JP2011059355A - トナーの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 定着性を損なうことなく、転写効率の高いトナーを製造する方法を提供する。
【解決手段】 超音波振動を付与して揮発性液体にスペーサ粒子を分散させた噴霧液体を、粉体流路内で流動状態にあるトナー母粒子に対して噴霧することにより、トナー母粒子表面にスペーサ粒子を付着させてスペーサ粒子付着トナーを形成させる噴霧工程と、
前記スペーサ粒子付着トナーに衝撃を加えてトナー母粒子表面にスペーサ粒子を固着させてスペーサ粒子固着トナーを形成させるスペーサ粒子固定化工程とを含む。
【選択図】 図1
【解決手段】 超音波振動を付与して揮発性液体にスペーサ粒子を分散させた噴霧液体を、粉体流路内で流動状態にあるトナー母粒子に対して噴霧することにより、トナー母粒子表面にスペーサ粒子を付着させてスペーサ粒子付着トナーを形成させる噴霧工程と、
前記スペーサ粒子付着トナーに衝撃を加えてトナー母粒子表面にスペーサ粒子を固着させてスペーサ粒子固着トナーを形成させるスペーサ粒子固定化工程とを含む。
【選択図】 図1
Description
本発明は、トナーの製造方法に関する。
画像形成装置の高画質化に伴い、ドット再現性を高めるために体積平均粒子径が7μm以下の小粒径トナーが主流となりつつある。粒径の小さいトナーは、粒径の大きなトナーよりも凝集力および付着力が高いため、潜像担持体から記録媒体または中間転写体へ転写する際の転写効率が低くなってしまうという問題が生じる。
このような問題に対し、特許文献1には、トナー粒子表面に大粒径疎水性シリカ微粒子等の外添剤を添加することによって、転写効率の低下がみられないトナーが開示されている。
しかしながら、表面に凹凸を有するトナー粒子に外添剤を添加した場合、スペーサ粒子となるべき外添剤がトナー表面の凹部に入り込みやすく、トナー表面に均一に付着させることが難しいため、転写効率を十分向上させることが難しいという問題がある。また、凹部に入り込む外添剤を考慮して外添剤の量を増やすと定着性が低下するという問題が生じてしまう。
本発明の目的は、定着性を損なうことなく、転写効率の高いトナーを製造する方法を提供することにある。
本発明は、超音波振動を付与して揮発性液体にスペーサ粒子を分散させた噴霧液体を、粉体流路内で流動状態にあるトナー母粒子に対して噴霧することにより、トナー母粒子表面にスペーサ粒子を付着させてスペーサ粒子付着トナーを形成させる噴霧工程と、
前記スペーサ粒子付着トナーに衝撃を加えてトナー母粒子表面にスペーサ粒子を固着させてスペーサ粒子固着トナーを形成させるスペーサ粒子固定化工程とを含むことを特徴とするトナーの製造方法である。
前記スペーサ粒子付着トナーに衝撃を加えてトナー母粒子表面にスペーサ粒子を固着させてスペーサ粒子固着トナーを形成させるスペーサ粒子固定化工程とを含むことを特徴とするトナーの製造方法である。
また本発明は、前記スペーサ粒子固定化工程において、回転軸と該回転軸に放射状に設けられる回転羽根とを備える回転攪拌手段を用いて、前記スペーサ粒子付着トナーに前記衝撃を加えることを特徴とする。
また本発明は、前記噴霧工程では、前記噴霧液体を貯留する噴霧液体貯留部と、前記噴霧液体を粉体流路内に供給するノズルと、該ノズルに所定量の前記噴霧液体を供給する送液ポンプと、前記噴霧液体に超音波振動を付与する超音波振動子とを備える噴霧手段を用いて、噴霧液体を噴霧し、
前記噴霧液体貯留部が、攪拌手段を備え、噴霧液体が前記攪拌手段により攪拌された状態で噴霧液体貯留部に貯留されていることを特徴とする。
前記噴霧液体貯留部が、攪拌手段を備え、噴霧液体が前記攪拌手段により攪拌された状態で噴霧液体貯留部に貯留されていることを特徴とする。
また本発明は、前記スペーサ粒子が、シリカ微粒子、アルミナ微粒子、および酸化チタン微粒子のうち、少なくとも1つを含むことを特徴とする。
本発明によれば、スペーサ粒子を分散させた揮発性液体をトナー母粒子に噴霧するので、トナー母粒子表面におけるスペーサ粒子の移動を液体の表面張力により抑え、スペーサ粒子を、トナー母粒子表面の凹部などに集中させることなく、トナー母粒子表面全体に均一に付着させることができる。また、噴霧液体に超音波振動を付与することにより、スペーサ粒子の凝集を抑制し、少ない添加量であってもトナー母粒子表面全体にスペーサ粒子を均一に付着させ、固定することができる。その結果、定着性を損なうことなく、転写効率に優れたトナーが得られる。
また本発明によれば、スペーサ粒子固定化工程において、回転軸と該回転軸に放射状に設けられる回転羽根とを備える回転攪拌手段を用いて、スペーサ粒子付着トナーに衝撃を加えるので、トナーが凝集することなく、トナー母粒子表面全体にスペーサ粒子が均一に固定されたトナーを効率良く得ることができる。
また本発明によれば、噴霧液体貯留部が、攪拌手段を備え、噴霧液体が前記攪拌手段により攪拌された状態で噴霧液体貯留部に貯留されているので、スペーサ粒子と揮発性液体の混合比を一定に保つことができる。その結果、トナー母粒子表面全体にスペーサ粒子をより均一に付着させることができる。
また本発明によれば、スペーサ粒子が、シリカ微粒子、アルミナ微粒子、および酸化チタン微粒子のうち、少なくとも1つを含むので、スペーサ粒子が噴霧液体中で溶解したり変形することがなく、揮発性液体の蒸発後にもスペーサ粒子の形状が保存される。その結果、スペーサ効果を保持することができ、トナーの流動性や転写効率を向上させることができる。
1、トナーの製造方法
図1は、本発明の実施形態のトナーの製造方法の手順の一例を示す工程図である。本発明のトナーの製造方法は、トナー母粒子作製工程S1と、噴霧液体調製工程S2と、スペーサ粒子固着工程S3と、外添工程S4とを含む。
図1は、本発明の実施形態のトナーの製造方法の手順の一例を示す工程図である。本発明のトナーの製造方法は、トナー母粒子作製工程S1と、噴霧液体調製工程S2と、スペーサ粒子固着工程S3と、外添工程S4とを含む。
(1)トナー母粒子作製工程S1
トナー母粒子作製工程S1では、トナー母粒子を作製する。トナー母粒子は、結着樹脂および着色剤を含む粒子であり、その作製方法は特に限定されることなく、公知の方法によって作製することができる。トナー母粒子の作製方法としては、たとえば、粉砕法などの乾式法、懸濁重合法、乳化凝集法、分散重合法、溶解懸濁法、溶融乳化法などの湿式法が挙げられる。以下、粉砕法によってトナー母粒子を作製する方法を説明する。
トナー母粒子作製工程S1では、トナー母粒子を作製する。トナー母粒子は、結着樹脂および着色剤を含む粒子であり、その作製方法は特に限定されることなく、公知の方法によって作製することができる。トナー母粒子の作製方法としては、たとえば、粉砕法などの乾式法、懸濁重合法、乳化凝集法、分散重合法、溶解懸濁法、溶融乳化法などの湿式法が挙げられる。以下、粉砕法によってトナー母粒子を作製する方法を説明する。
粉砕法を用いるトナー母粒子の作製方法では、結着樹脂、着色剤およびその他の添加剤を含むトナー母粒子原料を、混合機で乾式混合した後、混練機によって溶融混練する。溶融混練によって得られる混練物を冷却固化し、冷却固化した固化物を粉砕機によって粉砕する。その後必要に応じて分級などの粒度調整を行い、トナー母粒子を得る。
混合機としては公知のものを使用でき、たとえば、ヘンシェルミキサ(商品名、三井鉱山株式会社製)、スーパーミキサ(商品名、株式会社カワタ製)、メカノミル(商品名、岡田精工株式会社製)などのヘンシェルタイプの混合装置、オングミル(商品名、ホソカワミクロン株式会社製)、ハイブリダイゼーションシステム(商品名、株式会社奈良機械製作所製)、コスモシステム(商品名、川崎重工業株式会社製)などが挙げられる。
混練機としては公知のものを使用でき、たとえば、二軸押出し機、三本ロール、ラボブラストミルなどの一般的な混練機を使用できる。さらに具体的には、たとえば、TEM−100B(商品名、東芝機械株式会社製)、PCM−65/87、PCM−30(以上いずれも商品名、株式会社池貝製)などの1軸または2軸のエクストルーダ、ニーデックス(商品名、三井鉱山株式会社製)などのオープンロール方式の混練機が挙げられる。これらの中でも、オープンロール方式の混練機が好ましい。
粉砕機としては、たとえば、超音速ジェット気流を利用して粉砕するジェット式粉砕機、および高速で回転する回転子(ロータ)と固定子(ライナ)との間に形成される空間に固化物を導入して粉砕する衝撃式粉砕機が挙げられる。
分級には、遠心力による分級および風力による分級によって過粉砕トナー母粒子を除去できる公知の分級機を使用でき、たとえば、旋回式風力分級機(ロータリー式風力分級機)などを使用できる。
(トナー母粒子原料)
前述のように、トナー母粒子は、結着樹脂と着色剤とを含む。結着樹脂としては、特に限定されるものではなく、黒トナー用またはカラートナー用の公知の結着樹脂を使用することができ、たとえば、ポリスチレン、スチレン−アクリル酸エステル共重合樹脂などのスチレン系樹脂、ポリメチルメタクリレートなどのアクリル系樹脂、ポリエチレンなどのポリオレフィン系樹脂、ポリエステル、ポリウレタン、エポキシ樹脂などが挙げられる。また原料モノマー混合物に離型剤を混合し、重合反応を行って得られる樹脂を用いてもよい。結着樹脂は1種を単独で使用できまたは2種以上を併用できる。
前述のように、トナー母粒子は、結着樹脂と着色剤とを含む。結着樹脂としては、特に限定されるものではなく、黒トナー用またはカラートナー用の公知の結着樹脂を使用することができ、たとえば、ポリスチレン、スチレン−アクリル酸エステル共重合樹脂などのスチレン系樹脂、ポリメチルメタクリレートなどのアクリル系樹脂、ポリエチレンなどのポリオレフィン系樹脂、ポリエステル、ポリウレタン、エポキシ樹脂などが挙げられる。また原料モノマー混合物に離型剤を混合し、重合反応を行って得られる樹脂を用いてもよい。結着樹脂は1種を単独で使用できまたは2種以上を併用できる。
これらの結着樹脂の中でも、ポリエステルは、透明性に優れ、トナー粒子に良好な粉体流動性、低温定着性および二次色再現性などを付与できるので、カラートナー用の結着樹脂に好適である。ポリエステルとしては公知のものを使用でき、たとえば多塩基酸と多価アルコールとの重縮合物などが挙げられる。
多塩基酸としては、ポリエステル用モノマーとして知られるものを使用でき、たとえば、テレフタル酸、イソフタル酸、無水フタル酸、無水トリメリト酸、ピロメリト酸、ナフタレンジカルボン酸などの芳香族カルボン酸類、無水マレイン酸、フマル酸、琥珀酸、アルケニル無水琥珀酸、アジピン酸などの脂肪族カルボン酸類、これら多塩基酸のメチルエステル化物などが挙げられる。多塩基酸は1種を単独で使用できまたは2種以上を併用できる。
多価アルコールとしても、ポリエステル用モノマーとして知られるものを使用でき、たとえば、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブタンジオール、ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、グリセリンなどの脂肪族多価アルコール類、シクロヘキサンジオール、シクロヘキサンジメタノール、水添ビスフェノールAなどの脂環式多価アルコール類、ビスフェノールAのエチレンオキサイド付加物、ビスフェノールAのプロピレンオキサイド付加物などの芳香族系ジオール類などが挙げられる。多価アルコールは1種を単独で使用できまたは2種以上を併用できる。
多塩基酸と多価アルコールとの重縮合反応は常法に従って実施でき、たとえば、有機揮発性液体および重縮合触媒の存在下に、多塩基酸と多価アルコールとを接触させることによって行われ、生成するポリエステルの酸価、軟化温度などが所定の値になったところで終了する。これによって、ポリエステルが得られる。場合によって有機揮発性液体は用いなくてもよい。
多塩基酸の一部に、多塩基酸のメチルエステル化物を用いると、脱メタノール重縮合反応が行われる。この重縮合反応において、多塩基酸と多価アルコールとの配合比、反応率などを適宜変更することによって、たとえば、ポリエステルの末端のカルボキシル基含有量を調整でき、ひいては得られるポリエステルの特性を変えることができる。また、多塩基酸として無水トリメリト酸を用い、ポリエステルの主鎖中にカルボキシル基を導入することによっても、変性ポリエステルを得ることができる。あるいは、ポリエステルの主鎖および/または側鎖にカルボキシル基、スルホン酸基などの親水性基を結合させ、水中での自己分散性を付与したポリエステルも使用することができる。さらに、ポリエステルとアクリル樹脂とをグラフト化した樹脂も使用することができる。
結着樹脂は、ガラス転移温度が30℃以上80℃以下であることが好ましい。結着樹脂のガラス転移温度が30℃未満であると、画像形成装置内部においてトナーが熱凝集しブロッキングが発生しやすくなり、保存安定性が低下するおそれがある。結着樹脂のガラス転移温度が80℃を超えると、記録媒体へのトナーの定着性が低下し、定着不良が発生するおそれがある。
着色剤としては、黒色、黄色、橙色、赤色、紫色、青色、緑色および白色の着色剤が挙げられ、電子写真分野で常用される有機系染料、有機系顔料、無機系染料、無機系顔料などを使用できる。
黒色の着色剤としては、たとえば、カーボンブラック、酸化銅、二酸化マンガン、アニリンブラック、活性炭、非磁性フェライト、磁性フェライトおよびマグネタイトなどが挙げられる。
黄色の着色剤としては、たとえば、黄鉛、亜鉛黄、カドミウムイエロー、黄色酸化鉄、ミネラルファストイエロー、ニッケルチタンイエロー、ネーブルイエロー、ナフトールイエローS、ハンザイエローG、ハンザイエロー10G、ベンジジンイエローG、ベンジジンイエローGR、キノリンイエローレーキ、パーマネントイエローNCG、タートラジンレーキ、C.I.ピグメントイエロー12、C.I.ピグメントイエロー13、C.I.ピグメントイエロー14、C.I.ピグメントイエロー15、C.I.ピグメントイエロー17、C.I.ピグメントイエロー74、C.I.ピグメントイエロー93、C.I.ピグメントイエロー94、C.I.ピグメントイエロー138、C.I.ピグメントイエロー180、C.I.ピグメントイエロー185などが挙げられる。
橙色の着色剤としては、たとえば、赤色黄鉛、モリブデンオレンジ、パーマネントオレンジGTR、ピラゾロンオレンジ、バルカンオレンジ、インダスレンブリリアントオレンジRK、ベンジジンオレンジG、インダスレンブリリアントオレンジGK、C.I.ピグメントオレンジ31、C.I.ピグメントオレンジ43などが挙げられる。
赤色の着色剤としては、たとえば、ベンガラ、カドミウムレッド、鉛丹、硫化水銀、カドミウム、パーマネントレッド4R、リソールレッド、ピラゾロンレッド、ウオッチングレッド、カルシウム塩、レーキレッドC、レーキレッドD、ブリリアントカーミン6B、エオシンレーキ、ローダミンレーキB、アリザリンレーキ、ブリリアントカーミン3B、C.I.ピグメントレッド2、C.I.ピグメントレッド3、C.I.ピグメントレッド5、C.I.ピグメントレッド6、C.I.ピグメントレッド7、C.I.ピグメントレッド15、C.I.ピグメントレッド16、C.I.ピグメントレッド48:1、C.I.ピグメントレッド53:1、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123、C.I.ピグメントレッド139、C.I.ピグメントレッド144、C.I.ピグメントレッド149、C.I.ピグメントレッド166、C.I.ピグメントレッド177、C.I.ピグメントレッド178、C.I.ピグメントレッド222などが挙げられる。
紫色の着色剤としては、たとえば、マンガン紫、ファストバイオレットB、メチルバイオレットレーキなどが挙げられる。
青色の着色剤としては、たとえば、紺青、コバルトブルー、アルカリブルーレーキ、ビクトリアブルーレーキ、フタロシアニンブルー、無金属フタロシアニンブルー、フタロシアニンブルー部分塩素化物、ファーストスカイブルー、インダスレンブルーBC、C.I.ピグメントブルー15、C.I.ピグメントブルー15:2、C.I.ピグメントブルー15:3、C.I.ピグメントブルー16、C.I.ピグメントブルー60などが挙げられる。
緑色の着色剤としては、たとえば、クロムグリーン、酸化クロム、ピクメントグリーンB、マイカライトグリーンレーキ、ファイナルイエローグリーンG、C.I.ピグメントグリーン7などが挙げられる。
白色の着色剤としては、たとえば、亜鉛華、酸化チタン、アンチモン白、硫化亜鉛などの化合物が挙げられる。
着色剤は1種を単独で使用でき、または2種以上の異なる色のものを併用できる。また同色であっても、2種以上を併用できる。着色剤の使用量は特に制限されないが、好ましくは結着樹脂100重量部に対して5重量部以上20重量部以下、さらに好ましくは5重量部以上10重量部以下である。
着色剤は、結着樹脂中に均一に分散させるために、マスターバッチ化して用いてもよい。また2種以上の着色剤を複合粒子化して用いてもよい。複合粒子は、たとえば、2種以上の着色剤に適量の水、低級アルコールなどを添加し、ハイスピードミルなどの一般的な造粒機で造粒し、乾燥させることによって製造できる。マスターバッチおよび複合粒子は、乾式混合の際にトナー母粒子原料に混入される。
トナー母粒子には、結着樹脂および着色剤の他に電荷制御剤が含まれてもよい。電荷制御剤としては、この分野で常用される正電荷制御用および負電荷制御用の電荷制御剤を使用できる。
正電荷制御用の電荷制御剤としては、たとえば、ニグロシン染料、塩基性染料、4級アンモニウム塩、4級ホスホニウム塩、アミノピリン、ピリミジン化合物、多核ポリアミノ化合物、アミノシラン、ニグロシン染料およびその誘導体、トリフェニルメタン誘導体、グアニジン塩、アミジン塩などが挙げられる。
負電荷制御用の電荷制御剤としては、オイルブラック、スピロンブラックなどの油溶性染料、含金属アゾ化合物、アゾ錯体染料、ナフテン酸金属塩、サリチル酸およびその誘導体の金属錯体および金属塩(金属はクロム、亜鉛、ジルコニウムなど)、ホウ素化合物、脂肪酸石鹸、長鎖アルキルカルボン酸塩、樹脂酸石鹸などが挙げられる。電荷制御剤は1種を単独で使用できまたは必要に応じて2種以上を併用できる。電荷制御剤の使用量は特に制限されず広い範囲から適宜選択できるが、好ましくは、結着樹脂100重量部に対して0.5重量部以上3重量部以下である。
また、トナー母粒子には、結着樹脂および着色剤の他に離型剤が含まれてもよい。離型剤としてはこの分野で常用されるものを使用でき、たとえば、パラフィンワックスおよびその誘導体、マイクロクリスタリンワックスおよびその誘導体などの石油系ワックス、フィッシャートロプシュワックスおよびその誘導体、ポリオレフィンワックス(ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックスなど)およびその誘導体、低分子量ポリプロピリンワックスおよびその誘導体、ポリオレフィン系重合体ワックス(低分子量ポリエチレンワックスなど)およびその誘導体などの炭化水素系合成ワックス、カルナバワックスおよびその誘導体、ライスワックスおよびその誘導体、キャンデリラワックスおよびその誘導体、木蝋などの植物系ワックス、蜜蝋、鯨蝋などの動物系ワックス、脂肪酸アミド、フェノール脂肪酸エステルなどの油脂系合成ワックス、長鎖カルボン酸およびその誘導体、長鎖アルコールおよびその誘導体、シリコン系重合体、高級脂肪酸などが挙げられる。誘導体には、酸化物、ビニル系モノマーとワックスとのブロック共重合物、ビニル系モノマーとワックスとのグラフト変性物などが含まれる。
離型剤の使用量は特に制限されず広い範囲から適宜選択できるが、好ましくは結着樹脂100重量部に対して0.2重量部以上20重量部以下、さらに好ましくは0.5重量部以上10重量部以下である。
トナー母粒子の体積平均粒子径は、4μm以上8μm以下であることが好ましい。トナー母粒子の体積平均粒子径が4μm以上8μm以下であると、高精細な画像を長期にわたって安定して形成することができる。またトナー母粒子をこの範囲内に小粒径化することによって、付着量が少なくても高い画像濃度が得られ、トナー消費量を削減することができる。トナー母粒子の体積平均粒子径が4μm未満であると、トナー母粒子の粒径が小さいため、高帯電化および低流動化するおそれがある。トナーが高帯電化、低流動化すると、感光体にトナーを安定して供給できなくなり、地肌かぶりおよび画像濃度の低下などが発生するおそれがある。トナー母粒子の体積平均粒子径が8μmを超えると、トナー母粒子の粒径が大きいため、形成画像におけるトナーの表面上のスペーサ粒子占有率が高くなり、粒状性の著しい画像となり、高精細な画像を得られない。またトナー母粒子の粒径が大きくなることによって比表面積が減少し、トナーの帯電量が小さくなる。トナーの帯電量が小さくなると、トナーが感光体に安定して供給されず、トナー飛散による機内汚染が発生するおそれがある。
(2)噴霧液体調製工程S2
噴霧液体調製工程S2では、揮発性液体とスペーサ粒子とを混合し噴霧液体を調製する。
噴霧液体調製工程S2では、揮発性液体とスペーサ粒子とを混合し噴霧液体を調製する。
(揮発性液体)
揮発性液体は、トナー母粒子を溶解せず可塑化させる効果を有し、かつ、蒸発し易い液体である必要がある。このような液体としては、低級アルコールを含む液体が挙げられる。低級アルコールとしては、たとえば、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノールが挙げられ、分子中の炭素の数が4個以下のアルコールがより好ましい。このようなアルコールは粘度が低く、噴霧手段から噴霧される際、噴霧液滴径が粗大化することがないため、噴霧液滴径が均一で微細な液体の噴霧が可能となる。
揮発性液体は、トナー母粒子を溶解せず可塑化させる効果を有し、かつ、蒸発し易い液体である必要がある。このような液体としては、低級アルコールを含む液体が挙げられる。低級アルコールとしては、たとえば、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノールが挙げられ、分子中の炭素の数が4個以下のアルコールがより好ましい。このようなアルコールは粘度が低く、噴霧手段から噴霧される際、噴霧液滴径が粗大化することがないため、噴霧液滴径が均一で微細な液体の噴霧が可能となる。
また、低級アルコールのみではノズルの目詰りが生じやすいため、低級アルコールよりも液体保持性の高い揮発性液体を混合して用いることもできる。このような揮発性液体としては、水、オクタノール、デシルアルコール、ジエチレングリコール、グリセリン、ポリエチレングリコール、フェノール、ベンジルアルコール、メチルベンジルアルコールなどのアルコール類、アセトン、メチルエチルケトン、メチルブチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジエチルケトンなどのケトン類、メチルエチルエーテル、ジエチルエーテル、メチルブチルエーテル、メチルイソブチルエーテル、ジメチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、オクチルフェニルエーテルなどのエーテル類、酢酸メチル、酢酸エチル、オレイン酸エチル、アクリル酸エチル、メタクリル酸メチル、コハク酸ジブチル、フタル酸ジエチル、酒石酸ジエチル、パルミチン酸エチル、ジオクチルフタレートなどのエステル類などが挙げられる。
(スペーサ粒子)
スペーサ粒子としては、従来公知のものを使用でき、たとえば、シリカ微粒子、酸化チタン微粒子、アルミナ微粒子、酸化セリウム微粒子、酸化亜鉛微粒子、酸化スズ微粒子、酸化ジルコニウム微粒子などの酸化物微粒子が挙げられる。
スペーサ粒子としては、従来公知のものを使用でき、たとえば、シリカ微粒子、酸化チタン微粒子、アルミナ微粒子、酸化セリウム微粒子、酸化亜鉛微粒子、酸化スズ微粒子、酸化ジルコニウム微粒子などの酸化物微粒子が挙げられる。
これらの化合物は、シリコンオイル、シランカップリング剤、ヘキサメチルジシラザン(HMDS)などの疎水化処理剤で表面処理されてもよい。これらの化合物の中でも、流動性、摩擦帯電性、耐熱性、長期保存性、クリーニング特性、感光体表面磨耗特性などの点において優れる、シリカ微粒子、アルミナ微粒子および酸化チタン微粒子が特に好ましい。シリカ微粒子、アルミナ微粒子および酸化チタン微粒子は、表面が疎水化処理されることがより好ましい。
スペーサ粒子の1次粒子の個数平均粒径は、60nm以上200nm以下であることが好ましい。このような大粒径のスペーサ粒子がトナー母粒子に添加され、トナー母粒子表面に固定化されることによって、スペーサ効果を長期にわたって維持することができる。スペーサ効果とは、トナー粒子同士の付着力、トナーとキャリアとの付着力、およびトナーと各種部材との付着力を低減させることによる、現像性、転写性およびクリーニング性を向上させる効果、あるいは、小粒径外添剤の埋没を抑制することによる、トナー性能を維持する効果などである。スペーサ粒子の1次粒子の個数平均粒径が60nm未満であると、上記のようなスペーサ効果を発揮することができないおそれがある。また個数平均粒径が200nmを超えると、像担持体を劣化させる原因となるおそれがある。
スペーサ粒子の添加量は、トナー粒子100重量部に対して0.2重量%以上2.0重量%以下であることが好ましい。添加量が0.2重量%未満であると、スペーサ効果が十分に得られないため、トナーの転写効率を向上させることができず、また、添加量が2.0重量%を超えるとトナーの定着性が低下したり、感光体の劣化に影響する。
噴霧液体の調製は、たとえば前記の揮発性液体にスペーサ粒子を添加し、スターラ、超音波式ホモジナイザーなどを用いて、スペーサ粒子を揮発性液体中に溶解または分散させることによって行われる。
噴霧液体は、スペーサ粒子を分散させる揮発性液体100重量部に対して、5重量部以上30重量部以下のスペーサ粒子を含むことが好ましい。このような割合で揮発性液体とスペーサ粒子とを含むことにより、噴霧液体の粘度が好適となり、噴霧手段による噴霧が容易となり、噴霧液体の噴霧により軟化したトナー母粒子表面の状態を好適に保持することができる。スペーサ粒子の割合が5重量部未満であると、揮発性液体の量が多いためトナー母粒子表面が軟化し過ぎるおそれがあり、また、揮発性液体を除去するための時間が長くなる。スペーサ粒子の割合が30重量部を超えると、噴霧液体の粘度が高くなり、噴霧手段のノズルが目詰まりするなどの問題が生じ、液体の噴霧が困難となるおそれがある。
(3)スペーサ粒子固着工程S3
<トナーの製造装置>
図2は、本発明の実施形態のトナーの製造方法で用いるトナーの製造装置201の構成を示す正面図である。図3は、図2に示すトナーの製造装置201を切断面線A200―A200からみた概略断面図である。
<トナーの製造装置>
図2は、本発明の実施形態のトナーの製造方法で用いるトナーの製造装置201の構成を示す正面図である。図3は、図2に示すトナーの製造装置201を切断面線A200―A200からみた概略断面図である。
スペーサ粒子固着工程S3では、たとえば図2に示すトナーの製造装置201を用い、噴霧液体調製工程S2で調製した噴霧液体を、トナー母粒子作製工程S1で作製したトナー母粒子に対して噴霧し、トナー母粒子の表面にスペーサ粒子を付着させ、前記装置内での循環と攪拌との相乗効果による衝撃力で、トナー母粒子の表面にスペーサ粒子を固定化する。
トナーの製造装置201は回転撹拌装置であり、粉体流路202と、噴霧手段203と、回転撹拌手段204と、図示しない温度調整用ジャケットと、粉体投入部206と、粉体回収部207とを含んで構成される。回転撹拌手段204と、粉体流路202とは循環手段を構成する。
(粉体流路)
粉体流路202は、撹拌部208と、粉体流過部209とから構成される。撹拌部208は、内部空間を有する円筒形状の容器状部材である。回転撹拌室である撹拌部208には、開口部210、211が形成される。開口部210は、撹拌部208の軸線方向一方側の面208aにおける略中央部において、撹拌部208の面208aを含む側壁を厚み方向に貫通するように形成される。また、開口部211は、撹拌部208の前記軸方向片側の面208aに垂直な側面208bにおいて、撹拌部208の側面208bを含む側壁を厚み方向に貫通するよう形成される。循環管である粉体流過部209は、一端が開口部210と接続され、他端が開口部211と接続される。これによって撹拌部208の内部空間と粉体流過部209の内部空間とが連通され、粉体流路202が形成される。この粉体流路202を、トナー母粒子および気体が流過する。粉体流路202は、トナー母粒子が流動する方向である粉体流動方向が一定となるよう設けられる。
粉体流路202は、撹拌部208と、粉体流過部209とから構成される。撹拌部208は、内部空間を有する円筒形状の容器状部材である。回転撹拌室である撹拌部208には、開口部210、211が形成される。開口部210は、撹拌部208の軸線方向一方側の面208aにおける略中央部において、撹拌部208の面208aを含む側壁を厚み方向に貫通するように形成される。また、開口部211は、撹拌部208の前記軸方向片側の面208aに垂直な側面208bにおいて、撹拌部208の側面208bを含む側壁を厚み方向に貫通するよう形成される。循環管である粉体流過部209は、一端が開口部210と接続され、他端が開口部211と接続される。これによって撹拌部208の内部空間と粉体流過部209の内部空間とが連通され、粉体流路202が形成される。この粉体流路202を、トナー母粒子および気体が流過する。粉体流路202は、トナー母粒子が流動する方向である粉体流動方向が一定となるよう設けられる。
粉体流路202内の温度は、トナー母粒子のガラス転移温度以下に設定され、30℃以上トナー母粒子のガラス転移温度以下であることが好ましい。粉体流路202内の温度は、トナー母粒子の流動により、どの部分においてもほぼ均一となる。流路内の温度がトナー母粒子のガラス転移温度を超えると、トナー母粒子が軟化し過ぎ、トナー母粒子の凝集が発生するおそれがある。また温度が30℃未満であると、分散液の乾燥速度が遅くなり生産性が低下する。したがってトナー母粒子の凝集を防止するために、粉体流路202および後述の回転撹拌手段204の温度を30℃以上トナー母粒子のガラス転移温度以下に維持する必要がある。そのため、内径が粉体流路管の外径よりも大きい、後述の温度調整用ジャケットを粉体流路202および回転撹拌手段204の外側の少なくとも一部に配設する。
(回転撹拌手段)
回転撹拌手段204は、回転軸部材218と、円盤状の回転盤219と、複数の撹拌羽根220とを含む。回転軸部材218は、撹拌部208の軸線に一致する軸線を有しかつ撹拌部208の軸線方向他方側の面208cに、面208cを含む側壁を厚み方向に貫通するように形成される貫通孔221に挿通されるように設けられ、図示しないモータにより軸線回りに回転する円柱棒状部材である。回転盤219は、その軸線が回転軸部材218の軸線に一致するように回転軸部材218に支持され、回転軸部材218の回転に伴い回転する円盤状部材である。複数の撹拌羽根220は、回転盤219の周縁部分により支持され、回転盤219の回転に伴い回転する。
回転撹拌手段204は、回転軸部材218と、円盤状の回転盤219と、複数の撹拌羽根220とを含む。回転軸部材218は、撹拌部208の軸線に一致する軸線を有しかつ撹拌部208の軸線方向他方側の面208cに、面208cを含む側壁を厚み方向に貫通するように形成される貫通孔221に挿通されるように設けられ、図示しないモータにより軸線回りに回転する円柱棒状部材である。回転盤219は、その軸線が回転軸部材218の軸線に一致するように回転軸部材218に支持され、回転軸部材218の回転に伴い回転する円盤状部材である。複数の撹拌羽根220は、回転盤219の周縁部分により支持され、回転盤219の回転に伴い回転する。
回転撹拌手段204の最外周の周速度は、30m/sec以上に設定されるのが好ましく、50m/sec以上に設定されるのがさらに好ましい。回転撹拌手段204の最外周とは、回転撹拌手段204の回転軸部材218が延びる方向に垂直な方向において、回転軸部材218の軸線との距離がもっとも長い回転撹拌手段204の部分204aである。回転時の回転撹拌手段204の最外周における周速が30m/sec以上であることによって、トナー母粒子を孤立流動させることができる。最外周における周速度が30m/sec未満であると、トナー母粒子を孤立流動させることができないためトナー母粒子表面に均一にスペーサ粒子を固定することができなくなる。
(噴霧手段)
噴霧手段203は、粉体流路202の外壁に形成される開口に挿通されて設けられ、粉体流過部209において、トナー母粒子の流動方向における開口部211に最も近い側の粉体流過部に設けられる。噴霧手段203は、揮発性液体とトナー母粒子表面に付着させるスペーサ粒子とを含む噴霧液体をトナー母粒子に向けて噴霧する。噴霧液体に続いて揮発性液体のみをトナー母粒子に向けて噴霧してもよい。噴霧手段203は、噴霧液体を貯留する噴霧液体貯留部と、キャリアガスを供給するキャリアガス供給部と、液体とキャリアガスとを混合し得られる混合物を粉体流路202内に存在するトナー母粒子に向けて噴射し、液体の液滴をトナー母粒子に噴霧する二流体ノズル203aと、二流体ノズル203aに所定量の液体を供給する送液ポンプと、噴霧液体に超音波振動を与える超音波振動子203bとを備える。
噴霧手段203は、粉体流路202の外壁に形成される開口に挿通されて設けられ、粉体流過部209において、トナー母粒子の流動方向における開口部211に最も近い側の粉体流過部に設けられる。噴霧手段203は、揮発性液体とトナー母粒子表面に付着させるスペーサ粒子とを含む噴霧液体をトナー母粒子に向けて噴霧する。噴霧液体に続いて揮発性液体のみをトナー母粒子に向けて噴霧してもよい。噴霧手段203は、噴霧液体を貯留する噴霧液体貯留部と、キャリアガスを供給するキャリアガス供給部と、液体とキャリアガスとを混合し得られる混合物を粉体流路202内に存在するトナー母粒子に向けて噴射し、液体の液滴をトナー母粒子に噴霧する二流体ノズル203aと、二流体ノズル203aに所定量の液体を供給する送液ポンプと、噴霧液体に超音波振動を与える超音波振動子203bとを備える。
キャリアガスとしては、圧縮エアなどを用いることができる。送液ポンプによって一定流量で噴霧手段203に送液され、噴霧手段203により噴霧された液体はガス化し、トナー母粒子表面にガス化した液体が展延する。これによってトナー母粒子が可塑化する。
二流体ノズル203aは、粉体流路202の外壁に形成される開口に挿通されて設けられる。
本実施形態において、噴霧手段203の噴霧液体貯留部は、図示しない回転羽根を備える攪拌手段を含む。これにより、噴霧液体は攪拌された状態で貯蔵され、スペーサ粒子が分散された適量の噴霧液体が送液ポンプによって二流体ノズル203aに供給されるため、ノズルの目詰りを防止することができる。また、スペーサ粒子が分散された噴霧液体が、一定流量で二流体ノズル203aに送られ、粉体流路202内に噴霧されることによって、粉体流路内の噴霧液体濃度が安定するため、トナー表面におけるスペーサ粒子の占有率の制御が可能となる。
図4は、二流体ノズル203aの外側に超音波振動子203bを設けたノズルの正面図である。超音波振動子203bを駆動させることにより、二流体ノズル203a内に送られた噴霧液体に超音波振動を付与し、スペーサ粒子を十分に分散させることができ、ノズルの目詰りを防止することができる。超音波振動子203bとしては、公知の超音波振動子が使用できる。本実施形態では日本特殊陶業株式会社製超音波振動子(タイプ:D4520)を使用している。
(温度調整用ジャケット)
温度調整手段である図示しない温度調整用ジャケットは、粉体流路202の外側の少なくとも一部に設けられ、ジャケット内部の空間に冷却媒または加温媒を通して粉体流路202内および回転撹拌手段204を所定の温度に調整する。これによって、粉体流路内および回転撹拌手段の外側の温度をトナー母粒子が軟化変形しない温度以下に制御することができる。
温度調整手段である図示しない温度調整用ジャケットは、粉体流路202の外側の少なくとも一部に設けられ、ジャケット内部の空間に冷却媒または加温媒を通して粉体流路202内および回転撹拌手段204を所定の温度に調整する。これによって、粉体流路内および回転撹拌手段の外側の温度をトナー母粒子が軟化変形しない温度以下に制御することができる。
本実施形態において、温度調整用ジャケットは、粉体流路202の外側全体に設けられることが好ましい。これによって、過度の温度上昇によるトナー母粒子の粉体流路202内壁への付着を防止でき、粉体流路202内が狭くなることを回避できる。その結果、トナー母粒子表面にスペーサ粒子が均一に固定されたトナーを高い収率で製造することができる。
(粉体投入部および粉体回収部)
粉体流路202の粉体流過部209には、粉体投入部206と、粉体回収部207とが接続される。図5は、粉体投入部206および粉体回収部207まわりの構成を示す側面図である。
粉体流路202の粉体流過部209には、粉体投入部206と、粉体回収部207とが接続される。図5は、粉体投入部206および粉体回収部207まわりの構成を示す側面図である。
粉体投入部206は、トナー母粒子を供給する図示しないホッパと、ホッパと粉体流路202とを連通する供給管212と、供給管212に設けられる電磁弁213とを備える。ホッパから供給されるトナー母粒子は、電磁弁213によって供給管212内の流路が開放されている状態において、供給管212を介して粉体流路202に供給される。粉体流路202に供給されるトナー母粒子は、回転撹拌手段204による撹拌によって、一定の粉体流動方向に流過する。また電磁弁213によって供給管212内の流路が閉鎖されている状態においては、トナー母粒子は粉体流路202に供給されない。
粉体回収部207は、回収タンク215と、回収タンク215と粉体流路202とを連通する回収管216と、回収管216に設けられる電磁弁217とを備える。電磁弁217により回収管216内の流路が開放されている状態において、粉体流路202を流過するトナー粒子は回収管216を介して回収タンク215に回収される。また電磁弁217により回収管216内の流路が閉鎖されている状態においては、粉体流路202を流過するトナー粒子は回収されない。
上述のようなトナーの製造装置201を用いるスペーサ粒子固着工程S3は、温度調整工程S3aと、噴霧工程S3bと、スペーサ粒子固定化工程S3cと、回収工程S3dとを含む。噴霧工程S3bとスペーサ粒子固定化工程S3cとは連続して実施されることが好ましい。
(3)−1 温度調整工程S3a
温度調整工程S3aでは、回転撹拌手段204を回転させながら、粉体流路202内および回転撹拌手段204をこれらの外側に配設した温度調整用ジャケットに媒体を通じて所定の温度に調整する。これによって粉体流路202内の温度を、後述する噴霧工程S3bで投入されるトナー母粒子が軟化変形しない温度以下に制御できる。
温度調整工程S3aでは、回転撹拌手段204を回転させながら、粉体流路202内および回転撹拌手段204をこれらの外側に配設した温度調整用ジャケットに媒体を通じて所定の温度に調整する。これによって粉体流路202内の温度を、後述する噴霧工程S3bで投入されるトナー母粒子が軟化変形しない温度以下に制御できる。
(3)−2 噴霧工程S3b
噴霧工程S3bでは、回転撹拌手段204の回転軸部材218が回転している状態で、粉体投入部206からトナー母粒子を粉体流路202に供給し、流動状態にあるトナー母粒子に、噴霧液体を噴霧手段203からキャリアガスにより噴霧する。これにより、トナー母粒子表面にスペーサ粒子が付着したスペーサ粒子付着トナーが形成される。
噴霧工程S3bでは、回転撹拌手段204の回転軸部材218が回転している状態で、粉体投入部206からトナー母粒子を粉体流路202に供給し、流動状態にあるトナー母粒子に、噴霧液体を噴霧手段203からキャリアガスにより噴霧する。これにより、トナー母粒子表面にスペーサ粒子が付着したスペーサ粒子付着トナーが形成される。
粉体流路202に供給されたトナー母粒子は、回転撹拌手段204によって撹拌され、粉体流路202の粉体流過部209を矢符214方向に流動する。噴霧液体の噴霧は、粉体流路202においてトナー母粒子の流動速度が安定してから開始することが好ましい。これによって、トナー母粒子に噴霧液体を均一に噴霧することができるので、トナー母粒子表面にスペーサ粒子を均一に付着させることができる。
噴霧手段203の二流体ノズルの軸線方向である液体噴霧方向と、粉体流路202においてトナー母粒子の流動方向である粉体流動方向との成す角度θは、0°以上45°以下であることが好ましい。θがこのような範囲内であると、液体の液滴が粉体流路202内壁で反跳することが防止され、スペーサ粒子が付着したトナー母粒子の収率をさらに向上させることができる。角度θが45°を超えると、液体の液滴が粉体流路202内壁で反跳し、液体が滞留しやすくなり、トナー粒子の凝集が発生して収率が悪化する。
また噴霧手段203によって噴霧した液体の拡がり角度φは、20°以上90°以下であることが好ましい。拡がり角度φがこの範囲から外れると、トナー母粒子に対する噴霧液体の均一な噴霧が困難となるおそれがある。
噴霧手段203から噴霧された揮発性液体は、貫通孔221を通って粉体流路202外へ排出される。粉体流路202外へ排出されるガス化した揮発性液体の通路となるガス排出部223には、濃度センサ222が配設されている。濃度センサ222で測定されるガス化した揮発性液体の濃度は、揮発性液体の乾燥速度、トナー母粒子同士の凝集防止性、生産性などを考慮して、5%以下程度に調整されることが好ましい。これによって、揮発性液体の乾燥速度を充分に大きくすることができるので、未乾燥の揮発性液体が残存しているスペーサ粒子付着トナー同士が付着することを防止でき、スペーサ粒子付着トナーの凝集を防止することができる。
また、粉体流路202外へ排出される排出エア流量は、キャリアガス流量と、軸受けの保護のために回転軸部から装置内に送る保護エア流量との合計量である。排出エア流量は、粉体流路202内に供給されるキャリアガスの供給量により変化する。本実施形態では、排出エア流量は、10〜70L/minとなるよう調整されるのが好ましい。排出エア流量が10L/min未満であると、粉体流路202内におけるガス化した揮発性液体の濃度が高くなり、トナー母粒子の可塑化が進むため、トナー母粒子同士の凝集が発生し、トナーの収率が低下する。また、排出エア流量が70L/minを超えると、キャリアガスと共にトナー粒子が粉体流路202外に排出されるため、トナーの収率が低下する。
(3)−3 スペーサ粒子固定化工程S3c
スペーサ粒子固定化工程S3cでは、
スペーサ粒子付着トナーのスペーサ粒子がトナー母粒子表面に半埋没化するまで、所定の温度で回転撹拌手段204の撹拌を続け、トナー母粒子表面にスペーサ粒子を固定化し、スペーサ粒子固着トナーとする。
スペーサ粒子固定化工程S3cでは、
スペーサ粒子付着トナーのスペーサ粒子がトナー母粒子表面に半埋没化するまで、所定の温度で回転撹拌手段204の撹拌を続け、トナー母粒子表面にスペーサ粒子を固定化し、スペーサ粒子固着トナーとする。
(3)−4 回収工程S3d
回収工程S3dでは、回転撹拌手段204の回転を停止し、粉体回収部207からスペーサ粒子固着トナーを装置外に排出し回収する。
回収工程S3dでは、回転撹拌手段204の回転を停止し、粉体回収部207からスペーサ粒子固着トナーを装置外に排出し回収する。
このようなトナーの製造装置201としては、上記の構成に限定されることなく、種々の変更が可能である。たとえば、温度調整用ジャケットは粉体流過部209と撹拌部208との外側の全面に設けられてもよく、粉体流過部209または撹拌部208の外側の一部に設けられてもよい。粉体流過部209と撹拌部208との外側の全面に温度調整用ジャケットを設けた場合、トナー母粒子の粉体流路202内壁への付着をより確実に防止することができる。
また、トナーの製造装置は、市販の撹拌装置と噴霧手段とを組合せて構成することもできる。粉体流路および回転撹拌手段を備える市販の撹拌装置としては、たとえば、ハイブリダイゼーションシステム(商品名、株式会社奈良機械製作所製)などが挙げられる。このような撹拌装置内に液体噴霧ユニットを取付けることによって、この撹拌装置を本発明のトナーの製造方法に用いるトナーの製造装置として用いることができる。
(4)外添工程S4
外添工程S4では、回収したスペーサ粒子固着トナーに外添剤を添加し、ヘンシェルミキサなどの気流混合機で混合することにより、外添トナーを調製する。
外添工程S4では、回収したスペーサ粒子固着トナーに外添剤を添加し、ヘンシェルミキサなどの気流混合機で混合することにより、外添トナーを調製する。
外添剤としては公知のものを使用でき、たとえば、シリカ、酸化チタン、アルミナ、酸化セリウム、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化ジルコニウムなどが挙げられる。これらの中でも、流動性向上、摩擦帯電性向上、耐熱性、長期保存性改善、クリーニング特性改善および感光体表面磨耗特性制御の点で優れるシリカ、アルミナおよび酸化チタンが特に好ましい。またこれらは、シリコンオイル、シランカップリング剤、ヘキサメチルジシラザン(HMDS)などの疎水化処理剤で表面処理されることがより好ましい。外添剤の1次粒子の個数平均粒径は、5nm以上30nm以下であることが好ましい。また、外添剤の使用量は、スペーサ粒子固着トナー100重量部に対して1〜10重量部であることが好ましい。
以下に実施例および比較例を挙げ、本発明を具体的に説明する。以下において、「部」および「%」は特に断らない限りそれぞれ「重量部」および「重量%」を意味する。実施例および比較例における結着樹脂およびトナー母粒子のガラス転移温度、結着樹脂の軟化温度、離型剤の融点、トナー母粒子の体積平均粒子径、トナー表面におけるスペーサ粒子の占有率は以下のようにして測定した。
[結着樹脂およびトナー母粒子のガラス転移温度]
示差走査熱量計(商品名:DSC220、セイコー電子工業株式会社製)を用い、日本工業規格(JIS)K7121−1987に準じ、試料1gを昇温速度毎分10℃で加熱してDSC曲線を測定した。得られたDSC曲線のガラス転移に相当する吸熱ピークの高温側のベースラインを低温側に延長した直線と、ピークの立ち上がり部分から頂点までの曲線に対して勾配が最大になるような点で引いた接線との交点の温度をガラス転移温度(Tg)として求めた。
示差走査熱量計(商品名:DSC220、セイコー電子工業株式会社製)を用い、日本工業規格(JIS)K7121−1987に準じ、試料1gを昇温速度毎分10℃で加熱してDSC曲線を測定した。得られたDSC曲線のガラス転移に相当する吸熱ピークの高温側のベースラインを低温側に延長した直線と、ピークの立ち上がり部分から頂点までの曲線に対して勾配が最大になるような点で引いた接線との交点の温度をガラス転移温度(Tg)として求めた。
[結着樹脂の軟化温度]
流動特性評価装置(商品名:フローテスターCFT−100C、株式会社島津製作所製)を用い試料1gを昇温速度毎分6℃で加熱し、荷重20kgf/cm2(9.8×105Pa)を与えてダイ(ノズル口径1mm、長さ1mm)から試料の半分量が流出したときの温度を求め、軟化温度(Tm)とした。
流動特性評価装置(商品名:フローテスターCFT−100C、株式会社島津製作所製)を用い試料1gを昇温速度毎分6℃で加熱し、荷重20kgf/cm2(9.8×105Pa)を与えてダイ(ノズル口径1mm、長さ1mm)から試料の半分量が流出したときの温度を求め、軟化温度(Tm)とした。
[離型剤の融点]
示差走査熱量計(商品名:DSC220、セイコー電子工業株式会社製)を用い、試料1gを温度20℃から昇温速度毎分10℃で200℃まで昇温させ、次いで200℃から20℃に急冷させる操作を2回繰返し、DSC曲線を測定した。2回目の操作で測定したDSC曲線の融解に相当する吸熱ピークの温度を離型剤の融点とした。
示差走査熱量計(商品名:DSC220、セイコー電子工業株式会社製)を用い、試料1gを温度20℃から昇温速度毎分10℃で200℃まで昇温させ、次いで200℃から20℃に急冷させる操作を2回繰返し、DSC曲線を測定した。2回目の操作で測定したDSC曲線の融解に相当する吸熱ピークの温度を離型剤の融点とした。
[トナー母粒子の体積平均粒子径]
電解液(商品名:ISOTON−II、ベックマン・コールター社製)50mlに、試料20mgおよびアルキルエーテル硫酸エステルナトリウム1mlを加え、超音波分散器(商品名:卓上型2周波超音波洗浄器VS−D100、アズワン株式会社製)を用い周波数20kHzで3分間分散処理し、測定用試料とした。この測定用試料について、粒度分布測定装置(商品名:MultisizerIII、ベックマン・コールター社製)を用い、アパーチャ径:100μm、測定粒子数:50000カウント条件下で測定を行い、試料粒子の体積粒度分布から体積平均粒子径を求めた。
電解液(商品名:ISOTON−II、ベックマン・コールター社製)50mlに、試料20mgおよびアルキルエーテル硫酸エステルナトリウム1mlを加え、超音波分散器(商品名:卓上型2周波超音波洗浄器VS−D100、アズワン株式会社製)を用い周波数20kHzで3分間分散処理し、測定用試料とした。この測定用試料について、粒度分布測定装置(商品名:MultisizerIII、ベックマン・コールター社製)を用い、アパーチャ径:100μm、測定粒子数:50000カウント条件下で測定を行い、試料粒子の体積粒度分布から体積平均粒子径を求めた。
[トナー表面におけるスペーサ粒子の占有率]
トナー表面におけるスペーサ粒子の占有率は、トナー母粒子表面全体に対するスペーサ粒子の占有率を、スペーサ粒子固着トナーのSEM像を画像解析することにより以下の式によって求めた。
スペーサ粒子による占有面積/トナー母粒子表面の面積 ×100(%)
トナー表面におけるスペーサ粒子の占有率は、トナー母粒子表面全体に対するスペーサ粒子の占有率を、スペーサ粒子固着トナーのSEM像を画像解析することにより以下の式によって求めた。
スペーサ粒子による占有面積/トナー母粒子表面の面積 ×100(%)
(実施例1)
〔トナー母粒子作製工程S1〕
ポリエステル樹脂(商品名:ダイヤクロン、三菱レイヨン株式会社製、ガラス転移温度55℃、軟化温度130℃ 100部
C.I.Pigment Blue 15:3 7.5部
離型剤(カルナウバワックス、融点82℃) 7.5部
帯電制御剤(商品名:ボントロンE84、オリエント化学工業株式会社製)2.0部
〔トナー母粒子作製工程S1〕
ポリエステル樹脂(商品名:ダイヤクロン、三菱レイヨン株式会社製、ガラス転移温度55℃、軟化温度130℃ 100部
C.I.Pigment Blue 15:3 7.5部
離型剤(カルナウバワックス、融点82℃) 7.5部
帯電制御剤(商品名:ボントロンE84、オリエント化学工業株式会社製)2.0部
上記の原料を、ヘンシェルミキサ(商品名:FM20C、三井鉱山株式会社製)により前混合した後、二軸押出混練機(商品名:PCM65、株式会社池貝製)にて溶融混練した。この溶融混練物をカッティングミル(商品名:VM−16、オリエント株式会社製)で粗粉砕した後、ジェットミル(ホソカワミクロン株式会社製)により微粉砕し、さらに風力分級機(ホソカワミクロン株式会社製)で分級し、体積平均粒径6.5μm、ガラス転移温度56℃のトナー母粒子Aを作製した。
〔噴霧液体調製工程S2〕
揮発性液体:エタノール(分子量46.1、沸点78.3℃) 100部
スペーサ粒子:大粒径疎水性シリカ粒子(ヘキサメチルジシラザン処理、平均一次粒径120nm) 13部
揮発性液体:エタノール(分子量46.1、沸点78.3℃) 100部
スペーサ粒子:大粒径疎水性シリカ粒子(ヘキサメチルジシラザン処理、平均一次粒径120nm) 13部
上記の原料を、ホモジナイザー(商品名:ポリトロンPT−MR3100、キネマティカ社製)を用いて8000rpmで5分間攪拌混合し、噴霧液体Aを調製した。
〔スペーサ粒子固着工程S3〕
図2に示す装置に準ずるハイブリダイゼーションシステム(商品名:NHS−1型、株式会社奈良機械製作所製)に、二流体ノズルを取付けた装置によって、トナー母粒子Aを撹拌、流動させ、そこへ噴霧液体Aを噴霧した。これにより、トナー母粒子100重量部に対して1重量部のスペーサ粒子を添加した。
図2に示す装置に準ずるハイブリダイゼーションシステム(商品名:NHS−1型、株式会社奈良機械製作所製)に、二流体ノズルを取付けた装置によって、トナー母粒子Aを撹拌、流動させ、そこへ噴霧液体Aを噴霧した。これにより、トナー母粒子100重量部に対して1重量部のスペーサ粒子を添加した。
液体噴霧ユニットとしては、定量送液が可能となるよう、回転羽根を備える円筒形の噴霧液体貯留槽に送液ポンプ(商品名:SP11−12、株式会社フロム製)と二流体ノズルを接続したものを使用した。二流体ノズルの取付け角度は、液体噴霧方向と、トナー母粒子流動方向とのなす角度が平行(0°)となるように設定した。また、超音波振動子(日本特殊陶業株式会社製、タイプ:D4520)に300Wの電力を連続的に供給した。
液体の噴霧速度および液体ガス排出速度は、市販のガス検知器(商品名:XP−3110、新コスモス電機株式会社製)を用いて観察した。
温度調整用ジャケットは、粉体流過部および撹拌部壁面の全面に設けた。粉体流路には温度センサを取付け、粉体流過部および撹拌部の温度が55℃となるよう調整した。回転撹拌手段の最外周における周速度を50m/secとした。
回転撹拌装置の粉体流路内(内容積26.79L)に、トナー母粒子Aを0.4L(450g)投入し、流動させた状態で、噴霧液体Aを、噴霧速度2g/min、キャリアガスのエア流量25L/minで20分間噴霧し、トナー母粒子A表面にスペーサ粒子として大粒径疎水性シリカ粒子を付着させた。このとき装置内へ送るエア流量は、回転軸部から装置内に送るエア流量を5L/minに調節し、二流体ノズルからのエア流量と合計して30L/minとした。
その後、噴霧液体Aの噴霧を停止して、エタノールを、噴霧速度0.5g/min、キャリアガスのエア流量25L/minで10分間噴霧した。このとき装置内へ送るエア流量は、回転軸部から装置内に送るエア流量を5L/minに調節し、二流体ノズルからのエア流量と合計して30L/minとした。
エタノール噴霧を停止した後5分間撹拌し、トナー表面におけるスペーサ粒子の占有率11%のスペーサ粒子固着トナーAを得た。
〔外添工程S4〕
回収したスペーサ粒子固着トナーA100部と、小粒径疎水性シリカ粒子(外添剤、商品名:RX−200、日本アエロジル株式会社製、平均一次粒径12nm)1.0部とをヘンシェルミキサ(商品名:FM20C、三井鉱山株式会社製)に投入し、攪拌羽根の最外周における周速度20m/secで3分間攪拌し、実施例1のトナーAを得た。
回収したスペーサ粒子固着トナーA100部と、小粒径疎水性シリカ粒子(外添剤、商品名:RX−200、日本アエロジル株式会社製、平均一次粒径12nm)1.0部とをヘンシェルミキサ(商品名:FM20C、三井鉱山株式会社製)に投入し、攪拌羽根の最外周における周速度20m/secで3分間攪拌し、実施例1のトナーAを得た。
[二成分現像剤の作製]
実施例1のトナーAと体積平均粒子径45μmのシリコンコートフェライトコアキャリアとを、トナー濃度が7重量%になるよう混合し、二成分現像剤とした。
実施例1のトナーAと体積平均粒子径45μmのシリコンコートフェライトコアキャリアとを、トナー濃度が7重量%になるよう混合し、二成分現像剤とした。
(実施例2)
噴霧液体調製工程S2において、平均一次粒径120nmの大粒径疎水性シリカ粒子の代わりに平均一次粒径60nmの大粒径疎水性シリカ粒子を用いた以外は実施例1と同様にして、実施例2のトナー(トナー表面におけるスペーサ粒子の占有率17%)および現像剤を得た。
噴霧液体調製工程S2において、平均一次粒径120nmの大粒径疎水性シリカ粒子の代わりに平均一次粒径60nmの大粒径疎水性シリカ粒子を用いた以外は実施例1と同様にして、実施例2のトナー(トナー表面におけるスペーサ粒子の占有率17%)および現像剤を得た。
(実施例3)
噴霧液体調製工程S2において、平均一次粒径120nmの大粒径疎水性シリカ粒子の代わりに平均一次粒径200nmの大粒径疎水性シリカ粒子を用いた以外は実施例1と同様にして、実施例3のトナー(トナー表面におけるスペーサ粒子の占有率7%)および現像剤を得た。
噴霧液体調製工程S2において、平均一次粒径120nmの大粒径疎水性シリカ粒子の代わりに平均一次粒径200nmの大粒径疎水性シリカ粒子を用いた以外は実施例1と同様にして、実施例3のトナー(トナー表面におけるスペーサ粒子の占有率7%)および現像剤を得た。
(実施例4)
噴霧液体調製工程S2において、大粒径疎水性シリカ粒子の投入量を5重量部に変更し、スペーサ粒子固着工程S3において、噴霧液体の噴霧時間を10分に変更した以外は実施例1と同様にして、トナー母粒子100重量部に対して0.2重量部のスペーサ粒子を添加し、実施例4のトナー(トナー表面におけるスペーサ粒子の占有率2%)および現像剤を得た。
噴霧液体調製工程S2において、大粒径疎水性シリカ粒子の投入量を5重量部に変更し、スペーサ粒子固着工程S3において、噴霧液体の噴霧時間を10分に変更した以外は実施例1と同様にして、トナー母粒子100重量部に対して0.2重量部のスペーサ粒子を添加し、実施例4のトナー(トナー表面におけるスペーサ粒子の占有率2%)および現像剤を得た。
(実施例5)
噴霧液体調製工程S2において、大粒径疎水性シリカ粒子の投入量を17重量部に変更し、スペーサ粒子固着工程S3において、噴霧液体の噴霧時間を30分に変更した以外は実施例1と同様にして、トナー母粒子100重量部に対して1.9重量部のスペーサ粒子を添加し、実施例5のトナー(トナー表面におけるスペーサ粒子の占有率21%)および現像剤を得た。
噴霧液体調製工程S2において、大粒径疎水性シリカ粒子の投入量を17重量部に変更し、スペーサ粒子固着工程S3において、噴霧液体の噴霧時間を30分に変更した以外は実施例1と同様にして、トナー母粒子100重量部に対して1.9重量部のスペーサ粒子を添加し、実施例5のトナー(トナー表面におけるスペーサ粒子の占有率21%)および現像剤を得た。
(実施例6)
噴霧液体調製工程S2において、大粒径疎水性シリカ粒子の投入量を5重量部に変更し、スペーサ粒子固着工程S3において、噴霧液体の噴霧時間を10分に変更した以外は実施例2と同様にして、トナー母粒子100重量部に対して0.2重量部のスペーサ粒子を添加し、実施例6のトナー(トナー表面におけるスペーサ粒子の占有率3%)および現像剤を得た。
噴霧液体調製工程S2において、大粒径疎水性シリカ粒子の投入量を5重量部に変更し、スペーサ粒子固着工程S3において、噴霧液体の噴霧時間を10分に変更した以外は実施例2と同様にして、トナー母粒子100重量部に対して0.2重量部のスペーサ粒子を添加し、実施例6のトナー(トナー表面におけるスペーサ粒子の占有率3%)および現像剤を得た。
(実施例7)
噴霧液体調製工程S2において、大粒径疎水性シリカ粒子の投入量を5重量部に変更し、スペーサ粒子固着工程S3において、噴霧液体の噴霧時間を10分に変更した以外は実施例3と同様にして、トナー母粒子100重量部に対して0.2重量部のスペーサ粒子を添加し、実施例7のトナー(トナー表面におけるスペーサ粒子の占有率1%)および現像剤を得た。
噴霧液体調製工程S2において、大粒径疎水性シリカ粒子の投入量を5重量部に変更し、スペーサ粒子固着工程S3において、噴霧液体の噴霧時間を10分に変更した以外は実施例3と同様にして、トナー母粒子100重量部に対して0.2重量部のスペーサ粒子を添加し、実施例7のトナー(トナー表面におけるスペーサ粒子の占有率1%)および現像剤を得た。
(実施例8)
噴霧液体調製工程S2において、大粒径疎水性シリカ粒子の投入量を17重量部に変更し、スペーサ粒子固着工程S3において、噴霧液体の噴霧時間を30分に変更した以外は実施例2と同様にして、トナー母粒子100重量部に対して1.9重量部のスペーサ粒子を添加し、実施例8のトナー(トナー表面におけるスペーサ粒子の占有率32%)および現像剤を得た。
噴霧液体調製工程S2において、大粒径疎水性シリカ粒子の投入量を17重量部に変更し、スペーサ粒子固着工程S3において、噴霧液体の噴霧時間を30分に変更した以外は実施例2と同様にして、トナー母粒子100重量部に対して1.9重量部のスペーサ粒子を添加し、実施例8のトナー(トナー表面におけるスペーサ粒子の占有率32%)および現像剤を得た。
(実施例9)
噴霧液体調製工程S2において、大粒径疎水性シリカ粒子の投入量を17重量部に変更し、スペーサ粒子固着工程S3において、噴霧液体の噴霧時間を30分に変更した以外は実施例3と同様にして、トナー母粒子100重量部に対して1.9重量部のスペーサ粒子を添加し、実施例9のトナー(トナー表面におけるスペーサ粒子の占有率14%)および現像剤を得た。
噴霧液体調製工程S2において、大粒径疎水性シリカ粒子の投入量を17重量部に変更し、スペーサ粒子固着工程S3において、噴霧液体の噴霧時間を30分に変更した以外は実施例3と同様にして、トナー母粒子100重量部に対して1.9重量部のスペーサ粒子を添加し、実施例9のトナー(トナー表面におけるスペーサ粒子の占有率14%)および現像剤を得た。
(実施例10)
噴霧液体調製工程S2において、平均一次粒径120nmの大粒径疎水性シリカ粒子の代わりに平均一次粒径120nmの大粒径疎水性アルミナ粒子を用いた以外は実施例1と同様にして、実施例10のトナー(トナー表面におけるスペーサ粒子の占有率5%)および現像剤を得た。
噴霧液体調製工程S2において、平均一次粒径120nmの大粒径疎水性シリカ粒子の代わりに平均一次粒径120nmの大粒径疎水性アルミナ粒子を用いた以外は実施例1と同様にして、実施例10のトナー(トナー表面におけるスペーサ粒子の占有率5%)および現像剤を得た。
(実施例11)
噴霧液体調製工程S2において、平均一次粒径120nmの大粒径疎水性シリカ粒子の代わりに平均一次粒径120nmの大粒径疎水性酸化チタン粒子を用いた以外は実施例1と同様にして、実施例11のトナー(トナー表面におけるスペーサ粒子の占有率6%)および現像剤を得た。
噴霧液体調製工程S2において、平均一次粒径120nmの大粒径疎水性シリカ粒子の代わりに平均一次粒径120nmの大粒径疎水性酸化チタン粒子を用いた以外は実施例1と同様にして、実施例11のトナー(トナー表面におけるスペーサ粒子の占有率6%)および現像剤を得た。
(比較例1)
噴霧液体調製工程S2を行わず、スペーサ粒子固着工程S3において、噴霧液体Aの代わりに噴霧液体としてエタノールのみを10分間噴霧した以外は実施例1と同様にして、スペーサ粒子を含まない比較例1のトナーおよび現像剤を得た。
噴霧液体調製工程S2を行わず、スペーサ粒子固着工程S3において、噴霧液体Aの代わりに噴霧液体としてエタノールのみを10分間噴霧した以外は実施例1と同様にして、スペーサ粒子を含まない比較例1のトナーおよび現像剤を得た。
(比較例2)
噴霧液体調製工程S2およびスペーサ粒子固着工程S3を行わず、外添工程S4において、トナー母粒子100部と、大粒径疎水性シリカ粒子(ヘキサメチルジシラザン処理、平均一次粒径120nm)1.0部と、小粒径疎水性シリカ粒子(商品名:RX−200、日本アエロジル株式会社製、平均一次粒径12nm)1.0部とをヘンシェルミキサに投入し、攪拌羽根の最外周における周速度40m/secで3分間攪拌し、比較例2のトナー(トナー表面におけるスペーサ粒子の占有率11%)および現像剤を得た。得られたトナーにおいて、スペーサ粒子はトナー母粒子表面の凹部に偏った状態で固着されていた。
噴霧液体調製工程S2およびスペーサ粒子固着工程S3を行わず、外添工程S4において、トナー母粒子100部と、大粒径疎水性シリカ粒子(ヘキサメチルジシラザン処理、平均一次粒径120nm)1.0部と、小粒径疎水性シリカ粒子(商品名:RX−200、日本アエロジル株式会社製、平均一次粒径12nm)1.0部とをヘンシェルミキサに投入し、攪拌羽根の最外周における周速度40m/secで3分間攪拌し、比較例2のトナー(トナー表面におけるスペーサ粒子の占有率11%)および現像剤を得た。得られたトナーにおいて、スペーサ粒子はトナー母粒子表面の凹部に偏った状態で固着されていた。
(比較例3)
スペーサ粒子固着工程S3において、超音波振動子を作動させないこと以外は実施例1と同様にして、比較例3のトナーを作製しようとしたが、噴霧手段のノズルが詰まり、スペーサ粒子固着トナーは得られなかった。
スペーサ粒子固着工程S3において、超音波振動子を作動させないこと以外は実施例1と同様にして、比較例3のトナーを作製しようとしたが、噴霧手段のノズルが詰まり、スペーサ粒子固着トナーは得られなかった。
得られた実施例1〜11および比較例1,2のトナーについて、以下の方法で評価した。評価用画像形成装置として、デジタルフルカラー複合機(商品名:MX―4500FN、シャープ株式会社製)を使用し、評価環境はNN環境(20℃/50%RH)で行った。
[転写性]
実施例1〜11および比較例1,2で得られた二成分現像剤を上記画像形成装置にセットし、評価用原稿として印字率5%のA4サイズカラー原稿を用いて10000枚のエージングを行った。印刷枚数10000枚において、転写前の感光体上のトナーの重量および紙面上に転写されたトナーの重量を測定し、前者に対する後者の割合を下記式に従い算出し、転写効率とした。
転写効率(%)=(紙面上に転写されたトナーの重量
/転写前の感光体上のトナーの重量)×100
実施例1〜11および比較例1,2で得られた二成分現像剤を上記画像形成装置にセットし、評価用原稿として印字率5%のA4サイズカラー原稿を用いて10000枚のエージングを行った。印刷枚数10000枚において、転写前の感光体上のトナーの重量および紙面上に転写されたトナーの重量を測定し、前者に対する後者の割合を下記式に従い算出し、転写効率とした。
転写効率(%)=(紙面上に転写されたトナーの重量
/転写前の感光体上のトナーの重量)×100
評価基準は以下のとおりである。
○(良好):転写効率が90%以上
△(可):転写効率が80%以上90%未満
×(不良):転写効率が80%未満
○(良好):転写効率が90%以上
△(可):転写効率が80%以上90%未満
×(不良):転写効率が80%未満
[定着性]
実施例1〜9および比較例1,2で得られた二成分現像剤を上記画像形成装置にセットし、トナー付着量が0.4mg/cm2になるよう印字した、一辺が2cmのベタ画像を作成した。ベタ画像の表面を学振式堅牢度試験機(砂消しゴムに1kgの加重をしたもの)により、3往復摩擦し、摩擦の前後の画像についてマクベス社の反射濃度計を用いて像濃度を測定し,以下のようにして定着率を算出し、定着性を評価した。
定着率(%)=(摩擦後の像濃度/摩擦前の像濃度)×100
○(良好):定着率が85%以上
△(可):定着率が75%以上85%未満
×(不良):定着率が75%未満
実施例1〜9および比較例1,2のトナーおよび各トナーの評価結果を表1に示す。
実施例1〜9および比較例1,2で得られた二成分現像剤を上記画像形成装置にセットし、トナー付着量が0.4mg/cm2になるよう印字した、一辺が2cmのベタ画像を作成した。ベタ画像の表面を学振式堅牢度試験機(砂消しゴムに1kgの加重をしたもの)により、3往復摩擦し、摩擦の前後の画像についてマクベス社の反射濃度計を用いて像濃度を測定し,以下のようにして定着率を算出し、定着性を評価した。
定着率(%)=(摩擦後の像濃度/摩擦前の像濃度)×100
○(良好):定着率が85%以上
△(可):定着率が75%以上85%未満
×(不良):定着率が75%未満
実施例1〜9および比較例1,2のトナーおよび各トナーの評価結果を表1に示す。
実施例1〜11のトナーでは、転写性、定着性ともに優れた評価が得られた。
比較例1のトナーは、スペーサ粒子がないことが原因で転写性、定着性ともに不良となったと考えられる。比較例2のトナーは、スペーサ粒子をエタノールに分散させずに添加したため、スペーサ粒子がトナー母粒子表面に偏った状態で固着され、このことが原因で転写性、定着性ともに評価結果が下がったと考えられる。
比較例1のトナーは、スペーサ粒子がないことが原因で転写性、定着性ともに不良となったと考えられる。比較例2のトナーは、スペーサ粒子をエタノールに分散させずに添加したため、スペーサ粒子がトナー母粒子表面に偏った状態で固着され、このことが原因で転写性、定着性ともに評価結果が下がったと考えられる。
201 トナーの製造装置
202 粉体流路
203 噴霧手段
204 回転撹拌手段
206 粉体投入部
207 粉体回収部
220 撹拌羽根
202 粉体流路
203 噴霧手段
204 回転撹拌手段
206 粉体投入部
207 粉体回収部
220 撹拌羽根
Claims (4)
- 超音波振動を付与して揮発性液体にスペーサ粒子を分散させた噴霧液体を、粉体流路内で流動状態にあるトナー母粒子に対して噴霧することにより、トナー母粒子表面にスペーサ粒子を付着させてスペーサ粒子付着トナーを形成させる噴霧工程と、
前記スペーサ粒子付着トナーに衝撃を加えてトナー母粒子表面にスペーサ粒子を固着させてスペーサ粒子固着トナーを形成させるスペーサ粒子固定化工程とを含むことを特徴とするトナーの製造方法。 - 前記スペーサ粒子固定化工程において、回転軸と該回転軸に放射状に設けられる回転羽根とを備える回転攪拌手段を用いて、前記スペーサ粒子付着トナーに前記衝撃を加えることを特徴とする請求項1に記載のトナーの製造方法。
- 前記噴霧工程では、前記噴霧液体を貯留する噴霧液体貯留部と、前記噴霧液体を粉体流路内に供給するノズルと、該ノズルに所定量の前記噴霧液体を供給する送液ポンプと、噴霧液体に超音波振動を付与する超音波振動子とを備える噴霧手段を用いて、前記噴霧液体を噴霧し、
前記噴霧液体貯留部が、攪拌手段を備え、噴霧液体が前記攪拌手段により攪拌された状態で噴霧液体貯留部に貯留されていることを特徴とする請求項1または2に記載のトナーの製造方法。 - 前記スペーサ粒子が、シリカ微粒子、アルミナ微粒子、および酸化チタン微粒子のうち、少なくとも1つを含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のトナーの製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009208712A JP2011059355A (ja) | 2009-09-09 | 2009-09-09 | トナーの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2011059355A true JP2011059355A (ja) | 2011-03-24 |
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JP (1) | JP2011059355A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102012204085A1 (de) | 2011-03-17 | 2012-09-20 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Halbleitervorrichtung und Verfahren zum Herstellen dieser |
JP2013120337A (ja) * | 2011-12-08 | 2013-06-17 | Kao Corp | 電子写真用トナーの製造方法 |
-
2009
- 2009-09-09 JP JP2009208712A patent/JP2011059355A/ja active Pending
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