JP2018049160A - 電子写真用白色トナー - Google Patents

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顕治 紀平
Kenji Kihira
顕治 紀平
英樹 池田
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英樹 池田
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Yuichiro Iegaki
雄一郎 家垣
雄太 菅
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雄太 菅
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Abstract

【課題】 高い隠蔽率、並びに良好な帯電性および定着性を示す電子写真用白色トナーを提供すること。
【解決手段】 結着樹脂と、前記結着樹脂100質量部に対して45〜75質量部のルチル型酸化チタンとを含み、15〜25μmの体積平均粒径d50を有する、電子写真用白色トナー。
【選択図】 なし

Description

本発明は、電子写真用白色トナーに関する。
電子写真方式による画像形成は、静電荷像をトナーにより現像して可視化し、現像により得られたトナー像を用紙に転写した後、熱と圧力により定着させることにより行われる。トナーとしては、結着樹脂に着色剤や帯電制御剤などを配合し、得られた混合物を溶融混練し、粉砕および分級して所定の粒度分布に調整したものが使用されている。通常、カラー画像は、マゼンタ、シアン、イエロー、ブラックの4色の電子写真用トナーを用いて形成される。
一方で、電子写真技術を応用したプリンタが各社から発売され、例えばラベルプリント用のプリンタやTシャツプリント用のプリンタなどが知られている。このような用途では、特色トナーとして、白色トナーや透明トナーなどが提案されている。
たとえば、特許文献1および2は、酸化チタンを着色剤として含む白色トナーを報告している。酸化チタンは、結晶型としてアナターゼ型、ルチル型、ブルッカイト型が知られており、いずれの結晶型も白色トナーに使用可能である。白色トナーは、一般に、濃色の印刷メディアに対して使用され、印刷メディアを十分に隠蔽できる隠蔽性を有することが求められる。
特開2000−056514号公報 特開2002−311648号公報
上記背景技術の下、本発明者らは、白色トナー画像の隠蔽性を高めるために白色トナーの粒径を大きくしたところ、酸化チタンの結晶型が隠蔽性に影響を及ぼすことと、酸化チタンの配合量が多すぎると帯電性や定着性の低下を招くことを見出した。
したがって、本発明は、高い隠蔽率、並びに良好な帯電性および定着性を示す電子写真用白色トナーを提供することを目的とする。
本発明の第1の態様は、結着樹脂と、前記結着樹脂100質量部に対して45〜75質量部のルチル型酸化チタンとを含み、15〜25μmの体積平均粒径d50を有する、電子写真用白色トナーを提供する。
本発明の第2の態様は、前記電子写真用白色トナーを用いて、20〜50μmの層厚を有する白色トナー層を形成することを含む画像形成方法を提供する。
本発明によると、高い隠蔽率、並びに良好な帯電性および定着性を示す電子写真用白色トナーが提供される。
以下、本発明の実施形態について説明する。
本発明者らは、電子写真用白色トナーが、結着樹脂100質量部に対して45〜75質量部のルチル型酸化チタンを含み、かつ、15〜25μmの体積平均粒径d50を有することにより、高い隠蔽率、並びに良好な帯電性および定着性を達成できることを見出し、本発明を完成させるに至った。
すなわち、本発明の実施形態に係る電子写真用白色トナーは、結着樹脂と、前記結着樹脂100質量部に対して45〜75質量部のルチル型酸化チタンとを含み、15〜25μmの体積平均粒径d50を有する。
本実施形態に係る電子写真用白色トナー(以下、単に白色トナーともいう)は、有色の印刷媒体上に、白色画像を形成したり、カラー画像の下地となる白色トナー層を形成したりするために使用することができ、紙媒体にプリントするための通常のプリンタに加えて、ラベルプリント用のプリンタやTシャツプリントなどの布地プリント用のプリンタにおいて使用することができる。
結着樹脂としては、電子写真用トナーで使用される任意のものを使用することができ、具体的にはポリエステル樹脂を使用することができる。結着樹脂としては、好ましくは非晶性ポリエステル樹脂、より好ましくは架橋非晶性ポリエステル樹脂、たとえば、花王(株)製のCBC400N1、CBC500N1などを使用することができる。結着樹脂は、2種類以上を組み合わせて使用してもよい。結着樹脂は、外添処理前のトナー粒子(トナー母体粒子)の総質量に対して、たとえば55〜65質量%の量で含有される。
白色顔料としては、結着樹脂100質量部に対して45〜75質量部のルチル型酸化チタンを使用する。ルチル型酸化チタンが、結着樹脂100質量部に対して45質量部より少ないと、十分な隠蔽性を達成することができない。一方、ルチル型酸化チタンが、結着樹脂100質量部に対して75質量部より多い量で配合されると、良好な帯電性および定着性を達成することができない。
白色顔料は、好ましくは、結着樹脂100質量部に対して50〜70質量部のルチル型酸化チタンであり、より好ましくは、結着樹脂100質量部に対して60〜65質量部のルチル型酸化チタンである。白色顔料は、外添処理前のトナー粒子(トナー母体粒子)の総質量に対して、好ましくは32〜40質量%、より好ましくは35〜38質量%の量で含有される。白色顔料は、公知の手法に従って、予め樹脂と白色顔料を高濃度に分散したマスターバッチを作製し、使用してもよい。
本実施形態に係る白色トナーは、当該技術分野で公知のとおり、結着樹脂、白色顔料に加えて、帯電制御剤、離型剤および粉砕助剤などの添加剤を含むことができる。帯電制御剤、離型剤および粉砕助剤などの添加剤は、いずれも、通常、電子写真用トナーに使用される任意のものを使用可能である。
以上説明した白色トナーは、従来公知の方法で製造することができる。例えば、結着樹脂、白色顔料、および必要に応じてその他添加剤を混合した後、2軸混練機や加圧ニーダー、オープンロールなどの混練機で混練し、混練物を冷却してから、ジェットミル等の粉砕機で粉砕し、風力分級機等で分級することで、トナー母体粒子を得ることができる。
ここで、トナー母体粒子の粒径は、体積平均粒径d50が15〜25μmとなるように調整される。トナー母体粒子の体積平均粒径d50が15μmより小さいと、十分な隠蔽性を達成することができない。一方、トナー母体粒子の体積平均粒径d50が25μmより大きいと、良好な帯電性を達成することができない。トナー母体粒子の体積平均粒径d50は、好ましくは20〜23μmである。
体積平均粒径d50は、画像解析法を用いて測定された値を指し、たとえば、シスメックス社製の湿式フロー式粒子径・形状分析装置を用いて測定することができる。本明細書において「トナーの体積平均粒径d50」は、トナー母体粒子(すなわち、外添処理前のトナー粒子)について測定された体積平均粒径d50を指す。
このようにして得られたトナー母体粒子に対し、外添剤を添加することにより、本発明の白色トナーを得ることができる。
外添剤は、当該技術分野で外添剤として一般に使用される疎水化処理されたシリカを使用することができる。たとえば、日本アエロジル(株)、CABOT社等で市販されているもの、RY50(日本アエロジル(株)、数平均粒径40nm)、TG−810G(CABOT社、数平均粒径7nm)、TG−C190(CABOT社、数平均粒径115nm)、R972(日本アエロジル(株)、数平均粒径16nm)などを使用することができる。疎水性シリカは、公知技術に従って、1種類添加してもよいし、粒径が異なるものを2種類以上組み合わせて添加してもよい。外添剤は、トナーの外添剤として一般に添加される量で、たとえば、外添処理前のトナー母体粒子100質量部に対し0.1〜5質量部の量で添加される。
本実施形態に係る白色トナーを用いて、電子写真方式により画像形成を行うことができる。すなわち、別の実施形態によれば、画像形成方法の発明が提供され、画像形成方法は、本実施形態に係る白色トナーを用いて、一般的には20〜50μm、好ましくは20〜30μmの層厚を有する白色トナー層を印刷媒体上に形成することを含む。ここで、印刷媒体は、紙、ラベルシート、布などを含む。具体的には、画像形成方法は、帯電された電子写真感光体の表面に露光により静電潜像を形成し、形成された静電潜像を、本実施形態に係る白色トナーを用いて現像して、一般的には20〜50μm、好ましくは20〜30μmの層厚を有する白色トナー層を印刷媒体上に形成することを含む。
本実施形態に係る白色トナーを用いて形成された白色トナー層は、高い隠蔽率を示すことができ、具体的には、下記式により示される隠蔽率:
隠蔽率(%)=(YB/YW)×100
(ここで、YBは黒紙上の白色トナーの三刺激値Yを表し、YWは白紙上の白色トナーの三刺激値Yを表し、いずれも、後述の実施例の記載に従って測定される)が60%以上であり、好ましくは70%以上である。
上述のとおり、本実施形態に係る白色トナーは、白色顔料として、結着樹脂100質量部に対して45〜75質量部のルチル型酸化チタンを含み、15〜25μmの体積平均粒径d50を有することにより、良好な帯電性および定着性を示すとともに、白色トナー画像の隠蔽性を高めることができる。
以下に本発明の実施例と比較例を示し、本発明の効果について具体的に説明する。
1.トナーの製造
実施例1〜13および比較例1〜9のトナーを製造した。トナーの組成を、下記表1および表2に示す。表1および表2において、トナー母体粒子を構成する成分の配合量は、結着樹脂100質量部に対する質量部により表す。外添剤の配合量は、トナー母体粒子100質量部に対する質量部により表す。
[実施例1]
結着樹脂:架橋非晶性ポリエステル樹脂「CBC400N1」(花王(株)、軟化点110℃) 100質量部
白色顔料:ルチル型酸化チタン「R−820」(石原産業(株)) 50質量部
帯電制御剤:「TN−105」(保土谷化学工業(株)) 1質量部
離型剤:カルナバワックス粉末「TOWAX−171」(東亜化成(株)) 3質量部
これらの材料を合計30kgになるように計量し、ヘンシェルミキサー150Lで混合した。得られた混合粉体を、2軸押出機(スクリュウ径43mm、L/D=34)で溶融混練した後、冷却水の循環したドラムフレーカーで圧延、延伸し、冷却した。冷却後の混練物をロートプレックス(ホソカワミクロン(株)製、2mmスクリーン)で粗砕した。その後、衝突式粉砕機(日本ニューマチック工業UFS−2)・風力分級機(日本ニューマチック工業UFC−2)にて、トナーの体積平均粒径d50が20μmになるように粉砕および分級を行い、白色微粒子(トナー母体粒子)を得た。粒径・粒度分布の測定は、シスメックス社製の湿式フロー式粒子径・形状分析装置FPIA−3000を用いて行った。
得られた白色微粒子100質量部に外添剤として、「RY50」(日本アエロジル社製:疎水性シリカ、1次粒子径40nm)を2.5質量部、「TG−810G」(キャボット製:疎水性シリカ、1次粒子径7nm)を0.8質量部、「TG-C190」(キャボット製:疎水性シリカ、1次粒子径115nm)を1.3質量部添加し、ヘンシェルミキサーで混合を行った後、篩を行い実施例1の白色トナーを得た。
[実施例2]
ルチル型酸化チタン「R−820」の配合量を55質量部に変更し、トナーの体積平均粒径d50を21μmに変更した以外は、実施例1と同様にして白色トナーを製造した。
[実施例3]
ルチル型酸化チタン「R−820」の配合量を60質量部に変更し、トナーの体積平均粒径d50を22μmに変更した以外は、実施例1と同様にして白色トナーを製造した。
[実施例4]
ルチル型酸化チタン「R−820」の配合量を65質量部に変更し、トナーの体積平均粒径d50を23μmに変更した以外は、実施例1と同様にして白色トナーを製造した。
[実施例5]
ルチル型酸化チタン「R−820」の配合量を70質量部に変更した以外は、実施例1と同様にして白色トナーを製造した。
[実施例6]
ルチル型酸化チタン「R−820」50質量部の代わりにルチル型酸化チタン「CR−50」(石原産業(株))60質量部を使用した以外は、実施例1と同様にして白色トナーを製造した。
[実施例7]
ルチル型酸化チタン「R−820」50質量部の代わりにルチル型酸化チタン「PF−736」(石原産業(株))60質量部を使用した以外は、実施例1と同様にして白色トナーを製造した。
[実施例8]
ルチル型酸化チタン「R−820」50質量部の代わりにルチル型酸化チタン「JR−301」(テイカ(株))60質量部を使用した以外は、実施例1と同様にして白色トナーを製造した。
[実施例9]
ルチル型酸化チタン「R−820」50質量部の代わりにルチル型酸化チタン「JR−603」(テイカ(株))60質量部を使用した以外は、実施例1と同様にして白色トナーを製造した。
[実施例10]
ルチル型酸化チタン「R−820」50質量部の代わりにルチル型酸化チタン「JR−805」(テイカ(株))60質量部を使用した以外は、実施例1と同様にして白色トナーを製造した。
[実施例11]
ルチル型酸化チタン「R−820」の配合量を65質量部に変更し、トナーの体積平均粒径d50を15μmに変更した以外は、実施例1と同様にして白色トナーを製造した。
[実施例12]
ルチル型酸化チタン「R−820」の配合量を65質量部に変更した以外は、実施例1と同様にして白色トナーを製造した。
[実施例13]
ルチル型酸化チタン「R−820」の配合量を65質量部に変更し、トナーの体積平均粒径d50を25μmに変更した以外は、実施例1と同様にして白色トナーを製造した。
[比較例1]
ルチル型酸化チタン「R−820」の配合量を65質量部に変更し、トナーの体積平均粒径d50を10μmに変更した以外は、実施例1と同様にして白色トナーを製造した。
[比較例2]
ルチル型酸化チタン「R−820」の配合量を65質量部に変更し、トナーの体積平均粒径d50を30μmに変更した以外は、実施例1と同様にして白色トナーを製造した。
[比較例3]
ルチル型酸化チタン「R−820」の配合量を40質量部に変更した以外は、実施例1と同様にして白色トナーを製造した。
[比較例4]
ルチル型酸化チタン「R−820」の配合量を80質量部に変更した以外は、実施例1と同様にして白色トナーを製造した。
[比較例5]
ルチル型酸化チタン「R−820」50質量部の代わりにアナターゼ型酸化チタン「JA−1」(テイカ(株))65質量部を使用した以外は、実施例1と同様にして白色トナーを製造した。
[比較例6]
ルチル型酸化チタン「R−820」50質量部の代わりにアナターゼ型酸化チタン「JA−1」(テイカ(株))70質量部を使用した以外は、実施例1と同様にして白色トナーを製造した。
[比較例7]
ルチル型酸化チタン「R−820」50質量部の代わりにアナターゼ型酸化チタン「JA−1」(テイカ(株))80質量部を使用した以外は、実施例1と同様にして白色トナーを製造した。
[比較例8]
ルチル型酸化チタン「R−820」50質量部の代わりにアナターゼ型酸化チタン「TA−300」(富士チタン工業(株))70質量部を使用した以外は、実施例1と同様にして白色トナーを製造した。
[比較例9]
ルチル型酸化チタン「R−820」50質量部の代わりにアナターゼ型酸化チタン「TA−500」(富士チタン工業(株))70質量部を使用した以外は、実施例1と同様にして白色トナーを製造した。
2.評価方法および評価基準
2−1.隠蔽性の評価
「SPEEDIA−GE5000」(カシオ計算機(株)製:カラープリンタ毎分32枚機)にトナーを実装し、白紙(XEROX−P紙A4サイズ、坪量64g/m2)と黒紙(DELETER−薄口A4サイズ、坪量70g/m2)のそれぞれに、印字先端から1/4の範囲に100%ベタ画像印字を行った。
得られたベタ画像印字部を、X−Rite939(X−Rite社製)を用いて光源D65°で測定し、三刺激値Yを計測した。白紙の三刺激値YをYWとし、黒紙の三刺激値YをYBとし、下記の式で隠蔽率を算出した。
隠蔽率(%)=(YB/YW)×100
JIS規格K5600−4−1に準拠して計算を行った。
算出された隠蔽率を以下の基準で評価した。
◎:70%以上
〇:60%以上70%未満
×:60%未満
2−2.白色トナー層の厚さの測定
「SPEEDIA−GE5000」(カシオ計算機(株)製:カラープリンタ毎分32枚機)にトナーを実装し、厚紙モード(印刷速度22枚/分、定着温度175℃)で印刷を行った。
得られた印刷物の印刷部分の厚さL(μm)と非印刷部分の厚さL0(μm)を、(株)ミツトヨ製の高精度デジマチックマイクロメータMDH−25Mを用いて測定した。白色トナー層の厚さLw(μm)を下記の式で算出した。
白色トナー層の厚さLw(μm)=L(μm)− L0(μm)
2−3.定着性の評価
「SPEEDIA−GE5000」(カシオ計算機(株)製:カラープリンタ毎分32枚機)にトナーを実装し、厚紙モード(印刷速度22枚/分、定着温度175℃)で黒紙(DELETER−薄口A4サイズ、坪量70g/m2)に印刷を行った。
得られた印刷物の印刷部分に粘着テープ「メンディングテープ」(住友スリーエム(株)製、幅18mm)を貼り付け、テープ貼付前の印刷部とテープ剥離後の印刷部を、反射分光濃度計X−Rite939(X−Rite社製)を用いて光源D65°で測定し、明度L*値を計測した。テープ貼付前の明度をL*aとし、テープ剥離後の明度をL*bとし、下記の式で「明度L*値の比(%)」を算出した。
明度L*値の比(%)=(L*b/L*a)×100
算出された明度L*値の比(%)に基づいて、以下の基準で定着性を評価した。
◎:90%以上
〇:80%以上90%未満
×:80%未満
2−4.かぶりの評価
「SPEEDIA−GE5000」(カシオ計算機(株)製:カラープリンタ毎分32枚機)にトナーを実装し、厚紙モード(印刷速度22枚/分、定着温度175℃)で黒紙(DELETER−薄口A4サイズ、坪量70g/m2)に印刷を行った。
印刷前の非印刷部(黒色部)と印刷後の非印刷部(黒色部)を、反射分光濃度計X−Rite939(X−Rite社製)を用いて光源D65°で測定し、明度L*値を計測した。明度L*値は、かぶりが悪化すると非印刷部(黒色部)に白色トナーが付着して増大する。印刷前の明度をL*aとし、印刷後の明度をL*bとし、下記の式で「明度L*値の差」を算出した。
明度L*値の差=(L*b − L*a
算出された明度L*値の差に基づいて、以下の基準でかぶりを評価した。
◎:0.3未満
○:0.3以上0.5未満
×:0.5以上
2−5.総合評価
隠蔽性、定着性、およびかぶりの評価結果のなかで、最も低い評価結果を総合評価とした。すなわち、隠蔽率、定着性、およびかぶりの評価結果の何れか一つが×である場合、総合評価は×とした。
3.評価結果
隠蔽性の評価結果、定着性の評価結果、かぶりの評価結果、白色トナー層の厚さの測定結果、および総合評価の結果を、下記表3に示す。
実施例1〜13の白色トナーでは、白色顔料としてルチル型酸化チタンを結着樹脂100質量部に対して50〜70質量部の配合量で使用し、トナー粒子の体積平均粒径d50を15〜25μmとしたところ、定着性およびかぶりについて高い評価が得られるとともに、実用性のある隠蔽率を実現することができた。
一方、比較例1の白色トナーでは、粒径が小さいため、かぶりの評価は高いが、紙上に形成されたトナー層の厚さが薄く、必要な隠蔽率を確保することができなかった。また、比較例2の白色トナーでは、粒径が大きいため、かぶりの評価が著しく低下した。
比較例3の白色トナーでは、ルチル型酸化チタンの配合量が少ないため、必要な隠蔽率を確保することができなかった。また、比較例4の白色トナーでは、ルチル型酸化チタンの配合量が多いため、定着性およびかぶりの評価が低下した。
比較例5〜9の白色トナーでは、白色顔料としてアナターゼ型酸化チタンを使用した。比較例5〜7では、配合量を増大させて隠蔽率を高めると、定着性およびかぶりの評価が低下してしまい、いずれの場合も、隠蔽性の評価と定着性やかぶりの評価とを両立させることができなかった。比較例8および9では、比較例5〜7とは異なるアナターゼ型酸化チタンを使用したが、隠蔽性、定着性、かぶりの何れについても低い評価しか得られなかった。
これらの結果は、白色トナーが、結着樹脂100重量部に対して45〜75質量部のルチル型酸化チタンを含み、15〜25μmの体積平均粒径d50を有することにより、良好な帯電性および定着性と、高い隠蔽率を達成できることを示す。
以下に、出願当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
[1] 結着樹脂と、前記結着樹脂100質量部に対して45〜75質量部のルチル型酸化チタンとを含み、15〜25μmの体積平均粒径d50を有する、電子写真用白色トナー。
[2] 前記ルチル型酸化チタンが、前記結着樹脂100質量部に対して50〜70質量部の量で含まれる[1]に記載の電子写真用白色トナー。
[3] 前記ルチル型酸化チタンが、前記結着樹脂100質量部に対して60〜65質量部の量で含まれる[2]に記載の電子写真用白色トナー。
[4] 前記電子写真用白色トナーが、20〜23μmの体積平均粒径d50を有する[1]〜[3]の何れか1に記載の電子写真用白色トナー。
[5] 前記結着樹脂が、非晶性ポリエステル樹脂である[1]〜[4]の何れか1に記載の電子写真用白色トナー。
[6] [1]〜[5]の何れか1に記載の電子写真用白色トナーを用いて、20〜50μmの層厚を有する白色トナー層を形成することを含む画像形成方法。

Claims (6)

  1. 結着樹脂と、前記結着樹脂100質量部に対して45〜75質量部のルチル型酸化チタンとを含み、15〜25μmの体積平均粒径d50を有する、電子写真用白色トナー。
  2. 前記ルチル型酸化チタンが、前記結着樹脂100質量部に対して50〜70質量部の量で含まれる請求項1に記載の電子写真用白色トナー。
  3. 前記ルチル型酸化チタンが、前記結着樹脂100質量部に対して60〜65質量部の量で含まれる請求項2に記載の電子写真用白色トナー。
  4. 前記電子写真用白色トナーが、20〜23μmの体積平均粒径d50を有する請求項1〜3の何れか1項に記載の電子写真用白色トナー。
  5. 前記結着樹脂が、非晶性ポリエステル樹脂である請求項1〜4の何れか1項に記載の電子写真用白色トナー。
  6. 請求項1〜5の何れか1項に記載の電子写真用白色トナーを用いて、20〜50μmの層厚を有する白色トナー層を印刷媒体上に形成することを含む画像形成方法。
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