JP2016090770A - トナー、現像剤、トナー製造方法及びトナー製造装置 - Google Patents

トナー、現像剤、トナー製造方法及びトナー製造装置 Download PDF

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Abstract

【課題】従来の熱や溶剤による表面平滑化手段をとらずとも、トナーを異形化させ、且つ、比表面積を低減させることができ、低温定着性、流動性、帯電性を付与することができ、高い転写効率を維持することができるトナーを提供する。
【解決手段】少なくとも結着樹脂、着色剤、離型剤及び外添剤を含有するトナーであって、平均円形度が0.965以上0.985未満であり、前記外添剤を遊離処理した後のBET比表面積が1.2m/g未満であることを特徴とするトナー。
【選択図】図1

Description

本発明は、トナー、現像剤、トナー製造方法及びトナー製造装置に関する。
電子写真、静電記録、静電印刷等において使用されるトナーは、その現像工程において、例えば、静電荷像が形成されている静電潜像担持体(感光体)等の像担持体に一旦付着され、次に転写工程において静電潜像担持体から転写紙等の転写媒体に転写された後、定着工程において紙面に定着される。
近年、懸濁重合法やポリマー溶解懸濁法と呼ばれる体積収縮を伴う方法により製造された重合トナー(例えば特許文献1)が知られている。このような重合トナーには、現像機内での流動性の付与、帯電性の付与、転写効率の向上、及びトナー同士のブロッキング防止を目的として無機微粒子又は有機微粒子等の外添剤が一定量付与される。
また、潜像保持面上に転写されなかったトナーが残存し、次の静電荷像の形成を妨げないように残存トナーをクリーニングする必要がある。残存トナーのクリーニングは、装置が簡便でクリーニング性が良好であるブレードクリーニングが多用されているが、トナー形状が球形に近づくほどクリーニングが困難となることが知られている。これに対し、懸濁重合法において、非球形化(異形化)するために、無機フィラーや、層状無機鉱物などの異形化剤をトナー表面に偏在させる方法が知られている(例えば特許文献2、3)。
しかしながら、上記の異形化方法はトナー母体(外添剤の付与前のトナー)の表面に微小な凹凸が多く、BET比表面積も高くなり、外添剤の凹部への移行による実効被覆率の低下が懸念される。そのため、より多くの外添剤をトナー母体に付与しなければ、流動性、帯電性、ブロッキング防止等の機能が発現されにくくなっている。
トナー表面の外添剤の増量により上記特性は向上する傾向にあるが、その反面、定着阻害や外添剤の遊離による以下(1)〜(3)のような不具合も発生する。
(1)遊離した外添剤がキャリア等の帯電部材に付着して、現像剤の帯電を大きく変えてしまう。
(2)遊離した外添剤が感光体に付着して、感光体表面エネルギーが大きくなり、トナーフィルミングが発生し出力画像に影響する。
(3)遊離した外添剤が現像剤保持部材に付着して、現像剤保持部材の表面エネルギーが大きくなり、トナーフィルミングが発生し出力画像に影響する。
上記重合トナーに替わる新たなトナー工法として、噴射造粒法が検討されている(例えば特許文献4)。噴射造粒法では、有機溶剤にトナー成分を溶解乃至、分散させた液を微細で均一なノズルから噴射させ、噴射された液滴が気流中で乾燥固化しトナー粒子が得られる。均一なノズルから吐出させているため、得られるトナー粒子の粒度分布は非常にシャープである。また、溶融乃至分散成分が個々の液滴中に均一に添加されるため、粒度分布のみならず形状分布も非常にシャープとなる。
一方、噴射造粒法は結着樹脂を溶解成分として用いており、粒子が全体的に柔らかいため、外添剤の埋没が生じやすい。更に、液滴を気流中で瞬時に乾燥させるため、その形状は真球形となりやすい。真球形や真球形に近い場合、現像工程中でクリーニング不良が発生するため、これに対しては、噴射造粒法ではトナー成分液に結晶性化合物を溶解乃至分散添加させ、トナー形状を制御することが提案されている(例えば特許文献5)。
しかしながら、結晶性化合物による異形処理は、トナー母体の最表面に微細な凹凸やしわを形成させ、BET比表面積を大きくさせてしまう。トナー母体の比表面積が大きくなると外添剤の被覆率が低下し、外添剤の量を多くする必要が生じるため、上述した不具合が発生しやすくなる。更に、最表面に形成された結晶性化合物の微細な界面からトナーが破砕する現象も発生しやすくなる。
そのため、比表面積を小さくするためにさまざまな手段がとられている。例えば、トナーを熱や溶剤にさらすことでトナー表面を平滑化処理する方法がある(特許文献6、7)。
しかしながら、熱や溶剤による表面平滑化手段は、粒子同士の融着が発生し、粒度分布を悪化させてしまう。また、粒子内部に存在していた離形剤が表面にブリードしてしまう現象も懸念される。
また、トナーの円形度、BET比表面積を所定の値にすることにより、付着力を制御し、転写効率を向上させることが提案されているが(特許文献8、9)、これは重合トナーに関するものであり、粒度分布や形状分布の向上が求められる。
以上のことから、噴射造粒法において、粒度分布をシャープなままに保持し、異形化していながら、比表面積を小さくする手段が要求されている。
本発明は、従来における前記諸問題を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。すなわち、本発明は、従来の熱や溶剤による表面平滑化手段をとらずとも、トナーを異形化させ、且つ、比表面積を低減させることができ、低温定着性、流動性、帯電性を付与することができ、高い転写効率を維持することができるトナーを提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明のトナーは、少なくとも結着樹脂、着色剤、離型剤及び外添剤を含有するトナーであって、平均円形度が0.965以上0.985未満であり、前記外添剤を遊離処理した後のBET比表面積が1.2m/g未満であることを特徴とする。
本発明によれば、従来の熱や溶剤による表面平滑化手段をとらずとも、トナーを異形化させ、且つ、比表面積を低減させることができ、低温定着性、流動性、帯電性を付与することができ、高い転写効率を維持することができるトナーを提供することができる。
液柱共鳴液滴形成手段の一例を示す概略断面図である。 液柱共鳴液滴ユニットの一例を示す概略図であり、図1を吐出面から見た底面図である。 液柱共鳴液室の断面から見た吐出孔の形状の一例を示す概略図である。 液柱共鳴液室の断面から見た吐出孔の形状の一例を示す概略図である。 液柱共鳴液室の断面から見た吐出孔の形状の一例を示す概略図である。 液柱共鳴液室の断面から見た吐出孔の形状の一例を示す概略図である。 液柱共鳴液室が片側固定端であり、N=1の場合の速度及び圧力変動の定在波を示す概略説明図である。 液柱共鳴液室が両側固定端であり、N=2の場合の速度及び圧力変動の定在波を示す概略説明図である。 液柱共鳴液室が両側開放端であり、N=2の場合の速度及び圧力変動の定在波を示す概略説明図である。 液柱共鳴液室が片側固定端であり、N=3の場合の速度及び圧力変動の定在波を示す概略説明図である。 液柱共鳴液室が両側固定端であり、N=4の場合の速度及び圧力変動の定在波を示す概略説明図である。 液柱共鳴液室が両側開放端であり、N=4の場合の速度及び圧力変動の定在波を示す概略説明図である。 液柱共鳴液室が片側固定端であり、N=5の場合の速度及び圧力変動の定在波を示す概略説明図である。 液柱共鳴液滴形成法の液柱共鳴液室で生じる液柱共鳴現象の様子を示す概略図である。 液柱共鳴液滴形成法の液柱共鳴液室で生じる液柱共鳴現象の様子を示す概略図である。 液柱共鳴液滴形成法の液柱共鳴液室で生じる液柱共鳴現象の様子を示す概略図である。 液柱共鳴液滴形成法の液柱共鳴液室で生じる液柱共鳴現象の様子を示す概略図である。 液柱共鳴液滴形成法の液柱共鳴液室で生じる液柱共鳴現象の様子を示す概略図である。 本発明のトナーの製造方法に用いられるトナー製造装置の一例を示す概略断面図である。 気流通路の他の例を示す概略図である。 液柱共鳴液滴形成法での実際の液滴吐出における様子の一例を示す図である。 駆動周波数と液滴吐出速度との周波数特性の一例を示す特性図である。
以下、本発明に係るトナー、現像剤、トナー製造方法及びトナー製造装置について図面を参照しながら説明する。なお、本発明は以下に示す実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態、追加、修正、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。
本発明に係るトナーは、少なくとも結着樹脂、着色剤、離型剤及び外添剤を含有するトナーであって、平均円形度が0.965以上0.985未満であり、前記外添剤を遊離処理した後のBET比表面積が1.2m/g未満であることを特徴とする。
本発明によれば、従来の熱や溶剤による表面平滑化手段をとらずとも、トナーを異形化し、且つ、比表面積を低減させ、低温定着性、流動性、帯電性を付与することができ、高い転写効率を維持することができる。
また、本発明によれば、外添剤を添加する場合、従来のトナーよりも少ない量の外添剤添加量においても、低温定着性、流動性、帯電性を付与することができ、高い転写効率を維持することができる。更に、電子写真システム内での外添剤の遊離によるシステム問題の発生を抑えることができる。
(トナー)
本発明のトナーは、少なくとも結着樹脂、着色剤、離型剤及び外添剤を含有し、更に必要に応じて、帯電制御剤、レべリング剤などのその他の成分を含有する。
<結着樹脂>
前記結着樹脂としては、特に制限はなく、公知の樹脂の中から、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、スチレン単量体、アクリル単量体、メタクリル単量体等のビニル単量体、これらの単量体が2種類以上からなる共重合体、ポリエステル樹脂、ポリオール樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、フラン樹脂、エポキシ樹脂、キシレン樹脂、テルペン樹脂、クマロンインデン樹脂、ポリカーボネート樹脂、石油系樹脂などが挙げられる。後述する製造方法によりトナーを製造する場合には、トナー組成物を有機溶剤に溶解乃至分散させる必要があるため、前記結着樹脂は、有機溶剤に溶解するものを選択するとよい。
これらは、1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
前記結着樹脂のGPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィ)による分子量分布としては、トナーの定着性、耐オフセット性の点から、分子量3000〜50000の領域に少なくとも1つのピークが存在するのが好ましく、分子量5000〜20000の領域に少なくとも1つのピークが存在するのがより好ましい。
また、THF(テトラヒドロフラン)可溶分の分子量100000以下の成分が、60%〜100%となるような結着樹脂が好ましい。
また、本発明では、結着樹脂の酸価が、0.1mgKOH/g〜50mgKOH/gである結着樹脂が好ましい。なお、結着樹脂の酸価は、JIS K−0070に準じて測定することができる。
<離型剤>
前記離型剤としては、特に制限はなく、公知の離型剤の中から、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、低分子量ポリエチレン、低分子量ポリプロピレン、ポリオレフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、パラフィンワックス、サゾールワックス等の脂肪族炭化水素系ワックス、酸化ポリエチレンワックス等の脂肪族炭化水素系ワックスの酸化物又はこれらのブロック共重合体、キャンデリラワックス、カルナバワックス、木ろう、ホホバろう等の植物系ワックス、みつろう、ラノリン、鯨ろう等の動物系ワックス、オゾケライト、セレシン、ペテロラタム等の鉱物系ワックス、モンタン酸エステルワックス、カスターワックスの等の脂肪酸エステルを主成分とするワックス類、脂肪酸エステルを一部又は全部を脱酸化した脱酸カルナバワックスなどが挙げられる。例えば、後述する製造方法によりトナーを製造する場合には、トナー組成物を有機溶剤に溶解乃至分散させる必要があるため、前記離型剤は、前記有機溶剤に溶解するものを選択するとよい。
これらは、1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
前記離型剤の融点としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、定着性と耐オフセット性のバランスをとる観点から、前記離型剤の融点は、70℃〜140℃が好ましく、70℃〜120℃がより好ましい。70℃未満では、耐ブロッキング性が低下することがあり、140℃を超えると、耐オフセット効果が発現しにくくなることがある。
本発明では、前記離型剤の融点は、DSC(ディファレンシャルスキャニングカロリメトリー)において測定される離型剤の吸熱ピークにおける最大ピークのピークトップの温度を意味する。
前記離型剤及び前記トナーの融点を測定するためのDSC測定機器としては、高精度の内熱式入力補償型の示差走査熱量計が好ましい。測定方法としては、ASTM D3418−82に準じて行う。本発明に用いられるDSC曲線は、1回昇温、降温させ前履歴をとった後、温度速度10℃/分間で、昇温させた時に測定されるものを用いる。
<着色剤>
前記着色剤としては、特に制限はなく、公知の着色剤の中から、目的に応じて適宜選択することができる。
前記着色剤の含有量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、トナーに対して1質量%〜15質量%が好ましく、3質量%〜10質量%がより好ましい。
前記着色剤は、樹脂と複合化されたマスターバッチとして用いることもできる。
前記マスターバッチは、樹脂と着色剤とを高せん断力をかけて混合乃至混練して得ることができる。前記マスターバッチとともに混練されるバインダー樹脂としては、特に制限はなく、公知の樹脂の中から、目的に応じて適宜選択することができる。
外添剤は、1種単独で使用してもよいし、2種以上を混合して使用してもよい。
前記マスターバッチの使用量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、前記結着樹脂100質量部に対して、0.1質量部〜20質量部が好ましい。
前記マスターバッチの製造時に、顔料の分散性を高めるために分散剤を用いてもよい。
前記分散剤としては、特に制限はなく、目的に応じて公知のものを適宜選択することができるが、顔料分散性の点で、前記結着樹脂との相溶性が高いことが好ましい。そのような市販品としては、例えば「アジスパーPB821」、「アジスパーPB822」(味の素ファインテクノ社製)、「Disperbyk−2001」(ビックケミー社製)、「EFKA−4010」(EFKA社製)、などが挙げられる。
前記分散剤の添加量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、着色剤100質量部に対して1質量部〜200質量部であることが好ましく、5質量部〜80質量部であることがより好ましい。1質量部未満であると分散能が低くなることがあり、200質量部を超えると、帯電性が低下することがある。
<<外添剤>>
前記外添剤は、トナー表面に添加することにより、トナーの流動性を改善(流動しやすくなる)するものである。
前記外添剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、湿式製法シリカ、乾式製法シリカ等の微粉末シリカ、微粉未酸化チタン、微粉未アルミナなどの金属酸化物の微粉末、及びそれらをシランカップリング剤、チタンカップリング剤、シリコーンオイル等により表面処理を施した処理シリカ、処理酸化チタン、処理アルミナ;フッ化ビニリデン微粉末、ポリテトラフルオロエチレン微粉末等のフッ素系樹脂粉末などが挙げられる。これらの中でも、微粉末シリカ、微粉未酸化チタン、微粉未アルミナが好ましく、また、これらをシランカップリング剤やシリコーンオイルにより表面処理を施した処理シリカがより好ましい。
前記外添剤の粒径としては、平均一次粒径として、0.001μm〜2μmが好ましく、0.002μm〜0.2μmがより好ましい。
前記微粉末シリカは、ケイ素ハロゲン化含物の気相酸化により生成された微粉体であり、いわゆる乾式法シリカ又はヒュームドシリカと称されるものである。
前記ケイ素ハロゲン化合物の気相酸化により生成された市販のシリカ微粉体としては、例えば、AEROSIL(日本アエロジル社商品名、以下同じ)−130、−300、−380、−TT600、−MOX170、−MOX80、−COK84;Ca−O−SiL(CABOT社商品名)−M−5、−MS−7、−MS−75、−HS−5、−EH−5;Wacker HDK(WACKER−CHEMIE社商品名)−N20 V15、−N20E、−T30、−T40;D−CFineSi1ica(ダウコーニング社商品名);Franso1(Fransi1社商品名)などが挙げられる。
更には、ケイ素ハロゲン化合物の気相酸化により生成されたシリカ微粉体を疎水化処理した処理シリカ微粉体がより好ましい。処理シリカ微粉体において、メタノール滴定試験によって測定された疎水化度が、好ましくは30%〜80%の値を示すようにシリカ微粉体を処理したものが特に好ましい。疎水化は、シリカ微粉体と反応あるいは物理吸着する有機ケイ素化合物等で化学的あるいは物理的に処理することによって付与される。好ましい方法としては、ケイ素ハロゲン化合物の気相酸化により生成されたシリカ微粉体を有機ケイ素化合物で処理する方法が挙げられる。
前記有機ケイ素化合物としては、例えば、ヒドロキシプロピルトリメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、n−ヘキサデシルトリメトキシシラン、n−オクタデシルトリメトキシシラン、ビニルメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、ジメチルビニルクロロシラン、ジビニルクロロシラン、γ−メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン、へキサメチルジシラン、トリメチルシラン、トリメチルクロロシラン、ジメチルジクロロシラン、メチルトリクロロシラン、アリルジメチルクロロシラン、アリルフェニルジクロロシラン、ベンジルジメチルクロロシラン、ブロモメチルジメチルクロロシラン、α−クロルエチルトリクロロシラン、β−クロロエチルトリクロロシラン、クロロメチルジメチルクロロシラン、トリオルガノシリルメルカプタン、トリメチルシリルメルカプタン、トリオルガノシリルアクリレート、ビニルジメチルアセトキシシラン、ジメチルエトキシシラン、トリメチルエトキシシラン、トリメチルメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、イソブチルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、へキサメチルジシロキサン、1,3−ジビニルテトラメチルジシロキサン、1,3−ジフエニルテトラメチルジシロキサン及び1分子当り2から12個のシロキサン単位を有し、未端に位置する単位にそれぞれSiに結合した水酸基を0〜1個含有するジメチルポリシロキサン等が挙げられる。更に、ジメチルシリコーンオイル等のシリコーンオイルが挙げられる。これらは1種単独で使用してもよいし、2種以上を混合して使用してもよい。
<その他の成分>
本発明のトナーは、帯電制御剤、レベリング剤などのその他の成分を含有してもよい。
<<帯電制御剤>>
前記帯電制御剤としては、特に制限はなく、目的に応じて公知のものの中から適宜選択することができる。例えば、ニグロシン系染料、トリフェニルメタン系染料、クロム含有金属錯体染料、モリブデン酸キレート顔料、ローダミン系染料、アルコキシ系アミン、4級アンモニウム塩(フッ素変性4級アンモニウム塩を含む)、アルキルアミド、燐の単体又は化合物、タングステンの単体又は化合物、フッ素系活性剤、サリチル酸金属塩、サリチル酸誘導体の金属塩などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
<<レべリング剤>>
前記レベリング剤としては、特に制限はなく、目的に応じて公知のもの中から適宜選択することができ、例えば、シリコン系、アクリル系、ビニル系、フッ素系などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
シリコン系レベリング剤としては、BYK社のBYK306、310、345、346、347、348、349等が挙げられ、アクリル系としてはBYK354等が挙げられ、ビニル系としてはBYK-UV3500、3505、3530、3570、3375、3576等が挙げられ、フッ素系としてはBYK3440、DIC社のF−114、F−251、F−281、F−410、F−430、F−444、F−477、F−510、F−511、F−552、F−553、F−554F−555、F−556、F−557、F−559、F−560、RS−90、RS−76−NS、RS−76−E、RS−75、RS−72−K、R−94、R−43、R−41、R−40、F−571、F−570、F−569、F−568、F−567、F−565、F−563、F−562、F−561等が挙げられる。
噴射造粒法では、吐出直後に瞬時に液滴が固化するため形状制御が非常に困難であり、球形になりやすい。球形であると現像プロセスでクリーニング不良が発生し、画像品質に影響を及ぼす。そのため噴射造粒法では結晶性材料をトナー組成液に添加し、その乾燥過程で結晶化した結晶性材料の形状に追従させる方法で異形化を行っている。
しかしながら、粒子全体の形状をいびつにできるが、粒子最表面にも微細な凹凸が形成されるため比表面積が大きくなってしまう。例えばトナー母体(外添剤の付与前のトナー)の比表面積が1.2m/g以上に大きくなることで、外添剤の実効被覆率が低下してしまう。また、表面に結晶性材料の微細な界面が形成されるため破砕の発生の要因となる。
そこで、表面張力の低いレベリング剤を添加することにより粒子全体のいびつさを維持したまま、粒子最表面だけの平滑性を上げることが可能となる。レベリング剤を添加することで比表面積を下げることができ、外添剤の実効被覆率を高め、破砕を生じにくくすることができる。
レベリング剤の添加量としてはトナー母体構成成分の0.1部以上2.0部以下が好ましい。0.1部より少ないとレベリング剤の効果が得られず、2.0部より多いと、造粒時に表面張力を大きく低下させ、粒子の異形化を阻害することがある。
<トナーの物性>
本発明のトナーは、平均円形度が0.965以上0.985未満であり、前記外添剤を遊離処理した後のBET比表面積が1.2m/g未満である。
外添剤を遊離処理した後のBET比表面積が1.2m/g以上の場合、外添剤の被覆率が低下し、外添剤の添加量を多くする必要が生じてしまう。そのため、フィルミングが発生したり、十分な低温定着性や転写性が得られなかったりするという問題が生じる。更に、最表面に形成された結晶性化合物の微細な界面からトナーが破砕することがある。
なお、外添剤を遊離処理した後のBET比表面積は、トナー母体のBET比表面積と似た値をとることがあるが、両者は区別される。
外添剤の遊離処理の一例を以下に説明する。まず、分散溶液(界面活性剤)準備として、非イオン界面活性剤、例えばポリオキシエチレンアルキルエーテルに水を加え、超音波にかけてなじませる。次に、トナーを上記分散溶液に加え、攪拌させた後、超音波エネルギーを付与する。超音波付与したトナー分散溶液を遠心分離機にかけ、遠沈管の上澄みを捨て、ろ過、洗浄した後、乾燥させる。乾燥させたものについて、比表面積を求める。
また、本発明では、酢酸エチルによるソックスレー抽出をしたときに残存する固形分が12%以下であることが好ましい。
ソックスレー抽出において残存する固形分の求め方について説明する。円筒フィルターにトナーを入れ、トナーと円筒フィルターの重さを計算する。ソックスレー抽出器の最下部のフラスコに有機溶媒(酢酸エチル)を入れ、ソックスレー抽出器の中間部にトナーの入った円筒フィルター、最上部に冷却管を設置する。フラスコを例えばマントルヒーターで加熱し、酢酸エチル可溶成分を抽出する。円筒フィルターを取り出し、乾燥させた後、トナー残存成分を含む円筒フィルターの重さを計算する。これにより、残存する固形分を求める。
酢酸エチルによるソックスレー抽出において残存する固形分が12%よりも大きい場合、良好な転写性が得られないことがある。従来の重合トナーでは、トナー中に高分子状態の重合体が存在することになるため、ソックスレー抽出において残存する固形分は12%よりも大きくなり得る。そのため、固形分である高分子状態の重合体が、定着性の悪化や、得られた画像の光沢性の低下など引き起こすと考えられる。
トナーの粒径(体積平均粒径(Dv)、個数平均粒径(Dn))、及び円形度の測定は、特に制限されるものではないが、例えばフロー式粒子像分析装置(Flow Particle Image Analyzer)を使用して測定することができる。
本発明では、例えばシスメックス社製フロー式粒子像分析装置FPIA−3000を用いて測定することができる。前記FPIA−3000は、イメージングフローサイトメトリ法を用いて粒子画像を測定し、粒子解析を行う装置である。試料分散液を、フラットで偏平な透明フローセル(厚み約200μm)の流路(流れ方向に沿って広がっている)を通過させる。フローセルの厚みに対して交差して通過する光路を形成するために、ストロボとCCDカメラが、フローセルに対して、相互に反対側に位置するように装着される。試料分散液が流れている間に、ストロボ光がフローセルを流れている粒子の画像を得るために1/60秒間隔で照射され、その結果、それぞれの粒子は、フローセルに平行な一定範囲を有する2次元画像として撮影される。それぞれの粒子における2次元画像の面積から、同一の面積を有する円の直径を円相当径(Dv、Dn)として算出する。
また円形度は、粒子の2次元画像から得られた周囲長(l)と、粒子面積と等しい面積を有する円の周囲長(L)との比で算出される。
円形度=(L)/(l)
なお、円形度の値が1に近づくほど粒子形状は真球となる。
本発明のトナーは、平均円形度が0.965以上0.985未満である。また、BET比表面積が2.50m/g以下が好ましい。このような範囲にすることにより、感光体表面からトナーが転写媒体へ移行する転写効率を増加させることができ、画像品質を向上させることができる。
また、粒度分布Dv/Dn(体積平均粒径(μm)/個数平均粒径(μm))が、1.00≦Dv/Dn<1.15であることが好ましい。この範囲を満たす場合、転写性を向上させることができる。
また、本発明のトナーは、個数平均における最頻度径が3.0μm以上7.0μm以下であることが好ましい。最頻度径の測定は、上記の体積平均粒径や個数平均粒径の測定と同様に行うことができる。
また、本発明のトナーは、蛍光X線によるSiのmass%が2.0%以下であることが好ましい。測定されるSiとしては、例えば外添剤に由来するものが挙げられ、Siのmass%が2.0%以下の場合、フィルミングの発生を抑制することができる。蛍光X線の測定方法としては、特に制限されるものではなく、公知の測定方法を用いることができる。ここで、「mass%」とは、質量パーセント濃度を意味する。
(トナーの製造方法及び製造装置)
本発明のトナーの製造方法は、結着樹脂、着色剤及び離型剤を溶解乃至分散させたトナー組成液を吐出させて液滴を形成する液滴形成工程と、前記液滴を固化してトナーを形成する液滴固化工程とを有し、更に必要に応じて、その他の工程を有する。
本発明のトナーの製造装置は、結着樹脂、着色剤及び離型剤を溶解乃至分散させたトナー組成液を吐出させて液滴を形成する液滴形成手段と、前記液滴を固化してトナーを形成する液滴固化手段とを有し、更に必要に応じて、その他の手段を有する。
本発明のトナーの製造方法は、本発明のトナーの製造装置により好適に実施することができ、前記液滴形成工程は前記液滴形成手段により行うことができ、前記液滴固化工程は前記液滴固化手段により行うことができ、前記その他の工程は前記その他の手段により行うことができる。
<液滴形成工程及び液滴形成手段>
前記液滴形成工程は、結着樹脂、着色剤及び離型剤を溶解乃至分散させたトナー組成液を吐出させて液滴を形成する工程である。
前記液滴形成手段は、結着樹脂、着色剤及び離型剤を溶解乃至分散させたトナー組成液を吐出させて液滴を形成する手段である。
前記トナー組成液は、前記結着樹脂、着色剤及び前記離型剤を少なくとも含有し、更に必要に応じて、その他の成分を含有するトナー組成物を、有機溶剤に溶解乃至分散させて得ることができる。
<<有機溶剤>>
有機溶剤としては、前記トナー組成液中のトナー組成物を溶解乃至分散できる揮発性のものであり、かつ、前記トナー組成液中の前記結着樹脂及び前記離型剤を相分離させることなく溶解させることができるものである。
<<液滴吐出手段>>
前記トナー組成液を吐出させる液滴吐出手段としては、吐出する液滴の粒径分布が狭ければ、特に制限はなく、目的に応じて適宜公知のものを用いることができる。例えば、1流体ノズル、2流体ノズル、膜振動タイプ吐出手段、レイリー分裂タイプ吐出手段、液振動タイプ吐出手段、液柱共鳴タイプ吐出手段などが挙げられる。
前記膜振動タイプ吐出手段としては、例えば、特開2008−292976号公報に記載の吐出手段等が挙げられる。前記レイリー分裂タイプ吐出手段としては、例えば、特許第4647506号公報に記載の吐出手段等が挙げられる。前記液振動タイプ吐出手段としては、例えば、特開2010−102195号公報に記載の吐出手段等が挙げられる。
液滴の粒径分布を狭くし、かつ、トナーの生産性を確保するためには、前記液柱共鳴タイプ吐出手段を用いた、液滴化液柱共鳴を利用することができる。具体的には、複数の吐出孔が形成された液柱共鳴液室内の前記トナー組成液に振動手段により振動を付与して液柱共鳴による定在波を形成し、前記定在波の腹となる領域に形成された前記複数の吐出孔から前記トナー組成液を該吐出孔の外側に周期的に吐出して液滴を形成する方法である。
<<<液柱共鳴吐出手段>>>
液柱の共鳴を利用して吐出する前記液柱共鳴吐出手段について説明する。
図1は、液柱共鳴液滴形成手段の一例を示す概略断面図である。液柱共鳴液滴形成手段11は、トナー組成液を内部に貯留する液柱共鳴液室18、及び液共通供給路17を有する。液柱共鳴液室18は、長手方向の両端の壁面のうち一方の壁面に設けられた液共通供給路17と連通されている。また、液柱共鳴液室18は、両端の壁面と連結する壁面のうち一つの壁面に液滴21を吐出する吐出孔19と、吐出孔19と対向する壁面に設けられ、かつ液柱共鳴定在波を形成するために高周波振動を発生する振動発生手段20とを有する。なお、振動発生手段20には、高周波電源が接続される。
液柱共鳴液室18に供される前記トナー組成液の状態としては、得ようとしている微粒子の成分が溶解乃至分散された状態のもの、いわゆる「微粒子成分含有液」状態のものが含まれる。また、吐出させる条件下で液体であれば溶媒を含まなくてもよく、微粒子成分が溶融している状態のもの、いわゆる「微粒子成分溶融液」状態のもの、いずれの状態も含まれる。
トナー組成液14は、液循環ポンプにより液供給管を通って、図2に示す液柱共鳴液滴形成ユニットの液共通供給路17内に流入し、図1に示す液柱共鳴液滴吐出手段11の液柱共鳴液室18に供給される。そして、トナー組成液14が充填されている液柱共鳴液室18内には、振動発生手段20によって発生する液柱共鳴定在波により圧力分布が形成される。
そして、液柱共鳴定在波において振幅の大きな部分であって圧力変動が大きい、定在波の腹となる領域に配置されている吐出孔19から液滴21が吐出される。この液柱共鳴による定在波の腹となる領域とは、定在波の節以外の領域を意味するものである。好ましくは、定在波の圧力変動が液を吐出するのに十分な大きさの振幅を有する領域であり、より好ましくは圧力定在波の振幅が極大となる位置(速度定在波としての節)から極小となる位置に向かって±1/4波長の範囲である。定在波の腹となる領域であれば、吐出孔が複数で開口されていても、それぞれからほぼ均一な液滴を形成することができ、更には効率的に液滴の吐出を行うことができ、吐出孔の詰まりも生じ難くなる。
なお、液共通供給路17を通過したトナー組成液14は図示されない液戻り管を流れて原料収容器に戻される。液滴21の吐出によって液柱共鳴液室18内のトナー組成液14の量が減少すると、液柱共鳴液室18内の液柱共鳴定在波の作用による吸引力が作用し、液共通供給路17から供給されるトナー組成液14の流量が増加し、液柱共鳴液室18内にトナー組成液14が補充される。そして、液柱共鳴液室18内にトナー組成液14が補充されると、液共通供給路17を通過するトナー組成液14の流量が元に戻る。
液柱共鳴液滴吐出手段11における液柱共鳴液室18は、金属やセラミックス、シリコーンなどの駆動周波数において液体の共鳴周波数に影響を与えない程度の高い剛性を持つ材質により形成されるフレームがそれぞれ接合されて形成されている。また、図1に示すように、液柱共鳴液室18の長手方向における両端の壁面間の長さLは、後述するような液柱共鳴原理に基づいて決定される。
また、図2に示す液柱共鳴液室18の幅Wは、液柱共鳴に余分な周波数を与えないように、液柱共鳴液室18の長さLの2分の1より小さいことが望ましい。更に、液柱共鳴液室18は、生産性を飛躍的に向上させるために1つの液滴形成ユニットに対して複数配置されているほうが好ましい。その範囲に限定はないが、100〜2000個の液柱共鳴液室18が備えられた1つの液滴形成ユニットであれば操作性と生産性が両立でき、もっとも好ましい。また、液柱共鳴液室毎に、液供給のための流路が液共通供給路17から連通接続されており、液共通供給路17には複数の液柱共鳴液室18が連通している。
また、液柱共鳴液滴吐出手段11における振動発生手段20は、所定の周波数で駆動できるものであれば特に制限はないが、圧電体を、弾性板9に貼りあわせた形態が望ましい。弾性板は、圧電体が接液しないように液柱共鳴液室の壁の一部を構成している。
圧電体は、例えばチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)等の圧電セラミックスが挙げられるが、一般に変位量が小さいため積層して使用されることが多い。この他にも、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)等の圧電高分子や、水晶、LiNbO、LiTaO、KNbO等の単結晶などが挙げられる。
更に、振動発生手段20は、1つの液柱共鳴液室毎に個別に制御できるように配置されていることが望ましい。また、上記1つの材質におけるブロック状の振動部材を液柱共鳴液室の配置にあわせて、一部切断し、弾性板を介してそれぞれの液柱共鳴液室を個別制御できるような構成が望ましい。
更に、吐出孔19の開口部の直径は、1μm〜40μmの範囲であることが望ましい。1μmより小さいと、形成される液滴が非常に小さくなるためトナーを得ることができない場合があり、また顔料などの固形微粒子が含有されたトナーである場合、吐出孔19において閉塞を頻繁に発生し、生産性が低下するおそれがある。また、40μmより大きい場合、液滴の直径が大きく、これを乾燥固化させて、所望のトナー粒子径3μm〜6μmを得る場合、有機溶媒でトナー組成を非常に希薄な液に希釈する必要がある場合がある。そのため、一定量のトナーを得るために乾燥エネルギーが大量に必要となってしまい、不都合となる。
また、図2からわかるように、吐出孔19を液柱共鳴液室18内の幅方向に設ける構成を採用することは、吐出孔19の開口を多数設けることができ、よって生産効率が高くなるために好ましい。また、吐出孔19の開口配置によって液柱共鳴周波数が変動するため、液柱共鳴周波数は液滴の吐出を確認して適宜決定することが望ましい。
吐出孔19の断面形状は図1等で開口部の径が小さくなるようなテーパー形状として記載されているが、適宜断面形状を選択することができる。
図3Aから図3Dに、液柱共鳴液室の断面から見た吐出孔の形状の概略図を示す。図3の各図には、吐出孔19の取りうる断面形状が示されている。
図3Aは、吐出孔19の接液面から吐出口に向かってラウンド形状を持ちながら開口径が狭くなるような形状を有しており、薄膜41が振動した際に吐出孔19の出口付近で液にかかる圧力が最大となるため、吐出の安定化に際しては最も好ましい形状である。
図3Bは、吐出孔19の接液面から吐出口に向かって一定の角度を持って開口径が狭くなるような形状を有しており、このノズル角度24は適宜変更することができる。図3Aと同様、このノズル角度によって薄膜41が振動したときの吐出孔19の出口付近で液にかかる圧力を高めることができるが、そのノズル角度の範囲としては、60°より大きく、90°未満が好ましい。60°未満は液に圧力がかかりにくく、更に薄膜41の加工も難しいため好ましくない。
ノズル角度24が90°である場合は図3Cの場合に相当するが、出口に圧力がかかりにくくなるため、90°が最大値となる。90°以上は、孔12の出口に圧力がかからなくなるため、液滴吐出が非常に不安定化する。
図3Dは、図3Aと図3Bとを組み合わせた形状である。このように段階的に形状を変更しても構わない。
−液滴形成のメカニズム−
次に、液柱共鳴における液滴形成ユニットによる液滴形成のメカニズムについて説明する。
まず、図1の液柱共鳴液滴吐出手段11内の液柱共鳴液室18において生じる液柱共鳴現象の原理について説明する。液柱共鳴液室内のトナー組成液の音速をcとし、振動発生手段20から媒質であるトナー組成液14に与えられた駆動周波数をfとした場合、液体の共鳴が発生する波長λは、下記(式1)の関係にある。
λ=c/f ・・・(式1)
また、図1の液柱共鳴液室18において固定端側のフレームの端部から液共通供給路17側の端部までの長さをLとし、更に液共通供給路17側のフレームにおける端部の高さh1(=約80μm)は、連通口の高さh2(=約40μm)の約2倍が好ましい。液共通供給路17側の端部が閉じている固定端と等価であるとした両側固定端の場合には、長さLが波長λの4分の1の偶数倍に一致する場合に共鳴が最も効率的に形成される。つまり、次の(式2)で表現される。
L=(N/4)λ ・・・(式2)
(但し、Nは偶数を表す。)
更に、両端が完全に開いている両側開放端の場合にも上記(式2)が成り立つ。
同様にして、片方側が圧力の逃げ部がある開放端と等価で、他方側が閉じている(固定端)の場合、つまり片側固定端又は片側開放端の場合には、長さLが波長λの4分の1の奇数倍に一致する場合に共鳴が最も効率的に形成される。つまり、上記(式2)のNが奇数で表現される。
最も効率の高い駆動周波数fは、上記(式1)と上記(式2)より、下記(式3)が導かれる。
f=N×c/(4L) ・・・(式3)
(但し、Lは液柱共鳴液室の長手方向の長さを表し、cはトナー組成液の音波の速度を表し、Nは整数を表す。)
しかし、実際には、液体は共鳴を減衰させる粘性を持つために無限に振動が増幅されるわけではなく、Q値を持ち、後述する(式4)、(式5)に示すように、(式3)に示す最も効率の高い駆動周波数fの近傍の周波数でも共鳴は発生する。
図4A〜Dに、N=1、2、3の場合の速度及び圧力変動の定在波の形状(共鳴モード)を示し、図5A〜Cに、N=4、5の場合の速度及び圧力変動の定在波の形状(共鳴モード)を示す。
本来は疎密波(縦波)であるが、図4A〜D及び図5A〜Cのように表記することが一般的である。図4A〜D及び図5A〜Cにおいて、実線が速度定在波、点線が圧力定在波である。
例えば、N=1の片側固定端の場合を示す図4Aからわかるように、速度分布の場合閉口端で速度分布の振幅がゼロとなり、開口端で振幅が最大となり、直感的にわかりやすい。
液柱共鳴液室の長手方向の両端の間の長さをLとしたとき、液体が液柱共鳴する波長をλとし、整数Nが1〜5の場合に定在波が最も効率よく発生する。また、両端の開閉状態によっても定在波パターンは異なるため、それらも併記した。後述するが、吐出孔の開口や供給側の開口の状態によって、端部の条件が決まる。
なお、音響学において、開口端とは長手方向の媒質(液)の移動速度が極大となる端であり、逆に圧力はゼロとなる。閉口端においては、逆に媒質の移動速度がゼロとなる端と定義される。閉口端は音響的に硬い壁として考え、波の反射が発生する。理想的に完全に閉口、もしくは開口している場合は、波の重ね合わせによって図4A〜D及び図5A〜Cのような形態の共鳴定在波を生じるが、吐出孔数、吐出孔の開口位置によっても定在波パターンは変動し、上記(式3)より求めた位置からずれた位置に共鳴周波数が現れるが、適宜駆動周波数を調整することで安定吐出条件を作り出すことができる。
例えば、液体の音速cが1,200m/s、液柱共鳴液室の長さLが1.85mmを用い、両端に壁面が存在して、両側固定端と完全に等価のN=2の共鳴モードを用いた場合、上記(式2)より、最も効率の高い共鳴周波数は324kHzと導かれる。
他の例では、液体の音速cが1,200m/s、液柱共鳴液室の長さLが1.85mmと、上記と同じ条件を用い、両端に壁面が存在して、両側固定端と等価のN=4の共鳴モードを用いた場合、上記(式2)より、最も効率の高い共鳴周波数は648kHzと導かれ、同じ構成の液柱共鳴液室においても、より高次の共鳴を利用することができる。
図1に示す液柱共鳴液滴吐出手段11における液柱共鳴液室18は、両端が閉口端状態と等価であるか、吐出孔19の開口の影響で、音響的に軟らかい壁として説明できるような端部であることが周波数を高めるためには好ましいが、それに限らず開放端であってもよい。ここでの吐出孔19の開口の影響とは、音響インピーダンスが小さくなり、特にコンプライアンス成分が大きくなることを意味する。よって、図4のB及び図5のAのような液柱共鳴液室18の長手方向の両端に壁面を形成することは、両側固定端の共鳴モード、そして吐出孔側が開口とみなす片側開放端の全ての共鳴モードが利用できるために好ましい。
また、吐出孔19の開口数、開口配置位置、吐出孔の断面形状も駆動周波数を決定する因子となり、駆動周波数はこれに応じて適宜決定することができる。
例えば吐出孔19の数を多くすると、徐々に固定端であった液柱共鳴液室18の先端の拘束が緩くなり、ほぼ開口端に近い共鳴定在波が発生し、駆動周波数は高くなる。更に、最も液供給路17側に存在する吐出孔19の開口配置位置を起点に緩い拘束条件となり、また吐出孔19の断面形状がラウンド形状となったりフレームの厚さによる吐出孔の体積が変動したり、実際上の定在波は短波長となり、駆動周波数よりも高くなる。
このように決定された駆動周波数で振動発生手段に電圧を与えたとき、振動発生手段20が変形し、駆動周波数にて最も効率よく共鳴定在波を発生する。また、共鳴定在波が最も効率よく発生する駆動周波数の近傍の周波数でも液柱共鳴定在波は発生する。
つまり、液柱共鳴液室の長手方向における両端間の長さをL、液共通供給路17側の端部に最も近い吐出孔19までの距離をLeとしたとき、L及びLeの両方の長さを用いて下記(式4)及び(式5)で決定される範囲の駆動周波数fを主成分とした駆動波形を用いて振動発生手段を振動させ、液柱共鳴を誘起して液滴を吐出孔から吐出することが可能である。
N×c/(4L)≦f≦N×c/(4Le) ・・・(式4)
N×c/(4L)≦f≦(N+1)×c/(4Le) ・・・(式5)
(但し、Lは液柱共鳴液室の長手方向の長さを表し、Leは液供給路側の端部に最も近い吐出孔までの距離を表し、cはトナー組成液の音波の速度を表し、Nは整数を表す。)
なお、液柱共鳴液室の長手方向の両端間の長さLと、液供給側の端部に最も近い吐出孔までの距離Leの比がLe/L>0.6であることが好ましい。
以上説明した液柱共鳴現象の原理を用いて、図1の液柱共鳴液室18において液柱共鳴圧力定在波が形成され、液柱共鳴液室18の一部に配置された吐出孔19において連続的に液滴吐出が発生するのである。なお、定在波の圧力が最も大きく変動する位置に吐出孔19を配置すると、吐出効率が高くなり、低い電圧で駆動することができる点で好ましい。
また、吐出孔19は1つの液柱共鳴液室18に1つでも構わないが、複数個配置することが生産性の観点から好ましい。具体的には、2〜100個の間であることが好ましい。100個を超えた場合、100個の吐出孔19から所望の液滴を形成させようとすると、振動発生手段20に与える電圧を高く設定する必要が生じ、振動発生手段20としての圧電体の挙動が不安定となる。
また、複数の吐出孔19を開孔する場合、吐出孔間のピッチは20μm以上、液柱共鳴液室の長さ以下であることが好ましい。吐出孔間のピッチが20μmより小さい場合、隣あう吐出孔より放出された液滴同士が衝突して大きな滴となってしまう確率が高くなり、トナーの粒径分布悪化につながる。
次に、液柱共鳴液滴形成法において、液滴形成ユニットにおける液滴吐出ヘッド内の液柱共鳴液室で生じる液柱共鳴現象の様子について、当該様子を示す図6A〜Eを用いて説明する。
なお、図6A〜Eにおいて、液柱共鳴液室内に記した実線は液柱共鳴液室内の固定端側から液共通供給路側の端部までの間の任意の各測定位置における速度をプロットした速度分布を示し、液共通供給路側から液柱共鳴液室への方向を「+」とし、その逆方向を「−」とする。また、液柱共鳴液室内に記した点線は液柱共鳴液室内の固定端側から液共通供給路側の端部までの間の任意の各測定位置における圧力値をプロットした圧力分布を示し、大気圧に対して正圧を「+」とし、負圧は「−」とする。また、正圧であれば図中の下方向に圧力が加わることになり、負圧であれば図中の上方向に圧力が加わることになる。
更に、図6A〜Eにおいて、上述したように液共通供給路側が開放されているが液共通供給路17と液柱共鳴液室18とが連通する開口の高さ(図1に示す高さh2)に比して固定端となるフレームの高さ(図1に示す高さh1)は約2倍以上が好ましい。そのため、液柱共鳴液室18はほぼ両側固定端であるという近似的な条件のもとでの速度分布及び圧力分布の時間的なそれぞれの変化を示している。
図6Aは、液滴吐出時の液柱共鳴液室18内の圧力波形と速度波形を示している。また、図6Bは、液滴吐出直後の液引き込みを行った後再びメニスカス圧が増加してくる。これら図6A及びBに示すように、液柱共鳴液室18における吐出孔19が設けられている流路内での圧力は極大となっている。その後、図6Cに示すように、吐出孔19付近の正の圧力は小さくなり、負圧の方向へ移行して液滴21が吐出される。
そして、図6Dに示すように、吐出孔19付近の圧力は極小になる。このときから液柱共鳴液室18へのトナー組成液14の充填が始まる。その後、図6Eに示すように、吐出孔19付近の負の圧力は小さくなり、正圧の方向へ移行する。この時点で、トナー組成液14の充填が終了する。
そして、再び、図6Aに示すように、液柱共鳴液室18の液滴吐出領域の正の圧力が極大となって、吐出孔19から液滴21が吐出される。このように、液柱共鳴液室内には振動発生手段の高周波駆動によって液柱共鳴による定在波が発生し、また圧力が最も大きく変動する位置となる液柱共鳴による定在波の腹に相当する液滴吐出領域に吐出孔19が配置されていることから、当該腹の周期に応じて液滴21が吐出孔19から連続的に吐出される。
次に、実際に液柱共鳴法によって液滴が吐出された場合の一例について説明する。この一例は、図1において液柱共鳴液室18の長手方向の両端間の長さLが1.85mm、N=2の共鳴モード(両側固定端)であって、第1から第4の吐出孔がN=2の共鳴モード圧力定在波の腹の位置に吐出孔を配置し、駆動周波数を340kHzのサイン波で行った吐出をレーザーシャドウグラフィ法にて撮影した様子を図9に示す。図9からわかるように、液滴の径が非常に揃っており、かつ吐出速度もほぼ揃った液滴の吐出が実現している。
また、図10は、第1から第4の吐出孔がN=1の共鳴モード圧力定在波の腹の位置に吐出孔を配置し、駆動周波数85kHz〜165kHzの同一振幅サイン波にて駆動した際の液滴速度周波数特性、及び、第1から第4の吐出孔がN=2の共鳴モード圧力定在波の腹の位置に吐出孔を配置し、駆動周波数290kHz〜395kHzの同一振幅サイン波にて駆動した際の液滴速度周波数特性を示す特性図である。縦軸は吐出速度(m/s)、横軸は駆動周波数(kHz)である。
図10からわかるように、第1〜第4の吐出孔において駆動周波数が340kHz付近では各吐出孔からの吐出速度が均一となって、かつ最大吐出速度となっていた。この特性結果から、液柱共鳴周波数のN=2の共鳴モード、駆動周波数340kHzにおいて、液柱共鳴定在波の腹の位置で均一吐出が実現していることがわかる。また、図10の特性結果から、N=1の共鳴モードである130kHzにおいての液滴吐出速度ピークと、N=2の共鳴モードである340kHzにおいての液滴吐出速度ピークとの間では液滴は吐出しないという液柱共鳴の特徴的な液柱共鳴定在波の周波数特性が液柱共鳴液室内で発生していることがわかる。
<液滴固化工程及び液滴固化手段>
前記液滴固化工程は、前記液滴を固化してトナーを形成する工程である。具体的には、前記液滴吐出手段から気体中に吐出させたトナー組成液の液滴を固化させる処理の後、捕集する処理を行うことで、本発明のトナーを得ることができる。
前記液滴固化手段は、前記液滴を固化してトナーを形成する手段である。
前記固化させる処理とは、トナー組成液を固体状態にできれば、特に制限はなく、トナー組成液の性状により、適宜選択することができる。例えば、トナー組成液が固体原材料を揮発可能な溶媒に溶解乃至分散させたものであれば、液滴噴射後、搬送気流中液滴を乾燥させる、すなわち溶媒を揮発させることで達成することができる。溶媒の乾燥にあたっては、噴射する気体の温度や蒸気圧、気体種類などを適宜選定して乾燥状態を調整することができる。また、完全に乾燥していなくとも、捕集された粒子が固体状態を維持していれば、回収後に別工程で追加乾燥させても構わない。また、温度変化や化学的反応などを施すことにより、固化状態を形成させてもよい。
前記捕集する処理としては、特に制限はなく、適宜選択することができ、例えば、公知の粉体捕集手段を用い、サイクロン捕集、バックフィルター捕集などにより気中から回収することができる。
<本発明のトナーの製造装置の実施態様>
本発明のトナーの製造方法で用いられる具体的製造装置について図7を用いて説明する。図7のトナー製造装置1は、液滴吐出手段2、固化及び捕集ユニット60を有する。
液滴吐出手段2には、トナー組成液14を収容する原料収容器13と、原料収容器13に収容されているトナー組成液14を、液供給管16を通して液滴吐出手段2に供給する。更に液戻り管22を通って原料収容器13に戻すために液供給管16内のトナー組成液14を圧送する液循環ポンプ15が連結されており、トナー組成液14を随時液滴吐出手段2に供給できる。
液供給管16にはP1、乾燥捕集ユニットにはP2の圧力測定器が設けられており、液滴吐出手段2への送液圧力および、乾燥捕集ユニット内の圧力は圧力計P1、P2によって管理される。このときに、P1>P2の関係であると、トナー組成液1が孔12から染み出すおそれがあり、P1<P2の場合には吐出手段に気体が入り、吐出が停止するおそれがあるため、P1≒P2があることが望ましい。
チャンバ61内では、搬送気流導入口64から作られる下降気流101が形成されている。液滴吐出手段2から吐出された液滴21は、重力よってのみではなく、搬送気流101によっても下方に向けて搬送され、固化粒子捕集手段62によって捕集される。
<<搬送気流>>
前記搬送気流については、以下の点にも留意するとよい。
噴射された液滴同士が乾燥前に接触すると、液滴同士が合体し一つの粒子になってしまう(以下、この現象を「合着」ともいう)。均一な粒径分布の固化粒子を得るためには、噴射された液滴どうしの距離を保つ必要がある。しかしながら、噴射された液滴は一定の初速度を持っているが空気抵抗により、やがて失速する。失速した粒子には後から噴射された液滴が追いついてしまい、結果として合着する。
この現象は、定常的に発生するため、この粒子を捕集すると粒径分布はひどく悪化することとなる。合着を防ぐためには液滴の速度低下をなくし、液滴同士を接触させないように搬送気流101によって合着を防ぎながら、液滴を固化させつつ搬送する必要があり、最終的には固化粒子捕集手段62まで固化粒子を運ぶ。
例えば搬送気流101は図1に示されるように、その一部を第一の気流として液滴吐出手段近傍に液滴吐出方向と同一方向に配置することで、液滴吐出直後の液滴速度低下を防ぎ、合着を防止することができる。あるいは、図8に示すように吐出方向に対して横方向であってもよい。あるいは、角度を持っていても良く、液滴吐出手段より液滴が離れるような角度を持っていることが望ましい。図8のように液滴吐出に対して横方向から合着防止気流を与える場合は吐出口から合着防止気流によって液滴が搬送された際に軌跡が重ならないような方向であることが望ましい。
上記のように第一の気流によって合着を防いだ後に、第二の気流によって固化粒子捕集手段まで固化粒子を運んでもよい。
第一の気流の速度は液滴噴射速度と同じかそれ以上であることが望ましい。液滴噴射速度より合着防止気流の速度が遅いと、合着防止気流本来の目的である液滴粒子を接触させないという機能を発揮させることが難しい。
第一の気流の性状は、液滴同士が合着しないような条件を追加することができ、第二の気流と必ずしも同じでなくともよい。また、合着防止気流に粒子表面の固化を促進させるような化学物質を混入したり、物理的作用を施してもよい。
搬送気流101は、特に気流の状態として限定されることはなく、層流や旋回流や乱流であっても構わない。搬送気流101を構成する気体の種類は特に限定はなく、空気であっても窒素等の不燃性気体を用いてもよい。また、搬送気流101の温度は適宜調整可能であり、生産時において変動のないことが望ましい。またチャンバ61内に搬送気流101の気流状態を変えるような手段をとっても構わない。搬送気流101は液滴21同士の合着を防止するだけでなく、チャンバ61に付着することを防止することに用いてもよい。
<その他の工程>
本発明のトナーの製造方法には、更に二次乾燥工程を施してもよい。
例えば、図7で示された固化粒子捕集手段62によって得られたトナー粒子に含まれる残留溶剤量が多い場合は、これを低減するために、必要に応じて、二次乾燥が行われる。
二次乾燥としては、特に制限はなく、流動床乾燥や真空乾燥のような一般的な公知の乾燥手段を用いることができる。有機溶剤がトナー中に残留すると、耐熱保存性や定着性、帯電特性等のトナー特性が経時で変動するだけでなく、加熱による定着時において有機溶剤が揮発するため、使用者および周辺機器へ悪影響を及ぼす可能性が高まるため、充分な乾燥が必要である。
(現像剤)
本発明の現像剤は、本発明の前記トナーを少なくとも含有し、更に必要に応じて、キャリアなどのその他の成分を含有する。
<キャリア>
前記キャリアとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、フェライト、マグネタイト等のキャリア、樹脂コートキャリアなどを挙げることができる。
前記樹脂コートキャリアは、キャリアコア粒子と該キャリアコア粒子の表面を被覆(コート)する樹脂である樹脂被覆材とからなる。
前記キャリアの体積抵抗値としては、特に制限はなく、キャリアの表面の凹凸度合い、被覆する樹脂の量などに応じて適宜調整することにより設定することができるが、10log(Ω・cm)〜1010log(Ω・cm)が好ましい。
前記キャリアの平均粒径としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、4μm〜200μmが好ましい。
以下、実施例に基づいて本発明を更に具体的に説明するが、本発明は、これら実施例によって制限されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない限りこれらの実施例を適宜改変したものも本件の発明の範囲内である。なお、「部」は、質量部を表わす。
(実施例1)
<トナー1の作製>
−着色剤分散液の調製−
先ず、着色剤として、カーボンブラック分散液を調製した。
カーボンブラック(Regal400、Cabot社製)6.2質量部、及び顔料分散剤(RSE−801T、三洋化成工業社製)9.3質量部を、酢酸エチル84.5質量部に、攪拌羽を有するミキサーを使用して一次分散させた。得られた一次分散液を、ダイノーミルを用いて強力なせん断力により細かく分散し、凝集体を完全に除去した二次分散液を調製した。更に、0.45μmの細孔を有するポリテトラフルオロエチレン(PTFE)フィルター(フロリナートメンブレンフィルターFHLP09050、日本ミリポア社製)を通過させ、サブミクロン領域まで分散させたカーボンブラック分散液を調製した。
−トナー組成液の調製−
酢酸エチル815.5質量部に、離型剤として[WAX]を5.6質量部、結着樹脂として[ポリエステル樹脂A]を72.1質量部、[結晶性ポリエステル樹脂A’]を4.4質量部、帯電制御剤として[FCA−N]を1.4部、[レべリング剤]を1.0質量部、混合して70℃にて攪拌羽を有するミキサーを使用して溶解した。溶解後、液温を55℃に調整し、着色剤分散液(前記カーボンブラック分散液)を100部添加した。添加後においても顔料の沈降や凝集は観察されず、酢酸エチルに均一に分散していた。
上記材料について以下詳述する。
前記[WAX]は、融点70℃であるパラフィン系ワックスHNP11(日本精蝋社製)である。
前記[ポリエステル樹脂A]は、テレフタル酸、イソフタル酸、コハク酸、エチレングリコール、ネオペンチルグリコールからなる重量平均分子量24,000、Tg60℃の結着樹脂である。
前記[結晶性ポリエステル樹脂A’]はセバシン酸、ヘキサンジオールからなる重量平均分子量13,000、融点70℃の結晶性樹脂である。樹脂の重量平均分子量Mwは、樹脂のTHF溶解分をGPC測定装置GPC−150C(ウォーターズ社製)によって測定した。カラムにはKF801〜807(ショウデックス社製)を使用し、検出器にはRI(屈折率)検出器を用いた。酢酸エチルの沸点は76.8℃であった。
前記[FCA−N]は、藤倉化成社製FCA−Nである。
前記[レベリング剤1]としては、BYK−306(ビックケミー・ジャパン社製)を使用した。
−トナー母体粒子の作製−
図8に示すトナー製造装置を用いて、トナーを作製した。
本実施例では、トナー組成液25を液滴吐出ヘッド2に送り込んだ。送液手段27として、シリンジポンプを用いた。液滴吐出手段として図3Aに示す液滴吐出ヘッドを有する図8のトナーの製造装置を用いて、液滴を吐出させた。製造装置の条件設定は以下の通りである。また、前記トナー組成液が送液される製造装置内の容器の設定温度は55℃とし、下降気流101の温度を40℃とした。
液滴を吐出させた後、乾燥窒素を用いた液滴固化処理により該液滴を乾燥固化し、サイクロン捕集した後、更に35℃/90%RHにて48時間、40℃/50%RHにて24時間送風乾燥することにより、トナー母体粒子を作製した。
このようにして、トナーの作製を連続して24時間行ったが、吐出孔が詰まることはなかった。
〔製造装置条件〕
液柱共鳴液室の長手方向の長さL:1.85mm
1液室あたりの吐出孔の数 :8孔
吐出孔開口部の直径 :10.0μm
乾燥温度(窒素) :60℃
駆動周波数 :310kHz
圧電体への印加電圧 :8.0V
次に、上記のようにして得たトナー母体粒子100質量部に対し、市販のシリカ微粉体HDK/2000H(平均一次粒子径19nm、クラリアント社製)1.0質量部、乾式法によるフェームドシリカUFP−35(平均粒径78nm、電気化学工業社製)1.0質量部、平均粒径20nmの酸化チタン(JMT−150IB、テイカ社製)0.8重量部をヘンシェルミキサーにて混合した。目開き60μmの篩を通過させることにより粗大粒子や凝集物を取り除き、[トナー1]を得た。[トナー1]のトナー母体粒子の処方と外添処方を表1に示す。
<現像剤の作製>
前記[トナー1]5質量部と、以下で記載するキャリア95質量部とを、ターブラーシェーカーミキサー(シンマルエンタープライゼス社製)で混合し、[現像剤1]を得た。
−キャリアの作製−
シリコーン樹脂(オルガノストレートシリコーン) 100質量部
トルエン 100質量部
γ−(2−アミノエチル)アミノプロピルトリメトキシシラン 5質量部
カーボンブラック 10質量部
上記混合物をホモミキサーで20分間分散し、コート層形成液を調製した。このコート層形成液を、流動床型コーティング装置を用いて、粒径50μmの球状マグネタイト1000質量部の表面にコーティングして磁性キャリアを得た。
[トナー1]を含む[現像剤1]を用いた画像形成装置を使い、以下に記載する評価方法により評価を行った。評価結果を表2に示す。
(実施例2)
表1に記載の外添処方に代えたこと以外はすべて実施例1と同様の条件で[トナー2]を作製した。得られたトナーを用いて実施例1と同様にして現像剤を作製し、評価を行った。
(実施例3)
表1に記載の外添処方に代えたこと以外はすべて実施例1と同様の条件で[トナー3]を作製した。得られたトナーを用いて実施例1と同様にして現像剤を作製し、評価を行った。
(実施例4)
レベリング剤としてBYK−310を用いたこと以外はすべて実施例1と同様の条件で[トナー4]を作製した。得られたトナーを用いて実施例1と同様にして現像剤を作製し、評価を行った。
(実施例5)
レベリング剤の添加量を0.1部としたこと以外はすべて実施例1と同様の条件で[トナー5]を作製した。得られたトナーを用いて実施例1と同様にして現像剤を作製し、評価を行った。
(実施例6)
レベリング剤の添加量を2.0部としたこと以外はすべて実施例1と同様の条件で[トナー6]を作製した。得られたトナーを用いて実施例1と同様にして現像剤を作製し、評価を行った。
(実施例7)
表1に記載の外添処方に代えたこと以外はすべて実施例1と同様の条件で[トナー7]を作製した。得られたトナーを用いて実施例1と同様にして現像剤を作製し、評価を行った。
(実施例8)
トナー組成液にレベリング剤を添加しなかったこと、得られたトナーに対し350℃でサーフュージョン処理(高温の熱風中にトナーをさらすことで、トナー粒子を球形にする処理である。例えば、特開2010−134262号公報参照)を施したこと以外はすべて実施例1の条件で[トナー8]を得た。得られたトナーはサーフュージョン処理により比表面積を低くすることができたが、熱溶融により粒子同士が合着してしまうため、ブロードな粒径分布となった。得られたトナーを用いて実施例1と同様にして現像剤を作製し、評価を行った。
(比較例1)
以下で記載する乳化方式によりトナー母体粒子を作製した。
<微粒子エマルションの調製>
撹拌棒、及び温度計をセットした反応容器内に、水683質量部、メタクリル酸エチレンオキサイド付加物硫酸エステルのナトリウム塩(エレミノールRS−30、三洋化成工業社製)11質量部、スチレン83質量部、メタクリル酸83質量部、アクリル酸ブチル110質量部、及び過硫酸アンモニウム1質量部を仕込み、400回転/分間で15分間撹拌したところ、白色の乳濁液が得られた。加熱して、系内温度75℃まで昇温し5時間反応させた。更に、1質量%過硫酸アンモニウム水溶液30質量部加え、75℃で5時間熟成してビニル系樹脂(スチレン−メタクリル酸−アクリル酸ブチル−メタクリル酸エチレンオキサイド付加物硫酸エステルのナトリウム塩の共重合体)の水性分散液[微粒子分散液]を得た。
得られた[微粒子分散液]を粒度分布測定装置(LA−920、堀場製作所製)で測定した体積平均粒径は、105nmであった。[微粒子分散液]の一部を乾燥して樹脂分を単離した。該樹脂分のガラス転移温度(Tg)は59℃であり、重量平均分子量(Mw)は150000であった。
<ポリエステル樹脂の合成>
冷却管、撹拌機、及び窒素導入管の付いた反応容器内に、ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物229質量部、ビスフェノールAプロピレンオキサイド3モル付加物529質量部、テレフタル酸208質量部、アジピン酸46質量部、及びジブチルチンオキサイド2質量部を入れ、常圧下、230℃で8時間反応させ、更に10mmHg〜15mmHgの減圧で5時聞反応させた後、該反応容器に無水トリメリット酸30質量部を入れ、常圧下、180℃で2時間反応させることにより、ポリエステル樹脂を得た。該ポリエステル樹脂は、重量平均分子量(Mw)が6,700であり、ガラス転移温度(Tg)が43℃であり、酸価が20mgKOH/gであった。
<水相の調製>
水990質量部、前記微粒子分散液183質量部、ドデシルジフェニルエーテルジスルホン酸ナトリウムの48.5質量%の水溶液(「エレミノールMON−7」、三洋化成工業社製)37質量部、及び酢酸エチル90質量部を混合撹拌し、乳白色の液体(水相)を得た。
<低分子ポリエステルの合成>
冷却管、撹拌機、及び窒素導入管の付いた反応容器中に、ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物682質量部、ビスフェノールAプロピレンオキサイド2モル付加物81質量部、テレフタル酸283質量部、無水トリメリット酸22質量部、及びジブチルチンオキサイド2質量部を仕込み、常圧下、230℃にて5時間反応させて、低分子ポリエステルを合成した。
得られた低分子ポリエステルは、数平均分子量(Mn)が2,100、重量平均分子量(Mw)が9,500、ガラス転移温度(Tg)が55℃、酸価が0.5mgKOH/gであり、水酸基価が51mgKOH/gであった。
<反応可能な置換基を有する変性ポリエステルの合成>
冷却管、撹拌機、及び窒素導入管の付いた反応容器中に、前記低分子ポリエステル410質量部、イソホロンジイソシアネート89質量部、及び酢酸エチル500質量部を仕込み、100℃にて5時間反応させて、反応可能な置換基を有する変性ポリエステルを合成した。
得られた反応可能な置換基を有する変性ポリエステルの遊離イソシアネート含有量は、1.53質量%であった。
<シアンマスターバッチの調製>
水1,200質量部、着色剤としてC.I.PB15:3(大日精化工業社製)270質量部、顔料誘導体SOLSPERSE5000(ルーブリゾール社製)8質量部、及び前記ポリエステル樹脂1,200質量部をヘンシェルミキサー(三井鉱山社製)で混合した。該混合物を二本ロールで150℃にて30分間混練した後、圧延冷却し、パルペライザー(ホソカワミクロン社製)で粉砕して、マスターバッチを調製した。
<有機溶媒相の調製>
撹拌棒、及び温度計をセットした反応容器内に、前記ポリエステル樹脂378質量部、カルナバワックス110質量部、及び酢酸エチル947質量部を仕込み、撹拌下、80℃まで昇温し、80℃のまま30時間保持した後、1時間かけて30℃まで冷却して原料溶解液を得た。
得られた原料溶解液1,324質量部を反応容器に移し、ビーズミル(「ウルトラビスコミル」、アイメックス社製)を用いて、送液速度1kg/hr、ディスク周速度6m/秒、及び0.5mmジルコニアビーズを80体積%充填した条件で9時間分散して、前記カルナバワックスの分散を行った。
次いで、該分散液に前記低分子ポリエステルの65質量%酢酸エチル溶液1,324質量部を添加し、前記マスターバッチ500質量部、及び酢酸エチル500質量部を仕込み、1時間混合した。次いで前記混合液を25℃に保ち、エバラマイルダー(入り口側よりG、M、Sの組み合わせ)で、流量1kg/minで4パスし、有機溶媒相(顔料・ワックス分散液)を調製した。
得られた有機溶媒相の固形分濃度は(130℃、30分)は、50質量%であった。
<乳化及び分散>
反応容器中に、前記有機溶媒相749質量部、前記反応可能な置換基を有する変性ポリエステル115質量部、及びイソホロンジアミン(和光純薬工業社製)化合物2.9質量部を仕込み、ホモミキサー(特殊機化工業社製、TKホモミキサーMKII)を用いて5,000rpmにて1分間混合した後、反応容器中に前記水相1,200質量部を添加し、前記ホモミキサーで、回転数9,000rpmにて3分間混合した。その後攪拌機で20分撹拌し、乳化スラリーを調製した。
次に、撹拌機及び温度計をセットした反応容器中に、前記乳化スラリーを仕込み、25℃にて脱溶剤行った。有機溶剤を除去した後45℃にて15時間熟成を行い、分散スラリーを得た。
<洗浄工程>
前記分散スラリー100質量部を減圧濾過した後、濾過ケーキにイオン交換水100質量部を添加し、ホモミキサーで混合(回転数8,000rpmにて10分間)した後、濾過した。ここで得た濾過ケーキにイオン交換水100質量部を添加し、ホモミキサーで混合(回転数8,000rpmにて10分間)した後、減圧濾過した。ここで得た濾過ケーキに10質量%水酸化ナトリウム水溶液100質量部を添加し、ホモミキサーで混合(回転数8,000rpmにて10分間)した後、濾過した。ここで得た濾過ケーキに10質量%塩酸100質量部を添加し、ホモミキサーで混合(回転数8,000rpmにて10
分間)した後、濾過した。ここで得た濾過ケーキにイオン交換水300質量部を添加し、ホモミキサーで混合(回転数8,000rpmにて10分間)した後で濾過する操作を2回行い、最終濾過ケーキを得た。ここで得られた最終濾過ケーキを循風乾燥機で45℃にて48時間乾燥し、目開き75μmメッシュで篩い、比較例1の母体トナー(乳化方式トナー母体粒子)を得た。
上記のようにして得た比較例1のトナー母体粒子100質量部に対し、市販のシリカ微粉体HDK/2000H(平均一次粒子径19nm、クラリアント社製)1.0質量部、乾式法によるフェームドシリカUFP−35(平均粒径78nm、電気化学工業社製)1.0質量部、平均粒径20nmの酸化チタン(JMT−150IB、テイカ社製)0.8重量部をヘンシェルミキサーにて混合した。目開き60μmの篩を通過させることにより粗大粒子や凝集物を取り除き、[比較トナー1]を得た。
得られた[比較トナー1]について、実施例1と同様にして現像剤を作製し、測定及び評価を行った。結果を表2に示す。
(比較例2)
表1に記載の外添処方に代えたこと以外はすべて比較例1と同様の条件で[比較トナー2]を作製した。得られたトナーを用いて実施例1と同様にして現像剤を作製し、評価を行った。
(比較例3)
レベリング剤を未添加としたこと以外はすべて実施例1と同様の条件で[比較トナー3]を作製した。得られたトナーを用いて実施例1と同様にして現像剤を作製し、評価を行った。
(比較例4)
レベリング剤を未添加としたこと以外はすべて実施例2と同様の条件で[比較トナー4]を作製した。得られたトナーを用いて実施例1と同様にして現像剤を作製し、評価を行った。
(比較例5)
表1に記載の外添処方に代えたこと以外はすべて比較例1と同様の条件で[比較トナー5]を作製した。得られたトナーを用いて実施例1と同様にして現像剤を作製し、評価を行った。
(比較例6)
下降気流101の温度を70℃としたこと以外はすべて比較例3と同様の条件で[比較トナー6]を作製した。得られたトナーを用いて実施例1と同様にして現像剤を作製し、評価を行った。
(比較例7)
以下のようにして[比較トナー7]を作製した。得られたトナーを用いて実施例1と同様にして現像剤を作製し、評価を行った。
<粉砕トナーの製造>
・ポリエステル樹脂B 40部
・ポリエステル樹脂C 40部
・カルナウバワックス 5部
(融点:83℃、酸価:4.015mgKOH/g、ケン化価:9015mgKOH/g)
・帯電制御剤(ボントロンE−304、オリエント化学社製) 1部
・カーボンブラック(#44、三菱化学社製) 13部
以上の処方で、1軸エクストルーダーで溶融混練を行い、冷却後粉砕、分級を行って、母体トナーを得た。
母体トナー100部にシリカ(R−972、日本アエロジル社製)1.0部、シリカ(H05TX、ワッカー社製)0.5部をヘンシェルミキサーで混合し、[比較トナー7]を得た。
上記ポリエステル樹脂B及びポリエステル樹脂Cについて説明する。
<<ポリエステル樹脂B(結着樹脂)>>
ビスフェノールAのプロピレンオキシド付加物、ビスフェノールAのエチレンオキシド付加物、フマル酸、及びトリメリット酸を原料とし、これらを反応させて、重量平均分子量:32000、軟化点:146℃、酸価:28mgKOH/g、ガラス転移温度(Tg):60℃のポリエステル樹脂Bを得た。
<<ポリエステル樹脂C(結着樹脂)>>
ビスフェノールAのプロピレンオキシド付加物、及びテレフタル酸を原料とし、これらを反応させて、重量平均分子量:15000、軟化点:100℃、酸価:15mgKOH/g、ガラス転移温度(Tg):59℃のポリエステル樹脂Cを得た。
(比較例8)
ポリエステル樹脂Aの代わりにRN290(花王社製)を添加したこと以外はすべて比較例3と同様の条件で[比較トナー8]を得た。得られたトナーを用いて実施例1と同様にして現像剤を作製し、評価を行った。
RN290は酸モノマーとしてフマル酸、無水トリメリット酸を使用し、アルコールモノマーとしてビスフェノールA−PO付加アルコール、ビスフェノールA−EO付加アルコールを使用したポリエステル樹脂であり、重量平均分子量Mw80000、軟化点が146℃である。RN290を添加したトナー組成液は、高分子量であるRN290を含有しているため粘度が高く、吐出時にノズルの閉塞が発生しやすくなった。そのためトナーの生産性が他の実施例、比較例と比較し悪化した。
(比較例9)
ポリエステル樹脂Aの添加量を77.7質量部としたこと、離型剤としての[WAX]を添加しなかったこと以外はすべて実施例8と同様の条件で[比較トナー9]を得た。得られたトナーを用いて実施例1と同様にして現像剤を作製し、評価を行った。
(評価)
実施例、比較例の評価について詳細を説明する。
<ソックスレー抽出>
トナー5.0gを円筒フィルターに入れ、トナーと円筒フィルターの重さを計量する。ソックスレー抽出器の最下部のフラスコに酢酸エチルを500mL、中間部にトナーの入った円筒フィルター、最上部には冷却管を設置した。フラスコをマントルヒーターで90℃に加熱し24時間、酢酸エチル可溶成分を抽出する。24時間後、円筒フィルターを取り出し50℃の乾燥機に24時間入れる。トナー残存成分を含む円筒フィルターの重さを計量し、残存成分の割合を算出した。
<トナー外添剤の遊離処理>
(1)分散溶液(界面活性剤)準備
第一工業製薬社のノイゲンET−165を500mlビーカーに5.00g計量する。
蒸留水を300ml加え、超音波にかけて溶かす。
1000mlメスフラスコに移し、メスアップする。
超音波にかけてなじませる。
(2)トナー分散溶液の調整
3.75gのトナーを計量する。
100mlスクリュー管に50mlの分散溶液を加える。
分散溶液を壁面になじませてからトナーを加え、静かに上下左右に回す。
スクリュー管を専用治具に入れて、30分間トナーが分散溶液になじむようボールミルで回転速度60rpmにて攪拌させる。
(3)超音波エネルギー付与
トナー分散溶液をスクリュー管からミニカップに移し、1分間、SNICS社製VibracellVC750を用い40Wの超音波エネルギーを付与する。
(4)遊離外添剤の分離
超音波付与したトナー分散溶液を50ml遠沈管に移し、2分間、2000rpmで遠心分離機にかける。遠心分離後、遠沈管の上澄みを捨てる。
(5)ろ過
30mlの純水を遠沈管に加え、沈殿したトナーをスパチュラで攪拌し、漏斗に流し込む。
吸引ろ過によって水分を引き、再度30mlの純水を遠沈管に加え、完全に沈殿したトナーを洗い出し、漏斗に流し込む。
ある程度乾燥したら、一度ビーカーにトナーを移し、60mlの純水を加えスパチュラで静かに攪拌させる。
再度漏斗に流し込み水を除去する。
乾燥したらアルミカップにトナーを移し、スパチュラで細かく砕く。
(6)乾燥
アルミカップを38℃の恒温槽に保管し、一晩乾燥させた。
<比表面積>
実施例及び比較例で得られたトナーの比表面積の算出は窒素の吸着量から算出するBET法により実施した。TriStar3000(島津製作所製)を用い測定した。
<低温定着性>
リコー社製IPSiO SP C220の定着ロール温度を任意の値に変更できるように改造したものを用意し、転写紙(「TYPE 6200」;リコー社製)をセットし、各トナーの付着量が1.00±0.05mg/cmのベタ画像を形成した。
定着ロール温度を100℃から10℃おきに上げ画像を出力した。出力された画像を手で擦り、トナーが剥がれなくなった温度を定着下限温度として評価した。
−評価基準−
◎:定着下限温度が110℃未満
○:定着下限温度が110℃以上120℃未満
△:定着下限温度が120℃以上130℃未満
×:定着下限温度が130℃以上
<蛍光X線測定>
実施例及び比較例のトナーを3.0g計量し、加圧成形器で6MPa、1分間、圧縮成形させ直径3.0cmのペレットを作製した。作製したペレットにおけるSiのmass%を蛍光X線ZSX−100e(リガク社製)で以下の測定条件で算出した。
−測定条件−
管電圧 :50kV
管電流 :10mA
検出器(Si) :PC
フィルター :OUT
分光結晶(Si) :PET
<フィルミング評価方法>
フィルミング評価方法を以下に示す。
1.評価に用いるトナー、装置を全て25℃、50%環境室に1日放置する。
2.複写機のPCU(プロセスカートリッジユニット)のトナーを全て除去し、現像装置中にキャリアのみを残す。
3.キャリアのみになった現像装置中に、サンプルとなるブラックトナーを28g投入し、トナー濃度7%の現像剤を400g作製する。
4.上記複写機本体に、現像装置を装着し、現像スリーブ線速300mm/sで、現像装置61のみを5分間空回しさせる。
5.現像スリーブ、感光体ともに狙いの線速でトレーリングにより回転させ、感光体上のトナー0.4±0.05mg/cmとなるように帯電電位、現像バイアスを調整する。
6.上記現像条件において、転写率が96±2[%]となるように転写電流を調整する。
7.全面ベタ画像を連続10000枚出力する。
8.出力した画像の画質を官能評価し、フィルミングによる白抜け数をカウントする。
なお、キャリアは評価に用いた複写機に搭載されているキャリアを使用した。
−評価基準−
◎:白抜け部分が少なく、かなり優れる
○:白抜け部分がまれに見られる
△:白抜け部分が目立つ
×:白抜け部分が非常に多い
◎、○を合格とし、△、×を不合格として判定した。
<転写性評価>
線速162mm/sec及び転写時間を40msecにチューニングしたリコー社製の複写機(Imagio MP 7501)評価機を用い、前記[現像剤1]について、A4サイズ、トナー付着量0.6mg/cmのベタパターンをテスト画像として出力するランニング試験を行った。テスト画像の初期、及び10万枚出力後、一次転写における転写効率を下記(式7)により、二次転写における転写効率を下記(式8)により、それぞれ求めた。評価基準は下記の通りである。
一次転写効率(%)=(中間転写体上に転写されたトナー量/電子写真感光体上に現像されたトナー量)×100 ・・・ (式7)
二次転写効率(%)=(中間転写体上に転写されたトナー量−中間転写体上の転写残トナー量/中間転写体上に転写されたトナー量)×100 ・・・ (式8)
−評価基準−
評価基準は、一次転写率と二次転写率の平均値を算出し以下の基準で評価した。
◎:90%以上
○:85%以上90%未満
×:85%未満
<粒径、円形度測定>
トナーの粒径(体積平均粒径(Dv)、個数平均粒径(Dn)、最頻度径)、及び円形度の測定は、シスメックス社製フロー式粒子像分析装置FPIA−3000を用いて、測定を行った。試料分散液を、フラットで偏平な透明フローセル(厚み約200μm)の流路を通過させ、フローセルの厚みに対して交差して通過する光路を形成するために、ストロボとCCDカメラが、フローセルに対して、相互に反対側に位置するように装着されている。試料分散液が流れている間に、ストロボ光が1/60秒間隔で照射され、その結果、それぞれの粒子は、フローセルに平行な一定範囲を有する2次元画像として撮影された。それぞれの粒子における2次元画像の面積から、同一の面積を有する円の直径を円相当径(Dv、Dn)として算出した。
また円形度は、以下に示す粒子の2次元画像から得られた周囲長(l)と、粒子面積と等しい面積を有する円の周囲長(L)との比で算出した。
円形度=(L)/(l)
なお、円形度の値が1に近づくほど粒子形状は真球となる。
上記実施例、比較例で作製したトナーの処方、上記評価結果を表1、表2に示す。なお、表1において、「−」は「配合なし」を示し、表2において、各評価項目に「△」及び「×」が一つもないことが実装に耐え得るレベルである。
1 トナー製造装置
2 液滴吐出手段
9 弾性板
11 液柱共鳴液滴吐出手段
12 気流通路
13 原料収容器
14 トナー組成液
15 液循環ポンプ
16 液供給管
17 液共通供給路
18 液柱共鳴流路
19 吐出孔
20 振動発生手段
21 液滴
22 液戻り管
24 ノズル角度
25 トナー組成液(着色剤分散液なし)
26 着色剤分散液
27 送液手段
60 乾燥捕集手段
61 チャンバ
62 トナー捕集手段
63 トナー貯留部
64 搬送気流導入口
65 搬送気流排出口
101 下降気流
P1 液圧力計
P2 チャンバ内圧力計
特開平7−152202号公報 特開2005−49858号公報 特開2008−233406号公報 特開2011−212668号公報 特開2008−242416号公報 特開昭63−30862号公報 特開平9−43905号公報 特開2011−33916号公報 特開2011−33986号公報

Claims (11)

  1. 少なくとも結着樹脂、着色剤、離型剤及び外添剤を含有するトナーであって、
    平均円形度が0.965以上0.985未満であり、前記外添剤を遊離処理した後のBET比表面積が1.2m/g未満であることを特徴とするトナー。
  2. レベリング剤を含むことを特徴とする請求項1に記載のトナー。
  3. 前記トナーを酢酸エチルによるソックスレー抽出をしたときに残存する固形分が12%以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載のトナー。
  4. 前記トナーのBET比表面積が2.50m/g以下であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のトナー。
  5. 蛍光X線によるSiのmass%が2.0%以下であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のトナー。
  6. 粒度分布Dv/Dn(体積平均粒径(μm)/個数平均粒径(μm))が、1.00≦Dv/Dn<1.15であることを特徴とする1〜5のいずれかに記載のトナー。
  7. 個数平均における最頻度径が3.0μm以上7.0μm以下であることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載のトナー。
  8. 噴射造粒法によって製造されることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載のトナー。
  9. 請求項1〜8のいずれかに記載のトナーを用いることを特徴とする現像剤。
  10. 請求項1〜8のいずれかに記載のトナーを製造するトナー製造方法であって、
    結着樹脂、着色剤及び離型剤を溶解乃至分散させたトナー組成液を吐出させて液滴を形成する液滴形成工程と、前記液滴を固化してトナーを形成する液滴固化工程とを有することを特徴とするトナー製造方法。
  11. 請求項1〜8のいずれかに記載のトナーを製造するトナー製造装置であって、
    結着樹脂、着色剤及び離型剤を溶解乃至分散させたトナー組成液を吐出させて液滴を形成する液滴形成手段と、前記液滴を固化してトナーを形成する液滴固化手段とを有することを特徴とするトナー製造装置。
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