(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-03-07
(45)【発行日】2022-03-15
(54)【発明の名称】静電荷像現像用トナー
(51)【国際特許分類】
G03G 9/097 20060101AFI20220308BHJP
G03G 9/087 20060101ALI20220308BHJP
【FI】
G03G9/097 374
G03G9/097 375
G03G9/087 331
G03G9/087 325
(21)【出願番号】P 2019043296
(22)【出願日】2019-03-11
【審査請求日】2021-12-16
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】000001270
【氏名又は名称】コニカミノルタ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001254
【氏名又は名称】特許業務法人光陽国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】宮島 謙史
(72)【発明者】
【氏名】小原 慎也
(72)【発明者】
【氏名】櫻田 育子
【審査官】福田 由紀
(56)【参考文献】
【文献】特開2009-162957(JP,A)
【文献】特開2009-175285(JP,A)
【文献】特開2009-192695(JP,A)
【文献】特開2003-107783(JP,A)
【文献】特開2005-128128(JP,A)
【文献】特開2013-195833(JP,A)
【文献】特開2020-038308(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
G03G 9/08-9/097
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
結着樹脂及び外添剤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、
当該結着樹脂が結晶性ポリエステル樹脂及び非晶性ポリエステル樹脂を含有し、
当該外添剤がAl-Si複合酸化物粒子を含み、
当該Al-Si複合酸化物粒子のSi元素の含有率が50~90質量%の範囲内であり、かつ当該Al-Si複合酸化物粒子の表面におけるSi元素比率が3~35at%の範囲内であることを特徴とする静電荷像現像用トナー。
【請求項2】
前記Al-Si複合酸化物粒子の表面におけるSi元素比率が、5~15at%の範囲内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。
【請求項3】
前記Al-Si複合酸化物粒子のSi元素の含有率が、60~80質量%の範囲内であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の静電荷像現像用トナー。
【請求項4】
前記結着樹脂中の前記結晶性ポリエステル樹脂の含有率が、5~20質量%の範囲内であること特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載の静電荷像現像用トナー。
【請求項5】
前記結着樹脂中の前記非晶性ポリエステル樹脂の含有率が、30~80質量%の範囲内であること特徴とする請求項1から請求項4までのいずれかに一項記載の静電荷像現像用トナー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、静電荷像現像用トナーに関する。より詳しくは、本発明は、低温定着性に優れ、様々な印字環境及び低印字モードでも安定に画像を出力することができる静電荷像現像用トナーに関する。
【背景技術】
【0002】
近年、印刷の高速化及び省エネルギーの観点から、従来よりも低い温度で定着できる静電荷像現像用トナー(以下単に「トナー」ともいう。)が求められている。トナーの定着温度を低くするためには、トナー中の結着樹脂の溶融粘度を低くすることが必要である。トナーの溶融粘度を下げるために、結晶性ポリエステル樹脂を含むトナーが提案されている(例えば、特許文献1参照)。結晶性ポリエステル樹脂は融点以上で速やかに溶融する特性を有することからトナーの定着温度を下げる点で有利である。
【0003】
また、定着後のトナー画像の折り曲げ強度を向上させるためには、非晶性ポリエステル樹脂を含むトナーが有用である。これは、非晶性ポリエステル樹脂が高極性で樹脂の内部凝集力が高いためである。
【0004】
一方、画質向上の目的のため、トナー粒子表面に、外添剤として無機微粒子を外添することにより、トナー粒子の流動性を向上させることが知られている。しかし、結晶性ポリエステル樹脂を含むトナーは、高温高湿下での電気抵抗が低くなりやすく、かつトナー表面が比較的柔らかいといった特徴を有するため、シリカ、チタニア又はアルミナの単独粒子を外添すると、シリカでは低温低湿環境での画像濃度低下、アルミナでは低印字モードでの外添剤埋没による画像濃度低下、チタニアでは高温高湿での非印字部へのカブリといった画像不良が発生してしまう。このため、比較的適合性のよいAlとSiの混合酸化物粒子を外添する方法が提案されている(特許文献2参照)。
【0005】
しかし、前記のAlとSiの混合酸化物粒子を外添する方法では外添剤のバルクの組成比は制御しているが、表面組成は制御されていない。すなわち、表面抵抗の制御がなされていなかった。
【0006】
このため、高温高湿や低温低湿といった様々な印字環境や低印字モードの場合における画像の安定化という点では十分でなく、改善が求められていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【文献】特開2009-162957号公報
【文献】特開2012-123196号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
本発明は、上記問題・状況に鑑みてなされたものであり、その解決課題は、低温定着性に優れ、高温高湿若しくは低温低湿環境又は低印字モード時に高画質な画像を安定して形成することのできる静電荷像現像用トナーを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明者は、上記課題を解決すべく、上記問題の原因等について検討する過程において、外添剤粒子として、Al-Si複合酸化物粒子を用い、この粒子の表面におけるSi元素比率を特定範囲内に低く制御することで、Si起因の過剰帯電を抑え、かつ、外添剤粒子のSiの含有率を特定範囲内に制御することで低印字モードでの印刷時の濃度低下を抑えることができることを見いだし本発明に至った。
すなわち、本発明に係る上記課題は、以下の手段により解決される。
【0010】
1.結着樹脂及び外添剤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、
当該結着樹脂が結晶性ポリエステル樹脂及び非晶性ポリエステル樹脂を含有し、
当該外添剤がAl-Si複合酸化物粒子を含み、
当該Al-Si複合酸化物粒子のSi元素の含有率が50~90質量%の範囲内であり、かつ当該Al-Si複合酸化物粒子の表面におけるSi元素比率が3~35at%の範囲内であることを特徴とする静電荷像現像用トナー。
【0011】
2.前記Al-Si複合酸化物粒子の表面におけるSi元素比率が、5~15at%の範囲内であることを特徴とする第1項に記載の静電荷像現像用トナー。
【0012】
3.前記Al-Si複合酸化物粒子のSi元素の含有率が、60~80質量%の範囲内であることを特徴とする第1項又は第2項に記載の静電荷像現像用トナー。
【0013】
4.前記結着樹脂中の前記結晶性ポリエステル樹脂の含有率が、5~20質量%の範囲内であること特徴とする第1項から第3項までのいずれか一項に記載の静電荷像現像用トナー。
【0014】
5.前記結着樹脂中の前記非晶性ポリエステル樹脂の含有率が、30~80質量%の範囲内であること特徴とする第1項から第4項までのいずれかに一項記載の静電荷像現像用トナー。
【発明の効果】
【0015】
本発明の上記手段により、低温定着性に優れ、高温高湿若しくは低温低湿環境又は低印字モード時に高画質な画像を安定して形成することのできる静電荷像現像用トナーを提供することができる。特に、低温低湿環境下での画像濃度低下の抑制及び画像濃度の面内均一性、高温高湿環境下での非画像部へのトナーカブリの抑制、並びに低印字モードでの画像濃度低下の抑制に優れている静電荷像現像用トナーを提供することができる。
【0016】
本発明の効果の発現機構ないし作用機構については、明確にはなっていないが、以下のように推察している。
外添剤としてシリカを使用することは、トナー粒子の流動性の向上に効果的であるが、負帯電性が非常に高いため過剰に帯電しやすく、同じく負帯電性の高い非晶性ポリエステル樹脂を含むトナーとキャリアとの静電的な付着力が高まり、低温低湿環境下においてキャリアからのトナーの分離性が悪くなり、画像濃度の低下といった画像不良を引き起こしやすい。
【0017】
そこで、電気抵抗の低いチタニアを外添剤として用いることで低温低湿環境の過剰帯電抑制が可能である。しかし、結晶性ポリエステル樹脂を含むトナーにチタニアを用いた場合、高温高湿環境下でのトナーの電気抵抗が下がりすぎるため、電荷保持が困難となり帯電量が低下してしまい、非印字部へのトナーカブリといった画像不良が発生する。
【0018】
また、アルミナ粒子を用いた場合は、シリカ粒子よりも負帯電性が低く、チタニア粒子よりも電気抵抗が高い。そのため過剰帯電しにくく、かつ電荷保持能にも優れる。しかし、アルミナはモース硬度が高く、比較的表面が柔らかい結晶性ポリエステル樹脂を含むトナーにアルミナを用いた場合には、低印字率モードでの印刷時にトナー内部へアルミナが埋没し、トナー粒子の流動性が低下することにより、トナーが十分供給されないことによる濃度低下が発生する。
【0019】
この問題を解決するために、Al元素とSi元素の複合酸化物粒子を外添剤として用いる公知例(特許文献2参照)が知られている。この公知例では、本文中に記載はないが、表面組成におけるSi元素比率は組成比から51~91at%と考えられ、Si元素の比率が非常に高く、Si元素に起因する過剰帯電が抑制しきれていない。
【0020】
本発明では、Al-Si複合酸化物粒子の表面におけるSi元素比率を低く制御することで、Si元素に起因する過剰帯電を抑え、また、Al-Si複合酸化物粒子中のSi元素比率を制御することで、Al元素に起因する外添剤の埋没を抑えることができるため、低温定着が可能で、高温高湿及び低温低湿環境下、低印刷モードで高画質な画像を安定して形成するトナーを提供できるものと推察される。
【発明を実施するための形態】
【0021】
本発明の静電荷像現像用トナーは、結着樹脂及び外添剤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、当該結着樹脂が結晶性ポリエステル樹脂及び非晶性ポリエステル樹脂を含有し、当該外添剤がAl-Si複合酸化物粒子を含み、当該Al-Si複合酸化物粒子のSi元素の含有率が50~90質量%の範囲内であり、かつ当該Al-Si複合酸化物粒子の表面におけるSi元素比率が3~35at%の範囲内であることを特徴とする。この特徴は、下記各実施態様(形態)に共通する又は対応する技術的特徴である。
本発明の実施態様としては、前記Al-Si複合酸化物粒子の表面におけるSi元素比率が、5~15at%の範囲内であることが、Si起因の過剰帯電を抑える観点から好ましい。
【0022】
また、前記Al-Si複合酸化物粒子のSi元素の含有率が、60~80質量%の範囲内であることが、トナー粒子の流動性の向上の観点から、好ましい。
さらに、本発明においては、前記結着樹脂中の前記結晶性ポリエステル樹脂の含有率が、5~20質量%の範囲内であることが、低温定着性と低印字モードでの画像濃度の低下を抑制する観点から好ましい。
本発明の実施態様としては、折り曲げ強度と低温低湿下での、画像濃度の低下を抑制する観点から、前記結着樹脂中の前記非晶性ポリエステル樹脂の含有率が、30~80質量%の範囲内であることが好ましい。
【0023】
《静電荷像現像用トナー》
本発明の静電荷像現像用トナーは、結着樹脂及び外添剤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、当該結着樹脂が結晶性ポリエステル樹脂及び非晶性ポリエステル樹脂を含有し、当該外添剤がAl-Si複合酸化物粒子を含み、当該Al-Si複合酸化物粒子のSi元素の含有率が50~90質量%の範囲内であり、かつ当該Al-Si複合酸化物粒子の表面におけるSi元素比率が3~35at%の範囲内であることを特徴とする。
【0024】
このように、結着樹脂が、結晶性ポリエステル樹脂及び非晶性ポリエステル樹脂を含有し、かつ外添剤として、Al-Si複合酸化物粒子を用い、この粒子の表面におけるSi元素比率を特定範囲内に制御することで、Si起因の過剰帯電を抑え、また、外添剤粒子のSi-Alの元素比率を制御することで低印字モードでの印刷時でも濃度低下を抑えることができる。
【0025】
なお、本発明において、「トナー」とは、「トナー粒子」の集合体のことをいう。また、トナー粒子は、少なくともトナー母体粒子を含有し、トナー粒子とは、トナー母体粒子に、少なくとも外添剤を添加したものをいう。
【0026】
《トナー母体粒子》
本発明に係るトナー母体粒子は、結着樹脂を含有し、その他必要に応じて、着色剤、離型剤(ワックス)、荷電制御剤などの他の構成成分を含有してもよい。
【0027】
[結着樹脂]
本発明に係るトナー粒子は結晶性ポリエステル樹脂及び非晶性ポリエステル樹脂を含有する。
結晶性ポリエステル樹脂の含有量は、5~20質量%の範囲内であることが好ましい。結晶性ポリエステル樹脂の含有率が、結着樹脂に対して、5質量%以上であると、トナーの溶融粘度をより十分に低下させることができ、低温定着性がより良好になる。
【0028】
結晶性ポリエステル樹脂の含有率が20質量%以下であると、トナー表面が柔らかくならず、低印字モードにおいて、後述する外添剤のAl-Si複合酸化物粒子の埋没が抑制でき、画像濃度がより良好と点から好ましい。
【0029】
また、非晶性ポリエステル樹脂の含有量が、結着樹脂に対して、30~80質量の範囲内であることが好ましい。非晶性ポリエステル樹脂の含有量が30質量%以上であると、樹脂の内部凝集力が十分得られ、定着後のトナー画像の折り曲げ強度がより良好となる。また、非晶性ポリエステル樹脂の含有量が80%質量%以下であると、樹脂の極性が高くなりすぎず、低温低湿下でトナーが適度な帯電性となり、画像濃度がより良好となるため好ましい。
【0030】
<結晶性ポリエステル樹脂>
結晶性ポリエステル樹脂は、多価アルコール及び多価カルボン酸からなるポリエステル樹脂であり、示差走査熱量DSC)測定を行った時に、明確な融点を有する樹脂である。
【0031】
トナー母体粒子は、結晶性ポリエステル樹脂を含有していることが、トナー母体粒子の柔軟性が向上し、外添剤を好適に固着しやすくなるため好ましく、また、低温定着性の観点からも好ましい。
【0032】
本発明において、結晶性ポリエステル樹脂とは、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℃/分で測定した際に、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。
結晶性樹脂の融点Tmcは、十分な高温保存性を得る観点から60℃以上であることが好ましく、十分な低温定着性を得る観点から85℃以下であることが好ましい。
【0033】
結晶性樹脂の融点Tmcは、DSCにより測定することができる。具体的には、結晶性樹脂の試料0.5mgをアルミニウム製パン「KITNO.B0143013」に封入し、熱分析装置「Diamond DSC」(パーキンエルマー社製)のサンプルホルダーにセットして、加熱、冷却、加熱の順に温度を変動させる。1回目と2回目の加熱時には、10℃/分の昇温速度で0℃から150℃まで昇温して150℃を5分間保持し、冷却時には、10℃/分の降温速度で150℃から0℃まで降温して0℃の温度を5分間保持する。2回目の加熱時に得られる吸熱曲線における吸熱ピークのピークトップの温度を結晶性樹脂の融点(Tmc)として測定する。
【0034】
また、結晶性ポリエステル樹脂の重量平均分子量(Mw)は、5000~30000の範囲内であることが好ましく、8000~20000の範囲内であることがより好ましい。これらの範囲内とすることで、定着画像の強度が不足することがなく、現像剤撹拌中に結晶性樹脂が粉砕されたり、過度な可塑効果によりトナーのガラス転移温度Tgが低下して、トナーの熱的安定性が低下することもない。また、シャープメルト性が発現し、低温定着が可能となる。
【0035】
上記重量平均分子量(Mw)は、後述するようにゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC:Gel Permeation Chromatography)によって測定した分子量分布から求めることができる。
【0036】
本発明に係る結晶性ポリエステル樹脂は、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。結晶性ポリエステル樹脂については本技術分野における従来公知の結晶性ポリエステル樹脂が用いられうる。結晶性ポリエステル樹脂の調製に用いられる多価カルボン酸及び多価アルコールの例としては、以下が挙げられる。
【0037】
(多価カルボン酸)
多価カルボン酸成分としては、例えば、シュウ酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、スペリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、1,9-ノナンジカルボン酸、1,10-デカンジカルボン酸、1,12-ドデカンジカルボン酸、1,14-テトラデカンジカルボン酸、1,18-オクタデカンジカルボン酸等の脂肪族ジカルボン酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、ナフタレン-2,6-ジカルボン酸、マロン酸、メサコニン酸等の二塩基酸等の芳香族ジカルボン酸、などが挙げられ、さらに、これらの無水物やこれらの低級アルキルエステルも挙げられるがこの限りではない。
【0038】
3価以上のカルボン酸としては、例えば、1,2,3-ベンゼントリカルボン酸、1,2,4-ベンゼントリカルボン酸、1,3,5-ベンゼントリカルボン酸、1,2,4-ナフタレントリカルボン酸等、及びこれらの無水物やこれらの低級アルキルエステルなどが挙げられる。これらは1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
【0039】
結晶性ポリエステル樹脂における上記ジカルボン酸由来の構成単位に対する脂肪族ジカルボン酸由来の構成単位の含有量は、結晶性ポリエステルの結晶性を十分に確保する観点から、50モル%以上であることが好ましく、70モル%以上であることがより好ましく、80モル%以上であることがさらに好ましく、100モル%であることが特に好ましい。
【0040】
(多価アルコール)
結晶性ポリエステルの合成に好適に用いられる脂肪族ジオールとしては、具体的には、例えば、エチレングリコール、1,3-プロパンジオール、1,4-ブタンジオール、1,5-ペンタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、1,7-ヘプタンジオール、1,8-オクタンジオール、1,9-ノナンジオール、1,10-デカンジオール、1,11-ウンデカンジオール、1,12-ドデカンジオール、1,13-トリデカンジオール、1,14-テトラデカンジオール、1,18-オクタデカンジオール、1,14-エイコサンデカンジオールなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。これらのうち、入手容易性を考慮すると1,6-ヘキサンジオール、1,8-オクタンジオール、1,9-ノナンジオール、1,10-デカンジオールが好ましい。
【0041】
3価以上のアルコールとしては、例えば、グリセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトールなどが挙げられる。これらは1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
【0042】
結晶性ポリエステル樹脂のモノマーにおける上記ジオールと上記ジカルボン酸との割合は、ジオールのヒドロキシ基[OH]とジカルボン酸のカルボキシ基[COOH]との当量比[OH]/[COOH]で2.0/1.0~1.0/2.0の範囲内であることが好ましく、1.5/1.0~1.0/1.5の範囲内であることがより好ましく、1.3/1.0~1.0/1.3の範囲内であることが特に好ましい。
【0043】
結晶性ポリエステル樹脂を構成するモノマーは、直鎖脂肪族モノマーを50質量%以上含有することが好ましく、80質量%以上含有することがより好ましい。芳香族モノマーを用いた場合には、結晶性ポリエステル樹脂の融点が高くなる傾向が高く、分岐型の脂肪族モノマーを用いた場合には、結晶性が低くなる傾向が高い。したがって、上記モノマーに直鎖脂肪族モノマーを用いることが好ましい。
【0044】
トナー中において結晶性ポリステル樹脂の結晶性を維持する観点から、直鎖脂肪族モノマーを50質量%以上使用することが好ましく、80質量%以上使用することがより好ましい。
【0045】
結晶性ポリエステル樹脂は、公知のエステル化触媒を利用して、上記多価カルボン酸及び多価アルコールを重縮合する(エステル化する)ことにより合成することができる。結晶性ポリエステル樹脂の合成に使用可能な触媒は、一種でもそれ以上でもよく、その例には、ナトリウム、リチウムなどのアルカリ金属化合物;マグネシウム、カルシウムなどの第2族元素を含む化合物;アルミニウム、亜鉛、マンガン、アンチモン、チタン、スズ、ジルコニウム、ゲルマニウムなどの金属化合物;亜リン酸化合物;リン酸化合物;及び、アミン化合物;が含まれる。
【0046】
具体的には、スズ化合物の例には、酸化ジブチルスズ、オクチル酸スズ、ジオクチル酸スズ、及びこれらの塩が含まれる。チタン化合物の例には、テトラノルマルブチルチタネート、テトライソプロピルチタネート、テトラメチルチタネート、テトラステアリルチタネートなどのチタンアルコキシド;ポリヒドロキシチタンステアレートなどのチタンアシレート;及び、チタンテトラアセチルアセトナート、チタンラクテート、チタントリエタノールアミネートなどのチタンキレートが含まれる。ゲルマニウム化合物の例には、二酸化ゲルマニウムが含まれ、アルミニウム化合物の例には、ポリ水酸化アルミニウムなどの酸化物、アルミニウムアルコキシド、及び、トリブチルアルミネート、が含まれる。
【0047】
<非晶性ポリエステル樹脂>
非晶性ポリエステル樹脂は、多価アルコール及び多価カルボン酸からなるポリエステル樹脂であり、示差走査熱量DSC)測定を行った時に、融点を持たず、ガラス転移温度(Tg)を有する樹脂である。
【0048】
非晶性ポリエステル樹脂は、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。具体的な非晶性ポリエステル樹脂については特に制限はなく、本技術分野における従来公知の非晶性ポリエステル樹脂が用いられ得る。
【0049】
非晶性ポリエステル樹脂の具体的な製造方法は、特に限られるものではなく、公知のエステル化触媒を利用して、多価カルボン酸及び多価アルコールを重縮合する(エステル化する)ことにより当該樹脂を製造することができる。
【0050】
非晶性ポリエステル樹脂の重量平均分子量(Mw)は、特に制限されないが、例えば、5000~100000の範囲内であることが好ましく、5000~50000の範囲内であることがより好ましい。上記重量平均分子量(Mw)が5000以上であると、トナーの耐熱保管性を向上させることができ、100000以下であると、画像の折り曲げ強度をより向上させることができる。
非晶性ポリエステル樹脂の調製に用いられる多価カルボン酸及び多価アルコールの例としては、特に制限されないが、以下が挙げられる。
【0051】
(多価カルボン酸)
テレフタル酸、イソフタル酸、無水フタル酸、無水トリメリット酸、ピロメリット酸、ナフタレンジカルボン酸、などの芳香族カルボン酸類、無水マレイン酸、フマル酸、コハク酸、アルケニル無水コハク酸、アジピン酸などの脂肪族カルボン酸類、シクロヘキサンジカルボン酸などの脂環式カルボン酸類が挙げられる。これらの多価カルボン酸を1種又は2種以上用いることができる。これら多価カルボン酸の中、芳香族カルボン酸を使用することが好ましく、またより良好な定着性を確保するために架橋構造又は分岐構造をとるためにジカルボン酸とともに3価以上のカルボン酸(トリメリット酸やその酸無水物等)を併用することが好ましい。
【0052】
3価以上のカルボン酸としては、例えば、1,2,3-ベンゼントリカルボン酸、1,2,4-ベンゼントリカルボン酸、1,3,5-ベンゼントリカルボン酸、1,2,4-ナフタレントリカルボン酸等、及びこれらの無水物やこれらの低級アルキルエステルなどが挙げられる。これらは1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
【0053】
(多価アルコール)
エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール、ブタンジオール、ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、グリセリン、などの脂肪族ジオール類、シクロヘキサンジオール、シクロヘキサンジメタノール、水添ビスフェノールAなどの脂環式ジオール類、ビスフェノールAのエチレンオキサイド付加物、ビスフェノールAのプロピレンオキサイド付加物などの芳香族ジオール類が挙げられる。これら多価アルコールの1種又は2種以上用いることができる。これら多価アルコールの中、芳香族ジオール類、脂環式ジオール類が好ましく、このうち芳香族ジオールがより好ましい。またより良好な定着性を確保するため、架橋構造又は分岐構造をとるためにジオールとともに3価以上の多価アルコール(グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール)を併用してもよい。
【0054】
なお、多価カルボン酸と多価アルコールとの重縮合によって得られたポリエステル樹脂に、さらにモノカルボン酸、及び/又はモノアルコールを加えて、重合末端のヒドロキシ基、及び/又はカルボキシ基をエステル化し、ポリエステル樹脂の酸価を調整してもよい。
【0055】
モノカルボン酸としては酢酸、無水酢酸、安息香酸、トリクロル酢酸、トリフルオロ酢酸、無水プロピオン酸等を挙げることができ、モノアルコールとしてはメタノール、エタノール、プロパノール、オクタノール、2-エチルヘキサノール、トリフルオロエタノール、トリクロロエタノール、ヘキサフルオロイソプロパノール、フェノールなどを挙げることができる。
【0056】
<その他の樹脂>
結着樹脂として、上記した結晶性ポリエステル樹脂及び非晶性ポリエステル樹脂に加えて、本発明の効果を妨げない範囲で他の樹脂を用いることができる。具体的には、帯電特性に優れ、トナーの転写に優れることから非晶性ビニル樹脂を含むことができる。
【0057】
(非晶性ビニル樹脂)
本発明に用いることのできるビニル樹脂としては、ビニル化合物を重合したものであれば特に制限されないが、例えば、(メタ)アクリル酸エステル樹脂、スチレン-(メタ)アクリル酸エステル樹脂、エチレン-酢酸ビニル樹脂などが挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
【0058】
上記のビニル樹脂の中でも、熱定着時の可塑性を考慮すると、スチレン・(メタ)アクリル酸エステル樹脂が好ましい。
以下では、非晶性樹脂としてのスチレン・(メタ)アクリル酸エステル樹脂(以下、「スチレン・(メタ)アクリル樹脂」とも称する)について説明する。
【0059】
スチレン・(メタ)アクリル樹脂は、少なくとも、スチレン単量体と(メタ)アクリル酸エステル単量体とを付加重合させて形成されるものである。ここでいうスチレン単量体は、CH2=CH-C6H5の示性式で表されるスチレンの他に、スチレン構造中に公知の側鎖や官能基を有する構造のものを含むものである。
【0060】
また、ここでいう(メタ)アクリル酸エステル単量体は、CH2=CHCOOR(Rはアルキル基)で表されるアクリル酸エステルやメタクリル酸エステルの他に、アクリル酸エステル誘導体やメタクリル酸エステル誘導体等の構造中に公知の側鎖や官能基を有するエステルを含むものである。なお、本明細書中、「(メタ)アクリル酸エステル単量体」とは、「アクリル酸エステル単量体」と「メタクリル酸エステル単量体」とを総称したものである。
【0061】
スチレン・(メタ)アクリル樹脂の形成が可能なスチレン単量体及び(メタ)アクリル酸エステル単量体の一例を以下に示す。
スチレン単量体の具体例としては、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-ドデシルスチレン等が挙げられる。これらスチレン単量体は、単独でも又は2種以上組み合わせても用いることができる。
【0062】
また、(メタ)アクリル酸エステル単量体の具体例としては、例えば、メチルアクリレート、エチルアクリレート、イソプロピルアクリレート、n-ブチルアクリレート、t-ブチルアクリレート、イソブチルアクリレート、n-オクチルアクリレート、2-エチルヘキシルアクリレート、ステアリルアクリレート、ラウリルアクリレート、フェニルアクリレート等のアクリル酸エステル単量体;メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、n-ブチルメタクリレート、イソプロピルメタクリレート、イソブチルメタクリレート、t-ブチルメタクリレート、n-オクチルメタクリレート、2-エチルヘキシルメタクリレート、ステアリルメタクリレート、ラウリルメタクリレート、フェニルメタクリレート、ジエチルアミノエチルメタクリレート、ジメチルアミノエチルメタクリレート等のメタクリル酸エステル等が挙げられる。これら(メタ)アクリル酸エステル単量体は、単独でも又は2種以上を組み合わせても使用することができる。
【0063】
スチレン・(メタ)アクリル樹脂中のスチレン単量体に由来する構成単位の含有率は、当該樹脂の全量に対し、40~80質量%の範囲内であることが好ましい。また、当該樹脂中の(メタ)アクリル酸エステル単量体に由来する構成単位の含有率は、当該樹脂の全量に対し、10~60質量%の範囲内であることが好ましい。さらに、スチレン・(メタ)アクリル樹脂は、上記スチレン単量体及び(メタ)アクリル酸エステル単量体に加え、以下の単量体化合物を含んでいてもよい。このような単量体化合物としては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、イタコン酸、ケイ皮酸、フマル酸、マレイン酸モノアルキルエステル、イタコン酸モノアルキルエステル等のカルボキシ基を有する化合物;2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、3-ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、3-ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、4-ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート等のヒドロキシ基を有する化合物が挙げられる。これら単量体化合物は、単独でも又は2種以上を組み合わせても使用することができる。
【0064】
スチレン・(メタ)アクリル樹脂中の上記単量体化合物に由来する構成単位の含有率は、当該樹脂の全量に対し、0.5~20質量%の範囲内であることが好ましい。
スチレン・(メタ)アクリル樹脂の重量平均分子量(Mw)は、10000~100000の範囲内であることが好ましい。
【0065】
スチレン・(メタ)アクリル樹脂の製造方法は、特に制限されず、上記単量体の重合に通常用いられる過酸化物、過硫化物、過硫酸塩、アゾ化合物などの任意の重合開始剤を用い、塊状重合、溶液重合、乳化重合法、ミニエマルション法、分散重合法など公知の重合手法により重合を行う方法が挙げられる。また、分子量を調整することを目的として、一般的に用いられる連鎖移動剤を用いることができる。連鎖移動剤としては特に限定されるものではなく、例えばn-オクチルメルカプタン等のアルキルメルカプタン、メルカプト脂肪酸エステルなどを挙げることができる。
【0066】
(樹脂の重量平均分子量(Mw)の測定)
樹脂の重量平均分子量(Mw)は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC:Gel Permeation Chromatography)によって測定した分子量分布から求めることができる。
具体的には、測定試料を濃度1mg/mLとなるようにテトラヒドロフラン(THF)中に添加し、室温において超音波分散機を用いて5分間分散処理した後、ポアサイズ0.2μmのメンブランフィルターで処理して、試料液を調製した。GPC装置HLC-8120GPC(東ソー社製)及びカラムTSKguardcolumn+TSKgelSuperHZ-m3連(東ソー社製)を用い、カラム温度を40℃に保持しながら、キャリア溶媒としてテトラヒドロフランを流速0.2mL/minで流した。キャリア溶媒とともに、調製した試料液10μLをGPC装置内に注入し、屈折率検出器(RI検出器)を用いて試料を検出し、単分散のポリスチレン標準粒子を用いて測定した検量線を用いて、試料の分子量分布を算出する。検量線は、分子量がそれぞれ6×102、2.1×103、4×103、1.75×104、5.1×104、1.1×105、3.9×105、8.6×105、2×106、4.48×106である10点のポリスチレン標準粒子(Pressure Chemical社製)を測定することにより作製する。
【0067】
[着色剤]
本発明に係る着色剤としては公知の着色剤が使用できる。
具体的には、イエロートナーに含有される着色剤としては、例えばC.I.ソルベントイエロー19、同44、同77、同79、同81、同82、同93、同98、同103、同104、同112、同162、C.I.ピグメントイエロー14、同17、同74、同93、同94、同138、同155、同180、同185などが挙げられる。これらは1種単独又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
【0068】
マゼンタトナーに含有される着色剤としては、例えばC.I.ソルベントレッド1、同49、同52、同58、同63、同111、同122、C.I.ピグメントレッド5、同48:1、同53:1、同57:1、同122、同139、同144、同149、同166、同177、同178、同222などが挙げられる。これらは1種単独又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
【0069】
シアントナーに含有される着色剤としては、例えばC.I.ピグメントブルー15:3などが挙げられる。
【0070】
ブラックトナーに含有される着色剤としては、例えばカーボンブラック、磁性体、チタンブラックなどが挙げられる。カーボンブラックとしては、例えばチャンネルブラック、ファーネスブラック、アセチレンブラック、サーマルブラック、ランプブラックなどが挙げられる。
【0071】
着色剤の含有量は、結着樹脂100質量部に対して、1~10質量部の範囲内であることが好ましい。
【0072】
[離型剤]
離型剤としては、公知の種々のワックスを用いることができる。ワックスとしては、例えば、ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックスなどのポリオレフィンワックス、マイクロクリスタリンワックスなどの分枝鎖状炭化水素ワックス、パラフィンワックス、サゾールワックスなどの長鎖炭化水素系ワックス、ジステアリルケトンなどのジアルキルケトン系ワックス、カルナバワックス、モンタンワックス、ベヘン酸ベヘネート、トリメチロールプロパントリベヘネート、ペンタエリスリトールテトラベヘネート、ペンタエリスリトールジアセテートジベヘネート、グリセリントリベヘネート、1,18-オクタデカンジオールジステアレート、トリメリット酸トリステアリル、ジステアリルマレエートなどのエステル系ワックス、エチレンジアミンベヘニルアミド、トリメリット酸トリステアリルアミドなどのアミド系ワックスなどが挙げられる。
【0073】
離型剤の含有量は、結着樹脂100質量部に対して0.1~30質量部の範囲内であることが好ましく、より好ましくは1~10質量部の範囲内である。これらは、1種又は2種以上を組み合わせて用いることができる。また、離型剤の融点は、電子写真におけるトナーの低温定着性及び離型性の観点から、50~95℃の範囲内であることが好ましい。
【0074】
[荷電制御剤]
本発明のトナーは、荷電制御剤を含有してもよい。使用される荷電制御剤は、摩擦帯電により正又は負の帯電を与えることのできる物質であり、かつ無色のものであれば特に限定されず、公知の正帯電性の荷電制御剤及び負帯電性の荷電制御剤を用いることができる。
荷電制御剤の含有割合は、トナー中0.01~30質量%の範囲内であることが好ましく、0.1~10質量%の範囲内であることがより好ましい。
【0075】
《外添剤》
本発明に用いられる外添剤は、Al-Si複合酸化物粒子を含み、当該Al-Si複合酸化物粒子のSi元素の含有率が50~90質量%の範囲内であり、かつ当該Al-Si複合酸化物粒子の表面におけるSi元素比率が3~35at%の範囲内である。
Al-Si複合酸化物粒子は、Al元素とSi元素の、全て又は一部が酸素原子を介して結合している金属酸化物の粒子である。AlとSiの酸化物で構成されることが好ましい。
【0076】
Si元素の含有率が90質量%より高いと、Al-Si複合酸化物粒子の体積抵抗が高すぎ、低温低湿下で転写電界が高くなることで生じる放電による画像ムラが発生する。またSi元素含有比率が50質量%より低いと、モース硬度が高すぎ、Al-Si複合酸化物粒子のトナーへの埋没が進行し、低印字モードでの画像濃度が低下する。
【0077】
また、Al-Si複合酸化物粒子の表面におけるSi元素比率が3at%未満であると、粒子表面の負帯電性が低く、高温高湿環境下で非印字部にトナーカブリが発生する。表面におけるSi元素比率が35at%より高いと、粒子表面の負電荷が高すぎ、低温低湿環境下での画像濃度が低下する。
【0078】
[複合酸化物粒子のSi元素の含有率の測定]
複合酸化物粒子のSi元素の含有率とは、Al-Si複合酸化物粒子中のSi元素の比率(質量%)を現したもので、蛍光X線分析装置を用いて求める。
【0079】
具体的には、蛍光X線分析装置「XRF-1700」((株)島津製作所製)を用いて、下記の分析条件にて定性分析を行って求める。なお測定には、2θテーブルより測定したい元素のKαピーク角度を決定して用いた。Al-Si複合酸化物粒子について、Si元素とAl元素のKα分析線のNet強度を測定し、下記式により求める。
【0080】
Si元素の含有率[質量%]=Si元素のNet強度/(Al元素のNet強度+Si元素のNet強度)×100
【0081】
(分析条件)
・ X線発生部条件/ターゲット Rh、管電圧 40kV、管電流 95mA、フィルター なし
・ 分光系条件/スリット 標準、アッテネータ なし、分光結晶(Fe=LiF、Cl=Ge、Ca=LiF)
検出器(Fe=SC、Cl=FPC、Ca=FPC)
【0082】
[表面におけるSi元素比率の測定]
Al-Si複合酸化物粒子の表面おけるSi元素比率とは、下記のX線光電子分光装置を用いて後述する条件で測定したときの粒子の表面におけるSi元素比率をいう。最表面及び最表面から深さ3nm以内の範囲内のSi組成にほぼ対応する。Al-Si複合酸化物粒子のSi元素比率は、X線光電子分光装置を用いて粒子表面におけるAl元素及びSi元素の定量分析を行い、各々の元素のピーク面積から相対感度因子を用いて粒子表面における各原子濃度(at%)を算出し求める。
【0083】
前記のAl-Si複合酸化物粒子を疎水化処理する場合には、疎水化処理する前の粒子を用いて求める。
【0084】
具体的には、X線光電子分光分析装置「K-Alpha」(サーモフィッシャーサイエンティフィック社製)を用いて、下記の分析条件によって定量分析を行い、各々の原子ピーク面積から相対感度因子を用いて、トナー粒子表面のSi元素濃度(以下Si[at%])及びAl元素濃度(以下Al[at%])を測定し、以下の式により求める。
【0085】
表面組成におけるSi元素比率[at%]=Si[at%]/(Si[at%]+Al[at%])×100
【0086】
(分析条件)
X線 :Alモノクロ線源
加速 :12kV、6mA
分解能 :50eV
ビーム系 :400μm
パスエネルギー:50eV
ステップサイズ:0.1eV
【0087】
[Al-Si複合酸化物粒子の製造方法]
Al-Si複合酸化物粒子の製造方法としては、水系媒体中で、アルミナ粒子又はシリカ粒子の表面に、それぞれシリカ又はアルミナを付着させ被覆する方法、ドープ法、気相法などがあげられる。中でも、気相法で粒子を製造した後に、後工程として加熱処理を行う製造方法が好ましい。
【0088】
四塩化ケイ素ガスと三塩化アルミニウムガスを用いて、気相法によって製造する場合を一例として示す。まず、四塩化ケイ素ガス、不活性ガス、水素、空気を混合して所定比率の混合ガスを調製する。同様に、三塩化アルミニウムガス、不活性ガス、水素、空気を混合して混合ガスを調製する。これら2種類の混合ガスを混合し、或いは、個別に反応室に導入し、1000℃以上2500℃以下の温度で燃焼させることにより、Al-Si複合粒子を生成させ、冷却後、フィルターで捕集することができる。
【0089】
表面組成を制御するためには、上記作製したAl-Si複合酸化物粒子をコアとしてさらにシェル層を設けた、コアシェル型のAl-Si複合酸化物粒子を作製することが好ましい。
【0090】
コアシェル型のAl-Si複合酸化物粒子を作製するためには、二次粒子の発生を抑制しやすいという理由から、シェル層を液相法により合成することが好ましい。また液相法による合成において、2次粒子の発生を抑制するためには、原料の反応速度を遅くすることが好ましく、具体的には低温環境下にて、開始剤である水の添加量を少なくすることが好ましい。
また、コアシェル型のAl-Si複合酸化物粒子が作製できているかを確認するためには飛行時間型二次イオン質量分析法(TOF-SIMS)を用いることができる。
【0091】
《トナーの製造方法》
本発明に係るトナーの製造方法は、特に限定されず、公知の方法を採用できるが、乳化重合凝集法や乳化凝集法を好適に採用できる。
【0092】
[乳化重合凝集法及び乳化凝集法]
本発明に係るトナーの製造方法に好ましく用いられる乳化重合凝集法は、乳化重合法によって製造された結着樹脂の微粒子(以下、「結着樹脂微粒子」ともいう。)の分散液を、着色剤の微粒子(以下、「着色剤微粒子」ともいう。)分散液及びワックスなどの離型剤の分散液と混合し、トナー母体粒子が所望の粒径となるまで凝集させ、さらに結着樹脂微粒子間の融着を行うことにより形状制御を行って、トナー母体粒子を製造する方法である。
【0093】
また、本発明に係るトナーの製造方法として好ましく用いられる乳化凝集法は、溶媒に溶解した結着樹脂溶液を貧溶媒に滴下して樹脂粒子分散液とし、この樹脂粒子分散液と着色剤分散液及びワックスなどの離型剤分散液とを混合し、所望のトナー母体粒子の径となるまで凝集させ、さらに結着樹脂微粒子間の融着を行うことにより形状制御を行って、トナー母体粒子を製造する方法である。
【0094】
また、乳化重合凝集法によってはコア・シェル構造を有するトナー母体粒子を得ることもでき、具体的にコア・シェル構造を有するトナー母体粒子は、まず、コア粒子用の結着樹脂微粒子と着色剤の微粒子を凝集、会合、融着させてコア粒子を作製し、次いで、コア粒子の分散液中にシェル層用の結着樹脂微粒子を添加してコア粒子表面にシェル層用の結着樹脂微粒子を凝集、融着させてコア粒子表面を被覆するシェル層を形成することにより得ることができる。
【0095】
[外添処理]
トナー母体粒子に対する外添剤の外添混合処理は、機械式混合装置を用いることができる。機械式混合装置としては、ヘンシェルミキサー、ナウターミキサー、タービュラーミキサー等が使用できる。これらの中で、ヘンシェルミキサーのように処理される粒子に剪断力を付与できる混合装置を用いて、混合時間を長くする又は撹拌羽根の回転周速を上げる等の混合処理を行えばよい。また、複数種類の外添剤を使用する場合、トナー粒子に対して全ての外添剤を一括で混合処理するか、又は外添剤に応じて複数回に分けて分割して混合処理してもよい。
【0096】
外添剤の混合方法は、上記機械式混合装置を用いて、混合強度、すなわち撹拌羽根の周速、混合時間、又は、混合温度等を制御することによって外添剤の解砕度合いや付着強度を制御することができる。
【0097】
《二成分現像剤》
本発明のトナーと、下記キャリア粒子とを混合することにより、二成分現像剤を得ることができる。混合の際に用いられる混合装置としては特に制限されないが、例えば、ナウターミキサー、Wコーン及びV型混合機等が挙げられる。
二成分現像剤中のトナーの含有量(トナー濃度)は、特に制限されないが、4.0~8.0質量%の範囲内であることが好ましい。
【0098】
[キャリア粒子]
キャリア粒子は、磁性体により構成され、公知のものを用いることができる。例えば、キャリア粒子としては、磁性体からなる芯材粒子と、当該芯材粒子の表面を被覆する被覆材の層とを有する被覆型キャリア粒子や、樹脂中に磁性体の微粉末が分散されてなる樹脂分散型のキャリア粒子等が挙げられる。キャリア粒子は、感光体に対するキャリア粒子の付着を抑制する観点から、上記被覆型キャリア粒子であることが好ましい。以下、被覆型キャリア粒子について説明する。
【0099】
被覆型キャリア粒子を構成する芯材粒子(キャリアコア)は、磁性体、例えば、磁場によって強く磁化する物質によって構成される。磁性体としては、例えば、鉄、ニッケル及びコバルトなどの強磁性を示す金属、これらの金属を含む合金又は化合物、並びに熱処理することにより強磁性を示す合金等が挙げられる。上記磁性体は、1種単独で又は2種以上組み合わせて用いることができる。
【0100】
<キャリア樹脂被覆層の形成>
被覆層の具体的作製法としては、湿式コート法、乾式コート法が挙げられる。以下に各方法について述べるが、乾式コート法は本発明に適用するのに特に望ましい方法であり、以下に詳細に記載する。湿式コート法としては、下記のものがある。
【0101】
(1)流動層式スプレーコート法
被覆用樹脂を溶剤に溶解した塗布液を、流動層を用いて芯材粒子の表面にスプレー塗布し、次いで乾燥して被覆層を作製する方法。
(2)浸漬式コート法
被覆用樹脂を溶剤に溶解した塗布液中に、芯材粒子を浸漬して塗布処理し、次いで乾燥して被覆層を作製する方法。
(3)重合法
反応性化合物を溶剤に溶解した塗布液中に、芯材粒子を浸漬して塗布処理し、次いで熱等を加えて重合反応を行い被覆層を作製する方法等を挙げることができる。
【0102】
(乾式コート法)
被覆しようとする粒子の表面に樹脂粒子を被着させ、その後機械的衝撃力を加えて、被覆しようとする粒子表面に被着した樹脂粒子を溶融或いは軟化させて固着し被覆層を作製する方法である。キャリア芯材、樹脂及び低抵抗微粒子等を非加熱下、又は加熱下で機械的衝撃力が付与できる高速撹拌混合機を用い、高速撹拌して当該混合物に衝撃力を繰り返して付与し、磁性体粒子の表面に溶解又は軟化させて固着したキャリアを作製するのである。コート条件として、加熱する場合には、80~130℃の範囲内であることが好ましく、衝撃力を起こす風速としては、加熱中は10m/s以上が好ましく、冷却時にはキャリア粒子同士の凝集を抑制するため5m/s以下が好ましい。衝撃力を付与する時間としては、20~60分の範囲内であることが好ましい。
【実施例】
【0103】
以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、実施例において「部」又は「%」の表示を用いるが、特に断りがない限り「質量部」又は「質量%」を表す。
【0104】
〔実施例1〕
《結晶性ポリエステル樹脂粒子分散液(CP分散液)の調製》
【0105】
[結晶性ポリエステル樹脂(CP樹脂)の調製]
・1,10-デカンジカルボン酸 :50モル部
・1,6-ヘキサンジオール :50モル部
撹拌器、温度計、コンデンサー及び窒素ガス導入管を備えた反応容器に上記モノマーを入れ、反応容器中を乾燥窒素ガスで置換した。次いで、チタンテトラブトキサイド(Ti(O-n-Bu)4)を上記モノマーの合計100質量部に対して0.4質量部投入した。窒素ガス気流下、180℃で4時間撹拌し反応させた後、温度をさらに210℃まで3時間かけて昇温し、反応容器内を3kPaまで減圧し、減圧下で2時間撹拌し反応させて、結晶性ポリエステル樹脂(CP樹脂)を得た。
【0106】
結晶性ポリエステル樹脂(CP樹脂)は、重量平均分子量(Mw)が12000、融点が70℃であった。
【0107】
[結晶性ポリエステル樹脂粒子分散液(CP分散液)の調製]
次に、この結晶性ポリエステル樹脂200質量部と、メチルエチルケトン200質量部をセパラブルフラスコに入れ、これを70℃で充分混合、溶解した後、10質量%アンモニア水溶液を8質量部滴下した。加熱温度を67℃に下げ、撹拌しながらイオン交換水を送液速度10質量部/分で滴下し、送液量が800質量部になったところで、イオン交換水の滴下を止めた。その後、減圧下で溶媒除去を行った。さらに樹脂固形分濃度が20質量%となるように純水を加え、結晶性ポリエステル樹脂粒子分散液(CP分散液)を得た。この分散液の体積基準のメジアン径(D50)を、マイクロトラックUPA-150(日機装株式会社製)にて測定したところ、160nmであった。
【0108】
≪非晶性ポリエステル樹脂粒子分散液(AP分散液)の調製≫
[非晶性ポリエステル樹脂(AP樹脂)の調製]
・ビスフェノールAエチレンオキサイド2.2モル付加物 40モル部
・ビスフェノールAプロピレンオキサイド2.2モル付加物 60モル部
・テレフタル酸 60モル部
・フマル酸 15モル部
・ドデセニルコハク酸 20モル部
・トリメリット酸 5モル部
【0109】
撹拌器、温度計、コンデンサー及び窒素ガス導入管を備えた反応容器に、上記モノマーのうちトリメリット酸無水物以外の単量体と、ジオクチル酸スズを上記モノマーの合計100質量部に対して0.25質量部投入した。窒素ガス気流下、235℃で3時間反応させた後、200℃に降温して、トリメリット酸無水物を加え、1時間反応させた。温度を220℃まで5時間かけて昇温し、10kPaの圧力下で所望の分子量になるまで重合させ、淡黄色透明な非晶性ポリエステル樹脂(AP樹脂)を得た。
【0110】
非晶性ポリエステル樹脂(AP樹脂)は、重量平均分子量(Mw)が50000、ガラス転移温度(Tg)が56℃であった。
【0111】
[非晶性ポリエステル樹脂粒子分散液(AP分散液)の調製]
次いで、非晶性ポリエステル樹脂(AP樹脂)200質量部と、メチルエチルケトン200質量部、10質量%アンモニア水溶液7.0質量部とをセパラブルフラスコに入れ、十分に混合、溶解した後、40℃で加熱撹拌しながら、イオン交換水を8質量部/分で滴下し、送液量が580質量部になったところで滴下を止めた。その後減圧下で溶剤除去を行った。さらに樹脂固形分濃度が20質量%となるように純水を加え、非晶性ポリエステル樹脂粒子分散液(AP分散液)を得た。この分散液の体積基準のメジアン径(D50)を、マイクロトラックUPA-150(日機装株式会社製)にて測定したところ、156nmであった。
【0112】
≪非晶性ビニル樹脂粒子分散液(AV分散液)の調製≫
撹拌装置、温度センサー、冷却管及び窒素導入装置を取り付けた反応容器に、アニオン性界面活性剤(ダウ・ケミカル社製ダウファックス)1.0質量部と、イオン交換水1500質量部とを仕込み、窒素気流下で撹拌しながら、内温を75℃に昇温させた。
【0113】
次いで、ペルオキソ二硫酸ナトリウム(KPS)9.0質量部をイオン交換水160質量部に溶解させた溶液を添加し、液温を75℃とした。さらに、スチレン(St)モノマー300質量部、n-ブチルアクリレート(BA)モノマー95質量部、メタクリル酸(MAA)モノマー20質量部及びtert-ドデシルメルカプタン4質量部からなる単量体混合液を2時間かけて滴下した。
【0114】
滴下終了後、75℃において2時間にわたって加熱、撹拌することによって重合させ、樹脂固形分20質量%の非晶性ビニル樹脂粒子分散液(AV分散液)を得た。この分散液の体積基準のメジアン径(D50)をマイクロトラックUPA-150(日機装株式会社製)にて測定したところ、155nmであった。
非晶性ビニル樹脂粒子分散液(AV分散液)中の非晶性ビニル樹脂(AV樹脂)は、ガラス転移温度(Tg)が52℃、重量平均分子量(Mw)が45000であった。
【0115】
≪離型剤粒子分散液の調製≫
・パラフィン系ワックス(日本精蝋製HNP51、融点77℃) 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 1780質量部
以上の成分を混合した溶液を95℃に加熱して、ウルトラタラックスT50(IKA製)にて十分に分散した後、圧力吐出型ゴーリンホモジナイザーで分散処理し、離型剤粒子分散液を得た。
マイクロトラックUPA-150(日機装株式会社製)を用いて測定したところ、離型剤粒子分散液中の粒子の体積平均粒径は225nmであった。
【0116】
≪着色剤粒子分散液の調製≫
[ブラック着色剤粒子分散液の調製]
・カーボンブラック(キャボット社製、リーガル(登録商標)330) 100質量部
・ドデシル硫酸ナトリウム 15質量部
・イオン交換水 885質量部
上記成分を混合し、ウルトラタラックスT50(IKA社製)にて十分に分散した後、超音波分散機で20分間処理することによりブラック着色剤粒子分散液を得た。この分散液中の着色剤粒子の体積基準のメジアン径(D50)を、マイクロトラックUPA-150(日機装株式会社製)を用いて測定したところ、150nmであった。
【0117】
《トナー母体粒子の作製》
[トナー母体粒子の作製]
<凝集・融着工程及び熟成工程>
・結晶性ポリエステル樹脂粒子分散液(CP分散液) 75質量部
・非晶性ポリエステル樹脂粒子分散液(AP分散液) 625質量部
・非晶性ビニル樹脂粒子分散液(AV分散液) 1800質量部
・離型剤粒子分散液 500質量部
・ブラック着色剤粒子分散液 400質量部
・アニオン性界面活性剤(Dowfax2A1 20%水溶液) 40質量部
・イオン交換水 3000質量部
温度計、pH計及び撹拌器を備えた反応容器に上記の材料を入れ、温度25℃下に1.0%硝酸を添加してpHを3.0に調整した。その後、ホモジナイザー(IKA社製ウルトラタラックスT50)にて3,000rpmで分散しながら、濃度2%の硫酸アルミニウム(凝集剤)水溶液100質量部を30分かけて添加した。滴下終了後、10分間撹拌し、原料と凝集剤を十分に混合した。
【0118】
その後、反応容器に撹拌器及びマントルヒーターを設置し、スラリーが充分に撹拌されるように撹拌器の回転数を調整しながら、温度40℃までは0.2℃/分の昇温速度、40℃を超えてからは0.05℃/分の昇温速度で昇温し、10分ごとにコールターマルチサイザー3(アパーチャー径100μm、ベックマン・コールター社製)にて粒径を測定した。体積基準のメジアン径が5.5μmになったところで温度を保持し、あらかじめ混合しておいた。
次いで、50℃に30分間保持した後、反応容器に、EDTA(エチレンジアミン四酢酸)20%液を8部添加した後、1mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液を加え、原料分散液のpHを9.0に制御した。その後、5℃ごとにpHを9.0に調整しながら、昇温速度1℃/分で85℃まで昇温し、85℃で保持した。
【0119】
<冷却工程>
その後、「FPIA-3000」を用い平均円形度が0.971になった時点で降温速度10℃/分で冷却し、トナー母体粒子分散液(1)を得た。
【0120】
<濾過・洗浄工程及び乾燥工程>
その後、濾過し、イオン交換水で充分洗浄した。次いで、40℃にて乾燥して、トナー母体粒子(1)を得た。得られたトナー母体粒子(1)は、体積基準のメジアン径は4.0μm、平均円形度は0.971であった。
【0121】
《トナー粒子の作製》
[Al-Si複合酸化物粒子(1)の調製]
四塩化ケイ素(SiCl4)175kg/hr及び三塩化アルミニウム(AlCl3)125kg/hr及びを約200℃で蒸発装置中で蒸発させ、塩化物の蒸気を、窒素により、バーナーの混合チャンバー中に通過させた。ここで、気体流を水素100Nm3/hr及び空気450Nm3/hrと混合し、中央チューブ(直径7mm)を介して火炎へ供給した。その結果、バーナー温度は230℃であり、チューブの排出速度は約35.8m/sであった。水素0.05Nm3/hrをジャケットタイプの気体として外側チューブを介して供給した。気体を反応チャンバー中で燃焼し、下流の凝集ゾーンで約110℃まで冷却した。Al-Si複合酸化物コア粒子の一次粒子の凝集が行われ、同時に生成される塩酸含有ガスから、得られたAl-Si複合酸化物コア粒子をサイクロン中で分離・回収し、湿空気を有する粉末を約500から700℃で処理することにより、Al-Si複合酸化物の粒子を得た。
【0122】
さらに、得られたAl-Si複合酸化物粒子をコアとして、さらにAl-Si複合酸化物のシェル化を行った。具体的には、窒素雰囲気下、5℃の環境にて撹拌しながら前記のAl-Si複合酸化物粒子95質量部に対して、アルミニウムイソプロポキシド9.7質量部及びオルトケイ酸テトラエチル0.5質量部をエタノール500質量部で希釈させたものを添加した後、水50質量部を加え、120分撹拌後、減圧下で乾燥し、さらに700℃で3時間の焼成を行うことで、Al-Si複合酸化物粒子(1)を得た。
前述した方法により測定した結果、得られたAl-Si複合酸化物粒子(1)の表面組成におけるSi元素比率は3at%、Si元素含有率は50質量%であった。
【0123】
[Al-Si複合酸化物粒子(2)~(16)の調製]
上記Al-Si複合酸化物粒子(1)の調製において、四塩化ケイ素、三塩化アルミニウム、アルミニウムイソプロポキシド及びオルトケイ酸テトラエチルを下記表Iのように変更することでAl-Si複合酸化物粒子(2)~(16)を得た。
前述した方法により測定した結果、得られたAl-Si複合酸化物粒子(2)~(16)の表面組成におけるSi元素比率及びSi元素の含有率は表Iの通りであった。
【0124】
【0125】
《トナーの作製》
[トナー(1)の作製(外添剤処理工程)]
トナー母体粒子に100質量部に対し、Al-Si複合酸化物粒子(1)を2質量部添加し、ヘンシェルミキサー型式「FM20C/I」(日本コークス工業株式会社製)に添加し、羽根先端周速が40m/sとなるようにして撹拌翼の回転数を設定して15分間撹拌し、トナー(1)を作製した。
なお、トナー母体粒子へのAl-Si複合酸化物粒子(1)の混合時の温度は40℃±2℃となるように制御した。
【0126】
<現像剤(1)の製造>
(芯材被覆用樹脂の作製)
0.3質量%のベンゼンスルホン酸ナトリウムの水溶液中に、メタクリル酸シクロヘキシル及びメタクリル酸メチルを1:1のモル比で添加し、単量体総量の0.5質量%にあたる量の過硫酸カリウムを添加して乳化重合を行った。得られた分散液中の樹脂粒子を当該分散液のスプレードライによって乾燥することで、芯材被覆用樹脂である被覆材を作製した。得られた被覆材の重量平均分子量(Mw)は500000であった。被覆材の重量平均分子量(Mw)は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により求めた。
【0127】
(キャリア粒子の作製)
体積平均径が25μmであるMn-Mg系のフェライト粒子を芯材粒子として準備した。水平撹拌羽根付き高速撹拌混合機に、上記フェライト粒子の100質量部と、被覆材の4.5質量部とを投入し、水平回転翼の周速が8m/secとなる条件で、22℃で15分間混合撹拌した。その後、120℃で50分間混合して、機械的衝撃力(メカノケミカル法)の作用で上記芯材粒子の表面に被覆材を被覆させて、キャリア粒子を作製した。キャリア粒子の体積分布基準のメジアン径は28μmであった。
【0128】
(キャリア粒子の体積基準のメジアン径の測定)
磁性体粒子の体積基準のメジアン径は、レーザー回折式粒度分布測定装置「HELOS KA」(株式会社日本レーザー製)を用いて湿式にて測定されるものである。
【0129】
具体的には、まず、焦点位置200mmの光学系を選択し、測定時間を5秒に設定した。そして、測定用の磁性体粒子を0.2%ドデシル硫酸ナトリウム水溶液に加え、超音波洗浄機「US-1」(アズワン株式会社製)を用いて3分間分散させて測定用試料分散液を作製し、これを「HELOS KA」に数滴供給し、試料濃度ゲージが測定可能領域に達した時点で測定を開始する。得られた粒度分布を粒度範囲(チャンネル)に対して、小径側から累積分布を作成し、累積50%となる粒径を体積基準のメジアン径とした。
【0130】
(現像剤(1)の作製)
トナー(1)及びキャリア粒子を、二成分現像剤におけるトナーの含有量(トナー濃度)が7質量%となるようにして、V型混合機にて30分混合して二成分現像剤である現像剤(1)を作製した。
【0131】
[トナー(2)~(24)及び現像剤(2)~(24)の作製]
上記のトナー(1)作製において、トナー母体粒子中の結着樹脂及びAl-Si複合酸化物粒子を下記表IIのように変更し、トナー(2)~(24)を作製した。さらに、現像剤(1)の作製において、トナー(1)を表IIに示したように変更することで現像剤(2)~(24)を作製した。
【0132】
【0133】
《評価》
[最低定着温度の評価]
複写機「bizhub PRESS C1070」(コニカミノルタ社製)を用い、定着装置を、加熱ローラの表面温度(定着温度)を130~200℃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作製した現像剤をそれぞれ装填して評価を行った。
【0134】
まず、常温常湿(温度20℃、湿度50%RH)の環境下において、A4サイズの上質紙「CFペーパー」(コニカミノルタ社製)上でトナー画像の付着量を4.0g/m2に設定した。その後、100mm×100mmサイズの4色画像を定着させる定着実験を、設定される定着温度を130℃から1℃刻みで上げるように変更しながら200℃まで繰り返し行った。
【0135】
上記で得られた各定着温度におけるプリント物を目視確認し、すべてのトナーが定着器に付着せず紙に定着したもっとも低い温度を最低定着温度(℃)とした。最低定着温度が139℃以下であるものを優良、140℃以上150℃以下を良好、151℃以上を不合格とした。
【0136】
[トナー定着画像の折り曲げ強度評価]
複写機「bizhub PRESS C1070」(コニカミノルタ社製)を用い、定着装置を、加熱ローラの表面温度(定着温度)を130~200℃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作製した現像剤をそれぞれ装填して用いた。
【0137】
常温常湿(温度20℃、湿度50%RH)の環境下において、A4サイズの上質紙「CFペーパー」(コニカミノルタ社製)上に、トナー付着量11g/m2のベタ画像を定着させる定着実験を、設定される定着温度を120℃から1℃刻みで増加させるように変更しながら200℃まで繰り返し行った。
【0138】
上記で得られた各定着温度におけるプリント物に対して反射濃度を9点測定し、その平均値を[D1]とした。反射濃度は、分光光度計「Gretag Macbeth Spectrolino」(Gretag Macbeth社製)を用いて測定した。測定は光源にD65光源、反射測定アパーチャにφ4mmのものを使用し、測定波長域380~730nmを10nm間隔、視野角(observer)を2°、基準合わせに専用白タイルを用いた条件下で実施した。
【0139】
その後、速やかに折り機でベタ画像に荷重300kPaをかけて折り目をつけ、直径2mmのノズルから0.35MPaの圧縮空気を画像より1cmの距離から吐出させて画像の折り目に吹き付けた。圧縮空気を吹き付けた部分で反射濃度を9点測定し、その平均値を[D2]とした。
【0140】
各定着温度におけるプリント物に対し、[D2]/[D1]を算出し、はじめて0.90を超えた温度を折り曲げ強度の合格温度[T1]とした。[T1]が159℃以下であるものを優良、160℃以上180℃以下を良好、181℃以上を不合格とした。
【0141】
[高温高湿環境下でのカブリ評価]
複写機「bizhub PRESS C1070」(コニカミノルタ社製)に上記作製した現像剤をそれぞれ装填して評価を行った。
【0142】
まず、高温高湿(温度30℃、湿度80%RH)の環境下に24時間おいた現像剤を用いて、高温高湿環境下でA3サイズの上質紙「CFペーパー」(コニカミノルタ社製)を印字率0%の条件で通紙し、白紙を得た。得られた白紙の20か所の画像濃度を濃度計「FD-7」(コニカミノルタ社製)を用いて測定し、平均値を白紙濃度として求めた。求めた白紙濃度が0.003以下を優良、0.004以上0.006以下を良好、0.007以上0.010以下を使用可、0.011以上を不合格とした。
【0143】
[低温低湿環境下での画像濃度評価]
複写機「bizhub PRESS C1070」(コニカミノルタ社製)を改造して温湿度補正の制御を無効にしたものを用い、上記作製した現像剤をそれぞれ装填して評価を行った。
【0144】
まず、常温常湿(温度20℃、湿度50%RH)の環境下において、A4サイズの上質紙「CFペーパー」(コニカミノルタ社製)上にトナー画像の付着量が4.0g/m2なるように設定した。
その後、低温低湿(温度10℃、湿度20%RH)の環境下において、A4サイズの上質紙「CFペーパー」上に100mm×100mmサイズの画像を出力した。
【0145】
低温低湿環境下で得られた画像の反射濃度を濃度計FD7(コニカミノルタ社製)を用いて測定した。測定した画像濃度が1.31以上であるものを優良、1.20以上1.30以下を良好、1.10以上1.19以下を使用可、1.10未満を不合格とした。
【0146】
[低温低湿環境下での画像の面内均一性評価]
複写機「bizhub PRESS C1070」(コニカミノルタ社製)に上記作製した現像剤をそれぞれ装填して評価を行った。
【0147】
まず、低温低湿(温度10℃、湿度20%RH)の環境下に24時間おいた現像剤を用いて、低温低湿環境下でA3サイズの上質紙「CFペーパー」(コニカミノルタ社製)に印字率100%の画像を出力した。得られた画像内の濃度ムラを目視評価し、面内均一性を下記のようにランク付けし、ランク4を優良、ランク3以下を良好、ランク2を使用可、ランク1を不合格とした。
【0148】
ランク4:濃度ムラが観察されない
ランク3:部分的に僅かな濃度ムラが観察される
ランク2:部分的に濃度ムラが観察される
ランク1:画像の全面に濃度ムラが観察される
【0149】
[低印字モードでの画像濃度評価]
複写機「bizhub PRESS C1070」(コニカミノルタ社製)に上記作製した現像剤をそれぞれ装填して評価を行った。
【0150】
まず、常温常湿(温度20℃、湿度50%RH)の環境下にてA3サイズの上質紙「CFペーパー」(コニカミノルタ社製)に全面ベタ画像を1枚出力し、濃度計「FD-7」(コニカミノルタ社製)を用いてそれぞれ測定し、9点の平均値を画像濃度[D1]として求めた。
【0151】
さらに印字率0%の条件で1万枚通紙を行った後、全面ベタ画像をA3サイズの上質紙「CFペーパー」(コニカミノルタ社製)に1枚出力し、9点の平均値を画像濃度[D2]として求めた。[D2]/[D1]が0.90以上を優良、0.80以上0.89以下を良好、0.70以上0.79以下を使用可、0.69以下を不合格とした。
以上の結果を表IIIに示す。
【0152】
【0153】
表IIIより、以下のことが分かる。
外添剤の表面におけるSi元素比率が3%未満であると、粒子表面の負帯電性が低いことに起因すると推定され、高温高湿環境下で非印字部にトナーカブリが発生し、表面組成におけるSi元素比率が35%より高いと、粒子表面の負電荷が高すぎると推定され、低温低湿環境下での画像濃度が低下する。
また、外添剤のSi元素含有比率が90質量%より高いと、Al-Si複合酸化物粒子の体積抵抗が高く、低温低湿下で転写電界が高くなることで生じる放電によると推定される画像ムラが発生し、Si元素含有比率が50質量%より低いと、モース硬度が高すぎ、Al-Si複合酸化物粒子のトナーへの埋没が進行すると推定され、低印字モードでの画像濃度が低下する。
【0154】
さらに、非晶性ポリエステル樹脂の含有量が30質量%以上であると、樹脂の内部凝集力が十分得られると推定され、定着後のトナー画像の折り曲げ強度がより良好となり、非晶性ポリエステル樹脂の含有量が80%質量%以下であると、樹脂の極性が高くなりすぎず、低温低湿下でトナーの過剰帯電が適度となると推定され、低温低湿下での画像濃度の低下がより抑制される。