JP2006350302A - 現像剤、及びこれを用いた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】オフセットを生じることなく、良好な画質を有する画像を形成する。
【解決手段】一定温度で加熱した後、常温まで放冷する熱履歴を受けた後、その粘度が０．５×１０^５（Ｐａ・ｓ）になる温度は１００ないし１４０℃であり、かつ熱履歴を受ける前、その粘度が０．５×１０^５（Ｐａ・ｓ）になる温度よりも０〜１０℃高くなる現像剤。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子写真法、静電印刷法等における静電潜像を現像するための画像形成装置及びこれを用いられる現像剤に関する。

ヒートロール定着法は、他の定着法に比べ、高速で堅牢な定着画像が得られ、エネルギー効率が高く、及び溶剤等の揮発による環境への弊害が少ない等の点で優れている。

反面、トナー像が定着ロールやベルトに直接接触する現象いわゆるオフセットが生じやすいという欠点が指摘されている。

ヒートローラ上に加熱、溶融されて付着したオフセットトナーは、画像形成装置の電源がＯＦＦされること等で一旦常温まで冷えるという熱履歴を受ける。その後、オフセットトナーは、再び、電源ＯＮ等で定着可能な温度まで熱せられ、さらに、その温度で長時間紙も通らずに放置されると、ヒートローラ上に熱固着する。このような熱固着したトナーは、不良画像の原因となる。

このようなオフセットを防止するために、熱特性の異なる２種類のワックスを使用することなどが提案されている（例えば、引用文献１参照）。しかしながら、十分な効果が得られていなかった。

オフセットは、トナーが一度熱履歴を受けることで、熱履歴を受ける前と比べ、その溶融特性が変化してしまうことに起因する。

一般に、熱履歴を受けていないトナーが粘度αになる温度より、熱履歴を受けたトナーが粘度αになる温度が高くなる。つまり、熱履歴を受けたトナーは、同じ温度での粘度を比較した場合には、熱履歴をうけていないトナーに比べ、高粘度になる。

このように、熱履歴を受ける前のトナーは、定着可能な温度で一定の粘度になり、紙上に定着するが、そのときに、ヒートローラ上にオフセットしやすく、熱履歴を受けオフセットしたトナーは、一旦、常温まで冷えたあと、再び同じ温度まで熱せられても、ヒートローラ上から紙上に移行できる粘度まで下がらないという問題があった。
特開平１１−１４３１１４号公報

本発明の目的は、上記事情に鑑みて成されたもので、耐オフセット性に優れ、良好な画質を有する画像を形成し得る現像剤を提供することにある。

本発明の現像剤は、着色剤、及びバインダー樹脂を含有する現像剤であって、
温度１００ないし１５０℃において粘度が０．５×１０^５（Ｐａ・Ｓ）であるとともに、
一定の温度で加熱した後常温まで放冷する熱履歴を受けた後、その粘度が０．５×１０^５（Ｐａ・ｓ）になる温度が１００ないし１４０℃であり、
０．５×１０^５（Ｐａ・ｓ）になる温度が、熱履歴を加える前後において０ないし１０℃高くなる。

また、本発明の画像形成装置は、像担持体と、該像担持体上に対向して設けられ、着色剤及びバインダー樹脂を含有するトナーを含む現像剤が収容され、該像担持体上に形成された静電潜像を現像して現像剤像を形成するための現像器、該現像剤像を転写媒体上に転写するための転写器、及び加熱部材を備え、転写された現像剤像を加熱して軟化せしめ、該転写媒体上に定着するための定着器を具備する画像形成装置であって、
前記現像剤は、温度１００ないし１５０℃において粘度が０．５×１０^５（Ｐａ・Ｓ）であるとともに、
一定の温度で加熱した後常温まで放冷する熱履歴を受けた後、その粘度が０．５×１０^５（Ｐａ・ｓ）になる温度が１００ないし１４０℃であり、
０．５×１０^５（Ｐａ・ｓ）になる温度が、熱履歴を加える前後において０ないし１０℃高くなる。

本発明によれば、耐オフセット性に優れ、良好な画質を有する画像を形成し得る。

本発明の現像剤は、着色剤及びバインダー樹脂を含有し、及び所定の条件の熱履歴を受けた前後のその溶融特性が規定されたものである。

現像剤の溶融特性は、現像剤が０．５×１０^５（Ｐａ・ｓ）の粘度になるまで溶融するために必要な加熱温度で表す。現像剤が熱履歴を受ける前に、この粘度になる温度をＴ１、熱履歴を受けた後、その現像剤がこの粘度になる温度をＴ２としたとき、Ｔ２−Ｔ１は０ないし１０℃である。

また、本発明の画像形成装置は、像担持体と、像担持体上に対向して設けられ、上記現像剤が収容され、像担持体上に形成された静電潜像を現像して現像剤像を形成するための現像器、現像剤像を転写媒体上に転写するための転写器、及び加熱部材を備え、転写された現像剤像を加熱して軟化せしめ、転写媒体上に定着するための定着器を具備する。

本発明の現像剤は、上述のように、熱履歴を受けていないときに特定の粘度を示す温度と、一度以上の熱履歴を受けた後に特定の粘度を示す温度との間に一定以上の温度差がないように特定されている。

本発明によれば、熱履歴による溶融特性の変化が抑制された現像剤を使用することにより、現像剤が、加熱部材上にオフセットし、熱履歴を受けたとしても、一旦常温まで冷えたあと、再び同じ温度まで熱せられたとき、定着器の加熱部材上から記録材等上に移行できる粘度に下がるまで溶融し得る。これにより、オフセットした現像剤が加熱部材上に熱固着することなく、良好な画像を形成することができる。

本発明に用いられる現像剤は、例えば１８５℃の温度で４時間加熱した後常温まで放冷することによりを熱履歴を与えることができる。

本発明の現像剤は、着色剤及びバインダー樹脂を含有するトナーを含み、一成分現像剤、及び二成分現像剤のいずれの現像剤を使用することができる。二成分現像剤の場合は、着色剤及びバインダー樹脂を含有するトナーに、さらにキャリアを混合して使用される。

トナーは、着色剤及びバインダー樹脂を含有するトナー粒子を含み得る。

トナー粒子表面には、任意に、例えばシリカ粒子及びチタン粒子などの添加剤を添加することができる。

バインダー樹脂としては、ポリエステル樹脂、及びスチレンアクリル樹脂等を使用することができる。

本発明に使用するポリエステル樹脂は、２価以上の多価カルボン酸化合物からなるカルボン酸成分を含有した単量体と、２価以上の多価アルコールからなるアルコール成分を用いて得られる。酸成分としてフマル酸、マレイン酸、シトラコン酸、イタコン酸、グルタコン酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、シクロヘキサンジカルボン酸、コハク酸、アジピン酸、セバチン酸、アゼライン酸、マロン酸、もしくはドデセニルコハク酸、オクチルコハク酸等の炭素数１〜２０のアルキル基または炭素数２〜２０のアルケニル基で置換されたコハク酸およびこれらの酸の無水物、アルキルエステル等の誘導体があり、アルコール成分としては、エチレングリコール、プロピレングリコール、１，４−ブタンジオール、１，３−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、ネオペンチングリコール、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、ペンタエリストール等の脂肪族ポリオール、１，４−シクロヘキサンジオール、１，４−シクロヘキサンジメタノール等の脂環族ポリオール、ビスフェノールＡ等のエチレンオキシドまたはプロピレンオキシド付加物等をあげることができる。

また、本発明に使用するスチレン−アクリル樹脂としては、スチレン類の重合体、スチレン類とジエン類の共重合体、及びスチレン類とアルキル（メタ）アクリレートの共重合体などが挙げられる。

熱履歴を受ける前後の現像剤の溶融特性の変化をコントロールするためには、主に、上記バインダー樹脂の分子量の調整や、モノマー種の選択と配合比、さらには樹脂中の酸性分の調整などを行うことができる。

また、例えば異なる樹脂を２種以上混合するポリエステル樹脂及びスチレン−アクリル樹脂を混合して使用することができる。

ポリエステル樹脂及びスチレン−アクリル樹脂を混合する場合、０．５：９．５ないし９．５：０．５の範囲の重量混合比で混合することができる。

ポリエステル樹脂が上記範囲の混合比より多い場合、スチレン−アクリル樹脂を混合する利点である保存性を向上させる効果が得られない傾向があり、また、粉砕法により作成するトナーの場合、粉砕効率を上げる効果が得られない傾向がある。

一方、スチレン−アクリル樹脂が上記範囲の混合比より多い場合、ポリエステル樹脂を混合する利点である耐オフセット性を向上させる効果が得られない傾向がある。

本発明に使用される着色剤としては、例えばカーボンブラック、市販のシアン顔料、市販のイエロー顔料、市販のマゼンタ顔料等をあげることができる。

また、本発明の現像剤のトナー粒子中には、ワックスを添加することができる。

このようなワックスとしては、例えばポリプロピレンワックス、ポリエチレンワックス、ライスワックス、及びカルナウバワックス等を使用することができる。

図１は、本発明の画像形成装置の一例の構成を表す概略図である。

図示するように、表面粗さＲｚが１以下であり、矢印ａの方向に回転可能な感光体１には、帯電装置２により一様に−５００〜８００Ｖの表面電位が付与されている。露光装置３により感光体１上に静電潜像が形成される。現像装置４で負帯電したトナーにより、この静電潜像が可視化される。このとき使用される現像剤は、例えば着色剤、バインダー樹脂を含むトナー粒子と、トナー粒子表面に添加されたシリカ粒子とを含み、１８５℃の温度で４時間加熱した後常温まで放冷する熱履歴を受けた後の粘度が０．５×１０^５（Ｐａ・ｓ）になる温度Ｔ２は１００ないし１４０℃であり、かつ熱履歴を受ける前の粘度が０．５×１０^５（Ｐａ・ｓ）になる温度Ｔ１は１００ないし１５０℃であり、Ｔ２−Ｔ１は０ないし１０℃である。現像装置４の下流では、感光体１にベルト５が押し当てられ、ベルト５と感光体１との間に転写媒体である紙Ｐを介在させ、さらに、高圧電源９によりベルトに印加された例えば＋３００〜５ｋＶのバイアス電圧によって感光体１上のトナー像が紙Ｐに転写される。ベルト５は、例えば体積抵抗が１０8 〜１０12Ω・ｃｍの弾性ベルトからなり、複数のローラで支持されている。うち一本のローラ７を駆動することで、ベルト５は感光体とほぼ同じ面移動速度で回動させることができる。給電部材としては、体積抵抗１０2 〜１０8 Ωｃｍの導電性弾性ローラ８を用い、感光体１とベルト５とが接触した領域のベルト背面から給電を行なうことができる。通常の印字では、ベルト５と感光体１が離間した状態でそれぞれが駆動され、両者がほぼ同じ面速度になった後に当接される。転写バイアスが電源９より給電ローラ８に印加されると同時に、転写媒体である紙Ｐが搬送され、転写ニップ領域に至る。感光体１及び給電ローラ８間の転写ニップを通過した紙は、ベルト５上に静電的に吸着しているが、ベルト５の駆動ローラ７の曲率が大きいため、ベルトユニット最下流側で、紙Ｐの先端がベルト５から離れ、ガイド部材を通って定着器１１へと搬送され得る。

感光体１上の転写ニップの下流では、クリーニング手段１３により余分なトナーを除去した後、除電手段１４により除電が行なわれる。

定着器１１では、ヒートローラ１５と加圧ローラ１０により、１３０ないし２３０℃の定着温度で定着が行われる。ここで使用される定着器１１は、オイル補給機構が設けられていないオイルレス型である。

実施例
以下、実施例を示し、本発明を具体的に説明する。

実施例１ないし４
以下のトナー粒子材料を用意した。

ポリエステル系樹脂 ９２．５ｗｔ％
ポリプロピレンワックス ２．０ｗｔ％
カーボンブラック ５．０ｗｔ％
帯電制御剤 ０．５ｗｔ％
実施例１ないし４に使用されるポリエステルは、酸成分としてコハク酸及びテレフタル酸を使用して重合を行い、分子量を適正な粘性、溶融特性を示すよう調整した。

上記材料を溶融、混練し、混練物を得た。得られた混練物を粗粉砕、微粉砕し、分級することにより、８μｍの平均粒径を有するトナー粒子を得た。

得られたトナー粒子１００重量部に対し、添加剤として、シリカ０．５重量部及びチタン０．５重量部を用意し、トナー粒子表面に添加剤を添加し、トナーを得た。

得られたトナーについて粘度が０．５×１０^５（Ｐａ・ｓ）になるために必要な加熱温度を測定した。

このトナーに、１８５℃の温度で４時間加熱した後常温まで放冷する熱履歴を１回与えた後、このトナーが０．５×１０^５（Ｐａ・ｓ）の粘度になるために必要な温度を測定した。

粘度の測定には、SHIMAZU製フローテスターを用い、昇温法により、
昇温速度２．５℃／分、流出口径１．０ｍｍ、流出口長さ１．０ｍｍ、荷重５ｋｇの条件で測定した。

熱履歴前後における０．５×１０^５（Ｐａ・ｓ）の粘度になるために必要なトナーの加熱温度を、下記表１に示す。

また、得られたトナーについて、定着器のヒートローラへのトナー固着、定着性能、及び高温保存ブロッキングを以下のようにして調べた。

トナー固着
まず、ヒートローラ上に強制的にトナーをオフセットさせ、その後、コピーレディ状態でヒートローラを回転させずに４時間放置する。このときのヒートローラの温度は表面温度で１８５℃になるよう調整しておく。４時間後、ヒートランプをオフし、定着装置全体が室温に下がるまで放置し、下がったら再び１８５℃までヒートローラを加熱し白紙を通し、ヒートローラ上のオフセットトナーが紙に移行できるかを調べ、ヒートローラ上のトナー固着を確認した。

なお画像形成装置としては、東芝DP2320を用い、トナー固着については試験後に、ヒートローラ上に固着トナーが確認されなかったものを○、されたものを×とした。

定着性能
また、定着性能については紙上の定着画像を堅牢度試験機で擦った後の画像濃度残存率が70%以上のものを○、70%未満のものを×とした。

高温保存ブロッキング
高温保存によるブロッキングは、５５℃環境下に８時間放置し、ブロッキングが確認されなかったものを○、されたものを×とした。

得られた結果を同様に下記表１に示す。

実施例５
ポリエステル系樹脂の代わりにアクリルスチレン系樹脂を使用すること以外は実施例１と同様にしてトナーを得た。

アクリルスチレン系樹脂としては、スチレン類とアルキル（メタ）アクリレートの共重合体を使用し、分子量は適正な粘性を示すよう調整した。

得られたトナーに同様に熱履歴を与え、熱履歴前後の０．５×１０^５（Ｐａ・ｓ）の粘度になるために必要なトナーの加熱温度を測定した。

また、得られたトナーについて、実施例１と同様に定着性能及び高温保存ブロッキングを測定、評価した。

得られた結果を同様に下記表１に示す。

実施例６
ポリエステル系樹脂を６２．５重量％に減らし、実施例４と同様のスチレンアクリル系樹脂をさらに３０重量％添加すること以外は、実施例１と同様にして、トナーを得た。

得られたトナーに同様に熱履歴を与え、熱履歴前後の０．５×１０^５（Ｐａ・ｓ）の粘度になるために必要なトナーの加熱温度を測定した。

また、得られたトナーについて、実施例１と同様に定着性能及び高温保存ブロッキングを測定、評価した。

得られた結果を同様に下記表１に示す。

比較例１
ポリエステル樹脂の重合時に、その分子量を、不適正な粘性、溶融特性を示すよう調整すること以外は、実施例１と同様にしてトナーを得た。

得られたトナーに同様に熱履歴を与え、熱履歴前後の０．５×１０^５（Ｐａ・ｓ）の粘度になるために必要なトナーの加熱温度を測定した。

また、得られたトナーについて、実施例１と同様に定着性能及び高温保存ブロッキングを測定、評価した。

得られた結果を同様に下記表１に示す。

比較例２
ポリエステル樹脂の重合時に酸成分としてコハク酸及びテレフタル酸を使用する代わりに、フマル酸及びテレフタル酸を使用し、その分子量を、不適正な粘性、溶融特性を示すよう調整すること以外は、実施例１と同様にしてトナーを得た。

得られたトナーに同様に熱履歴を与え、熱履歴前後の０．５×１０^５（Ｐａ・ｓ）の粘度になるために必要なトナーの加熱温度を測定した。

また、得られたトナーについて、実施例１と同様に定着性能及び高温保存ブロッキングを測定、評価した。

得られた結果を同様に下記表１に示す。

比較例３
その粘性、溶融特性を変更すること以外は、比較例１と同様にしてトナーを得た。

得られたトナーに同様に熱履歴を与え、熱履歴前後の０．５×１０^５（Ｐａ・ｓ）の粘度になるために必要なトナーの加熱温度を測定した。

また、得られたトナーについて、実施例１と同様に定着性能及び高温保存ブロッキングを測定、評価した。

得られた結果を同様に下記表１に示す。

比較例４−７
その粘性、溶融特性を変更すること以外は、比較例２と同様にしてトナーを得た。

得られたトナーに同様に熱履歴を与え、熱履歴前後の０．５×１０^５（Ｐａ・ｓ）の粘度になるために必要なトナーの加熱温度を測定した。

また、得られたトナーについて、実施例１と同様に定着性能及び高温保存ブロッキングを測定、評価した。

得られた結果を同様に下記表１に示す。

比較例８
ポリエステル系樹脂の代わりに、その分子量を、不適正な粘性、溶融特性を示すよう調整すること以外は実施例５と同様のスチレンアクリル系樹脂を３７．５重量％、磁性粉を５５重量％使用すること以外は、実施例１と同様にしてトナーを得た。

得られたトナーに同様に熱履歴を与え、熱履歴前後の０．５×１０^５（Ｐａ・ｓ）の粘度になるために必要なトナーの加熱温度を測定した。

また、得られたトナーについて、実施例１と同様に定着性能及び高温保存ブロッキングを測定、評価した。

得られた結果を同様に下記表１に示す。

比較例９
ポリエステル系樹脂の代わりに、比較例８と同様のスチレンアクリル系樹脂を３０重量％、比較例２と同様のポリエステル系樹脂を６２．５重量％使用すること以外は、実施例１と同様にしてトナーを得た。

得られたトナーに同様に熱履歴を与え、熱履歴前後の０．５×１０^５（Ｐａ・ｓ）の粘度になるために必要なトナーの加熱温度を測定した。

また、得られたトナーについて、実施例１と同様に定着性能及び高温保存ブロッキングを測定、評価した。

得られた結果を同様に下記表１に示す。

上記表１において、実施例１ないし６のトナーは、熱履歴を受ける前後のトナーにおいて両方とも、粘度が０．５×１０^５（Ｐａ・ｓ）になる温度が適正な範囲にあり、さらに、されらの温度の差が１０℃以下である。これらのトナーは、ヒートローラへの固着も発生せず、また紙上に十分に定着し、かつ高温放置されてもブロッキングを発生しないことがわかった。

比較例１，２は、トナーが低温で低粘度化する特性を持つものであり、紙への定着は問題なくおこなわれるが、高温環境下に放置されるとトナー同士が融着しブロッキングを発生してしまうことがわかった。また、比較例２については、熱履歴を受けたあとは粘度が０．５×１０^５（Ｐａ・ｓ）になる温度が熱履歴を受ける前のそれと比べると１１℃の差があるため、ヒートローラ上に固着した。比較例３及び４は、トナーが低粘度化するためには高い温度が必要なため、ブロッキングは発生しないが紙に十分に定着できず、未定着画像がでてしまうことがわかった。さらに、比較例４については、比較例２と同様に固着が発生した。比較例５ないし８についても、熱履歴を受ける前のトナーは未定着画像とブロッキングは発生しない温度領域ではあるが、比較例２及び４と同様の理由で固着が発生した。

本発明の画像形成装置の一例の構成を表す概略図

符号の説明

１…像担持体、４…現像器、８…転写器、…加熱部材、１１…定着器、２０…画像形成装置

Claims (6)

1. 着色剤、及びバインダー樹脂を含有する現像剤であって、
   温度１００ないし１５０℃において粘度が０．５×１０^５（Ｐａ・Ｓ）であるとともに、
   一定の温度で加熱した後常温まで放冷する熱履歴を受けた後、その粘度が０．５×１０^５（Ｐａ・ｓ）になる温度が１００ないし１４０℃であり、
   ０．５×１０^５（Ｐａ・ｓ）になる温度が、熱履歴を加える前後において０ないし１０℃高くなることを特徴とする現像剤。
2. 前記熱履歴の加熱は１８５℃の温度で４時間行われる請求項１に記載の現像剤。
3. 前記バインダー樹脂は、ポリエステル樹脂、スチレンアクリル樹脂、及び０．５：９．５ないし９．５：０．５の混合比で混合されたポリエステル樹脂とスチレンアクリル樹脂の混合物から選択される樹脂を含む請求項１に記載の現像剤。
4. 前記着色剤及び前記バインダー樹脂はトナー粒子に含まれ、該トナー粒子表面に添加されたシリカ粒子及びチタン粒子のうち少なくとも１つの添加剤をさらに含む請求項１に記載の現像剤。
5. ポリプロピレンワックス、ポリエチレンワックス、ライスワックス、及びカルナウバワックスからなる群から選択される少なくとも１種のワックスをさらに含有する請求項１に記載の現像剤。
6. 像担持体と、該像担持体上に対向して設けられ、着色剤及びバインダー樹脂を含有する現像剤が収容され、該像担持体上に形成された静電潜像を現像して現像剤像を形成するための現像器、該現像剤像を転写媒体上に転写するための転写器、及び加熱部材を備え、転写された現像剤像を加熱して軟化せしめ、該転写媒体上に定着するための定着器を具備する画像形成装置であって、
   前記現像剤は、 着色剤、及びバインダー樹脂を含有する現像剤であって、
   温度１００ないし１５０℃において粘度が０．５×１０^５（Ｐａ・Ｓ）であるとともに、
   一定の温度で加熱した後常温まで放冷する熱履歴を受けた後、その粘度が０．５×１０^５（Ｐａ・ｓ）になる温度が１００ないし１４０℃であり、
   ０．５×１０^５（Ｐａ・ｓ）になる温度が、熱履歴を加える前後において０ないし１０℃高くなることを特徴とする画像形成装置。

Images