JP2004279871A - Apparatus for evaluating fluidity of powder and electrostatic charge image developing toner - Google Patents

Apparatus for evaluating fluidity of powder and electrostatic charge image developing toner Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To stably produce toner with which high image quality can be obtained with good dot reproducibility by using an evaluation apparatus which is high in the accuracy of a fluidity and does not cause individual differences. <P>SOLUTION: The apparatus for measuring the flow property of powder is used for evaluating the fluidity of the toner by allowing a conical rotor to invade the interior of a powder layer compacted by a consolidation means and measuring the torque or load generated when the conical motor moves in the powder layer. The apparatus comprises at least the conical rotor invading the interior of the toner layer while rotating, a meter for detecting the torque acting on the rotating conical rotor, a load cell for detecting the load applied on a container by rotation of the conical rotor and a lifter for vertically moving the conical rotor or the container. The apparatus is equipped with a means for measuring the height of the powder phase prior to the consolidation. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真法における1成分現像または2成分現像に用いる静電荷現像用トナーの流動性評価装置およびその静電荷現像用トナーに関する。
【0002】
【従来の技術】
複写機やプリンタなどの画質は、高画質化が進んでおり、最近では細かいドットの再現性が非常に重要になって来ている。このドットの再現性は、トナーや現像剤の帯電量などの他に流動性に非常に影響され、細かい潜像部に均一なトナー層または現像剤層を安定して供給することが必要になって来ている。
また、高画質化が進むにつれて、それに用いられるトナーにおいては、小粒径化、高機能化が進んでいる。そのため、トナーの構造が複雑になってきており、従来より細かい作製時の制御が必要となってきている。特に、トナーの流動性はドット再現性の他に種々の画像品質に影響を与えるため、評価の面では個人差のない、精度の高い評価法が必要とされている。
また、トナーの作製法が粉砕方式から重合法等の他の方式に変化したとき、製造条件に対しての流動特性の変化が大きく、粉砕方式の場合に比較して、細かい作製時のコントロールおよび評価が必要となっている。
【0003】
電子写真法における静電荷現像用トナーの流動性を評価する方法としては、磁場が印加されたロートの狭部を通過して落下するのに要する時間を測定する方法(例えば、特許文献1参照。)、傾斜可能な板の上にトナーを載せ、板を徐々に傾けていき、流れ始めるときと流れ終えたときの角度を測定する方法(例えば、特許文献2参照。)、さらに篩を何段かに重ねて、その上にトナーを投入して、篩部分に水平方向と垂直方向の振動を与え、一定時間後の各篩部に残ったトナー量に予め設定された係数を乗算して算出する方法(例えば、特許文献3参照。)がある。
しかしながら、これらの方式は、データのバラツキが大きく、測定者による差があり、細かいトナー間の流動性の違いを評価することはできなかった。
このような技術に関し、学術的に種々検討されている(例えば、非特許文献1、2参照)。
【0004】
本発明者等は、このような問題に対して、粉体、特にトナーの流動性をトナー粉体層に円錐ロータを回転させながら侵入させ、円錐ロータがトナー粉体層中を移動するときに発生するトルクまたは荷重を測定することによって評価し、細かいトナー間の流動性の違いを正確に評価することができる新規な評価方式を先に提案し、出願した(特願2002−346981号、特願2002−346831号)。
該新規な評価方式によると、定量的に、精度良く、個人差がなく評価でき、また、短時間でトナー層をそのまま測定でき、製造ラインの中にも導入できるので、トナー搬送性が良好で、高画質が得られるトナーを安定して生産できる利点を有するものである。
【0005】
【特許文献1】
特開平1−203941号公報
【特許文献2】
特開平4−116449号公報
【特許文献3】
特開2000−292967号公報
【非特許文献1】
Satoh M. :J., Soc. Powder Technol., Japan, 31, 783−788(1994)
【非特許文献2】
佐藤宗武等「化学工学論文集」Vol.22, No.6, pp.1435〜1441(1996)
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、流動性の精度の高い、個人差のない評価装置を用いることにより、ドット再現性の良い高画質が得られるトナーを作製し、安定して生産できるようにすることを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は、粉体の流動性を、予め圧密した粉体相中に円錐ロータを回転させながら侵入させ、円錐ロータが粉体相中を移動するときに発生するトルクまたは荷重を測定することにより評価する評価装置およびそれを用いて評価したドット再現性の良い高画質の得られる静電荷現像用トナーに関するものである。
【0008】
本発明の粉体の流動性評価装置は、予め粉体相を圧密した後、その圧密した粉体相中に円錐ロータを回転させながら、侵入(下降)させたり、引抜(アップ)いたりさせ、そのときに円錐ロータや粉体相が入っている容器にかかるトルクや荷重を測定し、そのトルクや荷重の値により粉体の流動性を評価するものであり、本発明者等の先述した既に提案した内容を、上記課題を解決すべく改良したものである。
【0009】
改良技術である第一の発明は、トナー層中に回転しながら侵入する円錐ロータ、回転する円錐ロータにかかるトルクを検出するトルクメータ、円錐ロータの回転によって容器にかかる荷重を検出するロードセルおよび円錐ロータあるいは容器を上下移動させる昇降機を少なくとも具備する粉体の流動性評価装置に、さらに圧密前の粉体相の高さを測定する手段を備え付けたものであって、圧密前の粉体相高さを計測して、その高さ情報により圧密条件を制御して圧密した後、その粉体相中に円錐ロータを侵入させ、トルクや荷重を測定するものである。
【0010】
改良技術である第二の発明は、トナー層中に回転しながら侵入する円錐ロータ、回転する円錐ロータにかかるトルクを検出するトルクメータ、円錐ロータの回転によって容器にかかる荷重を検出するロードセルおよび円錐ロータあるいは容器を上下移動させる昇降機を少なくとも具備する粉体の流動性評価装置に、さらに圧密時に容器が移動しないように位置決め手段が備え付けられており、精度良く任意の荷重を印加したピストンにより粉体相を圧密し、圧密状態を制御して圧密した後、その粉体相中に円錐ロータを侵入させ、トルクや荷重を測定するものである。
【0011】
これらの第一と第二の発明おける円錐ロータの形状としては、特に限定的でないが、円錐の頂角が20〜150°であるものが適している。
円錐の頂角が20°より小さいと粉体相との抵抗が小さいため、トルクや荷重が小さく、細かい流動性の違いを評価できない。逆に、頂角が150°より大きい場合には、粉体相を押さえつける方向の力が大きくなり、粉体粒子の変形が生じやすくなり、粉体の流動性の評価には適していない。
円錐ロータの長さは、粉体相の中に円錐ロータ表面が連続的に存在するような、充分な長さが必要である。
また、円錐ロータ表面には溝が切ってある方が良い。円錐ロータの材質面と粉体粒子との摩擦成分を測定するのではなく、粉体粒子と粉体粒子との摩擦成分を測定する方が良い。そのためには、円錐ロータが回転しながら粉体相の中に侵入していくとき、円錐ロータ表面に切ってある溝の中に粉体粒子が入り込んできて、その入り込んだ粉体粒子と周りの粉体粒子との摩擦状態を測定するようにした方が適している。
この溝の形状は問わないが、円錐ロータの材質面と粉体粒子との接触が小さくなるように工夫する必要がある。一例を図3に示す。これは、円錐の頂点からまっすぐ底辺方向に溝を切ったもので、その溝の断面が三角形の凹凸からなるのこぎり歯形状をしている。
この場合、円錐ロータ材質面と粉体粒子との接触は、三角溝の山の先端部分のみとなる。ほとんどが溝に入り込んだ粉体粒子とその周辺の粉体粒子との接触となる。
【0012】
円錐ロータの材質は何でも良いが、加工しやすくて、表面が固く、変質しない材質が良い。また、帯電性を帯びない材質が適している。この一例としては、SUS,Al,Cu,Au,Ag,黄銅等がある。
【0013】
粉体のトルクおよび荷重は、円錐ロータの回転数や円錐ロータの侵入速度により変化する。本測定では測定の精度を上げるために、粉体粒子同士の微妙な接触状態が測定できるように、円錐ロータの回転数や侵入速度を下げて測定するようにし、そのために測定条件として以下のようなものが好ましいことを確認した。
・円錐ロータの回転数:0.1〜100rpm
・円錐ロータの侵入速度:0.5〜150mm/min
円錐ロータの回転数が0.1rpmより小さい場合には、粉体相の微妙な状態の影響を受けやすいため、トルク測定バラツキの問題が生じ、測定には適していない。100rpmより大きい場合は粉体の飛び散り等が生じて、安定に測定できないので適していない。
また、円錐ロータの侵入速度が0.5mm/minより遅い場合は粉体相の微妙な状態の影響を受けやすく、測定バラツキの問題が生じるため測定には適していない。150mm/minより速い場合は粉体相が圧密状態になりやすく、粉体粒子の変形等の影響が出てくるので、流動性評価には適していない。
【0014】
第一の発明の装置は、図1に示されるように、圧密前高さ計測ゾーン、圧密ゾーンおよび測定ゾーンから成る。
圧密前高さ計測ゾーンは、粉体を入れる容器、その容器を上下させる昇降ステージ、レーザを用いた高さ計測手段、加振器等から構成される。なお、本構成は一例であり、本発明を限定するものではない。
本構成では、粉体を入れた試料容器を上昇させ、粉体表面にレーザ照射を行ない、その反射光情報により、基準高さからの変化量を測定する。この高さ情報は図2に示すようにパソコンに取込み、次のステップでの圧密工程での圧密条件に反映させ、圧密を精度良く行なう。また、試料容器の下部にある加振器を用いて、圧密前粉体相高さを測定する前に粉体相を均一化して、圧密前粉体相高さを測定しても良い。
圧密ゾーンは、粉体を入れる容器、その容器を上下させる昇降ステージ、圧密させるピストン、そのピストンに荷重を加えるおもり等から構成される。なお、本構成は一例であり、本発明を限定するものではない。本構成では、粉体を入れた試料容器を上昇させ、圧密用のピストンに接触させ、さらに上昇させてピストンにおもりの荷重が全てかかるようにおもりが支持板より浮いた状態になるようにし、一定時間放置する。
その後、粉体を入れた容器が載せてある昇降ステージを下げて、ピストンを粉体表面から離す。ピストンが粉体相表面に近づいて、接触する際の衝撃を和らげるために、予め測定した圧密前粉体相高さ情報を用いて、接触する前に容器の上昇スピードを落とす(ピストンの粉体相表面への衝突速度を低下させる)ようにする。
ピストンが粉体相表面に接触する手前1〜10mmの範囲でスピードを落とすようにした方が良い。ピストンと粉体相表面との距離が1mm未満だと粉体表面からの粉体漏れが生じ、圧密状態のバラツキが大きくなり、ピストンと粉体相表面との距離が10mmより大きくなると、圧密時間が長くなり、短時間での測定ができなくなる。
【0015】
測定ゾーンは、図1のように、粉体を入れる容器、その容器を上下させる昇降ステージ、ステージには荷重を測定するロードセル、粉体のトルクを測定するトルクメータ等から構成される。なお、本構成は一例であり、本発明を限定するものではない。
円錐ロータをシャフトの先端に取付け、そのシャフト自体を固定(上下方向の移動に関して)する。粉体を入れた試料容器ステージは昇降機により上下できるようにして、ステージの中央部に粉体を入れた容器を置くようにし、容器を上げることにより、容器の中央に円錐ロータが回転しながら侵入してくるようにする。
円錐ロータにかかるトルクは上部にあるトルクメータにより検出し、粉体の入った容器にかかる荷重は容器の下にあるロードセルで検出する。円錐ロータの移動量は位置検出器で行なう。この構成は一例であり、シャフト自体を昇降機により上下させたりするなど他の構成でも良い。
【0016】
円錐ロータの形は、図3に示されるように頂角が20〜150°のものが良い。
円錐ロータの長さは、円錐ロータ部分が充分粉体相の内部まで入るように長くする必要がある。溝の形状は、どのような形状でも良いが、円錐ロータを交換したためにトルクや荷重の値が再現しなくなるということがないように注意しないといけない。そのためには、図4に示されるように、円錐ロータの溝形状は単純で、同じ形状のロータが何度でも造れる形の方が良い。
容器の材質については問わないが、粉体との帯電による影響が出ないように導電性の材質が適している。
また、粉体を入れ替えながら測定するため、汚れを少なくするために表面が鏡面に近いものが良い。容器のサイズは重要であり、円錐ロータが回転しながら侵入するときに容器の壁の影響がでないように円錐ロータの直径に対して大きめの(直径)サイズを選択する必要がある。
【0017】
トルクメータは高感度タイプのものが良く、非接触方式のものが適している。ロードセルは荷重レンジが広く、分解能の高いものが適している。位置検出器はリニアスケール、光を用いた変位センサ等があるが、精度的に0.1mm以下の仕様が適している。昇降機は、サーボモータやステッピングモータを用いて、精度良く駆動できるものが良い。
【0018】
トルクメータは、高感度タイプのものが良く、非接触方式のものが適している。ロードセルは荷重レンジが広く、分解能の高いものが適している。位置検出器はリニアスケール、光を用いた変位センサ等があるが、精度的に0.1mm以下の仕様が適している。昇降機は、サーボモータやステッピングモータを用いて、精度良く駆動できるものが良い。
【0019】
第一の発明の装置を用いて行なう測定は、容器に粉体を一定量投入し、本装置にセットする。
その後、圧密前高さ計測ゾーンにて昇降ステージを上昇させ、粉体表面にレーザを照射し、粉体相の高さを測定する。粉体相の高さを測る方法としては、色々あるが一例として三角測量を用いる方法がある。
本方式は粉体表面にレーザ照射を行ない、粉体表面からの拡散反射光の位置を検出して変位量を調べる方法で、レーザ照射面の高さ位置が変化するにつれて拡散反射光の位置も変化することを利用したもので、受光部に詳細な位置変化が検出できるCCD等を用いて行なう。高さの検出精度としては、0.1mm以下の精度が必要である。
また、圧密前粉体相高さを計測する前に、容器の下にある加振器により粉体相を均一化し、圧密前粉体相の高さを測定しても良い。計測後は、容器を下げ、元の位置に戻す。圧密前粉体相高さ情報はパソコンに取込み、次ステップでの圧密工程での圧密条件に反映させる。
その後、圧密前粉体高さを測定した粉体の入った容器を圧密ゾーンの昇降ステージに設置する。この動作は、昇降ステージを回転させることにより、圧密前高さ計測ゾーンから圧密ゾーンに移動させても良い。その後、圧密ゾーンにて圧密前粉体高さにて制御した条件で昇降ステージを上昇させ、一定の荷重のかかっているピストンで粉体表面を押付け、圧密した粉体相状態を作り出す。
一定時間圧密した後は、容器を下げ、元の位置に戻す。その際、圧密後の粉体相高さと粉体相の重量から圧密状態を評価する。その後、圧密状態を測定した粉体の入った容器を測定ゾーンの昇降ステージに設置し、円錐ロータを回転させながら試料容器中の粉体相の中に侵入させる。トルクや荷重測定に入るときには、決められた回転数、侵入速度で行なう。
円錐ロータの回転方向は任意である。円錐ロータの侵入距離は、浅いとトルクや荷重の値が小さく、データの再現性等に問題が生じるため、データの再現性のある領域まで深く円錐ロータを侵入させた方が良い。我々の実験結果では5mm以上侵入させればほぼ安定した測定が可能になった。
【0020】
測定モードは、どのような条件でも可能であるが、例として以下のような測定モードがある。
▲1▼容器に粉体を充填する。
▲2▼圧密前の粉体相の高さを測定する。
▲3▼圧密を行ない、圧密状態を評価する。
▲4▼円錐ロータを回転させながら侵入させ、そのときのトルク、荷重を測定する。
▲5▼円錐ロータがトナー表面層から予め設定した深さ迄侵入したところで、侵入動作を止める。
▲6▼円錐ロータを引抜く動作を開始する。
▲7▼円錐ロータの先端が粉体相表面から抜け、完全にフリーになった時点(最初のホームポジション)で円錐ロータの引抜き動作を停止し、回転も止める。
以上の▲1▼〜▲7▼の操作を繰返して、測定を行なう。連続的に行なっても良い。
【0021】
また、別な方法としては圧密状態を評価した粉体相に、円錐ロータを侵入させて、予め設定したトルク値になるまでの深さを調べる方法等がある。
圧密状態の評価法としては、空間率を算出する方法がある。本測定法では、粉体相の空間率が重要になり、我々の実験結果では空間率は0.4以上のとき安定して測定が可能であった。0.4未満では圧密状態の微妙な条件の違いがトルク、荷重に影響を及ぼし、安定した測定が困難であった。粉体相の空間率の範囲としては、種々な測定法の場合を含めて、0.4〜0.7であった。0.7より大きい場合には粉体が飛散し、測定には適していない。
しかし、測定系、測定条件等に関してはこの限りではない。
【0022】
次に、第二の発明の装置について説明する。
図5に示されるように、第二の発明の装置は、圧密ゾーンおよび測定ゾーンから成るが、本構成は一例であり、本発明を限定するものではない。
圧密ゾーンは、粉体を入れる容器、その容器を上下させる昇降ステージ、圧密させるピストン、そのピストンに荷重を加えるおもり等から構成される。なお、本構成は一例であり、本発明を限定するものではない。
本構成では、粉体を入れた試料容器を上昇させ、圧密用のピストンに接触させ、さらに上昇させてピストンにおもりの荷重が全てかかるようにおもりが支持板より浮いた状態になるようにし、一定時間放置する。その後、粉体を入れた容器が載せてある昇降ステージを下げて、ピストンを粉体表面から離す。ピストンが容器の中に入り、粉体相表面に近づいて、接触して粉体相を圧密する際にピストンが容器の側面に衝突せずスムーズに移動するために、予め容器の位置決めができる手段を設けた。
図6にその一例を示すが、昇降ステージの一部に凸部を設け、その凸部に対応する容器の底の部分に凹部を設けた。その凹凸部は逆(昇降ステージの方が凹部で、容器の底の部分が凸部)であっても良いし、一部ではなく、多数存在しても良い。当然、昇降ステージの凸部に容器の凹部を合わせて固定するだけで、容器とピストンとが衝突しないでスムーズに移動できるような位置で、それぞれの凹凸部を設ける必要がある。
図6では、容器の底の中心部に凹部を設け、それに対応する昇降ステージの部分に凸部を設けた。また、圧密時の粉体の漏れ等が生じないように、本容器位置決め手段を用いて圧密したとき、圧密を行なうピストンと容器側面との距離が1〜1000μmの範囲であるようにした。
圧密時の圧密を行なうピストンと容器側面との距離が1μmより小さい場合には、ピストンと容器との摩擦成分が増加し、圧密がスムーズに行なわれなくなり、圧密時の圧密を行なうピストンと容器側面との距離が1000μmより大きくなるとピストンと容器との間から粉体が漏れて均一な圧密ができなくなる。
【0023】
第二の発明の、図5に示される測定ゾーンについては、その内容が上述した第一の発明の場合と同じであるので、説明を省略する。
【0024】
第二の発明に用いられる円錐ロータとトルクメータについては、第一の発明に用いられるものと条件は同じである。
また、第二の発明に用いられる容器は、第一の発明に用いられるものと多少異なり、材質は限定的ではないが、加工しやすい材質のものが適している。
容器材質の硬度に関しては、ピストンとの摩擦の関係があり、容器材質の硬度をピストン材質の硬度より大きくした方が良い。これは、ピストンや粉体との摩擦により容器の内側に傷が発生し、安定した圧密ができなくなるのを防止するためである。容器は粉体を入れて上下方向等へ移動させるため、軽い材質のものが良い。
これらの関係から、容器の材質としてはAlを用い、その表面にアルマイト処理を行なったものが適している。ピストン材質としては、Al,Cu,黄銅等が適している。また、粉体を入れ替えながら測定するため、汚れを少なくするために表面が鏡面に近いものが良い。
【0025】
また、容器内側の表面粗さの振幅は、圧密時のピストンとの摺動性等の関係から0.01〜100μmの範囲であるようにした方が良い。容器内側の表面粗さの振幅が0.01μmより小さい場合、ピストンと密着しやすくなり圧密するのに時間がかかるようになり、容器内側の表面粗さの振幅が100μmより大きい場合、圧密時に粉体の漏れが発生しやすくなり問題となる。容器のサイズは重要であり、円錐ロータが回転しながら侵入するときに容器の壁の影響がでないように円錐ロータの直径に対して大き目の(直径)サイズを選択する必要がある。
【0026】
第二の発明の装置を用いて行なう測定は、容器に粉体を一定量投入し、圧密ゾーンの昇降ステージの位置決め手段を用いて容器を本装置にセットして行なわれる。
その後、圧密ゾーンにてコントロールされた条件で昇降ステージを上昇させ、一定の荷重のかかっているピストンで粉体表面を押付け、圧密した粉体相状態を作り出す。一定時間圧密した後は、容器を下げ、元の位置に戻す。その際、圧密後の粉体相高さと粉体相の重量から圧密状態を評価する。その後、圧密状態を測定した粉体の入った容器を測定ゾーンの昇降ステージに設置する。
この動作は、昇降ステージを回転させることにより、圧密ゾーンから測定ゾーンに移動させても良い。その後、円錐ロータを回転させながら圧密後の試料容器中の粉体相の中に侵入させる。トルクや荷重測定に入るときには、決められた回転数、侵入速度で行なう。
円錐ロータの回転方向は任意である。円錐ロータの侵入距離は、浅いとトルクや荷重の値が小さく、データの再現性等に問題が生じるため、データの再現性のある領域まで深く円錐ロータを侵入させた方が良い。我々の実験結果では5mm以上侵入させればほぼ安定した測定が可能になった。
【0027】
測定モードは、どのような条件でも可能であるが、例として以下のような測定モードがある。
▲1▼容器に粉体を充填する。
▲2▼粉体の入った容器を位置決め手段を用いて、装置にセットする。
▲3▼圧密を行ない、圧密状態を評価する。
▲4▼円錐ロータを回転させながら侵入させ、そのときのトルク、荷重を測定する。
▲5▼円錐ロータがトナー表面層から予め設定した深さ迄侵入したところで、侵入動作を止める。
▲6▼円錐ロータを引抜く動作を開始する。
▲7▼円錐ロータの先端が粉体相表面から抜け、完全にフリーになった時点(最初のホームポジション)で円錐ロータの引抜き動作を停止し、回転も止める。
以上の▲1▼〜▲7▼の操作を繰返して、測定を行なう。連続的に行なっても良い。
【0028】
また、別の測定法としては、図5に示されるように、粉体相を圧密前に加振器により振動を与えて安定化させ、その安定化した粉体相にピストンを押し当て、圧密状態を作り出す。
その圧密した粉体相中に円錐ロータを回転させながら侵入させ、円錐ロータが粉体相中を移動するときに発生するトルクまたは荷重を測定し、予め設定した深さ迄到達したら侵入動作を止め、その後円錐ロータを最初の位置(ホームポジション)迄アップさせる。この測定は1回でも良いが、この動作を繰返して行ない、平均的なトルクや荷重を求めることも有効である。また、別な方法としては圧密状態を評価した粉体相に、円錐ロータを侵入させて、予め設定したトルク値になるまでの深さを調べる方法等がある。
【0029】
圧密状態の評価法としては、空間率を算出する方法がある。本測定法では、粉体相の空間率が重要になり、我々の実験結果では空間率は0.4以上のとき安定して測定が可能であった。0.4未満では圧密状態の微妙な条件の違いがトルク、荷重に影響を及ぼし、安定した測定が困難であった。粉体相の空間率の範囲としては、種々な測定法の場合を含めて、0.4〜0.7であった。0.7より大きい場合には粉体が飛散し、測定には適していない。
しかし、測定系、測定条件等に関してはこの限りではない。
【0030】
第一および第二の発明のそれぞれの評価装置に用いられるトナーとしては、高画質画像を実現するために、トナーの重量平均粒径が4〜10μmであることが好ましく、さらに好ましくは5〜7μmである。
重量平均粒径4μm未満では、長期間の使用でのトナー飛散による機内の汚れ、低湿環境下での画像濃度低下、感光体クリーニング不良等という問題が生じやすく、人体への影響も懸念される。また重量平均粒径が10μmを超える場合では100μm以下の微小スポットの解像度が充分でなく非画像部への飛び散りも多く画像品位が劣る傾向となる。
【0031】
本発明のトナーはキャリアと組み合わせた現像剤として用いる場合には、高画質画像を実現するために、キャリアの平均粒径が20〜100μmであることが必要である。キャリアの平均粒径が20〜100μmの範囲にあると、現像機内部のトナー濃度が2〜10重量%の範囲内において、トナーの帯電量をより均一にすることができる。
20μmより小さくなるとキャリア粒子の感光体上への付着等が生じやすく、さらにトナーとの撹拌効率が悪くなりトナーの均一な帯電量が得られにくくなる。逆に、キャリアの平均粒径が100μmを超える場合では、細かい画像再現性が悪くなり、高画質は得られない。
【0032】
トナーおよび現像剤の詳細を以下に示す。
樹脂としては、ポリスチレン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、スチレンアクリル樹脂、スチレンメタクリレート樹脂、ポリウレタン樹脂、ビニル樹脂、ポリオレフィン樹脂、スチレンブタジエン樹脂、フェノール樹脂、ポリエチレン樹脂、シリコン樹脂、ブチラール樹脂、テルペン樹脂、ポリオール樹脂等がある。
【0033】
ビニル樹脂としては、ポリスチレン、ポリ−p−クロロスチレン、ポリビニルトルエンなどのスチレン及びその置換体の単重合体:スチレン−p−クロロスチレン共重合体、スチレン−プロピレン共重合体、スチレン−ビニルトルエン共重合体、スチレン−ビニルナフタリン共重合体、スチレン−アクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリル酸エチル共重合体、スチレン−アクリル酸ブチル共重合体、スチレン−アクリル酸オクチル共重合体、スチレン−メタクリル酸メチル共重合体、スチレン−メタクリル酸エチル共重合体、スチレン−メタクリル酸ブチル共重合体、スチレン−α−クロロメタクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−ビニルメチルエーテル共重合体、スチレン−ビニルエチルエーテル共重合体、スチレン−ビニルメチルケトン共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−イソプレン共重合体、スチレン−アクリロニトリル−インデン共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、スチレン−マレイン酸エステル共重合体などのスチレン系共重合体:ポリメチルメタクリレート、ポリブチルメタクリレート、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル等がある。
【0034】
ポリエステル樹脂としては以下のA群に示したような2価のアルコールと、B群に示したような二塩基酸塩からなるものであり、さらにC群に示したような3価以上のアルコールあるいはカルボン酸を第三成分として加えてもよい。
A群: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、1,4ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、1,4ブテンジオール、1,4−ビス(ヒドロキシメチル)シクロヘキサン、ビスフェノールA、水素添加ビスフェノールA、ポリオキシエチレン化ビスフェノールA、ポリオキシプロピレン(2,2)−2,2’−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、ポリオキシプロピレン(3,3)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、ポリオキシエチレン(2,0)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、ポリオキシプロピレン(2,0)−2,2’−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン等。
B群:マレイン酸、フマール酸、メサコニン酸、シトラコン酸、イタコン酸、グルタコン酸、フタール酸、イソフタール酸、テレフタール酸、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、マロン酸、リノレイン酸、またはこれらの酸無水物または低級アルコールのエステル等。
C群:グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール等の3価以上のアルコール、トリメリト酸、ピロメリト酸等の3価以上のカルボン酸等。
【0035】
ポリオール樹脂としては、エポキシ樹脂と2価フェノールのアルキレンオキサイド付加物、もしくはそのグリシジルエーテルとエポキシ基と反応する活性水素を分子中に1個有する化合物と、エポキシ樹脂と反応する活性水素を分子中に2個以上有する化合物を反応してなるものなどがある。
【0036】
本発明で用いる顔料としては以下のものが用いられる。
黒色顔料としては、カーボンブラック、オイルファーネスブラック、チャンネルブラック、ランプブラック、アセチレンブラック、アニリンブラック等のアジン系色素、金属塩アゾ色素、金属酸化物、複合金属酸化物が挙げられる。
黄色顔料としては、カドミウムイエロー、ミネラルファストイエロー、ニッケルチタンイエロー、ネーブルスイエロー、ナフトールイエローS、ハンザイエローG、ハンザイエロー10G、ベンジジンイエローGR、キノリンイエローレーキ、パーマネントイエローNCG、タートラジンレーキが挙げられる。
また、橙色顔料としては、モリブデンオレンジ、パーマネントオレンジGTR、ピラゾロンオレンジ、バルカンオレンジ、インダンスレンブリリアントオレンジRK、ベンジジンオレンジG、インダンスレンブリリアントオレンジGKが挙げられる。
赤色顔料としては、ベンガラ、カドミウムレッド、パーマネントレッド4R、リソールレッド、ピラゾロンレッド、ウォッチングレッドカルシウム塩、レーキレッドD、ブリリアントカーミン6B、エオシンレーキ、ローダミンレーキB、アリザリンレーキ、ブリリアントカーミン3Bが挙げられる。
紫色顔料としては、ファストバイオレットB、メチルバイオレットレーキが挙げられる。
青色顔料としては、コバルトブルー、アルカリブルー、ビクトリアブルーレーキ、フタロシアニンブルー、無金属フタロシアニンブルー、フタロシアニンブルー部分塩素化物、ファーストスカイブルー、インダンスレンブルーBCが挙げられる。
緑色顔料としては、クロムグリーン、酸化クロム、ピグメントグリーンB、マラカイトグリーンレーキ等がある。
これらは1種または2種以上を使用することができる。
【0037】
特にカラートナーにおいては、良好な顔料の均一分散が必須となり、顔料を直接大量の樹脂中に投入するのではなく、一度高濃度に顔料を分散させたマスターバッチを作製し、それを希釈する形で投入する方式が用いられている。この場合、一般的には、分散性を助けるために溶剤が使用されていたが、環境等の問題があり、本発明では水を使用して分散させた。水を使用する場合、マスターバッチ中の残水分が問題にならないように、温度コントロールが重要になる。
【0038】
本発明のトナーには、電荷制御剤をトナー粒子内部に配合(内添)している。しかし、トナー粒子と混合(外添)して用いても良い。電荷制御剤によって、現像システムに応じた最適の電荷量コントロールが可能となり、特に本発明では、粒度分布と電荷量とのバランスを更に安定したものとすることが可能である。
トナーを正電荷性に制御するものとして、ニグロシンおよび四級アンモニウム塩、トリフェニルメタン系染料、イミダゾール金属錯体や塩類を、単独あるいは2種類以上組み合わせて用いることができる。また、トナーを負電荷性に制御するものとしてサリチル酸金属錯体や塩類、有機ホウ素塩類、カリックスアレン系化合物等が用いられる。
【0039】
また、本発明におけるトナーには、定着時のオフセット防止のために離型剤を内添することが可能である。
離型剤としては、キャンデリラワックス、カルナウバワックス、ライスワックスなどの天然ワックス、モンタンワックスおよびその誘導体、パラフィンワックスおよびその誘導体、ポリオレフィンワックスおよびその誘導体、サゾールワックス、低分子量ポリエチレン、低分子量ポリプロピレン、アルキルリン酸エステル等がある。これら離型剤の融点は65〜90℃であることが好ましい。この範囲より低い場合には、トナーの保存時のブロッキングが発生しやすくなり、この範囲より高い場合には定着ローラー温度が低い領域でオフセットが発生しやすくなる場合がある。
【0040】
離型剤等の分散性を向上させるなどの目的のために、添加剤を加えても良い。添加剤としては、スチレンアクリル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリスチレン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、スチレンメタクリレート樹脂、ポリウレタン樹脂、ビニル樹脂、ポリオレフィン樹脂、スチレンブタジエン樹脂、フェノール樹脂、ブチラール樹脂、テルペン樹脂、ポリオール樹脂等があり、それぞれの樹脂を2種以上混合した物でも良い。
【0041】
樹脂は、結晶性ポリエステルを用いても良い。結晶性を有し、分子量分布がシャープでかつその低分子量分の絶対量を可能な限り多くした脂肪族系ポリエステルである。この樹脂はガラス転移温度(Tg)において結晶転移を起こすと同時に、固体状態から急激に溶融粘度が低下し、紙への定着機能を発現する。
この結晶性ポリエステル樹脂の使用により、樹脂のTgや分子量を下げ過ぎることなく低温定着化を達成することができる。そのため、Tg低下に伴なう保存性の低下はない。また、低分子量化に伴なう高すぎる光沢や耐オフセット性の悪化もない。したがってこの結晶性ポリエステル樹脂の導入は、トナーの低温定着性の向上に非常に有効である。
【0042】
本発明のトナーおいて、低温定着性を発現し、耐ホットオフセット性を確保するためには、トナー中の樹脂および離型剤の合計量に対して、結晶性ポリエステルの含有量は1〜50重量%であり、離型剤の含有量は2〜15重量%であることが好ましい。結晶性ポリエステルの含有量が1重量%未満の場合は低温定着性に効果がなく、50重量%を超える場合はホットオフセット性が悪化する。離型剤含有量が2重量%未満の場合は、耐オフセット性に効果がない場合があり、15重量%を超える場合には、トナー流動性の低下が生じる。
【0043】
本発明に係るトナーを作製する方法としては、粉砕法、重合法(懸濁重合、乳化重合分散重合、乳化凝集、乳化会合等)等があるが、これらの作製法に限るものではない。
【0044】
粉砕法の一例としては、まず、前述した樹脂、着色剤としての顔料または染料、電荷制御剤、離型剤、その他の添加剤等をヘンシェルミキサーの如き混合機により充分に混合した後、バッチ式の2本ロール、バンバリーミキサーや連続式の2軸押出し機、連続式の1軸混練機等の熱混練機を用いて構成材料をよく混練し、圧延冷却後、切断を行なう。
切断後のトナー混練物は破砕を行ない、ハンマーミル等を用いて粗粉砕し、さらにジェット気流を用いた微粉砕機や機械式粉砕機により微粉砕し、旋回気流を用いた分級機やコアンダ効果を用いた分級機により所定の粒度に分級する。その後、混合機により無機粒子などからなる添加剤を粒子表面に付着もしくは固着させる。この混合工程後のトナー粒子の流動性を本評価装置を用いて評価する。
この場合、抜き取り検査で、試料を試料容器に入れ、その試料容器を直接図1に示す評価装置の試料ステージに載せ、圧密前トナー粉体相の高さ測定を行なった後、トナー粉体相を圧密し、トルク、荷重測定を行なう。円錐ロータの回転数は0.1〜100rpmとし、円錐ロータの侵入速度は0.5〜100mm/minとした。測定は、円錐ロータを回転させながら侵入させ、5mm以上の予め設定した侵入距離を経た後は侵入を止め、その後円錐ロータを引抜き、元の初期位置に戻す。この円錐ロータのトナー粉体相への侵入時のトルク、荷重を測定し、トナーの流動性を評価する。
【0045】
本評価装置でトナー流動性を評価した場合には、測定値(トルク、荷重)とトナー流動性が以下のような関係になる。
トルクが小さい場合、流動性は良い。
トルクが大きい場合、流動性は悪い。
荷重が小さい場合、流動性は良い。
荷重が大きい場合、流動性は悪い。
【0046】
円錐ロータを用いた本評価装置の特徴は、以下のようになり、抜取り試料をそのまま迅速に、簡単に測定できるため、個人差の無い、精度の高い測定ができることにある。
▲1▼非破壊検査である。
▲2▼試料をそのまま測定できる。
▲3▼短時間で測定できる。
▲4▼誰にでも簡単に測定できる。
そのため、製造ラインでの計測も可能であり、製造工程の中での各工程間に設置して、工程途中での品質評価ができる。例えば、混合工程を経た後、次工程へ粉体試料を搬送する途中に、試料抜取り・測定ゾーンを設けておき、あるタイミングでシャッターを開閉して、一定量の試料を測定部へ搬送する。その測定部の先端部はSUS等でできた容器になっており、そのまま本評価装置にて測定する。または、その容器を近くの別の場所にある本評価装置へ持っていき、試料ステージへのせて本評価装置にて測定する。測定し終わったトナーは、元の試料の中に戻す。評価の結果、その数値が予め定めた設定範囲を外れていた場合、試料を充填工程へは回さず、トナーの再処理工程へ回す。これらの仕組みは、混合工程前の工程である粉砕・分級工程後の検査、混合工程の後にある風篩工程後の検査、充填前の検査等に適用できる。(図7参照。)
また、これらの機能をもったトナー評価装置を単独に開発段階の評価装置として使うことも可能である。
【0047】
トナーの場合、前述の通り本評価装置でのトルク、荷重の測定値は流動性を示しており、定量的な評価が可能となる。今までの従来の評価法では、トナー間の違いは評価できるが、トナーの種類が違うと同じ土俵では評価できないという問題があった。しかし、本評価装置で測定した値は、粉体特性としてのトルク値、荷重値であり、トナーの種類が変わっても粒径が変わっても同じ土俵で評価できる値であり、非常に汎用的な評価値になる。また、圧密状態を評価した上での流動性の違いを評価できるため、多面的な評価が可能となる。
【0048】
トナー粉体相中での円錐ロータの移動時のトルク、荷重特性は、粉体の流動性と密接な関係があり、粉体の流動性が良い場合には1個1個の粉体粒子間の付着力が小さいために動きやすく、その粉体相内で円錐ロータを動かしてもトルクは小さく、荷重変化も小さい。しかし、逆に粉体の流動性が悪い場合には、1個1個の粉体粒子間の付着力が大きいために動きにくく、その粉体相内で円錐ロータを移動した場合には円錐ロータにかかるトルクは大きくなり、下方向へ働く力(荷重)も大きくなる。
そのため、本発明の評価法では、以下のような関係で流動性を評価できる。
流動性が良い場合→粉体相内を移動したときのトルク、荷重が小さい。
流動性が悪い場合→粉体相内を移動したときのトルク、荷重が大きい。
トナーの流動性は、トナー作製工程の中の混合工程によりほとんど決まる。つまり、無機粒子などからなる添加剤をトナー粒子表面に付着もしくは固着させる状態によって、トナー粒子の流動性は大きく変化する。
トナーの混合状態は、混合工程での混合条件(仕込み量、回転数、混合時間等)によって変化する。そのため、流動性には混合条件が重要な役割を果たし、混合工程後の流動性の評価が重要となる。
【0049】
プリンタや複写機において、高画質化を実現するためには、非常に微小なドット再現性を高める必要がある。それを実現するためには、非常に微小な潜像に対して忠実なトナー現像が必要となる。この忠実な現像を可能にするためには、現像域に均一なトナーブラシを供給する必要がある。そのためには、トナー帯電量が適度な条件であることが必要であるが、常に安定して現像域に均一なトナーブラシが供給できるようなトナーの動き易さ、搬送のし易さが非常に重要となる。つまり、微小なドット再現性を上げるためには、トナーの流動性を上げることが必要になる。
そこで、トナーの流動性を円錐ロータを用いた本装置により評価し、ドット再現性との関係を調べた結果、非常に強い相関関係が存在し、トルクや荷重が小さいときドット再現性は良くなった。
【0050】
その結果から、ドット再現性が良いトナーは、以下のようなトルク、荷重特性を示すことが分かった。
▲1▼円錐ロータ侵入時(20mm侵入時)のトルクの値が0.1〜8.3mNmである。
▲2▼円錐ロータ侵入時(20mm侵入時)の荷重の値が0.01〜1.14Nである。
【0051】
なお、評価モードに関しては、他の方法を用いても問題ない。また、評価項目もトルクや荷重以外で、ある荷重になるまでの侵入距離、あるトルクになるまでの侵入距離等であっても良いし、トルクや荷重の積分値を評価しても良い。また、他の評価項目であっても良い。
混合工程後、250メッシュ以上の篩を通過させ、粗大粒子、凝集粒子を除去し本発明のトナーを得る。
【0052】
本発明に係るトナーを作製する方法としては、粉砕法以外の方法が考えられ、重合法の一例としては、モノマーに着色剤及び電荷制御剤等を添加したモノマー組成物を水系の媒体中で懸濁し重合させることでトナー粒子を得る。造粒法は特に限定されない。
例えば本発明のトナーは、有機溶媒中に少なくとも、イソシアネート基を含有するポリエステル系プレポリマーが溶解し、顔料系着色剤が分散し、離型剤が溶解ないし分散している油性分散液を水系媒体中に無機微粒子及び/又はポリマー微粒子の存在下で分散させるとともに、この分散液中で該プレポリマーをポリアミン及び/又は活性水素含有基を有するモノアミンと反応させてウレア基を有するウレア変性ポリエステル系樹脂を形成させ、このウレア変性ポリエステル系樹脂を含む分散液からそれに含まれる液状媒体を除去することにより得られる。
ウレア変性ポリエステル系樹脂において、そのTgは40〜65℃、好ましくは45〜60℃である。その数平均分子量Mnは2500〜50000、好ましくは2500〜30000である。その重量平均分子量Mwは1万〜50万、好ましくは3万〜10万である。
【0053】
このトナーは、該プレポリマーと該アミンとの反応によって高分子量化されたウレア結合を有するウレア変性ポリエステル系樹脂をバインダー樹脂として含む。そして、そのバインダー樹脂中には着色剤が高分散している。
得られた乾燥後のトナーの粉体を風力分級し、上記最適な混合条件により混合機により無機微粒子などからなる添加剤を粒子表面に付着もしくは固着させる。また、電荷制御剤を乾燥後のトナー粉体表面に打込んで、固着注入させても良い。さらにその後、無機微粒子などからかる添加剤を粒子表面に付着もしくは固着させても良い。電荷制御剤を表面に打込むことにより、トナーの帯電量の制御がしやすくなる。
【0054】
混合したり、固着注入したりする具体的手段としては、高速で回転する羽根によって粉体混合物に衝撃力を加える方法、高速気流中に粉体混合物を投入し、加速させ、粒子同士または複合化した粒子を適当な衝突板に衝突させる方法などがある。装置としては、オングミル(ホソカワミクロン社製)、I式ミル(日本ニューマチック社製)を改造して、粉砕エアー圧カを下げた装置、ハイブリダイゼイションシステム(奈良機械製作所社製)、クリプトロンシステム(川崎重工業社製)、自動乳鉢などがあげられる。
【0055】
この混合工程後、所定の流動性が得られているかどうかを評価するために、本評価装置を用いて評価する。
これらの方式の場合にも、造粒後の検査、電荷制御剤の処理後の検査、添加剤の混合工程後の検査、混合工程の後にある風篩工程後の検査、充填前の検査等に適用できる。
また、流動性はトナー形状によって影響されるが、トナーの平均円形度が0.9〜0.99である非常に球形に近いトナーの場合には流動性に優れ、ドット再現性に優れた高画質化を実現できる。
さらに二成分現像剤として使用する場合は、後述する磁性キャリアと所定の混合比率で混合することによって二成分現像剤とする。
【0056】
本トナーは、接触または非接触現像方式に使用する1成分現像剤として用いる。接触または非接触現像方式は色々な公知のものが使用される。例えば,アルミスリーブを用いた接触現像法、導電性ゴムベルトを用いた接触現像法、アルミ素管の表面にカーボンブラック等を含む導電性樹脂層を形成した現像スリーブを用いる非接触現像法等がある。
また、本トナーは現像時にACバイアス電圧成分を用いて現像する場合に、流動性に優れているため、電界に従って忠実に振動し、細かい潜像に対しての忠実な現像ができ、ドット再現性の良い現像が可能となる。
【0057】
また、1成分現像方式において、トナー供給部の出口にトナー層を均一にするためのローラー状のブレードを設けた現像方式に、本トナーを用いることを特徴とする。また、図8のように供給ローラを用いる現像方式に採用しても良い。このような方式の場合には、感光体へのフィルミングだけではなく、ドクターローラや供給ローラへのフィルミングが発生する。このため、トナー層が均一に形成できないばかりかトナー帯電が不均一になり、トナー電荷量も小さくなる。このため現像不良が生じる。しかし本発明のトナーを用いると、ドクターローラや供給ローラへのフィルミングは発生せず、安定した現像が行なわれ、耐久特性に優れた方式となる。
本トナーは流動性に優れているため、カートリッジ容器に入れて保管することが充分可能であり、カートリッジ容器から現像部へトナー搬送するような構成の装置にも適している。
【0058】
また、磁性トナーとする場合には、トナー粒子の中に磁性体の微粒子を内添すれば良い。磁性体としては、フェライト、マグネタイト、鉄、ニッケル、コバルト、それらの合金などの強磁性体等が考えられる。磁性体の平均粒径は0.1〜1μmが好ましい。磁性体の含有量はトナー100重量部に対して、10から70重量部であることが好ましい。
【0059】
二成分現像剤に使用されるキャリアとしては公知のものが使用可能であり、例えば鉄粉、フェライト粉、ニッケル粉、マグネタイト粉の如き磁性粒子あるいはこれら磁性粒子の表面をフッ素系樹脂、ビニル系樹脂、シリコーン系樹脂等で処理したもの、あるいは磁性粒子が樹脂中に分散されている磁性粒子分散樹脂粒子等が挙げられる。これら磁性キャリアの平均粒径は20〜100μmが良い。好ましくは20〜70μmが良い。
【0060】
また、前述したように本発明の二成分現像剤は流動性向上剤として無機微粉体をトナーに添加して用いることが可能である。
本発明の無機微粉体としてはSi、Ti、Al、Mg、Ca、Sr、Ba、In、Ga、Ni、Mn、W、Fe、Co、Zn、Cr、Mo、Cu、Ag、V、Zr等の酸化物や複合酸化物が挙げられる。これらのうち二酸化珪素(シリカ)、二酸化チタン(チタニア)、アルミナの微粒子が好適に用いられる。さらに、疎水化処理剤等により表面改質処理することが有効である。疎水化処理剤の代表例としては以下のものが挙げられる。
ジメチルジクロルシラン、トリメチルクロルシラン、メチルトリクロルシラン、アリルジメチルジクロルシラン、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、p−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、クロルメチルトリクロルシラン、ヘキサフェニルジシラザン、ヘキサトリルジシラザン等。
無機微粉体はトナーに対して0.1〜2重量%使用されるのが好ましい。0.1重量%未満では、トナー凝集を改善する効果が乏しくなり、2重量%を超える場合は、細線間のトナー飛び散り、機内の汚染、感光体の傷や摩耗等の問題が生じやすい傾向がある。
【0061】
また、本発明の現像剤には、実質的な悪影響を与えない範囲内で更に他の添加剤、例えばポリテトラフロロエチレン系フッ素樹脂粉末、ステアリン酸亜鉛粉末、ポリフッ化ビニリデン粉末の如き滑剤粉末;あるいは酸化セリウム粉末、炭化珪素粉末、チタン酸ストロンチウム粉末などの研磨剤;あるいは例えばカーボンブラック粉末、酸化亜鉛粉末、酸化スズ粉末等の導電性付与剤を現像性向上剤として少量用いることもできる。
また、本評価法は混練り工程や粉砕工程を用いないで作製する重合法やスプレードライ法などで作製したトナー、カプセルトナーにも使用できる。
【0062】
【実施例】
以下、実施例を説明するが、これは本発明をなんら限定するものではない。なお、以下の配合における部数は全て重量部である。
なお、今回は、トナー組成、トナー作製法および混合条件を変化したトナーを作製し、トナー流動性を本評価法を用いて評価し、ドット再現性を画像のザラツキ感として5段階評価(ランク1:悪い→ランク5:良い)した。
また、2万枚のランニング耐久試験をOPCを用いた複写機を用いて行ない、現像部でのブロッキング等のトナー搬送性の不具合点を評価した。不具合点の無かった場合を○、不具合点のあった場合を×として評価した。
トナーの流動性については、本評価装置を用いて評価し、円錐ロータがトナー粉体相表面から20mm侵入したときのトルクと荷重の値を測定した。
第一の装置を用いる場合には、トナーを予め圧密前トナー相高さを測定し、そのデータを下に(ピストンと圧密前トナー相高さとの距離が5mmのところで容器の上昇速度を低下させた。)圧密状態にして、空間率を測定した後、トルク、荷重を評価し、第二の装置を用いる場合には、トナーを予め容器位置決め手段を用いた圧密ゾーンにて圧密状態にして、空間率を測定した後、トルク、荷重を評価した。
円錐ロータの評価条件は、以下のようにした。尚、評価には空間率が0.53のときのトルクおよび荷重を採用した。
・円錐ロータの頂角:50°
・円錐ロータの回転数:2rpm
・円錐ロータの侵入速度:5mm/min
【0063】
実施例1
樹脂:ポリエステル樹脂 100部
顔料:マゼンタ顔料(C.I.ピグメントレッド57) 4部
帯電制御剤:サルチル酸亜鉛塩 5部
上記原材料をミキサーで充分に混合した後、2軸押出し機によりバレル温度100℃混練機回転数110rpmで溶融混練した。混練物を圧延冷却後カッターミルで粗粉砕し、ジェット気流を用いた微粉砕機で粉砕後、旋回式風力分級装置を用いて、平均粒径が6.5μmの粒度分布に分級した。さらに、母体着色粒子100部に対して、以下の混合条件にて添加剤を混合し、トナーを作製した。

Figure 2004279871
トナーを作製した後、第一の評価装置により圧密前トナー高さを測定後、圧密し、圧密状態(空間率)および流動性を測定した結果、表1のようになった。
また、第二の評価装置によりトナーを圧密し、圧密状態(不具合点、空間率)および流動性を測定した結果、表2のようになった。
得られたトナーを潜像担持体がOPCドラム感光体でクリーニング方式がブレードクリーニングである複写機にセットし、画像評価実験を行なった。
その結果、画像のドット再現性は5段階評価でランク4であった。
【0064】
実施例2
実施例1と同様の原材料、作製方法で混練、粉砕、分級を行ない、平均粒径が6.5μmの粒度分布に分級した。
さらに、母体着色粒子100部に対して、以下の混合条件にて添加剤を混合し、トナーを作製した。
Figure 2004279871
トナーを作製した後、第一の評価装置により圧密前トナー高さを測定後、圧密し、圧密状態(空間率)および流動性を測定した結果、表1のようになった。
また、第二の評価装置によりトナーを圧密し、圧密状態(不具合点、空間率)および流動性を測定した結果、表2のようになった。
また、実施例1と同様に、画像評価実験を行なった。その結果、画像のドット再現性は5段階評価でランク4であった。
【0065】
実施例3
実施例1と同様の原材料、作製方法で混練、粉砕、分級を行ない、平均粒径が6.5μmの粒度分布に分級した。
さらに、母体着色粒子100部に対して、以下の混合条件にて添加剤を混合し、トナーを作製した。
Figure 2004279871
トナーを作製した後、第一の評価装置により圧密前トナー高さを測定後、圧密し、圧密状態(空間率)および流動性を測定した結果、表1のようになった。
また、第二の評価装置によりトナーを圧密し、圧密状態(不具合点、空間率)および流動性を測定した結果、表2のようになった。
また、実施例1と同様に、画像評価実験を行なった。その結果、画像のドット再現性は5段階評価でランク5であった。
【0066】
実施例4
実施例1と同様の原材料、作製方法で混練、粉砕、分級を行ない、平均粒径が6.5μmの粒度分布に分級した。
さらに、母体着色粒子100部に対して、以下の混合条件にて添加剤を混合し、トナーを作製した。
Figure 2004279871
トナーを作製した後、第一の評価装置により圧密前トナー高さを測定後、圧密し、圧密状態(空間率)および流動性を測定した結果、表1のようになった。
また、第二の評価装置によりトナーを圧密し、圧密状態(不具合点、空間率)および流動性を測定した結果、表2のようになった。
また、実施例1と同様に、画像評価実験を行なった。その結果、画像のドット再現性は5段階評価でランク5であった。
【0067】
実施例5
実施例1と同様の原材料、作製方法で混練、粉砕、分級を行ない、平均粒径が6.5μmの粒度分布に分級した。
さらに、母体着色粒子100部に対して、以下の混合条件にて添加剤を混合し、トナーを作製した。
Figure 2004279871
トナーを作製した後、第一の評価装置により圧密前トナー高さを測定後、圧密し、圧密状態(空間率)および流動性を測定した結果、表1のようになった。
また、第二の評価装置によりトナーを圧密し、圧密状態(不具合点、空間率)および流動性を測定した結果、表2のようになった。
また、実施例1と同様に、画像評価実験を行なった。その結果、画像のドット再現性は5段階評価でランク5であった。
【0068】
比較例1
実施例1と同様の原材料、作製方法で混練、粉砕、分級を行ない、平均粒径が6.5μmの粒度分布に分級した。
さらに、母体着色粒子100部に対して、以下の混合条件にて添加剤を混合し、トナーを作製した。
Figure 2004279871
トナーを作製した後、第一の評価装置により圧密前トナー高さを測定後、圧密し、圧密状態(空間率)および流動性を測定した結果、表1のようになった。
また、第二の評価装置によりトナーを圧密し、圧密状態(不具合点、空間率)および流動性を測定した結果、表2のようになった。
さらに、実施例1と同様に、画像評価実験を行なった。その結果、画像のドット再現性は5段階評価でランク3であった。
【0069】
実施例6
<トナーバインダーの合成>
冷却管、攪拌機および窒素導入管の付いた反応槽中に、ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物724部、イソフタル酸276部およびジブチルチンオキサイド2部を入れ、常圧,230℃で8時間反応し、さらに10〜15mmHgの減圧で5時間反応した後、160℃まで冷却して、これに32部の無水フタル酸を加えて2時間反応した。
次いで、80℃まで冷却し、酢酸エチル中にてイソフォロンジイソシアネート188部と2時間反応を行い、イソシアネート含有プレポリマーIを得た。次いでプレポリマーI267部とイソホロンジアミン14部を50℃で2時間反応させ、重量平均分子量64000のウレア変性ポリエステルIを得た。
上記と同様にビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物724部、テレフタル酸276部を常圧下、230℃で8時間重縮合し、次いで10〜15mmHgの減圧で5時間反応して、ピーク分子量5000の変性されていないポリエステルAを得た。
ウレア変性ポリエステルI200部と変性されていないポリエステルA800部を酢酸エチル/MEK(1/1)混合溶剤2000部に溶解、混合し、トナーバインダーIの酢酸エチル/MEK溶液を得た。一部減圧乾燥し、トナーバインダーIを単離した。分析の結果Tgは62℃であった。
【0070】
<トナーの作製>
トナーバインダーIの酢酸エチル/MEK溶液 240部
ペンタエリスリトールテトラベヘネート
(溶融粘度25cps) 20部
銅フタロシアニンブルー顔料
(C.I.ピグメントブルー15:3) 4部
上記原材料をビーカー内で、60℃にてTK式ホモミキサーで12000rpmで攪拌し、均一に溶解、分散させてトナー材料溶液を作製した。
イオン交換水 706部
ハイドロキシアパタイト10%懸濁液
(日本化学工業(株)製スーパタイト10) 294部
ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム 0.2部
ビーカー内に上記原材料を入れ均一に溶解した。その後60℃に昇温し、TK式ホモミキサーで12000rpmに攪拌しながら、上記トナー材料溶液を投入し10分間攪拌した。ついでこの混合液を攪拌棒および温度計付のフラスコに移し、30℃まで昇温して減圧下で溶剤を除去し、濾別、洗浄、乾燥した後、風力分級し、トナー粒子を得た。体積平均粒径は6.5μmであった。このトナー粒子100部に対して、以下の混合条件にて添加剤を混合し、トナーを得た。
Figure 2004279871
トナーを作製した後、第一の評価装置により圧密前トナー高さを測定後、圧密し、圧密状態(空間率)および流動性を測定した結果、表1のようになった。
また、第二の評価装置によりトナーを圧密し、圧密状態(不具合点、空間率)および流動性を測定した結果、表2のようになった。
上記作製法で得られたトナーとキャリアをキャリア97.5部に対し、2.5部の割合で混合し、二成分現像剤を作製した。
得られた現像剤を潜像担持体がOPCドラム感光体でクリーニング方式がブレードクリーニングである複写機にセットし、画像評価実験を行なった。
その結果、画像のドット再現性は5段階評価でランク4であった。
【0071】
実施例7
実施例6と同様の原材料、作製方法で粉体の作製、分級を行ない、平均粒径が6.5μmの粒度分布に分級した。
さらに、母体着色粒子100部に対して、以下の混合条件にて添加剤を混合し、トナーを作製した。
Figure 2004279871
トナーを作製した後、第一の評価装置により圧密前トナー高さを測定後、圧密し、圧密状態(空間率)および流動性を測定した結果、表1のようになった。
また、第二の評価装置によりトナーを圧密し、圧密状態(不具合点、空間率)および流動性を測定した結果、表2のようになった。
さらに、実施例6と同様に二成分現像剤を作製し、画像評価実験を行なった。その結果、画像のドット再現性は5段階評価でランク5であった。
【0072】
実施例8
実施例6と同様の原材料、作製方法で粉体の作製、分級を行ない、平均粒径が6.5μmの粒度分布に分級した。
さらに、母体着色粒子100部に対して、以下の混合条件にて添加剤を混合し、トナーを作製した。
Figure 2004279871
トナーを作製した後、第一の評価装置により圧密前トナー高さを測定後、圧密し、圧密状態(空間率)および流動性を測定した結果、表1のようになった。
また、第二の評価装置によりトナーを圧密し、圧密状態(不具合点、空間率)および流動性を測定した結果、表2のようになった。
さらに、実施例6と同様に二成分現像剤を作製し、画像評価実験を行なった。その結果、画像のドット再現性は5段階評価でランク5であった。
【0073】
比較例2
実施例6と同様の原材料、作製方法で混練、粉砕、分級を行ない、平均粒径が6.5μmの粒度分布に分級した。
さらに、母体着色粒子100部に対して、以下の混合条件にて添加剤を混合し、トナーを作製した。
Figure 2004279871
トナーを作製した後、第一の評価装置により圧密前トナー高さを測定後、圧密し、圧密状態(空間率)および流動性を測定した結果、表1のようになった。
また、第二の評価装置によりトナーを圧密し、圧密状態(不具合点、空間率)および流動性を測定した結果、表2のようになった。
さらに、実施例6と同様に二成分現像剤を作製し、画像評価実験を行なった。その結果、画像のドット再現性は5段階評価でランク3であった。
【0074】
実施例9
樹脂:ポリエステル樹脂 100部
顔料:カーボンブラック 10部
帯電制御剤:サルチル酸亜鉛塩 2部
離型剤:ライスワックス 5部
添加剤:スチレンアクリル樹脂 3部
上記原材料をミキサーで充分に混合した後、2軸押出し機によりバレル温度100℃回転数110rpmで溶融混練した。混練物を圧延冷却後カッターミルで粗粉砕し、ジェット気流を用いた微粉砕機で粉砕後、旋回式風力分級装置を用いて、平均粒径が6μmの粒度分布に分級した。さらに、母体着色粒子100部に対して、以下の混合条件にて添加剤を混合し、トナーを作製した。
Figure 2004279871
トナーを作製した後、第一の評価装置により圧密前トナー高さを測定後、圧密し、圧密状態(空間率)および流動性を測定した結果、表1のようになった。
また、第二の評価装置によりトナーを圧密し、圧密状態(不具合点、空間率)および流動性を測定した結果、表2のようになった。
さらに、上記作製法で得られたトナーとキャリアをキャリア97.5部に対し、2.5部の割合で混合し、二成分現像剤を作製した。
得られた現像剤を潜像担持体がOPCドラム感光体でクリーニング方式がブレードクリーニングである複写機にセットし、画像評価実験を行なった。
その結果、画像のドット再現性は5段階評価でランク4であった。
【0075】
実施例10
実施例9と同様の原材料、作製方法で混練、粉砕、分級を行ない、平均粒径が6.5μmの粒度分布に分級した。
さらに、母体着色粒子100部に対して、以下の混合条件にて添加剤を混合し、トナーを作製した。
Figure 2004279871
トナーを作製した後、第一の評価装置により圧密前トナー高さを測定後、圧密し、圧密状態(空間率)および流動性を測定した結果、表1のようになった。
また、第二の評価装置によりトナーを圧密し、圧密状態(不具合点、空間率)および流動性を測定した結果、表2のようになった。
さらに、実施例9と同様に二成分現像剤を作製し、画像評価実験を行なった。その結果、画像のドット再現性は5段階評価でランク5であった。
【0076】
実施例11
実施例9と同様の原材料、作製方法で混練、粉砕、分級を行ない、平均粒径が6.5μmの粒度分布に分級した。
さらに、母体着色粒子100部に対して、以下の混合条件にて添加剤を混合し、トナーを作製した。
Figure 2004279871
トナーを作製した後、第一の評価装置により圧密前トナー高さを測定後、圧密し、圧密状態(空間率)および流動性を測定した結果、表1のようになった。
また、第二の評価装置によりトナーを圧密し、圧密状態(不具合点、空間率)および流動性を測定した結果、表2のようになった。
さらに、実施例9と同様に二成分現像剤を作製し、画像評価実験を行なった。その結果、画像のドット再現性は5段階評価でランク5であった。
【0077】
比較例3
実施例9と同様の原材料、作製方法で混練、粉砕、分級を行ない、平均粒径が6.5μmの粒度分布に分級した。
さらに、母体着色粒子100部に対して、以下の混合条件にて添加剤を混合し、トナーを作製した。
Figure 2004279871
トナーを作製した後、第一の評価装置により圧密前トナー高さを測定後、圧密し、圧密状態(空間率)および流動性を測定した結果、表1のようになった。
また、第二の評価装置によりトナーを圧密し、圧密状態(不具合点、空間率)および流動性を測定した結果、表2のようになった。
さらに、実施例9と同様に二成分現像剤を作製し、画像評価実験を行なった。その結果、画像のドット再現性は5段階評価でランク3であった。
【0078】
【表1】
Figure 2004279871
【0079】
【表2】
Figure 2004279871
【0080】
表1および表2に示される結果から分かるように、トナー粉体相の本評価装置による流動性評価値とドット再現性との間には強い相関関係が存在し、本評価法によりドット再現性を評価できることが分かる。
また、図9のトルクとドット再現性との関係を表わすグラフ、および図10の荷重とドット再現性との関係を表わすグラフから分かるように、ドット再現性の良い高画質を得るために必要な、流動性の良いトナーを得るためには、以下の条件を満足することが必要である。また、以下の条件のとき、表1から分かるように2万枚のランニングをしたとき、現像部でのブロッキング等のトナー搬送性の不具合点は生じなかった。
▲1▼円錐ロータ侵入時のトルクの値が0.1〜8.3mNmである。
▲2▼円錐ロータ侵入時の荷重の値が0.01〜1.14Nである。
円錐ロータ侵入時のトルク値が0.1mNm未満では、トナーの流動性以外の帯電特性が悪くなり画質低下が生じ、8.3mNmより大きくなれば流動性が低下し、ドット再現性が悪くなる。円錐ロータ侵入時の荷重値が0.01N未満では、トナーの帯電特性が悪くなり画質低下が生じ、1.14Nより大きくなるとトナーの流動性が低下しドット再現性が悪くなる。
【0081】
【発明の効果】
粉体の流動性を、本評価装置を用いて圧密前トナー高さを計測して最適な圧密条件で圧密し、圧密状態を評価した後、粉体相中に円錐ロータを回転させながら侵入させ、円錐ロータが粉体相中を移動するときに発生するトルクまたは荷重を測定することにより、粉体の流動性が精度良く、個人差の無い評価ができるようになり、高画質の得られるトナーの条件を精度良く規定し、高画質の得られるトナーを安定して生産できるようにした。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第一の粉体流動性評価装置の構成例の概念図である。
【図2】本発明の第一の粉体流動性評価装置における圧密前高さ計測部の構成例を示す図である。
【図3】円錐ロータの形の一例を示す図である。
【図4】他の円錐ロータの形の例(円錐ロータの断面形状の変化、円錐頂角の変化)を示す図である。
【図5】本発明の第二の粉体流動性評価装置の構成例の概念図である。。
【図6】本発明の第二の粉体流動性評価装置における圧密前高さ計測部の構成例を示す図である。
【図7】本評価装置を用いたトナー製造装置の例を示す概略図である。
【図8】本評価装置を用いて作製したトナーを使った現像装置の例を示す。
【図9】実施例1〜11、比較例1〜3の円錐ロータ侵入時のトルクとドット再現性との関係を示す図である。
【図10】実施例1〜11、比較例1〜3の円錐ロータ侵入時の荷重とドット再現性との関係を示す図である。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an apparatus for evaluating the fluidity of a toner for electrostatic charge development used for one-component development or two-component development in electrophotography and the toner for electrostatic charge development.
[0002]
[Prior art]
The image quality of copiers, printers, and the like has been increasing, and recently, the reproducibility of fine dots has become very important. The dot reproducibility is greatly affected by the fluidity in addition to the charge amount of the toner and the developer, and it is necessary to stably supply a uniform toner layer or a developer layer to a fine latent image portion. Are coming.
Further, as the image quality is improved, the particle size and the function of the toner used for the toner are advanced. For this reason, the structure of the toner has become more complicated, and it is necessary to perform finer control at the time of production than before. In particular, since the fluidity of the toner affects various image qualities in addition to the dot reproducibility, a highly accurate evaluation method that does not differ between individuals in terms of evaluation is required.
Also, when the method of producing the toner changes from a pulverization method to another method such as a polymerization method, the change in the flow characteristics with respect to the production conditions is large, and compared with the case of the pulverization method, finer control during production and Evaluation is required.
[0003]
As a method of evaluating the fluidity of the electrostatic charge developing toner in electrophotography, a method of measuring a time required for the toner to fall through a narrow portion of a funnel to which a magnetic field is applied (for example, see Patent Document 1). ), A method in which toner is placed on a tiltable plate, the plate is gradually tilted, and angles at which the flow starts and ends are measured (for example, see Patent Document 2). The toner is put on the crab, and the horizontal and vertical vibrations are applied to the sieve portion, and the amount of toner remaining in each sieve portion after a certain time is multiplied by a preset coefficient to calculate the amount. (For example, see Patent Document 3).
However, these methods have a large variation in data, and there are differences among the measurers, and it was not possible to evaluate a fine difference in fluidity between toners.
Various studies have been made on such a technique academically (for example, see Non-Patent Documents 1 and 2).
[0004]
In order to solve such a problem, the present inventors have made the fluidity of the powder, particularly the toner, to enter the toner powder layer while rotating the conical rotor, and when the conical rotor moves in the toner powder layer. A new evaluation method capable of accurately evaluating the difference in fluidity between fine toners by evaluating the generated torque or load and measuring the generated torque or load has been previously proposed and filed (Japanese Patent Application No. 2002-346881, Application 2002-346831).
According to the new evaluation method, the toner layer can be quantitatively, accurately and accurately evaluated without any individual difference, and the toner layer can be measured as it is in a short time and can be introduced into a production line. And has the advantage of stably producing a toner that provides high image quality.
[0005]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 1-203941 [Patent Document 2]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-116449 [Patent Document 3]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-292967 [Non-Patent Document 1]
Satoh M. : J. , Soc. Powder Technology. , Japan, 31, 783-788 (1994).
[Non-patent document 2]
Munetake Sato et al., "Chemical Engineering Transactions," Vol. 22, no. 6, pp. 1435-1441 (1996)
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to produce a toner capable of obtaining high image quality with good dot reproducibility by using an evaluation device having high fluidity accuracy and no individual difference, and to stably produce the toner. .
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is to measure the torque or load generated when the conical rotor moves through the powder phase by rotating the conical rotor into the powder phase that has been compacted in advance, and then moving the conical rotor into the powder phase. TECHNICAL FIELD The present invention relates to an evaluation device for evaluation and a toner for electrostatic charge development capable of obtaining high quality images with good dot reproducibility evaluated using the evaluation device.
[0008]
The powder fluidity evaluation device of the present invention, after consolidating the powder phase in advance, while rotating the conical rotor into the condensed powder phase, intrude (down) or pull out (up), At that time, the torque and load applied to the container containing the conical rotor and the powder phase are measured, and the fluidity of the powder is evaluated based on the values of the torque and the load. The proposed content is improved to solve the above problem.
[0009]
A first invention, which is an improved technique, is a conical rotor that enters a toner layer while rotating, a torque meter that detects a torque applied to the rotating conical rotor, a load cell that detects a load applied to a container by rotation of the conical rotor, and a cone. An apparatus for evaluating the fluidity of a powder, which comprises at least a lift for moving a rotor or a container up and down, further comprising means for measuring the height of the powder phase before compaction, wherein the height of the powder phase before compaction is increased. After measuring the height and controlling the consolidation conditions based on the height information and consolidating the conical rotor, the conical rotor penetrates into the powder phase to measure the torque and load.
[0010]
A second invention, which is an improved technique, includes a conical rotor that rotates and enters a toner layer, a torque meter that detects a torque applied to the rotating conical rotor, a load cell that detects a load applied to a container by rotation of the conical rotor, and a cone. The powder fluidity evaluation device having at least a rotor or a lift for vertically moving the container is further provided with positioning means for preventing the container from moving at the time of compaction. After consolidating the phases and controlling the consolidation state to consolidate, the conical rotor is made to penetrate into the powder phase, and the torque and load are measured.
[0011]
The shape of the conical rotor in these first and second inventions is not particularly limited, but a conical rotor having an apex angle of 20 to 150 ° is suitable.
If the apex angle of the cone is less than 20 °, the resistance to the powder phase is small, so the torque and load are small, and a fine difference in fluidity cannot be evaluated. On the other hand, when the apex angle is larger than 150 °, the force in the direction of pressing the powder phase becomes large, and the powder particles are easily deformed, which is not suitable for evaluating the fluidity of the powder.
The length of the conical rotor must be long enough so that the conical rotor surface is continuously present in the powder phase.
Further, it is preferable that a groove is formed on the surface of the conical rotor. Rather than measuring the friction component between the material surface of the conical rotor and the powder particles, it is better to measure the friction component between the powder particles and the powder particles. For that purpose, when the conical rotor rotates and penetrates into the powder phase, the powder particles enter into the grooves cut on the surface of the conical rotor, and the entered powder particles and the surrounding It is more suitable to measure the state of friction with the powder particles.
Although the shape of the groove is not limited, it is necessary to devise such a way that the contact between the material surface of the conical rotor and the powder particles is reduced. An example is shown in FIG. In this method, a groove is cut straight from the vertex of the cone to the bottom side, and the cross section of the groove has a saw-tooth shape composed of triangular irregularities.
In this case, the contact between the material surface of the conical rotor and the powder particles is only at the tip of the peak of the triangular groove. Most of the contact is between the powder particles that have entered the groove and the powder particles in the vicinity thereof.
[0012]
Any material may be used for the conical rotor, but a material that is easy to process, has a hard surface, and does not deteriorate is preferable. In addition, a material that does not take chargeability is suitable. Examples of this include SUS, Al, Cu, Au, Ag, and brass.
[0013]
The torque and the load of the powder change depending on the rotation speed of the conical rotor and the penetration speed of the conical rotor. In this measurement, in order to improve the accuracy of the measurement, the rotation speed and the penetration speed of the conical rotor were reduced so that the fine contact state between the powder particles could be measured. Was confirmed to be preferable.
・ Number of rotations of conical rotor: 0.1 to 100 rpm
-Penetration speed of conical rotor: 0.5 to 150 mm / min
If the rotation speed of the conical rotor is smaller than 0.1 rpm, the powder phase is susceptible to the delicate state of the powder phase, which causes a problem of variation in torque measurement, which is not suitable for measurement. If it is more than 100 rpm, the powder may be scattered or the like, and the measurement cannot be performed stably.
On the other hand, when the penetration speed of the conical rotor is lower than 0.5 mm / min, it is apt to be affected by the delicate state of the powder phase, which causes a problem of measurement variation, and is not suitable for measurement. If the speed is higher than 150 mm / min, the powder phase is likely to be in a compacted state, and the influence of the deformation of the powder particles appears, so that it is not suitable for fluidity evaluation.
[0014]
As shown in FIG. 1, the apparatus of the first invention comprises a height measurement zone before consolidation, a consolidation zone, and a measurement zone.
The pre-consolidation height measurement zone includes a container for storing powder, an elevating stage for raising and lowering the container, a height measuring unit using a laser, a vibrator, and the like. Note that this configuration is an example and does not limit the present invention.
In this configuration, the sample container containing the powder is raised, the surface of the powder is irradiated with laser, and the amount of change from the reference height is measured based on the reflected light information. This height information is taken into a personal computer as shown in FIG. 2 and reflected in the consolidation conditions in the consolidation step in the next step to perform consolidation with high accuracy. The height of the powder phase before consolidation may be measured by using a vibrator provided at the lower part of the sample container to homogenize the powder phase before measuring the height of the powder phase before consolidation.
The consolidation zone includes a container for storing the powder, an elevating stage for raising and lowering the container, a piston for consolidation, a weight for applying a load to the piston, and the like. Note that this configuration is an example and does not limit the present invention. In this configuration, the sample container containing the powder is raised, brought into contact with the consolidation piston, and further raised so that the weight is floated from the support plate so that all the weight load is applied to the piston, Leave for a certain period of time.
Thereafter, the lifting stage on which the container containing the powder is placed is lowered, and the piston is separated from the powder surface. In order to mitigate the impact when the piston approaches the powder phase surface and makes contact with it, use the pre-consolidated powder phase height information before compaction to reduce the ascending speed of the container before making contact (powder powder To reduce the velocity of impact on the phase surface).
It is better to reduce the speed within a range of 1 to 10 mm before the piston contacts the powder phase surface. If the distance between the piston and the powder phase surface is less than 1 mm, powder leakage from the powder surface occurs, the dispersion of the compaction state increases, and if the distance between the piston and the powder phase surface exceeds 10 mm, the compaction time increases. Becomes longer and measurement in a short time cannot be performed.
[0015]
As shown in FIG. 1, the measurement zone includes a container for storing powder, an elevating stage for raising and lowering the container, a load cell for measuring a load, a torque meter for measuring torque of the powder, and the like. Note that this configuration is an example and does not limit the present invention.
The conical rotor is attached to the tip of the shaft, and the shaft itself is fixed (for vertical movement). The sample container stage containing the powder can be moved up and down by an elevator, and the container containing the powder is placed at the center of the stage. By raising the container, the conical rotor enters the center of the container while rotating. To make it come.
The torque applied to the conical rotor is detected by a torque meter provided above, and the load applied to the container containing the powder is detected by a load cell provided below the container. The amount of movement of the conical rotor is determined by a position detector. This configuration is an example, and other configurations such as raising and lowering the shaft itself by an elevator may be used.
[0016]
The shape of the conical rotor preferably has an apex angle of 20 to 150 ° as shown in FIG.
The length of the conical rotor needs to be long enough so that the conical rotor portion can enter the inside of the powder phase sufficiently. The shape of the groove may be any shape, but care must be taken so that torque and load values are not reproduced due to replacement of the conical rotor. For this purpose, as shown in FIG. 4, the groove shape of the conical rotor is simple, and it is better that the rotor having the same shape can be made many times.
The material of the container is not limited, but a conductive material is suitable so as not to be affected by charging with the powder.
In addition, since the measurement is performed while replacing the powder, it is preferable that the surface is close to a mirror surface to reduce dirt. The size of the container is important, and it is necessary to select a larger (diameter) size relative to the diameter of the conical rotor so that the walls of the container are not affected when the conical rotor enters while rotating.
[0017]
A high-sensitivity type torque meter is preferable, and a non-contact type torque meter is suitable. Load cells with a wide load range and high resolution are suitable. The position detector includes a linear scale, a displacement sensor using light, and the like, and a specification of 0.1 mm or less is suitable for accuracy. It is preferable that the elevator can be driven with high accuracy using a servomotor or a stepping motor.
[0018]
As the torque meter, a high-sensitivity type is preferable, and a non-contact type is suitable. Load cells with a wide load range and high resolution are suitable. The position detector includes a linear scale, a displacement sensor using light, and the like, and a specification of 0.1 mm or less is suitable for accuracy. It is preferable that the elevator can be driven with high accuracy using a servomotor or a stepping motor.
[0019]
In the measurement performed using the apparatus of the first invention, a certain amount of powder is charged into a container and set in the present apparatus.
Thereafter, the lifting stage is raised in the height measurement zone before consolidation, and the surface of the powder is irradiated with a laser to measure the height of the powder phase. There are various methods for measuring the height of the powder phase, and for example, there is a method using triangulation.
In this method, the powder surface is irradiated with a laser, and the position of the diffuse reflected light from the powder surface is detected to determine the amount of displacement.The position of the diffuse reflected light changes as the height position of the laser irradiation surface changes. The change is made using a CCD or the like which can detect a detailed position change in the light receiving unit. As the height detection accuracy, an accuracy of 0.1 mm or less is required.
Further, before measuring the height of the powder phase before consolidation, the height of the powder phase before consolidation may be measured by homogenizing the powder phase with a vibrator below the container. After measurement, lower the container and return to the original position. The powder phase height information before consolidation is taken into a personal computer and reflected in the consolidation conditions in the consolidation process in the next step.
Thereafter, a container containing the powder whose powder height has been measured before compaction is placed on the elevating stage in the compaction zone. In this operation, the elevation stage may be rotated to move from the pre-consolidation height measurement zone to the consolidation zone. Thereafter, the elevating stage is raised in the consolidation zone under the condition controlled by the powder height before consolidation, and the powder surface is pressed by a piston with a constant load to create a consolidated powder phase state.
After consolidating for a certain period of time, lower the container and return it to its original position. At this time, the compacted state is evaluated from the height of the compacted powder phase and the weight of the powder phase. Thereafter, the container containing the powder whose consolidation state has been measured is placed on the elevating stage in the measurement zone, and is made to penetrate into the powder phase in the sample container while rotating the conical rotor. When the torque or load measurement is started, the measurement is performed at the determined number of revolutions and penetration speed.
The direction of rotation of the conical rotor is arbitrary. When the penetration distance of the conical rotor is shallow, the values of torque and load are small, which causes a problem in data reproducibility and the like. Therefore, it is better to make the conical rotor penetrate deeply into a region where data can be reproduced. According to our experimental results, almost stable measurement was possible if the penetration was 5 mm or more.
[0020]
The measurement mode can be set under any conditions. For example, the following measurement modes are available.
(1) Fill the container with powder.
(2) Measure the height of the powder phase before compaction.
(3) Consolidation is performed, and the consolidation state is evaluated.
{Circle around (4)} The conical rotor is caused to enter while rotating, and the torque and load at that time are measured.
(5) When the conical rotor has penetrated from the toner surface layer to a predetermined depth, the penetrating operation is stopped.
(6) The operation of pulling out the conical rotor is started.
{Circle around (7)} When the tip of the conical rotor comes out of the powder phase surface and becomes completely free (the first home position), the drawing operation of the conical rotor is stopped, and the rotation is stopped.
By repeating the above operations (1) to (7), measurement is performed. It may be performed continuously.
[0021]
As another method, there is a method in which a conical rotor is caused to penetrate into a powder phase in which a compacted state is evaluated, and a depth until a predetermined torque value is obtained.
As a method of evaluating the consolidation state, there is a method of calculating a porosity. In this measurement method, the porosity of the powder phase becomes important, and our experiments showed that stable measurement was possible when the porosity was 0.4 or more. If it is less than 0.4, a delicate difference in the consolidation condition affects the torque and load, and stable measurement is difficult. The range of the porosity of the powder phase was 0.4 to 0.7 including various measurement methods. If it is larger than 0.7, the powder is scattered, which is not suitable for measurement.
However, the measurement system, measurement conditions, and the like are not limited to this.
[0022]
Next, the device of the second invention will be described.
As shown in FIG. 5, the device of the second invention comprises a consolidation zone and a measurement zone, but this configuration is an example and does not limit the present invention.
The consolidation zone includes a container for storing the powder, an elevating stage for raising and lowering the container, a piston for consolidation, a weight for applying a load to the piston, and the like. Note that this configuration is an example and does not limit the present invention.
In this configuration, the sample container containing the powder is raised, brought into contact with the consolidation piston, and further raised so that the weight is floated from the support plate so that all the weight load is applied to the piston, Leave for a certain period of time. Thereafter, the lifting stage on which the container containing the powder is placed is lowered, and the piston is separated from the powder surface. Means for positioning the container in advance so that the piston moves smoothly without contacting the side of the container when the piston enters the container, approaches the surface of the powder phase, and contacts and compacts the powder phase. Was provided.
FIG. 6 shows an example of this, in which a convex portion is provided on a part of the elevating stage, and a concave portion is provided on a bottom portion of the container corresponding to the convex portion. The concavo-convex portions may be reversed (the lifting stage is a concave portion, and the bottom portion of the container is a convex portion). Naturally, it is necessary to provide each concave and convex portion at a position where the container and the piston can move smoothly without colliding simply by aligning and fixing the concave portion of the container with the convex portion of the lifting stage.
In FIG. 6, a concave portion is provided at the center of the bottom of the container, and a convex portion is provided at a corresponding portion of the elevating stage. Further, in order to prevent powder leakage or the like at the time of compacting, when the compacting was performed using the present container positioning means, the distance between the piston to be compacted and the side of the vessel was set to be in the range of 1 to 1000 μm.
When the distance between the piston performing the consolidation and the side of the container is smaller than 1 μm, the friction component between the piston and the container increases, the consolidation is not performed smoothly, and the piston performs the consolidation during the consolidation and the side of the container. If the distance is larger than 1000 μm, powder leaks from between the piston and the container, and uniform consolidation cannot be performed.
[0023]
The measurement zone of the second invention shown in FIG. 5 is the same as that of the above-described first invention, and the description is omitted.
[0024]
The conditions of the conical rotor and the torque meter used in the second invention are the same as those used in the first invention.
Further, the container used in the second invention is slightly different from that used in the first invention, and the material is not limited, but a material that is easy to process is suitable.
The hardness of the container material is related to the friction with the piston, and it is preferable that the hardness of the container material be larger than the hardness of the piston material. This is to prevent scratches from being generated inside the container due to friction with the piston and the powder, so that stable consolidation cannot be performed. The container is preferably made of a light material so that the powder is put in the container and moved in the vertical direction or the like.
From these relations, it is suitable that Al is used as the material of the container and the surface of the container is subjected to alumite treatment. As the material of the piston, Al, Cu, brass or the like is suitable. In addition, since the measurement is performed while replacing the powder, it is preferable that the surface is close to a mirror surface to reduce dirt.
[0025]
Further, the amplitude of the surface roughness inside the container is preferably in the range of 0.01 to 100 μm from the viewpoint of the slidability with the piston during compaction. If the amplitude of the surface roughness inside the container is smaller than 0.01 μm, it tends to adhere to the piston and it takes time to consolidate. If the amplitude of the surface roughness inside the container is larger than 100 μm, Leakage of the body is likely to occur, which is a problem. The size of the container is important, and it is necessary to select a larger (diameter) size relative to the diameter of the conical rotor so that the walls of the container are not affected when the conical rotor enters while rotating.
[0026]
The measurement performed using the apparatus of the second invention is performed by charging a certain amount of powder into the container and setting the container in the present apparatus using the positioning means of the elevating stage in the consolidation zone.
Thereafter, the elevating stage is raised under controlled conditions in the consolidation zone, and the surface of the powder is pressed with a piston under a constant load to create a compacted powder phase state. After consolidating for a certain period of time, lower the container and return it to its original position. At this time, the compacted state is evaluated from the height of the compacted powder phase and the weight of the powder phase. Thereafter, the container containing the powder whose consolidation state has been measured is placed on the elevating stage in the measurement zone.
This operation may be moved from the consolidation zone to the measurement zone by rotating the lifting stage. Thereafter, the conical rotor is caused to penetrate into the powder phase in the compacted sample container while rotating. When the torque or load measurement is started, the measurement is performed at the determined number of revolutions and penetration speed.
The direction of rotation of the conical rotor is arbitrary. When the penetration distance of the conical rotor is shallow, the values of torque and load are small, which causes a problem in data reproducibility and the like. Therefore, it is better to make the conical rotor penetrate deeply into a region where data can be reproduced. According to our experimental results, almost stable measurement was possible if the penetration was 5 mm or more.
[0027]
The measurement mode can be set under any conditions. For example, the following measurement modes are available.
(1) Fill the container with powder.
{Circle around (2)} The container containing the powder is set in the apparatus using the positioning means.
(3) Consolidation is performed, and the consolidation state is evaluated.
{Circle around (4)} The conical rotor is caused to enter while rotating, and the torque and load at that time are measured.
(5) When the conical rotor has penetrated from the toner surface layer to a predetermined depth, the penetrating operation is stopped.
(6) The operation of pulling out the conical rotor is started.
{Circle around (7)} When the tip of the conical rotor comes out of the powder phase surface and becomes completely free (the first home position), the drawing operation of the conical rotor is stopped, and the rotation is stopped.
By repeating the above operations (1) to (7), measurement is performed. It may be performed continuously.
[0028]
As another measurement method, as shown in FIG. 5, the powder phase is stabilized by applying a vibration with a vibrator before consolidation, and a piston is pressed against the stabilized powder phase to consolidate. Create a state.
Rotate the conical rotor into the condensed powder phase while rotating, measure the torque or load generated when the conical rotor moves through the powder phase, and stop the intrusion operation when it reaches the preset depth. Then, the conical rotor is raised to the initial position (home position). This measurement may be performed once, but it is also effective to repeat this operation to obtain an average torque and load. As another method, there is a method in which a conical rotor is caused to penetrate into a powder phase in which a compacted state is evaluated, and a depth until a predetermined torque value is obtained.
[0029]
As a method of evaluating the consolidation state, there is a method of calculating a porosity. In this measurement method, the porosity of the powder phase becomes important, and our experiments showed that stable measurement was possible when the porosity was 0.4 or more. If it is less than 0.4, a delicate difference in the consolidation condition affects the torque and load, and stable measurement is difficult. The range of the porosity of the powder phase was 0.4 to 0.7 including various measurement methods. If it is larger than 0.7, the powder is scattered, which is not suitable for measurement.
However, the measurement system, measurement conditions, and the like are not limited to this.
[0030]
The toner used in each of the evaluation devices of the first and second inventions preferably has a weight average particle diameter of 4 to 10 μm, more preferably 5 to 7 μm, in order to realize a high quality image. It is.
If the weight average particle diameter is less than 4 μm, problems such as contamination in the apparatus due to toner scattering during long-term use, a decrease in image density in a low humidity environment, poor photoconductor cleaning, and the like are likely to occur, and there is a concern about the effect on the human body. When the weight average particle diameter exceeds 10 μm, the resolution of the fine spots of 100 μm or less is not sufficient, and the fine spots tend to scatter to non-image areas, resulting in poor image quality.
[0031]
When the toner of the present invention is used as a developer in combination with a carrier, the carrier needs to have an average particle diameter of 20 to 100 μm in order to realize a high quality image. When the average particle size of the carrier is in the range of 20 to 100 μm, the charge amount of the toner can be made more uniform when the toner concentration in the developing device is in the range of 2 to 10% by weight.
If it is less than 20 μm, the carrier particles are likely to adhere to the photoreceptor, and the stirring efficiency with the toner is deteriorated, so that it is difficult to obtain a uniform charge amount of the toner. Conversely, when the average particle size of the carrier exceeds 100 μm, fine image reproducibility deteriorates, and high image quality cannot be obtained.
[0032]
Details of the toner and the developer are shown below.
Examples of the resin include polystyrene resin, epoxy resin, polyester resin, polyamide resin, styrene acrylic resin, styrene methacrylate resin, polyurethane resin, vinyl resin, polyolefin resin, styrene butadiene resin, phenol resin, polyethylene resin, silicone resin, butyral resin, and terpene. Resins and polyol resins.
[0033]
As the vinyl resin, homopolymers of styrene such as polystyrene, poly-p-chlorostyrene and polyvinyltoluene and their substituted products: styrene-p-chlorostyrene copolymer, styrene-propylene copolymer, styrene-vinyltoluene copolymer Polymer, styrene-vinylnaphthalene copolymer, styrene-methyl acrylate copolymer, styrene-ethyl acrylate copolymer, styrene-butyl acrylate copolymer, styrene-octyl acrylate copolymer, styrene-methacryl Methyl acrylate copolymer, styrene-ethyl methacrylate copolymer, styrene-butyl methacrylate copolymer, styrene-α-chloromethyl methacrylate copolymer, styrene-acrylonitrile copolymer, styrene-vinyl methyl ether copolymer Coalescence, styrene-vinyl ethyl acetate Copolymer, styrene-vinyl methyl ketone copolymer, styrene-butadiene copolymer, styrene-isoprene copolymer, styrene-acrylonitrile-indene copolymer, styrene-maleic acid copolymer, styrene-maleic acid ester Styrene-based copolymers such as copolymers: polymethyl methacrylate, polybutyl methacrylate, polyvinyl chloride, polyvinyl acetate and the like.
[0034]
The polyester resin is composed of a dihydric alcohol as shown in Group A below and a dibasic acid salt as shown in Group B, and a trivalent or higher alcohol as shown in Group C or A carboxylic acid may be added as a third component.
Group A: ethylene glycol, triethylene glycol, 1,2-propylene glycol, 1,3-propylene glycol, 1,4 butanediol, neopentyl glycol, 1,4 butenediol, 1,4-bis (hydroxymethyl) cyclohexane , Bisphenol A, hydrogenated bisphenol A, polyoxyethylenated bisphenol A, polyoxypropylene (2,2) -2,2'-bis (4-hydroxyphenyl) propane, polyoxypropylene (3,3) -2, 2-bis (4-hydroxyphenyl) propane, polyoxyethylene (2,0) -2,2-bis (4-hydroxyphenyl) propane, polyoxypropylene (2,0) -2,2′-bis (4 -Hydroxyphenyl) propane and the like.
Group B: maleic acid, fumaric acid, mesaconic acid, citraconic acid, itaconic acid, glutaconic acid, phthalic acid, isophthalic acid, terephthalic acid, cyclohexanedicarboxylic acid, succinic acid, adipic acid, sebacic acid, malonic acid, linoleic acid, or Esters of these acid anhydrides or lower alcohols.
Group C: trihydric or higher alcohol such as glycerin, trimethylolpropane, pentaerythritol and the like, and trivalent or higher carboxylic acid such as trimellitic acid and pyromellitic acid.
[0035]
As the polyol resin, an epoxy resin and an alkylene oxide adduct of a dihydric phenol, or a compound having one active hydrogen in the molecule that reacts with the glycidyl ether and the epoxy group, and an active hydrogen that reacts with the epoxy resin in the molecule. There are compounds obtained by reacting two or more compounds.
[0036]
The following are used as the pigment used in the present invention.
Examples of black pigments include azine dyes such as carbon black, oil furnace black, channel black, lamp black, acetylene black, and aniline black, metal salt azo dyes, metal oxides, and composite metal oxides.
Examples of the yellow pigment include cadmium yellow, mineral fast yellow, nickel titanium yellow, navels yellow, naphthol yellow S, Hanza yellow G, Hanza yellow 10G, benzidine yellow GR, quinoline yellow lake, permanent yellow NCG, and tartrazine lake. .
Examples of orange pigments include molybdenum orange, permanent orange GTR, pyrazolone orange, vulcan orange, indanthrene brilliant orange RK, benzidine orange G, and indanthrene brilliant orange GK.
Examples of the red pigment include bengara, cadmium red, permanent red 4R, lithol red, pyrazolone red, watching red calcium salt, lake red D, brilliant carmine 6B, eosin lake, rhodamine lake B, alizarin lake, and brilliant carmine 3B.
Examples of purple pigments include Fast Violet B and Methyl Violet Lake.
Examples of the blue pigment include cobalt blue, alkali blue, Victoria Blue Lake, phthalocyanine blue, metal-free phthalocyanine blue, partially chlorinated phthalocyanine blue, fast sky blue, and indanthrene blue BC.
Green pigments include chrome green, chromium oxide, pigment green B, malachite green lake, and the like.
One or more of these can be used.
[0037]
Particularly in the case of color toners, it is essential to disperse good pigments uniformly.Instead of directly charging pigments into a large amount of resin, a masterbatch in which pigments are once dispersed at a high concentration is prepared and diluted. Is used. In this case, a solvent is generally used to help dispersibility, but there are environmental problems and the like, and in the present invention, water is used to disperse. When water is used, temperature control is important so that residual moisture in the masterbatch does not matter.
[0038]
In the toner of the present invention, a charge control agent is blended (internally added) inside the toner particles. However, they may be mixed (externally added) with the toner particles. The charge control agent makes it possible to control the charge amount optimally according to the development system. In particular, in the present invention, the balance between the particle size distribution and the charge amount can be further stabilized.
Nigrosine and quaternary ammonium salts, triphenylmethane dyes, imidazole metal complexes and salts can be used alone or in combination of two or more to control the toner to have a positive charge. Further, a metal salicylate complex, salts, organic boron salts, calixarene-based compounds, and the like are used to control the toner to have a negative charge.
[0039]
Further, a release agent can be internally added to the toner of the present invention in order to prevent offset during fixing.
Release agents include natural waxes such as candelilla wax, carnauba wax, and rice wax, montan wax and its derivatives, paraffin wax and its derivatives, polyolefin wax and its derivatives, sasol wax, low molecular weight polyethylene, and low molecular weight polypropylene. And alkyl phosphate esters. The melting point of these release agents is preferably from 65 to 90 ° C. If the temperature is lower than this range, blocking during storage of the toner tends to occur. If the temperature is higher than this range, offset may easily occur in a region where the temperature of the fixing roller is low.
[0040]
An additive may be added for the purpose of improving the dispersibility of the release agent and the like. As additives, styrene acrylic resin, polyethylene resin, polystyrene resin, epoxy resin, polyester resin, polyamide resin, styrene methacrylate resin, polyurethane resin, vinyl resin, polyolefin resin, styrene butadiene resin, phenol resin, butyral resin, terpene resin, There are polyol resins and the like, and a mixture of two or more of each resin may be used.
[0041]
As the resin, a crystalline polyester may be used. It is an aliphatic polyester having crystallinity, a sharp molecular weight distribution, and an absolute amount of the low molecular weight as much as possible. This resin undergoes crystal transition at the glass transition temperature (Tg), and at the same time, its melt viscosity sharply drops from the solid state, and exhibits a fixing function to paper.
By using the crystalline polyester resin, low-temperature fixing can be achieved without excessively lowering the Tg or molecular weight of the resin. Therefore, there is no decrease in preservability due to a decrease in Tg. Also, there is no deterioration in gloss and offset resistance that are too high due to the reduction in molecular weight. Therefore, the introduction of the crystalline polyester resin is very effective in improving the low-temperature fixability of the toner.
[0042]
In the toner of the present invention, in order to exhibit low-temperature fixability and ensure hot offset resistance, the content of the crystalline polyester is 1 to 50 with respect to the total amount of the resin and the release agent in the toner. % By weight, and the content of the release agent is preferably 2 to 15% by weight. When the content of the crystalline polyester is less than 1% by weight, there is no effect on the low-temperature fixability, and when it exceeds 50% by weight, the hot offset property deteriorates. When the content of the release agent is less than 2% by weight, there may be no effect on the anti-offset property, and when it exceeds 15% by weight, the fluidity of the toner decreases.
[0043]
Examples of a method for producing the toner according to the present invention include a pulverization method and a polymerization method (suspension polymerization, emulsion polymerization / dispersion polymerization, emulsion aggregation, emulsion association, and the like), but are not limited thereto.
[0044]
As an example of the pulverization method, first, the above-described resin, a pigment or dye as a colorant, a charge control agent, a release agent, other additives, and the like are sufficiently mixed by a mixer such as a Henschel mixer, and then a batch method is performed. The components are kneaded well using a hot roll kneader such as a two-roll mill, a Banbury mixer, a continuous twin screw extruder, or a continuous single screw kneader, followed by rolling, cooling and cutting.
After cutting, the kneaded toner is crushed, coarsely crushed using a hammer mill or the like, further crushed finely using a fine crusher using a jet stream or a mechanical crusher, and a classifier using a swirling stream and a Coanda effect. Is classified to a predetermined particle size by a classifier using Thereafter, an additive composed of inorganic particles or the like is attached or fixed to the particle surface by a mixer. The fluidity of the toner particles after the mixing step is evaluated using the present evaluation device.
In this case, in the sampling inspection, the sample is placed in a sample container, the sample container is directly placed on the sample stage of the evaluation device shown in FIG. 1, and the height of the toner powder phase before compaction is measured. And then measure torque and load. The rotation speed of the conical rotor was 0.1 to 100 rpm, and the penetration speed of the conical rotor was 0.5 to 100 mm / min. The measurement is performed by rotating the conical rotor, and then stopping the penetration after a predetermined penetration distance of 5 mm or more. After that, the conical rotor is pulled out and returned to the original initial position. The torque and the load when the conical rotor enters the toner powder phase are measured to evaluate the fluidity of the toner.
[0045]
When the toner fluidity is evaluated by the present evaluation device, the measured value (torque, load) and the toner fluidity have the following relationship.
When the torque is small, the fluidity is good.
If the torque is large, the fluidity is poor.
When the load is small, the fluidity is good.
When the load is large, the fluidity is poor.
[0046]
The characteristics of the present evaluation device using a conical rotor are as follows, and a sample can be measured quickly and easily as it is, so that highly accurate measurement without individual differences can be performed.
(1) Non-destructive inspection.
(2) The sample can be measured as it is.
(3) Measurement can be performed in a short time.
(4) Anyone can easily measure.
Therefore, measurement on a production line is also possible, and it can be installed between each process in a production process, and quality evaluation can be performed in the middle of the process. For example, after the mixing step, a sample extraction / measurement zone is provided in the course of transporting the powder sample to the next step, and a shutter is opened and closed at a certain timing to transport a fixed amount of the sample to the measurement unit. The tip of the measuring unit is a container made of SUS or the like, and the measurement is directly performed by the present evaluation device. Alternatively, the container is brought to the present evaluation device in another nearby place, and is placed on a sample stage and measured by the present evaluation device. The measured toner is returned to the original sample. As a result of the evaluation, if the numerical value is out of the predetermined setting range, the sample is not sent to the filling process but is sent to the toner reprocessing process. These mechanisms can be applied to inspection after the pulverizing / classifying step, which is a step before the mixing step, inspection after the air sieving step after the mixing step, inspection before filling, and the like. (See FIG. 7)
Further, the toner evaluation device having these functions can be used alone as an evaluation device in the development stage.
[0047]
In the case of toner, as described above, the measured values of the torque and load in this evaluation device indicate fluidity, and quantitative evaluation is possible. In the conventional evaluation method up to now, the difference between toners can be evaluated, but there is a problem that if the type of toner is different, it cannot be evaluated in the same playing field. However, the values measured by this evaluation device are torque values and load values as powder characteristics, and can be evaluated on the same ring even if the type of toner changes or the particle size changes. Evaluation value. In addition, since the difference in fluidity after evaluating the consolidation state can be evaluated, multifaceted evaluation is possible.
[0048]
The torque and load characteristics during the movement of the conical rotor in the toner powder phase are closely related to the fluidity of the powder. It is easy to move because of its small adhesive force, and even if the conical rotor is moved in the powder phase, the torque is small and the load change is small. On the contrary, when the fluidity of the powder is poor, it is difficult to move due to the large adhesive force between the individual powder particles, and when the conical rotor is moved within the powder phase, the conical rotor is moved. And the force (load) acting in the downward direction also increases.
Therefore, according to the evaluation method of the present invention, the fluidity can be evaluated based on the following relationship.
When fluidity is good → The torque and load when moving in the powder phase are small.
When the fluidity is poor → The torque and load when moving in the powder phase are large.
The fluidity of the toner is largely determined by the mixing step in the toner production step. That is, the fluidity of the toner particles greatly changes depending on the state in which the additive composed of the inorganic particles or the like is attached or fixed to the surface of the toner particles.
The mixing state of the toner varies depending on the mixing conditions (feed amount, rotation speed, mixing time, etc.) in the mixing step. Therefore, the mixing conditions play an important role in the fluidity, and the evaluation of the fluidity after the mixing step is important.
[0049]
In a printer or a copying machine, in order to realize high image quality, it is necessary to enhance the reproducibility of very minute dots. To achieve this, toner development that is faithful to very small latent images is required. To enable this faithful development, it is necessary to supply a uniform toner brush to the development area. For this purpose, it is necessary that the toner charge amount is in an appropriate condition, but the ease of movement of the toner and the ease of transport so that a stable and uniform toner brush can be supplied to the development area are extremely high. It becomes important. That is, in order to increase the reproducibility of minute dots, it is necessary to increase the fluidity of the toner.
Therefore, the fluidity of the toner was evaluated with this device using a conical rotor, and the relationship with the dot reproducibility was examined.As a result, there was a very strong correlation, and the dot reproducibility improved when the torque and load were small. Was.
[0050]
From the results, it was found that the toner having good dot reproducibility exhibited the following torque and load characteristics.
{Circle around (1)} The value of the torque when the conical rotor enters (at the time of entry of 20 mm) is 0.1 to 8.3 mNm.
{Circle around (2)} The value of the load when the conical rotor enters (at the time of entry of 20 mm) is 0.01 to 1.14 N.
[0051]
Note that other methods can be used for the evaluation mode without any problem. The evaluation item may be an intrusion distance to a certain load, an intrusion distance to a certain torque, or the like other than the torque and the load, or an integrated value of the torque and the load. Further, other evaluation items may be used.
After the mixing step, the mixture is passed through a sieve of 250 mesh or more to remove coarse particles and aggregated particles to obtain the toner of the present invention.
[0052]
A method other than the pulverization method is considered as a method for producing the toner according to the present invention. As an example of the polymerization method, a monomer composition obtained by adding a colorant and a charge control agent to a monomer is suspended in an aqueous medium. The toner particles are obtained by turbidity and polymerization. The granulation method is not particularly limited.
For example, the toner of the present invention is obtained by dissolving at least an isocyanate group-containing polyester prepolymer in an organic solvent, dispersing a pigment colorant, and dissolving or dispersing a release agent in an aqueous medium. Urea-modified polyester resin having a urea group by dispersing the prepolymer in the dispersion in the presence of inorganic fine particles and / or polymer fine particles and reacting the prepolymer with a polyamine and / or a monoamine having an active hydrogen-containing group in the dispersion. Is formed, and the liquid medium contained therein is removed from the dispersion containing the urea-modified polyester resin.
The urea-modified polyester resin has a Tg of 40 to 65 ° C, preferably 45 to 60 ° C. Its number average molecular weight Mn is 2,500 to 50,000, preferably 2,500 to 30,000. Its weight average molecular weight Mw is 10,000 to 500,000, preferably 30,000 to 100,000.
[0053]
This toner contains, as a binder resin, a urea-modified polyester-based resin having a urea bond and having a high molecular weight by a reaction between the prepolymer and the amine. The coloring agent is highly dispersed in the binder resin.
The obtained dried toner powder is subjected to air classification, and an additive composed of inorganic fine particles or the like is attached or fixed to the particle surface by a mixer under the above-described optimum mixing conditions. Alternatively, the charge control agent may be injected into the surface of the dried toner powder and fixedly injected. After that, an additive such as inorganic fine particles may be attached or fixed to the particle surface. By driving the charge control agent onto the surface, the charge amount of the toner can be easily controlled.
[0054]
Specific means for mixing and sticking and pouring are methods of applying impact force to the powder mixture by high-speed rotating blades, throwing the powder mixture into a high-speed air stream, accelerating it, and combining particles or There is a method in which the particles are made to collide with an appropriate collision plate. As the equipment, Angular mill (manufactured by Hosokawa Micron), I-type mill (manufactured by Nippon Pneumatic) was modified to reduce the pulverized air pressure, hybridization system (manufactured by Nara Machinery Co., Ltd.), Kryptron System (manufactured by Kawasaki Heavy Industries, Ltd.), automatic mortar and the like.
[0055]
After this mixing step, evaluation is performed using the present evaluation apparatus to evaluate whether or not a predetermined fluidity is obtained.
In the case of these methods also, inspection after granulation, inspection after treatment of charge control agent, inspection after mixing process of additives, inspection after air sieving process after mixing process, inspection before filling etc. Applicable.
Although the fluidity is affected by the shape of the toner, a very spherical toner having an average circularity of 0.9 to 0.99 has excellent fluidity and high dot reproducibility. Image quality can be improved.
Further, when used as a two-component developer, a two-component developer is obtained by mixing with a magnetic carrier described later at a predetermined mixing ratio.
[0056]
The present toner is used as a one-component developer used in a contact or non-contact developing system. Various known contact or non-contact development systems are used. For example, there are a contact developing method using an aluminum sleeve, a contact developing method using a conductive rubber belt, and a non-contact developing method using a developing sleeve in which a conductive resin layer containing carbon black or the like is formed on the surface of an aluminum tube. .
In addition, when the toner is developed using an AC bias voltage component during development, the toner has excellent fluidity, so that the toner vibrates faithfully in accordance with an electric field, and can faithfully develop a fine latent image. Good development becomes possible.
[0057]
Further, in the one-component developing method, the present toner is used in a developing method in which a roller-shaped blade for uniforming a toner layer is provided at an outlet of a toner supply unit. Further, a developing method using a supply roller as shown in FIG. 8 may be employed. In the case of such a method, not only filming on the photosensitive member but also filming on the doctor roller and the supply roller occurs. For this reason, not only can the toner layer not be formed uniformly, but also the toner charging becomes non-uniform, and the toner charge becomes small. For this reason, defective development occurs. However, when the toner of the present invention is used, filming does not occur on the doctor roller and the supply roller, stable development is performed, and a system having excellent durability characteristics is obtained.
Since the present toner has excellent fluidity, it can be sufficiently stored in a cartridge container, and is also suitable for an apparatus configured to transport toner from the cartridge container to the developing unit.
[0058]
When a magnetic toner is used, fine particles of a magnetic substance may be internally added to the toner particles. As the magnetic material, a ferromagnetic material such as ferrite, magnetite, iron, nickel, cobalt, or an alloy thereof can be considered. The average particle size of the magnetic material is preferably 0.1 to 1 μm. The content of the magnetic substance is preferably from 10 to 70 parts by weight based on 100 parts by weight of the toner.
[0059]
As the carrier used for the two-component developer, known carriers can be used. For example, magnetic particles such as iron powder, ferrite powder, nickel powder, and magnetite powder, or the surface of these magnetic particles is coated with a fluororesin or vinyl resin. And those treated with a silicone resin or the like, or magnetic particle-dispersed resin particles in which magnetic particles are dispersed in a resin. The average particle size of these magnetic carriers is preferably 20 to 100 μm. Preferably, it is 20 to 70 μm.
[0060]
As described above, the two-component developer of the present invention can be used by adding an inorganic fine powder to a toner as a fluidity improver.
Examples of the inorganic fine powder of the present invention include Si, Ti, Al, Mg, Ca, Sr, Ba, In, Ga, Ni, Mn, W, Fe, Co, Zn, Cr, Mo, Cu, Ag, V, and Zr. Oxides and composite oxides. Among them, fine particles of silicon dioxide (silica), titanium dioxide (titania), and alumina are preferably used. Further, it is effective to perform a surface modification treatment with a hydrophobizing agent or the like. The following are typical examples of the hydrophobizing agent.
Dimethyldichlorosilane, trimethylchlorosilane, methyltrichlorosilane, allyldimethyldichlorosilane, allylphenyldichlorosilane, benzyldimethylchlorosilane, bromomethyldimethylchlorosilane, α-chloroethyltrichlorosilane, p-chloroethyltrichlorosilane, Chloromethyldimethylchlorosilane, chloromethyltrichlorosilane, hexaphenyldisilazane, hexatolyldisilazane and the like.
The inorganic fine powder is preferably used in an amount of 0.1 to 2% by weight based on the toner. If it is less than 0.1% by weight, the effect of improving toner aggregation is poor. If it exceeds 2% by weight, problems such as scattering of toner between fine lines, contamination inside the machine, scratches and abrasion of the photoreceptor tend to occur. is there.
[0061]
The developer of the present invention may further contain other additives within a range that does not substantially adversely affect the lubricant, for example, lubricant powders such as polytetrafluoroethylene-based fluororesin powder, zinc stearate powder, and polyvinylidene fluoride powder; Alternatively, an abrasive such as cerium oxide powder, silicon carbide powder, or strontium titanate powder; or a small amount of a conductivity-imparting agent such as carbon black powder, zinc oxide powder, or tin oxide powder can be used as a developing property improver.
In addition, this evaluation method can be used for toners and capsule toners produced by a polymerization method or a spray drying method produced without using a kneading step or a pulverizing step.
[0062]
【Example】
Hereinafter, Examples will be described, but they do not limit the present invention in any way. All parts in the following formulations are parts by weight.
In this case, a toner was prepared in which the toner composition, the toner preparation method, and the mixing conditions were changed, the toner fluidity was evaluated using the present evaluation method, and the dot reproducibility was evaluated in five steps as a rough feeling of the image (rank 1). : Bad → rank 5: good).
In addition, a running durability test of 20,000 sheets was performed using a copying machine using OPC, and defects in toner transportability such as blocking in a developing section were evaluated. The case where there was no defect was evaluated as ○, and the case where there was a defect was evaluated as x.
The fluidity of the toner was evaluated using this evaluation device, and the torque and load values when the conical rotor penetrated 20 mm from the surface of the toner powder phase were measured.
In the case of using the first apparatus, the height of the toner phase before consolidation of the toner is measured in advance, and the data is obtained below (the distance between the piston and the height of the toner phase before consolidation is 5 mm; After the porosity was measured and the porosity was measured, the torque and the load were evaluated. In the case where the second device was used, the toner was preliminarily confined in the consolidation zone using the container positioning means. After measuring the porosity, the torque and load were evaluated.
The evaluation conditions for the conical rotor were as follows. In addition, the torque and load when the space ratio was 0.53 were adopted for the evaluation.
・ Vertical angle of conical rotor: 50 °
・ Number of rotations of the conical rotor: 2 rpm
-Penetration speed of conical rotor: 5 mm / min
[0063]
Example 1
Resin: polyester resin 100 parts Pigment: magenta pigment (CI Pigment Red 57) 4 parts Charge control agent: zinc salicylate 5 parts After sufficiently mixing the above raw materials with a mixer, a barrel temperature of 100 was obtained by a twin screw extruder. The mixture was melt-kneaded at 110 ° C. kneader rotation speed of 110 rpm. The kneaded product was rolled and cooled, coarsely pulverized by a cutter mill, pulverized by a fine pulverizer using a jet stream, and then classified into a particle size distribution having an average particle size of 6.5 μm by using a revolving air classifier. Further, an additive was mixed with 100 parts of the base colored particles under the following mixing conditions to prepare a toner.
Figure 2004279871
After the toner was produced, the height of the toner before compaction was measured by the first evaluation device, and then compacted. The compacted state (space ratio) and fluidity were measured, and the results are as shown in Table 1.
In addition, the toner was compacted by the second evaluation device, and the compacted state (point of failure, void ratio) and fluidity were measured.
The obtained toner was set in a copying machine in which the latent image carrier was an OPC drum photosensitive member and the cleaning method was blade cleaning, and an image evaluation experiment was performed.
As a result, the dot reproducibility of the image was ranked 4 on a 5-point scale.
[0064]
Example 2
Kneading, pulverization, and classification were performed using the same raw materials and production method as in Example 1, and the particles were classified into a particle size distribution having an average particle size of 6.5 μm.
Further, an additive was mixed with 100 parts of the base colored particles under the following mixing conditions to prepare a toner.
Figure 2004279871
After the toner was produced, the height of the toner before compaction was measured by the first evaluation device, and then compacted. The compacted state (space ratio) and fluidity were measured, and the results are as shown in Table 1.
In addition, the toner was compacted by the second evaluation device, and the compacted state (point of failure, void ratio) and fluidity were measured.
An image evaluation experiment was performed in the same manner as in Example 1. As a result, the dot reproducibility of the image was ranked 4 on a 5-point scale.
[0065]
Example 3
Kneading, pulverization, and classification were performed using the same raw materials and production method as in Example 1, and the particles were classified into a particle size distribution having an average particle size of 6.5 μm.
Further, an additive was mixed with 100 parts of the base colored particles under the following mixing conditions to prepare a toner.
Figure 2004279871
After the toner was produced, the height of the toner before compaction was measured by the first evaluation device, and then compacted. The compacted state (space ratio) and fluidity were measured, and the results are as shown in Table 1.
In addition, the toner was compacted by the second evaluation device, and the compacted state (point of failure, void ratio) and fluidity were measured.
An image evaluation experiment was performed in the same manner as in Example 1. As a result, the dot reproducibility of the image was ranked 5 on a five-point scale.
[0066]
Example 4
Kneading, pulverization, and classification were performed using the same raw materials and production method as in Example 1, and the particles were classified into a particle size distribution having an average particle size of 6.5 μm.
Further, an additive was mixed with 100 parts of the base colored particles under the following mixing conditions to prepare a toner.
Figure 2004279871
After the toner was produced, the height of the toner before compaction was measured by the first evaluation device, and then compacted. The compacted state (space ratio) and fluidity were measured, and the results are as shown in Table 1.
In addition, the toner was compacted by the second evaluation device, and the compacted state (point of failure, void ratio) and fluidity were measured.
An image evaluation experiment was performed in the same manner as in Example 1. As a result, the dot reproducibility of the image was ranked 5 on a five-point scale.
[0067]
Example 5
Kneading, pulverization, and classification were performed using the same raw materials and production method as in Example 1, and the particles were classified into a particle size distribution having an average particle size of 6.5 μm.
Further, an additive was mixed with 100 parts of the base colored particles under the following mixing conditions to prepare a toner.
Figure 2004279871
After the toner was produced, the height of the toner before compaction was measured by the first evaluation device, and then compacted. The compacted state (space ratio) and fluidity were measured, and the results are as shown in Table 1.
In addition, the toner was compacted by the second evaluation device, and the compacted state (point of failure, void ratio) and fluidity were measured.
An image evaluation experiment was performed in the same manner as in Example 1. As a result, the dot reproducibility of the image was ranked 5 on a five-point scale.
[0068]
Comparative Example 1
Kneading, pulverization, and classification were performed using the same raw materials and production method as in Example 1, and the particles were classified into a particle size distribution having an average particle size of 6.5 μm.
Further, an additive was mixed with 100 parts of the base colored particles under the following mixing conditions to prepare a toner.
Figure 2004279871
After the toner was produced, the height of the toner before compaction was measured by the first evaluation device, and then compacted. The compacted state (space ratio) and fluidity were measured, and the results are as shown in Table 1.
In addition, the toner was compacted by the second evaluation device, and the compacted state (point of failure, void ratio) and fluidity were measured.
Further, an image evaluation experiment was performed in the same manner as in Example 1. As a result, the dot reproducibility of the image was ranked 3 on a five-point scale.
[0069]
Example 6
<Synthesis of toner binder>
724 parts of bisphenol A ethylene oxide 2 mol adduct, 276 parts of isophthalic acid and 2 parts of dibutyltin oxide were placed in a reaction vessel equipped with a cooling pipe, a stirrer and a nitrogen introduction pipe, and reacted at 230 ° C. for 8 hours under normal pressure. After further reacting at a reduced pressure of 10 to 15 mmHg for 5 hours, the mixture was cooled to 160 ° C., and 32 parts of phthalic anhydride was added thereto and reacted for 2 hours.
Next, the mixture was cooled to 80 ° C. and reacted with 188 parts of isophorone diisocyanate in ethyl acetate for 2 hours to obtain an isocyanate-containing prepolymer I. Next, 267 parts of Prepolymer I and 14 parts of isophoronediamine were reacted at 50 ° C. for 2 hours to obtain a urea-modified polyester I having a weight average molecular weight of 64000.
In the same manner as described above, 724 parts of bisphenol A ethylene oxide 2 mol adduct and 276 parts of terephthalic acid are polycondensed at 230 ° C. for 8 hours under normal pressure, and then reacted at a reduced pressure of 10 to 15 mmHg for 5 hours to modify the peak molecular weight to 5,000. Untreated polyester A was obtained.
200 parts of urea-modified polyester I and 800 parts of unmodified polyester A were dissolved and mixed in 2000 parts of a mixed solvent of ethyl acetate / MEK (1/1) to obtain a solution of toner binder I in ethyl acetate / MEK. A part of the mixture was dried under reduced pressure to isolate the toner binder I. As a result of analysis, Tg was 62 ° C.
[0070]
<Preparation of toner>
Ethyl acetate / MEK solution of toner binder I 240 parts Pentaerythritol tetrabehenate (melt viscosity 25 cps) 20 parts Copper phthalocyanine blue pigment (CI pigment blue 15: 3) 4 parts The above raw materials are placed in a beaker at 60 ° C. The mixture was stirred at 12,000 rpm with a TK homomixer to uniformly dissolve and disperse to prepare a toner material solution.
Ion-exchanged water 706 parts Hydroxyapatite 10% suspension (Supatite 10 manufactured by Nippon Chemical Industry Co., Ltd.) 294 parts Sodium dodecylbenzenesulfonate 0.2 part The above-mentioned raw materials were put in a beaker and uniformly dissolved. Thereafter, the temperature was raised to 60 ° C., and the above-mentioned toner material solution was charged and stirred for 10 minutes while stirring at 12,000 rpm with a TK homomixer. Then, the mixture was transferred to a flask equipped with a stir bar and a thermometer, heated to 30 ° C. to remove the solvent under reduced pressure, separated by filtration, washed and dried, and then subjected to air classification to obtain toner particles. The volume average particle size was 6.5 μm. An additive was mixed with 100 parts of the toner particles under the following mixing conditions to obtain a toner.
Figure 2004279871
After the toner was produced, the height of the toner before compaction was measured by the first evaluation device, and then compacted. The compacted state (space ratio) and fluidity were measured, and the results are as shown in Table 1.
In addition, the toner was compacted by the second evaluation device, and the compacted state (point of failure, void ratio) and fluidity were measured.
The toner and carrier obtained by the above method were mixed in a ratio of 2.5 parts to 97.5 parts of the carrier to prepare a two-component developer.
The obtained developer was set in a copying machine in which the latent image carrier was an OPC drum photosensitive member and the cleaning method was blade cleaning, and an image evaluation experiment was performed.
As a result, the dot reproducibility of the image was ranked 4 on a 5-point scale.
[0071]
Example 7
Powder was prepared and classified using the same raw materials and preparation method as in Example 6, and classified into a particle size distribution having an average particle size of 6.5 μm.
Further, an additive was mixed with 100 parts of the base colored particles under the following mixing conditions to prepare a toner.
Figure 2004279871
After the toner was produced, the height of the toner before compaction was measured by the first evaluation device, and then compacted. The compacted state (space ratio) and fluidity were measured, and the results are as shown in Table 1.
In addition, the toner was compacted by the second evaluation device, and the compacted state (point of failure, void ratio) and fluidity were measured.
Further, a two-component developer was prepared in the same manner as in Example 6, and an image evaluation experiment was performed. As a result, the dot reproducibility of the image was ranked 5 on a five-point scale.
[0072]
Example 8
Powder was prepared and classified using the same raw materials and preparation method as in Example 6, and classified into a particle size distribution having an average particle size of 6.5 μm.
Further, an additive was mixed with 100 parts of the base colored particles under the following mixing conditions to prepare a toner.
Figure 2004279871
After the toner was produced, the height of the toner before compaction was measured by the first evaluation device, and then compacted. The compacted state (space ratio) and fluidity were measured, and the results are as shown in Table 1.
In addition, the toner was compacted by the second evaluation device, and the compacted state (point of failure, void ratio) and fluidity were measured.
Further, a two-component developer was prepared in the same manner as in Example 6, and an image evaluation experiment was performed. As a result, the dot reproducibility of the image was ranked 5 on a five-point scale.
[0073]
Comparative Example 2
Kneading, pulverization, and classification were performed using the same raw materials and production method as in Example 6, and the particles were classified into a particle size distribution having an average particle size of 6.5 μm.
Further, an additive was mixed with 100 parts of the base colored particles under the following mixing conditions to prepare a toner.
Figure 2004279871
After the toner was produced, the height of the toner before compaction was measured by the first evaluation device, and then compacted. The compacted state (space ratio) and fluidity were measured, and the results are as shown in Table 1.
In addition, the toner was compacted by the second evaluation device, and the compacted state (point of failure, void ratio) and fluidity were measured.
Further, a two-component developer was prepared in the same manner as in Example 6, and an image evaluation experiment was performed. As a result, the dot reproducibility of the image was ranked 3 on a five-point scale.
[0074]
Example 9
Resin: 100 parts of polyester resin Pigment: 10 parts of carbon black Charge control agent: 2 parts of zinc salicylate Release agent: 5 parts of rice wax Additive: 3 parts of styrene acrylic resin After thoroughly mixing the above raw materials with a mixer, 2 parts Melt kneading was performed at a barrel temperature of 100 ° C. and a rotation speed of 110 rpm by a shaft extruder. The kneaded product was rolled and cooled, coarsely pulverized by a cutter mill, pulverized by a fine pulverizer using a jet stream, and then classified into a particle size distribution having an average particle size of 6 μm using a revolving air classifier. Further, an additive was mixed with 100 parts of the base colored particles under the following mixing conditions to prepare a toner.
Figure 2004279871
After the toner was produced, the height of the toner before compaction was measured by the first evaluation device, and then compacted. The compacted state (space ratio) and fluidity were measured, and the results are as shown in Table 1.
In addition, the toner was compacted by the second evaluation device, and the compacted state (point of failure, void ratio) and fluidity were measured.
Further, the toner and the carrier obtained by the above-mentioned production method were mixed at a ratio of 2.5 parts to 97.5 parts of the carrier to prepare a two-component developer.
The obtained developer was set in a copying machine in which the latent image carrier was an OPC drum photosensitive member and the cleaning method was blade cleaning, and an image evaluation experiment was performed.
As a result, the dot reproducibility of the image was ranked 4 on a 5-point scale.
[0075]
Example 10
Kneading, pulverization, and classification were performed using the same raw materials and production method as in Example 9, and the particles were classified into a particle size distribution having an average particle size of 6.5 μm.
Further, an additive was mixed with 100 parts of the base colored particles under the following mixing conditions to prepare a toner.
Figure 2004279871
After the toner was produced, the height of the toner before compaction was measured by the first evaluation device, and then compacted. The compacted state (space ratio) and fluidity were measured, and the results are as shown in Table 1.
In addition, the toner was compacted by the second evaluation device, and the compacted state (point of failure, void ratio) and fluidity were measured.
Further, a two-component developer was prepared in the same manner as in Example 9, and an image evaluation experiment was performed. As a result, the dot reproducibility of the image was ranked 5 on a five-point scale.
[0076]
Example 11
Kneading, pulverization, and classification were performed using the same raw materials and production method as in Example 9, and the particles were classified into a particle size distribution having an average particle size of 6.5 μm.
Further, an additive was mixed with 100 parts of the base colored particles under the following mixing conditions to prepare a toner.
Figure 2004279871
After the toner was produced, the height of the toner before compaction was measured by the first evaluation device, and then compacted. The compacted state (space ratio) and fluidity were measured, and the results are as shown in Table 1.
In addition, the toner was compacted by the second evaluation device, and the compacted state (point of failure, void ratio) and fluidity were measured.
Further, a two-component developer was prepared in the same manner as in Example 9, and an image evaluation experiment was performed. As a result, the dot reproducibility of the image was ranked 5 on a five-point scale.
[0077]
Comparative Example 3
Kneading, pulverization, and classification were performed using the same raw materials and production method as in Example 9, and the particles were classified into a particle size distribution having an average particle size of 6.5 μm.
Further, an additive was mixed with 100 parts of the base colored particles under the following mixing conditions to prepare a toner.
Figure 2004279871
After the toner was produced, the height of the toner before compaction was measured by the first evaluation device, and then compacted. The compacted state (space ratio) and fluidity were measured, and the results are as shown in Table 1.
In addition, the toner was compacted by the second evaluation device, and the compacted state (point of failure, void ratio) and fluidity were measured.
Further, a two-component developer was prepared in the same manner as in Example 9, and an image evaluation experiment was performed. As a result, the dot reproducibility of the image was ranked 3 on a five-point scale.
[0078]
[Table 1]
Figure 2004279871
[0079]
[Table 2]
Figure 2004279871
[0080]
As can be seen from the results shown in Tables 1 and 2, there is a strong correlation between the fluidity evaluation value of the toner powder phase by the present evaluation device and the dot reproducibility. It can be seen that can be evaluated.
Further, as can be seen from the graph of FIG. 9 showing the relationship between the torque and the dot reproducibility, and the graph of FIG. 10 showing the relationship between the load and the dot reproducibility, it is necessary to obtain high image quality with good dot reproducibility. In order to obtain a toner having good fluidity, the following conditions must be satisfied. Further, under the following conditions, as can be seen from Table 1, when 20,000 sheets were run, there were no problems in toner transportability such as blocking in the developing section.
{Circle around (1)} The value of the torque when the conical rotor enters is 0.1 to 8.3 mNm.
{Circle around (2)} The value of the load when the conical rotor enters is 0.01 to 1.14 N.
If the torque value at the time of penetration of the conical rotor is less than 0.1 mNm, the charging characteristics other than the fluidity of the toner will be deteriorated and the image quality will be deteriorated. If it is larger than 8.3 mNm, the fluidity will be reduced and the dot reproducibility will be deteriorated. If the load value at the time of entering the conical rotor is less than 0.01 N, the charging characteristics of the toner will deteriorate and the image quality will deteriorate. If the load value exceeds 1.14 N, the fluidity of the toner will decrease and the dot reproducibility will deteriorate.
[0081]
【The invention's effect】
The fluidity of the powder is measured by measuring the height of the toner before consolidation using this evaluation device, consolidating under optimal consolidation conditions, evaluating the consolidation state, and then allowing the conical rotor to enter the powder phase while rotating. By measuring the torque or load generated when the conical rotor moves through the powder phase, the fluidity of the powder can be evaluated with high precision and without individual differences, and a toner with high image quality can be obtained. The conditions (1) and (2) are precisely defined so that a toner with high image quality can be stably produced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a conceptual diagram of a configuration example of a first powder fluidity evaluation device of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of a height measuring unit before consolidation in the first powder fluidity evaluation device of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing an example of the shape of a conical rotor.
FIG. 4 is a diagram showing another example of the shape of the conical rotor (change in the cross-sectional shape of the conical rotor, change in the cone apex angle).
FIG. 5 is a conceptual diagram of a configuration example of a second powder fluidity evaluation device of the present invention. .
FIG. 6 is a diagram showing a configuration example of a height measuring unit before consolidation in a second powder fluidity evaluation device of the present invention.
FIG. 7 is a schematic diagram illustrating an example of a toner manufacturing apparatus using the present evaluation device.
FIG. 8 shows an example of a developing device using a toner produced using the present evaluation device.
FIG. 9 is a diagram showing a relationship between torque and dot reproducibility when a conical rotor enters in Examples 1 to 11 and Comparative Examples 1 to 3.
FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the load and the dot reproducibility when the conical rotor enters in Examples 1 to 11 and Comparative Examples 1 to 3.

Claims (29)

圧密手段により圧密した粉体層中に、円錐ロータを回転させながら侵入させて、円錐ロータが粉体層中を移動する時に発生するトルクまたは荷重を測定してトナーの流動性を評価するのに用いられ、トナー層中に回転しながら侵入する円錐ロータ、回転する円錐ロータにかかるトルクを検出するトルクメータ、円錐ロータの回転によって容器にかかる荷重を検出するロードセルおよび円錐ロータあるいは容器を上下移動させる昇降機を少なくとも具備する粉体流動性評価装置であって、圧密前の粉体相の高さを測定する手段を備えていることを特徴とする粉体流動性評価装置。It is necessary to measure the torque or load generated when the conical rotor moves through the powder layer by rotating the conical rotor into the powder layer compacted by the consolidation means and evaluate the fluidity of the toner. A conical rotor that is used to enter the toner layer while rotating, a torque meter that detects torque applied to the rotating conical rotor, a load cell that detects a load applied to the container by rotation of the conical rotor, and moves the conical rotor or the container up and down. What is claimed is: 1. A powder fluidity evaluation device comprising at least an elevator, comprising: means for measuring the height of a powder phase before compaction. 予め圧密前の粉体相高さ計測手段により粉体相の高さを計測した後、その高さ情報により圧密条件を制御して粉体相を圧密することを特徴する請求項1に記載の粉体流動性評価装置。2. The powder phase according to claim 1, wherein after measuring the height of the powder phase by a powder phase height measuring means before compaction in advance, the compaction condition is controlled by the height information to compact the powder phase. Powder fluidity evaluation device. 圧密前の粉体相高さ計測手段により測定した圧密前の粉体相の高さを用いて、圧密時にピストンと粉体相との距離が1〜10mmの範囲でピストンの粉体相表面への衝突速度を低下させるようにしたことを特徴とする請求項1又は2に記載の粉体流動性評価装置。Using the height of the powder phase before consolidation measured by the powder phase height measuring means before consolidation, the distance between the piston and the powder phase during consolidation is in the range of 1 to 10 mm to the powder phase surface of the piston. The powder fluidity evaluation device according to claim 1 or 2, wherein the collision speed of the powder is reduced. 圧密前の粉体相の高さを計測する前に容器の下に設けた加振器により粉体相状態を安定化し、その後圧密前の粉体相高さ計測手段により圧密前の粉体相の高さを計測するようにしたことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の粉体流動性評価装置。Before measuring the height of the powder phase before consolidation, the state of the powder phase is stabilized by a vibrator provided below the container, and then the powder phase before consolidation is measured by the powder phase height measuring means before consolidation. The powder fluidity evaluation device according to any one of claims 1 to 3, wherein a height of the powder fluidity is measured. 圧密後の粉体相の空間率が0.4〜0.7になるようにしたことを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の粉体流動性評価装置。The powder fluidity evaluation device according to any one of claims 1 to 4, wherein the porosity of the powder phase after compaction is set to 0.4 to 0.7. 圧密手段により圧密した粉体層中に、円錐ロータを回転させながら侵入させて、円錐ロータが粉体層中を移動する時に発生するトルクまたは荷重を測定して粉体の流動性を評価するのに用いられ、粉体層中に回転しながら侵入する円錐ロータ、回転する円錐ロータにかかるトルクを検出するトルクメータ、円錐ロータの回転によって容器にかかる荷重を検出するロードセルおよび円錐ロータあるいは容器を上下移動させる昇降機を少なくとも具備する粉体流動性評価装置であって、圧密時に容器が移動しないように位置決め手段を備えていることを特徴とする粉体流動性評価装置。The conical rotor is caused to penetrate into the powder layer compacted by the compacting means while rotating, and the torque or load generated when the conical rotor moves through the powder layer is measured to evaluate the fluidity of the powder. A cone rotor that enters the powder layer while rotating, a torque meter that detects the torque applied to the rotating cone rotor, a load cell that detects the load applied to the container by the rotation of the cone rotor, and raises and lowers the cone rotor or the container. What is claimed is: 1. A powder fluidity evaluation device comprising at least an elevator for moving, wherein a positioning means is provided to prevent the container from moving during compaction. 位置決め手段が、容器底面の凹凸形状を利用していることを特徴する請求項6に記載の粉体流動性評価装置。7. The powder fluidity evaluation device according to claim 6, wherein the positioning means uses the uneven shape of the bottom surface of the container. 圧密時の圧密を行なうピストンと容器側面との距離が1〜1000μmの範囲であるようにしたことを特徴とする請求項6又は7に記載の粉体流動性評価装置。The powder fluidity evaluation device according to claim 6 or 7, wherein a distance between a piston for performing the consolidation and a side surface of the container is in a range of 1 to 1000 µm. 容器内側の表面粗さの振幅が0.01〜100μmの範囲であるようにしたことを特徴とする請求項6乃至8のいずれかに記載の粉体流動性評価装置。The powder fluidity evaluation device according to any one of claims 6 to 8, wherein the amplitude of the surface roughness inside the container is in the range of 0.01 to 100 µm. 容器材質の硬度をピストン材質の硬度より大きくしたことを特徴とする請求項6乃至9のいずれかに記載の粉体流動性評価装置。The powder fluidity evaluation device according to any one of claims 6 to 9, wherein the hardness of the container material is greater than the hardness of the piston material. 容器の材質にAlを用いたことを特徴とする請求項6乃至10のいずれかに記載の粉体流動性評価装置。The powder fluidity evaluation device according to any one of claims 6 to 10, wherein Al is used as a material of the container. 容器の下に加振器を具備し、圧密する前に該加振器により粉体相状態を安定化し、その後圧密するようにしたことを特徴とする請求項6乃至11のいずれかに記載の粉体流動性評価装置。12. A vibrator under the container, wherein the powder phase is stabilized by the vibrator before consolidation, and then consolidation is performed. Powder fluidity evaluation device. 円錐ロータの頂角が20〜150°であることを特徴とする請求項1乃至12のいずれかに記載の粉体流動性評価装置。13. The powder fluidity evaluation device according to claim 1, wherein the apex angle of the conical rotor is 20 to 150 [deg.]. 円錐ロータの表面に溝が切ってあることを特徴とする請求項1乃至13のいずれかに記載の粉体流動性評価装置。14. The powder fluidity evaluation device according to claim 1, wherein a groove is formed in a surface of the conical rotor. 円錐ロータの回転数が0.1〜100rpmであることを特徴とする請求項1乃至14のいずれかに記載の粉体流動性評価装置。The powder fluidity evaluation device according to any one of claims 1 to 14, wherein the number of revolutions of the conical rotor is 0.1 to 100 rpm. 円錐ロータの侵入速度が0.5〜150mm/minであることを特徴する請求項1乃至15のいずれかに記載の粉体流動性評価装置。The powder fluidity evaluation device according to any one of claims 1 to 15, wherein a penetration speed of the conical rotor is 0.5 to 150 mm / min. 請求項1乃至16のいずれかに記載の粉体流動性評価装置を用いて、添加剤を混合する混合工程以降のトナーの回転しながら円錐ロータ20mm侵入時のトルクの値が0.1〜8.3mNmになるようにしたことを特徴とする静電荷現像用トナー。The torque value when the conical rotor 20 mm penetrates into the conical rotor 20 mm while rotating the toner after the mixing step of mixing the additive, using the powder fluidity evaluation device according to any one of claims 1 to 16. 0.3 mNm. 請求項1乃至16のいずれかに記載の粉体流動性評価装置を用いて、添加剤を混合する混合工程以降のトナーの回転しながら円錐ロータ20mm侵入時の荷重の値が0.01〜1.14Nになるようにしたことを特徴とする静電荷現像用トナー。The load value when the conical rotor 20 mm enters while rotating the toner after the mixing step of mixing the additive is 0.01 to 1 using the powder fluidity evaluation device according to any one of claims 1 to 16. 14. An electrostatic charge developing toner, characterized in that it has a pressure of 14 N. 少なくとも樹脂、顔料からなるトナーの中に電荷制御剤および/または離型剤を含んでいることを特徴とする請求項17又は18に記載の静電荷現像用トナー。19. The electrostatic charge developing toner according to claim 17, wherein a charge control agent and / or a release agent is included in at least a toner composed of a resin and a pigment. トナー粉体の表面に添加剤が付着または固着していることを特徴とする請求項17乃至19のいずれかに記載の静電荷現像用トナー。The electrostatic charge developing toner according to any one of claims 17 to 19, wherein an additive is attached or fixed to the surface of the toner powder. トナーの平均粒径が4〜10μmであることを特徴とする請求項17乃至20のいずれかに記載の静電荷現像用トナー。21. The electrostatic charge developing toner according to claim 17, wherein the toner has an average particle diameter of 4 to 10 [mu] m. トナーが重合法またはスプレードライ法で製造されたものであることを特徴とする請求項17乃至21のいずれかに記載の静電荷現像用トナー。22. The toner according to claim 17, wherein the toner is manufactured by a polymerization method or a spray drying method. トナーの平均円形度が0.9〜0.99であることを特徴とする請求項17乃至22のいずれかに記載の静電荷現像用トナー。23. The toner according to claim 17, wherein the toner has an average circularity of 0.9 to 0.99. 請求項17乃至23のいずれかに記載の静電荷現像用トナーを用いて、接触または非接触現像を行なうことを特徴とする1成分現像方法。24. A one-component developing method comprising performing contact or non-contact development using the electrostatic charge developing toner according to claim 17. ドクターローラを用いることを特徴とする請求項24に記載の1成分現像方法。The one-component developing method according to claim 24, wherein a doctor roller is used. 請求項17乃至23のいずれかに記載の静電荷現像用トナーと粒径20〜100μmのキャリアからなる現像剤を用いて現像することを特徴とする2成分現像方法。24. A two-component developing method, wherein the developing is performed using the developer for electrostatic charge development according to claim 17 and a developer comprising a carrier having a particle size of 20 to 100 [mu] m. 請求項24乃至26のいずれかに記載の1成分現像方法または2成分現像方法において、ACバイアス電圧成分を印加して現像することを特徴とする現像方法。27. The developing method according to claim 24, wherein the developing is performed by applying an AC bias voltage component. 請求項1乃至16のいずれかに記載の粉体流動性評価装置を用いて、トナー製造過程で評価を行ない、その評価に基づいてトナーを製造することを特徴とする静電荷現像用トナーの製造方法。17. A method for producing an electrostatic charge developing toner, comprising: performing an evaluation in a toner production process using the powder fluidity evaluation apparatus according to claim 1; and producing the toner based on the evaluation. Method. 請求項17乃至23のいずれかに記載のトナーが収容されていることを特徴とするトナーカートリッジ。A toner cartridge containing the toner according to any one of claims 17 to 23.
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