JPH11119468A

JPH11119468A - 静電荷像現像用トナーおよび現像剤

Info

Publication number: JPH11119468A
Application number: JP22640898A
Authority: JP
Inventors: Masahisa Ochiai; 正久落合; Akihiko Funakawa; 明彦船川; Masumi Asanae; 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: 1999-04-30
Anticipated expiration: 2018-08-11
Also published as: JP4140088B2

Abstract

(57)【要約】【課題】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トナーを提供する。【解決手段】静電荷像現像用トナーは、少なくとも結
着樹脂および着色剤を有し、ＧＰＣ（ゲルパーミエーシ
ョンクロマトグラフィー）で測定したトナー中の結着樹
脂の分子量分布において、重量平均分子量Mwが5 × 10⁴
〜2 × 10⁵であり、数平均分子量Mnが 2× 10³〜5 × 1
0³であるとともに、ゲル分率が3 〜55重量% である。

Description

【発明の詳細な説明】

【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
トナーは、少なくとも結着樹脂および着色剤を有し、Ｇ
ＰＣ（ゲルパーミエーションクロマトグラフィー）で測
定したトナー中の結着樹脂の分子量分布において、重量
平均分子量(Mw)が5 × 10⁴〜2 × 10⁵であり、数平均分
子量(Mn)が2 × 10³〜5 × 10³であるとともに、前記結
着樹脂のゲル分率が3 〜55重量% であることを特徴とす
るものである。

【００１３】本発明の静電荷像用トナーの結着樹脂はポ
リエステル樹脂であることもしくはそれを主成分として
含有することが望ましい。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】本発明の静電荷像用トナーの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
100μl 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9 μm 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M
n、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 × 10¹⁴o
hm-cm であった。

【００３０】別途、Cu-Zn フェライト( 日立金属製のKB
N-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。SU
S304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

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも結着樹脂および着色剤を有
し、ＧＰＣで測定したトナー中の結着樹脂の分子量分布
において、重量平均分子量が5 × 10⁴〜2 × 10⁵であ
り、数平均分子量が 2× 10³〜5 × 10³であるととも
に、前記結着樹脂のゲル分率が3 〜55重量% であること
を特徴とする静電荷像現像用トナー。
【請求項２】結着樹脂はポリエステル樹脂を主成分と
して含有することを特徴とする請求項１記載の静電荷像
現像用トナー。
【請求項３】請求項1 あるいは請求項２記載の静電荷
像現像用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。