JP4518143B2 - 電子写真用トナー、電子写真用現像剤、プロセスカートリッジ及び画像形成装置 - Google Patents
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Description
上記問題に対しては、例えばスチレン−アクリル系樹脂に140℃における溶融粘度が0.5CPS以上10CPS未満、針入度が3dmm以下のオフセット防止剤を含むトナーが提案されている(例えば、特許文献2参照)。また、ワックスとして酸化ポリエチレンを用いることによってオフセット防止効果があることが提示されている(例えば、特許文献3〜5参照)。
すなわち、本発明の請求項1に係る発明は、結着樹脂と、着色剤と、酸化ポリエチレンのアルカリ金属塩と、前記酸化ポリエチレンのアルカリ金属塩以外のワックスと、を含む電子写真用トナーである。
プロセス速度が1000mm/秒以上であり、前記現像剤が請求項5に記載の電子写真用現像剤である画像形成装置である。
請求項2に係る発明によれば、酸化ポリエチレンのカルボキシル基を効率よく金属塩化することができる。
請求項3に係る発明によれば、耐ブロッキング性や定着後の耐スミヤ性により優れた電子写真用トナーが得られる。
請求項4に係る発明によれば、特に光定着を行った場合でも定着性と耐スミヤ性とに優れた電子写真用トナーが得られる。
請求項5に係る発明によれば、使用時の保存性が良好であり、特に高速プロセスで定着を行った場合にも耐スミヤ性に優れた画像形成が可能な電子写真用現像剤が得られる。
請求項6に係る発明によれば、使用時の保存性が良好であり、特に高速プロセスで定着を行った場合にも耐スミヤ性に優れた画像形成が可能な電子写真用現像剤の取り扱いを容易にし、種々の構成の画像形成装置への適用性を高めることができる。
請求項7に係る発明によれば、高速プロセスでの安定した画像形成性に優れ、定着後の耐スミヤ性に優れた画像形成を行うことができる。
請求項8に係る発明によれば、特に印刷機と同等レベルの画像形成及び後処理を安定して維持することができる。
<電子写真用トナー>
本実施形態の電子写真用トナー(以下、「トナー」という場合がある)は、結着樹脂と、着色剤と、酸化ポリエチレンのアルカリ金属塩と、前記酸化ポリエチレンのアルカリ金属塩以外のワックスと、を含むことを特徴とする。
そして、前記光定着によりトナー像の定着を行う場合には、定着の際にトナーが押しつぶされず熱ロール定着の場合より定着像(トナー)の盛り上がりが高くなるため、紙等のこすれによる剥がれ落ちが起こりやすく、前記スミヤはさらに問題となりやすい。
(酸化ポリエチレンのアルカリ金属塩)
まず、本実施形態に用いる酸化ポリエチレンのアルカリ金属塩について説明する。
−酸化ポリエチレン−
酸化ポリエチレン(ワックス)は、通常、原料であるポリエチレンを溶融状態にし、この溶融物中に酸素または酸素含有ガスを導入し酸化反応させることにより製造される。このような酸化ポリエチレンの製造方法としては、例えば米国特許第3278513号明細書、ドイツ特許出願公開(DE−A)第1227654号公報、ドイツ特許出願公開第2241057号公報、東ドイツ特許(DD)第283730号明細書などに記載された方法が知られている。
なお、前記原料ポリエチレンの製造に好適に用いられる金属触媒としては、チーグラー系触媒、メタロセン系触媒などがある。
重量平均分子量が600に満たないと、最終的な金属塩の樹脂中への分散性には優れるものの融解温度が低く低分子量であるためトナーにおけるブロッキング発生の原因となる場合がある。900を超えると、樹脂中への良好な分散性、分散助剤機能を発揮できない場合がある。
以下の各種成分の分子量測定も同様である。
また、酸化は常圧または加圧下に好適に行うことができ、加圧下に行う場合には、0.5Mpa以上0.8MPa以下、好ましくは0.55MPa以上0.75MPa以下の圧力下に行うことが望ましい。
得られた酸化ポリエチレンの酸価は、好ましくは6mgKOH/g以上30mgKOH/g以下が望ましく、より好適には10mgKOH/g以上20mgKOH/g以下である。
なお、カルボキシル基が後述する塩構造(−COO−Y+:ここでY+はアルカリ金属イオンを示す)を形成している場合は、塩酸等の酸で塩をカルボン酸に変換した後、上述の滴定を行い酸価を求めることができる。
具体的に前記反応は、前記酸化ポリエチレン及び金属化合物をスクリュー押出機に供給し、各重合体が溶融する温度で混練することによって行なわれる。金属化合物は直接スクリュー押出機に供給してもよいが、反応を円滑に進めるために、酸化ポリエチレンをベースポリマーとするマスターバッチを作って使用するのが好ましい。
なお、上記イオン化反応は、例えばトナーを溶融混練法で作製する場合には、溶融混練時に酸化ポリエチレンと共にアルカリ金属化合物を添加することにより、混練と同時に行ってもよい。
なお、酸化ポリエチレンのアルカリ金属塩中の金属は、蛍光X線分析を行うことにより同定できる。
本実施形態における結着樹脂としては、公知のバインダー樹脂を使用することができる。結着樹脂の主成分としては、ポリエステル樹脂、ポリオレフィン樹脂が好ましいが、スチレンとアクリル酸またはメタクリル酸との共重合体、ポリ塩化ビニル、フェノール樹脂、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、ポリ酢酸ビニル、シリコーン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン、ポリアミド樹脂、フラン樹脂、エポキシ樹脂、キシレン樹脂、ポリビニルブチラール、テルペン樹脂、クマロンインデン樹脂、石油系樹脂、ポリエーテルポリオール樹脂等などを単独または併用することができる。
これらの中では、分解温度を高くしやすい等の点から、ポリエステル樹脂を使用することが好ましい。
なお、以上述べたトナーに使用される結着樹脂のTg(ガラス転移温度)は、好ましくは50℃以上80℃以下の範囲である。
上記ポリエステル樹脂を含むことにより、特に高速での良好な光定着性が確保され、前記耐スミヤ性等に対してもより有効となるため好適である。
本実施形態の電子写真用トナーに用いられる着色剤としては、下記に示すものをトナーの色彩に対応させて適宜選択して用いることができる。
例えばシアントナーにおいては、その着色剤として、例えば、C.I.ピグメントブルー1、同2、同3、同4、同5、同6、同7、同10、同11、同12、同13、同14、同15、同15:1、同15:2、同15:3、同15:4、同15:6、同16、同17、同23、同60、同65、同73、同83、同180、C.I.バットシアン1、同3、同20等や、紺青、コバルトブルー、アルカリブルーレーキ、フタロシアニンブルー、無金属フタロシアニンブルー、フタロシアニンブルーの部分塩素化物、ファーストスカイブルー、インダスレンブルーBCのシアン顔料、C.I.ソルベントシアン79、162等のシアン染料などを用いることができる。これらの中では、C.I.ピグメントブルー15:3が有効である。
また、ブラックトナーにおいては、その着色剤として、例えば、カーボンブラック、活性炭、チタンブラック、磁性粉、Mn含有の非磁性粉などを用いることができる。また、イエロー、マゼンタ、シアン、レッド、グリーン、ブルー顔料を混合したブラックトナーを含めることができる。
また、本実施形態の電子写真用トナーは前記酸化ポリエチレンのアルカリ金属塩以外のワックスを含み、その他に必要に応じて帯電制御剤を用いることができる。
本実施形態の電子写真用トナーに含有させるワックスとしては、エステルワックス、ポリエチレン、ポリプロピレンまたはポリエチレンとポリプロピレンの共重合物が最も好ましいが、ポリグリセリンワックス、マイクロクリスタリンワックス、パラフィンワックス、カルナバワックス、サゾールワックス、モンタン酸エステルワックス、脱酸カルナバワックス、パルミチン酸、ステアリン酸、モンタン酸、ブランジン酸、エレオステアリン酸、バリナリン酸などの不飽和脂肪酸類、ステアリルアルコール、アラルキルアルコール、ベヘニルアルコール、カルナウビルアルコール、セリルアルコール、メリシルアルコール、あるいは更に長鎖のアルキル基を有する長鎖アルキルアルコール類などの飽和アルコール類;ソルビトールなどの多価アルコール類;リノール酸アミド、オレイン酸アミド、ラウリン酸アミドなどの脂肪酸アミド類;メチレンビスステアリン酸アミド、エチレンビスカプリン酸アミド、エチレンビスラウリン酸アミド、ヘキサメチレンビスステアリン酸アミドなどの飽和脂肪酸ビスアミド類、エチレンビスオレイン酸アミド、ヘキサメチレンビスオレイン酸アミド、N,N’−ジオレイルアジピン酸アミド、N,N’−ジオレイルセバシン酸アミドなどの、不飽和脂肪酸アミド類;m−キシレンビスステアリン酸アミド、N,N’−ジステアリルイソフタル酸アミドなどの芳香族系ビスアミド類;ステアリン酸カルシウム、ラウリン酸カルシウム、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸マグネシウムなどの脂肪酸金属塩(一般に金属石けんといわれているもの);脂肪族炭化水素系ワックスにスチレンやアクリル酸などのビニル系モノマーを用いてグラフト化させたワックス類;ベヘニン酸モノグリセリドなどの脂肪酸と多価アルコールの部分エステル化物;植物性油脂の水素添加などによって得られるヒドロキシル基を有するメチルエステル化合物などが挙げられる。
重量平均分子量が12000に満たないと、樹脂中に均一に分散させても硬度が十分でなくこすれに対して剥がれ落ち等を生じてしまう場合がある。100000を超えると、硬いためトナー中への分散が難しくトナー化してもスミヤに対し大きな効果が得られない場合がある。
なお、前記DSCの測定は、測定原理から、高精度の内熱式入力補償型の示差走査熱量計で測定することが好ましく、室温(25℃)から昇温速度10℃/分にて行う。
帯電制御剤としては、公知のカリックスアレン、ニグロシン系染料、四級アンモニウム塩、アミノ基含有のポリマー、含金属アゾ染料、サリチル酸の錯化合物、フェノール化合物、アゾクロム系、アゾ亜鉛系などが使用できる。 その他、トナーには鉄粉、マグネタイト、フェライト等の磁性材料を混合し磁性トナーでも使用できる。特に、カラートナーの場合には公知の白色の磁性粉(例えば日鉄鉱業社製)を用いることができる。
本実施形態のトナーは、粉砕法や重合法等の公知のトナー製造方法と同様の方法で作製することが可能である。
粉砕法を利用する場合には、例えば、まず、上述の酸化ポリエチレンのアルカリ金属塩及びバインダ樹脂(結着樹脂)に、必要に応じて着色剤、ワックス組成物、帯電制御剤などの成分を混合した後、ニーダー、押し出し機などを用いて上記材料を溶融混練する。この後、得られた溶融混錬物を粗粉砕した後、ジェットミル等で微粉砕し、風力分級機により、目的とする粒径のトナー粒子を得る。更には、その後工程として、ハイブリダイゼーションシステム(奈良機械製作所製)、メカノフュージョンシステム(ホソカワミクロン社製)、クリプトロンシステム(川崎重工業社製)等を用いて、機械的外力を加えることで粉砕後のトナー形状を変化させることができる。また、熱風による球形化も挙げることができる。さらには、風力分級機等により分級処理を施してトナー粒度分布を調整しても良い。
その後、必要に応じてこのトナー粒子に外添剤を添加して、本実施形態のトナーを得ることができる。
懸濁重合法を利用して本実施形態のトナーを作製する場合には、例えば、まず、上述の酸化ポリエチレンのアルカリ金属塩に、スチレン、ブチルアクリレート、2−エチルヘキシルアクリレートなどのモノマー、ジビニルベンゼンなどの架橋剤、ドデシルメルカプタンなどの連鎖移動剤、重合開始剤に加えて、必要に応じて着色剤、帯電制御剤、ワックス組成物などをさらに混合してモノマー組成物を作製する。
その後、上述の酸化ポリエチレンのアルカリ金属塩に加えて、さらに必要に応じて着色剤、帯電制御剤、ワックス組成物などの粉末を樹脂粒子が分散したサスペンション中に添加し、サスペンションのpH、攪拌強度、温度などを調整することにより樹脂粒子と、酸化ポリエチレンのアルカリ金属塩粉末などをヘテロ凝集させてヘテロ凝集体を得る。さらに、反応系を樹脂粒子のガラス転移温度以上に加熱して、ヘテロ凝集体を融着させトナー粒子を得る。その後、このトナー粒子の洗浄、乾燥を行い、必要に応じて外添剤を添加すれば本実施形態のトナーを得ることができる。
なお、上記トナー平均円形度は、フロー式粒子像解析装置(シメックス社製、FPIA2000)を用い、水分散系でトナー粒子の投影像の周囲長(周囲長)と、トナー粒子の投影面積に等しい円の円周長(円相当周囲長)とを求め、(円相当周囲長/周囲長)により計算される。
上記トナー形状係数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(1)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 ・・・ 式(1)
上記式(1)中、MLはトナー粒子の絶対最大長、Aはトナー粒子の投影面積を各々示す。
本実施形態におけるトナー体積平均粒径、及び粒径分布指標等は、コールターマルチサイザーII(ベックマン−コールター社製)を用い、電解液はISOTON−II(ベックマン−コールター社製)を使用して測定した。
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、体積、数それぞれ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、体積平均粒子径D16v及び個数平均粒子径D16pと定義し、累積50%となる粒径を、体積平均粒子径D50v(既述のトナーの体積平均粒径はこれを指す)及び個数平均粒子径D50pと定義する。同様に、累積84%となる粒径を、体積平均粒子径D84v及び数平均粒子径D84p定義する。これらを用いて、体積平均粒度分布指標(GSDv)は、(D84v/D16v)1/2として算出される。
前記無機粒子としては例えば、シリカ粉末、アルミナ、酸化チタン、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、ケイ砂、クレー、雲母、ケイ灰石、ケイソウ土、酸化クロム、酸化セリウム、ベンガラ、三酸化アンチモン、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、硫酸バリウム、炭酸バリウム、炭酸カルシウム、炭化硅素、窒化硅素などが挙げられるが、シリカ粉末が特に好ましい。
上記無機粒子や樹脂粒子、さらに必要に応じ所望の添加剤を、ヘンシェルミキサー等の混合機により充分混合し、本実施形態のトナーを得ることができる。
本実施形態の電子写真用現像剤(以下、「現像剤」と略す場合がある)は、前記本実施形態のトナーからなる1成分現像剤、あるいは、キャリアと前記トナーとからなる2成分現像剤のいずれであってもよい。
以下、本実施形態の現像剤が二成分現像剤である場合について詳細に説明する。
本実施形態の画像形成装置は、前述の電子写真用トナーを含む現像剤を用いて、記録媒体上にトナー像の定着像を形成できるものであれば特に限定されないが、具体的には以下のような、少なくとも記録媒体上にトナー像を形成するトナー像形成手段とトナー像を記録媒体に定着させる定着手段とを有するものである。
S=((1/2)×C×V2)/(u×L)×(n×f) ・・・ 式(2)
上記式(2)中、nは一度に発光するランプ本数(本)、fは点灯周波数(Hz)、Vは入力電圧(V)、Cはコンデンサ容量(F)、uはプロセス搬送速度(cm/s)、Lはフラッシュランプの有効発光幅(通常は最大用紙幅、cm)、Sはエネルギー密度(J/cm2)を表す。
ここで、複数回トナーに対しフラッシュ発光を行う場合、前記フラッシュランプの発光エネルギーは、発光1回ごとの前記単位面積に与える発光エネルギーの総和量を指すこととする。
さらに、フラッシュランプ1本の1回の発光による発光エネルギーは、0.1J/cm2以上1J/cm2以下の範囲であることが好ましく、0.4J/cm2以上0.8J/cm2以下の範囲であることより好ましい。
図1は、前記加熱ロール型定着装置を備えた画像形成装置の一例を示す概略模式図である。この画像形成装置100はプロセス速度(用紙の搬送速度)が1000mm/秒以上の高速機であり、記録媒体としてはロール紙(連続紙)を使用している。図に示すように、画像形成装置100にはロール紙供給部12が配置されている。ロール紙供給部12にセットされたロール紙(連続紙)16は、フィードロール21とピンチロール22により、画像形成部(トナー像形成手段)37へ搬送される。
図2は、前記光定着装置を備えた画像形成装置の一例について示す概略模式図である。図2に示す画像形成装置は、シアン、マゼンタ、イエローの3色にブラックを加えたトナーによりトナー像形成を行うものを示す。また、この画像形成装置におけるプロセス速度も1000mm/秒以上に設定されている。
その後、図1に示す画像形成装置と同様に、図示しないカッターや封入封緘装置などの後処理機(後処理手段)による処理を経て、各種の用途に応じた画像として適宜使用される。
本実施例に用いた酸化ポリエチレンのアルカリ金属塩は、商品名ポリメコン(カリウム塩、重量平均分子量:720、東洋ペトロライト(株)製)である。この酸化ポリエチレンのアルカリ金属塩の赤外吸収スペクトル(FT−IR)を図3に示す。なおこの測定は、以下の条件で行った。
KBr法により粒状試料よりプレスフィルムを作製し、下記の条件によりIRスペクトルを測定した。
−測定装置−
赤外分光光度計(FT−IR、FTS−6000、Biorad製)
−測定方法−
・測定法:フィルム−透過法
・測定範囲:4000cm−1乃至400cm−1
・分解能:4cm−1
・積算回数:128回
得られたトナーを用い2成分現像剤を作製した。上記の各トナーと混合させるキャリアとしては、シリコーン樹脂(東レ−ダウコーニングシリコーン社製、SR2411)をコーティングした汎用の体積平均粒径が60μmキャリアを用いた。各トナー4.5部に対しキャリアを95.5部混合し、2時間、10Lのボールミルにて混合し、各現像剤3.5kgを作製した。この様にして得られた現像剤を用い、以下のような方法によって定着性、色再現性に関して評価を行った。
−耐ブロッキング性評価−
約10gのトナーを50ccのポリカップに入れ、55℃で24時間放置した後、トナーのブロッキング性を目視により以下の基準で評価した。
◎:非常に良好(変化なし)。
○:良好(凝集体が見られるが容易にほぐれる)。
△:普通(ほぐれにくい)。
×:悪い(ほぐれない固まり(ケーキング))。
前記各現像剤を用い、定着性を含めた画像評価を行った。評価装置としては、光定着器として700nm乃至1500nmの波長範囲に高い発光強度を有するキセノンフラッシュランプを搭載した富士ゼロックス社製CF1100プリンタ改造機(プロセス速度:1430mm/秒、A4で毎分500枚相当)を用いた。なお、フラッシュランプの発光エネルギーは3.0J/cm2、ディレイ時間は0.5msecとした。
◎:非常に良好(低下率:5%未満)。
○:良好(低下率:5%以上10%未満)。
△:普通(低下率:10%以上20%未満)。
×:悪い(低下率:20%以上)。
以上の評価結果をまとめて表2に示す。
2a,2b,2c,2d 露光手段
3a,3b,3c,3d 感光体
4a,4b,4c,4d 現像手段
10 記録用紙(記録媒体)
16 ロール紙(連続紙)
20 シアン現像ユニット
30 マゼンタ現像ユニット
33 カッター(後処理手段)
37 画像形成部(トナー像形成手段)
40 イエロー現像ユニット
44 定着装置
46 用紙センサ
48 エンコーダ
50 ブラック現像ユニット
60 排出トレイ
70a,70b,70c,70d 転写手段
71,72 ローラ
80 転写電圧供給手段
90 光定着手段(定着手段)
Claims (8)
- 結着樹脂と、着色剤と、酸化ポリエチレンのアルカリ金属塩と、前記酸化ポリエチレンのアルカリ金属塩以外のワックスと、を含むことを特徴とする電子写真用トナー。
- 前記アルカリ金属塩を構成する金属が、カリウムであることを特徴とする請求項1に記載の電子写真用トナー。
- 前記ワックスがポリエチレンを含むことを特徴とする請求項1または2に記載の電子写真用トナー。
- 前記ポリエチレンの重量平均分子量が、12,000以上100,000以下であることを特徴とする請求項3に記載の電子写真用トナー。
- トナーを含み、該トナーが請求項1乃至4のいずれか1項に記載の電子写真用トナーであることを特徴とする電子写真用現像剤。
- 現像剤保持体を少なくとも備え、請求項5に記載の電子写真用現像剤を収めることを特徴とするプロセスカートリッジ。
- トナーを含む現像剤により記録媒体上にトナー像を形成するトナー像形成手段と、該トナー像を加熱・加圧または光により記録媒体に定着させる定着手段と、を有し、
プロセス速度が1000mm/秒以上であり、前記現像剤が請求項5に記載の電子写真用現像剤であることを特徴とする画像形成装置。 - 前記記録媒体が連続紙であり、前記定着手段の下流側に定着後の前記連続紙に対して後処理を施す後処理手段を備えることを特徴とする請求項7に記載の画像形成装置。
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