JP2008164718A - 画像形成方法 - Google Patents

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JP2008164718A JP2006351508A JP2006351508A JP2008164718A JP 2008164718 A JP2008164718 A JP 2008164718A JP 2006351508 A JP2006351508 A JP 2006351508A JP 2006351508 A JP2006351508 A JP 2006351508A JP 2008164718 A JP2008164718 A JP 2008164718A
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弘 山崎
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大村  健
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Abstract

【課題】フィルム状の加熱手段と加圧ローラを有する定着装置を備えた画像形成装置で画像形成を行った時、定着オフセットによる画像汚染を起こすこがなく、両面印字においても加熱ベルト側への巻き付きが発生しない画像形成方法の提供。
【解決手段】トナー画像を接触加熱方式の定着装置を用いて定着する工程を有する画像形成方法において、該トナーを構成する樹脂が、ポリエステル樹脂とスチレンアクリル系樹脂を含有し、水系媒体中にスチレン単量体とアクリル酸エステル単量体を存在させた状態で、多価カルボン酸と多価アルコールとを縮合重合させてポリエステル樹脂を形成した後、前記スチレン単量体とアクリル酸エステル単量体とをラジカル重合させてスチレンアクリル系樹脂を形成するものであり、前記接触加熱方式の定着装置がフィルム状の加熱手段と加圧ローラとを有するものであることを特徴とする画像形成方法。
【選択図】なし

Description

本発明は、画像形成方法に関する。
電子写真方式の画像形成技術の分野では、デジタル化技術の進展に伴って微細なドット画像や高精細画像を忠実に再現する高画質の画像形成が求められ、その対応の1つとしてトナーの小径化が検討されている。そして、製造工程において粒子の形状や大きさの制御が可能ないわゆる重合トナーと呼ばれるトナーが注目されている。
この重合トナーは、乳化重合法等の重合法による重合工程を経ることにより得られる樹脂粒子や、着色剤粒子、及び、必要に応じてその他の粒子等のトナー構成成分の粒子を凝集させて得られるトナー粒子により構成される。
重合トナーを構成する樹脂粒子の1つとして、たとえば、スチレンアクリル系樹脂粒子が挙げられる(たとえば、特許文献1、2参照。)。
また、スチレンアクリル系樹脂は、その非晶性構造により軟化点温度を低く抑えることが可能であり、比較的低い温度でのトナー画像の定着が求められるいわゆる低温定着対応のトナーにも好適に用いられるものである。
しかしながら、スチレンアクリル系樹脂を用いたトナーは、低温定着性に優れる反面、定着強度が弱く、定着後の転写材上に形成されたトナー画像に折れや曲げ、擦れ等の力が加わると、これらの影響でトナー画像を安定維持しにくいという課題を有していた。そこで、樹脂を架橋構造化する等の対応により、安定化が試みられたが十分な効果は得られなかった。
一方、ポリエステル樹脂を用いたトナーがある。ポリエステル樹脂を用いたトナーは、ビニル系樹脂を用いたものに比べ高い軟化点を有するもののシャープな溶融が得られることや、定着後のトナー画像に折れや曲げ等の力を加えても、安定した定着強度を有し、堅固なトナー画像が得られるというメリットを有している。
この様な背景から、スチレンアクリル系樹脂とポリエステル系樹脂の双方の長所を持ち合わせたトナーの開発が以前より検討され、たとえば、混練、粉砕工程を経てスチレン−アクリル系樹脂とポリエステル系樹脂とを含有させるトナーの作製技術が検討された。この方法では、双方の樹脂を混合し、これを溶融、混練する工程を経て、粉砕処理をすることにより、スチレンアクリル系樹脂とポリエステル系樹脂とを混合してなるハイブリッド構造を有するトナーの作製が試みられた(たとえば、特許文献3参照。)。
ところで、最近では地球環境保全の視点等から画像形成装置でのエネルギー消費の低減化が求められており、前述の低温定着対応のトナーの開発に加え、定着装置での定着効率の向上も検討されている。この様な定着装置の1つとして、従来の加熱ローラと加圧ローラとを組み合わせたものに代わり、ベルト状の加熱体とロール状の加圧体とを備えた定着装置が登場した(たとえば、特許文献4参照。)。この定着装置は、加熱を行う部位をベルト状の部材を用いることにより、定着部位におけるニップ幅を拡げて定着効率を向上させたものである。
特開2000−214629号公報 特開2001−125313号公報 特開平6−3856号公報 特開平9−166927号公報
しかしながら、前述したベルト状の加熱体とロール状の加圧体よりなる定着装置を備えた画像形成装置で、ポリエステル樹脂とスチレンアクリル系樹脂とを混合してなる粉砕トナーを用いて画像形成を行うと、プリント枚数の増大とともに画像上に汚染が見られる様になった。特に、連続1万枚を超える様な多数枚のプリント作成を行うケース等では、ベルト状の加熱体表面の汚れがひどく、定着オフセットに起因する画像汚染が顕著に見られた。
本発明は、フィルム状の加熱手段と加圧ローラを有する定着装置を備えた画像形成装置でポリエステル樹脂とスチレンアクリル系樹脂とを有するトナーを用いて画像形成を行った時、定着オフセットによる画像汚染を起こすことのない画像形成方法を提供することを目的とする。
特に、定着オフセットが発生し易いとされる1万枚を超える多量の連続プリントを行うケースでも、画像汚染のない良好なプリント物が得られ、両面印字においてもフィルム状の加熱手段側への巻き付きも発生せず、良好な画像を形成することができる画像形成方法を提供することを目的とするものである。
本発明は、下記構成を採ることにより達成される。
1.少なくとも樹脂と着色剤を含有するトナーを用いて形成されたトナー画像を接触加熱方式の定着装置を用いて支持体上に定着する工程を有する画像形成方法において、
該トナーを構成する樹脂は、ポリエステル樹脂とスチレンアクリル系樹脂を含有し、
水系媒体中にスチレン単量体とアクリル酸エステル単量体を存在させた状態で、多価カルボン酸と多価アルコールとを縮合重合させてポリエステル樹脂を形成した後、前記スチレン単量体とアクリル酸エステル単量体とをラジカル重合させてスチレンアクリル系樹脂を形成するものであり、
前記接触加熱方式の定着装置がフィルム状の加熱手段と加圧ローラとを有するものであることを特徴とする画像形成方法。
本発明によれば、ポリエステル樹脂とスチレンアクリル系樹脂とを含有してなるトナーと、フィルム状の加熱手段と加圧ローラとを有する定着装置を用いて画像形成を行った時に、定着オフセットによる画像汚染のないプリント物を安定して提供できる様になった。特に、定着オフセットが発生し易いとされる1万枚を超えるような多数枚にわたる連続プリントを行うケースでも画像汚染のない良好なプリント作成が行える様になった。
さらに、両面印字時においてもフィルム状の加熱手段側へプリント物の巻き付きの発生が無くなった。
また、本発明ではポリエステル樹脂とスチレンアクリル系樹脂の混成樹脂粒子よりなるトナーを用いることにより、ポリエステル樹脂及びスチレンアクリル系樹脂のもつ性能が発現され、安定したベルト定着が実現された。すなわち、ポリエステル樹脂のもつ優れた粘弾性により安定した定着強度を有するトナー画像が得られ、スチレンアクリル系樹脂による優れた低温定着性により従来よりも低い定着温度でのトナー画像の定着を実現している。
また、この混成樹脂粒子は特定の重合工程を経て作製されるために、小粒径でかつ粒子間のばらつきがなく、帯電量分布のシャープなトナーが得られることにより、ニップ部の広いベルト方式の定着装置による高効率のトナー画像定着が行える。さらに、形成されたトナー画像も微小なドット画像や細線画像が忠実に再現され、デジタル画像形成に対応した高画質画像を長期にわたり安定して作成することを可能にしている。
本発明は、ポリエステル樹脂とスチレンアクリル系樹脂とを含有するトナーにより現像されたトナー画像をフィルム状の加熱手段と加圧ローラよりなる定着装置で定着する工程を有する画像形成方法に関するものである。
本発明は、ポリエステル樹脂とスチレンアクリル系樹脂とを含有してなるトナーと、フィルム状の加熱手段と加圧ローラとを有する定着装置を用いて画像形成を行った時に、定着オフセットによる画像汚染を起こさずにプリント作成が行え、両面印字時においてもフィルム状の加熱手段側へプリント物の巻き付きが発生しない様にしたものである。
従来技術におけるポリエステル樹脂とスチレンアクリル系樹脂とを用いた粉砕トナーで、本発明で得られた効果が発現されなかった理由は、おそらく、粉砕トナー中でのポリエステル樹脂とスチレンアクリル系樹脂の分散性に起因するものと考えられる。すなわち、粉砕系のトナーでは、本発明で使用されるトナーで実現したレベルのポリエステル樹脂とスチレンアクリル系樹脂の均一分散ができず、部分的に溶融粘度の低い領域が形成される。そして、ベルトによりニップ部が広い定着装置では溶融粘度の低い領域がフィルム状の加熱手段表面に移行して定着オフセットを発生させるものと推測される。
一方、本発明ではポリエステル樹脂とスチレンアクリル系樹脂との微細な均一分散構造が形成されて溶融粘度の低い領域がトナー中に偏在することがないので、ニップ部が広い定着装置でも均一な軟化、溶融が行われ安定した定着が実現されるものと推測される。
以下、本発明について詳細に説明する。
(画像形成方法)
本発明の画像形成方法は、少なくとも感光体上に形成された潜像をトナーを含む現像剤で現像してトナー画像を形成し、該トナー画像を転写材上に転写する工程、転写材上のトナー画像を接触加熱方式の定着装置を用いて転写材に定着する工程、感光体上に残った残存トナーをクリーニングする工程を含むものである。
具体的には、感光体上に静電的に形成された潜像を形成する工程、該潜像を後述するトナーを含む現像剤により現像してトナー画像を形成する工程、このトナー画像を転写電界を作用させることにより転写材に転写する工程、転写材上に転写されたトナー画像を後述するフィルム状の加熱手段と加圧ローラを有する接触加熱定着装置を用いて転写材に熱定着する工程、感光体上に残った残存トナーをクリーニングする工程を有する画像形成方法である。
(トナー)
本発明に係る画像形成方法に使用されるトナーは、ポリエステル樹脂とスチレンアクリル系樹脂よりなる混成樹脂粒子から形成される樹脂より構成される。この混成樹脂粒子は、水系媒体中に、スチレン及びアクリル酸エステルあるいはメタクリル酸エステルより構成される油滴中に、多価カルボン酸と多価アルコールを含有させておき、この油滴中で重縮合反応を行ってポリエステル樹脂を形成する。そして、ポリエステル樹脂形成後に前述した重合性単量体をラジカル重合してスチレンアクリル系樹脂を形成することにより、ポリエステル樹脂とスチレンアクリル系樹脂とを混合してなる約100nm程度の大きさを有する混成樹脂粒子を作製する。
本発明では、水系媒体中に微分散させてなるスチレンやアクリル酸エステル等のビニル系重合性単量体で形成された油滴中で多価カルボン酸のカルボキシル基と多価アルコールの水酸基との脱水反応を行いポリエステル樹脂を形成するものである。この様に、ビニル系重合性単量体で形成された油滴という水の遮断が可能な系を利用して重縮合反応を行うことにより、エステル化反応の進行を阻害させる傾向にある水系媒体中でポリエステル樹脂が確実に作製されるものと推測される。
そして、ポリエステル樹脂とスチレンアクリル系樹脂を含有する上記混成樹脂粒子を凝集して、トナー母体となる着色粒子を形成するので、粉砕トナーでは到底得られないレベルにポリエステル樹脂とスチレンアクリル系樹脂を微細均一分散させたトナーが得られる。この様に、本発明に使用されるトナーは、分子構造が異なり均一分散がとても難しいとされるポリエステル樹脂とスチレンアクリル系樹脂の均一分散が実現され、さらに、100nmレベルの混成樹脂粒子を用いることにより微細な均一分散が実現される。
したがって、トナー中でポリエステル樹脂やスチレンアクリル系樹脂が偏在していないので、ベルト方式の定着装置の様に定着効率の高い定着装置を用いた時も均一な軟化、溶融が行え、定着オフセットの発生を懸念せずに安定した定着が行える。
本発明に係るトナーは、以下に詳述するトナーの製造方法によって得られる重合トナーであって、ポリエステル樹脂及びスチレンアクリル系樹脂の両者が含有された混成樹脂粒子を必要に応じて着色剤粒子などと共に凝集させてなるトナー粒子によって、構成されるものである。
(トナーの製造方法)
本発明に係るトナー製造方法は、長鎖の炭化水素基及び酸性基を有する化合物よりなる界面活性剤(以下、「酸性基含有界面活性剤」ともいう。)が含有された水系媒体中において、少なくとも1種の2価以上のカルボン酸(以下、「多価カルボン酸」という。)と少なくとも1種の2価以上のアルコール(以下、「多価アルコール」という。)とよりなる重縮合性単量体、並びに少なくとも1種のスチレン化合物及び少なくとも1種の(メタ)アクリル酸エステル化合物よりなるラジカル重合性単量体を含有する混成樹脂粒子形成用組成物の油滴を形成させ、当該油滴において多価カルボン酸と多価アルコールとを重縮合させてポリエステル樹脂を得る重縮合工程、及びラジカル重合性単量体をラジカル共重合させてスチレンアクリル系樹脂を得るラジカル共重合工程を行うことにより混成樹脂粒子を得る重合工程と、少なくとも当該混成樹脂粒子と着色剤粒子とを水系媒体中で凝集させてトナー粒子を得る凝集工程とを有する。
このようなトナーの製造方法の一例としては、
(1)多価カルボン酸及び多価アルコールを含有する重縮合性単量体、並びにスチレン化合物及び(メタ)アクリル酸エステル化合物を含有するラジカル重合性単量体を混合して混成樹脂粒子形成用組成物を調製し、当該混成樹脂粒子形成用組成物を酸性基含有界面活性剤が含有された水系媒体中に分散させる油滴形成工程、
(2)得られる混成樹脂粒子形成用組成物の水系分散系を重合処理することにより、混成樹脂粒子の分散液を調製する重合工程、
(3)得られる混成樹脂粒子、着色剤粒子、及び必要に応じてワックス粒子や荷電制御剤粒子などのトナー構成成分の粒子を水系媒体中で凝集して融着させてトナー粒子を得る凝集工程、
(4)得られるトナー粒子を水系媒体中より濾別し、当該トナー粒子から界面活性剤などを洗浄除去する濾過・洗浄工程、
(5)洗浄処理されたトナー粒子の乾燥工程から構成された方法が挙げられ、
(6)乾燥処理されたトナー粒子に外添剤を添加する外添剤添加工程を加えてもよい。
(1)油滴形成工程;
多価カルボン酸、多価アルコール、スチレン化合物及び(メタ)アクリル酸エステル化合物が含有されてなる混成樹脂粒子形成用組成物が、臨界ミセル濃度以下の濃度の酸性基含有界面活性剤が溶解された水系媒体中に添加され、機械的エネルギーを利用して分散されて油滴が形成される。
ここに、機械的エネルギーによる油滴分散を行うための分散機としては、特に限定されるものではなく、例えば高速回転するローターを備えた撹拌装置「クレアミックス(CLEARMIX)」(エム・テクニック(株)製)、超音波分散機、機械式ホモジナイザー、マントンゴーリン及び圧力式ホモジナイザーなどを挙げることができる。
また、油滴は、分散した状態で数平均一次粒子径が50〜500nmとされることが好ましく、さらに好ましくは70〜300nmである。
本発明でいうところの「水系媒体」とは、少なくとも水が50質量%以上含有されたものをいう。ここに、水以外の成分としては、水に溶解する有機溶剤を挙げることができ、例えばメタノール、エタノール、イソプロパノール、ブタノール、アセトン、メチルエチルケトン、テトラヒドロフランなどが挙げられる。これらのうち、樹脂を溶解しない有機溶剤であるメタノール、エタノール、イソプロパノール、ブタノールのようなアルコール系有機溶剤を使用することが好ましい。
〔酸性基含有界面活性剤〕
本発明に係るトナーの製造方法において用いられる酸性基含有界面活性剤は、長鎖の炭化水素基よりなる疎水性基と酸性基よりなる親水基とを有する化合物である。
ここに、「長鎖の炭化水素基」とは、主鎖の炭素数が8以上である炭化水素基により構成されているものを示し、この長鎖の炭化水素基としては、例えば炭素数が8〜40のアルキル基、アルキル基を置換基として有してもよい芳香族炭化水素基などが挙げられ、好ましくは炭素数が8〜30のアルキル基を有するフェニル基を挙げることができる。
この酸性基含有界面活性剤を構成する酸性基としては、高い酸性を有するものが好ましく、例えばスルフォン酸基、カルボン酸基、リン酸基などを挙げることができ、これらのうち、スルフォン酸基が好ましい。
酸性基含有界面活性剤の具体的な好ましい例として、長鎖の炭化水素基を有するスルフォン酸、カルボン酸、リン酸を挙げることができる。具体的な例としては、ドデシルスルフォン酸、エイコシルスルフォン酸、デシルベンゼンスルフォン酸、ドデシルベンゼンスルフォン酸及びエイコシルベンゼンスルフォン酸などのスルフォン酸類、ドデシルカルボン酸などのカルボン酸類、ドデシルリン酸、エイコシルリン酸などのリン酸類などを挙げることができ、特に好ましくは前記スルフォン酸類の化合物である。
酸性基含有界面活性剤は、酸性基及び長鎖の炭化水素基が種々の無機基あるいは有機基を介して結合されたものとすることができるが、酸性基及び長鎖の炭化水素基が直接結合されたものであることが好ましい。この理由としては明確ではないが、疎水性基である長鎖の炭化水素基と親水性基である酸性基とが直結した構造であることで、水系媒体中において水系媒体(水相)へ酸性基が配向すると共に混成樹脂粒子形成用組成物よりなる油滴(油相)へ疎水性基が配向する状態が確実に実現され、油滴の安定化が得られると共に重縮合反応において生成する水を効果的に水相へ排出することができるためと推定される。
この酸性基含有界面活性剤は、水系媒体中において臨界ミセル濃度以下の濃度となる量が含有されることが必要である。水系媒体中に酸性基含有界面活性剤が臨界ミセル濃度以下の濃度となる量が含有されることによって、水系媒体中においてミセルを形成させずに油滴を安定に形成させることができる。また、過剰な界面活性剤が存在していないために、安定した油滴が形成された状態ではすべての界面活性剤が当該油滴の周囲において適正に配向しているものと予想され、このような適正な配向状態によって、下記(2)に詳述する重合工程における重縮合反応の脱水に係る触媒としての機能が確実に発揮されて重縮合反応の反応速度を高くすることができるものと推定される。
具体的には、酸性基含有界面活性剤は、水系媒体中において臨界ミセル濃度以下であればよく、具体的には臨界ミセル濃度の80%以下、さらに好ましくは70%以下であるが、限定されるものではない。酸性基含有界面活性剤の含有量の下限値は、ポリエステル樹脂を得るための重縮合反応において触媒の作用が発揮される程度であればよく、この下限値を含めると、酸性基含有界面活性剤の含有量は、より具体的には、水系媒体中の0.01〜2質量%、さらに好ましくは0.1〜1.5質量%である。
水系媒体中には、混成樹脂粒子形成用組成物よりなる油滴の安定化のために、適宜のアニオン系界面活性剤やノニオン系界面活性剤を含有させてもよい。
〔多価カルボン酸〕
本発明に係るトナーの製造方法に用いられる混成樹脂粒子形成用組成物に含有される重縮合性単量体の多価カルボン酸は、2価以上のカルボン酸であって、例えば、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、マレイン酸、フマール酸、シトラコン酸、イタコン酸、グルタコン酸、n−ドデシルコハク酸、n−ドデセニルコハク酸、イソドデシルコハク酸、イソドデセニルコハク酸、n−オクチルコハク酸、n−オクテニルコハク酸などのジカルボン酸類;フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、ナフタレンジカルボン酸などの芳香族ジカルボン酸類;トリメリット酸、ピロメリット酸、これらの酸無水物、あるいは酸塩化物などの3価以上のカルボン酸類などを挙げることができる。
多価カルボン酸は、1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
多価カルボン酸として3価以上のカルボン酸類を用いると、重合工程において架橋構造の混成樹脂粒子を得ることができる。
3価以上のカルボン酸類の使用割合は、多価カルボン酸全体の0.1質量%〜10質量%であることが好ましい。
〔多価アルコール〕
本発明に係るトナーの製造方法に用いられる混成樹脂粒子形成用組成物に含有される重縮合性単量体の多価アルコールは、2価以上のアルコールであって、例えば、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、1,4−ブチレンジオール、ネオペンチルグリコール、1,5−ペンタングリコール、1,6−ヘキサングリコール、1,7−ヘプタングリコール、1,8−オクタンジオール、1,9−ノナンジオール、1,10−デカンジオール、ピナコール、シクロペンタン−1,2−ジオール、シクロヘキサン−1,4−ジオール、シクロヘキサン−1,2−ジオール、シクロヘキサン−1,4−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、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコール、ビスフェノールA、ビスフェノールZ、水素添加ビスフェノールAなどのジオール類;グリセリン、トリメチローラエタン、トリメチローラプロパン、ペンタエリスリトール、ソルビトール、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の3価以上の多価脂肪族アルコール類;上記3価以上の多価脂肪族アルコール類のアルキレンオキサイド付加物などを挙げることができる。
多価アルコールは、1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
多価アルコールとして3価以上の多価脂肪族アルコール類、またはそのアルキレンオキサイド付加物を用いると、重合工程において架橋構造の混成樹脂粒子を得ることができる。
3価以上の多価脂肪族アルコール類、またはそのアルキレンオキサイド付加物の使用割合は、多価アルコール全体の0.1質量%〜10質量%であることが好ましい。
重縮合性単量体における多価アルコールと多価カルボン酸との比率は、多価アルコールの水酸基[OH]と多価カルボン酸のカルボキシル基[COOH]との当量比[OH]/[COOH]が、好ましくは1.5/1〜1/1.5、さらに好ましくは1.2/1〜1/1.2である。
多価アルコールと多価カルボン酸との比率が上記の範囲であることにより、所望の分子量を有するポリエステル樹脂を確実に得ることができる。
混成樹脂粒子形成用組成物の重縮合性単量体には、多価カルボン酸及び多価アルコールと共に、極少量の1価のカルボン酸及び/または1価のアルコールを含有させることができる。このような1価のカルボン酸及び1価のアルコールは、油滴における重縮合反応において重合停止剤として作用するものであって、その添加量によって得られるポリエステル樹脂の分子量を調節することができる。
本発明に係るトナーの製造方法において、重縮合性単量体の含有量は、混成樹脂粒子形成用組成物全体において10〜90質量%であることが好ましく、さらに好ましくは20〜80質量%である。重縮合性単量体の含有量が過少である場合には、得られるトナーにおいてポリエステル樹脂成分による粘弾性が十分に発揮されずに十分な定着性が得られず、トナーオフセットが発生するおそれがある。また、重縮合性単量体の含有量が過多である場合には、得られるトナーにおいて後述するスチレンアクリル系樹脂成分による低温定着性が十分に発揮されて定着性が低減されたものとなるおそれがある。
〔スチレン化合物〕
本発明に係るトナーの製造方法に用いられる混成樹脂粒子形成用組成物に含有されるラジカル重合性単量体のスチレン化合物としては、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−クロロスチレン、3,4−ジクロロスチレン、p−フェニルスチレン、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−n−ヘキシルスチレン、p−n−オクチルスチレン、p−n−ノニルスチレン、p−n−デジルスチレン、p−n−ドデシルスチレンなどのスチレン系単量体あるいはスチレン誘導体が挙げられ、これらは1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
スチレン化合物の含有量は特に限定されるものではなく、スチレンアクリル系樹脂の軟化点温度及びガラス転移点温度を調整する観点から、一般的に、ラジカル重合性単量体全体において好ましくは40〜95質量%、さらに好ましくは50〜80質量%である。
〔アクリル酸エステル化合物〕
本発明に係るトナーの製造方法に用いられる混成樹脂粒子形成用組成物に含有されるラジカル重合性単量体のアクリル酸エステル化合物としてはアクリル酸エステルの他に(メタ)アクリル酸エステルも含まれる。(メタ)アクリル酸エステル化合物としては、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−ブチル、メタクリル酸イソプロピル、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−オクチル、メタクリル酸2−エチルヘキシル、メタクリル酸ステアリル、メタクリル酸ラウリル、メタクリル酸フェニル、メタクリル酸ジエチルアミノエチル、メタクリル酸ジメチルアミノエチルなどのメタクリル酸エステル誘導体;アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、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t−ブチル、アクリル酸イソブチル、アクリル酸n−オクチル、アクリル酸2−エチルヘキシル、アクリル酸ステアリル、アクリル酸ラウリル、アクリル酸フェニルなどのアクリル酸エステル誘導体などを挙げられ、これらは1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
アクリル酸エステル化合物の含有量は特に限定されるものではなく、スチレンアクリル系樹脂の軟化点温度及びガラス転移点温度を調整する観点から、一般的に、ラジカル重合性単量体全体において好ましくは5〜60質量%、さらに好ましくは10〜50質量%である。
また、ラジカル重合性単量体は、イオン性解離基を有する化合物が含有されたものであってもよい。このイオン性解離基を有する化合物としては、例えば、カルボキシル基、スルフォン酸基、リン酸基などの置換基を単量体の構成基として有するもので、具体的には、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、イタコン酸、ケイ皮酸、フマール酸、マレイン酸モノアルキルエステル、イタコン酸モノアルキルエステル、スチレンスルフォン酸、アリルスルフォコハク酸、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルフォン酸、アシッドホスホオキシエチルメタクリレート、3−クロロ−2−アシッドホスホオキシプロピルメタクリレートなどが挙げられる。
さらに、ラジカル重合性単量体は、多官能性ビニル化合物が含有されたものであってもよい。この多官能性ビニル化合物としては、ジビニルベンゼン、エチレングリコールジメタクリレート、エチレングリコールジアクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジアクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジメタクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレートなどの不飽和結合を2個以上有する化合物が挙げられ、これらは、1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。ラジカル重合性単量体が多官能性ビニル化合物を含有するものとされることで、重合工程のラジカル共重合工程において架橋構造のスチレンアクリル系樹脂を得ることができる。
多官能性ビニル化合物の含有量は、得られるスチレンアクリル系樹脂において必要とされる弾性の大小に応じて選択することができ、一般的に、ラジカル重合性単量体全体において0.01〜10質量%であることが好ましく、さらに好ましくは0.02〜5質量%である。多官能性ビニル化合物の含有量が過多である場合には、得られるスチレンアクリル系樹脂が架橋率の高いものとなって軟化点温度が過度に大きいものとなるため、得られるトナーが定着性が低下されたものとなるおそれがある。また、多官能性ビニル化合物の含有量が過少である場合には、架橋構造部分を十分に得ることができず、架橋による効果を十分に発揮することができない。
本発明に係るトナーの製造方法に用いられる混成樹脂粒子形成用組成物は、後述する重合工程でラジカル共重合反応を開始させるラジカルを油滴において生成させるために、重合開始剤が含有されたものであってもよい。
このような重合開始剤としては、油溶性の重合開始剤を用いることができ、油溶性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、アゾビスイソブチロニトリルなど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、メチルエチルケトンペルオキサイド、ジイソブロピルペルオキシカーボネート、クメンヒドロペルオキサイド、t−ブチルヒドロペルオキサイド、ジ−t−ブチルペルオキサイド、ジクミルペルオキサイド、2,4−ジクロロベンゾイルペルオキサイド、ラウロイルペルオキサイド、2,2−ビス−(4,4−t−ブチルペルオキシシクロヘキシル)プロパン、トリス−(t−ブチルペルオキシ)トリアジンなどの過酸化物系重合開始剤や過酸化物を側鎖に有する高分子開始剤などを挙げることができる。
また、油滴に油溶性の重合開始剤を含有させることに加えて、水系媒体中に水溶性の重合開始剤を含有させ、ラジカル共重合反応を開始させるラジカルを、油滴において生成させると共に水系媒体中において生成させて油滴に供給させる構成とすることもできる。
水溶性の重合開始剤としては、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウムなどの過硫酸塩、アゾビスアミノジプロパン酢酸塩、アゾビスシアノ吉草酸及びその塩、過酸化水素などを挙げることができる。
さらに、油滴には重合開始剤を含有させず、水系媒体中にのみ水溶性の重合開始剤を含有させ、ラジカル共重合反応を開始させるラジカルを水系媒体中においてのみ生成させて油滴に供給させる構成とすることもできる。
本発明に係るトナーの製造方法において、ラジカル共重合性単量体の含有量は、混成樹脂粒子形成用組成物全体において好ましくは10〜90質量%、さらに好ましくは20〜80質量%である。ラジカル共重合性単量体の含有量が過少である場合には、スチレンアクリル系樹脂成分による低温定着性が十分に得られないおそれがあり、ラジカル共重合性単量体の含有量が過多である場合には、ポリエステル樹脂成分による粘弾性が十分に発揮されずにトナーオフセットが発生するおそれがある。
〔有機溶剤〕
本発明に係るトナーの製造方法に用いられる混成樹脂粒子形成用組成物は、有機溶剤などの種々の油溶性の成分を含有するものであってもよい。このような有機溶剤としては、例えばトルエン、酢酸エチルなど、沸点が低く、且つ、水への溶解性が低いものを挙げることができる。
また、本発明に係るトナーの製造方法に用いられる混成樹脂粒子形成用組成物は、着色剤やワックスを含有させたものとすることもできる。このような着色剤やワックスを含有させた混成樹脂粒子形成用組成物を用いて重合工程を行うことによって、予め着色された、あるいは予めワックスが含有された混成樹脂粒子を得ることができる。ワックスの含有量は、混成樹脂粒子形成用組成物全体において2〜20質量%、好ましくは3〜18質量%、さらに好ましくは4〜15質量%とされる。
(2)重合工程;
重合工程においては、油滴形成工程において水系媒体中に分散された油滴において、多価カルボン酸と多価アルコールとが重縮合されてポリエステル樹脂が得られる重縮合工程と、スチレン化合物及び(メタ)アクリル酸エステル化合物がラジカル共重合されてスチレンアクリル系樹脂が得られるラジカル共重合工程が行われて、ポリエステル樹脂及びスチレンアクリル系樹脂が高い均一性で混合された混成樹脂粒子が得られる。
(2−1)重縮合工程;
この重縮合工程においては、形成された油滴の表面において酸性基含有界面活性剤が酸性基からなる親水基を水相に、長鎖の炭化水素基からなる疎水基を油相に配向した状態となっており、この油滴と水相との界面に存在する酸性基が脱水の触媒的な効果を発揮して重縮合において生成する水が油滴から除去され、結果として、水系媒体中に存在する油滴において脱水を伴う重縮合反応が進むものと推定される。
重縮合を行う重合温度は、混成樹脂粒子形成用組成物に含有される多価カルボン酸及び多価アルコールの種類にもよるが、通常40℃以上、好ましくは50〜150℃であり、水系媒体における水の沸点以下とする目的から、50〜100℃であることがさらに好ましい。また、重合反応時間は、混成樹脂粒子を形成する重縮合の反応速度にもよるが、通常は4〜10時間である。
重縮合工程において得られるポリエステル樹脂は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定される分子量が重量平均分子量(Mw)で10,000以上、好ましくは20,000〜10,000,000、さらに好ましくは30,000〜1,000,000であることが好ましい。重量平均分子量が10,000未満である場合は、当該トナーを用いた画像形成動作の定着工程において高温時にオフセット現象が発生するおそれがあるものとなる。
また、このポリエステル樹脂は、GPCにより測定される分子量が数平均分子量(Mn)で20,000以下、好ましくは1,000〜10,000、さらに好ましくは2,000〜8,000である。数平均分子量が20,000を超える場合は、当該トナーを用いた画像形成の定着工程における低温定着性、及びカラーのトナーとした場合に画像形成によって得られる画像について所望の光沢性が得られないおそれがある。
また、このポリエステル樹脂は、ガラス転移点温度が20〜90℃、軟化点温度が80〜220℃であることが好ましく、ガラス転移点温度が35〜65℃、軟化点温度が80〜150℃であることがさらに好ましい。ガラス転移点温度は示差熱量分析方法の第2回目の昇温時にオンセット法で測定されるものであり、軟化点温度は高化式フローテスターの1/2法で測定することができる。
(2−2)ラジカル共重合工程;
このラジカル共重合工程においては、形成された油滴において、当該油滴に含有された重合開始剤によりラジカルが生成されること及び/または水系媒体中に含有された重合開始剤により生成されたラジカルが当該油滴に供給されることによって、ラジカル共重合反応が開始される。
ラジカル共重合を行う重合温度は、混成樹脂粒子形成用組成物に含有されるスチレン化合物及び(メタ)アクリル酸エステル化合物の種類、並びにラジカルを生成する重合開始剤の種類にもよるが、通常50〜100℃、好ましくは55〜90℃、さらに好ましくは3〜20℃である。また、重合反応時間は、スチレンアクリル系樹脂を合成するラジカル共重合の反応速度にもよるが、通常は5〜12時間である。
ラジカル共重合工程において得られるスチレンアクリル系樹脂は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定される分子量が重量平均分子量(Mw)で2,000〜1,000,000であることが好ましく、GPCにより測定される分子量が数平均分子量(Mn)で1,000〜100,000であることが好ましい。また、分子量分布が(Mw/Mn)で1.5〜100、特に1.8〜70であることが好ましい。重量平均分子量(Mw)、数平均分子量(Mn)及び分子量分布(Mw/Mn)が上記の範囲であることによって、得られるトナーを用いた画像形成動作の定着工程においてオフセット現象の発生を抑止することができる。
ラジカル共重合工程において得られるスチレンアクリル系樹脂は、ガラス転移点温度が30〜70℃であることが好ましく、軟化点温度が80〜170℃であることが好ましい。ガラス転移点温度及び軟化点温度が上記の範囲であることによって、良好な定着性が得られる。
以上の重合工程においては、例えば、まず重縮合反応を行ってこれを終えた後に、ポリエステル樹脂の存在下でラジカル共重合反応を開始させる。
(3)凝集工程;
凝集工程においては、上記(2)の重合工程により得られる混成樹脂粒子の分散液と、着色剤粒子や必要に応じてワックス粒子、荷電制御剤粒子、その他トナー構成成分の粒子の分散液とを混合して凝集用分散液を調製し、混成樹脂粒子及び着色剤粒子などを水系媒体中で凝集させて融着させ、トナー粒子の分散液を形成させる。
具体的には、凝集用分散液に臨界凝集濃度以上の凝集剤を加え塩析させると同時に、撹拌機構が後述の撹拌翼である反応装置(図1参照)において撹拌し、混成樹脂粒子を構成するポリエステル樹脂及びスチレンアクリル系樹脂のガラス転移点温度以上で加熱融着させて凝集粒子を形成しつつ徐々に粒径を成長させ、目的の粒径となったところで水を多量に加えて粒径成長を停止し、さらに加熱、撹拌しながら粒子表面を平滑にして形状を制御してトナー粒子を形成させる。
尚、ここにおいて凝集用分散液に凝集剤と同時に水に対して無限溶解する有機溶剤を加えてもよい。また、例えば消石灰、ソーダ灰、ベントナイト、フライアッシュ、カオリンなどよりなる凝集助剤を用いることができる。
〔ワックス〕
ワックス粒子を構成するワックスとしては、例えば、低分子量ポリエチレンワックス、低分子量ポリプロピレンワックス、フィッシャートロプシュワックス、マイクロクリスタリンワックス、パラフィンワックスのような炭化水素系ワックス類、カルナウバワックス、ペンタエリスリトールベヘン酸エステル、クエン酸ベヘニルなどのエステルワックス類などが挙げられ、これらは、1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
ワックスの含有割合は、トナー全体において2〜20質量%、好ましくは3〜18%、さらに好ましくは4〜15質量%とされる。
凝集剤としては特に限定されるものではないが、金属の塩から選択されるものが好適に使用される。
具体的には、例えばナトリウム、カリウム、リチウムなどのアルカリ金属の塩などの一価の金属の塩、例えばカルシウム、マグネシウム、マンガン、銅などの二価の金属の塩、鉄、アルミニウムなどの三価の金属の塩などが挙げられ、具体的な塩としては、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化リチウム、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、塩化亜鉛、硫酸銅、硫酸マグネシウム、硫酸マンガンなどを挙げることができ、これらの中で特に好ましくは二価の金属の塩である。二価の金属の塩を使用すると、より少量で凝集を進めることができる。これらは1種または2種以上を組み合わせて使用してもよい。
凝集剤の凝集用分散液に対する添加量は、臨界凝集濃度以上である必要があり、好ましくは臨界凝集濃度の1.2倍以上、さらに好ましくは、1.5倍以上添加することが好ましい。
ここに、「臨界凝集濃度」とは、水性分散物の安定性に関する指標であり、凝集剤を添加して凝集が発生する濃度を示すものである。この臨界凝集濃度は、分散された粒子成分などによって大きく変化するものである。例えば、岡村誠三他著「高分子化学17,601(1960)日本高分子学会編」などに記述されている手法により、詳細な臨界凝集濃度を求めることができる。また、別な手法として、目的とする凝集用分散液に所望の塩を濃度を変えて添加し、その凝集用分散液のξ(ゼータ)電位を測定し、この値が変化する塩濃度を臨界凝集濃度として求めることもできる。
水に対して無限溶解する有機溶剤としては、形成されるポリエステル樹脂を溶解させないものが選択され、具体的には、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、エチレングリコール、グリセリン、アセトンなどが挙げられるが、炭素数が3以下のメタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノールのアルコールが好ましく、特に、2−プロパノールが好ましい。
この水に対して無限溶解する有機溶剤の添加量は、凝集剤を添加した凝集用分散液に対して1〜100体積%が好ましい。
凝集工程においては、凝集剤を添加した後に放置する放置時間(加熱を開始するまでの時間)をできるだけ短くすることが好ましい。すなわち、凝集剤を添加した後、凝集用分散液の加熱をできるだけ速やかに開始し、混成樹脂粒子のガラス転移点温度以上とすることが好ましい。この理由は明確ではないが、放置時間の経過によって粒子の凝集状態が変動して、得られるトナー粒子の粒径分布が不安定になったり、表面性が変動したりする問題が発生するからである。放置時間は、通常30分以内とされ、好ましくは10分以内である。凝集剤を添加する温度は特に限定されないが、混成樹脂粒子を構成するポリエステル樹脂及びスチレンアクリル系樹脂のガラス転移点温度以下であることが好ましい。
また、凝集工程においては、加熱により速やかに昇温させる必要があり、昇温速度は1℃/分以上とすることが好ましい。昇温速度の上限は、特に限定されないが、急速な融着の進行による粗大粒子の発生を抑制する観点から15℃/分以下とすることが好ましい。さらに、凝集用分散液がガラス転移点温度以上の温度に到達した後、当該凝集用分散液の温度を一定時間保持することにより、融着を継続させることが肝要である。これにより、トナー粒子の成長(混成樹脂粒子及び着色剤粒子の凝集)と、融着(粒子間の界面の消失)とを効果的に進行させることができ、最終的に得られるトナー粒子の耐久性を向上することができる。
〔着色剤〕
着色剤粒子の分散液は、着色剤を水系媒体中に分散することにより調製することができる。着色剤の分散処理は、水系媒体中で界面活性剤濃度を臨界ミセル濃度以上にした状態で行われる。着色剤の分散処理に使用する分散機は特に限定されないが、上記(1)の油滴形成工程において用いたものを挙げることができる。また、使用することのできる界面活性剤としては、特に限定されるものではないが、下記のアニオン系界面活性剤を好適なものの例として挙げることができる。
アニオン系界面活性剤としては、ドデシルスルフォン酸ナトリウム、ドデシルベンゼンスルフォン酸ナトリウム、アリールアルキルポリエーテルスルフォン酸ナトリウム、3,3−ジスルフォンジフェニル尿素−4,4−ジアゾ−ビス−アミノ−8−ナフトール−6−スルフォン酸ナトリウム、2,2,5,5−テトラメチル−トリフェニルメタン−4,4−ジアゾ−ビス−β−ナフトール−6−スルフォン酸ナトリウムなどのスルホン酸塩類;ドデシル硫酸ナトリウム、テトラデシル硫酸ナトリウム、ペンタデシル硫酸ナトリウム、オクチル硫酸ナトリウムなどの硫酸塩類;オレイン酸ナトリウム、ラウリン酸ナトリウム、カプリン酸ナトリウム、カプリル酸ナトリウム、カプロン酸ナトリウム、ステアリン酸カリウム、オレイン酸カルシウムなどの脂肪酸塩類が挙げられる。
使用される着色剤としては、カーボンブラック、磁性体、染料、顔料などを任意に使用することができ、カーボンブラックとしてはチャンネルブラック、ファーネスブラック、アセチレンブラック、サーマルブラック、ランプブラックなどが使用される。磁性体としては鉄、ニッケル、コバルトなどの強磁性金属、これらの金属を含む合金、フェライト、マグネタイトなどの強磁性金属の化合物、強磁性金属を含まないが熱処理することにより強磁性を示す合金、例えばマンガン−銅−アルミニウム、マンガン−銅−錫などのホイスラー合金と呼ばれる種類の合金、二酸化クロムなどを用いることができる。
染料としてはC.I.ソルベントレッド1、同49、同52、同58、同63、同111、同122、C.I.ソルベントイエロー19、同44、同77、同79、同81、同82、同93、同98、同103、同104、同112、同162、C.I.ソルベントブルー25、同36、同60、同70、同93、同95などを用いることができ、またこれらの混合物も用いることができる。顔料としてはC.I.ピグメントレッド5、同48:1、同53:1、同57:1、同122、同139、同144、同149、同166、同177、同178、同222、C.I.ピグメントオレンジ31、同43、C.I.ピグメントイエロー14、同17、同74、同93、同94、同138、同155、同180、同185、C.I.ピグメントグリーン7、C.I.ピグメントブルー15:3、同60などを用いることができ、これらの混合物も用いることができる。数平均一次粒子径は種類により多様であるが、概ね10〜200nm程度が好ましい。
荷電制御剤粒子を構成する荷電制御剤としては種々の公知のもので、且つ水系媒体中に分散することができるものを使用することができる。具体的には、ニグロシン系染料、ナフテン酸または高級脂肪酸の金属塩、アルコキシル化アミン、第4級アンモニウム塩化合物、アゾ系金属錯体、サリチル酸金属塩あるいはその金属錯体などが挙げられる。
この荷電制御剤粒子は、分散した状態で数平均一次粒子径が10〜500nm程度とすることが好ましい。
〔反応装置〕
混成樹脂粒子を凝集させて融着させて得られるトナー粒子によって構成されるトナーでは、反応装置内の流れを層流とし、内部の温度分布を均一化することができる撹拌翼及び撹拌槽を使用して、凝集工程での温度、回転数、時間を制御することにより、所期の形状係数及び均一性の高い形状分布を有するものとすることができる。均一性の高い形状分布を有するトナーを得ることができる理由は、層流を形成させた場で凝集工程を行うと、凝集及び融着が進行している凝集粒子に強いストレスが加わらず、且つ流れが加速された層流においては撹拌槽内の温度分布が均一である結果、凝集粒子の形状分布が均一になるからであると推定される。さらに、加熱、撹拌による形状制御工程を行うことで、凝集粒子は徐々に球形化し、得られるトナー粒子の形状を任意に制御できる。
混成樹脂粒子を凝集させて融着させて得られるトナー粒子によって構成されるトナーを製造する際に使用される撹拌翼及び撹拌槽としては、例えば図1に示すものを好適な例として挙げることができる。
この反応装置は、上段の撹拌翼が下段の撹拌翼に対して回転方向に先行した交差角αを持って配設された、多段の構成とされた撹拌翼を備え、撹拌槽内には乱流を形成させるような邪魔板などの障害物を設けない特徴を有する。
図1は、反応装置の一例を示す斜視図である。
図1に示す反応装置においては、熱交換用ジャケット1を外周部に装着した縦型円筒状の撹拌槽2内の中心部に回転軸3が垂設され、この回転軸3に、撹拌槽2の底面に近接された下段に位置する撹拌翼4bと、より上段に位置する撹拌翼4aとが設けられている。上段の撹拌翼4aは、下段に位置する撹拌翼4bに対して回転方向に先行した交差角αをもった状態とされている。
尚、図1中、矢印は回転方向を示し、7は上部材料投入口、8は下部材料投入口である。
本発明に係るトナーの製造方法においては、撹拌翼4a、4bの交差角αは90°未満であることが好ましい。この交差角αの下限は特に限定されるものではないが、5°以上90°未満であることが好ましく、さらに好ましくは10°以上90°未満である。
このような構成とすることで、上段に配設されている撹拌翼4aによりまず凝集用分散液が撹拌され、下側への流れが形成される。次いで、下段に配設された撹拌翼4bにより、上段の撹拌翼4aで形成された流れがさらに下方へ加速されると共にこの撹拌翼4a自体でも下方への流れが別途形成され、全体として流れが加速されて進行するものと推定される。
撹拌翼の形状については、乱流を形成させないものであれば特に限定されないが、図1に示した方形板状のものなど、貫通孔などを有さない連続した面を有するものより形成されるものが好ましく、曲面を有していてもよい。
撹拌翼が乱流を形成させないものであることによって、重合工程においては混成樹脂粒子同士の合一が発生せず、さらに、混成樹脂粒子の破壊による再分散も発生しない。また、凝集工程においては過度な凝集粒子同士の衝突を抑制することができ、粒径分布の均一性を高めることができ、従って、均一な粒径分布のトナーを得ることができる。さらに、粒子の過度な合一を抑制することができるため、均一な形状のトナーを得ることができる。
(4)濾過・洗浄工程;
この濾過・洗浄工程では、上記の凝集工程で得られたトナー粒子の分散液から当該トナー粒子を濾別する濾過処理と、濾別されたトナー粒子(ケーキ状の集合物)から界面活性剤や凝集剤などの付着物を除去する洗浄処理とが施される。ここに、濾過処理方法としては、遠心分離法、ヌッチェなどを使用して行う減圧濾過法、フィルタープレスなどを使用して行う濾過法などがあり、特に限定されるものではない。
(5)乾燥工程;
この乾燥工程では、洗浄処理されたトナー粒子に乾燥処理が施される。この乾燥工程で使用される乾燥機としては、スプレードライヤー、真空凍結乾燥機、減圧乾燥機などを挙げることができる。乾燥処理されたトナー粒子の水分量は、1.0質量%以下であることが好ましく、さらに好ましくは0.5質量%以下とされる。
ここに、トナー粒子の水分量は、カールフィッシャー法によって測定することができる。具体的には、温度30℃、湿度85%RHの試料調湿環境条件、110℃の試料加熱条件で水分量測定装置「AQS−724」(平沼産業(株)製)を用い、温度30℃、湿度85%RHの高温高湿環境下において24時間放置したトナー粒子において測定される水分量をトナー粒子の水分量とした。
また、乾燥処理されたトナー粒子同士が、弱い粒子間引力で凝集して凝集体を形成している場合には、当該凝集体を解砕処理してもよい。ここに、解砕処理装置としては、ジェットミル、ヘンシェルミキサー、コーヒーミル、フードプロセッサーなどの機械式の解砕装置を使用することができる。
(6)外添剤添加工程;
この外添剤添加工程は、乾燥処理されたトナー粒子に、流動性、帯電性の改良及びクリーニング性の向上などの目的で外添剤を添加する工程である。外添剤を添加するために使用される装置としては、タービュラーミキサー、ヘンシェルミキサー、ナウターミキサー、V型混合機などの種々の公知の混合装置を挙げることができる。
外添剤としては特に限定されるものではなく、種々の無機微粒子、有機微粒子及び滑剤などを使用することができる。無機微粒子としては、シリカ、チタニア、アルミナなどの無機酸化物粒子の使用が好ましく、さらに、これら無機微粒子はシランカップリング剤やチタンカップリング剤などによって疎水化処理されていることが好ましい。
疎水化処理の程度としては特に限定されるものではないが、メタノールウェッタビリティーとして40〜95のものが好ましい。メタノールウェッタビリティーとは、メタノールに対する濡れ性を評価するものである。この方法は、内容量200mlのビーカー中に入れた蒸留水50mlに、測定対象の無機微粒子を0.2g秤量し添加する。メタノールを先端が液体中に浸漬されているビュレットから、ゆっくり撹拌した状態で無機微粒子の全体が濡れるまでゆっくり滴下する。この無機微粒子を完全に濡らすために必要なメタノールの量をa(ml)とした場合に、下記式1により疎水化度が算出される。
(式1) 疎水化度={a/(a+50)}×100
この外添剤の添加量は、トナー中に0.1〜5.0質量%、好ましくは0.5〜4.0質量%であることが好ましい。また、外添剤としては種々のものを組み合わせて使用してもよい。
〔トナー粒子の粒径〕
また、以上のような製造方法によって得られたトナーにおいては、トナー粒子の粒径が体積基準におけるメディアン径(D50)で3〜8μmであることが好ましい。このトナー粒子の粒径は、凝集工程における凝集剤の濃度や有機溶剤の添加量、または融着時間、さらにポリエステル樹脂の組成によって制御することができる。体積基準におけるメディアン径(D50)が3〜8μmであることにより、定着工程において、飛翔して加熱部材に付着しトナーオフセットを発生させる付着力の大きいトナー粒子が少なくなり、また、転写効率が高くなってハーフトーンの画質が向上し、細線やドットなどの画質が向上する。
尚、この体積基準におけるメディアン径(D50)は下記の測定方法により測定されるものである。
トナーの体積基準におけるメディアン径(D50)は、コールターマルチサイザー3(ベックマン・コールター社製)に、データ処理用のコンピューターシステム(ベックマン・コールター製)を接続した装置を用いて測定、算出することができる。
測定手順としては、トナー0.02gを、界面活性剤溶液20ml(トナーの分散を目的として、例えば界面活性剤成分を含む中性洗剤を純水で10倍希釈した界面活性剤溶液)で馴染ませた後、超音波分散を1分間行い、トナー分散液を作製する。このトナー分散液を、サンプルスタンド内のISOTONII(ベックマン・コールター社製)の入ったビーカーに、測定器表示濃度が5〜10%になるまでピペットにて注入する。この濃度範囲にすることにより、再現性のある測定値が得られる。測定機において、測定粒子カウント数を25000個、アパチャー径を50μmにし、測定範囲である1〜30μmの範囲を256分割しての頻度値を算出する。体積積算分率が大きい方から50%の粒子径を体積基準メディアン径とする。
(現像剤)
現像剤
本発明に係るトナーは、例えば磁性体を含有させて一成分磁性トナーとして使用する場合、いわゆるキャリアと混合して二成分現像剤として使用する場合、非磁性トナーを単独で使用することができる。本発明に係るトナーはいずれも好適に使用することができるが、本発明では高品質のプリント画像が得られやすいキャリアと混合して使用する二成分現像剤として使用することが好ましい。
二成分現像剤を構成するキャリアとしては、鉄、フェライト、マグネタイトなどの金属、それらの金属とアルミニウム、鉛などの金属との合金などの従来から公知の材料からなる磁性粒子を用いることができ、特にフェライト粒子を用いることが好ましい。
キャリアの体積基準におけるメディアン径(D50)は、15〜100μmが好ましく、25〜60μmがより好ましい。キャリアの体積基準におけるメディアン径(D50)の測定は、湿式分散機を備えたレーザ回折式粒度分布測定装置「ヘロス(HELOS)」(シンパティック(SYMPATEC)社製)により測定することができる。
キャリアとしては、さらに樹脂により被覆されているもの、あるいは樹脂中に磁性粒子を分散させたいわゆる樹脂分散型キャリアを用いることが好ましい。被覆用の樹脂組成としては、特に限定はないが、例えば、オレフィン系樹脂、スチレン系樹脂、スチレンアクリル系樹脂、シリコーン系樹脂、エステル系樹脂あるいはフッ素含有重合体系樹脂などが用いられる。また、樹脂分散型キャリアを構成するための樹脂としては、特に限定されず公知のものを使用することができ、例えば、スチレンアクリル系樹脂、ポリエステル樹脂、フッ素系樹脂、フェノール系樹脂など使用することができる。
(接触加熱定着装置)
本発明の画像形成方法で用いる接触加熱定着装置について説明する。
接触加熱方式の定着装置とは、フィルム状の加熱手段と加圧ローラとを有し、熱源により加熱されたフィルムの加熱手段と加圧ローラが加圧接触してニップ部を形成し、該ニップ部でトナーを支持体上に定着させる装置である。
接触加熱定着装置の構造は、フィルム状の加熱手段と加圧ローラの接触部で一定のニップ幅を形成することができる構造のものであれば特に限定されるものではない。
フィルム状の加熱手段としては、可撓性を有するシームレスの加熱ベルトや有端の加熱フィルムを挙げることができる。
図2は、フィルム状の加熱手段と加圧ローラを有する接触加熱定着装置の一例を示す模式図である。
図2において、1は接触加熱定着装置、2はシームレスの加熱ベルト、3は加圧ローラ、4は熱源、5はローラ、6は駆動ローラ、Nはニップ部、9は有端の加熱フィルム、10は送り出し軸、11は巻き取り軸を示す。
図2の(a)は、ローラ5によりシームレスの加熱ベルト2が加圧ローラに3圧接されてニップ部Nを形成する構造のもので、シームレスの加熱ベルト2は駆動ローラ6に内蔵された熱源4により加熱される。ニップ部Nの幅はその構造により決まる。
図2の(b)は、(a)と類似の構造のもので、シームレスの加熱ベルト2を直接熱源4により加熱する構造のものでる。
図2の(c)は、(b)と類似の構造のもので、シームレスの加熱ベルト2の代わりに有端の加熱フィルム9を用いる構造のもので、有端の加熱フィルムを定着毎に少しずつ矢印方向へ送り出し軸10と巻き取り軸11を駆動して移動させる構造のものである。
次に、フィルム状の加熱手段と加圧ローラについて説明する。
フィルム状の加熱手段の例として、可撓性を有するシームレスの加熱ベルトと有端の加熱フィルムが挙げられる。
シームレスの加熱ベルトの具体例としては、基材ポリイミドの上に弾性層シリコーンゴムと表面層PFA(パーフルオロアルコキシ)チューブの3層構造のもの、基材ポリエステル、ポリパーフロオロアルキルビニルエーテル、ポリイミド或いはポリエーテルイミドにフッ素樹脂に導電材を添加した離型材層を被覆させた2層構造の加熱ベルトを挙げることができる。
有端の加熱フィルムの具体例としては、基材ポリエステル、ポリパーフロオロアルキルビニルエーテル、ポリイミド或いはポリエーテルイミドにフッ素樹脂に導電材を添加した離型材層を被覆した構造のものを挙げることができる。
加圧ローラとしては、フィルム状の加熱手段の加熱に耐える耐熱性を有し、転写材をニップして搬送する搬送性を有する加圧ローラが好ましい。
加圧ローラの具体例としては、金属軸にシリコーンゴムを被覆した構造のものを挙げることができる。
尚、フィルム状の加熱手段と加圧ローラとで形成するニップ部の幅は、5〜30mmが好ましい。
図3は、本発明で用いられる加熱ベルトと加圧ローラで構成される接触加熱定着装置の一例を示す概略図である。
図3において、6は転写材、7はトナー画像、11は駆動ローラ、12はローラ、13は加圧ローラ、14は加熱ベルト、15は低熱容量ライン状熱源、16は温度センサ、17はアルミナ基板、Nはニップ部を示す。
図3における接触加熱定着装置は、加圧ローラ13を総圧2〜30kgで加熱ベルト14を介して低熱容量ライン状熱源15とを加圧し、矢印方向に圧接回転し、この加熱ベルト14と加圧ローラ13とで形成するニップ部をトナー画像7を担持した転写材6を通過させ、トナー画像を転写材に溶融固着させる装置である。
加熱ベルト14は、厚みにして30〜85μmの耐熱性のポリイミドにフッ素樹脂に導電材を添加した離型材層を5〜15μm被覆させた加熱ベルトで、総厚35〜100μmのものが好ましい。
加熱ベルト14は、駆動ローラ11とローラ12によるテンションがかけられた状態で駆動され、シワ、ヨレがなく搬送される。
加圧ローラ13は、耐熱・離型性・ゴム弾性を有するシリコーンゴムを軸体の上に設けたものが好ましい。
低熱容量ライン状熱源15は、厚さ0.2〜5.0mm、好ましくは0.5〜3.5mm、幅10〜15mm、長手長240〜400mmのアルミナ基板17に抵抗材料を1.0〜2.5mmに塗布したもので、接触加熱定着装置に固定支持され、両端より通電されるものである。通電はDC100Vの周期25msecのパルス波形で温度センサ16により制御された温度、エネルギー放出量に応じたパルス幅に変化させて与える。低熱容量ライン状熱源15において温度センサ16で検出された温度T1の場合、抵抗材料に対向する加熱ベルト14の表面温度T2は温度T1よりも低い温度となる。ここで温度T1は110〜220℃が好ましく、T2の温度はT1の温度と比較して0.5〜10℃低いことが好ましい。
加熱ベルト14が転写材6より剥離する部分における加熱ベルト表面温度T3はT2とほぼ同等である。
この様にエネルギー制御、温度制御にされた低熱容量ライン状熱源15に当接して加熱ベルト14は転写材6と同じ方向に移動する。
(画像形成装置)
次に、画像形成装置について説明する。
本発明で用いられる画像形成装置は、少なくとも感光体の表面を帯電させる帯電手段、帯電された感光体を露光して静電潜像を形成する露光手段、感光体上の静電潜像をトナーにて現像してトナー画像を形成する現像手段、感光体上のトナー画像を中間転写体上に転写する一次転写手段、中間転写体上に転写されたトナー画像を転写材に転写する転写手段、転写材に転写されたトナー画像をフィルム状の加熱手段(例えば、加熱ベルト)と加圧ローラとで構成する接触加熱定着装置を用いて転写材上に熱定着する手段を有する。
尚、画像形成装置は、上記各手段に加え、中間転写体をクリーニングするクリーニング手段、感光体表面に潤滑剤を塗布する手段を設けることが好ましい。
図4は、本発明で用いられる画像形成装置の一例を示す断面構成図である。
この画像形成装置は、タンデム型カラー画像形成装置と称せられるもので、複数組の画像形成部10Y、10M、10C、10Kと、転写部としての無端ベルト状中間転写体ユニット7と、転写材Pを搬送する無端ベルト状の給紙搬送手段21及び定着手段としての加熱ベルトと加圧ローラとで構成される接触加熱定着装置24とを有する。画像形成装置の本体Aの上部には、原稿画像読み取り装置SCが配置されている。
各感光体に形成される異なる色のトナー画像の1つとして、イエロー色の画像を形成する画像形成部10Yは、第1の像担持体としてのドラム状の感光体1Y、該感光体1Yの周囲に配置された帯電手段2Y、露光手段3Y、現像手段4Y、一次転写手段としての一次転写ローラ5Y、クリーニング手段6Yを有する。また、別の異なる色のトナー画像の1つとして、マゼンタ色の画像を形成する画像形成部10Mは、第1の像担持体としてのドラム状の感光体1M、該感光体1Mの周囲に配置された帯電手段2M、露光手段3M、現像手段4M、一次転写手段としての一次転写ローラ5M、クリーニング手段6Mを有する。また、さらに別の異なる色のトナー画像の1つとして、シアン色の画像を形成する画像形成部10Cは、第1の像担持体としてのドラム状の感光体1C、該感光体1Cの周囲に配置された帯電手段2C、露光手段3C、現像手段4C、一次転写手段としての一次転写ローラ5C、クリーニング手段6Cを有する。また、さらに他の異なる色のトナー画像の1つとして、黒色画像を形成する画像形成部10Kは、第1の像担持体としてのドラム状の感光体1K、該感光体1Kの周囲に配置された帯電手段2K、露光手段3K、現像手段4K、一次転写手段としての一次転写ローラ5K、クリーニング手段6Kを有する。
無端ベルト状中間転写体ユニット7は、複数のローラにより巻回され、回動可能に支持された半導電性エンドレスベルト状の第2の像担持体としての無端ベルト状中間転写体70を有する。
画像形成部10Y、10M、10C、10Kより形成された各色の画像は、一次転写ローラ5Y、5M、5C、5Kにより、回動する無端ベルト状中間転写体70上に逐次転写されて、合成されたカラー画像が形成される。給紙カセット20内に収容された転写材として用紙等の転写材Pは、給紙搬送手段21により給紙され、複数の中間ローラ22A、22B、22C、22D、レジストローラ23を経て、二次転写手段としての二次転写ローラ5Aに搬送され、転写材P上にカラー画像が一括転写される。カラー画像が転写された転写材Pは、加熱ベルトと加圧ローラとで構成される接触加熱定着装置24により定着処理され、排紙ローラ25に挟持されて機外の排紙トレイ26上に載置される。
一方、二次転写ローラ5Aにより転写材Pにカラー画像を転写した後、転写材Pを曲率分離した無端ベルト状中間転写体70は、クリーニング手段6Aにより残留トナーが除去される。
画像形成処理中、一次転写ローラ5Kは常時、感光体1Kに圧接している。他の一次転写ローラ5Y、5M、5Cはカラー画像形成時にのみ、それぞれ対応する感光体1Y、1M、1Cに圧接する。
二次転写ローラ5Aは、ここを転写材Pが通過して二次転写が行われる時にのみ、無端ベルト状中間転写体70に圧接する。
また、装置本体Aから筐体8を支持レール82L、82Rを介して引き出し可能にしてある。
筐体8は、画像形成部10Y、10M、10C、10Kと、無端ベルト状中間転写体ユニット7とを有する。
画像形成部10Y、10M、10C、10Kは、垂直方向に縦列配置されている。感光体1Y、1M、1C、1Kの図示左側方には無端ベルト状中間転写体ユニット7が配置されている。無端ベルト状中間転写体ユニット7は、ローラ71、72、73、76を巻回して回動可能な無端ベルト状中間転写体70、一次転写ローラ5Y、5M、5C、5K及びクリーニング手段6Aとからなる。
筐体8の引き出し操作により、画像形成部10Y、10M、10C、10Kと、無端ベルト状中間転写体ユニット7とは、一体となって、本体Aから引き出される。
このように感光体1Y、1M、1C、1K上に帯電、露光、現像によりトナー画像を形成し、無端ベルト状中間転写体70上で各色のトナー画像を重ね合わせ、一括して転写材Pに転写し、加熱ベルトと加圧ローラとで構成される接触加熱定着装置24で加圧及び加熱により固定して定着する。トナー画像を転写材Pに転移させた後の感光体1Y、1M、1C、1Kは、クリーニング手段6Aで転写時に感光体に残されたトナーを清掃した後、上記の帯電、露光、現像のサイクルに入り、次の像形成が行われる。
この画像形成装置のプロセススピードはA4判使用の場合で220mm/sであり、一次転写ローラは抵抗値が1×107Ωで、径20mmのスポンジローラである。
以下に、実施例を挙げて具体的に説明するが、本発明の実施態様はこれらに限定されるものではない。
《トナー》
以下の方法でトナーを作製した。
〈混成樹脂粒子(1)の調製〉
アゼライン酸32g(139mmol)、1,10−デカンジオール28g(139mmol)、スチレン80g及びアクリル酸ブチル20gを95℃に加熱した状態で2gのドデシルベンゼンスルフォン酸を含有する240gの水に添加し、超音波分散機にて分散させて油滴を形成させ、次いでこの反応液を95℃にて24時間反応させてポリエステル樹脂を得た。この時点で、ポリエステル樹脂部分について分子量を測定した結果、GPCにより測定される重量平均分子量(Mw)は20,000、数平均分子量(Mn)が10,000、ガラス転移点温度Tgが60℃、軟化点温度が125℃であった。その後、80℃に温度を下げ、過硫酸カリウム1.5gが含有された水溶液を添加し、水系媒体中よりラジカルを供給し5時間反応させ、スチレンアクリル系樹脂を得、混成樹脂粒子(1)を調製した。
また、スチレンアクリル系樹脂部分について混成樹脂粒子より分離して分子量を測定した結果、GPCにより測定される重量平均分子量(Mw)は52,000、数平均分子量(Mn)が9,000、分子量分布(Mw/Mn)が5.7、ガラス転移点温度Tgが53℃、軟化点温度が118℃であった。この混成樹脂粒子(1)の大きさは数平均一次粒子径で210nmであった。
〈混成樹脂粒子(2)の調製〉
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22g(54mmol)、ネオペンチルグリコール1.2g(10mmol)、テレフタル酸10g及びイソフタル酸0.6g(合わせて64mmol)、スチレン80g並びにアクリル酸2−エチルヘキシル20gを95℃に加熱した状態で3gのドデシルベンゼンスルフォン酸を含有する240gの水に添加し、超音波分散機にて分散させて油滴を形成させ、次いでこの反応液を98℃にて36時間反応させてポリエステル樹脂を得た。この時点で、ポリエステル樹脂部分について分子量を測定した結果、GPCにより測定される重量平均分子量(Mw)は30,000、数平均分子量(Mn)が9,000、ガラス転移点温度Tgが52℃、軟化点温度が117℃であった。その後、80℃に温度を下げ、過硫酸カリウム1.5gが含有された水溶液を添加し、水系媒体中よりラジカルを供給し5時間反応させ、スチレンアクリル系樹脂を得、混成樹脂粒子(2)を調製した。
また、スチレンアクリル系樹脂部分について混成樹脂粒子より分離して分子量を測定した結果、GPCにより測定される重量平均分子量(Mw)は53,000、数平均分子量(Mn)が8,500、分子量分布(Mw/Mn)が6.2、ガラス転移点温度Tgが51℃、軟化点温度が114℃であった。この混成樹脂粒子(2)の大きさは数平均一次粒子径で230nmであった。
〈混成樹脂粒子(3)の調製〉
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22g(54mmol)、ネオペンチルグリコール1.2g(10mmol)、テレフタル酸9.5g及びイソフタル酸0.5g(合わせて60mmol)、トリメリット酸0.5g(2mmol)、スチレン80g並びにアクリル酸ブチル20gを95℃に加熱した状態で3gのドデシルベンゼンスルフォン酸を含有する240gの水に添加し、超音波分散機にて分散させて油滴を形成させ、次いでこの反応液を95℃にて24時間反応させてポリエステル樹脂を得た。この時点で、ポリエステル樹脂部分について分子量を測定した結果、GPCにより測定される重量平均分子量(Mw)は50,000、数平均分子量(Mn)が5,000、ガラス転移点温度Tgが56℃、軟化点温度が120℃であった。その後、80℃に温度を下げ、過硫酸カリウム1.5gが含有された水溶液を添加し、水系媒体中よりラジカルを供給し5時間反応させ、スチレンアクリル系樹脂を得、混成樹脂粒子(3)を調製した。
また、スチレンアクリル系樹脂部分について混成樹脂粒子より分離して分子量を測定した結果、GPCにより測定される重量平均分子量(Mw)は53,000、数平均分子量(Mn)が8,500、分子量分布(Mw/Mn)が6.2、ガラス転移点温度Tgが52℃、軟化点温度が117℃であった。この混成樹脂粒子(3)の大きさは数平均一次粒子径で210nmであった。
〈着色剤分散液(1)の調製〉
アニオン系界面活性剤のドデシルベンゼンスルフォン酸ナトリウム1.0gをイオン交換水30mlに撹拌溶解した。この溶液を撹拌しながら、着色剤としてカーボンブラック「リーガル330R」(キャボット社製)7gを徐々に添加し、次いで、機械式分散機「クレアミックス」(エム・テクニック(株)製)を用いて分散処理することにより、着色剤粒子の分散液(以下「着色剤分散液」ともいう。)(1)を調製した。得られた着色剤分散液(1)における着色剤粒子の粒子径を、電気泳動光散乱光度計「ELS−800」(大塚電子社製)を用いて測定したところ、質量平均粒径で92nmであった。
〈着色剤分散液(2)の調製〉
着色剤分散液(1)の調製において、カーボンブラック7gに代えて顔料「C.I.ピグメントイエロー185」8gを用いたこと以外は着色剤分散液の調製例1と同様にして着色剤分散液(2)を調製した。得られた着色剤分散液(2)における着色剤粒子の粒子径を、電気泳動光散乱光度計「ELS−800」(大塚電子社製)を用いて測定したところ、質量平均粒径で87nmであった。
〈着色剤分散液(3)の調製〉
着色剤分散液(1)の調製において、カーボンブラック7gに代えてキナクリドン系マゼンタ顔料「C.I.ピグメントレッド122」8gを用いたこと以外は着色剤分散液の調製例1と同様にして着色剤分散液(3)を調製した。得られた着色剤分散液(3)における着色剤粒子の粒子径を、電気泳動光散乱光度計「ELS−800」(大塚電子社製)を用いて測定したところ、質量平均粒径で90nmであった。
〈着色剤分散液(4)の調製〉
着色剤分散液(1)の調製において、カーボンブラック7gに代えてフタロシアニン系シアン顔料「C.I.ピグメントブルー15:3」7gを用いたこと以外は着色剤分散液の調製例1と同様にして着色剤分散液(4)を調製した。得られた着色剤分散液(4)における着色剤粒子の粒子径を、電気泳動光散乱光度計「ELS−800」(大塚電子社製)を用いて測定したところ、質量平均粒径で90nmであった。
〈ワックス分散液(1)の調製〉
アニオン系界面活性剤のドデシルベンゼンスルフォン酸ナトリウム1.0gをイオン交換水30mlに撹拌溶解した。この溶液を90℃に加熱し、撹拌しながら、ワックスとしてカルナウバワックス(精製カルナウバワックス1号)7gを90℃に加熱して溶解させたものを徐々に添加し、次いで、機械式分散機「クレアミックス」(エム・テクニック(株)製)を用いて90℃にて7時間分散処理し、次いで30℃に冷却し、ワックスの分散液(以下、「ワックス分散液」という。)(1)を調製した。得られたワックス分散液(1)におけるワックスの粒子径を、電気泳動光散乱光度計「ELS−800」(大塚電子社製)を用いて測定したところ、質量平均粒子径で95nmであった。
〈ワックス分散液(2)の調製〉
アニオン系界面活性剤のドデシルベンゼンスルフォン酸ナトリウム1.0gをイオン交換水30mlに撹拌溶解した。この溶液を90℃に加熱し、撹拌しながら、ワックスとしてペンタエリスリトールベヘン酸エステル7gを90℃に加熱して溶解させたものを徐々に添加し、次いで、機械式分散機「クレアミックス」(エム・テクニック(株)製)を用いて90℃にて7時間分散処理し、次いで30℃に冷却し、ワックス分散液(2)を調製した。得られたワックス分散液(2)におけるワックスの粒子径を、電気泳動光散乱光度計「ELS−800」(大塚電子社製)を用いて測定したところ、質量平均粒子径で96nmであった。
〈ワックス分散液(3)の調製〉
アニオン系界面活性剤のドデシルベンゼンスルフォン酸ナトリウム1.0gをイオン交換水30mlに撹拌溶解した。この溶液を90℃に加熱し、撹拌しながら、ワックスとしてフィッシャートロプシュワックス7gを90℃に加熱して溶解させたものを徐々に添加し、次いで、機械式分散機「クレアミックス」(エム・テクニック(株)製)を用いて90℃にて7時間分散処理し、次いで30℃に冷却し、ワックス分散液(3)を調製した。得られたワックス分散液(3)におけるワックスの粒子径を、電気泳動光散乱光度計「ELS−800」(大塚電子社製)を用いて測定したところ、質量平均粒子径で91nmであった。
〈着色粒子(K1)の製造〉
温度センサ、冷却管、窒素導入装置、撹拌装置を取り付けた反応容器(四つ口フラスコ)に、混成樹脂粒子(1)と、イオン交換水30質量部と、着色剤分散液(1)及びワックス分散液(1)とを仕込み、内温を30℃に調製した後、この凝集用分散液に5Nの水酸化ナトリウム水溶液を加えてpHを10.0に調製した。次いで、塩化マグネシウム・6水和物1質量部をイオン交換水20mlに溶解した水溶液を、撹拌下、30℃にて10分間かけて添加した。1分間放置した後に昇温を開始し、この会合系を10分間かけて90℃まで昇温した。撹拌は図1に示すような撹拌装置を使用した。
その状態でFPIA2000にて凝集粒子の粒径を測定し、体積基準におけるメディアン径(D50)が5.2μmになった時点で、塩化ナトリウム2質量部をイオン交換水20mlに溶解した水溶液を添加して粒子成長を停止させ、さらに、95℃にて10時間にわたり加熱撹拌することにより、融着を継続させて形状制御を行った後、この系を30℃まで冷却し、塩酸を添加してpHを2.0に調製し、撹拌を停止した。
生成した粒子を濾過し、45℃のイオン交換水で繰り返し洗浄し、その後、40℃の温風で乾燥して着色粒子(K1)を得た。
〈着色粒子(K2)の製造〉
着色粒子(K1)の製造において、混成樹脂粒子(1)の代わりに混成樹脂粒子(2)を使用し、ワックス分散液(1)の代わりにワックス分散液(2)を使用し、さらに分散液混合液のpHを11.0に調製し、体積基準におけるメディアン径(D50)が5.5μmとなった時点で粒子成長を停止させたこと以外は着色粒子(K1)の製造と同様にして着色粒子(K2)を得た。
〈着色粒子(K3)の製造〉
着色粒子(K1)の製造において、混成樹脂粒子(1)の代わりに混成樹脂粒子(3)を使用し、ワックス分散液(1)の代わりにワックス分散液(3)を使用し、さらに分散液混合液のpHを10.5に調製し、体積基準におけるメディアン径(D50)が5.5μmとなった時点で粒子成長を停止させたこと以外は着色粒子(K1)の製造と同様にして着色粒子(K3)を得た。
〈着色粒子(Y1)の製造〉
着色粒子(K1)の製造において、着色剤分散液(1)の代わりに着色剤分散液(2)を使用し、体積基準におけるメディアン径(D50)が5.5μmとなった時点で粒子成長を停止させたこと以外は着色粒子(K1)の製造と同様にして着色粒子(Y1)を得た。
〈着色粒子(Y2)の製造〉
着色粒子(K2)の製造において、着色剤分散液(1)の代わりに着色剤分散液(2)を使用し、分散液混合液のpHを9.0に調製し、体積基準におけるメディアン径(D50)が5.4μmとなった時点で粒子成長を停止させたこと以外は着色粒子(K2)の製造と同様にして着色粒子(Y2)を得た。
〈着色粒子(Y3)の製造〉
着色粒子(K3)の製造において、着色剤分散液(1)の代わりに着色剤分散液(2)を使用し、体積基準におけるメディアン径(D50)が5.3μmとなった時点で粒子成長を停止させたこと以外は着色粒子(K3)の製造と同様にして着色粒子(Y3)を得た。
〈着色粒子(M1)の製造〉
着色粒子(K1)の製造において、着色剤分散液(1)の代わりに着色剤分散液(3)を使用し、体積基準におけるメディアン径(D50)が5.5μmとなった時点で粒子成長を停止させたこと以外は着色粒子(K1)の製造と同様にして着色粒子(M1)を得た。
〈着色粒子(M2)の製造〉
着色粒子(K2)の製造において、着色剤分散液(1)の代わりに着色剤分散液(3)を使用し、分散液混合液のpHを9.0に調製し、体積基準におけるメディアン径(D50)が5.4μmとなった時点で粒子成長を停止させたこと以外は着色粒子(K2)の製造と同様にして着色粒子(M2)を得た。
〈着色粒子(M3)の製造〉
着色粒子(K3)の製造において、着色剤分散液(1)の代わりに着色剤分散液(3)を使用し、体積基準におけるメディアン径(D50)が5.3μmとなった時点で粒子成長を停止させたこと以外は着色粒子(K3)の製造と同様にして着色粒子(M3)を得た。
〈着色粒子(C1)の製造〉
着色粒子(K1)の製造において、着色剤分散液(1)の代わりに着色剤分散液(4)を使用し、体積基準におけるメディアン径(D50)が5.5μmとなった時点で粒子成長を停止させたこと以外は着色粒子(K1)の製造と同様にして着色粒子(C1)を得た。
〈着色粒子(C2)の製造〉
着色粒子(K2)の製造において、着色剤分散液(1)の代わりに着色剤分散液(4)を使用し、分散液混合液のpHを9.0に調製し、体積基準におけるメディアン径(D50)が5.4μmとなった時点で粒子成長を停止させたこと以外は着色粒子(K2)の製造と同様にして着色粒子(C2)を得た。
〈着色粒子(C3)の製造〉
着色粒子(K3)の製造において、着色剤分散液(1)の代わりに着色剤分散液(4)を使用し、体積基準におけるメディアン径(D50)が5.3μmとなった時点で粒子成長を停止させたこと以外は着色粒子(K3)の製造と同様にして着色粒子(C3)を得た。
〈トナーの製造例〉
以上の合計16種類の着色粒子(K1)〜着色粒子(C3)100質量部の各々に、数平均一次粒子径が12nmの疎水化度が80であるシリカ1.0質量部と、数平均一次粒子径が25nmの疎水化度が80であるチタニア1.0質量部とを添加し、ヘンシェルミキサーを用いて混合することにより、トナー(K1)〜トナー(C3)のそれぞれを得た。
尚、これらのトナーを構成するトナー粒子について、外添剤の添加によっては、その形状及び粒径は変化しなかった。
〈比較用トナー(K4)の製造〉
テレフタル酸299質量部と、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211質量部と、ペンタエリスリトール82質量部とを、温度計、ステンレススチール製撹拌器、ガラス製窒素ガス導入管及び流下式コンデンサを備えた丸底フラスコ内に入れ、このフラスコをマントルヒータにセットし、窒素ガス導入管より窒素ガスを導入してフラスコ内を不活性雰囲気に保った状態で昇温した。そして、0.05質量部のジブチル錫オキシドを加え、軟化点温度において反応を追跡しながら温度200℃で反応させ、以ってクロロホルム不溶分17質量%のポリエステル樹脂Aを製造した。このポリエステル樹脂Aのガラス転移点温度は59℃であり、軟化点温度は131℃であった。
ポリエステル樹脂Aの100質量部にスチレンアクリル系樹脂(スチレン由来の成分とアクリル酸ブチル由来の成分とが質量比で72:28、ガラス転移点温度;53℃、軟化点温度;121℃)90質量部、カーボンブラック6質量部及びペンタエリスリトールベヘン酸エステル6質量部を混合し、溶融、混練、冷却、粉砕及び分級し、体積基準におけるメディアン径(D50)が6.8μmの比較用着色粒子(K4)を得、次いで、数平均一次粒子径が12nmの疎水化度が80であるシリカ1.0質量部と、数平均一次粒子径が25nmの疎水化度が80であるチタニア1.0質量部とを添加し、ヘンシェルミキサーを用いて混合することにより、比較用トナー(K4)を得た。
〈比較用トナー(Y4)の製造〉
比較用トナーの製造例1において、カーボンブラックの代わりに顔料「C.I.ピグメントイエロー185」8質量部を用いたこと以外は比較用着色粒子(K4)と同様にして体積基準におけるメディアン径(D50)が6.4μmの比較用着色粒子(Y4)を得、比較用トナーK5の製造と同様にして比較用トナー(Y4)を得た。
〈比較用トナー(M4)の製造〉
比較用トナーの製造例1において、カーボンブラックの代わりにキナクリドン系マゼンタ顔料「C.I.ピグメントレッド122」9質量部を用いたこと以外は比較用着色粒子(K4)と同様にして体積基準におけるメディアン径(D50)が6.4μmの比較用着色粒子(M4)を得、比較用トナーK5の製造と同様にして比較用トナー(M4)を得た。
〈比較用トナー(C4)の製造〉
比較用トナーK4の製造において、カーボンブラックの代わりにフタロシアニン系シアン顔料「C.I.ピグメントブルー15:3」9質量部を用いたこと以外は比較用着色粒子(K4)と同様にして体積基準におけるメディアン径(D50)が6.4μmの比較用着色粒子(C4)を得、比較用トナーK4の製造と同様にして比較用トナー(C4)を得た。
表1に、トナーの作製に用いた樹脂と作製方法、得られたトナーの体積基準におけるメディアン径(D50)を示す。
Figure 2008164718
尚、トナーの体積基準におけるメディアン径(D50)は、コールターマルチサイザー3(ベックマン・コールター社製)に、データ処理用のコンピューターシステム(ベックマン・コールター製)を接続した装置を用いて測定、算出した。
《現像剤》
以上のように製造した12種類のトナー(K1)〜(C3)及び4種類の比較用トナー(K4)〜(C4)の各々16質量部と、アクリル樹脂で被覆した体積基準におけるメディアン径(D50)が45μmのフェライトキャリア400質量部とを混合することにより、現像剤(K1)〜(C3)及び比較用現像剤(K4)〜(C4)のそれぞれを製造した。
《画像形成装置》
画像形成装置としては、タンデム型フルカラー複写機「8050」(コニカミノルタビジネステクノロジーズ社製)に、図3に記載の加熱ベルトと加圧ローラで構成される接触加熱定着装置を下記条件に設定して装着した。
加熱ベルト:70μmのポリイミドフィルム表面に15μmの導電性物質を分散したポリテトラフルオロエチレンを被覆したベルト
加圧ローラ:金属軸体にシリコーンゴム層を設けたローラ
低熱容量ライン状熱源の温度T1=140℃
加熱ベルト・加圧ローラ間総圧=15kg
ニップ部の幅:15mm
《評価》
評価は、上記画像形成装置に、上記で作製したトナーを順次装填して画像形成を行い、下記の項目について行った。尚、評価基準は◎、○を合格、×は実用上問題があり不合格とする。
〈定着オフセット〉
定着オフセットは、10℃、20%RHの低温低湿環境にて、A4サイズの上質紙(65g/m2)にフルカラー画像(イエロー/マゼンタ/シアン/黒がそれぞれの画素が5%のもの)を使用し、連続5万枚のプリントを行った。定着オフセットなどについて、5万枚後にベタ白画像を印字し、汚れの有無を目視にて判定した。さらに加圧ベルト側に転写しているトナー汚れの有無も目視にて判定した。
評価基準
◎:画像に汚れがなく加熱ベルトの表面にも汚れが見らない
○:画像上には汚れはないが、加熱ベルト表面に汚れがやや見られる
×:画像上に汚れが発生し、加熱ベルト表面にも汚れがあり、画像裏面にも汚れが付着している。
〈両面印字時の巻き付き発生の有無〉
両面印字時の巻き付き発生の有無は、10℃、20%RHの低温低湿環境にて、A4サイズの上質紙(65g/m2)にフルカラー画像(イエロー/マゼンタ/シアン/黒がそれぞれの画素が25%のもの:100画素率)を両面にて連続印字した。
画像の先端部を上質紙の先端より1mm以内に形成させ、連続500枚の印字を行い、加熱ベルト側への巻き付きの有無を評価した。
評価基準
○:500枚まで巻き付き発生無し
×:500枚目までに加熱ベルト側への巻き付きが発生有り。
評価結果を表2に示す。
Figure 2008164718
表2から明らかなように、本発明に係るトナーと本発明に係る接触熱定着装置を使用して行った実施例1〜3の画像形成においては、何れの評価でも問題無かった。
一方、比較トナーと比較接触熱定着装置を使用した比較例1の画像形成においては評価項目の何れかで問題が有り、本発明の目的を達成できなかった。
反応装置の一例を示す斜視図である。 フィルム状の加熱手段と加圧ローラを有する接触加熱定着装置の一例を示す模式図である。 本発明で用いられる加熱ベルトと加圧ローラで構成される接触加熱定着装置の一例を示す概略図である。 本発明で用いられる画像形成装置の一例を示す断面構成図である。
符号の説明
6 転写材
7 トナー画像
11 駆動ローラ
12 ローラ
13 加圧ローラ
14 加熱ベルト
15 低熱容量ライン状態熱源
16 温度センサ
17 アルミナ基板

Claims (1)

  1. 少なくとも樹脂と着色剤を含有するトナーを用いて形成されたトナー画像を接触加熱方式の定着装置を用いて支持体上に定着する工程を有する画像形成方法において、
    該トナーを構成する樹脂は、ポリエステル樹脂とスチレンアクリル系樹脂を含有し、
    水系媒体中にスチレン単量体とアクリル酸エステル単量体を存在させた状態で、多価カルボン酸と多価アルコールとを縮合重合させてポリエステル樹脂を形成した後、前記スチレン単量体とアクリル酸エステル単量体とをラジカル重合させてスチレンアクリル系樹脂を形成するものであり、
    前記接触加熱方式の定着装置がフィルム状の加熱手段と加圧ローラとを有するものであることを特徴とする画像形成方法。
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