JP2007248913A - ワックス含有一成分現像用トナー、それを用いた画像形成方法、画像形成装置及びプロセスカートリッジ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ワックス含有非磁性一成分現像用トナーは、少なくともワックス含有樹脂、色材、外添剤を含み、体積平均粒径が6〜10μmで、5Nの荷重負荷を与えたトナー粉体層中にスクリューブレードを回転させながら侵入させて、ブレードが粉体層中を移動する時に発生するトルクと荷重から算出されるトータルエネルギーがブレード回転数100mm/sの時に800〜1600mJで、移送性指数が4〜10。
【選択図】図3
Description
該現像ローラに接触対向させたトナー供給ローラを有する縦型現像装置に用いるワックス含有非磁性一成分現像用トナーであって、該トナーは、少なくともワックス含有樹脂、色材、外添剤を含み、該トナーの体積平均粒径が6〜10μmであり、5Nの荷重負荷を与えたトナー粉体層中にスクリューブレードを回転させながら侵入させて、ブレードが粉体層中を移動する時に発生するトルクと荷重から算出されるトータルエネルギーがブレード回転数100mm/sの時に800〜1600mJであり、移送性指数が4〜10であることを特徴とするワックス含有非磁性一成分現像用トナー。
第1バインダー樹脂および第2バインダー樹脂の種類は特に制限されず、フルカラートナーの分野で公知のバインダー樹脂、例えば、ポリエステル系樹脂、(メタ)アクリル系樹脂、スチレン−(メタ)アクリル系共重合体樹脂、エポキシ系樹脂、COC(環状オレフィン樹脂(例えば、TOPAS−COC(Ticona社製)))等であってよいが、オイルレス定着の観点から、第1バインダー樹脂および第2バインダー樹脂はいずれもポリエステル系樹脂を使用することが好ましい。
一般に、ワックスの極性が低いほうが定着部材ローラとの離型性に優れている。本発明に用いられるワックスは、極性の低い炭化水素系ワックスである。
本発明のトナーには、ワックスの分散を助けるワックス分散剤を含有させても良い。ワックス分散剤としては特に限定はなく、公知のものを使用することができ、ワックスとの相溶性の高いユニットと樹脂との相溶性の高いユニットがブロック体として存在するポリマーやオリゴマー、ワックスとの相溶性の高いユニットと樹脂との相溶性の高いユニットのうち一方に他方がグラフトしているポリマーもしくはオリゴマー、エチレン・プロピレン・ブテン・スチレン・α−スチレンなどの不飽和炭化水素と、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、無水マレイン酸、イタコン酸、無水イタコン酸などのα,β−不飽和カルボン酸やそのエステルもしくはその無水物との共重合体、ビニル系樹脂とポリエステルとのブロック、もしくはグラフト体などが挙げられる。
本発明のトナーにおいて、従来からフルカラートナーで使用されている公知の荷電制御剤を用いてよい。例えば、ニグロシン系染料、トリフェニルメタン系染料、クロム含有金属錯体染料、モリブデン酸キレート顔料、ローダミン系染料、アルコキシ系アミン、4級アンモニウム塩(フッ素変性4級アンモニウム塩を含む)、アルキルアミド、燐の単体または化合物、タングステンの単体または化合物、フッ素系活性剤、サリチル酸金属塩及び、サリチル酸誘導体の金属塩等である。具体的にはニグロシン系染料のボントロン03、4級アンモニウム塩のボントロンP−51、含金属アゾ染料のボントロンS−34、オキシナフトエ酸系金属錯体のE−82、サリチル酸系金属錯体のE−84、フェノール系縮合物のE−89(以上、オリエント化学工業社製)、4級アンモニウム塩モリブデン錯体のTP−302、TP−415(以上、保土谷化学工業社製)、4級アンモニウム塩のコピーチャージPSY VP2038、トリフェニルメタン誘導体のコピーブルーPR、4級アンモニウム塩のコピーチャージ NEG VP2036、コピーチャージ NX VP434(以上、ヘキスト社製)、LRA−901、ホウ素錯体であるLR−147(日本カーリット社製)、銅フタロシアニン、ペリレン、キナクリドン、アゾ系顔料、その他スルホン酸基、カルボキシル基、4級アンモニウム塩等の官能基を有する高分子系の化合物が挙げられる。このうち、特にトナーを負極性に制御する物質が好ましく使用される。
着色剤としては下記の様な公知のものを用いることができる。
本発明で用いる着色剤は樹脂と複合化されたマスターバッチとして用いることもできる。マスターバッチの製造またはマスターバッチとともに混練されるバインダー樹脂としては、先にあげたポリエステル、ビニル系の樹脂のほかに、ロジン、変性ロジン、テルペン樹脂、脂肪族叉は脂環族炭化水素樹脂、芳香族系石油樹脂、塩素化パラフィン、パラフィンワックスなどが挙げられ、単独あるいは混合して使用できる。
本発明では、トナー粒子の流動性や帯電性/現像性/転写性を補助するための外添剤として好ましくは1種以上の無機微粒子が用いられる。
図2は本発明の実施形態に係る現像装置とプロセスカートリッジユニットを備える画像形成装置要部の断面図である。
本発明の帯電部材としては、芯金、この芯金上に導電層、そしてこの導電層を被覆する表面層を備え、全体として円筒状に形成されたものである。芯金には、電源によって芯金に印加された電圧は、導電層、表面層を介して潜像担持体に印加され、潜像担持体表面を帯電するようになっている。
ビニル系モノマーとして、スチレン600g、アクリル酸ブチル110g、アクリル酸30g及び重合開始剤としてジクミルパーオキサイド30gを滴下ロートに入れた。ポリエステルの単量体のうち、ポリオールとして、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1230g、ポリオキシエチレン(2.2)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン290g、イソドデセニル無水コハク酸250g、テレフタル酸310g、無水1,2,4−ベンゼントリカルボン酸180g及びエステル化触媒としてジブチル錫オキシド7g、ワックスとしてパラフィンワックス(融点73.3℃、示差走査型熱量計で測定される昇温時の吸熱ピークの半値幅は4℃)を仕込モノマー100重量部に対して4重量部、温度計、ステンレス製攪拌機、流下式コンデンサー及び窒素導入管を装備した5リットル四つ口フラスコに入れ、マントルヒーター中で窒素雰囲気下に、160℃の温度で撹拌しつつ、滴下ロートよりビニル系モノマー樹脂と重合開始剤の混合液を一時間かけて滴下した。160℃に保持したまま2時間付加重合反応を熟成させた後、230℃に昇温して縮重合反応を行わせた。重合度は、定荷重押出し形細管式レオメータを用いて測定した軟化点により追跡を行い、所望の軟化点に達したときに反応を終了させ、樹脂H1を得た。樹脂軟化点は130℃であった。
ポリオールとして、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2210g、テレフタル酸850g、無水1,2,4−ベンゼントリカルボン酸120g及びエステル化触媒としてジブチル錫オキシド0.5gを、温度計、ステンレス製攪拌機、流下式コンデンサー及び窒素導入管を装備した5リットル四つ口フラスコに入れ、マントルヒーター中で窒素雰囲気下230℃に昇温して縮重合反応を行わせた。重合度は、定荷重押出し形細管式レオメータを用いて測定した軟化点により追跡を行い、所望の軟化点に達したときに反応を終了させ、樹脂L1を得た。樹脂軟化点は115℃であった。
第1および第2バインダー樹脂からなるバインダー樹脂100質量部(内添ワックスの重量を含む)に対して、C.I.Pigment Red 57−1を4質量部含有相当のマスターバッチをヘンシェルミキサーで十分混合した後、2軸押し出し混練機(PCM−30:池貝鉄工社製)を使用して、溶融混練し、得られた混練物を冷却プレスローラーで2mm厚に圧延し、冷却ベルトで冷却した後、フェザーミルで粗粉砕した。その後、機械式粉砕機(KTM:川崎重工業社製)で体積平均粒径10〜12μmまで粉砕し、さらに、ジェット粉砕機(IDS:日本ニューマチックエ業社製)で粗粉分級しながら粉砕した後、微粉分級をロータ型分級機(ティープレックス型分級機タイプ:100ATP:ホソカワミクロン社製)を使用して分級を行い、所望の体積平均粒径、円形度の着色樹脂粒子を得た。
還流管,撹拌機,温度計,窒素導入管,滴下装置及び減圧装置を備えた加圧可能な反応容器に、溶媒としてメタノール150質量部、2−ブタノン250質量部及び2−プロパノール100質量部、モノマーとしてスチレン84質量部、アクリル酸2−エチルヘキシル13質量部、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸(AMPS)3質量部を添加して撹拌しながら還流温度まで加熱した。重合開始剤であるt−ブチルペルオキシ−イソブチレート2質量部を2−ブタノン20質量部で希釈した溶液を30分かけて滴下して5時間撹拌を継続し、更にt−ブチルペルオキシ−イソブチレート1質量部を2−ブタノン20質量部で希釈した溶液を30分かけて滴下して、更に5時間撹拌して重合を終了した。
高速撹拌装置TK−ホモミキサーを備えた2リットル用四つ口フラスコ中に、イオン交換水910質量部とポリビニルアルコール1質量部を添加し回転数を12000回転に調整し、60℃に加温せしめ分散剤系とした。
スチレン単量体 165質量部
n−ブチルアクリレート単量体 35質量部
フタロシアニン顔料 10質量部
(C.I.Pigment Blue 15:3)
ポリエステル樹脂 30質量部
(プロピレンオキサイド変性ビスフェノールAとイソフタル酸との重縮合物、
Tg=70℃、Mw=10000、Mn=6000)
極性重合体(1) 2質量部
サリチル酸アルミニウム化合物 4質量部
(ボントロンE−88:オリエント化学社製)
ジビニルベンゼン 0.2質量部
ステアリン酸ステアリルワックス(DSCのメインピーク60℃) 30質量部
上記混合物を、アトライターを用い3時間分散させた後、重合開始剤である2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)5質量部を添加した分散物を、上記分散媒中に投入し回転数を維持しつつ12分間造粒した。その後、高速撹拌器からプロペラ撹拌羽根に撹拌器を代え内温を65℃に昇温させ50回転で重合を10時間継続した。
上述で作製した実施例1乃至10、比較例1及び2のトナーの体積平均粒径、円形度、外添剤量、付着強度、トータルエネルギー及び移送性指数を測定し、さらに画像形成を実施して画像評価を行なった。結果を下記の表1に示す。
フリーマン社製パウダーレオメータFT4使用。
「移送性指数」とは、例えば、図1に示すパーツフィーダーにより測定されることによって得られる一定の振動を与えた状態におけるトナー粒子の移動性を指数化したものであり、トナーの移送されやすさ、すなわち、トナーの動きやすさを示すものである。
上記一般式(1)において、T300は、受け皿7に300mgのトナーを移送するために要した 時間を示し、T750は、受け皿7に750mgのトナーを移送するために要した時間を示す。
トナー粒子の粒度分布の測定方法について説明する。コールターカウンター法によるトナー粒子の粒度分布の測定装置としては、コールターカウンターTA−IIやコールターマルチサイザーII(いずれもコールター社製)があげられる。以下に測定方法について述べる。まず、電解水溶液100〜150ml中に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フォン酸塩)を0.1〜5ml加える。ここで、電解液とは1級塩化ナトリウムを用いて約1%NaCl水溶液を調製したもので、例えばISOTON−II(コールター社製)が使用できる。ここで、更に測定試料を固形分にして2〜20mg加える。試料を懸濁した電解液は、超音波分散器で約1〜3分間分散処理を行ない、前記測定装置により、アパーチャーとして100μmアパーチャーを用いて、トナー粒子又はトナーの体積、個数を測定して、体積分布と個数分布を算出する。得られた分布から、トナーの体積平均粒径(Dv)、個数平均粒径(Dp)を求めることができる。チャンネルとしては、2.00〜2.52μm未満;2.52〜3.17μm未満;3.17〜4.00μm未満;4.00〜5.04μm未満;5.04〜6.35μm未満;6.35〜8.00μm未満;8.00〜10.08μm未満;10.08〜12.70μm未満;12.70〜16.00μm未満;16.00〜20.20μm未満;20.20〜25.40μm未満;25.40〜32.00μm未満;32.00〜40.30μm未満の13チャンネルを使用し、体積平均粒径2.00μm以上乃至40.30μm未満の粒子を対象とする。
形状の計測方法としては粒子を含む懸濁液を平板上の撮像部検知帯に通過させ、CCDカメラで光学的に粒子画像を検知し、解析する光学的検知帯の手法が適当である。この手法で得られる投影面積の等しい相当円の周囲長を実在粒子の周囲長で除した値である平均円形度が0.960以上のトナーが適正な濃度の再現性のある高精細な画像を形成するのに有効であることが判明した。より好ましくは、平均円形度が0.980〜1.000である。この値はフロー式粒子像分析装置FPIA−2000により平均円形度として計測した値である。具体的な測定方法としては、容器中の予め不純固形物を除去した水100〜150ml中に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フォン酸塩を0.1〜0.5ml加え、更に測定試料を0.1〜0.5g程度加える。試料を分散した懸濁液は超音波分散器で約1〜3分間分散処理を行ない、分散液濃度を3000〜1万個/μlとして前記装置によりトナーの形状及び分布を測定することによって得られる。
10倍に希釈した界面活性剤溶液30ccにトナー2gを入れ十分に馴染ませた後、超音波ホモジナイザーを用いて40Wで1分間エネルギーを与えて、トナーを分離、洗浄後、乾燥させる処理を行い、蛍光X線分析装置を用いて処理前後の無機粒子の付着量の比を算出することにより得られる。蛍光X線分析は島津製作所社製波長分散型蛍光X線分析装置XRF1700を用いて上記処理により得られた乾燥トナーと処理前のトナーをそれぞれ2gに1N/cm2の力を60秒間加えてトナーペレットを作成して無機微粒子固有の元素(たとえばシリカの場合はケイ素)を検量線法により定量した
その結果、トナー母体に対する流動化剤の好ましい付着強度が30〜80%であることが判明した。付着強度は30%以下だとトナー母体に固定化されている外添剤が少ないため遊離外添剤が画像に影響を及ぼし、80%以上だとトナー母体への埋没が進みすぎてスペーサー効果が薄れてしまう。
リコー社製カラーレーザープリンターIpsio CX3000を用い、各実施例及び比較例のトナーを入れ替えて画像評価を行った。結果を下記の表1に示す。
(トルク評価)
線速を半減させた時のトルクアップ量を測定した。
トルクアップによるつまりが発生したものを×、
未発生のものを○とした。
(画像濃度ムラ)
黒ベタ現像時の感光体上トナー付着量で代用。
トナー搬送過多による画像ムラが発生したものを×
画像ムラのないものを○とした。
2 計量手段
3 駆動源
4 ボール
5 坂路
5A 坂路の上端部
6 中心軸
7 受け皿
10 プロセスカートリッジユニット
20 感光体ドラム
30 帯電ローラ
40 現像手段
50 クリーニング手段
60 露光手段
70 中間転写ベルト
80 一次転写ローラ
90 二次転写ローラ
100 転写材
110 転写ベルトクリーニング手段
101 トナー収容室
102 トナー供給室
103 現像ローラ
104 層規制部材
105 供給ローラ
106 トナー攪拌部材
107 開口部
108 封止シール
Claims (14)
- 現像ローラを下位置に配置し、
該現像ローラに接触対向させたトナー供給ローラを有する縦型現像装置に用いるワックス含有非磁性一成分現像用トナーであって、
該トナーは、
少なくともワックス含有樹脂、色材、外添剤を含み、
該トナーの体積平均粒径が6〜10μmであり、
5Nの荷重負荷を与えたトナー粉体層中にスクリューブレードを回転させながら侵入させて、ブレードが粉体層中を移動する時に発生するトルクと荷重から算出されるトータルエネルギーがブレード回転数100mm/sの時に800〜1600mJであり、
移送性指数が4〜10であることを特徴とするワックス含有非磁性一成分現像用トナー。 - 前記トナーの平均円形度が0.890〜0.930であることを特徴とする請求項1に記載のワックス含有非磁性一成分現像用トナー。
- 前記外添剤を流動化剤として、トナー100gに対して2.5〜4.0質量%含有することを特徴とする請求項1または2に記載のワックス含有非磁性一成分現像用トナー。
- 前記流動化剤の平均一次粒子径が10〜50nmであることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載のワックス含有非磁性一成分現像用トナー。
- 前記流動化剤がシリカであり、母体に対する該流動化剤の付着強度が30〜80%であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載のワックス含有非磁性一成分現像用トナー。
- 前記トナーのワックス含有量がトナー100重量部に対して3〜10重量部であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載のワックス含有非磁性一成分現像用トナー。
- 前記ワックス含有非磁性一成分現像用トナーがワックス分散剤を含有することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載のワックス含有非磁性一成分現像用トナー。
- 請求項1乃至7のいずれか一項に記載のワックス含有非磁性一成分現像用トナーを用い、該トナーを収容するトナー収容室と、該トナー収容室の下方に設けられたトナー供給室から構成され、該トナー供給室の下部には、現像ローラと、該現像ローラに当接して設けられた層規制部材および供給ローラを備えた現像装置を有する画像形成装置。
- 定着器が加熱ローラ及び加圧ローラにより構成される2ロール定着方式であることを特徴とする請求項8に記載の画像形成装置。
- 定着器が定着部材にオイル塗布を必要としないオイルレス定着であることを特徴とする請求項8に記載の画像形成装置。
- 請求項1乃至7のいずれか一項に記載のワックス含有非磁性一成分現像用トナーを用いた画像形成方法。
- 請求項11に記載の画像形成方法を用いた画像形成装置。
- 前記画像形成装置は、プリンタ、複写機またはファクシミリであることを特徴とする請求項12に記載の画像形成装置。
- 請求項11に記載の画像形成方法を用いたプロセスカートリッジ。
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