JP5495530B2 - トナー - Google Patents

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本発明は電子写真法、静電記録法等を利用した記録方法に用いられるトナーに関する。
電子写真法は、感光体上に電気的潜像を形成し、次いで、該潜像をトナーにより現像してトナー画像を形成し、紙の如き記録材(転写材)にトナー画像を転写させた後、熱・圧力により記録材上にトナー画像を定着してプリント又は複写物を得るものである。
近年、コンピュータ及びマルチメディアの発達により、オフィスから家庭まで幅広い分野で、更なる高精細フルカラー画像を出力する手段が要望されている。ヘビーユーザーは多数枚の複写又はプリントによっても画質低下のない高耐久性を要求する一方、スモールオフィスや家庭では、装置の小型化、定着温度の低温化、写真画質に対応するための画像光沢性、両面印刷による記録材コストの低減等を要望している。
耐久性と定着性の両立という観点では、トナーの粘弾性や溶融粘度が議論されている。
一般的にトナーは、現像装置内で機械的な摩擦力を受け劣化するので、トナーの粘弾性や溶融粘度を高くする方が有利である。一方で定着工程では消費エネルギーを削減するために、トナーの粘弾性や溶融粘度を下げる必要がある。しかしながらトナーの粘弾性や溶融粘度を下げることは、現像特性や転写特性に対して不利になるばかりか、温度50℃近辺の環境下におけるトナーの保存安定性も低下する。このように耐久性と定着性は相反する性能であるが、この両者を満足させる手法について、従来種々の検討がなされている。
耐久性と定着性を両立させる試みとして、示差走査熱量計(DSC)におけるトナーのDSC曲線に着目したものがある。具体的には、示差走査熱量計により測定されるトナーのDSC曲線の第2昇温過程において、結着樹脂のガラス転移点付近に少なくとも1つの発熱ピークが存在することを特徴とするトナーが提案されている(特許文献1)。この手法で定着性を向上させることはできる。しかし、一般に室温近辺での現像特性に関する耐久性を考慮した場合には、さらなる改良が望まれる。
一方で、トナー粒子の内部構造を加味して耐久性と定着性の両立を行いたい場合は、トナー1粒子単位の耐久性や定着性を議論することが必要となり、トナー1粒子単位の硬度(微小圧縮硬度)が有効な指標となる。トナー粒子の硬度(微小圧縮硬度)は、トナー粒子の変形度合い(弾性・塑性)を示す。従って、接触転写のように圧がかかりトナー粒子が変形し得る転写工程においては、トナーの微小圧縮硬度は、耐久性や定着性に加え、転写性に対しても有効な指標となり得る。
例えば、低ガラス転移点を有する熱可塑性樹脂から成る熱溶融性芯材(コア)と非晶質ポリエステルを主成分とする外殻(シェル)から構成される(コアシェル構造)カプセル型トナーにおいて、トナー1粒子に荷重を負荷した際に圧縮される変位量と荷重の関係を特定の範囲に規定することで、低温定着性、耐オフセット性、及び耐久性が両立できるトナーが開示されている(特許文献2、及び特許文献3)。
このカプセルトナーは、低ガラス転移点の芯材を比較的厚いシェル層で覆っている構造であるため加熱加圧定着工程には有効であるが、軽負荷定着工程では低温定着性や画像高光沢性を満足することが出来にくい。また、両面印刷時にも均一な画像光沢度を得ることが困難となる。
また、トナー粒子の微小圧縮試験を行って得られる荷重−変位曲線が変曲点を有し、且つ、その変曲点の荷重が現像装置内でトナーが受ける負荷よりも大きいことを特徴とするトナーを用いることにより、定着工程では簡単に圧裂するものの、現像器内の耐久性に優
れ安定した帯電特性が得られることが開示されている(特許文献4)。
しかしながらこのトナーは、定着工程では定着性を満足し得るが、定着工程の軽負荷化あるいは高速化への対応が困難であり、更には画像高光沢性、画像光沢均一性を得ることが出来にくい。
更に、特定ワックスを含有することで、高速定着での両面コピー作成においても耐オフセット性に優れたトナーが得られることが開示されている(特許文献5)。
しかしながらこのトナーは、軽負荷定着工程での高速両面印刷時において均一な画像光沢度を得ることが困難となる。
特開2004−184561号公報 特許第03003018号公報 特許第03391931号公報 特開2005−300937号公報 特許第03287752号公報
本発明は、トナーの現像性、転写性、定着性、及び保存安定性が向上し、更には両面印刷において画像光沢度が均一となるトナーを提供することを目的とする。
本発明は、結着樹脂、着色剤、極性樹脂およびワックスを含有するトナー粒子と、無機微粉体とを有するトナーであって、前記トナー粒子前記結着樹脂製造用の重合性単量体としての、スチレン系単量体、ならびに、アクリル酸エステル系単量体またはメタクリル酸エステル系単量体と、前記着色剤と、前記極性樹脂としての、スチレン−メタクリル酸共重合体またはスチレン−アクリル酸共重合体と、前記ワックスとを含む重合性単量体組成物を水系媒体中に分散させて造粒し、重合反応を行わせる懸濁重合法によって得られたトナー粒子であり、前記トナーに対する微小圧縮試験において、測定温度25℃で、前記トナー粒1つに負荷速度9.8×10−5N/secで2.94×10−4Nの最大荷重をかけ終えたときに得られる変位量(μm)を変位量X(25)とし、前記最大荷重をかけ終えた後、前記最大荷重で0.1秒間放置して得られる変位量(μm)を最大変位量X(25)とし、前記0.1秒間放置後、除荷速度9.8×10−5N/secで除荷し、荷重が0となったときに得られる変位量(μm)を変位量X(25)としたとき、式:Z(25)(%)=((X(25)−X(25))/X(25))×100で表わされる復元率Z(25)(%)が、40≦Z(25)≦80の関係を満足し、前記トナーは、示差走査熱量測定(DSC)装置で測定されるガラス転移温度(TgA)が40℃以上60℃以下であり、最大吸熱ピーク温度(P1)が65℃以上100℃以下であり、前記ガラス転移温度(TgA)と前記最大吸熱ピーク温度(P1)が、10≦(P1−TgA)≦60の関係を満足し、前記ワックスが、下記構造式(A)または(B)で示される化合物であることを特徴とするトナーに関する。
Figure 0005495530

構造(A)中、R及びR炭素数6以上32以下である直鎖アルキル基を示し、RとR同じものであっても異なっていても良く、R炭素数4以上30以下である直鎖アルキレン基を示し、構造式(A)で示される構造を有する化合物の総炭素数は40以上80以下である。〕
Figure 0005495530

構造(B)中、R及びR炭素数6以上32以下を有する直鎖アルキル基を示し、RとR同じであっても異なっていても良く、R炭素数4以上30以下を有する直鎖アルキレン基を示し、構造式(B)で示される構造を有する化合物の総炭素数は40以上80以下である。〕
本発明によれば、トナーの現像性、転写性、定着性、及び保存安定性が向上し、更には両面印刷において画像光沢度が均一となるトナーが得られる。
本発明者らは詳細な検討の結果、トナーに対する微小圧縮試験において、特定の変位曲線を有し、トナーの示差走査熱量測定(DSC)装置の測定において特定のDSC曲線を有し、且つトナーに特定ワックスを含有せしめることで、トナーの現像性、転写性、定着性、及び保存安定性が向上し、両面印刷において画像光沢度が均一となることを見出した。
すなわち、本発明のトナーは、結着樹脂、着色剤、およびワックスを少なくとも含有するトナー粒子と、無機微粉体とを含有するトナーであって、トナー粒子は、水系媒体中で製造することにより得られるトナー粒子であり、トナーに対する微小圧縮試験において、測定温度25℃で、トナー1粒子に負荷速度9.8×10−5N/secで2.94×10−4Nの最大荷重をかけ終えたときに得られる変位量(μm)を変位量X (25)、最大荷重をかけ終えた後、最大荷重で0.1秒間放置して得られる変位量(μm)を最大変位量X (25)、0.1秒間放置後、除荷速度9.8×10−5N/secで除荷し、荷重が0となったときに得られる変位量(μm)を変位量X (25)、最大変位量X (25)と変位量X (25)との差を弾性変位量{X (25)−X (25)}とし、弾性変位量{X (25)−X (25)}の最大変位量X (25)に対する百分率[{X (25)−X (25)}/X (25)×100:復元率]をZ(25)(%)としたときに、Z(25)(%)が、40≦Z(25)≦80、の関係を満足し、トナーは、示差走査熱量測定(DSC)装置で測定されるガラス転移温度(TgA)が40℃以上60℃以下であり、最大吸熱ピーク温度(P1)が65℃以上100℃以下であり、ガラス転移温度(TgA)と最大吸熱ピーク温度(P1)が、10≦(P1−TgA)≦60、の関係を満足し、ワックスが、下記構造式(A)または(B)で示される構造を有する化合物であることを特徴とする。
Figure 0005495530
(A)
〔式中、R及びRは炭素数6以上32以下である直鎖アルキル基を示し、RとRは同じものであっても異なっていても良く、Rは炭素数4以上30以下である直鎖アルキレン基を示し、構造式(A)で示される構造を有する化合物の総炭素数は40以上80以下である。〕
Figure 0005495530
(B)
〔式中、R及びRは炭素数6以上32以下を有する直鎖アルキル基を示し、RとRは同じであっても異なっていても良く、Rは炭素数4以上30以下を有する直鎖アルキレン基を示し、構造式(B)で示される構造を有する化合物の総炭素数は40以上80以下である。〕
本発明のトナーが上述の効果を達成できる理由について、本発明者らは以下のように考えている。
すなわち、本発明のトナーは、トナー粒子において(1)コアシェル構造が形成されている。(2)コア層とシェル層との密着性が高い。(3)常温ではトナーの加圧時の外的要因に対する強靭性が大きい。(4)トナーの加熱時にコア成分(特にワックス)が均一ブリード性を有する。以上のことにより本発明の効果が発揮されているものと思われる。
以下、順を追って詳細な説明を加える。
本発明のトナーは、トナーに対する微小圧縮試験において、復元率Z(25)の値を本発明の範囲内にすることで、トナーの低温定着性と耐久性の両立を実現することができる。
本発明のトナーにおいて、Z(25)の値を本発明の範囲とすることで、トナー粒子は最適な硬さのシェル層を有するため耐久性が向上すると共に、コア層を十分に柔らかく設計することができ、低温定着性や画像光沢性等の向上も実現することができる。
また、トナーのTgA及びZ(25)の値を本発明の範囲内にすることで、トナーの加熱加圧時における結着樹脂の転写材への付着力を一層高めることができる。よって、トナーの低温定着性を向上させることができる。
本発明における微小圧縮試験は、トナーに対して2.94×10−4Nといった、従来の測定法に比して小さな荷重をかけて評価を行うことで、トナー表面近傍の硬さや復元率を測定するものである。ここで、Z(25)の値は、温度25℃において荷重をかけた後、除荷したときにどの程度トナー表層がもとの状態に戻ろうとするかを表す指標である。
Z(25)が40未満の場合には、現像機装置内で受けるストレスによってトナーが変形しやすくなり、現像性及び転写性が低下する。また、トナー表層近傍は定着時に柔らかくなりすぎ、定着ローラー表面にトナーが移行しやすくなるため、耐高温オフセットが低下する。一方、Z(25)の値が80を超えると、トナー表層近傍は変形しにくくなるため定着工程においてワックスのブリード性が低下し、低温側でのオフセットが発生しやすくなる。また、画像光沢性も低下する。さらに、トナー粒子表面が変形しにくくなるため、トナー粒子表面に外添剤が付着しにくく、多数枚のプリントアウトを行うとトナー表面の外添剤が遊離しやすくなり、現像性や転写性が低下する傾向がある。
また、本発明のトナーは、トナーに対する微小圧縮試験において、測定温度50℃で、トナー1粒子に負荷速度9.8×10−5N/secで2.94×10−4Nの最大荷重をかけ終えたときに得られる変位量(μm)を変位量X (50)、最大荷重をかけ終えた後、最大荷重で0.1秒間放置して得られる変位量(μm)を最大変位量X (50)、0.1秒間放置後、除荷速度9.8×10−5N/secで除荷し、荷重が0となったときに得られる変位量(μm)を変位量X (50)、最大変位量X (50)と変位量X (50)との差を弾性変位量{X (50)−X (50)}とし、弾性変位量{X (50)−X (50)}の最大変位量X (50)に対する百分率[{X (50)−X (50)}/X (50)×100:復元率]をZ(50)(%)としたときに、Z(50)は、10≦Z(50)≦35、の関係を満足していることが好ましい。
上記Z(50)の値を10乃至35とすることで、トナーが定着工程において瞬時の熱でも高いブリード性を発揮することができ、低温定着性を一層向上させることができる。
なお、上記Z(25)の値、Z(50)の値は、トナー原材料であるワックス、結着樹脂、極性樹脂等の影響を受ける。したがって、極性樹脂製造時のモノマー組成比や添加量等、ワックスの融点や添加量等、重合性単量体の組成比等を制御することで、上記範囲に
調整することが可能である。
次に、図1を参照しながら微小圧縮試験の測定方法について説明する。
図1は、本発明のトナーに対する微小圧縮試験で得られたプロファイル(変位曲線)である。図において、横軸はトナーが変形した変位量、縦軸はトナーにかけている荷重量を表している。
本発明における微小圧縮試験は、(株)エリオニクス製 超微小硬度計ENT1100を用い、当該計測機器添付の操作マニュアルに従い、実施する。本試験において、使用した圧子は20μm×20μm四方の平圧子である。図中(1−1)は試験を始める前の最初の状態である。この状態から、最大荷重2.94×10−4Nに対し、9.8×10−5N/secのスピードで荷重を掛ける。最大荷重に到達直後は(1−2)の状態であり、このときの変位量をX(μm)とする。(1−2)の状態で0.1secの間その荷重で放置する。放置終了直後の状態が(1−3)を示しており、このときの最大変位量をX(μm)とし、さらに最大荷重を経て9.8×10−5N/secのスピードで除荷し、荷重が0になったときが(1−4)の状態である。このときの変位量をX(μm)とする。
復元率Z(25)は100×{X (25)−X (25)}/X (25)として求める。更に復元率Z(50)の値は温度50℃で測定することを除いて、上記Z(25)の測定方法と同様にして測定した値である。
実際の測定では、セラミックセル上にトナーを塗布し、トナーがセル上に単分散するように微小なエアーを吹き付ける。そのセルを装置にセットして測定する。
また、測定の際にはセルを温度制御が可能な状態にし、このセルの温度を測定温度とした。すなわち、Z(25)はセルの温度を25℃として測定し、Z(50)はセルの温度を50℃として測定する。本発明における微小圧縮試験においては、セルの上にトナーを分散させた後セルを本体に設置し、セルが測定温度に到達してから10分以上経過後に測定を開始する。
測定は装置付帯の顕微鏡を覗きながら測定用画面(横幅:160μm 縦幅:120μm)にトナーが1粒で存在しているものを選択する。変位量の誤差を極力無くすため、トナーの個数平均粒径D1の±0.2μmのものを選択して測定する。なお、測定用画面から任意のトナーを選択するが、測定画面上でのトナー粒子径の測定手段は、超微小硬度計ENT1100付帯のソフトを用いてトナー粒子の長径と短径を測定する。それらから求められるアスペクト比[(長径+短径)/2]の値がD1の±0.2μmとなるトナーを選択して測定する。
測定データに関しては任意の粒子100個を選んで測定し、測定結果として得られたZ(25)およびZ(50)について、最大値、最小値から10個を除いた残り80個をデータとして使用し、その80個の相加平均値としてZ(25)及びZ(50)を求める。
また、トナーの個数平均粒径(D1)は、100μmのアパーチャーチューブを備えた細孔電気抵抗法による精密粒度分布測定装置「コールター・カウンター Multisizer 3」(登録商標、ベックマン・コールター社製)と、測定条件設定及び測定データ解析をするための付属の専用ソフト「ベックマン・コールター Multisizer
3 Version3.51」(ベックマン・コールター社製)を用いて、実効測定チャンネル数2万5千チャンネルで測定し、測定データの解析を行ない、算出する。
測定に使用する電解水溶液は、特級塩化ナトリウムをイオン交換水に溶解して濃度が約
1質量%となるようにしたもの、例えば、「ISOTON II」(ベックマン・コールター社製)が使用できる。
尚、測定、解析を行なう前に、以下のように専用ソフトの設定を行なう。
専用ソフトの「標準測定方法(SOM)を変更画面」において、コントロールモードの総カウント数を50000粒子に設定し、測定回数を1回、Kd値は「標準粒子10.0μm」(ベックマン・コールター社製)を用いて得られた値を設定する。閾値/ノイズレベルの測定ボタンを押すことで、閾値とノイズレベルを自動設定する。また、カレントを1600μAに、ゲインを2に、電解液をISOTON IIに設定し、測定後のアパーチャーチューブのフラッシュにチェックを入れる。
専用ソフトの「パルスから粒径への変換設定画面」において、ビン間隔を対数粒径に、粒径ビンを256粒径ビンに、粒径範囲を2μmから60μmまでに設定する。
具体的な測定法は以下の通りである。
(1)Multisizer 3専用のガラス製250ml丸底ビーカーに前記電解水溶液約200mlを入れ、サンプルスタンドにセットし、スターラーロッドの撹拌を反時計回りで24回転/秒にて行なう。そして、解析ソフトの「アパーチャーのフラッシュ」機能により、アパーチャーチューブ内の汚れと気泡を除去しておく。
(2)ガラス製の100ml平底ビーカーに前記電解水溶液約30mlを入れ、この中に分散剤として「コンタミノンN」(非イオン界面活性剤、陰イオン界面活性剤、有機ビルダーからなるpH7の精密測定器洗浄用中性洗剤の10質量%水溶液、和光純薬工業社製)をイオン交換水で3質量倍に希釈した希釈液を約0.3ml加える。
(3)発振周波数50kHzの発振器2個を、位相を180度ずらした状態で内蔵し、電気的出力120Wの超音波分散器「Ultrasonic Dispension System Tetora150」(日科機バイオス社製)の水槽内に所定量のイオン交換水を入れ、この水槽中に前記コンタミノンNを約2ml添加する。
(4)前記(2)のビーカーを前記超音波分散器のビーカー固定穴にセットし、超音波分散器を作動させる。そして、ビーカー内の電解水溶液の液面の共振状態が最大となるようにビーカーの高さ位置を調整する。
(5)前記(4)のビーカー内の電解水溶液に超音波を照射した状態で、トナー約10mgを少量ずつ前記電解水溶液に添加し、分散させる。そして、さらに60秒間超音波分散処理を継続する。尚、超音波分散にあたっては、水槽の水温が10℃以上40℃以下となる様に適宜調節する。
(6)サンプルスタンド内に設置した前記(1)の丸底ビーカーに、ピペットを用いてトナーを分散した前記(5)の電解質水溶液を滴下し、測定濃度が約5%となるように調整する。そして、測定粒子数が50000個になるまで測定を行なう。
(7)測定データを装置付属の前記専用ソフトにて解析を行ない、個数平均粒径(D1)を算出する。尚、専用ソフトでグラフ/個数%と設定したときの、分析/個数統計値(算術平均)画面の「平均径」が個数平均粒径(D1)である。
本発明のトナーは、良好な定着性を達成する上で、トナーの
示差走査熱量(DSC)装置で測定されるガラス転移温度(TgA)が40℃以上60℃以下であり、トナーの示差走査熱量(DSC)装置で測定される最大吸熱ピーク温度(P1)が65℃以上100℃以下であることが必須である。
TgAが40℃以上60℃以下の場合には、低温での定着におけるトナーの紙との付着力が向上し、低温定着性が向上する。
P1が65℃以上100℃以下の場合には、ワックスの適度なブリード性により高温時の巻きつき性が向上する。さらにワックスによるトナーの可塑効果にて紙との付着力が向上し、低温定着性が向上する。
さらに、上記P1とTgAとの温度差(P1−TgA)は、10℃以上60℃以下である。P1とTgAとの温度差が10℃以上60℃以下の場合には、トナーの加熱加圧における定着特性を広げる為の、ワックスのトナー表面へのブリードが最適化されることにより
、耐巻きつき性が向上する。さらに紙との付着力が向上し、低温定着性が向上する。また、トナーの耐久性への悪影響を抑制することができる。
なお、上記TgAは、重合性単量体の組成比等を制御することで上記範囲に調整することが可能である。またP1は、トナー原材料のワックスの影響を受けるため、上記トナーのP1に関する上記条件は、ワックスの融点や配合量等を制御することで上記範囲に調整することが可能である。
本発明のトナーに用いられるワックスは、下記構造式(A)または(B)で示される構造を有する化合物である。
Figure 0005495530
(A)
〔式中、R及びRは炭素数6以上32以下である直鎖アルキル基を示し、RとRは同じものであっても異なっていても良く、Rは炭素数4以上30以下である直鎖アルキレン基を示し、構造式(A)で示される構造を有する化合物の総炭素数は40以上80以下である。〕
Figure 0005495530
(B)
〔式中、R及びRは炭素数6以上32以下を有する直鎖アルキル基を示し、RとRは同じであっても異なっていても良く、Rは炭素数4以上30以下を有する直鎖アルキレン基を示し、構造式(B)で示される構造を有する化合物の総炭素数は40以上80以下である。〕
本発明のトナーに用いられるワックスが、上記構造式(A)または(B)で示される構造を有する化合物であることで、フィルム定着器のような軽負荷定着工程での高速両面印刷においても均一な画像光沢度を得ることができる。その詳細な理由については不明であるが、直鎖のジエステルワックスが結着樹脂中に適度に分散することで、定着工程においてワックスがトナー粒子外部に安定してブリードしてくるからであると推察される。
構造式(A)で示される構造を有する化合物の具体例を以下に例示する。
Figure 0005495530
構造式(B)で示されるワックスの具体例を以下に例示する。
Figure 0005495530
上記ワックスの含有量は、結着樹脂に対して、4質量%以上25質量%以下であることが好ましい。ワックスの含有量が、結着樹脂に対して、4質量%以上25質量%以下の場合には、トナーの加熱加圧時に適度なワックスのブリード性を持てることにより、巻きつき性が向上する。さらに、現像時や転写時のトナーが受けるストレスに対してもトナー表面へのワックスの露出が少なく、トナー個々の均一な摩擦帯電性を得ることができる。
また、本発明のトナーにおいて、トナー粒子は更に極性樹脂を含有することが好ましい。当該極性樹脂の
示差走査熱量測定(DSC)装置で測定されるガラス転移温度(TgB)は、80℃以上120℃以下であることが好ましい。極性樹脂のガラス転移温度(TgB)を上記範囲とすることで、トナーの耐久性と低温定着性の両立を更に高めることができる。本発明のトナーにおいて、トナー粒子が極性樹脂を含有する場合、TgBの値が80℃未満であれば、トナーの耐久性が低下する傾向にあり、TgBの値が120℃を超える場合、低温定着性が低下する傾向にある。
本発明に用いられるトナー粒子を懸濁重合法により製造する場合には、分散工程から重合工程に至る重合反応時に上記極性樹脂を添加することが好ましい。これにより、コアシェル構造のシェル部の強度を自由に制御することができ、トナーの耐久性と定着性の最適化を達成することができる。これは重合性単量体組成物と水系分散媒体の呈する極性のバランスに応じて、該極性樹脂がトナー粒子の表面に薄層のシェルを形成するように、或いは、トナー粒子表面から中心に向け傾斜性をもって存在するように、極性樹脂の存在状態を制御することができるからである。
上記極性樹脂の結着樹脂に対する含有率は、3質量%以上40質量%以下であることが好ましい。当該含有率が、3質量%未満ではトナー粒子中での極性樹脂の存在状態が不均一となりやすく、トナーの摩擦帯電分布がブロードになりやすい。一方、40質量%を超えるとトナー粒子の表面に形成される極性樹脂の薄層が厚くなり定着性が低下する傾向にある。なお、上記極性樹脂は、トナーのテトラヒドロフラン(THF)可溶分中におけるシクロヘキサン(CHX)不溶分として抽出することができる。シクロヘキサンは極性溶媒に溶けにくい性質を持つことから、極性を有さない樹脂を溶解する溶解性は高いが、極性を有する樹脂を溶解する溶解性は低い。したがって、極性を有さない樹脂と極性樹脂を分別するための最も優れる溶剤のひとつである。
すなわち、本発明において、上記トナーのテトラヒドロフラン(THF)可溶分中におけるシクロヘキサン(CHX)不溶分の含有量が、本発明のトナーを構成する結着樹脂に対して、3質量%以上40質量%以下であることが好ましい。
本発明において、トナーのテトラヒドロフラン(THF)可溶分中におけるシクロヘキサン(CHX)不溶分の抽出及びその含有量の算出は、以下の方法を用いた。
測定試料は以下のようにして作製した。
測定対象のトナーとTHFとを試料濃度が450mg/mlとなるように混合した。当該混合物を、室温にて10時間、試料の合一体がなくなるまで充分に振とうし、THFと試料を良く混ぜ、更に7日間静置し、試料が溶解された溶解液を得た。
その後、上記溶解液を冷却高速遠心機(例えばH−9R(コクサン社製))を用い、10℃環境にて15000r/minで60分間遠心分離することで、上澄み液と沈降物とに分離し、上澄み液を採取した。さらに上澄み液を窒素ガスにてバブリングしながら上澄み液を50%減少させ濃縮液を作製した。
その後、シクロヘキサン100ml中に、上記濃縮液5mlを添加し不溶分を生成させた。その後、不溶分が生成した液を冷却高速遠心機(例えばH−9R(コクサン社製))を用い、10℃環境にて15000r/minで60分間遠心分離することで、上澄み液と沈降物(シクロヘキサン不溶分)とに分離して、上澄み液を除去した。
除去後の沈殿物を室温にて24時間静置させた後、真空乾燥機(40℃)において24時間脱溶媒をし、THFを除去して、THF可溶分中におけるシクロヘキサン不溶分となった成分を採取する。
ここで、トナーのTHF可溶分中におけるシクロヘキサン不溶分の含有量は、以下の方法で求める。
なお、本発明において、THF可溶分中におけるシクロヘキサン不溶分の含有量は、THF可溶分中におけるシクロヘキサン不溶分の、本発明のトナーを構成する結着樹脂に対する含有量(質量基準の百分率)として求めた。
算出式は以下の通りである。
[式] トナーのTHF可溶分におけるシクロヘキサン不溶分の含有量=
トナー中のTHFに対して不溶分となった成分の質量/トナー質量×100×〔上記THF可溶分中のシクロヘキサンに対して不溶分となった成分の質量/THF可溶分の濃縮液中のTHFを除去することで得られる固形分の質量〕
ここで、「THFの濃縮液中のTHFを除去することで得られる固形分の質量」とは、上記濃縮液5mgを室温にて24時間風乾させた後、真空乾燥機(40℃)において48時間脱溶媒をし、得られた固形成分の質量である。
本発明において、上記トナーのテトラヒドロフラン(THF)可溶分中におけるシクロヘキサン(CHX)不溶分の上記結着樹脂に対する含有量が、上記ワックスの上記結着樹脂に対する含有量より大きいことが好ましい。
本発明に用いられるワックスは結着樹脂中に適度に分散されていることで、定着工程において安定してブリードしてくるものと推察される。しかしながら、ブリードが容易であるということは、保存安定性には不利に作用する。
ここでトナーのテトラヒドロフラン(THF)可溶分中におけるシクロヘキサン(CHX)不溶分の結着樹脂に対する含有量を、ワックスの上記結着樹脂に対する含有量より大とすることで、トナー粒子毎のシェル層の厚みを安定化させることができ、保存安定性と定着時のブリード安定性の両立が可能となる。
ここで、保存安定性と定着時のブリード安定性の両立が可能となる詳細な理由については不明であるが、以下のように推察される。
本発明に用いられるワックスはエステル結合を2個有していることから、他のトナー組成物に比べて水との親和性が高い。このため、水系媒体中でトナー粒子を得るときに、一
部のトナー粒子については少量のワックスがトナー粒子最表層に出てしまう。こうしたトナー粒子の割合はトナー粒子全体からすると少なく、通常の使用環境において、問題は発生しない。しかし、長期にわたる使用、あるいは過酷な環境における保管においては保存安定性に劣るトナーとなってしまう。このとき、極性樹脂等の「テトラヒドロフラン(THF)可溶分中におけるシクロヘキサン(CHX)不溶分」を併用することでワックスの露出を抑制することができる。当該極性樹脂はエステル結合やカルボキシル基といった極性部分を有しており、本発明のワックスとの親和性が高い。このため、極性樹脂をいわば仲立ちとして、ワックスをトナー粒子内部の結着樹脂中に適度に分散させることが可能となる。本発明において、トナーのテトラヒドロフラン(THF)可溶分中におけるシクロヘキサン(CHX)不溶分の結着樹脂に対する含有量が、ワックスの上記結着樹脂に対する含有量よりも少ない場合には、上述の効果が十分には発揮されないため、保存安定性に劣る傾向にある。
本発明において、上記トナーのテトラヒドロフラン(THF)可溶分中におけるシクロヘキサン(CHX)不溶分は、極性を有する重合性単量体を構成成分として含有しており、上記トナーのテトラヒドロフラン(THF)可溶分中におけるシクロヘキサン(CHX)不溶分に対する当該極性を有する重合性単量体の含有量は、0.1質量%以上10.0質量%以下であることが好ましい。
上記トナーのテトラヒドロフラン(THF)可溶分中におけるシクロヘキサン(CHX)不溶分は、前述のコア層とシェル層との密着性の観点から、好ましくは結着樹脂と同組成のものを含むことが好ましい。本発明に使用できる上記トナーのテトラヒドロフラン(THF)可溶分中におけるシクロヘキサン(CHX)不溶分となる重合体又は共重合体(以下、極性樹脂等ともいう)を以下に例示する。
メタクリル酸ジメチルアミノエチル、メタクリル酸ジエチルアミノエチルの如き含窒素単量体の重合体もしくは含窒素単量体とスチレン−不飽和カルボン酸エステルとの共重合体;アクリロニトリルの如きニトリル系単量体;塩化ビニルの如き含ハロゲン系単量体;アクリル酸、メタクリル酸の如き不飽和カルボン酸;不飽和二塩基酸;不飽和二塩基酸無水物;ニトロ系単量体の重合体もしくはそれとスチレン系単量体との共重合体;ポリエステル;エポキシ樹脂;が挙げられる。
この中で、より好ましいものとして、スチレン系の共重合体、マレイン酸共重合体、飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂が挙げられる。
さらに好ましくは、スチレン系の共重合体が挙げられ、特に、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定される分子量分布において、3,000乃至50,000にピーク分子量を有するスチレン−メタクリル酸共重合体、スチレン−アクリル酸共重合体がトナー製造時の添加量を自由に制御できるので好ましい。
また、極性樹脂等として、スチレン−メタクリル酸共重合体、又はスチレン−アクリル共重合体を用いた場合、トナーの結着樹脂との相溶性がより良好になる。その結果、トナー粒子表面から中心に向け傾斜性をもって存在しやすくなりコア層とシェル層との密着性が高まり、トナーの耐久性が向上する。
また、上記トナーのテトラヒドロフラン(THF)可溶分中におけるシクロヘキサン(CHX)不溶分は、極性を有する重合性単量体を構成成分として含有することが好ましい。
当該極性を有する重合性単量体としては、メタクリル酸ジメチルアミノエチル、メタクリル酸ジエチルアミノエチルの如き含窒素単量体;アクリロニトリルの如きニトリル系単量体;塩化ビニルの如き含ハロゲン系単量体;アクリル酸、メタクリル酸の如き不飽和カルボン酸;不飽和二塩基酸;不飽和二塩基酸無水物;ニトロ系単量体が挙げられる。
そして、上記極性を有する重合性単量体の、上記トナーのテトラヒドロフラン(THF)可溶分中におけるシクロヘキサン(CHX)不溶分中に占める割合(含有量)は0.1質量%以上10.0質量%以下であることが好ましい。極性を有する重合性単量体の含有量が上記範囲を満たすことで、トナー粒子製造時の造粒安定性、トナーの帯電均一性、トナーの保存安定性といった特性がより良好なものとなる。
本発明において、トナー及び樹脂のガラス転移温度(Tg)、最大吸熱ピーク温度(P1)の測定方法は、示差走査熱量計(DSC測定装置)Q1000(TAインスツルメンツジャパン社製)を用い、ASTM D3418−82に準じて以下のように測定する。
具体的には、上記示差走査熱量計のモジュレーティッドモードを用い、以下の条件にて測定し、昇温1回目のDSC曲線のピーク位置から求める。測定サンプルは約3mgを精密に秤量する。それをアルミニウム製のパン中に入れ、対照用に空のアルミパンを用い、測定範囲20〜140℃の間で測定を行う。
<測定条件>
・温度20℃で5分間平衡を保つ。
・1.0℃/minのモジュレーションをかけ、温度140℃まで1℃/minで昇温。・温度140℃で5分間平衡を保つ。
・温度20℃まで降温。
ここで、ガラス転移温度は、日本工業規格(JIS)K7121 9.3項(制定年月日1987年10月01日、確認年月日2006年03月25日)に定める中間点ガラス転移温度である。また、最大吸熱ピークの温度(P1)は、日本工業規格(JIS)K7121 9.1項(制定年月日1987年10月01日、確認年月日2006年03月25日)に定める融解ピーク温度のうち、高温側のベースラインからのピーク高さが最大となるピーク温度である。
本発明において、トナーの温度100℃の溶融粘度は0.3×10Pa・s以上2.0×10Pa・s以下であることが好ましい。トナーの温度100℃の溶融粘度が0.3×10Pa・s以上2.0×10Pa・s以下である場合には、適度なワックスのブリード性により巻きつき性が向上する。さらに紙との付着力が向上し、低温定着性が向上する。上記トナーの温度100℃の溶融粘度は比較的低い設定となっているが、本発明のトナーにおいてはZ(25)の値が上記範囲を満足しているため、コアシェル構造が形成されていると共にコア層とシェル層の密着性が高い。従って本発明では溶融粘度が低いために一般に起こりうるトナーの耐久性や保存安定性が低下することは無い。
上記トナーの温度100℃の溶融粘度は、フローテスター昇温法を用い、トナーの粘度の値により求めたものである。装置としては、フローテスターCFT−500D(株式会社島津製作所製)を用い、下記の条件で測定を行う。
・サンプル:約1.1gのトナーを秤量し、これを加圧成型器で成型してサンプルとする。
・ダイ穴径:0.5mm
・ダイ長さ:1.0mm
・シリンダ圧力:9.807×105(Pa)
・測定モード:昇温法
・昇温速度:4.0℃/min
上記の方法により、温度50℃乃至200℃におけるトナーの粘度を測定し、温度100℃粘度での粘度を求める。
本発明において、トナーの平均円形度は、0.960乃至1.000であることが好ましい。トナーの平均円形度が0.960乃至1.000の場合には、無機微粉体がトナー粒子の表面にムラ無く均一に付着することにより、平滑性の低い転写材であっても、トナーの均一な転写性を得ることができる。またトナー担持体の長手方向でのトナーのコート量が均一となり易く感光体の静電潜像をトナーにより忠実に現像することができる。更にZ(25)が上記範囲内である本発明のトナーにおいては、トナーの平均円形度が0.960乃至1.000の場合において多数枚のプリントアウトによるトナー表面の劣化に対
してもより良好な転写性を維持することができる。
本発明において、トナーの平均円形度とは、フロー式粒子像分析装置によって算出されたトナーの円形度に基づき算出されたものである。
フロー式粒子像分析装置「FPIA−3000型」(シスメックス製)の測定原理は、流れている粒子を静止画像として撮像し、画像解析を行うというものである。試料チャンバーへ加えられた試料は、試料吸引シリンジによって、フラットシースフローセルに送り込まれる。フラットシースフローに送り込まれた試料は、シース液に挟まれて扁平な流れを形成する。フラットシースフローセル内を通過する試料に対しては、1/60秒間隔でストロボ光が照射されており、流れている粒子を静止画像として撮影することが可能である。また、扁平な流れであるため、焦点の合った状態で撮像される。粒子像はCCDカメラで撮像され、撮像された画像は512×512の画像処理解像度(一画素あたり0.37×0.37μm)で画像処理され、各粒子像の輪郭抽出を行い、粒子像の投影面積や周囲長等が計測される。
画像処理部で画像信号は、A/D変換され、画像データとして取り込まれ、記憶した画像データに対して、粒子の有無を判別するための画像処理が行われる。
次に、粒子像の輪郭を的確に抽出するための前処理として輪郭強調処理が行われる。
次に、画像データをある適当なスレッシュホールドレベルで2値化する。各粒子画像は図8に示すような2値化画像となる。次に、2値化された各粒子画像に対してエッジ点(輪郭を表す輪郭画素)かどうかを判定するとともに、着目しているエッジ点に対して隣合うエッジ点がどの方向にあるかの情報、すなわちチェインコードを生成する。
次に、各粒子像の投影面積Sと周囲長Lを求める。上記面積Sと周囲長Lを用いて円相当径と円形度を求める。円相当径とは、粒子像の投影面積と同じ面積を持つ円の直径のことであり、円形度は、円相当径から求めた円の周囲長を粒子投影像の周囲長で割った値として定義され、次式で算出される。
Figure 0005495530
粒子像が円形の時に円形度は1.000になり、粒子像の外周の凹凸の程度が大きくなればなるほど円形度は小さい値になる。
各粒子の円形度を算出後、円形度0.200乃至1.000の範囲を800分割し、その分割点の中心値と測定粒子数を用いて平均円形度の算出を行う。
また、円相当径分布に基づく数及び規定された円相当径を有する粒子の割合(個数%)も測定できる。結果(頻度%及び累積%)は、表1に示す通り、粒径0.06乃至400μmの範囲を226チャンネル(1オクターブに対し30チャンネルに分割)に分割して得ることができる。
Figure 0005495530
具体的な測定方法としては、予め不純固形物などを除去したイオン交換水10mlを容器中に用意し、その中に分散剤としてアルキルベンゼンスルホン酸塩を加えた後、更に測定試料0.02gを加え、均一に分散させる。分散手段としては、超音波分散機UH−50型(エスエムテー製)に振動子として直径5mmのチタン合金チップを装着したものを用い、5分間分散処理を行い、測定用の分散液とする。その際、該分散液の温度が40℃以上にならないように適宜冷却する。
本発明におけるトナーの円形度及び円相当径の測定は、上記フロー式粒子像測定装置を用い、測定時のトナー濃度が3000〜10000個/μlとなる様に該分散液濃度を再調整し、トナーを1000個以上計測する。計測後、このデータを用いて、平均円形度及
び平均円相当径を求める。
本発明に用いられる結着樹脂としては、スチレン−アクリル酸系共重合体、スチレン−メタクリル酸系共重合体、エポキシ樹脂、スチレン−ブタジエン共重合体が挙げられる。上記結着樹脂を製造するための重合性単量体としては、ラジカル重合が可能なビニル系重合性単量体を用いることが可能である。該ビニル系重合性単量体としては、単官能性重合性単量体或いは多官能性重合性単量体を使用することができる。
結着樹脂の製造に用いられる重合性単量体としては、以下のものが挙げられる。スチレン;o−(m−,p−)メチルスチレン、m−(p−)エチルスチレンの如きスチレン系単量体;アクリル酸メチル、メタクリル酸メチル、アクリル酸エチル、メタクリル酸エチル、アクリル酸プロピル、メタクリル酸プロピル、アクリル酸ブチル、メタクリル酸ブチル、アクリル酸オクチル、メタクリル酸オクチル、アクリル酸ドデシル、メタクリル酸ドデシル、アクリル酸ステアリル、メタクリル酸ステアリル、アクリル酸ベヘニル、メタクリル酸ベヘニル、アクリル酸2−エチルヘキシル、メタクリル酸2−エチルヘキシル、アクリル酸ジメチルアミノエチル、メタクリル酸ジメチルアミノエチル、アクリル酸ジエチルアミノエチル、メタクリル酸ジエチルアミノエチルの如きアクリル酸エステル系単量体或いはメタクリル酸エステル系単量体;ブタジエン、イソプレン、シクロヘキセン、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、アクリル酸アミド、メタクリル酸アミドの如きエン系単量体。
これらは、単独、または、一般的には出版物ポリマーハンドブック第2版III−p139乃至192(John Wiley&Sons製)に記載の理論ガラス転移温度(Tg)を参考にして単量体を適宜混合して用いられる。
また、本発明のトナーを製造する場合においては、本発明のトナーを好ましい分子量分布にするために、低分子量ポリマーを添加することが好ましい。低分子量ポリマーは、粉砕法でトナーを製造する場合には、結着樹脂等と溶融混練する際に添加することができ、また懸濁重合法によってトナーを製造する場合には、重合性単量体組成物中に添加することができる。該低分子量ポリマーとしては、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定される重量平均分子量(Mw)が2,000乃至5,000の範囲で、且つ、Mw/Mnが4.5未満、好ましくは3.0未満のものが好ましい。
低分子量ポリマーの例としては、低分子量ポリスチレン、低分子量スチレン−アクリル酸エステル共重合体、低分子量スチレン−アクリル酸共重合体が挙げられる。
本発明においては、トナー粒子の機械的強度を高めると共に、トナーの結着樹脂の分子量を制御するために、結着樹脂を合成する時に架橋剤を用いてもよい。
本発明に用いられる架橋剤としては、2官能の架橋剤として、以下のものが挙げられる。ジビニルベンゼン、ビス(4−アクリロキシポリエトキシフェニル)プロパン、エチレングリコールジアクリレート、1,3−ブチレングリコールジアクリレート、1,4−ブタンジオールジアクリレート、1,5−ペンタンジオールジアクリレート、1,6−ヘキサンジオールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、ジエチレングリコールジアクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、テトラエチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコール#200、#400、#600の各ジアクリレート、ジプロピレングリコールジアクリレート、ポリプロピレングリコールジアクリレート、ポリエステル型ジアクリレート(MANDA日本化薬)、及び上記のジアクリレートをジメタクリレートに代えたもの。
多官能の架橋剤としては、以下のものが挙げられる。ペンタエリスリトールトリアクリレート、トリメチロールエタントリアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、テトラメチロールメタンテトラアクリレート、オリゴエステルアクリレート及びそのメタクリレート、2,2−ビス(4−メタクリロキシポリエトキシフェニル)プロパン、ジアリルフタレート、トリアリルシアヌレート、トリアリルイソシアヌレート及びトリ
アリルトリメリテート。これらの架橋剤の添加量は、前記重合性単量体100質量部に対して、好ましくは0.05乃至10質量部、より好ましくは0.1乃至5質量部である。
本発明において、トナーの結着樹脂の製造に用いられる重合開始剤としては、以下のものが挙げられる。2,2’−アゾビス−(2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、1,1’−アゾビス(シクロヘキサン−1−カルボニトリル)、2,2’−アゾビス−4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル、アゾビスイソブチロニトリルの如きアゾ系又はジアゾ系重合開始剤;ベンゾイルペルオキシド、メチルエチルケトンペルオキシド、ジイソプロピルペルオキシカーボネート、クメンヒドロペルオキシド、2,4−ジクロロベンゾイルペルオキシド、ラウロイルペルオキシド、tert−ブチル−パーオキシピバレートの如き過酸化物系重合開始剤。
これらの重合開始剤の使用量は、目的とする重合度により変化するが、一般的には、重合性ビニル系単量体100質量部に対して3乃至20質量部である。重合開始剤の種類は、重合法により若干異なるが、10時間半減期温度を参考に、単独又は混合して使用される。
本発明のトナーは、着色力を付与するために着色剤を必須成分として含有する。本発明に好ましく使用される着色剤として、以下の有機顔料または染料、並びに無機顔料が挙げられる。
シアン系着色剤としての有機顔料又は有機染料としては、銅フタロシアニン化合物及びその誘導体、アントラキノン化合物、塩基染料レーキ化合物が利用できる。具体的には、以下のものが挙げられる。C.I.ピグメントブルー1、C.I.ピグメントブルー7、C.I.ピグメントブルー15、C.I.ピグメントブルー15:1、C.I.ピグメントブルー15:2、C.I.ピグメントブルー15:3、C.I.ピグメントブルー15:4、C.I.ピグメントブルー60、C.I.ピグメントブルー62、C.I.ピグメントブルー66。
マゼンタ系着色剤としての有機顔料又は有機染料としては、以下のものが挙げられる。縮合アゾ化合物、ジケトピロロピロール化合物、アントラキノン、キナクリドン化合物、塩基染料レーキ化合物、ナフトール化合物、ベンズイミダゾロン化合物、チオインジゴ化合物、ペリレン化合物。具体的には、以下のものが挙げられる。C.I.ピグメントレッド2、C.I.ピグメントレッド3、C.I.ピグメントレッド5、C.I.ピグメントレッド6、C.I.ピグメントレッド7、C.I.ピグメントバイオレット19、C.I.ピグメントレッド23、C.I.ピグメントレッド48:2、C.I.ピグメントレッド48:3、C.I.ピグメントレッド48:4、C.I.ピグメントレッド57:1、C.I.ピグメントレッド81:1、C.I.ピグメントレッド122、C.I.ピグメントレッド144、C.I.ピグメントレッド146、C.I.ピグメントレッド150、C.I.ピグメントレッド166、C.I.ピグメントレッド169、C.I.ピグメントレッド177、C.I.ピグメントレッド184、C.I.ピグメントレッド185、C.I.ピグメントレッド202、C.I.ピグメントレッド206、C.I.ピグメントレッド220、C.I.ピグメントレッド221、C.I.ピグメントレッド254。
イエロー系着色剤としての有機顔料又は有機染料としては、縮合アゾ化合物、イソインドリノン化合物、アントラキノン化合物、アゾ金属錯体、メチン化合物、アリルアミド化合物に代表される化合物が用いられる。具体的には、以下のものが挙げられる。C.I.ピグメントイエロー12、C.I.ピグメントイエロー13、C.I.ピグメントイエロー14、C.I.ピグメントイエロー15、C.I.ピグメントイエロー17、C.I.ピグメントイエロー62、C.I.ピグメントイエロー74、C.I.ピグメントイエロー83、C.I.ピグメントイエロー93、C.I.ピグメントイエロー94、C.I.
ピグメントイエロー95、C.I.ピグメントイエロー97、C.I.ピグメントイエロー109、C.I.ピグメントイエロー110、C.I.ピグメントイエロー111、C.I.ピグメントイエロー120、C.I.ピグメントイエロー127、C.I.ピグメントイエロー128、C.I.ピグメントイエロー129、C.I.ピグメントイエロー147、C.I.ピグメントイエロー151、C.I.ピグメントイエロー154、C.I.ピグメントイエロー155、C.I.ピグメントイエロー168、C.I.ピグメントイエロー174、C.I.ピグメントイエロー175、C.I.ピグメントイエロー176、C.I.ピグメントイエロー180、C.I.ピグメントイエロー181、C.I.ピグメントイエロー191、C.I.ピグメントイエロー194。
黒色着色剤としては、カーボンブラック、及び、上記イエロー系、マゼンタ系、及びシアン系着色剤を用い黒色に調色されたものが利用される。
これらの着色剤は、単独又は混合し更には固溶体の状態で用いることができる。本発明のトナーに用いられる着色剤は、色相角、彩度、明度、耐光性、OHP透明性、トナー中の分散性の点から選択される。
該着色剤は、好ましくは結着樹脂100質量部に対し1乃至20質量部添加して用いられる。
本発明のトナーにおいては、必要に応じて荷電制御剤をトナー粒子と混合して用いることも可能である。荷電制御剤を配合することにより、荷電特性の安定化、及び、現像システムに応じた最適の摩擦帯電量のコントロールが可能となる。
荷電制御剤としては、公知のものが利用でき、特に摩擦帯電スピードが速く、かつ、一定の摩擦帯電量を安定して維持できる荷電制御剤が好ましい。さらに、トナーを直接重合法により製造する場合には、重合阻害性が低く、水系分散媒体への可溶化物が実質的にない荷電制御剤が特に好ましい。
荷電制御剤の例として、トナーを負荷電性に制御するものとしては、有機金属化合物、キレート化合物が挙げられる。具体的には、モノアゾ金属化合物、アセチルアセトン金属化合物、芳香族オキシカルボン酸、芳香族ダイカルボン酸、オキシカルボン酸及びダイカルボン酸系の金属化合物が挙げられる。他には、芳香族オキシカルボン酸、芳香族モノ及びポリカルボン酸及びその金属塩、無水物、エステル類、ビスフェノールの如きフェノール誘導体類が挙げられる。さらに、尿素誘導体、含金属サリチル酸系化合物、含金属ナフトエ酸系化合物、ホウ素化合物、4級アンモニウム塩、カリックスアレーン、樹脂系帯電制御剤が挙げられる。
また、荷電制御剤の例として、トナーを正荷電性に制御するものとしては、以下のものが挙げられる。ニグロシン及び脂肪酸金属塩によるニグロシン変性物;グアニジン化合物;イミダゾール化合物;トリブチルベンジルアンモニウム−1−ヒドロキシ−4−ナフトスルフォン酸塩、テトラブチルアンモニウムテトラフルオロボレートの如き4級アンモニウム塩、及びこれらの類似体であるホスホニウム塩等のオニウム塩及びこれらのレーキ顔料;トリフェニルメタン染料及びこれらのレーキ顔料(レーキ化剤としては、りんタングステン酸、りんモリブデン酸、りんタングステンモリブデン酸、タンニン酸、ラウリン酸、没食子酸、フェリシアン化物、フェロシアン化物);高級脂肪酸の金属塩;樹脂系荷電制御剤。
本発明のトナーは、これら荷電制御剤を単独で或いは2種類以上組み合わせて含有することができる。
これら荷電制御剤の中でも、本発明の効果を十分に発揮するためには、含金属サリチル酸系化合物が好ましく、特にその金属がアルミニウムもしくはジルコニウムが好ましい。
荷電制御剤の好ましい配合量は、結着樹脂100質量部に対して0.01乃至20質量
部、より好ましくは0.5乃至10質量部である。しかしながら、本発明のトナーには、荷電制御剤の添加は必須ではなく、トナーの層厚規制部材やトナー担持体との摩擦帯電を積極的に利用することでトナー中に必ずしも荷電制御剤を含ませる必要はない。
本発明のトナーは、トナーの流動性改善を目的として、トナー粒子に無機微粉体が外添されている。
上記トナー粒子に添加される無機微粉体としては、シリカが好ましく、個数平均一次粒径が4乃至80nmのシリカ微粉体が好ましい。本発明において個数平均一次粒径が上記範囲にあることで、トナーの流動性が向上すると共に、トナーの保存安定性も良好になる。
上記無機微粉体の個数平均一次粒径は、走査電子顕微鏡で観察し視野中の100個の無機微粉体の粒子径を測定して求めることができる。尚、無機微粉体の平均一次粒径は、形状が球形の場合はその絶対最大長を、長径と短径を有する場合は長径を、粒径としてカウントする。
また、上記シリカと、酸化チタン、アルミナまたはそれらの複酸化物の如き微粉体とを併用することもできる。シリカと併用する該無機微粉体の中でも酸化チタンが好ましい。
上記無機微粉体のシリカの例としては、ケイ素ハロゲン化物の蒸気相酸化により生成された乾式シリカ又はヒュームドシリカと称される乾式シリカ、及び水ガラスから製造される湿式シリカの両者が含まれる。無機微粉体としては、表面及びシリカ微粉体の内部にあるシラノール基が少なく、またNa2O、SO3 2−の製造残滓の少ない乾式シリカの方が
好ましい。また乾式シリカは、製造工程において例えば、塩化アルミニウム、塩化チタンの如き他の金属ハロゲン化合物をケイ素ハロゲン化合物と共に用いることによって、シリカと他の金属酸化物の複合微粉体を得ることも可能である。シリカはそれらも包含する。
上述のように、無機微粉体は、トナーの流動性改良及びトナーの摩擦帯電の均一化のために添加される。ここで、無機微粉体を疎水化処理することによって、トナーの摩擦帯電量の調整、環境安定性の向上、高湿環境下での特性の向上等の機能を付与することができる。したがって、上記無機微粉体は、疎水化処理された無機微粉体であることが好ましい。
トナーに添加された無機微粉体が吸湿すると、トナーとしての摩擦帯電量が低下し、現像性や転写性の低下が生じ易くなるからである。
無機微粉体の疎水化処理のための処理剤としては、以下のものが挙げられる。
未変性のシリコーンワニス、各種変性シリコーンワニス、未変性のシリコーンオイル、各種変性シリコーンオイル、シラン化合物、シランカップリング剤、その他有機ケイ素化合物、有機チタン化合物。これらの如き処理剤は単独で或いは併用して用いられても良い。
その中でも、シリコーンオイルにより処理された無機微粉体が好ましい。より好ましくは、無機微粉体をカップリング剤で疎水化処理すると同時或いは処理した後に、シリコーンオイルにより処理された無機微粉体である。前述の疎水化処理無機微粉体を用いることで、高湿環境下でもトナー粒子の摩擦帯電量を高く維持し、選択現像性を低減することができる。
本発明においては重合法を用いてトナーを得る場合には、着色剤の持つ重合阻害性や水相移行性に注意を払う必要があり、好ましくは、表面改質、例えば、重合阻害のない物質による疎水化処理を着色剤に施しておいたほうが良い。特に、染料系やカーボンブラックは、重合阻害性を有しているものが多いので使用の際に注意を要する。染料系を表面処理する好ましい方法としては、あらかじめこれら染料の存在下に重合性単量体を重合せしめる方法が挙げられ、得られた着色重合体を単量体系に添加する。
また、カーボンブラックについては、上記染料と同様の処理の他、カーボンブラックの
表面官能基と反応する物質、例えば、ポリオルガノシロキサンで処理を行っても良い。
本発明の効果を示すトナー構造を得るために、本発明に用いられるトナー粒子は、水系媒体中で製造することにより得られるトナー粒子である。
水系媒体中でトナー粒子を製造する方法としては、以下の方法が挙げられる。トナー必須成分から構成される乳化液を水系媒体中で凝集させる乳化凝集法;有機溶媒中にトナー必須成分を溶解させた後、水系媒体中で造粒後有機溶媒を揮発させる懸濁造粒法;トナー必須成分を溶解させた重合性単量体を直接水系媒体中で造粒後重合する懸濁重合法や乳化重合法;その後シード重合を利用しトナーに外層を設ける方法;界面重縮合や液中乾燥に代表されるマイクロカプセル法。
これらの中で、本発明の作用効果を発揮しやすいものとして、特に懸濁重合法が好ましい。この懸濁重合法においては、重合性単量体にワックス及び着色剤(更に必要に応じて極性樹脂、重合開始剤、架橋剤、帯電制御剤、その他の添加剤)を均一に溶解または分散せしめて重合性単量体組成物とする。その後、この重合性単量体組成物を、分散剤を含有する水系媒体中に適当な撹拌器を用いて分散し、そして重合反応を行わせ、所望の粒径を有するトナー粒子を得るものである。上記トナー粒子は重合終了後、公知の方法によって濾過、洗浄、乾燥を行い、無機微粉体を混合し表面に付着させることで、本発明のトナーとすることができる。
上記水系媒体の調製時に使用する分散剤としては、公知の無機系及び有機系の分散剤を用いることができる。
具体的には、無機系の分散剤としては、以下のものが挙げられる。リン酸三カルシウム、リン酸マグネシウム、リン酸アルミニウム、リン酸亜鉛、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、メタケイ酸カルシウム、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、ベントナイト、シリカ、アルミナが挙げられる。また、有機系の分散剤としては、例えば、ポリビニルアルコール、ゼラチン、メチルセルロース、メチルヒドロキシプロピルセルロース、エチルセルロース、カルボキシメチルセルロースのナトリウム塩、デンプン。
また、市販のノニオン、アニオン、カチオン型の界面活性剤の利用も可能である。この様な界面活性剤としては、以下のものが挙げられる。ドデシル硫酸ナトリウム、テトラデシル硫酸ナトリウム、ペンタデシル硫酸ナトリウム、オクチル硫酸ナトリウム、オレイン酸ナトリウム、ラウリル酸ナトリウム、ステアリン酸カリウム、オレイン酸カルシウム。
上記水系媒体の調製時に使用する分散剤としては、無機系の難水溶性の分散剤が好ましく、しかも酸に可溶性である難水溶性無機分散剤を用いることがより好ましい。
また、本発明においては、上記分散剤を用い、水系分散媒体を調製する場合に、これらの分散剤の使用量は、重合性単量体100質量部に対して、0.2乃至2.0質量部であることが好ましい。また、本発明においては、重合性単量体組成物100質量部に対して300乃至3,000質量部の水を用いて水系媒体を調製することが好ましい。
本発明において、上記のような難水溶性無機分散剤が分散された水系分散媒体を調製する場合には、市販の分散剤をそのまま用いて分散させてもよい。しかし、より細かく均一な粒度を有する分散剤粒子を得るために、水の如き液媒体中で、高速撹拌下、上記したような難水溶性無機分散剤を生成させて水系分散媒体を調製してもよい。例えば、リン酸三カルシウムを分散剤として使用する場合、高速撹拌下でリン酸ナトリウム水溶液と塩化カルシウム水溶液を混合してリン酸三カルシウムの微粒子を形成することで、好ましい分散剤を得ることができる。
次に、本発明のトナーに用いられる画像形成方法及び、該方法を実施する画像形成装置ならびにプロセスカートリッジに関して図面を用いて説明する。
図5を用いてローラー部材を現像ローラーに当接させたプロセスカートリッジの構成に
ついて説明する。図5においてプロセスカートリッジには静電潜像担持体(感光体ドラム)1、現像ローラー(トナー担持体)25、トナー塗布ローラー(トナー供給剥ぎ取りローラー)26等が設けられている。
トナー収納容器28内に収容されたトナー30はトナー攪拌部材29a、29bの回転に伴い現像容器31のトナー保持部31aに送られる。トナー供給剥ぎ取りローラー26はX方向に回転しており、トナー保持部31aにあるトナーを、Y方向に回転している現像ローラー25に塗布すると共に、静電潜像担持体1へ現像されなかった現像ローラー25上の未現像トナーの剥ぎ取りを行っている。トナー供給剥ぎ取りローラー26によって塗布されたトナーは弾性ブレード27によって規制され、現像ローラー25上に薄層形成される。そしてZ方向に回転している静電潜像担持体1上の潜像を現像し可視化する。
上記現像ローラー(トナー担持体)としては弾性ローラーを用い、弾性ローラー表面等にトナーをコーティングし、これを静電潜像担持体(感光ドラム)表面と接触させる方法を用いることができる。この場合、トナーを介して静電潜像担持体と静電潜像担持体表面に対向する現像ローラー間に働く電界によって現像が行われる。従って現像ローラー表面或いは表面近傍が電位を持ち、静電潜像担持体表面と現像ローラー表面の狭い間隙で電界を有する必要性がある。このため、現像ローラーの弾性ゴムが中抵抗領域に抵抗制御されて静電潜像担持体表面との導通を防ぎつつ電界を保つか、または現像ローラーの表面層に薄層の絶縁層を設ける方法も利用できる。当該現像ローラーの弾性ゴムの抵抗値としては102〜109Ω・cmの範囲が好ましい。
上記現像ローラーの表面形状としては、その表面粗度Ra(μm)を0.2〜3.0となるように設定すると、高画質及び高耐久性を両立できる。該表面粗度Raはトナー搬送能力及びトナー帯電能力と相関する。該現像ローラーの表面粗度Raが3.0を超えると、該現像ローラーのトナー層の薄層化が困難となるばかりか、トナーの帯電性が改善されないので画質の向上は望めない。3.0以下にすることで現像ローラー表面のトナーの搬送能力を抑制し、該現像ローラー上のトナー層を薄層化すると共に、該現像ローラーとトナーの接触回数が多くなるため、該トナーの帯電性も改善されるので相乗的に画質が向上する。一方、表面粗度Raが0.2よりも小さくなると、トナーコート量の制御が難しくなる。
本発明において、現像ローラーの表面粗度Raは、JIS表面粗さ「JIS B 0601(2001)」に基づき、表面粗さ測定器(小坂研究所社製「サーフコーダSE−30H」)を用いて測定される中心線平均粗さに相当する。具体的には粗さ曲線からその中心線の方向に測定長さaとして2.5mmの部分を抜き取り、この抜き取り部分の中心線をX軸、縦倍率の方向をY軸、粗さ曲線をy=f(x)で表したとき次式によって求められる値をマイクロメートル(μm)で表したものを言う。
Figure 0005495530
本発明の画像形成方法においては、現像ローラーは静電潜像担持体の周速同方向に回転していてもよいし、逆方向に回転していてもよい。その回転が同方向である場合、現像ローラーの周速を静電潜像担持体の周速に対し1.05〜3.0倍となるように設定することが好ましい。
現像ローラーの周速が、静電潜像担持体の周速に対し1.05倍未満であると、静電潜像担持体上のトナーの受ける撹拌効果が不十分となり、良好な画像品質が望めない。また、周速比が3.0を超える場合には、機械的ストレスによるトナーの劣化や現像ローラーへのトナー固着が発生、促進され、好ましくない。
上記静電潜像担持体(感光体ともいう)としては、a−Se、CdS、ZnO2、OP
C、a−Siの様な光導電絶縁物質層を持つ感光体ドラムもしくは感光体ベルトが好適に使用される。また、上記OPC感光体における有機系感光層の結着樹脂は、特に限定するものではない。中でもポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル系樹脂が特に、転写性に優れ、感光体へのトナーの融着、外添剤のフィルミングが起こりにくいため好ましい。
次に、弾性ブレードについて述べる。
トナーコート量は弾性ブレード27により制御されるが、この弾性ブレード27はトナー層を介して現像ローラー25に接触している。この時の弾性ブレード27と現像ローラー25との接触圧は、現像ローラー25母線方向の線圧として0.05N/cm以上0.5N/cm以下が好ましい範囲である。
尚、線圧とは弾性ブレード27の長さ当たりに加えられる荷重のことであり、例えば1mの当接長さを有する弾性ブレード27に1.2Nの荷重を加えて現像ローラー25に接触させた場合、線圧は1.2N/mとなる。0.05N/cmよりも小さいとトナーコート量の制御に加え均一な摩擦帯電も難しくなり、カブリの悪化等の原因となる。一方、0.5N/cmよりも大きくなるとトナー粒子が過剰な負荷を受けるため、粒子の変形や弾性ブレード27或いは現像ローラー25へのトナーの融着等が発生しやすくなり、好ましくない。
弾性ブレード27の自由端部はどのような形状でもよく、例えば断面形状が直線状のもの以外にも、先端近傍で屈曲したL字形状のものや、先端近傍が球状に膨らんだ形状のもの等が好適に用いられる。
上記弾性ブレードとしては、基材としてステンレス、鋼、リン青銅の如き金属弾性体を用い、現像ローラー当接部に当る部位に樹脂を接着あるいはコーティング塗布したものが好ましい。これによりトナーの均一帯電性が向上し、急激な画像濃度変化への追随性が向上する。また、弾性ブレードに直流電場及び/または交流電場を印加することによっても、トナーへのほぐし作用のため、均一薄層塗布性、均一帯電性がより向上し、充分な画像濃度の達成及び良質の画像を得ることができる。
本発明の画像形成方法を利用した画像形成装置について、順次説明する。
図2はフルカラー画像形成装置の全体構成を示す縦断面図である。
フルカラー画像形成装置は、垂直方向に並設された4個の感光体ドラム1a、1b、1c、1dを備えている。感光体ドラム1は、駆動手段(不図示)によって、同図中、反時計回りに回転駆動される。感光体ドラム1の周囲には、その回転方向に従って順に(1)感光体ドラム1表面を均一に帯電する帯電装置2(2a、2b、2c、2d)。(2)画像情報に基づいてレーザービームを照射し感光体ドラム1上の静電潜像を形成するスキャナユニット3(3a、3b、3c、3d)。(3)静電潜像にトナーを付着させてトナー像として現像する現像装置4(4a、4b、4c、4d)。(4)感光体ドラム1上のトナー像を転写材Sに転写させる静電転写装置5。(5)転写後の感光体ドラム1表面に残った転写残トナーを除去するクリーニング装置6(6a、6b、6c、6d)が配設されている。
ここで、感光体ドラム1と帯電装置2、現像装置4、クリーニング装置6は一体的にカートリッジ化されプロセスカートリッジ7を形成している。
以下、感光体ドラム1から順に詳述する。
感光体ドラム1は、例えば直径30mmのアルミシリンダの外周面に有機光導伝体層(OPC感光体)を塗布して構成したものである。感光体ドラム1は、その両端部を支持部材によって回転自在に支持されており、一方の端部に駆動モータ(不図示)からの駆動力が伝達されることにより、反時計周りに回転駆動される。
帯電装置2としては、接触帯電方式のものを使用することができる。帯電部材は、ロー
ラー状に形成された導電性ローラーであり、このローラーを感光体ドラム1表面に当接させるとともに、このローラーに帯電バイアス電圧を印加することにより、感光体ドラム1表面を一様に帯電させるものである。
スキャナユニット3は、感光体ドラム1の略水平方向に配置され、レーザーダイオード(不図示)によって画像信号に対応する画像光が、スキャナモーター(不図示)によって高速回転されるポリゴンミラー9(9a、9b、9c、9d)に照射される。ポリゴンミラー9に反射した画像光は、結像レンズ10(10a、10b、10c、10d)を介して帯電済みの感光体ドラム1表面を選択的に露光して静電潜像を形成するように構成している。
現像装置4a、4b、4c、4dはそれぞれイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色のトナーを夫々収納した現像器から構成される。
すべての感光体ドラム1a、1b、1c、1dに対向し、接するように循環移動する静電転写ベルト11が配設される。静電転写ベルト11は1011〜1014Ω・cmの体積固有抵抗を持たせた厚さ約150μmのフィルム状部材で構成される。この静電転写ベルト11は、垂直方向に4軸でローラーに支持され、図中左側の外周面に転写材Sを静電吸着して上記感光体ドラム1に転写材Sを接触させるべく循環移動する。これにより、転写材Sは静電転写ベルト11により転写位置まで搬送され、感光体ドラム1上のトナー像が転写される。
この静電転写ベルト11の内側に当接し、4個の感光体ドラム1a、1b、1c、1dに対向した位置に転写ローラー12(12a、12b、12c、12d)が並設される。これら転写ローラー12から正極性の電荷が静電転写ベルト11を介して転写材Sに印可され、この電荷による電界により、感光体ドラム1に接触中の用紙に、感光体ドラム1上の負極性のトナー像が転写される。
静電転写ベルト11は周長約700mm、厚み150μmのベルトであり、駆動ローラー13、従動ローラー14a、14b、テンションローラー15の4本のローラーにより掛け渡され、図の矢印方向に回転する。これにより、上述した静電転写ベルト11が循環移動して転写材Sが従動ローラー14a側から駆動ローラー13側へ搬送される間にトナー像が転写される。
給紙部16は、画像形成部に転写材Sを給紙搬送するものであり、複数枚の転写材Sが給紙カセット17に収納されている。画像形成時には給紙ローラー18(半月ローラー)、レジストローラー対19が画像形成動作に応じて駆動回転し、給紙カセット17内の転写材Sを1枚毎分離給送する。それとともに、転写材S先端はレジストローラー対19に突き当たり一旦停止し、ループを形成した後静電転写ベルト11の回転と画像書出し位置の同期をとって、レジストローラー対19によって静電転写ベルト11へと給紙されていく。
定着部20は、転写材Sに転写された複数色のトナー画像を定着させるものであり、回転する加熱ローラー21aと、これに圧接して転写材Sに熱及び圧力を与える加圧ローラー21bとからなる。
すなわち、感光体ドラム1上のトナー像を転写した転写材Sは定着部20を通過する際に定着ローラー対21で搬送されるとともに、定着ローラー対21によって熱及び圧力を与えられる。これによって複数色のトナー像が転写材S表面に定着される。
画像形成の動作としては、プロセスカートリッジ7a、7b、7c、7dが、印字タイミングに合わせて順次駆動され、その駆動に応じて感光体ドラム1a、1b、1c、1dが、反時計回り方向に回転駆動される。そして、各々のプロセスカートリッジ7に対応するスキャナユニット3が順次駆動される。この駆動により、帯電ローラー2は感光体ドラム1の周面に一様な電荷を付与し、スキャナユニット3は、その感光体ドラム1周面に画像信号に応じて露光を行って感光体ドラム1周面上に静電潜像を形成する。現像装置4内の現像ローラーは、静電潜像の低電位部にトナーを転移させて感光体ドラム1周面上にトナー像を形成(現像)する。
最上流の感光体ドラム1周面上のトナー像の先端が、静電転写ベルト11との対向点に
回転搬送されてくるタイミングで、その対向点に転写材Sの印字開始位置が一致するように、レジストローラー対19が回転を開始して転写材Sを静電転写ベルト11へ給送する。
転写材Sは静電吸着ローラー22と静電転写ベルト11とによって挟み込むようにして静電転写ベルト11の外周に圧接する。また静電転写ベルト11と静電吸着ローラー22との間には電圧を印加する。これにより、誘電体である転写材Sと静電転写ベルト11の誘電体層に電荷を誘起し、転写材が静電転写ベルト11の外周に静電吸着されるように構成している。これにより、転写材Sは静電転写ベルト11に安定して吸着され、最下流の転写部まで搬送される。
このように搬送されながら転写材Sは、各感光体ドラム1と転写ローラー12との間に形成される電界によって、各感光体ドラム1のトナー像を順次転写される。
4色のトナー像を転写された転写材Sは、(ベルト)駆動ローラー13の曲率により静電転写ベルト11から曲率分離され、定着部20に搬入される。転写材Sは、定着部20で上記トナー像を熱定着された後、排紙ローラー対23によって、排紙部24から画像面を下にした状態で本体外に排出される。
本発明の画像形成方法は、中間転写体を用いる画像形成装置においても好適に用いることが出来る。
図3に、本発明における画像形成方法を、中間転写体を用いて多重トナー像を記録材に一括転写する画像形成装置の一例の概略構成図を示す。
図3において、4a〜4dはそれぞれ、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色の現像装置4、121は光源装置、122はレーザー光、20は定着装置、124は現像ユニット、125は中間転写体である中間転写ドラム、125aは導電性支持体、125bは弾性層、126はバイアス電源、127は転写材トレイ、128は二次転写装置であ
る。図2と同じ部材には同じ符号を付した。
静電潜像担持体としての感光体ドラム1の表面に、帯電部材としての帯電バイアス電圧が印加された回転可能な帯電装置(帯電ローラー)2を回転させながら接触させ、感光体ドラム1表面を均一に一次帯電する。次いで、露光手段としての光源装置121より発せ
られたレーザー光122により、感光体ドラム1上に第1の静電潜像を形成する。形成さ
れた第1の静電潜像は、回転可能な現像ユニット124に設けられている第1の現像装置としてのイエロー現像装置4a中のイエロートナーにより現像され、イエロートナー像を形成する。感光体ドラム1上に形成されたイエロートナー像は、中間転写ドラム125の導電性支持体125aに印加される転写バイアス電圧の作用により、中間転写ドラム12
5上に静電的に一次転写される。次に、上記と同様にして感光体ドラム1の表面に第2の静電潜像を形成し、現像ユニット124を回転して、第2の現像装置としてのマゼンタ現像装置4b中のマゼンタトナーにより現像してマゼンタトナー像を形成する。その後イエロートナー像が一次転写されている中間転写ドラム125上にマゼンタトナー像を静電的に一次転写する。同様にして、第3の静電潜像及び第4の静電潜像を、現像ユニット124を回転して、第3の現像装置としてのシアン現像装置4c中のシアントナー及び第4の現像装置としてのブラック現像装置4d中のブラックトナーにより、順次現像及び一次転写を行う。中間転写ドラム125上に一次転写された多重トナー像は、転写材Sを介して反対側に位置する二次転写装置128からの転写バイアス電圧の作用により、転写材Sの上に静電的に一括に二次転写される。転写材S上に二次転写された多重トナー像は加熱ローラー21a及び加圧ローラー21bを有する定着装置20により転写材Sに加熱定着される。転写後に感光体ドラム1の表面上に残存する転写残トナーは、感光体ドラム1の表面に当接するクリーニングブレードを有するクリーニング装置6で回収され、感光体ドラム1はクリーニングされる。
感光体ドラム1から中間転写ドラム125への一次転写は、一次転写装置としての中間転写ドラム125の導電性支持体125aに、バイアス電源126よりバイアスを付与することで転写電流が得られ、トナー画像の転写が行われる。
中間転写ドラム125は、剛体である導電性支持体125aと、表面を覆う弾性層125bよりなる。導電性支持体125aとしては、アルミニウム、鉄、銅及びステンレス等の金属や合金、及びカーボンや金属粒子等を分散した導電性樹脂等を用いることができ、その形状としては円筒状や、円筒の中心に軸を貫通したもの、円筒の内部に補強を施したもの等が挙げられる。
弾性層125bとしては、特に制約されるものではないが、スチレン−ブタジエンゴム、ハイスチレンゴム、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、エチレン−プロピレン共重合体、ニトリルブタジエンゴム(NBR)、クロロプレンゴム、ブチルゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ニトリルゴム、ウレタンゴム、アクリルゴム、エピクロロヒドリンゴム及びノルボルネンゴム等のエラストマーゴムが好適に用いられる。ポリオレフィン系樹脂、シリコーン樹脂、フッ素系樹脂、ポリカーボネート等の樹脂及びこれらの共重合体や混合物を用いても良い。
また、弾性層125bのさらに表面に、潤滑性、撥水性の高い滑剤粉体を任意のバインダー中に分散した表面層を設けても良い。
滑剤は特に制限はないが、各種フッ素ゴム、フッ素エラストマー、黒鉛やグラファイトにフッ素を結合したフッ化炭素及びポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)及び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(PFA)等のフッ素化合物、シリコーン樹脂粒子、シリコーンゴム、シリコーンエラストマー等のシリコーン系化合物、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリスチレン(PS)、アクリル樹脂、ポリアミド樹脂、フェノール樹脂及びエポキシ樹脂等が好ましく用いられる。
また、表面層のバインダー中に、抵抗を制御するために導電剤を適時添加しても良い。導電剤としては、各種の導電性無機粒子及びカーボンブラック、イオン系導電剤、導電性樹脂及び導電性粒子分散樹脂等が挙げられる。
中間転写ドラム125上の多重トナー像は、二次転写装置128により転写材S上に一括に二次転写されるが、二次転写装置128としてはコロナ帯電器による非接触静電転写手段或いは転写ローラー及び転写ベルトを用いた接触静電転写手段が使用可能である。
図3に示した画像形成装置が用いている中間転写体としての中間転写ドラム125に代えて、中間転写ベルトを用いて多重トナー像を記録材に一括転写することも可能である。中間転写ベルトを用いた装置の概略構成図を図4に示す。
図4において、130は中間転写ベルト、131は中間転写ベルト130を掛け渡すベ
ルト支持ローラー、132は一次転写ローラー、133aは二次転写対向ローラー、133bは二次転写ローラー、134〜136はバイアス電源、139はクリーニング用帯電部材である。なお、図2〜図3と同じ部材には同じ符号を付した。
感光体ドラム1上に形成担持されたトナー画像は、感光体ドラム1と中間転写ベルト130とのニップ部を通過する。この過程で、一次転写ローラー132から中間転写ベルト130に印加される一次転写バイアスにより形成される電界により、中間転写ベルト130の外周面に順次一次転写される。
感光体ドラム1から中間転写ベルト130への第1〜第4色のトナー画像の順次重畳転写のための一次転写バイアスは、トナーとは逆極性で、バイアス電源134から印加される。
感光体ドラム1から中間転写ベルト130への第1〜第4色のトナー画像の一次転写工程において、二次転写ローラー133b及びクリーニング用帯電部材139は中間転写ベルト130から離間することも可能である。
133bは二次転写ローラーで、二次転写対向ローラー133aに対応し平行に軸受させて中間転写ベルト130の下面部に離間可能な状態に配設してある。
中間転写ベルト130上に転写された合成カラートナー画像の転写材Sへの転写は、以下のように行われる。二次転写ローラー133bが中間転写ベルト130に当接されると
共に、中間転写ベルト130と二次転写ローラー133bとの当接ニップに所定のタイミングで転写材Sが給送され、二次転写バイアスがバイアス電源136から二次転写ローラー133bに印加される。この二次転写バイアスにより中間転写ベルト130から転写材Sへ合成カラートナー画像が二次転写される。
転写材Sへの画像転写終了後、中間転写ベルト130にはクリーニング用帯電部材139が当接される。該クリーニング用帯電部材に感光体ドラム1とは逆極性のバイアスをバイアス電源135から印加することにより、転写材Sに転写されずに中間転写ベルト130上に残留しているトナー(転写残トナー)に感光体ドラム1と逆極性の電荷が付与される。次いで、該転写残トナーは、感光体ドラム1とのニップ部及びその近傍において感光体ドラム1に転写されることにより、中間転写ベルト130がクリーニングされる。
中間転写ベルト130は、ベルト形状の基層と基層の上に設けられる表面処理層よりなる。尚、表面処理層は複数の層により構成されていても良い。
基層及び表面処理層には、ゴム、エラストマー、樹脂を使用することができる。例えばゴム、エラストマーとしては、天然ゴム、イソプレンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、ブタジエンゴム、ブチルゴム、エチレン−プロピレンゴム、エチレン−プロピレンターポリマー、クロロプレンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、塩素化ポリエチレン、アクリロニトリルブタジエンゴム、ウレタンゴム、シンジオタクチック1,2−ポリブタジエン、エピクロロヒドリンゴム、アクリルゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、多硫化ゴム、ポリノルボルネンゴム、水素化ニトリルゴム及び熱可塑性エラストマー(例えばポリスチレン系、ポリオレフィン系、ポリ塩化ビニル系、ポリウレタン系、ポリアミド系、ポリエステル系及びフッ素樹脂系等)等からなる群より選ばれる1種類或いは2種類以上を使用することができる。但し、上記材料に限定されるものではない。また、樹脂としては、ポリオレフィン系樹脂、シリコーン樹脂、フッ素系樹脂、ポリカーボネート等の樹脂を使用することができる。これら樹脂の共重合体や混合物を用いても良い。
基層としては上述のゴム、エラストマー、樹脂をフィルム状にして使用することができる。また、これらの物質を、織布形状、不織布形状、糸状、フィルム形状をした芯体層の片面或いは両面に上述のゴム、エラストマー、樹脂を被覆、浸漬、噴霧したものを使用しても良い。
芯体層を構成する材料は、例えば綿、絹、麻及び羊毛等の不然繊維;キチン繊維、アルギン酸繊維維及び再生セルロース繊維等の再生織維;アセテート繊維等の半合成繊維;ポリエステル繊維、ナイロン繊維、アクリル繊維、ポリオレフィン繊維、ポリビニルアルコール繊維、ポリ塩化ビニル繊維、ポリ塩化ビニリデン繊維、ポリウレタン繊維、ポリアルキルパラオキシベンゾエート繊維、ポリアセタール繊維、アラミド繊維、ポリフロロエチレン繊維及びフェノール繊維等の合成繊維;炭素繊維、硝子繊維及びボロン繊維等の無機繊維;鉄繊維及び銅繊維等の金属繊維からなる群より選ばれる1種或いは2種以上を用いることができる。もちろん、上記材料に限定されるものではない。
さらに、中間転写ベルト130の抵抗値を調節するために基層及び表面処理層中に導電剤を添加しても良い。導電剤としては特に限定されるものではないが、例えば、カーボン、アルミニウムやニッケル等の金属粉末、酸化チタン等の金属酸化物、及び4級アンモニウム塩含有ポリメタクリル酸メチル、ポリビニルアニリン、ポリビニルピロール、ポリジアセチレン、ポリエチレンイミン、含ホウ素高分子化合物及びポリピロール等の導電性高分子化合物等からなる群より選ばれる1種或いは2種以上を用いることができる。但し、上記導電剤に限定されるものではない。
また、中間転写ベルト130表面の滑り性を上げ、転写性を向上するために必要に応じて滑剤を添加しても良い。該滑剤としては特に制限はないが、各種フッ素ゴム、フッ素エラストマー、黒鉛やグラファイトにフッ素を結合したフッ化炭素及びポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニルデン(PVDF)、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)及び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(PFA)等のフッ素化合物、シリコーン樹脂、シリコーンゴム、シリコーンエラストマー等のシリコーン系化合物、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン
(PP)、ポリスチレン(PS)、アクリル樹脂、ポリアミド樹脂、フェノール樹脂及びエポキシ樹脂等が好ましく用いられる。
本発明で好ましく用いることのできる定着装置の具体的な例について、以下に述べる。
図6および図7には、発熱体を用いて耐熱性高分子フィルムを加熱し、トナー像の定着を行う装置を示す。
図6はフィルムに常にテンションが加わっている構造の定着装置である。
本発明において、発熱体はその熱容量が小さく、線状あるいは面状の加熱部を有するもので、加熱部の最高温度は100〜300℃であることが好ましい。又、フィルムは、厚さ1〜100μmの耐熱性のシートであることが好ましく、これら耐熱性シートとしては耐熱性の高い、ポリエステル、PET(ポリエチレンテレフタレート)、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)、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、ポリイミド、ポリアミド等のポリマーシートの他、アルミニウム等の金属シート及び金属シートとポリマーシートから構成されたラミネートシートが用いられる。より好ましいフィルムの構成としては、これら耐熱性シートが離型層及び/又は低抵抗層を有していることである。
51は装置に固定支持された加熱体であって、ヒータ基板52、通電発熱抵抗体(発熱体)53及び検温素子54等よりなる。
ヒータ基板52は耐熱性・絶縁性・低熱容量・高熱伝導性の部材であり、例えば、厚み1mm・巾10mm・長さ240mmのアルミナ基板である。
発熱体53はヒータ基板52の下面(耐熱性フィルム55との対面側)の略中央部に長手に沿って、例えば、Ag/Pd(銀パラジウム)、TaN、RuO等の電気抵抗材料を厚み約10μm・巾1〜3mmの線状もしくは細帯状にスクリーン印刷等により塗工したものである。
検温素子54は一例としてヒータ基板52の上面(発熱体53を設けた面とは反対側面)の略中央部にスクリーン印刷等により塗工して具備させたPt膜等の低熱容量の測温抵抗体である。低熱容量のサーミスタなども使用できる。
本例の加熱体51の場合は、線状又は面状をなす発熱体53に対し画像形成スタート信号により所定のタイミングにて通電して発熱体53を略全長にわたって発熱させる。通電はAC100Vであり、検温素子54の検知温度に応じてトライアックを含む不図示の通電制御回路により通電する位相角を制御することにより供給電力を制御している。加熱体51はその発熱体53への通電により、ヒータ基板52及び発熱体53の熱容量が小さいので加熱体表面が所要の定着温度(例えば140〜200℃)まで急速に温度上昇する。
そしてこの加熱体51に耐熱性フィルム55が当接している。
熱容量を小さくしてクイックスタート性を向上させるために、耐熱性フィルム55には総厚100μm以下、20μm以上の耐熱性・離型性、強度・耐久性等のある単層或は複合層のフィルムを使用できる。例えば、ポリイミド・ポリエーテルイミド(PEI)・ポリエーテルサルホン(PES)・4フッ化エチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂(PFA)・ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)・ポリパラバン酸(PPA)、或いは複合層フィルム例えば20μm厚のポリイミドフィルムの少なくとも画像当接面側にPTFE(4フッ化エチレン樹脂)・PAF・FEP等のフッ素樹脂・シリコン樹脂等、更にはそれに導電材(カーボンブラック・グラファイト・導電性ウイスカなど)を添加した離型性コート層を10μm厚に施したものなどである。
回転体たる支持ローラー58は例えばシリコンゴム等の離型性のよいゴム弾性体からなり、加熱体51に耐熱性フィルム55を介して圧接され、ニップ部を形成すると共に、耐熱性フィルム55を所定速度に移動駆動する。耐熱性フィルム55との間に被加熱材としての記録材シートが導入されたときには、その記録材シートを耐熱性フィルム55面に密着させて加熱体51に圧接し、耐熱性フィルム55と共に移動駆動させる。
発熱体を用いて耐熱性高分子フィルムを加熱し、トナー像の定着を行う装置の他の形態
について示す。
図7はフィルムにテンションが加わらない状態がある構造を有する、定着装置である(テンションフリータイプ)。
本発明において、発熱体はその熱容量が小さく、線状あるいは面状の加熱部を有するもので、加熱部の最高温度は100〜300℃であることが好ましい。又、耐熱性フィルム65は、厚さ1〜100μmの耐熱性のシートであることが好ましく、これら耐熱性シートとしては耐熱性の高い、ポリエステル、PET(ポリエチレンテレフタレート)、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)、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、ポリイミド、ポリアミド等のポリマーシートの他、アルミニウム等の金属シート及び金属シートとポリマーシートから構成されたラミネートシートが用いられる。より好ましいフィルムの構成としては、これら耐熱性シートが離型層及び/又は低抵抗層を有していることである。
加熱体64は装置に固定支持された低熱容量線状加熱体であって、ヒータ基板64a、通電発熱抵抗体(発熱体)64b・表面保護層64c・検温素子64d等よりなる。
ヒータ基板64aは耐熱性・絶縁性・低熱容量・高熱伝導性の部材であり、例えば、厚み1mm・巾10mm・長さ240mmのアルミナ基板である。
発熱体64bはヒータ基板64aの下面(耐熱性フィルム65との対面側)の略中央部に長手に沿って、例えば、Ag/Pd(銀パラジウム)、TaN、RuO等の電気抵抗材料を厚み約10μm・巾1〜3mmの線状もしくは細帯状にスクリーン印刷等により塗工し、その上に表面保護層64cとして耐熱ガラスを約10μmコートしたものである。
検温素子64dは一例としてヒータ基板64aの上面(発熱体64bを設けた面とは反対側面)の略中央部にスクリーン印刷等により塗工して具備させたPt膜等の低熱容量の測温抵抗体である。低熱容量のサーミスタなども使用できる。
本例の加熱体64の場合は、線状又は面状をなす発熱体64bに対し画像形成スタート信号により所定のタイミングにて通電して発熱体64bを略全長にわたって発熱させる。通電はAC100Vであり、検温素子64dの検知温度に応じてトライアックを含む不図示の通電制御回路により通電する位相角を制御することにより供給電力を制御している。加熱体64はその発熱体64bへの通電により、ヒータ基板64a・発熱体64b・表面保護層64cの熱容量が小さいので加熱体表面が所要の定着温度(例えば140〜200℃)まで急速に温度上昇する。そしてこの加熱体64に耐熱性フィルム65が当接している。熱容量を小さくしてクイックスタート性を向上させるために、耐熱性フィルム65には総厚100μm以下、20μm以上の耐熱性・離型性、強度・耐久性等のある単層或は複合層のフィルムを使用できる。例えば、ポリイミド・ポリエーテルイミド(PEI)・ポリエーテルサルホン(PES)・4フッ化エチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂(PFA)・ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)・ポリパラバン酸(PPA)、或いは複合層フィルム例えば20μm厚のポリイミドフィルムの少なくとも画像当接面側にPTFE(4フッ化エチレン樹脂)・PAF・FEP等のフッ素樹脂・シリコン樹脂等、更にはそれに導電材(カーボンブラック・グラファイト・導電性ウイスカなど)を添加した離型性コート層を10μm厚に施したものなどである。
回転体たる支持ローラー62は例えばシリコンゴム等の離型性のよいゴム弾性体からなり、加熱体64に耐熱性フィルム65を介して圧接され、ニップ部を形成すると共に、耐熱性フィルム65を所定速度に移動駆動する。耐熱性フィルム65との間に被加熱材としての記録材シートが導入されたときには、その記録材シートを耐熱性フィルム65面に密着させて加熱体64に圧接し、耐熱性フィルム65と共に移動駆動させる。
以下、本発明を製造例および実施例により具体的に説明するが、これは本発明をなんら限定するものではない。なお、以下の実施例等における「部」は「質量部」である。
(トナー製造例1)
温度60℃に加温したイオン交換水1300質量部に、リン酸三カルシウム9質量部、10%塩酸11質量部を添加し、TK式ホモミキサー(特殊機化工業製)を用いて撹拌し、pH5.2の水系媒体を調製した。
また、下記の材料をプロペラ式攪拌装置にて溶解して溶解液を調製した。
・スチレン 69.0質量部
・n−ブチルアクリレート 31.0質量部
・極性樹脂K−1(スチレン−メタクリル酸共重合体) 20.0質量部
(スチレン/メタクリル酸(質量比)=97.5/2.5、Mp=19,000、Mw=7,400、Tg=97.0℃、酸価=9.0
mgKOH/g、Mw/Mn=2.1)
次に上記溶解液に下記の材料を添加した。
・C.I.ピグメントブルー15:3 7.0質量部
・負荷電制御剤(ボントロンE-88、オリエント化学製) 1.0質量部
・ワックスA−1(融点81℃) 8.0質量部
その後、混合液を温度60℃に加温した後にTK式ホモミキサーにて9,000r/minで攪拌し、溶解、分散した。
これに重合開始剤2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)8.0質量部を溶解し、重合性単量体組成物を調製した。上記水系媒体中に上記重合性単量体組成物を投入し、温度60℃にてTK式ホモミキサーを用いて15,000r/minで10分間攪拌し、造粒した。
その後、プロペラ式攪拌装置にて攪拌しつつ、温度70℃で5時間反応させた後、昇温速度2.0℃/minで温度80℃まで昇温し、更に5時間反応を行った。反応終了後、粒子を含むスラリーを冷却し、スラリーの10倍の水量で洗浄し、ろ過、乾燥の後、分級によって粒子径を調整してトナー粒子を得た。
上記トナー粒子100質量部に対して、流動性向上剤として、ジメチルシリコーンオイルで処理された疎水性シリカ微粉体(個数平均1次粒子径:7nm、BET比表面積:300m2/g)1.0質量部を攪拌混合してトナー1を得た。トナー1の物性を表2に示
す。
(トナー製造例2)
トナー製造例1において、極性樹脂K−1を極性樹脂K−5(スチレン−アクリル酸共重合体)(スチレン/アクリル酸(質量比)=97.5/2.5、Mp=19,000、Mw=7,400、Tg=97.0℃、酸価=9.0
mgKOH/g、Mw/Mn=2.1)に変更すること以外にはトナー製造例1と同様にしてトナー2を得た。トナー2の物性を表2に示す。
(トナー製造例3)
トナー製造例1において、ワックスA−1に替えてワックスB−1(融点75℃)24.0質量部を用い、極性樹脂K−1の添加量を38.0質量部に変更すること以外にはトナー製造例1と同様にしてトナー3を得た。トナー3の物性を表2に示す。
(トナー製造例4)
トナー製造例1において、スチレンの添加量を78.0質量部、n−ブチルアクリレートの添加量を22.0質量部に変更した。また、ワックスA−1に替えてワックスB−2(融点78℃)5.0質量部を用いた。また、極性樹脂K−1に替えて極性樹脂K−2(スチレン−メタクリル酸共重合体、スチレン/メタクリル酸(質量比)=90.9/9.1、Mp=21,000、Mw=7,900、Tg=94.4℃、酸価=13.3
mgKOH/g、Mw/Mn=2.5)5.0質量部を用いた。上記のこと以外にはトナー製造例1と同様にしてトナー4を得た。トナー4の物性を表2に示す。
(トナー製造例5)
トナー製造例1において、スチレンの添加量を65.0質量部、n−ブチルアクリレートの添加量を35.0質量部に変更した。また、ワックスA−1の添加量を3.0質量部に変更した。また、極性樹脂K−1に替えて極性樹脂K−3(スチレン-メタクリル酸-アクリル酸ブチル共重合体、スチレン/メタクリル酸/アクリル酸ブチル(質量比)=99.9/0.05/0.05、Mp=30,000、Mw=8,100、TgB=98.4℃、酸
価=3.3
mgKOH/g、Mw/Mn=2.1)20.0質量部を用いた。上記のこと以外にはトナー製造例1と同様にしてトナー5を得た。トナー5の物性を表2に示す。
(トナー製造例6)
トナー製造例5において、極性樹脂K−3の添加量を41.0質量部に変更する以外は
トナー製造例5と同様にしてトナー6を得た。トナー6の物性を表2に示す。
(トナー製造例7)
トナー製造例6において、スチレンの添加量を78.0質量部、n−ブチルアクリレートの添加量を22.0質量部に変更する以外はトナー製造例6と同様にしてトナー7を得た。トナー7の物性を表2に示す。
(トナー製造例8)
温度60℃に加温したイオン交換水1300質量部に、リン酸三カルシウム9質量部、10%塩酸11質量部を添加し、TK式ホモミキサー(特殊機化工業製)を用いて撹拌し、pH5.2の水系媒体を調製した。
また、下記の材料をプロペラ式攪拌装置にて溶解して溶解液を調製した。
・スチレン 78.0質量部
・n−ブチルアクリレート 22.0質量部
・極性樹脂K−1(スチレン−メタクリル酸共重合体) 3.5質量部
次に上記溶解液に下記の材料を添加した。
・C.I.ピグメントブルー15:3 7.0質量部
・負荷電制御剤(ボントロンE-88、オリエント化学製) 1.0質量部
・ワックスA−2(融点81℃) 26.0質量部
その後、混合液を温度60℃に加温した後にTK式ホモミキサーにて9,000r/minで攪拌し、溶解、分散した。
これに重合開始剤2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)8.0質量部を溶解し、重合性単量体組成物を調製した。上記水系媒体中に上記重合性単量体組成物を投入し、温度60℃にてTK式ホモミキサーを用いて15,000r/minで10分間攪拌し、造粒した。
その後、プロペラ式攪拌装置にて攪拌しつつ、温度70℃で5時間反応させた後、昇温速度2.0℃/minで温度80℃まで昇温し、更に5時間反応を行った。反応終了後、粒子を含むスラリーを冷却し、スラリーの10倍の水量で洗浄し、ろ過、乾燥の後、分級によって粒子径を調整してトナー粒子を得た。
上記トナー粒子100質量部に対して、流動性向上剤として、ジメチルシリコーンオイルで処理された疎水性シリカ微粉体(個数平均1次粒子径:7nm、BET比表面積:300m2/g)1.0質量部を攪拌混合してトナー8を得た。トナー8の物性を表2に示
す。
(トナー製造例9)
トナー製造例8において、極性樹脂K−1を極性樹脂K−4(スチレン−メタクリル酸共重合体)(スチレン/メタクリル酸(質量比)=88.2/11.8、Mp=19,000
、Mw=7,400、Tg=82.3℃、酸価=15.0
mgKOH/g、Mw/Mn=2.9)に変更する以外はトナー製造例8と同様にしてトナー9を得た。トナー9の物性を表2に示す。
(トナー製造例10)
トナー製造例9において、極性樹脂K−4の添加量を2.0質量部に変更する以外はト
ナー製造例9と同様にしてトナー10を得た。トナー10の物性を表2に示す。
(トナー製造例11)
トナー製造例10において、スチレンの添加量を69.0質量部、n−ブチルアクリレートの添加量を31.0質量部に変更する以外はトナー製造例10と同様にしてトナー11を得た。トナー11の物性を表2に示す。
(トナー製造例12)
トナー製造例3において、極性樹脂K−1の添加量を20.0質量部に変更する以外は
トナー製造例3と同様にしてトナー12を得た。トナー12の物性を表2に示す。
(トナー製造例13)
トナー製造例1において、ワックスA−1に替えてワックスA−4(融点67℃)に変更する以外はトナー製造例1と同様にしてトナー13を得た。トナー13の物性を表2に示す。
(トナー製造例14)
トナー製造例1において、ワックスA−1に替えてワックスA−5(融点93℃)に変更する以外はトナー製造例1と同様にしてトナー14を得た。トナー14の物性を表2に示す。
(トナー製造例15)
トナー製造例1において、ワックスA−1に替えてワックスA−6(融点69℃)に変更する以外はトナー製造例1と同様にしてトナー15を得た。トナー15の物性を表2に示す。
(比較トナーの製造例1)
トナー製造例15において、スチレンの添加量を60.0質量部、n−ブチルアクリレートの添加量を40.0質量部に変更する以外はトナー製造例15と同様にして比較トナー1を得た。比較トナー1の物性を表2に示す。
(比較トナーの製造例2)
トナー製造例14において、スチレンの添加量を82.0質量部、n−ブチルアクリレートの添加量を18.0質量部に変更する以外はトナー製造例14と同様にして比較トナー2を得た。比較トナー2の物性を表2に示す。
(比較トナーの製造例3)
トナー製造例15において、ワックスA−1に替えて下記構造を示すワックスA−7(融点63℃)に変更する以外はトナー製造例15と同様にして比較トナー3を得た。比較トナー3の物性を表2に示す。
Figure 0005495530
(比較トナーの製造例4)
比較トナーの製造例3において、ワックスA−1に替えて下記構造を示すワックスA−8(融点109℃)に変更する以外は比較トナーの製造例3と同様にして比較トナー4を得た。比較トナー4の物性を表2に示す。
Figure 0005495530
(比較トナーの製造例5)
トナー製造例13において、スチレンの添加量を78.0質量部、n−ブチルアクリレートの添加量を22.0質量部に変更する以外はトナー製造例13と同様にして比較トナー5を得た。比較トナー5の物性を表2に示す。
(比較トナーの製造例6)
比較トナーの製造例5において、スチレンの添加量を65.0質量部、n−ブチルアクリレートの添加量を35.0質量部に変更し、またワックスA−4の添加量を26.0質
量部に変更した。更には、極性樹脂K−1を添加しなかった。それ以外には比較トナーの製造例5と同様にして比較トナー6を得た。比較トナー6の物性を表2に示す。
(比較トナーの製造例7)
比較トナーの製造例5において、ワックスA−4に替えてワックスA−5にし、また、添加量も3.0質量部に変更した。更に、極性樹脂K−1に替えて極性樹脂K−3にし、
また添加量を41.0質量部に変更した。それ以外は同様にして比較トナー7を得た。比
較トナー7の物性を表2に示す。
(比較トナーの製造例8)
トナー製造例1において、ワックスA−1に替えて下記構造を示すワックスA−9(融点76℃)に変更する以外はトナー製造例1と同様にして比較トナー8を得た。比較トナー8の物性を表2に示す。
Figure 0005495530
(比較トナーの製造例9)
トナー製造例1において、ワックスA−1に替えて下記構造を示すワックスA−10(融点73℃)に変更する以外はトナー製造例1と同様にして比較トナー9を得た。比較トナー9の物性を表2に示す。
Figure 0005495530
(比較トナーの製造例10)
トナー製造例1において、ワックスA−1に替えてワックスC(フマル酸ジベヘニル;融点72℃)に変更し、更に添加量を30.0質量部にする以外はトナー製造例1と同様
にして比較トナー10を得た。比較トナー10の物性を表2に示す。
(比較トナーの製造例11)
トナー製造例1において、ワックスA−1に替えてワックスD(ステアリン酸ステアリル;融点61℃)に変更し、また、添加量を3.0質量部にした。更には極性樹脂K−1
を極性樹脂K−4に変更し、添加量を3.0質量部にした。それ以外はトナー製造例1と
同様にして比較トナー11を得た。比較トナー11の物性を表2に示す。
(比較トナーの製造例12)
トナー製造例1において、ワックスA−1に替えて下記構造を示すワックスA−11(融点65℃)に変更する以外はトナー製造例1と同様にして比較トナー12を得た。比較トナー12の物性を表2に示す。
Figure 0005495530
(実施例1〜15および比較例1〜12)
上記トナー1〜15及び比較トナー1〜12を用い、以下に示す評価方法および評価基準で各トナーを評価した。
なお、実施例5〜7は、それぞれ参考例5〜7とする。
(1)カブリおよび転写均一性
画像形成装置としては定着フィルムを用いて軽負荷定着を行う市販のレーザプリンタであるLBP−5400(キヤノン製)の改造機を用い、23℃、40%RH環境下でA4のカラーレーザーコピア用紙(キヤノン製、80g/m)に出力を行った。
評価機の改造点は以下のとおりである。
評価機本体のギアおよびソフトウエアを変更することにより、プロセススピードが190mm/secとなるようにした。
評価に用いるカートリッジはシアンカートリッジを用いた。すなわち、市販のシアンカートリッジから製品トナーを抜き取り、エアーブローにて内部を清掃した後、上記各トナーを100g充填して評価を行った。なお、マゼンタ、イエロー、ブラックの各ステーションにはそれぞれ製品トナーを抜き取り、トナー残量検知機構を無効としたマゼンタ、イ
エロー、およびブラックカートリッジを挿入して評価を行った。
上記設定にて印字率2%の文字画像を1枚出力した後、下記に示す方法でカブリの評価を行った(1枚目画像評価)。次いで印字率2%の文字画像を連続して100枚出力した後、同様にカブリの評価を行った(100枚目画像評価)。次いで印字率2%の文字画像を連続して4900枚出力した後、同様にカブリの評価を行った(5000枚目画像評価)。
(1−1)カブリ
カブリの評価には「REFLECTMETER MODEL TC−6DS」(東京電色製)を用いた。白地部分を有する画像を出力し、白地部分の白色度(反射率Ds(%))ともともとの転写紙の白色度(平均反射率Dr(%))の差から、カブリ濃度(%)(=Dr(%)−Ds(%))を算出し、耐久評価終了時の画像カブリを評価した。フィルターは、アンバーライトフィルターを用いた。A、BおよびCは使用上問題とならないレベルであるが、Dは使用上問題となるレベルである。
A:0.5%未満
B:0.5%以上1.0%未満
C:1.0%以上1.5%未満
D:1.5%以上5.0%未満
(1−2)転写均一性
トナーの載り量0.20mg/cm2とし、ハーフトーン全域画像を、転写紙としてX
erox4200(105g/m2紙)及びFox River Bond(105g/
2紙)に出力すること以外は、上記カブリと同様に評価した。以下に判定基準を示す。
A:Xerox4200及びFox River Bondともに良好な転写均一性を示しており、使用上全く問題ないレベル。
B:Fox River Bondにて転写均一性の若干劣るものが認められるものの、使用上問題ないレベル。
C:Fox River Bondにて転写均一性の若干劣るものが認められるものの、使用上問題となる可能性が低いレベル。
D:Fox River Bondにて転写均一性の劣るものが認められるため、使用上問題となる可能性が高いレベル。
(2)低温定着性および高温オフセット性
上記LBP−5400の定着器を用い、定着スピードが190mm/secとなるような外部定着器を作成した。定着温度は130℃から200℃の温度まで可変となるよう設定し、5℃間隔で定着試験を実施した。
(2−1)低温定着性
転写材としてはA4のカラーレーザーコピア用紙(キヤノン製、80g/m)を用い、トナーの載り量が0.6mg/cm2のベタ画像をのせた未定着画像を作成した。これ
を上述の外部定着器を用い定着試験を行った。
得られた定着画像を4.9kPaの荷重をかけたシルボン紙で5回往復し、濃度低下率が20%以上となる温度を定着下限温度として評価した。A、BおよびCは使用上問題とならないレベルであるが、Dは使用上問題となるレベルである。
A:定着下限温度が、145℃未満
B:定着下限温度が、145℃以上、155℃未満
C:定着下限温度が、155℃以上、165℃未満
D:定着下限温度が、165℃以上、175℃未満
(2−2)高温オフセット性
転写材としてはA4のカラーレーザーコピア用紙(キヤノン製、80g/m)を用い
、未定着画像のベタ画像部のトナーの載り量が0.6mg/cm2であり、A4横置きで
先端から5cmの全域がベタ画像部であり、それ以外がベタ白という未定着画像を作成した。これを上述の外部定着器を用いて定着し、白地部に現れるオフセットのレベルを目視確認した。A、BおよびCは使用上問題とならないレベルであるが、Dは使用上問題となるレベルである。
A:オフセットが全く発生しない
B:定着温度200℃で、A4縦置きで通紙した部分以外の端部にうっすらとオフセットが発生した。
C:定着温度200℃で、長手方向全域に、オフセットが発生した。
D:定着温度190℃で、A4縦置きで通紙した部分以外の端部にオフセットが発生した。
(3)両面印刷ハーフトーン画像光沢均一性
評価機としては上述のLBP−5400改造機を用い、15℃、10%RH環境下でA4のカラーレーザーコピア用紙(キヤノン製、80g/m)に出力した。
評価に用いるカートリッジはシアンカートリッジを用いた。すなわち、市販のシアンカートリッジから製品トナーを抜き取り、エアーブローにて内部を清掃した後、上記各トナーを130g充填して評価を行った。なお、マゼンタ、イエロー、ブラックの各ステーションにはそれぞれ製品トナーを抜き取り、トナー残量検知機構を無効としたマゼンタ、イエロー、およびブラックカートリッジを挿入して評価を行った。
上記設定にて印字率2%の文字画像を1枚出力した後、印字率25%の前面ハーフトーン画像を両面印刷し、下記に示す方法で両面印刷ハーフトーン画像光沢均一性の評価を行った(1枚目画像評価)。次いで印字率2%の文字画像を連続して100枚出力した後、同様に両面印刷ハーフトーン画像光沢均一性の評価を行った(100枚目画像評価)。次いで印字率2%の文字画像を連続して4900枚出力した後、同様に両面印刷ハーフトーン画像光沢均一性の評価を行った(5000枚目画像評価)。
得られた定着画像の両面について、「PG−3D」(日本電色工業株式会製)を用いて、測定光学部角度75°における画像光沢度を10点測定し(表面5点、裏面5点)、測定値の最大値と最小値の差分を求め評価を行った。A、BおよびCは使用上問題とならないレベルであるが、Dは使用上問題となるレベルである。
A:最大値と最小値の差分が0.5未満
B:最大値と最小値の差分が0.5以上、1.0未満
C:最大値と最小値の差分が1.0以上、2.0未満
D:最大値と最小値の差分が2.0以上
(4)保存安定性に関する評価
50ccのポリカップに上記各トナーを10g入れた。これを温度53℃の恒温槽に72時間放置した時のトナーの状態を下記のごとく目視判断した。A、BおよびCは使用上問題とならないレベルであるが、Dは使用上問題となるレベルである。
A:まったくブロッキングしておらず、初期とほぼ同様の状態。
B:若干、凝集気味であるが、ポリカップの回転で崩れる状態であり、特に問題とならない。
C:凝集気味であるが、手で崩してほぐれる状態。
D:凝集が激しい(固形化)。
上記各々の評価結果について、表3に示す。
Figure 0005495530
Figure 0005495530
トナーの微小圧縮試験における荷重−変位曲線である。 本発明に係るプロセスカートリッジを使用する画像形成装置の構成を示す断面説明図である。 本発明の画像形成方法を実施する装置の他の例の概略構成図である。 本発明の画像形成方法を実施する装置の他の例の概略構成図である。 本発明に係るプロセスカートリッジの断面説明図である。 本発明に係る定着装置の概略構成図である。 本発明に係る他の定着装置の概略構成図である。 フロー式粒子像測定装置における画像データの2値化画像である。
符号の説明
1 静電潜像担持体(感光体ドラム)
2 帯電装置(帯電ローラー)
3 スキャナユニット
4 現像装置
5 静電転写装置
6 クリーニング装置
7 プロセスカートリッジ(現像装置)
9 ポリゴンミラー
10 結像レンズ
11 静電転写ベルト
12 転写ローラー
13 (ベルト)駆動ローラー
14 従動ローラー
15 テンションローラー
16 給紙部
17 給紙カセット
18 給紙ローラー
19 レジストローラー対
20 定着部(定着装置)
21 定着ローラー対
21a加熱ローラー
21b加圧ローラー
22 静電吸着ローラー
23 排紙ローラー対
24 排紙部
25 現像ローラー(トナー担持体)
26 トナー塗布ローラー(トナー供給剥ぎ取りローラー)
27 弾性ブレード
28 トナー収納容器
29 トナー攪拌部材
30 トナー
31 現像容器
31aトナー保持部
51、64 加熱体
52 ヒーター基板
53 通電発熱抵抗体(発熱体)
54 検温素子
55、65 耐熱性フィルム
56、57 ベルト支持ローラー
58 支持ローラー
62 支持ローラー(回転体)
63 ベルト支持体
64a ヒータ基板
64b 通電発熱抵抗体(発熱体)
64c 表面保護層
64d 検温素子
121 光源装置
122 レーザー光
124 現像ユニット
125 中間転写ドラム
125a 導電性支持体
125b 弾性層
126 バイアス電源
127 転写材トレイ
128 二次転写装置
130 中間転写ベルト
131 ベルト支持ローラー
132 一次転写ローラー
133a 二次転写対向ローラー
133b 二次転写ローラー
134〜136 バイアス電源
139 クリーニング用帯電部材
S 転写材

Claims (5)

  1. 結着樹脂、着色剤、極性樹脂およびワックスを含有するトナー粒子と、無機微粉体とを有するトナーであって、
    前記トナー粒子
    前記結着樹脂製造用の重合性単量体としての、スチレン系単量体、ならびに、アクリル酸エステル系単量体またはメタクリル酸エステル系単量体と、
    前記着色剤と、
    前記極性樹脂としての、スチレン−メタクリル酸共重合体またはスチレン−アクリル酸共重合体と、
    前記ワックスと
    を含む重合性単量体組成物を水系媒体中に分散させて造粒し、重合反応を行わせる懸濁重合法によって得られたトナー粒子であり、
    前記トナーに対する微小圧縮試験において、測定温度25℃で、
    前記トナー粒1つに負荷速度9.8×10−5N/secで2.94×10−4Nの最大荷重をかけ終えたときに得られる変位量(μm)を変位量X(25)とし
    前記最大荷重をかけ終えた後、前記最大荷重で0.1秒間放置して得られる変位量(μm)を最大変位量X(25)とし
    前記0.1秒間放置後、除荷速度9.8×10−5N/secで除荷し、荷重が0となったときに得られる変位量(μm)を変位量X(25)としたとき、下式
    Z(25)(%)=((X(25)−X(25))/X(25))×100
    で表わされる復元率Z(25)(%)が、下式
    40≦Z(25)≦8
    関係を満足し、
    前記トナーは、
    示差走査熱量測定(DSC)装置で測定されるガラス転移温度(TgA)が40℃以上60℃以下であり、
    最大吸熱ピーク温度(P1)が65℃以上100℃以下であり、
    前記ガラス転移温度(TgA)と前記最大吸熱ピーク温度(P1)が、下式
    10≦(P1−TgA)≦6
    関係を満足し、
    前記ワックスが、下記構造式(A)または(B
    Figure 0005495530

    構造(A)中、R及びR炭素数6以上32以下である直鎖アルキル基を示し、RとR同じものであっても異なっていても良く、R炭素数4以上30以下である直鎖アルキレン基を示し、構造式(A)で示される構造を有する化合物の総炭素数は40以上80以下である。〕
    Figure 0005495530

    構造(B)中、R及びR炭素数6以上32以下を有する直鎖アルキル基を示し、RとR同じであっても異なっていても良く、R炭素数4以上30以下を有する直鎖アルキレン基を示し、構造式(B)で示される構造を有する化合物の総炭素数は40以上80以下である。〕
    で示される化合物である
    ことを特徴とするトナー。
  2. 前記スチレン系単量体がスチレンであり、前記アクリル酸エステル系単量体がn−ブチルアクリレートである請求項1に記載のトナー。
  3. 前記トナーに対する微小圧縮試験において、測定温度50℃で、
    前記トナー粒1つに負荷速度9.8×10−5N/secで2.94×10−4Nの最大荷重をかけ終えたときに得られる変位量(μm)を変位量X(50)とし
    前記最大荷重をかけ終えた後、前記最大荷重で0.1秒間放置して得られる変位量(μm)を最大変位量X(50)とし
    前記0.1秒間放置後、除荷速度9.8×10−5N/secで除荷し、荷重が0となったときに得られる変位量(μm)を変位量X(50)としたとき、下式
    Z(50)(%)=((X(50)−X(50))/X(50))×100
    で表わされる復元率Z(50)(%)が、下式
    10≦Z(50)≦3
    関係を満足する
    求項1または2に記載のトナー。
  4. 前記トナーのテトラヒドロフラン(THF)可溶分中におけるシクロヘキサン(CHX)不溶分の含有量が、前記結着樹脂に対して、3質量%以上40質量%以下であり、
    前記トナーのテトラヒドロフラン(THF)可溶分中におけるシクロヘキサン(CHX)不溶分の前記結着樹脂に対する含有量が、前記ワックスの前記結着樹脂に対する含有量より大き
    求項1〜3のいずれか1項に記載のトナー。
  5. 前記ワックスの含有量、前記結着樹脂に対して、4質量%以上25質量%以下であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のトナー。
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