(57)【要約】【課題】現像時のトナー保存安定性と定着時の耐オフセット性向上を両立する。【解決手段】コアシェル型のトナーにおいて、シェルに光触媒反応物質を含有し、定着工程より前で紫外線を照射することにより、シェルの一部を壊し定着時にコアに含まれるワックスを析出させやすくする。 【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
潜像保持体上に静電潜像を形成する潜像画像工程
前記静電潜像をトナーを含む現像剤で現像しトナー画像を形成する現像工程
前記トナー画像を被記録媒体上に転写する転写工程
前記被記録媒体を熱と圧により前記トナー画像を定着する定着工程
を具備する画像形成装置において
前記トナー画像に光を照射する工程を前記現像工程より後で定着工程よりも前に有し、
前記トナーがコアシェル構造を有し、コアを構成する物質に少なくとも色材と樹脂とワックスを含み、
前記トナーのシェルが光触媒反応物質を含む物質と該光触媒反応により一部が開裂する高分子膜で構成されていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記光照射工程で用いる光が、前記光触媒物質が吸収する波長の紫外線であることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記シェルを構成する光触媒反応を示す物質として少なくともアナタース型の酸化チタンを含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記高分子膜が、交互積層法によって形成された電解質高分子膜であることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記トナーのシェルの膜厚が10nmよりも厚く100nmよりも薄いことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記光照射工程において、マイクロ波を同時に照射する手段を有することを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コアシェル型のトナーを用いて画像形成を行う電子写真装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真法などトナーを用いた画像形成方法では、感光体など像担持体に静電潜像などの潜像を形成した後、トナーを含む現像剤で現像してトナー像を形成し、記録用紙などの記録媒体に転写し定着することにより画像が形成される。
【０００３】
記録媒体にトナーを定着する定着方法としては、たとえばトナー像が転写された記録媒体に対し、定着部材を用いて熱および圧を与えることによってトナーを記録媒体に定着する熱圧定着法がある。
【０００４】
熱圧定着法では、たとえば熱源を内部に備える定着ローラと定着ローラに圧接させて設けられる加圧ローラとの一対のローラを定着部材として備えるいわゆるヒートローラが用いられる。
【０００５】
熱圧定着法では、定着部材によってトナーが加熱溶融されるため、定着部材側へトナーがオフセットする事を防止するために、トナーには結着樹脂や顔料など着色剤の他に、離型剤としてワックスが含まれている。
【０００６】
このワックスは定着時にはトナーの表面に露出していることが好ましいが、常に露出していると、トナーの保存安定性や定着時以外の工程で課題がある。
【０００７】
これらの課題に対応するための技術として、結着樹脂に着色剤やワックスなどが分散された粒子をコア部分とし、コア部分をコア部分に含有される結着樹脂よりも溶融温度の高い結着樹脂からなるシェル部分で被覆してカプセル化した、いわゆるコアシェル型のトナーを用いる方法がある。
【０００８】
このようにすることによって上記の課題は解決されるが、定着時にシェル部分が機械的にも熱的にも壊れにくくなるので、定着性は低下する。例えば熱圧定着法を用いて定着する場合には、シェル部分が溶融されにくく熱的に壊れにくいので、定着温度が高くなるという問題が生じる。
【０００９】
前述のコアシェルトナーの場合、コア部分の結着樹脂の溶融温度はシェル部分の結着樹脂の溶融温度よりも低いので、定着温度をシェル部分が溶融可能な温度にすると、コア部分が溶融しすぎて高温オフセット現象が発生しやすくなってしまう。
【００１０】
そこで、コアシェルトナーにおいて、トナーの保存安定性と高温オフセットを両立し良好な画像形成を実現させるために、現像工程においては硬く定着時にはトナー成分を効率よく表面に滲み出させるようにシェルの厚みを制御したトナーの製造方法に関する技術がある（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００４−１９１６１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
近年、省エネルギの観点から定着温度の更なる低温化のニーズが高まっている。さらには、より高速で画像形成可能なプリンタが求められている。
【００１３】
低温かつ短時間での定着において、従来のコアシェルトナーを用いた場合では、特許文献１に開示された様なシェルの厚さ制御による方法のみでは定着時にシェルが十分壊せず耐オフセット性に不十分な面があった。また、トナーに十分な定着強度を付与することも困難になった。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、上記課題に対しトナーの保存安定性と定着時の耐オフセット性向上とを両立するコアシェルトナーを用いた画像形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、潜像保持体上に静電潜像を形成する潜像画像工程と、前記静電潜像をトナーを含む現像剤で現像しトナー画像を形成する現像工程と、前記トナー画像を被記録媒体上に転写する転写工程と、前記被記録媒体を熱と圧により前記トナー画像を定着する定着工程とを具備する画像形成装置において、前記トナー画像に光を照射する工程を前記現像工程より後で定着工程よりも前に有し、前記トナーがコアシェル構造を有し、コアを構成する物質に少なくとも色材と樹脂とワックスを含み、前記トナーのシェルが光触媒反応物質を含む物質と該光触媒反応により一部が開裂する高分子膜で構成されていることを特徴とする画像形成装置である。
【発明の効果】
【００１６】
トナーに光が照射されない限りシェルを硬く維持できるので、現像工程においてはワックスの露出を抑えトナーの保存安定性が得られる。また、光照射後は光触媒効果によりシェルの一部を壊すことによりワックスが析出しやすくなり、定着時の耐オフセット性が向上する。以上より、トナーの保存安定性と耐オフセット性向上の両立を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明を適用可能なコアシェルトナーの一例。
【図２】本発明を適用可能な電子写真方式による画像装置の一例。
【図３】本発明を適用可能な電子写真方式による画像装置の他の例
【図４】本発明を適用可能な画像装置における定着手段の例。
【図５】本発明を適用可能な画像装置おける定着手段の他の例。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明を図面に基づいて詳しく説明する。
【００１９】
（トナー構成） 
本発明におけるトナー粒子は、図１に示すようなコア粒子とその表面を被覆するシェル膜を有するいわゆるコアシェル型のトナーである。
【００２０】
（コア成分）
コア成分としては、一般的なトナーに用いられる結着樹脂、着色剤、ワックスを含む。
【００２１】
結着樹脂としては、たとえばポリエステル樹脂およびスチレンアクリル樹脂などが挙げられる。結着樹脂はこれに限定されず、トナーの結着樹脂として使用される公知の樹脂を用いることができる。これらの樹脂は、１種が単独で用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。
【００２２】
着色剤としては、たとえば染料もしくは顔料、またはこれらの混合物が用いられる。その中でも、顔料を用いることが好ましい。顔料は染料に比べて耐光性および発色性に優れるので、顔料を用いることによって耐光性および発色性に優れるトナーを得ることができる。
【００２３】
着色剤の具体例としては、たとえば、カーボンブラック、アニリンブラック、アセチレンブラック、ナフトールイエロー、ハンザイエロー、ローダミンレーキ、アリザリンレーキ、ベンガラ、フタロシアニンブルーおよびインダスレンブルーなどが挙げられる。着色剤は、１種が単独で使用されてもよく、また２種以上が併用されてもよく、トナーに要求される色に応じて適宜選択される。
【００２４】
ワックスとしては、たとえば低分子量ポリプロピレン、低分子量ポリウレタン、パラフィン系ワックス、カルナバワックス、マイクロクリスタリングワックス、ホホバワックス、ライスワックス、モンタン酸ワックスなどが挙げられる。ワックスは、１種が単独で使用されてもよく、また２種以上が併用されてもよい。
【００２５】
ワックスを用いることによって、トナーを記録媒体に定着させるときにトナーに離型性を付与することができるので、ワックスを用いない場合に比べて定着工程における高温オフセット現象の発生をより確実に防ぐことができる。
【００２６】
さらに、より好ましくはワックスをコア表面付近に偏在させることにより、定着工程においてトナー表面に効率良く析出することが可能となる。
【００２７】
（シェル構成）
シェルの構成は、コア粒子に交互積層法により電解質の高分子膜を形成し、その周りをゾルゲル法により光触媒反応を示す物質の薄膜で被覆する。
【００２８】
あるいは、コア表面を先に光触媒反応を示す物質の薄膜で被覆し、その周りに高分子膜を形成してもよい。
【００２９】
光触媒効果によりコア成分を析出させやすい状態とするためには、シェル厚みは機械的強度が保持できる限りの薄さがよい。好ましくは10nmより厚く100nmよりも薄い範囲とする。
【００３０】
（光触媒反応物質）
光触媒反応を示す物質としては、化学的安定性が良好なこと、光触媒活性に優れていること等から、酸化チタン(TiO2)を用いることが好ましい。また、酸化チタンは結晶構造の違いにより、ルチル型、アナタース型等があるが、光触媒活性の観点からアナタース型が最適である。さらには、シリカ(SiO2)と合わせて用いることにより光触媒活性をさらに効果的に発現させることが出来る。その場合、TiO2+SiO2を75:25のmol%比とすると最も効果的となる。
【００３１】
また酸化チタン単体では親水性寄りの性質であるが、シリカも含有させることより、長期保存性の問題も解決される。さらに、酸化チタン粒子を疏水処理してから用いると高温高湿環境下での保存に対しなお良い。
【００３２】
また、光触媒粒子の大きさは、微細な粒子ほど表面積が大きくなりより高い光触媒活性が得られるため、好ましくは1nm〜250nmである。また、被覆膜中における光触媒物質の含有率は、15〜70wt%で用いることが好ましい。
【００３３】
（トナーの製造方法）
本発明におけるトナーの製造方法について説明する。
【００３４】
（コア部分）
コア部分の製造方法としては、カプセル化されていないトナーの製造方法として知られている各種の方法を用いることができ、たとえば溶融乳化法などのケミカル法、乳化重合凝集法などの重合法、粉砕法などが挙げられる。
【００３５】
例えば粉砕法によって製造する場合、まず、結着樹脂および着色剤の適量、添加剤を添加する場合には添加剤の適量を、混合機によって混合した後、混練機によって例えば70℃〜180℃程度の温度で溶融混練し、混練物を生成する。
【００３６】
得られる混練物を冷却固化し、固化物をジェットミルなどのエアー式粉砕機によって粉砕し、必要に応じて風力分級などによって分級し、所望の粒径および粒径分布のコア粒子を得る。
【００３７】
またコア部分を溶融乳化法によって製造する場合、粉砕法と同様にして混練物を生成した後、混練物を水性媒体中に投入し、粒子化装置を用いて加熱しながら攪拌することよって混練物にせん断力を加えて粒子化する。
【００３８】
水性媒体としては、たとえば水および分散剤を含有する水性媒体が用いられる。分散剤としては、たとえばスチレン−アクリル酸共重合体などのスチレンアクリル系共重合体、スチレン−アクリル酸共重合体アンモニウム塩などのスチレンアクリル系共重合体塩などが挙げられる。
【００３９】
粒子化装置としては、混練物と水媒体とを収容可能な容器、加熱装置および撹拌装置を備え、混練物と水性媒体との混合物にせん断力を付与することによって混練物を粒子化し、コア部分として混練物粒子を生成させることができるものであればよい。
【００４０】
（シェル部分）
シェルの製造方法にはコア粒子の表面にアニオン性高分子、カチオン性高分子を複数回積層させて電解質高分子膜を形成する工程、さらにその外側を光触媒反応物質を含む膜でコーティングする工程が含まれる。
【００４１】
まず、電解質高分子膜の形成では、コア粒子の表面電荷（材料によって異なる）が、例えば正であれば、アニオン性高分子を吸着させることで、表面電荷を負に反転させることができる。反対に、負の表面電荷を有する場合は、カチオン性高分子を吸着させることで正に反転させることができる。
【００４２】
良好な粒子被覆を得るためには、複数回交互にアニオン性高分子、カチオン性高分子を積層させることが望ましい。
【００４３】
カチオン性高分子を原料粒子表面に吸着させた後、余分なカチオン性高分子を除去するために、脱イオン水等で洗浄することが好ましい。同様にアニオン性高分子を原料粒子表面に吸着させた後、余分なアニオン性高分子を除去するために、脱イオン水等で洗浄することが好ましい。
【００４４】
また、コア粒子に対して、少なくとも３層のカチオン性高分子、アニオン性高分子を積層させることで良好な電荷を粒子に与えることができる。
【００４５】
このようにして得られた、正・負の相反する表面電荷を有する粒子は、遠心分離器により溶媒を除去し、乾燥することでコア粒子表面に電解質高分子膜が形成された粉末を得ることができる。
【００４６】
本発明において用いるカチオン性高分子としては、例えば、ポリ（ジアリルメチルアンモニウムクロライド）（ＰＤＤＡ）を用いることができる。このカチオン性高分子は例えば塩化ナトリウム水溶液を溶媒として用いることができる。本発明において用いることのできる他のカチオン性高分子としては、ポリエチレンイミン（ＰＥＩ）、ポリビニルアミン（ＰＶＡｍ）、ポリ（ビニルピロリドン・Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノエチルアクリル酸）共重合などが上げられる。但し、カチオン性高分子としての一例であり、これに限るものではない。
【００４７】
本発明において用いられるアニオン性高分子としては、例えば、ポリスチレンスルホン酸（ＰＳＳ）を用いることができる。本発明において用いることのできる他のアニオン性高分子としては、ポリビニル硫酸（ＰＶＳ）、ポリアクリル酸（ＰＡＡ）、ポリメタクリル酸（ＰＭＡ）などが上げられる。但し、アニオン性高分子としての一例であり、これに限るものではない。
【００４８】
上記方法により高分子膜が形成された粒子の表面に、光触媒物質である酸化チタンとケイ素化合物からなる金属化合物同士が固着されることによって形成される被覆層の代表的な製造例としては、一般にゾルゲル法と呼ばれる手法の応用を挙げることができる。
【００４９】
ゾルゲル法の原理は、金属の有機化合物溶液を出発原料として、溶液中の化合物の加水分解・重合によって溶液を金属の酸化物あるいは水酸化物の微粒子が溶解したゾルを得る。その後さらに反応を進ませてゲル化して出来た非晶質である多孔質ゲルを加熱して結晶体をつくる方式である。
【００５０】
この方法を本発明に当てはめると、金属の有機化合物であるチタンおよびケイ素のアルコキシドを加水分解・重合によりシリカとチタニアの水酸化物の微粒子が溶解したシリカ−チタニアゾルを得る。これをエタノール中に分散しているコア粒子と混合し、さらに反応を進めて乾燥させシリカ−チタニアのコーティング膜が生成されたコアシェル粒子を得る。
【００５１】
（画像形成装置構成）
一般的なフルカラーの電子写真装置を用いる事が可能である。 
【００５２】
図２ は、本発明の第１ 実施形態である画像形成装置の一例を示す。本実施形態の画像形成方法は、潜像形成工程と、現像工程と、転写工程と、光照射工程と、定着工程とを含む。
【００５３】
潜像形成工程では、像担持体に潜像が形成される。本実施形態では、像担持体として感光体１が用いられ、感光体の表面に静電潜像が形成される。より詳細には、感光体の表面を帯電装置２によって帯電させた後、形成する画像に対応するようにレーザ光などを照射する露光器３によって静電潜像を形成する。
【００５４】
現像工程では、潜像形成工程において像担持体に形成された潜像が、現像器４Ｃ、４Ｍ、４Ｙ、４Ｋに格納された各色のトナーを用いて現像される。これによって感光体の表面にトナー像が形成される。トナーは、単独で１ 成分現像剤として用いられてもよく、キャリアと混合されて２ 成分現像剤として用いられてもよい。
【００５５】
本実施形態では、潜像形成工程において感光体の表面に静電潜像が形成されるので、トナーは摩擦帯電によって帯電され、現像剤担持体に担持されて感光体の表面に供給され、感光体の表面に静電的に付着する。これによって感光体の表面に静電潜像が現像され、トナー像が形成される。
【００５６】
そして、感光体上に形成された４Ｃ、４Ｍ、４Ｙ、４Ｋの各々トナー像は、順次中間転写体６に１次転写され、重ね合わされる。中間転写体へのトナー像の形成方法として、図３に示すような色ごとに潜像工程（Ｃ、Ｍ、Ｙ、Ｋ）を持ち、感光体上にトナー像を形成し中間転写体上に順次重ね合わせてフルカラーのトナー像を形成しても良い。
【００５７】
中間転写体の表面に形成されたトナー像は、転写工程において転写手段８によって記録用紙などの記録媒体Ｐに２次転写される。これによって記録媒体に未定着のトナー像が形成される。
【００５８】
転写手段としては、例えばトナー像が形成された中間転写体の表面に記録用紙などの記録媒体を接触または近接させた状態で、記録媒体にトナー像を構成するトナーと逆極性の電荷を付与することによって、トナーを記録媒体に静電的に付着させてトナー像を転写する転写手段を用いることができる。
【００５９】
光照射工程では、光照射手段９によってトナー像に紫外線を照射する。トナーのシェル部分は光触媒反応物質を含有するので、紫外線を照射することによって、シェル部分の光触媒反応物質がシェルの高分子膜を分解し、シェルの一部分を開裂させることができる。また、光照射工程の配置は、現像工程の後かつ定着工程より前であればよく、図２で示すような２次転写工程と定着工程の間でもよいし、図３のように１次転写工程と２次転写工程の間でもよい。
【００６０】
ここで、「シェルの一部分が開裂する」とは、シェル部分に亀裂が入る、あるいはコア成分が析出することを意味する。
【００６１】
光照射手段としては、紫外線を照射可能なものであれば特に制限されずに用いることができる。また、照射する紫外線は390nm 以下の波長が好ましい。光の照射強度は特に制限されないが、消費エネルギの観点およびシェルの一部分を確実に開裂させるという観点からは、記録媒体の単位面積当たり50mJ以上であることが好ましい。
【００６２】
定着工程では、トナーに対して定着手段１０の定着部材を圧接させ、加熱と加圧により記録媒体に定着させる。トナーのシェル部分は、光照射工程において一部が開裂されているので、定着工程においては、コア成分が析出し易い状態になっている。すなわち、ワックスがトナー表面に析出し易くなっているため、定着時に定着ニップ部においてトナーと定着部材の間にワックスが速やかに広がり、定着部材側にトナーがオフセットすることなくトナーを定着させることができる。
【００６３】
定着手段としては、たとえば図４に示すような加熱ローラ１０ａと加圧ローラ１０ｂによるローラ定着、またはベルトを用いた定着ベルト機構などが用いられる。
【００６４】
加熱ローラは、ＳＵＳやアルミなどの金属の芯金の表面に、シリコーンゴムなどの弾性体およびＰＦＡなどフッ素樹脂からなる被覆層が形成され、ハロゲンヒータ等の熱源を芯金内部に備えている。加熱ローラの外径は30mm〜50mmで、そのうち被覆層を構成する弾性体の厚みは0.5mm〜3mm、フッ素樹脂は10μm〜50μmの構成とすることが好ましい。
【００６５】
加圧ローラは、表面に弾性体およびフッ素樹脂からなる被覆層が形成されている。加圧ローラの外径は20mm〜30mmで、そのうち被覆層を構成する弾性体の厚みは0.3mm〜3mm、フッ素樹脂は15μm〜50μmとすることが好ましい。
【００６６】
加熱ローラと加圧ローラの圧接によって形成される定着ニップ部はニップ幅5mm〜10mmであることが好ましく、面圧は2kgf/cm2〜4kgf/cm2とすることが好ましい。
【００６７】
トナーを定着する条件としては、例えば加熱ローラの表面温度を150℃〜180℃の範囲で、プロセススピードは500mm/s〜700mm/sの高速プロセスが本発明の優位性の確認に好適である。以下の実施例ではプロセススピードを全て500mm/sに固定して検討を行った。
【００６８】
また、定着装置としては、上記の構成以外に図５に示すようなトナー像を記録媒体に対し転写と定着を同時に行う転写同時定着の構成であってもよい。
【００６９】
［実施例１］
コア結着樹脂としてポリエステル樹脂と、着色剤として銅フタロシアニンと、ワックスとして低分子量ポリプロピレンとを混合攪拌して均一にし、コア粒子を作成した。次に交互積層法により、ＰＤＤＡ（カチオン性高分子）およびＰＳＳ（アニオン性高分子）の３層に積層された電解質高分子膜を形成した。さらにその表面にゾルゲル法によりTiO2+SiO2の10nmのコート膜を作成することによって本発明のコアシェルトナーを得た。
【００７０】
本実施例では、図２に示す画像形成装置を用いてトナー像を現像して定着させた。この時、光照射装置で用いたランプは365nmの低圧水銀UVランプで、光の強度は 50mW/cm2とした。
【００７１】
本構成により、現像工程ではコアシェル構成を維持しており、紫外線照射工程後にシェルの開裂が確認され、定着時のオフセットも見られず十分な定着性を得ることができた。
【００７２】
［実施例２］
実施例１と同様の方法により、TiO2+SiO2のコート膜を100nmとしたコアシェルトナーを得た。
【００７３】
本実施例では、図３に示す画像形成装置を用いてトナー像を現像し、定着させた。また、本実施例における光照射装置は、実施例１と同様とした。
【００７４】
本構成においては、現像工程ではコアシェル構成を維持しており、紫外線を照射後にシェルの一部に開裂が見られ、さらに転写部分においてその開裂が広がる様子が見られた。そして、定着部材へのトナーオフセットもなく、十分な定着性を得ることができた。
【００７５】
［比較例１］
実施例１と同様の方法により、TiO2+SiO2のコート膜が1μmのコアシェルトナーを得た。
【００７６】
図３の画像形成装置を用いて実施例２と同じ条件で本トナーを現像し定着させたところ、シェルの開裂が不十分であり定着部材へのオフセットが発生した。
【００７７】
［比較例２］
実施例１のコア表面に対し、直接TiO2+SiO2の10nmコート膜を形成したコアシェルトナーを得た。
【００７８】
実施例１と同じ条件で光照射装置を用いて本トナーに対し紫外線を照射してもシェルの開裂は見られず、定着部材へのトナーのオフセットが発生した。
【００７９】
［実施例３］
図２に示す画像形成装置において、実施例１と同じ条件で紫外照射工程においてさらに周波数2.45GHzのマイクロ波を同時に照射した。これにより、光触媒反応中に生成される中間物質の分解が促進され、より短時間で反応が進み、さらに高速での定着が可能となる。
【符号の説明】
【００８０】
１      感光体
２      帯電器
３      露光器
４      現像器
６      中間転写体
８      転写手段
９      光照射手段
１０    定着手段
１０ａ  加熱ローラ
１０ｂ  加圧ローラ
Ｐ      記録媒体
【図１】
2015041031.tif 000003
【図２】
2015041031.tif 000004
【図３】
2015041031.tif 000005
【図４】
2015041031.tif 000006
【図５】
2015041031.tif 000007