JP2010014835A - トナー及び画像形成方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】いかなる環境下で使用しても定着性や現像性を維持したまま静電オフセットと尾引きを起こさない画像形成方法を提供する。
【解決手段】トナー像の転写された転写材を加熱部材10と加圧部材20とを圧接させて形成されるニップ部を通過させることにより定着する定着工程を有する画像形成方法において、該加熱部材は無端ベルト13に接する発熱体11を有し、該無端ベルトは厚さ20μm以上100μm以下、外径15mm以上45mm以下の定着フィルムであり、長手全面にわたって板状の荷重部材によりその直径方向に荷重(0.7gf/mm)を与えたとき、荷重方向歪みγT=φT/φ〔φは荷重を与える前の定着フィルムの径(mm)、φTは荷重を与えたときの荷重方向の定着フィルムの径(mm)〕で表わされるγTが0.70以上1.00以下であり、該トナーはトナー粒子と、無機微粉体及びハイドロタルサイト類化合物を含有することを特徴とする。
【選択図】図2

Description

本発明は、電子写真法に用いられるトナー及び画像形成方法に関する。
従来、電子写真技術を用いたプリンター・複写機・ファクシミリ等の画像形成装置において、記録材上に形成担持させた未定着トナー像を定着する装置としては、熱効率・安全性が良好な接触加熱型の熱ローラ方式の定着装置が広く知られている。
近年では省エネルギー推進の観点から、熱ローラ方式の定着装置よりも、熱伝導効率が高く、装置の立ち上がりも早い(クイックスタート)方式として、熱容量の小さな定着フィルムを介して加熱するフィルム加熱方式の定着装置が広く用いられている。図4に該加熱定着装置の要部の概略構成を示した。該加熱定着装置は、ヒータホルダー(支持体)12に固定支持させた加熱部材(加熱体、以下「ヒータ」と記す)11と、このヒータ11に耐熱性の薄肉フィルム(以下、「定着フィルム」と記す)13を挟んで圧接させ所定のニップ幅のニップ部(定着ニップ部)Nを形成する弾性加圧ローラ20(以下、「加圧ローラ」と記す)を有する。ヒータ11は通電により所定の温度に加熱・温調される。定着フィルム13は円筒状あるいは無端ベルト状、もしくはロール巻きの有端ウエブ状の部材であり、不図示の駆動手段あるいは加圧ローラ20の回転力により、定着ニップ部Nにおいてヒータ11面と密着・摺動しつつ矢印aの方向に搬送移動される。材質としては、ポリイミドなどの樹脂やSUSが使用される。
ヒータ11を不図示の温度制御手段により所定の温度に加熱・温調し、定着フィルム13を矢印aの方向に搬送移動させた状態において、定着ニップ部Nに、未定着トナー像tを形成担持した転写材Pを導入すると、転写材Pは定着ニップ部Nにおいて定着フィルム13と加圧ローラ20により挟持搬送される。未定着トナー像tが転写材Pに定着されるまでの過程を図5に示す。未定着トナー像tを担持した転写材Pは、定着ニップ部Nにおいて加熱及び加圧されることで、未定着トナー像tは融解され転写材に付着する。次に、ヒータ面から離れることで冷却され、未定着トナー像は凝固される。最後にヒータホルダー下流部において定着フィルム13と分離することで、最終画像として転写材Pに定着され機外に排出される。
加熱部材としてのヒータ11にはセラミックヒータが使用されている。セラミックヒータは、例えばアルミナからなるセラミック基板11aの定着フィルム13側の面に、基板長手に沿って銀パラジューム等の通電発熱抵抗層11bをスクリーン印刷等で形成し、前記発熱抵抗層形成面を薄肉のガラス保護層11cで覆ってなるものである。前記セラミックヒータ11は通電されることにより通電発熱抵抗層11bが発熱してセラミック基板11a・ガラス保護層11cを含むヒータ全体が急速に加熱される。ヒータ11の背面(定着フィルム13とは反対の側)には温度制御手段としての温度検知手段14が設置され、温度検知手段14により検知された結果が不図示の通電制御部へフィードバックされる。通電制御部はヒータ11の温度が予め定めた温度(定着温度)に維持されるように通電発熱抵抗層11bに対する給電を制御するものである。
ところが熱ローラ方式においてもオンデマンド方式においても、被転写材上の未定着のトナー像が加熱ローラもしくは加熱フィルムに静電的に転移する静電オフセット現象が発生することがあり、画像品位を低下させるという課題があった。また、被転写材に含まれる水分が、加熱定着装置で加熱されることで蒸気になり、それが被転写材上の未定着のトナー像を後方に吹き飛ばす、といった課題の発生もみられた(この現象を以降「尾引き」と称する)。
前者の静電オフセットについてオンデマンド方式の加熱定着装置を例に説明する。被転写材と加熱フィルムの摩擦帯電によって、もしくは被転写材の転写電荷によって、被転写材上のトナー像が加熱フィルムに引き寄せられる電界が生じる。この電界によって未定着のトナー像の一部が一周した後加熱フィルム上に戻り、画像上ゴーストとなってしまうもので、これを静電オフセットと称している。上記の静電オフセットはトナーと転写材間の電気的拘束力が弱まったときに生じるものであり、転写材上のトナーの帯電量と定着部材の電位が一定に制御できれば防止できるものと考えらえる。特許文献1に開示される技術によれば、ネガ帯電性のトナーを用いた場合には、加熱フィルムにマイナスの電圧を印加する。更に加圧ローラの芯金にもバイアスを印加して、加圧ローラの表面の電位を制御する。このように加熱フィルムと加圧ローラの両方にオフセットを防止する電界を強制的に形成するという手段も用いられている。しかし、加圧ローラの弾性層は、一般的に層厚が厚く、シリコーンゴム等の高抵抗な材質であるため、加圧ローラ表面における除電効果が低く、効率が悪いという問題があった。また、高価な電圧印加機構が加熱フィルムと加圧ローラの定着部材それぞれに必要になり、装置の大幅なコストUPになってしまう。また特許文献2で提案されているように、Al及びSiを含有する層状化合物を添加することでトナーそのものの帯電安定性を改良し、静電オフセットを改良することも試みられている。しかしながら定着部材との組み合わせによっては、静電オフセットに効果が見られないなど未だ改良の余地があった。
一方で、トナーの定着性の向上によって静電オフセットを改良することも検討されている。定着のニップ部下流で未定着のトナーが飛翔して静電オフセットが起きているとすると、トナーが定着部材と接触した際に全て融け、転写材に充分固定化されていればこの現象は起き難いと考えられる。定着フィルムは、ヒータとヒータホルダーに密着・摺動して回転している。転写材が定着フィルムと加圧ローラに挟持搬送されると、定着フィルムは転写材により力を受ける。図6に転写材が定着器に挟持搬送されている様子を示す。定着フィルムは転写材と接している面で図6の矢印Fの向きに力を受けている。定着フィルムがヒータ或いはヒータホルダーと密着している部分では問題はない。しかし、ヒータ密着部とヒータホルダー密着部の間では、定着フィルムは、ヒータ面と空隙があるため、ヒータ側にたわむ。定着フィルムにたわみが発生した状態では、オフセットと呼ばれる画像不良が発生しやすい。その原因は、定着フィルムのたわみにより定着フィルムと転写材の密着性が低下するためである。静電オフセットを抑制するためには、定着フィルムの剛性が必要になる。すなわち、未定着のトナーが定着ニップ通過後に転写材上に存在しなければ静電オフセットは起き難いと考えられる。静電オフセットを改良する為に、トナー自体のシャープメルト性を向上させる検討や、定着部材の熱伝導率を高める、定着フィルムの剛性を向上させるなどの検討が行われている。
定着性を改良するため、従来から用いられてきた樹脂製定着フィルムよりも高熱伝導の金属を基層として形成される金属製の薄肉スリーブを用いた加熱フィルムが提案されている(特許文献3乃至7等)。しかしながら、本体の小型化に合わせて定着器も小型化し、定着フィルムが小径化した場合には、上述のような金属製のスリーブではクラックが生じ易くなるなどの問題が生じる場合があった。
そこで、熱伝導性と耐久性との両方を改良する為、樹脂に強度と熱伝導率を高めるフィラーを添加し、金属製の薄肉スリーブ並の剛性をもった樹脂フィルムが加熱フィルムとして採用されるものもでてきた。熱伝導率を向上し、更には定着フィルムの剛性を高めることで、従来の加熱フィルムよりもより定着性と静電オフセットに優れたものが提案されてきている。しかし、トナーとの組み合わせなど定着システムとしては検討の余地があった。
後者の尾引きに関しては、紙内部より発生する蒸気による圧力が主原因であると推定されている。定着温度が高いほど、また転写材の含水分量が多いほど現象が悪化することが知られている。紙の水分が蒸発して、続くライン像を吹き飛ばす、つまり急激な水蒸気圧の高まりによるトナー飛び散り(水蒸気爆発)によるものと考えられている。このような尾引きは、定着のニップ部の上流で起こり、画像形成装置の高速化に伴って転写材から発生する水蒸気の勢いが強くなるために程度が悪化することがわかっている。これは、単純に加熱時の水蒸気量が増すためだけでなく、被転写材の裏面に供給される転写電荷が該被転写材を伝達してリークしやすくなり、トナーを被転写材上に保持する力が弱くなるためでもあると考えられている。
尾引きの悪化にはトナーや定着器構成以外の環境や転写材の水分量や表面粗さなど外的な要因が大きいように思われる。しかし、未定着画像上のトナーのライン高さを制御し、ライン幅あたりのトナー載り量を最適化することができれば尾引きを軽減できるとも考えられている。トナー粒子間に働く静電気力が高度にバランスされ、細く短い穂を密にトナー像を形成した状態を保つことが重要であると考えられる。トナーが現像や転写といった工程を経た転写材上でも電荷を変化せずに現像された状態を保持できれば、加熱時の水蒸気の影響を受けてトナー像が吹き飛ばされ難くなる。ライン画像部においてもラインが細くなるわけではなく、未定着のトナー像の高さが低い状態であれば、定着ニップ部で転写材から水蒸気が発生してもトナー像が乱れにくくなり、尾引きを抑制できるものと考えられる。
トナーの帯電を安定化するためのトナーへの添加剤の提案は従来から多数行われている。例えば特許文献8では、形状を規定した磁性トナーにハイドロタルサイト類を添加することが提案されている。トナーの転写性の改良を目的とした帯電の安定性についての提案であり、転写材上でのトナー潜像の帯電の安定性や尾引きについては考慮されていない。また特許文献9では、トナーに導電性微粒子を添加し、現像剤担持体のトナー像の密度を高めてトナーの尾引きを良化することが提案されているが同じく転写材上でのトナーの帯電安定性については検討の余地があった。
近年より一層の小型化と高速化、ローコスト化が要求されている画像形成装置において、上述した静電オフセット、尾引きのような個々のメカニズムで発生する画像上の問題を一手に解決できるようなシステムの提案は未だないのが現状である。
特開2000−221819号公報 特開2007−292981号公報 特開平9−16004号公報 特開平10−319753号公報 特開平10−321352号公報 特開平10−340020号公報 特開平11−16667号公報 特開平11−327197公報 特開2006−268055公報
本発明の目的は、高速のフィルム加熱方式の加熱定着装置において、いかなる環境下で使用しても転写材の種類によらず、定着性や現像性を維持したまま静電オフセットと尾引きを起こさない画像形成方法及びトナーを提供することである。
本発明者は鋭意検討を行った結果、静電潜像担持体を帯電手段により帯電する帯電工程、該帯電された静電潜像担持体を露光して静電潜像を形成する露光工程、該静電潜像をトナーで現像してトナー像を形成する現像工程、該トナー像を中間転写体を介して、又は介さずに転写材へ転写する転写工程、該トナー像の転写された転写材を加熱部材と加圧部材とを圧接されることにより形成されるニップ部を通過させることにより加熱加圧定着する定着工程を有する画像形成方法において、
該加熱部材は無端ベルトに接する発熱体を有し、該無端ベルトは厚さ20μm以上100μm以下、外径15mm以上45mm以下の定着フィルムであり、該無端ベルトの剛性を示す指標として、該定着フィルムの長手全面にわたって、板状の荷重部材により、その直径方向に荷重(0.7gf/mm)を与えたとき、式(1)
荷重方向歪みγT=φT/φ (1)
〔ただし、φは、荷重を与える前の定着フィルムの径(mm)であり、φTは、荷重を与えたときの荷重方向の定着フィルムの径(mm)である。〕
で表わされる荷重方向歪みγTが0.70以上1.00以下であることを特徴とし、
該トナーは少なくとも結着樹脂及び着色剤を含有するトナー粒子と、無機微粉体及びハイドロタルサイト類化合物を含有することを特徴とすることによって優れた画像形成を行えることを見出した。
更に本発明は、該トナーが、トナー粒子100質量部に対して、0.03質量部以上1.00質量部以下のハイドロタルサイト類化合物を含有するトナーであって、該結着樹脂が、少なくともポリエステルユニットを含有する結着樹脂であって、該トナーは、テトラヒドロフラン不溶分を3質量%以上、50質量%以下含有であって、該ポリエステルユニットを有する樹脂の140℃における誘電正接が、5.0×10-3乃至0.10であり、該トナーの140℃における誘電正接が1.0×10-3乃至0.45であることを特徴とするトナーによって達成される。
本発明によれば、フィルム加熱方式の加熱定着装置の加熱部材と、トナーの改良によって静電オフセットや尾引きの発生を効果的に抑制することができる。
高速のフィルム加熱方式の加熱定着装置においては、システムに合ったトナーを組み合わせて静電オフセットおよび尾引きなどの画質の問題を解決しなければならない。
本発明に用いられる画像形成装置の構成および画像形成方法について説明する。
図1は、本発明の無端ベルトを有する加熱定着装置を備えた画像形成装置の一例としての全体概略構成図である。
図1において、1は静電潜像担持体(感光ドラム)であり、OPC、アモルファスSe、アモルファスSi等の感光材料がアルミニウムやニッケルなどのシリンダ状の基盤上に形成されている。感光ドラム1は矢印cの方向に回転駆動され、その表面は帯電装置としての帯電ローラ2によって一様に帯電される。次に、画像情報に応じてON/OFF制御されたレーザビーム3による走査露光が施され、静電潜像が形成される。この静電潜像は、現像装置4で現像、可視化される。現像方法としては、ジャンピング現像法、接触現像法、2成分現像法などが用いられ、イメージ露光と反転現像とを組み合わせて用いられることが多い。
給紙された転写材Pは転写ニップ前に設置されたトップセンサ8により先端が検知され、感光ドラム1上の可視化されたトナー像と同期がとられて転写ニップ部へと搬送される。感光ドラム1上のトナー像は、転写装置としての転写ローラ5により、転写ニップ部に搬送された転写材P上に感光ドラム1上より転写される。このとき転写材Pは感光ドラム1と転写ローラ5に一定の加圧力で挟持搬送される。トナー像が転写された転写材Pは定着器6へと搬送され、永久画像として加熱加圧定着される。一方、感光ドラム1上に残存する転写残りの残留トナーは、クリーニング装置7により感光ドラム1表面より除去される。
図2は、本発明の無端ベルトを有する加熱定着装置6の一例としての概略構成図である。図2において、定着部材10は以下の部材から構成される。
13は、本発明にかかわる無端ベルトである。これについては、後述する。
11は発熱体としての加熱用ヒータであり、無端ベルト13の内部に具備され、無端ベルト13を介して転写材P上の未定着トナー像を加熱溶融し、定着させる。
12は加熱用ヒータ11を保持するヒータホルダーである。定着ニップ部の反対方向への放熱を防ぐために断熱部材で構成されており、例えば液晶ポリマー、フェノール樹脂、PPS、PEEK等が使われている。ヒータホルダー12には定着フィルム13が余裕をもってルーズに外嵌されていて、定着フィルム13が矢印aの方向に自在に回転可能となるよう配置されている(以下、無端ベルトと記す)。
加熱用ヒータ11、及びヒータホルダー12と無端ベルト13の間には耐熱性グリースを少量介在させてある。該耐熱性グリースが加熱用ヒータ11、及びヒータホルダー12と無端ベルト13の摩擦抵抗を小さくする作用をもたらし、無端ベルト13の回転をスムーズにしている。
加圧ローラ20は芯金21の外側にシリコンゴムやフッ素ゴム等の耐熱ゴムあるいはシリコンゴムを発泡して形成された弾性層22からなり、この層上にPFA、PTFE、FEP等の離型層23を形成してあってもよい。加圧ローラ20は上記の定着部材10の方向に不図示の加圧手段により、長手方向両端部から加熱定着に必要なニップ部を形成するように十分に加圧されており、長手方向端部から芯金21を介して不図示の駆動装置により、矢印bの方向に回転駆動される。これにより上記無端ベルト13はヒータホルダー12の外側を図の矢印方向aに従動回転する。
次に、本発明にかかわる無端ベルトについて説明する。無端ベルト13は、少なくとも、基層、離型層から構成される。無端ベルト13は、熱容量の小さいフィルムであり、クイックスタートを可能にするために100μm以下の厚さで構成されている。長寿命の加熱定着装置を構成するために充分な強度を持ち、耐久性に優れたフィルムとして、20μm以上の厚みが必要である。したがって本発明で用いられる無端ベルト13の厚みは20μm以上100μm以下である。無端ベルトの材料としては、SUS、Al、Ni、Cu、Zn等の金属部材あるいはこれらの金属を含む合金部材のような、耐熱性、高熱伝導性を有する金属製の層を基層として形成することができる。金属製の材質以外としては、樹脂により構成される材質を基層として用いてもよい。具体的な材質としては、耐熱性、熱可塑性を有するポリイミド、ポリアミドイミド、PEEK、PFA、PTFE等である。樹脂はSUSなどの金属と比較し、熱伝導率と剛性に劣る。そこでこれら樹脂性の基層には、剛性や熱伝導性を向上させる金属系酸化物等のフィラーが入っていることが好ましい。
無端ベルト13は、ヒータ11との密着部とヒータホルダー12との密着部の間でたわみが発生しないために、剛性を有することが必要である。本発明では、無端ベルトの剛性を表す指標として、歪みγTを定義する。
図3に示すように外径の無端ベルト13の長手全面にわたって、板状の荷重部材30(例えば、外径24mm、長手方向長さが230mmの無端ベルトに対しては、長さ300mm、幅210mm、重さ161gfのアルミ板を無端ベルト全体に均等に荷重がかかるようにのせる)により、その直径方向に荷重(0.7gf/mm)を与えたとき、式(1)
荷重方向歪みγT=φT/φ (1)
〔ただし、φは、荷重を与える前の無端ベルト13の径(mm)であり、φTは、荷重を与えたときの荷重方向の無端ベルト13の径(mm)である。〕
で表わされる荷重方向歪みγTが0.70以上1.00以下であることが本発明の定着器の特徴である。
無端ベルトの荷重方向歪みγTが0.70以上1.00以下である場合は、通紙による無端ベルトのたわみが、発生しにくくなる。また無端ベルトと加圧部材の間で適度なニップが確保され、転写材とトナーの密着性が向上するために静電オフセットは抑制される。
無端ベルトの荷重方向歪みγTが0.70以下の場合には、定着部のニップ部でのトナーと加熱部材の接触時間が長くなり過ぎるために高温オフセットが起き易くなってしまう。また、通紙による無端ベルトのたわみが発生し易くなるために、低温定着性が悪く、また静電オフセットが悪化する傾向があった。無端ベルトの剛性が本発明の範囲にある場合、充分な可撓性を有しトナーへの熱伝導性に優れ、耐静電オフセット性に優れる。
本発明の無端ベルトは熱容量が十分に小さいことも重要であり、無端ベルトの厚さは20μm以上100μm以下であり、且つ外径15mm以上45mm以下であることも特徴とする。熱容量が小さいほど短時間でかつ少ない熱量で定着可能なシステムにすることが可能となり、省エネルギー化の観点から好ましい。本発明においては、無端ベルトが上述範囲の構成でかつ剛性上記の範囲であることで、低温定着性と耐高温オフセット性とのバランスがとれ、高速の画像形成装置においても耐静電オフセットに優れる。無端ベルトの剛性と熱抵抗を達成するための材料および構成は特に限定はされないが、可撓性を有する金属製または樹脂製の無端ベルトであることが好ましい。特に、無端ベルトの外径を小さくする場合には、耐久性と高速化に対応するためには基層はフィラーを添加した樹脂製であることがより好ましい。
該離型層は、さらにオフセット防止や転写材の分離性を確保するために、金属製または樹脂製の無端ベルトの表面に被覆された層であり、例えばPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、PFA(テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体)、FEP(テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体)、ETFE(エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体)、CTFE(ポリクロロトリフルオロエチレン)、PVDF(ポリビニリデンフルオライド)等のフッ素樹脂、シリコーン樹脂等の離型性の良好な耐熱樹脂の一種又は二種以上により形成することができる。
無端ベルトの基層と離型層の間に接着層が設けられていても良い。該接着層は、該離型層を基層の表面に支持、固定するための層であり、離型性層そのものや離型層の加工前材料等を基層表面に接着できるものであれば特に限定されない。このような接着層には、例えばプライマー層が挙げられ、接着層を用いる離型層の形成としては、例えば基層の外面にプライマー層を塗布した後、上記ディッピング、粉体スプレー等の塗布によって離型層を形成する方法が挙げられる。接着層は、例えばチューブ状に形成された離型層を基層の表面に被せる等、離型層の形態によっては不要な場合があり、このような場合では設けなくても良い。
なお、該離型層と該接着層は、これらの層厚の総和が20μm以下であることが、定着時における加熱効率を向上させ、かつ耐久性を維持する上で好ましい。
本発明の範囲の厚みと外径、および歪みの無端ベルトは、従来使用されてきたフィラーが添加されていないポリイミドものよりも剛性が高い。そのため、トナーを転写材に押し付けて定着させるという観点からは優れている。しかしその反面撓みにくく、表面が粗い紙を転写材に用いた場合などには紙の凹部で水蒸気の逃げる隙間が大きくなるためか尾引きが悪化した。静電オフセットに優位な方向の定着器を用いた場合に、同時に尾引きの対策も必要になり、複数の画質の問題を解決するためには、定着器の構成に合ったトナーを組み合わせることが重要であると考えるに至った。
本発明者らは、少なくとも結着樹脂及び着色剤を含有するトナー粒子と、無機微粉体及びハイドロタルサイト類化合物を含有するトナーを用いることで上記の問題を解決し、優れた定着性と現像性を維持しながら静電オフセットと尾引きの問題を解決できることを見出した。更に、より過酷な環境での使用において、本発明の定着器とトナーとを組み合わせることで最大限の効果を発揮できることがわかった。
詳細は不明であるが、Mgを含有する化合物を、トナー中に添加することにより、トナーの帯電特性が向上し安定した画像形成が可能になる。ハイドロタルサイト類化合物を添加しないトナーでは、転写材上では未定着のトナーの帯電量が減少していたが、ハイドロタルサイト類化合物を添加した場合にはトナーの帯電量が高くなっていることがわかった。細く短い穂を密にトナー像を形成した状態を転写後にも保つことができるものと思われる。トナーの帯電性が現像、転写といった工程を経た後でも安定しているために尾引きを抑制することができると考えられる。特に、ハイドロタルサイト類化合物は、ネガ帯電性トナーと組合せて使用する場合、特によい。更に、着色剤に磁性体を用いた磁性一成分トナーにおいては、帯電量を高くすることができる非磁性トナーと比較して、尾引きを起こし易いが本発明のようにハイドロタルサイト類化合物を加えることで上記の問題を解決することができるものと考えられる。
負帯電トナーの場合、ハイドロタルサイト類はトナーに対して逆極性を保持する。帯電が減衰した時に該ハイドロタルサイト粒子がトナー表面に存在すると、マイクロキャリア的に帯電を上昇させるものと考えられる。
逆に、トナーがチャージアップした場合、ハイドロタルサイト粒子は正電荷によりトナー帯電を中和し安定化させる。正帯電性トナーにおいてもハイドロタルサイト粒子はチャージを補う効果があるものの、ハイドロタルサイト粒子は負帯電性トナーと組み合わせた場合の方がより顕著な効果が得られる。
ハイドロタルサイト化合物として、下記一般式(1)
M12+ y1M22+ y2…Mj2+ yjL13+ x1L23+ x2…Lk3+ xk(OH)2 ・(X/
n)An-・mH2 O (1)
(但し、0<〔X=(x1+x2+…+xk)〕≦0.5、Y=(y1+y2+…+yj)=1−X,j及びkは2以上の整数、M12+,M22+,…及びMj2+はそれぞれ異なる2価の金属イオン、L13+,L23+,…及びLk3+はそれぞれ異なる3価の金属イオン、An-はn価のアニオン、m≧0)で示されるものを用いる。すなわち、2価の金属が2種以上かつ3価の金属が2種以上の固溶体であることによって、本発明の目的が高度に達成できることを見出した。詳細は不明であるが、2価の金属が1種かつ3価の金属が1種の場合、又は2価の金属が2種以上かつ3価の金属が1種の場合に比べ、帯電安定性に優れ、尾引きを抑制できることが明らかとなった。また、上記構造のハイドロタルサイト類に関しては、1価のアルカリ金属を含んでも構わない。また、アニオンが複数種存在しても構わない。
また、Mg以外の2価金属の含有量(原子比率)が、0.001≦y2+…+yj≦0.05であることが好ましく、Al以外の3価金属の含有量(原子比率)が、0.0003≦x2+…xk≦0.02を満足することが好ましい。
Mg以外の2価金属及びAl以外の3価金属を上記の様な範囲で含有している場合には、帯電安定性を改善するという本発明の効果が顕著なものとなる。Mg以外の2価金属及びAl以外の3価金属の含有量が、上記範囲を超えるような場合には、帯電安定性に係る効果が減少し、上記範囲未満である場合には環境安定性及び放置安定性に関して、劣るものになり易い。
また、ハイドロタルサイト類化合物は、Mg以外の2価金属としてCaを含有していることがより好ましく、3価金属としては、含有されているB、Ge、Fe、Gaの合計量が原子比率で0.0003乃至0.02であることがより好ましい。
本発明に使用されるハイドロタルサイト類のAn−(n価のアニオン)としては、CO3 2-、OH-、C1-、I-、F-、Br-、SO4-、HCO3-、CH3COO-、NO3-が例示され、単独或いは複数種存在していても構わない。
また、ハイドロタルサイト類化合物は、その分子内に水を有していることが好ましく、一般式(1)及び(2)において、0.1<m<0.6であることがより好ましい。本発明に使用されるハイドロタルサイト類の比表面積は、1.0m2/g以上であることが好ましく、より好ましくは5.0乃至200.0m2/gである。
比表面積はBET法に従って、比表面積測定装置オートソープ1(湯浅アイオニクス社製)を用いて試料表面に窒素ガスを吸着させ、BET多点法を用いて比表面積を算出した。
本発明に使用されるハイドロタルサイトは、表面処理剤によって疎水化処理を行なうことが環境安定化を図る上でも好ましい。表面処理剤としては、高級脂肪酸類、カップリング剤類、エステル類、シリコーンオイルの如きオイル類が使用可能である。
中でも高級脂肪酸類が好ましく用いられ、具体的には、ステアリン酸、オレイン酸、ラウリル酸が例示される。
ハイドロタルサイト類化合物のトナーに対する添加量としては、トナー粒子100質量部に対して0.03質量部以上1.00質量部以下(より好ましくは0.05質量部以上1.00質量部以下)である。添加量が0.03質量部未満となると本発明の効果が不十分となり、1.00質量部を超えると環境安定性が不十分となりカブリの悪化の原因となる場合がある。
本発明のトナーは、炭素原子に対するMg原子の遊離率が0.001%以上10.000%以下(より好ましくは0.001以上5.000%以下)であることが好ましい。Mg原子の遊離率が10.000%を超えた場合には、カブリが悪化する原因となったり、帯電部材を汚染し、耐久での画像欠陥を生じることがある。本発明において、ハイドロタルサイト類化合物の遊離率は、トナー粒子への外添強度など公知の方法により調整することが可能である。
トナー母粒子の炭素原子に対するMg原子の遊離率は、パーティクルアナライザー「PT1000」(商品名、横河電機(株)製)により測定した。測定は、キャリアガス及びプラズマガスとして0.1%酸素含有のヘリウムガスを用い、調湿した試料を試料セルに採取後、温度23℃、湿度60%の環境下で行った。この時、チャンネル1でトナー粒子を構成する原子の代表としての炭素原子(測定波長247.86nm)の発光を観測した。また、チャンネル3でハイドロタルサイト類化合物を構成する原子としてMgの発光を観測した。1回のスキャンで炭素原子の発光数が約1200個となるように試料の量を調整し、炭素原子の発光数が総数で約15000個となるまでスキャンを繰り返し、発光数を積算した。尚、チャンネル3で観測する原子がアルミニウム原子でない場合、各原子に応じた発光の観測波長は、装置付属のマニュアルに従う。又、データの解析ソフトとしては、装置付属の「トナー解析ソフトPt toner Ver2.20」を用いた。その際、ノイズカットレベルを1.50V、ソート時間を20digitsに設定して解析した。トナー粒子からの無機微粉末の遊離率は、同期カウント数と非同期カウント数の結果から、下記式(1)を用いて計算し、算出した。尚、ここで、同期カウント数とは炭素原子と同期して発光したチャンネル3で観測した原子のカウント数であり、非同期カウント数とは炭素原子と同期して発光しなかったチャンネル3で観測した原子のカウント数である。
遊離率(%)=
{非同期カウント/(非同期カウント+同期カウント)}×100 ・・・(1)
また、試料セルへのトナーの採取は以下のようにして行った。
トナー吸引装置として「ローボリュームサンプラーLV1000」(横河電機(株)製)を用いた。吸引速度4l/minで、フィルター(例えば、商品名「ニュークリポア・メンブレンフィルター0.4μm」)を装着した装置付属の試料セルにトナーを採取した。また、その際、トナー吸引用チューブとして約5cmに切断したタイゴンチューブ「R−3603」(内径6.35mm)(SAINT−GOBAIN社製)を使用した。
該トナー粒子の重量平均粒子径(D4)が3.0μm以上8.0μm以下であることが好ましい。トナーの重量平均粒子径(D4)が上記の範囲にある場合、トナーの耐久現像性とカブリのバランスに優れるため好ましい。トナー粒子の重量平均粒子径(D4)が3.0μm未満である場合には、かぶり、飛び散りを悪化させることがある。一方、8.0μmより大きい場合には、トナーの消費量が増加する傾向がある。
トナーの重量平均粒径(D4)は、以下のようにして算出する。測定装置としては、100μmのアパーチャーチューブを備えた細孔電気抵抗法による精密粒度分布測定装置「コールター・カウンター Multisizer 3」(登録商標、ベックマン・コールター社製)を用いる。測定条件の設定及び測定データの解析は、付属の専用ソフト「ベックマン・コールター Multisizer 3 Version3.51」(ベックマン・コールター社製)を用いる。尚、測定は実効測定チャンネル数2万5千チャンネルで行なう。
測定に使用する電解水溶液は、特級塩化ナトリウムをイオン交換水に溶解して濃度が約1質量%となるようにしたもの、例えば、「ISOTON II」(ベックマン・コールター社製)が使用できる。
尚、測定、解析を行なう前に、以下のように専用ソフトの設定を行なった。
専用ソフトの「標準測定方法(SOM)を変更」画面において、コントロールモードの総カウント数を50000粒子に設定し、測定回数を1回、Kd値は「標準粒子10.0μm」(ベックマン・コールター社製)を用いて得られた値を設定する。「閾値/ノイズレベルの測定ボタン」を押すことで、閾値とノイズレベルを自動設定する。また、カレントを1600μAに、ゲインを2に、電解液をISOTON IIに設定し、「測定後のアパーチャーチューブのフラッシュ」にチェックを入れる。
専用ソフトの「パルスから粒径への変換設定」画面において、ビン間隔を対数粒径に、粒径ビンを256粒径ビンに、粒径範囲を2μmから60μmまでに設定する。
具体的な測定法は以下の通りである。
(1)Multisizer 3専用のガラス製250ml丸底ビーカーに前記電解水溶液約200mlを入れ、サンプルスタンドにセットし、スターラーロッドの撹拌を反時計回りで24回転/秒にて行なう。そして、専用ソフトの「アパーチャーのフラッシュ」機能により、アパーチャーチューブ内の汚れと気泡を除去しておく。
(2)ガラス製の100ml平底ビーカーに前記電解水溶液約30mlを入れる。この中に分散剤として「コンタミノンN」(非イオン界面活性剤、陰イオン界面活性剤、有機ビルダーを含有するpH7の精密測定器洗浄用中性洗剤の10質量%水溶液、和光純薬工業社製)をイオン交換水で約3質量倍に希釈した希釈液を約0.3ml加える。
(3)発振周波数50kHzの発振器2個を位相を180度ずらした状態で内蔵し、電気的出力120Wの超音波分散器「Ultrasonic Dispension System Tetora150」(日科機バイオス社製)を準備する。超音波分散器の水槽内に所定量のイオン交換水を入れ、この水槽中に前記コンタミノンNを約2ml添加する。
(4)前記(2)のビーカーを前記超音波分散器のビーカー固定穴にセットし、超音波分散器を作動させる。そして、ビーカー内の電解水溶液の液面の共振状態が最大となるようにビーカーの高さ位置を調整する。
(5)前記(4)のビーカー内の電解水溶液に超音波を照射した状態で、トナー約10mgを少量ずつ前記電解水溶液に添加し、分散させる。そして、さらに60秒間超音波分散処理を継続する。尚、超音波分散にあたっては、水槽の水温が10℃以上40℃以下となる様に適宜調節する。
(6)サンプルスタンド内に設置した前記(1)の丸底ビーカーに、ピペットを用いてトナーを分散した前記(5)の電解質水溶液を滴下し、測定濃度が約5%となるように調整する。そして、測定粒子数が50000個になるまで測定を行なう。
(7)測定データを装置付属の前記専用ソフトにて解析を行ない、重量平均粒径(D4)を算出する。尚、専用ソフトでグラフ/体積%と設定したときの、「分析/体積統計値(算術平均)」画面の「平均径」が重量平均粒径(D4)である。
また、本発明のトナーは画像処理解像度512×512画素(1画素あたり0.19μm×0.19μm)のフロー式粒子像測定装置における、該トナー粒子の円相当径1.98μm以上30.0μm未満における平均円形度が0.940以上0.970以下(より好ましくは0.941以上0.968以下、さらに好ましくは0.942以上0.965以下)であり、円相当径0.25μm以上30.0μm未満の粒子数に対する、円相当径0.25μm以上1.98μm未満の粒子数の割合が、1%以上15%以下(好ましくは1%以上10%以下、より好ましくは1%以上7%以下)の範囲であることが好ましい。
平均円形度が0.940未満であると、トナー粒子同士、またはトナーと帯電付与部材との接触面積が大きくなることにより、帯電量分布がブロードになりやすく、尾引きへの効果が小さくなってしまう。
一方、平均円形度が0.970より大きくなる場合には、トナー粒子の形状が球形に近づくことにより、トナー同士もしくはトナーと帯電付与部材との摩擦帯電がされにくく、かぶりや飛び散りなどが発生しやすくなってしまう。
円相当径0.25μm以上1.98μm未満の粒子の割合が、1.0%未満となるように調整するためには、トナー製造において、分級工程を繰り返すなどの必要がある。その場合には、トナーの生産性が著しく低下するため、現実的ではない。
一方、円相当径0.25μm以上1.98μm未満の粒子数の割合が、15.0%より多くなる場合には、使用環境、もしくは耐久現像条件によっては、かぶりが悪化しやすかったり、帯電量分布の拡大の要因となりやすく尾引きが悪化し易くなる。
本発明の円相当径0.25μm以上1.98μm未満の粒子の数の割合は、フロー式粒子像分析装置「FPIA−3000型」(シスメックス社製)で測定した。フロー式粒子像分析装置「FPIA−3000型」(シスメックス社製)の測定原理は、流れている粒子を静止画像として撮像し、画像解析を行うというものである。試料チャンバーへ加えられた試料は、試料吸引シリンジによって、フラットシースフローセルに送り込まれる。フラットシースフローに送り込まれた試料は、シース液に挟まれて扁平な流れを形成する。フラットシースフローセル内を通過する試料に対しては、1/60秒間隔でストロボ光が照射されており、流れている粒子を静止画像として撮影することが可能である。また、扁平な流れであるため、焦点の合った状態で撮像される。粒子像はCCDカメラで撮像され、撮像された画像は512×512の画像処理解像度(一画素あたり0.37×0.37μm)で画像処理され、各粒子像の輪郭抽出を行い、粒子像の投影面積Sや周囲長L等が計測される。
次に、上記面積Sと周囲長Lを用いて円相当径と円形度を求める。円相当径とは、粒子像の投影面積と同じ面積を持つ円の直径のことであり、円形度Cは、円相当径から求めた円の周囲長を粒子投影像の周囲長で割った値として定義され、次式で算出される。
円形度C=2×(π×S)1/2/L
粒子像が円形の時に円形度は1になり、粒子像の外周の凹凸の程度が大きくなればなるほど円形度は小さい値になる。各粒子の円形度を算出後、円形度0.200乃至1.000の範囲を800分割し、得られた円形度の相加平均値を算出し、その値を平均円形度とする。
本発明に用いられる結着樹脂としては、従来より結着樹脂として知られている種々の樹脂化合物を使用することができ、このような樹脂として、例えば、ビニル系樹脂、フェノール樹脂、天然樹脂変性フェノール樹脂、天然樹脂変性マレイン酸樹脂、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、ポリ酢酸ビニル、シリコーン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン、ポリアミド樹脂、フラン樹脂、エポキシ樹脂、キシレン樹脂、ポリビニルブチラール、テルペン樹脂、クマロインデン樹脂、石油系樹脂等が挙げられるが、特にポリエステル系樹脂が定着性の観点で好ましい。ポリエステル系樹脂はシャープメルト性に優れるとされており、本発明のような定着システムを用いた場合に耐静電オフセット性に優れ、好適に用いられる。結着樹脂として、これらの樹脂を単独で、又は2種類以上を組合せて用いることができる。なお、本発明において「ポリエステルユニット」とはポリエステルに由来する部分を示す。即ち、本発明におけるポリエステル系樹脂とは、少なくともエステル結合を有する繰り返し単位を有する樹脂を示す。
また、本発明のトナーは、結着樹脂由来のテトラヒドロフラン不溶分(ゲル成分)を3質量%以上50質量%以下(好ましくは5質量%以上40質量%以下、より好ましくは5質量%以上30質量%以下)含有することが好ましい。テトラヒドロフラン不溶分が3質量%未満であると、高温オフセットが悪化する傾向がある。テトラヒドロフラン不溶分が50質量%より多いと、着色剤などの材料をトナー中に均一に分散させることが難しくなり、トナーの帯電性が悪化し、静電オフセットが悪化する場合がある。
トナーのテトラヒドロフラン不溶分量の測定方法について以下に説明する。
トナーを1.00g秤量し、円筒ろ紙(例えばNo.86Rサイズ28mm×10mm 東洋ろ紙社製)に入れてソックスレー抽出器にかける。溶媒としてテトラヒドロフラン200mlを用いて、18時間抽出する。このとき、テトラヒドロフランの抽出サイクルが約5分に1回になるような還流速度で抽出を行う。抽出終了後、円筒ろ紙を取り出し、秤量することによってトナーの不溶分を得る。
トナーが樹脂成分以外のテトラヒドロフラン不溶分(例えば、磁性体、顔料、ワックス、荷電制御剤)を含有している場合、円筒ろ紙に入れたトナーの質量をW1gとし、抽出されたTHF可溶樹脂成分の質量をW2gとし、トナーに含まれている樹脂成分以外のテトラヒドロフラン不溶成分の質量をW3gとすると、トナー中の樹脂成分のテトラヒドロフラン不溶分の含有量は下記式から求められる。
テトラヒドロフラン不溶分(質量%)=
[{W1−(W3+W2)}/(W1−W3)]×100
本発明のトナーに用いる結着樹脂が酸価を有することが好ましい。樹脂が酸価を有することで、本発明のハイドロタルサイト類化合物との組み合わせにおいて、帯電の立ち上がりがより速く、帯電安定性がより高度に達成できる。結着樹脂の酸価としては、1乃至35mgKOH/g(より好ましくは5乃至25mgKOH/g)が良い。1mgKOH/g未満だと帯電の立ち上がりが悪く、35mgKOH/gを超えると環境安定性が劣る。
本発明における結着樹脂の酸価の測定は、下記のように実施することができる。基本操作はJIS K0070に準ずる。
1)結着樹脂の粉砕品0.5乃至2.0(g)を精秤し、結着樹脂の重さW(g)とする。
2)300(ml)のビーカーに試料を入れ、トルエン/エタノール(4/1)の混合液150(ml)を加え溶解する。
3)0.1mol/リットルのKOHのメタノール溶液を用いて、電位差滴定装置を用いて滴定する(例えば、京都電子株式会社製の電位差滴定装置AT−400(win workstation)とABP−410電動ビュレットとを用いての自動滴定が利用できる。)。
4)この時のKOH溶液の使用量S(ml)とし、同時にブランクを測定しこの時のKOH溶液の使用量をB(ml)とする。
5)次式により結着樹脂の酸価を計算する。fはKOHのファクターである。
酸価(mgKOH/g)=((S−B)×f×5.61)/W
(4)樹脂の水酸基価の測定法
本発明における結着樹脂の水酸基価の測定は、下記のように実施することができる。
(A)試薬
(a)アセチル化試薬:無水酢酸25gをメスフラスコ100mlに入れ、ピリジンを加えて全量を100mlにし、十分に振りまぜる。アセチル化試薬は、湿気、炭酸ガス及び酸の蒸気に触れないようにし、褐色びんに保存する。
(b)フェノールフタレイン溶液:フェノールフタレイン1gをエチルアルコール(95vol%)100mlに溶かす。
(c)0.5mol/リットル−水酸化カリウムエチルアルコール溶液:水酸化カリウム35gをできるだけ少量の水に溶かし、エチルアルコール(95vol%)を加えて1リットルとし、2乃至3日間放置後ろ過する。標定はJIS K8006によって行う。
(B)操作
試料0.5gを丸底フラスコに正しくはかりとり、これにアセチル化試薬5mlを正しく加える。フラスコの口に小さな漏斗をかけ、95乃至100℃のグリセリン浴中に底部約1cmを浸して加熱する。このときフラスコの首が浴の熱を受けて温度の上がるのを防ぐために、中に丸い穴をあけた厚紙の円盤をフラスコの首の付根にかぶせる。1時間後フラスコを浴から取り出し、放冷後漏斗から水1mlを加えて振り動かして無水酢酸を分解する。さらに分解を完全にするため、再びフラスコをグリセリン浴中で10分間加熱し、放冷後エチルアルコール5mlで漏斗及びフラスコの壁を洗い、フェノールフタレイン溶液を指示薬として0.5mol/リットル−水酸化カリウムエチルアルコール溶液で滴定し、指示薬の薄い紅色が約30秒間続いたときを終点とする。なお、本試験と並行して空試験を行う。
(C)計算式
次式によって結着樹脂の水酸基価を算出する。
A=[{(B+C)×f×28.05}/S]+D
但し、
A:樹脂の水酸基価
B:空試験の0.5mol/リットル−水酸化カリウムエチルアルコール溶液の使用量( ml)
C:本試験の0.5mol/リットル−水酸化カリウムエチルアルコール溶液の使用量( ml)
f:0.5mol/リットル−水酸化カリウムエチルアルコール溶液のファクター
S:試料の質量(g)
D:樹脂の酸価
以下に本発明で用いられるポリエステル樹脂を具体的に示す。ポリエステル樹脂は、全成分中45乃至55mol%がアルコール成分であり、55乃至45mol%が酸成分であることが好ましい。アルコール成分としては、エチレングリコール、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、2,3−ブタンジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、2−エチル−1,3−ヘキサンジオール、水素化ビスフェノールA、下記一般式(A)式で表されるビスフェノール誘導体;下記一般式(B)式で示されるジオール類;及び、グリセリン、ソルビット、ソルビタン等の三価以上の多価アルコール類等が挙げられる。
Figure 2010014835
Figure 2010014835
前記一般式(A)中、Rはエチレン基又はプロピレン基を示し、x及びyはそれぞれ1以上の整数であり、かつx+yの平均値は2乃至10である。
また前記一般式(B)中、R’は、下記構造式で表される基のいずれかであって、同一であっても異なっていても良い基である。
Figure 2010014835
また、酸成分としてはカルボン酸が好ましくは例示することができ、二価のカルボン酸としてはフタル酸、テレフタル酸、イソフタル酸、無水フタル酸の如きベンゼンジカルボン酸類又はその無水物;コハク酸、アジピン酸、セバシン酸、アゼライン酸の如きアルキルジカルボン酸類又はその無水物;フマル酸、マレイン酸、シトラコン酸、イタコン酸の如き不飽和ジカルボン酸又はその無水物等が挙げられ、また、三価以上のカルボン酸としてはトリメリット酸、ピロメリット酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸やその無水物等が挙げられる。
特に好ましいポリエステル樹脂のアルコール成分としては、前記一般式(A)で示されるビスフェノール誘導体であり、酸成分としては、フタル酸、テレフタル酸、イソフタル酸又はその無水物、コハク酸、n−ドデセニルコハク酸又はその無水物、フマル酸、マレイン酸、無水マレイン酸の如きジカルボン酸類;トリメリット酸又はその無水物のトリカルボン酸類が挙げられる。
また、本発明では結着樹脂として、従来より結着樹脂として知られている種々の樹脂化合物を本発明のポリエステル樹脂と併用することができ、このような樹脂化合物としては、例えばビニル系樹脂、フェノール樹脂、天然樹脂変性フェノール樹脂、天然樹脂変性マレイン酸樹脂、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、ポリ酢酸ビニル、シリコーン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン、ポリアミド樹脂、フラン樹脂、エポキシ樹脂、キシレン樹脂、ポリビニルブチラール、テルペン樹脂、クマロインデン樹脂、石油系樹脂等が挙げられる。
本発明に用いられる結着樹脂のガラス転移温度(Tg)は、50乃至75℃であることが好ましく、55乃至65℃であることがより好ましい。
結着樹脂のガラス転移温度が上記範囲よりも小さいとトナーの保存安定性が不十分となることがあり、結着樹脂のガラス転移温度が上記範囲よりも大きいとトナーの定着性が不十分となることがある。結着樹脂のガラス転移温度は、後述する示差走査熱量計を用いて測定することができる。また、結着樹脂のガラス転移温度は、使用する結着樹脂の種類や使用量によって調整することが可能である。
本発明で用いられる結着樹脂は、低分子量成分と高分子量成分とを有することが好ましく、良好な定着性を達成する観点から、低分子量成分のピーク分子量は4,000乃至30,000が好ましく、良好な耐オフセット性及び耐ブロッキング性を達成する観点から、高分子量成分のピーク分子量は50,000乃至1,000,000が好ましい。
低分子量成分及び高分子量成分が共に上記分子量分布の範囲を満たす場合では、低温定着性と耐オフセット性の両方をさらに高度に達成できる。結着樹脂のピーク分子量は、後述するTHF(テトラヒドロフラン)を溶媒としたGPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)によって測定することができる。また、結着樹脂のピーク分子量は、使用する結着樹脂の種類や使用量によって調整することが可能である。
本発明においては、結着樹脂としては、前述のように、ポリエステルユニットを有する樹脂が、定着性の観点で好ましいが、このポリエステルユニットを有する樹脂の140℃における誘電正接が、5.0×10-3乃至0.10であり、トナーの140℃における誘電正接が1.0×10-3乃至0.45であることがより好ましい。
本発明者らは、定着ニップにおいて、瞬間的に熱を与えられるトナーの挙動が、140℃で測定されるトナーの誘電正接が相関することを見出した。これはおそらく、紙の凹部に入り込み、加熱されている無端ベルトに直接接しないトナーに対して瞬間的に与えられる熱が、140℃という温度で近似できるためと考えられる。
特定の誘電正接の結着樹脂を用いて、高温下でのトナーの誘電率を特定の範囲へ制御することで、定着ニップで熱を与えられたときでも、紙上のトナーの帯電量を維持することができ、その結果、静電オフセット、尾引きを悪化させにくい。
ポリエステルユニットを有する樹脂の140℃における誘電正接が、5.0×10-3未満であると、帯電量をもともと持ちにくい構成となっていると考えられる。逆に、0.10より大きい場合には、本発明の構成であっても、紙上のトナー帯電量が低下しやすく、静電オフセットや尾引きが悪化しやすい。
ポリエステルユニットを有する樹脂の誘電正接を上記の範囲としても、トナーの140℃における誘電正接を特定の範囲に制御しなければ、本発明の効果をより発揮しにくい。140℃におけるトナーの誘電正接が1.0×10-3未満であると、トナーが帯電量をもともと持ちにくい。逆に、0.45より大きい場合には、定着ニップ近傍、もしくは内部で熱を与えられたトナーが帯電量を保持し難くなり、帯電量が低下した半溶融トナーが、無端ベルト側に飛翔する。よってこのような場合には、静電オフセットが悪化しやすく、ライン画像の場合には、吹き飛ばされて尾引きが悪化しやすい。
トナーの140℃における誘電正接の測定は、例えば以下のような方法で可能である。4284AプレシジョンLCRメーター(ヒューレット・パッカード社製)を用いて、1kHz及び1MHzの周波数で校正後、周波数10kHzにおける複素誘電率の測定値から誘電正接(tanδ=ε”/ε’)を算出する。
磁性トナーを0.7g(非磁性トナーであれば0.4g)秤量し、39200kPa(400kg/cm2)の荷重を2分間かけて、直径25mm,厚さ1mm以下(好ましくは0.5乃至0.9mm)の円盤状の測定試料に成型する。この測定試料を直径25mmの誘電率測定治具(電極)を装着したARES(レオメトリック・サイエンティフィック・エフ・イー社製)に装着し、温度130℃まで加熱して溶融固定する。その後、温度25℃まで冷却し、0.49N(50g)の荷重をかけた状態で10kHzの周波数一定として、毎分2℃の昇温速度で15秒毎に測定値を取り込みながら、150℃まで加熱し、140℃における測定値を記録した。
本発明のトナーはワックスを含有することが定着性向上の観点から好ましい。
本発明に用いられるワックスには次のようなものがある。例えば低分子量ポリエチレン、低分子量ポリプロピレン、ポリオレフィン共重合物、ポリオレフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、パラフィンワックス、フィッシャートロプシュワックスの如き脂肪族炭化水素系ワックス;酸化ポリエチレンワックスの如き脂肪族炭化水素系ワックスの酸化物;又は、それらのブロック共重合物;キャンデリラワックス、カルナバワックス、木ろう、ホホバろうの如き植物系ワックス;みつろう、ラノリン、鯨ろうの如き動物系ワックス;オゾケライト、セレシン、ペトロラタムの如き鉱物系ワックス;モンタン酸エステルワックス、カスターワックスの如き脂肪族エステルを主成分とするワックス類;脱酸カルナバワックスの如き脂肪族エステルを一部又は全部を脱酸化したものが挙げられる。更に、パルミチン酸、ステアリン酸、モンタン酸、或いは更に長鎖のアルキル基を有する長鎖アルキルカルボン酸類の如き飽和直鎖脂肪酸;ブラシジン酸、エレオステアリン酸、バリナリン酸の如き不飽和脂肪酸;ステアリルアルコール、エイコシルアルコール、ベヘニルアルコール、カウナビルアルコール、セリルアルコール、メリシルアルコール、或いは更に長鎖のアルキル基を有するアルキルアルコールの如き飽和アルコール;ソルビトールの如き多価アルコール;リノール酸アミド、オレイン酸アミド、ラウリン酸アミドの如き脂肪族アミド;メチレンビスステアリン酸アミド、エチレンビスカプリン酸アミド、エチレンビスラウリン酸アミド、ヘキサメチレンビスステアリン酸アミドの如き飽和脂肪族ビスアミド;エチレンビスオレイン酸アミド、ヘキサメチレンビスオレイン酸アミド、N,N’−ジオレイルアジピン酸アミド、N,N’−ジオレイルセバシン酸アミドの如き不飽和脂肪酸アミド類;m−キシレンビスステアリン酸アミド、N,N’−ジステアリルイソフタル酸アミドの如き芳香族系ビスアミド;ステアリン酸カルシウム、ラウリン酸カルシウム、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸マグネシウムの如き脂肪族金属塩(一般に金属石けんといわれているもの);脂肪族炭化水素系ワックスにスチレンやアクリル酸の如きビニル系モノマーを用いてグラフト化させたワックス;ベヘニン酸モノグリセリドの如き脂肪酸と多価アルコールの部分エステル化物;植物性油脂を水素添加することによって得られるヒドロキシル基を有するメチルエステル化合物が挙げられる。
また、これらのワックスを、プレス発汗法、溶剤法、再結晶法、真空蒸留法、超臨界ガス抽出法又は融液晶析法を用いて分子量分布をシャープにしたものや低分子量固形脂肪酸、低分子量固形アルコール、低分子量固形化合物、その他の不純物を除去したものも好ましく用いられる。
ワックスの具体的な例としては、商品名、ビスコール330−P、550−P、660−P、TS−200(三洋化成工業社);ハイワックス400P、200P、100P、410P、420P、320P、220P、210P、110P(三井化学社);サゾールH1、H2、C80、C105、C77(サゾールワックス社);HNP−1、HNP−3、HNP−9、HNP−10、HNP−11、HNP−12(日本精鑞株式会社);ユニリン350、425、550、700;ユニシッド;ユニシッド350、425、550、700(東洋ペトロライト社);木ろう、蜜ろう、ライスワックス、キャンデリラワックス、カルナバワックス(株式会社セラリカNODAにて入手可能)等があげられる。これらワックスは必要に応じて樹脂製造時に添加し、更に分散性を改良することも好ましい形態である。
本発明のトナーにおいては、これらのワックス総含有量は、結着樹脂100質量部に対し、0.1以上15質量部以下で用いられ、好ましくは0.5以上12質量部以下で用いるのが効果的である。
これらのワックスは、示差熱分析測定装置(DSC)を用いて測定される融点が60℃以上130℃未満、好ましくは60℃以上120℃未満、更に好ましくは60℃以上110℃未満、更に好ましくは65℃以上100℃未満であることが好ましい。トナー粒子中にこのような融点を有するワックスが含まれていると、トナー粒子は適切な硬さを有することができ、トナー粒子の表面改質工程において所望の流動性を有するトナー粒子を効果的に得ることができ、本発明の効果がより得られやすくなる。ワックスの融点が65℃未満の場合、トナーの保存性が悪化する場合がある。ワックスの融点が130℃を超えると、トナー粒子が硬くなりすぎて表面改質されたトナーの生産性が悪化する場合がある。
本発明において、ワックスの融点は、以下の方法により求める。
試料:0.5以上2mg以下
測定法:試料をアルミパン中に入れ、リファレンスとして空のアルミパンを用いる。
温度曲線:昇温I (20℃乃至180℃、昇温速度10℃/min)
降温I (180℃乃至10℃、降温速度10℃/min)
昇温II(10℃乃至180℃、昇温速度10℃/min)
上記温度曲線において昇温IIで測定される吸熱ピーク温度を融点とする。
本発明のトナーには、荷電制御剤を含有させることがトナーの帯電性を安定させる観点から好ましい。
トナーを負荷電性に制御するものとして下記化合物が挙げられる。
例えば有機金属錯体、キレート化合物が有効であり、モノアゾ金属錯体、アセチルアセトン金属錯体、芳香族ハイドロキシカルボン酸、芳香族ダイカルボン酸系の金属錯体がある。他には、芳香族ハイドロキシカルボン酸、芳香族モノ及びポリカルボン酸及びその金属塩、無水物、エステル類、ビスフェノールの如きフェノール誘導体類などがある。
中でも、下記一般式(1)で表わされるアゾ系金属錯体が好ましい。
Figure 2010014835
特に中心金属としてはFeが好ましく、置換基としてはハロゲン、アルキル基又はアニリド基が好ましく、カウンターイオンとしては水素、アルカリ金属、アンモニウム又は脂肪族アンモニウムが好ましい。またカウンターイオンの異なる錯塩の混合物も好ましく用いられる。
あるいは次の一般式(2)に示した塩基性有機酸金属錯体も負帯電性を与える荷電制御剤として好ましい。
Figure 2010014835
特に中心金属としてはFe,Cr,Si,Zn又はAlが好ましく、置換基としてはアルキル基、アニリド基、アリール基、ハロゲンが好ましく、カウンターイオンは水素、アンモニウム、脂肪族アンモニウムが好ましい。
トナーを正荷電性に制御するものとして下記の化合物がある。
ニグロシン及び脂肪酸金属塩による変成物;トリブチルベンジルアンモニウム−1−ヒドロキシ−4−ナフトスルフォン酸塩、テトラブチルアンモニウムテトラフルオロボレートの如き四級アンモニウム塩、及びこれらの類似体であるホスホニウム塩の如きオニウム塩及びこれらのレーキ顔料、トリフェニルメタン染料及びこれらのレーキ顔料(レーキ化剤としては、りんタングステン酸、りんモリブデン酸、りんタングステンモリブデン酸、タンニン酸、ラウリン酸、没食子酸、フェリシアン化物、フェロシアン化物など);高級脂肪酸の金属塩;ジブチルスズオキサイド、ジオクチルスズオキサイド、ジシクロヘキシルスズオキサイドなどのジオルガノスズオキサイド;ジブチルスズボレート、ジオクチルスズボレート、ジシクロヘキシルスズボレートの如きジオルガノスズボレート;グアニジン化合物、イミダゾール化合物。これらを単独で或いは2種類以上組合せて用いることができる。これらの中でも、トリフェニルメタン化合物、カウンターイオンがハロゲンでない四級アンモニウム塩が好ましく用いられる。また一般式(3)
Figure 2010014835
[式中、R1はH又はCH3を示し、R2及びR3は置換または未置換のアルキル基(好ましくはC1以上C4以下)を示す。]
で表わされるモノマーの単重合体:前述したスチレン、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステルの如き重合性モノマーとの共重合体を正荷電性制御剤として用いることができる。この場合これらの荷電制御剤は、結着樹脂(の全部または一部)としての作用をも有する。
特に下記一般式(4)で表わされる化合物が本発明の正荷電制御剤として好ましい。
Figure 2010014835
電荷制御剤をトナーに含有させる方法としては、トナー粒子内部に添加する方法とトナー粒子の外部に外添する方法がある。これらの電荷制御剤の使用量としては、結着樹脂の種類、他の添加剤の有無、分散方法を含めたトナー製造方法によって決定される。よって、一義的に限定されるものではないが、好ましくは結着樹脂100質量部に対して0.1以上10質量部以下、より好ましくは0.1以上5質量部以下の範囲で用いられる。
本発明に用いられるトナー粒子に含有される着色剤には、磁性体や非磁性の染料や顔料等、種々の公知の着色剤を用いることが可能である。本発明のトナーを磁性一成分トナーに適用する場合には、トナー粒子に磁性体が含有される。
本発明に用いられる磁性体としては、マグネタイト、マグヘマイト、フェライト等の酸化鉄;鉄、コバルト、ニッケルのような金属或いはこれらの金属とアルミニウム、コバルト、銅、鉛、マグネシウム、錫、亜鉛、アンチモン、ベリリウム、ビスマス、カドミウム、カルシウム、マンガン、セレン、チタン、タングステン、バナジウムのような金属の合金及びその混合物が用いられ、その磁性体表面或いは内部に非鉄元素を含有するものが好ましい。さらに本発明のトナーは、結着樹脂100質量部に対して磁性体を30乃至200質量部含有する磁性トナーであることが好ましい。この場合、磁性体によって十分な着色効果が得られる。
本発明に用いられる磁性体は、異種元素を含有するマグネタイト、マグヘマイト、フェライト等の磁性酸化鉄及びその混合物が好ましく用いられる。中でもリチウム、ベリリウム、ボロン、マグネシウム、アルミニウム、シリコン、リン、ゲルマニウム、チタン、ジルコニウム、錫、鉛、亜鉛、カルシウム、バリウム、スカンジウム、バナジウム、クロム、マンガン、コバルト、銅、ニッケル、ガリウム、カドミウム、インジウム、銀、パラジウム、金、水銀、白金、タングステン、モリブデン、ニオブ、オスミウム、ストロンチウム、イットリウム、テクネチウム、ルテニウム、ロジウム、ビスマスから選ばれる少なくとも一つ以上の元素を含有する磁性酸化鉄であることが好ましい。特にリチウム、ベリリウム、ボロン、マグネシウム、アルミニウム、シリコン、リン、ゲルマニウム、ジルコニウム、錫、第4周期の遷移金属元素が好ましい元素である。
これらの元素は酸化鉄結晶格子の中に取り込まれても良いし、酸化物として酸化鉄中に取り込まれても良いし、表面に酸化物あるいは水酸化物として存在しても良い。これらの形態の中でも、酸化物として含有されているのが好ましい形態である。
また、場合により、本発明のトナーに用いられる磁性酸化鉄は、シランカップリング剤、チタンカップリング剤、チタネート、アミノシラン等で、表面を疎水化する処理が施されていても良い。
これらの磁性酸化鉄は、種類によっても異なるが、着色力と現像性や搬送性に係る磁性とを両立させる観点から、結着樹脂100質量部に対し20乃至200質量部で好ましく用いられる。より好ましくは40乃至150質量部で用いられる。
本発明に用いられる着色剤としては、上記磁性酸化鉄の他、任意の適当な顔料又は染料が挙げられる。例えば顔料としては、カーボンブラック、アニリンブラック、アセチレンブラック、ナフトールイエロー、ハンザイエロー、ローダミンレーキ、アリザリンレーキ、ベンガラ、フタロシアニンブルー、インダンスレンブルー等が挙げられる。これらは、定着画像の光学濃度を維持するために必要十分な量が用いられ、その配合量は種類等によって異なるが、結着樹脂100質量部に対し0.1乃至20質量部であることが好ましく、0.2乃至10質量部であることがより好ましい。また、同様の目的で、さらに染料が用いられる。染料としては、例えば、アゾ系染料、アントラキノン系染料、キサンテン系染料、メチン系染料が挙げられ、その配合量は種類等によって異なるが、結着樹脂100質量部に対し0.1乃至20質量部であることが好ましく、0.3乃至10質量部であることがより好ましい。
本発明のトナー粒子には、ハイドロタルサイト類化合物以外の無機微粉体を含有する。無機微粉体としては、シリカ微粉末、酸化チタン微粉末又はそれらの疎水化物が外添されることが好ましい。それらは、単独あるいは併用して用いることが好ましい。
シリカ微粉末としては、ケイ素ハロゲン化合物の蒸気相酸化により生成された乾式法またはヒュームドシリカと称される乾式シリカ、及び、水ガラス等から製造される湿式シリカの両方が挙げられる。表面及び内部にあるシラノール基が少なく、製造残渣のない乾式シリカの方が好ましい。
さらにシリカ微粉体は疎水化処理されているものが好ましい。疎水化処理するには、シリカ微粉体と反応あるいは物理吸着する有機ケイ素化合物で化学的に処理することによって付与される。好ましい方法としては、ケイ素ハロゲン化合物の蒸気相酸化により生成された乾式シリカ微粉体をシラン化合物で処理した後、あるいはシラン化合物で処理すると同時にシリコーンオイルの如き有機ケイ素化合物で処理する方法が挙げられる。
疎水化処理に使用されるシラン化合物としては、ヘキサメチルジシラザン、トリメチルシラン、トリメチルクロルシラン、トリメチルエトキシシラン、ジメチルジクロルシラン、メチルトリクロルシラン、アリルジメチルクロルシラン、アリルフェニルジクロルシラン、ベンジルジメチルクロルシラン、ブロムメチルジメチルクロルシラン、α−クロルエチルトリクロルシラン、β−クロルエチルトリクロルシラン、クロルメチルジメチルクロルシラン、トリオルガノシランメルカプタン、トリメチルシリルメルカプタン、トリオルガノシリルアクリレート、ビニルジメチルアセトキシシラン、ジメチルエトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、ヘキサメチルジシロキサン、1,3−ジビニルテトラメチルジシロキサン、1,3−ジフェニルテトラメチルジシロキサンが挙げられる。
有機ケイ素化合物としては、シリコーンオイルが挙げられる。好ましいシリコーンオイルとしては、25℃における粘度がおよそ30以上1,000mm2/s以下のものが用いられる。例えばジメチルシリコーンオイル、メチルフェニルシリコーンオイル、α−メチルスチレン変性シリコーンオイル、クロルフェニルシリコーンオイル、フッ素変性シリコーンオイルが好ましい。
シリコーンオイル処理の方法は、シラン化合物で処理されたシリカ微粉体とシリコーンオイルとをヘンシェルミキサーの如き混合機を用いて直接混合しても良いし、ベースとなるシリカへシリコーンオイルを噴射する方法によっても良い。あるいは適当な溶剤にシリコーンオイルを溶解あるいは分散せしめた後、ベースのシリカ微粉体とを混合し、溶剤を除去して作製しても良い。
シリカ微粉体の好ましい疎水化処理として、ヘキサメチルジシラザンで処理し、次いでシリコーンオイルで処理することにより調製する方法が挙げられる。
上記のようにシリカ微粉体をシラン化合物で処理し、後にオイル処理することが疎水化度を効果的に上げることができ、好ましい。
上記シリカ微粉体における疎水化処理、更には、オイル処理を酸化チタン微粉体に施したものも、シリカ系同様に好ましい。
本発明のトナー粒子には、必要に応じてハイドロタルサイト類化合物、シリカ微粉体又は酸化チタン微粉体以外の添加剤を外添してもよい。
例えば帯電補助剤、導電性付与剤、流動性付与剤、ケーキング防止剤、熱ロール定着時の離型剤、滑剤、研磨剤の働きをする樹脂微粒子や無機微粒子である。
樹脂微粒子としては、その平均粒径が0.03以上1.0μm以下のものが好ましい。その樹脂を構成する重合性単量体としては、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,p−メトキシスチレン,p−エチルスチレン誘導体;アクリル酸;メタクリル酸;アクリル酸メチル,アクリル酸エチル,アクリル酸n−ブチル,アクリル酸イソブチル,アクリル酸n−プロピル,アクリル酸n−オクチル,アクリル酸ドデシル,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2−クロルエチル,アクリル酸フェニルの如きアクリル酸エステル;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−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n−オクチル,メタクリル酸ドデシル,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,メタクリル酸フェニル,メタクリル酸ジメチルアミノエチル,メタクリル酸ジエチルアミノエチルの如きメタクリル酸エステル;アクリロニトリル,メタクリロニトリル,アクリルアミド等の単量体が挙げられる。
重合法としては、懸濁重合、乳化重合、ソープフリー重合が挙げられる。より好ましくは、ソープフリー重合によって得られる粒子が良い。
その他の微粒子としては、ポリ弗化エチレン、ステアリン酸亜鉛、ポリ弗化ビニリデンの如き滑剤(中でもポリ弗化ビニリデンが好ましい);酸化セリウム、炭化ケイ素、チタン酸ストロンチウムの如き研磨剤(中でもチタン酸ストロンチウムが好ましい);酸化チタン、酸化アルミニウムの如き流動性付与剤(中でも特に疎水性のものが好ましい);ケーキング防止剤;カーボンブラック、酸化亜鉛、酸化アンチモン、酸化スズの如き導電性付与剤が挙げられる。さらに、トナーと逆極性の白色微粒子及び黒色微粒子を現像性向上剤として少量用いても良い。
トナー粒子と混合される無機微粉体及びハイドロタルサイト類化合物、樹脂微粒子またその他の無機微粒子は、トナー100質量部に対して0.01以上5質量部以下(好ましくは0.01以上3質量部以下)使用するのが良い。
本発明のトナーは、公知の方法によって製造することができる。
本発明のトナーを製造する方法としては、トナー粒子を構成する材料をボールミルその他の混合機により十分混合する。その後、熱ロールニーダー、エクストルーダーの如き熱混練機を用いて良く混練し、冷却固化後、機械的に粉砕する。さらにその後、粉砕粉を分級後、表面改質装置を用いてトナー粒子の表面改質を行う方法が好ましい。さらに必要に応じ所望の添加剤をヘンシェルミキサーの如き混合機により十分混合し、本発明に係るトナーを製造することができる。
本発明のトナーを製造する際に使用される機器としては、特に限定されないが、例えば混合機としては、ヘンシェルミキサー(三井鉱山社製);スーパーミキサー(カワタ社製);リボコーン(大川原製作所社製);ナウターミキサー、タービュライザー、サイクロミックス(ホソカワミクロン社製);スパイラルピンミキサー(太平洋機工社製);レーディゲミキサー(マツボー社製)が挙げられる。
混練機としては、例えばKRCニーダー(栗本鉄工所社製);ブス・コ・ニーダー(Buss社製);TEM型押出機(東芝機械社製);TEX二軸混練機(日本製鋼所社製);PCM混練機(池貝鉄工所社製);三本ロールミル、ミキシングロールミル、ニーダー(井上製作所社製);ニーデックス(三井鉱山社製);MS式加圧ニーダー、ニダールーダー(森山製作所社製);バンバリーミキサー(神戸製鋼所社製)が挙げられる。
粉砕機としては、例えばイノマイザ(ホソカワミクロン社製);クリプトロン(川崎重工業社製);ターボミル(ターボ工業社製);スーパーロータ(日清エンジニアリング社製)が挙げられる。
分級機としては、例えばクラッシール、マイクロンクラッシファイアー、スペディッククラシファイアー(セイシン企業社製);ターボクラッシファイアー(日清エンジニアリング社製);ミクロンセパレータ、ターボプレックス(ATP)、TSPセパレータ(ホソカワミクロン社製);エルボージェット(日鉄鉱業社製)、ディスパージョンセパレータ(日本ニューマチック工業社製);YMマイクロカット(安川商事社製)が挙げられる。
粗粒等をふるい分けるために用いられる篩い装置としては、例えばウルトラソニック(晃栄産業社製);レゾナシーブ、ジャイロシフター(徳寿工作所社);バイブラソニックシステム(ダルトン社製);ソニクリーン(新東工業社製);ターボスクリーナー(ターボ工業社製);ミクロシフター(槙野産業社製);円形振動篩い等が挙げられる。
以下、具体的実施例によって本発明を説明するが、本発明は何らこれに限定されるものではない。
まず、本実施例に用いられる結着樹脂について述べる。
[結着樹脂の製造例]
(ポリエステル樹脂の製造例1)
・テレフタル酸 : 25質量部
・無水トリメリット酸 : 3質量部
・式(A)で表されるビスフェノール誘導体(R:プロピレン基、x+yの平均値:2. 2) : 72質量部
これらに触媒としてジブチルスズオキサイド:0.5質量部を添加し、220℃で縮合重合して、低分子量ポリエステル樹脂L−1(Tg:56℃、THF不溶分:0質量%、Mn:4,000、Mw:7,600、ピーク分子量(Mp):9,100、酸価:16mgKOH/g、水酸基価:38mgKOH/g)を得た。
(ポリエステル樹脂の製造例2)
(1)テレフタル酸 : 20質量部
(2)イソフタル酸 : 3質量部
(3)無水トリメリット酸 : 7質量部
(4)式(A)で表されるビスフェノール誘導体(R:プロピレン基、x+yの平均値:2.2) : 72質量部
これらの原料物質に触媒としてジブチルスズオキサイド0.5質量部を添加し、240℃で縮合重合して、架橋ポリエステル樹脂H(Tg:56℃、ピーク分子量(Mp):8,600、酸価:33mgKOH/g、水酸基価:25mgKOH/g)を得た。
(結着樹脂1乃至4の製造例)
表1に示すような比率で低分子量ポリエステル樹脂と架橋ポリエステル樹脂を秤量し、ヘンシェルミキサー(混合機、三井三池化工機社製)で予備混合し、KRCニーダーS1(混練機、栗本鉄工所社製)にて吐出される樹脂の温度が150℃になるような条件で溶融ブレンドを行い、結着樹脂1乃至4を得た。
Figure 2010014835
(結着樹脂5の製造例)
(不飽和ポリエステル樹脂製造例)
ポリエステルモノマーを下記比率で混合する。
・式(A)で表されるビスフェノール誘導体(R:プロピレン基2.2モル付加)
1.150mol
・テレフタル酸 0.430mol
・イソフタル酸 0.390mol
・フマル酸 0.010mol
・ドデセニル無水琥珀酸 0.170mol
これらに触媒としてテトラブチルチタネート0.1質量%を添加し、220℃で縮合重合して、不飽和ポリエステル樹脂(Tg58℃、ピーク分子量=7800、数平均分子量=4600、Mw/Mn=2.1、酸価=5、水酸基価=37)を得た。
不飽和ポリエステル樹脂:75質量部と、ビニル系モノマーとして、スチレン:18質量部、アクリル酸ブチル:7.0質量部、開始剤として2,5−ジメチル−2,5−ビス(t−ブチルパーオキシ)ヘキシン−3(10時間半減期温度128.4℃):0.08質量部を混合した。このビニル系モノマー/ポリエステル樹脂混合物を125℃で20時間かけて重合後、さらに150℃に温度を上げて5時間保持して未反応のビニル系モノマーを重合させ、ハイブリッド樹脂を得た。これを結着樹脂5とする。この樹脂は、THF可溶分のGPC分子量分布において、メインピーク分子量が6500であった。
(結着樹脂6の製造例)
4つ口フラスコ内にキシレン300質量部を投入し、昇温して還流させ、スチレン80質量部、アクリル酸−n−ブチル20質量部、及びジ−tert−ブチルパーオキサイド2質量部の混合液を5時間かけて滴下して、低分子量重合体溶液を得た。
一方、4つ口フラスコ内に脱気水180質量部とポリビニルアルコールの2質量%水溶液20質量部を投入した後、スチレン75質量部、アクリル酸−n−ブチル25質量部、ジビニルベンゼン0.005質量部、及び2,2−ビス(4,4−ジ−tert−ブチルパーオキシシクロヘキシル)プロパン(半減期10時間温度;92℃)0.1質量部の混合液を加え、撹拌し懸濁液とした。フラスコ内を十分に窒素で置換した後、85℃まで昇温して重合し、24時間保持した後、ベンゾイルパーオキサイド(半減期10時間温度;72℃)0.1質量部を追加添加し、さらに、12時間保持して高分子量重合体の重合を完了した。
上記低分子量重合体の均一溶液300質量部に上記高分子量重合体25質量部を投入し、還流下で十分に混合した後、有機溶剤を留去して、スチレン系の結着樹脂6を得た。この結着樹脂の酸価、水酸基価は、0mgKOH/gであり、Tgは56℃であり、Mwは29万であり、Mnは1.4万であり、THF不溶分は0質量%であった。
(実施例1)
(トナーの製造例1)
・結着樹脂1: 100質量部
・ワックス: 5質量部
(低分子量ポリエチレン、DSCピーク=102℃、Mn=850)
・磁性酸化鉄: 95質量部
(組成:Fe34、形状:球状、平均粒子径0.19μm、795.8kA/mにおける磁気特性;Hc=5.4kA/m、σs=83.8Am2/kg、σr=7.0Am2/kg)
・T−77(保土谷化学社製): 2質量部
上記原材料をヘンシェルミキサーで予備混合した後、130℃、200rpmに設定した二軸混練押し出し機によって混練した。得られた混練物を冷却し、カッターミルで粗粉砕した後、得られた粗粉砕物を、ターボミル(ターボ工業社製)を用いて、排気温度が45℃になるようエアー温度を調整して微粉砕し、コアンダ効果を利用した多分割分級機を用いて分級し、原料トナー粒子を得た。
その原料トナー粒子を、表面改質装置ファカルティー(ホソカワミクロン社製)で表面改質及び微粉除去を行った。その際、分散ローターの回転周速を140m/secとし、微粉砕品の投入量を1サイクルあたり7.6kgとし、表面改質時間(=サイクルタイム、原料供給が終了してから排出弁が開くまでの時間)を45secとした。またトナー粒子排出時の温度は30℃であった。以上の工程を経て、コールターカウンター法で測定される重量平均粒子径(D4)6.5μmのトナー粒子1を得た。
表面改質されたトナー粒子1の物性を表2に示す。
さらに、このトナー粒子1の100質量部と、乾式シリカ(BET:200m2/g)にヘキサメチルジシラザン処理し、次いでジメチルシリコーンオイル処理を行った疎水性シリカ微粉体1.2質量部とハイドロタルサイト類化合物〔Mg0.72Al0.28(OH)2(CO30.14・0.54H2O;BET比表面積10m2/g〕0.10質量部とチタン酸ストロンチウム0.5質量部を、ヘンシェルミキサー(FM10B)(回転数:53回/秒、時間:2分間)で混合してトナー1を調製した。このトナーはテトラヒドロフラン不溶分を15質量%含有しており、またMg遊離率を測定したところ0.7%であった。得られたトナー1の物性を表2に示す。このトナーを以下の項目について評価した。評価結果を表4に示す。
[評価1:定着試験]
市販のヒューレットパッカード社製レーザービームプリンタ:HP Laser Jet P3005の定着器を取り出し、定着装置の定着温度を任意に設定できるようにし、かつプロセススピードを277mm/secとなるようにした外部定着器を用いた。この外部定着器は外径24mm、長さ230mmの基層がポリイミド、離型層としてPFAが成型されている無端ベルト使用した。表5には実施例及び比較例で使用した定着器の無端ベルトの厚さとフィラー量などを示す。
この外部定着器を140乃至220℃の範囲で5℃おきに温調し、FOX RIVER BOND紙(90g/m2)紙に現像したハーフトーン(画像濃度が0.8乃至0.85に設定)未定着画像の定着を行い、得られた画像を4.9kPaの荷重をかけたシルボン紙で5往復摺擦し、摺擦前後の画像濃度の濃度低下率が、5点平均値で15%以下になる点を定着温度とした。この温度が低いほど低温定着性に優れたトナーである。
低温定着性の判断基準を以下に示す。
A:145℃で濃度低下率が15%以下。
B:155℃で濃度低下率が15%以下。
C:165℃で濃度低下率が15%以下。
D:165℃で濃度低下率が15%より大きい。
耐高温オフセット性については、プロセススピードを150mm/secにし、200乃至240℃の範囲で5℃おきに温調し、未定着画像の定着を行い、画像上のオフセット現象による汚れを目視で確認し、発生した温度を耐高温オフセット性とした。この温度が高いほど耐高温オフセット性に優れたトナーである。評価紙は普通紙(68g/m2)を使用した。
耐高温オフセット性の判断基準を以下に示す。
A:240℃で汚れが全くない。
B:240℃でやや汚れるが、230℃で汚れが全くない。
C:230℃でやや汚れるが、225℃で汚れが全くない。
D:225℃で汚れが目立つ。
[評価2:高温高湿環境評価]
市販のヒューレットパッカード社製レーザービームプリンタ:HP Laser Jet P3005を改造し、レターサイズ42枚/分とした。この改造機に対して、市販のプロセスカートリッジにトナー1を600g充填し、本体に搭載させた。
これを画出し試験機として、32.5℃、80%RHの高温高湿環境に一晩放置後、印字率3%となる横線パターンを2枚/1ジョブとして、ジョブとジョブの間にマシンがいったん停止してから次のジョブが始まるように設定したモードで、レター普通紙(75g/m2)を使用して2万枚のプリント耐久試験を行った。
このプリント耐久試験中もしくは2万枚の耐久試験後に、以下の評価を行った。
画像濃度は、反射濃度計であるマクベス濃度計(マクベス社製)でSPIフィルターを使用して、5mm角のベタ黒画像の反射濃度を測定することにより測定し評価した。
画像濃度の評価基準を以下に示す。変化率は、濃度が安定すると思われる1000枚耐久後に対する初期画像からの濃度の立ち上がりと、2万枚耐久後の反射濃度の低下を濃度の変化率としてそれぞれ算出したものである。この変化率が小さいほど濃度が安定していることを示している。
A:変化率が3%未満。
B:変化率が3%以上5%未満。
C:変化率が5%以上10%未満。
D:変化率が10%以上。
尾引きは、定着器を改造し、加熱フィルムを内径30mm、厚み50μmの円筒状ステンレス鋼の金属スリーブとし、プライマー層を5μm、PFA樹脂を10μm、それぞれディッピングによって塗布して円筒状に形成したものを定着器Aとして本体に取り付け評価に用いた。
尾引きの評価方法は、上記の1000枚耐久後の濃度確認後にFOX RIVER BOND紙(90g/m2)を32.5℃,80%RH環境下に一日開封放置し、充分吸湿したものを用い、4ドットの横ラインを27ドットスペースに印字したパターンを1枚画出しし、ライン上で尾引いた数を数えた。
A:発生なし
B:3個未満
C:3乃至7個未満
D:7乃至10個未満 実用上問題ないレベル。
E:10乃至15未満 やや問題となるレベル。
F:15個以上 問題となるレベル。
[評価3:低温低湿環境評価]
評価2の改造した本体と定着器Aを15℃、10%RHの低温低湿環境に一晩放置後、印字率3%となる横線パターンをレター普通紙(75g/m2)を使用して1000枚連続通紙した。その後、ベタ白を4枚連続通紙し、2枚目のカブリを以下の方法により測定した。
反射濃度計(リフレクトメーター モデル TC−6DS 東京電色社製)を用いて画像形成前後の転写材を測定し、画像形成後の反射濃度最悪値をDs、画像形成前の転写材の反射平均濃度をDrとし、Ds−Drを求め、これをカブリ量として評価した。数値の少ない方がカブリが少ないことを示す。ベタ白通紙後、次に画像の前半3分の1が孤立ドットから構成されるハーフトーン、後半3分の2が白地の静電オフセット試験用パターンを1枚画出しし、静電オフセット評価のレベルを目視にて評価した。
カブリの評価基準(紙面内のカブリ最悪値に関して)を以下に示す。
A:0.8未満。
B:0.8以上1.5未満。
C:1.5以上3.0未満。
D:3.0以上。
静電オフセット性の評価基準は以下に示す。
A:全くみられない。
B:白地部にごく一部にかすかに見られる。
C:白地部にごく一部に見られる。
D:白地部のやや広い範囲にかすかに見られる。
E:白地部の広範囲にかすかに現れる。
F:白地部の広範囲に明らかに現れる。
G:白地部に著しく現れる。
[評価4:常温常湿環境評価]
評価2と同じ本体とプロセスカートリッジを用いて、25.0℃、60%RHの常温常湿環境に一晩放置後、同様の試験モードで常温常湿環境下での2万枚のプリント耐久試験を行った。評価2と同じ評価基準で評価を行った。
(トナーの製造例2)
ターボミルでの微粉砕条件を変更し、更に表面改質装置の条件において表面改質時間を30sec、トナー粒子排出時の温度を40℃に変更し、コールターカウンター法で測定される重量平均粒子径(D4)7.0μmのトナー粒子2を得た。
さらに、このトナー粒子2の100質量部と、トナー製造例1の疎水性シリカ微粉体1.1質量部とハイドロタルサイト類化合物0・05質量部に変更した以外はトナー1と同様にしてトナー2を得た。得られたトナー2の物性を表3に示す。また、実施例1と同様に評価試験を行い(実施例2)、その結果を表4に示す。
(トナーの製造例3)
用いる結着樹脂の種類を結着樹脂2に変更し、ターボミルでの微粉砕条件を変更し、表面改質処理は行わない以外はトナー粒子製造例1と同様にして重量平均粒子径(D4)7.2μmのトナー粒子3を得た。
さらに、このトナー粒子3の100質量部と、トナー製造例1の疎水性シリカ微粉体1.1質量部とハイドロタルサイト類化合物0・2質量部に変更した以外はトナー1と同様にしてトナー3を得た。得られたトナー3の物性を表3に示す。また、実施例1と同様に評価試験を行い(実施例3)、その結果を表4に示す。
(トナーの製造例4)
用いる結着樹脂の種類を結着樹脂3に変更し、表面改質装置の条件においてトナー粒子排出時の温度を46℃に変更した以外はトナー粒子製造例1と同様にしてコールターカウンター法で測定される重量平均粒子径(D4)6.4μmのトナー粒子4を得た。
さらに、このトナー粒子4の100質量部と、トナー製造例1の疎水性シリカ微粉体1.2質量部とハイドロタルサイト類化合物0.8質量部、チタン酸ストロンチウム0.2質量部に変更した以外はトナー1と同様にしてトナー4を得た。得られたトナー4の物性を表3に示す。また、実施例1と同様に評価試験を行い(実施例4)、更に改造前の市販の定着器を定着器Cとして同様の評価を行い比較例3とした。それらの評価結果を表4に示す。
(トナーの製造例5)
トナー粒子製造例1より、用いる結着樹脂の種類を結着樹脂4に変更した。また、ターボミルでの微粉砕条件とトナー粒子排出時の温度を46℃に変更した。さらに、表面改質装置の条件においてトナー粒子排出時の温度を48℃、表面改質時間を24secに変更した。その他はトナー粒子製造例1と同様にしてコールターカウンター法で測定される重量平均粒子径(D4)6.0μmのトナー粒子5を得た。
さらに、このトナー粒子5の100質量部と、トナー製造例1の疎水性シリカ微粉体1.2質量部とハイドロタルサイト類化合物0・8質量部、チタン酸ストロンチウム0.2質量部に変更した以外はトナー1と同様にしてトナー5を得た。得られたトナー5の物性を表3に示す。また、実施例1と同様に評価試験を行い(実施例5)、その結果を表4に示す。
(トナーの製造例6)
用いる結着樹脂を結着樹脂4に変更し、機械式粉砕機を用いずにジェット気流式粉砕機IDS型ミル(日本ニューマチック工業社製)を用い、多分割分級装置での分級条件を変更し、更に表面改質装置による表面改質を行わなかった以外はトナー粒子1と同様にしてトナー粒子6を得た。
さらに、このトナー粒子6の100質量部と、トナー製造例1の疎水性シリカ微粉体1.0質量部とハイドロタルサイト類化合物0・02質量部に変更した以外はトナー1と同様にしてトナー6を得た。得られたトナー6の物性を表3に示す。また、定着器を定着器Bとした他は実施例1と同様に評価試験を行い(実施例6)、その結果を表4に示す。
(トナーの製造例7)
用いる結着樹脂を結着樹脂5に変更し、ターボミルでの微粉砕条件を変更し、表面改質処理は行わない以外はトナー粒子製造例1と同様にして重量平均粒子径(D4)5.5μmのトナー粒子7を得た。
さらに、このトナー粒子7の100質量部と、トナー製造例1の疎水性シリカ微粉体1.4質量部とハイドロタルサイト類化合物2.0質量部、チタン酸ストロンチウムを添加しないことに変更した以外はトナー1と同様にしてトナー7を得た。得られたトナー7の物性を表3に示す。また、定着器を定着器Bとした他は実施例1と同様に評価試験を行い(実施例7)、その結果を表4に示す。
(トナーの製造例8)
用いる結着樹脂を結着樹脂6に変更し、機械式粉砕機を用いずにジェット気流式粉砕機IDS型ミル(日本ニューマチック工業社製)を用い、表面改質処理は行わない以外はトナー粒子製造例1と同様にして重量平均粒子径(D4)8.0μmのトナー粒子8を得た。
さらに、このトナー粒子8の100質量部と、イソブチルトリメトキシシランおよびジメチルシリコーンで疎水化処理した疎水性チタニア(BET比表面積75m2/g)1.3湿量部、トナー製造例1のハイドロタルサイト類化合物2.0質量部とをヘンシェルミキサー(FM10B)(回転数:53回/秒、時間:2分間)で混合してトナー8を得た。得られたトナー8の物性を表3に示す。また、定着器を定着器Bとした他は実施例1と同様に評価試験を行い(実施例8)、その結果を表4に示す。
(トナーの製造例9)
トナーの製造例4において、ハイドロタルサイト類化合物とチタン酸ストロンチウムを添加しない以外はトナー4と同様にしてトナー9を得た。得られたトナー9の物性を表3に示す。また、実施例1と同様に評価試験を行い(比較例1)、その結果を表4に示す。
(トナーの製造例10)
トナーの製造例8において、ハイドロタルサイト類化合物とチタン酸ストロンチウムを添加しない以外はトナー8と同様にしてトナー10を得た。得られたトナー10の物性を表3に示す。また、実施例1と同様に評価試験を行い(比較例2)、その結果を表4に示す。
Figure 2010014835
Figure 2010014835
Figure 2010014835
Figure 2010014835
本発明の機構に対応可能な画像形成装置の概略図である。 本発明の機構に対応可能な加熱定着装置の概略図である。 本発明に係わる定着フィルムの剛性を測定する方法を示す概略図である。 従来例に係わる加熱定着装置の概略図である。 従来例に係わる加熱定着装置においての定着原理を示す概略図である。 定着フィルムのたわみの発生原理を示す図である。
符号の説明
1 感光ドラム
2 帯電ローラ
3 画像露光
4 現像器
5 転写ローラ
6 加熱定着装置
7 クリーニング装置
8 トップセンサ
10 定着部材
11 加熱部材(ヒータ)
11a セラミック基板
11b 通電発熱抵抗層
11c ガラス保護層
12 ヒータホルダー
13 薄肉フィルム(定着フィルム)
14 温度検知手段
20 加圧ローラ
21 芯金
22 弾性層
23 離型層
30 板状の荷重部材
N 定着ニップ(ニップ)
P 転写材
t トナー像

Claims (10)

  1. 静電潜像担持体を帯電手段により帯電する帯電工程、該帯電された静電潜像担持体を露光して静電潜像を形成する露光工程、該静電潜像をトナーで現像してトナー像を形成する現像工程、該トナー像を中間転写体を介して、又は介さずに転写材へ転写する転写工程、該トナー像の転写された転写材を加熱部材と加圧部材とを圧接されることにより形成されるニップ部を通過させることにより加熱加圧定着する定着工程を有する画像形成方法において、
    該加熱部材は無端ベルトに接する発熱体を有し、該無端ベルトは厚さ20μm以上100μm以下、外径15mm以上45mm以下の定着フィルムであり、該無端ベルトの剛性を示す指標として、該定着フィルムの長手全面にわたって、板状の荷重部材により、その直径方向に荷重(0.7gf/mm)を与えたとき、式(1)
    荷重方向歪みγT=φT/φ (1)
    〔ただし、φは、荷重を与える前の定着フィルムの径(mm)であり、φTは、荷重を与えたときの荷重方向の定着フィルムの径(mm)である。〕
    で表わされる荷重方向歪みγTが0.70以上1.00以下であることを特徴とし、
    該トナーは少なくとも結着樹脂及び着色剤を含有するトナー粒子と、無機微粉体及びハイドロタルサイト類化合物を含有することを特徴とする画像形成方法。
  2. 該トナーは、トナー粒子100質量部に対して、0.03質量部以上1.00質量部以下のハイドロタルサイト類化合物を含有することを特徴とする請求項1に記載の画像形成方法。
  3. 該結着樹脂は、少なくともポリエステルユニットを含有する結着樹脂であることを特徴とする請求項1または2に記載の画像形成方法。
  4. 該トナーは、テトラヒドロフラン不溶分を3質量%以上50質量%以下で含有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の画像形成方法。
  5. 該ポリエステルユニットを有する樹脂の140℃における誘電正接が、5.0×10-3乃至0.10であり、該トナーの140℃における誘電正接が1.0×10-3乃至0.45であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の画像形成方法。
  6. 静電潜像担持体を帯電手段により帯電する帯電工程、該帯電された静電潜像担持体を露光して静電潜像を形成する露光工程、該静電潜像をトナーで現像してトナー像を形成する現像工程、該トナー像を中間転写体を介して、又は介さずに転写材へ転写する転写工程、該トナー像の転写された転写材を加熱部材と加圧部材とを圧接されることにより形成されるニップ部を通過させることにより加熱加圧定着する定着工程を有する画像形成方法に適用されるトナーおいて、
    該加熱部材は無端ベルトに接する発熱体を有する加熱部材であり、該無端ベルトは厚さ20μm以上100μm以下、外径15mm以上45mm以下の定着フィルムであり、該無端ベルトの剛性を示す指標として、該定着フィルムの長手全面にわたって、板状の荷重部材により、その直径方向に荷重(0.7gf/mm)を与えたとき、式(1)
    荷重方向歪みγT=φT/φ (1)
    〔ただし、φは、荷重を与える前の定着フィルムの径(mm)であり、φTは、荷重を与えたときの荷重方向の定着フィルムの径(mm)である。〕
    で表わされる荷重方向歪みγTが0.70以上1.00以下であり、
    該トナーは少なくとも結着樹脂及び着色剤を含有するトナー粒子と、無機微粉体及びハイドロタルサイト類化合物を含有することを特徴とするトナー。
  7. 該トナーは、トナー粒子100質量部に対して、0.03質量部以上1.00質量部以下のハイドロタルサイト類化合物を含有することを特徴とする請求項6に記載のトナー。
  8. 該結着樹脂は、少なくともポリエステルユニットを含有する結着樹脂であることを特徴とする請求項6または7に記載のトナー。
  9. 該トナーは、テトラヒドロフラン不溶分を3質量%以上50質量%以下で含有することを特徴とする請求項6乃至8のいずれかに記載のトナー。
  10. 該ポリエステルユニットを有する樹脂の140℃における誘電正接が、5.0×10-3乃至0.10であり、該トナーの140℃における誘電正接が1.0×10-3乃至0.45であることを特徴とする請求項6乃至9のいずれかに記載のトナー。
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