JP2008089918A - トナーおよびトナーの製造方法 - Google Patents

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利昭 山上
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Abstract

【課題】帯電制御剤の機能が十分に発揮されるトナーを提供すること、また、前記トナーを製造することができるトナーの製造方法を提供すること。
【解決手段】トナー粒子1は、樹脂成分と着色剤とを含むコア領域11と、コア領域11の外周を被覆し、コア領域11とは異なる組成のシェル領域12とを有し、シェル領域12は樹脂成分と、微粒子状の帯電制御剤121とを含むものである。また、シェル領域12中において、微粒子状の帯電制御剤121として、シェル領域12中に内包されたものと、その一部がトナー粒子1の表面に露出したものとが混在している。
【選択図】図1

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。
上記のような電子写真法に用いられるトナーは、通常、樹脂成分と、着色剤とを含む材料で構成されたトナー粒子を多数含むものである。
さらに、トナー粒子として、帯電性を向上させる目的で、上記のような材料に加え、帯電制御剤を含むものもある。(例えば、特許文献1参照)
トナー粒子は、その表面付近に、帯電制御剤を含むことによって、トナー粒子同士の摩擦、または、トナー粒子と、トナー粒子と接触する部材との間で生じる摩擦により帯電する。このように帯電したトナー粒子が、感光体上の静電潜像に付着することにより、トナー画像が現像される。この際、トナー粒子の帯電量が不十分であると、現像工程において、トナー粒子の静電潜像への付着が不十分となってしまい、高精細、高画質のトナー画像を得ることができない。
このような帯電制御剤は、上記の樹脂成分、および着色剤とともに、粉体用混合機として用いられるヘンシェルミキサーなどで混合され、引き続き、2軸混練機を用いて溶融混練される。その後、得られた混練物を粉砕、分級することにより、帯電制御剤を内包したトナー粒子を得ることができる。しかしながら、このような方法で得られたトナー粒子は、帯電制御剤の機能を十分に発揮できるものではなかった。
すなわち、上記のような方法を用いて得られたトナー粒子は、帯電制御剤がトナー粒子全体に分散したものである。このため、トナー粒子の表面付近における帯電制御剤の含有量が少なく、トナーの帯電量を十分なものとすることができなかった。また、トナー粒子の表面付近における帯電制御剤の含有量を多くしようと、帯電制御剤の添加量を増やすと、トナー粒子が硬くなり、トナー粒子と記録媒体との定着性が悪化するといった問題があった。さらに、トナー粒子中の帯電制御剤の含有量が多くなると、帯電制御剤同士の凝集が起こり易くなり、トナー粒子中における帯電制御剤の分散が不均一となってしまう。このような場合、トナー粒子の帯電特性は不安定なものとなってしまい、結果として、帯電制御剤の機能を十分に発揮することができるものではなかった。
特開2000−137348号公報
本発明の目的は、帯電制御剤(CCA)の機能、および、使用する樹脂の機能が十分に発揮されるトナーを提供すること、また、前記トナーを製造することができるトナーの製造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。
本発明のトナーは、樹脂成分と着色剤とを含むコア領域と、前記コア領域の外周を被覆し、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であって、
前記シェル領域は、樹脂成分と、微粒子状の帯電制御剤とを含むものであることを特徴とする。
これにより、帯電制御剤の機能、および、使用する樹脂の機能が十分に発揮されるトナーを提供することができる。
本発明のトナーでは、前記シェル領域中において、前記帯電制御剤として、前記シェル領域中に内包されたものと、その一部が前記トナー粒子の表面に露出したものとが混在していることが好ましい。
これにより、帯電制御剤の機能をより効果的に発揮させることができる。
本発明のトナーでは、前記帯電制御剤は、サリチル酸誘導体金属錯体で構成されたものであることが好ましい。
これにより、帯電制御剤の機能、および、使用する樹脂の機能をより効果的に発揮させることができるとともに、カラートナーに好適に用いることができる。
本発明のトナーでは、前記帯電制御剤の平均粒径は、0.05〜0.20μmであることが好ましい。
これにより、帯電制御剤の機能をより効果的に発揮させることができるとともに、トナーの保存性を特に優れたものとすることができる。
本発明のトナーでは、前記帯電制御剤と、前記シェル領域を構成する樹脂成分との配合比は、重量比で4:96〜15:85であることが好ましい。
これにより、帯電制御剤の機能をより効果的に発揮させることができるとともに、トナーの保存性を特に優れたものとすることができる。
本発明のトナーでは、前記コア領域を構成する樹脂成分のガラス転移温度は、前記シェル領域を構成する樹脂成分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、保存時には、トナー粒子の不本意な凝集を効果的に防止するとともに、定着時には、トナー粒子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。
本発明のトナーの製造方法は、樹脂成分と着色剤とを含むコア領域と、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を製造する方法であって、
樹脂成分と着色剤とを含む材料で構成された分散質が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る合一工程と、
合一された前記分散質の表面を、樹脂成分と微粒子状の帯電制御剤とを含む材料で構成された被膜で被覆する被覆工程とを有することを特徴とする。
これにより、帯電制御剤の機能、および、使用する樹脂の機能が十分に発揮されるトナーを製造することができるトナーの製造方法を提供することができる。
本発明のトナーでは、前記シェル領域の平均厚さは、0.05〜0.4μmであることが好ましい。
これにより、帯電制御剤の機能、および、使用する樹脂の機能をより効果的に発揮させることができるとともに、トナーの保存性を特に優れたものとすることができる。
本発明のトナーでは、前記帯電制御剤の平均粒径をd[μm]、前記シェル領域の平均厚さをL[μm]としたとき、0.12≦d/L≦1.5の関係を満足することが好ましい。
これにより、帯電制御剤の機能をより効果的に発揮させることができるとともに、トナーの保存性を特に優れたものとすることができる。
本発明のトナーでは、前記コア領域を構成する樹脂成分と、前記シェル領域を構成する樹脂成分とは、異なる組成を有するものであることが好ましい。
これにより、トナー粒子の不本意な凝集を効果的に防止することができる。
本発明のトナーでは、前記コア領域および前記シェル領域は、いずれも、ポリエステル樹脂を含む材料で構成されたものであることが好ましい。
これにより、トナー粒子の不本意な凝集を効果的に防止することができる。
本発明のトナーでは、前記トナー粒子は、O/W型の乳化液中に含まれる複数個の分散質を合一させることにより製造されたものであることが好ましい。
これにより、トナー粒子の強度を特に優れたものとすることができるとともに、より容易にトナー粒子の形状を所望の形状とすることができる。
本発明のトナーの製造方法では、前記被覆工程は、前記樹脂材料と前記帯電防止剤とを含む材料で構成された分散質が、分散媒中に分散した分散液を、前記合一粒子を含む分散液と混合することにより行うことが好ましい。
これにより、トナー粒子の帯電特性および定着性が特に優れたものとなるとともに、トナーの保存性も特に優れたものとなる。
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、より容易にトナー粒子の形状を所望の形状とすることができるとともに、トナー粒子の帯電特性、定着性、および、保存性は特に優れたものとなる。
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とを有するものであり、シェル領域12に微粒子状の帯電制御剤121が分散したものである。
[コア領域]
コア領域11は、樹脂成分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を構成する樹脂成分(バインダー樹脂)は、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を構成する樹脂成分(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を構成する樹脂成分のガラス転移温度(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、コア領域11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、コア領域11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を構成する樹脂成分(バインダー樹脂)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を構成する樹脂成分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、コア領域11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、コア領域11を構成する樹脂成分の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、C.I.ピグメントイエロー74、C.I.ピグメントイエロー185、ニグロシン染料(C.I.No.50415B)、金属錯塩染料、シリカ、酸化アルミニュウム、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、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、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。
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を構成する樹脂成分(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、樹脂成分と、微粒子状の帯電制御剤121とを含むものである。
シェル領域12は、シェル領域12を構成する樹脂成分中に、微粒子状の帯電制御剤(CCA微粒子)121が分散している。シェル領域12がこのような構成を備えることにより、以下のような効果が発現する。
ところで、トナー粒子は、その表面付近に、帯電制御剤(CCA)を含むことによって、トナー粒子同士の摩擦、または、トナー粒子と、トナー粒子と接触する部材との間で生じる摩擦により、帯電する。このように帯電したトナーが、感光体上の静電潜像に付着することにより、トナー画像が現像される。
一般に、このようなCCAは、樹脂成分、および着色剤とともに、ヘンシェルミキサーなどの紛体用混合機を用いて混合され、引き続き、二軸混練機を用いて溶融混練される。その後、得られた混練物を粉砕、分級することにより、CCAを内包したトナー粒子を得る。しかし、このような方法で得られたトナー粒子は、CCAがトナー粒子全体に分散したものである。したがって、トナー粒子の表面付近におけるCCAの含有量が少なく、トナーの帯電量を十分なものとすることができなかった。また、トナー粒子の表面付近におけるCCAの含有量を多くしようと、CCAの添加量を増やすと、トナー粒子が硬くなり、トナー粒子と記録媒体との定着性が悪化するといった問題があった。さらに、トナー粒子中のCCAの含有量が多くなると、CCAの凝集が起こり易くなり、トナー粒子中におけるCCAの分散が不均一となってしまう。このような場合、トナー粒子の帯電特性は不安定なものとなってしまい、結果として、CCAの機能を十分に発揮することができるものではなかった。また、トナー粒子表面に、均一にCCAを付着させようと、外添剤(シリカ、アルミナ、チタニアなど)をトナー母粒子に外添させる方法(ヘンシェルミキサーなどの混合機を用いてトナー母粒子と外添剤とを混合する方法)を用いることも考えられる。しかし、このようにCCAが外添されたトナー粒子では、外添されたCCAがトナー母粒子から脱落し易く、長期間に渡ってトナーの帯電量を維持することができなかった。
これに対して、コア領域11と、コア領域11を被覆するシェル領域12とで構成される構造(コア−シェル構造)において、シェル領域12にCCA微粒子121を含むトナー粒子1では、上記のような問題を解決することができる。すなわち、トナー粒子1は、シェル領域12中にCCA微粒子121が分散したものである。したがって、トナー粒子1の表面付近にCCA微粒子が確実に保持されるため、トナー粒子1の帯電特性は優れたものとなる。これにより、良質なトナー画像を長期間に渡って形成し続けることができる。
また、シェル領域12中にCCA微粒子121が分散することにより、シェル領域12の強度を高いものとし、結果として、トナー粒子1全体としての強度を高いものとすることができる。これにより、保存時などにおけるトナー粒子1の不本意な凝集を防止することができる。また、シェル領域にCCA微粒子を内包しないコア−シェル構造を備えたトナー粒子と比較して、トナー粒子1では、シェル領域12の厚さをより薄いものとしても、同じ強度を持たせることができる。したがって、トナー粒子1中におけるコア領域11の占める割合を比較的大きいものとすることができ、コア領域11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、発色性の向上、トナー消費量の低減等の効果が得られる。
また、シェル領域12中にCCA微粒子121を含むことにより、トナー粒子1の耐熱性が向上する。これにより、例えば、現像装置を長期間起動し続けることにより、装置が発熱しても、トナー粒子1が不本意に凝集するのをより確実に防止することができる。また、シェル領域12を構成する樹脂成分として、比較的低いガラス転移温度、また低い軟化温度を有するものを用いても、保存時におけるトナー粒子1の凝集を好適に防止することができる。さらに、コア領域11を構成する樹脂成分、および、シェル領域12を構成する樹脂成分ともに、低温定着に有効なガラス転移温度、および、軟化温度が比較的低い樹脂成分を用いることにより、保存時における不本意な凝集を好適に防止し、定着時には低温での定着が可能なトナーとすることができる。
また、シェル領域12中に分散したCCA微粒子121は、シェル領域12中に内包されたものと、トナー粒子1(シェル領域12)の表面に露出したものとが混在していることが好ましい。シェル領域12中に内包されたCCA微粒子121は、シェル領域12の強度、耐熱性を高めるとともに、トナー粒子1の帯電性をより好適に制御する効果を発現する。一方、シェル領域12の表面に露出したCCA微粒子121は、トナー粒子1の帯電性をより好適に制御する効果を有する。
また、シェル領域12の厚さは、特に限定されないが、0.05〜0.4μmであるのが好ましく、0.1〜0.3μmであるのがより好ましい。これにより、シェル領域12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る。特に、トナー粒子1は、シェル領域12にCCA微粒子121が分散しているため、上記範囲のようにシェル領域12の厚さを比較的薄いものとした場合であっても、トナー粒子1の強度、耐熱性等を十分に優れたものとすることができ、トナー粒子1の凝集等を確実に防止することができる。その結果、トナー粒子1中におけるコア領域11の占める割合を比較的大きいものとすることができ、コア領域11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、発色性の向上、トナー消費量の低減等の効果が得られる。
≪樹脂成分≫
このようなシェル領域12を構成する樹脂成分(バインダー樹脂)は、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を構成する樹脂成分は、前述したコア領域11を構成する樹脂成分よりも、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。
特に、シェル領域12中にはCCA微粒子121が分散しているため、シェル領域12の強度、耐熱性はさらに優れたものとなり、保存性により優れたトナーとすることができる。
また、シェル領域12を構成する樹脂成分として、前述したコア領域11を構成する樹脂成分を用いてもよい。コア領域11とシェル領域12とを構成する樹脂成分が同じものであっても、シェル領域12にCCA微粒子121が分散することにより、コア領域11に比べ、シェル領域12の強度、耐熱性を向上させることができる。また、樹脂成分として低温定着に有利な、比較的ガラス転移温度、および軟化温度が低い樹脂を用いても、トナー粒子1の保存性、耐熱性を優れたものとすることができる。
また、シェル領域12を構成する樹脂成分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。シェル領域12を構成する樹脂成分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。特に、シェル領域12が、上記条件を満たす樹脂成分と、後述するような表面処理を施されたCCA微粒子121とを含むものである場合には、シェル領域12にCCA微粒子121が均一に分散するため、トナー粒子1の強度、耐熱性を特に高いものとすることができる。これにより、トナー粒子1の不本意な凝集をより効果的に防止することができる。
また、シェル領域12を構成する樹脂成分は、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を構成する樹脂成分のガラス転移温度は、コア領域11を構成する樹脂成分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。
シェル領域12を構成する樹脂成分(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、45〜85℃であるのが好ましく、50〜75℃であるのがより好ましい。シェル領域12を構成する樹脂成分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、シェル領域12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、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とシェル領域12は、互いに部分非相溶の樹脂であってもよい。例えば、シェル樹脂を構成するモノマーにおいて、一部コアと同一のものを用い、一部SP値の離れたものを採用し重合した樹脂で部分非相溶を実現してもよい。このことにより、非相溶部分がシェル部となり、コアと同一モノマー部がコアと接合性を確保することができる。
また、シェル領域12を構成する樹脂成分の軟化温度は、コア領域11を構成する樹脂成分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。
シェル領域12を構成する樹脂成分(バインダー樹脂)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を構成する樹脂成分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、シェル領域12を構成する樹脂成分の軟化温度として採用することができる。
≪CCA微粒子≫
上記のように、シェル領域12はCCA微粒子121を含むものである。
このように、シェル領域12中に分散したCCA微粒子121の平均粒径は、0.05〜0.2μmであるのが好ましい。シェル領域12中に分散したCCA微粒子121が上記条件を満足する場合には、シェルの厚みとの関係で、表面に露出すものとシェル部分に分散するものが好適に混在することになり、トナー粒子1の帯電性をより効果的に制御することができるとともに、保存時においてトナー粒子1が不本意に凝集するのを効果的に防止することができる。CCAの微粒子のサイズは、溶融混練する場合はシェル樹脂との混練条件(温度や回転数、ギャップ幅等)を調整することで変更することが可能である。また、直接シェル樹脂溶解液に分散させる場合は、温度や混合羽根の速度等で調整が可能となる。
また、一般的に、CCAは有色の材料である。したがって、トナー粒子中でのCCAの分散性が悪いと、CCA同士が凝集し、形成されるトナー画像の色調に悪影響を与える。しかし、シェル領域12中に分散したCCA微粒子121の平均粒径が上記範囲内であれば、仮に、シェル領域12中において、不本意なCCA微粒子121同士の凝集が起きていても、定着時にはシェル領域12中に分散し、定着画像として本来出すべき色調に悪影響を与えることを防止することができる。
また、シェル領域12中に分散したCCA微粒子121の平均粒径をd[μm]、シェル領域12の平均厚さをL[μm]としたとき、0.12≦d/L≦1.5の関係を満足するのが好ましい。これにより、CCA微粒子121を、シェル領域12中に内包したものと、シェル領域12の表面に露出したものとに満遍なく、均一に分散させることができる。したがって、上記の条件を満たすシェル領域12を備えたトナー粒子1は、帯電特性が特に優れたものとなるとともに、トナー粒子1の保存性もより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CCA微粒子121と、シェル領域12を構成する樹脂成分との配合比は、重量比で4:96〜15:85であるのが好ましく、5:95〜10:90であるのがより好ましい。上記の条件を満たすことにより、シェル領域12中のCCA微粒子121の含有量は特に好適なものとなる。これにより、より均一にCCA微粒子121を分散させることができる。このため、トナー粒子1の帯電特性は特に優れたものとなるとともに、トナー粒子1の保存性を特に優れたものとすることができる。
また、CCA微粒子121を構成する材料としては、特に限定されず、正負の帯電により、適宜選択することができる。例えば、安息香酸の金属塩、サリチル酸誘導体金属錯体、ベンジル酸金属錯体、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、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。上述した材料の中でも、負帯電性の場合、サリチル酸誘導体金属錯体を用いるのが好ましい。これにより、トナー粒子1の帯電特性は特に優れたものとなるとともに、保存時におけるトナー粒子1の不本意な凝集を効果的に防止することができる。特に、シェル領域12を構成する樹脂成分がポリエステル樹脂である場合には、CCA中のアルキル基を選ぶことで、CCA微粒子121はシェル領域12中に均一に分散し易くなる。このため、上述したような効果はより顕著なものとなる。粒径は、スライスした試料を分析透過電子顕微鏡(分析TEM)で金属元素を分析マッピングすることで求めることが可能である。
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、磁性粉末等が挙げられる。着色剤、ワックス、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、チタニア、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。
[トナー粒子のその他の構成]
トナー粒子1は、少なくとも、上述したような複数のコア領域11と、シェル領域12とを有するものであればよく、さらに他の構成を有するものであってもよい。例えば、トナー粒子1は、コア領域11と、シェル領域12とを有する母粒子に、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、酸化アルミニュウム、チタニア、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、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。
[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=L0/L1・・・(I)
(ただし、式中、L1[μm]は、測定対象のトナー粒子の投影像の周囲長、L0[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。
トナー粒子1は、O/W型の乳化液中に含まれるサブミクロンサイズの複数個の分散質を合一させることにより製造されたものであるのが好ましい。これにより、粒度分布をシャープにすることができ、トナー粒子1の強度を特に優れたものとすることができるとともに、より容易にトナー粒子の形状を所望の形状とすることができる。
本発明のトナーは、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、上述したようなトナーの製造方法の好適な実施形態について説明する。
本実施形態の製造方法は、樹脂成分と着色剤とを含む材料で構成された分散質が分散(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、樹脂成分と微粒子状のCCAとを含む材料で構成された被膜で被覆する工程(被覆工程)とを有する。
[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を形成するの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成分またはその前駆体(例えば、プレポリマー、モノマー、ダイマー、トリマー、オリゴマー等)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、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、テトラヒドロフラン(THF)、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、30重量部以下であるのが好ましく、25重量部以下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。
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、メチルイソプロピルケトン等のケトン系溶媒、酢酸エチル、酢酸イソプロピル等のエステル系溶媒等が挙げられる。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を含む材料を、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)、ホモデスパー(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、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。
着色樹脂液中におおける固形分の含有率は、特に限定されないが、60〜75wt%であるのが好ましく、62〜73wt%であるのがより好ましく、65〜70wt%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)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、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)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、着色樹脂液を構成する樹脂成分が、酸性官能基、塩基性官能基等の官能基を有するもの(例えば、ポリエステル樹脂)である場合に、前記官能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。
着色樹脂液を構成する樹脂成分としてポリエステル樹脂を用いる場合、中和剤としては、塩基性化合物を用いることができる。塩基性化合物(中和剤)としては、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、樹脂成分としてポリエステル樹脂を用いる場合、塩基性化合物の使用量は、ポリエステル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)がより好ましい。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が好ましく、60:40〜80:20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)、ホモデスパー(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。
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)の粒度分布を確実に、シャープなものにできる。
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(被膜が形成された分散質が分散した分散液)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℃であるのがさらに好ましい。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、攪拌速度を挙げる方法、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、樹脂成分とCCA微粒子とを含む材料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、CCA微粒子と、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(着色樹脂微粒子)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。
被膜を構成する樹脂成分としては、前述したシェル領域12の構成材料としての樹脂成分またはその前駆体(例えば、プレポリマー、モノマー、ダイマー、トリマー、オリゴマー等)を用いることができる。また、被膜を構成するCCA微粒子としては、前述したシェル領域12の構成材料としてのCCA微粒子121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、着色樹脂微粒子分散液の分散質(着色樹脂微粒子)の表面に、効率良く被膜を形成することができる。
被膜形成用液は、例えば、樹脂成分とCCA微粒子と有機溶剤とを含む材料を、ボールミル、あるいはモーターミルの如きメディアを用いた分散機によって混合することにより得ることができる。また、被膜形成用液は、例えば、樹脂成分とCCA微粒子とを含む組成物を予め溶融混練しておき、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。被膜形成用液の調製に用いることのできる分散機としては、例えば、スターミル(アシザワファインテック(株)製)、パールミル(日本アイリッヒ社製)等が挙げられる。また、溶融混練機としては、ニーデックス(三井鉱山社製オープン型二本ロール)等が上げられる。
また、被膜形成用液は、例えば、樹脂成分とCCA微粒子と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(着色樹脂微粒子)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、前述した着色樹脂微粒子分散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の前後に、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(大河原製作所社製)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、アルミニュ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、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さを所定厚さ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、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、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さ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、所定の厚さに規制する。
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、記録媒体が記録媒体搬送路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の厚さは、加圧ローラ220の弾性層220cの厚さ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、前述した実施形態では、トナー粒子を構成するコア領域が、複数個の微粒子が合一した合一粒子で構成されるものとして説明したが、コア領域は、合一粒子で構成されたものでなくてもよい。
また、前述した実施形態では、トナー粒子が、コア領域とシェル領域とを有するものとして説明したが、本発明において、トナー粒子は、このような構成を有していないものであってもよい。
また、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。
また、本発明のトナーは、いかなる方法で製造されたものであってもよく、上述したような方法(乳化懸濁液調製工程、合一工程および被覆工程を有する方法)により製造されたものに限定されない。
[1]トナーの製造
トナーの製造に先立ち、樹脂(樹脂H1、樹脂H2、樹脂L1、樹脂L2)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(ワックスマスターWM−1)、着色剤マスター(着色剤マスターPM−1)、ミルベース(ミルベースMB−1)、帯電制御剤(CCA)含有樹脂分散液(CCA含有樹脂分散液CS−1〜CS−14)、および、樹脂分散液(樹脂分散液S−15、S−16)の調製を行った。
<樹脂H1(高分子量樹脂(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: 9.06重量部
イソフタル酸: 3.90重量部
エチレングリコール: 2.54重量部
ネオペンチルグリコール: 4.26重量部
テトラブチルチタネート: 0.1重量部
エピクロン830: 0.3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: 0.1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、酸価10.0KOHmg/g、ガラス転移温度(Tg)65℃、軟化温度(T1/2)が178℃であった。また、重量平均分子量は230000であった。ただし、重量平均分子量は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。また、ガラス転移温度(Tg)は、示差走査熱量計(島津製作所社製、DSC60−A)を用いて、測定温度領域:20〜150℃、昇温速度:6℃/min、試料質量:20mgの条件で、セカンドランの昇温時の曲線を、オンセット法により解析することにより求めた。また、重合体は、粉砕し、目開き2mmのふるいでふるい、粉体とした。(以下同様)
<樹脂H2(高分子量樹脂(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: 3.90重量部
イソフタル酸: 9.06重量部
エチレングリコール: 2.54重量部
ネオペンチルグリコール: 4.26重量部
テトラブチルチタネート: 0.1重量部
エピクロン830: 0.3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: 0.1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、酸価9.8KOHmg/g、ガラス転移温度(Tg)60℃、軟化温度(T1/2)が178℃であった。また、重量平均分子量は260000であった。
<樹脂L1(低分子量樹脂(直鎖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87℃に達した時点で反応を終了した。
テレフタル酸: 5.31重量部
イソフタル酸: 7.97重量部
エチレングリコール: 2.6重量部
ネオペンチルグリコール: 4.37重量部
テトラブチルチタネート: 0.1重量部
得られた重合体は、無色の固体であり、酸価10.0KOHmg/g、ガラス転移温度(Tg)46℃、軟化温度(T1/2)が95℃であった。また、重量平均分子量は5200であった。
<樹脂L2(低分子量樹脂(直鎖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104℃に達した時点で反応を終了した。
テレフタル酸: 7.97重量部
イソフタル酸: 5.31重量部
エチレングリコール: 2.6重量部
ネオペンチルグリコール: 4.37重量部
テトラブチルチタネート: 0.1重量部
得られた重合体は、無色の固体であり、酸価10.0KOHmg/g、ガラス転移温度(Tg)56℃、軟化温度(T1/2)が106℃であった。また、重量平均分子量は8000であった。
上記のようにして合成した各樹脂の物性等を表1にまとめて示す。
Figure 2008089918
<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.ホモミクサMARKII2.5型)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.ホモデスパーMARII2.5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L2:700重量部を徐々に添加して、樹脂L2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L2:ワックス:メチルエチルケトン:水=31.3:13.4:0.3:29.5:25.5であった。
<着色剤マスターPM−C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L2:2000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−Cを得た。着色マスターC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−Cを樹脂L2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。
<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H2(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−C: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。
<CCA含有樹脂分散液CS−1>
帯電制御剤(CCA)として、サリチル酸誘導体亜鉛錯体(オリエント化学社製 ボントロン E−84):1200重量部と、樹脂H1(粉末):2800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、微粒子状のCCA(CCA微粒子)が樹脂中に分散したCCA含有マスターチップを得た。配合比率は、重量比で、CCA:樹脂H1=30:70であった。
次に、高速分散機(プライミクス社製、T.K.ホモデスパーMARKII2.5型翼)付属の3L円筒容器に、メチルエチルケトン:1050重量部を仕込み、攪拌下に、上記CCA含有マスターチップ:700重量部を徐々に添加して、予備混合液を調製した後、該混合液をアイガーモーターミル(米国アイガー社製、M−1000)で混合を行い、微細化を行った。固形分含有量を40%に調製して、CCA含有マスター溶液を調製した。
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2L円筒容器(デスパー翼の翼径40mm)にメチルエチルケトン(希釈メチルエチルケトン):300重量部仕込み、攪拌下に、樹脂H1:200重量部を徐々に添加した。その後、温度を30〜50℃の範囲内、翼先端速度:7.5m/秒の撹拌条件下で、60分間かけて溶解・分散を行った。その後、CCA含有マスター溶液:250重量部を添加して、さらに30分間攪拌を継続した。該樹脂溶液の組成は、CCA:H1:MEK=30:270:450であった。その後、温度を40℃以下に下げて1規定アンモニア水:72重量部を添加した後、撹拌条件を、翼先端速度:7.5m/秒から、翼先端速度:14.65m/秒に調整し、該攪拌下に水:886重量部を、20重量部/分で滴下することにより転相乳化させ、CCA含有樹脂分散液CS−1を得た。乳化後、得られたCCA含有樹脂分散液CS−1を光学顕微鏡の600倍で観察したところ、均一に乳化されていることが確認された。また得られたCCA含有樹脂分散液CS−1の固形分含有量は17.29%で、固形分の組成は、CCA:H1=10:90であった。また、メチルエチルケトン含有量は31.95%であった。
<CCA含有樹脂分散液CS−2〜CS−5>
CCAの種類を、表2に示すように変更した以外は、CCA含有樹脂分散液CS−1と同様の方法、条件によりCCA含有樹脂分散液CS−2〜CS−5を製造した。
<CCA含有樹脂分散液CS−6>
サリチル酸誘導体亜鉛錯体(オリエント化学社製 ボントロン E−84):1200重量部と、樹脂H1:2800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、CCA含有マスターチップを得た。その後、CCA含有樹脂分散液CS−1と同様の方法、条件により、CCA含有マスター溶液を調製し、CCA含有樹脂分散液CS−6を製造した。
<CCA含有樹脂分散液CS−7>
ベンジル酸亜鉛錯体(日本カーリット社製):1200重量部と、樹脂H1:2800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、CCA含有マスターチップを得た。その後、CCA含有樹脂分散液CS−1と同様の方法、条件により、CCA含有マスター溶液を調製し、CCA含有樹脂分散液CS−7を製造した。
<CCA含有樹脂分散液CS−8>
ベンジル酸亜鉛錯体(日本カーリット社製):1200重量部と、樹脂H1:2800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、CCA含有マスターチップを得た。その後、CCA含有樹脂分散液CS−1と同様の方法、条件により、CCA含有マスター溶液を調製し、CCA含有樹脂分散液CS−8を製造した。
<CCA含有樹脂分散液CS−9>
サリチル酸誘導体亜鉛錯体(オリエント化学社製 ボントロン E−84):1200重量部と、樹脂H1:2800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、CCA含有マスターチップを得た。配合比率は、重量比で、CCA:樹脂H1=30:70であった。
次に、高速分散機(プライミクス社製、T.K.ホモデスパーMARKII2.5型翼)付属の3L円筒容器に、メチルエチルケトン:1050重量部を仕込み、攪拌下に、上記マスターチップ:700重量部を徐々に添加して、予備混合液を調製した後、該混合液をアイガーモーターミル(米国アイガー社製、M−1000)で混合を行い、微細化を行った。固形分含有量を40%に調製して、CCA含有マスター溶液を調製した。
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2L円筒容器(デスパー翼の翼径40mm)にメチルエチルケトン(希釈メチルエチルケトン):375重量部仕込み、攪拌下に、樹脂H1:250重量部を徐々に添加した。その後、温度を30〜50℃の範囲内、翼先端速度:7.5m/秒の撹拌条件下で、60分間かけて溶解・分散を行った。その後、CCA含有マスター溶液:125重量部を添加して、さらに30分間攪拌を継続した。該樹脂溶液の組成は、CCA:H1:MEK=15:285:450であった。その後、温度を40℃以下に下げて1規定アンモニア水:72重量部を添加した後、撹拌条件を、翼先端速度:7.5m/秒から、翼先端速度:14.65m/秒に調整し、該攪拌下に水:886重量部を、20重量部/分で滴下することにより、CCA含有樹脂分散液CS−10を得た。乳化後、得られたCCA含有樹脂分散液CS−10を光学顕微鏡の600倍で観察したところ、均一に乳化されていることが確認された。また得られたCCA含有樹脂分散液CS−7の固形分含有量は17.29%で、固形分の組成は、CCA:H1=5:95であった。また、メチルエチルケトン含有量は31.95%であった。
<CCA含有樹脂分散液CS−10>
樹脂成分として、樹脂H1の代わりに樹脂H2を用いた以外は、CCA含有樹脂分散液CS−1と同様の方法、条件によりCCA含有樹脂分散液CS−11を製造した。
<CCA含有樹脂分散液CS−11、CS−12>
CCA含有マスターチップを製造する際に、CCAと樹脂H1との配合比が表2に示すようになるように混合比率を変更した以外は、CCA含有樹脂分散液CS−1と同様の方法、条件によりCCA含有樹脂分散液CS−11、CS−12を製造した。
<CCA含有樹脂分散液CS−13>
サリチル酸誘導体金属錯体亜鉛錯体(オリエント化学社製 ボントロン E−84):600重量部と、シリカ(日本アエロジル社製、R×50):600重量部と、樹脂H1:2800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、CCA含有マスターチップを得た。その後、CCA含有樹脂分散液CS−1と同様の方法、条件により、CCA含有マスター溶液を調製し、CCA含有樹脂分散液CS−13を製造した。
<樹脂分散液S−14>
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):450重量部を仕込み、攪拌下に、樹脂H1:300重量部を徐々に添加した。その後、温度を30から50℃の範囲内、翼先端速度:7.5m/秒の撹拌条件下で60分間かけて、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:72重量部を添加し、撹拌条件を、翼先端速度:7.5m/秒から、翼先端速度:14.65m/秒に調整し、該攪拌下に水:886重量部を、20重量部/分で滴下することにより、樹脂分散液S−15を得た。得られた樹脂分散液S−14の固形分含有量は17.29wt%、メチルエチルケトン含有量は31.95wt%であった。
<樹脂分散液S−15>
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):450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、温度を30から50℃の範囲内、翼先端速度:7.5m/秒の撹拌条件下で60分間かけて、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:72重量部を添加し、撹拌条件を、翼先端速度:7.5m/秒から、翼先端速度:14.65m/秒に調整し、該攪拌下に水:886重量部を、20重量部/分で滴下することにより、樹脂分散液S−15を得た。得られた樹脂分散液S−15の固形分含有量は17.29wt%、メチルエチルケトン含有量は31.95wt%であった。
また、各CCA含有樹脂分散液CS−1〜CS−13について、使用するCCAの平均粒径、材料、CCA含有樹脂分散液中の樹脂成分、およびCCAと樹脂との配合比などを表2に示す。
Figure 2008089918
(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。
《乳化懸濁液調整工程》
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:14.65m/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210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(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10重量部/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、0.54m/秒で20分間攪拌を行った。
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、5.0wt%の硫酸ナトリウム水溶液を10重量部滴下した。滴下終了後、翼先端速度を0.54m/秒に調製し、分散質(着色樹脂微粒子)の粒径が4.5μmになるまで撹拌を継続した。なお、ここでは、粒径の測定をマイクロトラックMT3000(日機装社製)により行い、50%体積粒径Dv(50)[μm]の値を、分散質(着色樹脂微粒子)の粒径とした。
分散質の粒径が4.5μmになった時点で、翼先端速度を0.85m/秒で30分間保持した。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(着色樹脂微粒子)の合一が進行しているのを確認した。さらに得られた合一粒子の粒径を測定した。
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、5.02μm、Dv(50)/Dn(50)は、1.11であった。なお、得られた合一粒子の粒径、粒度分布等の測定は、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II(ベックマンコールター社製)により行った。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。また、合一粒子の平均円形度Rは0.983であった。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0.85m/秒から1.53m/秒まで加速した状態で、CCA含有樹脂分散液CS−1:208重量部(コア粒子100重量部に対して12wt%)を5重量部/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1.00m/秒に減速し、翼先端速度を保持した状態で、さらに、10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10重量部/分で滴下した。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、粒径が5.8μmに成長するまで同条件下で撹拌を続けた。その後、水:400重量部を添加し、分散質の合一を停止した。
これにより、合一粒子の表面に被膜が形成された。また、被膜を有する分散質(合一粒子)について、その粒径の測定を行った。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、5.76μm、Dv(50)/Dn(50)は、1.12であった。被膜を有する分散質の平均円形度Rは、0.978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。トナー粒子については、スライスし、酸化ルテニウムによる染色を施し、断面を分析TEM(透過型電子顕微鏡)により観察を行った。構造観察よりコアおよびシェル層の厚みを、金属元素の位置によるマッピングによりCCAの粒径サイズとした。その結果、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、樹脂成分とCCA微粒子とを含む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、形成された被膜の厚さは、0.12μm、CCAの平均粒径は0.05μmと観察された。
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、5.2μm、Dv(50)/Dn(50)は、1.12であった。また、トナー粒子の平均円形度Rは0.978であった。
≪外添工程≫
トナー粒子(トナー母粒子):3kgと、シリカ(日本アエロジル社製、R×200):60gと、シリカ(日本アエロジル社製、R×50):60gと、チタニア(チタン工業社製 STT30S):9g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:35m/秒で3分間攪拌し、トナー母粒子にシリカで構成された粒子を外添させた。
(実施例2〜6)
CCA含有樹脂分散液CS−1の代わりに、表3に示す各実施例に対応したCCA含有樹脂分散液を用いた以外は、実施例1と同様にトナー粒子を製造した。
(実施例7)
被覆工程において、CCA含有樹脂分散液CS−1を、合一工程で得られた分散液に滴下する代わりに、CCA含有樹脂分散液CS−3:521重量部(コア粒子100重量部に対して30wt%)を10重量部/分の速度で滴下した以外は、実施例1と同様にトナー粒子を製造した。
(実施例8)
CCA含有樹脂分散液CS−3の代わりに、CCA含有樹脂分散液CS−5を用いた以外は、実施例7と同様にトナー粒子を製造した。
(実施例9)
CCA含有樹脂分散液CS−3の代わりに、CCA含有樹脂分散液CS−9を用いた以外は、実施例7と同様にトナー粒子を製造した。
(実施例10、11)
CCA含有樹脂分散液CS−1の代わりに、表3に示す各実施例に対応したCCA含有樹脂分散液を用いた以外は、実施例1と同様にトナー粒子を製造した。
(実施例12)
CCA含有樹脂分散液CS−1の代わりに、CCA含有樹脂分散液CS−10を用いた以外は、実施例1と同様にトナー粒子を製造した。
(実施例13)
被覆工程において、CCA含有樹脂分散液CS−1を、合一工程で得られた分散液に滴下する代わりに、CCA含有樹脂分散液CS−4:1388重量部(コア粒子100重量部に対して80wt%)を30重量部/分の速度で滴下した以外は、実施例1と同様にトナー粒子を製造した。
(実施例14、15)
被覆工程で用いるCCA含有樹脂分散液の種類を表3に示すようにした以外は、実施例7と同様にトナー粒子を製造した。
(実施例16)
CCA含有樹脂分散液CS−1の代わりに、CCA含有樹脂分散液CS−13を用いた以外は、実施例1と同様にトナー粒子を製造した。
(比較例1)
CCA含有樹脂分散液CS−1の代わりに、樹脂分散液S−14を用いた以外は、実施例1と同様にトナー粒子を製造した。
(比較例2)
CCA含有樹脂分散液CS−3の代わりに、樹脂分散液S−14を用いた以外は、実施例7と同様にトナー粒子を製造した。
(比較例3)
比較例2で得られたトナー粒子(トナー母粒子):3kgと、CCA含有樹脂分散液CS−1で用いたCCA微粒子:36g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:35m/秒で3分間攪拌し、トナー母粒子にCCA微粒子を外添させた。すなわち、本比較例のトナー粒子は、CCA微粒子がシェル領域中に分散したものではなく、外添剤として、トナー母粒子の表面にCCA微粒子が付着したものであった。
(比較例4)
まず、CCA含有樹脂分散液CS−3の代わりに、樹脂分散液S−15を用いた以外は、実施例8と同様にトナー粒子(トナー母粒子)を製造した。次に、このようにして得られたトナー粒子(トナー母粒子):3Kgと、CCA含有樹脂分散液CS−1で用いたCCA微粒子:36g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:35m/秒で3分間攪拌し、トナー母粒子にCCAを外添させた。
(比較例5)
まず、樹脂L1:53重量部、樹脂H1:36重量部、着色剤としてシアン顔料(大日本インキ化学工業社製、KET BLUE 111):6重量部、帯電制御剤としてサリチル酸誘導体金属錯体亜鉛錯体(オリエント化学社製 ボントロンE−84):1重量部、ワックスとしてカルナバワックス:2重量部を用意した。
これらの各成分を20L型のヘンシェルミキサーを用いて混合し、トナー製造用の原料を得た。
次に、この原料(混合物)を、二軸混練押出機(東芝機械社製、TEM−41型)を用いて、混練した。混練を行う温度は最高で240℃となるように設定した。
また、スクリューの回転速度は120rpmとし、原料の投入速度は20重量部/時間とした。原料が混錬されるのに要する時間は4.5分であった。
プロセス部で混練された原料(混練物)は、ヘッド部を介して二軸混練押出機の外部に押し出した。
このようにして二軸混練押出機の押出口から押し出された混練物を、ベルト式冷却機を用いて、冷却した。冷却工程直後の混練物の温度は、約46℃であった。
混練物の冷却速度は、−7℃/秒であった。また、混練工程の終了時から冷却工程が終了するのに要した時間は、10秒であった。
上記のようにして冷却された混練物を粗粉砕(平均粒径:1mm以下)し、さらに、微粉砕することによりトナー粒子を製造した。なお、混練物の粗粉砕にはハンマーミルを用い、微粉砕にはジェットミル(ホソカワミクロン社製、200AFG)を用いた。なお、微粉砕は、粉砕エア圧:500[kPa]、ロータ回転数:7000[rpm]で行った。
(比較例6)
まず、樹脂L1:53重量部、樹脂H1:36重量部、着色剤としてシアン顔料(大日本インキ化学工業社製、KET BLUE 111):6重量部、帯電制御剤としてサリチル酸誘導体金属錯体亜鉛錯体(オリエント化学社製 ボントロンE−84):5重量部、ワックスとしてカルナバワックス:2重量部を用意した。
これらの各成分を20L型のヘンシェルミキサーを用いて混合し、トナー製造用の原料を得た。その後、比較例5と同様にトナー粒子を製造した。
表3には、被覆工程で用いるCCA含有樹脂分散液(CCAを含まない樹脂分散液も含む。)の種類、得られたトナー粒子の粒径、円形度、および、後処理で添加される添加物などをまとめて示した。なお、各実施例および各比較例のトナーを構成する樹脂成分は、原料として用いた樹脂と同一のガラス転移温度、軟化温度、平均分子量を示すものであった。
Figure 2008089918
[2]評価
前記各実施例および各比較例で得られたトナーについて、以下のような評価を行った。
[2.1]透過型電子顕微鏡(TEM)によるシェル領域評価
前記各実施例および各比較例で得られたトナー粒子について、ルテニュウム酸による染色後、トナー粒子の断面をTEM観察し、各トナー粒子のシェル領域の厚さ、シェル領域に分散したCCA微粒子の粒径を測定した。また、各トナー粒子のシェル領域を観察した結果、各実施例のトナー粒子では、シェル領域中にCCA微粒子が分散していた。
[2.2]トナー帯電量低下率(耐久前−耐久後)
前記各実施例、および各比較例のトナーを、図2〜図5に示すような画像形成装置の現像装置(図3参照)に充填し、画像形成装置にセットした。次に、印字前の初期動作終了後の画像形成装置を取り出し、画像形成装置内の像担持体より、トナーを吸引し、帯電量Q[μC]を測定した。この帯電量Q[μC]と吸引量m[g]から、単位重量当たりの帯電量(初期帯電量)Q/m[μC/g]を算出した。また、画像形成装置に各トナーを充填し、上記画像形成装置において、記録媒体(セイコーエプソン社製、A4上質普通紙)に所定のパターンの印字(5%印字)を連続で5000枚行った後、上記した方法と同様に、耐久後の各トナーの単位重量当たりの帯電量(耐久後帯電量)Q/m(μC/g)を算出した。このようにして算出した、初期帯電量と耐久後帯電量との比率から、印字後における帯電量(単位重量当たりの帯電量)の絶対値の低下率を求め、以下の5段階の基準に従い評価した。
◎◎:帯電量の絶対値の低下率が7%未満。
◎:帯電量の絶対値の低下率が7%以上10%未満。
○:帯電量の絶対値の低下率が10%以上15%未満。
△:帯電量の絶対値の低下率が15%以上20%未満。
×:帯電量の絶対値の低下率が20%以上。
[2.3]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、35℃、相対湿度65%の環境下に、6ヶ月間放置した。その後、トナーの様子を観察し、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全く認められない。
○ :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顕著に認められる。
[2.4]定着強度
前記各実施例および前記各比較例で得られたトナーについて、以下のようにして定着強度の評価を行った。
まず、図2〜図5に示すような構成を有する画像形成装置(カラープリンタ)を用意した。この画像形成装置を用いて、記録媒体(セイコーエプソン社製、上質普通紙)上に、所定のパターンのトナー像を転写、定着し、定着トナー画像を得た。この画像形成装置においては、トナーがニップ部を通過する際の記録媒体の搬送速度を150m/秒、定着ローラの表面の設定温度を170℃に設定した。
上記のようにして得られた記録媒体上の定着トナー画像を消しゴム(ライオン事務機社製、砂字消し「LION 261−11」)を押圧荷重1.0kgfで1回擦り、画像濃度の残存率をX−Rite Inc社製「X−Rite model 404」により測定し、以下の5段階の基準に従い評価した。
◎◎ :画像濃度残存率が95%以上。
◎ :画像濃度残存率が90%以上95%未満。
○ :画像濃度残存率が80%以上90%未満。
△ :画像濃度残存率が70%以上80%未満。
× :画像濃度残存率が70%未満。
これらの結果を表4に示した。
Figure 2008089918
表4から明らかなように、本発明のトナーは、帯電性、保存性、強度等に優れたものであった。また、本発明のトナーは、定着強度にも優れていた。このように、本発明のトナー粒子では、シェル領域中にCCA微粒子が分散することにより、トナー粒子の帯電性を優れた状態で維持し続けることができた。また、本発明のトナー粒子は、シェル領域の厚さが比較的薄いものであっても、保存時におけるトナー粒子の凝集が制御され、保存性に優れたものであった。
これに対し、各比較例のトナーでは、満足な結果が得られなかった。より具体的には、トナー粒子を構成するシェル領域中にCCAを含まない比較例1、および比較例2では、同じ樹脂成分、厚さのシェル領域を備えた本発明のトナーと比べて、トナーの帯電性のみならず、保存性でも劣るものであった。また、CCAを外添剤として、乾燥後のトナー母粒子に外添させた比較例3、および比較例4では、画像形成装置の連続使用により、トナーの帯電性が悪化した。これは、現像装置内でトナー粒子からCCAが脱落したことによるものと考えられる。
上記のように、トナー粒子を構成するシェル領域中にCCA微粒子を分散させることにより、トナーの帯電性は優れたものとなるとともに、トナー粒子の凝集が抑制され、保存性に優れたものとなる。その結果、長期間に渡って、優れた画質の画像形成が可能となる。また、シェル領域の厚さが比較的薄くても、帯電性、保存性に優れたものとなるため、トナー粒子全体に占めるコア領域の割合を大きいものとすることができる。そのため、形成されるトナー画像の発色性の向上、また、トナー消費量の低減等の効果が期待できる。
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) 121…微粒子状の帯電制御剤(CCA微粒子) 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 (7)

  1. 樹脂成分と着色剤とを含むコア領域と、前記コア領域の外周を被覆し、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であって、
    前記シェル領域は、樹脂成分と、微粒子状の帯電制御剤とを含むものであることを特徴とするトナー。
  2. 前記シェル領域中において、前記帯電制御剤として、前記シェル領域中に内包されたものと、その一部が前記トナー粒子の表面に露出したものとが混在している請求項1に記載のトナー。
  3. 前記帯電制御剤は、サリチル酸誘導体金属錯体で構成されたものである請求項1または2に記載のトナー。
  4. 前記帯電制御剤の平均粒径は、0.05〜0.20μmである請求項1ないし3のいずれかに記載のトナー。
  5. 前記帯電制御剤と、前記シェル領域を構成する樹脂成分との配合比は、重量比で4:96〜15:85である請求項1ないし4のいずれかに記載のトナー。
  6. 前記コア領域を構成する樹脂成分のガラス転移温度は、前記シェル領域を構成する樹脂成分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5のいずれかに記載のトナー。
  7. 樹脂成分と着色剤とを含むコア領域と、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を製造する方法であって、
    樹脂成分と着色剤とを含む材料で構成された分散質が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る合一工程と、
    合一された前記分散質の表面を、樹脂成分と微粒子状の帯電制御剤とを含む材料で構成された被膜で被覆する被覆工程とを有することを特徴とするトナーの製造方法。
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