JP2006267735A - 画像形成方法およびこれを用いた画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 画像情報に応じた入力信号を擬似中間調処理して出力信号を生成する擬似中間調処理工程と、前記出力信号に応じたビーム状照射光を照射して潜像担持体表面に潜像を形成する潜像形成工程と、前記潜像を、結着樹脂と着色剤とを含むトナーを含有する現像剤により現像し、前記潜像担持体表面にトナー像を形成する現像工程と、前記トナー像を記録媒体に転写する転写工程と、前記トナー像を定着して画像を形成する定着工程とを含み、
前記画像として中間調画像を形成する場合に、前記擬似中間調処理工程を利用して前記潜像担持体表面に形成されるトナー像が、前記潜像担持体表面に島状に離散して形成された複数のトナー塊からなる画像形成方法において、
(1)前記潜像担持体表面に照射される前記ビーム状照射光のビーム径が35μm以上であり、
(2)前記擬似中間調処理が、前記記録媒体表面に転写された後の前記トナー塊のサイズを不均一にする擬似中間調処理であり、且つ、
(3)前記トナーが、下式(1)および下式(2)を満たすことを特徴とする画像形成方法。
・式(1) 2.0×105≦G’(60)≦4.0×106
・式(2) G’(60)/G’(80)≦40
〔式(1)および式(2)中、G’(60)は、温度60℃、振動周波数6.28rad/sec、歪量0.1%の条件で測定した前記トナーの貯蔵弾性率(Pa)を表し、G’(80)は、温度80℃、振動周波数6.28rad/sec、歪量0.1%の条件で測定した前記トナーの貯蔵弾性率(Pa)を表す。〕
【選択図】 なし
Description
この混練粉砕法は、熱可塑性樹脂等を顔料、帯電制御剤、ワックスなどの離型剤等と共に溶融混練し、冷却後にこの溶融混練物を微粉砕し、これを分級して所望のトナー粒子を製造する方法である。なお、前記混練粉砕法により製造されたトナー粒子には、流動性やクリーニング性等を改善する目的で、さらに必要に応じてその表面にさらに無機及び/又は有機の微粒子が添加されたりする。
近年の電子写真の技術は白黒からフルカラーヘの展開が急速になされつつある。フルカラー電子写真法によるカラー画像形成は一般に3原色であるイエロー、マゼンタ、シアンの3色のカラートナーに黒色を加えた4色を用いてすべての色の再現を行なうものである。
フルカラー電子写真法に用いられるカラートナーは、定着工程で多色トナーが十分混合することが必要である。これにより、色再現性やOHP画像の透明性が向上し、画質の高いフルカラー画像を得ることができる。カラートナーはこの混色性を高めるために、結着樹脂として一般的にシャープメルト性を有する低分子量の樹脂が用いられることが多い。
ここで入力画像情報が写真などのピクトリアル画像の場合は1画素に多値のデータを持っている。これに対して記録紙等の記録媒体に出力される画像を形成する画像形成装置では、1画素あたりで表現が可能な階調数は実質的には非常に少ない。
擬似中間調処理により、1画素あたりで表現可能な階調数が少ない画像形成装置でも、フルカラー画像のような1画素に多値のデータを持っている画像を表現することが可能である。擬似中間調処理は、一般的にAMスクリーン処理とFMスクリーン処理とに分けることができる。
一般的にAMスクリーン処理とFMスクリーン処理とは、中間調画像の粒状性を向上させる目的で、適宜選択/設計される。AMスクリーン処理は電子写真法において古くから用いられているが、ドットが網点構造で形成されているために、出力モアレが発生する、ハイライトから中間調にかけての亀甲模様のロゼッタパターンが目立つ、面積率50%程度付近でも濃度の段つきが目立つ、などの問題点があった。これら画質の問題点を解決するために、FMスクリーン処理を利用することが提案されている(特許文献8、9参照)。
本発明は、上記問題点を解決することを課題とする。すなわち、本発明は、低温定着が可能であると共に、定着温度が高くなってもハーフトーンオフセットの発生を抑制できる画像形成方法およびこれを用いた画像形成装置を提供することを課題とする。
まず、擬似中間処理により得られた出力信号に応じて、潜像担持体表面が、直径数十μmのドット状に露光されることにより静電潜像が形成される。次に、ドット状に露光された領域のみが選択的に現像され、中間調のトナー像が形成される。
そして、最後に、島状且つ離散的に潜像担持体表面を覆う複数のトナー塊からなるトナー像が、転写、定着工程を経て記録紙等の記録媒体上に定着されることにより、中間調画像が形成される。
従って、仮に一部のトナー塊についてオフセットが発生したとしても、全体に占める割合が少なければハーフトーンオフセットの発生を実質的に抑制できるものと考えられる。
一方、トナー塊の記録媒体に対する付着力は、トナー塊のサイズ(面方向の面積)と、定着機のオーバーシュートによる定着温度の振れ幅も考慮した定着時におけるトナーの粘度とによって左右されると考えられる。
一方、トナー塊のサイズが均一であれば、オフセットが発生する場合は、殆ど全てのトナー塊について一挙に発生するため、この場合、結果的にハーフトーンオフセットが発生してしまう。
それゆえ、本発明者らは以上に説明したような知見に基づいて、以下の本発明を見出した。
<1>
画像情報に応じた入力信号を擬似中間調処理して出力信号を生成する擬似中間調処理工程と、前記出力信号に応じたビーム状照射光を照射して潜像担持体表面に潜像を形成する潜像形成工程と、前記潜像を、結着樹脂と着色剤とを含むトナーを含有する現像剤により現像し、前記潜像担持体表面にトナー像を形成する現像工程と、前記トナー像を記録媒体に転写する転写工程と、前記トナー像を定着して画像を形成する定着工程とを含み、
前記画像として中間調画像を形成する場合に、前記擬似中間調処理工程を利用して前記潜像担持体表面に形成されるトナー像が、前記潜像担持体表面に島状に離散して形成された複数のトナー塊からなる画像形成方法において、
(1)前記潜像担持体表面に照射される前記ビーム状照射光のビーム径が35μm以上であり、
(2)前記擬似中間調処理が、前記記録媒体表面に転写された後の前記トナー塊のサイズを不均一にする擬似中間調処理であり、且つ、
(3)前記トナーが、下式(1)および下式(2)を満たすことを特徴とする画像形成方法である。
・式(1) 2.0×105≦G’(60)≦4.0×106
・式(2) G’(60)/G’(80)≦40
〔式(1)および式(2)中、G’(60)は、温度60℃、振動周波数6.28rad/sec、歪量0.1%の条件で測定した前記トナーの貯蔵弾性率(Pa)を表し、G’(80)は、温度80℃、振動周波数6.28rad/sec、歪量0.1%の条件で測定した前記トナーの貯蔵弾性率(Pa)を表す。〕
前記転写工程が、前記潜像担持体表面に形成されたトナー像を、中間転写体表面に転写する第1の転写工程と、前記中間転写体表面に転写されたトナー像を前記記録媒体表面に転写する第2の転写工程とを含むことを特徴とする<1>に記載の画像形成方法である。
第1の結着樹脂からなり、体積平均粒径が1μm以下である第1の樹脂微粒子を分散した第1の樹脂微粒子分散液と、着色剤を分散した着色剤分散液とを少なくとも混合した混合分散液に、凝集剤を添加し、加熱することによりコア粒子を形成する凝集工程と、
前記コア粒子が形成された前記混合分散液に、第2の結着樹脂からなり、体積平均粒径が1μm以下である第2の樹脂微粒子を分散した第2の樹脂微粒子分散液を添加して、前記コア粒子の表面に、前記第2の樹脂微粒子を付着させて付着樹脂凝集粒子を形成する付着工程と、
前記付着樹脂凝集粒子を融合する融合工程とを経て前記トナーが作製されることを特徴とする<1>または<2>記載の画像形成方法である。
潜像担持体と、画像情報に応じた入力信号を擬似中間調処理して出力信号を生成する擬似中間調処理手段と、前記出力信号に応じたビーム状照射光を照射して前記潜像担持体表面に潜像を形成する潜像形成手段と、前記潜像を、結着樹脂と着色剤とを含むトナーを含有する現像剤により現像し、前記潜像担持体表面にトナー像を形成する現像手段と、前記トナー像を記録媒体に転写する転写手段と、前記トナー像を定着して画像を形成する定着手段とを有し、
前記画像として中間調画像を形成する場合に、前記擬似中間調処理手段を利用して前記潜像担持体表面に形成されるトナー像が、前記潜像担持体表面に島状に離散して形成された複数のトナー塊からなる画像形成装置において、
<1>〜<3>のいずれか1つに記載の画像形成方法を利用して、前記画像を形成することを特徴とする画像形成装置である。
本発明の画像形成方法は、画像情報に応じた入力信号を擬似中間調処理して出力信号を生成する擬似中間調処理工程と、前記出力信号に応じたビーム状照射光を照射して潜像担持体表面に潜像を形成する潜像形成工程と、前記潜像を、結着樹脂と着色剤とを含むトナーを含有する現像剤により現像し、前記潜像担持体表面にトナー像を形成する現像工程と、前記トナー像を記録媒体に転写する転写工程と、前記トナー像を定着して画像を形成する定着工程とを含み、前記画像として中間調画像を形成する場合に、前記擬似中間調処理工程を利用して前記潜像担持体表面に形成されるトナー像が、前記潜像担持体表面に島状に離散して形成された複数のトナー塊からなる画像形成方法において、(1)前記潜像担持体表面に照射される前記ビーム状照射光のビーム径が35μm以上であり、(2)前記擬似中間調処理が、前記記録媒体表面に転写された後の前記トナー塊のサイズを不均一にする擬似中間調処理であり、且つ、(3)前記トナーが、下式(1)および下式(2)を満たすことを特徴とする。
・式(1) 2.0×105≦G’(60)≦4.0×106
・式(2) G’(60)/G’(80)≦40
但し、式(1)および式(2)中、G’(60)は、温度60℃、振動周波数6.28rad/sec、歪量0.1%の条件で測定した前記トナーの貯蔵弾性率(Pa)を表し、G’(80)は、温度80℃、振動周波数6.28rad/sec、歪量0.1%の条件で測定した前記トナーの貯蔵弾性率(Pa)を表す。
従って、この場合、例えば、個々のビーム状照射光に対応して形成される個々のドット状の静電潜像が互いに、隣接あるいは連結した領域を形成し、個々のドットサイズ以上のサイズを有するトナー塊も形成されうるFMスクリーン処理のような擬似中間調処理を用いても、トナー塊のサイズは、マクロに見た場合には小さくなる傾向にあるため、ハーフトーンオフセットが抑制できなくなる。
なお、本発明において「ビーム径」とは、潜像担持体表面におけるビームスポット幅を示し、ビーム強度のガウス分布における最大値に対し、強度が1/e2(約14%)となるビームの幅を意味する。
ここで、「互いに近接」とは、潜像担持体表面で隣接して存在するドットに対応して形成されたが、潜像担持体表面上では離れていても、転写時に加わる押圧力より発生するトナー塊の変形によって、連結し得る程度の距離を有していることを意味する。また、トナー塊のサイズが不均一であるか否かは、光学顕微鏡等を利用して定着前の中間調のトナー像を観察することにより容易に確認できる。
60℃における貯蔵弾性率が2.0×105Pa未満の場合、トナーの弾性が小さく、転写工程でトナーが変形を起こし、定着不良を引き起こしてしまう。また、60℃における貯蔵弾性率が4.0×106Paより大きい場合、トナーの弾性が大きいために低温での定着が困難になる。
なお、60℃の貯蔵弾性率G’(60)と80℃の貯蔵弾性率G’(80)の比率G’(60)/G’(80)は、トナーの粘弾性の温度依存を示す指標であり、G’(60)/G’(80)が大きいとトナーのシャープメルト性が強く、小さいとシャープメルト性が弱いことを示す。
それゆえ、G’(60)/G’(80)の値は30以下であることが好ましく、小さければ小さい程よいが、小さ過ぎる場合にはトナーが十分に溶融せず、フルカラー画像を形成した場合の発色性が低下してしまう場合がある。このためG’(60)/G’(80)が10以上であることが好ましく、15以上であることがより好ましい。
この場合、本発明に用いられるトナーは、振動周波数6.28rad/sec、歪量0.1%で測定した正接損失が、30℃以上90℃以下の範囲内に2つのピーク(極大値)を有していることが好ましい。この正接損失のピークは、トナーに含まれる結着樹脂成分の主鎖の運動を表すものであり、ピークが2つ存在する場合には、2種類の結着樹脂がトナー中に非相溶状態で独立に存在していることを示している。
このように30℃以上90℃以下の範囲内において正接損失のピークが2つ存在する状態は、式(2)に示した条件を満たすようにトナーの粘弾性の温度依存性(傾き)を制御することが容易となる点で好ましい。
30℃以上90℃以下の範囲内において正接損失のピークが1つしか存在しない状態は、2種類の結着樹脂がトナー中で相溶するため、実効的にトナー粘弾性の温度依存性の傾きはあまり変わらず、粘弾性の温度依存性曲線がシフトするだけとなり易い。それゆえ、式(2)に示した条件を満たすようにトナーの粘弾性の温度依存性(傾き)を制御することが困難になる場合がある。
動的粘弾性の測定は、トナーを錠剤に成形した後、8mm径のパラレルプレートにセットし、ノーマルフォースを0とした後に6.28rad/secの振動周波数で正弦波振動を与えた。測定は20℃から開始し、昇温速度1℃/minで、100℃まで継続した。この際の測定時間インターバルは30秒である。
また、測定を行う前に、20℃から100℃まで10℃間隔で、歪量の応力依存性を確認し、各温度における応力と歪量とが線形関係を満たす歪量の範囲を求めた。測定中は各測定温度における歪量を0.1%に維持し、全ての温度において応力と歪量が線形関係になるように制御し、これらの測定結果を利用して貯蔵弾性率及び正接損失を求めた。
この場合、潜像担持体表面に形成された個々のトナー塊が一旦中間転写体表面へ転写され、さらに中間転写体表面から記録媒体に転写される過程でトナー塊の変形(いわゆるメカニカルドットゲイン)が発生するため、潜像担持体表面で近接して存在するトナー塊同士の間隔が狭い場合には、記録媒体上でこれらトナー塊同士の距離がより近づいて、2つのトナー塊が連結し易くなるため、ハーフトーンオフセットがより一層発生しにくくなる。
以下に、本発明のトナーの構成材料について、コアシェル構造を有すること、および、上述した乳化重合凝集法を利用して作製される場合を考慮してより詳細に説明するが、勿論、コアシェル構造を有さない場合や他の製法でトナーを作製する場合にも以下に列挙する材料を利用することができる。
本発明に用いられる第1の結着樹脂(以下、「コア層用結着樹脂」と称す場合がある)としては、公知の非結晶性あるいは結晶性樹脂を利用できるが、非結晶性樹脂である場合には、具体的には以下の材料が利用できる。
すなわち、非結晶性樹脂としては、スチレン、パラクロロスチレン、α−メチルスチレン等のスチレン類;アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸n−プロピル、アクリル酸ラウリル、アクリル酸2−エチルヘキシル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸n−プロピル、メタクリル酸ラウリル、メタクリル酸2−エチルヘキシル等のビニル基を有するエステル類;アクリロニトリル、メタクリロニトリル等のビニルニトリル類;ビニルメチルエーテル、ビニルイソブチルエーテル等のビニルエーテル類;ビニルメチルケトン、ビニルエチルケトン、ビニルイソプロペニルケトン等のビニルケトン類;エチレン、プロピレン、ブタジエンなどのポリオレフィン類等の単量体などの重合体、これら単量体などを2種以上組み合せた共重合体、または、これら重合体や共重合体の混合物が挙げられる。
解離性ビニル系単量体の例としては、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、ケイ皮酸、フマル酸、ビニルスルフォン酸、エチレンイミン、ビニルピリジン、ビニルアミンなど高分子酸、高分子塩基の原料となる単量体のいずれも使用可能であるが、重合体形成反応の容易性などから高分子酸が好適である。さらには、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、ケイ皮酸、フマル酸などのカルボキシル基を有する解離性ビニル系単量体が、重合度制御、ガラス転移点の制御のために特に有効である。
結晶性樹脂の中でも、トナー化した後の画像の保存性等の実用上の観点からはポリエステル樹脂が好ましい。ポリエステル樹脂の例を以下に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
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。
また、酸成分としては、前述の脂肪族ジカルボン酸や芳香族ジカルボン酸の他に、スルホン酸基を持つジカルボン酸成分が含まれていることが好ましい。前記スルホン酸基を持つジカルボン酸は、顔料等の色材の分散を良好にできる点で有効である。また、ジカルボン酸がスルホン酸基を有する場合には、樹脂全体を水に乳化或いは懸濁して樹脂微粒子を作製する際に、後述するように、界面活性剤を使用しないで、乳化或いは懸濁することも可能である。
含有量が少ないと乳化粒子の経時安定性が悪くなる一方、15モル%を超えると、ポリエステル樹脂の結晶性が低下するばかりではなく、凝集後、粒子が融合する工程に悪影響を与え、トナー径の調整が難しくなるという不具合が生じる。
多価アルコール成分のうち、前記脂肪族ジオール成分の含有量が80モル%以上であることが好ましく、より好ましくは、90モル%以上である。前記脂肪族ジオール成の含有量が80モル%未満では、ポリエステル樹脂の結晶性が低下し、融点が降下する為、耐トナーブロッキング性、画像保存性及び、低温定着性が悪化してしまう場合がある。なお、必要に応じて、酸価や水酸基価の調製等の目的で、酢酸、安息香酸等の1価の酸や、シクロヘキサノール、ベンジルアルコール等の1価のアルコールも使用することができる。
トナーの作製に際して用いられる樹脂微粒子の体積平均粒径は、1μm以下であることが望ましく、より望ましくは0.01〜1μmの範囲である。樹脂微粒子の体積平均粒径が1μmを越えると、最終的に得られる静電潜像現像用トナーの粒度分布や形状分布が広くなったり、遊離粒子の発生が生じてトナーの組成偏在を引き起こし、性能や信頼性の低下を招く場合がある。
一方、樹脂微粒子の体積平均粒径が上記範囲内にあると、前記欠点がない上、トナー間の偏在が減少し、トナー中での分散が良好となり、性能や信頼性のバラツキが小さくなる点が有利である。なお、樹脂微粒子の体積平均粒径は、例えば、マイクロトラック等を用いて測定することができる。
本発明に用いられる第2の結着樹脂(以下、「シェル層用結着樹脂」と称す場合がある)は、コア層用結着樹脂と同様の材料を用いることができるが、結晶性樹脂を用いることはあまり好ましくない。トナーの最外側の層であるシェル層を構成する材料として結晶性樹脂が用いられた場合、結晶性樹脂は電気抵抗の環境依存性が大きいため、高湿環境下ではトナーの帯電性が著しく低下する場合があるからである。
また、シェル層用結着樹脂は、トナーを作製した際にトナー中でコア層用結着樹脂と非相溶状態で存在し易い材料を選択することが好ましく、トナーの製造に際しても、非相溶状態となりやすい製造条件を選択することが好ましい。
ΔSP値が0.2より小さいと、トナー中で、コア層用結着樹脂とシェル層用結着樹脂が相溶してしまい、式(2)に示す条件を満たすような粘弾性制御が困難になる場合がある。また、ΔSP値が0.6より大きいとコア層用結着樹脂とシェル層用結着樹脂との親和性が悪く、これら2種類の樹脂同士を均一に融合することが困難となり、トナー化できなくなる場合がある。
また、G’shell(80)/G’core(80)が50より大きい場合には、コア層用結着樹脂とシェル層用結着樹脂との貯蔵弾性率差が大きすぎるため、定着時に、定着機に設定された単一の定着温度ではコア層用結着樹脂が溶融し、シェル層用結着樹脂が未溶融となる場合がある。この場合、結果として定着された画像上に溶融領域と未溶融領域とが混在してしまうため、画像表面の均一性が失われ発色性が悪くなってしまう場合がある。
また、式(2)に示す条件を満たすようなトナーの粘弾性制御を容易に実現するためには、コア層用結着樹脂の80℃における貯蔵弾性率G’core(80)は、1×104Pa〜1×105Paの範囲内であることが好ましく、シェル層用結着樹脂の80℃における貯蔵弾性率G’shell(80)としては、5×104Pa〜5×106Paの範囲内が好ましい。
なお、参考までに、式(3)で示されるSP値をSI単位(J1/2/m3/2)に換算する場合には、2046を乗ずればよい。
トナーに用いられる着色剤としては、特に制限はなく、公知の顔料、染料等が使用できる。顔料としては、例えば、黒色顔料、黄色顔料、橙色顔料、赤色顔料、青色顔料、紫色顔料、緑色顔料、白色顔料、体質顔料などが挙げられる。
前記黒色顔料としては、例えば、カーボンブラック、酸化銅、二酸化マンガン、アニリンブラック、活性炭等が挙げられる。
前記黄色顔料としては、例えば、黄鉛、亜鉛黄、黄色酸化鉄、カドミウムイエロー、クロムイエロー、ハンザイエロー、ハンザイエロー10G、ベンジジンイエローG、ベンジジンイエローGR、スレンイエロー、キノリンイエロー、パーメネントイエローNCG等が挙げられる。
前記赤色顔料としては、例えば、ベンガラ、カドミウムレッド、鉛丹、硫化水銀、ウオッチヤングレッド、パーマネントレッド4R、リソールレッド、ブリリアントカーミン3B、ブリリアントカーミン6B、デュポンオイルレッド、ピラゾロンレッド、ローダミンBレーキ、レーキレッドC、ローズベンガル、エオキシンレッド、アリザリンレーキ等が挙げられる。
前記紫色顔料としては、例えば、マンガン紫、ファストバイオレットB、メチルバイオレットレーキ等が挙げられる。
前記白色顔料としては、例えば、亜鉛華、酸化チタン、アンチモン白、硫化亜鉛等が挙げられる。前記体質顔料としては、例えば、バライト粉、炭酸バリウム、クレー、シリカ、ホワイトカーボン、タルク、アルミナホワイト等が挙げられる。
着色剤は、色相角、彩度、明度、耐候性、OHP透過性、トナー中での分散性の観点から選択される。トナー中に含まれる着色剤の添加量は、好ましくは1〜20質量%、より好ましくは4〜15質量%である。
着色剤分散液の作製に際して、これらの着色剤は公知の方法で水系媒体に分散される。分散に際しては、例えば、回転せん断型ホモジナイザー、ボールミル、サンドミル、アトライター等のメディア式分散機、高圧対向衝突式の分散機等が好ましく用いられる。
本発明に用いられる離型剤としては公知の離型剤が利用できるが、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン等の低分子量ポリオレフィン類;加熱により軟化点を有するシリコーン類;オレイン酸アミド、エルカ酸アミド、リシノール酸アミド、ステアリン酸アミド等の脂肪酸アミド類;エステルワックス、カルナウバワックス、ライスワックス、キャンデリラワックス、木ロウ、ホホバ油等のような植物系ワックス;ミツロウのような動物系ワックス;モンタンワックス、オゾケライト、セレシン、パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、フィッシャートロプシュワックス等のような鉱物、石油系ワックス、及びそれらの変性物を使用することができる。
なお、離型剤分散液は、上述した離型剤を、水中にイオン性界面活性剤や高分子酸や高分子塩基などの高分子電解質とともに分散させ、融点以上に加熱するとともに強い剪断を付与できるホモジナイザーや圧力吐出型分散機で微粒子化することにより得ることができる。この場合、離型剤分散液中に分散した離型剤粒子の粒径をトナーの作製に適した1μm以下とすることが容易である。
一方、離型剤粒子の体積平均粒径が前記範囲内にあると、前記欠点がない上、トナー間の偏在が減少し、トナー中での分散が良好となり、性能や信頼性のバラツキが小さくなる点が有利である。なお、前記体積平均粒径は、例えば、マイクロトラック等を用いて測定することができる。
トナーに内添あるいは外添されるその他の成分としては、例えば、帯電制御剤、無機粒体、有機粒体、滑剤、研磨材、磁性粉などが挙げられる。
前記帯電制御剤としては、例えば、4級アンモニウム塩化合物、ニグロシン系化合物、アルミ、鉄、クロムなどの錯体からなる染料、トリフェニルメタン系顔料などが挙げられる。なお、本発明における帯電制御剤としては、凝集時や融合時の安定性に影響するイオン強度の制御と廃水汚染減少の点で、水に溶解しにくい素材のものが好ましい。
前記有機粒体としては、例えば、ビニル系樹脂、ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂等の通常トナー表面の外添剤として使用される総ての粒子が挙げられる。なお、これらの無機粒体や有機粒体は、流動性助剤、クリーニング助剤等として使用することができる。
前記磁性粉としては、例えば、磁場中で磁化される物質が挙げられ、鉄、コバルト、ニッケル、マンガン等の金属、合金又はこれらを含む化合物等の強磁性の粉末、フェライト、マグネタイト等の化合物が挙げられる。前記磁性粉を用いる場合、該磁性体の水層移行性に注意を払う必要があり、前記磁性体に疎水化処理等の表面改質を施しておくのが好ましい。
次に、本発明のトナーの作製に際して用いられる各種分散液の調整に際して用いられる分散媒や、界面活性剤等の副次的成分、調整方法等について説明する。
まず、分散媒としては、例えば、水系媒体等が挙げられる。前記水系媒体としては、例えば、蒸留水、イオン交換水等の水、アルコール類などが挙げられる。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。
前記界面活性剤としては、例えば、硫酸エステル塩系、スルホン酸塩系、リン酸エステル系、せっけん系等のアニオン界面活性剤;アミン塩型、4級アンモニウム塩型等のカチオン界面活性剤;ポリエチレングリコール系、アルキルフェノールエチレンオキサイド付加物系、多価アルコール系等の非イオン系界面活性剤などが好適に挙げられる。これらの中でもイオン性界面活性剤が好ましく、アニオン界面活性剤、カチオン界面活性剤がより好ましい。
前記非イオン系界面活性剤は、前記アニオン界面活性剤又はカチオン界面活性剤と併用されるのが好ましい。前記界面活性剤は、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。
これら3種類の分散液を混合した混合分散液において、全固形分に対する第1の樹脂微粒子の含有量としては40質量%以下であることが好ましく、2〜20質量%程度の範囲内であることがより好ましい。また、着色剤の含有量としては50質量%以下であることが好ましく、2〜40質量%程度の範囲内であることがより好ましい。さらに、離型剤の含有量としては50質量%以下であることが好ましく、5〜40質量%程度の範囲内であることがより好ましい。
さらに、3種類の分散液を混合した混合分散液に、更にその他の内添成分(粒子)を加える場合には、その他の内添成分の含有量としては、一般的には極く少量であれば十分である。具体的には混合分散液に含まれる全固形分に対して、その他の内添成分の含有量は0.01〜5質量%程度であることが好ましく、0.5〜2質量%程度の範囲内であることがより好ましい。
次に、上述した凝集工程、付着工程、および、融合工程を含む本発明に用いられるトナーの製造方法について、各工程毎により詳細に説明する。
凝集工程においては、まず、第1の結着樹脂分散液、着色剤分散液、さらには必要に応じて用いられる離型剤分散液や、その他の成分を混合して得られた混合分散液に凝集剤を添加し、第1の結着樹脂の融点よりもやや低めの温度にて加熱することにより、各々の成分からなる粒子を凝集させた凝集粒子(コア凝集粒子)を形成する。なお、第1の結着樹脂のガラス転移温度以上の温度で加熱して、凝集と同時に融合も行い、融合粒子(コア融合粒子)を形成してもよい。
凝集粒子の形成は、回転せん断型ホモジナイザーで攪拌下、室温で凝集剤を添加することにより行う。凝集工程に用いられる凝集剤は、各種分散液の分散剤として用いる界面活性剤と逆極性の界面活性剤、無機金属塩の他、2価以上の金属錯体を好適に用いることができる。
特に、金属錯体を用いた場合には界面活性剤の使用量を低減でき、帯電特性が向上するため特に好ましい。
付着工程では、上記した凝集工程を経て形成された第1の結着樹脂を含むコア粒子(コア凝集粒子、あるいは、コア融合粒子)の表面に、第2の結着樹脂からなる樹脂微粒子を付着させることにより被覆層を形成する(以下、コア粒子表面に被覆層を設けた凝集粒子を「付着樹脂凝集粒子」と称す)。ここで、この被覆層は、後述する融合工程を経て形成される本発明のトナーのシェル層に相当するものである。
被覆層の形成は、凝集工程においてコア粒子を形成した分散液中に、第2の樹脂微粒子分散液を追添加することにより行うことができ、必要に応じて他の成分も同時に追添加してもよい。
前記付着樹脂凝集粒子を、前記コア粒子の表面に均一に付着させて被覆層を形成し、前記付着樹脂凝集粒子を後述する融合工程において加熱融合すると、コア粒子の表面の被覆層に含まれる第2の結着樹脂からなる樹脂微粒子が溶融してシェル層が形成される。このため、シェル層の内側に位置するコア層に含まれる離型剤等の成分が、トナーの表面へと露出することを効果的に防止することができる。
後者の場合、複雑かつ精密な階層構造を有するトナーを得ることができ、トナーに所望の機能を付与し得る点で有利である。前記付着工程を複数回行ったり、多段階で実施する場合、得られるトナーの表面から内部にかけての組成や物性を段階的に変化させることができ、トナーの構造を容易に制御することができる。この場合、コア粒子の表面に段階的に複数の層が積層され、トナーの粒子の内部から外部にかけて構造変化や組成勾配をもたせることができ、物性を変化させることができる。また、この場合、シェル層は、コア粒子の表面に積層された全ての層に相当し、最も外側の層は、第2の結着樹脂を主成分とする層から構成される。なお、以下の説明においては、付着工程が1回のみである場合を前提として説明する。
第1の結着樹脂の融点より10℃を超えて低い温度で加熱すると、コア粒子表面に存在する第1の結着樹脂からなる樹脂微粒子と、コア凝集粒子表面に付着した第2の結着樹脂からなる樹脂微粒子とが付着しにくくなり、その結果、形成されるシェル層の厚みが不均一になる場合がある。
しかし、付着性が高まり過ぎるため、付着樹脂凝集粒子同士の付着も発生してしまい、得られるトナーの粒径/粒度分布も崩れてしまう。付着工程における加熱時間としては、加熱温度に依存するので一概に規定することはできないが、通常5分〜2時間程度である。
なお、付着工程においては、コア粒子が形成された混合分散液に第2の樹脂微粒子分散液を追添加した分散液は、静置されていてもよいし、ミキサー等により穏やかに攪拌されていてもよい。後者の場合の方が、均一な付着樹脂凝集粒子が形成され易い点で有利である。
融合工程においては、加熱を行うことにより付着工程で得られた付着樹脂凝集粒子を融合させる。融合工程は、第1の結着樹脂および第2の結着樹脂のガラス転移温度のうち、いずれか高い方の温度以上で実施することができる。融合の時間としては、加熱の温度が高ければ短い時間で足り、加熱の温度が低ければ長い時間が必要である。即ち、融合の時間は、加熱の温度に依存するので一概に規定することはできないが、一般的には30分〜10時間である。
なお、コア融合粒子の表面に第2の結着樹脂からなる微粒子を付着させて得られた付着樹脂凝集粒子に、後述の洗浄/乾燥工程終了後に、ヘンシェルミキサー等による機械的なストレスを加えることによって、コア融合粒子表面に付着した第2の結着樹脂からなる微粒子を融合させることができる。このように、液相中での加熱の代わりに機械的ストレスを加えることによって融合工程を行うこともできる。
融合工程を経て得られた融合粒子は、ろ過などの固液分離や、洗浄、乾燥を実施する。これにより外添剤が添加されない状態のトナーが得られる。
前記固液分離は、特に制限はないが、生産性の点から吸引濾過、加圧濾過等が好ましい。前記洗浄は、帯電性の点から十分にイオン交換水による置換洗浄を施すことが好ましい。乾燥工程では、通常の振動型流動乾燥法、スプレードライ法、凍結乾燥法、フラッシュジェット法など、任意の方法を採用することができる。トナーの粒子は、乾燥後の含水分率を好ましくは1.0質量%以下、より好ましくは0.5質量%以下に調整することが望ましい。
無機微粒子としては、例えば、シリカ、アルミナ、酸化チタン、チタン酸バリウム、チタン酸マグネシウム、チタン酸カルシウム、チタン酸ストロンチウム、酸化亜鉛、ケイ砂、クレー、雲母、ケイ灰石、ケイソウ土、塩化セリウム、ベンガラ、酸化クロム、酸化セリウム、三酸化アンチモン、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素などを挙げられる。これらの中でも、シリカ微粒子が好ましく、特に疎水化処理されたシリカ微粒子が好ましい。
また、メタチタン酸の疎水化処理化合物は、1010Ω・cm以上の電気抵抗を有することが好ましい。これは、メタチタン酸の疎水化処理化合物を外添処理したトナーを用いた場合に、転写電界を上げても、逆極性に帯電するトナーが発生することなしに高い転写性を得ることができるためである。
前記無機微粒子/有機微粒子は、個数平均粒径が80nm以下であることが好ましく、50nm以下であることがより好ましい。また、単分散球状シリカや単分散球状有機樹脂微粒子を外添剤として用いる場合は、転写効率を向上/維持させる観点から、これら外添剤のメジアン径は0.1μm以上0.3μm未満であることが好ましい。
帯電制御剤としては、例えば、サリチル酸金属塩、含金属アゾ化合物、ニグロシンや4級アンモニウム塩などが挙げられる。前記帯電制御剤は、一般に帯電性を向上させる目的で使用される。
添加量が0.3質量部より少ないと、トナーの流動性が十分に得られない場合があり、また高温環境下の保管によるブロッキング抑制が不十分となりやすい。一方、添加量が3質量部より多いと、過剰に被覆された状態となる。このため、トナー粒子表面に外添された余剰な無機酸化物が、トナーと接触する部材に移行し、二次障害を引き起こす場合がある。また、外添剤を混合後に篩分プロセスを通しても一向に構わない。
本発明に用いられるトナーは、以上に説明したような製造方法によって好適に製造することができるが、これら製造方法に限定されるものではない。
本発明に用いられる現像剤は、既述した式(1)および式(2)を満たすトナーのみからなる一成分現像剤、あるいは、式(1)および式(2)を満たすトナーとキャリアとからなる二成分現像剤として用いることができる。
二成分現像剤に使用し得るキャリアとしては、特に制限はなく、公知のキャリアを用いることができる。前記キャリアは、芯材表面に、マトリックス樹脂中に導電材料が分散された樹脂被覆層を有する樹脂コートキャリアが利用できる。樹脂コートキャリアは、樹脂被覆層の剥がれが発生しても、体積固有抵抗が大きく変化することがないため、長期に渡り高い画質を維持することが可能である。
キャリアの芯材としては、磁性粉を単独で芯材に用いるもの、あるいは、磁性粉を微粒子化し、樹脂中に分散したものが挙げられる。磁性粉を微粒子化し、樹脂中に分散する方法としては、樹脂と磁性粉とを混練し粉砕する方法、樹脂と磁性粉とを溶融しスプレードライする方法、重合製法を用い溶液中で磁性粉含有樹脂を重合させる方法等が挙げられる。キャリアの真比重制御、形状制御の観点からは、重合製法による磁性粉分散型の芯材を用いることが自由度が高い点で好ましい。
本発明に用いられる現像剤が、二成分系である場合は、上記キャリア100質量部に対しトナー3〜15質量部の範囲で混合され調整されることが好ましい。
次に、本発明の画像形成方法において、ハーフトーンオフセットの発生を抑制する上で重要な工程、特にトナー塊のサイズに関係する擬似中間調処理工程や、ビーム径に関係する潜像形成工程について、具体例や数式を挙げてより詳細に説明する。
潜像担持体表面に形成されるトナー塊のサイズを不均一にする擬似中間調処理の具体例として、FMスクリーン処理を例として以下に説明する。
図1はFMスクリーン処理の処理手順を示すフローチャートであり、図2はFMスクリーン処理を行うための構成および処理動作の一例を示す概略模式図である。なお、図2中、1は入力信号、2は加算器、3は比較器、4は出力信号、5は減算器、6は誤差フィルターを表す。
まず、図1を用いて、FMスクリーン処理の処理手順の概要を説明する。FMスクリーン処理は、まず、画像座標(x,y)を初期化する(ステップ1)。次に、2値化処理、周辺画素への誤差拡散処理を行った後、画像座標(x,y)を更新する(ステップ2)。ここで、更新した画像座標(x,y)が画像領域内か否かを判定し、画像領域内であれば、更新後の画像座標(x,y)について、再びステップ2の処理を実施し、画像領域外であれば、更新後の画像座標(x,y)についての処理を終了する(ステップ3)。
このようなステップ1〜3の処理をすべての画像領域内の画素について行い、誤差拡散処理を終了する。
2値化では、当該画像座標(i,j)の位置の画素を2値化する。画像座標(i,j)の画素値としてIijが入力信号1として入力されるが、Iijには既に周辺の画素の処理において発生する誤差(ここではEij)が分配されている。そのため、まず、加算器2によって入力画素値Iijと誤差値Eijを加算する。なお、この誤差値Eijは周辺の画素から分配されたすべての誤差の積算値である。入力画素値と誤差値との加算値は、比較器3に渡され、所定の閾値と比較され、2値化される。その結果として出力画素値Oijが出力信号4として出力される。
このようにして1画素分の誤差拡散処理が行われる。上述のように、このような処理を、画像領域内のすべての画像座標(x,y)について行い、出力画素値Oijを得る。
このようにして得られた出力信号に基づいて、潜像担持体上に潜像が形成される。ここで、元の画像情報が、最終的に中間調画像として出力されるものであれば、現像により、サイズの不均一なトナー塊からなるトナー像が潜像担持体表面に形成される。
図中、10は露光光源、11はコリメーターレンズ、12はポリゴンミラー、13はf−θレンズ、14は潜像担持体表面、20はレーザービームを表す。
潜像形成工程における露光は以下のように行われる。まず、半導体レーザー等の露光光源10から照射されたレーザービーム20が、コリメータレンズ11によりコリメートされた後、回転するポリゴンミラー12により繰り返し反射偏向される。さらに、ポリゴンミラー12により反射偏向されたレーザービーム20は、f−θレンズ13を経由してビーム状照射光として潜像担持体表面14に照射される。ここで、レーザービーム20はf−θレンズ13により、潜像担持体表面14において所定のビーム径となるように調整される。このような照射プロセスを画像情報に応じて、潜像担持体表面14を主走査方向に繰り返し実施することにより、所定の静電潜像が潜像担持体表面14に形成される。なお、潜像形成用の露光光源10は、半導体レーザー以外にも、LEDアレイ等を用いることもできる。
・式(4) ω0≒λ/(n・π・θbeam)
・式(5) θbeam=tan−1(D/(2・f))
従って、ビーム径を変化させるには、波長λと、f−θレンズへの入射ビーム径D、即ちポリゴンミラーへの入射ビーム径を変化させることで実現できる。
次に、本発明の画像形成装置について説明する。本発明の画像形成装置は、本発明の画像形成方法を利用できる公知の電子写真方式の画像形成装置であれば特に限定されないが、具体的には、以下のような構成を有することが好ましい。
すなわち、本発明の画像形成装置は、潜像担持体と、画像情報に応じた入力信号を擬似中間調処理して出力信号を生成する擬似中間調処理手段と、前記出力信号に応じたビーム状照射光を照射して前記潜像担持体表面に潜像を形成する潜像形成手段と、前記潜像を、結着樹脂と着色剤とを含むトナーを含有する現像剤により現像し、前記潜像担持体表面にトナー像を形成する現像手段と、前記トナー像を記録媒体に転写する転写手段と、前記トナー像を定着して画像を形成する定着手段とを有していることが好ましい。
さらに、フルカラー画像を形成する場合には、1つの潜像担持体を用いて各色のトナー像を順次形成するタイプの装置であってもよく、あるいは、各色毎に対応した潜像担持体を備えたいわゆるタンデムタイプの装置であってもよい。
これにより優れた省エネルギー効果を得ることができる。但し、従来の待機時省電機能を備えた画像形成装置では、初期オーバーシュートによる定着温度の振れ幅が大きいために、待機状態から中間調画像を連続的に形成する際に、定着温度が高くなるとハーフトーンオフセットが発生し易い。しかし、本発明の画像形成装置では、待機時省電機能を備えたものであってもハーフトーンオフセットの発生を抑制することができる。
−コア層用結着樹脂粒子分散液(1)の調整−
・スチレン:410質量部
・nブチルアクリレート:90質量部
・アクリル酸:12.5質量部
・ヘキサンジオールジアクリレート:2.5質量部
・ドデカンチオール:12質量部
以上の成分を混合・溶解した溶液を準備した。次に、この溶液に、非イオン性界面活性剤(三洋化成(株)製:ノニポール400)6質量部及びアニオン性界面活性剤(第一工業製薬(株)製:ネオゲンSC)10質量部をイオン交換水740質量部に溶解した溶液を加えて、フラスコ中で分散し、乳化し、10分ゆっくりと混合攪拌した。更に、混合攪拌中の溶液に、過硫酸アンモニウム8質量部を溶解したイオン交換水50質量部を加えた後、フラスコ内を窒素置換し、さらにフラスコ内を攪拌しながら内容物が68℃になるまでオイルバスで加熱し、7時間そのまま乳化重合を継続した。
こうして、体積平均粒径が190nm、重量平均分子量Mwが33,000であるコア層用結着樹脂を分散させてなるコア層用結着樹脂粒子分散液(1)を調製した。また、樹脂粒子濃度を10質量%となるように水分量を調整した。なお、計算により求めたコア層用結着樹脂のSP値は9.93である。
加熱乾燥した三口フラスコに、1,8セバシン二酸98.0mol%、イソフタル酸ジメチル−5−スルホン酸ナトリウム2.0mol%の酸成分、および、1,6ヘキサンジオール100mol%と、触媒としてTi(OBu)4(酸成分に対し、0.014質量%)と、を入れた後、減圧操作により容器内の空気を減圧し、さらに窒素ガスにより不活性雰囲気下とし、機械攪拌にて180℃で6時間還流を行った。
ついで、これを溶融状態のまま、キャビトロンCD1010(株式会社ユーロテック製)に毎分100gの速度で移送した。別途準備した水性媒体タンクには試薬アンモニア水をイオン交換水で希釈した0.37質量%濃度の希アンモニア水を入れ、熱交換器で120℃に加熱しながら毎分0.1リットルの速度で、上記ポリエステル樹脂溶融体と同時に上記キャビトロンに移送した。
・ビスフェノールAエチレンオキサイド付加物(平均付加モル数2.1):850質量部
・テレフタル酸:1800質量部
コア層用結着樹脂粒子分散液(2)と同様にして、上記成分の混合物を酸価が8.4mgKOH/g、軟化点が105℃になるまで、反応をさせ、重量平均分子量Mwが10000であるコア層用結着樹脂を得た。
ついでこれをコア層用結着樹脂粒子分散液(2)の調製条件と同様にキャビトロンで乳化分散させ、体積平均粒径0.14μmのポリエステル樹脂からなるコア層用結着樹脂粒子分散液(3)を得た。また、樹脂粒子濃度を10質量%となるように水分量を調整した。なお、計算により求めたコア層用結着樹脂のSP値は10.10である。
・ビスフェノールAプロピレンオキサイド付加物(平均付加モル数2.2):800質量部
・テレフタル酸:1600質量部
コア層用結着樹脂粒子分散液(3)と同様にして、上記成分の混合物を酸価が10.5mgKOH/g、軟化点が110℃になるまで、反応をさせ、重量平均分子量が8500であるシェル層用結着樹脂を得た。
ついでこれをコア層用結着樹脂粒子分散液(3)の調製条件と同様にキャビトロンで乳化分散させ、体積平均粒径0.10μmのポリエステル樹脂からなるシェル層用結着樹脂粒子分散液(1)を得た。また、樹脂粒子濃度を10質量%となるように水分量を調整した。なお、計算により求めたコア層用結着樹脂のSP値は10.50である。
・スチレン:440質量部
・nブチルアクリレート:20質量部
・アクリル酸:3質量部
・ドデカンチオール:6質量部
・四臭化炭素:4質量部
以上の成分を混合して溶解した溶液を準備した。次に、この溶液に、非イオン性界面活性剤(ノニポール400:三洋化成(株)製)6質量部及びアニオン性界面活性剤(ネオゲンSC:第一工業製薬(株)製)12質量部をイオン交換水550gに溶解した溶液を加えてフラスコ中で乳化分散させ、10分間ゆっくり混合しながら、更に過硫酸アンモニウム3質量部を溶解したイオン交換水50質量部を投入した。
その結果、体積平均粒径が200nmであり、重量平均分子量Mwが39000であるシェル層用結着樹脂を分散させてなるシェル層用結着樹脂粒子分散液(2)を調製した。また、樹脂粒子濃度を10質量%となるように水分量を調整した。なお、計算により求めたコア層用結着樹脂のSP値は10.10である。
・パラフィンワックス(日本精蝋(株)性:HNP9,融点77℃):60質量部
・アニオン性界面活性剤(第一工業製薬(株):ネオゲンRK):4質量部
・イオン交換水:200質量部
以上の成分の混合物を120℃に加熱して、ホモジナイザー(IKA社製:ウルトラタラックスT50)を用いて分散した後、マントンゴーリン高圧ホモジナイザ−(ゴーリン社)で分散処理し、体積平均粒径が250nmである離型剤を分散させてなる離型剤分散液(1)を調製した。また、離型剤濃度を10質量%となるように水分量を調整した。
・シアン顔料(銅フタロシアニンB15:3、大日精化社製):50質量部
・非イオン性界面活性剤ノニポール400(花王社製):5質量部
・イオン交換水:200質量部
上記成分を混合溶解し、高圧衝撃式分散機アルティマイザー((株)スギノマシン製、HJP30006)を用いて約1時間分散し、水分量を調整して、着色剤粒子分散液(1)を得た。
・コア層用結着樹脂粒子分散液(1):720質量部
・着色剤分散液(1):50質量部
・離型剤分散液(1):70質量部
・カチオン界面活性剤(花王(株)製:サニゾールB50):1.5質量部
以上の成分を丸型ステンレス製フラスコ中に入れ、ここへ凝集剤としてポリ塩化アルミニウムの濃度が10重量%の硝酸水溶液14質量部を添加した。その後にホモジナイザー(IKA社製、ウルトラタラックスT50)を用いて30℃において分散した後、加熱用オイルバス中で40℃まで加熱した。得られたコア凝集粒子の体積平均粒径について、コールターカウンターを用いて測定すると、5.5μmであった。
さらに攪拌を継続しながら80℃まで加熱し、3時間保持した。その後、1℃/minの速度で20℃まで冷却し、これをろ過し、イオン交換水で洗浄した後、真空乾燥機を用いて乾燥させることによりトナー母粒子を得た。得られたトナー母粒子について、コールターカウンター(コールター社製、TA2型)を用いて測定すると、体積平均粒径は5.7μmであった。
・コア層用結着樹脂粒子分散液(2):150質量部
・コア層用結着樹脂粒子分散液(3):530質量部
・着色剤分散液(1):50質量部
・離型剤分散液(1):70質量部
・カチオン界面活性剤(花王(株)製:サニゾールB50):1.5質量部
以上の成分を丸型ステンレス製フラスコ中に入れ、さらに凝集剤としてポリ塩化アルミニウムの濃度が10重量%である硝酸水溶液16質量部を添加した。その後にホモジナイザー(IKA社製、ウルトラタラックスT50)を用いて30℃において分散した後、加熱用オイルバス中で45℃まで加熱した。得られたコア融合粒子の体積平均粒径について、コールターカウンター(コールター社製、TA2型)を用いて測定すると、5.2μmであった。
得られたトナー母粒子をコールターカウンターを用いて測定すると、体積平均粒径は6.9μmであった。
・コア層用結着樹脂粒子分散液(1):560質量部
・着色剤分散液(1):50質量部
・離型剤分散液(1):70質量部
・カチオン界面活性剤(花王(株)製:サニゾールB50):1.5質量部
以上の成分を丸型ステンレス製フラスコ中に入れ、これに凝集剤としてポリ塩化アルミニウムの濃度が10重量%の硝酸水溶液14質量部を添加した。その後にホモジナイザー(IKA社製、ウルトラタラックスT50)を用いて30℃において分散した後、加熱用オイルバス中で40℃まで加熱した。得られたコア凝集粒子の体積平均粒径について、コールターカウンター(コールター社製、TA2型)を用いて測定すると、5.6μmであった。
得られたトナー母粒子について、コールターカウンターを用いて測定すると、体積平均粒径は6.2μmであった。
・コア層用結着樹脂粒子分散液(2):350質量部
・着色剤分散液(1):50質量部
・離型剤分散液(1):70質量部
・カチオン界面活性剤(花王(株)製:サニゾールB50):1.5質量部
以上の成分を丸型ステンレス製フラスコ中に入れ、これに凝集剤としてポリ塩化アルミニウムの濃度が10重量%の硝酸水溶液12質量部を添加した。その後にホモジナイザー(IKA社製、ウルトラタラックスT50)を用いて30℃において分散した後、加熱用オイルバス中で45℃まで加熱した。得られたコア凝集粒子の体積平均粒径について、コールターカウンター(コールター社製、TA2型)を用いて測定すると、5.3μmであった。
得られたトナー母粒子について、コールターカウンター(コールター社製、TA2型)を用いて測定すると、体積平均粒径は6.3μmであった。
・フェライト粒子(体積平均粒径:50μm):100質量部
・トルエン:14質量部
・スチレン−メチルメタクリレート共重合体(成分比(重量比):スチレン/メチルメタクリレート=90/10、重量平均分子量Mw=80000):2質量部
・カーボンブラック(R330:キャボット社製):0.2質量部
まず、フェライト粒子を除く上記成分を10分間スターラーで撹拌させて、分散した被覆液を調製し、次に、この被覆液とフェライト粒子とを真空脱気型ニーダーに入れて、60℃において30分撹拌した後、さらに加温しながら減圧して脱気し、乾燥させることによりキャリヤを得た。
トナー母粒子(1)〜(4)それぞれに外添剤として市販のヒュームドシリカRX50(日本アエロジル製)をトナー100質量部に対して1.2質量部添加し、ヘンシェルミキサーで混合してトナー(1)〜(4)を得た。
ついで、これらトナーそれぞれ5質量部と上記キャリア100質量部を混合して二成分現像剤(1)〜(4)を調整した。
貯蔵弾性率は、正弦波振動法により測定した動的粘弾性から求めた。動的粘弾性の測定にはレオメトリックサイエンティフィック社製ARES測定装置を用いた。動的粘弾性の測定は、錠剤に成形したトナーを、8mm径のパラレルプレートにセットし、ノーマルフォースを0とした後に6.28rad/secの振動周波数で正弦波振動を与えて実施した。測定は20℃から開始し、100℃まで継続した。測定時間インターバルは30秒、昇温は1℃/minとした。
なお、測定を行う前に、20℃から100℃まで10℃間隔で、歪量の応力依存性を確認し、各温度における応力と歪量とが線形関係である歪量範囲を求めた。そして、測定中は各測定温度における歪量を0.1%に維持し、全ての温度において応力と歪量が線形関係になることを確認して、貯蔵弾性率及び正接損失を求めた。
トナーの体積平均粒径の測定に際しては、コールターカウンターTA−2(ベックマン−コールター社製)を用い、電解液はISOTON‐II(ベックマンーコールター社製)を使用した。
まず、分散剤として界面活性剤、好ましくはアルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム5重量%水溶液2ml中に測定試料を0.5〜50mg加え、これを前記電解液100ml中に添加したサンプルを調整した。
測定された粒度分布を分割された粒度範囲(チャンネル)に対し、体積基準で小径側から累積分布を描き、累積50%となる粒径(D50v)を、体積平均粒径とした。
結着樹脂の分子量は、以下の条件で行ったものである。GPCは「HLC−8120GPC、SC−8020(東ソー(株)社製)装置」を用い、カラムは「TSKgel、SuperHM−H(東ソー(株)社製6.0mmID×15cm)」を2本用い、溶離液としてTHF(テトラヒドロフラン)を用いた。実験条件としては、試料濃度0.5%、流速0.6ml/min.、サンプル注入量10μl、測定温度40℃、IR検出器を用いて実験を行った。また、検量線は東ソー社製「polystylene標準試料TSK standard」:「A−500」、「F−1」、「F−10」、「F−80」、「F−380」、「A−2500」、「F−4」、「F−40」、「F−128」、「F−700」の10サンプルから作製した。
Fuji Xerox社製DocuCentreColor500の改造機を用いて未定着中間調画像を形成した。具体的には、各々のトナー(現像剤)を用いて記録紙上(Fuji Xerox社製J紙)に単色のトナー載り量が4.8g/m2となるように装置を調整し、25mm×25mmのCyan色トナー層の50%面積率の中間調画像を形成した。
ここでは、潜像担持体に潜像情報を書き込むレーザーのビーム径を21μm、42μm、84μmの3水準とした。また、擬似中間調処理方法として、ディザ法を用いたAMスクリーン処理と誤差拡散法を用いたFMスクリーン処理の2種類を利用して、画像情報に応じた入力情報を出力信号に変換した。
定着評価はFuji Xerox社製DocuCentreColor500の改造機を用いた。この装置は、定着機内に、ニップ部の加熱手段として加熱ロール内に900Wのハロゲンランプを内蔵させ、定着機の設定定着温度を70℃〜200℃の範囲で可変可能とした。
また、この装置は、待機時省電機能を備えており、定着機の設定定着温度を110℃に設定した場合、画像形成時(定着時)に対して待機時の設定待機温度は、105℃に維持される。
さらに、定着機の設定定着温度を70℃〜200℃の範囲で変えた場合におけるウォームアップタイムは設定定着温度により異なるものの約5秒〜15秒程度である。なお、ウォームアップタイムとは、待機状態から画像を形成する場合に、画像の形成が可能となるまでに要する時間であり、実質的に設定待機温度から設定定着温度に達するまでの時間に相当する。
この際の、最低定着温度、ハーフトーンオフセット(HOT)、画像の粒状性について評価した結果を表3に示す。
70℃から200℃の定着温度で作製した定着像のオフセットを目視評価した。30枚中、オフセットが1枚も発生していない最も低い定着温度を最低定着温度として評価した。なお、最低定着温度の判断基準は以下のとうりである。
◎:最低定着温度が100℃以下
○:最低定着温度が100℃を超え110℃未満
△:最低定着温度が110以上120℃未満
×:最低定着温度が120℃以上
30枚中、ハーフトーンオフセットが1枚も発生していない最も高い定着温度をハーフトーンオフセットが発生した温度として評価した。定着性の評価は、ハーフトーンオフセット発生温度と最低定着温度の差で評価した。評価基準は以下のとうりである。
○:ハーフトーンオフセット発生温度と最低定着温度との差が40℃以上
△:ハーフトーンオフセット発生温度と最低定着温度との差が30℃以上40℃未満
×:ハーフトーンオフセット発生温度と最低定着温度との差が30℃未満
定着後に得られた画像のハーフトーンの粒状性を目視で観察し、以下に示す基準で判断し、○を許容範囲、×、××を許容範囲外とした。
○:ざらつきが目視で観察されない
×:軽微なざらつきが観察される
××:明らかなざらつきが観察される
表3の結果から判るように、実施例1〜3は、式(1)および式(2)を満たすトナーを用いているため低温定着が可能である。加えて、擬似中間調処理としてFMスクリーン処理を用い、潜像担持体に画像情報を書き込む際のビーム径を35μm以上に制御しているため、ハーフトーンオフセットが発生する温度も十分に高い。なお、実施例1および2のようにビーム径を35μmとすることにより、粒状性も改善することができる。
しかしながら、比較例1では、式(1)および式(2)を満たさないトナーを用い、擬似中間調処理としてAMスクリーン処理を用い、ビーム径も35μm未満である。このため、低温定着もできない上に、ハーフトーンオフセットが発生する温度も低い。
比較例3では、式(1)および式(2)を満たすトナーを用いているため低温定着が可能である。AMスクリーン処理を用いているために、ドット同士が隣接あるいは連結する領域が形成されないために、トナー塊のサイズも均一となるため、ハーフトーンオフセットの発生温度が低い。
比較例5では、FMスクリーン処理を用い、ビーム径を35μm以上に制御している。しかし、使用したトナーが式(1)を満たすものの式(2)を満たさない。このため、低温定着は可能であるが、ハーフトーンオフセットが発生する温度が極端に低い。
2 加算器
3 比較器
4 出力信号
5 減算器
6 誤差フィルター
10 露光光源
11 コリメーターレンズ
12 ポリゴンミラー
13 f−θレンズ
14 潜像担持体表面
20 レーザービーム
Claims (4)
- 画像情報に応じた入力信号を擬似中間調処理して出力信号を生成する擬似中間調処理工程と、前記出力信号に応じたビーム状照射光を照射して潜像担持体表面に潜像を形成する潜像形成工程と、前記潜像を、結着樹脂と着色剤とを含むトナーを含有する現像剤により現像し、前記潜像担持体表面にトナー像を形成する現像工程と、前記トナー像を記録媒体に転写する転写工程と、前記トナー像を定着して画像を形成する定着工程とを含み、
前記画像として中間調画像を形成する場合に、前記擬似中間調処理工程を利用して前記潜像担持体表面に形成されるトナー像が、前記潜像担持体表面に島状に離散して形成された複数のトナー塊からなる画像形成方法において、
(1)前記潜像担持体表面に照射される前記ビーム状照射光のビーム径が35μm以上であり、
(2)前記擬似中間調処理が、前記記録媒体表面に転写された後の前記トナー塊のサイズを不均一にする擬似中間調処理であり、且つ、
(3)前記トナーが、下式(1)および下式(2)を満たすことを特徴とする画像形成方法。
・式(1) 2.0×105≦G’(60)≦4.0×106
・式(2) G’(60)/G’(80)≦40
〔式(1)および式(2)中、G’(60)は、温度60℃、振動周波数6.28rad/sec、歪量0.1%の条件で測定した前記トナーの貯蔵弾性率(Pa)を表し、G’(80)は、温度80℃、振動周波数6.28rad/sec、歪量0.1%の条件で測定した前記トナーの貯蔵弾性率(Pa)を表す。〕 - 前記転写工程が、前記潜像担持体表面に形成されたトナー像を、中間転写体表面に転写する第1の転写工程と、前記中間転写体表面に転写されたトナー像を前記記録媒体表面に転写する第2の転写工程とを含むことを特徴とする請求項1記載の画像形成方法。
- 第1の結着樹脂からなり、体積平均粒径が1μm以下である第1の樹脂微粒子を分散した第1の樹脂微粒子分散液と、着色剤を分散した着色剤分散液とを少なくとも混合した混合分散液に、凝集剤を添加し、加熱することによりコア粒子を形成する凝集工程と、
前記コア粒子が形成された前記混合分散液に、第2の結着樹脂からなり、体積平均粒径が1μm以下である第2の樹脂微粒子を分散した第2の樹脂微粒子分散液を添加して、前記コア粒子の表面に、前記第2の樹脂微粒子を付着させて付着樹脂凝集粒子を形成する付着工程と、
前記付着樹脂凝集粒子を融合する融合工程とを経て前記トナーが作製されることを特徴とする請求項1または2に記載の画像形成方法。 - 潜像担持体と、画像情報に応じた入力信号を擬似中間調処理して出力信号を生成する擬似中間調処理手段と、前記出力信号に応じたビーム状照射光を照射して前記潜像担持体表面に潜像を形成する潜像形成手段と、前記潜像を、結着樹脂と着色剤とを含むトナーを含有する現像剤により現像し、前記潜像担持体表面にトナー像を形成する現像手段と、前記トナー像を記録媒体に転写する転写手段と、前記トナー像を定着して画像を形成する定着手段とを有し、
前記画像として中間調画像を形成する場合に、前記擬似中間調処理手段を利用して前記潜像担持体表面に形成されるトナー像が、前記潜像担持体表面に島状に離散して形成された複数のトナー塊からなる画像形成装置において、
請求項1〜3のいずれか1つに記載の画像形成方法を利用して、前記画像を形成することを特徴とする画像形成装置。
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