JP4088888B2

JP4088888B2 - 画像形成方法

Info

Publication number: JP4088888B2
Application number: JP2003184636A
Authority: JP
Inventors: 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: 2008-05-21
Anticipated expiration: 2023-06-27
Also published as: JP2005017852A

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（Charge Control Agent）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、トナー中に分散したワックス粒子の径が０．５〜２μｍで、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において、帯電量が最も高いトナーに比して帯電量が低いトナーについて、５μｍ径以下の体積割合を少なくすることを特徴とする。
【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】
樹脂を共通化することにより定着特性等の色間差は少なくできるが、顔料の違いにより、帯電性に色間差が生じる。帯電性の低いトナーは帯電性の高い他色のトナーに比べ、現像ローラに対する付着力が弱く、弱電界でも飛翔し易いためかぶりやトナー飛散が多くなるという問題が生じる。現像器として規制荷重を上げる等により帯電性を向上できるが、耐久時等に現像ローラ、規制ブレード、ＯＰＣ等へのトナー融着（フィルミング）が発生しやすくなる等の弊害もある。
【００１２】
ところで、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。
【００１３】
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。
【００１４】
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１μｍ径前後の微粉が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、トナーの帯電性が低下し、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る。
【００１５】
本実施形態では、ワックスの分散径を０．５〜２μｍにして定着の高温オフセットを改善し、かつ帯電量が最も高いトナーに比して帯電量が低いトナーについて、ワックス微粉を少なくしてかぶりやトナー飛散を抑制する。
【００１６】
帯電性が低いトナーの場合、トナーを構成している顔料、ＣＣＡ、ワックス等を内包させた樹脂粒子からワックス微粉が脱落して当該微粉により現像ローラ上へのトナー層の形成が阻害されるため、かぶりやトナー飛散が多くなる。帯電性が高いトナーについてもワックス主体の微粉が過剰に多いとトナー層の形成が阻害され、かぶりやトナー飛散が発生するが、帯電性が低いトナーに比べ影響は軽微である。
【００１７】
図３はトナー飛散とトナー帯電量、ワックス微粉量の関係を説明する図で、横軸はトナー帯電量、縦軸はトナー飛散の程度を表している。
カラートナーの場合、顔料の違いにより各色トナーの帯電性に違いが生じ、そのため、トナー飛散に差が生じる。図示するように、帯電量の低いトナーはトナー飛散が増え、さらにワックス微粉が多くなるとトナー飛散も増える。そこで、帯電性の低いトナーについては、樹脂粒子から脱落したワックス主体の微粉を分級でカットすることでかぶりや飛散を抑制することができる。ワックス主体の微粉は５μｍ径以下の体積割合を少なくすることで、カットすることができた。そこで、帯電量が最も高いトナーに比して帯電量が低いトナーについては、５μｍ径以下の体積割合を少なくすることで全体としてかぶりやトナー飛散を抑制することができる。
【００１８】
図４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、５μｍ径以下のトナーの体積割合を少なくすることでワックス主体の微粉をカットすることができる。
【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/cm²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）
ポリニステル…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。
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1.0 部を添加し表面処理することでトナーを得た。
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１に示すように、トナー飛散、現僚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、何れのトナーも145 ℃以上では十分な定着強度が得られ、YCK については195 ℃まで高温オフセットが発生することなく定着することができた。また、M については210 ℃までの確認の中では高温オフセットは発生しなかった。
【００２９】
【表１】

表中のオフセット開始温度は、表示温度まではオフセットが発生しなかったことを表す。また、未発生とは、210 ℃までの評価においてオフセットが発生しなかったことを表す。
【００３０】
〔実施例２〕
実施例１と同様にしてYCMK各色のトナーを得た。
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、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、何れのトナーも145 ℃以上では十分な定着強度が得られ、CKについては195 ℃まで、M については200 ℃まで高温オフセットが発生することなく定着することができた。また、Y については210 ℃までの確認の中では高温オフセットは発生しなかった。
【００３１】
【表２】

〔比較例１〕
実施例１と同様にしてYCMK各色のトナーを得た。
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３に示すように、YM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、C については、耐久時には８ｋ枚時点でトナー飛翔性不足が発生し、必要な画像濃度が得られなくなった。K については、組立て時にトナー飛散が発生し、耐久時には８ｋ枚時点で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、何れのトナーも145 ℃以上では十分な定着強度が得られ、Y については195 ℃まで、CMK については210 ℃までの確認の中では高温オフセットは発生しなかった。
【００３２】
【表３】

【００３３】
【発明の効果】
樹脂を共通化することにより定着特性等の色間差は少なくできるが、顔料の違いにより、帯電性に色間差が生じる。帯電性の低いトナーは帯電性の高い他色のトナーに比べ、かぶりやトナー飛散が多くなり、ワックス微粉が多くなると、一層かぶりやトナー飛散が発生する。そこで、５μｍ径以下の体積割合を少なくすることでワックス主体の微粉をカットし、かぶりやトナー飛散を抑制することができる。
【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】トナー飛散とトナー帯電量、ワックス微粉量の関係を説明する図である。
【図４】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。
【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

トナー中に分散したワックス粒子の径が０．５〜２μｍで、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において、帯電量が最も高いトナーに比して帯電量が低いトナーについて、５μｍ径以下の体積割合を少なくすることを特徴とする画像形成方法。