JP2009271173A - 静電荷像現像用トナー及びその製造方法、静電荷像現像剤、画像形成方法、並びに、画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
Description
特許文献1に記載の現像剤中に脂肪酸金属塩を添加する方法は、感光体の摩擦抵抗の低下も一時的な効果でしかなく、長期に亘って高品質な画像を形成することは困難である。
また、上記特許文献2に記載の感光体においては、機械強度の向上により感光体の表面の傷や磨耗は抑制されるものの、その一方で表面層が硬いため感光体表面が研磨されにくく、感光体表面に付着した放電生成物等が除去されにくい。特に、エコロジーの観点から広く利用されている接触帯電方式の場合、より多くの放電生成物が発生する傾向にあり、さらに、高温高湿環境下では感光体表面に蓄積した付着物が空気中の水分を取り込むため、像流れ等の画質欠陥が発生しやすい。さらに、親水性の高い保護層を有する感光体の場合、ガスバリア性に乏しく、放電生成物の侵入による像流れの画質欠陥が顕著となる。
特許文献3に記載のトナーのような、トナー表面及び表面近傍における組成偏在の影響は、長期に亘る使用においては、トナー自身の電気特性の低下、成分付着による感光体の損傷、画像欠陥などの原因になると推定されるものの、これまで充分な検討がなされておらず、具体的な方法が提示されていなかった。
<1> ホスホン酸系イオン封鎖剤を含有することを特徴とする静電荷像現像用トナー、
<2> 離型剤及び/又は着色剤を含有する、上記<1>に記載の静電荷像現像用トナー、
<3> 前記ホスホン酸系イオン封鎖剤が、式(1)及び/又は式(2)で表される化合物を含む、上記<1>又は上記<2>に記載の静電荷像現像用トナー、
0.05≦A≦0.5
0.40≦B/A≦0.75
を満たす、上記<1>〜上記<3>いずれか1つに記載の静電荷像現像用トナー、
<5> 平均円形度が0.950以上0.980以下であり、数平均粒子径の0.5倍以上0.7倍以下の範囲における0.980以下の円形度を有する粒子の個数割合が1.5%以上15.5%以下である、上記<1>〜上記<4>いずれか1つに記載の静電荷像現像用トナー、
<6> 上記<1>〜上記<5>いずれか1つに記載の静電荷像現像用トナーとキャリアとを含むことを特徴とする静電荷像現像剤、
<7> 着色剤及び/又は離型剤を分散して、着色剤分散液及び/又は離型剤分散液を得る工程と、該着色剤分散液及び離型剤分散液の少なくとも一方に、ホスホン酸系イオン封鎖剤を混合して、ホスホン酸系イオン封鎖剤混合分散液を得る工程と、該ホスホン酸系イオン封鎖剤混合分散液を樹脂粒子分散液と混合して、分散物を凝集・融合させる工程と、を含むことを特徴とする静電荷像現像用トナーの製造方法、
<8> 潜像保持体表面に静電潜像を形成する潜像形成工程と、前記潜像保持体表面に形成された静電潜像をトナーを含む現像剤により現像してトナー像を形成する現像工程と、前記潜像保持体表面に形成されたトナー像を被転写体表面に転写する転写工程と、前記被転写体表面に転写されたトナー像を定着する定着工程と、を含み、前記現像剤として上記<1>〜上記<5>いずれか1つに記載の静電荷像現像用トナー又は上記<6>に記載の静電荷像現像剤を用いることを特徴とする画像形成方法、
<9> 潜像保持体と、前記潜像保持体を帯電させる帯電手段と、帯電した前記潜像保持体を露光して該潜像保持体上に静電潜像を形成させる露光手段と、現像剤により前記静電潜像を現像してトナー像を形成させる現像手段と、前記トナー像を前記潜像保持体から被記録材に転写する転写手段と、を有し、前記現像剤として上記<1>〜上記<5>いずれか1つに記載の静電荷像現像用トナー又は上記<6>に記載の静電荷像現像剤を用いることを特徴とする画像形成装置。
上記<2>に記載の発明によれば、さらに高品質な画像を形成することができる。
上記<3>に記載の発明によれば、ホスホン酸系イオン封鎖剤として特定の構造を有する化合物を使用することにより、効果的に画像の品質を向上させることができる。
上記<4>に記載の発明によれば、より長期に亘って高品質な画像を形成することができる。
上記<5>に記載の発明によれば、より長期に亘って高品質な画像を形成することができる。
上記<6>に記載の発明によれば、長期に亘って高品質な画像を形成可能な静電荷像現像剤を提供することができる。
上記<7>に記載の発明によれば、より簡便に静電荷像現像用トナーにホスホン酸系イオン封鎖剤を含有させることができる。
上記<8>に記載の発明によれば、長期に亘って高品質な画像を形成可能な画像形成方法を提供することができる。
上記<9>に記載の発明によれば、長期に亘って高品質な画像を形成可能な画像形成装置を提供することができる。
本実施形態の静電荷像現像用トナー(以下、単に「トナー」ともいう。)は、ホスホン酸系イオン封鎖剤を含有することを特徴とする。
本発明者らは、トナーにホスホン酸系イオン封鎖剤を存在させることで、トナーに含有される着色剤粒子、離型剤粒子等の分散性を改善できることを見出し、本発明の完成に至ったものである。また、前記特定元素を有するイオン封鎖剤(ホスホン酸系イオン封鎖剤)は、着色剤粒子分散液又は離型剤粒子分散液に混合させて用いることが好ましい。これにより、造粒中の不純物イオンを効果的に封鎖することができ、表面のみならず、内部の不純物を除去することが可能となることを明らかとしたものである。
なお、本実施形態において、静電荷像現像用トナーは、トナー母粒子に対して、必要に応じて外添剤を添加してなる。したがって、トナー母粒子とは、外添剤を除去した、又は、外添剤を添加前のトナー粒子である。
以下、本実施形態について詳細に説明する。
まず、本実施形態の静電荷像現像用トナーの特徴的な成分であるホスホン酸系イオン封鎖剤について説明する。
本実施形態において、ホスホン酸系イオン封鎖剤としては特に限定されず、公知のホスホン酸系イオン封鎖剤を適宜選択して使用することができる。
ホスホン酸系イオン封鎖剤は、静電荷像現像用トナーの製造時において金属イオン等のイオン性不純物と塩形成又は錯形成しうる化合物であれば、特に限定されず、ホスホン酸残基又はその塩(錯体)を有するものであれば特に限定されない。すなわち、本実施形態の静電荷像現像用トナーは、ホスホン酸系イオン封鎖剤を使用して製造された静電荷像現像用トナーであればよく、製造後のホスホン酸系イオン封鎖剤は、塩形成又は錯形成をしていてもよい。
トナー製造時にホスホン酸系イオン封鎖剤が有するホスホン酸残基又はその塩としては、以下の部分構造が例示できる。
また、上記アルキル基及びアルケニル基(R3〜R5、R12及びR13)は、水酸基及びカルボキシル基の他に置換基を有していてもよく、該置換基としてはホスホン酸基、炭素数1〜6のアルコキシ基が例示できる。
前記アルキル基及びアルケニル基は、炭素数1〜10であることが好ましく、炭素数1〜5であることがより好ましい。
また、式(1)において、R3〜R5の少なくとも1つは、カルボキシル基又はホスホン酸基を有していることが好ましく、カルボキシル基を有していることがより好ましい。また、該カルボキシル基又はホスホン酸基は塩を形成していてもよく、形成する塩としては、ナトリウム塩、カリウム塩、リチウム塩、4級アンモニウム塩が例示できる。
式(1)において、R3〜R5は、カルボキシル基又は末端にカルボキシル基を有するアルキル基であることが好ましく、該アルキル基の炭素数が1〜5であることが特に好ましい。
また、上記アルキル基又はアルケニル基(R8、R9、R12又はR13)は置換基を有していてもよく、該置換基としてはホスホン酸基、炭素数1〜6のアルコキシ基が例示できる。また、R12とR13が結合して環を形成する場合、形成される環は−O−、−S−、−NR13−等の結合を含む複素環であってもよい。上記アルキル基及びアルケニル基は、炭素数が1〜10であることが好ましく、より好ましくは1〜5である。ここで、R13は、式(2)におけるR12と同義である。
式(3)中、R12は置換又は非置換の炭素数1〜5のアルキル基であり、具体的には、メチル基、メトキシメチル基、エチル基、イソプロピル基、n−ブチル基、t−ブチル基、及び、n−ペンチル基が好ましく例示できる。R12は、メチル基又はエチル基であることがより好ましく、エチル基であることが最も好ましい。前記置換基としては炭素数1〜6のアルコキシ基が例示できる。
本実施形態において、ホスホン酸系イオン封鎖剤の含有量は、トナー母粒子全体の総重量に対して0.1重量%以上10重量%以下(なお、本実施形態において、「0.1重量%以上10重量%以下」を「0.1〜10重量%」又は「0.1重量%〜10重量%」とも記載することとする。以下、同様。)であることが好ましく、0.3〜7重量%であることがより好ましく、0.5〜5重量%であることがさらに好ましい。
ホスホン酸系イオン封鎖剤の含有量が上記範囲内であると、金属イオンの封止を効果的に行うことができ、性能維持性が向上し、長期に亘って高品質な画像を形成することができるので好ましい。
また、上記ホスホン酸系イオン封鎖剤の含有量は、トナー母粒子全体に対する含有量であるが、本実施形態のトナーは、表面及び内部で分布を持たせてホスホン酸系イオン封鎖剤を含有することがより好ましい。詳細については後述する。
本実施形態において、ケイ光X線分析測定によりトナー中に検出される全元素の合計強度に対する、リン元素の強度比割合をA、トナー粒子をアルコール系溶媒に分散させた後、乾燥させたトナーのケイ光X線分析測定により検出される全元素の合計強度に対する、リン元素の強度比割合をBとしたとき、
0.05≦A≦0.5
0.40≦B/A≦0.75
を満たすことが好ましい。
本発明者らが、トナー内部、表面近傍のホスホン酸系イオン封鎖剤の存在量を検討したところ、ケイ光X線測定により測定されるリン元素の存在量を指標として、これを特定範囲とすることで、表面への着色剤、離型剤等の露出を抑制し、内部分散性に優れたトナーを得ることができることを見出した。これにより、長寿命の保護層を有する静電潜像保持体(感光体)を使用した場合であっても、感光体表面へのトナー成分の付着を抑制し、システム寿命の延長、高画質の維持をより一層達成できる。
一方、ホスホン酸系イオン封鎖剤の存在量がある水準を超えると、短期間の使用においては大きな問題がないものの、表面抵抗を下げる場合があり、特に高湿下での使用では非画像部のかぶりなどに影響する場合がある。
上記、A値の好ましい範囲は0.05以上0.5以下であり、より好ましい範囲は0.07以上0.45以下であり、さらに好ましい範囲は0.09以上0.40以下である。
なお、ケイ光X線測定は、トナー母粒子(外添剤を除いた、又は未添加のトナー粒子)を用いて行う。
アルコール系溶媒とは、メタノール、エタノール、イソプロパノールなどの公知のアルコール系溶媒を指し、イオン交換水と20/80〜80/20の重量混合比で混合し、トナー粒子を10〜50wt%の範囲で分散させ、固液分離・乾燥させたものである。
すなわち、Bの値は、トナー粒子の内部におけるホスホン酸系イオン封鎖剤の存在量の指標として使用することができる。
本実施形態において、B/Aを特定の範囲に規定することにより、トナー中の離型剤及び/又は着色剤の分散性が向上するので好ましい。
B/A値の好ましい範囲は、0.40以上0.75以下であり、より好ましい範囲は0.45以上0.70以下であり、さらに好ましい範囲は0.50以上0.65以下である。
本実施形態の静電荷像現像用トナーは、フロー式粒子径形状測定機(FPIA)において、平均円形度が0.950以上0.980以下であることが好ましい。平均円形度は、0.955以上0.975以下であることがより好ましく、0.957以上、0.970以下であることがさらに好ましい。
平均円形度が0.950以上であると、トナーの形状が不定形側となることがなく、転写性、耐久性及び流動性が良好であるので好ましい。また、平均円形度が0.980以下であると、球形粒子の割合が適切であり(多すぎず)、良好なクリーニング性を得ることができるので好ましい。
測定試料を分散した懸濁液は超音波分散機で1〜3分間分散処理を行い、分散液濃度を3,000〜1万個/μlとして前記装置によりトナーの平均円形度を測定する。
個数平均粒子径の0.5倍以上0.7倍以下の範囲の粒子において、円形度0.970以下の粒子の個数割合が上記範囲内であると、小粒子径かつ不定形のトナーや、真球状のトナーが少なく、クリーニング性及び転写性に優れるので好ましい。また、性能維持性を向上させるために添加する外添剤の必要量が少なく、添加剤の遊離による感光体汚染や、機内汚染を生じないので好ましい。
前記範囲は、2.5%以上13.5%以下であることがより好ましく、3.5%以上12.5%以下であることがさらに好ましい。
本実施形態のトナーの体積平均粒子径D50vは3μm以上7μm以下であることが好ましく、より好ましくは5μm以上6.5μm以下である。トナーの体積平均粒子径D50vが3μm以上であると、帯電性が良好であり、周囲への飛散が抑制でき、画像カブリの発生が抑制できるので好ましい。また、7μm以下であると、良好な画像解像度を得ることができ、高画質の達成に有利であるので好ましい。
また、トナーの体積平均粒度分布指標GSDvは1.28以下が好ましい。GSDvが1.28以下であると、画像の鮮明度及び解像度が良好であるので好ましい。一方、個数平均粒度分布指標GSDpは1.30以下であることが好ましい。GSDpが1.30以下であると、小粒子径トナーの比率が低く、初期性能及び信頼性が良好であるので好ましい。
特に転写工程では、潜像保持体上に現像されたトナーのうち、小径成分の転写が困難になりやすく、結果的に転写効率が悪くなり、排トナーの増加や、画質不良などが生じる場合がある。これらの問題が生じた結果、静電気的に制御されないトナーや逆極性に帯電したトナーが増加し、これらが周囲を汚染してしまうこともある。とりわけ帯電ロールには潜像保持体等を介してこれらの制御されないトナーが蓄積されるため、帯電不良を引き起こす場合もある。
また、小径成分のトナーは結晶性樹脂の内包性が不十分となりやすい傾向があるために、潜像保持体へのフィルミングなどを招く場合がある。一方、大粒子径成分のトナーにおいても、現像機内でのトナー割れ、現像機からのふきだし、帯電不良による画質低下などを招く場合がある。
体積平均粒度分布指標GSDv及び個数平均粒度分布指標GSDpが上記範囲内であると、小径成分を少なくすることができ、上記の問題を生じにくいので好ましい。
なお、体積平均粒度分布指標GSDvは1.25以下であることがより好ましく、個数平均粒度分布指標GSDpは1.25以下であることがより好ましい。
測定に際しては、分散剤として界面活性剤、例えば、アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウムの5重量%水溶液2ml中に測定試料を0.5mg以上50mg以下の範囲で加える。これを電解液100ml乃至150mlの中に添加する。
試料を懸濁した電解液は超音波分散機で1分間分散処理を行い、前記マルチサイザーII型により、アパーチャー径として100μmアパーチャーを用いて2μm以上50μm以下の範囲の粒子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50,000個である。
ここで、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として規定される。
本実施形態のトナーのガラス転移温度Tgは、特に制限はないが、45℃以上60℃以下の範囲が好適に選択される。ガラス転移温度が45℃以上であると、トナー保存性、定着画像保存性及び実機内での耐久性が良好であるので好ましい。また、ガラス転移温度が60℃以下であると、定着温度が高くなりすぎず好適であり、造粒時に必要な温度も高くならず、好適であるので好ましい。
なお、TgはDSC測定機(示差熱分析装置DSC60A、(株)島津製作所製)を用いてASTMD3418−8に準拠して測定される。装置の検出部の温度補正はインジウムと亜鉛の融点を用い、熱量の補正にはインジウムの融解熱を用いる。サンプルは、アルミニウム製パンを用い、対照用に空パンをセットし、昇温速度10℃/minで測定を行う。
本実施形態の静電荷像現像用トナーの帯電量は、絶対値で10μC/g以上40μC/g以下の範囲が好ましく、15μC/g以上35μC/g以下の範囲がより好ましい。帯電量が10μC/g以上であると、背景汚れが発生しないので好ましい。また、40μC/g以下であると、良好な画像濃度を得ることができるので好ましい。
また、静電荷像現像用トナーの夏場(28℃、85%RH)における帯電量と、冬場(10℃、30%RH)における帯電量との比率は0.5以上1.5以下が好ましく、0.7以上1.3以下がより好ましい。この比率が、前記範囲内であると、トナーの環境依存性が低く、帯電性が安定し、実用上好ましい。
本実施形態の静電荷像現像用トナーは結着樹脂を含有し、離型剤及び/又は着色剤を含有することが好ましく、結着樹脂、離型剤及び着色剤を含有することがより好ましい。
本実施形態のトナーには結着樹脂として結晶性樹脂を用いることが好ましい。また、必要に応じて非結晶性樹脂を併用することが特に好ましい。
なお、本実施形態において「結晶性樹脂」とは、示差走査熱量測定(DSC)において、明確な吸熱ピーク(吸熱ピークの半値幅が15℃以下であるピーク)を有するものを意味し、「非結晶性樹脂」とは、上記の明確なピークを有しないものを意味する。
また、結晶性樹脂、非結晶性樹脂を問わず、結着樹脂の重量平均分子量は10,000以上であることが好ましく、重量平均分子量は、15,000以上50,000以下の範囲であることがより好ましい。
なお、結晶性樹脂としては、例えばポリエステル樹脂、結晶性ビニル系樹脂等が利用でき、非結晶性樹脂としては、例えばポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリオール樹脂等が利用できる。以下、本実施形態で用いられる結着樹脂について、結晶性樹脂と非結晶性樹脂とに分けて説明する。
トナー母粒子中に含有される結晶性樹脂の含有量としては、2重量%以上30重量%以下の範囲内が好ましく、3重量%以上15重量%以下の範囲内がより好ましい。結晶性樹脂の含有量が2重量%以上であると、低温域での定着性が良好であるので好ましい。また、結晶性樹脂の含有量が30重量%以下であると、中温域や高温域で定着を実施する場合に光沢ムラや、フィルミングの発生が抑制できるので好ましい。
結晶性樹脂の融点が45℃以上であると、トナーの保存性が良好であるので好ましい。また、110℃以下であると、低温域での定着性(以下、「低温定着性」と称する場合がある。)が良好であるので好ましい。
なお結晶性樹脂の融点は、ASTMD3418−8に準拠した方法で求めたものを意味する。
数平均分子量(Mn)が5,000以上であると定着時にトナーが紙等の被記録材(被記録媒体)の表面へしみ込むために生じる定着ムラの発生が抑制でき、また、定着された画像の折り曲げに対する耐性が良好であるので好ましい。
以下、ポリカルボン酸成分、及びポリオール成分について、さらに詳しく説明する。なお、本明細書において、「結晶性ポリエステル樹脂」とは、結晶性ポリエステル樹脂の主鎖に対して、他成分を50重量%以下の割合で共重合した共重合体も意味する。
このスルホン酸基を持つジカルボン酸としては、例えば、2−スルホテレフタル酸ナトリウム塩、5−スルホイソフタル酸ナトリウム塩、スルホコハク酸ナトリウム塩等が挙げられるがこれらに限定されない。また、これらの低級アルキルエステル、酸無水物等も挙げられる。これらの中でもコストの点で、5−スルホイソフタル酸ナトリウム塩等が好ましい。
前記含有量が1構成モル%以上であると、着色剤として顔料を使用した場合にも、トナー母粒子中の顔料の分散性が良好であるので好ましい。また、凝集合一法を利用してトナーを作製する場合、分散液中の乳化粒子径が適切であり、凝集によるトナー径の調整を行うことができるので好ましい。一方、前記含有量が20構成モル%以下であると、結晶性ポリエステル樹脂の結晶性が良好であり、融点が降下せず、画像の保存性が良好であるので好ましい。また、凝集合一法を利用してトナーを作製する場合に、分散液中の粒子径が適度に保たれ、水に溶解することがなく、ラテックスを形成することができるので好ましい。
なお、本実施形態において「構成モル%」とは、ポリエステル樹脂における各構成成分(ポリカルボン酸成分、ポリオール成分)を1単位(モル)したときの百分率を指す。
前記含有量が、80構成モル%以上であると、ポリエステル樹脂の結晶性が良好であり、融点が適切に保たれ、耐トナーブロッキング性、画像保存性及び、低温定着性が良好であるので好ましい。
一方、必要に応じて含まれるその他の成分としては、二重結合を持つジオール成分、スルホン酸基を持つジオール成分等の構成成分が挙げられる。
前記含有量が、1構成モル%以上であると、顔料分散が良好であり、また、乳化粒子径が大きすぎることがなく、凝集によるトナー径の調整が良好であるので好ましい。一方、20構成モル%以下であると、ポリエステル樹脂の結晶性が好適に保たれ、融点が低下することがなく、画像の保存性が良好であるので好ましい。また、乳化粒子径が小さ過ぎてラテックスが凝集し難い等の問題を生じないので好ましい。
なお、低温定着性と、光沢ムラ抑制効果とを高いレベルで両立することがより容易となる観点から、以上に列挙した触媒の中でも、ジブチルスズオキシドが好ましい。
具体例としては、例えば、ジカルボン酸としては、コハク酸、マロン酸、シュウ酸等のアルキルジカルボン酸類、及びフタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、ホモフタル酸、4,4’−ビ安息香酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸、1,4−ナフタレンジカルボン酸等の芳香族ジカルボン酸類、ジピコリン酸、ジニコチン酸、キノリン酸、2,3−ピラジンジカルボン酸等の含窒素芳香族ジカルボン酸類が挙げられ、ジオール類の場合、エタンジオール、プロピレングリコール、ブタンジオール酸等の短鎖アルキルのジオール類が挙げられ、短鎖アルキルのビニル系重合性単量体としては、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸プロピル、(メタ)アクリル酸ブチル等の短鎖アルキル、アルケニルの(メタ)アクリル酸エステル類、アクリロニトリル、メタクリロニトリル等のビニルニトリル類、ビニルメチルエーテル、ビニルイソブチルエーテル等のビニルエーテル類、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類、エチレン、プロピレン、ブタジエン、イソプレン等のオレフィン類等が挙げられる。これらの重合性単量体は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
本実施形態のトナーには、結着樹脂として結晶性樹脂と共に非結晶性樹脂も併用することができる。
使用できる非結晶性樹脂の分子量は特に限定されるものではないが、トナーを後述する凝集合一法を利用して製造する場合は、重量平均分子量(Mw)の高い非結晶性樹脂(高分子量成分)及び重量平均分子量の低い非結晶性樹脂(低分子量成分)とを用いることが好ましい。
一方、低分子量成分のMwは、8,000以上50,000未満であることが好ましく、8,000以上45,000以下であることがさらに好ましく、9,000以上40,000以下であることが特に好ましい。
高分子量成分のMwを上記範囲に制御することで、凝集合一法により原料成分を凝集させた凝集粒子を加熱して融合する際にトナー母粒子中への高分子量成分の包含性が良好になり、結晶性樹脂のトナー母粒子表面への露出を防止することができるので好ましい。
高分子量成分は、その構成モノマーとしてアルケニルコハク酸もしくはその無水物とトリメリット酸もしくはその無水物を含有することが好ましい。アルケニルコハク酸もしくはその無水物は、疎水性の高いアルケニル基が存在することにより、より容易に結晶性ポリエステル樹脂と相溶することができる。
また、3価以上の多価カルボン酸を含有することにより、高分子鎖は架橋構造を取ることができる。架橋構造を取ることにより、一旦相溶した結晶性ポリエステル樹脂を固定化し分離しにくくする効果が得られるので好ましい。3価以上の多価カルボン酸の例としては、ヘミメリット酸、トリメリット酸、トリメシン酸、メロファン酸、プレーニト酸、ピロメリット酸、メリット酸、1,2,3,4−ブタンテトラカルボン酸及びこれらの酸無水物、酸塩化物及び炭素数1以上3以下の低級アルキルエステルを挙げることができる。
次に、結着樹脂として用いられる結晶性樹脂や、必要に応じて用いられる非結晶性樹脂の架橋処理や、結着樹脂の合成に際して用いることが可能な共重合成分等について説明する。
結着樹脂の合成に際しては、他の成分を共重合させることができ、共重合成分としては、親水性極性基を有する化合物を用いることができる。
具体例としては、結着樹脂がポリエステル樹脂である場合、例えば、スルホニル−テレフタル酸ナトリウム塩、3−スルホニルイソフタル酸ナトリウム塩等の芳香環に直接スルホニル基が置換したジカルボン酸化合物が挙げられる。
また結着樹脂がビニル系樹脂の場合は、例えば(メタ)アクリル酸、イタコン酸等の不飽和脂肪族カルボン酸類、グリセリンモノ(メタ)アクリレート、脂肪酸変性グリシジル(メタ)アクリレート、ジンクモノ(メタ)アクリレート、ジンクジ(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコール(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリル酸とアルコール類等とのエステル類、オルト、メタ、パラ位のいずれかにスルホニル基を有するスチレンの誘導体、スルホニル基含有ビニルナフタレン等のスルホニル基置換芳香族ビニル等が挙げられる。
架橋剤の具体例としては、例えば、ジビニルベンゼン、ジビニルナフタレン等の芳香族の多ビニル化合物類、フタル酸ジビニル、イソフタル酸ジビニル、テレフタル酸ジビニル、ホモフタル酸ジビニル、トリメシン酸ジビニル/トリビニル、ナフタレンジカルボン酸ジビニル、ビフェニルカルボン酸ジビニル等の芳香族多価カルボン酸の多ビニルエステル類、ピリジンジカルボン酸ジビニル等の含窒素芳香族化合物のジビニルエステル類、ピロール、チオフェン等の不飽和複素環化合物類、ピロムチン酸ビニル、フランカルボン酸ビニル、ピロール−2−カルボン酸ビニル、チオフェンカルボン酸ビニル等の不飽和複素環化合物カルボン酸のビニルエステル類、ブタンジオールメタクリレート、ヘキサンジオールアクリレート、オクタンジオールメタクリレート、デカンジオールアクリレート、ドデカンジオールメタクリレート等の直鎖多価アルコールの(メタ)アクリル酸エステル類、ネオペンチルグリコールジメタクリレート、2−ヒドロキシ、1,3−ジアクリロキシプロパン等の分枝、置換多価アルコールの(メタ)アクリル酸エステル類、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリプロピレンポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート類、コハク酸ジビニル、フマル酸ジビニル、マレイン酸ビニル/ジビニル、ジグリコール酸ジビニル、イタコン酸ビニル/ジビニル、アセトンジカルボン酸ジビニル、グルタル酸ジビニル、3,3’−チオジプロピオン酸ジビニル、trans−アコニット酸ジビニル/トリビニル、アジピン酸ジビニル、ピメリン酸ジビニル、スベリン酸ジビニル、アゼライン酸ジビニル、セバシン酸ジビニル、ドデカン二酸ジビニル、ブラシル酸ジビニル等の多価カルボン酸の多ビニルエステル類等が挙げられる。
結着樹脂が、ビニル系樹脂である場合、重合性単量体は、ラジカル重合により重合することができる。
ラジカル重合用開始剤としては、特に制限はないが、乳化重合可能なものであることが好ましい。具体的には、過酸化水素、過酸化アセチル、過酸化クミル、過酸化tert−ブチル、過酸化プロピオニル、過酸化ベンゾイル、過酸化クロロベンゾイル、過酸化ジクロロベンゾイル、過酸化ブロモメチルベンゾイル、過酸化ラウロイル、過硫酸アンモニウム、過硫酸ナトリウム、過硫酸カリウム、ペルオキシ炭酸ジイソプロピルテトラリンヒドロペルオキシド、1−フェニル−2−メチルプロピル−1−ヒドロペルオキシド、過トリフェニル酢酸−tert−ブチルヒドロペルオキシド、過蟻酸tert−ブチル、過酢酸tert−ブチル、過安息香酸tert−ブチル、過フェニル酢酸tert−ブチル、過メトキシ酢酸tert−ブチル、過N−(3−トルイル)カルバミン酸tert−ブチル等の過酸化物類、2,2’−アゾビスプロパン、2,2’−ジクロロ−2,2’−アゾビスプロパン、1,1’−アゾ(メチルエチル)ジアセテート、2,2’−アゾビス(2−アミジノプロパン)塩酸塩、2,2’−アゾビス(2−アミジノプロパン)硝酸塩、2,2’−アゾビスイソブタン、2,2’−アゾビスイソブチルアミド、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、2,2’−アゾビス−2−メチルプロピオン酸メチル、2,2’−ジクロロ−2,2’−アゾビスブタン、2,2’−アゾビス−2−メチルブチロニトリル、2,2’−アゾビスイソ酪酸ジメチル、1,1’−アゾビス(1−メチルブチロニトリル−3−スルホン酸ナトリウム)、2−(4−メチルフェニルアゾ)−2−メチルマロノジニトリル、4,4’−アゾビス−4−シアノ吉草酸、3,5−ジヒドロキシメチルフェニルアゾ−2−メチルマロノジニトリル、2−(4−ブロモフェニルアゾ)−2−アリルマロノジニトリル、2,2’−アゾビス−2−メチルバレロニトリル、4,4’−アゾビス−4−シアノ吉草酸ジメチル、2,2’−アゾビス−2,4−ジメチルバレロニトリル、1,1’−アゾビスシクロヘキサンニトリル、2,2’−アゾビス−2−プロピルブチロニトリル、1,1’−アゾビス−1−クロロフェニルエタン、1,1’−アゾビス−1−シクロヘキサンカルボニトリル、1,1’−アゾビス−1−シクロへプタンニトリル、1,1’−アゾビス−1−フェニルエタン、1,1’−アゾビスクメン、4−ニトロフェニルアゾベンジルシアノ酢酸エチル、フェニルアゾジフェニルメタン、フェニルアゾトリフェニルメタン、4−ニトロフェニルアゾトリフェニルメタン、1,1’−アゾビス−1,2−ジフェニルエタン、ポリ(ビスフェノールA−4,4’−アゾビス−4−シアノペンタノエート)、ポリ(テトラエチレングリコール−2,2’−アゾビスイソブチレート)等のアゾ化合物類、1,4−ビス(ペンタエチレン)−2−テトラゼン、1,4−ジメトキシカルボニル−1,4−ジフェニル−2−テトラゼン等が挙げられる。これらの重合開始剤は、架橋反応時の開始剤としても、使用することが可能である。
ここで用いる界面活性剤は、例えば硫酸エステル塩系、スルホン酸塩系、リン酸エステル系、せっけん系等のアニオン界面活性剤;アミン塩型、4級アンモニウム塩型等のカチオン系界面活性剤;ポリエチレングリコール系、アルキルフェノールエチレンオキサイド付加物系、アルキルアルコールエチレンオキサイド付加物系、多価アルコール系等の非イオン性界面活性剤、及び、種々のグラフトポリマー等を挙げることができるが、特に制限されるものではない。
さらに、樹脂粒子の平均粒子径が前記範囲内にあると、前記欠点がない上、トナー間の偏在が減少し、トナー中での分散が良好となり、性能や信頼性のバラツキが小さくなる点が有利である。なお、樹脂粒子の平均粒子径は、例えば、レーザー回折式粒度分布測定装置((株)島津製作所製、SALD2000A)等を用い測定することができる。
本実施形態の静電荷像現像用トナーは、離型剤を含有することが好ましい。
離型剤としては、公知のトナー用の離型剤が利用でき、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン等の低分子量ポリオレフィン類;シリコーン類、オレイン酸アミド、エルカ酸アミド、リシノール酸アミド、ステアリン酸アミド等の脂肪酸アミド類;カルナウバワックス、ライスワックス、キャンデリラワックス、木ロウ、ホホバ油等の植物系ワックス;ミツロウのごとき動物系ワックス;モンタンワックス、オゾケライト、セレシン、パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、フィッシャートロプシュワックス等の鉱物系、石油系のワックス、及び、それらの変性物などを挙げることができる。
これらの離型剤粒子は、トナーの作製に際して、その他の樹脂粒子成分と共に混合溶媒中に一度に添加してもよいし、分割して多段に添加してもよい。
離型剤の平均分散径が0.3μm以上であると、十分な離型性を得ることができるので好ましい。特に、プロセススピードが速い場合であっても十分な離型性を得ることができるので好ましい。また、0.8μm以下であると、OHPシート使用時であっても、透明性の低下や、トナー表面への離型剤成分の露出が生じ難いので好ましい。
なお、トナー中に分散含有される離型剤の平均分散径は、トナー母粒子断面のTEM(透過型電子顕微鏡)写真を、画像解析装置((株)ニレコ製、Luzex画像解析装置)で解析し、100個のトナー母粒子中の離型剤の分散径(=(長径+短径)/2)の平均値を計算することで求められ、標準偏差はこのとき得られた個々の分散径を元に求めることができる。
本実施形態のトナーには着色剤が含まれていることが好ましい。但し、着色画像の形成でなく、暗号情報の印刷のために赤外線吸収剤を添加する場合や、透明画像を形成する場合など、特殊な用途に本実施形態のトナーを利用する場合には、着色剤を用いなくてもよい。
本実施形態に用いられる着色剤としては、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、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、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、フタロシアニングリーン、マラカイトグリーンオクサレートなどの種々の顔料や、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などを1種又は2種以上を併せて使用することができる。
着色剤粒子の平均粒子径が0.5μm以下であると、最終的に得られる静電荷像現像用トナーの粒度分布を狭くすることができ、また、遊離粒子の発生が生じにくく、性能や信頼性に優れた静電荷像現像用トナーを得ることができるので好ましい。また、着色剤粒子の平均粒子径が0.05μm以上であると、トナー中での良好な着色性が得られ、さらに乳化凝集法において良好な形状制御性を発揮し、所望の形状のトナーを得ることができるので好ましい。
これに対して、着色剤粒子の平均粒子径、粗大粒子、微小粒子が前記範囲内にあると、前記欠点がない上、トナー間の偏在が減少し、トナー中での分散が良好となり、性能や信頼性のバラツキが小さくなる点が有利である。
なお、着色剤粒子の体積平均粒子径も、レーザー回折式粒度分布測定装置((株)島津製作所製、SALD2000A)等を用い測定することができる。なお着色剤の添加量は、トナー粒子全体に対し、1重量%以上20重量%以下の範囲に設定するのが好ましい。
なお着色剤の表面処理に用いるポリマーとしては、例えばアクリロニトリル重合体、メチルメタクリレート重合体等が挙げられる。
表面改質の条件としては、一般に、着色剤(顔料)存在下にモノマーを重合させる重合法、ポリマー溶液中に着色剤(顔料)を分散させ、該ポリマーの溶解度を低下させて着色剤(顔料)表面に析出させる相分離法等を用いることができる。
本実施形態のトナーを磁性トナーとして用いる場合は、磁性粉を含有させるが、ここで使用する磁性粉としては、例えばフェライトやマグネタイト、還元鉄、コバルト、ニッケル、マンガン等の金属、合金又はこれら金属を含む化合物などを挙げることができる。さらに必要に応じて、4級アンモニウム塩、ニグロシン系化合物やトリフェニルメタン系顔料など、通常使用される種々の帯電制御剤を添加してもよい。
前記無機粒子の添加量が0.5重量%以上であると、該無機粒子の添加によって、溶融時に十分な強度を得ることができ、例えばオイルレス定着においては、剥離性の改善効果を奏するので好ましい。これはトナー中での曳糸性を悪化させることがないためと考えられる。また、10重量%以下であると、十分な強度及びトナー溶融時の良好な流動性を得ることができ、画像の光沢が良好であるので好ましい。
また、本実施形態のトナーには公知の外添剤を外添することもできる。外添剤としては例えばシリカ、アルミナ、チタニア、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、リン酸三カルシウムなどの無機粒子が利用できる。例えば、流動性助剤やクリーニング助剤としてはシリカ、アルミナ、チタニア、炭酸カルシウムなどの無機粒子や、ビニル系樹脂、ポリエステル、シリコーンなどの樹脂粒子が利用できる。外添剤の添加方法は特に限定されないが、乾燥状態で剪断力を加えてトナー粒子表面に添加することも可能である。
また、BET法による比表面積は20〜500m2/gの範囲であることが好ましい。トナーに混合される割合は0.01〜5重量%の範囲であることが好ましく、より好ましくは0.01〜2.0重量%の範囲である。
本実施形態のトナーは、公知のトナー製造方法により作製することができるが、トナーの形状制御性、及び、トナー中のホスホン酸系イオン封鎖剤の含有量の制御性の容易さからいわゆる湿式製法、すなわち、水若しくは有機溶媒中、又はそれらの混合溶媒(これらを総称して「水系媒体」ともいう。)中で、結着樹脂と離型剤とを少なくとも含むトナー母粒子を造粒する造粒工程と、トナー母粒子を洗浄・乾燥する洗浄・乾燥工程とを経て製造されることが好ましい。湿式製法では、造粒工程にて、トナー母粒子中に容易にホスホン酸系イオン封鎖剤を含有させることができるため、本実施形態のトナーを容易に得ることができる。
それぞれの工程について詳述する。
本実施形態において、水系媒体とは、水、有機溶媒又はこれらの混合物を意味するものであり、例えば、蒸留水、イオン交換水等の水や、エタノール、メタノール等のアルコール類などが挙げられる。これらの中でも、エタノールや水であることが好ましく、蒸留水及びイオン交換水等の水が特に好ましい。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。
着色剤分散液及び離型剤分散液の調製方法については上述した通りであり、例えば、界面活性剤と共に水系媒体中に機械的剪断力により分散させる方法が例示できる。
ホスホン酸系イオン封鎖剤を着色剤分散液及び離型剤分散液の少なくとも一方に混合する方法としては、ホスホン酸系イオン封鎖剤を水系溶媒中に分散及び/又は溶解したホスホン酸系イオン封鎖剤含有液を調製し、これを着色剤分散液又は離型剤分散液と混合することにより、ホスホン酸系イオン封鎖剤を混合することが好ましい。イオン封鎖剤含有液のホスホン酸系イオン封鎖剤の含有量は3〜25%程度の範囲であることが好ましく、5〜15%の範囲であることがより好ましい。また、ホスホホン酸系イオン封鎖剤含有液と着色剤分散液又は離型剤分散液との混合時の温度を25〜50℃の範囲に調整することが好ましく、30℃〜45℃の範囲に調製することがより好ましい。また、ホスホン酸系イオン封鎖剤は、着色剤分散液と混合することが好ましく、ホスホン酸系イオン封鎖剤の含有量が上記の範囲内であるホスホン酸系イオン封鎖剤含有液を、上記の温度範囲にて着色剤分散液と混合撹拌することにより混合することがより好ましい。
この凝集合一法を利用する場合、本実施形態のトナーは、例えば非結晶性樹脂(又は結晶性樹脂)を分散させた樹脂粒子分散液と、離型剤及び/又は着色剤、並びに、ホスホン酸系イオン封鎖剤の混合分散液とを少なくとも混合した原料分散液中にて、凝集粒子を形成する凝集工程と、凝集粒子が形成された原料分散液中を結着樹脂のガラス転移温度(又は結晶性樹脂の融点)以上の温度に加熱して、凝集粒子を融合して合一する融合工程と少なくとも経て製造することができる。
なお、原料分散液には必要に応じて、無機粒子分散液、非結晶性樹脂を分散させた樹脂粒子分散液等のその他の分散液を加えてもよい。特に、表面を疎水化させた無機粒子分散液を添加する場合、疎水化度の程度によりトナー内部の離型剤、結晶性樹脂の分散性を制御することができる。
凝集合一法は、凝集工程と、融合工程とを少なくとも有するものであるが、凝集工程を経て形成された凝集粒子(コア粒子)の表面に樹脂粒子を付着させたコア/シェル構造を有する凝集粒子を形成する付着工程を設けてもよい。
凝集工程においては、結晶性樹脂等を分散させた樹脂粒子分散液や離型剤を分散させた離型剤分散液の他に、着色剤を分散させた着色剤分散液などのその他の分散液を必要に応じて混合した原料分散液中にて、凝集粒子を形成する。なお、離型剤分散液及び/又は着色剤分散液に、ホスホン酸系イオン封鎖剤を混合して、ホスホン酸系イオン封鎖剤混合分散液とすることが好ましい。
具体的には、各種の分散液を混合して得た原料分散液を加熱し、原料分散液中の粒子を凝集させた凝集粒子を形成する。なお、加熱は、結晶性樹脂の融点を下回る温度域(融点に対して20℃乃至10℃下回る温度)で実施することが好ましい。
したがって、凝集合一法を用いて静電荷像現像用トナーを製造する場合、酸性下において、ホスホン酸系イオン封鎖剤が析出しないことが好ましく、酸性下で水系媒体中(好ましくは水)に可溶性のホスホン酸系イオン封鎖剤を使用することが好ましい。
前記凝集工程に用いられる凝集剤は、原料分散液に添加される分散剤として用いる界面活性剤と逆極性の化合物、すなわち無機金属塩の他、2価以上の価数を取りうる金属元素を含む金属錯体を好適に用いることができる。特に、金属錯体を用いた場合には界面活性剤の使用量を低減でき、帯電特性が向上するため特に好ましい。
無機粒子分散液は任意の方法、例えばボールミル、サンドミル、超音波分散機回転剪断型ホモジナイザーなどを用いて作製することができ、無機粒子の分散平均粒子径は100nm以上500nm以下の範囲とすることが好ましい。
なお、低温定着性と、光沢ムラ抑制効果とを高いレベルで両立することがより容易となる観点から、以上に列挙した凝集剤の中でも、硫酸アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム、塩化カルシウムを用いることが好適である。
凝集工程を経た後には、必要であれば付着工程を実施してもよい。付着工程では、上述した凝集工程を経て形成された凝集粒子の表面に、さらに樹脂粒子を付着させることにより被覆層を形成する。これにより、いわゆるコア層とこのコア層を被覆するシェル層とを有する、コア/シェル構造を有するトナーを得ることができる。
凝集粒子を形成後にホスホン酸系イオン封鎖剤含有液を追添加することにより、トナー内部に比べて、トナー表面におけるホスホン酸系イオン封鎖剤の存在量が高いトナー母粒子を得ることができる。
これにより、ケイ光X線分析測定においてトナー中に検出される全元素の合計強度に対するリン元素の強度比割合をA、トナー粒子をアルコール系溶媒に分散させた後、乾燥させたトナーのケイ光X線分析測定において検出される全元素の合計強度に対するリン元素の強度比割合をBとしたとき、B/A≦1とすることができ、追添加するホスホン酸系イオン封鎖剤の添加量及び濃度を調整することにより、B/Aを所望の範囲とすることができる。
なお、本実施形態において、B/Aは0.40〜0.75であることが好ましく、0.45〜0.70であることがより好ましく、0.50〜0.65であることがさらに好ましい。すなわち、B/Aが上記範囲内となるように、追添加するホスホン酸系イオン封鎖剤の添加量を適宜選択することが好ましい。
凝集工程、又は、凝集工程及び付着工程を経た後に実施される融合工程は、これらの工程を経て形成された凝集粒子を含む懸濁液のpHを所望の範囲にすることにより、凝集の進行を止めた後、加熱を行うことにより凝集粒子を融合させる。
なお、pHの調整において、局所的なpHの変化が起こると、局所的な凝集粒子自体の破壊や局所的な過剰凝集を引き起こし、また、形状分布の悪化をも招く場合がある。特にスケールが大きくなる程、添加する酸及び/又はアルカリ量は多くなる。一般的には酸及びアルカリの投入箇所は1箇所であるので、同一時間で処理するならば投入箇所の酸及びアルカリの濃度はスケールが大きくなる程高くなる。
重合開始剤は、原料分散液を作製する段階であらかじめこの分散液に混合しておいてもよいし、凝集工程で凝集粒子に取り込ませてもよい。さらには、融合工程、又は、融合工程の後に導入してもよい。凝集工程、付着工程、融合工程、或いは、融合工程の後に導入する場合は、重合開始剤を溶解又は乳化した液を、分散液に加えることができる。これらの重合開始剤には、重合度を制御する目的で、公知の架橋剤、連鎖移動剤、重合禁止剤等を添加してもよい。
凝集粒子の融合工程を終了した後、任意の洗浄工程、固液分離工程、乾燥工程を経て所望のトナー粒子(トナー母粒子)を得るが、洗浄工程は帯電性を考慮すると、イオン交換水で置換洗浄することが望ましい。また、固液分離工程には特に制限はないが、生産性の点から吸引濾過、加圧濾過等が好適である。さらに、乾燥工程も特に制限はないが、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好ましく用いられる。また、乾燥後のトナー粒子(トナー母粒子)には、既述した種々の外添剤を必要に応じて添加することができる。
本実施形態の静電荷像現像剤(以下、単に「現像剤」と称す場合がある。)は、本実施形態のトナーを含むものであり、目的に応じて他の成分を配合することができる。
具体的には、本実施形態のトナーを単独で用いると一成分系の静電荷像現像剤として調製され、また、キャリアと組み合わせて用いると二成分系の静電荷像現像剤として調製される。トナー濃度は1重量%以上10重量%以下の範囲とすることが好ましい。
ここでキャリアには特に制限はなく、それ自体公知のキャリアが挙げられ、例えば、特開昭62−39879号公報、特開昭56−11461号公報等に記載された芯材が樹脂層で被覆されたキャリア(樹脂被覆キャリア)等の公知のキャリアを使用することができる。
被覆層を形成する被覆樹脂としては、例えば、スチレン、パラクロロスチレン、α−メチルスチレン等のスチレン類、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−エチルヘキシル等のα−メチレン脂肪酸モノカルボン酸類、ジメチルアミノエチルメタクリレート等の含窒素アクリル類、アクリロニトリル、メタクリロニトリル等のビニルニトリル類、2−ビニルピリジン、4−ビニルピリジン等のビニルピリジン類、ビニルメチルエーテル、ビニルイソブチルエーテル等のビニルエーテル類、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のビニルケトン類、エチレン、プロピレン等のオレフィン類、弗化ビニリデン、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロエチレン等のビニル系フッ素含有モノマー等の単独重合体、又は2種類以上のモノマーからなる共重合体、メチルシリコーン、メチルフェニルシリコーン等のシリコーン類、ビスフェノール、グリコール等を含有するポリエステル類、エポキシ樹脂、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、ポリカーボネート樹脂等が挙げられる。これらの樹脂は、1種単独で用いてもよいし、又は2種以上併用してもよい。
次に、本実施形態の静電荷像現像用トナー及び/又は現像剤を用いた画像形成方法及び画像形成装置について説明する。
本実施形態のトナーを用いた画像の形成方法としては、公知の電子写真法が利用できるが、具体的には、潜像保持体表面に静電潜像を形成する潜像形成工程と、前記潜像保持体表面に形成された静電潜像をトナーを含む現像剤により現像してトナー像を形成する現像工程と、前記潜像保持体表面に形成されたトナー像を被転写体表面に転写する転写工程と、前記被転写体表面に転写されたトナー像を定着する定着工程と、を含み、前記現像剤として本実施形態の静電荷像現像用トナー又は静電荷像現像剤を用いることを特徴とするものであることが好ましい。また、被転写体としては、被記録材(被記録媒体)が例示できる。
なお、これらの工程以外にも電子写真法による画像形成方法に利用される公知の工程を組み合わせることができ、例えば、転写工程を終えた後の像保持体表面に残留するトナーを回収しながらクリーニングするクリーニング工程や、クリーニング工程で回収されたトナーを現像剤用のトナーとして再利用(リサイクル)するトナー再利用工程(トナーリサイクル工程)を含むものであってもよい。
なお、上記の画像形成方法と同様に、電子写真法による画像形成装置に利用される公知の手段を組み合わせることもでき、例えば、転写を終えた後の像保持体表面に残留するトナーを回収しながらクリーニングするクリーニング手段や、クリーニング手段により回収されたトナーを現像剤用のトナーとして再利用(リサイクル)するトナー再利用手段(トナーリサイクル手段)を有していてもよい。
ここで、潜像形成工程とは、潜像保持体の表面を、帯電手段により帯電した後、レーザー光学系やLEDアレイなどで潜像保持体に露光し、静電潜像を形成する工程である。前記帯電手段としては、例えば、コロトロン、スコロトロンなどの非接触方式の帯電機、及び、潜像保持体表面に接触させた導電性部材に電圧を印加することにより、潜像保持体表面を帯電させる接触方式の帯電機が挙げられ、いかなる方式の帯電機でもよい。しかし、オゾンの発生量が少なく、環境に優しく、かつ耐刷性に優れるという効果を発揮するという観点から、接触帯電方式の帯電機が好ましい。前記接触帯電方式の帯電機においては、導電性部材の形状はブラシ状、ブレード状、ピン電極状、ローラ状等の何れでもよく制限を受けるものではない。なお、潜像形成工程は上述した態様のみに限定されるものではない。
前記現像工程とは、潜像保持体表面に、少なくともトナーを含む現像剤層を表面に形成させた現像剤保持体を接触若しくは近接させて、前記潜像保持体表面の静電潜像にトナーの粒子を付着させ、潜像保持体表面にトナー像を形成する工程である。現像方式は、既知の方式を用いて行うことができるが、現像剤が二成分現像剤である場合の現像方式としては、例えばカスケード方式、磁気ブラシ方式などがある。なお、現像方式は上述した態様のみに限定されるものではない。
前記転写工程とは、潜像保持体表面に形成されたトナー像を、被記録材(被記録媒体)に転写する工程である。なお、転写工程は、紙等の被記録材(被記録媒体)にトナー像を直接転写する方式の他に、ドラム状やベルト状の中間転写体に転写後、紙等の被記録材に転写する方式でもよい。なお、転写方式は上述した態様のみに限定されるものではない。
前記クリーニング工程とは、ブレード、ブラシ、ロール等を像保持体表面に直接接触させ、像保持体表面に付着しているトナー、紙粉、ゴミなどを除去する工程である。
最も一般的に採用されている方式は、ポリウレタン等のゴム製のブレードを像保持体に圧接させるブレードクリーニング方式である。これに対し、内部に磁石を固定配置し、その外周に回転可能な円筒状の非磁性体のスリーブを設け、そのスリ−ブ表面に磁性キャリアを保持させてトナーを回収する磁気ブラシ方式や、半導電性の樹脂繊維や動物の毛をロール状に回転可能にし、トナーと反対極性のバイアスをそのロールに印加してトナーを除去する方式でもよい。前者の磁気ブラシ方式では、クリーニングの前処理用コロトロンを設置してもよい。なお、クリーニング方式については上述した態様のみに限定されるものではない。
前記定着工程とは、被記録材表面に転写されたトナー像を定着装置にて定着する工程である。定着装置としては、ヒートロールを用いる加熱定着装置が好ましく用いられる。加熱定着装置は、円筒状芯金の内部に加熱用のヒータランプを備え、その外周面に耐熱性樹脂被膜層又は耐熱性ゴム被膜層により、いわゆる離型層を形成した定着ローラと、この定着ローラに対し圧接して配置され、円筒状芯金の外周面又はベルト状基材表面に耐熱性の弾性材料を含む層を形成した加圧ローラ又は加圧ベルトと、で構成される。
トナー像の定着プロセスは、定着ローラと加圧ローラ又は加圧ベルトとにより形成される接触部にトナー像が形成された被記録材を通過させて、トナー中の結着樹脂、添加剤等の熱溶融による定着を行う。但し、定着方式については上述した態様のみに限定されるものではない。
そして、本実施形態の静電荷像現像用トナー又は現像剤を、上記画像形成方法に用いることにより、例えば、小型、カラー高速化に適したタンデム方式においても、安定した現像、転写、定着性能を得ることができる。
次に、潜像保持体について説明する。
潜像保持体は、導電性支持体上に少なくとも感光層を設けた公知の感光体が利用できるが、有機感光体を用いることが好ましい。この場合、潜像保持体の最表面を構成する層、例えば保護層が、架橋構造を有する樹脂を含むものであることが好ましい。架橋構造を有する樹脂としては例えばフェノール樹脂、ウレタン樹脂、シロキサン系樹脂が利用できるが、シロキサン系樹脂、フェノール系樹脂が最も好ましい。
この場合、クリーニングブレードと潜像保持体との接触部において、潜像保持体表面に残留するトナーが破壊され易くなるためトナー構成材料の潜像保持体表面への付着や、これに伴う帯電変動が生じやすくなる。しかしながら、本実施形態のトナーは、優れた強度を有するため、フィルミングの発生を抑制できる。それゆえ、フィルミングの発生に伴う帯電変動も抑制できる。
なお、実施例中において「部」及び「%」は、特に断りのない限り「重量部」及び「重量%」を意味する。
まず、実施例、比較例で用いたトナー等の物性測定方法について説明する。
<樹脂の分子量>
樹脂の分子量分布は以下の条件で行ったものである。GPCは「HLC−8120GPC、SC−8020(東ソー(株)製)装置」を用い、カラムは「TSKgel、SuperHM−H(東ソー(株)製6.0mmID×15cm)」を2本用い、溶離液としてTHF(テトラヒドロフラン)を用いた。実験条件としては、試料濃度0.5%、流速0.6ml/min、サンプル注入量10μl、測定温度40℃、IR検出機を用いて実験を行った。また、検量線は東ソー(株)製「polystylene標準試料TSK standard」:「A−500」、「F−1」、「F−10」、「F−80」、「F−380」、「A−2500」、「F−4」、「F−40」、「F−128」、「F−700」の10サンプルから作製した。
樹脂粒子、着色剤粒子等の体積平均粒子径は、レーザー回折粒度測定機((株)島津製作所製、SALD2000A)で測定した。
トナー、結晶性ポリエステル樹脂の融点、トナー及び非結晶性樹脂のガラス転移温度は、ASTMD3418−8に準拠して測定された各極大ピークより求めた。なお、ガラス転移点は吸熱部におけるベースラインと立ち上がりラインとの延長線の交点の温度とし、融点は吸熱ピークの頂点の温度とした。
なお、測定には示差走査熱量計(DSC−60A 自動冷却機付、(株)島津製作所製)を用いた。
<結着樹脂及び結着樹脂粒子分散液の調製>
〔非結晶性ポリエステル樹脂(A1)及び非結晶性樹脂粒子分散液(a1)の調製〕
ポリオキシエチレン(2,0)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン
(ビスフェノールAエチレンオキサイド付加物) 10モル部
ポリオキシプロピレン(2,2)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン
(ビスフェノールAプロピレンオキサイド付加物) 90モル部
テレフタル酸 10モル部
フマル酸 65モル部
n−オクタデセニルコハク酸 5モル部
トリメリット酸 20モル部
ジブチル錫オキサイド(酸成分(テレフタル酸、n−オクタデセニルコハク酸、トリメリット酸、フマル酸の合計モル数)に対して0.05モル部)
以上の成分を加熱乾燥した二口フラスコに入れ、容器内に窒素ガスを導入して不活性雰囲気に保ち昇温した後、150℃乃至230℃で12時間から20時間共縮重合反応させ、その後、210℃乃至250℃で徐々に減圧して、非結晶性ポリエステル樹脂(A1)を合成した。この樹脂の重量平均分子量Mwは75,000、ガラス転移温度Tgは65℃であった。
イオン交換水 10,000部
界面活性剤(ドデシルベンゼンスルフォン酸ナトリウム) 90部
以上の成分を高温・高圧乳化装置(キャビトロンCD1010、スリット:0.4mm)の乳化タンクに投入した後、130℃に加熱溶融後、110℃で流量3L/mにて10,000回転/分で30分間分散させ、冷却タンクを通過させて非結晶性樹脂粒子分散液(高温・高圧乳化装置(キャビトロンCD1010 スリット0.4mm)を回収し、非結晶性樹脂粒子分散液(a1)を得た。
非結晶性ポリエステル樹脂(A1)の製造において、トリメリット酸を未添加とし、ポリオキシエチレン(2,0)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパンを40モル部、ポリオキシプロピレン(2,2)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパンを60モル部とした以外は、非結晶性ポリエステル樹脂(A1)と同様の条件で非結晶性ポリエステル樹脂(B1)を得た。この樹脂の重量平均分子量Mwは35,000、ガラス転移温度Tgは55℃であった。続いて、非結晶性ポリエステル樹脂粒子分散液(a1)と同様の条件にて、非結晶性樹脂粒子分散液(b1)を得た。
1,9−ノナンジオール 44モル部
ドデカンジカルボン酸 56モル部
ジブチル錫オキサイド(触媒) 0.05モル部
以上の成分を加熱乾燥した三口フラスコに入れた後、減圧操作により容器内の空気を窒素ガスにより不活性雰囲気下とし、機械撹拌にて180℃で2時間撹拌を行った。その後、減圧下にて230℃まで徐々に昇温を行い5時間撹拌し、粘稠な状態となったところで空冷し、反応を停止させ、結晶性ポリエステル樹脂(C1)を合成した。この樹脂の重量平均分子量Mwは35,000、融点Tmは75℃であった。
その後、非結晶性樹脂粒子分散液(a1)の作製と同じ条件にて高温・高圧乳化装置(キャビトロンCD1010、スリット:0.4mm)を用い、結晶性樹脂粒子分散液(c1)を得た。
〔着色剤粒子分散液(1)の調製〕
マゼンタ顔料 35部
(PR57.1 FUJICARMINE6B、富士色素(株)製)
アニオン界面活性剤 2部
(エマール20C(ポリオキシエチレン)ラウリルエーテル硫酸Na、花王(株)製)
イオン交換水 125部
以上の成分を混合し、溶解し、高圧衝撃式分散機アルティマイザー((株)スギノマシン製、HJP30006)を用いて1時間分散して着色剤粒子を分散させてなる着色剤粒子分散液(1)を調製した。着色剤粒子分散液(1)における着色剤の体積平均粒子径は0.12μm、着色剤粒子濃度は21重量%であった。また、着色剤粒子分散液中の体積平均粒子径0.8μm以上の粗大粒子の存在割合は、2個数%であった。
イエロー顔料 35部
(PY74、SicoYellow FR1252、BASF社製)
アニオン界面活性剤(エマール20C、花王(株)製) 2部
イオン交換水 125部
以上の成分を混合し、溶解し、高圧衝撃式分散機アルティマイザー((株)スギノマシン製、HJP30006)を用いて1時間分散して着色剤を分散させてなる着色剤粒子分散液(2)を調製した。着色剤粒子分散液(2)における着色剤粒子の体積平均粒子径は0.15μm、着色剤粒子濃度は20重量%であった。また、着色剤粒子分散液中の体積平均粒子径0.8μm以上の粗大粒子の存在割合は、2.5個数%であった。
ケトンワックス(ステアリルケトン、花王(株)製) 100部
アニオン界面活性剤(ニューレックスR、日本油脂(株)製) 2部
イオン交換水 300部
以上の成分を95℃に加熱して、ホモジナイザー(IKA社製、ウルトラタラックスT50)を用いて分散した後、圧力吐出型ゴーリンホモジナイザー(ゴーリン社)で分散処理し、体積平均粒子径が200nmである離型剤を分散させてなる離型剤粒子分散液(1)(離型剤濃度:24重量%)を調製した。
〔トナーA1の作製〕
非結晶性樹脂粒子分散液(a1) 160部
非結晶性樹脂粒子分散液(b1) 160部
結晶性樹脂粒子分散液(c1) 80部
着色剤粒子分散液(1) 50部
離型剤粒子分散液 60部
硫酸アルミニウム(和光純薬工業(株)製) 5部
界面活性剤水溶液 5部
(ネオペレックスGP25、花王(株)製、25%水溶液)
0.3M硝酸水溶液 50部
イオン交換水 500部
10%HEDP(PH212、キレスト(株)製)水溶液 3部
上記成分のうち、10%HEDP水溶液と着色剤粒子分散液を混合撹拌した後、40℃のウォーターバスで加熱し、30分間保持した後、冷却して着色剤分散液混合液とした。
続いて、着色剤分散液混合液及び他の上記成分を丸型ステンレス製フラスコ中に投入して、ホモジナイザー(IKA社製、ウルトラタラックスT50)を用いて分散した後、加熱用オイルバス中で45℃まで撹拌しながら加熱した。48℃で保持した後、平均粒子径が4.8μm程度である凝集粒子が形成されていることが確認した段階で、追加の非結晶性樹脂粒子分散液(a1) 50部と非結晶性樹脂粒子分散液(b1) 50部の樹脂粒子分散液混合液を添加後、さらに30分保持した。
続いて、10%HEDP水溶液0.5部をさらに加えた後、1Nの水酸化ナトリウム水溶液をpH7.0に到達するまで穏やかに添加した後、撹拌を継続しながら所定の温度(90℃)まで加熱し、所定時間保持した。その後、反応生成物をろ過し、イオン交換水で洗浄した後、真空乾燥機を用いて乾燥してトナー母粒子を得た。
その後、得られたトナー母粒子100部に対して、チタニア(STR60−C−LP、堺化学工業(株)製)1.5部、をヘンシェルミキサーで混合して外添し、トナーA1を得た。
トナーA1において着色剤粒子分散液(1)を着色剤粒子分散液(2)に変更した以外は、同様の条件にてトナーA2を得た。
トナーA1において、10%HEDP(PH212、キレスト(株)製)水溶液を10%PBTC(PH430、キレスト(株)製)に変更した以外は、同様の条件にてトナーA3を得た。
トナーA1において、10%HEDP(PH212、キレスト(株)製)水溶液の添加量を3部から10部に変更した以外は、同様の条件にてトナーA4を得た。
トナーA1において、10%HEDP(PH212、キレスト(株)製)水溶液の添加量を3部から0.2部に変更した以外は、同様の条件にてトナーA5を得た。
トナーA1において、10%HEDP(PH212、キレスト(株)製)水溶液を添加しないで、トナーA6を得た。
トナーA1において、10%HEDP(PH212、キレスト(株)製)水溶液を10%アルキルリン酸系界面活性剤(アデカコールPC、ADEKA社製)に変更した以外はA1と同様にしてトナーA7を得た。
トナーA7において、10%アルキルリン酸系界面活性剤(アデカコールPC、ADEKA社製)を、着色剤分散液に添加する工程を行わずに、凝集工程終了後1Nの水酸化ナトリウム水溶液をpH7.0に到達するまで穏やかに添加した後、添加する工程に変更した以外はA7と同様にしてトナーA8を得た。
〔現像剤A1の作製〕
<キャリアの製造>
ニーダーにMn−Mgフェライト(体積平均粒子径50μm:パウダーテック社製)を1,000部投入し、スチレン−メチルメタクリレート共重合体(重合比率40:60、Tg 90℃、重量平均分子量72,000:綜研化学(株)製)150部をトルエン700部に溶解した溶液を加え、常温で20分混合した後、70℃に過熱して減圧乾燥した後、取り出し、コートキャリアを得た。さらに得たコートキャリアを75μm目開きのメッシュでふるい、粗粉を除去してキャリアを得た。該キャリアと、トナーをそれぞれ、重量比95:5の割合でVブレンダーにいれ20分間撹拌し、現像剤A1を得た。
現像剤A1において、トナーA1の代わりにトナーA2〜A8を用いた以外は、現像剤A1と同様にして現像剤A2〜A8を作製した。
円筒状のAl基板(シリンダー)をセンタレス研磨装置により研磨し、十点平均表面粗さRzを0.6μmとした。洗浄工程としてこのシリンダーを脱脂処理、2重量%水酸化ナトリウム溶液で1分間エッチング処理、中和処理、さらに純水洗浄を順に行った。次に、陽極酸化処理工程として10重量%硫酸溶液によりシリンダー表面に陽極酸化膜(電流密度1.0A/dm2)を形成した。水洗後、1重量%酢酸ニッケル溶液80℃に20分間浸漬して封孔処理を行った。さらに純水洗浄、乾燥処理を行った。このようにして、アルミニウムシリンダー表面に7μmの陽極酸化膜を形成した。
次に、下記構造のベンジジン化合物(下記化合物1)2部、及び、高分子化合物(下記化合物2、粘度平均分子量:39,000)2.5部をクロロベンゼン20部に溶解させた塗布液を前記電荷発生層上に浸漬コ−ティング法で塗布し、110℃、40分の加熱を行って膜厚20μmの電荷輸送層を形成した。
<潜像保持体表面状態及びクリーニングブレード状態>
富士ゼロックス(株)製プリンターDocuCentre Color 400CP改造機(プロセススピード350mm/s)を用い、表に示すように感光体と現像剤(トナー)とを組み合わせて、高温高湿(28℃、85%RH)の環境下で100,000枚の画像形成テスト(画像カバレッジ濃度5%)を行い、ついで低温低湿(10℃、15%RH)の環境下にて100,000枚の画像形成テストを行った後、潜像保持体表面状態、クリーニングブレードの変化を評価した。なお、潜像保持体表面状態は50倍のルーペで観察、ブレードの変化は100倍のレーザー顕微鏡で観察した。
潜像保持体表面状態
◎:ルーペ観察でも付着・フィルミング見られない
○:ルーペで周方向に薄い付着あるものの、画像に現れない
△:表面に小さな傷あり、画像濃度ムラあり、実使用上やや問題
×:画像欠陥、傷あり実使用上問題
クリーニングブレード状態
◎:画像・非画像部とも磨耗なく良好
○:画像部・非画像部の差があるが、実使用上問題ない
△:画像部で磨耗大きく、画像濃度によっては問題になる可能性あり
×:クリーニング不良が発生、画像上も筋となり問題
以下に評価結果を示す。
ケイ光X線分析測定におけるトナー中に検出される全元素の合計強度に対するリン元素の強度比割合(A)は、以下のようにして測定した。
得られたトナーから外添剤をゲージ内でエアーブローすることで外添剤を除去・母粒子を回収し、これを真空(真空度10〜100Pa)PRガス(Ar+CH4)雰囲気下、加速電圧40kV、電流値70mV、測定時間15分で行った。ケイ光X線測定には、XRF1500((株)島津製作所製)を用いた。
検出された元素強度の合計に対するリン元素の強度比率を算出し、Aとした。
また、アルコール系溶媒に分散させた後、乾燥させたトナーのケイ光X線分析測定において検出される全元素の合計強度に対するリン元素の強度割合(B)は、以下のようにして測定した。
得られたトナー5gを、水+エタノール(体積比50:50)混合溶媒100mlに分散させたのち、超音波分散機にて20〜30℃の温度下でスリーワンモーターにて撹拌しながら10分間分散させ、ろ過・乾燥してトナーを得た。乾燥させたトナーのケイ光X線分析測定を、上記Aと同様に行い、アルコール系溶媒に分散させた後、乾燥させたトナーのケイ光X線分析測定において検出される全元素の合計強度に対するリン元素の強度割合(B)を求めた。
また、得られたA及びBの測定結果から、(B/A)を算出した。
(A)及び(B/A)を以下に示す。
得られたトナーの平均円形度をフロー式粒子径形状測定機(FPIA 2100、シスメックス(株)製)にて測定した。測定に際しては、分散剤としてアルキルベンゼンスルホン酸ナトリウムの5重量%水溶液に2mlにトナーを4±1mg添加し、これを電解液40ml中に添加した。測定粒子個数は3,500±1,000個の範囲で行い、得られた全粒子のデータから個数平均粒子径の0.5〜0.7の範囲の領域を抽出して平均値を算出した。
また、個数平均粒子径は、マルチサイザーII(ベックマン−コールター社製)を用い、電解液はISOTON−II(ベックマン−コールター社製)を用いて測定した。測定に際しては、分散剤としてアルキルベンゼンスルホン酸ナトリウムの5重量%水溶液に2mlにトナーを5±1mg添加し、これを電解液30ml中に添加した。
試料を懸濁した電解液は、超音波分散機で1分間分散処理を行い、前記マルチサイザーII型により、アパーチャー径として100μmアパーチャーを用いて2μm以上50μm以下の範囲の粒子径を有する粒子の粒度分布を測定した。
結果を下記表に示す。
Claims (9)
- ホスホン酸系イオン封鎖剤を含有することを特徴とする
静電荷像現像用トナー。 - 離型剤及び/又は着色剤を含有する、請求項1に記載の静電荷像現像用トナー。
- 前記ホスホン酸系イオン封鎖剤が、式(1)及び/又は式(2)で表される化合物を含む、請求項1又は2に記載の静電荷像現像用トナー。
- ケイ光X線分析測定によりトナー中に検出される全元素の合計強度に対する、リン元素の強度比割合をA、トナー粒子をアルコール系溶媒に分散させた後、乾燥させたトナーのケイ光X線分析測定により検出される全元素の合計強度に対する、リン元素の強度比割合をBとしたとき、
0.05≦A≦0.5
0.40≦B/A≦0.75
を満たす、請求項1〜3いずれか1つに記載の静電荷像現像用トナー。 - 平均円形度が0.950以上0.980以下であり、数平均粒子径の0.5倍以上0.7倍以下の範囲における0.980以下の円形度を有する粒子の個数割合が1.5%以上15.5%以下である、請求項1〜4いずれか1つに記載の静電荷像現像用トナー。
- 請求項1〜5いずれか1つに記載の静電荷像現像用トナーとキャリアとを含むことを特徴とする静電荷像現像剤。
- 着色剤及び/又は離型剤を分散して、着色剤分散液及び/又は離型剤分散液を得る工程と、
該着色剤分散液及び離型剤分散液の少なくとも一方に、ホスホン酸系イオン封鎖剤を混合して、ホスホン酸系イオン封鎖剤混合分散液を得る工程と、
該ホスホン酸系イオン封鎖剤混合分散液を樹脂粒子分散液と混合して、分散物を凝集・融合させる工程と、を含むことを特徴とする
静電荷像現像用トナーの製造方法。 - 潜像保持体表面に静電潜像を形成する潜像形成工程と、
前記潜像保持体表面に形成された静電潜像をトナーを含む現像剤により現像してトナー像を形成する現像工程と、
前記潜像保持体表面に形成されたトナー像を被転写体表面に転写する転写工程と、
前記被転写体表面に転写されたトナー像を定着する定着工程と、を含み、
前記現像剤として請求項1〜5いずれか1つに記載の静電荷像現像用トナー又は請求項6に記載の静電荷像現像剤を用いることを特徴とする
画像形成方法。 - 潜像保持体と、
前記潜像保持体を帯電させる帯電手段と、
帯電した前記潜像保持体を露光して該潜像保持体上に静電潜像を形成させる露光手段と、
現像剤により前記静電潜像を現像してトナー像を形成させる現像手段と、
前記トナー像を前記潜像保持体から被記録材に転写する転写手段と、を有し、
前記現像剤として請求項1〜5いずれか1つに記載の静電荷像現像用トナー又は請求項6に記載の静電荷像現像剤を用いることを特徴とする
画像形成装置。
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