JP4821637B2 - 電子写真用トナー - Google Patents

Description

本発明は、電子写真用トナーに係り、特に、粉砕性、カブリ、ベタ追従性、及び耐久性に優れた電子写真用トナーに関する。

近年の電子写真用トナーに要求される性能は益々高度になっている。小粒径化、オイルレス化、低温定着化、高転写効率、高画質化がトナーに対する主な要求である。これらの要求を満たすために、トナーに様々な物質を内部添加又は外部添加することが行われている。

例えば、トナーの透明性及び定着性を改善するために、シリカやシリコーンオイルを内部添加することが提案されている（例えば、特許文献１及び２参照）。
また、環境負荷を低減するように低エネルギーで生産を行うためには、粉砕トナーの場合、材料面からも割れやすい材料を用いることが不可欠であり、トナー原料に粉砕助剤を添加することが必要とされる。トナーの生産性向上のための粉砕助剤として、例えば、脂肪族炭化水素と炭素数９以上の芳香族炭化水素の共重合石油樹脂を用いることが提案されている（例えば、特許文献３参照）しかし、このような粉砕助剤を用いた場合には、粉砕性の向上は見られるものの、耐久性、ホットオフセットマージンが低下するという弊害が生じる。

従って、単に粉砕性を向上させるだけでなく、トナー特性に影響を与えない粉砕助剤が求められている。
一方、粉砕・分級されたトナー粒子に添加剤を外部添加して、トナー特性の向上を図るための様々な方法が提案されている（例えば、特許文献４及び５参照）。

例えば、非磁性一成分粉砕トナーでは、摩擦帯電によりトナーに瞬時にかつ均一に帯電することが重要な要素である。また、トナーがドクターブレードの規制により現像ローラ上にトナー薄層を形成する際に、瞬時に帯電が立ち上がる必要がある。この場合、ドクターブレードの現像ローラへの押し当てが強すぎるとドクターブレードにトナー粒子が融着してしまう。逆に、押し当てが弱すぎると帯電が不均一になり、薄層形成不良による画像ムラ（ベタ追従性不良）および帯電不良によるカブリが発生してしまう。

従って、このようなドクターブレードへのトナー融着、ベタ追従性不良およびカブリを外添剤を用いることにより改善することが求められている。

特開２００５−１７６６０号公報

特開２００４―１９８７６２号公報

特開平１１−７２９５６号公報

特許第３１９８３６７号公報

特開平５−２２４４５４号公報

本発明は、以上のような事情の下になされ、粉砕性、カブリ特性、ベタ追従性に優れた電子写真トナー、及び耐久性、カブリ特性、ベタ追従性に優れた電子写真トナーを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の第１の態様は、樹脂、着色剤および粉砕助剤を含む溶融混練物を粉砕してなる電子写真用トナーであって、前記粉砕助剤として、板状カオリナイトと塊状石英との結合物を用い、前記混練物中に０．１〜１５質量％含まれることを特徴とする電子写真用トナーを提供する。
本発明の第２の態様は、樹脂及び着色剤を含むトナー本体に、外添剤を添加してなる電子写真用トナーであって、前記外添剤として、板状カオリナイトと塊状石英との結合物を用い、その添加量は、前記トナー本体に対し０．１〜５質量％であることを特徴とする電子写真用トナーを提供する。
上記、第１、第２の態様において、上記結合物はシリチンである。

本発明の第１の態様によると、粉砕性、カブリ特性、ベタ追従性に優れた電子写真トナーが提供される。また、本発明の第２の態様によると、耐久性、カブリ特性、ベタ追従性に優れた電子写真トナーが提供される。

以下、本発明の実施形態について説明する。
本発明の第１の実施形態に係る電子写真用トナーは、粉砕助剤として、板状カオリナイトと塊状石英との結合物を用いたことを特徴とする。この結合物は、その特異的な構造のため脆く、トナー混練物の粉砕の際に加わる力により、粉砕の破断点となる確率が高い。そのためトナー製造における粉砕エネルギーを低減することができる。

この結合物の具体例としては、いわゆるシリチンと呼ばれる天然鉱物が挙げられる。シリチンは、ドイツのノイブルグ地方で産出する鉱物であって、約２０％の板状カオリナイトと６５％以上の塊状石英とが結合した構造を有する。シリチンは、耐磨耗性や耐光性を向上させるためにプラスチックに添加することが知られているが、トナーの添加剤として用いた例は、これまで存在しない。

なお、シリチンを、アミノシラン、エポキシシラン、メルカプトオシラン、ビニルシラン、テトラスルファン、疎水性シラン等により表面処理したものも、シリチンと同様の性状を示し、同様の効果を発揮する。
図１に、トナー原料の混練物の粉砕の際に、結合物からなる粉砕助剤、例えばシリチンがその破断点となる様子を示す。即ち、樹脂、着色剤、及びシリチンを含むトナー混練物の塊１１が粉砕工程に供されると、シリチン粒子１２が破断点となり、この破断点を結ぶ線１３に沿って、低い粉砕エネルギーで容易に粉砕が行われる。

本発明に係わる結合物からなる粉砕助剤は、混練物中に０．１〜１５質量％含まれることが必要である。０．１質量％未満では、粉砕助剤としての効果、即ち、良好な粉砕性を得ることができず、１５質量％を超えると、粉砕性は良好であるが、カブリが生じてしまう。これは、粉砕後、粉砕助剤の破砕微紛がトナー粒子の表面に多く残留するため、トナーの帯電性に悪影響を与えるためと考えられる。

本発明の第１の実施形態に係る電子写真用トナーは、次のようにして製造される。
まず、結着樹脂、着色剤、粉砕助剤を含むトナー原料を、混合機により混合する。混合機としては、ヘンシェルミキサー、スーパーミキサー、Ｖ型ブレンダー、ナウターミキサー等、任意のものを用いることが出来る。

原料混合物は、次いで混練機に供給され、そこで溶融混練される。混練機としては、二軸押出し混練機及び単軸押出し混練機等の押出し混練機、連続式２本ロールミル、連続式３本ロールミル及びバッチ式ロールミル等のオープンロール型混練機等、任意の型のものを用いることができる。

混練機からの溶融混練物は、通常、トナーの製造に用いられる方法に従って、冷却され、粉砕され、所定の粒度に分級されて、トナー粒子母体が得られる。冷却手段、粉砕手段及び分級手段は、特に限定されず、通常トナーの製造に用いられるものを採用することが出来る。例えば、冷却は、圧延や空気流の吹き付けによる冷却手段を用いることができ、粉砕は、衝突板式粉砕機等の気流粉砕機を用いることができ、分級は、様々な気流分級機を用いることができる。

このようにして得たトナー粒子母体に、シリコーンオイルにより疎水化処理された酸化チタン粒子等の外添剤を加え、混合・攪拌することにより、トナーが得られる。
以上説明した第１の実施形態に係るトナーの製造方法では、冷却後の混練物に、板状カオリナイトと塊状石英との結合物、例えばシリチンが含まれているため、図１に示すように、シリチン粒子１２が破断点となり、この破断点を結ぶ線１３に沿って、低い粉砕エネルギーで容易に粉砕が行うことができる。

また、得られたトナーは、従来の粉砕助剤を用いた場合のように、カブリが生じたり、ベタ追従性に劣ることもない。
本発明の第２の実施形態に係る電子写真用トナーは、上述した第１の実施形態において粉砕助剤として用いた、板状カオリナイトと塊状石英との結合物を外添剤として用いたことを特徴とする。この結合物は、無機物質であることから研磨作用を有し、現像ローラ上のトナーがドクターブレードに融着するのを防止することができる。また、この結合物は帯電性が良好であることから、トナーの帯電の立ち上がりを促進することができる。

この結合物の具体例としては、上述した、いわゆるシリチンと呼ばれる天然鉱物が挙げられる。シリチンは、耐磨耗性や耐光性を向上させるためにプラスチックに添加することが知られているが、トナーの添加剤として用いた例は、これまで存在しない。
図２はトナーの現像の際の、トナー粒子の表面の結合物粒子、例えばシリチン粒子の作用を説明するための図である。即ち、トナー粒子２１の表面には外添剤としてシリチン粒子２２が付着しており、トナー粒子２１が現像ローラ２３により搬送され、トナー層厚を規制するドクターブレード２４を通過する際に、シリチン粒子２２によるスペーサ効果と、シリチン粒子２２が無機物質であることによる研磨効果により、トナー粒子２１がドクターブレード２４の表面に融着することが防止される。また、得られたトナーは、カブリが生じたり、ベタ追従性に劣ることもない。

本発明に係わる結合物からなる外添剤は、トナー粒子に対し、０．１〜５質量％含まれることが必要である。０．１質量％未満では、外添剤添加の効果、即ち、良好な耐久性、カブリ特性、及びベタ追従性を得ることができず、５質量％を超えると、耐久性及びベタ追従性は良好であるが、カブリが生じてしまう。これは、シリチンのような外添剤がトナー粒子の表面に多く残留するため、トナーの帯電性に悪影響を与えるためと考えられる。

本発明の第２の実施形態に係る電子写真用トナーは、外添剤にシリチンが含まれることを除いて、第１の実施形態で用いたのと同様の製造方法により製造される。
以上説明した本発明の第１及び第２の実施形態に係るトナーに使用可能な結着樹脂としては、公知のものを含む広い範囲から選択することができる。具体的には、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−メタクリル酸共重合体、およびスチレン−ブタジエン共重合体などのスチレン系樹脂をはじめ、飽和ポリエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、クマロン樹脂、キシレン樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリオレフィン樹脂などが例示でき、これらの樹脂を二種類以上組み合わせて用いてもよい。なお、これらの樹脂のうち、ポリエステル系樹脂が好ましい。

本発明の第１及び第２の実施形態に係るトナーは、結着樹脂、着色剤、及び粉砕助剤以外に、電荷制御剤及び離型剤を含むことができる。荷電制御剤及び離型剤としては、通常、電子写真用トナーに使用される任意のものを使用可能である。
以下に、本発明の実施例及び比較例を含む試験例を示し、本発明についてより具体的に説明する。

試験例１
下記の原材料をヘンシェルミキサー（三井鉱山（株）製）にて混合し、二軸押出混練機により溶融混練した。
架橋ポリエステル樹脂（軟化点１４１℃、ガラス転移点６２℃） ９２質量％
着色剤 （Ｃ．Ｉピグメントレッド ５７：１） ３質量％
離型剤 （三洋化成（株）製 ビスコール６６０Ｐ） ３質量％
帯電制御剤 （オリエント化学（株）製 Ｅ−８４） １質量％
粉砕助剤（シリチン） １質量％
次いで、溶融混練物を冷却し、衝突板式粉砕機（日本ニューマチック工業（株）製「ＩＤＳ−１０」）にて質量平均粒径８．８μｍに粉砕し、さらに分級機（日本ニューマチック工業（株）製「ＤＳＸ−１０」）で分級して、平均粒径９．０μｍの着色微粒子を得た。
次に、この着色微粒子１００質量部に疎水性シリカ（日本アエロジル（株）製「Ｒ９７２」）１質量部を、ヘンシェルミキサーで混合し、マゼンタ色トナーを得た。

このようにして得たマゼンタ色トナーを現像器に実装し、非磁性一成分現像装置「カシオページプレストＮ−５」（カシオ計算機（株）製：カラープリンタ（Ａ４横）毎分２９枚機）により、通常環境下（２５℃、５０％ＲＨ）において、印字率５％の画像を連続印字し、下記のように評価を行った。
評価１−粉砕性指数
粉砕機（ＩＤＳ１０：空気圧０．６ＭＰａ）及び分級機（ＤＳＸ１０）にて混練粗砕物を粉砕及び分級する際、平均粒径９．０μｍ、粒径３μｍ以下の個数割合が４％以下、粒径１６μｍ以上の体積割合が１％以下のトナー母体を製造するときの粗砕品のフィード量により判断する。

なお、粒度分布測定器として、コールター（株）製のマルチサイザーII（アパーチャーサイズ１００μｍ）を使用した。
実用上、フィード量が２０ｋｇ／ｈｒ以上であれば問題ないので、以下の基準で評価した。
（評価基準）
○：フィード量２０ｋｇ／ｈｒ以上
×：フィード量２０ｋｇ／ｈｒ未満
評価２−カブリ
白紙を印字したときのカブリを目視で評価した。
（評価基準）
○：カブリが認められない。
△：ややカブリがある。
×：明らかにカブリがある。
評価３−ベタ追従性
前記と同様にベタ画像を印字したときのベタ追従性を目視で評価した。プロセス速度は１２９．２３ｍｍ／ｓｅｃ、定着温度は１５０℃で行った。
（評価基準）
○：均一なベタ画像。
△：やや搬送ムラがある。
×：明らかに搬送ムラがある。

以上の評価の結果を下記表１に示す。

上記表１から、次のことが明らかである。即ち、シリチンを０．１〜１５質量％含有する原料混合物を用いて得た実施例１〜８のトナーは、粉砕性、カブリ、ベタ追従性のいずれも良好である。また、シリチンを表面処理したアクテジルを用いた実施例９〜１２も、同様に優れた結果が得られている。これは、粉砕助剤としてシリチン又はその表面処理物を添加することにより、粉砕の破断点を増加せしめ、粉砕性の良好なトナーを得ることができたためである。なお、シリチンはトナー特性に影響を与えないため、カブリ及びベタ追従性についても良好である。

これに対し、シリチンを０．０５質量％しか含有しない原料混合物を用いて得た比較例１のトナーは、粉砕性が劣っており、シリチンを１６質量％という多量に含有する原料混合物を用いて得た比較例２のトナーは、カブリが認められた。また、シリチンの代わりに炭化ケイ素、アルミナを含有する原料混合物を用いて得た比較例３〜４のトナーは、粉砕性が悪く、カブリも認められ、またアルミナの種類によってはベタ追従性も劣る場合があった。

試験例２
下記の原材料をヘンシェルミキサー（三井鉱山（株）製）にて混合し、二軸押出混練機により溶融混練した。
架橋ポリエステル樹脂（軟化点１４１℃、ガラス転移点６２℃） ９３質量％
着色剤 （Ｃ．Ｉピグメントレッド ５７：１） ３質量％
離型剤 （三洋化成（株）製 ビスコール６６０Ｐ） ３質量％
帯電制御剤 （オリエント化学（株）製 Ｅ−８４） １質量％
次いで、溶融混練物を冷却し、衝突板式粉砕機（日本ニューマチック工業（株）製「ＩＤＳ−１０」）にて質量平均粒径８．８μｍに粉砕し、さらに分級機（日本ニューマチック工業（株）製「ＤＳＸ−１０」）で分級して、平均粒径９．０μｍの着色微粒子を得た。
次に、この着色微粒子１００質量部に疎水性シリカ（日本アエロジル（株）製「Ｒ９７２」）１質量部及び平均粒径２μｍのシリチン（シリコロイド：Ｐ８７、（株）テスコより市販）を、ヘンシェルミキサーで混合し、マゼンタ色トナーを得た。

このようにして得たマゼンタ色トナーを現像器に実装し、非磁性一成分現像装置「カシオページプレストＮ−５」（カシオ計算機（株）製：カラープリンタ（Ａ４横）毎分２９枚機）により、通常環境下（２５℃、５０％ＲＨ）において、印字率５％の画像を連続印字し、下記のように、評価を行った。

評価４−耐久性
非磁性一成分現像装置「カシオページプレストＮ−５」（カシオ計算機（株）製：カラープリンタ毎分２９枚機）にトナーを実装し、通常環境（２５℃、５０％ＲＨ）において、印字率５％画像を連続印字し、１００００枚印字した後、ベタ画像を印字したときのトナーがドクターブレードに融着することに起因する白スジの発生を目視で評価した。プロセス速度は３４．１ｍｍ／ｓｅｃ、定着温度は１５０℃で行った。
（評価基準）
○：白スジ発生なし。
△：数本確認できる。
×：白スジを瞬時に確認できる。

なお、カブリ及びベタ追従性については、上述した評価基準で評価した。
以上の評価の結果を下記表２に示す。

上記表２から、次のことが明らかである。即ち、シリチンを０．１〜５質量％外添して得た実施例１３〜１８のトナーは、耐久性、カブリ、ベタ追従性のいずれも良好であった。また、シリチンを表面処理したアクテジルを外添して得た実施例１９〜２２も、同様に優れた結果が得られた。これは、外添剤としてシリチン又はその表面処理物を用いることにより、トナー粒子がドクターブレードを通過する際に、シリチン粒子によるスペーサ効果と研磨効果により、トナー粒子がドクターブレードの表面に融着することが防止されたためである。

これに対し、シリチンを０．０５質量％しか外添しない比較例６のトナーは、耐久性が劣っており、シリチンを５．５質量％と多量に外添して得た比較例７のトナーは、カブリが認められた。また、シリチンの代わりに炭化ケイ素を外添して得た比較例８のトナーは、ベタ追従性が劣り、シリチンの代わりにアルミナを外添して得た比較例９及び１０のトナーは、カブリが認められた。

トナー原料の混練物の粉砕の際のシリチンの作用を説明する図である。 トナーの現像の際のシリチンの作用を説明するための図である。

符号の説明

１１…トナー混練物の塊、１２，２２…シリチン粒子、１３…破断点を結ぶ線、
２１…トナー粒子、２３…現像ローラ、２４…ドクターブレード。

Claims (3)

1. 樹脂、着色剤および粉砕助剤を含む溶融混練物を粉砕してなる電子写真用トナーであって、前記粉砕助剤として、板状カオリナイトと塊状石英との結合物を用い、前記混練物中に０．１〜１５質量％含まれることを特徴とする電子写真用トナー。
2. 樹脂及び着色剤を含むトナー本体に、外添剤を添加してなる電子写真用トナーであって、前記外添剤として、板状カオリナイトと塊状石英との結合物を用い、その添加量は、前記トナー本体に対し０．１〜５質量％であることを特徴とする電子写真用トナー。
3. 前記結合物がシリチンであることを特徴とする請求項１または請求項２記載の電子写真用トナー。

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