JP6895279B2 - トナー、トナーカートリッジ及び画像形成装置 - Google Patents
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Description
かかるトナーには、ブラックライト等の紫外線を照射したときの視認性が要求される。
赤色の蛍光を発するトナーは蛍光の発光強度が弱いため、紫外線を照射したときの視認性が十分ではない。さらに、赤色の蛍光を発するトナーは耐光性及び耐熱性が低いため、実用的ではない。
しかしながら、トナー中の蛍光色素の含有量が増えると、分散性、及び低温定着性等のトナーに求められる必須の特性が低下する。また、紙等に付着させるトナーの量を増やすと、ブラックライト等の紫外線が照射されていないときでも、付着したトナーが肉眼で識別されやすくなる。そのため前記の手段は、セキュリティ等の観点から好ましくない。
実施形態のトナーは、第1の蛍光色素、第2の蛍光色素、及び第3の蛍光色素からなる群より選ばれる少なくとも2つ以上の蛍光色素と、バインダー樹脂と、を含む。蛍光色素とは、ブラックライト等の紫外線を照射することにより特定の波長領域にピークを有する蛍光を発する色素を意味する。蛍光ピークは、紫外線の照射によって蛍光色素が発する蛍光の強度について測定されるスペクトルの凸状の部分をいう。
第1の蛍光色素は、400nm以上500nm未満の波長領域(以下、「第1の波長領域」とも記す。)に蛍光ピークを有する。第1の蛍光色素は、第1の波長領域に蛍光ピークを1つのみ有してもよく、2つ以上有してもよい。
第1の蛍光色素が有する蛍光ピークは、明確なピーク(線スペクトル)であってもよく、幅をもったバンドスペクトルであってもよい。蛍光ピークは分光蛍光光度計「RF‐6000」(島津製作所製)等を用いて測定される。
第1の蛍光色素としては、特に限定されず、公知の青色蛍光色素等が挙げられる。また第1の蛍光色素は、合成したものであってもよく、市販品であってもよい。第1の蛍光色素としては、チオフェン系、クマリン系、ビススチリルベンゼン系及びオキサゾール系の蛍光色素が挙げられる。第1の蛍光色素の市販品としては、「TINOPAL OB」(BASF社製)が挙げられる。
第2の蛍光色素は、500nm以上600nm未満の波長領域(以下、「第2の波長領域」とも記す。)に蛍光ピークを有する。
第2の蛍光色素は、第2の波長領域に蛍光ピークを1つのみ有してもよく、2つ以上有してもよい。
第2の蛍光色素が有する蛍光ピークは、明確なピーク(線スペクトル)であってもよく、幅をもったバンドスペクトルであってもよい。蛍光ピークは分光蛍光光度計「RF‐6000」(島津製作所製)等を用いて測定される。
第2の蛍光色素としては、特に限定されず、公知の緑色蛍光色素等が挙げられる。また第2の蛍光色素は、合成したものであってもよく、市販品であってもよい。第2の蛍光色素としては、チオフェン系、β−キノフタロン系、クマリン系、ビススチリルベンゼン系及びオキサゾール系の蛍光色素が挙げられる。第2の蛍光色素の市販品としては、「CARTAX CXDP POWDER」(クラリアント社製)が挙げられる。
第3の蛍光色素は、600nm以上650nm未満の波長領域(以下、「第3の波長領域」とも記す。)に蛍光ピークを有する。
第3の蛍光色素は、第3の波長領域に蛍光ピークを1つのみ有してもよく、2つ以上有してもよい。
第3の蛍光色素が有する蛍光ピークは、明確なピーク(線スペクトル)であってもよく、幅をもったバンドスペクトルであってもよい。蛍光ピークは分光蛍光光度計「RF‐6000」(島津製作所製)等を用いて測定される。
第3の蛍光色素としては、特に限定されず、公知の赤色蛍光色素等が挙げられる。また第3の蛍光色素は、合成したものであってもよく、市販品であってもよい。第3の蛍光色素としては、β−キノフタロン系及びユーロピウム錯体系の蛍光色素が挙げられる。第3の蛍光色素の市販品としては、「ルミライトナノR−Y202」(シンロイヒ社製)が挙げられる。
各波長領域における最大ピーク間の距離が50nm以上離れていると、実施形態のトナーは紫外線の照射によって青色以外の色に発光しやすくなり、紫外線を照射したときの紙上の視認性が優れる。
各波長領域における最大ピークは、実施形態のトナーが蛍光ピークを有するいずれかの波長領域で、最大の蛍光強度を有するピークを意味する。たとえば、実施形態のトナーが第1の波長領域と第2の波長領域に蛍光ピークを有する場合について例示して説明する。この場合第1の波長領域で最大の蛍光強度を示す蛍光ピークの位置と、第2の波長領域で最大の蛍光強度を示す蛍光ピークの位置との間の距離は、50nm以上離れていることが好ましい。
0.1質量%≦a+b+c≦45質量% ・・・(1)
式(1)中のaは、トナーの総量100質量%に対する前記第1の蛍光色素の含有量(質量%)である。式(1)中のbは、トナーの総量100質量%に対する前記第2の蛍光色素の含有量(質量%)である。式(1)中のcは、トナーの総量100質量%に対する前記第3の蛍光色素の含有量(質量%)である。
前記a+b+cは、0.1〜45質量%が好ましく、0.5〜30質量%がより好ましく、2〜20質量%がさらに好ましい。前記a+b+cが前記上限値以下であると、色素のトナーへの分散性が優れる。前記a+b+cが前記下限値以上であると、紙等に付着させるトナーの量を増やすことなく、トナーに紫外線を照射したときの視認性が優れる。
前記bは、0.01〜21質量%が好ましく、0.1〜14質量%がより好ましく、0.5〜8質量%がさらに好ましい。
前記cは、0.01〜21質量%が好ましく、0.1〜14質量%がより好ましく、0.5〜8質量%がさらに好ましい。
a,b及びcが、前記の好ましい範囲であると、分散性、及び紫外線を照射したときの視認性に優れるトナーが得られやすくなる。
実施形態のトナーが第1の蛍光色素を含むと、紫外線の照射によるトナーの発光強度が上昇しやすくなり、紫外線を照射したときの視認性に優れる。
実施形態のトナーが第1の蛍光色素を含む場合の、第1の蛍光色素、第2の蛍光色素、及び第3の蛍光色素の好ましい組み合わせについて説明する。
実施形態のトナーが第1の蛍光色素と、第2の蛍光色素とを含むと、紫外線の照射によってトナーがマゼンダ色に発光しやすくなり、紫外線を照射したときの視認性に優れる。実施形態のトナーが第1の蛍光色素と、第3の蛍光色素とを含むと、紫外線の照射によってトナーがシアン色に発光しやすくなり、紫外線を照射したときの視認性に優れる。
実施形態のトナーが、第1の蛍光色素と、第2の蛍光色素と、及び第3の蛍光色素とを含むと、紫外線の照射によってトナーが白色に発光しやすくなり、紫外線を照射したときの視認性が特に優れる。なお、ここでいう「白色」とは、視覚的に感じられる程度の白さをいう。
0.05≦a/(b+c)≦3.0 ・・・(2)
式(2)中のa,b及びcは、式(1)中のa,b及びcと同じである。
前記a/(b+c)は、0.05〜3.0が好ましく、0.1〜1.5がより好ましく、0.2〜1.0がさらに好ましい。前記a/(b+c)が前記上限値以下であると、紫外線の照射によってトナーが青色以外の色に発光しやすくなり、紫外線を照射したときの紙上の視認性が優れる。前記a/(b+c)が前記下限値以上であると、紫外線の照射によるトナーの発光強度が上昇しやすくなり、視認性が優れる。
0.1≦a+b+c≦45 ・・・(1)
0.05≦a/(b+c)≦3.0 ・・・(2)
0.5≦a+b+c≦30 ・・・(3)
0.1≦a/(b+c)≦1.5 ・・・(4)
2≦a+b+c≦20・・・(5)
0.2≦a/(b+c)≦1.0・・・(6)
実施形態のトナーが含有してもよいバインダー樹脂としては、スチレン系樹脂、エチレン系樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル系樹脂、フェノール系樹脂、エポキシ系樹脂、アリルフタレート系樹脂、ポリアミド系樹脂、及びマレイン酸系樹脂等、トナーのバインダー樹脂として用いられる公知の樹脂が挙げられる。バインダー樹脂は、いずれか1種が単独で用いられてもよいし、2種以上が組み合わされて用いられてもよい。
2価のアルコールとしては、ビスフェノールAのアルキレンオキシド付加物が好ましい。3価以上のアルコールとしては、ソルビトール、1,4−ソルビタン、ペンタエリスリトール、グリセロール、トリメチロールプロパンが好ましい。2価のカルボン酸としては、マレイン酸、フマル酸、テレフタル酸、炭素数2〜20のアルケニル基で置換されたコハク酸が好ましい。3価以上のカルボン酸としては、1,2,4−ベンゼントリカルボン酸(トリメリット酸)、その酸無水物またはその低級アルキル(炭素数1〜12)エステルが好ましい。2価以上のアルコール、及び2価以上のカルボン酸は、いずれか1種が単独で用いられてもよいし、2種以上が組み合わされて用いられてもよい。
バインダー樹脂は、アルコール成分と、カルボン酸成分とからなる重縮合系の重合性単量体の重縮合によっても得られる。
その他の添加剤としては、帯電制御剤、離型剤、及び酸化防止剤等、公知の添加剤のいずれも用いることができる。
実施形態のトナーは、例えば混練粉砕法、ケミカル法により製造できる。
混練粉砕法としては、例えば、第1〜第3の蛍光色素からなる群より選ばれる少なくとも2つ以上の蛍光色素、及びバインダー樹脂等を混合して混合物を得る混合工程、前記混合物を溶融混練して混練物を得る混練工程、前記混練物を粉砕して粉砕物を得る粉砕工程を含む製造方法が挙げられる。前記製造方法には、必要に応じて、前記粉砕物を分級する分級工程が含まれてもよい。
前記混合工程では、トナーの原料が混合されて混合物が形成される。混合工程で用いられる混合機としては、公知のものを用いることができる。
前記混練工程では、混合工程で形成された混合物が溶融混練されて混練物が形成される。混練工程で用いられる混練機としては、公知のものを用いることができる。
前記粉砕工程では、前記混練工程で形成された混練物が粉砕されて粉砕物が形成される。粉砕工程で用いられる粉砕機としては、ハンマーミル等の公知のものを用いることができる。また、前記粉砕機で得られた粉砕物はさらに微粉砕されてもよい。前記粉砕物をさらに微粉砕する粉砕機としては、公知の粉砕機を用いることができる。前記粉砕工程で得られた粉砕物は、このままトナーとされてもよいし、必要に応じて分級工程を行いトナーとされてもよい。
分級工程では、前記粉砕工程で得られた粉砕物が分級される。分級工程で用いられる分級機としては、公知のものを用いることができる。
ケミカル法では第1〜第3の蛍光色素からなる群より選ばれる少なくとも2つ以上の蛍光色素、及びバインダー樹脂等を混合して混合物を形成する。次に前記混合物を溶融混練して混練物を形成する。次に前記混練物を粉砕して粗く粒状化された中砕粒子を形成する。次に前記中砕粒子を水系媒体と混合して混合液を調製する。次に前記混合液を機械的せん断に供して微粒子分散液を形成する。最後に前記微粒子分散液中で微粒子を凝集させてトナーとする。
外添剤は、トナーの流動性、帯電性及び保管時の安定性を向上するために添加される。外添剤としては、無機酸化物からなる粒子が挙げられる。前記無機酸化物としては、例えばシリカ、チタニア、アルミナ、チタン酸ストロンチウム、酸化錫等が挙げられる。また、前記無機酸化物からなる粒子は、安定性が向上される点から、疎水化剤で表面処理されてもよい。
前記無機酸化物からなる粒子の粒子群の体積平均粒径は、特に限定されないが、8〜200nmの範囲が好ましい。前記粒子の粒子群の体積平均粒径が前記下限値未満であると、転写ベルトまたは紙に対するトナーの転写効率が悪化するおそれがある。前記粒子の粒子群の体積平均粒径が前記上限値を超えると、感光体が損傷する等のおそれがある。
外添剤は、いずれか1種が単独で用いられてもよいし、2種以上が組み合わされて用いられてもよい。
外添剤の添加量は、特に限定されないが、トナー全体の質量の0.2〜8.0質量%の範囲が好ましい。トナーには、上記無機酸化物からなる粒子に加えて、1μm以下の樹脂微粒子がさらに添加されてもよい。
外添剤は、例えば、混合機によりトナーと混合される。前記混合機としては、トナーの製造方法において用いられる混合機と同じものが挙げられる。
外添剤は、必要に応じて、粗粒子等が篩い装置により篩分けされてもよい。前記篩い装置としては、公知のものを用いることができる。
実施形態のトナーカートリッジは、上述の実施形態のトナーが容器に収容されてなる。前記容器としては、公知のものを使用できる。
実施形態のトナーは一成分現像剤として、あるいは、キャリアと組み合わせて二成分現像剤として用いられる。
実施形態の画像形成装置は、上述の実施形態のトナーが装置本体に収容されてなる。前記装置本体には、一般的な電子写真装置が使用可能である。
図1は、実施形態の画像形成装置の概略構造を示す図である。
画像形成装置20は、中間転写ベルト7と、中間転写ベルト7上に順に設けられた第1の画像形成ユニット17Aと、第2の画像形成ユニット17Bと、その下流に設けられた定着装置21とを備えた装置本体を有する。中間転写ベルト7の走行方向Xに沿って、すなわち、画像形成プロセスの進行方向に沿って、第1の画像形成ユニット17Aは、第2の画像形成ユニット17Bの下流に設けられている。定着装置21は、第1の画像形成ユニット17Aの下流に設けられている。
第1の画像形成ユニット17Aは、感光体ドラム1a、クリーニング装置16a、帯電装置2a、露光装置3a、第1の現像器4a、及び一次転写ローラ8aを有する。クリーニング装置16a、帯電装置2a、露光装置3a、及び第1の現像器4aは、感光体ドラム1aの回転方向に沿ってこの順に設けられている。一次転写ローラ8aは、感光体ドラム1aと対面するように、中間転写ベルト7を介して感光体ドラム1aに設けられている。
第2の画像形成ユニット17Bは、感光体ドラム1b、クリーニング装置16b、帯電装置2b、露光装置3b、第2の現像器4b、及び一次転写ローラ8bを有する。クリーニング装置16b、帯電装置2b、露光装置3b、及び第2の現像器4bは、感光体ドラム1bの回転方向に沿ってこの順に設けられている。一次転写ローラ8bは、感光体ドラム1bと対面するように、中間転写ベルト7を介して感光体ドラム1bに設けられている。
第1の現像器4a内、及び第2の現像器4b内には、上述の実施形態のトナーが収容されている。このトナーは、図示しないトナーカートリッジから供給される形態としてもよい。
一次転写ローラ8aには、一次転写電源14aが接続されている。一次転写ローラ8bには、一次転写電源14bが接続されている。
第1の画像形成ユニット17Aの下流には、二次転写ローラ9とバックアップローラ10とが中間転写ベルト7を介して対向するように配置されている。二次転写ローラ9には、二次転写電源15が接続されている。
定着装置21は、互いに対向するように配置されたヒートローラ11とプレスローラ12とを有する。
まず、帯電装置2bにより、感光体ドラム1bを一様に帯電させる。次に、露光装置3bにより、露光を行い、静電潜像を形成する。次に、現像器4bから供給される実施形態のトナーにて現像を行い、第2のトナー像を得る。
続いて、帯電装置2aにより、感光体ドラム1aを一様に帯電させる。次に、露光装置3aにより、第1の画像情報(第2のトナー像)に基づいて露光を行い、静電潜像を形成する。次に、現像器4aから供給される実施形態のトナーにて現像を行い、第1のトナー像を得る。
第2のトナー像、第1のトナー像をこの順に、一次転写ローラ8a、8bを用いて中間転写ベルト7上に転写する。
中間転写ベルト7上に第2のトナー像、第1のトナー像の順に積層された像を二次転写ローラ9とバックアップローラ10とを介して、図示しない記録媒体上に二次転写する。
これにより、記録媒体上に第1のトナー像、第2のトナー像の順に積層された画像が形成される。
(実施例1)
ヘンシェルミキサー(三井鉱山社製)に、下記トナー原料を入れて混合した。
トナー原料の組成は、以下のとおりである。
第1の蛍光色素(TINOPAL OB) 3.7質量部
第2の蛍光色素(CARTAX CXDP POWDER) 0.8質量部
第3の蛍光色素(ルミライトナノR−Y202) 0.5質量部
結晶性ポリエステル樹脂(吸熱ピーク温度(融点):100℃) 10質量部
帯電制御剤(アルミニウムとマグネシウムを含むポリサッカライドの包接化合物)
1質量部
非結晶性ポリエステル樹脂 79.0質量部
エステルワックス(吸熱ピーク温度(融点):70℃) 5質量部
上記トナー原料の混合物を、二軸押し出し機で溶融混練した。この溶融混練物を冷却した後、ハンマーミルで粗粉砕した。この粗粉砕物を、ジェット粉砕機で微粉砕した。この微粉砕物を分級して粉体を得た。粉体の体積平均径は7μmであった。
外添剤の組成は、以下のとおりである。
疎水性シリカA(商品名「RX50」、日本アエロジル株式会社製、平均一次粒子径:35nm) 1.0質量部
疎水性シリカB(商品名「VP SX110」、日本アエロジル株式会社製、平均一次粒子径:100nm) 0.9質量部
疎水性酸化チタン(商品名「STT−30S」、チタン工業株式会社製、平均一次粒子径:20nm) 0.5質量部
表1の組成にしたがって、トナー原料を変更したこと以外は、実施例1と同様にして、実施例2〜23、及び比較例1のトナーを製造した。
ヘンシェルミキサー(三井鉱山社製)に、下記トナー原料を入れて混合した。
トナー原料の組成は、以下のとおりである。
エステルワックス(吸熱ピーク温度(融点):70℃) 5質量部
結晶性ポリエステル樹脂(吸熱ピーク温度(融点):100℃) 10質量部
非結晶性ポリエステル樹脂 79.0質量部
第1の蛍光色素(TINOPAL OB) 2.8質量部
第2の蛍光色素(CARTAX CXDP POWDER) 1.1質量部
第3の蛍光色素(ルミライトナノR−Y202) 1.1質量部
帯電制御剤(アルミニウムとマグネシウムを含むポリサッカライドの包接化合物)
1質量部
この混合物を、二軸押し出し機で溶融混練した。この混練物を冷却した後、ハンマーミルで粗粉砕した。この粗粉砕物を、パルベライザ(ホソカワミクロン社製)でさらに粉砕して中砕粒子を得た。中砕粒子の平均体積粒径は59μmであった。
この中砕粒子30質量部と、アニオン性界面活性剤(ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム)1質量部と、トリエチルアミン1質量部と、イオン交換水68質量部を、ホモジナイザー(IKA社製)に入れて撹拌し、混合液を得た。
上記混合液を、ナノマイザー(YSNM−2000AR、吉田機械興業株式会社製)に投入し、120℃、処理圧力150MPaで3回繰り返し処理を行い、微粒子分散液を得た。前記微粒子分散液における微粒子の体積平均粒径は0.7μm(SALD7000、株式会社島津製作所製にて測定)、微粒子分散液のpHは8.3であった。
次に、上記微粒子分散液の固形分濃度が18質量%になるように希釈した。前記希釈液の温度を30℃に保持しながら、前記希釈液に0.1Mの塩酸をpHが7.0になるまで滴下した。希釈液における微粒子の体積平均粒子径は0.83μmであった。さらに、前記希釈液に0.1M塩酸を滴下し、微粒子のζ電位が−30mVになった時点で滴下を終了した。この時のpHは3.8であった。
次に、上記希釈液をパドル翼で撹拌しながら(500rpm)、10℃/minで80℃まで昇温し、80℃で1時間保持した。これを冷却した後、一晩放置した。放置後の希釈液における上澄み液は透明であり、未凝集粒子は観測されなかった。前記希釈液の体積平均径は6μmであり、20μm以上の粒子は観察されなかった。前記希釈液を真空乾燥機で含水率が0.8質量%以下になるまで乾燥してトナー粒子を得た。前記トナー粒子の体積平均径は6μmであった。前記トナー粒子100質量部と下記外添剤とを、ヘンシェルミキサーに投入して混合し、実施例24のトナーを製造した。
外添剤の組成は、実施例1〜23と同様である。
実施例1〜24及び比較例1のトナー3.0gを直径3cm厚み2mmのペレット状に成形した。作製したペレットについて、分光蛍光光度計RF‐6000(島津製作所製)を用いて、画像発光強度を測定した。測定条件は励起波長を370nm、蛍光開始波長を300nm、蛍光終了波長を700nm、スキャン速度を6000nm/minとした。測定された蛍光スペクトルの最大ピーク位置を読み取り、蛍光ピーク波長として記録した。表1に測定結果を示す。表1中、400nm以上500nm未満の波長領域に測定された最大ピーク位置の波長を第1の蛍光ピーク、500nm以上600nm未満の波長領域に測定された最大ピーク位置の波長を第2の蛍光ピーク、600nm以上650nm未満の波長領域に測定された最大ピーク位置の波長を第3の蛍光ピークとして示した。
市販されているe−studio5005(東芝テック社製)を使用し、蛍光増白剤の入ったMondi製90g/m2紙に紙上のトナー付着量1.0mg/cm2付近のベタ画像を取得した。取得したベタ画像にブラックライト(波長370nm)を照射したときに、青色以外の可視光として、はっきり認識できたものを◎、認識できたものを○、わずかに認識できたものを△、認識できなかったものを×とした。表1に示すように実施例のトナーは全て◎、○、または△であった。
Claims (3)
- 400nm以上500nm未満の波長領域に蛍光ピークを有する第1の蛍光色素と、
500nm以上600nm未満の波長領域に蛍光ピークを有する第2の蛍光色素と、
600nm以上650nm未満の波長領域に蛍光ピークを有する第3の蛍光色素と、
バインダー樹脂と、を含み、
下記式(1)を満たす、トナー。
0.05≦a/(b+c)≦3.0 ・・・(1)
式(1)中のaは、トナーの総量100質量%に対する前記第1の蛍光色素の含有量(質量%)である。式(1)中のbは、トナーの総量100質量%に対する前記第2の蛍光色素の含有量(質量%)である。式(1)中のcは、トナーの総量100質量%に対する前記第3の蛍光色素の含有量(質量%)である。 - 請求項1に記載のトナーが収容された、トナーカートリッジ。
- 請求項1に記載のトナーが収容された、画像形成装置。
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