JP4119519B2

JP4119519B2 - 現像剤

Info

Publication number: JP4119519B2
Application number: JP08364298A
Authority: JP
Inventors: 信男東畑; 幸夫小泉
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba TEC Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba TEC Corp
Priority date: 1998-03-30
Filing date: 1998-03-30
Publication date: 2008-07-16
Anticipated expiration: 2018-03-30
Also published as: JPH11282205A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真方式あるいは静電記録方式等に使用される現像剤及びこれを用いた画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば、静電記録装置では、静電荷像は、結着樹脂、着色材などを含有するトナーを用いて現像される。得られるトナー像は、被転写材に定着される必要がある。この定着方法としては様々な方法が知られている。特に、加熱ローラー定着器等による接触加熱定着方式は、熱効率が高い点で優れており、特に高速定着が可能である点で好ましい。
【０００３】
従来より、接触加熱定着方式により定着可能なトナーを得るために、その結着剤樹脂として、加熱温度で確実にトナーが軟化するための低分子量重合体成分と、加熱ローラにトナーの一部が付着して生じるオフセット現象を防止するための高分子量重合体成分とを使用することが提案されている。例えば特開昭５０−１３４６５２号公報には、スチレン−アクリル系の低分子量重合体と高分子量重合体を混合して用いたトナーが開示されており、また、特開昭５４−１１４２４５号公報には、スチレン−アクリル系の低分子量重合体成分とスチレン−ブタジエン系の高分子量重合体成分を緩和して用いたトナーが開示されている。
【０００４】
トナーに対しては、従来より様々な性能が要求されているが、特に、樹脂の熱特性に係わる要求特性の中で重要なことは、被転写材に定着させたトナーの耐剥離性が高いこと、高温下での保存においても物性の変化が無いことである。しかし現実的にはこの２点は相反する問題であり、例えば支持体への定着を強固なものにするには、より低温で溶融する事が必要であり、トナーのガラス転移温度（以下Ｔｇという）は低いものとすると、高温下での保存に於いてトナーの一部が溶融し、トナーの帯電性が悪化したり、得られた画像にスメアーが発生する等の問題が生じていた。
以上のごとく、従来技術によればトナーの定着性と高温下での保存性の両方を満足することが困難であった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記事情を鑑みてなされたもので、定着性及び保存性の良好な現像剤を提供することを目的とする。
また、本発明は、定着性及び保存性の良好な現像剤を用いることにより、良好な画像が得られる画像形成装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、第１に、その分子量分布のピーク位置が３０００〜８０００の低分子量スチレンアクリル樹脂、及びそのピーク位置が１０００００〜４０００００の高分子量スチレンアクリル樹脂を含み、全体のＴｇが５６〜６４℃であり、前記低分子量スチレンアクリル樹脂及び高分子量スチレンアクリル樹脂のＴｇ吸熱開始温度が各々４５℃以上であり、かつ高分子量スチレンアクリル樹脂のＴｇ吸熱開始温度よりも低分子量スチレンアクリル樹脂のＴｇ吸熱開始温度の方が高いバインダー樹脂と、着色材とを含有するトナーを合む現像剤を提供する。
【０００７】
本発明は、第２に、その分子量分布のピーク位置が３０００〜８０００℃の低分子量スチレンアクリル樹脂、そのピーク位置が４００００〜１０００００の中分子量スチレンアクリル樹脂、及びそのピーク位置が１０００００〜４０００００の高分子量スチレンアクリル樹脂を含み、全体のＴｇが５６〜６４℃であり、前記低分子量スチレンアクリル樹脂及び高分子量スチレンアクリル樹脂のＴｇ吸熱開始温度が各々４５℃以上であるバインダー樹脂と、着色材とを含有するトナーを合む現像剤において、前記低分子量スチレンアクリル樹脂は、バインダー樹脂全量に対し、３０〜７０重量％含まれることを特徴とする現像剤を提供する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明は、バインダー樹脂としてスチレンアクリル樹脂を用いた現像剤の改良に関するもので、その分子量分布のピーク位置が３０００〜８０００の低分子量スチレンアクリル樹脂、及びそのピーク位置が１０００００〜４０００００の高分子量スチレンアクリル樹脂を含み、全体のＴｇが５６〜６４℃であり、前記低分子量スチレンアクリル樹脂及び高分子量スチレンアクリル樹脂のＴｇ吸熱開始温度が各々４５℃以上である。
【００１１】
また、本発明に用いられるより好ましいバインダー樹脂は、その分子量分布のピーク位置が３０００〜８０００の低分子量スチレンアクリル樹脂、そのピーク位置が４００００〜１０００００の中分子量スチレンアクリル樹脂、及びそのピーク位置が１０００００〜４０００００の高分子量スチレンアクリル樹脂を含み、全体のＴｇが５６〜６４℃であり、前記低分子量スチレンアクリル樹脂及び高分子量スチレンアクリル樹脂のＴｇ吸熱開始温度が各々４５℃以上である。
【００１２】
また、本発明の画像形成装置は、上述の現像剤を適用した画像形成装置を提供するもので、像担持体を帯電する帯電手段と、帯電手段にて帯電された像担持体に露光して静電潜像を形成する露光手段と、露光手段にて形成された静電潜像に、その分子量分布のピーク位置が３０００〜８０００の低分子量スチレンアクリル樹脂、及びそのピーク位置が１０００００〜４０００００の高分子量スチレンアクリル樹脂を含み、全体のＴｇが５６〜６４℃であり、低分子量スチレンアクリル樹脂及び高分子量スチレンアクリル樹脂のＴｇ吸熱開始温度が各々４５℃以上であるバインダー樹脂及び着色材を含有するトナーを含む現像剤を供給して現像を行う現像手段と、現像手段にて形成された現像剤像を被画像形成媒体上に転写する転写手段と、転写手段に転写された現像剤像に接触して加熱し、現像剤像を被画像形成媒体上に定着する定着手段とを有する。
【００１３】
さらに、本発明の好ましい画像形成装置は、上記好ましい現像剤を用いた画像形成装置を提供するもので、像担持体を帯電する帯電手段と、帯電手段にて帯電された像担持体に露光して静電潜像を形成する露光手段と、露光手段にて形成された静電潜像に、その分子量分布のピーク位置が３０００〜８０００の低分子量スチレンアクリル樹脂、そのピーク位置が４００００〜１０００００の中分子量スチレンアクリル樹脂、及びそのピーク位置が１０００００〜４０００００の高分子量スチレンアクリル樹脂を含み、全体のＴｇが５６〜６４℃であり、低分子量スチレンアクリル樹脂及び高分子量スチレンアクリル樹脂のＴｇ吸熱開始温度が各々４５℃以上であるバインダー樹脂及び着色材を含有するトナーを含む現像剤を供給して現像を行う現像手段と、現像手段にて形成された現像剤像を被画像形成媒体上に転写する転写手段と、転写手段に転写された現像剤像に接触して加熱し、現像剤像を被画像形成媒体上に定着する定着手段とを有する。
【００１４】
本発明の現像剤によれば、その低分子量重合体成分により十分な定着性が得られ、高分子量重合体成分により良好な耐オフセット性が得られる。さらに、本発明の現像剤は、その全体のＴｇを５６〜６４℃とし、Ｔｇ吸熱開始温度を各々４５℃以上とすることにより、保存性、特に高温時における保存性に優れる。
【００１５】
このため、本発明の現像剤を用いると、耐オフセット性、定着性が良好な上、現像剤の流動性及び帯電性が良好に維持され、トナー飛散等を発生することなく高画質な画像が得られる。
【００１６】
上記好ましいバインダー樹脂において、低分子量スチレンアクリル樹脂の吸熱開始温度をＬ、前記中分子量スチレンアクリル樹脂の吸熱開始温度をＭ、前記低分子量スチレンアクリル樹脂の吸熱開始温度をＨとするとき、Ｌ≧Ｍ≧Ｈ≧４５℃の関係を満足することが好ましい。
【００１７】
上記好ましいバインダー樹脂において、低分子量スチレンアクリル樹脂は、バインダー樹脂全量に対し、３０〜７０重量％含まれることが好ましい。
また、本発明の現像剤には、疎水処理されたシリカ粒子を、トナー全量に対し０．１〜１．５重量％添加することができる。
【００１８】
さらに、現像剤の粒子径個数分布において粒径４μｍ以下の粒子径を有する現像剤粒子が１．５％以下であることが好ましい。
以下、本発明の現像剤についてさらに詳しく述べる。
【００１９】
本発明者らは、高温放置後のトナーを使用した際に生じる、帯電性の悪化による機体内のトナー汚れの原因を調査したところ、帯電性の悪化したトナーは帯電性及び流動性を改善する為に添加しているシリカ粒子がトナー表面に埋没し、本来の効果を表さなくなっていることが分かった。これは、トナーの極一部が、高温に長期間さらされたことにより溶融、流動し、表面のシリカ粒子を覆ってしまったことによる。
【００２０】
ここで、シリカ粒子を添加する目的と、埋没による効果の低下について述べる。一般に、シリカ粒子は帯電性及び流動性の改善を目的としてトナー表面に適量付着させる。ここで、ポイントとなるのはシリカの分散と付着力のコントロールであり、分散に関してはシリカの凝集塊を出来るだけ少なくする事により少量で高い効果が得られる。また、付着力に関しては、弱すぎるとキャリアへの付着が生じ、ロングライフでの帯電性悪化の原因となるが、強すぎても、外添剤がコロの働きをする事によって得られる流動性や、その結果得られる帯電の立ち上がり、また、シリカ粒子自身が帯電する能力を阻害する結果となる。長時間の高温放置によりシリカ粒子が埋没したトナーとはつまり付着力を極端に強くしたと同じ物と考えられ、このような理由により、帯電性が悪化するものである。
【００２１】
本発明者らは、この問題点に対し、様々な熱特性を持つ樹脂を試作し、試験を行ったところ、トナー表面のシリカの埋没は、ＤＳＣによるＴｇ測定時の吸熱開始温度（以下これをＴｇ吸熱開始温度と表す）と相関があり、放置時の温度をＴｇ吸熱開始温度が上回っていることが必要であることを見出した。
【００２２】
図１に、Ｔｇ吸熱開始温度の求め方を説明するための図を示す。図示するように、通常のガラス転移点Ｔｇは、実質的に、温度上昇と吸熱量との関係を表わすグラフにおいて、吸熱開始前の吸熱量が一定のときのグラフの延長線と、吸熱曲線の勾配が一定となったときのグラフの延長線との交点から求められる温度をいう。これに対し、Ｔｇ吸熱開始温度は、吸熱開始によりグラフが傾斜し始めるときの温度をいう。
【００２３】
トナーの保管環境として一般的にありえる温度の上限と考えられる４５℃での保管においてもトナー特性を変化させなくする為には、ＤＳＣによって測定されるトナーのＴｇ吸熱開始温度が４５℃以上であるとが要求される。さらにより正確にＴｇ吸熱開始温度を把握する為には、樹脂を構成する低分子量重合体成分、中分子量重合体成分、高分子量重合体成分の各成分ごとに測定する必要がある。また、分子量が小さくなるに従ってＴｇは低下するが、分子量の低下に対するＴｇの低下の割合は分子量が小さくなる方が大きいことから、Ｔｇ吸熱開始温度の設計としては、
低分子量重合体成分のＴｇ吸熱開始温度
≧中分子量重合体成分のＴｇ吸熱開始温度
≧高分子量重合体成分のＴｇ吸熱開始温度
≧４５℃
とすることが望ましい。但し、Ｔｇを一方的に上げてしまうと定着特性が低下してしまう傾向があるため、Ｔｇ吸熱開始温度は６０℃を上限とすることが好ましい。
【００２４】
また、ここで、トナー全体のＴｇを推測すると、およそ５６〜６４℃が適切な領域となる。
また低分子量重合体成分の添加量としては、バインダー樹脂全量に対し、約３０〜７０％が適切であり、それ以下であると定着残存率の低下を、それ以上であると裏汚れの発生を生じさせることとなる。
【００２５】
トナーの粉砕分級後に添加するシリカの量については少なくともトナー全量に対し、０．１重量％が好ましい、それ以下であると必要な流動性、帯電性が得られない傾向がある。また、シリカとしては、疎水化処理されたシリカを用いることが好ましい。
【００２６】
また、発明者らは、感光体へのトナーの付着の原因について調査を行った。その結果、付着物は樹脂中の非常に低分子のものであることがわかった。この対策としては、低分子量重合体成分中のオリゴマ成分を除去することが有効であり、具体的には上記のように、低分子量重合体成分のＴｇ開始温度をむやみに低くすることの無いようにすることで対策が可能である。しかしながら、重合工程で、低分子量重合体成分に含まれるオリゴマ成分を０にすることは難しい。ここでトナーの粉砕分級工程に着目し、検討を行ったところ、低分子量重合体成分中のオリゴマーは、トナーの極小粒径成分と相関していることがわかった。これはトナーの粉砕工程において、低分子量重合体成分を界面として粉砕が行なわれる傾向が高く、このようにして粉砕された粒子からさらに、低分子量重合体成分が脱離し、オリゴマ成分に起因する極小粒子が、粉砕分級後の現像剤中に単独で多数存在するためである。
【００２７】
このようなことから、感光体上に付着する低分子量重合体成分をトナー中から取り除くためには、低分子量重合体成分のＴｇ吸熱開始温度を上記の通り４５℃以上に設定し、なおかつトナーの粒度分布において粒径４μｍ以下の粒子の占める割合を個数分布で１．５％以下にすることが有効である。
【００２８】
以下に、本発明の画像形成装置について図面を参照して説明する。
図２は、本発明の画像形成装置の一例を表わす該略図を示す。
像担持体であり、矢印ａの方向に回転可能な感光体１には、帯電装置２により一様に−５００〜８００Ｖの表面電位が付与され、露光装置３により静電潜像が形成され、現像装置４で負帯電したトナーにより、潜像が可視化される。転写工程では、感光体１にベルト５が押し当てられ、ベルト５と感光体１との間に被転写体である紙Ｐを介在させ、さらに、高圧電源９によりベルトに印加されたバイアス（＋３００〜５ｋＶ）によって感光体１上のトナー像が紙Ｐに転写される。ベルトユニットは、体積抵抗が１０ｅ⁸ 〜１０¹²Ω・ｃｍの弾性ベルトを複数のローラで支持した構成で、うち一本のローラ７を駆動することで、ベルトは感光体とほぼ同じ面移動速度で回動する。給電部材には体積抵抗１０ｅ² 〜１０ｅ⁸ Ωｃｍの導電性弾性ローラ８を用い、感光体１とベルト５とが接触した領域のベルト背面から給電を行なう。通常の印字では、ベルト５と感光体１が離間した状態でそれぞれが駆動され、両者がほぼ同じ面速度になった後に当接され、転写バイアスが給電ローラ８に印加されると同時に被写体である紙Ｐが搬送され、転写ニップ領域に至る。感光体１及び給電ローラ８間の転写ニップを通過した紙は、ベルト５上に静電的に吸着しているが、ベルト５の駆動ローラ７の曲率が大きい（通常φ１２〜４０）ため、ベルトユニット最下流側で、紙Ｐの先端がベルトから離れ、ガイド部材を通って定着器１１へと搬送される。
【００２９】
転写ニップの下流では、クリーニング手段１３により余分なトナーを除去した後、除電手段１４により除電を行なう。
尚、上述の説明では、負帯電の感光体について説明したが、正帯電の感光体を用いても、その帯電が逆になるだけで同様の動作を行なうことができる。
【００３０】
【実施例】
以下、実施例を示し、本発明を具体的に説明する。
スチレンアクリル樹脂の合成
樹脂の材料にはスチレン、アクリル酸ブチルを用意する。合成をするために反応溶媒としてイソプロパノールを入れたフラスコを用意する。このフラスコを７５℃に加熱し、重合工程にてスチレン、アクリル酸ブチル、重合開始剤としてアゾビスイソブロニトリル（ＡＩＢＮ）との混合溶液を４時間かけて滴下し、攪拌しながら重合を行う。滴下終了後、溶液を直ちに８０℃まで昇温し、更に１０時間保温して重合反応を継続する。重合終了後、反応生成物を減圧、加熱、乾燥し、個体状の共重合体を得る。
【００３１】
このとき、重合反応時間を調節し、分子量を調整することにより、低分子量重合体成分、中分子量重合体成分、高分子量重合体成分を得ることができる。
なお、ここで低分子量とはその分子量分布のピーク位置が分子量３０００〜８０００、中分子量とはピーク位置が４００００〜１０００００、高分子量とはピーク位置が分子量１０００００〜４０００００のものをいう。
【００３２】
また、アクリル酸ブチルの量を調整することで目的とするＴｇ吸熱開始温度を持つ固形状の共重合体樹脂Ａ〜Ｎを得た。得られた共重合体樹脂Ａ〜Ｎについて下記表１に示す。
【００３３】
【表１】

【００３４】
バインダー樹脂の調製
さらに、それら共重合体樹脂Ａ〜Ｎを種々の組合わせで混合し、樹脂１〜１２３を得た。得られた樹脂１〜１２について下記表２に示す。
【００３５】
【表２】

【００３６】
得られた樹脂を用いて各々下記表３に示す処方で、加熱溶融混練し、冷却後、粉砕、分級し、トナー粒子を得た。その後、疎水性シリカＲ９７２（日本アエロジル社製）と混合し、トナー１〜１５を得た。
【００３７】
【表３】

【００３８】
このように作製したトナー６重量部と、シリコンコートされた鉄粉からなる体積平均径８０（μｍ）のキャリアを、ボールミルを用いて１時間攪拌し現像剤を得た。
【００３９】
なお、中分子量重合体成分、高分子量重合体成分の混合比に関して、上述の処方では、（１００−低分子体の混合比）／２としたが、これに限定されるものではない。
【００４０】
得られた現像剤を用い、トナーの定着性能を表す指標として、定着残存率及び自動原稿送り装置を使用した際の原稿の裏汚れについて調べた。
定着残存率については、画像濃度が０．７に調整された画像を堅牢度試験機を用いて５往復の摩擦を与えた後、再び画像濃度を測定し、下記式による定着残存率が７０％以下のものを×とし、７０％以上のものを○とし、７５％以上のものを二重丸とした。
【００４１】
定着残存率（％）＝（摩擦後の画像濃度／０．７）×１００
また、原稿の裏汚れに関しては、裏汚れの無い物を○、発生したものを×とした。
【００４２】
高温下での保存性に関しては、トナーをトナーカートリッジに充填し、４５℃の温度下で２００時間放置し、その後室温まで冷却したものを用い、上記と同様に現像剤を作製し、１０万枚の複写を行った後複写機内のトナーによる汚れ状況を観察した。そのうち、全く汚れの無い物を○、汚れているが画像に影響を与えないものを×、汚れが画像に影響を与えるものを××、さらに１０万枚の複写を行っても全く汚れの無い物を二重丸として評価した。その評価結果について下記表４に示す。
【００４３】
【表４】

【００４４】
上記表４から明らかなように、試料３ないし５、試料７ないし９、及び試料１２では、その分子量分布のピーク位置が３０００〜８０００の低分子量スチレンアクリル樹脂、そのピーク位置が４００００〜１０００００の中分子量スチレンアクリル樹脂、及びそのピーク位置が１０００００〜４０００００の高分子量スチレンアクリル樹脂を含み、全体のＴｇが５６〜６４℃であり、前記低分子量スチレンアクリル樹脂及び高分子量スチレンアクリル樹脂のＴｇ吸熱開始温度が各々４５℃以上であるバインダー樹脂を使用しているため、定着残存率、裏汚れ、及び高温保存後の機体内汚れについて、良好な結果が得られた。しかしながら、試料１及び２では、低分子量重合体成分のＴｇが４５℃未満であるため、高温保存後の気体汚れが発生し、その保存性が低下していた。また、試料１は試料２と比べて全体のＴｇ我低いため、高温保存後の気体汚れがよりひどかった。試料６では、低分子体のＴｇは４５℃以上だが、全体Ｔｇがやや低いため、高温保存後の気体汚れが多少見られた。また、試料１０では、その低分子量重合体成分の含有量が３０重量％未満であるため、定着残存率が多少劣っていた。試料１３は、低分子体のＴｇが一番高く、試料１４は、中分子量重合体成分のＴｇ吸熱開始温度が一番高く、試料１５は、高分子量重合体成分のＴｇ吸熱開始温度が一番高いことから、その定着残存率がやや劣っていた。
【００４５】
【発明の効果】
本発明によれば、バインダー樹脂としてスチレンアクリル樹脂を用いた定着性及び保存性の良好な現像剤が得られる。
また、本発明の画像形成装置は、使用される現像剤の定着性及び保存性が良好であるため、スメアーの発生、あるいは帯電不良によるトナー飛散の発生等を起こすことなく良好な画像が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｔｇ吸熱開始温度を説明するための図
【図２】本発明の画像形成装置の一例を表わす該略図。
【符合の説明】
１…感光体
２…帯電装置
３…露光装置
４…現像装置
５…ベルト
７…駆動ローラ
８…帯電ローラ
９…高圧電源
１１…定着ローラ
１３…クリーニング装置
１４…除電装置

Claims

その分子量分布のピーク位置が３０００〜８０００の低分子量スチレンアクリル樹脂、及びそのピーク位置が１０００００〜４０００００の高分子量スチレンアクリル樹脂を含み、全体のＴｇが５６〜６４℃であり、前記低分子量スチレンアクリル樹脂及び高分子量スチレンアクリル樹脂のＴｇ吸熱開始温度が各々４５℃以上であり、かつ高分子量スチレンアクリル樹脂のＴｇ吸熱開始温度よりも低分子量スチレンアクリル樹脂のＴｇ吸熱開始温度の方が高いバインダー樹脂と、着色材とを含有するトナーを合む現像剤において、前記低分子量スチレンアクリル樹脂は、バインダー樹脂全量に対し、３０〜７０重量％含まれることを特徴とする。
その分子量分布のピーク位置が３０００〜８０００℃の低分子量スチレンアクリル樹脂、そのピーク位置が４００００〜１０００００の中分子量スチレンアクリル樹脂、及びそのピーク位置が１０００００〜４０００００の高分子量スチレンアクリル樹脂を含み、全体のＴｇが５６〜６４℃であり、前記低分子量スチレンアクリル樹脂及び高分子量スチレンアクリル樹脂のＴｇ吸熱開始温度が各々４５℃以上であるバインダー樹脂と、着色材とを含有するトナーを合む現像剤において、前記低分子量スチレンアクリル樹脂は、バインダー樹脂全量に対し、３０〜７０重量％含まれることを特徴とする現像剤。
前記低分子量スチレンアクリル樹脂の吸熱開始温度をＬ、前記中分子量スチレンアクリル樹脂の吸熱開始温度をＭ、前記低分子量スチレンアクリル樹脂の吸熱開始温度をＨとするとき、Ｌ≧Ｍ≧Ｈ≧４５℃の関係を満足することを特徴とする請求項２に記載の現像剤。
疎水処理されたシリカ粒子を、トナー全量に対し０．１〜１５重量％さらに含むことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の現像剤。
その粒子径個数分布において粒径４μｍ以下の粒子径を有する現像剤粒子が１．５％以下であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の現像剤。