JP6520501B2 - トナー、画像形成装置、画像形成方法、及びプロセスカートリッジ - Google Patents
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Description
また、結着樹脂を含有するトナーにおいて、トナーのTHF可溶分により求められたGPCによる分子量分布の値が、1,000〜10,000の間に少なくとも一つのピークを有し、該分布の半値幅が分子量15,000以下であるトナーが開示されている(例えば、特許文献2参照)。
さらに、結晶性ポリエステル樹脂を含有するトナーにおいて、トナーのTHF可溶分により求められたGPCによる分子量分布の値が、1,000〜10,000の間にメインピークを有し、該分布の半値幅が分子量15,000以下であるトナーが開示されている(例えば、特許文献3参照)。
一方、カオリナイトなどのフィラーを含有するトナーとして、含有量が0.01〜20wt%のトナーが開示されている(例えば、特許文献4,5参照)。しかしながら、特定の分子量分布との組み合わせにより、低温定着性、耐熱保存性、及び耐ホットオフセット性を満足させることについての記載はされておらず、カオリナイトによる弾性増大効果については、記載されていない。
しかし、上記開示された方法では、経済面、並びに低温定着性、耐熱保存性、及び耐ホットオフセット性の全てを満足する品質面の両立という実用的観点からは満足のいくものとはいえず、改良の余地があった。
前記トナーのTHF可溶分により求められたGPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)による分子量分布が、1,000〜10,000の間にメインピークを有し、前記メインピークの半値幅が8,000〜30,000であり、
前記カオリナイトの前記トナーに対する含有量が、5質量%〜35質量%であることを特徴とする。
本発明は、低温定着性と耐ホットオフセット性と耐熱保存性に優れたトナーを提供することを第一の課題としており、また、さらなる低温定着性の実現、及び帯電性に優れたトナーを提供することを第二の課題としている。以下に記載する本発明のトナーは、これら第一の課題、及び第二の課題を満足するトナーとなる。
本発明のトナーは、少なくとも、結着樹脂、及びカオリナイトを含有し、更に必要に応じて、着色剤、離型剤、さらにその他の成分を含有する。
その他の成分として、帯電性などを補助するため帯電制御剤などを含有させてもよい。
本発明者らは、トナーの分子量分布をシャープ化することによって、トナーの低温定着性を向上させることに有用であるという技術的思想に基づき、トナーのTHF可溶分により求められたGPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)による分子量分布が、1,000〜10,000の間にメインピークを有し、前記メインピークの半値幅が、8,000〜30,000であることによって、優れた低温定着性を実現できることを見出した。
メインピークが1,000未満の場合は、ホットオフセット性、耐熱保存性が悪化し、メインピークが10,000を超える場合は、低温定着性が悪化し、半値幅が8,000未満の場合は、ホットオフセット性が悪化し、半値幅が30,000を超える場合は、低温定着性が悪化する。
本発明でメインピークとは、測定結果のうち最も強度の高いピークのことをいう。
ここで、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィ)は次のようにして測定される。
40℃のヒートチャンバー中でカラムを安定させ、この温度におけるカラムに、溶媒としてTHFを毎分1mLの流速で流し、試料濃度として0.05質量%〜0.6質量%に調製したトナー又は樹脂のTHF試料溶液を50μL〜200μL注入して測定する。
試料の分子量測定に当たっては、試料の有する分子量分布を、数種の単分散ポリスチレン標準試料により、作成された検量線の対数値とカウント数との関係から算出する。
検量線作成用の標準ポリスチレン試料としては、例えば、Pressure Chemical Co.あるいは東洋ソーダ工業社製の分子量が6×102、2.1×103、4×103、1.75×104、5.1×104、1.1×105、3.9×105、8.6×105、2×106、4.48×106のものを用い、少なくとも10点程度の標準ポリスチレン試料を用いるのが適当である。検出器にはRI(屈折率)検出器を用いる。
3μmより小さいと現像工程におけるクリーニング性、転写工程における転写効率に支障をきたし、画像品質が低下することがある。15μmより大きいと、画像品質が低下することがある。
ここで、トナーの体積平均粒径の測定は、種々の方法によって測定可能であるが、例えば、米国コールター・エレクトロニクス社製のコールターカウンターTAIIを用いて行うことができる。
前記結着樹脂としては、特に制限はなく、THF可溶分により求められたGPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)によるトナーの分子量分布が、1,000〜10,000の間にメインピークを有し、前記メインピークの半値幅が、8,000〜30,000を示すようにするものであれば、従来公知の材料を適宜使用することができるが、以下に示す樹脂(A)、樹脂(B)、及び複合樹脂(C)の組み合わせがより好ましい。
本発明に用いる樹脂(A)としては、特に制限はなく、以下に示す樹脂(B)や複合樹脂(C)と組み合わせて得られた結着樹脂を有するトナーが、上記所望の範囲の分子量分布を示すよう配合されるものであれば、公知の材料から適宜選択することができる。
前記樹脂(A)は、良好な耐ホットオフセット性を示すのに有効に働く。
前記樹脂(A)が多すぎると低温定着性が悪くなり、少なすぎると耐ホットオフセット性を満足しないため、他の結着樹脂とのバランスを考慮しつつ前記樹脂(A)を配合するとよい。
前記樹脂(A)は、以下に記載する樹脂(B)よりも軟化温度(T1/2)が高いものであることが好ましい。樹脂(A)が示す軟化温度(T1/2)としては、120℃〜180℃の範囲であると好ましい。
ここで、樹脂の軟化温度(T1/2)は、以下のようにして測定する。
樹脂の軟化温度(T1/2)は、高架式フローテスターCFT−500(島津製作所製)を用い、ダイス穴径1mm、加圧20kg/cm2、昇温速度6℃/minの条件下で1cm3の試料を溶融流出させたときの流出開始点から流出終了点までの1/2に相当する温度により測定される。
前記樹脂(B)としては、特に制限はなく、THF可溶分により求められたGPCによるトナーの分子量分布が、1,000〜10,000の間にメインピークを有し、前記メインピークの半値幅が、8,000〜30,000を示すようにするものであれば、適宜選択することができるが、前記樹脂(B)が、THF可溶分により求められたGPCによる分子量分布が、1,000〜10,000の間にメインピークを有し、前記メインピークの半値幅が、8,000〜30,000を示すものであることが好ましい。また、前記メインピークの半値幅が、8,000〜20,000であるとより好ましい。
前記樹脂(B)は、良好な定着性を示すのに有効に働く。
メインピークが1,000未満の場合は、ホットオフセット性、耐熱保存性が悪化し、メインピークが10,000を超える場合は、低温定着性が悪化し、半値幅が8,000未満の場合は、ホットオフセット性が悪化し、半値幅が30,000を超える場合は、低温定着性が悪化する。
その機能が発揮できるような組み合わせであれば、樹脂(A)、樹脂(B)としては、従来公知の材料を用いることができる。
これらの樹脂は、単独使用に限らず、二種以上併用することも可能である。
前記グリコール類としては、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコールなどが挙げられる。
前記二価の有機酸単量体としては、例えば、マレイン酸、フマル酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、コハク酸、マロン酸などが挙げられる。
前記三価以上の多価カルボン酸単量体としては、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−シクロヘキサントリカルボン酸、1,2,4−ナフタレントリカルボン酸、1,2,5−ヘキサントリカルボン酸、1,3−ジカルボキシル−2−メチレンカルボキシプロパン、1,2,7,8−オクタンテトラカルボン酸などが挙げられる。
本発明におけるDSC測定(吸熱ピークやガラス転移点Tg)は、示差走査熱量計(「DSC−60」;島津製作所製)を用い、10℃/分で20〜150℃まで昇温して測定する。
前記複合樹脂(C)は、縮重合系モノマーと付加重合系モノマーとが化学的に結合した樹脂(ハイブリッド樹脂と称することもある)である。
即ち、前記複合樹脂(C)は、縮重合系ユニットと、付加重合系ユニットとを有している。
前記環状エーテルが重合して得られるジオールとしては、ビスフェノールAにエチレンオキシド、プロピレンオキシド等の環状エーテルが重合して得られるジオールが挙げられる。
前記べンゼンジカルボン酸類又はその無水物としては、例えば、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸などが挙げられる。
前記アルキルジカルボン酸類又はその無水物としては、例えば、コハク酸、アジピン酸、セバシン酸、アゼライン酸などが挙げられる。
前記不飽和二塩基酸としては、マレイン酸、シトラコン酸、イタコン酸、アルケニルコハク酸、フマル酸、メサコン酸などが挙げられる。
前記不飽和二塩基酸無水物としては、マレイン酸無水物、シトラコン酸無水物、イタコン酸無水物、アルケニルコハク酸無水物などが挙げられる。
これらの中でも、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、トリメリット酸等の芳香族多価カルボン酸化合物が、樹脂の耐熱保存性、機械的強度の観点から好適に用いられる。
前記モル比率が、5モル%未満であると、ポリエステル系樹脂との分散性が悪化することがあり、40モル%を超えると、離型剤の分散が悪化する傾向が現れることがある。
また、縮重合反応を行う際にはエステル化触媒等を使用してもよく、周知慣用の触媒を全て用いることが可能である。
前記アクリル酸系ビニルモノマーとしては、例えば、アクリル酸、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸イソブチル、アクリル酸n−オクチル、アクリル酸n−ドデシル、アクリル酸2−エチルへキシル、アクリル酸ステアリル、アクリル酸2−クロルエチル、アクリル酸フェニル等のアクリル酸系ビニルモノマーが挙げられる。
前記メタクリル酸系ビニルモノマーとしては、例えば、メタクリル酸、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸n−ブチル、メタクリル酸イソブチル、メタクリル酸n−オクチル、メタクリル酸n−ドデシル、メタクリル酸2−エチルへキシル、メタクリル酸ステアリル、メタクリル酸フェニル、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等のメタクリル酸系ビニルモノマーが挙げられる。
前記ポリエン類としては、例えば、ブタジエン、イソプレンが挙げられる。
前記ハロゲン化ビニル類としては、例えば、塩化ビニル、塩化ビニルデン、臭化ビニル、フッ化ビニルなどが挙げられる。
前記ビニルエステル類としては、例えば、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、安息香酸ビニルなどが挙げられる。
前記ビニルエーテル類としては、例えば、ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、ビニルイソブチルエーテルなどが挙げられる。
前記ビニルケトン類としては、例えば、ビニルメチルケトン、ビニルヘキシルケトン、メチルイソプロペニルケトンなどが挙げられる。
前記N−ビニル化合物としては、例えば、N−ビニルピロール、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が挙げられる。
前記アクリル酸若しくはメタクリル酸誘導体としては、例えば、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が挙げられる。
前記不飽和二塩基酸無水物としては、例えば、マレイン酸無水物、シトラコン酸無水物、イタコン酸無水物、アルケニルコハク酸無水物などが挙げられる。
前記不飽和二塩基酸のモノエステルとしては、例えば、マレイン酸モノメチルエステル、マレイン酸モノエチルエステル、マレイン酸モノブチルエステル、シトラコン酸モノメチルエステル、シトラコン酸モノエチルエステル、シトラコン酸モノブチルエステル、イタコン酸モノメチルエステル、アルケニルコハク酸モノメチルエステル、フマル酸モノメチルエステル、メサコン酸モノメチルエステルなどが挙げられる。
前記不飽和二塩基酸エステルとしては、例えば、ジメチルマレイン酸、ジメチルフマル酸などが挙げられる。
前記α,β−不飽和酸としては、例えば、クロトン酸、ケイヒ酸などが挙げられる。
前記α,β−不飽和酸無水物としては、例えば、クロトン酸無水物、ケイヒ酸無水物などが挙げられる。
前記アクリル酸又はメタクリル酸ヒドロキシアルキルエステル類としては、例えば、2−ヒドロキシエチルアクリレート、2−ヒドロキシエチルメタクリレート、2−ヒドロキシプロピルメタクリレートなどが挙げられる。
前記ヒドロキシ基を有するモノマーとしては、例えば、4−(1−ヒドロキシ−1−メチルブチル)スチレン、4−(1−ヒドロキシ−1−メチルへキシル)スチレンなどが挙げられる。
前記架橋剤としては、例えば、芳香族ジビニル化合物、アルキル鎖で結ばれたジアクリレート化合物類、エーテル結合を含むアルキル鎖で結ばれたジアクリレート化合物類、ポリエステル型ジアクリレート類などが挙げられる。
前記芳香族ジビニル化合物としては、例えば、ジビニルベンゼン、ジビニルナフタレンなどが挙げられる。
前記エーテル結合を含むアルキル鎖で結ばれたジアクリレート化合物類としては、例えば、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#400ジアクリレート、ポリエチレングリコール#600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、これらの化合物のアクリレートをメタアクリレートに代えたもの、などが挙げられる。
その他、芳香族基及びエーテル結合を含む鎖で結ばれたジアクリレート化合物、ジメタクリレート化合物も挙げられる。
前記ポリエステル型ジアクリレート類として、例えば、商品名MANDA(日本化薬株式会社製)が挙げられる。
前記過酸化物系重合開始剤としては、例えば、メチルエチルケトンパーオキサイド、アセチルアセトンパーオキサイド、2,2−ビス(tert−ブチルパーオキシ)ブタン、tert−ブチルハイドロパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド、n−ブチル−4,4−ジ−(tert−ブチルパーオキシ)バレレートなどが挙げられる。
これらは、樹脂の分子量及び分子量分布を調節する目的で二種類以上を混合して用いることが可能である。
前記重合開始剤の添加量は、使用される付加重合系モノマー100質量部に対して、0.01質量部〜15質量部が好ましく、0.1質量部〜10質量部がより好ましい。
このような両反応性モノマーとしては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸等の不飽和カルボン酸、フマル酸、マレイン酸、シトラコン酸、イタコン酸等の不飽和ジカルボン酸又はその無水物、ヒドロキシ基を有するビニル系モノマーなどが挙げられる。
前記両反応性モノマーの添加量は、使用される付加重合系モノマー100質量部に対して、1質量部〜25質量部が好ましく、2質量部〜20質量部がより好ましい。
このように、反応容器中で独立した二つの反応を進行させることにより、二種の樹脂ユニットを効果的に分散、結合させることが可能である。
前記軟化温度(T1/2)が、90℃より低い場合は、耐熱保存性、耐オフセット性が悪化することがあり、130℃より高い場合は、低温定着性を悪化させることがある。
本発明において、所望のメインピーク、半値幅を持つトナーを得るためには、例えば、樹脂(B)において、様々なメインピーク、半値幅をもつ、樹脂(B)を使用する。例えば、メインピーク、半値幅が高分子量のトナーを製造したい場合は、メインピーク、半値幅が高分子量である樹脂(B)を用いることが好ましい。
前記カオリナイトは、化学式Al2Si2O5(OH)4で表される鉱物であり、カオリン鉱物に含まれる粘土鉱物のひとつである。前記カオリナイトの前記トナーに対する含有量は、5質量%〜35質量%である。本願発明者等は、カオリナイトを含有させると、カオリナイトの内部凝集力により、対ホットオフセット性、耐熱保存性を実現できることを見出した。
カオリナイトのトナーに対する含有量が5質量%未満だと、カオリナイトによる凝集力の効果が小さく、耐ホットオフセット性、耐熱保存性が悪くなってしまう。
また、カオリナイトのトナーに対する含有量が35質量%を超えると、内部凝集力が大きくなりすぎて、低温定着性が悪化する。
前記カオリナイトの前記トナーに対する含有量は、10質量%〜30質量%であるとより好ましい。
本発明において、トナーの表面とは、トナー最表面からおよそ1μm程度の深さまでの領域をいい、EDSによる測定では、トナー最表面から1μm程度の深さ領域に存在するカオリナイトに由来するAlを検出している。尚、カオリナイトは、EDSによる測定結果が、上記所望のAl割合を示すよう、トナー表面に存在していればよく、トナーに内在している場合、カオリナイトの一部がトナーから表出している場合のいずれの態様も含む。
例えば、カオリナイトの粒径を0.1μm〜10μmとする。これにより、トナーの表出を防止できる。
例えば、樹脂の種類を選ぶ。ポリエステルを活用する。極性がカオリナイトと結びつき易い為、樹脂とカオリナイトの結着性向上につながる。
例えば、ワックスによる濡れ性を向上させる。ワックスを1質量%〜10質量%(好ましくは2質量%〜5質量%)カオリナイト間に染込むことで分散性、樹脂への濡れ性を向上させる。
例えば、微粉(トナー製造時に発生する3μm以下程度のものをいう)を0質量%〜30質量%活用する。微粉は他の粒子と比べ比表面積が大きい為、カオリナイトを覆い分散性、樹脂への濡れ性を向上させる。
例えば、カオリナイトの表面処理を行い、分散と濡れ性を向上させる。
アミノシラン、チタネートシラン、脂肪酸等を利用する。樹脂との臨界表面張力を近づけることで分散性と濡れ性を向上させる。
例えば、事前にカオリナイトの粒度分布を調整する。事前にカオリナイトの分布を調整することで、分散不良による凝集の発生を防ぐ。
例えば、事前にカオリナイトを解砕することで、初期の凝集を防止する。
事前解砕を実施することで、初期凝集を防止し粉砕時に凝集体が破断面になることを防ぐ。
例えば、高温混練での濡れ性を向上させる。120℃〜180℃(好ましくは120℃〜150℃)の範囲で混練する。樹脂を柔らかくし、カオリナイトとの濡れ性向上(アンカー効果)によって改善する。
例えば、メテオレインボーによるトナー溶融による埋め込みをする。高温下でトナーの樹脂成分を溶融させ、表出しているカオリナイトを包み込む。
例えば、ハイブリダイゼーションによる、樹脂の叩きつけにより埋め込む。
樹脂とトナーを混ぜ合わせ、トナー表面に樹脂を叩きつけてカオリナイトを埋め込む。
そして、本発明では、前記樹脂(A)、前記樹脂(B)、前記複合樹脂(C)、前記カオリナイトのそれぞれのバランスを考慮し、それぞれの特徴を活かし、配合量、分散度を調整し、上記要件を規定したことで、低温定着性、耐熱保存性、及び耐ホットオフセット性の全てに優れたトナーを提供することができた。
EDSによるトナーにおけるC、O、及びAlの各元素の含有量の測定は以下のように行う。
コーティング装置は、OPC80AJ(Filgen株式会社製)を用い、測定装置は、MWRIN(Carl Zeiss社製)を用いる。
各種パラメータを以下のように設定する。
加速電圧: 10kV
(検出用電子を照射機内で加速させる電圧)
作動距離: 14.05mm
(照射機からサンプルまでの距離)
ライブタイムリミット: 100sec
(測定時間。長い程検出精度が良くなる。)
時定数: 30
(検出時間。EDSの検出感度に影響。)
デッドタイム: 20〜30
(入射時間の内、検出されない時間の割合。)
照射電流: 170pA
(電極から電子を飛ばす際に導入する電流)
(マッピングの)分解能: 256×192
(マッピングの)フレーム時間: 最速
(マッピングの)フレーム数: 10,000以上
(イメージングタブの)分解能: 512×384
(イメージングタブの)フレーム時間: 5.0
(イメージングタブの)フレーム数: 1
1)カーボンテープにトナーを約10mg貼り付ける。
2)テープ上のトナーをチャンバー内でOsコーティングする。
3)各種パラメーターを設定する。
4)測定する。(C、O、Alの各元素の含有量を測定し、これらの総和に対するAlの含有量の割合(質量%)を検出する)。
5)10回繰り返して測定した際の平均値をAlの含有量(質量%)とする。
前記カオリナイトの粒子の大きさは、大きすぎるとトナー粒子に添加できず、小さすぎると凝集塊が生じ易いという点から、0.1μm〜10μmが好ましい。
前記着色剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択でき、例えば、カーボンブラック、ランプブラック、鉄黒、アニリンブルー、フタロシアニンブルー、フタロシアニングリーン、ハンザイエローG、ローダミン6Cレーキ、カルコオイルブルー、クロムイエロー、キナクリドン、ベンジジンイエロー、ローズベンガル、トリアリルメタン系染料等の染顔料などが挙げられる。これらは、単独でもあるいは混合して使用してもよい。また、ブラックトナーとしてもフルカラートナーとしても使用できる。
特に、カーボンブラックは良好な黒色着色力を持つ。
前記離型剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択でき、従来公知のものが使用できる。例えば、低分子量ポリオレフィンワックス、合成炭化水素系ワックス、天然ワックス類、石油ワックス類、高級脂肪酸及び高級脂肪酸の金属塩、高級脂肪酸アミド、合成エステルワックス等、及びこれらの各種変性ワックスなどが挙げられる。
前記合成炭化水素系ワックスとしては、例えば、フィッシャー・トロプシュワックスなどが挙げられる。
前記天然ワックス類としては、例えば、蜜ロウ、カルナウバワックス、キャンデリラワックス、ライスワックス、モンタンワックスなどが挙げられる。
前記石油ワックス類としては、例えば、パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックスなどが挙げられる。
前記高級脂肪酸としては、ステアリン酸、パルミチン酸、ミリスチン酸などが挙げられる。
また、これらの離型剤の使用量は、トナーに対して2質量%〜15質量%が好ましい。2質量%未満ではホットオフセット防止効果が不十分であり、15質量%を超えると転写性、耐久性が低下する。
<<帯電制御剤>>
前記帯電制御剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、公知のものが使用できる。例えば、ニグロシン系染料、トリフェニルメタン系染料、クロム含有金属錯体染料、モリブデン酸キレート顔料、ローダミン系染料、アルコキシ系アミン、四級アンモニウム塩(フッ素変性四級アンモニウム塩を含む)、アルキルアミド、燐の単体または化合物、タングステンの単体または化合物、フッ素系活性剤、サリチル酸金属塩、サリチル酸誘導体の金属塩、カリックスアレーンなどが挙げられる。より具体的には、ニグロシン系染料のボントロン03、第四級アンモニウム塩のボントロンP−51、含金属アゾ染料のボントロンS−34、オキシナフトエ酸系金属錯体のE−82、サリチル酸系金属錯体のE−84、E−108、E−304(以上、オリエント化学工業社製)、第四級アンモニウム塩モリブデン錯体のTP−302、TP−415、TN−105(3,5−ビス(1,1−ジメチルエチル)−2−ヒドロキシベンゾエート塩基性酸化ジルコニウム錯塩・水和物(原材料)ジルコニウム化合物サルチル酸誘導体)(以上、保土谷化学工業社製)、第四級アンモニウム塩のコピーチャージPSY VP2038、トリフェニルメタン誘導体のコピーブルーPR、第四級アンモニウム塩のコピーチャージ NEG VP2036、コピーチャージ NX VP434(以上、ヘキスト社製)、LRA−901、ホウ素錯体であるLR−147(日本カーリット社製)、銅フタロシアニン、ペリレン、キナクリドン、アゾ系顔料、その他スルホン酸基、カルボキシル基、四級アンモニウム塩等の官能基を有する高分子系の化合物などが挙げられる。
本発明のトナーは、例えば、粉砕法で製造される。なお、粉砕法は周知慣用の方法を用いることができる。また、製造工程に少なくとも溶融混練工程を含む、所謂粉砕法を用いて製造された粉砕トナーであると好ましい。
溶融混練は、結着樹脂(バインダー樹脂)の分子鎖の切断を招来しないような適正な条件で行うことが好ましい。具体的には、溶融混練温度は結着樹脂の軟化点を参考にして行われ、該軟化点より高温過ぎると切断が激しく、低温すぎると分散が進まないことがある。
本発明の画像形成装置は、静電潜像担持体と、静電潜像形成手段と、現像手段とを少なくとも有し、更に必要に応じて、その他の手段を有する。
本発明に関する画像形成方法は、静電潜像形成工程と、現像工程とを少なくとも含み、更に必要に応じて、その他の工程を含む。
前記画像形成方法は、前記画像形成装置により好適に行うことができ、前記静電潜像形成工程は、前記静電潜像形成手段により好適に行うことができ、前記現像工程は、前記現像手段により好適に行うことができ、前記その他の工程は、前記その他の手段により好適に行うことができる。
前記静電潜像担持体の材質、構造、大きさとしては、特に制限はなく、公知のものの中から適宜選択することができ、その材質としては、例えば、アモルファスシリコン、セレン等の無機感光体、ポリシラン、フタロポリメチン等の有機感光体などが挙げられる。これらの中でも、長寿命性の点でアモルファスシリコンが好ましい。
前記静電潜像形成手段としては、前記静電潜像担持体上に静電潜像を形成する手段であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記静電潜像担持体の表面を帯電させる帯電部材と、前記静電潜像担持体の表面を像様に露光する露光部材とを少なくとも有する手段などが挙げられる。
前記静電潜像形成工程としては、前記静電潜像担持体上に静電潜像を形成する工程であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記静電潜像担持体の表面を帯電させた後、像様に露光することにより行うことができ、前記静電潜像形成手段を用いて行うことができる。
前記帯電部材としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、導電性又は半導電性のローラ、ブラシ、フィルム、ゴムブレード等を備えたそれ自体公知の接触帯電器、コロトロン、スコロトロン等のコロナ放電を利用した非接触帯電器などが挙げられる。
前記帯電は、例えば、前記帯電部材を用いて前記静電潜像担持体の表面に電圧を印加することにより行うことができる。
前記帯電部材としては、前記接触式の帯電部材に限定されるものではないが、帯電部材から発生するオゾンが低減された画像形成装置が得られるので、接触式の帯電部材を用いることが好ましい。
前記露光部材としては、前記帯電部材により帯電された前記静電潜像担持体の表面に、形成すべき像様に露光を行うことができる限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、複写光学系、ロッドレンズアレイ系、レーザ光学系、液晶シャッタ光学系等の各種露光部材などが挙げられる。
前記露光部材に用いられる光源としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、蛍光灯、タングステンランプ、ハロゲンランプ、水銀灯、ナトリウム灯、発光ダイオード(LED)、半導体レーザ(LD)、エレクトロルミネッセンス(EL)等の発光物全般などが挙げられる。
また、所望の波長域の光のみを照射するために、シャープカットフィルター、バンドパスフィルター、近赤外カットフィルター、ダイクロイックフィルター、干渉フィルター、色温度変換フィルター等の各種フィルターを用いることもできる。
前記露光は、例えば、前記露光部材を用いて前記静電潜像担持体の表面を像様に露光することにより行うことができる。
なお、本発明においては、前記静電潜像担持体の裏面側から像様に露光を行う光背面方式を採用してもよい。
前記現像手段としては、前記静電潜像担持体に形成された前記静電潜像を現像して可視像であるトナー像を形成する、トナーを備える現像手段であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記現像工程としては、前記静電潜像担持体に形成された前記静電潜像を、トナーを用いて現像して可視像であるトナー像を形成する工程であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記現像手段により行うことができる。
前記現像手段としては、前記トナーを摩擦攪拌させて帯電させる攪拌器と、内部に固定された磁界発生手段を有し、かつ表面に前記トナーを含む現像剤を担持して回転可能な現像剤担持体を有する現像装置が好ましい。
本発明の現像剤は、少なくとも前記トナーを含み、必要に応じてキャリア等の適宜選択されるその他の成分を含む。
このため、転写性、帯電性等に優れ、高画質な画像を安定に形成することができる。なお、現像剤は、一成分現像剤であってもよいし、二成分現像剤であってもよいが、近年の情報処理速度の向上に対応した高速プリンタ等に使用する場合には、寿命が向上することから、二成分現像剤が好ましい。
前記キャリアとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、芯材と、芯材を被覆する樹脂層を有するものが好ましい。
前記芯材の材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、50emu/g〜90emu/gのマンガン−ストロンチウム系材料、50emu/g〜90emu/gのマンガン−マグネシウム系材料などが挙げられる。また、画像濃度を確保するためには、100emu/g以上の鉄粉、75emu/g〜120emu/gのマグネタイト等の高磁化材料を用いることが好ましい。また、穂立ち状態となっている現像剤の感光体に対する衝撃を緩和でき、高画質化に有利であることから、30emu/g〜80emu/gの銅−亜鉛系等の低磁化材料を用いることが好ましい。
前記その他の手段としては、例えば、転写手段、定着手段、クリーニング手段、除電手段、リサイクル手段、制御手段などが挙げられる。
前記その他の工程としては、例えば、転写工程、定着工程、クリーニング工程、除電工程、リサイクル工程、制御工程などが挙げられる。
前記転写手段としては、可視像を記録媒体に転写する手段であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、可視像を中間転写体上に転写して複合転写像を形成する第一次転写手段と、該複合転写像を記録媒体上に転写する第二次転写手段とを有する態様が好ましい。
前記転写工程としては、可視像を記録媒体に転写する工程であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、中間転写体を用い、該中間転写体上に可視像を一次転写した後、該可視像を前記記録媒体上に二次転写する態様が好ましい。
前記転写工程は、例えば、前記可視像を、転写帯電器を用いて前記感光体を帯電することにより行うことができ、前記転写手段により行うことができる。
ここで、前記記録媒体上に二次転写される画像が複数色のトナーからなるカラー画像である場合に、前記転写手段により、前記中間転写体上に各色のトナーを順次重ね合わせて当該中間転写体上に画像を形成し、前記中間転写手段により、当該中間転写体上の画像を前記記録媒体上に一括で二次転写する構成とすることができる。
なお、前記中間転写体としては、特に制限はなく、目的に応じて公知の転写体の中から適宜選択することができ、例えば、転写ベルトなどが好適に挙げられる。
なお、前記記録媒体としては、代表的には普通紙であるが、現像後の未定着像を転写可能なものなら、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、OHP用のPETベース等も用いることができる。
前記定着手段としては、前記記録媒体に転写された転写像を定着させる手段であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、公知の加熱加圧部材が好ましい。前記加熱加圧部材としては、加熱ローラと加圧ローラとの組み合わせ、加熱ローラと加圧ローラと無端ベルトとの組合せなどが挙げられる。
前記定着工程としては、前記記録媒体に転写された可視像を定着させる工程であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、各色のトナーに対し前記記録媒体に転写する毎に行ってもよいし、各色のトナーに対しこれを積層した状態で一度に同時に行ってもよい。
前記定着工程は、前記定着手段により行うことができる。
前記加熱加圧部材における加熱は、通常、80℃〜200℃が好ましい。
なお、本発明においては、目的に応じて、前記定着手段と共にあるいはこれらに代えて、例えば、公知の光定着器を用いてもよい。
前記クリーニング手段としては、前記感光体上に残留する前記トナーを除去できる手段であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、磁気ブラシクリーナ、静電ブラシクリーナ、磁気ローラクリーナ、ブレードクリーナ、ブラシクリーナ、ウエブクリーナなどが挙げられる。
前記クリーニング工程としては、前記感光体上に残留する前記トナーを除去できる工程であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記クリーニング手段により行うことができる。
前記除電手段としては、前記感光体に対し除電バイアスを印加して除電する手段であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、除電ランプなどが挙げられる。
前記除電工程としては、前記感光体に対し除電バイアスを印加して除電する工程であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記除電手段により行うことができる。
前記リサイクル手段としては、前記クリーニング工程により除去した前記トナーを前記現像装置にリサイクルさせる手段であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、公知の搬送手段などが挙げられる。
前記リサイクル工程としては、前記クリーニング工程により除去した前記トナーを前記現像装置にリサイクルさせる工程であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記リサイクル手段により行うことができる。
前記制御手段としては、前記各手段の動きを制御できる手段であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、シークエンサー、コンピュータ等の機器などが挙げられる。
前記制御工程としては、前記各工程の動きを制御できる工程であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記制御手段により行うことができる。
複写装置本体150には、無端ベルト状の中間転写体50が中央部に設けられている。そして、中間転写体50は、支持ローラ14、15及び16に張架され、図3中、時計回りに回転可能とされている。支持ローラ15の近傍には、中間転写体50上の残留トナーを除去するための中間転写体クリーニング装置17が配置されている。支持ローラ14と支持ローラ15とにより張架された中間転写体50には、その搬送方向に沿って、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの4つの画像形成手段18が対向して並置されたタンデム型現像器120が配置されている。タンデム型現像器120の近傍には、前記露光部材である露光装置21が配置されている。中間転写体50における、タンデム型現像器120が配置された側とは反対側には、二次転写装置22が配置されている。二次転写装置22においては、無端ベルトである二次転写ベルト24が一対のローラ23に張架されており、二次転写ベルト24上を搬送される転写紙と中間転写体50とは互いに接触可能である。二次転写装置22の近傍には前記定着手段である定着装置25が配置されている。定着装置25は、無端ベルトである定着ベルト26と、これに押圧されて配置された加圧ローラ27とを備えている。
なお、タンデム画像形成装置においては、二次転写装置22及び定着装置25の近傍に、転写紙の両面に画像形成を行うために該転写紙を反転させるためのシート反転装置28が配置されている。
本発明に関するプロセスカートリッジは、各種画像形成装置に着脱可能に成型されており、静電潜像を担持する静電潜像担持体と、静電潜像担持体上に担持された静電潜像を本発明の現像剤で現像してトナー像を形成する現像手段を少なくとも有する。なお、本発明のプロセスカートリッジは、必要に応じて、他の手段をさらに有していてもよい。
40℃のヒートチャンバー中でカラムを安定させ、この温度におけるカラムに、溶媒としてTHFを毎分1mLの流速で流し、試料濃度として0.05質量%〜0.6質量%に調製したトナー又は樹脂のTHF試料溶液を50μL〜200μL注入して測定した。
試料の分子量測定に当たっては、試料の有する分子量分布を、数種の単分散ポリスチレン標準試料により、作成された検量線の対数値とカウント数との関係から算出した。
検量線作成用の標準ポリスチレン試料としては、例えば、Pressure Chemical Co.あるいは東洋ソーダ工業社製の分子量が6×102、2.1×103、4×103、1.75×104、5.1×104、1.1×105、3.9×105、8.6×105、2×106、4.48×106のものを用い、少なくとも10点程度の標準ポリスチレン試料を用いるのが適当である。検出器にはRI(屈折率)検出器を用いた。
コーティング装置は、OPC80AJ(Filgen株式会社製)を用い、測定装置は、MWRIN(Carl Zeiss社製)を用いた。
各種パラメータを以下のように設定した。
加速電圧: 10kV
(検出用電子を照射機内で加速させる電圧)
作動距離: 14.05mm
(照射機からサンプルまでの距離)
ライブタイムリミット: 100sec
(測定時間。長い程検出精度が良くなる。)
時定数: 30
(検出時間。EDSの検出感度に影響。)
デッドタイム: 20〜30
(入射時間の内、検出されない時間の割合。)
照射電流: 170pA
(電極から電子を飛ばす際に導入する電流)
(マッピングの)分解能: 256×192
(マッピングの)フレーム時間: 最速
(マッピングの)フレーム数: 10,000以上
(イメージングタブの)分解能: 512×384
(イメージングタブの)フレーム時間: 5.0
(イメージングタブの)フレーム数: 1
1)カーボンテープにトナーを約10mg貼り付けた。
2)テープ上のトナーをチャンバー内でOsコーティングした。
3)各種パラメーターを設定した。
4)測定した。(C、O、Alの各元素の含有量を測定し、これらの総和に対するAlの含有量の割合(質量%)を検出した)。
5)10回繰り返して測定した際の平均値をAlの含有量(質量%)とした。
表1に示すカルボン酸成分及びアルコール成分を用いて、常圧下、170℃〜260℃、無触媒の条件でエステル化反応させた後、反応系に全カルボン酸成分に対し400ppmの三酸化アンチモンを加え3Torrの真空下でグリコールを系外へ除去しながら250℃で重縮合を行い樹脂を得た。尚、架橋反応は撹拌トルクが10kg・cm(100ppm)となるまで実施し、反応は反応系の減圧状態を解除して停止させ樹脂A1を得た。
表2に示すカルボン酸成分及びアルコール成分に変えた以外は、<ポリエステル樹脂A1の合成>と同様にして、ポリエステル樹脂B1〜B6を得た。ポリエステル樹脂B1〜B6の分子量分布を上述した方法で測定した。測定結果を表2に示す。
下記に示すように、縮重合系ユニットと、付加重合系ユニットからなる複合樹脂Cを合成した。
前記縮重合系ユニットを構成する縮重合系モノマーである、テレフタル酸0.8mol、フマル酸0.6mol、無水トリメリット酸0.8mol、ビスフェノールA(2,2)プロピレンオキサイド1.1mol、ビスフェノールA(2,2)エチレンオキサイド0.5mol、及びエステル化触媒としてジブチル錫オキシド9.5molを、窒素導入管、脱水管、攪拌器、滴下ロート、及び熱電対を装備した5リットル容器の四つ口フラスコ内に入れ、窒素雰囲気下、135℃まで加熱した。
撹拌を行いながら、さらに前記付加重合系ユニットを構成する付加重合系モノマーである、スチレン10.5mol、アクリル酸3mol、2−エチルヘキシルアクリレート1.5mol、及び重合開始剤としてt−ブチルハイドロパーオキサイド0.24molを滴下ロートに入れ、混合物を5時間かけて滴下し、6時間反応を行った。
続けて、210℃まで3時間かけて昇温を行い、210℃、10kPaにて所望の軟化点まで反応を行い、複合樹脂Cを合成した。
得られた複合樹脂Cの軟化温度は115℃、ガラス転移温度は58℃、酸価は25mgKOH/gであった。
<粉砕トナーの作製>
<<トナー1処方>>
ポリエステル樹脂A1: 26質量部
ポリエステル樹脂B2: 31質量部
複合樹脂C: 10質量部
着色剤(カーボンブラック): 9質量部
離型剤(カルナウバワックス 融点:81℃): 4質量部
帯電制御剤(モノアゾ金属錯体) 1質量部
(クロム系錯塩染料(ボントロンS−34 オリエント化学工業株式会社製)
カオリナイト 20質量部
(ASP−200 林化成株式会社製)
次いで、トナー母体粒子100質量部に対し、添加剤(HDK−2000、クラリアント株式会社製)1.0質量部をヘンシェルミキサーで撹拌混合し、トナー1を作製した。
前記トナー1の分子量分布(メインピーク、半値幅)、Alの含有量を上述した方法に従い測定した。結果を表3に示す。
現像剤1を用いた画像形成装置を使い、以下で記載する評価方法により、低温定着性、耐ホットオフセット性、耐熱保存性、帯電性を評価した。結果を表4に示す。
前記[トナー現像剤1]を、株式会社リコー製の複写機(imagio MP6002)に入れ、画像出力を行った。
付着量0.4mg/cm2のベタ画像を、露光、現像、転写工程を経ることで紙(株式会社リコー製 Type6200)上に出力した。定着の線速は180mm/秒とした。定着温度を5℃刻みで順次出力し、コールドオフセットが発生しない下限温度(定着下限温度:低温定着性)と、ホットオフセットが発生しない上限温度(定着上限温度:耐ホットオフセット性)を測定した。定着装置のNIP幅は11mmであった。
◎:130℃未満
○:130℃以上140℃未満
□:140℃以上150℃未満
△:150℃以上160℃未満
×:160℃以上
◎:200℃以上
○:190℃以上200℃未満
□:180℃以上190℃未満
△:170℃以上180℃未満
×:170℃未満
それぞれのトナー10gを30mLのスクリューバイアル瓶に入れ、タッピングマシンで100回タッピングした後、50℃環境の恒温槽で24時間保管し、室温に戻した後、針入度試験機で針入度を測定し、耐熱保存評価とした。
◎:貫通
○:25mm以上
□:20mm以上25mm未満
△:15mm以上20mm未満
×:15mm未満
白紙画像を現像中に停止させ、現像後の感光体上の現像剤をテープ転写し、未転写のテープの画像濃度との差を、938スペクトロデンシトメーター(X−Rite社製)を用いて測定した。
A:上記差が、0.005未満である
B:上記差が、0.005以上0.010未満
C:上記差が、0.010以上0.015未満
D:上記差が、0.015以上0.020未満
E:上記差が、0.020以上0.025未満
F:上記差が、0.025以上0.030未満
G:上記差が、0.030以上
実施例1において、表3に従いトナー原材料を処方し、溶融、混練時の温度条件を実施例8、15については130℃に、実施例10、16については140℃に、実施例11、17については150℃に変えた以外は、実施例1に記載のトナー1と同様の方法により、トナー2〜22を作製した。
前記トナー2〜22のトナーそれぞれについて、トナー1と同様にして分子量分布(メインピーク、半値幅)、Alの含有量を測定した。結果を表3に示す。
現像剤2〜22を用いた画像形成装置を使い、実施例1に記載の評価方法と同様の方法により、現像剤2〜22の現像剤それぞれを用いた場合の低温定着性、耐ホットオフセット性、耐熱保存性、帯電性を評価した。結果を表4に示す。
実施例1において、表3に従いトナー原材料を処方した以外は、実施例1に記載のトナー1と同様の方法により、比較トナー1〜6を作製した。
前記比較トナー1〜6のトナーそれぞれについて、トナー1と同様にして分子量分布(メインピーク、半値幅)、Alの含有量を測定した。結果を表3に示す。
比較現像剤1〜6を用いた画像形成装置を使い、実施例1に記載の評価方法と同様の方法により、比較現像剤1〜6の現像剤それぞれを用いた場合の低温定着性、耐ホットオフセット性、耐熱保存性、帯電性を評価した。結果を表4に示す。
<1> 少なくとも、結着樹脂、及びカオリナイトを含有するトナーであって、
前記トナーのTHF可溶分により求められたGPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)による分子量分布が、1,000〜10,000の間にメインピークを有し、前記メインピークの半値幅が8,000〜30,000であり、
前記カオリナイトの前記トナーに対する含有量が、5質量%〜35質量%であることを特徴とするトナーである。
<2> EDS(エネルギー分散型X線分光分析)によりトナーにおけるC、O、及びAlの各元素の含有量を測定したとき、Alの含有量が、0.5質量%〜30質量%である前記<1>に記載のトナーである。
<3> EDS(エネルギー分散型X線分光分析)によりトナーにおけるC、O、及びAlの各元素の含有量を測定したとき、Alの含有量が、5質量%〜15質量%である前記<2>に記載のトナーである。
<4> メインピークの半値幅が、8,000〜20,000である前記<1>から<3>のいずれかに記載のトナーである。
<5> 静電潜像担持体と、
前記静電潜像担持体上に静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、
前記静電潜像担持体上に形成された前記静電潜像を現像してトナー像を形成する、トナーを備える現像手段とを有し、
前記トナーが、前記<1>から<4>のいずれかに記載のトナーであることを特徴とする画像形成装置である。
<6> 静電潜像担持体上に静電潜像を形成する静電潜像形成工程と、
前記静電潜像担持体上に形成された前記静電潜像を、トナーを用いて現像してトナー像を形成する現像工程とを含み、
前記トナーが、前記<1>から<4>のいずれかに記載のトナーであることを特徴とする画像形成方法である。
<7> 静電潜像担持体と、
前記静電潜像担持体上に形成された前記静電潜像を現像してトナー像を形成する、トナーを備える現像手段とが、一体に支持されており、
前記トナーが、前記<1>から<4>のいずれかに記載のトナーであることを特徴とするプロセスカートリッジである。
21 露光装置
25 定着装置
61 現像装置
160 帯電装置
Claims (7)
- 少なくとも、縮重合系モノマーと付加重合系モノマーとが化学的に結合した複合樹脂を含む結着樹脂、及びカオリナイトを含有するトナーであって、
前記トナーのTHF可溶分により求められたGPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)による分子量分布が、1,000〜10,000の間にメインピークを有し、前記メインピークの半値幅が8,000〜30,000であり、
前記カオリナイトの前記トナーに対する含有量が、5質量%〜35質量%であることを特徴とするトナー。 - EDS(エネルギー分散型X線分光分析)によりトナーにおけるC、O、及びAlの各元素の含有量を測定したとき、Alの含有量が、0.5質量%〜30質量%である請求項1に記載のトナー。
- EDS(エネルギー分散型X線分光分析)によりトナーにおけるC、O、及びAlの各元素の含有量を測定したとき、Alの含有量が、5質量%〜15質量%である請求項2に記載のトナー。
- メインピークの半値幅が8,000〜20,000である請求項1から3いずれかに記載のトナー。
- 静電潜像担持体と、
前記静電潜像担持体上に静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、
前記静電潜像担持体上に形成された前記静電潜像を現像してトナー像を形成する、トナーを備える現像手段とを有し、
前記トナーが、請求項1から4のいずれかに記載のトナーであることを特徴とする画像形成装置。 - 静電潜像担持体上に静電潜像を形成する静電潜像形成工程と、
前記静電潜像担持体上に形成された前記静電潜像を、トナーを用いて現像してトナー像を形成する現像工程とを含み、
前記トナーが、請求項1から4のいずれかに記載のトナーであることを特徴とする画像形成方法。 - 静電潜像担持体と、
前記静電潜像担持体上に形成された前記静電潜像を現像してトナー像を形成する、トナーを備える現像手段とが、一体に支持されており、
前記トナーが、請求項1から4のいずれかに記載のトナーであることを特徴とするプロセスカートリッジ。
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