JP2009237156A - 画像形成装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】画像強度に優れた画像を形成することができる画像形成装置の提供。
【解決手段】潜像形成手段と、結晶性ポリエステルを含むトナーにより潜像を現像する現像手段と、トナー像を記録媒体に転写する転写手段と、定着手段と、を有し、下記〔1〜3〕を満たす画像形成装置。
〔1〕結晶性ポリエステルはセバシン酸または1,10−デカンジカルボン酸と1,6−ヘキサンジオールまたは1,9−ノナンジオールとを合成。融点が67〜75℃。
〔2〕トナーは結晶性ポリエステルを3〜9質量%含有。
〔3〕定着画像のDSC測定1回目の昇温スペクトルの極小値におけるベースラインから極小値までのスペクトル強度をM1p、DSC測定2回目の昇温スペクトルの極小値におけるベースラインから極小値までのスペクトル強度をM2pとした場合、1.5×M1p≦M2p≦5×M1p、50≦M2p≦150
【選択図】なし

Description

本発明は画像形成装置に関する。
電子写真方式を用いた画像形成装置としては、従来から数多くの方式が知られている。電子写真方式においては、まず光導電性物質を利用した感光体(像保持体)上に種々の手段により電気的に潜像を形成し、この潜像をトナーを用いてトナー像として現像する。該トナー像を中間転写体を介してまたは介さずに、紙等の記録媒体に転写した後、このトナー像を加熱、加圧、加熱加圧あるいは溶剤蒸気等により定着する、という複数の工程を経て定着画像が形成される。像保持体上に残留したトナーは、種々の方法でクリーニングされ、前記複数の工程が繰り返される。
近年、技術進化により上記電子写真方式の画像形成装置は、複写機、プリンターのみならず、印刷用途にも使用されるようになり、装置の高速性、高信頼性はもとより、複写物が印刷物に匹敵する高画質、色相を有すると共に、形成された画像の保存性が高いことも重要な特性となっている。
高速適性、画像光沢性を向上させる手段として、結晶性樹脂を含有したトナーが開示されている(例えば、特許文献1、2参照)。上記結晶性樹脂は融点を有し、融点以上の温度では溶融するため、これを結着樹脂に含ませることによって低温定着性が向上し、結果として高速定着適性を実現することができる。また、結晶性樹脂は溶融粘度も低いため、画像光沢性向上にも有効な方法である。
また、結着樹脂としては、低温定着性と保管性との観点からポリエステルが好適に用いられる。近年では、重合トナーなど製造性の観点からスチレンアクリル系共重合樹脂が用いられているが、高光沢性画像を得るためには、ポリエステルの方が適した溶融物性を有している。
また、結晶性樹脂と離型剤の融点の関係を規定したトナーが開示されている(例えば、特許文献3、4参照)。更に、ジルコニウム化合物を含むトナー(例えば、特許文献5、6参照)や、重縮合補助触媒としてジルコニウムの強酸塩化合物を用いて結晶性樹脂を合成し、トナーに用いる方法が開示されている(例えば、特許文献7参照)。
特開平1−35454号公報 特開2006−171692号公報 特開2004−163846号公報 特開2005−234046号公報 特開平6−11900号公報 特開2004−340982号公報 特開2006−265416号公報
前述の通り画像保存性は、記録媒体上に形成された画像において重要な特性である。画像保存性としては、画像同士を重ね合わせて保管した際に、画像が劣化したり、画像同士が接着してしまう問題が挙げられる。
特に印刷用途では、印刷物に目印として栞(しおり)を挟んで保存する場合があり、局所的に高い荷重が加わるため、画像劣化が促進されやすくなる。特に、金属製の栞を用いる場合、栞自体が非常に硬いため画像への影響が大きく、例えば1ヶ月以上等の長期間高い荷重が加わると、栞の部分だけ画像の光沢が変化してしまうという問題が生じる。
そのため、優れた画像保存性を実現する観点から、画像強度に優れた画像を形成することができる画像形成装置が求められていた。
即ち本発明は、画像強度に優れた画像を形成することができる画像形成装置を提供することを目的とする。
上記課題は、以下の本発明により達成される。
即ち、請求項1に係る発明は、
像保持体上に潜像を形成する潜像形成手段と、該潜像を少なくとも結晶性ポリエステルを含むトナーを含有する現像剤によりトナー像に現像する現像手段と、得られたトナー像を記録媒体上に転写する転写手段と、転写されたトナー像を定着手段により記録媒体に定着する定着手段と、を有し、且つ下記〔条件1〕〜〔条件3〕を満たすことを特徴とする画像形成装置である。
〔条件1〕
前記結晶性ポリエステルは、酸成分としてHOOC−(CH−COOHおよびHOOC−(CH10−COOHから選ばれる少なくとも1種と、アルコール成分としてHO−(CH−OHおよびHO−(CH−OHから選ばれる少なくとも1種と、を用いて反応させたポリエステル樹脂であり、且つ示差走査熱量測定による融点が67℃以上75℃以下である。
〔条件2〕
前記トナーは、結着樹脂として前記結晶性ポリエステルを3質量%以上9質量%以下含有する。
〔条件3〕
形成された定着画像について測定されたDSCスペクトルにおいて、DSC測定1回目の昇温スペクトルが57℃以上73℃以下の範囲に極小値M1を有し、M1におけるベースラインから極小値までのスペクトル強度(深さ)の絶対値をM1pとし、また、DSC測定2回目の昇温スペクトルが57℃以上73℃以下の範囲に極小値M2を有し、M2におけるベースラインから極小値までのスペクトル強度(深さ)の絶対値をM2pとしたとき、前記M1pとM2pとが下記式(1)および式(2)の関係を満たす。
式(1) 1.5×M1p≦M2p≦5×M1p
式(2) 50(mW/g)≦M2p≦150(mW/g)
請求項2に係る発明は、
前記トナー中におけるジルコニウム元素の含有量が0.001質量%以上1.0質量%以下であり、前記定着手段が、少なくとも加熱部材と加圧部材とを有し、前記加熱部材が、前記加圧部材との接触領域において下側を形成する配置であると共に、前記記録媒体が定着された画像面を下向きにして排出されることを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置である。
請求項3に係る発明は、
前記定着手段が少なくとも加熱部材を有し、該加熱部材の定着の際の温度が190℃以上240℃以下であることを特徴とする請求項1または2に記載の画像形成装置である。
請求項4に係る発明は、
前記トナーが少なくとも離型剤を含有し、前記結晶性ポリエステルの融点をTc(℃)と、前記離型剤の融点をTw(℃)と、した場合に、下記式(3)を満たし、前記トナー中における結晶性ポリエステルの含有量をAcと、離型剤の含有量をAwと、した場合に、下記式(4)を満たすことを特徴とする請求項1〜請求項3の何れか1項に記載の画像形成装置である。
式(3) Tc−10≦Tw≦Tc+30
式(4) Aw×0.4≦Ac≦Aw×0.9
請求項1に係る発明によれば、式(1)および式(2)を満たさない場合に比べ、画像強度に優れた画像を形成することができる。
請求項2に係る発明によれば、本構成を有しない場合に比べ、より画像強度に優れた画像を形成することができる。
請求項3に係る発明によれば、加熱部材の温度を考慮しない場合に比べ、より画像強度に優れた画像を形成することができる。
請求項4に係る発明によれば、式(3)および式(4)を満たさない場合に比べ、より画像強度に優れた画像を形成することができる。
以下、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。
本実施形態に係る画像形成装置は、像保持体上に潜像を形成する潜像形成手段と、該潜像を少なくとも結晶性ポリエステルを含むトナーを含有する現像剤によりトナー像に現像する現像手段と、得られたトナー像を記録媒体上に転写する転写手段と、転写されたトナー像を定着手段により記録媒体に定着する定着手段と、を有し、且つ下記条件[1]〜条件[3]を満たすことを特徴とする。
〔条件1〕
前記結晶性ポリエステルは、酸成分としてHOOC−(CH−COOHおよびHOOC−(CH10−COOHから選ばれる少なくとも1種と、アルコール成分としてHO−(CH−OHおよびHO−(CH−OHから選ばれる少なくとも1種と、を用いて反応させたポリエステル樹脂であり、且つ示差走査熱量測定による融点が67℃以上75℃以下である。
〔条件2〕
前記トナーは、結着樹脂として前記結晶性ポリエステルを3質量%以上9質量%以下含有する。
〔条件3〕
形成された定着画像について測定されたDSCスペクトルにおいて、DSC測定1回目の昇温スペクトルが57℃以上73℃以下の範囲に極小値M1を有し、M1におけるベースラインから極小値までのスペクトル強度(深さ)の絶対値をM1pとし、
また、DSC測定2回目の昇温スペクトルが57℃以上73℃以下の範囲に極小値M2を有し、M2におけるベースラインから極小値までのスペクトル強度(深さ)の絶対値をM2pとしたとき、
前記M1pとM2pとが下記式(1)および式(2)の関係を満たす。
式(1) 1.5×M1p≦M2p≦5×M1p
式(2) 50(mW/g)≦M2p≦150(mW/g)
トナー中に含有される結晶性ポリエステル(結晶性樹脂)は、温度に対してシャープに溶融するものの、融点と凝固点とにヒステリシスがあるため、一旦溶融した後固化するまでに時間がかかることが知られている。そのため、定着後に結晶性樹脂が充分に固化していない状態では画像強度が不十分であり、例えばこの状態のまま栞を挟んで保存する場合などには、充分に固化していない結晶性樹脂がゆっくりと変形することで画像光沢度が変化してしまうという問題があった。
本実施形態に係る画像形成装置は、上記式(1)および式(2)を満たしていることから、トナー中に含有される結晶性ポリエステルの結晶化が良好に促進された画像が形成される。
ここで、上記式(1)および式(2)におけるM1,M2,M1pおよびM2pの算出は、以下の方法によって行われる。
まず、本実施形態に係る画像形成装置を用い、画像グロス60以上(グロスメーターGM−26D(村上色彩技術研究所(株)社製)を用いてサンプルへの入射光角度を75度とする条件にて測定された画像グロス)の定着画像をC2紙(富士ゼロックス社製)上に形成し、該定着画像を用紙から削り取る。
次いで、示差走査熱量計(DSC)にてASTMD3418−8に準拠した示差走査熱量測定を行う。示差走査熱量測定は、自動接線処理システムを備えた示差走査熱量計(マックサイエンス社製:DSC3110、熱分析システム001)を用いて、液体窒素冷却装置を併用し、サンプル量は8mg以上10mg以下、測定温度範囲10℃以上150℃以下とする。まず1回目の測定として、昇温速度毎分10℃で昇温し、150℃到達後5分間保持した後、液体窒素冷却装置にて降温速度毎分−10℃で10℃まで冷却し5分間保持する。その後2回目の測定として、1回目と同条件にて150℃まで昇温する。このとき、1回目および2回目の昇温で得られたスペクトルをそれぞれ1回目の昇温スペクトル、2回目の昇温スペクトルと定義する。
1回目の昇温スペクトルおよび2回目の昇温スペクトルのぞれぞれを20℃での吸熱量が0となるようにスペクトル全体をシフトさせ、ベースラインのズレを補正する。また、測定されたスペクトルを測定に用いたサンプル量で割り、単位質量当たりのスペクトル強度を算出し、サンプル量によるスペクトル強度のズレを補正する。
このようにして補正されたスペクトルを用い、1回目の昇温スペクトルにおいて、57℃以上73℃以下の範囲にある極小値(複数の極小値を有する場合は、スペクトル強度の絶対値が最大のものを極小値とする)を「極小値M1」とし、その極小値M1におけるスペクトル強度をM1pとする。同様に、2回目の昇温スペクトルにおいて、57℃以上73℃以下にある極小値(複数の極小値を有する場合は、スペクトル強度の絶対値が最大のものを極小値とする)を「極小値M2」とし、その極小値M2におけるスペクトル強度をM2pと定義する。
本明細書に記載の数値は、上記の方法によって算出したものである。
また、トナー中における結晶性ポリエステルの含有量を測定するにあたり、トナーに含まれる成分から上記結晶性ポリエステルを取り出すには、以下の方法により行うことができる。
まず、トナーをメチルエチルケトン(MEK)に常温(20℃以上25℃以下)で溶解させる。これは、例えばトナー中に結晶性ポリエステルと非晶性樹脂とが含まれる場合、常温ではMEK中にほとんど非晶性樹脂のみが溶解するからである。したがって、MEK可溶分中には非晶性樹脂が含まれることとなるため、前記溶解後、遠心分離により分離した上澄み液をから非晶性樹脂が得られ、一方遠心分離後の固形分を65℃で60分間加熱してTHFに溶解しこれを60℃でガラスろ過器でろ過することにより、ろ過分から結晶性ポリエステルが得られる。尚、該操作でろ過中に温度が下がると結晶性ポリエステルが析出してしまうため、温度が下がらないように手早く、且つ保温した状態で操作する。こうして得られた結晶性ポリエステルの量を測定することにより含有量が求められる。
本明細書に記載の数値は、上記の方法によって算出したものである。
次いで、上記式(1)および式(2)を満たすための達成手段としては、例えば以下の方法が挙げられる。
[1]トナー中におけるジルコニウム元素の含有および定着手段の態様
前記トナー中におけるジルコニウム元素の含有量を0.001質量%以上1.0質量%以下に制御し、また定着手段を、少なくとも加熱部材と加圧部材とを有し、該加熱部材が、前記加圧部材との接触領域において下側を形成する配置とすると共に、記録媒体が定着された画像面を下向きにして排出される態様とすることが好ましい。
ここで、上記「下側」および「下向き」における下とは、上記画像形成装置を水平面上に設置した場合に、該水平面に対する下方向を意味する。また、「接触領域において下側を形成する」とは、全接触領域の内少なくとも50%以上の領域において相対関係が下側となる(接線を引いた場合に、水平面と接線との加熱部材側の角度(α)が0°≦α≦│90°│となる)ことを意味する。
トナー中においてジルコニウム元素は、結晶性ポリエステルの結晶化の際の結晶核剤としての作用を発現していると推測され、ジルコニウム元素の含有量が0.001質量%以上1.0質量%以下であることにより、その作用が良好に発現される。
上記ジルコニウム元素の含有量は、更には0.001質量%以上1.0質量%以下であることがより好ましく、0.005質量%以上0.5質量%以下であることが特に好ましい。
また、ジルコニウム元素の含有量は、トナーの蛍光X線分析から算出される組成比によって求めることができる。尚、上記蛍光X線分析は、測定装置としてXRF−1500(島津製作所社製)を使用し、測定条件は管電圧40kV、管電流90mA、測定時間30分で全元素測定することにより得られる。試料は、試料量トナー6gを加圧成型器で荷重10t、加圧時間1分間で加圧成型したものを用いる。測定されたNet強度を元素質量を考慮して組成比を算出する。
本明細書に記載の数値は、上記の方法によって算出したものである。
また、加熱部材が加圧部材との接触領域において下側を形成することにより、定着装置における熱を画像および記録媒体へ良好に伝えることができ、結晶性ポリエステルの結晶化が良好に促進される。更に、記録媒体が定着された画像面を下向きにして排出されることにより、定着の際に画像に保持された熱を空気中に拡散させることなく良好に保持し、結晶性ポリエステルの結晶化を良好に促進させる。
[2]加熱部材の温度
前記定着手段における加熱部材の定着の際の温度を190℃以上240℃以下とすることが好ましい。
画像に与えられる熱量を良好な範囲とすることができると共に、定着手段としての定着装置内の温度を良好な範囲に制御でき、結晶性ポリエステルの結晶化を良好に促進させる。尚、上記加熱部材の温度は、さらに195℃以上230℃以下とすることが好ましい。
[3]結晶性ポリエステルと離型剤との融点および含有量の関係
前記トナーが少なくとも離型剤を含有し、結晶性ポリエステルの融点をTc(℃)、前記離型剤の融点をTw(℃)とした場合に、下記式(3)を満たし、且つ前記トナー中における結晶性ポリエステルの含有量をAc、離型剤の含有量をAwとした場合に、下記式(4)を満たすことが好ましい。
式(3) Tc−10≦Tw≦Tc+30
式(4) Aw×0.5≦Ac≦Aw×1.2
結晶性ポリエステルの融点Tc(℃)と離型剤の融点Tw(℃)が上記式(3)の関係にあると、離型剤が結晶化する際に放出する熱(結晶化熱)が、結晶性ポリエステルの結晶化に効果的に利用され、結晶化を促進させる。
また、トナー中の結晶性ポリエステルの含有量Acと離型剤の含有量Awとが上記式(4)の関係にあることにより、上述の離型剤が結晶化する際の結晶化熱の利用が効率的に行われ、結晶性ポリエステルの結晶化を促進させる。
尚、上記式(3)および式(4)は、更に下記式(3’)および式(4’)を満たすことがより好ましい。
式(3’) Tc−0≦Tw≦Tc+20
式(4’) Aw×0.5≦Ac≦Aw×0.8
ここで、上記融点の測定は、ASTMD3418−8に準拠した示差走査熱量測定により行なわれる。すなわち、まず自動接線処理システムを備えたの示差走査熱量計(マックサイエンス社製:DSC3110、熱分析システム001)に測定対象の結晶性ポリエステルまたは離型剤をセットし、冷却媒体として液体窒素をセットする。10℃/分の昇温速度で20℃から150℃まで加熱して(1回目の昇温過程)温度(℃)と熱量(mW)との関係を求め、次に−10℃/分の降温速度で0℃まで冷却し、再度これを10℃/分の昇温速度で150℃まで加熱して(2回目の昇温過程)データを採取する。尚、0℃および150℃にてそれぞれ5分間ずつ保持した。2回目の昇温過程での吸熱ピーク温度を融点とみなすことができる。尚、複数の融解ピークを示す場合があるが、最大のピークをもって融点とみなす。
尚、トナーに含まれる成分から上記結晶性ポリエステルを取り出すのは、前述の方法により行うことができる。また、離型剤を取り出すには、以下の方法により行うことができる。
前述の結晶性ポリエステルを取り出す際の操作において、ろ過残分は、トナーから非晶性樹脂および結晶性ポリエステルが取り除かれた成分である。このろ過残分には、溶剤不要の離型剤の他に、顔料及び外添剤の一部が含まれる。該ろ過残分を減圧乾燥して溶剤分を除去した後、120℃に加熱すると、溶融した離型剤中に不融分が分散した状態になる。加熱状態で96時間放置することにより、不融分が沈降するので、沈降分を含まないように注意しながら上澄みを採取することで、離型剤が取り出される。
しかし、上記方法によっても、離型剤の一部が不融分とともに残ってしまうため、すべてを取り出すことが出来ない。そこで、前述の方法で取り出した、非晶性樹脂および結晶性ポリエステル量から、トナー中に含まれる非晶性樹脂および結晶性樹脂量を算出し、その量比に対して、取り出した離型剤を、3質量%、6質量%、9質量%、12質量%および15質量%加えた樹脂組成物をそれぞれ作製し、この樹脂組成物のDSCスペクトルを測定し、それぞれの2回目の昇温スペクトルのスペクトル強度から離型剤の添加量に対するスペクトル強度の検量線を作製する。実際のトナーのDSCスペクトルから得られた離型剤のスペクトル強度から、前記検量線を用いて離型剤の量が算出される。
本明細書に記載の数値は、上記の方法によって算出したものである。
尚、結晶性ポリエステルの融点は55℃以上120℃以下の範囲が望ましく、より好適には65℃以上80℃以下の範囲である。
次いで、本実施形態に係る画像形成装置の各構成をより具体的に説明する。
本実施形態の画像形成装置は、潜像形成工程、現像工程、転写工程、定着工程等を実施するための各手段(潜像形成手段、現像手段、転写手段、定着手段)を含むものであるが、これらの各手段は、各種類のトナー毎に別個に設けられてもよく、共通の1つないし2つ程度の手段を設けてもよい。各手段を共通して一本化するか各種類のトナー毎に各々別個に設けるかは、装置の小型化、画像形成速度の確保、画質等を考慮して選択することができる。
例えば、高速な画像形成を行う場合には、各種類のトナー(現像剤)に対応した画像形成ユニットを備えたいわゆるタンデム方式の画像形成装置とすることができ、小型の装置を実現したい場合には、各種類のトナー(現像剤)を現像するための現像器を1つの現像装置に備えたいわゆるロータリー現像方式を採用した画像形成装置とすることもできる。
本実施形態の画像形成装置に用いられる像保持体としては、特に制限はなく従来公知のものが問題なく採用され、単層構造のものであってもよいし、多層構造で機能分離型のものであってもよい。また、材質としては、セレン、アモルファスシリコン等の無機感光体であってもよいし、有機感光体であってもよい。
帯電手段としては、例えば、導電性または半導電性(本明細書において「導電性」とは体積抵抗率が10Ω・cm未満を、「半導電性」とは体積抵抗率が10Ω・cm以上1013Ω・cm以下を意味する)のローラー、ブラシ、フィルム、ゴムブレード等を用いた接触帯電装置、コロナ放電を利用したコロトロン帯電やスコロトロン帯電などの非接触型の帯電装置等、それ自体公知の手段を使用することができる。
潜像形成手段としては、半導体レーザーおよび走査装置の組み合わせ、光学系からなるレーザー、あるいは、LEDヘッドなど、従来公知の露光手段を使用することができる。解像度の高い露光像を作るという好ましい態様を実現させるためには、レーザーまたはLEDヘッドを使うことが好ましい。
画像信号形成装置としては、トナー像を記録媒体表面の所望の位置に形成し得る信号を形成できる限り、従来公知のいずれの手段を使うこともできる。
トナー像形成手段(現像装置)としては、前記感光体表面の静電潜像に、解像度の高いトナー像を形成できるといった機能を有する限り、一成分系、二成分系を問わず従来公知の現像装置を使用することができる。粒状性が良好な調子再現ができるという観点から、二成分系の現像装置が好ましい。
転写手段としては、例えば、電圧を印加した導電性または半導電性のローラー、ブラシ、フィルム、ゴムブレード等を用いて、感光体と記録媒体または中間転写体とで挟持される領域に電界を作り、帯電したトナー粒子を含有するトナー像を転写する手段、コロナ放電を利用したコロトロン帯電器やスコロトロン帯電器などで記録媒体または中間転写体の裏面をコロナ帯電して、帯電したトナー粒子を含有するトナー像を転写する手段など、従来公知の手段を使用することができる。
中間転写体としては、絶縁性(本明細書において「絶縁性」とは体積抵抗率が1013Ω・cmを超えるものを意味する)または半導電性のベルト材料、絶縁性または半導電性の表面を持つドラム形状のものを使うことができる。連続した画像形成の際に、安定的に転写性を維持し、装置を小型化できるという観点から、半導電性のベルト材料が好ましい。このベルト材料としては、カーボンファイバーなどの導電性のフィラーを分散した樹脂材料を含有するベルト材料が知られている。この樹脂としては、例えばポリイミド樹脂が好ましい。
2次転写において利用される2次転写装置としては、例えば、電圧を印加した導電性または半導電性のローラー、ブラシ、フィルム、ゴムブレード等を用いて、中間転写体と記録媒体とで挟持される領域に電界を作り、帯電したトナー粒子を有するトナー像を転写する手段、コロナ放電を利用したコロトロン帯電器やスコロトロン帯電器などで中間転写体の裏面をコロナ帯電して、帯電したトナー粒子を有するトナー像を転写する手段など、公知の手段を使うことができる。
本実施形態においては、前述の通り定着手段が、少なくとも加熱部材と加圧部材とを有し、該加熱部材が、前記加圧部材との接触領域において下側を形成する配置であると共に、記録媒体が定着された画像面を下向きにして排出される態様であることが好ましい。また、定着手段における加熱部材の定着の際の温度が190℃以上240℃以下であることが好ましい。
上記定着を行う場合に用いられる加熱部材および加圧部材としては特に限定されないが、いずれもがロール状部材である態様が好ましく、また一方の部材が無端ベルト状部材であり他方の部材がロール状部材である態様も用いることができる。また、加熱部材における加熱源は、ロール状部材の場合にはロール状部材内に内蔵し、無端ベルト状部材の場合には内周側に配置されていることが好ましい。また加熱部材が無端ベルト状部材である場合には、電磁誘導加熱方式による定着方式を採用することもできる。
図1は、本実施形態の画像形成装置の一例を示す概略構成図である。図1に示される画像形成装置はフルカラー画像を形成するロータリー現像方式を採用したものであり、大きく、カラートナー像を形成するためのカラートナー像形成装置(符号2〜16)と、このカラートナー像を記録媒体表面に定着する、加熱部材20および加圧部材30を有する定着装置とに分けられ、両者が搬送装置19および記録媒体反転手段40により連結されている。
カラートナー像形成装置では、まず、読み取り対象である原稿1に、照明2により光を照射し、反射した光をカラースキャナ3により読み取る。読み取られた信号は、画像処理装置(画像信号形成装置)4に送られ、イエローY、マゼンタM、シアンCおよびブラックKの各色に色分解されて、露光を制御する画像信号が、露光装置(潜像形成手段)である光学系6に送られる。
光学系6では、各色成分ごとにレーザーダイオード5が発光し、有機感光体(像保持体)8表面に、各色成分ごとの像様の光Xが照射される。一方、有機感光体8は、矢印A方向に回転しながら、まず、表面が帯電器7により帯電されたのち、既述の光学系6による露光が行われ、現像器(現像手段)9〜12による現像に供される。
例えば、イエローY色を例にとると、画像処理装置4によりイエローY色成分に色分解された光が、光学系6により有機感光体8表面に照射される。有機感光体8表面は予め帯電器7により帯電しており、光の照射を受けた部位が逆極に帯電して、潜像を形成する。そして、イエロー現像器9により、イエローY色のカラートナーで有機感光体8表面の潜像が現像される。さらに、有機感光体8が矢印A方向に回転して、中間転写ベルト(中間転写体)13表面に、転写コロトロン14の静電引力により転写される。転写後の有機感光体8は、矢印A方向への更なる回転により表面が帯電器7により帯電され、次色の画像形成に備える。
イエローY色に引き続き、マゼンタM、シアンCおよびブラックKの各色についても上記に記載の操作が行われ、マゼンタ現像器10、シアン現像器11およびブラック現像器12により順次潜像が現像され、中間転写ベルト13に積層される。中間転写ベルト13は、各色の転写時には、有機感光体8の回転に連れて矢印B方向に回転し、転写が終了すると逆方向に回転して元の位置に戻って、次の色が転写される時には、その前に転写されたカラートナー像の上に積層される。そして、全4色が積層されると、矢印B方向にそのまま回転し、転写ロール(2次転写装置)15,16に挟まれた転写領域に送られる。該転写領域には、画像を形成しようとする記録媒体である用紙17が、矢印C方向に、中間転写ベルト13と面で接触した状態で挿通され.転写ロール(転写手段)15,16の静電的な作用により、用紙(記録媒体)17表面に、積層されたカラートナー像が転写される。
カラートナー像が転写された用紙17は、搬送装置19によって矢印Cの方向に沿って、一対のロールを有する記録媒体反転手段40に搬送され、該一対のロールに用紙17が挟持される。一旦挟持された用紙17は、記録媒体反転手段40における一対のロールの回転が反転することにより矢印Dの方向に搬送され、トナー像が形成された面が反転した状態で定着装置に搬送される。上記記録媒体反転手段40における一対のロールとしては公知のロールを用いることができ、また図1には一対のロールを備えた記録媒体反転手段を示したが、その他公知の手段も使うことができる。
次に図1に示す定着装置(定着手段)の拡大図である図2を用いて、定着装置について説明する。定着装置は用紙17上のトナー像を、熱を利用して定着させるものであって、中空円筒状の加熱部材20と、加熱部材20に対向して配置された加圧部材30とを備える。
加熱部材20は、芯金24、および該芯金24表面にトナー像のオフセット現象を防ぐ為の表面樹脂チューブ層26により構成され、更に内部に加熱源22を備える。
芯金24を形成する材料としては、一般に剛性に優れた鉄、ステンレス、熱伝導性に優れたアルミニウム等が使用されるが、他の金属等を使用してもよい。
表面樹脂チューブ層26の樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)および四フッ化エチレン六フッ化プロピレン共重合体等が挙げられる。これらの中では、PFAが好ましい。尚、芯金24との密着性を向上させる為にチューブ内面にプライマー処理等を施すことができる。表面樹脂チューブ層26の厚さは5μm以上50μm以下の範囲であることが好ましく、より好ましくは10μm以上40μm以下である。
加熱源22としては、例えばコルツランプ、セラミックヒーター等が挙げられ、温度センサーにより検知された加熱部材20の外周表面温度に基づき加熱状態を制御する電気回路に接続された加熱源22が用いられる。上記温度センサーは、例えば熱電対、サーミスタ等の感熱抵抗素子が挙げられる。尚、加熱部材20の表面温度(定着の際の温度)は、前述の通り190℃以上240℃以下に制御することが好ましい。
加圧部材30は、例えば金属製のコアロールをシリコーンゴム等で被覆したものにより形成される。加熱部材20との接触領域を用紙17が通過し得るように配置されている。
図2に示すごとく、本実施形態に係る加熱部材20および加圧部材30は、接触領域に引いた接線と水平面とがなす加熱部材20側の角度(α)が−90°≦α≦+90°の範囲内となるよう配置されており、即ち加熱部材20が加圧部材30との接触領域において下側を形成する配置となっている。また、図1に示すごとく、用紙17は記録媒体反転手段40によってトナー像が形成された面が反転した状態で定着装置における接触領域に挿入され、定着された画像面が下向きの状態で定着装置から排出される態様となっている。
積層されたカラートナー像が転写された用紙17は、上記のようにして定着装置における加熱部材20と加圧部材30とが形成する接触領域に挿入され、加熱加圧されることによってトナー像が定着され、用紙17上に画像が形成される。
次に、本実施形態に用いられるトナー、現像剤について説明する。
(トナー)
本実施形態に係るトナーにおいては、前述の通り、少なくとも結晶性ポリエステルを含むと共に、下記〔条件1〕および〔条件2〕を満たすトナーを用いることを要件とする。
〔条件1〕
前記結晶性ポリエステルは、酸成分としてHOOC−(CH−COOHおよびHOOC−(CH10−COOHから選ばれる少なくとも1種と、アルコール成分としてHO−(CH−OHおよびHO−(CH−OHから選ばれる少なくとも1種と、を用いて反応させたポリエステル樹脂であり、且つ示差走査熱量測定による融点が67℃以上75℃以下である。
〔条件2〕
前記トナーは、結着樹脂として前記結晶性ポリエステルを3質量%以上9質量%以下含有する。
また、トナー中におけるジルコニウム元素の含有量を0.001質量%以上1.0質量%以下に制御することが好ましい。また結晶性ポリエステルの融点をTc(℃)、前記離型剤の融点をTw(℃)とした場合に、下記式(3)を満たし、且つ前記トナー中における結晶性ポリエステルの含有量をAc、離型剤の含有量をAwとした場合に、下記式(4)を満たすことが好ましい。
式(3) Tc−10≦Tw≦Tc+30
式(4) Aw×0.5≦Ac≦Aw×1.2
−結着樹脂−
本実施形態において、結晶性樹脂とは、示差走査熱量測定(DSC)において、階段状の吸熱量変化ではなく、明確な吸熱ピークを有する樹脂を指す。また、吸熱ピークは、トナーとしたときに、40℃以上50℃以下の幅を有するピークを示す場合がある。前記結晶性ポリエステルに関しては、結晶性ポリエステル主鎖に対して他成分を共重合したポリマーの場合、他成分が5質量%以下であれば、この共重合体も結晶性ポリエステルと呼ぶ。
以下、結晶性樹脂として結晶性ポリエステルを例に挙げて説明する。尚、前述の通り、本実施形態においては前記〔条件1〕を満たす結晶性ポリエステルを用いることを要件とする。
結晶性ポリエステルは、酸(ジカルボン酸)成分とアルコール(ジオール)成分とから合成される特定のポリエステルである。以降の説明においては、ポリエステルの合成前には酸成分であった構成部位を「酸由来構成成分」と、ポリエステルの合成前にはアルコール成分であった構成部位を「アルコール由来構成成分」と、それぞれ表現する。尚、結晶性ポリエステルの場合はエステル交換反応により樹脂を合成することができるが、このとき用いる酸エステルも「酸由来構成成分」とする。
(1)酸由来構成成分
前記〔条件1〕に示す通り、前記酸由来構成成分となるための酸成分としてHOOC−(CH−COOHおよびHOOC−(CH10−COOHから選ばれる少なくとも1種が用いられる。尚、これらの成分は、上記結晶性ポリエステルの反応に用いられる全酸成分の内、少なくとも50モル%以上用いることが好ましく、更には80モル%以上用いることがより好ましい。
また、併用される酸成分としては種々のジカルボン酸が挙げられるが、ポリエステルにおける主たる酸由来構成成分としては、脂肪族ジカルボン酸および芳香族ジカルボン酸が望ましく、特に脂肪族ジカルボン酸は直鎖型のカルボン酸が望ましい。
脂肪族ジカルボン酸としては、例えば、蓚酸、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、アゼリン酸、1,9−ノナンジカルボン酸、1,11−ウンデカンジカルボン酸、1,12−ドデカンジカルボン酸、1,13−トリデカンジカルボン酸、1,14−テトラデカンジカルボン酸、1,16−ヘキサデカンジカルボン酸、1,18−オクタデカンジカルボン酸、3,3’−チオジプロピオン酸など、或いはその低級アルキルエステルや酸無水物が挙げられるが、この限りではない。
本実施形態では、芳香族ジカルボン酸を共重合してもよい。例えば、テレフタル酸、イソフタル酸、オルトフタル酸、t−ブチルイソフタル酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸、4,4’−ビフェニルジカルボン酸等が挙げられ、中でもテレフタル酸、イソフタル酸、t−ブチルイソフタル酸、および、これらのアルキルエステル類が、入手容易性、易乳化性のポリマーを形成しやすい等の点で好ましい。共重合量としては10モル%以下が好ましい。
なお、本明細書において「構成モル%」とは、ポリエステルにおける酸由来構成成分全体中の当該酸由来構成成分、または、後述するアルコール由来構成成分全体中の当該アルコール構成成分を、各1単位(モル)としたときの百分率を指す。
前記酸由来構成成分としては、前述の脂肪族ジカルボン酸(主成分)由来構成成分や芳香族ジカルボン酸(共重合成分)由来構成成分のほか、2重結合を持つジカルボン酸由来構成成分、スルホン酸基を有するジカルボン酸由来構成成分等の構成成分が含まれていてもよい。
2重結合を持つジカルボン酸由来構成成分には、2重結合を持つジカルボン酸に由来する構成成分のほか、2重結合を持つジカルボン酸の低級アルキルエステルまたは酸無水物等に由来する構成成分も含まれる。また、前記スルホン酸基を持つジカルボン酸由来構成成分には、スルホン酸基を有するジカルボン酸に由来する構成成分のほか、スルホン酸基を有するジカルボン酸の低級アルキルエステルまたは酸無水物等に由来する構成成分も含まれる。
2重結合を持つジカルボン酸は、その2重結合を利用して樹脂全体を架橋させ得る点で、定着時のホットオフセットを防ぐために好適に用いることができる。このジカルボン酸としては、例えば、フマル酸、マレイン酸、3−ヘキセンジオイック酸、3−オクテンジオイック酸等が挙げられるが、これらに限定されない。また、これらの低級アルキルエステル、酸無水物等も挙げられる。これらの中でも、コストの点で、フマル酸、マレイン酸等が好ましい。
これらの2重結合を持つジカルボン酸由来構成成分の、全酸由来構成成分における含有量としては、10構成モル%以下が好ましい。
スルホン酸基を有するジカルボン酸は、顔料等の色材の分散を良好にできる点で有効である。また、樹脂全体を水に乳化或いは懸濁して、粒子を作製する際に、スルホン酸基があれば、後述するように、界面活性剤を使用しないで乳化或いは懸濁が可能である。このスルホン酸基を持つジカルボン酸としては、例えば、2−スルホテレフタル酸ナトリウム塩、5−スルホイソフタル酸ナトリウム塩、スルホコハク酸ナトリウム塩等が挙げられるが、これらに限定されない。また、これらの低級アルキルエステル、酸無水物等も挙げられる。これらの中では、コストの点で、5−スルホイソフタル酸ナトリウム塩等が好ましい。
上記スルホン酸基を有するジカルボン酸由来構成成分がポリマー中に含まれる場合には、全酸由来構成成分における該スルホン酸基を有するジカルボン酸由来構成成分含有量としては、5構成モル%以下であることが望ましい。また、上記含有量は3構成モル%以下の範囲で使用することがより望ましい。必ずしも共重合成分として使用する必要はないが、樹脂の乳化を助けるために、使用してもよい。
(2)アルコール由来構成成分
前記〔条件1〕に示す通り、前記アルコール由来構成成分となるためのアルコール成分としてHO−(CH−OHおよびHO−(CH−OHから選ばれる少なくとも1種が用いられる。尚、これらの成分は、上記結晶性ポリエステル中の反応に用いられる全アルコール成分の内、少なくとも50モル%以上用いることが好ましく、更には80モル%以上用いることがより好ましい。
また、併用されるアルコール成分としては脂肪族ジオールが好ましく、鎖炭素数が6以上20以下の範囲である直鎖型脂肪族ジオールがより好ましい。前記鎖炭素数としては、14以下であることがより好ましい。
また、芳香族ジカルボン酸と縮重合させてポリエステルを得る場合、前記鎖炭素数としては、奇数であるのが好ましい。
上記脂肪族ジオールとしては、具体的には、例えば、エチレングリコール、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,7−ヘプタンジオール、1,8−オクタンジオール、1,10−デカンジオール、1,11−ウンデカンジオール、1,12−ドデカンジオール、1,13−トリデカンジオール、1,14−テトラデカンジオール、1,18−オクタデカンジオール、1,20−エイコサンジオールなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。これらのうち、入手容易性を考慮するとエチレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,10−デカンジオールが好ましい。
前記必要に応じて含まれるその他の成分としては、2重結合を持つジオール由来構成成分、スルホン酸基を有するジオール由来構成成分等の構成成分である。2重結合を持つジオールとしては、2−ブテン−1,4−ジオール、3−ブテン−1,6−ジオール、4−ブテン−1,8−ジオール等が挙げられる。
これらの2重結合を持つジオール由来構成成分の、全酸由来構成成分における含有量としては、20構成モル%以下が好ましく、2構成モル%以上10構成モル%以下がより好ましい。
前記スルホン酸基を持つジオールとしては、1,4−ジヒドロキシ−2−スルホン酸ベンゼンナトリウム塩、1,3−ジヒドロキシメチル−5−スルホン酸ベンゼンナトリウム塩、2−スルホ−1,4−ブタンジオールナトリウム塩等が挙げられる。
これらの、スルホン酸基を有するジオール由来構成成分の、全酸由来構成成分における含有量としては、5構成モル%以下が好ましく、最低必要量だけあればよい。必要なければ、共重合成分として使用する必要はないが、樹脂の乳化を助けるために、必要最低限の量を使用してもよい。使用量については、特に前述のスルホン酸基を有するジカルボン酸成分とあわせ、量を最低限に調整する必要がある。
これらの脂肪族ジオール由来構成成分以外のアルコール由来構成成分を加える場合(2重結合を持つジオール由来構成成分およびスルホン酸基を有するジオール由来構成成分など)、これらのアルコール由来構成成分における含有量としては、0構成モル%以上10構成モル%以下の範囲が好ましい。
前記結晶性ポリエステルは、前記の各モノマー成分の中から自由に組合せて、例えば、重縮合(化学同人)、高分子実験学(重縮合と重付加:共立出版)やポリエステルハンドブック(日刊工業新聞社編)等に記載の従来公知の方法を用いて合成することができ、エステル交換法や直接重縮合法等を単独で、または、組み合せて用いることができる。
前記結晶性ポリエステルの分子量としては、重量平均分子量Mwで1000以上200000以下の範囲、数平均分子量Mnで500以上100000以下の範囲であることが好ましい。結晶性ポリエステルのMwは5000以上100000以下であることがより望ましい。
前記結晶性ポリエステルの融点は、67℃以上75℃以下の範囲であることを要する。尚、後述の離型剤の融点との関係において前記式(3)を満たすよう制御することが好ましい。
トナー中の上記結晶性ポリエステルの含有量は、3質量%以上9質量%以下の範囲であることを要し、更には4質量%以上7.5質量%以下の範囲がより好ましい。尚、後述の離型剤の含有量との関係において前記式(4)を満たすよう制御することが好ましい。
本実施形態のトナーでは、結着樹脂中に非晶性樹脂を含むことが望ましい。非晶性樹脂としては、特に制限は無いが、ガラス転移温度が40℃以上75℃以下の範囲にあることが好ましい。なお、本実施形態において、非晶性樹脂とは、示差走査熱量測定(DSC)において、階段状の吸熱量変化を有する樹脂のことを指す。
非晶性樹脂としては、従来のトナー用非結晶性樹脂がそのまま適用できる。例えばポリスチレンやスチレンブタジエン系ポリマー、スチレンアクリル系ポリマー、ポリエステル等が挙げられるが、その限りではない。これら非晶性樹脂は、ウレタン、ウレア、エポキシ等の変性を行ってもよい。ただし、本実施形態においては前述の結晶性ポリエステルを用いるため、加熱時にこれと相溶することを考慮すると、非晶性樹脂も非晶性ポリエステルであることが望ましい。
非晶性ポリエステルに用いるモノマーとしては、例えば、「高分子データハンドブック:基礎編」(高分子学会編:培風館)に記載されているモノマー成分である、従来公知の2価または3価以上のカルボン酸と、2価または3価以上のアルコールとが挙げられる。
これらのモノマー成分の具体例としては、2価のカルボン酸としては、例えば、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、スペリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、ナフタレン−2,6−ジカルボン酸、ナフタレン−2,7−ジカルボン酸、シクロヘキサンジカルボン酸、マロン酸、メサコニン酸、ドデセニルコハク酸、等の二塩基酸、およびこれらの無水物やこれらの低級アルキルエステル、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、シトラコン酸等の脂肪族不飽和ジカルボン酸などが挙げられる。3価以上のカルボン酸としては、例えば、1,2,4−ベンゼントリカルボン酸、1,2,5−ベンゼントリカルボン酸、1,2,4−ナフタレントリカルボン酸等、およびこれらの無水物やこれらの低級アルキルエステルなどが挙げられる。これらは1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
2価のアルコールとしては、例えば、ビスフェノールA、水素添加ビスフェノールA、ビスフェノールAのエチレンオキシドおよび/またはプロピレンオキシド付加物、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、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、1,3−ブタンジオール、1,4−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、1,9−ノナンジオール、ネオペンチルグリコールなどが挙げられる。
3価以上のアルコールとしては、例えば、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などが挙げられる。これらは1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。なお、必要に応じて、酸価や水酸基価の調整等の目的で、酢酸、安息香酸等の1価の酸や、シクロヘキサノール、ベンジルアルコール等の1価のアルコールも使用することができる。
前記非晶性ポリエステルも、前記結晶性ポリエステルにおける方法により、例えば、重縮合やエステル交換法や直接重縮合法等を、単独で、または、組み合せて用いることにより得ることができる。
非晶性ポリエステルの重量平均分子量は、10000以上40000以下の範囲であることが望ましく、20000以上30000以下の範囲であることがより望ましい。
本実施形態においては、前記結着樹脂における上記結晶性ポリエステルの含有量Aと、非晶性ポリエステルの含有量Bとの質量比(A/B)が、10/90〜30/70の範囲であることが望ましい。両樹脂の比が上記範囲にあることにより、低温定着性を維持しつつ、前記特定の結晶性ポリエステルを用いた場合のトナー画像強度の向上効果を有効に発揮させることができる。前記質量比は15/85〜20/80の範囲とすることがより好適である。
−ジルコニウム元素−
トナー中におけるジルコニウム元素の含有量を0.001質量%以上1.0質量%以下に制御することが好ましい。尚、トナー中に添加するジルコニウム化合物としては、例えば、ジルコニア粉末等が挙げられ、中でも粒径300nm以下のジルコニア粉末が特に好ましい。
−離型剤−
前記離型剤は、一般に離型性を向上させる目的で使用される。
前記離型剤の具体例としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン等の低分子量ポリオレフィン類;加熱により軟化温度を有するシリコーン類;オレイン酸アミド、エルカ酸アミド、リシノール酸アミド、ステアリン酸アミド等の脂肪酸アミド類;カルナウバワックス、ライスワックス、キャンデリラワックス、木ロウ、ホホバ油等の植物系ワックス;ミツロウ等の動物系ワックス;モンタンワックス、オゾケライト、セレシン、パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、フィッシャートロプシュワックス等の鉱物・石油系ワックス;脂肪酸エステル、モンタン酸エステル、カルボン酸エステル等のエステル系ワックスなどが挙げられる。これらの離型剤は1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
これらの離型剤の添加量としては、トナー粒子の全量に対して、0.5質量%以上50質量%以下であることが好ましく、より好ましくは1質量%以上30質量%以下、更に好ましくは5質量%以上15質量%以下である。
尚、前述の結晶性ポリエステルの融点との関係において前記式(3)を満たすよう離型剤の種類を選択することが好ましい。また、結晶性ポリエステルの含有量との関係において前記式(4)を満たすよう添加量を制御することが好ましい。
−その他の成分−
本実施形態におけるトナーには、上記の他に着色剤等のその他の成分が用いられる。
着色剤としては、特に制限はなく、公知の着色剤が挙げられ、目的に応じて選択することができる。着色剤を1種単独で用いてもよいし、同系統の着色剤を2種以上混合して用いてもよい。また異系統の着色剤を2種以上混合して用いてもよい。さらに、これらの着色剤を表面処理して用いてもよい。
前記着色剤としては、各色の顔料および染料が用いられ、具体例としては以下に示すものを挙げることができる。
黒色顔料としては、カーボンブラック、酸化銅、二酸化マンガン、アニリンブラック、活性炭、非磁性フェライト、マグネタイト等を挙げることができる。黄色顔料としては、黄鉛、亜鉛黄、黄色酸化鉄、カドミウムイエロー、クロムイエロー、ハンザイエロー、ハンザイエロー10G、ベンジジンイエローG、ベンジジンイエローGR、スレンイエロー、キノリンイエロー、パーマネントイエローNCG等を挙げることができる。
橙色顔料としては、赤口黄鉛、モリブデンオレンジ、パーマネントオレンジGTR、ピラゾロンオレンジ、バルカンオレンジ、ベンジジンオレンジG、インダスレンブリリアントオレンジRK、インダスレンブリリアントオレンジGK等を挙げることができる。赤色顔料としては、ベンガラ、カドミウムレッド、鉛丹、硫化水銀、ウォッチングレッド、パーマネントレッド4R、リソールレッド、ブリリアントカーミン3B、ブリリアントカーミン6B、ピラゾロンレッド、ローダミンレーキB、レーキレッドC 、ローズベンガル、エオシンレッド、アリザリンレーキ等を挙げることができる。
青色顔料としては、紺青、コバルトブルー、アルカリブルーレーキ、ビクトリアブルーレーキ、ファストスカイブルー、インダスレンブルーBC、ウルトラマリンブルー、フタロシアニンブルー、フタロシアニングリーンなどを挙げることができる。紫色顔料としては、マンガン紫、ファストバイオレットB 、メチルバイオレットレーキ等を挙げることができる。
緑色顔料としては、酸化クロム、クロムグリーン、ピグメントグリーンB、マラカイトグリーンレーキ、ファナルイエローグリーンG 等を挙げることができる。白色顔料としては、亜鉛華、酸化チタン、アンチモン白、硫化亜鉛等をあげることができる。体質顔料としては、バライト粉、炭酸バリウム、クレー、シリカ、ホワイトカーボン、タルク、アルミナホワイト等を挙げることができる。
また、染料としては、塩基性、酸性、分散、直接染料等の各種染料、例えば、ニグロシン、メチレンブルー、ローズベンガル、キノリンイエロー等を挙げることができる。
本実施形態に用いられる着色剤は、色相角、彩度、明度、耐候性、耐光性、OHP透過性、トナー中での分散性の観点から選択される。着色剤は、定着時の発色性を確保するために、トナーの固体分総質量に対して、4質量%以上15質量%以下の範囲で添加することが好ましく、4質量%以上10質量%以下の範囲で添加することがより好ましい。但し、黒色着色剤として磁性体を用いる場合は、12質量%以上48質量%以下の範囲内で添加することが好ましく、15質量%以上40質量%以下の範囲で添加することがより好ましい。
なお、前記着色剤の種類を選択することにより、イエロートナー、マゼンタトナー、シアントナー、ブラックトナー等の各色トナーが得られる。
本実施形態に用いられ得るその他の成分としては、特に制限はなく、目的に応じて選択でき、例えば、無機粒子、有機粒子、帯電制御剤、金属元素等の公知の各種添加剤等が挙げられる。
上記無機粒子は、一般にトナーの流動性を向上させる目的で使用される。該無機粒子としては、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、ケイ砂、クレー、雲母、ケイ灰石、ケイソウ土、塩化セリウム、ベンガラ、酸化クロム、酸化セリウム、三酸化アンチモン、酸化マグネシウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素等の粒子が挙げられる。これらの中でも、シリカ粒子が好ましく、疎水化処理されたシリカ粒子が特に好ましい。
無機粒子の平均1次粒子径(数平均粒子径)としては、1nm以上1000nm以下の範囲が好ましく、その添加量(外添)としては、トナー100質量部に対して、0.01質量部以上20質量部以下の範囲が好ましい。
前記有機粒子は、一般にクリーニング性や転写性、帯電性を向上させる目的で使用される。前記有機粒子としては、例えば、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリフッ化ビニリデン、ポリスチレン−アクリル共重合体等の粒子が挙げられる。
前記帯電制御剤は、一般に帯電性を向上させる目的で使用される。帯電制御剤としては、例えば、サリチル酸金属塩、含金属アゾ化合物、ニグロシンや4級アンモニウム塩等が挙げられる。
凝集剤の添加に起因するが、本実施形態におけるトナーにおいては、アルミ、亜鉛、カルシウムから選ばれる少なくとも1種以上の金属元素を、元素組成比換算で0.003質量%以上0.15質量%以下含んでいることが好ましい。中でも、架橋密度の観点から、アルミ元素であることが好ましい。
尚、上記金属元素の含有量は、蛍光X線装置による、全元素分析から求められる。試料は、トナー6gを加圧成型器で荷重10t、加圧時間1分間で加圧成型し、島津製作所の蛍光X線(XRF−1500)を使用し、測定条件は管電圧40kV、管電流90mA、測定時間30分で測定することにより、元素組成比から求めることができる。本明細書に記載の数値は、上記方法により測定した値である。
−トナーの構造、特性−
本実施形態において、トナーはその表面が表面層によって覆われていることが好適である。表面層の膜厚は薄いことが望ましく、樹脂被覆層を用いた場合、具体的には、0.05μm以上0.5μm以下の範囲内であることが好ましい。また、粒子被覆層の場合、粒子径は0.5μm以下のものが望ましい。
層厚が上記範囲の薄い表面層を形成するためには、結着樹脂、その粒子、着色剤の他、添加することができる無機粒子、その他の材料を含むトナー粒子の表面に、ラテックスを付着または吸着させ、粒子を平滑化して被覆層を形成することが好適である。
また、樹脂の原料モノマーを吸着させてグラフト重合しながら樹脂被覆する、あるいは界面重合する、あるいは化学的に処理する方法でもよいが、トナーを作製する工程を簡略化できる方法が良い。
本実施形態におけるトナーの体積平均粒径は4μm以上9μm以下の範囲であることが望ましく、より望ましくは4.5μm以上8.5μm以下の範囲であり、さらに望ましくは5μm以上8μm以下の範囲である。
なお、上記体積平均粒子径の測定は、コールターマルチサイザーII(ベックマン−コールター社製)を用いて、50μmのアパーチャー径で行うことができる。この際、測定はトナーを電解質水溶液(アイソトン水溶液)に分散させ、超音波により30秒以上分散させた後に行った。
また、本実施形態におけるトナーは、形状係数SF1が110以上140以下の範囲の球状形状であることが好ましい。形状がこの範囲の球状であることにより、転写効率、画像の緻密性が向上し、高画質な画像形成を行うことができる。上記形状係数SF1は115以上138以下の範囲であることがより好ましい。
ここで上記形状係数SF1は、下記式(5)により求められる。
SF1=(ML/A)×(π/4)×100 ・・・ 式(5)
上記式(5)中、MLはトナー粒子の絶対最大長、Aはトナー粒子の投影面積を各々示す。前記SF1は、主に顕微鏡画像または走査型電子顕微鏡(SEM)画像を画像解析装置を用いて解析することによって数値化され、例えば、以下のようにして算出することができる。すなわち、スライドガラス表面に散布したトナー粒子の光学顕微鏡像をビデオカメラを通じてルーゼックス画像解析装置に取り込み、100個の粒子の最大長と投影面積を求め、上記式(5)によって計算し、その平均値を求めることにより得られる。
−トナーの製造−
次に、前記トナーの製造方法について説明する。
トナーの製造方法としては、形状制御および樹脂被覆層形成が容易な凝集合一法が好ましい。凝集合一法とは、樹脂粒子を分散した樹脂粒子分散液、着色剤粒子を分散した着色剤粒子分散液、および分散した離型剤粒子分散液を混合する混合工程と、前記樹脂粒子、前記着色剤粒子、および前記離型剤粒子の凝集粒子分散液を形成する凝集工程と、前記樹脂粒子のガラス転移温度以上(あるいは結晶性ポリエステルの融点以上)の温度に加熱して融合・合一する融合・合一工程と、を有する製法である。
具体的には、一般に乳化重合法、転相乳化法などにより樹脂粒子分散液を調製し、イオン性界面活性剤、着色剤粒子分散液および離型剤粒子分散液とを混合し、イオン性界面活性剤とは反対の極性を有する凝集剤によりヘテロ凝集を生じさせることによりトナー径の凝集粒子を形成し、その後、樹脂粒子のガラス転移温度以上の温度に加熱して前記凝集粒子を融合・合一し、洗浄、乾燥してトナーを得る。
特に、非晶性樹脂としてビニル系樹脂を用いる場合には、ビニル系単量体をイオン性界面活性剤などを用いて乳化重合を実施して樹脂粒子分散液を作製することができる。また、その他の樹脂の場合は、油性で水への溶解度の比較的低い溶剤に溶解するものであれば樹脂をそれらの溶剤に解かし、水中にイオン性の界面活性剤や高分子電解質とともにホモジナイザーなどの分散機で水中に粒子として分散させ、その後加熱または減圧して溶剤を蒸散することにより、樹脂粒子分散液を作製することができる。
あるいは、高温中で溶剤に溶融した樹脂に徐々に水を滴下し、W/OエマルションからO/Wエマルションへ転相させることで水中に樹脂を粒子として分散させ、その後加熱または減圧して溶剤を蒸散することにより、樹脂粒子分散液を作成することができる。
前記樹脂粒子分散液の分散に用いる分散機として、例えば、ホモジナイザー、ホモミキサー、加圧ニーダー、エクストルーダー、メディア分散機等が挙げられる。
樹脂粒子の大きさとしては、その平均粒子径(体積平均粒径)で0.01μm以上1.0μm以下の範囲が望ましく、0.03μm以上0.6μm以下がより望ましく、0.03μm以上0.4μm以下がさらに望ましい。なお、樹脂粒子の体積平均粒径は、レーザー回析式粒度分布測定装置(堀場製作所製、LA−700)で測定される。
着色剤は公知の方法で分散されるが、例えば、回転せん断型ホモジナイザー、ボールミル、サンドミル、アトライター、コボールミル等のメディア式分散機、三本ロールミル等のロールミル、ナノマイザー等のキャビテーションミル、コロイドミル、高圧対向衝突式の分散機等が好ましく用いられる。
着色剤粒子の中心径(メジアン径)は100nm以上330nm以下の範囲内が好ましく、100nm以上280nm以下の範囲内であることがより好ましい。
離型剤に関しては、例えば水中にイオン性界面活性剤、高分子酸や高分子塩基などの高分子電解質とともに分散し、融解温度以上に加熱しながら、ホモジナイザーや圧力吐出型分散機を用いて強い剪断を付与して粒子化し、1μm以下の離型剤粒子の分散液を作製することができる。離型剤分散液に用いる界面活性剤の濃度は、離型剤に対し、4質量%以下であることが好ましい。
離型剤は、例えば、体積平均粒径が150nm以上300nm以下の範囲の粒子としてトナー中に分散させ、5質量%以上25質量%以下の範囲で含有させることにより、オイルレス定着方法における定着画像の剥離性を向上できる。より好ましい範囲は、体積平均粒径は180nm以上280nm以下である。
ジルコニウム元素は、直接凝集工程において添加することもできるが、ジルコニウム元素分散液を作製してから凝集工程へ添加することが好ましい。ジルコニウム元素分散液を作製する方法としては、ナノマイザー等のキャビテーションミル、アルティマイザーなどの高圧対向衝突式の分散機等が用いられる。尚、ジルコニウム元素の中心径は、20nm以上500nm以下の範囲が好ましく、30nm以上300nm以下がより好ましい。
前記樹脂粒子の乳化重合、着色剤の分散、離型剤の分散、それらの凝集、その安定化などの目的で用いる界面活性剤を例示すると、硫酸エステル塩系、スルホン酸塩系、リン酸エステル系、せっけん系等のアニオン性界面活性剤、およびアミン塩型、4級アンモニウム塩型等のカチオン性界面活性剤を使用することができる。また、ポリエチレングリコール系、アルキルフェノールエチレンオキサイド付加物系、多価アルコール系等の非イオン性界面活性剤を併用することも効果的である。これらの分散手段としては、回転剪断型ホモジナイザーやメディアを有するボールミル、サンドミル、ダイノミルなどの一般的なものを使用できる。
また、極性樹脂粒子で被覆した着色剤粒子を用いる場合、樹脂と着色剤を溶剤(水、界面活性剤、アルコールなど)中に溶解分散した後、上記の適当な分散剤(活性剤を含む)と共に水中に分散させ、加熱、減圧して溶剤を除去して得る方法や、乳化重合により作成された樹脂粒子表面に機械的な剪断力、または電気的な吸着力で着色剤粒子を固定化する方法などを採用することができる。
前記凝集工程においては、まず、例えば得られた結晶性ポリエステル粒子の分散液、非晶性ポリエステル粒子の分散液、着色剤分散液、離型剤分散液およびジルコニウム元素分散液等を混合して混合液とし、非晶性ポリエステルのガラス転移温度以下の温度で加熱して凝集させ、凝集粒子を形成する。凝集粒子の形成は、攪拌下、混合液のpHを酸性にすることによってなされる。pHとしては、2以上7以下の範囲が望ましく、2.2以上6以下の範囲がより望ましく、2.4以上5以下の範囲がさらに望ましい。この際、凝集剤を使用することも有効である。これらを攪拌混合しながら加熱凝集させる。
用いられる凝集剤は、前記分散剤に用いる界面活性剤と逆極性の界面活性剤、無機金属塩の他、2価以上の金属錯体を好適に用いることができる。特に、金属錯体を用いた場合には界面活性剤の使用量を低減でき、帯電特性が向上するため特に望ましい。
前記無機金属塩としては、例えば、塩化カルシウム、硝酸カルシウム、塩化バリウム、塩化マグネシウム、塩化亜鉛、塩化アルミニウム、硫酸アルミニウムなどの金属塩、および、ポリ塩化アルミニウム、ポリ水酸化アルミニウム、多硫化カルシウム等の無機金属塩重合体などが挙げられる。その中でも特に、アルミニウム塩およびその重合体が好適である。よりシャープな粒度分布を得るためには、無機金属塩の価数が1価より2価、2価より3価、3価より4価の方が、より適している。
なお、トナー粒子を作製する場合には、まず凝集系に樹脂粒子分散液のみを投入し、樹脂粒子同士のみの凝集を行った後に、着色剤や離型剤の分散液を投入することが望ましい。これにより、離型剤粒子等の存在による樹脂粒子の凝集の阻害を避けることができ、前述の望ましいトナー粒子構造を効率的に得ることができる。
さらに、前記凝集粒子が所望の粒径になったところで、非晶性ポリエステル粒子を追添加することで、コア凝集粒子の表面を非晶性ポリエステルで被覆した構成のトナーを作製してもよい。追添加する場合、追添加前に凝集剤を添加したり、pH調整を行ってもよい。
前記融合・合一工程においては、前記凝集工程に準じた攪拌条件下で、凝集粒子の懸濁液のpHを3以上9以下の範囲に上昇させることにより凝集の進行を止め、前記結晶性ポリエステルの融解温度以上の温度で加熱を行うことにより凝集粒子を融合させる。また、前記非晶性ポリエステルで被覆した場合には、該非晶性ポリエステルも融合しコア凝集粒子を被覆する。前記加熱の時間としては、融合がされる程度行えばよく、0.5時間以上10時間以下行えばよい
上記融合・合一の終了後、任意の洗浄工程、固液分離工程、乾燥工程を経て所望のトナーを得ることができるが、洗浄工程は、帯電性を発現・維持するため、イオン交換水による置換洗浄を施すことが好ましい。また、固液分離工程は、特に制限はないが、生産性の点から吸引濾過、加圧濾過、遠心濾過、デカンター等が好ましく用いられる。さらに乾燥工程も特に制限はないが、生産性の点から通気乾燥装置、噴霧乾燥装置、回転乾燥装置、気流乾燥装置、流動層乾燥装置、伝熱加熱型乾燥装置、凍結乾燥装置などが好ましく用いられる。
さらに、流動性付与やクリーニング性向上の目的で、炭酸カルシウムなどの金属塩、シリカ、アルミナ、チタニア、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウム、酸化セリウム、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム、などの金属酸化物化合物、セラミック、カーボンブラック等、などの無機粒子や、ビニル樹脂、ポリエステル、シリコーンなどの樹脂粒子を乾燥状態で剪断力をかけてトナー表面に添加することができる。
これらの無機粒子は、導電性、帯電性等を制御するためにカップリング剤等で表面処理することが好ましく、カップリング剤としては具体的には、メチルトリクロロシラン、メチルジクロロシラン、ジメチルジクロロシラン、トリメチルクロロシラン、フェニルトリクロロシラン、ジフェニルジクロロシラン、テトラメトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、テトラエトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、イソブチルトリメトキシシラン、デシルトリメトキシシラン、ヘキサメチルシラザン、N,N−(ビストリメチルシリル)アセトアミド、N,N−ビス(トリメチルシリル)ウレア、tert−ブチルジメチルクロロシラン、ビニルトリクロロシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、β−(3.4エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプリピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプリピルメチルジエトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ−クロロプロピルトリメトキシシラン、等のシランカップリング剤やチタンカップリング剤等を挙げることができる。
粒子の添加方法としては、トナーの乾燥後、Vブレンダー、ヘンシエルミキサー等の混合機を用いて乾式でトナー表面に付着させてもよいし、粒子を水または水/アルコールのごとき水系の液体に分散させた後、スラリー状態のトナーに添加し乾燥させトナー表面に外添剤を付着させてもよい。また、乾燥粉体にスラリーをスプレーしながら乾燥してもよい。
(現像剤)
次に、本実施形態における現像剤について説明する。
現像剤は、前記本実施形態におけるトナーを含有する以外は特に制限はなく、目的に応じて成分組成をとることができる。本実施形態における現像剤は、前記トナーを単独で用いると一成分系の現像剤となり、また、トナーとキャリアとを組み合わせて用いると二成分系の現像剤となる。
キャリアとしては、特に制限はなく、それ自体公知のキャリアが挙げられ、例えば、特開昭62−39879号公報、特開昭56−11461号公報等に記載された樹脂被覆キャリア等の公知のキャリアが挙げられる。
キャリアの具体例としては、以下の樹脂被覆キャリアが挙げられる。該キャリアの核体粒子としては、通常の鉄粉、フェライト、マグネタイト造型物などが挙げられ、その体積平均粒径は、30μm以上200μm以下程度の範囲である。
上記樹脂被覆キャリアの被覆樹脂としては、例えば、スチレン、パラクロロスチレン、α−メチルスチレン等のスチレン類;アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸n−プロピル、アクリル酸ラウリル、アクリル酸2−エチルヘキシル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸n−プロピル、メタクリル酸ラウリル、メタクリル酸2−エチルヘキシル等のα−メチレン脂肪酸モノカルボン酸類;ジメチルアミノエチルメタクリレート等の含窒素アクリル類;アクリロニトリル、メタクリロニトリル等のビニルニトリル類;2−ビニルピリジン、4−ビニルピリジン等のビニルピリジン類;ビニルメチルエーテル、ビニルイソブチルエーテル等のビニルエーテル類;ビニルメチルケトン、ビニルエチルケトン、ビニルイソプロぺニルケトン等のビニルケトン類;エチレン、プロピレン等のオレフィン類;弗化ビニリデン、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロエチレン等のビニル系フッ素含有モノマー;などの単独重合体、または2種類以上のモノマーからなる共重合体、さらに、メチルシリコーン、メチルフェニルシリコーン等を含むシリコーン樹脂類、ビスフェノール、グリコール等を含有するポリエステル類、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、セルロース樹脂、ポリエーテル樹脂、ポリカーボネート樹脂等が挙げられる。これらの樹脂は、1種単独で用いてもよいし、あるいは2種以上併用してもよい。被覆樹脂の被覆量としては、前記核体粒子100質量部に対して0.1質量部以上10質量部以下程度の範囲が好ましく、0.5質量部以上3.0質量部以下の範囲がより好ましい。
キャリアの製造には、加熱型ニーダー、加熱型ヘンシェルミキサー、UMミキサーなどを使用することができ、前記被覆樹脂の量によっては、加熱型流動転動床、加熱型キルンなどを使用することができる。
また、本実施形態に用いる現像剤においては、トナーとキャリアとの混合比としては特に制限はなく、目的に応じて選択することができる。
以下、実施例および比較例を挙げ、本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
<結晶性ポリエステル分散液(C8/C9)の調製>
・1,8−オクタンジカルボン酸 100部(モル基準)
・1,9−ノナンジオール 100部(モル基準)
上記成分を、攪拌機、温度計、コンデンサーおよび窒素ガス導入管を備えた反応容器に入れ、反応容器中を乾燥窒素ガスで置換した後、モノマー成分100質量部に対してチタンテトラブトキサイドを0.25質量部投入し、窒素ガス気流下170℃で10時間撹拌反応させた。さらに、温度を210℃に上げて、反応容器内を3kPaまで減圧し、減圧下で12時間攪拌反応させて、結晶性ポリエステルを得た。
次に、前記結晶性ポリエステルの200質量部を蒸留水800質量部中に入れ、85℃に加熱後、アンモニアにてpH9.0に調整し、アニオン系界面活性剤(第一工業製薬(株)製:ネオゲンRK)0.4質量部(有効成分として)を加えた。85℃に加熱しながら、ホモジナイザー(IKAジャパン社製:ウルトラタラクスT50)にて8000rpmで5分間分散した後、圧力吐出型ゴーリンホモジナイザーを用い110℃で10パス相当分の分散処理を行い、結晶性ポリエステル分散液(C8/C9)を調製した。
得られた結晶性ポリエステル分散液(C8/C9)における結晶性ポリエステルは、重量平均分子量Mw=26000、数平均分子量Mn=11000、酸化AV=9.3mgKOH/g、融点Tc=71.5℃、体積平均粒径220nm、固形分20質量%であった。
<結晶性ポリエステル分散液(C10/C9)の調製>
・1,10−デカンジカルボン酸 100部(モル基準)
・1,9−ノナンジオール 100部(モル基準)
1,8−オクタンジカルボン酸および1,9−ノナンジオールの代わりに上記成分を用いた以外は、前記<結晶性ポリエステル分散液(C8/C9)の調製>に記載の方法によって結晶性ポリエステルを得、結晶性ポリエステル分散液(C10/C9)を調製した。
得られた結晶性ポリエステル分散液(C10/C9)における結晶性ポリエステルは、重量平均分子量Mw=24500、数平均分子量Mn=10100、酸化AV=10.5mgKOH/g、融点Tc=73.8℃、体積平均粒径240nm、固形分20質量%であった。
<非晶性ポリエステル分散液の調製>
・ビスフェノールAプロピレンオキサイド付加物 100部(モル基準)
(三洋化成工業(株)製、ニューポールBP−2P)
・テレフタル酸 70部(モル基準)
・ドデセニルコハク酸無水物 22部(モル基準)
・トリメリット酸無水物 3部(モル基準)
攪拌装置、温度計、コンデンサー、窒素ガス導入管を備えた反応容器に、上記モノマーのうちトリメリット酸無水物以外のモノマーと、ジオクタン酸スズをモノマー成分100質量部に対して0.17質量部投入し、窒素ガス気流下、235℃で6時間反応させた。次いで190℃に降温して、上記トリメリット酸無水物を投入し1時間反応させた。さらに220℃まで4時間で昇温し、10kPaの圧力下で所望の分子量になるまで重合させ、淡黄色透明な非晶性ポリエステルを得た。次に、5Lのセパラブルフラスコに、樹脂を溶解し得る相当量の酢酸エチルとイソプロピルアルコールとの混合溶剤を投入した。これに上記非晶性ポリエステルを徐々に投入して、スリーワンモーターで攪拌を施し、溶解させて油相を得た。この攪拌されている油相に希アンモニア水溶液を適量滴下し、更にイオン交換水を滴下して転相乳化させ、更にエバポレータで減圧しながら脱溶剤を実施し、得られた分散液に、アニオン系界面活性剤(第一工業製薬(株)製:ネオゲンRK)を樹脂量に対して2質量%(有効成分として)を加えた後、硝酸を用いpHを3.0に調整して非晶性ポリエステル分散液を得た。
得られた非晶性ポリエステル分散液における非晶性ポリエステルは、ガラス転移点Tg=57℃、重量平均分子量Mw=53000、数平均分子量Mn=7800、軟化温度=120℃、酸価=14mgKOH/g、体積平均粒径150nm、固形分20質量%であった。
<ジルコニア分散液の調製>
・東ソー(株)製ジルコニア粉末(TZ−3Y−E) 12質量部
・アニオン性界面活性剤 0.2質量部
(第一工業製薬(株)、ネオゲンRK、有効成分量:60重量%)
・イオン交換水 85質量部
上記成分をすべて投入した際に液面の高さが容器の高さの1/3程度になる大きさのステンレス容器に、イオン交換水とアニオン性界面活性剤とを入れ、充分に界面活性剤を溶解させた。その後、前記材料をすべて投入し、攪拌機を用いて濡れていない材料がなくなるまで攪拌するとともに、充分に脱泡させた。脱泡後にホモジナイザー(IKA社製、ウルトラタラックスT50)を用いて、5000rpmで10分間分散した後、攪拌器で1昼夜攪拌させて脱泡した。脱泡後、再度ホモジナイザーを用いて、6000rpmで10分間分散した後、攪拌器で1昼夜攪拌させて脱泡した。続けて、分散液を高圧衝撃式分散機アルティマイザー((株)スギノマシン社製、HJP30006)を用いて、圧力240MPaで分散した。分散は、総仕込み量と装置の処理能力とから換算して10パス相当行った。得られた分散液にイオン交換水を加えて、固形分濃度を5質量%に調整した。
分散液中の粒子の体積平均粒径D50は130nmであった。尚、該体積平均粒径D50はLSコールタ(ベックマンコールタ社製)にて5回測定した内の、最大値と最小値を除いた3回の測定値の平均値を用いた。
<離型剤分散液(1)の調製>
・離型剤 270質量部
(日本精鑞社製、商品名:FNP0115、融点Tw105.0℃)
・アニオン性界面活性剤 13.5質量部
(第一工業製薬社製、ネオゲンRK、有効成分量:60質量%)
(有効成分として、離型剤に対して3.0質量%)
・イオン交換水 721.6質量部
上記成分を混合し、ホモジナイザー(IKA社製、ウルトラタラックスT50)で95℃に加熱しながら分散した後、圧力吐出型ホモジナイザー(ゴーリン社製、ゴーリンホモジナイザー)で分散処理し、離型剤分散液を得た。この分散液中の粒子の体積平均粒径D50は220nmであった。その後、イオン交換水を加えて固形分濃度を20.0質量%に調整し、離型剤分散液(1)を得た。
<離型剤分散液(2)の調製>
離型剤として、「日本精鑞社製社製、商品名:FNP0090、融点Tw89.7℃」を用いたこと以外、離型剤分散液(1)の調製に記載の方法により離型剤分散液(2)を得た。
<離型剤分散液(3)の調製>
離型剤として、「日本精鑞社製社製、商品名:HNP3、融点Tw65.7℃」を用いたこと以外、離型剤分散液(1)の調製に記載の方法により離型剤分散液(3)を得た。
<離型剤分散液(4)の調製>
離型剤として、「日本精鑞社製社製、商品名:FNP0105、融点Tw101.1℃」を用いたこと以外、離型剤分散液(1)の調製に記載の方法により離型剤分散液(4)を得た。
<着色剤分散液の調製>
・着色剤 200質量部
(キャボットジャパン株式会社製、商品名:リーガル330)
・アニオン性界面活性剤 33質量部
(第一工業製薬社製、ネオゲンRK、有効成分量:60質量%)
(有効成分として、着色剤に対して10.0質量%)
・イオン交換水 780質量部
上記成分をすべて投入した際に液面の高さが容器の高さの1/3程度になる大きさのステンレス容器に、イオン交換水とアニオン性界面活性剤とを入れ、充分に界面活性剤を溶解させた。その後、前記材料をすべて投入し、攪拌機を用いて濡れていない材料がなくなるまで攪拌するとともに、充分に脱泡させた。脱泡後にホモジナイザー(IKA社製、ウルトラタラックスT50)を用いて、5000rpmで10分間分散した後、攪拌器で1昼夜攪拌させて脱泡した。脱泡後、再度ホモジナイザーを用いて、6000rpmで10分間分散した後、攪拌器で1昼夜攪拌させて脱泡した。続けて、分散液を高圧衝撃式分散機アルティマイザー((株)スギノマシン社製、HJP30006)を用いて、圧力240MPaで分散した。分散は、総仕込み量と装置の処理能力とから換算して10パス相当行った。得られた分散液にイオン交換水を加えて、固形分濃度を15質量%に調整した。
分散液中の粒子の体積平均粒径D50は100nmであった。尚、該体積平均粒径D50はマイクロトラックUPA(日機装株式会社製)にて5回測定した内の、最大値と最小値を除いた3回の測定値の平均値を用いた。
<キャリアの製造>
・フェライト粒子(体積平均粒径:35μm) 500質量部
・トルエン 70質量部
・パーフルオロオクチルエチルメタクリレート/
メタクリレート共重合体(共重合比:15/85) 10質量部
・カーボンブラック(VXC72:キャボット社製) 1.0質量部
まず上記フェライト粒子を除く各成分を混合し、10分間サンドミルにて攪拌させ、カーボンブラックが分散した被覆液を調製した。次に、この被覆液とフェライト粒子とを真空脱気型ニーダーに入れ、攪拌しながら60℃にて9.87×10Pa(−20mHg)まで減圧し30分混合した後、昇温/減圧させ90℃にて5.33×10Pa(−720mHg)で30分間攪拌乾燥させることによりキャリアを得た。
[実施例1]
・結晶性ポリエステル分散液(C10/C9) 85質量部
・非晶性ポリエステル樹脂分散液 630質量部
・ジルコニア分散液 0.55質量部
・離型剤分散液(2) 128質量部
・着色剤分散液 110質量部
・イオン交換水 220質量部
上記各成分を、温度計、pH計、攪拌機を具備した3リットルの反応容器に入れ、ホモジナイザー(IKAジャパン社製:ウルトラタラクスT50)にて、5000rpmで分散しながら、1.0質量%濃度の硫酸アンモニウム水溶液を75質量部添加して6分間分散した。その後、反応容器に、攪拌機、マントルヒーターを設置し、スラリーが充分に攪拌するように攪拌機の回転数を調整しながら、0.05℃/分で昇温し10分ごとにマルチサイザーII(アパーチャー径:50μm、ベックマン−コールター社製)にて粒径を測定し、体積平均粒径が5.0μmとなったところで、非晶性ポリエステル樹脂分散液350質量部を投入した。投入後30分間保持した後、5質量%水酸化ナトリウム水溶液を用いてpHを9.0にした。その後、5℃ごとにpHを9.0に調整しながら、昇温速度1℃/分で90℃まで昇温し、90℃で保持した。15分ごとに光学顕微鏡と走査電子顕微鏡(FE−SEM)にて粒子形状および表面性を観察したところ、1.0時間目で粒子の合一が確認されたので、冷却水にて容器を30℃まで5分間で冷却した。
冷却後のスラリーを、目開き20μmのメッシュに通過させ粗大粉を除去した後、反応生成物をアスピレータで減圧ろ過し、イオン交換水で通水洗浄した。ろ液の伝導度が10mS以下となったところで、通水を停止し、固液分離した。分離されたケーキ状になった粒子を、40℃のオーブン中で24時間真空乾燥し、得られた粉体をサンプルミルで解砕した後、40℃のオーブン中で5時間真空乾燥して、トナー粒子を得た。
得られたトナー粒子100質量部に対して、疎水性シリカ(日本アエロジル社製、RY50)1.0質量部と疎水性酸化チタン(日本アエロジル社製、T805)0.8質量部とを加え、サンプルミルを用いて13000rpmで30秒間混合ブレンドした。その後、目開き45μmの振動篩いで篩分して、トナー(A1)を得た。得られたトナーは、体積平均粒径6.0μm、形状係数0.960(シスメックス株式会社製、FPIA−3000)、ジルコニウム元素の含有量は0.001質量%であった。
上記キャリア500質量部に対して前記トナー40質量部を加え、V型ブレンダーで20分間ブレンドした後、目開き212μmの振動ふるいにより凝集体を除去して現像剤(A1)を得た。また、上記キャリア20質量部に対して、前記トナー100質量部を加え、V型ブレンダーで20分間ブレンドした後、目開き212μmの振動ふるいにより凝集体を除去して補給用現像剤(A1)を得た。
[実施例2〜5および比較例1〜3]
ジルコニウム元素の含有量が下記表1に記載の数値となるよう、ジルコニア分散液の添加量を調整した以外、上記実施例1に記載の方法によりトナー(A2)〜(A5)および(B1)〜(B3)を得た。更に現像剤(A2)〜(A5)および(B1)〜(B3)と、補給用現像剤(A2)〜(A5)および(B1)〜(B3)とを得た。
=評価方法=
定着装置を外し、未定着像を作製できるように改造したDocuCentre505(富士ゼロックス社製)の現像装置に現像剤を、トナーカートリッジに補給用現像剤をそれぞれセットした。気温25℃、相対湿度60%の環境室にて、はじめにA3サイズのC2r紙(富士ゼロックスオフィスサプライ社製)を20枚通紙して、トナーを帯電させた。次に、用紙上の単色ベタ画像の現像トナー量を4.5g/mに調整した。
DocuCentre505から取り外した定着装置を、オフラインで定着できるように改造したベンチにて、定着装置における角度α(加熱部材と加圧部材との接触領域に引いた接線と水平面とがなす加熱部材側の角度)を下記表1に記載の角度にセットした。
C2r紙の中央部に150mm×150mmのベタ画像を出力し、定着装置温度を下記表1に記載の温度にて定着した。出力画像の中央部を通り、用紙縦方向と垂直になるように、幅25mm×長さ250mm×厚み1mmのSUS304製の板を画像面に置き、その上に画像全体よりも大きなガラス板を置いた。ガラス板の上に均等になるように重さ250gの重りを9個置いて、気温25℃、相対湿度60%の環境室にて10日間放置した。
放置後の画像面の、SUS板が接触していた画像面の画像光沢度を、長さ方向に5箇所、各3回ずつ測定し、光沢度の高いほうから5個および低いほうから5個のデータを削除したデータの平均値を画像光沢度とした。また、SUS板が接触していなかった画像面の6箇所についても、各3回ずつ光沢度を測定し、光沢度の高いほうから5個および低いほうから5個のデータを削除したデータの平均値を画像光沢度とした。この光沢度の差を、以下の基準により評価した。
○:光沢度差が3未満
△:光沢度差が3以上5未満
×:光沢度差が5以上
Figure 2009237156
[実施例6]
用いる結晶性ポリエステル、結晶性ポリエステルの含有量Ac、用いる離型剤、離型剤の含有量Awを下記表2に記載のものに変更した以外、実施例1に記載の方法によりトナー(A6)を得た。
上記キャリア500質量部に対して前記トナー40質量部を加え、V型ブレンダーで20分間ブレンドした後、目開き212μmの振動ふるいにより凝集体を除去して現像剤(A6)を得た。また、上記キャリア20質量部に対して、前記トナー100質量部を加え、V型ブレンダーで20分間ブレンドした後、目開き212μmの振動ふるいにより凝集体を除去して補給用現像剤(A6)を得た。
[実施例7〜11および比較例4〜6]
用いる結晶性ポリエステル、結晶性ポリエステルの含有量Ac、用いる離型剤、離型剤の含有量Awを下記表2に記載のものに変更した以外、上記実施例6に記載の方法によりトナー(A7)〜(A11)および(B4)〜(B6)を得た。更に現像剤(A7)〜(A11)および(B4)〜(B6)と、補給用現像剤(A7)〜(A11)および(B4)〜(B6)とを得た。
上記現像剤および補給用現像剤を用い、定着装置における角度αおよび定着装置温度を下記表2に記載の温度にした以外、前記実施例1に記載の方法により評価試験を行った。
Figure 2009237156
本発明の画像形成装置の一例を示す概略構成図である。 本発明における定着装置の構成の一例を示す拡大図である。
符号の説明
1 原稿
2 照明
3 カラースキャナ
4 画像処理装置
5 レーザーダイオード
6 光学系
7 帯電器
8 有機感光体
9 イエロー現像器
10 マゼンタ現像器
11 シアン現像器
12 ブラック現像器
13 中間転写ベルト
14 転写コロトロン
15、16 転写ロール
17 記録媒体
19 搬送装置
20 加熱部材
22 加熱源
24 芯金
26 表面樹脂チューブ層
30 加圧部材
40 記録媒体反転手段

Claims (4)

  1. 像保持体上に潜像を形成する潜像形成手段と、該潜像を少なくとも結晶性ポリエステルを含むトナーを含有する現像剤によりトナー像に現像する現像手段と、得られたトナー像を記録媒体上に転写する転写手段と、転写されたトナー像を定着手段により記録媒体に定着する定着手段と、を有し、且つ下記〔条件1〕〜〔条件3〕を満たすことを特徴とする画像形成装置。
    〔条件1〕
    前記結晶性ポリエステルは、酸成分としてHOOC−(CH−COOHおよびHOOC−(CH10−COOHから選ばれる少なくとも1種と、アルコール成分としてHO−(CH−OHおよびHO−(CH−OHから選ばれる少なくとも1種と、を用いて反応させたポリエステル樹脂であり、且つ示差走査熱量測定による融点が67℃以上75℃以下である。
    〔条件2〕
    前記トナーは、結着樹脂として前記結晶性ポリエステルを3質量%以上9質量%以下含有する。
    〔条件3〕
    形成された定着画像について測定されたDSCスペクトルにおいて、DSC測定1回目の昇温スペクトルが57℃以上73℃以下の範囲に極小値M1を有し、M1におけるベースラインから極小値までのスペクトル強度(深さ)の絶対値をM1pとし、
    また、DSC測定2回目の昇温スペクトルが57℃以上73℃以下の範囲に極小値M2を有し、M2におけるベースラインから極小値までのスペクトル強度(深さ)の絶対値をM2pとしたとき、
    前記M1pとM2pとが下記式(1)および式(2)の関係を満たす。
    式(1) 1.5×M1p≦M2p≦5×M1p
    式(2) 50(mW/g)≦M2p≦150(mW/g)
  2. 前記トナー中におけるジルコニウム元素の含有量が0.001質量%以上1.0質量%以下であり、
    前記定着手段が、少なくとも加熱部材と加圧部材とを有し、前記加熱部材が、前記加圧部材との接触領域において下側を形成する配置であると共に、前記記録媒体が定着された画像面を下向きにして排出されることを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
  3. 前記定着手段が少なくとも加熱部材を有し、該加熱部材の定着の際の温度が190℃以上240℃以下であることを特徴とする請求項1または2に記載の画像形成装置。
  4. 前記トナーが少なくとも離型剤を含有し、
    前記結晶性ポリエステルの融点をTc(℃)と、前記離型剤の融点をTw(℃)と、した場合に、下記式(3)を満たし、
    前記トナー中における結晶性ポリエステルの含有量をAcと、離型剤の含有量をAwと、した場合に、下記式(4)を満たすことを特徴とする請求項1〜請求項3の何れか1項に記載の画像形成装置。
    式(3) Tc−10≦Tw≦Tc+30
    式(4) Aw×0.4≦Ac≦Aw×0.9
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