JP2018116116A - 白トナー及び画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】通常の白トナーは濃度確保のために酸化チタン等の金属系顔料を多量に添加する必要があるため、トナーの帯電が上がりにくく、カブリが悪化していた。また、定着性の確保のために結晶性樹脂を添加すると転写性が悪化していた。そこで、低温定着性及び転写性を確保しつつ、帯電の向上によりカブリトナーの低減を図る必要がある。【解決手段】白顔料及び結晶性樹脂を含む真密度1.8(g/cm3)以上2.2(g/cm3)以下の白トナーにおいて、コロイダルシリカを含まない未添加白トナー100重量部に対してコロイダルシリカを1.0重量部以上1.1重量部以下添加する。【選択図】図2
Description
本発明は、電子写真用カラープリンタにおける白トナー及び白トナーを用いる画像形成に関するものである。
白トナーに添加する外添剤として、疎水性シリカ微粉末、疎水性シリカ微粉末より平均粒径が大きいコロイダルシリカ微粉末、及びメラミン樹脂微粉末が使用されるので、コロイダルシリカ微粉末が、画像形成ユニット内のトナーに加わる負荷に対する緩衝材となり、負荷が加わることによって疎水性シリカ微粉末がトナー母粒子に埋没するのを防止することができる。これにより現像剤の流動性が低くなるのを防止することができ、画像品位を向上させることができる(例えば、特許文献1参照)。
通常の白トナーは濃度確保のために酸化チタン等の金属系顔料を多量に添加する必要があるため、トナーの帯電が上がりにくく、カブリが悪化していた。また、定着性の確保のために結晶性樹脂を添加すると転写性が悪化していた。そこで、低温定着性及び転写性を確保しつつ、帯電の向上によりカブリトナーの低減を図る必要がある。
本発明による白トナーは、白顔料及び結晶性樹脂を含む真密度1.8(g/cm3)以上2.2(g/cm3)以下の白トナーにおいて、コロイダルシリカを含まない未添加白トナー100重量部に対してコロイダルシリカを1.0重量部以上1.1重量部以下添加したことを特徴とする。
本発明によれば、定着性を確保しつつ、転写ムラ及びカブリの少ない白トナーを得ることができる。
実施の形態1.
図1は、本発明による白トナーを採用する画像形成装置1の実施の形態1の要部構成を概略的に示す要部構成図である。
図1は、本発明による白トナーを採用する画像形成装置1の実施の形態1の要部構成を概略的に示す要部構成図である。
画像形成装置1は、例えば、電子写真カラープリンタとしての構成を備え、筐体4の内部に、ブラック(K)、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、及び白(W)の5色に対応した5つの独立した画像形成ユニット2K,2Y,2M,2C,2W(特に区別する必要がない場合には画像形成ユニット2と称す場合がある)が中間転写ベルト3の搬送方向(矢印A方向)に沿って順に配置されている。
画像形成ユニット2Kはブラック(K)のトナー画像を形成し、画像形成ユニット2Yはイエロー(Y)のトナー画像を形成し、画像形成ユニット2Mはマゼンタ(M)のトナー画像を形成し、画像形成ユニット2Cはシアン(C)のトナー画像を形成し、画像形成ユニット2Wは白(W)のトナー画像を形成する。
尚、本実施の形態では、画像形成装置1が、中間転写方式による5つの画像形成ユニット2を備えた構成を例にして説明するが、少なくとも白トナーの画像形成ユニット2Wが、順に配置された画像形成ユニット2の最下流(印刷媒体に1パスで転写されたとき白トナーが最下層となる位置)にあればよく、その他の画像形成ユニット2K,2Y,2M,2Cの配列順番や個数を限定するものではない。
5つの画像形成ユニット2は、それぞれ同一の構成を有し、使用するトナーのみが異なるものである。従って、ここでは画像形成ユニット2Kを例にして構成を説明する。
画像形成ユニット2Kには、感光体ドラム11Kと、感光体ドラム11Kの表面を一様に、且つ、均一に帯電させる帯電ローラ12Kと、感光体ドラム11Kの表面に形成された静電潜像に図示しないブラック(K)のトナーを付着させ、可視像であるブラック(K)のトナー像を形成する現像ローラ14Kと、現像ローラ14Kに圧接して設けられた供給ローラ16Kと、感光体ドラム11Kの表面に残留するカブリトナーや転写残トナー、上流の画像形成ユニット2からの逆転写トナーを拭き取って処理するクリーニングブレード17Kとが配設されている。
供給ローラ16Kは、現像剤であるブラックのトナーを貯蔵するトナーカートリッジ18Kから供給されたトナーを現像ローラ14Kに供給するローラである。現像ローラ14Kには、現像ブレード15Kが圧接されている。現像ブレード15Kは、現像ローラ14K上において、供給ローラ16Kから供給されたトナーを薄層化するものである。
同様に、他の画像形成ユニット2Y,2M,2C,2Wには、それぞれに対応する感光体ドラム11Y,11M,11C,11W(特に区別する必要がない場合には感光体ドラム11と称す場合がある)、帯電ローラ12Y,12M,12C,12W(特に区別する必要がない場合には帯電ローラ12と称す場合がある)、現像ローラ14Y,14M,14C,14W(特に区別する必要がない場合には現像ローラ14と称す場合がある)、供給ローラ16Y,16M,16C,16W(特に区別する必要がない場合には供給ローラ16と称す場合がある)、クリーニングブレード17Y,17M,17C,17W(特に区別する必要がない場合にはクリーニングブレード17と称す場合がある)、トナーカートリッジ18Y,18M,18C,18W(特に区別する必要がない場合にはトナーカートリッジ18と称す場合がある)、現像ブレード15Y,15M,15C,15W(特に区別する必要がない場合には現像ブレード15と称す場合がある)が配置されている。
各画像形成ユニット2K,2Y,2M,2C,2Wにおける、感光体ドラム11K,11Y,11M,11C,11Wの上方には、それぞれ対応するLEDヘッド13K,13Y,13M,13C,13W(特に区別する必要がない場合は単にLEDヘッド13と称す場合がある)が、感光体ドラム11K,11Y,11M,11C,11Wと対向する位置に配設されている。各LEDヘッド13は、複数の発光素子(LED)が主走査方向に配置されており、ホストコンピュータから入力される対応する色の画像データに従って、感光体ドラム11を露光し、その表面に静電潜像を形成する。
画像形成装置1には、各感光体ドラム11K,11Y,11M,11C,11Wの下方に、中間転写ベルト3を挟んで、それぞれが対応する1次転写ローラ19K,19Y,19M,19C,19W(特に区別する必要がない場合には1次転写ローラ19と称す場合がある)が配置されている。1次転写ローラ19は、感光体ドラム11と共に中間転写ベルト3を押圧し、中間転写ベルト3にトナー像を1次転写させる。
また、各画像形成ユニット2には、それぞれ対応するアップダウンソレノイド20K,20Y,20M,20C,及び20W(特に区別する必要がない場合には単にアップダウンソレノイド20と称す)が取り付けられる。アップダウンソレノイド20は、画像形成ユニット2の感光体ドラム11が中間転写ベルト3に対して当接又は離間するように、画像形成ユニット2を上下方向に移動させる。即ち、アップダウンソレノイド20は、画像形成ユニット2を中間転写ベルト3に当接させた当接状態と、画像形成ユニット2を中間転写ベルト3に対して離間させた離間状態とを切り替える。
尚、アップダウンソレノイド20は、画像形成ユニット2を離間状態とする際には図示しない離間状態保持部材まで画像形成ユニット2を移動させ、画像形成ユニット2を当接状態とする際には離間状態保持部材から画像形成ユニット2を外して中間転写ベルト3に当接させる。
中間転写ベルト3は、継目なしのエンドレス状に形成される高抵抗の半導電性プラスチックフィルムで構成され、駆動ローラ21、従動ローラ22、及び2次転写対向ローラ23により所定のテンションで張架される。駆動ローラ21は、ベルトモータにより回転され、中間転写ベルト3を図中の矢印A方向に搬送する。従動ローラ22は、中間転写ベルト3に連れ回りする。
ここでは、中間転写ベルト3は、従動ローラ22と駆動ローラ21との間を搬送方向(矢印A方向)に搬送される間、水平を保って移動するように配置され、5つの画像形成ユニット2は、その水平な移動経路に沿って、前記したように順に配置されている。中間転写ベルト3は、この水平移動領域を移動する間、各画像形成ユニット2の感光体ドラム11と、それぞれに対向する1次転写ローラ19との間を移動する。
中間転写ベルト3は、各1次転写ローラ19によってそれぞれが対向する感光体ドラム11に押し当てられており、中間転写ベルト3と各感光体ドラム11は接触して1次転写ニップ部を形成する。この1次転写ニップ部では、1次転写ローラ19に図示しない1次転写電圧発生部から所定の直流電圧が印加されることにより、各感光体ドラム11上のトナー画像を、順次重ねて中間転写ベルト3上に転写する。
画像形成装置1は、筐体4の内部であって、画像形成ユニット2及び中間転写ベルト3の下方に、搬送路10に記録用紙を供給する給紙機構5を配設している。給紙機構5は、用紙収容カセット31、ホッピングローラ32、ピンチローラ33、レジストローラ34、ガイド35、及び給紙センサ36を備えている。
用紙収容カセット31は、複数枚の記録用紙を重ねて収容し、ホッピングローラ32は、用紙収容カセット31に収容される記録用紙をピンチローラ33及びレジストローラ34に送り出す。ピンチローラ33は、用紙がスキュー(用紙が斜め送りされた状態)された場合にそのスキューを修正し、レジストローラ34は、中間転写ベルト3を挟んで2次転写対向ローラ23と対向する位置に配される2次転写ローラ24に記録用紙を送り出す。ガイド35は、記録用紙を2次転写ローラ24へと案内し、給紙センサ36は、ピンチローラ33とレジストローラ34との間に記録用紙が到達したことを検知する。
2次転写ローラ24は、中間転写ベルト3に連れ回りし、中間転写ベルト3は、2次転写ローラ24によって2次転写対向ローラ23に押し当てられている。2次転写ローラ24と中間転写ベルト3は接触して2次転写ニップ部37を形成している。2次転写ニップ部では、2次転写ローラ24に対し、図示しない2次転写電圧発生部から所定の直流電圧が印加されることにより、中間転写ベルト3に1次転写された中間転写ベルト3上のトナー画像を記録用紙上に2次転写する。
画像形成装置1は、搬送路10の用紙搬送方向における2次転写ニップ部37の下流側に定着器6を配設し、2次転写ローラ24と定着器6との間に2次転写排出センサ25を設けている。2次転写排出センサ25は、2次転写ローラ24への記録用紙の巻きつきや中間転写ベルト3からの記録用紙の分離等を監視する。
定着器6は、ヒートローラ41、加圧ローラ42、ヒータ43、及びサーミスタ44を有し、ヒートローラ41は図示しないヒータモータにより駆動される。加圧ローラ42は、ヒートローラ41とは搬送路10を挟むように配され、ヒートローラ41に連れ回されて該ヒートローラ41を加圧する。ヒータ43は、熱源として機能するハロゲンランプ等で構成されてヒートローラ41の内部に設けられ、ヒートローラ41を加熱する。サーミスタ44は、ヒートローラ41の表面近くに配され、ヒートローラ41の表面温度を測定する。
定着器6は、搬送路10に沿ってヒートローラ41と加圧ローラ42との間に搬送される記録用紙上のトナーを加熱及び溶解し、記録用紙上にトナー画像を定着させる。画像形成装置1は、搬送路10の用紙搬送方向における定着器6より下流側に定着排出センサ26を配設し、この定着排出センサ26により、定着器6におけるジャムや記録用紙のヒートローラ41への巻き付き等を監視する。
画像形成装置1は、搬送路10の用紙搬送方向における定着排出センサ26より下流側に、記録用紙を筐体4の上部に設けたスタッカ28へガイドするガイド27を設け、印刷済みの記録用紙をスタッカ28に排出する。また、中間転写ベルト3の移動方向(矢印A方向)における2次転写ニップ部37の下流側に、2次転写において記録用紙に転写されずに中間転写ベルト3上に残留する2次転写残トナーを除去するクリーニングブレード51を配置している。
クリーニングブレード51は、中間転写ベルト3を介して、対向ローラ52と対向する位置に配置され、可撓性のゴム材又はプラスチック材からなり、中間転写ベルト3上に残留する2次転写残トナーを廃トナータンク53に掻き落とす。
一方、画像形成装置1は、筐体4の内部に、環境状態として温度及び湿度を測定する環境センサ7を配設し、この環境センサ7により測定される温度及び湿度に基づいて、中間転写ベルト3に対して当接及び離間を行う画像形成ユニット2を印刷動作開始前に決定し、当接状態と離間状態との切り替えを行う。
本実施の形態で、トナーに用いられる結着樹脂としては、ビニル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂等の熱可塑性樹脂が挙げられる。溶解懸濁法において前記結着樹脂を溶解させる有機溶媒として使用可能な溶剤としては、酢酸エチル、キシレン、ヘキサンの如き炭化水素系溶剤、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸イソプロピルの如きエステル系溶剤、ジエチルエーテル等のエーテル系溶剤、アセトン、メチルエチルケトン、ジイソブチルケトン、シクロヘキサノン、メチルシクロヘキサンの如きケトン系溶剤が挙げられる。
離型剤の一例として、高級脂肪酸及びその金属塩、脂肪酸アミド、エステルワックス、パラフィン・ポリオレフィン系ワックス及びその変性物に挙げられる脂肪族炭化水素系ワックス等が挙げられる。
無機粉体の一例として、亜鉛、アルミニウム、セリウム、コバルト、鉄、ジルコニウム、クロム、マンガン、ストロンチウム、錫、アンチモン等の金属酸化物、チタン酸カルシウム、チタン酸マグネシウム、チタン酸ストロンチウム等の複合金属酸化物、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、炭酸アルミニウム等の金属塩、カオリン等の粘土鉱物、アパタイト等のリン酸化合物、シリカ、炭化ケイ素、窒化ケイ素等のケイ素化合物、カーボンブラックやグラファイト等の炭素粉未が挙げられる。
溶解懸濁法において使用される懸濁安定剤としては、分散後に粒子表面上に付着した状態でトナー粒子が造粒されるので溶媒と親和性が無い酸によって除去できるものが好ましく、例えば炭酸カルシウム、塩化カルシウム、炭化水素ナトリウム、炭化水素カリウム、ヒドロキシアパタイト、リン酸三カルシウム等が挙げられる。
ここで、本実施の形態の画像形成装置1が使用する白トナーについて行った試験について説明する。本発明による白トナーは、例えば、少なくとも白顔料(例えば酸化チタン)、樹脂(例えばポリエステル)、結晶性樹脂、離型剤及び帯電制御樹脂(CCR)を合わせて混練し、粉砕して所定の粒径に分級した後、外添剤の一部としてのコロイダルシリカを適量添加する製造方法によって得られる。
尚、説明を明確にするため、以後、コロイダルシリカを添加する前の(コロイダルシリカを含まない)白トナーを未添加白トナーと称し、コロイダルシリカが添加された(コロイダルシリカを含む)、或は添加の有無を問わない場合の白トナーを単に白トナーと称す。
(試験A)
白トナーでは、低温定着性の確保のために結晶性樹脂を添加する場合があるが、これにより転写性が悪化する。これを補うため、本実施の形態では外添剤の一部にコロイダルシリカを適量用いることで転写性の確保を図った。ここで、添加するコロイダルシリカの適量範囲を特定するため、真密度1.8(g/cm3)以上2.2(g/cm3)以下の白トナーにおいて、コロイダルシリカを添加する前の未添加白トナー100重量部に対してコロイダルシリカを0.75重量部以上1.2重量部以下の範囲で調整した試料を用意し、転写マージン及び低温定着性の試験Aを行った。
白トナーでは、低温定着性の確保のために結晶性樹脂を添加する場合があるが、これにより転写性が悪化する。これを補うため、本実施の形態では外添剤の一部にコロイダルシリカを適量用いることで転写性の確保を図った。ここで、添加するコロイダルシリカの適量範囲を特定するため、真密度1.8(g/cm3)以上2.2(g/cm3)以下の白トナーにおいて、コロイダルシリカを添加する前の未添加白トナー100重量部に対してコロイダルシリカを0.75重量部以上1.2重量部以下の範囲で調整した試料を用意し、転写マージン及び低温定着性の試験Aを行った。
先ず、100%ベタ濃度の調整を行った。その方法としては、OKIエクセレントホワイト紙(沖データ製、80g/m2、A4サイズ)にてカラートナーのベタを印刷してその時の濃度を分光濃度計(X−Rite528:エックスライト社製)で測定し、濃度が1.40になるようにカラートナーの層厚を調整した。このときのカラートナーの層厚は0.40mg/cm2であった。
白トナー濃度については、青紙に白トナーのベタを印刷し、そのときの色相を分光濃度計(X−Rite528)で測定し、L*の値が83になるように白トナーの層厚を調整した。このときの白トナーの層厚は0.90mg/cm2であった。
上記の条件にて、白100%印刷において、白トナーの1次転写効率が90%以上になるときの1次転写良好範囲を求め、更にイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、白(W)の各トナーを使用した、(Y)、(M)、(C)240%(各色80%)+(W)100%の合計340%印刷において、白トナーの1次転写効率が、90%以上になるときの1次転写良好範囲を同様に求めた。
上記100%印刷と340%印刷にて良好範囲が重なる部分を転写マージンとし、転写マージン目標を700V以上とした。この目標は、様々な温湿度・印刷媒体に対応可能な転写マージン目標である。表1にコロイダルシリカの量と転写マージンの関係を示す。
表1に示すように、コロイダルシリカ量が、0.75重量部のときは転写マージンが目標に達しておらず判定NGとした。コロイダルシリカの量が1.0重量部以上になると転写マージンが目標に達するようになる。しかしながら、コロイダルシリカの量が1.2重量部になると低温定着性が悪化したため、判定をNGとした。以上のことから、トナー100重量部に対してコロイダルシリカを1.0重量部以上1.1重量部以下にすることで、低温定着性を確保しつつ転写ムラの少ない白トナーを得ることができる。
(試験B)
上記試験Aで特定した白トナーにおいて、添加する帯電制御樹脂(CCR)の量を振った試料を用意し、ブローオフ帯電とドラムカブリの関係を確認する試験を行った。
上記試験Aで特定した白トナーにおいて、添加する帯電制御樹脂(CCR)の量を振った試料を用意し、ブローオフ帯電とドラムカブリの関係を確認する試験を行った。
ブローオフ帯電測定方法としては、キャリアN−01(日本画像学会)9.7gと白トナー0.3gを容器に入れ、振とう器(YS−LD:(株)ヤヨイ)にて200回/分の条件で10分間撹拌し、帯電したトナーを紛体帯電量測定装置(TYPE TB−203:京セラケミカル(株))にて測定した。
上記帯電測定した白トナーのドラムカブリを採取し、白トナーのブローオフ帯電とドラムカブリとの関係をグラフにした結果を図2に示す。図2に示すように、白トナーのブローオフ帯電量が高くなるに応じてドラムカブリ(色差ΔE)が低くなるのがわかる。更に目標のドラムカブリ(色差ΔE)の値(5以下)とするには、ブローオフ帯電の値を37.8[−μC/g]以上にする必要があることがわかる。尚、ドラムカブリ(色差ΔE)が5以下になると印字上での紙面カブリが気にならなくなるので、ドラムカブリ(色差ΔE)の目標値を5以下とした。
また、色差ΔEは、感光体ドラム(例えば感光体ドラム11W)上のカブリ度合いを計測した数値である。
次に、上記試験Aで特定した白トナーにおいて、帯電制御樹脂(CCR)の添加量とブローオフ帯電との関係を図3に示す。図3に示すように、帯電制御樹脂(CCR)の添加量を、トナー100重量部に対して8.3重量部以上添加することで、ブローオフ帯電量の値を上記した37.8[−μC/g]以上とすることができる。
但し、帯電制御樹脂(CCR)の添加量が15.0重量部を超えると、2次転写電圧の良好範囲が狭くなって転写ムラが悪化するため、帯電制御樹脂(CCR)の添加量は15.0重量部までとする。
一般に、カラートナーの真密度は1.0(g/cm3)以上1.5(g/cm3)以下であり、白トナーの真密度は1.8(g/cm3)以上2.2(g/cm3)以下であり、トナーの粒径はある程度揃ったものが販売されている(例えば7μm)ことから、一粒当たりのトナーの重さは、白トナーの方がカラートナーよりも重いことがわかる。
ところで、トロイダルシリカ添加の効果として「トナーにスペーサを持たせることでトナーと感光体間の付着力を低下させて転写されやすくする」ことがある。上記のように一粒当たりのトナーの重さが白トナーの方が重いことから、トナーと感光体間の付着力が白トナーの方がカラートナーよりも大きいため、白トナーにおいて、付着力の低下による転写効率アップ・転写マージンアップを図るのに、より多くのコロイダルシリカが必要と考えられる。
以上のように本実施の形態によれば、白顔料及び結晶性樹脂を含む真密度1.8(g/cm3)以上2.2(g/cm3)以下の白トナーにおいて、コロイダルシリカを含まない未添加白トナー100重量部に対してコロイダルシリカを1.1重量部以上1.1重量部以下の範囲で添加し、フローオフ帯電の値を37.8[−μC/g]以上とするため、帯電制御樹脂(CCR)を8.3重量部以上15.0重量部以下の範囲で添加することにより、中間転写方式において、定着性を確保しつつ、転写ムラ及びカブリの少ない白トナーを得ることができる。
前記した実施の形態では、本願発明を電子写真方式のカラープリンタに採用した例を示したが、これに限定されるものではなく、他にもMFP(Multi Function Printer)やファクシミリ、複写機等にも利用できる。
1 画像形成装置、 2 画像形成ユニット、 3 中間転写ベルト、 4 筐体、 5 給紙機構、 6 定着器、 7 環境センサ、 10 搬送路、 11 感光体ドラム、 12 帯電ローラ、 13 LEDヘッド、 14 現像ローラ、 15 現像ブレード、 16 供給ローラ、 17 クリーニングブレード、 18 トナーカートリッジ、 19 1次転写ローラ、 20 アップダウンソレノイド、 21 駆動ローラ、 22 従動ローラ、 23 2次転写対向ローラ、 24 2次転写ローラ、 25 2次転写排出センサ、 26 定着排出センサ、 27 ガイド、 28 スタッカ、 31 用紙収容カセット、 32 ホッピングローラ、 33 ピンチローラ、 34 レジストローラ、 35 ガイド、 36 給紙センサ、 37 2次転写ニップ部、 41 ヒートローラ、 42 加圧ローラ、 43 ヒータ、 44 サーミスタ、 51 クリーニングブレード、 52 対向ローラ、 53 廃トナータンク。
Claims (4)
- 白顔料及び結晶性樹脂を含む真密度1.8(g/cm3)以上2.2(g/cm3)以下の白トナーにおいて、コロイダルシリカを含まない未添加白トナー100重量部に対してコロイダルシリカを1.0重量部以上1.1重量部以下添加したことを特徴とする白トナー。
- フロー帯電の値が37.8[−μC/g]以上であることを特徴とする請求項1に記載の白トナー。
- 帯電制御樹脂(CCR)を8.3重量部以上15.0重量部以下添加することを特徴とする請求項1又は2に記載の白トナー。
- 白トナー及びカラートナーを使用する中間転写方式の画像形成装置において、
請求項1から3までの何れか1項に記載の白トナーを使用することを特徴とする画像形成装置。
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