JP2007155772A - 非磁性一成分現像用トナー、これを用いた画像形成装置、及びプロセスカートリッジ - Google Patents

非磁性一成分現像用トナー、これを用いた画像形成装置、及びプロセスカートリッジ Download PDF

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Abstract

【課題】耐熱保管性、及び定着分離性の悪化を抑制し、転写性向上のためにトナー中の外添剤総量を増大させた場合においても、優れた定着分離性を実現可能な非磁性一成分現像用トナーを得る。
【解決手段】融点70〜90℃の炭化水素系ワックスがバインダー樹脂100重量部に対して8〜15重量部内添されている軟化点120〜150℃の第1バインダー樹脂と軟化点100〜130℃の第2バインダー樹脂と、着色剤を含有するトナー粒子と、外添剤とを含有し、前記第1バインダー樹脂と第2バインダー樹脂との重量比が、20/80〜45/55であり、前記トナー粒子径が5〜10μmであり、前記外添剤はBET100〜300m2/gの第1無機微粒子と、BET40〜100m2/gの第2無機微粒子とからなり、前記外添剤総量が、トナー母体に対して2.5〜5.0重量部であるものとした非磁性一成分現像用トナーを提供する。
【選択図】なし

Description

本発明は、非磁性一成分現像用トナー、これを用いた画像形成方法及び画像形成装置、並びにプロセスカートリッジに関するものである。
従来公知の電子写真法においては、感光体表面を帯電、露光して静電潜像を形成し、所定の着色トナーで現像してトナー像を形成し、このトナー像を転写紙等の被転写体に転写し、これを熱ロール等で定着して画像を形成する。
従来技術において、電子写真や静電記録等で採用される乾式現像方式には、トナー及びキャリアからなる二成分系現像剤を用いる方式と、キャリアを含まない一成分系現像剤を用いる方式とがある。
前者の二成分系現像剤を用いる方式においては、比較的安定して良好な画像が得られるが、一方において、キャリアの劣化、並びにトナーとキャリアとの混合比の変動等が発生しやすいことから、長期間にわたっての一定品質の画像は得られにくく、また、装置の維持管理性やコンパクト化に難点がある。
そこで、上述した欠点を有しない後者の、すなわち一成分系現像剤を用いる方式が注目されるようになった。
かかる一成分系現像剤を用いる方式においては、通常、少なくとも1つのトナー搬送部材によってトナー(現像剤)を搬送し、かつ、搬送されたトナーによって潜像担持体に形成された静電潜像を可視像化する手段が採られているが、その際、トナー搬送部材表面を搬送するトナーの層厚は極力薄くしなければならないとされている。
これは、一成分系現像剤を使用し、トナーとして電気抵抗の高いものを適用したときには、現像装置によってトナー帯電を行う必要があるためである。すなわち、トナー層が厚いとトナー層の表面近傍のみが帯電し、トナー層全体が均一に帯電されにくくなるのである。
かかる要請から、トナー搬送部材上のトナー層厚を規制する手段(トナー層厚規制手段)には種々の方法が提案されている。
例えば、規制ブレードを用い、このブレードをトナー搬送部材に対置させ、これにより、トナー搬送部材表面の搬送されるトナーを押圧部材(規制ブレード)で押えつけてトナー層厚を制御する方法に係るものである。
また、ブレードの代わりにローラを当接させて同様の効果を得る方法についても提案されている。
また、近年においては、定着装置の小型化、及び低コスト化が進んでいるという観点から、定着装置に対する定着オイル塗布機構を省いた、もしくは塗布量を低減した構成の、いわゆるオイルレス定着装置が主流になってきているが、かかる構成の装置においては、オフセット防止策としてトナーに離型剤(ワックス)を含有させる必要がある。
しかし、ワックスをトナーに多量に含有させると、遊離ワックス状態となったり、又はトナーの表面ワックス量が多くなったりし、機械的/熱的作用で、現像機内の規制ブレード及び感光体にワックス起因によりトナーが規制ブレード等の部材に固着したり、ベタ画像中にこれら固着成分が起因する白抜け/白スジが発生し易くなってしまうという問題を生じる。
また、フルカラー用トナーの場合、透光性、発色性、及び光沢性等について充分な特性を得るため、バインダー樹脂として低軟化点を有するものを使用する必要があり、このためにトナーの耐熱保管性が不充分になり易く、高温下で保管した場合にトナーの凝集が生じてしまうという問題もあった。
ワックス量を増大しつつ他品質に弊害を及ぼすことなく上記透光性、発色性、及び光沢性等の特性を改善する技術についての提案もなされている(例えば、特許文献1参照。)。
また、外添剤総量を多くすることにより、転写性を向上する技術についての提案もなされている(例えば、特許文献2参照。)。しかし、外添剤の総量が多くなると、加熱定着時にトナー粒子同士の溶融を妨げ、且つ余剰の遊離微粒子が介在し、オフセットおよび定着強度の低下の原因となるという問題もあった。
特開2003−270859号公報 特開平6−324525号公報
上述したように、ワックス含有トナー、いわゆるオイルレス定着機に用いられるトナーであって、非磁性一成分、すなわち、ドクターブレード/ローラ等の接触規制部材によりトナー(現像剤)に帯電を起こさせて用いられるトナーには、改善すべき点が多くある。
オイルレスで、かつ非磁性一成分の場合、トナーは、ワックスを含有することでの定着機での離型性確保と、帯電時の接触規制部材とのワックスによる固着防止、この2つのトレードオフ性能を高次元に達成しなければならないことが前提となる。
このようなトレードオフ性能を高次元で達成する上で、ワックスは、トナー組成物として樹脂と混合される際、樹脂合成時(モノマー段階)に同時に混合される、内添法を適用することが好ましい。
ワックスと樹脂とが非相溶でありながら上述のトレードオフ性能を確保するべく、トナー内で存在するワックスの状態を、最適なワックスドメインとして存在させるためには、樹脂となった後にワックスと混合する場合よりもコントロールしやすいためである。
このように、樹脂合成時にワックスを内添する上では、狭義のワックス、すなわち分子鎖中に官能基を有するワックス、例えばカルナバ等の高級アルコールと高級脂肪酸とによるエステル結合や、アミドワックスのようなアミド結合を有するものを適用すると、樹脂合成時の反応に関与してしまうおそれがあり、かかる場合、ワックス配合で必須の性能である離型性を充分に確保できない。
従って、ワックス内添樹脂に用いられるワックスは、官能基を有さない炭化水素系ワックスであることが必要であるといえる。
炭化水素系ワックスは、高い離型性を示すが、極性が(上述の狭義のワックス:官能基ありの場合と比して)結着樹脂と大きく乖離するので、樹脂とワックスが非相溶の状態で、相互に混合されない状態で存在する。(その典型的な形態が、所謂海島構造である。)
上記のような状態にあるワックスと結着樹脂との関係性において、トナーとして必須の他性能をも高次元でバランスよく達成するためには、極めてピンポイントな配合/物性バランスが要求される。
そこで本発明においては、ワックス内添型の結着樹脂を用いた非磁性一成分トナーにおける、上記高次元の性能バランスを考案することとし、内添されるワックスの軟化点と、そのワックスを内添する第1の樹脂の軟化点と、内添しない第2の樹脂の軟化点を、それぞれのバランスを配合比も含め達成し、粒子径により大きく左右される流動性を、上記のワックスの表面露出状態と、外添剤の付着条件とを考慮して、これもまた、高次元にバランスをとり、極めて優れた性能のトナーを作製した。
本発明においては、融点70〜90℃の炭化水素系ワックスがバインダー樹脂100重量部に対して8〜15重量部内添されている軟化点120〜150℃の第1バインダー樹脂と軟化点100〜130℃の第2バインダー樹脂と、着色剤を含有するトナー粒子と、外添剤とを含有し、前記第1バインダー樹脂と第2バインダー樹脂との重量比が、20/80〜45/55であり、前記トナーの体積平均粒子径が5〜10μmであり、前記外添剤はBET100〜300m2/gの第1無機微粒子と、BET40〜100m2/gの第2無機微粒子とからなり、前記外添剤総量が、トナー母体に対して2.5〜5.0重量部であることとした非磁性一成分現像用トナーを提供する。
請求項2の発明においては、平均円形度について、0.890〜0.950の範囲であるものとした請求項1に記載の非磁性一成分現像用トナーを提供する。
請求項3の発明においては、請求項1又は2に記載の非磁性一成分現像用トナーを用いて画像形成を行うこととした画像形成方法を提供する。
請求項4の発明においては、加熱ロールと加圧ロールとを備えた定着器を具備しているロール定着方式の画像形成装置であって、請求項1又は2に記載の非磁性一成分現像用トナーを適用して画像形成を行うようになされている画像形成装置を提供する。
請求項5の発明においては、前記定着器を構成する前記加熱ロールと前記加圧ロールとにオイル塗布を必要としないオイルレス定着である請求項4に記載の画像形成装置を提供する。
請求項6の発明においては、中間転写手段を有している請求項4に記載の画像形成装置を提供する。
請求項7においては、ブレードクリーニング手段を有している請求項4に記載の画像形成装置を提供する。
請求項8においては、前記定着器が、加熱装置を具備するベルトにより構成されている請求項4に記載の画像形成装置を提供する。
請求項9においては、感光体と、帯電手段、現像手段、クリ−ニング手段より選ばれる少なくとも一つの手段を一体に支持しており、画像形成装置本体に着脱自在とされているプロセスカ−トリッジであって、前記現像手段は、トナー(現像剤)を保持し、当該トナー(現像剤)は、請求項1又は2に記載の非磁性一成分現像用トナーであるプロセスカ−トリッジを提供する。
本発明によれば、ワックスの添加量を増加した際に起こる耐熱保管性、及び定着分離性の悪化を抑制でき、かつ転写性向上のためにトナー中の外添剤総量を増大させた場合においても、優れた定着分離性を実現可能な非磁性一成分現像用トナーが得られた。更に、これを転写性に劣る粉砕トナーに適用しても上記優れた効果を発揮できた。
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明するが、本発明は、以下の例に限定されるものではない。
本発明においては、融点70〜90℃の炭化水素系ワックスがバインダー樹脂100重量部に対して8〜15重量部内添されている軟化点120〜150℃の第1バインダー樹脂と、軟化点100〜130℃の第2バインダー樹脂と、着色剤を含有するトナー粒子と、外添剤とを含有し、前記第1バインダー樹脂と第2バインダー樹脂との重量比が、20/80〜45/55であり、前記トナーの体積平均粒子径が5〜10μmであり、前記外添剤はBET100〜300m2/gの第1無機微粒子と、BET40〜100m2/gの第2無機微粒子とからなり、前記外添剤総量が、トナー母体に対して2.5〜5.0重量部である非磁性一成分現像用トナーを提供する。
本発明の非磁性一成分現像用トナーは、平均円形度が0.890〜0.950であることが好ましい。
ここで、平均円形度とは、シスメックス社製フロー式粒子像分析装置FPIA−2100により平均円形度として計測することができる値である。
具体的な測定においては、解析ソフト(FPIA−2100 Data Processing Program for FPIA version00−10)を用いて解析を行うこととした。
先ず、ガラス製100mlビーカーに10wt%界面活性剤(アルキルベンゼンスフォン酸塩ネオゲンSC−A;第一工業製薬性)を0.1〜0.5ml添加し、各トナー0.1〜0.5g添加しミクロスパーテルでかき混ぜ、次いでイオン交換水80mlを添加した。得られた分散液を超音波分散器(本多電子社製)で3分間分散処理した。
前記分散液を前記FPIA−2100を用いて濃度を5000〜15000個/μlが得られるまでトナーの形状及び分布を測定した。
本測定法は平均円形度の測定再現性の点から前記分散液濃度が5000〜15000個/μlにする。前記分散液濃度を得るために前記分散液の条件、すなわち添加する界面活性剤量、トナー量を変更する。
界面活性剤量は前述したトナー粒径の測定と同様にトナーの疎水性により必要量が異なり、多く添加すると泡によるノイズが発生し、少ないとトナーを十分にぬらすことが出来ないため、分散が不十分となる。またトナー添加量は粒径のより異なり、小粒径の場合は少なく、また大粒径の場合は多くする必要があり、トナー粒径が3〜7μmの場合、トナー量を0.1〜0.5g添加することにより分散液濃度を5000〜15000個/μlにあわせることが可能となる。
平均円形度の測定値が所定の数値範囲から外れると、実用上の問題が生じることが確かめられた。
具体的には、平均円形度0.890未満であると、転写不良が起こり、画像品質上問題が見られる。一方、平均円形度0.950を越えると、クリーニング不良が起こり、画像品質上問題が見られる。
先ず、本発明の非磁性一成分現像用トナーを構成するバインダー樹脂について説明する。
第1バインダー樹脂、及び第2バインダー樹脂を構成する材料は、特に制限されることなく、従来公知のトナー用バインダー樹脂が適用でき、具体的には、ポリエステル系樹脂、(メタ)アクリル系樹脂、スチレン−(メタ)アクリル系共重合体樹脂、エポキシ系樹脂、COC(環状オレフィン樹脂(例えば、TOPAS-COC(Ticona社製)))等が挙げられるが、オイルレス定着の観点から、第1バインダー樹脂及び第2バインダー樹脂は、いずれもポリエステル系樹脂を使用することが好ましい。
ポリエステル系樹脂のうち、多価アルコール成分と多価カルボン酸成分を重縮合させることにより得られたポリエステル樹脂が好適である。
多価アルコール成分のうち2価アルコール成分としては、例えば、ポリオキシプロピレン(2,2)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、ポリオキシプロピレン(3,3)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、ポリオキシプロピレン(6)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、ポリオキシエチレン(2,0)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン等のビスフェノールAアルキレンオキサイド付加物、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、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、ネオペンチルグリコール、1,4−ブテンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、ジプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリテトラメチレングリコール、ビスフェノールA、水素添加ビスフェノールA等が挙げられる。
3価以上のアルコール成分としては、例えば、ソルビトール、1,2,3,6−ヘキサンテトロール、1,4−ソルビタン、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、トリペンタエリスリトール、1,2,4−ブタントリオール、1,2,5−ペンタントリオール、グリセロール、2−メチルプロパントリオール、2−メチル−1,2,4−ブタントリオール、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、1,3,5−トリヒドロキシメチルベンゼン等が挙げられる。
また、多価カルボン酸成分のうち、2価のカルボン酸成分としては、例えば、マレイン酸、フマル酸、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、n−ドデセニルコハク酸、イソドデセニルコハク酸、n−ドデシルコハク酸、イソドデシルコハク酸、n−オクテニルコハク酸、イソオクテニルコハク酸、n−オクチルコハク酸、イソオクチルコハク酸、これらの酸の無水物、あるいは低級アルキルエステルが挙げられる。
3価以上のカルボン酸成分としては、例えば、1,2,4−ベンゼントリカルボン酸(トリメリット酸)、1,2,5−ベンゼントリカルボン酸、2,5,7−ナフタレントリカルボン酸、1,2,4−ナフタレントリカルボン酸、1,2,4−ブタントリカルボン酸、1,2,5−ヘキサントリカルボン酸、1,3−ジカルボキシル−2−メチル−2−メチレンカルボキシプロパン、1,2,4−シクロヘキサントリカルボン酸、テトラ(メチレンカルボキシル)メタン、1,2,7,8−オクタンテトラカルボン酸、ピロメリット酸、エンポール三量体酸、これらの酸の無水物、低級アルキルエステル等が挙げられる。
また、ポリエステル系樹脂として、ポリエステル樹脂の原料モノマーと、ビニル系樹脂の原料モノマーと、両方の樹脂の原料モノマーと反応するモノマーとの混合物を用い、同一容器中でポリエステル樹脂を得る縮重合反応およびビニル系樹脂を得るラジカル重合反応を並行して行わせて得られた樹脂(以下、単に「ビニル系ポリエステル樹脂」という)も適用できる。
なお、上記「両方の樹脂の原料モノマーと反応するモノマー」とは、換言すれば、縮重合反応およびラジカル重合反応の両反応に使用し得るモノマーである。すなわちこれは、縮重合反応し得るカルボキシ基とラジカル重合反応し得るビニル基を有するモノマーである。具体的には、フマル酸、マレイン酸、アクリル酸、メタクリル酸等が挙げられる。
ポリエステル樹脂の原料モノマーとしては、上述した多価アルコール成分および多価カルボン酸成分が挙げられる。
ビニル系樹脂の原料モノマーとしては、例えば、スチレン、o−メチルスチレン、m−メチルスチレン、p−メチルスチレン、α−メチルスチレン、p−エチルスチレン、2,4−ジメチルスチレン、p−tert−ブチルスチレン、p−クロルスチレン等のスチレンまたはスチレン誘導体、エチレン、プロピレン、ブチレン、イソブチレン等のエチレン系不飽和モノオレフィン類、メタクリル酸メチル、メタクリル酸n−プロピル、メタクリル酸イソプロピル、メタクリル酸n−ブチル、メタクリル酸イソブチル、メタクリル酸t−ブチル、メタクリル酸n−ペンチル、メタクリル酸イソペンチル、メタクリル酸ネオペンチル、メタクリル酸3−(メチル)ブチル、メタクリル酸ヘキシル、メタクリル酸オクチル、メタクリル酸ノニル、メタクリル酸デシル、メタクリル酸ウンデシル、メタクリル酸ドデシル等のメタクリル酸アルキルエステル類、アクリル酸メチル、アクリル酸n−プロピル、アクリル酸イソプロピル、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸イソブチル、アクリル酸t−ブチル、アクリル酸n−ペンチル、アクリル酸イソペンチル、アクリル酸ネオペンチル、アクリル酸3−(メチル)ブチル、アクリル酸ヘキシル、アクリル酸オクチル、アクリル酸ノニル、アクリル酸デシル、アクリル酸ウンデシル、アクリル酸ドデシル等のアクリル酸アルキルエステル類、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、マレイン酸等の不飽和カルボン酸、アクリロニトリル、マレイン酸エステル、イタコン酸エステル、塩化ビニル、酢酸ビニル、安息香酸ビニル、ビニルメチルエチルケトン、ビニルヘキシルケトン、ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテルおよびビニルイソブチルエーテル等が挙げられる。
また、ビニル系樹脂の原料モノマーを重合させる際の重合開始剤としては、例えば、2,2'−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2'−アゾビスイソブチロニトリル、1,1'−アゾビス(シクロヘキサン−1−カルボニトリル)、2,2'−アゾビス−4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル等のアゾ系またはジアゾ系重合開始剤、ベンゾイルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、メチルエチルケトンパーオキサイド、イソプロピルパーオキシカーボネート、ラウロイルパーオキサイド等の過酸化物系重合開始剤等が挙げられる。
本発明の非磁性一成分現像用トナーを構成する第1バインダー樹脂、及び第2バインダー樹脂としては、上述したような各種ポリエステル系樹脂が適用できるが、特に、オイルレス定着用トナーとしての分離性、及び耐オフセット性の向上を図るという観点から、以下に示すものが好ましいものとして挙げられる。
第1バインダー樹脂の好適なものとしては、上述した多価アルコール成分と多価カルボン酸成分を重縮合させて得られたポリエステル樹脂、特に多価アルコール成分としてビスフェノールAアルキレンオキサイド付加物を用い、多価カルボン酸成分としてテレフタル酸およびフマル酸を用いて得られたポリエステル樹脂が挙げられる。
第2バインダー樹脂の好適なものとしては、ビニル系ポリエステル樹脂、特にポリエステル樹脂の原料モノマーとしてビスフェノールAアルキレンオキサイド付加物、テレフタル酸、トリメリット酸およびコハク酸を用い、ビニル系樹脂の原料モノマーとしてスチレンおよびブチルアクリレートを用い、両反応性モノマーとしてフマル酸を用いて得られたビニル系ポリエステル樹脂が挙げられる。
本発明においては、上述した第1バインダー樹脂の合成時に炭化水素系ワックスを内添する。
第1バインダー樹脂に炭化水素系ワックスを予め内添するためには、第1バインダー樹脂を合成する際に、第1バインダー樹脂を合成するためのモノマー中に炭化水素系ワックスを添加した状態で第1バインダー樹脂の合成を行うようにする。
例えば、第1バインダー樹脂として、ポリエステル系樹脂を適用する場合、このポリエステル系樹脂を構成する酸モノマーおよびアルコールモノマーに炭化水素系ワックスを添加した状態として縮重合反応を行うのである。
第1バインダー樹脂がビニル系ポリエステル樹脂である場合には、ポリエステル樹脂の原料モノマーに炭化水素系ワックスを添加した状態で、当該モノマーを撹拌および加熱しながら、これにビニル系樹脂の原料モノマーを滴下して重縮合反応およびラジカル重合反応を行う。
次に、ワックスについて説明する。
ワックスは、極性が低い材料を選定した方が、定着部材ローラとの離型性に優れた機能を発揮できるので、極性の低い炭化水素系ワックスを用いる。
この炭化水素系ワックスについて説明する。
炭化水素系ワックスとは、炭素原子と水素原子のみからなるワックスであり、エステル基、アルコール基、アミド基等を含まない。
具体的には、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレンとプロピレンの共重合体等のポリオレフィンワックス、パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス等の石油ワックス、フィッシャートロプシュワックス等の合成ワックス等が挙げられる。
このうち、特に好ましいものは、ポリエチレンワックス、パラフィンワックス、フィッシャートロプシュワックスであり、更には、ポリエチレンワックス、パラフィンワックスが好ましい。
ワックスの融点は、示差走査型熱量計(DSC)にて測定される昇温時のワックスの吸熱ピークであり、70℃〜90℃の範囲にあることが必要である。
90℃よりも高いと、定着プロセスにおけるワックスの溶融が不充分なものとなり、定着部材との分離性が確保できなくなる。
一方、70℃よりも低いと、高温高湿環境においてトナー粒子同士が融着する等の問題が生じ、保存安定性が劣化してしまう。
低温下における定着分離性に余裕を持たせるためには、ワックスの融点は70℃〜85℃が好ましく、更には、70℃〜80℃の範囲であることが好ましい。
また、示差走査型熱量計(DSC)にて測定される昇温時のワックスの吸熱ピークの半値幅は、7℃以下であることが好ましい。
上述したように、本発明における好適なワックスの融点は比較的低いものであるため、吸熱ピークがブロード、つまり低温域から溶融するようなワックスは、トナーの保存安定性に悪影響を及ぼしてしまうためである。
本発明のトナー中におけるワックスの含有量は、バインダー樹脂100重量部に対して、8〜15重量部、好ましくは9〜13重量部、更には10〜12重量部とすることが好ましい。
ワックスの含有量が8重量部未満であると、定着プロセスにおいて溶融トナーと定着部材との間に染み出すワックスの量が不充分となり、溶融トナー−定着部材間の接着力が下がらないため、記録部材が定着部材から離れなくなってしまう。
一方、ワックスの含有量が15重量部を超過すると、トナー表面に露出するワックス量が増加し、トナー粒子の流動性の悪化により、現像ユニットから感光体、感光体から記録部材への転写効率が低下し、画像品位が著しく低下するだけでなく、トナーの表面のワックスが離脱し、現像部材や感光体の汚染を引き起こしてしまい、好ましくない。
次に、第1バインダー樹脂と第2バインダー樹脂の含有割合について説明する。
トナー粒子中における第1バインダー樹脂(内添ワックス重量を含む)と第2バインダー樹脂の含有割合は、重量比で20/80〜45/55、好ましくは30/70〜40/60であるものとする。
第1バインダー樹脂が少なすぎると、分離性、耐高温オフセット性が低下してしまう。
他方、第1バインダー樹脂が多すぎると光沢性、耐熱保管性が低下する。
上記重量比とされた第1バインダー樹脂と第2バインダー樹脂からなるバインダー樹脂の軟化点は、100〜125℃であるものとし、特に、特に105〜125℃であることが好ましい。
本発明においては、第1バインダー樹脂と、第1ポリオレフィン系ワックスが内添された第2バインダー樹脂からなるバインダー樹脂の軟化点が上記範囲内であることが好ましい。
ワックス内添第1バインダー樹脂及び第2バインダー樹脂のいずれも、酸価は5〜50KOHmg/gであることが好ましく、更には、10〜40KOHmg/gであることが望ましい。
特に、バインダー樹脂としてポリエステル系樹脂を適用する場合、このような酸価の樹脂を用いると、各種着色剤等の分散性を向上させるとともに、充分な帯電量を有するトナーを得ることができる。
なお、第1バインダー樹脂は、テトラヒドロフラン(THF)に不溶な成分を含有していることが、耐高温オフセット性の観点から好ましい。
ワックス内添第1バインダー樹脂中でのTHF不溶成分の含有量は、0.1〜15重量%が好ましく、特に0.2〜10重量%、更には0.3〜5重量%が望ましい。
次に、着色剤について説明する。
着色剤としては、従来公知のフルカラートナーの着色剤として使用されている、顔料及び染料が使用可能である。
例えば、カーボンブラック、アニリンブルー、カルコイルブルー、クロムイエロー、ウルトラマリンブルー、デュポンオイルレッド、キノリンイエロー、メチレンブルークロリド、銅フタロシアニン、マラカイトグリーンオキサレート、ランプブラック、ローズベンガル、C.I.ピグメント・レッド48:1、C.I.ピグメント・レッド122、C.I.ピグメント・レッド57:1、C.I.ピグメント・レッド184、C.I.ピグメント・イエロー97、C.I.ピグメント・イエロー12、C.I.ピグメント・イエロー17、C.I.ソルベント・イエロー162、C.I.ピグメント・イエロー180、C.I.ピグメント・イエロー185、C.I.ピグメント・ブルー15:1、C.I.ピグメント・ブルー15:3等が挙げられる。
トナー粒子中の着色剤含有量は、全バインダー樹脂100重量部に対して、2〜15重量部の範囲が好ましい。
着色剤は、使用される第1バインダー樹脂と第2バインダー樹脂との混合バインダー樹脂中に分散されたマスターバッチの形態で使用されることが、分散性の観点から好ましい。
マスターバッチの添加量は、含有される着色剤の量が上記範囲内となるような量であればよい。
マスターバッチ中の着色剤含有率は20〜40重量%が好適である。
本発明のトナーには、従来公知のフルカラートナーで使用されている公知の荷電制御剤を添加してもよい。
この荷電制御剤としては、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、またはその化合物、タングステンの単体、またはその化合物、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が挙げられる。
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適である。
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あり、一義的に限定されるものではないが、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、更には、0.2〜5重量部の範囲が好ましい。
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。
次に、トナーを構成する外添剤について説明する。
本発明において、トナー粒子の流動性、現像性、及び帯電性を補助するため、外添剤を添加するが、これとして二種の無機微粒子を適用する。
先ず、第1無機微粒子としては、BET法にて測定した比表面積が、100m2/g〜300m2/gであるものとし、第2無機微粒子のBET法による比表面積は、40m2/g〜100m2/gであるものとする。
無機微粒子は、具体的には、酸化ケイ素、酸化亜鉛、酸化スズ、ケイ砂、酸化チタン、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、酸化アルミニウム、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、窒化ケイ素等が適用できる。
外添剤の総量は、トナー母体に対して2.5〜5.0重量部とすることが好ましい。
外添剤の総量が上記の範囲より多い場合、カブリ、現像性、定着分離性が悪化してしまい、他方、上記範囲より少ない場合、流動性、転写性、耐熱保管性が悪化するためである。
本発明のトナーの製造方法について説明する。
本発明のトナーは、上述した炭化水素系ワックスが内添された第1バインダー樹脂、第2バインダー樹脂、及び着色剤を、従来の方法で混合、混練、粉砕、分級し、所望の粒径を有するトナー粒子(着色樹脂粒子)を得、更に、外添剤と混合することにより得られる。
トナー粒子の平均粒径は、4〜10μmが好ましく、更には、5〜10μmが好ましい。
上述した本発明の非磁性一成分現像用トナーは、従来公知の方法を用いて画像形成に適用できる。
例えば、加熱ロールと加圧ロールとを備えた定着器を具備しているロール定着方式の画像形成装置を用い、上記ロールの圧接部に、トナー像を担持した用紙を通過させることによって画像定着を行うことができる。
ここで、上記定着器を構成する加熱ロールと加圧ロールとは、オイル塗布を必要としないオイルレス定着であるものとすることができる。
また、画像形成装置においては、所定の中間転写手段を具備するものとしてもよく、所定のブレードクリーニング手段を有しているものとする。なお、前記定着器は、加熱装置を具備するベルトにより構成されているものとする。
更に、本発明のトナーは、従来公知のプロセスカートリッジにも適用できる汎用性の広いものである。すなわち、この場合のプロセスカートリッジは、感光体と、帯電手段、現像手段、クリ−ニング手段より選ばれる少なくとも一つの手段を一体に支持しており、画像形成装置本体に着脱自在とされているものであって、前記現像手段はトナー(現像剤)を保持しており、トナー(現像剤)として本発明の非磁性一成分現像用トナーを適用するものである。
以下、本発明の具体的な実施例を挙げて説明するが、本発明は以下に示す例に限定されるものではない。
なお、以下、部は重量部を示すものとする。
(第1バインダー樹脂の作製)
ビニル系モノマーとして、スチレン600g、アクリル酸ブチル110g、アクリル酸30g、重合開始剤としてジクミルパーオキサイド30gを、滴下ロートに入れた。
ポリエステルの単量体のうち、ポリオールとして、ポリオキシプロピレン(2.2)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン1230g、ポリオキシエチレン(2.2)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン290g、イソドデセニル無水コハク酸250g、テレフタル酸310g、無水1,2,4−ベンゼントリカルボン酸180g、エステル化触媒としてジブチル錫オキシド7g、ワックスとしてパラフィンワックス(融点73.3℃、示差走査型熱量計で測定される昇温時の吸熱ピークの半値幅は4℃)を340g(仕込モノマー100重量部に対して11.0重量部)を適用し、温度計、ステンレス製攪拌機、流下式コンデンサー及び窒素導入管を装備した5リットル四つ口フラスコに入れ、マントルヒーター中で窒素雰囲気下に、160℃の温度で撹拌しつつ、滴下ロートよりビニル系モノマー樹脂と重合開始剤の混合液を一時間かけて滴下した。
これを160℃に保持したまま、2時間付加重合反応を熟成させた後、230℃に昇温して縮重合反応を行った。
重合度は、定荷重押出し形細管式レオメータを用いて測定した軟化点により追跡を行い、所望の軟化点に達したときに反応を終了させ、樹脂H1を得た。
上記樹脂H1と同様の手法で、軟化点温度、及び内添ワックス量の異なる樹脂H2〜樹脂H12、樹脂H14、樹脂H15を作製した。
また、ワックスを添加せずに、上記樹脂H1と同様の手法で樹脂H13を作製した。
(第2バインダー樹脂の作製)
ポリオールとして、ポリオキシプロピレン(2.2)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン2210g、テレフタル酸850g、無水1,2,4−ベンゼントリカルボン酸120gを用い、エステル化触媒としてジブチル錫オキシド0.5gを用いて、温度計、ステンレス製攪拌機、流下式コンデンサー及び窒素導入管を装備した5リットル四つ口フラスコに入れ、マントルヒーター中で窒素雰囲気下230℃に昇温して縮重合反応を行った。
重合度は、定荷重押出し形細管式レオメータを用いて測定した軟化点により追跡を行い、所望の軟化点に達したときに反応を終了させ、樹脂L1を得た。
上記樹脂L1と同様の手法で、軟化点温度の異なる樹脂L2〜樹脂L11を作製した。
(トナー粒子の作製)
上記第1バインダー樹脂、及び上記第2バインダー樹脂とを、所定の比率としたバインダー樹脂100重量部(内添ワックスの重量を含む)に対して、C.I.Pigment Red 57-1(カーミン6B(ECR-102)大日精化工業社製商品名)を4重量部含有させたマスターバッチをヘンシェルミキサーで充分混合した後、2軸押し出し混練機(PCM-30:池貝鉄工社製)の排出部を取り外したものを使用して、溶融混練し、混練物を得、これを冷却プレスローラーで2mm厚に圧延し、冷却ベルトで冷却し、その後、フェザーミルで粗粉砕した。
その後、機械式粉砕機(KTM:川崎重工業社製)で平均粒径10〜12μmまで粉砕し、さらに、ジェット粉砕機(IDS:日本ニューマチックエ業社製)で粗粉分級しながら粉砕し、さらにその後、微粉分級をロータ型分級機(ティープレックス型分級機タイプ:100ATP:ホソカワミクロン社製)を使用して着色樹脂粒子を得た。
この着色樹脂粒子100重量部に対して、所定の第1無機微粒子、及び第2無機微粒子を、所望量(重量部)添加し、ヘンシェルミキサーで(周速40m/sec、60秒間)混合処理し、所定の粒径の、実施例1〜17、及び比較例1〜15のマゼンタトナー粒子を得た。
実施例1〜17、及び比較例1〜15のトナーの構成材料、組成比、及びトナーの体積平均粒径を下記表1、及び表2に示す。
Figure 2007155772
Figure 2007155772
〔トナーの評価〕
トナー粒子の粒度分布の測定方法について説明する。
コールターカウンター法を用いたトナー粒子の粒度分布の測定装置としては、コールターカウンターTA−IIやコールターマルチサイザーII(いずれもコールター社製)が挙げられる。
先ず、電解水溶液100〜150ml中に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フォン酸塩)を0.1〜5ml加える。
電解液としては、1級塩化ナトリウムを用いることとし、約1%NaCl水溶液に調製したものを適用でき、例えばISOTON−II(コールター社製)が挙げられる。
ここで、更に測定試料を固形分にして2〜20mg加える。
試料を懸濁した電解液は、超音波分散器で約1〜3分間分散処理を行い、前記測定装置により、アパーチャーとして100μmアパーチャーを用いて、トナー粒子、又はトナーの体積、個数を測定して、体積分布と個数分布を算出する。
得られた分布から、トナーの重量平均粒径(Dv)、個数平均粒径(Dp)が求められる。
トナー粒子径(体積平均粒径)の測定方法について具体的に説明する。
測定装置としては、コールターマルチサイザーII(コールター社製)を用いた。
先ず、電解水溶液125ml中に分散剤としてアルキルベンゼンスルフォン酸塩を2.0ml加えた。電解液として、1%NaCl水溶液(ISOTON−II(コールター社製))を用いた。
ここで、更に測定試料を固形分にして5mg加えた。
試料を懸濁した電解液は、超音波分散器で2分間分散処理を行い、前記測定装置により、アパーチャーとして100μmアパーチャーを用いて、トナー粒子、又はトナーの体積、個数を測定して、体積分布と個数分布を算出し、これから目的とするトナーの体積平均粒径を求めた。
チャンネルとしては、2.00〜2.52μm未満、2.52〜3.17μm未満、3.17〜4.00μm未満、4.00〜5.04μm未満、5.04〜6.35μm未満、6.35〜8.00μm未満、8.00〜10.08μm未満、10.08〜12.70μm未満、12.70〜16.00μm未満、16.00〜20.20μm未満、20.20〜25.40μm未満、25.40〜32.00μm未満、32.00〜40.30μm未満の13チャンネルを使用し、粒径2.00μm以上乃至40.30μm未満の粒子を対象とする。
〔軟化点(Tm)の評価〕
フローテスター(CFT−500/島津製作所社製)を用い、測定試料1.5gを秤量し、H1.0mm×φ1.0mmのダイを用いて、昇温速度3.0℃/min、予熱時間180秒、荷重30kg、測定温度範囲80〜140℃の条件で測定を行い、上記の試料が1/2流出した時の温度を軟化点とした。
〔定着分離性の評価〕
リコー製ipsio CX7500の定着機を取り外した改造機に、トナー5部とシリコーン樹脂コートキャリア95部とを混合攪拌して作製した二成分現像剤を入れ、これを転写紙(リコー製 タイプ6200Y目紙)に縦方向の先端余白3mmを有するベタ画像で、1.1±0.1 mg/cm2のトナーが現像される様に調整を行い、未定着状態の転写紙を6枚出力した。
リコー製ipsio CX2500の定着部分のみを取り出し、定着ベルトの温度およびベルト線速度を所望の値になるように改造した定着試験装置を用い、ベルト線速度125mm/secに設定して、定着ベルトの温度を140℃から190℃の範囲で、10℃刻みの各温度で、先端余白3mmの方から転写紙の定着を行った。
転写紙が定着ベルトに巻きついたり、定着機の出口で蛇腹のようになって詰まったりすることなく、正常に定着できた枚数によって、下記基準に基づき評価を行った。
◎:正常に定着できた枚数が6枚。
○:正常に定着できた枚数が5枚。
△:正常に定着できた枚数が3〜4枚。
×:正常に定着できた枚数が2枚以下。
「◎」及び「○」を実用上良好な評価とし、合格とした。
〔定着強度の評価〕
リコー製ipsio CX7500の定着機を取り外した改造機に、トナー5部とシリコーン樹脂コートキャリア95部を混合攪拌して作製した二成分現像剤を入れ、これを転写紙(リコー製 タイプ6200Y目紙)に縦方向の先端余白100mmを有するベタ画像で、1.1±0.1mg/cm2のトナーが現像される様に調整を行い、未定着状態の転写紙を出力した。
リコー製ipsio CX2500の定着部分のみを取り出し、定着ベルトの温度およびベルト線速度を所望の値になるように改造した定着試験装置を用い、ベルト線速度125mm/sec、定着ベルト温度140℃に設定して転写紙の定着を行った後、上島製作所製 描画試験器AD−401を使用し、評価画像上にサファイヤ針125μR、針回転直径8mm、荷重1gの条件で当接した状態で走行させ、サファイヤ針尖端部の走行面を目視により観察してひっかき傷(走行跡)の発生状況を下記ランクにより評価した。
◎:走行した跡(線)が全く認められない。
○:僅かに線が認められる。
△:画像の真上から観察すると線は微かに認められるが、斜め45度から観察するとはっきりと認められない。
×:画像の真上から観察すると線がはっきりと認められる。
「◎」及び「○」を実用上良好な評価とし、合格とした。
〔光沢度の評価〕
リコー製ipsio CX2500の定着部分のみを取り出し、定着ベルトの温度およびベルト線速度を所望の値になるように改造した定着試験装置を用い、ベルト線速度125mm/sec、定着ベルト温度160℃に設定して、上述した定着強度の評価と同様の方法で出力した未定着状態の転写紙の定着を行った。
定着後の画像の光沢度を、日本電色工業株式会社製のグロスメーターにより入射角60°により計測した。 オフィスで使用されるフルカラー画像としては適度な光沢が好まれ、5〜15%程度が好ましいものとして評価した。
〔規制ブレード定着固定の評価〕
リコー製ipsio CX3000を用いて、印字率6%の所定のプリントパターンを、N/N環境下(23℃、45%)の2000枚連続複写後(耐久後)に現像器の現像ローラの状態および複写画像を目視により観察し、評価した。
判定基準は以下の通りである。
◎:現像ローラ上にスジ、ムラの発生はなかった。
○:現像ローラ上にスジあるいはムラが若干発生しているものの、複写画像上に縦スジがなく、実用上問題なかった。
×:現像ローラ上にスジあるいはムラが多数発生しており、複写画像上に縦スジ状の抜けが発生し、実用上問題があった。
「◎」及び「○」を実用上良好な評価とし、合格とした。
〔フィルミングの評価〕
リコー製ipsio CX3000を用いて、印字率6%の所定のプリントパターンをN/N環境下(23℃、45%)で連続印字した。N/N環境下の2000枚連続印字後(耐久後)に、感光体および中間転写体ベルト上を目視で観察評価した。
判断基準は以下の通りである。
◎:感光体上および中間転写体上にはフィルミングの発生がなく、全く問題なかった。
○:感光体上および中間転写体上、どちらか片方でフィルミングの発生が見られたが、複写画像上には見えず、実用上問題なかった。
×:感光体上および/または中間転写体上にフィルミングの発生があり、画像上でも確認でき、実用上問題があった。
「◎」及び「○」を実用上良好な評価とし、合格とした。
〔転写中抜け〕
リコー製ipsio CX3000を用いて、感光体ドラム上に複数の細線画像の潜像を書き込み、一次転写の途中で作像プロセスを止め、転写ベルトユニットを複写機から取り出し、転写ベルト上の画像を目視及び光学顕微鏡によって観察し、細線画像の中抜け発生状況を評価した。
また、未定着及び定着後の記録紙上の画像を目視及び光学顕微鏡によって観察し、細線画像の中抜け発生状況を評価した。
◎:転写ベルト上、未定着画像上ともに中抜けは発生していない。
○:未定着画像上に多少中抜けが発生しているが、定着後には見られない。
△:定着後に多少点状に中抜けが発生している。
×:定着後に、中抜けが発生している。
〔耐熱保管性の評価〕
トナーを50℃、8時間保管後、42メッシュの篩にて2分間ふるい、金網上の残存率をもって耐熱保存性の指標とした。
耐熱保存性は以下の4段階で評価した。
◎:10%未満
○:10〜20%
△:20〜30%
×:30%以上
実施例1〜17、及び比較例1〜15における上記定着分離性、定着強度、光沢度、規制ブレード定着固定、フィルミング、転写中抜け、及び耐熱保管性についての各評価結果を下記表3に示す。
Figure 2007155772
上記表3の評価結果から明らかなように、本発明に係る非磁性一成分現像用トナーである実施例1〜17においては、上記いずれにおいても、実用上良好な評価が得られた。
一方、比較例1においては、第1バインダーの軟化点が本発明数値範囲よりも低いため、定着分離性、及び耐熱保管性の評価が劣化した。
比較例2においては、第1バインダーの軟化点が本発明数値範囲よりも高いため、定着強度及び光沢度の評価が劣化した。
比較例3においては、内添ワックスの量が本発明数値範囲よりも少ないため、定着分離性の評価が劣化した。
比較例4においては、内添ワックスの量が本発明数値範囲よりも多いため、ブレード定着固定、フィルミング、及び耐熱保管性の評価が劣化した。
比較例5、6においては、第1バインダーにワックスを内添させなかったため、定着分離性、定着強度、ブレード定着固定、フィルミングの評価が著しく劣化した。
比較例7においては、第2バインダーの軟化点が本発明数値範囲よりも低いため、定着分離性、及び耐熱保管性の評価が劣化した。
比較例8においては、第2バインダーの軟化点が本発明数値範囲よりも高いため、定着強度及び光沢度の評価が劣化した。
比較例9においては、第1バインダーと第2バインダーとの組成比が本発明数値範囲外であるため、定着分離性の評価が劣化した。
比較例10においては、第1バインダーと第2バインダーとの組成比において、第1バインダーが過多であるため、耐熱保管性の評価が劣化した。
比較例11においては、外添剤の第1無機微粒子のBET値が小さいため、ブレード定着固定、フィルミングの評価が劣化した。
比較例12においては、第2無機微粒子のBET値が大きいため、定着分離性、転写中抜けの評価が劣化した。
比較例13、14においては、定着分離性、及びフィルミングの評価が劣化した。
比較例15においては、トナーの粒径が小さすぎるため、定着分離性の評価が劣化した。

Claims (9)

  1. 融点70〜90℃の炭化水素系ワックスがバインダー樹脂100重量部に対して8〜15重量部内添されている軟化点120〜150℃の第1バインダー樹脂と、
    軟化点100〜130℃の第2バインダー樹脂と、
    着色剤を含有するトナー粒子と、
    外添剤とを含有し、
    前記第1バインダー樹脂と第2バインダー樹脂との重量比が、20/80〜45/55であり、
    前記トナー粒子径(体積平均粒子径)が5〜10μmであり、
    前記外添剤はBET100〜300m2/gの第1無機微粒子と、BET40〜100m2/gの第2無機微粒子とからなり、
    前記外添剤総量が、トナー母体に対して2.5〜5.0重量部であることを特徴とする非磁性一成分現像用トナー。
  2. 平均円形度が0.890〜0.950であることを特徴とする請求項1に記載の非磁性一成分現像用トナー。
  3. 請求項1又は2に記載の非磁性一成分現像用トナーを用いて画像形成を行うことを特徴とする画像形成方法。
  4. 加熱ロールと加圧ロールとを備えた定着器を具備しているロール定着方式の画像形成装置であって、
    請求項1又は2に記載の非磁性一成分現像用トナーを適用して画像形成を行うようになされていることを特徴とする画像形成装置。
  5. 前記定着器を構成する前記加熱ロールと前記加圧ロールとにオイル塗布を必要としないオイルレス定着であることを特徴とする請求項4に記載の画像形成装置。
  6. 中間転写手段を有していることを特徴とする請求項4に記載の画像形成装置。
  7. ブレードクリーニング手段を有していることを特徴とする請求項4に記載の画像形成装置。
  8. 前記定着器が、加熱装置を具備するベルトにより構成されていることを特徴とする請求項4に記載の画像形成装置。
  9. 感光体と、帯電手段、現像手段、クリ−ニング手段より選ばれる少なくとも一つの手段を一体に支持しており、画像形成装置本体に着脱自在とされているプロセスカ−トリッジであって、
    前記現像手段は、トナー(現像剤)を保持し、当該トナー(現像剤)は、請求項1又は2に記載の非磁性一成分現像用トナーであることを特徴とするプロセスカ−トリッジ。
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