JP7080756B2 - 画像形成装置 - Google Patents

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Description

本発明は、電子写真方式や静電記録方式を用いた複写機、プリンタ、ファクシミリ装置などの画像形成装置に関するものである。
レーザープリンターや複写機に代表される電子写真装置は、近年急激にカラー化が進み一層の高画質化及び長寿命化が求められている。高画質化の課題として、転写性の改善が挙げられる。像担持体上に形成されたトナー像を転写工程で中間転写体に転写する際(1次転写)、像担持体上にトナーが残る場合がある(1次転写残トナー)。転写性向上のため、像担持体に対するトナーの付着力を下げることが有効であると一般的に知られている。
トナーの付着力を下げるために、外添剤をトナー粒子表面に付着させる手段が挙げられる。特に、大粒径の球状外添剤の添加によるスペーサー効果によって、トナーと静電荷像担持体との物理的な付着力を引き下げ、転写効率を向上させる手法がある。
しかしながら、これは転写効率を向上する方法として有効であるものの、長期にわたる画像出力によって、球状大粒径外添剤が移動・脱離・埋没し、スペーサーとして機能できなくなる。そのため、期待された転写効率向上の効果を安定して得ることが難しかった。
そこで、大粒径外添剤を半埋没させて外添剤の移動・脱離を抑制する手法が提案されている(特許文献1)。
また、半球形状の大粒径外添剤を用いることで、脱離・埋没を抑制する手法が提案されている(特許文献2)。
一方、外添以外の手法で転写性向上を達成するために、トナー粒子表面を有機ケイ素化合物で覆う手法について検討が重ねられている。
トナー粒子表面をケイ素化合物で覆う技術思想の例として、反応系にシランカップリング剤を添加することを特徴とする重合トナーの製造方法が開示されている(特許文献3)。
また、大粒径外添剤とシランカップリング剤を併用する手法が提案されている。(特許文献4)この手法により、シランカップリング剤により大粒径外添剤をトナー粒子表面に固定化しつつ、トナー粒子表面の粗さを制御することが可能となった。その結果、大粒径外添剤の移動・脱離・埋没を抑制することができ、長期に渡り高い転写性を発現させることができるようになった。
特開2009-36980号公報 特開2008-257217号公報 特開2001-75304号公報 特開2017-138462号公報
しかしながら、特許文献1の手法では、移動・脱離は抑制することはできるが、埋没が加速されてしまうことがわかった。
また、特許文献2の手法では均一にトナー粒子表面へ大粒径外添剤を固着させることが困難なため、さらなる長寿命化に対応した、転写性向上の効果を維持することが困難であることがわかった。
特許文献3の方法では、トナー粒子表面へのシラン化合物の析出量が不十分であるため、大きな転写性向上効果を得ることはできないことがわかった。
また、特許文献4では、使用する大粒径外添剤が球体であるため、トナーが受けた法線方向の荷重が大粒径外添剤の一点に集中する。これにより、大粒径外添剤が埋没する可能性があり、さらなる長寿命化を実現するためには、いまだ十分な耐久性がないことがわかった。
一方、中間転写体から転写材への転写(2次転写)を行う際に、レッド、グリーン、ブルー等の二色重ね(200%)画像(200%ベタ画像)と、ブラック単色の100%ベタ画像が混在する画像パターンにおいて、ブラック100%ベタ画像濃度が低下するという課題があることがわかった。さらには、ブラックの文字や細線の画質が高品位でない場合があることがわかった。
従って、本発明の目的は耐久使用を通じて1次転写性、2次転写性、及び文字画質を向上させることができる画像形成装置を提供することである。
本発明は、トナー及び像担持体を有し、色毎に異なる画像を形成する複数のプロセスカートリッジ、並びに
該像担持体から1次転写されたトナー像を転写材に2次転写するために搬送する中間転写体、
を有する画像形成装置であって、
該トナーは、トナー母粒子及び該トナー母粒子表面の有機ケイ素重合体を含有するトナー粒子を有し、
該有機ケイ素重合体は、下記式(1)で表される構造を有し、
該有機ケイ素重合体は、該トナー母粒子表面に凸部を形成し、
走査透過型電子顕微鏡STEMによる該トナーの断面観察によって、トナー母粒子表面の周に沿った線を描き、該周に沿った線を基準に変換した水平画像において、
該凸部と該トナー母粒子とが連続した界面を形成している部分における該周に沿った線の長さを凸幅wとし、該凸幅wの法線方向において該凸部の最大長を凸径Dとし、該凸径Dを形成する線分における該凸部の頂点から該周に沿った線までの長さを凸高さHとしたとき、
該凸高さHが40nm以上300nm以下である該凸部において、
該凸幅wに対する該凸径Dの比D/wが0.33以上0.80以下となる該凸部の個数割合P(D/w)が、70個数%以上であり、
該複数のプロセスカートリッジの一つが、カーボンブラックを含むブラックトナーを有し、
該ブラックトナーの重量平均粒径が、その他のプロセスカートリッジに含まれるトナーの重量平均粒径よりも小さいことを特徴とする画像形成装置である。
Figure 0007080756000001

(式中、Rは炭素数1以上6以下のアルキル基又はフェニル基を示す。)
本発明によれば、耐久使用を通じて1次転写性、2次転写性、及び文字や細線等のブラック画質を向上させることができる画像形成装置を提供することができる。
画像形成装置の概略断面図 トナーのSTEMによる断面観察の模式図 トナーの凸形状の計測の仕方を表した模式図 トナーの凸形状の計測の仕方を表した模式図 トナーの凸形状の計測の仕方を表した模式図
本発明において、数値範囲を表す「○○以上××以下」や「○○~××」の記載は、特に断りのない限り、端点である下限及び上限を含む数値範囲を意味する。
<画像形成装置の全体的な構成及び動作>
画像形成装置は、トナー及び像担持体を有し、色毎に異なる画像を形成する複数のプロセスカートリッジを有する。
図1は、画像形成装置100の概略断面図である。画像形成装置100は、電子写真方式を用いてフルカラー画像を形成することのできる、中間転写方式を採用したタンデム型(インライン方式)のレーザービームプリンタである。
30は、移動する中間転写体8に対して複数色のトナー像、ここではイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)の4色の重畳トナー像を形成する画像形成部である。画像形成部30は、画像形成装置本体100に対して、現像手段としての着脱自在な4個のプロセスカートリッジP(PY、PM、PC、PK)をそれぞれ備えている。複数のプロセスカートリッジの一つが、カーボンブラックを含むブラックトナーを有する。
また、画像形成部30は、中間転写体8を用いた中間転写体ユニット40を有している。4個のプロセスカートリッジPY、PM、PC、PKは、同一構造である。異なる点は、プロセスカートリッジPが収容しているトナーの色、すなわち、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)のトナーによる画像を形成することである。
プロセスカートリッジPY、PM、PC、PKは、それぞれトナー容器23Y、23M、23C、23Kを有している。さらに、像担持体(感光体)101Y、101M、101C、101Kを有している。さらに、帯電ローラ102Y、102M、102C、102Kと、現像ローラ103Y、103M、103C、103Kを有している。また、ドラムクリーニングブレード4Y、4M、4C、4Kと、廃トナー容器24Y、24M、24C、24Kを有している。
プロセスカートリッジPY、PM、PC、PKの下方にはレーザユニット107Y、107M、107C、107Kが配置され、画像信号に基づく露光を像担持体101Y、101M、101C、101Kに対して行う。像担持体としての感光体101Y、101M、101C、101Kは矢印の時計方向に所定の周速度で回転駆動される。そして、各感光体は、帯電ローラ102Y、102M、102C、102Kに所定の負極性の電圧を印加することで、所定の負極性の電位に帯電された後、レーザユニット107Y、107M、107C、107Kによる走査露光によってそれぞれ静電潜像が形成される。
この静電潜像は現像ローラ103Y、103M、103C、103Kに所定の負極性の電圧を印加することで反転現像されて、感光体101Y、101M、101C、101K上に、それぞれY色、M色、C色、K色の各色トナー像(負極性)が形成される(現像工程)。
中間転写ユニット40は、可撓性を有する無端状のベルト体である中間転写体8と、この中間転写体8を懸回張設する駆動ローラ9と従動ローラ10から構成されている。また、感光体101Y、101M、101C、101Kに対向して、中間転写体8の内側に1次転写ローラ(転写部材)106Y、106M、106C、106Kが配設されており、それぞれ、中間転写体8を介して対応する感光体101と当接している。各感光体101
と中間転写体8の当接部が1次転写ニップ部である。各1次転写ローラ106には不図示の電圧印加手段により転写電圧を印加する構成となっている。
中間転写体8は駆動ローラ9の回転駆動による矢印Aの反時計方向に感光体101の回転周速度に対応した周速度Aで回転(移動)する。感光体101Y、101M、101C、101K上にそれぞれ形成された負極性のトナー像は、1次転写ローラ106Y、106M、106C、106Kに正極性の電圧を印加することにより、1次転写ニップ部にて中間転写体8上に順次に所定に重畳されて1次転写される(1次転写工程)。
すなわち、中間転写体8の面に、Y色、M色、C色、K色の4色のトナー像がこの順で重なった状態で形成される。そして、引き続き、中間転写体8が回転(移動)して、中間転写体8と2次転写ローラ(転写部材)11との当接部である2次転写ニップ部へ搬送される。
給搬送装置12は、シート状の転写材Sを積載して収納する転写材カセット13内から転写材Sを給送する給送ローラ14と、給送された転写材Sを搬送する搬送ローラ対15とを有している。給搬送装置12から搬送された転写材Sはレジストローラ対16によって所定の制御タイミングにて2次転写ニップ部に導入されて、2次転写ニップ部で挟持搬送される。2次転写ローラ11には正極性の電圧が印加される。これにより、2次転写ニップ部で挟持搬送される転写材Sに対して中間転写体8側の上記の4色重ね合わせのトナー像が順次に一括して2次転写されていく(2次転写工程)。
上記のようにトナー像が2次転写により形成された転写材Sが、定着部としての定着装置17に導入される。この定着装置17でトナー像(トナー画像)の加熱定着を受けた転写材Sが排出ローラ対20によって排出トレイ50上に排出される。
各プロセスカートリッジPY、PM、PC、PKにおいて、感光体101Y、101M、101C、101Kから中間転写体8へのトナー像に1次転写後に感光体表面に残った1次転写残トナーは、ドラムクリーニングブレード104Y、104M、104C、104Kによって除去される。
また、中間転写体8から転写材Sへのトナー像の2次転写後に中間転写体8の面に残った2次転写残トナーは、ベルト8にカウンター当接しているクリーニング部材としてのクリーニングブレード21によって除去される。除去されたトナーは廃トナー回収容器22へと回収される。
<トナーの説明>
トナーは、トナー母粒子及び該トナー母粒子表面の有機ケイ素重合体を含有するトナー粒子を有し、
該有機ケイ素重合体は、下記式(1)で表される構造を有する。
Figure 0007080756000002
(Rは、炭素数1以上6以下(好ましくは1以上3以下)のアルキル基、又はフェニル基である。)
該有機ケイ素重合体は、該トナー母粒子表面に凸部を形成し、
走査透過型電子顕微鏡STEMによる該トナーの断面観察によって、該トナー母粒子表面の周に沿った線を描き、該周に沿った線を基準に変換した水平画像において、
該凸部と該トナー母粒子とが連続した界面を形成している部分における該周に沿った線の長さを凸幅wとし、該凸幅wの法線方向において該凸部の最大長を凸径Dとし、該凸径Dを形成する線分における該凸部の頂点から該周に沿った線までの長さを凸高さHとした
とき、
該凸高さHが40nm以上300nm以下である該凸部において、
該凸幅wに対する該凸径Dの比D/wが0.33以上0.80以下となる該凸部の個数割合P(D/w)が、70個数%以上であることを特徴とする。
以下、上記各要件について、詳細に説明する。
トナーは、トナー粒子表面に有機ケイ素重合体を含む凸部を有する。該凸部は、トナー母粒子表面に面接触している。面接触することにより、該凸部の移動・脱離・埋没に対する抑制効果が顕著に期待できる。面接触の程度を表すために、トナーのSTEMによる断面観察を行った。図2~5に該凸部の模式図を示す。
図2に示す1がSTEM像であり、トナー粒子の約1/4程度が分かる像であり、2はトナー母粒子、3はトナー母粒子表面、4が凸部である。
トナーの断面画像を観察し、トナー母粒子表面の周に沿った線を描く。その周に沿った線を基準に水平画像へ変換を行う。該水平画像において、該凸部と該トナー母粒子とが連続した界面を形成している部分における該周に沿った線の長さを凸幅wとする。また、該凸幅wの法線方向において該凸部の最大長を凸径Dとし、該凸径Dを形成する線分における該凸部の頂点から該周に沿った線までの長さを凸高さHとする。
図3及び図5においては凸径Dと凸高さHは同じであり、図4において凸径Dは凸高さHより大きくなる。
また、図5は、中空粒子を潰す・割るなどして得られた、半球粒子の中心部が凹んだ、ボウル形状の粒子に類する粒子の固着状態を模式的に表したものである。図5において、凸幅wはトナー母粒子表面と接している有機ケイ素化合物の長さの合計とする。すなわち、図5における凸幅wはW1とW2の合計となる。
上記条件に基づき、有機ケイ素化合物の凸部において、該凸幅wに対する該凸径Dの比D/wが、0.33以上0.80以下の凸形状であれば、凸部が移動・脱離・埋没しにくいことを見出した。すなわち、該凸高さHが40nm以上300nm以下である凸部において、該D/wが0.33以上0.80以下の凸部の個数割合P(D/w)が70個数%以上であれば、長寿命化に耐えうる優れた転写性を発現することを見出した。
40nm以上の凸部によって、トナー母粒子表面と感光体表面との間にスペーサー効果が生じることで感光体表面との付着力が低下し、転写性が良化しているものと考えられる。一方、300nm以下の凸部によって、耐久評価を通じて、移動・脱離・埋没への抑制効果が著しく発現していると考えられる。
40nm以上300nm以下の凸部の割合として、個数割合P(D/w)が70個数%以上であれば、耐久使用を通じて転写性を維持する効果が発現することが判った。P(D/w)は、75個数%以上であることが好ましく、80個数%以上であることがより好ましい。一方、上限は特に制限されないが、好ましくは99個数%以下であり、より好ましくは98個数%以下である。
また、走査透過型電子顕微鏡STEMによるトナーの断面観察において、上記水平画像の幅(トナー母粒子表面の周に沿った線の長さ)を周囲長Lとし、上記水平画像に存在する有機ケイ素重合体の凸部のうち、凸高さHが40nm以上300nm以下となる凸部の該凸幅wの合計をΣwとしたとき、Σw/Lが0.30以上0.90以下であることが好ましい。
Σw/Lが0.30以上であれば転写性がより良好になり、Σw/Lが0.90以下であると耐久使用による転写性の低下の抑制効果がより優れている。Σw/Lは、0.45以上0.80以下であればより好ましい。
さらに、トナーの有機ケイ素重合体の固着率が80質量%以上であることが好ましい。固着率が80質量%以上であれば、転写性が耐久使用を通じて良好になる。該固着率は、より好ましくは90質量%以上であり、さらに好ましくは95質量%以上である。一方、上限は特に制限されないが、好ましくは99質量%以下であり、より好ましくは98質量%以下である。該固着率を制御する方法の一例として、有機ケイ素化合物を添加し重合する際の、有機ケイ素重合体の添加速度、反応温度、反応時間、反応時のpH及びpH調整のタイミングなどが挙げられる。
また、転写性をより良好にする観点から、該凸高さHが40nm以上300nm以下である凸部において、該凸高さHの累積分布をとり、該凸高さHの小さい方から積算して80個数%にあたる該凸高さをH80としたとき、該H80は65nm以上であることが好ましい。より好ましくは75nm以上である。上限は特に制限されないが、好ましくは120nm以下であり、より好ましくは100nm以下である。
走査型電子顕微鏡SEMによるトナーの観察において、有機ケイ素重合体の凸部の最大径を凸径Rとしたときに、該凸径Rの個数平均径が20nm以上80nm以下であることが好ましい。より好ましくは、35nm以上60nm以下である。上記範囲であると、転写性の観点でより好ましい。
トナーは、下記式(1)で表される構造を有する有機ケイ素重合体を含む。
Figure 0007080756000003
(式中、Rは炭素数1以上6以下のアルキル基又はフェニル基を示す。)
式(1)の構造を有する有機ケイ素重合体において、Si原子の4個の原子価のうち1個はRと、残り3個はO原子と結合している。O原子は、原子価2個がいずれもSiと結合している状態、つまり、シロキサン結合(Si-O-Si)を構成する。有機ケイ素重合体としてのSi原子とO原子を考えると、Si原子2個でO原子3個を有することになるため、-SiO3/2と表現される。この有機ケイ素重合体の-SiO3/2構造は、多数のシロキサン結合で構成されるシリカ(SiO)と類似の性質を有することが考えられる。
式(1)で表される部分構造において、Rは炭素数1以上6以下のアルキル基であることが好ましく、炭素数が1以上3以下のアルキル基であることがより好ましい。
炭素数が1以上3以下のアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基が好ましく例示できる。さらに好ましくは、Rはメチル基である。
有機ケイ素重合体は、下記式(Z)で表される構造を有する有機ケイ素化合物の縮重合物であることが好ましい。
Figure 0007080756000004
(式(Z)中、Rは、炭素数1以上6以下の炭化水素基(好ましくはアルキル基)を表し、R、R及びRは、それぞれ独立して、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、アセトキシ基、又は、アルコキシ基を表す。)
1は炭素数1以上3以下の脂肪族炭化水素基であることが好ましく、メチル基である
ことがより好ましい。
、R及びRは、それぞれ独立して、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、アセトキシ基、又は、アルコキシ基である(以下、反応基ともいう)。これらの反応基が加水分解、付加重合及び縮重合させて架橋構造を形成する。
加水分解性が室温で穏やかであり、トナー母粒子の表面への析出性の観点から、炭素数1~3のアルコキシ基であることが好ましく、メトキシ基やエトキシ基であることがより好ましい。
また、R、R及びRの加水分解、付加重合及び縮合重合は、反応温度、反応時間、反応溶媒及びpHによって制御することができる。本発明に用いられる有機ケイ素重合体を得るには、上記に示す式(Z)中のRを除く一分子中に3つの反応基(R、R及びR)を有する有機ケイ素化合物(以下、三官能性シランともいう)を1種又は複数種を組み合わせて用いるとよい。
上記式(Z)で表される化合物としては以下のものが挙げられる。
メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、メチルジエトキシメトキシシラン、メチルエトキシジメトキシシラン、メチルトリクロロシラン、メチルメトキシジクロロシラン、メチルエトキシジクロロシラン、メチルジメトキシクロロシラン、メチルメトキシエトキシクロロシラン、メチルジエトキシクロロシラン、メチルトリアセトキシシラン、メチルジアセトキシメトキシシラン、メチルジアセトキシエトキシシラン、メチルアセトキシジメトキシシラン、メチルアセトキシメトキシエトキシシラン、メチルアセトキシジエトキシシラン、メチルトリヒドロキシシラン、メチルメトキシジヒドロキシシラン、メチルエトキシジヒドロキシシラン、メチルジメトキシヒドロキシシラン、メチルエトキシメトキシヒドロキシシラン、メチルジエトキシヒドロキシシランのような三官能性のメチルシラン。
エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、エチルトリクロロシラン、エチルトリアセトキシシラン、エチルトリヒドロキシシラン、プロピルトリメトキシシラン、プロピルトリエトキシシラン、プロピルトリクロロシラン、プロピルトリアセトキシシラン、プロピルトリヒドロキシシラン、ブチルトリメトキシシラン、ブチルトリエトキシシラン、ブチルトリクロロシラン、ブチルトリアセトキシシラン、ブチルトリヒドロキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、ヘキシルトリエトキシシラン、ヘキシルトリクロロシラン、ヘキシルトリアセトキシシラン、ヘキシルトリヒドロキシシランのような三官能性のシラン。
フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、フェニルトリクロロシラン、フェニルトリアセトキシシラン、フェニルトリヒドロキシシランのような三官能性のフェニルシラン。
また、本発明の効果を損なわない程度に、式(Z)で表される構造を有する有機ケイ素化合物とともに、以下を併用して得られた有機ケイ素重合体を用いてもよい。一分子中に4つの反応基を有する有機ケイ素化合物(四官能性シラン)、一分子中に2つの反応基を有する有機ケイ素化合物(二官能性シラン)又は1つの反応基を有する有機ケイ素化合物(一官能性シラン)。例えば以下のようなものが挙げられる。
ジメチルジエトキシシラン、テトラエトキシシラン、ヘキサメチルジシラザン、3-アミノプロピルトリメトキシシラン、3-アミノプロピルトリエメトキシシラン、3-(2-アミノエチル)アミノプロピルトリメトキシシラン、3-(2-アミノエチル)アミノプロピルトリエトキシシラン、ビニルトリイソシアネートシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルジエトキシメトキシシラン、ビニルエトキシジメトキシシラン、ビニルエトキシジヒドロキシシラン、ビニルジメトキシヒドロキシシラン、ビニルエトキシメトキシヒドロキシシラン、ビニルジエトキシヒドロキシシラン、の
ような三官能性のビニルシラン。
さらに、トナー粒子中の有機ケイ素重合体の含有量は1.0質量%以上10.0質量%以下であることが好ましい。
上記特定の凸形状をトナー粒子表面に形成する好ましい手法として、水系媒体にトナー母粒子を分散しトナー母粒子分散液を得たところへ、有機ケイ素化合物を添加し凸形状を形成させトナー粒子分散液を得る方法が挙げられる。
トナー母粒子分散液は固形分濃度を25質量%以上50質量%以下に調整することが好ましい。そして、トナー母粒子分散液の温度は35℃以上に調整しておくことが好ましい。また、該トナー母粒子分散液のpHは有機ケイ素化合物の縮合が進みにくいpHに調整することが好ましい。有機ケイ素重合体の縮合が進みにくいpHは物質によって異なるため、最も反応が進みにくいpHを中心として、±0.5以内が好ましい。
一方、有機ケイ素化合物は加水分解処理を行ったものを用いることが好ましい。例えば、有機ケイ素化合物の前処理として別容器で加水分解しておく。加水分解の仕込み濃度は有機ケイ素化合物の量を100質量部とした場合、イオン交換水やRO水などイオン分を除去した水40質量部以上500質量部以下が好ましく、100質量部以上400質量部以下がより好ましい。加水分解の条件としては、好ましくはpHが2~7、温度が15~80℃、時間が30~600分である。
得られた加水分解液とトナー母粒子分散液とを混合して、縮合に適したpH(好ましくは6~12、又は1~3、より好ましくは8~12)に調整する。加水分解液の量はトナー母粒子100質量部に対して有機ケイ素化合物5.0質量部以上30.0質量部以下に調整することで、凸形状を形成しやすくする。凸形状の形成と縮合の温度と時間は、35℃~99℃で60分~72時間保持して行うことが好ましい。
また、トナー粒子の表面の凸形状を制御するにあたって、pHを2段階に分けて調整することが好ましい。pHを調整する前の保持時間及び、二段階目にpH調整する前の保持時間を適宜調整し有機ケイ素化合物を縮合することで、トナー粒子表面における凸形状を制御できる。例えばpH4.0~6.0で0.5時間~1.5時間保持した後に、pH8.0~11.0で3.0時間~5.0時間保持することが好ましい。また、有機化合物の縮合温度を35℃~80℃の範囲で調整することによっても凸形状が制御できる。
例えば、凸幅wは、有機ケイ素化合物の添加量、反応温度及び一段階目の反応pHや反応時間などにより制御できる。例えば、一段階目の反応時間が長くなると凸幅が大きくなる傾向がある。
また、凸径D及び凸高さHは、有機ケイ素重合体の添加量、反応温度及び二段階目のpHなどにより制御できる。例えば、二段階目の反応pHが高いと凸径D及び凸高さHが大きくなる傾向がある。
<ブラックトナーの特性と2次転写>
次に、ブラックトナーについて述べる。
ブラックトナーは着色剤として、カーボンブラックを含有する。カーボンブラックを含有するトナーの特徴として、トナーが帯電した状態において他色よりも単位質量当たりの電荷量(所謂Q/M)が小さい傾向にある。また、2次転写工程時に放電を受けてトナーのQ/M値が低下する際に、カーボンブラックを含有するトナーは他色のトナーに比べてQ/M値がより低下しやすいという傾向がある。
一方で中間転写体8から転写材Sに2次転写する際に必要な電圧値は、Q/M値と単位
面積当たりのトナー質量を示す所謂M/S値の積であるQ/S値(単位面積当たりの電荷量)で決まり、Q/S値が大きいと2次転写ローラ11に印加する電圧値も大きくなる。
例えば23℃、50%環境下において、ブラックベタ100%画像(Q/M=-50μc/g、M/S=0.40mg/cm、Q/S=20nc/cm)を2次転写する際に必要な2次転写電圧は約1500Vであるのに対し、ブルーベタ200%画像(Q/M=-50μc/g、M/S=0.80mg/cm、Q/S=40nc/cm)を2次転写する際に必要な2次転写電圧は約2000Vである。
ブラックベタ100%画像とブルーベタ200%画像が混在する画像の場合、2次転写電圧はブルーベタ200%に合わせた2000Vを印加せざるを得ないため、ブラックベタ100%画像に対しては2次転写電圧が最適値より高い設定となる。その結果、前述した2次転写工程時の放電によりブラックトナーのQ/M値が低下するため2次転写残トナーが多くなり、転写材S上のブラックの濃度値が低下する傾向にある。
また前述の通り、カーボンブラックを含有するトナーは他色に比べて、Q/M値が低い傾向にあり、また2次転写工程時に放電を受けた際のQ/M値の低下がより顕著に起こるため、レッド、グリーン、ブルー等の200%ベタ画像と、ブラック100%ベタ画像の両立は困難な状況にあった。
本発明では、ブラックトナーの重量平均粒径をその他のプロセスカートリッジに含まれる(ブラック以外の色の)トナーの重量平均粒径よりも小さくすることで、その両立を図っている。例えば、その他のプロセスカートリッジに含まれるトナーの重量平均粒径を7.0μmとした時、ブラックトナーの重量平均粒径を6.5μmとする。そうすることで、表面積の減少によるQの低下が半径の二乗で効いてくるのに対して、体積の減少によるMの低下が半径の三乗で効いてくるので、合計としてQ/M値が大きくなる。その結果、ブラック以外の色の200%ベタ画像とブラック100%ベタ画像とのQ/Sの差が小さくなるため、ブラック以外の色の200%ベタ画像と100%ベタ画像の両立が可能となる。
ブラックトナーの重量平均粒径と、その他のプロセスカートリッジに含まれるトナーとの重量平均粒径の差が1.5μm以下であることが好ましく、0.5μm以下であることがより好ましい。ブラックトナーと他色のトナーの粒径差が1.5μm以下であると、ブラックトナー100%ベタの1次転写性と他色トナー単色100%ベタの1次転写性を両立しやすくなる。
ブラックトナーの重量平均粒径は、好ましくは4.5μm~7.5μmであり、より好ましくは5.0μm~7.0μmである。
一方、他色(例えばイエロー、マゼンタ、シアン)のトナーの重量平均粒径は、好ましくは5.0μm~8.0μmであり、より好ましくは5.5μm~7.5μmである。
また、ブラックトナーの粒径を他色のトナー粒径よりも小さくすることで、1次転写及び2次転写工程におけるトナー間の静電反発力が小さくなるため、文字や細線の周りにトナーが飛び散ること(トナー飛び散り)を抑制でき、文字画質を向上させることができる。
一方で、ブラックトナーの粒径は、1次転写性や2次転写性の観点から、4.5μm以上が好ましい。
<ブラックトナーのプロセスカートリッジ位置>
ブラックトナーのプロセスカートリッジ(PK)位置としては、全色のうち最も下流に位置する構成が好ましい。すなわち、画像形成装置は、色毎に異なる画像を形成する複数のプロセスカートリッジを有し、ブラックトナーを有するプロセスカートリッジが、複数のプロセスカートリッジのうち最も下流に位置することが好ましい。
一般的にブラックの文字品位を重要視するため、例えばイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの4色を用いる場合、ブラックトナーのプロセスカートリッジ(PK)を最下流
の第4ステーションに配置する傾向にある。しかしながら、第1~3ステーションに配置された色トナーは、下流のステーションの1次転写工程でQ/M値が上昇しブラックトナーのQ/M値との差が大きくなる傾向にある。そのため、ブラックトナーのプロセスカートリッジ(PK)を最も下流に配置する構成が本発明の効果を最大限に発揮することができるためより好ましい。
<トナーの製造方法>
トナーの製造方法は特に制限されず公知の方法を採用することができる。
トナー母粒子を水系媒体中で製造し、トナー母粒子表面に有機ケイ素重合体を含む凸部を形成することが好ましい。
トナー母粒子の製造方法として、懸濁重合法・溶解懸濁法・乳化凝集法が好ましく、中でも懸濁重合法がより好ましい。懸濁重合法では有機ケイ素重合体がトナー母粒子の表面に均一に析出し易く、有機ケイ素重合体の接着性に優れ、環境安定性、帯電量反転成分抑制効果、及びそれらの耐久持続性が良好になる。以下、懸濁重合法についてさらに説明する。
懸濁重合法は、結着樹脂を生成しうる重合性単量体、カーボンブラックなどの着色剤及び必要に応じてその他の添加剤を含有する重合性単量体組成物を水系媒体中で造粒し、該重合性単量体組成物に含まれる重合性単量体を重合することにより、トナー母粒子を得る方法である。
重合性単量体組成物には、必要に応じて離型剤、その他の樹脂を添加してもよい。また、重合工程終了後は、公知の方法で、生成した粒子を洗浄、濾過により回収することができる。なお、上記重合工程の後半に昇温してもよい。さらに未反応の重合性単量体又は副生成物を除去する為に、重合工程後半又は重合工程終了後に一部分散媒体を反応系から留去することも可能である。
このようにして得られたトナー母粒子を用い、上記方法により有機ケイ素重合体の凸部を形成させることが好ましい。
トナーには離型剤を用いてもよい。離型剤としては、以下のものが挙げられる。
パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、ペトロラタムのような石油系ワックス及びその誘導体、モンタンワックス及びその誘導体、フィッシャートロプシュ法による炭化水素ワックス及びその誘導体、ポリエチレン、ポリプロピレンのようなポリオレフィンワックス及びその誘導体、カルナバワックス、キャンデリラワックスのような天然ワックス及びその誘導体、高級脂肪族アルコール、ステアリン酸、パルミチン酸のような脂肪酸、あるいはその酸アミド、エステル、又はケトン、硬化ヒマシ油及びその誘導体、植物系ワックス、動物性ワックス、シリコ-ン樹脂。
なお、誘導体には酸化物や、ビニル系モノマーとのブロック共重合物、グラフト変性物を含む。離型剤は単独で用いてもよいし複数を混合し使用してもよい。
離型剤の含有量は、結着樹脂又は結着樹脂を生成する重合性単量体100質量部に対して2.0質量部以上30.0質量部以下であることが好ましい。
その他の樹脂として、例えば、以下の樹脂を用いることができる。
ポリスチレン、ポリビニルトルエンのようなスチレン及びその置換体の単重合体;スチレン-プロピレン共重合体、スチレン-ビニルトルエン共重合体、スチレン-ビニルナフタリン共重合体、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-アクリル酸ジメチルアミノエチル共重合体、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-メタクリ酸ジメチルアミノエチル共重合体、スチレン-ビニルメチルエーテル共重合体、スチレン-ビニルエチルエーテル共重合体、スチレン-ビニルメチルケ
トン共重合体、スチレン-ブタジエン共重合体、スチレン-イソプレン共重合体、スチレン-マレイン酸共重合体、スチレン-マレイン酸エステル共重合体のようなスチレン系共重合体;ポリメチルメタクリレート、ポリブチルメタクリレート、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリビニルブチラール、シリコーン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂、ポリアクリル樹脂、ロジン、変性ロジン、テルペン樹脂、フェノール樹脂、脂肪族または脂環族炭化水素樹脂、芳香族系石油樹脂。これらは単独で用いてもよいし、複数を混合し用いてもよい。
重合性単量体として、以下に示すビニル系重合性単量体が好適に例示できる。
スチレン;α-メチルスチレン、β-メチルスチレン、o-メチルスチレン、m-メチルスチレン、p-メチルスチレン、2,4-ジメチルスチレン、p-n-ブチルスチレン、p-tert-ブチルスチレン、p-n-ヘキシルスチレン、p-n-オクチル、p-n-ノニルスチレン、p-n-デシルスチレン、p-n-ドデシルスチレン、p-メトキシスチレン、p-フェニルスチレンのようなスチレン誘導体;メチルアクリレート、エチルアクリレート、n-プロピルアクリレート、iso-プロピルアクリレート、n-ブチルアクリレート、iso-ブチルアクリレート、tert-ブチルアクリレート、n-アミルアクリレート、n-ヘキシルアクリレート、2-エチルヘキシルアクリレート、n-オクチルアクリレート、n-ノニルアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、ベンジルアクリレート、ジメチルフォスフェートエチルアクリレート、ジエチルフォスフェートエチルアクリレート、ジブチルフォスフェートエチルアクリレート、2-ベンゾイルオキシエチルアクリレートのようなアクリル系重合性単量体;メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、n-プロピルメタクリレート、iso-プロピルメタクリレート、n-ブチルメタクリレート、iso-ブチルメタクリレート、tert-ブチルメタクリレート、n-アミルメタクリレート、n-ヘキシルメタクリレート、2-エチルヘキシルメタクリレート、n-オクチルメタクリレート、n-ノニルメタクリレート、ジエチルフォスフェートエチルメタクリレート、ジブチルフォスフェートエチルメタクリレートのようなメタクリル系重合性単量体;メチレン脂肪族モノカルボン酸エステル類;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、安息香酸ビニル、酪酸ビニル、安息香酸ビニル、蟻酸ビニルのようなビニルエステル;ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、ビニルイソブチルエーテルのようなビニルエーテル;ビニルメチルケトン、ビニルヘキシルケトン、ビニルイソプロピルケトン。
これらのビニル重合体の中でも、スチレン、スチレン誘導体、アクリル系重合性単量体及びメタクリル系重合性単量体が好ましい。
また、重合性単量体の重合に際して、重合開始剤を添加してもよい。重合開始剤としては、以下のものが挙げられる。
2,2’-アゾビス-(2,4-ジバレロニトリル)、2,2’-アゾビスイソブチロニトリル、1,1’-アゾビス(シクロヘキサン-1-カルボニトリル)、2,2’-アゾビス-4-メトキシ-2,4-ジメチルバレロニトリル、アゾビスイソブチロニトリルのようなアゾ系、又はジアゾ系重合開始剤;ベンゾイルペルオキシド、メチルエチルケトンペルオキシド、ジイソプロピルオキシカーボネート、クメンヒドロペルオキシド、2,4-ジクロロベンゾイルペルオキシド、ラウロイルペルオキシドのような過酸化物系重合開始剤。
これらの重合開始剤は、重合性単量体100質量部に対して0.5質量部~30.0質量部の添加が好ましく、単独で用いても複数を併用してもよい。
また、トナー母粒子を構成する結着樹脂の分子量をコントロールする為に、重合性単量体の重合に際して、連鎖移動剤を添加してもよい。好ましい添加量としては、重合性単量体100質量部に対し0.001質量部~15.000質量部である。
一方、トナー母粒子を構成する結着樹脂の分子量をコントロールする為に、重合性単量体の重合に際して、架橋剤を添加してもよい。例えば、以下のものが挙げられる。
ジビニルベンゼン、ビス(4-アクリロキシポリエトキシフェニル)プロパン、エチレングリコールジアクリレート、1,3-ブチレングリコールジアクリレート、1,4-ブタンジオールジアクリレート、1,5-ペンタンジオールジアクリレート、1,6-ヘキサンジオールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、ジエチレングリコールジアクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、テトラエチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコール#200、#400、#600の各ジアクリレート、ジプロピレングリコールジアクリレート、ポリプロピレングリコールジアクリレート、ポリエステル型ジアクリレート(MANDA 日本化薬)、及び以上のアクリレートをメタクリレートに変えたもの。
多官能の架橋性単量体としては以下のものが挙げられる。ペンタエリスリトールトリアクリレート、トリメチロールエタントリアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、テトラメチロールメタンテトラアクリレート、オリゴエステルアクリレート及びそのメタクリレート、2,2-ビス(4-メタクリロキシ・ポリエトキシフェニル)プロパン、ジアクリルフタレート、トリアリルシアヌレート、トリアリルイソシアヌレート、トリアリルトリメリテート、ジアリールクロレンデート。
好ましい添加量としては、重合性単量体100質量部に対して、0.001質量部~15.000質量部である。
上記懸濁重合の際に用いられる媒体が水系媒体の場合には、重合性単量体組成物の粒子の分散安定剤として以下のものを使用することができる。
リン酸三カルシウム、リン酸マグネシウム、リン酸亜鉛、リン酸アルミニウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、メタ珪酸カルシウム、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、ベントナイト、シリカ、アルミナ。
また、有機系の分散剤としては、以下のものが挙げられる。ポリビニルアルコール、ゼラチン、メチルセルロース、メチルヒドロキシプロピルセルロース、エチルセルロース、カルボキシメチルセルロースのナトリウム塩、デンプン。
また、市販のノニオン、アニオン、カチオン型の界面活性剤の利用も可能である。このような界面活性剤としては、以下のものが挙げられる。ドデシル硫酸ナトリウム、テトラデシル硫酸ナトリウム、ペンタデシル硫酸ナトリウム、オクチル硫酸ナトリウム、オレイン酸ナトリウム、ラウリル酸ナトリウム、ステアリン酸カリウム。
トナーには着色剤を用いてもよく、特に限定されず公知のものを使用することができる。
なお、着色剤の含有量は、結着樹脂又は結着樹脂を生成しうる重合性単量体100質量部に対して3.0質量部~15.0質量部であることが好ましい。
トナー製造時に荷電制御剤を用いることができ、公知のものが使用できる。これらの荷電制御剤の添加量としては、結着樹脂又は重合性単量体100質量部に対して、0.01質量部~10.00質量部であることが好ましい。
トナー粒子はそのままトナーとして用いてもよいし、必要に応じて、トナー粒子に各種有機又は無機微粉体を外添してもよい。該有機又は無機微粉体は、トナー粒子に添加した時の耐久性から、トナー粒子の重量平均粒径の1/10以下の粒径であることが好ましい。
有機又は無機微粉体としては、例えば、以下のようなものが用いられる。
(1)流動性付与剤:シリカ、アルミナ、酸化チタン及びフッ化カーボン。
(2)研磨剤:金属酸化物(例えばチタン酸ストロンチウム、酸化セリウム、アルミナ、
酸化マグネシウム、酸化クロム)、窒化物(例えば窒化ケイ素)、炭化物(例えば炭化ケイ素)、金属塩(例えば硫酸カルシウム、硫酸バリウム、炭酸カルシウム)。
(3)滑剤:フッ素系樹脂粉末(例えばフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン)、脂肪酸金属塩(例えばステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム)。
(4)荷電制御性粒子:金属酸化物(例えば酸化錫、酸化チタン、酸化亜鉛、シリカ、アルミナ)。
トナーの流動性の改良及びトナーの帯電均一化のために有機又は無機微粉体の表面処理を行ってもよい。有機又は無機微粉体の疎水化処理の処理剤としては、未変性のシリコーンワニス、各種変性シリコーンワニス、未変性のシリコーンオイル、各種変性シリコーンオイル、シラン化合物、シランカップリング剤、その他有機ケイ素化合物、有機チタン化合物が挙げられる。これらの処理剤は単独で用いてもよいし複数を併用してもよい。
以下、本発明に関係する各種測定方法を述べる。
<走査透過型電子顕微鏡(STEM)におけるトナーの断面の観察方法>
走査透過型電子顕微鏡(STEM)で観察されるトナーの断面は以下のようにして作製する。
以下、トナーの断面の作製手順を説明する。
まず、カバーガラス(松波硝子社、角カバーグラス;正方形No.1)上にトナーを一層となるように散布し、オスミウム・プラズマコーター(filgen社、OPC80T)を用いて、保護膜としてトナーにOs膜(5nm)及びナフタレン膜(20nm)を施す。
次に、PTFE製のチューブ(Φ1.5mm×Φ3mm×3mm)に光硬化性樹脂D800(日本電子社)を充填し、チューブの上に前記カバーガラスをトナーが光硬化性樹脂D800に接するような向きで静かに置く。この状態で光を照射して樹脂を硬化させた後、カバーガラスとチューブを取り除くことで、最表面にトナーが包埋された円柱型の樹脂を形成する。
超音波ウルトラミクロトーム(Leica社、UC7)により、切削速度0.6mm/sで、円柱型の樹脂の最表面からトナーの半径(例えば、重量平均粒径(D4)が8.0μmの場合は4.0μm)の長さだけ切削して、トナー中心部の断面を出す。
次に、膜厚100nmとなるように切削し、トナーの断面の薄片サンプルを作製する。このような手法で切削することで、トナー中心部の断面を得ることができる。
STEMのプローブサイズは1nm、画像サイズ1024×1024pixelにて画像を取得する。また、明視野像のDetectorControlパネルのContrastを1425、Brightnessを3750、ImageControlパネルのContrastを0.0、Brightnessを0.5、Gammmaを1.00に調整して、画像を取得する。画像倍率は100,000倍にて行い、図2のようにトナー1粒子中の断面の周のうち4分の1から2分の1程度収まるように画像取得を行う。
得られた画像について、画像処理ソフト(イメージJ(https://imagej.nih.gov/ij/より入手可能))を用いて画像解析を行い、有機ケイ素重合体を含む凸部を計測する。画像解析はSTEM画像30枚について行う。
まず、ライン描画ツール(StraghtタブのSegmented lineを選択)にてトナー母粒子の周に沿った線を描く。有機ケイ素重合体の凸部がトナー母粒子に埋没しているような部分は、その埋没はないものとして滑らかに線をつなぐ。その線を基準に水平画像へ変換(EditタブのSelection選択し、propertiesにてline widthを500pixelに変更後、EditタブのSelectionを選択しStraghtenerを行う)を行う。
該水平画像について、有機ケイ素重合体を含む凸部一箇所ずつ、前述した方法により凸幅w、凸径D及び凸高さHを計測する。STEM画像30枚測定した結果から、P(D/w)を算出する。また、凸高さHの累積分布をとり、H80を算出する。
また、画像解析に用いた水平画像に存在する凸高さHが40nm以上300nm以下となる凸部の凸幅wの合計値をΣwとし、画像解析に用いた水平画像の幅を周囲長Lとする。当該水平画像の幅が、STEM画像中のトナー母粒子表面の長さに相当する。一枚の画像からΣw/Lを算出し、STEM画像30枚の相加平均値を採用する。
詳細な凸部の計測箇所に関しては、前述の説明や図3~5のとおりである。
計測はImage Jにて、画像上のスケールをStraightタブのStraight Lineで重ね、AnalyzeタブのSet Scaleにて、画像上のスケールの長さを設定したのち行う。凸幅w又は凸高さHに相当する線分をStraightタブのStraight Lineで描き、AnalyzeタブのMeasureにて計測ができる。
<走査型電子顕微鏡(SEM)における凸部の平均粒径の算出方法>
SEM観察の方法は、以下の通り。日立超高分解能電界放出形走査電子顕微鏡S-4800((株)日立ハイテクノロジーズ)にて撮影される画像を用いて行う。S-4800の画像撮影条件は以下の通りである。
(1)試料作製
試料台(アルミニウム試料台15mm×6mm)に導電性ペースト(TED PELLA
,Inc、 Product No. 16053, PELCO Colloida
l Graphite,Isopropanol base)を薄く塗り、その上にトナーを吹き付ける。さらにエアブローして、余分な該微粒子を試料台から除去した後、15mAで15秒間白金蒸着する。試料台を試料ホルダにセットし、試料高さゲージにより試料台高さを30mmに調節する。
(2)S-4800観察条件設定
S-4800の筺体に取り付けられているアンチコンタミネーショントラップに液体窒素を溢れるまで注入し、30分間置く。S-4800の「PC-SEM」を起動し、フラッシング(電子源であるFEチップの清浄化)を行う。画面上のコントロールパネルの加速電圧表示部分をクリックし、[フラッシング]ボタンを押し、フラッシング実行ダイアログを開く。フラッシング強度が2であることを確認し、実行する。フラッシングによるエミッション電流が20~40μAであることを確認する。試料ホルダをS-4800筺体の試料室に挿入する。コントロールパネル上の[原点]を押し試料ホルダを観察位置に移動させる。
加速電圧表示部をクリックしてHV設定ダイアログを開き、加速電圧を[2.0kV]、エミッション電流を[10μA]に設定する。オペレーションパネルの[基本]のタブ内にて、信号選択を[SE]に設置し、SE検出器を[下(L)]を選択し、反射電子像を観察するモードにする。同じくオペレーションパネルの[基本]のタブ内にて、電子光学系条件ブロックのプローブ電流を[Normal]に、焦点モードを[UHR]に、WDを[8.0mm]に設定する。コントロールパネルの加速電圧表示部の[ON]ボタンを押し、加速電圧を印加する。
(3)焦点調整
コントロールパネルの倍率表示部内をドラッグして、倍率を5000(5k)倍に設定する。操作パネルのフォーカスつまみ[COARSE]を回転させ、ある程度焦点が合ったところでアパーチャアライメントの調整を行う。コントロールパネルの[Align]をクリックし、アライメントダイアログを表示し、[ビーム]を選択する。操作パネルのSTIGMA/ALIGNMENTつまみ(X,Y)を回転し、表示されるビームを同心円の中心に移動させる。
次に[アパーチャ]を選択し、STIGMA/ALIGNMENTつまみ(X,Y)を一つずつ回し、像の動きを止める又は最小の動きになるように合わせる。アパーチャダイアログを閉じ、オートフォーカスで、ピントを合わせる。この操作を更に2度繰り返し、ピントを合わせる。観察粒子の最大径の中点を測定画面の中央に合わせた状態でコントロ
ールパネルの倍率表示部内をドラッグして、倍率を10000(10k)倍に設定する。操作パネルのフォーカスつまみ[COARSE]を回転させ、ある程度焦点が合ったところでアパーチャアライメントの調整を行う。コントロールパネルの[Align]をクリックし、アライメントダイアログを表示し、[ビーム]を選択する。操作パネルのSTIGMA/ALIGNMENTつまみ(X,Y)を回転し、表示されるビームを同心円の中心に移動させる。
次に[アパーチャ]を選択し、STIGMA/ALIGNMENTつまみ(X,Y)を一つずつ回し、像の動きを止める又は最小の動きになるように合わせる。アパーチャダイアログを閉じ、オートフォーカスで、ピントを合わせる。その後、倍率を50000(50k)倍に設定し、上記と同様にフォーカスつまみ、STIGMA/ALIGNMENTつまみを使用して焦点調整を行い、再度オートフォーカスでピントを合わせる。この操作を再度繰り返し、ピントを合わせる。
(4)画像保存
ABCモードで明るさ合わせを行い、サイズ640×480ピクセルで写真撮影して保存する。
得られたSEM画像から、トナー粒子表面に存在する、20nm以上の該凸部500箇所の個数平均径(D1)の計算を画像処理ソフト(イメージJ)により行った。測定方法は以下の通りである。
・有機ケイ素重合体の凸部の個数平均径の測定
粒子解析により、画像中の凸部とトナー母粒子を二値化により、色分けする。次に、計測コマンドの中から、選択された形状の最大長さを選択し、凸部1箇所の凸径R(最大径)を計測する。この操作を複数行い、500箇所の相加平均値を求めることで、凸径Rの個数平均径を算出する。
<有機ケイ素重合体の固着率の測定方法>
イオン交換水100mLにスクロース(キシダ化学製)160gを加え、湯せんをしながら溶解させ、ショ糖濃厚液を調製する。遠心分離用チューブ(容量50ml)に上記ショ糖濃厚液を31gと、コンタミノンN(非イオン界面活性剤、陰イオン界面活性剤、有機ビルダーからなるpH7の精密測定器洗浄用中性洗剤の10質量%水溶液、和光純薬工業社製)を6mL入れ分散液を作製する。この分散液にトナー1.0gを添加し、スパチュラなどでトナーのかたまりをほぐす。
遠心分離用チューブをシェイカーにて350spm(strokes per min)、20分間振とうする。振とう後、溶液をスイングローター用ガラスチューブ(容量50mL)に入れ替えて、遠心分離機(H-9R 株式会社コクサン製)にて3500rpm、30分間の条件で分離する。トナーと水溶液が十分に分離されていることを目視で確認し、最上層に分離したトナーをスパチュラ等で採取する。採取したトナーを含む水溶液を減圧濾過器で濾過した後、乾燥機で1時間以上乾燥する。乾燥品をスパチュラで解砕し、蛍光X線でケイ素の量を測定する。水洗後のトナーと初期のトナーの測定対象の元素量比から固着率(%)を計算する。
各元素の蛍光X線の測定は、JIS K 0119-1969に準ずるが、具体的には以下の通りである。
測定装置としては、波長分散型蛍光X線分析装置「Axios」(PANalytical社製)と、測定条件設定及び測定データ解析をするための付属の専用ソフト「SuperQver.4.0F」(PANalytical社製)を用いる。なお、X線管球のアノードとしてはRhを用い、測定雰囲気は真空、測定径(コリメーターマスク径)は10mm、測定時間10秒とする。また、軽元素を測定する場合にはプロポーショナルカウンタ(PC)、重元素を測定する場合にはシンチレーションカウンタ(SC)で検出する。
測定サンプルとしては、専用のプレス用アルミリング直径10mmの中に水洗後のトナーと初期のトナーを約1g入れて平らにならし、錠剤成型圧縮機「BRE-32」(前川
試験機製作所社製)を用いて、20MPaで60秒間加圧し、厚さ約2mmに成型したペレットを用いる。
上記条件で測定を行い、得られたX線のピーク位置をもとに元素を同定し、単位時間あたりのX線光子の数である計数率(単位:cps)からその濃度を算出する。
トナー中の定量方法としては、例えばケイ素量はトナー粒子100質量部に対して、例えば、シリカ(SiO)微粉末を0.5質量部となるように添加し、コーヒーミルを用いて充分混合する。同様にして、シリカ微粉末を2.0質量部、5.0質量部となるようにトナー粒子とそれぞれ混合し、これらを検量線用の試料とする。
それぞれの試料について、錠剤成型圧縮機を用いて上記のようにして検量線用の試料のペレットを作製し、PETを分光結晶に用いた際に回折角(2θ)=109.08°に観測されるSi-Kα線の計数率(単位:cps)を測定する。この際、X線発生装置の加速電圧、電流値はそれぞれ、24kV、100mAとする。得られたX線の計数率を縦軸に、各検量線用試料中のSiO添加量を横軸として、一次関数の検量線を得る。
次に、分析対象のトナーを、錠剤成型圧縮機を用いて上記のようにしてペレットとし、そのSi-Kα線の計数率を測定する。そして、上記の検量線からトナー中の有機ケイ素重合体の含有量を求める。上記方法により算出した初期のトナーの元素量に対して、水洗後のトナーの元素量の比率を求め固着率(%)とする。
<トナー粒子の重量平均粒径の測定>
細孔電気抵抗法による精密粒度分布測定装置(商品名:コールター・カウンター Multisizer 3)と、専用ソフト(商品名:ベックマン・コールター Multisizer 3 Version3.51、ベックマン・コールター社製)を用いる。アパーチャー径は100μmを用い、実効測定チャンネル数2万5千チャンネルで測定し、測定データの解析を行い、算出する。測定に使用する電解水溶液は、特級塩化ナトリウムをイオン交換水に溶解して濃度が約1質量%となるようにしたもの、例えば、ベックマン・コールター社製のISOTON II(商品名)が使用できる。なお、測定、解析を行う前に、以下のように前記専用ソフトの設定を行う。
前記専用ソフトの「標準測定方法(SOM)を変更画面」において、コントロールモードの総カウント数を50000粒子に設定し、測定回数を1回、Kd値は(標準粒子10.0μm、ベックマン・コールター社製)を用いて得られた値を設定する。閾値/ノイズレベルの測定ボタンを押すことで、閾値とノイズレベルを自動設定する。また、カレントを1600μAに、ゲインを2に、電解液をISOTON II(商品名)に設定し、測定後のアパーチャーチューブのフラッシュにチェックを入れる。
専用ソフトの「パルスから粒径への変換設定画面」において、ビン間隔を対数粒径に、粒径ビンを256粒径ビンに、粒径範囲を2μm以上60μm以下に設定する。
具体的な測定法は以下の通りである。
(1)Multisizer 3専用のガラス製250mL丸底ビーカーに前記電解水溶液約200mLを入れ、サンプルスタンドにセットし、スターラーロッドの撹拌を反時計回りで24回転/秒にて行う。そして、専用ソフトの「アパーチャーチューブのフラッシュ」機能により、アパーチャーチューブ内の汚れと気泡を除去しておく。
(2)ガラス製の100mL平底ビーカーに前記電解水溶液約30mLを入れる。ここにコンタミノンN(商品名)(精密測定器洗浄用中性洗剤の10質量%水溶液、和光純薬工業(株)製)をイオン交換水で3質量倍に希釈した希釈液を約0.3mL加える。
(3)発振周波数50kHzの発振器2個を、位相を180度ずらした状態で内蔵し、電気的出力120Wの超音波分散器(商品名:Ultrasonic Dispersion System Tetora150、日科機バイオス(株)製)
の水槽内にイオン交換水所定量とコンタミノンN(商品名)を約2mL添加する。
(4)前記(2)のビーカーを前記超音波分散器のビーカー固定穴にセットし、超音波分散器を作動させる。そして、ビーカー内の電解水溶液の液面の共振状態が最大となるよう
にビーカーの高さ位置を調整する。
(5)前記(4)のビーカー内の電解水溶液に超音波を照射した状態で、トナー(粒子)約10mgを少量ずつ前記電解水溶液に添加し、分散させる。そして、さらに60秒間超音波分散処理を継続する。なお、超音波分散にあたっては、水槽の水温が10℃以上40℃以下となる様に適宜調節する。
(6)サンプルスタンド内に設置した前記(1)の丸底ビーカーに、ピペットを用いてトナー(粒子)を分散した前記(5)の電解水溶液を滴下し、測定濃度が約5%となるように調整する。そして、測定粒子数が50000個になるまで測定を行う。
(7)測定データを装置付属の前記専用ソフトにて解析を行い、重量平均粒径(D4)を算出する。なお、専用ソフトでグラフ/体積%と設定したときの、分析/体積統計値(算術平均)画面の「平均径」が重量平均粒径(D4)である。以下、重量平均粒径を単に平均粒径ということもある。
以下に、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に制限されるものではない。実施例中及び比較例中の各材料の「部」は特に断りがない場合、全て質量基準である。
[トナー1の製造例]
本実施例ではブラックトナーと、カラートナーの典型としてシアントナーを例にとって述べる。
<ブラックトナーの製造例>
(水系媒体1の調製工程)
撹拌機、温度計、還留管を具備した反応容器中にイオン交換水650.0部に、リン酸ナトリウム(ラサ工業社製・12水和物)15.9部を投入し、窒素パージしながら65℃で1.0時間保温した。
T.K.ホモミクサー(特殊機化工業株式会社製)を用いて、15000rpmにて攪拌しながら、イオン交換水10.0部に10.4部の塩化カルシウム(2水和物)を溶解した塩化カルシウム水溶液を一括投入し、分散安定剤を含む水系媒体を調製した。さらに、水系媒体に10質量%塩酸を投入し、pHを5.0に調整し、水系媒体1を得た。
(重合性単量体組成物の調製工程)
・スチレン:45部
・カーボンブラック
(Orion Engneering Carbons社製:Nipex35):7.5部
前記材料をアトライタ(三井三池化工機株式会社製)に投入し、さらに直径1.7mmのジルコニア粒子を用いて、220rpmで5.0時間分散させて、顔料分散液を調製した。前記顔料分散液に下記材料を加えた。
・スチレン:35部
・n-ブチルアクリレート:20.0部
・架橋剤(ジビニルベンゼン):0.3部
・飽和ポリエステル樹脂:5.0部
(プロピレンオキサイド変性ビスフェノールA(2モル付加物)とテレフタル酸との重縮合物(モル比10:12)、ガラス転移温度Tg=68℃、重量平均分子量Mw=10000、分子量分布Mw/Mn=5.12)
・フィッシャートロプシュワックス(融点78℃):7.0部
これを65℃に保温し、T.K.ホモミクサー(特殊機化工業株式会社製)を用いて、500rpmにて均一に溶解、分散し、重合性単量体組成物を調製した。
(造粒工程)
水系媒体1の温度を70℃、T.K.ホモミクサーの回転数を15000rpmに保ちながら、水系媒体1中に重合性単量体組成物を投入し、重合開始剤であるt-ブチルパーオキシピバレート10.0部を添加した。そのまま該撹拌装置にて15000rpmを維持しつつ10分間造粒した。
(重合・蒸留工程)
造粒工程の後、攪拌機をプロペラ撹拌羽根に換え150rpmで攪拌しながら70℃を保持して5.0時間重合を行い、85℃に昇温して2.0時間加熱することで重合反応を行った。
その後、反応容器の還留管を冷却管に付け替え、スラリーを100℃まで加熱することで、蒸留を6時間行い未反応の重合性単量体を留去し、トナー母粒子分散液を得た。
<シアントナーの製造例>
(水系媒体1の調製工程)
撹拌機、温度計、還留管を具備した反応容器中にイオン交換水650.0部に、リン酸ナトリウム(ラサ工業社製・12水和物)14.0部を投入し、窒素パージしながら65℃で1.0時間保温した。
T.K.ホモミクサー(特殊機化工業株式会社製)を用いて、15000rpmにて攪拌しながら、イオン交換水10.0部に9.2部の塩化カルシウム(2水和物)を溶解した塩化カルシウム水溶液を一括投入し、分散安定剤を含む水系媒体を調製した。さらに、水系媒体に10質量%塩酸を投入し、pHを5.0に調整し、水系媒体1を得た。
(重合性単量体組成物の調製工程)
・スチレン :60.0部
・C.I.ピグメントブルー15:3 :6.5部
前記材料をアトライタ(三井三池化工機株式会社製)に投入し、さらに直径1.7mmのジルコニア粒子を用いて、220rpmで5.0時間分散させて、顔料分散液を調製した。前記顔料分散液に下記材料を加えた。
・スチレン:20.0部
・n-ブチルアクリレート:20.0部
・架橋剤(ジビニルベンゼン):0.3部
・飽和ポリエステル樹脂:5.0部
(プロピレンオキサイド変性ビスフェノールA(2モル付加物)とテレフタル酸との重縮合物(モル比10:12)、ガラス転移温度Tg=68℃、重量平均分子量Mw=10000、分子量分布Mw/Mn=5.12)
・フィッシャートロプシュワックス(融点78℃):7.0部
これを65℃に保温し、T.K.ホモミクサー(特殊機化工業株式会社製)を用いて、500rpmにて均一に溶解、分散し、重合性単量体組成物を調製した。
(造粒工程)
水系媒体1の温度を70℃、T.K.ホモミクサーの回転数を15000rpmに保ちながら、水系媒体1中に重合性単量体組成物を投入し、重合開始剤であるt-ブチルパーオキシピバレート10.0部を添加した。そのまま該撹拌装置にて15000rpmを維持しつつ10分間造粒した。
(重合・蒸留工程)
造粒工程の後、攪拌機をプロペラ撹拌羽根に換え150rpmで攪拌しながら70℃を保持して5.0時間重合を行い、85℃に昇温して2.0時間加熱することで重合反応を行った。
その後、反応容器の還留管を冷却管に付け替え、スラリーを100℃まで加熱することで、蒸留を6時間行い未反応の重合性単量体を留去し、シアントナー母粒子分散液を得た。
以下の工程はブラックトナーとシアントナーとで同一である。
(有機ケイ素化合物の重合)
撹拌機、温度計を備えた反応容器に、イオン交換水60.0部を秤量し、10質量%の塩酸を用いてpHを4.0に調整した。これを撹拌しながら加熱し、温度を40℃にした。その後、有機ケイ素化合物であるメチルトリエトキシシラン40.0部を添加して2時間以上撹拌して加水分解を行った。加水分解の終点は目視にて油水が分離せず1層になったことで確認を行い、冷却して有機ケイ素化合物の加水分解液を得た。
得られたトナー母粒子分散液(シアン又はブラック)の温度を55℃に冷却したのち、有機ケイ素化合物の加水分解液を25.0部添加して有機ケイ素化合物の重合を開始した。そのまま15分保持した後に、3.0%炭酸水素ナトリウム水溶液で、pHを5.5に調整した。55℃で撹拌を継続したまま、60分間保持したのち、3.0%炭酸水素ナトリウム水溶液を用いてpHを9.5に調整し、更に240分保持してトナー粒子分散液を得た。
(洗浄、乾燥工程)
重合工程終了後、トナー粒子分散液を冷却し、トナー粒子分散液に塩酸を加えpH=1.5以下に調整して1時間撹拌放置してから加圧ろ過器で固液分離し、トナーケーキを得た。これをイオン交換水でリスラリーして再び分散液とした後に、前述のろ過器で固液分離してトナーケーキを得た。
得られたトナーケーキを40℃の恒温槽にて72時間かけて乾燥・分級を行い、トナー粒子1(シアントナー粒子及びブラックトナー粒子)を得た。表1にトナー粒子1の製造の条件を示す。
Figure 0007080756000005

表中、「添加量」は有機ケイ素化合物の重合工程における有機ケイ素化合物の添加量(部)である。
[トナー粒子2~12の製造方法]
表1に示す条件に変更した以外は、トナー粒子1と同様にしてトナー粒子2~12(ブラック及びシアン)を得た。
[比較用トナー粒子1の製造方法]
有機ケイ素化合物の重合に関して、下記に示すように変更した以外はトナー粒子1と同様にして、比較用トナー粒子1(ブラック及びシアン)を得た。
(有機ケイ素化合物の重合)
撹拌機、温度計を備えた反応容器に、イオン交換水60.0部を秤量し、10質量%の塩酸を用いてpHを4.0に調整した。これを撹拌しながら加熱し、温度を40℃にした。その後、有機ケイ素化合物であるメチルトリエトキシシラン40.0部を添加して2時間以上撹拌して加水分解を行った。加水分解の終点は目視にて油水が分離せず1層になったことで確認を行い、冷却して有機ケイ素化合物の加水分解液を得た。
得られたトナー母粒子分散液の温度を70℃に冷却したのち、3.0%炭酸水素ナトリウム水溶液で、pHを9.5に調整した。70℃で撹拌を継続したまま、コロイダルシリカ(スノーテックスST-ZL:固形分40%)5.0部と有機ケイ素化合物の加水分解液を12.5部添加して有機ケイ素化合物の重合を開始した。そのまま300分保持しトナー粒子分散液を得た。
[比較用トナー粒子2の製造方法]
有機ケイ素化合物の重合に関して、下記に示すように変更した以外はトナー粒子1と同様にして、比較用トナー粒子2(ブラック及びシアン)を得た。
(有機ケイ素化合物の重合)
ポリビニルアルコール1.0部をエタノール/水=1:1(質量比)の混合溶液20部に溶解した混合溶媒をトナー母粒子分散液に分散させて、次いで、ケイ素化合物として3-(メタクリルオキシ)プロピルトリメトキシシラン30部を溶解させ、さらに5時間の攪拌を行なって、トナー粒子内に3-(メタクリルオキシ)プロピルトリメトキシシランを膨潤させて内在させた。
次いで、温度を70℃にしたのち、3.0%炭酸水素ナトリウム水溶液でpHを9.5に調整した。10時間室温にて攪拌することによって、トナー粒子表面でゾルゲル反応を進行させて、比較用トナー粒子2を得た。
[比較用トナー粒子3の製造方法]
トナー粒子1の製造例で有機ケイ素化合物の重合を行わないことで、比較用トナー粒子3(ブラック及びシアン)を得た。
(実施例1)
トナー粒子1をそのままトナー1として用いた。シアントナーの重量平均粒径は7.0μm、ブラックトナーの重量平均粒径は6.5μmであった。ブラックトナーのプロセスカートリッジ(PK)を第1ステーションとして、1次転写性、2次転写性及び文字画質の下記耐久評価を行った。
トナー1に関する各分析結果を表2に示す。なお、表2の結果はシアントナーの結果であるが、ブラックトナーも同等の物性を有している。
Figure 0007080756000006
<耐久評価の方法>
市販のキヤノン製レーザービームプリンタLBP7700Cを本実施例の構成となるよう改造した改造機を用いた。改造点は、評価機本体及びソフトウェアを変更することにより、現像ローラーの回転速度が360mm/secとなるようにした。
LBP7700Cのトナーカートリッジにトナーを装填し、そのトナーカートリッジを常温常湿NN(25℃/50%RH)の環境下で24時間放置した。当該環境下で24時間放置後のトナーカートリッジを上記に取り付けた。4本のカートリッジの内、3本にシアントナーを40g充填し、残りの一本にブラックトナーを40g充填した。ブラックトナーを充填したカートリッジの位置については後述する。
転写性及び耐久使用による転写性の低下の評価においては、NN環境で左右に余白を50mmずつとり中央部に、5.0%の印字率の画像をA4用紙横方向で7500枚までプリントアウトして、初期画像と7500枚出力後に評価を行った。
<1次転写性評価>
1次転写性の評価は次のようにして行った。ブラックトナーが充填されたカートリッジを用いて、ブラックの100%ベタ画像を出力した。画像形成時に電源オフすることで本体を画像形成中に強制停止させ、感光体上の転写残トナーを透明なポリエステル製の粘着
テープを用いてテーピングしてはぎ取った。はぎ取った粘着テープを紙上に貼ったものの濃度から、粘着テープのみを紙上に貼ったものの濃度を差し引いた濃度差を算出した。濃度測定は5箇所行い相加平均値を求めた。
そして、その濃度差の値から、以下のようにして判定した。なお、濃度はX-Riteカラー反射濃度計(X-rite社製、X-rite 500Series)で測定した
。C以上を良好と判断した。
(評価基準)
A:濃度差が0.03未満
B:濃度差が0.03以上0.05未満
C:濃度差が0.05以上0.10未満
D:濃度差が0.10以上
<2次転写性評価>
2次転写性の評価は次のようにして行った。シアンカートリッジを充填した3つのカートリッジの内、最も上流部に位置したカートリッジとその一つ下流のカートリッジを用いて、100%ベタ画像を2回重ねた200%ベタ画像をキヤノン製高白色用紙GF-C081に出力した。その際に2次転写ローラ11に印加する正極性の電圧の値を変えながら、紙上の画像濃度が最も高くなる電圧の値Vstを決定する。
次に前記Vstの電圧を2次転写ローラ11に印加させてブラックの100%ベタ画像をキヤノン製高白色用紙GF-C081に出力し、紙上の濃度を測定した。なお、濃度はX-Riteカラー反射濃度計(X-rite社製、X-rite 500Series
)を用いて、C以上を良好と判断した。
(評価基準)
A:濃度が1.30以上
B:濃度が1.20以上1.30未満
C:濃度が1.15以上1.20未満
D:濃度が1.15未満
<文字画質評価>
キヤノン製高白色用紙GF-C081にMS明朝10.5ptの「電」の字を印字し、キーエンス社VHX-2000顕微鏡を用いて50倍で「電」の字を観察し、飛び散りや文字のギザギザ度合いを主観評価した。C以上を良好と判断した。
(評価基準)
A:飛び散り、ギザギザ感がほとんどないレベル
B:極軽微な飛び散りレベルで、わずかにキザギザ感があるレベル
C:オフィス用途で許容できる限界のレベル
D:オフィス用途で許容できないレベル
トナー1の評価結果を表3に示す。
Figure 0007080756000007
<トナー2~12及び比較トナー1~4の評価>
トナー粒子2~12、比較トナー粒子1及び2はそのままトナー2~12、比較トナー1及び2として用い、評価した。
比較トナー3及び4は比較トナー粒子3に対して下記条件にて外添を行い、比較トナー3,4を作製して評価した。
・比較トナー3の作製
まず下記に示すように有機ケイ素微粒子Aを合成した。
反応容器にイオン交換水500gを仕込み、48%水酸化ナトリウム水溶液0.2gを添加して水溶液とした。この水溶液にメチルトリメトキシラン65g及びテトラエトキシラン50gを添加し、温度を13~15℃に保ちながら1時間加水分解反応を行ない、更に20%ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム水溶液2.5gを添加し、同温度で3時間加水分解反応を行なった。約4時間でシラノール化合物を含有する透明な反応物を得た。
次いで、得られた反応物の温度を70℃に保持しながら5時間縮合反応を行なって、有機ケイ素化合物からなる微粒子を含有する水性懸濁液を得た。この水性懸濁液をメンブランフィルターで濾過し、通過液状部を遠心分離機に供して白色微粒子を分離した。分離した白色微粒子を水洗し、150℃で5時間、熱風乾燥を行って有機ケイ素微粒子Aを得た。
有機ケイ素微粒子Aについて走査型電子顕微鏡による観察を行なったところ、この有機ケイ素微粒子Aは中空半球状体であり、画像解析を行い半球の長径及び短径の個数平均粒子径(μm)を算出すると、長径180nm及び短径80nmであった。
比較トナー粒子3:100部に、有機ケイ素微粒子Aを3.0部添加しヘンシェルミキサーにて攪拌翼の周速20m/sで混合し、そののち個数平均粒子径12nmのヘキサメチルジシラザン処理された疎水性シリカ1.5部をヘンシェルミキサーにて攪拌翼の周速20m/sで混合し比較トナー3を作製した。
・比較トナー4の作製
比較トナー3の作製で、有機ケイ素微粒子Aを疎水性ゾルゲルシリカ(日本アエロジル社製:個数平均径80nm)に変更し、ヘンシェルミキサー撹拌翼の周速を20m/sか
ら40m/sに変更した以外は同様にして比較トナー4を作製した。
各トナーの分析の結果を表2に示す。
(実施例2)
ブラックトナーのプロセスカートリッジ(PK)を第4ステーションとした以外、実施例1と同じである。1次転写性、2次転写性及び文字画質の耐久結果を表3に示す。
なお、第1ステーションが最も上流にあり、第4ステーションが最も下流にある。
(実施例3~13)
トナー1の代わりに表3に示すトナー2~12を用いた以外、実施例2と同じである。1次転写性、2次転写性及び文字画質の耐久結果を表3に示す。
(比較例1~4)
トナー1の代わりに表3に示す比較トナー1~4を用いた以外、実施例2と同じである。1次転写性、2次転写性及び文字画質の耐久結果を表3に示す。
(比較例5)
ブラックトナーの重量平均粒径を7.0μmとした以外、実施例2と同じである。1次転写性、2次転写性及び文字画質の耐久結果を表3に示す。
(比較例6)
シアントナーの重量平均粒径を6.5μmとした以外、実施例2と同じである。1次転写性、2次転写性及び文字画質の耐久結果を表3に示す。
以上、表3に示す通り、上記構成の実施例1~13において、耐久使用を通じて1次転写性、2次転写性及び文字画質を良好なレベルにできている。
100:画像形成装置、8:中間転写体、9:駆動ローラ、10:従動ローラ、11:2次転写ローラ(転写部材)、12:給搬送装置、13:転写材カセット、14:給送ローラ、15:搬送ローラ対、16レジストローラ対、17:定着装置、20:排出ローラ対、21:クリーニングブレード、22:廃トナー回収容器
30:画像形成部、40:中間転写体ユニット、50:排出トレイ、
S:転写材、P(PY、PM、PC、PK):プロセスカートリッジ、4Y、4M、4C、4K:ドラムクリーニングブレード、23Y、23M、23C、23K:トナー容器24Y、24M、24C、24K:廃トナー容器、
101Y、101M、101C、101K:像担持体(感光体)、102Y、102M、102C、102K:帯電ローラ、103Y、103M、103C、103K:現像ローラ、106Y、106M、106C、106K:1次転写ローラ(転写部材)、107Y、107M、107C、107K:レーザユニット、
1:STEM画像、2:トナー粒子、3:トナー粒子表面、4:凸部

Claims (7)

  1. トナー及び像担持体を有し、色毎に異なる画像を形成する複数のプロセスカートリッジ、並びに
    該像担持体から1次転写されたトナー像を転写材に2次転写するために搬送する中間転写体、
    を有する画像形成装置であって、
    該トナーは、トナー母粒子及び該トナー母粒子表面の有機ケイ素重合体を含有するトナー粒子を有し、
    該有機ケイ素重合体は、下記式(1)で表される構造を有し、
    該有機ケイ素重合体は、該トナー母粒子表面に凸部を形成し、
    走査透過型電子顕微鏡STEMによる該トナーの断面観察によって、トナー母粒子表面の周に沿った線を描き、該周に沿った線を基準に変換した水平画像において、
    該凸部と該トナー母粒子とが連続した界面を形成している部分における該周に沿った線の長さを凸幅wとし、該凸幅wの法線方向において該凸部の最大長を凸径Dとし、該凸径Dを形成する線分における該凸部の頂点から該周に沿った線までの長さを凸高さHとしたとき、
    該凸高さHが40nm以上300nm以下である該凸部において、
    該凸幅wに対する該凸径Dの比D/wが0.33以上0.80以下となる該凸部の個数割合P(D/w)が、70個数%以上であり、
    該複数のプロセスカートリッジの一つが、カーボンブラックを含むブラックトナーを有し、
    該ブラックトナーの重量平均粒径が、その他のプロセスカートリッジに含まれるトナーの重量平均粒径よりも小さいことを特徴とする画像形成装置。
    Figure 0007080756000008

    (式中、Rは炭素数1以上6以下のアルキル基又はフェニル基を示す。)
  2. 走査透過型電子顕微鏡STEMによる前記トナーの断面観察において、
    前記水平画像の幅を周囲長Lとし、
    前記水平画像に存在する前記有機ケイ素重合体の前記凸部のうち、凸高さHが40nm以上300nm以下となる凸部の前記凸幅wの合計をΣwとしたとき、
    Σw/Lが、0.30以上0.90以下である請求項1に記載の画像形成装置。
  3. 前記トナーの前記有機ケイ素重合体の固着率が、80質量%以上である請求項1又は2に記載の画像形成装置。
  4. 前記ブラックトナーを有する前記プロセスカートリッジが、前記複数のプロセスカートリッジの中で最も下流に位置する請求項1~3のいずれか一項に記載の画像形成装置。
  5. 前記ブラックトナーの重量平均粒径と、前記その他のプロセスカートリッジに含まれるトナーの重量平均粒径との差が、1.5μm以下である請求項1~4のいずれか一項に記載の画像形成装置。
  6. 前記凸高さHが40nm以上300nm以下である前記凸部において、前記凸高さHの累積分布をとり、前記凸高さHの小さい方から積算して80個数%にあたる前記凸高さをH80としたとき、該H80が65nm以上である請求項1~5のいずれか一項に記載の画像形成装置。
  7. 前記Rが、炭素数1以上6以下のアルキル基である請求項1~6のいずれか一項に記載の画像形成装置。
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Families Citing this family (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7204413B2 (ja) 2018-10-19 2023-01-16 キヤノン株式会社 トナー
JP7210222B2 (ja) 2018-10-19 2023-01-23 キヤノン株式会社 トナー
US10809639B2 (en) 2018-11-07 2020-10-20 Canon Kabushiki Kaisha Toner
JP7267740B2 (ja) 2018-12-28 2023-05-02 キヤノン株式会社 トナー
US11003105B2 (en) 2018-12-28 2021-05-11 Canon Kabushiki Kaisha Toner and toner manufacturing method
JP7443047B2 (ja) 2018-12-28 2024-03-05 キヤノン株式会社 トナー
JP7207998B2 (ja) 2018-12-28 2023-01-18 キヤノン株式会社 トナー
JP7391658B2 (ja) 2018-12-28 2023-12-05 キヤノン株式会社 トナー
JP7286314B2 (ja) 2018-12-28 2023-06-05 キヤノン株式会社 トナー
US11112712B2 (en) 2019-03-15 2021-09-07 Canon Kabushiki Kaisha Toner
JP7301637B2 (ja) 2019-07-02 2023-07-03 キヤノン株式会社 トナー
JP7309481B2 (ja) 2019-07-02 2023-07-18 キヤノン株式会社 トナー
US11599036B2 (en) 2019-08-29 2023-03-07 Canon Kabushiki Kaisha Toner
JP7330821B2 (ja) 2019-08-29 2023-08-22 キヤノン株式会社 トナー
JP7512164B2 (ja) 2019-10-18 2024-07-08 キヤノン株式会社 電子写真装置、プロセスカートリッジ、及びカートリッジセット
JP7433923B2 (ja) 2020-01-16 2024-02-20 キヤノン株式会社 画像形成方法及び画像形成装置
JP2021148843A (ja) * 2020-03-16 2021-09-27 キヤノン株式会社 トナー
JP7483428B2 (ja) * 2020-03-16 2024-05-15 キヤノン株式会社 トナー
JP7455624B2 (ja) * 2020-03-16 2024-03-26 キヤノン株式会社 トナー
JP7547065B2 (ja) * 2020-03-30 2024-09-09 キヤノン株式会社 画像形成装置
JP7500260B2 (ja) 2020-04-10 2024-06-17 キヤノン株式会社 トナー
JP7512089B2 (ja) 2020-06-01 2024-07-08 キヤノン株式会社 トナー
JP2022022128A (ja) 2020-07-22 2022-02-03 キヤノン株式会社 トナー
JP2022022127A (ja) 2020-07-22 2022-02-03 キヤノン株式会社 トナー
JP7504695B2 (ja) 2020-07-28 2024-06-24 キヤノン株式会社 画像形成装置
JP7504696B2 (ja) 2020-07-28 2024-06-24 キヤノン株式会社 画像形成装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000284524A (ja) 1999-01-28 2000-10-13 Ricoh Co Ltd 電子写真用トナー、該トナーを含有した現像剤およびこれらを用いたカラー画像形成方法とローラ定着装置
JP2004325756A (ja) 2003-04-24 2004-11-18 Canon Inc トナー及びその製造方法
JP2016200815A (ja) 2015-04-08 2016-12-01 キヤノン株式会社 トナー

Family Cites Families (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3943781B2 (ja) * 1998-11-18 2007-07-11 キヤノン株式会社 トナー及びその製造方法
JP2003015344A (ja) * 2001-07-04 2003-01-17 Konica Corp カラー画像形成方法
US7135263B2 (en) 2003-09-12 2006-11-14 Canon Kabushiki Kaisha Toner
JP2005099240A (ja) * 2003-09-24 2005-04-14 Konica Minolta Business Technologies Inc 画像形成方法
CN101258450B (zh) 2005-11-08 2012-06-06 佳能株式会社 调色剂和图像形成方法
CN102520596B (zh) 2007-02-02 2013-10-02 佳能株式会社 双组分显影剂、补充显影剂和图像形成方法
JP5223382B2 (ja) 2007-03-15 2013-06-26 株式会社リコー 静電潜像現像トナー用の有機シリコーン微粒子、トナー用外添剤、静電荷像現像用トナー、静電荷像現像用現像剤、画像形成方法、及びプロセスカートリッジ
JP2009036980A (ja) 2007-08-01 2009-02-19 Sharp Corp トナー、二成分現像剤及び画像形成装置
EP2058705B1 (en) 2007-11-08 2015-09-09 Canon Kabushiki Kaisha Toner and image forming process
JP5506325B2 (ja) 2009-10-22 2014-05-28 キヤノン株式会社 トナー
US8652725B2 (en) 2009-12-04 2014-02-18 Canon Kabushiki Kaisha Toner
KR101665508B1 (ko) * 2009-12-18 2016-10-13 삼성전자 주식회사 전자사진용 토너 및 그의 제조방법
WO2011142482A1 (en) 2010-05-12 2011-11-17 Canon Kabushiki Kaisha Toner
JP5825849B2 (ja) 2010-06-15 2015-12-02 キヤノン株式会社 トナーの製造方法
KR20120095152A (ko) * 2011-02-18 2012-08-28 삼성전자주식회사 정전하상 현상용 토너, 그 제조방법, 이 토너를 채용한 토너 공급 수단 및 화상 형성 장치
JP5971985B2 (ja) 2012-02-29 2016-08-17 キヤノン株式会社 トナーの製造方法
US8940467B2 (en) 2012-02-29 2015-01-27 Canon Kabushiki Kaisha Toner
US9261806B2 (en) 2013-08-01 2016-02-16 Canon Kabushiki Kaisha Toner
JP2015045849A (ja) 2013-08-01 2015-03-12 キヤノン株式会社 トナー
JP6381358B2 (ja) 2013-08-26 2018-08-29 キヤノン株式会社 トナー
US9658551B2 (en) 2013-10-09 2017-05-23 Canon Kabushiki Kaisha Toner
CN104570633B (zh) 2013-10-09 2018-08-31 佳能株式会社 调色剂
JP6478553B2 (ja) 2013-10-09 2019-03-06 キヤノン株式会社 トナー
JP6324252B2 (ja) 2014-07-28 2018-05-16 キヤノン株式会社 画像形成装置
JP6643111B2 (ja) 2015-02-25 2020-02-12 キヤノン株式会社 トナー
JP6738183B2 (ja) 2015-05-27 2020-08-12 キヤノン株式会社 トナー
DE102016009868B4 (de) 2015-08-28 2021-03-18 Canon Kabushiki Kaisha Toner
JP6643121B2 (ja) 2016-02-03 2020-02-12 キヤノン株式会社 トナー
JP6727872B2 (ja) 2016-03-18 2020-07-22 キヤノン株式会社 トナー及びトナーの製造方法
US9964879B2 (en) 2016-03-18 2018-05-08 Canon Kabushiki Kaisha Toner and method for producing toner
JP6855289B2 (ja) 2016-03-18 2021-04-07 キヤノン株式会社 トナー及びトナーの製造方法
JP6808542B2 (ja) 2016-03-18 2021-01-06 キヤノン株式会社 トナー及びトナーの製造方法
US10503090B2 (en) 2017-05-15 2019-12-10 Canon Kabushiki Kaisha Toner

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000284524A (ja) 1999-01-28 2000-10-13 Ricoh Co Ltd 電子写真用トナー、該トナーを含有した現像剤およびこれらを用いたカラー画像形成方法とローラ定着装置
JP2004325756A (ja) 2003-04-24 2004-11-18 Canon Inc トナー及びその製造方法
JP2016200815A (ja) 2015-04-08 2016-12-01 キヤノン株式会社 トナー

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JP2020012942A (ja) 2020-01-23
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