JP2008089908A - トナーおよびトナーの製造方法 - Google Patents

トナーおよびトナーの製造方法 Download PDF

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正也 柴谷
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Abstract

【課題】
低温定着性および保存性が優れたトナーを製造する方法を提供すること。
【解決手段】
本発明のトナーの製造方法は、樹脂Aおよび当該樹脂Aを溶解することができる有機溶剤を含む材料で構成された分散質が、水系分散媒に分散した分散液を調製する分散液調製工程と、複数個の分散質を合一させ、コア領域を形成する合一粒子を得る合一工程と合一粒子の表面を、樹脂Bを含む材料で構成され、シェル領域を形成する被膜で被覆する被覆工程と、有機溶剤を除去する脱溶剤工程とを有し、Smallの方法による溶解度パラメータを用い、樹脂A、樹脂B、有機溶剤についての溶解度パラメータをそれぞれ、SP(A)[(MPa)1/2]、SP(B)[(MPa)1/2]、SP(S)[(MPa)1/2]としたとき、SP(A)<SP(S)<SP(B)、または、SP(A)>SP(S)>SP(B)の関係を満足することを特徴とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、トナーおよびトナーの製造方法に関するものである。
電子写真法としては、多数の方法が知られているが、一般には、光導電性物質を利用し、種々の手段により感光体上に電気的潜像を形成する工程(露光工程)と、該潜像をトナーを用いて現像する現像工程と、紙等の転写材(記録媒体)にトナー画像を転写する転写工程と、定着ローラを用いた加熱等により、前記トナー画像を定着する定着工程とを有している。
また、トナーとしては、粉砕法により製造されるトナーや、液相において粒成長を行うことにより得られるいわゆるケミカルトナー(例えば、分散液中において複数の分散質を合一させる乳化凝集法により得られるトナー等)がある。
粉砕法は、主成分であるバインダー樹脂(以下、単に「樹脂」ともいう。)と、着色剤とを含む原料を混練して混練物を得、その後、前記混練物を冷却、粉砕する方法である。このような粉砕法は、原料の選択の幅が広く、比較的容易にトナーを製造することができる点で優れている。しかしながら、粉砕法で得られるトナーは、各粒子間での形状のばらつきが大きく、その粒径分布も広くなり易いという欠点を有している。その結果、各トナー粒子間での特性が大きく異なる結果となり、トナー全体としての転写効率が低下したり、帯電特性が低下する等の問題があった。また、近年、より解像度の高い画像を得るために、トナー粒子の小粒径化が求められているが、粉砕法では、この要求に十分に応えるのが困難である。すなわち、粉砕法では、一般に、粉砕物の粒径が比較的小さくなると、急激に粉砕の効率が低下し、また、粉砕とともに微粉の凝集が進行する。このため、粉砕法では、比較的粒径の小さいトナー粒子(例えば、平均粒径6μm以下のトナー粒子)を製造する場合、粉砕に要するエネルギーが非常に大きなものとなり、省エネルギーの観点等からも好ましくない。また、粉砕のために大きなエネルギーを与えると、混練物の構成材料が熱等により変性し易くなる。このため、目的とする特性のトナーを得るのが困難となり、トナーの信頼性が低下する。
一方、ケミカルトナーの製造は、液相中等で粒成長を行うため、トナー粒子の形状を、比較的真球度の高いものにしたり、トナー粒子間での形状のばらつきを抑制することができるという点等で優れている。
また、ケミカルトナーでは、凝集粒子からなる芯粒子(コア領域)と、芯粒子とは異なる材料で構成され、芯粒子を被覆する層(シェル領域)とを有する「カプセル型」の構造とすることができる(例えば、特許文献1参照)。これにより、芯粒子と被覆する層とでの機能分離を図ることができる。例えば、芯粒子の構成材料としてガラス転移温度が比較的低い材料を用いるとともに、被覆する層の構成材料として芯粒子よりもガラス転移温度の高い材料を用いることにより、低温領域での定着性(低温定着性)の向上を図るとともに、保存時におけるトナー粒子の凝集等を防止し、トナーの保存性を向上させることが考えられる。
しかしながら、上記のようなカプセル型のトナーでは、芯粒子に被覆する層を均一に形成させることが難しかった。すなわち、被覆する層を形成させるには、芯粒子に樹脂からなる微粒子を付着させた後、微粒子を構成する樹脂のガラス転移温度以上の温度にて、トナー粒子を加熱し、被覆する層を形成する必要があった。このため、芯粒子に内包されたワックスや、芯粒子の樹脂が溶融してしまい、また芯粒子の樹脂と微粒子の樹脂が相溶して芯粒子と被覆する層の境界があいまいになってしまうため、芯粒子の周囲に均一な被膜を得ることが難しかった。このため、芯粒子の構成材料の特性と、被覆する層の構成材料の特性とを、両立したトナーを得ることが困難であった。また、上記の問題を解決するために、比較的低い温度で加熱処理を行った場合、微粒子が芯粒子に対して密着しなかったり、芯粒子が露出していたりするため、均一な厚さのシェル領域を形成することができなかった。この結果、上記のようなトナーでは、低温定着性、保存性の優れたトナーを得ることができない問題があった。また、トナー粒子の加熱を行う工程を有することにより、トナー製造時に多大なエネルギーを消費する問題があった。
特開平10−26842号公報
本発明の目的は、低温定着性および保存性が優れたトナーおよびトナーを製造する方法を提供することにある。
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明のトナーの製造方法は、コア領域と、前記コア領域を被覆し、前記コア領域とは異なる組成のシェル領域とを有するトナー粒子を含むトナーを製造する方法であって、
樹脂Aおよび当該樹脂Aを溶解することができる有機溶剤を含む材料で構成された分散質が、水系分散媒に分散した分散液を調製する分散液調製工程と、
複数個の前記分散質を合一させ、前記コア領域を形成する合一粒子を得る合一工程と、
前記合一粒子の表面を、樹脂Bを含む材料で構成され、前記シェル領域を形成する被膜で被覆する被覆工程と、
前記有機溶剤を除去する脱溶剤工程とを有し、
Smallの方法による溶解度パラメータを用い、前記樹脂Aについての溶解度パラメータをSP(A)[(MPa)1/2]、前記樹脂Bについての溶解度パラメータをSP(B)[(MPa)1/2]、前記有機溶剤についての溶解度パラメータをSP(S)[(MPa)1/2]としたとき、SP(A)<SP(S)<SP(B)、または、SP(A)>SP(S)>SP(B)の関係を満足することを特徴とする。
これにより、低温定着性および保存性が優れたトナーを製造する方法を提供することができる。
本発明のトナーの製造方法では、前記有機溶剤の溶解度パラメータSP(S)[(MPa)1/2]は、18〜20[(MPa)1/2]であることが好ましい。
これにより、低温定着性および保存性が特に優れたトナーを製造する方法を提供することができる。
本発明のトナーの製造方法では、|SP(A)−SP(S)|および|SP(B)−SP(S)|が1(MPa)1/2以下であり、かつ、|SP(A)−SP(B)|>1.2(MPa)1/2の関係を満足することが好ましい。
これにより、トナー粒子の粒度分布が狭く、低温定着性、保存性が特に優れたトナーを製造する方法を提供することができる。
本発明のトナーの製造方法では、前記合一工程において電解質を添加することが好ましい。
これにより、特に容易かつ確実に合一粒子を得ることができ、容易かつ確実に、合一粒子(着色樹脂微粒子)の粒径を制御することができる。
本発明のトナーの製造方法では、前記被覆工程において電解質を添加することが好ましい。
これにより、被膜の形成を促進することができ、容易かつ確実に、被膜の厚さを制御することができる。
本発明のトナーの製造方法では、前記シェル領域の平均厚さは、0.10〜0.35μmであることが好ましい。
これにより、低温定着性および保存性が特に優れたトナーを製造する方法を提供することができる。
本発明のトナーの製造方法では、前記樹脂Aのガラス転移温度は、前記樹脂Bのガラス転移温度よりも低いものであることが好ましい。
これにより、低温定着性および保存性が特に優れたトナーを製造する方法を提供することができる。
本発明のトナーは、本発明の方法を用いて製造されたことを特徴とする。
これにより、低温定着性および保存性が優れたトナーを提供することができる。
本発明のトナーでは、前記樹脂Aおよび樹脂Bは、いずれも、ポリエステル樹脂であることが好ましい。
これにより、透明性が高くかつ高グロスの画像を形成することができ、低温定着性が特に優れたトナーの製造方法を提供できる。
以下、本発明の好適な実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
図1は、本発明のトナーを構成するトナー粒子の好適な実施形態を示す模式的な断面図である。
<トナー>
まず、本発明のトナーについて説明する。
トナーは、多数個のトナー粒子1で構成されている。
トナー粒子1は、コア領域(芯部、核)11と、コア領域11を被覆するシェル領域(外殻)12とを有し、コア領域11とシェル領域12との間に明確な境界を有する構造(コアシェル構造)となっている。
[コア領域]
コア領域11は、樹脂(樹脂A)と着色剤とを含む材料で構成されたものである。
コア領域11を構成する樹脂A(バインダー樹脂)は、後述する溶解性パラメータ(SP値)の関係を満足しているものであれば、特に限定されず、例えば、ポリスチレン、ポリ−α−メチルスチレン、クロロポリスチレン、スチレン−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−ブタジエン共重合体、スチレン−塩化ビニル共重合体、スチレン−酢酸ビニル共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、スチレン−アクリル酸エステル共重合体、スチレン−メタクリル酸エステル共重合体、スチレン−アクリル酸エステル−メタクリル酸エステル共重合体、スチレン−α−クロルアクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリロニトリル−アクリル酸エステル共重合体、スチレン−ビニルメチルエーテル共重合体等のスチレン系樹脂でスチレンまたはスチレン置換体を含む単重合体または共重合体、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン変性エポキシ樹脂、シリコーン変性エポキシ樹脂、塩化ビニル樹脂、ロジン変性マレイン酸樹脂、フェニール樹脂、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン、アイオノマー樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂、ケトン樹脂、エチレン−エチルアクリレート共重合体、キシレン樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、テルペン樹脂、フェノール樹脂、脂肪族または脂環族炭化水素樹脂等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
中でも、ポリエステル樹脂は、低温領域での定着性のし易さ(低温定着性)の向上に有利であり、また、透明性が高くかつ高グロスの画像を形成する上でも有利である。また、コア領域11がポリエステル樹脂で構成されたものであると、後述するような製造方法において、容易かつ確実に所望の特性を有するトナーを製造することができる。
コア領域11がポリエステル樹脂を含む材料で構成されるものである場合、当該ポリエステル樹脂の酸価は、1〜30KOHmg/gであるのが好ましく、3〜20KOHmg/gであるのがより好ましい。ポリエステル樹脂の酸価が前記範囲内の値であると、トナー粒子1の帯電特性を安定したものとしつつ、紙等の記録媒体への定着強度を特に優れたものとすることができる。また、後述するような製造方法において、粗大粒子が発生するのをより効果的に防止することができ、トナー粒子1の粒度分布を特にシャープなものとすることができる。
また、コア領域11を構成する樹脂A(バインダー樹脂)のガラス転移温度(Tg)は、特に限定されないが、30〜55℃であるのが好ましく、35〜50℃であるのがより好ましい。コア領域11を構成する樹脂Aのガラス転移温度(Tg)が前記範囲内の温度であると、トナーとしての低温定着性を特に優れたものとしつつ、トナーを用いて記録媒体上に形成される画像(定着画像)の定着強度等を十分に優れたものとすることができる。
なお、コア領域11が複数種の樹脂成分で構成されるものである場合、すなわち樹脂Aが複数種の樹脂成分を含むものである場合、上記ガラス転移温度Tg[℃]は、下記連立方程式の解として求められるTgの値を採用することができる。
100/T=w1/T1+w2/T2+・・・
Tg=T−273
ただし、上記式中、樹脂Aを構成する各樹脂成分(第1の成分、第2の成分、・・・)のガラス転移温度を、それぞれ、絶対温度表示でT1[K]、T2[K]、・・・とし、樹脂Aを構成する樹脂成分全体に占める各成分(第1の成分、第2の成分、・・・)の含有率を、それぞれ、w1[wt%]、w2[wt%]、・・・とする。
また、コア領域11を構成する樹脂Aの軟化温度は、特に限定されないが、60〜150℃であるのが好ましく、80〜120℃であるのがより好ましい。コア領域11を構成する樹脂Aの軟化温度が前記範囲内の温度であると、トナーとしての低温定着性を特に優れたものとしつつ、トナーを用いて記録媒体上に形成される画像(定着画像)の定着強度等を十分に優れたものとすることができる。なお、本明細書で、軟化温度とは、特に断りのない限り、定荷重押出し形細管式レオメータであるフローテスター(島津製作所製、CFT−500)において、ピストン断面積:1cm、シリンダ圧力:0.98MPa、ダイ穴長さ:1.0mm、ダイ穴径1.0mm、測定開始温度:50℃、昇温速度:6℃/min、試料重量:1.5gの条件で測定されるT1/2温度のことを指す。また、樹脂Aが複数種の樹脂成分を含むものである場合、上記T1/2温度としては、これらの各成分についてのT1/2温度の加重平均値を、樹脂AのT1/2温度(軟化温度)として採用することができる。
コア領域11を構成する着色剤としては、例えば、顔料、染料等を使用することができる。このような顔料、染料としては、例えば、カーボンブラック、スピリットブラック、ランプブラック(C.I.No.77266)、マグネタイト、チタンブラック、黄鉛、カドミウムイエロー、ミネラルファストイエロー、ネーブルイエロー、ナフトールイエローS、ハンザイエローG、パーマネントイエローNCG、クロムイエロー、ベンジジンイエロー、キノリンイエロー、タートラジンレーキ、赤口黄鉛、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、ベンジジンオレンジG、カドミウムレッド、パーマネントレッド4R、ウオッチングレッドカルシウム塩、エオシンレーキ、ブリリアントカーミン3B、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、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、ファーストスカイブルー、インダンスレンブルーBC、群青、アニリンブルー、フタロシアニンブルー、カルコオイルブルー、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、フタロシアニングリーン、ファイナルイエローグリーンG、ローダミン6G、キナクリドン、ローズベンガル(C.I.No.45432)、C.I.ダイレクトレッド1、C.I.ダイレクトレッド4、C.I.アシッドレッド1、C.I.ベーシックレッド1、C.I.モーダントレッド30、C.I.ピグメントレッド48:1、C.I.ピグメントレッド57:1、C.I.ピグメントレッド122、C.I.ピグメントレッド184、C.I.ダイレクトブルー1、C.I.ダイレクトブルー2、C.I.アシッドブルー9、C.I.アシッドブルー15、C.I.ベーシックブルー3、C.I.ベーシックブルー5、C.I.モーダントブルー7、C.I.ピグメントブルー15:1、C.I.ピグメントブルー15:3、C.I.ピグメントブルー5:1、C.I.ダイレクトグリーン6、C.I.ベーシックグリーン4、C.I.ベーシックグリーン6、C.I.ピグメントイエロー185、C.I.ピグメントイエロー74、C.I.ピグメントイエロー17、C.I.ピグメントイエロー93、C.I.ピグメントイエロー97、C.I.ピグメントイエロー12、C.I.ピグメントイエロー180、C.I.ピグメントイエロー162、ニグロシン染料(C.I.No.50415B)、金属錯塩染料、シリカ、酸化アルミニウム、マグネタイト、マグヘマイト、各種フェライト類、酸化第二銅、酸化ニッケル、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化マグネシウム等の金属酸化物や、Fe、Co、Niのような磁性金属を含む磁性材料等が挙げられ、これらのうち1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
また、コア領域11には、上記以外の成分が含まれていてもよい。このような成分としては、例えば、ワックス、帯電制御剤、磁性粉末等が挙げられる。
ワックスとしては、例えば、オゾケライト、セルシン、パラフィンワックス、マイクロワックス、マイクロクリスタリンワックス、ペトロラタム、フィッシャー・トロプシュワックス等の炭化水素系ワックス、カルナバワックス、ライスワックス、ラウリン酸メチル、ミリスチン酸メチル、パルミチン酸メチル、ステアリン酸メチル、ステアリン酸ブチル、キャンデリラワックス、綿ロウ、木ロウ、ミツロウ、ラノリン、モンタンワックス、脂肪酸エステル、ポリグリセリン脂肪酸エステル等のエステル系ワックス、ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックス、酸化型ポリエチレンワックス、酸化型ポリプロピレンワックス等のオレフィン系ワックス、12−ヒドロキシステアリン酸アミド、ステアリン酸アミド、無水フタル酸イミド等のアミド系ワックス、ラウロン、ステアロン等のケトン系ワックス、エーテル系ワックス等が挙げられる。これらのうち1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
帯電制御剤としては、例えば、安息香酸の金属塩、サリチル酸の金属塩、ベンジル酸の金属塩、アルキルサリチル酸の金属塩、銅フタロシアニン、ペリレン、キナクリドン、アゾ系顔料、含金属ビスアゾ染料、カッリクスアレン型のフェノール系縮合物、環状ポリサッカライド、トリメチルエタン系化合物、カテコールの金属塩、ニグロシン化合物、テトラフェニルボレート誘導体、第四級アンモニウム塩、オニウム化合物、トニフェニルメタン系化合物、アルキルピリジニウム塩、塩素化ポリエステル、ニトロフニン酸等が挙げられる。
磁性粉末としては、例えば、マグネタイト、マグヘマイト、各種フェライト類、酸化第二銅、酸化ニッケル、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化マグネシウム等の金属酸化物や、Fe、Co、Niのような磁性金属を含む磁性材料で構成されたもの等が挙げられる。
また、コア領域11の構成材料(成分)としては、上記のような材料のほかに、例えば、ステアリン酸亜鉛、酸化亜鉛、酸化セリウム、シリカ、酸化チタン、酸化鉄、脂肪酸、脂肪酸金属塩等を用いてもよい。
コア領域11の平均粒径は、特に限定されないが、2〜5.5μmであるのが好ましく、3〜5.2μmであるのがより好ましい。コア領域11の平均粒径が前記範囲内の値であると、より解像度の高いトナー画像を得ることができる。特になお、本明細書で、平均粒径とは、特に断りのない限り、体積基準の平均粒径のことを指す。
また、コア領域11の平均粒径をD[μm]、トナー粒子1の平均粒径をD[μm]としたとき、0.70≦D/D≦0.99の関係を満足するのが好ましく、0.90≦D/D≦0.95の関係を満足するのがより好ましい。このような関係を満足することにより、コア領域11の構成材料の特性をより確実に発揮させることができる。特に、後述するようなシェル領域12を備えたトナー粒子1は、シェル領域12の厚さを十分に薄いものとしながらも、硬度を十分に高いものとすることができる。したがって、コア領域11を構成する樹脂(バインダー樹脂)として、上述したようなガラス転移温度、および軟化温度のものを用いた場合には、保存時におけるトナー粒子1の凝集をより効果的に防止するとともに、トナー粒子1を記録媒体に低温で定着させることができる。
[シェル領域]
シェル領域12は、コア領域11の外周を被覆するように設けられたものであり、樹脂(樹脂B)を含むものである。
このようなシェル領域12を構成する樹脂B(バインダー樹脂)は、後述する溶解性パラメータ(SP値)の関係を満足しているものであれば、特に限定されず、例えば、ポリスチレン、ポリ−α−メチルスチレン、クロロポリスチレン、スチレン−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−ブタジエン共重合体、スチレン−塩化ビニル共重合体、スチレン−酢酸ビニル共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、スチレン−アクリル酸エステル共重合体、スチレン−メタクリル酸エステル共重合体、スチレン−アクリル酸エステル−メタクリル酸エステル共重合体、スチレン−α−クロルアクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリロニトリル−アクリル酸エステル共重合体、スチレン−ビニルメチルエーテル共重合体等のスチレン系樹脂でスチレンまたはスチレン置換体を含む単重合体または共重合体、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン変性エポキシ樹脂、シリコーン変性エポキシ樹脂、塩化ビニル樹脂、ロジン変性マレイン酸樹脂、フェニール樹脂、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン、アイオノマー樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂、ケトン樹脂、エチレン−エチルアクリレート共重合体、キシレン樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、テルペン樹脂、フェノール樹脂、脂肪族または脂環族炭化水素樹脂等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。中でも、ポリエステル樹脂は、低温領域での定着性のし易さ(低温定着性)の向上に有利であり、また、透明性が高くかつ高グロスの画像を形成する上でも有利である。
また、シェル領域12を構成する樹脂Bは、前述したコア領域11を構成する樹脂Aよりも、より高い重量平均分子量Mwを有するものであることが好ましい。これにより、保存時などにおけるトナー粒子1の不本意な凝集をより好適に防止することができる。
また、樹脂Bがポリエステル樹脂であり、その重量平均分子量Mwは、10万〜40万であるのが好ましく、15万〜25万であるのがより好ましい。樹脂Bが上記条件を満たすことにより、トナー粒子1の強度をさらに高いものとすることができる。
また、樹脂Bは、架橋構造を有しているのが好ましい。架橋構造を有することで、強度、耐久性に格段に優れたものとすることができる。
また、シェル領域12を構成する樹脂Bのガラス転移温度は、コア領域11を構成する樹脂(樹脂A)のガラス転移温度よりも高いものであるのが好ましい。これにより、トナーの低温定着性を特に優れたものとしつつ、トナーの保存性を特に優れたものとすることができる。
樹脂Bのガラス転移温度(Tg)は、特に限定されないが、60〜100℃であるのが好ましく、65〜90℃であるのがより好ましい。樹脂Bのガラス転移温度が前記範囲内の温度であると、トナーの保存性を特に優れたものとしつつ、トナーとしての低温定着性、トナーを用いて記録媒体上に形成される画像(定着画像)の定着強度等を十分に優れたものとすることができる。
なお、シェル領域12がコア領域11が複数種の樹脂成分で構成されるものである場合、すなわち樹脂Bが複数種の樹脂成分を含むものである場合、上記ガラス転移温度Tg[℃]は、下記連立方程式の解として求められるTgの値を採用することができる。
100/T=w1/T1+w2/T2+・・・
Tg=T−273
ただし、上記式中、樹脂Bの各樹脂成分(第1の成分、第2の成分、・・・)のガラス転移温度を、それぞれ、絶対温度表示でT1[K]、T2[K]、・・・とし、シェル領域12を構成する樹脂成分全体に占める各成分(第1の成分、第2の成分、・・・)の含有率を、それぞれ、w1[wt%]、w2[wt%]、・・・とする。
また、コア領域11の構成樹脂(樹脂A)とシェル領域12の構成樹脂(樹脂B)とを比較した場合、コア領域11の構成樹脂(樹脂A)よりも、シェル領域12の構成樹脂(樹脂B)の方が酸価が高いのが好ましい。これにより、コア領域11に対して、シェル領域12を構成する樹脂が付着し易くなり、コア領域11とシェル領域12との接着性(接合性)が向上する。そのため、シェルとしてのバリアー性が強化されるため好ましい。
また、シェル領域12を構成する樹脂Bの軟化温度は、コア領域11を構成する樹脂Aの軟化温度よりも高いものであるのが好ましい。これにより、トナーの低温定着性を特に優れたものとしつつ、トナーの保存性を特に優れたものとすることができる。
樹脂Bの軟化温度は、特に限定されないが、60〜220℃であるのが好ましく、80〜200℃であるのがより好ましい。シェル領域12を構成する樹脂Bの軟化温度が前記範囲内の温度であると、トナーの保存性を特に優れたものとしつつ、トナーとしての低温定着性、トナーを用いて記録媒体上に形成される画像(定着画像)の定着強度等を十分に優れたものとすることができる。なお、シェル領域12が複数種の樹脂成分を含むものである場合、上記軟化温度としては、これらの各成分についての軟化温度の加重平均値を、樹脂Bの軟化温度として採用することができる。
また、シェル領域12には、上記以外の成分が含まれていてもよい。このような成分としては、例えば、着色剤、ワックス、帯電制御剤、磁性粉末等が挙げられる。着色剤、ワックス、帯電制御剤、磁性粉末としては、例えば、コア領域11の構成材料として例示したものを用いることができる。また、シェル領域12の構成材料(成分)としては、上記のような材料のほかに、例えば、ステアリン酸亜鉛、酸化亜鉛、酸化セリウム、シリカ、酸化チタン、酸化鉄、脂肪酸、脂肪酸金属塩等を用いてもよい。
なお、シェル領域12の組成は、全体として、コア領域11と異なるものであればよく、例えば、シェル領域12とコア領域11とは、共通の構成成分を含むものであってもよい。
また、トナー粒子は、例えば、上記のような材料で構成されたトナー母粒子の表面付近に、外添剤が付与されたものであってもよい。外添剤としては、例えば、シリカ、酸化アルミニウム、酸化チタン、チタン酸ストロンチウム、酸化セリウム、酸化マグネシウム、酸化クロム、チタニア、酸化亜鉛、マグネタイト等の金属酸化物、窒化珪素等の窒化物、炭化珪素等の炭化物、硫酸カルシウム、炭酸カルシウム、脂肪族金属塩等の無機材料で構成された微粒子、アクリル樹脂、フッ素樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリエステル樹脂、脂肪族金属塩等の有機材料で構成された微粒子やこれらの複合物で構成された微粒子等が挙げられ、これらから選択される1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。また、外添剤としては、上記のような微粒子の表面に、HMDS、シラン系カップリング剤、チタネート系カップリング剤、フッ素含有シラン系カップリング剤、シリコーンオイル等により表面処理を施したものを用いてもよい。
また、シェル領域12の厚さは、特に限定されないが、0.10〜0.35μmであるのが好ましく、0.15〜0.30μmであるのがより好ましい。シェル領域12の厚さが前記範囲内の値であると、トナーの定着良好域を十分に広いものとしつつ、トナーの低温定着性、耐久性、保存性等を特に優れたものとすることができる。
[トナー粒子の全体構成]
上記のようなトナー粒子1の平均粒径は、特に限定されないが、3〜10μmであるのが好ましく、4〜6μmであるのがより好ましい。トナー粒子1の平均粒径が前記範囲内の値であると、高解像度の画像形成に好適に適用することができるとともに、コア領域11の構成材料の特性およびシェル領域12の構成材料の特性を、より確実に発揮させることができる。
トナーを構成するトナー粒子は、均一な形状を有し、粒度分布のシャープな(幅の小さい)ものであるのが好ましい。
具体的には、下記式(I)で表されるトナー粒子についての平均円形度Rは、0.95〜0.99であるのが好ましい。平均円形度Rが前記範囲内の値であると、トナーの転写効率を特に優れたものとしつつ、画像形成装置内におけるクリーニング性を十分に優れたものとすることができる。
R=L/L・・・(I)
(ただし、式中、L[μm]は、測定対象のトナー粒子の投影像の周囲長、L[μm]は、測定対象のトナー粒子の投影像の面積に等しい面積の真円(完全な幾何学的円)の周囲長を表す。)
また、トナー粒子についての円形度の標準偏差は、0.04以下であるのが好ましい。
このように、円形度の標準偏差が十分に小さいと、帯電特性、定着特性等のばらつきが特に小さくなり、トナー全体としての、信頼性がさらに向上する。
また、トナー粒子の粒径の標準偏差(σ(DT))をトナー粒子の平均粒径(DT)で除した数値(σ(DT)/DT)として表されるトナー粒子の粒径についての変動係数は、0.30以下であるのが好ましく、0.20以下であるのがより好ましい。これにより、トナー粒子の粒度分布は特にシャープなものとなり、トナーを用いて形成される画像を、より良好なものとすることができる。また、各トナー粒子間での帯電特性、定着特性等のばらつきを特に小さいものとすることができ、トナー全体としての信頼性を特に優れたものとすることができる。また、例えば、トナーの製造時においては、トナーの乾燥を容易かつ確実に行うことができ、トナー中の含水量を抑制することができる。
また、トナー粒子についての50%体積粒径をDv(50)[μm]、50%個数粒径をDn(50)[μm]としたとき、Dv(50)/Dn(50)の値は、1.00〜1.25であるのが好ましく、1.00〜1.20であるのがより好ましい。これにより、トナーを用いて形成される画像を、より良好なものとすることができる。
なお、Dv(50)、Dn(50)の値は、例えば、コールター社製マルチサイザーII型(アパーチャーチューブ径:100μm)を用いた測定により求めることができる。
上記のようなトナー粒子は、後述するような方法により、容易かつ確実に得ることができる。
本発明の方法によって得られるトナーは、一成分系現像剤として用いられるものであってもよいし、二成分型現像剤として用いられるものであってもよい。また、本発明のトナーは、乾式トナーとして用いられるものであってもよいし、液体現像剤に用いられるものであってもよい。
<トナーの製造方法>
次に、本発明のトナーの製造方法について説明する。
本発明のトナーの製造方法は、樹脂成分(樹脂A)と当該樹脂Aを溶解することができる有機溶剤を含む材料で構成された分散質が水系分散媒に分散(乳化および/または懸濁)した分散液(乳化懸濁液)を調製する工程(乳化懸濁液(分散液)調製工程)と、複数個の分散質を合一させ、合一粒子を得る工程(合一工程)と、合一粒子の表面を、合一粒子を構成する樹脂成分とは異なる組成の樹脂成分(樹脂B)で構成された被膜で被覆する工程(被覆工程)と、有機溶剤を除去する工程(脱溶剤工程)とを有する。これにより、コアシェル構造を有したトナー粒子が得られ、低温定着性および保存性に優れたトナーが得られる。
ところで、乳化懸濁液の調製に用いる有機溶剤、樹脂成分(樹脂A)および合一粒子を被覆する為の樹脂(樹脂B)の種類、および組み合わせによっては、好適にコアシェル構造を形成することが困難な場合があった。
すなわち、有機溶剤と樹脂Aを含む合一粒子に対して樹脂Bで構成された被膜を形成する際には、有機溶剤、樹脂Aおよび樹脂Bのそれぞれの成分に対しての親和性(および溶解性)が極めて重要であり、これらの親和性が適度なものでないと、コアシェル構造を有したトナー粒子1を得ることが困難となる場合があった。
そこで、本発明者らは鋭意検討した結果、溶解性パラメータ(SP値)を指標として特定の関係を満足する上記有機溶剤、樹脂Aおよび樹脂Bを用いることでコアシェル構造を有したトナー粒子1を容易かつ確実に得られることを見出した。
[溶解性パラメータ(SP値)]
以下、溶解性パラメータ(SP値)について説明する。
溶解性パラメータ(SP値)δ[(MPa)1/2]は、複数の物質の相溶性および親和性の指標として用いられるものであり、下記式(II)にて表される式で定義される。
δ=(ΔE/V1/2 ‥‥ (II)
ただし、ΔE[10N・m・mol−1]は蒸発熱、V[m・mol−1]は1molあたりの体積である。二つの物質の溶解性パラメータの差は、その二つの物質が相溶するために必要なエネルギーと密接な関係が有り、溶解性パラメータの差が小さいほど二つの物質が相溶するために必要なエネルギーは小さなものとなる。すなわち、二つの物質が存在した場合、一般に、溶解性パラメータの差が小さいほど、親和性が高く、相溶性が高いものとなる。また、二つの物質の溶解性パラメータが近いと、二つの物質が密着した場合に、二つの物質間の密着強度は優れたものとなる。
溶解性パラメータを求める方法は、いくつか提案されているが、高分子材料に関しては、Smallの方法(P.A.Small:J.Appl.Chem,3,71(1953))を用いることができる。Smallの方法では、物質が有する官能基にそれぞれ特有の溶解性パラメータへの寄与が存在すると仮定して、官能基ごとの寄与率を実験的に求める。この官能基の寄与率用いて、高分子の繰り返し単位に存在する全ての官能基についての寄与率の和を求めることで、高分子の溶解性パラメータを求めることができる。Smallの方法による溶解性パラメータの計算式を、式(III)で示す。この方法を用いることにより、溶解性パラメータをより妥当な値として得ることができ、溶解パラメータを求めることが容易なものとなる。
δ=ρ/M×ΣF ‥‥ (III)
ただし、F[(MPa)1/2・cm・mol−1]は各官能基のδへの寄与率、ρ[g・cm−3]は物質の密度、M[g・mol−1]は高分子の繰り返し単位の式量である。
本発明では、コアシェル構造のコア領域11、シェル領域12を構成する樹脂成分は、高分子材料であることから、溶解性パラメータはSmallの方法を用いることが最も適当であり、各成分の親和性について妥当な値が得られる。このため、本発明では、Smallの方法によって、溶解性パラメータを求める。コア領域11に含まれる樹脂成分(樹脂A)、シェル領域12に含まれる樹脂成分(樹脂B)および有機溶剤についての溶解性パラメータを、他の構成成分の溶解性パラメータと比較することで、成分同士の親和性(溶解性)についての指標を得ることができる。このことから、SP値が特定の関係にある複数の成分を用いることで、コアシェル構造を有したトナー粒子1が容易かつ確実に得られる。
溶解性パラメータ(SP値)は本発明の製造方法において以下のように用いることができる。コア領域11に含まれる樹脂を樹脂A、シェル領域に含まれる樹脂を樹脂Bとし、樹脂A、樹脂Bおよび溶剤のSP値(溶解度パラメータ)をそれぞれ、SP(A)[(MPa)1/2]、SP(B)[(MPa)1/2]、SP(S)[(MPa)1/2]とし、X、Y、Zを下記に示すものと定義する。
X=|SP(A)−SP(S)| ‥‥ (IV)
Y=|SP(B)−SP(S)| ‥‥ (V)
Z=|SP(A)−SP(B)| ‥‥ (VI)
本方法において、樹脂A、樹脂B、有機溶剤のSP値は、下記式(V)の関係を満たすものである。SP(S)が、SP(A)とSP(B)の間に存在することにより、樹脂Aおよび樹脂Bは、有機溶剤への親和性を十分に高いものとしつつ、樹脂Aと樹脂Bとの相溶性を十分に低いものとすることができる。これにより、樹脂Aおよび樹脂Bは有機溶剤に容易に溶解することができ、樹脂Aと樹脂Bとが相溶することを防止できる。このため、トナーの製造時においてコア領域に対して好適にシェル領域を形成することができ、低温定着性、保存性が優れたトナーが得られる。
これに対し、下記式(V)の関係を満たさない場合には、すなわち、樹脂Aおよび樹脂BのSP値が有機溶剤のSP値よりともに高いあるいはともに低い場合には、コアシェル構造を形成することができない。この場合において、樹脂A、樹脂BのSP値が近い場合には、樹脂Aと樹脂Bの親和性が過度に高くなり、被覆工程にて樹脂Aと樹脂Bが相溶し、混合してしまう結果、コアシェル構造を形成することができない。また、樹脂Aと樹脂BとのSP値を離して、樹脂Aと樹脂Bとの間に適度の親和性を持たせた場合、樹脂Aあるいは樹脂BのSP値が溶剤のSP値から大きく離れてしまうため、片方の樹脂が溶剤に溶解しずらいものとなり、コアシェル構造を有したトナーが製造できなくなってしまう。
SP(A)<SP(S)<SP(B)、または、SP(A)>SP(S)>SP(B) ‥‥ (VII)
また、樹脂Aと有機溶剤の溶解パラメータの差Xは1(MPa)1/2以下であることが好ましく、0.2〜0.8(MPa)1/2であることがより好ましい。これにより、樹脂Aは有機溶剤への溶解性を高いものにすることができ、好適にコアシェル構造を形成できる。このため、得たれたトナーは低温定着性および保存性に特に優れたものとなる。また、合一工程において、合一の速度を容易に調節することができ、トナー粒子は、粒度分布が特に狭いものとなる。これに対し、Xが大きすぎると、樹脂Aの有機溶剤への溶解性が低くなるため、合一粒子の粒成長の速度が過度に大きくなる場合があり、合一粒子の粒度分布を狭いものとできない場合がある。また、Xが小さすぎると、樹脂Aの有機溶剤への溶解性が過度なものとなり、合一工程において、合一粒子の粒成長が遅くなる場合がある。
また、樹脂Bと有機溶剤の溶解パラメータの差Yは1(MPa)1/2以下であることが好ましく、0.2〜0.8(MPa)1/2であることがより好ましい。これにより、樹脂Bは有機溶剤への溶解性を高いものにすることができ、好適にコアシェル構造を形成でき、得たれたトナーは低温定着性および保存性に特に優れたものとなる。また、被覆工程において、被覆の速度を容易に調節することができ、均一な厚さのシェル領域を形成できる。これに対し、Yが大きすぎると、樹脂Aの有機溶剤への溶解性が低くなるため、被膜の形成が早くなり、形成したシェル領域が均一な厚さにならない場合がある。また、Yが小さすぎると、樹脂Bの有機溶剤への溶解性が過度なものとなり、被覆工程において、被膜の形成が遅くなる場合がある。
また、樹脂Aおよび樹脂Bの溶解性パラメータの差ZはZ>1.2(MPa)1/2の関係を満足することが好ましく、1.4<Z<2(MPa)1/2の関係を満足することがより好ましく、1.4<Z<1.8(MPa)1/2の関係を満足することがさらに好ましい。これにより、被覆工程において、効率よく被膜の形成を行うことができ、コアシェル構造を容易かつ確実に製造することができる。また、樹脂Aと樹脂Bの親和性が適度であるため、得られたトナー粒子のコア領域11とシェル領域12とは、密着性に優れるが相溶せず、保存時においても特に安定してコアシェル構造を維持できる。このため、得られたトナーは低温定着性、保存性に特に優れたものとなる。これに対し、Zが小さすぎると、樹脂Aおよび樹脂Bの樹脂の種類によっては、樹脂同士の親和性が高くなり、得られたトナー粒子において、コア領域とシェル領域の境界にて樹脂同士が相溶する場合がある。このため、保存時においてコアシェル構造を維持できない場合があり、低温定着性および保存性を特に優れたものとすることができない場合がある。また、Zが大きすぎると、樹脂Aおよび樹脂Bの親和性が劣る場合があり、被覆工程において被膜の形成に時間がかかり、生産性が劣る場合がある。
また、コア領域11に複数種の樹脂成分が含まれる場合、またはシェル領域12中にに複数種の樹脂成分が含まれる場合、その領域の樹脂成分のSP値は、それらの樹脂成分のSP値をその樹脂成分のモル分率によって相加平均し、求めることができる。
また、コア領域11およびシェル領域12を構成する樹脂成分は、各樹脂成分のいずれもが、上記関係を満たすことが好ましい。これにより、上述の効果をより顕著に得ることができる。
以下、本発明のトナーの製造方法の好適な実施形態について説明する。
[乳化懸濁液調製工程(分散液調製工程)]
まず、乳化懸濁液調製工程について説明する。
本工程で調製する乳化懸濁液は、トナー粒子1のコア領域11を形成に用いるものである。
乳化懸濁液は、いかなる方法で調製してもよいが、例えば、樹脂成分(樹脂A)と着色剤と有機溶剤(有機溶媒)とを含む液体である着色樹脂液を、水性媒体と混合することにより調製することができる。
着色樹脂液を構成する樹脂成分としては、前述したコア領域11の構成材料としての樹脂(樹脂A)を用いることができる。
また、着色剤としては、前述したコア領域11の構成材料として例示したものを用いることができる。
また、有機溶剤(有機溶媒)としては、前述の溶解性パラメータ(SP値)の関係を満足するものであれば特に限定されず、例えば、メチルエチルケトン(MEK)、ジエチルケトン、メチルイソブチルケトン(MIBK)、メチルイソプロピルケトン(MIPK)、シクロヘキサノン、3−ヘプタノン、4−ヘプタノン等のケトン系溶媒、n−ブタノール、i−ブタノール、t−ブタノール、3−メチル−1−ブタノール、1−ペンタノール、2−ペンタノール、n−ヘキサノール、シクロヘキサノール、1−ヘプタノール、1−オクタノール、2−オクタノール、2−メトキシエタノール、アリルアルコール、フルフリルアルコール、フェノール等のアルコール系溶媒、ジエチルエーテル、ジプロピルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジブチルエーテル、1,2−ジメトキシエタン(DME)、1,4−ジオキサン、テトラヒドロピラン(THP)、アニソール、ジエチレングリコールジメチルエーテル(ジグリム)、2−メトキシエタノール等のエーテル系溶媒、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、フェニルセロソルブ等のセロソルブ系溶媒、ヘキサン、ペンタン、ヘプタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、オクタン、ジデカン、メチルシクロヘキセン、イソプレン等の脂肪族炭化水素系溶媒、トルエン、キシレン、ベンゼン、エチルベンゼン、ナフタレン等の芳香族炭化水素系溶媒、ジクロロメタン、クロロホルム、1,2−ジクロロエタン、トリクロロエチレン、クロロベンゼン、四塩化炭素等のハロゲン化合物系溶媒、酢酸エチル、酢酸メチル、酢酸イソプロピル、酢酸イソブチル、酢酸イソペンチル、クロロ酢酸エチル、クロロ酢酸ブチル、クロロ酢酸イソブチル、ギ酸エチル、ギ酸イソブチル、アクリル酸エチル、メタクリル酸メチル、安息香酸エチル等のエステル系溶媒、アクリロニトリル、アセトニトリル等のニトリル系溶媒、ニトロメタン、ニトロエタン等のニトロ系溶媒等が挙げられ、これらから選択される1種または2種以上を混合したものを用いることができる。
有機溶剤としては、25℃での100重量部の水に対する溶解度が、5〜45重量部であるのが好ましく、5〜40重量部であるのがより好ましい。
また、有機溶剤の沸点(常圧(1気圧)での沸点。以下、同様。)は、水の沸点よりも低いのが好ましい。これにより、有機溶剤の回収を効率良く行うことができる。
また、有機溶剤のSP値は、18〜20(MPa)1/2であることが好ましい。これにより、好適に樹脂成分(特にポリエステル系樹脂)を溶解、分散させることができ、後述する被覆工程において、合一粒子に対して容易かつ確実に被膜を形成できる。また、有機溶剤のSP値が上記範囲内であると、有機溶剤の水に対する溶解性が適度なものとなる。このため、後述する合一工程において、水を添加して合一を停止させる場合、過剰の水を加えて、合一粒子に含まれた有機溶剤を水に溶出させることで、合一を確実に停止させることができる。
上記のような条件を満足する有機溶剤としては、例えば、メチルエチルケトン、酢酸エチル、クロロホルム、ジクロロメタン、トリクロロエチレン等が挙げられる。中でも、メチルエチルケトン、酢酸エチルは、樹脂成分(特に、ポリエステル系樹脂)の溶解性、分散性が高いため、好ましい。
着色樹脂液は、例えば、樹脂成分と着色剤と有機溶剤と含む材料を、高速攪拌機等の攪拌機により混合することにより得ることができる。また、着色樹脂液は、例えば、樹脂成分と着色剤とを含む組成物を予め混練しておき、混練により得られた混練物と、有機溶剤とを混合することにより、調製してもよい。着色樹脂液の調製に用いることのできる攪拌機としては、例えば、DESPA(浅田鉄工社製)、T.K.ロボミクス/T.K.ホモデスパー2.5型翼(プライミクス社製)等が挙げられる。
攪拌機を用いた混合時における翼先端速度は、例えば、4〜30m/秒であるのが好ましく、10〜25m/秒であるのがより好ましい。翼先端速度が前記範囲内の値であると、樹脂成分の有機溶剤への溶解、分散を効率良く行うことができるとともに、着色剤の着色樹脂液中における着色剤の分散状態をより均一なものとすることができる。これに対し、翼先端速度が前記下限値未満であると、樹脂成分、着色剤、有機溶剤の組成等によっては、着色樹脂液中における着色剤の微分散が不十分になる可能性がある。一方、翼先端速度が前記上限値を超えると、有機溶剤の組成等によっては、剪断による発熱が大きくなり、有機溶剤の揮発等と相まって均一な攪拌が困難になる可能性がある。
また、攪拌時における材料温度は、20〜60℃であるのが好ましく、30〜50℃であるのがより好ましい。
得られる着色樹脂液中において、樹脂成分、着色剤は、有機溶剤に溶解または分散している。
着色樹脂液中における固形分の含有率は、特に限定されないが、40〜75wt%であるのが好ましく、50〜73wt%であるのがより好ましく、50〜70wt%であるのがさらに好ましい。固形分の含有率が前記範囲内の値であると、後述する乳化懸濁液を構成する分散質を、より球形度の高いもの(真球に近い形状もの)とすることができ、最終的に得られるトナー粒子1の形状を、より確実に好適なものとすることができる。
また、着色樹脂液は、乳化剤(分散剤)を含むものであってもよい。これにより、後に詳述する乳化懸濁液中における分散質の分散性を、容易に、特に優れたものとすることができる。
乳化剤としては、一般に、分散剤、分散安定剤、界面活性剤として用いられているものを適用することができる。本発明において、乳化剤として適用することのできる具体的な材料としては、例えば、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンドデシルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステルや、各種プルロニック系等のノニオン系乳化剤、アルキル硫酸エステル塩、アルキルスルホン酸塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩等のアニオン系乳化剤、第4級アンモニウム塩等のカチオン系乳化剤等が挙げられ、これらから選択される1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。中でも、乳化剤としては、アルキルベンゼンスルホン酸塩が好ましい。これにより、乳化懸濁液中における分散質の分散性を特に優れたものとしつつ、最終的なトナー中に乳化剤が残存した場合であっても、トナー粒子の帯電特性に対して悪影響を及ぼすのを効果的に防止することができるとともに、TVOC(揮発性有機化合物)量が増大するのを効果的に防止することができる。アルキルベンゼンスルホン酸塩が有するアルキル基としては、例えば、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノナニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル基等が挙げられるが、ドデシル基が好ましい。すなわち、アルキルベンゼンスルホン酸塩は、ドデシルベンゼンスルホン酸塩であるのが好ましい。これにより、これにより、乳化懸濁液中における分散質の分散性をさらに優れたものとしつつ、最終的なトナー中に乳化剤が残存した場合であっても、トナー粒子の帯電特性に対して悪影響を及ぼすのをより効果的に防止することができるとともに、TVOC(揮発性有機化合物)量が増大するのをより効果的に防止することができる。
使用する乳化剤の量は、固形分含有量に対し0.1〜3.0wt%であるのが好ましく、0.3〜2.0wt%であるのがより好ましく、0.3〜1.5wt%であるのがさらに好ましい。使用する乳化剤の量が前記下限値未満であると、粗大粒子発生に対する防止効果が十分に得られない可能性がある。一方、使用する乳化剤の量が前記上限値を超えると、後述する合一工程において、分散質の合一が十分に進行せず、所定粒径より小さい微粒子が残存し、着色樹脂微粒子の収率が低下する可能性がある。
なお、着色樹脂液中には、樹脂成分、着色剤、有機溶剤以外の成分として、前述したようなワックス、帯電制御剤、磁性粉末等を含むものであってもよい。
また、着色樹脂液の調製においては、調製すべき着色樹脂液の構成成分をすべて同時に混合してもよいし、予め、調製すべき着色樹脂液の構成成分のうち一部を混合して混合物(マスター)を得、その後、当該混合物(マスター)を、他の成分と混合してもよい。例えば、着色剤と樹脂成分とを混合(混練)し、着色剤マスターを得た後、着色剤マスターと、樹脂成分(追加樹脂)と、有機溶剤とを、混合することにより、着色樹脂液を調製してもよい。これにより、各成分が均一に混ざり合った着色樹脂液を、より確実に得ることができる。また、着色樹脂液の構成成分としてワックスを用いる場合、例えば、ワックスと、樹脂成分と、有機溶剤とを含む材料を混合し、ワックスマスターを得、このワックスマスターを、着色剤マスター、樹脂成分(追加樹脂)および有機溶剤と混合することにより、着色樹脂液を調製してもよい。また、ワックスマスターの調製においては、ワックスの粒子が水系分散媒中に分散したワックス分散液(いわゆる、ワックスエマルジョン)を用いてもよい。
上記のような着色樹脂液を、水性媒体と混合することにより乳化懸濁液を調製する。
水性媒体としては、主として水で構成されたものを用いることができる。
水性媒体中には、例えば、水との相溶性に優れる溶媒(例えば、25℃での100重量部の水に対する溶解度が、50重量部以上である溶媒)を含むものであってもよい。
また、水性媒体は、乳化剤(分散剤)を含むものであってもよい。
また、乳化懸濁液の調製に際して、例えば、中和剤を用いてもよい。これにより、例えば、ポリエステル系樹脂が有する官能基(カルボキシル基)を中和することができ、調製される乳化懸濁液中における分散質の形状、大きさの均一性、分散質の分散性を特に優れたものとすることができる。また、中和剤を用いることにより、乳化剤の使用量を抑制したり、乳化剤等を用いなくても、分散質の分散性を十分に優れたものとすることができるため、乳化剤等を用いることによる不都合の発生を防止することができる。例えば、比較的多量の乳化剤等を用いた場合、乳化懸濁液の調製時において、比較的高い剪断力が必要となり、これにより、粗大粒子(粗大な分散質)の発生、分散質の粒度分布が広がる等の問題が発生し易いが、中和剤による中和を行うことにより、このような問題の発生を防止することができる。
中和剤は、例えば、着色樹脂液に添加されるものであってもよいし、水性媒体に添加されるものであってもよい。
また、中和剤は、乳化懸濁液の調製において、複数回に分けて添加されるものであってもよい。例えば、前述したように調製された着色樹脂液に対して中和剤を添加した後に、当該着色樹脂液(中和剤が添加された着色樹脂液)と水性媒体とを混合し、さらにその後、混合液中に中和剤を添加してもよい。これにより、着色樹脂液と水性媒体との混合時における液体の粘度上昇を効果的に抑制しつつ、分散質が均一かつ微細に分散した乳化懸濁液を容易に得ることができる。
中和剤としては、塩基性化合物を用いることができ、より具体的には、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニア等の無機塩や、ジエチルアミン、トリエチルアミン、イソプロピルアミン等の有機塩基等が挙げられ、これらから選択される1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。また、中和剤は、上記のような化合物を含む水溶液であってもよい。
また、塩基性化合物の使用量は、ポリエステル系樹脂が有する全カルボキシル基を中和するために必要な量の1〜3倍に相当する量(1〜3当量)が好ましく、1〜2倍に相当する量(1〜2当量)が好ましい。これにより、異形の分散質が形成されるのを効果的に防止することができ、また、後に詳述する合一工程において得られる粒子の粒度分布を、よりシャープなものとすることができる。
本工程で得られた乳化懸濁液において水を滴下した後の水(乳化のために使用した水、ワックスマスターの調製に用いたワックス分散液(いわゆる、ワックスエマルジョン)からの水、中和塩基等を加えた水の全量)と有機溶媒との比率は、体積比で、50:50〜80:20であるのが好ましく、60:40〜80:20であるのがより好ましい。これにより、調製される乳化懸濁液中における分散質の形状、大きさの均一性、分散質の分散性を特に優れたものとすることができる。
着色樹脂液と水性媒体との混合は、いかなる方法で行うものであってもよいが、攪拌機等により着色樹脂液に剪断を加えつつ、着色樹脂液中に水性媒体を徐々に添加(滴下)することにより行い、最終的に、水性媒体中に、着色樹脂液由来の分散質が分散した分散液を得るのが好ましい。これにより、例えば、分散質が均一かつ微細に分散した乳化懸濁液を、容易かつ確実に得ることができる。
乳化懸濁液の調製に用いることのできる攪拌機としては、例えば、DESPA(浅田鉄工社製)、T.K.ロボミクス/T.K.ホモデスパー2.5型翼(プライミクス社製)、スラッシャ(三井鉱山社製)、キャビトロン(ユーロテック社製)等の高速攪拌機、あるいは高速分散機等が挙げられる。
攪拌機を用いた混合時における翼先端速度は、例えば、4〜30m/秒であるのが好ましく、10〜25m/秒であるのがより好ましい。翼先端速度が前記範囲内の値であると、乳化懸濁液を効率良く得ることができるとともに、乳化懸濁液中における分散質の形状、大きさのばらつきを特に小さいものとすることができ、分散質の均一分散性を特に優れたものとすることができる。これに対し、翼先端速度が前記下限値未満であると、乳化懸濁液中における分散質の微分散を十分に達成することが困難になる可能性がある。一方、翼先端速度が前記上限値を超えると、攪拌時に、着色樹脂液と水性媒体との混合液の飛散が激しくなり、不溶解物が混在する可能性がある。
また、攪拌時における材料温度は、20〜60℃であるのが好ましく、20〜50℃であるのがより好ましい。
[合一工程]
次に、複数個の分散質を合一させ、合一粒子を得る(合一工程)。得られる合一粒子(着色樹脂微粒子)は、製造すべきトナー粒子1のコア領域11に対応するものである。分散質の合一は、通常、有機溶剤を含む分散質が衝突することにより、これらが融着して進行する。特に、分散質に含まれる樹脂Aおよび有機溶剤が上述の溶解パラメータの関係を満たしていることにより、合一の速度を容易に調節でき、合一粒子の粒度分布を狭いものとすることができる。
複数個の分散質を合一させる方法は、特に限定されないが、分散液中に、電解質を添加する方法が好ましい。これにより、容易かつ確実に合一粒子を得ることができる。また、電解質の添加量を調節することにより、容易かつ確実に、合一粒子(着色樹脂微粒子)の粒径を制御することができる。
電解質としては、例えば、硫酸マグネシウム、硫酸アンモニウム、硫酸カリウム、硫酸水素ナトリウム、硫酸水素アンモニウム、硫酸マグネシウム、リン酸ナトリウム、リン酸二水素ナトリウム、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化アンモニウム、塩化カルシウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素アンモニウム、酢酸ナトリウム等の塩や、塩酸、硫酸、リン酸、酢酸、シュウ酸等の酸性物質等が挙げられ、これらから選択される1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。中でも、1価のカチオンの硫酸塩(例えば、硫酸ナトリウム、硫酸アンモニウム)、炭酸塩が好ましい。
電解質の添加は、複数回に分けて行ってもよい。これにより、容易かつ確実に、所望の大きさの着色樹脂微粒子(合一粒子)を得ることができるとともに、得られる着色樹脂微粒子(合一粒子)の円形度を確実に、十分に大きいものとすることができる。
本工程で添加される電解質の量は、特に限定されないが、電解質が添加される分散液の固形分100重量部に対し、0.1〜20重量部であるのが好ましく、0.2〜10重量部であるのがより好ましい。
また、電解質は、水溶液の状態で添加されるのが好ましい。これにより、速やかに分散液全体に、電解質を拡散させることができるとともに、電解質の添加量を容易かつ確実に制御することができる。
本工程における処理温度は、特に限定されないが、10〜50℃であるのが好ましく、15〜40℃であるのがより好ましく、20〜35℃であるのが好ましい。処理温度が前記下限値未満であると、合一の進行が遅くなり、トナーの生産性が低下する場合がある。一方、処理温度が前記上限値を超えると、不本意な凝集物や粗大粒子が発生し易くなる。
本工程は、分散液を攪拌した状態で行うのが好ましい。これにより、粒子間での形状、大きさのばらつきが特に小さい合一粒子を得ることができる。
本工程では、例えば、アンカー翼、タービン翼、ファウドラー翼、フルゾーン翼、マックスブレンド翼、半月翼等の攪拌翼を用いることができるが、中でも、マックスブレンド翼、フルゾーン翼が好ましい。これにより、分散質を効率良く合一させつつ、一旦形成された合一粒子(着色樹脂微粒子)が崩壊するのをより確実に防止することができる。その結果、粒子間での形状、粒径のばらつきの小さい合一粒子を効率良く得ることができる。
攪拌翼の翼先端速度は、例えば、0.1〜10m/秒であるのが好ましく、0.2〜8m/秒であるのがより好ましく、0.2〜6m/秒であるのがさらに好ましい。翼先端速度が前記範囲内の値であると、分散質をより効率良く合一させつつ、一旦形成された合一粒子が崩壊するのをさらに確実に防止することができる。その結果、粒子間での形状、粒径のばらつきが特に小さい合一粒子を効率良く得ることができる。これに対し、翼先端速度が前記下限値未満であると、攪拌が不均一となり、必要以上に粗大化した粗大粒子が発生し易くなる。一方、翼先端速度が前記上限値を超えると、合一粒子の形成に寄与しない微粒子が残存し易くなる傾向がある。
合一粒子が所望の粒径に達したら、合一を停止させる。これにより、所望の粒径の合一粒子を確実に得ることができる。
合一を停止させる方法としては、例えば、攪拌速度を上げる方法、分散液(合一粒子が分散した分散液)の温度を低下させる方法、分散液中に水を添加する方法や、これらのうち2つ以上を組み合わせた方法等が挙げられる。中でも、合一を停止させる方法としては、分散液中に水を添加する方法を用いるのが好ましい。これにより、不本意な合一粒子の更なる合一や崩壊等を確実に防止しつつ、速やかに分散質の合一を停止させることができる。その結果、所望の粒径を有し、粒度分布がシャープなトナーを確実に得ることができる。なお、分散液中に水を添加することにより合一を停止させる場合、添加した水により分散質中に含まれる有機溶剤が抽出され、分散質粒子が硬くなる。その結果、合一が停止するとともに、合一粒子の崩壊が確実に防止されるものと考えられる。
分散液中に水を添加することにより合一を停止させる場合、添加する水は、分散液中に含まれる有機溶剤100重量部に対して、分散液中に含まれる水の総量が、400重量部以上となるように加えるのが好ましく、500重量部以上となるように加えるのがより好ましい。
また、分散液中に水を添加することにより合一を停止させる場合、水の添加後(合一の停止後)に、固形分の含有率が18〜25wt%となるように、水を加えるのが好ましい。これにより、トナー製造時における有機溶剤、水の使用量を十分に抑制しつつ、大きさ、形状のばらつきの小さい好適なトナーを製造することができる。
[被覆工程]
次に、上記のような合一粒子(着色樹脂微粒子)の表面に、当該分散質を構成する樹脂成分とは異なる樹脂成分で構成された被膜を形成する(被覆工程)。
本工程で形成する被膜は、形成すべきトナー粒子1のシェル領域12に対応するものである。
被膜の形成は、例えば、被膜を構成する樹脂成分と、有機溶剤とを含む液体である被膜形成用液と、前述した合一粒子が分散した分散液とを混合することにより、行うことができる。特に、合一粒子に含まれる樹脂(樹脂A)と有機溶剤と被膜形成に用いる樹脂(樹脂B)とが、上述の溶解性パラメータの関係式を満たしていることにより、樹脂Bが単独の粒子として析出することを防止でき、また、合一粒子に樹脂Bが好適に付着することができるため、合一粒子の周囲に被膜の形成が好適に行われる。
被膜を構成する樹脂としては、前述したシェル領域12の構成材料としての樹脂(樹脂B)を用いることができる。このような樹脂を用いることにより、コア領域11の周囲を被覆するシェル領域12を容易かつ確実に形成できる。
被膜形成用液を構成する有機溶剤としては、例えば、前述した着色樹脂液の構成材料として例示したものを用いることができる。
被膜形成用液を構成する有機溶剤と、前述した着色樹脂液を構成する有機溶剤とは、実質的に同一の組成を有するものであってもよいし、異なる組成を有するものであってもよいが、少なくとも、共通の成分を含むものであるのが好ましい。これにより、合一粒子の表面に、効率良く被膜を形成することができる。
また、被膜形成用液を構成する有機溶剤は、上述の溶解性パラメータの関係を満たすことが好ましい。これにより、被膜の形成を容易かつ確実に行うことができるとともに、被膜の厚さを均一にすることができる。
また、被膜形成用液は、例えば、樹脂成分を含む材料で構成された分散質が、水系の分散媒(水系媒体)中に微分散した分散液であってもよい。これにより、被膜の形成を容易かつ確実に行うことができるとともに、形成される被膜の厚さの均一性を高めることができる。
また、被膜形成用液を構成する樹脂成分は、中和剤により中和されたものであってもよい。これにより、例えば、被膜が形成された状態での合一粒子(分散質)の分散性を特に優れたものとすることができる。
中和剤の種類、添加量、添加方法等の各種条件は、例えば、前述した乳化懸濁液調製工程で説明したのと同様とすることができる。これにより、上述したのと同様の効果が得られる。
合一粒子が分散した分散液と被膜形成用液との混合は、いかなる方法で行うものであってもよいが、攪拌機等により合一粒子が分散した分散液に剪断を加えつつ、合一粒子が分散した分散液中に被膜形成用液を徐々に添加(滴下)することにより行うのが好ましい。これにより、容易かつ確実に、均一な厚さの被膜を形成することができる。
合一粒子が分散した分散液と被膜形成用液との混合においては、例えば、アンカー翼、タービン翼、ファウドラー翼、フルゾーン翼、マックスブレンド翼、半月翼等の攪拌翼を用いることができるが、中でも、マックスブレンド翼、フルゾーン翼が好ましい。これにより、膜厚のばらつきの小さい被膜を、効率良く形成することができる。
攪拌翼の翼先端速度は、例えば、0.1〜10m/秒であるのが好ましく、0.2〜8m/秒であるのがより好ましく、0.2〜6m/秒であるのがさらに好ましい。翼先端速度が前記範囲内の値であると、分散質の不本意な合一を確実に防止しつつ、均一な厚さの被膜を効率良く形成することができる。
また、攪拌時における材料温度は、20〜60℃であるのが好ましく、20〜50℃であるのがより好ましい。
また、合一粒子が分散した分散液と被膜形成用液との混合時に、電解質を添加してもよい。これにより、被膜の形成を促進することができる。また、電解質の添加量を調節することにより、容易かつ確実に、被膜の厚さを制御することができる。
電解質としては、例えば、硫酸マグネシウム、硫酸アンモニウム、硫酸カリウム、硫酸水素ナトリウム、硫酸水素アンモニウム、硫酸マグネシウム、リン酸ナトリウム、リン酸二水素ナトリウム、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化アンモニウム、塩化カルシウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素アンモニウム、酢酸ナトリウム等の塩や、塩酸、硫酸、リン酸、酢酸、シュウ酸等の酸性物質等が挙げられ、これらから選択される1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。中でも、1価のカチオンの硫酸塩(例えば、硫酸ナトリウム、硫酸アンモニウム)、炭酸塩が好ましい。
本工程で添加される電解質の量は、特に限定されないが、被膜形成用液の固形分100重量部に対し、0.1〜3重量部であるのが好ましく、0.3〜2重量部であるのがより好ましい。
また、電解質は、水溶液の状態で添加されるのが好ましい。これにより、速やかに混合液(合一粒子が分散した分散液と被膜形成用液との混合液)全体に、電解質を拡散させることができるとともに、電解質の添加量を容易かつ確実に制御することができる。
[脱溶剤(脱溶媒)工程]
その後、分散液中に含まれる有機溶剤を除去する(脱溶剤工程)。これにより、トナー粒子1が得られる。
有機溶剤の除去は、いかなる方法で行ってもよいが、例えば、減圧により行うことができる。これにより、樹脂成分等の構成材料の変性等を十分に防止しつつ、効率良く有機溶剤を除去することができる。
また、本工程での処理温度は、被膜を構成する樹脂成分(最終的に得られるトナー粒子でのシェル領域を構成する樹脂成分)のガラス転移点(Tg)よりも低い温度であるのが好ましい。
また、本工程は、分散液に、消泡剤を添加した状態で行ってもよい。これにより、効率良く有機溶剤を除去することができる。
消泡剤としては、例えば、鉱物油系消泡剤、ポリエーテル系消泡剤、シリコーン系消泡剤のほか、低級アルコール類、高級アルコール類、油脂類、脂肪酸類、脂肪酸エステル類、リン酸エステル類等を用いることができる。
消泡剤の使用量は、特に限定されないが、分散液中に含まれる固形分に対して、重量比で、20〜300ppmであるのが好ましく、30〜100ppmであるのがより好ましい。
また、本工程においては、有機溶剤とともに、少なくとも一部の水系媒体が除去されてもよい。
また、本工程においては、有機溶剤とともに、分散液中に含まれる未反応原料(モノマー等)を除去することができる。その結果、最終的に得られるトナーにおける、揮発性有機化合物(TVOC)量を特に少ないものとすることができる。
なお、本工程においては、必ずしも全ての有機溶剤(分散液中に含まれる有機溶剤の全量)が除去されなくてもよい。このような場合であっても、後述する洗浄工程、乾燥工程において残存する有機溶剤を十分に除去することができる。
[洗浄工程]
次に、トナー粒子1の洗浄を行う(洗浄工程)。
本工程を行うことにより、不純物として、有機溶剤、未反応原料(モノマー等)等が含まれる場合であっても、これらを効率良く除去することができる。その結果、最終的に得られるトナーにおける、揮発性有機化合物(TVOC)量を特に少ないものとすることができる。
本工程は、例えば、固液分離(水性媒体からの分離)によりトナー粒子を分離し、さらにその後、固形分(トナー)の水中への再分散および固液分離(水性媒体からのトナー粒子の分離)をすることにより行うことにより、行うことができる。固形分(トナー)の水中への再分散および固液分離は、複数回、繰り返し行ってもよい。
[乾燥工程]
その後、乾燥処理を施すことにより、最終的なトナーを得ることができる(乾燥工程)。
乾燥工程は、例えば、真空乾燥機(例えば、リボコーン(大川原製作所社製)、ナウター(ホソカワミクロン社製)等)、流動層乾燥機(大川原製作所社製)等を用いて行うことができる。
また、本工程での処理温度は、シェル領域を構成する樹脂成分のガラス転移点(Tg)よりも低い温度であるのが好ましい。
また、本発明のトナーの製造方法においては、必要に応じて、外添剤を付与する外添工程を有していてもよい。
次に、上述した本発明のトナーが適用される画像形成装置について説明する。
図2は、本発明のトナーが適用される画像形成装置の好適な実施形態を示す全体構成図、図3は、図2の画像形成装置が有する現像装置の断面図、図4は、図2の画像形成装置に用いられる定着装置の詳細構造を示し、一部破断面を示す斜視図、図5は、図4の定着装置の要部断面図である。
画像形成装置10の装置本体20内には、感光体ドラムからなる像担持体30が配設され、図示しない駆動手段によって図示矢印方向に回転駆動される。この像担持体30の周囲には、その回転方向に沿って、像担持体(感光体)30を一様に帯電するための帯電装置40、像担持体30上に静電潜像を形成するための露光装置50、静電潜像を現像するためのロータリー現像装置60、像担持体30上に形成された単色のトナー像を一次転写するための中間転写装置70が配設されている。
ロータリー現像装置60は、イエロー用現像装置60Y、マゼンタ用現像装置60M、シアン用現像装置60Cおよびブラック用現像装置60Kが支持フレーム600に装着され、支持フレーム600は図示しない駆動にモータより回転駆動される構成になっている。これらの複数の現像装置60Y、60C、60M、60Kは、像担持体30の1回転毎に選択的に一つの現像装置の現像ローラ604が像担持体30に対向するように回転移動するようにされている。なお、各現像装置60Y、60C、60M、60Kには、各色のトナーが収納されたトナー収納部が形成されている。
現像装置60Y、60C、60M、60Kは、いずれも同一の構造を有している。したがって、ここではイエロー用現像装置60Yの構造について説明するが、現像装置60C、60M、60Kについても、構造、機能は同様である。
図3に示すようにイエロー用現像装置60Yでは、その内部にトナーTを収容するハウジング601に供給ローラ603および現像ローラ604が軸着されており、当該イエロー用現像装置60Yが上記した現像位置に位置決めされると、「トナー担持体」として機能する現像ローラ604が像担持体(感光体)30と当接してまたは所定のギャップを隔てて対向位置決めされるとともに、これらのローラ603、604が本体側に設けられた回転駆動部(図示省略)と係合されて所定の方向に回転するように構成されている。この現像ローラ604は、現像バイアスを印加されるべく銅、ステンレス、アルミニウム等の金属または合金により円筒状に形成されている。
また、イエロー用現像装置60Yでは現像ローラ604の表面に形成されるトナー層の厚みを所定厚みに規制するための規制ブレード605が配置されている。この規制ブレード605は、ステンレスやリン青銅などの板状部材605aと、板状部材605aの先端部に取り付けられたゴムや樹脂部材などの弾性部材605bとで構成されている。この板状部材605aの後端部はハウジング601に固着されており、現像ローラ604の回転方向D3において、板状部材605aの先端部に取り付けられた弾性部材605bが板状部材605aの後端部よりも上流側に位置するように配設されている。
中間転写装置70は、駆動ローラ90および従動ローラ100と、両ローラにより図示矢印方向に駆動される中間転写ベルト110と、ベルト110の裏面で像担持体30に対向して配設された一次転写ローラ120と、ベルト110上の残留トナーを除去する転写ベルトクリーナ130と、駆動ローラ90に対向して配設され、中間転写ベルト110に形成された4色フルカラー像を記録媒体(紙等)上に転写するための二次転写ローラ140とからなっている。
装置本体20の底部には給紙カセット150が配設され、給紙カセット150内の記録媒体は、ピックアップローラ160、記録媒体搬送路170、二次転写ローラ140、定着装置190を経て排紙トレイ200に搬送されるように構成されている。なお、230は両面印刷用搬送路である。
上記構成からなる画像形成装置の作用について説明する。図示しないコンピュータからの画像形成信号が入力されると、像担持体30、ロータリー現像装置60の現像ローラ604および中間転写ベルト110が回転駆動し、先ず、像担持体30の外周面が帯電装置40によって一様に帯電され、一様に帯電された像担持体30の外周面に、露光装置50によって第1色目(例えばイエロー)の画像情報に応じた選択的な露光がなされ、イエローの静電潜像が形成される。
一方、イエロー用現像装置60Yでは、2つのローラ603、604が接触しながら回転することで、イエロートナーが現像ローラ604の表面に擦り付けられて所定の厚みのトナー層が現像ローラ604の表面に形成される。そして、規制ブレード605の弾性部材605bが現像ローラ604の表面に弾性的に当接して、現像ローラ604の表面上のトナー層を、所定の厚みに規制する。
像担持体30上に形成された潜像位置には、イエロー用現像装置60Yが回動してその現像ローラ604が当接し、これによってイエローの静電潜像のトナー像が像担持体30上に形成され、次に、像担持体30上に形成されたトナー像は一次転写ローラ120により中間転写ベルト110上に転写される。このとき、二次転写ローラ140は中間転写ベルト110から離間されている。
上記の処理が画像形成信号の第2色目、第3色目、第4色目に対して、像担持体30と中間転写ベルト110の1回転による潜像形成、現像、転写が繰り返され、画像形成信号の内容に応じた4色のトナー像が中間転写ベルト110上において重ねられて転写される。そして、このフルカラー画像が二次転写ローラ140に達するタイミングで、記録媒体が搬送路170から二次転写ローラ140に供給され、このとき、二次転写ローラ140が中間転写ベルト110に押圧されるとともに二次転写電圧が印加され、中間転写ベルト110上のフルカラートナー像が記録媒体上に転写される。そして、この記録媒体上に転写されたトナー像は定着装置190により加熱加圧され定着される。中間転写ベルト110上に残留しているトナーは転写ベルトクリーナ130によって除去される。
なお、両面印刷の場合には、定着装置190を出た記録媒体は、その後端が先端となるようにスイッチバックされ、両面印刷用搬送路230を経て、二次転写ローラ140に供給され、中間転写ベルト110上のフルカラートナー像が記録媒体上に転写され、再び定着装置190により加熱加圧され定着される。
図2において、本発明に係わる定着装置190は、熱源を有する定着ローラ210とこれに圧接される加圧ローラ220とから構成され、定着ローラ210と加圧ローラ220の軸を結び線は水平線からθの角度を有するように配置されている。なお、0°≦θ≦30°である。
次に定着装置190について、詳細に説明する。
図4において、ハウジング240内には定着ローラ210が回動自在に装着されている。そして、定着ローラ210に対向して加圧ローラ220が回動自在に装着されている。加圧ローラ220の軸方向長さは定着ローラ210のそれよりも短く、その空いたスペースに軸受250が設けられて、加圧ローラ220の両端は軸受250により支持されている。軸受250には加圧レバー260が回動可能に設けられ、加圧レバー260の一端とハウジング240間には加圧スプリング270が配設され、これにより加圧ローラ220と定着ローラ210が加圧されるように構成されている。
図5において、定着ローラ210は、内部にハロゲンランプ等の熱源210aを有する金属製の筒体210b、筒体210bの外周に設けられたシリコンゴム等からなる弾性層210cと、弾性層210cの表面に被覆されたフッ素ゴム、フッ素樹脂(例えばパーテトラフロロエチレン(PTFE))よりなる表層(図示せず)と、筒体210bに固定された回転軸210dとから構成されている。
加圧ローラ220は、金属製の筒体220bと、筒体220bに固定された回転軸220dと、回転軸220dを軸支持する軸受250と、定着ローラ210と同様に、筒体220bの外周に設けられた弾性層220cと、弾性層220cの表面に被覆されたフッ素ゴム、フッ素樹脂よりなる表層(図示せず)とから構成されている。定着ローラ210の弾性層210cの厚みは、加圧ローラ220の弾性層220cの厚みより極端に小さくし、これにより加圧ローラ220側が凹状にへこむような定着ニップ部が形成されている。
図4および図5に示すように、ハウジング240の両側面には、支持軸290、300が設けられており、この支持軸290、300にそれぞれ定着ローラ210側の剥離部材310と加圧ローラ220側の剥離部材320が回動自在に装着されている。これにより、定着ローラ210と加圧ローラ220の軸方向で定着ニップ部の記録媒体搬送方向下流側に剥離部材310、320が配設されることになる。
本実施形態では、図4および図5に示すように、定着ローラ210と加圧ローラ220の軸方向でニップ部の記録媒体搬送方向下流側に剥離部材310、320を配設している。定着ローラ210側の剥離部材310の先端は、ニップ部の出口に向けて傾斜するように配置され、定着ローラ210に非接触でかつ近接されている。加圧ローラ220側の剥離部材320の先端は、定着ローラ210側の剥離部材310の先端よりも記録媒体搬送方向下流側に配置されている。
両面印刷の場合、片面に印刷された記録媒体は定着ローラ210側の剥離部材310により剥離された後、記録媒体の後端が先端となるようにスイッチバックされ、両面印刷用搬送路230を経て二次転写ローラ140に供給され、中間転写ベルト110上のフルカラートナー像が記録媒体上に転写され、再び定着ローラ210により加熱加圧され定着され、このとき、加圧ローラ220に付着し巻き付いてしまう記録媒体は、加圧ローラ220側の剥離部材320により剥離されることになる。
上記のように、本実施形態の定着装置では、定着ローラおよび加圧ローラの軸方向かつ定着ニップ部の記録媒体搬送方向下流側に、定着ローラおよび加圧ローラに近接して配設される剥離部材を備え、前記定着ローラ側の剥離部材の位置決めは定着ローラ表面で行い、前記加圧ローラ側の剥離部材の位置決めは加圧ローラの軸受表面で行うので、定着ローラおよび加圧ローラからの記録媒体の剥離性を向上させることができる。
以上、本発明について、好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。
例えば、トナー粒子は、コア領域およびシェル領域以外の構成を有するものであってもよい。例えば、本発明の方法で製造されるトナーは、単一のトナー粒子内に、複数のコア領域を有し、隣接するコア領域間にシェル領域と同一の材料で構成された隔壁を有するものであってもよい。これにより、例えば、揮発性有機化合物(TVOC)量を特に少ないものとすることができるとともに、トナーの保存性、耐久性を特に優れたものとすることができる。また、このような構成であると、シェル領域の厚さが比較的薄い場合であっても、トナー粒子の耐久性、保存性を特に優れたものとすることができるため、トナー粒子中に占めるコア領域の割合を高めることができる。その結果、コア領域の構成材料の特性をより効果的に発揮させることができ、例えば、低温定着性や発色性等を特に優れたものとすることができる。
[1]トナーの製造
トナーの製造に先立ち、樹脂(H1、H2、H3、H4、H5、H6、H7、L1、L2、L3、L4、L5)の合成を行い、さらに、合成された樹脂を用いて、ワックスマスター(WM−1〜WM−6)、着色剤マスター(PM−1C〜PM−5C)、ミルベース(MB−1〜MB−8)、無着色樹脂分散液(NRD−1〜NRD−7)の調製を行った。
<樹脂H1(架橋型ポリエステル樹脂)の合成>
50リットルの反応釜に、下記の組成の酸、アルコール成分、触媒等の原材料を入れて、常圧窒素気流下にて240℃で12時間反応を行った。その後、順次減圧し、10mmHgで反応を続行した。反応はASTM E28−517に基づいて軟化点により追跡し、該軟化点が160℃に達した時点で反応を終了した。
テレフタル酸 166.0重量部
イソフタル酸 166.0重量部
エチレングリコール 35.0重量部
ネオペンチルグリコール 104.0重量部
2,2−ジブロモ−1,4−ブタンジオール 120.0重量部
テトラブチルチタネート 1.0重量部
エピクロン830 3.0重量部
(大日本インキ化学工業製ビスフェノールF型エポキシ樹脂エポキシ当量170(g/eq)
カージュラE 1.0重量部
(シェルジャパン製アルキルグリシジルエステル)エポキシ当量250(g/eq)
得られた重合体は、無色の固体であり、ガラス転移温度(Tg)65℃、軟化点(T1/2)が178℃であった。
また、重量平均分子量をGPC測定装置(東ソー製HLC−8120GPC)によって、分離カラムとして東ソー製TSK−GEL G5000HXL・G4000HXL・G3000HXL・G2000HXLを組み合わせて使用し、カラム温度:40℃・溶媒:テトラヒドロフラン・溶媒濃度0.5質量%、フィルター:0.2μm・流量:1ml/minにて測定し標準ポリスチレンを用いて換算し分子量を求めた。結果として、重量平均分子量は358000であった。
<樹脂H2(架橋型ポリエステル樹脂)の合成>
50リットルの反応釜に、原材料の各成分を表1に示す比率でそれぞれ入れて、常圧窒素気流下にて240℃で12時間反応を行った。その後、順次減圧し、10mmHgで反応を続行した。反応はASTM E28−517に基づいて軟化点により追跡し、該軟化点が155℃に達した時点で反応を終了した。
得られた重合体は、無色の固体であり、ガラス転移温度(Tg)67℃、軟化点(T1/2)が169℃であった。
また、樹脂H1の分子量の測定に用いたGPC測定装置を用いて同様にして測定したところ、重量平均分子量327000であった。
<樹脂H3(架橋型ポリエステル樹脂)の合成>
50リットルの反応釜に、原材料の各成分を表1に示す比率でそれぞれ入れて、常圧窒素気流下にて240℃で12時間反応を行った。その後、順次減圧し、10mmHgで反応を続行した。反応はASTM E28−517に基づいて軟化点により追跡し、該軟化点が160℃に達した時点で反応を終了した。
得られた重合体は、無色の固体であり、ガラス転移温度(Tg)64℃、軟化点(T1/2)が177℃であった。
また、樹脂H1の分子量の測定に用いたGPC測定装置を用いて同様にして測定したところ、重量平均分子量298000であった。
<樹脂H4(架橋型ポリエステル樹脂)の合成>
50リットルの反応釜に、原材料の各成分を表1に示す比率でそれぞれ入れて、常圧窒素気流下にて240℃で12時間反応を行った。その後、順次減圧し、10mmHgで反応を続行した。反応はASTM E28−517に基づいて軟化点により追跡し、該軟化点が145℃に達した時点で反応を終了した。
得られた重合体は、無色の固体であり、ガラス転移温度(Tg)66℃、軟化点(T1/2)が162℃であった。
また、樹脂H1の分子量の測定に用いたGPC測定装置を用いて同様にして測定したところ、重量平均分子量157000であった。
<樹脂H5(架橋型ポリエステル樹脂)の合成>
50リットルの反応釜に、原材料の各成分を表1に示す比率でそれぞれ入れて、常圧窒素気流下にて240℃で12時間反応を行った。その後、順次減圧し、10mmHgで反応を続行した。反応はASTM E28−517に基づいて軟化点により追跡し、該軟化点が155℃に達した時点で反応を終了した。
得られた重合体は、無色の固体であり、ガラス転移温度(Tg)79℃、軟化点(T1/2)が171℃であった。
また、樹脂H1の分子量の測定に用いたGPC測定装置を用いて同様にして測定したところ、重量平均分子量255000であった。
<樹脂H6(架橋型ポリエステル樹脂)の合成>
50リットルの反応釜に、原材料の各成分を表1に示す比率でそれぞれ入れて、常圧窒素気流下にて240℃で12時間反応を行った。その後、順次減圧し、10mmHgで反応を続行した。反応はASTM E28−517に基づいて軟化点により追跡し、該軟化点が150℃に達した時点で反応を終了した。
得られた重合体は、無色の固体であり、ガラス転移温度(Tg)89℃、軟化点(T1/2)が161℃であった。
また、樹脂H1の分子量の測定に用いたGPC測定装置を用いて同様にして測定したところ、重量平均分子量396000であった。
<樹脂H7(架橋型ポリエステル樹脂)の合成>
50リットルの反応釜に、原材料の各成分を表1に示す比率でそれぞれ入れて、常圧窒素気流下にて240℃で12時間反応を行った。その後、順次減圧し、10mmHgで反応を続行した。反応はASTM E28−517に基づいて軟化点により追跡し、該軟化点が150℃に達した時点で反応を終了した。
得られた重合体は、無色の固体であり、ガラス転移温度(Tg)72℃、軟化点(T1/2)が162℃であった。
また、樹脂H1の分子量の測定に用いたGPC測定装置を用いて同様にして測定したところ、重量平均分子量276000であった。
<樹脂L1(直鎖型ポリエステル樹脂)の合成>
50リットルの反応釜に、原材料の各成分を表1に示す比率でそれぞれ入れて、常圧窒素気流下にて210℃で11時間反応を行った。その後、順次減圧し、10mmHgで反応を続行した。反応はASTM E28−517に基づいて軟化点により追跡し、該軟化点が87℃に達した時点で反応を終了した。
得られた重合体は、無色の固体であり、ガラス転移温度(Tg)45℃、軟化点(T1/2)が94℃であった。
また、樹脂H1の分子量の測定に用いたGPC測定装置を用いて同様にして測定したところ、重量平均分子量4500であった。
<樹脂L2(直鎖型ポリエステル樹脂)の合成>
50リットルの反応釜に、原材料の各成分を表1に示す比率でそれぞれ入れて、常圧窒素気流下にて210℃で11時間反応を行った。その後、順次減圧し、10mmHgで反応を続行した。反応はASTM E28−517に基づいて軟化点により追跡し、該軟化点が92℃に達した時点で反応を終了した。
得られた重合体は、無色の固体であり、ガラス転移温度(Tg)49℃、軟化点(T1/2)が101℃であった。
また、樹脂H1の分子量の測定に用いたGPC測定装置を用いて同様にして測定したところ、重量平均分子量4200であった。
<樹脂L3(直鎖型ポリエステル樹脂)の合成>
50リットルの反応釜に、原材料の各成分を表1に示す比率でそれぞれ入れて、常圧窒素気流下にて210℃で11時間反応を行った。その後、順次減圧し、10mmHgで反応を続行した。反応はASTM E28−517に基づいて軟化点により追跡し、該軟化点が77℃に達した時点で反応を終了した。
得られた重合体は、無色の固体であり、ガラス転移温度(Tg)39℃、軟化点(T1/2)が88℃であった。
また、樹脂H1の分子量の測定に用いたGPC測定装置を用いて同様にして測定したところ、重量平均分子量3800であった。
<樹脂L4(直鎖型ポリエステル樹脂)の合成>
50リットルの反応釜に、原材料の各成分を表1に示す比率でそれぞれ入れて、窒素気流下にて210℃で11時間反応を行った。その後、順次減圧し、10mmHgで反応を続行した。反応はASTM E28−517に基づいて軟化点により追跡し、該軟化点が78℃に達した時点で反応を終了した。
得られた重合体は、無色の固体であり、ガラス転移温度(Tg)42℃、軟化点(T1/2)が89℃であった。
また、樹脂H1の分子量の測定に用いたGPC測定装置を用いて同様にして測定したところ、重量平均分子量4900であった。
<樹脂L5(直鎖型ポリエステル樹脂)の合成>
50リットルの反応釜に、原材料の各成分を表1に示す比率でそれぞれ入れて、窒素気流下にて210℃で11時間反応を行った。その後、順次減圧し、10mmHgで反応を続行した。反応はASTM E28−517に基づいて軟化点により追跡し、該軟化点が90℃に達した時点で反応を終了した。
得られた重合体は、無色の固体であり、ガラス転移温度(Tg)47℃、軟化点(T1/2)が99℃であった。
また、樹脂H1の分子量の測定に用いたGPC測定装置を用いて同様にして測定したところ、重量平均分子量5100であった。
上記のようにして合成した各樹脂についての合成条件、物性等を表1にまとめて示す。
Figure 2008089908
<ワックスマスターWM−1の調製>
高速乳化機(プライミクス社製、T.K.ロボミクス/T.K.ホモデスパー2.5型翼)付属の3L円筒容器に、水:1300重量部、乳化剤としてのドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム:25.7重量部を添加して、温度を95℃に調整し、翼先端速度:16.7m/秒の攪拌下に、さらに、予め融解しておいたカルナバワックス:700重量部を添加して、ワックスの乳化物を得た。冷却後、固形分の含有率が35wt%となるように、水を加え、第1のワックス分散液を得た。
次に、高速分散機(プライミクス社製、T.K.ロボミクス/T.K.ホモデスパー2.5型翼)付属の3L円筒容器に、メチルエチルケトン:856重量部を仕込み、攪拌下に、樹脂L1:700重量部を徐々に添加して、樹脂L1が均一に溶解したことを確認した後、上記第1のワックス分散液:878.6重量部を添加して、予備混合液の調製を行った。次いで、該予備混合液をスターミル(アシザワファインテック社製、LMZ−10)で混合を行い、固形分含有量45.0wt%のワックスマスターWM−1を得た。得られたワックスマスターWM−1の組成は、重量比で、樹脂L1:ワックス:乳化剤:メチルエチルケトン:水=31.3:13.4:0.3:29.5:25.5であった。
<ワックスマスターWM−2の調製>
樹脂L1の代わりに樹脂L2を用いた以外はWM−1と同様にしてWM−2を調製した。
<ワックスマスターWM−3の調製>
樹脂L1の代わりに樹脂L3を用いた以外はWM−1と同様にしてWM−3を調製した。
<ワックスマスターWM−4の調製>
樹脂L1の代わりに樹脂L4を用いた以外はWM−1と同様にしてWM−4を調製した。
<ワックスマスターWM−5の調製>
メチルエチルケトンの代わりに酢酸エチルを用い、樹脂L1の代わりに樹脂L5を用いた以外はWM−1と同様にしてWM−5を調製した。
<ワックスマスターWM−6の調製>
メチルエチルケトンの代わりにメチルエチルケトン:428重量部と酢酸エチル:428重量部とを用いた以外はWM−1と同様にしてWM−6を調製した。
<着色剤マスターPM−1Cの調製>
シアン顔料(大日本インキ化学工業社製、KET BLUE 111):2000重量部と、樹脂L1:2000重量部とを、ST/A0羽根をセットした20Lヘンシェルミキサー(三井鉱山社製)へ投入し、翼先端速度:10m/秒で2分間攪拌し、混合物を得た。該混合物をオープンロール連続押し出し混練機(三井鉱山社製、ニーデックス MOS140−800)を用いて溶融混練し、着色剤マスターPM−1Cを得た。着色マスターPM−1Cの組成は、重量比で、着色剤:樹脂=50:50であった。また、得られた着色剤マスターPM−1Cを樹脂L1およびメチルエチルケトンを用いて希釈し、400倍の光学顕微鏡で着色剤の微分散状態、粗大粒子の有無を観察したところ、粗大粒子は認められず、均一に微分散している様子が認められた。
<着色剤マスターPM−2Cの調製>
樹脂L1の代わりに樹脂L2を用いた以外はPM−1Cと同様にしてPM−2Cを調製した。
<着色剤マスターPM−3Cの調製>
樹脂L1の代わりに樹脂L3を用いた以外はPM−1Cと同様にしてPM−3Cを調製した。
<着色剤マスターPM−4Cの調製>
樹脂L1の代わりに樹脂L4を用いた以外はPM−1Cと同様にしてPM−4Cを調製した。
<着色剤マスターPM−5Cの調製>
樹脂L1の代わりに樹脂L5を用いた以外はPM−1Cと同様にしてPM−5Cを調製した。
<ミルベースMB−1の調製>
高速分散機(プライミクス社製、T.K.ロボミクス/T.K.ホモデスパー2.5型翼)付属の2L円筒容器(ディスパー翼の翼径40mm)に、メチルエチルケトン(希釈メチルエチルケトン):179.4重量部を仕込み、さらに、樹脂H1(希釈樹脂):49.8重量部を加えた。この状態で、翼先端速度:7.5m/秒で攪拌した。攪拌した状態で、着色剤マスターPM−1C:42重量部、樹脂L1(希釈樹脂):108.2重量部、ワックスマスターWM−1:223.9重量部、および、乳化剤としてのドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム:1.09重量部を、この順序で、前記円筒容器内に投入することにより、各成分の溶解・分散を行った。さらに、その後、固形分含有量が55wt%となるように、メチルエチルケトンを追加投入し、ミルベースMB−1を得た。なお、攪拌時における材料温度は、30〜40℃に保持されるようにした。
<ミルベースMB−2〜8の調製>
表2に示された溶剤、樹脂、着色剤マスター、ワックスマスターを用い、示された配合順序、配合量にしたがって各ミルベースを調製した。
表2に、作製した各ミルベースの配合順序、配合量を示す。ただし、表中のMEKはメチルエチルケトン、AcOEtは酢酸エチルのことをそれぞれ示す。
Figure 2008089908
<無着色樹脂分散液NRD−1の調製>
高速分散機(プライミクス社製、T.K.ロボミクス/T.K.ホモデスパー2.5型翼)付属の2L円筒容器(ディスパー翼の翼径40mm)に、メチルエチルケトン(希釈メチルエチルケトン):367重量部を仕込み、攪拌下に、樹脂H2:300重量部を徐々に添加した。その後、翼先端速度:7.6m/秒、材料温度:30〜50℃に設定し、この条件で攪拌を行うことにより、各成分の溶解・分散を行った。その後、材料温度を40℃にし、1Nのアンモニア水:80重量部を添加し、翼先端速度を16.5m/秒まで上昇させ、この攪拌条件下、水:701重量部を、20重量部/分の速度で滴下することにより、無着色樹脂分散液(乳化液)NRD−1を得た。得られた無着色樹脂分散液NRD−1の固形分含有量は20.72wt%、メチルエチルケトン含有量は31.95wt%であった。
<無着色樹脂分散液NRD−2の調製>
樹脂H2:300重量部の代わりに樹脂H5:300重量部を用いた以外は無着色樹脂分散液NRD−1と同様にして無着色樹脂分散液NRD−2の調製を行った。
<無着色樹脂分散液NRD−3の調製>
樹脂H2:300重量部の代わりに樹脂H1:300重量部を用いた以外は無着色樹脂分散液NRD−1と同様にして無着色樹脂分散液NRD−3の調製を行った。
<無着色樹脂分散液NRD−4の調製>
樹脂H2:300重量部の代わりに樹脂H6:300重量部を用いた以外は無着色樹脂分散液NRD−1と同様にして無着色樹脂分散液NRD−4の調製を行った。
<無着色樹脂分散液NRD−5の調製>
樹脂H2:300重量部の代わりに樹脂H7:300重量部を用いた以外は無着色樹脂分散液NRD−1と同様にして無着色樹脂分散液NRD−5の調製を行った。
<無着色樹脂分散液NRD−6の調製>
メチルエチルケトンの代わりに酢酸エチルを、樹脂H2:300重量部の代わりに樹脂H5:300重量部を用いた以外は無着色樹脂分散液NRD−1と同様にして無着色樹脂分散液NRD−6の調製を行った。
<無着色樹脂分散液NRD−7の調製>
メチルエチルケトンの代わりにメチルエチルケトン:183.5重量部と酢酸エチル:183.5重量部とを、樹脂H2:300重量部の代わりに樹脂H5:300重量部を用いた以外は無着色樹脂分散液NRD−1と同様にして無着色樹脂分散液NRD−7の調製を行った。
(実施例1)
以下のようにして、トナーを製造した。なお、温度条件が記載されていない工程(処理)については、室温(25℃)で行った。
《乳化懸濁液調製工程》
MB−1のミルベースを調製した同一容器に、引き続き、1Nアンモニア水:50重量部を加え、翼先端速度:7.5m/秒にて攪拌した後、温度が30℃以下となるように調整した。
その後、翼先端速度:16.5m/秒に変更し、この状態で、350重量部の水(脱イオン水)を20重量部/分の速度で滴下し、分散液を調製した。脱イオン水を添加するにつれ、系の粘度は上昇していったが、水は滴下と同時に系内に取り込まれ、攪拌混合は均一であった。脱イオン水を200重量部添加した段階で粘度の低下が観察された(転相点)。さらに残りの脱イオン水を所定量滴下した後(総量で350重量部の脱イオン水を滴下した後)、希釈水として143.5重量部の水を一括で添加した。この段階での分散液中におけるメチルエチルケトン(有機溶剤)の含有率は、29.0wt%であった。またこの分散液を光学顕微鏡で観察すると、樹脂は溶解しており、顔料と離型剤の微粒子が分散している状態が観察された。この分散液中において、分散性の悪い粗大粒子の存在は認められなかった。
《合一工程》
次に、マックスブレンド翼(翼径65mm)およびコンデンサー付属の2L円筒容器に、上記分散液を移送した後、翼先端速度:1.09m/秒に保持した状態で、温度を25℃に調整した。
その後、マックスブレンド翼の翼先端速度を1.53m/秒に調整し、3.5wt%の硫酸ナトリウム水溶液:120重量部を10g/分で滴下した。滴下終了後、翼先端速度を15分間かけて、1.53m/秒から0.54m/秒まで減速し、さらに同条件下で20分間攪拌を行った。
次に、マックスブレンド翼の翼先端速度を1.53m/秒に調整した状態で、5.0wt%の硫酸ナトリウム水溶液:10重量部を滴下し、翼先端速度を1.53m/秒から0.54m/秒に、15分間かけて減速し、さらに、0.54m/秒で10分間攪拌を行った。ここで、この分散液について、観察を行った。その結果、分散質が、複数個合一した合一粒子(着色樹脂微粒子)が多数確認された。加えて、樹脂を含む材料で構成された分散質中に、顔料微粒子、ワックス微粒子は、微分散した状態で取り込まれていた。
また、この段階での合一粒子の粒径の測定を行った。その結果、50%体積粒径をDv(50)[μm]としたときのDv(50)が4.8μmを越えていない場合には同様の操作を繰り返した。その結果、分散質(着色樹脂微粒子)の合一は、さらに進行していた。Dv(50)が4.8μmとなったところで、マックスブレンド翼の翼先端速度を1.02m/秒に調整し30分間攪拌を行ない、目的とする合一粒子が分散した分散液を得た。この分散液を構成する分散質としての合一粒子について、粒径測定を行った。なお、粒径、粒度分布の測定は、100μmのアパーチャーチューブを用いたコールターカウンターマルチサイザーTAII(ベックマンコールター社製)により行った。その結果、50%個数粒径をDn(50)[μm]としたとき、Dv(50)が5.12μm、Dv/Dnが1.10、平均円形度が0.981であった。また、以下に説明する他の粒子についても同様にして、粒径、粒度分布の測定を行った。なお、平均円形度は、フロー式粒子像分析装置(東亜医用電子社製、FPIP−1000)を用いた測定により求めた。また、以下に説明する他の粒子についても同様にして、平均円形度を求めた。
《被覆工程》
上記合一工程を行った2L円筒容器内において、マックスブレンド翼の翼先端速度を1.53m/秒に調整した状態で、無着色樹脂分散液(乳化液)NRD−1:347重量部(コア粒子100重量部に対して20wt%)を5g/分の速度で滴下した。滴下終了後に、マックスブレンド翼の翼先端速度を1.53m/秒から0.85m/秒に減速し、翼先端速度を保持した状態で、さらに、20分間攪拌を行った。その後、翼先端速度を1.53m/秒に調整し、5.0wt%の硫酸ナトリウム水溶液:20重量部を滴下した。
その後、15分間かけて翼先端速度を1.53m/秒から0.54m/秒まで減速し、翼先端速度を保持した状態で、50%体積粒径をDv(50)[μm]が5.8μmに成長するまで同条件下で攪拌を続けた。目標粒径に到達した時点で、水:400重量部を添加し、被膜の被覆を終了させた。その結果、50%体積粒径をDv(50)[μm]、50%個数粒径をDn(50)[μm]としたときの、Dv(50)は5.74μm、Dv/Dnは1.13、被膜を有する分散質の平均円形度は0.978であった。
これにより、合一粒子の表面に、被膜が形成された。形成された被膜の厚さは、0.20μmであった。
《脱溶剤工程》
その後、シリコーン系消泡剤(東レ・ダウコーニング・シリコーン社製、BY22−517):0.068重量部を添加し、減圧により、固形分含有量が23wt%以上となるまで、メチルエチルケトンおよび水の一部を留去し、スラリー(着色樹脂微粒子スラリー)を得た。
《洗浄工程》
上記のようにして得られたスラリーに対し、固液分離を行い、さらに、水中への再分散、固液分離を繰り返し行うことによる洗浄処理を施した。その後、吸引ろ過法により、着色樹脂微粒子のウェットケーキ(着色樹脂微粒子ケーキ)を得た。
《乾燥工程》
その後、真空乾燥機を用いて、ウェットケーキを乾燥することにより、トナー粒子を得た。得られたトナー粒子は、樹脂成分と着色剤とを含むコア領域と、着色剤を含まないシェル領域とを有するものであることが確認された。また、トナー粒子についての50%体積粒径をDv(50)[μm]、50%個数粒径をDn(50)[μm]としたときの、Dv(50)は、5.1μm、Dv(50)/Dn(50)は、1.09であった。また、トナー粒子の平均円形度Rは0.98であった。また、トナー粒子を構成するシェル領域の平均厚さは0.20μmであった。また、トナー粒子中において、コア領域の占める割合は、85vol%であった。
(実施例2〜7)
表3に示した、各実施例に対応するミルベース、無着色樹脂分散液を用いた以外は前記実施例1と同様にしてトナー粒子の調製を行った。
(実施例8)
表3に示したミルベース、無着色樹脂分散液を用いた以外は前記実施例1と同様にしてトナー粒子の調製を行った。本実施例では、被覆工程にてシェル樹脂(樹脂B)が合一粒子になかなか被覆せず、乳化懸濁液製造工程からトナー粒子を得るまで、実施例1と比較して約1.5倍の時間がかかった。
(実施例9〜11)
表3に示した、各実施例に対応するミルベース、無着色樹脂分散液を用いた以外は前記実施例1と同様にしてトナー粒子の調製を行った。
(実施例12)
合一工程にて合一粒子を、粒径Dv50が5.6μmとなるまで成長させ、被覆工程にて加える無着色樹脂分散液NRD−1を140重量部とした以外は前記実施例1と同様にしてトナー粒子の調製を行った。
(実施例13)
合一工程にて合一粒子を、粒径Dv50が5.3μmとなるまで成長させ、被覆工程にて加える無着色樹脂分散液NRD−1を200重量部とした以外は前記実施例1と同様にしてトナー粒子の調製を行った。
(実施例14)
合一工程にて合一粒子を、粒径Dv50が4.8μmとなるまで成長させ、被覆工程にて加える無着色樹脂分散液NRD−1を560重量部とした以外は前記実施例1と同様にしてトナー粒子の調製を行った。
(実施例15)
合一工程にて合一粒子を、粒径Dv50が4.5μmとなるまで成長させ、被覆工程にて加える無着色樹脂分散液NRD−1を720重量部とした以外は前記実施例1と同様にしてトナーの調製を行った。
(実施例16、17)
表3に示したミルベース、無着色樹脂分散液を用いた以外は前記実施例1と同様にトナーの調製を行った。
(比較例1)
表3に示したミルベース、無着色樹脂分散液を用いた以外は前記実施例1と同様にしてトナーの調製を行った。
(比較例2)
<樹脂微粒子分散液BD−1の調製>
下記の材料を2Lフラスコ内に、混合し、水中に分散、溶解させた。フラスコ中で攪拌羽を用いて10分間攪拌することで、材料を分散し、乳化した。次に、過硫酸アンモニウム:4重量部を溶解した水:50重量部を加えた。
フラスコ内の空気を窒素にて置換した後、フラスコ内を攪拌しながら材料温度が70℃になるまでオイルバスで加熱した。材料温度を70℃に保ち、5時間乳化重合を行い、樹脂微粒子が分散した樹脂微粒子分散液BD−1を得た。得られた重合体は、微粒子となって水系分散媒に分散しており、ガラス転移温度(Tg)は59.2℃、Dv(50)[μm]は0.15μmであった。
また、樹脂H1の分子量の測定に用いたGPC測定装置を用いて同様にして測定したところ、重量平均分子量12000であった。
スチレン 370重量部
nブチルアクリレート 30重量部
アクリル酸 8重量部
ドデカンチオール 24重量部
四臭化炭素 4重量部
非イオン性界面活性剤 6重量部
(三洋化成(株)製:ノニポール400)
アニオン性界面活性剤 10重量部
(第一工業製薬(株)製:ネオゲンSC)
水 550重量部
<樹脂微粒子分散液BD−2の調製>
下記の材料を2Lフラスコ内に、混合し、水中に分散、溶解させた。フラスコ中で攪拌羽を用いて10分間攪拌することで、材料を分散し、乳化した。次に、過硫酸アンモニウム:4重量部を溶解した水:50重量部を加えた。
フラスコ内の空気を窒素にて置換した後、フラスコ内を攪拌しながら材料温度が70℃になるまでオイルバスで加熱した。材料温度を70℃に保ち、5時間乳化重合を行い、樹脂微粒子が分散した樹脂微粒子分散液BD−2を得た。得られた重合体は、微粒子となって水系分散媒に分散しており、ガラス転移温度(Tg)は53.0℃、Dv(50)[μm]は0.17μmであった。また、樹脂H1の分子量の測定に用いたGPC測定装置を用いて同様にして測定したところ、重量平均分子量220000であった。
スチレン 320重量部
nブチルアクリレート 80重量部
アクリル酸 8重量部
ドデカンチオール 12重量部
四臭化炭素 4重量部
非イオン性界面活性剤 6重量部
(三洋化成(株)製:ノニポール400)
アニオン性界面活性剤 10重量部
(第一工業製薬(株)製:ネオゲンSC)
水 550重量部
<着色剤分散液CD−1の調製>
下記の材料をホモジナイザー(IKA社製:ウルトラタラックスT50)を用いて10分間分散し、着色剤が水中に分散した着色剤分散液CD−2を調製した。
シアン顔料 50重量部
(大日本インキ化学工業社製、KET BLUE 111)
非イオン性界面活性剤 5重量部
(三洋化成(株)製:ノニポール400)
水 200重量部
<ワックス分散液WD−1の調製>
下記の材料を95℃に加熱して、ホモジナイザー(IKA社製:ウルトラタラックスT50)を用いて予備分散した後、圧力吐出型ホモジナイザーで分散処理し、ワックスが微分散したワックス分散液WD−1を調製した。
パラフィンワックス 50重量部
(日本精蝋(株)製:HNP0190、融点85℃)
カチオン性界面活性剤 5重量部
(花王(株)製:サニゾールB50)
水 200重量部
<凝集工程>
下記の材料を、丸型ステンレス製フラスコ中でホモジナイザー(IKA社製:ウルトラタラックスT50)を用いて混合、分散した。次に、加熱用オイルバス中でフラスコ内を攪拌しながら48℃まで加熱した。48℃で30分間保持し、凝集粒子を得た。このときの凝集粒子のDv(50)[μm]は、5.0μmであった。
樹脂微粒子分散液BD−2 200重量部
着色剤分散液CD−1 30重量部
ワックス分散液WD−1 40重量部
カチオン性界面活性剤 1.5重量部
(花王(株)製:サニゾールB50)
<微粒子付着工程>
凝集工程で用いた丸型ステンレス製フラスコに、樹脂微粒子分散液BD−1:60重量部を少量ずつ滴下した。次に、加熱用オイルバスの温度を50℃に調製して、1時間保持した。光学顕微鏡にて観察すると、加えた樹脂微粒子分散液BD−1は凝集粒子に付着しており、得られた凝集粒子の50%体積粒径Dv(50)[μm]は5.7μmであった。
<加熱工程>
微粒子付着工程で用いたそのままの容器に、引き続き、アニオン性界面活性剤(第一工業製薬(株)製:ネオゲンSC):3重量部を追加した後、前記ステンレス製フラスコを密閉し、磁力シールを用いて攪拌を継続しながら、105℃まで加熱し、3時間保持した。そして、冷却後、反応生成物をろ過し、水で十分に洗浄した後、乾燥させることにより、トナー粒子を得た。
(比較例3)
加熱工程にて、加熱する温度を50℃とした以外は、比較例3と同様にトナー粒子の調製を行った。
表3に用いたミルベース、無着色樹脂微粒子、また、調製したトナー粒子の粒径、各樹脂のSP値等を示す。ただし、表中のMEKはメチルエチルケトン、AcOEtは酢酸エチルのことをそれぞれ示す。また、コア樹脂、シェル樹脂、溶媒のSP値をそれぞれ、SP(A)[(MPa)1/2]、SP(B)[(MPa)1/2]、SP(S)[(MPa)1/2]としたとき、X、Y、Zは下記に示すものと定義した。
X=|SP(A)−SP(S)| ‥‥ (IV)
Y=|SP(B)−SP(S)| ‥‥ (V)
Z=|SP(A)−SP(B)| ‥‥ (VI)
Figure 2008089908
[2]評価
[2.1]DSC測定法によるコアシェル構造の確認(確認法1)
各実施例、および各比較例にて製造したトナーを用いて、示差走査熱量分析(DSC測定法)により、コアに用いた樹脂とシェルに用いた樹脂のガラス転移温度を測定した。コア領域とシェル領域とが形成されている場合(コアに用いた樹脂とシェルに用いた樹脂とが相溶していない場合)、コア領域の樹脂由来のガラス転移温度と、シェル領域の樹脂由来のガラス転移温度とが、別々に観察される。このことから、以下の基準に従って、コア領域とシェル領域が形成しているかどうかを評価した。
○:シェル樹脂とコア樹脂とのガラス転移温度が別々に観察された。
×:シェル樹脂とコア樹脂とのガラス転移温度がひとつの温度にて観察された。
[2.2]透過型電子顕微鏡によるトナー粒子の観察(確認法2)
各実施例および各比較例で得られたトナー粒子に関して、四酸化オスミウムを用いてトナー粒子断面の染色を行い、透過型電子顕微鏡にてトナー粒子断面の観察を行った。
○:コア領域とシェル領域の境界がコア領域の全周にわたって確認できた。
△:コア領域とシェル領域の境界がコア領域周囲の一部に確認できない部分があった。
×:コア領域とシェル領域の境界が確認できなかった。
また、この観察から、シェル領域の平均厚さを求めた。
[2.3]低温定着性
各実施例、比較例にて調製したトナー粒子:100重量部に対して、外添剤として大粒径のシリカ(日本アエロジル(株)製RX50):1.0重量部、小粒径のシリカ(日本アエロジル(株)製RX200):1.0重量部、酸化チタン(チタン工業(株)製STT30S):0.5重量部を添加した。このトナー粒子を10Lヘンシェルミキサー(三井鉱山(株)製)に投入して羽先端周速30m/sで2分間混合しシアントナーを得た。
次に、前記シアントナーをカラープリンタ(セイコーエプソン(株)製LP7000)のトナーカットリッジに充填した。次に、記録媒体としてカラーレーザープリンタ用コート紙(セイコーエプソン(株)製)を使用して、定着ローラ温度を120−180℃まで調整しながら、コート紙の上半分に未定着のべた印字を印刷した。印刷後のコート紙の下半分に発生する低温オフセットによる汚れを観察し、汚れ発生の温度を低温オフセット温度とし、以下の4段階の基準に従い評価した。
◎:低温オフセット温度が130℃未満。
○:低温オフセット温度が130℃以上、135℃未満。
△:低温オフセット温度が135℃以上、140℃未満。
×:低温オフセット温度が140℃以上。
[2.4]耐熱保存性
前記各実施例および前記各比較例で得られたトナー:2.0gをガラスビンに投入し、恒温槽で60℃、12時間、保管し、トナー粒子の凝集を目視にて観察し、以下の4段階の基準に従い評価した。
◎:トナー粒子の凝集がまったく認められない。
○:トナー粒子の凝集がほとんど認められない。
△:トナー粒子の凝集がわずかに認められる。
×:トナー粒子の凝集がはっきりと認められる。
[2.5]長期保存性
前記各実施例および前記各比較例で得られたトナーを、温度:35℃の環境下に、8ヵ月間静置した。その後、トナーの様子を目視にて確認し、以下の4段階の基準に従い評価した。
◎:トナー粒子の凝集がまったく認められない。
○:トナー粒子の凝集がほとんど認められない。
△:トナー粒子の凝集がわずかに認められる。
×:トナー粒子の凝集がはっきりと認められる。
[2.6]生産時間
前記各実施例および前記各比較例でのトナー製造時(乳化懸濁液調製工程からトナー粒子を得るまでの間)の工程の生産時間を、以下の4段階の基準に従い評価した。
◎:実施例1と比較して、製造にかかる時間が120%未満であった。
○:実施例1と比較して、製造にかかる時間が120%以上、180%未満であった。
△:実施例1と比較して、製造にかかる時間が180%以上であった。
×:トナーを製造することが不可能であった。
各実施例、比較例の評価結果を表4に示した。
Figure 2008089908
表4から明らかなように、本発明の製造方法により製造したトナーは、シェル領域とコア領域が形成されていることが確認され、また低温定着性および保存性に優れていた。これに対し、比較例のトナーはシェル領域とコア領域が形成したトナーを得ることができなかった。加えて、比較例1のトナーは低温定着性および保存性が劣るものとなった。また、比較例2のトナー粒子は、シェル領域およびコア領域の一部が相溶し、これらの境界があいまいになっていた。このため、実施例のトナー粒子と比較して低温定着性および保存性が劣るものとなった。また、比較例3のトナー粒子は一部のコア領域がトナー粒子表面に露出し、実施例のトナー粒子と比較して低温定着性および保存性が劣るものとなった。
また、着色顔料をシアン顔料の代わりにイエロー顔料(クラリアントジャパン社製、Toner Yellow HG)、マゼンタ顔料(クラリアントジャパン社製、Permanent Rubine F6B)を用いた以外は、上記と同様にトナーの製造、評価を行ったところ、上記と同様の結果が得られた。
本発明のトナーを構成するトナー粒子の好適な実施形態を示す模式的な断面図である。 本発明のトナーが適用される画像形成装置の好適な実施形態を示す全体構成図である。 図2の画像形成装置が有する現像装置の断面図である。 図2の画像形成装置に用いられる定着装置の詳細構造を示し、一部破断面を示す斜視図である。 図4の定着装置の要部断面図である。
符号の説明
1…トナー粒子 11…コア領域(芯部、核) 12…シェル領域(外殻) 10…画像形成装置 20…装置本体 30…像担持体 40…帯電装置 50…露光装置 60…ロータリー現像装置 600…支持フレーム 601…ハウジング 603…供給ローラ 604…現像ローラ 605…規制ブレード 605a…板状部材 605b…弾性部材 60Y…イエロー用現像装置 60M…マゼンタ用現像装置 60C…シアン用現像装置 60K…ブラック用現像装置 70…中間転写装置 90…駆動ローラ 100…従動ローラ 110…中間転写ベルト 120…一次転写ローラ 130…転写ベルトクリーナ 140…二次転写ローラ 150…給紙カセット 160…ピックアップローラ 170…記録媒体搬送路 190…定着装置 200…排紙トレイ 210…定着ローラ(加熱定着部材) 210a…熱源 210b…筒体 210c…弾性層 210d…回転軸 220…加圧ローラ(加圧部材) 220b…筒体 220c…弾性層 220d…回転軸 230…両面印刷用搬送路 240…ハウジング 250…軸受 260…加圧レバー 270…加圧スプリング 290…支持軸 300…支持軸 310…剥離部材 320…剥離部材 T…トナー

Claims (8)

  1. コア領域と、前記コア領域を被覆し、前記コア領域とは異なる組成のシェル領域とを有するトナー粒子を含むトナーを製造する方法であって、
    樹脂Aおよび当該樹脂Aを溶解することができる有機溶剤を含む材料で構成された分散質が、水系分散媒に分散した分散液を調製する分散液調製工程と、
    複数個の前記分散質を合一させ、前記コア領域を形成する合一粒子を得る合一工程と、
    前記合一粒子の表面を、樹脂Bを含む材料で構成され、前記シェル領域を形成する被膜で被覆する被覆工程と、
    前記有機溶剤を除去する脱溶剤工程とを有し、
    Smallの方法による溶解度パラメータを用い、前記樹脂Aについての溶解度パラメータをSP(A)[(MPa)1/2]、前記樹脂Bについての溶解度パラメータをSP(B)[(MPa)1/2]、前記有機溶剤についての溶解度パラメータをSP(S)[(MPa)1/2]としたとき、SP(A)<SP(S)<SP(B)、または、SP(A)>SP(S)>SP(B)の関係を満足することを特徴とするトナーの製造方法。
  2. 前記有機溶剤の溶解度パラメータSP(S)[(MPa)1/2]は、18〜20[(MPa)1/2]である請求項1に記載のトナーの製造方法。
  3. |SP(A)−SP(S)|および|SP(B)−SP(S)|が1(MPa)1/2以下であり、かつ、|SP(A)−SP(B)|>1.2(MPa)1/2の関係を満足する請求項1または2に記載のトナーの製造方法。
  4. 前記合一工程において電解質を添加する請求項1ないし3のいずれかに記載のトナーの製造方法。
  5. 前記被覆工程において電解質を添加する請求項1ないし4のいずれかに記載のトナーの製造方法。
  6. 前記シェル領域の平均厚さは、0.10〜0.35μmである請求項1ないし5のいずれかに記載のトナーの製造方法。
  7. 前記樹脂Aのガラス転移温度は、前記樹脂Bのガラス転移温度よりも低いものである請求項1ないし6のいずれかに記載のトナーの製造方法。
  8. 請求項1ないし7のいずれかに記載の方法を用いて製造されたことを特徴とするトナー。
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