JP4483669B2

JP4483669B2 - 電子写真用トナー

Info

Publication number: JP4483669B2
Application number: JP2005115904A
Authority: JP
Inventors: 正博前田; 豊山崎; 忠洋椿
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 2005-04-13
Filing date: 2005-04-13
Publication date: 2010-06-16
Anticipated expiration: 2025-04-13
Also published as: JP2006293159A

Description

本発明は、電子写真用トナーに係り、特に、柱状粒子からなる電子写真用トナーに関する。

近年の電子写真技術には、高画質化、高速化、エコロジー性の要求が高い。このような電子写真技術に用いられるトナーに求められる特性として、高画質化には小粒径化、高速化にはトナーの耐久性向上及び低温定着性、エコロジー対策として定量ロールへ塗布されるシリコーンオイルなどの離型剤の使用廃止即ちオイルレス化が挙げられる。

オイルレス化の達成のためには、トナーにワックスを多量に含有させることが効果的であるが、ワックスを増量することで、粉砕トナーにおいては、粉砕界面にワックスが偏析し易くなり、結果として、トナーの機内汚染、融着など耐久性が悪化する。ワックスの偏析はまた、画質の劣化にも影響する。

トナーが小粒径（５〜７μｍ）になる程、トナー粒子の比表面積が増えるため、ワックスの偏析の傾向は強くなる。また、トナー粒子の小粒径化は、粉砕エネルギーを増大させ、コストアップをもたらす。

トナーに内添される離型剤としては、従来１００〜１３０℃程度の融点を有するポリエチレンやポリプロピレンが用いられてきたが、低温定着、オイルレス特性を満足するには、融点が１００℃以下の低融点の離型剤を用いることが有効である。しかしながら、低融点ワックスは、ポリエチレンやポリプロピレンと比較して、耐久性の面で不具合が生じ易い。

一方、粉砕トナーと比較し、重合トナーでは、小粒径化、ワックスの高濃度添加に対しては、非常に優位ではあるものの、材料選択の幅が狭く、カラートナーに好適なポリエステル樹脂を使用できないなどの問題がある。また、多大な設備投資が必要であるという難点もある。

以上のように、トナーに要求される小粒径化、高耐久性、オイルレスを同時に達成することは、従来の粉砕トナーでは、非常に困難であるのが現状である。

トナー粒子を効率良く製造する方法として、原料を溶融し、穴の開いたダイより押出し、得られた糸状の混練物を切断して微粒子を作製する方法がいくつか提案されている（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、小粒径化、高耐久性、及びオイルレス化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。

本発明者らは、試験を重ねた結果、原料を所定の温度に溶融し、穴の開いたダイより押出し、糸状の混練物を切断して微粒子を作製する方法で得られたトナーは、従来の２軸押出機で混練し、粉砕する方法で得られたトナーと比較し、耐久性を損なうことなく、離型剤を増加できることを見出した。

このように、所定の温度で溶融された糸状の混練物を切断又は粉砕する方法により得たトナーが、離型剤を増加しても耐久性が損なわれない理由は、所定の温度に溶融した原料が糸状に形成される際、離型剤が繊維の中心部に集まる傾向があり、粒子表面に離型剤が偏在しないことから、耐久性が向上するものと考えられる。

これにより、従来困難であった小粒径化、高耐久性、及びオイルレス化を同時に達成するトナーを得ることが可能となった。

即ち、本発明は、結着樹脂、着色剤及び離型剤を含む原料を溶融させ、穴の開いたダイから押し出し、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トナーであって、前記離型剤の含有量は５〜２０質量％であり、前記結着樹脂の軟化点が１１０〜１５０℃であり、前記溶融温度を１７０〜２７０℃としたことを特徴とする電子写真用トナーを提供する。

本発明の電子写真用トナーにおいて、融点が７０〜１００℃の離型剤を用いることが出来る。このような離型剤として、カルナバワックスを用いることが出来る。

また、結着樹脂として、ポリエステルを用いることが出来る。

本発明の電子写真用トナーは、５〜７μｍの平均粒径を有することが望ましい。

以上説明した本発明の電子写真用トナーは、静電潜像にトナーを担持搬送するための弾性現像ローラと、該弾性現像ローラ上に薄層状に形成された前記トナーの厚さを規制するためのトナー層規制部材とを備え、前記弾性現像ローラによる前記トナーの搬送速度が１００ｍｍ／秒以上である現像装置に使用されて、優れた効果を発揮することが出来る。

本発明の電子写真用トナーは、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し出し、糸状の混練物を得た後、切断することにより製造されたものであり、離型剤の含有量及び原料の溶融温度が所定の範囲に設定されているため、従来困難であった小粒径化、高耐久性、及びオイルレス化を同時に達成することが可能となった。

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電子写真用トナーは、以上のように、糸状混練物を、粉砕・分級することにより得られた柱状粒子であり、離型剤の含有量と原料の溶融温度を所定の値に限定したことを特徴とする。即ち、離型剤の含有量を５〜２０質量％とするとともに、原料の溶融温度を１７０〜２７０℃に、即ち、結着樹脂の軟化点１０〜１５０℃よりも十分に高い温度まで上げ、原料の溶融粘度を下げている。

この温度は、従来の粉砕トナーにおける混練工程における溶融温度よりも高い。そのため、溶融温度を上げることによる樹脂の分子切断が問題となるが、軟化点の低い材料を選択することにより、この問題を防止することが出来る。従って、材料選定の際には、軟化点及び溶融粘度のパラメータが重要な項目となる。

なお、原料の溶融温度が１５０℃未満では、トナー化が困難となり、２９０℃を超えると、オイルレス化が困難となり、好ましくない。

また、離型剤の含有量は５〜２０質量％であり、好ましくは５〜１０質量％である。離型剤の含有量が５質量％未満ではオイルレス化が困難となり、２０質量％を超えると、耐久性が劣り，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。

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、５０〜９５質量％であるのが好ましい。

離型剤としては、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。

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の荷重を加えて直系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）。

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。

実施例１
内添剤として、着色剤Ｃ．Ｉピグメントレッド５７：１を４質量％、荷電制御剤Ｅ−８４（サリチル酸系金属錯体：オリエント化学社製）を１質量部、離型剤「カルナバワックス１号粉末」（加藤洋行社輸入品）を５質量％と、結着樹脂として、全体が１００質量部になるような量の、軟化点１３７℃のポリエステル樹脂を、ヘンシェルミキサー（三井鉱山社製）により混合した。

この混合物を設定温度２００℃の混練機で溶融混練し、穴の開いたダイより押出し、糸状の混練物とした後、切断して、着色微粒子を作製した。得られた着色微粒子の平均粒径は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、電子写真用トナーを得た。

実施例２
離型剤として「カルナバワックス１号粉末」を１０質量％用いたことを除いて、実施例１と同様にして電子写真用トナーを得た。

実施例３
離型剤として「カルナバワックス１号粉末」を２０質量％用いたことを除いて、実施例１と同様にして電子写真用トナーを得た。

実施例４
離型剤として「カルナバワックス１号粉末」の代わりにフィッシャートロプシュワックス「パラフリントＣ７７」（加藤洋行社輸入品）を５質量％用いたことを除いて、実施例１と同様にして電子写真用トナーを得た。

実施例５
離型剤として「カルナバワックス１号粉末」の代わりにポリプロピレンワックス「ＮＰ０５５」（三井化学社製）を５質量％用いたことを除いて、実施例１と同様にして電子写真用トナーを得た。

実施例６
大きい径の穴の開いたダイを用いて、平均粒径９．０μｍとしたことを除いて、実施例１と同様にして電子写真用トナーを得た。

実施例７
混練機の設定温度を１８０℃（樹脂軟化点＋４３℃）として混練を行ったことを除いて、実施例２と同様にして電子写真用トナーを得た。

実施例８
混練機の設定温度を２６０℃（樹脂軟化点＋１２３℃）として混練を行ったことを除いて、実施例２と同様にして電子写真用トナーを得た。

比較例１
実施例１と同じ原料をヘンシェルミキサーで混合した後、２軸押出機で溶融混練し、延伸、冷却し、ロートプレックス２ｍｍスクリーン（ホソカワミクロン）で粗砕した。次に、衝突式粉砕機により微粉砕し、風力分級機にて、トナー平均粒径が６．６μｍになるように分級を行い、着色微粒子を得た。

なお、混練機の設定温度は１５０℃であった。

比較例２
離型剤として「カルナバワックス１号粉末」を３質量％用いたことを除いて、比較例１と同様にして電子写真用トナーを得た。

比較例３
離型剤として「カルナバワックス１号粉末」を２質量％用いたことを除いて、比較例１と同様にして電子写真用トナーを得た。

比較例４
離型剤として「カルナバワックス１号粉末」の代わりにフィッシャートロプシュワックス「パラフリントＣ７７」（加藤洋行社輸入品）を５質量％用いたことを除いて、比較例１と同様にして電子写真用トナーを得た。

比較例５
大きい径の穴の開いたダイを用いて、平均粒径９．０μｍとしたことを除いて、比較例１と同様にして電子写真用トナーを得た。

比較例６
混練機の設定温度を２００℃として混練を行ったことを除いて、比較例１と同様にして電子写真用トナーを得た。

比較例７
離型剤として「カルナバワックス１号粉末」を３質量％用いたことを除いて、実施例１と同様にして電子写真用トナーを得た。

比較例８
離型剤として「カルナバワックス１号粉末」を２５質量％用いたことを除いて、実施例１と同様にして電子写真用トナーを得た。

比較例９
混練機の設定温度を１５０℃（樹脂軟化点＋１３℃）として混練を行ったことを除いて、実施例２と同様にして電子写真用トナーを得ようと試みたが、設定温度が低すぎるためにダイからの押出しができず、トナー化ができなかった。

比較例１０
混練機の設定温度を２８０℃（樹脂軟化点＋１４３℃）として混練を行ったことを除いて、実施例２と同様にして電子写真用トナーを得た。

以上のようにして得た実施例及び比較例の電子写真用トナーについて、以下のような特性の評価を行った。

（評価）
試験１（耐久性）
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、普通紙（ＸＥＲＯＸ−Ｐ紙Ａ４サイズ）に５％印字画像を１０，０００枚連続印字した後、ベタ画像を印字し、画像の劣化を評価する。

同時にドクターブレードを取り外し、ブレード上のトナーの融着状態を観察する。

（評価基準）
◎：画像劣化は見られず、ドクターブレード上のトナーの融着も確認されない。

○：画像劣化は見られず、実用上の問題はないが、ドクターブレード上にトナーの融着が認められる。

×：画像劣化が見られ、実用上問題あり。ドクターブレード上にトナーの融着が発生した。

試験２（低温定着性）
試験１と同様の装置の定着部の温度を可変できるように改造し、定着試験器とする。

試験１と同様の装置で未定着画像を得た後、定着試験器にて定着温度１３０〜２００℃の範囲で１０℃毎に温度を可変し、未定着画像を定着させた際の非オフセット領域を測定し、低温定着特性とする。

ここでいう定着温度は、上下２本ある定着ロールのうち上側のロール（トナーと接触する熱ロール）の設定温度であり、下側のロール（圧ロール）の設定温度を上側のロール−２０℃とした。

画像パターンはベタ印字とし、用紙はＸＥＲＯＸ−Ｐ紙Ａ４サイズ（重量６４ｇ／ｍ^２）を使用して行った。

（評価基準）
◎：最低定着温度が１４０℃未満である。

○：最低定着温度が１４０℃以上、１５０℃未満である。

×：最低定着温度が１５０℃以上である。

試験３（オイルレス特性）
試験１と同様の装置を用い、定着部のオイル塗布ローラーを外す。

用紙はＡ４サイズ（ゼロックス−Ｐ紙）を使用し、ベタ画像を印字して、定着性を判断する。

プロセス速度は１２９．３ｍｍ／秒、定着温度は１５０℃で行う。

（評価基準）
◎：オフセットの発生がない。

○：オフセットの発生は軽微であり、実用上問題ないレベル。

×：オフセットの発生が認められ、実用上問題のあるレベル。

試験４（高画質）
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）にトナーを実装し、通常の環境（２５℃、５０％ＲＨ）下で、普通紙（ＸＥＲＯＸ−Ｐ紙Ａ４サイズ）に５％印字画像を１０，０００枚連続印字した後、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）
◎：濃度ムラがなく、均一なハーフトーン画像である。

○：若干濃度ムラが見られるものの、実用上問題のないレベル。

×：濃度ムラが見られ、実用上問題のあるレベル。

実施例及び比較例に係るトナーについて、以上の各特性についての評価を行った。その結果を下記表に示す。なお、表中、「ΔT」は（混練機の設定温度−結着樹脂の軟化点）を示し、ワックス種類の「カルナバ」はカルナバワックス１号粉末（融点８３℃）、「FT」はフィッシャートロプシュワックス（融点７８℃）、「PP」はポリプロピレンワックス（融点１３６℃）をそれぞれ示す。

上記表に示す結果より、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し出し、糸状の混練物を得た後、切断することにより製造され、離型剤量の含有量及び溶融温度を所定の範囲に設定した、実施例１〜８に係るトナーは、耐久性、低温定着性、オイルレス化及び画質のすべてを満足していることがわかる。

これに対し、２軸押出後に粉砕する従来の方法により得た比較例１〜６に係るトナーでは、離型剤の量が３質量％以上（比較例１，２，４〜６）では耐久性が劣り、２質量％（比較例３）と少なくすると、オイルレス特性が劣ることがわかる。

また、実施例４，５と比較例４との比較から、離型剤の種類を変えても実施例４，５では良好な特性が得られているが、比較例４では耐久性が劣っている。実施例６と比較例５との比較から、トナーの粒径を９．０μｍと大きくしても実施例６に係るトナーでは良好な特性が得られているが、比較例５に係る従来の製法によるトナーは、耐久性が劣っている。

実施例１〜３，７，８と比較例７〜９との比較から、糸状混練物の切断による同一の製造方法により得られても、離型剤の量が５質量％未満（比較例７）ではオイルレス特性が劣り、２０質量％を超えると（比較例８）耐久性が劣り、溶融温度が１５０℃（比較例９）ではトナー化ができず、溶融温度が２８０℃（比較例１０）ではオイルレス特性が劣ることがわかる。

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

結着樹脂、着色剤及び離型剤を含む原料を溶融させ、穴の開いたダイから押し出し、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トナーであって、前記離型剤の含有量は５〜２０質量％であり、前記結着樹脂の軟化点が１１０〜１５０℃であり、前記溶融温度を１７０〜２７０℃としたことを特徴とする電子写真用トナー。
前記離型剤の融点が７０〜１００℃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又は２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であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電子写真用トナー。
平均粒径が５〜７μｍであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電子写真用トナー。
静電潜像にトナーを担持搬送するための弾性現像ローラと、該弾性現像ローラ上に薄層状に形成された前記トナーの厚さを規制するためのトナー層規制部材とを備え、前記弾性現像ローラによる前記トナーの搬送速度が１００ｍｍ／秒以上である現像装置に使用される請求項１〜５のいずれかに記載の電子写真用トナー。