JP2017003779A - 静電荷像現像用トナー - Google Patents
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Abstract
【解決手段】少なくとも非晶性樹脂および結晶性樹脂を含有するトナー粒子を含む静電荷像現像用トナーであって、ルテニウム染色した該トナー粒子断面において、該結晶性樹脂全体に対して該トナー粒子表面から中心方向に0.3μm以内の位置(エリアA)に存在する該結晶性樹脂が20面積%以下、かつ該トナー粒子表面から中心方向に下記式を満たす(Y)μm以上の位置(エリアB)に存在する該結晶性樹脂が30面積%以下であることを特徴とする静電荷像現像用トナーにより達成される。
【選択図】図1
Description
ルテニウム染色した該トナー粒子断面において、該結晶性樹脂全体に対して該トナー粒子表面から中心方向に0.3μm以内の位置(エリアA)に存在する該結晶性樹脂が20面積%以下、かつ該トナー粒子表面から中心方向に下記式を満たす(Y)μm以上の位置(エリアB)に存在する該結晶性樹脂が30面積%以下であることを特徴とする静電荷像現像用トナー。
ルテニウム染色した該トナー粒子断面において、該離型剤全体に対して前記エリアAに存在する離型剤が10面積%以下、かつ前記エリアBに存在する該離型剤が64面積%以上であることを特徴とする1項または2項に記載の静電荷像現像用トナー。
本発明の一形態に係る静電荷像現像用トナーは、少なくとも非晶性樹脂および結晶性樹脂を含有するトナー粒子を含むである。さらに、ルテニウム染色した該トナー粒子の断面において、該結晶性樹脂全体に対して該トナー粒子の表面から中心方向に0.3μm以内の位置(エリアA)に存在する該結晶性樹脂が20面積%以下、かつ該トナー粒子の表面から中心方向に下記式を満たす(Y)μm以上の位置(エリアB)に存在する該結晶性樹脂が30面積%以下であることを特徴とするものである。ここで、式:(Y)=0.15×(X)+0.3(式中の(X)は、トナー粒子の体積基準のメジアン粒径(μm)を表す。)。かかる構成を有することで、上記した発明の効果を有効に発現し得るものである。
本発明に係る静電荷像現像用トナーのトナー粒子は、結着樹脂(バインダー樹脂)として非晶性樹脂および結晶性樹脂を含有するものである。また、トナー粒子は、必要に応じて、離型剤、着色剤、磁性粉、荷電制御剤などの他のトナー粒子の構成成分を含有してもよい。また、本発明のトナー粒子は、水系媒体中で作製される湿式の製造方法(例えば、乳化凝集法など)により得られるものであることが好ましい。
本発明に係るトナー粒子は、結着樹脂(バインダー樹脂)として、非晶性樹脂および結晶性樹脂を含む。
非晶性樹脂について特に制限はなく、本技術分野における従来公知の非晶性樹脂が用いられうるが、なかでも非晶性樹脂は非晶性のビニル系樹脂を含むことが好ましい。非晶性樹脂がビニル系樹脂を含むことで、低コストかつ低温定着が可能という利点がある。ここで、「ビニル系樹脂」とは、少なくともビニル系単量体を用いた重合により得られる樹脂である。非晶性のビニル系樹脂として、具体的には、アクリル樹脂、スチレンアクリル共重合体樹脂などが挙げられる。なかでも、非晶性のビニル系樹脂としては、スチレン系単量体および(メタ)アクリル酸エステル系単量体を用いて形成されるスチレンアクリル共重合体樹脂が好ましい。
スチレン系単量体としては、例えば、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、α−メチルスチレン、p−フェニルスチレン、p−エチルスチレン、2,4−ジメチルスチレン、p−tert−ブチルスチレン、p−n−ヘキシルスチレン、p−n−オクチルスチレン、p−n−ノニルスチレン、p−n−デシルスチレン、p−n−ドデシルスチレンおよびこれらの誘導体などが挙げられる。
(メタ)アクリル酸エステル系単量体としては、例えば、(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n−ブチル、(メタ)アクリル酸イソプロピル、(メタ)アクリル酸イソブチル、(メタ)アクリル酸t−ブチル、(メタ)アクリル酸n−オクチル、(メタ)アクリル酸2−エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸ステアリル、(メタ)アクリル酸ラウリル、(メタ)アクリル酸フェニル、(メタ)アクリル酸ジエチルアミノエチル、(メタ)アクリル酸ジメチルアミノエチルおよびこれらの誘導体などが挙げられる。
ビニルエステル類(の単量体)としては、例えば、プロピオン酸ビニル、酢酸ビニル、ベンゾエ酸ビニルなどが挙げられる。
ビニルエーテル類(の単量体)としては、例えば、ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテルなどが挙げられる。
ビニルケトン類(の単量体)としては、例えば、ビニルメチルケトン、ビニルエチルケトン、ビニルヘキシルケトンなどが挙げられる。
N−ビニル化合物類(の単量体)としては、例えば、N−ビニルカルバゾール、N−ビニルインドール、N−ビニルピロリドンなどが挙げられる。
その他の単量体としては、例えば、ビニルナフタレン、ビニルピリジンなどのビニル化合物類、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、アクリルアミドなどのアクリル酸あるいはメタクリル酸誘導体などが挙げられる。
結晶性樹脂についても特に制限はなく、本技術分野における従来公知の結晶性樹脂が用いられうるが、なかでも結晶性樹脂は結晶性ポリエステル樹脂を含むことが好ましい。ここで、「結晶性樹脂」とは、(2価以上のカルボン酸(多価カルボン酸)と、2価以上のアルコール(多価アルコール)との重縮合反応によって得られる公知のポリエステル樹脂のうち、)示差走査熱量測定(DSC)において、階段状の吸熱変化ではなく、明確な吸熱ピークを有する樹脂をいう。明確な吸熱ピークとは、具体的には、示差走査熱量測定(DSC)において、昇温速度10℃/minで測定した際に、吸熱ピークの半値幅が15℃以内であるピークのことを意味する。
ハイブリッド結晶性樹脂を構成するビニル系重合セグメントは、ビニル系単量体を重合して得られた樹脂から構成される。ここで、ビニル系単量体としては、ビニル系樹脂を構成する単量体として上述したものが同様に用いられうるため、ここでは詳細な説明を省略する。なお、ハイブリッド結晶性樹脂中におけるビニル系重合セグメントの含有量は、5〜30質量%の範囲内であることが好ましく、5〜20質量%の範囲内であることがより好ましく、5〜10質量%の範囲内であることがより好ましい。この範囲内であると、ビニル系非晶性樹脂との親和性(相溶性)および結晶としての安定性がいう利点がある。
ハイブリッド樹脂を構成するポリエステル重合セグメントは、多価カルボン酸と多価アルコールとを触媒の存在下で、重縮合反応を行うことにより製造された結晶性ポリエステル樹脂から構成される。ここで、多価カルボン酸および多価アルコールの具体的な種類については、上述した通りであるため、ここでは詳細な説明を省略する。
両反応性単量体とは、ポリエステル重合セグメントとビニル系重合セグメントとを結合する単量体で、分子内に、ポリエステル重合セグメントを形成するヒドロキシ基、カルボキシ基、エポキシ基、第1級アミノ基および第2級アミノ基から選択される基と、ビニル系重合セグメントを形成するエチレン性不飽和基との双方を有する単量体である。両反応性単量体は、好ましくはヒドロキシ基またはカルボキシ基とエチレン性不飽和基とを有する単量体であることが好ましい。さらに好ましくは、カルボキシ基とエチレン性不飽和基とを有する単量体であることが好ましい。すなわち、ビニル系カルボン酸であることが好ましい。
ハイブリッド結晶性樹脂を製造する方法としては、既存の一般的なスキームを使用することができる。代表的な方法としては、次の三つが挙げられる。
本発明に係るトナーにおいては、トナー粒子の断面に、結晶性樹脂、特にハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂から構成されるラメラ状結晶構造を有しているのが好ましい。ハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂は、主鎖となるスチレンアクリル樹脂ユニット(ビニル系重合セグメント)に、結晶性ポリエステル樹脂ユニット(ポリエステル重合セグメント)が、側鎖として化学的に結合した構造を有している。その結果、ハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂は櫛形状の分子構造を有している。このような櫛形状の分子構造は、結晶性ポリエステル樹脂ユニットが、例えばポリエステル樹脂とは異なる樹脂中で、折りたたまれて結晶化することによりラメラ状結晶構造を構成することとなる。
・試料:四酸化ルテニウム(RuO4)によって染色したトナー粒子の切片(切片の厚さ:60〜100nm)
・加速電圧:80kV
・倍率:20,000倍、明視野像。
本発明に係るトナーにおいて、トナー粒子が離型剤を含有するものとして構成される場合においては、離型剤はマトリクス相(図1の符号12の非晶性樹脂)およびドメイン相(図1の符号13の結晶性樹脂)のいずれに含有されていてもよいが、定着時の離型剤の表面染み出しの観点から特にマトリクス相に含有されている方が好ましい。
本発明に係るトナーにおいて、トナー粒子が着色剤を含有するものとして構成される場合においては、着色剤はマトリクス相(図1の符号12の非晶性樹脂)およびドメイン相(図1の符号13の結晶性樹脂)のいずれに含有されていてもよいが、着色剤の分散性の観点から特にマトリクス相に含有されている方が好ましい。
本発明に係るトナーにおいて、トナー粒子が荷電制御剤を含有するものとして構成される場合においては、荷電制御剤はマトリクス相(図1の符号12の非晶性樹脂)およびドメイン相(図1の符号13の結晶性樹脂)のいずれに含有されていてもよいが、帯電制御剤の分散性の観点から特にマトリクス相に含有されている方が好ましい。
図1に示されるように、本発明の静電荷像現像用トナーに含まれる、少なくとも非晶性樹脂12および結晶性樹脂11を含有するトナー粒子10では、ルテニウム染色した該トナー粒子断面において、結晶性樹脂全体に対して該トナー粒子表面から中心方向に0.3μm以内の位置(エリアA)(符号A)に存在する結晶性樹脂11が、20面積%以下であることを特徴とするものである。エリアAに存在する結晶性樹脂11が、20面積%以下であれば、画像不良が発生しない十分なトナー粒子の粉体としての流動性を確保することができる。詳しくは、結晶性樹脂11がトナー粒子表面近傍(エリアA)(符号A)に上記面積比率より多く存在すると、非晶性樹脂12の相溶による可塑化やトナー粒子10表面の形状異形化により粉体流動性が悪化するため、トナー粒子10表面から0.3μm以内の位置(エリアA)(符号A)に上記面積比率より多く存在させないようにすることで、トナー粒子10の粉体としての流動性の低下を抑制できるものである。一方、図2に示す従来の静電荷像現像用トナーに含まれるトナー粒子20のように、ルテニウム染色した該トナー粒子断面において、トナー粒子表面から1μm以内のエリアDに結晶性樹脂21を90%以上存在(偏在)させた場合(即ち、エリアAに存在する該結晶性樹脂が20面積%を超える場合)には、トナー粒子20表面において、結晶性樹脂(結晶性ポリエステル樹脂)21とトナーバインダー樹脂(結着樹脂、主に非晶性樹脂22)との相溶による可塑化が発生し、トナー粒子20の粉体としての流動性が低下する。流動性が低下すると機内でのトナーとキャリアの混合性が下がる。混合性が低下することで、トナー同士やトナーとキャリア間の摩擦帯電性が低下し帯電不良が発生することで、画像濃度の低下(紙上の文字等の画像の濃さが薄くなる)や飛散などの画質悪化が発生するため好ましくない。以上の点から、トナーの粉体流動性をより一層高め、より良好な画質(カブリや画像荒れが発生しない画質)を提供するには、エリアA(符号A)に存在する結晶性樹脂11は、10面積%以下がより好ましい。図2のトナー粒子20の断面において、トナー粒子表面から1μm以内のエリアD以外の領域は、エリアE(符号E)としている。
図1に示されるように、本発明の静電荷像現像用トナーに含まれる、少なくとも非晶性樹脂12および結晶性樹脂11を含有するトナー粒子10では、ルテニウム染色した該トナー粒子断面において、結晶性樹脂全体に対して該トナー粒子表面から中心方向に下記式を満たす(Y)μm以上の位置(エリアB)(符号B)に存在する該結晶性樹脂11が、30面積%以下であることを特徴とするものである。エリアB(符号B)に存在する結晶性樹脂11が、30面積%以下であれば、低温定着に効果が小さいトナー粒子中心付近(エリアB)(符号B)に存在する結晶性樹脂11を一定量以下に減らすことができ、定着後の画像の折り曲げ強度の低下を抑制できる。詳しくは、トナー粒子10の中心周辺(エリアB)(符号B)に存在する結晶性樹脂11は、定着器の熱による溶融およびトナーバインダー樹脂(結晶性樹脂11以外の結着樹脂、主に非晶性樹脂12)との相溶がしづらいため、定着画像を形成するトナー層中に粒界を持ったドメインとして残りやすく、かつ結晶性樹脂11自身がもろいため、トナー層中でトナー粒子10の中心近傍(エリアB)(符号B)に存在していた結晶性樹脂11付近は靱性が低くなり、定着後の画像の折り曲げ強度が悪化するという課題が発生するため好ましくない。以上の点から、定着後の画像の折り曲げ強度をより一層高めるには、エリアB(符号B)に存在する結晶性樹脂11は、20面積%以下がより好ましい。
図1に示されるように、本発明の静電荷像現像用トナーに含まれる、少なくとも非晶性樹脂12および結晶性樹脂11を含有するトナー粒子10では、ルテニウム染色した該トナー粒子断面において、結晶性樹脂全体に対して前記エリアA(符号A)からエリアB(符号B)の間のエリアC(符号C)に存在する該結晶性樹脂11が、50面積%以上であることを特徴とするものである。エリアC(符号C)に存在する結晶性樹脂11が、50面積%以上であれば、トナー粒子10表面近傍(エリアA)(符号A)と中心近傍(エリアB)(符号B)の間のエリアC(符号C)に結晶性樹脂11を偏在させることができ、低温定着を達成することができる点で優れている。言い換えれば、エリアC(符号C)に存在する該結晶性樹脂11が50面積%未満の場合には、低温定着が困難となるほか、相対的にエリアA(符号A)やエリアBに存在する結晶性樹脂11の面積比率が増加し、上記したように画像不良が発生しない十分な流動性を確保するのが困難となるほか、定着後の画像の折り曲げ強度の低下を抑制するのが困難となるため好ましくない。以上の点から、画質や画像の折り曲げ強度をより一層向上するには、エリアC(符号C)に存在する結晶性樹脂11は、70面積%以上がより好ましい。
図1に示されるように、本発明の静電荷像現像用トナーに含まれる、少なくとも非晶性樹脂12および結晶性樹脂11を含有するトナー粒子10が、さらに離型剤13を含む場合、ルテニウム染色した該トナー粒子断面において、離型剤全体に対して前記エリアA(符号A)に存在する離型剤(図示せず)が、26面積%以下であるのが好ましく、10面積%以下であるのがより好ましい。エリアA(符号A)に存在する離型剤が、10面積%以下であれば、画像不良が発生しない十分なトナー粒子10の粉体としての流動性を確保することができる。詳しくは、離型剤がトナー粒子10表面近傍(エリアA)(符号A)に上記面積比率より多く存在すると、離型剤が結晶性樹脂11とは相溶しないため、(更には結晶性樹脂11と非晶性樹脂12の相溶による可塑化や)トナー粒子10表面の形状異形化(ゴツゴツした形状や平板化となること)により、トナー粒子10の粉体としての流動性が悪化するため、トナー粒子10表面から0.3μm以内の位置(エリアA)(符号A)に上記面積比率より多く存在させないようにすることで、トナー粒子10の粉体としての流動性の低下を抑制できるものである。即ち、離型剤全体に対して前記エリアA(符号A)に存在する離型剤が、10面積%以下であれば、トナー粒子10表面において、離型剤(図示せず)と結晶性樹脂11とが相溶しないためにトナー粒子10表面の形状異形化するのを抑制し、結晶性樹脂11とトナーバインダー樹脂(結晶性樹脂以外の結着樹脂、主に非晶性樹脂12)との相溶による可塑化が発生するのを抑制し、トナー粒子10の粉体としての流動性を確保し、機内でのトナーとキャリアの混合性を高め、トナー同士やトナーとキャリア間の摩擦帯電性が高めることで、帯電不良の発生を防止し、画像濃度の低下(紙上の文字等の画像の濃さが薄くなる)や飛散などの画質悪化(カブリや画像荒れ)を効果的に防止することができるものである。
図1に示されるように、本発明の静電荷像現像用トナーに含まれる、少なくとも非晶性樹脂12および結晶性樹脂11を含有するトナー粒子10が、さらに離型剤13を含む場合、ルテニウム染色した該トナー粒子断面において、離型剤全体に対して前記エリアB(符号B)に存在する離型剤13が、50面積%以上であるのが好ましく、64面積%以上であるのがより好ましい。エリアB(符号B)に存在す離型剤13が、64面積%以上であれば、トナー定着時、定着温度が低い場合には、離型剤(ワックス)13の染み出しが抑えられ、定着性が良くなり、画像折り曲げ強度が上がる点で優れている(なお、定着温度が高き場合でも、紙の分離性(離型性)は、従来と同等程度確保できる)。
図1に示されるように、本発明の静電荷像現像用トナーに含まれる、少なくとも非晶性樹脂12および結晶性樹脂11を含有するトナー粒子10が、さらに離型剤13を含む場合、ルテニウム染色した該トナー粒子断面において、離型剤全体に対して前記エリアA(符号A)からエリアB(符号B)の間のエリアC(符号C)に存在する該離型剤(図示せず)が、36面積%以下であるのが好ましい。エリアC(符号C)に存在する離型剤が、36面積%以下であれば、トナー粒子10表面近傍(エリアA)(符号A)の離型剤(図示せず)の量を減らし、中心近傍(エリアB)(符号B)に離型剤13を偏在させることができ、画像不良が発生しない十分なトナー粒子10の粉体としての流動性を確保することができ、更にトナー粒子10の定着性が良くなり、画像折り曲げ強度を向上することができ、低温定着を達成することができる点で優れている。以上の点から、画質や画像の折り曲げ強度をより一層向上するには、エリアC(符号C)に存在する離型剤は、20〜30面積%の範囲がより好ましい。
本発明のトナー粒子10の体積基準のメジアン粒径は、3μm以上8μm以下が好ましい。トナー粒子10の体積基準のメジアン粒径が3μm以上8μm以下の範囲において、トナー粒子の粉体としての特性(特に流動性)が向上し、更にトナー・キャリア間の付着力が適正であり、良好な画像が出力できるためである。具体的には、トナー粒子10の体積基準のメジアン粒径が3μm以上であれば、トナー・キャリア間の付着力が強くなりすぎることもなく適正な付着力を保持できる。そのため、現像性が低くなるのを防止し、画像濃度低下が発生するのを効果的に防止することができる点で優れている。一方、トナー粒子10の体積基準のメジアン粒径が8μm以下であれば、トナー・キャリア間の付着力が小さくなりすぎることもなく適正な付着力を保持できる。そのため、カブリなどの画像不良が発生するのを効果的に防止することができる点で優れている。以上の点から、トナー・キャリア間の付着力がより適正であり、より良好な画像が出力するには、トナー粒子10の体積基準のメジアン粒径は、4μm以上7.5μm以下の範囲がより好ましい。
また、以下のトナー粒子10の製造方法に示すように、本発明では、エリアB、C、Aをそれぞれ構成する非晶性樹脂12、結晶性樹脂11、離型剤13および着色剤(図示せず)の各投入量(含有量)を制御(コントロール)した上で、製造段階のエリアB(符号B)に相当する会合粒子の体積基準のメジアン粒径、更にエリアB(符号B)+エリアC(符号C)に相当する会合粒子(=エリアA(符号A)を除いた会合粒子)の体積基準のメジアン粒径、更にはトナー粒子10(エリアB(符号B)+エリアC(符号C)+エリアA(符号A)に相当する会合粒子の体積基準のメジアン粒径)を制御(コントロール)することで、設計通りのトナー粒子10を自在に作製することができる(各実施例参照)。具体的には、エリアB(符号B)の体積基準のメジアン粒径(直径)としては、トナー内部への離型剤内包化による低温定着性と定着分離性の両立の観点から、1.5〜3.0μmの範囲が好ましく、1.5〜2.5μmの範囲がより好ましい。また、エリアB(符号B)+エリアC(符号C)(=エリアA(符号A)を除いた粒子)の体積基準のメジアン粒径(直径)としては、トナー中の結晶性樹脂ドメインの分散性向上の観点から、2.0〜7.5μmの範囲が好ましく、4.0〜5.5μmの範囲がより好ましい。これらは、製造段階では、以下に説明する粒度分布測定装置(例えば、精密粒度分布測定装置コールター「マルチサイザー3」;コールター・ベックマン社製)で得られた体積基準のメジアン粒径(D50)(μm)である。また、製造後のトナー粒子10の体積基準のメジアン粒径(X)に基づき求める場合には、上記式にトナー粒子10の粒径(X)を代入し、(Y)を満足する領域(エリアB(符号B)の直径)を求めることができる。トナー粒子10の粒径(X)から0.3μmの領域(エリアA(符号A)の範囲)を除くことで、エリアB(符号B)+エリアC(符号C)(=エリアA(符号A)を除いた粒子の直径)を求めることができる。
ルテニウム染色した該トナー粒子断面の結晶性樹脂及び離型剤の面積比率は、以下の1〜4の手順に沿って測定することができる。但し、当業者が容易に想到し得る範囲であれば、測定に使用する材料や試薬や条件(染色条件等)や測定装置等を適宜変更してもよい。
トナー粒子を四酸化ルテニウム(RuO4)蒸気雰囲気下で10分間曝露した後、光硬化性樹脂「D−800」(日本電子株式会社製)中に分散させた後、光硬化させてブロックを形成する。次いで、ダイヤモンド歯を備えたミクロトームを用いて、上記のブロックより厚さ60nmから100nm程度の薄片状のサンプルを切り出し、透過電子顕微鏡観察用の支持膜付きグリッドに載せる。直径5cm(5cmφ)のプラスチックシャーレに濾紙を敷き、その上に切片の載ったグリッドを切片の載った面を上にして載せる。
染色条件(時間、温度、染色剤の濃度および量)は、透過電子顕微鏡観察をする際に各樹脂(主に非晶性樹脂、結晶性樹脂及び離型剤)の区別ができる条件に調整する。例えば、0.5質量%RuO4の染色液2〜3滴を、シャーレ内の2点に滴下し、蓋をし、10分間後、シャーレの蓋を外し染色液の水分が無くなるまで放置する。
・装置:透過型電子顕微鏡「JEM−2000FX」(日本電子株式会社製)
・試料:四酸化ルテニウム(RuO4)によって染色したトナー粒子の切片(切片の厚さ60nmから100nm程度)
・倍率:10,000倍、とする。
断面観察によって得られた画像に対して、まずはトナー粒子表面から0.3μmのエリア(エリアA)とトナー粒子表面から(Y)μm以上のエリア(エリアB)を区分する。
本発明に係る静電荷像現像用トナーは、上記で説明したトナー粒子に加えて、外添剤粒子を含んでもよい。外添剤粒子としては特に制限されないが、数平均1次粒径が2〜800nm程度の無機微粒子が好ましい。外添剤粒子としては、従来公知の外添剤粒子が用いられうる。かような外添剤粒子としては、例えば、シリカ微粒子、アルミナ微粒子、チタニア微粒子などからなる無機酸化物微粒子や、ステアリン酸アルミニウム微粒子、ステアリン酸亜鉛微粒子などの無機ステアリン酸化合物微粒子、あるいは、チタン酸ストロンチウム、チタン酸亜鉛などの無機チタン酸化合物微粒子などが挙げられる。これらは1種単独で、または2種以上を組み合わせて用いることができる。これら無機微粒子はシランカップリング剤やチタンカップリング剤、高級脂肪酸、シリコーンオイルなどによって、耐熱保管性の向上、環境安定性の向上のために、光沢処理が行われていることが好ましい。
本発明に係る静電荷像現像用トナーのガラス転移点(Tg)は、25〜65℃であることが好ましく、より好ましくは35〜55℃である。本発明のトナーのガラス転移点が上記の範囲にあることにより、十分な低温定着性および耐熱保管性(更には粉体の流動性)が両立して得られる。トナーのガラス転移点は、測定試料としてトナーを用いたことの他は上記と同様にして測定されるものである。
本発明に係る静電荷像現像用トナーの平均粒径は、例えば体積基準のメジアン径で3〜8μmであることが好ましく、より好ましくは4〜7.5μmである。この平均粒径は、製造時において使用する凝集剤の濃度や有機溶媒の添加量、融着時間、結着樹脂(バインダー樹脂)の組成などによって制御することができる。体積基準のメジアン径が上記の範囲にあることにより、1200dpiレベルの非常に微小なドット画像を忠実に再現することなどができる。トナーの体積基準のメジアン径は「マルチサイザー3」(ベックマン・コールター社製)に、データ処理用ソフト「Software V3.51」を搭載したコンピューターシステムを接続した測定装置を用いて測定・算出されるものである。具体的には、測定試料(トナー)0.02gを、界面活性剤溶液20mL(外添剤粒子を含むトナー粒子の分散を目的として、例えば界面活性剤成分を含む中性洗剤を純水で10倍希釈した界面活性剤溶液)に添加して馴染ませた後、超音波分散を1分間行い、トナー分散液を調製し、このトナー分散液を、サンプルスタンド内の「ISOTONII」(ベックマン・コールター社製)の入ったビーカーに、測定装置の表示濃度が8%になるまでピペットにて注入する。ここで、この濃度範囲にすることにより、再現性のある測定値を得ることができる。そして、測定装置において、測定粒子カウント数を25000個、アパーチャ径を100μmにし、測定範囲である2〜60μmの範囲を256分割しての頻度値を算出し、体積積算分率の大きい方から50%の粒子径が体積基準のメジアン径とされる。
本発明に係る静電荷像現像用トナーにおいては、このトナーを構成する個々のトナー粒子について、帯電特性の安定性、粉体の流動性、更には低温定着性などの観点から、平均円形度が0.930〜1.000であることが好ましく、0.950〜0.995であることがより好ましい。平均円形度が上記の範囲であることにより、個々のトナー粒子が破砕しにくくなって摩擦帯電付与部材の汚染が抑制されてトナーの帯電性が安定し、また、形成される画像において画質が高いものとなる。トナーの平均円形度は、「FPIA−2100」(Sysmex社製)を用いて測定した値である。具体的には、測定試料(トナー)を界面活性剤入り水溶液にてなじませ、超音波分散処理を1分間行って分散させた後、「FPIA−2100」(Sysmex社製)によって、測定条件HPF(高倍率撮像)モードにて、HPF検出数3,000〜10,000個の適正濃度で撮影を行い、個々のトナー粒子について下記式に従って円形度を算出し、各トナー粒子の円形度を加算し、全トナー粒子数で除することにより算出した値である。HPF検出数が上記の範囲であれば、再現性が得られる。
〈トナー粒子の製造方法〉
本発明のトナー粒子は、例えば、乳化凝集法で製造することができる。本発明のトナー粒子を乳化凝集法によって製造する場合の製造方法は、例えば、非晶性樹脂微粒子を含む分散液(a)および結晶性樹脂微粒子を含む分散液(b)を水系媒体に添加して混合分散液を調製する工程と、前記混合分散液を昇温して前記非晶性樹脂微粒子および前記結晶性樹脂微粒子を凝集させてトナー粒子を形成する工程と、を含むものである。また、前記トナー粒子をコアとして、その表面にシェル層を設けることによって、コアシェル構造のトナー粒子とすることもできる。コアシェル構造とすることによって、耐熱保管性と低温定着性、更には粉体の流動性をより一層向上させることができる。なお、本明細書において、「水系媒体」とは、少なくとも水が50質量%以上含有されたものをいい、水以外の成分としては、水に溶解する有機溶剤を挙げることができる。例えば、メタノール、エタノール、イソプロパノール、ブタノール、アセトン、メチルエチルケトン、ジメチルホルムアミド、メチルセルソルブ、テトラヒドロフランなどが挙げられる。これらのうち、樹脂を溶解しない有機溶剤であるメタノール、エタノール、イソプロパノール、ブタノールのようなアルコール系有機溶剤を使用することが好ましい。好ましくは、水系媒体として水のみを使用する。
(外添剤添加工程)
外添剤添加工程は、乾燥処理したトナー粒子に外添剤粒子を添加、混合することにより、静電荷像現像用トナーを調製する工程である。外添剤の添加方法としては、乾燥されたトナー粒子に外添剤を粉体で添加する乾式法が挙げられ、混合装置としては、ヘンシェルミキサーおよびコーヒーミルなどの機械式の混合装置が挙げられる。
本発明に係る静電荷像現像用トナーは、磁性または非磁性の一成分現像剤として使用することもできるが、キャリアと混合して二成分現像剤として使用してもよい。静電荷像現像用トナーを二成分現像剤として使用する場合において、キャリアとしては、鉄、フェライト、マグネタイトなどの金属、それらの金属とアルミニウム、鉛などの金属との合金などの従来から公知の材料からなる磁性粒子を用いることができ、特にフェライト粒子が好ましい。また、キャリアとしては、磁性粒子の表面を樹脂などの被覆剤で被覆したコートキャリアや、バインダー樹脂中に磁性体微粉末を分散してなる分散型キャリアなど用いてもよい。
本発明に係る静電荷像現像用現像剤は、電子写真方式の公知の種々の画像形成方法において用いることができる。例えば、モノクロの画像形成方法やフルカラーの画像形成方法に用いることができる。フルカラーの画像形成方法では、イエロー、マゼンタ、シアンおよびブラックの各々に係る4種類のカラー現像装置と、一つの静電荷像担持体(「電子写真感光体」または単に「感光体」とも称する。)とにより構成される4サイクル方式の画像形成方法や、各色に係るカラー現像装置および静電荷像担持体を有する画像形成ユニットを、それぞれ色別に搭載するタンデム方式の画像形成方法など、いずれの画像形成方法も用いることができる。
下記の重縮合系樹脂の原料モノマーを、窒素導入管、脱水管、攪拌器および熱電対を装備した四つ口フラスコに入れ、170℃に加熱し溶解させた。
・ドデカンジオール 280質量部。
下記の付加重合系樹脂の原料モノマー、両反応性モノマーおよびラジカル重合開始剤を滴下ロートに入れた。
・ブチルアクリレート 9質量部
・アクリル酸 4質量部
・重合開始剤(ジ−t−ブチルパーオキサイド) 7質量部。
・ドデカンジオール 280質量部。
結晶性ポリエステル樹脂〔1〕30質量部を溶融させて溶融状態のまま、乳化分散機「キャビトロンCD1010」(株式会社ユーロテック製)に対して毎分100質量部の移送速度で移送した。また、この溶融状態の結晶性ポリエステル樹脂〔1〕の移送と同時に、当該乳化分散機に対して、水性溶媒タンクにおいて試薬アンモニア水70質量部をイオン交換水で希釈した、濃度0.37質量%の希アンモニア水を、熱交換機で100℃に加熱しながら毎分0.1リットルの移送速度で移送した。そして、この乳化分散機を、回転子の回転速度60Hz、圧力5kg/cm2の条件で運転することにより、体積基準のメジアン粒径が200nm、固形分量が30質量部(分散液中30質量%)の結晶性ポリエステル樹脂微粒子の水系分散液〔x1〕を調製した。
ハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂〔2〕30質量部を溶融させて溶融状態のまま、乳化分散機「キャビトロンCD1010」(株式会社ユーロテック製)に対して毎分100質量部の移送速度で移送した。また、この溶融状態のハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂〔2〕の移送と同時に、当該乳化分散機に対して、水性溶媒タンクにおいて試薬アンモニア水70質量部をイオン交換水で希釈した、濃度0.37質量%の希アンモニア水を、熱交換機で100℃に加熱しながら毎分0.1リットルの移送速度で移送した。そして、この乳化分散機を、回転子の回転速度60Hz、圧力5kg/cm2の条件で運転することにより、体積基準のメジアン粒径が200nm、固形分量が30質量部(分散液中30質量%)の結晶性ポリエステル樹脂微粒子の水系分散液〔x2〕を調製した。
撹拌装置、温度センサー、冷却管、窒素導入装置を取り付けた反応容器に、ドデシル硫酸ナトリウム8質量部およびイオン交換水2983質量部を仕込み、窒素気流下230rpmの攪拌速度で撹拌しながら、内温を80℃に昇温させた。昇温後、過硫酸カリウム10質量部をイオン交換水200質量部に溶解させたものを添加し、再度液温80℃とし、
・スチレン 544質量部
・n−ブチルアクリレート 188質量部
・メタクリル酸 85質量部
・n−オクチルメルカプタン 7質量部
からなる単量体混合液を1時間かけて滴下後、80℃にて2時間加熱、撹拌することにより重合を行った後、20℃まで冷却を行い、ビニル樹脂からなる非晶性樹脂微粒子の水系分散液を調製した。
・ベヘン酸ベヘニル(融点73℃) 200質量部
・ドデシル硫酸ナトリウム 20質量部
・イオン交換水 2200質量部。
ドデシル硫酸ナトリウム90質量部をイオン交換水1600質量部に添加した。この溶液を撹拌しながら、カーボンブラック「リーガル330R」(キャボット社製)420質量部を徐々に添加し、次いで、撹拌装置「クレアミックス」(エム・テクニック社製)を用いて分散処理することにより、着色剤微粒子の水系分散液〔Bk〕を調製した。
撹拌装置、温度センサー、冷却管を取り付けた反応容器に、非晶性樹脂微粒子の水系分散液『a1』質量部(固形分換算)、結晶性ポリエステル樹脂微粒子の水系分散液〔x1〕『b1』質量部(固形分換算)、離型剤分散液『c1』質量部(固形分換算)、着色剤微粒子の水系分散液〔Bk〕『d1』質量部(固形分換算)を投入した後、5モル/リットルの水酸化ナトリウム水溶液を添加してpHを10に調整した。ここで、実施例1の各投入量『a1』〜『d1』は、いずれも下記表1に示す通りである。
実施例1の各投入量『a1』〜『d1』、『a2』〜『d2』及び『a3』〜『d3』、並びに各会合粒子の体積基準のメジアン粒径[e1]〜[e3]に代えて、下記表1に示す実施例2〜10および比較例1〜2の各投入量『a1』〜『d1』、『a2』〜『d2』及び『a3』〜『d3』、並びに各会合粒子の体積基準のメジアン粒径[e1]〜[e3]を用いた以外は、実施例1と同様にして、ブラックトナー〔2〕〜〔10〕、〔12〕〜〔13〕及びこれを用いた現像剤〔2〕〜〔10〕、〔12〕〜〔13〕を製造した。
実施例11では、実施例1で用いた結晶性ポリエステル樹脂微粒子の水系分散液〔x1〕に代えて、結晶性ポリエステル樹脂微粒子の水系分散液〔x2〕を用い、更に実施例1の各投入量『a1』〜『d1』、『a2』〜『d2』及び『a3』〜『d3』、並びに各会合粒子の体積基準のメジアン粒径[e1]〜[e3]に代えて、下記表1に示す実施例11の各投入量『a1』〜『d1』、『a2』〜『d2』及び『a3』〜『d3』、並びに各会合粒子の体積基準のメジアン粒径[e1]〜[e3]を用いた以外は、実施例1と同様にして、ブラックトナー〔11〕及びこれを用いた現像剤〔11〕を製造した。
ルテニウム染色した該トナー粒子断面の結晶性樹脂及び離型剤の面積比率は、以下の1〜4の手順に従って測定した。得られた結果を表2に示す。
実施例1〜11および比較例1〜2で得られた各トナー粒子を四酸化ルテニウム(RuO4)蒸気雰囲気下で10分間曝露した後、光硬化性樹脂「D−800」(日本電子株式会社製)中に分散させた後、光硬化させてブロックを形成した。次いで、ダイヤモンド歯を備えたミクロトームを用いて、上記のブロックより厚さ60nmから100nm程度の薄片状のサンプルを切り出し、透過電子顕微鏡観察用の支持膜付きグリッドに載せた。5cmφのプラスチックシャーレに濾紙を敷き、その上に切片の載ったグリッドを切片の載った面を上にして載せた。
染色条件(時間、温度、染色剤の濃度および量)は、透過電子顕微鏡観察をする際に各樹脂(主に非晶性樹脂、結晶性樹脂及び離型剤)の区別ができる条件に調整した。例えば、0.5質量%RuO4の染色液2〜3滴を、シャーレ内の2点に滴下し、蓋をし、10分間後、シャーレの蓋を外し染色液の水分が無くなるまで放置した。
・装置:透過型電子顕微鏡「JEM−2000FX」(日本電子株式会社製)
・試料:四酸化ルテニウム(RuO4)によって染色したトナー粒子の切片(切片の厚さ60nmから100nm程度)
・倍率:10,000倍、とした。
断面観察によって得られた画像に対して、まずはトナー粒子表面から0.3μmのエリア(エリアA)とトナー粒子表面から(Y)μm以上のエリア(エリアB)を区分した。
(1)低温定着性の評価
複写機「bizhub PRESS C1070」(コニカミノルタ株式会社製)において、定着装置を、加熱ローラの表面温度(定着温度)を120〜200℃の範囲で変更することができるように改造したものに、上記で得られた現像剤〔1〕〜〔13〕をそれぞれ装填して用いた。
上記の低温定着性評価の各定着温度に係る定着実験において得られたプリント物を、折り機でベタ画像に荷重をかけるように折り、これに0.35MPaの圧縮空気を吹き付け、限度見本を参照して、折り目を下記の評価基準に示す5段階にランク付けし、ランク3となる定着実験における定着温度を、下限定着温度とした。得られた下限定着温度を表3に示す。
ランク5:全く折れ目なし。
画像形成装置として、市販の複写機bizhub PRESS C1070」(コニカミノルタ株式会社製)を用い、現像剤として、上記で得られた現像剤〔1〕〜〔13〕をそれぞれ搭載し、高温高湿(温度30℃、湿度80%RH)環境下において、A4サイズの上質紙上に、印字率10%の文字画像を10万枚連続して印刷した後、白画像、ハーフトーン画像およびベタ画像を含むテスト画像を印刷し、カブリおよびハーフトーン画像の画像荒れとベタ画像の画像濃度を観察し、下記評価基準に従って判定し、実用上問題のないレベル(△以上)を画質(トナー飛散・カブリおよび画像濃度低下)につき合格とした。下記評価基準に従って判定した結果を表3に示す。
◎:画像濃度低下や画像荒れおよびカブリはいずれも目視で観察されない。
画像形成装置として、市販の複写機bizhub PRESS C1070」(コニカミノルタ株式会社製)を用い、現像剤として、上記で得られた現像剤〔1〕〜〔13〕をそれぞれ搭載し、常温常湿(温度20℃、湿度50%RH)の環境下において、A4サイズのコート紙「OKトップコート(105g/m2」(王子製紙株式会社製)上に、トナー付着量8mg/cm2のベタ画像を定着させる定着実験を、『−低温定着性の評価−』の手順と同様に実施して確認した最低定着温度から+10℃の定着温度において、複写機の設定より先端余白を0mmから1mmずつ大きくしていき、画像の定着器への巻き付きによる排紙不良が発生しない最短の先端余白を分離可能先端余白として、定着分離性を評価した。
○:分離可能先端余白3mm以下であり、実用上十分なレベル。
11 結晶性樹脂、
12 非晶性樹脂、
13 離型剤、
20 従来のトナー粒子、
21 結晶性樹脂(結晶性ポリエステル樹脂)、
22 非晶性樹脂、
A エリアA、
B エリアB、
C エリアC、
D トナー粒子表面から1μm以内のエリア(エリアD)、
E エリアE。
Claims (5)
- 少なくとも非晶性樹脂および結晶性樹脂を含有するトナー粒子を含む静電荷像現像用トナーであって、
ルテニウム染色した該トナー粒子の断面において、該結晶性樹脂全体に対して該トナー粒子表面から中心方向に0.3μm以内の位置(エリアA)に存在する該結晶性樹脂が20面積%以下、かつ該トナー粒子表面から中心方向に下記式を満たす(Y)μm以上の位置(エリアB)に存在する該結晶性樹脂が30面積%以下であることを特徴とする静電荷像現像用トナー。
ここで、式中の(X)は、トナー粒子の体積基準のメジアン粒径(μm)を表す。 - ルテニウム染色した前記トナー粒子の断面において、前記結晶性樹脂全体に対して前記エリアAに存在する前記結晶性樹脂が10面積%以下、かつ前記エリアBに存在する前記結晶性樹脂が20面積%以下であることを特徴とする請求項1に記載の静電荷像現像用トナー。
- 前記トナー粒子が、さらに離型剤を含むものであって、
ルテニウム染色した該トナー粒子の断面において、該離型剤全体に対して前記エリアAに存在する離型剤が10面積%以下、かつ前記エリアBに存在する該離型剤が64面積%以上であることを特徴とする請求項1または2に記載の静電荷像現像用トナー。 - 前記結晶性樹脂が、ポリエステル重合セグメントとビニル系重合セグメントとが化学結合して形成された樹脂であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の静電荷像現像用トナー。
- 前記トナー粒子の体積基準のメジアン粒径が、3.0μm以上8.0μm以下であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の静電荷像現像用トナー。
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