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公開番号2021021787
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210218
出願番号2019137198
出願日20190725
発明の名称トナー
出願人キヤノン株式会社
代理人特許業務法人秀和特許事務所
主分類G03G 9/097 20060101AFI20210122BHJP(写真;映画;光波以外の波を使用する類似技術;電子写真;ホログラフイ)
要約【課題】記録材の両面に印字が可能な画像形成装置において、一面目の画像の影響を受けず、転写不良が発生しない二面目画像を得ることが可能となるトナー。
【解決手段】結着樹脂を含有するトナー粒子を有するトナーであって、該トナーを用いてトナー載り量0.4mg/cm2でベタ画像を形成した記録材における未定着時の該ベタ画像の体積抵抗率Ω・cmをTvとし、該記録材を加熱及び加圧して定着した後の該ベタ画像の体積抵抗率Ω・cmをFvとしたとき、Tv/Fv≧8を満たすことを特徴とするトナー。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
結着樹脂を含有するトナー粒子を有するトナーであって、
該トナーを用いてトナー載り量0.4mg/cm

でベタ画像を形成した記録材における未定着時の該ベタ画像の体積抵抗率Ω・cmをTvとし、
該記録材を加熱及び加圧して定着した後の該ベタ画像の体積抵抗率Ω・cmをFvとしたとき、
Tv/Fv≧8
を満たすことを特徴とするトナー。
続きを表示(約 920 文字)【請求項2】
前記トナー粒子の表面が、多価酸と第4族元素を含む化合物との反応物を有する請求項1に記載のトナー。
【請求項3】
前記多価酸と第4族元素を含む化合物との反応物が、多価酸金属塩であり、
該多価酸金属塩に含まれる金属元素を金属元素Mとし、前記トナーのX線光電子分光分析によって得られたスペクトルから求められる、前記トナー表面の構成元素における該金属元素Mの比率をM1(atomic%)とし、
前記トナー1.0gを61.5質量%のショ糖水溶液31.0gと、非イオン界面活性剤、陰イオン界面活性剤及び有機ビルダーからなる10質量%の精密測定器洗浄用中性洗剤水溶液6.0gからなる混合水溶液に分散させ、シェーカーを用いて1分間に300回の振とうを20分行う処理(a)を施して得たトナーをトナー(a)とし、
該トナー(a)のX線光電子分光分析によって得られたスペクトルから求められる、該トナー(a)の表面の構成元素における該金属元素Mの比率をM2(atomic%)としたとき、下記式(ME−1)を満たす請求項2に記載のトナー。
0.90≦M2/M1 (ME−1)
【請求項4】
前記多価酸と第4族元素を含む化合物との反応物が、硫酸チタン、炭酸チタン、リン酸チタン、硫酸ジルコニウム、炭酸ジルコニウム、及びリン酸ジルコニウムからなる群より選ばれた少なくとも一つを含有する請求項2又は3に記載のトナー。
【請求項5】
前記トナー粒子の表面が、有機ケイ素重合体を有する請求項1〜4のいずれか1項に記載のトナー。
【請求項6】
前記有機ケイ素重合体が、下記式(II)で表される構造を有する請求項5に記載のトナー。
R−SiO
3/2
(II)
(式(II)中、Rは、アルキル基、アルケニル基、アシル基、アリール基又はメタクリロキシアルキル基を示す。)
【請求項7】
前記Rが、炭素数1以上6以下のアルキル基、ビニル基、フェニル基、又はメタクリロキシプロピル基である請求項6に記載のトナー。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、電子写真方式の画像形成装置に用いるトナーに関する。
続きを表示(約 8,800 文字)【背景技術】
【0002】
電子写真方式の画像形成装置では、トナー像を記録材の一方の面に転写、定着した後に、記録材をスイッチバックさせて記録材の他方の面にトナー像を形成することで両面画像を得ることのできるものがある。(例えば、特許文献1)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開2005−272022号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
例えば、記録材の一方の面(一面目)に、図4(a)のようにトナーが載っている領域401と載っていない領域402とがある画像が形成されると、一般的に使われるトナーは高抵抗のためこの記録材のトナーが載っている領域401は載っていない領域402に対して高抵抗になる。
この状態で図4(b)のような画像をこの記録材の他方の面(二面目)に転写しようとすると、一面目のトナーによって高抵抗になっている領域401に対しても二面目の画像が適切に転写されるように転写電圧が設定される。そのため、一面目の抵抗の低い領域402に対応した二面目の領域に対しては転写電圧が過大になる。
転写電圧が過大であると、トナーの移動を伴わないで、転写電流が流れてしまう「突き抜け」と呼ばれる現象が起きてしまい、二面目の画像は本来、図4(b)のようになるべきところ、図4(c)のように一面目の画像に対応した部分が薄くなってしまう。なお、二面目の画像形成は一面目の記録材をスイッチバックして給紙するため、一面目の画像に対応する位置は二面目では上下逆になっている。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、記録材の両面に印字が可能な画像形成装置において、一面目の画像の影響を受けず、転写不良が発生しない二面目画像を得ることが可能となるトナーを提供する。
【課題を解決するための手段】
【0005】
結着樹脂を含有するトナー粒子を有するトナーであって、
該トナーを用いてトナー載り量0.4mg/cm

でベタ画像を形成した記録材における未定着時の該ベタ画像の体積抵抗率Ω・cmをTvとし、
該記録材を加熱及び加圧して定着した後の該ベタ画像の体積抵抗率Ω・cmをFvとしたとき、
Tv/Fv≧8
を満たすことを特徴とするトナー。
【発明の効果】
【0006】
本発明によれば、記録材の両面に印字が可能な画像形成装置において、一面目の画像の影響を受けず適切に二面目の画像を形成することが可能となるトナーを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
画像形成装置の概略構成図
ローラ部材の抵抗測定方法を説明する図
「突き抜け」画像のレベルを判定するための画像を示す図
「突き抜け」現象を説明する図
【発明を実施するための形態】
【0008】
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。
以下、図面を用いて画像形成装置について説明する。なお、以下は特許請求の範囲の発明を限定するものではなく、以下で説明されている特徴の組合せの全てが課題の解決手段に必須のものとは限らない。
【0009】
[画像形成装置の構成と動作]
図1は、トナーを用いる電子写真方式の画像形成装置の一例としての画像形成装置100の概略断面図である。画像形成装置100は、ホストコンピュータなどの外部装置(不図示)より入力される画像情報に応じた画像を記録材Pに形成する。
画像形成装置100は、像担持体としてのドラム型(円筒形状)の電子写真感光体である感光ドラム1を有する。外部装置からプリント指令が入力されると、感光ドラム1は、図中矢印R1方向に所定の速度(プロセススピード)で回転駆動される。例えば、感光ドラム1としては、直径30mmのアルミニウムシリンダの外周面に、有機光導電体層(OPC感光体)が塗布されて構成されたものを用いることができる。
また、感光ドラム1は、その長手方向(回転軸線方向)の両端部を支持部材によって回転自在に支持されており、一方の端部に駆動手段としての駆動モータ(不図示)からの駆動力が伝達されることにより回転駆動される。例えば、感光ドラム1の帯電極性は負極性である。
【0010】
回転する感光ドラム1の外周面(表面)は、帯電手段としてのローラ状の帯電部材である帯電ローラ2により、所定の極性の所定の電位に一様に帯電させられる。帯電ローラ2は、導電性ローラで構成されており、感光ドラム1の表面に当接して配置され、所定の圧力で感光ドラム1に向けて付勢(押圧)されている。帯電ローラ2は、感光ドラム1の回転に伴って従動して回転する。そして、帯電ローラ2には、不図示の帯電電源(高圧電源)から、所定の負極性の帯電電圧(帯電バイアス)が印加されて、感光ドラム1は所定の電位Vdに帯電される。
【0011】
帯電された感光ドラム1の表面に対して、レーザから発せられた光を多面鏡によって走査させるスキャナユニットから構成される露光手段である露光装置(レーザスキャナ)3により、画像情報の書き込みが行われる。露光装置3は、外部装置から画像形成装置100に入力される画像情報の時系列電気デジタル画素信号に応じて変調されたレーザ光Lを出力する。
また、露光装置3は、レーザ光Lにより、帯電した感光ドラム1の表面を選択的に走査露光する。これにより、感光ドラム1の露光された部分(画像部)の電位の絶対値が低下して明部電位Vlとなり、感光ドラム1上に画像情報に応じた静電潜像(静電像)が形成される。露光手段としての露光装置3は、帯電手段により帯電させられた感光ドラム1に静電像を形成する像形成手段の一例である。
【0012】
感光ドラム1上に形成された静電潜像は、現像手段としての現像装置4により、現像剤としてのトナーを用いてトナー像として現像(可視化)される。現像装置4は、現像剤担持体としての現像ローラ4aと、現像ローラ4aに供給するトナーを収納する現像容器4bと、を有する。
例えば、現像ローラ4aとしては、金属からなる直径20mmのローラ表面に、EPDM(エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体)などの高分子弾性体がコーティングさ
れて構成されたものを用いることができる。現像ローラ4aには、不図示の現像電源(高圧電源)から、所定の直流の現像電圧(現像バイアス)が印加される。現像容器4bから現像ローラ4aに供給されたトナーは、現像ローラ4aと感光ドラム1とが対向する現像位置で現像ローラ4aと感光ドラム1との間に形成された電界により、静電潜像のパターンに応じて選択的に感光ドラム1の表面に付着する。
例えば、一様に帯電処理された後に露光されて電位の絶対値が低下した感光ドラム1上の露光部に、感光ドラム1の帯電極性と同極性に帯電したトナーが付着して、トナー像が形成される(反転現像)。
【0013】
感光ドラム1に対向して、転写手段としてのローラ状の転写部材である転写ローラ5が配置されている。転写ローラ5は、感光ドラム1の表面に当接して配置され、所定の圧力で感光ドラム1に向けて付勢(押圧)されている。これにより、感光ドラム1の表面と転写ローラ5の外周面(表面)との間に、ニップ部(転写ニップ)である転写部Nが形成される。
例えば、転写ローラ5は、電気抵抗が10

〜10

Ω程度の導電性弾性体(NBRヒドリンゴム)を、ステンレスなどの金属からなる外径6mmのシャフトの周囲に、外径17mmとなるように設けた導電性ローラを用いることができる。
なお、抵抗値Rの測定は、23℃、50%RHの環境下で図2に示すような方法で測定する。すなわち、測定するローラ201をφ30のアルミシリンダ202に総圧9.8N(1kgf)で当接させ、30rpmで回転させ、電源203から、1000Vの電圧を印加した時の電流を測定する。電流は、100Ωの抵抗204の端子間電圧Vrを電圧計205で測定して求める。そしてローラ抵抗Rは、下記式で求められる。
ローラ抵抗R=印加電圧×100/Vr
【0014】
転写ローラ5には、不図示の転写電源(高圧電源)から、現像時のトナーの帯電極性(正規の帯電極性)とは逆極性である正極性の所定の転写電圧(転写バイアス)が印加される。これにより、転写部Nに送られた感光ドラム1上のトナー像は、記録材P上に転写される。
一方、給送カセット8のシート積載台8a上に積載されている記録材Pは、所定の制御タイミングで駆動される給送ローラ9により一枚ずつピックアップされ、搬送ローラ10と搬送コロ11とによりレジスト部へと送られる。レジスト部では、記録材Pの先端をレジストローラ12とレジストコロ13との間のニップ部で一旦受け止めて記録材Pの斜行矯正を行い、所定の搬送タイミングでその記録材Pを転写部Nへと給送する。
すなわち、レジスト部では、感光ドラム1の表面のトナー像の先端部位が転写部Nに到達したとき、記録材Pの先端部位も転写部Nに到達するように、記録材Pの搬送タイミングが制御される。レジスト部を通過した記録材Pは、転写入口ガイド14に沿って搬送され、転写部Nに送られる。
【0015】
転写部Nに給送された記録材Pは、感光ドラム1と転写ローラ5とにより挟持されて搬送されながら、その上にトナー像が転写される。
転写ローラ5は雰囲気温湿度や耐久状況によって抵抗が変動する。さらに記録材も種類や、雰囲気温湿度によって抵抗が変わったり、二面目の画像形成時は一面目のトナーの載り具合によっても抵抗が変わったりする。そこで、転写ローラ5と感光ドラム1との間に所定の転写電流が流れるように転写ローラ5に印可する電圧値を制御する、ATVC(Active Transfer Voltage Control)と呼ばれる制御が行われる。このATVC制御により決定された転写電圧によって感光ドラム1上のトナー像が記録材P上に転写される。
【0016】
その後、記録材Pは、感光ドラム1の表面から分離されて、定着手段としての定着装置15へと搬送される。記録材Pが分離された後の感光ドラム1の表面は、クリーニング手
段としてのクリーナ6により転写残トナーが除去され、繰り返して作像に供される。クリーナ6は、クリーニング部材としてのクリーニングブレード6aと、回転する感光ドラム1の表面からクリーニングブレード6aによって掻き取られた転写残トナーを収容する回収容器6bと、を有する。
【0017】
定着装置15は、定着回転体(定着部材)としての熱源を備えた定着ローラ15aと、定着ローラ15aに圧接する加圧回転体(加圧部材)としての加圧ローラ15bと、を有する。定着ローラ15aと加圧ローラ15bとが接触して、ニップ部(定着ニップ)である定着部(加熱部)Tが形成される。定着装置15は、未定着のトナー像を担持した記録材Pに、定着部Tで熱と圧力を付与することにより、未定着のトナー像を記録材Pに定着(固着)させる。
定着装置15は、感光ドラム1から分離された記録材を加熱部において加熱する加熱手段、特に加熱部において記録材に接触して記録材を加熱しながら回転する回転体を有する加熱手段の一例である。定着装置15から排出された記録材Pは、中間排出ローラ16により搬送される。
【0018】
ここで、画像形成装置100は、記録材Pの片面にトナー像を定着させて出力する片面画像形成(片面プリント)と、記録材Pの一面目(表面)と二面目(裏面)の両面にトナー像を定着させて出力する両面画像形成(両面プリント)と、を実行可能である。
片面画像形成を行う場合は、記録材Pは、中間排出ローラ16を経由して排出ローラ17に搬送され、排出トレイ18上に排出される。一方、両面画像形成を行う場合は、記録材Pは、一旦中間排出ローラ16によって途中まで搬送された後、中間排出ローラ16が逆回転することによりスイッチバックされ、反転フラッパ19が切り換えられることによって両面搬送路20に送られる。両面搬送路20に送られた記録材Pは、両面搬送ローラ21によって移送され、搬送ローラ10と搬送コロ11とにより再度レジスト部へと送られる。
その後、一面目(表側)の画像形成と同様の工程で二面目(裏側)の画像形成が行われる。二面目の画像形成後は、記録材Pは中間排出ローラ16を経由して排出ローラ17に搬送され、排出トレイ18上に排出される。
【0019】
なお、上記画像形成装置は、感光ドラム1と、感光ドラム1に作用するプロセス手段としての帯電ローラ2、現像装置4及びクリーナ6と、が一体化されて、プロセスカートリッジ7が構成されている。プロセスカートリッジ7は、画像形成装置100の筐体を構成する装置本体110に対して取り外し可能に装着される。
【0020】
次に、トナーについて詳細に説明する。
[トナー]
本発明者らは、記録材の両面に印字が可能な画像形成装置において、一面目の画像の影響を受けず、転写不良が発生しない二面目画像を得ることが可能となるトナーについて鋭意検討した。
その結果、トナーを用いてトナー載り量0.4mg/cm

でベタ画像を形成した記録材における未定着時のベタ画像の体積抵抗率Ω・cmをTvとし、
該記録材を加熱及び加圧して定着した後のベタ画像の体積抵抗率Ω・cmをFvとしたとき、Tv/Fv≧8を満たすことで、上記課題が解決できることを見出した。
さらに、トナー粒子の表面が、多価酸と第4族元素を含む化合物との反応物を有することが好ましい。
【0021】
Tv/Fv≧8を満たすことは、定着により画像の体積抵抗率を大きく低減できることを意味している。このようなトナーを用いることで、二面目の転写バイアスの電圧値を下げることができるため「突き抜け」などの転写不良の発生が抑えられる。
Tv/Fvは、12以上であることが好ましく、80以上であることがより好ましい。一方、上限は特に制限されないが、5000以下であることが好ましく、1000以下であることがより好ましい。
Tv/Fvは、後述のM1の数値等により制御できる。
Tvは、1×10

Ω・cm〜1×10
14
Ω・cmであることが好ましく、1×10

Ω・cm〜1×10
13
Ω・cmであることがより好ましい。
Fvは、1×10

Ω・cm〜1×10
13
Ω・cmであることが好ましく、1×10

Ω・cm〜1×10
12
Ω・cmであることがより好ましい。
【0022】
多価酸は、2価以上の酸であればどのようなものでも構わない。具体例としては、以下のものがあげられる。
リン酸、炭酸、硫酸などの無機酸;ジカルボン酸、トリカルボン酸などの有機酸。
有機酸の具体例としては、以下のものがあげられる。
シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、フマル酸、マレイン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸などのジカルボン酸。
クエン酸、アコニット酸、無水トリメリット酸などのトリカルボン酸。
【0023】
そのなかでも、多価酸が、炭酸、硫酸、及びリン酸からなる群より選ばれた少なくとも一つを含有することが、第4族元素と強固に反応し、吸湿しにくいことから好ましい。より好ましくは、多価酸が、リン酸を含有することである。
多価酸は、多価酸をそのまま用いてもよいし、多価酸とナトリウム、カリウム、リチウムなどとのアルカリ金属塩;マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウムなどとのアルカリ土類金属塩;又は、多価酸のアンモニウム塩として用いてもよい。
【0024】
第4族元素を含む化合物は、第4族元素を含む化合物であれば、特段限定されず、どのようなものでも構わない。
第4族元素としては、チタン、ジルコニウム、ハフニウムなどが挙げられる。そのなかでも、第4族元素は、チタン及びジルコニウムの少なくとも一方を含有することが好ましい。
【0025】
チタンを含む化合物の具体例としては、以下のものが挙げられる。
テトライソプロピルチタネート、テトラブチルチタネート、テトラオクチルチタネートなどのチタンアルコキシド。
チタンジイソプロポキシビスアセチルアセトネート、チタンテトラアセチルアセトネート、チタンジイソプロポキシビス(エチルアセトアセテート)、チタニウムジ−2−エチルヘキソキシビス2−エチル−3−ヒドロキシヘキソキシド、チタンジイソプロポキシビスエチルアセトアセテート、チタンラクテート、チタンラクテートアンモニウム塩、チタンジイソプロポキシビストリエタノールアミネート、チタンイソステアレート、チタンアミノエチルアミノエタノレート、チタントリエタノールアミネートなどのチタンキレート。
中でもチタンキレートは多価酸と反応しやすいため好ましい。また、チタンラクテート、チタンラクテートアンモニウム塩がより好ましい。
【0026】
ジルコニウムを含む化合物の具体例としては、以下のものが挙げられる。
ジルコニウムテトラプロポキシド、ジルコニウムテトラブトキシドなどのジルコニウムアルコキシド。
ジルコニウムテトラアセチルアセトネート、ジルコニウムトリブトキシモノアセチルアセトネート、ジルコニウムジブトキシビス(エチルアセトアセテート)、ジルコニウムラクテート、ジルコニウムラクテートアンモニウム塩などのジルコニウムキレート。
中でもジルコニウムキレートは多価酸と反応しやすいため好ましい。また、ジルコニウムラクテート、及び、ジルコニウムラクテートアンモニウム塩がより好ましい。
ハフニウムを含む化合物の具体例としては、以下のものが挙げられる。
ハフニウムラクテート、ハフニウムラクテートアンモニウム塩などのハフニウムキレート。
【0027】
トナー粒子の表面が、多価酸と第4族元素を含む化合物との反応物を有するとは、例えば、トナー粒子の表面に、多価酸と第4族元素を含む化合物との反応物が存在している状態が挙げられる。
トナー粒子の表面に、多価酸と第4族元素を含む化合物との反応物を存在させる方法としては、従来公知の様々な方法を用いることができるが、例えば下記方法がある。
【0028】
トナー母粒子の分散液中で、多価酸と第4族元素を含む化合物を反応させて、得られた反応物をトナー母粒子の表面に付着させてトナー粒子を得る方法。
例えば、トナー母粒子の分散液に、多価酸及び第4族元素を含む化合物を添加及び混合することで、多価酸と第4族元素を含む化合物とを反応させ、反応物を得ると同時に、分散液を撹拌しておくことで、トナー母粒子の表面に反応物を付着させてトナー粒子を得る方法が挙げられる。
【0029】
また、例えば、多価酸と第4族元素を含む化合物とを反応させ、反応物を含有する微粒子を作製し、トナー母粒子と混合することでトナー母粒子の表面にこの反応物を含有する微粒子を付着させてトナー粒子を得る方法が挙げられる。
具体的には、FMミキサ、メカノハイブリッド(日本コークス社製)、スーパーミキサー、ノビルタ(ホソカワミクロン社製)など、せん断力を与える高速撹拌機を用いて、トナー母粒子とこの反応物の微粒子を混合するとよい。
【0030】
多価酸と第4族元素を含む化合物との反応物は、溶媒中で多価酸及び第4族元素を含む化合物を反応させることで得ることができる。
この溶媒としては、どのようなものでも構わない。
該溶媒の具体例としては、以下のものが挙げられる。
ヘキサン、ベンゼン、トルエン、ジエチルエーテル、クロロホルム、酢酸エチル、テトラヒドロフラン、アセトン、アセトニトリル、N,N−ジメチルホルムアミド、1−ブタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、メタノール、エタノール、水。
(【0031】以降は省略されています)

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