JP7257741B2 - トナー、トナー収容ユニット、及び画像形成装置 - Google Patents
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Description
トナーの小粒径化により、形成された画像の一区画(ドット)の再現性を良好にし、且つ、前記トナーの球形化により現像性、転写性の向上を図っている。
少なくとも、結着樹脂を含有する母体粒子、及び外添剤を含むトナーであって、
前記外添剤が、円相当径10nm以上の粒子を含み、
前記円相当径10nm以上の粒子の体積平均粒径が、80nm以上140nm以下であり、
前記円相当径10nm以上の粒子の外接円面積と、前記円相当径10nm以上の粒子の粒子面積との比(外接円面積/粒子面積)が、1.60以上2.60以下であること特徴とする。
本発明のトナーは、母体粒子、及び外添剤を含む。
前記母体粒子は、結着樹脂を含有し、更に必要に応じてその他の成分を含有する。
前記外添剤は、円相当径10nm以上の粒子を含む。
外添剤の粒径が大きくなるほどトナー表面との付着力は弱くなり、トナーから遊離しやすくなる。遊離した外添剤は、クリーニングブレードとの当接部に外添剤の凝集(ダム)を形成することが知られている。そして、遊離した外添剤量が多くダム部への供給が過剰な場合、外添剤の粒子の摩擦が弱く、粒子が動きやすい、即ち、ダムがくずれ易い場合には、感光体汚染が起こる。これは、経時に伴いダムの一部が崩れ像担持体とブレードの間をすり抜けることで、未当接部(隙間)が生じることによりクリーニング不良や、すり抜けた外添剤粒子が感光体表面に固着するためである。
その一方で、付着力を強くするために粒径を小さくした場合、スペーサーとしての役目を果さなくなりトナーの凝集性が悪化する。
外添剤の異形性を高めることで粒子の転がりを抑制し、粒子どうしを動きにくくすることができる。これにより、ダムの崩れによる像担持体とブレードの間にすり抜けや、未当接部(隙間)が生じることによるクリーニング不良、すり抜けた外添剤が感光体表面に固着することによる感光体汚染を抑制することができる。
また、外添剤の異形性が高くなることで、外添剤が感光体とクリーニングブレードとの当接面を通り抜ける際の摩擦が強くなり、感光体の削り効果が向上するため、感光体上の汚染物を抑制する方向に働く。
・体積平均粒径が、80nm以上140nm以下の大粒径外添剤
・外添剤粒子を凝集体で形成し、外接円面積が粒子面積の1.60倍以上2.60倍以下
前記外添剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、無機粒子が挙げられる。
前記無機粒子としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えばシリカ、アルミナ、酸化チタン、チタン酸バリウム、チタン酸マグネシウム、チタン酸カルシウム、チタン酸ストロンチウム、フッ素化合物、酸化鉄、酸化銅、酸化亜鉛、酸化スズ、ケイ砂、クレー、雲母、ケイ灰石、ケイソウ土、酸化クロム、酸化セリウム、ベンガラ、三酸化アンチモン、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、硫酸バリウム、炭酸バリウム、炭酸カルシウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素などを挙げることができる。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。なお2種以上を併用する場合は、空転等の現像ストレスに対して耐性を持たせるように選択することが好ましい。
これらの中でも、シリカ、酸化チタン、チタン酸ストロンチウム、アルミナが好ましい。また、前記シリカとしては、異形性の高いシリカ粒子を作製し易い点から、フュームドシリカであることが好ましい。
なお、前記外添剤の円相当径の最大値としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できるが、250nm以下が好ましい。
前記比(面積比)は、外添剤の異形性を示すパラメータである。一般的に、異形性を示す際には平均円形度は粒子面積と周囲長の2乗の比から算出される平均円形度が用いられる。しかし、平均円形度では、形状の異形性を示すには不十分であるため、本発明では異形性の度合として、外接円面積と粒子面積の比で表している。
図1に、外添剤の外接円を示す。
本発明における外添剤の円相当径、粒子面積、及び外接円面積は、外添後トナーを観察することにより、トナー表面に外添剤が付着した状態で測定を行っている。
具体的には、以下の方法により測定できる。例えば、走査型電子顕微鏡 SU8200シリーズ(株式会社日立ハイテクノロジーズ社)を用いて、トナーの画像を得る。得られた画像を画像処理ソフトA像君(旭化成エンジニアリング株式会社)で二値化し、円相当径、粒子面積、外接円面積を算出する。
上記算出は、A像君の粒子解析モードで得られた「円相当径2」「面積」「外接円直径」を用いて計算している。
円相当径は、上記で得られた値が円形面積によるものであるとし、直径の値に換算して得られる値である。
粒子面積は、2値化により得られた「面積」の値をそのまま使用できる。
外接円面積は、2値化により得られた「外接円直径」から算出する。
面積比(外接円面積/粒子面積)は、上記で得られた「外接円面積の平均」を「粒子面積の平均」で割ることで得られる。
体積平均粒径は、同じソフトにより、上記で得られた円相当径から体積を算出し、粒子径と体積の積の和を体積の和で割る([各測定粒子の(粒子径×体積)の合計/各測定粒子の体積の合計])ことで得ている。
以下に本解析の解析条件の詳細を記載する。
2値化方法(閾値):手動設定(目視)
範囲指定:有
外縁補正:無
穴埋め:有
収縮分離:無
上記において2値化閾値を手動で設定しているのは、トナー表面の凹凸と、外添剤とを区別するためである。また、2値化する際に、同一画像上でのコントラストの変化が激しい場合は、解析範囲を1粒子付近に指定し、1粒子中とその周辺領域に絞って観察して閾値を設定する。
前記母体粒子(「トナー母体粒子」とも称する)は、結着樹脂を含有し、更に必要に応じて、その他の成分を含有する。
前記結着樹脂としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、スチレン系樹脂(スチレン又はスチレン置換体を含む単独重合体又は共重合体)、塩化ビニル樹脂、スチレン/酢酸ビニル共重合体、ロジン変性マレイン酸樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、アイオノマー樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂、ケトン樹脂、エチレン/エチルアクリレート共重合体、キシレン樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、石油系樹脂、水素添加された石油系樹脂などが挙げられる。
前記スチレン系樹脂(スチレン又はスチレン置換体を含む単独重合体又は共重合体)としては、ポリスチレン、クロロポリスチレン、ポリα-メチルスチレン、スチレン/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/ブタジエン共重合体、スチレン/塩化ビニル共重合体、スチレン/酢酸ビニル共重合体、スチレン/マレイン酸共重合体、スチレン/アクリル酸エステル共重合体(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/アクリル酸オクチル共重合体、スチレン/アクリル酸フェニル共重合体等)、スチレン/メタクリル酸エステル共重合体(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/メタクリル酸フェニル共重合体等)、スチレン/α-クロルアクリル酸メチル共重合体、スチレン/アクリロニトリル/アクリル酸エステル共重合体などが挙げられる。
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。これらの中でも、低温定着性及び環境安全性(残モノマーによるVOC)の点から、ポリエステル樹脂が好ましい。
前記ポリエステル樹脂としては、一般公知のアルコールと酸との重縮合反応によって得られるもの全てを用いることができる。
前記アルコールとしては、例えば、ジオール類、エーテル化ビスフェノール類、これらを炭素数3~22の飽和もしくは不飽和の炭化水素基で置換した二価のアルコール単量体、三価以上の高アルコール単量体などが挙げられる。
前記のジオール類としては、例えば、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-ブテンジオールなどが挙げられる。
前記エーテル化ビスフェノール類としては、例えば、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などが挙げられる。
前記三価以上の高アルコール単量体としては、例えば、ソルビトール、1,2,3,6-ヘキサンテトロール、1,4-サルビタン、ペンタエスリトールジペンタエスリトール、トリペンタエスリトール、蔗糖、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。
前記モノカルボン酸としては、例えば、パルミチン酸、ステアリン酸、オレイン酸などが挙げられる。
前記二価の有機酸単量体としては、例えば、マレイン酸、フマール酸、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、セバチン酸、マロン酸、これらを炭素数3~22の飽和もしくは不飽和の炭化水素基で置換したものなどが挙げられる。
前記三価以上の多価カルボン酸単量体としては、例えば、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、1,3-ジカルボキシル-2-メチル-2-メチレンカルボキシプロパン、テトラ(メチレンカルボキシル)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、これらの酸の無水物などが挙げられる。
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。
前記その他の成分としては、通常のトナーに用いられるものであれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、着色剤、離型剤、三価以上の金属塩、ワックス分散剤などが挙げられる。
本発明のトナーに用いる着色剤としては、例えばカーボンブラック、ランプブラック、鉄黒、アニリンブルー、フタロシアニンブルー、フタロシアニングリーン、ハンザイエローG、ローダミン6C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等の染料や顔料など、従来公知の染料や顔料を使用することができる。これらは、単独あるいは混合して使用することが可能であり、ブラックトナーとしてもフルカラートナーとしても使用できる。
これらの着色剤の含有量は、トナーの結着樹脂成分に対して、1質量%~30質量%が好ましく、3質量%~20質量%がより好ましい。
前記離型剤(ワックス)としては、トナーに通常用いられるものであれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できるが、モノエステルワックスが好ましい。前記モノエステルワックスは、一般的な結着樹脂との相溶性が低いため、定着時に表面に染み出しやすく、高い離型性を示し、高光沢と高い低温定着性を確保できる。
また、前記モノエステルワックスは、トナー100質量部に対して5質量部~10質量部であることが好ましく、6質量部~9質量部であることがより好ましい。前記含有量が5質量部より少ないと、定着時における表面への染み出しが不十分であり、離型性が悪くなり、光沢、低温定着性、耐高温オフセット性が低下する。該含有量が10質量部より多いと、トナー表面に析出する離型剤の量が増え、トナーとしての保存性が低下し、感光体等へのフィルミング性が低下する。
前記長鎖直鎖飽和アルコールの具体例としては、アミルアルコール、ヘキシールアルコール、ヘプチールアルコール、オクチルアルコール、カプリルアルコール、ノニルアルコール、デシルアルコール、ウンデシルアルコール、ラウリルアルコール、トリデシルアルコール、ミリスチルアルコール、ペンタデシルアルコール、セチルアルコール、ヘプタデシルアルコール、ステアリルアルコール、ノナデシルアルコール、エイコシルアルコール、セリルアルコールおよびヘプタデカンノオールなどが挙げられ、低級アルキル基、アミノ基、ハロゲン等の置換基を有していてもよい。
本発明のトナーは、三価以上の金属塩を含むことが好ましい。前記金属塩を含むことにより、定着時に結着樹脂の酸性基と架橋反応が進行し、弱い三次元的な架橋を形成することで、低温定着性を維持しつつ、耐高温オフセット性を得ることができる。
前記金属塩としては、例えば、サリチル酸誘導体の金属塩、アセチルアセトナート金属塩から選択される少なくとも一種が好ましい。前記金属としては、3価以上の多価イオン金属である限り特に制限はなく、例えば、鉄、ジルコニウム、アルミニウム、チタン、ニッケルなどが挙げられる。
前記三価以上の金属塩としては、三価以上のサリチル酸金属化合物が好ましい。
前記金属塩の含有量としては、例えば、トナー100質量部に対し、0.5~2質量部が好ましく、0.5~1質量部がより好ましい。前記含有量が0.5質量部~2質量部であると、以下の不具合を防止できる。
・耐ホットオフセット性に劣る不具合
・光沢性、低温定着性に劣る不具合
本発明のトナーは、ワックス分散剤を含有することが好ましい。前記分散剤としては、モノマーとして少なくともスチレン、ブチルアクリレート及びアクリロニトリルを含む共重合体組成物、及び前記共重合体組成物のポリエチレン付加物が好ましい。
前記ワックス分散剤の含有量としては、トナー100質量部に対して7質量部以下が好ましい。前記ワックス分散剤を含有することによりワックスの分散効果が得られ、製造方法に左右されることなく安定的に保存性の向上が期待できる。また、ワックスの分散効果によりワックス径が小さくなり感光体等へのフィルミング現象を抑制できる。前記含有量が7質量部以下であると、以下の不具合を防止できる。
・ポリエステル樹脂に対する非相溶成分が多くなり、光沢が低下する不具合。
・定着時のワックスの表面への染み出しが悪くなり、低温定着性、耐ホットオフセット性が低下する不具合。
<<トナーの体積平均粒子径>>
本発明のトナーの体積平均粒子径としては、3μm~10μmが好ましい。
トナーの体積平均粒子径は、種々の方法により測定され、例えば、コールターカウンターマルチサイザーIIIを用い、測定試料は界面活性剤を加えた電解液中に測定トナーを加え超音波分散機で1分間分散させたものを50,000個測定し、体積平均粒子径とする。
前記結着樹脂の数平均分子量、重量平均分子量は、種々の方法により測定され、例えば、以下のようにして、THF溶解分の分子量分布をGPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)測定装置GPC-150C(ウォーターズ社製)によって測定できる。
具体的には、測定は、カラム(KF801~807:ショウデックス社製)を使用し、以下の方法で行った。40℃のヒートチャンバー中でカラムを安定させ、この温度におけるカラムに、溶媒としてTHFを毎分1ミリリットルの流速で流した。試料0.05gをTHF5gに十分に溶かした後、前処理用フィルター(孔径0.45μm クロマトディスク(クラボウ製))で濾過し、最終的に試料濃度として0.05~0.6重量%に調製した樹脂のTHF試料溶液を50~200μl注入して測定する。試料のTHF溶解分の重量平均分子量Mw、個数平均分子量Mnの測定にあたっては、試料の有する分子量分布を数種の単分散ポリスチレン標準試料により作成された検量線の対数値とカウント数との関係から算出した。
検量線作成用の標準ポリスチレン試料としては、PressureChemical
Co.分子量が6×102、2.1×102、4×102、1.75×104、5.1×104、1.1×105、3.9×105、8.6×105、2×106、4.48×106のもの(あるいは東洋ソーダ工業社製のものでも可)を用い、少なくとも10点程度の標準ポリスチレン試料を用いるのが適当であるので、その試料を用いる。また、検出器にはRI(屈折率)検出器を用いる。
本発明におけるガラス転移点(Tg)は、例えば、示差走査熱量計(セイコー電子工業株式会社製、DSC210)を用いて測定することができる。具体的には、試料0.01~0.02gをアルミニウムパンに計量し、200℃まで昇温し、その温度から降温速10℃/分で、20℃まで冷却した試料を昇温速度10℃/分で昇温する。その際の、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した。
本発明のトナーは、前記トナー母体粒子に対し、前記外添剤を外添することにより得ることができる。
前記トナー母体粒子は、例えば、粉砕法、重合法(懸濁重合、乳化重合、分散重合、乳化凝集、乳化会合等)等の各種製造方法により得ることができる。
使用できる混合装置としては、粉体を混合できる限り特に制限はなく、公知の装置を用いることができ、例えば、V型混合機、ロッキングミキサー、レーディゲミキサー、ナウターミキサー、ヘンシェルミキサー、Qミキサーなどが挙げられる。これらの混合装置は、ジャケット等を装備して内部の温度を調節できるものが好ましい。
無機微粒子のトナー母体表面への付着強度は混合装置の回転羽の周速を変更したり、混合・攪拌時間を変更することにより、制御できる。また、混合装置内へ熱を付与しながら無機微粒子を外添すると、表面が軟化し、無機微粒子をトナー母体表面へ埋め込ませることができるため、トナー母体表面への付着強度を制御できる。
・遊離量が過剰となり、クリーニング不良、感光体汚染の原因となる不具合。
・混合処理時に外添剤に加わるストレスが弱すぎるため、形状の異形性が高くなり、前記面積比が2.6以下を満たさなくなる不具合。
・外添剤がトナー粒子に埋め込まれ、スペーサーとしての効果を果さなくなる不具合。
・混合処理時の外的ストレスにより形状が球体に近づき、前記面積比が1.6以上を満たさなくなる不具合。
本発明の現像剤は、少なくとも前記トナーを含み、必要に応じてキャリア等の適宜選択されるその他の成分を含む。
このため、転写性、帯電性等に優れ、高画質な画像を安定に形成することができる。なお、現像剤は、一成分現像剤であってもよいし、二成分現像剤であってもよいが、近年の情報処理速度の向上に対応した高速プリンタ等に使用する場合には、寿命が向上することから、二成分現像剤が好ましい。
前記磁性キャリアは、磁性体微粒子が好ましい。前記磁性体微粒子としては、例えば、マグネタイト、ガンマ酸化鉄等のスピネルフェライト;鉄以外の金属(Mn、Ni、Zn、Mg、Cu等)を一種又は二種以上含有するスピネルフェライト;バリウムフェライト等のマグネトプランバイト型フェライト;表面に酸化層を有する鉄や合金の粒子などが挙げられる。これらの中でも、特に高磁化を要する場合は鉄等の強磁性微粒子が好ましい。
前記キャリアの形状としては、粒状、球状、針状のいずれであってもよい。また、化学的な安定性を考慮するとマグネタイト、ガンマ酸化鉄を含むスピネルフェライトやバリウムフェライト等のマグネトプランバイト型フェライトを用いる事が好ましい。強磁性微粒子の種類及び含有量を選択する事により所望の磁化を有する樹脂キャリアを使用する事もできる。この時のキャリアの磁気特性は1,000エルステッドにおける磁化の強さは30~150emu/gが好ましい。
このような樹脂キャリアは、磁性体微粒子と絶縁性バインダー樹脂との溶融混練物をスプレードライヤーで噴霧して製造することができる。具体的には、磁性体微粒子の存在下に水性媒体中でモノマーないしプレポリマーを反応、硬化させることで、縮合型バインダー中に磁性体微粒子が分散された樹脂キャリアを製造できる。
磁性キャリアの表面には正または負帯電性の微粒子または導電性微粒子を固着させたり、樹脂をコーティングして帯電性を制御できる。
表面のコート材としてはシリコーン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、フッ素系樹脂が用いられ、さらに正または負帯電性の微粒子または導電性微粒子を含んでコーティングすることができるが、シリコーン樹脂及びアクリル樹脂が好ましい。
本発明の電子写真用トナーと磁性キャリアとの混合比はトナー濃度として2質量%~10質量%が好ましい。
本発明におけるトナー収容ユニットとは、トナーを収容する機能を有するユニットに、トナーを収容したものをいう。ここで、トナー収容ユニットの態様としては、例えば、トナー収容容器、現像器、プロセスカートリッジが挙げられる。
トナー収容容器とは、トナーを収容した容器をいう。
現像器は、トナーを収容し現像する手段を有するものをいう。
プロセスカートリッジとは、少なくとも静電潜像担持体(像担持体ともいう)と現像手段とを一体とし、トナーを収容し、画像形成装置に対して着脱可能であるものをいう。前記プロセスカートリッジは、更に帯電手段、露光手段、クリーニング手段のから選ばれる少なくとも一つを備えてもよい。
本発明のトナー収容ユニットを、画像形成装置に装着して画像形成することで、常温常湿だけでなく、特に低温低湿環境下において長期に渡って繰り返し使用しても感光体上の外添剤によるフィルミングに起因する異常画像が発生せず、高い画像濃度が安定して確保できる前記トナーの特徴を活かし、長期的な画像安定性を有し、かつ高品質・高精細な画像を形成することができる。
本発明の画像形成装置は、静電潜像担持体と、静電潜像形成手段と、現像手段と、を少なくとも有し、更に必要に応じて、その他の手段を有する。
本発明に関する画像形成方法は、静電潜像形成工程と、現像工程とを少なくとも含み、更に必要に応じて、その他の工程を含む。
前記画像形成方法は、前記画像形成装置により好適に行うことができ、前記静電潜像形成工程は、前記静電潜像形成手段により好適に行うことができ、前記現像工程は、前記現像手段により好適に行うことができ、前記その他の工程は、前記その他の手段により好適に行うことができる。
本発明の画像形成装置は、より好ましくは、静電潜像担持体と、前記静電潜像担持体上に静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、前記静電潜像担持体に形成された前記静電潜像を、トナーを用いて現像してトナー像を形成する、トナーを備える現像手段と、前記静電潜像担持体上に形成されたトナー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像を定着する定着手段とを含む。
また、本発明の画像形成方法は、より好ましくは、静電潜像担持体上に静電潜像を形成する静電潜像形成工程と、前記静電潜像担持体上に形成された前記静電潜像を、トナーを用いて現像してトナー像を形成する現像工程と、前記静電潜像担持体上に形成されたトナー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像を定着する定着工程とを含む。
前記現像手段、及び前記現像工程において、前記トナーが使用される。好ましくは、前記トナーを含有し、更に必要に応じて、キャリアなどのその他の成分が含有された現像剤を用いることにより、前記トナー像を形成するとよい。
前記静電潜像担持体(以下、「感光体」とも称する)の材質、構造、大きさとしては、特に制限はなく、公知のものの中から適宜選択することができ、その材質としては、例えば、アモルファスシリコン、セレン等の無機感光体、ポリシラン、フタロポリメチン等の有機感光体などが挙げられる。
前記静電潜像形成手段としては、前記静電潜像担持体上に静電潜像を形成する手段であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記静電潜像担持体の表面を帯電させる帯電部材と、前記静電潜像担持体の表面を像様に露光する露光部材とを少なくとも有する手段などが挙げられる。
前記現像手段としては、前記静電潜像担持体に形成された前記静電潜像を現像して可視像を形成する、トナーを備える現像手段であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記その他の手段としては、例えば、転写手段、定着手段、クリーニング手段、除電手段、リサイクル手段、制御手段などが挙げられる。
前記滑剤を塗布する目的としては、例えば、以下のことが挙げられる。
・摩擦係数μを低くすることでクリーニングブレードエッジの挙動を安定させ、クリーニング手段を補助する。
・帯電ローラーに交流電圧を印加した際の帯電電流から感光体表面を保護する。
・クリーニングブレードを用い像担持体等の表面に塗布された滑剤を削ることで、像担持体等へのトナー成分の固着や、外添剤・紙黛などによる汚染を抑制する。
滑剤を塗布する方法としては、例えば、ブラシローラーで像担持体表面に塗布する方式があり、滑剤の塊である滑剤固形体を塗布ブラシにより引っ掻くことで滑剤を得、像担持体表面に塗布することができる。
しかし、本発明においては、外添剤の異形性が高いため、上記のようなクリーニング不良が起こりにくい。
図2は、その画像形成装置の一例の概略構成図である。像担持体としての感光体ドラム(以下、感光体という)110の回りには、帯電装置としての帯電ローラ120、露光装置130、クリーニングブレードを有するクリーニング装置160、除電装置としての除電ランプ170、現像装置140、中間転写体としての中間転写体150とが配設されている。中間転写体150は、複数の懸架ローラ151によって懸架され、図示しないモータ等の駆動手段により矢印方向に無端状に走行するように構成されている。この懸架ローラ151の一部は、中間転写体へ転写バイアスを供給する転写バイアスローラとしての役目を兼ねており、図示しない電源から所定の転写バイアス電圧が印加される。また、中間転写体150のクリーニングブレードを有するクリーニング装置190も配設されている。また、中間転写体150に対向し、最終転写材としての転写紙1100に現像像を転写するための転写手段として転写ローラ180が配設され、転写ローラ180は、図示しない電源装置により転写バイアスを供給される。そして、中間転写体150の周りには、電荷付与手段としてのコロナ帯電器152が設けられている。
各現像ユニットの構成は共通であるので、以下の説明はBk現像ユニット45Kについてのみ行ない、他の現像ユニット145Y、145M、145Cについては、図中でBk現像ユニット145Kにおけるものと対応する部分に、該ユニットにおけるものに付した番号の後にY、M、Cを付すに止め説明は省略する。Bk現像ユニット145Kは、トナー粒子とキャリア液成分とを含む、高粘度、高濃度の液体現像剤を収容する現像タンク142Kと、下部を現像タンク142K内の液体現像剤に浸漬するように配設された汲み上げローラ143Kと、汲み上げローラ143Kから汲み上げられた現像剤を薄層化して現像ベルト141に塗布する塗布ローラ144Kとから構成されている。塗布ローラ144Kは、導電性を有しており、図示しない電源から所定のバイアスが印加される。
中間転写体上の重ね合せトナー像に電荷を付与するためのコロナ帯電器152を、中間転写体150の回転方向において、感光体110と中間転写体150との接触対向部の下流側で、かつ中間転写体150と転写紙1100との接触対向部の上流側の位置に設置する。そして、コロナ帯電器152が、該トナー像に対して、該トナー像を形成するトナー粒子の帯電極性と同極性の真電荷を付与し、転写紙1100へ良好な転写がなされるに十分な電荷をトナー像に与える。上記トナー像は、コロナ帯電器152により帯電された後、転写ローラ180からの転写バイアスにより、図示しない給紙部から矢印方向に搬送された転写紙1100上に一括転写される(二次転写)。この後、トナー像が転写された転写紙1100は、図示しない分離装置により感光体110から分離され、図示しない定着装置で定着処理がなされた後に装置から排紙される。一方、転写後の感光体110は、クリーニング装置160によって未転写トナーが回収除去され、次の帯電に備えて除電ランプ170により残留電荷が除電される。カラー画像は通常4色の着色トナーで形成される。1枚のカラー画像には、1層から4層までのトナー層が形成されている。トナー層は1次転写(感光体から中間転写ベルトへの転写)や、2次転写(中間転写ベルトからシートへの転写)を通過する。
冷却管、撹拌機、及び窒素導入管を装備した反応槽中に、ビスフェノールAのプロピレンオキサイド2mol付加物258部、ビスフェノールAのエチレンオキサイド2mol付加物1,344部、テレフタル酸800部、及び縮合触媒としてのテトラブトキシチタネート1.8部を入れ、窒素気流下、生成する水を留去しながら、230℃で6時間反応させた。次に、5mmHg~20mmHgの減圧下、1時間反応させ、180℃まで冷却させた後、無水トリメリット酸10部を入れ、5mmHg~20mmHgの減圧下、重量平均分子量が30,000、数平均分子量が2,300に達するまで反応させ、ポリエステル樹脂を得た。
温度計、窒素導入管、撹拌機および冷却管を取り付けた1リットルの四つ口フラスコに、脂肪酸成分として50質量部のセロチン酸、50質量部のパルミチン酸、アルコール成分として100質量部のセリルアルコールを、全量が500gとなるように仕込み、窒素気流下、220℃で反応物を留去しつつ、15時間以上常圧で反応を行い、融点が70.5℃であるモノエステルワックスを得た。
<<外添剤1の製造>>
外添剤1で使用したフュームドシリカの製造には、可燃性ガスのバーナー燃焼方式(化学炎)を用い、原材料にはテトラクロロシランを使用し、以下の反応で生成した。
SiCl4+2H2+O2→SiO2+4HCl
テトラクロロシランは予め水素と空気と混合し、多重管バーナーを用いて円筒状反応器の上端より供給し燃焼反応を行い、フュームドシリカを得た。
なお、ガス混合比はテトラクロロシランと水素ガスと空気との体積比が1:5:14となるように調整した。
ロールクラッシャー粉砕機は、ロール隙間0.2mm、ロール回転数250rpmの条件で粗粉砕を行った。
得られた乾燥粉を目開き25μm及び75μmの振動篩を用いて分級することで、体積平均粒径:D50が45μmのシリカ粉末を得た。
このとき、ビーズは直径500μmのものを100g使用し、スラリー量は1,500mlとした。
以上にして得られたスラリーをスプレードライヤーを用いて、スラリー供給量1L/h、噴露圧力2kg/cm2、熱風温度150℃で噴霧乾燥を行い、シリカ粒子を得た。
製造した外添剤単独に関して、円相当径10nm以上の粒子を観察し、粒度分布の測定を行った。
測定は、透過型電子顕微鏡(JEM-2100、日本電子株式会社)を用いて測定を行った。なお、測定は、130個の粒子により行った。
観察サンプルは、外添剤を0.4wt%含むエタノール分散液を、超音波洗浄機で1hほど分散させ、コロジオン膜貼付メッシュ(日新EM株式会社)に貼付けて作製した。得られた観察サンプルを用いて、画像を得た。得られた画像を画像処理ソフトA像君(旭化成エンジニアリング株式会社)で二値化し、円相当径の値を得た。この円相当径から体積を算出し、粒子径と体積の積の和を体積の和で割る([各測定粒子の(粒子径×体積)の合計/各測定粒子の体積の合計])ことで、体積平均径を得た。
具体的には、A像君の粒子解析モードで得られた「円相当径2」を用いて計算した。
以下に解析条件の詳細は以下のとおりである。
2値化方法(閾値):手動設定(目視)
範囲指定:有
外縁補正:無
穴埋め:有
収縮分離:無
BET比表面積は、窒素吸着法(Macsorb model-1201、マウンテック社製)を用いて測定した。
外添剤1の製造において、燃焼温度と、ビーズミル式粉砕機を用いた粉砕時間とを表1のように変更した以外は、外添剤1と同様にして、外添剤2を得た。
外添剤1の製造において、燃焼温度と、ビーズミル式粉砕機を用いたローター回転数と、粉砕時間とを表1のように変更した以外は、外添剤1と同様にして、外添剤3を得た。
外添剤1の製造において、燃焼温度と、ビーズミル式粉砕機とを用いた粉砕時間とを表1のように変更した以外は、外添剤1と同様にして、外添剤4を得た。
外添剤1の製造において、燃焼温度と、ビーズミル式粉砕機を用いた粉砕時間とを表1のように変更した以外は、外添剤1と同様にして、外添剤5を得た。
外添剤1の製造において、燃焼温度を表1のように変更した以外は、外添剤1と同様にして、外添剤6を得た。
外添剤1の製造において、燃焼温度と、ビーズミル式粉砕機を用いたローター回転数と、粉砕時間とを表1のように変更した以外は、外添剤1と同様にして、外添剤7を得た。
外添剤1の製造において、燃焼温度と、ビーズミル式粉砕機を用いた粉砕時間とを表1のように変更した以外は、外添剤1と同様にして、外添剤8を得た。
外添剤1の製造において、燃焼温度と、ビーズミル式粉砕機を用いたローター回転数と、粉砕時間とを表1のように変更した以外は、外添剤1と同様にして、外添剤9を得た。
外添剤1の製造において、燃焼温度と、ビーズミル式粉砕機を用いた粉砕時間とを表1のように変更した以外は、外添剤1と同様にして、外添剤10を得た。
外添剤1の製造において、燃焼温度と、ビーズミル式粉砕機を用いた粉砕時間とを表1のように変更した以外は、外添剤1と同様にして、外添剤11を得た。
外添剤1の製造において、燃焼温度と、ビーズミル式粉砕機を用いた粉砕時間とを表1のように変更した以外は、外添剤1と同様にして、外添剤12を得た。
外添剤1の製造において、燃焼温度と、ビーズミル式粉砕機を用いた粉砕時間とを表1のように変更した以外は、外添剤1と同様にして、外添剤13を得た。
既存品のシリカ微粒子(UFP-35HH:電気化学工業社製)を、外添剤14とした。
攪拌器を備えた2Lの反応容器にエタノール100部、水200部、15wt%アンモニア水370部を入れ、攪拌混合しながら27℃に加熱した。その後、この混合液を攪拌しながら、テトラエトキシシラン(TEOS)50部と、5wt%のアンモニア水45部とを、10g/minの供給量で連続的に添加した。
得られた溶液をろ過した後、100℃で24h乾燥させ、シリカ粒子を得た。
上記により得られたシリカ粒子2kgを流動層反応器に入れ、450℃に加熱し、そこにジメチルジクロロシランを8g/分間で窒素を用い40分間供給し、体積平均粒径297nm、BET比表面積11m2/gの表面に疎水化処理を施した外添剤15を得た。
<<トナー母体粒子の製造>>
・ポリエステル樹脂(Mw:30,000、Mn:2,300) 90.0部
・スチレンアクリル共重合体(EXD-001 三洋化成社製)
(Tg68℃、Mw13,000) 5.0部
・モノエステルワックス(mp70.5℃) 5.0部
・サリチル酸誘導体ジルコニウム塩
(商品名:TN-105、製造会社名:保土谷化学社製) 0.9部
上記のトナー原材料を、へンシェルミキサー(日本コークス工業株式会社製、FM20B)を用いて予備混合した後、一軸混練機(Buss製、コニーダ混練機)で100℃~130℃の温度で溶融、混練した。得られた混練物は室温まで冷却後、ロートプレックスにて200μm~300μmに粗粉砕した。次いで、カウンタジェットミル(ホソカワミクロン株式会社製、100AFG)を用いて、重量平均粒径が5.4±0.3μmとなるように粉砕エアー圧を適宜調整しながら微粉砕した後、気流分級機(株式会社マツボー製、EJ-LABO)で、重量平均粒径が5.8±0.4μm、重量平均粒径/個数平均粒径の比が1.25以下となるようにルーバー開度を適宜調整しながら分級し、トナー母体粒子を得た。なお、本発明で評価したトナーは全て、同一母体粒子を使用している。
トナー母体粒子に対し、外添剤1の表面被覆率が30%となるよう添加した。
トナー母体粒子と外添剤1の混合処理には、ヘンシェルミキサー(日本コークス工業株式会社製FM20C/I)を用い、回転数3,176rpmで回転1min、停止1minを20回繰り返すことで、トナー1を得た。(総混合時間20min)
トナー1の製造において、外添剤2を用いた以外は、トナー1と同様にして、トナー2を製造した。
トナー1の製造において、外添剤3を用いた以外は、トナー1と同様にして、トナー3を製造した。
トナー1の製造において、外添剤4を用いた以外は、トナー1と同様にして、トナー4を製造した。
トナー1の製造において、外添剤5を添加する以外は、トナー1と同様にしてトナー5を製造した。
トナー1の製造において、外添剤6を添加する以外は、トナー1と同様にしてトナー6を製造した。
トナー1の製造において、外添剤7を添加する以外は、トナー1と同様にしてトナー7を製造した。
トナー1の製造において、外添剤8を添加する以外は、トナー1と同様にしてトナー8を製造した。
トナー1の製造において、外添剤9を添加する以外は、トナー1と同様にしてトナー9を製造した。
トナー1の製造において、ヘンシェルミキサーでの混合時間を16minとする以外は、トナー1と同様にしてトナー10を製造した。
トナー1の製造において、ヘンシェルミキサーでの混合時間を24minとする以外は、トナー1と同様にしてトナー11を製造した。
トナー1の製造において、外添剤10を添加する以外は、トナー1と同様にしてトナー12を製造した。
トナー1の製造において、外添剤11を添加する以外は、トナー1と同様にしてトナー13を製造した。
トナー1の製造において、外添剤12を添加する以外は、トナー1と同様にしてトナー14を製造した。
トナー1の製造において、外添剤13を添加する以外は、トナー1と同様にしてトナー15を製造した。
トナー1の製造において、外添剤14を添加する以外は、トナー1と同様にしてトナー16を製造した。
トナー1の製造において、外添剤15を添加する以外は、トナー1と同様にしてトナー17を製造した。
トナー1の製造において、ヘンシェルミキサーでの混合時間を6minとする以外は、トナー1と同様にして、トナー18を製造した。
トナー1の製造において、ヘンシェルミキサーでの混合時間を30minとする以外は、トナー1と同様にして、トナー19を製造した。
実施例1~11、比較例1~8の各トナーを、走査型電子顕微鏡 SU8200シリーズ(株式会社日立ハイテクノロジーズ社)を用いて、トナーの画像を得た。なお、測定は、630個の粒子により行った。
観察サンプルは、トナーを0.4wt%含むエタノール分散液を、超音波洗浄機で1hほど分散させ、コロジオン膜貼付メッシュ(日新EM株式会社)に貼付けて作製した。
得られた画像を画像処理ソフトA像君(旭化成エンジニアリング株式会社)で二値化し、円相当径、粒子面積、外接円面積、及び体積平均粒径を、この画像処理ソフトの粒子解析モードで得られた「円相当径2」「面積」「外接円直径」の値を用いて計算した。
粒子面積は、2値化により得られた「面積」の値である。外接円面積は、2値化により得られた「外接円直径」より算出した。
面積比(外接円面積/粒子面積)は、上記で得られた「外接円面積の平均」を「粒子面積の平均」で割ることで得た。
以下に解析条件の詳細を示す。
2値化方法(閾値):手動設定(目視)
範囲指定:有
外縁補正:無
穴埋め:有
収縮分離:無
体積平均粒径は、同じソフトにより、上記で得られた円相当径から体積を算出し、粒子径と体積の積の和を体積の和で割る([各測定粒子の(粒子径×体積)の合計/各測定粒子の体積の合計])ことで得た。
なお、表2中の外添剤の体積平均粒径とは、トナー母体粒子に付着した状態で測定した体積平均粒径のことを指す。
<<キャリアの作製>>
・シリコーン樹脂(オルガノストレートシリコ-ン) 100部
・トルエン 100部
・γ-(2-アミノエチル)アミノプロピルトリメトキシシラン 5部
・カーボンブラック 10部
上記混合物をホモミキサーで20分間分散し、被覆層形成液を調製した。この被覆層形成液を、平均粒径35μmの球状フェライト表面に平均膜厚が0.20μmになるように、流動床型塗布装置を用いて塗布し、内部樹脂層を形成した。流動床型コーティング装置を使用して、流動槽内の温度を各70℃に制御して塗布・乾燥した。得られたキャリアを電気炉中にて、180℃/2時間焼成した後、篩い分けにより粒度調整を行い、キャリアを得た。
得られたトナー1~19について、以下の方法により高温湿度保管後トナー緩凝集体量を評価した。容器にトナーを10g計量し、温湿度40℃70%条件下で14日間保管した後、目開き106μmの篩を用い、保管後トナーを篩い、以下の評価基準により評価した。評価結果は表3に示した。
◎ :全く無し
○ :0.0mg超1.0mg以下
× :1.0mg超
5%画像濃度チャートを40,000枚出力後のクリーニング工程を通過した感光体上の転写残トナーを、スコッチテープ(住友スリーエム株式会社製)で白紙に移し、それをX-Rite938(X-Rite社製)で測定し、ブランクとの差により、以下の評価基準により評価した。
◎ :0.005未満
○ :0.005以上0.010以下
△ :0.011以上0.02以下
× :0.02超
5%画像濃度チャートを2,000枚出力後の感光体に付着した付着成分量を目視により、以下の評価基準により評価した。
◎ :全く付着がない
○ :わずかに曇りの痕跡や固着物が観察された
△ :曇りのスジや微少の固着物は確認できるが、画像に出力されない
× :曇り面積や固着物が非常に多い又は、転写不良など、画像上に出力される
<1> 少なくとも、結着樹脂を含有する母体粒子、及び外添剤を含むトナーであって、
前記外添剤が、円相当径10nm以上の粒子を含み、
前記円相当径10nm以上の粒子の体積平均粒径が、80nm以上140nm以下であり、
前記円相当径10nm以上の粒子の外接円面積と、前記円相当径10nm以上の粒子の粒子面積との比(外接円面積/粒子面積)が、1.60以上2.60以下であること特徴とするトナーである。
<2> 前記円相当径10nm以上の粒子が、凝集粒子である前記<1>に記載のトナーである。
<3> 前記円相当径10nm以上の粒子が、無機粒子である前記<1>から<2>のいずれかに記載のトナーである。
<4> 前記無機粒子が、シリカ、酸化チタン、チタン酸ストロンチウム、及びアルミナから選択される少なくとも1種である前記<3>に記載のトナーである。
<5> 前記シリカが、フュームドシリカである前記<4>に記載のトナーである。
<6> 前記<1>から<5>のいずれかに記載のトナーを収容した、トナー収容ユニットである。
<7> 静電潜像担持体と、前記静電潜像担持体上に静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、
前記静電潜像担持体に形成された前記静電潜像を、トナーを用いて現像してトナー像を形成する、トナーを備える現像手段と、
前記静電潜像担持体上に形成されたトナー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像を定着する定着手段とを含み、
前記トナーが、前記<1>から<5>のいずれかに記載のトナーであることを特徴とする画像形成装置である。
<8> 前記画像形成装置が、前記静電潜像担持体上に滑剤を塗布する滑剤塗布手段を有さない前記<7>に記載の画像形成装置である。
120 帯電ローラ
160 クリーニング装置、
Claims (4)
- 少なくとも、結着樹脂を含有する母体粒子、及び外添剤を含むトナーであって、
前記外添剤が、円相当径10nm以上の粒子を含み、
前記円相当径10nm以上の粒子が、フュームドシリカであり、
前記円相当径10nm以上の粒子が、凝集粒子であり、
前記円相当径10nm以上の粒子の体積平均粒径が、90nm以上140nm以下であり、
前記円相当径10nm以上の粒子の外接円面積と、前記円相当径10nm以上の粒子の粒子面積との比(外接円面積/粒子面積)が、1.65以上1.98以下であること特徴とするトナー。 - 請求項1に記載のトナーを収容した、トナー収容ユニット。
- 静電潜像担持体と、前記静電潜像担持体上に静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、
前記静電潜像担持体に形成された前記静電潜像を、トナーを用いて現像してトナー像を形成する、トナーを備える現像手段と、
前記静電潜像担持体上に形成されたトナー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像を定着する定着手段と、を含み、
前記トナーが、請求項1に記載のトナーであることを特徴とする画像形成装置。 - 前記画像形成装置が、前記静電潜像担持体上に滑剤を塗布する滑剤塗布手段を有さない請求項3に記載の画像形成装置。
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