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JP2022026742A - トナー及び粉末接着剤を含む電子写真用現像剤セット並びに接着物の製造方法 - Google Patents

トナー及び粉末接着剤を含む電子写真用現像剤セット並びに接着物の製造方法 Download PDF

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Koji Nishikawa
努 嶋野
Tsutomu Shimano
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Yuhei Terui
祥平 山下
Shohei Yamashita
考平 松田
Kohei Matsuda
祐樹 西沢
Yuki Nishizawa
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Abstract

【課題】耐高温オフセット性に優れ、かつ十分な接着力が得られる、トナー及び粉末接着剤を含む電子写真用現像剤セット。【解決手段】トナー及び粉末接着剤を含む電子写真用現像剤セットであって、該粉末接着剤は、結晶性ポリエステル樹脂及び該結晶性ポリエステル樹脂以外の熱可塑性樹脂を含有し、該粉末接着剤中の該結晶性ポリエステル樹脂の含有量が、21質量%以上であり、該結晶性ポリエステル樹脂の融点が、55℃以上100℃以下であり、粘弾性測定において、100℃における該トナーの貯蔵弾性率をGt’(100)とし、100℃における該粉末接着剤の貯蔵弾性率をGb’(100)としたとき、Gb’(100)が、1.0×105Pa以下であり、Gt’(100)/Gb’(100)が、1.2以上であることを特徴とする電子写真用現像剤セット。【選択図】なし

Description

本開示は、電子写真方式を利用して記録材上に静電潜像を現像し、トナー画像と、接着剤としての機能を有する粉末接着剤による接着部とを形成する、トナー及び粉末接着剤を含む電子写真用現像剤セットに関する。また、本開示は、該電子写真用現像剤セットを用いた接着物の製造方法に関する。
従来、プリンターや複写機で個人ごとに異なる情報を印刷した紙袋を作製する場合は、プリンターや複写機にあらかじめ作製された紙袋をセットし、その紙袋に印刷する方法を用いていた。そのため、紙袋への印刷と普通紙への印刷を同時に行う際には、印刷対象を変更するたびにプリンターに用いている用紙を、紙袋から普通紙に入れ替える手間が生じたり、印刷対象を間違えて印刷したりするという問題があった。
上記した問題に対して、電子写真方式を利用して、有色トナーによる画像形成を行うことに加えて、顔料を除いた粉末接着剤による接着部を形成し、紙を接着する方法が提案されている。また、この方法を用いることで、普通紙に印刷すると同時に、その普通紙を紙袋に加工する方法が提案されている。また、その方法に用いる有色トナーと粉末接着剤のトナーセットが提案されている。
さらに、接着剤以外の用途で、立体感、光沢感、粒状度の付与を目的とした有色トナーと透明トナーのセットが提案されている。
特許文献1には、画像形成用のトナーよりも定着適正温度の下限温度が低い接着用のトナーを用いて画像と接着部を形成する画像形成方法が提案されている。
特許文献2には、有色トナーで形成された画像上に透明トナーの層を形成して、視覚的に立体的に見せるトナーセットが提案されている。
特許文献3には、透明トナーにより画像全体の光沢性を制御するトナーセットが提案されている。
特許文献4には、透明トナーによりベタ画像の粒状度を制御するトナーセットが提案されている。
特開2006-171607号公報 特開2013-130794号公報 特開2014-139618号公報 特開2014-153661号公報
特許文献1に記載された方法では、画像形成用のトナーよりも定着適正温度の下限温度が低い接着用のトナーを用いることで、画像形成用のトナーが溶けない温度で接着用のトナーを溶かすことができると開示されている。
しかしながら、当該方法で、紙上にトナーによる画像部を形成し、画像部の裏面に粉末接着剤による接着部を形成して、接着部を内側にして紙を重ね、接着部を溶かすことで紙袋を作製した場合、十分な接着力が得られない場合があることがわかった。
また、接着力を得るために接着部を高温で加熱して溶かした場合には、画像部が溶融してしまい、定着器に画像部の一部が移ってしまう現象(高温オフセット性)が生じる場合があり、接着力と耐高温オフセットの両立が困難であることがわかった。
一方、特許文献2~4に記載されたトナーセットでは、透明トナーによる立体感、光沢性、粒状度の形成をそれぞれ目的としているため、透明トナーを粉末接着剤として使用した場合は、十分な接着力と有色トナーの耐高温オフセットの両立が難しいという課題がある。
本開示は、耐高温オフセット性に優れ、かつ十分な接着力が得られる、トナー及び粉末接着剤を含む電子写真用現像剤セット、並びに該電子写真用現像剤セットを用いた接着物の製造方法を提供する
トナー及び粉末接着剤を含む電子写真用現像剤セットであって、
該粉末接着剤は、結晶性ポリエステル樹脂及び該結晶性ポリエステル樹脂以外の熱可塑性樹脂を含有し、
該粉末接着剤中の該結晶性ポリエステル樹脂の含有量が、21質量%以上であり、
該結晶性ポリエステル樹脂の融点が、55℃以上100℃以下であり、
粘弾性測定において、
100℃における該トナーの貯蔵弾性率をGt’(100)とし、
100℃における該粉末接着剤の貯蔵弾性率をGb’(100)としたとき、
Gb’(100)が、1.0×10Pa以下であり、
Gt’(100)/Gb’(100)が、1.2以上である電子写真用現像剤セット。
本開示によれば、耐高温オフセット性に優れ、かつ十分な接着力が得られる、トナー及び粉末接着剤を含む電子写真用現像剤セット、並びに該電子写真用現像剤セットを用いた接着物の製造方法を提供することができる。
画像形成装置の概略図 画像形成装置の装置本体に対する接着ユニットの装着を説明するための図 画像形成装置におけるシートの搬送経路を表す図 折り工程の内容を説明するための図 画像形成装置の外観を示す斜視図 画像形成装置が出力する成果物を例示する図 プロセスカートリッジの概略図 評価用サンプルの模式図 評価用サンプルの模式図 評価用サンプルの模式図 接着力評価の模式図
本開示において、数値範囲を表す「XX以上YY以下」や「XX~YY」の記載は、特に断りのない限り、端点である下限及び上限を含む数値範囲を意味する。
数値範囲が段階的に記載されている場合、各数値範囲の上限及び下限は任意に組み合わせることができる。
また、各物性の測定方法についてはまとめて後述する。
初めに上記トナー及び粉末接着剤を含む電子写真用現像剤セットを用いた、電子写真方式による紙袋の作製方法について一例を下記に説明する。
まず、電子写真方式を用いて、紙上にトナーによる画像部を現像する(画像部の現像工程)。続いて、加熱を行うことで、画像部を紙上に定着する(画像部の定着工程)。次に、画像部を形成した紙の裏面に、粉末接着剤による接着部を現像する(接着部の現像工程
)。続いて、加熱を行うことで、接着部を紙上に定着する(接着部の定着工程)。その後、接着部をはさむようにして紙を重ねてさらに加熱を行い、接着部を溶融させることで接着し(接着工程)、紙袋(成果物)を得る。
成果物の中に物品を入れても接着部が剥がれないようにするためには、粉末接着剤と紙との接着力を上げることが重要であるが、同時に画像部の高温オフセットを防ぐ必要がある。
ここで本発明者らは、接着工程における接着部の十分な接着力を達成し、同時に画像部の高温オフセットを防ぐためには、粉末接着剤とトナーの溶融粘度を制御することが重要であると考え、鋭意検討を行った。
本開示は、トナー及び粉末接着剤を含む電子写真用現像剤セットであって、
該粉末接着剤は、結晶性ポリエステル樹脂及び該結晶性ポリエステル樹脂以外の熱可塑性樹脂を含有し、
該粉末接着剤中の該結晶性ポリエステル樹脂の含有量が、21質量%以上であり、
該結晶性ポリエステル樹脂の融点が、55℃以上100℃以下であり、
粘弾性測定において、
100℃における該トナーの貯蔵弾性率をGt’(100)とし、
100℃における該粉末接着剤の貯蔵弾性率をGb’(100)としたとき、
Gb’(100)が、1.0×10Pa以下であり、
Gt’(100)/Gb’(100)が、1.2以上である電子写真用現像剤セットに関する。
現像剤セットの物性を上記範囲にコントロールすることで、十分な接着力と、耐オフセット性の両立が可能となる。その理由について、本発明者らは以下のように考えている。
接着工程における接着部は、定着器との間に紙が存在するために、定着器から直接熱を受けることができない。そのため粉末接着剤は、紙で定着器の熱が一部遮断されても十分に溶融できる粘度に設計する必要がある。
さらに粉末接着剤が十分な接着力を発揮するには、紙上に画像として粉末接着剤の接着部を形成するだけでなく、溶融時に紙の繊維に入り込む設計が重要である。溶融した粉末接着剤が紙の繊維に入り込み硬化することで、所謂アンカー効果を発揮して接着力を上げることができる。つまり、溶融時に速やかに低粘度化すること、紙の繊維に入り込むことが接着力を得るために重要である。
上記粉末接着剤は、結晶性ポリエステル樹脂及び該結晶性ポリエステル樹脂以外の熱可塑性樹脂(以下、単に「熱可塑性樹脂」ともいう)を含有する。結晶性ポリエステル樹脂はシャープメルト性を有しており、定着器通過時も速やかに溶融することができる。また、溶融した結晶性ポリエステル樹脂は熱可塑性樹脂と混ざり合い、熱可塑性樹脂の溶融粘度を下げることができる。
さらに結晶性ポリエステル樹脂は分子構造に極性基のエステル結合を有しているので、紙とのなじみが非常に優れている。そのため溶融した粉末接着剤は毛細管現象により紙の繊維に浸透していきやすい。
粉末接着剤中の結晶性ポリエステル樹脂の含有量は、21質量%以上である。該含有量は、好ましくは25質量%以上40質量%以下である。該含有量を21質量%以上にすることで、定着時に粉末接着剤が短時間で溶融して低粘度化することができる。低粘度化することで紙の繊維に入りやすくなり、接着力を上げることができる。
粉末接着剤に含まれる結晶性ポリエステル樹脂の融点は、55℃以上100℃以下である。該融点は、好ましくは55℃以上90℃以下である。結晶性ポリエステル樹脂の融点
を上記範囲とすることで、少ない熱でも低粘度化するため、紙の繊維に入りやすくなり、接着力を上げることができる。
粉末接着剤の粘弾性測定において100℃における粉末接着剤の貯蔵弾性率をGb’(100)としたとき、Gb’(100)が1.0×10Pa以下である。Gb’(100)は、好ましくは1.0×10Pa以下である。下限は特に制限されないが、好ましくは1.0×10Pa以上であり、より好ましくは1.0×10Pa以上である。
粉末接着剤は、紙で定着器の熱が一部遮断されても溶融できる粘度に設計する必要があり、接着力を得るには溶融時の粘度だけでなく、100℃における貯蔵弾性率が重要であることがわかった。貯蔵弾性率は変形しやすさの指標で、値が小さいほど変形した時に元の形状に戻りにくい性質を表している。
Gb’(100)が1.0×10Pa以下であると、熱で溶融した粉末接着剤は、圧力を受けた時に変形が進んで紙の繊維に入り込むことができるので、十分な接着力が得られる。
粉末接着剤が十分な接着力を達成する一方で、紙袋の表側に形成されたトナー画像部の高温オフセットの発生を抑える必要がある。トナー画像部と定着器の間には遮蔽するものが無く、トナー画像部は直接熱を受けることになる。そのため、トナーは熱と圧力で変形が進みすぎると、トナーの一部が定着器に移行してしまい、高温オフセットが発生する。
トナーの粘弾性測定において100℃におけるトナーの貯蔵弾性率をGt’(100)としたとき、粉末接着剤が定着器の熱と圧力で変形する指標であるGb’(100)に対して、トナーのGt’(100)を定着器の熱と圧力で変形が進みすぎない範囲に設定することが重要である。
本発明者らが鋭意検討した結果、Gt’(100)/Gb’(100)が1.2以上であれば、粉末接着剤の十分な接着力と、トナーの耐高温オフセット性を両立できることがわかった。Gt’(100)/Gb’(100)は、好ましくは、2.0~30.0であり、より好ましくは5.0~25.0である。
Gb’(100)及びGt’(100)は、粉末接着剤及びトナーに含有される熱可塑性樹脂や結晶性ポリエステルの種類や量比によって制御することができる。
Gt’(100)は、好ましくは5.0×10Pa~1.0×10Paであり、より好ましくは2.0×10Pa~6.0×10Paである。
粉末接着剤の接着力とトナーの耐高温オフセット性をさらに良化させるには、粉末接着剤の貯蔵弾性率Gb’及びトナーの貯蔵弾性率Gt’が1.0×10Paとなる温度の関係を制御することが好ましい。
粉末接着剤の貯蔵弾性率Gb’が1.0×10Paであると定着器の熱と圧力で変形が進んで紙の繊維に入り込み接着力を得ることができる。一方で、トナーの貯蔵弾性率Gt’が1.0×10Paであると高温オフセットが発生しにくい。粉末接着剤及びトナーの貯蔵弾性率が1.0×10Paの時の温度が、粉末接着剤の接着力及びトナーの耐高温オフセット性をさらに良化できる目安となる。
トナーは定着器から直接熱を受けるために、粉末接着剤よりも高い温度でトナーの貯蔵弾性率Gt’が1.0×10Paとなることが理想である。粘弾性測定において、粉末接着剤の貯蔵弾性率Gb’が1.0×10Paとなる温度をTbとし、トナーの貯蔵弾性率Gt’が1.0×10Paとなる温度をTtとしたとき、Tt-Tbは10℃以上であることが好ましく、より好ましくは15℃以上である。
Tt-Tbを10℃以上とすることで、粉末接着剤の十分な接着力とトナーの耐高温オフセットを両立しやすくなる。上限は特に制限されないが、Tt-Tbは好ましくは35℃以下であり、より好ましくは30℃以下である。
Tb及びTtは、粉末接着剤及びトナーに含有される熱可塑性樹脂や結晶性ポリエステル樹脂の種類や量比によって制御することができる。
粉末接着剤の粘弾性測定において、55℃以上100℃以下の範囲における粉末接着剤の損失弾性率G’’の粉末接着剤の貯蔵弾性率G’に対する比(tanδ)の最大値が、3.0未満であることが好ましい。より好ましくは0.7以上2.0以下である。
tanδは溶融時の粉末接着剤の粘り具合を表す指標であり、小さいほど弾性体に近く、大きいほど粘性体に近い性質を持つ。
tanδの最大値が3.0未満であると、溶融状態の粉末接着剤は弾性体に近い挙動を示す。そのため定着器通過時に紙と紙の搬送にずれが生じても、溶融状態の粉末接着剤が元の形状に戻るため、紙同士の搬送のずれが解消されて、しわの発生を抑えることができる。
tanδは、粉末接着剤に含有される熱可塑性樹脂、結晶性ポリエステル樹脂及びワックスの種類や量比によって制御することができる。
粉末接着剤は、結晶性ポリエステル樹脂以外の熱可塑性樹脂を含む。粉末接着剤に含有される熱可塑性樹脂としては、特に制限されず、ポリエステル樹脂、ビニル系樹脂、アクリル系樹脂、スチレンアクリル系樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリオレフィン、エチレン-酢酸ビニル共重合樹脂、エチレン-アクリル酸共重合樹脂などの公知の熱可塑性樹脂が挙げられる。
また、トナーは、上記のような熱可塑性樹脂を含んでもよい。
トナー及び粉末接着剤は、これらの樹脂を複数含有してもよい。また、トナーと粉末接着剤に含有される熱可塑性樹脂は同じものでも異なるものでもよい。
粉末接着剤に含有される結晶性ポリエステル樹脂以外の熱可塑性樹脂は、非晶性樹脂を含むことが好ましい。結晶性ポリエステル樹脂以外の熱可塑性樹脂は、非晶性ポリエステル樹脂を主成分として含有することが好ましい。主成分とは、その含有量が50質量%以上であることを示す。
また、トナーは、熱可塑性樹脂として、非晶性樹脂を含むことが好ましく、非晶性ポリエステル樹脂を含むことがより好ましい。
熱可塑性樹脂中の非晶性ポリエステル樹脂の含有量は、好ましくは50質量%~100質量%であり、より好ましくは80質量%~100質量%であり、さらに好ましくは90質量%~100質量%である。
非晶性ポリエステル樹脂と結晶性ポリエステル樹脂は、両方とも分子構造に極性基のエステル結合を有するので親和性が高く、溶融時でもなじみやすい。そのため粉末接着剤の溶融時に結晶性ポリエステル樹脂が、非晶性ポリエステル樹脂と分離しにくい。そのため分離した結晶性ポリエステル樹脂が紙を浸透することによる紙の接着面の逆側面への染み出しを抑えることができる。
また、粉末接着剤中の結晶性ポリエステル樹脂以外の熱可塑性樹脂の含有割合は、好ましくは40質量%~80質量%であり、より好ましくは50質量%~65質量%である。
非晶性ポリエステル樹脂は、公知のポリエステル樹脂を用いることができる。
具体例として、二塩基酸やその誘導体(カルボン酸ハロゲン化物、エステル、酸無水物)及び二価のアルコールの縮重合体が挙げられる。必要に応じて三価以上の多塩基酸及びその誘導体(カルボン酸ハロゲン化物、エステル、酸無水物)、一塩基酸、三価以上のアルコール、並びに一価のアルコールを用いてもよい。
二塩基酸としては、例えば、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、蓚酸、マロン酸、コ
ハク酸、ドデシルコハク酸、ドデセニルコハク酸、アジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸、デカン-1,10-ジカルボン酸などの脂肪族二塩基酸;フタル酸、テトラヒドロフタル酸、ヘキサヒドロフタル酸、テトラブロムフタル酸、テトラクロルフタル酸、ヘット酸、ハイミック酸、イソフタル酸、テレフタル酸、2,6-ナフタレンジカルボン酸などの芳香族二塩基酸;などが挙げられる。
また、二塩基酸の誘導体としては、上記脂肪族二塩基酸及び芳香族二塩基酸のカルボン酸ハロゲン化物、エステル化物及び酸無水物などが挙げられる。
一方、二価のアルコールとしては、例えば、エチレングリコール、1,2-プロパンジオール、1,3-プロパンジオール、1,4-ブタンジオール、1,5-ペンタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリエチレングリコール、ネオペンチルグリコールなどの非環式の脂肪族ジオール類;ビスフェノールA、ビスフェノールFなどのビスフェノール類;ビスフェノールAのエチレンオキサイド付加物、ビスフェノールAのプロピレンオキサイド付加物などのビスフェノールAのアルキレンオキサイド付加物;キシリレンジグリコールなどのアラルキレングリコール類;などが挙げられる。
三価以上の多塩基酸やその無水物としては、例えば、トリメリット酸、無水トリメリット酸、ピロメリット酸、無水ピロメリット酸などが挙げられる。
該スチレンアクリル系樹脂を形成し得る重合性単量体としては、スチレン、α-メチルスチレン、ジビニルベンゼンのようなスチレン系単量体;アクリル酸メチル、アクリル酸ブチル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸2-ヒドロキシエチル、メタクリル酸t-ブチル、メタクリル酸2-エチルヘキシルのような不飽和カルボン酸エステル;アクリル酸、メタクリル酸のような不飽和カルボン酸;マレイン酸のような不飽和ジカルボン酸;マレイン酸無水物のような不飽和ジカルボン酸無水物;アクリロニトリルのようなニトリル系ビニル単量体;塩化ビニルのような含ハロゲン系ビニル単量体;ニトロスチレンのようなニトロ系ビニル単量体;などが挙げられる。これらは単独で又は複数種を組み合わせて用いることができる。
熱可塑性樹脂の数平均分子量Mnは、好ましくは5000~50000であり、より好ましくは10000~40000である。
熱可塑性樹脂の重量平均分子量Mwは、好ましくは20000~200000であり、より好ましくは50000~150000である。
熱可塑性樹脂のガラス転移温度Tgは、好ましくは40℃~90℃であり、より好ましくは50℃~65℃である。
粉末接着剤に含有される結晶性ポリエステル樹脂は、公知の結晶性ポリエステル樹脂を用いることができる。結晶性樹脂とは、示差走査熱量計(DSC)を用いた測定により、明確な融点を示す樹脂をいう。
結晶性ポリエステル樹脂は、脂肪族ジオール及び/又は脂肪族ジカルボン酸を含むモノマーの縮重合物であることが好ましい。
結晶性ポリエステル樹脂は、炭素数2~12(好ましくは2~10)の脂肪族ジオールに由来する構造及び/又は炭素数2~12(好ましくは2~10)の脂肪族ジカルボン酸に由来する構造を含有することが好ましい。結晶性ポリエステル樹脂は、炭素数2~12(好ましくは2~10)の脂肪族ジオール及び炭素数2~12(好ましくは2~10)の脂肪族ジカルボン酸の縮重合物であることがより好ましい。
このような構造を有する結晶性ポリエステル樹脂は、分子が規則的に配列しており非常にシャープメルト性に優れるため、定着時に速やかに溶融することができる。また、熱可
塑性樹脂を低粘度化する効果もある。
一部の熱可塑性樹脂は、構成する分子間で水素結合を有しているので、熱可塑性樹脂自身は溶融しても十分に低粘度化できない。上記のような構造を有する結晶性ポリエステル樹脂は、溶融時に熱可塑性樹脂の分子間に入り込みやすく、熱可塑性樹脂中の水素結合を弱める働きがあり、粉末接着剤の粘度低下に対して効果がある。
さらに紙とのなじみに関して、結晶性ポリエステル樹脂のエステル基による極性が有利に働く。これらの特性により、溶融した粉末接着剤は毛細管現象により紙の繊維に浸透していきやすく、接着力を上げることができる。
炭素数2以上12以下の脂肪族ジオールとしては、以下の化合物が挙げられる。
1,2-エタンジオール、1,3-プロパンジオール、1,4-ブタンジオール、1,5-ペンタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、1,7-ヘプタンジオール、1,8-オクタンジオール、1,9-ノナンジオール、1,10-デカンジオール、1,11-ウンデカンジオール、1,12-ドデカンジオール。
また、二重結合を持つ脂肪族ジオールを用いることもできる。二重結合を持つ脂肪族ジオールとしては、以下の化合物を挙げることができる。
2-ブテン-1,4-ジオール、3-ヘキセン-1,6-ジオール及び4-オクテン-1,8-ジオール。
炭素数2以上12以下の脂肪族ジカルボン酸としては、以下の化合物を挙げることができる。
蓚酸、マロン酸、琥珀酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、1,9-ノナンジカルボン酸、1,10-デカンジカルボン酸、1,11-ウンデカンジカルボン酸、1,12-ドデカンジカルボン酸。これら脂肪族ジカルボン酸の低級アルキルエステルや酸無水物も使用できる。これらは単独で用いてもよいし、2種類以上を混合して用いることも可能である。
結晶性ポリエステル樹脂の製造方法としては、特に制限はなく、ジカルボン酸成分とジオール成分とを反応させる一般的なポリエステルの重合法によって製造することができる。例えば、直接重縮合法又はエステル交換法を用い、単量体の種類によって使い分けて製造することができる。
粉末接着剤に含まれる結晶性ポリエステル樹脂は、数平均分子量Mnが6200~20000であることが好ましい。分子量Mnがこの範囲にあると、溶融した結晶性ポリエステル樹脂が熱可塑性樹脂と混ざり合った際の粘度を適切に制御することができる。そのため粉末接着剤が定着器を通過するときに、紙と紙の搬送にずれが生じるのを防ぎ、紙のしわの発生を防ぐことができる。
トナーは、結晶性ポリエステル樹脂を含有することが好ましい。トナーに使用される結晶性ポリエステル樹脂は、粉末接着剤に使用される結晶性ポリエステル樹脂に記載したものから選択してもよい。
粉末接着剤の接着力と、トナーの耐高温オフセット性を両立するためには、トナー中の結晶性ポリエステル樹脂の含有量が、粉末接着剤中の結晶性ポリエステル樹脂の含有量よりも少ないことが好ましい。
トナー中の結晶性ポリエステル樹脂の含有量は、好ましくは2質量%~25質量%であり、より好ましくは5質量%~20質量%である。
トナー及び粉末接着剤は、着色剤を含有してもよい。該着色剤としては、ブラック用着色剤、イエロー用着色剤、マゼンタ用着色剤、及びシアン用着色剤が挙げられる。
ブラック用着色剤としては、カーボンブラックなどが挙げられる。
イエロー用着色剤としては、モノアゾ化合物;ジスアゾ化合物;縮合アゾ化合物;イソ
インドリノン化合物;イソインドリン化合物;ベンズイミダゾロン化合物;アンスラキノン化合物;アゾ金属錯体;メチン化合物;アリルアミド化合物などに代表されるイエロー顔料が挙げられる。具体的には、C.I.ピグメントイエロー74,93,95,109,111,128,155,174,180,185などが挙げられる。
マゼンタ用着色剤としては、モノアゾ化合物;縮合アゾ化合物;ジケトピロロピロール化合物;アントラキノン化合物;キナクリドン化合物;塩基染料レーキ化合物;ナフトール化合物:ベンズイミダゾロン化合物;チオインジゴ化合物;ペリレン化合物などに代表されるマゼンタ顔料が挙げられる。具体的には、C.I.ピグメントレッド2,3,5,6,7,23,48:2,48:3,48:4,57:1,81:1,122,144,146,150,166,169,177,184,185,202,206,220,221,238,254,269、C.I.ピグメントバイオレッド19などが挙げられる。
シアン用着色剤としては、銅フタロシアニン化合物及びその誘導体、アントラキノン化合物;塩基染料レ-キ化合物などに代表されるシアン顔料が挙げられる。具体的には、C.I.ピグメントブルー1,7,15,15:1,15:2,15:3,15:4,60,62,66が挙げられる。
また、顔料とともに、着色剤として従来知られている種々の染料を用いることもできる。
トナーにおける着色剤の含有量は、1.0質量%以上20.0質量%以下であることが好ましい。
また、粉末接着剤は、着色剤を含有することが好ましい。粉末接着剤における着色剤の含有量は0.00質量%を超え1.00質量%以下であることが好ましく、0.01質量%以上0.50質量%以下であることがより好ましく、0.02質量%以上0.10質量%以下であることがさらに好ましい。粉末接着剤は着色剤を含有することで、定着時に紙と紙を接着させた成果物のカールを抑えることができる。
カールは、成果物が定着器通過後に冷える際に、接着部が変形することで発生する。粉末接着剤中の結晶性ポリエステル樹脂は、粉末接着剤粒子内に微分散状態で存在していることが好ましい。粉末接着剤が溶融したときでも、結晶性ポリエステル樹脂は着色剤の微粒子を核にして好適に微分散状態を維持しやすくなる。
そのため、粉末接着剤粒子中に着色剤微粒子が存在すると、溶融時の結晶性ポリエステル樹脂の微分散状態が保たれやすくなるため、硬化時に収縮が発生しにくく、カールの発生を抑えられやすくなる。
粉末接着剤は、多価金属化合物を含有することが好ましい。多価金属化合物はアルミニウム化合物、鉄化合物、及びマグネシウム化合物からなる群から選択される少なくとも一であることが好ましい。
粉末接着剤に使用される多価金属化合物は、無機金属塩、2価以上の金属錯体などが挙げられる。無機金属塩としては、例えば、塩化ナトリウム、塩化カルシウム、硝酸カルシウム、塩化バリウム、塩化マグネシウム、硫酸マグネシウム、塩化亜鉛、塩化アルミニウム、硫酸アルミニウム、塩化鉄などの金属塩、及び、ポリ塩化アルミニウム、ポリ水酸化アルミニウム、多硫化カルシウムなどの無機金属塩重合体などが挙げられる。
多価金属化合物は、塩化アルミニウム、塩化鉄、塩化マグネシウム及び塩化ナトリウムからなる群から選択される少なくとも一であることがより好ましい。
多価金属化合物はイオン性の結合を有していて、金属元素は正帯電に偏っている。一方で結晶性ポリエステル樹脂は、エステル基中のカルボニル基が負帯電に偏っている。その結果、多価金属化合物の金属元素部分と結晶性ポリエステル樹脂のカルボニル基が引き合
う状態になっている。
粉末接着剤の結晶性ポリエステル樹脂は、溶融時に熱可塑性樹脂から分離することがあるが、多価金属化合物が存在すると結晶性ポリエステル樹脂の分離を抑えることができる。そのため、熱可塑性樹脂から分離した結晶性ポリエステル樹脂が紙を浸透することによる紙の裏側への結晶性ポリエステル樹脂の染み出しを抑えることができる。
粉末接着剤中の多価金属化合物の含有量は、0.01質量%以上1.0質量%以下であることが好ましい。多価金属化合物の含有量は、粉末接着剤に添加する多価金属化合物の量や粉末接着剤の製造条件で制御することができる。
トナー又は粉末接着剤は、必要に応じてワックス、荷電制御剤、荷電制御樹脂、顔料分散剤などの、公知の材料を含有してもよい。
トナー及び粉末接着剤の製造方法について説明する。トナー粒子及び粉末接着剤粒子の製造方法は公知の手段を用いることができ、混練粉砕法や湿式製造法を用いることができる。粒子径の均一化や形状制御性の観点からは湿式製造法を好ましく用いることができる。さらに湿式製造法には懸濁重合法、溶解懸濁法、乳化重合凝集法、乳化凝集法などを挙げることができ、乳化凝集法を好ましく用いることができる。
乳化凝集法は、まず結着樹脂の微粒子及び必要に応じて着色剤などその他の材料の微粒子を、水系媒体中で分散混合する。水系媒体中には、分散安定剤や界面活性剤が添加されていてもよい。その後、凝集剤を添加することによって所望の粒径となるまで凝集させ、その後又は凝集と同時に、樹脂微粒子間の融着を行う。さらに必要に応じて、熱による形状制御を行うことにより、トナー粒子及び粉末接着剤粒子を形成する。
ここで、結着樹脂の微粒子は、組成の異なる樹脂よりなる2層以上の構成とする複数層で形成された複合粒子とすることもできる。例えば、乳化重合法、ミニエマルション重合法、転相乳化法などにより製造、又はいくつかの製法を組み合わせて製造することができる。
トナー粒子中及び粉末接着剤粒子中に内添剤を含有させる場合は、樹脂微粒子に内添剤を含有したものとしてもよく、また、別途内添剤のみよりなる内添剤微粒子の分散液を調製し、当該内添剤微粒子を、樹脂微粒子を凝集させる際に共に凝集させてもよい。また、凝集時に組成の異なる樹脂微粒子を時間差で添加して凝集させることにより組成の異なる層構成のトナー粒子及び粉末接着剤粒子を作ることもできる。
分散安定剤としては以下のものを使用することができる。無機分散安定剤として、リン酸三カルシウム、リン酸マグネシウム、リン酸亜鉛、リン酸アルミニウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、メタ珪酸カルシウム、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、ベントナイト、シリカ、アルミナが挙げられる。
また、有機系分散安定剤としては、ポリビニルアルコール、ゼラチン、メチルセルロース、メチルヒドロキシプロピルセルロース、エチルセルロース、カルボキシメチルセルロースのナトリウム塩、デンプンが挙げられる。
界面活性剤として、公知のカチオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤、ノニオン性界面活性剤を使用することができる。
カチオン性界面活性剤の具体例としては、ドデシルアンモニウムブロマイド、ドデシルトリメチルアンモニウムブロマイド、ドデシルピリジニウムクロライド、ドデシルピリジニウムブロマイド、ヘキサデシルトリメチルアンモニウムブロマイドなどが挙げられる。
ノニオン性界面活性剤の具体例としては、ドデシルポリオキシエチレンエーテル、ヘキサデシルポリオキシエチレンエーテル、ノニルフェニルポリキオシエチレンエーテル、ラウリルポリオキシエチレンエーテル、ソルビタンモノオレアートポリオキシエチレンエー
テル、スチリルフェニルポリオキシエチレンエーテル、モノデカノイルショ糖などが挙げられる。
アニオン性界面活性剤の具体例としては、ステアリン酸ナトリウム、ラウリン酸ナトリウムなどの脂肪族石鹸や、ラウリル硫酸ナトリウム、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ポリオキシエチレン(2)ラウリルエーテル硫酸ナトリウムなどが挙げることができる。
凝集剤としては、無機金属塩、2価以上の多価金属化合物などが挙げられる。また、微粒子分散液に助剤として界面活性剤を用いた場合、逆極性の界面活性剤を用いることも有効である。特に、凝集剤として多価金属化合物を用いた場合には、界面活性剤の使用量が低減され、帯電特性が向上する。
無機金属塩としては、例えば、塩化ナトリウム、塩化カルシウム、硝酸カルシウム、塩化バリウム、塩化マグネシウム、硫酸マグネシウム、塩化亜鉛、塩化アルミニウム、硫酸アルミニウム、塩化鉄などの金属塩、及び、ポリ塩化アルミニウム、ポリ水酸化アルミニウム、多硫化カルシウムなどの無機金属塩重合体などが挙げられる。
トナー粒子又は粉末接着剤には、必要により外添剤などを混合しその表面に付着させてもよい。
粉末接着剤は、その表面に無機微粒子Aを有することが好ましい。無機微粒子Aはシリカ微粒子であることが好ましい。シリカ微粒子は、特に制限されず、ゾルゲルシリカなど公知のシリカを用いることができる。無機微粒子Aの一次粒子の個数平均径は30nm以上200nm以下であることが好ましく、40nm以上190nm以下であることがより好ましい。粉末接着剤がこのような無機微粒子Aを表面に有すると、定着時に紙と紙を接着させた成果物のカールを抑えることができる。
表面に無機微粒子Aを有する粉末接着剤が定着器を通過すると、接着部中には無機微粒子Aが分散している状態となる。熱可塑性樹脂や結晶性ポリエステル樹脂などの樹脂中に無機微粒子Aが分散されると、フィラー効果により弾性変形しにくくなり、成果物のカールを抑えることができる。
さらに、粉末接着剤が無機微粒子Aをその表面に有すると、接着力向上にも効果がある。粉末接着剤中の結晶性ポリエステル樹脂は、粉末接着剤粒子内に微分散状態で存在している。
粉末接着剤が溶融したときに、微分散状態の結晶性ポリエステル樹脂は、無機微粒子Aを核にして好適に微分散状態を維持しやすくなる。その結果、粉末接着剤中の熱可塑性樹脂全体を均一に粘度低下させることができ、紙の繊維に入り込みやすくなり接着力が向上する。
粉末接着剤中の無機微粒子Aの含有量は、0.05質量%~5.00質量%であること好ましい。
粉末接着剤は、その表面に微粒子Bを有することが好ましい。微粒子Bの25℃での体積抵抗率が、5.0×10Ωm~1.0×10Ωmであることが好ましく、1.0×10Ωm~1.0×10Ωmであることがより好ましい。
粉末接着剤は、転写工程において帯電の力で紙へ転写される。そのため、紙上に転写された粉末接着剤は帯電を持った状態で存在している。粉末接着剤表面に微粒子Bが存在すると、転写工程後の帯電を速やかに緩和することができる。帯電が緩和することで粉末接着剤同士の静電凝集性も改善され、定着工程で定着器からの圧力を受けた時に瞬時に粉末接着剤の粒子が紙の繊維に入り込みやすくなる。その結果、接着力を上げることができる。
微粒子Bとしては、酸化鉄微粒子、酸化チタン微粒子、酸化スズ微粒子、酸化亜鉛微粒
子、酸化アルミニウム微粒子、チタン酸ストロンチウム微粒子、チタン酸バリウム微粒子、シリコーン微粒子が挙げられる。これらの微粒子群で単独では体積抵抗率が5.0×10Ωm~1.0×10Ωmの範囲に含まれない材料でも、任意の組み合わせで選択される2種以上を用いた複合体として体積抵抗率を調整してもよい。
微粒子Bは、チタン酸ストロンチウム微粒子、酸化チタン微粒子及びシリコーン微粒子からなる群から選択される少なくとも一であることが好ましい
微粒子Bの一次粒子の個数平均粒径(D1)は、10nm以上500nm以下であることが好ましく、10nm以上80nm以下であることがより好ましい。
粉末接着剤中の微粒子Bの含有量は、0.01質量%~5.00質量%であることが好ましい。
トナー及び粉末接着剤は、流動性や帯電性を向上させるために、無機微粒子A及び微粒子B以外の流動性向上剤を添加してもよい。
流動性向上剤は、一次粒子の個数平均粒径が5nm以上30nm以下であると、高い帯電性と流動性を持たせることができるので好ましい。流動性向上剤はシリカ微粒子であることが好ましい。
粉末接着剤中の流動性向上剤の含有量は、0.01質量%~5.00質量%であることが好ましい。
トナー中の、外添剤の含有量は、0.01質量%~5.00質量%であることが好ましい。
トナー中の外添剤の含有量と粉末接着剤中の外添剤の含有量の差は、好ましくは0.0質量%以上2.5質量%以下であり、より好ましくは0.0質量%以上2.0質量%以下である。
粉末接着剤の平均円形度は、0.940以上であることが好ましく、0.970以上であることがより好ましい。粉末接着剤の平均円形度が0.940以上であると、粉末接着剤の粒子が転がりやすい形状のために、転写工程で紙の繊維に入り込みやすくなる。その結果、粉末接着剤が紙の繊維に入った状態で溶融することができるため、接着力を高めることができる。
粉末接着剤の平均円形度の上限は、特に制限されないが、好ましくは0.995以下であり、より好ましくは0.990以下である。粉末接着剤の平均円形度は、粉末接着剤の製造条件で制御することができる。
トナーの重量平均粒子径(D4)は4.0μm以上20.0μm以下であることが好ましい。上記範囲にあることで、接着工程の溶融状態を均一にできるため、耐高温オフセット性が向上する。
粉末接着剤の重量平均粒子径(D4)は3.0μm以上17.0μm以下であることが好ましい。上記範囲にあることで、接着工程で紙の繊維に入り込みやすくなるため、接着力が得られる。
トナー及び粉末接着剤の重量平均粒子径(D4)は、トナー及び粉末接着剤の製造条件で制御することができる。
以下に、トナーと粉末接着剤とを含む電子写真用現像剤を好適に用いることのできる、画像形成装置及び紙の接着処理を行う処理装置の一例について、具体的に説明する。
(全体の装置構成)
最初に、画像形成装置の全体構成について、図1、図2、図5を用いて説明する。図1は、画像形成装置本体(以下、装置本体10と記載する)と、装置本体10と接続された後処理ユニット30と、を備えた画像形成装置1の断面構成を表す概略図である。画像形成装置1は、電子写真式の印刷機構を備えた装置本体10と、シート処理装置としての後
処理ユニット30とによって構成される電子写真画像形成装置(電子写真システム)である。
図5は画像形成装置1の外観を表す斜視図である。後処理ユニット30は、装置本体10の上部に装着されている。画像形成装置1は、下部にシートカセット8を有し、右側面部に開閉可能なトレイ20を有し、上面部に第1排出トレイ13を備えている。
まず、装置本体10の内部構成を説明する。図1に示すように、装置本体10は、記録媒体であるシートPを収納するシート収納部としてのシートカセット8と、画像形成手段としての画像形成ユニット1eと、定着手段としての第1定着器6と、これらを収容する筐体19と、備えている。装置本体10は、シートカセット8から給送されるシートPに画像形成ユニット1eによってトナー像を形成し、第1定着器6によって定着処理を施した印刷物を作成する印刷機能を有する。
シートカセット8は、装置本体10の下部において筐体19に対して引き出し可能に挿入されており、多数枚のシートPを収納している。シートカセット8に収納されたシートPは、給送ローラ等の給送部材でシートカセット8から給送され、分離ローラ対によって1枚ずつ分離された状態で、搬送ローラ8aによって搬送される。また、開いた状態のトレイ20(図5)にセットされたシートを1枚ずつ給送することも可能である。
画像形成ユニット1eは、4つのプロセスカートリッジ7n,7y,7m,7cと、スキャナユニット2と、転写ユニット3と、を備えたタンデム型の電子写真ユニットである。プロセスカートリッジとは、画像形成プロセスを担う複数の部品を一体的に交換可能にユニット化したものである。
装置本体10には、筐体19に支持されるカートリッジ支持部9が設けられており、各プロセスカートリッジ7n,7y,7m,7cはカートリッジ支持部9に設けられた装着部9n,9y,9m,9cに着脱可能に装着される。なお、カートリッジ支持部9は、筐体19から引き出し可能なトレイ部材であってもよい。
各プロセスカートリッジ7n,7y,7m,7cは、4つの粉体収容部104n,104y,104m,104cに収容される粉体の種類を除いて実質的に共通の構成を備えている。すなわち、各プロセスカートリッジ7n,7y,7m,7cは、像担持体である感光ドラム101、帯電器である帯電ローラ102、粉体を収容する粉体収容部104n,104y,104m,104c、及び粉体を用いて現像を行う現像ローラ105と含む。
4つの粉体収容部のうち、図中右側3つの粉体収容部104y,104m,104cには、シートPに可視像を形成するためのトナー(第1の粉体)として、それぞれイエロー、マゼンタ、シアンの印刷用トナーTy,Tm,Tcが収容されている。これに対し、図中最も左側の粉体収容部104nには、印刷後に接着処理を行うための粉体(第2の粉体)である粉末接着剤Tnが収容されている。
粉体収容部104y,104m,104cは、いずれも印刷用トナーを収容する第1収容部の例であり、粉体収容部104nは粉末接着剤を収容する第2収容部の例である。また、プロセスカートリッジ7y,7m,7cは、いずれも印刷用トナーを用いてトナー像を形成する第1プロセスユニットの例であり、プロセスカートリッジ7nは、所定の塗布パターンで粉末接着剤の像を形成する第2プロセスユニットの例である。
テキスト等の黒色の画像を印刷する場合は、イエロー(Ty)、マゼンタ(Tm)、シアン(Tc)のトナーを重畳したプロセスブラックで表現する。ただし、例えば画像形成ユニット1eにブラックの印刷用トナーを用いる5つ目のプロセスカートリッジを追加し、黒色の画像をブラックの印刷用トナーで表現できるようにしてもよい。これに限らず、画像形成装置1の用途に応じて印刷用トナーの種類及び数は変更可能である。
スキャナユニット2は、プロセスカートリッジ7n,7y,7m,7cの下方、かつシートカセット8の上方に配置されている。スキャナユニット2は、各プロセスカートリッジ7n,7y,7m,7cの感光ドラム101にレーザ光Gを照射して静電潜像を書き込む露光手段である。
転写ユニット3は、中間転写体(二次的な像担持体)としての転写ベルト3aを備えている。転写ベルト3aは、二次転写内ローラ3b及び張架ローラ3cに巻き回されたベルト部材であり、外周面において各プロセスカートリッジ7n,7y,7m,7cの感光ドラム101に対向している。
転写ベルト3aの内周側には、各感光ドラム101に対応する位置に一次転写ローラ4が配置されている。また、二次転写内ローラ3bに対向する位置に、転写手段としての二次転写ローラ5が配置されている。二次転写ローラ5と転写ベルト3aとの間の転写ニップ5nは、転写ベルト3aからシートPにトナー像が転写される転写部(二次転写部)である。
第1定着器6は、二次転写ローラ5の上方に配置されている。第1定着器6は、定着部材としての加熱ローラ6aと、加圧部材としての加圧ローラ6bとを有する熱定着方式の定着器である。加熱ローラ6aは、ハロゲンランプやセラミックヒータ等の発熱体や誘導加熱方式の発熱機構によって加熱される。加圧ローラ6bは、バネ等の付勢部材によって加熱ローラ6aに押圧されており、加熱ローラ6aと加圧ローラ6bのニップ部(定着ニップ6n)を通過するシートPを加圧するための加圧力を発生させる。
筐体19には、装置本体10からシートPを排出するための開口部である排出口12(第1の排出口)が設けられており、排出口12には排出ユニット34が配置されている。排出手段である排出ユニット34は、第1排出ローラ34aと、中間ローラ34bと、第2排出ローラ34cと、を有するいわゆる三連ローラを使用している。
また、第1定着器6と排出ユニット34との間には、シートPの搬送経路を切り替えるフラップ状のガイドである切替ガイド33が設けられている。切替ガイド33は、軸部33aを中心に先端33bが図中矢印c方向に往復するように回動可能である。
装置本体10は、両面印刷を行うための機構を備えている。
排出ユニット34には不図示のモータが接続され、中間ローラ34bの回転方向を正転及び逆転可能に構成されている。また、主搬送路1mに対してループ状に接続された搬送路としての両面搬送路1rが設けられている。主搬送路1mを通過する間に第一面に画像形成されたシートPは、時計方向に回動した切替ガイド33によって第1排出ローラ34aと中間ローラ34bとによって挟持搬送される。
前記シートPの進行方向後端が切替ガイド33を通過した後、切替ガイド33が反時計方向に回動するとともに中間ローラ34bが逆転し、シートPは両面搬送路1rへと反転搬送される。そして、シートPが表裏を反転した状態で主搬送路1mを再び通過する間に、シートPの第2面に画像が形成される。
両面印刷後のシートPは反時計方向に回動した切替ガイド33により、中間ローラ34bと第2排出ローラ34cによって挟持搬送され、装置本体10から排出される。
また、装置本体10において搬送ローラ8a、転写ニップ5n及び定着ニップ6nを通る搬送経路は、シートPに対する画像形成が行われる主搬送路1mを構成している。主搬送路1mは、画像形成時の主走査方向(主搬送路1mを搬送されるシートの搬送方向に垂直なシートの幅方向)から見た場合に、画像形成ユニット1eに対して水平方向の一方側を通って下方から上方に延びている。
言い換えると、装置本体10は、主搬送路1mが略鉛直方向に延びる、いわゆる垂直搬送型(縦パス型)のプリンターである。なお、鉛直方向に見た場合、第1排出トレイ13
、中間パス15及びシートカセット8は互いに重なっている。そのため、水平方向に関して排出ユニット34がシートPを排出するときのシートの移動方向は、水平方向に関してシートカセット8からシートPが給送されるときのシートの移動方向とは反対向きとなる。
また、図1の視点(画像形成時の主走査方向に見た場合)において、後処理ユニット30の第2排出トレイ35を除いた本体部分の水平方向の占有範囲は、装置本体10の占有範囲に収まっていると好適である。このように後処理ユニット30を装置本体10の上方の空間に収めることで、接着印刷機能を備えた画像形成装置1を、通常の縦パス型プリンターと同程度の設置空間に設置することが可能となる。
(接着ユニット)
図2に示すように、後処理ユニット30は装置本体10の上部に取り付けられている。後処理ユニット30は、折り手段としての折り器31と、接着手段(第2の定着手段)としての第2定着器32とが、筐体(第2の筐体)39に収容されて一体化された後処理ユニットである。
また、後処理ユニット30は、トレイ切替ガイド13aを回転自在に保持する第1排出トレイ13と、中間パス15と、第2排出トレイ35とが設けられている。第1排出トレイ13は、後処理ユニット30の上面に設けられていると共に、画像形成装置1全体の上面(図1)に位置している。後処理ユニット30が備える各部の機能は後述する。
後処理ユニット30には、筐体39を装置本体10の筐体19(第1の筐体)に対して位置決めするための位置決め部(例えば、筐体19の凹部に係合する凸形状)が設けられている。また、後処理ユニット30には、装置本体10とは別の駆動源及び制御部が設けられており、後処理ユニット30のコネクタ36と装置本体10のコネクタ37が結合することで装置本体10と電気的に接続される。これにより、後処理ユニット30は、装置本体10を介して供給される電力を用いて、装置本体10に設けられた制御部からの指令に基づいて動作する状態となる。
(プロセスカートリッジ)
各プロセスカートリッジ7n,7y,7m,7cは、先述したように、各4つの粉体収容部104n,104y,104m,104cに収容される粉体の種類を除いて実質的に共通の構成を備えている。ここでは代表してプロセスカートリッジ7nについて説明する。図7はプロセスカートリッジ7nの概略断面図である。プロセスカートリッジ7nは、感光ドラム101等を備えた感光体ユニットCCと、現像ローラ105等を備えた現像ユニットDTと、から成り立っている。
感光体ユニットCCには、不図示の軸受を介して感光ドラム101が回転可能に取り付けられている。また感光ドラム101は、不図示の駆動手段(駆動源)としての駆動モータの駆動力を受けることによって、画像形成動作に応じて図中時計回り方向(矢印w)に回転駆動される。さらに感光体ユニットCCには、感光ドラム101の周囲に感光ドラム101を帯電するための帯電ローラ102、クリーニング部材103が配置されている。
現像ユニットDTには、感光ドラム101と接触して図中反時計回り方向(矢印d)に回転する現像剤担持体としての現像ローラ105が設けられている。現像ローラ105と感光ドラム101は、対向部(接触部)において互いの表面が同方向に移動するようにそれぞれ回転する。
また現像ユニットDTには、図中時計回り方向(矢印e)に回転する現像剤供給部材としての現像剤供給ローラ106(以下、単に「供給ローラ」という。)が配置されている。供給ローラ106と現像ローラ105は、対向部(接触部)において互いの表面が同方
向に移動するようにそれぞれ回転する。
供給ローラ106は、現像ローラ105上に粉末接着剤(プロセスカートリッジ7y,7m,7cの場合は、印刷用トナー)を供給すると共に、現像ローラ105上に残留した粉末接着剤(プロセスカートリッジ7y,7m,7cの場合は、印刷用トナー)を現像ローラ105上から剥ぎ取る作用をなす。
また、現像ユニットDTには、供給ローラ106によって現像ローラ105上に供給された粉末接着剤(プロセスカートリッジ7y,7m,7cの場合は、印刷用トナー)の層厚を規制する現像剤規制部材としての現像ブレード107が配置されている。
粉体収容部104nには、粉体として粉末接着剤(プロセスカートリッジ7y,7m,7cの場合は、印刷用トナー)が収納されている。また粉体収容部104n内には、回転自在に支持された搬送部材108が設けられている。攪拌部材108は、図中時計回り方向(矢印f)に回転して粉体収容部104n内に収納された粉体を撹拌すると共に、上記現像ローラ105や供給ローラ106が設けられた現像室109へと粉体を搬送する。
ここで、感光体ユニットCC、現像ユニットDTをそれぞれ別体として、感光体ユニットカートリッジ、現像ユニットカートリッジとし、画像形成装置本体に着脱可能に構成することも可能である。また粉体収容部104及び搬送部材108だけを有し、装置本体に着脱可能な粉体カートリッジとして構成することも可能である。
(画像形成の動作)
次に、画像形成装置1が行う画像形成動作について、図1~図7を用いて説明する。図3(a)及び図3(b)は、画像形成装置1におけるシートの搬送経路を表す図である。図4(a)~図4(f)は、折り工程の内容を説明するための図である。図6(a)及び図6(b)は、画像形成装置1が出力する成果物を例示する図である。
画像形成装置1に対して印刷すべき画像のデータ及び印刷の実行指令が入力されると、画像形成装置1の制御部はシートPを搬送して画像を形成し、必要に応じて後処理ユニット30による後処理を施す一連の動作(画像形成動作)を開始する。画像形成動作では、まず、図1に示すように、シートPがシートカセット8から1枚ずつ給送され、搬送ローラ8aを介して転写ニップ5nへ向けて搬送される。
シートPの給送に並行して、プロセスカートリッジ7n,7y,7m,7cが順次駆動され、感光ドラム101が図中時計回り方向(矢印w)に回転駆動される。このとき感光ドラム101は、帯電ローラ102によって表面に一様な電荷を付与される。
また、スキャナユニット2が、画像データに基づいて変調したレーザ光Gを各プロセスカートリッジ7n,7y,7m,7cの感光ドラム101に照射して、感光ドラム101の表面に静電潜像を形成する。次に、各プロセスカートリッジ7n,7y,7m,7cの現像ローラ105に担持された粉体によって、感光ドラム101上の静電潜像が粉体像として現像される。
なお、粉末接着剤Tnによって現像されることで感光ドラム101上に形成される粉末接着剤層は、視覚情報の伝達を目的としない点で、図形やテキスト等の画像をシートPに記録するための印刷用トナーのトナー像(通常のトナー像)とは異なっている。しかしながら、以下の説明では、シートPに所定の塗布パターンで粉末接着剤Tnを塗布するために、電子写真プロセスによって塗布パターンに応じた形状で現像された粉末接着剤Tnの層も「トナー像」の1つとして扱う。
転写ベルト3aは、図中反時計回り方向(矢印v)に回転する。各プロセスカートリッジ7n,7y,7m,7cにおいて形成されるトナー像は、感光ドラム101と一次転写ローラ4との間に形成される電界によって、感光ドラム101から転写ベルト3aに一次転写される。
転写ベルト3aに担持されて転写ニップ5nに到達したトナー像は、二次転写ローラ5と二次転写内ローラ3bとの間に形成される電界によって、主搬送路1mを搬送されてきたシートPに二次転写される。
その後、シートPは、第1定着器6に搬送されて熱定着処理を受ける。即ち、シートPが定着ニップ6nを通過する際にシートP上のトナー像が加熱及び加圧されることで印刷用トナーTy,Tm,Tc及び粉末接着剤Tnが溶融し、その後固着することで、シートPに定着した画像が得られる。
片面印刷・両面印刷に依らず、装置本体10より排出されるシートPは、図3(a)、図3(b)に示すように、中間ローラ34bと第2排出ローラ34cにより挟持され、トレイ切替ガイド13aにより第1経路R1又は第2経路R2へと搬送される。
図3(a)に示す第1経路R1は、後処理ユニット30を使わない通常印刷のモードにおいて、第1定着器6を通過したシートPが排出ユニット34によって第1排出トレイ13に排出される経路である。
図3(b)に示す第2経路R2は、接着印刷のモードにおいて、第1定着器6を通過したシートPが排出ユニット34、折り器31及び第2定着器32を介して第2排出トレイ35に排出される経路である。
第2経路R2における第1定着器6と折り器31との間には、中間パス15が設けられている。中間パス15は、画像形成装置1の上面部(天面部)を通るシート搬送路であり、第1排出トレイ13の下側で第1排出トレイ13と略平行に延びている。なお、中間パス15及び第1排出トレイ13は、水平方向に関して折り器31に向かって鉛直方向の上方に傾斜している。従って、折り器31の入口(下記のガイドローラ対(31c,31d)は、装置本体10の出口(中間ローラ34bと第2排出ローラ34cのニップ)よりも鉛直方向で上方に位置する。
折り器31は、第1ガイドローラ31c、第2ガイドローラ31d、第1折りローラ31a及び第2折りローラ31bの4本のローラと、引き込み部31eと、を有している。第1ガイドローラ31c及び第2ガイドローラ31dは、折り器31の上流側の搬送パス(本実施例では中間パス15)から受け取ったシートPを挟持して搬送するガイドローラ対である。第1折りローラ31a及び第2折りローラ31bは、シートPを折り曲げながら送り出す折りローラ対である。
なお、第2経路R2に沿ったシートの搬送方向における第2排出ローラ34cから第1ガイドローラ31cまでの間隔M(図1)は、折り処理前のシートPの搬送方向の全長L(図4(a))よりも短くなるように構成されている。言い換えると、第2排出ローラ34cから第1ガイドローラ31cまでの間隔Mにより、後処理ユニット30によって処理可能なシートの搬送方向の長さの下限が定まる。この構成により、排出ユニット34からガイドローラ対に滞りなくシートPが受け渡される。
図4(a)~図4(f)に沿って折り器31による折り処理を説明する。折り処理を実行する場合、第1ガイドローラ31c及び第1折りローラ31aは図中時計回り方向に、第2ガイドローラ31d及び第2折りローラ31bは図中反時計回りに回転する。
まず、排出ユニット34から送り出されたシートPの先端qが、図4(a)に示すようにガイドローラ対(31c,31d)に引き込まれる。シートPの先端qは、図4(b)に示すように、ガイド壁31fにより下向きに案内されて第1折りローラ31aに接触し、互いに対向している第1折りローラ31aと第2ガイドローラ31dに引き込まれて引き込み部31eの壁31gに当接する。
ガイドローラ対(31c,31d)によるシートPの引き込みに連れて、先端qは壁31gに摺接しながら引き込み部31eの奥へと進む。やがて、先端qは図4(c)に示す
ように引き込み部31eの端部31hに突き当たる。なお、引き込み部31eは、中間パス15の下方側で中間パス15と略平行に延びた空間を形成しており、図4(c)の段階で、シートPは第2ガイドローラ31dに巻き付いてU字型に曲がった状態となる。
図4(c)の状態からガイドローラ対(31c,31d)によってさらにシートPが引き込まれると、図4(d)に示すように中腹部rでたわみが生じはじめる。やがて図4(e)に示すように、中腹部rが第2折りローラ31bに接することで、第2折りローラ31bから受ける摩擦力により折りローラ対(31a,31b)のニップ部に引き込まれる。そして、図4(f)に示すように、中腹部rを折り目として折り畳まれた状態で、折りローラ対(31a,31b)によって中腹部rを先頭にシートPが排出される。
ここで、引き込み部31eの深さN(図4(e))、即ち折りローラ対(31a,31b)のニップ部から引き込み部31eの端部31hまでの距離は、シートPの全長Lの半分の長さに設定している。これにより、折り器31は、シートPを半分の長さで二つ折りにする処理(中折り)を実行可能である。なお、引き込み部31eの深さNを変えることで、折り目の位置を任意に変えることができる。
以上説明した折り器31は折り手段の一例であり、例えばシートPにブレードを押し当ててローラ対のニップ部に押し込むことで折り目を形成する折り機構を用いてもよい。また、折り処理の内容は二つ折りに限らず、例えばZ折りや三つ折りを実行する折り機構を用いてもよい。
なお、折り器31は、回転するローラと固定された引き込み部31eで構成されるため、往復運動をするブレードを用いる折り機構に比べて駆動機構の簡素化が可能である。また、折り器31は、4本のローラ以外に、シート長さの半分の深さNを有する引き込み部31eを設ければよいため、後処理ユニット30の小型化が可能である。
折り器31を通過したシートPは、図3(b)に示すように第2定着器32に搬送される。第2定着器32は、第1定着器6と同様に熱定着方式の構成を有する。すなわち、第2定着器32は、加熱部材としての加熱ローラ32bと、加圧部材としての加圧ローラ32aとを有する。加熱ローラ32bは、ハロゲンランプやセラミックヒータ等の発熱体や誘導加熱方式の発熱機構によって加熱される。
加圧ローラ32aは、バネ等の付勢部材によって加熱ローラ32aに押圧されており、加熱ローラ32bと、加圧ローラ32aのニップ部(接着ニップ)を通過するシートPを加圧するための加圧力を発生させる。
折り器31で折り畳まれたシートPは、第2定着器32によって接着処理(粉末接着剤Tnが塗布された画像面に対する2回目の熱定着)を受けることで、折り畳まれた状態のまま接着される。すなわち、シートPが接着ニップを通過する際にシートP上の粉末接着剤Tnが加熱されて再溶融した状態で加圧されることで、対向面(折り畳まれた状態で、粉末接着剤Tnのトナー像が転写されたシートPの画像面に対向する面)に付着する。そして、粉末接着剤Tnが冷えて固まることで、粉末接着剤Tnを接着剤としてシートPの画像面と対向面が結合(接着)される。
第2定着器32による接着処理を受けたシートPは、図3(b)に示すように、後処理ユニット30の筐体39に設けられた排出口32c(第2の排出口)から図中左側に排出される。そして、装置本体10の左側面に設けられた第2排出トレイ35(図1参照)に収納される。以上で、シートPが第2経路R2を搬送される場合の画像形成の動作が終了する。
なお、シートPに対する粉末接着剤Tnの塗布パターンによって、折り畳まれたシートPの結合箇所を変えることが可能となる。図6(a)及び図6(b)は、粉末接着剤Tnの塗布パターンが異なる成果物(画像形成装置の出力物)を例示している。
図6(a)は、受け取った人が開封する用途の成果物(半接着の成果物)の例である。図6(a)の給与明細書51の場合、シートPの片面の外周部の全周51aに粉末接着剤Tnが塗布され、中央の折り目51bで折り畳まれた状態で接着される。
図6(b)は、開封されることを前提としない用途の成果物(完全接着の成果物)の例としての袋(薬袋)を表している。この場合、折り畳まれた状態のシートPの折り目52bを含めた三辺が結合されるように、コ字状の領域52aに粉末接着剤Tnが塗布される。図6(b)中には袋の内側に画像を形成していないが、必要に応じて画像を形成することもできる。
また、画像形成装置1は、図6(a)及び図6(b)に例示したいずれの成果物についても、プレプリント紙を用意することなくワンストップで出力することが可能である。すなわち、印刷用トナーを用いてシートPの片面又は両面に画像を記録する動作に並行して、所定の塗布パターンで粉末接着剤Tnを塗布し、折り処理及び接着処理を施した状態の成果物を出力することが可能である。
例えば、図6(a)及び図6(b)の成果物を出力する場合、原紙として用いるシートPの一方の面が成果物の外側となり、他方の面が成果物の内側となる。そこで、両面印刷における第1面の画像形成動作として、印刷用トナーで外側面用の画像を形成し、第2面の画像形成動作として、印刷用トナーで内側面用の画像を形成すると共に所定の塗布パターンで粉末接着剤Tnを塗布すればよい。
画像形成装置1が印刷用トナーを用いて記録する画像には、プレプリント紙を用いる場合のフォーマット(不変部分)と、個人情報等の可変部分とを含めることができる。従って、上記のようにプレプリント紙ではない白紙等の原紙から、接着処理によって接着された成果物を出力することができる。ただし、プレプリント紙を記録媒体として使用し、可変部分の印刷処理と接着処理を行う用途で画像形成装置1を使用することもできる。
(接着物(成果物)の製造方法)
接着物の製造方法は、上記電子写真用現像剤セットを用いた、少なくとも一の紙が接着部を介して貼り合わされている接着物の製造方法であって、
該接着物において、該紙の該接着部が存在する面を面Aとし、該面Aとは異なる面を面Bとしたとき、該接着物は該面Bの少なくとも一方に前記トナーによる画像部を有し、
該接着物の製造方法は、
該紙の該面Bとなる面の少なくとも一方にトナーによる該画像部を現像し、加熱により該画像部を定着させる画像部の形成工程、及び
該紙の該面Aとなる面の少なくとも一方に粉末接着剤による該接着部を現像し、加熱により該接着部を定着させる接着部の形成工程
を順序不同で有し、
さらに該接着物の製造方法は、該画像部及び該接着部の形成後、
形成された該接着部をはさむように該紙を重ねて加熱し、該接着部を溶融させることで該紙を接着し、該接着物を得る接着工程を有する。
接着物は、一枚の紙が折りたたまれて接着部を介して貼り合わされた形態でもよいし、二枚の紙が接着部を介して貼り合わされた形態でもよい。接着物は、例えば、袋状又は筒状の形態を有する。
紙が接着部を介して貼り合わされる場合、接着部が存在する面Aは、接着物において二面存在することになるが、粉末接着剤による接着部は、その二面の少なくとも一方に形成されればよい。
同様に、紙が接着部を介して貼り合わされる場合、接着部が存在する面Aとは異なる面である面Bは、接着物において二面存在することになるが、トナーによる画像部は、その
二面の少なくとも一方に形成されていればよい。また、画像部は少なくとも面Bに形成されればよく、画像部が面Aに形成されてもよいし、形成されなくてもよい。
画像部の形成工程及び接着部の形成工程の順序は限定されない。どちらかを先に行ってもよいし、両方を同時に行ってもよい。画像部の現像及び定着、並びに接着部の現像及び定着は、例えば、上述した画像形成装置により行うことができる。また、公知の電子写真方式を採用しうる。二枚の紙を貼り合わせる場合、画像部及び接着部はその一方の紙に形成してもよいし、両方の紙に形成してもよい。
紙が一枚の場合、紙の一方の面に接着部を形成し、少なくとも他方の面に画像部を形成すればよい。
画像部及び接着部を形成した後、一枚の紙であれば紙を折って接着部をはさみ、二枚の紙であればこれらを重ねて接着部をはさむ。そして、加熱して接着部を溶融させて紙を接着させ、接着物(成果物)を得る。このような接着工程は、例えば、上述した画像形成装置やシート処理装置を用いて行うことができる。
以下、各物性の測定方法に関して記載する。
<熱可塑性樹脂及び結晶性ポリエステル樹脂の分子構造の同定、トナー及び粉末接着剤に含有される結晶性ポリエステル樹脂の含有量、粉末接着剤に含有される熱可塑性樹脂の含有量の測定方法>
熱可塑性樹脂及び結晶性ポリエステル樹脂の分子構造の同定、トナー及び粉末接着剤に含有される結晶性ポリエステル樹脂の含有量、粉末接着剤に含有される結晶性ポリエステル樹脂の含有量の測定には、熱分解ガスクロマトグラフィー質量分析計(以下、熱分解GC/MS)及びNMRを用いる。
熱分解GC/MSでは、サンプルの樹脂全量の構成する単量体を決定し、各単量体のピーク面積を求めることができるが、定量を行うには基準となる濃度既知のサンプルによるピーク強度の規格化が必要となる。一方、NMRでは構成する単量体の決定及び定量を、濃度既知のサンプルを用いることなく求めることが可能である。
そこで、状況に応じて、構成する単量体の決定には、NMRと熱分解GC/MSの両方のスペクトルを比較しながら行う。
具体的には、NMR測定時の抽出溶媒である、重水素化クロロホルムに溶けない樹脂成分が5.0質量%未満の場合、NMRの測定による定量を行う。
一方、NMR測定時の抽出溶媒である、重水素化クロロホルムに溶けない樹脂成分が5.0質量%以上存在した場合には、重水素化クロロホルム可溶分に対して、NMR及び熱分解GC/MSの両方の測定を行い、重水素化クロロホルム不溶分に対して、熱分解GC/MSの測定を行う。
この場合は、先ず重水素化クロロホルム可溶分のNMR測定を行い、構成単量体の決定と定量を行う(定量結果1)。次いで、重水素化クロロホルム可溶分に対して、熱分解GC/MS測定を行い、各構成単量体に帰属されるピークのピーク面積を求める。NMR測定で得られた定量結果1を用いて、各構成単量体の量と熱分解GC/MSのピーク面積との関係を求める。
次いで、重水素化クロロホルム不溶分の熱分解GC/MS測定を行い、各構成単量体に帰属されるピークのピーク面積を求める。重水素化クロロホルム可溶分の測定で得られた各構成単量体の量と熱分解GC/MSのピーク面積との関係から、重水素化クロロホルム不溶分における構成単量体の定量を行う(定量結果2)。
そして、定量結果1と定量結果2とを合わせて、最終的な各構成単量体の定量結果となる。具体的には、以下の操作を行う。
(1)トナー又は粉末接着剤50mgを8mLのガラス製サンプル瓶に精秤し、重水素化
クロロホルムを1mL加えた後、蓋をし、超音波分散機によって1時間分散し溶解させる。次いで、0.4μm径のメンブランフィルターによりろ過を行い、ろ液を回収する。この際、重水素化クロロホルム不溶分は、メンブランフィルター上に残存する。
(2)ろ液について、H-NMR測定を行い、樹脂中の各構成単量体について、スペクトルを帰属し、定量値を求める。
(3)重水素クロロホルム不溶分の分析が必要であれば、熱分解GC/MSにて分析を行う。必要に応じて、メチル化などの誘導化処理を行う。
(NMRの測定条件)
ブルカー・バイオスピン(株)社製 Bruker AVANCE 500
測定核:
測定周波数:500.1MHz
積算回数:16回
測定温度:室温
(熱分解GC/MSの測定条件)
熱分解装置:日本分析工業(株)社製 TPS-700
熱分解温度:400℃~600℃での適正値
GC/MS装置:サーモフィッシャーサイエンティフィック(株)社製 ISQ
カラム:「HP5-MS」(アジレント/19091S-433)、長さ30m、内径0.25mm、膜厚0.25μm
GC/MS条件
注入口条件:
InletTemp:250℃
SplitFlow:50mL/min
GC昇温条件:40℃(5min)→10℃/min(300℃)→300℃(20min)
<熱可塑性樹脂のガラス転移温度(Tg)の測定方法>
熱可塑性樹脂のガラス転移温度(Tg)は、示差走査熱量分析装置「Q1000」(TA Instruments社製)を用いて測定する。装置検出部の温度補正はインジウムと亜鉛の融点を用い、熱量の補正についてはインジウムの融解熱を用いる。
具体的には、サンプル1mgを精秤し、これをアルミニウム製のパンの中に入れ、リファレンスとして空のアルミニウム製のパンを用いる。モジュレーション測定モードを用い、昇温速度1℃/分、温度変調条件±0.6℃/60秒で0℃から100℃の範囲で測定を行う。昇温過程において比熱変化が得られるので、比熱変化が出る前と出た後のベースラインの中間点の線と示差熱曲線との交点をガラス転移温度(Tg)とする。
<粉末接着剤及びトナーの重量平均粒子径(D4)の測定方法>
重量平均粒径(D4)は、以下のようにして算出する。
測定装置としては、100μmのアパーチャーチューブを備えた細孔電気抵抗法による精密粒度分布測定装置「コールター・カウンター Multisizer 3」(登録商標、ベックマン・コールター(株)製)を用いる。測定条件の設定及び測定データの解析は、付属の専用ソフト「ベックマン・コールター Multisizer 3 Version3.51」(ベックマン・コールター(株)製)を用いる。なお、測定は実効測定チャンネル数2万5千チャンネルで行う。
測定に使用する電解水溶液は、特級塩化ナトリウムをイオン交換水に溶解して濃度が1.0%となるようにしたもの、例えば、「ISOTON II」(ベックマン・コールター(株)製)が使用できる。
なお、測定、解析を行う前に、以下のように専用ソフトの設定を行う。
専用ソフトの「標準測定方法(SOMME)を変更」画面において、コントロールモードの総カウント数を50000粒子に設定し、測定回数を1回、Kd値は「標準粒子10.0μm」(ベックマン・コールター(株)製)を用いて得られた値を設定する。「閾値/ノイズレベルの測定ボタン」を押すことで、閾値とノイズレベルを自動設定する。また、カレントを1600μAに、ゲインを2に、電解液をISOTON IIに設定し、「測定後のアパーチャーチューブのフラッシュ」にチェックを入れる。
専用ソフトの「パルスから粒径への変換設定」画面において、ビン間隔を対数粒径に、粒径ビンを256粒径ビンに、粒径範囲を2μmから60μmまでに設定する。
具体的な測定法は以下のとおりである。
(1)Multisizer 3専用のガラス製250mL丸底ビーカーに電解水溶液200.0mLを入れ、サンプルスタンドにセットし、スターラーロッドの撹拌を反時計回りで24回転/秒にて行う。そして、専用ソフトの「アパーチャーチューブのフラッシュ」機能により、アパーチャーチューブ内の汚れと気泡を除去しておく。
(2)ガラス製の100mL平底ビーカーに電解水溶液30.0mLを入れる。この中に分散剤として「コンタミノンN」(非イオン界面活性剤、陰イオン界面活性剤、有機ビルダーからなるpH7の精密測定器洗浄用中性洗剤の10%水溶液、和光純薬工業(株)製)をイオン交換水で3質量倍に希釈した希釈液を0.3mL加える。
(3)発振周波数50kHzの発振器2個を、位相を180度ずらした状態で内蔵し、電気的出力120Wの超音波分散器「Ultrasonic Dispersion System Tetra150」(日科機バイオス(株)製)を準備する。超音波分散器の水槽内に3.3Lのイオン交換水を入れ、この水槽中にコンタミノンNを2.0mL添加する。
(4)上記(2)のビーカーを上記超音波分散器のビーカー固定穴にセットし、超音波分散器を作動させる。そして、ビーカー内の電解水溶液の液面の共振状態が最大となるようにビーカーの高さ位置を調整する。
(5)上記(4)のビーカー内の電解水溶液に超音波を照射した状態で、測定サンプル10mgを少量ずつ上記電解水溶液に添加し、分散させる。そして、さらに60秒間超音波分散処理を継続する。なお、超音波分散にあたっては、水槽の水温が10℃以上40℃以下となる様に適宜調節する。
(6)サンプルスタンド内に設置した上記(1)の丸底ビーカーに、ピペットを用いてトナー粒子を分散した上記(5)の電解水溶液を滴下し、測定濃度が5%となるように調整する。そして、測定粒子数が50000個になるまで測定を行う。
(7)測定データを装置付属の専用ソフトにて解析を行ない、重量平均粒径(D4)を算出する。なお、専用ソフトでグラフ/体積%と設定したときの、「分析/体積統計値(算術平均)」画面の「平均径」が重量平均粒径(D4)である。
<トナー及び粉末接着剤の貯蔵弾性率、tanδの測定方法>
動的粘弾性測定装置(レオメーター)ARES(RheometricsScientific社製)を用いて測定を行う。サンプルとしては、トナー又は粉末接着剤を用いる。
測定治具:直径7.9mm、セレイテッド型のパラレルプレートを使用。
測定試料:加圧成型機を用いて、1.0gのサンプルを直径約8mm、高さ約2mmの円柱状試料を成型する(常温で1分間15kNを維持する)。加圧成型機はNPaシステム社製100kNプレスNT-100Hを用いる。
セレイテッド型のパラレルプレートの温度を120℃に温調し、該円柱状試料を加熱溶融させ鋸歯を食い込ませ、axialforceが30(gf)(0.294N)を超えないように垂直方向に荷重をかけ、セレイテッド型のパラレルプレートに固着させる。このとき試料の直径がパラレルプレートの直径と同じになるよう、スチールベルトを用いてもよい。測定開始温度30.00℃まで1時間かけてセレイテッド型のパラレルプレート
及び該円柱状試料を徐冷する。
測定周波数:6.28ラジアン/秒
測定歪みの設定:初期値を0.1%に設定し、自動測定モードにて測定を行う。
試料の伸長補正:自動測定モードにて調整。
測定温度:30℃から180℃まで毎分2℃の割合で昇温する。
測定間隔:30秒おき、すなわち1℃おきに粘弾性データを測定する。
この測定で得られた貯蔵弾性率の曲線から、粉末接着剤のGb’(100)、Tb、tanδ、トナーのGt’(100)、Ttを得る。
<結晶性ポリエステル樹脂の融点の測定方法>
トナー及び粉末接着剤に使用する結晶性ポリエステル樹脂の融点は、DSC Q100
0(TA Instruments社製)を使用して以下の条件にて測定を行う。
昇温速度:10℃/min
測定開始温度:20℃
測定終了温度:180℃
装置検出部の温度補正はインジウムと亜鉛の融点を用い、熱量の補正についてはインジウムの融解熱を用いる。
具体的には、試料5mgを精秤し、アルミ製のパンの中に入れ、示差走査熱量測定を行う。リファレンスとしては銀製の空パンを用いる。
1回目の昇温過程における最大吸熱ピークのピーク温度を、融点とする。
なお、最大吸熱ピークとは、ピークが複数あった場合に、吸熱量が最大となるピークのことである。
(トナー又は粉末接着剤からの結晶性ポリエステル樹脂の単離)
以下の方法で、トナー又は粉末接着剤から単離した結晶性ポリエステル樹脂を用いて、各物性の測定を行うこともできる。
トナー又は粉末接着剤に対する貧溶媒であるエタノールにトナー又は粉末接着剤を分散させ、結晶性ポリエステル樹脂の融点を超える温度まで、昇温させる。この時、必要に応じて、加圧してもよい。この時点で、融点を超えた結晶性ポリエステル樹脂が溶融している。
その後、固液分離することにより、トナー又は粉末接着剤から、結晶性ポリエステル樹脂を採取できる。分離した結晶性の材料が混合物の場合は、この混合物を、分子量毎に分種することにより、結晶性ポリエステル樹脂の単離が可能である。上記に記載の方法で結晶性の材料の分子構造からも結晶性ポリエステル樹脂を特定できる。
<熱可塑性樹脂及び結晶性ポリエステル樹脂の数平均分子量Mn、重量平均分子量Mwの測定方法>
トナー及び粉末接着剤に使用する熱可塑性樹脂及び結晶性ポリエステル樹脂の分子量Mn、Mwは、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により、以下のようにして測定する。
まず、室温で24時間かけて、試料をテトラヒドロフラン(THF)に溶解する。そして、得られた溶液を、ポア径が0.2μmの耐溶剤性メンブランフィルター「マイショリディスク」(東ソー社製)で濾過してサンプル溶液を得る。なお、サンプル溶液は、THFに可溶な成分の濃度が約0.8質量%となるように調整する。このサンプル溶液を用いて、以下の条件で測定する。
装置:HLC8120 GPC(検出器:RI)(東ソー社製)
カラム:Shodex KF-801、802、803、804、805、806、80
7の7連(昭和電工社製)
溶離液:テトラヒドロフラン(THF)
流速:1.0ml/min
オーブン温度:40.0℃
試料注入量:0.10ml
試料の分子量の算出にあたっては、標準ポリスチレン樹脂(例えば、商品名「TSKスタンダード ポリスチレン F-850、F-450、F-288、F-128、F-80、F-40、F-20、F-10、F-4、F-2、F-1、A-5000、A-2500、A-1000、A-500」、東ソー社製)を用いて作成した分子量校正曲線を使用する。
<粉末接着剤の平均円形度の測定方法>
粉末接着剤の平均円形度は、フロー式粒子像分析装置「FPIA-3000」(シスメックス社製)によって、校正作業時の測定及び解析条件で測定する。
具体的な測定方法は、以下の通りである。
まず、ガラス製の容器中に予め不純固形物などを除去したイオン交換水約20mLを入れる。この中に分散剤として「コンタミノンN」(非イオン界面活性剤、陰イオン界面活性剤、有機ビルダーからなるpH7の精密測定器洗浄用中性洗剤の10質量%水溶液、和光純薬工業社製)をイオン交換水で約3質量倍に希釈した希釈液を0.2ml加える。
さらに測定試料を約0.02g加え、超音波分散器を用いて2分間分散処理を行い、測定用の分散液とする。その際、分散液の温度が10℃以上40℃以下となる様に適宜冷却する。
超音波分散器としては、発振周波数50kHz、電気的出力150Wの卓上型の超音波洗浄器分散器(例えば「VS-150」(ヴェルヴォクリーア社製))を用い、水槽内には所定量のイオン交換水を入れ、この水槽中に前記コンタミノンNを約2mL添加する。
測定には、対物レンズとして「LUCPLFLN」(倍率20倍、開口数0.40)を搭載したフロー式粒子像分析装置を用い、シース液にはパーティクルシース「PSE-900A」(シスメックス社製)を使用する。前記手順に従い調製した分散液をフロー式粒子像分析装置に導入し、HPF測定モードで、トータルカウントモードにて2000個の粒子を計測する。
そして、粒子解析時の2値化閾値を85%とし、解析粒子径を円相当径1.977μm以上39.54μm未満に限定し、サンプルの平均円形度を求める。
測定にあたっては、測定開始前に標準ラテックス粒子(例えば、Duke Scientific社製の「RESEARCH AND TEST PARTICLES Latex Microsphere Suspensions 5100A」をイオン交換水で希釈)を用いて自動焦点調整を行う。その後、測定開始から2時間毎に焦点調整を実施することが好ましい。
なお、本願実施例では、シスメックス社による校正作業が行われた、シスメックス社が発行する校正証明書の発行を受けたフロー式粒子像分析装置を使用する。解析粒子径を円相当径1.977μm以上、39.54μm未満に限定した以外は、校正証明を受けた時の測定及び解析条件で測定を行う。
<無機微粒子A及び微粒子Bの一次粒子の個数平均粒径の測定方法>
無機微粒子A及び微粒子Bの一次粒子の個数平均粒径の測定は、透過型電子顕微鏡「JEM-2800」(日本電子株式会社)を用いて行う。
無機微粒子A、微粒子Bが外添された粉末接着剤を観察して、最大20万倍に拡大した視野において、ランダムに100個の無機微粒子A、微粒子Bの一次粒子の長径を測定してその個数平均粒径を求める。観察倍率は、無機微粒子A、微粒子Bの大きさによって適宜調整するとよい。
粉末接着剤表面における、無機微粒子A及び微粒子Bを、その他の無機微粒子から区別する手段は以下の通りである。
粉末接着剤をメタノールに超音波分散させて無機微粒子A及び微粒子B、並びにその他
の無機微粒子を外して、24時間静置する。沈降した粉末接着剤粒子と上澄み液に分散した無機微粒子A及び微粒子B、並びにその他の無機微粒子を分離する。さらに上澄み液を遠心分離法で分離して無機微粒子A及び微粒子B、並びにその他の無機微粒子を単離することが可能である。
単離した無機微粒子A及び微粒子B、並びにその他の無機微粒子に対し、TEM-EDXや形状の解析を行い、得られた解析結果に基づき各微粒子を区別した後に、上記透過型電子顕微鏡観察で粒径の測定を行う。
<微粒子Bの体積抵抗率の測定方法>
微粒子Bの体積抵抗率は、25℃の環境下、以下のようにして測定する。
装置としてはケースレーインスツルメンツ社製6517型エレクトロメータ/高抵抗システムを用いる。直径25mmの電極を接続し、電極間に試料を厚みが0.5mmとなるように乗せて、約2.0N(約204g)の荷重をかけた状態で、電極間の距離を測定する。
微粒子Bに1,000Vの電圧を1分間印加した時の抵抗値を測定し、以下の式を用いて体積抵抗率を算出する。
体積抵抗率(Ω・cm)=R×L
R:抵抗値(Ω)
L:電極間距離(cm)
(粉末接着剤からの微粒子Bの単離)
上記の方法で、粉末接着剤から単離した微粒子Bを用いて、各物性の測定を行うこともできる。
<粉末接着剤中の多価金属元素の含有量の測定方法>
粉末接着剤中の多価金属元素の含有量は、結合誘導プラズマ発光分光分析装置(ICP-AES(セイコーインスツル社製))により定量する。
前処理として、粉末接着剤100.0mgに60%硝酸(関東化学製、原子吸光分析用)8.00mlを使用して酸分解を行う。
酸分解の際には、マイクロウェーブハイパワー試料前処理装置ETHOS1600(マイルストーンゼネラル(株)製)により内部温度220℃/1時間密封容器内で処理し、多価金属元素含有溶液サンプルを作製する。
その後、全体で50.00gになるように超純水を加え、測定サンプルとする。各多価金属元素に対し、検量線を作成し、各サンプルに含まれている金属量の定量を行う。なお、硝酸8.00mlに超純水を加え、全体で50.00gとしたものをブランクとして測定し、ブランクの金属量は差し引いている。
<粉末接着剤中の着色剤の含有量の測定方法>
粉末接着剤中の着色剤の含有量は、紫外可視吸収スペクトル法を用いて定量する。スライドガラス上に厚さ1mmの角型スペーサーを敷き、そこへ粉末接着剤を50mgのせ、ホットプレート上で120℃~180℃で加熱し溶融させる。その後、スペーサー上へスライドガラスを乗せて挟み込み、冷却させる。気泡等の入り込みがない事を確認し、紫外可視分光光度計によって測定する。
なお、ワックス等の結晶性の材料が含まれる場合、結晶部によって定量が困難な場合は、粉末接着剤のTHF可溶分と不溶分に対して、別途試料を作製し、測定を行う。
粉末接着剤のTHF不溶分は以下の手順で得る。粉末接着剤500mgを円筒濾紙(商品名:No.86R、サイズ28×100mm、アドバンテック東洋社製)に入れてソックスレー抽出器にセットする。溶媒としてTHF200mLを用いて18時間抽出し、その際に溶媒の抽出サイクルが約5分に一回になるような還流速度で抽出を行う。抽出終了後、円筒ろ紙を取り出して風乾した後、40℃で8時間真空乾燥し、抽出残分をTHF不溶分として得る。
粉末接着剤のTHF可溶分は、試料50mgをTHF30mlに溶解したものを10mm×10mm×50mmの石英セルに入れ、測定を行う。なお、十分な吸光度が得られない場合は、THF量を適宜調整する。定量に関しては、あらかじめ粉末接着剤に含まれる着色剤の構造を同定しておき、同一の化合物を別途用意して検量線を作成して検量を行う。
検量線作成用の試料の作製方法は以下に示す。
下記材料をガラス瓶に秤量しペイントシェーカーを用いて18時間分散する
着色剤:5.00質量部
φ2mmジルコニアビーズ:70質量部
トルエン:45.00質量部
得られた分散体を、トルエンで希釈、100000倍希釈、10000倍希釈、1000倍希釈、100倍希釈のサンプルを作製し検量線を取得する。
得られた試料に関して、紫外可視分光光度計(島津製作所社製:UV-2600)を用いて吸収スペクトルの測定を行い、着色剤の特徴ある吸収波長にて定量化を行い、粉末接着剤中の着色剤の含有量を測定する。
以下に、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に制限されるものではない。なお、実施例において部は、特に断りのない限り質量基準である。
<結晶性ポリエステル樹脂1の製造例>
・1,10-デカンジオール 183部
・セバシン酸 230部
・酸化ジブチルスズ 0.1部
上記材料を加熱乾燥した二口フラスコに入れ、容器内に窒素ガスを導入して不活性雰囲気に保ち撹拌しながら昇温した。その後、170℃にて6時間撹拌を行った。その後、撹拌を続けながら減圧下にて210~230℃まで徐々に昇温し、所望の分子量Mnになるまで保持した。粘稠な状態となったところで空冷し、反応を停止させることで、結晶性ポリエステル樹脂1を合成した。
結晶性ポリエステル樹脂1の数平均分子量(Mn)は7200、融点は72℃であった。
<結晶性ポリエステル樹脂2~9の製造例>
結晶性ポリエステル樹脂1の製造例において、処方を表1のように変更した以外は同様にして結晶性ポリエステル樹脂2~9を得た。
結晶性ポリエステル樹脂2~9の組成及び物性を表1に示す。
Figure 2022026742000001
<非晶性ポリエステル樹脂1の製造例>
・テレフタル酸 30.0部
・イソフタル酸 10.0部
・セバシン酸 15.0部
・ドデセニルコハク酸 20.0部
・トリメリット酸 6.9部
・ビスフェノールAエチレンオキサイド(2モル)付加物 70.0部
・ビスフェノールAプロピレンオキサイド(2モル)付加物 90.0部
・ジブチルスズオキシド 0.1部
上記材料を加熱乾燥した二口フラスコに入れ、容器内に窒素ガスを導入して不活性雰囲気に保ち撹拌しながら昇温した。その後、150℃~230℃で約13時間縮重合反応させた後、210℃~250℃で徐々に減圧して、非晶性ポリエステル樹脂1を得た。
非晶性ポリエステル樹脂1の数平均分子量(Mn)は19400、重量平均分子量(Mw)は85000、ガラス転移温度(Tg)は58℃であった。
<非晶性ポリエステル樹脂2の製造例>
・テレフタル酸 28.0部
・イソフタル酸 10.0部
・セバシン酸 17.0部
・ドデセニルコハク酸 20.0部
・トリメリット酸 6.9部
・ビスフェノールAエチレンオキサイド(2モル)付加物 68.0部
・ビスフェノールAプロピレンオキサイド(2モル)付加物 92.0部
・ジブチルスズオキシド 0.1部
上記材料を加熱乾燥した二口フラスコに入れ、容器内に窒素ガスを導入して不活性雰囲気に保ち撹拌しながら昇温した。その後、150℃~230℃で約13時間縮重合反応させた後、210℃~250℃で徐々に減圧して、非晶性ポリエステル樹脂2を得た。
非晶性ポリエステル樹脂2の数平均分子量(Mn)は14200、重量平均分子量(Mw)は69000、ガラス転移温度(Tg)は56℃であった。
<非晶性ポリエステル樹脂3の製造例>
・テレフタル酸 48.0部
・ドデセニルコハク酸 17.0部
・トリメリット酸 10.2部
・ビスフェノールAエチレンオキサイド(2モル)付加物 80.0部
・ビスフェノールAプロピレンオキサイド(2モル)付加物 74.0部
・ジブチルスズオキシド 0.1部
上記材料を加熱乾燥した二口フラスコに入れ、容器内に窒素ガスを導入して不活性雰囲気に保ち撹拌しながら昇温した。その後、150℃~230℃で約13時間縮重合反応させた後、210℃~250℃で徐々に減圧して、非晶性ポリエステル樹脂3を得た。
非晶性ポリエステル樹脂3の数平均分子量(Mn)は21200、重量平均分子量(Mw)は98000、ガラス転移温度(Tg)は58℃であった。
<非晶性ポリエステル樹脂4の製造例>
・テレフタル酸 40.0部
・ドデセニルコハク酸 10.5部
・トリメリット酸 16.5部
・ビスフェノールAエチレンオキサイド(2モル)付加物 70.0部
・ビスフェノールAプロピレンオキサイド(2モル)付加物 70.0部
・ジブチルスズオキシド 0.1部
上記材料を加熱乾燥した二口フラスコに入れ、容器内に窒素ガスを導入して不活性雰囲気に保ち撹拌しながら昇温した。その後、150℃~230℃で約13時間縮重合反応させた後、210℃~250℃で徐々に減圧して、非晶性ポリエステル樹脂4を得た。
非晶性ポリエステル樹脂4の数平均分子量(Mn)は33300、重量平均分子量(Mw)は134000、ガラス転移温度(Tg)は61℃であった。
<非晶性ポリエステル樹脂5の製造例>
・テレフタル酸 40.0部
・ドデセニルコハク酸 11.5部
・トリメリット酸 14.4部
・ビスフェノールAエチレンオキサイド(2モル)付加物 70.0部
・ビスフェノールAプロピレンオキサイド(2モル)付加物 70.0部
・ジブチルスズオキシド 0.1部
上記材料を加熱乾燥した二口フラスコに入れ、容器内に窒素ガスを導入して不活性雰囲気に保ち撹拌しながら昇温した。その後、150℃~230℃で約13時間縮重合反応させた後、210℃~250℃で徐々に減圧して、非晶性ポリエステル樹脂5を得た。
非晶性ポリエステル樹脂5の数平均分子量(Mn)は23800、重量平均分子量(Mw)は107000、ガラス転移温度(Tg)は59.8℃であった。
<結晶性ポリエステル分散液1の製造例>
撹拌装置のついたビーカーに、100.0部の酢酸エチル、30.0部の結晶性ポリエステル樹脂1、0.1mol/Lの水酸化ナトリウム0.3部、及びアニオン性界面活性剤(第一工業製薬(株)製、ネオゲンRK)0.2部を投入し、60.0℃に加熱して、完全に溶解するまで撹拌を続けた。
さらに撹拌しながら、徐々にイオン交換水90.0部を加え、転相乳化させ、脱溶剤することにより結晶性ポリエステル分散液1(固形分濃度:20質量%)を得た。
結晶性ポリエステル分散液1中の樹脂粒子の体積平均粒径は0.17μmであった。
<結晶性ポリエステル分散液2~9の製造例>
使用する結晶性ポリエステル樹脂を表2のようにした以外は、結晶性ポリエステル分散液1の製造例と同様にして結晶性ポリエステル分散液2~9を得た。処方及び物性について、表2に示す。
<非晶性樹脂分散液1~5の製造例>
使用する結晶性ポリエステル樹脂を表2のように非晶性ポリエステル樹脂に変更した以外は、結晶性ポリエステル分散液1の製造例と同様にして非晶性樹脂粒子分散液1~5を得た。処方及び物性について、表2に示す。
<非晶性樹脂分散液6の製造例>
・スチレン 79.0部
・n-ブチルアクリレート 19.0部
・β-カルボキシエチルアクリレート 2.0部
・1,6ヘキサンジオールジアクリレート 0.4部
・ドデカンチオール(和光純薬製) 0.7部
フラスコに上記材料を投入し、混合及び溶解し、溶液を得た。1.0部のアニオン性界面活性剤(第一工業製薬(株)製、ネオゲンRK)をイオン交換水250部に溶解した水系媒体に得られた溶液を分散し、乳化した。10分間ゆっくりと攪拌及び混合しながら、さらに過硫酸アンモニウム2部を溶解したイオン交換水50部を投入した。
次いで、系内を充分に窒素置換した後、攪拌しながらオイルバスで系内が70℃になるまで加熱し、5時間そのまま乳化重合を継続し、非晶性樹脂分散液6(固形分濃度:20質量%)を得た。
非晶性樹脂分散液6中の樹脂粒子の体積平均粒径は0.19μm、ガラス転移温度(Tg)は58℃、重量平均分子量(Mw)は75000であった。
Figure 2022026742000002
<ワックス分散液1の製造例>
・ベヘン酸ベヘニル(融点72℃) 50.0部
・アニオン性界面活性剤 0.3部(第一工業製薬(株)製、ネオゲンRK)
・イオン交換水 150.0部
以上を混合して95℃に加熱し、ホモジナイザー(IKA社製、ウルトラタラックスT50)を用いて分散した。その後、マントンゴーリン高圧ホモジナイザ(ゴーリン社製)で分散処理し、ワックス粒子を分散させてなるワックス分散液1(固形分濃度:20質量%)を調製した。得られたワックス粒子の体積平均粒径は0.22μmであった。
<ワックス分散液2の製造例>
使用するワックスを炭化水素ワックス(融点72℃)にした以外は、ワックス分散液1の製造例と同様にしてワックス分散液2(固形分濃度:20質量%)を得た。
<着色剤分散液1の製造例>
・C.I.ピグメントイエロー155: 1000部
・アニオン界面活性剤: 150部
・イオン交換水: 9000部
以上を混合し、溶解した後、高圧衝撃式分散機を用いて分散し、着色剤分散液1(固形分濃度:20質量%)を調製した。得られた着色剤粒子の体積平均粒径は0.16μmであった。
<粉末接着剤粒子1の製造例>
・非晶性樹脂分散液1(固形分20質量%) 150.0部
・結晶性ポリエステル分散液1(固形分20質量%) 65.0部
・ワックス分散液1(固形分20質量%) 20.0部
・着色剤分散液1(固形分20質量%) 0.1部
ビーカーに、上記材料を投入し、水の総部数が250部になるように調整した後、30.0℃に温調した。その後、ホモジナイザー(IKA社製、ウルトラタラックスT50)を用いて、5000rpmで1分間撹拌することにより混合した。
さらに凝集剤として多価金属化合物である10.0部の塩化アルミニウム2.0質量%水溶液を徐々に添加した。撹拌装置、温度計を備えた重合釜に原料分散液を移し、マントルヒーターで50.0℃に加熱し撹拌することで凝集粒子の成長を促進させた。
60分間経過した段階でエチレンジアミンテトラ酢酸(EDTA)5.0質量%水溶液を200.0部添加し凝集粒子分散液1を調製した。続いて、凝集粒子分散液1を0.1mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液を用いてpH8.0に調整した後、凝集粒子分散液1を80.0℃に加熱し、180分間放置して、凝集粒子の合一を行った。
180分間経過後、粉末接着剤粒子が分散した粉末接着剤粒子分散液1を得た。300℃/分の降温速度で40℃以下まで冷却した後、粉末接着剤粒子分散液1をろ過し、イオン交換水で通水洗浄し、ろ液の伝導度が50mS以下となったところで、ケーキ状になった粉末接着剤粒子を取り出した。
次に、粉末接着剤粒子の質量の20倍量のイオン交換水中に、ケーキ状になった粉末接着剤粒子を投入し、スリーワンモータで撹拌し、充分に粉末接着剤粒子がほぐれたところで再度ろ過、通水洗浄し固液分離した。得られたケーキ状になった粉末接着剤粒子をサンプルミルで解砕して、40℃のオーブン中で24時間乾燥した。
さらに得られた粉体をサンプルミルで解砕した後、50℃のオーブン中で5時間、追加の真空乾燥をして、粉末接着剤粒子1を得た。
<粉末接着剤1の製造例>
100部の粉末接着剤粒子1に、下記無機微粒子A1を0.5部、下記微粒子B1を0.3部、一次粒子の個数平均粒径が12nmのシリカ微粒子をシリコーンオイルで処理し、処理後のBET比表面積値が120m/gの疎水性シリカ微粒子を0.8部添加し、FMミキサ(日本コークス工業株式会社製)を用い混合し、粉末接着剤1を得た。
得られた粉末接着剤1の物性を表7と表9に示す。
<無機微粒子A>
使用した無機微粒子Aの種類と物性を表3に示す。
Figure 2022026742000003
<微粒子B>
使用した微粒子Bの種類と物性を表4に示す。
Figure 2022026742000004
<粉末接着剤2~13、15~32の製造例>
使用した非晶性樹脂分散液、結晶性ポリエステル分散液、ワックス分散液、着色剤分散液、多価金属化合物の種類と量、凝集粒子の合一時の温度を表5のように変更し、無機微粒子A及び微粒子Bの種類と量を表6のように変更した以外は、粉末接着剤粒子1及び粉末接着剤1の製造例と同様にして、粉末接着剤2~13、15~32を得た。物性を表7と表9に示す。
<粉末接着剤14の製造例>
・非晶性ポリエステル樹脂1:30.0部
・結晶性ポリエステル樹脂1:13.0部
・ベヘン酸ベヘニル(融点72℃):4.0部
・塩化アルミニウム:0.2部
上記材料をFMミキサ(日本コークス工業株式会社製)で前混合した後、2軸押出機(商品名:PCM-30、池貝鉄工所社製)を用いて、吐出口における溶融物温度が150℃になるように、温度を設定し、溶融混練した。
得られた混練物を冷却し、ハンマーミルで粗粉砕した後、粉砕機(商品名:ターボミルT250、ターボ工業社製)を用いて微粉砕した。得られた微粉砕粉末を、コアンダ効果を利用した多分割分級機を用いて分級して、粉末接着剤粒子14を得た。
使用する外添剤の種類と量を表6のようにした以外は、粉末接着剤1の製造例と同様にして粉末接着剤14を得た。粉末接着剤14の物性を表7と表9に示す。
Figure 2022026742000005

多価金属化合物の水溶液濃度の単位は質量%である。
Figure 2022026742000006
Figure 2022026742000007
<トナー粒子1の製造例>
・非晶性樹脂分散液1(固形分20質量%) 150.0部
・結晶性ポリエステル分散液1(固形分20質量%) 22.0部
・ワックス分散液1(固形分20質量%) 20.0部
・着色剤分散液1(固形分20質量%) 15.0部
ビーカーに、上記材料を投入し、水の総部数が250部になるように調整した後、30.0℃に温調した。その後、ホモジナイザー(IKA社製、ウルトラタラックスT50)を用いて、5000rpmで1分間撹拌することにより混合した。
さらに凝集剤として多価金属化合物である10.0部の塩化アルミニウム2.0質量%水溶液を徐々に添加した。撹拌装置、温度計を備えた重合釜に原料分散液を移し、マントルヒーターで50.0℃に加熱し撹拌することで凝集粒子の成長を促進させた。
60分間経過した段階でエチレンジアミンテトラ酢酸(EDTA)5.0質量%水溶液を200.0部添加し凝集粒子分散液1を調製した。続いて、凝集粒子分散液1を0.1mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液を用いてpH8.0に調整した後、凝集粒子分散液1を80.0℃に加熱し、180分間放置して、凝集粒子の合一を行った。
180分間経過後、粉末接着剤粒子が分散したトナー粒子分散液1を得た。300℃/分の降温速度で40℃以下まで冷却した後、トナー粒子分散液1をろ過し、イオン交換水で通水洗浄し、ろ液の伝導度が50mS以下となったところで、ケーキ状になったトナー粒子を取り出した。
次に、トナー粒子の質量の20倍量のイオン交換水中に、ケーキ状になったトナー粒子を投入し、スリーワンモータで撹拌し、充分にトナー粒子がほぐれたところで再度ろ過、通水洗浄し固液分離した。得られたケーキ状になったトナー粒子をサンプルミルで解砕して、40℃のオーブン中で24時間乾燥した。さらに得られた粉体をサンプルミルで解砕
した後、50℃のオーブン中で5時間、追加の真空乾燥をして、トナー粒子1を得た。
<トナー1の製造例>
100部のトナー粒子1に、一次粒子の個数平均粒径が12nmのシリカ微粒子をシリコーンオイルで処理し、処理後のBET比表面積値が120m/gの疎水性シリカ微粒子を0.8部添加し、FMミキサ(日本コークス工業株式会社製)を用い混合し、トナー1を得た。
トナー1の物性を表8と表9に示す。
<トナー2~14の製造例>
使用した非晶性樹脂分散液、結晶性ポリエステル分散液、ワックス分散液、着色剤分散液、多価金属化合物の種類と量を表8のように変更した以外は、トナー粒子1及びトナー1の製造例と同様にして、トナー2~14を得た。トナー2~14の物性を表8と表9に示す。
Figure 2022026742000008

多価金属化合物の水溶液濃度の単位は質量%である。
得られた粉末接着剤及びトナーについて、表9に示す組み合わせで用いた現像剤セットを用意した。実施例として現像剤セット1~30を、比較例として比較用現像剤セット1~7を用いた。
Figure 2022026742000009
得られた現像剤セット1~30、比較用現像剤セット1~7について以下の方法に従って性能評価を行った。なお、評価はすべて常温常湿(25℃/50%RH)環境で行い、紙はA4サイズのGFC-081(81.0g/m)(キヤノンマーケティングジャパン社製)を用いた。結果を表10に示した。
<接着力及び耐高温オフセット性の評価>
(評価用サンプル画像の作製)
評価用サンプル画像の作製には、市販のキヤノン製レーザービームプリンタLBP712Ciを用いた。ソフトウェアを変更することにより、全てのカートリッジがセットされていなくても動作するように改造した。また、粉末接着剤及びトナーの載り量(mg/cm)をそれぞれ任意に調整できるようにした。
LBP712Ciのシアンカートリッジの中に入っているトナーを抜き取り、各現像剤セットのトナー150gを充填し、シアンステーションにセットした。また、ブラックカートリッジの中に入っているトナーを抜き取り、各現像剤セットの粉末接着剤150gを充填し、ブラックステーションにセットした。
このプリンターを用い、図8に示すように、紙の片面(接着面とする)先端余白8cmを開けて、4cmの領域に粉末接着剤を載り量0.5mg/cmで印刷し、さらに粉末
接着剤を形成した面とは逆の面(トナー印字面とする)に、余白14cmを開けて、4cmの領域にトナーを載り量0.08mg/cmで印刷した(画像A)。
さらに、図9に示すように、別の紙に先端余白8cmを開けて、4cmの領域に粉末接着剤を載り量0.5mg/cmで印刷した(画像B)。
得られた画像Aについて幅3cmに切断し、サンプルAを得た。同様に、画像Bを切断しサンプルBを得た。
(粉末接着剤の接着温度の評価)
図10に示すように、サンプルAとサンプルBを、粉末接着剤面が内側になるように向かい合わせ、LBP712Ciから取り外した外部定着器に、サンプルA側が上側になるように通して、粉末接着剤の接着力とトナーの耐高温オフセット性を評価した。
具体的には、サンプルAとサンプルBのセットを複数枚用意して、外部定着器の設定温度を2℃刻みで変更しながら定着器を通した。後述する接着力の評価方法で、粉末接着剤の接着力が1.2(N/cm)となる最小の定着器設定温度を接着温度として評価した。接着温度が低いほど低温での接着力に優れている。
また、トナーの高温オフセットが発生する最大の定着器設定温度を耐高温オフセット温度として評価した。耐高温オフセット温度が高いほど、耐高温オフセット性が優れている。高温オフセット性の評価方法は後述する。
また、接着温度と耐高温オフセット温度の差を定着領域とし、定着領域が大きいほど定着マージンがあり優れた現像剤セットである。
(接着力の評価)
接着力の評価にはテンシロン万能試験機RTG-1225(エー・アンド・デイ社製)を用いた。治具は平行締付型ジョウを用い、図11のように張り合わせたサンプルをセットした。50mm/minの条件で評価用サンプル画像を引き剥がした際に得られる横軸が距離(mm)、縦軸が応力(N/cm)のグラフにおける最大値に対し1/3をかけて得られた、幅1cm当たりの応力を接着力(N/cm)とした。この値が大きいほど接着力が良好である。十分な接着力があると判断できる接着力1.2(N/cm)を評価基準としている。
(高温オフセット性の評価)
サンプルAとサンプルBを、粉末接着剤面が内側になるように向かい合わせ、サンプルA側が上側になるように定着器を通したときに、高温オフセットが発生すると、紙のトナー印字部の下流に高温オフセットしたトナーが印字される。
紙に印字された高温オフセット由来のトナーの濃度を測定し、耐高温オフセット性の評価とした。濃度の測定にはリフレクトメータ(東京電色株式会社製の「REFLECTOMETER MODEL TC-6DS」)を用いた。紙上のオフセット由来のトナー部分の反射率Dr(%)と紙の白地部の反射率Ds(%)を測定し、下記式を用いて算出した。
高温オフセット由来のトナー濃度(%)=Dr(%)-Ds(%)
この値が0.4を超えない最大の定着器設定温度を耐高温オフセット温度とした。
<しわの評価>
接着部の紙のしわの評価は、接着力及び耐高温オフセット性の評価において、しわが発生しやすくなる耐高温オフセット温度で実施した。接着部を挟む両方の紙に発生したしわの本数を数えた。しわの本数は少ない方が優れている。
<カールの評価>
定着器を通したサンプルを温度23℃/相対湿度50%で24時間放置してサンプルのカール量を測定した。サンプルの接地面を基準にして、接地面から最も離れた位置までの
高さを定規で測定してカール高さとして評価した。カールを評価するサンプルは、接着力及び耐高温オフセット性の評価において、カールが発生しやすくなる耐高温オフセット温度で実施した。カール高さが小さいほど優れている。
<染み出しの評価>
染み出しの評価に使用する紙には、A4サイズのCS-064(64.0g/m)(キヤノンマーケティングジャパン社製)を用いた。
接着力及び耐高温オフセット性の評価と同じ方法でCS-064を用いてサンプルAとサンプルBを用意した。続いて染み出しが発生しやすくなる条件として、接着力及び耐高温オフセット性の評価における耐高温オフセット温度で定着器を通したサンプルを1つ用意した。
何も印字していないA4サイズのCS-064を幅3cmに切断し、サンプルCを用意した。定着器を通したサンプルA面にサンプルCを重ねて、さらにその上にCS-064の紙を500枚積載して、40℃/30%RHの環境で5日間放置した。その後、定着器を通したサンプルのサンプルA面とサンプルCの間の接着力を上記接着力の評価と同じ方法で測定した。これは染み出し粉末接着剤による接着力を測定しているので、数字が小さいほど優れている。
Figure 2022026742000010
1…画像形成装置、1e…画像形成手段(画像形成ユニット)、1m…主搬送路、2…スキャナユニット、3…転写ユニット、3a…転写ベルト、3b…二次転写内ローラ、3c…張架ローラ、4…一次転写ローラ、5…転写手段(二次転写ローラ)、5n…転写ニップ、6…定着手段(第1定着器)、6a…加熱ローラ、6b…加圧ローラ、6n…定着ニップ、7n…第2プロセスユニット(プロセスカートリッジ)、7y,7m,7c…第1プロセスユニット(プロセスカートリッジ)、8…シートカセット、8a…搬送ローラ、9…カートリッジ支持部、10…装置本体、12…排出口(第1の排出口)、13…ガイド部材(第1排出トレイ)、13…aトレイ切替ガイド、15…中間パス、19…第1の筐体、20…開閉可能なトレイ、
30…シート処理装置(後処理ユニット)、31…折り手段(折り器)、31a…第1折りローラ、31b…第2折りローラ、31c…第1ガイドローラ、31d…第2ガイドローラ、31e…引き込み部、31f…ガイド壁、31g…壁、31h…端部、32…接着手段(第2定着器)、33…切替ガイド、33a…切替ガイド軸部、33b…切替ガイド先端、34…排出ユニット、34a…第1排出ローラ、34b…中間ローラ、34c…第2排出ローラ、35…第2排出トレイ、36,37…コネクタ、39…第2の筐体、
51…接着ハガキ、52…薬袋、51a…外周部の全周、51b,52b…中央の折り目、52a…コ字状の領域、
101…感光ドラム、102…帯電ローラ、103…クリーニング部材、104n,104y,104m,104c…粉体収容部、105…現像ローラ、106…現像剤供給ローラ、107…現像ブレード、108…攪拌部材、109…現像室、
P…シート、R1…第1経路、R2…第2経路、Tn…粉末接着剤、Ty,Tm,Tc…印刷用トナー、CC…感光体ユニット、DT…現像ユニット、q…シートPの先端、r…中腹部、L…シートPの全長、M…間隔、N…引き込み部の深さ

Claims (13)

  1. トナー及び粉末接着剤を含む電子写真用現像剤セットであって、
    該粉末接着剤は、結晶性ポリエステル樹脂及び該結晶性ポリエステル樹脂以外の熱可塑性樹脂を含有し、
    該粉末接着剤中の該結晶性ポリエステル樹脂の含有量が、21質量%以上であり、
    該結晶性ポリエステル樹脂の融点が、55℃以上100℃以下であり、
    粘弾性測定において、
    100℃における該トナーの貯蔵弾性率をGt’(100)とし、
    100℃における該粉末接着剤の貯蔵弾性率をGb’(100)としたとき、
    Gb’(100)が、1.0×10Pa以下であり、
    Gt’(100)/Gb’(100)が、1.2以上であることを特徴とする電子写真用現像剤セット。
  2. 前記Gt’(100)/Gb’(100)が、2.0~30.0である請求項1に記載の電子写真用現像剤セット。
  3. 前記粘弾性測定において、
    前記粉末接着剤の貯蔵弾性率Gb’が1.0×10Paとなる温度をTbとし、
    前記トナーの貯蔵弾性率Gt’が1.0×10Paとなる温度をTtとしたとき、
    Tt-Tbが10℃以上である請求項1又は2に記載の電子写真用現像剤セット。
  4. 前記粉末接着剤の粘弾性測定において、
    55℃以上100℃以下の範囲における前記粉末接着剤の損失弾性率G’’の前記粉末接着剤の貯蔵弾性率G’に対する比(tanδ)の最大値が、3.0未満である請求項1~3のいずれか一項に記載の電子写真用現像剤セット。
  5. 前記粉末接着剤に含有される前記結晶性ポリエステル樹脂が、炭素数2~12の脂肪族ジオール及び炭素数2~12の脂肪族ジカルボン酸との縮重合物である請求項1~4のいずれか一項に記載の電子写真用現像剤セット。
  6. 前記粉末接着剤に含有される前記熱可塑性樹脂が、非晶性ポリエステル樹脂を主成分として含有する請求項1~5のいずれか一項に記載の電子写真用現像剤セット。
  7. 前記粉末接着剤は多価金属化合物を含有し、
    該多価金属化合物が、アルミニウム化合物、鉄化合物及びマグネシウム化合物からなる群から選択される少なくとも一である請求項1~6のいずれか一項に記載の電子写真用現像剤セット。
  8. 前記粉末接着剤の平均円形度が、0.940以上である請求項1~7のいずれか一項に記載の電子写真用現像剤セット。
  9. 前記粉末接着剤は、その表面に無機微粒子Aを有し、
    該無機微粒子Aは、シリカ微粒子であり、
    該無機微粒子Aの一次粒子の個数平均径が、30nm以上200nm以下である請求項1~8のいずれか一項に記載の電子写真用現像剤セット。
  10. 前記粉末接着剤は、その表面に微粒子Bを有し、
    該微粒子Bの25℃での体積抵抗率が、5.0×10Ωm~1.0×10Ωmである請求項1~9のいずれか一項に記載の電子写真用現像剤セット。
  11. 前記トナーは結晶性ポリエステル樹脂を含有し、
    前記トナー中の該結晶性ポリエステル樹脂の含有量が、前記粉末接着剤中の前記結晶性ポリエステル樹脂の含有量よりも少ない請求項1~10のいずれか一項に記載の電子写真用現像剤セット。
  12. 前記粉末接着剤が、着色剤を含有し、
    前記粉末接着剤における該着色剤の含有量が、0.00質量%を超え1.00質量%以下である請求項1~11のいずれか一項に記載の電子写真用現像剤セット。
  13. 請求項1~12のいずれか一項に記載の電子写真用現像剤セットを用いた、少なくとも一の紙が接着部を介して貼り合わされている接着物の製造方法であって、
    該接着物において、該紙の該接着部が存在する面を面Aとし、該面Aとは異なる面を面Bとしたとき、該接着物は該面Bの少なくとも一方に前記トナーによる画像部を有し、
    該接着物の製造方法は、
    該紙の該面Bとなる面の少なくとも一方に前記トナーによる該画像部を現像し、加熱により該画像部を定着させる画像部の形成工程、及び
    該紙の該面Aとなる面の少なくとも一方に前記粉末接着剤による該接着部を現像し、加熱により該接着部を定着させる接着部の形成工程
    を順序不同で有し、
    さらに該接着物の製造方法は、該画像部及び該接着部の形成後、
    形成された該接着部をはさむように該紙を重ねて加熱し、該接着部を溶融させることで該紙を接着し、該接着物を得る接着工程を有する製造方法。

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