JP3778955B2 - 静電荷像現像用トナー - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は、静電荷像現像用トナーに関する。更に詳しくは、熱ロール定着に際して定着特性に優れた乾式トナーに関する。
【0002】
【従来の技術】
トナー像を定着する方法の一つである熱ロール定着法では、ローラー表面にトナーが転写してしまう、いわゆる、オフセット現象が生じることがあってはならない。また一方で、なるべく低い温度で容易に定着することが望まれる。そこで、トナーの主要成分であるバインダー樹脂には低温で速やかに溶融し変形すること、そして溶融時に溶融トナーが凝集性を示すことが必要である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
従来からバインダー樹脂として使用される重合体の分子量及び分子量分布について多くの提案がなされている。例えば、特開昭56−16144号公報においては分子量が103 〜8×104 及び105 〜8×106 の各々の領域に少なくとも1つの極大値をもつバインダー樹脂を使用することが提案されている。しかしながら、上記公報によるトナーは確かに現像器内での耐衝撃性や流動性等についてはある程度の効果が得られるものの、転写材への定着性特に耐オフセット性については未だ満足のいく結果が得られていない。また、数平均分子量が1000〜4000の低温融解、高流動性樹脂を50〜95重量%含有するトナーが提案されているが(特公昭59−107360号公報)、耐オフセット性、耐ブロッキング性になお問題を残している。また、多官能重縮合体をビニルモノマーに溶解した後水中に分散して重合するか、各々単独に重縮合または重合した上記2種類の樹脂を共通溶剤に溶解した後、溶液を混合し溶剤を蒸散せしめるという方法は、多官能性重縮合体の溶解性に疑問があり、部分溶解が可能としても完全均一混合体とはなりえない。また、溶剤蒸散過程における上記2種類の樹脂の相分離は避けられない。
【0004】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、定着特性(低温定着性、定着温度、耐オフセット性)に優れたトナーを提供すべく鋭意検討の結果、ガラス転移点が40℃以上で80℃以下であり、70℃において50mm/minの引張り速度で試験したときの引張り降伏応力が1(kg/mm2 )以下であり、テトラヒドロフラン可溶分が60%以上であり、かつこの可溶分の重量平均分子量が1×10 4 以上で5×10 6 以下であり、重量平均分子量/数平均分子量の比が10以上であるポリマーをバインダー樹脂として用いることにより、上記問題を解決できることを見いだした。
本発明のポリマーの降伏応力の測定は、以下の条件にて行った。
【0005】
【表1】
(測定方法)
射出成型機:0.10z射出成型機
引張り試験機:500kgインテスコ
引張り試験片は、図1の様なチャック間25mm、幅6mm×厚さ2mm×長さ25mmのダンベル片に成型した。
【0006】
以上の様に成型したサンプルを引張り試験機で引張り試験を行った。室温(23℃)における引張り試験は、2.5mm/min、70℃においては50mm/minの引張り速度で試験した。尚、その他の測定法はJIS K7113の規定に準じて行った。
本発明のポリマーのTHF可溶分の測定は、トナーをテトラヒドロフラン(THF)溶液に均一分散・溶解させ、その後セライトで緻密な濾層を作成したブフナー型ロートで吸引濾過によりTHF可溶分を取り除いた量を測定する。
【0007】
ポリマーのMw,Mnは濾過したTHF可溶分をGPC(ガスクロマトグラフィー)法で測定し、数種の単分散ポリスチレン標準試料により作製された検量線から分子量を求める。
ポリマーのガラス転移温度(Tg)は、示差熱分析計(島津製作所社製DTA−40)において、昇温速度10℃/分の条件で測定した曲線の転移(変曲)開始部に接線を引き、その交点の温度をガラス転移温度とする。
【0008】
定着を効率的に行うためには定着の初期過程におけるトナーの軟化および合一が重要である。トナーの軟化および合一が速やかに行われることにより、定着ローラーからトナーへの熱伝導効率の上昇および被着体への拡がりが生じ、堅固な定着となる。この為なるべく低温で変形することが必要である。しかしながら、このようなトナーを設計するためにTgの低いポリマーをバインダーとして用いると保存時にトナーが固結しやすくなる。この為バインダーポリマーのTgをむやみに下げることはできない。鋭意検討の結果バインダーポリマーのTgが低すぎると保存時に固結し易く、ホットオフセットが発生しやすい事が判明した。また、Tgが高すぎると定着不良が生じ、好ましくない。Tgは40〜80℃、好ましくは50〜70℃がよい。一方、定着性は定着初期過程におけるトナーの変形のし易さに依存する。本発明者らは、Tg近傍におけるバインダーポリマーの応力−ひずみ曲線を調べた結果、70℃における降伏応力が1kg/mm2 以下、好ましくは1×10-2kg/mm2 以上であるポリマーをバインダーとすると定着性を示すことを見いだした。
【0009】
本発明で用いられるバインダー樹脂としてのポリマーは、スチレン系樹脂、ポリエステル系樹脂、エポキシ系樹脂等通常トナーに用いられるバインダー用ポリマーから上記条件を有するものを選択し適用することが出来る。尚、ポリマー単独として、上記条件を有するものを用いてもよいが、ポリマーを混合してバインダー樹脂とし、混合ポリマー全体として上記条件を満たすものを用いることも好ましい。
【0010】
これらのポリマーのモノマー成分としてソフトセグメントを含有したものはさらに良い性能を示し、好ましい。
ソフトセグメントとしては、例えばポリブタジエンブロック、ポリイソプレンブロック、ポリエチレンブロック、ポリブチレンブロック、ポリエーテルブロック等の長鎖アルキル含有モノマー等のポリマーに可とう性を与える柔軟性成分が挙げられる。
【0011】
又、ポリマーのTHF可溶分が60%以上で、かつ可溶分の重量平均分子量(以下「Mw」と略す)が1×104 以上、重量平均分子量/数平均分子量の比(以下「Mw/Mn」と略す)が10以上であることが好ましい。
更には、ポリマーのTHF可溶分が70%で、かつMwが1×104 〜1×106 の範囲が特に好ましい。
【0012】
不溶分もしくはMwが大きすぎると定着不良が生じ、Mw、Mw/Mnが小さすぎると、トナーが固結しやすく、また定着時のホットオフセットが発生しやすくなる。
着色剤としては、公知のトナーに使用されている各種の着色剤を制限なく使用することが出来る。具体的には、カーボンブラック、ニグロシン、ベンジジンイエロー、キナクリドン、ローダミンB、フタロシアニンブルー等が挙げられる。着色剤の使用割合は、バインダー100重量部当り、通常0.1〜30重量部、好ましくは0.5〜10重量部の範囲である。
【0013】
本発明において、トナーの帯電制御は、バインダー樹脂や着色剤自体で行ってもよいが、必要に応じて公知の帯電制御剤を使用することも出来る。正帯電制御剤としては、例えば、4級アンモニウム塩、ニグロシン染料、トリフェニルメタン系染料、スチレン−アミノアクリレート共重合体、ポリアミン樹脂が挙げられ、負帯電制御剤としては、金属キレート類、合金染料、アルキルサリチル酸の金属塩等が挙げられる。帯電制御剤は、バインダー樹脂中に混合添加して用いても、トナー粒子表面に付着させて用いてもよい。
【0014】
帯電制御剤の使用量は、バインダー樹脂の帯電性、着色剤の添加量や分散方法を含めたトナーの製造方法、その他の添加剤の帯電性等の条件を考慮した上で決定されるが、通常、バインダー樹脂100重量部当たり、0.1〜10重量部の範囲が適当である。
【0015】
本発明においては、各種のトナー特性付与剤を使用することが出来る。例えば、オフセット防止のためには、ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックスが使用され、トナーの電気的性質を制御するためには、固体電解質、高分子電解質、電荷移動錯体、酸化スズ等の金属酸化物等の導電体、その他、半導体、強誘電体が使用される。また、トナーの熱特性、物理特性等を調整するためには、チタニア、アルミナ、シリカ等が使用される。これらのトナー特性付与剤は、通常、トナー100重量部当り0.1〜10重量部の範囲で使用される。
【0016】
また、本発明においては、上記のトナー特性付与剤の他に、現像機構上の必要に応じて、トナー中に磁性体の微粉末を含有させることが出来る。磁性体としては、フェライトおよびマグネタイトを始め、鉄、コバルト、ニッケル等の強磁性元素を含む合金もしくは化合物が挙げられる。また、強磁性元素を含まないが適当な熱処理によって強磁性を示す合金、例えば、Mn−Cu−Al,Mn−Cu−Sn等のマンガンと銅とを含むいわゆるホイスラー合金または二酸化クロム等の金属酸化物を挙げることが出来る。
【0017】
上記の磁性体は、平均粒径0.3μmの粒径で使用され、通常、バインダー樹脂中に均一に分散させて使用される。磁性体の使用量は、バインダー樹脂100重量部当り、通常は20〜70重量部、好ましくは40〜70重量部の範囲から選択される。
本発明の静電荷像現像用トナーは、例えば、次のような一般的製造法に従って製造することが出来る。
【0018】
まず、バインダー樹脂、着色剤、必要に応じて使用される帯電制御剤等を均一に分散混合する。分散混合は、ボールミル、V型混合機、S型混合機、ヘンシェルミキサー等を用いて行うことが出来る。次いで、上記混合物を二軸押出機、加圧ニーダー等で溶融混練した後冷却し、ハンマーミル、ジェットミル、ボールミル等の粉砕機で粉砕する。得られた粉体を風力分級機等で分級処理してトナーとする。トナーの粒径は1〜20μmである。
【0019】
本発明の静電荷像現像用トナーは、1成分現像剤または2成分現像剤の何れにも使用出来る。2成分現像剤として使用する場合のキャリアとしては、鉄粉系キャリア、フェライト系キャリア、磁性体コア粒子の表面を樹脂被覆したコートキャリア等の公知の各種のキャリアを使用することが出来る。そして、キャリアの使用量は、トナー1重量部当り10〜100重量部の範囲から選択するのが好ましい。
【0020】
【実施例】
以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明は、その要旨を越えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。なお、実施例中の「部」は、「重量部」を表す。
【0021】
(実施例1)
Tgが56℃で、70℃における降伏応力が8.6×10-2(kg/mm2 )、THF可溶分70%、THF可溶分のMw=6.5×104 、Mw/Mn=29.3である架橋ポリエステル樹脂100部、ポリプロピレンワックス(三洋化成(株)製「ビスコール550P」3部、カーボンブラック(三菱化成(株)製「MA−100」6部、ニグロシン染料(オリエント化学製「ボントロンN−04」)2.0部を分散混合した後、二軸押出機を用いて溶融混練した。冷却後、ハンマーミルにより粗粉砕し、ついで、超高速ジェットミル粉砕機にて微粉砕した。得られた粉体を風力分級機で分級し、平均粒径10.3μmのトナーを得た。
【0022】
(実施例2)
Tgが61℃で、70℃における降伏応力が6.0×10-1(kg/mm2 )、THF可溶分100%、THF可溶分のMw=1.6×105 、Mw/Mn=52.3である非架橋スチレン−アクリル樹脂を用いる以外は実施例1と同様にして平均粒径10.3μmのトナーを得た。
【0023】
(実施例3)
Tgが64℃で、70℃における降伏応力が9.0×10-1(kg/mm2 )、THF可溶分80%、THF可溶分のMw=1.4×105 、Mw/Mn=16.8である架橋スチレン−アクリル樹脂を用いる以外は実施例1と同様にして平均粒径10.3μmのトナーを得た。
【0024】
(実施例4)
Tgが58℃で、70℃における降伏応力が8.0×10-2(kg/mm2 )、THF可溶分80%、THF可溶分のMw=9.3×104 、Mw/Mn=30.3であり、かつソフトセグメントとして下記構造式で示される
【0025】
【化1】
【0026】
モノマー成分を5モル%含有する架橋ポリエステルを用いる以外は実施例1と同様にして平均粒径10.3μmのトナーを得た。
【0027】
(比較例1)
Tgが56℃で、70℃における降伏応力が1.4(kg/mm2 )、THF可溶分51%、THF可溶分のMw=8.1×104 、Mw/Mn=16.3である架橋ポリエステル樹脂を用いる以外は実施例1と同様にして平均粒径10.3μmのトナーを得た。
【0028】
(比較例2)
Tgが56℃で、70℃における降伏応力が1.8(kg/mm2 )、THF可溶分100%、THF可溶分のMw=7.3×105 、Mw/Mn=11.3である非架橋スチレン−アクリル樹脂を用いる以外は実施例1と同様にして平均粒径10.3μmのトナーを得た。
【0029】
(比較例3)
Tgが56℃で、70℃における降伏応力が2.0(kg/mm2 )、THF可溶分80%、THF可溶分のMw=9.0×105 、Mw/Mn=29.9である架橋スチレン−アクリル樹脂を用いる以外は実施例1と同様にして平均粒径10.3μmのトナーを得た。
上記の各トナーと平均粒径50〜80μmのフェライトキャリアを混合してトナー濃度4%の現像剤とし、定着下限温度、高温オフセット発生温度のテストを行い、その結果を表に示す。なお、上記の各テストは次の方法で行った。
【0030】
(定着下限温度、高温オフセット発生温度)
ロール回転数が400mm/sの定着機を用い、ロール温度を変えながら現像未定着試料を通紙する。定着トナーが剥離しない最も低い温度を定着下限温度とし、ローラーにオフセット付着するトナーが発生する温度を高温オフセット発生温度とした。
【0031】
【表2】
【0032】
【発明の効果】
以上説明した本発明によれば、定着特性(低温定着性、耐オフセット性)に優れた静電荷像現像用トナーが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 降伏応力測定用の引張り試験片を示す図
Claims (4)
- 少なくとも着色剤とバインダー樹脂とから成り、このバインダー樹脂のガラス転移点が40℃以上で80℃以下であり、70℃において50mm/minの引張り速度で試験したときの引張り降伏応力が1(kg/mm2 )以下であり、テトラヒドロフラン可溶分が60%以上であり、かつこの可溶分の重量平均分子量が1×104 以上で5×106 以下であり、重量平均分子量/数平均分子量の比が10以上であることを特徴とする、圧力下に加熱して定着させるための静電荷像現像用トナー。
- バインダー樹脂が、ソフトセグメントをモノマー成分の一部とするものであることを特徴とする請求項1に記載の静電荷像現像用トナー。
- 二成分系静電荷像現像剤用であることを特徴とする請求項1又は2に記載の静電荷像現像用トナー。
- 熱ロール定着用であることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の静電荷像現像用トナー。
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