JP2017021090A - カプセルトナーの製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】シェル層用粒子がコア粒子から剥離する現象を抑制し、耐ブロッキング性に優れるカプセルトナーを得ることが可能なカプセルトナーの製造方法を提供する。
【解決手段】コア粒子と該コア粒子の表面に形成されるシェル層とを備えるカプセルトナーの製造方法において、コア粒子の表面にシェル層用粒子の水分散体を付着させて湿潤複合粒子を形成させる複合粒子形成工程と、前記湿潤複合粒子を20torr以上500torr以下の圧力下で撹拌し、コア粒子表面でシェル層用粒子を膜化させる膜化工程とを含むことを特徴とするカプセルトナーの製造方法である。
【選択図】図2

Description

本発明は、コア粒子(以下、トナー母粒子と呼ぶことがある)と該コア粒子の表面に形成されるシェル層とを備えるカプセルトナーの製造方法に関し、特には、シェル層用粒子がコア粒子から剥離する現象を抑制し、耐ブロッキング性に優れるカプセルトナーを得ることが可能なカプセルトナーの製造方法に関するものである。
電子写真方式を利用した画像形成装置においては、軟化温度の低い結着樹脂を含むトナーを用い、低温定着を行う方法がある。低温定着を行うことで、定着装置に供給する電力を抑えることができる。しかしながら、軟化温度の低い結着樹脂を含むトナーは、熱により融着しやすく、耐ブロッキング性が低下する。
軟化温度の低い結着樹脂を含むトナー母粒子の表面に対して、トナー母粒子よりも軟化温度が高く耐熱性の高い樹脂微粒子で被覆して、カプセルトナーを製造することで、トナーの低温定着性を損なわずに、耐ブロッキング性を向上させる方法がある。
このように樹脂微粒子をトナー母粒子表面で膜化させるカプセルトナーの製造方法としては、例えば、水系媒体中でトナー母粒子表面に樹脂微粒子を付着させて加熱する方法、トナー母粒子表面に樹脂微粒子を付着させて機械的衝撃力を与える方法、トナー母粒子表面に樹脂微粒子を付着させて300℃以上の高温気流中で加熱する方法、トナー母粒子を撹拌しながら樹脂微粒子エマルションを噴霧する方法等が知られている。
例えば、特許文献1には、軟化温度の低いトナー母粒子表面に軟化温度の高い樹脂微粒子を被覆した後、機械的衝撃力を付与することにより軟化温度の高い樹脂微粒子からなる被覆層を形成(樹脂微粒子を固着被覆)し、低温定着性と耐ブロッキング性を向上させたトナーが開示されている。また、特許文献2では、樹脂微粒子を機械的衝撃力により芯粒子表面に固定して、定着方法の改良と共に低消費電力で非オフセット性を向上させたトナーが開示されている。
特許第2838410号公報 特開平2−163754号公報
しかしながら、従来のカプセルトナーの製造方法のうち、トナー母粒子表面に樹脂微粒子を付着させてこれに機械的衝撃力を与えて膜化させる方法においては、通常、樹脂微粒子が乾燥状態でトナー母粒子表面に付着しているため、樹脂微粒子同士の凝集が起きたり、機械的衝撃力を付与する際に発生する風圧等によってトナー母粒子からの樹脂微粒子の遊離(剥離)が起きたりする問題があった。このようにして得られるカプセルトナーは、樹脂微粒子をトナー母粒子表面に均一に付着させることが困難な傾向にあるため、トナー母粒子表面の一部が露出し、ブロッキングが起こり易くなる。
また、トナー母粒子を撹拌しながら樹脂微粒子エマルションを噴霧する方法を利用することによって、乾燥した樹脂微粒子を使用した場合に起こり得る課題を解消することも考えられるが、例えば樹脂微粒子エマルションを構成する溶媒(水等)を乾燥させる際に新たな問題が生じることになる。具体的には、樹脂微粒子の膜化を行う際に水を乾燥させるため、膜化工程での温度を高く設定したり、その作業時間を長くしたりすることが予測されるが、この場合、カプセルトナーの球形化が起きたり、カプセルトナー同士の凝集が起きたりするものと考えられる。その上、トナー母粒子を撹拌しながら樹脂微粒子エマルションを噴霧する方法を利用したとしても、機械的衝撃力を与える際にトナー母粒子から樹脂微粒子の遊離(剥離)が起こる問題については依然として改良の余地がある。
そこで、本発明の目的は、上記従来技術の問題を解決し、シェル層用粒子がコア粒子から剥離する現象を抑制し、耐ブロッキング性に優れるカプセルトナーを得ることが可能なカプセルトナーの製造方法を提供することにある。
本発明者は、トナー母粒子表面で樹脂微粒子を膜化させる工程に先立ち、コア粒子の表面にシェル層用粒子の水分散体を付着させて湿潤複合粒子を形成させる工程を行うことについて検討した。このようにして得られる湿潤複合粒子は、コア粒子表面にシェル層用粒子と水が存在しており、水の濡れ効果によってシェル層用粒子をコア粒子表面に強く付着させることができ、コア粒子からのシェル層用粒子の剥離を抑え、コア粒子表面を均一に被覆することができる。
しかしながら、水の濡れ効果によってシェル層用粒子をコア粒子表面に付着させることができたとしても、湿潤複合粒子を気流中で撹拌するため、例えば湿潤複合粒子を撹拌装置内に入れて撹拌した場合に、コア粒子からシェル層用粒子が剥離してしまう課題が存在する。そこで、本発明者は、更に検討したところ、撹拌装置内に存在している空気等の気体の影響によって撹拌時にコア粒子からシェル層用粒子の一部を剥離してしまうことが分かった。このため、気体の影響が無視できる程度に撹拌装置内を減圧しながら湿潤複合粒子を撹拌することで、コア粒子からのシェル層用粒子の剥離を抑えることができ、コア粒子表面の露出がなく、耐ブロッキング性に優れたカプセルトナーを製造できることを見出した。
更に、本発明者は、撹拌装置内を減圧しすぎると、複合粒子の流動性が低下することになり、複合粒子から水を十分に乾燥できない場合があることも見出した。なお、複合粒子の流動性が著しく低下すると、シェル層用粒子の膜化にも影響を及ぼす恐れがある。
即ち、本発明のカプセルトナーの製造方法は、コア粒子と該コア粒子の表面に形成されるシェル層とを備えるカプセルトナーの製造方法において、
コア粒子の表面にシェル層用粒子の水分散体を付着させて湿潤複合粒子を形成させる複合粒子形成工程と、
前記湿潤複合粒子を20torr以上500torr以下の圧力下で撹拌し、コア粒子表面でシェル層用粒子を膜化させる膜化工程と
を含むことを特徴とする。
本発明のカプセルトナーの製造方法の好適例においては、前記膜化工程において、湿潤複合粒子の撹拌が、50torr以上400torr以下の圧力下で行われる。
本発明によれば、シェル層用粒子がコア粒子から剥離する現象を抑制し、耐ブロッキング性に優れるカプセルトナーを得ることが可能なカプセルトナーの製造方法を提供することができる。
本発明のカプセルトナーの製造方法に使用できる撹拌装置の一例の概略断面図である。 本発明のカプセルトナーの製造方法の一実施態様を示すフローチャートである。
以下に、本発明のカプセルトナーの製造方法を詳細に説明する。本発明のカプセルトナーの製造方法は、コア粒子と該コア粒子の表面に形成されるシェル層とを備えるカプセルトナーの製造方法において、コア粒子の表面にシェル層用粒子の水分散体を付着させて湿潤複合粒子を形成させる複合粒子形成工程と、前記湿潤複合粒子を20torr以上500torr以下の圧力下で撹拌し、コア粒子表面でシェル層用粒子を膜化させる膜化工程とを含むことを特徴とする。
本発明のカプセルトナーの製造方法においては、まず、コア粒子の表面にシェル層用粒子の水分散体を付着させて湿潤複合粒子を形成させる(複合粒子形成工程)。この複合粒子形成工程によって得られる湿潤複合粒子は、コア粒子と、該コア粒子表面にシェル層用粒子及び水を備えており、水の濡れ効果によってシェル層用粒子をコア粒子表面に強く付着することができ、これにより、コア粒子からのシェル層用粒子の剥離を抑え、コア粒子表面を均一に被覆することができる。上記湿潤複合粒子中において、水の含有量は、3質量%以上で且つ30質量%以下であることが好ましい。水の含有量が3質量%未満では、水の濡れ効果を十分に発揮できない場合もあり、一方、水の含有量が30質量%を超えると、後述する膜化工程において十分な乾燥が困難になる場合もある。
上記複合粒子形成工程において、コア粒子の表面にシェル層用粒子の水分散体を付着させる方法としては、コア粒子にシェル層用粒子の水分散体を噴射させる手段やコア粒子とシェル層用粒子の水分散体とを混合させる手段等の様々な手段が利用できる。コア粒子へのシェル層用粒子の水分散体の噴射には、例えば、噴射ノズルを使用できる。また、コア粒子とシェル層用粒子の水分散体の混合には、公知の混合機を使用でき、例えば、ヘンシェルミキサ(商品名、日本コークス工業株式会社製)、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)等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)、ハイスピードバキュームドライヤやダイナミックドライヤー(商品名、株式会社アーステクニカ製)等が挙げられる。
なお、上記複合粒子形成工程は、減圧下で行われず、通常、常圧(750torr以上780torr以下)下で行われ、また、上記複合粒子形成工程での温度は、特に制限されるものではないが、10℃以上30℃以下であることが好ましい。
上記複合粒子形成工程においては、コア粒子100質量部に対するシェル層用粒子の割合が5質量部以上10質量部以下となるようにシェル層用粒子の水分散体をコア粒子に付着させることが好ましい。
本発明のカプセルトナーの製造方法において、コア粒子は、特に限定されるものではないが、カプセルトナーのトナー母粒子として利用する観点から、樹脂を含む粒子であることが好ましい。コア粒子に使用できる樹脂としては、例えば、ポリスチレン樹脂、スチレンモノマーと(メタ)アクリル酸系モノマー及び/又は(メタ)アクリル酸エステル系モノマーとを共重合したスチレン−アクリル系樹脂、ポリメチルメタクリレート等の(メタ)アクリル酸エステル系樹脂、ポリエチレン等のポリオレフィン系樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂等が挙げられる。これら樹脂は1種を単独で使用でき又は2種以上を併用できる。
コア粒子に使用できる樹脂は、コア粒子をカプセルトナーのトナー母粒子として利用する観点から、ガラス転移温度が30℃以上80℃以下であることが好ましく、軟化温度が80℃以上150℃以下であることが好ましく、酸価が0KOHmg/g以上30KOHmg/g以下であることが好ましい。
コア粒子は、カプセルトナーのトナー母粒子として利用する観点から、体積平均粒径が4μm以上8μm以下であることが好ましく、通常、円形度が0.96以下であり、0.940以上0.960以下であることが好ましい。
なお、本発明において、粒子の円形度は、例えばフロー式粒子像分析装置「FPIA−3000」(マルバーン社製)を用いて測定できるが、測定原理が同じであれば特に限定はしない。この装置の測定原理は、分散媒中の粒子をCCDカメラにて静止画像を撮像し、その画像から円形度計算等の計算を行うものである。チャンバーから投入された試料は、フラットシースフローセルに送られてシース液に挟まれて扁平な流れを形成する。セル内を通過する試料にストロボ光を照射しながら静止画像をCCDカメラで撮影する。撮像画像の画像処理により各粒子の輪郭抽出を行い、粒子像の投影面積Sや周囲長L等が計測される。これから円相当径と円形度が計算される。
円相当径は、粒子像の投影面積と同じ面積を持つ円の直径のことで、円形度は、円相当径から求めた円の周囲長を粒子投影像の周囲長で割った値として定義され、次式で算出される。
円形度=2×(π×S)1/2/L
シース液には、パーティクルシース「PSE−900A」(マルバーン社製)を、分散剤としては、市販の家庭用洗剤5質量%水分散液を、分散器としては、該装置のオートサンプラー装置を用いて、試料を分散させ、これを上記フロー式粒子像分析装置に導入し、HPF測定モードで、トータルカウントで10000個の粒子を計測する。そして、粒子解析時の2値化閾値を85%とし、全粒径範囲として、粒子の平均円形度を求める。
本発明のカプセルトナーの製造方法において、シェル層用粒子の水分散体は、シェル層用粒子が水中に分散しているものであるが、シェル層用粒子の水分散体において、シェル層用粒子(A)と水(B)の質量比(A/B)は、30/70以上70/30以下であることが好ましい。
上記シェル層用粒子の水分散体は、例えば、樹脂原料であるモノマー成分の乳化重合反応を水中で行うことによって調製でき、又はホモジナイザー等により樹脂を水中で乳化分散させて細粒化することによっても調製できる。
上記シェル層用粒子は、樹脂微粒子であることが好ましく、例えば、トナー材料に用いられる樹脂を用いることができ、例えば、ポリスチレン樹脂、スチレンモノマーと(メタ)アクリル酸系モノマー及び/又は(メタ)アクリル酸エステル系モノマーとを共重合したスチレン−アクリル系樹脂、ポリメチルメタクリレート等の(メタ)アクリル酸エステル系樹脂、ポリエステル樹脂等が挙げられる。これらの中でも、スチレン−アクリル系樹脂又はポリエステル樹脂が好ましい。スチレン−アクリル系樹脂は、軽量で高い強度を有し、更に透明性も高く、安価で、粒子径の揃った材料を得やすいなど多くの利点を有する。
上記シェル層用粒子に使用できる樹脂は、そのガラス転移温度がコア粒子に含まれる樹脂のガラス転移温度より高いことが好ましく、50℃以上80℃以下であることが好ましい。また、上記シェル層用粒子に使用できる樹脂の軟化温度は、コア粒子に含まれる樹脂の軟化温度より高いことが好ましく、80℃以上140℃以下であることが更に好ましい。
上記シェル層用粒子は、体積平均粒径がコア粒子の平均粒径よりも充分に小さいことが好ましく、0.1μm以上0.5μm以下であることが更に好ましい。
本発明のカプセルトナーの製造方法においては、次に、上記複合粒子形成工程により得られる湿潤複合粒子を減圧下で撹拌することにより、コア粒子表面でシェル層用粒子を膜化させる工程(膜化工程)を要するが、この膜化工程は、20torr(0.00266MPa)以上500torr(0.0666MPa)以下の圧力下で該湿潤複合粒子を撹拌することによって行われる。20torr以上500torr以下の圧力下で湿潤複合粒子を撹拌することで、コア粒子からのシェル層用粒子の剥離を抑えることができ、これにより、コア粒子表面の露出がなく、耐ブロッキング性に優れたカプセルトナーを製造することができる。なお、湿潤複合粒子の撹拌が500torrを超える圧力下で行われると、撹拌装置内に存在している気体の影響によって撹拌時にコア粒子からシェル層用粒子の剥離が生じる
上記膜化工程で使用できる装置としては、例えば、ハイスピードバキュームドライヤ(商品名、株式会社アーステクニカ製)等の撹拌装置を使用することができる。
上記膜化工程においては、湿潤複合粒子の撹拌が、50torr(0.00666MPa)以上400torr(0.0533MPa)以下の圧力下で行われることが好ましい。湿潤複合粒子の撹拌が50torr未満の圧力下で行われると、攪拌装置内に流動エアが少なく、湿潤複合粒子の流動が悪くなり、乾燥しにくくなる。湿潤複合粒子の撹拌が400torrを超える圧力下で行われると、シェル層用粒子の付着状態が悪化する恐れがある。
上記膜化工程においては、例えば、ブロワ等の減圧手段を撹拌装置に設けて撹拌装置内を減圧することで、上述の圧力を容易に達成することができる。
上記膜化工程において行われる湿潤複合粒子の撹拌において、その撹拌速度は、撹拌手段の形状等によって適宜選択されるものであるが、撹拌速度が速すぎると、長時間の撹拌により、シェル層用粒子の剥離が起こる場合もあり、一方、撹拌速度が遅すぎると、シェル層用粒子の膜化が不十分になる場合もある。なお、撹拌手段の撹拌速度は、特に制限されるものではないが、4m/s以上30m/s以下であることが好ましい。
上記膜化工程においては、シェル層用粒子の膜化及び複合粒子の乾燥をより効率的に行うため、湿潤複合粒子の撹拌を加熱しながら行うこともできる。撹拌時の温度は、特に制限されるものではないが、50℃以上65℃以下であることが好ましい。撹拌時の温度が50℃未満では、膜化に時間がかかり、65℃を越えると凝集しやすくなる。なお、撹拌時の温度とは、湿潤複合粒子の撹拌が行われている際の撹拌装置内の温度を指す。例えば、温度調整用ジャケット等の加熱手段を撹拌装置に設けることで、撹拌時の温度を容易に調整することができる。
上記膜化工程によって得られるカプセルトナー中において、水の含有量は、0質量%以上1.0質量%以下であることが好ましい。
電子写真方式の画像形成装置に用いるカプセルトナーは、体積平均粒径が4μm以上8μm以下であることが好ましく、通常、円形度が0.96以下であり、0.940以上0.960以下であることが好ましい。所望の体積平均粒子を有するカプセルトナーを得るため、必要に応じて、上記膜化工程によって得られたカプセルトナーの粒度分布を調整することもできる。
本発明のカプセルトナーの製造方法によれば、上記複合粒子形成工程及び膜化工程を行うことで、コア粒子と該コア粒子の表面に形成されるシェル層とを備えるカプセルトナーを製造することができるが、該カプセルトナーは、コア粒子表面の露出がなく、耐ブロッキング性に優れており、電子写真方式の画像形成装置に好適に使用できる。
次に、図を参照しながら本発明のカプセルトナーの製造方法に使用できる撹拌装置を詳細に説明する。図1は、本発明のカプセルトナーの製造方法に使用できる撹拌装置の一例の概略断面図である。図示例の撹拌装置は、容器状部材1と、撹拌手段2と、減圧手段3とを備えており、本発明のカプセルトナーの製造方法における膜化工程を行うことが可能である。
容器状部材1は、内部空間を有しており、ここで、湿潤複合粒子の撹拌が行われる。容器状部材1の上部には、湿潤複合粒子を投入するための投入口4が設けられており、投入口4から湿潤複合粒子を容器状部材1内部に投入できる。また、容器状部材1の下部には、後述する撹拌手段2が設けられている。更に、容器状部材1は、上方に減圧手段3と連結するための管5を備えており、下方に膜化工程終了後にカプセルトナーを回収するための管6を備えている。容器状部材1と管6の連結部には例えば電磁弁(図示せず)が設けられており、膜化工程終了後に電磁弁を開放し、カプセルトナーを回収することができる。
撹拌手段2は、容器状部材1内で湿潤複合粒子を撹拌するための手段であり、撹拌手段2を用いて湿潤複合粒子を撹拌することができる。図示例の撹拌装置において、撹拌手段2は、回転軸部材と撹拌羽根とを備える。回転軸部材は、撹拌手段の軸線方向に一致する軸線を有し且つ容器状部材1の下部壁面を厚み方向に貫通するように形成される貫通孔に挿通されるように設けられ、図示しないモータによって軸線回りに回転する円柱棒状部材である。撹拌羽根は、回転軸部材によって支持され、回転軸部材の回転に伴って回転する。ここで、撹拌速度とは、撹拌羽根の回転速度を意味する。
減圧手段3としては、例えばブロワ等を使用することができ、容器状部材内部の気体を排出することで、撹拌時の圧力を調整することができる。なお、図示例の撹拌装置においては、回転軸部材が通る容器状部材1の貫通孔から、矢印で示されるように、空気等の気体が導入されており、減圧手段3と組み合わせることで容器状部材内部の圧力をより効率的に調整することができる。また、気体を容器状部材1に導入することで、複合粒子の乾燥をより効率的に行うこともできる。更に、図示例の撹拌装置においては、容器状部材1と減圧手段3の間にバグフィルタ7が設けられており、湿潤複合粒子や乾燥後の複合粒子(即ちカプセルトナー)が気体と一緒に排出されることを防ぐことができる。
図示例の撹拌装置においては、容器状部材1の外側に温度調整用ジャケット8が設けられている。温度調整用ジャケット8は、例えば、ジャケット内部の空間に加温媒を通すことで、加熱手段として利用でき、湿潤複合粒子の撹拌を加熱しながら行うことが可能になる。なお、温度調整用ジャケット8は、ジャケット内部の空間に冷却媒を通せば、冷却手段としても利用することができる。
次に、図を参照しながら本発明のカプセルトナーの製造方法の一実施態様を詳細に説明する。図2は、本発明のカプセルトナーの製造方法の一実施態様を示すフローチャートである。図示例のカプセルトナーの製造方法は、トナー母粒子を作製するトナー母粒子作製工程S1と、樹脂微粒子の水分散体を調製する樹脂微粒子調製工程S2と、湿潤複合粒子を形成させる複合粒子形成工程S3と、湿潤複合粒子を乾燥させつつ樹脂微粒子の膜化を行うことでカプセルトナーを製造する膜化工程S4と、カプセルトナーを回収する回収工程S5とを備える。
(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、カプセルトナーのコアとなり、その表面が樹脂微粒子によって被覆されることになるトナー母粒子を作製する。なお、トナー母粒子は、本発明のカプセルトナーの製造方法におけるコア粒子に相当する。トナー母粒子は、結着樹脂及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得ることができる。トナー母粒子の作製方法としては、例えば、粉砕法等の乾式法、懸濁重合法、乳化凝集法、分散重合法、溶解懸濁法、溶融乳化法等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。
(粉砕法によるトナー母粒子作製方法)
粉砕法を用いるトナー母粒子の作製方法では、結着樹脂、着色剤及びその他の添加剤を含むトナー母粒子原料組成物を、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、固化物を粉砕機によって粉砕する。その後、必要に応じて分級等の粒度調整を行い、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、例えば、ヘンシェルミキサ(商品名、日本コークス工業株式会社製)、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)等のヘンシェルタイプの混合装置等が挙げられる。
混練機としても公知のものを使用でき、例えば、二軸押出し機、三本ロール、ラボブラストミル等の一般的な混練機を使用できる。更に具体的には、例えば、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)等の1軸又は2軸のエクストルーダ、ニーデックス(商品名、日本コークス工業株式会社製)等のオープンロール方式の混練機が挙げられる。
混練物は、冷却固化した後、ハンマーミル又はカッティングミル等によって、重量平均粒径100μm以上5mm以下程度の粗粉砕物に粗粉砕され、得られた粗粉砕物は、例えば、重量平均粒径15μm以下にまで更に微粉砕される。粗粉砕物の微粉砕には、例えば、超音速ジェット気流を利用するジェット式粉砕機、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粗粉砕物を導入して粉砕する衝撃式粉砕機等を用いることができる。
分級には、遠心力による分級及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することができ、例えば、旋回式風力分級機(ロータリー式風力分級機)等を使用することができる。
(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。なお、結着樹脂は、本発明のカプセルトナーの製造方法におけるコア粒子に使用できる樹脂に相当する。結着樹脂としては、特に限定されるものではなく、黒トナー又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、例えば、ポリスチレン樹脂、スチレンモノマーと(メタ)アクリル酸系モノマー及び/又は(メタ)アクリル酸エステル系モノマーとを共重合したスチレン−アクリル系樹脂、ポリメチルメタクリレート等の(メタ)アクリル酸エステル系樹脂、ポリエチレン等のポリオレフィン系樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂等が挙げられる。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又は2種以上を併用できる。
ポリスチレン樹脂やスチレン−アクリル系樹脂のようなスチレン系樹脂を構成するモノマーは、スチレンモノマーを必須モノマーとし、必要により(メタ)アクリルモノマー及び/又はカルボキシル基含有ビニルモノマーを含有することが好ましい。ここで、スチレン系樹脂とは、スチレンモノマーの単独重合体又はスチレンモノマーと他のモノマーの共重合体を意味する。また、(メタ)アクリルとは、アクリル及び/又はメタクリルを意味する。上記スチレンモノマーとしては、スチレン、アルキル基の炭素数が1〜3のアルキルスチレン(例えば、α−メチルスチレン、p−メチルスチレン)等が挙げられ、2種以上を併用してもよい。好ましくはスチレンである。(メタ)アクリルモノマーとしては、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレート等のアルキル基の炭素数が1〜18のアルキル(メタ)アクリレート;ヒドロキシルエチル(メタ)アクリレート等のアルキル基の炭素数1〜18のヒドロキシルアルキル(メタ)アクリレート;ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート等のアルキル基の炭素数が1〜18のアルキルアミノ基含有(メタ)アクリレート;アクリロニトリル、メタアクリロニトリル等のニトリル基含有ビニルモノマー等が挙げられる。カルボキシル基含有ビニルモノマーとしては、モノカルボン酸〔炭素数3〜15、例えば(メタ)アクリル酸、クロトン酸、桂皮酸〕、ジカルボン酸〔炭素数4〜15、例えば(無水)マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、シトラコン酸〕、ジカルボン酸モノエステル〔上記ジカルボン酸のモノアルキル(炭素数1〜18)エステル、例えばマレイン酸モノアルキルエステル、フマル酸モノアルキルエステル、イタコン酸モノアルキルエステル、シトラコン酸モノアルキルエステル〕等を挙げることができる。これら(メタ)アクリルモノマー及びカルボキシル基含有ビニルモノマーの中でも、炭素数が1〜18のアルキル(メタ)アクリレート、アクリロニトリル、メタアクリロニトリル、(メタ)アクリル酸、ジカルボン酸モノエステル及びそれらの2種以上の混合物が好ましい。
ポリエステル樹脂を構成するモノマーとしては公知のものを使用でき、例えば多塩基酸と多価アルコールとの重縮合物等が挙げられる。
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、例えば、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等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、アジピン酸等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等が挙げられる。多塩基酸は1種を単独で使用でき又は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、例えば、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、グリセリン等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等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等の芳香族系ジオール類等が挙げられる。多価アルコールは1種を単独で使用でき又は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、例えば、有機溶媒の存在下又は非存在下及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、軟化温度等が所望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。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、反応率等を適宜変更することによって、例えば、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、延いては得られるポリエステルの特性を変性できる。また、多塩基酸として無水トリメリト酸を用いても、ポリエステルの主鎖中にカルボキシル基を容易に導入することができ、これによって、変性ポリエステルが得られる。ポリエステルの主鎖及び/又は側鎖にカルボキシル基、スルホン酸基等の親水性基を結合させ、水中での自己分散性ポリエステルも使用できる。またポリエステルとアクリル樹脂とをグラフト化して用いてもよい。
結着樹脂は、ガラス転移点が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点が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するブロッキングを発生しやすくなり、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点が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。
また、結着樹脂は、軟化温度が80℃以上150℃以下であることが好ましい。更に、結着樹脂は、酸価が0KOHmg/g以上30KOHmg/g以下であることが好ましい。
着色剤としては、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、無機系顔料等を使用できる。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質量部に対して5質量部以上10質量部以下である。
トナー母粒子には、結着樹脂及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及び負電荷制御用の電荷制御剤を使用できる。電荷制御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質量部に対して0.1質量部以上5質量部以下である。
また、トナー母粒子には、結着樹脂及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、例えば、パラフィンワックス及びその誘導体、マイクロクリスタリンワックス及びその誘導体等の石油系ワックス、フィッシャートロプシュワックス及びその誘導体、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等)及びその誘導体、低分子量ポリプロピリンワックス及びその誘導体、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等)及びその誘導体等の炭化水素系合成ワックス、カルナバワックス等が挙げられる。離型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質量部に対して1質量部以上10質量部以下である。
トナー母粒子作製工程S1において得られるトナー母粒子は、体積平均粒径が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、トナー母粒子作製工程S1において得られるトナー母粒子は、通常、円形度が0.96以下であり、0.940以上0.960以下であることが好ましい。
(2)樹脂微粒子調製工程S2
樹脂微粒子調製工程S2では、トナー母粒子を被覆する層(シェル層)の形成に用いる樹脂微粒子の水分散体を調製する。なお、ここでいう樹脂微粒子の水分散体は、本発明のカプセルトナーの製造方法におけるシェル層用粒子の水分散体に相当する。樹脂微粒子は、その後の膜化工程S3において、トナー母粒子表面で膜化する材料として用いられる。樹脂微粒子をトナー母粒子表面の膜化材料として用いることによって、例えば保存中にトナー母粒子に含まれる離型剤等の低融点成分の溶融による凝集の発生を防止することができる。
樹脂微粒子調製工程S2において、樹脂微粒子の水分散体は、例えば、樹脂原料であるモノマー成分の乳化重合反応を水中で行うことによって調製でき、又はホモジナイザー等により樹脂を水中で乳化分散させて細粒化することによっても調製できる。なお、樹脂微粒子(A)と水(B)の質量比(A/B)は、30/70以上70/30以下であることが好ましい。
樹脂微粒子調製工程S2において、樹脂微粒子原料として用いられる樹脂としては、例えば、トナー材料に用いられる樹脂を用いることができ、例えば、ポリスチレン樹脂、スチレンモノマーと(メタ)アクリル酸系モノマー及び/又は(メタ)アクリル酸エステル系モノマーとを共重合したスチレン−アクリル系樹脂、ポリメチルメタクリレート等の(メタ)アクリル酸エステル系樹脂、ポリエステル樹脂等が挙げられる。樹脂微粒子としては、上記例示した樹脂の中でも、スチレン−アクリル系樹脂又はポリエステル樹脂を含むことが好ましい。スチレン−アクリル系樹脂は、軽量で高い強度を有し、更に透明性も高く、安価で、粒子径の揃った材料を得やすいなど多くの利点を有する。
樹脂微粒子調製工程S2において、樹脂微粒子原料として用いられる樹脂としては、トナー母粒子に含まれる結着樹脂と同じ種類の樹脂であってもよいし、違う種類の樹脂であってもよいが、トナーの表面改質を行う観点から、違う種類の樹脂を用いることが好ましい。樹脂微粒子原料として用いられる樹脂として、トナー母粒子に含まれる結着樹脂と違う種類の樹脂を用いる場合、樹脂微粒子原料として用いられる樹脂の軟化温度が、トナー母粒子に含まれる結着樹脂、又は離型剤等のトナー母粒子に含まれる成分の軟化温度よりも高いことが好ましい。これによって、本実施形態の製造方法で製造されたトナーは、保存中にトナー同士が融着することを防止でき、保存安定性を向上させることができる。また樹脂微粒子原料として用いられる樹脂の軟化温度は、トナーが使用される画像形成装置にもよるが、80℃以上140℃以下であることが好ましい。このような範囲の軟化温度を有する樹脂を用いることによって、保存安定性と定着性とを兼ね備えたトナーが得られる。
樹脂微粒子調製工程S2において、樹脂微粒子は、体積平均粒径がトナー母粒子の平均粒径よりも充分に小さいことが好ましく、0.1μm以上0.5μm以下であることが更に好ましい。樹脂微粒子の体積平均粒径が0.1μm以上0.5μm以下であることによって、可塑性に優れ、変形しやすくなり、トナー母粒子表面に均質な被覆層が形成される。樹脂微粒子の粒子径は、動的光散乱法で測定した体積平均粒径を表す。
樹脂微粒子調製工程S2において、樹脂微粒子のガラス転移温度は、トナー母粒子に含まれる結着樹脂のガラス転移温度より高いことが好ましく、50℃以上80℃以下であることが好ましい。また、樹脂微粒子の軟化温度は、トナー母粒子に含まれる結着樹脂の軟化温度より高いことが好ましく、80℃以上140℃以下であることが好ましい。
(3)複合粒子形成工程S3
複合粒子形成工程S3では、トナー母粒子の表面に樹脂微粒子の水分散体を付着させて湿潤複合粒子を形成する。複合粒子形成工程S3において、トナー母粒子の表面に樹脂微粒子の水分散体を付着させる方法としては、上述したように、トナー母粒子に樹脂微粒子の水分散体を噴射させる手段やトナー母粒子と樹脂微粒子の水分散体とを混合させる手段等の様々な手段が利用できる。上記複合粒子形成工程S3によって得られる湿潤複合粒子中において、水の含有量は、3質量%以上で且つ30質量%以下であることが好ましい。また、複合粒子形成工程S3においては、トナー母粒子100質量部に対する樹脂微粒子の割合が5質量部以上10質量部以下となるように樹脂微粒子の水分散体をトナー母粒子に付着させることが好ましい。
(4)膜化工程S4
膜化工程S4は、上記複合粒子形成工程S3により得られる湿潤複合粒子を撹拌することによりトナー母粒子表面で樹脂微粒子を膜化させる工程であるが、20torr以上500torr以下の圧力下で該湿潤複合粒子を撹拌することによって行われる。湿潤複合粒子を撹拌する装置としては、例えば、ハイスピードバキュームドライヤ(商品名、株式会社アーステクニカ製)等の撹拌装置が使用することができるが、好ましくは図1に示す撹拌装置を使用することができる。
(5)回収工程S5
回収工程S5は、膜化工程S4を経て得られるカプセルトナーを回収する工程である。例えば、図1に示す撹拌装置を使用することができ、膜化工程終了後、容器状部材1と管6の連結部に設けられた電磁弁(図示せず)を開放し、カプセルトナーを回収することができる。
本発明の製造方法によって得られるカプセルトナーは、電子写真方式を利用する画像形成装置において現像剤として使用できるが、シェル層を備えるコア粒子に外添剤を外添したものを一成分現像剤として使用してもよい。また、本発明のカプセルトナーとキャリアの混合物を二成分現像剤として使用することもできる。
外添剤は、トナーに流動性を付与すると共にトナーの帯電量を制御する機能を有しており、例えば、シリカ、酸化チタン、炭化ケイ素、酸化アルミニウム、チタン酸バリウム等が挙げられ、シリコーン樹脂、シランカップリング剤等により表面処理(疎水化処理)されているものが好ましい。
本発明のカプセルトナーを二成分現像剤として用いる場合、カプセルトナーとキャリアとを混合することにより、二成分現像剤を調製することができる。ここで、混合装置としては、例えばV型混合機(商品名:V−5、株式会社徳寿工作所製)等の粉体混合器が使用できる。また、カプセルトナーとキャリアの配合比としては、例えば10:90〜5:95の質量比であることが好ましい。なお、キャリアとしては、特に限定されず、二成分現像剤に通常使用されるキャリアを使用でき、例えば、フェライトキャリア等が挙げられる。
以下に、実施例を挙げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明は下記の実施例に何ら限定されるものではない。まず、各物性値の測定方法について説明する。
(物性測定)
[結着樹脂のガラス転移温度]
示差走査熱量計(商品名:Diamond DSC、Perkin Elmer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曲線において、ガラス転移に相当する吸熱ピークより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)において、荷重20kgf/cm(9.8×10Pa)を与えて試料1gがダイ(ノズル口径1mm、長さ1mm)から押出されるように設定し、昇温速度毎分6℃で加熱し、ダイ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。
[トナー母粒子及びカプセルトナーの体積平均粒子径]
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及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)によって超音波周波数20kHzで3分間分散処理して測定用試料を調製した。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カウントの条件下に測定を行い、試料粒子の体積粒度分布から体積平均粒径を求めた。
[樹脂微粒子の体積平均粒子径]
樹脂微粒子の体積平均粒子径の測定には、動的光散乱法粒度分布測定装置(商品名:ナノトラック、日機装株式会社製)を用いた。測定試料(樹脂微粒子)の凝集を防ぐため、ファミリーフレッシュ(花王株式会社製)を含む水溶液中に測定試料が分散した分散液を投入して撹拌した後、上記装置に注入し、2回測定を行ってその平均値を求めた。測定条件としては、測定時間を30秒とし、試料粒子屈折率を1.49とし、分散媒を水とし、分散媒屈折率を1.33とした。測定試料の体積粒度分布を測定し、測定結果から累積体積分布における小粒子径側からの累積体積が50%になる粒子径を樹脂微粒子の体積平均粒子径(μm)として算出した。
[樹脂微粒子のガラス転移温度]
示差走査熱量計(商品名:Diamond DSC、Perkin Elmer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曲線において、ガラス転移に相当する吸熱ピークより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)とした。
[樹脂微粒子の軟化温度]
流動特性評価装置(商品名:フローテスターCFT−500D、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/cm(9.8×10Pa)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。
<実施例1>
(1)トナー母粒子作製工程
スチレン−アクリル系樹脂(三菱レイヨン(株)製)100質量部、カーボンブラック5質量部、及びポリプロピレンワックス(三洋化成工業社製:550P)4質量部を、ヘンシェルミキサ(日本コークス工業社製)にて、攪拌羽根の周速度35m/secで10分間混合し、材料混合物を得た。得られた混合物を、二軸混練機(池貝社製:PCM30型)で最高温度が175℃となるように溶融混練し、ドラムフレーカーで冷却することで、溶融混練物を得た。この溶融混練物をカッティングミル(オリエント株式会社製:VM−16)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)にて微粉砕し、更に風力分級機(ホソカワミクロン株式会社製)で分級することで、体積平均粒径が6.5μmであり、ガラス転移温度が50℃のトナー母粒子を作製した。なお、トナー母粒子の円形度は、0.945であった。
(2)樹脂微粒子調製工程
スチレンとアクリル酸とアクリル酸ブチルとを重合して、固形分40質量%濃度で体積平均粒径が0.10μmであるスチレン−アクリル酸−アクリル酸ブチル共重合体樹脂微粒子(ガラス転移温度64℃、軟化温度120℃)エマルジョンを得た。
(3)複合粒子形成工程
上記トナー母粒子100質量部を、ヘンシェルミキサ(日本コークス工業社製)で混合しながら、スプレーノズルを用いて上記エマルジョン15質量部を10分かけて噴霧することにより、コア粒子100質量部に対するシェル層用粒子の割合が6質量部で水の含有量が8質量%の湿潤複合粒子を得た。なお、この時の撹拌条件として、攪拌羽根の周速度を15m/sec、回転軸冷却風量を毎分10L、冷却風温度を20℃、ヘンシェルミキサ壁面温度を20℃に設定した。
(4)膜化工程
上記湿潤複合粒子を、ハイスピードバキュームドライヤ(株式会社アーステクニカ社製)にて、撹拌し、コア粒子表面でシェル層用粒子を膜化させた。なお、この時の撹拌条件として、攪拌羽根の周速度を10m/sec、撹拌装置の壁面温度を60℃に設定し、更に真空ポンプの設定により圧力を50torr(0.00666MPa)に調整した。
(5)回収工程
膜化工程終了後、撹拌装置内の圧力を大気圧に戻し、カプセルトナーを回収した。カプセルトナーは、水分量が0.5質量%であり、円形度が0.957であった。
(6)外添工程
カプセルトナー粒子100質量部と、外添剤として1次粒子の平均粒径が12nmの疎水性シリカ微粒子2質量部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、回転部材の周速度を30m/secとして3分間撹拌混合し、外添カプセルトナーを得た。
(7)二成分現像剤調製工程
上記外添カプセルトナー8質量部と体積平均粒子径50μmのフェライトキャリア92質量部をV型混合機(商品名:V−5、株式会社徳寿工作所製)に投入し、30分間混合することで、トナー濃度が8%の二成分現像剤を得た。
<実施例2〜実施例13及び比較例1〜比較例6>
膜化工程において、撹拌装置、攪拌羽根の周速度、撹拌装置の壁面温度及び撹拌装置内の圧力を表1に示す値に変更した以外は、実施例1と同様の方法に従い、実施例2〜実施例13及び比較例1〜比較例6の外添カプセルトナーおよび二成分現像剤を作製した。なお、膜化工程で使用したヘンシェルミキサは、日本コークス工業社製のヘンシェルミキサである。
<評価方法>
[樹脂微粒子の剥離評価]
市販の家庭用洗剤5質量%水分散液に、上記外添カプセルトナー0.02gを分散させて分散液を調製し、フロー式粒子画像分析装置「FPIA−3000」(マルバーン社製)を用いて円相当径を測定した。分散器としては、該装置のオートサンプラーを用いて、試料を分散させ、HPFモードで、トータルカウント10000個の粒子を計測した。計測後、解析粒子径を円相当径2μm以下に限定し、微小粒子の個数頻度を求め、全範囲に対する割合を求めた。この数値を剥離した樹脂微粒子の割合とした。なお、測定開始前に標準ラテックス粒子を使用して、自動焦点調整を行う。剥離評価の基準は以下の通りである。
○:良好。2μm以下の割合が10%未満。
△:可。2μm以下の割合が10%以上20%未満。
×:不良。2μm以下の割合が20%以上。
[耐ブロッキング性の評価]
市販複写機(商品名:MX−5111FN、シャープ株式会社製)の現像ユニットに上記二成分現像剤を充填し、感光体上に現像されないようにして、35℃の恒温中で現像ユニットのみを5時間連続駆動した後、トナー凝集物の発生の有無と、現像ローラで搬送される二成分現像剤の状態を目視で確認した。耐ブロッキング性の評価基準は以下の通りである。
○:良好。トナー凝集物が確認されず、二成分現像剤が現像ローラで均一に搬送される。
△:実用上問題なし。トナー凝集物は確認されるが、現像ローラ上で二成分現像剤が均一に搬送される。
×:不良。トナー凝集物が確認され、現像ローラ上で二成分現像剤が均一に搬送されない。
Figure 2017021090
1 容器状部材
2 撹拌手段
3 減圧手段
4 投入口
5 管
6 管
7 バグフィルタ
8 温度調整用ジャケット

Claims (2)

  1. コア粒子と該コア粒子の表面に形成されるシェル層とを備えるカプセルトナーの製造方法において、
    コア粒子の表面にシェル層用粒子の水分散体を付着させて湿潤複合粒子を形成させる複合粒子形成工程と、
    前記湿潤複合粒子を20torr以上500torr以下の圧力下で撹拌し、コア粒子表面でシェル層用粒子を膜化させる膜化工程と
    を含むことを特徴とするカプセルトナーの製造方法。
  2. 前記膜化工程において、湿潤複合粒子の撹拌が、50torr以上400torr以下の圧力下で行われることを特徴とする請求項1に記載のカプセルトナーの製造方法。
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