JP2012118371A - 加熱加圧定着方法と画像形成方法 - Google Patents

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三郎 平岡
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Abstract

【課題】画像支持体の厚みが変わっても低温定着性、画像の定着強度が変わらず確保でき、ドット形状や、画像質感の変動がなく、画像支持体の汎用性を高く満たす加熱加圧定着方法を提供する。
【解決手段】トナーが結晶性ポリエステル及び非晶性ポリエステルを含有し、該トナーの高架式フローテスター測定荷重196Nにおける軟化点をT℃、測定荷重49Nにおける軟化点をT℃としたとき式(1)〜式(3)を満たし、且つ、該画像支持体が加熱部材と加圧部材とのニップに進入してから0.008秒後に受ける圧力をp、最大圧力をpとしたとき式(4)、及び式(5)を満たすことを特徴とする加熱加圧定着方法。
式(1):90≦T≦110、 式(2):90≦T≦110、
式(3):0≦T−T≦10、 式(4):150≦p≦200、
式(5):50≦p−p≦150 但し、p、pの単位はいずれもkPa。
【選択図】図1

Description

本発明は、加熱加圧方式の定着方法と、それを用いた画像形成方法に関するものである。
近年、印刷分野においても一般消費者の需要の多様性が影響して、クライアントの印刷会社、出力センターへの発注形態は、小部数ではあるが多種の印刷物という、所謂小部数多ロット化の傾向が強くなっている。また、情報のタイムリー性重視や、パーソナルユースの増加などから、短納期発注の傾向も強まってきている。
また、近年消費者の多様なニーズは高付加価値印刷へも向かっている。高付加価値印刷とは、印刷物に高級感などを付与するものであって、例えばニス塗りによる光沢表現やエンボス加工による立体表現、ホログラムや箔の転写による光輝表現などがあり表現方法は多種多様である。例えば、結婚式の案内状などは上記の如き高付加価値印刷の技術を駆使した印刷物の一例である。
小部数多ロット、短納期、更には多種のデータを取り扱えるという点で、電子写真方式の出力機、いわゆるデジタル軽印刷機は現在の市場に適した出力装置といえる。しかし、上記のような高付加価値印刷を施した案内状の上に宛名を鮮明に印刷したり、或いは、多様な画像支持体に安定した画像品質で印刷することは、電子写真方式による画像形成において今後さらに求められる課題である。
特許文献1には、90℃〜110℃に軟化点を有するトナーを画像支持体に定着する際に、加熱手段、加圧手段のニップ圧力を150kPa以下にして定着する画像形成方法が開示されている。この方法によれば、画像支持体の厚みが変わっても、低温定着性を確保し、かつ、定着時に画像に高いニップ圧を与えないため、定着した画像の線幅が原稿画像に忠実に再現できることが開示されている。しかし、ニップ圧が弱いが為に、画像の定着強度が弱くなるという課題を残している。
又、特許文献2には、多様な画像支持体において安定した定着性能を確保するために、加熱手段、加圧手段のニップ圧、ニップ幅を画像支持体の厚みによって変更させる画像形成装置が開示されている。紙厚によって画像に掛かるニップ圧が変化するため、紙厚が変わった場合の画像品質や画像の定着強度確保の観点で有効な手段である。しかし、装置構造の複雑化や、装置の省スペース化への対応が難しいなど、装置設計上の新たな課題が派生することがある。
又、別の手段としては、画像支持体(記録材、記録紙等ともいう)の厚みに応じて定着温度を変更することにより、いずれの画像支持体を用いても高い画像の定着強度を確保する手段も開示されている(特許文献3及び4参照)。しかし、定着装置としては機構が複雑化する、定着温度変更にはそれなりの時間を要するため、生産性が低下するなど課題が残っている。
更に、上記4件のいずれの特許文献においても、高付加価値印刷に適応するため画像支持体の汎用性を満たす方策については言及されていない。
特開2007−163692号公報 特開2004−271919号公報 特開2009−104117号公報 特開2009−122438号公報
本発明の目的は、上記課題を解決することである。
即ち、本発明の目的は、画像支持体の厚みが変わっても低温定着性、画像の定着強度が変わらず確保でき、ドット形状の劣化や画像質感等の変動がなく、高品質画像を保持でき、また、高付加価値印刷にも適応し画像支持体の汎用性を満たす、加熱加圧定着方法及び画像形成方法を提供することにある。
本発明は、前記課題解決のため、発明者が鋭意検討した結果、達成されたものである。
加熱加圧方式の定着方法において低温定着性を実現させ、かつ、画像の定着強度を確保するためには、溶融特性の良好なトナーを加熱部材と加圧部材のニップ部において充分に加圧して画像支持体に密着させることが必要である。
さらに本発明者らは、例え画像支持体の厚みが変わったとしても、ニップ部において溶融したトナーが安定に同様の潰され方をすることが、画像質感の変動がなく、ドット形状の劣化のない高品質画像の安定再現に繋がるとの考えに基づき、トナーの溶融特性および加熱加圧方式による定着装置の構成に着目して検討を行った結果、本発明の構成に至ったものである。すなわち、
(1)
画像支持体上に形成された未定着のトナーからなる画像を、加熱部材と加圧部材とのニップ部を通過させて定着する加熱加圧定着方法において、
該トナーが結晶性ポリエステル及び非晶性ポリエステルを含有し、該トナーの高架式フローテスター測定荷重196Nにおける軟化点をT℃、測定荷重49Nにおける軟化点をT℃としたとき式(1)〜式(3)を満たし、
且つ、
該画像支持体が該加熱部材と加圧部材のニップ部に進入してから0.008秒後に受ける圧力をp、最大圧力をpとしたとき式(4)、及び式(5)を満たすことを特徴とする加熱加圧定着方法。
式(1) 90≦T≦110
式(2) 90≦T≦110
式(3) 0≦T−T≦10
式(4) 150≦p≦200
式(5) 50≦p−p≦150
但し、p、pの単位は、いずれもkPaである。
(2)
前記加熱部材が少なくとも無端状のベルト状部材とローラ状部材よりなり、加圧部材がローラ状部材よりなることを特徴とする(1)記載の加熱加圧定着方法。
(3)
電子写真感光体に形成された静電潜像をトナー現像した後、画像支持体に転写する工程を経て形成された未定着トナーの画像を、(1)又は(2)記載の加熱加圧定着方法を用いて定着することを特徴とする画像形成方法。
本発明の構成を採ることにより、画像支持体の紙厚が変わっても定着プロセスにおいて未定着トナー画像にかかる圧力の変化が抑えられ、画像の定着強度は勿論、ドット形状の劣化や画像質感等の変動がなく、高品質画像を維持できる、また、高付加価値印刷にも適応する画像支持体の汎用性を満たす、加熱加圧定着方法及び画像形成方法を提供することが出来る。
本発明に係わる加熱加圧定着装置の態様を説明する図。 加熱加圧定着装置のニップ圧力と、p及びpを説明する図。 本発明に係わる加熱加圧定着装置の望ましい態様を示す構成図。 本発明に関わる無端状ベルトの様態を示す構成図。 本発明の画像形成装置の態様を示す構成断面図。 性能評価に用いた画像支持体の形態を説明する図。
本発明の目的を達成すべく本発明者が検討を行ったが、その前提として定着装置の機構即ち、定着装置の設定条件(即ち、加熱部材と加圧部材のニップ圧や定着温度等)を、画像支持体の紙質や厚み等に合わせて変更する方法は、前記した通り良好な定着を行う有効な手段である。しかし、装置の大型化、機構の複雑化を伴い実用上の問題がある。
この様な手段を採ることなく、比較的低温で高速にしかも高画質な未定着トナー画像を劣化させることなく定着する方策を考えると、基本的には下記のことが重要となろう。
画像支持体上に担持された未定着トナー画像は、定着時にトナーが加熱により溶融して画像支持体に定着され。高画質画像が劣化することなく加熱定着されるためには、定着に必要な加圧は必要であるが、必要以上の加圧は画質劣化につながり好ましくない。そこで未定着トナー画像が加熱部材と加圧部材のニップ部に進入してきたら、定着に必要な加圧が早くからかかる必要がある。しかし、それ以後に過度の圧力がかかるのは避けなければならない。従って、未定着トナー画像がニップ部に進入直後の圧力が重要な意味を持ち、またニップ部での最大圧力も問題となろう。
一方、使用するトナーの具備すべき要件を考えると、加熱定着時に比較的低温度で軟化し定着されることが重要であるが、そればかりでなく加えられる圧力が多少変動してもその軟化点はあまり変わらないことが重要であろう。低温定着性を持たせるためには低温の加熱で軟化せねばならず、支持体である紙の厚さや紙質により加熱時にかかる圧力は変動するので、それによりあまり軟化点が変動しないことが重要であろう。これにより広い定着温度範囲で、トナー画像は高画質と良好な定着性を保つことが出来る。
本発明の構成は、この様な考え方にたち、それでは実際に低温定着に採用されている温度、即ち100℃付近において支持体の紙質や紙厚が多少変動しても、安定的に高画質画像を長期間にわたり得るためには、トナーと加熱定着装置は如何なる条件を満たす必要が有るかを検討した結果、得られたものである。
検討の結果、本発明の構成に示すごとく、用いるトナーとしては高架式フローテスター測定において、荷重196Nと49Nにおける各々の軟化点が90〜110℃であり、かつ該軟化点の差が10℃以内のトナーを用いることが望ましいことが判明した。これは薄紙から厚紙に及ぶ画像支持体上のトナー画像の定着強度の確保、画像支持体厚によるニップ圧力変動に対するトナーのつぶれ方の差異を少なく出来るため、高いドット形状の再現性が確保されやすく、画像の質感変動も少なくすることが出来る為である。
しかしながら、上記要件を備えるトナーを用いて、加熱部材と加圧部材とのニップ部に未定着トナー画像を担持した支持体を狭持搬送する圧接加熱方式の定着装置を用いても、必ずしも定着後のトナー画像の定着強度が高く、厚紙から薄紙まで高画質で紙質による定着性の変動が少ない加熱定着が行われるとは限らず、このタイプの定着装置は高速定着性に優れているが、必ずしも高画質画像が得られるわけではない。そのためには本発明の構成に示す初期圧力pと最大圧力pを満たす必要がある。
その理由を考察すると、加熱部材と加圧部材とのニップ圧力は初期圧を高くすることで、画像支持体へのトナーの密着性がニップ初期から確保され、画像の定着強度が高まることが考えられる。また、ニップ部での定着圧力は急激に上昇させないことで、画像がニップ部で伸されずドットの均一性が壊されるのを防止できるためであろう。
トナー及び定着装置の条件を両立させることにより、厚紙から薄紙まで高画質で質感に変動がなく、画像の定着強度が高い印刷物を、高速度で提供できることが明らかとなった。その適正条件が下記する本発明の構成である。
以下、本発明に用いられるトナーの構成或いは定着器の構成につき具体的に説明する。
〔本発明に用いられるトナー〕
本発明の加熱加圧定着方法に使用可能なトナーは、結晶性ポリエステル樹脂および非晶性ポリエステル樹脂を含有している。これら樹脂の含有により、出来上がったトナーは低温定着性を発現しつつ、必要な物理的強度を確保できる。
〈結晶性ポリエステル樹脂〉
本発明のトナーに使用可能な結晶性ポリエステル樹脂とは、示差走査熱量測定法(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ポリエステル樹脂のことをいうものであり、該吸熱ピークを有するポリエステル樹脂であれば特に限定されるものではない。たとえば、結晶性ポリエステル主鎖に対して他成分を共重合させた構造のポリマーが存在する場合、このポリマーよりなる樹脂が吸熱ピークを示すものであれば、本発明でいう結晶性ポリエステルに該当する。
結晶性ポリエステル樹脂は、後述するトナー構造において、コア部分に含有され、それ自身が融点において急速な溶融性を示すことから、トナーに急激に溶融する性質、いわゆるシャープメルト性を付与する上で重要な役割を果たしている。
結晶性ポリエステル樹脂を構成する酸成分としては、種々のジカルボン酸が挙げられるが、中でも脂肪族ジカルボン酸及び芳香族ジカルボン酸が好ましく、とりわけ直鎖型の脂肪族ジカルボン酸が好ましい。
使用可能な脂肪族ジカルボン酸としては、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼリン酸、セバシン酸、1,9−ノナンジカルボン酸、1,10−デカンジカルボン酸、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などが挙げられる。また、これらの低級アルキルエステルや酸無水物を用いても良い。上記脂肪族ジカルボン酸の中でも、入手容易性の観点から、アジピン酸、セバシン酸、1,10−デカンジカルボン酸が好ましい。
また、結晶性ポリエステル樹脂を構成する芳香族ジカルボン酸としては、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る。これらの中でも、入手容易性及び乳化容易性の観点から、テレフタル酸、イソフタル酸、t−ブチルイソフタル酸が好ましい。これら芳香族ジカルボン酸の添加量は、合成されたポリエステル樹脂の結晶性を確保するために、20構成モル%以下とすることが好ましく、より好ましくは10構成モル%以下、更には5構成モル%以下とすることが好ましい。
使用されるジカルボン酸は1種類に限定されるものではなく、2種類以上のジカルボン酸を使用してもよい。また、前記ジカルボン酸は、乳化重合法でポリエステル樹脂を形成する際に乳化性を良好にする視点からスルホン酸基を含有させることができる。
次に、結晶性ポリエステル樹脂の構成するアルコール化合物としては脂肪族ジオールが好ましく、その中でも主鎖を構成する炭素原子の数が2〜22の範囲にある直鎖型の脂肪族ジオールが好ましい。入手容易性や確実な低温定着性の発現の視点から、主鎖を構成する炭素原子の数が2〜14の範囲にある直鎖型の脂肪族ジオールが特に好ましい。
使用可能な脂肪族ジオールとしては、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、1,6−ヘキサンジオール、1,7−ヘプタンジオール、1,8−オクタンジオール、1,9−ノナンジオール、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等が挙げられる。これらの中でも、エチレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,9−ノナンジオール、1,10−デカンジオールが挙げられる。
本発明の加熱加圧定着方法において結晶性ポリエステル樹脂は、その融点が65℃〜95℃の範囲であることが好ましい。この範囲であると、作製されたトナーの軟化点T、Tは本発明の式(1)、式(2)を満たすことができる。所望の融点を有する結晶性ポリエステル樹脂を得るためには、樹脂の構成成分を前述のジカルボン酸、ジオールから適宜選択することが必要である。前述のジカルボン酸、ジオールのうち、低分子量のものを選択すると比較的融点は低くなり、高分子量のものを選択すると比較的融点は高くなる。
また、結晶性ポリエステル樹脂のトナー全成分に対する質量比率は、45〜75質量%であることが好ましい。この範囲であると作製されたトナーの軟化点T、Tの差T−Tは式(3)を満たすことができる。
〈非晶性ポリエステル樹脂〉
本発明のトナーに使用可能な非晶性ポリエステル樹脂とは示差走査熱量測定法(DSC)において、その吸熱量変化で吸熱ピークを有さないポリエステル樹脂のことをいう。この要件を満たす範囲であれば、公知のポリエステル樹脂の利用が可能である。
非晶性ポリエステル樹脂は、後述するトナー構造において、コア部分およびシェル部分に含有され、トナーに機械的強度を付与し、画像形成装置内での発熱によるトナー同士の溶着進行を抑え、耐熱保管性を確保するのに有効な成分となる。また、定着された画像に機械的強度を付与し、ドキュメントオフセット性を高めるという効果にも寄与している。
非晶性ポリエステル樹脂は、公知の多価カルボン酸と多価アルコールとの合成により得られる。非晶性ポリエステル樹脂を構成する多価アルコール成分としては、2価アルコールとして、エチレングリコール、プロピレングリコール、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、ネオペンチレグリコール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、ジプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ビスフェノールA、水素添加ビスフェノールA等が挙げられる。また、3価以上のアルコールとしては、たとえば、グリセリン、ソルビトール、1,4−ソルビタン、トリメチロールプロパン等がある。
また、非晶性ポリエステル樹脂を構成する多価カルボン酸成分としては、脂肪族ジカルボン酸や芳香族ジカルボン酸が挙げられる。脂肪族ジカルボン酸としては、たとえば、シュウ酸、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、1,9−ノナンジカルボン酸、1,10−デカンジカルボン酸、1,12−ドデカンジカルボン酸、1,14−テトラデカンジカルボン酸、1,18−オクタデカンジカルボン酸等がある。また、芳香族ジカルボン酸としては、たとえば、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、マロン酸、メサコニン酸等がある。また、これらジカルボン酸の二塩基酸塩や酸無水物、低級アルキルエステル等の誘導体もある。また、非晶性ポリエステル樹脂を構成するジカルボン酸成分は、その構造内にスルホン酸基を有しても良い。スルホン酸基を有するジカルボン酸は、顔料等の着色剤の分散性向上に有効である。3価以上のカルボン酸としては、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、及びこれらの酸無水物や低級アルキルエステル等がある。これらは1種単独で使用しても、また、2種以上を併用してもよい。
また、市販品の非晶性ポリエステル樹脂を使用することもできる。
本発明の加熱加圧定着方法において、非晶性ポリエステル樹脂はそのガラス転移点が50〜65℃であることが好ましい。この範囲であると、作製されたトナーは機械的強度や耐熱保管性が確保できる。
また、非晶性ポリエステル樹脂のトナー全成分に対する質量比率は、10〜40質量%の範囲であることが好ましい。この範囲であると作製されたトナーの軟化点T、Tの差T−Tは式(3)を満たすことができる。
〈ポリエステル樹脂の製造方法〉
次に、ポリエステル樹脂の製造方法について説明する。上記ポリエステル樹脂の製造方法は、特に制限されるものではなく、酸成分とアルコール成分とを反応させる公知のポリエステル重合法により製造することができる。具体的には、直接重縮合、エステル交換法等、モノマーの種類に応じてその製造方法を使い分けて選択できる。また、酸成分とアルコール成分とを反応させる際のモル比(酸成分:アルコール成分)は、反応条件等により異なるので一概にはいえないが通常1:1である。
ポリエステル樹脂を製造する際、重合温度は180〜230℃とすることが好ましく、必要に応じて反応系内を減圧にし、重合時に発生する水やアルコールを反応系より除去しながら反応させることが好ましい。また、モノマーが反応温度下で溶解または相溶しない場合は高沸点溶剤を溶解補助剤として添加することによりこの様なモノマーを溶解させることができる。なお、重合反応を行う際、溶解補助溶剤を留去しながら反応を行うことが好ましい。また、共重合反応を行う際に相溶性の悪いモノマーが存在する場合は、あらかじめ相溶性の悪いモノマーとそのモノマーと反応させる酸またはアルコールとを先に反応させておいてから、主成分とともに重合させることが好ましい。
また、ポリエステル樹脂を製造する際に触媒を添加して重合反応を行うことが好ましい。使用可能な触媒としては、以下に挙げるスズ化合物、ジルコニウム化合物、ゲルマニウム化合物等が挙げられる。すなわち、テトラフェニルスズ、ジブチルスズジクロライド、ジブチルスズオキシド、ジフェニルスズオキシド、ジルコニウムテトラブトキシド、ナフテン酸ジルコニウム、炭酸ジルコニル、酢酸ジルコニル、ステアリン酸ジルコニル、オクチル酸ジルコニル、酸化ゲルマニウム、トリフェニルホスファイト、トリス(2,4−ジ−t−ブチルフェニル)ホスファイト、エチルトリフェニルホスホニウムブロマイド、トリエチルアミン、トリフェニルアミン等がある。また、重合温度を低下させて製造により発生する炭酸ガス排出量を削減する観点から、希土類金属、ドデシルベンゼンスルホン酸等のルイス酸を使用することもできる。
〈離型剤〉
本発明に係わるトナーは離型剤を含有することできる。離型剤は定着プロセスにおいて画像の定着部材への付着、いわゆるホットオフセットの抑制をする。本発明で使用可能な離型剤としては、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、合成エステルワックス、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、モンタンワックス、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、石油系ワックス等、及び、これらの変性物が挙げられる。
これらのうち、融点が70℃〜95℃であるものはトナーのシャープメルト性を阻害せず好ましい。合成エステルワックスとしては、ベヘン酸ベヘニル、ペンタエリスリトールテトラベヘネート、クエン酸トリベエニル等が挙げられる。パラフィンワックスとしてはフィッシャートロプシュワックス等が挙げられる。
これら離型剤のトナー中の含有量は5〜15質量%が好ましい。この範囲であると、ホットオフセットの抑制に効果的である。
〈着色剤〉
本発明に係わるトナーは、画像の可視化のために着色剤を含有することができる。着色剤としては、公知のものが使用できる。例えば、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、マグネタイト等があげられる。
黄色顔料としては、例えば、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、パーメネントイエローNCG等があげられる。橙色顔料としては赤色黄鉛、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等があげられる。
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、ウオッチヤングレッド、パーマネントレッド4R、リソールレッド、ブリリアンカーミン3B、ブリリアンカーミン6B、デイポンオイルレッド、ピラゾロンレッド、ローダミンBレーキ、レーキレッドC、ローズベンガル、エオキシンレッド、アリザリンレーキ等があげられる。
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、アニリンブルー、ウルトラマリンブルー、カルコオイルブルー、メチレンブルークロライド、フタロシアニンブルー、フタロシアニングリーン、マラカイトグリーンオクサレレート等があげられる。
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があげられる。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、マラカイトグリーンレーキ、ファイナルイエローグリーンG等があげられる。
白色顔料としては、亜鉛華、酸化チタン、アンチモン白、硫化亜鉛等があげられる。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があげられる。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、ニグロシンが挙げられる。更に、これらの単独、もしくは混合し、更には固溶体の状態で使用できる。
着色剤の含有量は5〜15質量%であることが好ましい。
〈荷電制御剤〉
本発明に係わるトナーは、その帯電特性を調整するために公知の荷電制御剤を添加することができる。荷電制御剤としては、サルチル酸錯体、ベンジル酸錯体等のオキシカルボン酸錯体が挙げられ、その酸錯体を構成する中心金属としてはアルミニウム、カルシウム、亜鉛等が挙げられる。また、オキシカルボン酸錯体の他に、4級アンモニウム塩化合物、ニグロシン系化合物、アルミニウム、鉄、クロム等のアゾ錯体染料、トリフェニルメタン系顔料などが挙げられる。
〈トナーの構造〉
本発明に係わるトナーはコアシェル構造をとっていることが好ましい。具体的には、少なくとも結晶性ポリエステル樹脂、非晶性ポリエステル樹脂、離型剤、着色剤を含有したコア部の周囲に、非晶性ポリエステル樹脂からなるシェル部を付着させた構造であることが好ましい。このような構造によって、トナーのシャープメルト性を確保しながら、トナーの機械的強度や耐熱保管性を向上させることができる。また、コア部の離型剤や着色剤の露出を防止でき、電子写真画像形成プロセスにおいて、感光ドラムや転写ベルトなどへのフィルミング防止、着色剤の耐候性確保の点でも有利である。
なお、コア部に使用する非晶性ポリエステルと、シェル部に使用する非晶性ポリエステルは同一のものであっても違うものであってもよいが、機械的強度、耐熱保管性を向上させつつ、トナーの軟化点T、Tが本発明の式(1)、式(2)を満たす為に、シェル部に使う非晶性ポリエステルのガラス転移点は50℃から65℃を選択することが好ましい。
発明において、トナー全成分に対するシェル部の質量比率は2〜10質量%であることが好ましい。この範囲であると作製されたトナーは機械的強度、耐熱保管性を確保しつつ、トナーの軟化点T、Tの差T−Tは式(3)の条件を満たすことができる。シェル部の質量%が2質量部未満であるとトナーの機械的強度が確保しにくくなり、式(1)、式(2)、式(3)を達成が困難となる。
本発明のトナーの体積基準による平均粒径D50は4〜9μmであることが好ましい。4μmより低いと、トナーの製造安定性が確保しにくくなる、電子写真画像形成プロセスのクリーニングプロセスにおいて、スリ抜けなどの不具合が生じやすくなる。また、9μmを超えると、定着プロセスにおいてトナーの熱伝達性が不利になり、低温定着性が達成しにくくなる。
なお、トナーの体積基準の平均粒径D50は「コールターマルチサイザーIII」(ベックマン・コールター社製)によって測定することができる。
具体的には、トナー0.02gを、界面活性剤溶液20ml(トナーの分散を目的として、例えば界面活性剤成分を含む中性洗剤を純水で10倍希釈した界面活性剤溶液)に添加して馴染ませた後、超音波分散を1分間行い、トナー分散液を調製し、このトナー分散液を、サンプルスタンド内の電解液「ISOTONII」(ベックマン・コールター社製)の入ったビーカーに、測定装置の表示濃度が5〜10%になるまでピペットにて注入する。ここで、この濃度範囲にすることにより、再現性のある測定値を得ることができる。測定装置において、測定粒子カウント数を25,000個、アパーチャー径を50μmにし、測定範囲1〜30μmの範囲を256分割しての頻度値を算出し、体積積算分率が大きい方から50%の粒子径(体積D50%径)を体積基準の平均粒径D50とする。
本発明のトナーは、その平均円形度が0.950〜0.990であることが好ましい。この範囲であると、トナー粒子間での帯電特性の差が小さくなり、画質の確保がしやすい。
トナーの平均円形度は、「FPIA−2100」(Sysmex社製)を用いて測定した値である。具体的には、トナーを界面活性剤入り水溶液にてなじませ、超音波分散処理を1分間行って分散させた後、「FPIA−2100」(Sysmex社製)によって、測定条件HPF(高倍率撮像)モードにて、HPF検出数3,000〜10,000個の適正濃度で撮影を行い、個々のトナー粒子について下記式(y)に従って円形度を算出し、各トナー粒子の円形度を加算し、全トナー粒子数で除することにより算出した値である。HPF検出数が上記の範囲であれば、再現性が得られる。
式(y):
円形度=(粒子像と同じ投影面積をもつ円の周囲長)/(粒子役影像の周囲長)
〈トナーの製造方法〉
本発明に係わるトナーを作製する方法としては、乳化凝集法によるトナー製造方法が好ましい。乳化凝集法は、その製造工程で形成粒子の形状分布を制御できることや保管特性やクリーニング性に優れるコアシェル構造のトナー作製を効率よく行えること、他の製造法に比べて製造時の環境負荷を抑えられる観点から好ましい。以下、乳化凝集法により本発明に係るトナーを作製する方法について説明する。
本発明に係るトナーを乳化凝集法により作製する方法は、以下の工程から構成される。
(1)凝集工程
水系分散媒に分散された結晶性ポリエステル樹脂粒子、非晶性ポリエステル樹脂粒子、着色剤、離型剤を混合した混合分散液中に凝集剤を添加して凝集粒子を形成させる工程
(2)付着工程(シェル部付着工程)
上記手順で形成された凝集粒子の周囲に更に非晶性ポリエステル樹脂粒子を凝集、付着させる工程
(3)凝集停止工程
凝集停止剤を添加し、凝集粒子のさらなる凝集成長を抑制させる工程
(4)融合工程
付着工程を経た凝集粒子を加温し、凝集粒子を構成するポリエステル樹脂を融合させる工程
(5)冷却工程
融合工程で強固になった凝集粒子を急冷させる工程
(6)洗浄/乾燥工程
冷却処理した凝集粒子をろ過等で固液分離するとともに洗浄処理を行った後、乾燥処理する工程(この工程まで経た凝集粒子をトナー母体という)
(7)外添処理工程
トナー母体に金属酸化物や架橋ポリマーの微粒子を添加・付着させる工程
以下、各工程について説明する。
(1)凝集工程
(1)−1.各成分の分散液への調製
凝集工程を達成するためには、まずトナーを構成する各成分を分散媒の分散液に調整する必要がある。
各種分散液を調製する方法、すなわち各構成粒子を分散させる方法は、特に制限されるものではなく、目的に応じて公知の方法を適宜選択することができる。分散液の調製に使用可能な分散手段としては、たとえば、「ホモミキサ(特殊機化工業株式会社)」、「スラッシャ(三井鉱山株式会社)」、「キャビトロン(株式会社ユーロテック)」、「マイクロフルイダイザ(みずほ工業株式会社)」、「マントン・ゴーリンホミジナイザー(ゴーリン社)」、「ナノマイザ(ナノマイザ株式会社)」、「スタティックミキサ(ノリタケカンパニー)」等の公知の分散装置がある。また、樹脂粒子を分散させる際には溶剤乳化法や転相乳化法等も使用できる。
各種分散液の作製に用いられる代表的な分散媒としては水系媒体等が挙げられる。ここで、水系媒体とは水50〜100質量%と水溶性有機溶媒0〜50質量%とからなる分散媒のことをいう。水溶性有機溶媒としては、たとえば、メタノール、エタノール、イソプロパノール、ブタノール、アセトン、メチルエチルケトン、テトラヒドロフラン等があり、形成される樹脂を溶解しないアルコール系有機溶媒が好ましい。水系媒体を構成する水は、たとえば、蒸留水やイオン交換水等である。
各種分散液にはその分散性、分散安定性確保のため公知の界面活性剤を添加混合しておくことが好ましい。界面活性剤としては、たとえば、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界面活性剤;アミン塩型、4級アンモニウム塩型等のカチオン界面活性剤;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系界面活性剤等がある。これらの中でもイオン性界面活性剤が好ましく、アニオン界面活性剤、カチオン界面活性剤がより好ましい。非イオン系界面活性剤は、アニオン界面活性剤またはカチオン界面活性剤との併用が好ましい。また、これら界面活性剤は、1種単独で使用しても、2種以上を併用してもよい。
前記アニオン界面活性剤の具体例としては、ラウリン酸カリウム、オレイン酸ナトリウム、ヒマシ油ナトリウム等の脂肪酸セッケン類;オクチルサルフェート、ラウリルサルフェート、ラウリルエーテルサルフェート、ノニルフェニルエーテルサルフェート等の硫酸エステル類;ラウリルスルホネート、ドデシルスルホネート、ドデシルベンゼンスルホネート、トリイソプロピルナフタレンスルホネート、ジブチルナフタレンスルホネートなどのアルキルナフタレンスルホン酸ナトリウム、ナフタレンスルホネートホルマリン縮合物、モノオクチルスルホサクシネート、ジオクチルスルホサクシネート、ラウリン酸アミドスルホネート、オレイン酸アミドスルホネート等のスルホン酸塩類;ラウリルホスフェート、イソプロピルホスフェート、ノニルフェニルエーテルホスフェート等のリン酸エステル類;ジオクチルスルホコハク酸ナトリウムなどのジアルキルスルホコハク酸ナトリウム、スルホコハク酸ラウリル2ナトリウム、ポリオキシエチレンスルホコハク陵ラウリル2ナトリウム等のスルホコハク酸塩類;等がある。
前記カチオン界面活性剤の具体例としては、ラウリルアミン塩酸塩、ステアリルアミン塩酸塩、オレイルアミン酢酸塩、ステアリルアミン酢酸塩、ステアリルアミノプロピルアミン酢酸塩等のアミン塩類;ラウリルトリメチルアンモニウムクロライド、ジラウリルジメチルアンモニウムクロライド、ジステアリルアンモニウムクロライド、ジステアリルジメチルアンモニウムクロライド、ラウリルジヒドロキシエチルメチルアンモニウムクロライド、オレイルビスポリオキシエチレンメチルアンモニウムクロライド、ラウロイルアミノプロピルジメチルエチルアンモニウムエトサルフェート、ラウロイルアミノプロピルジメチルヒドロキシエチルアンモニウムパークロレート、アルキルベンゼンジメチルアンモニウムクロライド、アルキルトリメチルアンモニウムクロライド等の4級アンモニウム塩類;等がある。
前記非イオン性界面活性剤の具体例としては、ポリオキシエチレンオクチルエーテル、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル等のアルキルエーテル類;ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンノニルフェエルエーテル等のアルキルフェニルエーテル類;ポリオキシエチレンラウレート、ポリオキシエチレンステアレート、ポリオキシエチレンオレート等のアルキルエステル類;ポリオキシエチレンラウリルアミノエーテル、ポリオキシエチレンステアリルアミノエーテル、ポリオキシエチレンオレイルアミノエーテル、ポリオキシエチレン大豆アミノエーテル、ポリオキシエチレン牛脂アミノエーテル等のアルキルアミン類;ポリオキシエチレンラウリン酸アミド、ポリオキシエチレンステアリン酸アミド、ポリオキシエチレンオレイン酸アミド等のアルキルアミド類;ポリオキシエチレンヒマシ油エーテル、ポリオキシエチレンナタネ油エーテル等の植物油エーテル類;ラウリン酸ジエタノールアミド、ステアリン酸ジエタノールアミド、オレイン酸ジエタノールアミド等のアルカノールアミド類;ポリオキシエチレンソルビタンモノラウレート、ポリオキシエチレンソルビタンモノパルミテート、ポリオキシエチレンソルビタンモノステアレート、ポリオキシエチレンソルビタンモノオレエート等のソルビタンエステルエーテル類;等がある。
分散液中の各成分の含有濃度は、分散液の分散安定性の視点から1質量%〜25質量%であることが好ましい。
(結晶性ポリエステル樹脂粒子分散液、非晶性ポリエステル樹脂粒子分散液の調製方法)
先ず、結晶性ポリエステル樹脂または非晶性ポリエステル樹脂を前述の水系分散媒中にイオン性界面活性剤、高分子酸や高分子塩基等の高分子電解質とを混合し、樹脂の融点以上の温度で加熱しながら、ホモジナイザや圧力吐出型分散機を用いて強い剪断力を印加し処理を行う。または、溶剤に溶解させた後、イオン性界面活性剤を添加した水系媒体中でホモジナイザ等を用いて分散乳化後、脱溶媒処理を行って作製することもできる。さらに、溶剤に溶解した後、中和処理を行った後、撹拌した状態で水を添加して転相させ、その後、脱溶剤を行う転相乳化処理により調製することもできる。
結晶性ポリエステル樹脂粒子や非晶性ポリエステル樹脂粒子の体積基準の平均粒子径D50は20nm〜500nmであることが好ましい。
また、非晶性ポリエステル樹脂粒子の体積基準の平均粒子径D50は20nm〜150nmであることがより好ましい。このことにより、後述する融合工程での加熱条件を弱く(温度が低温、および/または、時間が短時間)することが可能となり、作製されたトナーの軟化点T、Tの差T−Tが式(3)の条件を満たすことができる。これは、トナー粒子の内部において結晶性ポリエステル樹脂がドメインとして残存し、結晶性ポリエステル樹脂のシャープメルト性が維持されやすいためと思われる。
(着色剤分散液、離型剤分散液の調製)
着色剤分散液、離型剤分散液の調製は、上述に例を挙げた公知の分散方法が利用できる。これら分散液の好ましい体積基準の平均粒子径D50は80〜500nmである。
(1)−2.凝集過程
コアシェル構造を有するトナーのコア部分が、所望の各成分が所望の含有比率で粒子状に形成するように、凝集粒子を形成させる工程である。
先ず、非晶性ポリエステル樹脂粒子分散液、着色剤分散液、離型剤分散液、結晶性ポリエステル樹脂粒子分散液、その他成分を所望の混合比率で混合し、混合分散液を作製する。混合分散液の濃度は10質量%〜25質量%であることが、凝集過程において各成分の粒子の衝突が均等に生じやすく、得られる一つ一つの凝集粒子の性状が均等になりやすい点で好ましい。
次いで、回転せん断型ホモジナイザで撹拌しながら凝集剤を添加し、混合分散液中の各成分を凝集させて凝集粒子を形成させる。この過程は室温で行われることが好ましい。35℃以上の加温をすると、凝集が急激に起こり、トナー製造が困難となる。
凝集工程に用いられる凝集剤は、各種分散液の分散剤として使用される界面活性剤と逆極性の界面活性剤、上述した無機金属塩の他、2価以上の金属錯体を用いることが好ましい。特に、金属錯体を用いることにより界面活性剤の使用量をより低減させることができるので、トナーの帯電性能を向上させる上で好ましい。
凝集剤には、樹脂粒子分散液や着色剤分散液に使用される界面活性剤と逆極性の界面活性剤や2価以上の無機金属塩を用いることができる。特に、無機金属塩を用いることにより界面活性剤の使用量を低減させることができるのでトナーの帯電特性を向上させる上で好ましい。
無機金属塩としては、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、硫酸アルミニウム等の金属塩、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がある。その中でも、アルミニウム塩及びその重合体が好ましい。また、よりシャープな粒度分布のよりシャープなトナーを得るためには、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価のものが好ましく、同じ価数の場合は無機金属塩重合体が好ましい。
凝集剤の添加量は、凝集時のイオン濃度により変わるが概ね混合分散液の固形分(トナー成分)に対して0.05〜1.00質量%が好ましい。
(2)付着工程
コアシェル構造を有するトナーのシェル部分を形成する際に、前記凝集工程で形成された凝集粒子表面に非晶性ポリエステル樹脂粒子を付着させ被覆層(シェル部)を形成させる工程である。
被覆層の形成は、凝集工程において凝集粒子を形成した混合分散液中に、非晶性ポリエステル樹脂粒子分散液を添加することにより行われ、必要に応じて凝集剤の追加を行う。
付着工程における非晶性ポリエステル樹脂粒子分散液を添加混合する方法は、特に制限されるものではなく、たとえば、徐々に連続的に行ってもよいし、複数回に分割して段階的に行ってもよい。また、この付着工程を行う回数は1回でもよいし、複数回でもよい。
付着工程における混合分散液の好ましい加熱温度は、凝集粒子に付着させたい非晶性ポリエステル樹脂のガラス転移温度〜凝集工程で使用した結晶性ポリエステル樹脂の融点の範囲が好ましい。付着させたい非晶性ポリエステル樹脂のガラス転移温度以上の温度で加熱することで、凝集粒子表面に存在する付着させたい非晶性ポリエステル樹脂が、凝集粒子表面に融着し易くなる。結晶性ポリエステル樹脂の融点を超えると、トナー内の結晶性ポリエステル樹脂がドメインとして残存しにくく、トナーのシャープメルト性が損なわれたり、凝集粒子同士の付着も発生してしまい、好ましくない。
また、付着工程における加熱時間は概ね5分〜2時間が適当である。
なお、付着工程では、凝集粒子を形成した混合分散液中にシェル形成用のポリエステル樹脂粒子分散液を添加した後は分散液を静置しておいても、また、ミキサ等で穏やかに撹拌していてもよい。後者の方が、均一な付着樹脂凝集粒子が形成され易いので有利である。
(3)凝集停止工程
付着工程の後、凝集粒子のさらなる凝集を防止するために、有機金属イオン封鎖剤を添加する。
凝集を停止させる有機金属イオン封鎖剤としては、エチレンジアミンテトラ酢酸(EDTA)及びそのNa塩等のアルカリ金属塩、グルコナール、グルコン酸ナトリウム、クエン酸カリウム及びクエン酸ナトリウム、ニトロトリアセテート(NTA)塩、GLDA(市販のL−グルタミン酸N,N二酢酸)、フミン酸及びフルビン酸、マルトール及びエチルマルトール、ペンタ酢酸及びテトラ酢酸、COOH及びOHの両方の官能基を有する公知の水溶性ポリマー類(高分子電解質)。これらの中でも、エチレンジアミンテトラ酢酸(EDTA)及びそのNa塩等のアルカリ金属塩が特に好適に使用される。
有機金属イオン封鎖剤の添加量は、使用する材料種により異なるが、トナー質量に対して0.01%〜5.00%、好ましくは0.10〜4.00%である。前記有機金属イオン封鎖剤の添加量が0.01%未満であると、金属イオン封鎖剤としての機能を果たさない場合があり、5.00%を超えると、付着しているシェル層の離脱等の不具合が生じる場合がある。
凝集停止は、有機金属イオン封鎖剤のみを用いて行える他に、有機金属イオン封鎖剤に加えて水酸化ナトリウム水溶液や水酸化カリウム水溶液等のアルカリ水溶液を併用することもできる。
(4)融合工程
融合工程では、付着工程まで経た凝集粒子に加熱処理を行うことで、凝集粒子を融合させ、トナーの機械的強度を付与することが可能となる。また、トナー表面の微細な凹凸を極限まで平滑化することができる。
本発明において融合工程における加熱温度は非晶性ポリエステルのガラス転移点+10℃〜結晶性ポリエステルの融点+10℃であることが好ましい。また、融合時間は10分〜2時間である。この範囲であると、作製されたトナー表面の微細な凹凸を平滑化してその平均円形度の0.950〜0.990を達成しつつ、トナー粒子の内部において結晶性ポリエステル樹脂がドメインとして残存しやすくなるため、トナーの軟化点T、Tの差T−Tが式(3)の条件を満たすことができる。
(5)冷却工程
融合処理された凝集粒子を、結晶性ポリエステル樹脂の融点、離型剤の再結晶化する温度以下、もしくは非晶性ポリエステル樹脂のガラス転移温度以下まで急速に冷却する。このことにより、離型剤のドメイン成長を防ぐことができ、表面に凹凸のない非常に滑らかな粒子が得られ、トナーの円形度が0.970以上に保つことが可能となる。
冷却速度は、−20℃/分以上が好ましく、−25℃/分以上とすることがより好ましい。
(6)洗浄/乾燥工程
融合工程、冷却工程を経た粒子は、ろ過等の固液分離を経て洗浄、乾燥処理が行われる。これによりトナー母体とも呼ばれる、外添剤が添加処理されていない状態のトナー粒子が得られる。この工程では、トナーに十分な帯電特性と信頼性を付与させるために十分な洗浄を行うことが好ましい。洗浄工程では、硝酸・硫酸・塩酸などの酸や水酸化ナトリウムに代表されるアルカリ溶液で処理し、イオン交換水等で洗浄するとより顕著な洗浄効果を得ることができる。乾燥工程では、通常の振動型流動乾燥法、スプレードライ法、凍結乾燥法、フラッシュジェット法など、任意の方法を採用することができる。外添剤を添加する前の母体粒子は、乾燥後の含水率が好ましくは2質量%以下であり、より好ましくは1質量%以下である。
(7)外添処理工程
この工程は、乾燥処理を終えた着色粒子表面に、酸化セリウム粒子、あるいは、炭素数20〜50の高級アルコール粒子をはじめとする外添剤を添加する工程である。本発明では、着色粒子表面に酸化セリウム粒子を添加する際、クリーニング性を高める観点から個数平均粒径が150nm〜800nmのものを用いることが好ましく、250nm〜700nmのものを用いることがより好ましい。また、酸化セリウム粒子の添加量は、トナー母体粒子に対して0.5〜3.5質量%とすることが好ましく、0.5〜3.5質量%の範囲とすることにより、良好なクリーニング性が維持されて耐フィルミング性の効果を安定して発現させることができる。また、添加量が過剰なケースで起こる加熱定着時に溶融したトナーの接着力が抑制されて画像の定着強度が低下する様なことも起こらない。
また、炭素数20〜50の高級アルコール粒子を添加する場合、異なる炭素数のアルコール粒子が多少混合していてもよいが、アルコール粒子の炭素数分布のピークが20〜45の範囲内にあることが好ましい。また、前記高級アルコール粒子は直鎖成分が75%〜98%の範囲内にあることが好ましい。また、前記高級アルコールの個数平均粒径は、耐フィルミング性の観点から、200nm〜7.5μmが好ましく、800nm〜6.2μmがより好ましい。
また、前述した酸化セリウム粒子に加えて、公知の外添剤を併用することも可能である。具体的には、個数平均粒径が11〜40nmのシリカ、チタニア、酸化アルミ等の疎水化処理を行った無機酸化物粒子の併用が好ましい。また、転写性及び画質を向上させる観点より個数平均粒径が80〜150nmのシリカ粒子を併用することも好ましい。
これら外添処理は、たとえば、V型ブレンダやヘンシェルミキサ、レディゲミキサ等の公知の混合装置を用いて行うことができ、段階的に粒子の付着を行うこともできる。
以上の工程を経ることにより、本発明に係るトナーを作製することができる。
このようにして作製されたトナーは、その高架式フローテスター測定荷重196Nにおける測定での軟化点をT℃、測定荷重49Nにおける測定での軟化点をT℃としたとき、式(1)〜式(3)を満たしていることが好ましい。
式(1)90≦T≦110
式(2)90≦T≦110
式(3)0≦T−T≦10
式(1)、式(2)を満たすことにより、低温定着性が確保できる。T、Tのうち少なくともTが90を下回ると、定着プロセスにおいてトナーは熱溶融が過剰に進み、いわゆる高温オフセットと呼ばれる定着不良が発生し、得られた画像の強度は劣化する傾向にある。一方、T、Tのうち少なくともTが110を超えてしまうと、低温定着性が確保できず、得られた画像の定着強度は著しく低下する。
式(3)を満たすことにより、定着プロセスにおいて画像支持体の厚みの違いによってニップ圧が変わっても、定着画像つぶれ方が安定し、同等の画像品質、質感の画像が得られ易くなる。T−Tが小さいほどこの効果は高く、0≦T−T≦6であることがより好ましい。
なお、本発明におけるトナーの軟化点T、Tは以下の方法により計測される。
「フローテスターCFT−500(島津製作所(株)製)」のサンプル室(ノズル径1mmφ、ノズル長1mm)に、作製したトナーペレット(トナー1.2gを20±1℃、50±5%RHの環境下に12時間静置した後、成形器「SSP−10A(島津製作所(株)製)」を用いて、3.71×10Paの荷重で30秒間の加圧条件で、直径10mmφの円柱状に成型したもの)を設置する。該トナーペレットにピストンを介して196N(20kgf)の荷重を掛けながら、昇温速度6℃/分で加熱する。昇温と共にトナーが溶融し、荷重の掛かったピストンが降下すると共に溶融したトナーはノズルより排出される。ピストンの降下量が5mmになったときの温度をトナーの軟化点Tとする。
また、同様の計測を、49N(5kgf)の荷重で実施し、ピストンの降下量が5mmになったときの温度をトナーの軟化点Tとする。
〔本発明の加熱加圧定着方法、画像形成方法〕
本発明の加熱加圧定着方法、画像形成方法は、画像支持体上に形成された未定着のトナーからなる画像を、加熱部材と加圧部材のニップ部を通過させて定着する方法(画像形成方法)であって、該画像支持体が該加熱部材と加圧部材のニップに進入してから0.008秒後に受ける圧力をp(kPa)、最大圧力をp(kPa)としたとき式(4)、及び式(5)を満たしている。
式(4) 150≦p≦200
式(5) 50≦p−p≦150
上記は、画像支持体上に形成された未定着トナー画像の定着プロセスに係わる条件を示している。図1に本発明に利用可能な定着装置(定着器)9の一態様の側面概略図と、図2に該定着装置の定着速度400mm/secにおける画像支持体がニップに進入してからの時間(t)におけるニップ圧力を示す。ここで、1は加熱部材、2は加圧部材、3は加熱部材と加圧部材のニップ部であり、pは画像支持体がニップに進入してから0.008秒後に受ける圧力、pは画像支持体がニップに進入してから受ける最大の圧力を表す。
なお、図1に示される定着装置はあくまでも本発明に利用可能な定着装置の一様式であって、定着装置の加熱部材、加圧部材のニップ圧力が前述の式(4)、式(5)を満たす範囲において、公知の定着装置の構成を利用することが可能である。具体的に利用可能な加熱部材/加圧部材の組み合わせとしては、ローラ状部材/ローラ状部材、無端状のベルト部材およびローラ状部材を含む複合部材/ローラ状部材、ローラ状部材/無端状のベルト部材およびローラ状部材を含む複合部材、加圧パッドと無端状のベルト部材を含む複合部材/ローラ状部材、ローラ状部材/加圧パッドと無端状のベルト部材を含む複合部材、などが挙げられる。これらの中でより好ましいのは、ローラとベルトを含む複合部材/ローラ状部材の組み合わせである。
式(4)は画像支持体が加熱部材と加圧部材のニップ部に進入し、画像支持体上のトナーが溶融し始めるタイミングでのニップ圧力の好ましい範囲を規定しており、この範囲であると溶融し始めたトナーが画像支持体界面に密着した状態を提供し、画像の定着強度が向上する。
がこの範囲より低いと画像の定着強度が劣化し、この範囲より高いと画像に擦り跡のような画像欠陥が生じ易い。
式(5)は画像支持体上のトナーが溶融しはじめてからのニップ圧力と、ニップ部での圧力の最大値の差の好ましい範囲を規定しており、この範囲であると、異なる厚みの画像支持体で画像形成を行っても定着画像つぶされ方が安定し、同等の画像品質、質感の画像を提供することができる。
−pがこの範囲より低いと、厚みの薄い画像支持体を使用して画像形成を行ったときに、定着画像のつぶされ方が著しく少なく、結果として、厚みの大きい画像支持体での画質との差異が明確に判明してしまう。また、p−pがこの範囲より高いと、いずれ厚みの画像支持体を使用して画像形成を行っても、定着プロセスにおけるニップ圧力による定着画像のつぶされ方が著しくなり、原稿画像に対して忠実な画像再現性が得られにくくなる。
本発明において、前述の式(5)のp−pは、70≦p−p≦120であることがより好ましい。この範囲であると、異なる厚みの画像支持体を用いても定着プロセスにおけるニップ圧力による定着画像のつぶされ方がより安定になり、ドット形状の均一性が確保できる。
また、ニップ部においてpからpまで急激な圧力の上昇がないことが好ましい。具体的には図2におけるpからpまでの曲線の任意の20点における接線傾きcが0≦c≦1200(ただし、cの単位はkPa/sec)であることが好ましい。この範囲であると、定着プロセスにおけるニップにおいて、定着画像が急激な圧力変化を受けることがなく、ドット形状が鮮明となる。
なお、本発明におけるp、pについては以下の方法で計測される。
まず、圧力解析システム「PINCH 圧力測定システム」(蒲田工業製)に接続された面圧センサー「PINCH A3−40(Nitta(株)製)」をニップに挟持させ、挟持させ、30秒後に通紙方向の圧力データを、前述の「PINCH 圧力測定システム」にて採取し、(ニップ圧力)vs(通紙方向軸)のグラフを作成する。次いで、このグラフの通紙方向軸を線速で割り、(ニップ圧力)vs(画像支持体がニップに進入してからの時間t)のグラフに変換する。このグラフより、画像支持体がニップに進入してから0.008秒後における圧力をp、全ニップ圧力の最大値をpとする。
また、前述したpからpまでの曲線の接線傾きcは、前述の(ニップ圧力)vs(画像支持体がニップに進入してからの時間t)のグラフから直接読み取る。
ニップによるドットのつぶされ方は、印刷業界でよく言われるドットゲインで評価することができる。ドットゲインは原稿画像に対して出力された画像の画像面積率の増加した量を表現し、たとえば、50%平網画像の原稿画像に対して出力された画像の画像面積率が53%であった場合、ドットゲインは3%と評される。このドットゲインは、たとえば網点面積測定器X−riteDot model:CCD5(Centurfax Ltd製)によって計測できる。
〈定着装置〉
図3は無端状のベルト部材およびローラ状部材を含む複合部材/ローラ状部材からなる定着装置の一例であり、加熱部材として2本のローラ状部材5、6に端持された無端状のベルト7と、加圧部材としてローラ状部材8による組み合わせの定着装置の側面概略図である。
この構成の定着装置は、ベルト状の部材にトナーへの熱伝達の役割を持たせることで熱容量を小さくすることができる点、ベルト状部材を加熱するための加熱体をニップ部から離れた位置に設置でき、放射熱がニップ部に及びにくい点で有利である。
ローラ状部材5は無端状のベルト部材7を弛むことなく張架させる役割、該無端状のベルト部材を搬送する役割を有しており、機械的強度とその耐久性、該無端状のベルト部材の搬送性を確保する範囲で公知のものが利用できる。その一例として、STKM(機械構造用炭素鋼管)等のスチール材やアルミ材を用いた直径30〜80mm程度の円筒状の金属パイプを芯棒として、その外周面に厚さ1〜30mmのシリコンゴムもしくはフッ素ゴムなどのソリッドゴム層を設けた複合のローラ状部材が挙げられる。
ローラ状部材6は加熱部材の一部を構成するものであり、無端状のベルト状部材7を緩むことなく張架させる役割、該無端状のベルト部材を搬送する役割、および後述する加圧部材であるローラ状部材8によって、本発明における適正なニップ圧力を確保する役割を有している。ローラ状部材6は、具体的には、STKM(機械構造用炭素鋼管)等のスチール材やアルミ材を用いた直径30〜80mm程度の円筒状の金属パイプを芯棒として、その外周面に厚さ10〜50mmのシリコンゴムもしくはフッ素ゴムなどのソリッドゴム層を設けた複合のローラ状部材が挙げられる。特に本発明における適正なニップ圧力を確保するために、前述のソリッドゴム層が柔軟性と高弾性を有することが好ましい。
無端状のベルト部材7は画像支持体上の未定着のトナー画像に熱を伝える役割、ニップを形成する役割を有し、且つ熱により溶融したトナーが容易に離型する性質を有する必要がある。そのため、定着ベルトは、少なくとも耐熱性を有するポリイミド製ベルト基体(厚さ50〜150μm)、その外周面にシリコーンゴム層(厚さ50〜250μm)、最外層に離型性を有するPFA層(10〜30μm)が好適に用いられる。
図3において加圧部材であるローラ状部材8は、無端状のベルト部材7を介してローラ状部材6とニップを形成し、該ニップの圧力を調整する役割、画像支持体を搬送する役割を有する。本発明においてローラ状部材8は、一例として、STKM(機械構造用炭素鋼管)等のスチール材やアルミ材を用いた直径30〜80mm程度の円筒状の金属パイプを芯棒として、その外周面に厚さ10〜50mmのシリコンゴムもしくはフッ素ゴムなどのソリッドゴム層が設けられた複合の部材が挙げられる。特に本発明における適正なニップ圧力を確保するために、前述のソリッドゴム層が柔軟性と高弾性を有することが好ましい。また、画像支持体の繰り返しの搬送に対抗できる機械的強度を付与するために最外周面に比較的硬度の高いシリコンゴムもしくはフッ素ゴムなどのソリッドゴムの最外層を付与することもできる。
ローラ状部材8はニップ圧力を発現させるため、バネの引っ張り等によりローラ状部材6の方向に圧接した状態で設置されている。
図3の加熱部材(2本のローラ状部材5、6に担持された無端状のベルト部材7)を加温するための加熱体は、例えばローラ状部材5の芯金内部に設けても良いし、加熱部材の外部(ここでは定着ベルト7の外周面)に設けても良い。加熱体としては公知のものが利用でき、ハロゲンヒータ、電磁誘導型ヒータ(IHヒータ)などが利用できる。
また、加圧部材の芯金内部に加熱体を設けることも差し支えない。
図4は、無端状のベルト部材の構成例であり、Aは画像支持体が接する面、7aはポリイミド基体、7bはシリコンゴム、7cは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)である。
図3の定着装置を用いた加熱加圧定着方法において、式(4)、式(5)を満たす手段としては、ニップを形成するローラ状部材6、ローラ状部材8の芯棒周囲に設けるソリッドゴム層のゴムのアスカーゴム硬度C(JIS k7312)を60〜80の範囲で選択することが挙げられる。このような構成のローラ状部材を使用することで、ニップ内での最大圧が適度に高く稼げ、式(4)、式(5)を満たすことができる。このようなローラ状部材を選択したうえで、ローラ状部材8をローラ状部材6の方向に引っ張るためのバネの長さと強度を調整することで、pが式(4)を満たすことができる。
−pが式(5)を満たすための手段であるが、p−pを高く得る為には、ローラ状部材6、ローラ状部材8の芯棒周囲に設けるソリッドゴム層のゴムのアスカーゴム硬度Cが60〜80の範囲で低めのものを選択するとよい。一方、p−pを低く得る為には、芯棒周囲に設けるソリッドゴム層のゴムのアスカーゴム硬度Cが60〜80の範囲で高いものを選択するとよい。p−pを低く得る為の別の手段としては、ローラ状部材6、ローラ状部材8にアスカー硬度Cが70〜90のゴムで厚み30〜300μmの最外層を設けても良い。
また、pからpまでの曲線の任意の20点における接線傾きcを0≦c≦1200にする手段としては、加熱部材/加圧部材の組み合わせとして、無端状のベルト部材およびローラ状部材を含む複合部材/ローラ状部材の組み合わせを選択することが効果的である。すなわち、加熱部材側のローラ状部材と加圧部材側のローラ状部材の圧接により生じるニップ圧力を、無端状のベルト部材が、その間に介在することでニップ内に分散させる為と考えられる。
〈画像形成装置〉
図5は、本発明に係るトナーを二成分系現像剤とした時に使用可能な画像形成装置の一例を示す概略図である。
図5において、1Y、1M、1C、1K、は感光体、4Y、4M、4C、4Kは現像装置(現像手段)、8Y、8M、8C、8Kはクリーニング装置、7は中間転写体ユニット、9は定着装置を示す。
この画像形成装置は、タンデム型カラー画像形成装置と呼ばれるもので、複数組の画像形成部10Y、10M、10C、10Kと、転写部としての無端ベルト状中間転写体ユニット6を有する。画像形成装置の本体Aの上部には、原稿画像読み取り装置SCが配置されている。
各感光体に形成される異なる色のトナー像の1つとしてイエロー色の画像を形成する画像形成部10Yは、第1の感光体としてのドラム状の感光体1Y、感光体1Yの周囲に配置された帯電手段2Y、露光手段3Y、現像手段4Y、クリーニング手段8Yを有する。
クリーニング手段8Yには、主たるクリーニング部材であるクリーニングブレードを設けるとともに、クリーニングブレードによる転写残トナー除去の前に転写残トナーに接触させるクリーニングローラを設置することが好ましい。クリーニングローラは、芯金表面をシリコーンゴムやウレタンフォーム等の弾性体で被覆したものが好ましい。クリーニングローラは、感光体に接触して従動するものでよいが、感光体周速の1.1〜2.0倍の速度で駆動するものは、感光体表面を減耗させることなくフィルミング発生を防止できるので好ましい。
また、別の異なる色のトナー像の1つとしてマゼンタ色の画像を形成する画像形成部10Mは、第1の感光体としてのドラム状の感光体1M、感光体1Mの周囲に配置された帯電手段2M、露光手段3M、現像手段4M、1クリーニング手段8Mを有する。なお、クリーニング手段8Mは前述のクリーニング手段6Yと同様の構成のものがよい。また、別の異なる色のトナー像の1つとしてシアン色の画像を形成する画像形成部10Cは、第1の感光体としてのドラム状の感光体1C、感光体1Cの周囲に配置された帯電手段2C、露光手段3C、現像手段4C、クリーニング手段8Cを有する。なお、クリーニング手段8Cは前述のクリーニング手段8Yと同様の構成のものがよい。
さらに、他の異なる色のトナー像の1つとして黒色の画像を形成する画像形成部10Kは、第1の感光体としてのドラム状の感光体1K、該感光体1Kの周囲に配置された帯電手段2K、露光手段3K、現像手段4K、クリーニング手段8Kを有する。なお、クリーニング手段8Kは前述のクリーニング手段8Yと同様の構成のものがよい。
無端ベルト状中間転写体ユニットは、複数のロールにより巻回され、回動可能に支持された中間転写エンドレスベルト状の第2の像担持体としての無端ベルト状中間転写体6を有する。
画像形成部10Y、10M、10C、10Kより形成された各色の画像は、回動する無端ベルト状中間転写体70上に逐次転写されて、合成されたカラー画像が形成される。給紙カセット20内に収容された転写材として用紙等の画像支持体Pは、給紙搬送手段21により給紙され、複数の中間ロール22A、22B、22C、22D、レジストロール23を経て、2次転写手段としての2次転写ロール7Aに搬送され、画像支持体P上にカラー画像が一括転写される。カラー画像が転写された画像支持体Pは、定着装置9により定着処理され、排紙ロール24に挟持されて機外の排紙トレイに載置される。
一方、2次転写ロール7Aにより画像支持体Pにカラー画像を転写した後、画像支持体(記録部材)Pを曲率分離した無端ベルト状中間転写体6は、クリーニング手段8Aにより残留トナーが除去される。クリーニング手段8Aには、主たるクリーニング部材であるクリーニングブレードを設けるとともに、クリーニングブレードによる残留トナー除去の前に残留トナーに接触させるクリーニングローラを設置することが好ましい。クリーニングローラは、芯金表面をシリコーンゴムやウレタンフォーム等の弾性体で被覆したものが好ましい。クリーニングローラは、無端ベルト状中間転写体6に接触して従動するものでよいが、無端ベルト状中間転写体6の周速の1.1〜2.0倍の速度で駆動するものは、無端ベルト状中間転写体6表面を減耗させることなくフィルミング発生を防止できるので好ましい。
2次転写ロール7Aは、ここを画像支持体Pが通過して2次転写が行われるときにのみ、無端ベルト状中間転写体6に圧接する。
この様に感光体1Y、1M、1C、1K上に帯電、露光、現像によりトナー像を形成し、無端ベルト状中間転写体6上で各色のトナー像を重ね合わせ、一括して画像支持体Pに転写し、定着装置9で加圧及び加熱により固定して定着する。トナー像を画像支持体Pに転移させた後の無端ベルト状中間転写体6は、クリーニング装置8Aで転写時に無端ベルト状中間転写体6に残されたトナーを清掃した後、上記の帯電、露光、現像のサイクルに入り、次の像形成が行われる。
また、非磁性一成分系現像剤を用いるフルカラー画像形成方法は、たとえば、前述した二成分系現像剤用の現像手段を公知の非磁性一成分系現像剤用の現像手段に交換した画像形成装置を用いることにより実現が可能である。
上記のように画像支持体上に転写された未定着トナー画像を、前述の定着プロセスにより定着することによって、画像支持体上に画像を形成することが出来る。
〔本発明に使用可能な画像支持体〕
本発明でいう画像支持体は、厚みが50〜500g/mの坪量を持つものが好ましく、公知のものを利用できる。具体的には、パルプ繊維を填延し乾燥した上質紙、表層に炭酸カルシウムなどの白色顔料とでんぷんなどの接着剤よりなる塗料をコーティングしたアート紙(塗工量:約40g/m以上)、コート紙(同:20g/m〜40g/m)、軽量コート紙(同:15g/m前後)、微塗工紙(同:12g/m以下)などが利用可能である。
また、前述の画像支持体にホログラムや金箔や銀箔など箔転写を施したもの、部分的なニス塗布により形成される光沢表現(ウォーターマーク)を施したもの、エンボス加工を施したものなど、高付加価値加工により同一画支持体上に厚みの段差を有するものも利用できる。
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明は下記記載内容に限定されるものではない。なお、下記説明において「部」は「質量部」を表す。
また、各実施例及び比較例で用いたトナー、キャリア及び現像剤の製造における各種測定方法は以下の方法を用いて行った。
〔各種測定方法〕
〈結晶性ポリエステル樹脂粒子分散液、非晶性ポリエステル樹脂粒子分散液および着色剤分散液、離型剤分散液における分散粒子の体積基準による平均粒子径D50〉
動的光散乱法を用いた「マイクロトラックUPA−150(日機装社製)」により測定した。具体的には、以下の手順である。
先ず、50mlのメスシリンダーに測定用分散粒子を数滴滴下し、これに純水25mlを添加した後、超音波洗浄機「US−1(as・one社製)」を用いて3分間分散処理することにより測定用試料を作製する。次に、測定用試料3mlを「マイクロトラックUPA−150」のセル内に投入し、Sample・Loadingの値が0.1〜100の範囲にあることを確認した後、下記測定条件の下で測定を行う。
(測定条件)
・Transparency(透明度):Yes
・Refractive Index(屈折率):1.59
・Particle Density(粒子密度):1.05g/cm
・Spherical Particles(球形粒子):Yes
溶媒条件
・Refractive Index(屈折率):1.33
・Viscosity(粘度):
High(temp) 0.797×10−3Pa・s
Low(temp) 1.002×10−3Pa・s
〈トナー母体粒子及びトナーの体積基準による平均粒径D50〉
「コールターマルチサイザー3(ベックマン・コールター社製)」に、データ処理ソフト「Software V3.51」を搭載したコンピュータシステム(ベックマン・コールター社製)を接続した装置を用いて測定し、算出した。
測定手順は、先ず、トナー0.02gを界面活性剤溶液20ml(トナーの分散を目的として、たとえば界面活性剤成分を含有する中性洗剤を純水で10倍希釈した界面活性剤溶液)になじませた後、超音波分散処理を1分間行ってトナー分散液を作製する。このトナー分散液を、サンプルスタンド内のシースフロー液「ISOTONII(ベックマン・コールター社製)」の入ったビーカーに、測定器表示濃度が5%〜10%になるまでピペットで注入する。測定器表示濃度を前記範囲にすることで再現性のある測定値が得られる。
次に、測定機において、測定粒子カウント数を25000個、アパーチャー径を50μm、測定範囲を1μm〜30μmに設定して測定を行うことにより体積基準による平均粒子径D50を求めることができる。
〈外添剤の一次粒径〉
レーザ回折・散乱式流度分布測定装置「HORIBA LA−920(堀場製作所(株)製)」を使用し、それぞれの外添剤の個数平均粒径を算出し、これを当該外添剤の一次粒径とした。
〈結晶性ポリエステル樹脂、非晶性ポリエステル樹脂の重量平均分子量測定〉
結晶性ポリエステル樹脂、非晶性ポリエステル樹脂の重量平均分子量は、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフ)法により測定する。測定装置として「HLC−8120CPC、SC−8020(東ソー(株)製)」、カラムとして「TSKgel、SuperHM−H(6.0mmID×15cm)(東ソー(株)製)」を2本、溶離液としてテトラヒドロフラン(THF)を使用する。
測定は、試料濃度0.5%、流速0.6ml/分、サンプル注入量10μl、測定温度40℃、IR検出器を用いて行う。また、検量線は「polystylene標準試料TSK standard」:「A−500」、「F−1」、「F−10」、「F−80」、「F−380」、「A−2500」、「F−4」、「F−40」、「F−128」、「F−700」(いずれも(東ソー(株)製)の10サンプルより作製する。
〈トナーの軟化点〉
外添剤が付与されたトナー1.2gを20±1℃、50±5%RHの環境下に12時間静置した後、成形器「SSP−10A(島津製作所(株)製)」を用いて、3.71×10Paで30秒間の加圧をし、直径10mmφの円柱状のサンプルペレットを成型した。
「フローテスターCFT−500(島津製作所(株)製)」のサンプル室(ノズル径1mmφ、ノズル長1mm)に成形した前述のトナーペレットを設置し、荷重として分銅1.5kgを設置(ピストンに掛かる荷重は198N)し、先ず測定開始温度50℃で300秒間静置した後、昇温速度6℃/分で加熱し、3℃昇温ごとにピストン降下量を採取し、ピストン降下量−温度間の曲線(軟化流動曲線)を作成した。得られた軟化流動曲線より、ピストン降下量が5mmになった時の温度をトナーの軟化点Tとした。
また、同様の計測を、分銅を設置せずに実施(ピストンに掛かる荷重は49N)し、このときのピストン降下量が5mmになったときの温度をトナーの軟化点Tとした。
〔トナーの製造〕
〈各材料の分散液の作製〉
「結晶性ポリエステル樹脂粒子分散液A」の製造
加熱乾燥した三口フラスコに下記(化合物群I)を投入した後、減圧操作で容器内の空気を減圧し、さらに窒素ガスで不活性雰囲気に置換した状態で、機械撹拌をしながら180℃に加温して5時間の還流処理を行った。次いで、不活性雰囲気のまま徐々に昇温し、200℃で3時間の撹拌をすると、三口フラスコ内の化合物群は粘稠な液体となった。その後、空冷しながら粘稠になった化合物群の分子量をGPCで測定し、重量平均分子量が15、000になったところで、減圧を解除して反応を停止させ、ポリエステル樹脂を得た。得られたポリエステル樹脂をDSCで計測したところ90℃にはっきりとした融点の吸熱のピークが見られ、結晶性を有することが確認された。
(化合物群I)
1,8−セバシン二酸 200部
1,6−ヘキサンジオール 120部
テトラブトキシチタン 2.8部
分散装置「キャビトロンCD1010(ユーロテック(株)製)」の運転条件を、回転子の回転周波数を80Hz、圧力を4.9×10Paに設定し、前述のポリエステル樹脂を溶融した状態で毎分100g/分の速度で、熱交換器で120℃に加熱した試薬アンモニア水(濃度0.37質量%)を0.1リットル/分の速度で、各々同時にキャビトロンCD1010に移送した。これにより得られたポリエステル樹脂粒子分散液の体積基準の平均粒子径D50は185nmであった。これにイオン交換水を添加して濃度を調整し、固形分20質量%よりなる「結晶性ポリエステル樹脂粒子分散液A」を得た。
「結晶性ポリエステル樹脂粒子分散液B」の製造
加熱乾燥した三口フラスコに下記(化合物群II−1)を投入し、減圧操作で容器内の空気を減圧し、さらに窒素ガスで不活性雰囲気に置換した状態で、機械撹拌をしながら180℃に加温して3時間の還流処理を行った(その間、ジメチルスルホキシドは留去する)。続いて、化合物II−2を投入し、更に1時間の撹拌処理を行った。次いで、不活性雰囲気のまま徐々に昇温し、220℃で30分間の撹拌をすると、三口フラスコ内の化合物群は粘稠な液体となった。その後、空冷しながら、粘稠になった化合物群の分子量をGPCで測定し、重量平均分子量が9、200になったところで、減圧を解除して反応を停止させ、ポリエステル樹脂を得た。得られたポリエステル樹脂をDSCで計測したところ79℃にはっきりとした融点の吸熱のピークが見られ、結晶性を有することが確認された。
(化合物群II−1)
1,10−デカンジオール 17.4部
5−スルホイソフタル酸ナトリウムジメチル 2.2部
ジメチルスルホキシド 10部
ジブチル錫オキサイド 0.03部
(化合物群II−2)
ドデカンジオイック酸ジメチル 26.5部
得られたポリエステル樹脂の分散液に調製する方法は「結晶性ポリエステル樹脂粒子分散液A」の作製方法と同様に実施し、体積基準の平均粒子径D50が192nm、固形分濃度が20質量%の「結晶性ポリエステル樹脂粒子分散液B」を得た。
「結晶性ポリエステル樹脂粒子分散液C」の製造
加熱乾燥した三口フラスコに下記(化合物群III)を投入し、減圧操作で容器内の空気を減圧し、さらに窒素ガスで不活性雰囲気に置換した状態で、機械撹拌をしながら180℃に加温して5時間の還流処理を行った。次いで、不活性雰囲気のまま徐々に加温し、230℃で2時間の撹拌をすると、三口フラスコ内の化合物群は粘稠な液体となった。その後、空冷しながら、粘稠になった化合物群の分子量をGPCで測定し、重量平均分子量が29、000になったところで、減圧を解除して反応を停止させ、ポリエステル樹脂を得た。得られたポリエステル樹脂をDSCで計測したところ73℃にはっきりとした融点の吸熱のピークが見られ、結晶性を有することが確認された。
(化合物群III)
1,10−デカン二酸 230部
1,9−ノナンジオール 160部
ジブチル錫オキサイド 0.2部
得られたポリエステル樹脂の分散液に調整する方法は「結晶性ポリエステル樹脂粒子分散液A」の作製方法と同様に実施し、体積基準の平均粒子径D50が190nm、固形分濃度が20質量%の「ポリエステル樹脂粒子分散液C」を得た。
「非晶性ポリエステル樹脂粒子分散液D」の製造
加熱乾燥した三口フラスコに下記(化合物群IV)を投入し、減圧操作で容器内の空気を減圧、さらに窒素ガスで不活性雰囲気に置換した状態で、機械撹拌をしながら180℃に加温し6時間の還流処理を行った。次いで、不活性雰囲気のまま徐々に昇温し、200℃で5時間の撹拌をすると、投入した化合物は粘稠な液体となった。その後、空冷しながら、粘稠になった化合物群Dの分子量をGPCで測定し、重量平均分子量が13,700になったところで、減圧を解除して反応を停止させ、ポリエステル樹脂を得た。得られたポリエステル樹脂をDSCで計測したところ、はっきりとした吸熱ピークはなく、63.0℃のガラス転移温度を持つ非晶性ポリエステル樹脂であることが確認できた。
(化合物群IV)
ビスフェノールAプロピレンオキサイド付加物 140部
ビスフェノールAエチレンオキサイド付加物 60部
イソフタル酸ジメチル 40部
テレフタル酸 70部
ジブチル錫オキサイド 0.12部
分散装置・「キャビトロンCD1010(ユーロテック(株)製)」の運転条件を、回転子の回転周波数を120Hz、圧力を9.0×10Paに設定し、前述のポリエステル樹脂を溶融した状態で毎分80g/分の速度で、熱交換器で120℃に加熱した試薬アンモニア水(濃度0.37質量%)を0.2リットル/分の速度で、各々同時にキャビトロンCD1010に移送した。これにより得られたポリエステル樹脂分散液の体積基準の平均粒子径D50は97nmであった。これにイオン交換水を添加して濃度を調整し、固形分20質量%よりなる「非晶性ポリエステル樹脂粒子分散液D」を得た。
「非晶性ポリエステル樹脂粒子分散液E」の製造
加熱乾燥した三口フラスコに下記(化合物群V)を投入し、減圧操作で容器内の空気を減圧、さらに窒素ガスで不活性雰囲気に置換した状態で、機械撹拌をしながら180℃に加温し6時間の還流処理を行った。次いで、不活性雰囲気のまま徐々に昇温し、200℃で5時間の撹拌をすると、投入した化合物は粘稠な液体となった。その後、空冷しながら、粘稠になった化合物群の分子量をGPCで測定し、重量平均分子量が18,100になったところで、減圧を解除して反応を停止させ、ポリエステル樹脂を得た。得られたポリエステル樹脂をDSCで計測したところ、はっきりとした吸熱ピークはなく、63.0℃のガラス転移温度を持つ非晶性ポリエステル樹脂であることが確認できた。
(化合物群V)
ビスフェノールAプロピレンオキサイド付加物 140部
ビスフェノールAエチレンオキサイド付加物 70部
イソフタル酸ジメチル 30部
テレフタル酸 50部
ドデセニルコハク酸 50部
ジブチル錫オキサイド 0.12部
分散装置「キャビトロンCD1010(ユーロテック(株)製)」の運転条件を、回転子の回転周波数を120Hz、圧力を7.0×10Paに設定し、前述のポリエステル樹脂を溶融した状態で毎分80g/分の速度で、熱交換器で120℃に加熱した試薬アンモニア水(濃度0.37質量%)を0.15リットル/分の速度で、各々同時にキャビトロンCD1010に移送した。これにより得られたポリエステル樹脂粒子分散液の体積基準の平均粒子径D50は105nmであった。これにイオン交換水を添加して濃度を調整し、固形分20質量%よりなる「非晶性ポリエステル樹脂粒子分散液E」を得た。
「非晶性ポリエステル樹脂粒子分散液F」の製造
「非晶性ポリエステル樹脂粒子分散液E」の製造と同様にポリエステル樹脂を合成した。次いで、ポリエステル樹脂を分散液に調整する際、分散装置・「キャビトロンCD1010(ユーロテック(株)製)」の運転条件を、回転子の回転周波数を150Hz、圧力を9.0×10Paに設定し、前述のポリエステル樹脂を溶融した状態で毎分70g/分の速度に、熱交換器で120℃に加熱した試薬アンモニア水(濃度0.37質量%)を0.2リットル/分の速度にして、各々同時にキャビトロンCD1010に移送した。これにより得られたポリエステル樹脂粒子分散液の体積基準の平均粒子径D50は65nmであった。これにイオン交換水を添加して濃度を調整し、固形分20質量%よりなる「非晶性ポリエステル樹脂粒子分散液F」を得た。
「非晶性ポリエステル樹脂粒子分散液G」の製造
「非晶性ポリエステル樹脂粒子分散液E」の製造と同様にポリエステル樹脂を合成した。次いで、ポリエステル樹脂を分散液に調製する際、分散装置・「キャビトロンCD1010(ユーロテック(株)製)」の運転条件を、回転子の回転周波数を100Hz、圧力を4.9×10Paに設定し、前述のポリエステル樹脂を溶融した状態で毎分100g/分の速度に、熱交換器で120℃に加熱した試薬アンモニア水(濃度0.37質量%)を0.1リットル/分の速度にして、各々同時にキャビトロンCD1010に移送した。これにより得られたポリエステル樹脂粒子分散液の体積基準の平均粒子径D50は156nmであった。これにイオン交換水を添加して濃度を調整し、固形分20質量%よりなる「非晶性ポリエステル樹脂粒子分散液G」を得た。
「非晶性ポリエステル樹脂粒子分散液H」の製造
加熱乾燥した三口フラスコに下記(化合物群VI)を投入し、減圧操作で容器内の空気を減圧、さらに窒素ガスで不活性雰囲気に置換した状態で、機械撹拌をしながら180℃に加温し6時間の還流処理を行った。次いで、不活性雰囲気のまま徐々に昇温し、200℃で5時間の撹拌をすると、投入した化合物は粘稠な液体となった。その後、空冷しながら、粘稠になった化合物群Dの分子量をGPCで測定し、重量平均分子量が14,200になったところで、減圧を解除して反応を停止させ、ポリエステル樹脂を得た。得られたポリエステル樹脂をDSCで計測したところ、はっきりとした吸熱ピークはなく、54.0℃のガラス転移温度を持つ非晶性ポリエステル樹脂であることが確認できた。
(化合物群VI)
ビスフェノールAプロピレンオキサイド付加物 120部
ビスフェノールAエチレンオキサイド付加物 90部
イソフタル酸ジメチル 30部
テレフタル酸 30部
ドデセニルコハク酸 70部
ジブチル錫オキサイド 0.12部
分散装置「キャビトロンCD1010(ユーロテック(株)製)」の運転条件を、回転子の回転周波数を120Hz、圧力を9.0×10Paに設定し、前述のポリエステル樹脂を溶融した状態で毎分80g/分の速度で、熱交換器で120℃に加熱した試薬アンモニア水(濃度0.37質量%)を0.2リットル/分の速度で、各々同時にキャビトロンCD1010に移送した。これにより得られたポリエステル樹脂粒子分散液の体積基準の平均粒子径D50は102nmであった。これにイオン交換水を添加して濃度を調整し、固形分20質量%よりなる「非晶性ポリエステル樹脂粒子分散液H」を得た。
「顔料分散液(ブラック)」の製造
下記顔料分散液組成を、ホモジナイザ・ウルトラタラックスT50(IKA社製)」に投入して10分間分散処理した後、超音波分散機で20分間処理することで、固形分濃度20質量%の「ブラック着色剤分散液」を得た。得られた分散液の体積基準の平均粒子径D50は215nmであった。
(着色剤分散液組成)
カーボンブラック「リーガル330(キャボット社製)」 10部
C.I.ピグメントブルー15:3 40部
n−ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム 8部
イオン交換水 250部
「離型剤分散液」の作製
下記離型剤分散液組成を、ホモジナイザ・ウルトラタラックスT50(IKA社製)に投入し、混合物群の温度が95℃になるように加温した状態で10分間分散処理した後、圧力吐出型ゴーリンホモジナイザーで分散処理して、固形分濃度20質量%の「離型剤分散液」を得た。得られた分散液の体積基準の平均粒子径D50は180nmであった。
(離型剤分散液組成)
パラフィンワックス「FNP0090(日本精鑞社製)」 10部
ペンタエリスリトールテトラベヘネート 50部
i−ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム 5部
イオン交換水 200部
「トナー1」の製造
(凝集工程)
下記組成T−1aをホモジナイザー・ウルトラタラックスT50に投入し、20℃に温度を保ちながら15分間の混合をした。次いで、凝集剤としてポリ塩化アルミニウム0.1部を添加し、pHが4.1〜4.3になるように0.3モル/Lの硝酸水溶液または1モル/L(リットル)の水酸化ナトリウム水溶液を適宜滴下しながら、2時間の混合分散を継続することで凝集工程を行った。2時間の凝集工程を経た分散液をコールターカウンターで計測したところ、トナーのコア部分となる体積基準による平均粒径D50が5.6μmの粒子の存在を確認した。
(組成T−1a)
結晶性ポリエステル樹脂粒子分散液B 500部
非晶性ポリエステル樹脂粒子分散液E 250部
着色剤分散液 80部
離型剤分散液 70部
イオン交換水 500部
(付着工程〜凝集停止工程)
この分散液を、丸型ステンレス製フラスコに移し、そこに組成T−1bを追添加し、オイルバスを用いて65℃に加温しながら60分間撹拌し、付着処理を行った。得られた分散液をコールターカウンターで計測したところ、体積基準の平均粒径D50が5.7μmの粒子の存在を確認した。トナーのコア部分にさらに追添加した非晶性ポリエステル樹脂粒子が付着し、コアシェル型のトナー母粒子が得られていることを確認した。得られた液にエチレンジアミンテトラ酢酸4Naを2.5部加え、pHを8から8.5になるように1モル/Lの水酸化ナトリウムを滴下し、凝集停止工程を実施した。
(組成T−1b)
非晶性ポリエステル樹脂粒子分散液E 100部
(融合工程)
凝集停止工程後、この分散液を80℃に加熱して60分間撹拌し、融合工程を実施した。
(冷却工程〜乾燥工程)
その後、多管式熱交換機を使用して、−30℃/分の速度で30℃まで急速に冷却した。急冷後、ヌッチョ式吸引ろ過機を用いてNo.5のろ紙を用いてろ過する。ろ液のpHが6.5以下、かつ電気伝導度が12μS/cm以下となるまで洗浄とろ過を繰り返した。ろ過された粒子を真空乾燥により12時間乾燥し、トナー母粒子を得た。
(外添工程)
このトナー母粒子表面に外添剤を付与するために、下記組成を混合装置・5Lヘンシェルミキサー(三井三池加工機(株)製)に投入し、装置内の温度が45℃に維持されるように冷却水を流しながら、10分間の混合処理を行い、トナー母粒子に外添剤を付与した。
(組成T−1c)
トナー母粒子 100部
酸化セリウム粒子(個数平均粒径0.55μm) 2.5部
チタニア粒子(ドデシルトリメトキシシラン処理済み、
個数平均粒径30nm) 0.8部
シリカ粒子(ヘキサメチルジンラザン処理済み、
個数平均粒径100nm) 1.2部
外添剤が付与されたトナー母粒子を風力篩分機・ハイボルターNR300(東京機械(株)製)にて網目開き45μmで篩分を行い、「トナー1」を得た。得られた「トナー1」を透過型電子顕微鏡で30粒子を観察し、その平均粒径は5.7μmであることを確認した。また該トナーの測定荷重198Nでの軟化点Tは96℃、測定荷重49Nでの軟化点Tは105℃、T−Tは9℃であった。
「トナー2」〜「トナー8」の製造
〈凝集工程〉、〈付着工程〜凝集停止工程〉、〈融合工程〉における条件を「表1」のように変更した以外は「トナー1」と同様の操作を行い、「トナー2」から「トナー8」を製造した。各トナーの測定荷重196Nでの軟化点T、測定荷重49Nでの軟化点T、およびT−Tを「表1」に付記する。
Figure 2012118371
〔実施例1〕
〈定着装置〉
画像形成のため、に示す構成の定着装置を用いた。
ローラ状部材6、ローラ状部材8については、各々アルミ材よりなる直径30mmの芯棒に「表2」に記載した15通りの組み合わせでシリコンゴムからなるソリッドゴム層を設け、また、それぞれの組み合わせに対し、ローラ状部材8をコイルバネでローラ状部材6方向に引っ張ってニップの圧力の調整をし、定着装置1〜15を製作した。
定着装置1〜15について共通して、ローラ状部材5はアルミ材よりなる直径45mmの芯材に厚さ3mmのシリコンゴム(アスカー硬度C85)が巻かれ、その芯材内部にハロゲンヒータが設置されたものを使用した。同じく無端状のベルト部材7については厚さ70μmのポリイミド基体に厚さ20μmのシリコンゴムからなるソリッドゴム層、次いで厚さ10μmのPFA層が積層されたものを使用した。
定着装置1〜15について、加熱部材と加圧ローラで形成されるニップの圧力を計測し、線速400mm/secにおいて画像支持体がニップに進入してから0.008秒後のニップ圧力p、ニップ圧力の最大値pを確認した。p、pを各々表2に付記した。また、pからpまでの曲線の任意の20点における接線傾きcが、0≦c≦1200を満たしているかを併せて表2に付記した。
なお、ニップの圧力の計測、およびp、pについては以下の方法で確認した。
まず、圧力解析システム「PINCH 圧力測定システム」(蒲田工業製)に接続された面圧センサー「PINCH A3−40(Nitta(株)製)」をニップに挟持させ、挟持させてから30秒後に通紙方向の圧力データを、前述の「PINCH 圧力測定システム」にて採取し、(ニップ圧力)vs(通紙方向軸)のグラフを作成する。次いで、このグラフの通紙方向軸を線速400mm/secで割り、(ニップ圧力)vs(画像支持体がニップに進入してからの時間t)のグラフに変換する。そのグラフより、p、pを読み取った。また、p1からpmまでの曲線の接線傾きcを作成した(ニップ圧力)vs(画像支持体がニップに進入してからの時間t)のグラフより直接読み取った。
Figure 2012118371
〈画像形成と評価〉
(現像剤の作製)
現像剤を作製するために、粒径35μmのフェライトコアに対して質量比で0.8質量%のシリコーン樹脂「SR2411(東レ−ダウコーエングシリコーン社製)」を添加し、流動床コーティング装置を用いてコーティングキャリアを作製した。
作製したキャリア93部と前述のトナーを7部取り、V型ブレンダにて混合処理を行い、トナー1〜トナー8に対する現像剤8種を作製した。得られた現像剤のうち1種を図5の画像形成装置の現像器に装填した。
定着装置1〜15のうち1種を「図5」に示す画像形成装置・フルカラープリンタ「bizhubC500(コニカミノルタ社製)」の定着ユニット部に交換、設置した。
現像器に装てんした現像剤のトナー種、定着ユニット部に設置した定着装置種の組み合わせを「表3」に示す。
評価用画像として、175線相当の画像解像度で1%、50%、90%の平網画像および100%画像、を含む画像を使用した。評価用画像を出力する際に前述の100%画像におけるトナー付着量が10g/mとなるようにバイアス電圧を調整した。
定着装置(図3)の無端状のベルト部材7の表面温度を100℃から10℃刻みで200℃まで設定変更し、各々の設定温度にて厚み58g/mのコート紙、厚み400g/mのコート紙を画像支持体として用い、線速400mm/secの速度で前述の評価用画像出力し、加熱加圧定着させて画像形成を実施した。
(低温定着性評価、画像の定着強度の評価1)
各設定温度により画像形成された印刷物を、100%画像に折り目が掛かるように折り機で折り、折り目部分に0.35MPaの圧縮空気を吹き付け、折り目部分の画像の剥離具合を以下の基準によりランク付けした。ランク3以上を獲得する最小の温度を最低定着温度とし、低温定着性の指標とした。評価結果を「表3」に示す。
また、設定温度160℃における印刷物の折り目部分の画像の剥離具合のランクを画像の定着強度とした。評価結果を「表3」に示す。
−評価基準−
ランク5:全く折れ目なく、問題ないレベルである。
ランク4:一部折れ目に従った剥離があるが、問題ないレベルである。
ランク3:折れ目に従った細かい線状の剥離があるが、問題ないレベルである。
ランク2:折れ目に従った太い線状の剥離があるが、許容できるレベルである。
ランク1:大きな剥離あり、許容できないレベルである。
(画像質感の評価1:画像支持体厚み違いによる画像質感の変動)
設定温度160℃における、厚み58g/mのコート紙上および厚み400g/mのコート紙上に形成された50%の平網画像のドットゲインを計測し、その差より画像質感の変動を以下のように評価した。評価結果を「表3」に示す。
なお、ドットゲインの計測は網点面積測定器X−riteDot model:CCD5(Centurfax Ltd製)を用いて計測した。
−評価基準−
ランク4…ドットゲイン差が0であり、全く同一の画像質感である。
ランク3…ドットゲイン差は0〜1であるが、全く同一の画像質感であり、問題ないレベルである。
ランク2…ドットゲイン差は1〜2であり、若干の画像質感の差はあるが、一瞥ではその差は感じられず、許容できるレベルである。
ランク1…ドットゲイン差は2を超え、一瞥で画像質感に差が感じられ、許容できないレベルである。
(ドット形状の評価:画像支持体厚み違いによるドット品質の変動)
設定温度160℃における、厚み58g/mのコート紙上および厚み400g/mのコート紙上に形成された1%網点画像、50%網点画像、90%網点画像について、ルーペ(20倍率)で観察し、各ドットの輪郭の鮮明さから以下の評価基準に基づき、評価した。評価結果を「表3」に示す。
−評価基準−
ランク4…厚み58g/m、厚み400g/mのいずれのコート紙上の1%網点画像から90%網点画像に至るすべての画像において、ドットの輪郭は鮮明であり、良好なドット品質を有している。
ランク3…厚み58g/m、厚み400g/mのいずれかのコート紙上の、一部画像においてドットの輪郭に不鮮明さが見られるが、許容できるレベルである。
ランク2…厚み58g/m、厚み400g/mのいずれのコート紙上においても、一部画像のドットの輪郭に不鮮明さが見られるが、許容できるレベルである。
ランク1…厚み58g/m、厚み400g/mのいずれのコート紙上のすべての画像において、ドットの輪郭に不鮮明さが見られ、ドット品質は許容できないレベルである。
Figure 2012118371
本発明の画像形成方法によれば、厚みが異なる画像支持体上に画像形成をした際に、共に低温定着性および高い画像の定着強度が得られ、かつ、画像のつぶれ具合が変化せず、画像の質感が変化しない、安定した画像品質が提供できる。
〔実施例2〕
画像支持体として、白色で厚さ10μm、30μmの転写箔が積層された、厚み58g/mおよび400g/mのコート紙をそれぞれ準備した。
現像器50に装てんした現像剤のトナー種、定着ユニット部に設置した定着装置種の組み合わせを実施例1と同様にして、定着装置の無端状のベルト部材7の表面温度を160℃に設定し、該画像支持体の転写箔が転写されている領域と転写されていない領域にまたがるように、175線相当の画像解像度で30%平網画像、20μmの線幅を有する線画像を出力させた(評価に使用した画像支持体の形態を図6に示す)。
(画像の定着強度の評価2)
厚み58g/mのコート紙、および厚み400g/mのコート紙上の総厚10μm、30μmの転写箔上に画像形成された30%平網画像をウェスで20回擦る。擦った前後での30%平網画像の劣化度合いをルーペで観察し、画像の定着強度を以下の評価基準に基づき評価した。評価結果を「表4」に示す。
−評価基準−
ランク5…いずれの厚みの転写箔上の画像においても、擦り前後で全く差異がなく、いずれの転写箔へも充分な画像の定着強度を有する。
ランク4…いずれかの厚みの転写箔上の画像において、擦りによって一部のドットの輪郭に剥離が見られるが、画像の劣化は許容できるレベルである。
ランク3…いずれの厚みの転写箔上の画像においても、擦りによって一部のドットの輪郭に剥離が見られるが、画像の劣化は許容できるレベルである。
ランク2…いずれかの厚みの転写箔上の画像において、擦りによって一部のドットの剥離見られ、転写箔の厚みを限定することで、画像の劣化は許容できるレベルである。
ランク1…いずれの厚みの転写箔上の画像においても、擦りによってドットの剥離が見られ、許容できないレベルである。
(画像質感の評価2:転写箔境界での画像の連続性)
厚み58g/mのコート紙、および厚み400g/mのコート紙上の厚み10μm、30μmの転写箔に渡って画像形成された30%平網画像、線画像の転写箔境界での連続性について、以下の評価基準に基づき評価した。評価結果を「表4」に示す。
−評価基準−
ランク3…いずれの厚みの転写箔上の画像においても、転写箔境界に渡り連続性があり、違和感を感じない。転写箔を渡っての画像定着が可能である。
ランク2…いずれかの厚みの転写箔上の画像において、転写箔境界に渡り連続性が見られず、違和感がある。転写箔の厚みを限定して、転写箔を渡っての画像定着が可能である。
ランク1…いずれの厚みの転写箔上の画像においても、転写箔境界に渡り連続性が見られず、違和感がある。転写箔への画像定着は不可である。
各画像形成における評価結果を「表3」に示す。
尚、いずれの評価においても「1」は、実用上問題を生じる。
Figure 2012118371
本発明の画像形成方法によれば、同一画像支持体上で厚みが異なり段差を有する場合でも、画像の定着強度、および線画の連続性が確保できる。
1 加熱部材
2 加圧部材
3 加熱部材と加圧部材のニップ部
画像支持体がニップに進入してから0.008秒後に受ける圧力
画像支持体がニップに進入してから受ける圧力中、最大の圧力
5 ローラ状部材
6 ローラ状部材
7 ベルト部材
8 加圧部材
9 定着装置(定着器)
P 画像支持体(記録部材)

Claims (3)

  1. 画像支持体上に形成された未定着のトナーからなる画像を、加熱部材と加圧部材とのニップ部を通過させて定着する加熱加圧定着方法において、
    該トナーが結晶性ポリエステル及び非晶性ポリエステルを含有し、該トナーの高架式フローテスター測定荷重196Nにおける軟化点をT℃、測定荷重49Nにおける軟化点をT℃としたとき式(1)〜式(3)を満たし、
    且つ、
    該画像支持体が該加熱部材と加圧部材のニップ部に進入してから0.008秒後に受ける圧力をp、最大圧力をpとしたとき式(4)、及び式(5)を満たすことを特徴とする加熱加圧定着方法。
    式(1) 90≦T≦110
    式(2) 90≦T≦110
    式(3) 0≦T−T≦10
    式(4) 150≦p≦200
    式(5) 50≦p−p≦150
    但し、p、pの単位は、いずれもkPaである。
  2. 前記加熱部材が少なくとも無端状のベルト状部材とローラ状部材よりなり、加圧部材がローラ状部材よりなることを特徴とする請求項1記載の加熱加圧定着方法。
  3. 電子写真感光体に形成された静電潜像をトナー現像した後、画像支持体に転写する工程を経て形成された未定着トナーの画像を、請求項1又は2記載の加熱加圧定着方法を用いて定着することを特徴とする画像形成方法。
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