JP3980111B2 - 画像形成方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は電子写真方式による画像形成に使用される静電荷現像用トナー、トナー用樹脂並びに該トナーを用いた画像形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
電子写真方式の複写機やプリンターでは、トナーは、現像工程で静電荷像が形成されている感光体等の像担持体に一旦付着し、次に転写工程において転写紙に転写された後、定着工程で定着され、画像が形成される。像担持体へのトナー付着(現像)は、静電荷像の電荷がトナーの帯電極性と反対であるいわゆる正規現像や、両者が同極性である反転現像が挙げられる。
現像で用いられるトナーはキャリアと共に用いる2成分トナーやトナーのみを現像剤とする1成分トナーがあり、更に1成分トナーには磁性体を含む1成分トナー、磁性体を含まない非磁性1成分トナーがある。転写工程では静電転写法が広く用いられており、その方法としてはコロナ転写法、ローラー転写法、ベルト転写法等が知られている。電子写真方式の画像形成ではこれら各種の現像方法あるいは転写方法から選ばれた方式の組合せで行われる。
【0003】
トナーの製法としては、バインダー樹脂に着色剤や帯電制御剤等必要に応じた成分を配合し、溶融混練後、粉砕、分級する方法が広く行われている。
トナーに要求される性能は、画像を形成した場合、画像濃度が十分で画像欠陥がないこと、あるいはトナー飛散や感光体へのフィルミングがなく、クリーニング性のよいこと、長期間安定に使用できること、トナー生産工程や貯蔵、輸送中にブロッキングを引き起こさないこと等、生産工程から形成画像、使用機器に対する問題等極めて多岐に亘る。かかる要求を満たす為、溶融混練する材料の性状、配合処方、混練条件等に関し多くの提案がなされている。例えば、特開昭54−48245号、特開昭59−197048号には、樹脂と着色剤、磁性粉等を溶融混練する際、シリコーンオイルを添加することによりオフセット現象が防止されることが報告されている。また、シリカを代表とする各種外添剤も提案されている。
【0004】
【発明か解決しようとする課題】
しかしながら、これら従来の方法は必ずしも、トナーに要求される性能を十分満足させるものでは無い。また、画像形成装置に採用される現像、転写、その他の方式によっては必ずしも十分に効果を奏することが出来ない。特に導電ゴムローラーあるいは導電ゴムに誘電体層を設けた誘電ローラー等を介して直接記録紙に印加し、これにより発生した電界でトナー層を転写するローラー転写法では、トナーを転写する工程で文字抜けの欠陥がしばしば発生する。これはトナー同士の凝集力あるいは流動性と関係が有り、トナー同士の凝集力が低く、トナーの流動性が良いものは文字抜けの発生がないことが分かっているが、その要因は複雑で、現時点ではこれを解決する手段について、必ずしも有効な提案はない。一方、トナー中の各成分の分散性をよくするために、バインダー樹脂を小粒径化すると、樹脂粒子の流動性が悪化しトナー生産時の各工程においてブリッジングや装置壁面への付着が甚だしく成り、トナーの生産性を低下させる。更に、近年の省エネルギーの要求による低温定着化の為に樹脂のガラス転移点を下げようとすると、運搬、貯蔵中のブロッキングを引き起こしやすく成るという新たな問題も発生してきた。
本発明はかかる事情に鑑み成されたものであって、その目的は、文字の中抜けのない鮮明で汚れのない良好な画像を得ることが出来、且つ、生産、貯蔵あるいは輸送中の障害も改良されたトナーを提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明者等はかかる目的を解決するため鋭意検討した結果、予めオイルを含有させたバインダー樹脂を用いることにより、上記問題を解決し得ることを知り本発明を達成した。
即ち、本発明は、静電荷像が形成されている像担持体にトナーを付着させる現像工程、付着したトナーをローラー転写方式により転写紙に転写させる転写工程、及び転写したトナーを転写紙に定着させる定着工程の各工程を順次行う画像形成方法であって、トナーがストレートシリコーンオイルの存在下にモノマーを重合して得られた平均粒径1mm以下の樹脂粒子及び着色剤を含む混合物を、溶融混錬したのち、粉砕・分級して得られたものであることを特徴とする画像形成方法に存する。
【0006】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明のトナー用樹脂は、オイル成分を予め、樹脂に含有させることが重要であり、これにより、トナー用樹脂と他の成分を混練する際にオイルを添加する前記公報の方法に比し、著しく樹脂の流動性を向上させることができる。
本発明に係るオイル成分を含有したトナー用樹脂は、例えば、樹脂製造時、すなわちモノマーの重合時にオイル成分を含有させることにより得られる。
【0007】
本発明のトナー用樹脂としては特に限定されず、従来公知の種々の樹脂が用いられる。例えば、ビニル系樹脂、ポリエステル樹脂、あるいはそれらの混合樹脂等が挙げられる。ビニル系樹脂製造に用いられるモノマーとしては、例えば、スチレン、α−メチルスチレン、核置換基としてo−メチル基、m−メチル基、p−メチル基、p−エチル基、2,4−ジメチル基、p−ブチル基、p−ヘキシル基、p−オクチル基、p−ノニル基、p−デシル基、p−メトキシ基、p−フェニル基等を有するスチレン誘導体類、一般式:CH2 =CR−COORで示されるアクリル酸エステル類またはメタクリル酸エステル類(但し、Rは水素又はメチル基を表す。R’はメチル基、エチル基、n−ブチル基、イソブチル基、s−ブチル基、t−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、n−オクチル基、2−エチルヘキシル基、n−ノニル基、イソノニル基、デシル基、ドデシル基、トリデシル基、ステアリル基、ドコシル基等のアルキル基;シクロヘキシル基等のシクロアルキル基;ベンジル基、フェニル基等のアラルキル基またはアリール基;メトキシエチル基、エトキシエチル基、ブトキシエチル基、フェノキシエチル基等のアルコキシアルキルあるいはアリーロキシアルキル基を表わす。)酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル等のビニルエステル類、アクリロニトリル、メタクリロニトリル等を挙げることができ、目的に応じて1種又は2種以上の混合物として使用することができる。
【0008】
また、スチレン系重合体またはスチレン系共重合体は架橋されていてもよく混合樹脂でも構わない。ポリエステル樹脂は、2価以上のカルボン酸と2価以上のアルコール成分を縮合重合して得られ、2価のカルボン酸としては無水マレイン酸、フマール酸、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、コハク酸、アジピン酸、セバシン酸、アゼライン酸、マロン酸、n−ドデシルコハク酸、n−ドデセニルコハク酸、イソドデシルコハク酸、イソドデセニルコハク酸、n−オクチルコハク酸、n−オクテニルコハク酸などが挙げられ、これらの無水物も使用することができる。3価のカルボン酸としては、1,2,4−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等が挙げられ、これらの酸無水物も使用することができる。
【0009】
2価のアルコールとしては、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(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)プロパン等のエーテル化ビスフェノール、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、1,4−ブテンジオール、ネオペンチルグリコール、1,5−ペンタングリコール、1,6−ヘキサングリコール、1,5−ペンタングリコール、1,6−ヘキサングリコール、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、ビスフェノールA、ビスフェノールZ、水素添加ビスフェノールA等を使用することができる。3価のアルコールとしては、ソルビトール、1,2,3,6−ヘキサンテトール、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、1,2,4−ブタントリオール、1,2,5−ペンタトリオール、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等が挙げられる。
【0010】
本発明のトナー用樹脂はビニル系モノマーを含有してなる樹脂であることが望ましく、更にスチレンモノマーを含有してなるトナー樹脂であることが好ましく、更に好ましくは、スチレンと1種以上のアクリル酸エステルもしくはメタクリル酸エステルの共重合体を含有するバインダー樹脂である。
【0011】
本発明におけるオイルとは、常温において液体で、水に溶解せず、粘性を有するものをいう。すなわちオイルとは疎水性油性物質であり、例えば鉱油、流動パラフィン、α−オレフィンオリゴマー、液状ポリプロピレン、液状イソブチレン、液状ポリブテン、アイソパーL、アイソパーM、液状クロロプレン、シリコーンオイル、スピンドル油、植物油、アマニ油等を挙げることができる。そして、この粘性を示す指標に粘度があり、本発明で用いるオイルの粘度(動粘度)は1〜10,000センチストークス(cs)であることが好ましい。特に好ましくは10〜1,000センチストークスである。本発明においてオイルは特にシリコーンオイルであることが望ましい。シリコーンオイルとしては、離型性、剥離性に優れたものがよいが、ジメチルシリコーンオイルやメチルフェニルシリコーンオイル、メチルハイドロジェンシリコーンオイルなどのストレートシリコーンオイルの他にポリエーテル変性シリコーンオイル、エポキシ変性シリコーンオイル、メタクリル変性シリコーンオイル、長鎖アルキル変性シリコーンオイル、フッ素変性シリコーンオイル等の各種変性シリコーンオイルが挙げられる。また、ビニル系樹脂の場合は重合性モノマーと反応しうる反応性ビニル基を有するシリコーンオイル等も用いられる。
本発明においては特にストレートシリコーンオイルが好ましく、特にジメチルシリコーンオイルがより好ましい。
そして樹脂中のオイル含有量は、樹脂(オイルを除く)100重量部に対して0.01〜10重量部であることが望ましい。
【0012】
また、バインダー樹脂を得る重合方法としては、例えば溶液重合、懸濁重合、塊状重合、乳化重合などが挙げられるが、本発明では特に懸濁重合であることが好ましい。そして重合反応時にオイルを系内に存在させて重合し、オイルを含有せしめた樹脂を得る。具体的にはオイルを反応初期からモノマーと混合して重合する方法、オイルを重合反応の途中で添加する方法があるが、操作の容易さから初期からオイル添加する方法、特にモノマーにオイルを含有させた後重合する方法が好ましい。
【0013】
オイルとしてシリコーンオイルを用い、ビニルモノマーを懸濁重合により重合して本発明のオイルを含有したトナー用樹脂を製造するには、例えば、モノマー、シリコーンオイル、重合開始剤(例えばベンゾイルパーオキサイド、アゾ化合物等)、更に必要に応じて連鎖移動剤を加えた油相と、水、ポリビニルアルコール等の懸濁安定剤、更に必要に応じ分散助剤を加えた水相を混合、攪拌して液滴分散物(懸濁液)を作る。油相と水相の比率は重量比で、油相1に対し水相が10以内、好ましくは2〜5に設定する。液滴分散物は所定の重合温度まで加温し重合する。次いで、反応混合物を脱水して重合体を分離し必要に応じ水洗、乾燥すれば目的とする樹脂が得られる。
【0014】
トナー中の各成分の分散性を向上させるためには、オイルを含有した樹脂の平均粒径は1mm以下であることが好ましい。また、樹脂のガラス転移点(Tg)は、トナーのTgとも関係するので、近年の低温定着化の傾向からすれば60℃以下が望ましい。
また、必要に応じ、重合時にオイル以外のトナー構成成分例えば、着色剤、帯電制御剤、ワックス等の添加剤、磁性材料等を添加し樹脂に含有させてもよい。
本発明のトナーを製造するには、オイル成分を含有せしめた樹脂は着色剤と、更に、必要に応じた他の成分と共に混練される。他の成分とは、帯電制御剤、磁性粉、ワックス等、公知のものから適宜選択されるが、このとき他の成分にはバインダー樹脂、シリコーンオイルを混練時にさらに併用しても構わない。混練は加熱ロール、ニーダー、エクストルーダー等の混練機を用いて行う。混練された組成物は冷却固化後、粉砕・分級して所望の粒径にした後、必要に応じて更にシリカなどの外添剤を添加しトナーを得る。
【0015】
本発明のトナーは磁性粉を含有した磁性1成分トナー、磁性粉を含有しない非磁性1成分トナーあるいはキャリアと混合して用いる2成分トナーの何れの処方にも適用できる。
本発明に用いる着色剤として、例えば、カーボンブラック、ランプブラック、鉄黒、群青、ニグロシン染料、アニリンブルー、フタロシアニンブルー、フタロシアニングリーン、ハンザイエローG、ローダミン系染顔料、クロムイエロー、キナクリドン、ベンジジンイエロー、ローズベンガル、トリアリルメタン系染料、モノアゾ系、ジスアゾ系染顔料など従来公知のいかなる染顔料をも単独あるいは混合して使用し得る。
【0016】
また、本発明のトナーにおいては、着色剤が磁性を有しても良い。磁性トナーの場合には、一般的には黒色や茶系色の磁性粒子を着色剤とする。本発明に用いられる磁性粒子としては、複写機等の使用環境温度(0℃〜60℃付近)において、フェリ磁性あるいはフェロ磁性等を示す強磁性物質であって、例えばマグネタイト(Fe3 O4 )、マグヘマイト(γ−Fe2 O3 )、マグネタイトとマグヘマイトの中間体、フェライト(MxFe3- xO4 ;式中MはMn,Fe,Co,Ni,Cu,Mg,Zn,Cd等あるいはその混晶系)等のスペネルフェライトやBaO・6Fe2 O3 、SrO・6Fe2 O3 等の六方晶フェライト、Y3 Fe5 O12、Sm3 Fe5 O12等のガーネット型酸化物、CrO2 等のルチル型酸化物、Fe,Mn,Ni,Co,Cr等の金属やその他の強磁性合金などの内、0℃〜60℃付近でフェロ磁性あるいはフェリ磁性を示すものが挙げられ、中でもマグネタイト、マグヘマイト、マグネタイトとマグヘマイトの中間体等の平均粒径3μm以下、より好ましくは0.05〜1μm程度の微粒子が性能的にも価格的にも好ましい。また上記磁性粒子は単独で使用するに限らず、2種以上併用することもできる。
また、本発明のトナーはローラー転写方式を持つ画像形成方法を用いた場合特に優れた効果が得られ、従来技術では避けがたい文字抜けのない良好な画像が得られる。
【0017】
【実施例】
以下に本発明を実施例により詳細に説明するが、本発明は以下の例に限定されるものではない。なお、「部」は特記する以外は「重量部」を表す。
実施例1
スチレン45部、n−ブチルアクリレート15部、ジメチルシリコンオイル(商品名KF96−100cs、信越化学社製、粘度100cs)0.3部をマルチディスパーサー(三田村理研製)により、約8,000rpmの回転で30分間分散した後、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル3部を溶解させ、油相混合物とした。
一方、水相としてポリビニルアルコール(商品名GM−14、日本合成化学社製)の1%水溶液180部を用いた。
上記油相の水相への分散は、TKホモミキサー(特殊機化工業社製)を用い、回転数約6,000rpmで15分間攪拌した。その後、分散液を攪拌機、温度計及び窒素導入管を備えたステンレス製重合缶に移し、回転数約500rpmで攪拌しながら、窒素気流下80℃で8時間加熱し、重合反応を完了した。
【0018】
得られた反応液から遠心分離機により重合体粒子を固形分として分離し、更に水洗、濾別を繰り返した後真空乾燥して、平均粒径が100μm、Tgが55℃のシリコンオイル含有トナー用バインダー樹脂を得た。
次いで、この樹脂100部と着色剤のカーボンブラック5部とを混合した後に混合物を一旦タンクに貯蔵し、その後混合物を混練機へ一定量供給して混練を行った。この混合、貯蔵、混練の各工程で樹脂に起因するブリッジングは見られず、安定生産が可能であった。
また、この樹脂を45℃の温度条件で1週間保管したが、ブロッキングするようなことはなかった。
【0019】
比較例1
実施例1において、シリコンオイルを使用していない以外は全く同様にして樹脂の製造を行い、平均粒径100μm及びTgが55℃のトナー用バインダー樹脂を得た。
以下実施例1と全く同じプロセスを経てトナー製造を行ったところ、貯蔵タンクでのブリッジングが起こり、混練でのフィード量不良が発生した。
また、この樹脂を45℃の温度条件で1週間保管したところ、やや樹脂の凝集物が発生していた。
【0020】
参考例1
以下に示す配合比により非磁性1成分現像剤を得た。
実施例1のバインダー樹脂 100重量部
カーボンブラック MA100(三菱化学製) 6重量部
ボントロン S34(オリエント化学製) 2重量部
ポリプロピレンワックス550P(三洋化成製) 4重量部
これらをヘンシェルミキサーにて混合した後、2軸押し出し機で溶融混練してトナー塊を得た。これを、フェザーミルにて粗粉砕した後、ジェットミルにて微粉砕し、その後、気流式分級機を用いて50%体積平均粒径が9μmのトナー粒子を得た。また、そのトナー100重量部に対し、球状シリカ微粒子(日本アエロジル製R972)0.8部をスーパーミキサーにて混合し、非磁性1成分系電子写真用現像剤を得た。このトナーを市販の非磁性1成分現像方式を用いたプリンターを改造して印字評価を行ったところ、文字中抜けのない鮮明な画像が得られた。
【0021】
参考例2
実施例1で得られた樹脂の代わりに比較例1で得た樹脂を使用したこと以外、参考例1と全く同様にして非磁性1成分系電子写真用現像剤を得た。これを前記プリンターで同様に印字評価を行ったところ、文字中抜けが発生した。
【0022】
実施例2
以下に示す配合比により磁性1成分現像剤を得た。
実施例1のバインダー樹脂 100重量部
磁性粉 EPT500(戸田工業製) 70重量部
帯電制御剤 T77(保土谷化学製) 1重量部
ポリプロピレンワックス NP505(三井石化製) 4重量部
これらをヘンシェルミキサーにて混合した後、2軸押し出し機で溶融混練してトナー塊を得た。これを、フェザーミルにて粗粉砕した後、ジェットミルにて微粉砕し、その後、気流式分級機を用いて50%体積平均粒径が8μmのトナー粒子を得た。また、そのトナー100重量部に対し、球状シリカ微粒子(日本アエロジル製R972)0.5部をスーパーミキサーにて混合し、磁性1成分系電子写真用現像剤を得た。このトナーの印字評価には、市販の磁性1成分現像方式を用いたプリンターを改造して用いた。このプリンターは、感光体に有機感光体(OPC)を持ち、ローラー帯電方式、ローラー転写方式を具備したものである。
印字評価の結果は、文字中抜けのない鮮明な画像が得られた。
【0023】
比較例2
実施例1で得た樹脂の代わりに比較例1で得た樹脂を使用したこと以外、実施例2と全く同様にして磁性1成分系電子写真用現像剤を得た。これを前記プリンターで同様に印字評価を行ったところ、文字中抜けが発生した。
【0024】
実施例3
配合を以下のようにしたこと以外、実施例2と全く同様にして磁性1成分電子写真用現像剤を得た。
実施例1のバインダー樹脂 100重量部
磁性粉 EPT500(戸田工業製) 70重量部
帯電制御剤 T77(保土谷化学製) 1重量部
ポリプロピレンワックス NP505(三井石化製) 4重量部
シリコーンオイル(商品名KF96−100cs、信越化学製)0.3重量部
これを前記実施例2で用いたプリンターで同様の印字評価を行ったところ、実施例2と同様に文字中抜けのない鮮明な画像が得られた。
【0025】
比較例3
実施例1で得た樹脂の代わりに比較例1で得た樹脂を使用したこと以外、実施例3と全く同様にして磁性1成分系電子写真用現像剤を得た。これを前記プリンターで同様に印字評価を行ったところ、文字中抜けが発生し、比較例2の結果よりは良好ではあったが、実施例2及び実施例3に比べると実用上満足できるレベルではなかった。
【0026】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明のオイル成分を含有したバインダー樹脂、特に重合時にシリコーンオイルを含有せしめたバインダー樹脂は、樹脂粒子が小粒径の場合でもトナー製造時のブリッジングが生起せず、安定生産性を高めることが出来る。また樹脂のTgが低い場合でも貯蔵安定性に優れている。更に、少なくともかかるオイル含有バインダー樹脂と着色剤を混練する工程を経て得られることを特徴とする静電荷現像用トナーは、文字中抜けのない鮮明な高品質な画像が得られるという効果を奏する。
Claims (10)
- 静電荷像が形成されている像担持体にトナーを付着させる現像工程、付着したトナーをローラー転写方式により転写紙に転写させる転写工程、及び転写したトナーを転写紙に定着させる定着工程の各工程を順次行う画像形成方法であって、トナーがストレートシリコーンオイルの存在下にモノマーを重合して得られた平均粒径1mm以下の樹脂粒子及び着色剤を含む混合物を、溶融混錬したのち、粉砕・分級して得られたものであることを特徴とする画像形成方法。
- モノマーがビニル系モノマーであることを特徴とする請求項1に記載の画像形成方法。
- モノマーが、スチレン又はスチレンと他のモノマーとの混合物であることを特徴とする請求項1又は2の何れかに記載の画像形成方法。
- モノマーが、スチレンとアクリル酸エステル及び/又はメタクリル酸エステルとを含有する混合物であることを特徴とする請求項1又は2の何れかに記載の画像形成方法。
- オイルの粘度が1〜10,000csのものであることを特徴とする請求項1乃至4の何れかに記載の画像形成方法。
- オイルの粘度が1〜1,000csのものであることを特徴とする請求項1乃至4の何れかに記載の画像形成方法。
- モノマーの重合を、生成する樹脂が、樹脂100重量部に対し、オイルを0.01〜10重量部の割合で含有するように行うことを特徴とする請求項1乃至6の何れかに記載の画像形成方法。
- 重合が懸濁重合であることを特徴とする請求項1乃至7の何れかに記載の画像形成方法。
- 着色剤が非磁性の着色剤であることを特徴とする請求項1乃至8の何れかに記載の画像形成方法。
- 着色剤が磁性を有する着色剤であることを特徴とする請求項1乃至9の何れかに記載の画像形成方法。
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