JP2006064841A - トナーの製造方法、および製造装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 本発明は、正帯電トナー量が少なく、シャープな帯電量分布を有し、多数枚耐久に優れるトナーを高収率で製造できるトナーの製造方法、および製造装置の提供を課題とする。
【解決手段】 本発明のトナーの製造方法および装置は、球形の混合処理槽として、その混合処理槽内に位置する筒状部材に被処理物の流動方向を駆動軸における回転軸方向に変更せしめる被処理物流動規制板を取り付けた構造とし、その球形の混合処理槽に、被処理物として形状係数(ML2/A)が1.05〜1.40、形状係数(PM2/A)が1.05〜1.30であり、かつ、そのフロー軟化点(Tf1/2)が100〜130℃の少なくとも着色剤を含む球形状樹脂粒子と外添剤粒子とを投入して混合処理するものである。
【選択図】 図1
【解決手段】 本発明のトナーの製造方法および装置は、球形の混合処理槽として、その混合処理槽内に位置する筒状部材に被処理物の流動方向を駆動軸における回転軸方向に変更せしめる被処理物流動規制板を取り付けた構造とし、その球形の混合処理槽に、被処理物として形状係数(ML2/A)が1.05〜1.40、形状係数(PM2/A)が1.05〜1.30であり、かつ、そのフロー軟化点(Tf1/2)が100〜130℃の少なくとも着色剤を含む球形状樹脂粒子と外添剤粒子とを投入して混合処理するものである。
【選択図】 図1
Description
本発明は、電子写真法、静電記録、静電印刷等に使用されるトナーの製造方法、およびトナー製造装置に関する。
電子写真法は、例えば静電潜像が形成されている感光体等の像坦持体に電子写真用トナーが一旦付着された後、転写工程において中間転写媒体を介するか、または介さないで転写紙等に転写され、定着工程において紙面に熱圧定着されるものである。このような電子写真用トナーとしては重合法トナーや粉砕法トナーまた溶解懸濁トナーが知られ、重合法トナーとしては、例えば重合性単量体中に離型剤、着色剤、荷電制御剤、重合開始剤等を添加し、分散機を使用して均一に溶解、または分散させて得られる重合性単量体組成物を分散安定剤を含有する水相中に投入し、分散させ、重合させてトナー母粒子とされ、また、粉砕法トナーとしては、例えば結着樹脂中に離型剤、着色剤、荷電制御剤等を分散させた後、微粉砕手段によりトナーサイズに粉砕、分級してトナー母粒子とされ、さらに溶解懸濁トナーは、樹脂と着色剤、その他の成分を有機溶媒に溶解・分散した溶液を水相中へ投入して分散させた後、得られたエマルジョン粒子から有機溶媒を除去・乾燥させてトナー母粒子とされるものであり、得られたそれぞれのトナー母粒子には、流動性向上や帯電性安定を目的として外添剤粒子が混合処理されて電子写真用トナーとされる。また、電子写真用トナーとしては、現像方式により一成分磁性トナーまたは一成分非磁性トナーがあり、また、トナー粒子およびキャリア粒子からなる二成分トナーがある。
このようなトナーの製造におけるトナー母粒子と外添剤との混合処理に際しては、混合処理槽が用いられるが、外添剤粒子の投入重量はトナー母粒子の投入重量に対して数%程度と少なく、混合槽内での付着を回避するために、混合槽内への投入順序としては、外添剤粒子はトナー母粒子の後に投入されることになる。混合処理槽としては、ヘンシェルミキサーが多用されているが、ヘンシェルミキサーは、図3に示されるように混合処理槽1を円筒型とし、混合槽の底部に高速で回転する攪拌羽根を有するものであり、槽底で高速回転する下羽根5により発生する遠心力で被処理物を槽壁まで移動させ、円筒の垂直な槽壁を上昇させるものであり、被処理物は遠心力による上昇力の影響が衰えたところで重力により、被処理物自身の堆積により形成される傾斜面を滑り落ち、再度、高速回転する羽根により遠心力が与えられて上昇するという上下運動を繰り返すことにより混合が促進される。また、羽根を上下2段構造とし、被処理物自身の堆積による傾斜面を滑り落ちる途中で、上羽根10を回転させて被処理物を攪拌させて分散を促進させている。
このような混合処理槽においては、円筒形状の混合処理槽の立ち上がり部分で急激に被処理物の移動方向が変更するためにその運動量の変化による熱の発生が伴い、混合条件によっては被処理物が羽根先端や混合処理槽内部で溶着し、収率が低下するという問題が生じる。また、混合槽内上部に混合物の流れを調整する層流板を設けることも知られている(特許文献1)が、重力による滑りの部分では粒子はそのまま滑り落ちるだけであり、回転することが少なく、粒子同士の同じ部分が接触することとなり、所望の分散付着状態がなかなか得られないという問題がある。
最近、電子写真にあっては、一層の高速化、省エネからトナーの低温定着化が求められ、トナー粒子の低温溶融特性化を目的とした結着樹脂中に離型剤粒子が分散した内部分散型トナーや、また、結着樹脂そのものを低温定着化に適した溶融特性を有するものとしたトナーが開発されている。このような低温定着化を可能とするトナーは、ヘンシェルミキサーでは、被処理物が攪拌羽根や混合処理槽内部で溶着し、収率が低下するといった問題がより顕著となる。また、画像の高精細化を目的としてトナーを3〜10μmの小粒径のものとし、転写効率の向上を目的としてトナー形状を球状としたトナーにあって、トナー母粒子に対する外添剤粒子の均一な分散付着を目的として、ヘンシェルミキサーにおける攪拌羽根(下羽根)を直線性の高いものすることも知られている(特許文献1)が、低温定着化を可能とするトナーにおいては、上述した問題が依然として残るものである。
そこで、混合処理槽を球形とし、トナー母粒子と外添剤粒子とを槽内壁にそって高速で螺旋状上向きに流動させることで、短時間で均一な外添を可能とする方法が提案されている(特許文献2、特許文献3)。この方法では、処理槽の頂部まで内容物が流動した後、槽底の攪拌羽根に再供給されるので、ヘンシェルミキサーにおいては重力に依存していた内容物の上下動がよりダイナミックになり、2段羽根による流れを攪拌する必要がないという利点が得られる。
しかしながら、球形度の高いトナー母粒子は、その転動性は優れるものの不定形トナーに比して表面積が相対的に小さく、また、表面の凹凸も少なくなるために遊離してしまう外添剤量も多く、所定の量の外添剤粒子を均一に付着させることが困難であり、そのために攪拌速度を上げざるをえないという問題があるが、低温定着化を可能とするトナーにおいては混合処理槽における攪拌速度を上げると、羽根先端や混合処理槽内部での溶着が発生して収率(回収重量)が低下したり、また、逆帯電トナーの増加という問題が生じ、帯電量分布(Q/m)を狭くできないという問題がある。
また、球形混合処理層を使用し、球形度が高く、流動性の高いトナー母粒子に外添剤粒子を混合する場合や、また、多段処理に際して前段階で流動性改良剤を外添処理し、より流動性の高い状態にして2段目以降の外添処理を行うような場合には、球形混合処理層において被処理物が処理槽内壁に沿って螺旋状上向きに放出されても、混合槽の内壁面側にトナー母粒子の流動層が形成され、トナー母粒子より相対的に軽い外添剤粒子の場合はトナー母粒子の流動層上に浮いた状態となったり、相対的に重い外添剤粒子の場合はそのまま混合槽の内壁面側に沈んだままになりやすく、均一分散に時間がかかったり、また、一部の外添剤粒子が過剰にトナー母粒子に埋め込まれるといった問題が生じ、逆帯電トナーの増加という問題が生じ、帯電量分布(Q/m)を狭くできないという問題がある。
特開平9−96923号公報
特開平8−173783号公報
特開2002−268277
本発明は、正帯電トナー量が少なく、シャープな帯電量分布を有し、多数枚耐久に優れるトナーを高収率で製造することができるトナーの製造方法、およびその製造装置の提供を課題とする。
本発明のトナーの製造方法は、球形の混合処理槽を使用したトナーの製造方法において、該球形の混合処理槽を、水平円板状の槽底と、該水平円板状の槽底の中心を垂直に貫く回転駆動軸に被処理物を処理槽内壁に沿って螺旋状上向きに放出するタービン羽根を取り付け、また、該駆動軸の延長線上の混合処理層頂部を垂直に貫く筒状部材をその先端部が混合処理槽内に位置するように配置し、前記タービン羽根の回転により螺旋状上向きに放出された被処理物を槽頂部まで移動させてその運動エネルギーを低下させ、被処理物を槽底のタービン羽根に再供給すると共に、前記混合処理槽内に位置する筒状部材に被処理物の流動方向を駆動軸における回転軸方向に変更せしめる被処理物流動規制板を取り付けた構造とし、該混合処理槽に、被処理物として形状係数(ML2/A)が1.05〜1.40、形状係数(PM2/A)が1.05〜1.30であり、かつ、そのフロー軟化点(Tf1/2)が100〜130℃の少なくとも着色剤を含む球形状樹脂粒子と外添剤粒子とを投入して混合処理することを特徴とする。
外添剤粒子が、平均粒径5nm〜50nmの疎水性シリカ微粒子と平均粒径80nm〜500nmの疎水性シリカ微粒子との混合物であることを特徴とする。
混合処理されたトナーにおいて、パーティクルアナライザーで測定される遊離トナー母粒子量が40個数%以下であることを特徴とする。
本発明のトナー製造装置は、少なくとも着色剤を含む球形状樹脂粒子と外添剤粒子とを被処理物として混合処理する球形の混合処理槽からなるトナー製造装置において、該球形の混合処理槽が、水平円板状の槽底と、該水平円板状の槽底の中心を垂直に貫く回転駆動軸に被処理物を処理槽内壁に沿って螺旋状上向きに放出するタービン羽根を取り付け、また、該駆動軸の延長線上の混合処理層頂部を垂直に貫く筒状部材をその先端部が混合処理槽内に位置するように配置し、前記タービン羽根の回転により螺旋状上向きに放出された被処理物を槽頂部まで移動させてその運動エネルギーを低下させ、被処理物を槽底のタービン羽根に再供給すると共に、前記混合処理槽内に位置する筒状部材に被処理物の流動を駆動軸における回転軸方向に変更せしめる被処理物流動規制板が取り付けられてなり、また、前記被処理物における球形状樹脂粒子の形状係数(ML2/A)が1.05〜1.40、形状係数(PM2/A)が1.05〜1.30、かつ、フロー軟化点(Tf1/2)が100〜130℃であることを特徴とする。
被処理物流動規制板における被処理物との対向面を扇状面とし、該扇状面が被処理物が流動してくる方向に垂直に対向する方向から、被処理物の流動してくる方向に向けて0°〜90°の範囲内で対向するように筒状部材に取り付けられると共に、該扇状面の上端縁の形状を混合処理槽内壁形状に対応した形状とし、扇状面の上端縁と混合処理槽内壁との最接近隙間を1mm〜30mmとすることを特徴とする。
扇状面における筒状部材側の上端縁と混合処理槽内壁との隙間を、筒状部材とは反対側の上端縁と混合処理槽内壁との隙間より大きくすることを特徴とする。
被処理物流動規制板における扇状面の上端縁の長さを、処理槽内面を球とした場合の周長の1/10〜1/4とすることを特徴とする。
被処理物流動規制板における扇状面の幅の長さを、処理槽内面を球とした場合の半径の1/10〜1/1とすることを特徴とする。
本発明のトナーの製造方法および製造装置は、球形でかつ低いフロー軟化点を有するトナー母粒子の外添処理に適し、遊離外添剤量や正帯電トナー量が少なく、シャープな帯電量分布を有し、耐久性に優れるトナーとでき、また、トナーを高収率で得ることができる。
本発明のトナーの製造方法で使用するトナー母粒子は、少なくとも着色剤を含む球形状樹脂粒子であり、球形状樹脂粒子はその形状係数(ML2/A)が1.05〜1.40であり、また、形状係数(PM2/A)が1.05〜1.30であり、また、フロー軟化点(Tf1/2)が100〜130℃である。
トナー母粒子の形状係数(ML2/A)、形状係数(PM2/A)は、分散剤とともに水に分散したトナー母粒子を、光学顕微鏡にて200倍に拡大した3μm以上のトナー像を500個無作為にサンプリングし、得られた画像情報をインターフェースを介して、ニコレ社製画像解析装置(Luzex AP)に導入して解析して、実粒子の最長長さ、実粒子の投影画像の周囲長、実粒子の投影面積をそれぞれ求め、下式により算出して得られる値としてそれぞれ定義される。
ML2/A=(π/4)(実粒子の最長長さ)2 /(実粒子の投影面積)
PM2/A=(実粒子の投影画像の周囲長)2 /(4π・実粒子の投影面積)
形状係数(ML2/A)はトナー母粒子の球形の度合いを示し、また、形状係数(PM2/A)はトナー母粒子の表面の凹凸の程度を示している。トナー母粒子の形状係数(ML2/A)が1.40を超えると共に形状係数(PM2/A)が1.30を超えると、球形から不定形に近づき、混合処理槽内での流動性が悪く、攪拌羽根の周速を低下させても収率が低下し、また、正帯電トナー量が増え、帯電量分布が拡がるという問題がある。
PM2/A=(実粒子の投影画像の周囲長)2 /(4π・実粒子の投影面積)
形状係数(ML2/A)はトナー母粒子の球形の度合いを示し、また、形状係数(PM2/A)はトナー母粒子の表面の凹凸の程度を示している。トナー母粒子の形状係数(ML2/A)が1.40を超えると共に形状係数(PM2/A)が1.30を超えると、球形から不定形に近づき、混合処理槽内での流動性が悪く、攪拌羽根の周速を低下させても収率が低下し、また、正帯電トナー量が増え、帯電量分布が拡がるという問題がある。
また、トナー母粒子の形状係数(ML2/A)が1.05より小さいと共に形状係数(PM2/A)が1.05より小さいと、球形形状が真球に近づき、トナー母粒子への外添剤粒子の均一付着が困難であり、そのため攪拌羽根の周速を上げざるを得ず、羽根先端や槽壁へのトナー母粒子の溶着が発生し、収率が低下し、また、遊離外添剤量や正帯電トナー量も増え、帯電量分布が拡がる傾向がある。
球形状樹脂粒子はその形状係数(ML2/A)が1.05〜1.40、好ましくは1.05〜1.30であり、かつ、形状係数(PM2/A)が1.05〜1.30、好ましくは1.05〜1.20である。また、形状係数(ML2/A)の値としては、形状係数(PM2/A)の値より大とするとよい。トナー形状をこのような特定の球形度とすることで、トナー収率に優れるトナーの製造方法とでき、また、遊離外添剤量や正帯電トナー量が低く、帯電量分布の狭いトナーとできる。
本発明で製造されるトナーは、トナー母粒子に外添剤粒子が外添処理され、負帯電性トナーとされるものであり、トナー母粒子は、結着樹脂および着色剤を含み、必要に応じて、離型剤、分散剤、帯電制御剤、磁性剤などの内添剤を含有する。
結着樹脂としては、例えばポリスチレン系樹脂、アクリレート系樹脂あるいはメタアクリレート系樹脂(以下、(メタ)アクリレート系樹脂という)、スチレン−アクリル系樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエチレン樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリプロピレン樹脂、フッ素樹脂、ポリアミド樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、およびこれらの樹脂の構成成分を含む共重合体などが用いられる。
このような結着樹脂には、樹脂自体として正帯電性または弱負帯電性に帯電するものがあり、例えばポリスチレン系樹脂、スチレン−アクリル系樹脂が例示される。ポリスチレン系樹脂としては、例えば、水素添加スチレン樹脂、スチレン−イソブチレン共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体(ABS樹脂)、アクリロニトリル−スチレン共重合体(AS樹脂)、アクリロニトリル−塩化ポリエチレン−スチレン共重合体(ACS樹脂)、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−ブタジエン架橋ポリマー、スチレン−ブタジエン−塩素化パラフィン共重合体、スチレン−アリルアルコール共重合体、スチレン−ブタジエンゴム、スチレン−マレイン酸エステル共重合体、スチレン−イソブチレン共重合体、スチレン−無水マレイン酸共重合体などが挙げられる。
また、スチレン−(メタ)アクリレート系樹脂共重合体としては、例えばアクリレート−スチレン−アクリロニトリル共重合体(ASA樹脂)、スチレン−ジエチルアミノ−エチルメタアクリレート共重合体、スチレン−メチルメタアクリレート共重合体、スチレン−n−ブチルメタアクリレート共重合体、スチレン−メチルメタアクリレート−n−ブチルアクリレート共重合体、スチレン−メチルメタアクリレート−ブチルアリレート−N−(エトキシメチル)アクリルアミド共重合体、スチレン−グリシジルメタアクリレート共重合体、スチレン−ブタジエン−ジメチルアミノエチルメタアクリレート共重合体、スチレン−アクリル酸エステル−マレイン酸エステル共重合体、スチレン−メタアクリル酸メチル−アクリル酸2−エチルヘキシル共重合体、スチレン−n−ブチルアリレート−エチルグリコールメタアクリレート共重合体、スチレン−n−ブチルメタアクリレート−アクリル酸共重合体、スチレン−n−ブチルメタアクリレート−無水マレイン酸共重合体、スチレン−ブチルアクリレート−イソブチルマレイン酸ハーフエステル−ジビニルベンゼン共重合体、スチレン−ブタジエン−アクリレート共重合体、スチレン−アクリレート共重合体などが挙げられる。これらの結着樹脂には、通常、負帯電制御剤が添加され、適切な負帯電量を有するトナー母粒子が作成される。
また、結着樹脂自体として負帯電性に帯電する樹脂としては、側鎖にカルボキシル基、フェニル基、チオフェニル基、スルホン酸基などの置換基を有している樹脂が例示される。これらの置換基は、金属塩の形態であることが好ましい。金属塩としては、亜鉛、マグネシウム、アルミニウム、ナトリウム、カルシウム、クロム、鉄、マンガン、コバルト等との金属塩であることが好ましい。あるいは、これらの置換基は、アンモニウムイオン、ピリジニウムイオン、イミダゾリウムイオン等の有機塩基との塩の形態でもよい。負帯電性樹脂としては、ポリエステル樹脂が最も好ましく用いられる。
ポリエステル樹脂は、多価アルコールと多価カルボン酸またはその誘導体との重縮合によって得られ、側鎖にカルボキシル基を有する。多価アルコールとしては、2価アルコール、3価アルコールあるいは4価以上のアルコールが用いられる。2価アルコールとしては、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、1,3−ブチレングリコール、1,4−ブチレングリコール、1,6−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ビスフェノールAエチレンオキサイド付加物、ビスフェノールAプロピレンオキサイド付加物などが挙げられる。3価アルコールとしては、グリセロール、トリメチロールプロパン、トリメチロールエタン、1,2,4−ブタントリオール、1,2,5−ペンタントリオール、2−メチルプロパントリオール、2−メチル−1,2,4−ブタントリオール、1,3,5−トリヒドロキシメチルベンゼンなどが挙げられる。4価以上のアルコールとしては、ソルビトール、1,2,3,6−ヘキサンテトラオール、1,4−ソルビタン、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、トリペンタエリスリトール等が挙げられる。中でも、ネオペンチルグリコール、トチメチロールプロパン、ビスフェノールAエチレンオキサイド付加物、およびビスフェノールAプロピレンオキサイド付加物が好ましく用いられ、また、これらの多価アルコールは、単独または混合して用いられる。
多価カルボン酸としては、2価カルボン酸、3価以上のカルボン酸、およびそれらの誘導体が挙げられる。2価カルボン酸としては、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、シトラコン酸、フタル酸、テレフタル酸、イソフタル酸などが挙げられる。2価カルボン酸の誘導体としては、これらの低級アルキルエステルまたは酸無水物が用いられる。低級アルキルエステルとしては、炭素数1〜12のアルキルエステル、好ましくはメチルエステル、エチルエステルが好ましく用いられる。中でも、芳香族環を有する2価カルボン酸であるフタル酸、テレフタル酸、イソフタル酸、それらの低級アルキルエステル、またはそれらの無水物が好ましく用いられる。
3価以上のカルボン酸としては、1,2,4−ベンゼントリカルボン酸、1,2,5−ベンゼントリカルボン酸、1,2,4−シクロヘキサントリカルボン酸、2,5,7−ナフタレントリカルボン酸、1,2,4−ナフタレントリカルボン酸、1,2,4−ブタントリカルボン酸、1,2,5−ヘキサトリカルボン酸、1,3−ジカルボキシル−2−メチル−2−メチレンカルボキシプロパン、テトラ(メチレンカルボキシル)メタン、1,2,7,8−オクタンテトラカルボン酸、ピロメリット酸が挙げられる。これらの誘導体として、これらのカルボン酸の低級アルキルエステルまたは酸無水物等が挙げられる。
ポリエステル樹脂の製造方法には特に制限はなく、多価カルボン酸と多価アルコールとを、当業者が通常用いる方法により重縮合させることにより製造される。重縮合に際し、多価カルボン酸と多価アルコールとの反応量は、カルボキシル基と水酸基のモル比(OH/COOH)が0.8〜1.4の間であることが好ましい。また、得られるポリエステル樹脂の酸価を1〜100mgKOH/gになるように調整することが好ましい。より好ましくは1〜30である。酸価が1mgKOH/gより小さいと電荷制御剤、剥離剤、着色剤等の内添剤の結着樹脂に対する分散性が低下する。酸価が100mgKOH/gを超えると、トナーの耐湿性が低下する。
特に高いレベルの耐オフセット性、および透明性(定着画像の平滑性)を得たい場合には、ポリエステル樹脂としてウレタン変性ポリエステル樹脂を用いることが好ましい。ウレタン変性ポリエステル樹脂は、ポリエステル樹脂とイソシアネートとの反応により得られ、ポリエステル樹脂の水酸基1モル当量あたり、イソシアネートが0.3〜0.99モル当量、好ましくは0.5〜0.95モル当量の混合比で反応させるとよい。イソシアネートのモル比が0.3未満であると耐オフセット性が低下するおそれがある。0.99より大きくなると粘度上昇が著しく攪拌が困難になる場合がある。イソシアネートとしては、特に制限はないが、ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、トリレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、テトラメチルキシリレンジイソシアネート等が好ましく用いられる。
着色剤としては、以下に示すような、有機顔料、無機顔料、および染料が使用できる。有機および無機顔料のうち、黒色顔料としては、カーボンブラック、酸化銅、四三酸化鉄、二酸化マンガン、アニリンブラック、活性炭などが用いられる。
黄色顔料としては、黄鉛、亜鉛黄、カドミウムイエロー、黄色酸化鉄、ミネラルファストイエロー、ニッケルチタンイエロー、ネーブルスエロー、ナフトールエローS、ハンザエロー、ベンジジンエローG、ベンジジンエローGR、キノリンエローレーキ、パーマネントエローNCG、タートラジンレーキなどが用いられる。
橙色顔料としては、赤色黄鉛、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、インダスレンブリリアントオレンジGKMなどが用いられる。
赤色顔料としては、ベンガラ、カドミウムレッド、鉛丹、硫化水銀、カドミウム、パーマネントレッド4R、リソールレッド、ピロゾロンレッド、ウオッチングレッド、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などが用いられる。
紫色顔料としては、マンガン紫、ファストバイオレットB、メチルバイオレットレーキなどが用いられる。青色顔料としては、紺青、コバルトブルー、アルカリブルーレーキ、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、インダスレンブルーBCなどが用いられる。
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、ファイナルイエローグリーンGなどが用いられる。
白色顔料としては、亜鉛華、酸化チタン、アンチモン白、硫化亜鉛などが用いられる。
体質顔料としては、バライト粉、炭酸バリウム、クレー、シリカ、ホワイトカーボン、タルク、アルミナホワイトなどが用いられる。
また、染料としては、塩基性染料、酸性染料、分散染料、直接染料などが用いられる。このような染料としては、ニグロシン、メチレンブルー、ローズベンガル、キノリンイエロー、ウルトラマリンブルーなどが例示される。
本発明が、透光性カラートナーである場合、着色剤としては、以下に示す種々の顔料、染料が用いられる。
黄色顔料としては、C.I.10316(ナフトールイエローS)、C.I.11710(ハンザエロー10G)、C.I.11660(ハンザエロー5G)、C.I.11670(ハンザエロー3G)、C.I.11680(ハンザエローG)、C.I.11730(ハンザエローGR)、C.I.11735(ハンザエローA)、C.I.11740(ハンザエローNR)、C.I.12710(ハンザエローR)、C.I.12720(ピグメントイエローL)、C.I.21090(ベンジジンエロー)、C.I.21095(ベンジジンエローG)、C.I.21100(ベンジジンエローGR)、C.I.20040(パーマネントエローNCG)、C.I.21220(バルカンファストエロー5)、C.I.21135(バルカンファストエローR)などが用いられる。
赤色顔料としては、C.I.12055(スターリンI)、C.I.12075(パーマネントオレンジ)、C.I.12175(リソールファストオレンジ3GL)、C.I.12305(パーマネントオレンジGTR)、C.I.11725(ハンザエロー3R)、C.I.21165(バルカンファストオレンジGG)、C.I.21110(ベンジジンオレンジG)、C.I.12120(パーマネントレッド4R)、C.I.1270(パラレッド)、C.I.12085(ファイヤーレッド)、C.I.12315(ブリリアントファストスカーレット)、C.I.12310(パーマネントレッドF2R)、C.I.12335(パーマネントレッドF4R)、C.I.12440(パーマネントレッドFRL)、C.I.12460(パーマネントレッドFRLL)、C.I.12420(パーマネントレッドF4RH)、C.I.12450(ライトファストレッドトーナーB)、C.I.12490(パーマネントカーミンFB)、C.I.15850(ブリリアントカーミン6B)などが用いられる。
青色顔料としては、C.I.74100(無金属フタロシアニンブルー)、C.I.74160(フタロシアニンブルー)、C.I.74180(ファーストスカイブルー)などが用いられる。
これらの着色剤は、単独であるいは複数組合せて用いることができるが、結着樹脂100質量部に対して、1〜20質量部、好ましくは2〜10質量部使用することが望ましい。20質量部より多いとトナーの定着性および透明性が低下し、一方、1質量部より少ないと所望の画像濃度が得られない虞れがある。
離型剤としては、パラフィン系ワックス、ポリオレフィン系ワックス、芳香族基を有する変性ワックス、脂環基を有する炭化水素化合物、天然ワックス、炭素数12以上の長鎖脂肪酸またはそのエステル、長鎖脂肪酸金属塩(金属石鹸)、脂肪酸アミド、脂肪酸ビスアミド等が使用される。上記離型剤のうち、パラフィン系ワックス、ポリオレフィン系ワックスおよび金属石鹸が好ましく用いられる。
パラフィン系ワックスとしては、例えば、パラフィンワックス(日本石油(株)製あるいは日本精蝋(株)製)、マイクロワックス(日本石油(株)製)、マイクロクリスタリンワックス(日本精蝋(株)製)、硬質パラフィンワックス(日本精蝋(株)製)、PE−130(ヘキスト製)、三井ハイワックス110P(三井石油化学(株)製)、三井ハイワックス220P(三井石油化学(株)製)、三井ハイワックス660P(三井石油化学(株)製)、三井ハイワックス210P(三井石油化学(株)製)、三井ハイワックス320P(三井石油化学(株)製)、三井ハイワックス410P(三井石油化学(株)製)、三井ハイワックス420P(三井石油化学(株)製)、変性ワックスJC−1141(三井石油化学(株)製)、変性ワックスJC−2130(三井石油化学(株)製)、変性ワックスJC−4020(三井石油化学(株)製)、変性ワックスJC−1142(三井石油化学(株)製)、変性ワックスJC−5020(三井石油化学(株)製)、密ロウ、カルナバワックス、モンタンワックス等を挙げることができる。
ポリオレフィン系ワックスとしては、例えば低分子量ポリプロピレン、低分子量ポリエチレン、酸化型のポリプロピレン、酸化型のポリエチレン等が挙げられる。ポリオレフィン系ワックスの具体例としては、例えば、Hoechst Wax PE520、Hoechst Wax PE130、Hoechst Wax PE190(ヘキスト製)、三井ハイワックス200、三井ハイワックス210、三井ハイワックス210M、三井ハイワックス220、三井ハイワックス220M(三井石油化学工業(株)製)、サンワックス131−P、サンワックス151−P、サンワックス161−P(三洋化成工業(株)製)などのような非酸化型ポリエチレンワックス、Hoechst Wax PED121、Hoechst Wax PED153、Hoechst Wax PED521、Hoechst Wax PED522、同Ceridust 3620 、同Ceridust VP130、同Ceridust VP5905、同Ceridust VP9615A、同Ceridust TM9610F、同 Ceridust3715 (ヘキスト製)、三井ハイワックス420M(三井石油化学工業(株)製)、サンワックスE−300、サンワックスE−250P(三洋化成工業(株)製)などのような酸化型ポリエチレンワックス、Hoechist Wachs PP230(ヘキスト製)、ビスコール330−P、ビスコール550−P、ビスコール660P(三洋化成工業(株)製)などのような非酸化型ポリプロピレンワックス、およびビスコールTS−200(三洋化成工業(株)製)などのような酸化型ポリプロピレンワックスが例示される。
脂肪酸金属塩(金属石鹸)としては、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸マグネシウム、オレイン酸亜鉛、パルミチン酸亜鉛、パルミチン酸マグネシウム等が好ましく用いられる。
これらの離型剤は、単独であるいは組合せて使用することができる。離型剤としては、低軟化点(融点)の化合物が好ましく、軟化点が40〜130℃、好ましくは50〜120℃のものが、好ましく使用される。なお、軟化点は、セイコーインスツルメント(株)製「DSC120」で測定されるDSC吸熱曲線における吸熱メインピーク値で表される。
分散剤として、金属石鹸、ポリエチレングリコール等を添加してもよい。
帯電制御剤は、トナー母粒子の帯電性を制御するために、必要に応じて用いられる。結着樹脂自体の負帯電性の度合いが低い場合、あるいは結着樹脂自体が正に帯電している場合には、負帯電制御剤を用いてトナー母粒子全体が所望のレベルの負帯電性を有するようにする。
負帯電制御剤としては、サリチル酸誘導体の金属塩あるいは金属錯体、ベンジル酸誘導体の金属塩、フェニルボレイト4級アンモニウム塩などが挙げられる。サリチル酸誘導体あるいはベンジル酸誘導体の金属塩としては、これらの亜鉛塩、ニッケル塩、銅塩、クロム塩などが好ましく用いられる。市販の負帯電制御剤としては、例えば、オイルブラック(Color Index 26150)、オイルブラックBY(オリエント化学工業(株)製)、ボントロンS−22(オリエント化学工業(株)製)、サリチル酸金属錯体E−81(オリエント化学工業(株)製)、チオインジゴ系顔料、銅フタロシアニンのスルホニルアミン誘導体、スピロンブラックTRH(保土谷化学工業(株)製)、ボントロンS−34(オリエント化学工業(株)製)、ニグロシンSO(オリエント化学工業(株)製)、セレスシュバルツ(R)G(ファルベン・ファブリケン・バイヤ製)、クロモーゲンシュバルツETOO(C.I.NO.14645)、アゾオイルブラック(R)(ナショナル・アニリン製)などが挙げられる。中でも、サリチル酸金属錯体E−81が好ましく用いられる。これらの負帯電制御剤は、単独であるいは複数種組合せて使用することができる。負帯電制御剤は、好ましくは、トナー母粒子の帯電量が−5〜−60μC/gとなるように結着樹脂に配合される。従って、用いる結着樹脂の種類により、結着樹脂に対する添加量が決定されるが、一般的には、結着樹脂100質量部に対して0.1〜5質量部の範囲で配合される。
正帯電性制御剤は、トナー母粒子の負帯電量の調整のため、必要に応じて負帯電性樹脂に内添される。正帯電制御剤としては、市販の正帯電制御剤が用いられる。例えば、ニグロシンベースEX(オリエント化学工業(株)製)、第4級アンモニウム塩P−51(オリエント化学工業(株)製)、ニグロシンボントロンN−01(オリエント化学工業(株)製)、スーダンチーフシュバルツBB(ソルベントブラック3:Color Index 26150)、フェットシュバルツHBN(C.I.NO.26150)、ブリリアントスピリッツシュバルツTN(ファルベン・ファブリッケン・バイヤ製)、ザボンシュバルツX(ファルベルケ・ヘキスト製)が挙げられる。中でも第4級アンモニウム塩P−51が好ましく用いられる。上記の他に、アルコキシ化アミン、アルキルアミド、モリブデン酸キレート顔料なども正帯電制御剤として用いられる。これらの正帯電制御剤は、単独であるいは複数種組合せて使用することができる。
磁性剤として、例えば、Fe、Co、Ni、Cr、Mn、Zn等の金属粉、Fe3 O4 、Fe2 O3 、Cr2 O3 、各種フェライト等の複合金属酸化物、マンガンと酸を含む合金等の熱処理によって強磁性を示す合金等を添加してもよく、これらは、予めカップリング剤等で処理したものを用いてもよい。
粉砕法トナーとしては、(1) 結着樹脂、着色剤、および離型剤等の添加剤を所定量、例えば、ヘンシェルミキサー20B(三井鉱山(株))などの混合機に投入し、均一に混合する。(2) 次いで、得られた混合物を二軸混練押出機(池貝化成(株)製PCM−30)に投入して均一に溶融混練する。溶融混練手段としては、他に「TEM−37」(東芝機械(株))、「KRCニーダー」((株)栗本鉄工所)等の連続式混練機や加熱・加圧ニーダーのようなバッチ式混練機等が挙げられる。(3) 得られた溶融混練物を、粉砕手段を用いて微粉砕し、所望の平均粒子径のトナー母粒子を得る。粉砕は、例えば、ジェット粉砕機200AFG(ホソカワミクロン(株))あるいはIDS−2(日本ニューマチック工業(株))を使用するジェットエアーによる衝突粉砕の他に機械式粉砕機ターボミル(川崎重工(株))、スーパーローター(日清エンジニアリング(株))等により行われるとよい。(4) 微粉砕後、風力又はローター回転を用いて、得られたトナー母粒子の粒度を調整する。例えば、風力分級装置100ATP(ホソカワミクロン(株))又はDSX−2(日本ニューマチック工業(株))又はエルボージェット(日鉄鉱業(株))等を使用するとシャープな粒径分布となる。(5) 粉砕法トナーの球形化処理は、粉砕工程で、比較的丸い球状で粉砕可能な装置、例えば機械式粉砕機として知られるターボミル(川崎重工業製)を使用するか、また、粒度調整したトナーを熱風球形化装置(日本ニューマチック工業製)により処理し、その形状係数(ML2/A)、形状係数(PM2/A)を上述した範囲内に調整する。
また、溶解懸濁法トナーは、前述の結着樹脂と着色剤、離型剤等の内添剤を有機溶媒に溶解した後、水相中に分散剤・乳化剤と共に分散させ、造粒し、分離・乾燥することによりトナー母粒子とするものである。溶解懸濁法では真球状のトナー母粒子が得られるが、トナー母粒子のTg温度以上で加熱変形させることで球形度を適宜調整することができる。
次に、重合法トナーは、懸濁重合法、乳化重合法、分散重合法等により得られる。懸濁重合法においては、重合性単量体、着色顔料、離型剤、必要により更に、染料、重合開始剤、架橋剤、荷電制御剤、その他の添加剤を溶解又は分散させた単量体組成物を、懸濁安定剤(水溶性高分子、難水溶性無機物質)を含む水相中に攪拌しながら添加して造粒、重合させ、所望の粒子サイズを有する着色トナー母粒子を形成するものである。重合法トナー作製に用いられる材料において、着色剤、離型剤、荷電制御剤に関しては上述した粉砕トナーと同様の材料が使用できる。
また、乳化重合法においては、単量体と離型剤、必要により更に重合開始剤、乳化剤(界面活性剤)などを水中に分散させて重合を行い、次いで凝集過程で着色剤、荷電制御剤と凝集剤(電解質)等を添加することによって所望の粒子サイズを有する着色トナー母粒子を形成することができる。
重合性単量体成分としては、公知のビニル系モノマーが使用可能であり、例えば、スチレン、o−メチルスチレン、m−メチルスチレン、p−メチルスチレン、α−メチルスチレン、p−メトキシスチレン、p−エチルスチレン、ビニルトルエン、2,4−ジメチルスチレン、p−n−ブチルスチレン、p−フェニルスチレン、p−クロルスチレン、ジビニルベンゼン、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸イソブチル、アクリル酸n−オクチル、アクリル酸ドデシル、アクリル酸ヒドロキシエチル、アクリル酸2−エチルヘキシル、アクリル酸フェニル、アクリル酸ステアリル、アクリル酸2−クロルエチル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸n−ブチル、メタクリル酸イソブチル、メタクリル酸n−オクチル、メタクリル酸ドデシル、メタクリル酸ヒドロキシエチル、メタクリル酸2−エチルヘキシル、メタクリル酸ステアリル、メタクリル酸フェニル、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、フマル酸、ケイ皮酸、エチレングリコール、プロピレングリコール、無水マレイン酸、無水フタル酸、エチレン、プロピレン、ブチレン、イソブチレン、塩化ビニル、塩化ビニリデン、臭化ビニル、フッ化ビニル、酢酸ビニル、プロピレン酸ビニル、アクリロニトリル、メタクリルニトリル、ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、ビニルケトン、ビニルヘキシルケトン、ビニルナフタレン等が挙げられる。なお、フッ素含有モノマーとしては例えば2,2,2−トリフルオロエチルアクリレート、2,2,3,3−テトラフルオロプロピルアクリレート、フッ化ビニリデン、三フッ化エチレン、テトラフルオロエチレン、トリフルオロプロピレンなどはフッ素原子が負荷電制御に有効であるので使用が可能である。
乳化剤(界面活性剤)としては、例えばドデシルベンゼン硫酸ナトリウム、テトラデシル硫酸ナトリウム、ペンタデシル硫酸ナトリウム、オクチル硫酸ナトリウム、オレイン酸ナトリウム、ラウリン酸ナトリウム、ステアリン酸カリウム、オレイン酸カルシウム、ドデシルアンモニウムクロライド、ドデシルアンモニウムブロマイド、ドデシルトリメチルアンモニウムブロマイド、ドデシルピリジニウムクロライド、ヘキサデシルトリメチルアンモニウムブロマイド、ドデシルポリオキシエチレンエーテル、ヘキサデシルポリオキシエチレンエーテル、ラウリルポリオキシエチレンエーテル、ソルビタンモノオレアートポリオキシエチレンエーテル等がある。
重合開始剤としては、例えば、過硫酸カリウム、過硫酸ナトリウム、過硫酸アンモニウム、過酸化水素、4,4’−アゾビスシアノ吉草酸、t−ブチルハイドロパーオキサイド、過酸化ベンゾイル、2,2’−アゾビス−イソブチロニトリル等がある。
凝集剤(電解質)としては、例えば、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化リチウム、塩化マグネシウム、塩化カルシウム、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸リチウム、硫酸マグネシウム、硫酸カルシウム、硫酸亜鉛、硫酸アルミニウム、硫酸鉄等が挙げられる。
重合法トナーの球形度の調節法としては、乳化重合法においては2次粒子の凝集過程で温度と時間を制御することで適宜調整することができる。また、懸濁重合法では真球状のトナー母粒子が得られるが、トナー母粒子のTg温度以上で加熱変形させることで球形度を適宜調整することができる。
離型剤の含有量としては、粉砕トナーにおいては粉砕性の観点から結着樹脂100質量部に対して1〜10質量部、好ましくは2〜7質量部であり、また、重合トナーにおいては、5〜30質量部、好ましくは5〜20質量部であるが、粉砕トナーにおいては、結着樹脂自体を低溶融性のものとしてもよく、例えば本出願人が先に出願した特願2003−293707、特願2003−293708、特願2003−293709に記載の結晶性ポリエステル樹脂を含有する結着樹脂が例示される。
結着樹脂の質量平均分子量は特に制限はないが、通常2,000〜30,000、好ましくは4,000〜25,000、更に好ましくは6,000〜20,000である。分子量が2,000よりも小さいとフロー軟化点(Tf1/2)が低くなりすぎ、耐久性が低下し、また、粉砕法トナーにあっては混練時の粘度が低くなり、着色剤の分散が十分に行うことができなくなる恐れがあり、得られたトナーの彩度あるいは透明性が低下することがある。分子量が30,000より大きいと、フロー軟化点(Tf1/2)が高くなりすぎ、低温定着可能なトナーとはできず、また、粉砕法トナーにあっては粘度が高くなり過ぎて、着色剤の分散を十分に行うことができず、トナーの彩度あるいは透明性が低下することがある。また、粉砕性が低下する虞がある。なお、上記範囲内の分子量を有する樹脂を複数混合して結着樹脂としてもよい。なお、結着樹脂の分子量は、ゲル・パーミエーション・クロマトグラフィー(GPC)によって測定される。
本発明のトナー母粒子は、画像形成に際して低温で熱圧定着するに適したトナーとするために、トナー母粒子のフロー軟化点(Tf1/2)は100〜130℃、好ましくは100〜120℃とされる。また、トナー母粒子のガラス転移温度(Tg)は50〜100℃、好ましくは60〜90℃である。なお、外添剤粒子を付着して得られるトナーにおけるフロー軟化点(Tf1/2)は100〜130℃、好ましくは100〜120℃のものとされ、定着工程における熱圧条件(140〜200℃、線圧0.04〜0.1kgf/mm)において定着可能な、所謂「低温定着可能なトナー」とするものである。
フロー軟化点(Tf1/2)は、結着樹脂1.0gをペレット状に加圧成形してサンプルとし、(株)島津製作所製「フローテスターCFT−500D」を用いて、下記条件にて測定する。昇温速度 5℃/分;シリンダー圧力2.0MPa;ダイ穴径1.0mm;ダイ穴長1.0mm;Tm算出法1/2法。さらに、結着樹脂のガラス転移温度(Tg)は、結着樹脂10mgをアルミニウム製セルにパッキングし、セイコーインスツルメント(株)製「DSC120」を用いて下記の条件で測定する。測定温度0〜200℃;昇温速度10℃/分:2度目の昇温時のDSC曲線より読み取る。
また、トナー母粒子の体積平均粒子径は、粉砕法トナー、重合法トナー共に9μm以下、好ましくは3.0μm〜8μmである。9μmよりも大きなトナー粒子では、1200dpi以上の高解像度で潜像を形成しても、その解像度の再現性が小粒子径のトナーに比べて低下し、また3.0μm以下になると、トナーによる隠蔽性が低下するとともに、流動性を高めるために外添剤の使用量が増大し、その結果、定着性能が低下する傾向があるので好ましくない。なお、本発明における上述したトナー母粒子やトナー粒子の平均粒径は、粒子像分析装置(シスメックス製 FPIA2100)で測定した値である。
次に、無機外添剤粒子としては、環境安定性に優れる疎水化処理された外添剤粒子が例示される。更に、非接触現像用としては好ましくは粒径の相違する外添剤粒子を使用するとよい。粒径の相違する外添剤粒子としては、平均粒径80nm〜500nm、好ましくは90nm〜300nmの外添剤粒子と平均粒径10nm〜50nm、好ましくは10nm〜40nmの外添剤粒子が用いられる。大粒子径の外添剤粒子と小粒子径の外添剤粒子との平均粒子径の差は30nm以上あることが好ましく、50nm以上あることがさらに好ましい。外添剤粒子の粒径は電子顕微鏡法により測定されるものであり、以下、外添剤粒子の平均粒径は一次平均粒径である。
外添剤粒子としては、負帯電性のシリカ微粒子や帯電調整を目的として正帯電性シリカ微粒子が例示されるが、小粒径のシリカ粒子はトナーの流動性向上を目的として添加され、また、大粒径のシリカ微粒子はトナーの帯電安定性や耐久性の向上を目的としたり、また、非接触現像に適したトナーとするために添加される。
大粒子径のシリカと小粒子径のシリカとの添加比が質量比で1:4〜2:1であることが、トナーに流動性を付与し、かつ帯電の長期安定性を得る上で好ましい。また、シリカ微粒子の添加量は、トナー母粒子の粒子径分布あるいは流動性などにより、または外添剤の粒子径分布、所望の帯電量などにより変動し得るが小粒子径のシリカとしては、トナー母粒子100質量部に対して0.5〜2.0質量部、好ましくは0.5〜1.5質量部添加される。大粒子径シリカとしては0.1〜2.0質量部、好ましくは、0.2〜1.0質量部添加される。大粒子径シリカと小粒子径シリカとは、上記混合比率を考慮しつつ、トナー母粒子100質量部に対して合計量で0.5〜3.0質量部、好ましくは0.7〜2.5質量部添加される。
シリカ微粒子は疎水化処理されていることが好ましい。シリカ微粒子の表面を疎水性にすることにより、トナーの流動性および帯電性がさらに向上する。シリカ微粒子の疎水化は、アミノシラン、ヘキサメチルジシラザン、ジメチルジクロロシランなどのシラン化合物;あるいはジメチルシリコーン、メチルフェニルシリコーン、フッ素変性シリコーンオイル、アルキル変性シリコーンオイル、アミノ変性シリコーンオイル、エポキシ変性シリコーンオイル等のシリコーンオイルを用いて、例えば、湿式法、乾式法など当業者が通常使用する方法により行われる。
小粒径の疎水性シリカ微粒子としては、市販の日本アエロジル(株)製のRX200(平均粒径12nm)、同RX50(40nm)などが例示される。また、大粒径の疎水性シリカ微粒子としては、日本触媒(株)製の球状アモルファスシリカ(KE−E40、平均粒径180nm)、(KE−E30、平均粒径280nm)等が例示される。
また、外添剤粒子として、比較的電気抵抗率の小さい酸化チタンの微粒子が例示される。酸化チタンは、ルチル型、アナターゼ型、ルチル−アナターゼ型などの結晶形を取り得る。いずれの結晶系の酸化チタンを用いてもよいが、ルチル−アナターゼ型の酸化チタンが、電荷の調整をしやすい点、印字枚数が増えても、酸化チタン粒子がトナー母粒子内に埋没し難いなどの点で好ましく用いられる。酸化チタン微粒子の粒径あるいは長軸の大きさが80nm〜500nm、好ましくは90nm〜300nmの酸化チタン粒子と10nm〜50nm、好ましくは10nm〜40nmの酸化チタン粒子とが併用される。
大粒子径の酸化チタンと小粒子径の酸化チタンとの添加比が質量比で3:1〜1:3であることが好ましい。また、酸化チタン粒子の添加量は、小粒子径の酸化チタンがトナー母粒子100質量部に対して0.2〜1.0質量部添加される。大粒子径の酸化チタンとしては0.2〜1.0質量部、好ましくは、0.3〜1.0質量部添加される。大粒子径酸化チタンと小粒子径酸化チタンとは、上記混合比率を考慮しつつ、トナー母粒子100質量部に対して合計量で0.4〜2.0質量部添加される。
酸化チタンの微粒子の表面は疎水性であることが、トナーの外部環境の変化に対する帯電性の変化を小さくし(すなわち、安定な帯電性を維持し)、かつトナーの流動性を良好にするために好ましい。酸化チタン微粒子の疎水化は、上記負帯電性シリカ微粒子の疎水化と同じ方法で行われる。小粒子径の疎水性酸化チタン微粒子としては、チタン工業(株)製のSTT−30S(平均粒径30nm)などが例示される。大粒子径の疎水性酸化チタン微粒子としては、同社製のST110S(平均粒径100nm)、同社製のST121S(平均粒径200nm)、同社製のST120S(BET比表面積3.0m2 /g、平均粒径300〜500nm)などが例示される。
酸化チタン微粒子以外の無機微粒子も、帯電性の制御、流動性の向上を目的として外添され得る。例えば、無機微粒子としては、酸化アルミニウム、酸化ストロンチウム、酸化錫、酸化ジルコニア、酸化マグネシウム、酸化インジウム等の金属酸化物の微粒子、窒化珪素等窒化物の微粒子、炭化珪素等の炭化物の微粒子、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、炭酸カルシウム等の金属塩の微粒子、並びにこれらの複合物等の無機微粒子が挙げられる。電気抵抗率が109 Ωcm以下の、比較的電気抵抗率の小さい金属酸化物の微粒子が好ましく用いられる。添加する無機微粒子の大きさとしては、粒径が10〜30nmの大きさであることが好ましい。これらの無機微粒子は、帯電特性の安定化を目的として、その表面を疎水化処理することが好ましい。疎水化処理は、上記負帯電性シリカ微粒子、正帯電性シリカ微粒子の疎水化方法のいずれかと同じ方法が採用される。
また、トナー母粒子と上述した無機外添剤粒子とが混合処理された後、その処理物と外添剤粒子として長鎖脂肪酸またはその塩が混合処理されてもよい。長鎖脂肪酸としては、好ましくは炭素数10〜30、より好ましくは炭素数12〜28、さらに好ましくは炭素数12〜18の飽和、または不飽和脂肪酸が用いられる。長鎖脂肪酸は分岐を有していてもよいが、直鎖飽和脂肪酸、例えばステアリン酸が好ましく用いられる。長鎖脂肪酸は、塩の形態で用いることが好ましく、金属塩(いわゆる金属石鹸)の形態であることがさらに好ましい。長鎖脂肪酸の金属塩としては特に制限はないが、例えばカルシウム塩、亜鉛塩、マグネシウム塩、アルミニウム塩、リチウム塩等が挙げられる。金属石鹸としては、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸亜鉛等が挙げられ、これらの微粒子が好ましく用いられる。長鎖飽和脂肪酸またはその塩でなる粒子は、単独で用いてもよく、2種以上混合して用いてもよい。粒子状の長鎖脂肪酸またはその塩、特に長鎖脂肪酸金属塩(金属石鹸)粒子は、体積平均粒子径もしくは長軸の径が0.1〜10μm、好ましくは1〜5μmである。平均粒子径または長軸の径がこの範囲を外れると、結着剤、滑剤、流動補助剤としての効果、あるいはトナー凝集防止効果が十分に発揮できない傾向にある。
長鎖脂肪酸またはその塩、特に金属石鹸は、耐熱性および潤滑性の観点から、融点が100〜160℃程度のものが好ましい。融点が100℃より低いとトナーの耐熱性が低下し、高温環境で保管した場合にトナーが凝集するおそれがある。160℃より高いと潤滑作用が低減するおそれがある。長鎖飽和脂肪酸またはその塩でなる粒子は、トナー母粒子100質量部に対して0.1〜1.0質量部、好ましくは0.1〜0.5質量部添加される。添加量が0.1質量部より少ないと、上記結着剤としての効果、凝集防止効果、流動補助剤、滑剤などの効果を十分に発揮することができないおそれがある。また、添加量が1.0質量部より多いと流動性に劣り、帯電立ち上がり性が著しく悪化し、カブリなどのノイズが発生するおそれがある。
次に、本発明のトナー製造装置について説明する。
トナー母粒子と外添剤粒子との混合処理に際しては、図1〜図3に示す球形混合処理槽が使用される。図1は中央断面図、図2は混合羽根の一例を示す平面図、図3は混合処理層の上半球部をフランジ部8から開け、内側からみた状態を示す図である。図中、1は球形混合処理槽、2は水平円板状の槽底、3は回転駆動軸、4はドーナツ状円板、5は攪拌翼、6はエアシール孔、7は円筒部材、8はフランジ、9はジャケット、11はタービン羽根、12は被処理物流動規制板、13は取り付け部材である。
図1、2に示すように、球形混合処理槽1は、水平円板状の槽底2と、槽底2の中心を垂直に貫く回転駆動軸3に断面円錐形状をもつタービン羽根11が取付けられ、また、外周端部上には攪拌翼5が複数枚それぞれ取付けられている。タービン羽根は一段羽根であり、羽根による剪断作用が比較的少なく、分散性を小さくした状態で混合を進めることができる。また、攪拌翼5にはその上部に補強を目的とするドーナツ状円板4が取付けられている。
容器1の頂部には、回転駆動軸3の延長線上の混合処理槽頂部を貫く筒状部材7がその槽内先端部を上半球内に位置するように配置され、シールエア抜きを可能とすると共にその先端には、取り付け部材13を介して被処理物流動規制板12が取り付けられる。混合処理層における上半球は、中央部のフランジ8から開閉可能とされ、上半球を開いて被処理物が投入される。投入された被処理物は、タービン羽根11の回転による遠心力により処理槽1内壁面に沿って螺旋状(図示せず)で図1に示す矢印のごとく上向きに放出され、頂部に到り、運動エネルギーを低下させ、落下する。落下した被処理物は円錐上面を滑り落ち、攪拌翼5に再供給される。この工程を繰り返すことで分散混合が進む。また、球形混合処理槽は、ジャケット9が設けられ、熱媒体が流されて被処理物を加熱または冷却可能とされる。処理槽1の下部には外添処理済みの被処理物の排出口(図示せず)が設けられる。
回転駆動軸3には、シールエア孔6を介してタービン羽根11が回転可能に取り付けられる。攪拌翼5の先端は、図1、図2に示すようにドーナツ状円板4の外周と槽内壁との間に位置するように配置されている。また、攪拌翼5の下側のエッジは、図1に示すように処理槽1の球面状の内壁に沿った弧状とされ、回転することにより被処理物を処理槽内面の曲面に沿って処理槽頂部に向けて螺旋状に放出可能な形状とされる。シールエア孔6は、高温となる駆動軸部分に被処理物が侵入することを防止するためのエアー供給孔であり、また、供給されたエアーは筒状部材7から排出される。
被処理物の均一処理性、供給されたエアーの排出性の観点から、筒状部材7の容器内部での長さは、容器内部のドーナツ状円板4からの高さの1/20以上、好ましくは1/3以上の長さとするとよいが、上限としては被処理物を静置した時の粉面に接触しない程度の長さとするとよい。また、筒状部材7は円筒形状以外でもシールエアーが抜ける構造であればよく、例えばスリットを有した構造でもよい。
水平円板状の槽底2の直径と処理槽1の直径との比は0.25〜0.80であり、ドーナツ状円板4の外径と水平状の槽底2の直径との比は0.50〜1.20であり、タービン羽根の直径と処理槽1の直径との比は0.50〜0.90とするとよい。また、ドーナツ状円板4の内径と外径との比は0.5〜0.95、好ましくは0.7〜0.8である。
また、球状混合処理槽への被処理物の仕込み量は、処理槽の容積に対する比で0.1〜0.9、好ましくは0.3〜0.5とするとよい。
球形混合処理槽は、図4に示すヘンシェルミキサーのごとく、被処理物の急激な立ち上がりをさせるのではなく、被処理物であるトナー母粒子と外添剤粒子とを曲面状の槽壁に沿って高速で流動させることができ、また、被処理物が流動する壁面距離が長く、トナー母粒子が転がりやすくなり、短時間での均一な外添処理を可能とする。さらに、被処理物は混合処理槽の頂部まで移動した後、運動エネルギーを低下させ、落下し、槽底のタービン羽根に再供給されるので、ヘンシェルミキサーのごとく重力に依存していた被処理物の上下動がよりダイナミックとなる。また、上羽根を設ける必要がないという利点を有する。なお、外添剤粒子の凝集が強い場合には槽内に凸部を設けて乱流を発生させて解砕させることも可能である。
被処理物流動規制板12は、図1に示すように、被処理物を駆動軸における回転軸方向へかき寄せる方向となるように支持部材13に取り付けられるとよい。駆動軸における回転軸方向とは反対方向では流動層の流れを大きく乱しすぎ、被処理物の温度上昇を招き、外添剤粒子の付着にムラが生じる。また、被処理物流動規制板12は、図1に示すように、筒状部材に取り付け部材を介して上半球内に設置するとよい。下半球ではタービン羽根から放出されたばかりの被処理物をすぐに乱流にすることとなり、トナー母粒子への付着にムラが生じる。被処理物流動規制板12は混合処理槽における上半球内壁形状に対応した上端縁a形状を有すると共に被処理物の流動を回転駆動軸3方向に規制する扇状面Aを有し、また、その取り付け角度としては、図3に示すように、処理槽内壁に沿って螺旋状上向きに放出された被処理物が流動してくる方向に扇状面Aが垂直に対向する方向(図3における点線方向)を0°としたとき、被処理物の流動してくる方向に向かってθの角度範囲で対向させ、被処理物の流動方向を回転駆動軸3の回転軸方向であって、筒状部材の下方方向に規制するように取り付けられるとよい。筒状部材に当たるように流動を規制すると被処理物の堆積等が生じるので好ましくない。θとしては0°を超え、90°以下の角度とするとよく、好ましくは20〜80°とするとよい。θが範囲外であると被処理物の上下運動の妨げとなるので好ましくない。
また、被処理物流動規制板は、流動層の層流状態を一部乱流にすることを目的とするものであり、被処理物、特に樹脂粒子が遠心力で形成する内壁面における流動層の厚みにもよるが、扇状面の上端縁aと混合処理槽における上半球内壁bとの最接近隙間の距離としては、1mm〜30mm、好ましくは2mm〜15mmとするとよい。1mm未満では、樹脂粒子が被処理物流動規制板12に滞留し、動かない樹脂粒子や外添されない樹脂粒子が発生し、また、30mmを超えると乱流にする効果が充分に得られない。また、扇状面Aにおける筒状部材側の上端縁a′と上半球内壁b′との隙間(間隔)を、筒状部材とは反対側の上端縁a″と上半球内壁b″との隙間(間隔)より大きくし、筒状部材側の上端縁a′と上半球内壁b′との隙間を少なくとも1.0mm以上、好ましくは1.5mm以上とするとよく、被処理物流動規制板が混合処理槽頂部に配置されたとしても被処理物の滞留を防止することができる。
また、被処理物流動規制板12における扇状面Aの上端縁aの弧長(L1 )としては、被処理物流動規制板の取り付け角度により調整されるとよいが、処理槽内面を球とした場合の周長の1/10〜1/4、好ましくは1/8〜1/5とするとよく、1/10未満であると乱流を発生させる効果が少なく、また、1/4を超えると乱流が大きくなりすぎる。
また、被処理物流動規制板における扇状面Aの幅長(L2 )としては、被処理物、特に樹脂粒子が遠心力で形成する内壁面における流動層の厚み以上とするとよく、処理槽内面を球とした場合の半径の1/10〜1/1、好ましくは1/10〜1/3とするとよい。扇状面Aの幅長(L2 )が1/10未満であると、処理量が多い場合に、被処理物流動規制板が流動層に埋没してしまい、乱流発生の効果が得られない。また、半径以上であると、規制板の内側では流動層の方向に逆らうこととなり、乱流の発生が大き過ぎて樹脂粒子へのダメージが大きく、また、被処理物の上下運動の妨げとなるので好ましくない。
被処理物流動規制板の筒状部材への取り付け位置や支持部材の長さは、上記した扇状面の配置が得られるように適宜調節されるとよい。なお、被処理物流動規制板12は、材質としては例えばSUS304板が例示され、厚みとしては1.5mm〜5.0mmである。
被処理物流動規制板12を設けることにより、流動性の高い樹脂粒子の流れを乱し、より短時間に外添剤粒子との均一分散混合させることができるので、帯電量分布を均一にでき、また、遊離外添剤粒子の量(個数%)を減少させることができ、逆極性のトナー量を減少させることが可能となる。また、遊離トナー母粒子の量(個数%)を減少させることができ、曲線部(R部)やタービン羽根への樹脂粒子の付着量が減少し、収率の向上を図ることができる。
トナー母粒子に種々の外添剤粒子を混合処理するに際して、球形混合槽への投入順序、攪拌速度、時間等の処理条件は、外添剤粒子のトナー母粒子への付着性がそれぞれ均一となるように適宜調整されるとよく、また、複数種の外添剤粒子を添加する場合には多段で外添処理してもよい。多段外添処理は、複数の外添剤粒子を別々に、また、同一種のものであっても複数回に分けて混合処理するものである。
球形混合処理槽を使用してトナーを製造するには、混合処理時間が短いと混合処理が不充分となり、また、混合処理時間が長いと被処理物が槽壁やタービン羽根等への溶着が発生して収率が低下するので、一回の処理時間としては、0.5〜10分、好ましく1〜5分の範囲内のものとする必要がある。なお、温度上昇を避けるためには各段階における処理を数回に分けて混合されてもよい。また、攪拌速度が遅いと混合処理が不充分となり、また、攪拌速度が速いと被処理物が槽壁やタービン羽根等への溶着が発生して収率が低下するので、多段処理における各段階におけるタービン羽根の先端の周速度(π×羽根の最外径×回転数/時間)は、10m/s〜100m/sの範囲とされる。
このようにして得られるトナーは、体積平均粒径が3〜9μm、好ましくは3μm〜8μmである。9μmよりも大きなトナー粒子は、1200dpi以上の高解像度で潜像を形成しても、その解像度の再現性が小粒子径のトナーに比べて低下し、また3μmより小さいと、トナーによる隠蔽性が低下すると共に流動性を高めるために外添剤の使用量が増大し、その結果、定着性能が低下する傾向があるので好ましくない。トナーの体積平均粒径は、フロー式粒子像分析装置(シスメックス製 FPIA2100)で測定した値である。
また、遊離トナー母粒子や遊離無機外添剤粒子の量(個数%)は、測定全個数を5000個前後としてパーティクルアナライザ(横川電機(株)製「PT1000」)を使用して測定されるものであり、He−O2 ガスでプラズマ炎中へ導入されたトナー粒子の炭素原子(トナー母粒子)と同期しないSi等の元素(トナー母粒子から遊離した無機外添剤粒子)の検出個数が測定され、次式により遊離率(個数%)が計算される。なお、トナー母粒子に付着した状態は同期個数として検出される。
遊離シリカ(個数%)
= 非同期Si個数/(非同期Si個数+同期Si個数)×100
遊離トナー母粒子(個数%)
= 非同期C個数/(非同期C個数+同期C個数)×100
本発明のトナーの製造方法によると、得られたトナーにおいては、無機外添剤粒子の遊離率が1〜10個数%、好ましくは1〜5個数%のものとでき、正帯電トナー量が少なく、均一な帯電分布のトナーとできる。また、非接触現像に適用した場合におけるOD値が高く、多数枚耐久性に優れるものとできる。無機外添剤粒子の遊離率が10個数%より多いと正帯電トナー量が多くなり、また、帯電分布もシャープではなくなり、カブリが多く、また、非接触現像に適用した場合におけるOD値が低く、多数枚耐久性にも劣るものとなる。
= 非同期Si個数/(非同期Si個数+同期Si個数)×100
遊離トナー母粒子(個数%)
= 非同期C個数/(非同期C個数+同期C個数)×100
本発明のトナーの製造方法によると、得られたトナーにおいては、無機外添剤粒子の遊離率が1〜10個数%、好ましくは1〜5個数%のものとでき、正帯電トナー量が少なく、均一な帯電分布のトナーとできる。また、非接触現像に適用した場合におけるOD値が高く、多数枚耐久性に優れるものとできる。無機外添剤粒子の遊離率が10個数%より多いと正帯電トナー量が多くなり、また、帯電分布もシャープではなくなり、カブリが多く、また、非接触現像に適用した場合におけるOD値が低く、多数枚耐久性にも劣るものとなる。
また、遊離トナー母粒子の量を40個数%以下とすることにより、装置への融着が少なく、収率の高い製造方法とできる。
本発明のトナーは、上述同様に測定される形状係数(ML2/A)が1.05〜1.40、好ましくは1.05〜1.30であり、かつ、形状係数(PM2/A)が1.05〜1.30、好ましくは1.05〜1.20である。また、形状係数(ML2/A)の値としては、形状係数(PM2/A)の値より大とするとよく、転写性に優れるトナーとできる。本発明のトナーは、フロー軟化点(Tf1/2)が100〜130℃、好ましくは100〜120℃のものであり、ガラス転移温度(Tg)は50〜100℃、好ましくは60〜90℃であり、定着工程における熱圧条件(140〜200℃、線圧0.04〜0.1kgf/mm)において定着可能な、所謂「低温定着可能なトナー」とされる。
外添剤粒子を付着したトナー粒子の平均帯電量は−5〜−30μC/gてあることが好ましい。帯電量がこの範囲より小さいと現像器からのトナー漏れが激しくなり、また、帯電量がこの範囲より大きいと、十分な画像濃度を得るためには過剰な現像バイアスを付与することが必要となる等の問題が生じる。
本発明で製造されるトナーは、特開2002−202622に詳細に説明されている1成分系、また、2成分系のトナーを用いる画像形成装置のいずれにも適用でき、また、接触現像方式の画像形成装置や非接触現像方式の画像形成装置のいずれにも適用できるが、非接触現像方式を有する画像形成装置への適用に適したトナーとできる。
スチレンモノマー80質量部、アクリル酸ブチル20質量部、およびアクリル酸5質量部からなるモノマー混合物を、水105質量部、ノニオン乳化剤(第一工業製薬製エマルゲン950)1質量部、アニオン乳化剤(第一工業製薬製ネオゲンR)1.5質量部、および過硫酸カリウム0.55質量部の水溶液混合物に添加し、窒素気流中下で攪拌を行いながら70℃で8時間重合を行った。重合反応後冷却し、乳白色の粒径0.25μmの樹脂エマルジョンを得た。
次に、この樹脂エマルジョン200質量部、ポリエチレンワックスエマルジョン(三洋化成工業(株)製)20質量部およびフタロシアニンブルー7質量部を界面活性剤としてドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム0.2質量部を含んだ0.2リットルの水中へ分散し、ジエチルアミンを添加してpHを5.5に調整後攪拌しながら電解質として硫酸アルミニウム0.3質量部を加え、次いで攪拌装置(TKホモミキサー)で高速攪拌して分散を行った。
更に、スチレンモノマー40質量部、アクリル酸ブチル10質量部、サリチル酸亜鉛5質量部を水40質量部と共に追加し、窒素気流下で攪拌しながら同様にして、90℃に加熱し、過酸化水素水を加えて5時間重合し、粒子を成長させた。重合停止後会合粒子の結合強度を上げるため、pHを5以上に調整しながら95℃に昇温し、5時間保持した。その後得られた粒子を水洗し、さらに、0.5質量%のシリカ微粒子(一次粒径40nm)を添加しながら45℃で真空乾燥を10時間行い、トナー母粒子を得た。
トナー母粒子の平均粒径7.1μm、フロー軟化点(Tf1/2)112.5℃、また、ML2/Aは1.10、PM2/Aは1.06であった。
トナー母粒子3.0kgを、図1に示す被処理物流動規制板を取り付けた球形混合槽(三井鉱山(株)製、Q型ミキサー20L型、攪拌羽根はタービン羽根であり、回転軸は水冷され、シールエアで被処理物の侵入を防止する構造を有する)に装填した後、シリカ微粒子{日本アエロジル社製RX200(平均粒子径12nm)とシリカ微粒子{日本アエロジル社製RX50(平均粒子径40nm)の1:1(質量比)混合粉末を、トナー母粒子に対して1質量%の割合で添加し、下記の条件で外添処理した。
球形混合槽は、その内容積20リットル、筒状部材7の容器内部での長さは容器内部のドーナツ状円板4からの高さの1/11、また、槽底2の直径と処理槽1の直径との比は0.57、ドーナツ状円板4の外径と水平状の槽底2の直径との比は1.10、タービン羽根11の直径と処理槽1の直径との比は0.75であり、また、ドーナツ状円板4の内径と外径との比は0.73である。
また、被処理物流動規制板の幅(L2 )の槽内壁面側の半径に対する比は0.2、長さ(L1 )の槽内壁面側の周長に対する比は0.2、θ=60°、被処理物流動規制板の扇状面の上端部と槽内壁との最短隙間の距離を3mmとし、扇状面の上端部における筒状部材側での間隔(隙間)は12.0mmである。
この球形混合処理槽にシールエアー量1.0Nm3 /hとし、タービン羽根の周速を50m/sで、混合時間を2分間として混合処理した。なお、タービン羽根の周速は羽根の最外径と回転数から計算した。
被処理物の投入重量に対する回収重量の比(収率)は97.0%であった。
得られたトナーにおけるシリカ微粒子の個数遊離率は1.9個数%であり、また、遊離トナー母粒子量は、28.0個数%であった。
次に、得られたトナーをカラープリンタ(セイコーエプソン(株)製「LP9000C」)のトナーカートリッジに装填し、ベタ印字を行った。印字後、トナーカートリッジを取り出し、現像ローラ上のトナーの帯電量分布測定を行った。測定は帯電量分布測定器(ホソカワミクロン(株)製「E−SPART III」)を使用し、測定個数は3000個とした。正帯電トナー量は7.5個数%であり、また、帯電量と粒子径から求めた質量との比(Q/m)の標準偏差(μC/g)は23.4であった。
収率が高く、遊離外添剤量や正帯電トナー量が少なく、帯電量分布の狭い、均一な外添処理ができた。
実施例1のトナー母粒子の製造に際して、ワックスエマルジョンを15質量部とし、2次粒子の凝集過程で温度と時間を調整して、平均粒径7.5μm、フロー軟化点(Tf1/2)120.5℃であり、また、ML2/Aは1.25、PM2/Aは1.08のトナー母粒子を得た。
得られたトナー母粒子3.5kgを、被処理物流動規制板を取り付けた球形混合槽(三井鉱山(株)製、Q型20L、攪拌羽根はタービン羽根であり、回転軸は水冷され、シールエアで被処理物の侵入を防止する構造を有する)に装填した後、シリカ微粒子{日本アエロジル社製RX200(平均粒子径12nm)とシリカ微粒子{日本アエロジル社製RX50(平均粒子径40nm)の1:1(質量比)混合粉末を、トナー母粒子に対して1質量%の割合で添加し、下記の条件で外添処理した。
球形混合槽は、実施例1と同様の構造を有するが、被処理物流動規制板の幅(L2 )の半径に対する比を0.2、長さ(L1 )の周長に対する比を0.25、θ=55°、被処理物流動規制板と槽内壁との最短隙間の距離を2mmとし、筒状部材側での隙間の距離を11.0mm設けた。この球形混合処理槽にシールエアー量1.0Nm3 /hとし、タービン羽根の周速を50m/sで、混合時間を2分間として混合処理した。
被処理物の投入重量に対する回収重量の比(収率)は96.5%であった。
得られたトナーにおけるシリカ微粒子の個数遊離率は2.4個数%であり、また、遊離トナー母粒子量は、32.0個数%であった。
次に、得られたトナーをカラープリンタ(セイコーエプソン(株)製「LP9000C」)のトナーカートリッジに装填し、ベタ印字を行った。印字後、トナーカートリッジを取り出し、現像ローラ上のトナーの帯電量分布測定を、実施例1同様に行ったところ、正帯電トナー量は6.9個数%であり、また、帯電量と粒子径から求めた質量との比(Q/m)の標準偏差(μC/g)は21.7であった。
収率が高く、遊離外添剤量や正帯電トナー量が少なく、帯電量分布の狭い、均一な外添処理ができた。
実施例1のトナー母粒子の製造に際して、ワックスエマルジョンを10質量部とすると共に、2次粒子の凝集過程で温度と時間を調整して、平均粒径7.5μm、フロー軟化点(Tf1/2)128.2℃であり、また、ML2/Aは1.30、PM2/Aは1.25のトナー母粒子を得た。
得られたトナー母粒子2.5kgを、被処理物流動規制板を取り付けた球形混合槽(三井鉱山(株)製、Q型20L、攪拌羽根はタービン羽根であり、回転軸は水冷され、シールエアで被処理物の侵入を防止する構造を有する)に装填した後、シリカ微粒子{日本アエロジル社製RX200(平均粒子径12nm)とシリカ微粒子{日本アエロジル社製RX50(平均粒子径40nm)の1:1(質量比)混合粉末を、トナー母粒子に対して1質量%の割合で添加し、下記の条件で外添処理した。
球形混合槽は、実施例1と同様の構造を有するが、被処理物流動規制板の幅(L2 )の半径に対する比を0.25、長さ(L1 )の周長に対する比を0.15、θ=45°、被処理物流動規制板と槽内壁との最短隙間の距離を2.5mmとし、筒状部材側での隙間の距離を11.5mm設けた。この球形混合処理槽にシールエアー量1.0Nm3 /hとし、タービン羽根の周速を50m/sで、混合時間を2分間として混合処理した。
被処理物の投入重量に対する回収重量の比(収率)は97.2%であった。
得られたトナーにおけるシリカ微粒子の個数遊離率は1.8個数%であり、また、遊離トナー母粒子量は、30.6個数%であった。
次に、得られたトナーをカラープリンタ(セイコーエプソン(株)製「LP9000C」)のトナーカートリッジに装填し、ベタ印字を行った。印字後、トナーカートリッジを取り出し、現像ローラ上のトナーの帯電量分布測定を、実施例1同様に行ったところ、正帯電トナー量は8.1個数%であり、また、帯電量と粒子径から求めた質量との比(Q/m)の標準偏差(μC/g)は22.4であった。
収率が高く、遊離外添剤量や正帯電トナー量が少なく、帯電量分布の狭い、均一な外添処理ができた。
芳香族ジカルボン酸とアルキレンエーテル化ビスフェノールAとの重縮合ポリエステルと該重縮合ポリエステルの多価金属化合物による一部架橋物の50:50(重量比)混合物(三洋化成工業(株)製)100質量部、シアン顔料のフタロシアニンブルーを5質量部、離型剤として融点が152℃、重量平均分子量Mwが4000のポリプロピレン5質量部、および荷電制御剤としてのサリチル酸金属錯体E−81(オリエント化学工業(株)製)4質量部をヘンシェルミキサーを用い、均一混合した後、内温150℃の二軸押出し機で混練した後、冷却した。次いで、冷却物を2mm角以下に粗粉砕し、次いでジェットミルで微粉砕し、ローター回転による分級装置により分級した後、融着防止剤として0.5質量%のシリカ微粒子(一次粒子径40nm)を添加し、熱風球形化装置サーフュージングシステム(日本ニューマチック工業製 SFS−3型)を使用し、熱処理温度200℃に設定し、部分的に球形化処理を行った後、同様にして再度分級し、シアントナー母粒子を得た。
得られたトナー母粒子の平均粒径8.1μm、フロー軟化点(Tf1/2)108.8℃、また、ML2/Aは1.26、PM2/Aは1.10であった。
得られたトナー母粒子25.0kgを、被処理物流動規制板を取り付けた球形混合槽(三井鉱山(株)製、Q型150L、攪拌羽根はタービン羽根であり、回転軸は水冷され、シールエアで被処理物の侵入を防止する構造を有する)に装填した後、シリカ微粒子{日本アエロジル社製RX200(平均粒子径12nm)とシリカ微粒子{日本アエロジル社製RX50(平均粒子径40nm)の1:1(質量比)混合粉末を、トナー母粒子に対して1質量%の割合で添加し、下記の条件で外添処理した。
球形混合槽は、その内容積150リットル、筒状部材7の容器内部での長さは容器内部のドーナツ状円板4からの高さの1/11、また、槽底2の直径と処理槽1の直径との比は0.57、ドーナツ状円板4の外径と水平状の槽底2の直径との比は1.10、攪拌羽根(タービン羽根)5の直径と処理槽1の直径との比は0.75であり、また、ドーナツ状円板4の内径と外径との比は0.73である。
また、被処理物流動規制板の幅(L2 )の半径に対する比は0.15、長さ(L1 )の周長に対する比は0.1、θ=25°、被処理物流動規制板と槽内壁との最短隙間の距離を7mmとし、筒状部材側での隙間の距離を28mm設けた。
この球形混合処理槽は、シールエアー量1.0Nm3 /hとし、タービン羽根の周速を60m/sで、混合時間を2分間として混合処理した。
被処理物の投入重量に対する回収重量の比(収率)は96.8%であった。
得られたトナーにおいて、シリカ微粒子の個数遊離率は2.0個数%であり、また、遊離トナー母粒子量は、29.5個数%であった。
次に、得られたトナーをカラープリンタ(セイコーエプソン(株)製「LP9000C」)のトナーカートリッジに装填し、ベタ印字を行った。印字後、トナーカートリッジを取り出し、現像ローラ上のトナーの帯電量分布測定を、実施例1同様に行ったところ、正帯電トナー量は7.5個数%であり、また、帯電量と粒子径から求めた質量との比(Q/m)の標準偏差(μC/g)は24.3であった。
収率が高く、遊離外添剤量や正帯電トナー量が少なく、帯電量分布の狭い、均一な外添処理ができた。
(比較例1)
実施例2のトナー母粒子の製造に際して、2次粒子の凝集過程で温度と時間を調整して、平均粒径4.8μm、フロー軟化点(Tf1/2)120.5℃、また、ML2/Aは1.26、PM2/Aは1.09のトナー母粒子を得た。
(比較例1)
実施例2のトナー母粒子の製造に際して、2次粒子の凝集過程で温度と時間を調整して、平均粒径4.8μm、フロー軟化点(Tf1/2)120.5℃、また、ML2/Aは1.26、PM2/Aは1.09のトナー母粒子を得た。
得られたトナー母粒子3.0kgを、被処理物流動規制板を取り付けない球形混合槽(三井鉱山(株)製、Q型20L、攪拌羽根はタービン羽根であり、回転軸は水冷され、シールエアで被処理物の侵入を防止する構造を有する)に装填した後、シリカ微粒子{日本アエロジル社製RX200(平均粒子径12nm)とシリカ微粒子{日本アエロジル社製RX50(平均粒子径40nm)の1:1(質量比)混合粉末を、トナー母粒子に対して1質量%の割合で添加し、下記の条件で外添処理した。
この球形混合処理槽は、シールエアー量1.0Nm3 /hとし、タービン羽根の周速を50m/sで、混合時間を2分間として混合処理した。
被処理物の投入重量に対する回収重量の比(収率)は95.2%であった。
球形混合槽は、被処理物流動規制板を取り付けない以外は、実施例1と同様の構造を有する。
得られたトナーにおいて、シリカ微粒子の個数遊離率は3.5個数%であり、また、遊離トナー母粒子量は、42.7個数%であった。
次に、得られたトナーをカラープリンタ(セイコーエプソン(株)製「LP9000C」)のトナーカートリッジに装填し、ベタ印字を行った。印字後、トナーカートリッジを取り出し、現像ローラ上のトナーの帯電量分布測定を、実施例1同様に行ったところ、正帯電トナー量は12.3個数%であり、また、帯電量と粒子径から求めた質量との比(Q/m)の標準偏差(μC/g)は33.6であった。
収率が低く、遊離外添剤量や正帯電トナー量が多く、帯電量分布が広く、均一な外添処理ができなかった。
(比較例2)
実施例1のトナー母粒子の製造に際して、ワックスエマルジョンを25質量部とし、2次粒子の凝集過程で温度と時間を調整して、平均粒径6.9μm、フロー軟化点(Tf1/2)96.5℃、また、ML2/Aは1.04、PM2/Aは1.04のトナー母粒子を得た。
(比較例2)
実施例1のトナー母粒子の製造に際して、ワックスエマルジョンを25質量部とし、2次粒子の凝集過程で温度と時間を調整して、平均粒径6.9μm、フロー軟化点(Tf1/2)96.5℃、また、ML2/Aは1.04、PM2/Aは1.04のトナー母粒子を得た。
得られたトナー母粒子3.0kgを、被処理物流動規制板を取り付けた球形混合槽(三井鉱山(株)製、Q型20L、攪拌羽根はタービン羽根であり、回転軸は水冷され、シールエアで被処理物の侵入を防止する構造を有する)に装填した後、シリカ微粒子{日本アエロジル社製RX200(平均粒子径12nm)とシリカ微粒子{日本アエロジル社製RX50(平均粒子径40nm)の1:1(質量比)混合粉末を、トナー母粒子に対して1質量%の割合で添加し、下記の条件で外添処理した。
球形混合槽は、実施例1と同様の構造を有するが、被処理物流動規制板の幅(L2 )の半径に対する比を0.08、長さ(L1 )の周長に対する比を0.04、θ=45°、被処理物流動規制板と槽内壁との最短隙間の距離を0.0mmとし、筒状部材側での隙間の距離を1.0mm設けた。
この球形混合処理槽は、シールエアー量1.0Nm3 /hとし、タービン羽根の周速を50m/sで、混合時間を2分間として混合処理した。
被処理物の投入重量に対する回収重量の比(収率)は94.0%であった。
得られたトナーにおいて、シリカ微粒子の個数遊離率は3.7個数%であり、また、遊離トナー母粒子量は、49.5個数%であった。
次に、得られたトナーをカラープリンタ(セイコーエプソン(株)製「LP9000C」)のトナーカートリッジに装填し、ベタ印字を行った。印字後、トナーカートリッジを取り出し、現像ローラ上のトナーの帯電量分布測定を、実施例1同様に行ったところ、正帯電トナー量は23.6個数%であり、また、帯電量と粒子径から求めた質量との比(Q/m)の標準偏差(μC/g)は40.2であった。
回収収率が低く、遊離外添剤量や正帯電トナー量が多く、帯電量分布が広く、均一な外添処理ができなかった。また、被処理物流動規制板付近の槽内壁に固着した粉が観察された。
(比較例3)
実施例4のトナー母粒子の粉砕法による製造に際して、離型剤を3質量部とし、熱風球形化処理を省略した以外は、実施例4と同様にして、トナー母粒子とした。
(比較例3)
実施例4のトナー母粒子の粉砕法による製造に際して、離型剤を3質量部とし、熱風球形化処理を省略した以外は、実施例4と同様にして、トナー母粒子とした。
得られたシアントナー母粒子の平均粒径は7.9μm、フロー軟化点(Tf1/2)132.5℃、また、ML2/Aは1.48、PM2/Aは1.35であった。
得られたトナー母粒子3.0kgを、被処理物流動規制板を取り付けた球形混合槽(三井鉱山(株)製、Q型20L、攪拌羽根はタービン羽根であり、回転軸は水冷され、シールエアで被処理物の侵入を防止する構造を有する)に装填した後、シリカ微粒子{日本アエロジル社製RX200(平均粒子径12nm)とシリカ微粒子{日本アエロジル社製RX50(平均粒子径40nm)の1:1(質量比)混合粉末を、トナー母粒子に対して1質量%の割合で添加し、下記の条件で外添処理した。
球形混合槽は、実施例1と同様の構造を有するが、被処理物流動規制板の幅(L2 )の半径に対する比を0.5、長さ(L1 )の周長に対する比を0.3、θ=45°、被処理物流動規制板と槽内壁との最短隙間の距離を35mmとし、筒状部材側での隙間の距離を25mm設けた。
この球形混合処理槽は、シールエアー量1.0Nm3 /hとし、タービン羽根の周速を50m/sで、混合時間を2分間として混合処理した。
被処理物の投入重量に対する回収重量の比(収率)は92.0%であった。
得られたトナーにおいて、シリカ微粒子の個数遊離率は5.1個数%であり、また、遊離トナー母粒子量は、55.0個数%であった。
次に、得られたトナーをカラープリンタ(セイコーエプソン(株)製「LP9000C」)のトナーカートリッジに装填し、ベタ印字を行った。印字後、トナーカートリッジを取り出し、現像ローラ上のトナーの帯電量分布測定を、実施例1同様に行ったところ、正帯電トナー量は19.8個数%であり、また、帯電量と粒子径から求めた質量との比(Q/m)の標準偏差(μC/g)は39.5であった。
収率が低く、遊離外添剤量や正帯電トナー量が多く、帯電量分布が広く、均一な外添処理ができなかった。
1は球形混合処理槽、2は水平円板状の槽底、3は回転駆動軸、4はドーナツ状円板、5は攪拌翼、6はエアシール孔、7は筒状部材、8はフランジ、9はジャケット、11はタービン羽根、12は被処理物流動規制板、13は取り付け部材
Claims (8)
- 球形の混合処理槽を使用したトナーの製造方法において、該球形の混合処理槽を、水平円板状の槽底と、該水平円板状の槽底の中心を垂直に貫く回転駆動軸に被処理物を処理槽内壁に沿って螺旋状上向きに放出するタービン羽根を取り付け、また、該駆動軸の延長線上の混合処理層頂部を垂直に貫く筒状部材をその先端部が混合処理槽内に位置するように配置し、前記タービン羽根の回転により螺旋状上向きに放出された被処理物を槽頂部まで移動させてその運動エネルギーを低下させ、被処理物を槽底のタービン羽根に再供給すると共に、前記混合処理槽内に位置する筒状部材に被処理物の流動方向を駆動軸における回転軸方向に変更せしめる被処理物流動規制板を取り付けた構造とし、該混合処理槽に、被処理物として形状係数(ML2/A)が1.05〜1.40、形状係数(PM2/A)が1.05〜1.30であり、かつ、そのフロー軟化点(Tf1/2)が100〜130℃の少なくとも着色剤を含む球形状樹脂粒子と外添剤粒子とを投入して混合処理することを特徴とするトナーの製造方法。
- 外添剤粒子が、平均粒径5nm〜50nmの疎水性シリカ微粒子と平均粒径80nm〜500nmの疎水性シリカ微粒子との混合物であることを特徴とする請求項1記載のトナーの製造方法。
- 混合処理されたトナーにおいて、パーティクルアナライザーで測定される遊離トナー母粒子量が40個数%以下であることを特徴とする請求項1記載のトナーの製造方法。
- 少なくとも着色剤を含む球形状樹脂粒子と外添剤粒子とを被処理物として混合処理する球形の混合処理槽からなるトナー製造装置において、該球形の混合処理槽が、水平円板状の槽底と、該水平円板状の槽底の中心を垂直に貫く回転駆動軸に被処理物を処理槽内壁に沿って螺旋状上向きに放出するタービン羽根を取り付け、また、該駆動軸の延長線上の混合処理層頂部を垂直に貫く筒状部材をその先端部が混合処理槽内に位置するように配置し、前記タービン羽根の回転により螺旋状上向きに放出された被処理物を槽頂部まで移動させてその運動エネルギーを低下させ、被処理物を槽底のタービン羽根に再供給すると共に、前記混合処理槽内に位置する筒状部材に被処理物の流動を駆動軸における回転軸方向に変更せしめる被処理物流動規制板が取り付けられてなり、また、前記被処理物における球形状樹脂粒子の形状係数(ML2/A)が1.05〜1.40、形状係数(PM2/A)が1.05〜1.30、かつ、フロー軟化点(Tf1/2)が100〜130℃であることを特徴とするトナー製造装置。
- 被処理物流動規制板における被処理物との対向面を扇状面とし、該扇状面が、被処理物が流動してくる方向に垂直に対向する方向から被処理物の流動してくる方向に向けて0°〜90°の範囲内で対向するように筒状部材に取り付けられると共に、該扇状面の上端縁の形状を混合処理槽内壁形状に対応した形状とし、扇状面の上端縁と混合処理槽内壁との最接近隙間を1mm〜30mmとすることを特徴とする請求項4記載のトナー製造装置。
- 扇状面における筒状部材側の上端縁と混合処理槽内壁との隙間を、筒状部材とは反対側の上端縁と混合処理槽内壁との隙間より大きくすることを特徴とする請求項5記載のトナー製造装置。
- 被処理物流動規制板における扇状面の上端縁の長さを、処理槽内面を球とした場合の周長の1/10〜1/4とすることを特徴とする請求項4記載のトナー製造装置。
- 被処理物流動規制板における扇状面の幅の長さを、処理槽内面を球とした場合の半径の1/10〜1/1とすることを特徴とする請求項4記載のトナー製造装置。
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JP2007241160A (ja) * | 2006-03-13 | 2007-09-20 | Seiko Epson Corp | 負帯電性トナーの製造方法 |
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JP2015064427A (ja) * | 2013-09-24 | 2015-04-09 | カシオ計算機株式会社 | フィルム用トナー |
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