JP4095156B2

JP4095156B2 - 電子写真用トナー

Info

Publication number: JP4095156B2
Application number: JP10046998A
Authority: JP
Inventors: 成喜高柳
Original assignee: Tomoegawa Paper Co Ltd
Current assignee: Tomoegawa Co Ltd
Priority date: 1998-03-27
Filing date: 1998-03-27
Publication date: 2008-06-04
Anticipated expiration: 2018-03-27
Also published as: JPH11282197A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機やプリンタ等の電子写真技術を用いた画像形成装置に現像剤として適用される電子写真用トナーに係り、特に、キャリアと混合されて二成分現像剤を構成するトナーとして好適な電子写真用トナーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記二成分現像剤は、実際に記録シート上に転写・定着されるトナーに、フェライト粉、鉄粉等のキャリアが混合されてなるもので、キャリアは、現像過程において感光体上の静電潜像にトナーを吸着させる現像スリーブ等の磁石に、トナーを磁気的に担持させる際の仲介機能を果たす。トナーとキャリアは、現像剤収容器中において十分混合されることにより、摩擦帯電で互いに逆極性の電荷を持って互いに吸着しており、現像後は、トナーのみが現像剤収容器中に戻るようになされている。トナーは、一般に結着樹脂および着色剤を主成分としており、他に、極性（正帯電か負帯電）を付与するための帯電制御剤や、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、定着用熱ロールとトナーとの離型性を確保するための離型剤等が添加されている。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、最終的にトナーとして供される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来のトナーにあっては、キャリアとの混合過程等において熱的負荷あるいは機械的負荷を受けて過剰に粉砕され、その過粉砕されたトナーがキャリアに融着する現象、いわゆるスペントが発生していた。このスペントは、過粉砕により微細なトナー粒子が増大するとともにその比表面積が増大し、キャリアとの電気的吸着あるいは摩擦熱による吸着の度合いが高まることにより起こると推察されている。このようにしてスペントが発生すると、トナーの耐久性が劣化し、その結果として、画像定着後の記録シート上に発生するカブリが悪化してしまうといった画像欠陥が発生していた。
したがって本発明は、トナー粒子の過粉砕により発生するトナーとキャリアとの融着を防ぐといった耐スペント性に優れ、もってカブリの悪化による画像欠陥が効果的に防止されてトナーの耐久性の向上が図られる電子写真用トナーを提供することを目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
トナーは、いわゆるガラス転移温度に達すると、主成分である結着樹脂の分子が熱運動を開始する。ガラス転移点は、結着樹脂の種類によって若干異なるものの、概ね６０℃とされており、したがってこの６０℃以上におけるトナーの機械的性質が、粉砕されるか否かに関わってくる。本発明者は、その機械的性質の指標として、トナーの特性上重要な動的粘弾性の１つを表す貯蔵弾性率［Ｇ’］と損失弾性率［Ｇ”］との比率：損失正接ｔａｎδ［Ｇ”／Ｇ’］に着目して鋭意研究を重ねた結果、この損失正接ｔａｎδ［Ｇ”₆₀／Ｇ’₆₀］がガラス転移温度の６０℃において０．５以下、好ましくは０．４以下、さらに好ましくは０．１以下を示すトナーが、過粉砕が抑制されて耐スペント性に優れることを見い出した。なお、貯蔵弾性率Ｇ’は、ある温度において角周波数ωとの関数でトナーを測定した際、そのトナーの粘弾性関数の弾性項として表され、その温度におけるそのトナー（主に結着樹脂）の弾性の度合いを意味するものである。また、損失弾性率Ｇ”は、ある温度において角周波数ωとの関数でトナーを測定した際、そのトナーの粘弾性関数の粘性項として表され、その温度におけるそのトナー（主に結着樹脂）の粘性の度合いを意味するものである。
【０００５】
本発明は上記知見に基づいてなされたものであり、結着樹脂と着色剤とを主成分とする電子写真用トナーであって、６０℃、１Ｈｚで測定した動的粘弾性特性の貯蔵弾性率［Ｇ’_６０］と損失弾性率［Ｇ”_６０］との比率：損失正接ｔａｎδ［Ｇ”_６０／Ｇ’_６０］が０．５以下であり、上記結着樹脂は、ポリプロピレンワックス及びフィッシャートロプシュワックスを予め内添していることを特徴としている。本発明では、貯蔵弾性率［Ｇ’］および損失弾性率［Ｇ”］を、例えば材料の混練時に制御することにより、６０℃、１Ｈｚで測定した損失正接ｔａｎδ［Ｇ”_６０／Ｇ’_６０］を０．５以下に制御することができる。また、低軟化物質をトナー中に含有させ、その含有量により損失正接ｔａｎδ［Ｇ”／Ｇ’］を制御することもできる。本発明のトナーは、損失正接ｔａｎδ［Ｇ”_６０／Ｇ’_６０］が０．５を上限としているが、さらに０．４以下、さらに好ましくは０．１以下であれば、本発明の効果がより一層発揮されるので好ましい。損失正接ｔａｎδ［Ｇ”_６０／Ｇ’_６０］が０．５より大きい場合は、トナーが粉砕されてトナーの超微粉がキャリア表面に付着（電気的スペント）し、カブリが生じて画質の低下や現像剤の寿命低下が起こる。なお、トナーの貯蔵弾性率［Ｇ’］および損失弾性率［Ｇ”］は、例えばキャリメ社製ＣＳＬレオーターを使用して測定することができ、測定条件としては、例えば、プレート：パラレルプレート（直径２ｃｍ）、ギャップ：１ｍｍ、温度：５０〜１５０℃、周波数：１Ｈｚが適用される。
【０００６】
また、本発明では、損失正接ｔａｎδ［Ｇ”／Ｇ’］の極大値が、７０〜９０℃の範囲内にあることを特徴としている。損失正接ｔａｎδ［Ｇ”／Ｇ’］の極大値が７０℃より低い場合は、複写機等の本発明トナーが適用される画像形成装置の設置された環境依存性が大きく、トナーの保存性が悪化しやすい。また、９０℃より高い場合は、トナーが粉砕され、トナーの超微粉がキャリア表面に付着し、カブリが生じて画質の低下や現像剤の寿命低下が起こりやすく、さらに、用紙等の転写媒体へのトナーの定着性が悪化して低温オフセットが発生しやすくなる。
【０００７】
損失正接ｔａｎδ［Ｇ”／Ｇ’］の極大値については、低軟化物質をトナー中に含有させ、その含有量により制御することができる。この場合、結着樹脂中に低軟化物質を内添させたものを使用することが、損失正接ｔａｎδ［Ｇ”／Ｇ’］の極大値が７０〜９０℃になりやすいので好ましい。
【０００８】
さて、本発明のトナーを構成する好適な材料は、次の通りである。
（１）主成分
＜結着樹脂＞
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、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、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、メタクリル酸グリシジル、アクリロニトリル、マレイン酸、マレイン酸エステル、塩化ビニル、酢酸ビニル、安息香酸ビニル、ビニルメチルケトン、ビニルヘキシルケトン、ビニルメチルエーテル、ビニルイソブチルエーテル等のビニル系単量体を単独重合したもの、または共重合したスチレン系樹脂、アクリル系樹脂等のビニル系樹脂や、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂等が用いられる。
【０００９】
＜着色剤＞
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１００重量部に対して１〜２０重量部程度の割合で含有される。
【００１０】
（２）その他に添加される材料
本発明のトナーは、上記結着樹脂および着色剤を主成分とするものであるが、これらの他に、以下の材料が適宜に添加される。
＜低軟化物質＞
低軟化物質は、前記動的粘弾性特性の制御とともに、トナーの溶融開始温度を低下させることにより低温定着性を良好にするため等の目的で添加され、合成ワックス、石油系ワックス等が用いられる。合成ワックスとしては、ポリプロピレンワックス、フィッシャートロプシュワックス等が挙げられ、石油系のワックスとしては、パラフィンワックス、マイクロワックス、ペトロタム等が挙げられる。また、その他のワックスとしては、カルナウバワックス、ライスワックス、キャンデリラワックス等の天然ワックス、油脂系合成ワックス等が用いられる。
＜離型剤＞
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。
上記低軟化物質等の含有方法としては、材料を混合する段階で低軟化物質を他の材料とともに混合させる他に、予め低軟化物質が埋め込まれて内添された結着樹脂を用いる方法を採用することができる。
【００１１】
このような低軟化物質が内添された結着樹脂を用いることにより、低軟化物質がトナー粒子から離脱することを防止することができ、その結果、キャリア表面への低軟化物質のスペントを防止することができる。また、結着樹脂の硬度が向上するため、キャリア表面へのトナー粒子のスペントを防止することができる。
【００１２】
＜帯電制御剤＞
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。
＜外添剤＞
外添剤は、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に添加され、シリカ、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が用いられる。外添剤は、上記主成分１００重量部に対して０．３〜３重量部程度の割合で添加される。また、外添剤による主成分の表面処理を行うにあたっては、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、主成分と外添剤とを混合して攪拌する等の方法が挙げられる。
【００１３】
本発明のトナーは、外添剤を除く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粉体に製造された後、この粉体に上記外添剤が混合されて製造される。このように製造された本発明のトナーは、フェライト粉や鉄粉等からなるキャリアと混合されて二成分系現像剤とされるか、もしくは、磁性体が含有されて一成分系現像剤とされて使用される。なお、一成分現像剤として使用した場合は、トナー粒子の現像スリーブ等への融着が防止され、カブリ等のない優れた品質の画像をえることができ、かつ現像器の長寿命化が可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、下記に示す実施例および比較例により、本発明の効果をより明らかにする。
［実施例１］
・結着樹脂８９．０重量％
この結着樹脂８９．０重量％は、三洋化成社製のスチレン−アクリル酸エステル共重合体樹脂（商品名：ハイマーＳＢ−３０５）８１．７重量％に、低軟化物質として、三洋化成社製のポリプロピレンワックス（商品名：ハイマーＴＰ−３２）４．３重量％およびＳｈｅｌｌＭＤＳ社製のフィッシャートロプシュワックス（商品名：ＦＴ−１００）３．０重量％を内添したものである。
・着色剤：カーボンブラック５．５重量％
（キャボット社製、商品名：Ｒｅｇａｌ３３０Ｒ）
・帯電制御剤：アゾ系含金属錯体０．５重量％
（保土谷化学社製、商品名：Ｔ−４−４８）
・磁性粉：マグネタイト粉５．０重量％
（戸田工業社製、商品名：ＥＰＴ−１０００ＨＤＨ）
【００１５】
［比較例１］
・結着樹脂：スチレン−アクリル酸エステル共重合体樹脂８１．７重量％
（三洋化成社製、商品名：ハイマーＳＢ−３０５）
・低軟化物質：ポリプロピレンワックス４．３重量％
（三洋化成社製、商品名：ハイマーＴＰ−３２）
・低軟化物質：フィッシャートロプシュワックス３．０重量％
（ＳｈｅｌｌＭＤＳ社、商品名：ＦＴ−１００）
・着色剤：カーボンブラック５．５重量％
（キャボット社製、商品名：Ｒｅｇａｌ３３０Ｒ）
・帯電制御剤：アゾ系含金属錯体０．５重量％
（保土谷化学社製、商品名：Ｔ−４−４８）
・磁性粉：マグネタイト粉５．０重量％
（戸田工業社製、商品名：ＥＰＴ−１０００ＨＤＨ）
【００１６】
［比較例２］
・結着樹脂８６．０重量％
この結着樹脂８６．０重量％は、三洋化成社製のスチレン−アクリル酸エステル共重合体樹脂（商品名：ハイマーＳＢ−３０５）８１．７重量％に、三洋化成社製のポリプロピレンワックス（商品名：ハイマーＴＰ−３２）４．３重量％を内添したものである。
・低軟化物質：フィッシャートロプシュワックス３．０重量％
（ＳｈｅｌｌＭＤＳ社、商品名：ＦＴ−１００）
・着色剤：カーボンブラック５．５重量％
（キャボット社製、商品名：Ｒｅｇａｌ３３０Ｒ）
・帯電制御剤：アゾ系含金属錯体０．５重量％
（保土谷化学社製、商品名：Ｔ−４−４８）
・磁性粉：マグネタイト粉５．０重量％
（戸田工業社製、商品名：ＥＰＴ−１０００ＨＤＨ）
【００１７】
上記実施例１および比較例１，２につき、各材料をスーパーミキサーで混合し、加圧ニーダーにより１２０℃で熱溶融混練して混練物を得た後、その混練物をジェットミルで粉砕してから乾式気流分離機で分級し、平均粒子径１０μｍの粉体を得た。そして、この粉体１００重量部に対し疎水性シリカ（アエロジル社製、商品名：Ｒ９７２）０．５重量部をヘンシェルミキサーで混合することにより、粉体の表面に疎水性シリカを付着させ、実施例１および比較例１，２の材料に基づくトナーを製造した。
【００１８】
次いで、実施例１および比較例１，２のトナーにつき、キャリメ社製ＣＳＬレオーターを使用し、測定条件を、プレート：パラレルプレート（直径２ｃｍ）、ギャップ：１ｍｍ、温度：５０〜１５０℃、周波数：１Ｈｚで、貯蔵弾性率［Ｇ’］および損失弾性率［Ｇ”］を測定し、さらに、損失正接ｔａｎδ［Ｇ”／Ｇ’］を求めた。６０℃、１Ｈｚにおける損失正接ｔａｎδ［Ｇ”₆₀／Ｇ’₆₀］および損失正接ｔａｎδ［Ｇ”／Ｇ’］の極大値は次の通りであり、その測定結果を図１に示す。

【００１９】
次いで、実施例１および比較例１，２のトナーを、複写機（シャープ社製、商品名：ＳＦ−１０１２を反転現像法に改造したもの）に適用して１２０００枚までの連続複写を行い、初期と、中間の６０００枚および１２０００枚後における画像濃度および地肌画像部の画像濃度ならびに５μｍ以下のトナー粒子の含有量を測定した。
【００２０】
画像濃度はベタ画像を反射濃度計（マクベス社製、商品名：ＲＤ−９１４）により測定し、地肌画像部は測色色差計（日本電色工業社製、商品名：ＺＥ２０００）により測定した。５μｍ以下のトナー粒子の含有量は、現像剤中のトナー粒子をコールターカウンターによって測定したものであって、ビーカー内の界面活性剤を含む水溶液中に現像剤を分散させてビーカーの外部から磁石によってキャリアを吸引しながら、液中に分散されたトナー粒子のみを測定した結果である。また、１２０００枚後のスペントは、界面活性剤を含む水で現像剤を洗って電気的にキャリア表面に付着しているトナー粒子を除去した後、水洗後のキャリアを乾燥後、カーボンアナライザー（ＨＯＲＩＢＡ社製、商品名：ＥＭＩＡ−１１０）にて燃焼し、キャリア表面にスペントしていたトナーのカーボン量を測定したものである。
これらの結果を、表１に示す。なお、画像濃度は実用上１．３５以上必要あり、地肌画像部の画像濃度は実用上１．００以下がカブリのないものとして必要である。
【００２１】
【表１】

【００２２】
表１によれば、連続複写に伴う５μｍ以下のトナー粒子の含有量は、実施例１のトナーに比べて比較例１，２のトナーで大幅に増大しており、比較例１，２はトナー粒子の過粉砕による微粉化が顕著であることが推察される。一方、実施例１は比較例１，２に比べてトナーの微粉化は抑えられている。その結果、実施例１では画像濃度およびカブリのいずれも実用上問題ないことが確かめられ、一方、比較例１，２は、いずれも画像濃度に関しては実用上問題はないが、カブリが著しく悪化し画像欠陥が発生することが明らかとなった。また、トナー粒子の過粉砕に伴うスペントの発生も、当然実施例１に比べて比較例１，２が多いことが確かめられた。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の電子写真用トナーによれば、６０℃、１Ｈｚで測定した動的粘弾性特性の貯蔵弾性率［Ｇ’₆₀］と損失弾性率［Ｇ”₆₀］との比率である損失正接ｔａｎδ［Ｇ”₆₀／Ｇ’₆₀］が０．５以下といった物性を有することにより、耐スペント性が大幅に向上し、もってカブリの悪化による画像欠陥が効果的に防止されて耐久性の向上が図られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づく実施例のトナーと実施例に対する比較例のトナーの温度に伴う損失正接ｔａｎδ［Ｇ”／Ｇ’］の変化を表す線図である。

Claims

結着樹脂と着色剤とを主成分とする電子写真用トナーであって、
６０℃、１Ｈｚで測定した動的粘弾性特性の貯蔵弾性率［Ｇ’_６０］と損失弾性率［Ｇ”_６０］との比率である損失正接ｔａｎδ［Ｇ”_６０／Ｇ’_６０］が、０．５以下であり、
上記結着樹脂は、ポリプロピレンワックス及びフィッシャートロプシュワックスを予め内添していることを特徴とする電子写真用トナー。
前記損失正接ｔａｎδ［Ｇ”／Ｇ’］の極大値が、７０〜９０℃の範囲内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。