JP2010231182A - 画像形成装置および電子写真用トナーの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】第1像担持体、第2像担持体、第1像担持体から第2像担持体へトナー像を転写する第1転写手段、第2像担持体から記録媒体へトナー像を転写する第2像担持体を有する画像形成装置において、遠心力により一粒子あたり2.6×104[N/m2]で圧縮した後のトナー間の非静電付着力Ftp、トナー/第1像担持体間の非静電付着力Fpp、トナー/第2像担持体間の非静電付着力Fbpの関係が、Fbp>FtpまたはFbp>Fppである。
【選択図】図1
Description
トナーの付着力を測定する方法は、トナーの付着している物体からトナーを分離するのに必要な力を見積もる方法が一般的である。トナーを分離させる方法としては、遠心力、振動、衝撃、空気圧、電界、磁界等を用いた方法が知られている。このうち、遠心力を利用した方法は定量化が容易で、且つ測定精度が高い。このため、本例ではトナー/感光体間の付着力を測定する方法として、遠心分離法を用いた。以下、遠心分離によるトナー付着力測定方法について説明するが、IS&TNI P7th、200頁(1991)等に記載されているものが知られている。
F=m×r×(2πf/60)2 ・・・(式1)
トナーの重量mは、トナーの真比重ρ、円相当径dを用いて、下記式2より求められる:
m=(π/6)×ρ×d3 ・・・(式2)
上記式1と式2より、トナーの受ける遠心力Fは、下記式3から求められる:
F=(π3/5400)×ρ×d3×r×f2・・・(式3)
P=(π3/5400)×ρ×d3×r×f2/(π×d2/4)・・・(式4)
圧縮後、上記付着力測定方法により、トナー/試料面12a間の付着力を測定する。測定される付着力は、トナー一粒子が押し付けられる力が大きくなるほど大きくなる。本例では試料基板12に感光体を貼り付けた場合、中間転写ベルトを貼り付けた場合、トナー粒子層を貼り付けた場合の三つの態様で測定を行った。トナー粒子層は上記方法と同様に試料基板12に接着剤で接着し、接着剤により固定されていない表層を取り除いて作製した。
ランク5:目視観察で中抜けが発見されない状態
ランク4:目視観察で中抜けを判断することが難しいくらいに辛うじて中抜けを発見できる状態
ランク3:目視観察で中抜けを辛うじて発見でき、その中抜けが画像品質を損ねない状態
ランク2:目視観察で中抜けを比較的容易に発見できる状態
ランク1:目視観察で誰が観察しても中抜けをすぐに発見できる状態
Fbp>FtpまたはFbp>Fpp・・・(式5)
真円度={(粒子の周囲長)2/(粒子の投影面積)}×(1/4π)・・・(式5)
前記両性界面活性剤としては、例えば、アラニン、ドデシルジ(アミノエチル)グリシン、ジ(オクチルアミノエチル)グリシン、N−アルキル−N,N−ジメチルアンモニウムべタイン等が挙げられる。
前記高分子系保護コロイドとしては、例えば、酸類、水酸基を含有する(メタ)アクリル系単量体、ビニルアルコールまたはビニルアルコールとのエーテル類、ビニルアルコールとカルボキシル基を含有する化合物のエステル類、アミド化合物またはこれらのメチロール化合物、クロライド類、窒素原子若しくはその複素環を有するもの等のホモポリマーまたは共重合体、ポリオキシエチレン系、セルロース類等が挙げられる。酸類としては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、α−シアノアクリル酸、α−シアノメタクリル酸、イタコン酸、クロトン酸、フマール酸、マレイン酸、無水マレイン酸等が挙げられる。水酸基を含有する(メタ)アクリル系単量体としては、以下のものが挙げられる:アクリル酸β−ヒドロキシエチル、メタクリル酸β−ヒドロキシエチル、アクリル酸β−ヒドロキシプロビル、メタクリル酸β−ヒドロキシプロピル、アクリル酸γ−ヒドロキシプロピル、メタクリル酸γ−ヒドロキシプロピル、アクリル酸3−クロロ2−ヒドロキシプロビル、メタクリル酸3−クロロ−2−ヒドロキシプロピル、ジエチレングリコールモノアクリル酸エステル、ジエチレングリコールモノメタクリル酸エステル、グリセリンモノアクリル酸エステル、グリセリンモノメタクリル酸エステル、N−メチロールアクリルアミド、N−メチロールメタクリルアミド等。ビニルアルコールまたはビニルアルコールとのエーテル類としては、例えば、ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、ビニルプロピルエーテル等が挙げられる。前記ビニルアルコールとカルボキシル基を含有する化合物のエステル類としては、例えば、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル等が挙げられる。アミド化合物またはこれらのメチロール化合物としては、例えば、アクリルアミド、メタクリルアミド、ジアセトンアクリルアミド酸、またはこれらのメチロール化合物等が挙げられる。クロライド類としては、例えば、アクリル酸クロライド、メタクリル酸クロライド等が挙げられる。前記窒素原子若しくはその複素環を有するもの等ホモポリマーまたは共重合体としては、例えば、ビニルビリジン、ビニルピロリドン、ビニルイミダゾール、エチレンイミン等が挙げられる。ポリオキシエチレン系としては、例えば、ポリオキシエチレン、ポリオキシプロピレン、ポリオキシエチレンアルキルアミン、ポリオキシプロピレンアルキルアミン、ポリオキシエチレンアルキルアミド、ポリオキシプロピレンアルキルアミド、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンラウリルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルフェニルエステル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエステル等が挙げられる。セルロース類としては、例えば、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース等が挙げられる。
まず、トナーバインダーの合成について説明する。
冷却管、攪拌機および窒素導入管の付いた反応槽中に、ポリオキシエチレン(2.2)−2,2−ビス(4―ヒドロキシフェーノール)プロパン810[部]、テレフタル酸300[部]およびジブチルチンオキサイド2[部]を入れ、常圧で230[℃]で8[時間]反応し、更に10〜15[mmHg]の減圧で5[時間]反応した後、160[℃]まで冷却して、これに32[部]の無水フタル酸を加えて2[時間]反応した。
ビーカー内に前記トナーバインダー(1)の酢酸エチル溶液240[部]、銅フタロシアニンブルー顔料4[部]を入れ、60[℃]にてTK式ホモミキサーで12000[rpm]で攪拌し、均一に溶解、分散させた。ビーカー内にイオン交換水706[部]、ハイドロキシアパタイト10%懸濁液(日本化学工業(株)製スーパタイト10)294[部]、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム0.2[部]を入れて均一に溶解した。次いで60[℃]に昇温し、TK式ホモミキサーで12000[rpm]に攪拌しながら、上で述べたトナー材料の溶液を投入し10[分間]攪拌した。次いでこの混合液を攪拌棒および温度計付のコルベンに移し、98[℃]まで昇温して溶媒を除去し、濾別、洗浄、乾燥した後、風力分級し、母体粒子を得た。
次に、上記実施例1で得られたトナーにおいて、リコー製カラー複写機ImagioNeo C7500改造機を用いて、転写加圧スプリング力16Nのときの中抜け評価を行った。この時、感光体と転写ベルトには潤滑剤を塗布しないようにした。
ランク5:目視観察で中抜けが発見されない状態
ランク4:目視観察で中抜けを判断することが難しいくらいに辛うじて中抜けを発見できる状態
ランク3:目視観察で中抜けを辛うじて発見でき、その中抜けが画像品質を損ねない状態
ランク2:目視観察で中抜けを比較的容易に発見できる状態
ランク1:目視観察で誰が観察しても中抜けをすぐに発見できる状態
遠心分離法を用いて、上記実施例1で得られたトナーの一粒子あたり2.6×104[N/m2]の力で圧縮した後のトナー間付着力Ftp、およびトナー/感光体間付着力Fpp、トナー/中間転写ベルト間付着力Fbpを測定する。感光体は上記リコー製カラー複写機ImagioNeo C7500に搭載されている未使用の感光体を使用し、中間転写ベルトも同製品の転写ベルトを使用した。その際、トナー間の加圧力0[N/m2]のときの付着力も測定し、加圧力に対するFt/Dtの傾きLも算出する。
遠心分離装置:日立工機製CP100α(最高回転数:100000rpm、最大加速度:800000G)
ロータ:日立工機製アングルロータP100AT
画像処理装置:インタークエスト製ImageHyper700
試料基板と受け基板:直径8mm、厚み1.5mmの円板で、材料はアルミニウム
スペーサ:外径8mm、内径5.2mm、厚み1mmのリングで、材料はアルミニウム
保持部材:直径13mm、長さ59mmの円筒で、材料はアルミニウム
ロータの中心軸から試料基板のトナー付着面までの距離:64.5mm
上述の実施例1のトナーのFpp、Fbp、Ftpおよび加圧力に対するFt/Dtの傾きLは次のようになった。
Fpp=82[nN]
Fbp=50[nN]
Ftp=32[nN]
L=1.64×10−4
中抜けランクは4であった。
トナー組成物である樹脂や着色剤等を混合攪拌した後に、溶融混練し、次いで、溶融混練された前記構成材料を粉砕・分級して不定形のトナー母粒子Bを得た。トナー母粒子Bの体積平均粒径は、7.0[μm]、真円度の平均値は1.55であった。
Fpp=115[nN]
Fbp=75[nN]
Ftp=85[nN]
L=4.29×10−4
中抜けランクは1であった。
比較例1と同様に作製したトナー母粒子Bを熱気流中で結着樹脂の軟化点転以上の温度に加熱することにより球形化処理を施し、更に、球形処理を施した後、分級して球形のトナー母粒子Cを作製した。得られたトナー母粒子Cの体積平均粒径は、7.0[μm]、真円度の平均値は1.21であった。
Fpp=85[nN]
Fbp=52[nN]
Ftp=41[nN]
L=1.87×10−4
中抜けランクは5であった。
比較例1と同様にして体積平均粒径、7.0[μm]、真円度の平均値1.55のトナーを使用し、感光体に潤滑剤を塗布して実験を行った。実施例1と同様の画像形成装置に感光体への潤滑剤塗布を行った。潤滑剤にはステアリン酸亜鉛を用いた。付着力測定にも同様の潤滑剤を塗布した感光体について測定した。このとき、潤滑剤の塗布量を変化させることによって、感光体と水との接触角を92°以上に保った。
Fpp=59[nN]
Fbp=75[nN]
Ftp=85[nN]
L=4.29×10−4
中抜けランクは5であった。
実施例1と同様にして体積平均粒径、5.8[μm]、真円度の平均値1.34のトナーを使用し、中間転写ベルトに潤滑剤を塗布して実験を行った。実施例1と同様の画像形成装置に中間転写ベルトへの潤滑剤塗布を行った。潤滑剤にはステアリン酸亜鉛を用いた。付着力測定にも同様の潤滑剤を塗布した中間転写ベルトについて測定した。
Fpp=82[nN]
Fbp=27[nN]
Ftp=32[nN]
L=1.64×10−4
中抜けランクは2であった。
比較例1で使用した真円度1.52のトナーと、実施例2で使用した真円度1.21トナーとを1:1の重量比で混合し、体積平均粒径7.0[μm]、真円度の平均値が1.38となったトナーを作製した。
Fpp=89[nN]
Fbp=60[nN]
Ftp=57[nN]
L=3.13×10−4
中抜けランクは4であった。
比較例1と同様にトナー組成物である樹脂や着色剤等を混合攪拌した後に、溶融混練し、次いで、溶融混練された前記構成材料を粉砕・分級して不定形のトナー母粒子Dを得た。トナー母粒子Dの体積平均粒径は、3.6[μm]、真円度の平均値は1.55であった。疎水化処理したシリカA(一次粒子径平均値25[nm])をトナー量1.35[重量%]、疎水化処理した酸化チタンA(一次粒子径平均値15[nm])をトナー量1.5[重量%]となるように配合し、ヘンシェルミキサーによって攪拌混合処理してトナーを作製した。この体積平均粒径3.6[μm]のトナーと比較例1で作製した体積平均粒径7.0[μm]、真円度の平均値1.55のトナーを重量比1:1で混合し、実施例5のトナーを作製した。
Fpp=80[nN]
Fbp=49[nN]
Ftp=30[nN]
L=1.72×10−4
中抜けランクは4であった。
中間転写ベルトを新たに作製して使用する以外は比較例1と同様の条件、同様のトナーで評価を行った。中間転写ベルトは次のように作製した。ポリイミドワニス中の樹脂成分100重量部に対して、CB20重量部を添加して均一分散させ、1000rpmで回転する円筒形金型に注入し、130℃、100分乾燥させながら遠心成型を行った。型から剥がしたポリイミドフィルムを円筒型にかぶせ、300℃にて硬化処理を行った。そして、NBRゴム100重量部、加硫剤(沈降硫黄)2重量部、CB20重量部、可塑剤30重量部のコンパウンドを、上記ポリイミドフィルムに巻き付け、150℃、80分の加熱加硫を行った。これを研磨後、表層にポリウレタンプレポリマー100重量部、硬化剤(イソシアネート)3重量部、PTFE微粉末粉体50重量部、分散剤 4重量部、MEK 500重量部を均一分散させた分散液をスプレー塗布し、室温で乾燥後、130℃で100分の架橋を行った。このようにして、樹脂層;90μm、弾性層;80μmの転写ベルトを得た。得られた転写ベルトのヤング率は5400Mpaであった。評価結果を以下に示す。
Fpp=115[nN]
Fbp=124[nN]
Ftp=85[nN]
L=4.29×10−4
中抜けランクは5であった。
比較例1で使用したトナー素材を粉砕・分級して、体積平均粒径、4.0[μm]、真円度の平均値1.56のトナートナー母粒子B’を作製し、外添剤のトナー表面に対する被覆率が比較例1と同様になるように、比較例1と同様の外添剤を添加してトナー粒子を作製した。
Fpp=64[nN]
Fbp=43[nN]
Ftp=51[nN]
L=4.50×10−4
中抜けランクは1であった。
比較例3と同様に作製したトナー母粒子B’を熱気流中で結着樹脂の軟化点転以上の温度に加熱することにより球形化処理を施し、更に、球形処理を施した後、分級して球形のトナー母粒子C’を作製した。得られたトナー母粒子C’の体積平均粒径は、4.0[μm]、真円度の平均値は1.23であった。
Fpp=48[nN]
Fbp=30[nN]
Ftp=23[nN]
L=1.85×10−4
中抜けランクは5であった。
ビーカー内に、実施例1と同様にして得たトナーバインダー(1)の酢酸エチル溶液240[部]、銅フタロシアニンブルー顔料4[部]を入れ、60[℃]にてTK式ホモミキサーで12000[rpm]で攪拌し、均一に溶解、分散させた。ビーカー内にイオン交換水706[部]、ハイドロキシアパタイト10%懸濁液(日本化学工業(株)製スーパタイト10)294[部]、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム0.2[部]を入れ均一に溶解した。次いで60[℃]に昇温し、TK式ホモミキサーで12000[rpm]に攪拌しながら、上で述べたトナー材料の溶液を投入し10[分間]攪拌した。次いでこの混合液を攪拌棒および温度計付のコルベンに移し、攪拌周速20[m/分]で攪拌しながら35[℃]、減圧下の条件下9[時間]で溶媒を除去し、濾別、洗浄、乾燥した後、風力分級し、トナー母粒子Eを得た。
Fpp=107[nN]
Fbp=70[nN]
Ftp=76[nN]
L=3.50×10−4
中抜けランクは2であった。
2 感光体ドラム
3 帯電装置
4 一次転写ローラ
5 中間転写ベルト
6 二次転写ローラ
7 二次転写部対向ローラ
8,10 クリーニング装置
11 測定セル
12 試料基板
13 受け基板
14 スペーサ
15 遠心分離機
16 ロータ
17 保持部材
18 試料設置部
19 回転中心軸
20 画像形成ユニット
50 中間転写ユニット
Claims (11)
- 潜像担持体である第1像担持体、中間転写体である第2像担持体、第1像担持体から第2像担持体へトナー像を転写する第1転写手段、第2像担持体から記録媒体へトナー像を転写する第2像担持体を有する画像形成装置において、
遠心力により一粒子あたり2.6×104[N/m2]で圧縮した後のトナー間の非静電付着力Ftp、トナー/第1像担持体間の非静電付着力Fpp、トナー/第2像担持体間の非静電付着力Fbpの関係が、
Fbp>FtpまたはFbp>Fpp
であることを特徴とする画像形成装置。 - Fbp>Fppであることを特徴とする、請求項1に記載の画像形成装置。
- 遠心力により加圧した後のトナー間の非静電的付着力をFt[nN]、トナーの平均粒径をDtとする際、Ft/Dt[nN/μm]を縦軸とし、遠心力による一粒子あたりの加圧力P[N/m2]を横軸としてプロットしたグラフにおける一次回帰直線の比例係数Lが3.40×104[mm]以下であるトナーを特徴とする、請求項1に記載の画像形成装置。
- トナーの真円度の平均値が1.0以上1.4以下であることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項に記載の画像形成装置。
- 真円度の平均値が1.4より大きくなるように製造されたトナーに対して、真円度の平均値が1.4よりも小さくなるように製造されたトナーを混合したものを使用することを特徴とする、請求項4に記載の画像形成装置。
- トナーの平均粒径が1〜8[μm]の範囲に収まるように調整したことを特徴とする、請求項1〜5のいずれか一項に記載の画像形成装置。
- トナーが、平均粒径が異なる少なくとも二種類のトナー粒子群を混合したものであることを特徴とする、請求項1〜6のいずれか一項に記載の画像形成装置。
- トナーが、平均粒径の異なる二種類のトナー粒子群からなり、大粒径のトナー粒子群の平均粒径が4μm以上8μm以下、小粒径のトナー粒子群の平均粒径が1μm以上4μm未満であることを特徴とする、請求項7に記載の画像形成装置。
- 第1像担持体の表面における水との接触角が90°以上であることを特徴とする、請求項1〜8のいずれか一項に記載の画像形成装置。
- 第2像担持体のヤング率が6000Mpa以下であることを特徴とする、請求項1〜9のいずれか一項に記載の画像形成装置。
- 第2像担持体を構成する層に弾性層が含まれていることを特徴とする、請求項1〜10のいずれか一項に記載の画像形成装置。
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