JP4140088B2

JP4140088B2 - 静電荷像現像用熱ロール定着型トナーおよび現像剤

Info

Publication number: JP4140088B2
Application number: JP22640898A
Authority: JP
Inventors: 正久落合; 明彦船川; 益實朝苗
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1997-08-12
Filing date: 1998-08-11
Publication date: 2008-08-27
Anticipated expiration: 2018-08-11
Also published as: JPH11119468A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は静電荷像を現像するのに用いられるトナーおよびそれを含む現像剤に関し、特に定着性の良いトナーおよび現像剤に関する。
【０００２】
【従来の技術】
静電荷像を現像するのに用いられるトナーは、結着樹脂を主成分とし、その中に着色剤を含有する。また必要により強磁性体粉末や荷電制御剤を含む。
【０００３】
静電荷像を現像する際トナーは帯電させられて静電荷像の電荷のある領域あるいは電荷のない領域に選択的に付着する。トナーによって顕像となった画像は、シートに転写されて定着器に送られる。定着器では少しの圧力をゴムローラーなどで加えながら100 ℃よりも少し高い温度をトナー像に加えてトナーを溶融してシートに定着する。
【０００４】
高速化および省エネルギーのためには定着時に加熱する温度をできるだけ低くすることが望ましく、低い温度で溶融定着できるトナーが望まれており、種々開発が行われている。定着時にトナーは低い加熱温度で溶融して、定着するシートに強く付着することが望ましい。しかし、同時に定着時に定着ローラーにトナーが付着するいわゆるオフセット現象を防ぐ必要がある。この定着性の良いことと、オフセットを防ぐことのできることとは背反することである。
【０００５】
トナーの主成分である結着樹脂の分子量が小さい場合には一般に低い温度で定着できる。一方、分子量が大きい場合にはオフセットを防ぐことができる。
【０００６】
トナーの定着性の評価は、定着したトナーがいかに強固にシートに付着しているかどうかを測定することが行われる。トナーを加熱定着すると、トナーの結着樹脂が溶融してトナー粒子の形状が壊れシートの繊維に付着あるいはその中に入り込んで強固にシートに結び付く。この定着強度すなわち定着性を評価するにはテープ定着性の評価が行われている。その方法として一般に採用されているものは3M社のスコッチメンディングテープ810(商品名) を定着画像に貼り付けその後剥離し、テープを張り付ける前と剥離後の画像濃度の比を測定することが行われている。テープ剥離後の画像濃度がその前のそれに対し、例えば80% 以上の場合は「優」、75% 以上の場合「可」、それ未満を「不可」などとの評価をすることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、シート( 例えば、紙) の両面に複写をする場合のように片面に定着した画像を持った紙の裏側に他の画像を転写してそれを定着するような場合、先に定着した画像が擦られて部分的に剥離することがあった。また、定着した画像を持った紙を折り畳むような取り扱いをする場合にも定着画像が剥離することがあった。このような剥離は、上記のテープ定着性の評価で「優」であったものでも生じることがあった。
【０００８】
そこで、この定着性は上記のテープ定着性の評価とは別の方法で行われ、「擦り定着性」あるいは「耐スミア(smear) 性」と呼ばれている。この評価は、例えば、定着したベタ黒および線画像を持った紙の上に同じ用紙を重ねて0.1Kg/cm²の圧力を加えながらストローク100mm 程度で10回擦って、その用紙に付着した汚れの度合で行っている。
【０００９】
この汚れは、定着画像上を擦った際にトナー像がその途中から割れたり切れたりするために生じていることが観察されているので、トナー画像がこれに耐えるだけ弾性の高いことが必要である。
【００１０】
そこで本発明では、低い温度でよく定着することのできるテープ定着性がよく耐オフセット性もよいトナーで更に耐スミア性のよい静電荷像現像用熱ロール定着型トナーを提供することを目的とする。
【００１１】
また、本発明ではテープ定着性、耐オフセット性、耐スミア性の共に良いトナーを含む静電荷像現像用現像剤を提供することも目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の静電荷像現像用熱ロール定着型トナーは、少なくとも結着樹脂および着色剤を含有し、前記結着樹脂は、ＧＰＣ（ゲルパーミエーションクロマトグラフィー）で測定した分子量分布において、重量平均分子量（Ｍｗ）が８×１０^４〜１．５×１０^５であり、数平均分子量（Ｍｎ）が２×１０^３〜３×１０^３であり、Ｍｗ／Ｍｎが３２〜６８であるとともに、ゲル分率が３〜５５重量％であ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。
【００１３】
また、本発明の静電荷像現像用現像剤は、上記トナーとキャリアを混合した現像剤であり、そのトナー濃度が10〜90重量%であることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の静電荷像現像用熱ロール定着型トナーは、ＧＰＣで測定したトナー中の結着樹脂の分子量分布から求めた平均分子量と結着樹脂中のゲル分率とで定義している。ＧＰＣで結着樹脂の分子量分布を測定するには、あとで詳しく述べるようにテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）に溶解してクロマトグラムを見る。ところが、分子量の極めて大きなゲル分はＴＨＦに溶解しない。このゲル分はトナーの弾性に寄与して、３重量％よりも少ない場合には結着樹脂が脆くなって耐スミア性が悪くなる。また、ゲル分が多くなって５５重量％を超えると耐スミア性は良いが、低分子量の高分子が少なくなるので低温定着性（テープ定着性など）が悪くなる。ＧＰＣによるクロマトグラムによる分子量分布は低温定着性に関係し、所定よりも小さな分子量では低温定着性はよくなるが容易にオフセットが生じてしまう。また所定の範囲を超えると低温定着性が悪くなる。ここで、結着樹脂の５０重量％以上がポリエステル樹脂であることが望ましい。
【００１５】
本発明の静電荷像現像用熱ロール定着型トナーは、磁性粉を好ましくは２０〜５０重量％、更に好ましくは３０〜４５重量％含有することができる。また、離型剤としては好ましくは２〜８重量％、更に好ましくは４〜６重量％含有することができる。荷電制御剤を好ましくは１〜４重量％、更に好ましくは１〜３重量％含有することができる。また、トナーの溶融温度は好ましくは１１５〜１４０℃で、更に好ましくは１２０〜１３５℃である。
【００１６】
本発明の結着樹脂として用いられるポリエステル樹脂は、酸成分としてテレフタル酸、イソフタル酸、フタル酸、ナフタレンジカルボン酸、トリメリット酸、ピロメリット酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸等の芳香族ポリカルボン酸類、p-(2- ヒドロキシエトキシ) 安息香酸等の芳香族オキシカルボン酸類、コハク酸、フマル酸、アジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸、デカメチレンジカルボン酸等の脂肪族ポリカルボン酸類、1,4-シクロヘキサンジカルボン酸、1,3-シクロヘキサンジカルボン酸、ヘキサハイドロフタル酸、テトラハイドロフタル酸等の脂肪族環式ポリカルボン酸類等がある。アルコール成分としては、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,4-ブタンジオール、1,3-ブタンジオール、1,5-ペンタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、グリセリン、トリメチオールエタン、トリメチオールプロパン、ペンタエリスリオール等の脂肪族ポリオール類、1,4-シクロヘキサンジオール、1,4-シクロヘキサンジメタノール等の脂肪族環式ポリオール類、ビスフェノールＡのエチレンオキシドまたはプロピレンオキシド付加物類である。
【００１７】
本発明に使用することのできる離型剤としては、ポリプロピレン、ポリエチレンなどがある。
【００１８】
本発明に使用することのできる磁性体としては、鉄、コバルト、ニッケルなどの強磁性金属の粉末、またはこれらにクロム、マンガン、銅、亜鉛、アルミニウム、希土類元素などを加えた合金、その酸化物であるマグネタイト、フェライト等の微粉末を用いうる。磁性体の粒径は0.1 〜2 μm の範囲が好ましい。
【００１９】
帯電制御剤としては、ニグロシン、四級化アンモニウム塩、ポリアルキルアミド、モリブデン酸キレート顔料、モノアゾ染料等の金属錯体、ナフテン酸金属塩、サリチル酸金属錯体などがある。
【００２０】
着色剤としては、磁性体の他に公知の染料および顔料を使用することができる。例えば、染料は、ニグロシン染料、C.I.ダイレクトレッド1 、C.I.ダイレクトレッド4 、 C.I. アシッドレッド1 、 C.I. ベーシックレッド1 、 C.I. ソルベントレッド、 C.I. バットレッド、 C.I. ダイレクトブルー1 、 C.I. ダイレクトブルー2 、 C.I. アシッドブルー15、 C.I. ベーシックブルー3 、 C.I. ソルベントブルー、 C.I. ダイレクトグリーン6 などがある。顔料としては、ファーネスブラック、アセチレンブラック、カドミウムイエロー、ハンザイエローG 、ナフトールイエローS 、ピラゾロンレッド、パーマネントレッド4R、モリブデンオレンジ、ファストバイオレットB 、フタニシアニンブルー、マラカイトグリーン、フタロシアニングリーンなどが挙げられる。
【００２１】
本発明において、上記した成分以外に必要に応じて流動性改質剤、クリーニング剤、充填剤などの添加剤を添加してもよい。
【００２２】
流動性改質剤としては、疎水性シリカ、酸化チタン、ポリビニリデンフルオライド、金属石鹸などの微粉末が、クリーニング助剤としては、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸マグネシウム、ポリメチルメタクリレート、ナイロン、ポリ四フッ化エチレン、シリコンカーバイドなどの微粉末を用いることができる。これらの添加剤は、結着樹脂中に混合分散させて用いるか、または、得られたトナー粒子の表面に添加してもよい。
【００２３】
本発明に用いる結着樹脂はモノマーを適当に選択して目的とするGPC による分子量やゲル分率のものを得ることができる。２価のアルコールおよび２価の酸に対する３価のOH基およびCOOH基を有する分子の割合で結着樹脂中のゲル分率が決まる。触媒の種類や重合度により分子量が調節できる。
【００２４】
本発明の静電荷像現像用熱ロール定着型トナーのＧＰＣによるクロマトグラムの分子量分布は次のようにして測定する。測定すべきトナー試料とテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）とを約０．５〜５ｍｇ／ｍｌ（例えば約２ｍｇ／ｍｌ）の濃度で混合し、室温にて数時間放置した後、十分に振蕩し、よく混ぜ更に室温にて１２時間以上静置する。このとき試料とＴＨＦの混合開始時から静置終了までの時間が２４時間以上になるようにする。その後、ろ過したろ液をＧＰＣの試料とする。試料濃度は樹脂成分が０．５〜５ｍｇ／ｍｌとなるように調整する。
【００２５】
GPC では、40℃のヒートチャンバー内でカラムを安定化させ、この温度におけるカラムにキャリアとしてTHF を毎分1ml の流速で流し、THF 試料溶液を約100 μl マイクロシリンダーで注入して測定する。測定にあたっては、数種の標準ポリスチレン試料を用いて検量線を作成したものを用いる。
【００２６】
GPC の測定では試料樹脂を含む溶液がカラムに入っているゲルに吸着され、分子量の大きなものほどゲルへの吸着が少ないので、分子量の大きなものは早く、小さなものは遅くカラムから出てくるので時間軸を分子量としたクロマトグラムが作成できる。
【００２７】
GPC の測定においては、トナーに用いる結着樹脂そのものも測定することができるが、結着樹脂をトナーに用いる際に混練や分級また加熱などの工程を通すので、その過程で樹脂のチェーンが切れるなどをして特性が変わることがある。そこで本発明ではトナーの状態においてその結着樹脂の測定を行う必要がある。トナーの状態でその結着樹脂の分子量分布をGPC で測定するには、荷電制御剤などのように結着樹脂以外でTHF に溶けるものは予め除去しておく必要がある。荷電制御剤のような極性物質はメタノールのような極性溶媒に溶けるのでメタノールなどでソックスレー抽出して除去しておく。磁性粉や離型剤のポリプロピレン等はTHF には溶けないので濾過の際に分離される。ゲル分は濾過の際に分離されるものとメンブレンフィルターを濾液とともに通過するものとがあるが後者でも分子量分布には現れない。
【００２８】
次にゲル分率の求め方について説明する。本発明でゲル分は結着樹脂のトルエンに対する不溶分とする。まずトナーが磁性粉を含む場合は灼熱減量法により全ての樹脂分を揮発させ残った磁性粉の重量からトナー中の樹脂の割合A を求める。次に新たに用意したトナーをトルエンでソックスレー抽出し溶解したトナー中の樹脂の割合B を求める。(A-B)/A ×100 が結着樹脂中のゲル分率である。ここで荷電制御剤などのように結着樹脂以外でトルエンに溶けるものはトルエンでソックスレー抽出する前に前述の方法で予め除去しておく必要がある。
【００２９】
【実施例】
本発明の静電荷像現像用熱ロール定着型トナーおよびその比較例のトナーを作成した。磁性粉としてマグネタイト（戸田工業製のＥＰＴ１０００）を４０〜５１重量％、離型剤としてポリプロピレン（三洋化成製のＴＰ３２）を２〜８重量％、荷電制御剤（オリエント化学製のＳ３４）を１〜４重量％及びポリエステル樹脂が残部となるようにして１２０℃で混練し、それを冷却、固化、粉砕して平均粒径が約９μｍになるようにしてトナーを作成し、このトナー１００重量部に疎水性シリカ（日本アエロジル製のアエロジルＲＸ２００）を１．０重量部となるように外部から添加した。これらトナーの状態から求めたポリエステル樹脂のＧＰＣで測定した分子量分布による重量平均分子量Ｍｗ、数平均分子量Ｍｎ、その比Ｍｗ／Ｍｎ、結着樹脂中のゲル分率（重量％）とマグネタイト量、離型剤量、荷電制御剤量を表１に示した。またこれらのトナーの体積固有抵抗は約４× １０^１４ｏｈｍ‐ｃｍであった。
【００３０】
別途、Cu-Zn フェライト( 日立金属製のKBN-220)からなる磁性キャリアにシリコーン樹脂コートをして、平均粒径約50μm 、体積固有抵抗が10¹⁰ohm-cmのキャリアを準備し、上のトナーと混合して、トナーを50重量% 含有する現像剤とした。
【００３１】
静電荷像として、-600V に一様に帯電させた有機光導電体を表面速度(Vp)が60mm/secで回転させたものの上に、画像部分のみに光を照射して電荷をなくしたものを用いた。この有機光導電体と対向して現像ロールとして磁石ロールが現像ギャップ0.4mm で配置されている。磁石ロールは回転する外径20mmのSUS304製スリーブの中に4 極に着磁した磁石が配置されており、その現像磁極Ｎ極はスリーブ表面で750Gで他は600Gである。SUS304スリーブの回転数は150rpmとした。スリーブにVb: -500V の直流電圧のバイアスを印加して、また現像剤のドクターギャップを0.3mm に規制して現像した。環境条件は室温25℃、湿度50% であった。
【００３２】
このトナー像をコロナ転写で普通紙上に転写して、それに1Kg/cmの圧力を加えながら熱ロールで定着した。定着時の温度は160 ℃であった。このようにして作成した画像の評価結果を、トナーの溶融温度、摩擦帯電特性TEC(μC/g)とともに表１、表２に示した。
【００３３】
ここで、トナーの溶融温度は島津製作所製のフローテスターCFT-500 を用いて、1gのトナー試料を使って、それに30Kgf の圧力を加えて、80℃から3 ℃/ 分で昇温して、測定し、トナーの半量が溶融して流れ出て来たときの温度を溶融温度とした。
【００３４】
表１、表２に示すように本発明の静電荷像用トナーは、テープ定着性、耐オフセット性、耐スミア性ともに優れたものであった。
【００３５】
画像濃度はマクベス反射濃度計RD-914を用いてベタ黒部の濃度を測定した。1.25以上を「優」、1.20以上1.25未満を「可」とした。
【００３６】
カブリは複写前の自然紙白色度に対する複写後の非画像部の白色度の割合で評価した。0.5%以下を「優」で「○」、0.5%を超え1%未満を「可」で「△」とした。白色度は色差計（例えばミノルタ社製CR200 ）で色差を測定し計算で求めた。
【００３７】
テープ定着性は前述の方法によるテープ剥離後の画像濃度の剥離前のそれにたいする割合で評価した。80% 以上が「優」で「○」、80% 未満75% 以上が「可」で「△」、75% 未満が「不可」で「×」とした。
【００３８】
耐スミア性は前述の方法による擦り後の汚れが移った側の画像濃度の定着した側の画像濃度に対する割合で評価した。10% 以下を「優」で「○」、10%を超え25% 以下を「可」で「△」、25% を超えたものを「不可」で「×」とした。
【００３９】
耐オフセット性は定着後の普通紙の非画像部を目視で観察しオフセットが全く確認できないものを「○」、うっすらと見えるものを「△」、はっきり確認できるものを「×」とした。
【００４０】
【表１】

【００４１】
【表２】

以上の実施例では本発明の静電荷像現像用熱ロール定着型トナーである磁性トナーと磁性キャリアとを混合した２成分現像剤を用いた例を示したが、本発明の静電荷像現像用熱ロール定着型トナーを磁性粉を含まない非磁性トナーとして含む２成分現像剤でも同様の効果が得られる。また、本発明の静電荷像現像用熱ロール定着型トナーはキャリアなしで磁性１成分現像剤または非磁性１成分現像剤として用いても同様の効果が得られる。
【００４２】
【発明の効果】
以上、述べたように本発明の静電荷像現像用熱ロール定着型トナーは低い温度で定着することができ、テープ定着性とともに耐スミア性に優れたものである。

Claims

少なくとも結着樹脂および着色剤を含有し、前記結着樹脂は、ＧＰＣで測定した分子量分布において、重量平均分子量（Ｍｗ）が８×１０^４〜１．５×１０^５であり、数平均分子量（Ｍｎ）が２×１０^３〜３×１０^３であり、Ｍｗ／Ｍｎが３２〜６８であるとともに、ゲル分率が３〜５５重量％であるポリエステル樹脂からなることを特徴とする静電荷像現像用熱ロール定着型トナー。
請求項１記載の静電荷像現像用熱ロール定着型トナーとキャリアとを混合した現像剤で、そのトナー濃度が１０〜９０重量％であることを特徴とする現像剤。