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JP2005266561A - 画像形成方法及びトナー - Google Patents

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JP2005266561A
JP2005266561A JP2004081412A JP2004081412A JP2005266561A JP 2005266561 A JP2005266561 A JP 2005266561A JP 2004081412 A JP2004081412 A JP 2004081412A JP 2004081412 A JP2004081412 A JP 2004081412A JP 2005266561 A JP2005266561 A JP 2005266561A
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JP2004081412A
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English (en)
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Yasuhiro Oya
康博 大矢
Yutaka Sugizaki
裕 杉崎
Shuichi Taniguchi
秀一 谷口
Akihiro Iizuka
章洋 飯塚
Shinpei Takagi
慎平 高木
Kotaro Yoshihara
宏太郎 吉原
Rieko Kataoka
理恵子 片岡
Masahiro Okita
雅弘 隠岐田
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Fujifilm Business Innovation Corp
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Fuji Xerox Co Ltd
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Abstract

【課題】 加熱定着ロールの周速が200mm/sec以上の画像形成方法において、濃度ムラなどの画質不具合を生じさせず、定着器の長寿命化と、定着器の小型化と定着器の小型化にともなう定着不良・オフセット性能、インスタントオン化とを全て満足することができる画像形成方法及びそのトナーを提供することである。
【解決手段】 潜像形成工程と、現像剤層形成工程と、現像工程と、転写工程と、定着工程とを有する画像形成方法において、トナーが、数平均分子量が一定範囲の樹脂及び融点が一定範囲の離型剤を含み、個数平均粒径が3〜7μm、累積個数16%径と50%径との比が0.75以上、累積個数84%径と50%径との比が1.30以下、SF1が115〜140の範囲であり、加熱定着ロールの周速が200〜500mm/sec、外径が20〜30mmである画像形成方法である。
【選択図】 なし

Description

本発明は、電子写真法、静電記録法等により形成されるトナー画像を定着する画像形成方法、その際に用いられるトナーに関する。
従来、電子写真プロセスを利用した複写機等においては転写材である記録用紙上に永久画像を形成するために、記録用紙上の未定着トナー画像を定着させる必要があり、その定着法として、溶剤定着法、圧力定着法及び加熱定着法が知られている。
これらの定着法のうち、溶剤定着法は、溶剤蒸気が発散するため、臭気や衛生上の問題が多いという欠点を有しており、また圧力定着法は、他の定着法と較べて定着性が悪く、かつ高価な圧力感応性トナーを使用しなければならないためランニングコストが高いという欠点を有しており、共に広く実用化されていないのが現状である。これに対し、加熱によってトナーを溶融させ、記録用紙上に融着させる加熱定着法は、上記のような欠点を有さないため、未定着トナー画像の定着法として広く採用されている。
加熱定着法による定着装置には、熱定着ロール方式、熱風定着方式及びオーブン定着方式のものが知られており、熱定着ロール方式の定着装置が、他の加熱定着法による定着装置に較べて熱効率が高く、低電力、高速性に優れ、しかも紙詰まりによる火炎の危険性も少ないこと等から、現在最も広く利用されている。
熱定着ロール方式の定着装置は、加熱定着ロールとこの加熱定着ロールを加圧するように配置された圧力ロールと加熱定着ロールの内部に配置されたヒーターとを備え、未定着トナー画像が形成された記録用紙が加熱定着ロールと圧力ロールとのニップ領域に挿通されて未定着トナー画像が定着される。
加熱定着ロールには、一般に、円筒状の金属製芯金の外周面に、記録用紙上のトナーが加熱定着ロールに付着することを防止するための離型層が形成されたロールが使用される。この離型層を形成する材料としては、ポリ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及び四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン共重合体に代表されるフッ素系耐熱性樹脂等の耐熱性樹脂、並びにシリコーンゴム及びフッ素ゴムに代表される耐熱性ゴムが知られているが、いわゆる離型オイル等の離型剤を用いないでも高い離型性を得られることから、モノクロ複写機においては前記フッ素系耐熱性樹脂を用いるのが一般的である。
しかしながら、フッ素系耐熱性樹脂は硬いため、これを離型層に使用した場合、加熱定着ロールと記録用紙上のトナー層との間の微小な密着性を得ることが難しく、定着画像のベタ部で細かい濃度ムラが発生することが知られている。これに対し、柔軟で伸展性を有する耐熱性ゴムを離型層として使用した場合には、このような濃度ムラのない優れた画質が得られる。
また、例えば、LTV(低温加硫)シリコーンゴム層の上にRTV(室温加硫)シリコーンゴム層を配置した熱定着ロールを使用した場合には、圧力ロールに加圧されることによって熱定着ロールの表面が弾性変形し、その表面に歪みが発生することで、熱定着ロールと記録用紙との間に隙間が生じて、熱定着ロールに記録用紙が巻き付くことを防止するという利点も有している(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、耐熱性ゴムのトナーに対する離型性自体は高いものではなく、また、耐熱性ゴムは摩擦係数が高く磨耗しやすいため、耐熱性ゴムを離型層に使用する場合には、加熱定着ロールに離型剤を塗布する塗布手段を設ける必要がある。
以上のような問題を解決するために、耐熱性ゴム層の表面にフッ素樹脂の分散物が塗布焼成された熱定着ロールが開示されている(例えば、特許文献2、3参照)。しかしながら、塗布焼成膜の厚みは高々2〜3μm程度であり、定着装置を連続的に使用することによって離型層が磨滅しやすいため、加熱定着ロールの寿命が短いなどの問題がある。
一方、耐熱性ゴム層が、予め製造されたフッ素樹脂チューブで被覆された熱定着ロールが開示されている(例えば、特許文献4〜7参照)。しかしながら、フッ素樹脂チューブとしては、これまで厚さが50〜100μm程度のものしか得られておらず、チューブ自体が硬く、熱定着ロールとトナー層との間の微小な密着性を得るという点で不十分であった。
以上のように、濃度ムラに優れた耐熱ゴム層を有する加熱定着ロールの使いこなしの技術は、加熱定着ロールのみの対応では、加熱定着ロールに離型剤を塗布する塗布手段を設ける必要があり、装置が大型になったり、離型層が磨滅しやすいため、加熱定着ロールの寿命が短くなり、交換頻度が多くなったり、熱定着ロールとトナー層との間の微小な密着性を得るという点で不十分であったりして、小型化・長寿命と濃度ムラの両立に関して十分ではなかった。
また、長期に渡りトナー帯電、搬送を安定化させるため、一成分系現像剤において、添加剤としてTiO(OH)2とシラン化合物との反応によって得られるチタン化合物を使用する現像剤が開示されている(例えば、特許文献8参照)。しかし、帯電、搬送性に関して良好な結果がえられるが、トナーの粒度分布・形状・分子量・ワックス物性が不十分で、これだけでは高速・小径定着方法においては、定着性とオフセット性に関して十分ではなかった。
また、近年のプリンター、複写機の小型化と高速化、スイッチを入れた直後にプリント出力が可能となるインスタントオン化への要求が高まっており、更なる定着器の小型化とその高速域での定着性能の両立が切望されてきている。
一般に定着器を小型化するために加熱定着ロールを小径にすると、定着ニップ幅が十分に確保できす、記録用紙との十分な定着性が不足してしまう。また、ロール曲率が大きい小径で、かつ高速の場合、記録用紙の巻きつきや、ニップ通過後のせん断力が大きくなるため、オフセットなどが発生しやすくなるため、定着性やオフセット性を満足するのは困難であった。
特開平5−150679号公報 特開昭61−22376号公報 特開昭61−248731号公報 特開昭57−89785号公報 特開昭53−144747号公報 特公平7−349号公報 特開平4−42183号公報 特開平9−304961公報
本発明の目的とするところは、加熱定着ロールの周速(プロセス速度)が200mm/secec以上の画像形成方法において、濃度ムラなどの画質不具合を生じさせず、定着器の長寿命化と、プリンター、複写機の小型化、すなわちそのひとつの手段である、定着器の小型化と定着器の小型化にともなう定着不良・オフセット性能、インスタントオン化とを全て満足することができる画像形成方法及びそのトナーを提供することである。
本発明者等は上記課題に対して鋭意検討の結果、所定の定着方法を有する画像形成方法において、特定の定着方法、特定のトナー物性を規定することにより、濃度ムラなどの画質不具合を生じさせず、定着器の長寿命化とプリンター、複写機の小型化、すなわちそのひとつの手段である、定着器の小型化と定着器の小型化にともなう定着不良・オフセット性能、インスタントオン化を全て満足することができる画像形成方法及びそのトナーを実現できる方法を見出し本発明を完成するに至った。
すなわち本発明は、
<1> 少なくとも、潜像担持体に静電潜像を形成する潜像形成工程と、潜像担持体に対向して配置された現像剤担持体の表面にトナーを含む現像剤層を形成せしめる現像剤層形成工程と、該現像剤層により潜像担持体表面の静電潜像を現像してトナー画像とする現像工程と、該トナー画像を転写材表面に転写する転写工程と、転写材表面のトナー画像を加熱定着ロールで加熱・加圧定着する定着工程と、を有する画像形成方法において、
前記トナーが、数平均分子量が6000〜15000の範囲の樹脂及び融点が80〜100℃の範囲の離型剤を含み、トナーの個数平均粒径が3〜7μmの範囲であり、粒度分布における累積個数16%径(D16)と累積個数50%径(D50)との比(D16/D50)が0.75以上、累積個数84%径(D84)と累積個数50%径(D50)との比(D84/D50)が1.30以下であり、かつ形状係数SF1が115〜140の範囲であり、
前記加熱定着ロールの周速が、200〜500mm/secの範囲であり、前記加熱定着ロールの外径が20〜30mmの範囲であることを特徴とする画像形成方法である。
<2> トナーの外添剤として、少なくともTiO(OH)2 とシラン化合物との反応によって得られるチタン化合物を含有する<1>に記載の画像形成方法である。
<3> 加熱定着ロールの芯材が鉄であり、その厚みが0.1〜0.5mmの範囲であり、表面層が厚みが15μm乃至35μmのフッ素系樹脂のチューブで被覆されたことを特徴とする<1>あるいは<2>に記載の画像形成方法である。
<4> 加熱定着ロールと加圧部材で形成される定着ニップ圧力が、0.5〜2.5kgf/cm2の範囲であることを特徴とする<1>〜<3>のいずれかに記載の画像形成方法である。
<5> 転写材表面のトナー画像を、周速が200〜500mm/secの範囲、外径が20〜30mmの範囲の加熱定着ロールで加熱・加圧定着する定着工程を含む画像形成方法に用いられるトナーであって、
該トナーが、数平均分子量が6000〜15000の範囲の樹脂及び融点が80〜100℃の範囲の離型剤を含み、トナーの個数平均粒径が3〜7μmの範囲であり、粒度分布における累積個数16%径(D16)と累積個数50%径(D50)との比(D16/D50)が0.75以上、累積個数84%径(D84)と累積個数50%径(D50)との比(D84/D50)が1.30以下であり、かつ形状係数SF1が115〜140の範囲であることを特徴とするトナーである。
<6> トナーの外添剤として、少なくともTiO(OH)2とシラン化合物との反応によって得られるチタン化合物を含有する<5>に記載のトナーである。
<7> 加熱定着ロールの芯材が鉄であり、その厚みが0.1〜0.5mmの範囲であり、表面層が厚みが15μm乃至35μmのフッ素系樹脂のチューブで被覆されたことを特徴とする<5>または<6>に記載のトナーである。
<8> 加熱定着ロールと加圧部材で形成される定着ニップ圧力が、0.5〜2.5kgf/cm2の範囲であることを特徴とする<5>〜<7>のいずれかに記載のトナーである。
本発明によれば、加熱定着ロールの周速(プロセス速度)が200m〜500mm/secの範囲、該加熱定着ロールの外径が20〜30mmの範囲の高速かつ小型のマシンにおける不具合を改善するもので、高速条件、小径加熱定着ロールを用いる条件に伴う定着性の悪化とロールへの巻きつき性・オフセット性の悪化、濃度ムラの発生について、<1>に記載のトナーを用いることにより定着性の改善と巻きつき防止、さらにオフセット防止ができる。またトナーが特定の粒度分布と形状係数を有することにより、濃度ムラを防止することができる。このことは、加熱定着ロールの寿命の観点で不利な弾性層を有せずとも、効果が得られるため長寿命化が達成できる。
また、ロール芯材を鉄とし、厚みを上記範囲の薄肉とすることで、所定の設定定着温度に到達する時間を短縮できるインスタントオン化が得られ、薄肉でも剛性の強い鉄芯材使用とニップ圧力を所定の範囲とすることで撓み・圧力分布差による紙しわ防止が達成できる。
さらに<3><4>に記載のトナー外添剤を使用することにより、高速における画像形成においても、耐オフセット性を長期間防止できる。さらに、特定の厚みを有するフッ素系樹脂チューブを使用することにより、濃度ムラが良好であり、機械的耐久性に優れるため、高速かつ長期使用による摩耗が低減され、長寿命化できる。
以下、更に詳細に発明内容について説明する。
本発明に使用する定着装置は、加熱定着ロール、ヒーター及び圧力部材を備える。加熱定着ロールには、円筒の芯金上にフッ素系樹脂チューブが被覆された加熱定着ロールを使用することができる。また、圧力部材には、円筒の芯金上に耐熱性弾性体層のみが形成されたもの、耐熱性弾性体層上にオイルの浸透を防ぐバリア層が形成され、さらにバリア層上に離型性の良い耐熱性弾性体層が形成されたもの等の圧力ロール、パッド、ベルト等を使用することができる。
芯金を形成する材料としては、一般に、剛性に優れた鉄、ステンレスや熱伝導性に優れたアルミニウム等が使用される。インスタントオン要求への対応として表面温度が所定の温度に達する時間を短時間にするためには、薄肉にすることで達成できるが、薄肉ゆえに剛性に優れる材料を選択せねばならない。そのため、本発明では加熱定着ロールの芯材として薄肉の鉄を使用すると、インスタントオン性と撓みなどによる紙しわ防止の両立の観点で望ましい。
鉄芯材の厚みは、0.1〜0.5mmの薄肉とすることにより表面温度と剛性の両立が達成可能で、より好ましくは0.13〜0.45mmである。芯材の厚みが0.1mm未満の場合、熱伝導性がよくなり、インスタントオン性が有利となり、定着性も温度の観点からは有利となるが、剛性が不足しやすくなり、定着圧力を大きくすることができず、圧力的には定着性に不利となり、また定着圧力を十分にかけたときの撓みによる紙しわが発生しやすくなる。芯材の厚みが0.5mmを超える場合、表面温度が所定の温度に到達する時間が長くなりやすく、インスタントオン性が低下しやすい。
圧力ロールの場合、耐熱性弾性体層の硬さは任意の値とすることができるが、一例として、JISK6301に従って測定した場合、20度乃至70度とすることができる。
チューブに使用されるフッ素系樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)及び四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン共重合体(FEP)が挙げられる。これらの中では、耐熱性、加工性の点からPFAが好ましい。なお、芯材との密着性を向上させるために、チューブの内面にエッチングによるプライマー処理等を施すことができる。
加熱定着ロールの場合、チューブの厚さは15μm乃至35μmであることが好ましい。チューブの厚さが15μm未満だと、摩耗しやすいため加熱定着ロールの寿命が短くなりやすく、35μmを越えると、加熱定着ロールの表面が固くなりやすく、濃度ムラの向上が不充分となる場合や熱伝導性の低下によるインスタントオン性が不充分になる場合がある。チューブの厚さは20μm乃至30μmであることがより好ましい。
一方、圧力ロールがフッ素系樹脂チューブを備える場合、チューブの厚さは任意の値とすることができるが、一例として、30〜50μmの範囲とすることができる。
さらに、圧力ロールが最上層として離型性の良い耐熱性弾性体層を備える場合、このような耐熱性弾性体層に使用される材料としては、フッ素ゴムやシリコーンゴムを挙げることができる。
本発明では、圧力部材は加熱定着ロールを加圧するように配置され、このときの加熱定着ロールとのニップ圧力は、0.5〜2.5kgf/cm2の範囲が好ましい。本発明のように加熱定着ロールの周速が200mm/sec以上500mm/sec以下であり、該加熱定着ロールの外径が20〜30mmである画像形成方法においては、特に紙しわが発生しやすく、この範囲が定着性と紙しわの両立の点で好ましい。すなわち、ニップ圧力が0.5kgf/cm2未満であると、記録材料との定着性が不十分となりやすく、ニップ圧力が2.5kgf/cm2を超えると紙しわが発生しやすくなる。より好ましいニップ圧力範囲は、1.0〜2.0kgf/cm2の範囲である。また、加熱定着ロールの周速が500mm/secを超えると、定着時間が短くなりすぎて、定着性が低下する。
本発明において、加熱定着ロール表面の離型性を向上させるために、加熱定着ロールにオイルを付与する付与手段を設けることも可能である。この際のオイルとしては、ジメチルシリコーンオイル、メチルフェニルシリコーンオイル、フッ素系シリコーンオイル、フルオロポリエーテル系フッ素オイル等を挙げることができる。
また、ヒーターには、ハロゲンランプ等が好適に使用される。
以上のような構成の本発明に使用する定着装置は、白黒用及びカラー用のプリンターや複写機、複合機等に応用することができる。
次に、本発明に使用するトナーについて説明する。
本発明に用いられるトナーは、本特許請求範囲に記載の粒径、粒径分布、形状係数、トナー樹脂分子量、離型剤融点を満足する範囲のものであれば特に製造方法により限定されるものではない。例えば、結着樹脂、着色剤、離型剤、及び必要に応じて帯電制御剤等を混練、粉砕、分級する混練粉砕法、混練粉砕法にて得られた粒子を機械的衝撃力または熱エネルギーにて形状を変化させる方法、結着樹脂の重合性単量体を乳化重合させ、形成された分散液と、着色剤、離型剤、及び必要に応じて帯電制御剤等の分散液とを混合し、凝集、加熱融着させ、トナー粒子を得る乳化重合凝集法、結着樹脂を得るための重合性単量体と、着色剤、離型剤、及び必要に応じて帯電制御剤等との溶液を水系溶媒に懸濁させて重合する懸濁重合法、結着樹脂、着色剤、離型剤、及び必要に応じて帯電制御剤等の溶液を水系溶媒に懸濁させて造粒する溶解懸濁法等が使用できる。
また上記方法で得られたトナーをコアにして、さらに微粒子を付着、加熱融合してコアシェル構造をもたせる製造方法など、公知の方法を使用することができるが、形状制御、粒度分布制御の観点から、水系溶媒にて製造する懸濁重合法、乳化重合凝集法、溶解懸濁法が好ましく、乳化重合凝集法が特に好ましい。
本発明のトナーとしては、数平均分子量が6000〜15000の範囲の樹脂及び融点が80〜100℃の範囲の離型剤を含み、トナーの個数平均粒径(累積個数50%径)が3〜7μmの範囲であり、粒度分布における累積個数16%径(D16)と累積個数50%径(D50)との比(D16/D50)が0.75以上、累積個数84%径(D84)と累積個数50%径(D50)との比(D84/D50)が1.30以下であり、かつ形状係数SF1が115〜140の範囲であるものを使用する。
なお、上記累積個数は小径側からの累積で示されるものである。
トナーの個数平均粒径が3〜7μmの範囲であると、トナー画像密度の低いハーフトーン部のオフセット防止と十分な定着性を維持できる。トナーの個数平均粒径が3μm未満であると、用紙繊維にトナーが潜り込んでしまい、十分な定着圧力を与えることができず、特にトナー画像密度の低いハーフトーン部での定着性が不十分になり、用紙に十分密着しないため加熱定着ロールへオフセットしてしまう。、また7μmを超えると、トナー層間に空隙が多く存在するようになるため、特に加熱定着ロールの周速(プロセス速度)が200mm/sec以上と高速の場合、十分な熱量をトナー全体に与えることが不十分になるため、定着性が不十分となる。より好ましい範囲としては、5〜7μmの範囲である。
さらに、トナーの粒度分布における累積個数16%径(D16)と累積50%径(D50)との比(D16/D50)が0.75以上、累積個数84%径(D84)と累積個数50%径(D50)との比(D84/D50)が1.30以下の範囲にすることにより、粒度分布がシャープとなり、均一な定着が得られ、さらに表面の凹凸ができにくいために濃度ムラが発生しない。
定着前の画像は、トナーの個々の個数粒径により均一性が高くなるため、体積粒径よりも個数粒径での分布が重要となる。より好ましい範囲としては、D16/D50が0.80以上、D84/D50が1.25以下である。加熱定着ロールの表面層が厚み15μm乃至35μmの比較的硬い表面であるフッ素系樹脂のチューブを使用した場合でも、従来のトナーでは均一に定着することが困難であったが、前記トナーによれば、前記効果が得られる。
また、形状係数SF1が115〜140の範囲であると、トナーの表面凹凸が少なく丸みを帯びているため未定着トナーとして空隙が少なく、定着熱量を効率的に与えられるため定着性に有利で、トナーが最密充填されやすく、凹凸ができにくいため濃度ムラも少なくできる。また、空隙が少ないことにより、破断面も生じにくく耐オフセット性も有利となる。
形状係数SF1が115未満であると流動性が良すぎ、加熱定着ロールの周速が200mm/sec以上の高速プロセスでは加熱定着ロールの設定定着温度が高温となるため、定着ニップ手前で用紙から発生する蒸気のため未定着トナーが動いてしまい、画像が乱れてしまう。また、形状係数SF1が140より大きいと未定着トナーとして空隙が多く、定着熱量を効率的に与えられないため定着性に不利となる。好ましい範囲としては、形状係数SF1が120〜135の範囲である。
なお、形状係数SF1は、スライドグラス上に散布したトナー粒子、またはトナーの光学顕微鏡像を、ビデオカメラを通じてルーゼックス画像解析装置に取り込み、50個以上のトナーの最大長と投影面積を求め、下記式によって計算し、その平均値を求めることにより得られるものである。
SF1=(ML2/A)×(π/4)×100
上記式中、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。
本発明のトナーに含まれる樹脂の数平均分子量は、6000〜15000の範囲であるが、特に本発明のような加熱定着ロールの周速が200mm/sec以上と高速の場合、定着ニップを通過する時間が短いため、従来のトナーでは定着性が悪化しやすい。
数平均分子量が6000〜1500の範囲であれば、好ましい定着温度で定着が可能となるとともに、得られる定着画像の折り曲げ時の欠損を防止することができる。
数平均分子量が6000より小さいと機械的強度が弱く、定着像を折り曲げた際の画像欠損が大きく、かつ定着性が不利であり、耐オフセット性に関しても破断しやすいため不利となる。一方、数平均分子量が15000よりも大きいと溶融時の粘度が高くなりすぎるため、定着時に記録材料への溶融・浸透が、不十分となる。より好ましい数平均分子量の範囲は7000〜12000の範囲である。
本発明に用いられる熱可塑性結着樹脂となる重合体の例としては、 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;などの単量体などの重合体またはこれらを2種以上組み合せて得られる共重合体またはこれらの混合物、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を挙げることができる。
ビニル系単量体の場合は、イオン性界面活性剤などを用いて乳化重合やシード重合を実施して樹脂粒子分散液を作成することができ、その他の樹脂の場合は油性で水への溶解度の比較的低い溶剤に溶解するものであれば樹脂をそれらの溶剤に解かして水中にイオン性の界面活性剤や高分子電解質とともにホモジナイザーなどの分散機により水中に微粒子分散し、その後加熱または減圧して溶剤を蒸散することにより、樹脂微粒子分散液を作製することができる。
解離性ビニル系単量体の例としては、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、ケイ皮酸、フマル酸、ビニルスルフォン酸、エチレンイミン、ビニルピリジン、ビニルアミンなど高分子酸、高分子塩基の原料となる単量体のいずれも使用可能であるが、重合体形成反応の容易性などから高分子酸が好適であり、さらには、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、ケイ皮酸、フマル酸などのカルボキシル基を有する解離性ビニル系単量体が重合度制御、ガラス転移点の制御のために好ましい。
本発明のトナーの離型剤融点は80〜100℃の範囲であるが、特に本発明のような加熱定着ロールの周速が200mm/sec以上と高速で小径加熱定着ロールの場合、記録材料(トナー)の加熱定着ロールへの巻きつきやオフセットが発生しやすいため、与えられる熱量が少なくても定着トナー画像表面に溶出して離型性を確保する必要があり、離型剤融点として100℃以下が必要である。しかし、離型剤融点が80℃よりも低いと、特に本発明のような加熱定着ロールの周速が200mm/sec以上の高速で使用された場合、定着した記録材料が定着器から排出されて排出トレイなどに重ねられた際、定着像表面のワックスが十分冷えて固化する時間が不足するため、離型剤を介して記録材料同士が融着してしまう。そのため、離型剤融点は80℃以上であることが必要である。
離型剤の例としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン等の低分子量ポリオレフィン類; 加熱により軟化点を有するシリコーン類;オレイン酸アミド、エルカ酸アミド、リシノール酸アミド、ステアリン酸アミド等のような脂肪酸アミド類;エステルワックス、カルナウバワックス、ライスワックス、キャンデリラワックス、木ロウ、ホホバ油等のような植物系ワックス;ミツロウのような動物系ワックス;モンタンワックス、オゾケライト、セレシン、パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、フィッシャートロプシュワックス等のような鉱物、石油系ワックス;及びそれらの変性物が使用できる。
本発明のトナー外添剤としてTiO(OH)2とシラン化合物との反応によって得られるチタン化合物を含有すると、耐オフセット性に対し更に好適である。特に比重が2.8乃至3.6のチタン化合物が望ましい。加熱定着ロールの周速が200mm/sec以上の高速領域では、消費されるトナーのスピードも速いため、現像剤の帯電量変化に対する要求レベルが高くなる。トナー帯電量の長期にわたる安定性、帯電分布のシャープさを実現するため、シリカなどのような高抵抗の外添剤とは別にチタニア、アルミナなどの比較的低抵抗の外添剤が一般的に使用される。
特にトナーの個数平均粒径が3〜7μm程度の小径トナーにおいては、その帯電立上りを改善させるために、チタニアのトナー表面被覆率を確保しようとすると、その添加量を多くしなければならない。外添剤が多い場合、本発明に規定の融点範囲にある離型剤を使用したケースでは、特にオフセット性が低下してしまう。その理由は明確ではないが、トナー外添剤がトナー表面に多く存在すると、定着時にトナー表面に染み出した離型剤と外添剤とが相溶して離型剤粘度を上昇させ、離型性が低下、オフセットを発生させてしまうと考えられる。
通常のチタニアでは、比重が4程度と大きいため、比重が2.8乃至3.6のチタン化合物であれば同一トナー表面被覆率でも添加量を少なくでき、耐オフセット性が向上する。また、他のチタニア・アルミナなどは凝集体が前記チタン化合物よりも多いため、トナー表面被覆率を十分確保するにはやはり前記チタン化合物よりも多く添加せねばならず、上記同様の結果となってしまう。そのため両者を併用するケースでは補助的に、たとえば0.5%以下の範囲の少量で使用する。
このチタン化合物としては、特に湿式法で作製され、比重が2.8乃至3.6のチタン化合物が望ましい。一般に、通常の湿式法による酸化チタンの製法は、溶媒中で化学反応を経て製造され、硫酸法と塩酸法とに分けることができる。硫酸法は簡略すると下記の反応が液相で進み、不溶性のTiO(OH)2が加水分解により作製される。
FeTiO3+2H2SO4→ FeSO4 +TiOSO4 +2H2
TiOSO4 +2H2 O → TiO(OH)2 +H2 SO4
また、塩酸法は、乾式法と同様手法にて塩素化により4塩化チタンを作製する。その後水に溶解させ、強塩基を投入しながら加水分解し、TiO(OH)2が作製される。簡略すると以下の様になる。
TiCl4+H2O → TiOCl2+2HCl
TiOCl2 +2H2O → TiO(OH)2 +2HCl
通常の酸化チタンの作製工程では、この後水洗、ろ過を繰り返し、焼成によって酸化チタンが得られる。さらに必要に応じ解砕、粉砕後シラン化合物の様な処理を施されることになる。しかし、従来のこの酸化チタンの作製は、焼成工程でTi同士の結合の強さから粒子同士焼結し、凝集を数多く発生するという重大な欠点を有する。この重大な欠点を解決させるために、湿式粉砕の強化、乾燥前の処理剤反応など数多くの工夫がなされているが、この凝集を1次粒子まで解砕させることは現状ではできていない。この酸化チタンをトナーの添加剤に適用しても、トナー表面被覆率をシリカ粒子と合わせてもシリカ並みの流動性を得ることはできず、その現象は、粒子の凝集が起因すると思われ、その結果、感材傷、フィルミングが発生することになる。
また、従来の製法により処理された酸化チタンは、シラン化合物の処理においてその処理できる量に限界がある。一般にシラン化合物の量を増加させることにより、帯電性付与能力が増大するが、概ね酸化チタンの量に対して15〜20%の処理量でその能力は飽和する。したがって、高帯電を付与させるためにカップリング剤の増量を行っても、高帯電を得られないばかりか、余剰なカップリング剤同士の反応によって、さらなる凝集粒子の増大、更にトナーに添加した場合は帯電速度の低下、帯電分布のブロード化等を招くことになる。以上の様に、従来の酸化チタンは、凝集粒子の多さ、高帯電付与能力、帯電速度の遅さ、帯電分布に対し、すべてを満足できるレベルにはない。
しかし、本発明におけるチタン化合物は、上述した湿式工程の中で作製されるTiO(OH)2に、シラン化合物を好ましく反応、乾燥させて作製される。この場合、得られるチタン化合物は、数百度という焼成工程を通らないので、Ti同士の強い結合がないため、凝集が全くなく、粒子はほぼ一次粒子の状態で取り出すことができる。更に、本発明におけるチタン化合物は、TiO(OH)2 にシラン化合物を直接反応させるため、処理できる量を多くすることができる。即ち、従来の処理酸化チタンは、帯電能に寄与する処理量の限界値が低かったが、本発明で使用されるチタン化合物は、その限界値が高く、原体の粒径にもよるが、概ね従来品に対し、約3倍量(チタン原体に対し約50〜70%)まで処理の効果がでる。したがって、シラン化合物の処理量でトナーの帯電を制御でき、且つ付与できる帯電能も従来の酸化チタンに対し、大きく改善することができる。
更に、余剰なシラン化合物が少なくなるため、即ちシラン化合物同士の反応が少ないため、処理量を増やす場合においても、帯電速度、帯電分布の犠牲なしで、高帯電を得ることができる。更に本チタン化合物は、現像スリーブ・定着ロールへの移行が少なく、また、処理剤の移行もないため、即ちスリーブ・定着ロール汚染が少なく、長期にわたり現像剤担持体上のトナー帯電や定着ロール表面の離型性が変わることがない。さらに、感光体上への付着等も全くなく、長期にわたり、画質欠陥を生じることがない。これは、比重が2.8〜3.6と他の酸化チタンに対し軽いため、トナー表面の付着の仕方が強固であるため、長期使用に対しても、トナー表面からの脱離がないことと、処理されるシラン化合物同士の反応が少ないことに起因する処理剤移行が少ないためである。
すなわち、チタン化合物の比重が2.8よりも小さいと、チタン化合物のトナー表面からの離脱は少なくなるが、処理剤同士の反応が多くなるために、処理剤がチタン化合物から剥がれやすく、感光体上でのフィルミングやスリーブ・定着ロール汚染によるトナーの低帯電・オフセットを生じやすい。また、チタン化合物の比重が3.6よりも大きいと、処理剤同士の反応は生じにくいために、処理剤の剥がれはないが、チタン化合物自身がトナーから剥がれやすく、感光体・現像スリーブ・定着ロールへの付着が発生しやすくなると考えられる。
本発明において、用いられるチタン化合物は、平均一次粒子径が100nm以下、好ましくは10nm〜70nmの範囲のものが好適である。
本発明で使用するシラン化合物としては、クロロシラン、アルコキシシラン、シラザン、特殊シリル化剤のいずれのタイプを使用することも可能である。具体的にはメチルトリクロロシラン、ジメチルジクロロシラン、トリメチルクロロシラン、フェニルトリクロロシラン、ジフェニルジクロロシラン、テトラメトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、テトラエトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、イソブチルトリメトキシシラン、デシルトリメトキシシラン、ヘキサメチルジシラザン、N,O−(ビストリメチルシリル)アセトアミド、N,N−ビス(トリメチルシリル)ウレア、tert−ブチルジメチルクロロシラン、ビニルトリクロロシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、β−(3.4エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ−クロロプロピルトリメトキシシラン、などをあげることができるが、本発明における処理剤は、これら前述の化合物に限定されるものではない。
また前記処理量は、TiO(OH)2 の原体の一次粒径により異なるが、一般的にはTiO(OH)2の原体100重量部に対して、シラン化合物量は5〜80重量部の範囲、より好ましくは10〜50重量部の範囲である。処理量が5重量部に満たない場合は、処理するシラン化合物の機能が発揮せず、また、処理量が80重量部を越える場合は、余剰シラン化合物により、オイル化し、トナー流動性に対して不具合を生じはじめる。ただし、上記シラン化合物による処理はトナーの高帯電付与及び環境依存性の改善及びトナー流動性向上、感光体とのインタラクション低減を目的とするものであって、処理量は使用されるトナー、現像剤担持体、TiO(OH)2の原体の粒径等の兼ね合いから適宜調整しなければならない。
また、トナーに添加される添加剤(チタン化合物)の量は、トナー粒径、現像剤担持体組成等により変化するが、トナー100重量部に対して、0.1〜2.0重量部の範囲、より好ましくは0.3〜1.0重量部の範囲である。0.1重量部に満たない場合は、トナーの帯電立上り効果を得ることができず、2.0重量部を越えるケースでは、定着工程において、オフセット、定着強度の低下を引き起こすとともに、フルカラーで使用する場合は、光透過性の低下による重ね合わされた下地の色の発色性の妨げになり、特に磁性一成分系現像の場合には、トナーに付着しきらないチタン化合物(遊離のチタン化合物)の量が増えスリーブを汚染し、帯電に悪影響を与える。
この他、トナー粒子には種々の目的で微粒子を外添しても良い。付着力低減や帯電制御のため、体積平均粒径が20〜300nmの大径無機酸化物を添加することが好ましい。これらの大径無機酸化物微粒子としては、シリカ、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、アルミナ、チタン酸バリウム、チタン酸マグネシウム、チタン酸カルシウム、チタン酸ストロンチウム、酸化亜鉛、酸化クロム、三酸化アンチモン、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム等の微粒子が挙げられる。
また特にフルカラー画像などの高転写効率が要求される画像に置いては、上記シリカは、真比重が1.3〜1.9の範囲であり、体積平均粒径が80〜300nmの範囲である単分散球状シリカであることが好ましい。真比重を1.9以下に制御することにより、トナー粒子からの剥がれを抑制することができる。また、真比重を1.3以上に制御することにより、凝集分散を抑制することができる。当該単分散球形シリカの真比重は、1.4〜1.8の範囲であることがより好ましい。
前記単分散球状シリカの体積平均粒径が80nm未満であると、トナーと感光体との非静電的付着力低減に有効に働かなくなりやすい。特に、現像器内のストレスにより、単分散球状シリカがトナー粒子に埋没しやすくなり、現像性、転写性向上効果が著しく低減しやすい。一方、300nmを超えると、トナー粒子から離脱しやすくなり、前記非静電的付着力低減に有効に働かないと同時に、接触部材に移行しやすくなり、帯電阻害、画質欠陥等の二次障害を引き起こしやすくなる。当該単分散球状シリカの体積平均粒径は、100〜200nmの範囲であることがより好ましい。
また球形に近いトナーをクリーニングするためには、ブレードニップ部でのトナーと感光体との摩擦力を低減させることが鍵となる為、トナー粒子に滑剤粒子を添加するのが好ましい。滑剤粒子としてはグラファイト、二硫化モリブデン、滑石、脂肪酸、脂肪族高級アルコール、脂肪酸金属塩等の固体潤滑剤や、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリブテン等の低分子量ポリオレフィン類;加熱により軟化点を有するシリコーン類;オレイン酸アミド、エルカ酸アミド、リシノール酸アミド、ステアリン酸アミド等のような脂肪族アミド類;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、木ロウ、ホホバ油等のような植物系ワックス;ミツロウのような動物系ワックス;モンタンワックス、オゾケライト、セレシン、パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、フィッシャートロプシュワックス等のような鉱物、石油系ワックス;及びそれらの変性物が使用でき、これらを単独で使用するか、あるいは併用してもよい。
これらの中では、特に脂肪酸金属塩及び脂肪族アルコールが好ましく、脂肪酸金属塩としては、炭素数10〜50の脂肪酸と、亜鉛、アルミニウム、マグネシウム、カルシウム等との金属塩が好ましく用いられる。また、脂肪族アルコールとしては、炭素数16〜150の高級脂肪族アルコール等が好ましく用いられる。
上記滑剤粒子の体積平均粒径は0.1〜10μmの範囲であることが好ましく、前記化学構造のものを粉砕して、体積平均粒径をそろえてもよい。また、トナー母粒子への添加量は、トナー粒子100重量部に対し0.05〜2.0重量部の範囲であることが好ましく、0.1〜1.5重量部の範囲であることがより好ましい。
また感光体表面の付着物、劣化物除去の目的等で、無機微粒子、有機微粒子、該有機微粒子に無機微粒子を付着させた複合微粒子などを加えることができる。
本発明のトナーは、前記トナー粒子及び前記外添剤をヘンシェルミキサー、ハイブリダイザー、あるいはVブレンダー等で混合することによって製造することができる。また、トナー粒子を湿式にて製造する場合は、湿式にて外添することも可能である。
本発明のトナーに使用される着色剤、内添剤の例としては、 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、パーメネントオレンジ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、ブリリアンカーミン3B、ブリリアンカーミン6B、デイポンオイルレッド、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、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、フタロシアニングリーン、マラカイトグリーンオクサレレートなどの種々の顔料;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、チオインジコ系、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、チアジン系、チアゾール系、キサンテン系などの各種染料;等が挙げられ、着色剤はこれらの1種または複数種類を併せて使用することができる。
また内添剤としてフェライト、マグネタイト、還元鉄、コバルト、ニッケル、マンガン等の金属、合金、又はこれら金属を含む化合物などの磁性体を使用したり、 帯電制御剤として4級アンモニウム塩化合物、ニグロシン系化合物、アルミ、鉄、クロムなどの錯体からなる染料やトリフェニルメタン系顔料など通常使用される種々の帯電制御剤を使用することができる。
本発明に用いられる現像剤としては、トナーのみからなる一成分現像剤やトナーとキャリアとからなる二成分現像剤が挙げられるが、帯電の維持性や安定性に優れる二成分現像剤が好ましい。キャリアとしては、被覆樹脂で被膜されたキャリアであることが好ましく、該被覆樹脂はキャリアの被覆層として当業界で利用され得る任意の樹脂から選択してよい。
上記被覆樹脂としては、トナーに負帯電性を付与するための帯電付与樹脂としては、窒素含有樹脂、例えば、尿素−ホルムアルデヒド樹脂、メラミン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、尿素樹脂、ポリアミド樹脂などのアミノ系樹脂、及びエポキシ樹脂等があげられ、さらにポリビニル及びポリビニリデン系樹脂、アクリル樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂、スチレンアクリル共重合樹脂等のポリスチレン系樹脂、ポリアクリロニトリル樹脂、ポリビニルアセテート樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、エチルセルロース樹脂等のセルロース系樹脂等があげられる。
また、トナーに正帯電性を付与するための帯電付与樹脂としては、ポリスチレン樹脂、ポリ塩化ビニル等のハロゲン化オレフィン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂等のポリエステル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂等が挙げられる。さらに、トナー成分のキャリアへの移行を防止するための低表面エネルギー材料としては、ポリスチレン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリ弗化ビニル樹脂、ポリ弗化ビニリデン樹脂、ポリトリフルオロエチレン樹脂、ポリヘキサフルオロプロピレン樹脂、弗化ビニリデンとアクリル単量体との共重合体、弗化ビニリデンと弗化ビニルとの共重合体、テトラフルオロエチレンと弗化ビニリデンと非弗化単量体とのターポリマー等のフルオロターポリマー、及びシリコーン樹脂等を単独、または混合しても使用できる。
前述の窒素含有樹脂としては、ジメチルアミノエチルメタクリレート、ジメチルアクリルアミド、アクリロニトリル等を含むアクリル系樹脂、ウレア、ウレタン、メラミン、グアナミン、アニリン等を含むアミノ樹脂、またアミド樹脂、ウレタン樹脂が挙げられる。またこれらの共重合樹脂でもかまわない。
キャリアの被覆樹脂としては前記窒素含有樹脂の中から2種以上を組み合わせて使用してもよい。また前記窒素含有樹脂と窒素を含有しない樹脂とを組み合わせて使用してもよい。また前記窒素含有樹脂を微粒子状にし、窒素を含有しない樹脂中に分散して使用してもよい。特にウレア樹脂、ウレタン樹脂、メラミン樹脂、グアナミン樹脂、アミド樹脂は正帯電性が高く、また樹脂硬度が高いため被覆樹脂の剥がれなどによる帯電量の低下を抑制することができ好ましい。
一般にキャリアは適度な電気抵抗値を有することが必要であり、具体的には108〜1014Ωcm程度の範囲の電気抵抗値が求められている。例えば鉄粉キャリアのように電気抵抗値が106Ωcmと低い場合には、スリーブからの電荷注入によりキャリアが感光体の画像部へ付着したり、潜像電荷がキャリアを介して逃げ、潜像の乱れや画像の欠損等を生じたりする等の問題が生じる。一方、絶縁性の樹脂を厚く被覆してしまうと電気抵抗値が高くなりすぎ、キャリア電荷がリークしにくくなり、その結果エッジの効いた画像にはなるが、反面大面積の画像面では中央部の画像濃度が非常に薄くなるというエッジ効果という問題が生じる。そのため、キャリアの抵抗調整のために樹脂被覆層中に導電性粉末を分散させることが好ましい。
なお、キャリア抵抗は、2枚の極板電極の間にキャリア粒子を挟み、電圧を印加した時の電流を測定する、通常の極板間式電気抵抗測定法により求め、103.8V/cmの電界下での抵抗で評価する。
導電性粉末自身の電気抵抗は108Ωcm以下が好ましく、105Ωcm以下がより好ましい。導電性粉末の具体例としては、金、銀、銅のような金属;カーボンブラック;酸化チタン、酸化亜鉛のような導電性の金属酸化物単体系;酸化チタン、酸化亜鉛、ホウ酸アルミニウム、チタン酸カリウム、酸化スズ等の微粒子の表面を導電性の金属酸化物で被覆した複合系などが挙げられる。製造安定性、コスト、電気抵抗の低さという観点からカーボンブラックが特に好ましい。カーボンブラックの種類は特に限定されないが、製造安定性の良いDBP(ジブチルフタレート)吸油量が50〜300ml/100gの範囲のものが好適である。導電性粉末の体積平均粒径は0.1μm以下が好ましく、分散のためには一次体積平均粒径が50nm以下のものが好ましい。
上記被覆樹脂層を、キャリア芯材の表面に形成する方法としては、例えば、キャリア芯材の粉末を被覆樹脂層形成用溶液中に浸漬する浸漬法、被覆樹脂層形成用溶液をキャリア芯材の表面に噴霧するスプレー法、キャリア芯材を流動エアーにより浮遊させた状態で被覆樹脂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芯材と被覆樹脂層形成用溶液を混合し溶剤を除去するニーダーコーター法、被覆樹脂を微粒子化し被膜樹脂の融点以上でキャリア芯材とニーダーコーター中で混合し冷却して被膜させるパウダーコート法が挙げられるが、ニーダーコーター法及びパウダーコート法が特に好ましく用いられる。
上記方法により形成される樹脂被膜層の平均膜厚は、通常0.1〜10μmの範囲、好ましくは0.2〜5μmの範囲である。
本発明における静電潜像現像用キャリアに用いられる芯材(キャリア芯材)としては、特に制限はなく、鉄、鋼、ニッケル、コバルト等の磁性金属、又はフェライト、マグネタイト等の磁性酸化物、ガラスビーズ等が挙げられるが、磁気ブラシ法を用いる観点からは、磁性キャリアであるのが望ましい。キャリア芯材の体積平均粒径としては、一般的には10〜100μmの範囲が好ましく、20〜80μmの範囲がより好ましい。
また、前記二成分現像剤における本発明の電子写真用トナーと上記キャリアとの混合比(重量比)としては、トナー:キャリア=1:100〜30:100程度の範囲が好ましく、3:100〜20:100程度の範囲がより好ましい。
前述のように、本発明の画像形成方法は、潜像担持体表面に静電潜像を形成する潜像形成工程と、潜像担持体に対向して配置された現像剤担持体の表面にトナーを含む現像剤層を形成せしめる現像剤層形成工程と、現像剤層により前記静電潜像を現像しトナー画像を形成する現像工程と、前記トナー画像を転写材表面に転写する工程と、転写材表面に転写されたトナー画像を、加熱定着ロールで加熱・加圧するることで溶融させ、記録材表面へ定着させる工程と、を含む画像形成方法であって、前記トナーとして、以上説明したトナーが用いられるものである。
なお、本発明の画像形成方法では、プロセススピードが200〜500mm/secの範囲、前記加熱定着ロールの外径が20〜30mmの範囲である。
前記潜像形成工程とは、潜像担持体の表面を、帯電手段により一様に帯電した後、レーザー光学系やLEDアレイなどで潜像担持体に露光し、静電潜像を形成する工程である。前記帯電手段としては、コロトロン、スコロトロンなどの非接触方式の帯電器、及び潜像担持体表面に接触させた導電性部材に電圧を印加することにより、潜像担持体表面を帯電させる接触方式の帯電器が挙げられ、いかなる方式の帯電器でもよい。しかし、オゾンの発生量が少なく、環境に優しく、かつ耐刷性に優れるという効果を発揮するという観点から、接触帯電方式の帯電器が好ましい。前記接触帯電方式の帯電器においては、導電性部材の形状はブラシ状、ブレード状、ピン電極状、ローラー状等のいずれでもよいが、ローラー状部材が好ましい。
本発明の画像形成方法は、静電潜像を形成する工程においてなんら制限を受けるものではない。
前記現像剤を用いて現像する現像工程とは、潜像担持体表面に、少なくともトナーを含む現像剤層を表面に形成させた現像剤担持体を接触若しくは近接させて、前記潜像担持体表面の静電潜像にトナーの粒子を付着させ、潜像担持体表面にトナー画像を形成する工程である。現像方式は、既知の方式を用いて行うことができるが、本発明に用いられる2成分現像剤による現像方式としては、カスケード方式、磁気ブラシ方式などがある。また、現像はいわゆる正規現像方式であっても、反転現像方式であってもよいが、反転現像方式を用いることが好ましい。本発明の画像形成方法は、現像方式に関し、特に制限を受けるものではない。
前記転写する工程とは、潜像担持体表面に形成されたトナー画像を、転写材に転写して転写画像を形成する工程である。カラー画像形成の場合は、転写材としての中間転写ドラムまたはベルトに各色トナーを1次転写したのち、紙等の記録媒体に2次転写するのが好ましい。
感光体からのトナー画像を紙あるいは中間転写体に転写する転写装置としては、コロトロンが利用できる。コロトロンは用紙を均一に帯電する手段としては有効であるが、記録材である用紙に所定の電荷を与えるために、数kVという高圧を印加しなければならず、高圧電源を必要とする。また、コロナ放電によってオゾンが発生するため、ゴム部品や感光体の劣化を引き起こすので、弾性材料からなる導電性の転写ロールを静電荷像担持体に圧接して、用紙にトナー画像を転写する接触転写方式が好ましい。
本発明の画像形成方法においては、転写装置に関し、特に制限を受けるものではない。
前記定着工程とは、記録材表面に転写されたトナー画像を定着装置にて定着する工程である。定着装置としては、前述のように定着媒体として加熱定着ロールを用いる加熱定着装置が用いられる。定着温度は160℃以上が好ましく、より好ましくは180〜210℃程度に設定される。
本発明の画像形成方法においては、定着方式については特に制限を受けるものではない。
以下、実施例により本発明をより詳細に説明する。なお、以下の説明において、特に断りのない限り、「部」はすべて「重量部」を意味する。
<各物性の測定方法>
トナーの各物性値の測定は以下の方法にて行った。
(トナーの粒度分布)
測定装置としてはコールターマルチサイザ−II型(ベックマンーコールター社製)を用い、電解液はISOTON−II(ベックマンーコールター社製)を使用した。
測定法としては、分散剤として界面活性剤、好ましくはアルキルベンゼンスルホン酸ナトリウムの5%水溶液2ml中に測定試料を0.5〜50mg加える。これを前記電解液100〜150ml中に添加する。
試料を懸濁した電解液は超音波分散器で約1分間分散処理を行い、前記コールターカウンターTA−II型により、アパーチャー径として100μmアパーチャーを用いて2〜60μmの粒子の粒度分布を測定して個数粒度分布を求めた。測定する粒子数は50000である。
測定された粒度分布を、分割された粒度範囲(チャンネル)に対し、個数について小径側から累積分布を描き、累積16%となる粒径を、累積個数16%径(D16)と定義し、累積50%となる粒径を、累積50%径(D50、既述のトナーの個数平均粒径はこれを指す)と定義する。同様に、累積84%となる粒径を、累積個数84%径(D84)と定義する。これらを用いて、D16/D50、D84/D50を求めた。
(トナーの形状係数)
トナー形状係数SF1は、スライドグラス上に散布したトナー粒子、またはトナーの光学顕微鏡像を、ビデオカメラを通じてルーゼックス画像解析装置(LUZEX III、ニレコ社製)に取り込み、50個以上のトナーの最大長と投影面積を求め、下記式によって計算し、その平均値を求めることにより得られるものである。
SF1=(ML2/A)×(π/4)×100
上記式中、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。
(樹脂の分子量)
本発明のトナーに含まれる樹脂等の分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)を用いて測定した。GPCは、HLC−8120GPC、SC−8020(東ソー(株)社製)を用い、カラムは、TSKgel、SuperHM−H(東ソー(株)社製、6.0mmID×15cm)を2本用い、溶離液としてTHF(テトラヒドロフラン)を用いた。実験条件としては、試料濃度を0.5質量%、流速を0.6ml/min、サンプル注入量を10μl、測定温度を40℃とし、IR検出器を用いて実験を行った。また、検量線は東ソー社製「polystylene標準試料TSK standard」:「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。
(チタン化合物の比重)
ルシャテリエ比重瓶を用いJIS K−0061,5−2−1に準拠し測定した。操作は次の通りである。ルシェテリエ比重瓶に約250mlの水を入れ、メニスカスが目盛りの位置にくるように調整する。比重瓶を恒温水槽に浸し、液温が20.0±0.2℃になったとき、メニスカスの位置を比重瓶の目盛りで正確に読み取る(精度0.025mlとする)。試料を約100gを1mgの桁まで量り取り、その質量をWとする。量り取った試料を比重瓶に入れ泡を除く。比重瓶を恒温水槽に浸し、液温が20.0±0.2℃に保ち、メニスカスの位置を比重瓶の目盛りで正確に読み取る(精度0.025mlとする)。比重は次の方法で算出される。
D=W/(L2−L1)
S=D/0.9982
ここに、
D:試料の密度(20℃)(g/cm3
S:試料の比重(20/20℃)
W:試料の見かけの質量(g)
L1:試料を比重瓶に入れる前のメニスカスの読み(20℃)(ml)
L2:試料を比重瓶に入れた後のメニスカスの読み(20℃)(ml)
0.9982:20℃における水の密度(g/cm3
(離型剤融点)
離型剤融点の測定は、パーキネルマー社製のDSC−7を用いて行った。装置の検出部の温度補正はインジウムと亜鉛の融点を利用し、熱量の補正にはインジウムの融解熱を用いた。サンプルは、アルミニウム製パンを用い、対照用に空パンをセットし、昇温速度10℃/minで測定し、吸熱ピーク温度を融点とした。
<実施例1>
(トナーの作製)
−樹脂微粒子分散液Aの調製−
スチレン370部、n−ブチルアクリレート30部、アクリル酸8部、及びドデカンチオール24部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(株)製)6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部をイオン交換水550部に溶解したフラスコ中で乳化重合させ、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部を溶解したイオン交換水50部を投入した。窒素置換を行った後、前記フラスコ内を攪拌しながら内容物が70℃になるまでオイルバスで加熱し、5.5時間そのまま乳化重合を継続した。
その結果、体積平均粒径が150nmであり、Tgが59℃、数平均分子量(Mn)が9500、重量平均分子量(Mw)が32000の樹脂粒子が分散された樹脂微粒子分散液Aが得られた。
−着色剤分散液(1)の調製−
・カーボンブラック(モーガルL:キャボット製) 60部
・ノニオン性界面活性剤(ノニポール400:三洋化成(株)製) 6部
・イオン交換水 240部
以上の成分を混合して、溶解、ホモジナイザー(ウルトラタラックスT50:IKA社製)を用いて10分間攪拌し、その後、アルティマイザーにて分散処理して平均粒子径が250nmである着色剤(カーボンブラック)粒子が分散された着色剤分散剤(1)を調製した。
−離型剤分散液(1)の調製−
・パラフィンワックス(HNP0190:日本精蝋(株)製、融点85℃) 100部
・カチオン性界面活性剤(サニゾールB50:花王(株)製) 5部
・イオン交換水 240部
以上の成分を、丸型ステンレス鋼製フラスコ中でホモジナイザー(ウルトラタラックスT50:IKA社製)を用いて10分間分散した後、圧力吐出型ホモジナイザーで分散処理し、体積平均粒径が550nmである離型剤粒子が分散された離型剤分散液(1)を調製した。
−トナー粒子Aの作製−
・樹脂微粒子分散液A 234部
・着色剤分散液(1) 30部
・離型剤分散液(1) 40部
・ポリ水酸化アルミニウム(浅田化学社製、Paho2S)0.5部
・イオン交換水 600部
以上の成分を、丸型ステンレス鋼鉄フラスコ中でホモジナイザー(ウルトラタラックスT50:IKA社製)を用いて混合し、分散した後、加熱用オイルバス中でフラスコ内を攪拌しながら55℃まで加熱した。55℃で40分保持した後、個数平均粒径が5.3μmの凝集粒子が生成していることを確認した。その後、この凝集粒子を含む分散液に26部の樹脂微粒子分散液Aを追加した後、加熱用オイルバスの温度を55℃で30分間保持した。この凝集粒子を含む分散液に、1N水酸化ナトリウムを追加して、系のpHを7.0に調整した後、ステンレス製フラスコを密閉し、磁気シールを用いて攪拌を継続しながら95℃まで加熱し、pHを6.0に調整して4時間保持した。冷却後、このトナー粒子を濾別し、イオン交換水で4回洗浄した後、凍結乾燥してトナー粒子Aを得た。
トナー粒子Aの個数平均粒径D50は6.3μm、累積個数16%径と累積個数50%径の比(D16/D50)が0.80、累積個数84%径と累積50%径の比(D84/D50)が1.23、形状係数SF1は132であった。
−チタン化合物Aの製造−
前記手法で生成されたTiO(OH)2100部に対し、40部にあたるイソブチルトリメトキシシランを混合し、熱をかけ反応させる。その後、水洗、ろ過を行い120℃で乾燥、ピンミルでソフト凝集をほどき、体積平均粒径40nm、比重3.1のチタン化合物Aを得た。
−トナーAの調製−
前記トナー粒子A:100部に、チタン化合物A:0.8部、シリカ(気相酸化法により作製、体積平均粒径40nm、シリコーンオイル処理)1.5部、高級アルコール粉砕品(体積平均粒径:8μm)を0.5部を加え、5リットルヘンシェルミキサーを用い、周速30m/secで15分間ブレンドを行った後、45μmの目開きのシーブを用いて粗大粒子を除去し、トナーAを作製した。このトナーの個数平均粒径、粒径分布、形状係数はトナー粒子Aと同じであった。
(キャリアの作製)
・Mn−Mg系フェライト粒子(真比重:4.6g/cm3、体積平均粒径:35μm、飽和磁化:65emu/g)100部
・トルエン 11部
・ジエチルアミノエチルメタクリレート−スチレン−メチルメタクリレート共重合体(共重合比:2/20/78、重量平均分子量:50000) 2.5部
・カーボンブラック(キャボット社製、R330R、体積平均粒径:25nm、DBP値:71ml/100g、抵抗:10Ωcm以下) 0.15部
フェライト粒子を除く上記成分とガラスビーズ(体積平均粒径:1mm、トルエンと同量)を関西ペイント社製サンドミルに投入し、回転速度1200rpmで30分間攪拌して被覆樹脂層形成用溶液を調製した。次に、この被覆樹脂層形成用溶液とフェライト粒子を真空脱気型ニーダーに入れ、温度を60℃を保って10分間攪拌した後、減圧してトルエンを留去することにより被覆樹脂層を形成してキャリアAを得た。被覆樹脂層の厚みは1μmであった。また、103.8V/cmの電界下でのキャリア抵抗は4×1014Ωcmであった。
(現像剤の調製)
上記トナーA:8部とキャリアA:92部とをVブレンダーで20分混合して、現像剤Aを得た。
(加熱定着ロール、圧力ロールの製造)
−加熱定着ロール−
外径が25mm、厚さが0.4mmの円筒状の鉄製芯金の外周に、厚さ30μmのPFA樹脂チューブで被覆して加熱定着ロールを作製した。
−圧力ロール−
外径が26.5mmの円筒状のアルミニウム製芯金の外周に、肉厚が7mmのHTVシリコーンゴム層(JIS K6301による硬さ:55度)を設け圧力ロールを作製した。
(定着装置)
前記加熱定着ロール内部にハロゲンランプを点灯させ、温度センサ及び温度コントローラを用いて加熱定着ロールの表面温度を200℃に設定できるようにした。次いで、加熱定着ロールと圧力ロールとの間にかかるニップ圧を2.0kgf/cm2となるようにバネを調整した。ニップ圧は、圧力ロールを固定し、加熱定着ロール両端部にかける荷重(バネのバネ定数や伸び長さにより調整)を定着ニップ面積(加熱定着ロールと圧力ロールで形成されるニップ長さ×中央部定着ニップ幅)で除した数値である。
(画像評価装置)
富士ゼロックス(株)製 Ducuprint402を改造し、上記定着装置を導入した。また、感光体表面の周速及び加熱定着ロールの周速(プロセススピード)を150mm/secから上限の300mm/secの範囲で可変できるように改造した。現像器の現像ロール表面の周速は、感光体表面の周速の2倍となるように設定した。
(実機評価)
上記画像評価装置の現像器に現像剤Aをセットし、以下のように定着評価、画質評価を実施した。このとき、プロセススピードを250mm/secとし、加熱定着ロールの周速が250mm/secになるように回転させた。
−定着性−
富士ゼロックスオフィスサプライ社 P紙(厚口)(坪量:78g/m2)A3に、プリントした2cm×2cmのハーフトーン画像(トナーのり量:0.35mg/cm2)を2つ折にして画像欠損を目視で以下の基準に判定した。
G1:良、G2:わずかに筋が見える程度で問題ないレベル、G3:あきらかに画像欠損で問題レベル。
−オフセット−
富士ゼロックスオフィスサプライ社 P紙(厚口)(坪量:78g/m2)A3に、プリントした2cm×2cmの画像(トナーのり量:べた0.6mg/cm2、ハーフトーン0.35mg/cm2)で、加熱定着ロールの温度を可変して目視で以下の基準で判定した。
G1:オフセットなし、G2:わずかにオフセットが見える程度で問題ないレベル、G3:あきらかにオフセット発生で問題レベル。
−濃度ムラ−
富士ゼロックスオフィスサプライ社 富士ゼロックスオフィスサプライ社 P紙(厚口)(坪量:78g/m2)A3に、プリントした2cm×2cmの黒べた画像(トナーのり量:0.6mg/cm2)で、微小な濃度ムラを目視で以下の基準により判定した。
G1:ムラなし、G2:わずかにムラが見える程度で問題ないレベル、G3:あきらかにムラ発生で問題レベル。
−用紙融着(記録材料融着)−
両面コート紙である富士ゼロックスオフィスサプライ社 JDコート104紙A3に、連続両面プリントした2全面黒べた画像(トナーのり量:0.6mg/cm2)で、定着器から排出され、排出トレイに99枚ずつスタックしたプリントサンプルの用紙同士の融着レベルを、用紙同士を1枚1枚開いた際のレベルを触感で以下のように判定した。
G1:融着なし、G2:わずかに融着する程度で問題ないレベル、G3:あきらかに融着発生で問題レベル。
−像乱れ−
富士ゼロックスオフィスサプライ社 P紙(厚口)(坪量:78g/m2)A3に、プリントした1cm×1cmの四角ライン像単位で構成される全面格子パターンで、ライン像のトナー飛び散りレベルを目視で以下のように判定した。
G1:飛び散りなし、G2:わずかに飛び散りが見える程度で問題ないレベル、G3:あきらかに飛び散り発生で問題レベル。
−紙しわ−
富士ゼロックスオフィスサプライ社 P紙A3にプリントした2cm×2cmの黒べた画像(トナーのり量:0.6mg/cm2)で、タテ送り1000枚連続走行したサンプルの紙しわを目視で以下のように判定した。
G1:しわ発生なし、G2:わずかにしわがある程度で問題ないレベル、G3:あきらかにしわ発生で問題レベル。
−インスタントオン性−
25℃、50%RHの環境で、定着器表面温度が室温の状態から、電源オン後定着設定温度(200℃)に到達するまでの時間をインスタントオン性とし、以下のように判断した。
G1:5〜10秒未満でかなり良好、G2:10秒〜15秒未満で良好、問題ないレベル、G3:15秒以上で問題レベル。
−加熱定着ロールライフ−
定着オフライン空回しベンチを作成し、25℃、50%RHの環境で、加熱定着ロール表面温度(200℃)で、ロール表面速度250mm/secで、空回しライフテストを実施した。プリント枚数10万枚相当の定着ロール表面のキズ・しわなどのレベルを目視で以下のように判定した。
G1:キズ・しわなどあるが画質上問題ないレベル、G2:キズ・しわなどによる画質影響が見られるが、問題レベルとして小さいレベル、G3:問題レベル。
結果を表3に示す。
以下の実施例2〜16、比較例1〜18では、実施例1を基本に、試作条件等を各々表1、2に示すように変更して(詳細については後述)、実施例1と同様に評価を実施した。
Figure 2005266561
Figure 2005266561
<実施例2>
トナー粒子の調製は、実施例1と同じ成分を用い、丸型ステンレス鋼鉄フラスコ中でホモジナイザー(ウルトラタラックスT50:IKA社製)を用いて混合し、分散した後、加熱用オイルバス中でフラスコ内を攪拌しながら40℃まで加熱した。40℃で30分保持した後、この凝集体粒子を含む分散液に36部の樹脂微粒子分散液Aを追加した後、加熱用オイルバスの温度を55℃で30分間保持した。この凝集粒子を含む分散液に、1N水酸化ナトリウムを追加して、系のpHを7.0に調整した後ステンレス製フラスコを密閉し、磁気シールを用いて攪拌を継続しながら95℃まで加熱し、pHを6.7に調整して4時間保持した。冷却後、このトナー粒子を濾別し、イオン交換水で4回洗浄した後、凍結乾燥してトナー粒子Bを得た。
トナー粒子Bの個数平均粒径D50は3.2μm、累積個数16%径と累積個数50%径の比(D16/D50)が0.85、累積個数84%径と累積50%径の比(D84/D50)が1.18、形状係数SF1は129であった。
前記トナー粒子B:100部に、チタン化合物A:1.5部、シリカ(気相酸化法により作製、体積平均粒径40nm、シリコーンオイル処理)2.0部に変えたほかは実施例1と同様にしてトナーBを作製し、評価を実施した。
結果を表3に示す。
<実施例3>
トナー粒子の調製は、実施例1と同じ成分を用い、丸型ステンレス鋼鉄フラスコ中でホモジナイザー(ウルトラタラックスT50:IKA社製)を用いて混合し、分散した後、加熱用オイルバス中でフラスコ内を攪拌しながら55℃まで加熱した。55℃で80分保持した後、この凝集粒子を含む分散液に20部の樹脂微粒子分散液Aを追加した後、加熱用オイルバスの温度を55℃で30分間保持した。この凝集粒子を含む分散液に、1N水酸化ナトリウムを追加して、系のpHを7.0に調整した後ステンレス製フラスコを密閉し、磁気シールを用いて攪拌を継続しながら95℃まで加熱し、pHを6.0に調整して4時間保持した。冷却後、このトナー粒子を濾別し、イオン交換水で4回洗浄した後、凍結乾燥してトナー粒子Cを得た。
トナー粒子Cの個数平均粒径D50は7.0μm、累積個数16%径と累積個数50%径の比(D16/D50)が0.80、累積個数84%径と累積50%径の比(D84/D50)が1.24、形状係数SF1は133であった。
前記トナー粒子C:100部に、チタン化合物A:0.75部、シリカ(気相酸化法により作製、体積平均粒径40nm、シリコーンオイル処理)1.2部に変えたほかは実施例1と同様にしてトナーCを作製し、評価を実施した。結果を表3に示す。
<実施例4>
トナー粒子の調製は、ポリ水酸化アルミニウム(浅田化学社製、Paho2S)を 0.4部、イオン交換水800部とし、「pHを6.0に調整して4時間保持した」ところを「pHを6.0に調整して3時間保持した」に変えた他は実施例1と同様にしてトナー粒子Dを得た。
トナー粒子Dの個数平均粒径D50は6.5μm、累積個数16%径と累積個数50%径の比(D16/D50)が0.75、累積個数84%径と累積50%径の比(D84/D50)が1.30、形状係数SF1は140であった。このトナー粒子Dを用い実施例1と同様にしてトナーDを作製し、評価を実施した。結果を表3に示す。
<実施例5>
トナー粒子の調製は、「pHを6.0に調整して4時間保持した」ところを「pHを4.5に調整して5時間保持した」に変えた他は実施例1と同様にしてトナー粒子Eを得た。
トナー粒子Eの個数平均粒径D50は6.1μm、累積個数16%径と累積個数50%径の比(D16/D50)が0.81、累積個数84%径と累積50%径の比(D84/D50)が1.22、形状係数SF1は115であった。このトナー粒子Eを用い実施例1と同様にしてトナーEを作製し、評価を実施した。結果を表3に示す。
<実施例6>
実施例1の樹脂微粒子分散液Aの調製で、ドデカンチオールを24部から28部に変え、オイルバス加熱温度を70℃から60℃に変え、乳化重合時間を5.5時間から4.5時間に変えた以外は、同様にして樹脂微粒子分散液Bを調製した。
その結果、体積平均粒径が120nmであり、Tgが57℃、数平均分子量(Mn)が6000、重量平均分子量(Mw)が20000の樹脂粒子が分散された樹脂微粒子分散液Bが得られた。
実施例1の樹脂微粒子分散液Aを樹脂微粒子分散液Bに変えた他は実施例1と同様にしてトナー粒子Fを得た。
トナー粒子Fの個数平均粒径D50は6.2μm、累積個数16%径と累積個数50%径の比(D16/D50)が0.80、累積個数84%径と累積50%径の比(D84/D50)が1.24、形状係数SF1は131であった。このトナー粒子Fを用いそのほかは実施例1と同様にしてトナーFを作製し、評価を実施した。結果を表3に示す。
<実施例7>
実施例1の離型剤分散液(1)の調製で、パラフィンワックス(HNP0190:日本精蝋(株)製、融点:85℃)をポリエチレンワックス(PW500:東洋ペトロライト社製、融点:80℃)に変えた他は実施例1と同様にしてトナー粒子Gを得た。
トナー粒子Gの個数平均粒径D50は6.2μm、累積個数16%径と累積個数50%径の比(D16/D50)が0.81、累積個数84%径と累積50%径の比(D84/D50)が1.23、形状係数SF1は131であった。トナー粒子Gを用いそのほかは実施例1と同様にしてトナーGを作製し、評価を実施した。
結果を表3に示す。
<実施例8>
実施例1の樹脂微粒子分散液Aの調製で、ドデカンチオールを24部から18部に変え、オイルバス加熱温度を70℃から80℃に変え、乳化重合時間を5.5時間から7.5時間に変えた以外は同様にして、樹脂微粒子分散液Cを得た。
その結果、体積平均粒径が140nmであり、Tgが60℃、数平均分子量(Mn)が15000、重量平均分子量(Mw)が48000の樹脂粒子が分散された樹脂微粒子分散液Cが得られた。
実施例1の樹脂微粒子分散液Aを樹脂微粒子分散液Cに変えた他は実施例1と同様にしてトナー粒子Hを得た。
トナー粒子Hの個数平均粒径D50は6.1μm、累積個数16%径と累積個数50%径の比(D16/D50)が0.78、累積個数84%径と累積50%径の比(D84/D50)が1.25、形状係数SF1は134であった。このトナー粒子Hを用いそのほかは実施例1と同様にしてトナーHを作製し、評価を実施した。
結果を表3に示す。
<実施例9>
実施例1の離型剤分散液(1)の調製で、パラフィンワックス(HNP0190:日本精蝋(株)製、融点:85℃)をポリエチレンワックス(PW725:東洋ペトロライト社製、融点:101℃)に変えた他は実施例1と同様にしてトナー粒子Iを得た。
トナー粒子Iの個数平均粒径D50は6.3μm、累積個数16%径と累積個数50%径の比(D16/D50)が0.80、累積個数84%径と累積50%径の比(D84/D50)が1.23、形状係数SF1は132であった。このトナー粒子Iを用いそのほかは実施例1と同様にしてトナーIを作製し、評価を実施した。
結果を表3に示す。
<実施例10>
実施例1の加熱定着ロールの外径を25mmから20mmとし、加熱定着ロールの芯材厚みを0.4mmから0.5mmとし、定着ニップ圧力を2.0kgf/cm2から2.5kgf/cm2としたほかは実施例1と同様にして評価を実施した。
結果を表3に示す。
<実施例11>
実施例1の加熱定着ロールの外径を25mmから20mmとし、加熱定着ロールの芯材厚みを0.4mmから0.1mmとし、定着ニップ圧力を2.0kgf/cm2から0.5kgf/cm2としたほかは実施例1と同様にして評価を実施した。
結果を表3に示す。
<実施例12>
実施例1の加熱定着ロール表面層の厚みを30μmから15μmとしたほかは実施例1と同様にして評価を実施した。
結果を表3に示す。
<実施例13>
実施例1において、定着ニップ圧力を2.0kgf/cm2から0.5kgf/cm2としたほかは実施例1と同様にして作成し、評価を実施した。
結果を表3に示す。
<実施例14>
実施例1の加熱定着ロール表面層の厚みを30μmから35μmとしたほかは実施例1と同様にして評価を実施した。
結果を表3に示す。
<実施例15>
実施例1において、加熱定着ロールの周速及び感光体周速等のプロセススピードを250mm/secから200mm/secに変えたほかは実施例1と同様にして評価を実施した。
結果を表3に示す。
<実施例16>
実施例1において、加熱定着ロールの周速及び感光体周速等のプロセススピードを250mm/secから300mm/secに変えたほかは実施例1と同様にして評価を実施した。
結果を表3に示す。
Figure 2005266561
<比較例1>
トナー粒子の調製は、実施例1と同じ成分を用い、丸型ステンレス鋼鉄フラスコ中でホモジナイザー(ウルトラタラックスT50:IKA社製)を用いて混合し、分散した後、加熱用オイルバス中でフラスコ内を攪拌しながら40℃まで加熱した。35℃で30分保持した後、この凝集粒子を含む分散液に35部の樹脂微粒子分散液Aを追加した後、加熱用オイルバスの温度を55℃で30分間保持した。この凝集粒子を含む分散液に、1N水酸化ナトリウムを追加して、系のpHを7.0に調整した後ステンレス製フラスコを密閉し、磁気シールを用いて攪拌を継続しながら95℃まで加熱し、pHを6.9に調整して4時間保持した。冷却後、このトナー粒子を濾別し、イオン交換水で4回洗浄した後、凍結乾燥してトナー母粒子Jを得た。
トナー粒子Jの個数平均粒径D50は2.5μm、累積個数16%径と累積個数50%径の比(D16/D50)が0.85、累積個数84%径と累積50%径の比(D84/D50)が1.17、形状係数SF1は128であった。
前記トナー粒子J:100部に、チタン化合物A:1.7部、シリカ(気相酸化法により作製、体積平均粒径40nm、シリコーンオイル処理)2.2部に変えたほかは実施例1と同様にしてトナーJを作製し、評価を実施した。
結果を表4に示す。
<比較例2>
トナー粒子の調製は、実施例1と同じ成分を用い、丸型ステンレス鋼鉄フラスコ中でホモジナイザー(ウルトラタラックスT50:IKA社製)を用いて混合し、分散した後、加熱用オイルバス中でフラスコ内を攪拌しながら55℃まで加熱した。55℃で120分保持した後、この凝集粒子を含む分散液に16部の樹脂微粒子分散液Aを追加した後、加熱用オイルバスの温度を55℃で30分間保持した。この凝集粒子を含む分散液に、1N水酸化ナトリウムを追加して、系のpHを7.0に調整した後ステンレス製フラスコを密閉し、磁気シールを用いて攪拌を継続しながら95℃まで加熱し、pHを6.0に調整して4時間保持した。冷却後、このトナー粒子を濾別し、イオン交換水で4回洗浄した後、凍結乾燥してトナー母粒子Kを得た。
トナー粒子Kの個数平均粒径D50は7.7μm、累積個数16%径と累積個数50%径の比(D16/D50)が0.79、累積個数84%径と累積50%径の比(D84/D50)が1.25、形状係数SF1は134であった。
前記トナー粒子K:100部に、チタン化合物A:0.7部、シリカ(気相酸化法により作製、体積平均粒径40nm、シリコーンオイル処理)1.1部に変えたほかは実施例1と同様にしてトナーKを作製し、評価を実施した。
結果を表4に示す。
<比較例3>
トナー粒子の調製は、ポリ水酸化アルミニウム(浅田化学社製、Paho2S)を 0.35部、イオン交換水800部とし、「pHを6.0に調整して4時間保持した」ところを「pHを6.0に調整して2.5時間保持した」に変えた他は実施例1と同様にしてトナー粒子Lを得た。
トナー粒子Lの個数平均粒径D50は6.8μm、累積個数16%径と累積個数50%径の比(D16/D50)が0.72、累積個数84%径と累積50%径の比(D84/D50)が1.33、形状係数SF1は142であった。このトナー粒子Lを用い実施例1と同様にしてトナーLを作製し、評価を実施した。
結果を表4に示す。
<比較例4>
トナー粒子の調製は、「pHを6.0に調整して4時間保持した」ところを「pHを4.0に調整して5.5時間保持した」に変えた他は実施例1と同様にしてトナー粒子Mを得た。
トナー粒子Mの個数平均粒径D50は6.2μm、累積個数16%径と累積個数50%径の比(D16/D50)が0.81、累積個数84%径と累積50%径の比(D84/D50)が1.22、形状係数SF1は110であった。このトナー粒子Mを用い実施例1と同様にしてトナーMを作製し、評価を実施した。
結果を表4に示す。
<比較例5>
実施例1の樹脂微粒子分散液Aの調製で、ドデカンチオールを24部から27部に変え、オイルバス加熱温度を70℃から55℃に変え、乳化重合時間を5.5時間から4.0時間に変えた以外は、同様にして樹脂微粒子分散液Dを調製した。
その結果、体積平均粒径が115nmであり、Tgが57℃、数平均分子量(Mn)が5500、重量平均分子量(Mw)が18500の樹脂粒子が分散された樹脂微粒子分散液Dが得られた。
実施例1の樹脂微粒子分散液Aを樹脂微粒子分散液Dに変えた他は実施例1と同様にしてトナー粒子Nを得た。
トナー粒子Nの個数平均粒径D50は6.2μm、累積個数16%径と累積個数50%径の比(D16/D50)が0.80、累積個数84%径と累積50%径の比(D84/D50)が1.25、形状係数SF1は130であった。このトナー粒子Nを用いそのほかは実施例1と同様にしてトナーNを作製し、評価を実施した。
結果を表4に示す。
<比較例6>
実施例1の樹脂微粒子分散液Aの調製で、ドデカンチオールを24部から16部に変え、オイルバス加熱温度を70℃から85℃に変え、乳化重合時間を5.5時間から8.5時間に変えた以外は、同様にして樹脂微粒子分散液Eを調製した。
その結果、体積平均粒径が145nmであり、Tgが61℃、数平均分子量(Mn)が16500、重量平均分子量(Mw)が50000の樹脂粒子が分散された樹脂微粒子分散液Eが得られた。
実施例1の樹脂微粒子分散液Aを樹脂微粒子分散液Eに変えた他は実施例1と同様にしてトナー粒子Oを得た。
トナー粒子Oの個数平均粒径D50は6.0μm、累積個数16%径と累積個数50%径の比(D16/D50)が0.76、累積個数84%径と累積50%径の比(D84/D50)が1.24、形状係数SF1は135であった。このトナー粒子Oを用いそのほかは実施例1と同様にしてトナーOを作製し、評価を実施した。
結果を表4に示す。
<比較例7>
実施例1の離型剤分散液(1)の調製で、パラフィンワックス(HNP0190:日本精蝋(株)製、融点:85℃)をパラフィンワックス(HNP9:日本精鑞(株)製、融点:76℃)に変えた他は実施例1と同様にしてトナー粒子Pを得た。
トナー粒子Pの個数平均粒径D50は6.2μm、累積個数16%径と累積個数50%径の比(D16/D50)が0.81、累積個数84%径と累積50%径の比(D84/D50)が1.23、形状係数SF1は130であった。トナー粒子Pを用いそのほかは実施例1と同様にしてトナーPを作製し、評価を実施した。
結果を表4に示す。
<比較例8>
実施例1の離型剤分散液(1)の調製で、パラフィンワックス(HNP0190:日本精蝋(株)製、融点:85℃)をポリエチレンワックス(PW850:東洋ペトロライト社製、融点:106℃)に変えた他は実施例1と同様にしてトナー粒子Qを得た。
トナー粒子Qの個数平均粒径D50は6.3μm、累積個数16%径と累積個数50%径の比(D16/D50)が0.81、累積個数84%径と累積50%径の比(D84/D50)が1.23、形状係数SF1は133であった。トナー粒子Qを用いそのほかは実施例1と同様にしてトナーQを作製し、評価を実施した。
結果を表4に示す。
<比較例9>
実施例1の加熱定着ロールの外径を25mmから15mmとし、定着ニップ圧力を2.0kgf/cm2から2.5kgf/cm2としたほかは実施例1と同様にして評価を実施した。
結果を表4に示す。
<比較例10>
実施例1の加熱定着ロールの外径を25mmから35mmとしほかは実施例1と同様にして評価を実施した。
結果を表4に示す。
<比較例11>
実施例1において、チタン化合物Aの代わりにルチル型酸化チタンB(体積平均粒径20nm、n−デシルトリメトキシシラン処理)を1.8部外添した他は実施例1と同様にしてトナーRを作製した。その他の条件も実施例1と同様として評価を行った。
結果を表4に示す。
<比較例12>
実施例1において、加熱定着ロールの芯材をアルミに変え、定着ニップ圧力を2.0kgf/cm2から0.5kgf/cm2としたほかは実施例1と同様にして評価を実施した。
結果を表4に示す。
<比較例13>
実施例1において、加熱定着ロールの芯材厚みを0.4mmから0.08mmに変え、定着ニップ圧力を2.0kgf/cm2から0.3kgf/cm2としたほかは実施例1と同様にして評価を実施した。
結果を表4に示す。
<比較例14>
実施例1において、加熱定着ロールの芯材厚みを0.4mmから0.6mmに変えたほかは実施例1と同様にして評価を実施した。
結果を表4に示す。
<比較例15>
実施例1の加熱定着ロール表面層の厚みを30μmから38μmとしたほかは実施例1と同様にして評価を実施した。
結果を表4に示す。
<比較例16>
実施例1の加熱定着ロール表面層の厚みを30μmから12μmとしたほかは実施例1と同様にして評価を実施した。
結果を表4に示す。
<比較例17>
実施例1において、定着ニップ圧力を2.0kgf/cm2から0.35kgf/cm2としたほかは実施例1と同様にして評価を実施した。
結果を表4に示す。
<比較例18>
実施例1において、定着ニップ圧力を2.0kgf/cm2から3.0kgf/cm2としたほかは実施例1と同様にして評価を実施した。
結果を表4に示す。
Figure 2005266561
実施例、比較例に示すとおり、プロセススピード、加熱定着ロールの周速が200mm/sec以上で、加熱定着ロール径が20mm〜30mmの画像形成方法において、トナー個数粒径が特定の範囲にあることで、定着性とオフセット性との不具合が生じておらず、また、トナー粒度分布が特定の範囲にあることで、濃度ムラなどの画質不具合も生じていない。さらに、トナー形状係数が特定の範囲にあることで、定着性、オフセット性、濃度ムラ、像乱れなどの画質不具合も生じておらず、トナー数平均分子量が特定の範囲にあることで、定着性、オフセット性などの画質不具合も生じなかった。
また、ワックス融点が特定の範囲にあることで、オフセット性を確保しつつ記録材料融着を防止でき、特定のチタン化合物を使用することでオフセット性を改善でき、加熱定着ロールの芯材に鉄を使用し特定の厚みとすることで紙しわ、インスタントオン性を満足し、加熱定着ロールの表面層を特定の材料と厚みで被覆することで定着器の長寿命化とインスタントオン性を満足し濃度ムラの画質不具合を生じさせず、特定の定着ニップ圧力とすることにより紙しわと定着性を満足できることがわかった。
さらに、これらの特定のトナー、定着器、定着条件により、プリンター、複写機の小型化、すなわちそのひとつの手段である、定着器の小型化(本領域では、加熱定着ロールの径は35〜50mm程度が通常であるが、本発明によれば20〜30mm程度まで可能となる)と定着性能を全て満足することができることがわかった。

Claims (2)

  1. 少なくとも、潜像担持体に静電潜像を形成する潜像形成工程と、潜像担持体に対向して配置された現像剤担持体の表面にトナーを含む現像剤層を形成せしめる現像剤層形成工程と、該現像剤層により潜像担持体表面の静電潜像を現像してトナー画像とする現像工程と、該トナー画像を転写材表面に転写する転写工程と、転写材表面のトナー画像を加熱定着ロールで加熱・加圧定着する定着工程と、を有する画像形成方法において、
    前記トナーが、数平均分子量が6000〜15000の範囲の樹脂及び融点が80〜100℃の範囲の離型剤を含み、トナーの個数平均粒径が3〜7μmの範囲であり、粒度分布における累積個数16%径(D16)と累積個数50%径(D50)との比(D16/D50)が0.75以上、累積個数84%径(D84)と累積個数50%径(D50)との比(D84/D50)が1.30以下であり、かつ形状係数SF1が115〜140の範囲であり、
    前記加熱定着ロールの周速が、200〜500mm/secの範囲であり、前記加熱定着ロールの外径が20〜30mmの範囲であることを特徴とする画像形成方法。
  2. 転写材表面のトナー画像を、周速が200〜500mm/secの範囲、外径が20〜30mmの範囲の加熱定着ロールで加熱・加圧定着する定着工程を含む画像形成方法に用いられるトナーであって、
    該トナーが、数平均分子量が6000〜15000の範囲の樹脂及び融点が80〜100℃の範囲の離型剤を含み、トナーの個数平均粒径が3〜7μmの範囲であり、粒度分布における累積個数16%径(D16)と累積個数50%径(D50)との比(D16/D50)が0.75以上、累積個数84%径(D84)と累積個数50%径(D50)との比(D84/D50)が1.30以下であり、かつ形状係数SF1が115〜140の範囲であることを特徴とするトナー。
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