JP2006084523A - トナーの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 異なる平均粒径をもつ2種類のチタニアを外添させたトナーの製造方法において、チタニアの添加方法を評価し、耐久後でも良好な画質が得られるようにする。
【解決手段】 少なくとも平均粒径の異なる2種類のチタニアを外添剤として有するトナーの製造方法において、平均粒径10〜50nmの第1のチタニアを第1の外添混合処理工程で処理した後、平均粒径100〜200nmの第2のチタニアを第2の外添混合処理工程で処理することを特徴とするトナーの製造方法。
【選択図】 図4
【解決手段】 少なくとも平均粒径の異なる2種類のチタニアを外添剤として有するトナーの製造方法において、平均粒径10〜50nmの第1のチタニアを第1の外添混合処理工程で処理した後、平均粒径100〜200nmの第2のチタニアを第2の外添混合処理工程で処理することを特徴とするトナーの製造方法。
【選択図】 図4
Description
本発明は少なくとも平均粒径の異なる2種類のチタニアを外添剤として用いるトナーの製造方法に関する。
従来、異なる平均粒径をもつ2種類の微粉末を外添させたトナーが知られており、外添される微粉末としては、SiO2、SnO2、TiO2、ZrO2、ZnO及びAl2O3から選択される無機質微粉末が用いられている(特許文献1)。特許文献1では、2種類の微粒子の平均粒径は、一方が0.02μm以下であり、他方が0.03μm〜1μmである場合が好ましく、その場合には現像工程における特性が最大限発揮され、一方の微粉末の平均粒径が0.02μmよりも大きくなると、付着力が減少し、トナーを搬送し難くなり、他方の微粉末の平均粒径が0.03μmよりも小さいと、トナーの付着力が充分軽減できず、現像性が不充分になり、1μmよりも大きいと、ごく初期に微粉末がトナーから離脱し、トナー担持体上にトナー層中に多く含まれるようになり、層むら或いはこぼれを生じてしまうという現象が生じることを開示している。
また、流動性付与のためにシリカ(SiO2)を外添し、荷電制御剤として酸化チタン(TiO2)を外添したトナーにおいて、Si原子、Ti原子の遊離率を0.5〜10%とする(特許文献2)、酸化チタンの個数遊離率を1.0〜50%、シリカの個数遊離率を0.01〜4%とするものも提案されている(特許文献3)。
特許第2754539号公報
特開平11−258847号公報
特開2002−72544号公報
特許文献1には異なる平均粒径をもつ2種類の微粉末を外添させたとき、大きい微粉末の粒径が1μmを越えると、これがトナーから離脱して層むら或いはこぼれを生じることが開示されているが、2種類の微粉末について、トナーからの離脱による画像形成への評価はされていない。特許文献2、特許文献3にはシリカの遊離率と酸化チタンの遊離率を規定することについて開示しているが、異なる平均粒径をもつ2種類の酸化チタン微粉末を外添させることについての開示はない。
本発明は上記課題を解決しようとするもので、少なくとも異なる平均粒径をもつ2種類のチタニア微粉末を外添させるトナーの製造方法において、チタニアの添加方法を評価し、耐久後でも良好な画質が得られるようにすることを目的とする。
そのために本発明は、少なくとも平均粒径の異なる2種類のチタニアを外添剤として添加するトナーの製造方法において、平均粒径10〜50nmの第1のチタニアを第1の外添混合処理工程で処理した後、平均粒径100〜200nmの第2のチタニアを第2の外添混合処理工程で処理することを特徴とするトナーの製造方法。
また、本発明は、第2のチタニアの短軸と長軸との比が0.65〜1であることを特徴とする。
また、本発明は、外添混合処理にQ形ミキサを用いることを特徴とする。
また、本発明は、第1のチタニアの外添混合処理にヘンシェルミキサを使用し、かつ解砕品を用いることを特徴とする。
そのために本発明は、少なくとも平均粒径の異なる2種類のチタニアを外添剤として添加するトナーの製造方法において、平均粒径10〜50nmの第1のチタニアを第1の外添混合処理工程で処理した後、平均粒径100〜200nmの第2のチタニアを第2の外添混合処理工程で処理することを特徴とするトナーの製造方法。
また、本発明は、第2のチタニアの短軸と長軸との比が0.65〜1であることを特徴とする。
また、本発明は、外添混合処理にQ形ミキサを用いることを特徴とする。
また、本発明は、第1のチタニアの外添混合処理にヘンシェルミキサを使用し、かつ解砕品を用いることを特徴とする。
本発明は、平均粒径が10〜50nmの第1のチタニアと、平均粒径が100〜200nmの第2のチタニアを添加する際、第1のチタニアを外添処理した後、第2のチタニアを外添処理することにより、第1のチタニアを強くつけて遊離しにくくし、次いで第2のチタニアを添加することで、チタニアの総遊離量Aに対する第2のチタニアの遊離量の比B/Aを所定範囲内とすることにより、チタニアによる荷電制御性、第2のチタニアによるマイクロキャリア的役割と現像剤担持体上でのスペーサ的役割により耐久後においても画質均一性を維持することが可能となる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。まず、本願発明で製造されるトナーを使用する画像形成装置、現像装置を説明する。図1はタンデムタイプを例とした画像形成装置の全体構成を示す断面図であり、画像形成装置1は、ハウジング3と、ハウジング3の上部に形成された排紙トレイ5と、ハウジング前面に開閉可能に設けられた扉体7とを備え、ハウジング3内には、露光ユニット9、画像形成ユニット11、送風ファン13、転写ベルトユニット15及び給紙ユニット17が設けられ、扉体7内には用紙搬送ユニット19が設けられている。
画像形成ユニット11は、異なる色のトナーを収納する4つの現像装置をセットすることができる4つの画像形成ステーション21を備えている。4つの画像形成ステーション21は、イエロー、マゼンタ、シアン及びブラックの各現像装置用であり、図中、符号21Y、21M、21C及び21Kで示している。各画像形成ステーション21Y、21M、21C及び21Kには、感光ドラム23と、感光ドラム23の周囲に設けられた、コロナ帯電手段25と、本発明の現像装置100とが配設されている。
転写ベルトユニット15は、図示しない駆動源に回転駆動される駆動ローラ27と、駆動ローラ27の斜め上方に設けられる従動ローラ29と、テンションローラ31と、これら各ローラ間に張架され、図1の反時計方向Xへ循環駆動される中間転写ベルト33と、中間転写ベルト33の表面に当接するクリーニング手段34とを備えている。従動ローラ29、テンションローラ31および中間転写ベルト33は、駆動ローラ27に対して傾斜するように並んで配設されており、これにより中間転写ベルト33が駆動されるとき、ベルト搬送方向Xが下向きになるベルト面35が下側に位置し、搬送方向が上向きとなるベルト面37が上側に位置するようになっている。
感光ドラム23は、アーチ状のラインに沿ってベルト面35に圧接され、図1中、矢印で示す方向に回転駆動される。テンションローラ31の位置を調節することにより、中間転写ベルト33の張力、アーチの曲率等を制御することができる。
駆動ローラ27は、2次転写ローラ39のバックアップローラを兼ねている。
また駆動ローラ27の周面には、例えば厚さ3mm程度、体積抵抗率105Ω・cm以下のゴム層が形成されており、金属製の軸を介して接地することにより、2次転写ローラ39を介して供給される2次転写バイアスの導電経路を構成している。また駆動ローラ27の径は従動ローラ29及びテンションローラ31の径より小さく、これにより2次転写後の記録紙が記録紙自身の弾性力で剥離し易くすることができる。従動ローラ29はクリーニング手段34のバックアップローラとしても機能している。
また駆動ローラ27の周面には、例えば厚さ3mm程度、体積抵抗率105Ω・cm以下のゴム層が形成されており、金属製の軸を介して接地することにより、2次転写ローラ39を介して供給される2次転写バイアスの導電経路を構成している。また駆動ローラ27の径は従動ローラ29及びテンションローラ31の径より小さく、これにより2次転写後の記録紙が記録紙自身の弾性力で剥離し易くすることができる。従動ローラ29はクリーニング手段34のバックアップローラとしても機能している。
クリーニング手段34は、搬送方向下向きのベルト面35側に設けられ、2次転写後に中間転写ベルト33の表面に残留しているトナーを除去するクリーニングブレード41と、回収したトナーを搬送するトナー搬送経路42とを備えている。クリーニングブレード41は、従動ローラ29に中間転写ベルト33が巻回している箇所に当接している。また中間転写ベルト33の裏面には、各画像形成ステーション21Y、21M、21C及び21Kの感光ドラム23に対向する位置に1次転写部材43が当接し、1次転写部材43には転写バイアスが印加されるようになっている。
露光ユニット9は、画像形成ユニット11の斜め下方の空間に設けられており、その斜め上方には送風ファン13が設けられている。露光ユニット9の下方には給紙ユニット17が設けられている。露光ユニット9は、底部にポリゴンミラーモータ45及びポリゴンミラー47からなるスキャナ手段49を垂直に配設している。また光路Bには、単一のf−θレンズ51及び反射ミラー53が設けられ、反射ミラー53の上方には各色の走査光路が感光ドラム23にそれぞれ非平行となって折り返すように複数の折り返しミラー55が設けられている。
露光ユニット9では、ポリゴンミラー47から各色に対応した画像信号が、共通のデータクロック周波数に基づいて変調形成されたレーザビームで射出され、f−θレンズ51、反射ミラー53、折り返しミラー55を経て、各画像形成ステーション21Y、21M、21C及び21Kの感光ドラム23に照射され、潜像が形成される。各画像形成ユニット11に対する露光ユニット9のポリゴンミラー47から感光ドラム23までの光路長がほぼ同一の長さになるように構成されており、そのため各光路で走査された光ビームの走査幅もほぼ同一になり、画像信号の形成にも特別な構成を必要としない。従ってレーザ光源は、それぞれ異なる画像信号によってそれぞれ異なる色の画像に対応して変調されるにも関わらず、共通のデータクロック周波数に基づいて変調形成可能であり、共通の反射面を用いるために副走査方向の相対差から生じる色ずれを防止し、構造が簡単で安価なカラー画像形成装置を構成することができる。
送風ファン13は、冷却手段として機能し、矢印の方向へ空気を導き、露光ユニット9やその他の発熱部からの熱を放出する機能を果たす。
これによりポリゴンミラーモータ45の温度上昇を抑制し、画質劣化の防止とポリゴンミラーモータ45の寿命の長期化を図ることができる。
これによりポリゴンミラーモータ45の温度上昇を抑制し、画質劣化の防止とポリゴンミラーモータ45の寿命の長期化を図ることができる。
給紙ユニット17は、記録媒体Pが積層されている給紙カセット57と、給紙カセット57から記録媒体Pを1枚ずつ給送するピックアップローラ59とを備えている。用紙搬送ユニット19は、2次転写部への記録媒体Pの給紙タイミングを規定するゲートローラ対61と、駆動ローラ27及び中間転写ベルト33に圧接される2次転写ローラ39と、定着手段63と、排紙ローラ対65と、両面プリント用搬送路67とを備えている。
定着手段63は、少なくとも一方にハロゲンヒータ等の発熱体を内蔵した回転自在な定着ローラ対69と、定着ローラ対69の少なくとも一方側のローラを他方側へ押圧付勢してシート材に2次転写された2次画像を記録媒体Pに押圧する押圧手段とを有し、記録媒体に2次転写された2次画像は、定着ローラ対69の形成するニップ部において所定温度で記録媒体に定着される。
本発明で使用する現像装置100は、トナーを循環して使用するタイプのものであり、各画像形成ステーション21Y、21M、21C及び21Kにセットして使用する。これら現像装置の構成は基本的に同じである。
図2は現像装置100の断面図である。現像装置100は、内部にほぼ円筒状のトナー収容部101が形成されたハウジング103を備え、ハウジング103に対して供給ローラ105および現像ローラ107が設けられている。現像装置100が画像形成ステーションにセットされた状態(図1参照)では、現像ローラ107は感光ドラム23に対して僅かな間隔(例えば100〜300μm)を開けて隣接しており、感光ドラム23の回転方向(図中の矢印参照)と反対方向へ回転駆動しながら、現像ローラ107の周面に供給されたトナーで感光ドラム23上に形成された潜像を現像する機能を有する。このような現像作用は、現像ローラ107に現像バイアス電源(図示しない)から直流電圧に交流電圧が重畳された現像バイアスを印加させて、現像ローラと感光ドラムとの間に振動電圧を作用させ、感光ドラム23に形成された静電潜像部分に現像ローラ107からトナーが供給されることにより行われる。尚、現像ローラ107を感光ドラム23の周面に接触させて現像を行うことも可能である。
供給ローラ105は、表面がウレタンスポンジで形成されており、供給ローラ105の周面が現像ローラ107に接触した状態で現像ローラ107と同方向(図2では反時計回り方向)に回転可能である。供給ローラ105にも現像ローラ107に印加される現像バイアス電圧と同等の電圧が印加されるようになっている。
現像ローラ107には、規制ブレード109が、板バネ部材111及びその下側に設けられる弾性部材112の作用により、常時現像ローラ107の周面の長手方向に亘って均一となるように圧接されており、現像ローラ107の周面に付着したトナーのうち余分な分を掻き落として、一定量のトナーが現像ローラ107の周面に担持されるようにしている。また規制ブレード109は、トナー113を適切に帯電させる機能をも有する。
掻き落とされたトナーは、自然落下してトナー収容部101内のトナー113に混入されるが、この点については後で詳述する。また現像ローラ107周面の上側には、ハウジング103に一端が固定されているシール部材115の他端側が圧接しており、これによりハウジング103内のトナー113が外部へ飛散することを防止している。
トナー収容部101内には、回転軸117を中心として図2の時計回り方向に回転するアジテータ119が設けられている。アジテータ119は、回転軸117を中心に互いに反対方向へ延びる2つのアーム部材121を備え、各アーム部材121はトナー収容部101の断面の円の直径よりも若干短い寸法に設定されている。各アーム部材121の先端からはアジテータ119の回転方向と反対方向へ撹拌フィン123が延びている。撹拌フィン123は、可撓性を有するシート部材から構成されており、その先端側は可撓性に起因する弾性力により円筒状のトナー収容部101の内周面に圧接している。このような構成によりアジテータ119が回転するとき、トナー収容部101の内周面と撹拌フィン123との間の領域125に存在するトナー113を撹拌フィン123で掻き上げるようにして、後述するトナーガイド部材上に搬送することができる。
トナー収容部101内に収容されるトナー113の上面114は、規制ブレード109が現像ローラ107の周面に当接している箇所127よりも低い位置となるように設定されている。これはトナー量が規制ブレード109を埋没させる程多いと、規制ブレード109によって掻き落とされたトナーが当該規制ブレードの近くに存在することになる結果、トナー収容部101内へ戻される循環経路が阻害され、また規制ブレード109が現像ローラ107から余分なトナーを掻き落として現像領域に搬送するトナー量を規制する機能およびトナーを適切に帯電させる機能が阻害されるからである。
本実施の形態では、トナー収容部101内に収容されるトナー113の上面114の位置は、より具体的には、規制ブレード109の下端より下方であって、板バネ部材111と弾性部材112との交点128の位置を上限として設定されている。トナー収容部101内のトナー113の上面114の位置が、前記交点128より上にまでくると板バネ部材111の動きを拘束する虞があり、これにより適正な規制圧が得られなくなる虞があり、その結果として、「一定量のトナーを現像ローラ107の周面に担持させる機能」や「トナーを適正に帯電させる機能」が阻害される虞がある。しかし、上記の如く、トナー113の上面114位置の上限を前記交点128の位置とすることにより、前記各機能が阻害される虞をなくすことができる。
規制ブレード109が現像ローラ107の周面に当接している箇所127と、トナー収容部101内に収容されるトナー113の上面114との間には、トナー113の安息角以上の傾斜角度でトナーの上面114側へ斜めに傾斜しているトナー案内面129がハウジング103の一部として形成されている。トナー案内面129は、規制ブレード109によって現像ローラ107の周面から掻き落とされたトナー113をトナー収容部101側へ案内する機能を有する。
規制ブレード109によって現像ローラ107の周面から掻き落とされたトナー113は、必ずしもトナー案内面129によってトナー収容部101に案内される必要はなく、掻き落とされたトナー113が直接、トナー収容部101に落下するような構成としてもよい。このように規制ブレード109が現像ローラ107の周面に当接している箇所127の下方には、規制ブレード109によって現像ローラ107の周面から掻き落とされたトナー113がトナー収容部101へ導かれるためのトナー案内空間部131が形成されている。
トナー収容部101の上方にはトナーガイド部材133が設けられている。トナーガイド部材133は、供給ローラ105から離れた側の端部134に設けられ、撹拌フィン123によって搬送されたトナー113を掻き取るための鋭角的に形成されたスクレーパ135と、該スクレーパ135よりも供給ローラ105側において上面側がトナー113の安息角以上の角度で傾斜し且つ平面的に形成された平坦搬送部137と、該平坦搬送部137の下流側に形成され、上面側が凹曲面を形成するように湾曲している湾曲部141と、該湾曲部141より下流側において供給ローラ105の周面に設定された適切な線圧で接触している当接部143とを備えて成る。前記平坦搬送部137、前記湾曲部141および前記当接部143を含むトナーガイド部材133の表面粗さは、トナー平均粒径未満に形成されている。
また、上記の当接部143の存在により、供給ローラ105の下面側に付着しているトナー113が重力により落下し、現像ローラへ供給できるトナーの量が減少することによる画像濃度低下を防止することができる。また湾曲部141と供給ローラ105の周面との間には、断面が楔形に狭まるようなトナーの一時貯留部139が形成されている。ここで断面が楔状とは、入口側が相対的に大きく、トナーの進行方向に向かって狭くなっていき、且つ楔の先端側においてトナーが自然滑落しない程度に十分狭くなっていることを意味する。
このような形状を有するトナーガイド部材133では、撹拌フィン123によって搬送されたトナー113をスクレーパ135で掻き取った後、トナー113は平坦搬送部137に沿って、その幅方向に亘って及びその傾斜方向の任意の地点において均一の速度で重力落下してゆき、一旦トナーの一時貯留部139に貯留される。楔形に狭まるトナーの一時貯留部139では、トナー113が狭い領域に進行していくのに伴い、供給ローラ105の周面に対する圧接力が徐々に増加するため、供給ローラ105の周面にトナー113が押し付けられて、該周面にトナー113が担持され易くなる。尚、トナー113が当接部143を越えて押し出された場合には、トナー案内空間部131を落下して、直接にまたはトナー案内面129に案内されてトナー収容部101に戻される。
次に、本発明のトナーの製造方法について説明する。トナーの評価項目および評価方法は、以下の通りである。
〔評価方法〕
(1)外添剤(酸化チタン微粒子)の遊離率
外添剤(酸化チタン微粒子)の遊離率は、PT1000パーティクルアナライザー(横河電気(株)製)を用いて遊離率を測定した。この外添剤の遊離率の測定方法の詳細は、特許文献(特開2002−202622号公報等)に記載されているが、簡単に述べると、この原理は、トナー粒子をプラズマ中に導入して、トナー粒子を励起・発光させる。このとき母材と外添剤とは発光スペクトルが異なるので、それぞれその強さと発光タイミンイグを測定することにより、遊離率が求められる。即ち、TiO2の遊離率は、TiO2が外添されたトナー粒子をプラズマ中に導入し、トナー粒子中のTiO2の発光強度を測定する。その発光強度から、TiO2が外添されたトナー粒子を真球粒子と仮定して、TiO2の粒径(等価粒径)が求められる(このとき母材の発光強度からは母材の粒径(等価粒径)が求められる)。遊離したTiO2も、トナー粒子の場合と同様に、その発光強度からTiO2の等価粒径が求められる。ただし、遊離したTiO2の発光強度は小さいので、等価粒径は小さくなる。従って、等価粒径を比較することにより、トナー粒子に外添しているものと遊離している外添剤とが区別される。従って、外添剤TiO2の全検出個数を求め、等価粒径の小さい個体を遊離外添剤粒子数とすると、以下の数1式により求められる。
〔評価方法〕
(1)外添剤(酸化チタン微粒子)の遊離率
外添剤(酸化チタン微粒子)の遊離率は、PT1000パーティクルアナライザー(横河電気(株)製)を用いて遊離率を測定した。この外添剤の遊離率の測定方法の詳細は、特許文献(特開2002−202622号公報等)に記載されているが、簡単に述べると、この原理は、トナー粒子をプラズマ中に導入して、トナー粒子を励起・発光させる。このとき母材と外添剤とは発光スペクトルが異なるので、それぞれその強さと発光タイミンイグを測定することにより、遊離率が求められる。即ち、TiO2の遊離率は、TiO2が外添されたトナー粒子をプラズマ中に導入し、トナー粒子中のTiO2の発光強度を測定する。その発光強度から、TiO2が外添されたトナー粒子を真球粒子と仮定して、TiO2の粒径(等価粒径)が求められる(このとき母材の発光強度からは母材の粒径(等価粒径)が求められる)。遊離したTiO2も、トナー粒子の場合と同様に、その発光強度からTiO2の等価粒径が求められる。ただし、遊離したTiO2の発光強度は小さいので、等価粒径は小さくなる。従って、等価粒径を比較することにより、トナー粒子に外添しているものと遊離している外添剤とが区別される。従って、外添剤TiO2の全検出個数を求め、等価粒径の小さい個体を遊離外添剤粒子数とすると、以下の数1式により求められる。
また、トナー粒子に付着したTiO2は、トナー粒子(母材)と同期して同時に発光するが、トナー粒子に付着していないTiO2は、トナー粒子とは同時に発光せず、時間がずれて発光する(非同期)。これを利用して、TiO2がトナー粒子に付着しているか、遊離しているかを区別する。この測定値をもとに、遊離率は以下の数2式により求められる。
本実施例においては、数1式で示される方法を採用した。
ここで、PT1000パーティクルアナライザーで得られる発光電圧と外添剤の粒径との関係について説明する。理想的な外添のモデルとして、母材の大きさによらず、ある均一な厚みで外添剤が付着し、このときの母材の粒径を2R、外添剤の厚みをDとし、Dが外添剤の粒径に相当とすると仮定する。パーティクルアナライザーでは、母材の三乗根電圧Vxは次の数3式で得られる。
ここで、PT1000パーティクルアナライザーで得られる発光電圧と外添剤の粒径との関係について説明する。理想的な外添のモデルとして、母材の大きさによらず、ある均一な厚みで外添剤が付着し、このときの母材の粒径を2R、外添剤の厚みをDとし、Dが外添剤の粒径に相当とすると仮定する。パーティクルアナライザーでは、母材の三乗根電圧Vxは次の数3式で得られる。
また、外添剤の三乗根電圧Vyは次の数4式で得られる。
数3式と数4式からRを消去すると、外添剤の三乗根電圧VyとDとの関係が次の数5式で得られる。
本実施例では平均粒径の小さい第1のチタニア、平均粒径の大きい第2のチタニアを外添剤として有するトナーを対象としており、以下において、第1と第2のチタニア合計の遊離率をA(%)、三乗根電圧が3V以上である第2のチタニアの遊離率をB(%)とした(以下の表4)。第2のチタニアの三乗根電圧の下限を3Vに限定した理由は、数5式において、Dに第2のチタニアの平均粒径である0.1μm、母材の三乗根電圧Vxに横軸レンジの最大値である10を代入することにより、凡そ100nmの相当粒子径に当る三乗根電圧は3V程度と判断したものである。
(2)同期率α1,α2の規定方法
平均粒径の小さい第1のチタニアと平均粒径の大きい第2のチタニアについて、C(母材)との同期率を求めた。同期率とは、母材に外添しているチタニアの割合であり、具体的には、数1式の分子を外添しているTiO2、或いは数2式の分子を同期カウントとすることにより求められる。
(2)同期率α1,α2の規定方法
平均粒径の小さい第1のチタニアと平均粒径の大きい第2のチタニアについて、C(母材)との同期率を求めた。同期率とは、母材に外添しているチタニアの割合であり、具体的には、数1式の分子を外添しているTiO2、或いは数2式の分子を同期カウントとすることにより求められる。
第1のチタニアの同期率α1は0.35〜0.70の範囲にあることが好ましい。これより小さいと電荷調整機能が足りない。また0.7より大きい場合は、チタニア同士が凝集していることになる。第2のチタニアの同期率α2は0.25〜0.6の範囲にあることが好ましい。これより小さいとマイクロキャリアとしての機能が足りない。また0.6より大きいと、フィルミングの原因となる。また、α2<α1の関係が満たされることが必要である。
(3)具体的なPT1000の測定方法
横河電気(株)製 パーティクルアナライザー PT1000
1回の測定におけるC(母材)検出数:4000〜6000個
1サンプルにおけるスキャン数(測定回数):6回
ノイズカットレベル:1.5V以下
ソート時間:30digit
使用ガス:0.1%O2 を含むHeガス
(4)帯電量および帯電の均一性
トナーの帯電量は、ホソカワミクロン(株)製のE−SPARTアナライザーを用いて以下の様にして測定した。以下に示す実施例および比較例で調製したトナーとキャリアとを混合し、攪拌してトナーを帯電させた。その後、窒素ガスを、トナーとキャリアとの混合物に吹き付けることにより、トナーとキャリアとを分離した。ついで、トナー1個毎の帯電量(Q/m)を測定してトナーの帯電量の分布を求めた。トナーの帯電量の均一性は、トナー1個の帯電量(Q/m)の個数分布において、最大頻度の帯電量(Q1/m1)と、測定したトナーの総帯電量を測定カウント(個数)で除した値(Q2/m2)との差、すなわち、(Q1/m1)−(Q2/m2)の絶対値が小さい程、帯電量の分布はシャープ(均一)であり、(Q1/m1)−(Q2/m2)の絶対値が大きい程、帯電量の分布はブロード(不均一)であると判断した。なお、キャリアとしては、日立金属(株)製KBN100フェライトキャリアを用いた。
(5)トナー飛翔性評価
トナーを、セイコーエプソン(株)製LP−9000C機(プリンタ)に投入し、5%消費印字パターンで3000枚の印字を行い、印字前後の画像の均一性より、トナーの飛翔性の評価を行った。
<トナー調製方法>
(母粒子)
スチレンモノマー80質量部、アクリル酸ブチルモノマー20質量部、アクリル酸モノマー5質量部からなるモノマー混合物を準備した。この混合物を、水105質量部、ノニオン系乳化剤(ニューコール506:日本乳化剤(株)製)1質量部、アニオン系乳化剤(リボタックTE:ライオン(株)製)1.5質量部、および過硫酸カリウム0.55質量部からなる水溶液に加え、分散・乳化して、乳化重合を行い、乳白色の粒径0.25μmの樹脂エマルジョンを得た。得られた樹脂エマルジョンを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)を20重量部およびフタロシアニンブルー7質量部を、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム(界面活性剤)を0.2質量部含有する水中に分散した。次に、ジエチルアミンを添加してpHを5.5に調整した後、攪拌しながら電解質である硫酸アルミニウムを0.3質量部加えた。ついで、TKホモミキサーで高速攪拌し、分散を行った。さらに、スチレンモノマー40質量部、アクリル酸ブチル10質量部、およびサリチル酸亜鉛5質量部を水40質量部とともに追加し、窒素気流下で攪拌しながら、90℃に加熱し、過酸化水素水を加えて5時間重合させ、粒子を成長させた。重合停止後、会合粒子の結合強度を向上させるためにpHを5以上に調整しながら、95℃に昇温し、95℃で5時間保持した。得られた粒子を水洗し、45℃で真空乾燥を10時間行った。この方法で、体積平均粒径が7.0μmのトナー母粒子を調製した。得られたトナー母粒子の平均円形度は、0.97であった。
(外添剤)
本実施例においてトナー母粒子に外添する外添剤を、表1に示す。
(3)具体的なPT1000の測定方法
横河電気(株)製 パーティクルアナライザー PT1000
1回の測定におけるC(母材)検出数:4000〜6000個
1サンプルにおけるスキャン数(測定回数):6回
ノイズカットレベル:1.5V以下
ソート時間:30digit
使用ガス:0.1%O2 を含むHeガス
(4)帯電量および帯電の均一性
トナーの帯電量は、ホソカワミクロン(株)製のE−SPARTアナライザーを用いて以下の様にして測定した。以下に示す実施例および比較例で調製したトナーとキャリアとを混合し、攪拌してトナーを帯電させた。その後、窒素ガスを、トナーとキャリアとの混合物に吹き付けることにより、トナーとキャリアとを分離した。ついで、トナー1個毎の帯電量(Q/m)を測定してトナーの帯電量の分布を求めた。トナーの帯電量の均一性は、トナー1個の帯電量(Q/m)の個数分布において、最大頻度の帯電量(Q1/m1)と、測定したトナーの総帯電量を測定カウント(個数)で除した値(Q2/m2)との差、すなわち、(Q1/m1)−(Q2/m2)の絶対値が小さい程、帯電量の分布はシャープ(均一)であり、(Q1/m1)−(Q2/m2)の絶対値が大きい程、帯電量の分布はブロード(不均一)であると判断した。なお、キャリアとしては、日立金属(株)製KBN100フェライトキャリアを用いた。
(5)トナー飛翔性評価
トナーを、セイコーエプソン(株)製LP−9000C機(プリンタ)に投入し、5%消費印字パターンで3000枚の印字を行い、印字前後の画像の均一性より、トナーの飛翔性の評価を行った。
<トナー調製方法>
(母粒子)
スチレンモノマー80質量部、アクリル酸ブチルモノマー20質量部、アクリル酸モノマー5質量部からなるモノマー混合物を準備した。この混合物を、水105質量部、ノニオン系乳化剤(ニューコール506:日本乳化剤(株)製)1質量部、アニオン系乳化剤(リボタックTE:ライオン(株)製)1.5質量部、および過硫酸カリウム0.55質量部からなる水溶液に加え、分散・乳化して、乳化重合を行い、乳白色の粒径0.25μmの樹脂エマルジョンを得た。得られた樹脂エマルジョンを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)を20重量部およびフタロシアニンブルー7質量部を、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム(界面活性剤)を0.2質量部含有する水中に分散した。次に、ジエチルアミンを添加してpHを5.5に調整した後、攪拌しながら電解質である硫酸アルミニウムを0.3質量部加えた。ついで、TKホモミキサーで高速攪拌し、分散を行った。さらに、スチレンモノマー40質量部、アクリル酸ブチル10質量部、およびサリチル酸亜鉛5質量部を水40質量部とともに追加し、窒素気流下で攪拌しながら、90℃に加熱し、過酸化水素水を加えて5時間重合させ、粒子を成長させた。重合停止後、会合粒子の結合強度を向上させるためにpHを5以上に調整しながら、95℃に昇温し、95℃で5時間保持した。得られた粒子を水洗し、45℃で真空乾燥を10時間行った。この方法で、体積平均粒径が7.0μmのトナー母粒子を調製した。得られたトナー母粒子の平均円形度は、0.97であった。
(外添剤)
本実施例においてトナー母粒子に外添する外添剤を、表1に示す。
表1において、シリカは流動性付与のために使用し、ルチルアナターゼ形の平均粒径が長軸20nmの第1の酸化チタン(B1)、平均粒径が100〜120nmでルチルアナターゼ形の第2の酸化チタン(B2)、またはアナターゼ形の第2の酸化チタン(B3)を使用する。粒径の大きい第2の酸化チタンは第1の酸化チタンよりも母粒子に付着しにくく、第1の酸化チタンに比して遊離率が大きい(同期率が小さい)ため、図2に示した容器内でトナーを循環させて使用する現像機においてマイクロキャリア的な働きをしてトナーの帯電に寄与し、現像ローラ上においてトナーに対してスペーサ的な働きをしてトナーの飛翔性向上に寄与している。なお、酸化チタンB1、酸化チタンB2については、長軸に対する短軸の比が0.65〜1とすることが好ましい。この比が0.65以下の場合、形状が紡錘形となるため、機械的なくさび効果が作用してチタニアの総遊離量Aに対する第2のチタニアの遊離量の比B/Aを所定範囲内とすることが難しくなる。
(外添処理)
外添処理は、三井鉱山社製FM20B型ヘンシェルミキサー、三井鉱山社製Q20L型ミキサーを用いた。
トナー母粒子と外添剤との混合処理と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%で、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。
(外添処理)
外添処理は、三井鉱山社製FM20B型ヘンシェルミキサー、三井鉱山社製Q20L型ミキサーを用いた。
トナー母粒子と外添剤との混合処理と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%で、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。
ヘンシェルミキサーの例を図3に す。混合処理槽200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201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202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。
Q形ミキサの例を図4に示す。処理槽210は、比較的大きな水平円板状の槽底21を有する球形であり、上下に二分割できるように、中央部にフランジ218を備えている。また、球形部全体はジャケット219が設けられて二重構造となっており、ここに熱媒体を流すことにより、被処理物を加熱又は冷却することができる。処理槽210の上部には被処理物を投入するための投入口216が、また下部には製品を排出するための排出口217が設けられている。円板状の槽底211の中央には駆動軸215が貫通し、外部の動力によって回転可能となっている。駆動軸215には、尖端に丸みを与えた比較的大きな円錐型のボス212が取付けられ、ボス212の下端外周部には、撹拌羽根213が設けられている。その撹拌羽根213はボス212の外周の傾斜とは反対の勾配が付されており、その下側のエッジは処理槽210の球面状の内壁に沿った弧となっている。ボス212の上部には、撹拌羽根213より直径をやや小さくした補助羽根214が設けられている。この球形の処理槽においては、被処理物は撹拌羽根により球面状の槽壁に沿って滑らかに上昇して頂部近傍迄到達し、槽の頂部から落下した被処理物は、ボスの表面に沿って落下しボスの下端外周部の撹拌羽根に到達してボスの表面に沿って滑らかに流れる。そしてボスの表面に沿って落下し、撹拌羽根に到達した被処理物は、撹拌羽根の回転力により放出されて槽壁に沿って上昇し、処理槽内を循環する。
混合条件を表2に示す。
本実施例では小粒径の第一のチタニア添加の後、第粒径の第二のチタニアを添加する。混合条件アは、Q形ミキサーを使用し、攪拌羽根の周速は60m/sec、攪拌時間は3分、混合条件イは、ヘンシェルミキサを使用し、攪拌羽根の周速は30m/sec、攪拌時間は5分で解砕処理は行わず、混合条件ウは、ヘンシェルミキサを使用し、攪拌羽根の周速は30m/sec、攪拌時間は5分で、第1のチタニアについては、混合前に1分間外添前解砕処理を行っている。
第一のチタニアの方が遊離しにくいのは、添加順番の効果で、先ず第1のチタニアの添加を行うことでチタニアを強くつけ、次いで第2のチタニアを添加する。この方法をとることにより、チタニア全体の遊離量Aに対する第2のチタニアの遊離量の比A/Bを所望の値とすることが可能となる。
(実施例1〜9および比較例1〜6)
実施例1〜9および比較例1〜6のトナーは、スチレン−アクリル系樹脂を結着樹脂とするトナー母粒子100質量部に対して、表1に示す外添剤を表3に示す所定量、処理方法で添加して得られたものである。
(実施例1〜9および比較例1〜6)
実施例1〜9および比較例1〜6のトナーは、スチレン−アクリル系樹脂を結着樹脂とするトナー母粒子100質量部に対して、表1に示す外添剤を表3に示す所定量、処理方法で添加して得られたものである。
表3において、実施例1〜7の外添剤処理方法は、第1のチタニアB1を添加する第1段階、第2のチタニアB2またはB3(実施例2)を添加する第2段階とも表2の条件アによっている。実施例8は第1のチタニアB1を添加する第1段階、第2のチタニアB2を添加する第2段階とも表2の条件イ、実施例9は第1のチタニアB1を添加する第1段階、第2のチタニアB2を添加する第2段階とも表2の条件ウによっている。実施例1、実施例4、実施例6のB1とB2の添加比率50/50は添加比率の下限、実施例3、実施例5、実施例7のB1とB2の添加比率80/20は添加比率の上限である。比較例1、比較例2はB1とB2の添加比率がこの範囲から外れている場合である。実施例4、実施例5はB1とB2の総量が0.2、実施例6、実施例7はB1とB2の総量が1.5、実施例8、実施例9はB1とB2の総量が1.0の場合を示している。比較例3は大粒径のチタニア無し、比較例4は大粒径のチタニア過剰の場合を示している。また、比較例5は1回の処理でB1とB2を添加する外添処理方法、比較例6は第1段階でB2を添加し、その後第2段階でB1を添加する外添処理方法を採用した場合を示している。
表3で得られたトナーを上記評価方法に従って、評価した。結果を表4に示す。
(Q1/m1)−(Q2/m2)の絶対値は、実施例1〜実施例9の場合、比較例1〜6に比して小さく、帯電量の分布がシャープ(均一)となっている。A(%)はPT1000で測定した小粒径のチタニアと大粒径の遊離チタニアの総量(重量%)である。B(%)はPT1000で測定した大粒径の遊離チタニアの量(重量%)で、上記したように、三乗根電圧が3V以上(粒径100nm以上)の量である。実施例1〜実施例9の何れも3000枚の印字を行い、印字前後の画質均一性が達成できており、トナーの飛翔性が優れていることが分かる。B/Aは30/100〜 55〜100であることが望ましく、小粒径のチタニアの同期率α1は0.40〜0.70が望ましく、大粒径のチタニアの同期率α1は0.30〜0.50であることが望ましいことが分かる。また、小粒径と大粒径の添加比率が50/50〜80/20から外れている比較例1、比較例2、大粒径のチタニアの無い比較例3、大粒径のチタニアが過剰な比較例4、1回の処理でB1とB2を添加している比較例5、第1段階でB2を添加し、その後第2段階でB1を添加している比較例6はいずれも耐久後端部薄が発生している。
なお、上記実施例では平均粒径が20nmの第1の酸化チタンと平均粒径が100〜120nmの第2の酸化チタンを使用する例について説明したが、第1の酸化チタンの平均粒径としては10〜50nm、第2の酸化チタンの平均粒径としては100〜200nmであれば画質均一性を達成できることが確認できている。
本発明によれば、異なる平均粒径をもつ2種類のチタニアを外添させたトナーを使用し、耐久後でも良好な画質が得られるので、産業上の利用価値は大きい。
23…感光ドラム、100…現像装置、101…トナー収容部、103…ハウジング、105…供給ローラ、107…現像ローラ、109…規制ブレード、111…板バネ部材、112…弾性部材、113…トナー、200…混合処理槽、201…下羽根、202…上羽根、210…処理槽、212…ボス、213…撹拌羽根、214…補助羽根、215…駆動軸、216…投入口、217…排出口。
Claims (4)
- 少なくとも平均粒径の異なる2種類のチタニアを外添剤として有するトナーの製造方法において、平均粒径10〜50nmの第1のチタニアを第1の外添混合処理工程で処理した後、平均粒径100〜200nmの第2のチタニアを第2の外添混合処理工程で処理することを特徴とするトナーの製造方法。
- 第2のチタニアの短軸と長軸との比が0.65〜1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。
- 外添混合処理にQ形ミキサを用いることを特徴とする請求項1記載のトナーの製造方法。
- 第1のチタニアの外添混合処理にヘンシェルミキサを使用し、かつ解砕品を用いることを特徴とする請求項1記載のトナーの製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2004266657A JP2006084523A (ja) | 2004-09-14 | 2004-09-14 | トナーの製造方法 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2015059962A (ja) * | 2013-09-17 | 2015-03-30 | 株式会社リコー | 画像形成装置 |
-
2004
- 2004-09-14 JP JP2004266657A patent/JP2006084523A/ja active Pending
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