JP3854361B2

JP3854361B2 - 静電荷像現像用トナー及びこれを用いた画像形成方法

Info

Publication number: JP3854361B2
Application number: JP05107097A
Authority: JP
Inventors: 政則鈴木
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1997-02-19
Filing date: 1997-02-19
Publication date: 2006-12-06
Anticipated expiration: 2017-02-19
Also published as: JPH10232507A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電子写真法、静電印刷方法などで用いられる静電荷像現像用トナー及びこれを用いる画像形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真法、静電印刷法、静電記録法等で形成される静電荷像は乾式法の場合、一般にバインダー樹脂及び着色剤を主成分とする乾式トナーで現像した後、コピー紙上に転写・定着される。この時用いられる乾式トナーは、粉砕法により製造されている場合、形状が角ばっており不定形であるため球形のトナーと比べると、感光体との接点が多く存在し、感光体より離れにくいため前述の転写工程において、現像されたトナーの全ては転写されず、感光体上に残ったまま、次工程のクリーニング工程において回収されることになる。
【０００３】
ところで近年、経済性、メンテナンスフリーという観点、及び環境保護による廃棄処理の関係から廃トナーレスの機械が切望されおり、これまで複写機内でのリサイクルシステムを構築し対応を行っているが、そのシステムを構築するには複写機内においてある程度のスペースが必要とされ、最近のダウンサイジングの傾向からより小型、軽量の機種が切望されており、その点では、トナーの転写率をアップさせることによる対応を図り、できる限り廃トナーを無くすか、簡便なリサイクルシステムを構築する方法が最も適当であると考えられる。このため、理想的には１００％の転写率が得られれば、リサイクルシステムは必要のない事になる。しかしその一方で、市場における高画質化の要請から、トナーの粒径は年々小さくなる方法にあり、小粒径化によりトナー自体の比表面積も大きくなる事から、感光体とトナーの付着力も大きくなり、感光体からトナーがはがれにくくなり、転写されにくい方法に向かっているといえる。
【０００４】
また、特開昭５９−４６６６４号公報に見られるように、静電荷保持体表面に形成したトナー像を紙を主とするシート等の転写材に静電的に転写する工程を含む画像形成装置において、回転円筒状、無端ベルト状などの静電荷保持体を使用し、バスアスを印加した転写装置をこれに圧接してこれら両者間に転写材を通過させることで、電界により静電荷保持体上のトナーを転写材に転写させる装置が既に提案されている。このような装置は、従来から使用されているコロナ放電を用いた転写装置に比べて、転写材と静電荷保持体を圧接しながら転写するので、静電荷保持体と転写材の密着性がとりやすく、質のよい転写像が得られやすい。
【０００５】
しかし、当接圧が加えられた場合、静電荷保持体上のトナー像にも圧力が加わり凝集が起こり、トナーと静電荷保持体との間でも密着が発生し、極端な場合には、密着が強固な部分は転写されない現象が起こる。この現象は特に、ライン画像で顕著に見られ、中心部が転写されない「中抜け現像」と呼ばれ、問題視されており、特に、最近の高画質化の要求に対しては、この問題が大きく取り上げられ、その解決が切望されている。このような問題に対して、特開平４−２７４４３号公報には、磁性トナーに限定はされているが、トナーと静電荷保持体との間にスペーサー粒子として働くような特定の樹脂微粒子を添加し、トナーの凝集による静電荷保持体への密着を防ぐ方法が既に提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の第一の目的は、転写性が良好で、現像剤中で用いた時に高寿命が得られ、経時使用においても初期画像の忠実な再現性が良好な静電潜像現像用トナーを提供することである。本発明の第二の目的は、転写効率が高く、転写中抜けがなく、現像剤として用いた時に高寿命が得られ、経時使用においても初期画像の忠実な再現性が良好な画像形成方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、静電荷像現像用トナーについて鋭意検討を重ねてきた結果、後記の円形度が一定値以下の粉砕法で得られたトナー量を規定することによって前記課題が達成できることを見いだした。本発明はそれに基づいてなされたものである。
【０００８】
本発明によれば、第一に、粉砕法で製造されたトナーであって、下記式（数１）で表される円形度（ＳＦ）を有するトナー粒子の全トナー中の含有率が５０〜３５％であることを特徴とする静電荷像現像用トナーが提供される。
【数３】
トナー円形度（ＳＦ）＝［トナー面積／（トナー周囲長）^２］×４π＜０．９５
第二に、上記第一において体積平均粒径が５〜９μｍである静電荷像現像用トナーが提供される。
第三に、上記第一、第二において、粒径３μｍ以下のトナー粒子含有率（個数）が１０％以下である静電荷像現像用トナーが提供される。
【０００９】
また本発明によれば、第四に、
静電荷保持体の一部に転写材を介して転写手段を当接させ、該転写材の表面にトナー像を静電転写する画像形成方法おいて、粉砕法で製造されたトナーであって、下記式（数１）で表される円形度を有するトナー粒子の全トナー中の含有率が４５〜３５％のトナーを使用することを特徴とする画像形成方法が提供される。。
【数４】
トナー円形度（ＳＦ）＝［トナー面積／（トナー周囲長）^２］×４π＜０．９５
【００１０】
本発明において、
トナー円形度（SF)＝［トナー面積／（トナー周囲長）²］・４π
で定義されるトナー円形度（ＳＦ）はトナーの周囲の形状の複雑さを表す形状指数で、トナーの周囲の形状が滑らかで、形状が円に近ければ近いほど１．００に近づくものである。この円形度は、例えばフロー式粒子像分析装置（ＦＰＩＡ−１０００、東亜医用電子社製）を用いて測定することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をさらに詳細に説明する。本発明においては、全トナー中、上記式（数１）を満たすトナーの割合が５０％より小さいときは、トナー形状が円（球）に近く、静電荷保持体との接点が減少し、転写効率が上昇し、また現像剤の寿命もキャリア表面へのトナーの融着現象、所謂スペント現象が発生しにくいため上昇することが判明した。このことは、５０％が転写効率の分極点になっていると考えられる。この時のトナー測定サンプル数としては、８００個以上であれば安定したデータを得ることが出来るが、好ましくは１０００個以上あればより良い。トナー測定サンプル数が８００個よりすくない場合においては、２つの転写特性に差があるトナー間の差の値が小さくなり、また、繰り返し精度の点で若干の低下が見られるように見出した。
【００１２】
もっとも、表面を滑らかく丸くしたトナーとしては、一般に重合法で製造されたトナー（重合トナー）が知られている。そして、こうしたトナーの使用によれば転写効率は向上し、転写中抜け等の問題が改善されることも判明している。しかし、重合トナーは丸すぎるため静電荷保持体との付着力は低減されるが、クリーニング工程において掻き取りにくく、トナーが完全に除去できない等の欠点があり、また、その製造工程の特殊性によりコスト的な面で紛砕法によるトナーよりかなり高くなってしまうという欠点もあった。従って、紛砕法により製造されたトナーで、上記欠点を解消できれば、電子写真システムを上手く成立させ、なおかつコスト的な面でもより有効である。
【００１３】
紛砕法により製造されたトナーの球形化に関してだけ見れば、機械エネルギーを利用してトナーの表面を改善する方法は、例えば、特公平７−３８０７９号公報に記載されているように、既に知られて知られているところである。
しかし、本発明にいう表面改質、トナーの製造条件はいまだ明らかにされていない。
【００１４】
本発明のトナーはそのトナー平均粒径が体積基準で５〜９μｍで転写率の良いトナーを提供することによって、より高画質で画像欠陥のない鮮明なコピー画像を提供できる。デジタル複写機やプリンターなどは、レーザー光学系より照射されるレーザー光で感光体上の潜像のドット形成が行われるが、ドット径はたかだか２０μｍ程度であるため、トナー粒径は小さい方が好ましい。しかし、トナーの体積平均粒径が５μｍ以下の場合、トナー製造性が極めて悪くなり、しかも収率も悪くなるため工業的に生産することは難しい。また、トナーの体積平均粒径が９μｍ以上の場合、ドット再現性が悪化し、画像品質が悪くなる等の問題が見られる。
【００１５】
本発明は体積平均粒径３μｍ以下のトナー粒子含有率（個数）が１０％以下であるトナーを提供することで、転写率が良好で、このシステムに特有の問題である中抜け現象が解消でき、また現像剤の寿命もキャリア表面へのトナーの融着現象、所謂スペント現象が発生しにくいためさらに上昇することが判明した。
【００１６】
また、本発明は、静電荷保持体の一部に転写材を介して転写手段を当接させて、転写材の表面にトナー像を静電転写するシステムを設けた画像形成方法において、該プロセスに使用されるトナーが前記式（数１）で表される円形度（ＳＦ）を持つ紛砕法で製造されたトナー粒子の全トナー中の含有率が４５％以下であることを特徴とするトナーを用いることで転写率が良好で、このシステムに特有の問題である中抜け現象が解消できる。ここで、全トナー中、前記式（数１）を満たすトナーの割合が４５％より小さい時は、トナー形状がより円（球）に近く、静電荷保持体との接点が減少し、転写効率が上昇し、このシステムに特有の問題である中抜け現象が解消でき、また現像剤の寿命もキャリア表面へのトナーの融着現象、所謂スペント現象が発生しにくいため上昇することが判明した。このことは、４５％が転写率の分極点になっていると考えられる。
【００１７】
本発明及び本発明の方法で使用されるトナーは、少なくとも前記式（数１）を満たすトナーは紛砕法によって製造されることが必要である。その他のトナーは紛砕法以外の製法、例えば重合法によって製造されたものでもよいが、紛砕法によって製造されたものでもよいが、紛砕法によって製造されたものが最も好ましい。また、紛砕法によって製造されたトナーと重合法によって製造されたトナーとの混合物であってもかまわない。
【００１８】
次に、本発明のトナーに用いられる材料について詳細に説明する。
本発明に使用される結着樹脂としては、ポリスチレン、ポリｐ−クロロスチレン、ポリビニルトルエンなどのスチレン及びその置換体の単重合体；スチレン−ｐ−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−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−メタクリル酸メチル共重合体、スチレン−メタクリル酸ブチル共重合体、スチレン−α−クロルメタクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、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−アクリロニトリル−インデン共重合体、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などのスチレン系共重合体が挙げられる。また、下記の樹脂を混合して使用することもできる。ポリメチルメタクレート、ポリブチルメタクリレート、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリウレタン、ポリアミド、エポキシ樹脂、ポリビニルブチラール、ポリアクリル酸樹脂、ロジン、変性ロジン、テルペン樹脂、フェノール樹脂、脂肪族又は脂環族炭化水素樹脂、芳香族石油樹脂、塩素化パラフィン、パラフィンワックスなどが挙げられる。
【００１９】
特に圧力定着用に好適な結着樹脂としては下記のものを挙げることができ、これらは混合しても使用できる。ポリオレフィン（低分子量ポリエチレン、低分子量ポリプロピレン、酸化ポリエチレン、ポリ４弗化エチレンなど）、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、スチレン−ブタジエン共重合体（モノマー比５〜３０：９５〜７０）、オレフィン共重合体（エチレン−アクリル酸共重合体、エチレン−アクリル酸エステル共重合体、エチレン−メタクリル酸共重合体、エチレン−メタクリル酸エステル共重合体、エイレン−塩化ビニル共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体、アイオノマー樹脂）、ポリビニルピロリドン、メチルビニルエーテル−無水マレイン酸共重合体、マレイン酸変性フェノール樹脂、フェノール変性テルペン樹脂。
【００２０】
本発明のトナーは更に磁性材料を含有させ、磁性トナーとしても使用し得る。本発明の磁性トナー中に含まれる磁性材料としては、マグネタイト、ヘマタイト、フェライト等の酸化鉄、鉄、コバルト、ニッケルのような金属あるいはこれら金属のアルミニウム、コバルト、銅、鉛、マグネシウム、スズ、亜鉛、アンチモン、ベリリウム、ピスマス、カドミウム、カルシウム、マンガン、セレン、チタン、タングステン、バナジウムのような金属の合金およびその混合物などが挙げられる。
これらの強磁性体は粒径０．１〜２μｍ程度のものが望ましく、トナー中に含有させる量としては樹脂成分１００重量部に対し約２０〜２００重量部、特に好ましくは樹脂成分１００重量部に対し４０〜１５０重量部である。
【００２１】
本発明のトナーに含有される帯電制御剤としては、従来公知のものが全て使用できる。正帯電制御剤としては、ニグロシン、塩基性染料のレーキ顔料、四級アンモニウム塩化合物等が挙げられ、負帯電制御剤としては、モノアゾ染料の金属塩、サリチル酸、ナフトエ酸、ダイカルボン酸の金属錯体等が挙げられる。
【００２２】
本発明のトナーは、必要に応じて添加物を混合してもよい。添加物としては、例えばテフロン、ステアリン酸亜鉛のごとき滑剤あるいは酸化セリウム、炭化珪素等の研磨剤、あるいは例えばコロイダルシルカ、酸化アルミニウムなどの流動性付与剤、ケーキング防止剤、あるいは例えばカーボンブラック、酸化スズ等の導電性付与剤、あるいは低分子量ポリオレフィンなどの定着助剤等がある。
【００２３】
本発明のトナーに使用される着色剤としては、トナー用として公知のものがすべて使用できる。黒色の着色剤としては、例えば、カーボンブラック、アニリンブラック、ファーネスブラック、ランプブラック等が使用できる。シアンの着色剤としては、例えば、フタロシアニンブルー、メチレンブルー、ビクトリアブルー、メチルバイオレット、アニリンブルー、ウルトラマリンブルー等が使用できる。マゼンタの着色剤としては、例えば、ローダミン６Ｇレーキ、ジメチルキナクリドン、ウォッチングレッド、ローズベンガル、ローダミンＢ、アリザリンレーキ等が使用できる。イエローの着色剤としては、例えば、クロムイエロー、ベンジジンイエロー、ハンザイエロー、ナフトールイエロー、モリブデンオレンジ、キノリンイエロー、タートラジン等が使用できる。
【００２４】
本発明のトナーは一成分系現像剤用トナーとして用いてもよく、二成分系現像剤として用いてもよい。
更に本発明のトナーは、二成分系現像剤として用いる場合にはキャリア粉と混合して用いられる。本発明に使用し得るキャリアとしては、公知のものがすべて使用可能であり、例えば鉄粉、フェライト粉、ニッケル粉のごとき磁性を有する粉体、ガラスビーズ等及びこれらの表面を樹脂などで処理したものなどが挙げられる。
【００２５】
本発明におけるキャリアにコーティングし得る樹脂粉末としては、スチレン−アクリル共重合体、シリコーン樹脂、マレイン酸樹脂、フッ素系樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂等がある。スチレンーアクリル共重合体の場合は、３０〜９０重量％を超えるとコーティング膜が硬くなって剥離しやすくなり、キャリアの寿命が短くなるからである。
また、このキャリアの樹脂コーティングは、上記樹脂の他に接着付与剤、硬化剤、潤滑剤、導電材、荷電制御剤等を含有してもよい。
【００２６】
【実施例】
続いて、本発明を下記の実施例によってさらに具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。なお、部数はすべて重量部である。
【００２７】
実施例１、２、比較例１の評価内容に関しては、リコー社製複写機ＦＴ−５５００を使用し、各トナーについてスタート時と１５万枚画像出し後の画像品質の変化、転写効率の平均のテストを行った。実施例３〜６、比較例２の評価内容に関しては、リコー社製複写機ＦＴ−５５００を改造し、転写部に円筒上の転写ローラ設置したものを用いて、各トナーについてスタート時と１５万枚画像出し後の画像品質の変化、転写効率の平均、請求項第４項に関しては、転写中抜けのテストを行った。また転写効率の測定に関しては、以下の式によりに行った。各付着トナー量は、剥離テープを用いて剥離テープ上にトナーを付着させ、その重量により評価した。

【００２８】
次にシリコーン樹脂を被覆層に有するキャリアの製造例を示す。これらは、公知の手段により行なうことができる。
（キャリア製造例）
被覆層形成液の組成
シリコーン樹脂溶液（ＫＲ２５０信越シリコーン社製）１００部
カーボンブラック（＃４４三菱化成工業社製）４部
トルエン１００部
上記処方をホモミキサーで３０分間分散して被覆層形成液を調製した。この被覆層形成液を体積平均粒径１００μｍの球状フェライト１０００部の表面に流動床型塗布装置を用いて被覆層を形成したキャリアＡを得た。
【００２９】
実施例１〜６及び比較例１、２
ポリエステル樹脂（重量平均分子量２５万）７５部
スチレン−メチルメタアクリレート共重合体１５部
酸化ライスワックス（酸価１５）３．５部
カーボンブラック（三菱カーボン社製＃４４）９部
４級アンモニウム塩化合物１部
上記組成の混合物をヘンシェルミキサー中で十分撹拌混合した後、ロールミルで１３０〜１４０℃の温度で約３０分間加熱溶融し、室温まで冷却後、得られた混練物をジェットミルで粉砕分級し、粒径５〜１２μｍのトナーを得た。このときトナーの形状指数は、ジェットミル内でのトナー滞留時間によって変化させた。
このトナー２．５部に対し、キャリアＡ９７．５部とをボールミルで混合し、現像剤を得た。
【００３０】
表１に各現像剤中の全トナー中の円形度０．９５以下のトナー存在率、トナー粒径３μｍ以下の微粉含有率（個数）及び繰り返し測定（Ｎ＝５）における全トナー中の円形度０．９５以下のトナー存在率の標準偏差（バラツキ）の値を示す。また表２に各現像剤の評価結果を示す。
【００３１】
【表１】

【００３２】
【表２】

【００３３】
【発明の効果】
以上述べたように、請求項１、２又は３記載のような特定のトナーを現像剤中で使用することによって、転写が良好で、現像剤中で用いた時に高寿命が得られ、経時使用においても初期画像の忠実な再現性が良好な静電潜像現像用トナーを得ることができる。また請求項４記載のような特定のトナーを現像剤中に使用することによって、転写効率が高く、転写中抜けがなく、現像剤として用いた時に高寿命が得られ、経時使用においても初期画像の忠実な再現性が良好な静電潜像現像用トナーが得られる。

Claims

粉砕法で製造されたトナーであって、下記式（数１）で表される円形度（ＳＦ）を有するトナー粒子の全トナー中の含有率が５０〜３５％であることを特徴とする静電荷像現像用トナー。
体積平均粒径が５〜９μｍである請求項１記載の静電荷像現像用トナー。
体積平均粒径３μｍ以下のトナー粒子含有率（個数）が１０％以下である請求項１又は２記載の静電荷像型用トナー。
静電荷保持体の一部に転写材を介して転写手段を当接させ、該転写材の表面にトナー像を静電転写する画像形成方法おいて、粉砕法で製造されたトナーであって、下記式（数１）で表される円形度を有するトナー粒子の全トナー中の含有率が４５〜３５％のトナーを使用することを特徴とする画像形成方法。