JP2006293160A

JP2006293160A - 電子写真用トナーおよびこれを用いる電子写真装置

Info

Publication number: JP2006293160A
Application number: JP2005115905A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Maeda; 正博前田; Yutaka Yamazaki; 豊山崎; Tadahiro Tsubaki; 忠洋椿
Original assignee: Casio Computer Co Ltd; Casio Electronics Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd; Casio Electronics Co Ltd
Priority date: 2005-04-13
Filing date: 2005-04-13
Publication date: 2006-10-26

Abstract

【課題】転写性及びクリーニング性がともに良好であるとともに、優れた画質の画像を得ることを可能とする電子写真用トナーを提供すること。
【解決手段】柱状粒子からなり、柱状粒子の長さＬと該柱状粒子と同体積の円柱に換算した直径Ｄの比（Ｌ／Ｄ）が１．２〜１０．０の範囲にあることを特徴とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、電子写真用トナーおよびこれを用いる電子写真装置に係り、特に、柱状粒子からなる電子写真用トナーに関する。

電子写真用トナーの粒子形状に関しては、均一な帯電、転写性の観点からは球形のものが望まれているが、感光体に弾性ブレードを圧接して感光体表面に残留するトナーを除去するクリーニング処理を行う場合、球形トナーでは、クリーニング性が低下するため、球形よりも、ジャガイモのような形状の、やや凹凸を有する形状のものが提案されている。

一方、トナーを製造方法で分類すると、粉砕トナーと重合トナーとに分けられる。粉砕トナーは、原料を溶融混練し、ジェットミルなどの粉砕機により粉砕し、風力分級機等を用いて所望の粒度に分級することにより得られる。これに対し、重合トナーは、その製造方法として大きく分けて乳化重合法と懸濁重合法とがあり、任意の粒径に成長させて微粒子を得るものである。

粉砕トナーの粒子形状が不定形であるのに対し、重合トナーの粒子形状は球形である。特に、乳化重合法では、クリーニング性向上のために任意に形状をコントロールすることが可能であり、近年、急速に研究が進められている。また、粉砕トナーにおいても、帯電性、転写性を向上させるため、機械的な処理、熱処理などの後工程で、球形化処理を行う装置が開発されている。

しかしながら、重合法においては、多大な設備投資が必要であり、後工程で球形化処理を行う場合も、未だ十分な形状コントロールを行うことはできないのが現状である。

このように、電子写真用トナーの形状は、従来の粉砕トナーでは不定形であり、転写性の向上から、球形化が求められていた。粉砕トナーを機械的な処理や、熱処理などで球形化する装置も提案されているが、十分な形状コントロールができず、問題があった。重合トナーでは、粒子形状は球形となり、転写性は向上するものの、感光体上に付着したトナーをクリーニングする工程でクリーニング不良が起こるという問題があった。

以上のような状況の下で、トナーの各種原料を溶融し、押出し成形して、糸状樹脂とした後、切断又は粉砕してトナー用微粒子を得る方法が提案されている（例えば、特許文献１〜３参照）。また、トナーを円柱状に加工する装置に関する提案もある（例えば、特許文献４参照）。
特開昭６１−２００５０号公報特開平６−１３８７０４号公報（「要約」、図１）特開２００４−３３２１３０号公報（「要約」、図１）実開平６−２９６３２号公報（「要約」、図１）しかし、これらの提案はいずれもアイデアの域を出ず、いまだ実用には遠いものであり、円柱状トナーを実際に製造した例は、これまで知られていない。

本発明は、以上のような事情の下になされ、転写性及びクリーニング性がともに良好であるとともに、優れた画質の画像を得ることを可能とする電子写真用トナーを提供することを目的とする。

本発明の他の目的は、上記トナーを用いる電子写真装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の第１の態様は、柱状粒子からなり、柱状粒子の長さＬと該柱状粒子と同体積の円柱に換算した直径Ｄの比（Ｌ／Ｄ）が１．２〜１０．０の範囲にあることを特徴とする電子写真用トナーを提供する。

このようなトナーは、結着樹脂、着色剤及び離型剤を含む原料を溶融し、穴の開いたダイより押出し、トナー相当径を有する糸状混練物を形成した後、切断又は粉砕することにより製造することが出来る。
本発明の第１の態様に係るトナーにおいて、結着樹脂として、ポリエステル樹脂を用いることが望ましい。また、離型剤として、カルナバワックスを用いることが望ましい。

本発明の第１の態様に係るトナーの平均体積粒径は、５〜７μｍであることが望ましい。

また、上記Ｌ／Ｄは、１．５〜３．０の範囲にあるのが好ましい。

本発明の第２の態様は、感光体に弾性ブレードを圧接し、感光体上に付着したトナーをクリーニングする手段を備え、上記トナーを用いることを特徴とする電子写真装置を提供する。

本発明の電子写真用トナーは、粒子形状が柱状であり、粒子のＬ／Ｄがいずれも１．２〜１０．０の範囲内にあるため、従来の粉砕ナー（不定形の粒子形状）のものに比べ、転写性及びクリーニング性がともに良好であるとともに、優れた画質の画像を得ることを可能とする。

以下、本発明の実施形態に係る電子写真用トナーについて説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る電子写真用トナーを得るための糸状の混練物を製造する装置を概略的に示す図である。図１において、ホッパー１に投入された原料２は、押出機３で溶融混練され、ダイ４に供給される。ダイ４は紡糸口４ａと熱風吐出口４ｂとを備える。ダイ４に供給された溶融混練物５は、熱風吐出口４ｂからの熱風とともに紡糸口４ａから吐出され、その結果、糸状の混練物６が形成される。

ダイ４の内径は、例えば１００μｍであり、原料供給量、吐出圧力、及び熱風温度を変化させることにより、糸状混練物６の径を６〜７μｍに調整することが出来る。

ダイ４の出口では、糸状混練物６に冷風を吹き付けることにより、糸状混練物同士が融着することなく、糸状混練物６を安定して得ることが出来る。

次に、このようにして得た糸状混練物は、コンベア７により輸送され、図示しない切断機又は粉砕機により切断又は粉砕され、更に分級されて、本発明の一実施形態に係る電子写真用トナーが得られる。なお、粉砕の際には、糸状混練物は既にトナー粒径に相当する断面径を有しているため、通常の粉砕トナーを製造する場合よりも粉砕エネルギーを低く抑えることが出来る。また、微粉の発生が少なく、収率及び生産性が向上する。

なお、場合によっては、分級工程を省くこともできる。

本発明の一実施形態に係るトナーは、柱状粒子からなり、柱状粒子の長さＬと該柱状粒子と同体積の円柱に換算した直径Ｄの比（Ｌ／Ｄ）が１．２〜１０．０、好ましくは１．５〜３．０の範囲にあることを特徴とする。Ｌ／Ｄが１．２未満では、転写性及びクリーニング性が劣り、１０．０を超えると、画質、即ち画像の均一性が劣り、好ましくない。

柱状粒子は、断面円形の円柱に限らず、断面楕円でもよく、また断面矩形の角柱でもよい。これらの円柱以外の柱状粒子の場合の直径Ｄは、同体積の円柱に換算した相当径である。

Ｌ／Ｄは、柱状粒子の長さＬと直径Ｄを適宜変えることにより、１．２〜１０．０に制御することが出来る。柱状粒子の直径Ｄは、ダイの内径、原料供給量、吐出圧力、及び熱風温度を変化させることにより制御可能であり、柱状粒子の長さＬは、粉砕条件を調整することにより制御可能である。実際には、トナーの目標粒径である一定の直径Ｄを有する糸状混練体の粉砕条件を調整することにより制御している。しかし、大きいＬ／Ｄを得るには、糸状混練体の径を目標粒径よりも小さくしないと、平均粒径が大きくなってしまう。なお、Ｌ／Ｄを小さくしていくと、微粉の発生量が増えてしまうので、望ましくない。

結着樹脂としては、公知のものを含む広い範囲から選択することができる。具体的には、ポリスチレン、スチレン−アクリル酸エステル共重合体、スチレン−メタクリル酸共重合体、およびスチレン−ブタジエン共重合体などのスチレン系樹脂をはじめ、飽和ポリエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、クマロン樹脂、キシレン樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリオレフィン樹脂などが例示でき、これらの樹脂を二種類以上組み合わせて用いてもよい。なお、これらの樹脂のうち、ポリエステル系樹脂が好ましい。

最終トナー中の結着樹脂の配合量は、５０〜９８質量％であるのが好ましい。

ワックスとしては、低分子量ポリエチレン、低分子量ポリプロピレン、パラフィン等の極性の低いもの或いはカルナバワックス、エステル系等の極性の高いものを挙げることが出来る。また、エマルジョンタイプのカルボキシル基変性ポリオレフィンとして、エチレン、プロピレン、ブテン−１、ペンテン−１等のオレフィン単位を骨格としてカルボキシル基を有するように変性され、かつアンモニアまたはアミンでカルボキシル基の少なくとも一部が中和されたポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックス等を使用することも可能である。これらのワックスのうち、カルナバワックスが好ましい。

最終トナー中のワックスの配合量は、２〜３０質量％であるのが好ましい。

以下に本発明の実施例と比較例を示し、本発明の効果をより具体的に説明する。なお、各例で用いた樹脂の軟化点及びガラス転移点、粒子の粒径、円形度の測定装置及び測定方法を以下に示す。

軟化点
フローテスター（ＣＦＴ−５００Ｄ、島津製作所社製）を用い、１ｇの試料を昇温速度６℃／分で昇温して、２０ｋｇの荷重を加えて直径１ｍｍ、長さ１ｍｍのノズルから試料を流出させて、試料の半分が流出した温度を軟化点とする（１／２法）。

ガラス転移点
示差走査熱量計（ＤＳＣ−６０、島津製作所社製）を用い、８ｍｇの試料を１０℃／分の昇温速度で昇温し、１０℃／分の降温速度で３５℃まで冷却した後、再度１０℃／分の昇温速度で２回目の昇温を行い、この２回目の昇温において、転移により得られる曲線部分の２つの接線の交点をガラス転移点とする。

トナー平均粒径
ビーカーに少量の試料、精製水、及び界面活性剤を入れ、超音波洗浄器にて分散させ、マルチサイザーII（コールター社製）により体積平均粒径を測定する。アパーチャーは１００μｍ、カウントは５０，０００で行った。

円形度
フロー式粒子分析装置（ＦＰＩＡ−２１００、シスメックス社製）を用い、円形度を測定する。

円形度は円相当径の周囲長を粒子投影像の周囲長で割った比率で表されるものであり、真円の時は１．０００となる。

実施例１
結着樹脂として９０質量部のポリエステル樹脂（軟化点１３５℃、ガラス転移点５８℃）、着色剤として４質量部のＣ．Ｉピグメントレッド５７：１、荷電制御剤として、１質量部のＥ−８４（サルチル酸系金属錯体の商品名、オリエント化学社製）、及び離型剤として７質量部のカルナバワックス１号粉末（加藤洋行社輸入品）を、ヘンシェルミキサー（三井鉱山社製）を用いて混合した後、混合物を溶融混練し、穴の開いたダイより押出し、糸状の混練物を得た。次いで、この糸状混練物を粉砕・分級して、着色微粒子を作製した。

このようにして得られた着色微粒子の形状は円柱状であり、平均粒径は６．６μｍであった。

得られた着色微粒子１００質量部に外添剤として、「Ｒ９７２」（日本アエロジル社製：疎水性シリカ）を２質量部添加し、ヘンシェルミキサーで混合し、トナーを得た。

得られたトナーの粒子５０個を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察したところ、長さ／直径比（Ｌ／Ｄ）は１．６であった。

実施例２
糸状混練物を粉砕・分級する工程で微調整を行ったことを除いて実施例１と同様にして、Ｌ／Ｄ＝１．２の円柱状のトナーを得た。

実施例３
糸状混練物の径及び糸状混練物を粉砕・分級する工程で微調整を行ったことを除いて実施例１と同様にして、Ｌ／Ｄ＝５．３の円柱状のトナーを得た。

実施例４
糸状混練物の径及び糸状混練物を粉砕・分級する工程で微調整を行ったことを除いて実施例１と同様にして、Ｌ／Ｄ＝９．８の円柱状のトナーを得た。

実施例５
結着樹脂としてポリエステル樹脂の代わりにスチレンアクリル樹脂（軟化点１３３℃、ガラス転移点６１℃）８８質量部を用いたことを除いて、実施例１と同様にして、Ｌ／Ｄ＝２．０の円柱状のトナーを得た。

比較例１
実施例１で用いたのと同様の原材料をヘンシェルミキサー（三井鉱山社製）を用いて混合した後、２軸押出機にて溶融混練し、混練物を１〜２ｍｍに圧延、冷却し、フェザーミル（目開き２ｍｍのスクリーン）で粗砕した後、衝突式粉砕機で微粉砕し、風力分級機にて分級を行い、着色微粒子を得た。

得られた着色微粒子の粒子形状は不定形であり、その平均粒径は６．６μｍであった。

実施例１と同様にして、得られた着色微粒子１００質量部に外添剤として、「Ｒ９７２」（日本アエロジル社製：疎水性シリカ）を２質量部添加し、ヘンシェルミキサーで混合し、トナーを得た。

比較例２
比較例１で得られた未外添の着色微粒子を、熱処理式球形化装置であるメトロレインボー（商品名、日本ニューマチック工業社製）により球形化処理を行い、トナーを得た。このトナーの円形度は０．９５４であった。

比較例３
糸状混練物を粉砕・分級する工程で微調整を行ったことを除いて実施例１と同様にして、Ｌ／Ｄ＝１．１の円柱状のトナーを得た。

比較例４
糸状混練物の径及び糸状混練物を粉砕・分級する工程で微調整を行ったことを除いて実施例１と同様にして、Ｌ／Ｄ＝１５．２の円柱状のトナーを得た。

以上の実施例１〜５及び比較例１〜４により得たトナーについて、以下に示すように、転写性、クリーニング性、及び画質の試験を行った。

試験１（転写性）
非磁性一成分現像装置「カシオページプレストＮ−５」（カシオ計算機社製：カラープリンタＡ４横／毎分２９枚機）にトナーを装填し、通常の環境（２５℃、５０％ＲＨ）の下で、ベタ画像を印字している途中でフロント扉を開けることにより印字を強制終了させ、その時のＯＰＣドラム上の転写残トナーをメンディングテープに写しとり、目視にて比較判定し、転写性を評価する。評価基準は、以下の通りである。

○：従来の粉砕トナー（不定形の粒子形状）よりも転写残トナーが少ない
△：従来の粉砕トナー（不定形の粒子形状）と同等の転写残トナー
×：従来の粉砕トナー（不定形の粒子形状）よりも転写残トナーが多い
試験２（クリーニング性）
試験１で使用した現像装置を用い、通常の環境（２５℃、５０％ＲＨ）の下で、Ａ４のベタ画像を１０枚連続で印字する。印字した後、クリーニングブレード通過後のＯＰＣドラム上を目視にて観察し、ベンコットまたはキムワイプを用いて、ドラム表面のクリーニングされなかった残トナーを拭き取り、クリーニング性を評価する。評価基準は、以下の通りである。

○：従来の粉砕トナー（不定形の粒子形状）よりも残トナーが少ない
△：従来の粉砕トナー（不定形の粒子形状）と同等の残トナー
×：従来の粉砕トナー（不定形の粒子形状）よりも残トナーが多い
試験３（画質）
試験１で使用した現像装置を用い、通常の環境（２５℃、５０％ＲＨ）の下で、普通紙（ＸＥＲＯＸ−ＰＡ４サイズ）を用いて５％連続印字で１０，０００枚印字した後、ハーフトーン画像を印字し、画像の均一性を評価する。評価基準は、以下の通りである。

○：従来の粉砕トナー（不定形の粒子形状）よりも濃度ムラがなく、均一なハーフトーン画像
△：従来の粉砕トナー（不定形の粒子形状）と同等のハーフトーン画像
×：従来の粉砕トナー（不定形の粒子形状）よりも濃度ムラが見られ、不均一なハーフトーン画像
以上の試験１〜３の結果を下記表に示す。

上記表から、実施例１〜４のトナーは、粒子形状が円柱状であり、粒子のＬ／Ｄがいずれも１．２〜１０．０の範囲内にあるため、従来の粉砕ナー（不定形の粒子形状）のものに比べ、転写性、クリーニング性、及び画質が良好であった。また、結着樹脂は、ポリエステルに限らず、スチレンアクリルの場合も同様に優れた特性を示した。

これに対し、比較例１のトナーは、評価の基準となる従来の不定形の粉砕トナーであり、比較例２のトナーは、粉砕トナーを熱処理したもので、転写性は良好であったが、クリーニング性は従来の粉砕トナーより劣り、画質は従来の粉砕トナーと同等であった。

比較例３のトナーは、粒子形状が円柱状であるが、Ｌ／Ｄが本発明の範囲より小さいため、画質は良好であるものの、転写性及びクリーニング性は従来の粉砕トナーと同等であるに過ぎなかった。また、比較例４のトナーは、粒子形状が円柱状であるが、Ｌ／Ｄが本発明の範囲より大きいため、転写性及びクリーニング性は良好であるものの、画質は従来の粉砕トナーと同等であった。

本発明の一実施形態に係る電子写真用トナーを得るための糸状の混練物を製造する装置を概略的に示す図。

符号の説明

１・・・ホッパー、２・・・原料、３・・・押出し機、４・・・ダイ、４ａ・・・紡糸口、４ｂ・・・熱風吐出口、５・・・溶融混練物、６・・・糸状混練物、７・・・コンベア。

Claims

柱状粒子からなり、柱状粒子の長さＬと該柱状粒子と同体積の円柱に換算した直径Ｄの比（Ｌ／Ｄ）が１．２〜１０．０の範囲にあることを特徴とする電子写真用トナー。
結着樹脂、着色剤及び離型剤を含む原料を溶融し、穴の開いたダイより押出し、トナー相当径を有する糸状混練物を形成した後、切断又は粉砕することにより作製されたものであることを特徴とする請求項１に記載の電子写真用トナー。
前記結着樹脂がポリエステル樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の電子写真用トナー。
前記離型剤がカルナバワックスであることを特徴とする請求項１に記載の電子写真用トナー。
平均体積粒径が５〜７μｍであることを特徴とする請求項１に記載の電子写真用トナー。
前記Ｌ／Ｄが１．５〜３．０の範囲にあることを特徴とする請求項１に記載の電子写真用トナー。
感光体に弾性ブレードを圧接し、感光体上に付着したトナーをクリーニングする手段を備え、請求項１に記載のトナーを用いることを特徴とする電子写真装置。