JP2005017849A

JP2005017849A - 画像形成方法

Info

Publication number: JP2005017849A
Application number: JP2003184633A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Nakajima; 好啓中島
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2003-06-27
Filing date: 2003-06-27
Publication date: 2005-01-20

Abstract

【課題】樹脂を共通化したトナーを用い、かぶりやトナー飛散を低減する。
【解決手段】体積平均粒径が６〜１０μｍである複数色の粉砕トナーを用いたフルカラー画像形成方法であって、負帯電性樹脂に、正帯電性の顔料を用いたトナーと負帯電性の顔料を用いたトナーとを併用し、トナーの５μｍ径以下の体積割合が、負帯電性顔料を用いたトナーに比して、正帯電性顔料を用いたトナーが少ないように構成したものである。
【選択図】図５

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は粉砕トナーを用いたフルカラー画像形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、静電潜像担持体に形成した静電潜像を現像器で帯電させたトナーで顕在化することにより得られるトナー像を、中間転写媒体上で色重ねし、紙に一括転写した後、加熱定着する画像形成装置が知られている。このような画像形成装置において用いられるトナーとしては、現像ローラ等にフィルミングすることなく帯電を付与することができ、かつ装置として適当な温度範囲で定着が可能となるように、結着樹脂の軟化点を１１０〜１６０℃、酸価を１０〜４０とするものが提案されている（特許文献１）。
【０００３】
また、高転写効率、クリーニング性、トナー飛散が改善されるように、粒径４μｍ以下のトナー粒子の個数分布が３０個数％以下、帯電量が│５│〜│５０│μＣ／ｇとするものも提案されている（特許文献２）
【０００４】
【特許文献１】特公平６−４２０８１号
【０００５】
【特許文献２】特許第２９２５４３１号
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年のフルカラー画像形成装置に用いられるＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋ各色のトナーは、樹脂、顔料、ワックス、ＣＣＡ（ＣｈａｒｇｅＣｏｎｔｒｏｌＡｇｅｎｔ）等を混練後、粉砕分級する粉砕法や、溶液中から粒子を生成する重合法により製造される。しかし、同様の製造条件で作成した場合、熱特性、帯電特性、流動性等に色間差が発生し、そのためトナー帯電量や現像量といった現像器特性を極力同様にするため現像器の構成を色毎に変更する等の対応が必要となり、部品を共通化できない、高精度の調整が必要になるなどの問題があった。また、中間転写媒体から紙への二次転写、及びその後の定着については色重ねした状態のトナーに対して一括しての処理が行われるので、色間差があると特性が重なった領域で条件を設定する必要があるため、設定する条件の良好域が非常に狭くなるという問題があった。そして、樹脂を共通化したトナーでは顔料等の影響により、帯電性に差が生じてかぶりやトナー飛散が問題となり、これらの点について上記特許文献１、特許文献２には触れられていない。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決しようとするもので、樹脂を共通化したトナーを用い、かぶりやトナー飛散を低減することを目的とする。
そのために本発明は、体積平均粒径が６〜１０μｍである複数色の粉砕トナーを用いたフルカラー画像形成方法であって、負帯電性樹脂に、正帯電性の顔料を用いたトナーと負帯電性の顔料を用いたトナーとを併用し、トナーの５μｍ径以下の体積割合が、負帯電性顔料を用いたトナーに比して、正帯電性顔料を用いたトナーが少ないことを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１は本実施形態で使用する画像形成装置の例を説明する図である。
感光体１は図示しない帯電器で一様帯電され、露光器２からの画像露光で静電潜像が形成される。静電潜像をトナー現像するロータリ式現像器３は、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋの４色の現像ユニットを有し、各ユニットの現像ローラ４がロータリ式現像器の間欠回転により感光体位置にもたらされ、その位置で感光体１と対向してトナー現像が行われる。感光体１には、駆動ローラ６、従動ローラ７、１次転写ローラ８、テンションローラ９等で張架された中間転写媒体５が１次転写ローラ８の位置で離当接し、感光体上に形成されたトナー像は中間転写媒体５に転写され（１次転写）、中間転写媒体上で４色の色重ねが行われる。
【０００９】
駆動ローラ６（２次転写バックアップローラを兼ねる）と対向する位置には中間転写媒体５に離当接する２次転写ローラ１３が設けられており、この位置で中間転写媒体上の４色のトナー像は一括転写される（２次転写）。すなわち、用紙トレー１０から用紙繰り出しローラ１１により繰り出された用紙は、紙搬送路１２を通って２次転写ローラ１３の位置に搬送される。中間転写媒体上で色重ねが行われている間（１次転写中）は、２次転写ローラ１３は中間転写媒体と離間しているが、転写時には中間転写媒体５に当接し、転写バイアスを印加することにより中間転写媒体から用紙に４色トナー像が一括転写される（２次転写）。２次転写後の用紙は紙ガイド１４を通って加熱ローラ１５ａ、加圧ローラ１５ｂからなる定着器１５に導入され、装置上面の排紙トレー１６に排出される。
【００１０】
本実施形態では非磁性一成分トナーを用いた非接触現像による画像形成装置を対象としている。Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋの各トナーは、共通の負帯電熱可塑性ポリエステル樹脂に、顔料、ワックス、ＣＣＡ、外添剤等を添加して混練後、粉砕分級する粉砕法により製造し、体積平均粒径６〜１０μｍ（コールター社製、コールタマルチサイザーＩＩ（アパーチャー径１００μｍ）で測定）の負帯電トナーを使用する。各色トナーの軟化点は分子量と比例関係にあり、混練条件によって変化する。
【００１１】
フルカラーの画像形成においては、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋの各色トナーにより形成したトナー転写像を定着器により一括して定着する。そのため、定着器の設定温度はＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋ各色トナーのうち最も定着温度良好域が狭いトナーにより決まる。定着温度良好域の上限側は、トナーが溶融することによりヒートローラ側と紙側に泣き別れる高温オフセット、その影響で発生するヒートローラへの紙の巻き付き、トナーが明確に泣き別れるほどではないもののトナー像の表層が荒れるグロス（光沢度）むら等により決まるが、何れも高温オフセットに起因して決定される。
【００１２】
図２は高温オフセット及びトナー飛散とワックス分散径の関係を説明する図である。
高温オフセットを改善する方法として、トナーにワックスを添加することで、定着時にヒートローラとトナー層間にワックスによる剥離効果を発現させる方法があり、ワックスの分散径（トナー中に分散したワックス粒子の径）を０．５〜２μｍにすることで定着の高温オフセットが改善される。
【００１３】
図示するように、ワックス分散径を０．５μｍ以上とすることで、高温オフセットの改善効果が得られた。またワックスの分散径が２μｍ超になると、高温オフセットの効果は得られるが、トナーを構成する樹脂粒子からのワックスの脱落が起きやすくなり、よりワックス主体の微粉（ワックス微粉）が発生しやすくなる。ワックス主体の微粉は現像ローラに付着すると、現像ローラとトナーとの帯電を阻害するため、トナーの層形成ができなくなり、かぶりやトナー飛散が発生する。従って、ワックス分散径は０．５から２μｍの範囲が高温オフセットの改善効果が得られるとともに、現像器からの飛散が少ないトナーを得ることができた。
【００１４】
ワックス添加の効果についてさらに説明すると、ワックスの分散径を０．５μｍ以上とすることで、高速な定着システムでも高温オフセットの改善の効果が確認できた。また、その際の添加量は２％以上であった。しかし、ワックスの分散径を大きくしたことにより、トナーを構成している樹脂粒子からのワックス脱落が発生しやすくなってしまった。ワックスの分散径を２μｍ以下とすることにより、ワックスの脱落頻度は許容内となったが、皆無にすることはできていない。脱落したワックス主体の１μｍ径前後の微粉は現像ローラに付着すると、トナーの現像ローラとの摩擦帯電を阻害し、トナーの帯電不足により、現像ローラに保持できなくなったトナーが飛散すると言う害を及ぼす。ただし、脱落したワックス微粉もトナーの樹脂粒子中に内包されたワックスと同様にトナー層中にある限り、定着時の離型効果は発現するので、高温オフセットの開始温度を高くすることに寄与する。
【００１５】
図３はワックス主体の微粉量とトナーの粒径分布の関係を示す図である。
ワックス微粉量の管理は、直接的には、顕微鏡等で拡大し実際の個数をカウントすることで確認できる。また、上述したとおり、その径は１μｍ前後のため、コールターカウンター等の粒径測定器で測定した微粉量の粒径割合によっても確認できる。実験により、図示するように、５μｍ径以下のトナーの体積割合とワックス微粉量との間に強い相関が得られ、５μｍ径以下のトナーの体積割合でワックス微粉量を管理することができることが分かった。
【００１６】
図４はワックス微粉量、帯電量とトナー飛散の関係を説明する図で、横軸は５μｍ径以下の体積割合、縦軸はトナー飛散量、破線の特性は帯電量が低いトナーの場合、実線の特性は帯電量が高いトナーの場合を示している。
図２に示したように、ワックス微粉量は５μｍ径以下のトナーの体積割合で管理できる。また、前述したように、ワックス微粉量が増えると、現像ローラとトナーとの摩擦帯電を阻害し、トナー飛散が増加する。しかし、トナー自体の元々の帯電量を高くすることにより、ワックス微粉が存在しても現像ローラへのトナーの保持は可能となり、トナー飛散は抑制される。図示するように、帯電量が高いトナーの場合の方が、帯電量が低い場合に比してトナー飛散が少ないことが分かる。このように、トナー帯電量を高くすることで、ワックス微粉を増やした際のトナー飛散を抑制できるので、ワックス微粉量が多いトナーを用い、図４に示したトナー飛散ＯＫと考える閾値以下としたい場合は、帯電量を高くすることで可能となる。
【００１７】
図５はトナー飛散とトナー粒径分布の関係を示す図で、横軸は５μｍ径以下の体積割合、縦軸はトナー飛散、実線は正帯電正顔料の特性、破線は負帯電性トナーの特性である。
本実施形態では負帯電性樹脂を用いており、正帯電性顔料を用いると樹脂と顔料の帯電電荷の極性が異なり、トナーの帯電性が低下する。図示の正帯電性顔料は帯電量が低く、負帯電性顔料は帯電量が高いため、図４で説明したように帯電量が低いため正帯電性顔料を用いたトナーの方がトナー飛散が多くなる。
かぶりやトナー飛散の発生の原因となっているのは、ワックス微粉も含めた微粉トナーである。トナーは、樹脂に顔料、ＣＣＡ、ワックス等を添加した樹脂粒子に外添剤を付着させて作成するが、微粉トナーは外添剤の付着が少なく、そのため外添剤により特性改善効果が得られにくい。また、微粉トナーにおいても外添剤の効果が発現するように外添剤を添加すると、微粉トナーより大きな粒子にはさらに外添剤の付着が進みその結果、非常に定着しにくいトナーになってしまう。そこで、外添剤の添加によるかぶり、飛散の低減効果が得られにくい微粉トナーを分級によりカットすることで、かぶり、飛散を低減することができる。
【００１８】
前述したように、ワックス微粉量は５μｍ径以下のトナーの体積割合で管理できるが、ワックス微粉を含む微粉トナーも５μｍ径以下のトナーの体積割合で管理できるので、トナーの５μｍ径以下の体積割合を、正帯電性顔料を用いたトナーについては、負帯電性顔料を用いたトナーのそれより少なくして微粉トナーをカットすることにより、かぶりやトナー飛散を低減することができた。
【００１９】
以下に実施例を説明する。
本発明に用いられるトナーとしては、少なくとも着色剤、ワックス及び結着樹脂を含有し、必要に応じてその他を含有させることができる。
【００２０】
（結着樹脂）
トナーに含有される結着樹脂としては、例えば、スチレン、クロロスチレン等のスチレン類；エチレン、プロピレン、ブタジエン、イソプレン等のモノオレフィン類；酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、安息香酸ビニル等のビニルエステル類、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル等のアクリル系単量体；メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ブチル等のα−メチレン脂肪族モノカルボン酸エステル類；ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、ビニルブチルエーテル等のビニルエーテル類、ビニルメチルケトン、ビニルヘキシルケトン、ビニルイソプロペニルケトン等のビニルケトン類；等の単量体等の単独重合体、それらの単量体等を２種以上組合わせた共重合体、又はそれらの混合物等の樹脂が挙げられる。これらの樹脂の中でも、特に、ポリスチレン樹脂、スチレン−アクリル酸アルキル酸アルキル共重合体、スチレン−メタクリル酸アルキル共重合体、スチレン−アクリルニトリル共重合体、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂等が代表的な結着樹脂として好適に挙げられる。更には、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、シリコン樹脂、ポリアミド樹脂等も好適に挙げられる。
【００２１】
中でも特にポリエステル樹脂が好ましい。前記ポリエステル樹脂は、アルコール成分とカルボン酸、カルボン酸エステルおよびカルボン酸無水物等のカルボン酸成分を原料モノマーとする。ポリエステル樹脂は通常、アルコール成分とカルボン酸成分を不活性ガス雰囲気中に１８０ ℃〜２５０ ℃の温度で縮重合することにより製造することができる。
前記ポリエステル樹脂の酸価は、着色剤の分散性を向上させるため１０（ＫＯＨｍｇ／ｇ）以上、好ましくは１５（ＫＯＨｍｇ／ｇ）以上であることが望ましく、トナーの耐環境性を悪化させないために３０（ＫＯＨｍｇ／ｇ）以下、好ましくは２５（ＫＯＨｍｇ／ｇ）以下であることが望ましい。
【００２２】
酸価についてはＪＩＳＫ００７０に準じた方法で測定することができる。
ポリエステル樹脂のガラス転移点は、トナーの耐久性の観点から５５℃以上、好ましくは６０℃以上であることが望ましい。ガラス転移点とは、示差走査熱量計（セイコー電子工業（株）製ＤＳＣ１０）を用い、１００ ℃まで昇温し、その温度にて３分間放置した後、降温速度１０℃／分で室温まで冷却したサンプルを、昇温速度１０℃／分で昇温して熱履歴を測定した際に、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り部分からピークの頂点までの間で最大傾斜を示す接線との交点の温度をいう。
【００２３】
（着色剤）
本発明に使用される着色剤としては、例えば、カーボンブラック：Ｃ．Ｉ，ピグメント・イエロー１、同３、同７４、同９７、同９８等のアセト酢酸アリールアミド系モノアゾ黄色顔料：Ｃ．Ｉ，ピグメント・イエロー１２、同１３、同１４、同１７等のアセト酢酸アリールアミド系ジスアゾ黄色顔料：Ｃ．Ｉ，ソルベント・イエロー１９、同７７、同７９、Ｃ．Ｉ，ディスパース・イエロー１６４等の黄色染料：Ｃ．Ｉ，ピグメント・レッド４８、同４９：１、同５３：１、同５７、同５７：１、同８１、同１２２、同５等の赤色もしくは紅色顔料：Ｃ．Ｉ，ソルベント・レッド４９、同５２、同５８、同８等の赤色染料：Ｃ．Ｉ，ピグメント・ブルー１５：３等の銅フタロシアニンおよびその誘導体の青色染顔料：Ｃ．Ｉ，ピグメント・グリーン、同３６（フタロシアニン・グリーン）等の緑色顔料等が使用可能である。これらの染顔料は、単独で用いても２種以上混合しても良い。前記着色剤の使用量は、特に限定されないが、通常、結着樹脂１００に対して、２〜７程度であることが好ましい。
【００２４】
（荷電制御剤；ＣＣＡ）
本発明に使用される荷電制御剤は、ベンジル酸誘導体の金属塩およびサリチル酸誘導体の金属塩が挙げられる。
本発明に使用される前記ベンジル酸誘導体の金属塩およびサリチル酸誘導体の金属塩は、ともに無色であり、トナーに高い負帯電を与えることができる。また、ベンジル酸誘導体の金属塩は帯電の立ち上り性の向上に、サリチル酸の金属塩は帯電量のレベルアップにそれぞれ非常に効果がある。したがって両者を併用することにより、非磁性一成分現像法式の画像履歴、供給性を良好にすることができる。
荷電制御剤の添加量としては、荷電制御剤の導電性による帯電量の低下を防止するために、結着樹脂１００に対し３以下、好ましくは２以下が望ましい。
【００２５】
（ワックス）
ワックスとしては、融点６０〜１２０ ℃、より好ましくは７０〜１１Ｏ ℃が望ましい。融点が６０℃以下ではトナーの凝集が発生することがある、１２０ ℃を超えると定着時でのワックスの染み出しが十分でなくオフセットが発生することがある。なお、前記融点は、示差走査熱量計により測定されたＤＳＣ曲線で、吸熱ピーク温度を測定して得られた値である。
前記ワックスとしては、例えば、パラフィンワックスおよびその誘導体、モンタンワックスおよびその誘導体、マイクロクリスタリンワックスおよびその誘導体、ポリオレフィンワックスおよびその誘導体が挙げられる。更には、アルコール系や脂肪酸系のワックス、動物系ワックス、鉱物系ワックス、エステルワックス、酸アミド系ワックス等も挙げられる。これらのワックスは１種単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。
【００２６】
（外添剤）
外添剤としては、二酸化ケイ素（シリカ）、二酸化チタン（チタニア）、酸化アルミニウム、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化セリウム、酸化鉄、酸化銅、酸化錫等が挙げられるが、これらのなかでは、流動性および帯電性の付与の点からシリカ微粒子が好ましい。
【００２７】
トナー物性の確認方法は以下の通りである。
（ワックス分散径の確認）
ワックス分散径は、トナーを無作為に１０個抽出し透過型電子顕微鏡観察によりトナー中に分散しているワックスの大きさを測定し数値化した。
（トナーの軟化点）
トナーの軟化点温度は、フローテスター（ＣＦＴ−５００、島津製作所製〉を用いて約１ｇの試料を昇温速度６℃／分で加熱しながら、２０ｋｇ／ｃｍ^２の荷重を与え、孔径１ｍｍ、高さ１ｍｍのダイから押し出し、プランジャーの降下開始温度と降下終了温度の中間点に対応する温度を軟化点温度とした。
（トナー帯電量）
帯電量は２成分系トナーと同様にキャリア粒子とトナーを混合し、ブローオフ帯電量測定法で測定した。
【００２８】
〔実施例１〕
（トナーの作製）
ポリエステル…９０部
顔料…４部
ワックス…４部
ＣＣＡ …２部
上記の組成の混合物を混練し、ジェット方式の粉砕機で粉砕した後、風力式分級機により、細粒・粗粒を分級し、ＹＣＭＫ各着色粒子を得た。用いたマゼンタ顔料は現像ローラとの摩擦により正側に帯電し、イエロー、シアン、黒顔料は現像ローラとの摩擦により負側に帯電する。
得られたＹＣＭＫ各着色粒子１００部に対し、外添剤として、負帯電性シリカ２．５部、負帯電性チタニア１．Ｏ部を添加し表面処理することでトナーを得た。
着色粒子製造の際、混練・冷却条件及び粉砕・分級条件によりワックス分散径及び５μｍ以下の体積割合を変更した。得られたトナーで現像器を組立て、印字耐久試験を行ったところ、表１に示すように、▲１▼、▲２▼トナーは、トナー飛散、現像ローラヘのトナーフィルミングが発生することなく１２ｋ枚の印字を終了することができたが、▲３▼トナーは、トナー飛散が発生し、耐久時には印字の欠落が発生し、現像ローラを確認したところフィルミングが認められた。また、そのトナーで定着試験を行ったところ、▲１▼トナーは１４０〜１９５ ℃まで、▲２▼トナーは１４０ ℃から２００ ℃まで、▲３▼トナーは１４０ ℃以上（評価は２１０ ℃まで）で良好な定着強度が得られることが確認できた。
【００２９】
【表１】

〔実施例２〕
表２に示すよう樹脂を変えることで軟化点を変更し、５μｍ以下の体積割合を１．０％に調整したことを除いては実施例１と同様にしてトナーを得た。
得られたトナーで現像器を組立て印字耐久試験を行ったところ、表２に示すように、▲５▼〜▲８▼トナーは、トナー飛散、現像ローラヘのトナーフィルミングが発生することなく１２ｋ枚の印字を終了することができた。また、そのトナーで定着試験を行ったところ、▲１▼トナーは定着可能な温度範囲が１３０〜１５５ ℃と２５℃しかとれなかった。また、▲８▼トナーは評価を行った２１０ ℃まで高温オフセットは発生しなかったが定着強度が得られるようになる温度が１８０ ℃と高くなってしまった。
【００３０】
【表２】

〔比較例１〕
▲１▼トナーに対し、ワックス分散径を２．５ μｍとしたトナーを混練・冷却条件を変更することで作製した。得られたトナーで現像器を組立て、印字耐久試験を行ったところ、トナー飛散が発生し、耐久時には印字の欠落が発生し、現像ローラを確認したところフィルミングが認められた。
【００３１】
【発明の効果】
負帯電性樹脂に対し正帯電性顔料を用いた場合、負帯電性顔料を用いたトナーに比べ帯電性が低下し、現像器によるかぶりやトナー飛散が多くなるが、外添剤の添加によるかぶり、飛散の低減効果が得られにくい微粉トナーを分級によりカットすることで、かぶり、飛散を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態で使用する画像形成装置の例を説明する図である。
【図２】高温オフセット及びトナー飛散とワックス分散径の関係を説明する図である。
【図３】ワックス主体の微粉量とトナーの粒径分布の関係を示す図である。
【図４】ワックス微粉量、帯電量とトナー飛散の関係を説明する図である。
【図５】トナー飛散とトナー粒径分布の関係を示す図である。
【符号の説明】
１…感光体、２…露光器、３…ロータリ式現像器、４…現像ローラ、５…中間転写媒体、６…駆動ローラ、７…従動ローラ、８…１次転写ローラ、９…テンションローラ、１０…用紙トレー、１１…用紙繰り出しローラ、１２…紙搬送路、１３…２次転写ローラ、１４…紙ガイド、１５…定着器、１６…排紙トレー。

Claims

体積平均粒径が６〜１０μｍである複数色の粉砕トナーを用いたフルカラー画像形成方法であって、負帯電性樹脂に、正帯電性の顔料を用いたトナーと負帯電性の顔料を用いたトナーとを併用し、トナーの５μｍ径以下の体積割合が、負帯電性顔料を用いたトナーに比して、正帯電性顔料を用いたトナーが少ないことを特徴とする画像形成方法。