JP3250569B2

JP3250569B2 - 非磁性一成分現像用トナー組成物

Info

Publication number: JP3250569B2
Application number: JP24188692A
Authority: JP
Inventors: 浩之鞠子; 周一山崎; 誠一清水
Original assignee: Dainippon Ink and Chemicals Co Ltd
Current assignee: DIC Corp
Priority date: 1992-09-10
Filing date: 1992-09-10
Publication date: 2002-01-28
Anticipated expiration: 2017-01-28
Also published as: JPH0695428A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子写真法の現像に用
いられる粉体トナー組成物に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電子写真法で用いられる粉体トナーは、
現像及び転写性能と関係する摩擦帯電及び電気抵抗等の
電気的性質と、定着性能及び耐熱性能（貯蔵安定性）と
関係する熱的性質と、流動性及び硬度等の粉体としての
性質において、その使用条件に応じた適切なレベルが必
要とされている。従来より、粉体トナーに用いられてい
る樹脂材料として、ポリスチレン、スチレン−アクリル
酸エステル共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、
ポリエステル、エポキシ樹脂、ブチラール樹脂、キシレ
ン樹脂、クマロンインデン樹脂等が挙げられ、樹脂の詳
細な設計は、その用途に応じて種々の提案が為されてき
た。特に、ヒートロール定着用の樹脂には、転写紙への
定着性能と耐オフセット性能の向上を要求されている。
トナーの定着性能とは、定着ローラー等により加熱溶融
され、転写紙への結着で達成され、また、耐オフセット
性能は、加熱ローラーで溶融されたトナーが、コールド
オフセットを生じず、粘性を失った時点でホットオフセ
ットを生じないことである。これらの目的達成として数
多くの設計例が提唱されており、中でも加熱溶融時の粘
弾性を維持する為、もしくは温度変化に対する粘度変化
を抑える為に、分子量分布拡大、架橋構造の付与、ゴム
弾性材料適用等の手段が施された技術が検討されてい
た。例えば、特開平１−２６７６６１号公報等には、こ
れらの手段を用いた技術が開示されている。

【０００３】又、電子写真法としては、米国特許第２，
２９７，６９１号明細書、特公昭４２−２３９１０号公
報及び特公昭４３−２４７４８号公報などに各種の方法
が記載されているが、一般には、光導電性物質を利用
し、種々の手段により感光体上に静電潜像を形成させ、
次いで、該潜像を現像剤（静電荷現像用トナー）で現像
して可視画像とし、必要に応じて、紙などに可視画像を
転写した後、加圧、加熱あるいは溶剤蒸気などにより定
着し、定着画像を得るものである。

【０００４】又、電子写真法における現像方法として多
くの方法が知られているが、大別すると、鉄粉、フェラ
イト、ニッケル、ガラス等の微粒子（２０〜５００μ
ｍ）からなるキャリアとトナーとの混合物を現像剤とし
て用いる二成分現像法と、トナーのみからなる現像剤を
用いる一成分現像法とがある。いずれの方法において
も、一般的には、摩擦帯電的にトナーに電荷が注入され
る。

【０００５】二成分現像法の代表例として、米国特許第
２，６１８，５５２号明細書記載のカスケード法、及び
米国特許２，８７４，０６３号明細書記載の磁気ブラシ
法がある。これらの方法によると、安定して良好な画像
が得られるが、その反面、トナー等によるキャリア表面
の汚染、キャリアとトナーとの混合比の変動等による摩
擦帯電性の変化に伴う画質の劣化等が発生し易く、その
防止策として様々な装置面、材料面での工夫が必要とな
る。

【０００６】又、一成分現像方法は、このような二成分
現像方法の問題点を回避するものであり、例えば、米国
特許４，３３６，３１８号明細書に、電気絶縁性磁性ト
ナーを用いて現像する方法が記載されている。これらの
方法においては、トナー粒子とトナー担持体及びトナー
薄層化部材との間の摩擦帯電、又は、トナー粒子同士の
摩擦帯電によりトナーに電荷が注入されて、感光体上の
静電潜像に静電的に付着する。この現像方法は、キャリ
アを使用しないこと、及びキャリアとトナーとの混合比
を制御する装置が不要なことから、前記二成分現像方法
の問題点を回避でき、且つ現像装置が小型になるという
利点を有する。

【０００７】一方、同方式は金属スリーブ上にトナーの
磁気ブラシ層を形成するために、トナー自体に適当な磁
気特性を持たせる必要が有り、その為、マグネタイト、
フェライト等の磁性材料がトナー構成成分中の必須材料
となっている。又、これら磁性材料の必要含有量は、そ
の現像条件、材料種類で多少異なるが、３０〜６０重量
％が一般的と言える。しかし、一般に電気抵抗が低く、
吸湿し易いこうした磁性材料を多く含有することは、ト
ナー自体の電気抵抗低下及び耐湿性低下を招き、その結
果として環境の変化に対し安定した現像性能を得ること
が難しくなり、種々の使用環境で、画像濃度或は地汚れ
レベルの大きな変動を招くこととなる。又、トナー中に
含有される結着剤としての樹脂材料の割合が２成分方式
トナーと比べて少ないことは定着性能面で設計上不利と
言える。さらには、最近、増加しつつあるカラー画像の
用途を考えた場合、磁性材料の多くが有色であることか
ら、対応できる色が限定される、或は鮮明なカラー画質
が得にくいといった不具合が生じる。

【０００８】このような磁性トナーを用いた一成分現像
方法の問題点を解決するために、トナーに磁気特性を必
要としない非磁性一成分現像方法が提案されている。こ
うした方法として、種々の装置が検討されているが、そ
の多くは、現像スリーブ等に対し静電気力でトナーを付
着させ、潜像面へトナーを搬送させ現像せしめるもので
あり、従来の磁性１成分現像方法とは、用いられるトナ
ーの構成上、磁性材料を必須成分としない点が大きく相
違し、前記の磁性材料含有に起因する諸問題回避が期待
できるものである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】非磁性１成分現像方
法の多くは、トナーの保持、搬送は、トナーの帯電、静
電気力のみによる為、トナーが現像スリーブ等へ補給さ
れた際、トナーが瞬時に適正レベルに帯電することが必
要とされるため、装置設計上、トナー帯電付与機構が重
要とされ、それに対する種々の手法が提唱されている。
その中で現像スリーブとそれに圧接された帯電部材との
間にトナーを通過せしめ、トナーを摩擦帯電させる方法
が、一般的である。その場合、スリーブ、帯電部材の材
料選択を充分考慮する必要があることは明らかである
が、その多くの場合、ある程度強い圧接条件が要求され
る。しかし、こうした条件はトナーにとって、発熱によ
る融着、或いは、過粉砕が起こり易いものであり、これ
らの現象が発生した場合、画像濃度低下、現像スリーブ
上へのトナー搬送が阻害される等による現像時白抜けの
発生等、好ましくない種々の画像劣化を引き起こすこと
になる。

【００１０】本発明が解決しようとする課題は、必要と
される定着性能を維持しつつ、現像剤の高寿命化を可能
にする非磁性一成分現像用トナー組成物の提供にある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、本発明に到達し
た。即ち、本発明は上記課題を解決するために、トナー
成分として三価以上のカルボン酸を含有する多塩基酸と
多価アルコールから成るポリエステル樹脂を含有し、ト
ナーのガラス転移点が７０℃以上であり、溶融粘度が
１×１０⁵ポイズになる温度が１４０〜１７０℃の範囲
にあり、かつ、直径５mmのステンレスボール（ＳＵＳ
Ｎｏ．４４０Ｃ）をキャリアとし、１００mlポリビンに
トナー濃度４％で配合したデベロッパーを投入し、１０
０ｒｐｍにて攪拌を行なう攪拌試験において、コールタ
ーカウンターにて測定した攪拌前の個数９５％粒径を
Ａ、攪拌後の個数９５％粒径をＢとした場合に式

【００１２】

【数２】（Ｂ／Ａ）×１００≧８０％

【００１３】を満足することを特徴とする非磁性一成分
現像用トナー組成物を提供する。

【００１４】本発明で使用するポリエステル樹脂は、多
価アルコール及び多価カルボン酸のエステル化反応によ
って製造される。その具体的方法は、既に公知の溶液中
における縮重合等により容易に合成できるものである
が、本発明で使用するポリエステル樹脂の特徴とすると
ころは、原料モノマーとして多価アルコール成分と二塩
基酸成分に加えて三価以上のカルボン酸を用いる点であ
り、更には、そのエステル化反応を制御し、適正なガラ
ス転移点、溶融粘度特性を付与することにある。

【００１５】なお、上記原料モノマーとしては、以下の
ものが挙げられる。多価アルコール成分としては、水添
ビスフェノールＡ、ビスフェノールＡのプロピレンオキ
サイド付加物、ビスフェノールＡのエチレンオキサイド
付加物等が挙げられる。又、二塩基酸成分としては、マ
レイン酸、無水マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、シ
トラコン酸の如き脂肪族不飽和二塩基酸；無水フタル
酸、テレフタル酸、イソフタル酸、オルソフタル酸、ヘ
キサヒドロ無水フタル酸、テトラヒドロ無水フタル酸、
シクロヘキサンジカルボン酸、コハク酸、マロン酸、グ
ルタル酸、アジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸等が
挙げられる。又、三価以上のカルボン酸成分としては、
無水トリメリット酸が好ましいが、これに限定されるも
のでない。又、その他の成分として、反応促進を目的に
エステル化触媒、例えば、酸化亜鉛、酸化第一錫、ジブ
チル錫オキサイド、ジブチル錫ジラウレート等を適宜使
用することができる。

【００１６】本発明のトナー組成物に使用し得る他の成
分としては、着色剤、帯電制御剤、離型剤等の各種助剤
が挙げられ、その使用目的及び使用条件に応じて種々選
択使用できる。又、流動性向上剤として、トナー表面に
付着させる所謂外添剤として必要に応じてシリカ等無機
物微粉末も使用できる。

【００１７】着色剤としては、例えば、カーボンブラッ
ク、種々の有機、無機顔料等が用いられる。

【００１８】帯電制御剤としては、正電荷付与を目的と
して使用されるものとしては、ニグロシン系染料、４級
アンモニウム塩、トリメチルエタン系染料等が挙げら
れ、又、負電荷付与を目的として使用されるものとして
は、Ｃｒ等の重金属含有酸性染料が挙げられる。

【００１９】更にヒートロール定着用途では、トナーの
ヒートロール付着汚れ（オフセット）によるトラブル防
止を目的として、離型効果を高める助剤として、種々の
金属石鹸、ワックス類が必要に応じて使用することがで
きる。これらの具体例ととしは、例えば、モンタン酸エ
ステルワックスの如き天然ワックス、高圧法ポリエチレ
ン、ポリプロピレンの如きポリオレフィン系ワックスが
挙げられる。

【００２０】本発明のトナー組成物は、特定の製造方法
によらず、極めて一般的な製造方法によって得ることが
できる。例えば、上記の各成分を２本ロール、３本ロー
ル、加圧ニーダー、又は２軸押し出し機等の混練手段に
より混合し、冷却後、ジェットミル等の粉砕機で微粉砕
し、風力分級機等により分級して、本発明の目的とする
トナー組成物が得られる。

【００２１】なお、本発明におけるガラス転移点は、Ｄ
ＳＣにより測定した。また、溶融粘度は、島津製作所高
化式フローテスターを用いて測定した。高速プリントに
おける多数枚印字時の画像安定性確保の為には、溶融粘
度は高いことが、本発明の一つの目的とするトナー過粉
砕性の改良に対し望ましいと言える。

【００２２】本発明における過粉砕性評価方法は、所
定の条件下でのトナー粒子径変化を調べることに特徴が
あり、本発明で見いだした評価条件及びその数値限定
は、一成分方式用トナーがランニング安定性面（トナ
ー過粉砕性、スペント発生、トナー凝集固着等）から必
要とされる硬度、耐熱性の好ましい範囲を示すものであ
る。このときの評価条件としては、容積１００ｃｃのポ
リビンにステンレスボール（ＳＵＳＮｏ．４４０Ｃ）
１２０ｇとトナー５ｇを入れ、ボールミル架台上で１０
０ＲＰＭで６０分回転させる。回転させたポリビンか
ら、トナーをサンプリングしコールターカウンターで粒
径を測定する。コールターカウンターの測定方法である
が、測定機としてコールターカウンターＴＡII型を用
い、測定試料は、試料ビンにトナー少量と水滴斑防止剤
を加え、超音波でトナーを十分濡らし、さらにアイソト
ンIIを加え、超音波でよく分散させ作成する。測定条件
は、測定粒径範囲を２．０μｍ〜５０．８μｍ、カウン
ト数を３００００個、アパーチャーサイズは１００μｍ
で測定する。測定手順は、１）測定用ビーカーの中にア
イソトンIIを入れ超音波で気泡を抜く。２）スコープデ
ィスプレイをパルスアンプとし、ノイズが無いことを確
認する。３）試料をコンセントレーションメータが１０
〜２０％付近を示すまで適下し測定を行う。一方、コピ
ー或いはプリント物として必要であるトナー定着性能面
を考慮した場合、溶融粘度が１×１０^５ポイズとなる
温度が１７０℃を越えるトナーを使用すると、例えば、
ヒートロール定着では、実用上十分な定着レベルを得る
にはヒートロール温度は２２０℃を越える条件が必要と
なり、それに伴い消費電力アップ及びヒートロール劣化
を早めるといった装置設計上の不具合が生ずることにな
る。

【００２３】

【実施例】以下、実施例及び比較例を用いて、本発明を
更に詳細に説明する。なお、以下において、「部」及び
「％」は夫々『重量部』及び『重量％』を表わす。

【００２４】（樹脂合成例）樹脂Ｘ：ビスフェノールＡ
６８モル部、テレフタル酸１６モル部、無水トリメリッ
ト酸１０モル部及びジブチル錫オキシド０．０６モル部
をフラスコに仕込み、窒素雰囲気下２２０℃で約２０時
間反応させた。

【００２５】（比較樹脂合成例）樹脂Ｙ：樹脂Ｘと同様
の原料モノマー組成物をフラスコに仕込み、窒素雰囲気
下２００℃で約１０時間反応させた。

【００２６】樹脂Ｚ：ビスフェノールＡ６８モル部、テ
レフタル酸１６モル部、無水トリメリット酸２０モル部
及びジブチル錫オキシド０．０６モル部をフラスコに仕
込み、窒素雰囲気下２２０℃で約２０時間反応させた。

【００２７】

【００２８】

【００２９】

【００３０】

【００３１】

【００３２】

【００３３】

【００３４】（実施例１）樹脂Ｘ９２％、「モーガル
Ｌ」（キャボット社製カーボンブラック）４％、「ボン
トロンＳ−３４」（オリエント社製帯電制御剤）２％及
び「ビスコール５５０Ｐ」（三洋化成社製ポリプロピレ
ンワックス）２％を溶融混練し、粉砕分級して平均粒径
が１０．２μｍのトナーを得た。得られたトナーのガラ
ス転移点は、７１℃、溶融粘度が１×１０ ^５ポイズとな
る温度は１４５℃、過粉砕試験のＢ／Ａの値は９０％
であった。このトナー表面に、「Ｒ−９７２」（日本ア
エロジル社製疎水性シリカ微粉末）を０．５％混合添加
処理してトナーを得た。このトナーを非磁性一成分現像
方式のプリンター（リコー社製市販機ＬＰ−１０６０Ｓ
Ｐ３改造機、以下Ａ機という）に投入し、印字試験を行
った結果、５０００枚印字後も画像劣化が認められず、
光学濃度Ｏ．Ｄ．は１．４と高い数値を示した。なお、
画像濃度は印字部ベタ黒部をマクベス反射濃度計により
測定した。又、定着は同機内蔵の定着機によらず、次の
様なヒートロール定着機条件を用いて行った。その定着
率が１００％であった。ヒートロール（上）はテフロン
製、下ロールはＨＴＶシリコン製で、荷重は７kg／３５
０mm、ニップ幅は４mm、紙通し速度は５０mm／秒で定着
テストを行った。なお、定着性の評価は、市販の「スコ
ッチテープ」（住友スリーエム／８１０）を定着画像部
に張り付け、軽く指で擦り、緩やかな操作で剥した後、
その部分の画像濃度を測定し、テープ剥離前の画像濃度
に対する変化率によって判定した。判定基準は、その定
着率が９０％以上ならば実用上問題の無いレベルと言え
る。定着率＝（剥離後の画像濃度／剥離前の画像濃度）×１００

【００３５】（実施例２）樹脂Ｘを９０％、「モーガル
Ｌ」６％、「ボントロンＳ−３４」２％及び「ビスコー
ル５５０Ｐ」２％を二軸押し出し機により溶融混練し、
粉砕分級して平均粒径が１１．０μｍ、ガラス転移点が
７１℃、溶融粘度が１×１０^５ポイズとなる温度が１
５５℃のトナーを得た。

【００３６】このトナー表面に「Ｒ−９７２」を０．５
％混合添加処理してトナーを得た。このトナーを実施例
１と同様の印字テストを行ったところ、５０００枚印字
後も画像劣化は認められず、光学濃度Ｏ．Ｄ．は１．４
と高い数値を示した。又、定着性においても実施例１と
同等の特性を示した。

【００３７】

【００３８】

【００３９】

【００４０】

【００４１】

【００４２】

【００４３】（比較例１）実施例１において、樹脂Ｘに
代えて樹脂Ｙを用いた以外は、実施例１と同様にして、
ガラス転移点が６２℃、溶融粘度が１×１０ ^５ポイズ
となる温度が１３５℃、過粉砕試験のＢ／Ａの値が５０
％のトナーを調製した。このトナーを非磁性一成分現像
方式のプリンター（Ａ機）に投入し、印字試験を行った
結果、定着性は良好だったが、３０枚印字時点で帯電部
材にトナー付着が発生し、画像濃度低下、白抜け現象に
よる著しい画像劣化が認められた。

【００４４】（比較例２）実施例１において、樹脂Ｘに
代えて樹脂Ｚを用いた以外は、実施例１と同様にして、
ガラス転移点が７５℃、溶融粘度が１×１０ ^５ポイズ
になる温度が１８０℃、過粉砕試験のＢ／Ａの値が９０
％のトナーを調製した。このトナーを非磁性一成分現像
方式のプリンター（Ａ機）に投入し、印字試験を行った
結果、帯電部材にトナー付着は発生せず、５０００枚印
字後も画像濃度低下、白抜け現象は認められなかった
が、定着性が悪化し、Ｏ．Ｄ．も１．０程度と低く、
又、プリント物を重ねるだけで、印字部トナーの一部剥
がれの発生が認められた。

【００４５】

【表１】

【００４６】

【表２】

【００４７】なお、表中の温度は、上ヒートロール表面
温度で示した。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によるトナ
ーによれば、非磁性一成分方式において実用に供する
十分な定着性能を有し、かつ良質なる画像品質を多数枚
の現像に対しても安定的に提供できる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭62−102252（ＪＰ，Ａ) 特開平２−256063（ＪＰ，Ａ) 特開平４−211273（ＪＰ，Ａ) 特開平３−110571（ＪＰ，Ａ) 特開平２−284159（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03G 9/08

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】トナー成分として三価以上のカルボン酸を
含有する多塩基酸と多価アルコールから成るポリエステ
ル樹脂を含有し、トナーのガラス転移点が７０℃以上で
あり、溶融粘度が１×１０^５ポイズになる温度が１４０
〜１７０℃の範囲にあり、かつ、直径５mmのステンレス
ボール（ＳＵＳＮｏ．４４０Ｃ）をキャリアとし、１
００ｍｌポリビンにトナー濃度４％で配合したデベロッ
パーを投入し、１００ｒｐｍにて攪拌を行なう攪拌試験
において、コールターカウンターにて測定した攪拌前の
個数９５％粒径をＡ、攪拌後の個数９５％粒径をＢとし
た場合に式【数１】（Ｂ／Ａ）×１００≧８０％を満足することを特徴とする非磁性一成分現像用トナー
組成物。
【請求項２】前記トナーの溶融粘度が１×１０ ^５ポイズ
になる温度が１４５〜１５５℃の範囲にある請求項１に
記載の非磁性一成分現像用トナー組成物。
【請求項３】前記トナーがポリオレフィン系ワックスを
含有する請求項１に記載の非磁性一成分現像用トナー組
成物。
【請求項４】前記トナーが重金属含有酸性染料を含有す
る請求項１又は３のいずれか１項に記載の非磁性一成分
現像用トナー組成物。