JP7279386B2 - 画像形成システム及び画像形成方法 - Google Patents
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Description
前記静電荷像現像用トナーが、ビニル系樹脂と脂肪族ポリエステル樹脂とを含有し、
前記ビニル系樹脂が、酸を含有し、かつ、Mgで架橋されており、
前記脂肪族ポリエステル樹脂が、イソシアネート基で架橋したウレタン変性樹脂である
ことを特徴とする画像形成システム。
式(2):0.2<T1.5/T1.0<0.7
但し、T1.0は、ガラス上の前記静電荷像現像用トナーの付着量を6.5g/m2とし、前記静電荷像現像用トナーに、加圧・加熱処理A(圧力:200kPa、温度:100℃)を1.0秒間施した後の光透過率。
少なくとも、前記静電荷像現像用トナーを使用する画像形成部と、
記録媒体上に形成されたトナー画像を定着する加熱部材と加圧部材で構成される第1定着部と、
前記定着したトナー画像の冷却速度調整部と、かつ
指定された画像の光沢度に従い、前記冷却速度調整部を制御する冷却速度制御部を有する。
14.前記静電荷像現像用トナーが、下記式(4)及び(5)で規定する条件を同時に満たすことを特徴とする第1項から第13項までのいずれか一項に記載の画像形成システム。
式(5) 0.3<T1.5/T1.0<0.7
下記条件(a)及び(b)を満たし、
前記静電荷像現像用トナーが、ビニル系樹脂と脂肪族ポリエステル樹脂とを含有し、
前記ビニル系樹脂が、酸を含有し、かつ、Mgで架橋されており、
前記脂肪族ポリエステル樹脂が、イソシアネート基で架橋したウレタン変性樹脂である
ことを特徴とする画像形成方法。
式(2):0.2<T1.5/T1.0<0.7
但し、T1.0は、ガラス上の前記静電荷像現像用トナーの付着量を6.5g/m2とし、前記静電荷像現像用トナーに、加圧・加熱処理A(圧力:200kPa、温度:100℃)を1.0秒間施した後の光透過率。
少なくとも、前記静電荷像現像用トナーを使用する画像形成部と、
記録媒体上に形成されたトナー画像を定着する加熱部材と加圧部材で構成される第1定着部と、
前記定着したトナー画像の冷却速度調整部と、かつ
指定された画像の光沢度に従い、前記冷却速度調整部を制御する冷却速度制御部を有する。
本発明の画像形成システムは、静電荷像現像用トナーと画像形成装置とで構成され、下記条件(a)及び(b)を満たすことを特徴とする画像形成システム。
式(2):0.2<T1.5/T1.0<0.7
但し、T1.0は、ガラス上の前記静電荷像現像用トナーの付着量を6.5g/m2とし、前記静電荷像現像用トナーに、加圧・加熱処理A(圧力:200kPa、温度:100℃)を1.0秒間施した後の光透過率。
少なくとも、前記静電荷像現像用トナーを使用する画像形成部と、
記録媒体上に形成されたトナー画像を定着する加熱部材と加圧部材で構成される第1定着部と、
前記定着したトナー画像の冷却速度調整部と、かつ
指定された画像の光沢度に従い、前記冷却速度調整部を制御する冷却速度制御部を有する。
以下、本発明の画像形成システムの詳細について説明する。はじめに、静電荷像現像用トナーの光沢度及び透過率に関する特性について説明する。
本発明の画像形成システムに適用する静電荷像現像用トナーでは、下記の透過率特性を満たすことを特徴と一つとする。
前記加圧・加熱処理Aを1.0秒間施したのち、圧力を開放し、圧力が0kPa、温度が100℃の条件で加温処理のみを0.1秒間施したのちの前記静電荷像現像用トナーの690nmの光に対する透過率をT1.1とし、
前記加圧・加熱処理Aを1.0秒間施したのち、圧力を開放し、圧力が0kPa、温度が100℃の条件で加温処理のみを0.5秒間施したのちの前記静電荷像現像用トナーの690nmの光に対する透過率をT1.5としたとき、下記式(1)及び(2)で規定する条件を同時に満たす。
式(2) 0.2<T1.5/T1.0<0.7
(T1.0、T1.1、T1.5について)
はじめに、本発明で規定するT1.0、T1.1、T1.5について、図を用いて説明する。
本発明において、所望のトナー画像の光沢度を得る方法としては、特定の特性を有する静電荷像現像用トナーの設計と、第1定着後のトナー画像の冷却速度制御を行うことが特徴となる。
上記静電荷像現像用トナーにおいて、冷却速度に対する光沢度依存性を発現させる因子としては、
1)結着樹脂として熱可塑性樹脂を主成分として含有し、当該熱可塑性樹脂は、末端又は側鎖に活性水素を有する樹脂成分を含み、前記活性水素の一部が架橋剤で架橋されている構成とすること、
2)熱可塑性樹脂はビニル系樹脂を主成分とし、かつ、脂肪族ポリエステル樹脂を含み、当該脂肪族ポリエステル樹脂は、イソシアネート基で架橋したウレタン変性樹脂とすること、
3)静電荷像現像用トナーを構成する結着樹脂として熱可塑性樹脂を主成分として含有し、当該熱可塑性樹脂の少なくとも一部をビニル系樹脂とすること、
4)当該ビニル系樹脂はモノマー単位として酸を含有し、かつ、Al、Mg又はCaの多価金属イオンで架橋されていること、
5)多価金属イオンの含有量が、0.05~0.25質量%の範囲内であること、
6)SP値が19~25J/cm3の範囲内で、数平均分子量Mnが200~2000の範囲内で、かつ、融点が60~120℃の範囲内にある結晶性化合物を含有すること、
7)前記結晶性化合物が、分子内にアミド基と、炭素数が10以上の長鎖アルキル基を有する化合物であること、
等の条件を選択、又は組み合わせることが好ましい。なお、静電荷像現像用トナーの詳細については、後述する。
図3の(b)に示すグラフは、前記図2と同様にして、図3の(a)で示したトナーA~Cについての透過率T1.0、T1.1、T1.5について記載したグラフである。
上記で示すトナー画像の透過率の測定方法の一例を、図を交えて説明する。
式(1) 0.2<T1.5/T1.1<0.8
式(2) 0.2<T1.5/T1.0<0.7。
ニップ後の冷却速度の制御としては、
制御手段A)第1定着部を構成する前記加圧部材の温度を下げて光沢度を制御する手段、
制御手段B)第1定着後に、記録媒体を加熱する手段を有し、加熱量を制御することで光沢度を制御する手段、
制御手段C)第1定着部の後に、記録媒体を冷却する冷却手段を有すること、
等の条件を選択、又は組み合わせることが好ましい。
以下、本発明に係る静電荷像現像用トナー(以下、単にトナーともいう。)の詳細について説明する。
本発明に係るトナーは、結着樹脂を含有するトナー粒子を含む。
本発明に係るトナーにおいては、非晶性ビニル樹脂及び結晶性樹脂を含有することが好ましく、更に詳しくは、結着樹脂として熱可塑性樹脂を主成分として含有し、当該熱可塑性樹脂は、末端又は側鎖に活性水素を有する樹脂成分を含み、前記活性水素の一部が架橋剤で架橋されていることが好ましい形態である。
非晶性ビニル樹脂とは、少なくともビニル単量体を用いた重合により得られる樹脂である。
スチレン、o-メチルスチレン、m-メチルスチレン、p-メチルスチレン、α-メチルスチレン、p-フェニルスチレン、p-エチルスチレン、2,4-ジメチルスチレン、p-tert-ブチルスチレン、p-n-ヘキシルスチレン、p-n-オクチルスチレン、p-n-ノニルスチレン、p-n-デシルスチレン、p-n-ドデシルスチレン及びこれらの誘導体など。
(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸n-ブチル、(メタ)アクリル酸イソプロピル、(メタ)アクリル酸イソブチル、(メタ)アクリル酸t-ブチル、(メタ)アクリル酸n-オクチル、(メタ)アクリル酸2-エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸ステアリル、(メタ)アクリル酸ラウリル、(メタ)アクリル酸フェニル、(メタ)アクリル酸ジエチルアミノエチル、(メタ)アクリル酸ジメチルアミノエチル及びこれらの誘導体など。
プロピオン酸ビニル、酢酸ビニル、ベンゾエ酸ビニルなど。
ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテルなど。
ビニルメチルケトン、ビニルエチルケトン、ビニルヘキシルケトンなど。
N-ビニルカルバゾール、N-ビニルインドール、N-ビニルピロリドンなど。
ビニルナフタレン、ビニルピリジンなどのビニル化合物類、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、アクリルアミドなどのアクリル酸又はメタクリル酸誘導体など。
本発明に係る結晶性樹脂の含有量は、結着樹脂全量に対して3~30質量%の範囲内であることが好ましい。より好ましくは、5~20質量%の範囲内であり、特に15~20質量%の範囲内であることが好ましい。
前記結晶性樹脂としては、結晶性ポリエステル樹脂を含有することが好ましい。
結晶性ポリエステル樹脂は、その酸価が5~30mgKOH/gの範囲内であることが好ましく、より好ましくは10~25mgKOH/g、さらに好ましくは15~25mgKOH/gの範囲内である。この酸価は、1gの試料に含まれる酸の中和に必要な水酸化カリウム(KOH)の質量をmg単位で表したものである。樹脂の酸価は、JIS K0070-1992に準じて下記手順により測定される。
フェノールフタレイン1.0gをエチルアルコール(95体積%)90mLに溶解し、イオン交換水を加えて100mLとし、フェノールフタレイン溶液を調製する。JIS特級水酸化カリウム7gをイオン交換水5mLに溶解し、エチルアルコール(95体積%)を加えて1リットルとする。炭酸ガスに触れないように、耐アルカリ性の容器に入れて3日間放置後、濾過して、水酸化カリウム溶液を調製する。標定はJIS K0070-1992の記載に従う。
粉砕した試料2.0gを200mLの三角フラスコに精秤し、トルエン/エタノール(トルエン:エタノールが体積比で2:1)の混合溶液100mLを加え、5時間かけて溶解する。次いで、指示薬として調製したフェノールフタレイン溶液を数滴加えて、調製した水酸化カリウム溶液を用いて滴定する。なお、滴定の終点は指示薬の薄い紅色が約30秒間続いた時とする。
試料を用いない(すなわち、トルエン/エタノール(トルエン:エタノールが体積比で2:1)の混合溶液のみとする)こと以外は、上記本試験と同様の操作を行う。
A:酸価(mgKOH/g)
B:空試験時の水酸化カリウム溶液の添加量(mL)
C:本試験時の水酸化カリウム溶液の添加量(mL)
f:0.1mol/リットルの水酸化カリウムエタノール溶液のファクター
S:試料の質量(g)
結晶性ポリエステル樹脂の分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によって測定される分子量分布から算出された重量平均分子量(Mw)が5000~50000の範囲内、数平均分子量(Mn)が1500~25000の範囲内であることが好ましい。
本発明に係るトナー母体粒子が含有する結着樹脂は、前記結晶性樹脂以外にアミド基を有した脂肪酸誘導体を含有することが結着樹脂の低粘度化効果の点で好ましい。
本発明に係る結晶性樹脂は、前記した未変性結晶性ポリエステル樹脂以外に、ウレタン変性結晶性ポリエステル樹脂を少なくとも含有することが好ましい。
ウレタン変性結晶性ポリエステル樹脂の融解ピーク温度は、50~90℃の範囲内であることが好ましく、より好ましくは60~85℃の範囲内である。ウレタン変性結晶性ポリエステル樹脂の融点が上記の範囲にあることにより、十分な低温定着性が確実に得られる。
ウレタン変性結晶性ポリエステル樹脂における結晶性重合セグメントの含有割合は、50~99.5質量%の範囲内であることが好ましく、より好ましくは60~97質量%、特に好ましくは60~95質量%の範囲内である。
ウレタン変性結晶性ポリエステル樹脂は、あらかじめ、結晶性重合セグメントとなる、両末端にヒドロキシ基を有するプレポリマー(後述の結晶性ポリエステルジオールなど)、及び、末端にイソシアネート基を有するポリウレタンユニットを、それぞれ合成し、両者を混合して反応させる(合成反応A)ことによって、合成することができる。
ウレタン重合セグメントは、多価アルコールと多価イソシアネートとから得られるものである。ウレタン重合セグメントを形成するために用いることのできる多価アルコールとしては、上述と同様のものを用いることができる。
離型剤としては、特に限定されるものではなく、公知の種々のものを用いることができ、例えば、ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックスなどのポリオレフィンワックス、マイクロクリスタリンワックスなどの分枝鎖状炭化水素ワックス、パラフィンワックス、サゾールワックスなどの長鎖炭化水素ワックス、ジステアリルケトンなどのジアルキルケトン系ワックス、カルナバワックス、モンタンワックス、ベヘン酸ベヘニル、トリメチロールプロパントリベヘネート、ペンタエリスリトールテトラベヘネート、ペンタエリスリトールジアセテートジベヘネート、グリセリントリベヘネート、1,18-オクタデカンジオールジステアレート、トリメリット酸トリステアリル、ジステアリルマレエートなどのエステル系ワックス、エチレンジアミンベヘニルアミド、トリメリット酸トリステアリルアミドなどのアミド系ワックスなどが挙げられる。
着色剤としては、一般に知られている染料及び顔料を用いることができる。
本発明に係るトナー母体粒子中には、結着樹脂、着色剤及び離型剤の他に、必要に応じて荷電制御剤などの内添剤が含有されていてもよい。
荷電制御剤としては、公知の種々の化合物を用いることができる。
トナー粒子は、結着樹脂をイオン架橋する多価金属イオンを含有し、トナー粒子中の多価金属イオンの含有量が、0.05~0.25質量%の範囲内にあることが好ましく、0.05~0.20質量%の範囲内がより好ましく、0.05~0.15質量%の範囲内がさらに好ましい。
本発明に係るトナー粒子は、そのままで本発明のトナーを構成することができるが、流動性、帯電性、クリーニング性などを向上させるために、当該トナー粒子に、いわゆる後処理剤である流動化剤、クリーニング助剤などの外添剤を添加して、本発明に係るトナーを構成してもよい。
本発明に係るトナーは、磁性又は非磁性の一成分現像剤として使用することもできるが、キャリアと混合して二成分現像剤として使用してもよい。
〔トナー粒子の平均粒径〕
本発明に係るトナー粒子は、平均粒径が、例えば、体積基準のメジアン径で3~9μmであることが好ましく、より好ましくは3~8μmとされる。この粒径は、例えば、後述する乳化凝集法を採用して製造する場合には、使用する凝集剤の濃度や有機溶媒の添加量、融着時間、重合体の組成によって制御することができる。
本発明に係るトナー粒子は、転写効率の向上の観点から、平均円形度が0.930~1.000であることが好ましく、より好ましくは0.950~0.995である。
〔トナー貯蔵弾性率の測定〕
本発明においては、本発明に係るトナーの貯蔵弾性率G´が1×104Paになる温度が、110℃以下であることが好ましい態様である。
測定歪の設定:初期値を0.1%に設定し、自動測定モードにて測定を行う。
測定開始温度:30℃、
測定終了温度:200℃、
昇温条件:2℃/min、とした
〔トナー軟化点〕
トナーの軟化点(Tsp)は、90~110℃であることが好ましい。
軟化点(Tsp)が上記範囲であることにより定着時にトナーに加わる熱の影響をより低減させることができる。従って、着色剤に負担をかけずに画像形成が行えるので、より広く安定した色再現性を発現させることが期待される。
(1)結着樹脂を形成すべき重合性単量体の種類や組成比を調整する。
本発明において、トナーを製造する方法としては、混練・粉砕法、乳化分散法、懸濁重合法、分散重合法、乳化重合法、乳化重合凝集法、ミニエマルジョン重合凝集法、カプセル化法、その他の公知の方法などを挙げることができるが、画像の高画質化を達成するために小粒径化されたトナーを得る必要があることを考慮して、製造コスト及び製造安定性の観点から、乳化重合凝集法を用いることが好ましい。
(2-1)主ワックス及び内添剤などを含有したコア用の結着樹脂よりなるコア用結着樹脂微粒子を得て、この分散液を調製するコア用結着樹脂微粒子重合工程、
(2-2)シェル用の結着樹脂よりなるシェル用結着樹脂微粒子を得て、この分散液を調製するシェル用結着樹脂微粒子重合工程、
(3)コア用結着樹脂微粒子と着色剤微粒子とを水系媒体中で凝集、融着させてコア粒子となるべき会合粒子を形成する凝集・融着工程、
(4)会合粒子を熱エネルギーにより熟成させて形状を制御し、コア粒子を得る第1の熟成工程、
(5)コア粒子の分散液中に、シェル層を形成すべきシェル用結着樹脂微粒子を添加してコア粒子の表面に当該シェル用結着樹脂微粒子を凝集、融着させてコア・シェル構造の粒子を形成するシェル層形成工程、
(6)コア・シェル構造の粒子を熱エネルギーにより熟成させて形状を制御し、コア・シェル構造のトナー粒子を得る第2の熟成工程、
(7)冷却されたトナー粒子の分散系(水系媒体)からトナー粒子を固液分離し、当該トナー粒子から界面活性剤などを除去するろ過、洗浄工程、
(8)洗浄処理されたトナー粒子を乾燥する乾燥工程から構成され、必要に応じて乾燥工程の後に、
(9)乾燥処理されたトナー粒子に外添剤を添加する外添剤処理工程を加えてもよい。
(1)着色剤微粒子分散液調製工程
この着色剤微粒子分散液調製工程においては、水系媒体中に着色剤を添加して分散機によって分散処理することにより、着色剤が微粒子状に分散された着色剤微粒子の分散液を調製する処理が行われる。具体的には、着色剤の分散処理は界面活性剤濃度を臨界ミセル濃度(CMC)以上にした状態の水系媒体中で行われる。分散処理に使用する分散機は特に限定されないが、好ましくは、超音波分散機、機械式ホモジナイザー、マントンゴーリン、圧力式ホモジナイザー等の加圧分散機、サンドグラインダー、ゲッツマンミルやダイヤモンドファインミルなどの媒体型分散機が挙げられる。
・サンプル比重 1.05(球状粒子換算)
・溶媒屈折率 1.33
・溶媒粘度 0.797(30℃)、1.002(20℃)
・0点調整 測定セルにイオン交換水を投入し調整した。
このコア用結着樹脂微粒子重合工程においては、重合処理を行って主ワックス及び内添剤などを含有したコア用の結着樹脂よりなるコア用結着樹脂微粒子の分散液を調製する処理が行われる。
ここで、上記着色剤微粒子分散液やコア用結着樹脂微粒子の重合時に使用する水系媒体に用いられる界面活性剤について説明する。
水溶性の重合開始剤としては、例えば、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウムなどの過硫酸塩、アゾビスアミノジプロパン酢酸塩、アゾビスシアノ吉草酸及びその塩、過酸化水素などを挙げることができる。
得られるコア用の結着樹脂の分子量を調整することを目的として、一般的に用いられる連鎖移動剤を用いることができる。連鎖移動剤としては、特に限定されるものではなく、例えば、n-オクチルメルカプタン、n-デシルメルカプタン、tert-ドデシルメルカプタン等のメルカプタン、n-オクチル-3-メルカプトプロピオン酸エステル等のメルカプトプロピオン酸エステル、ターピノーレン、及び、α-メチルスチレンダイマー等が使用される。
このシェル用結着樹脂微粒子重合工程においては、上記(2-1)のコア用結着樹脂微粒子重合工程と同様に重合処理を行って、シェル用の結着樹脂よりなるシェル用結着樹脂微粒子の分散液を調製する処理が行われる。
この凝集・融着工程においては、コア用結着樹脂微粒子と着色剤微粒子とを水系媒体中で凝集、融着させてコア粒子となるべき会合粒子を形成する処理が行われる。この工程における凝集、融着の方法としては、(1)の着色剤微粒子分散液調製工程により得られた着色剤微粒子、及び、(2-1)のコア用結着樹脂微粒子重合工程により得られたコア用結着樹脂微粒子を用いた塩析/融着法が好ましい。また、当該凝集・融着工程においては、コア用結着樹脂微粒子や着色剤微粒子とともにワックス微粒子や荷電制御剤などの内添剤微粒子を凝集、融着させることができる。
この第1の熟成工程においては、会合粒子を熱エネルギーにより熟成させる処理が行われる。そして、上記(3)凝集・融着工程の加熱温度や、特に、(4)第1の熟成工程の加熱温度と時間を制御することにより、粒径が一定で分布が狭く形成されたコア粒子表面が平滑だが均一的な形状を有するものになる様に制御することができる。具体的には、上記(3)凝集・融着工程で加熱温度を低めにしてコア用結着樹脂微粒子同士の融着の進行を抑制させて均一化を促進させ、第1の熟成工程で加熱温度を低めに、かつ、時間を長くしてコア粒子の表面が均一な形状のものに制御する。
このシェル層形成工程においては、コア粒子の分散液中にシェル用結着樹脂微粒子の分散液を添加してコア粒子の表面にシェル用結着樹脂微粒子を凝集、融着させ、コア粒子の表面にシェル用結着樹脂微粒子を被覆させてコア・シェル構造の粒子を形成するシェル化処理が行われる。
この第2の熟成工程においては、上記(5)シェル層形成工程によりコア・シェル構造の粒子が所定の粒径になった段階で塩化ナトリウムなどの停止剤を添加して粒子成長を停止させ、その後もコア粒子に付着させたシェル用結着樹脂微粒子を融着させるために数時間加熱撹拌を継続する。そして、コア粒子の表面を被覆するシェル用結着樹脂微粒子による層の厚さを100~300nmとする。このようにして、コア粒子の表面にシェル用結着樹脂微粒子を固着させてシェル層を形成し、丸みを帯び、しかも形状の揃ったコア・シェル構造のトナー粒子が形成される。
このろ過、洗浄工程においては、先ず、トナー粒子の分散液を冷却する処理が行われる。冷却処理条件としては、1~20℃/minの冷却速度で冷却することが好ましい。冷却処理方法としては特に限定されるものではなく、反応容器の外部より冷媒を導入して冷却する方法や、冷水を直接反応系に投入して冷却する方法を例示することができる。
この乾燥工程においては、洗浄処理されたトナーケーキを乾燥する処理が行われる。この工程で使用される乾燥機としては、スプレードライヤー、真空凍結乾燥機、減圧乾燥機などを挙げることができ、静置棚乾燥機、移動式棚乾燥機、流動層乾燥機、回転式乾燥機、撹拌式乾燥機などを使用することが好ましい。乾燥処理されたトナー粒子の水分は、5質量%以下であることが好ましく、さらに好ましくは2質量%以下とされる。なお、乾燥処理されたトナー粒子同士が、弱い粒子間引力で凝集している場合には、当該凝集体を解砕処理してもよい。ここに、解砕処理装置としては、ジェットミル、ヘンシェルミキサー、コーヒーミル、フードプロセッサー等の機械式の解砕装置を使用することができる。
この外添処理工程においては、上記(8)乾燥工程で乾燥処理されたトナー粒子に対して外添剤を添加する処理が行われる。外添剤の添加方法としては、例えば、ヘンシェルミキサー、コーヒーミルなどの機械式の混合装置を用いて添加することができる。
本発明の画像形成方法は、本発明で規定する透過率特性を有する静電荷像現像用トナーを用い、少なくとも、前記静電荷像現像用トナーを使用する画像形成部と、記録媒体上に形成されたトナー画像を定着する加熱部材と加圧部材で構成される第1定着部と、前記定着したトナー画像の冷却速度調整部と、かつ、指定された画像の光沢度に従い、前記冷却速度調整部を制御する冷却速度制御部を有する構成からなる画像形成装置とを用いて画像を形成することを特徴とする。
はじめに、中間転写方式の画像形成装置の全体構成について、図を交えて説明する。
次いで、本発明の画像形成システムにおいて、光沢度を制御する主要な構成要素である定着装置について、その詳細を説明する。
冷却速度の制御手段A)第1定着部を構成する前記加圧部材の温度を下げて光沢度を制御する手段(実施形態1)、
冷却速度の制御手段B)第1定着後に、記録媒体を加熱する手段を有し、加熱量を制御することで光沢度を制御する手段(実施形態2)、
冷却速度の制御手段C)第1定着部の後に、記録媒体を冷却する冷却手段(実施形態3)、
が挙げられる。
〈冷却速度の制御手段A及び制御手段Bの適用例〉
図7は、冷却速度の制御手段A及び冷却速度の制御手段Bを具備した定着ユニット60とその近傍の構成を模式的に示す図である。
図9は、ニップ部の下流側に、非接触冷却手段611を設置した定着ユニット60とその近傍の構成を模式的に示す図である。
〈光沢度を制御する冷却速度と光沢度と相関関係を示すテーブルの作成〉
本発明において、図7及び図8で例示したように、冷却速度の制御手段Aである加圧ローラー609の温度を変える手段と、冷却速度の制御手段Bである加熱を行う非接触加熱手段610である手段を組み合わせた方法、又は、図9で例示したような非接触冷却手段611を設置した冷却速度の制御手段Cを用いて、冷却速度を制御することができる。
図11は、MFP500のハードウェアー構成を模式的に示す図である。
621は、それぞれ、その検出出力を制御部100へと出力する。
図12は、MFP500における記録媒体上にトナー画像を形成するためにCPU101が実行する処理の一例のフローチャートである。
MFP500では、プリント要求ごとに光沢度が設定される場合もあれば、デフォルトの設定として光沢度が設定される場合もある。ステップS20では、デフォルトの設定としての光沢度の設定の有無が判断される。CPU101は、光沢度の設定が要求されたと判断するとステップS22へ制御を進め(ステップS20にてYES)、そうでなければステップS10へ制御を戻す(ステップS20にてNO)。なお、CPU101は、上記のように、ステップS10において受け付けられたプリント要求が光沢度の設定を含む場合には、ステップS22へ制御を進めてもよい。
トナーの調製に用いる各構成材料を、以下のように調製した。
(1)第1段重合:樹脂微粒子の分散液a1の調製
撹拌装置、温度センサー、冷却管及び窒素導入装置を取り付けた5Lの反応容器に、ドデシル硫酸ナトリウム8質量部及びイオン交換水3000質量部を仕込み、窒素気流下230rpmの撹拌速度で撹拌しながら、当該反応容器の内温を80℃に昇温させた。昇温後、得られた混合液に過硫酸カリウム10質量部をイオン交換水200質量部に溶解させた水溶液を添加し、得られた混合液の温度を再度80℃とした。当該混合液に、下記組成からなる単量体混合液1を1時間かけて滴下後、80℃にて前記混合液を2時間加熱、撹拌することにより重合を行い、樹脂微粒子の分散液a1を調製した。
スチレン 480質量部
n-ブチルアクリレート 250質量部
メタクリル酸 68質量部
(2)第2段重合
撹拌装置、温度センサー、冷却管及び窒素導入装置を取り付けた5Lの反応容器に、ポリオキシエチレン(2)ドデシルエーテル硫酸ナトリウム7質量部をイオン交換水3000質量部に溶解させた溶液を仕込み、当該溶液を80℃に加熱後、80質量部の上記調製した樹脂微粒子の分散液a1(固形分換算)と、下記組成からなる単量体及び離型剤を90℃にて溶解させた単量体混合液2とを添加し、循環経路を有する機械式分散機「CLEARMIX」(エム・テクニック社製、「CLEARMIX」は同社の登録商標)により、1時間混合分散させ、乳化粒子(油滴)を含む分散液を調製した。下記ベヘン酸ベヘニルは、離型剤であり、その融点は73℃である。
スチレン 285質量部
n-ブチルアクリレート 95質量部
メタクリル酸 20質量部
n-オクチル-3-メルカプトプロピオネート 8質量部
ベヘン酸ベヘニル 190質量部
〈樹脂微粒子の分散液a2の調製〉
次いで、前記単量体混合液2に、過硫酸カリウム6質量部をイオン交換水200質量部に溶解させた開始剤溶液を添加し、得られた分散液を84℃にて1時間にわたり加熱撹拌することにより重合を行い、樹脂微粒子の分散液a2を調製した。
さらに、樹脂微粒子の分散液a2にイオン交換水400質量部を添加し、十分に混合した後、得られた分散液に、過硫酸カリウム11質量部をイオン交換水400質量部に溶解させた溶液を添加し、82℃の温度条件下で、下記組成からなる単量体混合液3を1時間かけて滴下した。滴下終了後、前記分散液を2時間にわたり加熱撹拌することにより重合を行った後、28℃まで冷却し、ビニル樹脂(スチレン・アクリル樹脂)からなる非晶性ビニル樹脂粒子分散液X1を調製した。
スチレン 307質量部
n-ブチルアクリレート 147質量部
メタクリル酸 52質量部
n-オクチル-3-メルカプトプロピオネート 8質量部
得られた非晶性ビニル樹脂粒子分散液X1について物性を測定したところ、非晶性樹脂微粒子の体積基準のメジアン径(d50)は220nmであり、ガラス転移温度(Tg)は46℃であり、重量平均分子量(Mw)は32000であった。
撹拌装置、温度センサー、冷却管及び窒素導入装置を取り付けた5Lの反応容器に、多価カルボン酸であるセバシン酸300質量部及び多価アルコールである1,6-ヘキサンジオール170質量部を仕込み、撹拌しながら1時間かけて内温を190℃にまで昇温させた。均一に撹拌された状態であることを確認した後、触媒としてTi(OBu)4を、多価カルボン酸の仕込み量に対して0.003質量%の量で投入した。生成する水を留去しながら、6時間かけて内温を190℃から240℃まで昇温させ、温度240℃の条件で6時間かけて脱水縮合反応を継続して重合を行うことにより、結晶性ポリエステル樹脂を得た。この結晶性ポリエステル樹脂の融点(Tm)は66.8℃、数平均分子量(Mn)は6300であった。
下記に示す脂肪酸アミド化合物を使用して、脂肪酸アミド化合物分散液ED-1~ED-3を調製した。
脂肪酸アミド化合物A-2:融点82℃、Mw338(エルカ酸アミド) SP値19.8
脂肪酸アミド化合物A-3:融点74℃、Mw281(オレイン酸アミド) SP値20.2
(脂肪酸アミド化合物分散液ED-1の調製)
上記脂肪酸アミド化合物A-1の36質量部をメチルエチルケトンに溶解させて溶融状態のまま、乳化分散機「キャビトロンCD1010」(株式会社ユーロテック製)に対して毎分100質量部の移送速度で移送した。また、この溶融状態の脂肪酸アミド化合物A-1の移送と同時に、当該乳化分散機に対して、水性溶媒タンクにおいて試薬アンモニア水84質量部をイオン交換水で希釈した、濃度0.37質量%の希アンモニア水を、熱交換機で100℃に加熱しながら毎分0.1リットルの移送速度で移送した。そして、この乳化分散機を、回転子の回転速度60Hz、圧力5kg/cm2の条件で運転することにより、メジアン径200nmの脂肪酸アミド化合物A-1の混合水系分散液(同時乳化分散液)である脂肪酸アミド化合物分散液ED-1を調製した。固形分は23質量%であった。
上記脂肪酸アミド化合物分散液ED-1の調製において、脂肪酸アミド化合物A-1に代えて、それぞれ脂肪酸アミド化合物A-2、脂肪酸アミド化合物A-3を用いた以外は同様にして、脂肪酸アミド化合物分散液ED-2及びED-3を調製した。
ドデシル硫酸ナトリウム90質量部をイオン交換水1600質量部に添加した。この溶液を撹拌しながら、銅フタロシアニン(C.I.Pigment Blue 15:3)420質量部を徐々に添加し、次いで、撹拌装置「クレアミックス」(エム・テクニック社製)を用いて分散処理することにより、着色剤粒子の水系分散液(着色剤分散液)(Cy1)を調製した。
(樹脂形成用溶液の調製)
〈樹脂形成用溶液(Y1)の調製〉
撹拌装置、加熱冷却装置及び温度計を備えた反応容器に、セバシン酸とアジピン酸と1,6-ヘキサンジオール(モル比1:1)とから得られたポリエステル(Mn:5000)960質量部及びアセトン300質量部を入れて撹拌し、ポリエステルをメチルエチルケトンに均一に溶解した。この溶液にイソホロンジイソシアネート(IPDI)40質量部を入れ、80℃で6時間反応させた。これにより、樹脂(b1)を得た。得られた樹脂(b1)の1000質量部と、アセトンの1000質量部とをビーカーに入れて攪拌し、樹脂(b1)をアセトンに均一に溶解させた。これにより、樹脂(b1)形成用溶液(Y1)を調製した。
撹拌装置、加熱冷却装置及び温度計を備えた反応容器に、セバシン酸とアジピン酸と1,6-ヘキサンジオール(モル比1:1)とから得られたポリエステル(Mn:5000)980質量部及び アセトン300質量部を入れて撹拌し、ポリエステルをアセトンに均一に溶解した。この溶液にイソホロンジイソシアネート(IPDI)20質量部を入れ、80℃で6時間反応させた。これにより、樹脂(b2)を得た。得られた樹脂(b2)1000質量部とアセトン1000質量部とをビーカーに入れて攪拌し、樹脂(b2)をアセトンに均一に溶解させた。これにより、樹脂(b2)形成用溶液(Y2)を得た。
撹拌装置、加熱冷却装置及び温度計を備えた反応容器に、セバシン酸とアジピン酸と1,6-ヘキサンジオール(モル比1:1)とから得られたポリエステル(Mn:5000)920質量部及びアセトン300質量部を入れて撹拌し、ポリエステルをアセトンに均一に溶解した。この溶液にイソホロンジイソシアネート(IPDI)80質量部を入れ、80℃で6時間反応させた。これにより、樹脂(b3)を得た。得られた樹脂(b3)1000質量部と、アセトン1000質量部とをビーカーに入れて攪拌し、樹脂(b3)をアセトンに均一に溶解させた。これにより、樹脂(b3)形成用溶液(Y3)を得た。
撹拌装置、加熱冷却装置及び温度計を備えた反応容器に、セバシン酸とアジピン酸と1,6-ヘキサンジオール(モル比1:1)とから得られたポリエステル(Mn:5000)880質量部及びアセトン300質量部を入れて撹拌し、ポリエステルをアセトンに均一に溶解した。この溶液にイソホロンジイソシアネート(IPDI)120質量部を入れ、80℃で6時間反応させた。これにより、樹脂(b4)を得た。得られた樹脂(b3)1000質量部と、アセトン1000質量部とをビーカーに入れて攪拌し、樹脂(b4)をアセトンに均一に溶解させた。これにより、樹脂(b4)形成用溶液(Y4)を得た。
〈ウレタン変性結晶性ポリエステル樹脂粒子分散液UED-1の調製〉
ウレタン変性結晶性ポリエステル樹脂である樹脂形成用溶液(Y1)を100質量部、メチルエチルケトン400質量部に加え、撹拌しながら70℃に加熱して溶解させた。さらにトリエチルアミン1.5質量部を加えて中和を行い、これにより油相を調製した。
上記レタン変性結晶性ポリエステル樹脂粒子分散液UED-1の調製において、ウレタン変性結晶性ポリエステル樹脂である樹脂形成用溶液(Y1)を、それぞれ樹脂形成用溶液(Y2)~樹脂形成用溶液(Y4)に変更した以外は同様にして、ウレタン変性結晶性ポリエステル樹脂粒子分散液UED-2~UED-4を調製した。固形分は全て22%であった。
〔トナー1の調製〕
(凝集・融着工程)
撹拌装置、温度センサー及び冷却管を取り付けた反応容器に、コア用の非晶性ビニル樹脂粒子分散液X1を315質量部(固形分換算)、ウレタン変性結晶性ポリエステル樹脂粒子分散液UED-1を12質量部(固形分換算)、無変性脂肪族ポリエステル樹脂分散液CP1を18質量部、脂肪族アミド分散液(ED-1)17質量部、ドデシルジフェニルエーテルジスルホン酸ナトリウム塩を樹脂100質量%に対し1質量%(固形分換算)及びイオン交換水2000質量部を投入した。室温下(25℃)下で、5モル/Lの水酸化ナトリウム水溶液を添加してpHを10に調整した。
凝集・融着工程にて調製したトナー母体粒子の分散液を、バスケット型遠心分離機を用いて、固液分離し、トナー母体粒子のウェットケーキを形成した。このウェットケーキを、35℃のイオン交換水で洗浄後、25%の水酸化ナトリウム水溶液にて、35℃におけるpHが4.0になるまで調整した(Net強度 0.10相当)。前記バスケット型遠心分離機で濾液の電気伝導度が5μS/cmになるまで35℃のイオン交換水で洗浄し、その後、「フラッシュジェットドライヤー(セイシン企業社製)」に移し、水分量が0.5質量%となるまで乾燥して、トナー母体粒子1を作製した。
上記調製したトナー母体粒子1に、疎水性シリカ(数平均一次粒子径=12nm)を1質量%及び疎水性チタニア(数平均一次粒子径=20nm)を0.3質量%添加し、ヘンシェルミキサーにより混合して、トナー1を調製した。
上記トナー1の調製において、マグネシウムの含有量、ウレタン変性結晶性ポリエステル樹脂の種類、脂肪族アミド分散液の種類を、表Iに記載の構成に変更した以外は同様にして、トナー2~11を調製した。
図4に記載の透過率測定装置を用いて、上記調製したトナー1~11の透過率T1.0、T1.1、T1.5を測定した。
図4に示すように、下部のガラス基材3A上に、トナー1を6.5g/m2の条件で付与し、透過率測定サンプルを作製した。
次いで、1.0秒後にガラス基材3Aとガラス基材3Bを離間させ、離間0.1秒後のT1.1、離間0.5秒後のT1.5を測定した。
同様に、トナー2~トナー11について測定したT1.5/T1.1及びT1.5/T1.0を測定し、得られた結果を表Iに示す。
表Iに記載のマグネシウム含有量(質量%)は、下記の方法で測定した。
各トナーの3質量部をポリオキシエチルフェニルエーテルの0.2質量%水溶液35質量部に添加して分散させた。この分散液を、超音波ホモジナイザーUS-1200T(日本精機製作所社製)により25℃で5分間処理し、外添剤をトナー表面から取り除いて測定用の試料を得た。
高周波誘導結合プラズマ発光分析装置SPS3520UV(エスアイアイナノテクノロジー社製)に、上記前処理を施した試料をセットし、結着樹脂のイオン架橋に寄与する金属元素としてMgの含有量を測定した。このとき、Mgの検出波長は279.553nmとした。
〔Temp2(冷却速度)VS光沢度の相関関係を示すテーブルの作成〕
図7に記載の定着ユニット60を用いて、Temp2(冷却速度)と光沢度の相関関係を示すテーブルを作成した。
定着ベルト605は、ポリイミド基体上にシリコーンゴム層(厚さ:220μm、ゴム硬度20°)を有し、表面が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(以下、PFAと称す。MD-1硬度85°)でコーティングされている。定着ベルト周長は120mmである。
(1)加圧ローラーの設定温度:55℃~110℃
加圧温度は、冷却ファン630よりエアを当て、下記の各条件にて調整した。
1)強風のとき加圧ローラー温度:54℃
2)中風のとき加圧ローラー温度:80℃
3)弱風のとき加圧ローラー温度:110℃
(2)荷重:2000N
(3)通紙速度:300mm/sec
(4)ニップ長さ:20mm
(5)トナー付着量:8g/m2
(第2定着工程:ニップ開放後の工程)
非接触加熱手段610(補助ヒーター)としては、内部にハロゲンヒーターが2つ配置されている。ハロゲンヒーターは断熱材で覆われている。当該断熱材の長さは300mmである。
(各トナーの光沢範囲の評価)
上記トナーについて測定したMAX、MIN、光沢度制御範囲ΔG(MAX-MIN)、及び平均光沢度を求めた。
次いで、各トナーの光沢度制御範囲ΔG(MAX-MIN)及び平均光沢度について、下記の基準に従ってランク分けを行った。
◎:光沢度制御範囲ΔGが、20以上である
〇:光沢度制御範囲ΔGが、15以上、20未満である
×:光沢度制御範囲ΔGが、15未満である
〈平均光沢度〉
◎:平均光沢度が、25以上、40未満である
〇:平均光沢度が、20以上、25未満である
×:平均光沢度が、20未満、又は40以上である
上記調製した各トナーをサンプル瓶に充填・密封したのち、60℃の恒温槽中で3時間保管した。次いで、各トナーの溶状を目視観察し、凝集及び沈殿物の発生がないものを「〇」、わずかに凝集又は沈殿物の発生が認められるものを「△」、沈殿物及び凝集物の発生が認められるものを「×」と判定した。
2 定着ベルト
3A、3B ガラス基材
4A、4B 加熱部材
5 加圧部材
6 レーザー光源
7 フォトダイオード
8 非接触温度計
9 加熱又は冷却手段
60 定着ユニット
60A 加熱部
60B 加圧部
61 定着ローラー用モーター
62 加圧ローラー用モーター
63 ヒーター
64 温度センサー
65 ローラー位置調整用モーター
101 CPU
500 画像形成装置
601 加熱ローラー
602 定着ローラー
605 定着ベルト
609 加圧ローラー
610 非接触加熱手段
611 非接触冷却手段
622 温度センサー
630 冷却ファン
631 冷却ローラー
L ハロゲンランプ
P 用紙
TN トナー画像
Claims (19)
- 静電荷像現像用トナーと画像形成装置とで構成される画像形成システムであって、
下記条件(a)及び(b)を満たし、
前記静電荷像現像用トナーが、ビニル系樹脂と脂肪族ポリエステル樹脂とを含有し、
前記ビニル系樹脂が、酸を含有し、かつ、Mgで架橋されており、
前記脂肪族ポリエステル樹脂が、イソシアネート基で架橋したウレタン変性樹脂である
ことを特徴とする画像形成システム。
(a)前記静電荷像現像用トナーの690nmでの光透過率T1.0、T1.1及びT1.5が、下記条件下で、下記式(1)及び(2)で規定する条件を同時に満たす。
式(1):0.2<T1.5/T1.1<0.8
式(2):0.2<T1.5/T1.0<0.7
但し、T1.0は、ガラス上の前記静電荷像現像用トナーの付着量を6.5g/m2とし、前記静電荷像現像用トナーに、加圧・加熱処理A(圧力:200kPa、温度:100℃)を1.0秒間施した後の光透過率。
T1.1及びT1.5は、前記加圧・加熱処理Aを1.0秒間施した後、圧力を開放し、圧力を0kPaかつ温度を100℃とした条件下での加熱処理を0.1秒間及び0.5秒間、それぞれ独立に施した後のそれぞれの光透過率。
(b)前記画像形成装置が、
少なくとも、前記静電荷像現像用トナーを使用する画像形成部と、
記録媒体上に形成されたトナー画像を定着する加熱部材と加圧部材で構成される第1定着部と、
前記定着したトナー画像の冷却速度調整部と、かつ
指定された画像の光沢度に従い、前記冷却速度調整部を制御する冷却速度制御部を有する。 - 前記冷却速度調整部が、前記第1定着部を構成する前記加圧部材の温度を下げて、前記光沢度を制御する手段を有することを特徴とする請求項1に記載の画像形成システム。
- 前記加圧部材の温度を制御する手段が、前記加圧部材に風をあてて温度を制御する手段であることを特徴とする請求項2に記載の画像形成システム。
- 前記加圧部材の温度を制御する手段が、加圧部材に冷却ローラーを当接して制御する手段であることを特徴とする請求項2に記載の画像形成システム。
- 前記加圧部材の温度を制御する手段が、対向する位置に配置される加熱ローラーと加圧ローラーの離接時間で制御する手段であることを特徴とする請求項2に記載の画像形成システム。
- 前記冷却速度調整部が、第1定着後に、前記記録媒体を加熱する手段を有し、加熱量を制御することで前記光沢度を制御することを特徴とする請求項1に記載の画像形成システム。
- 前記記録媒体を加熱する手段が、非接触方式の加熱手段であることを特徴とする請求項6に記載の画像形成システム。
- 前記記録媒体を加熱する手段が、ハロゲンランプの数と発光強度により制御する手段であることを特徴とする請求項6又は請求項7に記載の画像形成システム。
- 前記冷却速度調整部が、前記第1定着部の後に、冷却手段を有することを特徴とする請求項1に記載の画像形成システム。
- 前記冷却手段が、記録媒体への冷風の吹き付け手段であることを特徴とする請求項9に記載の画像形成システム。
- 前記冷却手段が、冷却ローラー又は冷却ベルトを記録媒体に接触させる手段であることを特徴とする請求項9に記載の画像形成システム。
- 前記冷却速度調整部が、あらかじめ冷却速度と光沢度の相関関係を示すテーブルを作成し、当該相関関係を示すテーブルに応じて冷却速度を制御することを特徴とする請求項1から請求項11までのいずれか一項に記載の画像形成システム。
- 前記トナー画像を、第1定着部で加熱ローラーと加圧ローラーによりニップし、当該ニップを開放した2秒後のトナー画像の温度をTemp2としたとき、Temp2の温度範囲を下記式(3)で規定する範囲内に制御し、あらかじめ作成した前記Temp2と光沢度の相関関係を示すテーブルに応じて、冷却速度を制御することを特徴とする請求項1から請求項11までのいずれか一項に記載の画像形成システム。
式(3) 40℃<Tem2<110℃ - 前記静電荷像現像用トナーが、下記式(4)及び(5)で規定する条件を同時に満たすことを特徴とする請求項1から請求項13までのいずれか一項に記載の画像形成システム。
式(4) 0.2<T1.5/T1.1<0.7
式(5) 0.3<T1.5/T1.0<0.7 - 前記静電荷像現像用トナーにおける前記Mgの含有量が、0.05~0.25質量%の範囲内であることを特徴とする請求項1から請求項14までのいずれか一項に記載の画像形成システム。
- 前記静電荷像現像用トナーが、SP値が19~25J/cm3の範囲内で、数平均分子量Mnが200~2000の範囲内で、かつ、融点が60~120℃の範囲内にある結晶性化合物を含有することを特徴とする請求項1から請求項15までのいずれか一項に記載の画像形成システム。
- 前記結晶性化合物が、分子内にアミド基と、炭素数が10以上の長鎖アルキル基を有する化合物であることを特徴とする請求項16に記載の画像形成システム。
- 前記静電荷像現像用トナーの貯蔵弾性率G´が1×104Paになる温度が、110℃以下であることを特徴とする請求項1から請求項17までのいずれか一項に記載の画像形成システム。
- 静電荷像現像用トナーと画像形成装置とを用いて画像を形成する画像形成方法であって、
下記条件(a)及び(b)を満たし、
前記静電荷像現像用トナーが、ビニル系樹脂と脂肪族ポリエステル樹脂とを含有し、
前記ビニル系樹脂が、酸を含有し、かつ、Mgで架橋されており、
前記脂肪族ポリエステル樹脂が、イソシアネート基で架橋したウレタン変性樹脂である
ことを特徴とする画像形成方法。
(a)前記静電荷像現像用トナーが、690nmでの光透過率T1.0、T1.1及びT1.5としたとき、下記条件下で、下記式(1)及び(2)で規定する条件を同時に満たす。
式(1):0.2<T1.5/T1.1<0.8
式(2):0.2<T1.5/T1.0<0.7
但し、T1.0は、ガラス上の前記静電荷像現像用トナーの付着量を6.5g/m2とし、前記静電荷像現像用トナーに、加圧・加熱処理A(圧力:200kPa、温度:100℃)を1.0秒間施した後の光透過率。
T1.1及びT1.5は、前記加圧・加熱処理Aを1.0秒間施した後、圧力を開放し、圧力を0kPaかつ温度を100℃とした条件下での加熱処理を0.1秒間及び0.5秒間、それぞれ独立に施した後のそれぞれの光透過率。
(b)前記画像形成装置が、
少なくとも、前記静電荷像現像用トナーを使用する画像形成部と、
記録媒体上に形成されたトナー画像を定着する加熱部材と加圧部材で構成される第1定着部と、
前記定着したトナー画像の冷却速度調整部と、かつ
指定された画像の光沢度に従い、前記冷却速度調整部を制御する冷却速度制御部を有する。
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