JP2000305309A - 電子写真用トナー - Google Patents

電子写真用トナー

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JP2000305309A
JP2000305309A JP11145699A JP11145699A JP2000305309A JP 2000305309 A JP2000305309 A JP 2000305309A JP 11145699 A JP11145699 A JP 11145699A JP 11145699 A JP11145699 A JP 11145699A JP 2000305309 A JP2000305309 A JP 2000305309A
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隆之 佐野
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、トナーのリサイクル性と低温定着
性を満足する電子写真用トナーを提供することを目的と
している。 【解決手段】 少なくとも結着樹脂及び融点が60〜1
00℃のパラフィンワックスを含有した電子写真用トナ
ーであって、該パラフィンワックスの分散径が0.3〜
2.5μmであるリサイクル機構を搭載した電子写真シ
ステムに用いられる電子写真用トナー。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真システム
を用いた複写機、プリンタ等の画像形成装置に適用さ
れ、記録シートへの転写の過程を経た後に感光体の表面
に残存したトナーを現像剤として再使用するリサイクル
機構を搭載した電子写真システムに用いられる電子写真
用トナーに関する。
【0002】
【従来の技術】上記画像形成装置の現像方式に適用され
る乾式現像剤は、トナーとフェライト粉、鉄粉、ガラス
ビーズ等からなるキャリアが混合された二成分系現像剤
と、トナー自身に磁性粉末を担持させた一成分系現像剤
とに概ね分けられる。これらの現像剤に用いられるトナ
ーは、結着樹脂および着色剤を主成分としており、他
に、記録シートへの低温定着性を良好にするためのワッ
クスや、帯電極性(正帯電か負帯電)を付与するための
帯電制御剤等が添加される。トナーは、これら材料が所
定の配合で混合された後、溶融混練、粉砕、分級といっ
た工程を経て粉体に製造され、最後に、流動性、帯電
性、クリーニング性および保存性等の制御のために、シ
リカ、酸化チタン、アルミナおよび各種の樹脂微粒子等
の外添剤が付着されて表面処理が施され、最終的に現像
剤として供される。
【0003】ところで、近年、社会的ニーズとしてあら
ゆる場面で地球環境への配慮が要求されている。電子写
真方式を採用した複写機及びレーザープリンタにおいて
も例外ではなく環境にやさしいシステムが求められてい
る。具体的には、現像工程へのトナーリサイクル機構の
搭載、定着工程での低温定着性の向上が挙げられる。当
然のことながら使用される電子写真用トナーにもこれら
への対応が要求されるが、トナー特性はトナーリサイク
ル機構搭載システムへの対応と低温定着システムへの対
応の両立は極めて困難である。すなわち、トナーリサイ
クル式の電子写真方式では、感光体を帯電・露光して得
られた静電潜像をトナーにて現像し、現像されたトナー
を紙に転写し、転写したトナーを熱により定着して、コ
ピーあるいはプリントが得られる。そして、現像された
トナーが紙に転写される際、トナーの100%は転写さ
れず、一般的に5〜15%のトナーが感光体上に残る。
一般には従来、上記転写残りのトナーは感光体のクリー
ニング工程にて回収され、回収トナーボックス等に捕集
されて、最終的には廃棄処分されていた。
【0004】トナーリサイクルとは、上記転写残りの回
収トナーを現像機に戻し、再び使用する方式であり、資
源の有効活用に繋がると共に、廃棄物の減量に寄与して
いる。トナーリサイクルシステムを採用した場合、転写
残りトナーは感光体クリーニング工程、現像機への搬送
工程で物理的な力を受ける。従って、その工程中のトナ
ーは粉砕され、小粒径化する。トナーが小粒径化した場
合、感光体等の機器部材との付着力が大きくなり、フィ
ルミング等の弊害を引き起こしやすい。従って、従来は
トナーリサイクルシステムを採用した機器には脆いトナ
ーは使用できず、使用するトナーには高分子量部のピー
ク位置を高く設定した樹脂、あるいは高分子量比率の高
い樹脂を使用した、靱性の高いトナーが必要となってい
た。このような靱性の高いトナーを得ようとした場合、
トナーのフロー軟化点は130℃以上となり、これによ
り定着ロール温度は高く設定せざるを得ず、現状では1
70℃以上で設定されている。
【0005】一方、低温定着とは、紙に転写したトナー
を熱定着する際、その定着熱量を極力低く抑えることで
ある。電子写真方式における定着方式は、加熱した定着
ロールとバックアップロールの間に通紙してトナーを定
着するヒートロール定着が主流である。ヒート口ール定
着では、定着ロールの温度を低く設定することで低温定
着を達成することができる。定着ロールの設定温度はそ
の周速によっても異なるが、一般的に周速が300mm
/sec以上の定着機において、170℃未満で定着ロ
ール温度を設定する場合低温定着といわれている。定着
ロールを300mm/sec以上の速度で通紙する場
合、紙上のトナー表面温度は定着ロール温度よりも65
℃以上低下する。よって、低温定着を達成するにはトナ
ーの溶融開始温度を105℃未満にする必要がある。ト
ナーの溶融開始温度とフロー軟化点との差は通常25℃
以内である。従って、低温定着性を可能とするために
は、トナーのフロー軟化点は少なくとも130℃未満で
なければならない。従来は低温定着性を満足するため、
トナーに使用する樹脂のガラス転移温度(Tg)を低下
させることにより溶融開始温度とフロー軟化点の差を拡
げて対応していた。しかし、必要以上にTgを低下させ
た場合では高温高湿環境下で流動性の低下やブロッキン
グ等が生じて耐環境性上問題を有していた。従って、リ
サイクル性と低温定着性の両者を満足するトナーを得る
ことは従来技術では困難であった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】したがって本発明は、
上記問題を解決し、トナーのリサイクル性と低温定着性
の両者を満足する電子写真用トナーを提供することを目
的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、少なくとも結
着樹脂及び融点が60〜100℃のパラフィンワックス
を含有した電子写真用トナーであって、該パラフィンワ
ックスの分散径が0.3〜2.5μmであることを特徴
とするリサイクル機構を搭載した電子写真システムに用
いられる電子写真用トナーである。
【0008】
【発明の実施の形態】本発明の電子写真用トナーを適用
するリサイクル機構を搭載した電子写真システムについ
て一実施形態を図面を参照して説明する。図1は、複写
機の画像形成手段を概念的に示している。図中符号1は
矢印A方向に回転する感光体ドラム(感光体)であり、
この感光体ドラム1の周囲には、その回転方向にしたが
って、コロナ帯電器2、光学系3、現像剤(一成分系も
しくは二成分系)6を収容する現像剤収容器4aおよび
現像スリーブ(現像体)4b、コロナ転写器5、クリー
ニングブレード9a、除電手段10がこの順に配置され
ている。符号7で示す記録シート(紙や樹脂フィルム
等)は、図中右側から搬送されて感光体ドラム1とコロ
ナ転写器5との間を通過するようになされ、搬送先には
加熱・加圧方式の定着ローラ対8が配置されている。ク
リーニングブレード9aは、転写後に感光体ドラム1の
表面に残存するトナー(トナー画像の一部:回収トナ
ー)6bを掻き落とすものであり、その掻き落とされた
回収トナー6bは、回収搬送路9bを経て現像剤収容器
4aに戻されるようになされている。この場合、クリー
ニングブレード9aと回収搬送路9bとによりトナー回
収手段9が構成され、この回収手段9と、現像剤収容器
4aおよび現像スリーブ4bとの組み合わせにより、現
像装置4が構成されている。
【0009】この画像形成手段による画像形成工程は、
次の通りである。まず、コロナ帯電器2のコロナ放電に
より、回転する感光体ドラム1の表面が一様に帯電さ
れ、次に、光学系3の露光により感光体ドラム1の表面
に静電潜像が形成される。現像スリーブ4bは現像剤収
容器4aに収容されている現像剤6を吸着しながら回転
し、その現像剤6中のトナー(一成分系の場合は現像剤
6全てがトナーである)が、感光体ドラム1の表面に形
成された静電潜像に逆極性作用等で吸着される。これに
より、静電潜像はトナー画像6aとして可視像化され
る。次に、記録シート7が感光体ドラム1とコロナ転写
器5との間に搬送されてトナー画像6aに重ねられ、そ
の裏面からコロナ転写器5により転写電荷が与えられる
ことにより、記録シート7上にトナー画像6aが転写さ
れる。この後、記録シート7は定着ローラ対8の間を通
過し、その際に、トナー画像6aが記録シート7上に定
着される。一方、記録シート7に転写されずに感光体ド
ラム1の表面に残存した回収トナー6bはクリーニング
ブレード9aにより掻き落とされ、これにより感光体ド
ラム1の表面は清浄化され、この後、除電手段10で除
電される。クリーニングブレード9aにより掻き落とさ
れた回収トナー6bは、回収搬送路9bを経て現像剤収
容器4aに戻され、再び使用される。そして、記録シー
ト7が多数枚コピーされていくと現像剤6のトナー濃度
が少なくなり、現像剤6中に適切なトナー濃度を維持す
るためトナー11が補給される。上記現像剤は、磁性又
は非磁性の一成分系現像剤もしくは二成分系現像剤であ
り、一成分系の場合であればトナーそのものが現像剤と
され、二成分系の場合は、トナーにキャリアが混合され
たものが現像剤とされる。なお、この場合、コピー開始
時の現像剤を構成するトナーには、多数枚コピー時に補
給されるトナーを使用することが帯電性を安定化させる
ために好ましい。
【0010】本発明は、上記電子写真システムに適用さ
れる電子写真用トナーであって、主成分は、以下に述べ
る結着樹脂、パラフィンワックス、着色剤、帯電制御剤
およびその他必要に応じて含有させる添加剤を含有する
トナー粒子に適宜シリカ微粒子が付着しているものであ
る。
【0011】結着樹脂は、スチレン、α−メチルスチレ
ン、クロルスチレン等のスチレン類と、アクリル酸メチ
ル、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピル、アクリル
酸ブチル、アクリル酸オクチル等のアクリル酸エステル
類または/およびメタクリル酸エチル、メタクリル酸プ
ロピル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸オクチル、
メタクリル酸ステアリル等のメタクリル酸エステル類と
を共重合させたスチレン−(メタ)アクリル酸エステル
共重合体樹脂である。該スチレン−(メタ)アクリル酸
エステル共重合体樹脂中の(メタ)アクリル酸エステル
の含有量は、15重量%以下が好ましい。15重量%よ
り多い場合では、樹脂そのものの帯電性が低いためにそ
の帯電性を補うため必要以上のシリカ微粒子の使用が必
要となって、その結果回収されたトナーにおいてシリカ
微粒子の脱離、埋没等による帯電性、流動性の大きな変
化が生じて地カブリ、トナー飛散等の問題が発生しやす
い。また、結着樹脂には、エポキシ樹脂、ポリエステル
樹脂、ポリウレタン樹脂等の他の樹脂を含有させてもよ
い。
【0012】本発明におけるパラフィンワックスは、融
点が60〜100℃でなければならない。更にパラフィ
ンワックスの融点は耐熱性、定着特性を考慮すると60
〜80℃のものが好ましい。融点が60℃より低いパラ
フィンワックスでは、地カブリが多い画像となり、10
0℃より高いものでは低温定着性を得ることができな
い。パラフィンワックスの融点は、JIS K−006
4の「化学製品の融点及び溶融範囲測定方法」に準じて
測定すればよい。また、パラフィンワックスの含有量
は、結着樹脂100重量部に対して4〜10重量部であ
ることが好ましい。4重量部未満では低温定着性を得る
ことができにくく、10重量部より多い場合ではパラフ
ィンワックスが凝集し、分散不良となるため感光体表面
上にトナーのフィルミングが発生しやすい。
【0013】本発明においては、トナー粒子中のパラフ
ィンワッスの分散状態に特徴を有する。トナー粒子中の
パラフィンワックスの分散径を調整するには、トナーを
製造する際の熱混練工程において、適切な溶融粘度で混
練することにより得られ、溶融粘度が高く混練負荷が大
きすぎるとトナーのフロー軟化点が低下し、溶融粘度が
低く混練負荷が小さすぎるとフロー軟化点は高くなるも
ののパラフィンワックスが分散不良となる。パラフィン
ワックスが分散不良となった場合は、良好な低温定着特
性が得られるものの、トナーリサイクル時にトナーから
ワックスが脱離しやすくなり、摩擦帯電部材へのフィル
ミングを生じやすくなる。逆に、パラフィンワックスの
分散が良すぎた場合、ワックスの定着特性への寄与効果
が小さくなり、低温定着を達成することができない。し
たがって、トナー粒子中におけるパラフィンワックス
は、分散径が0.3〜2.5μmであることが必要であ
る。分散径が0.3μm未満のものでは低温定着性が得
られず、2.5μmより大きいものでは感光体表面上に
トナーのフィルミングが発生し問題となる。
【0014】パラフィンワックスの分散径は次のように
確認することができる。すなわち、電子写真用トナー粒
子をエポキシ樹脂系接着剤で固めたものをミクロトーム
で約1μmの幅で切り取り、この切り取ったものを光学
顕微鏡において倍率100〜200倍で目視し、分散さ
れたパラフィンワックスの分散径を任意に30箇所測定
し、その平均値により分散径を得ることができる。な
お、本発明のパラフィンワックスとは、炭素と水素との
化合物のメタン列炭化水素化合物であって、石油から得
られるもの、天然ガスから得られるもの等特にその製造
方法には限定されなく、フィシャートロプシュワックス
等も本発明のパラフィンワックスに含まれるものであ
る。
【0015】着色剤は、カーボンブラック、アニリンブ
ルー、カルコオイルブルー、クロムイエロー、ウルトラ
マリンブルー、デュポンオイルレッド、キノリンイエロ
ー、メチレンブルークロライド、フタロシアニンブル
ー、マラカイトグリーンオキサレート、ランプブラッ
ク、ローズベンガル等が、単独もしくは混合されて用い
られる。着色剤は、十分な濃度の可視像が形成されるに
十分な割合の含有量が必要であり、例えば、結着樹脂1
00重量部に対して1〜20重量部程度の割合で含有さ
れる。帯電制御剤は、極性を付与するために添加され、
正帯電トナー用と負帯電トナー用とに分けられる。正帯
電トナー用としては、ニグロシン染料、第4級アンモニ
ウム塩、ビリジニウム塩およびアジン等が用いられる。
また、負帯電トナー用としては、アゾ系含金属錯体やサ
リチル酸系金属錯体が用いられる。
【0016】その他必要に応じて含有させる添加剤とし
ては、磁性粉、離型剤等が挙げられる。磁性粉として
は、フェライト粉、マグネタイト粉、鉄粉等の微粒子が
挙げられる。フェライト粉としてはMeO−Fe23
混合焼結体が本発明に使用される。この場合のMeとは
Mn、Zn、Ni、Ba、Co、Cu、Li、Mg、C
r、Ca、V等であり、そのいずれか1種又は2種以上
用いれらる。また、マグネタイト粉としてはMeO−F
34の混合焼結体が使用される。この場合のMeは上
記フェライト粉の場合と同様である。離型剤は、定着用
熱ロールとトナーとの離型性を確保するために添加さ
れ、低分子量ポリプロピレンや低分子量ポリエチレン等
が用いられる。
【0017】本発明の電子写真用トナーは、上記材料が
所定の配合で混合され、その混合物が、溶融混練、粉
砕、分級といった工程を経て製造される。また、上記材
料を用いて重合方法によりトナー粒子を得てもよい。そ
して、該トナー粒子の表面には適宜、トナーの流動性、
帯電性、クリーニング性および保存性等の制御のため、
シリカ微粒子、磁性粉、アルミナ、タルク、クレー、炭
酸カルシウム、炭酸マグネシウム、酸化チタンまたは各
種の樹脂微粒子等の外添剤が付着されていてもよい。電
子写真用トナーに外添剤を付着させるためには、タービ
ン型攪拌機、ヘンシェルミキサー、スーパーミキサー等
の一般的な攪拌機により混合して攪拌する等の方法が挙
げられる。
【0018】本発明の電子写真用トナーのフロー軟化点
は130℃以上であることが好ましく、130〜140
℃が更に好ましい。フロー軟化点が130℃より低い場
合ではリサイクル機構を搭載した電子写真システムに適
用することが困難となりやすい。電子写真用トナーのフ
ロー軟化点を130℃以上にするためには、高分子量部
のピーク位置が高い結着樹脂を使用するか、あるいは高
分子量部の比率が高い結着樹脂を使用することで可能と
なる。ここでいうフロー軟化点とは、プランジャーの降
下開始から終了までの移動距離の中間の温度をさすもの
である。フロー軟化点を測定するための測定機及び測定
条件は次の通りである。 測定機:島津製作所社製 高化式フローテスターCF−
500 測定条件:プランジャー 1cm2、ダイの直径 1m
m、ダイの長さ 1mm、荷重 20KgF、予熱温度
50〜80℃、予熱時間 300sec、昇温速度
6℃/min
【0019】
【実施例】以下、実施例および比較例に基づき本発明を
説明する。ただし、本発明はこれらに限定されるもので
はない。なお、下記において「部」とは「重量部」を示
す。 (実施例1) ・スチレン−アクリル酸エステル共重合体樹脂 100部 (積水化学工業社製 商品名:SE−0050、フロー軟化点:135℃) ・パラフィンワックス 4部 (日本精蝋社製 商品名:NHP−9、融点75℃) ・含金属染料 3部 (保土谷化学工業社製 商品名:TRH) ・カーボンブラック 10部 (三菱化学社製 商品名:MA−100) 上記の配合比からなる原料をスーパーミキサーで5分間
混合し、加圧ニーダーで155℃で熱溶融混練後、ジェ
ットミルで粉砕し、その後乾式気流分級機で分級して体
積平均径が10μmのトナー粒子を得た。そして、該ト
ナー粒子に対して疎水性シリカ(日本アエロジル社製
商品名:R−972)の付着量が0.5重量%になるよ
うに調整し、ヘンシェルミキサーで混合し本発明の電子
写真用トナーを得た。この電子写真用トナーのパラフィ
ンワックスの分散径は0.9μmであり、フロー軟化点
は136℃であった。
【0020】(実施例2)実施例1において、パラフィ
ンワックスの添加量を10部及び加圧ニーダーの熱溶融
混練温度を152℃にした以外は同様にして本発明の電
子写真用トナーを得た。この電子写真用トナーのパラフ
ィンワックスの分散径は2.5μmであり、フロー軟化
点は132℃であった。
【0021】(実施例3)実施例1において、パラフィ
ンワックスを日本精蝋社製 商品名:FT−100(融
点:98℃) 4部及び加圧ニーダーの熱溶融混練温度
を153℃にした以外は同様にして本発明の電子写真用
トナーを得た。この電子写真用トナーのパラフィンワッ
クスの分散径は0.3μmであり、フロー軟化点は13
7℃であった。
【0022】(実施例4)実施例1において、パラフィ
ンワックスを日本精蝋社製 商品名:#140(融点:
61℃) 10部及び加圧ニーダーの熱溶融混練温度を
153℃にした以外は同様にして本発明の電子写真用ト
ナーを得た。この電子写真用トナーのパラフィンワック
スの分散径は1.9μmであり、フロー軟化点は130
℃であった。
【0023】(比較例1)実施例1において、パラフィ
ンワックスを日本精蝋社製 商品名:#130(融点:
55℃) 10部及び加圧ニーダーの熱溶融混練温度を
152℃にした以外は同様にして比較用の電子写真用ト
ナーを得た。この電子写真用トナーのパラフィンワック
スの分散径は2.7μmであり、フロー軟化点は130
℃であった。
【0024】(比較例2)実施例1において、パラフィ
ンワックスを日本精蝋社製 商品名:MDP−7000
(融点:102℃) 4部及び加圧ニーダーの熱溶融混
練温度を155℃にした以外は同様にして比較用の電子
写真用トナーを得た。この電子写真用トナーのパラフィ
ンワックスの分散径は0.5μmであり、フロー軟化点
は136℃であった。
【0025】(比較例3)実施例1において、パラフィ
ンワックスの添加量を11部及び加圧ニーダーの熱溶融
混練温度を154℃にした以外は同様にして比較用の電
子写真用トナーを得た。この電子写真用トナーのパラフ
ィンワックスの分散径は2.9μmであり、フロー軟化
点は131℃であった。
【0026】(比較例4)実施例1において、パラフィ
ンワックスの添加量を4部及び加圧ニーダーの熱溶融混
練温度を138℃にした以外は同様にして比較用の電子
写真用トナーを得た。この電子写真用トナーのパラフィ
ンワックスの分散径は0.1μmであり、フロー軟化点
は130℃であった。
【0027】(比較例5)実施例1において、パラフィ
ンワックスの添加量を10部及び加圧ニーダーの熱溶融
混練温度を167℃にした以外は同様にして比較用の電
子写真用トナーを得た。この電子写真用トナーのパラフ
ィンワックスの分散径は4.1μmであり、フロー軟化
点は139℃であった。
【0028】次に前記の電子写真用トナー4部とシリコ
ーン樹脂コートフェライトキャリア(平均粒径90μ
m)100部とを混合して現像剤を作製した。次に該現
像剤を図1に記載のトナーリサイクル方式を有する複写
機の現像装置に入れ、黒色比率が6%のA4原稿をA4
転写紙に100000枚まで複写し評価した。その評価
結果を表1に示した。
【0029】なお、転写紙上の電子写真用トナー画像の
定着は、外部定着機(熱定着ロールの周速:300mm
/sec、設定温度165℃)を用いた。ここで、画像
濃度はベタ画像部をマクベス反射濃度計RD−914で
測定(画像濃度は実用上1.30以上であることが必要
である)し、地カブリは日本電色工業社製のカラーメー
ターZE2000で測定した値(地カブリは実用上1.
00以下であることが必要である)である。また、定着
強度は前記のように外部定着機(熱定着ロールの周速:
300mm/sec、設定温度165℃)を用いて定着
したベタ画像の画像濃度をマクベス反射濃度計RD−9
14で測定した後、該ベタ画像に対して綿パッド(ダイ
ニック社製 商品名:PPCパッド)により摺擦を施
し、ついで同様に画像濃度を測定した。得られた測定値
から下記式によって定着強度を算出した(定着強度は実
用上80%以上であることが必要である)。
【数1】 また、感光体フィルミングは、100000枚後の感光
体表面上を目視により確認し、フィルミングが発生して
いなかったものを○、発生していたものを×とした。な
お、フィルミングが生じると画像部に白抜けが生じる。
【0030】
【表1】
【0031】表1の結果から明かなように実施例1〜4
の電子写真用トナーでは、初期と100000枚後の画
像濃度が1.33以上であって、地カブリも0.83以
下という実用上問題ない範囲で多数枚複写できることが
確認され、定着強度も81%以上有り低温定着性にも優
れ、感光体フィルミングも発生していなかった。これに
対し、比較例1及び5では地カブリが多い画像であり、
比較例2及び4では定着強度が低く低温定着性に問題が
あり、比較例3では感光体フィルミングが発生したため
画像部に白抜けが生じた。
【0032】
【発明の効果】本発明においては、リサイクル機構を搭
載した電子写真システムであって、且つ定着機の周速が
300mm/sec以上である電子写真システムであっ
ても実施例の通り実用上問題なく多数枚の複写が可能で
ある。したがって、トナーリサイクル性と低温定着性が
両立した電子写真用トナーである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施形態に係る画像形成手段の概
念図である。
【符号の説明】
1 感光体ドラム(感光体) 4a 現像剤収容器 4b 現像スリーブ(現像体) 6 現像剤 6a トナー画像 6b 回収トナー 7 記録シート 9 トナー回収手段 11 トナー

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも結着樹脂及び融点が60〜1
    00℃のパラフィンワックスを含有した電子写真用トナ
    ーであって、該パラフィンワックスの分散径が0.3〜
    2.5μmであることを特徴とするリサイクル機構を搭
    載した電子写真システムに用いられる電子写真用トナ
    ー。
  2. 【請求項2】 パラフィンワックスの含有量が結着樹脂
    100重量部に対して4〜10重量部であることを特徴
    とする請求項1記載の電子写真用トナー。
  3. 【請求項3】 電子写真用トナーのフロー軟化点が13
    0℃以上であることを特徴とする請求項1記載の電子写
    真用トナー。
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