JP4127313B1 - 静電荷像現像用トナー、静電荷像現像剤、トナーカートリッジ、プロセスカートリッジ及び画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】少なくとも、結着樹脂、着色剤及び離型剤を含み、前記結着樹脂が非晶性ポリエステル樹脂と結晶性ポリエステル樹脂とを含有し、該非晶性ポリエステル樹脂にスズ含有触媒が含まれ、前記結晶性ポリエステル樹脂にチタン含有触媒が含まれる静電荷像現像用トナーである。
【選択図】なし
Description
上記ポリエステル樹脂の合成には、有機スズ触媒が広く用いられてきた。有機スズ触媒は、反応活性が高いため、重合性単量体選択性が広く、合成反応が短時間ですむ長所があるが、帯電量の早期発現や帯電量の温湿度等の環境に対する特性がスチレンアクリル系樹脂よりも劣る場合があり、この問題に対して、例えば無機スズ触媒を用いたポリエステル樹脂や、チタン触媒を用いたポリエステル樹脂が開示されている(例えば、特許文献3、4参照)。
すなわち請求項1に係る発明は、少なくとも、結着樹脂、着色剤及び離型剤を含み、
前記結着樹脂が非晶性ポリエステル樹脂と結晶性ポリエステル樹脂とを含有し、該非晶性ポリエステル樹脂にドデセニルコハク酸由来構成成分及びスズ含有触媒が含まれ、前記結晶性ポリエステル樹脂にチタン含有触媒が含まれ、
前記非晶性ポリエステル樹脂及び結晶性ポリエステル樹脂の酸価が、7mgKOH/gより大きく25mgKOH/g未満であり、かつ、前記非晶性ポリエステル樹脂の酸価が前記結晶性ポリエステル樹脂の酸価より大きく、
前記非晶性ポリエステル樹脂粒子、結晶性ポリエステル樹脂粒子、着色剤粒子及び離型剤粒子を凝集・会合し、更に非晶性ポリエステル樹脂からなる追加粒子で被覆して得られる静電荷像現像用トナーである。
請求項2に係る発明によれば、結晶性ポリエステル樹脂を含む場合でも、定着後に被記録体が冷却されにくい定着条件においても、より光沢度の低下が少ない画像を形成できる。
請求項3に係る発明によれば、トナーが結晶性ポリエステル樹脂を含む場合でも、定着後に被記録体が冷却されにくい定着条件においても、画像光沢度や光透過性の低下がなく、2次色画像の発色性にも優れた画像形成が可能な画像を形成でき、しかも長寿命の静電荷像現像剤を提供することができる。
請求項4に係る発明によれば、定着後に被記録体が冷却されにくい定着条件においても、光沢度の低下が少ない画像形成が可能な静電荷像現像用トナーの供給を容易にし、上記特性の維持性を高めることができる。
請求項5に係る発明によれば、定着後に被記録体が冷却されにくい定着条件においても、光沢度の低下が少ない画像形成が可能な静電荷像現像剤の取り扱いを容易にし、種々の構成の画像形成装置への適応性を高めることができる。
請求項6に係る発明によれば、定着後に被記録体が冷却されにくい定着条件においても、画像光沢度や光透過性の低下がなく、2次色画像の発色性にも優れた画像形成を維持することができる。
<静電荷像現像用トナー>
本発明の静電荷像現像用トナー(以下、単に「トナー」と称する場合がある)は、少なくとも、結着樹脂、着色剤及び離型剤を含み、前記結着樹脂が非晶性ポリエステル樹脂と結晶性ポリエステル樹脂とを含有し、該非晶性ポリエステル樹脂にスズ含有触媒が含まれ、前記結晶性ポリエステル樹脂にチタン含有触媒が含まれることを特徴とする。
すなわち、定着後トナー像が固化するまでに時間がかかると、結晶性樹脂の結晶化が比較的ゆっくり進行するため、結晶が成長し、その結果結晶の光散乱により発色性が低下したり、結晶ドメインにより画像光沢度が低下したりすることがある。具体的には、30℃以上の高温環境下で熱容量が大きい被記録体を用いて連続プリントを行う場合などに上記問題が発生しやすい。
またこのことから、結着樹脂における結晶性ポリエステル樹脂と非晶性ポリエステル樹脂との相溶性を高めないと、上記ドメインを小さくすることができないことも判明した。
そこで、ポリエステル樹脂の重合触媒としてチタン含有触媒を用いたところ、前記固化に対して不利な定着条件でも離型剤と結晶性ポリエステル樹脂とから構成されるドメインが大きくなりにくいという結果が得られた。
また、チタンは光触媒に用いられるように、スズに比べ親水性になりやすいため、トナー製造工程における、凝集性や融合性が変化している可能性も考えられる。
そこで本発明者等は、さらに検討を進め、結晶性ポリエステル樹脂の重合にだけチタン含有触媒を用い、非晶性ポリエステル樹脂としてはスズ含有触媒により得られたものを組み合わせることにより、上記問題を生じることなく、前記固化に対して不利な定着条件においてもトナーにおける結晶性ポリエステル樹脂のドメインを小さくすることができることを見出した。
本発明のトナーは、結着樹脂と、着色剤と、離型剤と、を含み、該結着樹脂が非晶性ポリエステル樹脂と結晶性ポリエステル樹脂とを含有している必要がある。
本発明に用いられる非晶性ポリエステル樹脂とは、示差走査熱量測定(DSC)において、ガラス転移に対応した階段状の吸熱点の他に、結晶融点に対応した吸熱ピークを示さないポリエステル樹脂を意味する。
非晶性ポリエステル樹脂としては公知のポリエステル樹脂を使用することができる。非晶性ポリエステル樹脂は多価カルボン酸成分と多価アルコール成分とから合成される。なお、前記非晶性ポリエステル樹脂としては、市販品を使用してもよいし、合成したものを使用してもよい。また非晶性ポリエステル樹脂は、1種の非晶性ポリエステル樹脂でも構わないが、2種以上のポリエステル樹脂の混合であっても構わない。
3価以上のカルボン酸としては、例えば、1,2,4−ベンゼントリカルボン酸、1,2,5−ベンゼントリカルボン酸、1,2,4−ナフタレントリカルボン酸等、及びこれらの無水物やこれらの低級アルキルエステルなどが挙げられる。これらは1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
なお、必要に応じて、酸価や水酸基価の調製等の目的で、酢酸、安息香酸等の1価の酸や、シクロヘキサノール、ベンジルアルコール等の1価のアルコールも使用することができる。
これらの中でも、結晶性ポリエステル樹脂との相溶性を向上させるために、1,2−ヘキサンジオールやアルキルコハク酸およびアルケニルコハク酸、及びそれらの無水物などの長鎖アルキル側鎖(側鎖の炭素数4以上)を持つモノマーを2から30モル%含むモノマー成分とすることが好ましい。中でも疎水性の高いアルキルコハク酸およびアルケニルコハク酸、及びそれらの無水物を含むことが好ましい。
具体的には、重合温度140〜270℃で行うことができ、必要に応じて反応系内を減圧にし、縮合の際に発生する水やアルコールを除去しながら反応させる。モノマーが、反応温度下で溶解又は相溶しない場合は、高沸点の溶剤を溶解補助溶剤として加え溶解させてもよい。重縮合反応においては、溶解補助溶剤を留去しながら行う。共重合反応において相溶性の悪いモノマーが存在する場合は、あらかじめ相溶性の悪いモノマーと、そのモノマーと重縮合予定の酸又はアルコールとを縮合させておいてから主成分と共に重縮合させるとよい。前記酸成分とアルコール成分とを反応させる際のモル比(酸成分/アルコール成分)としては、反応条件等によっても異なるため、一概には言えないが、直接重縮合の場合、通常0.9/1から1/0.9である。エステル交換反応の場合は、エチレングリコール、プロピレングリコール、ネオペンチルグリコール、シクロヘキサンジメタノールなど真空下で脱留可能なモノマーを過剰に用いる場合がある。
2種以上の非晶性ポリエステル樹脂を用いる場合は、少なくとも1種に前記アルキルコハク酸およびアルケニルコハク酸、及びそれらの無水物を構成成分として含むことが好ましい。
分子量分布は以下の条件で測定した。GPC装置として、東ソー(株)HLC−8120GPC、SC−8020装置を用い、カラムはTSK gei, SuperHM−H(6.0mmID×15cm×2)を用い、溶離液として和光純薬社製クロマトグラフ用THF(テトラヒドロフラン)を用いた。実験条件としては、試料濃度0.5%、流速0.6ml/min.、サンプル注入量10μl、測定温度40℃、検量線はA−500、F−1、F−10、F−80、F−380、A−2500、F−4、F−40、F−128、F−700の10サンプルから作製した。また試料解析におけるデータ収集間隔は300msとした。
なお、酸価の測定は、樹脂を2g秤量し、アセトン−トルエン160mlに溶解、または溶解性の不十分なものについては加熱溶解したのち、この試料を用いJIS K0070−1992の電位差滴定法により測定した。以下もこれに準ずる。
また、JIS K0070により測定した水酸基価は5〜40mgKOH/gの範囲であることが望ましい。
上記樹脂の軟化点は、フローテスター(島津社製:CFT−500C)を用いて、サンプル量:1.05g、予熱:65℃で300sec,プランジャー圧力:0.980665MPa,ダイサイズ:直径1mm,昇温速度:1.0℃/minの条件下で測定された、溶融開始温度と溶融終了温度との中間温度を指す。
ここで前記樹脂の損失弾性率は以下のようにして測定される。測定装置は、レオメトリックス社製のレオメーター、商品名「RDA II」(RHIOSシステムver.4.3)を用い、測定用プレートは直径8mmのパラレルプレートを用い、ゼロ点調整温度90℃、プレート間ギャップ3.5mm、昇温速度毎分1℃、初期測定歪み0.01%、測定開始温度30℃で、温度上昇と共に検出トルクが10gcm程度になるように歪みを調節し、最大歪みを20%までとし、検出トルクが測定保証値の下限を下回った時点で測定終了とした。
他の樹脂として使用可能な樹脂としては、例えば、ポリスチレン、ポリ(メタ)アクリル酸及びそのエステル化物などが挙げられる。具体的には、例えば、スチレン、パラクロロスチレン、α−メチルスチレン等のスチレン類;アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸n−プロピル、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸ラウリル、アクリル酸2−エチルヘキシル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸n−プロピル、メタクリル酸ラウリル、メタクリル酸2−エチルヘキシル等のビニル基を有するエステル類;アクリロニトリル、メタクリロニトリル等のビニルニトリル類;ビニルメチルエーテル、ビニルイソブチルエーテル等のビニルエーテル類;ビニルメチルケトン、ビニルエチルケトン、ビニルイソプロペニルケトン等のビニルケトン類;エチレン、プロピレン、ブタジエンなどのポリオレフィン類;などの単量体の重合体、これらを2種以上組み合せて得られる共重合体又はこれらの混合物を挙げることができ、さらにはエポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、セルロース樹脂、ポリエーテル樹脂等、非ビニル縮合系樹脂、あるいはこれらと前記ビニル系樹脂との混合物やこれらの共存下でビニル系単量体を重合する際に得られるグラフト重合体等も使用できる。中でも、帯電性や定着性の観点で、スチレンアクリル共重合樹脂、特にスチレンブチルアクリレート共重合樹脂が好ましい。
結晶性ポリエステル樹脂は、トナーの結着樹脂として画像光沢度の向上と安定化及び低温定着性向上のために使用される。本発明で使用される結晶性ポリエステル樹脂は、2価の酸(ジカルボン酸)成分と2価のアルコール(ジオール)成分とから合成されるものであり、本発明において、「結晶性ポリエステル樹脂」とは、示差走査熱量測定(DSC)において、階段状の吸熱量変化ではなく、明確な吸熱ピークを有するものを指す。また、結晶性ポリエステル樹脂の主鎖に対して他成分を共重合したポリマーの場合、他成分が50質量%以下の場合、この共重合体も結晶性ポリエステル樹脂と呼ぶ。
なお、前記「酸由来構成成分」とは、ポリエステル樹脂の合成前には酸成分であった構成部位を指し、下記「アルコール由来構成成分」とは、ポリエステル樹脂の合成前にはアルコール成分であった構成部位を指す。
中でも、炭素数6から10のものが結晶融点や帯電性の観点から好ましい。結晶性を高めるためには、これら直鎖型のジカルボン酸を、酸構成成分の95モル%以上用いることが好ましく、98モル%以上用いることがより好ましい。
ステル、グリセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトールなど3価のアルコールも使用することができる。
ただし、触媒としては該チタン含有触媒を主として用い、その他の触媒を混合して用いてもよい。その他の触媒としては、前記非晶性ポリエステル樹脂に準じたものを用いることができる。
なお、前記結晶性ポリエステル樹脂の融点の測定は、前記非晶性ポリエステル樹脂のガラス転移温度測定に準じた方法で、融解に基づく吸熱ピークのピーク温度として求めることができる。
すなわち、まず自動接線処理システムを備えた島津製作所社製の示差走査熱量計(DSC−50)に測定対象のトナーをセットし、冷却媒体として液体窒素をセットし、10℃/分の昇温速度で20℃から150℃まで加熱して(1回目の昇温過程)温度(℃)と熱量(mW)との関係を求め、次に、−10℃/分の降温速度で0℃まで冷却し、再度これを10℃/分の昇温速度で150℃まで加熱して(2回目の昇温過程)データを採取した。なお、0℃および150℃にてそれぞれ5分間ずつホールドした。2回目の昇温過程での吸熱ピーク温度を融点とみなした。尚、結晶性の樹脂には、複数の融解ピークを示す場合があるが、最大のピークをもって融点とみなした。
まず、トナー中の結晶性樹脂と非晶性樹脂とを分離する。はじめに、トナーを、温度50℃、湿度55RH%の恒温槽中で24時間放置し、トナーの熱履歴をキャンセルする。その後、トナー10gをメチルエチルケトン(MEK)100gに常温(20〜25℃)で溶解させる。これは、トナー中に結晶性樹脂と非晶性樹脂とが含まれる場合、常温ではMEK中にほとんど非晶性樹脂のみが溶解するからである。したがって、MEK可溶分中には非晶性ポリエステル樹脂を含む非晶性樹脂が含まれることとなるため、前記溶解後、遠心分離(遠心機「H−18」、株式会社コクサン社、3500回転で20分間)により分離した上澄み液から非晶性ポリエステル樹脂が得られる。遠心分離後の固形分を再度、MEK100gに溶解して遠心分離し、上澄みを廃棄する。一方、遠心分離後の固形分を70℃の加熱下でMEK100gに溶解しこれを遠心分離により分離した上澄み液から結晶性ポリエステル樹脂が得られる。
こうして得られた両樹脂について前記方法により各酸価を測定する。
他の樹脂としては、結着樹脂成分中に3質量%未満の範囲で、(メタ)アクリル酸アミル、(メタ)アクリル酸ヘキシル、(メタ)アクリル酸ヘプチル、(メタ)アクリル酸オクチル、(メタ)アクリル酸ノニル、(メタ)アクリル酸デシル、(メタ)アクリル酸ウンデシル、(メタ)アクリル酸トリデシル、(メタ)アクリル酸ミリスチル、(メタ)アクリル酸セチル、(メタ)アクリル酸ステアリル、(メタ)アクリル酸オレイル、(メタ)アクリル酸ベヘニル等の長鎖アルキル、アルケニルの(メタ)アクリル酸エステルを1種単独もしくは2種以上を併用したビニル系樹脂、エチレン、プロピレン、ブタジエン、イソプレン等のオレフィン類、を併用しても良い。
本発明のトナーに用いられる着色剤として、イエロー顔料としては、黄鉛、亜鉛黄、黄色酸化鉄、カドミウムイエロー、クロムイエロー、ハンザイエロー、ハンザイエロー10G 、ベンジジンイエローG、ベンジジンイエローGR、スレンイエロー、キノリン
イエロー、パーメネントイエローNCG 等を挙げることができ、特に、C.I.ピグメント・イエロー17、C.I.ピグメント・イエロー74、C.I.ピグメント・イエロー97、、C.I.ピグメント・イエロー155、C.I.ピグメント・イエロー180、C.I.ピグメント・イエロー185等が好適に用いられる。
白色顔料としては、亜鉛華、酸化チタン、アンチモン白、硫化亜鉛等を挙げることができる。
本発明のトナーには、定着性や画像保存性を向上させる目的で離型剤を含有させる。用いられる離型剤としては、ASTMD3418−8に準拠して測定されたDSCにおける主体極大吸熱ピークが60〜120℃にあり、かつ140℃において1〜50mPasの溶融粘度を有する物質であることが望ましい。融点が60℃未満では離型剤の変化温度が低すぎ、耐ブロッキング性が劣ったり、複写機内温度が高まった時に現像性が悪化したりする場合がある。120℃を超える場合には、ワックスの変化温度が高すぎ、高温での定着を行えばいいが、省エネルギーの観点で望ましくない場合がある。また、140℃において50mPasより高い溶融粘度ではトナーからの溶出が弱く、定着剥離性が不十分となってしまう場合がある。
一般に高分子量化すれば融点とともに吸熱開始温度も上昇するが、このやり方ではワックス本来の低溶融温度と、低粘度をそこなってしまう。よってワックスの分子量分布のうち、これら低分子量のものだけを選別してのぞくことが有効であるが、この方法として、分子蒸留、溶剤分別、ガスクロマトグラフ分別等の方法がある。
DSCの測定については前述の通りである。
本発明のトナーには、必要に応じて無機もしくは有機の粒子を添加することができる。前記粒子の補強効果によりトナーの貯蔵弾性率が大きくなり、耐オフセット性や定着器からの剥離性を向上できる場合がある。また、前記粒子は着色剤や離型剤などの内添物の分散性を向上させる場合がある。
本発明のトナーを製造する方法としては、湿式造粒法による。前記湿式造粒法としては、公知の溶融懸濁法、乳化凝集法、溶解懸濁法等の方法が好適に挙げられる。以下、乳化凝集法を例に説明する。
本発明のトナーにおいては、前記追加粒子を添加する操作によって、コアシェル構造を形成することが望ましい。前記追記粒子の主成分となる結着樹脂が、シェル層用樹脂である。この方法を用いれば、融合工程において、温度、攪拌数、pHなどの調整により、トナー形状制御を簡単に行うことができる。
前記乳化工程において、例えば前記非晶性ポリエステル樹脂の乳化粒子(液滴)は、水系媒体と、ポリエステル樹脂及び必要に応じて着色剤を含む混合液(ポリマー液)と、を混合した溶液に、剪断力を与えることにより形成される。その際、非晶性ポリエステル樹脂のガラス転移温度以上の温度に加熱することで、ポリマー液の粘性を下げて乳化粒子を形成することができる。また、乳化粒子の安定化や水系媒体の増粘のため分散剤を使用することもできる。以下、かかる乳化粒子の分散液のことを、「樹脂粒子分散液」という場合がある。
前記乳化工程において、樹脂の粘度を下げて乳化性を向上させる目的で、あらかじめ樹脂に溶剤を添加しておく方法を用いても良い。使用される溶剤としては、ポリエステル樹脂を溶解させるものであれば特に限定はないが、テトラヒドロフラン(THF)、酢酸メチル、酢酸エチル、メチルエチルケトンなどのケトン系溶剤、ベンゼン、トルエン、キシレンなどのベンゼン系溶剤などを用いることができるが、溶解性、脱溶剤性の観点から、酢酸エチルやメチルエチルケトンなどのエステル系及びケトン系溶剤を用いることが好ましい。
また、粒度分布制御の目的で、塩化ナトリウム、塩化カリウムなどの塩や、アンモニアなどを添加してもよい。この中ではアンモニアが好ましく用いられる。
前記乳化液から有機溶媒を除去する方法としては、乳化液を15〜70℃で有機溶剤を揮発させる方法、これに減圧を組み合わせる方法が好ましく用いられる。
着色剤分散液や離型剤分散液に用いられる分散剤は、一般的には界面活性剤である。界面活性剤としては、例えば、硫酸エステル塩系、スルホン酸塩系、リン酸エステル系、せっけん系等のアニオン界面活性剤;アミン塩型、4級アンモニウム塩型等のカチオン界面活性剤;ポリエチレングリコール系、アルキルフェノールエチレンオキサイド付加物系、多価アルコール系等の非イオン系界面活性剤等が好適にあげられる。これらの中でもイオン性界面活性剤が好ましく、アニオン界面活性剤、カチオン界面活性剤がより好ましい。前記非イオン系界面活性剤は、前記アニオン界面活性剤またはカチオン界面活性剤と併用されるのが好ましい。前記界面活性剤は、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。また、離型剤分散液など、他の分散液に用いられる分散剤と同極性であることが好ましい。
前記外添剤は、サンプルミルやヘンシェルミキサーなどで機械的衝撃力を加えられてトナー表面に付着又は固着させられる。
本発明におけるトナーの体積平均粒径は4〜9μmの範囲であることが望ましく、より望ましくは4.5〜8.5μmの範囲であり、さらに望ましくは5〜8μmの範囲である。体積平均粒径が4μmより小さいと、トナー流動性が低下し、各粒子の帯電性が低下しやすく、また帯電分布が広がるため、背景へのかぶりや現像器からのトナーこぼれ等が生じやすくなる。また4μmより小さいと、格段にクリーニング性が困難となる場合がある。体積平均粒径が9μmより大きいと、解像度が低下するため、十分な画質が得られなくなり、近年の高画質要求を満たすことが困難となる場合がある。
上記形状係数SF1は110〜135の範囲であることがより好ましい。
SF1=(ML2/A)×(π/4)×100 ・・・ 式(1)
上記式(1)中、MLはトナー粒子の絶対最大長、Aはトナー粒子の投影面積を各々示す。
まず、トナー中の結晶性樹脂と非晶性樹脂を分離する。はじめに、トナーを、温度50℃、湿度55RH%の恒温槽中で24時間放置し、トナーの熱履歴をキャンセルする。その後、トナー10gをメチルエチルケトン(MEK)100gに常温(20〜25℃)で溶解させる。これは、トナー中に結晶性樹脂と非晶性樹脂とが含まれる場合、常温ではMEK中にほとんど非晶性樹脂のみが溶解するからである。したがって、MEK可溶分中には非晶性ポリエステル樹脂を含む非晶性樹脂が含まれることとなるため、前記溶解後、遠心分離(遠心機「H−18」、株式会社コクサン社、2500回転で15分間)により分離した上澄み液から非晶性ポリエステル樹脂が得られる。非晶性樹脂を溶解しているMEKは真空乾燥機により除去することで非晶性樹脂を得る。遠心分離後の固形分を再度MEK100gに溶解して遠心分離し、上澄みを廃棄する。一方、遠心分離後の固形分を70℃の加熱下でMEK100gに溶解しこれを遠心分離により分離した上澄み液から結晶性ポリエステル樹脂が得られる。こうして得られた両樹脂について前記方法によりスズ量、チタン量を確認することができる。
前記チタンの含有量は、30〜200ppmの範囲であることがより好適である。
前記スズの含有量は100〜1000ppmの範囲であることがより望ましい。なお、ICP分光分析による詳細な測定法については後述する。
上記THF不溶分は、樹脂をTHFに5質量%の濃度で60℃湯浴中で加熱溶解させ、メンブランフィルター等で濾過し、フィルター残留分を乾燥し重量を測定することで測定することができる。
本発明の静電荷像現像用トナーは、そのまま一成分現像剤として、あるいはキャリアとから構成される二成分現像剤として用いられるが、帯電の維持性や安定性に優れる二成分現像剤が望ましい。
前記二成分現像剤におけるトナーと上記キャリアとの混合比(質量比)としては、トナー:キャリア=1:100〜30:100程度の範囲であり、3:100〜20:100程度の範囲がより望ましい。
次に、本発明の静電荷像現像用トナーを用いた本発明の画像形成装置について説明する。
本発明の画像形成装置は、像保持体と、該像保持体上に形成された静電荷像を現像剤によりトナー像として現像する現像手段と、像保持体上に形成されたトナー像を被転写体上に転写する転写手段と、被転写体上に転写されたトナー像を定着する定着手段と、を有し、前記現像剤として本発明の静電荷像現像剤を用いるものである。
以下、本発明の画像形成装置の一例を示すが、これに限定されるわけではない。なお、図に示す主用部を説明し、その他はその説明を省略する。
また、各ユニット10Y、10M、10C、10Kの現像装置(現像手段)4Y、4M、4C、4Kのそれぞれには、トナーカートリッジ8Y、8M、8C、8Kに収容されたイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの4色のトナーが供給可能である。
尚、1次転写ローラ5Yは、中間転写ベルト20の内側に配置され、感光体1Yに対向した位置に設けられている。更に、各1次転写ローラ5Y、5M、5C、5Kには、1次転写バイアスを印加するバイアス電源(図示せず)がそれぞれ接続されている。各バイアス電源は、図示しない制御部による制御によって、各1次転写ローラに印加する転写バイアスを可変する。
感光体1Yは、導電性(20℃における体積抵抗率:1×10−6Ωcm以下)の基体上に感光層を積層して形成されている。この感光層は、通常は高抵抗(一般の樹脂程度の抵抗)であるが、レーザ光線3Yが照射されると、レーザ光線が照射された部分の比抵抗が変化する性質を持っている。そこで、帯電した感光体1Yの表面に、図示しない制御部から送られてくるイエロー用の画像データに従って、露光装置3を介してレーザ光線3Yを出力する。レーザ光線3Yは、感光体1Yの表面の感光層に照射され、それにより、イエロー印字パターンの静電荷像が感光体1Yの表面に形成される。
このようにして感光体1Y上に形成された静電荷像は、感光体1Yの走行に従って所定の現像位置まで回転される。そして、この現像位置で、感光体1Y上の静電荷像が、現像装置4Yによって可視像(現像像)化される。
一方、感光体1Y上に残留したトナーはクリーニング装置6Yで除去されて回収される。
こうして、第1ユニット10Yにてイエロートナー像の転写された中間転写ベルト20は、第2〜第4ユニット10M、10C、10Kを通して順次搬送され、各色のトナー像が重ねられて多重転写される。
なお、上記例示した画像形成装置は、中間転写ベルト20を介してトナー像を記録紙Pに転写する構成となっているが、この構成に限定されるものではなく、感光体から直接トナー像が記録紙に転写される構造であってもよい。
図2は、本発明の静電荷像現像剤を収容するプロセスカートリッジの好適な一例を示す概略構成図である。プロセスカートリッジ200は、感光体107とともに、帯電ローラ108、現像装置111、感光体クリーニング装置(クリーニング手段)113、露光のための開口部118、及び、除電露光のための開口部117を取り付けレール116を用いて組み合わせ、そして一体化したものである。
そして、このプロセスカートリッジ200は、転写装置112と、定着装置115と、図示しない他の構成部分とから構成される画像形成装置本体に対して着脱自在としたものであり、画像形成装置本体とともに画像形成装置を構成するものである。なお、300は記録紙である。
本実施例においては、トナーは以下の如き方法にて得られる。即ち、まず下記の樹脂分散液、着色剤分散液、離型剤分散液をそれぞれ調製する。次いで、これらを所定量混合攪拌しながら、これに金属塩凝集剤を添加し、イオン的に中和させ上記各粒子の凝集粒子を形成せしめる。その後、無機水酸化物で系内のpHを弱酸性から中性の範囲に調製後、当該樹脂粒子のガラス転移温度以上(または融点以上)に加熱し、合一融合せしめる。反応終了後、十分な洗浄・固液分離・乾燥の工程を経て所望のトナー粒子を得る。以下、上記に沿って説明する。
まず、実施例、比較例で用いたトナー等の物性測定方法について説明する。なお、上記において詳述したものは、全部またはその一部を省略する。
(樹脂の分子量、分子量分布測定方法)
本発明において、結晶性ポリエステル樹脂等の分子量、分子量分布は、GPCにより「HLC−8120GPC、SC−8020(東ソー(株)社製)装置」を用い、前述の条件により測定した。
樹脂粒子、着色剤粒子等の体積平均粒子径は、ドップラー散乱型粒度分布測定装置(日機装社製、マイクロトラックUPA9340)で測定した。
結晶性樹脂の融点、非結晶性樹脂のガラス転移点(Tg)は、ASTMD3418−8に準拠して、示差走査熱量計(マックサイエンス社製:DSC3110、熱分析システム001)を用い、前述の条件により測定した。なお、融点は吸熱ピークのピーク温度とし、ガラス転移点は階段状の吸熱量変化における中間点の温度とした。
前記方法にて、トナーから分離した結晶性樹脂、もしくは、非晶性樹脂乾固物を、0.01mgまで秤量できる天秤(「AT−200」、メトラートレド株式会社)で、250.0mg秤量し、25mlメスフラスコに入れ、クロロホルム20mlを加えて溶解する。溶けにくい場合は、50℃の湯浴で加熱溶解する。
(非晶性ポリエステル樹脂分散液(1))
・ビスフェノールAプロピレンオキサイド付加物(三洋化成工業(株)製、ニューポールBP−2P):100モル%
・テレフタル酸:70モル%
・ドデセニルコハク酸:22モル%
・トリメリット酸無水物:3モル%
攪拌装置、温度計、コンデンサー、窒素ガス導入管を備えた反応容器に、上記モノマーのうちトリメリット酸無水物以外のモノマーと、ジオクタン酸スズをモノマー成分100質量部に対して0.17質量部を投入し、窒素ガス気流下、235℃で6時間反応させた後、190℃に降温して、上記トリメリット酸無水物を投入し1時間反応させた。さらに220℃まで4時間で昇温し、10kPaの圧力下で所望の分子量になるまで重合させ、淡黄色透明な非晶性ポリエステル樹脂(1)を得た。この非晶性ポリエステル樹脂(1)のDSCによるガラス転移点(Tg)は57℃、GPCによるMwは53000、Mnは7800、フローテスターによる軟化温度は120℃、酸価が14mgKOH/g、Fedors法により計算されるSP値は20.7(J/cm3)1/2であった。
重合触媒として、ジオクタン酸スズの代わりにチタンテトラブトキサイドを0.35質量部用いた以外は、非晶性ポリエステル樹脂(1)の合成に準じて、淡黄色透明な非晶性ポリエステル樹脂(2)を得た。この非晶性ポリエステル樹脂(2)のDSCによるガラス転移点(Tg)は56℃、GPCによるMwは50000、Mnは6800、酸価が15mgKOH/g、Fedors法により計算されるSP値は20.7(J/cm3)1/2であった。
この分散液における樹脂粒子の体積平均粒径は、140nmであった。その後、イオン交換水で調整して固形分濃度を20質量%とした。
・ビスフェノールAプロピレンオキサイド付加物(三洋化成工業(株)製、ニューポールBP−2P):100モル%
・テレフタル酸:68モル%
・ドデセニルコハク酸無水物:20モル%
・トリメリット酸無水物:3モル%
攪拌装置、温度計、コンデンサー、窒素ガス導入管を備えた反応容器に、上記モノマーのうちトリメリット酸無水物以外のモノマーと、ジオクタン酸スズをモノマー成分100質量部に対して0.16質量部を投入し、窒素ガス気流下、235℃で6時間反応させた後、190℃に降温して、上記トリメリット酸無水物を投入し1時間反応させた。さらに220℃まで4時間で昇温し、10kPaの圧力下で所望の分子量になるまで重合させ、淡黄色透明な非晶性ポリエステル樹脂(1)を得た。この非晶性ポリエステル樹脂(3)のDSCによるガラス転移点(Tg)は56℃、GPCによるMwは51000、Mnは7300、フローテスターによる軟化温度は118℃、酸価が9.1mgKOH/g、Fedors法により計算されるSP値は20.8(J/cm3)1/2であった。
この分散液における樹脂粒子の体積平均粒径は、180nmであった。その後、イオン交換水で調整して固形分濃度を20質量%とした。
・ビスフェノールAプロピレンオキサイド付加物(三洋化成工業(株)製、ニューポールBP−2P):100モル%
・テレフタル酸:68モル%
・ドデセニルコハク酸無水物:25モル%
・トリメリット酸無水物:3モル%
攪拌装置、温度計、コンデンサー、窒素ガス導入管を備えた反応容器に、上記モノマーのうちトリメリット酸無水物以外のモノマーと、ジオクタン酸スズをモノマー成分100質量部に対して0.75質量部を投入し、窒素ガス気流下、235℃で6時間反応させた後、190℃に降温して、上記トリメリット酸無水物を投入し1時間反応させた。さらに220℃まで4時間で昇温し、10kPaの圧力下で所望の分子量になるまで重合させ、淡黄色透明な非晶性ポリエステル樹脂(1)を得た。この非晶性ポリエステル樹脂(4)のDSCによるガラス転移点(Tg)は55℃、GPCによるMwは57000、Mnは7100、フローテスターによる軟化温度は121℃、酸価が16.2mgKOH/g、Fedors法により計算されるSP値は20.6(J/cm3)1/2であった。
この分散液における樹脂粒子の体積平均粒径は、130nmであった。その後、イオン交換水で調整して固形分濃度を20質量%とした。
・1,8−オクタンジカルボン酸(試薬):100モル%
・1,9−ノナンジオール(試薬):100モル%
上記成分を、攪拌機、温度計、コンデンサー及び窒素ガス導入管を備えた反応容器に入れ、反応容器中を乾燥窒素ガスで置換した後、モノマー成分100質量部に対してチタンテトラブトキサイド(試薬)を0.25質量部を投入して、窒素ガス気流下170℃で10時間撹拌反応させた。さらに、温度を220℃に上げて、反応容器内を3kPaまで減圧し、減圧下で10時間攪拌反応させて、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DSCによる融点は70.5℃、GPCによるMwは23000、Mnは9000、酸価が9.8mgKOH/g、Fedors法により計算されるSP値は18.6(J/cm3)1/2であった。
重合触媒として、チタンテトラブトキサイドの代わりにジオクタン酸スズを0.15質量部用いた以外は、結晶性ポリエステル樹脂分散液(1)の合成に準じて、結晶性ポリエステル樹脂(2)を得た。この結晶性ポリエステル樹脂のDSCによる融点は70.7℃、GPCによるMwは26000、Mnは10000、酸価が8.9mgKOH/g、Fedors法により計算されるSP値は18.6(J/cm3)1/2であった。
また、結晶性ポリエステル(2)を用いて、結晶性ポリエステル樹脂分散液(1)の調整に準じて結晶性ポリエステル樹脂分散液(2)を得た。
・1,8−オクタンジカルボン酸(試薬):100モル%
・1,9−ノナンジオール(試薬):100モル%
上記成分を、攪拌機、温度計、コンデンサー及び窒素ガス導入管を備えた反応容器に入れ、反応容器中を乾燥窒素ガスで置換した後、モノマー成分100質量部に対してチタンテトラブトキサイド(試薬)を1.1質量部を投入して、窒素ガス気流下170℃で10時間撹拌反応させた。さらに、温度を220℃に上げて、反応容器内を3kPaまで減圧し、減圧下で10時間攪拌反応させて、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DSCによる融点は69.9℃、GPCによるMwは24000、Mnは8000、酸価が10.6mgKOH/g、Fedors法により計算されるSP値は18.6(J/cm3)1/2であった。
また、結晶性ポリエステル(3)を用いて、結晶性ポリエステル樹脂分散液(1)の調整に準じて結晶性ポリエステル樹脂分散液(3)を得た。
非晶性ポリエステル樹脂分散液(1)210質量部に、アニオン性界面活性剤(第一工業製薬(株)、ネオゲンRK、有効成分量:60質量%)を、樹脂固形分に対して2質量%となるように添加混合した後、2質量%濃度の硝酸水溶液でpHを3.0に調整して追加粒子分散液(1)を調製した。
非晶性ポリエステル樹脂分散液(2)210質量部に、アニオン性界面活性剤(第一工業製薬(株)、ネオゲンRK、有効成分量:60質量%)を、樹脂固形分に対して2質量%となるように添加混合した後、2質量%濃度の硝酸水溶液でpHを3.0に調整して追加粒子分散液(2)を調製した。
非晶性ポリエステル樹脂分散液(3)210質量部に、アニオン性界面活性剤(第一工業製薬(株)、ネオゲンRK、有効成分量:60質量%)を、樹脂固形分に対して2質量%となるように添加混合した後、2質量%濃度の硝酸水溶液でpHを3.0に調整して追加粒子分散液(3)を調製した。
非晶性ポリエステル樹脂分散液(3)210質量部に、アニオン性界面活性剤(第一工業製薬(株)、ネオゲンRK、有効成分量:60質量%)を、樹脂固形分に対して2質量%となるように添加混合した後、2質量%濃度の硝酸水溶液でpHを3.0に調整して追加粒子分散液(4)を調製した。
・シアン顔料(大日精化社製:ECB−301):200質量部
・アニオン系界面活性剤(第一工業製薬社製、ネオゲンSC):20質量部(有効成分として、着色剤に対して10質量%)
・イオン交換水:780質量部
上記成分をすべて投入した際に液面の高さが容器の高さの1/3程度になる大きさのステンレス容器に、イオン交換水を280質量部とアニオン系界面活性剤20質量部とを入れ、充分に界面活性剤を溶解させた後、前記シアン顔料すべてを投入し、攪拌機を用いて濡れていない顔料がなくなるまで攪拌するとともに、充分に脱泡させた。脱泡後に残りのイオン交換水を加え、ホモジナイザー(IKA社製、ウルトラタラックスT50)を用いて、5000回転で10分間分散した後、攪拌器で1昼夜攪拌させて脱泡した。
・ポリアルキレンワックス(日本精鑞社製、HNP−9、融点78℃、180℃粘度2.5mPa・s):270質量部
・アニオン性界面活性剤(第一工業製薬社製、ネオゲンRK):8.4質量部(有効成分として、離型剤に対して3.0質量%)
・イオン交換水:721.6質量部
上記成分を混合し、ホモジナイザー(IKA社製、ウルトラタラックスT50)で95℃に加熱しながら分散した後、圧力吐出型ホモジナイザー(ゴーリン社製、ゴーリンホモジナイザー)で分散処理し、離型剤分散液を得た。この分散液中の粒子の体積平均粒径D50は225nmであった。その後、イオン交換水を加えて固形分濃度を20.0質量%に調整した。
(トナーの作製)
・イオン交換水:254質量部
・非晶性ポリエステル樹脂分散液(1):380質量部
・結晶性ポリエステル樹脂分散液(1):44.8質量部
・アニオン性界面活性剤(第一工業製薬(株):ネオゲンRK、有効成分量60質量%):2.5質量部
・着色剤分散液:60.5質量部
・離型剤分散液:61.8質量部
上記各成分を、温度計、pH計、攪拌機、を具備した3リットルの反応容器に入れ、1.0質量%硝酸水溶液を添加し、pHを3.0に調整した。
・フェライト粒子(体積平均粒径:35μm):500質量部
・トルエン:70質量部
・パーフルオロオクチルエチルメタクリレート/メタクリレート共重合体(共重合比:15/85、Mw:73000):10質量部
・カーボンブラック(VXC72:キャボット社製):1.0質量部
まず上記フェライト粒子を除く各成分を混合し、10分間サンドミルにて攪拌させ、カーボンブラックが分散した被覆液を調製し、次に、この被覆液とフェライト粒子とを真空脱気型ニーダーに入れ、攪拌しながら、60℃にて9.87×104Paまで減圧し30分混合した後、昇温/減圧させ90℃にて5.33×103Paで30分間攪拌乾燥させることによりキャリアを得た。
また、上記キャリア20質量部に対して、前記トナー100質量部を加え、V型ブレンダーで20分間ブレンドした後、目開き212μmの振動ふるいにより凝集体を除去して補給用現像剤(1)を得た。
−トナーの分析、特性−
・非晶性樹脂中のスズ含有量、結晶性樹脂中のチタン含有量
前記の方法により、ICP分光分析により元素分析を行ったところ、チタン含有量は 100ppm、スズ含有量は700ppmであった。
トナー8mgを試料とし、島津製作所社製の示差走査熱量計(DSC−50)にセットして、前述の条件によりDSC測定を行い、ΔH1、ΔH2を各々求めた。その結果、ΔH1は41J/g、ΔH2は11J/gであった。
気温33℃、相対湿度75%の環境室にて、現像剤(1)をDocuCentre Color 400(富士ゼロックス社製)の現像器に、補給用現像剤(1)をトナーカートリッジにそれぞれセットし、用紙上の各単色ベタ画像の現像トナー量を4.5g/m2に調整した。ここでは、シアン、マゼンタ、イエローの各現像器に、同じ現像剤(1)をセットした。ここでの出力画像は、実際にはカラー画像ではなく、同一シアントナーの3次色相当分の積層画像である。
はじめにA3サイズのC2r紙(富士ゼロックスオフィスサプライ社製)を100枚通紙して、トナーを帯電させるとともに、強制的に劣化させた。次に、ミラーコートゴールド256g/m2(富士ゼロックスオフィスサプライ社製)を用い、用紙の中央部に、10cm四方の3次色相当分の積層画像を形成しながら、プロセススピード50mm/秒で、画像を1枚出力して、画像光沢度を測定した。次に、同条件にて、70枚の連続複写を行い、出力後、用紙が冷えるまで10分間放置した後、出力50枚目の画像光沢度を測定した。そして、1枚出力時の画像光沢度と、連続出力時の50枚目の画像光沢度との光沢度差により、画像の光沢度安定性を以下の基準により評価した。
△:光沢度差が3以上5未満
×:光沢度差が5以上
なお、画像光沢度は60度グロスメータ(ガードナー社製)を用いて測定し、画像の中央部と、中央から4隅に向かって2.5cmの部分の計5点を測定して、平均値をグロス値(光沢度)とした。結果を表1に示す。
前記連続70枚複写時の50枚目の出力画像について、光沢度むら等の画質を目視により以下の基準により評価した。
○:ソリッド部に光沢むらはなく、画像全体にも問題はない。
△:ソリッド部にわずかに光沢むらが見られたが、画像には傷等は無い(実用上問題ないレベル)。
×:ソリッド部に光沢むらが見られ、画像エッジ部に傷等が発生した。
以上の結果を表1に示す。
実施例1のトナーの作製において、非晶性ポリエステル分散液(1)の代わりに非晶性ポリエステル樹脂分散液(3)を、追加粒子分散液(1)の代わりに追加粒子分散液(3)を用いた以外は、実施例1に準じてトナー(2)の作製、現像剤の調製を行い、実施例1に準じた評価を行った。
結果を表1に示す。
実施例1のトナーの作製において、結晶性ポリエステル分散液(1)の代わりに結晶性ポリエステル樹脂分散液(3)を用いた以外は、実施例1に準じてトナー(3)の作製、現像剤の調製を行い、実施例1に準じた評価を行った。
結果を表1に示す。
実施例1のトナーの作製において、非晶性ポリエステル分散液(1)の代わりに非晶性ポリエステル樹脂分散液(4)を、追加粒子分散液(1)の代わりに追加粒子分散液(4)を用いた以外は、実施例1に準じてトナー(4)の作製、現像剤の調製を行い、実施例1に準じた評価を行った。
結果を表1に示す。
実施例1のトナーの作製において、非晶性ポリエステル樹脂分散液(1)の代わりに、非晶性ポリエステル樹脂分散液(2)を、追加粒子分散液(1)の代わりに追加粒子分散液(2)を用いた以外は、実施例1に準じてトナー(5)の作製、現像剤の調製を行い、実施例に準じた評価を行った。
結果を表1に示す。
実施例1のトナーの作製において、結晶性ポリエステル分散液(1)の代わりに結晶性ポリエステル樹脂分散液(2)を用いた以外は、実施例1に準じてトナー(6)の作製、現像剤の調製を行い、実施例1に準じた評価を行った。
結果を表1に示す。
一方、結着樹脂の構成が上記とは異なる比較例では、光沢度が変動したり、画質が低下するなど何らかの問題が発生した。
2Y、2M、2C、2K、108 帯電ローラ
3Y、3M、3C、3K レーザ光線
3 露光装置
4Y、4M、4C、4K、111 現像装置(現像手段)
5Y、5M、5C、5K 1次転写ローラ
6Y、6M、6C、6K、113 感光体クリーニング装置(クリーニング手段)
8Y、8M、8C、8K トナーカートリッジ
10Y、10M、10C、10K ユニット
20 中間転写ベルト
22 駆動ローラ
24 支持ローラ
26 2次転写ローラ(転写手段)
28、115 定着装置(定着手段)
30 中間転写体クリーニング装置
112 転写装置
116 取り付けレール
117 除電露光のための開口部
118 露光のための開口部
200 プロセスカートリッジ、
P、300 記録紙(被転写体)
Claims (6)
- 少なくとも、結着樹脂、着色剤及び離型剤を含み、
前記結着樹脂が非晶性ポリエステル樹脂と結晶性ポリエステル樹脂とを含有し、該非晶性ポリエステル樹脂にドデセニルコハク酸由来構成成分及びスズ含有触媒が含まれ、前記結晶性ポリエステル樹脂にチタン含有触媒が含まれ、
前記非晶性ポリエステル樹脂及び結晶性ポリエステル樹脂の酸価が、7mgKOH/gより大きく25mgKOH/g未満であり、かつ、前記非晶性ポリエステル樹脂の酸価が前記結晶性ポリエステル樹脂の酸価より大きく、
前記非晶性ポリエステル樹脂粒子、結晶性ポリエステル樹脂粒子、着色剤粒子及び離型剤粒子を凝集・会合し、更に非晶性ポリエステル樹脂からなる追加粒子で被覆して得られることを特徴とする静電荷像現像用トナー。 - トナーのクロロホルム可溶分中の結晶性樹脂成分における、高周波誘導結合プラズマ発光分析によるチタンの含有量が10〜500ppmの範囲にあり、トナーのクロロホルム可溶分中の非晶性樹脂成分における、高周波誘導結合プラズマ発光分析によるスズの含有量が50〜1500ppmの範囲であることを特徴とする請求項1に記載の静電荷像現像用トナー。
- トナーを含み、該トナーが請求項1に記載の静電荷像現像用トナーであることを特徴とする静電荷像現像剤。
- トナーが少なくとも収められ、該トナーが請求項1に記載の静電荷像現像用トナーであることを特徴とするトナーカートリッジ。
- 現像剤保持体を少なくとも備え、請求項3に記載の静電荷像現像剤を収めることを特徴とするプロセスカートリッジ。
- 像保持体と、該像保持体上に形成された静電荷像を現像剤によりトナー像として現像する現像手段と、像保持体上に形成されたトナー像を被転写体上に転写する転写手段と、被転写体上に転写されたトナー像を定着する定着手段と、を有し、前記現像剤が請求項3に記載の静電荷像現像剤であることを特徴とする画像形成装置。
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