JP2007079085A - 画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 少なくとも定着媒体上のトナーを加圧定着する定着装置を有する画像形成装置において、前記定着装置は、表面部に少なくとも異なるMFRを有するフッ素樹脂を複数以上含んでなり、前記トナーは少なくともC−H、C−C結合以外の結合を分子鎖中に含んでなるワックスを含有し、前記トナーの表面ワックス量が2〜5重量%であることを特徴とする画像形成装置。
【選択図】 図1
Description
そこで、定着部材にオイル塗布することなくトナーの融着を防ぐために、トナーをワックスに添加する方法が一般的に用いられている。しかしながら、その離型効果はワックスのバインダ中での分散状態によって大きく左右される。
しかしながら、長期の使用において、感光体やキャリアなど他部材へのワックスの移行を抑制するには充分ではなく、現像剤および装置の耐久性や寿命を満足させるものではなかった。
一方、従来より離型性の高い定着装置が提案されており、例えば特許文献2の定着装置は、ベルト曲率の小さい定着ローラと加熱ローラに張架されて、加熱ローラによって加熱されながら無端移動する定着ベルトを備え、記録部材上のトナー像に定着ベルトを圧接させて、記録部材上のトナー像を加熱定着している。ニップ部の出口近傍における定着ベルトの曲率半径を局所的に小さくすることで、記録部材のコシを有効に活用でき、分離爪の設置やオイルの塗布を行うことなく、トナーのオフセットを抑制し、記録部材と定着部材を分離することができるとしている。この定着ベルトは、一般的にポリイミド等の耐熱性樹脂や金属の基体、耐熱性を有するゴム、エラストマーからなる弾性層、フッ素樹脂からなる離型層(最外層)の3層構造となっている。上記フッ素樹脂からなる離型層は、押し出し成形によって形成されたフッ素樹脂チューブを上記弾性層に被覆した後、フッ素樹脂を加熱溶融(以下、焼成)して形成している。また、弾性層にフッ素樹脂粒子をスプレーなどで塗布した後、フッ素樹脂を焼成して離型層を形成している。このように、離型層をフッ素樹脂で形成することで、離型性、耐熱性に優れた定着ベルトとすることができる。しかしながら、上記フッ素樹脂は、屈曲性に乏しいため、ベルト曲率の小さい定着ローラと加熱ローラに張架されて長時間使用すると、離型層にクラックが生じてしまい、十分なベルト耐久性を得ることができなかった。
また、MFRが異なる複数のフッ素樹脂を使用することにより、耐屈曲性と表面平滑性の両方に優れる定着部材が得られることが本発明において判明した。
耐屈曲性が高いと、曲率半径の小さい定着ベルトに使用できるので、離型性を向上させることができる。さらに長期間使用しても、離型層にクラックが生じることがない。すなわち、離型性と耐久性を同時に満足させることができる。
従来は耐屈曲性に優れる定着部材は表面平滑性に劣るというトレードオフの関係があったが、本発明の定着部材は、表面平滑性にも優れ、光沢ムラのない、優れた画像をも得ることができる。
従って、本発明の目的は、上記定着装置により離型性を担保できるので、トナーの表面ワックス量をさらに少なくすることができ、長期の使用において、感光体やキャリアなど他部材へのワックスの移行を抑制し、現像剤および装置の耐久性や寿命を向上させることができる。
(2)「前記定着装置は、少なくとも1つ以上の曲率を有する部分を有し、前記曲率のうち最も小さい曲率の曲率半径が、2〜5mmであることを特徴とする前記第(1)項に記載の画像形成装置」、
(3)「前記最も曲率半径の小さい曲率は、定着装置の回転方向における定着ニップ下流で最も近接した位置に配置されることを特徴とする前記第(1)項または第(2)項に記載の画像形成装置」、
(4)「定着媒体と定着装置の離型が、前記定着ニップ下流で最も近接した位置で行われることを特徴とする前記第(1)項乃至第(3)項の何れかに記載の画像形成装置」、
(5)「前記定着装置は、少なくとも2つ以上のローラ部材とベルト部材により構成され、前記ベルト表面部に少なくとも異なるMFRを有するフッ素樹脂を複数以上含むことを特徴とする前記第(1)項乃至第(4)の何れかに記載の画像形成装置」、
(6)「前記ワックスは、カルナバワックス、ライスワックス、モンタン系ワックス、エステルワックスのいずれか、もしくはこれらのいずれかの組み合わせであることを特徴とする前記第(1)項乃至第(5)項の何れかに記載の画像形成装置」、
(7)「前記トナーは、ワックスの含有量が全トナーの5〜10重量%であることを特徴とする前記第(1)項乃至第(6)項の何れかに記載の画像形成装置」、
(8)「前記トナーの結着樹脂は、ポリエステル系樹脂であることを特徴とする前記第(1)項乃至第(7)項の何れかに記載の画像形成装置」、
(9)「前記ポリエステル樹脂は、少なくとも非架橋成分と架橋成分を有することを特徴とする前記第(1)項乃至第(8)項の何れかに記載の画像形成装置」、
(10)「前記トナーは、水系で造粒され、ポリエステル樹脂よりなる少なくとも非架橋成分と架橋成分を有することを特徴とする前記第(1)項乃至第(9)項の何れかに記載の画像形成装置。」により達成される。
以下、本発明に係る画像形成装置の一例を図1に示す。
この画像形成装置は、記録媒体としての転写紙(P)を搬送する搬送ベルト(20)に沿って、その移動方向の上流側から順に、複数個の画像形成ユニット(10Y),(10M),(10C),(10Bk)が配列された所謂タンデム型の画像形成装置である。このタンデム型の画像形成装置の移動体である搬送ベルト(20)の駆動装置として、特定構成の移動体駆動装置を用いることができる。
この画像形成ユニット(10Y)は、像担持体としての感光体ドラム(1Y)、感光体ドラム(1Y)の周囲に配置された帯電器(2Y)、露光器(3Y)、現像器(4Y)、感光体クリーナ(6Y)などから構成されている。
上記感光体ドラム(1Y)の周面は、画像形成に際し、暗中にて上記帯電器(2Y)により一様に帯電される。その後、この帯電された感光体ドラム(1Y)の周面に、上記露光器(3Y)からのイエロー画像に対応した画像光からなるレーザ光が露光される。この露光により、感光体ドラム(1Y)の周面に、イエロー画像に対応した静電潜像が形成される。この静電潜像は、上記現像器(4Y)から供給されるイエロートナーにより可視像化される。これにより、感光体ドラム(1Y)上にイエロートナー像が形成される。
このとき、定着ローラ(41)と加圧ローラ(42)により形成されるニップ部の、出口形状における定着ローラ(41)の曲率半径をできるだけ小さくすることが好ましい。好ましくは、2〜5mmである。曲率半径が小さい場合には、転写紙はニップ部から出てきたところで大きく曲げられることになるため、トナーのオフセットや、記録紙の定着ベルトへの巻き付きを発生することなく、記録紙のコシにより分離することが容易になる。定着ローラ(41)の曲率半径を小さくする手段としては、例えば、加圧ローラ(42)よりも定着ローラ(41)の表面硬度を低くして、加圧ローラ(42)が定着ローラ(41)に食い込んだ上に凸型のニップ形状を形成させればよい。
本発明のトナーは、少なくともバインダ樹脂、着色剤、ワックスとを含んで構成されるトナーであって、トナーの表面ワックス量が2〜5重量%であることを特徴とする。表面ワックス量は、FTIR−ATR(全反射吸収赤外分光)法により求められる。FTIR−ATR法の測定原理から分析深さは0.3μm程度であり、この分析により、トナー粒子の表面から0.3μmの深さ領域における相対的なワックス量を求めることができる。測定方法は以下のとおりである。
得られたワックス由来のピーク(PWAX)とバインダ樹脂由来のピーク(Presin)との強度比(PWAX/Presin)をトナー粒子表面近傍の相対的なワックス量とした。値は測定場所を変えて4回測定した後の平均値を用いた。
この相対的なワックス量であるピーク強度比(PWAX/Presin)から、トナー表面の絶対的なワックス量を算出するため、以下の方法で検量線を作成した。バインダ樹脂中にワックスを1,3,5,8,10質量%混合し、瑪瑙乳鉢で充分に均一分散させた擬似トナーサンプルをペレットにし、上記トナーと同様の方法でFTIR−ATR法によりピーク強度比(PWAX/Presin)を測定した。擬似トナー中のワックス量は既知であるので、検量線より絶対的なトナー表面ワックス量(質量%)を算出した。
融点が50〜120℃の低融点のワックスが、バインダー樹脂との分散の中でより離型剤として効果的に定着部材とトナー界面との間で働き、これにより定着部材にオイルの如き離型剤を塗布することなく高温オフセットに対し効果を示す。
本発明のワックスは、少なくともC−H、C−C結合以外の結合を分子鎖中に含んでなる。
このようなワックス成分としては、以下のものが挙げられるが、C−H、C−C結合以外の結合を分子鎖中に含んでいれば、これに限定されない。カルナバワックス、ライスワックス等の植物系ワックス、ミツロウ、ラノリン等の動物系ワックス等が挙げられる。また、これら天然ワックスの外に、エステル、ケトン、エーテル等の合成ワックス等が挙げられる。さらに、12−ヒドロキシステアリン酸アミド、ステアリン酸アミド、無水フタル酸イミド、塩素化炭化水素等の脂肪酸アミド及び、低分子量の結晶性高分子樹脂である、ポリ−n−ステアリルメタクリレート、ポリ−n−ラウリルメタクリレート等のポリアクリレートのホモ重合体あるいは共重合体(例えば、n−ステアリルアクリレート−エチルメタクリレートの共重合体等)等、側鎖に長いアルキル基を有する結晶性高分子等も用いることができる。
本発明のトナーの結着樹脂としては、ポリエステルが好適に用いられる。
ポリエステルは、多価アルコール化合物と多価カルボン酸化合物との重縮合反応によって得られる。
多価アルコール化合物(PO)としては、2価アルコール(DIO)および3価以上の多価アルコール(TO)が挙げられ、(DIO)単独、または(DIO)と少量の(TO)との混合物が好ましい。2価アルコール(DIO)としては、アルキレングリコール(エチレングリコール、1,2−プロピレングリコール、1,3−プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオールなど);アルキレンエーテルグリコール(ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレンエーテルグリコールなど);脂環式ジオール(1,4−シクロヘキサンジメタノール、水素添加ビスフェノールAなど);ビスフェノール類(ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールSなど);上記脂環式ジオールのアルキレンオキサイド(エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイドなど)付加物;上記ビスフェノール類のアルキレンオキサイド(エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイドなど)付加物などが挙げられる。これらのうち好ましいものは、炭素数2〜12のアルキレングリコールおよびビスフェノール類のアルキレンオキサイド付加物であり、特に好ましいものはビスフェノール類のアルキレンオキサイド付加物、およびこれと炭素数2〜12のアルキレングリコールとの併用である。3価以上の多価アルコール(TO)としては、3〜8価またはそれ以上の多価脂肪族アルコール(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、ペンタエリスリトール、ソルビトールなど);3価以上のフェノール類(トリスフェノールPA、フェノールノボラック、クレゾールノボラックなど);上記3価以上のポリフェノール類のアルキレンオキサイド付加物などが挙げられる。
多価アルコール(PO)と多価カルボン酸(PC)の重縮合反応は、テトラブトキシチタネート、ジブチルチンオキサイドなど公知のエステル化触媒の存在下、150〜280℃に加熱し、必要により減圧としながら生成する水を留去して、水酸基を有するポリエステルを得る。このポリエステルを、着色料、ワックス等の他のトナー用原料と共に溶融・混練し、生成物を粉砕、分級する粉砕法により製造することができる。
また好ましくは、水系造粒方法、特に、有機溶媒中に、少なくとも、活性水素基を有する化合物、活性水素基と反応可能な部位を有する重合体例えばポリエステル重合体(ポリエステルプレポリマー)、着色剤、離型剤を溶解又は分散させてなる有機液相、又は、これら活性水素基を有する化合物、活性水素基と反応可能な部位を有する重合体、着色剤、離型剤のうち少なくとも1部を含有する組成物を溶解又は分散させてなる有機液相を、水系媒体中で液滴状に分散させ、該活性水素基を有する化合物と、活性水素基と反応可能な部位を有する重合体とを反応(好ましくは伸長反応又は部分架橋反応)させた後、もしくは反応させながら、該有機溶媒を除去し、洗浄、乾燥してトナーを得る水系反応・造粒法によって、製造することができる。
ポリエステルの水酸基価は5以上であることが好ましく、ポリエステルの酸価は通常1〜30、好ましくは5〜20である。酸価を持たせることで負帯電性となりやすく、さらには記録紙への定着時、記録紙とトナーの親和性がよく低温定着性が向上する。しかし、酸価が30を超えると帯電の安定性、特に環境変動に対し悪化傾向がある。
また、重量平均分子量1万〜40万、好ましくは2万〜20万である。重量平均分子量が1万未満では、耐オフセット性が悪化するため好ましくない。また、40万を超えると低温定着性が悪化するため好ましくない。
多価イソシアネート化合物(PIC)としては、脂肪族多価イソシアネート(テトラメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、2,6−ジイソシアナトメチルカプロエートなど);脂環式ポリイソシアネート(イソホロンジイソシアネート、シクロヘキシルメタンジイソシアネートなど);芳香族ジイソシアネート(トリレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネートなど);芳香脂肪族ジイソシアネート(α,α,α’,α’−テトラメチルキシリレンジイソシアネートなど);イソシアネート類;前記ポリイソシアネートをフェノール誘導体、オキシム、カプロラクタムなどでブロックしたもの;およびこれら2種以上の併用が挙げられる。
イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー(A)中の多価イソシアネート化合物(PIC)構成成分の含有量は、通常0.5〜40wt%、好ましくは1〜30wt%、さらに好ましくは2〜20wt%である。0.5wt%未満では、耐ホットオフセット性が悪化するとともに、耐熱保存性と低温定着性の両立の面で不利になる。また、40wt%を超えると低温定着性が悪化する。
イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー(A)中の1分子当たりに含有されるイソシアネート基は、通常1個以上、好ましくは、平均1.5〜3個、さらに好ましくは、平均1.8〜2.5個である。1分子当たり1個未満では、ウレア変性ポリエステルの分子量が低くなり、耐ホットオフセット性が悪化する。
アミノアルコール(B3)としては、エタノールアミン、ヒドロキシエチルアニリンなどが挙げられる。
アミノメルカプタン(B4)としては、アミノエチルメルカプタン、アミノプロピルメルカプタンなどが挙げられる。
アミノ酸(B5)としては、アミノプロピオン酸、アミノカプロン酸などが挙げられる。
(B1)〜(B5)のアミノ基をブロックしたもの(B6)としては、前記(B1)〜(B5)のアミン類とケトン類(アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなど)から得られるケチミン化合物、オキサゾリジン化合物などが挙げられる。
これらアミン類(B)のうち好ましいものは、(B1)および(B1)と少量の(B2)の混合物である。
[NCO]/[NHx]が2を超えたり1/2未満では、ウレア変性ポリエステルの分子量が低くなり、耐ホットオフセット性が悪化する。
また、ウレア変性ポリエステル中には、ウレア結合と共にウレタン結合を含有していてもよい。ウレア結合含有量とウレタン結合含有量のモル比は、通常100/0〜10/90であり、好ましくは80/20〜20/80、さらに好ましくは、60/40〜30/70である。ウレア結合のモル比が10%未満では、耐ホットオフセット性が悪化する。
また、ポリエステルプレポリマー(A)とアミン類(B)との架橋及び/又は伸長反応には、必要により反応停止剤を用い、得られるウレア変性ポリエステルの分子量を調整することができる。反応停止剤としては、モノアミン(ジエチルアミン、ジブチルアミン、ブチルアミン、ラウリルアミンなど)、およびそれらをブロックしたもの(ケチミン化合物)などが挙げられる。
ウレア変性ポリエステルの重量平均分子量は、通常1万以上、好ましくは2万〜1000万、さらに好ましくは3万〜100万である。1万未満では耐ホットオフセット性が悪化する。ウレア変性ポリエステル等の数平均分子量は、先の未変性ポリエステルを用いる場合は特に限定されるものではなく、前記重量平均分子量とするのに得やすい数平均分子量でよい。ウレア変性ポリエステルを単独で使用する場合は、その数平均分子量は、通常2000〜15000、好ましくは2000〜10000、さらに好ましくは2000〜8000である。20000を超えると低温定着性およびフルカラー装置に用いた場合の光沢性が悪化する。
未変性ポリエステルとウレア変性ポリエステルとは、少なくとも一部が相溶していることが低温定着性、耐ホットオフセット性の面で好ましい。従って、未変性ポリエステルとウレア変性ポリエステルとは類似の組成であることが好ましい。
また、ウレア変性ポリエステルは、得られるトナー母体粒子の表面に存在しやすいため、公知のポリエステル系トナーと比較して、ガラス転移点が低くても耐熱保存性が良好な傾向を示す。
次に、トナーの製造方法について説明する。ここでは、好ましい製造方法について示すが、これに限られるものではない。
1)着色剤、未変性ポリエステル、イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー、離型剤を有機溶媒中に分散させトナー材料液(有機液相、油相)を作る。
有機溶媒は、沸点が100℃未満の揮発性であることが、トナー母体粒子形成後の除去が容易である点から好ましい。具体的には、トルエン、キシレン、ベンゼン、四塩化炭素、塩化メチレン、1,2−ジクロロエタン、1,1,2−トリクロロエタン、トリクロロエチレン、クロロホルム、モノクロロベンゼン、ジクロロエチリデン、酢酸メチル、酢酸エチル、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなどを単独あるいは2種以上組合せて用いることができる。特に、トルエン、キシレン等の芳香族系溶媒および塩化メチレン、1,2−ジクロロエタン、クロロホルム、四塩化炭素等のハロゲン化炭化水素が好ましい。有機溶媒の使用量は、ポリエステルプレポリマー100重量部に対し、通常0〜300重量部、好ましくは0〜100重量部、さらに好ましくは25〜70重量部である。
水系媒体は、水単独でも良いし、アルコール(メタノール、イソプロピルアルコール、エチレングリコールなど)、ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフラン、セルソルブ類(メチルセルソルブなど)、低級ケトン類(アセトン、メチルエチルケトンなど)などの有機溶媒を含むものであってもよい。
トナー材料液100重量部に対する水系媒体の使用量は、通常50〜2000重量部、好ましくは100〜1000重量部である。50重量部未満ではトナー材料液の分散状態が悪く、所定の粒径のトナー粒子が得られない。2000重量部を超えると経済的でない。
界面活性剤としては、アルキルベンゼンスルホン酸塩、α−オレフィンスルホン酸塩、リン酸エステルなどのアニオン性界面活性剤、アルキルアミン塩、アミノアルコール脂肪酸誘導体、ポリアミン脂肪酸誘導体、イミダゾリンなどのアミン塩型や、アルキルトリメチルアンモニム塩、ジアルキルジメチルアンモニウム塩、アルキルジメチルベンジルアンモニウム塩、ピリジニウム塩、アルキルイソキノリニウム塩、塩化ベンゼトニウムなどの4級アンモニウム塩型のカチオン性界面活性剤、脂肪酸アミド誘導体、多価アルコール誘導体などの非イオン界面活性剤、例えばアラニン、ドデシルジ(アミノエチル)グリシン、ジ(オクチルアミノエチル)グリシンやN−アルキル−N,N−ジメチルアンモニウムべタインなどの両性界面活性剤が挙げられる。
ド、N−プロピル−N−(2−ヒドロキシエチル)パーフルオロオクタンスルホンアミド、パーフルオロアルキル(C6〜C10)スルホンアミドプロピルトリメチルアンモニウム塩、パーフルオロアルキル(C6〜C10)−N−エチルスルホニルグリシン塩、モノパーフルオロアルキル(C6〜C16)エチルリン酸エステルなどが挙げられる。
商品名としては、サーフロンS−111、S−112、S−113(旭硝子社製)、フロラードFC−93、FC−95、FC−98、FC−129(住友3M社製)、ユニダインDS−101、DS−102(ダイキン工業社製)、メガファックF−110、F−120、F−113、F−191、F−812、F−833(大日本インキ社製)、エクトップEF−102、103、104、105、112、123A、123B、306A、501、201、204、(トーケムプロダクツ社製)、フタージェントF−100、F150(ネオス社製)などが挙げられる。
また、リン酸三カルシウム、炭酸カルシウム、酸化チタン、コロイダルシリカ、ヒドロキシアパタイト等の無機化合物分散剤も用いることができる。
この反応は、分子鎖の架橋及び/又は伸長を伴う。反応時間は、ポリエステルプレポリマー(A)の有するイソシアネート基構造とアミン類(B)との反応性により選択されるが、通常10分〜40時間、好ましくは2〜24時間である。反応温度は、通常、0〜150℃、好ましくは40〜98℃である。また、必要に応じて公知の触媒を使用することができる。具体的にはジブチルチンラウレート、ジオクチルチンラウレートなどが挙げられる。
有機溶媒を除去するためには、系全体を徐々に層流の攪拌状態で昇温し、一定の温度域で強い攪拌を与えた後、脱溶媒を行うことで紡錘形のトナー母体粒子が作製できる。また、分散安定剤としてリン酸カルシウム塩などの酸、アルカリに溶解可能なものを用いた場合は、塩酸等の酸により、リン酸カルシウム塩を溶解した後、水洗するなどの方法によって、トナー母体粒子からリン酸カルシウム塩を除去する。その他酵素による分解などの操作によっても除去できる。
荷電制御剤の打ち込み、及び無機微粒子の外添は、ミキサー等を用いた公知の方法によって行われる。
これにより、小粒径であって、粒径分布のシャープなトナーを容易に得ることができる。さらに、有機溶媒を除去する工程で強い攪拌を与えることで、真球状からラクビーボール状の間の形状を制御することができ、さらに、表面のモフォロジーも滑らかなものから梅干形状の間で制御することができる。
着色剤としては、公知の染料及び顔料が使用でき、例えば、カーボンブラック、ニグロシン染料、鉄黒、ナフトールイエローS、ハンザイエロー(10G、5G、G)、カドミュウムイエロー、黄色酸化鉄、黄土、黄鉛、チタン黄、ポリアゾイエロー、オイルイエロー、ハンザイエロー(GR、A、RN、R)、ピグメントイエローL、ベンジジンイエロー(G、GR)、パーマネントイエロー(NCG)、バルカンファストイエロー(5G、R)、タートラジンレーキ、キノリンイエローレーキ、アンスラザンイエローBGL、イソインドリノンイエロー、ベンガラ、鉛丹、鉛朱、カドミュウムレッド、カドミュウムマーキュリレッド、アンチモン朱、パーマネントレッド4R、パラレッド、ファイセーレッド、パラクロルオルトニトロアニリンレッド、リソールファストスカーレットG、ブリリアントファストスカーレット、ブリリアントカーンミンBS、パーマネントレッド(F2R、F4R、FRL、FRLL、F4RH)、ファストスカーレットVD、ベルカンファストルビンB、ブリリアントスカーレットG、リソールルビンGX、パーマネントレッドF5R、ブリリアントカーミン6B、ピグメントスカーレット3B、ボルドー5B、トルイジンマルーン、パーマネントボルドーF2K、ヘリオボルドーBL、ボルドー10B、ボンマルーンライト、ボンマルーンメジアム、エオシンレーキ、ローダミンレーキB、ローダミンレーキY、アリザリンレーキ、チオインジゴレッドB、チオインジゴマルーン、オイルレッド、キナクリドンレッド、ピラゾロンレッド、ポリアゾレッド、クロームバーミリオン、ベンジジンオレンジ、ペリノンオレンジ、オイルオレンジ、コバルトブルー、セルリアンブルー、アルカリブルーレーキ、ピーコックブルーレーキ、ビクトリアブルーレーキ、無金属フタロシアニンブルー、フタロシアニンブルー、ファストスカイブルー、インダンスレンブルー(RS、BC)、インジゴ、群青、紺青、アントラキノンブルー、ファストバイオレットB、メチルバイオレットレーキ、コバルト紫、マンガン紫、ジオキサンバイオレット、アントラキノンバイオレット、クロムグリーン、ジンクグリーン、酸化クロム、ピリジアン、エメラルドグリーン、ピグメントグリーンB、ナフトールグリーンB、グリーンゴールド、アシッドグリーンレーキ、マラカイトグリーンレーキ、フタロシアニングリーン、アントラキノングリーン、酸化チタン、亜鉛華、リトボン及びそれらの混合物が使用できる。着色剤の含有量はトナーに対して通常1〜15重量%、好ましくは3〜10重量%である。
荷電制御剤としては公知のものが使用でき、例えばニグロシン系染料、トリフェニルメタン系染料、クロム含有金属錯体染料、モリブデン酸キレート顔料、ローダミン系染料、アルコキシ系アミン、4級アンモニウム塩(フッ素変性4級アンモニウム塩を含む)、アルキルアミド、燐の単体または化合物、タングステンの単体または化合物、フッ素系活性剤、サリチル酸金属塩及び、サリチル酸誘導体の金属塩等である。具体的にはニグロシン系染料のボントロン03、4級アンモニウム塩のボントロンP−51、含金属アゾ染料のボントロンS−34、オキシナフトエ酸系金属錯体のE−82、サリチル酸系金属錯体のE−84、フェノール系縮合物のE−89(以上、オリエント化学工業社製)、4級アンモニウム塩モリブデン錯体のTP−302、TP−415(以上、保土谷化学工業社製)、4級アンモニウム塩のコピーチャージPSY VP2038、トリフェニルメタン誘導体のコピーブルーPR、4級アンモニウム塩のコピーチャージ NEG VP2036、コピーチャージ NX VP434(以上、ヘキスト社製)、LRA−901、ホウ素錯体であるLR−147(日本カーリット社製)、銅フタロシアニン、ペリレン、キナクリドン、アゾ系顔料、その他スルホン酸基、カルボキシル基、4級アンモニウム塩等の官能基を有する高分子系の化合物が挙げられる。このうち、特にトナーを負極性に制御する物質が好ましく使用される。
荷電制御剤の使用量は、バインダー樹脂の種類、必要に応じて使用される添加剤の有無、分散方法を含めたトナー製造方法によって決定されるもので、一義的に限定されるものではないが、好ましくはバインダー樹脂100重量部に対して、0.1〜10重量部の範囲で用いられる。好ましくは、0.2〜5重量部の範囲がよい。10重量部を超える場合にはトナーの帯電性が大きすぎ、荷電制御剤の効果を減退させ、現像ローラとの静電的吸引力が増大し、現像剤の流動性低下や、画像濃度の低下を招く。
トナー粒子の流動性や現像性、帯電性を補助するための外添剤として、無機微粒子が好ましく用いられる。この無機微粒子の一次粒子径は、5×10−3〜2μmであることが好ましく、特に5×10−3〜0.5μmであることが好ましい。また、BET法による比表面積は、20〜500m2/gであることが好ましい。この無機微粒子の使用割合は、トナーの0.01〜5wt%であることが好ましく、特に0.01〜2.0wt%であることが好ましい。
無機微粒子の具体例としては、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、酸化スズ、ケイ砂、クレー、雲母、ケイ灰石、ケイソウ土、酸化クロム、酸化セリウム、ベンガラ、三酸化アンチモン、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、硫酸バリウム、炭酸バリウム、炭酸カルシウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素などを挙げることができる。中でも、流動性付与剤としては、疎水性シリカ微粒子と疎水性酸化チタン微粒子を併用するのが好ましい。特に両微粒子の平均粒径が5×10−2μm以下のものを使用して攪拌混合を行った場合、トナーとの静電力、ファンデルワールス力は格段に向上することより、所望の帯電レベルを得るために行われる現像装置内部の攪拌混合によっても、トナーから流動性付与剤が脱離することなく、ホタルなどが発生しない良好な画像品質が得られて、さらに転写残トナーの低減が図られる。
酸化チタン微粒子は、環境安定性、画像濃度安定性に優れている反面、帯電立ち上がり特性の悪化傾向にあることより、酸化チタン微粒子添加量がシリカ微粒子添加量よりも多くなると、この副作用の影響が大きくなることが考えられる。
しかし、疎水性シリカ微粒子及び疎水性酸化チタン微粒子の添加量が0.3〜1.5wt%の範囲では、帯電立ち上がり特性が大きく損なわれず、所望の帯電立ち上がり特性が得られ、すなわち、コピーの繰り返しを行なっても、安定した画像品質が得られる。
<定着ベルトの製造例1>MFR大+MFR小
製造例1の定着ベルトは次のようにして作製した。ポリイミドからなる厚さ90μmの円筒状のエンドレスフィルム基体の外周に、プライマー(東レ・ダウコーニングシリコーン社製DY39−067)をスプレーコートにて厚さ4μmで成膜し、室温乾燥した。その後、2液付加型液状シリコーンゴム(東レ・ダウコーニングシリコーン社製DY35−2083)を2液混合後、トルエンにて適量希釈した。この溶液をスプレーコートにて厚さ200μmで塗布、120℃10分硬化後、さらに200℃4時間2次硬化して弾性層を形成した。次に、プライマー(三井・デュポンフロロケミカル社製PR−990CL)を4μm厚でスプレーコートした後、150℃30分乾燥した。その後、372℃,5kgf荷重におけるMFR(測定規格JIS K 7210)が2[g/10min]で平均粒子径10μmのPFA(三井・デュポンフロロケミカル社製PFA−950HP Plus)と、372℃、5kgf荷重におけるMFR(測定規格JIS K 7210)が7[g/10min]で平均粒子径が0.1μmのPFA(三井・デュポンフロロケミカル社製PFA−945HP Plus)を1/1で混合した混合ディスパージョンを30μm厚でスプレーコートした。その後340℃で30分間焼成(PFA粒子を融かして)して離型層を形成し、実施例1の定着ベルトを得た。
製造例2の定着ベルトは、製造例1と同様に作成した弾性層上に、372℃,5kgf荷重におけるMFR(測定規格JIS K 7210)が2[g/10min]で平均粒子径0.1μmのPFAと、平均粒子径が10μmのPFA(三井・デュポンフロロケミカル社製PFA−945HP Plus)を1/1で混合したディスパージョンを用いて離型層を形成し、比較例1の定着ベルトを得た。離型層の厚みなど、その他の条件は、実施例1と同じである。
製造例3の定着ベルトは、製造例1と同様に作成した弾性層上に、372℃,5kgf荷重におけるMFR(測定規格JIS K 7210)が7[g/10min]で平均粒子径0.1μmのPFAと、平均粒子径が10μmのPFA(三井・デュポンフロロケミカル社製PFA−945HP Plus)を1/1で混合したディスパージョンを用いて離型層を形成し、比較例2の定着ベルトを得た。離型層の厚みなど、その他の条件は、実施例1と同じである。
(有機微粒子エマルジョンの合成)
攪拌棒および温度計をセットした反応容器に、水683部、メタクリル酸エチレンオキサイド付加物硫酸エステルのナトリウム塩(エレミノールRS−30:三洋化成工業社製)11部、スチレン83部、メタクリル酸83部、アクリル酸ブチル110部、過硫酸アンモニウム1部を仕込み、3800回転/分で30分間攪拌したところ、白色の乳濁液が得られた。加熱して、系内温度75℃まで昇温し4時間反応させた。さらに、1%過硫酸アンモニウム水溶液30部加え、75℃で6時間熟成してビニル系樹脂(スチレン−メタクリル酸−アクリル酸ブチル−メタクリル酸エチレンオキサイド付加物硫酸エステルのナトリウム塩の共重合体)の水性分散液[微粒子分散液1]を得た。[微粒子分散液1]をレーザー回折/散乱式粒度分布測定装置(LA−920:堀場製作所製)で測定した体積平均粒径は、110nmであった。[微粒子分散液1]の一部を乾燥して樹脂分を単離した。樹脂分のTgは58℃であり、重量平均分子量は13万であった。
水990部、[微粒子分散液1]83部、ドデシルジフェニルエーテルジスルホン酸ナトリウムの48.3%水溶液(エレミノールMON−7:三洋化成工業製)37部、酢酸エチル90部を混合攪拌し、乳白色の液体を得た。これを[水相1]とする。
冷却管、攪拌機及び窒素導入管の付いた反応容器中に、ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物206部、ビスフェノールAプロピレンオキサイド2モル付加物509部、テレフタル酸200部、無水トリメリット酸41部、アジピン酸44部及びジブチルチンオキサイド2部を入れ、常圧下230℃で7時間重縮合し、さらに10〜15mmHgの減圧下で5時間反応して[低分子ポリエステル1]を得た。[低分子ポリエステル1]は、数平均分子量3300、重量平均分子量6900、ピーク分子量3800、Tg43℃、酸価24であった。
冷却管、攪拌機及び窒素導入管の付いた反応容器中に、ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物682部、ビスフェノールAプロピレンオキサイド2モル付加物81部、テレフタル酸283部、無水トリメリット酸22部及びジブチルチンオキサイド2部を入れ、常圧下230℃で7時間重縮合し、さらに10〜15mmHgの減圧下で5時間反応した[中間体ポリエステル1]を得た。[中間体ポリエステル1]数平均分子量3400、重量平均分子量11000、ピーク分子量3000、Tg52℃、酸価1、水酸基価52であった。
次に、冷却管、攪拌機及び窒素導入管の付いた反応容器中に、[中間体ポリエステル1]413部、イソホロンジイソシアネート87部、酢酸エチル500部を入れ、100℃で5時間反応し、[プレポリマー1]を得た。(ケチミンの合成)
攪拌棒及び温度計をセットした反応容器に、イソホロンジアミン170部とメチルエチルケトン75部を仕込み、50℃で4時間半反応を行い、[ケチミン化合物1]を得た。[ケチミン化合物1]のアミン価は417であった。
水1200部、カーボンブラック(Printex60:デグサ製)540部、[低分子ポリエステル1]1200部を加え、ヘンシェルミキサー(三井鉱山社製)で混合し、混合物を2本ロールを用いて130℃で1時間混練後、圧延冷却しパルペライザーで粉砕、[マスターバッチ1]を得た。
攪拌棒及び温度計をセットした反応容器に、[低分子ポリエステル1]378部、カルナバワックス(RN−05:セラリカ野田社製)100部、酢酸エチル947部を仕込み、攪拌下80℃に昇温し、80℃のまま5時間保持した後、1時間で30℃に冷却した。次いで、容器に[マスターバッチ1]500部、酢酸エチル500部を仕込み、1時間混合し[原料溶解液1]を得た。
[原料溶解液1]1324部を容器に移し、ビーズミル(ウルトラビスコミル:アイメックス社製)を用いて、送液速度1kg/hr、ディスク周速度6m/秒、0.5mmジルコニアビーズを80体積%充填、3パスの条件で、カーボンブラック、ワックスの分散を行った。次いで、[低分子ポリエステル1]の65%酢酸エチル溶液1324部を加え、上記条件のビーズミルで2パスし、[顔料・ワックス分散液1]を得た。[顔料・ワックス分散液1]の固形分濃度は50%であった。
[顔料・ワックス分散液1]749部、[プレポリマー1]115部、[ケチミン化合物]2.9部を容器に入れ、TKホモミキサー(特殊機化製)で5000rpmで2分間攪拌した後、容器に[水相1]1200部を加え、TKホモミキサーで、回転数13000rpmで25分間混合し[乳化スラリー1]を得た。
攪拌棒及び温度計をセットした容器に、[乳化スラリー1]を投入し、30℃で7時間脱溶剤した後、45℃で7時間熟成を行い、[分散スラリー1]を得た。
[分散スラリー1]100部を減圧濾過した後、
I:濾過ケーキにイオン交換水100部を加え、TKホモミキサーで混合(回転数12000rpmで10分間)した後濾過した。
II:Iの濾過ケーキに10%水酸化ナトリウム水溶液100部を加え、TKホモミキサーで混合(回転数12000rpmで10分間)した後、減圧濾過した。
III:IIの濾過ケーキに10%塩酸100部を加え、TKホモミキサーで混合(回転数12000rpmで10分間)した後濾過した。
IV:IIIの濾過ケーキにイオン交換水300部を加え、TKホモミキサーで混合(回転数12000rpmで10分間)した後濾過する操作を2回行い、[濾過ケーキ1]を得た。
[濾過ケーキ1]を循風乾燥機にて45℃で48時間乾燥し、目開き75μmメッシュで篩い、[トナー母体粒子1]を得た。その後、[トナー母体粒子1]100部に疎水性シリカ1部と、疎水化酸化チタン1部をヘンシェルミキサーにて混合して[トナー1]を得た。
トナーの製造例1において、油相の作製の工程を以下の条件に変更した以外は製造例1と同様にしてトナーを得た。
攪拌棒及び温度計をセットした反応容器に、[低分子ポリエステル1]378部、カルナバワックス(RN−05:セラリカ野田社製)400部、酢酸エチル947部を仕込み、攪拌下80℃に昇温し、80℃のまま5時間保持した後、1時間で30℃に冷却した。次いで、容器に[マスターバッチ1]500部、酢酸エチル500部を仕込み、1時間混合し[原料溶解液2]を得た。
[原料溶解液2]1324部を容器に移し、ビーズミル(ウルトラビスコミル:アイメックス社製)を用いて、送液速度1kg/hr、ディスク周速度6m/秒、0.5mmジルコニアビーズを80体積%充填、3パスの条件で、カーボンブラック、ワックスの分散を行った。次いで、[低分子ポリエステル1]の65%酢酸エチル溶液1324部を加え、上記条件のビーズミルで2パスし、[顔料・ワックス分散液2]を得た。[顔料・ワックス分散液2]の固形分濃度は50%であった。
トナーの製造例1において、油相の作製の工程を以下の条件に変更した以外は製造例1と同様にしてトナーを得た。
攪拌棒及び温度計をセットした反応容器に、[低分子ポリエステル1]378部、カルナバワックス(RN−05:セラリカ野田社製)50部、酢酸エチル947部を仕込み、攪拌下80℃に昇温し、80℃のまま5時間保持した後、1時間で30℃に冷却した。次いで、容器に[マスターバッチ1]500部、酢酸エチル500部を仕込み、1時間混合し[原料溶解液3]を得た。
[原料溶解液3]1324部を容器に移し、ビーズミル(ウルトラビスコミル:アイメックス社製)を用いて、送液速度1kg/hr、ディスク周速度6m/秒、0.5mmジルコニアビーズを80体積%充填、3パスの条件で、カーボンブラック、ワックスの分散を行った。次いで、[低分子ポリエステル1]の65%酢酸エチル溶液1324部を加え、上記条件のビーズミルで2パスし、[顔料・ワックス分散液3]を得た。[顔料・ワックス分散液3]の固形分濃度は50%であった。
トナーの製造例1において、油相の作製の工程を以下の条件に変更した以外は製造例1と同様にしてトナーを得た。
(油相の作製)
攪拌棒及び温度計をセットした反応容器に、[低分子ポリエステル1]378部、パラフィンワックス(HNP−11:日本精鑞製)100部、酢酸エチル947部を仕込み、攪拌下80℃に昇温し、80℃のまま5時間保持した後、1時間で30℃に冷却した。次いで、容器に[マスターバッチ1]500部、酢酸エチル500部を仕込み、1時間混合し[原料溶解液4]を得た。
[原料溶解液4]1324部を容器に移し、ビーズミル(ウルトラビスコミル:アイメックス社製)を用いて、送液速度1kg/hr、ディスク周速度6m/秒、0.5mmジルコニアビーズを80体積%充填、3パスの条件で、カーボンブラック、ワックスの分散を行った。次いで、[低分子ポリエステル1]の65%酢酸エチル溶液1324部を加え、上記条件のビーズミルで2パスし、[顔料・ワックス分散液4]を得た。[顔料・ワックス分散液4]の固形分濃度は50%であった。
(定着特性)
リコー製imagio Neo C385を用いて、普通紙及び厚紙の転写紙(リコー製 タイプ6200及びNBSリコー製複写印刷用紙<135>)にベタ画像で、0.8±0.05mg/cm2のトナーが現像されるように調整を行ない、定着装置(40)にて定着ベルトの温度が可変となるように調整を行なって、普通紙でオフセットの発生しない温度を、厚紙で定着下限温度を測定した。定着下限温度は、得られた定着画像をパットで擦った後の画像濃度の残存率が70%以上となる定着ロール温度をもって定着下限温度とした。
現像ローラまたは感光体上のトナーフィルミング発生状況の有無を観察した。○がフィルミングがなく、△はスジ上のフィルミングが見られ、×は全体的にフィルミングがある。
300,000枚出力後の離型層のクラックを目視することで評価した。クラックのないものを「○」、異常画像にならないレベルの軽微なクラックのあるものを「△」、異常画像になるレベルのクラックが出たものを「×」とした。
画像を出力し、画像の光沢ムラを目視で確認することで評価した。光沢ムラのないものを「○」とし、軽微な光沢ムラが確認されたものを「△」、光沢ムラが顕著に現れたものを「×」とした。
2Y、2M、2C、2Bk 帯電器
3Y、3M、3C、3Bk 露光器
4Y、4M、4C、4Bk 現像器
5Y、5M、5C、5Bk 転写器
6Y、6M、6C、6Bk 感光体クリーナ
7 駆動ローラ
8 従動ローラ(図1中に記入、回転方向矢印も)
10Y、10M、10C、10Bk 画像形成ユニット
20 搬送ベルト
30 ガイドローラ対
40 定着装置
41 定着ローラ
42 加圧ローラ
43 バネ
44 加熱ローラ
45 定着ベルト
46 ハロゲンランプ
47 テンションローラ
48 バネ
49 サーミスタ
50 給紙トレイ
451 フィルム基体
452 弾性層
453 離型層
P 転写紙
Claims (10)
- 少なくとも定着媒体上のトナーを加圧定着する定着装置を有する画像形成装置において、前記定着装置は、表面部に少なくとも異なるMFRを有するフッ素樹脂を複数以上含んでなり、前記トナーは少なくともC−H、C−C結合以外の結合を分子鎖中に含んでなるワックスを含有し、前記トナーの表面ワックス量が2〜5重量%であることを特徴とする画像形成装置。
- 前記定着装置は、少なくとも1つ以上の曲率を有する部分を有し、前記曲率のうち最も小さい曲率の曲率半径が、2〜5mmであることを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
- 前記最も曲率半径の小さい曲率は、定着装置の回転方向における定着ニップ下流で最も近接した位置に配置されることを特徴とする請求項1または2に記載の画像形成装置。
- 定着媒体と定着装置の離型が、前記定着ニップ下流で最も近接した位置で行われることを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載の画像形成装置。
- 前記定着装置は、少なくとも2つ以上のローラ部材とベルト部材により構成され、前記ベルト表面部に少なくとも異なるMFRを有するフッ素樹脂を複数以上含むことを特徴とする請求項1乃至4の何れかに記載の画像形成装置。
- 前記ワックスは、カルナバワックス、ライスワックス、モンタン系ワックス、エステルワックスのいずれか、もしくはこれらのいずれかの組み合わせであることを特徴とする請求項1乃至5の何れかに記載の画像形成装置。
- 前記トナーは、ワックスの含有量が全トナーの5〜10重量%であることを特徴とする請求項1乃至6の何れかに記載の画像形成装置。
- 前記トナーの結着樹脂は、ポリエステル系樹脂であることを特徴とする請求項1乃至7の何れかに記載の画像形成装置。
- 前記ポリエステル樹脂は、少なくとも非架橋成分と架橋成分を有することを特徴とする請求項1乃至8の何れかに記載の画像形成装置。
- 前記トナーは、水系で造粒され、ポリエステル樹脂よりなる少なくとも非架橋成分と架橋成分を有することを特徴とする請求項1乃至9の何れかに記載の画像形成装置。
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