JPH03122659A

JPH03122659A - 加熱定着用トナー

Info

Publication number: JPH03122659A
Application number: JP1258683A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Kawakami; 宏明川上; Satoshi Matsunaga; 聡松永; Takashige Kasuya; 貴重粕谷; Shinji Doi; 信治土井
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1989-10-05
Filing date: 1989-10-05
Publication date: 1991-05-24

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、静電印刷、磁気記録等に用いられ
る現像剤において、特に加熱定着方法に適した加熱定着
用トナーに関する。

［従来の技術］従来、トナー顕画像を記録材に定着する方法として、ヒ
ーターあるいは熱ローラー等により加熱溶融して定着さ
せる方法、加圧により定着させる方法、有機溶剤により
トナーのバインダーを軟化あるいは溶解して定着させる
方法等があるが、現在量も一般的な方法は加熱により溶
融定着させる方法である。

近年、複写機の省エネルギー化、小型化、高速化に伴い
、加熱定着方法に用いられるトナーとしては、より低い
温度で定着するトナーが要求されている。低温定着トナ
ーを実現する手段としては、トナーの主結着樹脂の分子
量を小さ（して軟化点を下げることが知られているが、
これには種々の問題点がある。低分子量化に伴い結着樹
脂の溶融粘度が低下するため、定着器の温調を、トナー
が十分に定着する温度に設定すると、トナーが紙のみな
らず加熱体上にも融着する、いわゆるオフセットが発生
する。オフセットを防止するためには、トナー中に離型
効果を増すために低分子量のポリエチレン、ポリプロピ
レン等を少量添加することが知られているが、トナーの
凝集性が増し、帯電性が不安定になる等の弊害がある。

また、特公昭５１−２３３５４号に示される様に、架橋
された樹脂を用いたトナーもオフセット防止に効果があ
るが、架橋度が増すにつれて定着温度が上昇してしまい
、低温定着の方向に反するものとなってしまう。さらに
もう一つの問題として、低分子量化に伴いガラス転移点
が低下し、保存中にトナーがブロッキングするという好
ましくない現象が起きる。

低温定着と相反するオフセット性、ブロッキング性を全
て満足するトナーに関しては、例えば特開昭６１−１７
６９４７号に示される様に物性の異なる２種の樹脂をブ
レンドする方法が提案されているが、各々の樹脂の物性
が規定されているのみで、混合物としての樹脂の物性に
は何ら言及されておらず必ずしも所望の性能が得られる
とは限らない。また、同様の目的で特開昭５６−１５８
３４０号が提案されているが、より高性能なトナーが要
求されているのが実状である。

［発明が解決しようとする課題］本発明の目的とするところは、トナーの持つ物性を規定
することにより、低温定着性、耐オフセット性、耐ブロ
ッキング性を全て満足しつる加熱定着用トナーを提供す
ることにある。

すなわち本発明の目的は、より低い温度で十分に定着し
、かつ、十分に広い非オフセット領域を持ったトナーを
提供することにある。さらに、長期貯蔵時及び使用時に
ブロッキング等が起こらず、安定した帯電性を示し鮮明
でカブリのない画像の得られる加熱定着用トナーを提供
することにある。

［課題を解決するための手段及び作用］本発明者等は鋭
意検討の結果、熱高架式フローテスター測定による流出
開始温度（Ｔｏ）が７５℃〜１０５℃、及び溶融粘度（
η′）の常用対数ｌｏｇηを温度に対してプロットした
際の、Ｔｆｂ＋２０℃におけるグラフの傾きの絶対値が
０．１：’ｊ’ｏｇ（ｐｏｉｓｅ）／　’Ｃ以上であり
、Ｔｔｏ＋４０℃における該グラフの傾きの絶対値が０
．０４１）ｏｇ（ｐｏｉｓｅ）／　’Ｃ以下で、かつ、
Ｔｔｂ＋４０℃における溶融粘度（η′）の常用対数が
４．５４）ｏｇ（ｐｏｉｓｅ）以上である樹脂を主結着
樹脂とする加熱定着用トナーを用いることで、前記の目
的を達成できることを見い出した。以下にその詳細を説
明する。

本発明における流出開始温度（Ｔｏ）及び溶融粘度（η
′）の測定は、第１図に示す如き高架式フローテスター
（島津製作所製ＣＦＴ−５００型）を使用して行った。

加圧成形器を用いて成形した１、０　ｇの試料３を昇温
速度５．０℃／ｍｉｎでプランジャー１によりｌＯｋｇ
ｆの荷重を与え、直径φ１　ｍｍ、長さ１ｍｍのノズル
４より押し出すようにし、これによりフローテスターの
プランジャー降下量（流出速度）を２．５℃間隔で測定
する。

第２図の如（、プランジャー降下量と温度の関係をグラ
フにした際に、グラフの傾きが負又はＯから正へ変わる
温度を流出開始点ＴｆＩ、と定義する。

さらにこのプランジャー降下量から流出速度を求め、次
式により溶融粘度η′を求めた。

ただしＴＷ’　＝　ＰＲ／　２Ｌ　・（ｄｙｎｅ／ｃｍ”）Ｄ
Ｗ’　＝　４Ｑ／　πＲ”　（５ｅｃ−’　）η′二見
掛けの粘度（ｐｏｉｓｅ）ＴＷ’　：管壁の見掛けのずり反応（ｄｙｎｅ／ｃｍ２
）ＤＷ’　：管壁の見掛けのずり速度（１／５ｅｃ）Ｑ
：流出速度（ｃｍ”／ｓｅｃ　＝　ｍＩ２／５ｅｃ）Ｐ
：押出圧力（ｄｙｎｅ／ｃｍ”）　［ｌＯｋｇｆ＝　９
８０Ｘ　１０’ｄｙｎｅ］Ｒ：ノズルの半径（ｃｍ）　
　［０，１ｃｍ１Ｌ：ノズルの長さ（ｃｍ）　　［０，
１ｃｍ１本発明の加熱定着用トナーの一つの特徴は、主
結着樹脂の流出開始温度Ｔ、わが７５℃〜１０５℃、好
ましくは８０℃〜１００℃の範囲にあることである。

かかる流出開始温度は、トナーの定着温度を反映してい
る物性であることが分かつており、該温度が低いほど低
温定着に相応しい結着樹脂といえる。しかし、流出開始
温度が７５℃未満の場合、比校内温度の高い環境下に長
期保存すると、トナーがブロッキングする等の不都合が
生じる。逆に、１０５℃を上回る場合、定着温度が上昇
してしまい、低温定着が実現できない。

流出開始温度でのトナーの粘度は相当に高いため、該温
度でトナーが定着するのではなく、さらに温度を上げて
低粘度になった時点で初めて定着する。流出開始温度以
上に加熱すると、粘度は急激に低下し定着可能な状態と
なるが、粘度の変化の割合が大きいほど低温定着に相応
しい。

すなわち、トナーの主結着樹脂の溶融粘度ηの常用対数
（Ｉ２ｏｇη勺を温度に対してプロットした際の、Ｔｆ
ｌ、＋２０℃におけるグラフの傾きの絶対値が０．１２
ｌｏｇ（ｐｏｆｓｅ）／　’Ｃ以上、好ましくは０．１
４！ｌｏｇ（ｐｏｉｓｅ）　／℃以上であることにより
、低温定着が可能なことが見い出された。かかるグラフ
の傾きが０．１２１１ｏｇ（ｐｏｉｓｅ）／　”Ｃ未満
の場合、トナーの粘度が比較的高い状態が続くためトナ
ーの熱変形が不十分となり、たとえ流出開始温度が７５
℃〜１０５℃の範囲にあった場合でも、低温度定着に相
応しくない。

上述の様にトナーの主結着樹脂の流出開始温度Ｔｔｏ及
びＴｃｂ＋２０℃における溶融粘度−温度曲線の傾きを
規定することにより、低温定着性及び耐ブロッキング性
を満足するトナーを得ることができるが、さらに高温時
のオフセットを防止するために、本発明では、トナーの
主結着樹脂の溶融粘度η′の常用対数＜ｌｏｇη′）を
温度に対してプロットした際の、ＴｆＤ＋４０℃におけ
るグラフの傾きの絶対値が０．０４ｌｏｇ（ｐｏｉｓｅ
）／　”Ｃ以下、好ましくは０６０２１ｏｇ（ｐｏｉｓ
ｅ）／　”Ｃ以下で、かつ、該温度における溶融粘度の
常用対数が４．５Ｒｏｇ　（ｐｏｉｓｅ）／　”Ｃ以上
であることを提案したｅ　Ｔｆｂ＋４０℃における該グ
ラフの傾きが０．０４ｉ’ｏｇ（ｐｏｉｓｅ）／　’Ｃ
を上回る場合、あるいは該温度における溶融粘度の常用
対数が４．５ｌｏｇ（ｐｏｉｓｅ）未満の場合、該温度
以上で急激に溶融粘度が低くなり過ぎるため、定着部材
へのオフセットが発生し易くなる。

本発明に用いられる主結着樹脂としては、例えば、ポリ
スチレン、ポリα−メチルスチレン、ポリビニルトルエ
ン、ポリクロルスチレン、スチレン−ブタジェン共重合
体、スチレン−アクリル酸共重合体、スチレン−無水マ
レイン酸共重合体等のスチレン又はその置換体の重合体
又は共重合体、ポリエステル樹脂、アクリル系樹脂、キ
シレン樹脂、アイオノマー樹脂、ケトン樹脂、テルペン
樹脂、ロジン、ロジン変性樹脂、マレイン酸変性フェノ
ール樹脂、芳香族系石油系樹脂、フェノール樹脂、脂肪
族又は脂環族炭化水素樹脂、ボッウレタン樹脂、ポリア
ミド、エポキシ樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリ
ビニルピロリドン、シリコン樹脂等が単独あるいは混合
して用いられる。尚、本発明で規定している物性範囲内
であれば、上記の樹脂に限定されるものではない。

また、本発明のトナー中には、必要に応じて各種離型剤
を含有させてもよい。例えば、ポリフッ化エチレン、フ
ッ素樹脂、フッ素化炭素油、シリコーンオイル、低分子
量ポリエチレン、低分子量ポリプロピレン等がトナーに
対して０．１〜ＩＯ重量％の添加量で用いられる。

また、使用するトナーが磁性微粒子を含有する磁性トナ
ーとして用いられる場合には、磁性微粒子としては磁性
を示すか磁化可能な材料であればよく、例えば鉄、マン
ガン、ニッケル、コバルト、クロム等の金°属、マグネ
タイト、ヘマタイト、各種フェライト、マンガン合金、
その他の強磁性合金等があり、これらを平均粒径約０．
０５〜５μｍの微粉末としたものが使用できる。磁性ト
ナー中に含有させる磁性微粒子の量は、磁性トナー総重
量の１５〜７０重量％（より好ましくは２５〜４５重量
％）が良い。

また本発明で使用するトナーには、着色・荷電制御等の
目的で種々の物質を添加することができる。例えば、カ
ーボンブラック、鉄黒、グラファイト、ニグロシン、モ
ノアゾ染料の金属錯体１群青、フタロシアニンブルー、
バンザイエロー、ベンジンイエロー、キナクリドン各種
レーキ顔料等である。

あるいはまた、流動性向上剤としてコロイダルシリカ等
をトナー中にＩＯ〜４０重量％含荷させてもよい。勿論
、この流動性向上剤はトナーの外部に混合して用いても
よ（、そのときの添加量は０．２〜５重量％（対トナー
重量）である。

［実施例］以下に、本発明の実施例を挙げて説明するが、何ら本発
明を限定するものではない。

見上■ユ〈樹脂Ａの製造例〉を溶液混合し樹脂Ａを得た。

樹脂Ａのフローテスター測定による流出開始温度Ｔｔｂ
は、８７．５℃であった。また、溶融粘度−温度のグラ
フにおイテ、１０７．５℃（Ｔｆｂ、＋２０”Ｃ）　（
７）グラフの傾きは０．１４５１１ｏｇ（ｐｏｉｓｅ）
　／　”Ｃ１１２７，５℃（Ｔｆｂ＋４０℃）のグラフ
の傾きは０．Ｏ１５ｌｏｇ（ｐｏｉｓｅ）７℃、このと
きの粘度は５．Ｏｌｏｇ（ｐｏｉｓｅ）であった。

かかる樹脂Ａ１００重量部、磁性体６０重量部、正荷電
制御剤２重量部、低分子量ポリエチレン４重量部を混合
し、２軸の混線押出し機により溶融混練した後、粉砕１
分級し、平均粒径１２．０μｍの黒色微粉末を得た。該
微粉末１００重量部に対し疎水性シリカ粉末０．４重量
部を添加混合して、トナーＡを得た。

このトナーＡの未定着画像を、ＮＰ−１２１５（キャノ
ン製複写機）の定着器を離脱した改造機を用いて得た。

上ローラーがテフロン、下ローラーがシリコンゴムの熱
ローラー外部定着器を用いて、定着試験を行った。条件
は上下ローラー間の加圧な線圧で０．３０ｋｇ／ａｍ　
、ニップ３．５ｍｍ　、周速５０ｍｍ／　ｓｅｃ　、温
調範囲９０〜２５０℃（５℃間隔）で行った。

得られた定着画像を５０ｇ／ｃｍ”の荷重をかけたシル
ボン紙で摺擦し、摺擦前後の濃度低下率が７％以下にな
る温度を定着開始温度とした。またオフセットは、紙及
びローラーの目視観察により評価した。

この結果、定着開始温度は１２５℃と低く、非オフセッ
ト領域は１１０℃〜１６０℃と広く、良好な低温定着性
と耐オフセット性を示した。また、トナーＡを５０℃の
恒温槽に７２時間放置したが、ブロッキングは発生して
いなかった。

−較±ユ樹脂Ａを構成する樹脂のうち低分子量のもの（スチレン
−ブチルアクリレート共重合体（共重合比８５：１５．
　Ｍｗ　＝６０００．　Ｍｎ　＝３０００．　Ｔｔｂ　
＝８１℃））は、１０１℃（Ｔｆｂ＋２ｏ℃）における
粘度−温度グラフの傾きがＱ、ｌｌｏｇ（ｐｏｉｓｅ）
　／　”Ｃ１１２１’Ｃ（Ｔｆｂ＋４０℃）におけるグ
ラフの傾きは０．０９１’Ｏｇ（ｐｏｉｓｅ）　／　”
Ｃ１粘度は３−ＯＲＯｇ（ｐ３−０ＲＯであった？この
樹脂のみでトナーＡと同様の処方のトナーを作った。こ
のトナーで実施例１と同様の定着試験を行ったところ、
定着開始温度は１２０℃と低かったが、全温度領域でオ
フセットが発生した。

支直上ユ〈樹脂Ｂの製造例〉を溶液混合し樹脂Ｂを得た。

樹脂Ｂのフローテスター測定による流出開始温度は８３
℃であり、また溶融粘度−温度のグラフにおいて、１０
３℃（Ｔｆｂ＋２０℃）のグラフの傾きは０、１６１’
ｏｇ（ｐｏｉｓｅ）／　”Ｃ１１２３℃（Ｔｆｂ＋４０
℃）のグラフの傾きは０．０１２ｊｌ’ｏｇ（ｐｏｉｓ
ｅ）　／　”Ｃ１このときの粘度は５．４１１ｏｇ（ｐ
ｏｉｓｅ）であった。

かかる樹脂Ｂ　１００重量部、磁性体６０重量部、負荷
電制御剤２重量部、低分子量ポリプロピレン３重量部を
混合し、２軸の混練押出機により溶融混練した後、粉砕
９分級し、平均粒径１１．７ｐｍの黒色微粉末を得た。

該微粉末１００重量部に対し疎水性シリカ微粉末０．５
重量部を添加混合しトナーＢを得た。

このトナーＢの未定着画像を、第３図に示す定着装置を
用いて定着させ定着試験を行った。第３図の定着器につ
いて簡単に説明する。

図中１４は、装置に固定支持された、低熱容量線状加熱
体であって、厚み１．０ｍｍ、巾１０ｍｍ、長手長２４
０　ｍｍのアルミナ基板１５に抵抗材料１６を巾１．０
　ｎｏｎに塗工したもので、長手方向両端より通電され
る。通電は、りＣ１００Ｖの周期２０ｍ５ｅｃのパルス
状波形で、検温素子１７によりコントロールされた所望
の温度、エネルギー放出量に応じたパルスを、そのパル
ス巾を変化させて与える。かかるパルス巾は、０．５　
ｍ５ｅｃ〜５　ｍ５ｅｃとなる。この様にエネルギー、
温度制御された加熱体１４に当接して、図中矢印方向に
定着フィルム１８は移動する。この定着フィルムは、厚
み２０ＩＬｍのポリイミドに画像当接面側にＰＴＦＨに
導電材を添加した、離型層を１０μｍコートしたエンド
レスフィルムである。フィルム駆動は、駆動ローラー１
９と、従動ローラー２０による駆動とテンションにより
矢印方向にシワなく移動する。

２１はシリコンゴム等の離型性の良いゴム弾性層を有す
る加圧ローラーで、総圧５ｋｇでフィルムを介して加熱
体を加圧し、フィルムと圧接回転する。

転写材２２上の未定着トナー２３は、入口ガイド２４に
より定着部に導かれ、上述の加熱により定着像を得るも
のである。

定着器の条件は、実施例１と同様にして定着試験を行っ
た。その結果、定着開始温度は１０５℃と低く、非オフ
セット領域は１００℃〜２２０℃と広く、良好な低温定
着性と耐オフセット性を示した。また、耐ブロッキング
性も良好であった。

夫星ｌユく樹脂Ｃの製造例〉を混合し、２軸の混練押出機で溶融混練して樹脂Ｃを得
た。

樹脂Ｃのフローテスター測定による流出開始温度は８１
’Ｃであり、また溶融粘度−温度のグラフにおいて、１
０１　”Ｃ（Ｔｆｂ＋２０℃）のグラフの傾きは０、１
５Ｉｌｏｇ（ｐｏｉｓｅ）／　”Ｃ１１２１”Ｃ（Ｔｆ
ｂ＋４０℃）のグラフの傾きはＯ，ＯＩＩ！ｏｇ（ｐｏ
ｉｓｅ）／　’Ｃ１このときの粘度は５．　ＩＩ！ｏｇ
（ｐｏｆｓｅ）であった。

かかる樹脂Ｃ１００重量部、カーボンブラック４重量部
、負荷電制御剤２重量部、低分子量ポリエチレン２重量
部を混合し、２軸の混練押出機により溶融混練した後、
粉砕９分級し、平均粒径１２．５ｐｍの黒色微粉末を得
た。該微粉末１００重量部に疎水性シリカ微粉末０．８
重量部を添加混合し、トナーＣを得た。さらに、このト
ナーＣ２０ｇに対して、アクリル樹脂コートフェライト
キャリア２５０ｇを混合して現像剤を得た。この現像剤
の未定着画像を、ＮＰ−６６５０（キャノン製複写機）
の定着器を離脱した改造機を用いて得た。定着器は、実
施例１と同様のものを用い、上下ローラー間の加圧を線
圧で０．６０ｋｇ／ａｍ　、ニップ４　、５　ｍ　ｍ　
％周速１５０ｍｍ／　ｓｅｃとして定着試験を行った。

その結果、定着開始温度は１４０℃と低く、非オフセッ
ト領域は１２５℃〜２４５−１：と広く、良好な低温定
着性と耐オフセット性を示した。また、耐ブロッキング
性も良好であった。

【発明の効果コ以上述べたように、本発明の加熱定着用トナーによれば
、従来より低い温度で十分に定着し、がっ、十分に広い
非オフセット領域を得ることができ、また、長期貯蔵時
及び作用時にブロッキング等の起こらない、すなわち、
低温定着性、耐オフセット性、耐ブロッキング性を全て
満足させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る流出開始温度及び溶融粘度の測
定に用いた、高架式フローテスターを示す概略図である
。第２図は、第１図に示した装置のプランジャー降下量と
温度との関係を示したグラフである。第３図は、本発明の実施例で用いた定着装置を示す概略
図である。ｌ・・・プランジャー　　２・・・シリンダ３・・・試
料　　　　　　４・・・ノズル５・・・ノズル押え１５・・・アルミナ基板１７・・・検出素子１９・・・駆動ローラー２１・・・加圧ローラー２３・・・未定着トナー１４・・・低熱容量線状加熱体１６・・・抵抗材料１８・・・定着フィルム２０・・・従動ローラー２２・・・転写材２４・・・入口ガイド

Claims

【特許請求の範囲】

（１）熱高架式フローテスター測定による流出開始温度
（Ｔ＿ｆ＿ｂ）が７５℃〜１０５℃、及び溶融粘度（η
′）の常用対数ｌｏｇη′を温度に対してプロットした
際の、Ｔ＿ｆ＿ｂ＋２０℃におけるグラフの傾きの絶対
値が０．１２ｌｏｇ（ｐｏｉｓｅ）／℃以上であり、Ｔ
＿ｆ＿ｂ＋４０℃における該グラフの傾きの絶対値が０
．０４ｌｏｇ（ｐｏｉｓｅ）／℃以下、かつ、Ｔ＿ｆ＿
ｂ＋４０℃における溶融粘度の常用対数が４．５ｌｏｇ
（ｐｏｉｓｅ）以上である樹脂を主結着樹脂とすること
を特徴とする加熱定着用トナー。