(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも現像ユニットを２個以上有するネットワークに接続可能な電子写真方式の印字に使用する本体装置の大きさが、縦、横、高さの総和合計サイズが２０００ｍｍ以下であり、前記本体装置に使用するトナー表面にシリカ微粒子が存在し、シリカをヘンシェルミキサーにてトナーと混合させた後、一度ボトルに回収し、再度ヘンシェルミキサーにかけることにより、前記シリカ微粒子が１００ｎＮ以上の力でトナーに付着していることを特徴とする静電荷像現像用トナー。
【請求項２】
前記トナーを製造するときに、添加剤が外添されたトナーに対して１ｃｍ２あたり１１ｋｇｆ以上の力を与えないことを特徴とする請求項１に記載の静電荷現像用トナー。
【請求項３】
前記トナー表面にシリカ微粒子が付着したトナーは、トナーが嵩密度０．６以上の圧密状態においてせん断力がかかったとき、シリカ微粒子がトナーから脱離しない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４】
前記トナーは、キャリアと混合したときにキャリアにシリカが移行しないことを特徴とする請求項３に記載の静電荷像現像用トナー。
【請求項５】
前記トナーに添加剤として酸化チタンが併用されていることを特徴とする請求項４に記載の静電荷像現像用トナー。
【請求項６】
前記トナーに添加剤としてステアリン酸亜鉛が併用されていることを特徴とする請求項４に記載の静電荷像現像用トナー。
【請求項７】
前記トナーは、再度ヘンシェルミキサーに混合する際に、ヘンシェルミキサー内に４０℃以下の空気を流し込む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８】
前記シリカは、一次粒子径が０．０４ミクロン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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真法、静電記録法、静電印刷法において形成される静電潜像を現像するためのトナーに関し、さらに詳しくは帯電制御に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＴ技術が世界的に重要な技術として用いられてくるのにともない、オフィスではパソコン（ＰＣ）の使用が一般的となり、一人一台の時代になってきている。ＰＣで作成された文書は、電子データとして配付、閲覧されたり、または紙情報として印刷またはコピーされることで多くの人々の共有情報となる。そういったオフィスで紙情報として出力、配布、そして回覧するために一般的に使用されているプリンターや複写機としては、すべてのＰＣから出力できるようにネットワーク型のものが使用されている。ネットワーク型として使用されている電子データ出力装置の多くは電子写真方式のものが用いられ、電子写真プロセスではその特性上、廃トナーが生成する。
【０００３】
一方、多くの電子写真方式で用いられている現像方式である２成分現像では、現像に使用されるトナーに帯電性を付与するためのキャリアに寿命があり、回収、再生または廃棄の必要があった。再生されれば、環境に対しては優しいものとなるが、廃棄されるとなると地球環境汚染として大きな問題となってくることが予想される。
地球環境を守るために多くの国や企業でさまざまな取り組みが行なわれている。それらは、例えば、資源のリサイクル、無公害、廃棄ゼロ、省エネルギー、地球温暖化対策、クリーンエネルギー等が挙げられる。
【０００４】
このような背景から、今後は地球環境に優しい電子データの出力装置が望まれているところである。キャリアを用いない方法としては、１成分現像方式が挙げられるが、転写後に多くの廃トナーが残り（２成分現像も同じ）、環境に対しては好ましくない。また、高速印字には適さないという問題もある。
以上の点から、地球環境に優しく、また、今後のＩＴ産業の重要な部分となる電子データの高速な出力装置が望まれているところである。
【０００５】
近年では、高速出力装置として従来のモノクロ機からフルカラー機に移行しつつある。フルカラー機では、モノクロ使用とフルカラー使用を併用して用いることが多いため、印字する書類によって面積率が大きく異なる場合がある。通常の文字情報だけでは、大体７％程度の面積率であるのに対し、写真やプレゼンテーションに使用する資料の場合、８０％以上の面積率になることがある。出力される画像によって面積率が大きく異なるということは、使用されるトナー量が画像によって変化することを意味している。１回に使用されるトナー量が変化するということは、現像器内に補給されるトナー量が画像により異なってくるわけである。つまり、帯電を与える一定量のキャリアに対して、トナー量は大きく変化し、変化しても補給トナーの帯電特性は常に同じ状態を維持させる必要がある。しかし、これまでは同じ状態に維持させることが困難であった。それはトナーに帯電を与えるキャリア特性が経時的に変化するためであった。これはキャリアの寿命を短くしてしまい、環境に対して優しいものとは言えない状況であった。
【０００６】
キャリアの寿命を短くする原因としては、キャリアにトナー組成物が付着してキャリア本来の帯電性能を阻害することが挙げられる。
キャリアに付着するトナー組成物としては、トナー表面に存在するシリカやチタニア、またはステアリン酸亜鉛等の添加剤、トナー母体を構成する樹脂、ワックス、帯電制御剤等が挙げられる。特開平９−２７４３６８号公報には、添加剤とトナーの帯電性能から、添加剤の現像剤担持体への付着を防止することが記載されているが、キャリアへの付着は定かではない。また、特開２０００−２６７３５４号公報には、添加剤をトナーに混合する際に室温より高い温度で混合することで添加剤をトナー表面に固定化することが記載されているが、この方法では、いくつかのトナー粒子は温度効果により添加剤を固定化することが可能であるが、すべてのトナーにおける添加剤存在状態を同一にすることは不可能である。また、特開２０００−２６７３３３号公報には、超音波を用いて添加剤の固定化を試みているが、これもすべての添加剤を同じ状態にしてキャリアへの添加剤移行を防ぐことは難しい。また、特開平３−７６０３５号公報、特開平７−９２７２７号公報に記載の方法では、半分添加剤が埋没したトナーと埋没していないトナーが存在し、充分な耐久性を出すことができない。
【０００７】
一方、補給トナーの帯電性については、特開平１０−２２１９３７号公報では現像ユニット内のスクリューの形状を規定している。あるトナーとキャリアの組み合わせにおいては望ましい効果は得られるものの、すべてのトナーとキャリアの組み合わせにおいては満足させることができない。特に、トナー表面に存在する添加剤が望ましい状態で存在しない場合は、充分な帯電特性を得ることが難しい。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上の従来技術に鑑みてなされたものであり、その課題は、廃キャリアを少なくすることであり、また他の課題として、現像剤の高耐久化をはかること、補給トナーの帯電立ちあがりを良好にすることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは鋭意研究の結果、少なくともトナー表面にシリカ微粒子が存在し、前記シリカ微粒子は１００ｎＮ以上の力でトナーに付着していることで廃キャリアを少なくし、高耐久性能を有する現像剤を製造でき、また、補給トナーの帯電性能を良好にすることが可能となった。
【００１０】
すなわち、上記課題は、本発明の（１）「少なくとも現像ユニットを２個以上有するネットワークに接続可能な電子写真方式の印字に使用する本体装置の大きさが、縦、横、高さの総和合計サイズが２０００ｍｍ以下であり、前記本体装置に使用するトナー表面にシリカ微粒子が存在し、シリカをヘンシェルミキサーにてトナーと混合させた後、一度ボトルに回収し、再度ヘンシェルミキサーにかけることにより、前記シリカ微粒子が１００ｎＮ以上の力でトナーに付着していることを特徴とする静電荷像現像用トナー」、（２）「前記トナーを製造するときに、添加剤が外添されたトナーに対して１ｃｍ２あたり１１ｋｇｆ以上の力を与えないことを特徴とする前記第（１）項に記載の静電荷像現像用トナー」、（３）「前記トナー表面にシリカ微粒子が付着したトナーは、トナーが嵩密度０．６以上の圧密状態においてせん断力がかかったとき、シリカ微粒子がトナーから脱離しないことを特徴とする前記第（１）項に記載の静電荷像現像用トナー」、（４）「前記トナーは、キャリアと混合したときにキャリアにシリカが移行しないことを特徴とする前記第（３）項に記載の静電荷像現像用トナー」、（５）「前記トナーに添加剤として酸化チタンが併用されていることを特徴とする前記第（４）項に記載の静電荷像現像用トナー」、（６）「前記トナーに添加剤としてステアリン酸亜鉛が併用されていることを特徴とする前記第（４）項に記載の静電荷像現像用トナー」、（７）「前記トナーは、再度ヘンシェルミキサーに混合する際に、ヘンシェルミキサー内に４０℃以下の空気を流し込むことを特徴とする前記第（１）項に記載の静電荷像現像用トナー」、（８）「前記シリカは、一次粒子径が０．０４ミクロン以下であることを特徴とする前記第（１）項に記載の静電荷像現像用トナー」によって達成される。
また、（９）「前記トナーがマイナス帯電トナーであり、その帯電量において帯電量分布のピークが１つしかないことを特徴とする前記第（１）項に記載の静電荷像現像用トナー」、（１０）「前記トナーを用いてキャリアと混合し現像剤を作製し、この現像剤により画像を出したとき、画像面積が１０％以下の場合でも６０％以上の場合でも、補給トナーの帯電量分布と、始めから存在するトナーの帯電量分布において、そのピーク位置の値が、現像スリーブ上において２倍以上違わないことを特徴とする前記第（１）項に記載の静電荷像現像用トナー」、（１１）「前記補給トナーが、現像剤に補給される前に−５μｃ／ｇ以上に帯電していることを特徴とする前記第（１０）項に記載の静電荷像現像用トナー」、（１２）「前記キャリアが、体積平均粒径として３０μｍ以上７０μｍ以下であることを特徴とする前記第（１０）項に記載の静電荷像現像用トナー」、（１３）「前記キャリアのキャリアコート材料が、シリコン樹脂とアクリル樹脂からなることを特徴とする前記第（１０）項の記載の静電荷像現像用トナー」、（１４）「現像剤の特性として、前記トナーとキャリアが混合された後、１５秒以内で飽和帯電量の６０％に到達することを特徴とする前記第（１０）項に記載の静電荷像現像用トナー」によって達成される。
【００１１】
環境に配慮した機器の設計の観点からは、省エネルギー、省資源、省スペース、リサイクル、そして高寿命がキーワードとして挙げられる。コピー機やプリンターに使用される現像剤については先に述べたように、廃棄物を削減するために高寿命が望まれるところである。一方、コピー機やプリンター本体としては、限られたオフィス内に適切に配置することが望まれる。そのためには、機器が使用するスペースを小さくすることで省スペースに対応する必要が出てくる。機器が使用するスペースを小さくすると、必然的に電子写真プロセスを構成する現像ユニット、感光体、定着ユニットそしてクリーニングユニット等は小型化する必要が出てくる。例えば、現像ユニットを小型化すると、そこで用いられる現像ローラや現像剤攪拌ユニットも小型化する必要が生じる。これらが小型化すると、トナーを適切な帯電量にするために、帯電の立ち上がり速度をこれまで以上に速めることになる。
【００１２】
そのためには、トナーを構成する材料として帯電を付与する材料が、これまで以上に適切にトナー中、またはトナー表面に存在させる必要が生じてくる。帯電を付与する材料としては、帯電制御剤、樹脂、顔料、そして外添剤が挙げられる。例えば、外添剤の場合、トナー表面に適切に存在していないと帯電特性に悪影響を与える可能性がある。これはトナー表面に外添剤が弱い付着力で付着していた場合、キャリアや現像スリーブに移行・付着してトナーの帯電立ち上げを遅くしたり、またはトナーの帯電量分布を好ましくない状態にすることがある。そのために、コピー機やプリンターの総計サイズが２０００ｍｍ以下の場合、例えば添加剤のトナー表面に存在する状態を必要がある。
【００１３】
コピー機やプリンターの総計サイズが２，０００ｍｍ以上の場合、電子写真プロセスを構成する各ユニットの大きさに関して余裕がでてくる。そのため現像ユニットに着目した場合、現像剤の特性の１つである帯電の立ち上がり特性を厳しく管理する必要はなく、「シリカ粒子の１００ｎＮ以上の力」に規定する必然性は生じない。
【００１４】
本発明における「１００ｎＮ以上」の説明を以下に示す。
トナーとシリカの間に働く力（Ｆ）は次式（１）で表わすことができる。
【数１】
Ｆ＝Ｆｖ＋（αｑ１ｑ２／４πε０ｒ２）      ・・・（１）
ここで、右辺第１項Ｆｖはファンデルワールス力であり、右辺第２項はクーロン力を示す。
α：トナーの誘電率に依存する定数
ｑ：電荷
ｒ：トナー半径
ε０：真空の誘電率
【００１５】
トナーのキャリアおよび感光体に働く付着力は、おおよそ数十ｎＮであることが一般的に知られている。一方、トナーに加えられる添加剤のサイズは、トナーに比べて３桁程度小さい。もし、添加剤のｑがトナーと同程度であれば力Ｆはシリカの半径がトナーに比べて３桁小さいことから大きな値になる。しかし、実験的には、トナー表面に存在するシリカ等の添加剤は、トナー表面に常に存在しているわけではなく、いわゆる浮遊シリカとしてキャリア表面、現像器内、感光体表面等へ移行する現象が見られる。これは、すべてのシリカ等添加剤がそうなのではなく、添加剤により付着する力に分布があり、その結果一部のシリカ等の添加剤は浮遊すると考えられる。
【００１６】
従来の技術の項で前述したように、トナー表面に添加剤を固定化する方法、埋没についての記述はあるが、どのような力で付着しているか、また付着しているときの力を明らかにしているものはない。固定化および埋没という表現では付着力は小さいかもしれないし、大きいかもしれない。実際に測定を試みたところ、トナー表面に存在する添加剤の付着力には分布があり、小さな付着力でトナー表面に付着しているものが見られた。
【００１７】
これに対し本願発明では、トナー表面に付着する添加剤の付着力を明確化し、その力を１００ｎＮ以上にすることで高耐久の環境に配慮できる現像剤を開発することができた。この力の測定は別途開発された衝撃法による付着力測定器により行なうことができる。
基本原理は、添加剤が加えられたトナーをキャリアと混合し現像剤を作製し、この現像剤を基板に付着させた状態で基盤の背面からある加速度を持った力を加えることでキャリアからトナーを脱離させる。加速度の違いにより脱離するトナーおよび添加剤の数が観測できるものである。
トナーは光学顕微鏡でカウントでき、また、添加剤は液体に分散させることでその数をカウントできる。脱離した数と大きさと加速度から、そのときの付着力が測定できるわけである。
【００１８】
以下に測定方法について詳細に記述する。
付着力の測定方法は、一様な平面を有する被測定物担持体に測定対象である微粒子を付着させ、この微粒子に一定の電界を印加しながら担持体を高速に移動させることによって粉体に任意の力を与える。具体的には、被測定物担持体は、剛体とみなされる堅牢な固体物であり、これを高速に移動、停止させる。担持面に対して、垂直方向に担持体を移動させることにより、担持平面に付着した粉体には担持平面に対して垂直方向の加速度が得られる。この高速な変位による加速度と粉体の質量を求めることで粉体に作用した力を求めることができる。様々な加速度において微粒子を担持面から脱離させ、脱離前後の粒子数を計数することにより粒子の付着力が得られる。また、平板と粒子とが摩擦帯電している場合や、平板が実質的に導電体とみなされる場合、平板と粒子との静電的な引力が無視できなくなる。これは、先に述べたとおり、静電的な付着力は他のファンデルワールスや液架橋力といった近接力に比べて、遠方まで達するため、一度脱離した粒子が粒子の対電荷、もしくは、粒子の電荷が誘起する鏡像力により再び平板に引き戻されることがあるためであり、そのために、粒子の脱離は一定の電界下で行なわれる。これにより、帯電粒子は速やかに担持面から脱離し、脱離前後の担持面を観察することによって、脱利した粒子を特定することが可能となる。測定を正確に行なうためには被測定物担持体を高速変位させる間、電界は一定であることが必要であり、粒子は平行に保持された電極内に担持されることが好ましい。
【００１９】
トナーを作製するときには、添加剤が外添されたトナーに対して１ｃｍ２あたり１１ｋｇｆ以上の力を与えないことで、より性能が向上できることを見い出した。トナー製造時に加えられる力としては、１ｃｍ２あたり１１ｋｇｆ以上の力を与えないことが好ましく、また下限としては０．１ｋｇｆであることが望ましい。前記下限以下の力であると、製造コストを大幅に上げることになり、実質的に無理である。
また、トナーに対して１ｃｍ２あたり１１ｋｇｆ以上の力を与えると、シリカが１００ｎＮ以上の力でトナーに付着していても、トナーの充填過程、搬送過程等においてシリカが脱離して目的のトナーを得られないことがわかったためである。
【００２０】
前述したように、トナーに加えられた添加剤は一定の力以上でトナーに付着することで目的のトナーが得られるわけである。さらに好ましくは、外力を加えた時に添加剤がトナーから脱離しないことで、より高性能なトナーが得られることがわかった。これは、付着力がある値以上でも外力に対して脱離しないことが重要であることを意味している。
【００２１】
これはさらに、表面にシリカ微粒子が付着したトナーは、トナーが嵩密度０．６以上の圧密状態においてせん断力がかかったとき、シリカ微粒子がトナーから脱離しないことことでも得られることが判明した。トナー表面に付着したシリカ微粒子は、たとえトナーから脱離してもキャリアに移行しなければ帯電性能としては問題はない。しかし、キャリアに移行するとトナーの帯電制御を不安定にすることがわかった。本発明では、帯電制御用のシリカの他に添加剤として酸化チタンやステアリン酸亜鉛を併用することでさらに効果が向上することも判明した。
【００２２】
上記トナーはいろいろな方法で製造可能であるが、トナーにシリカをヘンシェルミキサーにて混合させた後、一度ボトルに回収し、再度ヘンシェルミキサーにかけることで、より効果的に製造可能である。さらに、再度ヘンシェルミキサーに混合する際に、ヘンシェルミキサー内に４０℃以下の空気を流し込むことでその効果を高めることができる。
【００２３】
前記シリカは、一次粒子径が０．０４ミクロン以下であることでその効果は高くなる。
【００２４】
また、前述した方法で得られたトナーにおいては、キャリアと混合し現像剤を作製して、この現像剤により画像を出したとき、画像面積が１０％以下の場合でも６０％以上の場合でも、補給トナーの帯電量分布と始めから存在するトナーの帯電量分布において、そのピーク位置の値が、現像スリーブ上において２倍以上違わなくすることでも可能であった。
【００２５】
前述した内容の効果をさらにグレードアップするためには、補給トナーの現像剤に補給される前帯電量を−５μｃ／ｇ以上にすることで可能となった。
【００２６】
【実施例】
以下、本発明を実施例、比較例を挙げてより具体的に説明を行なうが、これらは本発明の一態様にすぎずこれらに限定されない。
［実施例１］
低分子量ポリエステル樹脂５０重量部と高分子量スチレンアクリル樹脂５０重量部、そしてカーボンブラック５重量部とカルナウバワックス５重量部と帯電制御剤Ｅ−８４を１重量部、通常の混練方法により混練し、つづいて圧延冷却後、粗粉砕したトナーをジェットミルにて粉砕し、最後に気流式分級機において体積平均粒径７．２μｍ、個数平均粒径６．８μｍのトナーを得た。
同様に、マゼンタ、シアン、イエローについても顔料を代えてカラートナーを得た。
【００２７】
次に、得られた各色トナー１００重量部に対してチタニア０．５重量部とステアリン酸亜鉛０．５重量部を加えてヘンシェルミキサーにて１分間混合処理を２回行なった。ミキサータンク容量は１００Ｌを使用し、１０００ｒｐｍの回転数で混合処理した。その後に、シリカを２重量部添加し、１分間混合処理を３回行なった。得られたトナーを一度別のタンクに移し替え、再度ヘンシェルミキサーに投入し、処理を３分間行なった。一度に５０ｋｇのトナーを製造できた。トナーとシリカの付着力は１０３ｎＮであった。製造時のトナーに加えられた力は１ｃｍ２あたり８ｋｇｆであった。
【００２８】
得られたトナーを用いて、オイル塗布機構を外したリコー製カラープリンターＩｐｓｉｏ８０００で画像形成を行なった。細線およびベタ画像が良好な画像が形成できた。転写率を測定したところ９８％であった。また、現像剤の寿命は２５０Ｋ枚まで交換は必要なかった。帯電の立ち上がりも良好で、高速印字条件下におけるトナー補給でも地汚れは発生しなかった。
【００２９】
［実施例２］
実施例１では、一度に５０ｋｇのトナーを製造したところ、一度に１００ｋｇのトナーを製造した。トナーとシリカの付着力は１１０ｎＮであった。製造時のトナーに加えられた力は１ｃｍ２あたり１０ｋｇｆであった。実施例１と同様に、画像出しを行なったところ、細線およびベタ画像が良好な画像が形成できた。転写率を測定したところ９８％であった。また、現像剤の寿命は２５０Ｋ枚まで交換は必要なかった。帯電の立ち上がりも良好で、高速印字条件下におけるトナー補給でも地汚れは発生しなかった。
【００３０】
［比較例１］
実施例１と同様にトナーを製造した。添加剤の混合方法は実施例１と異なり、一度に５００ｋｇ製造した。トナーとシリカの付着力は８８ｎＮであった。製造時のトナーに加えられた力は１ｃｍ２あたり１３ｋｇｆであった。
実施例１と同様の方法で画像出しを行なった。細線およびベタ画像が良好な画像が形成できた。転写率を測定したところ６３％であった。また、現像剤の寿命は５０Ｋ枚までで現像剤の交換が必要となった。帯電の立ち上がりが不良で、高温高湿度環境下では１０Ｋから地汚れが発生した。また、５０Ｋでは通常使用でも地汚れが発生した。
【００３１】
【発明の効果】
以上、詳細且つ具体的な説明より明らかなように、トナーに加えられる外添剤の存在状態を適当に制御することで、トナー補給時の帯電立ちあがりが良好で、また、地汚れの発生しない、高耐久な現像剤を達成できるトナーを得ることができた。