JP6040537B2 - 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及び画像形成装置 - Google Patents
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Description
少なくとも、樹脂粒子が分散された原料分散液中で、前記樹脂粒子を凝集させ、凝集粒子を形成する凝集粒子形成工程と、前記凝集粒子が分散された凝集粒子分散液を加熱して前記凝集粒子を融合・合一し、トナー粒子を形成する融合・合一工程と、を経て製造されるトナー粒子と、
平均径が100nm以上500nm以下であり、平均円形度が0.5以上0.85以下であり、立体画像解析により求められる最大高さHに対する平面画像解析により求められる円相当径Daの比の平均値が、1.5を超え1.9未満である板状の扁平構造のシリカ粒子である外添剤と、
を有する静電荷像現像用トナーである。
請求項1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1に記載の静電荷像現像用トナーを収納し、
画像形成装置に着脱されるトナーカートリッジである。
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、
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2に記載の静電荷像現像剤を収納し、前記静電荷像現像剤により前記静電荷像を現像してトナー像を形成する現像手段と、
前記トナー像を記録媒体に転写する転写手段と、
前記像保持体の表面をクリーニングするクリーニング手段と、
前記記録媒体に前記トナー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、
前記像保持体表面に静電荷像を形成する静電荷像形成工程と、
請求項2に記載の静電荷像現像剤により前記静電荷像を現像してトナー像を形成する現像工程と、
前記トナー像を記録媒体に転写する転写工程と、
前記像保持体の表面をクリーニングするクリーニング工程と、
前記記録媒体に前記トナー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、少なくとも、樹脂粒子が分散された原料分散液中で、前記樹脂粒子を凝集させ、凝集粒子を形成する凝集粒子形成工程と、前記凝集粒子が分散された凝集粒子分散液を加熱して前記凝集粒子を融合・合一し、トナー粒子を形成する融合・合一工程と、を経て製造されるトナー粒子と、平均径が100nm以上500nm以下であり、平均円形度が0.5以上0.85以下であり、立体画像解析により求められる最大高さHに対する平面画像解析により求められる円相当径Daの比の平均値が、1.5を超え1.9未満ではないシリカ粒子である外添剤と、を有する静電荷像現像用トナーを適用する場合に比べ、現像維持性と共に優れたクリーニング性を有する静電荷像現像剤が得られる。
請求項3〜6に係る発明によれば、少なくとも、樹脂粒子が分散された原料分散液中で、前記樹脂粒子を凝集させ、凝集粒子を形成する凝集粒子形成工程と、前記凝集粒子が分散された凝集粒子分散液を加熱して前記凝集粒子を融合・合一し、トナー粒子を形成する融合・合一工程と、を経て製造されるトナー粒子と、平均径が100nm以上500nm以下であり、平均円形度が0.5以上0.85以下であり、立体画像解析により求められる最大高さHに対する平面画像解析により求められる円相当径Daの比の平均値が、1.5を超え1.9未満ではないシリカ粒子である外添剤と、を有する静電荷像現像用トナーを適用する場合に比べ、現像維持性とクリーニング性とが低下することに起因する画像欠陥を抑制した画像が得られる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、及び画像形成方法が得られる。
本実施形態に係る静電荷像現像用トナー(以下、単に「トナー」と称する場合がある)は、少なくとも、樹脂粒子が分散された原料分散液中で、前記樹脂粒子を凝集させ、凝集粒子を形成する凝集粒子形成工程と、前記凝集粒子が分散された凝集粒子分散液を加熱して前記凝集粒子を融合・合一し、トナー粒子を形成する融合・合一工程と、を経て製造されるトナー粒子(以下、凝集合一トナー粒子と称する場合がある)と、平均径が100nm以上500nm以下であり、平均円形度が0.5以上0.85以下であり、立体画像解析により求められる最大高さHに対する平面画像解析により求められる円相当径Daの比(Da/H)の平均値が、1.5を超え1.9未満であるシリカ粒子である外添剤と、を有する。
その一方で、粒径が100nm以上500nm以下の外添剤は、粒径が大きいためトナー粒子から遊離し易く、遊離外添剤となり易い傾向にあるので、像保持体上のクリーニングを要する外添剤の量が増加する結果、クリーニング性を低下させると考えられる。
このような、外添剤がトナー粒子上を移動してトナーの外添構造が変わるといった変化は、形状のばらつきが少なくなるよう精密に制御された凝集合一トナー粒子においては、トナーの外添構造における小さな変化であっても、現像維持性に対する大きな変化として影響し易い傾向にあるため、異形状の外添剤は、現像維持性の点で有効であると考えられる。
また、雪だるま形状の外添剤は、嵩張り易く、重なると立体障害が生じ易い形状であるため、外添剤によるトナー粒子表面の被覆率を上げるためには多量に外添剤を添加する必要があると考えられ、その結果、像保持体上にはトナー粒子から遊離した遊離外添剤が増加する傾向となり、クリーニングを要する外添剤が増える傾向となるから、クリーニング性は低下すると考えられる。
さらに、テトラポット形状の外添剤の場合は、雪だるま形状に比べて転がり難く移動し易い傾向は抑制されるものの、嵩張り易く、重なると立体障害が生じる形状である点では同様なため、結果的に、クリーニング性は低下すると考えられる。
また、本実施形態に係るトナーは、外添剤が板状の扁平構造であることから転がりにくくなり、雪だるま形状の外添剤のような移動し易い傾向が回避される。
さらに、板状の扁平構造であることから外添剤の特定の面のみが広くなり、その広い面がトナー粒子と接することで1つの外添剤が覆うトナー粒子上の面積が広くなるため、少量の外添剤でトナー粒子を被覆してトナー粒子の被覆率を上げることとなると考えられる。
そして、少量の外添剤でトナー粒子の被覆率を上げる結果、雪だるま形状やテトラポット形状の外添剤のように、トナーに多量の外添剤を添加することが必要となる傾向が回避され、トナーから遊離する遊離外添剤も減少する傾向にあり、像保持体上のクリーニングを要する外添剤の量が減少すると考えられるので、優れたクリーニング性を有することとなる。
また、白抜けとは、本来トナーが付着して画像となるべき箇所にトナーが付着せず画像が白く抜けた状態となる現象をいう。
また、トナーは、外添剤によるトナー粒子の被覆率が高くなると転写効率が向上し、転写効率の維持性は、外添剤の粒径を100nm以上とすることで得られると考えられる。
本実施形態に係るトナーが有する外添剤は、平均径が100nm以上500nm以下であり、平均円形度が0.5以上0.85以下であり、立体画像解析により求められる最大高さHに対する平面画像解析により求められる円相当径Daの比の平均値が、1.5を超え1.9未満であるシリカ粒子である。
以下、外添剤としてのシリカ粒子について述べる。
シリカ粒子は、平均径が100nm以上500nm以下である。
シリカ粒子の平均径は、100nm以上500nm以下とすることで、トナー粒子への埋まり込みが抑制されると考えられる。
また、シリカ粒子の平均径は、100nm以上とすることで、粒子の形状が球状となり難く、円形度が0.5以上0.85以下の形状となり易いと考えられる。さらに、シリカ粒子をトナー粒子に被覆する場合に、トナー粒子表面に分散し易い傾向があると考えられる。
シリカ粒子の平均径は、500nm以下とすることで、シリカ粒子に機械的負荷が加わった場合に欠損し難くなり、また、シリカ粒子をトナー粒子に被覆した場合にトナー粒子の強度が向上する傾向にあり、さらに、シリカ粒子を付着するトナー粒子の流動性を上げ易くなると考えられる。
シリカ粒子は、平均円形度が0.5以上0.85以下である。
平均円形度が0.85以下であると、球状から離れていく為、トナー粒子上を転がり難い傾向があり、シリカ粒子をトナー粒子へ添加した際に、トナーにおける外添剤の構造の変化が抑制されると考えられる。
また、シリカ粒子をゾルゲル法により製造する場合、シリカ粒子は平均円形度が0.5以上であるほうが製造上容易である。
円形度(100/SF2)=4π×(A/I2) 式(1)
〔式(1)中、Iは画像上におけるシリカ粒子の周囲長を示し、Aはシリカ粒子の投影面積を表す。
シリカ粒子の平均円形度は、上記平面画像解析によって得られたシリカ粒子100個の円形度の累積頻度における50%円形度として得られる。
本シリカ粒子は、「立体画像解析により求められるシリカ粒子の最大高さH」に対する「平面画像解析により求められるシリカ粒子の円相当径Da」の比(Da/H)の平均値が、1.5を超え1.9未満である。
Da/Hの平均値は、シリカ粒子それぞれについてDaおよびHを測定して得たシリカ粒子それぞれのDa/Hの平均値である。
その結果、上記のトナーは優れたクリーニング性を有することとなる。
また、Da/Hの平均値が1.5を超えることにより、シリカ粒子の高さHが増すことによる外部からの機械的負荷を受け易い構造となることを抑制する結果、トナー粒子の流動性を維持し得ると考えられる。
さらに、Da/Hの平均値は、1.9未満であることによりシリカ粒子の形状が鱗片状に近付くことを抑制する結果、シリカ粒子に機械的負荷が加わった場合に欠損し易くなることによるトナー粒子の流動性の低下を抑制すると考えられる。
トナー粒子に外添させた後のシリカ粒子を、電子線三次元粗さ解析装置(ERA−8900:エリオニクス社製)を用いて、倍率10,000倍の視野で10nm毎にX−Y軸方向の高さ解析を行い、高さを求めると同時に、同視野での倍率10,000倍の二次元画像を撮影する。
次に、二次元画像を、画像解析ソフトWinROOF(三谷商事社製)を用いて、0.010000μm/pixel条件で求めた面積から、下記式(2)で円相当径Daを求め、粒子毎に粒子番号を付ける。
円相当径=2√(面積/π) 式(2)
また、Da/Hの平均値は、測定したシリカ粒子100個の平均である。
シリカ粒子は、シリカ、すなわちSiO2を主成分とする粒子であればよく、結晶性でも非晶性でもよい。また、水ガラスやアルコキシシラン等のケイ素化合物を原料に製造された粒子であってもよいし、石英を粉砕して得られる粒子であってもよい。
また、シリカ粒子の分散性の観点から、シリカ粒子表面は疎水化処理されていることが望ましい。例えば、シリカ粒子表面がアルキル基で被覆されることにより、シリカ粒子は疎水化される。そのためには、例えば、シリカ粒子にアルキル基を有する公知の有機珪素化合物を作用させればよい。疎水化処理の方法の詳細は後述する。
シリカ粒子の製造方法は、得られるシリカ粒子が、平均径が100nm以上500nm以下であり、平均円形度が0.5以上0.85以下であり、立体画像解析により求められる最大高さHに対する平面画像解析により求められる円相当径Daの比の平均値が、1.5を超え1.9未満であるものであれば、特に制限されない。
例えば、粒径が500nmを超えるシリカ粒子を粉砕し、分級する乾式方法によって得てもよいし、アルコキシシランに代表されるケイ素化合物を原料とし、ゾルゲル法によって粒子を生成する、いわゆる湿式方法によってシリカ粒子を製造してもよい。湿式方法としては、ゾルゲル法のほかに、水ガラスを原料としてシリカゾルを得る方法もある。
本実施形態に係るシリカ粒子の製造方法では、上記手法により、平均径が100nm以上500nm以下で、Da/Hの平均値が1.5を超え1.9未満となる平均円形度が0.5以上0.85以下の異形状のシリカ粒子が得られる。この理由は、定かではないが以下の理由によるものと考えられる。
そして、テトラアルコキシシランとアルカリ触媒との供給をそれぞれ続けていくと、テトラアルコキシシランの反応により、生成した核粒子が成長する。
テトラアルコキシシラン及びアルカリ触媒の供給を停止することで、理由は定かではないが、反応系中の粒子が扁平状に凝集すると考えられる。ここで、テトラアルコキシシラン及びアルカリ触媒の供給の停止が早すぎると、すなわち、テトラアルコキシシランの供給量が少ないと、反応系中の粒子濃度が希薄で、粒子同士が衝突する確立が低く、凝集が進みにくいと考えられる。一方、テトラアルコキシシラン及びアルカリ触媒の供給の停止が遅く、テトラアルコキシシランの供給量が多いと、核粒子の成長が進み過ぎ、粒子自体が安定し、凝集しないため、扁平状の粒子が形成されないと考えられる。
また、テトラアルコキシシラン及びアルカリ触媒の供給を停止する時間が短いと、粒子の凝集量が足りず、停止時間が長いと、凝集しすぎてゲル状になる傾向にある。
その上、このようなシリカ粒子の製造方法では、生成した異形状の核粒子が異形状を保ったまま粒子成長され、シリカ粒子が得られると考えられることから、機械的負荷に強く、壊れ難いシリカ粒子が得られると考えられる。
さらに、このようなシリカ粒子の製造方法では、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、テトラアルコキシシランの反応を生じさせることで、粒子生成を行っていることから、従来のゾルゲル法により異形状のシリカ粒子を製造する場合に比べ、総使用アルカリ触媒量が少なくなり、その結果、アルカリ触媒の除去工程の省略も実現される。これは、特に、高純度が求められる製品にシリカ粒子を適用する場合に有利である。
以下、シリカ粒子の製造方法の詳細を説明する。
粒子生成工程は、さらに、少なくとも、3段階に別れ、アルカリ触媒溶液に、テトラアルコキシシラン及びアルカリ触媒を供給してシリカ粒子の生成を開始する第1の供給工程と、テトラアルコキシシラン及びアルカリ触媒の供給を停止する供給停止工程(熟成工程ともいう)と、その後、テトラアルコキシシラン及びアルカリ触媒の供給を再開する第2の供給工程とを有する。
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。
アルカリ触媒の濃度が、0.6mol/L以上であると、粒子生成工程でテトラアルコキシシランを供給したときに、生成した核粒子の成長過程の核粒子の分散性が安定となり、2次凝集物等の粗大凝集物が生成を抑制し、ゲル化状となることを抑制し得る。
一方、アルカリ触媒の濃度が、0.85mol/Lより多いと、生成した核粒子の安定性が過大となり、真球状の核粒子が生成され、平均円形度が0.85以下の異形状の核粒子が得られず、その結果、異形状のシリカ粒子が得られない。
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。
次に、粒子生成工程について説明する。
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。本実施形態に係るシリカ粒子の製造方法では、このように粒子成長を進ませる中で、添加成分の供給を止めて、凝集させ、扁平状の異形粒子を形成する。
第1の供給工程は、アルカリ触媒溶液中に、テトラアルコキシシラン及びアルカリ触媒を供給する工程である。テトラアルコキシシランは、準備工程におけるアルコールの量に対し、0.002mol/mol以上0.008mol/mol以下となるまで供給する。
ここで、「準備工程におけるアルコールの量に対し、0.002mol/mol以上0.008mol/mol以下の濃度」とは、『準備工程で用意したアルカリ触媒溶液中のアルコールの単位モル量(1mol)に対して、0.002mol以上0.008mol以下』を意味する。
一方、テトラアルコキシシランの供給量が、準備工程で準備したアルカリ触媒溶液中のアルコールの量に対し0.008mol/molより多いと、核粒子が安定してしまうため粒子同士の合一が進まず、異形化度の低い粒子が形成され、流動維持性が損なわれる。
具体的には、例えば、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラプロポキシシラン、テトラブトキシシラン等が挙げられるが、反応速度の制御性や得られるシリカ粒子の形状、粒径、粒度分布等の点から、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシランがよい。
既述のように、テトラアルコキシシラン及びアルカリ触媒を供給する対象であるアルカリ触媒溶液は、アルカリ触媒の濃度(含有量)が、0.6mol/L以上0.85mol/L以下であることがこのましい。
従って、第1の供給工程は、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中に、テトラアルコキシシラン及びアルカリ触媒を供給して、核粒子を形成する核粒子形成工程を含むことが好ましい。アルカリ触媒溶液のアルカリ触媒の濃度の好ましい範囲は、既述のとおりである。
これは、アルカリ触媒溶液を準備する工程で用いたアルコール1molに対して、1分間当たり0.001mol以上0.010mol以下の供給量でテトラアルコキシシランを供給することを意味する。
なお、シリカ粒子の粒径については、テトラアルコキシシランの種類や、反応条件にもよるが、粒子生成の反応に用いるテトラアルコキシシランの総供給量を、例えばシリカ粒子分散液1Lに対し1.08mol以上とすることで、粒径が100nm以上の一次粒子が得られ、シリカ粒子分散液1Lに対し5.49mol以下とすることで、粒径が500nm以下の一次粒子が得られる。
テトラアルコキシシランの供給速度が0.010mol/(mol・min)以下であれば、核粒子形成段階におけるテトラアルコキシシラン同士の反応や、粒子成長におけるテトラアルコキシシランと核粒子との反応に対する供給量が過大とならず、反応系がゲル化しにくく、核粒子形成及び粒子成長を阻害しにくい。
アルカリ触媒の供給量が、0.1mol以上であることで、生成した核粒子の成長過程の核粒子の分散性が安定し、2次凝集物等の粗大凝集物が生成しにくく、ゲル化状となることが抑制される。
一方、アルカリ触媒の供給量が、0.4mol以下であることで、生成した核粒子の安定性が過大となりにくく、核粒子生成段階で形成した異形状の核粒子が核粒子成長段階で球状に成長することを抑制する。
供給停止工程では、第1の供給工程により、テトラアルコキシシランが既述の濃度となるまでテトラアルコキシシラン及びアルカリ触媒を供給した後、テトラアルコキシシラン及びアルカリ触媒の供給を0.5min以上10min以下の時間停止するものである。
供給停止工程は、テトラアルコキシシラン及びアルカリ触媒の供給を一度停止して、核粒子の凝集を進めて熟成させる、いわば熟成工程である。
熟成工程における、テトラアルコキシシラン及びアルカリ触媒の供給停止時間を10min以下とすることで、粒子同士の合一が過剰に進み、粒子の分散が損なわれることを抑制する。
第2の供給工程は、供給停止工程の後、さらに、テトラアルコキシシラン及びアルカリ触媒を供給するものである。供給停止工程によって停止していたテトラアルコキシシラン及びアルカリ触媒の供給を、再開することで、核粒子の凝集体を、さらに粒子成長させ、扁平状、異形シリカ粒子の平均径をさらに大きくする。
第2の供給工程において、反応系に供給するテトラアルコキシシランの濃度および供給量、ならびに、アルカリ触媒の濃度および供給量は、第1の供給工程において、反応系に供給するテトラアルコキシシランの濃度および供給量、ならびに、アルカリ触媒の濃度および供給量と異なっていてもよい。
また、本シリカ粒子の製造方法においては、第2の供給工程の後に、1回以上の供給停止工程を有していてもよいし、さらにテトラアルコキシシラン及びアルカリ触媒を供給する供給工程を有していてもよい。
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)を有する公知の有機珪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珪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。
次に、トナー粒子について説明する。
トナー粒子は、結着樹脂と、必要に応じて、着色剤、離型剤及びその他添加剤と、を含んで構成される。
ポリエステル樹脂は、ジカルボン酸成分とジオール成分との中から好適なものを選択して組合せ、例えば、エステル交換法又は重縮合法等、従来公知の方法を用いて合成することで得られる。
着色剤としては、例えば、染料であっても顔料であってもかまわないが、耐光性や耐水性の観点から顔料が望ましい。
着色剤としては、例えば、カーボンブラック、アニリンブラック、アニリンブルー、カルコイルブルー、クロムイエロー、ウルトラマリンブルー、デュポンオイルレッド、キノリンイエロー、メチレンブルークロライド、フタロシアニンブルー、マラカイトグリーンオキサレート、ランプブラック、ローズベンガル、キナクリドン、ベンジシンイエロー、C.I.ピグメント・レッド48:1、C.I.ピグメント・レッド57:1、C.I.ピグメント・レッド122、C.I.ピグメント・レッド185、C.I.ピグメント・レッド238、C.I.ピグメント・イエロー12、C.I.ピグメント・イエロー17、C.I.ピグメント・イエロー180、C.I.ピグメント・イエロー97、C.I.ピグメント・イエロー74、C.I.ピグメント・ブルー15:1、C.I.ピグメント・ブルー15:3等の公知の顔料を使用してもよい。
着色剤の種類を選択することにより、イエロートナー、マゼンタトナー、シアントナー、ブラックトナー等が得られる。
離型剤としては、例えば、低分子量ポリプロピレン、低分子量ポリエチレン等のパラフィンワックス;シリコーン樹脂;ロジン類;ライスワックス;カルナバワックス;等が挙げられる。これらの離型剤の融解温度は、50℃以上100℃以下が望ましく、60℃以上95℃以下がより望ましい。
離型剤の含有量が0.5質量%以上であれば、特にオイルレス定着において剥離不良の発生が防止される。離型剤の含有量が15質量%以下であれば、トナーの流動性が悪化することがなく、画質および画像形成の信頼性が向上する。
帯電制御剤としては、公知のものを使用してもよいが、アゾ系金属錯化合物、サリチル酸の金属錯化合物、極性基を含有するレジンタイプの帯電制御剤を用いてもよい。
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。
コア・シェル構造のトナー粒子は、例えば、結着樹脂(本実施形態に係るポリエステル及び結晶性ポリエステル樹脂)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(本実施形態に係るポリエステル)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。
なお、トナー粒子の体積平均粒径の測定法としては、分散剤として界面活性剤、望ましくはアルキルベンゼンスルホン酸ナトリウムの5質量%水溶液2ml中に、測定試料を0.5mg以上50mg以下加え、これを前記電解液100ml以上150ml以下中に添加した。この測定試料を懸濁させた電解液を超音波分散器で1分間分散処理を行い、コールターマルチサイザーII型(ベックマン−コールター社製)により、アパーチャー径が100μmのアパーチャーを用いて、粒径が2.0μm以上60μm以下の範囲の粒子の粒度分布を測定する。測定する粒子数は50,000とする。
得られた粒度分布を分割された粒度範囲(チャンネル)に対し、小粒径側から体積累積分布を引いて、累積50%となる粒径を体積平均粒径D50vとする。
ここで上記形状係数SF1は、下記式(1)により求められる。
SF1=(ML2/A)×(π/4)×100 ・・・ 式(1)
上記式(1)中、MLはトナー粒子の絶対最大長、Aはトナー粒子の投影面積を各々示す。
以下、本実施形態に係るトナーの製造方法について説明する。
まず、トナー粒子は、少なくとも、樹脂粒子が分散された原料分散液中で、前記樹脂粒子を凝集させ、凝集粒子を形成する凝集粒子形成工程と、前記凝集粒子が分散された凝集粒子分散液を加熱して前記凝集粒子を融合・合一し、前記トナー粒子を形成する融合・合一工程と、を経て製造される、凝集合一法により得られる、凝集合一トナー粒子である。
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、結着樹脂であるポリエステル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、アルコール類などが挙げられる。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、レーザ回析式粒度分布測定装置(堀場製作所製、LA−920)で測定される。以下、他に断りがないかぎり、樹脂粒子の体積平均粒径は同様に測定される。
次に、樹脂粒子分散液と共に、着色剤粒子分散液と、離型剤分散液と、を混合する。
そして、混合分散液中で、結着樹脂であるポリエステル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、ポリエステル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、グルコン酸など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)などが挙げられる。
キレート剤の添加量としては、例えば、結着樹脂であるポリエステル樹脂粒子100質量部に対して0.01質量部以上5.0質量部以下の範囲内が挙げられ、0.1質量部以上3.0質量部未満であってもよい。
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、結着樹脂であるポリエステル樹脂粒子のガラス転移温度以上(例えばポリエステル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、結着樹脂であるポリエステル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ポリエステル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望ましい。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、加圧濾過等が望ましく用いられる。更に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、振動型流動乾燥等が望ましく用いられる。
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。
次に、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、像保持体上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、像保持体上に形成されたトナー画像を被転写体上に転写する転写手段と、被転写体上に転写されたトナー画像を定着する定着手段と、を有する。そして、静電荷像現像剤として、上記本実施形態に係る静電荷像現像剤を適用する。
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。
尚、1次転写ローラ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1次転写ローラ5Y、5M、5C、5Kには、1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1次転写ローラに印加する転写バイアスを可変する。
感光体1Yは、導電性(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(一般の樹脂程度の抵抗)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、イエロー印字パターンの静電荷像が感光体1Yの表面に形成される。
このようにして感光体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、被転写体の表面も平滑であることが望ましく、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。
なお、上記例示した画像形成装置は、中間転写ベルト20を介してトナー画像を記録紙Pに転写する構成となっているが、この構成に限定されるものではなく、感光体から直接トナー画像が記録紙に転写される構造であってもよい。
図2は、本実施形態に係る静電荷像現像剤を収容するプロセスカートリッジの好適な一例の実施形態を示す概略構成図である。プロセスカートリッジ200は、感光体107とともに、帯電ローラ108、現像装置111、感光体クリーニング装置113、露光のための開口部118、及び、除電露光のための開口部117を取り付けレール116を用いて組み合わせ、そして一体化したものである。なお、図2において符号300は被転写体を示す。
そして、このプロセスカートリッジ200は、転写装置112と、定着装置115と、図示しない他の構成部分とから構成される画像形成装置に対して着脱自在としたものである。
(外添剤1)
−準備工程〔アルカリ触媒溶液(1)の調製〕−
攪拌翼、滴下ノズル、温度計を有したガラス製反応容器にメタノール250部、10%アンモニア水45部を入れ、攪拌混合して、アルカリ触媒溶液(1)を得た。こときのアルカリ触媒溶液(1)のアンモニア触媒量:NH3量(NH3〔mol〕/(NH3+メタノール+水)〔L〕)は、0.73mol/Lであった。
(第1の供給工程)
次に、アルカリ触媒溶液(1)の温度を30℃に調整し、アルカリ触媒溶液(1)を窒素置換した。その後、アルカリ触媒溶液(1)を120rpmで撹拌しながら、テトラメトキシシラン(TMOS)と、触媒(NH3)濃度が3.7%のアンモニア水とを、それぞれ4部/minと、2.4部/minの流量で滴下し、同時に供給を開始した。
テトラメトキシシラン及びアンモニア水の供給開始後1.5min経過した時点で、テテトラメトキシシラン及びアンモニア水の供給を同時に停止した。テトラメトキシシラン及びアンモニア水の供給を停止した時点でのテトラメトキシシランの供給量は、準備工程で反応容器に添加したアルコールの量に対して0.0063mol/molであった。
テトラメトキシシラン及びアンモニア水の供給停止時間は、1minとした。
テテトラメトキシシラン及びアンモニア水の供給停止から1min後に、テトラメトキシシラン及びアンモニア水の供給を再開した。なお、供給にあたっては、テトラメトキシシラン及びアンモニア水の流量が、それぞれ、4部/min及び2.4部/minになるように調整を行い、テトラメトキシシラン及びアンモニア水を滴下した。
テトラメトキシシラン90部及び3.7%アンモニア水54部を滴下した後、シリカ粒子の懸濁液(1)を得た。
その後、得られたシリカ粒子懸濁液(1)の溶媒を加熱蒸留により150部留去し、純水を150部加えた後、凍結乾燥機により乾燥を行い、異形状の親水性シリカ粒子(1)を得た。
さらに、親水性シリカ粒子(1)35gにヘキサメチルジシラザン7部を添加し、150℃で2時間反応させ、シリカ表面が疎水化処理された異形状の疎水性シリカ粒子〔ゾルゲルシリカ粒子(1)〕を得た。
得られたゾルゲルシリカ粒子(1)を外添剤1とした。
表1に従って、供給時間、供給停止時間及び供給停止時のTMOS量を変更した以外は、外添剤1と同様にしてゾルゲルシリカ粒子(2)〜(18)を作製し、外添剤2〜18とした。
表1に記載の、フュームドシリカ1、2を外添剤19、20とし、酸化チタン1、2を外添剤21、22とした。フュームドシリカ1はA90(日本アエロジル(株)製)、フュームドシリカ2はA150(日本アエロジル(株)製)。酸化チタン1はMT−150W(テイカ(株)製)、酸化チタン2はMT−700B(テイカ(株)製)に外添剤1同様の疎水化処理を行った。
(トナー粒子1〔凝集合一トナー粒子〕)
−ポリエステル樹脂分散液の調製−
・エチレングリコール〔和光純薬工業(株)製〕 37部
・ネオペンチルグリコール〔和光純薬工業(株)製〕 65部
・1,9 ノナンジオール〔和光純薬工業(株)製〕 32部
・テレフタル酸〔和光純薬工業(株)製〕 96部
上記モノマーをフラスコに仕込み、1時間をかけて温度200℃まで上げ、反応系内が攪拌されていることを確認したのち、ジブチル錫オキサイドを1.2部投入した。更に、生成する水を留去しながら同温度から6時間をかけて240℃まで温度を上げ、240℃で更に4時間脱水縮合反応を継続し、酸価が9.4mgKOH/g、重量平均分子量13,000、ガラス転移温度62℃であるポリエステル樹脂Aを得た。
・シアン顔料〔PigmentBlue15:3、大日精化工業(株)製〕 10部
・アニオン性界面活性剤〔ネオゲンSC、第一工業製薬(株)製〕 2部
・イオン交換水 80部
上記の成分を混合し、高圧衝撃式分散機アルティマイザー〔HJP30006、(株)スギノマシン製〕により1時間分散し、体積平均粒径180nm、固形分20%の着色剤分散液を得た。
・カルナバワックス〔RC−160、溶融温度84℃、東亜化成(株)製〕
50部
・アニオン性界面活性剤〔ネオゲンSC、第一工業製薬製〕 2部
・イオン交換水 200部
上記成分を120℃に加熱して、IKA社製、ウルトラタラックスT50で混合・分散した後、圧力吐出型ホモジナイザーで分散処理し、体積平均粒径が200nm、固形分20%の離型剤分散液を得た。
・ポリエステル樹脂分散液 200部
・着色剤分散液 25部
・離型剤粒子分散液: 30部
・ポリ塩化アルミニウム 0.4部
・イオン交換水 100部
上記の成分をステンレス製フラスコに投入し、IKA社製のウルトラタラックスを用い混合、分散した後、加熱用オイルバスでフラスコを攪拌しながら48℃まで加熱した。48℃で30分保持した後、ここに上記と同じポリエステル樹脂分散液を70部追加した。
トナー粒子1の体積平均粒径D50vをコールターカウンターで測定したところ5.8μmであり、SF1は130であった。
−トナー粒子2の作製−
・ポリエステル樹脂 85質量部
・シアン顔料(銅フタロシアニンB15:3:大日精化製) 7質量部
・カルナバワックス〔RC−160、溶融温度84℃:東亜化成(株)製〕
8質量部
<トナーの作製>
ヘンシェルミキサーを用いて、100部のトナー粒子1に対して1.5部の外添剤1を添加し、トナーを作製した。
(キャリアの作製)
フェライト粒子(平均粒径:50μm) 100部
トルエン 14部
スチレン メタクリレート共重合体(成分比:90/10) 2質量部
カーボンブラック(R330:キャボット社製) 0.2質量部
60℃で30分撹拌した後、更に加温しながら減圧して脱気し、乾燥させることによりキャリアを作製した。
得られた外添剤及び静電荷像現像剤について以下の評価を行い、トナーの現像維持性及びクリーニング性の確認をした。
結果を表2、3に示す。
得られたトナーについて既述の方法で外添剤(シリカ粒子)の体積平均粒径、平均円形度及びDa/H比を既述の方法により測定したところ、221nm、0.75及びDa/H比について既述の方法で測定したところ、1.72であった。
クリーニング性の検証のため、上記外添剤1を有するトナーを含む静電荷像現像剤を用いて、DocuCenterColor a450改造機で記録用紙(富士ゼロックス オフィスサプライ社製:J紙)に画像を出力し、画質の評価を行った。具体的には、30℃/90%RHの条件で、画像濃度20%の画像を100枚形成し、その後画像濃度1%の画像を5万枚形成した後に、再度画像濃度20%の画像を100枚形成した。
評価は、5万枚形成前(以下、初期と称する場合がある)及び5万枚形成後(以下、5万枚後と称する場合がある)に形成した画像濃度20%の画像について、目視で行った。
評価基準を以下に示す。
◎:問題なし
○:一部低濃度であるが使用上問題ない
△:画像の一部が低濃度/軽微なスジ
×:使用上問題あり(*1:カブリ、*2:低濃度、*3:スジ、*4:白筋)
上記で作製した静電荷像現像剤を用いて、上記と同様の条件で画像を出力し、5万枚形成前(初期)及び5万枚形成後(5万枚後)の静電荷像現像剤について、TB−200(東芝ケミカル社製)を使用して帯電量を測定した。
上記で作製した静電荷像現像剤及び補給用トナーとして上記で作製したトナーを、プロセススピードが可変のDocucolor500(富士ゼロックス社製)改造機に充填し、プロセススピード140mm/sec;定着温度140℃;トナー載り量は4.5g/m2;用紙:富士ゼロックス製 J紙(坪量82g/m2)A4サイズ(横210×縦297mm);画像部:横205mm×縦290mm(ベタ画像);の条件で5万枚連続で画像を形成した。
そして、補給用トナーを充填したトナーホッパの使用前の重量M1と、5万枚画像形成後の重量M2とを測定し、下記式により、A4用紙1枚当りのトナー消費量(mg/枚)を求めた。
トナー消費量(mg/枚)=(M1−M2)/A4複写枚数(5万枚)
また、複写機のクリーニング装置に回収されたトナー量M3と、上記(M1−M2)の値とから、下記式により、トナーの転写効率(%)を求めた。
転写効率(%)=((M1−M2)−M3)/(M1−M2)×100
なお、転写効率は85%までを許容範囲とした。
上記外添剤1を有するトナーを用いて、保管前後のトナーの凝集性評価を行うことで、トナーの保管性を評価した。具体的には、50℃の温度下において、包装容器中に開放状態で前記トナーを24時間保管した後、放置後のトナー20gを45μm巾の網目を有する網上に載せて、該網に90秒間振動を与え、網上に残存したトナー質量の全トナー質量に対する百分率(凝集率P)を測定した。その結果から、トナー保管性を評価した。
評価基準を以下に示す。
◎:凝集率10%未満
○:凝集率10以上20%未満
△:凝集率20以上30%未満
×:凝集率30以上50%未満
××:凝集率50%以上
なお、凝集率は30%未満を許容範囲とした。
表2、3に従って、外添剤を変更した以外は、実施例1と同様にしてトナー及び静電荷像現像剤を作製し、実施例1と同様の評価を行った。
表2、3に従って、実施例1〜3におけるトナー粒子1をトナー粒子2へ変更した以外は、実施例1と同様にしてトナー及び静電荷像現像剤を作製し、実施例1と同様の評価を行った。
表2、3に従って、比較例1〜16における外添剤の添加量を1.5部から2部に変更した以外は、実施例1と同様にしてトナー及び静電荷像現像剤を作製し、実施例1と同様の評価を行った。
また、外添剤の添加量は、比較例に比べ、実施例のほうが、少量で効果が有ることが確認できる。
2Y、2M、2C、2K、108 帯電ローラ
3Y、3M、3C、3K レーザ光線
3 露光装置
4Y、4M、4C、4K、111 現像装置
5Y、5M、5C、5K 1次転写ローラ
6Y、6M、6C、6K、113 感光体クリーニング装置(クリーニング手段)
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
22 駆動ローラ
24 支持ローラ
26 2次転写ローラ
28、115 定着装置
30 中間転写体クリーニング装置
112 転写装置
116 取り付けレール
117 除電露光のための開口部
118 露光のための開口部
200 プロセスカートリッジ
P、300 記録紙
Claims (6)
- 少なくとも、樹脂粒子が分散された原料分散液中で、前記樹脂粒子を凝集させ、凝集粒子を形成する凝集粒子形成工程と、前記凝集粒子が分散された凝集粒子分散液を加熱して前記凝集粒子を融合・合一し、トナー粒子を形成する融合・合一工程と、を経て製造されるトナー粒子と、
平均径が100nm以上500nm以下であり、平均円形度が0.5以上0.85以下であり、立体画像解析により求められる最大高さHに対する平面画像解析により求められる円相当径Daの比の平均値が、1.5を超え1.9未満である板状の扁平構造のシリカ粒子である外添剤と、
を有する静電荷像現像用トナー。 - 請求項1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1に記載の静電荷像現像用トナーを収納し、
画像形成装置に着脱されるトナーカートリッジ。 - 請求項2に記載の静電荷像現像剤を収納し、像保持体の表面に形成された静電荷像を前記静電荷像現像剤により現像してトナー像を形成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、
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2に記載の静電荷像現像剤を収納し、前記静電荷像現像剤により前記静電荷像を現像してトナー像を形成する現像手段と、
前記トナー像を記録媒体に転写する転写手段と、
前記像保持体の表面をクリーニングするクリーニング手段と、
前記記録媒体に前記トナー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、
前記像保持体表面に静電荷像を形成する静電荷像形成工程と、
請求項2に記載の静電荷像現像剤により前記静電荷像を現像してトナー像を形成する現像工程と、
前記トナー像を記録媒体に転写する転写工程と、
前記像保持体の表面をクリーニングするクリーニング工程と、
前記記録媒体に前記トナー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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