JPH0259986B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、電子写真、静電記録等に於ける電気
的潜像を現像するトナーに関する。特に、加熱に
より被記録体上に定着をするのに好適なトナーに
関する。

（従来技術） 電気的潜像の形成法は従来周知であり、例えば
電子写真法においては、通常光導電層を帯電させ
た後、原図に基いた光像を照射し、光照射部分の
静電荷を減少又は消滅せて静電潜像を形成する。
次いでこの潜像は、トナーと呼ばれる現像剤で現
像される。

現像されたトナー像は必要に応じ紙等に転写さ
れた後、定着される。定着方法としては加熱で定
着する方法、圧力で定着する方法、溶媒で定着す
る方法、それらを組み合わせた方法等、種々の方
法が知られているが、その中で加熱ローラ定着器
による定着が一般的である。

種々の定着法に対して、同一のトナーを共通に
使用するのは一般に困難であり、それぞれの定着
法に適した特性を有するトナーを使用するのが普
通である。

加熱ローラ定着器用のトナーに要請される特性
は、加熱温度で充分定着すること、加熱ローラに
溶融トナーの一部が付着するいわゆるオフセツト
現象を生じないこと、および貯蔵中あるいは現像
器内において凝集固結しないことであり、そのた
めのトナー設計法としては、結着樹脂を、主とし
て低分子量成分と高分子量成分から構成するとい
う方法がよくとられる。すなわち低分子量成分で
充分な定着レベルを保証し、高分子量成分でオフ
セツト現象を防止しようとするものである。この
場合当然のことながら、凝集固結を防止するため
に、両成分ともガラス転移点の低すぎるものは良
くない。

例えば、特開昭50−134652号公報にはスチレン
−アクリル系の低分子量重合体と高分子量重合体
を混合したトナーが開示されている。

さらに特開昭56−158340号公報においては、低
分子量成分と高分子量成分の種類（又は組成）、
ガラス転移点、さらには分子量、分子量分布を規
制するという方法が開示されている。

しかしながら、これらの方法により加熱温度で
充分な定着を得ることおよびオフセツト現象を防
止することの両者を同時に満足するのは、未だ困
難である。

特に加熱ローラの消費エネルギーを少く、予熱
時間を短く、さらに加熱ローラの耐用時間を長く
するために、できるだけ低温でトナーを定着させ
ようとした場合、これらの方法で低温定着と耐オ
フセツト性を両立させるのは困難である。

さらに、磁性粉を高濃度で含有するトナーで
は、カーボンブラツク等の充填剤のみを含有する
トナーと比較し、低温での定着が困難でかつ、オ
フセツト現象をおこし易いという傾向を有する。
したがつて、このような傾向を有する磁性粉含有
トナーにおいて、低温での充分な定着レベルを保
証し、かつオフセツト現象を防止することが、上
記方法では不充分であることはいうまでもない。
ちなみに、磁性粉含有トナーにおいて低温での定
着が困難である理由は、トナー粒子内部で磁性粉
が形成する構造によりトナーの溶融粘度が著しく
上昇するためであると考えられる。充填剤を高濃
度で含有する高分子溶融体あるいは溶液の粘度が
著しく向上することは一般によく知られているこ
とである。また、磁性粉含有トナーでオフセツト
現象がおこり易いのは、磁性粉の粒径がカーボン
ブラツク等に比べてはるかに大きいために、トナ
ー粒子内で磁性粉間の距離が長く、また磁性粉の
表面が一般に親水性で樹脂とのぬれが良くない等
の原因により、溶融トナーの凝集力がトナー粒子
の内部の各部分で充分に作用しないためであろう
と考えられている。溶融トナーの凝集力を増すた
めに、高分子量成分をより多量に含有させると、
低温における定着はほとんど不可能なものとな
る。加熱温度の充分な定着と、耐オフセツト性を
両立させるために低分子量成分と高分子量成分を
併用するのは以下のような理由による。

トナーが定着するためには、加熱ローラより与
えられる熱でトナーが軟化し、加熱ローラにより
加えられる圧力によつてトナーが流動し、トナー
粒子同志あるいはトナーと紙との間に充分な接触
が行われる必要がある。このため、トナーは低い
温度で軟化しかつ粘度の低いものでなければなら
ず、したがつて、トナーを構成する結着樹脂の分
子量は低いものであることが望ましい。

一方、オフセツト現象をおこさないためには、
加熱ローラとトナー間のぬれが悪いことが必要で
あることはもちろん、トナーが紙に付着する部分
と加熱ローラに付着する部分とに分離されること
がないように、溶融トナー同志間に強い凝集力が
働くことが必要である。この凝集力を得るには、
結着樹脂分子相互のいわゆる“からみあい”を利
用するのが良く、そのためには分子量の高い結着
樹脂を使用することが望ましい。

低温で充分定着されるためには結着樹脂の分子
量が低いほうが良いという要請と、オフセツト現
象を起さないためには分子量が高いほうが良いと
いう一見相反する要請とは、結着樹脂を低分子量
成分と高分子量成分両方から構成することにより
同時に満すことが可能であると考えられる。

その際できるだけ低温で定着するためには低分
子量成分の分子量はできるだけ低いものであるこ
とが望ましい。しかしあまり低くなりすぎると、
トナーの貯蔵中や現像機内での固化が生じやすく
なる。一方、できるだけ高温までオフセツト現象
が起らないようにするためには、高分子量成分の
分子量をできるだけ高くすることが望ましい。磁
性粉を高濃度で含有するトナーなどの場合は特に
こういう配慮をしないことには、実用的な定着の
ラチチユード（オフセツトを生じない最高の温度
と、充分な定着度を得る最低の温度の差）を得る
のは困難である。

しかしながら、低分子量成分の分子量をできる
だけ低くし、高分子量成分の分子量をできるだけ
高くするというこの方法をおし進めると、定着の
ラチチユードはある限度以上広がらないばかり
か、かえつて悪化する場合がある。また、画像の
荒れや、画質の経時劣化を生じる等、新たな問題
が発生することとなる。

すなわち、低分子量成分と高分子量成分の溶融
粘度の差が非常に大きい場合には、溶融混練等の
手段によりトナーを調整する際、低分子量成分と
高分子量成分が均一な分散をすることができず、
かつ粗い分散状態を示すこととなる。このような
場合、低分子量成分に富むトナー粒子と高分子量
成分に富むトナー粒子が形成され、低分子量成分
に富むトナー粒子はオフセツト現象をおこし易
く、一方高分子量成分に富むトナー粒子は定着度
に悪影響をおよぼすこととなる。

また、このように低分子量成分と高分子量成分
が均一に分散していない場合には、トナーに含ま
れる着色剤、帯電制御剤、磁性粉その他の添加剤
の分散も均一にはならず、相剩的にオフセツト現
象を起し易くかつ定着をしにくくするばかりでは
なく、現像転写時に画質の荒れを生じさせたり、
選択現像により画質の経時変化をおこしたりす
る。

さらに、粉砕によりトナーを調製する際、粉砕
トナーの粒度分布が広いものとなり、分級等の操
作によつて望みの粒度を得る際収率の悪いものと
なつてしまう。また、このような点に鑑みて特開
昭58−82258号公報にはトナー粒子の結着樹脂成
分を低分子量成分と高分子量成分とその中間的な
分子量成分の３成分からなる結着樹脂を用いて、
比較的広い定着のラチチユードを得ることが記載
されているが、これらの成分は、本来分子量分布
が大きく異なつているため樹脂同士の相溶性が悪
く、各分子量成分が個々に作用するため、低分子
量成分に基づくオフセツト現象や、高分子量成分
に基づく定着温度の上昇が生じやすく、定着ウイ
ンドウは十分に広いとはいえなかつた。

（発明の目的） したがつて本発明の目的は、加熱温度で充分に
定着をし、オフセツト現象をおこさずかつ貯蔵中
や現像器内で凝集固結を生じない、加熱ローラ定
着用トナーを提供することである。特に、低温で
定着する加熱ローラ定着用トナーを提供すること
である。

さらに、本発明の目的は、加熱温度で充分な定
着をし、オフセツト現象をおこさず、かつ貯蔵中
や現像器内で凝集固結を生じない加熱ローラ定着
用磁性トナーを提供することである。特に、低温
で定着する加熱ローラ定着用磁性トナーを提供す
ることである。

さらに、本発明の他の目的は、高品位の画質を
与えるトナーを提供することである。

さらに、本発明の他の目的は、経時変化をしな
い高品位の画質を与えるトナーを提供することで
ある。

さらに、本発明の他の目的は、製造時の収率の
良いトナーを提供することである。さらに、本発
明の他の目的は、加熱ロール定着法においてより
広い定着ウインドウを提供することを目的とす
る。

（発明の構成） 本発明の目的は、主として結着樹脂と添加剤か
らなるトナー組成物において、該結着樹脂が Ａ 重量平均分子量が50万以上のスチレン−ジエ
ン系共重合体もしくはスチレン−（メタ）アク
リル酸低級アルキルエステル系共重合体10〜60
重量％ Ｂ 重量平均分子量２万〜20万のスチレン重合体
もしくはスチレン−（メタ）アクリル酸低級ア
ルキルエステル系共重合体５〜60重量％ Ｃ 重量平均分子量1000〜２万のポリエチレンワ
ツクスもしくはポリプロピレンワツクス10〜85
重量％ からなり、前記Ｂ成分と前記Ｃ成分とがグラフト
重合してなることを特徴とするトナー組成物によ
り達成される。

特に、Ａ成分が架橋ポリマーである場合良好な
結果を得ることができる。

上記トナーにより、本発明の目的がことごとく
達成される理由は以下の通りであると考えられ
る。

Ａ成分によりオフセツト現象が防止され、Ｃ成
分により低温での定着が保証される。Ａ成分とＣ
成分にはその溶融粘度に大きな差があるが、中間
の溶融粘度のＢ成分を同時に含有することによ
り、溶融混練等によるトナー調製の際に均一でか
つ微細な分散構造をとることができる。これによ
り、本発明の目的が達成されるわけである。

Ａ成分の分子量は50万以上、より好ましくは
100万以上が望まれる。50万以下の場合は、オフ
セツト現象の防止は充分ではない。Ｂ成分の分子
量は２万〜20万、好ましくは２万〜10万が望まれ
る。２万以下の場合も、20万以上の場合も、Ａ成
分とＣ成分の分散状態を均一にはできなくなる。
Ｃ成分の分子量は1000〜２万、好ましくは2000〜
２万が望まれる。1000以下の場合にはＡ成分との
分散が均一ではなくなり、２万以上の場合には低
温での定着が達成され難い。

結着樹脂中のＡ成分の含有量は10〜60重量％が
望ましく、より好ましくは20〜50重量％である。
10重量％以下の場合にはオフセツト現象の防止が
完全ではなく、一方60重量％以上の場合には低温
で充分な定着度を得ることが困難となる。Ｂ成分
は５〜60重量％より好ましくは10〜40重量％が望
ましい。５重量％以下の場合には樹脂の分散が不
均一なものとなり、60重量％以上の場合にはＡ成
分及び／又はＣ成分がそれだけ少なくなるため、
オフセツト現象の防止と低温での定着という２つ
の要請の両立が困難となる。

Ｃ成分は10〜85重量％、好ましくは10〜60重量
％が望ましい。10重量％以下の場合には低温での
定着が困難となり、85重量％以上の場合にはオフ
セツト現象の防止が困難となる。

Ｂ成分とＣ成分とがグラフト構造をとつている
ため、成分間の相容性を増すという本発明のねら
いが充分達成される一方、幹成分と枝成分が各々
ある程度独立に働くことにより、それぞれに与え
られた機能を充分にはたすことができる。

すなわち、本発明では、Ｂ成分とＣ成分とがグ
ラフトすることにより、分子量分布の大きく異な
る互いの成分の相溶性が向上し、より均一な組成
のトナー粒子を得ることができる。また、相溶性
の大きく異なる材料が使用できるので材料の選択
の幅が広がる。その結果、各成分が各々個別に作
用することが少なくなり、より低い定着温度と、
より高いオフセツト発生温度を得ること、すなわ
ち、より広い定着温度ウインドウを得ることが可
能となる。また、組成が均一化されることによ
り、トナー粒子の帯電性向上等、他の効果も認め
られる。グラフト結合部分を全く含まない場合に
は、トナー粒子中で各成分の組成が不均一となつ
て、各分子量成分が個々に作用するので高分子量
成分にもとづくオフセツト現象や高分子量成分に
もとづく定着温度の上昇が生じやすく十分な広さ
の定着ウインドウとはならない。

結着樹脂はＡ，Ｂ，C3つの成分のみで構成さ
れる必要はなく、適宜他の樹脂、たとえば分子量
20万〜50万の樹脂を含むことができる。しかし、
Ａ，Ｂ，C3つの成分が50重量％以上含まれてい
る必要がある。

また、耐オフセツト性をさらに増すために、低
分子量のポリオレフイン、脂肪酸金属塩、脂肪酸
エステル、脂肪酸部分ケン化エステル、高級脂肪
酸、高級アルコール、パラフインワツクス、多価
アルコールエステル、脂肪酸アミド等の潤滑剤を
含んでいてもよい。

本発明のトナーは結着樹脂中に、任意の適当な
顔料または染料を含有させることができる。例え
ば、カーボンブラツク、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、デユポンオイルレツ
ド、オリエントオイルレツド、キノンイエロー、
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ギザレート、ランプブ
ラツク、ローズベンガル等を単独あるいは混合し
て用いることができる。また、一成分現像用磁性
トナーとすべく四三酸化鉄粉、三二酸化鉄粉、コ
バルト−γ−三二酸化鉄粉、二酸化クロム粉、鉄
粉、クロム粉、ニツケル粉等の磁性粉を含有させ
ることができる。この場合トナー中に磁性粉が30
〜70重量パーセント含有されるとき、本発明は特
に有効である。

本発明のトナーにはトナーの流動性向上あるい
は現像クリーニング性向上等を目的として、外部
添加剤を添加してもよい。外部添加剤としては、
例えばステアリン酸等の長鎖脂肪酸及びそのエス
テル、アミド、金属塩、更には二硫化モリブデ
ン、カーボンブラツク、グラフアイト、フツ化黒
鉛、炭化ケイ素、窒化ホウ素、シリカ、酸化アル
ミニウム、二酸化チタン、酸化亜鉛等の微粉末、
フツ素系等樹脂微粉末、多環芳香族化合物、その
他ワツクス状物質、架橋又は非架橋樹脂微粉末等
が知られている。これら外部添加剤は必要に応
じ、熱風等によりトナー粒子表面に固着されても
よい。

本発明のトナーは、電気的潜像を現像すること
を主たる目的とするものであるが、磁性トナーと
して使用する場合は磁気潜像の現像にも用いるこ
とができる。

（実施例） 以下に本発明の実施例の一部を述べるが、本発
明がこの実施例に限定されるものでないことは言
うまでもない。

（比較例 １） Γ ポリスチレン 30重量部 （数平均分子量4000、重量平均分子量
8600、ガラス転移温度65℃） Γ スチレン−アクリル酸ブチル共重合体
20重量部 （スチレン65重量部、アクリル酸ブチル35
重量部、ジビニルベンゼン0.5重量部からな
る架橋ポリマー。正確な分子量は測定できな
いが、重量平均分子量は50万以上である。） Γ ポリエチレンワツクス 0.5重量部 Γ マグネタイト粉末（粒径約0.4μ、立方体状）
50重量部 をバンバリー型ミキサーにて混練後、ジエツト式
粉砕機にて粉砕、その後平均粒径15μ、5μ以下の
微粉量が５重量パーセント以下になるように風力
分級を行い、さらにトナー100重量部に対し、0.4
重量部のカーボンブラツクと0.2重量部のコロイ
ダルシリカを乾式ブレンドしてトナーを調製し
た。

分級の収率は50％であつた。

富士ゼロツクス(株)FX−2830に一成分現像機を
組み込み、このトナーを用いコピーをとり評価し
た。充分な定着度を示す最低の加熱ローラ設定温
度は160℃であり、210℃で軽いオフセツト現象を
示した。このトナーの定着ウインドウは約50℃で
あつた。また、コピーの画質は初期に多少の荒れ
が見られ、1000コピー程度で画像濃度の低下およ
び画質のさらなる低下が目立ちはじめた。

トナー粒子間での組成のバラツキを調べるため
に、このトナーを分級し12μ以下の微粒部分と
12μ以上の粗粒部分にわけ、その特性の差を調べ
た。まず、トナーを燃焼させその残量を測定する
ことにより磁性粉量を測定したところ、微粒側が
トナー中48重量％であつたのに対し、粗粒側は52
重量％であつた。さらに粘度を測定したところ、
温度110℃、せん断速度1sec^-1において、微粒側
は８×10⁵ポアズであつたのに対し、粗粒側は３
×10⁶ポアズであつた。この粘度の差は磁性粉の
含有量の差以上のものと考えられ、粗粉側に高分
子量成分が多いものと見られる。

（比較例 ２） トナーの組成を Γ スチレン−ｎブチルメタクリレート共重合体
10重量部 （スチレン60重量部対ｎ−ブチルメタクリ
レート40重量部、数平均分子量約21500、重
量平均分子量約50700、ガラス転移温度57℃） Γ ポリスチレン（比較例１で使用したものと同
じもの） 24重量部 Γ スチレン−アクリル酸ブチル共重合体（比較
例１で使用したものと同じもの） 16重量部 Γ ポリエチレンワツクス（比較例１で使用した
ものと同じもの） 0.5重量部 Γ マグネタイト粉末（比較例１で使用したもの
と同じもの） 50重量部 とするほかは、比較例１と同様にしてトナーを調
製し、評価した。

分級収率は85％であつた。

充分な定着度を示す加熱ローラ設定温度は155
℃であり、220℃に至つてもオフセツト現象はお
こらなかつた。このトナーの定着ウインドウは約
65℃であり、比較例１のトナーよりも約15℃の向
上が見られた。また、コピーの画質は高品位で
10000枚コピーで画質の変化はなかつた。

微粒側と粗粒側に分級した後の微粒側の磁性粉
含有量は50重量％であり粘度は２×10⁶ポアズで
あつた。粗粒側の磁性粉含有量と粘度はそれぞ
れ、微粒側と同じく50重量％、２×10⁶ポアズで
あつた。したがつて、トナー粒子間で組成の不均
一な分布はないものと思われる。

（実施例 １） トナーの組成を、 Γ スチレン−アクリル（80：20）／ポリプロプ
レングラフト共重合体（重量平均分子量13000の
ポリプロピレン幹ポリマーに、スチレン−アクリ
ル（80：20）を重量平均分子量65000の枝ポリマ
ーとなるようにグラフト共重合したもの）
30重量部 Γ スチレン−ブタジエン架橋重合体 （重量平均分子量50万以上） 20重量部 Γ マグネタイト粉末 50重量部 とするほかは、比較例１と同様にしてトナーを調
製し、評価した。

分級収率は80％であつた。

充分な定着度を示す加熱ローラ設定温度は160
℃であり、240℃に至つてもオフセツト現象が起
こらなかつた。このトナーの定着ウインドウは約
80℃以上であり、比較例１のトナーよりも約30℃
以上の向上が見られ、比較例２のトナーに対して
も約15℃以上の向上が見られ、大幅に定着ウイン
ドウが拡大された。また、コピーの画質は高品位
で、10000枚コピーで画質の変化はなかつた。

微粒側と粗粒側に分級した後の微粒側および粗
粒側の磁性粉含有量はいずれも50％であつた。ま
た粘度はいずれも３×10‘ポアズであり、したが
つてトナー粒子間で組成の不均一な分布はないも
のと思われる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 主として結着樹脂と添加剤からなるトナー組
   成物において、該結着樹脂が Ａ 重量平均分子量が50万以上のスチレン−ジエ
   ン系共重合体もしくはスチレン−（メタ）アク
   リル酸低級アルキルエステル系共重合体10〜60
   重量％ Ｂ 重量平均分子量２万〜20万のスチレン重合体
   もしくはスチレン−（メタ）アクリル酸低級ア
   ルキルエステル系共重合体５〜60重量％ Ｃ 重量平均分子量1000〜２万のポリエチレンワ
   ツクスもしくはポリプロピレンワツクス10〜85
   重量％ からなり、前記Ｂ成分と前記Ｃ成分とがグラフト
   重合してなることを特徴とするトナー組成物。