JP3972378B2

JP3972378B2 - 画像形成方法

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Publication number: JP3972378B2
Application number: JP30918695A
Authority: JP
Inventors: 香織添田; 義彰小林; 明三白勢; 弘山崎; 和也磯部
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 1995-11-28
Filing date: 1995-11-28
Publication date: 2007-09-05
Anticipated expiration: 2015-11-28
Also published as: JPH09146294A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は静電荷像現像用トナー、該トナーを用いた画像形成装置及び画像形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
記録材上にカラー画像を形成する方法としては、印刷、インクジェット、熱転写、電子写真方式等種々の方式があり、これらの方式により形成される画像は色彩、表面状態等に於いて様々な特徴を有している。従来より、色彩については数多くの検討がなされており、色再現範囲の拡大あるいは高彩度化を目的として着色剤の構造や着色剤の分散性等に関して多数報告されている。しかしながら画像の表面状態についてはその状態により画像の質感、深みが異なり、特にグラフィック画像の実物像忠実表現（リアリティ）に大きく影響を与えている。
【０００３】
特に、電子写真方式を用いた画像形成方法に於いては、表面平滑性の高い（ｇｌｏｓｓｙ）画像と表面平滑性の低い（ｍａｔ）画像のタイプ分けが成されているだけであり、実物像を忠実に表現する適正な表面状態が実現されていない。
【０００４】
表面平滑性を数値化して具体的に画像を評価する指標として光沢度が挙げられるが、質感、深みがあり、実物を忠実に表現するカラー画像を得るには画像支持体上に形成される画像の標準光沢度を１７〜３７に制御することで達成できるといわれている。このような標準光沢度を１７〜３７に制御するには、画像の表面状態を適正な表面平滑性を有するよう設定することが重要となる。
【０００５】
画像の表面平滑性の制御は画像形成方法により種々あり、例えば表面平滑性を制御しやすい熱ローラ定着を用いた電子写真方式の画像形成方法では、熱ローラによる定着時間や画像形成材料であるトナーの軟化点、弾性率の制御、熱ローラの表面粗さの制御により実現できることが知られている。
【０００６】
しかしながら定着時間やトナーの軟化点による制御では、定着性と光沢性のバランスをとることや光沢度を安定に制御することが難しく、特に環境などにより定着温度が変化した場合、安定した光沢度が得られにくいという問題が発生している。
【０００７】
質感、深みがあり、実物を忠実に表現するカラー画像が得られる標準光沢度に設定すべく、画像の表面状態を適性な表面平滑性に制御されていないのが現状である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記事情に鑑みてなされたものであり、質感、深みがあり、実物を忠実に表現する静電荷像現像用トナー、該トナーを用いたカラー画像形成方法及び画像形成装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記目的は以下の構成により達成された。
【００１０】
（１）熱ローラと圧接ローラの対ローラからなる定着手段に少なくとも樹脂と着色剤を含有するトナーで形成された画像を担持した記録材を通過させ、固定配置された加熱部材により前記定着手段を介して画像を記録材に熱定着させ光沢度が１７〜３７の画像を形成する画像形成方法において、前記定着温度が１２０〜２００℃であり、該定着温度−２０℃でのトナーの弾性率Ｇ′と前記熱ローラの表面粗さＲａ（μｍ）のそれぞれの数値の関係が下記の条件を満足することを特徴とする画像形成方法。
【００１１】
Ａ×Ｒａ＋２．１１＜ＬｏｇＧ′＜Ｂ×Ｒａ＋４．１３
Ａ：−０．０１０９、Ｂ：−０．０５２６
【００１３】
質感、深みがあり、実物を忠実に表現するカラー画像を得るためには記録材上に形成される画像の標準光沢度を１７〜３７に制御することが最も重要な条件であり、本発明者らは鋭意検討の結果、トナーの弾性率Ｇ′と熱ローラの表面粗さＲａに着目し、画像を上述した最適な標準光沢度に制御するには、トナーの弾性率Ｇ′と熱ローラの表面粗さＲａの関係が下記の条件を満足する本発明の画像形成方法で達成できることを見いだした。
【００１４】
Ａ×Ｒａ＋２．１１＜ＬｏｇＧ′＜Ｂ×Ｒａ＋４．１３
Ａ：−０．０１０９、Ｂ：−０．０５２６
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１５】
本発明は、熱ローラと圧接ローラの対ローラからなる定着手段に少なくとも樹脂と着色剤を含有するトナーで形成された画像を担持した記録材を通過させ、固定配置された加熱部材により前記定着手段を介して画像を記録材に熱定着させ光沢度が１７〜３７の画像を形成する画像形成方法において、前記定着温度が１２０〜２００℃であり、該定着温度−２０℃でのトナーの弾性率Ｇ′と前記熱ローラの表面粗さＲａの関係が上記の条件を満足することを特徴とする画像形成方法である。
【００１６】
質感、深みがあり、実物を忠実に表現するカラー画像を得るには記録材上に形成される画像の標準光沢度を１７〜３７に制御することで達成できる。標準光沢度が１７未満では、画像の鮮やかさにかけるだけでなく十分な質感が得られない。
【００１７】
一方、標準光沢度が３７を越えると表面正反射光成分が大きすぎ、十分な質感が得られず、現実性（リアリティ）が不足してしまう。標準光沢度は、好ましくは２５〜３２が良いとされる。
【００１８】
本発明における標準光沢度は、記録材を画像形成材料（静電荷像現像用トナー等）が９０％以上被覆している画像部分において、入射角７５°にてグロスメーターＶＧＳ−１Ｄ（日本電色工業（株）社製）により測定した値として得られる。画像形成材料の記録材被覆割合の測定は、高速カラー画像解析装置ＳＰＩＣＣＡ（日本アビオニクス社製）を用いて行うことができる。
【００１９】
画像の表面平滑性の制御は画像形成方法により種々あるが、トナーの弾性率Ｇ′及び熱ロールの表面粗さＲａを制御する方法が最良であり、両者の関係が上記の式を満足する範囲が標準光沢度１７〜３７の画像を得るのに適している。
【００２０】
熱ローラの表面粗さＲａ（μｍ）とトナー弾性率Ｇ′の関係を図１をもとに説明する。
【００２１】
図１において、縦軸をトナー弾性率Ｇ′、横軸を熱ローラの表面粗さＲａとした際、異なる弾性率Ｇ′のトナーと異なる表面粗さＲａを有する熱ローラとの組み合わせを用いて得られた画像の標準光沢度を測定した結果、得られたＡとＢのラインの間に位置すると、標準光沢度は１７〜３７となり質感、深みのある画像が得られ、実物を忠実に表現することができる。Ｂのラインを下回ると標準光沢度が１７未満となり、又Ａのラインを越えると標準光沢度３７以上となるため、質感、深みに劣りグラフィック画像などを再現するには不適切である。
【００２２】
次に本発明に用いられる画像形成用材料について説明する。
【００２３】
画像形成方法を選択することにより種々のものを用いることができるが、特に画像表面状態の制御性、色再現性の観点から非磁性トナーと磁性キャリアからなる２成分現像剤を用いることが好ましい。
【００２４】
ここで、キャリアとしては、鉄粉、フェライト、マグネタイト、磁性体含有樹脂粒子及びそれぞれを樹脂コーティングしたものいずれを用いても良いが、帯電量の安定制御性の点でフェライト又はマグネタイトに樹脂コーティングしたものが望ましく、キャリアコア（磁性粒子）としては、比重が３〜７、重量平均粒子径３０〜６５μｍの磁性粒子が好ましく用いられる。重量平均粒子径は、例えばマイクロトラックＳＲＡＭＫ−II〔日機装（株）製〕により測定することが可能である。
【００２５】
コーティング樹脂は、スチレン系樹脂、アクリル系樹脂、スチレン−アクリル系樹脂等の樹脂からなる微粒子等を用いることができる。又、コーティング樹脂層は、耐久性、現像性の観点から平均膜厚で１．０〜５．０μｍの厚さにコーティングすることが好ましい。平均膜厚は、上記マイクロトラックＳＲＡＭＫ−IIにより測定されたキャリアコアの重量平均粒子径をもとにキャリアコアを真球と仮定し、キャリアコア、コーティング材の比重による重量から体積を計算して算出した。
【００２６】
一方、トナーとしては、上述したようにトナー弾性率Ｇ′と熱ローラの表面粗さＲａの関係が下記の条件を満足するトナーが用いられる。
【００２７】
Ａ×Ｒａ＋２．１１＜ＬｏｇＧ′＜Ｂ×Ｒａ＋４．１３
Ａ：−０．０１０９、Ｂ：−０．０５２６
この条件を満足するトナーとしては一般的なトナーが使用可能であるが、その制御はトナーを構成する樹脂の種類や分子量、分子量の異なる複数の高分子から成る場合はそれぞれの高分子の含有比を適正化することで達成できる。又、着色剤と樹脂等を溶融混練した後粉砕分級を行うことで得られるトナーについては、溶融混練における溶融温度及び混練強度を選択することで制御できる。
【００２８】
具体的なものとしては、流動性の向上やクリーニング性の向上が図られる無機微粒子を外添したトナーが好ましい。トナー用バインダー樹脂としては一般に使用されるバインダーが使用出来るが、定着特性に優れるポリエステル樹脂、スチレンアクリル樹脂が好ましく用いられる。又、表面状態制御に影響を及ぼさない範囲で離型剤等も必要に応じて添加して良い。
【００２９】
本発明におけるトナー弾性率Ｇ′の測定としては、（株）レオロジ製の粘弾性測定装置ＭＲ−５００を用い、治具に１０φのパラレルプレート、印加周波数を１Ｈｚ、歪角を自動制御とし、昇温工程での粘弾性率の温度依存性測定を行ったときの（定着温度−２０）℃の値として求めることが可能である。
【００３０】
次に本発明に用いられる画像形成方法について説明する。
【００３１】
画像形成方法としては、顔料、染料を含有する樹脂を静電的に転写した後に加熱ローラで記録材上に定着する熱ローラ方法を用いる。
【００３２】
熱ローラ定着は、一般に２本のローラの少なくとも一方を加熱し、２本のローラ間に圧力をかけ、加熱された熱ローラ（定着ローラ）が記録材の画像形成面側になる様にして、画像形成材料により画像形成された記録材をローラ間に送り込むことにより定着する方法である。従って、熱ローラの表面粗さとは、画像形成材料に接触する側のローラの表面粗さを言う。
【００３３】
本発明における熱ローラの表面粗さＲａ（μｍ）の測定としては、表面粗さ計Ｓｕｒｆｔｅｓｔ４０２Ｓｅｒｉｅｓ１７８（株式会社ミツトヨ社製）により測定することが可能である。又熱ローラの表面粗さＲａの制御は、ローラ表面をサンドブラスト処理等により凹凸を形成させることにより実現できる。
【００３４】
具体的には、定着ローラを構成する芯金部の表面にサンドブラストや傷等により凹凸を形成し、その表面にフッ素系樹脂やフッ素系ゴム等の離型性を有する樹脂層を形成する方法や、定着ローラ自体の離型性被覆層表面をブラスト処理等を行うことにより制御することができる。さらに、定着ローラ芯金と離型性被覆層の間に微粒子等を介在させ、凹凸を形成する方法も使用することができる。詳しくは次に述べる画像形成装置にて具体的に説明するが、本発明はこれに限定されない。
【００３５】
画像形成方法に応じて一般的な印刷機、コピア、プリンターを用いることができるが、以下一例として電子写真方式を用いた画像形成装置を図２に示す概略図にて説明する。
【００３６】
図２に於いて、１はキャリア輸送層を上層とする負帯電性ＯＰＣ感光体からなる像形成体であり、矢印方向に回転する。２は画像入力部であり、この画像入力部２は、照明光源３と、例えばブルー、グリーン、レッド、ＮＤのフィルターからなりそれぞれが交換可能な色分解フィルター４と、反射ミラー５と、レンズ６と、一次元ＣＣＤイメージセンサー７とにより構成されている。８は色分解情報を補色情報に変換するインバーターを含む画像処理部、９は多色原稿、Ｌはレーザー光学系１０から出力されるレーザービーム、１１はスコロトロン帯電極からなる負帯電用帯電器である。１２は転写用コロナ放電器、１３は分離電極、１４は定着器、１５はクリーニング前除電器、１６はクリーニング装置である。又、Ａ１、Ｂ１、Ｃ１、Ｄ１は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各現像剤が収納された現像器である。
【００３７】
画像入力部２から入力された反射光は色分解フィルター４で色分解され、ＣＣＤイメージセンサー７により色分解情報が読み取られ、電気信号に変換される。
【００３８】
この電気信号は、画像処理部８で記録に適したデータに変換される。この様にして得られた画像データを基に、像形成体１の１回目の回転に於いては、前記画像データのうち、例えば黄色成分の記録データに従ったレーザービームＬが、レーザー光学系１０によって、負帯電用帯電器１１により表面が均一に負に帯電された像形成体１上に照射され、像形成体１上には当該記録データに対応した静電潜像が形成される。この静電潜像は、イエロートナーが収納されている現像器Ａ１により現像処理される。同様に、マゼンタ、シアン、ブラックのトナー像が重ね合わせられて、４つの基本色からなるカラートナー像が形成される。この様にして得られたカラートナー像は、転写用コロナ放電極１２により記録材Ｐ上に一括して転写され、次いで記録材が分離電極１３により像形成体から分離された後、定着器１４により定着処理されてカラー画像が形成される。一方、像形成体１はカラートナー像の転写後にクリーニング前除電器１５により除電された上で、クリーニング装置１６によりクリーニングされ、次のカラー画像の形成に共される。
【００３９】
定着器の構成を図３にて説明する。
【００４０】
本発明に好適に使用することのできる定着方式は、表面にテトラフルオロエチレンやポリテトラフルオロエチレン−パーフルオロアルコキシビニルエーテル共重合体類等の離型性樹脂被覆層や、ＬＴＶシリコーンゴムの表面にテトラフルオロエチレンやポリテトラフルオロエチレン−パーフルオロアルコキシビニルエーテル共重合体類等の離型性樹脂被覆層を有するチューブを被覆した鉄やアルミニウム等で構成される金属シリンダー内部に熱源を有する上ローラとシリコンゴム等で形成された下ローラとから形成されているものである。詳しくは、熱源として線状のヒーターを有し、上ローラの表面温度を約１２０〜２００℃程度に加熱するものである。
【００４１】
この上ローラと下ローラとの間をトナー画像を担持した記録材を通過させ、トナー画像を記録材上に熱溶融固着させる。従来の熱ローラ定着方法では、溶融したトナーの一部が上ローラに融着し、一回転後、この上ローラに融着したトナーが記録材の別の部分に固着されるオフセット現象が発生し、甚だしき場合は、上ローラに融着したトナーは、記録材から離れず記録材と共に上ローラに巻き付く、所謂巻き付き現象が発生すると共に定着ローラ表面が汚れるという問題を提起していた。定着部に於いては上ローラと下ローラ間に圧力を加え、下ローラを変形させ、いわゆるニップを形成する。ニップ幅としては１〜１０ｍｍ、好ましくは１．５〜７ｍｍである。定着線速は４０〜４００ｍｍ／ｓｅｃが好ましい。なお、定着ローラ間の圧力は、１．０〜５．０ｋｇｆ／ｃｍ²が好ましい。なお、ニップが狭い場合には熱を均一にトナーに付与することができなくなり、定着のムラが発生する。一方でニップ幅が広い場合には樹脂の溶融が促進され、定着オフセットが過多となる問題が発生する。さらに、この定着装置にはクリーニング機構を付与してもよい。具体的には、不織布にシリコーンオイルを含浸したパッドやローラを使用することができる。
【００４２】
具体的には、図３に於いて、２１は６００Ｗのハロゲンヒーターランプ（画像形成側ローラの中央に内蔵）、２２は直径４０ｍｍの中空アルミローラ、その表面にはアスカーＣ硬度計によるゴム硬度が９０°となる厚さ１ｍｍのＬＴＶシリコンゴム層２３と厚さ５０μｍのＰＦＡチューブ層２４が形成され、定着ローラを構成している。一方、非画像形成側の圧着用ローラは、直径４０ｍｍの中空アルミローラ２５と表面に厚さ３ｍｍのＬＴＶシリコンゴム層２６、厚さ５０μｍのＰＦＡチューブ層２７から構成されている。両ローラの圧接ニップ荷重を２．５ｋｇｆ／ｃｍ²とした定着装置であり、同図に於いて２８はクリーニングローラである。
【００４３】
【実施例】
以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明の態様はこれに限定されない。
【００４４】
《構成》
（トナーの製造例）
スチレンアクリル樹脂、着色剤、ポリプロピレンとを、混合、練肉、粉砕、分級し、体積平均粒径８．５μｍの着色粒子を得た。更にこの着色粒子１００部に、シランカップリング剤により表面処理されたシリカ微粒子（粒子径１２ｎｍ）０．７部を添加してヘンシェルミキサーで混合し、平均粒径８．５μｍの黒トナーを得た。ここでトナーの体積平均粒子径は、コールターカウンターＴＡ−II（コールター社製）により測定した体積平均粒子径を用いた。又、無機微粒子の粒子径は、ＢＥＴ法により求めた比表面積（ｍ²／ｇ）から、真球で単一粒径と仮定して算出した粒子径である。又、スチレンアクリル樹脂の軟化点はフローテスターＣＦＴ−５００（島津製作所製）を用いて測定した。
【００４５】
スチレンアクリル樹脂において低分子量成分と高分子量成分のそれぞれの分子量や含有比の異なる樹脂を選択し、その結果下記に示す異なる弾性率を有するトナーを得た。なお、それぞれの配合比率を下記の表１に示す。この表では、樹脂１００部、低分子量ポリプロピレン＝３部に対する着色剤の配合比を示した。
【００４６】
【表１】

【００４７】
（キャリアの製造例）
スチレン／メチルメタクリレート＝６／４の共重合体微粒子４０ｇを用いて、比重５．０、重量平均径５０μｍ、１０００エルステッドの外部磁場を印加したときの飽和磁化が２５ｅｍｕ／ｇのＣｕ−Ｚｎフェライト粒子１９６０ｇに対してスプレードライ方式で被覆し、キャリアを得た。
【００４８】
（現像剤の製造例）
得られたキャリア及びトナーを、トナー濃度が７ｗｔ％となる様にＹＧＧ混合機を用いて２０分間混合し、現像剤１〜４を得た。
【００４９】
《サンプル画像の作製》
上記現像剤を用いて下記に示す定着条件により評価を行った。
【００５０】
評価機として図２に示す構成を有する画像形成装置コニカ製９０２８を改造し、図３に示したものと概要が同じ定着装置の熱ローラ表面に傷をつけ、下記に示す表面粗さＲａを有する熱ローラ定着装置を使用した。
【００５１】
又、原画像として高精細カラーデジタル標準画像（ＳＣＩＤ：ＳｔａｎｄａｒｄＣｏｌｏｒＩｍａｇｅＤａｔａ）の「自転車」を用いてサンプル画像を作製した。
【００５２】

〈評価〉
得られた画像中のベタ画像パッチ部に於ける標準光沢度を測定し、さらに画像の質感、深み、実物像忠実表現（リアリティ）を主観評価を用いて行った。主観評価には、評定尺度法に準じた。評価のカテゴリーは５段階評価（Ｂａｄ、Ｐｏｏｒ、Ｆａｉｒ、Ｇｏｏｄ、Ｅｘｅｌｌｅｎｔ）とし、各評定者に対して画像についての単独評価を２回行い、全評定者の平均値を評価結果とした。評定者は、任意に５０人選定した。又、評定時の視距離は３００〜４００ｍｍで、照度は１０００±５０ルクスとした。なお、評定値が４．０以上である画像が質感、深みがあり、リアリティのある画像であると評価でき、実用的に優れた画像である。
【００５３】
１点（Ｂａｄ）：質感、深みが無く、リアリティも無い
２点（Ｐｏｏｒ）：質感、深みが不足し、リアリティが不足している
３点（Ｆａｉｒ）：質感、深みがやや不足し、リアリティもやや欠ける
４点（Ｇｏｏｄ）：質感、深みが感じられ、リアリティもある
５点（Ｅｘｅｌｌｅｎｔ）：質感、深みは申し分なく、リアリティも十分備えている。
【００５４】
【表２】

【００５５】
表２から明らかなように、トナーの弾性率Ｇ′と熱ローラの表面粗さＲａの関係が本発明の条件を満足するトナーを用いることにより、画像の標準光沢度を１７〜３７に制御することができ、その結果質感、深みがあり、リアリティのある実用的に優れた画像を得ることができる。
【００５６】
【発明の効果】
本発明により、画像の標準光沢度を１７〜３７に制御することができ、質感、深みがあり、実物を忠実に表現する画像が得られるという顕著に優れた効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】好ましい光沢度の範囲を示す図。
【図２】画像形成装置を示す図。
【図３】熱ローラ定着装置を示す図。
【符号の説明】
１像形成体
２画像入力部
９多色原稿
１０レーザービーム
１４定着器
２１加熱部材
２２中空アルミローラ
２３ＬＴＶシリコンゴム層
２４ＰＦＡチューブ層
２８クリーニングローラ

Claims

熱ローラと圧接ローラの対ローラからなる定着手段に少なくとも樹脂と着色剤を含有するトナーで形成された画像を担持した記録材を通過させ、固定配置された加熱部材により前記定着手段を介して画像を記録材に熱定着させ光沢度が１７〜３７の画像を形成する画像形成方法において、前記定着温度が１２０〜２００℃であり、該定着温度−２０℃でのトナーの弾性率Ｇ′と前記熱ローラの表面粗さＲａ（μｍ）のそれぞれの数値の関係が下記の条件を満足することを特徴とする画像形成方法。
Ａ×Ｒａ＋２．１１＜ＬｏｇＧ′＜Ｂ×Ｒａ＋４．１３
（Ａ：−０．０１０９、Ｂ：−０．０５２６）