JP2009122283A - トナー、二成分現像剤、現像装置および画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 高い流動性を有し、定着性を損なうことなく、非画像部のかぶりを発生させず、高精細で高解像度の高画質画像を形成することができるトナー、二成分現像剤、現像装置および画像形成装置を提供する。
【解決手段】 少なくとも結着樹脂、着色剤、離型剤を含むトナーであって、粒径分布、個数分布として、体積平均粒子径を3.0〜6.0μmとし、5.0μm以下の粒子を40個数%以上とし、8.0μm以上の粒子を2体積%未満とする。さらに、トナー表面の離型剤量を0.7重量%以上1.8重量%以下とする。
【選択図】 図1
Description
体積平均粒子径が3.0〜6.0μmであり、5.0μm以下の粒子が40個数%以上であり、8.0μm以上の粒子が2体積%未満であり、トナー表面の離型剤量が0.7重量%以上1.8重量%以下であることを特徴とするトナーである。
また本発明は、離型剤の融点が70℃以上であることを特徴とする。
また本発明は、石油系の離型剤がパラフィン系の離型剤であることを特徴とする。
また本発明は、キャリアの体積平均粒子径が50μm以下であることを特徴とする。
また本発明は、上記の現像装置を備えることを特徴とする画像形成装置である。
アパーチャ径:100μm
測定粒子数:50000カウント
解析ソフト:コールターマルチサイザーアキュコンプ バージョン1.19(ベックマン・コールター株式会社製)
電解液:ISOTON−II(ベックマン・コールター株式会社製)
分散剤:アルキルエーテル硫酸エステルナトリウム
円形度(ai)=(粒子像と同じ投影面積をもつ円の周囲長)
/(粒子の投影像の周囲の長さ) …(1)
界面活性剤を約0.1mg溶解した水10mLに、トナー5mgを分散させて分散液を調製し、周波数20kHz、出力50Wの超音波を分散液に5分間照射し、分散液中のトナー粒子濃度を5000個/μL〜20000個/μLとして、分析装置「FPIA−3000」により円形度(ai)の測定を行い、平均円形度(a)を求める。
[前混合工程]
ステップS1の前混合工程では、少なくとも結着樹脂、着色剤、離型剤を混合機により乾式混合して混合物を作製する。トナーには、結着樹脂および着色剤の他に、その他のトナー添加成分が含有されていてもよい。その他のトナー添加成分としては、帯電制御剤などが挙げられる。これらの各原料およびその使用量においては、特に制限されるものではなく、公知のものを一般的な使用量で用いることができる。
本発明に用いられる結着樹脂としては、特に限定されるものではなく、ブラックトナーまたはカラートナー用の結着樹脂を使用することができ、たとえば、ポリエステル系樹脂、ポリスチレンおよびスチレン−アクリル酸エステル共重合樹脂などのスチレン系樹脂、ポリメチルメタクリレートなどのアクリル系樹脂、ポリエチレンなどのポリオレフィン系樹脂、ポリウレタン、エポキシ樹脂などが挙げられ、また原料モノマー混合物に離型剤を混合し、重合反応させて得られる樹脂を用いてもよいが、ポリエステル樹脂を含むことが好ましい。結着樹脂にポリエステル樹脂を含むことにより、耐久性が高く、透明性に優れたトナーを得ることができる。結着樹脂は1種を単独で使用でき、または2種以上を併用できる。
ステップS2の溶融混練工程では、前混合工程で作製された混合物を溶融混練して溶融混練物を作製する。混合物の溶融混練は、結着樹脂の軟化点以上、熱分解温度未満の温度に加熱して行われ、結着樹脂を溶融または軟化させて結着樹脂中に結着樹脂以外のトナー原料を分散させる。
ステップS3の粉砕工程では、溶融混練工程にて得られた溶融混練物を冷却して固化させた後、粉砕して粉砕物を作製する。冷却固化された溶融混練物は、まずハンマーミルまたはカッティングミルなどによって、たとえば体積平均粒径100μm以上5mm以下程度の粗粉砕物に粗粉砕される。その後、得られた粗粉砕物は、たとえば体積平均粒径の15μm以下の粉砕物にまでさらに微粉砕される。粗粉砕物の微粉砕には、たとえば、超音速ジェット気流を利用して粉砕するジェット式粉砕機、高速で回転する回転子(ロータ)と固定子(ライナ)との間に形成される空間に粗粉砕物を導入して粉砕する衝撃式粉砕機などを用いることができる。
ステップS4の球形化工程では、粉砕工程で作製された粉砕物を機械的衝撃力や熱風によって球形化する。粉砕物を球形化することによって、トナーの平均円形度および円形度分布を制御することができるため、トナーの形状を好適にすることができる。したがって、製造されたトナーは、転写効率を高い水準に保つことができ、安定して高画質画像を形成することができる。
ステップS5の分級工程では、球形化処理されたトナー粒子から、分級機によって、過粉砕トナー粒子や粗大トナー粒子を除去する。過粉砕トナー粒子や粗大トナー粒子は、他のトナーの製造に再利用するために回収して使用できる。
球形化工程において使用する装置の種類によっては、ステップS4の球形化工程とステップS5の分級工程とは同時に行われてもよいし、順番が入れ替わってもよい。
また、キャリアの体積平均粒子径は特に制限されないけれども、高画質化を考慮すると、好ましくは10〜100μm、さらに好ましくは50μm以下である。
Processing Unit)を備えるマイクロコンピュータ、マイクロプロセッサなどによって実現される処理回路を含む。制御手段は、前述の処理回路とともに主電源を含み、電源は制御手段だけでなく、画像形成装置内部における各装置にも電力を供給する。
実施例および比較例におけるトナーの体積平均粒径および変動係数CV、トナー表面の離型剤量、平均円形度、離型剤の融点は、次のようにして測定した。
前述の測定条件で、コールターマルチサイザーIII(ベックマン・コールター株式会社製)によって測定した粒径の粒度分布を求め、算出して得た。
CV値(%)={体積粒度分布における標準偏差(μm)
/体積平均粒径(μm)}×100 …(3)
トナー1gをヘキサン20mlに分散させ、スターラーを入れて10分間攪拌してヘキサンでトナー表面の離型剤を溶出させた後に、ろ過して40℃設定の乾燥機に一晩入れて乾燥させた。ヘキサンにより溶出処理したトナーと処理していないトナーとについて、前述の測定条件で、示差走査熱量計(商品名:DSC220、セイコー電子工業株式会社製)によって熱容量の測定を行い、熱容量の差からトナー表面の離型剤量を見積もった。
界面活性剤を約0.1mg溶解している水10mlに、トナー5mgを分散させて分散液を調製し、周波数20kHz、出力50Wの超音波を分散液に5分間照射し、分散液中のトナー粒子濃度を5000個/μl〜20000個/μlとして、前述のフロー式粒子像分析装置FPIA−3000(商品名、シスメックス株式会社製)によって、前述の式(1)に基づいて円形度(ai)を測定した。そして、得られた円形度の測定結果から、簡易算出法により平均円形度(a)を算出した。
示差走査熱量計(商品名:DSC220、セイコー電子工業株式会社製)を用い、試料1gを温度20℃から昇温速度毎分10℃で200℃まで昇温させ、次いで200℃から20℃に急冷させる操作を2回繰返し、DSC曲線を測定した。2回目の操作で測定されるDSC曲線の融解に相当する吸熱ピークの頂点の温度を離型剤の融点として求めた。
ポリエステル(結着樹脂、商品名:FC1494、三菱レーヨン株式会社製、ガラス転移点(Tg)62℃、軟化点(Tm)127℃)81.8重量部、マスターバッチ(C.I.Pigment Red57:1を40重量%含有)12重量部、パラフィンワックス(離型剤、HNP10、日本精鑞株式会社製、融点75℃)4.8重量部、アルキルサリチル酸金属塩(帯電制御剤、商品名:BONTRON E−84、オリエント化学株式会社製)1.5重量部を、ヘンシェルミキサによって10分間混合した後、二軸押出混練機(商品名:PCM65、株式会社池貝製)にて溶融混練した。
前混合工程での離型剤量を4.2重量部に変更したこと以外は実施例1と同様にして実施例2のトナー、二成分現像剤を得た。トナー表面の離型剤量は1.2重量%であった。
前混合工程での離型剤量を3.0重量部に変更したこと以外は実施例1と同様にして実施例3のトナー、二成分現像剤を得た。トナー表面の離型剤量は1.0重量%であった。
前混合工程での離型剤量を2.5重量部に変更したこと以外は実施例1と同様にして実施例4のトナー、二成分現像剤を得た。トナー表面の離型剤量は0.7重量%であった。
球形化工程の操作条件を変更することにより、トナー平均円形度を0.952に調整したこと以外は実施例1と同様にして実施例5のトナー、二成分現像剤を得た。トナーの体積平均粒径5.9μmであり、5.0μm以下の粒子が45個数%、8.0μm以上の粒子が1.5体積%であった。
球形化工程の操作条件を変更することにより、トナー平均円形度を0.960に調整したこと以外は実施例1と同様にして実施例6のトナー、二成分現像剤を得た。トナーの体積平均粒径5.2μmであり、5.0μm以下の粒子が51個数%、8.0μm以上の粒子が1.1体積%であった。
球形化工程の操作条件を変更することにより、トナー平均円形度を0.962に調整したこと以外は実施例1と同様にして実施例7のトナー、二成分現像剤を得た。トナーの体積平均粒径5.1μmであり、5.0μm以下の粒子が54個数%、8.0μm以上の粒子が0.8体積%であった。
球形化工程を実施しないことにより、トナー平均円形度を0.948としたこと以外は、実施例1と同様にして、実施例8のトナー、二成分現像剤を得た。トナーの体積平均粒径5.8μmであり、5.0μm以下の粒子が42個数%、8.0μm以上の粒子が1.6体積%であった。
外添剤の量を2.2重量部に変更したこと以外は実施例1と同様にして、実施例9のトナー、二成分現像剤を得た。
離型剤をカルナバワックス(REFINED CARNAUBA WAX、株式会社加藤洋行製、融点83℃)に変更し、前混合工程での離型剤量を5.8重量部に変更したこと以外は実施例1と同様にして、実施例10のトナー、二成分現像剤を得た。トナー表面の離型剤量は1.8重量%であった。
離型剤をパラフィンワックス(HNP11、日本精鑞株式会社製、融点68℃)に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、実施例11のトナー、二成分現像剤を得た。
離型剤をマイクロクリスタリンワックス(Hi―MIC−2045、日本精鑞株式会社製、融点67℃)に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、実施例12のトナー、二成分現像剤を得た。
外添剤の量を4.2重量部に変更したこと以外は実施例1と同様にして、実施例13のトナー、二成分現像剤を得た。
外添剤の量を1.8重量部に変更したこと以外は実施例1と同様にして、実施例14のトナー、二成分現像剤を得た。
キャリアの粒子径を55μmにしたこと以外は、実施例1と同様にして、実施例15のトナー、二成分現像剤を得た。
前混合工程での離型剤量を6.1重量部に変更したこと以外は実施例1と同様にして比較例1のトナー、二成分現像剤を得た。トナー表面の離型剤量は2.0重量%と規定範囲を超える量となった。
前混合工程での離型剤量を2.3重量部に変更したこと以外は実施例1と同様にして比較例2のトナー、二成分現像剤を得た。トナー表面の離型剤量は0.6重量%と規定範囲にまで満たない量であった。
粉砕、分級条件を変更することにより、トナー体積平均粒子径を2.8μmにすること以外は実施例1と同様にして比較例3のトナー、二成分現像剤を得た。5.0μm以下の粒子が65個数%、8.0μm以上の粒子が0.2体積%であった。
粉砕、分級条件を変更することにより、トナー体積平均粒子径を6.2μmと規定範囲を超える粒径としたこと以外は実施例1と同様にして比較例4のトナー、二成分現像剤を得た。5.0μm以下の粒子が42個数%、8.0μm以上の粒子が1.9体積%であった。
分級条件を変更することにより、5.0μm以下の粒子を38個数%にすること以外は実施例1と同様にして比較例4のトナー、二成分現像剤を得た。トナー体積平均粒子径5.9μm、8.0μm以上の粒子が1.5体積%であった。
分級条件を変更することにより、5.0μm以下の粒子を56個数%と規定範囲を超える分布にしたこと以外は実施例1と同様にして比較例5のトナー、二成分現像剤を得た。トナー体積平均粒子径4.6μm、8.0μm以上の粒子が0.5体積%であった。
分級条件を変更することにより、8.0μm以上の粒子を3.0体積%と規定範囲を超える分布にしたこと以外は実施例1と同様にして比較例5のトナー、二成分現像剤を得た。トナー体積平均粒子径5.8μm、5.0μm以下子を40個数%であった。
市販複写機(商品名:MX-4500、シャープ株式会社製)に二成分現像剤を充填し、感光体上にトナー付着量が0.4mg/cm2となるように調節して印字したときの非画像部に付着したトナーを粘着テープで採取し、その画像濃度(ID)を測色色差計(商品名:X−Rite938、X−Rite社製)によって測定した。評価基準は次のとおりである。
◎:非常に良好。IDが0.05未満。
○:良好。IDが0.05以上0.1未満。
△:実使用上問題なし。IDが0.1以上0.2未満。
×:不良。IDが0.2以上。
カラー複写機(商品名:MX−4500、シャープ株式会社製)によって画像濃度が0.3であり、直径5mmのハーフトーン画像を、画像濃度0.3以上0.5以下で複写できる条件において、線幅が正確に100μmである細線のオリジナル画像が形成される原稿を複写し、得られたコピー画像を測定用サンプルとした。この測定用サンプルを、粒子アナライザ(商品名:ルーゼックス450、株式会社ニレコ製)を用いて100倍に拡大したモニタ画像から、インジケータによって測定用サンプルに形成される細線の線幅を測定した。細線には凹凸があり、線幅は測定位置によって異なるので、複数の測定位置において線幅を測定して平均値をとり、この線幅を測定用サンプルの線幅とした。測定用サンプルの線幅を、原稿の線幅である100μmで除し、得られた値を100倍したものを細線再現性の値として得た。この細線再現性の値が100に近いほど、細線の再現性がよく、画像再現性に優れ、解像性に優れることを示す。評価基準は次のとおりである。なお、画像濃度は、反射濃度計(商品名:RD−918、マクベス社製)によって測定された光学反射濃度を示す。
◎:細線再現性の値が100以上105未満である。
○:細線再現性の値が105以上115未満である。
△:細線再現性の値が115以上125未満である。
×:細線再現性の値が125以上である。
カラー複合機(商品名:MX−4500、シャープ株式会社製)を改造したものを用いて、記録媒体である記録用紙(商品名:PPC用紙SF−4AM3、シャープ株式会社製)に、縦20mm、横50mmの長方形状のべた画像部を含むサンプル画像を、べた画像部における未定着状態でのトナーの記録用紙への付着量が0.5mg/cm2になるように調整して未定着画像を形成し、カラー複合機の定着部を用いて作成した外部定着器を用いて定着画像を作成した。定着プロセス速度は124mm/秒とし、定着ローラの温度を130℃から5℃刻みで温度を上げ、低温オフセットも高温オフセットも起こらない温度域を定着非オフセット域とした。
◎:定着非オフセット域が60℃以上
○:定着非オフセット域が45℃以上60℃未満。
△:定着非オフセット域が35℃以上45℃未満。
×:定着非オフセット域が35℃未満。
市販複写機(商品名:MX−4500、シャープ株式会社製)に備わるクリーニングユニットのクリーニングブレードが感光体ドラムに当接する圧力であるクリーニングブレード圧を、初期線圧で25gf/cm(2.45×10−1N/cm)となるように調整した。この複写機に実施例1〜15および比較例1〜7のトナーをそれぞれ含む二成分現像剤を充填し、温度25℃、相対湿度50%の常温常湿環境中でシャープ株式会社製文字テストチャートを記録紙10万枚に形成し、クリーニング性の確認を行った。
Wk=100×{(Ws−Wr)/Wr} …(4)
◎:非常に良好。鮮明度良く黒すじなし。かぶり量Wkが3%未満である。
○:良好。鮮明度良く黒すじなし。かぶり量Wkが3%以上5%未満である。
△:実使用上問題なし。鮮明度実使用上問題のないレベルであり、黒すじの長さが2.0mm以下かつ5個以下である。かぶり量Wkが5%以上10%未満である。
×:実使用不可。鮮明度実使用上問題あり。黒すじの長さが2.0mmを超えるか、または黒すじが6個以上の少なくともいずれかである。かぶり量Wkが10%以上である。
トナーをそれぞれ50mlのポリ瓶3本に、1本当り28〜30g入れる。ポリ瓶の蓋を閉めた状態で50℃、10%RHの恒温恒湿槽に入れ、24時間毎に1本ずつ取り出し、嵩比重測定器(筒井理化学器械(株)製)を用い、JIS K−5101−12−1に従って、トナーの嵩密度を測定した。初期、72時間後の嵩密度を比較し、変動の少ないトナーほど保存性が良好であると判断した。評価基準は次のとおりである。
(変動率)=(72時間後の嵩密度)/(初期の嵩密度)×100 …(5)
○:変動率が90%以上。
△:変動率が80%以上90%未満。
×:変動率が80%未満。
総合評価の評価基準は次のとおりである。
◎:非常に良好。すべての項目が◎。
○:良好。評価結果に△および×がない。
△:実使用上問題なし。評価結果に×がなく、△が1〜2個である。
×:不良。評価結果に少なくとも1つ×がある。△が3個以上である。
2 トナー像形成手段
3 転写手段
4 定着手段
5 記録媒体供給手段
6 排出手段
11 感光体ドラム
12 帯電手段
13 露光ユニット
14 現像手段
15 クリーニングユニット
20 現像槽
20a 現像ローラ
20b 供給ローラ
20c 撹拌ローラ
21 トナーホッパ
25 中間転写ベルト
26 駆動ローラ
27 従動ローラ
28 中間転写ローラ
29 転写ベルトクリーニングユニット
30 転写ローラ
31 定着ローラ
32 加圧ローラ
35 自動給紙トレイ
36 ピックアップローラ
37 搬送ローラ
38 レジストローラ
39 手差給紙トレイ
40 排出ローラ
41 排出トレイ
Claims (11)
- 少なくとも結着樹脂、着色剤、離型剤を含むトナーであって、
体積平均粒子径が3.0〜6.0μmであり、5.0μm以下の粒子が40個数%以上であり、8.0μm以上の粒子が2体積%未満であり、トナー表面の離型剤量が0.7重量%以上1.8重量%以下であることを特徴とするトナー。 - トナー表面の離型剤量が1.0重量%以上1.8重量%以下であることを特徴とする請求項1記載のトナー。
- 平均円形度が0.950以上0.960以下であることを特徴とする請求項1または2に記載のトナー。
- 離型剤の融点が70℃以上であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載のトナー。
- 離型剤が、石油系の離型剤であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つに記載のトナー。
- 石油系の離型剤がパラフィン系の離型剤であることを特徴とする請求項5記載のトナー。
- トナー100重量部に対して外添剤を2.0重量部以上4.0重量部未満含むことを特徴とする請求項1〜6のいずれか1つに記載のトナー。
- 請求項1〜7のいずれか1つに記載のトナーとキャリアとを含むことを特徴とする二成分現像剤。
- キャリアの体積平均粒子径が50μm以下であることを特徴とする請求項8記載の二成分現像剤。
- 請求項8または9記載の二成分現像剤を用いて現像を行うことを特徴とする現像装置。
- 請求項10記載の現像装置を備えることを特徴とする画像形成装置。
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