説明

電子写真用トナーおよびそれを備えた画像形成装置

【課題】広い定着領域および高い耐ホットオフセット性能を確保しつつかつ光沢度に悪影響を及ぼさない電子写真用トナーおよびそれを備えた画像形成装置を提供することを課題とする。
【解決手段】少なくとも結着樹脂としてのポリエステル樹脂、着色剤、離型剤および帯電制御剤を含み、前記ポリエステル樹脂が、次の条件:ゲルパーミエーションクロマトグラフにより測定される分子量分布において、(1)分子量1×106.0以上の成分が1%未満でかつ分子量1×105.3以上の成分が5%未満であり、(2)分子量1×103.6以下の成分が20%未満であり、(3)メインピークの半値幅の両端を結ぶ面積が70〜82%であり、かつ(4)テトラヒドロフランに不溶なゲル成分が5%未満であり、(5)ガラス転移温度が50℃以上65℃以下である、を満たすことを特徴とする電子写真用トナーにより、上記の課題を解決する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、広い定着領域を確保しつつかつ光沢度に悪影響を及ぼさない電子写真用トナーおよびそれを備えた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【0002】
POD(プリントオンデマンド)は、IT時代の印刷方式として注目されるデジタル印刷技術であり、小ロット印刷や短納期に有利、バリアブル印刷が可能、1つのデータから通信機能を利用して複数の出力機(「画像形成装置」、「電子写真機」ともいう)を作動させる分散印刷が可能などの利点があり、その市場が拡大しつつある。
【0003】
PODに対応する画像形成装置では高速出力(印刷)が要求され、ヒートローラと未定着画像の接触時間を短くする必要があることから、使用するトナーの性能は、素早く溶けかつホットオフセットに強いことが要求される。
また、上記の接触時間を可能な限り延ばしかつ省電力で瞬間的にトナーを加熱するために、ベルト定着方式が提案されている。但し、ベルト定着方式では、ローラ定着方式に比べて記録媒体である紙との剥離性が悪くなるために、トナーはよりホットオフセットに強い性能が要求される。
【0004】
一般的にトナーのホットオフセット性能を強化するためには、トナーの結着樹脂中に高分子量のゲル成分が添加されるが、定着画像の光沢度が著しく低下するという問題がある。
また、省電力化のため低温定着化が提案されているが、過度なトナーの低融点化は、トナーカートリッジ状態での輸送時における保存安定性および現像槽内でのシェアが掛かった状態でのトナーの耐久性の悪化を招くという問題がある。
以上のことから、高速出力の画像形成装置に使用されるトナーでは、ホットオフセットに強いこと、十分な光沢度を有すること、および保存安定性・耐久性が高いことが要求される。
【0005】
特開2002−23419号公報(特許文献1)には、結着樹脂がゲルパーミエーションクロマトグラフにより測定される分子量分布において、特定分子量にメインピークを有し、混練工程の機械的剪断エネルギーにより得られた特定分子量のサブピークもしくはショルダーを有し、特定量以下の特定の低分子量成分を有し、特定量以下のテトラヒドロフラン(THF)不溶解成分を有し、結着樹脂のガラス転移温度と特定分子量成分の含有量とが特定式を満足する電子写真用トナーが記載されている。そして、このような構成を有することにより、電子写真用トナーが、ベルト定着性、耐ホットオフセット性、保存性および生産性に優れることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開2002−23419号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら、特許文献1の先行技術では、定着画像の光沢度の低下について、また上記のように光沢度を低下させる要因である結着樹脂の高分子量成分を削減することについては検討されておらず、特許文献1による電子写真用トナーでは定着画像の高い光沢度は期待できない。また、特許文献1の先行技術では、トナーのホットオフセット性能を強化するために、テトラヒドロフラン(THF)不溶解成分を特定量以下にすることが記載されているが、これは定着画像の光沢度の向上とは逆行する真逆の考えである。
【0008】
本発明は、広い定着領域および高い耐ホットオフセット性能を確保しつつかつ光沢度に悪影響を及ぼさない電子写真用トナーおよびそれを備えた画像形成装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明者らは、上記の課題を解決するために鋭意研究を行った結果、トナーの結着樹脂に特定のポリエステル樹脂を用いることにより、広い定着領域および高い耐ホットオフセット性能を確保しつつかつ光沢度に悪影響を及ぼさない電子写真用トナーが得られることを見出し、本発明を完成するに到った。
【0010】
かくして、本発明によれば、少なくとも結着樹脂としてのポリエステル樹脂、着色剤、離型剤および帯電制御剤を含み、前記ポリエステル樹脂が、次の条件:
ゲルパーミエーションクロマトグラフにより測定される分子量分布において、
(1)分子量1×106.0以上の成分が1%未満でかつ分子量1×105.3以上の成分が5%未満であり、
(2)分子量1×103.6以下の成分が20%未満であり、
(3)メインピークの半値幅の両端を結ぶ面積が70〜82%であり、かつ
(4)テトラヒドロフランに不溶なゲル成分が5%未満であり、
(5)ガラス転移温度が50℃以上65℃以下である、
を満たすことを特徴とする電子写真用トナーが提供される。
【0011】
また、本発明によれば、上記の電子写真用トナーを備えたことを特徴とする画像形成装置が提供される。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、広い定着領域を確保しつつかつ光沢度に悪影響を及ぼさない電子写真用トナーおよびそれを備えた画像形成装置を提供することができる。
【0013】
また、本発明の電子写真用トナーは、条件(3)におけるメインピークの半値幅の両端を結ぶ面積が78〜82%であることにより、耐ホットオフセット性能を維持しながらより高い光沢度を実現することができる。
さらに、本発明の電子写真用トナーは、少なくとも結着樹脂としてのポリエステル樹脂、着色剤、離型剤および帯電制御剤を機械的剪断力を付加して溶融混練することにより製造されることにより、離型剤が適度に分散され耐ホットオフセットに有効に働き、高分子量の樹脂の分子鎖切断が起き、光沢に悪影響を及ぼす分子量の樹脂から定着に有効でかつホットオフセットに強い分子量の樹脂に変換され、本発明の効果がさらに発揮される。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】本発明の画像形成装置の一例を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
本発明の電子写真用トナー(以下「トナー」ともいう)は、少なくとも結着樹脂としてのポリエステル樹脂、着色剤、離型剤および帯電制御剤を含み、前記ポリエステル樹脂が、次の条件:
ゲルパーミエーションクロマトグラフ(GPC)により測定される分子量分布において、
(1)分子量1×106.0以上の成分が1%未満でかつ分子量1×105.3以上の成分が5%未満であり、
(2)分子量1×103.6以下の成分が20%未満であり、
(3)メインピークの半値幅の両端を結ぶ面積が70〜82%であり、かつ
(4)テトラヒドロフランに不溶なゲル成分が5%未満であり、
(5)ガラス転移温度が50℃以上65℃以下である、
を満たすことを特徴とする。
すなわち、本発明のトナーは、結着樹脂に特定のポリエステル樹脂を用いることを特徴とする。
本発明において、ポリエステル樹脂の分子量に関する規定は、全てゲルパーミエーションクロマトグラフ(GPC)により測定される分子量分布に基づく。なお、GPC測定については実施例において詳述する。
【0016】
特徴(1)は、分子量1×106.0以上の成分が1%未満、好ましくは0.5%未満でかつ分子量1×105.3以上の成分が5%未満、好ましくは2.5%未満であることである。
すなわち、過度な高分子量成分の含有量を抑えることで、画像形成後における定着画像の光沢度の低下を抑えることができる。
各成分の含有量は0%であることが好ましい。分子量1×105.3以上の成分の下限は1.5%程度である。
【0017】
特徴(2)は、分子量1×103.6以下の成分が20%未満、好ましくは15%未満であることである。
すなわち、過度な低分子量成分の含有量を抑えることで、低融点に起因するトナー同士の融着や負荷が掛かったときのトナーの耐久性を向上させることができる。
上記成分の含有量は、少ない方がよいが、メインピークと分子量が近いこともあり、少なくとも10%程度は存在する。
【0018】
特徴(3)は、メインピークの半値幅の両端を結ぶ面積が70〜82%、好ましくは78〜82%、より好ましくは79〜80%であることである。
すなわち、メインピーク付近の分子量の樹脂が定着可能温度域に対して重要な役割を担い、それ以外の分子量成分(低分子量および高分子量)の樹脂は、トナー耐久性を悪化させ、光沢度の低下を引き起こす。
したがって、メインピーク付近の分子量の樹脂が上記の範囲内であれば、トナーの耐久性を高め、光沢度の高い画像を形成できる。
メインピークの半値幅の両端を結ぶ面積が70%未満では、定着画像の光沢度が低下することがある。一方、メインピークの半値幅の両端を結ぶ面積が82%を超えると、トナーの耐ホットオフセット性が低下することがある。
【0019】
特徴(4)は、テトラヒドロフランに不溶なゲル成分が5%未満、好ましくは2%未満であることである。
すなわち、テトラヒドロフランに不溶なゲル成分が多い程、ホットオフセットには強くなるが、定着画像の光沢度の著しい低下を引き起こすので、ゲル成分を5%未満に抑え、特徴(1)を満たすことにより、定着画像の高い光沢度を得ることができる。
上記成分の含有量は0%であることが好ましい。
【0020】
特徴(5)は、ガラス転移温度が50℃以上65℃以下、好ましくは55℃以上60℃以下であることである。
結着樹脂のガラス転移温度が上記の範囲内にあることで、保存安定性や耐久性に強く、光沢度の高い定着画像を形成し得るトナーが得られる。
ガラス転移温度が50℃未満では、トナーの耐ホットオフセット性および保存性が低下することがある。一方、ガラス転移温度が65℃を超えると、定着画像の光沢度が低下することがある。
【0021】
(1)トナー
本発明のトナーは、少なくとも結着樹脂、着色剤、離型剤および帯電制御剤を含み、本発明の効果を阻害しない範囲で必要に応じて公知の添加剤を含んでいてもよい。
【0022】
(結着樹脂)
本発明のトナーの結着樹脂としてのポリエステル樹脂は、通常、2価のアルコール成分および3価以上の多価アルコール成分から選ばれる1種以上と、2価のカルボン酸および3価以上の多価カルボン酸から選ばれる1種以上とを、公知の方法により縮重合反応もしくはエステル化、エステル交換反応により得られる。
縮重合反応における条件は、モノマー成分の反応性により適宜設定すればよく、また重合体が好適な物性になった時点で反応を終了させればよい。例えば、反応温度は170〜250℃程度、反応圧力は5mmHg〜常圧程度である。
【0023】
2価のアルコール成分としては、例えば、ポリオキシプロピレン(2.2)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、ポリオキシプロピレン(3.3)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、ポリオキシプロピレン(2.0)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、ポリオキシプロピレン(2.0)−ポリオキシエチレン(2.0)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、ポリオキシプロピレン(6)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパンなどのビスフェノールAのアルキレンオキシド付加物;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、1,2−プロピレングリコール、1,3−プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、1,4−ブテンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、ジプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコールなどのジオール類;ビスフェノールA;ビスフェノールAのプロピレン付加物;ビスフェノールAのエチレン付加物;水素添加ビスフェノールAなどが挙げられる。
【0024】
3価以上の多価アルコール成分としては、例えば、ソルビトール、1,2,3,6−ヘキサンテトロール、1,4−ソルビタン、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、トリペンタエリスリトール、スクロース(蔗糖)、1,2,4−ブタントリオール、1,2,5−ペンタントリオール、グリセロール、2−メチルプロパントリオール、2−メチル−1,2,4−ブタントリオール、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、1,3,5−トリヒドロキシメチルベンゼンなどが挙げられる。
本発明においては、上記の2価のアルコール成分および3価以上の多価アルコール成分の1種を単独でまたは2種以上を組み合わせて用いることができる。
【0025】
2価のカルボン酸として、例えば、マレイン酸、フマル酸、シトラコン酸、イタコン酸、グルタコン酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、シクロヘキサンジカルボン酸、コハク酸、アジピン酸、セバチン酸、アゼライン酸、マロン酸、n−ドデセニルコハク酸、n−ドデシルコハク酸、n−オクチルコハク酸、イソオクテニルコハク酸、イソオクチルコハク酸およびこれらの酸無水物もしくは低級アルキルエステルなどが挙げられる。
【0026】
3価以上の多価カルボン酸としては、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、2,5,7−ナフタレントリカルボン酸、1,2,4−ナフタレントリカルボン酸、1,2,4−ブタントリカルボン酸、1,2,5−ヘキサントリカルボン酸、1,3−ジカルボキシル−2−メチル−2−メチレンカルボキシプロパン、1,2,4−シクロヘキサントリカルボン酸、テトラ(メチレンカルボキシル)メタン、1,2,7,8−オクタンテトラカルボン酸、ピロメリット酸、エンポール三量体酸およびこれらの酸無水物もしくは低級アルキルエステルなどが挙げられる。
本発明においては、上記の2価のカルボン酸および3価以上の多価カルボン酸の1種を単独でまたは2種以上を組み合わせて用いることができる。
【0027】
本発明の結着樹脂としてのポリエステル樹脂は、上記のような条件を満たす分子量分布を有する。
好ましい重量平均分子量(Mw)は44000〜50000であり、好ましい数平均分子量(Mn)は4500〜5500であり、好ましいそれらの比Mw/Mnは8〜10である。
【0028】
(着色剤)
本発明のトナーの着色剤としては、当該技術分野で常用される有機系および無機系の様々な種類および色の顔料および染料を用いることができ、例えば、黒色、白色、黄色、橙色、赤色、紫色、青色および緑色の着色剤が挙げられる。
【0029】
黒色の着色剤としては、例えば、カーボンブラック、酸化銅、二酸化マンガン、アニリンブラック、活性炭、非磁性フェライト、磁性フェライトおよびマグネタイトなどが挙げられる。
白色の着色剤としては、例えば、亜鉛華、酸化チタン、アンチモン白、硫化亜鉛などが挙げられる。
【0030】
黄色の着色剤としては、例えば、黄鉛、亜鉛黄、カドミウムイエロー、黄色酸化鉄、ミネラルファストイエロー、ニッケルチタンイエロー、ネーブルイエロー、ナフトールイエローS、ハンザイエローG、ハンザイエロー10G、ベンジジンイエローG、ベンジジンイエローGR、キノリンイエローレーキ、パーマネントイエローNCG、タートラジンレーキ、C.I.ピグメントイエロー12、C.I.ピグメントイエロー13、C.I.ピグメントイエロー14、C.I.ピグメントイエロー15、C.I.ピグメントイエロー17、C.I.ピグメントイエロー93、C.I.ピグメントイエロー94、C.I.ピグメントイエロー138などが挙げられる。
【0031】
橙色の着色剤としては、例えば、赤色黄鉛、モリブデンオレンジ、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、インダスレンブリリアントオレンジRK、ベンジジンオレンジG、インダスレンブリリアントオレンジGK、C.I.ピグメントオレンジ31、C.I.ピグメントオレンジ43などが挙げられる。
【0032】
赤色の着色剤としては、例えば、ベンガラ、カドミウムレッド、鉛丹、硫化水銀、カドミウム、パーマネントレッド4R、リソールレッド、ピラゾロンレッド、ウオッチングレッド、カルシウム塩、レーキレッドC、レーキレッドD、ブリリアントカーミン6B、エオシンレーキ、ローダミンレーキB、アリザリンレーキ、ブリリアントカーミン3B、C.I.ピグメントレッド2、C.I.ピグメントレッド3、C.I.ピグメントレッド5、C.I.ピグメントレッド6、C.I.ピグメントレッド7、C.I.ピグメントレッド15、C.I.ピグメントレッド16、C.I.ピグメントレッド48:1、C.I.ピグメントレッド53:1、C.I.ピグメントレッド57:1、C.I.ピグメントレッド122、C.I.ピグメントレッド123、C.I.ピグメントレッド139、C.I.ピグメントレッド144、C.I.ピグメントレッド149、C.I.ピグメントレッド166、C.I.ピグメントレッド177、C.I.ピグメントレッド178、C.I.ピグメントレッド222などが挙げられる。
【0033】
紫色の着色剤としては、例えば、マンガン紫、ファストバイオレットB、メチルバイオレットレーキなどが挙げられる。
【0034】
青色の着色剤としては、例えば、紺青、コバルトブルー、アルカリブルーレーキ、ビクトリアブルーレーキ、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、C.I.ピグメントブルー15、C.I.ピグメントブルー15:2、C.I.ピグメントブルー15:3、C.I.ピグメントブルー16、C.I.ピグメントブルー60などが挙げられる。
【0035】
緑色の着色剤としては、例えば、クロムグリーン、酸化クロム、ピクメントグリーンB、マイカライトグリーンレーキ、ファイナルイエローグリーンG、C.I.ピグメントグリーン7などが挙げられる。
【0036】
本発明においては、上記の着色剤の1種を単独でまたは2種を組み合わせて用いることができ、それらの組み合わせは異色であっても同色であってもよい。
また2種以上の着色剤を複合粒子化して用いてもよい。
複合粒子は、例えば、2種以上の着色剤に適量の水、低級アルコールなどを添加し、ハイスピードミルなどの一般的な造粒機で造粒し、乾燥させることによって製造できる。
さらに、結着樹脂中に着色剤を均一に分散させるために、マスターバッチ化して用いてもよい。
複合粒子およびマスターバッチは、乾式混合の際にトナー組成物に混入される。
【0037】
着色剤の配合量は特に限定されないが、結着樹脂100重量部に対して0.1〜20重量部が好ましく、0.2〜10重量部が特に好ましい。
着色剤の配合量が上記の範囲内であれば、トナーの各種物性を損なうことなしに、高い画像濃度を有し、画質品位の非常に良好な画像を形成することができる。
【0038】
(離型剤)
本発明のトナーの離型剤としては、当該技術分野で常用される離型剤を用いることができ、例えば、パラフィンワックスおよびマイクロクリスタリンワックスならびにそれらの誘導体などの石油系ワックス;フィッシャートロプシュワックス、ポリオレフィンワックス(ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックスなど)、低分子量ポリプロピリンワックスおよびポリオレフィン系重合体ワックス(低分子量ポリエチレンワックスなど)ならびにそれらの誘導体などの炭化水素系合成ワックス;カルナバワックス、ライスワックスおよびキャンデリラワックスならびにそれらの誘導体、木蝋などの植物系ワックス;蜜蝋、鯨蝋などの動物系ワックス;脂肪酸アミドおよびフェノール脂肪酸エステルなどの油脂系合成ワックス;長鎖カルボン酸およびその誘導体;長鎖アルコールおよびその誘導体;シリコーン系重合体;高級脂肪酸などが挙げられる。
上記の誘導体には、酸化物、ビニル系モノマーとワックスとのブロック共重合物、ビニル系モノマーとワックスとのグラフト変性物などが含まれる。
本発明においては、上記の離型剤の1種を単独でまたは2種以上を組み合わせて用いることができる。
【0039】
離型剤は、融点70℃以下の炭化水素系離型剤であるのが好ましい。その下限は60℃程度である。
融点が70℃以下であれば、本発明の効果がさらに発揮され、特に低温定着性において好ましい。
離型剤の配合量は特に限定されないが、結着樹脂100重量部に対して0.2〜20重量部が好ましく、0.5〜10重量部がより好ましく、1.0〜8.0重量部が特に好ましい。
離型剤の配合量が上記の範囲内であれば、トナーの各種物性を損なうことなしに、高い画像濃度を有し、画質品位の非常に良好な画像を形成することができる。
【0040】
(帯電制御剤)
本発明のトナーの帯電制御剤としては、当該技術分野で常用される正電荷制御用および負電荷制御用の電荷制御剤を用いることができる。
【0041】
正電荷制御用の電荷制御剤としては、例えば、ニグロシン染料、塩基性染料、四級アンモニウム塩、四級ホスホニウム塩、アミノピリン、ピリミジン化合物、多核ポリアミノ化合物、アミノシラン、ニグロシン染料およびその誘導体、トリフェニルメタン誘導体、グアニジン塩、アミジン塩などが挙げられる。
負電荷制御用の電荷制御剤としては、例えば、オイルブラック、スピロンブラックなどの油溶性染料、含金属アゾ化合物、アゾ錯体染料、ナフテン酸金属塩、サリチル酸およびその誘導体の金属錯体および金属塩(金属はクロム、亜鉛、ジルコニウムなど)、ホウ素化合物、脂肪酸石鹸、長鎖アルキルカルボン酸塩、樹脂酸石鹸などが挙げられる。
【0042】
本発明においては、上記の電荷制御剤の1種を単独でまたは2種以上を組み合わせて用いることができる。
電荷制御剤の配合量は特に限定されないが、結着樹脂100重量部に対して0.5〜3重量部が好ましく、1〜2重量部が特に好ましい。
電荷制御剤の配合量が上記の範囲内であれば、トナーの各種物性を損なうことなしに、高い画像濃度を有し、画質品位の非常に良好な画像を形成することができる。
【0043】
(トナーの製造方法)
本発明のトナーは、少なくとも、結着樹脂としてのポリエステル樹脂、着色剤、離型剤および帯電制御剤を機械的剪断力を付加して溶融混練することにより製造されるのが好ましい。すなわち、一般的なトナーの製造方法、例えば粉砕法などの乾式法、懸濁重合法、乳化凝集法、分散重合法、溶解懸濁法および溶融乳化法などの湿式法のような公知の方法により作製することができる。これらの中でも、粉砕法は、湿式などに比較して工程が少なく設備投資額も少なく済むなどの点で特に好ましい。
以下粉砕法によるトナー作製方法を説明する。
【0044】
粉砕法によるトナーの作製では、少なくとも結着樹脂、着色剤、離型剤および帯電制御剤を含むトナー材料を混合・溶融混練して混練物を得、次いで混練物を冷却固化・粉砕し、その後必要に応じて分級などの粒度調整を行い、トナー粒子を得る。
【0045】
混合は乾式が好ましく、混合機としては、当該技術分野で常用される公知の装置を使用でき、例えば、ヘンシェルミキサ(商品名、三井鉱山株式会社製)、スーパーミキサ(商品名、株式会社カワタ製)、メカノミル(商品名、岡田精工株式会社製)などのヘンシェルタイプの混合装置、オングミル(商品名、ホソカワミクロン株式会社製)、ハイブリダイゼーションシステム(商品名、株式会社奈良機械製作所製)、コスモシステム(商品名、川崎重工業株式会社製)などの混合装置が挙げられる。
【0046】
混練機としては、当該技術分野で常用される公知の装置を使用でき、例えば、二軸押出機、三本ロール、ラボブラストミルなどの一般的な混練機が挙げられる。具体的には、例えば、TEM−100B(商品名、東芝機械株式会社製)、PCM−65/87、PCM−30(以上いずれも商品名、株式会社池貝製)などの1軸または2軸のエクストルーダ、ニーデックス(商品名、三井鉱山株式会社製)などのオープンロール方式の混練機が挙げられ、これらの中でも、オープンロール方式の混練機は、混練時のシェア(負荷)が強く顔料などの色材および離型剤などを高分散できる点で好ましい。特に、離型剤の高分散は、ホットオフセットに有効に働く。
また、混練時の高負荷により、定着画像の光沢に悪影響を及ぼす結着樹脂の高分子成分は、分子鎖が切断され、定着に有効でかつホットオフセットに強い分子量の樹脂に変換される。一方、結着樹脂の低分子量成分は、混練時の高負荷に対して分子量分布を殆ど変えず、定着に有効な分子量成分が切断されて耐久性が悪化することはない。
【0047】
粉砕機としては、当該技術分野で常用される公知の装置を使用でき、例えば、超音速ジェット気流を利用して粉砕するジェット式粉砕機、高速で回転する回転子(ロータ)と固定子(ライナ)との間に形成される空間に固化物を導入して粉砕する衝撃式粉砕機が挙げられる。
【0048】
分級には、当該技術分野で常用される公知の装置、特に旋回式風力分級機(ロータリー式風力分級機)のような遠心力および風力により過粉砕トナー母粒子を除去できる分級機を使用できる。
【0049】
得られるトナー粒子の体積平均粒径は、好ましくは3〜10μmであり、より好ましくは5〜8μmである。
トナー粒子の体積平均粒径が上記の範囲内であれば、高精細な画像を長期にわたって安定して形成することができる。トナー粒子の体積平均粒径が3μm未満では、トナー粒子の粒径が小さくなり過ぎ、高帯電化および低流動化が起こり、感光体にトナーを安定して供給することができなくなり、地肌かぶりおよび画像濃度の低下などが発生するおそれがある。一方、トナー粒子の平均粒径が10μmを超えると、トナー粒子の粒径が大きくなり過ぎ、高精細な画像が得られないことがある。
【0050】
本発明のトナーは、外添剤をさらに含む1成分現像剤、または外添剤およびキャリアをさらに含む2成分現像剤として用いられる。
(外添剤)
本発明のトナーは、その搬送性および帯電性ならびにトナーを二成分現像剤にする場合のキャリアとの撹拌性などを向上させるために外添剤が用いられる。
外添剤としては、当該技術分野で常用される外添剤を用いることができ、例えば、シリカ、酸化チタンなどが挙げられ、シリコーン樹脂、シランカップリング剤などにより表面処理(疎水化処理)されているものが好ましい。
外添剤の配合量は、トナー100重量部に対して1〜10重量部が好ましく、2〜5重量部がより好ましい。
【0051】
(キャリア)
本発明のトナーは、1成分現像剤、2成分現像剤のいずれの形態でも使用することができる。
2成分現像剤として使用する場合、トナーにさらにキャリアを配合する。
キャリアとしては、当該技術分野で常用されるキャリアを用いることができ、例えば、鉄、銅、亜鉛、ニッケル、コバルト、マンガン、クロムなどからなる単独または複合フェライトおよびキャリア芯粒子を被覆物質で表面被覆したものなどが挙げられる。
被覆物質としては、当該技術分野で常用される被覆物質を用いることができ、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、モノクロロトリフルオロエチレン重合体、ポリフッ化ビニリデン、シリコーン樹脂、ポリエステル、ジターシャーリーブチルサリチル酸の金属化合物、スチレン系樹脂、アクリル系樹脂、ポリアミド、ポリビニルブチラール、ニグロシン、アミノアクリレート樹脂、塩基性染料、塩基性染料のレーキ物、シリカ微粉末、アルミナ微粉末などが挙げられる。これらの被覆物質は、トナー成分に応じて選択し、1種を単独でまたは2種以上を組み合わせて用いることができる。
キャリアの平均粒径は、好ましくは10〜100μm、さらに好ましくは20〜50μmである。
キャリアの配合量は、トナー100重量部に対して4〜15重量部が好ましく、5〜10重量部がより好ましい。
【0052】
(2)画像形成装置
本発明の画像形成装置は、本発明の電子写真用トナーを備えたことを特徴とする。
【0053】
本発明の画像形成装置について、その一例を示す概略断面図である図1を用いて詳細に説明する。なお、図1におけるA方向は、画像形成装置100の正面から裏面に向けた方向である。
【0054】
画像形成装置100は、電子写真方式のプリンタであり、4つの可視像形成ユニット(イエロー可視像形成ユニット110Y、マゼンタ可視像形成ユニット110M、シアン可視像形成ユニット110Cおよびブラック可視像形成ユニット110B:これらを合わせて「可視像形成ユニット110」ともいう)を記録紙搬送路に沿って配列した所謂タンデム式のプリンタである。
具体的には、可視像形成ユニット110に記録紙P(被加熱材、記録媒体)を供給する供給トレイ120と定着装置40との間に形成される記録紙Pの搬送路に沿って4つの可視像形成ユニット110が配設されている。そして、記録紙搬送手段130である無端状の搬送ベルト133によって搬送される記録紙Pに対して各可視像形成ユニット110が各色トナー像を重ねて転写し、その後、定着装置40が記録紙Pに対してトナー像を定着し、これによりフルカラー画像が形成される。
【0055】
搬送ベルト133は、駆動ローラ131とアイドリングローラ132とに架けられており、所定の周速度(150〜400mm/秒程度、例えば220mm/秒)に制御されて周回する。記録紙Pは、周回している搬送ベルト130に静電吸着することによって搬送される。
【0056】
各可視像形成ユニット110においては、感光体ドラム111が備えられ、この感光体ドラム111の周囲に、帯電ローラ112、露光手段(レーザ光照射手段)113、現像器114、転写ローラ115、クリーナー116が配置されている。
【0057】
可視像形成ユニット110Yの現像器Yにはイエロートナーを含む現像剤が収容され、可視像形成ユニット110Mの現像器Mにはマゼンタトナーを含む現像剤が収容され、可視像形成ユニット110Cの現像器Cにはシアントナーを含む現像剤が収容され、可視像形成ユニット110Bの現像器Bにはブラックトナーを含む現像剤が収容されている。
なお、現像剤は、一成分現像剤、二成分現像剤のいずれであってもよい。
また、一成分現像剤に含まれるトナーは、磁性のいずれであってもよく、二成分現像剤に含まれるキャリアは、磁性のいずれであってもよい。
【0058】
そして、各可視像形成ユニット110において、記録紙P上にトナー像が転写されるが、この転写の手順は以下の通りである。まず、帯電ローラ112によって感光体ドラム111表面を一様に帯電し、その後、レーザ光照射手段113によって画像情報に応じて感光体ドラム111表面をレーザで露光して静電潜像を形成する。さらにその後、感光体ドラム111表面の静電潜像に対して現像器114によってトナーが供給される。これにより、前記静電潜像が現像(顕像化)されてトナー画像が生成される。そして、感光体ドラム111表面に生成されたトナー画像は、このトナー画像のトナーとは逆極性のバイアス電圧が印加された転写ローラ115によって、搬送ベルト(搬送手段)130にて搬送される記録紙Pに順次転写されるようになっている。
【0059】
その後、記録紙Pは、搬送ベルト133の湾曲箇所(駆動ローラ131に巻き付いている部分)において搬送ベルト133から剥離し、定着装置40に搬送される。さらに、定着装置40において、所定の温度に加熱された定着ベルトによって記録紙Pに適度な温度と圧力とが与えられる。これにより、記録紙Pのトナーは溶解し、トナーが記録紙Pに定着し、記録紙P上に堅牢な画像が形成される。
【実施例】
【0060】
以下に実施例および比較例により本発明を具体的に説明するが、これらの実施例により本発明が限定されるものではない。
実施例および比較例において、各物性値を以下に示す方法により測定した。
なお、複数のポリエステル樹脂を併用する場合には、予め調製しておいた混合樹脂について測定した。
【0061】
[ポリエステル樹脂のガラス転移温度(Tg):℃]
示差走査熱量計(セイコー電子工業株式会社(現 セイコーインスツル株式会社)製、型式:DSC210)を用いて、昇温速度10℃/分で温度200℃まで昇温し、降温速度100℃/分で温度−10℃まで冷却した樹脂試料を3分間放置し、その後、昇温速度60℃/分で温度25℃まで昇温し2分間保持して、昇温速度10℃/分で加熱しながら測定を開始する。ガラス転移点以下のベースラインの延長線とピークの立ち上がり部分からピークの頂点までの間の最大傾斜を示す接線との交点の温度をガラス転移点(℃)とする。
【0062】
[ポリエステル樹脂の軟化温度(Tm):℃]
流動特性評価装置高化式フローテスター(株式会社島津製作所製、型式:CFT−500D)を用いて、樹脂試料1gを昇温速度6℃/分で加熱しながら、プランジャーにより1.96MPaの荷重を与え、直径1mm、長さ1mmのノズルを押し出すようにして、フローテスターのプランジャー降下量(流れ値)−温度曲線を描き、そのS字曲線の高さをhとするときh/2に対応する温度(樹脂の半分が流出した温度)を軟化点(℃)とする。
【0063】
[ポリエステル樹脂のゲル成分率:%]
ポリエステル樹脂0.5gを秤量し、1級テトロヒドロフラン18mlとスターラーピースと共に容量20mlスクリュー管瓶に入れて30分間攪拌する。予め重量を測定したPTFEろ紙(アドバンテック社製、製品名:PF020)をセットした桐山ロートに得られた樹脂溶液を透過させ、PTFEろ紙を充分に乾燥させる。不溶解成分ごとPTFEろ紙の重量を測定し、次式によりゲル成分率(%)を計算する。
ゲル成分率(%)=
[(不溶解成分重量+ろ紙重量)−(透過処理前のろ紙重量)]/0.5g×100
【0064】
[ポリエステル樹脂の分子量分布]
濃度0.5g/100mLになるように樹脂試料をテトラヒドロフランに溶解させ、得られた溶液をポアサイズ2μmのフッ素樹脂フィルター(住友電気工業株式会社製、品番:FP−200)を用いて濾過して不溶解成分を除いて試料溶液とする。
ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)装置(東ソー株式会社製、型式:
HLC-8320GPC EcoSEC)に、溶解液としてテトラヒドロフランを毎分1mLの流速で流通させ、温度40℃のカラム恒温槽(東ソー株式会社製、型式:CO−8010)中で分析カラム(東ソー株式会社製、型式:GMHXL+G3000HXL)を安定化させ、その分析カラムに試料溶液100μLを注入し測定する。数種類の単分散ポリスチレンを標準試料として予め作成した検量線に基づいて、試料の数平均分子量(Mn)、重量平均分子量(Mw)およびそれらの比率(Mw/Mn)を算出する。
また、得られた分子量分布から、1×106以上の高分子量の重量割合(%)、1×105.3以上の高分子量の重量割合(%)、1×103.6以下の低分子量の重量割合(%)およびメインピークの半値幅の両端を結ぶ面積割合(半値幅面積:%)を算出する。
【0065】
[トナー粒子の体積平均粒径(μm)および変動係数]
粒度分布測定装置(ベックマンコールター社製、型式:コールターマルチサイザーII)を用いて、アパチャー径:100μm、測定粒径範囲:2〜60μm、解析ソフト(ベックマンコールター社製、型式:コールターマルチサイザーアキュコンプ バージョン1.19)、電解液(ベックマンコールター社製、型式:アイソトンII)、分散液ポリオキシエチレンラウリルエーテルHLB13.6(花王株式会社製、品番:エマルゲン109P)5%電解液の条件で、分散液5mlに測定試料10mgを添加し、超音波分散機にて1分間分散させ、その後電解液25mlを添加し、さらに超音波分散機にて1分間分散させ、ビーカーに電解液100mlと分散液を加え、3万個の粒子の粒径を20秒で測定できる濃度で、3万個の粒子を測定し、その粒度分布を求める。得られた粒度分布から体積平均粒径(μm)および変動係数を算出する。
【0066】
(トナー粒子の製造)
(実施例1)
結着樹脂:ポリエステル樹脂1(Tg:58℃、Tm:130℃、ゲル成分率:2%)
91重量部
着色剤:銅フタロシアニン(ピグメントブルー15:3) 5重量部
離型剤:無極性パラフィンワックス(日本精▲蝋▼株式会社製、型番:HNP−11)
3重量部
帯電制御剤:サリチル酸系化合物(オリエント化学工業株式会社製、商品名:ボントロンE84) 1重量部
【0067】
ヘンシェルミキサ(三井鉱山株式会社(現 日本コークス工業株式会社)製、型式:FM20C)を用いて、上記のトナー原料を3分間、前混合した後、二軸押出機(株式会社池貝製、型式:PCM−30)を用いて、シリンダ設定温度120℃、バレル回転数150rpm、原料供給速度15kg/時間で溶融混練して溶融混練物6kgを得た。
得られた溶融混練物を、冷却ベルトで冷却させた後、φ2mmのスクリーンを有する粗砕機(THE ORIENT CO. LTD.製、型式:VM−16)を用いて粗粉砕し、次いでジェット式粉砕機(日本ニューマチック工業株式会社製、型式:IDS−2)を用いて微粉砕し、さらにエルボージェット分級機(日鉄鉱業株式会社製、型式:EJ−LABO)を用いて分級して、実施例1のトナー粒子(体積平均粒径6.9μm、変動係数22)4kgを得た。
【0068】
(実施例2)
二軸押出機の溶融混練の条件を、シリンダ設定温度100℃、バレル回転数200rpm、原料供給速度20kg/時間に変更したこと以外は実施例1と同様にして、実施例2のトナー粒子(体積平均粒径6.9μm、変動係数21)4kgを得た。
【0069】
(実施例3)
二軸押出機の溶融混練の条件を、シリンダ設定温度120℃、バレル回転数150rpm、原料供給速度を20kg/時間に変更したこと以外は実施例1と同様にして、実施例3のトナー粒子(体積平均粒径7.0μm、変動係数24)4kgを得た。
【0070】
(実施例4)
二軸押出機の溶融混練の条件を、シリンダ設定温度120℃、バレル回転数を200rpm、原料供給速度を20kg/時間に変更したこと以外は実施例1と同様にして、実施例4のトナー粒子(体積平均粒径6.8μm、変動係数21)4kgを得た。
【0071】
(実施例5)
ポリエステル樹脂1の代わりに、ポリエステル樹脂2(Tg:52℃、Tm:125℃、ゲル成分率:2%)を用いたこと以外は実施例1と同様にして、実施例5のトナー粒子(体積平均粒径6.7μm、変動係数23)4kgを得た。
【0072】
(実施例6)
ポリエステル樹脂1の代わりに、ポリエステル樹脂3(Tg:65℃、Tm:138℃、ゲル成分率:5%)を用いたこと以外は実施例1と同様にして、実施例6のトナー粒子(体積平均粒径6.9μm、変動係数24)4kgを得た。
【0073】
(比較例1)
二軸押出機の溶融混練の条件を、シリンダ設定温度120℃、バレル回転数100rpm、原料供給速度15kg/時間に変更したこと以外は実施例1と同様にして、比較例1のトナー粒子(体積平均粒径6.7μm、変動係数21)4kgを得た。
【0074】
(比較例2)
二軸押出機の溶融混練の条件を、シリンダ設定温度100℃、バレル回転数200rpm、原料供給速度20kg/時間に変更し、ポリエステル樹脂1の91重量部の代わりに、ポリエステル樹脂1(Tg:58℃、Tm:130℃、ゲル成分率:2%)64重量部およびポリエステル樹脂4(Tg:52℃、Tm:120℃、ゲル成分率:7%)27重量部(重量比7:3)を用いたこと以外は実施例1と同様にして、比較例2のトナー粒子(体積平均粒径6.9μm、変動係数23)4kgを得た。
【0075】
(比較例3)
ポリエステル樹脂1の91重量部の代わりに、ポリエステル樹脂1(Tg:58℃、Tm:130℃、ゲル成分率:2%)64重量部およびポリエステル樹脂4(Tg:52℃、Tm:120℃、ゲル成分率:7%)27重量部(重量比7:3)を用いたこと(比較例2と同様)以外は実施例1と同様にして、比較例3のトナー粒子(体積平均粒径7.1μm、変動係数24)4kgを得た。
【0076】
(比較例4)
二軸押出機の溶融混練の条件を、シリンダ設定温度100℃、バレル回転数200rpm、原料供給速度20kg/時間に変更し(比較例2と同様)、ポリエステル樹脂1の91重量部の代わりに、ポリエステル樹脂1(Tg:58℃、Tm:130℃、ゲル成分率:2%)45.5重量部およびポリエステル樹脂5(Tg:60℃、Tm:140℃、ゲル成分率:15%)45.5重量部(重量比5:5)を用いたこと以外は実施例1と同様にして、比較例4のトナー粒子(体積平均粒径7.0μm、変動係数23)4kgを得た。
【0077】
(比較例5)
二軸押出機の溶融混練の条件を、シリンダ設定温度100℃、バレル回転数300rpm、原料供給速度を20kg/時間に変更したこと以外は実施例1と同様にして、比較例5のトナー粒子(体積平均粒径6.7μm、変動係数21)4kgを得た。
【0078】
(比較例6)
ポリエステル樹脂1の代わりに、ポリエステル樹脂6(Tg:49℃、Tm:120℃、ゲル成分率:1%)を用いたこと以外は実施例1と同様にして、比較例6のトナー粒子(体積平均粒径6.7μm、変動係数21)を
4kg得た。
【0079】
(比較例7)
ポリエステル樹脂1の代わりに、ポリエステル樹脂7(Tg:67℃、Tm:141℃、ゲル成分率:2%)を用いたこと以外は実施例1と同様にして、比較例7のトナー粒子(体積平均粒径7.2μm、変動係数24)を4kg得た。
【0080】
(外添トナーおよび二成分現像剤の製造)
得られた実施例1〜6および比較例1〜7のトナー粒子のそれぞれに、外添剤(流動化剤)としてシリカ粒子(日本アエロジル株式会社製、型番:RX−200)をトナー粒子100重量部に対して1.5重量部添加し、ヘンシェルミキサ(三井鉱山株式会社(現 日本コークス工業株式会社)製、型式:FM150)を用いて混合し、外添トナー 5kgを得た。
得られた外添トナーのそれぞれに、フェライトキャリアをトナー濃度が8重量%になるよう、ナウターミキサー(ホソカワミクロン株式会社製、型式:ラボミキサーLV−0)を用いて混合し、二成分現像剤2kgを得た。
【0081】
(トナーの評価)
実施例1〜6および比較例1〜7のトナー粒子を用いて製造した外添トナーおよび二成分現像剤を用いて、トナーの各物性を以下に示す方法により測定・評価した。
【0082】
<光沢性>
市販の複写機(シャープ株式会社製、型式:MX-2300G)に二成分現像剤を充填し、加熱ローラの表面温度を130℃から220℃まで5℃刻みに設定して画像を形成し、グロスメーター(日本電色工業株式会社製、型式:VG2000)を用いてグロス値が50以上の領域を調べた。
以下の基準で光沢性を評価した。
◎(最良):グロス値50以上領域が20℃以上
○(良好):グロス値50以上領域が15℃以上20℃未満
△(実用上問題なし):グロス値50以上領域が、5℃以上15℃未満
×(不良):グロス値50以上領域が存在しない
【0083】
<耐ホットオフセット性>
光沢性の評価と同様にして、ホットオフセットが発生する温度を調べた。
以下の基準で耐ホットオフセット性を評価した。
○(良好):ホットオフセットが215℃以上で発生する
△(実用上問題なし):ホットオフセットが205℃以上215℃未満で発生する
×(不良):ホットオフセットが205℃未満で発生する
【0084】
<保存性>
容量50mLのポリ容器に外添トナー100gを密閉し、55℃で48時間放置した。その後、取出したトナーを#100メッシュ(目開き150μm)のふるいに掛け、ふるい上に残存するトナーの重量を測定し、トナー全重量に対する割合として残存量を求め、以下の基準で保存性を評価した。
数値が低いほど、トナーがブロッキングを起こさず、保存性が良好であることを示す。
○(良好):残存量0%(トナーの残存なし)
△(実用上問題なし):残存量5%未満
×(不良):残存量5%以上
【0085】
<総合評価>
上記3種の評価結果を総合して以下の基準で分類した。
◎(最良):全ての評価で○以上であり、かつ光沢評価が◎である。
○(良好):評価結果に×がなく、△が1個以下である。
△(実用上問題なし):評価結果に×がなく、△が2個以上ある。
×(不良):評価結果に×がある
【0086】
【表1】

【0087】
表1の結果から次のことがわかる。
(1)本発明のトナー(実施例1〜6)は、光沢性、耐ホットオフセット性および保存性の全てにおいて優れている。
(2)本発明の規定量を超える高分子量成分を含む結着樹脂を含むトナー(比較例1)は、光沢性に劣る。
(3)本発明の規定量を超える低分子量成分を含む結着樹脂を含むトナー(比較例2)は、耐ホットオフセット性および保存性に劣る。
(4)結着樹脂の分子量分布におけるメインピークの半値幅の両端を結ぶ面積が本発明の規定量未満であるトナー(比較例3)は、光沢性に劣る。
(5)本発明の規定量を超える結着樹脂のテトラヒドロフランに不溶なゲル成分を含むトナー(比較例4)は、光沢性に劣る。
(6)結着樹脂の分子量分布におけるメインピークの半値幅の両端を結ぶ面積が本発明の規定量を超えるトナー(比較例5)は、耐ホットオフセット性に劣る。
(7)結着樹脂のガラス転移温度が本発明の規定値未満であるトナー(比較例6)は、耐ホットオフセット性および保存性に劣る。
(8)結着樹脂のガラス転移温度が本発明の規定値を超えるトナー(比較例7)は、光沢性に劣る。
【符号の説明】
【0088】
40 定着装置
P 記録紙(記録材)
100 画像形成装置
110Y イエロー可視像形成ユニット
110M マゼンタ可視像形成ユニット
110C シアン可視像形成ユニット
110B ブラック可視像形成ユニット
111 感光体ドラム
112 帯電ローラ
113 露光手段(レーザ光照射手段)
114 現像器
115 転写ローラ
116 クリーナー
120 供給トレイ
130 記録紙搬送手段
131 駆動ローラ
132 アイドリングローラ
133 無端状の搬送ベルト
A 図面方向
Y イエロートナーを含む現像剤が収容された現像器
C シアントナーを含む現像剤が収容された現像器
M マゼンタトナーを含む現像剤が収容された現像器
B ブラックトナーを含む現像剤が収容された現像器

【特許請求の範囲】
【請求項1】
少なくとも結着樹脂としてのポリエステル樹脂、着色剤、離型剤および帯電制御剤を含み、前記ポリエステル樹脂が、次の条件:
ゲルパーミエーションクロマトグラフにより測定される分子量分布において、
(1)分子量1×106.0以上の成分が1%未満でかつ分子量1×105.3以上の成分が5%未満であり、
(2)分子量1×103.6以下の成分が20%未満であり、
(3)メインピークの半値幅の両端を結ぶ面積が70〜82%であり、かつ
(4)テトラヒドロフランに不溶なゲル成分が5%未満であり、
(5)ガラス転移温度が50℃以上65℃以下である、
を満たすことを特徴とする電子写真用トナー。
【請求項2】
前記条件(3)におけるメインピークの半値幅の両端を結ぶ面積が、78〜82%である請求項1に記載の電子写真用トナー。
【請求項3】
前記電子写真用トナーが、少なくとも、前記結着樹脂としてのポリエステル樹脂、着色剤、離型剤および帯電制御剤を機械的剪断力を付加して溶融混練することにより製造される請求項1または2に記載の電子写真用トナー。
【請求項4】
請求項1〜3のいずれか1つに記載の電子写真用トナーを備えたことを特徴とする画像形成装置。

【図1】
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【公開番号】特開2013−68737(P2013−68737A)
【公開日】平成25年4月18日(2013.4.18)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−206332(P2011−206332)
【出願日】平成23年9月21日(2011.9.21)
【出願人】(000005049)シャープ株式会社 (33,933)
【Fターム(参考)】