JPH10260555A

JPH10260555A - 静電像現像用トナーおよび二成分現像剤

Info

Publication number: JPH10260555A
Application number: JP6760497A
Authority: JP
Inventors: Masanari Norihashi; 誠斉法橋; Tsuneaki Kawanishi; 恒明川西; Katsuya Kawai; 克哉河合; Tsutomu Nakagawa; 努中川; Masayasu Anzai; 正保安西
Original assignee: Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 1997-03-21
Filing date: 1997-03-21
Publication date: 1998-09-29

Abstract

(57)【要約】【課題】体積平均粒径が６〜１０μｍの微粒子トナーを
含む現像剤を静電像記録工程に適用するに当たり、安定
した定着強度を確保し、且つ非オフセットの温度領域を
３０℃以上確保できる静電像現像用トナーを提供する。【解決手段】体積平均粒径が６μｍ〜１０μｍ、軟化点
(SP)が１１０℃〜１４０℃、ガラス転移点(Tg)が５０℃
〜７０℃、前記軟化点の中間温度(SP/2)と前記ガラス転
移点との差が０以上の値に規定された静電像現像用トナ
ー。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真法、静電
印刷法、静電記録法等により形成された静電潜像の現像
に用いられる静電像現像用トナーおよび二成分現像剤に
関する。

【０００２】

【従来の技術】各種印刷法もしくは記録法の内、例えば
電子写真法においては、光導電性感光体を帯電、露光
し、感光体上に静電潜像を形成し、次いでこの潜像を着
色剤等を含有した微粒子状トナーによって現像し、得ら
れたトナー像を記録紙等の記録媒体上に転写、定着して
記録画像が得られる。この様な静電像記録工程では、微
粒子状トナーによる静電潜像の現像および記録媒体上へ
のトナー像の定着が特に重要な工程であり、従来、トナ
ーを現像する方法として、高速、高画質現像が可能なト
ナーと磁性キャリアよりなる二成分現像剤を用いる磁気
ブラシ現像法がよく用いられている。また、トナー像を
定着する方法としては、熱効率が高く高速定着が可能な
熱ローラ定着法がよく用いられている。

【０００３】最近では情報機器の発展に伴い、光導電性
感光体の露光にレーザビームを用い、コンピュータの指
示による記録画像をドットで再現するレーザプリンタが
発達している。特に、最近のレーザプリンタでは、より
一層の高画質の画像形成が求められるため、レーザビー
ムの径を絞り込んで小さくし、ドット密度が６００〜１
２００ｄｐｉ(dot/inch)と高くなっている。これに伴
い、微細になった静電潜像を現像する目的で、トナーと
キャリアの粒子径も小さくなり、体積平均粒径が１０μ
ｍ以下の微粒子トナーと重量平均粒径が１００μｍ以下
の微粒子キャリアの適用が進められている。

【０００４】また、定着においては熱ローラ定着が多用
されているが、(1)プリンタの過熱劣化を抑制し機内の
部品の熱劣化を防止すること、(2)定着器を作動させて
から定着が可能になるまでのウォ−ムアップ時間を短く
すること、(3)記録媒体に熱が吸収されることによる定
着不良を防止して連続通紙による画像作成を可能にする
こと、(4)熱ローラへ加える加重を減らし定着機の構造
を簡易化、小型化すること、等の観点から定着用ヒータ
および駆動モータの消費電力を下げて、熱ローラの温度
をより低温で、また、熱ローラの圧力をより低圧で定着
できるトナーの開発が望まれている。

【０００５】ところで、トナーを１０μｍ以下に微粒子
化した場合、以下のような問題が発生する。即ち、現像
工程においては微粒子トナーを使用することにより高解
像性と高ドット密度再現性が得られ、同一画像濃度を得
るために必要なトナーの重量が少なくて少なくて済む
が、トナーの比表面積が増大することによりトナーの単
位重量当たりの帯電量が増加するため、画像濃度の低下
を招く。また、トナー個々の帯電量は、トナー個々の表
面積が小さくなるため減少し、非画像部へのトナーの付
着（かぶり）とトナー飛散が生じ易く、流動性の低下に
よるトナー搬送等ハンドリング性の低下が生じ易い。更
に、微粒子トナーの付着力の強さと耐衝撃性の弱さによ
り、トナーによるキャリア汚染（キャリアスペント）が
起こり易くなり、現像剤寿命が低下し易い。また、トナ
ーを感光体から清掃しにくくなり、印刷中に感光体にト
ナーの薄膜（フィルミング）が発生し易い。

【０００６】また、定着に関しては同一の定着強度を得
るために、粒子径の大きなトナーよりも多くのエネルギ
−を要し、定着時に画像を構成するトナーの一部が熱ロ
ーラの表面に転移し、これが次に送られてくる記録紙に
再転移して画像を汚す、いわゆるオフセット現像が生じ
易い。また、トナー製造時の粉砕、分級工程での歩留ま
りが低下するため、トナーのコストが高くなる。微粒子
トナーではこれら多くの問題が発生するため、通常６μ
ｍ未満のトナーは実用化することが難しく、トナーの平
均粒径を６μｍ〜１０μｍの範囲に分級して用いる。

【０００７】しかし、この範囲においても上記種々の問
題が発生するため、これらを克服して、高精細の画像を
高信頼で得る試みがなされている。例えば、帯電量の面
ではトナーが小粒径になるとトナー個々の帯電量が低下
して上記の不具合が生ずるので、トナーの構成材料であ
る顔料や帯電制御剤の分散を高めて帯電量を確保する試
みがなされている（H.T.Macholdt：Japan Hardcopy '91
論文集P.13(1991)）。また、分子中に無定型重合体ブ
ロックと結晶性重合体ブロックを適度な割合で含有した
芳香族ポリエステル樹脂をバインダに用い、トナーの低
温定着性と耐オフセット性の向上を試みた例がある（特
公平８−３６６０号公報）。

【０００８】また、キャリアについてはトナーの小粒径
化に伴い重量平均粒径を１００μｍ以下の小粒径としキ
ャリアの比表面積を高めてトナーの摩擦帯電性を向上さ
せる。しかし、４０μｍ未満のキャリアではキャリアの
磁力が低下し、像担持体上に静電吸引力で付着し易くな
るため、キャリアの平均粒径を４０μｍ〜１００μｍに
分級して用いる。この範囲では、トナーとキャリアの混
合物である現像剤自体が小粒径になるが、小粒径現像剤
では帯電性が向上するばかりでなく、像担持体上より清
掃回収したトナーをリサイクルする機能も向上するとい
う電子写真法の提案がある（特開平８−１５９８６号公
報）。これらの改善により、微粒子トナーおよび現像剤
は複写機、プリンタ等で実用化されつつある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、実際の静電記
録装置で印刷を行う場合、特に毎分１０頁以上の高速印
刷を繰り返す場合には、上記の微粒子トナー特有の問題
が生じ、特に定着工程において、定着強度と非オフセッ
トの温度領域の両方で裕度を得にくくなり、そのため、
定着機の高信頼化、簡易小型化、コスト低減を図りにく
いという問題があった。

【００１０】本発明の目的は、体積平均粒径が６μｍ〜
１０μｍの微粒子トナーを含む現像剤を静電像記録工程
に適用するに当たり、高速印刷を繰り返しても安定した
定着強度を確保し、且つ非オフセットの温度領域を３０
℃以上確保できる静電像現像用トナーおよび二成分現像
剤を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明においては、体積平均粒径が６μｍ〜１０μ
ｍ、軟化点(SP)が１１０℃〜１４０℃、ガラス転移点(T
g)が５０℃〜７０℃、前記軟化点の中間温度(SP/2)と前
記ガラス転移点との差が０以上の値に規定された静電像
現像用トナーを採用した。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
上述のように体積平均粒径が６μｍ〜１０μｍの微粒子
トナーを用いると、定着工程において定着強度と非オフ
セットの温度領域の裕度が得にくく、さらにトナーの定
着に要するエネルギも大きくなり、熱ロールの定着温度
と圧力を高めに設定する必要がある。そこで本発明者等
は、トナーの熱特性に着目し、定着工程において定着強
度と非オフセットの温度領域を確保する方法を見出すた
め、トナーの溶融物性と定着強度、オフセット性の関係
について調べた。

【００１３】トナーの定着性能は、トナーの主成分であ
る樹脂の溶融物性、即ち、樹脂の分子量と分子量分布に
大きな影響を受ける。一方、樹脂の低分子量成分はトナ
ーのガラス転移点、高分子量成分はトナーの軟化点と関
係が深く、両者の差は樹脂の分子量分布に関連すると考
えられる。そこで、これらの特性とトナーの定着性能と
の関連を幾つかのトナーについて調べ、最適なトナー特
性を調べた。その結果、定着強度が高く、非オフセット
の温度領域を３０℃以上確保できるトナーは、軟化点(S
P)が１１０℃〜１４０℃、ガラス転移点(Tg)が５０℃〜
７０℃の範囲であり、且つ軟化点の中間温度(SP/2)とガ
ラス転移点の差が０以上となるトナーであることが分か
った。

【００１４】トナーの軟化点が１１０℃未満ではトナー
の耐オフセット性が悪くなり、トナーの軟化点が１４０
℃を越える場合には、トナーの定着強度が悪くなる。ま
た、トナーのガラス転移点が５０℃未満ではトナーの流
動性、耐オフセット性、粉砕性、耐ブロッキング性、耐
フィルミング性、耐久性が不良となり、トナーのガラス
転移点が７０℃を越える場合にはトナーの定着強度が悪
くなる。この様に、トナーの軟化点とガラス転移点が適
正な範囲にあり、且つ軟化点の中間温度とガラス転移点
の差が０より大きい特性とすることにより、非オフセッ
トの温度領域として３０℃以上の広い範囲を確保するこ
とができる。

【００１５】本発明におけるトナーの軟化点、ガラス転
移点は次の様にして測定することができる。トナーの軟
化点は、高架式フローテスターを用い荷重２０〜３０ｋ
ｇｆ／ｃｍ²、ノズルの直径１ｍｍ、ノズルの長さ１ｍ
ｍ、予備加熱８０℃で約５分間、昇温速度６℃／分と
し、試料量約１ｇを測定記録した時、フローテスタのプ
ランジャ降下量−温度曲線（軟化流動曲線）におけるＳ
字曲線の高さの１／２における温度（１／２流出温度）
を軟化点として定義する。

【００１６】一方、トナーのガラス転移点は、示差走査
熱量測定法(ＤＳＣ)に従い、トナー数１０ｍｇを一定の
昇温速度（１０℃／分）で室温から約１６０℃まで加熱
し、ベースラインと吸熱ピークの傾斜との交点よりガラ
ス転移点を求める。

【００１７】以上の溶融物性を有するスチレン〜アクリ
ル系樹脂、またはポリエステル系樹脂を用いたトナーに
よれば、微粒子での定着強度と非オフセットの温度領域
を確保できる。一方、上記の範囲内にないトナーでは、
定着強度が弱く、非オフセットの温度領域が狭く、実用
化するのは困難である。この様に、トナーの熱特性と実
用特性との間には密接な関係があり、トナーの軟化点と
ガラス転移点が適切な範囲になる様にトナーを設計、製
造することにより、高信頼な静電記録方法を提供するこ
とができる。

【００１８】本発明のように、低温定着をめざす場合に
は、ポリエステル樹脂は靱性に富み、軟化点を低く設定
できるため、トナーの耐ブロッキング性、耐オフセット
性、流動性を確保しながら低温定着性を得るために有利
である。ポリエステル樹脂には多種類あるが、トナー用
として好適なのは芳香族ポリエステル樹脂であり、熱ロ
ーラ定着での耐オフセット性を高める観点から、部分的
に架橋成分を有するポリエステル樹脂が有効である。

【００１９】この様に部分的に架橋成分を有するポリエ
ステル樹脂としては、以下のような単量体をを用いて合
成されたものがある。即ち、架橋成分を構成するための
三官能以上の多官能性単量体としては、例えば多価アル
コール単量体として、ソルビトール、１,２,３,６−ヘ
キサンテトロール、１,４−ソルビタン、ペンタエリス
リトール、ジペンタエリスリトール、トリペンタエリス
リトール、蔗糖、１,２,４−ブタントリオール、１,２,
５−ペンタントリオール、グリセロール、２−メチルプ
ロパントリオール、２−メチル−１,２,４−ブタントリ
オール、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパ
ン、１,３,５−トリヒドロキシメチルベンゼン等が挙げ
られる。また、多価カルボン酸単量体として、１,２,４
−ベンゼントリカルボン酸、１,２,５−ベンゼントリカ
ルボン酸、１,２,４−シクロヘキサントリカルボン酸、
２,５,７−ナフタレントリカルボン酸、１,２,４−ブタ
ントリカルボン酸、１,２,５−ヘキサントリカルボン
酸、１,３−ジカルボキシ−２−メチルカルボキシプロ
ペン、１,３−ジカルボキシ−２−メチル−２−メチレ
ンカルボキシプロパン、テトラ（メチレンカルボキシ）
メタン、１,２,７,８−オクタンテトラカルボン酸、エ
ンポール三量体酸、およびこれらの酸無水物等が挙げら
れる。

【００２０】さらに、ポリエステル樹脂の基本骨格を構
成する二価のアルコール単量体として、エチレングリコ
ール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコー
ル、１,２−プロピレングリコール、１,３−プロピレン
グリコール、１,４−ブタンジオール、ネオペンチルグ
リコール、１,４−ブテンジオール等のジオール類、１,
４−ビス（ヒドロキシメチル）シクロヘキサン、および
ビスフェノールＡ、水素添加ビスフェノールＡ、ポリオ
キシエチレン化ビスフェノールＡ、ポリオキシプロピレ
ン化ビスフェノールＡ等のエーテル化ビスフェノールＡ
類、その他の二価のアルコール単量体を挙げることがで
きる。

【００２１】また、二価のカルボン酸単量体としては、
マレイン酸、フマール酸、メサコン酸、シトラコン酸、
イタコン酸、グルタコン酸、フタル酸、イソフタル酸、
テレフタル酸、シクロヘキサンジカルボン酸、コハク
酸、アジピン酸、セバシン酸、マロン酸、およびこれら
の酸の無水物、低級アルキルエステルとリノレン酸の二
量体、その他の二価の有機酸単量体を挙げることができ
る。

【００２２】これらのアルコールと酸を脱水重縮合する
ことにより、部分架橋型ポリエステル樹脂を合成するこ
とができる。しかし、ポリエステル樹脂は分子末端ある
いは分子主鎖中に未反応の水酸基やカルボキシル基を多
く含むため、吸湿しやすく、トナーの電気特性、特に帯
電特性が環境により変化しやすい。これを防ぐ目的で、
ポリエステル樹脂中の水酸基もしくはカルボキシル基と
反応する極性基を持つスチレン〜アクリル系樹脂をポリ
エステル樹脂にグラフト共重合させて、耐環境性を改善
する試みがなされている。この様なスチレン〜アクリル
変成ポリエステル樹脂は本発明において好適に用いられ
る。これらのポリエステル系樹脂において、三官能以上
の多官能単量体成分の含有量は、１〜３０モル％の範囲
が適当である。この範囲より多官能単量体成分が少ない
場合には、熱ローラ定着においてオフセットが発生し、
多い場合には定着性が低下する。

【００２３】以下、本発明が適用される装置構成を図１
を用いて説明する。像担持体１は、例えばベース素管１
ａ上に有機光導電体(ＯＰＣ)１ｂを設けて構成されてお
り、図１において時計方向に回転可能に支持されてい
る。像担持体１は、回転動作に伴い、帯電器２により均
一に帯電され、次に露光装置３により露光されることに
より静電潜像を保持する。

【００２４】像担持体１に形成された静電潜像は、現像
機４の現像領域でトナー像として顕像化され、このトナ
ー像は像担持体１の回転に伴い転写位置に運ばれ、転写
器５の作用により記録媒体６上へ転写される。トナー像
を保持した記録媒体６は例えば加熱ロール７ａと加圧ロ
ール７ｂからなる定着装置７にて挟持搬送され、定着装
置７の加熱加圧作用にトナー像は記録媒体６に定着され
る。

【００２５】一方、転写位置において記録媒体６へ転写
されずに、像担持体１上に残留してしまったトナーは、
清掃装置８で像担持体１上から除去回収される。なお、
図１において７ｃは、加熱ロール７ａ表面にシリコーン
オイル等の離型剤を供給するオイルタンクローラであ
る。

【００２６】次に、本発明の具体例を例示するが、これ
らによって本発明が限定されるものではない。 (具体例)有機光導電体(ＯＰＣ)を感光体として用いた電
子写真方式のレーザプリンタにおいて、ＯＰＣの帯電電
位−６５０Ｖ、残留電位−７０Ｖ、現像バイアス電位−
４００Ｖ、現像部コントラスト電位３３０Ｖで、毎分３
０枚の印刷速度（印刷プロセス速度１２７ｍｍ／秒）で
印刷を行った。現像機には、トナーとして部分架橋型ポ
リエステル樹脂をバインダとし、体積平均粒径８μｍの
負帯電型トナーを用いた。

【００２７】また、キャリアとして、導電剤含有シリコ
ーン系樹脂でコートした重量平均粒径が９０μmのマグ
ネタイトキャリア(電気抵抗１.９×１０⁸Ω・ｃｍ)を使
用し、トナー濃度２.５ｗｔ％で現像剤を調整し、磁気
ブラシ現像法で現像ギャップ(感光体と現像スリーブ間
の距離)を１.２ｍｍとし、感光体と現像ロールを同方向
で移動し、両者の周速比（現像ロール／感光体）を３と
し、反転現像で画像を形成した。

【００２８】定着装置は、アルミニウム製芯金をフッ素
樹脂（テトラフルオロエチレン〜パーフルオロアルキル
ビニルエーテル共重合体：ＰＦＡ）のチューブで薄く被
覆し(２０μｍ)、中心部にヒータランプを設けたものを
加熱ロールとし、アルミニウム製芯金にゴム硬度約２０
度のシリコーンゴム層(厚さ５ｍｍ)を設け、最外層を厚
さ５０μmのＰＦＡチューブで被覆したものを加圧ロー
ルとし、定着条件は、プロセス速度１２７ｍｍ／秒、加
熱ロール、加圧ロールの外径３０ｍｍ、両ロールの接触
域(ニップ)の幅約６ｍｍ、加熱ロールの制御温度１８０
℃、押し付け加重２５ｋｇｆとした。加熱ロール清掃部
にはブラシタイプのオイルタンクローラを設け、シリコ
ーンオイル塗布によるオフセットトナーの簡潔拭き取り
機構を採用した。

【００２９】上記のレーザプリンタで連続印刷を行い、
軟化点(SP)とガラス転移点(Tg)が異なる幾つかのトナー
について、オフセットトナーの簡潔拭き取り機構がない
場合の非オフセットの温度領域について調べた。その結
果を表１に示す。

【００３０】

【表１】

【００３１】図２に、軟化点(SP)の中間温度(SP/2)とガ
ラス転移点(Tg)の差と、非オフセットの温度領域の関係
を示す。軟化点の中間温度(SP/2)とガラス転移点(Tg)と
の差((SP/2)-(Tg))が０以上の領域では、非オフセット
の温度領域が３０℃以上であることがわかる。なお、こ
れらのトナーは、軟化点がいずれも１１０℃〜１４０℃
の範囲にあり、良好な定着強度が得られた。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、体積平均粒径が６μｍ
〜１０μｍの微粒子トナーを含む静電記録用現像剤にお
いて、熱ローラ定着方式を採用した場合にトナーの定着
に要するエネルギが小さく、且つ非オフセットの温度領
域を３０℃以上確保できる高信頼な静電現像用トナーお
よび二成分現像剤を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用される装置構成図。

【図２】トナーの軟化点の中間温度とガラス転移点との
差と非オフセットの温度領域との関係を示す説明図。

【符号の説明】

１…像担持体、２…帯電器、３…露光装置、４…現像
機、５…転写器、６…記録媒体、７…定着装置、８…清
掃装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中川努茨城県ひたちなか市武田1060番地日立工機株式会社内 (72)発明者安西正保茨城県ひたちなか市武田1060番地日立工機株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】体積平均粒径が６μｍ〜１０μｍ、軟化点
(SP)が１１０℃〜１４０℃、ガラス転移点(Tg)が５０℃
〜７０℃、前記軟化点の中間温度(SP/2)と前記ガラス転
移点との差が０以上の値に規定されていることを特徴と
する静電像現像用トナー。
【請求項２】請求項１記載のトナーと、重量平均粒径が
４０μｍ〜１００μｍに規定されたキャリアとからなる
ことを特徴とする二成分現像剤。