JP3718294B2 - 電子写真用トナーの製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、熱ロール定着を採用している複写機又はプリンター用の電子写真用トナーの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子写真方式を用いた複写機及びプリンターは、一般家庭等を含めてその普及が広まるにともない、複写機又はプリンターの多機能化を主な目的とした低エネルギー化（消費電力の削減）、印刷機と複写機との境に位置するいわゆるグレイエリアへの普及を目的とした高速化、あるいは機械コストを下げるための定着ロールの簡素化のための低ロール圧力化が望まれている。また、複写機の高級化にともない両面コピー機能や原稿自動送り装置の搭載された複写機が広く普及されてきたため、複写機及びプリンターに使用される電子写真用トナーには定着温度が低く、耐オフセット性が優れて、且つ両面コピー時の汚れや、原稿自動送り装置における汚れの発生を防止するため転写紙への定着強度の優れたものが要求されている。
上記の要求に対して従来、電子写真用トナー中にワックスを含有させ、トナー自体の溶融開始温度を下げて定着温度を低くしようとする試みがなされている。
このようなワックスを含有させる電子写真用トナーは、従来から熱溶融混練後、粉砕し、分級して製造されていた。
しかしながら、このような従来技術における製造方法では、分級工程時においてワックスに起因する電子写真用トナーの凝集物が生成され、分級機の分級ルーバーで目詰まりが発生し、製造上重大な問題を生じさせていた。
特にこの問題は、平均粒子径が６〜１０μｍの小粒子径のトナーを得る場合に発生し、高画質な画像を得ることができる小粒子径のトナーを効率よく得ることができないという問題があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、分級機の目詰まりの問題を発生させない低温度定着が可能な小粒子径の電子写真用トナーを得ることができる製造方法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、少なくとも融点が５０〜１００℃のワックス、ポリプロピレンワックス、結着樹脂および着色剤からなる混合物を熱溶融混練して粉砕し体積抵抗値が１×１０^１０〜１０×１０^１０Ω・ｃｍの導電性粉砕物を得た後、該導電性粉砕物を平均粒子径が６〜１０μｍに分級することを特徴とする電子写真用トナーの製造方法である。また、該分級物に絶縁性粉体を付着することを特徴とする電子写真用トナーの製造方法である。
【０００５】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明ではトナー製造の際、熱溶融混練して粉砕して得た粉砕物を体積抵抗値が１×１０¹⁰〜１０×１０¹⁰Ω・ｃｍに調製し、該調製した粉砕物を分級機で平均粒子径が６〜１０μｍのトナー粒子に分級することを特徴とする。
なお、ここでいう平均粒子径とは、コールター社製のコールターカウンターＴＡ−ＩＩ型で粒子を測定した場合の体積平均５０％径をいうものである。
体積抵抗値が１×１０¹⁰〜１０×１０¹⁰Ω・ｃｍの導電性粉砕物は、融点が５０〜１００℃のワックスを含有していてもトナー粒子の凝集力があまり強くなく良好な流動性を有し分級機の目詰まりが発生しない。
導電性粉砕物の体積抵抗値が１×１０¹⁰Ω・ｃｍより小さい場合は、分級機における目詰まりは発生しないが、トナーを複写した画像上に地カブリが発生し、多数枚複写時のトナーの摩擦帯電量が安定しないため画像濃度の低下等の問題が生じ実用上問題となる。
一方、体積抵抗値が１０×１０¹⁰Ω・ｃｍより大きい場合は、分級機に目詰まりが発生し、トナーの製造が不能となる。
導電性粉砕物の体積抵抗値は次のように測定するものである。
すなわち、導電性粉砕物を２００Ｋｇの圧力を加えてペレット状物に成形し、該ペレット状物に電圧を印加し該ペレット状物のコンダクタンスを求める。そのコンダクタンスから次式により体積抵抗値を求めることができる。
ρ＝１／Ｇ×Ｓ／ｄ
なお、上記式において、ρは体積抵抗値、Ｇはコンダクタンス、Ｓは有効電極面積、ｄはペレット状物の厚さである。
【０００６】
導電性粉砕物を体積抵抗値が１×１０¹⁰〜１０×１０¹⁰Ω・ｃｍに調製する方法は、着色剤としてカーボンブラックを使用する場合は、その量を通常のトナーよりも多く添加し、例えば結着樹脂１００重量部に対してカーボンブラックを７〜２０重量部添加する。また、導電性物質、例えば酸化チタン、アルミナ、磁性粉、酸化亜鉛、導電性樹脂等を添加して体積抵抗値が１×１０¹⁰〜１０×１０¹⁰Ω・ｃｍに調製することもできる。
また、結着樹脂としてアクリル成分を多く含有させたものを使用したり、電荷制御剤の種類や量、着色剤の種類や量およびトナーの製造方法における混練条件等を調製することにより可能である。
本発明においては、前記のように導電性粉砕物の体積抵抗値が１×１０¹⁰〜１０×１０¹⁰Ω・ｃｍに調製した後分級するものであるが、この場合、分級後のトナー粒子の体積抵抗値が低すぎて実用上問題となる場合がある。その場合は、次の通り分級後のトナー粒子の体積抵抗値を調製し使用することができる。
すなわち、分級後の分級物に対し、シリカ、カイナー、樹脂粒子等の絶縁性粉体を表面に付着させる。
分級物表面に上記絶縁性粉体を付着させるためには、通常の粉体用混合機であるヘンシェルミキサー、スーパーミキサー等の混合機のほかハイブリダイザー、オングミル等のいわゆる表面改質機も用いて行うことができる。この場合、絶縁性粉体の付着状態は、分級物の表面に単にまぶされた状態でもよいし、一部が表面に埋没して固着された状態でもよい。
本発明における熱溶融混練は単軸スクリュ押出機や二軸スクリュ押出機等を用いればよく、粉砕はハンマーミル、カッターミル、ジェットミル等を用いればよく、分級は気流式分級機等を用いればよい。
【０００７】
本発明に使用するワックスはトナーの溶融開始温度を下げ、低温定着性を良好にするために添加される。
ワックスは融点が低いほど低温定着性が向上するが、融点が５０℃未満であると保存性が悪化する。また融点が１００℃をこえると低温定着性が悪化するので、融点の範囲としては５０〜１００℃のものが用いられる。
ここで言う融点とはＤＳＣの測定による吸収熱量のピーク温度をいう。ＤＳＣによる吸収熱量のピーク温度の測定方法は以下のように実施する。
例えばセイコー電子工業社製の示差走査熱量計ＳＳＣ−５２００を用い、測定条件としては、結晶性物質を約１０ｍｇ計量してＤＳＣに載置し、１分間に５０ミリリットルのＮ₂ ガスを吹き込む。そして、２０〜１５０℃の間を１分間あたり１０℃の割合で昇温させ、そのときの吸収熱量を測定するものである。複数のピークが得られた場合には最大の吸収熱量を示すピーク温度を融点とする。
【０００８】
本発明におけるワックスは、ＤＳＣの吸収熱量の測定において、明確にピーク温度が得られる物質のことをいい、具体的には脂肪酸とグリセリンとのトリグリセリドを主成分とする油脂を水素添加して得られる硬化油、天然ワックス、脂肪酸とアルコールから合成されたエステルワックス、脂肪酸アミド、ケトン、オレフィンワックス等の結晶性物質が例示できる。これらの中でも特に融点が低く、低温定着性が優れている硬化油、天然ワックスおよびエステルワックスが好適に本発明に使用される。
硬化油は不飽和脂肪酸とグリセリンとのトリグリセリルエステルすなわちグリセリドを主成分とする油脂に還元ニッケル触媒を約０．２％添加し、反応温度１５０〜１６０℃、反応圧力１５ｋｇ／ｃｍ³下で水素を吹き込み、約３時間攪拌 することで得られる。不飽和脂肪酸の種類により種々の硬化油が得られる。
硬化油の具体例としてはカスターワックス（ひまし硬化油）、菜種硬化油、綿実硬化油、オリーブ硬化油等が挙げられる。
天然ワックスの具体例としては、ライスワックス、カルナバワックス等が挙げられる。
エステルワックスの具体例としては、長鎖直鎖飽和脂肪酸と長鎖直鎖飽和アルコールから合成されるモノエステルワックス、多塩基酸と長鎖直鎖飽和アルコールから合成されるジエステルワックス、トリエステルワックス、オリゴエステルワックス等が挙げられる。
また、本発明におけるワックスとしてはポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックス、フィッシャートロプシュワックス等の合成ワックスも挙げられる。
【０００９】
また、本発明に用いられる結着樹脂としては、スチレン樹脂、ポリアクリル酸エステル樹脂、スチレン−メタアクリル酸エステル共重合体樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリ塩化ビニリデン、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂等が挙げられ、特に定着性能を向上させる目的で溶融開始温度はできるだけ低い方が好ましい。
また、着色剤としては、カーボンブラック、ニグロシン染料、アニリンブルー、カルコオイルブルー、クロムイエロー、ウルトラマリンブルー、デュポンオイルレッド、キノリンイエロー、メチレンブルークロライド、フタロシアニンブルー、マラカイトグリーンオクサレート、ランプブラック、ローズベンガル、これらの混合物、その他を挙げることができる。これらの着色剤は、十分な画像濃度の可視像が形成されるに十分な割合で含有されることが必要であり、通常結着樹脂１００重量部に対して１〜２０重量部程度の割合が好ましい。
また、本発明における電子写真用トナーには、電荷制御剤等を添加してもよい。
【００１０】
また本発明で得られた電子写真用トナーの溶融開始温度は、６０℃以上１００℃未満のものが好ましく用いられる。１００℃より高いと低温定着性が十分得られにくく、６０℃より低いとブロッキング性が悪化し保存性に問題を生じる場合がある。
上記、溶融開始温度とは例えば次のような測定機および測定条件により測定した場合、プランジャーの降下開始温度のことをさすこととする。
測定機；島津製作所製
高化式フローテスターＣＦＴ−５００
測定条件；
プランジャー：１ｃｍ²
ダイの直径 ：１ｍｍ
ダイの長さ ：１ｍｍ
荷重 ：２０ＫｇＦ
予熱温度 ：５０〜８０℃
予熱時間 ：３００ｓｅｃ
昇温速度 ：６℃／ｍｉｎ
【００１１】
本発明の製造方法で得られた電子写真用トナーは、フェライト粉や鉄粉等より成るキャリアと混合されて二成分系現像剤とされる。また磁性体が含有されるときはキャリアと混合しないでそのまま一成分系現像剤として静電荷像の現像に使用されるか、あるいはキャリアと混合されて二成分系現像剤として使用してもよい。さらには非磁性一成分の現像方法にも適用可能である。
【００１２】
【実施例】
以下、実施例に基づき本発明を説明する。なお、実施例において部とは重量部を示す。
＜実施例１＞

上記原料をスーパーミキサーで混合し、二軸スクリュ押出機で熱溶融混練して混練物を得た後、ジェットミルで粉砕して粉砕物を得た。
該粉砕物の体積抵抗値は３×１０¹⁰Ω・ｃｍであった。
そして、該粉砕物を気流式分級機で分級した結果、目詰まりは全く発生せず、平均粒子径が８μｍの負帯電性のトナー母体粒子を得ることができた。
さらに疎水性シリカ（日本アエロジル社製Ｒ−９７２）０．３部をヘンシェルミキサーによって前記トナー母体粒子１００部の表面に付着させ本発明による電子写真用トナーを得た。
【００１３】
次に上記電子写真用トナー４部と樹脂被覆を施してないフェライトキャリア（パウダーテック社製 商品名：ＦＬ−１０２０）９６部とを混合して二成分系現像剤を作製した。
次に該現像剤を使用して市販の複写機（シャープ社製 商品名：ＳＦ−９８００）にてＡ４の転写紙に縦２ｃｍ、横５ｃｍの帯状の未定着画像を複数作製した。
次に、表層がテフロンで形成された熱定着ロールと、表層がシリコーンゴムで形成された圧力定着ロールが対になって回転する定着機をロール圧力が１Ｋｇ／ｃｍ²及びロールスピードが５０ｍｍ／ｓｅｃになるように調節し、該熱定着ロールの表面温度を段階的に変化させて、各表面温度において上記未定着画像が形成された転写紙のトナー像の定着をおこなった。この時余白部分にトナー汚れが生じるか否かの観察をおこない、汚れが生じない温度領域を非オフセット温度領域とした。また、非オフセット温度領域の最大値と最小値の差を非オフセット温度幅とした。
また、前記定着機の熱定着ロールの表面温度を１４０℃に設定し、前記未定着画像が形成された転写紙のトナー像の定着をおこなった。そして、形成された定着画像に対して綿パッドによる摺擦を施し、下記式によって定着強度を算出し低エネルギー定着性の指標とした。画像濃度はマクベス社製の反射濃度計ＲＤ−９１４を使用した。
定着強度（％）＝摺擦後の定着画像の画像濃度／摺擦前の定着画像の画像濃度×１００
その結果、実施例１の電子写真用トナーは、非オフセット温度領域が１２５〜１８５℃、非オフセット温度幅が６０℃、定着強度が９３％であり、低温定着性が良好な電子写真用トナーであることが確認された。
また、該電子写真用トナーを市販の複写機で複写したところ、初期画像特性において画像濃度が十分で、かつ地カブリが少なく、２００００枚まで複写したが、初期画像特性を維持したまま問題なく複写することができた。
【００１４】
＜実施例２＞

上記原料を用いて実施例１と同様に本発明による電子写真用トナーを作製した。
この場合、粉砕物の体積抵抗値は２×１０¹⁰Ω・ｃｍであって、分級機における目詰まりも全く発生しなかった。
また、実施例１と同様にして電子写真用トナーを評価したところ、非オフセット温度領域が１２０〜１８０℃、非オフセット温度幅が６０℃、定着強度が９３％であり、低温定着性が良好な電子写真用トナーであることが確認された。
また、該電子写真用トナーを市販の複写機で複写したところ、初期画像特性において画像濃度が十分で、かつ地カブリが少なく、２００００枚まで複写したが、初期画像特性を維持したまま問題なく複写することができた。
【００１５】
＜実施例３＞
テトラデカン酸１モルとヘプタデカン１オール２モルと硫酸０．５モルを攪拌機、コンデンサーを備えた丸底フラスコに入れて１３０℃で４時間加熱還流させた。次に過剰のヘプタデカン１オールを除去した後、残査をメチルエーテルで精製して本発明に使用する融点６５℃のモノエステルワックスを得た。

上記原料を用いて実施例１と同様に本発明による電子写真用トナーを作製した。
この場合、粉砕物の体積抵抗値は４×１０¹⁰Ω・ｃｍであって、分級機における目詰まりも全く発生しなかった。
また、実施例１と同様にして電子写真用トナーを評価したところ、非オフセット温度領域が１２５〜１８０℃、非オフセット温度幅が５５℃、定着強度が９１％であり、低温定着性が良好な電子写真用トナーであることが確認された。
また、該電子写真用トナーを市販の複写機で複写したところ、初期画像特性において画像濃度が十分で、かつ地カブリが少なく、２００００枚まで複写したが、初期画像特性を維持したまま問題なく複写することができた。
【００１６】
＜実施例４＞

上記原料を用いて実施例１と同様に本発明による電子写真用トナーを作製した。
この場合、粉砕物の体積抵抗値は４．５×１０¹⁰Ω・ｃｍであって、分級機における目詰まりも全く発生しなかった。
また、実施例１と同様にして電子写真用トナーを評価したところ、非オフセット温度領域が１２０〜１８０℃、非オフセット温度幅が６０℃、定着強度が９７％であり、低温定着性が良好な電子写真用トナーであることが確認された。
また、該電子写真用トナーを市販の複写機で複写したところ、初期画像特性において画像濃度が十分で、かつ地カブリが少なく、２００００枚まで複写したが、初期画像特性を維持したまま問題なく複写することができた。
【００１７】
＜実施例５＞

上記原料を用いて実施例１と同様に本発明による電子写真用トナーを作製した。
この場合、粉砕物の体積抵抗値は２．４×１０¹⁰Ω・ｃｍであって、分級機における目詰まりも全く発生しなかった。
また、実施例１と同様にして電子写真用トナーを評価したところ、非オフセット温度領域が１３０〜１９０℃、非オフセット温度幅が６０℃、定着強度が８４％であり、低温定着性が良好な電子写真用トナーであることが確認された。
また、該電子写真用トナーを市販の複写機で複写したところ、初期画像特性において画像濃度が十分で、かつ地カブリが少なく、２００００枚まで複写したが、初期画像特性を維持したまま問題なく複写することができた。
【００１８】
＜実施例６＞

上記原料を用いて実施例１と同様に本発明による電子写真用トナーを作製した。
この場合、粉砕物の体積抵抗値は２．２×１０¹⁰Ω・ｃｍであって、分級機における目詰まりも全く発生しなかった。
また、実施例１と同様にして電子写真用トナーを評価したところ、非オフセット温度領域が１３０〜１９５℃、非オフセット温度幅が６５℃、定着強度が８６％であり、低温定着性が良好な電子写真用トナーであることが確認された。
また、該電子写真用トナーを市販の複写機で複写したところ、初期画像特性において画像濃度が十分で、かつ地カブリが少なく、２００００枚まで複写したが、初期画像特性を維持したまま問題なく複写することができた。
【００１９】
＜比較例１＞
実施例１において、原料としてカーボンブラック（ライオンアクゾ社製 商品名；ケッチェンブラックＥＣ）５部を追加しカーボンブラックの量を２０部とした以外は同様にして電子写真用トナーを得た。
この場合、粉砕物の体積抵抗値は９×１０⁹Ω・ｃｍであって、分級機における目詰まりも全く発生しなかった。
しかし、該電子写真用トナーを市販の複写機で複写したところ、初期画像特性において地カブリが多く、連続複写中の摩擦帯電量が不安定であって、画像濃度も実用上十分なものを得ることができなかった。
【００２０】
＜比較例２＞
実施例１において、カーボンブラック（三菱化学社製 商品名；ＭＡ−１００）の含有量１５部を４部に代えた以外は同様にして製造した。
この場合、粉砕物の体積抵抗値は１１×１０¹⁰Ω・ｃｍであった。
しかしながら、該粉砕物を分級機で分級する工程において、目詰まりが発生しトナーの製造に重大な支障をきたしたため製造を中止した。
【００２１】
【発明の効果】
本発明の製造方法によれば、分級機の目詰まりを発生させないで低温度定着が可能な６〜１０μｍの小粒子径の電子写真用トナーを得ることができる。

Claims (4)

1. 少なくとも融点が５０〜１００℃のワックス、ポリプロピレンワックス、結着樹脂および着色剤からなる混合物を熱溶融混練して粉砕し体積抵抗値が１×１０^１０〜１０×１０^１０Ω・ｃｍの導電性粉砕物を得た後、該導電性粉砕物を平均粒子径が６〜１０μｍに分級することを特徴とする電子写真用トナーの製造方法。
2. 少なくとも融点が５０〜１００℃のワックス、ポリプロピレンワックス、結着樹脂および着色剤からなる混合物を熱溶融混練して粉砕し体積抵抗値が１×１０^１０〜１０×１０^１０Ω・ｃｍの導電性粉砕物を得た後、該導電性粉砕物を平均粒子径が６〜１０μｍに分級し分級物を得、しかる後該分級物に絶縁性粉体を付着することを特徴とする電子写真用トナーの製造方法。
3. 導電性粉砕物中にカーボンブラックが、結着樹脂１００重量部に対し７〜２０重量部含有されていることを特徴とする請求項１または２記載の電子写真用トナーの製造方法。
4. 導電性粉砕物中に導電性物質が含有されていることを特徴とする請求項１または２記載の電子写真用トナーの製造方法。