JP4250297B2 - 画像形成方法及びトナー - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁誘導加熱方式の加熱装置を用いた定着性を向上させた画像形成方法、定着方法及び画像形成用のトナーに関する。
【0002】
【従来の技術】
画像形成装置において、電子写真プロセス・静電記録プロセス・磁気記録プロセス等の適宜の画像形成プロセス手段部で被記録材(転写材シート・エレクトロファックスシート・静電記録紙・OHPシート・印刷用紙・フォーマット紙など)に転写方式あるいは直接方式にて形成・担持させた目的の画像情報の未定着画像(トナー画像)を被記録材面に永久固着画像として加熱定着させる定着装置としては、熱ローラ方式の装置が広く用いられていた。近時はクイックスタートや省エネルギーの観点からベルト加熱方式の装置が実用化されている。また電磁誘導加熱方式の装置も提案されている。これらの方式の定着装置の装置構成及び利点・問題点は以下の通りである。
【0003】
a)熱ローラ方式の定着装置
これは、定着ローラ(加熱ローラ)と加圧ローラとの圧接ローラ対を基本構成とし、該ローラ対を回転させ、該ローラ対の相互圧接部である定着ニップ部に、画像定着すべき未定着トナー画像を形成担持させた被記録材を導入して挟持搬送させて、定着ローラの熱と、定着ニップ部の加圧力にて未定着トナー画像を被記録材面に熱圧定着させるものである。
【0004】
定着ローラは、一般に、アルミニウムの中空金属ローラを基体(芯金)とし、その内空に熱源としてのハロゲンランプを挿入配設してあり、ハロゲンランプの発熱で加熱され、外周面が所定の定着温度に維持されるようにハロゲンランプへの通電が制御されて温調される。
【0005】
特に、最大4層のトナー画像層を十分に加熱溶融させて混色させる能力を要求される、フルカラーの画像形成を行う画像形成装置の定着装置としては、定着ローラの芯金を高い熱容量を有するものにし、またその芯金外周にトナー画像を包み込んで均一に溶融するためのゴム弾性層を具備させ、そのゴム弾性層を介してトナー画像の加熱を行っている。また、加圧ローラ内にも熱源を具備させて加圧ローラも加熱・温調する構成にしたものもある。
【0006】
しかし、熱ローラ方式の定着装置は画像形成装置の電源をオンにして同時に定着装置の熱源であるハロゲンランプに通電を開始しても、定着ローラの熱容量が大きく、定着ローラ等が冷え切っている状態時から所定の定着可能温度に立ち上がるまでにはかなりの待ち時間(ウエイトタイム)を要し、クイックスタート性に欠ける。また画像形成装置のスタンバイ状態時(非画像出力時)も何時でも画像形成動作が実行できるようにハロゲンランプに通電して定着ローラを所定の温調状態に維持させておく必要があり、電力消費量が大きい等の問題があった。
【0007】
また、上述のフルカラーの画像形成装置の定着装置のように特に熱容量の大きな定着ローラを用いるものにおいては、温調と定着ローラ表面の昇温とに遅延が発生するため、定着不良や光沢ムラやオフセット等の問題が発生していた。
【0008】
b)フィルム加熱方式の定着装置
フィルム加熱方式の定着装置は、例えば特開昭63−313182号公報、特開平2−157878号公報、特開平4−44075号公報及び特開平4−204980号公報等に提案されている。
【0009】
即ち、加熱体としての一般にセラミックヒータと、加圧部材としての加圧ローラとの間に耐熱性フィルム(定着フィルム)を挟ませてニップ部を形成させ、該ニップ部のフィルムと加圧ローラとの間に、画像定着すべき未定着トナー画像を形成担持させた被記録材を導入してフィルムと一緒に挟持搬送させることで、ニップ部においてセラミックヒータの熱をフィルムを介して被記録材に与え、またニップ部の加圧力にて未定着トナー画像を被記録材面に熱圧定着させるものである。
【0010】
このフィルム加熱方式の定着装置は、セラミックヒータ及びフィルムとして低熱容量の部材を用いてオンデマンドタイプの装置を構成することができ、画像形成装置の画像形成実行時のみ熱源としてのセラミックヒータに通電して所定の定着温度に発熱させた状態にすればよく、画像形成装置の電源オンから画像形成実行可能状態までの待ち時間が短く(クイックスタート性)、スタンバイ時の消費電力も大幅に小さい(省電力)等の利点がある。
【0011】
ただ、大きな熱量が要求されるフルカラー画像形成装置や高速機種用の定着装置としては熱量的に難点がある。
【0012】
c)電磁誘導加熱方式の定着装置
実開昭51−109739号公報には、磁束により定着ローラに電流を誘導させてジュール熱によって発熱させる誘導加熱定着装置が開示されている。これは、誘導電流の発生を利用することで直接定着ローラを発熱させることができて、ハロゲンランプを熱源として用いた熱ローラ方式の定着装置よりも高効率の定着プロセスを達成している。
【0013】
しかしながら、磁場発生手段としての励磁コイルにより発生した交番磁束のエネルギーが定着ローラ全体の昇温に使われるため放熱損失が大きく、投入エネルギーに対する定着エネルギーの密度が低く効率が悪いという欠点があった。
【0014】
そこで、定着に作用するエネルギーを高密度で得るために、発熱体である定着ローラに励磁コイルを接近させたり、励磁コイルの交番磁束分布を定着ニップ部近傍に集中させたりして、高効率の定着装置が考案された。
【0015】
一方、トナーに関しては、一般の白黒複写機用黒トナーは定着時の耐高温オフセット性を向上させるため、ポリエチレンワックスやポリプロピレンワックスに代表される比較的高結晶性のワックスが離型剤として用いられている。例えば特公昭52−3304号公報、特公昭52−3305号公報及び特開昭57−52574号公報に提案されている。しかしながら、フルカラー画像用トナーにおいては、この離型剤自身の高結晶性やOHP用シートの材質との屈折率の違いのためOHPで透映した際、透明性が阻害され、投影像は彩度や明度が低くなる。
【0016】
この問題を解決するため、造核材をワックスと併用することでワックスの結晶性を低下させる方法が、特開平4−149559号公報や特開平4−107467号公報に提案されている。
【0017】
更に結晶化度の低いワックスを用いる方法が特開平4−301853号公報や特開平5−61238号公報に提案されている。比較的透明性が良く融点の低いワックスとしてモンタン系ワックスがあり、モンタン系ワックスの使用が、特開平1−185660号公報、特開平1−185661号公報、特開平1−185662号公報、特開平1−185663号公報及び特開平1−238672号公報に提案されている。
【0018】
しかしながら、これらのワックスは、OHPでの透明性と加熱加圧定着時の低温定着性及び耐高温オフセット性の全てが充分満足されるものではない。このため通常のカラートナーでは離型剤を極力添加せずに、加熱定着ローラーへシリコーンオイルやフッ素オイルの如きオイルを塗布せしめ、耐高温オフセット性の向上とOHPでの透明性を図っている。
【0019】
しかしながら、このようにして得られた定着画像は、その表面に余分のオイルが付着している。オイルが感光体に付着して汚染したりオイルが定着ローラーを膨潤し、定着ローラーの寿命を短くする場合がある。
【0020】
定着画像上へのオイルスジを発生させないため、オイルを均一に且つ定量的に定着ローラー表面上に供給する必要性があり、定着装置が大型化する傾向にある。
【0021】
そのため、高温オフセットを防止するためのオイルを使用しないか、又は、オイルの使用量を少なくした加熱加圧定着手段において、オフセットの発生が抑制されているトナーであり、さらに、二次色の混色性に優れ、色再現範囲が広く、且つ定着画像の透明性に優れているトナーが待望されている。
【0022】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上述のごとき従来技術の問題点を解決した画像形成方法、定着方法及びトナーを提供することにある。
【0023】
すなわち、本発明の目的は、被加熱材加熱部を所定の温度に短時間に立ち上げ状態にでき(クイックスタート性)、カラートナー画像の定着性を十分に確保でき、被加熱材上画像の先端と後端さらには多数枚通紙において均一な光沢度(グロス)にすることのできる画像形成方法及び定着方法を提供することにある。
【0024】
また、本発明の目的は、多量のオイルを塗布することなくまたはオイルを全く塗布することなく定着し得るトナー、画像形成方法及び定着方法を提供することにある。
【0025】
また、本発明の目的は、低温定着性に優れ、且つ耐高温オフセット性に優れたトナー、画像形成方法及び定着方法を提供することにある。
【0026】
本発明の目的は、高温環境放置時における耐ブロッキング性に優れたトナー、画像形成方法及び定着方法を提供することにある。
【0027】
本発明の目的は、多色トナーが十分混合して色再現性がよく、オーバーヘッドプロジェクター用フィルム(OHP)画像の透明性に優れた画像を得ることができるトナー、画像形成方法及び定着方法を提供することにある。
【0028】
【課題を解決するための手段】
本発明は、磁場発生手段と、電磁誘導により発熱する発熱層と離型層とを少なくとも有する回転加熱部材と、該回転加熱部材とニップを形成している回転加圧部材を少なくとも有する加熱加圧手段を使用し、該回転加熱部材を記録材を介して該回転加圧部材を押圧しながら該記録材上のトナー画像を、加熱加圧定着して記録材に定着画像を形成する画像形成方法において、
該トナーは、結着樹脂、着色剤ワックス及びサリチル酸金属化合物を少なくとも有するトナー粒子及び外添剤を有するトナーであり、
該ワックスが、該結着樹脂100重量部あたり0.1〜10重量部含有されており、
該ワックスのDSC吸熱曲線において、温度30乃至160℃の範囲における最大吸熱ピークが55乃至80℃にあり、最大吸熱ピークの半値幅が2乃至7℃であり、
該サリチル酸金属化合物が、トナーの質量基準で0.1〜10質量%含有されており、
該結着樹脂は、後述の式(1)で示される分子骨格を有するポリエステル樹脂を主成分としており、
該トナーは、温度140℃における動的弾性率(G’140)が5×102乃至1×105dN/m2であり、温度170℃における動的弾性率(G’170)との比(G’140/G’170)が0.05乃至50であり、
テトラヒドロフラン(THF)を溶媒とする該トナーのソックスレー抽出において、抽出開始から8時間時における結着樹脂成分のTHF不溶分Aが10乃至20質量%であり、抽出開始から24時間時における結着樹脂成分のTHF不溶分Bが1乃至10質量%であり、THF不溶分AとTHF不溶分Bとの比(B/A)が0.1乃至0.8であり、
該トナーは、テトラヒドロフラン(THF)可溶分のゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)による分子量分布において、数平均分子量(Mn)と重量平均分子量(Mw)との比Mw/Mnが、3.3乃至17.4であることを特徴とする画像形成方法に関する。
【0030】
さらに、本発明は、磁場発生手段と、電磁誘導により発熱する発熱層と離型層とを少なくとも有する回転加熱部材と、該回転加熱部材とニップを形成している回転加圧部材を少なくとも有する加熱加圧手段を使用し、該回転加熱部材を記録材を介して該回転加圧部材を押圧しながら該記録材上のトナー画像を、加熱加圧定着して記録材に定着画像を形成する画像形成方法に適用される、上記構成を特徴とするトナーに関する。
【0031】
本発明者らは、上記特性値を満足するトナーである場合に、オイルを使用しないか、又は、オイルの使用量を少なくした加熱加圧手段において、高いグロスを満足し、二次色の混色性に優れ、色再現範囲が広く、且つOHP透過性の優れたトナー、画像形成方法及び定着方法を提供できる知見を得たため、本発明に到達したものである。
【0032】
【発明の実施の形態】
まず、本発明に係るトナーについて説明する。
【0033】
本発明において、トナー粒子の結着樹脂は、カルボキシル基を有するポリエステル樹脂であり、カルボキシル基を有し、下記式(1)で示される分子骨格を有するポリエステル樹脂が好ましい。
【0034】
【化1】
Figure 0004250297
〔式中、x及びyは1以上の整数であり、x+yの平均値は2〜4である。〕
【0035】
式(1)で示される分子骨格を有するポリエステル樹脂は、後に詳しく説明するサリチル酸金属化合物と同時に溶融混練される際に、金属イオン架橋構造が形成され易く、トナーの動的弾性率曲線において明瞭な極小値(G’min)を有するトナーを良好に生成し得る。
【0036】
例えば、図1に示す後述の実施例と類似のトナーの動的弾性率曲線においては、温度170℃の領域の動的弾性率(G’170)が、温度140℃の領域の動的弾性率(G’140)よりも高温サイドの温度で、トナーは高粘弾性を有しているため、耐高温オフセット性に極めて優れている。
【0037】
本発明者らは、温度140℃での動的弾性率(G’140)と温度170℃での動的弾性率(G’170)との比(G’140/G’170)が、耐高温オフセット性に強い相関性があり、G’140/G’170が0.05乃至50の範囲にあるものが、OHPでの透明性が良好で且つ二次色の混色性が良好なため、色再現範囲が広いトナー及び画像形成方法を提供することができ、且つ低温定着性に優れ、且つ耐高温オフセット性に優れたトナー及び画像形成方法を提供することができることを見出した。
【0038】
G’140/G’170の値が0.05未満の場合は、OHPでの透明性が不十分で、且つ二次色の混色性が十分でないため色再現範囲が狭い。
【0039】
一方、G’140/G’170の値が50を超える場合は、温度140℃よりも高温サイドにおいても温度の上昇とともにトナーの動的弾性率が、著しく低下している。
【0040】
この様なトナーは、耐高温オフセット性に劣り、定着可能温度領域が本発明のトナーよりも狭くなる。
【0041】
式(1)で示される分子骨格がなぜ特異的にサリチル酸金属化合物と作用するかは十分には判明していないが、この分子鎖特有の屈曲性が相互作用しやすい配座を形成しやすいため(分子配置相互作用)と、p位に電子供与性を有するフェニル基の電子供与性、また−CH=CH−のπ電子供与性相互作用が深く係わっていると思われる。
【0042】
本発明のトナーに係わる金属イオン架橋構造は、テトラヒドロフラン(THF)不溶分のソックスレー抽出における、抽出時間による変化にあらわれる。
【0043】
抽出開始から8時間時における結着樹脂成分のTHF不溶分Aが、10乃至20質量%であり、抽出開始から24時間時における結着樹脂成分のTHF不溶分Bが、1乃至10質量%であり、THF不溶分AとTHF不溶分Bとの比(B/A)が、0.1乃至0.8を特徴とする、THFの溶媒和エネルギーで架橋構造が緩むような、ソフトな架橋構造を形成されることが重要である。本発明者らは、抽出開始から24時間時における結着樹脂成分のTHF不溶分Bと8時間時におけるTHF不溶分Aとの相関が定着性能に係わることを見出すことができた。
【0044】
THF不溶分AとTHF不溶分Bとの比(B/A)が0.1乃至0.8の範囲にある場合が、耐高温オフセット性、定着面の光沢性、低温定着性などを満足でき、(B/A)が0.1未満の場合、架橋構造が弱過ぎて耐高温オフセット性が不十分であり、0.8を超える場合は、強く硬い架橋構造のために、定着面の光沢性が低く、OHPの透光性が悪くなる傾向がある。
【0045】
本発明における主な結着樹脂であるポリエステル樹脂を生成するための二価のアルコール成分としては、例えば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、水酸化ビスフェノールA、また式(2)で表わされるビスフェノール誘導体
【0046】
【化2】
Figure 0004250297
〔式中、Rはエチレン、プロピレン基であり、x,yはそれぞれ1以上の整数であり、かつx+yの平均値は2〜10である。〕
が挙げられる。
【0047】
また、非線形状ポリエステル樹脂を形成するための三価以上のアルコール成分としては、例えば、ソルビトール、1,2,3,6−ヘキサンテトロール、1,4−ソルビタン、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、トリペンタエリスリトール、1,2,4−ブタントリオール、1,2,5−ペンタントリオール、グリセロール、2−メチルプロパントリオール、2−メチル−1,2,4−ブタントリオール、トリメチロールエタン、トリメトロールプロパン、1,3,5−トリヒドロキシベンゼンが挙げられる。三価以上の多価アルコールの使用量は、全モノマー基準で0.1〜20mol%が好ましい。
【0048】
また、ポリエステル樹脂を生成するための二価の酸成分としては、例えば、フマル酸、マレイン酸、無水マレイン酸、コハク酸、アジピン酸、セバシン酸、マロン酸およびこれらを炭素数8〜22の飽和もしくは不飽和の炭化水素基で置換した脂肪族系酸成分モノマー;また芳香族系酸成分モノマーとして、フタル酸、イソフタル酸、無水フタル酸、テレフタル酸およびそのエステル誘導体が挙げられる。
【0049】
また、非線形状ポリエステル樹脂を形成するための三価以上の多価カルボン酸成分としては、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、2,5,7−ナフタレントリカルボン酸、1,2,4,5−ベンゼンテトラカルボン酸および、これらの無水物やエステル化合物が挙げられる。三価以上の多価カルボン酸成分の使用量は、全モノマー基準で0.1〜20mol%が好ましい。
【0050】
本発明において、ポリエステル樹脂の好ましいガラス転移温度は52〜69℃、好ましくは54〜67℃であるのが良い。また、トナー化した際におけるガラス転移温度は55〜72℃、好ましくは57〜70℃であるのが良い。
【0051】
ポリエステル樹脂のガラス転移温度が52℃未満の場合、もしくはトナーのガラス転移温度が55℃未満の場合には、定着性には優れるものの、耐オフセット性が低下し、定着ローラーへの汚染や定着ローラーへの巻き付きが発生し好ましくない。さらに定着後の画像表面のグロスが高くなりすぎてしまい画像品位が低下して好ましくない。
【0052】
ポリエステル樹脂のガラス転移温度が69℃よりも高い場合、もしくはトナーのガラス転移温度が72℃より高い場合には、定着性が悪化し、複写機本体の設定定着温度を上げざるを得ず、得られた画像は一般にグロスが低く、かつフルカラートナー用としての混色性が低下する。
【0053】
本発明において、ポリエステル樹脂のTHF可溶分のGPC測定において、数平均分子量(Mn)が1300〜9500であり、重量平均分子量(Mw)が2600乃至190000であり、該ポリエステル樹脂のTHF可溶分の重量平均分子量(Mw)とMnとの比(Mw/Mn)は2乃至20であることが好ましい。
【0054】
また、トナー化した際のトナーのTHF可溶分のGPC測定において、数平均分子量(Mn)が1500〜10000であり、重量平均分子量(Mw)が3000乃至200000であり、MwとMnとの比(Mw/Mn)が2乃至20であることが好ましい。
【0055】
ポリエステル樹脂の数平均分子量(Mn)が1300未満の場合又は重量平均分子量(Mw)が2600未満、もしくはトナーの数平均分子量(Mn)が1500未満の場合又は重量平均分子量(Mw)が3000未満の場合には、いずれも定着画像表面の平滑性は高く見た感じの鮮やかさはあるものの、耐久において高温オフセットが発生しやすくなり、さらに、長期保存安定性が低下し、現像機内でのトナー融着及びキャリア表面にトナー成分が付着してキャリアスペントの発生といった新たな問題も懸念される。さらに、カラートナー粒子の製造時のトナー原料の溶融混練時にシェアーがかかり難く、着色剤の分散性が低下し易く、よってトナーの着色力の低下やトナーの帯電量の変動が生じ易い。
【0056】
ポリエステル樹脂の数平均分子量(Mn)が9500を超える場合又は重量平均分子量(Mw)が190000を超える場合、もしくはトナーの数平均分子量(Mn)が10000を超える場合又は重量平均分子量(Mw)が200000を超える場合は、いずれも耐オフセット性に優れるものの、定着設定温度を高くせざるを得ないし、さらに、仮に顔料の分散の程度をコントロールできたとしても、画像部での表面平滑性が低下してしまい色再現性が低下し易くなってしまう。
【0057】
ポリエステル樹脂、もしくはトナーのMw/Mnが2未満の場合には、一般に得られるポリエステル樹脂は、分子量自体が小さくなることから、前述の分子量が小さい場合と同様に耐久による高温オフセット現像、長期保存安定性の低下、現像器内でのトナーの融着及びキャリアスペントが生じ易くなり、さらに、トナーの帯電量のばらつきが生じ易い。
【0058】
ポリエステル樹脂、もしくはトナーのMw/Mnが20を超える場合には、耐高温オフセット性に優れるものの、定着設定温度を高くせざる得ないし、さらに、仮に顔料の分散の程度をコントロールできたとしても、画像部での表面滑性が低下してしまい、色再現性が低下し易くなってしまう。
【0059】
特に、ポリエステル樹脂は、三価以上の多価カルボン酸成分又は三価以上の多価アルコール成分で非線状化されていることが好ましい。非線状構造を有する架橋ポリエステル樹脂は、例えば、第1段階として二価のカルボン酸成分又は二価のカルボン酸エステル成分と、二価のアルコール成分とを縮重合させて線状のプレポリマーを生成し、第2段階として線状のプレポリマーと二価のカルボン酸成分(又は、そのエステル)と、二価のアルコール成分と、三価以上の多価カルボン酸成分(又は、そのエステル酸無水物)又は三価以上の多価アルコール成分とを縮重合させて生成する方法がある。
【0060】
本発明に使用するサリチル酸金属化合物を形成する金属としては、2価以上の金属原子が好ましい。2価の金属としてMg2+,Ca2+,Sr2+,Pb2+,Fe2+,Co2+,Ni2+,Zn2+,Cu2+が挙げられる。2価の金属としては、Zn2+,Ca2+,Mg2+,Sr2+が好ましい。3価以上の金属としてはAl3+,Cr3+,Fe3+,Ni3+が挙げられる。これらの金属の中で好ましいのはAl3+,Cr3+であり、特に好ましいのはAl3+である。
【0061】
本発明においては、有機金属化合物として、ジ−tert−ブチルサリチル酸のアルミニウム化合物が特に好ましい。
【0062】
サリチル酸金属化合物は、例えば、サリチル酸を水酸化ナトリウム水溶液に溶解させ、2価以上の金属原子を溶融している水溶液を水酸化ナトリウム水溶液に滴下し、加熱撹拌し、次に水溶液のpHを調整し、室温まで冷却した後、ろ過・水洗することにより芳香族サリチル酸の金属化合物を合成し得る。ただし、上記の合成方法だけに限定されるものではない。
【0063】
サリチル酸金属化合物は、トナーの質量基準で0.1〜10質量%(より好ましくは、0.5〜9質量%)使用すると、トナーの帯電量の初期変動が少なく、現像時に必要な絶対帯電量が得られやすく、結果的に「カブリ」や画像濃度ダウンの如き画像品質の低下がなく好ましい。
【0064】
着色剤としては、顔料及び/又は染料を用いることができる。例えば染料としては、C.I.ダイレクトレッド1、C.I.ダイレクトレッド4、C.I.アシッドレッド1、C.I.ベーシックレッド1、C.I.モーダントレッド30、C.I.ダイレクトブルー1、C.I.ダイレクトブルー2、C.I.アシッドブルー9、C.I.アシッドブルー15、C.I.ベーシックブルー3、C.I.ベーシックブルー5、C.I.モーダントブルー7、C.I.ダイレクトグリーン6、C.I.ベーシックグリーン4、C.I.ベーシックグリーン6等がある。
【0065】
顔料としては、ミネラルファストイエロー、ネーブルイエロー、ナフトールイエローS、ハンザイエローG、パーマネントイエローNCG、タートラジンレーキ、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、ベンジジンオレンジG、カドミウムレッド、パーマネントレッド4R、ウオッチングレッドカルシウム塩、エオシンレーキ、ブリリアントカーミン3B、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、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、フタロシアニンブルー、ファーストスカイブルー、インダンスレンブルーBC、ピグメントグリーンB、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等がある。
【0066】
また、フルカラー用トナーとして使用する場合には、マゼンタ用着色顔料としては、C.I.ピグメントレッド1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,21,22,23,30,31,32,37,38,39,40,41,48,49,50,51,52,53,54,55,57,58,60,63,64,68,81,83,87,88,89,90,112,114,122,123,163,202,206,207,209、C.I.ピグメントバイオレット19、C.I.バットレッド1,2,10,13,15,23,29,35等が挙げられる。
【0067】
上記顔料を単独で使用しても構わないが、染料と顔料と併用してその鮮明度を向上させた方がフルカラー画像の画質の点からより好ましい。マゼンタ用染料としては、C.I.ソルベントレッド1,3,8,23,24,25,27,30,49,81,82,83,84,100,109,121、C.I.ディスパースレッド9、C.I.ソルベントバイオレット8,13,14,21,27、C.I.ディスパースバイオレット1等の油溶染料、C.I.ベーシックレッド1,2,9,12,13,14,15,17,18,22,23,24,27,29,32,34,35,36,37,38,39,40、C.I.ベーシックバイオレット1,3,7,10,14,15,21,25,26,27,28等の塩基性染料が挙げられる。
【0068】
シアン用着色顔料としては、C.I.ピグメントブルー2,3,15,16,17、C.I.バットブルー6、C.I.アシッドブルー45、又は、フタロシアニン骨格にフタルイミドメチル基を1〜5個置換した銅フタロシアニン顔料等である。
【0069】
イエロー用着色顔料としては、C.I.ピグメントイエロー1,2,3,4,5,6,7,10,11,12,13,14,15,16,17,23,65,73,83、C.I.バットイエロー1,3,20等が挙げられる。
【0070】
着色剤の使用量は結着樹脂100質量部に対して、1〜15質量部、好ましくは3〜12質量部、さらに好ましくは4〜10質量部含有していることが良い。
【0071】
着色剤の含有量が15質量部より多い場合には、透明性が低下し、加えて人間の肌色に代表される様な中間色の再現性も低下し易くなり、更にはトナーの帯電性の安定性が低下し、目的とする帯電量が得られにくくなる。
【0072】
着色剤の含有量が1質量部より少ない場合には、目的とする着色力が得られ難く、高い画像濃度の高品位画像が得られ難い。
【0073】
本発明のトナーを磁性トナーとして用いる場合、磁性トナー粒子は磁性体を含み、磁性体は着色剤としての機能も有する。磁性材料としては、マグネタイト、マグヘマイト、フェライトの如き酸化鉄、及び他の金属酸化物を含む酸化鉄;Fe,Co,Niのような金属、あるいは、これらの金属とAl,Co,Cu,Pb,Mg,Ni,Sn,Zn,Sb,Be,Bi,Cd,Ca,Mn,Se,Ti,W,Vのような金属との合金、およびこれらの混合物等が挙げられる。
【0074】
具体的には、磁性材料としては、四三酸化鉄(Fe34)、三二酸化鉄(γ−Fe23)、酸化鉄亜鉛(ZnFe24)、酸化鉄イットリウム(Y3Fe512)、酸化鉄カドミウム(CdFe24)、酸化鉄ガドリニウム(Gd3Fe512)、酸化鉄銅(CuFe24)、酸化鉄鉛(PbFe1219)、酸化鉄ニッケル(NiFe24)、酸化鉄ネオジム(NdFe23)、酸化鉄バリウム(BaFe1219)、酸化鉄マグネシウム(MgFe24)、酸化鉄マンガン(MnFe24)、酸化鉄ランタン(LaFeO3)、鉄粉(Fe)、コバルト粉(Co)、ニッケル粉(Ni)等が挙げられる。上述した磁性材料を単独で或いは2種以上の組合せて使用する。特に好適な磁性材料は、四三酸化鉄又はγ−三二酸化鉄の微粉末である。
【0075】
これらの磁性体は平均粒径が0.1〜2μm(より好ましくは0.1〜0.5μm)で、796kA/m(10kエルステッド)印加での磁気特性が抗磁力1.6〜11.9kA/m(20〜150エルステッド)、飽和磁化50〜200Am2/kg(好ましくは50〜100Am2/kg)、残留磁化2〜20Am2/kgのものが好ましい。
【0076】
結着樹脂100質量部に対して、磁性体10〜200質量部、好ましくは20〜150質量部使用するのが良い。
【0077】
本発明において、必要に応じて一種又は二種以上の離型剤を、トナー粒子中に含有させてもかまわない。
【0078】
離型剤としては次のものが挙げられる。低分子量ポリエチレン、低分子量ポリプロピレン、マイクロクリスタリンワックス、パラフィン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、または、それらのブロック共重合物;カルナバワックス、サゾールワックス、モンタン酸エステルワックスの如き脂肪酸エステルを主成分とするワックス類;及び脱酸カルナバワックスの如き脂肪酸エステル類の一部または全部を脱酸化したものが挙げられる。さらに、パルミチン酸、ステアリン酸、モンタン酸、ある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類;ブランジン酸、エレオステアリン酸、バリナリン酸の如き不飽和脂肪酸類;ステアリンアルコール、アラルキルアルコール、ベヘニルアルコール、カルナウビルアルコール、セリルアルコール、メリシルアルコール、あるいは更に長鎖のアルキル基を有する長鎖アルキルアルコール類の如き飽和アルコール類;ソルビトールの如き多価アルコール類;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酸アミド類;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酸ビスアミド類;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類;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酸金属塩(一般に金属石けんといわれているもの);また、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類;また、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;また、植物性油脂の水素添加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。
【0079】
特に好ましく用いられるワックスとしては、パラフィンワックスの如き脂肪族炭化水素系ワックス、エステルワックスの如き脂肪酸エステルを主成分とするワックス、飽和脂肪酸ビスアミドなどがあげられる。
【0080】
ワックスの量は、結着樹脂100質量部あたり0.1〜10質量部、好ましくは0.5〜8質量部が好ましい。
【0081】
ワックスの量が0.1質量部未満の場合は、特に定着オイルの塗布量を減らした場合もしくは全く使用しない場合の離型効果が得られず、10質量部よりも多い場合は、顔料の分散が悪くなり、結果的にトナーの彩度を損なうこととなる。
【0082】
ワックスのDSC吸熱曲線において、温度30乃至160℃の範囲における最大吸熱ピークは55乃至80℃であることが好ましい。
【0083】
最大吸熱ピークが55℃未満のワックスを用いた場合、本発明に用いられる樹脂のガラス転移温度よりも低くなるために、高温環境に放置した際にトナー表面に溶け出すため、耐ブロッキング性能が大幅に悪くなる。
【0084】
一方、最大吸熱ピークが80℃より大きい場合、トナー定着溶融時にワックスが迅速に溶融トナー表面に移行できず、離型性が悪くなるために、高温オフセットが発生し易くなる。
【0085】
また、本発明に用いられるワックスは、吸熱ピークの半値幅が2乃至7℃であるものが好ましい。
【0086】
吸熱ピークの半値幅が7℃を超えるものは、トナーが定着溶融時に迅速に溶融トナー表面に移行できず、特に金属化合物で架橋された構造の樹脂においては、ワックスの移行速度が遅くなるため、十分な離型効果、耐高温オフセット性を満足出来ないとともに、前述のソフトな金属イオン架橋を形成するのに至らない。
【0087】
ワックスの量は、結着樹脂100質量部あたり0.1〜10質量部、好ましくは0.5〜8質量部が好ましい。10質量部を超える場合は、着色剤のトナー中の分散性を阻害し、十分な色再現性を得ることが出来ない。また、0.1質量部未満では、目視判断の出来ない高温オフセットを防止することが不十分となる。
【0088】
ワックスは、樹脂を溶剤に溶解し、樹脂溶液温度を上げ、撹拌しながら添加混合する方法や、予め樹脂合成時に内添する方法、混練時に混合する方法で結着樹脂に含有させられる。
【0089】
トナー粒子には、流動性向上剤が外添されていることが画質向上のために好ましい。
【0090】
流動性向上剤としては、トナー粒子に外添することにより、流動性が添加前後を比較すると増加し得るものである。
【0091】
例えば、フッ化ビニリデン微粉末、ポリテトラフルオロエチレン微粉末の如きフッ素系樹脂粉末;湿式製法によるシリカ微粉末、乾式製法によるシリカ微粉末の如きシリカ微粉末、それらシリカ微粉末をシランカップリング剤、チタンカップリング剤、シリコーンオイルの如き処理剤により表面処理を施した処理シリカ微粉末;酸化チタン微粉末;アルミナ微粉末、処理酸化チタン微粉末、処理酸化アルミナ微粉末が挙げられる。
【0092】
流動性向上剤は、BET法で測定した窒素吸着により比表面積が30cm2/g以上、好ましくは50m2/g以上のものが良好な結果を与える。トナー粒子100質量部に対して流動性向上剤0.01〜8質量部、好ましくは0.1〜4質量部使用するのが良い。
【0093】
トナー粒子は結着樹脂、着色剤、有機金属化合物及びその他の任意成分の添加剤をヘンシェルミキサー、ボールミルの如き混合機により充分混合し、ニーダー、エクストルーダーの如き熱混練機を用いて溶融、捏和及び練肉し、溶融混練物を冷却固化後に固化物を粉砕し、粉砕物を分級することにより所定の平均粒径のトナー粒子を生成することができる。
【0094】
さらに、流動性向上剤とトナー粒子をヘンシェルミキサーの如き混合機により充分混合し、トナー粒子表面に流動性向上剤を有するトナーを得ることができる。
【0095】
本発明においては、トナーの重量平均粒径(D4)は、3.0乃至15.0μm、好ましくは4.0乃至12.0μmが良い。
【0096】
トナーの重量平均粒径(D4)が3.0μm未満の場合には、帯電安定化が達成しづらくなり、耐久において、カブリやトナー飛散が発生しやすくなる。
【0097】
トナーの重量平均粒径(D4)が15.0μmを超える場合には、ハーフトーン部の再現性が大きく低下し、得られた画像はガサついた画像になってしまう。
【0098】
さらに、本発明のトナーは、体積平均粒径(Dv)が2.5μm乃至6.0μmであることが、より高画質画像の形成のために好ましい。
【0099】
トナーの体積平均粒径(Dv)が2.5μm未満の場合には、トナーの帯電安定性が低下し、6.0μmを超える場合には、画質が粗くなる傾向にある。
【0100】
次に、本発明に好ましい画像形成装置を示す。
【0101】
(1)画像形成装置例
図3は、電子写真法によりフルカラーの画像を形成するための画像形成装置の一例を示す概略構成図である。図3の画像形成装置は、フルカラー複写機又フルカラープリンタとして使用される。フルカラー複写機の場合は、図3に示すように、上部にデジタルカラー画像リーダ部、下部にデジタルカラー画像プリンタ部を有する。
【0102】
画像リーダ部において、原稿101を原稿台ガラス102上に載せ、露光ランプ103により露光走査することにより、原稿101からの反射光像をレンズ104によりフルカラーセンサ105に集光し、カラー色分解画像信号を得る。カラー色分解画像信号は、増幅回路(図示せず)を経てビデオ処理ユニット(図示せず)にて処理を施され、デジタル画像プリンタ部に送出される。
【0103】
画像プリンタ部において、像担持体である感光ドラム106は、たとえば有機光導電体を有する感光層を有し、矢印方向に回転自在に担持されている。感光ドラム106の回りには、前露光ランプ107、コロナ帯電器108、レーザ露光光学系109、電位センサ110、色の異なる4個の現像器111Y、111C、111M、111B、ドラム上光量検知手段112、転写装置113およびクリーニング器114が配置されている。
【0104】
レーザ露光光学系において、リーダ部からの画像信号は、レーザ出力部(図示せず)にてイメージスキャン露光の光信号に変換され、変換されたレーザ光がポリゴンミラー109aで反射され、レンズ109bおよびミラー109cを介して、感光ドラム1の面上に投影される。
【0105】
プリンタ部は、画像形成時、感光ドラム106を矢印方向に回転させ、前露光ランプ107で除電した後に感光ドラム106を帯電器108により一様にマイナス帯電させて、各分解色ごとに光像Eを照射し、感光ドラム106上に静電荷像を形成する。
【0106】
次に、所定の現像器を作動させて感光ドラム106上の静電荷像を現像し、感光ドラム106上にトナーによるトナー画像を形成する。現像器111Y、111C、111M、111Bは、それぞれの偏心カム115Y、115C、115M、115Bの動作により、各分解色に応じて択一的に感光ドラム106に接近して、現像を行なう。
【0107】
転写装置は、転写ドラム113a、転写帯電器113b、記録材を静電吸着するための吸着帯電器113cおよびこれと対向する吸着ローラ113g、そして内側帯電器113d、外側帯電器113e、分解帯電器113hを有している。転写ドラム113aは、回転駆動可能に軸支され、その周面の開口域に転写材を担持する転写材担持体である転写シート113fが、円筒上に一体的に調節されている。転写シート113fにはポリカーボネートフィルムの如き樹脂フィルムが使用される。
【0108】
転写材はカセット116a、116bまたは116cから転写シート搬送系を通って転写ドラム113aに搬送され、転写ドラム113a上に担持される。転写ドラム113a上に担持された転写材は、転写ドラム113aの回転にともない感光ドラム106と対向した転写位置に繰り返し搬送され、転写位置を通過する過程で転写帯電器113bの作用により、転写材上に感光ドラム106上のトナー画像が転写される。
【0109】
トナー画像は、感光体から直接転写材へ転写されても良く、また、感光体上のトナー画像を中間転写体へ転写し、中間転写体からトナー画像を転写材へ転写しても良い。
【0110】
上記の画像形成工程を、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)およびブラック(B)について繰り返し、転写ドラム113a上の転写材上に4色のトナー画像を重ねたカラー画像が得られる。
【0111】
このようにして4色のトナー画像が転写された転写材は、分離爪117a、分離押上げコロ117bおよび分離帯電器113hの作用により、転写ドラム113aから分離して加熱加圧定着器100に送られ、そこで加熱加圧定着することによりトナーの混色、発色および転写材への固定が行なわれて、フルカラーの定着画像とされたのちトレイ118に排紙され、フルカラー画像の形成が終了する。
【0112】
(2)定着装置(加熱手段)100
本発明において、定着装置は、電磁誘導加熱方式の装置である。図4は、本発明における電磁誘導加熱方式の定着装置100の要部の横断側面模式図、図5は要部の正面模式図、図6は要部の縦断正面模式図を具体的に示したものである。
【0113】
本例装置100は図11の定着器と同様に、円筒状の電磁誘導発熱性ベルトを用いた、加圧ローラ駆動方式、電磁誘導加熱方式の装置である。図11の装置と共通の構成部材・部分には同一の符号を付して再度の説明を省略する。
【0114】
磁場発生手段は、磁性コア17a・17b・17c及び励磁コイル18からなる。
【0115】
磁性コア17a・17b・17cは高透磁率の部材であり、フェライトやパーマロイ等といったトランスのコアに用いられる材料がよく、より好ましくは100kHz以上でも損失の少ないフェライトを用いるのがよい。
【0116】
励磁コイル18には、図7に示すように給電部18a・18bに励磁回路27を接続してある。この励磁回路27は、20kHzから500kHzの高周波をスイッチング電源で発生できるようになっている。
【0117】
励磁コイル18は、励磁回路27から供給される交番電流(高周波電流)によって交番磁束を発生する。
【0118】
16a・16bは横断面略半円弧状樋型のベルトガイド部材であり、開口側を互いに向かい合わせて略円柱体を構成し、外側に円筒状の電磁誘導性発熱ベルトである定着ベルト10をルーズに外嵌させてある。
【0119】
前記ベルトガイド部材16aは、磁場発生手段としての磁性コア17a・17b・17cと励磁コイル18を内側に保持している。
【0120】
また、ベルトガイド部材16aには、図6に示すように紙面垂直方向長手の良熱伝導部材40がニップ部Nの加圧ローラ30との対向面側で、定着ベルト10の内側に配設してある。
【0121】
本例においては、良熱伝導性部材40にアルミニウムを用いている。前記良熱伝導部材40は熱伝導率kがk=240[W・m-1・K-1]であり、厚さ1[mm]である。
【0122】
また、良熱伝導部材40は、磁場発生手段である励磁コイル18と磁性コア17a・17b・17cから発生する磁場の影響を受けないように、この磁場の外に配設してある。
【0123】
具体的には、良熱伝導部材40を励磁コイル18に対して磁性コア17cを隔てた位置に配設し、励磁コイル18による磁路の外側に位置させて良熱伝導体40に影響を与えないようにしている。
【0124】
22は、ベルトガイド部材16bの内面平面部に当接させて配設した横長の加圧用剛性ステイである。
【0125】
19は、磁性コア17a・17b・17c及び励磁コイル18と加圧用剛性ステイ22の間を絶縁するための絶縁部材である。
【0126】
フランジ部材23a・23bは、ベルトガイド部材16a・16bのアセンブリの左右両端部に外嵌し、前記左右位置を固定しつつ回転自在に取り付け、定着ベルト10の回転時に前記定着ベルト10の端部を受けて定着ベルトのベルトガイド部材長手に沿う寄り移動を規制する役目をする。
【0127】
加圧部材としての加圧ローラ30は、芯金30aと、前記芯金周りに同心一体にローラ状に成形被覆させた、シリコーンゴム・フッ素ゴム・フッ素樹脂などの耐熱性・弾性材層30bとで構成されており、芯金30aの両端部を装置の不図示のシャーシ側板金間に回転自由に軸受け保持させて配設してある。
【0128】
加圧用剛性ステイ22の両端部と装置シャーシ側のバネ受け部材29a・29bとの間にそれぞれ加圧バネ25a・25bを縮設することで、加圧用構成ステイ22に押し下げ力を作用させている。これにより、ベルトガイド部材16aの下面と加圧ローラ30の上面とが定着ベルト10を挟んで圧接して所定幅の定着ニップ部Nが形成される。
【0129】
加圧ローラ30は駆動手段Mにより矢示の方向に回転駆動される。この加圧ローラ30の回転駆動による前記加圧ローラ30と定着ベルト10の外面との摩擦力で定着ベルト10に回転力が作用し、前記定着ベルト10が、その内面が定着ニップNにおいて良熱伝導部材40の下面に密着して摺動しながら、矢示の方向に加圧ローラ30の回転周速度にほぼ対応した周速度をもってベルトガイド部材16a・16bの外回りを回転状態になる。
【0130】
この場合、定着ニップ部Nにおける良熱伝導部材40の下面と定着ベルト10の内面との相互摺動摩擦力を低減化させるために、定着ニップ部Nの良熱伝導部材40の下面と定着ベルト10の内面との間に耐熱性グリスなどの潤滑剤を介在させる、あるいは良熱伝導性部材40の下面を潤滑部材で被覆することもできる。これは、良熱伝導部材40としてアルミニウムを用いた場合のように表面滑り性が材質的によくない或いは仕上げ加工を簡素化した場合に、摺動する定着ベルト10に傷をつけて定着ベルト10の耐久性が悪化してしまうことを防ぐものである。
【0131】
良熱伝導部材40は長手方向の温度分布を均一にする効果があり、例えば、小サイズ紙を通紙した場合、定着ベルト10での非通紙部の熱量が、良熱伝導部材40へ伝熱し、良熱伝導部材40における長手方向の熱伝導により、非通紙部の熱量が小サイズ紙通紙部へ伝熱される。これにより、小サイズ紙通紙時の消費電力を低減させる効果も得られる。
【0132】
また、図7に示すように、ベルトガイド部材16aの曲面に、その長手に沿い所定の間隔を置いて凸リブ部16eを形成具備させ、ベルトガイド部材16aの曲面と定着ベルト10の内面との接触摺動抵抗を低減させて定着ベルト10の回転負荷を少なくしている。このような凸リブ部はベルトガイド部材16bにも同様に形成具備することができる。
【0133】
図8は交番磁束の発生の様子を模式的に表したものである。磁束Cは発生した交番磁束の一部を表す。磁性コア17a・17b・17cに導かれた交番磁束Cは、磁性コア17aと磁性コア17bとの間、そして磁性コア17aと磁性コア17cとの間において定着ベルト10の電磁誘導発熱層1に渦電流を発生させる。この渦電流は電磁誘導発熱層1の固有抵抗によって電磁誘導発熱層1にジュール熱(渦電流損)を発生させる。ここでの発熱量Qは電磁誘導発熱層1を通る磁束の密度によって決まり、図8のグラフような分布を示す。図8のグラフは、縦軸が磁性コア17aの中心を0とした角度θで表した定着ベルト10における円周方向の位置を示し、横軸が定着ベルト10の電磁誘導発熱層1での発熱量Qを示す。ここで、発熱域Hは最大発熱量をQとした場合、発熱量がQ/e以上の領域と定義する。これは、定着に必要な発熱量が得られる領域である。
【0134】
この定着ニップ部Nの温度は、不図示の温度検知手段を含む温調系により励磁コイル18に対する電流供給が制御されることで所定の温度が維持されるように温調される。26は定着ベルト10の温度を検知するサーミスタなどの温度センサであり、本例においては温度センサ26で測定した定着ベルト10の温度情報をもとに定着ニップ部Nの温度を制御するようにしている。
【0135】
而して、定着ベルト10が回転し、励磁回路27から励磁コイル18への給電により上記のように定着ベルト10の電磁誘導発熱がなされて定着ニップ部Nが所定の温度に立ち上がって温調された状態において、画像形成手段部から搬送された未定着トナー画像tが形成された記録材Pが定着ニップ部Nの定着ベルト10と加圧ローラ30との間に画像面が上向き、即ち定着ベルト面に対向して導入され、定着ニップ部Nにおいて画像面が定着ベルト10の外面に密着して定着ベルト10と一緒に定着ニップ部Nを挟持搬送されていく。この定着ニップ部Nを定着ベルト10と一緒に記録材Pが挟持搬送されていく過程において定着ベルト10の電磁誘導発熱で加熱されて、記録材P上の未定着トナー画像t1が加熱定着される。記録材Pは定着ニップ部Nを通過すると回転定着ベルト10の外面から分離して排出搬送されていく。記録材上の加熱定着トナー画像t2は定着ニップ部通過後、冷却して永久固着像となる。
【0136】
本例においては、図4に示すように、定着フィルム10のこの発熱域H(図8)の対向位置に暴走時の励磁コイル18への給電を遮断するため、温度検知素子であるサーモスイッチ50を配設している。
【0137】
図9は本例で使用した安全回路の回路図である。温度検知素子であるサーモスイッチ50は、+24V DC電源とリレースイッチ51と直列に接続されており、サーモスイッチ50が切れると、リレースイッチ51への給電が遮断され、リレースイッチ51が動作し、励磁回路27への給電が遮断されることにより励磁コイル18への給電を遮断する構成をとっている。サーモスイッチ50はOFF動作温度を220℃に設定した。
【0138】
また、サーモスイッチ50は定着フィルム10の発熱域Hに対向して定着フィルム10の外面に非接触に配設した。サーモスイッチ50と定着フィルム10との間の距離は約2mmとした。これにより、定着フィルム10にサーモスイッチ50の接触による傷が付くことがなく、耐久による定着画像の劣化を防止することができる。
【0139】
本例によれば、装置故障による定着装置暴走時、図11のような定着ニップNで発熱する構成とは違い、定着ニップNに紙が挟まった状態で定着器が停止し、励磁コイル18に給電が続けられ定着フィルム10が発熱し続けた場合でも、紙が挟まっている定着ニップ部Nでは発熱していないために紙が直接加熱されることがない。また、発熱量が多い発熱域Hには、サーモスイッチ50が配設してあるため、サーモスイッチ50が220℃を感知して、サーモスイッチが切れた時点で、リレースイッチ51により励磁コイル18への給電が遮断される。
【0140】
本例によれば、紙の発火温度は約400℃近辺であるため紙が発火することはなく、定着フィルムの発熱を停止することができる。
【0141】
温度検知素子としてサーモスイッチのほかに温度ヒューズを用いることもできる。
【0142】
本例では低軟化物質を含有させたトナーを使用したため、定着装置にオフセット防止のためのオイル塗布機構を設けていないが、低軟化物質を含有させていないトナーを使用した場合にはオイル塗布機構を設けてもよい。また、低軟化物質を含有させたトナーを使用した場合にもオイル塗布や冷却分離を行ってもよい。
【0143】
A)励磁コイル18
励磁コイル18はコイル(線輪)を構成させる導線(電線)として、一本ずつがそれぞれ絶縁被覆された銅製の細線を複数本束ねたもの(束線)を用い、これを複数回巻いて励磁コイルを形成している。本例では10ターン巻いて励磁コイル18を形成している。
【0144】
絶縁被覆は、定着ベルト10の発熱による熱伝導を考慮して耐熱性を有する被覆を用いるのがよい。たとえば、アミドイミドやポリイミドなどの被覆を用いるとよい。
【0145】
励磁コイル18は外部から圧力を加えて密集度を向上させてもよい。
【0146】
励磁コイル18の形状は、図4のように発熱層の曲面に沿うようにしている。本例では定着ベルトの発熱層と励磁コイル18との間の距離は約2mmになるように設定した。
【0147】
励磁コイル保持部材19の材質としては絶縁性に優れ、耐熱性がよいものがよい。例えば、フェノール樹脂、フッ素樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、PEEK樹脂、PES樹脂、PPS樹脂、PFA樹脂、PTFE樹脂、FEP樹脂、LCP樹脂などを選択するとよい。
【0148】
磁性コア17a・17b・17c及び励磁コイル18と、定着ベルトの発熱層の間の距離はできる限り近づけた方が磁束の吸収効率が高く、この距離が5mmを超えるとこの効率が著しく低下するため5mm以内にするのがよい。また、5mm以内であれば定着ベルト10の発熱層と励磁コイル18の距離が一定である必要はない。
【0149】
励磁コイル18の励磁コイル保持部材19からの引出線すなわち18a・18b(図7)については、励磁コイル保持部材19から外の部分について束線の外側に絶縁被覆を施している。
【0150】
B)定着ベルト10
図10は本例における定着ベルト10の層構成模式図である。本例の定着ベルト10は、電磁誘導発熱性の定着ベルト10の基層となる金属ベルト等でできた発熱層1と、その外面に積層した弾性層2と、その外面に積層した離型層3の複合構造のものである。発熱層1と弾性層2との間の接着、弾性層2と離型層3との間の接着のため、各層間にプライマー層(不図示)を設けてもよい。略円筒形状である定着ベルト10において発熱層1が内面側であり、離型層3が外面側である。前述したように、発熱層1に交番磁束が作用することで前記発熱層1に渦電流が発生して前記発熱層1が発熱する。その熱が弾性層2・離型層3を介して定着ベルト10を加熱し、前記定着ニップNに通紙される被加熱材としての記録材Pを加熱してトナー画像の加熱定着がなされる。
【0151】
a.発熱層1
発熱層1は、非磁性の金属でも良いが、より好ましくは磁束の吸収の良いニッケル、鉄、磁性ステンレス、コバルト−ニッケル合金等の強磁性体の金属が良い。
【0152】
その厚みは次の式で表される表皮深さより厚くかつ200μm以下にすることが好ましい。表皮深さσ[m]は、励磁回路の周波数f[Hz]と透磁率μと固有抵抗ρ[Ωm]で
σ=503×(ρ/fμ)1/2
と表される。
【0153】
これは電磁誘導で使われる電磁波の吸収の深さを示しており、これより深いところでは電磁波の強度は1/e以下になっており、逆にいうと殆どのエネルギーはこの深さまでで吸収されている。
【0154】
発熱層1の厚さは好ましくは1〜200μmがよい。発熱層1の厚みが1μmよりも小さいとほとんどの電磁エネルギーが吸収しきれないため効率が悪くなる。また、発熱層が200μmを超えると剛性が高くなりすぎ、また屈曲性が悪くなり回転体として使用するには現実的ではない。
【0155】
b.弾性層2
弾性層2は、シリコーンゴム、フッ素ゴム、フルオロシリコーンゴム等で耐熱性がよく、熱伝導率がよい材質である。
【0156】
弾性層2の厚さは10〜500μmが好ましい。この弾性層2は定着画像品質を保証するために必要な厚さである。
【0157】
カラー画像を印刷する場合、特に写真画像などでは被記録材P上で大きな面積に渡ってベタ画像が形成される。この場合、被記録材の凹凸あるいはトナー層の凹凸に加熱面(離型層3)が追従できないと加熱ムラが発生し、伝熱量が多い部分と少ない部分で画像に光沢ムラが発生する。伝熱量が多い部分は光沢度が高く、伝熱量が少ない部分では光沢度が低い。弾性層2の厚さとしては、10μm未満では被記録材あるいはトナー層の凹凸に追従しきれず画像光沢ムラが発生してしまう。また、弾性層2が1000μmを超える場合には弾性層の熱抵抗が大きくなりクイックスタートを実現するのが難しくなる。より好ましくは弾性層2の厚みは50〜500μmがよい。
【0158】
弾性層2の硬度は、硬度が高すぎると記録材あるいはトナー層の凹凸に追従しきれず、画像光沢ムラが発生してしまう。そこで、弾性層2の硬度としては、60°(J1S−A)以下、より好ましくは45°(JlS−A)以下がよい。
【0159】
弾性層2の熱伝導率λに関しては、
0.25〜0.82[J/m・sec・deg.]
がよい。
【0160】
熱伝導率λが0.25[J/m・sec・deg.]よりも小さい場合には、熱抵抗が大きく、定着ベルトの表層(離型層3)における温度上昇が遅くなる。熱伝導率λが0.82[J/m・sec・deg.]よりも大きい場合には、硬度が高くなりすぎたり、圧縮永久歪みが悪化する。
【0161】
よって熱伝導率λは0.25〜0.82[J/m・sec・deg.]がよい。より好ましくは0.33〜0.63[J/m・sec・deg.]がよい。
【0162】
c.離型層3
離型層3はフッ素樹脂、シリコーン樹脂、フルオロシリコーンゴム、フッ素ゴム、シリコーンゴム、PFA、PTFE、FEP等の離型性かつ耐熱性のよい材料を選択することができる。
【0163】
離型層3の厚さは1〜100μmが好ましい。離型層3の厚さが1μmよりも小さいと塗膜の塗ムラで離型性の悪い部分ができたり、耐久性が不足するといった問題が発生する。また、離型層が100μmを超えると熱伝導が悪化するという問題が発生し、特に樹脂系の離型層の場合は硬度が高くなりすぎ、弾性層2の効果がなくなってしまう。
【0164】
d.断熱層
また、定着ベルト10構成において、発熱層1のベルトガイド面側(発熱層1の弾性層2とは反対面側)に断熱層(不図示)を設けてもよい。
【0165】
断熱層としては、フッ素樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、PEEK樹脂、PES樹脂、PPS樹脂、PFA樹脂、PTFE樹脂、FEP樹脂などの耐熱樹脂がよい。
【0166】
また、断熱層の厚さとしては10〜1000μmが好ましい。断熱層の厚さが10μmよりも小さい場合には断熱効果が得られず、また、耐久性も不足する。一方、1000μmを超えると磁性コア17a・17b・17c及び励磁コイル18から発熱層1までの距離が大きくなり、磁束が十分に発熱層1に吸収されなくなる。
【0167】
断熱層は、発熱層1に発生した熱が定着ベルトの内側に向かわないように断熱できるので、断熱層がない場合と比較して記録材P側への熱供給効率が良くなる。よって、消費電力を抑えることができる。
【0168】
C)ニップ
本発明の加熱定着装置における回転加熱部材と加圧部材からなる定着ニップ部Nは、良好な定着性を確保するために、幅5.0〜15.0mmのニップを形成しているとが好ましい。定着ニップN部の幅が5.0mm未満では、フルカラー画像形成時、トナーを定着するための熱量を十分に未定着トナーに与えることができない。定着ニップN部の幅が15.0mmを超えると、トナーを定着するための熱量は十分に与えることができるものの、定着時のホットオフセットが発生し易くなる。
【0169】
D)面圧
本発明の加熱定着装置におけるニップ部の圧力(面圧)は、記録材を介した状態で9000〜500000N/m2の範囲が好ましい。面圧が9000N/m2未満であると、記録材の搬送ブレを発生しやすく、さらに定着圧力不足による定着不良が起こるので好ましくない。また、面圧が500000N/m2を超える場合、定着フィルムの耐久劣化が著しく悪化するため好ましくない。
【0170】
ここでの面圧とは、転写材全体に加えられる圧力を当接されている面の面積で割ったものである。
【0171】
図11に、励磁コイルの交番磁束分布を定着ニップに集中させて効率を向上させた電磁誘導加熱方式の定着装置の一例の概略構成を示した。
【0172】
10は電磁誘導発熱層(導電体層、磁性体層、抵抗体層)を有する、電磁誘導発熱性の回転体としての円筒状の定着フィルムである。
【0173】
16は横断面略半円弧状樋型のフィルムガイド部材であり、円筒状定着フィルム10はこのフィルムガイド部材16の外側にルーズに外嵌させてある。
【0174】
15はフィルムガイド部材16の内側に配設した磁場発生手段であり、励磁コイル18とE型の磁性コア(芯材)17とからなる。30は弾性加圧ローラであり、定着フィルム10を挟ませてフィルムガイド部材16の下面と所定の圧接力をもって所定幅の定着ニップ部Nを形成させて相互圧接させてある。上記磁場発生手段15の磁性コア17は定着ニップ部Nに対応位置させて配設してある。
【0175】
加圧ローラ30は駆動手段Mにより矢示の方向に回転駆動される。この加圧ローラ30の回転駆動による該加圧ローラ30と定着フィルム10の外面との摩擦力で定着フィルム10に回転力が作用して、該定着フィルム10が、その内面が定着ニップ部Nにおいてフィルムガイド部材16の下面に密着して摺動しながら、矢示の方向に加圧ローラ30の回転周速度にほぼ対応した周速度をもってフィルムガイド部材16の外回りを回転状態になる(加圧ローラ駆動方式)。
【0176】
フィルムガイド部材16は、定着ニップ部への加圧・磁場発生手段15としての励磁コイル18と磁性コア17の支持、定着フィルム10の支持、該フィルム10の回転時の搬送安定性を図る役目をする。このフィルムガイド部材16は磁束の通過を妨げない絶縁性の部材であり、高い荷重に耐えられる材料が用いられる。
【0177】
励磁コイル18は、不図示の励磁回路から供給される交番電流によって交番磁束を発生する。交番磁束は、定着ニップ部Nの位置に対応しているE型の磁性コア17により定着ニップ部Nに集中的に分布し、その交番磁束は定着ニップ部Nにおいて定着フィルム10の電磁誘導発熱層に渦電流を発生させる。この渦電流は、電磁誘導発熱層の固有抵抗によって電磁誘導発熱層にジュール熱を発生させる。
【0178】
この定着フィルム10の電磁誘導発熱は、交番磁束を集中的に分布させた定着ニップ部Nにおいて集中的に生じて定着ニップ部Nが高効率に加熱される。
【0179】
定着ニップ部Nの温度は、不図示の温度検知手段を含む温調系により励磁コイル18に対する電流供給が制御されることで、所定の温度が維持されるように温調される。
【0180】
而して、加圧ローラ30が回転駆動され、それに伴って円筒状の定着フィルム10がフィルムガイド部材16の外回りを回転し、励磁回路から励磁コイル18への給電により上記のように定着フィルム10の電磁誘導発熱がなされて定着ニップ部Nが所定の温度に立ち上がって温調された状態において、不図示の画像形成手段部から搬送された未定着トナー画像t1が形成された記録材Pが定着ニップ部Nの定着フィルム10と加圧ローラ30との間に画像面が上向き、即ち定着フィルム面に対向して導入され、定着ニップ部Nにおいて画像面が定着フィルム10の外面に密着して定着フィルム10と一緒に定着ニップ部Nを挟持搬送されていく。この定着ニップ部Nを定着フィルム10と一緒に記録材Pが挟持搬送されていく過程において定着フィルム10の電磁誘導発熱で加熱されて記録材P上の未定着トナー画像t1が加熱定着される。記録材Pは、定着ニップ部Nを通過すると回転定着フィルム10の外面から分離して排出搬送されていく。
【0181】
結着樹脂及びトナー粒子における各物性の測定方法を以下に説明する。
【0182】
(1)THF不溶分の測定
試料を0.5g秤量し、円筒ろ紙(例えばNo.86Rサイズ 28×10mm 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THF200mlを用いて、8時間時と24時間時に抽出し、不溶分Aと不溶分B及びB/Aを算出する。
【0183】
この時、THFの抽出サイクルが約4〜5分に1回なるような還流速度で抽出を行なう。抽出終了後、円筒ろ紙を取り出し、秤量することによって試料の不溶分を得る。
【0184】
(2)トナーの動的弾性率の測定
粘弾性測定装置(レオメーター)RDA−II型(レオメトリックス社製)を用いて、下記の条件で、60〜210℃の温度範囲における動的弾性率G’の測定を行う。
・測定治具 :弾性率が高い場合には直径7.9mmのフラットな円形プレートを使用し、弾性率が低い場合には直径40mmのフラットな円形プレートを使用する。アクチュエーター(actuator)側には円形プレートに対応するシャローカップを使用する。シャローカップの底面と円形プレートの間隙は約2mmである。
・測定試料 :トナーを加熱、溶融後に、直径約8mm,高さ2mmの円柱状試料、又は直径約40mm,高さ約2mmの円盤状試料を成型して使用する。
・測定周波数 :6.28ラジアン/秒
・測定歪の設定 :初期値を0.1%に設定した後、自動測定モードにて測定を行う。
・試料の伸長補正:自動測定モードにて調整する。
・測定温度 :60〜210℃まで毎分2℃の割合で昇温する。
【0185】
(3)GPCによる分子量の測定
ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)によるクロマトグラムの分子量は次の条件で測定される。
【0186】
40℃のヒートチャンバー中でカラムを安定化させ、この温度におけるカラムに、溶媒としてテトラヒドロフラン(THF)を毎分1mlの流速で流し、試料濃度として0.05〜0.6質量%に調整した樹脂のTHF試料溶液を50〜200μl注入して測定する。試料の分子量測定にあたっては、試料の有する分子量分布を、数種の単分散ポリスチレン標準試料により作成された検量線の対数値とカウント数との関係から算出する。検量線作成用の標準ポリスチレン試料としては、例えば、Pressure Chemical Co.製あるいは、東洋ソーダ工業社製の分子量が6×102,2.1×103,4×103,1.75×104,5.1×104,1.1×105,3.9×105,8.6×105,2×106,4.48×106のものを用い、少なくとも10点程度の標準ポリスチレン試料を用いるのが適当である。検出器にはRI(屈折率)検出器を用いる。
【0187】
カラムとしては、103〜2×106の分子量領域を的確に測定するために、市販のポリスチレンゲルカラムを複数組合せるのが良く、例えば、Waters社製のμ−styragel 500,103,104,105の組合せや、昭和電工社製のshodex KA−801,802,803,804,805,806,807の組合せが好ましい。
【0188】
(4)ワックス及びトナーの最大吸熱ピークおよび該半値幅の測定
示差熱分析測定装置(DSC測定装置)、DSC−7(パーキンエルマー社製)を用い測定する。
【0189】
測定試料は5〜20mg、好ましくは10mgを精密に秤量する。
【0190】
これ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、測定温度範囲30〜200℃の間で、昇温速度10℃/minで常温常湿下で測定を行う。
【0191】
この昇温過程で、温度30〜160℃の範囲におけるメインピークの吸熱ピークが得られる。
【0192】
最大吸熱ピークの半値幅は最大吸熱ピークの、ベースラインからピークトップまでの高さの2分の1以上の高さにピークが存在する温度幅であり、ピークが連続していれば、半値幅すべての領域において、2分の1の高さ以上にピークが連続していなくとも良い。
【0193】
(5)トナー粒子又はトナーの粒度分布の測定
測定装置としては、コールターカウンターTA−II或いはコールターマルチサイザーII(コールター社製)を用いる。電解液は、1級塩化ナトリウムを用いて、約1%NaCl水溶液を調製する。例えば、ISOTON(登録商標)−II(コールターサイエンティフィックジャパン社製)が使用できる。測定方法としては、前記電解水溶液100〜150ml中に分散剤として、界面活性剤(好ましくはアルキルベンゼンスルホン酸塩)を、0.1〜5ml加え、さらに測定試料を2〜20mg加える。試料を懸濁した電解液は、超音波分散器で約1〜3分間分散処理を行い、前記測定装置により、アパーチャーとして100μmアパーチャーを用いて、トナー粒子の体積及び個数を各チャンネルごとに測定して、トナーの体積分布と個数分布とを算出する。それから、トナー粒子の体積分布から求めた質量基準のトナー粒子又はトナーの重量平均粒径(D4)及び体積平均粒径(DV)(各チャンネルの中央値をチャンネル毎の代表値とする)を求める。
【0194】
チャンネルとしては、2.00〜2.52μm;2.52〜3.17μm;3.17〜4.00μm;4.00〜5.04μm;5.04〜6.35μm;6.35〜8.00μm;8.00〜10.08μm;10.08〜12.70μm;12.70〜16.00μm;16.00〜20.20μm;20.20〜25.40μm;25.40〜32.00μm;32〜40.30μmの13チャンネルを用いる。
【0195】
【実施例】
以下、本発明のトナー及び画像形成方法の実施例について述べるが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。
【0196】
(トナー製造例1)
以下のモノマー構成比のポリエステル樹脂No.1を用意した。
【0197】
【化3】
Figure 0004250297
(x+y=3.0)で表されるジオール成分 59mol%
・フマル酸 21mol%
・テレフタル酸 11mol%
・トリメリット酸 9mol%
【0198】
得られた非線状のポリエステル樹脂No.1は、Tgが60℃であり、THF可溶成分のGPCにおいて、Mnが3300であり、Mwが33000であり、Mw/Mnが10.0であった。ここで製造方法は、上記ジオール成分とフマル酸およびテレフタル酸の重縮合させ、その反応後半にトリメリット酸を加えて架橋させることにより、非線状ポリエステルNo.1を得た。
【0199】
・結着樹脂:ポリエステル樹脂No.1 100質量部
・ワックス:パラフィンワックス(A) 3質量部
・荷電制御剤:芳香族オキシカルボン酸Al化合物(I) 6質量部
・顔料:銅フタロシアニン 5質量部
上記材料をヘンシェルミキサーにより十分予備混合を行い、二軸式押出し機を用い、任意のバレル温度にて溶融混練し、冷却後ハンマーミルを用いて約1〜2mm程度粗粉砕し、次いでエアージェット方式による微粉砕機で微粉砕した。得られた微粉砕物を多分割分級装置で微粉及び粗粉を同時に厳密に除去して、重量平均粒径7.8μmのシアンカラートナー粒子を得た。
【0200】
該トナー粒子に、イソブチルトリメトキシシランで表面処理した一次粒子径50nmの酸化チタン微粒子を1.5質量%外添混合し、シアントナー1を製造した。
【0201】
シアントナー1と、シリコーン樹脂で表面被覆した磁性フェライトキャリア粒子(平均粒径50μm)とを、トナー濃度が6質量%になる様に混合し、二成分系シアン現像剤1とした。
【0202】
(トナー製造例2,3)
荷電制御剤として添加した芳香族オキシカルボン酸Al化合物(I)の添加量以外はトナー製造例1と同様にしてシアントナー2,3及びシアン現像剤2,3を調製した。
【0203】
(トナー製造例4,5)
パラフィンワックス(A)に代えてエステルワックスを使用し、且つ、二軸押し出し機における混練(バレル)設定温度を120℃から夫々100℃及び180℃に変更した以外はトナー製造例1と同様にしてシアントナー4,5及びシアン現像剤4,5を調製した。
【0204】
(トナー製造例6)
荷電制御剤を芳香族オキシカルボン酸Al化合物(I)に代えて、Cr化合物(II)を使用した以外はトナー製造例5と同様にしてシアントナー6及びシアン現像剤6を調製した。
【0205】
(トナー製造例7)
パラフィンワックス(A)に代えてパラフィンワックス(B)を使用した以外はトナー製造例1と同様にしてシアントナー7及びシアン現像剤7を調製した。
【0206】
(トナー製造例8)
パラフィンワックス(A)に代えてパラフィンワックス(C)を使用した以外はトナー製造例1と同様にしてシアントナー8及びシアン現像剤8を調製した。
【0207】
(トナー製造例9)
ポリエステル樹脂No.1に代えて、Tgが53℃であり、THF可溶成分のGPCにおいて、Mnが3000であり、Mwが9300であり、Mw/Mnが3.1であるポリエステル樹脂No.2を使用した以外はトナー製造例1と同様にして得られたシアントナー9及びシアン現像剤9を調製した。
【0208】
(トナー製造例10)
ポリエステル樹脂No.1に代えて、Tgが66℃であり、THF可溶成分のGPCにおいて、Mnが6000であり、Mwが24000であり、Mw/Mnが4.0であるポリエステル樹脂No.3を使用した以外はトナー製造例1と同様にして得られたシアントナー10及びシアン現像剤10を調製した。
【0209】
(トナー製造例11)
顔料を銅フタロシアニン5質量部に代えてキナクリドン5質量部を使用した以外はトナー製造例1と同様にして得られたマゼンタトナー1及びマゼンタ現像剤1を調製し、また、銅フタロシアニン5質量部に代えてPY.17 5質量部を使用した以外はトナー製造例1と同様にして得られたイエロートナー1及びイエロー現像剤1を調製し、銅フタロシアニン5質量部に代えてカーボンブラック5質量部を使用した以外はトナー製造例1と同様にして得られたブラックトナー1及びブラック現像剤1を調製した。
【0210】
(比較トナー製造例1)
荷電制御剤として添加した芳香族オキシカルボン酸Al化合物(I)の添加量以外はトナー製造例1と同様にしてシアントナー11及びシアン現像剤11を調製した。
【0211】
(比較トナー製造例2)
荷電制御剤を使用しない以外はトナー製造例1と同様にしてシアントナー12及びシアン現像剤12を調製した。
【0212】
(比較トナー製造例3,4)
芳香族オキシカルボン酸Al化合物(I)に代えて、以下に示す構造のZn化合物(III)またはFe化合物(IV)を使用した以外はトナー製造例1と同様にして、シアントナー13,14及びシアン現像剤13,14を調製した。
【0213】
【化4】
Figure 0004250297
【0214】
(比較トナー製造例5,6)
パラフィンワックス(A)に代えてパラフィンワックス(D)及びパラフィンワックス(E)を使用した以外は比較トナー製造例2と同様にしてシアントナー15,16及びシアン現像剤15,16を調製した。
【0215】
(比較トナー製造例7)
パラフィンワックス(A)に代えてポリエチレンワックスを使用した以外はトナー製造例1と同様にしてシアントナー17及びシアン現像剤17を調製した。
【0216】
(比較トナー製造例8)
パラフィンワックス(A)に代えてポリプロピレンワックスを使用した以外はトナー製造例1と同様にしてシアントナー18及びシアン現像剤18を調製した。
【0217】
(比較トナー製造例9)
ポリエステル樹脂No.1に代えて、Tgが50℃であり、THF可溶成分のGPCにおいて、Mnが1500であり、Mwが2900であり、Mw/Mnが1.9であるポリエステル樹脂No.4を使用した以外は比較トナー製造例2と同様にして得られたシアントナー19及びシアン現像剤19を調製した。
【0218】
(比較トナー製造例10)
ポリエステル樹脂No.1に代えて、Tgが70℃であり、THF可溶成分のGPCにおいて、Mnが10000であり、Mwが220000であり、Mw/Mnが22.0であるポリエステル樹脂No.5を使用した以外は比較トナー製造例2と同様にして得られたシアントナー20及びシアン現像剤20を調製した。
【0219】
(比較トナー製造例11)
ポリエステル樹脂No.1に代えて、Tgが60℃であり、THF可溶成分のGPCにおいて、Mnが10000であり、Mwが300000であり、Mw/Mnが30.0であるスチレン−n−ブチルアクリレート共重合体を使用した以外は比較トナー製造例2と同様にして得られたシアントナー21及びシアン現像剤21を調製した。
【0220】
<実施例1>
シアントナー1に用いられた結着樹脂の種類、ワックスの種類及び吸熱ピーク並びに半値幅、荷電制御剤の種類と部数、混練機におけるバレル設定温度の一覧を表1に、また、得られたトナーの各物性値を表2に示す。
【0221】
定着可能領域の評価及び二次色の混色性に起因する色再現範囲に関しては、上記二成分シアン現像剤を、定着ユニットを取り外した市販の普通紙フルカラー複写機(カラーレーザー複写機CLC700、キヤノン製)に導入して、単色モードで常温常湿環境下(23℃,60%)で未定着画像を出力し、図4に示す定着試験器で設定温度を変更しながら定着画像を出力した。定着器の構成の詳細は以下の通りで、プロセススピードは120mm/secとした。
【0222】
磁場発生手段である磁性コア17a・17b・17cはフェライトであり、励磁コイル18は束線を10ターン巻いて形成している。
【0223】
定着ベルトの構成としては図10に示す層構造であり、発熱層1には厚さ10μmのニッケル層を用いた。
【0224】
弾性層2は厚さ200μmのシリコーンゴムで、「JIS K−6301」に準じた硬度が35度のものを用いた。
【0225】
さらに、離型層3としてはPFA樹脂をコートし、厚さ20μmとした。
【0226】
加圧ローラはFe製の芯金30aに対し、シリコーンゴム及びPFA樹脂を被覆させたローラ硬度60度(Asker−C500g)のローラーを用いた。加圧圧は、加圧ばね25a・25bを調節して80g/cm2の紙を介した状態で面圧120,000N/m2で圧接して定着ニップを8mmとした。
【0227】
また、本発明においては定着ベルトにオイル塗布ユニットは設けなかった。
【0228】
本構成による定着器は、所定の温度に短時間に立ち上げ状態(クイックスタート性)にすることができた。
【0229】
グロス(光沢度)測定に関しては、VG−10型光沢度計(日本電色製)を用い、色度測定に用いた各ベタ画像を試料として、測定を行う。
【0230】
測定としては、まず定電圧装置により6Vにセットする。次いで投光角度,受光角度をそれぞれ60°に合わせる。
【0231】
0点調整及び標準板を用い、標準設定の後に試料台の上に前記試料画像を置き、さらに白色紙を3枚上に重ね測定を行い、標示部に示される数値を%単位で読みとる。この時S,S/10切替SWはSに合わせ、角度,感度切替SWは45−60に合わせる。なお、画像濃度1.5±0.1の試料を使用する。
【0232】
また、画像グロス差については加熱部設定温度を160℃とし、スタート直後の1枚目と、50枚連続通紙後の50枚目の平均グロス値の差を評価した。その程度に応じて以下の4ランクで評価した。
A:グロス差が3以下
B:グロス差が3〜5
C:グロス差が5〜9
D:グロス差が9以上
【0233】
OHP透過率の測定は、島津自記分光光度計UV2200(島津製作所製)を使用し、OHPフィルム単独の透過率を100%とし、
マゼンタトナーの場合:650nm
シアントナーの場合:500nm
イエロートナーの場合:600nm
での最大吸収波長における透過率を測定する。
【0234】
サンプルトナーの耐ブロッキング性に関しては、50℃のオーブン内にて1週間放置することにより評価した。該評価としては目視による凝集性のレベルを判定した。トナー凝集性評価基準を以下に示す。
A:凝集体が全く見られなく流動性が非常に良い
B:凝集体が全く見られない
C:若干の凝集体は見られるが、すぐにほぐれる
D:現像剤撹拌装置で凝集体がほぐれる(普通)
E:現像剤撹拌装置では凝集体が十分にほぐれない(やや悪い)
【0235】
定着試験結果及びOHP透過性、耐ブロッキング試験結果の一覧を表3に示す。
【0236】
表3中、二次色の混色性の判断基準としては、該グロス測定方法により得られた60°入射角における反射率が「7%」を超えた温度領域により表現した。
【0237】
<実施例2〜10>
トナー製造例2〜10で得られたシアントナー2〜10及びシアン現像剤2〜10を実施例1と同様にして評価した。結果を表1乃至3に示す。
【0238】
<実施例11>
トナー製造例で得られたシアン現像剤1及びトナー製造例11で得られたマゼンタ現像剤1、イエロー現像剤1、ブラック現像剤1を夫々図3に示す現像器111C、111M、111Y、111Kに導入し、図4に示す加熱定着器100により、150℃で定着させたフルカラー画像を得た。
【0239】
該画像は、グロスが高く、且つ色再現範囲が広いため、特にピクトリアルな表現を必要とする場合に適するものである。また定着後のトナーが十分に溶融しているため、OHPの透過性にも優れている。
【0240】
<比較例1>
比較トナー製造例1で得られたシアントナー11及びシアン現像剤11を実施例1と同様にして評価した。結果を表1乃至3に示す。
【0241】
芳香族オキシカルボン酸Al化合物(I)の添加量が多いと、混練時における架橋反応が過度に進行し、定着開始温度と高温オフセット開始温度が高くなると共に、グロスが低くなるため、混色領域も縮小され、結果として色再現範囲も狭くなる。
【0242】
また、それと同時に、トナー定着画像表面も凹凸が大きくなり、入射光が乱反射されるために、OHP透過性も低下する。
【0243】
<比較例2>
比較トナー製造例2で得られたシアントナー12及びシアン現像剤12を実施例1と同様にして評価した。結果を表1乃至3に示す。
【0244】
荷電制御剤を使用しないと、混練時にイオン架橋が形成されなくなるために、高温オフセットが発生し、トナーの耐ブロッキング性能が低下する。
【0245】
<比較例3,4>
比較トナー製造例3,4で得られたシアントナー13,14及びシアン現像剤13,14を実施例1と同様にして評価した。結果を表1乃至3に示す。
【0246】
これらの荷電制御剤を使用した場合、シアントナー13,14共に混練時にイオン架橋が形成されなくなるために、高温オフセットが発生し、トナーの耐ブロッキング性能が低下する。
【0247】
<比較例5,6>
比較トナー製造例5,6で得られたシアントナー15,16及びシアン現像剤15,16を実施例1と同様にして評価した。結果を表1乃至3に示す。
【0248】
シアントナー15の場合、低温定着性は良くなるものの、高温オフセットと耐ブロッキング性能が極端に悪化する。
【0249】
シアントナー16の場合、定着性能にはあまり悪影響は及ぼさないものの、グロスが低下するために混色領域も縮小され、結果として色再現範囲も狭くなる。
【0250】
また、それと同時に、トナー定着画像表面も凹凸が大きくなり、入射光が乱反射されるために、OHP透過性も低下する。
【0251】
<比較例7>
比較トナー製造例7で得られたシアントナー17及びシアン現像剤17を実施例1と同様にして評価した。結果を表1乃至3に示す。
【0252】
ポリエチレンは、オフセット性改良の為に広く一般的に添加されるワックスの代表であるが、比較的低温において高温オフセットが発生し、結果的に使用可能温度領域が狭くなる。
【0253】
<比較例8>
比較トナー製造例8で得られたシアントナー18及びシアン現像剤18を実施例1と同様にして評価した。結果を表1乃至3に示す。
【0254】
ポリプロピレンもポリエチレンと同様、オフセット性改良の為に広く一般的に添加されるワックスであるが、ポリエチレンよりもさらに低温域において高温オフセットが発生し、結果的に使用可能温度領域が狭くなる。
【0255】
<比較例9>
比較トナー製造例9で得られたシアントナー19及びシアン現像剤19を実施例1と同様にして評価した。結果を表1乃至3に示す。
【0256】
樹脂のTgが低いと、耐ブロッキング性能が低下し、トナー化した際の分子量も低下するために、低温定温定着性には優れるが、耐高温オフセット性に関しては大幅に低下する。
【0257】
<比較例10>
比較トナー製造例10で得られたシアントナー20及びシアン現像剤20を実施例1と同様にして評価した。結果を表1乃至3に示す。
【0258】
樹脂のTgが高いと、耐ブロッキング性能が向上するものの、トナー化した際の分子量も高くためにグロスが低下し、混色領域も縮小され、結果として色再現範囲も狭くなる。
【0259】
また、それと同時に、トナー定着画像表面も凹凸が大きくなり、入射光が乱反射されるために、OHP透過性も低下する。
【0260】
<比較例11>
比較トナー製造例11で得られたシアントナー21及びシアン現像剤21を実施例1と同様にして評価した。結果を表1乃至3に示す。
【0261】
樹脂がスチレン−n−ブチルアクリレート共重合体の場合、耐ブロッキング性能が向上するものの、トナー化した際の分子量も高くなるためにグロスが低下し、混色領域も縮小され、結果として色再現範囲も狭くなる。
【0262】
また、それと同時に、トナー定着画像表面も凹凸が大きくなり、入射光が乱反射されるために、OHP透過性も低下する。
【0263】
<比較例12>
比較トナー製造例6で得られたシアントナー16及びシアン現像剤16を、定着器の構成が厚さ1100μm弾性層を有する回転加熱部材を有する以外は実施例1と同様にして評価した。結果を表3に示す。
【0264】
弾性層の厚さが1000μm以上では弾性層の熱抵抗が大きくなり、クイックスタートを実現するのが難しくなる。
【0265】
【表1】
Figure 0004250297
【0266】
【表2】
Figure 0004250297
【0267】
【表3】
Figure 0004250297
【0268】
【発明の効果】
本発明によれば、上記特性値を満足するトナーである場合に、オイルを使用しないか、又は、オイルの使用量を少なくした電磁誘導加熱方式の定着装置において、高いグロスを満足し、二次色の混色性に優れ、色再現範囲が広く、且つOHP透過性の優れたトナー、画像形成方法及び定着方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のトナーの動的弾性率曲線の一例を示す図である。
【図2】従来のトナーの動的弾性率曲線の一例を示す図である。
【図3】本発明のトナーを用いる画像形成装置の一例を示す概略的断面図である。
【図4】本発明の加熱装置(定着装置)の概略横断側面模式図である。
【図5】本発明の加熱装置要部の正面模式図である。
【図6】本発明の加熱装置要部の縦断正面模式図である。
【図7】本発明の加熱装置にかかる磁場発生手段の模式図である。
【図8】交番磁束の発生の様子を模式的に表したものである。
【図9】本発明の加熱装置にかかる安全回路の回路図である。
【図10】本発明の加熱装置にかかる定着ベルト(定着フィルム)の層構成模式図である。
【図11】電磁誘導加熱方式の定着装置の一例の概略構成である。
【符号の説明】
1 発熱層
2 弾性層
3 離型層
4 断熱層
10 定着ベルト
15 磁場発生手段
16,16a,16b フィルム(ベルト)ガイド部材
16e 凸リブ部
17,17a,17b,17c 磁性コア
18 励磁コイル
18a,18b 給電部
19 絶縁部材(励磁コイル保持部材)
22 加圧用剛性ステイ
23a,23b フランジ部材
25a,25b 加圧バネ
26 温度センサ
27 励磁回路
29a,29b バネ受け部材
30 加圧ローラ(弾性)
30a 芯金
30b 弾性材層
40 良熱伝導部材
50 サーモスイッチ
51 リレースイッチ
100 像加熱装置(定着装置)
110 感光体ドラム
111Y イエロー現像器
111M マゼンタ現像器
111C シアン現像器
111BK 黒現像器
N 定着ニップ
P 転写材(記録材)

Claims (6)

  1. 磁場発生手段と、電磁誘導により発熱する発熱層と離型層とを少なくとも有する回転加熱部材と、該回転加熱部材とニップを形成している回転加圧部材を少なくとも有する加熱加圧手段を使用し、該回転加熱部材を記録材を介して該回転加圧部材を押圧しながら該記録材上のトナー画像を、加熱加圧定着して記録材に定着画像を形成する画像形成方法において、
    該トナーは、結着樹脂、着色剤ワックス及びサリチル酸金属化合物を少なくとも有するトナー粒子及び外添剤を有するトナーであり、
    該ワックスが、該結着樹脂100重量部あたり0.1〜10重量部含有されており、
    該ワックスのDSC吸熱曲線において、温度30乃至160℃の範囲における最大吸熱ピークが55乃至80℃にあり、最大吸熱ピークの半値幅が2乃至7℃であり、
    該サリチル酸金属化合物が、トナーの質量基準で0.1〜10質量%含有されており、
    該結着樹脂は、下記式(1)で示される分子骨格を有するポリエステル樹脂を主成分としており、
    Figure 0004250297
    〔式中、x及びyは1以上の整数であり、x+yの平均値は2〜4である。〕
    該トナーは、温度140℃における動的弾性率(G’140)が5×102乃至1×105dN/m2であり、温度170℃における動的弾性率(G’170)との比(G’140/G’170)が0.05乃至50であり、
    テトラヒドロフラン(THF)を溶媒とする該トナーのソックスレー抽出において、抽出開始から8時間時における結着樹脂成分のTHF不溶分Aが10乃至20質量%であり、抽出開始から24時間時における結着樹脂成分のTHF不溶分Bが1乃至10質量%であり、THF不溶分AとTHF不溶分Bとの比(B/A)が0.1乃至0.8であり、
    該トナーは、テトラヒドロフラン(THF)可溶分のゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)による分子量分布において、数平均分子量(Mn)と重量平均分子量(Mw)との比Mw/Mnが、3.3乃至17.4であることを特徴とする画像形成方法。
  2. 該トナーは、ガラス転移温度が55乃至72℃であり、テトラヒドロフラン(THF)可溶分のゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)による分子量分布において、数平均分子量(Mn)が1500乃至10000であり、重量平均分子量(Mw)が3000乃至200000を有しており、
    該ワックスの最大吸熱ピークの半値幅が4乃至6℃であることを特徴とする請求項1に記載の画像形成方法。
  3. 該回転加熱部材の発熱層の厚さが1〜200μm、離型層の厚さが1〜100μmであり、該回転加熱部材と回転加圧部材により形成されるニップ幅が5〜15mmであり、且つ、該回転加熱部材を記録を介して面圧9000〜500000N/m2で該回転加圧部材を押圧しながらトナー画像を加熱加圧定着することを特徴とする請求項1又は2に記載の画像形成方法。
  4. 該回転加熱部材に厚さ10〜500μmの弾性層を有することを特徴とする請求項1乃至のいずれかに記載の画像形成方法。
  5. 磁場発生手段と、電磁誘導により発熱する発熱層と離型層とを少なくとも有する回転加熱部材と、該回転加熱部材とニップを形成している回転加圧部材を少なくとも有する加熱加圧手段を使用し、該回転加熱部材を記録材を介して該回転加圧部材を押圧しながら該記録材上のトナー画像を、加熱加圧定着して記録材に定着画像を形成する画像形成方法に適用されるトナーにおいて、
    該トナーは、結着樹脂、着色剤ワックス及びサリチル酸金属化合物を少なくとも有するトナー粒子及び外添剤を有するトナーであり、
    該ワックスが、該結着樹脂100重量部あたり0.1〜10重量部含有されており、
    該ワックスのDSC吸熱曲線において、温度30乃至160℃の範囲における最大吸熱ピークが55乃至80℃にあり、最大吸熱ピークの半値幅が2乃至7℃であり、
    該サリチル酸金属化合物が、トナーの質量基準で0.1〜10質量%含有されており、
    該結着樹脂は、下記式(1)で示される分子骨格を有するポリエステル樹脂を主成分としており、
    Figure 0004250297
    〔式中、x及びyは1以上の整数であり、x+yの平均値は2〜4である。〕
    該トナーは、温度140℃における動的弾性率(G’140)が5×102乃至1×105dN/m2であり、温度170℃における動的弾性率(G’170)との比(G’140/G’170)が0.05乃至50であり、
    テトラヒドロフラン(THF)を溶媒とする該トナーのソックスレー抽出において、抽出開始から8時間時における結着樹脂成分のTHF不溶分Aが10乃至20質量%であり、抽出開始から24時間時における結着樹脂成分のTHF不溶分Bが1乃至10質量%であり、THF不溶分AとTHF不溶分Bとの比(B/A)が0.1乃至0.8であり、
    該トナーは、テトラヒドロフラン(THF)可溶分のゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)による分子量分布において、数平均分子量(Mn)と重量平均分子量(Mw)との比Mw/Mnが、3.3乃至17.4であることを特徴とするトナー。
  6. 該トナーは、ガラス転移温度が55乃至72℃であり、テトラヒドロフラン(THF)可溶分のゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)による分子量分布において、数平均分子量(Mn)が1500乃至10000であり、重量平均分子量(Mw)が3000乃至200000であり、
    該ワックスの最大吸熱ピークの半値幅が4乃至6℃であることを特徴とする請求項に記載のトナー。
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