(57)【要約】【課題】オイルレス定着において、十分な非オフセットバンドを有し、且つ画像の均一性、カブリ、画像濃度が良好である電子写真用非磁性一成分トナーを提供する。【解決手段】少なくともポリエステル樹脂、着色顔料、離型剤からなるトナーであって、前記トナーの軟化温度が１０５〜１３０℃であり、前記トナーの体積平均粒子径が５．５〜１０．５μｍであり、トナー母体粒子に対する微粒子の外添被覆率が７０〜２１０％であることを特徴とする非磁性一成分トナー。【選択図】　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともポリエステル樹脂、着色顔料、離型剤からなるトナーであって、前記トナーの軟化温度が１０５〜１３０℃であり、前記トナーの体積平均粒子径が５．５〜１０．５μｍであり、トナー母体粒子に対する微粒子の外添被覆率が７０〜２１０％であることを特徴とする非磁性一成分トナー。
【請求項２】
前記微粒子がシリカであることを特徴とする請求項１記載の非磁性一成分トナー。
【請求項３】
前記シリカの平均粒子径が５０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項２記載の非磁性一成分トナー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非磁性一成分トナーを用いて現像ローラ上に薄層形成を行い、潜像担持体上に形成された静電潜像をトナー層によって可視化する画像形成に使用する電子写真用トナーに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真プロセスを利用した画像形成装置に適用されるトナーにおいては、一般的に結着樹脂中に着色顔料、離型剤等を分散させ、所定の粒径に調整されたトナー母体粒子に対し、システムに適した流動性を保持させる目的で微粒子といった外添剤の被覆を行ってきた。
【０００３】
近年、省エネルギーの対策として画像形成装置においては定着温度の低エネルギー化が図られており、低温定着性に優れたトナーが求められている。上記の如く、システムに適したトナー設計において、トナー表面に微粒子等を外添することがトナーの流動性を最適化させてきた。しかしながら、外添でトナー表面に微粒子等を被覆することでトナー同士の溶融を妨げる傾向があり、特に低温領域においては定着性能の低下が問題となる。
【０００４】
トナー結着樹脂の分子量及び融点を下げることで低温定着性の改善が図られる場合においても、耐高温オフセット性能の低下が問題となる。
【０００５】
特許文献１、特許文献２、特許文献３においては、無機微粒子による被覆率を比較的低い範囲で規定しているが、何れも被覆率が７０％以下であることから、トナーに十分な流動性を付与できず、現像特性に問題を生じる。
【０００６】
更に、定着ローラ表面に定着によるトナーの付着を防止する為、トナーとの離型性の良いフッ素形樹脂又はシリコンゴムなる材料をローラの材料として用い、加えて離型性の更なる向上目的でシリコーンオイル等の液体により定着ローラ表面を均一に薄く塗布する方法が従来から用いられている。しかし、シリコーンオイル塗布定着ローラでは定着におけるオフセット防止効果は期待されるものの、シリコーンオイルを供給するための装置、機構等が必要で、定着装置がより複雑なものになってしまい、更に定着ローラ等から発せられる熱又は長期使用によりシリコーンオイルが揮発し、複写機内の汚れの原因となる。
【０００７】
【特許文献１】
特開平６−２７３９７１
【特許文献２】
特開平８−１３７１２２
【特許文献３】
特開平９−１９７７０４号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、オイルレス定着において、十分な非オフセットバンドを有し、且つ画像の均一性、カブリ、画像濃度が良好である電子写真用非磁性一成分トナーを得ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決する為、鋭意研究を重ねた結果、特定のトナー物性とトナーの母体粒子に対する外添被覆率が特定範囲である場合に、現像特性が良好で優れ、オイルレス定着に対して耐低温および高温オフセット性を有することを見出した。
【００１０】
即ち、本発明は、少なくともポリエステル樹脂、着色顔料、離型剤からなるトナーであって、前記トナーの軟化温度が１０５〜１３０℃であり、前記トナーの体積平均粒子径が５．５〜１０．５μｍであり、トナー母体粒子に対する微粒子の外添被覆率が７０〜２１０％であることを特徴とする非磁性一成分トナーである。
【００１１】
本発明において、島津製作所社製フローテスターＣＦＴ−５００による上記トナーの軟化温度は１０５〜１３０℃である。軟化温度が１０５℃未満の場合、外添時おける攪拌羽根の軸の発熱に伴い、トナー粒子同士間、トナーと攪拌羽根との間で融着・凝集が起こる。また、トナーの軟化温度が１３０℃を越える場合、低温側での十分な溶融を期待できず、定着強度の低下およびオフセットを引き起こす。フローテスターの測定条件は以下の通りである。
・　ノズル　　　１ｍｍφ×１ｍｍ
・　荷重　　　　２０ｋｇ・ｆ
・　昇温速度　　６℃／ｍｉｎ
・　サンプル量　１．０ｇ
【００１２】
本発明において、上記トナーの体積平均粒子径は５．５〜１０．５μｍである。５．５μｍ未満の場合、接触面積の増加によりトナーの流動性の低下、１０．５μｍを越える場合では解像度や画質の低下の問題が生じる。
【００１３】
トナー粒子表面に微粒子を外添せしめる場合、流動性を十分に付与させる必要があるため、多量の外添剤を使用するのが一般的である。故に上記外添被覆率は７０％〜２１０％である。外添剤の被覆率が７０％未満の場合、トナー粒子相互間の凝集防止作用が不足するので、トナーに流動性を十分に付与できず現像ローラ上で均一なトナー層を形成し難く、画像の均一性に問題を生じる。一方、被覆率が２１０％を超える場合、加熱定着でのトナー粒子同士の溶融を妨げ、且つ余剰の遊離微粒子が介在し、オフセットおよび定着強度の低下の原因となる。
【００１４】
本発明において、トナー母体粒子に対する微粒子の被覆率は、トナー粒子の表面積に対する、トナー粒子表面に存在する微粒子の面積比を表しており、下記式を用いて算出される。
ｆ（％）＝（√３・Ｄ・ρｔ・Ｃ）／（２π・ｄ・ρｉ）×１００
ここで、式中ｆは微粒子の被覆率、Ｄはトナー粒子の平均粒子径（μｍ）、ｄは微粒子の面積基準の平均粒径（μｍ）、ρｔはトナーの真比重、ρｉは微粒子の真比重、Ｃは（微粒子の質量）／（トナーの質量）をそれぞれ示す。
【００１５】
本発明のトナー表面への外添剤に用いる微粒子としては、シリカ、アルミナ、チタニア、フェライト、酸化亜鉛等の無機微粒子が例示される。この中で、シリカ微粒子が好ましい。
【００１６】
シリカ微粒子を用いる場合、シリカの平均粒子径は５０ｎｍ以下が好ましく、より好ましくは２０ｎｍ以下である。平均粒子径が５０ｎｍを越えるシリカ粒子を外添した場合、トナーの流動性が低下し、現像ローラ上に均一および十分なトナー薄層が形成し難く、画像濃度の低下、ムラなどの問題を生じる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の非磁性一成分トナーについて詳細に説明する。
本発明において用いられるポリエステル樹脂としてはポリオールと多塩基酸との縮重合から成り、必要に応じては少なくとも一方に３価以上の多官能性分を重合せしめることで架橋構造を有するポリエステル樹脂でも良い。
【００１８】
上記ポリエステル樹脂の合成に用いられるポリオールの中、ジオール類としてはエチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、１，２−プロピレングリコール、１，３−プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、トリメチレングリコール、１，４−ブタンジオール、１，４−ブテンジオール、ネオペンチルグリコール、１，５−ペンタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、１，７−ヘプタンジオール、１，８−オクタンジオール、１，９−ノナンジオール、１，１０−デカンジオール等が挙げられる。
【００１９】
またフェノール類としては、ビスフェノールＡ、水添ビスフェノールＡ、ポリオキシエチレン化ビスフェノールＡ等のビスフェノールＡアルキレンオキシド付加物や、その他１，２，４−ベンゼントリオール、ヒドロキノン等が挙げられる。
【００２０】
またポリエステルの架橋化に関わる３価以上のポリオールとしては、グリセリン、１，２，４−ブタントリオール、１，２，５−ペンタントリオール、２−メチルプロパントリオール、２−メチル−１，２，４−ブタントリオール、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスルトール、トリペンタエリスリトール、ソルビトール、１，２，３，６−ヘキサンテトロール、１，４−ソルビタン、蔗糖等が挙げられる。
【００２１】
一方、多塩基酸としては、マレイン酸、フマル酸、シトラコン酸、イタコン酸、グルタコン酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、シクロヘキサンジカルボン酸、コハク酸、アジピン酸、セバチン酸、アゼライン酸、１，５−ナフタレンジカルボン酸、２，６−ナフタレンジカルボン酸、及びこれらの酸無水物もしくは低級アルキルエステル等が挙げられる。
【００２２】
またポリエステル樹脂の架橋化に関わる３価以上の多塩基酸としては、１，２，４−ベンゼントリカルボン酸、１，２，５−ベンゼントリカルボン酸、１，２，４−シクロヘキサントリカルボン酸、２，５，７−ナフタレントリカルボン酸、１，２，４−ナフタレントリカルボン酸、１，２，５−ヘキサトリカルボン酸、及びこれらの酸無水物、低級アルキルエステル等が挙げられる。
【００２３】
島津製作所社製フローテスターＣＦＴ−５００による上記ポリエステル樹脂の軟化温度が１００〜１３０℃であることが望ましい。更に好ましくは１２０〜１３０℃である。ポリエステル樹脂の軟化温度が１００℃以下の場合、高温側でホットオフセットを生じ易く、１３０℃以上の場合、低温側で十分に溶融しない。フローテスターの測定条件は以下の通りである。
・　ノズル　　　１ｍｍφ×１０．０ｍｍ
・　荷重　　　　３０ｋｇ・ｆ
・　昇温速度　　３．０℃／ｍｉｎ
・　サンプル量　１．０ｇ
【００２４】
上記ポリエステル樹脂のガラス転移温度は５０〜８０℃が望ましく、更に望ましくは５５〜６５℃である。ガラス転移温度が５５℃以下の場合、トナーの耐久性が低下しブロッキングの問題を生じ易く、６５℃以上の場合、低温定着性の低下が考えられる。
【００２５】
本発明に関わる非磁性一成分トナーに含有される着色剤としては、任意の適当な顔料や染料が使用される。たとえば、カーボンブラック、ランプブラック、鉄黒、群青、アニリンブルー、フタロシアニンブルー、フタロシアニングリーン、ハンザイエローＧ、ローダミン系顔料、クロムイエロー、キナクリドン、ベンジジンイエロー、ローズベンガル、トリアリルメタン系染料、アントラキノン染料、モノアゾおよびジスアゾ系染顔料など従来公知のいかなる染顔料をも単独あるいは混合して使用し得る。これらの着色剤の添加量は、上記ポリエステル樹脂１００重量部に対して２〜１０重量部が好ましい。
【００２６】
帯電制御剤としては、公知のものがすべて使用可能である。たとえば、正帯電性用としてニグロシン染料、アミノ基含有ビニル系コポリマー、四級アンモニウム塩化合物、ポリアミン樹脂、イミダゾールなどがあり、負帯電性用としては、クロム、亜鉛、コバルト、アルミニウムなどの金属を含有する含金属アゾ染料、サリチル酸もしくはアルキルサリチル酸の前記した金属との塩、金属錯体などが知られている。使用量としては、樹脂１００重量部に対し、１から１０重量部がよい。この場合、帯電制御剤は樹脂中に添加してもよく、またトナー粒子表面に付着させた形で用いてもよい。これらの帯電制御剤の添加量は、上記ポリエステル樹脂１００重量部に対して０．１〜４．０が好ましい。
【００２７】
離型剤としては、パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス等の石油系ワックス、ポリエチレンワックス、フィッシャートロプッシュワックス、アミドワックス等の合成系ワックス、カルナウバワックス、キャンデリラワックス、ライスワックス等の動植物系ワックスが望ましく、中でもＤＳＣ（示差走査型熱量測定）による吸熱ピーク値で６０〜１００℃が特に望ましい。
【００２８】
離型剤はトナー中に分散され、定着ローラによる加熱圧着時トナー表面にブリード（溶出）することで離型性を発現させオフセット防止剤として働く。故に、離型剤の融点及びトナー中における分散状態はオフセット防止に大きく関与している。離型剤のＤＳＣにおける吸熱ピークが６０℃以下の場合、トナー粉砕時での衝突版への融着など製造上困難であり、吸熱ピークが１００℃以上の場合、定着において離型剤が十分にブリードできず定着ローラへの巻きつき等の問題が考えられる。
【００２９】
離型剤の酸価は１０．０ｍｇＫＯＨ／ｇ以下が望ましく、更に望ましくは４．０ｍｇＫＯＨ／ｇ以下である。離型剤の酸価が１０．０ｍｇＫＯＨ／ｇ以上の場合、ポリエステル樹脂に対する親和性が増し、加熱圧着時トナー表面にブリードし難く、オフセットの原因となる。
【００３０】
離型剤の添加量は上記ポリエステル樹脂１００重量部に対して０．５〜５．０部が望ましく、更に望ましくは１．５〜３．５部である。離型剤の添加量が１．５部以下の場合、オフセット防止効果が期待出来ず、３．５部以上の場合、フィルミング等の現象が考えられる。
【００３１】
上述のように、本発明のトナー表面への外添剤に用いる微粒子としては、シリカ、アルミナ、チタニア、フェライト、酸化亜鉛等の無機微粒子が例示される。この中で、シリカ微粒子が好ましい。
【００３２】
シリカ微粒子を用いる場合、シリカ微粒子は疎水化処理されているものが望ましい。疎水化処理するにはシリカ微粒子に対し有機珪素化合物、シラン化合物等を反応又は物理吸着することで付与される。有機珪素化合物としては、シリコーンオイル等があり、シラン化合物としてはヘキサメチレンジシラザン、トリメチルシラン、トリメチルクロルシラン、トリメチルエトキシシラン、ジメチルジクロルシラン、メチルトリクロルシラン、アリルジメチルクロルシラン、アリルフェニルジクロルシラン、ベンジルジメチルクロルシラン、ブロムメチルジメチルクロルシラン、α−クロルエチルトリクロルシラン、β−クロルエチルトリクロルシラン、クロルメチルジメチルクロルシラン、トリオルガノシランメルカプタン、トリメチルシリルメルカプタン、トリオルガノシリルアクリレート、ビニルジメチルアセトキシシラン、ジメチルエトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、ヘキサメチルジシロキサン、１，３−ジビニルテトラメチルジシロキサン、１，３−ジフェニルテトラメチルジシロキサン等が挙げられる。
【００３３】
上記ポリエステル樹脂、着色顔料、離型剤、帯電制御剤をスーパーミキサー等の高速攪拌機により予め混合し、２軸の連続押し出し機又はニーダー、２本ロール等で混練した後、圧延しながら速やかに冷却する。冷却された混練物をカッターミルにて粗砕後、次いでジェット気流式粉砕機及び気流式分級機を用いて非磁性一成分トナーを得る。尚、トナー粒子径はコールター社製マルチサイザーにて測定した。
【００３４】
微粒子をトナー表面に外添せしめる方法としては、トナー粒子と微粒子を適宜配合し、ヘンシェルミキサー、スーパーミキサーといったせん断力を与える高速攪拌機などを用いる方法がある。次いで、外添時における異物及び粗大粒子を除去する方法として、超音波式ふるい、ジャイロシフター等の振動式ふるい、ターボスクリーナー等の回転式ふるいを用いての篩い分けが挙げられ、最終的にトナーを得ることができる。
【００３５】
上記無機微粒子の添加量は上記トナー１００重量部に対して０．５〜４．０重量部が好ましい。添加量が０．５部以下の場合、トナーに十分な流動性が付与できず、４．０部以上の場合、定着においてトナーの溶融を阻害する恐れがある。
【００３６】
本発明におけるトナーのＧＰＣ（ゲルパーミェーションクロマトグラフィー）による分子量分布において、数平均分子量Ｍｎが３０００〜５０００、重量平均分子量Ｍｗが３００００〜９００００、分散比（Ｍｗ／Ｍｎ）が１０．０〜２５．０であることが望ましい。
【００３７】
上記トナーの重量平均分子量が３００００以下の場合、トナーの融点が下がり、高温定着におけるトナーの凝集不足により耐高温オフセット性が低下する。トナーの重量平均分子量が９００００以上場合、低温領域で溶融しづらく低温定着性能の低下を引き起こす。定着において優れた定着性を有する為には、トナーの分子量に加えて分散度を制御することも必要である。ここで、分散比が１０．０以下の場合、特に高温領域における凝集力低下の傾向から高温での耐オフセット性の低下が考えられ、分散比が２５．０以上の場合、特に低温領域で十分に溶融しない。
【００３８】
上記トナーにおいてゲル分が２％以下であることが望ましい。ポリエステル樹脂のゲル分（架橋成分）が過剰に存在する場合、高温領域での耐久性が悪化し、オフセットを生じやすくなる。
【００３９】
上記トナーの酸価が５．０〜２０．０ｍｇＫＯＨ／ｇであることが望ましい。上記トナーにおいて、酸価が５．０ＫＯＨ／ｇ以下の場合、トナーの帯電不足によるカブリの問題が考えられ、酸価が２０．０ＫＯＨ／ｇ以上の場合、トナーの吸湿性が上がることで、帯電量が上昇し、結果として濃度低下を引き起こす。
【００４０】
【実施例】
以下に本発明を実施例及び比較例を用いて具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り本実施例に限定されるものではない。
［トナーの調製］
本発明におけるトナーの調製方法は下記の通りである。
各実施例及び比較例での構成材料の添加量はポリエステル樹脂１００部に対して次の通りである。
・着色顔料　　　５．０部
・帯電制御剤　　１．０部
・離型剤　　　　２．０部
【００４１】
トナー構成材料をスーパーミキサーにより予め混合し、２軸の連続押し出し機で混練した後、水冷冷却を施した２本ロールで圧延しながら速やかに冷却する。冷却された混練物をカッターミルにて粗砕後、次いでジェット気流式粉砕機及び気流式分級機を用いて体積平均粒子径８．７μｍ程度に調整した。尚、トナー粒子径はコールター社製マルチサイザーにて測定した。
【００４２】
上記調製方法により得られた分級トナー粒子１００重量部に対し、表１における外添処方によりスーパーミキサーにて混合し、２００メッシュの振動ふるいにかけ非磁性一成分ブラックトナーを得た。
【００４３】
上記方法により処方されたシリカの物性を表１、外添処方を表２、トナー物性を表３にまとめる。
【００４４】
【表１】
2004109200.tif 000002
【００４５】
【表２】
2004109200.tif 000003
【００４６】
【表３】
2004109200.tif 000004
【００４７】
［トナーの物性評価］
上記方法により調製されたトナーの物性評価を下記に示す方法で行い、結果を表４に示す。
（評価機）本発明における非磁性一成分トナーの評価には図１に示すシャープ社製カラー複写機（ＡＲ−Ｃ１５０）を非磁性一成分用に改造して用いた。定着性評価には、本評価機に搭載されている定着機を外部オイルレス定着機に改造し、評価を行った。
【００４８】
（評価方法）
▲１▼　定着性評価（定着開始温度及び高温オフセット発生温度）
本発明において定着性評価では全ベタ画像を画出しし、外部オイルレス定着機により定着し、上ローラの温度が下ローラよりも常に３０℃高い状態を維持して評価を行った。転写用紙としてＨａｍｍｅｒ（Ｃｏｌｏｒ　Ｃｏｐｙ　Ｐａｐｅｒ）１０５ｇ／ｍ２を使用、付着量を０．５０〜０．６０（ｍｇ／ｃｍ２）とし、プロセススピードは１４０ｍｍ／ｓｅｃに調整した。尚、定着開始温度は全ベタ画像が均一にオフセットすることがなくなった温度とし、下記の凡例に基づき評価した。
（凡例：定着開始温度）
◎：１５０℃以未満、○：１５０℃以上〜１６０℃未満、×：１６０℃以上
（凡例：高温オフセット発生温度）
◎：２１０℃以上、○：２００℃以上〜２１０℃未満、△：１９０℃以上〜２００℃未満、×：１９０℃未満
【００４９】
▲２▼　折り曲げ強度評価
図２に示されるように、１６０℃での定着画像を円筒状の８００ｇおもりにより往復荷重することで半分に折り曲げ、折り曲げた画像部をウェス等の柔らかい布で軽く拭き、はがれた部分の幅（ｍｍ）で定着強度を評価し、下記の凡例に基づき評価した。
◎：剥がれ無し、○：０．５ｍｍ以下の幅で部分的に剥がれた、△：０．５〜１．０ｍｍの幅で剥がれた、×：１．０ｍｍ以上の幅で剥がれた
【００５０】
▲３▼　ベタ均一性
上記評価機により全ベタ画像を画出しし、均一性を目視にて評価し、下記の凡例に基づき評価した。
○：画像が全面に均一であり、実用上問題なし、×：部分的にムラがあり、実用的ではない
【００５１】
▲４▼　カブリ
転写用紙の白地部と、上記評価機により画出しした５％帯画像の白色部とを同位置で日本電飾社製白色度計Σ９０にて測定し、両値の比較からカブリを算出し、下記の凡例に基づき評価した。
◎：０．３０未満、○：０．３０以上〜０．６０未満、△：０．６０以上〜０．９０未満、×：０．９０以上
【００５２】
▲５▼　画像濃度
マクベス社製反射濃度計ＲＤ９１８により画出しした転写用紙のベタ部分を測定し、下記の凡例に基づき評価した。
◎：１．６５以下〜１．５５以上、○：１．５５未満〜１．４５以上、△：１．４５未満〜１．３５以上
×１．３５未満
【００５３】
（総合評価）
上記▲１▼〜▲５▼の項目を下記凡例に基づき、総合的に判断し総合評価とした。
◎：非常に優れている、○：実用上問題ない、×：実用上の問題がある
これら各評価の結果を表４に示す。
【００５４】
【表４】
2004109200.tif 000005
【００５５】
表４の結果より、本発明の実施例１〜３は何れの評価も良く、総合評価において優れている。これに対して、トナー母体粒子に対する微粒子の外添被覆率が７０％未満である比較例１のトナーは、ベタ均一性に劣り、カブリが高かった。トナー母体粒子に対する微粒子の外添被覆率が２１０％以上である比較例２のトナーは、定着開始温度が高く、定着強度が劣っている。トナーの軟化温度が１０５℃未満である比較例３のトナーは、定着開始温度が高く、高温オフセット発生温度が低く、定着強度が劣っている。トナーの軟化温度が１３０℃を越える比較例４のトナーは、定着開始温度が高く、定着強度が劣っている。
【００５６】
【発明の効果】
本発明によれば、十分な流動性及び現像性を有し、且つオイルレス定着ローラにおいて低温定着性及び耐高温オフセット性を十分に満足した非磁性一成分トナーを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の定着性評価行う定着機の改造前の断面図。
【図２】折り曲げ強度評価方法を示す。
【図１】
2004109200.tif 000006
【図２】
2004109200.tif 000007