JP4483674B2 - 電子写真用トナー - Google Patents

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。

トナーを製造方法で分類すると、粉砕トナーと重合トナーとに分けられる。粉砕トナーは、原料を溶融混練し、ジェットミルなどの粉砕機により粉砕し、風力分級機等を用いて所望の粒度に分級することにより得られる。これに対し、重合トナーは、その製造方法として大きく分けて乳化重合法と懸濁重合法とがあり、重合により任意の粒径に成長させて微粒子を得るものである。この場合、粉砕トナーの粒子形状が不定形であるのに対し、重合トナーの粒子形状は球形である。

電子写真用トナーの粒子形状に関しては、均一な帯電、転写性の観点からは球形のものが望まれているが、感光体に弾性ブレードを圧接して感光体表面に残留するトナーを除去するクリーニング処理を行う場合、球形トナーでは、クリーニング性が低下するという問題があった。

このような状況の下で、トナーの各種原料を溶融し、押出し成形して、糸状混練物とした後、切断又は粉砕してトナー用微粒子を得る方法が提案されている（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）。

このようなトナーの製造方法は、従来のジェットミル等の機械的粉砕機による方法に比べ、歩留りの向上、エネルギーコストの削減を期待することが出来る。また、糸状混練物の径を所望の値にすることで、粒度分布幅の狭い均一な粒子を得ることが可能であり、安定した帯電特性及び現像特性のトナーを得ることが出来る。

しかし、このようなトナーの製造方法では、溶融物をダイから効率よく押出すためには、溶融粘度を下げる必要がある。溶融粘度が高いと、ダイでの詰まりが生じたり、また押出された溶融物をローラー等により引張って糸状混練物にする際に、糸状混練物の破断が生じ易くなるという不具合が発生する。
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）

上述したように、トナーの各種原料を溶融し、押出し成形して、糸状混練物とした後、切断又は粉砕してトナー用微粒子を得る方法では、溶融物をダイから効率よく押出すためには、溶融粘度を下げる必要があり、そのため、溶融温度を高く設定する必要がある。具体的には、溶融温度を結着樹脂の軟化点より２０〜１５０℃、好ましくは８０〜１２０℃高く設定する必要がある。

しかし、そのように高い溶融温度では、溶融時に結着樹脂の分子切断が生じ、トナーの熱特性が大きく変化する、例えばトナーの軟化点が低下するという問題が生ずる。このように、トナーの軟化点が低下すると、満足すべき定着性及び耐久性が得られない場合がある。また、トナーの軟化点の低下を見込んで高い軟化点の結着樹脂を選択すると、トナーの透明性が低下してしまう場合がある。

本発明は、以上のような事情の下になされ、透明性、定着性及び耐久性に優れた電子写真用トナーを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、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得られたトナーであって、１ｇの前記結着樹脂を昇温速度６℃／分で昇温して、２０ｋｇの荷重を加えて直径１ｍｍ、長さ１ｍｍのノズルから流出させて、その半分が流出したときの温度を軟化点Ｔ１（２種以上の結着樹脂の場合、それらの加重平均をＴ１とする）とした場合の該軟化点Ｔ１が１１０℃〜１３０℃である樹脂を用い、前記原料の溶融温度を１９０℃〜２５０℃とし、前記得られたトナー１ｇを昇温速度６℃／分で昇温して、２０ｋｇの荷重を加えて直径１ｍｍ、長さ１ｍｍのノズルから流出させて、その半分が流出したときの温度をトナーの軟化点Ｔ２とした場合の該軟化点Ｔ２が１００℃〜１２０℃、且つ前記トナーのガラス転移点が５４℃以上であるべく選別されたことを特徴とする電子写真用トナーを提供する。

かかる本発明の電子写真用トナーにおいて、結着樹脂の軟化点Ｔ１とトナーの軟化点Ｔ２が、０．８５≦Ｔ２／Ｔ１≦０．９５の関係を満足することにより、望ましい効果を得ることが出来る。

また、結着樹脂としては、ポリエステル樹脂を好ましく用いることが出来る。

以上のように構成され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。

本発明の電子写真用トナーは、結着樹脂の軟化点、及び結着樹脂の軟化点とトナーの軟化点との差が所定の範囲となるように構成されているため、透明性、定着性及び耐久性のいずれにおいても優れている。

以下、本発明の一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に投入された結着樹脂、着色剤及び離型剤を含む原料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、結着樹脂の軟化点Ｔ１が１１０℃〜１３０℃である樹脂を用い、原料の溶融温度を１９０℃〜２５０℃とし、得られたトナーの軟化点Ｔ２が１００℃〜１２０℃、ガラス転移点が５４℃以上であるべく選別されたことを特徴とする。

結着樹脂の軟化点Ｔ１は、溶融された原料の粘度に大きな影響を与える。結着樹脂の軟化点Ｔ１が低いほど溶融温度を下げることが出来、トナーの熱特性への影響を抑えることが出来る。しかし、Ｔ１が１１０℃未満では、トナーの定着性、耐久性及び保存性が悪化してしまう。

Ｔ１が高いほど溶融温度が高くなり、トナーの熱特性への影響が大きくなり、１５０℃
を超えると、透明性が悪くなる。

なお、結着樹脂は、複数種の樹脂の混合物であってよく、その場合、軟化点Ｔ１は、それぞれの樹脂の軟化点の加重平均である。

結着樹脂の軟化点Ｔ１とトナーの軟化点Ｔ２の差Ｔ１−Ｔ２は、５〜２０℃であり、好ましくは８〜１６℃である。Ｔ１−Ｔ２が５℃未満ではトナーの定着性が悪化し、２０℃を超えるとトナーの耐久性が劣化してしまう。

また、結着樹脂の軟化点Ｔ１とトナーの軟化点Ｔ２の比Ｔ１／Ｔ２が、０．８５〜０．９５であることが好ましい。Ｔ１／Ｔ２が０．８５未満ではトナーの耐久性が劣化する傾向となり、０．９５を超えるとトナーの定着性が悪化する傾向となる。

結着樹脂としては、上記軟化点Ｔ１の条件を満たすように、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。

離型剤は、その種類や添加量に応じて、溶融物の粘度やトナーの軟化点に影響を与える。定着ロールにおける離型効果を得るためには、低融点の離型剤を用いることが有効であるが、低融点の離型剤を多量に含有し過ぎると、離型剤の結着樹脂中への分散が不良となり、トナーの耐久性が悪化してしまう。好ましい離型剤の含有量は５〜２０質量％であり、より好ましくは５〜１０質量％である。離型剤の含有量が５質量％未満では離型剤の配合の効果が得にくくなり、２０質量％を超えると、耐久性が劣り，好ましくない。

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。

以上説明した結着樹脂及び離型剤を含む原料の溶融温度は、結着樹脂の軟化点Ｔ１＋８０℃〜Ｔ１＋１２０℃であるのが好ましい。溶融温度がＴ１＋８０℃未満では、溶融混練物の粘度が高くなってダイにおける詰まりが生じ易くなり、Ｔ１＋１２０℃を超えると、トナーの熱特性が変化し、定着性、耐久性が悪化する傾向となる。

本発明の一実施形態に係るトナーを構成する柱状粒子は、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。その平均体積粒径は、５〜７μｍであることが好ましい。

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、各例で用いた樹脂及びトナーの軟化点（Ｔ１、Ｔ２）、ガラス転移点（Ｔｇ１、Ｔｇ２）、及び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（Ｔ１、Ｔ２）
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の荷重を加えて直径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）。

ガラス転移点（Ｔｇ１、Ｔｇ２）
示差走査熱量計（ＤＳＣ−６０、島津製作所社製）を用い、８ｍｇの試料を１０℃／分の昇温速度で昇温し、１０℃／分の降温速度で３５℃まで冷却した後、再度１０℃／分の昇温速度で２回目の昇温を行い、この２回目の昇温において、転移により得られる曲線部分の２つの接線の交点をガラス転移点とする。

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
結着樹脂として９０質量部のポリエステル樹脂Ａ（軟化点１４８℃、ガラス転移点７５℃）、 着色剤として４質量部のＣ．Ｉピグメントレッド５７：１、荷電制御剤として、１質量部のＥ−８４（サルチル酸系金属錯体の商品名、オリエント化学社製）、及び離型剤として５質量部のカルナバワックス１号粉末（加藤洋行社輸入品）を、ヘンシェルミキサー（三井鉱山社製）を用いて混合した後、混合物を溶融混練し、穴の開いたダイより押出し、糸状の混練物を得た。次いで、この糸状混練物を粉砕・分級して、着色微粒子を作製した。なお、溶融混練の温度設定は、結着樹脂の軟化点＋１００℃とした。

このようにして得られた着色微粒子の平均粒径は６．７μｍ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、トナーを得た。

このトナーの軟化点は１３０℃、ガラス転移点は６４℃であった。

実施例２
結着樹脂として、ポリエステル樹脂Ａをポリエステル樹脂Ｂ（軟化点１１２℃、ガラス転移点６８℃）に変えたことを除いて、実施例１と同様にしてトナーを得た。得られたトナーの軟化点は１０２℃、ガラス転移点は６３℃であった。

実施例３
結着樹脂として、ポリエステル樹脂Ａをポリエステル樹脂Ｃ（軟化点１１２℃、ガラス転移点５７℃）に変えたことを除いて、実施例１と同様にしてトナーを得た。得られたトナーの軟化点は１０３℃、ガラス転移点は５４℃であった。
実施例４
結着樹脂として、ポリエステル樹脂Ａをポリエステル樹脂Ｄ（軟化点１３４℃、ガラス転移点５８℃）に変えたことを除いて、実施例１と同様にしてトナーを得た。得られたトナーの軟化点は１１８℃、ガラス転移点は５４℃であった。
実施例５
結着樹脂として、ポリエステル樹脂Ａを４５質量部とポリエステル樹脂Ｅ（軟化点１００℃、ガラス転移点５５℃）を４５質量部の混合樹脂を用いたことを除いて、実施例１と同様にしてトナーを得た。得られたトナーの軟化点は１１４℃、ガラス転移点は６１℃であった。

実施例６
結着樹脂として、ポリエステル樹脂Ａを４５質量部とポリエステル樹脂Ｂ（軟化点１１２℃、ガラス転移点６８℃）を４５質量部の混合樹脂を用いたことを除いて、実施例１と同様にしてトナーを得た。得られたトナーの軟化点は１１９℃、ガラス転移点は６３℃であった。

実施例７
結着樹脂として、ポリエステル樹脂Ａを４５質量部とポリエステル樹脂Ｄ（軟化点１３４℃、ガラス転移点５８℃）を４５質量部の混合樹脂を用いたことを除いて、実施例１と同様にしてトナーを得た。得られたトナーの軟化点は１２６℃、ガラス転移点は６３℃であった。

実施例８
結着樹脂として、ポリエステル樹脂Ａをスチレンアクリル樹脂Ｆ（軟化点１２５℃、ガラス転移点６０℃）に変えたことを除いて、実施例１と同様にしてトナーを得た。得られたトナーの軟化点は１１３℃、ガラス転移点は５６℃であった。
実施例９
結着樹脂として、ポリエステル樹脂Ａをスチレンアクリル樹脂Ｇ（軟化点１３３℃、ガラス転移点６１℃）に変えたことを除いて、実施例１と同様にしてトナーを得た。得られたトナーの軟化点は１２５℃、ガラス転移点は５７℃であった。
比較例１
結着樹脂として、ポリエステル樹脂Ａをポリエステル樹脂Ｅ（軟化点１００℃、ガラス転移点５５℃）に変えたことを除いて、実施例１と同様にしてトナーを得た。得られたトナーの軟化点は９６℃、ガラス転移点は５１℃であった。
比較例２
結着樹脂として、ポリエステル樹脂Ａをポリエステル樹脂Ｆ（軟化点１５８℃、ガラス転移点７０℃）に変えたことを除いて、実施例１と同様にしてトナーを得た。得られたトナーの軟化点は１４０℃、ガラス転移点は６６℃であった。
比較例３
溶融混練の温度設定を結着樹脂の軟化点＋７０℃としたことを除いて、実施例２と同様にしてトナーを得た。得られたトナーの軟化点は１０８℃、ガラス転移点は６５℃であった。

比較例４
溶融混練の温度設定を結着樹脂の軟化点＋１３０℃としたことを除いて、実施例４と同様にしてトナーを得た。得られたトナーの軟化点は１０９℃、ガラス転移点５２℃であった。
従来例
実施例４で用いたのと同様の原材料をヘンシェルミキサーを用いて混合した後、２軸押出機にて溶融混練し、延伸、冷却し、ロートプレックス（ホソカワミクロン社製、２ｍｍスクリーン）で粗砕した後、衝突式粉砕機で微粉砕し、風力分級機にてトナー平均粒径が６．７μｍになるように分級を行い、着色微粒子を得た。

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、トナーを得た。得られたトナーの軟化点は１２５℃、ガラス転移点は５２℃であった。

以上のようにして得た実施例、比較例及び従来例の電子写真用トナーのＴ１と（Ｔ１−Ｔ２）をプロットした特性図を図２に示す。図２において、四角で囲まれた領域が本発明の範囲を示す。

次に、以上の各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（透明性）
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）にトナーを実装し、通常環境（２５℃、５０％ＲＨ）において、ＯＨＰ用紙を用いてベタ画像を印字し、印字された画像の一部を切取り、分光光度計（島津製作所製）を用いて、４００ｎｍ〜７００ｎｍの波長範囲の最大透過度を測定し、透明性の評価とした。プロセス速度を３４．１ｍｍ／秒とし、上下２本ある定着ロールのうち上側ロール温度は、１３０〜１８０℃の範囲でトナーに応じて最適な条件を選択した。その時、下側のロール（圧ロール）の設定温度を上側のロール温度−１０℃に設定した。

（評価基準）
◎：最大透過度が８０％以上であり、実用上非常に良好である。

○：最大透過度が６０％〜８０％であり、実用上問題ない。

×：最大透過度が６０％未満であり、実用上問題がある。

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

試験例１と同様の装置により未定着画像を得た後、定着試験器にて定着温度１００〜２００℃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、低温定着特性とした。

プロセス速度は１２９．３ｍｍ／ｓｅｃ、用紙はＸＥＲＯＸ−Ｐ紙Ａ４サイズ（重量６４ｇ／ｍ^２）で行った。

（評価基準）
◎：非オフセット領域が３０℃以上である。

○：非オフセット領域が２０℃以上である。

×：非オフセット領域が２０℃以下である。

試験３（耐久性）
試験１と同様の装置を用い、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。

実施例、比較例及び従来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。

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、結着樹脂とトナーの軟化点が所定の関係を満たす、実施例１〜８に係るトナーは、透明性、定着性及び耐久性のすべてが良好であることがわかる。

これに対し、結着樹脂の軟化点Ｔ１が１１０℃未満（１００℃）である比較例１に係るトナーは、軟化点Ｔ２が９６℃と低すぎて、十分な定着性及び耐久性が得られない。また、結着樹脂の軟化点Ｔ１が１５０℃を超える（１５８℃）比較例２に係るトナーは、軟化点Ｔ２が１４０℃と高すぎて、十分な透明性が得られない。

また、Ｔ１−Ｔ２が５℃未満（４℃）である比較例３に係るトナーは、定着性が不十分であり、Ｔ１−Ｔ２が２０℃を超える（２５℃）比較例４に係るトナーは、耐久性が不十分である。

なお、結着樹脂とトナーの軟化点が本発明の関係を満たしても、従来の粉砕法により得たトナー（参考例）は、耐久性が劣っていることがわかる。

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。 実施例、比較例及び従来例の電子写真用トナーのＴ１と（Ｔ１−Ｔ２）をプロットした特性図。

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 (5)

1. 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得られたトナーであって、
   １ｇの前記結着樹脂を昇温速度６℃／分で昇温して、２０ｋｇの荷重を加えて直径１ｍｍ、長さ１ｍｍのノズルから流出させて、その半分が流出したときの温度を軟化点Ｔ１（２種以上の結着樹脂の場合、それらの加重平均をＴ１とする）とした場合の該軟化点Ｔ１が１１０℃〜１３０℃である樹脂を用い、
   前記原料の溶融温度を１９０℃〜２５０℃とし、
   前記得られたトナー１ｇを昇温速度６℃／分で昇温して、２０ｋｇの荷重を加えて直径１ｍｍ、長さ１ｍｍのノズルから流出させて、その半分が流出したときの温度をトナーの軟化点Ｔ２とした場合の該軟化点Ｔ２が１００℃〜１２０℃、且つ前記トナーのガラス転移点が５４℃以上であるべく選別された
   ことを特徴とする電子写真用トナー。
2. 前記結着樹脂がポリエステル樹脂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。
3. 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。
4. 平均粒径が５〜７μｍ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。
5. 前記Ｔ１とＴ２が、０．８５≦Ｔ２／Ｔ１≦０．９５の関係を満足す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。

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