JPH01147465A - トナー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電子写真方式を用いた記録装置において画像形
成に使用されるトナーに係り、特に良好な画像を得るの
に好適なスチレンアクリル樹脂を結着樹脂として含有す
るトナーに関する。

〔従来の技術〕

トナーは記録紙上に画像を形成する平均粒径５〜２０μ
ｍ程度の黒色粉末である。その主成分は無定形高分子の
樹脂である。この樹脂を結着樹脂と呼ぶ。結着樹脂の種
類には、種々の樹脂が用いられるが、スチレンアクリル
樹脂、エポキシ樹脂等が代表的である。

少なくとも静電潜像形成体から成る上記記録装置の印写
装置において、トナーは記録体上に画像として配列、堆
積される。その後、少なくとも加熱体から成る上記記録
装置の定着装置において、トナーは加熱され融解し記録
体に固着する。

結着樹脂にスチレンアクリル樹脂が用いられたトナーは
環境安定性に優れ、特に吸湿性が低いため、上記印写装
置において、安定して良好な画像を容易に作像すること
ができるという利点がある。

なお、この種の材料として関連するものは例えば特公昭
６０−１５９４０号公報にて論じられている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は、トナーの熱伝導について、配慮されて
おらず、熱伝導を規定する因子である熱拡散率が低いた
め、定着時におけるトナーの記録体との接触点付近の温
度上昇が十分でなく、定着性能が劣るという問題があっ
た。

本発明の目的は、結着樹脂にスチレンアクリル樹脂を用
いたトナーの定着性能を向上させることにある。

なお、本明細書中で述べる定着性能は、定着後の画像の
トナーと記録体との固着強さを意味する。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、トナーの熱拡散率を適正な値に設定するこ
とにより、達成される。

〔作用〕 トナーの熱拡散率はトナーの熱伝道を規定する。

トナーの熱拡散率を増加させることは、トナーの熱伝導
を良くするように作用する。それによって定着時におけ
るトナーの記録体との接触点近傍の温度が上昇するため
、定着性能が向上する。

〔実施例〕

、５ＪＪＬ！− 以下、本発明の一実施例を第１図〜第３図および表１〜
表３を用いて説明する。

第１図は本発明のトナーが使用される記録装置の印刷プ
ロセスを示す模式図である。１は加熱体、２は現像器、
３は露光装置、４は感光体ドラム、５は転写装置、６は
記録紙である。本記録装置には電子写真方式が用いられ
る。感光体ドラム４の表面に露光装置３により静電潜像
が形成され、この静電潜像は現像器２によりトナー画像
として顕像化される。このトナー画像は転写装置５によ
り記録紙６の表面に転写された後加熱体１により加熱さ
れることにより記録体６に固着する。この−連のプロセ
スにより印刷が完了する。

第２図は本発明のトナーの熱拡散率測定に使用した熱拡
散率測定装置の断面側面図である。７は粉体状のトナー
、８はハロゲンランプ、９は光透過フィルム、１０は熱
電対、１１は容器である。

トナー７はハロゲンランプ８により光透過フィルム９を
介して加熱される。その時容器１１に満たされたトナ−
７内部の温度が上昇する。この温度変化は熱雷対１０に
より測定される。一方、熱雷対１０の位置における温度
変化は一次元熱伝導方程式を解くことにより見積ること
ができる。この時の境界条件は、光透過フィルムの位置
を原点とし上方を正とした半無限境界条件が用いられた
。

この熱伝導方程式の解が上記熱電対１０の測定値に合う
様に解の中の熱拡散率を定め、この定まった熱拡散率が
トナー７の熱拡散率となる。なおトナー１０の加熱時間
すなわちハロゲンランプ８の発光時間は３０秒とした。

また測定時のトナーの状態は２０℃１気圧の空気雰囲気
中における粉体である０本明細書に記載の熱拡散率の値
は全て以上述べた方法、トナーの状態において測定され
た値であり、測定装置は本発明者らにより試作されたも
のである。

第３図はトナーの熱拡散率と定着性能の関係の測定結果
を示す。ａは熱拡散率、Ｆは濃度保持率である。濃度保
持率Ｆの測定には、以下に述べる方法が用いられた。定
着後のトナー画像に粘着テープを貼り付は後、はく離し
、貼り付は前のトナー画像の反射濃度とはく離後のトナ
ー画像の反射濃度の比が濃度保持率Ｆと定義される。第
３図中の斜線範囲は、実測および誤差検討により見積ら
れたａとＦの関係の生じる範囲であり、測定誤差もこの
範囲に含まれる。また本発明のトナーを含む各種トナー
のデータは白抜きの円形で示しである。ａが高い程Ｆも
高いことが判る。ここでＦは定着性能を示す指標となる
。定着性能が高い側から０，０．Δ、×テ示せば、Ｆ２
Ｏ，７０，０，７〉Ｆ２Ｏ，６が０．０．６＞Ｆ２Ｏ，
３５が△、Ｆ＜０．３５　Ｘ　に対応し、各部の意味は
以下に述べるとうりである。Ｘ印の場合定着後のトナー
画像を手で触れるとはがれる。Δ印の場合定着後の画像
を手で触れる程度でははがれろことはないが、手で擦る
とはがれる。この状態の定着画像は仮定着画像として使
用することができる。０印の場合、定着後の画像を手で
擦ってもはがれることはないが、記録装置のオペレータ
が定着後面像を長時間取り扱った場合手がトナーで汚れ
ることがある。

この状態でも実用的には使用可能である。Ｏ印の場合、
前述の様な長時間の取扱いでも手が汚れることもなく、
保存用画像として使用可能である。

また実験に使用した加熱方法は次に述べるとうりである
。ａ　Ｘ　Ｉ　Ｏ’　（ｒｒＦ／　ｈ　ｒ）が２．５〜
３．５および４．５〜５．５の範囲ではキセノンフラッ
シュランプにより画像を加熱する方法を用いた。また、
ａ　Ｘ　１０’　（ｍ／　ｈ　ｒ）が３．５〜４．５の
範囲では加熱したアルミニウムロールとゴムロールとの
間にトナー画像を挟むことにより加熱する方法を用いた
。表１はトナーの熱拡散率と定着性能の関係を第１図の
結果に基づいて示したものである。

その際、定着性能の見積りに余裕を持たせるため、Ｆは
第１図の斜線範囲内の同一の熱拡散率における最も低い
値を基準にした。

表　　１ 表１より、トナーの熱拡散率は３．ＯＸ　１０″″４″
４イ／ｈ良く、好ましくは３．８　Ｘ　１０−’イ／　
ｈ　ｒ以上が良く、より好ましくは４．５Ｘ１０−’　
　　　゛耐／ｈｒが良い。

次に熱拡散率を向上させる方法について説明する。本発
明者らは従来知られているトナーの種々の定着性能の指
標である物性値を変化させることでトナーの熱拡散率を
向上させることが可能であることを実験により見い出し
た。先ず上記物性値の従来知られている特性について説
明する。トナーの定着性能の指標として、従来ガラス転
移温度、溶融粘度、構造粘性指数、貯蔵弾性率等の物性
値が用いられていた。

ガラス転移温度は、トナーの融解性を示す指標である通
常、５０℃〜８０℃に設定される。

溶融粘度は、トナーの溶解時の流動性を示す指標であり
、トナー温度１３０℃の場合通常、１０＝〜１０’　ｐ
ｏｉｓｅの範囲のいずれかの値になる。

構造粘性指数は、トナーの外力に対する溶融粘度変化の
度合いを示す指標であり、次の様に定義される。トナー
の溶融粘度ηは温度を一定とするとせん断速度γに対し
て次式に示される特性を有する。ａおよびＣを定数とし
て、 Ｑｏｇｙ）　＝　ａ　Ｑｏｇｙ　＋Ｃ−（１）（１）式
中のａの値が構造粘性指数である。トナーの場合、通常
０〜−０．５ｐｏｉｓｅ−ｓの範囲のいずれかの値をと
る。

貯蔵弾性率は、特に加熱源にロール形状体を用いる。ヒ
ートロール定着において、上記加熱源のロールにトナー
が付着して画像の品質を低下させる現象の発生し易さを
評価する指標として用いられ、通常、１０　’〜１０　
’ｄｙｎｅ／　ａｌの範囲のいずれかの値になる。以上
示したガラス転移温度、溶融粘度、構造粘性指数および
貯蔵弾性率の具体的値を得るのに用いた測定方法につい
て以下説明する。

ガラス転移温度：測定装置には、パーキンエルマー社Ｔ
ＭＳ−１が用いられた。測定法は、ペネスレーション法
である。荷重７０ｇ、昇温速度毎分１０℃の測定条件を
採用した。

溶融粘度：測定′！Ａ置には東洋精機、キャビログラフ
が用いられた。本装置は細管押出型高化式フローテスタ
である０毛細管内径φ１ｍ、管長４０Ｉ１毛細管入口部
の内径φ９．５ｍｍ、トナー温度１３０℃の条件におい
て、壁面せん断速度を５〜２００Ｓ−１の範囲で変化さ
せて測定された。

構造粘性指数：溶融粘度の測定結果から算出される値で
あるため、測定方法は溶融粘度の場合と同様である。

貯蔵弾性率：測定装置には台本製作所レオベキシーアナ
ライザＲＰＸ−７０５型が用いられた。

測定法には強制正弦波振動法を採用し、ギャップ０．８
ｍαφ１．５０パラレルプレートを用い変位角１″、周
波数ＩＨｚ、トナー温度１３０℃の条件にて測定された
。

特にトナーの記録体への固着強さを増加させるという観
点すなわち、定着性能を向上させるという観点に限れば
、上記指標のうち、ガラス転移点および溶融粘度はその
他の特性が同一の場合には低い方が良いことは従来より
一般的によく知られていた０本発明者らは、トナーの構
造粘性指数を増加させることにより熱拡散率が増加する
ことを確認した。但し、構造粘性指数を増加させると溶
融粘度が増加する。溶融粘度の増加は定着性能を低下さ
せるように作用するので、構造粘性指数の増加による熱
拡散率増加の定着性能に与える効果を最大にするために
は、この溶融粘度の増加を抑制する必要がある。それは
、スチレンアクリル樹脂のモノマーのひとつであるアク
リル酸ブチル、メタクリル酸ブチル等の可塑性付与上ツ
マ−の配合比を高めることにより実現する。しかし、こ
れにより、トナーの保存性が低下してブロッキングが発
生し易くなる。

表２にトナーの構造粘性指数に対するブロッキングの有
無と保存性総合評価、および定着性能の関係を示す。

ブロッキング有無の試験における条件Ａは５０℃、６６
％Ｒｈ１８時間放置、条件Ｂは４５℃。

６６％Ｒｈ１８時間放置１条件Ｃは４０℃、２７％Ｒｈ
１８時間放置である。条件ＢおよびＣでブロッキングが
発生した場合実用不可能であり、保存性総合評価はｘ印
で示した１条件Ａでブロッキングが発生し、条件Ｂおよ
びＣで発生しなかった場合、実用的には６ケ月未満の短
期保存に限り使用可能で、保存性総合評価はΔ印で示し
た。条件Ａ、ＢおよびＣともブロッキングが発生しなか
った場合実用的にも６ケ月以上の長期保存が可能で、保
存性総合評価は０印で示した。定着性能については表１
と同様の基準で示しである。ここで定着性能の差は構造
粘性指数の変化により熱拡散率が変化したため生じたも
のである。表２の結果から、構造粘性指数は−０，１５
以上−０，４ｐｏｉｓｅ−ｓ未満が良く、より好ましく
は−０，１５以上−０，３５ｐｏｉｓｅ−ｓ未満が良い
。次に、本発明者らは、トナーの貯蔵弾性率を増加させ
ると熱拡散率が増加することを確認した。但し、この場
合も、構造粘性指数の場合と同様、溶融粘度が増加する
。したがって、トナーのスチレンアクリル樹脂のアクリ
ル酸ブチル、メタクリル酸ブチル等の可塑性付与モノマ
ーの配合比を高める必要があり、そのため保存性が低下
する。

表３にトナーの貯蔵弾性率に対するブロッキングの有無
と保存性総合評価、および定着性能の関係を示す。

ブロッキング有無の試験条件、保存性総合評価の基準、
定着性能表示の基準は表２と同様である。

ここで定着性能の差は貯蔵弾性率の変化により熱拡散率
が変化したため生じたものである。表３の結果から貯蔵
弾性率は５　Ｘ　１０’以上５×１０５ｄｙｎｅ／ｃ＋
Ｊ未満が良く、より好ましくは、７Ｘ１０’以上２Ｘ１
０５未満が良い。以上述べた本実施例によれば、保存性
、定着性に優れたトナーを得ることができる。

失旌孤又 以下、本発明のその他の実施例を表４を用いて説明する
。

第１のトナーは、本発明のトナーであり、熱拡散＄　３
　、８　Ｘ　１０−’ｇ／　ｈｒ、構造粘性指数−〇、
１８ｐｏｉｓｅ−５、貯蔵弾性率７　Ｘ　１０　’ｄｙ
ｎｅ／　Ｃ１１１である。

第２のトナーは従来のトナーであり、熱拡散率２、７　
Ｘ　１０−’ｍ／　ｈ　ｒ　、構造粘性指数−〇、０９
Ｐｏｉｓｅ−５、貯蔵弾性率４　Ｘ　１０　’ｄｙｎｅ
／　ａｌである。

表４に、第１のトナーおよび第２のトナーの定着性およ
び保存性を示す。定着性能の実験・評価方法および保存
性の表示方法は表２と同様である。

表　　　４ 本発明の第１のトナーの定着性能は従来の第２のトナー
に比較して、大きく改善されている。

以上述べた本実施例によれば、保存性を落すことなく定
着性能を向上させる効果がある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、トナーの熱拡散率を適正な値に設定す
ることにより、トナーの熱伝導を改善することができる
ので、定着時におけるトナーの記録体との接触点付近の
温度が十分に上昇し、それにより、定着性能を向上させ
る効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は記録装置の印刷プロセスを示す模式図、第２図
は熱拡散率測定袋はの断面側面図、第３図はトナーの熱
拡散率と定着性能の関係を示す図である。 １・・・加熱体、２・・・現像器、３・・・露光装置、
４・・・感光体ドラム、５・・・転写装置、６・・・記
録紙、７・・・トナー、８・・・ハロゲンランプ、９・
・・光透過フィルム、１０・・・熱電対、１１・・・容
器、ａ・・・熱拡散率、Ｆ・・・温度保持率。 αｘｌＯ牛（１ｒＸ２／Ｒｒ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ガラス転移温度が５０℃以上８０℃以下で、少なく
   ともスチレン・アクリル樹脂を結着樹脂として含有する
   トナーにおいて、該トナーの熱拡散率を３×１０＾−＾
   ４ｍ＾２／ｈｒ以上の範囲に設定したことを特徴とする
   トナー。 ２、該トナーの構造粘性指数を−０．４ｐｏｉｓｅ・ｓ
   以上−０．１ｐｏｉｓｅ・ｓ未満の範囲に設定したこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のトナー。 ３、該トナーの貯蔵弾性率を５×１０＾４ｄｙｎｅ／ｃ
   ｍ＾２以上５×１０＾５ｄｙｎｅ／ｃｍ＾２未満の範囲
   に設定したことを特徴とする特許請求の範囲第２項に記
   載のトナー。