JP2006293310A - 静電荷像現像用トナーの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】静電荷像現像用トナーの製造方法は、着色剤と樹脂とからなるトナー組成物を有機溶剤に溶解又は分散して得た溶解分散液を、微粒子分散剤を含有する水系媒体中で連続して乳化分散して乳化1次粒子を得る乳化分散工程と、乳化1次粒子の合着凝集を制御する制御工程を有する静電荷像現像用トナーの製造方法であって、制御工程における組成物の算術平均滞留時間は、乳化分散工程における組成物の算術平均滞留時間の1倍以上5倍以下である。
【選択図】図1
Description
乳化機分散液滞留部15から出た乳化1次粒子は、配管構造において、合着したり凝集したりする現象(以下、合着凝集又は合着凝集現象と称する)が制御される。乳化1次粒子の合着凝集現象は、配管構造に種々の手段を導入することにより、トナーとして要求される後述する所定の粒径を有するトナーが得られるように制御される。これにより、粗粉の発生や粒度分布の悪化を抑制し、生産性が上がり、品質を安定化させることができる。また、配管構造内に合着凝集現象を制御する制御手段を設けることで、従来の粒径制御のタンクや設備が不要となり、工定数も短縮化され生産性の向上し、設備コストの削減を行うことが可能となる。
配管構造に設ける制御手段は、乳化1次粒子間の合着凝集現象を制御して、所定の粒径を有するトナー母体粒子を調製し得る手段であれば、特に限定されない。具体的には、スタティックミキサーや、図2に示した渦発生体23を用いたカルマン渦24を利用する方法や、外部磁力により駆動する回転子等を用いることができる。これらの制御手段を用いることにより、配管構造に導入された乳化1次粒子から、所定の粒径を有するトナー母体粒子を得ることが可能となる。
バイパス管路25の滞留時間制御手段としては、主管又はバイパス管路25に所定量のサンプルを断続的にサンプリングすることが可能なサンプリングバルブ26を設けることが好ましい。また、バイパス管路25の全長、全容積の変更も同様に滞留時間を制御する有効な手段である。
本発明において、トナーの各組成物は、乳化機14及び乳化機分散液滞留部15に導入された後、配管構造を介して、合着・凝集制御タンク18へと導入されるが、各組成物が乳化機14及び乳化機分散液滞留部15に滞留する算術平均滞留時間と、配管構造に滞留する算術平均滞留時間との関係は、合着凝集現象の観点から、重要であることを見出した。特に、配管構造における算術平均滞留時間は、乳化機14及び乳化機分散液滞留部15における算術平均滞留時間の1〜5倍であることが好ましく、2〜3倍がさらに好ましい。この算術平均滞留時間の比が5倍よりも大きくなると、生産性の低下に加え、合着凝集現象が過多となり、粗粉や凝集物が発生しやすくなる。また、1倍未満であると、生産性は向上するが、各組成物が配管構造に滞留する間に合着凝集現象の発生が不十分となり、粒度分布が悪化する。
インライン粒度分布計測装置としては、例えば、FBRM(メトラートレード社製)、AccuSizer(Particle Sizing Systems社製)、INSITEC L(Malvern社製)等が挙げられる。例えば、FBRMは、簡易な装置構造で、希釈を行わずに粒度分布を測定することが可能であるが、凝集等により付着しやすいサンプルを測定する場合、測定精度の維持が困難であり、製造設備には不向きである。また、INSITEC L、Accuseizer等は、測定原理から、希釈が必須であり、装置構造が複雑になるが、安定した測定精度で、長期間運転することが可能である。また、これらの希釈が必須である計測器の場合、希釈率は、300倍以上2000倍以下であることが好ましい。希釈率300倍未満であると、付着が発生し、測定に支障を来すことがある。また、希釈率が2000倍を超えると、測定対象粒子数が減少し、使用する希釈溶媒の必要量が膨大となることから、測定精度、生産性が低下することがある。
本発明の製造方法により得られるトナーは、ガスクロマトグラフィーの測定によるトナー中の残留溶剤量が500ppm以下であることが好ましい。残留溶剤量が500ppmを超えると、定着時の臭気が強くなり、さらに、保存時に除々に残留溶剤がトナーの表面に移行してくるため、帯電特性が変化するという問題を併せ持つ。残留溶剤の測定方法は、測定対象となるトナー1重量部に2−プロパノール2重量部を加え、超音波で30分間分散させた後、冷蔵庫(5℃)で1日以上保存してトナー中の溶媒を抽出し、上澄み液をガスクロマトグラフィーGC−14A(SHIMADZU社製)で分析し、トナー中の溶媒及び残留モノマーを定量することにより溶媒濃度を測定して得られる。
トナーの体積平均粒径Dvは、細線再現性を向上させることから、10μm以下であることが好ましい。一方、Dvは、クリーニング性の低下を抑制することから、3μm以上であることが好ましい。特に、粒径が2μm以下のトナーが20%以上存在すると、磁性キャリア又は現像ローラの表面に、現像されにくい微小粒径のトナーが多くなるために、その他のトナーの磁性キャリア又は現像ローラとの接触・摩擦が不十分となって、逆帯電性トナーが多くなることがある。その結果、地肌汚れが発生し、画像品位が低下する。
本発明のトナーは、必要に応じて、帯電制御剤を含有してもよい。帯電制御剤としては、公知のものを全て使用することができ、例えば、ニグロシン系染料、トリフェニルメタン系染料、クロム含有金属錯体染料、モリブデン酸キレート顔料、ローダミン系染料、アルコキシ系アミン、4級アンモニウム塩(フッ素変性4級アンモニウム塩を含む)、アルキルアミド、リンの単体又は化合物、タングステンの単体又は化合物、フッ素系活性剤、サリチル酸金属塩、サリチル酸誘導体の金属塩等である。具体的には、ニグロシン系染料のボントロン03、第四級アンモニウム塩のボントロンP−51、含金属アゾ染料のボントロンS−34、オキシナフトエ酸系金属錯体のE−82、サリチル酸系金属錯体のE−84、フェノール系縮合物のE−89(以上、オリエント化学工業社製)、第四級アンモニウム塩モリブデン錯体のTP−302、TP−415(以上、保土谷化学工業社製)、第四級アンモニウム塩のコピーチャージPSY VP2038、トリフェニルメタン誘導体のコピーブルーPR、第四級アンモニウム塩のコピーチャージ NEG VP2036、コピーチャージ NX VP434(以上、ヘキスト社製)、LRA−901、ホウ素錯体であるLR−147(日本カーリット社製)、銅フタロシアニン、ペリレン、キナクリドン、アゾ系顔料、その他スルホン酸基、カルボキシル基、四級アンモニウム塩等の官能基を有する高分子系の化合物が挙げられる。
本発明のトナーは、2成分系現像剤として用いることができる。この場合には、磁性キャリアと混合して用いればよく、現像剤中のキャリアとトナーの含有比は、キャリア100重量部に対して、トナー1〜10重量部であることが好ましい。磁性キャリアとしては、粒径が20〜200μmの鉄粉、フェライト粉、マグネタイト粉、磁性樹脂キャリア等の従来から公知のものを使用することができる。
(変性されていないポリエステルの合成)
冷却管、攪拌機及び窒素導入管の付いた反応容器中に、ビスフェノールAエチレンオキシド2モル付加物690部及びテレフタル酸256部を入れ、常圧、230℃で8時間反応させ、さらに、10〜15mmHgの減圧下で5時間反応させた後、160℃まで冷却し、これに18部の無水フタル酸を加えて2時間反応させ、変性されていない〔ポリエステル(B)〕を得た。
冷却管、攪拌機及び窒素導入管の付いた反応容器中に、ビスフェノールAエチレンオキシド2モル付加物682部、ビスフェノールAプロピレンオキシド2モル付加物81部、テレフタル酸283部、無水トリメリット酸22部及びジブチルスズオキシド2部を入れ、常圧、230℃で8時間反応させ、さらに10〜15mmHgの減圧下で5時間反応させた後、160℃まで冷却し、これに32部の無水フタル酸を加えて2時間反応させた。次に、80℃まで冷却し、酢酸エチル中でイソホロンジイソシアネート230部と2時間反応を行い、イソシアネート基含有〔プレポリマー(A)〕を得た。
攪拌機及び温度計をセットした反応容器に、イソホロンジアミン170部及びメチルエチルケトン75部を入れ、50℃で5時間反応を行い、〔ケチミン化合物(1)〕を得た。
タンク内に、〔ポリエステル(B)〕55部及び酢酸エチル78.6部を入れ、攪拌し、溶解させた。次に、離型剤であるライスワックス(融点83℃)10部及び銅フタロシアニンブルー顔料4部を入れ、60℃で、TKホモミキサーを用いて、12000rpmで15分間攪拌し、20℃で、ビーズミルを用いて、60分間分散させた。これを〔トナー材料溶液(1)〕とする。
スタティックミキサーは、1段当たりの配管長が400mm、エレメント数が24のものを用いた。
スタティックミキサーを用いた制御に代えて、図2に示す渦発生体を用いて、200rpmで回転させながら、カルマン渦を発生させた以外は、実施例1と同様にして、トナー母体粒子2を得た。
スタティックミキサーを用いた制御に代えて、外部磁力により攪拌子を200rpmで回転させて攪拌する攪拌機構に変更した以外は、実施例1と同様にして、トナー母体粒子3を得た。
スタティックミキサーを用いた制御に代えて、溶媒として水相を用い、希釈により合着凝集現象を制御する処理に変更した以外は、実施例1と同様にして、トナー母体粒子4を得た。
希釈により合着凝集現象を制御する処理の前段にインライン粒度分布計測装置を設置し、後段に実施例3の攪拌機構を備え、溶媒の添加量及び攪拌機構の回転数を、計測器の出力である微粉量及び粗粉量により変更する制御を行った以外は、実施例4と同様にして、トナー母体粒子5を得た。
スタティックミキサーを取り除き、乳化機の吐出側から合着・凝集制御タンクまでの組成物の算術平均滞留時間が乳化機における組成物の算術平均滞留時間の10倍である設備とした以外は、実施例1と同様にして、トナー母体粒子6を得た。
実施例及び比較例で得られたトナー母体粒子100部に、疎水性シリカ0.7部と、疎水化酸化チタン0.3部とを加え、ヘンシェルミキサーで混合した。得られた各トナーの物性値を表1に示す。
トナー5%及びシリコーン樹脂を被覆した平均粒径が40μmの銅−亜鉛フェライトキャリア95%からなる現像剤を調製し、A4サイズの用紙を毎分45枚印刷することが可能なimagio Neo 450(リコー社製)を用いて、下記の基準で評価した。評価結果を表2に示す。
画像チャート上の白黒1対の線を1mm中に5本有する細線の再現性を、現像終了後の感光体をレンズで拡大して目視で判断することにより、画質を評価した。
清掃工程を通過した感光体上の転写残トナーをスコッチテープ(住友スリーエム社製)で白紙に移し、それをマクベス反射濃度計RD514型で測定することにより、クリーニング性を評価した。このとき、ブランクとの差が0.01未満である場合を○(良好)、0.01以上0.02未満である場合を△(良)、0.02以上である場合を×(不良)として判定した。
容積50m3の密閉した室内で、20℃、60%RHの環境下、画像出し開始時と10万枚連続ラン中に、30人のパネラーで、トナーの臭気を評価した。評価項目は、臭気強度、快・不快度、事務機器としての臭気問題度等を得点にし、総合的な尺度から以下の通りランク付けした。
14 乳化機
15 乳化機分散液滞留部
16 乳化機分散液オーバーフロー部
17 スタティックミキサー
18 合着凝集制御タンク
21 流体の流れ方向
22 配管
23 渦発生体
24 カルマン渦
25 バイパス管路
26 サンプリングバルブ
27 インライン粒度分布計測装置
Claims (22)
- 少なくとも着色剤と樹脂とからなるトナー組成物を有機溶剤に溶解又は分散して得た溶解分散液を、微粒子分散剤を含有する水系媒体中で連続して乳化分散して乳化1次粒子を得る乳化分散工程と、
該乳化1次粒子の合着凝集を制御する制御工程を有する静電荷像現像用トナーの製造方法であって、
該制御工程における組成物の算術平均滞留時間は、該乳化分散工程における組成物の算術平均滞留時間の1倍以上5倍以下であることを特徴とする静電荷像現像用トナーの製造方法。 - 前記制御工程は、スタティックミキサーを用いて行われることを特徴とする請求項1に記載の静電荷像現像用トナーの製造方法。
- 前記制御工程は、渦発生体を用いたカルマン渦を利用して行われることを特徴とする請求項1又は2記載の静電荷像現像用トナーの製造方法。
- 前記制御工程は、外部磁力により駆動する攪拌子を用いて行われることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の静電荷像現像用トナーの製造方法。
- 前記制御工程は、液体を添加して行われることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の静電荷像現像用トナーの製造方法。
- 前記液体は、界面活性剤を含有することを特徴とする請求項5に記載の静電荷像現像用トナーの製造方法。
- 前記制御工程は、長さの異なる複数の配管を用いて行われることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載の静電荷像現像用トナーの製造方法。
- 前記制御工程は、径の異なる複数の配管を用いて行われることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載の静電荷像現像用トナーの製造方法。
- 前記制御工程は、粒度分布測定システムを用いて行われることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか一項に記載の静電荷像現像用トナーの製造方法。
- 粒子の粒度分布を測定する粒度分布測定システムにおいて、
該粒子を含有する液体の流れる主管及び該液体をサンプリングすることが可能なバイパス管路を有することを特徴とする粒度分布測定システム。 - 前記バイパス管路の滞留時間を調整することが可能な機構を有することを特徴とする請求項10に記載の粒度分布測定システム。
- 前記バイパス管路から所定量の前記液体を断続的にサンプリングすることが可能なバルブを有することを特徴とする請求項10又は11に記載の粒度分布測定システム。
- 前記バルブを用いてサンプリングされた液体を希釈する手段と、該液体を希釈する希釈率を設定することが可能な機構を有することを特徴とする請求項11又は12に記載の粒度分布測定システム。
- 前記希釈率は、300倍以上2000倍以下であることを特徴とする請求項13に記載の粒度分布測定システム。
- 粒度分布を測定した前記液体を前記主管に戻す手段を有することを特徴とする請求項10乃至14のいずれか一項に記載の粒度分布測定システム。
- 前記粒度分布測定システムは、請求項10乃至15のいずれか一項に記載の粒度分布測定システムであることを特徴とする請求項9に記載の静電荷像現像用トナーの製造方法。
- 請求項1乃至9及び16のいずれか一項に記載の静電荷現像用トナーの製造方法を用いて静電荷像現像用トナーを製造することを特徴とする静電荷像現像用トナーの製造システム。
- 請求項1乃至9及び16のいずれか一項に記載の静電荷現像用トナーの製造方法を用いて製造されている静電荷像現像用トナーであって、
残留溶媒量が500ppm以下であることを特徴とする静電荷像現像用トナー。 - 体積平均粒径(Dv)が3μm以上10μm以下であり、
フロー式粒子像分析装置による平均円形度が0.92以上0.96以下であることを特徴とする請求項18に記載の静電荷像現像用トナー。 - 体積平均粒径(Dv)を個数平均粒径(Dn)で除した値(Dv/Dn)が1.05以上1.25以下であることを特徴とする請求項18又は19に記載の静電荷像現像用トナー。
- 請求項18乃至20のいずれか一項に記載の静電荷像現像用トナーを含有することを特徴とする現像剤。
- 潜像を形成する感光体と、感光体表面に形成された潜像を現像する現像装置と、感光体上の現像されたトナー像を記録部材に転写する転写装置と、感光体表面のトナーをクリーニングするクリーニングブレードを配設するクリーニング装置を有する画像形成装置において、
請求項18乃至20のいずれか一項に記載の静電荷像現像用トナーを用いて画像を形成することを特徴とする画像形成装置。
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