JP7286934B2 - 画像形成装置及び画像形成方法 - Google Patents
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Description
この定着装置は、小型化、省エネルギー化、及び低コスト化の点で有利ではある。しかしながら、低熱容量の定着ベルトを内部から直接加熱する方式ゆえに、定着ベルトと回転体との間を記録媒体が連続挿通すると定着ベルトの温度が低下し、それに対して加熱源による加熱が開始されると、定着ベルトの表面温度が目的とする定着設定温度を超える現象(以下「オーバーシュート」ともいう)が生じることがある。このオーバーシュートが生じると、例えば、両面印刷(特に、全面ベタ画像での両面印刷)の際、定着ベルトの熱が、裏面の定着画像(即ち、加圧ロールに接触する定着済みの画像)にまで伝わり、裏面の定着画像の一部が再溶融してしまい、溶融した画像が加圧ロールへと付着し、画像抜け、又は、画像の濃度ムラといった画像欠陥で出てしまうことがある。
上記のように、オーバーシュートに起因する画像欠陥を生じさせ難くする手法として、定着画像の再溶融温度を高める手法、定着画像から染み出す離型剤の量を増やす手法等が考えられるが、低温定着性を損なってしまったり、染み出した離型剤により定着ベルトの汚染が発生してしまったりするため、これらの手法とは異なる新たな手法の検討が望まれている。
像保持体と、
前記像保持体の表面を帯電する帯電手段と、
帯電した前記像保持体の表面に静電荷像を形成する静電荷像形成手段と、
貯蔵弾性率G’=1×108Paの際の温度をT1とし、貯蔵弾性率G’=1×106Paの際の温度をT2としたとき、下記条件1及び条件2を満たすトナーを含む静電荷像現像剤を収容し、該静電荷像現像剤により、前記像保持体の表面に形成された静電荷像をトナー画像として現像する現像手段と、
前記像保持体の表面に形成されたトナー画像を記録媒体に転写する転写手段と、
前記記録媒体に転写されたトナー画像と接触する定着ベルト、前記定着ベルトの外周面に接触配置され、該定着ベルトとの間に接触域を形成する回転体、及び、前記定着ベルトの内周面側に配置され、該定着ベルトを直接加熱する加熱源を有し、前記接触域に、転写されたトナー画像を有する前記記録媒体を挿通させて、該記録媒体にトナー画像を定着させる定着手段と、
を備える画像形成装置。
条件1:1.215≦T2/T1≦1.365
条件2:50℃≦T1≦68℃
前記接触域にかかる総荷重が22N以上30N以下であり、且つ、前記接触域の前記記録媒体の搬送方向に沿った長さが8.0mm以上10.0mm以下である、<1>に記載の画像形成装置。
前記トナーが非晶性樹脂及び離型剤を含むトナー粒子を有し、前記非晶性樹脂のガラス転移温度と前記離型剤の融解温度との差が10℃以上40℃以下である、請求項1~請求項3のいずれか1項に記載の画像形成装置。
前記トナーが結着樹脂及び離型剤を含むトナー粒子を有し、
前記離型剤が前記トナー粒子内部にドメインを形成しており、前記ドメインの針状比の個数頻度分布において、最頻値が1.10以上1.50以下であり、且つ、歪度が1.05以上1.30以下である、請求項1~請求項3のいずれか1項に記載の画像形成装置。
前記ドメインの最大長の平均値が100nm以上300nm未満である、請求項5に記載の画像形成装置。
<7>
前記ドメインの最大長の平均値が300nm以上1500nm以下である、請求項5に記載の画像形成装置。
像保持体の表面を帯電する帯電工程と、
帯電した前記像保持体の表面に静電荷像を形成する静電荷像形成工程と、
貯蔵弾性率G’=1×108Paの際の温度をT1とし、貯蔵弾性率G’=1×106Paの際の温度をT2としたとき、下記条件1及び条件2を満たすトナーを含む静電荷像現像剤により、前記像保持体の表面に形成された静電荷像をトナー画像として現像する現像工程と、
前記像保持体の表面に形成されたトナー画像を記録媒体に転写する転写工程と、
前記記録媒体に転写されたトナー画像を定着する定着工程と、
前記記録媒体に転写されたトナー画像と接触する定着ベルト、前記定着ベルトの外周面に接触配置され、該定着ベルトとの間に接触域を形成する回転体、及び、前記定着ベルトの内周面側に配置され、該定着ベルトを直接加熱する加熱源を有し、前記接触域に、転写されたトナー画像を有する前記記録媒体を挿通させて、該記録媒体にトナー画像を定着させる定着工程と、
を有する画像形成方法。
条件1:1.215≦T2/T1≦1.365
条件2:50℃≦T1≦68℃
本実施形態に係る画像形成装置は、像保持体と、像保持体の表面を帯電する帯電手段と、帯電した像保持体の表面に静電荷像を形成する静電荷像形成手段と、トナーを含む静電荷像現像剤を収容し、静電荷像現像剤により、像保持体の表面に形成された静電荷像をトナー画像として現像する現像手段と、像保持体の表面に形成されたトナー画像を記録媒体に転写する転写手段と、記録媒体にトナー画像を定着させる定着手段と、を備える。
条件1:1.215≦T2/T1≦1.365
条件2:50℃≦T1≦68℃
また、本実施形態に係る画像形成装置における定着手段は、記録媒体に転写されたトナー画像と接触する定着ベルト、定着ベルトの外周面に接触配置され、定着ベルトとの間に接触域を形成する回転体、及び、定着ベルトの内周面側に配置され、定着ベルトを直接加熱する加熱源を有し、接触域に、転写されたトナー画像を有する記録媒体を挿通させて、記録媒体にトナー画像を定着させる定着手段である。
しかしながら、この定着手段を用いる画像形成装置では、低熱容量の定着ベルトを内部から直接加熱する方式ゆえにオーバーシュートが生じ易く、このオーバーシュートに起因する、両面印刷時における定着画像の再溶融による画像欠陥が生じることがあった。
それに対し、上記の定着手段と特定の粘弾性を示すトナー(即ち、特定トナー)とを組み合わせることで、オーバーシュートが発生した場合であっても、両面印刷時における定着画像の再溶融による画像欠陥が抑制されることを見出した。
中間転写方式の装置の場合、転写装置は、例えば、表面にトナー像が転写される中間転写体と、像保持体の表面に形成されたトナー像を中間転写体の表面に一次転写する一次転写部材と、中間転写体の表面に転写されたトナー像を記録媒体の表面に二次転写する二次転写部材と、を有する構成が適用される。
本実施形態に係る画像形成装置100は、図1に示すように、例えば、一般にタンデム型と呼ばれる中間転写方式の画像形成装置であって、電子写真方式により各色成分のトナー像が形成される複数の画像形成ユニット1Y、1M、1C、1Kと、各画像形成ユニット1Y、1M、1C、1Kにより形成された各色成分トナー像を中間転写ベルト15に順次転写(一次転写)させる一次転写部10と、中間転写ベルト15上に転写された重畳トナー像を記録媒体である用紙Pに一括転写(二次転写)させる二次転写部20と、二次転写された画像を用紙P上に定着させる定着装置60(定着手段の一例)と、を備えている。また、画像形成装置100は、各装置(各部)との間で情報の授受を行って、各装置(各部)の動作を制御する制御部40を有している。
なお、中間転写ベルト15、一次転写部10、及び二次転写部20を有するユニットが、転写手段の一例に該当する。
なお、上記の各色成分トナーの少なくとも1つとして、既述の特定トナーが用いられる。本実施形態では、各色成分トナーの全てが既述の特定トナーであることが好ましい。
本実施形態に係る画像形成装置では、図示しない画像読取装置や図示しないパーソナルコンピュータ(PC)等から出力される画像データは、図示しない画像処理装置により画像処理が施された後、画像形成ユニット1Y,1M,1C,1Kによって作像作業が実行される。
本実施形態に係る画像形成装置が備える定着手段について、詳細に説明する。
本実施形態における定着手段は、記録媒体に転写されたトナー画像と接触する定着ベルト、定着ベルトの外周面に接触配置され、定着ベルトとの間に接触域を形成する回転体、及び、定着ベルトの内周面側に配置され、定着ベルトを直接加熱する加熱源を有し、接触域に、転写されたトナー画像を有する記録媒体を挿通させて、記録媒体にトナー画像を定着させる。
定着手段は、上記の定着ベルト、回転体、及び加熱源以外の部材として、定着手段を構成する公知の部材を有していてもよい。
定着手段は、例えば、定着ベルトの内周面側に配置され、定着ベルトを介して回転体と接触して定着ベルト及び回転体の間に接触域を形成する接触域形成部材、接触域形成部材を支持する支持部材、接触域形成部材と定着ベルトの内周面との接触部に設けられる低摩擦部材、発熱源からの照射される熱を定着ベルトへと反射する反射部材、定着ベルトの温度を検知する温度検知手段、回転体を定着ベルトの方へ押圧する押圧手段等が挙げられる。
図2は、定着装置の一例を示す概略構成図である。
定着ベルト62と加圧ロール64との外周面は、互いに接触し、接触域Nを形成している。そして、定着ベルト62と加圧ロール64とは、共に回転して、接触域Nにて用紙Pを搬送しつつ、用紙Pの表面にトナー画像を定着させる。
定着ベルト62の両端部には、それぞれ、ベルト形状保持のための嵌込部材(不図示)が嵌め込まれており、定着ベルト62は嵌込部材によって、図2の矢印x方向に回転可能に保持されている。
定着ベルト62は、低熱容量化を図るために、薄く、可撓性を有する無端ベルトであることが好ましい。ここで、無端ベルトとは、ベルトの両端部が接合しており、且つ、つなぎ目が存在しないベルトをいう。
定着ベルト62の直径(外径)としては、低熱容量化の観点から、15mm以上120mm以下であることが好ましく、20mm以上40mm以下であることがより好ましい。
なお、定着ベルト62における弾性層及び離型層は、省略されてもよい。
定着ベルト62における基材の厚みとしては、例えば、20μm以上50μm以下が好ましい。
定着ベルト62における弾性層の厚みとしては、例えば、100μm以上300μm以下が好ましい。
定着ベルト62における離型層の厚みとしては、例えば、10μm以上50μm以下が好ましい。
加圧ロール64の外周面の一部は、図示しない押圧部材(加圧ロール64を定着ベルト62の方へ押圧する押圧手段の一例)によって、定着ベルト62側へ押圧され、定着ベルト62を介してパッド66に押し付けられている。これにより、加圧ロール64と定着ベルト62との間には接触域N(いわゆる、ニップ部)が形成される。
すなわち、加圧ロール64は、接触域Nにおいて、パッド66と共に、定着ベルト62を挟んで加圧する機能を有する。
定着装置60が、上記のような接触域Nを有することで、特定トナーからの離型剤の染み出し量が適切な範囲に制御され易く、両面印刷時における定着画像の表裏差の発生を抑制し易くなる。
ここで、接触域Nの記録媒体の搬送方向に沿った長さ(ニップ幅)とは、接触域Nの距離(加圧ロール64と定着ベルト62との周方向における接触距離)を指す。
また、接触域Nの記録媒体の搬送方向に沿った長さとしては、8.5mm以上9.5mm以下がより好ましい。
ここで、接触域Nにかかる総荷重は、例えば、ニッタ社製面圧分布測定システム(タクタイル)等によって測定しうる。
加圧ロール64が回転駆動すると、その駆動力が接触域Nにて定着ベルト62へと伝達され、定着ベルト62が従動回転する。
なお、加圧ロール64における離型層は、省略されてもよい。
加圧ロール64の直径としては、例えば、30mm程度である。
芯材が円筒状である場合、円筒状の芯材の内部にハロゲンヒータ等の加熱源を配置してもよい。
加圧ロール64の離型層を構成する材料としては、例えば、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)等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
パッド66は、加圧ロール64が定着ベルト62を介してパッド66側に押し付けられることにより、接触域Nにおいて、加圧ロール64と共に、定着ベルト62を挟んで加圧する機能を有する。
パッド66は、この支持部材を介して、定着ベルト62の両端部に嵌め込まれている嵌込部材に固定されている。
ここで、支持部材は、ステンレス、鉄等の金属材料で形成されており、表面に断熱又は鏡面処理が施されているものが挙げられる。
パッド66としては、例えば、定着ベルト62の軸方向に長さを有する板状形状の部材が挙げられるが、断面形状が凹形状の部材等であってもよい。
低摩擦シートとしては、例えば、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)の繊維を編み込んだメッシュ状シートや、テフロン(登録商標)シート等の摺動性及び耐摩擦性を有するシートが挙げられる。
ハロゲンヒータ68は、それぞれの両端部が定着装置60の本体(不図示)に固定されている。
ハロゲンヒータ68の出力制御を行うことで、定着ベルト62の表面温度(即ち、定着温度)を所望の温度に設定しうる。
また、ハロゲンヒータ68に代えて、定着ベルト62を直接加熱できる公知の加熱源を用いてもよい。公知の加熱源としては、セラミックヒータ、カーボンヒータ、電磁誘導(IH)等が挙げられる。
温度センサ70としては、サーミスタ、熱電対等が挙げられる。
画像形成装置本体の電源が入ると、ハロゲンヒータ68に電力が供給され、定着ベルト62への加熱が開始されると共に、加圧ロール64が矢印y方向に回転駆動を開始する。これにより、定着ベルト62は、加圧ロール64との摩擦力によって、矢印x方向に従動回転する。
なお、ハロゲンヒータ68による定着ベルト62の加熱の開始時間と、加圧ロール64の回転駆動の開始時間と、は同時であってもよいし、時間差を有していてもよい。
そして、ハロゲンヒータ68によって加熱された定着ベルト62による熱と、定着ベルト62と加圧ロール64との間に印加された圧力と、によって用紙Pの表面にトナー画像が定着される。
このとき、用紙Pの先端が、図示しない分離部材の先端に接触することにより、用紙Pが定着ベルト62から分離される。
その後、分離された用紙Pは、図示しない排紙ロールによって機外に排出され、排紙トレイにストックされる。
ハロゲンヒータ68の加熱により接触域Nが定着に必要な温度まで昇温された後、接触域Nへの用紙Pの挿通が開始される。
次いで、本実施形態に係る画像形成装置において、現像手段に収容される静電荷像現像剤(以下、単に現像剤ともいう)について、詳細に説明する。
現像剤は、特定トナーを含むトナーのみを含む一成分現像剤であってもよいし、特定トナーを含むトナーとキャリアとを含む二成分現像剤であってもよい。
また、現像剤に含まれるトナーは、そのすべてが特定トナーであることが好ましいが、全トナー中の10質量%以下の範囲であれば特定トナー以外のトナーを用いてもよい。
特定トナーは、貯蔵弾性率G’=1×108Paの際の温度をT1とし、貯蔵弾性率G’=1×106Paの際の温度をT2としたとき、下記条件1及び条件2を満たす。
条件1:1.215≦T2/T1≦1.365
条件2:50℃≦T1≦68℃
また、条件2としては、条件2’:52℃≦T1≦66℃が好ましい。
具体的には、TAインスツルメンツ(株)社製レオメータARESを用い、測定対象となるトナーを直径8mmのサンプルホルダーにセッティングし、昇温速度1℃/min、周波数1Hz、ひずみ1%以下、検出トルクを測定保証値の範囲内の条件で、貯蔵弾性率G’の測定を行う。なお、解析は、レオメータ(粘弾性測定装置)の標準ソフトを用いる。
上記の測定により、温度変化に対する貯蔵弾性率G’の変化のデータを得る。そして、得られたデータから、貯蔵弾性率G’=1×108Paの際の温度T1及び貯蔵弾性率G’=1×106Paの際の温度をT2が求められる。
(1)トナーを構成するトナー粒子における非晶性樹脂のガラス転移温度と離型剤の融解温度との関係を制御する方法、(2)トナーを構成するトナー粒子に含まれる離型剤の形状を制御する方法、(3)トナーを構成するトナー粒子に含まれる離型剤の構造及び配置を制御する方法等が挙げられる。
(1)の方法では、トナー粒子における非晶性樹脂のガラス転移温度(Tg)と離型剤の融解温度との関係を制御することで、条件1及び2を満たすトナーが得られ易くなる。
具体的には、特定トナーが非晶性樹脂及び離型剤を含むトナー粒子を有する場合、トナー粒子に含まれる非晶性樹脂のガラス転移温度と離型剤の融解温度との差を制御することが好ましい。この差としては、10℃以上40℃以下が好ましく、13℃以上37℃以下がより好ましい。
(2)の方法は、トナー粒子に含まれる離型剤の形状を制御することで、条件1及び2を満たすトナーが得られ易くなる。
具体的には、特定トナーが結着樹脂及び離型剤を含むトナー粒子を有する場合、トナー粒子に含まれる離型剤の形状(具体的には、ドメインの針状比)とその分布を制御することが好ましい。特に、離型剤の形状とその分布が以下に示すことが好ましい。
即ち、離型剤がトナー粒子内部にドメインを形成しており、ドメイン(「離型剤ドメイン」ともいう)の針状比の個数頻度分布において、最頻値が1.10以上1.50以下であり、且つ、歪度が1.05以上1.30以下である、ことが好ましい。
ここで、離型剤ドメインの針状比とは、離型剤ドメインの最大長を対角幅で除した値(即ち、最大長/対角幅の値)であり、対角幅とは最大長に平行な2本の直線で離型剤ドメインを挟んだときの2直線の最短距離を表す。
具体的には、離型剤ドメインの針状比が1.10以上1.50以下であるものが離型剤ドメインの全体に対して20個数%以上40個数%以下で存在し、離型剤ドメインの針状比が1.5超2.0以下であるものが離型剤ドメインの全体に対して10個数%以上20個数%以下で存在し、離型剤ドメインの針状比が2.0超3.0以下であるものが離型剤ドメインの全体に対して6個数%~10個数%で存在する、ことが好ましい。
即ち、両面印刷における1回目の定着時(記録媒体の第1面に対する画像の定着時)は、針状比が大きい離型剤ドメインから離型剤が速やかに染み出し、定着ベルトとの間の離型性を補助する。このとき、針状比が小さい離型剤ドメインは、記録媒体の第1面に形成された定着画像の内部に残留する。
そして、両面印刷における2回目の定着時(記録媒体の第1面とは逆の第2面に対する画像の定着時)、加圧ロール(回転体の一例)には、記録媒体の第1面に形成された定着画像が接触することとなる。そのため、オーバーシュートが生じ、加圧ロールに接触する記録媒体の第1面に形成された定着画像に熱が加わっても、この定着画像の内部に残留した針状比が小さい離型剤ドメインから離型剤が染み出し、この定着画像と加圧ロールとの間に離型性を付与することができる。その結果、記録媒体の第1面に形成された定着画像の再溶融が抑制され、この定着画像の加圧ロールへの付着が抑制されるものと考えられる。
よって、両面印刷時における定着画像の再溶融による画像欠陥が抑制される。
トナー粒子における離型剤ドメインは、例えば、トナー粒子の断面を透過型電子顕微鏡により観察する方法、トナー粒子の断面に四酸化ルテニウムによる染色を行い、走査型電子顕微鏡により観察する方法によって確認する。
トナー粒子の断面における離型剤ドメインがより鮮明に観察できる点で、走査型電子顕微鏡により観察する方法が好ましい。走査型電子顕微鏡としては、当業者の間でよく知られた機種であればよく、例えば、日立ハイテク社製SU8020、日本電子社製JSM-7500F等が挙げられる。
まず、測定対象となるトナー粒子をエポキシ樹脂に包埋した後、エポキシ樹脂を硬化する。ダイヤモンド刃を備えたミクロトームによって、この硬化物を薄片化し、トナー粒子の断面が露出した観察試料を得る。薄片の観察試料に対し、四酸化ルテニウムにより染色を施し、走査型電子顕微鏡(SEM)によりトナー粒子の断面を観察する(SEM画像を観察する)。この観察方法によって、トナー粒子の断面には、染色度の違いにより、結着樹脂を含む連続相(マトリックス)中に、輝度差(コントラスト)がある離型剤ドメインが観察される。
上記の離型剤ドメインの確認方法を利用し、トナー粒子1個の断面が視野に入る倍率でSEM画像を得る。得られたSEM画像について、画像解析ソフト(三谷商事社製WinROOF)を用いて、0.010000μm/pixel条件で画像解析を行う。この画像解析により、この画像解析により、トナー粒子中の離型剤ドメインについて、それぞれ、最大長と対角幅とを求め針状比を算出する。
まず、上記の離型剤ドメインの針状比の算出をトナー粒子200個について行う。
得られた各離型剤ドメインの針状比のデータを、0から0.01刻みのデータ区間で統計解析処理を行い、針状比の個数頻度分布を求める。得られた個数頻度分布の最頻値、すなわち、離型剤ドメインの針状比の個数頻度分布で最も多く現れるデータ区間の値を求める。そして、このデータ区間の値を、離型剤ドメインの針状比の個数頻度分布における最頻値とする。
まず、既述通り、離型剤ドメインの針状比の個数頻度分布を求める。求めた個数頻度分布を用い、下記式に基づいて、歪度を求める。
なお、下記式において、歪度をSk、離型剤ドメインの針状比の個数頻度分布のデータ数をn、各離型剤ドメインの針状比の個数頻度分布のデータの値をxi(i=1,2,…,n)、離型剤ドメインの針状比の個数頻度分布のデータ全体の平均値をx(上方にバーを付したx)、離型剤ドメインの針状比の個数頻度分布のデータ全体の標準偏差をsとする。
以下、特定トナーを含むトナーの基本的な構成について説明する。
トナーは、トナー粒子を有する。トナーは、トナー粒子と共に、外添剤を有していてもよい。
トナー粒子は、例えば、結着樹脂及び離型剤を含み、必要に応じて、着色剤、その他添加剤等を含んでもよい。
結着樹脂としては、結晶性樹脂及び非晶性樹脂のいずれもが用いられる。
ここで、非晶性樹脂とは、示差走査熱量測定(DSC)を用いた熱分析測定において、明確な吸熱ピークではなく、階段状の吸熱変化のみを有するものであり、常温固体で、ガラス転移温度以上の温度において熱可塑化するものを指す。
一方、結晶性樹脂とは、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いう。
具体的には、例えば、結晶性樹脂とは、昇温速度10℃/minで測定した際の吸熱ピークの半値幅が10℃以内であることを意味し、非晶性樹脂とは、半値幅が10℃を超える樹脂や、明確な吸熱ピークが認められない樹脂を意味する。
結着樹脂の樹脂種としては、上記のビニル系樹脂の他、例えば、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、変性ロジン等の非ビニル系樹脂、これらとビニル系樹脂との混合物、又は、これらの共存下でビニル系単量体を重合して得られるグラフト重合体等も挙げられる。
なお、「(メタ)アクリル」等の記述は、「アクリル」及び「メタクリル」等のいずれをも含む表現である。
以下、結着樹脂の樹脂種として好適なポリエステル樹脂及びスチレンアクリル樹脂について説明する。
結着樹脂として好適なポリエステル樹脂は、例えば、公知の非晶性ポリエステル樹脂が挙げられる。
非晶性ポリエステル樹脂としては、例えば、多価カルボン酸と多価アルコールとの縮重合体が挙げられる。
なお、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。
多価カルボン酸は、ジカルボン酸と共に、架橋構造又は分岐構造をとる3価以上のカルボン酸を併用してもよい。3価以上のカルボン酸としては、例えば、トリメリット酸、ピロメリット酸、これらの無水物、又はこれらの低級(例えば炭素数1以上5以下)アルキルエステル等が挙げられる。
多価カルボン酸は、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。
多価アルコールとしては、ジオールと共に、架橋構造又は分岐構造をとる3価以上の多価アルコールを併用してもよい。3価以上の多価アルコールとしては、例えば、グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトールが挙げられる。
多価アルコールは、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、本明細書において、樹脂のガラス転移温度は、示差走査熱量測定(DSC)により得られたDSC曲線より求め、より具体的にはJIS K 7121-1987「プラスチックの転移温度測定方法」のガラス転移温度の求め方に記載の「補外ガラス転移開始温度」により求められる。
非晶性ポリエステル樹脂の数平均分子量(Mn)は、2000以上100000以下が好ましい。
非晶性ポリエステル樹脂の分子量分布Mw/Mnは、1.5以上100以下が好ましく、2以上60以下がより好ましい。
なお、本明細書において、樹脂の重量平均分子量及び数平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)により測定する。GPCによる分子量測定は、測定装置として東ソー製GPC・HLC-8120GPCを用い、東ソー製カラム・TSKgel SuperHM-M(15cm)を使用し、THF溶媒で行う。重量平均分子量及び数平均分子量は、この測定結果から単分散ポリスチレン標準試料により作成した分子量校正曲線を使用して算出する。
具体的には、例えば、重合温度を180℃以上230℃以下とし、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方法により得られる。
なお、原料の単量体が、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剤として加え溶解させてもよい。この場合、重縮合反応は溶解補助剤を留去しながら行う。相溶性の悪い単量体が存在する場合は、あらかじめ相溶性の悪い単量体とその単量体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。
結晶性樹脂を併用すると、トナー粒子の吸湿性が低減し、トナーの飛び散りによる画像乱れが抑制され易くなる。
ただし、結晶性樹脂は、全結着樹脂に対して、含有量が2質量%以上40質量%以下(好ましくは2質量%以上20質量%以下)の範囲で用いることがよい。
ここで、結晶性ポリエステル樹脂は、結晶構造を容易に形成するため、芳香族を有する重合性単量体よりも直鎖状脂肪族を有する重合性単量体を用いた重縮合体が好ましい。
多価カルボン酸は、ジカルボン酸と共に、架橋構造又は分岐構造をとる3価以上のカルボン酸を併用してもよい。3価のカルボン酸としては、例えば、芳香族カルボン酸(例えば1,2,3-ベンゼントリカルボン酸、1,2,4-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)、これらの無水物、又はこれらの低級(例えば炭素数1以上5以下)アルキルエステルが挙げられる。
多価カルボン酸としては、これらジカルボン酸と共に、スルホン酸基を持つジカルボン酸、エチレン性二重結合を持つジカルボン酸を併用してもよい。
多価カルボン酸は、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。
多価アルコールは、ジオールと共に、架橋構造又は分岐構造をとる3価以上のアルコールを併用してもよい。3価以上のアルコールとしては、例えば、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等が挙げられる。
多価アルコールは、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、融解温度は、示差走査熱量測定(DSC)により得られたDSC曲線から、JIS K7121-1987「プラスチックの転移温度測定方法」の融解温度の求め方に記載の「融解ピーク温度」により求める。
ただし、他の樹脂の含有量は、全結着樹脂に占める割合で10質量%以下が好ましい。
結着樹脂として好適なスチレンアクリル樹脂について説明する。
スチレンアクリル樹脂としては、スチレン類と(メタ)アクリル酸エステル類とを少なくとも共重合した共重合体が挙げられる。スチレンアクリル樹脂は、スチレン類及び(メタ)アクリル酸エステル類以外に、その他単量体を重合した共重合体であってもよい。
これらのスチレン類は、1種単独で使用してもよいし、2種以上併用してもよい。
(メタ)アクリル酸β-カルボキシエチル等の(メタ)アクリル酸カルボキシ置換アルキルエステル;
(メタ)アクリル酸2-ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸2-ヒドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸3-ヒドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸2-ヒドロキシブチル、(メタ)アクリル酸3-ヒドロキシブチル、(メタ)アクリル酸4-ヒドロキシブチル等の(メタ)アクリル酸ヒドロキシ置換アルキルエステル;
(メタ)アクリル酸2-メトキシエチル等の(メタ)アクリル酸アルコキシ置換アルキルエステル;等が挙げられる。
これらの(メタ)アクリル酸エステル類は、1種単独で使用してもよいし、2種以上併用してもよい。
一方、(メタ)アクリル酸エステル類の全重合成分に対する割合は、トナーの定着性の点から、10質量%以上40質量%以下がよく、より好ましくは10質量%以上35質量%以下である。
スチレンアクリル樹脂の数平均分子量(Mn)は、2000以上100000以下が好ましい。
スチレンアクリル樹脂の分子量分布Mw/Mnは、1.0以上100以下が好ましく、1.2以上50以下がより好ましい。
なお、スチレンアクリル樹脂は、上記の乳化重合法を採用し、樹脂粒子として合成されてもよい。
但し、スチレンアクリル樹脂の含有量は、全結着樹脂に占める割合で、60質量%以上(好ましくは80質量%以上)で含むことがよい。
他の樹脂としては、スチレンアクリル樹脂以外の結着樹脂が適用でき、例えば、針状比ビニル樹脂、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、変性ロジン等の非ビニル系樹脂などが挙げられる。
着色剤としては、例えば、カーボンブラック、クロムイエロー、ハンザイエロー、ベンジジンイエロー、スレンイエロー、キノリンイエロー、ピグメントイエロー、パーマネントオレンジGTR、ピラゾロンオレンジ、バルカンオレンジ、ウオッチヤングレッド、パーマネントレッド、ブリリアントカーミン3B、ブリリアントカーミン6B、デュポンオイルレッド、ピラゾロンレッド、リソールレッド、ローダミンBレーキ、レーキレッドC、ピグメントレッド、ローズベンガル、アニリンブルー、ウルトラマリンブルー、カルコオイルブルー、メチレンブルークロライド、フタロシアニンブルー、ピグメントブルー、フタロシアニングリーン、マラカイトグリーンオキサレートなどの種々の顔料、又は、アクリジン系、キサンテン系、アゾ系、ベンゾキノン系、アジン系、アントラキノン系、チオインジコ系、ジオキサジン系、チアジン系、アゾメチン系、インジコ系、フタロシアニン系、アニリンブラック系、ポリメチン系、トリフェニルメタン系、ジフェニルメタン系、チアゾール系などの各種染料等が挙げられる。
着色剤は、1種類単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
離型剤としては、トナー粒子内にて離型剤ドメインを形成しうるものが好ましく、例えば、パラフィンワックス、フィッシャートロプシュワックス等の炭化水素系ワックス;カルナバワックス、ライスワックス、キャンデリラワックス等の天然ワックス;モンタンワックス等の合成又は鉱物・石油系ワックス;脂肪酸エステル、モンタン酸エステル等のエステルワックス;などが挙げられる。離型剤は、これに限定されるものではない。
なお、上記の中でも、針状比が大きい離型剤ドメインを形成し易い離型剤としては、パラフィンワックス、フィッシャートロプシュワックスが挙げられる。
一方、上記の中でも、針状比が小さい離型剤ドメインを形成し易い離型剤としては、カルナバワックス、エステルワックスが挙げられる。
なお、融解温度は、示差走査熱量測定(DSC)により得られたDSC曲線から、JIS K 7121-1987「プラスチックの転移温度測定方法」の融解温度の求め方に記載の「融解ピーク温度」により求める。
その他の添加剤としては、例えば、磁性体、帯電制御剤、無機粉体等の周知の添加剤が挙げられる。これらの添加剤は、内添剤としてトナー粒子に含まれる。
トナー粒子は、単層構造のトナー粒子であってもよいし、芯部(コア粒子)と芯部を被覆する被覆層(シェル層)とで構成された所謂コア・シェル構造のトナー粒子であってもよい。
ここで、コア・シェル構造のトナー粒子は、例えば、結着樹脂と必要に応じて着色剤及び離型剤等のその他添加剤とを含んで構成された芯部と、結着樹脂を含んで構成された被覆層と、で構成されていることがよい。
測定に際しては、分散剤として、界面活性剤(アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウムが好ましい)の5%水溶液2ml中に測定試料を0.5mg以上50mg以下加える。これを電解液100ml以上150ml以下中に添加する。
試料を懸濁した電解液は超音波分散器で1分間分散処理を行い、コールターマルチサイザーIIにより、アパーチャー径として100μmのアパーチャーを用いて2μm以上60μm以下の範囲の粒径の粒子の粒度分布を測定する。なお、サンプリングする粒子数は50000個である。
測定される粒度分布を基にして分割された粒度範囲(チャンネル)に対して体積、数をそれぞれ小径側から累積分布を描いて、累積16%となる粒径を体積粒径D16v、数粒径D16p、累積50%となる粒径を体積平均粒径D50v、累積数平均粒径D50p、累積84%となる粒径を体積粒径D84v、数粒径D84pと定義する。
これらを用いて、体積粒度分布指標(GSDv)は(D84v/D16v)1/2、数粒度分布指標(GSDp)は(D84p/D16p)1/2として算出される。
まず、測定対象となるトナー粒子を吸引採取し、扁平な流れを形成させ、瞬時にストロボ発光させることにより静止画像として粒子像を取り込み、その粒子像を画像解析するフロー式粒子像解析装置(シスメックス社製のFPIA-3000)によって求める。そして、平均円形度を求める際のサンプリング数は3500個とする。
なお、トナーが外添剤を有する場合、界面活性剤を含む水中に、測定対象となるトナー(現像剤)を分散させた後、超音波処理をおこなって外添剤を除去したトナー粒子を得る。
例えば、薄いコート紙(例えば、厚み0.05mm以上0.10mm以下)等の凹凸が少なくコシが少ない記録媒体を用いる場合、定着ベルトからの熱が伝わり易く、定着時にトナー粒子中の離型剤ドメインから離型剤が染み出し易い傾向にある。そのため、薄いコート紙等の凹凸が少なくコシが少ない記録媒体を用いる場合、トナー粒子中の離型剤ドメインの最大長は小さめ(例えば、100nm以上300nm未満、より好ましくは130nm以上270nm以下)であるものが好ましい。
外添剤としては、例えば、無機粒子が挙げられる。該無機粒子として、SiO2、TiO2、Al2O3、CuO、ZnO、SnO2、CeO2、Fe2O3、MgO、BaO、CaO、K2O、Na2O、ZrO2、CaO・SiO2、K2O・(TiO2)n、Al2O3・2SiO2、CaCO3、MgCO3、BaSO4、MgSO4等が挙げられる。
疎水化処理剤の量としては、通常、例えば、無機粒子100質量部に対して、1質量部以上10質量部以下である。
次に、本実施形態に係るトナーの製造方法について説明する。
本実施形態に係るトナーは、トナー粒子を製造後、トナー粒子に対して、外添剤を外添することで得られる。
以下、凝集合一法を用い、トナー粒子中の離型剤ドメインの針状比とその分布を制御する方法について説明する。
以下、トナー粒子の製造方法の一例である凝集合一法について説明する。
なお、以下の説明では、結着樹脂、着色剤、及び離型剤を含むトナー粒子を得る方法について説明するが、着色剤は、必要に応じて用いられるものである。無論、着色剤、離型剤以外のその他添加剤を用いてもよい。
各分散液を準備する工程(分散液準備工程)と、
結着樹脂となる第1樹脂粒子が分散された第1樹脂粒子分散液、及び着色剤の粒子(以下「着色剤粒子」とも称する)が分散された着色剤粒子分散液を混合し、得られた混合分散液中で各粒子を凝集させ、第1凝集粒子を形成する工程(第1凝集粒子形成工程)と、
第1凝集粒子が分散された第1凝集粒子分散液を得た後、結着樹脂となる第2樹脂粒子及び離型剤の粒子(以下「離型剤粒子」とも称する)が分散された混合分散液を、混合分散液中の離型剤粒子の濃度を次第に変化させながら、第1凝集粒子分散液に順次添加して、第1凝集粒子の表面に更に第2樹脂粒子及び離型剤粒子を凝集して、第2凝集粒子を形成する工程(第2凝集粒子形成工程)と、
第2凝集粒子が分散された第2凝集粒子分散液を得た後、第2凝集粒子分散液と、結着樹脂となる第3樹脂粒子が分散された第3樹脂粒子分散液と、を更に混合し、第2凝集粒子の表面に更に第3樹脂粒子を付着するように凝集して、第3凝集粒子を形成する工程(第3凝集粒子形成工程)と、
第3凝集粒子が分散された第3凝集粒子分散液に対して加熱をし、第3凝集粒子を融合・合一して、トナー粒子を形成する工程(融合・合一工程)と、
を経て、トナー粒子を製造することが好ましい。
例えば、樹脂粒子分散液及び着色剤粒子分散液を混合し、得られた混合分散液中で、各粒子を凝集させる。次に、その凝集過程で、混合分散液に対して、添加速度を次第に変化させつつ又は離型剤粒子の濃度を変化させつつ、離型剤粒子分散液を添加し、更に各粒子の凝集を進行させて、凝集粒子を形成する。
そして、その凝集粒子を融合・合一して、トナー粒子を形成してもよい。
凝集粒子において、離型剤粒子の濃度が高い箇所は、離型剤粒子間の距離が短いため、融合・合一工程において離型剤の凝集が起こり易く、針状比が大きい離型剤ドメインが形成される傾向がある。
一方、凝集粒子において、離型剤粒子の濃度が低い箇所は、離型剤粒子間の距離が長いため、融合・合一工程においても離型剤の凝集が起こり難く、針状比が小さい離型剤ドメインが形成される傾向がある。
例えば、具体的には、樹脂粒子(即ち、結着樹脂)のガラス転移温度又は融解温度に対し、近い融解温度を有する離型剤と遠い溶融温度を有する離型剤とを用いる方法などがある。樹脂粒子のガラス転移温度又は融解温度に対し近い融解温度を有する離型剤は、針状比が小さい離型剤ドメインを形成し易い傾向があり、遠い溶融温度を有する離型剤は、針状比が大きい離型剤ドメインを形成し易い傾向にあるためである。
また、結晶成長をし易い離型剤と結晶成長をし難い離型剤とを併用する方法もある。パラフィンワックス、フィッシャートロプシュワックス等の高いn-パラフィン率を有する離型剤は、一方向への結晶成長をし易く、針状比が大きい離型剤ドメインを形成し易い傾向があり、カルナバワックス等の離型剤は、結晶成長をし難く、針状比が小さい離型剤ドメインを形成し易い傾向にあるためである。
まず、凝集合一法で使用する各分散液と準備する。
具体的には、結着樹脂となる第1樹脂粒子が分散された第1樹脂粒子分散液、着色剤粒子が分散された着色剤粒子分散液、結着樹脂となる第2樹脂粒子が分散された第2樹脂粒子分散液、結着樹脂となる第3樹脂粒子が分散された第3樹脂粒子分散液、及び離型剤粒子が分散された離型剤粒子分散液を準備する。
なお、各分散液準備工程において、第1樹脂粒子と第2樹脂粒子と第3樹脂粒子を「樹脂粒子」と称して説明する。
水系媒体としては、例えば、蒸留水、イオン交換水等の水、アルコール類等が挙げられる。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。
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。
なお、転相乳化法とは、分散すべき樹脂を、その樹脂が可溶な疎水性有機溶剤中に溶解せしめ、有機連続相(O相)に塩基を加えて、中和したのち、水媒体(W相)を投入することによって、W/OからO/Wへの、樹脂の変換(いわゆる転相)が行われて不連続相化し、樹脂を、水媒体中に粒子状に分散する方法である。
なお、樹脂粒子の体積平均粒径は、レーザ回折式粒度分布測定装置(例えば、堀場製作所社製、LA-700)の測定によって得られた粒度分布を用い、分割された粒度範囲(チャンネル)に対し、体積について小径側から累積分布を引き、全粒子に対して累積50%となる粒径を体積平均粒径D50vとして測定される。なお、他の分散液中の粒子の体積平均粒径も同様に測定される。
つまり、樹脂粒子分散液における粒子の体積平均粒径、分散媒、分散方法、及び粒子の含有量に関しては、着色剤粒子分散液中に分散する着色剤粒子、及び離型剤粒子分散液中に分散する離型剤粒子についても同様である。
次に、第1樹脂粒子分散液と、着色剤粒子分散液と、を混合する。
そして、この混合分散液中で、第1樹脂粒子と着色剤粒子とをヘテロ凝集させ、第1樹脂粒子と着色剤粒子とを含む第1凝集粒子を形成する。
第1凝集粒子形成工程においては、例えば、混合分散液を回転せん断型ホモジナイザーで攪拌下、室温(例えば25℃)で上記凝集剤を添加し、混合分散液のpHを酸性(例えばpHが2以上5以下)に調整し、必要に応じて分散安定剤を添加した後に、上記加熱を行ってもよい。
凝集剤の金属イオンと錯体若しくは類似の結合を形成する添加剤を必要に応じて用いてもよい。この添加剤としては、キレート剤が好適に用いられる。
キレート剤としては、水溶性のキレート剤を用いてもよい。キレート剤としては、例えば、酒石酸、クエン酸、グルコン酸等のオキシカルボン酸、イミノジ酸(IDA)、ニトリロトリ酢酸(NTA)、エチレンジアミンテトラ酢酸(EDTA)等が挙げられる。
キレート剤の添加量としては、例えば、第1樹脂粒子100質量部に対して0.01質量部以上5.0質量部以下が好ましく、0.1質量部以上3.0質量部未満がより好ましい。
次に、第1凝集粒子が分散された第1凝集粒子分散液を得た後、第2樹脂粒子及び離型剤粒子が分散された混合分散液を、混合分散液中の離型剤粒子の濃度を次第に変化させながら、第1凝集粒子分散液に順次添加する。
なお、第2樹脂粒子は第1樹脂粒子と同種であってもよいし、異種であってもよい。
つまり、第1凝集粒子の表面に、第2樹脂粒子及び離型剤粒子の凝集物が付着した第2凝集粒子を形成する。このとき、第2樹脂粒子及び離型剤粒子が分散された混合分散液を、混合分散液中の離型剤粒子の濃度を次第に変化させながら(例えば、高めながら)、第1凝集粒子分散液に順次添加しているため、第1凝集粒子の表面には、径方向外側に向かって離型剤粒子の濃度(存在率)が次第に変化して(例えば、大きくなって)、第2樹脂粒子及び離型剤粒子の凝集物が付着する。
このパワーフィード添加法を利用することで、混合分散液中の離型剤粒子の濃度を次第に変化させながら、混合分散液を第1凝集粒子分散液に添加することができる。
まず、混合分散液中の離型剤粒子の濃度を次第に高めながら、混合分散液を第1凝集粒子分散液に添加する方法について説明する。
第1収容槽321には、第1攪拌装置351が配置されている。第1攪拌装置351の駆動により、第2収容槽322に収容された分散液を第1収容槽321に収容された分散液へ送液したとき、第1収容槽321において各分散液が攪拌及び混合される。
第2収容槽322には、第2攪拌装置352が配置されている。第2攪拌装置352の駆動により、第3収容槽323に収容された分散液を第2収容槽322に収容された分散液へ送液したとき、第2収容槽322において各分散液が攪拌及び混合される。
一方、第3収容槽323に収容された離型剤粒子分散液を第2収容槽322に収容された第2樹脂粒子分散液へ送液する。そして、第2攪拌装置352の駆動により、第2収容槽322において各分散液が攪拌及び混合される。
そして、パワーフィード添加法において、第2収容槽322及び第3収容槽323に収容された各分散液の送液開始時期及び送液速度を調整することにより、凝集粒子の径方向外側に向かって、離型剤粒子の濃度分布が制御される。また、パワーフィード添加法において、第2収容槽322及び第3収容槽323に収容された各分散液の送液中に、送液速度を調整することによっても、凝集粒子の径方向外側に向かって、離型剤粒子の濃度分布が制御される。
例えば、1)別途、第2樹脂粒子分散液を収容した収容槽と、第2樹脂粒子及び離型剤粒子分散液が分散された混合分散液を収容槽とを設け、送液速度を変えつつ各収容槽から各分散液を第1収容槽321へ送液する方法、別途、離型剤粒子分散液を収容した収容槽と、第2樹脂粒子及び離型剤粒子分散液が分散された混合分散液を収容した収容槽とを設け、送液速度を変えつつ各収容槽から各分散液を第1収容槽321へ送液する方法など、種々の方法を採用してもよい。
また、第2収容槽322に離型剤粒子が分散された離型剤粒子分散液を収容し、第3収容槽323に第2樹脂粒子が分散された第2樹脂粒子分散液を収容することで、混合分散液中の離型剤粒子の濃度を次第に低めながら、混合分散液を第1凝集粒子分散液に添加する方法を採用してもよい。
次に、第2凝集粒子が分散された第2凝集粒子分散液を得た後、第2凝集粒子分散液と、結着樹脂となる第3樹脂粒子が分散された第3樹脂粒子分散液と、を更に混合する。
なお、第3樹脂粒子は第1又は第2樹脂粒子と同種であってもよいし、異種であってもよい。
具体的には、例えば、第2凝集粒子形成工程において、第2凝集粒子が目的とする粒径に達したときに、第2凝集粒子分散液に、第3樹脂粒子分散液を添加し、この分散液に対して、第3樹脂粒子のガラス転移温度以下で加熱を行う。
そして、分散液のpHを、例えば6.5以上8.5以下程度の範囲にすることにより、凝集の進行を停止させる。
次に、第3凝集粒子が分散された第3凝集粒子分散液に対して、例えば、第1、第2及び第3樹脂粒子のガラス転移温度以上(例えば第1、第2及び第3樹脂粒子のガラス転移温度より10から30℃高い温度以上)に加熱して、第3凝集粒子を融合・合一し、トナー粒子を形成する。
そして、以上の工程により、得られるトナー粒子(トナー)において、離型剤ドメインの針状比の個数頻度分布が制御され、前記した範囲の最頻値と歪度とを有するトナー粒子が得られる。
洗浄工程は、帯電性の点から充分にイオン交換水による置換洗浄を施すことがよい。また、固液分離工程は、特に制限はないが、生産性の点から吸引濾過、加圧濾過等を施すことがよい。また、乾燥工程も特に方法に制限はないが、生産性の点から凍結乾燥、気流乾燥、流動乾燥、振動型流動乾燥等を施すことがよい。
混合は、例えば、Vブレンダー、ヘンシェルミキサー、レーディゲミキサー等によって行うことがよい。更に、必要に応じて、振動篩分機、風力篩分機等を使ってトナーの粗大粒子を取り除いてもよい。
キャリアとしては、特に制限はなく、公知のキャリアが挙げられる。キャリアとしては、例えば、磁性粉からなる芯材の表面に被覆樹脂を被覆した被覆キャリア;マトリックス樹脂中に磁性粉が分散・配合された磁性粉分散型キャリア;多孔質の磁性粉に樹脂を含浸させた樹脂含浸型キャリア;等が挙げられる。
なお、磁性粉分散型キャリア及び樹脂含浸型キャリアは、当該キャリアの構成粒子を芯材とし、これに被覆樹脂により被覆したキャリアであってもよい。
なお、被覆樹脂、及びマトリックス樹脂には、導電性粒子等、その他添加剤を含ませてもよい。
導電性粒子としては、金、銀、銅等の金属、カーボンブラック、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化スズ、硫酸バリウム、ホウ酸アルミニウム、チタン酸カリウム等の粒子が挙げられる。
具体的な樹脂被覆方法としては、芯材を被覆層形成用溶液中に浸漬する浸漬法、被覆層形成用溶液を芯材表面に噴霧するスプレー法、芯材を流動エアーにより浮遊させた状態で被覆層形成用溶液を噴霧する流動床法、ニーダーコーター中でキャリアの芯材と被覆層形成用溶液とを混合し、溶剤を除去するニーダーコーター法等が挙げられる。
<樹脂粒子分散液の調製>
〔樹脂粒子分散液(1)の調製〕
・テレフタル酸 :30モル部
・フマル酸 :70モル部
・ビスフェノールAエチレンオキサイド付加物 :5モル部
・ビスフェノールAプロピレンオキサイド付加物 :95モル部
撹拌装置、窒素導入管、温度センサ、及び精留塔を備えた内容量5リットルのフラスコに、上記の材料を仕込み、1時間を要して温度を210℃まで上げ、上記材料100部に対してチタンテトラエトキシド1部を投入した。生成する水を留去しながら0.5時間を要して230℃まで温度を上げ、該温度で1時間脱水縮合反応を継続した後、反応物を冷却した。こうして、重量平均分子量18,500、酸価14mgKOH/g、ガラス転移温度59℃のポリエステル樹脂(1)を合成した。
次いで、容器内を乾燥窒素で置換し、温度を40℃に保持して、混合液を撹拌しながらイオン交換水400部を2部/分の速度で滴下し、乳化を行った。滴下終了後、乳化液を室温(20℃乃至25℃)に戻し、撹拌しつつ乾燥窒素により48時間バブリングを行うことにより、酢酸エチル及び2-ブタノールを1,000ppm以下まで低減させ、体積平均粒径200nmのポリエステル樹脂粒子が分散した樹脂粒子分散液を得た。該樹脂粒子分散液にイオン交換水を加え、固形分量を20質量%に調整して、樹脂粒子分散液(1)とした。
〔着色剤粒子分散液(1)の調製〕
・シアン顔料 C.I.Pigment Blue 15:3 :70部
(銅フタロシアニン DIC社製、商品名:FASTOGEN BLUE LA5380)
・アニオン性界面活性剤(第一工業製薬(株)製、ネオゲンRK) :5部
・イオン交換水 :200部
上記の材料を混合し、ホモジナイザー(IKA社製ウルトラタラックスT50)を用いて10分間分散した。分散液中の固形分量が20質量%となるようイオン交換水を加え、体積平均粒径190nmの着色剤粒子が分散された着色剤粒子分散液(1)を得た。
〔離型剤粒子分散液(1)の調製〕
・フィッシャートロプシュワックス :100部
(日本精蝋(株)製FNP0080、融解温度:81℃)
・アニオン性界面活性剤(第一工業製薬(株)製、ネオゲンRK) :1部
・イオン交換水 :350部
上記材料を混合して100℃に加熱し、ホモジナイザー(IKA社製ウルトラタラックスT50)を用いて分散した後、マントンゴーリン高圧ホモジナイザー(ゴーリン社製)で分散処理し、体積平均粒径200nmの離型剤粒子が分散された離型剤粒子分散液(1)(固形分量20質量%)を得た。
・カルナバワックス :100部
(東亜化成(株)製 RC-160、融解温度:81℃)
・アニオン性界面活性剤(第一工業製薬(株)製、ネオゲンRK) :1部
・イオン交換水 :350部
上記材料を混合して100℃に加熱し、ホモジナイザー(IKA社製ウルトラタラックスT50)を用いて分散した後、マントンゴーリン高圧ホモジナイザー(ゴーリン社製)で分散処理し、体積平均粒径200nmの離型剤粒子が分散された離型剤粒子分散液(2)(固形分量20質量%)を得た。
図3に示すパワーフィード添加法に用いる装置を応用し、図4に示す装置を準備した。
図4に示す装置は、丸型ステンレス製フラスコを含む右側で、第1のパワーフィード添加法を行い、丸型ステンレス製フラスコを含む左側で、第2のパワーフィード添加法を行う。
第1のパワーフィード添加法を行う部位では、丸型ステンレス製フラスコと容器AとをチューブポンプAで接続し、チューブポンプAの駆動により容器Aに収容した収容液をフラスコへ送液し、容器Aと容器BとをチューブポンプBで接続し、チューブポンプBの駆動により容器Bに収容した収容液を容器Aへ送液する。
また、第2のパワーフィード添加法を行う部位では、丸型ステンレス製フラスコと容器CとをチューブポンプCで接続し、チューブポンプCの駆動により容器Cに収容した収容液をフラスコへ送液し、容器Cと容器DとをチューブポンプDで接続し、チューブポンプDの駆動により容器Dに収容した収容液を容器Cへ送液する。
容器A、容器C、及び丸型ステンレス製フラスコでは、各々、収容された収容液が撹拌装置により撹拌される。
そして、図4に示す装置を用いて、以下の操作を実施した。
・着色剤粒子分散液(1) :25部
・アニオン性界面活性剤(TaycaPower) :2部
上記材料を丸型ステンレス製フラスコに入れ、0.1Nの硝酸を添加してpHを3.5に調整した後、ポリ塩化アルミニウム濃度が10質量%の硝酸水溶液30部を添加した。続いて、ホモジナイザー(IKA社製ウルトラタラックスT50)を用いて30℃において分散した後、加熱用オイルバス中で1℃/30分のペースで温度を上げながら、第1凝集粒子の粒径を成長させた。
一方、ポリエステル製ボトルの容器Aに離型剤粒子分散液(2)を20部に入れ、同じく、ポリエステル製ボトルの容器Bに樹脂粒子分散液(1)を207.9部入れた。次に、チューブポンプAの送液速度を3部/1分、チューブポンプBの送液速度を6部/1分に設定し、第1凝集粒子形成中の丸型ステンレス製フラスコ内の温度を1℃/分で昇温し、第1凝集粒子の粒径が2.9μmになった時点で昇温を停止し、チューブポンプA及びBを同時に駆動させ、各分散液の送液を行った。
そして、フラスコへの各分散液の送液が完了した時点から30分間撹拌しつつ保持し、第2凝集粒子を形成させた。
フラスコへの各分散液の送液が完了後、温度を1℃上昇させ、30分間撹拌しつつ保持し、第3凝集粒子を形成させた。
トナー粒子(1)100部と、ジメチルシリコーンオイル処理シリカ粒子(日本アエロジル社製RY200)0.7部と、をヘンシェルミキサーを用いて混合し、トナー(1)を得た。
・フェライト粒子(平均粒径50μm) :100部
・トルエン :14部
・スチレン/メチルメタクリレート共重合体(共重合比15/85) :3部
・カーボンブラック :0.2部
フェライト粒子を除く上記成分をサンドミルにて分散して分散液を調製し、この分散液をフェライト粒子とともに真空脱気型ニーダに入れ、撹拌しながら減圧し乾燥させることによりキャリアを得た。
そして、上記キャリア100部に対して、トナー(1)8部を混合し、現像剤(1)を得た。
トナー粒子(1)の作製において、ポリエステル製ボトルの容器Aに離型剤粒子分散液(2)を15部入れ、更に、ポリエステル製ボトルの容器Cに離型剤粒子分散液(1)を40部入れ、チューブポンプCの送液速度を10部/1分、チューブポンプDの送液速度を5部/1分に設定した以外は、トナー粒子(1)の作製と同様にして、体積平均粒径6.2μmのトナー粒子(2)を得た。
そして、トナー粒子(2)を用いて、トナー(1)及び現像剤(1)の調製と同様にして、トナー(2)及び現像剤(2)を得た。
トナー粒子(1)の作製において、ポリエステル製ボトルの容器Aに離型剤粒子分散液(2)を30部に入れ、更に、ポリエステル製ボトルの容器Cに離型剤粒子分散液(1)を10部入れ、チューブポンプCの送液速度を7部/1分に設定した以外は、トナー粒子(1)の作製と同様にして、体積平均粒径6.1μmのトナー粒子(3)を得た。
そして、トナー粒子(3)を用いて、トナー(1)及び現像剤(1)の調製と同様にして、トナー(3)及び現像剤(3)を得た。
トナー粒子(1)の作製において、樹脂粒子分散液(1)を以下の樹脂粒子分散液(2)に変更した以外は、トナー粒子(1)の作製と同様にして、体積平均粒径6.3μmのトナー粒子(4)を得た。
そして、トナー粒子(4)を用いて、トナー(1)及び現像剤(1)の調製と同様にして、トナー(4)及び現像剤(4)を得た。
・スチレン(富士フイルム和光純薬(株)製) :330質量部
・n-ブチルアクリレート(富士フイルム和光純薬(株)製) :60質量部
・ドデカンチオール(富士フイルム和光純薬(株)製) :3.1質量部
以上の成分を混合して溶解したものを、非イオン性界面活性剤(ノニポール400、三洋化成工業(株)製)6質量部及びアニオン性界面活性剤(ネオゲンSC、第一工業製薬(株)製)10質量部をイオン交換水550質量部に溶解したものにフラスコ中で乳化分散させ、10分間ゆっくり混合しながら、これに過硫酸アンモニウム4質量部を溶解したイオン交換水50質量部を投入した。窒素置換を行った後、前記フラスコ内を撹拌しながら内容物が70℃になるまでオイルバスで加熱し、5時間乳化重合を継続した。その結果、体積平均粒径D50v=104nmであり、ガラス転移温度Tg=52℃、重量平均分子量34,000のスチレンアクリル樹脂粒子が分散した樹脂粒子分散液(2)が得られた。
トナー粒子(2)の作製において、樹脂粒子分散液(1)を樹脂粒子分散液(2)に変更した以外は、トナー粒子(2)の作製と同様にして、体積平均粒径6.4μmのトナー粒子(5)を得た。
そして、トナー粒子(5)を用いて、トナー(1)及び現像剤(1)の調製と同様にして、トナー(5)及び現像剤(5)を得た。
トナー粒子(1)の作製において、ポリエステル製ボトルの容器Aに離型剤粒子分散液(1)を10部に入れ、更に、ポリエステル製ボトルの容器Cに離型剤粒子分散液(1)を60部に入れ、チューブポンプCの送液速度を10部/1分、チューブポンプDの送液速度を5部/1分に設定した以外は、トナー粒子(1)の作製と同様にして、体積平均粒径6.4μmのトナー粒子(6)を得た。
そして、トナー粒子(6)を用いて、トナー(1)及び現像剤(1)の調製と同様にして、トナー(6)及び現像剤(6)を得た。
・樹脂粒子分散液(1) :402.5部
・着色剤粒子分散液(1) :22.5部
・離型剤粒子分散液(1) :25部
上記材料を丸型ステンレス製フラスコに入れ、0.1Nの硝酸を添加してpHを3.5に調整した後、ポリ塩化アルミニウム濃度が10質量%の硝酸水溶液30部を添加した。続いて、ホモジナイザー(IKA社製ウルトラタラックスT50)を用いて30℃において分散した後、加熱用オイルバス中で45℃まで加熱し30分間保持した。その後、離型剤粒子分散液(1)25部を緩やかに追加し30分間保持した。その後、樹脂粒子分散液(1)100部を緩やかに追加し1時間保持し、0.1Nの水酸化ナトリウム水溶液を添加してpHを8.5に調整した後、攪拌を継続しながら85℃まで加熱し、5時間保持した。その後、20℃/分の速度で20℃まで冷却し、濾過し、イオン交換水で充分に洗浄し、乾燥させることにより、体積平均粒径6.2μmのトナー粒子(7)を得た。
そして、トナー粒子(7)を用いて、トナー(1)及び現像剤(1)の調製と同様にして、トナー(7)及び現像剤(7)を得た。
・樹脂粒子分散液(1) :402.5部
・着色剤粒子分散液(1) :22.5部
・離型剤粒子分散液(1) :25部
・離型剤粒子分散液(2) :25部
・アニオン性界面活性剤(TaycaPower) :2部
上記材料を丸型ステンレス製フラスコに入れ、0.1Nの硝酸を添加してpHを3.5に調整した後、ポリ塩化アルミニウム濃度が10質量%の硝酸水溶液30部を添加した。続いて、ホモジナイザー(IKA社製ウルトラタラックスT50)を用いて30℃において分散した後、加熱用オイルバス中で45℃まで加熱し30分間保持した。その後、樹脂粒子分散液(1)100部を緩やかに追加し1時間保持し、0.1Nの水酸化ナトリウム水溶液を添加してpHを8.5に調整した後、攪拌を継続しながら85℃まで加熱し、5時間保持した。その後、20℃/分の速度で20℃まで冷却し、濾過し、イオン交換水で充分に洗浄し、乾燥させることにより、体積平均粒径6.2μmのトナー粒子(8)を得た。
そして、トナー粒子(8)を用いて、トナー(1)及び現像剤(1)の調製と同様にして、トナー(8)及び現像剤(8)を得た。
トナー粒子(8)の作製において、離型剤粒子分散液(2)を50部に、また、離型剤粒子分散液(1)0部に変更した以外は、トナー粒子(8)の作製と同様にして、体積平均粒径6.2μmのトナー粒子(9)を得た。
そして、トナー粒子(9)を用いて、トナー(1)及び現像剤(1)の調製と同様にして、トナー(9)及び現像剤(9)を得た。
トナー粒子(8)の作製において、離型剤粒子分散液(2)を0部に、また、樹脂粒子分散液(1)を以下の樹脂粒子分散液(3)に変更した以外は、トナー粒子(8)の作製と同様にして、体積平均粒径6.1μmのトナー粒子(C1)を得た。
そして、トナー粒子(C1)を用いて、トナー(1)及び現像剤(1)の調製と同様にして、トナー(C1)及び現像剤(C1)を得た。
・テレフタル酸 :15モル部
・フマル酸 :70モル部
・ビスフェノールAエチレンオキサイド付加物 :5モル部
・ビスフェノールAプロピレンオキサイド付加物 :95モル部
撹拌装置、窒素導入管、温度センサ、及び精留塔を備えた内容量5リットルのフラスコに、上記の材料を仕込み、1時間を要して温度を210℃まで上げ、上記材料100部に対してチタンテトラエトキシド1部を投入した。生成する水を留去しながら0.5時間を要して230℃まで温度を上げ、該温度で0.5時間脱水縮合反応を継続した後、反応物を冷却した。こうして、重量平均分子量16,000、酸価13mgKOH/g、ガラス転移温度55℃のポリエステル樹脂(2)を合成した。
次いで、容器内を乾燥窒素で置換し、温度を40℃に保持して、混合液を撹拌しながらイオン交換水400部を2部/分の速度で滴下し、乳化を行った。滴下終了後、乳化液を室温(20℃乃至25℃)に戻し、撹拌しつつ乾燥窒素により48時間バブリングを行うことにより、酢酸エチル及び2-ブタノールを1,000ppm以下まで低減させ、体積平均粒径200nmのポリエステル樹脂粒子が分散した樹脂粒子分散液を得た。該樹脂粒子分散液にイオン交換水を加え、固形分量を20質量%に調整して、樹脂粒子分散液(3)とした。
トナー粒子(8)の作製において、離型剤粒子分散液(1)を0部に、また、樹脂粒子分散液(1)を以下の樹脂粒子分散液(4)に変更した以外は、トナー粒子(8)の作製と同様にして、体積平均粒径6.0μmのトナー粒子(C2)を得た。
そして、トナー粒子(C2)を用いて、トナー(1)及び現像剤(1)の調製と同様にして、トナー(C2)及び現像剤(C2)を得た。
・スチレン(富士フイルム和光純薬(株)製) :330質量部
・n-ブチルアクリレート(富士フイルム和光純薬(株)製) :60質量部
・ドデカンチオール(富士フイルム和光純薬(株)製) :3.1質量部
以上の成分を混合して溶解したものを、非イオン性界面活性剤(ノニポール400、三洋化成工業(株)製)6質量部及びアニオン性界面活性剤(ネオゲンSC、第一工業製薬(株)製)10質量部をイオン交換水550質量部に溶解したものにフラスコ中で乳化分散させ、10分間ゆっくり混合しながら、これに過硫酸アンモニウム4質量部を溶解したイオン交換水50質量部を投入した。窒素置換を行った後、前記フラスコ内を撹拌しながら内容物が70℃になるまでオイルバスで加熱し、10時間乳化重合を継続した。その結果、体積平均粒径D50v=110nmであり、ガラス転移温度Tg=66℃、重量平均分子量37,000のスチレンアクリル樹脂粒子が分散した樹脂粒子分散液(4)が得られた。
各例で得られた現像剤のトナーについて、離型剤ドメインの針状度の個数頻度分布における最頻値及び歪度を既述の方法に従って求めた。
また、離型剤ドメインに最大長も既述の方法に従って求めた。
その結果を表1に示す。
得られた各現像剤を用いて、次の画像形成及び評価を行った。結果を表1に示す。
以下の作業、及び画像形成は、温度23℃/湿度55%の環境下で行った。
評価用画像を形成する画像形成装置として、DocuCentreIV C5575を用意し、図2に示すような構成の定着装置を備える装置に改造した。
また、画像形成装置の現像器に現像剤を入れ、補給トナー(現像剤に含まれるトナーと同じトナー)をトナーカートリッジに入れた。
上記の装置において、定着ベルトの厚みア定着装置における定着ベルトと加圧ロールとの接触域にかかる総荷重は28Nであり、接触域の記録媒体の搬送方向に沿った長さは9.0mmであった。
また、定着ベルトは、厚み30μmのポリイミド樹脂基材上に、厚み200μmのシリコーンゴムを含む弾性層と、厚み30μmのフッ素系樹脂を含む離型層と、が順次形成された、総厚み260μmの無端ベルトであった。
また、定着温度を160℃で、プロセススピードを100mm/秒に設定した。
各紙に出力された100枚目の、両面印刷時の1回目に定着された画像の先端部と後端部とを観察し、以下の評価基準に基づき、評価した。
A(◎):観察画像において、抜け、荒れ、及び濃度ムラの何れも見えない
B(〇):観察画像において、荒れが極僅かに見えるが、実使用上、問題ない
C(△):観察画像において、抜け、荒れ、及び濃度ムラのうち少なくとも何れかが僅かに見える
D(×):観察画像において、抜け、荒れ、及び濃度ムラのうちの少なくとも何れかが見える
11 感光体(像保持体の一例)
12 帯電器(帯電手段の一例)
13 レーザ露光器(静電荷像形成手段の一例)
14 現像器(現像手段の一例)
15 中間転写ベルト
16 一次転写ロール(転写手段の一例)
17 感光体クリーナ
20 二次転写部
22 二次転写ロール(転写手段の一例)
25 背面ロール
26 給電ロール
31 駆動ロール
32 支持ロール
33 張力付与ロール
34 クリーニング背面ロール
35 中間転写ベルトクリーナ
40 制御部
42 基準センサ
43 画像濃度センサ
50 用紙収容部
51 給紙ロール
52 搬送ロール
53 搬送ガイド
55 搬送ベルト
56 定着入口ガイド
60 定着装置(定着手段の一例)
62 定着ベルト
64 加圧ロール(回転体の一例)
66 パッド(ニップ形成部材の一例)
68 ハロゲンヒータ(加熱源の一例)
70 温度センサ
Claims (7)
- 像保持体と、
前記像保持体の表面を帯電する帯電手段と、
帯電した前記像保持体の表面に静電荷像を形成する静電荷像形成手段と、
貯蔵弾性率G’=1×108Paの際の温度をT1とし、貯蔵弾性率G’=1×106Paの際の温度をT2としたとき、下記条件1及び条件2を満たすトナーを含む静電荷像現像剤を収容し、該静電荷像現像剤により、前記像保持体の表面に形成された静電荷像をトナー画像として現像する現像手段と、
前記像保持体の表面に形成されたトナー画像を記録媒体に転写する転写手段と、
前記記録媒体に転写されたトナー画像と接触する定着ベルト、前記定着ベルトの外周面に接触配置され、該定着ベルトとの間に接触域を形成する回転体、及び、前記定着ベルトの内周面側に配置され、該定着ベルトを直接加熱する加熱源を有し、前記接触域に、転写されたトナー画像を有する前記記録媒体を挿通させて、該記録媒体にトナー画像を定着させる定着手段と、
を備え、
前記トナーが結着樹脂及び離型剤を含むトナー粒子を有し、
前記離型剤が前記トナー粒子内部にドメインを形成しており、前記ドメインの針状比の個数頻度分布において、最頻値が1.10以上1.50以下であり、且つ、歪度が1.05以上1.30以下である、画像形成装置。
条件1:1.215≦T2/T1≦1.345
条件2:53℃≦T1≦68℃ - 前記接触域にかかる総荷重が22N以上30N以下であり、且つ、前記接触域の前記記録媒体の搬送方向に沿った長さが8.0mm以上10.0mm以下である、請求項1に記載の画像形成装置。
- 前記定着ベルトの厚みが130μm以上1000μm以下である、請求項1又は請求項2に記載の画像形成装置。
- 前記トナーが非晶性樹脂及び離型剤を含むトナー粒子を有し、前記非晶性樹脂のガラス転移温度と前記離型剤の融解温度との差が10℃以上40℃以下である、請求項1~請求項3のいずれか1項に記載の画像形成装置。
- 前記ドメインの最大長の平均値が100nm以上300nm未満である、請求項1~請求項4のいずれか1項に記載の画像形成装置。
- 前記ドメインの最大長の平均値が300nm以上1500nm以下である、請求項1~請求項5のいずれか1項に記載の画像形成装置。
- 像保持体の表面を帯電する帯電工程と、
帯電した前記像保持体の表面に静電荷像を形成する静電荷像形成工程と、
貯蔵弾性率G’=1×108Paの際の温度をT1とし、貯蔵弾性率G’=1×106Paの際の温度をT2としたとき、下記条件1及び条件2を満たすトナーを含む静電荷像現像剤により、前記像保持体の表面に形成された静電荷像をトナー画像として現像する現像工程と、
前記像保持体の表面に形成されたトナー画像を記録媒体に転写する転写工程と、
前記記録媒体に転写されたトナー画像を定着する定着工程と、
前記記録媒体に転写されたトナー画像と接触する定着ベルト、前記定着ベルトの外周面に接触配置され、該定着ベルトとの間に接触域を形成する回転体、及び、前記定着ベルトの内周面側に配置され、該定着ベルトを直接加熱する加熱源を有し、前記接触域に、転写されたトナー画像を有する前記記録媒体を挿通させて、該記録媒体にトナー画像を定着させる定着工程と、
を有し、
前記トナーが結着樹脂及び離型剤を含むトナー粒子を有し、
前記離型剤が前記トナー粒子内部にドメインを形成しており、前記ドメインの針状比の個数頻度分布において、最頻値が1.10以上1.50以下であり、且つ、歪度が1.05以上1.30以下である、画像形成方法。
条件1:1.215≦T2/T1≦1.345
条件2:53℃≦T1≦68℃
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