(57)【要約】【課題】本発明は、粒径にバラツキのある母体微粒子に対して外添剤であるケイ酸微粒子の被覆率をその粒径範囲ごとに調整して帯電性能が良好で歩留まりの良いトナー及びその製造方法を提供することを目的とするものである。【解決手段】結着樹脂を主成分とする母体微粒子を、分級工程１０において粒径の小さい粒径範囲のものと粒径の大きい粒径範囲のものとに細分化し、粒径範囲の大きいものに第一被覆工程２０でケイ酸微粒子を被覆し、粒径範囲の小さいものには第二被覆工程２１でケイ酸微粒子を被覆する。第二被覆工程でのケイ酸微粒子の被覆率は、第一被覆工程での被覆率よりも大きくなるようにする。こうして被覆された２つの母体微粒子を混合工程３０で混合してトナーを製造する。【選択図】図１
2006145800.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
結着樹脂を主成分とする母体微粒子と、該母体微粒子の表面を被覆する後処理剤微粒子とを備えたトナーであって、所定の粒径範囲の前記母体微粒子に関する前記後処理剤微粒子の被覆率が当該粒径範囲よりも小さい粒径範囲の前記母体微粒子に関する前記後処理剤微粒子の被覆率よりも小さく設定されていることを特徴とするトナー。
【請求項２】
前記後処理剤微粒子は、ケイ酸微粒子であることを特徴とする請求項１に記載のトナー。
【請求項３】
結着樹脂を主成分とする母体微粒子を複数の粒径範囲に分級する分級工程と、分級された第一粒径範囲の母体微粒子に対して後処理剤微粒子を被覆する第一被覆工程と、前記第一粒径範囲よりも粒径が小さい第二粒径範囲の母体微粒子に対して前記第一被覆工程における後処理剤微粒子の被覆率よりも被覆率が大きくなるように後処理剤微粒子を被覆する第二被覆工程と、第一及び第二被覆工程によりそれぞれ被覆された母体微粒子を混合する混合工程とを備えたことを特徴とするトナー製造方法。
【請求項４】
前記後処理剤微粒子は、ケイ酸微粒子であることを特徴とする請求項３に記載のトナー製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ装置などの電子写真方式の画像形成装置において、静電潜像を現像するために用いられるトナー及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式の画像形成装置では、感光体ドラムの表面に形成された静電潜像を現像するためのトナーとして種々のものが開発されてきており、例えば、結着樹脂中に着色剤、荷電制御剤、離型剤及び定着助剤等を添加した母体微粒子の表面を外添剤で被覆したものが知られている。
【０００３】
母体微粒子の表面を外添剤で被覆することで、トナーに安定した帯電性及び流動性を付与することができる。しかしながら、外添剤が過剰に添加されると、トナーの帯電量が大きくなって画像品質に影響を及ぼすだけでなく、外添剤が遊離してトナーの定着に悪影響を及ぼすようになる。また、外添剤が不足すると、トナーの帯電量が減少してかぶり等の画像劣化が生じるようになり、感光体ドラムへのフィルミングが生じやすくなるといった影響が出てくる。このように、トナー母体微粒子の表面を被覆する外添剤の量や特性はトナーの帯電特性を決める重要な要素となっている。そのため、外添剤に関して様々な改良工夫が行われている。例えば、特許文献１では、ケイ酸微粉体の表面をヘキサメチルシラザンで処理したものをトナー粒子の外添剤として用い、その被覆率を６０％から１００％とした点が記載されている。また、特許文献２では、着色剤を有する結着樹脂からなる母体微粒子の表面上に無機微粒子を熱気流場中で加熱して固定し、無機微粒子の被覆率を４６％以上とした点が記載されている。また、特許文献３では、静電荷像現像用トナーにおいて、外添微粒子が母体微粒子の表面に固着され、固着前の母体微粒子のＢＥＴ法による比表面積に対する固着後のトナーのＢＥＴ法による比表面積の比が３．２以下であり、外添微粒子のうち少なくとも一種類の帯電量の絶対値が３００μＣ／ｇ以上とした点が記載されている。
【特許文献１】特開平１１−９５４８０号公報
【特許文献２】特開２０００−３３８７１２号公報
【特許文献３】特開２００３−２１５８３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
トナーの母体微粒子は、結着樹脂として熱可塑性樹脂を用い、着色剤、帯電制御剤、離型剤等の添加剤成分とともに結着樹脂を溶融混練し、粉砕し、分級することにより得られるが、こうして粉砕して得られる母体微粒子は、粒径のバラツキが大きくなる。そのため、外添剤を母体微粒子と混合して母体微粒子の表面に外添剤を被覆する場合個々の母体微粒子の粒径によりその表面に被覆される外添剤の被覆率が異なってくる。すなわち、粒径の大きい母体微粒子の表面には外添剤が付着しやすくなって被覆率が大きくなるが、粒径の小さい母体微粒子には外添剤が付着しにくくなって被覆率が小さくなる傾向がある。これは、粒径の小さい母体微粒子が粒径の大きい母体微粒子の間に入り込み、外添剤と混合したときに粒径の大きい母体微粒子のほうが外添剤に付着しやすくなるためと考えられる。そして、外添剤の混合比率は母体微粒子の平均粒径に基づいて決めているため、平均粒径より小さい母体微粒子に対しては外添剤の被覆率は小さくならざるを得ない。
【０００５】
このように、粒径の違いにより母体微粒子の被覆率が異なってくると、粒径により帯電性能に差が生じるようになって、トナーの帯電不良による画像劣化の原因となる。そのため、外添剤を被覆した母体微粒子をさらに篩い分けして母体微粒子の粒径を揃えることも考えられるが、使用されない無駄なトナーが生じることとなり、歩留まりが悪くなってしまう。
【０００６】
そこで、本発明は、粒径にバラツキのある母体微粒子に対して外添剤を含む後処理剤微粒子の被覆率をその粒径範囲ごとに調整して帯電性能等の特性が良好で歩留まりの良いトナー及びその製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るトナーは、結着樹脂を主成分とする母体微粒子と、該母体微粒子の表面を被覆する後処理剤微粒子とを備えたトナーであって、所定の粒径範囲の前記母体微粒子に関する前記後処理剤微粒子の被覆率が当該粒径範囲よりも小さい粒径範囲の前記母体微粒子に関する前記後処理剤微粒子の被覆率よりも小さく設定されていることを特徴とする。さらに、前記後処理剤微粒子は、ケイ酸微粒子であることを特徴とする。
【０００８】
本発明に係るトナーの製造方法は、結着樹脂を主成分とする母体微粒子を複数の粒径範囲に分級する分級工程と、分級された第一粒径範囲の母体微粒子に対して後処理剤微粒子を被覆する第一被覆工程と、前記第一粒径範囲よりも粒径が小さい第二粒径範囲の母体微粒子に対して前記第一被覆工程における後処理剤微粒子の被覆率よりも被覆率が大きくなるように後処理剤微粒子を被覆する第二被覆工程と、第一及び第二被覆工程によりそれぞれ被覆された母体微粒子を混合する混合工程とを備えたことを特徴とする。さらに、前記後処理剤微粒子は、ケイ酸微粒子であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
上記のような構成を有することで、所定の粒径範囲の母体微粒子に関する後処理剤微粒子の被覆率が当該粒径範囲よりも小さい粒径範囲の母体微粒子に関する後処理剤微粒子の被覆率よりも小さく設定されているので、小さい粒径範囲の母体微粒子に関する後処理剤微粒子の被覆率のほうがそれよりも大きい粒径範囲の母体微粒子の被覆率より大きくなり、小さい粒径範囲の母体微粒子にも良好な帯電性能等の特性が付与されるようになる。そのため、粒径のバラツキが大きい母体微粒子に対しても個々の母体微粒子に良好な帯電性能等の特性が付与されたトナーとなって優れた画像品質を形成することができる。また、従来帯電不良となっていた小さい粒径の母体微粒子に対しても良好な帯電性能等の特性を与えることができることから、トナーの歩留まりも向上させることができる。
【００１０】
そして、後処理剤微粒子がケイ酸微粒子である場合、小さい粒径範囲の母体微粒子はその重量に比べて帯電量が高くなる傾向があるが、ケイ酸微粒子の被覆率を大きくすることで、大きい粒径範囲の母体微粒子とほぼ同じレベルの帯電量とすることが可能となる。また、小さい粒径範囲の母体微粒子は、大きい粒径範囲の母体微粒子の間に入り込むため流動性が悪くなる傾向があるが、ケイ酸微粒子の被覆率を大きくすることで、その流動性を高めることもできる。
【００１１】
また、本発明に係るトナーの製造方法は、母体微粒子をいったん複数の粒径範囲に分級した後粒径範囲毎に後処理剤微粒子の被覆率が異なるようにそれぞれ被覆してから混合するようにしているので、粒径範囲の粒径の大小に合せて被覆率を容易に調整することができる。したがって、粒径のバラツキの大きい母体微粒子を用いた場合でも全体として良好な帯電性能等の特性を備えたトナーを製造することができ、また粒径の小さい母体微粒子も使用できるので歩留りの向上が可能となる。
【００１２】
ここで、母体微粒子とは、主成分となる結着樹脂に、着色剤、帯電制御剤、離型剤等の各種添加剤成分が含まれているものである。後処理剤微粒子は、母体微粒子の表面に添加される微粒子で、ケイ酸微粒子等の外添剤を含むものである。
【００１３】
また、被覆率とは、母体微粒子の表面が後処理剤微粒子により覆われている面積比率であり、例えば、母体微粒子の表面積の合計に対する全ケイ酸微粒子の投影面積の合計の比率で求めることができる。
【００１４】
まず、母体微粒子の真比重をρt、母体微粒子１粒子の半径をｒtとすると、母体微粒子１粒子の重量Ｗt及び表面積Ｓtは、以下の式で求められる。
【００１５】
【数１】
2006145800.tif 000003
【００１６】
後処理剤微粒子の真比重をρs、後処理剤微粒子１粒子の半径をｒsとすると、後処理剤微粒子１粒子の重量Ｗs及び投影面積Ｓsは、以下の式で求められる。投影面積は、後処理剤微粒子の中心を通る断面積で算出する。
【００１７】
【数２】
2006145800.tif 000004
【００１８】
次に、後処理剤微粒子の添加率をＸ％とすると、母体粒子１個に対する後処理剤微粒子の個数Ｎsは、以下の式で求められる。
【００１９】
【数３】
2006145800.tif 000005
【００２０】
そして、被覆率Ｃは、母体粒子の表面積に対する後処理剤微粒子の投影面積の割合として以下の式から求められる。
【００２１】
【数４】
2006145800.tif 000006
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明に係る実施形態について詳しく説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本発明を実施するにあたって好ましい具体例であるから、技術的に種々の限定がなされているが、本発明は、以下の説明において特に本発明を限定する旨明記されていない限り、これらの形態に限定されるものではない。
【００２３】
本発明に用いる母体微粒子は、主成分である結着樹脂に、着色剤、帯電制御剤、離型剤等の各種添加剤成分を添加して公知の方法に従って製造することができる。
【００２４】
結着樹脂としては、例えば、スチレン系樹脂、ポリエステル樹脂、塩化ビニル樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、アイオノマー樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂、ケトン樹脂、キシレン樹脂、ポリビニルブチラール樹脂等があるが、より好ましい樹脂としては、スチレン系樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂等を挙げることができる。これらの樹脂は単独又は複合して用いてもよい。
【００２５】
着色剤としては、公知の顔料や染料を用いることができる。例えば、酸化チタン、カーボンブラック、アルミナホワイト、炭酸カルシウム、紺青、フタロシアニンブルー、フタロシアニングリーン、ベンジンイエロー、ニグロシン系染料、アゾ系染顔料などの着色剤を単独または混合して使用される。また、着色剤の含有量は、結着樹脂１００重量部に対して３〜２０重量部とするのが好ましい。
【００２６】
帯電制御剤としては、例えばニグロシン系染料、第４アンモニウム塩、トリアミノトリフェニルメタン系化合物、イミダゾール系化合物、ポリアミン樹脂等の正荷電性帯電制御剤やＣｒ，Ｃｏ，Ａｌ，Ｆｅ等の金属含有アゾ染料、サリチル酸金属化合物、カリックスアレン化合物、アルキルサリチル酸金属化合物等の負荷電性帯電制御剤が挙げられる。帯電制御剤は、トナーの帯電特性をみながら必要に応じて添加されるが、結着樹脂１００重量部に対して１〜５重量部とするのが好ましい。
【００２７】
離型剤としては、例えば、ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックス、パラフィンワックス等が挙げられる。離型剤を添加することで耐オフセット性を向上させることができる。
【００２８】
上述した添加剤以外にも、定着性を向上させるために低融点の材料を添加するようにしてもよい。
【００２９】
以上のような添加剤を結着樹脂に加えて公知のミキサーで混合した後所定の条件で溶融混練し、固形化したものをクラッシャーやジェットミル等の粉砕機で粉砕し、風力分級機等の分級機で分級して母体微粒子を製造することができる。こうした母体微粒子の製造方法は公知の方法を用いればよい。母体微粒子の平均粒径は、５μｍ〜９μｍのものが好ましい。母体微粒子の粒径は、マルチサイザー等の測定装置を用いて測定することができる。
【００３０】
本発明に用いる後処理剤微粒子としてケイ酸微粒子を例に説明する。ケイ酸微粒子としては、例えば、無水二酸化ケイ素（シリカ）が代表的なものとして挙げられるが、ケイ酸アルミニウム、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、ケイ酸マグネシウムといったケイ酸塩を用いることも可能である。ケイ酸微粒子の粒径は、１０ｎｍ〜５００ｎｍのものが好ましい。
【００３１】
次に、トナーを製造する工程を説明する。図１は、トナーの製造工程に関する概略図を示している。結着樹脂を主成分とし上述した添加剤を含む母体微粒子を分級工程１０で粒径範囲の大きいものと小さいものとの２つに分級する。分級には、風力分級機等の公知の分級機を用いて行う。母体微粒子は既に分級されて所定の粒径範囲に揃えられていることから、さらに粒径の小さい粒径範囲のもの及び粒径の大きい粒径範囲のものの２つ粒径範囲に細分する。粒径の小さい粒径範囲は、母体微粒子の平均粒径より１〜２μｍ程度小さい平均粒径にし、粒径の大きい粒径範囲は、母体微粒子の平均粒径より１〜２μｍ程度おおきくなるように細分するとよい。
【００３２】
例えば、母体微粒子の平均粒径が７μｍとすると、粒径の小さい粒径範囲は、平均粒径が６μｍ、粒径の大きい粒径範囲は、平均粒径が８μｍとするとよい。細分する粒径範囲はできるだけ細分化したほうが望ましいが、母体微粒子の粒径がある程度揃っている場合には２つ程度に細分化すれば十分効果が発揮される。
【００３３】
こうして細分化された母体微粒子は、別々の被覆工程２０及び２１でケイ酸微粒子と公知のミキサーにより混合されてその表面を被覆するようにする。粒径の大きい粒径範囲の母体微粒子は、第一被覆工程２０でケイ酸微粒子と混合され、粒径の小さい粒径範囲の母体微粒子は、第二被覆工程２１でケイ酸微粒子と混合される。混合するケイ酸微粒子の添加率は、予め設定された被覆率に基づき上述した算出式により求められる。そして、被覆率は、粒径の小さい粒径範囲の母体微粒子のほうが大きくなるように設定される。
【００３４】
第一被覆工程２０及び第二被覆工程２１でそれぞれ被覆された母体微粒子は、混合工程３０において公知のミキサーにより互いに一様に分布するように混合されてトナーが製造される。
【００３５】
製造されたトナーは、粒径の小さい粒径範囲の母体微粒子のケイ酸微粒子の被覆率が大きくなっているので、粒径の大きい粒径範囲の母体微粒子に比べてケイ酸微粒子が多く付着してその分帯電性能が抑えられ、また流動性が向上するようになる。
【実施例】
【００３６】
母体微粒子として粒径範囲３μｍ〜１１μｍのものが９０％以上で、平均粒径７μｍのものを準備した。母体微粒子は、結着樹脂としてスチレン−アクリル重合体を主成分とし、結着樹脂１００重量部に対して、着色剤としてカーボンブラック７重量部、帯電制御剤としてニグロシン染料０．５重量部、離型剤としてポリエチレンワックス及びポリエチレンワックスの混合物２重量部、さらに定着助剤を適量加えて製造した。
【００３７】
母体微粒子を風力分級機により粒径範囲が３μｍ〜７μｍと７μｍ〜１１μｍとに細分して分級した。粒径範囲が３μｍ〜７μｍのものは平均粒径が６μｍで、粒径範囲が７μｍ〜１１μｍのものは平均粒径が８μｍであった。
【００３８】
次に、ケイ酸微粒子として、粒径が５０ｎｍの無水二酸化ケイ素（シリカ）を用いて母体微粒子表面を被覆した。母体微粒子に添加する量は、粒径範囲３μｍ〜７μｍの母体粒子では、母体微粒子１００重量部に対して２重量部、粒径範囲７μｍ〜１１μｍの母体粒子では、母体微粒子１００重量部に対して１重量部を加え、ヘンシェルミキサー（三井鉱山社製）によりそれぞれ常温で５分間撹拌した。
【００３９】
これら２つの母体微粒子について被覆率を算出したところ、粒径範囲３μｍ〜７μｍの母体粒子では、母体粒子の真比重をρtを０．３、シリカ微粒子の真比重をρsを０．３とすると、母体微粒子の半径ｒtは６／２μｍ、シリカ微粒子の半径ｒsは０．０５／２μｍであり、添加率Ｘは２％であるから、上記数式４に基づいて以下のとおり算出される。
【００４０】
【数５】
2006145800.tif 000007
【００４１】
粒径範囲７μｍ〜１１μｍの母体粒子では、母体微粒子の半径ｒtは８／２μｍ、シリカ微粒子の半径ｒsは０．０５／２μｍであり、添加率Ｘは１％であるから、上記数式４に基づいて以下のとおり算出される。
【００４２】
【数６】
2006145800.tif 000008
【００４３】
したがって、粒径の大きい粒径範囲の母体微粒子に比べて粒径の小さい粒径範囲の母体微粒子のほうが被覆率が大きく設定されている。
【００４４】
次に、被覆率の異なる母体微粒子をヘンシェルミキサー（三井鉱山社製）に一緒に投入して２分間混合した。こうして製造されたトナーを用いて現像を行ったところかぶりの発生のない良好な画像品質の画像を形成することができた。
［比較例］
【００４５】
実施例と同じ母体微粒子を用いて、分級することなく実施例と同じケイ酸微粒子を加えた。ケイ酸微粒子の添加量は、母体微粒子１００重量部に対して１．５重量部とした。母体微粒子にケイ酸微粒子を添加してミキサーで撹拌し、母体微粒子の表面にケイ酸微粒子で被覆した。この場合の被覆率を算出すると、以下のとおりである。
【００４６】
【数７】
2006145800.tif 000009
【００４７】
しかしながら、実施例に示すように母体微粒子含まれる平均粒径８μｍの粒径範囲のもの及び平均粒径６μｍの粒径範囲のものについてそれぞれ同じようにケイ酸微粒子が添加しているものとすると、それぞれの被覆率は、平均粒径が８μｍの場合で、以下のとおり算出される。
【００４８】
【数８】
2006145800.tif 000010
【００４９】
また、平均粒径が６μｍの場合で、以下のとおり算出される。
【００５０】
【数９】
2006145800.tif 000011
【００５１】
したがって、粒径の小さい粒径範囲のものについては、粒径の大きい粒径範囲のものに比べて被覆率が小さくなる傾向がある。そのため、粒径の小さいトナーの帯電性能が高くなってかぶりが発生しやすくなり、画像品質に悪影響を及ぼすようになる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明に係る実施形態に関する製造工程の説明図である。
【符号の説明】
【００５３】
１０    分級工程
２０    第一被覆工程
２１    第二被覆工程
３０    混合工程
【図１】
2006145800.tif 000012