JP4966059B2

JP4966059B2 - 画像形成装置用トナーの製造方法、画像形成装置用トナーならびに画像形成装置

Info

Publication number: JP4966059B2
Application number: JP2007066932A
Authority: JP
Inventors: 邦裕玉橋
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2007-03-15
Filing date: 2007-03-15
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2027-03-15
Also published as: JP2008225340A

Description

本発明は、画像形成装置用トナーの製造方法、画像形成装置用トナーならびに画像形成装置に係り、特に画像形成装置用トナーの安定性に関するものである。

従来、例えばレーザープリンタなどの画像形成装置には、感光体表面に形成された静電潜像をトナーで可視化するために現像器が設けられている。この現像器の内部にはトナー及びキャリヤ等の粉体を搬送するために高速で回転する現像ローラが数本設置されており、前記粉体が現像ローラ上を搬送される時に磁界による渦電流の発生、或いは摩擦熱、更にはモータからの発熱等により現像器内に熱が滞留してしまうことが多々ある。この熱がトナーに含まれる成分のガラス転移温度以上の高温に達すると、トナーの寿命を短くするのみならず、トナーケーキングと呼ばれる現象が生じて、装置内に存在する各種ギアをロックさせて、その駆動源であるモータの寿命を短くしてしまう。

トナーは、一般的に比較的広い分子量分布を持っている。その理由は定着性を確保するためには、反応性に富む低分子が必要で、定着機のヒートローラ表面との離型性を確保するためには高分子が必要なためである。このように、細かな材料設計が必要である。

本発明では前記の２つの必要特性のうち、ガラス転移温度付近の環境に晒されるトナーの特性、即ち、保存或いは現像器内雰囲気での特性に注目した。

前述のようにトナーを構成している樹脂の分子量は、ガラス転移温度と極めて密接な関係にある。通常、ガラス転移温度は示差熱分析法で測定されるため、得られる値は樹脂のバルクのガラス転移温度である。一般にガラス転移温度が重要視される環境は、トナーがカートリッジ内に装填されている保存時または現像器内である。この環境下ではトナーはトナー粒子同士の接触、又はトナーとキャリヤとの接触が生じているので、トナーの表面層のガラス転移温度が真に重要となるはずである。ところがこれまでの検討では、表面のガラス転移温度に着目した評価はなされていない。

近年、下記の非特許文献１で示すように原子スケールレベルでの表面解析が脚光を浴びており、この中で特に高分子表面の構造緩和現象を解明しようとする研究がある。構造緩和現象を表すパラメータとしてガラス転移温度（Tg）がある。構造緩和現象は温度と時間の関数であるため、ガラス転移温度は測定方法により異なるが、構造緩和の物理モデルを高分子鎖同士の絡み合いが解ける（或は絡み合いの接点がスリップする）状態とすると、分子量によりガラス転移温度が異なることは容易に推察される。下記の非特許文献２によると、ポリスチレン膜は数分子量が１０^６以下になるとメーヤーのスケーリング則で描かれる近似曲線に従って、ガラス転移温度が急激に低下する。

他方、高分子板は高分子鎖が絡み合いながら織物のように堆積して成型されるとすると、高分子板（ブロック等一定の厚みを有する成型物と考える）でも、密にパッキングされる板内部と比較的緩やかにパッキングされる表層部とでは高分子鎖の絡み合いの度合い、または接点のスリップしやすさが異なることが予想される。下記の非特許文献２によるとポリスチレン膜では１０ナノメートル（ｎｍ）以下になると、ガラス転移温度が極端に低下し、１０^４では室温以下になる。この現象も概略前述のメーヤーのスケーリング則で描かれる近似曲線に則った曲線を描く。

これらの事実は電子写真用トナーを設計する上で、極めて重要なポイントとなる。

種々の理由により発生する熱で現像器内の温度は室温を超える場合が多々ある。現像器内、または保存時等ではトナーは圧縮応力を受けながら、トナーの表面同士または、機内壁面と接触する。このような状況で表面が軟化していると、トナーにかかる応力により相手材にくっついてしまう可能性がある。即ち、トナーの流動性低下、ケーキング等不都合な現象が発生し、トナー寿命を短命にしてしまう。

このような現象を避ける目的で種々の外添剤がスペーサの代わりに添加されるが、一般に多用される直径数１０ｎｍの小径の外添剤では軟化したトナーの表面層に埋め込まれて、その機能が発揮できなくなる。それを避けるために外添剤の添加量を増やしたり、外添剤の大粒径化が考えられるが、定着過程で紙に定着されたトナー中に埋め込まれて、光の反射の弊害等悪影響を及ぼす。特に高画質が要求される画像形成装置では致命傷になるため、不必要な物質を含まないトナーが望まれている。
Keiji Tanaka et. al ；Macromolecules、33巻（2000） pp7588-7593 The TRC news；97巻 (2006) ｐ4

本発明の目的は、このような従来技術の欠点を解消し、高温下においてもトナー粒子が固着しない、安定性に優れた画像形成装置用トナーの製造方法、画像形成装置用トナーならびに画像形成装置を提供することにある。

前記目的を達成するため本発明の第１の手段は、少なくとも定着用樹脂と着色剤を含む画像形成装置用トナーの製造方法において、
前記定着用樹脂を加熱して溶融させる溶融工程と、
前記定着用樹脂と同じ樹脂からなり、前記定着用樹脂よりも高分子量でトナーの粒子の固着を防止するための微粒子を前記溶融した定着用樹脂中に添加してその微粒子が溶融しないで短時間のうちに分散させる分散工程と、
前記微粒子を分散させた定着用樹脂を冷却する冷却工程と、
前記微粒子を分散・保持した定着用樹脂の冷却物を粉砕する粉砕工程とを備えていることを特徴とするものである。

本発明の第２の手段は前記第１の手段により得られた画像形成装置用トナーであって、前記微粒子が前記定着用樹脂の粒子の表面に付着したり前記定着用樹脂の粒子の表面近傍に一部埋設した形で存在することを特徴とするものである。

本発明の第３の手段は前記第２の手段において、前記定着用樹脂と前記微粒子がポリエステル系樹脂からなり、前記定着用樹脂の数平均分子量が１×１０ ^３〜１×１０ ^４の範囲で、前記微粒子の数平均分子量が１×１０ ^５〜１×１０ ^６の範囲であることを特徴とするものである。

本発明の第４の手段は前記第２または第３の手段において、前記微粒子のガラス転移温度が５０℃を超えていることを特徴とするものである。

本発明の第５の手段は前記第２ないし第４の手段のいずれかの手段において、前記定着用樹脂と前記微粒子が下記の分子構造式を有するポリエステル樹脂からなることを特徴とするものである。

本発明の第６の手段は、感光体と、その感光体表面を帯電する帯電手段と、帯電された感光体表面に静電潜像を形成する露光手段と、トナーを用いて前記静電潜像を顕像化してトナー像を形成する現像手段と、前記トナー像を被記録媒体上に転写する転写手段と、転写された前記トナー像を被記録媒体上に加熱定着する定着手段とを備えた画像形成装置において、前記トナーが第２ないし第５のいずれかの手段のトナーであることを特徴とするものである。

本発明は前述のような構成になっており、保存時あるいは、ならびに使用時の高温下においても粒子が固着しない、安定性に優れた画像形成装置用トナーの製造方法、画像形成装置用トナーならびに画像形成装置を提供することができる。

本発明は、レーザービームプリンタや複写機等の画像形成装置に用いられるトナーの安定化において特に有効である。トナーは現像器内での安定性、定着プロセスでの易変形性、用紙への定着性という３つのプロセスでトレードオフの特性が要求され、マッチングが難しいが、本発明によれば、現像プロセス或いは保存時でのトナーの流動性、ケーキング等の寿命要因をなくすことができるので材料設計のための制御因子を減らせられ、長寿命のトナーを容易に設計できるという利点がある。

更には、印刷最終工程の定着時ではスペーサ用として用いていた微粒子も主成分のトナーも元は同じ樹脂のため、同時に溶融し、均質な定着像が得られることも利点となる。また、高分子の材料が表面層にあるため、ヒートローラ表面への付着能力が少なくなり、所謂ホットオフセットが生じなくなる利点がある。

次に本発明の実施形態を図とともに説明する。
図１は、レーザプリンタの概略構成図である。同図に示すように回転しているセレン感光体１の表面を帯電器２で７００Ｖ程度に帯電させ、次いで記録すべき画像情報に基づいて露光器３からレーザ光を照射して静電潜像を形成する。そして現像器４でトナーを用いて前記静電潜像を可視化しトナー像５を作成し、搬送されて来る連続状の用紙６上に転写器７でトナー像５を転写する。転写された用紙６上のトナー像５は定着器８で熱圧着され、排出部９内で折り畳まれる。一方、感光体１上に残留した残留トナー１０はクリーニングブラシ１１で除去される。

この一連の画像形成プロセスの中において、トナーの表面は現像器４内で、キャリヤから圧力を受けまたは壁面に押し付けられた状態になっている。

このレーザプリンタの筐体１２内は密閉されているため、各部位からの放熱で時には４０℃を越える温度になる。主要な熱源は定着器８と現像器４である。また、両面印刷において表面印刷後の裏面印刷時、１台目のプリンタの定着器を通過した高温の用紙が２台目のプリンタの転写部で感光体と接するから、その感光体表面の温度が上昇し、筐体内の昇温の一因となっている。

図２は、現像器４の拡大断面図である。現像器ケーシング１３の上部に交換可能に取り付けられたトナーホッパー１４内にはトナー１５が装填され、トナーホッパー１４から現像器ケーシング１３へ補給されたトナー１５は図示しないキャリヤーと混合されて現像剤となり、回転している搬送ローラ１６によって複数本の現像ローラ１７側に搬送される。現像剤は図示しないドクタブレードで搬送量が制限され、薄層となって感光体１の表面に送られてトナー像の形成に関与する。

現像剤の搬送は、ローラ内にセットされた図示しない磁石により形成される磁界によって行われる。この際、高速で回転する磁界を現像剤の成分である磁性をもつキャリヤが通過するため渦電流が発生し、この渦電流により現像剤が発熱する。この放熱対策として図示しない冷却ファンや冷却フィン１８が現像器ケーシング１３に取り付けられるが、十分な除熱が達成されているとは言い難く、現像剤へ熱が伝導し、トナーの耐用寿命を短くしている。

図１に示すように現像器４の近傍に温度センサ３６を取り付けて筐体１２内の温度を測定すると４０℃まで上昇することがあり、トナー１５は熱的に過酷な条件に晒されている。トナー１５のスティッキング（固着）を防止するためには、互いに接近するトナー間で接触するのを避けるようにスペーサの機能を果たす物質をトナー表面に付与する必要がある。

定着用樹脂としては、例えばポリエステル、ポリスチレン、ポリ―ｐ―クロルスチレン、ポリビニルトルエン、スチレン―ｐ―クロルスチレン共重合体、スチレン―ビニルトルエン共重合体、スチレン―ビニルナフタリン共重合体、スチレン―アクリル酸エステル共重合体、スチレン―メタクリル酸エステル共重合体、スチレン―α―クロルメタクリル酸メチル共重合体、スチレン―アクリロ二トリル共重合体、スチレン―ビニルメチルエーテル共重合体、スチレン―ビニルエチルエーテル共重合体、スチレン―ビニルメチルケトン共重合体、スチレン―ブタジエン共重合体、スチレン―イソプレン共重合体、スチレン―アクリロ二トリル―インデン共重合体、ポリ塩化ビニール、フェノール樹脂、天然変性フェノール樹脂、天然樹脂変性マレイン酸樹脂、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、ポリ酢酸ビニール、シリコーン樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、フラン樹脂、エポキシ樹脂、キシレン樹脂、ポリビニールブチラール樹脂、テルペン樹脂、クロマン―インデン樹脂などが用いられる。

ワックス類には多くの種類があり、天然ワックスと合成ワックスに大きく分けられ、例えばカルナウバワックス、ポリプロピレンワックス、ポリエチレンワックス、フィッシャートロピッシュワックス、パラフィンワックスなどが使用できる。

着色剤としては、任意の顔料または染料が挙げられる。顔料としては、例えばカーボンブラック、アニリンブラック、アセチレンブラック、ナフトールイエロー、ハンザイエロー、ローダミンレーキ、アリザリンレーキ、ベンガラ、フタロシアニンブルー、インダンスレンブルーなどが用いられる。また染料としては、例えばアゾ系染料、アントラキノン系染料、キサンテン系染料、メチン系染料などが用いられる。

正帯電抑制剤としては、例えばニグロシン及び脂肪酸金属塩などによる変性物；トリブチルベンジルアンモニウム―１―ヒドロキシ―４―ナフトスルフォン酸、テトラブチルアンモニウムテトラフルオロボレートのごとき四級アンモニウム塩、及びこれらの類似体であるホスホニウム塩等のオニウム塩、及びこれらのレーキ顔料、トリフェニルメタン染料及びこれらのレーキ顔料、高級脂肪酸の金属塩；ジブチルスズオキサイド、ジオクチルスズオキサイド、ジシクロヘキシルスズオキサイドなどのジオルガノスズオキサイド；ジブチルスズボレート、ジオクチルスズボレート、ジシクロヘキシルスズボレートの如きジオルガノスズボレート類などが用いられる。

負帯電抑制剤としては、有機金属錯体、キレート化合物が有効であり、例えばモノアゾ金属錯体、アセチルアセトン金属錯体、芳香族ハイドロキシカルボン酸、芳香族ダイカルボン酸系の金属錯体などがある。他には例えば芳香族ハイドロキシカルボン酸、芳香族モノ及びポリカルボン酸及びその金属塩、無水物、エステル類、ビスフェノールの如きフェノール誘導体類がある。

図３は、本発明の実施形態に係るトナー１５を説明するための概念図である。トナー１５は、粉砕処理によって得られた粉砕トナー２０によって構成されており、この粉砕トナー２０の外形は図に示すように丸みのある粒状のものではなく、多数の角部を有し様々な形状をしている。粉砕トナー２０は、低分子量の例えばポリエステル系の合成樹脂からなる定着用樹脂２１が主成分であって、定着用樹脂２１と同系統の例えばポリエステル系の合成樹脂からなる高分子量の微粒子２２、ワックス粒子２３ならびに着色剤粒子２４などを含んでいる。

同図に示すように前記微粒子２２の一部は定着用樹脂２１内に存在するものもあるが、定着用樹脂２１の表面に付着したり表面の近傍に一部埋設した形で存在している微粒子２２はスペーサの機能を果たし、粉砕トナー２０同士のくっつきを防止している。

前記微粒子２２は比較的分子量の大きい合成樹脂、定着用樹脂２１の合成樹脂は比較的分子量の小さい合成樹脂を選択しており、この選択理由について次に説明する。

まず、採用する合成樹脂について、単分子量の合成樹脂を用いて分子量とガラス転移温度の関係を求める。ガラス転移温度を求めるにはいくつかの方法がある。構造緩和を生じる前後の物性に差があればよいので、通常、発熱／吸熱の変化をとる示差熱分析法、硬度差をとるインデンテーション法、屈折率の差をとるエリプソメトリ法、自由堆積変化をとる陽電子消滅法等がある。

従来では、ガラス転移温度は走査型示差熱分析計（ＤＳＣ）で分析質量数ｍｇを採取して、所謂、バルクのガラス転移温度を求めていた。本実験では、トナー同士の表面での接触状況が問題となるので、水平力測定機能付き走査型プローブ顕微鏡（ＬＦＭ型―ＳＰＭ：Lateral Force Microscopy―Scanning Probe Microscopy）を用いて求めた微粒子表面層（１〜１０ｎｍ位）のガラス転移温度を指標とする。

粘弾性特性からガラス転移温度を求める場合は、水平力測定機能付き走査型プローブ顕微鏡（ＬＦＭ型―ＳＰＭ、以下ＳＰＭと略記する）を用いて、温度を変えて粘弾性特性を調べ、その結果から図４に示すような分子量とガラス転移温度の関係特性図を得る。

具体的には、以下のようにして測定できる。図５はＳＰＭの原理図であるが、このＳＰＭに類似している装置として引掻き試験装置があり、原理的に類似している。

同図に示すように試料２５上に、カンチレバー２６の先端部に取り付けられているプローブ２７がセットされる。カンチレバー２６の基端部はピエゾ素子２８に取り付けられ、このピエゾ素子２８には高周波が印加されるようになっている。ピエゾ素子２８はスキャナー２９に取り付けられ、カンチレバー２６はスキャナー２９により精度良く矢印３０方向にスキャンされる。ピエゾ素子２８ならびにスキャナー２９の動作は、コントローラ３１によって制御される。

プローブ２７を試料２５に接触させると、カンチレバー２６が撓む。この撓み量は、レーザ光源３２からカンチレバー２６の表面に向けて照射される光線３３の反射変位量としてフォトディテタ３４で検出され、検出信号はコントローラ３１に送信される。

プローブ２７に作用する荷重は１ｎN程度であるため、試料２５が合成樹脂の場合、プローブ２７の試料表面への埋め込み深さは１〜１０ｎｍ程度となる。従って、ＳＰＭで得られる情報は試料２５の表面近傍の極く薄い表面層からの情報である。

具体的な実験条件を挙げれば、次の通りである。
プローグの走査速度；０．５μｍ／ｓｅｃ
走査前の静的荷重；５ｎＮ
昇温速度；０．１℃／ｍｉｎ
本実施形態では、試料としてポリエステル樹脂を使用している。カンチレバーは市販のシリコンナイトライドで製作したものを用い、ピエゾ素子に５ｋＨｚの高周波を印加し振幅１ｎｍで振動させて、スキャンスピードは１０^２ｎｍ／ｓｅｃ〜１０^５ｎｍ／ｓｅｃとした。測定温度範囲は、ＤＳＣで測定したバルクのガラス転移温度（本実験では６０℃）を参考にして３０℃〜９０℃の範囲とした。

このようにして測定する試料の表面層（層厚１〜１０ｎｍ）におけるガラス転移温度は後述する理由から、特にガラス転移温度付近においては、昇温速度を１℃／１０ｍｉｎのステップ状に設定して昇温速度の影響を調べ、また一定温度に保持して、保持時間を変えて測定することにより保持時間の影響も調べた。

水平力はプローブが試料表面を走査する際のエネルギーの逸散と関連しており、動的損失弾性率と同等である。ガラス転移温度になると表面の高分子鎖の運動が急激に激しくなるため、プローブの水平力（＝走査方向の引張力）が急増するから、この温度を表面層のガラス転移温度と定義することができる。

温度を制御しながらプローブを走査してプローブの水平力を測定すると、図６に示すようにある温度に達すると水平力が急に増加する。この水平力の急変点が樹脂表面の軟化が開始される温度で、本発明ではこの温度を表面層のガラス転移温度と定義する。図６に記載されている縦の線分の上端は水平力測定値の上限値、下端は水平力測定値の下限値、○印は水平力測定値の平均値である。

ガラス転移温度は構造緩和現象であるため、温度、保持時間、圧力の関数である。従ってガラス転移温度の測定に当たってはこれらの因子の影響を調べなければならないが、いずれにしても図６に示すような特性曲線が得られる。経験的には保持時間はガラス転移温度近辺で大きく影響する。即ち、保持時間が短いと十分に構造緩和が終了しないため、ガラス転移温度は高めにでるので注意が必要である。

必要な温度、保持時間との関係を求めた後、分子量を変えた試料を用いてガラス転移温度と分子量との関係を求めると図４に示すような特性図が得られる。

また、バルクのガラス転移温度を次の方法で求めた。理学電機社製ＤＳＣ８２３０を使用し、示差熱分析法によりバルクのガラス転移温度を求めた。測定条件は窒素雰囲気、昇温速度０.１℃／ｍｉｎ、測定温度範囲２０℃〜２００℃とした。

同様に試料の深さをパラメータにして図７のような特性図を得た。深さの場合、前述のようにＳＰＭでは測定に限界があるため、ナノインデンテーション法も併用する。この方法に用いる装置は一般にはナノインデンタと称すが、硬度計と同じ原理である。異なる点は圧子に高周波荷重を印加して、その位相差から求める動粘弾性法を用いている点である。

ガラス転移温度を求めるためには低周波荷重が必要で、この実験では０．１Ｈｚから１０Ｈｚ程度を選択すると良い。圧子にかける荷重は測定する深さにより異なるが、合成樹脂の場合１ｎＮから始めれば良い。ナノインデンタの場合、最大負荷を決めれば、押し込み深さは荷重により連続的に変えられる。しかし、前述のように、構造緩和現象を測定するのであるから、負荷速度の決定にあたっては十分配慮が必要である。本実験では０．１℃／５ｍｉｎでステップ状に負荷速度を変化させた。

実験によって得られた図４から、トナーの保存時または機内温度以上のガラス転移温度が保持できる分子量（Ｍｃ）を決定する。Ｍｃは必要とする臨界分子量であり、このＭｃ以上の分子量をもつ高分子でスペーサの機能を果たす微粒子２２（図３参照）を作製する。また実験によって得られた図７から、同様にトナーの保存時または機内温度以上のガラス転移温度を保持できる厚みｔを決定する。これらから、求める高分子微粒子２２の分子量と直径を決定する。

本願発明において微粒子の表面層を定義する必要がある。本願発明では画像形成装置用トナーの固着防止という観点から、実用的表面層を次のように定義する。ＳＰＭ法で測定する場合、同一の試料を用いて、プローブへの荷重を変えながら、換言すれば試料へのプローブの侵入深さを変えながら図７のようなデータを得る。

高分子鎖の長さである統計的セグメント長の数倍（例えば１ｎｍ〜２ｎｍ）以内とする。当然、分子量が大きくなれば高分子鎖の長さも長くなるので、必然的に統計的セグメント長も長くなる。また、近年の小粒径のスペーサ（外添剤）の径は数ｎｍ前後の場合が多い。これらの粒子がトナーに埋め込まれないようにするためには、トナー表面への埋設深さは少なくとも微粒子の半径以下にしなければならない。従って、現状では表面から数ｎｍの深さまでの諸特性を議論すべき時期に来ている。これらの実情を考慮すると、１ｎｍ〜１０ｎｍの範囲、特に１ｎｍ〜５ｎｍの範囲を表面層とすることは妥当である。

次に本実施形態の有効性について説明する。本実施形態では定着性に優れた合成樹脂として、下記の分子構造式を有するポリエステル樹脂を選定した。

分子量が１０³〜１０⁷までの範囲の単分散ポリエステル樹脂を作製し、ＳＰＭ法により図４ならびに図７と同様の特性図を得た。本実施形態ではトナー保存時の５０℃以上には画像形成装置の機内温度が上昇しないので、微粒子２２の必要最低のガラス転移温度Ｔｍを５０℃を超える温度と定義し（Ｔｍ＞５０℃）、本実施形態ではガラス転移温度Ｔｍを５５℃とした。

これに基づき微粒子として用いるポリエステル樹脂の分子量は実験から１×１０^５以上であることが分かり（図４参照）、本実施形態では１×１０^５〜１×１０⁶の範囲にある分子量（Ｍｃ）のポリエステル樹脂からなる微粒子２２を用いた。同様に定着用樹脂２１となる低分子量樹脂の分子量は１×１０³〜１×１０^４の範囲とした。なお、この場合の定着用樹脂２１の表面及びバルクのガラス転移温度は夫々３０℃、３５℃であった。

次にトナーの状態を図８ならびに図３を用いて説明する。図８にトナーの構成を示す。前述の分子構造式を有する１×１０³〜１×１０^４の低分子量ポリエステル樹脂からなる定着用樹脂２１の粒子には、カルナウバワックスからなるワックス粒子２３が４ｍａｓｓ％、カーボンブラック顔料からなる着色剤粒子２４が５ｍａｓｓ％、ニグロシンからなる帯電抑制剤粒子３５が適量分散されている。更に前述の分子構造式を有する１×１０^５〜１×１０⁶の高分子量ポリエステル樹脂からなる微粒子２２が、定着用樹脂２１との重量比で１ｍａｓｓ％添加されており、図８に示すように定着用樹脂２１の粒子表面の近傍に分布している。

このスペーサとして機能する微粒子２２の作製には、アトマイズ法または粉砕法−篩い分け法などが適宜採用でき、粒径は１０ｎｍ〜２００ｎｍ程度が適当であり、好ましくは１０ｎｍ〜５０ｎｍである。

本実施形態では、定着用樹脂２１の粒子と微粒子２２を夫々所定の割合で混合攪拌機に入れて攪拌し、定着用樹脂２１の粒子表面に微粒子２２をまぶした状態にする。

この状態で低分子量の定着用樹脂２１のガラス転移温度より高温に放置する。もし、圧力がかかっていない場合は圧縮空気等で加圧させると、図８に示すように微粒子２２の一部は定着用樹脂２１の表面に埋め込まれる。定着用樹脂２１の粒径は、微粒子２２の埋め込み深さを加味した寸法に設定されている。さらに微粒子２２間は図８に示すように、互いに接触しない距離に保つようにする。

他方、定着性から決定される分子量の低いトナー樹脂を主成分にして、前記微粒子２２を分散させる必要がある。もともと、同一系統の合成樹脂材料同士を混合させるので、長時間あるいは攪拌力が強すぎると微粒子２２が溶解してしまう問題がある。このようなことを考慮して、予め前記ワックス粒子２３、着色剤粒子２４、帯電抑制剤粒子３５などを分散させた定着用樹脂２１となる低分子量の合成樹脂を十分低粘度（例えば１０００ｍＰａ・ｓ）になるまで温度を上昇させて、その中に微粒子２２を短時間で分散させて、急冷させ、後に破砕させて図３に示す微粉末の粒径が６μｍ〜１０μｍ程度の破砕トナー２０を得る。

具体的には、定着用樹脂２１となる低分子量の合成樹脂を１ｋｇ秤量し、これを混練器に入れて、所定の粘度になるように１６０℃まで加熱した。その後微粒子２２を混練器に入れて２分間分散させ、−３５℃の窒素ガスを吹き付けて、５秒で室温になるように急冷した。室温に下がってから粉末を混練器から取り出し、粉砕機に投入して粉砕した。

高分子量のものと低分子量のものとでは機械的特性が異なり高分子量のものの方が機械的強度が高いため、破壊は高分子量の微粒子２２と低分子量の定着用樹脂２１の境界で生じる可能性が高い。そのため破壊して得られた破砕トナー２０の表面には図３のように高分子量の微粒子２２が露呈、突出しており、表面形状は不規則である。最後に篩で分級して平均粒径が７μｍの現像用トナーを得た。

次に前記実施形態に係るトナーの効果を確認した。ベースのトナー樹脂はポリエステル系樹脂であり、それのガラス転移温度は３５℃である。スペーサの機能を有する微粒子の樹脂も同じくポリエステル系樹脂でＳＰＭで測定した表面層のガラス転移温度は５５℃である。
まず、保存状態でのトナーの状態を観察した。トナー保存時には５０℃まで上昇することを考慮し、トナーをボトルに入れて５０℃、５５℃及び６０℃で１００時間保存した。湿度の影響も考慮する必要があるため、湿度は６０％ＲＨ、９０％ＲＨの２条件とした。

その結果、試験前後で、５０℃まではスティッキングは発生せず、安定であった。一方、５５℃では表面層のガラス転移温度と同じになるため、予想通り、一部スティッキングが生じ始め、６０℃では半分以上スティッキングが生じた。

そこで図１に示す高速レーザプリンタで実稼動状態で評価を実施した。実際印刷している状態での現像器内の最高温度は４５℃であったが、トナーの固着による問題はなかったことが確認された。

ガラス転移温度が影響する現像プロセスまでは、トナー表面のガラス転移温度を適正化（制御）することでスティッキング等の問題が発生することを回避できることが分かった。すなわち、適正なガラス転移温度を有する定着用樹脂ならびにスペーサとして機能する微粒子を選定するに当たり、定着用樹脂と微粒子を同じ系統の合成樹脂から選択しているため、スティッキングを起こさないように前記微粒子の配合比を適正化すればよい。

従来はスペーサに異種材料を用いていたため配合量に上限があったが、本発明のようにすれば定着工程で均一にトナーを溶融することができるため、配合量の制約が緩くなり、設計の裕度が高まる。すなわちスペーサの配合量という物理量のため、従来の定着と保存のバランスがとれるバルクの分子量設計、すなわち、定着性を高めるためには低分子量の樹脂を、オフセットを防止するためには高分子量の樹脂が用いられるので、ガラス転移温度が異なる樹脂を混合する必要があり、かつ保存安定性からガラス転移温度の下限値を決定しなければならないというしがらみから脱却できる。

次に本発明のトナーの定着工程での課題について検討した。定着工程ではトナーの溶融（高温）粘度が重要で、高粘度では用紙への定着度が劣り、所謂、コールドオフセットとなり、低粘度では定着ローラ表面へ接着してしまうホットオフセットが生じる。

本発明のトナーはバルクのガラス転移温度を３５℃と低くしているため、換言すると低分子量にしているため、本実験に採用しているプリンタの定着ローラの従来仕様（１９０℃）では粘度が低くなりすぎると懸念された。そこで、定着ローラ温度を１５０℃、１６０℃、１７０℃、１８０℃、１９０℃の５通りに分け、コールドオフセットならびにホットオフセットの発生の有無について実験を行った。

この実験結果を図９に示す。図中の×印はオフセットが発生した場合、○印はオフセットが発生しない場合を示している。この図から明らかなように、１５０℃ではコールドオフセットが発生し、１９０℃ではホットオフセットが発生しているが、定着ローラ温度を１６０℃〜１８０℃の範囲内ではコールドオフセットならびにホットオフセットが発生せず、安定した定着性が得られることが分かった。以上の結果から、適正なガラス転移温度を有する定着用樹脂ならびに微粒子を組み合わせることで、従来よりも低温でトナー像の定着ができる画像形成装置の提供が可能となる。

前記実施形態では、定着用樹脂として３５℃のガラス転移温度を有する定着用樹脂を用いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。

本発明の実施形態に係るレーザプリンタの概略構成図である。そのレーザプリンタにおける現像器の拡大断面図である。粉砕後のトナーの状態を説明するための概念図である。ガラス転移温度と分子量との関係を示す特性図である。本発明で使用するＳＰＭの原理図である。プローブの水平力と温度との関係を示す特性図である。ガラス転移温度と試料の表面からの深さとの関係を示す特性図である。粉砕前のトナーの状態を説明するための概念図である。本発明のトナーを使用した場合の定着温度とオフセットの発生状態との関係を示す図である。

符号の説明

１：感光体、２：帯電器、３：露光器、４：現像器、５：トナー像、６：用紙、７：転写器、８：定着器、９：排出部、１０：残留トナー、１１：クリーニングブラシ、１２：筐体、１３：現像器ケーシング、１４：トナーホッパー、１５：トナー、１６：搬送ローラ、１７：現像ローラ、１８：冷却フィン、２０：粉砕トナー、２１：定着用樹脂、２２：微粒子、２３：ワックス粒子、２４：着色剤粒子、２５：試料、２６：カンチレバー、２７：プローブ、２８：ピエゾ素子、２９：スキャナー、３０：矢印、３１：コントローラ、３２：レーザ光源、３３；光線、３４：フォトディテクタ、３５：帯電抑制剤粒子、３６：温度センサ、Ｔｍ：表面層の最低のガラス転移温度。

Claims

少なくとも定着用樹脂と着色剤を含む画像形成装置用トナーの製造方法において、
前記定着用樹脂を加熱して溶融させる溶融工程と、
前記定着用樹脂と同じ樹脂からなり、前記定着用樹脂よりも高分子量でトナーの粒子の固着を防止するための微粒子を前記溶融した定着用樹脂中に添加してその微粒子が溶融しないで短時間のうちに分散させる分散工程と、
前記微粒子を分散させた定着用樹脂を冷却する冷却工程と、
前記微粒子を分散・保持した定着用樹脂の冷却物を粉砕する粉砕工程とを備えていることを特徴とする画像形成装置用トナーの製造方法。
請求項１記載の製造方法により得られた画像形成装置用トナーであって、前記微粒子が前記定着用樹脂の粒子の表面に付着したり前記定着用樹脂の粒子の表面近傍に一部埋設した形で存在することを特徴とする画像形成装置用トナー。
請求項２記載の画像形成装置用トナーにおいて、前記定着用樹脂と前記微粒子がポリエステル系樹脂からなり、前記定着用樹脂の数平均分子量が１×１０ ^３〜１×１０ ^４の範囲で、前記微粒子の数平均分子量が１×１０ ^５〜１×１０ ^６の範囲であることを特徴とする画像形成装置用トナー。
請求項２または３記載の画像形成装置用トナーにおいて、前記微粒子のガラス転移温度が５０℃を超えていることを特徴とする画像形成装置用トナー。
請求項２ないし４のいずれか１項記載の画像形成装置用トナーにおいて、前記定着用樹脂と前記微粒子が下記の分子構造式を有するポリエステル樹脂からなることを特徴とする画像形成装置用トナー。
感光体と、その感光体表面を帯電する帯電手段と、帯電された感光体表面に静電潜像を形成する露光手段と、トナーを用いて前記静電潜像を顕像化してトナー像を形成する現像手段と、前記トナー像を被記録媒体上に転写する転写手段と、転写された前記トナー像を被記録媒体上に加熱定着する定着手段とを備えた画像形成装置において、前記トナーが請求項２ないし５のいずれか１項記載のトナーであることを特徴とする画像形成装置。