JPH04328578A - フラッシュ定着用トナー - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子写真法等において
静電潜像を現像するために用いられるフラッシュ定着用
トナーに関する。従来、電子写真法としては米国特許第
２２９７６９１号などに記載された方式が周知であるが
、これは一般には光導電性絶縁体（フォトコンドラムな
ど）を利用し、コロナ放電などにより該光導電性絶縁体
上に一様な静電荷を与え、様々な手段により該光導電性
絶縁体上に光像を照射することによって静電潜像を形成
し、次いで、該潜像をトナーと呼ばれる微粉末を用いて
現像可視化し、必要に応じて紙等にトナー画像を転写し
た後、加圧、加熱、溶剤、蒸気、光等の照射などの手段
により紙等の記録媒体上にトナー画像を定着させて複写
物を得るものである。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】これ
らの静電潜像を現像するためのトナーとしては、従来よ
り天然または合成高分子物質よりなるバインダ樹脂中に
カーボンブラックなどの着色剤を分散させたものを１〜
３０μｍ程度に微粉砕した粒子が用いられている。かか
るトナーは通常、トナー単体もしくは鉄粉、ガラスビー
ズなどの担体物資（キャリア）と混合され静電潜像の現
像に用いられる。

【０００３】トナー単体で現像に供せられる場合（一成
分現像方法）、トナーは通常、磁性粉を含有しており、
該トナーは現像装置の壁面や現像装置内のマグネットロ
ールなどの部材と摩擦されることにより摩擦帯電し、さ
らに、該マグネットロールの磁力により、該マグネット
ロール上に保持され、該マグネットロールが回転するこ
とによりトナーが光導電性絶縁体上の潜像部分に運ばれ
、帯電したトナーのみが電気的吸引力により潜像に付着
することによって現像が行われる。

【０００４】また、キャリアとトナーを混合して用いる
場合（二成分現像方法）、トナーとキャリアとからなる
現像剤は現像装置内で混合撹拌されることにより摩擦帯
電し、トナーがキャリアに担持された状態で光導電性絶
縁体上の潜像部分に運ばれ、帯電したトナーのみが電気
的吸引力により選択的に潜像に付着することによって現
像が行われる。この場合も前記トナー画像はトナーのみ
で形成されている。

【０００５】二成分現像方法の場合、通常キャリアとし
ては鉄粉もしくは他の強磁性体粒子を用いることが多く
、この場合、該磁性体粒子が現像装置内のマグネットロ
ールにより保持され磁気ブラシを形成し、該マグネット
ロールが回転することにより磁気ブラシが光導電性絶縁
体上の潜像部分に運ばれることにより潜像部分へのトナ
ーの運搬が行われる。

【０００６】一方、トナーに用いられるバインダ樹脂と
しては一般にオリゴマーと称する低重合体高分子が用い
られることが多い。オリゴマーは低分子量であることか
ら溶融粘度が低く、熱安定性が良好なため、電子写真用
トナーのバインダ樹脂として広く用いられている。前記
定着は、前記トナーの粉像を溶融して記録紙に固着させ
ることであり、その方法としては前記の種々の方法があ
る。これらの方法のなかで、光定着の代表的なものであ
るフラッシュ定着は、例えばキセノンフラッシュランプ
など放電管の閃光によって定着する方法であって、（１
）非接触定着であるため、現像時の画像の解像度を劣化
させない、（２）電源投入後の待ち時間がなく、クイッ
クスタートが可能である、（３）システムダウンにより
定着器内に記録紙がつまっても発火しない、（４）のり
付き紙、プレプリント紙、厚さの異なる紙など、記録紙
の材質や厚さに関係なく定着可能である、などの大きな
特徴を有している。

【０００７】ここで、フラッシュ定着によってトナーが
記録媒体に固着する過程を説明すると、まず記録媒体に
転写されたトナーは粉末のまま付着して画像を形成して
おり、指で擦れば崩れる状態にある。次に、キセノンフ
ラッシュランプを用いて閃光を照射すると、トナーは閃
光のエネルギを吸収し、このため温度が上昇して軟化溶
融し、記録媒体に密着する。

【０００８】そして、閃光が終わった後は温度が下がり
、固化して定着画像を生じる。ここで、トナーの必要条
件は比較的低い温度で軟化すると共に溶融した状態でも
画像が変形しないことである。しかしながら、フラッシ
ュ定着方式においては、トナー像に与える閃光エネルギ
の照射時間、照射方法、エネルギ量および、熱分解特性
、熱溶融特性、溶融粘弾性、表面張力等のトナー物性を
最適化しないと、ボイド現象（定着画像にあばた状の白
ぬけが生じる現象）が発生して、印字品位の劣化が生じ
る。

【０００９】図１はボイドの発生状況を示すもので、記
録紙２の上に複数列に渡って配列しているトナー１に、
過剰なエネルギを有する閃光３が照射されると、トナー
１の軟化温度が低いために容易に溶融するが以下の理由
により内部にボイド５が生ずることを示している。・ト
ナーの一部が分解温度に達して分解ガスが発生し、突出
することにより、ボイドが形成される。

【００１０】・トナー粒子間の隙間にある空気が熱膨張
することにより突出し、ボイドが形成される。このメカ
ニズムにより形成されるボイド５が爆発定着によるボイ
ド５である。また、トナー１が閃光３から溶融するのに
適当なエネルギーを吸収した場合においても、トナー１
の表面張力に対して溶融粘度、貯蔵弾性率が低すぎる場
合には、一旦溶融したトナー１同士が固化する前に表面
張力により凝集するためにボイド５が発生する場合もあ
る。

【００１１】これらの問題を解決する手段として、単に
バインダ樹脂の分子量を大きくするとトナーの溶融粘度
、貯蔵弾性率は高くなるもののトナーの融点も高くなる
ため、通常、トナーの定着性が悪くなる。このように、
フラッシュ定着用のトナーは良好な定着性を示し、かつ
画像のボイド現象が発生しないことが必要になるのであ
るが、トナー構成材料には、良好な定着性を付与するた
めに低温溶融し、溶融時の溶融粘度が低いことが、また
、ボイド現象を防止するためには、耐熱分解性に優れ、
溶融時の表面張力が低く、かつ、溶融粘度、貯蔵弾性率
が高いことが求められる。

【００１２】通常、これらのトナー物性の達成は、主に
トナーバインダの物性値を最適化することにより目指す
ものであるが、トナーバインダにこれら全ての要求を織
り込むことは困難なことである。溶融状態でのトナーの
表面張力低減を図る手段としては、シリコーンオイルや
各種界面活性剤をトナー中に練り込む手法も提案されて
いるが、一般にこのような手法を採ると高湿環境下での
トナーの帯電能力が低くなり、トナー帯電低下に基づく
トナー飛散、かぶり（印字背景部の地よごれ）などの問
題が生じ易くなる傾向が見られる。

【００１３】また、プリンタ等の印字装置の印刷速度等
、装置の仕様、構成が異なると、上記トナーに求められ
る物性値は、微妙に異なるため、新たに上記特性を満た
すべく材料設計を行う必要があるとともに、印字装置毎
に特性の異なるトナーが必要となるため、生産性が低下
するという問題もあった。本発明は、このような従来の
問題点に鑑みてなされたものであって、耐ボイド特性お
よび定着性に優れ、トナーの基本構成を変更することな
く、仕様の異なる印字装置に適用することができるフラ
ッシュ定着用トナーを提供することを目的としている。

【００１４】

【課題を解決するための手段】フラッシュ定着工程での
トナーの定着工程を時系列的に考えると、（１）フラッ
シュ光照射過程；トナーにフラッシュ光が照射されると
、トナーはその閃光のエネルギーを吸収して発熱し、そ
の表面は瞬時に極めて高温となる、（２）熱伝導・浸透
過程；表面の熱が下層のトナーに伝導し、トナー全体が
軟化溶融して記録媒体に浸透する、（３）冷却・固着過
程；トナーの温度は下がり、固化して定着画像を生じる
、の３段階の過程が考えられるが、ボイド発生に関与す
る表面張力などの物理的挙動はトナーが高温溶融してい
るトナー表面やトナーの中〜上部層の物性に基づくもの
である。

【００１５】一方、定着性はトナーが比較的低温である
トナー下層で、トナーが冷却固化するまでのトナーの溶
融粘度、記録媒体へのトナーの浸透性等の挙動に基づく
ものであるので、定着性やボイド発生に深く関与するト
ナーの熱的、力学的、化学的挙動をバインダ軟化点等の
単一温度だけで議論できない。即ち、定着性を向上させ
るためには、１００〜１５０℃程度の温度で溶融状態に
あるトナー下層の溶融粘弾性が低く、記録媒体へ良好な
浸透性を示すことが必要であり、一方ボイド防止に関し
ては、２００℃以上の温度で溶融しているトナー上層部
に働く、表面張力が小さく、かつ溶融粘弾性が高いこと
が必要となる。

【００１６】トナーバインダに対して、このような特性
を全て付与することは困難であるが、本発明者らは、ト
ナーに対して適切な表面エネルギーを有している樹脂微
粉末を外添することにより、トナー溶融時の表面張力を
低減できることを見出し本発明をなすに至った。すなわ
ち、本発明は、バインダ樹脂を用いるトナーに対して、
ポリオレフィン樹脂粉末、シリコーン樹脂粉末、フルオ
ロオレフィン樹脂粉末の内、少なくても１種以上の樹脂
粉末であって、平均粒径が１μｍ以下であり、添加量が
トナー重量の１〜１０ｗｔ％　であり、軟化温度が２０
０℃以下、フィルヘルミ法による２００℃における表面
張力が１５ｄｙｎｅ／ｃｍ以下のものを外添するもので
ある。

【００１７】以下、本発明をさらに詳細に説明する。通
常、トナーバインダとして常用されるスチレン−アクリ
ル樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ポリアミド
樹脂などの熱可塑性樹脂は極性基を有しており、約２０
０℃の溶融状態で２０ｄｙｎｅ／ｃｍ以上の表面張力を
示し、この表面張力により溶融したトナーが凝集移動し
、その後固化するため、ボイドが形成される。

【００１８】このため、ボイド形成を阻止する手法とし
ては、ボイド形成のドライビングフォースである溶融状
態でのトナーの表面張力を低減することが有力である。 溶融状態でのトナーの表面張力を低減するには、（１）
表面エネルギーが小さい樹脂をトナーバインダとして用
いる、（２）トナー中に表面張力低減剤を添加する（内
添）、（３）トナーに対して低表面エネルギー物質を外
添する、などの手法があるが、（１）に関しては、フッ
素系、シリーコン系官能基で変成を施した樹脂や極端に
極性基の少ない、例えばポリオレフィン系樹脂などがこ
の範疇に含まれるが、フッ素系、シリコーン系官能基で
変成を施した樹脂は通常、高価となるうえトナーバイン
ダに求められる熱溶融特性を満たすものが得にくい問題
がある。

【００１９】また、極端に極性基の少ないバインダでも
同様にトナーバインダに求められる熱溶融特性を満たす
ものが少ないうえ通常、バインダ樹脂間の分子間力が小
さいため、バインダ分子間での剥離が生じ、印字画像の
定着強度が極端に低下する場合が多いという問題がある
。また、（２）に関しては、トナーバインダ中にシリコ
ーン、フルオロオレフィン、ポリオレフィンなどの液体
状、半固体ワックス状の低分子量化合物や各種の界面活
性剤を練り込むなどの手法がこの範疇に入るが、本発明
者らの経験によると、この方法では一般に、高湿環境下
でのトナーの帯電特性が低下するため、これら表面張力
低減剤添加量の上限は１ｗｔ％　未満であり、この手法
のみでは優れたボイド防止効果を発揮させることは困難
であった。

【００２０】一方、（３）に示すトナーに対して低表面
エネルギー物質を外添する手法によると、対添加量比で
上記（２）と同等レベルの表面張力低減効果が得られる
とともに、上記（２）で問題となったような高湿環境下
での帯電特性低下が見られない。従って、本発明である
（３）の手法を採用すると、トナーに対して１ｗｔ％　
以上、該ポリオレフィン樹脂粉末、シリコーン樹脂粉末
、フルオロオレフィン樹脂粉末などの低表面エネルギー
樹脂粉末を添加することが可能となり、極めて優れた耐
ボイド能力をトナーに付与することが可能である。

【００２１】更に、該低表面エネルギー樹脂粉末外添量
は前記フラッシュ定着トナーに対して１〜１０ｗｔ％　
が望ましい。これは、１ｗｔ％　以下の添加量では所望
のボイド防止能力を発揮させ難く１０ｗｔ％　以上では
、印字後の色調、トナー帯電特性などに対して該低表面
エネルギー樹脂粉末が及ぼす影響が強くなり、高湿環境
下で帯電特性低下、連続印刷時の帯電量の異常変動、印
字濃度の低下などの問題が生じることが多いことによる
。

【００２２】なお、該低表面エネルギー樹脂粉末の粒径
に関しては、該低表面エネルギー樹脂粉末がトナー溶融
時に必ずしも熱溶融するとは限らず、このため粒径が１
μｍを越えると定着像に該低表面エネルギー樹脂粉末残
滓の白点が生じるなどの問題があるためである。また、
該低表面エネルギー樹脂粉末として、ポリオレフィン系
樹脂など、軟化温度が２００℃以下の物質を用いる場合
は、該低表面エネルギー樹脂粉末の２００℃における表
面張力が１５ｄｙｎｅ／ｃｍ　以下であることが望まし
い。

【００２３】なお、プリンタ等の印字装置の印刷速度等
、装置の仕様、構成が異なると、上記トナーに求められ
る定着特性、耐ボイド特性は微妙に異なるが、本発明に
よるボイド防止方法を採用することにより、外添用低表
面エネルギー樹脂粉末の添加量を制御することにより溶
融時のトナー表面張力を制御し、定着性を損うことなく
トナーのボイド防止能力を最適に制御することが可能と
なるため、新規にトナーの材料設計を行う必要がなくな
るとともに１種類の基準トナーを要求特性の異なる各印
字装置に用いることが可能となり、経済的メリットも大
きい。

【００２４】本発明で用いられるバインダ樹脂はフラッ
シュ光照射に基づき溶融する熱可塑性を持つ樹脂ならい
ずれでもよく、例えば、エポキシ樹脂、スチレン樹脂、
アクリロニトリル樹脂、ポスエルテル樹脂などを単独ま
たは併用して用いることができる。また、本発明で外添
される熱可塑性樹脂微粉末は、前記溶融温度、溶融粘弾
性を有しておればいずれでもよく、例えばポリアミド、
ポリオレフィン、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポ
リアクリル樹脂、スチレン−アクリル樹脂などが使用で
きる。

【００２５】なお、本発明に使用できる低表面エネルギ
ー物質の例としては、例えばシリコーン系樹脂粉末に関
しては東レダウシリコーン（株）より商品名トレフィル
、東芝シリコーン（株）より商品名トスパール等が上市
されており、フルオロオレフィン系樹脂の例としては、
ルブロン、セフラルルーブ、カイナー等の商品名でダイ
キン工業（株）、セントラル硝子、三井フロロケミカル
（株）などからポリ４フッ化エチレン、ポリフッ化ビニ
リデン、ポリ６フッ化プロピレンなどの低表面エネルギ
ー樹脂微粉末が上市されている。

【００２６】更に、ポリオレフィン化合物の例としては
三井石油化学（株）や三洋化成（株）より上市されてい
るポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックス等の
微粉末などを使用することが可能である。また、本発明
に基づくトナーは従来公知の方法で製造できる。すなわ
ち、バインダ樹脂、着色剤、および要すれば帯電制御剤
などを例えば加圧ニーダ、ロールミル、エクストルーダ
などにより混練溶融、均一分散し、粉砕機、例えば、ジ
ェットミルなどにより微粉末化し、分級機、例えば風力
分級機などにより分級して所望のトナーを得ることがで
きる。

【００２７】本発明で用いる外添剤の添加方法としては
、トナーに対して疎水性シリカ等を外添する方法と同等
の添加法、例えばスーパミキサ、ヘンシェルミキサなど
のミキサ中にトナーと該熱可塑性樹脂微粉末を所定量投
入して短時間該ミキサを回転させトナー表面に該低表面
エネルギー樹脂粉末を付着させる方法等により添加可能
である。

【００２８】

【実施例】以下、実施例により本発明をさらに具体的に
説明するが、本発明はこれによって限定されるものでな
い。実施例１ バインダ樹脂として、エポキシ樹脂（エピクロンＥＸＡ
−１１９１；大日本インキ化学工業製）を用いた正極性
トナー（比較例１）に対して、低表面エネルギー樹脂粉
末としてシリコーン樹脂（平均粒径０．５μｍ；トレフ
ィルＲ−９２５，東レダウシリコーン（株））を５ｗｔ
％　を加え、ヘンシェルミキサを用いて混合撹拌するこ
とにより、該低表面エネルギー樹脂粉末を外添したフラ
ッシュ定着トナーＡを得た。

【００２９】次に、これらのトナーを５重量部、キャリ
アとして不定形鉄粉ＴＳＶ１００／２００（日本鉄粉製
）９５重量部からなる現像剤を調製し、フラッシュ定着
方式を採用しているＦＡＣＯＭ−６７１５Ｄ　レーザプ
リンタを用いて印字試験および定着試験を行った。この
際の記録用紙上のトナーの厚みは１０〜１５μｍに設定
した。定着器の設定条件は、容量１６０μＦのコンデン
サを用い、充電電圧を２０５０Ｖと一定としこれをフラ
ッシュランプに印加した。

【００３０】また、ボイドの発生状況は目視評価で、定
着性の評価は粘着テープ（スコッチメンディングテープ
、住友３Ｍ社製）を軽く貼り、直結１００ｍｍ、厚さ２
０ｍｍの鉄製円柱ブロックを円周方向に一定速度で該テ
ープ上を記録紙に密着させ、しかる後、該テープを引き
剥がし、テープ剥離前画像の光学濃度に対する剥離後の
光学濃度の比を百分率で表し、８０％以上の値を示すも
のを定着性良好と評価した。なお、光学濃度の測定はマ
クベス社製ＰＣＭメータにより行った。評価結果を表１
に示す。実施例２ 外添する低表面エネルギー樹脂粉末をポリ４フッ化エチ
レン樹脂（平均粒径０．３μｍ；ルブロンＬ−２，ダイ
キン工業（株））とする以外は実施例１と同様にしてト
ナーＢを得た。得られたトナーについて実施例１と同様
な評価を行った。評価結果を表１に示す。実施例３外添
する低表面エネルギー樹脂粉末をポリエチレン樹脂（平
均粒径０．８μｍ，２００℃における表面張力１５ｄｙ
ｎｅ／ｃｍ；ハイワックス１００Ｐ，三井石油化学）と
する以外は実施例１と同様にしてトナーＣを得た。得ら
れたトナーについて実施例１と同様な評価を行った。評
価結果を表１に示す。比較例１低表面エネルギー樹脂粉
末を外添していないことを除いては実施例１と同様にし
て正極性トナーＤを得た。得られたトナーについて実施
例１と同様な評価を行った。評価結果を表１に示す。比
較例２外添する低表面エネルギー樹脂粉末の量を１２ｗ
ｔ％　とする以外を実施例２と同様にしてトナーＥを得
た。得られたトナーについて実施例１と同様な評価を行
った。評価結果を表１に示す。比較例３外添する低表面
エネルギー樹脂粉末の量を０．３ｗｔ％　とする以外を
実施例２と同様にしトナーＦを得た。比較例４ 外添する低表面エネルギー樹脂粉末をポリエチレン樹脂
（平均粒径０．８μｍ，２００℃における表面張力２５
ｄｙｎｅ／ｃｍ；ハイワックス４００Ｐ，三井石油化学
）とする以外は実施例３と同様にしてトナーＣを得た。 得られたトナーについて実施例１と同様な評価を行った
。評価結果を表１に示す。

【００３１】

【表１】

【００３２】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、耐ボイド特性および定着性に優れ、トナーの基本構
成を変更することなく、仕様の異なる印字装置に適用す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ボイド発生の説明図

【符号の説明】

１：トナー ２：記録紙 ３：閃光 ４：定着画像 ５：ボイド

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】バインダ樹脂を用いるトナーに対して、ポ
   リオレフィン樹脂粉末、シリコーン樹脂粉末、フルオロ
   オレフィン樹脂粉末の内、少なくても１種以上の樹脂粉
   末であって、平均粒径が１μｍ以下であり、添加量がト
   ナー重量の１〜１０ｗｔ％　であり、軟化温度が２００
   ℃以下、ウィルヘルミ法による２００℃における表面張
   力が１５ｄｙｎｅ／ｃｍ以下のものを外添することを特
   徴とするフラッシュ定着用トナー。