JP4647160B2 - 画像形成方法及び静電荷像現像用トナー - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真等における画像形成方法及びそれに用いられるトナーに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、電子写真法としては、米国特許第2297691号明細書、特公昭49−23910号公報、及び特公昭43−24748号公報等に各種の方法が記載されているが、一般には光導電性物質を利用し、種々の手段により感光体上に電気的潜像を形成し、次いで該潜像を乾式トナーを用いて現像し、紙等にトナー像を転写したのち、加熱、加圧等により定着し、コピーを得るものである。
【0003】
電気的潜像を現像する方式には大別して、絶縁性有機液体中に各種の顔料や染料を微細に分散させた現像剤を用いる液体現像方式とカスケード法、磁気ブラシ法、パウダークラウド法等のように天然又は合成樹脂にカーボンブラック等の着色剤を分散したトナーを用いる乾式現像方式があり、乾式現像方式には一成分現像方式とキャリアを用いる二成分現像方式がある。
【0004】
トナー像を転写紙上に加熱定着する方法としては、大別して接触定着法と非接触定着法があり、前者は加熱ローラー定着、ベルト定着、後者はフラッシュ定着、オーブン(雰囲気)定着があげられる。中でも加熱ローラー定着方式はトナー像と加熱ローラーが直接接触するため、極めて熱効率のよい定着方式であり、装置も小型化できるため、広く一般に用いられている。
【0005】
しかしながら、加熱ローラ定着方式はトナー像及び転写紙が直接接触するため、転写紙に非常に多くの熱エネルギーを奪われる。このため使用するモードや転写紙の種類、環境等によりローラ表面の温度が大きく変動するという欠点を有している。ローラ表面温度が充分に高い場合は定着性には特に問題はないが、トナー中の樹脂の溶融粘度が低下して、ローラ通過後にトナー像が転写紙上に大きく広がる現象が発生する。このため、細線等の再現性が劣化し、画像品質を損なってしまう。また、逆にローラ表面温度が低い場合には、トナー中の樹脂の溶融粘度が高いため、ローラ通過後にトナー像が転写紙上に大きく広がる現象は発生しにくくなる。しかしながら、この場合は定着性が悪化する。
【0006】
この問題を解決する技術として、従来いくつかの提案がなされている。例えば、特許第2743476号公報には、ポリエステル樹脂と極性基を有するワックスから成る芯粒子を樹脂被覆し、ポリエステル樹脂とワックスの溶融粘度を規定したロール定着用トナー、特開平3−122661号公報、特開平4−85550号公報及び特公平8−16804号公報には、特定のポリエステル樹脂と離型剤から成り、ポリエステル樹脂の80〜120℃における溶融粘度と溶融粘度と温度のグラフの傾きと特定の離型剤の溶融粘度を規定したフィルム定着用トナー、特公平8−12459号公報には、特定のポリエステル樹脂と離型剤から成り、ポリエステル樹脂の80〜120℃における溶融粘度と溶融粘度と温度のグラフの傾きと特定の離型剤の溶融粘度を規定したフィルム定着用カプセルトナー、特公平7−82250号公報には、特定のポリエステル樹脂と有機金属化合物、離型剤を含有し、ポリエステル樹脂の120〜150℃における溶融粘度と溶融粘度と温度のグラフの傾きと特定の離型剤の溶融粘度を規定したフィルム定着用トナー、特公平7−72809号公報には、110〜130℃で測定された溶融粘度と温度の関係式を規定したスチレン−アクリル樹脂から成るトナー、特開平10−246989号公報には、特定の荷電制御剤を含有し、平均粘度勾配を規定したトナーが提案されている。しかしながら、これらの従来技術は定着特性の改良に対しては効果があるものの、トナー像の体積変化や面積変化等の画像品質の改善に対しては考慮されていない。
【0007】
また、特開平6−230602号公報では、定着前と定着後のトナー像の高さの比率を特定の範囲に制御する磁性トナーが考案されている。しかしながら、特開平6−230602号公報はトナー像の高さの変化量を規定したものではあるが、両面コピー時の不具合とオフセット防止が目的であり、画像品質に関連する記載はされていない。
【0008】
また、近年ますます高画質化が進み、トナー粒径は小さくなる傾向にある。トナー粒径が小さい場合、定着ローラー間で加圧しても、トナー粒子に圧力が加わり難いため、定着性が悪くなることが知られている。特に面圧を低くした定着装置の場合、この傾向が顕著となる。また、さらに転写紙として薄紙を使用した場合は通常の面圧のため特に画像品質を悪化させることはないが、逆に厚紙を用いた場合には、面圧を高くした場合と同様にトナーが押しつぶされ、トナー像の定着後の体積及び面積が変化し画像品質が悪化する。この現象はデジタル現像の場合に特に顕著であり、独立したドットの再現性(これを粒状度と称する)が大きく影響を受ける。特にハーフトーンの濃度は一様であるべきだが、ミクロな濃度むらが生じていると、肉眼で見たときにざらついた印象を与えるという問題も生じる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、2本のローラの間を通過させる事によってトナー像の加熱定着を行う加熱ローラ定着装置において、ローラ表面温度が低温から高温まで広範囲に変化しても、トナー像の定着後の体積及び面積が変化せず、安定した画像品質及び定着性に優れた画像形成方法及び静電荷像現像用トナーを提供するものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは鋭意検討の結果、加熱ローラ定着装置に入る前後のトナー像の体積変化率及び面積変化率に着目し、これらを制御することで上記の目的を達成できることを見出した。すなわち、本発明は以下の(1)〜(8)からなる。
【0011】
(1)トナー成分として少なくともTHF不溶分を10〜80%含有する樹脂、及びワックスを含有し、さらに、極性制御剤として有機ジルコニウム化合物、磁性体微粒子、無機微粉末の少なくともいずれか一つを含有するトナー像を担持した支持体を、2本のローラの間を通過させることによって該トナー像の加熱定着を行う加熱ローラ定着装置において、上記トナーの100℃に於ける溶融粘度をη100、120℃に於ける溶融粘度をη120としたときη100とη120が下記の式を満たし、
η100/η120=6〜10
ローラ通過前後で、下記式で表される、トナー像の体積変化率Vtが30%以下でありかつ面積変化率Stが20%以下であることを特徴とする画像形成方法。
Vt={(ローラ通過前のトナー体積)−(ローラ通過後のトナー体積)}
/ローラ通過前のトナー体積×100
St={(ローラ通過後のトナー面積)−(ローラ通過前のトナー面積)}
/ローラ通過前のトナー面積×100
【0013】
(2)上記η100が1×105〜4×105Pa・s、上記η120が1×104〜5×104Pa・sであること特徴とする(1)に記載の画像形成方法。
【0015】
(3)上記樹脂として酸価10〜100mgKOH/mgのポリエステル樹脂を50重量%以上含有することを特徴とする(1)又は(2)に記載の画像形成方法。
【0016】
(4)上記樹脂として酸価10〜100mgKOH/mgのポリエステル樹脂と非相溶の樹脂を50重量%以下含有することを特徴とする(3)に記載の画像形成方法。
【0020】
(5)上記トナーの外部添加剤として無機微粉末を1.0重量%以上外添することを特徴とする(1)〜(4)のいずれか一項に記載の画像形成方法。
【0021】
(6)上記トナーとして重量平均粒径4〜10μmのトナーを用いることを特徴とする(1)〜(5)のいずれか一項に記載の画像形成方法。
【0022】
本発明の別の態様によれば、下記(7)及び(8)が提供される。
(7)トナー成分として少なくともTHF不溶分を10〜80%含有する樹脂、及びワックスを含有し、さらに、極性制御剤として有機ジルコニウム化合物、磁性体微粒子、無機微粉末の少なくともいずれか一つを含有するトナー像を担持した支持体を、2本のローラの間を通過させることによってトナー像の加熱定着を行う加熱ローラ定着装置を用いる画像形成方法に用いられるトナーであって、上記トナーの100℃に於ける溶融粘度をη100、120℃に於ける溶融粘度をη120としたときη100とη120が下記の式を満たし、
η100/η120=6〜10
ローラ通過前後で、下記式で表される、トナー像の体積変化率Vtが30%以下でありかつ面積変化率Stが20%以下であることを特徴とする静電荷像現像用トナー。
Vt={(ローラ通過前のトナー体積)−(ローラ通過後のトナー体積)}
/ローラ通過前のトナー体積×100
St={(ローラ通過後のトナー面積)−(ローラ通過前のトナー面積)}
/ローラ通過前のトナー面積×100
【0023】
(8)(7)に記載の静電荷像現像用トナーが充填されたことを特徴とするトナーカートリッジ。
【0024】
本発明において、Vtが30%を上回る場合には、定着後の体積減少が大きいため、特にハーフトーン部等のトナー付着量が少ない部分では、満足する画像濃度を得ることができなくなる。一方、Stが20%を上回る場合には、定着後の面積増加が大きいため、特にベタ部、ライン部等のトナー付着量が多い部分では、トナーが押しつぶされ画像品質を悪化させてしまう。
【0025】
トナー体積及びトナー面積の測定は超深度形状測定顕微鏡(例えば、キーエンス社製:VK−8500型)を用いる。トナー面積は、定着前後のドット部(直径2.0mmの円形 トナー付着量1.2±0.05mg/cm2)の面積を測定する。トナー体積は、定着前後のトナー像(ドット)の高さを測定し、先に測定しておいた面積を用いて計算して求める。
【0026】
本発明の画像形成方法では、加熱ローラ定着装置のローラに、弾性を有するローラを使用することもできる。弾性を有するローラを用いると、ローラの持つ弾性により、トナーに加わる定着時の圧が適度に調製され、その体積及び面積の変化量が少なくなる。そのため、弾性を有するローラの場合は、ややつぶれやすいトナーを用いたとしても、Vt及びStをそれぞれ30%及び20%以下とできる。したがって本発明においては、2本のローラの1本または2本を、弾性ローラとした方がより好ましい。
【0027】
また、本発明に用いるトナーは、100℃に於ける溶融粘度をη100、120℃に於ける溶融粘度をη120としたとき、η100とη120が下記の式を満たすことが好ましい。
η100/η120=6〜10
η100/η120が6未満の場合には、Vt及びStが大きくなる傾向を示し、好ましくない。また逆に、η100/η120が10を超える場合には、定着性が悪化する傾向を示すため好ましくない。
【0028】
また本発明に用いるトナーは、上記のη100が1×105〜4×105Pa・s、上記η120が1×104〜5×104Pa・sであることが好ましい。η100が1×105Pa・sを下回る場合には、Vt及びStが大きくなる傾向を示し、好ましくない。また逆に溶融粘度η100が4×105Pa・sを上回る場合には、定着性が悪化する傾向を示すため好ましくない。
【0029】
本発明におけるトナーの溶融粘度は、例えば、フローテスターCFT−500C(島津製作所製)で測定できる。この場合、測定条件は、押出圧力:1.9612MPa、昇温速度:6℃/min、ダイ径:1.0mm、ダイ長さ:1.0mmにて測定する。なお、溶融粘度ηは下記の式により求める。
溶融粘度η=τ/γ=πD4P/128LQ
ただし、P:押出圧力(Pa) Q=X/10×A/t
D:ダイ径(mm)
L:ダイ長さ(mm)
t:計測時間(s)
X:計測時間tに対するピストンの移動量(mm)
A:ピストンの断面積(mm2)
【0030】
また、本発明に用いるトナーは、樹脂中にTHF不溶分を10〜80%含有することが好ましい。THF不溶分が10%未満の場合には、Vt及びStが大きくなる傾向を示し、好ましくない。また逆にTHF不溶分が80%を超える場合には、定着性が悪化する傾向を示すため好ましくない。
【0031】
また、本発明に用いるトナーは、樹脂として酸価10〜100mgKOH/mgのポリエスエル樹脂を50重量%以上含有することが好ましい。ポリエステル樹脂は一般的に他の樹脂に比べ、耐熱保存性を維持したまま低温定着が可能であるため本発明には適した結着樹脂である。酸価が10mgKOH/mg未満の場合には、トナーの帯電性が不安定となることや、その他の材料との親和性が悪くなり、分散性が劣るため好ましくない。一方で、酸価が100mgKOH/mgを上回る場合には、帯電量の環境依存性が大きくなって好ましくない。
【0032】
本発明に用いるポリエステル樹脂は、アルコールとカルボン酸との縮重合によって得られる。使用されるアルコールとしては、例えばエチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール等のグリコール類、1、4−ビス(ヒドロキシメタ)シクロヘキサン、及びビスフェノールA等のエーテル化ビスフェノール類、その他二価のアルコール単量体、三価以上の多価アルコール単量体を挙げることができる。また、カルボン酸としては、例えばマレイン酸、フマール酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、コハク酸、マロン酸等の二価の有機酸単量体、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−シクロヘキサントリカルボン酸、1、2、4−ナフタレントリカルボン酸、1、2、5−ヘキサントリカルボン酸、1、3−ジカルボキシル−2−メチレンカルボキシプロパン、1、2、7、8−オクタンテトラカルボン酸等の三価以上の多価カルボン酸単量体を挙げることができる。ポリエステル樹脂のTgは58〜75℃が好ましい。
【0033】
また、本発明に用いるトナーは、樹脂として酸価10〜100mgKOH/mgのポリエスエル樹脂と非相溶の樹脂を50重量%以下含有することが好ましい。非相溶になる樹脂はポリエステル樹脂と特性の異なるものを用いることが好ましい。お互いのTg、分子量、酸価等を選択することにより、ポリエステル樹脂と非相溶となり、フィラー効果が出現すると共に、お互いに異なる特性が発揮され、Vt及びStの改善、定着性の確保等が可能となる。非相溶とならない場合は、お互いの樹脂の平均特性を示すため、Vt及びSt、定着性の改善効果は少なくなる。
【0034】
本発明の画像形成方法に用いるトナーには、ポリエステル樹脂以外の樹脂も使用することができる。本発明に用いられる他の樹脂としては、従来公知の樹脂が使用される。例えば、スチレン、ポリ−α−スチルスチレン、スチレン−クロロスチレン共重合体、スチレン−プロピレン共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−塩化ビニル共重合体、スチレン−酢酸ビニル共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、スチレン−アクリル酸エステル共重合体、スチレン−メタクリル酸エステル共重合体、スチレン−α−クロルアクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリロニトリル−アクリル酸エステル共重合体、スチレン−ブチルアクリレート共重合体、スチレン−n−ブチルメタクリレート共重合体、スチレン−2エチルヘキシルアクリレート−n−ブチルメタクリレート共重合体等のスチレン系樹脂(スチレン又はスチレン置換体を含む単重合体又は共重合体)、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、塩化ビニル樹脂、ロジン変性マレイン酸樹脂、フェノール樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、石油樹脂、ポリウレタン樹脂、ケトン樹脂、エチレン−エチルアクリレート共重合体、キシレン樹脂、ポリビニルブチラート樹脂等が挙げられる。これらの樹脂はポリエステル樹脂、エポキシ樹脂と併用してもよいが、単独使用も可能である。また、二種類以上併用してもよい。
【0035】
以上の樹脂は単独使用も可能であるが二種類以上併用してもよい。また、これら樹脂の製造方法も特に限定されるものではなく、塊状重合、溶液重合、乳化重合、懸濁重合いずれも使用できる。
【0036】
また、本発明に用いるトナーは、トナー成分として磁性体微粒子を含有することが好ましい。磁性体微粒子としては酸化鉄、マグネタイト、フェライト等の磁性微粉末を添加することができる。磁性体微粒子添加によるフィラー効果によりVt及びStが小さくなる傾向を示し好ましい。磁性体微粒子の添加量は5〜60重量%、好ましくは10〜40重量%である。
【0037】
また本発明の画像形成方法においては、トナー成分として無機微粉末を含有する、すなわちトナーに無機微粉末が内添されることが好ましい。無機微粉末としては、シリカ、酸化アルミニウム類、酸化チタン類を例示することができる。粒径としては、平均一次粒径が0.001〜1μm、好ましくは0.005〜0.1μmの範囲ものから適宜選択できる。無機微粉末も磁性体微粒子添加と同様に、これによるフィラー効果によりVt及びStが小さくなる傾向を示し好ましい。添加量は通常0.1〜10重量%、好ましくは0.2〜5重量%の割合で使用される。
【0038】
また、本発明の画像形成方法に用いるトナーにおいては、極性を制御するために、極性制御剤を配合することが可能である。極性制御剤としては、特に有機ジルコニウム化合物を含有することが好ましい。荷電制御剤として芳香族オキシカルボン酸又はその塩と、ジルコニウム又はオキシジルコニウムを含む化合物から得られるジルコニウム化合物は、樹脂の反応性が高い部分と反応し軽度の架橋構造を作ることでVt及びStが小さくなる傾向を示し好ましい。この極性制御剤の使用量は、トナー樹脂成分に対し、0.1〜10重量部、好ましくは0.5〜5重量部である。
【0039】
上記の有機ジルコニウム化合物は、特に下記の構造式で表されるものが好ましく用いられる。
【化1】
【0040】
上記式中、R1は4級炭素、メチン、メチレンであり、N、S、O、Pのヘテロ原子を含んでもよく、Yは飽和結合又は不飽和結合で結ばれた環状構造を表す。R2及びR3は相互に独立してアルキル基、アルケニル基、アルコキシ基、置換基を有してもよいアリール基又はアリールオキシ基又はアラルキル基又はアラルキルオキシ基、ハロゲン基、水素、水酸基、置換基を有してもよいアミノ基、カルボキシル基、カルボニル基、ニトロ基、ニトロソ基、スルホニル基、シアノ基を表し、R4は水素又はアルキル基を表す。lは0又は3〜12の整数、mは1〜20の整数、nは0〜20の整数、oは0〜4の整数、pは0〜4の整数、qは0〜3の整数,rは1〜20の整数,sは0〜20の整数を表す。
【0041】
上記の有機ジルコニウム化合物以外の極性制御剤としては、例えばニグロシン系染料、四級アンモニウム塩、アミノ基含有のポリマー、含金属アゾ染料、サリチル酸の錯化合物、フェノール化合物等が挙げられる。
【0042】
また、本発明に用いるトナーは、外部添加剤として無機微粉末を1.0重量%以上含有する、すなわち無機微粉末が外添されることが好ましい。無機微粉末の具体例としては、例えばシリカ、アルミナ、酸化チタン、チタン酸バリウム、チタン酸マグネシウム、チタン酸カルシウム、チタン酸ストロンチウム、酸化亜鉛、酸化スズ、ケイ砂、クレー、雲母、ケイ灰石、ケイソウ土、酸化クロム、酸化セリウム、ペンガラ、三酸化アンチモン、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、硫酸バリウム、炭酸バリウム、炭酸カルシウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素等を挙げることができる。
【0043】
上記の無機微粉末の一次粒子径は、5nm〜2μmであることが好ましく、特に5nm〜500nmであることが好ましい。また、BET法による比表面積は、20〜500m2/gであることが好ましい。この無機微粉末の使用割合は、トナーの1.0重量%以上であることが好ましい。1.0重量%を下回る場合には、Vt及びStが大きくなる傾向を示し、好ましくない。
【0044】
トナーに外添される無機微粉末は、表面処理を行って疎水性を上げ、高湿度下においても流動特性や帯電特性の悪化を防止することができる。例えばシランカップリング剤、シリル化剤、フッ化アルキル基を有するシランカップリング剤、有機チタネート系カップリング剤、アルミニウム系のカップリング剤等が好ましい表面処理剤として挙げられる。
【0045】
また本発明においては、重量平均粒径が4〜10μmのトナーを用いることが好ましい。トナーの重量平均粒径が4μmを下回る場合には、Vt及びStに問題はないが、定着ローラ間で加圧してもトナー粒子に圧が加わり難いため、トナー像を均一に定着することが難しくなる。特に面圧を低くした定着装置の場合には、この傾向が顕著となるため好ましくない。逆に重量平均粒径が10μmを上回る場合には、定着性に特に問題はないが、形成した画像の解像力が劣るため好ましくない。なお、トナー粒径の測定はCoulter MULTISIZER IIe等を使用できる。このときのアパーチャー径は100μmである。
【0046】
本発明では、トナー像定着時の離型性を向上させるためワックス成分も使用可能である。例えば、ポリプロピレンワックス、ポリエチレンワックス等のようなポリオレフィンワックスや、キャンデリラワックス、ライスワックス、カルナウバワックス等の天然ワックスが使用可能である。ワックス成分の添加量は0.5〜10重量部が好ましい。
【0047】
本発明に使用される着色剤としては、従来トナー用着色剤として使用されてきた顔料及び染料の全てが適用される。具体的には、カーボンブラック、ランプブラック、鉄黒、群青、ニグロシン染料、アニリンブルー、カルコオイルブルー、オイルブラック、アゾオイルブラック等特に限定されない。着色剤の使用量は1〜10重量部、好ましくは3〜7重量部である。
【0048】
本発明に用いるトナーの製造方法は、従来公知の方法でよく、結着樹脂、着色剤、ワックス成分、その他場合によつては荷電制御剤等をミキサー等を用いて混合し、熱ロール、エクストルーダー等の混練機を用い混練した後、冷却固化し、これをジェットミル等の粉砕機で粉砕し、その後分級し得られる。
【0049】
また、本発明のトナーを二成分系乾式トナーとして使用する場合に混合して使用するキャリアとしては、例えば、ガラス、鉄、フェライト、ニッケル、ジルコン、シリカ等を主成分とする、粒径30〜1000μm程度の粉末、又は、該粉末を芯材としてスチレン−アクリル系樹脂、シリコン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリフッ化ビニリデン系樹脂等をコーティングしたものから適宜選択して使用可能である。
【0050】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態として、特に画像形成装置に備わる定着装置を図面を参照して説明する。図1及び2は熱ローラ定着方式を用いる定着装置であり、図1はハードローラ、図2は弾性ローラを使用している。本発明ではどちらのローラも使用可能であるが、図2により詳しく説明する。
【0051】
図2に示す定着装置の基本構成としては、ハロゲンランプ等の加熱手段24(以下「ヒータ」という。)を有する定着ローラ21と、芯金26上に発泡シリコーンゴム等の弾性層27を有し、定着ローラ21に圧接される加圧ローラ25とを備えている。加圧ローラ25の弾性層27上にはPFAチューブ等からなる離型層28が設けられている。定着ローラ21は、芯金30の上にシリコーンゴム等の弾性層22を設け、更にトナーの粘性による付着を防止する目的で、フッ素樹脂等の離型性の良い樹脂表層23が形成されている。弾性層22の層厚は画像品質と定着時の熱伝達効率を考慮して通常は100〜500μm程度の厚さが好ましい。また樹脂表層23は、加圧ローラ25と同様にPFAチューブ等で構成され、その厚みは機械的劣化を考慮して10〜50μm程度の厚みが好ましい。定着ローラ21の外周面には、温度検知手段29が設けられ、定着ローラ21の表面温度を検知することで、その温度をほぼ一定に保つようにヒータ24を制御している。
【0052】
加圧ローラ25は、外径30mm、肉厚6mmで表面に導電性のPFAチューブが被覆されており、軸上のゴム硬度は42HS(アスカC)で構成されている。また、定着ローラ21はアルミの芯金から構成されており、肉厚は0.4mmである。本構成に於いてニップNを得るためにローラの両端に片側88Nの圧力がかけられておりその時の面圧は9.3N/cm2になっている。
【0053】
このような構成の定着器において、定着ローラ21と加圧ローラ25とが、所定の加圧力で圧接されて定着ニップ部Nを構成し、駆動手段(図示せず)により駆動を受けてそれぞれ矢印R21方向、矢印R25方向に回転することによって、上述の定着ニップ部Nにて転写材Pを挟持搬送する。この際、定着ローラ21はヒータ24によって所定の温度に制御されており、転写材P上のトナー像Tは、両ローラ間を通過するときに、圧力を受けながら熱溶融し、ローラ対を出て冷却されることによって永久像として転写材Pに定着される。
【0054】
以下、実施例及び比較例によって本発明を具体的に説明するが、本発明はこれにより限定されない。
【0055】
参考例1
(トナー処方)
スチレン−ブチルアクリレート共重合体 55重量部
(重量平均分子量 320000)
スチレン−n−ブチルメタクリレート共重合体 30重量部
(重量平均分子量 35000)
カーボンブラック(三菱化成 #44) 10重量部
荷電制御剤(スピロンブラックTR−H:保土ヶ谷化学) 2重量部
低分子ポリプロピレン 3重量部
以上の処方を2軸エクストルーダーを用いて50℃で低温混練し、粉砕、分級し、重量平均粒径11μmのトナー母体粒子とした後、ヘンシェルミキサーを用い、シリカ微粉末(R−972:クラリアントジャパン製)0.3重量部を混合し、本発明に用いるトナーを得た。得られたトナーと、平均粒径80μmの球形フェライト粒子にシリコーン樹脂コートしたキャリアで、トナー濃度4.0重量部の現像剤を調製した。
【0056】
上記のように製造したトナー又はそれを用いて得られた画像について、以下のような評価を行った。評価結果は、下記の表1に示した。
◎定着性の評価方法
図1に示される構成の定着器(面圧:1.0×105Pa・s)をimagio MF6550(株式会社リコー製)に装着し、ヒータ温度を振ってコピーを行い定着画像を得た。定着後の画像にメンディングテープ(3M社製)を貼り、一定の圧力を掛けた後、ゆっくり引き剥がす。その前後の画像濃度をマクベス濃度計により測定し、次式にて定着率を算出する。定着ローラの温度を段階的に下げて、下記式で示す定着率が80%以下となるときの温度を定着温度とする。
定着率(%)=テープ付着画像濃度/画像濃度×100
【0057】
◎粒状度の評価
まず、imagio MF6550にて、プリントしたサンプルを得る。次にプリント画像のドットで作られたグレースケール(ハーフトーン部)を、大日本スクリーン社のGenaScan5000スキャナで1000dpiにて読み込み、画像データを得る。画像データから、濃度分布に変換し、下記式3にて粒状度を評価する。なお、ここでは図1に示される構成の定着器(面圧:1.0×105Pa・s)を用いて、上記の定着温度+10℃にて定着した。
【0058】
粒状度(granularity)は、画像品質のざらつきに反映される物理的評価値として一般に用いられる。粒状度は画像のなめらかさの主観評価と高い相関があり、粒状度の値が小さいほど滑らかな高画質となり、逆に大きいとざらついたプアな画像品質となる。まず、ノイズは濃度変動の周波数特性であるウィナースペクトラム(Wiener Spectrum)によって測定できる。平均値が0である濃度変動成分をg(x)、空間周波数をuとすると、ウィナースペクトラムWS(u)は、式1を用いて式2のように表される。
F(u)=∫g(x)exp(−2πiux)dx 式1
WS(u)=F(u)2 式2
粒状度(GS)は、WSと視覚の周波数特性(Visual Transfer Function:VTF)の積を積分した値で、以下の式で表される。
GS=exp(−1.8<D>)∫WS(u)1/2VTF(u)du 式3
Exp(−1.8<D>)は濃度と人の知覚する明るさの差を補正するための係数である。<D>は濃度の平均値を表す。
【0059】
比較例1
(トナー処方)
スチレン−ブチルアクリレート共重合体 85重量部
(重量平均分子量 153000)
カーボンブラック(三菱化成 #44) 10重量部
荷電制御剤(スピロンブラックTR−H:保土ヶ谷化学) 2重量部
低分子ポリプロピレン 3重量部
上記処方にて、混練温度を120℃にした以外は参考例1と同様にして、トナーを作製した。その後、参考例1と同様に定着性及び粒状度の評価を行った。評価結果は最後に表1による一覧で示す。
【0060】
比較例2
(トナー処方)
スチレン−ブチルアクリレート共重合体 85重量部
(重量平均分子量 325000)
カーボンブラック(三菱化成 #44) 10重量部
荷電制御剤(スピロンブラックTR−H:保土ヶ谷化学) 2重量部
低分子ポリプロピレン 3重量部
上記処方にて、混練温度を150℃にした以外は参考例1と同様にして、トナーを作製した。その後、参考例1と同様に定着性及び粒状度の評価を行った。評価結果は最後に表1による一覧で示す。
【0061】
比較例3
(トナー処方)
スチレン−ブチルアクリレート共重合体 85重量部
(重量平均分子量 121000)
カーボンブラック(三菱化成 #44) 10重量部
荷電制御剤(スピロンブラックTR−H:保土ヶ谷化学) 2重量部
低分子ポリプロピレン 3重量部
上記処方にて、混練温度を90℃にした以外は参考例1と同様にして、トナーを作製した。その後、参考例1と同様に定着性及び粒状度の評価を行った。評価結果は最後に表1による一覧で示す。
【0062】
参考例2
(トナー処方)
スチレン−ブチルアクリレート共重合体 75重量部
(重量平均分子量 253000)
スチレン−nブチルメタクリレート共重合体 10重量部
(重量平均分子量 23000)
カーボンブラック(三菱化成 #44) 10重量部
荷電制御剤(スピロンブラックTR−H:保土ヶ谷化学) 2重量部
低分子ポリプロピレン 3重量部
以上の処方を2軸エクストルーダーを用いて40℃で低温混練し、粉砕、分級し、重量平均粒径10.5μmのトナー母体粒子とした後、ヘンシェルミキサーを用い、シリカ微粉末(R−972:クラリアントジャパン製)0.4重量部を混合し、トナーを得た。本トナーと、平均粒径80μmの球形フェライト粒子にシリコーン樹脂コートしたキャリアで、トナー濃度4.0重量部の現像剤を調製した。その後、図2の定着器を用いた以外は、参考例1と同様にして定着性及び粒状度の評価を行った。評価結果は最後に表1による一覧で示す。
【0063】
比較例4
(トナー処方)
スチレン−ブチルアクリレート共重合体 85重量部
(重量平均分子量 153000)
カーボンブラック(三菱化成 #44) 10重量部
荷電制御剤(スピロンブラックTR−H:保土ヶ谷化学) 2重量部
低分子ポリプロピレン 3重量部
上記処方にて、混練温度を80℃にした以外は参考例2と同様にして、トナーを作製した。その後、参考例2と同様に定着性及び粒状度の評価を行った。評価結果は最後に表1による一覧で示す。
【0064】
比較例5
(トナー処方)
スチレン−ブチルアクリレート共重合体 85重量部
(重量平均分子量 216000)
カーボンブラック(三菱化成 #44) 10重量部
荷電制御剤(スピロンブラックTR−H:保土ヶ谷化学) 2重量部
低分子ポリプロピレン 3重量部
上記処方にて、混練温度を110℃にした以外は参考例2と同様にして、トナーを作製した。その後、参考例2と同様に定着性及び粒状度の評価を行った。評価結果は最後に表1による一覧で示す。
【0065】
比較例6
(トナー処方)
スチレン−ブチルアクリレート共重合体 85重量部
(重量平均分子量 105000)
カーボンブラック(三菱化成 #44) 10重量部
荷電制御剤(スピロンブラックTR−H:保土ヶ谷化学) 2重量部
低分子ポリプロピレン 3重量部
上記処方にて、混練温度を60℃にした以外は参考例2と同様にして、トナーを作製した。その後、参考例2と同様に定着性及び粒状度の評価を行った。評価結果は最後に表1による一覧で示す。
【0066】
参考例3
(トナー処方)
スチレン−ブチルアクリレート共重合体 50重量部
(重量平均分子量 350000)
スチレン−n−ブチルメタクリレート共重合体 33重量部
(重量平均分子量 39000)
カーボンブラック(三菱化成 #44) 10重量部
荷電制御剤(スピロンブラックTR−H:保土ヶ谷化学) 2重量部
カルナウバワックス 5重量部
以上の処方を加熱2本ロールを用いて110℃で低温混練し、粉砕、分級し、重量平均粒径10.5μmのトナー母体粒子とした後、ヘンシェルミキサーを用い、シリカ微粉末(R−972:クラリアントジャパン製)0.4重量部を混合し、本発明のトナーを得た。本トナーと、平均粒径80μmの球形フェライト粒子にシリコーン樹脂コートしたキャリアで、トナー濃度4.0重量部の現像剤を調製した。その後、参考例2と同様にして定着性及び粒状度の評価を行った。評価結果は最後に表1による一覧で示す。
【0067】
参考例4
(トナー処方)
スチレン−ブチルアクリレート共重合体 53重量部
(重量平均分子量 280000)
スチレン−2エチルヘキシルアクリレート−nブチルメタクリレート共重合体
(重量平均分子量 31000) 30重量部
カーボンブラック(三菱化成 #44) 10重量部
荷電制御剤(スピロンブラックTR−H:保土ヶ谷化学) 2重量部
カルナウバワックス 5重量部
以上の処方を加熱2本ロールを用いて100℃で低温混練し、粉砕、分級し、重量平均粒径10.5μmのトナー母体粒子とした後、ヘンシェルミキサーを用い、シリカ微粉末(R−972:クラリアントジャパン製)0.4重量部を混合し、本発明のトナーを得た。本トナーと、平均粒径80μmの球形フェライト粒子にシリコーン樹脂コートしたキャリアで、トナー濃度4.0重量部の現像剤を調製した。その後、参考例2と同様に定着性及び粒状度の評価を行った。評価結果は最後に表1よる一覧で示す。
【0068】
実施例1
(トナー処方)
ポリエステル樹脂 68重量部
(重量平均分子量182000 THF不溶分20%
酸価3mgKOH/mg)
ポリエステル樹脂 15重量部
(重量平均分子量 53000 THF不溶分0%
酸価5mgKOH/mg)
カーボンブラック(三菱化成 #44) 10重量部
荷電制御剤(スピロンブラックTR−H:保土ヶ谷化学) 2重量部
ライスワックス 5重量部
以上の処方を2軸エクストルーダーを用いて60℃で低温混練し、粉砕、分級し、重量平均粒径10.5μmのトナー母体粒子とした後、ヘンシェルミキサーを用い、シリカ微粉末(R−972:クラリアントジャパン製)0.4重量部を混合し、本発明のトナーを得た。本トナーと、平均粒径80μmの球形フェライト粒子にシリコーン樹脂コートしたキャリアで、トナー濃度4.0重量部の現像剤を調製した。その後、参考例2と同様に定着性及び粒状度の評価を行った。評価結果は最後に表1による一覧で示す。
【0069】
実施例2
(トナー処方)
ポリエステル樹脂 60重量部
(重量平均分子量 75000 THF不溶分40%)
スチレン−ブチルアクリレート共重合体 20重量部
(重量平均分子量 71000 THF不溶分25%)
シリカ微粉末(クラリアントジャパン:R−972) 3重量部
カーボンブラック(三菱化成 #44) 10重量部
荷電制御剤(スピロンブラックTR−H:保土ヶ谷化学) 2重量部
カルナウバワックス 5重量部
以上の処方を2軸エクストルーダーを用いて100℃で混練し、粉砕、分級し重量平均粒径10.5μmとした後ヘンシェルミキサーを用い、シリカ微粉末(R−972:クラリアントジャパン製)0.4重量部を混合し、本発明のトナーを得た。本トナーと、平均粒径80μmの球形フェライト粒子にシリコーン樹脂コートしたキャリアで、トナー濃度4.0重量部の現像剤を調製した。その後、参考例2と同様に定着性及び粒状度の評価を行った。評価結果は最後に表1による一覧で示す。
【0070】
実施例3
(トナー処方)
ポリエステル樹脂 60重量部
(重量平均分子量 142000 THF不溶分10%)
スチレン−ブチルアクリレート共重合体 20重量部
(重量平均分子量 45000 THF不溶分15%)
シリカ微粉末(クラリアントジャパン:R−972) 3重量部
カーボンブラック(三菱化成 #44) 10重量部
荷電制御剤(スピロンブラックTR−H:保土ヶ谷化学) 2重量部
カルナウバワックス 5重量部
以上の処方を2軸エクストルーダーを用いて90℃で混練し、粉砕、分級し、重量平均粒径10.5μmのトナー母体粒子とした後、ヘンシェルミキサーを用い、シリカ微粉末(R−972:クラリアントジャパン製)0.4重量部を混合し、本発明のトナーを得た。本トナーと、平均粒径80μmの球形フェライト粒子にシリコーン樹脂コートしたキャリアで、トナー濃度4.0重量部の現像剤を調製した。その後、参考例2と同様に定着性及び粒状度の評価を行った。評価結果は最後に表1による一覧で示す。
【0071】
参考例5
(トナー処方)
ポリエステル樹脂 68重量部
(重量平均分子量182000 THF不溶分5%
酸価35mgKOH/mg)
ポリエステル樹脂 15重量部
(重量平均分子量 53000 THF不溶分0%
酸価5mgKOH/mg)
カーボンブラック(三菱化成 #44) 10重量部
荷電制御剤(スピロンブラックTR−H:保土ヶ谷化学) 2重量部
ライスワックス 5重量部
以上の処方を2軸エクストルーダーを用いて60℃で低温混練し、粉砕、分級し、重量平均粒径10.5μmのトナー母体粒子とした後ヘンシェルミキサーを用い、シリカ微粉末(R−972:クラリアントジャパン製)0.4重量部を混合し、本発明のトナーを得た。本トナーと、平均粒径80μmの球形フェライト粒子にシリコーン樹脂コートしたキャリアで、トナー濃度4.0重量部の現像剤を調製した。その後、参考例2と同様に定着性及び粒状度の評価を行った。評価結果は最後に表1による一覧で示す。
【0072】
実施例4
(トナー処方)
ポリエステル樹脂 63重量部
(重量平均分子量 182000 THF不溶分20%)
スチレン−ブチルアクリレート共重合体 20重量部
(重量平均分子量 71000 THF不溶分25%)
カーボンブラック(三菱化成 #44) 10重量部
荷電制御剤(スピロンブラックTR−H:保土ヶ谷化学) 2重量部
カルナウバワックス 5重量部
以上の処方を2軸エクストルーダーを用いて120℃で混練し、粉砕、分級し重量平均粒径10.5μmとした後ヘンシェルミキサーを用い、シリカ微粉末(R−972:クラリアントジャパン製)0.4重量部を混合し、本発明のトナーを得た。本トナーと、平均粒径80μmの球形フェライト粒子にシリコーン樹脂コートしたキャリアで、トナー濃度4.0重量部の現像剤を調製した。その後、参考例2と同様に定着性及び粒状度の評価を行った。評価結果は最後に表1による一覧で示す。
【0073】
実施例5
(トナー処方)
スチレン−ブチルアクリレート共重合体 45重量部
(重量平均分子量 280000)
スチレン−2エチルヘキシルアクリレート−n−
ブチルメタクリレート共重合体(重量平均分子量 31000)15重量部
磁性体(戸田工業:EPT−1000) 30重量部
カーボンブラック(三菱化成 #44) 5重量部
荷電制御剤(スピロンブラックTR−H:保土ヶ谷化学) 2重量部
カルナウバワックス 3重量部
以上の処方を2軸エクストルーダーを用いて130℃で混練し、粉砕、分級し、重量平均粒径10.5μmのトナー母体粒子とした後、ヘンシェルミキサーを用い、シリカ微粉末(R−972:クラリアントジャパン製)0.4重量部を混合し、本発明のトナーを得た。本トナーと、平均粒径80μmの球形フェライト粒子にシリコーン樹脂コートしたキャリアで、トナー濃度4.0重量部の現像剤を調製した。その後、参考例2と同様に定着性及び粒状度の評価を行った。評価結果は最後に表1による一覧で示す。
【0074】
実施例6
(トナー処方)
ポリエステル樹脂 60重量部
(重量平均分子量 88000 THF不溶分55%)
スチレン−ブチルアクリレート共重合体 20重量部
(重量平均分子量 59000 THF不溶分45%)
シリカ微粉末(クラリアントジャパン:R−972) 3重量部
カーボンブラック(三菱化成 #44) 10重量部
荷電制御剤(スピロンブラックTR−H:保土ヶ谷化学) 2重量部
カルナウバワックス 5重量部
以上の処方を2軸エクストルーダーを用いて120℃で混練し、粉砕、分級し、重量平均粒径10.5μmのトナー母体粒子とした後、ヘンシェルミキサーを用い、シリカ微粉末(R−972:クラリアントジャパン製)0.4重量部を混合し、本発明のトナーを得た。本トナーと、平均粒径80μmの球形フェライト粒子にシリコーン樹脂コートしたキャリアで、トナー濃度4.0重量部の現像剤を調製した。その後、参考例2と同様に定着性及び粒状度の評価を行った。評価結果は最後に表1による一覧で示す。
【0075】
実施例7
(トナー処方)
ポリエステル樹脂 83重量部
(重量平均分子量182000 THF不溶分30%
酸価55mgKOH/mg)
カーボンブラック(三菱化成 #44) 10重量部
荷電制御剤(有機ジルコニウム化合物) 2重量部
カルナウバワックス 5重量部
以上の処方を2軸エクストルーダーを用いて130℃で混練し、粉砕、分級し、重量平均粒径10.5μmのトナー母体粒子とした後、ヘンシェルミキサーを用い、シリカ微粉末(R−972:クラリントジャパン製)0.4重量部を混合し、本発明のトナーを得た。本トナーと、平均粒径80μmの球形フェライト粒子にシリコーン樹脂コートしたキャリアで、トナー濃度4.0重量部の現像剤を調製した。その後、参考例2と同様に定着性及び粒状度の評価を行った。評価結果は最後に表1による一覧で示す。
【0076】
実施例8
(トナー処方)
ポリエステル樹脂 83重量部
(重量平均分子量182000 THF不溶分30%
酸価55mgKOH/mg)
カーボンブラック(三菱化成 #44) 10重量部
荷電制御剤(有機ジルコニウム化合物) 2重量部
カルナウバワックス 5重量部
以上の処方を2軸エクストルーダーを用いて130℃で混練し、粉砕、分級し、重量平均粒径10.5μmのトナー母体粒子とした後、ヘンシェルミキサーを用い、シリカ微粉末(R−972:クラリアントジャパン製)1.5重量部を混合し、本発明のトナーを得た。本トナーと、平均粒径80μmの球形フェライト粒子にシリコーン樹脂コートしたキャリアで、トナー濃度4.0重量部の現像剤を調製した。その後、参考例2と同様に定着性及び粒状度の評価を行った。評価結果は最後に表1による一覧で示す。
【0077】
実施例9
(トナー処方)
ポリエステル樹脂 63重量部
(重量平均分子量 182000 THF不溶分20%)
スチレン−ブチルアクリレート共重合体 20重量部
(重量平均分子量 71000 THF不溶分25%)
カーボンブラック(三菱化成 #44) 10重量部
荷電制御剤(スピロンブラックTR−H:保土ヶ谷化学) 2重量部
カルナウバワックス 5重量部
以上の処方を2軸エクストルーダーを用いて120℃で混練し、粉砕、分級し、重量平均粒径6.5μmのトナー母体粒子とした後、ヘンシェルミキサーを用い、シリカ微粉末(R−972:クラリアントジャパン製)1.5重量部を混合し、本発明のトナーを得た。本トナーと、平均粒径50μmの球形フェライト粒子にシリコーン樹脂コートしたキャリアで、トナー濃度5.0重量部の現像剤を調製した。その後、参考例2と同様に定着性及び粒状度の評価を行った。評価結果は下記の表1による一覧で示す。
【0078】
【表1】
【0079】
【発明の効果】
本発明の画像形成方法によれば、トナー像を加熱ローラ定着する際に、ローラの表面温度が変化しても定着前後のトナー像の体積及び面積の変化が抑制され、また、本発明の画像形成方法はトナー像の定着性に優れる。そのために、常に安定した画像品質の画像を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の画像形成方法に用いる定着装置の一例の概略断面図である。
【図2】 本発明の画像形成方法に用いる定着装置の別の例の概略断面図である。
【符号の説明】
1 定着ローラ
2 加圧ローラ
3 金属シリンダー(定着ローラ)
4 オフセット防止層(定着ローラ)
5 加熱ランプ(定着ローラ)
6 金属シリンダー(加圧ローラ)
7 オフセット防止層(加圧ローラ)
8 加熱ランプ(加圧ローラ)
21 定着ローラ
22、27 弾性層
23 樹脂表層
24 加熱手段
25 加圧ローラ
26、30 芯金
28 離型層
29 温度検知手段
T トナー像
S 支持体(転写紙)
Claims (8)
- トナー成分として少なくともTHF不溶分を10〜80%含有する樹脂、及びワックスを含有し、さらに、極性制御剤として有機ジルコニウム化合物、磁性体微粒子、無機微粉末の少なくともいずれか一つを含有するトナー像を担持した支持体を、2本のローラの間を通過させることによって該トナー像の加熱定着を行う加熱ローラ定着装置において、上記トナーの100℃に於ける溶融粘度をη100、120℃に於ける溶融粘度をη120としたときη100とη120が下記の式を満たし、
η100/η120=6〜10
ローラ通過前後で、下記式で表される、トナー像の体積変化率Vtが30%以下でありかつ面積変化率Stが20%以下であることを特徴とする画像形成方法。
Vt={(ローラ通過前のトナー体積)−(ローラ通過後のトナー体積)}
/ローラ通過前のトナー体積×100
St={(ローラ通過後のトナー面積)−(ローラ通過前のトナー面積)}
/ローラ通過前のトナー面積×100 - 上記η100が1×105〜4×105Pa・s、上記η120が1×104〜5×104Pa・sであること特徴とする請求項1に記載の画像形成方法。
- 上記樹脂として酸価10〜100mgKOH/mgのポリエステル樹脂を50重量%以上含有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。
- 上記樹脂として酸価10〜100mgKOH/mgのポリエステル樹脂と非相溶の樹脂を50重量%以下含有することを特徴とする請求項3に記載の画像形成方法。
- 上記トナーの外部添加剤として無機微粉末を1.0重量%以上外添することを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の画像形成方法。
- 上記トナーとして重量平均粒径4〜10μmのトナーを用いる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方法。
- トナー成分として少なくともTHF不溶分を10〜80%含有する樹脂、及びワックスを含有し、さらに、極性制御剤として有機ジルコニウム化合物、磁性体微粒子、無機微粉末の少なくともいずれか一つを含有するトナー像を担持した支持体を、2本のローラの間を通過させることによってトナー像の加熱定着を行う加熱ローラ定着装置を用いる画像形成方法に用いられるトナーであって、上記トナーの100℃に於ける溶融粘度をη100、120℃に於ける溶融粘度をη120としたときη100とη120が下記の式を満たし、
η100/η120=6〜10
ローラ通過前後で、下記式で表される、トナー像の体積変化率Vtが30%以下でありかつ面積変化率Stが20%以下であることを特徴とする静電荷像現像用トナー。
Vt={(ローラ通過前のトナー体積)−(ローラ通過後のトナー体積)}
/ローラ通過前のトナー体積×100
St={(ローラ通過後のトナー面積)−(ローラ通過前のトナー面積)}
/ローラ通過前のトナー面積×100 - 請求項7に記載の静電荷像現像用トナーが充填されたことを特徴とするトナーカートリッジ。
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