましく、50℃以上がより好ましい。すなわち、これらの観点を総合すると、トナーのガラス転移点は、好ましくは45〜70℃、より好ましくは50〜65℃である。
<画像形成方法>
なお、ハイブリッド現像方式は、日本画像学会誌 第49巻 第2号:102-107頁(2010)に記載されており、二成分現像剤において、キャリアによってトナーへ帯電が付与され、磁気ロールによって運ばれた二成分現像剤からトナーが磁気ロールと現像ロールの電位差によって現像ロールに移動し、現像ロールから感光体潜像部へトナーが移動して、現像ロールと感光体が非接触で現像される方式である。
<二成分現像剤>
[キャリア]
キャリアのコア材としては、公知の材料からなるものを特に限定することなく用いることができ、例えば、鉄、コバルト、ニッケル等の強磁性金属、マグネタイト、ヘマタイト、フェライト、銅-亜鉛-マグネシウムフェライト、マンガンフェライト、マグネシウムフェライト等の合金や化合物、ガラスビーズ等が挙げられ、これらの中では、トナーの帯電安定性を向上させ、文字中抜けを抑制し、適度な画像濃度を維持する観点から、マグネタイト、フェライト、銅-亜鉛-マグネシウムフェライト及びマンガンフェライトが好ましく、銅-亜鉛-マグネシウムフェライトがより好ましい。
キャリアの表面は、トナーのスペントを防止する観点から樹脂で被覆されていてもよい。キャリア表面を被覆する樹脂としては、ともに用いるトナーの原料により異なるが、例えばポリテトラフルオロエチレン、モノクロロトリフルオロエチレン重合体、ポリフッ化ビニリデン等のフッ素樹脂、ポリジメチルシロキサン等のシリコーン樹脂、ポリエステル、スチレン系樹脂、アクリル系樹脂、ポリアミド、ポリビニルブチラール、アミノアクリレート樹脂等が挙げられる。トナーの帯電安定性を向上させ、文字中抜けを抑制し、適度な画像濃度を維持する観点から、シリコーン樹脂が好ましい。これらは単独であるいは2種以上を併用することができる。
トナーとキャリアとを混合して得られる二成分現像剤において、トナーの含有量は、外添剤のトナーへの埋め込みを防止し、文字中抜けを抑制し、適度な画像濃度を維持する観点から、2重量%以上が好ましく、3重量%以上がより好ましく、4重量%以上がさらに好ましい。また、トナーの帯電安定性を向上させ、文字中抜けを抑制し、適度な画像濃度を維持する観点から、10重量%以下が好ましく、9重量%以下がより好ましく、8重量%以下がさらに好ましい。これらの観点を総合すると、二成分現像剤中のトナーの含有量は、2〜10重量%が好ましく、3〜9重量%がより好ましく、4〜8重量%がさらに好ましい。
フローテスター(島津製作所、CFT-500D)を用い、1g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1.96MPaの荷重を与え、直径1mm、長さ1mmのノズルから押出す。温度に対し、フローテスターのプランジャー降下量をプロットし、試料の半量が流出した温度を軟化点とする。
示差走査熱量計(ティー・エイ・インスツルメント・ジャパン社製、Q-100)を用いて、試料を0.01〜0.02gをアルミパンに計量し、200℃まで昇温し、その温度から降温速度10℃/分で0℃まで冷却した。次に試料を昇温速度10℃/分で測定した。吸熱の最高ピーク温度以下のベースラインの延長線とピークの立ち上がり部分からピークの頂点までの最大傾斜を示す接線との交点の温度をガラス転移点とする。
JIS K0070の方法により測定する。但し、測定溶媒のみJIS K0070の規定のエタノールとエーテルの混合溶媒から、アセトンとトルエンの混合溶媒(アセトン:トルエン=1:1(容量比))に変更する。
示差走査熱量計(セイコー電子工業社製、DSC210)を用いて200℃まで昇温し、その温度から降温速度10℃/分で0℃まで冷却したサンプルを昇温速度10℃/分で昇温し、融解熱の最大ピーク温度を融点とする。
走査型電子顕微鏡(SEM)写真から500個の粒子の粒径(長径と短径の平均値)を測定し、それらの平均値を平均一次粒子径とする。
外添剤0.05gを12×9×60mmの燃焼ボートにのせ、その上に燃焼補助剤としてスズ粉末0.5gをかぶせる。固体中炭素分析装置(堀場社製品:EMIA-110型)を用いて、MeasurementをAUTOに設定し、外添剤及び燃焼助剤を入れた燃焼ボートを、炉内温度1200℃、炉内圧力0.08Mpaの条件にて、酸素雰囲気中120秒間燃焼し、炭素含有量を測定する。
測定機:コールターマルチサイザーII(ベックマンコールター社製)
アパチャー径:100μm
解析ソフト:コールターマルチサイザーアキュコンプ バージョン 1.19(ベックマンコールター社製)
電解液:アイソトンII(ベックマンコールター社製)
分散液:エマルゲン109P(花王社製、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、HLB:13.6)を5重量%の濃度となるよう前記電解液に溶解させる。
分散条件:前記分散液5mlに測定試料10mgを添加し、超音波分散機にて1分間分散させ、その後、前記電解液25mlを添加し、さらに、超音波分散機にて1分間分散させて、試料分散液を調製する。
測定条件:前記電解液100mlに、3万個の粒子の粒径を20秒間で測定できる濃度となるように、前記試料分散液を加え、3万個の粒子を測定し、その粒度分布から体積中位粒径(D50)を求める。
(1) 外径7mm(内径6mm)、高さ5mmの蓋付プラスティックケースにキャリアをタッピングしながら充填し、プラスティックケースの重量とキャリアを充填したプラスティックケースの重量の差から、キャリアの質量を求める。
(2) 理研電子(株)の磁気特性測定装置「BHV-50H」(V.S.MAGNETOMETER)のサンプルホルダーにキャリアを充填したプラスティックケースをセットし、バイブレーション機能を使用して、プラスティックケースを加振しながら、79.6kA/mの磁場を印加して飽和磁化を測定する。得られた値は充填されたキャリアの質量を考慮し、単位質量当たりの飽和磁化に換算する。
外添剤製造例1[外添剤B1]
平均一次粒子径40nmのシリカ原体100重量部を混合槽内で20℃にて撹拌し、窒素雰囲気下、ジメチルシリコーンオイル(信越化学工業社製 KF-96-100cs)10重量部を20重量部のn−ヘキサン溶媒に希釈した溶液を噴霧した。撹拌を続けながら槽内を105℃まで昇温し2時間維持し、その後、20℃まで冷却して、表2に示す外添剤B1を得た。
ジメチルシリコーンオイルの添加量を8重量部にした以外は外添剤製造例1同様にして表2に示す外添剤B2を得た。
ジメチルシリコーンオイルの添加量を20重量部にした以外は外添剤製造例1同様にして表2に示す外添剤B3を得た。
ジメチルシリコーンオイルの添加量を7重量部にした以外は外添剤製造例1同様にして表2に示す外添剤b1を得た。
ジメチルシリコーンオイルの添加量を23重量部にした以外は外添剤製造例1同様にして表2に示す外添剤b2を得た。
樹脂製造例1〔樹脂A(ポリエステルI)〕
表3に示す原料モノマーと、エステル化触媒(酸化ジブチル錫)19.5gを、窒素導入管、脱水管、攪拌器及び熱電対を装備した5リットル容の四つ口フラスコに入れ、230℃に昇温して反応率が90%に達するまで反応させ、さらに8.3kPaにて1時間反応させて樹脂Aを得た。なお、本発明において反応率とは、反応水量(mol)/理論生成水量(mol)×100の値をいう。
表3に示す原料モノマーと、エステル化触媒(酸化ジブチル錫)19.5g、及び重合禁止剤(ハイドロキノン)2gを、窒素導入管、脱水管、攪拌器及び熱電対を装備した5リットル容の四つ口フラスコに入れ、230℃に昇温して反応率が90%に達するまで反応させ、さらに8.3kPaにて1時間反応させて、樹脂Bを得た。
表3に示す原料モノマーと、エステル化触媒(酸化ジブチル錫)19.5gを、窒素導入管、脱水管、攪拌器及び熱電対を装備した5リットル容の四つ口フラスコに入れ、230℃に昇温して反応率が90%に達するまで反応させ、さらに8.3kPaにて1時間反応させて樹脂Cを得た。
実施例1、3〜6、8、9及び比較例1〜12(実施例8、9は参考例である)
結着樹脂として樹脂Aを70重量部、樹脂Bを30重量部、着色剤「カーボンブラック NIPEX60」(エボニックデグサ社製)6重量部、負帯電荷電制御剤「鉄アゾ系錯体 ボントロンS-28」(オリエント化学工業社製)2重量部、正帯電荷電制御剤「4級アンモニム塩 COPYCHARGE PSY」(クラリアント社製)0.1重量部 、離型剤「カルナウバワックス1号」(加藤洋行社製、融点:81℃)2重量部を、ヘンシェルミキサーにて210秒間混合した後、以下に示す条件で溶融混練した。
樹脂Aを樹脂Cに代えた以外は、実施例1と同様に行い、実施例2のトナーを得た。なお、トナー母粒子の体積中位粒径(D50)は8.5μmであった。
着色剤を「PR122 スーパーマゼンダR」(大日本インキ化学工業社製)5重量部、負帯電荷電制御剤を「サリチル酸アルミニウム錯体 ボントロンE-84」(オリエント化学工業社製)4重量部及び正帯電荷電制御剤を「4級アンモニム塩 COPYCHARGE PSY」(クラリアント社製)0.3重量部に代えた以外は、実施例1と同様に行い、実施例7のトナーを得た。なお、トナー母粒子の体積中位粒径(D50)は8.5μmであった。
樹脂Aの使用量を50重量部、樹脂Bの使用量を50重量部に代えた以外は、実施例1と同様に行い、実施例10のトナーを得た。なお、トナー母粒子の体積中位粒径(D50)は8.5μmであった。
樹脂Aの使用量を20重量部、樹脂Bの使用量を80重量部に代えた以外は、実施例1と同様に行い、実施例11のトナーを得た。なお、トナー母粒子の体積中位粒径(D50)は8.5μmであった。
樹脂Cの使用量を20重量部、樹脂Bの使用量を80重量部に代えた以外は、実施例2と同様に行い、実施例12のトナーを得た。なお、トナー母粒子の体積中位粒径(D50)は8.5μmであった。
得られたトナー6重量部と、キャリア「KK01-C35」(コア材:銅-亜鉛-マグネシウムフェライト、被覆材:シリコーン樹脂)(オセ・プリンティングシステムズ社製、体積平均粒径:60μm、飽和磁化:68Am2/kg)94重量部とを混合し、二成分現像剤を得た。得られた二成分現像剤をハイブリッド現像方式の画像形成装置「Vario stream 9000」(オセ・プリンティングシステムズ社製)に実装し、印字率1%、線速1000mm/secで5時間連続印刷した後、フォント「Times New Roman」、9ptで「A」を100文字印字した。得られた画像を、デジタルマイクロスコープVHX-100(キーエンス社製)を用い倍率50倍で撮影した。写真映像をデジタルマイクロスコープVHX-100で2値化変換後、100文字画像解析を行い、以下の式に従って、転写中抜け率を測定し、文字中抜けの指標とした。結果を表5に示す。また、実施例1、比較例1及び比較例3のトナーの文字中抜けを示す光学顕微鏡写真を図1〜3に示す。
試験例1と同様にして連続印刷した後、20cm×20cmの黒ベタ画像を印刷した。その画像サンプルの画像濃度を色彩計「GretagMacbeth Spectroeye」(X-Rite社製)で5点測定し、それらの平均値を画像濃度(OD)として評価した。なお、画像濃度の測定時は偏光板を挟まないモードで測定した。結果を表5に示す。
Claims (7)
- 外添剤として、チタニアとシリカからなる複合酸化物粒子(外添剤A)と疎水性シリカ粒子(外添剤B)を含有する静電荷像現像用トナーであって、該外添剤Aが、コア部分がチタニアからなり、シェル部分がシリカからなるコアシェル構造を有し、該外添剤A中のチタニアの含有量が75〜95重量%であり、該外添剤Bの平均一次粒子径が35〜50nmであり、該外添剤B中の炭素量が3.0〜5.0重量%である静電荷像現像用トナー。
- 外添剤Aと外添剤Bの重量比(外添剤A/外添剤B)が75/25〜25/75である請求項1記載の静電荷像現像用トナー。
- 請求項1又は2記載の静電荷像現像用トナーとキャリアからなる、二成分現像剤。
- キャリアのコア材が銅-亜鉛-マグネシウムフェライトである請求項3記載の二成分現像剤。
- キャリアの被覆材がシリコーン樹脂である請求項3又は4記載の二成現像剤。
- 請求項1もしくは2記載の静電荷像現像用トナー又は請求項3〜5いずれか記載の二成分現像剤をハイブリッド現像方式の画像形成装置に使用する画像形成方法。
- 画像形成装置の線速が800mm/sec以上である請求項6記載の画像形成方法。
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