JP4474036B2 - トナー及びトナーの製造方法 - Google Patents

トナー及びトナーの製造方法 Download PDF

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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真法、静電記録法、静電印刷法、又はトナージェット方式記録法の如き画像形成方法に用いられるトナー、該トナーを用いた画像形成方法及び装置ユニットに関するものであり、また、本発明は、結着樹脂を有する小粒径のトナーを効率的に得る為のトナー製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
電子写真法としては、米国特許第2297691号明細書、特公昭42−23910号公報及び特公昭43−24748号公報に記載されている如く多数の方法が知られている。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静電荷潜像を形成し、次いで潜像をトナーを用いて現像し、必要に応じて紙の如き転写材にトナー画像を転写した後、加熱、圧力、加熱圧力或いは溶剤蒸気により定着し、トナー画像を得るものである。
【0003】
近年においては、複写機及びプリンターの多機能化、コピー画像の高画質化、更に高速化にともない、トナーに要求される性能も一段と厳しくなり、トナーの粒子径としては微粒子化され、粒度分布としては、粗大粒子を含有せず、且つ、超微粉の少ないシャープなものが要求される。
【0004】
上記の工程中、感光体上よりトナー像を転写材に転写した場合、感光体上には、転写残のトナーが存在する。
【0005】
連続した複写を速やかに行う為に、この感光体上の残余トナーをクリーニングする必要がある。更に回収された残余トナーは、本体内に設置した容器又は回収箱へ入れられた後に廃棄されるか、再度現像器に戻されて現像工程に用いられることでリサイクルされる。
【0006】
環境問題への取り組みとしては、廃トナーレスシステムとして本体内部にリサイクルシステムを設けた本体設計が必要となる。
【0007】
しかし、複写機及びプリンターの多機能化、コピー画像の高画質化、更に高速化を達成する為には、かなり大掛かりなリサイクルシステムが本体内に必要となり複写機及びプリンターの如き画像形成装置自体が大きくなってしまい、省スペースの観点からの小型化に対応できない。さらに、本体内に設置した容器又は回収箱へ廃トナーを収納する方式や、感光体と上記の廃トナーを回収する部分を一体化した方式においても同様である。
【0008】
これらに対応する為には、感光体上よりトナー像を転写材に転写するさいの転写率を向上させることで、廃トナーを減少させる事が必要である。
【0009】
特開平9−26672号公報において、平均粒子径が0.1〜3μmの転写効率向上剤とBET比表面積50〜300m2/gの疎水性シリカ微粉体を含有させることで、トナー体積抵抗を低減させ、感光体上に転写効率向上剤が薄膜層を形成することにより転写効率を向上させる方法が開示されている。しかし、粉砕法で製造されたトナーには粒度分布が存在する為、全ての粒子に均一に効果を出すことは難しく、更なる改善が必要とされる。
【0010】
転写効率を向上させる方法として、トナーの形状を球形に近づけるものとして、噴霧造粒法、溶液溶解法、重合法の如き製造方法によるトナーが特開平3−84558号、特開平3−229268号、特開平4−1766号、特開平4−102862号公報等により開示されている。しかし、これらのトナー製造には大掛かりな設備を必要とするばかりでなく、トナーが真球に近づくのでクリーニング工程ですり抜けてしまう問題も発生する為、転写性向上のみを目的とした場合には好ましい方法とは言えない。
【0011】
一般にトナーの製造方法としては、被転写材に定着させる為の結着樹脂、トナーとしての色味を出させる各種着色剤、粒子に電荷を付与させる為の荷電制御剤を原料とし、或いは特開昭54−42141号公報及び特開昭55−18656号公報に示される様な所謂一成分現像法においては、これらに加えてトナー自身に搬送性を付与する為の各種磁性材料が用いられ、更に必要に応じて、例えば、離型剤及び流動性付与剤の如き他の添加剤を加えて乾式混合し、しかる後、ロールミル、エクストルーダーの汎用混練装置にて溶融混練し、冷却固化した後、混練物をジェット気流式粉砕機、機械衝突式粉砕機等の各種粉砕装置により微細化し、得られた粗粉砕物を各種風力分級機に導入して分級を行うことにより、トナーとして必要な粒径に揃えられた分級品を得、更に、必要に応じて流動化剤や滑剤等を外添し乾式混合して、画像形成に供するトナーとしている。二成分現像方法に用いるトナーの場合には、各種磁性キャリアと上記トナーとを混ぜ合わせた後、画像形成に供される。
【0012】
上述の如く、微細粒子であるトナー粒子を得るためには、従来、図10のフローチャートに示される方法が一般的に採用されている。
【0013】
トナー粗砕物は、第1分級手段に連続的又は逐次供給され、分級された規定粒度以上の粗粒子群を主成分とする粗粉は粉砕手段に送って粉砕された後、再度第1分級手段に循環される。
【0014】
他の規定粒径範囲内の粒子及び規定粒径以下の粒子を主成分とするトナー微粉砕品は第2分級手段に送られ、規定粒度を有する粒子群を主成分とする中粉体と、規定粒度以下の粒子群を主成分とする細粉体とに分級される。しかし、トナーが微粒子化されることにより、粒子間の静電凝集が高まり、本来は第2分級手段に送られるトナーが再度第1分級手段に循環されることにより過粉砕となった微粉及び超微粉が発生する。
【0015】
粉砕手段としては、各種粉砕装置が用いられるが、結着樹脂を主とするトナー粗砕物の粉砕には、図13に示す如きジェット気流を用いたジェット気流式粉砕機、特に衝突式気流粉砕機が用いられている。
【0016】
ジェット気流の如き高圧気体を用いた衝突式気流粉砕機は、ジェット気流で粉体原料を搬送し、加速管の出口より噴射し、粉体原料を加速管の出口の開口面に対向して設けた衝突部材の衝突面に衝突させて、その衝撃力により粉体原料を粉砕している。
【0017】
例えば、図13に示す衝突式気流粉砕機では、高圧気体供給ノズル161を接続した加速管162の出口163に対向して衝突部材164を設け、加速管162に供給した高圧気体により、加速管162の中途に連通させた粉体原料供給口165から加速管162内に粉体原料を吸引し、粉体原料を高圧気体とともに噴出して衝突部材164の衝突面166に衝突させ、その衝撃によって粉砕し、粉砕物を粉砕室168内から粉砕物排出口167より排出させている。
【0018】
しかしながら、上記の衝突式気流粉砕機は、粉体原料を高圧気体とともに噴出して衝突部材の衝突面に衝突させ、その衝撃によって粉砕するという構成のため、粉砕されたトナーは、不定形で角張ったものとなり、また、小粒径のトナーを生産するためには多量のエアーを必要とする。そのため電力消費が極めて多く、エネルギーコストという面において問題を抱えている。
【0019】
特開平2−87157号公報では、粉砕法で製造されたトナーを機械式衝撃(ハイブリタイザー)により粒子の形状及び表面性を改質することで転写効率を向上させる方法が開示されている。しかし、本方法では粉砕後に更に処理工程が入る為、トナー生産性及び処理によりトナー表面が凹凸の無い状態に近づき、現像面での改良等が必要となり好ましい方法とは言えない。
【0020】
特に近年、環境問題への対応から、装置の省エネルギー化が求められている。
【0021】
分級手段において、例えば、重量平均粒径が8μmであり、かつ4.00μm未満の粒子の体積%が1%以下であるトナーを得る場合には、粗粉域を除去するための分級機構を備えた衝突式気流式粉砕機の如き粉砕手段で所定の平均粒径まで原料を粉砕して分級し、粗粉体を除去した後の粉砕物を別の分級機にかけ微粉体を除去して、所望の中粉体を得ている。
【0022】
なお、ここでいう重量平均粒径は、後述するコールター社製のコールターカウンターTA−II型あるいはコールターマルチサイザーII型で100μmのアパーチャーを用いて測定したデータである。
【0023】
このような従来の方法については、問題点として、微粉体を除去する目的の第2分級手段には、ある規定粒度以上の粗粒子群を完全に除去した粒子群を送らなければならないため、粉砕手段の負荷が大きくなり、処理量が少なくなる。ある規定粒度以上の粗粒子群を完全に除去するためにはどうしても過粉砕になりやすく、その結果、次工程の微粉体を除去するための第2分級手段においての収率低下の如き現象を引き起こし易いという問題点がある。
【0024】
微粉体を除去する目的の第2の分級手段については、極微粒子で構成される凝集物が生じることがあり、凝集物を微粉体として除去することは困難である。その場合、凝集物は最終製品に混入し、その結果精緻な粒度分布の製品を得ることが難しくなる。更に、凝集物はトナー中で解壊して極微粒子となって画像品質を低下させる原因の一つとなる。
【0025】
かかる微粉体を除去する目的の第2の分級手段については、各種の気流式分級機及び方法が提案されている。この中で、回転翼を用いる分級機と可動部分を有しない分級機がある。このうち、可動部分のない分級機として、固定壁遠心式分級機と慣性力分級機がある。かかる慣性力を利用する分級機が特公昭54−24745号公報、特公昭55−6433号公報、特開昭63−101858号公報に提案されている。
【0026】
これらの気流式分級機は、図8に示すように、分級機室の分級域に開口部を有する供給ノズルから高速で気流とともに粉体を分級域内へ噴出し、分級室内にはコアンダブロック145に沿って流れる湾曲気流の遠心力によって粗粉と、中粉と、微粉とに分離し、先端の細くなったエッジ146、147により、粗粉と、中粉と、微粉の分級を行なっている。
【0027】
従来の分級装置57では、微粉砕原料が原料供給ノズルから導入され、角錐筒148,149内部を流動する粉粒体は管壁に平行にまっすぐに推進力をもって流れる傾向を有する。しかし、該原料供給ノズル中では原料を上部から導入するとき、おおまかに上部流れと下部流れに分れて、上部流れには軽い微粉が多く含有し、下部流れには重い粗粉が多く含有しやすく、それぞれの粒子が独立して流れるため、分級機内への導入部位によって、それぞれ異なった軌跡を描くことや、粗粉が微粉の軌跡を撹乱するために、分級精度の向上に限界が生じ、かつ、20μm以上の粗粒の多い粉体の分級では精度が低下する傾向があった。
【0028】
一般に、トナーには数多くの異なった性質が要求され、かかる要求性質を得るためには、使用する原材料は勿論のこと、製造方法によって決まることも多い。トナーの分級工程においては、分級された粒子がシャープな粒度分布を有することが要求される。また、低コストで効率良く安定的に品質の良いトナーを作り出すことが望まれる。
【0029】
更には、複写機やプリンターにおける画質向上の為に、トナーの粒子径としては微粒子化され、粒度分布としては、粗大粒子を含有せず、且つ、超微粉の少ないシャープなものが要求される。一般に、物質は細かくなるに従い粒子間力の働きが大きくなっていくが、樹脂やトナーも同様で、微粉体サイズになると粒子同士の凝集性が大きくなっていく。
【0030】
特に重量平均径が12μm以下のシャープな粒度分布を有するトナーを得ようとする場合には、従来の装置及び方法では分級収率の低下を引き起こす。更に、重量平均径が8μm以下のシャープな粒度分布を有するトナーを得ようとする場合には、特に従来の装置及び方法では分級収率の低下を引き起こすだけでなく、超微粉を多量に含有してしまう傾向がある。
【0031】
従来方式の下で精緻な粒度分布を有する所望の製品を得ることができたとしても工程が煩雑になり、分級収率の低下を引き起こし、生産効率が悪く、コスト高になる傾向がある。この傾向は、所定の粒度が小さくなればなるほど、顕著になる。
【0032】
特開昭63−101858号公報(対応米国特許第4844349号)に、第1分級手段、粉砕手段及び第2分級手段として多分割分級手段を使用したトナーの製造方法及び装置が提案されている。しかしながら、重量平均粒径8μm以下のトナーをさらに安定且つ効率的に製造するための方法及び装置システムが待望されているものである。
【0033】
更に、微粒子化したトナーでは相対的にトナーに含有される着色剤(磁性体)が多くなり、トナーの低温定着性を維持するのは困難になり、現像性に関しても従来以上に厳しい制約を受けることになる。
【0034】
つまり、トナー自体の生産性も含め、廃トナーとなる、感光体上の転写残トナーを減少させる目的で、転写効率を向上させた、定着性の良好な、高現像性のトナーは実現しないのが現状である。
【0035】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記の問題点を解決したトナー、トナーの製造方法、該トナーを用いた画像形成方法及び装置ユニットを提供することにある。
【0036】
本発明の目的は、廃トナーの発生が少ない、高転写効率のトナー、該トナーを用いた画像形成方法及び装置ユニットを提供することにある。
【0037】
本発明の目的は、低温定着性の良好なトナー、該トナーを用いた画像形成方法及び装置ユニットを提供することにある。
【0038】
本発明の目的は、微粒子化に対しても良好な現像性を維持できるトナー、該トナーを用いた画像形成方法及び装置ユニットを提供することにある。
【0039】
本発明の目的は、粉砕法によって安易に製造可能な高生産性のトナー、該トナーを用いた画像形成方法及び装置ユニットを提供することにある。
【0040】
本発明の目的は、シンプルな装置構成に加え電力消費が極めて少なく、エネルギーコストの低い粉体の粉砕・分級システムを使用する効率の良いトナーの製造方法を提供することにある。
【0041】
本発明の目的は、精緻な粒度分布を有するトナーを効率良く製造することのできるトナーの製造方法を提供することにある。
【0042】
本発明の目的は、重量平均径10μm以下(更には、8μm以下)のシャープな粒度分布を有するトナーを効率良く製造することのできるトナーの製造方法を提供することにある。
【0043】
【課題を解決するための手段】
本発明は、結着樹脂及び着色剤を少なくとも含有する混合物を溶融混練し、
得られた混練物を冷却した後、冷却物を粉砕手段によって粗粉砕し、
得られた粗粉砕物からなる粉体原料を、少なくとも中心回転軸に取り付けられた回転体からなる回転子と、該回転子表面と一定間隔を保持して回転子の周囲に配置されている固定子とを具備し、且つ間隔を保持することによって形成される環状空間が気密状態となるように構成されている機械式粉砕機内に導入し、該機械式粉砕機の上記回転子を高速回転させることによって粉体原料を微粉砕し、微粉砕された粉体原料を後室を経て粉体排出口から排出し、排出された粉体原料を分級して得られるトナー粒子を含有するトナーにおいて、
該後室の室温(T2)が40〜47℃であり、
該結着樹脂は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)による分子量分布において数平均分子量(Mn)が1,500乃至50,000であり、重量平均分子量(Mw)が6,000乃至100,000であるポリエステル樹脂を有し、
該トナーは、
(i)重量平均粒径が5乃至12μmであり、
(ii)該トナーの3μm以上の粒子において、下記式(1)
円形度a=L0/L (1)
〔式中、L0は粒子像と同じ投影面積を持つ円の周囲長を示し、Lは粒子像の周囲長を示す。〕
より求められる円形度aが0.900以上の粒子を個数基準の累積値で90%以上有し、
(iii)カット率Zと該トナーの重量平均径Xとの関係が下記式(2)
カット率 Z≦5.3×X (2)
[但し、カット率Zは、フロー式粒子像分析装置測定される全測定粒子の粒子濃度A(個数/μl)と、円相当径3μm以上の測定粒子濃度B(個数/μl)とから下記式(3)
Z=(1−B/A)×100 (3)
を用いて算出される値である。]
を満足し、
(iv)円形度0.950以上の粒子の個数基準累積値Yとトナー重量平均径Xとの関係が下記式(4)
円形度0.950以上の粒子の個数基準値Y≧exp5.51×X-0.645 (4)
[但し、トナーの重量平均粒径X:5乃至12μm]
を満足することを特徴とするトナーに関する。
【0044】
また、本発明は、結着樹脂及び着色剤を少なくとも含有する混合物を溶融混練し、
得られた混練物を冷却した後、冷却物を粉砕手段によって粗粉砕し、
得られた粗粉砕物からなる粉体原料を、少なくとも中心回転軸に取り付けられた回転体からなる回転子と、該回転子表面と一定間隔を保持して回転子の周囲に配置されている固定子とを具備し、且つ間隔を保持することによって形成される環状空間が気密状態となるように構成されている機械式粉砕機内に導入し、該機械式粉砕機の上記回転子を高速回転させることによって粉体原料を微粉砕し、微粉砕された粉体原料を後室を経て粉体排出口から排出し、排出された粉体原料を分級して製造されたトナー粒子を含有するトナーの製造方法であって、
該後室の室温(T2)が40〜47℃であり、
該結着樹脂は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)による分子量分布において数平均分子量(Mn)が1,500乃至50,000であり、重量平均分子量(Mw)が6,000乃至100,000であるポリエステル樹脂を有し、
得られるトナーが、
(i)重量平均粒径が5乃至12μmであり、
(ii)該トナーの3μm以上の粒子において、下記式(1)
円形度a=L 0 /L (1)
〔式中、L 0 は粒子像と同じ投影面積を持つ円の周囲長を示し、Lは粒子像の周囲長を示す。〕
より求められる円形度aが0.900以上の粒子を個数基準の累積値で90%以上有し、
(iii)カット率Zと該トナーの重量平均径Xとの関係が下記式(2)
カット率 Z≦5.3×X (2)
[但し、カット率Zは、フロー式粒子像分析装置測定される全測定粒子の粒子濃度A(個数/μl)と、円相当径3μm以上の測定粒子濃度B(個数/μl)とから下記式(3)
Z=(1−B/A)×100 (3)
を用いて算出される値である。]
を満足し、
(iv)円形度0.950以上の粒子の個数基準累積値Yとトナー重量平均径Xとの関係が下記式(4)
円形度0.950以上の粒子の個数基準値Y≧exp5.51×X -0.645 (4)
[但し、トナーの重量平均粒径X:5乃至12μm]
を満足することを特徴とするトナーの製造方法に関する。
【0047】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のトナーの製造方法の好ましい実施の形態を、添付図面を参照しながら具体的に説明する。
【0048】
図1及び図2は、本発明のトナーの製造方法の概要を示すフローチャートの一例である。本発明の製造方法は、フローチャートに示されている様に、粉砕処理前の分級工程を必要とせず、粉砕工程及び分級工程が1パスで行われることを特徴としている。
【0049】
本発明のトナーの製造方法においては、結着樹脂及び着色剤を少なくとも含有する混合物を溶融混練し、得られた混練物を冷却した後、冷却物を粉砕手段によって粗粉砕して得られた粗粉砕物が粉体原料として使用される。そして、先ず、所定量の粉砕原料を少なくとも中心回転軸に取り付けられた回転体である回転子と、該回転子表面と一定間隔を保持して回転子の周囲に配置されている固定子とを有し、且つ該間隔を保持することによって形成される環状空間が気密状態となるように構成されている機械式粉砕機に導入し、該機械式粉砕機の上記回転子を高速回転させることによって粉体原料を微粉砕する。次に、微粉砕された微粉砕物は分級工程に導入され分級されて、規定粒度を有する粒子群からなるトナー原料となる分級品が得られる。この際、分級工程では、分級手段として、少なくとも粗粉領域、中粉領域及び微粉領域を有する多分割気流式分級機が好ましく用いられる。例えば、3分割気流式分級機を使用した場合には、粉体原料は、少なくとも、微粉体、中粉体及び粗粉体の3種類に分級される。この様な分級機を用いる分級工程で、規定粒度よりも粒径の大きな粒子群からなる粗粉体及び規定粒度未満の粒子群からなる超微粉体は除かれ、中粉体がトナー製品としてそのまま使用されるか、又は、疎水性コロイダルシリカの如き外添剤と混合された後、トナーとして使用される。
【0050】
上記の分級工程で分級された規定粒度未満の粒子群からなる超微粉体は、一般的には、粉砕工程に導入されてくるトナー材料からなる粉体原料を生成する為の溶融混練工程に供給されて再利用されるか、或いは廃棄される。
【0051】
図3及び図4に本発明のトナーの製造方法を適用した装置システムの一例を示し、これに基づいて本発明を更に具体的に説明する。この装置システムに導入されるトナー原料である粉体原料には、結着樹脂及び着色剤を少なくとも含有する着色樹脂粒子粉体が用いられるが、該粉体原料は、例えば、結着樹脂及び着色剤等からなる混合物を溶融混練し、得られた混練物を冷却し、更に冷却物を粉砕手段によって粗粉砕したものが用いられる。その際に使用されるトナー材料等については後述する。
【0052】
この装置システムにおいて、トナー粉原料となる粉砕原料は、先ず、粉砕手段である機械式粉砕機301に第1定量供給機315を介して所定量導入される。導入された粉砕原料は、機械式粉砕機301で瞬間的に粉砕され、補集サイクロン229(図3では53)を介して第2定量供給機2(図3では54)に導入される。次いで振動フィーダー3(図3では55)を介し、更に原料供給ノズル16(図3では148)を介して分級手段である多分割気流式分級機1(図3では57)内に供給される。
【0053】
この装置システムにおいて、第1定量供給機315から粉砕手段である機械式粉砕機301に導入される所定量と、第2定量供給機2(図3では54)から分級手段である多分割気流式分級機1(図3では57)に導入される所定量との関係を、第1定量供給機315から機械式粉砕機301に導入される所定量を1とした場合、第2定量供給機2(図3では54)から多分割気流式分級機1(図3では57)に導入される所定量を好ましくは0.7〜1.7、より好ましくは、0.7〜1.5、更に好ましくは、1.0〜1.2とすることがトナー生産性及び生産効率という点から好ましい。
【0054】
通常、本発明の気流式分級機は、相互の機器をパイプのごとき連通手段で連結し、装置システムに組み込まれて使用される。図3に示す一体装置システムは、多分割分級装置57(図8に示される分級装置)、第2定量供給機54、振動フィーダー55、捕集サイクロン59、捕集サイクロン60、捕集サイクロン61を連通手段で連結してなるものである。図4に示す一体装置システムは、多分割分級装置1(図9に示される分級装置)、定量供給機2、振動フィーダー3、捕集サイクロン4、捕集サイクロン5、捕集サイクロン6を連通手段で連結してなるものである。
【0055】
この装置システムにおいて、粉体は、適宜の手段により、定量供給機2に送り込まれ、ついで振動フィーダー3を介し、原料供給ノズル16により3分割分級装置1内に導入される。導入に際しては、10〜350m/秒の流速で3分割分級機1内に粉体を導入する。3分割分級機1の分級室を構成する大きさは通常[10〜50cm]×[10〜50cm]なので、粉体は0.1〜0.01秒以下の瞬時に3種類以上の粒子群に分級し得る。そして、3分割分級機1により、大きい粒子(粗粒子)、中間の粒子、小さい粒子に分級される。その後、大きい粒子は排出導管11aを逝って、補集サイクロン6に送られ機械式粉砕機301に戻される。中間の粒子は排出導管12aを介して系外に排出され捕集サイクロン5で補集されトナーとなるべく回収される。小さい粒子は、排出導管13aを介して系外に排出され捕集サイクロン4で捕集され、トナー材料からなる粉体原料を生成する為の溶融混練工程に供給されて再利用されるか、或いは廃棄される。捕集サイクロン4,5,6は粉体を原料供給ノズル16を介して分級室に吸引導入するための吸引減圧手段としての働きをすることも可能である。この際分級される大きい粒子は、第1定量供給機315に再導入し、粉体原料中に混入させて、機械式粉砕機301にて再度粉砕することが好ましい。
【0056】
図3に示すように、多分割気流式分級機57から第1定量供給機315に再導入される大きい粒子(粗粒子)の再導入量は、第2定量供給機54から供給される微粉砕品の重量を基準として、0乃至10.0質量%、更には、0乃至5.0質量%とすることがトナー生産性上好ましい。多分割気流式分級機57から第1定量供給機315に再導入される大きい粒子(粗粒子)の再導入量が10.0質量%を超えると、機械式粉砕機301内の粉塵濃度が増大し、装置自体の負荷が大きくなるのと同時に、粉砕時に過粉砕され熱によるトナーの表面変質や機内融着を起こしやすいのでトナー生産性という点から好ましくない。
【0057】
更に、図3に示すように、多分割気流式分級機57で分級された大きい粒子(粗粒子)を第3定量供給機331に導入し、第3定量供給機331から機械式粉砕機301に導入することがよりトナー生産性上好ましい。なおこの際、多分割気流式分級機57で分級された大きい粒子(粗粒子)の再導入量は、第2定量供給機2から供給される微粉砕品の重量を基準として、0乃至10.0質量%、更には、0乃至5.0質量%とすることがトナー生産性上好ましい。多分割気流式分級機57から第3定量供給機331に再導入される大きい粒子(粗粒子)の再導入量が10.0質量%を超えると、機械式粉砕機301内に導入される粗粒子の再導入量を多くしなけらばならなくなり、その結果、機械式粉砕機301内の粉塵濃度が増大し、装置自体の負荷が大きくなるのと同時に、粉砕時に過粉砕され熱によるトナーの表面変質や機内融着を起こしやすいのでトナー生産性という点から好ましくない。
【0058】
この装置システムにおいて、粉体原料の粒度は、18メッシュパス(ASTME−11−61)が95乃至100質量%であり、100メッシュオン(ASTM E−11−61)が90乃至100質量%であることが好ましい。
【0059】
この装置システムにおいて、重量平均粒径が12μm以下、好ましくは10μm以下、より好ましくは8μm以下のシャープな粒度分布を有するトナーを得るためには、機械式粉砕機で微粉砕された微粉砕物の重量平均粒径が4乃至12μm、好ましくは4乃至10μm、4.00μm未満が70個数%以下、更には65個数%以下、10.08μm以上が25体積%以下、好ましくは20体積%以下、更に好ましくは15体積%以下であることが良い。分級された中粉体の粒度は、重量平均粒径が5乃至12μm、好ましくは5乃至10μm、4.00μm未満が40個数%以下、更に好ましくは35個数%以下、10.08μm以上が25体積%以下、好ましくは20体積%以下、更に好ましくは15体積%以下であることが良い。
【0060】
本発明のトナーの製造方法を適用した上記装置システムにおいては、粉砕処理前の第1分級工程を必要とせず、粉砕工程及び分級工程を1パスで行なうことができる。
【0061】
本発明のトナーの製造方法において、トナーの粒度分布は、後述するコールター社製のコールターカウンターTA−II型又はコールターマルチサイザーII型に100μmのアパーチャーを用いて測定する。
【0062】
本発明のトナー製造方法に使用される粉砕手段として好ましく用いられる機械式粉砕機について説明する。機械式粉砕機としては、例えば、ホソカワミクロン(株)製粉砕機イノマイザー、川崎重工業(株)製粉砕機KTM、ターボ工業(株)製ターボミルなどを挙げることができ、これらの装置をそのまま、あるいは適宜改良して使用することが好ましい。
【0063】
本発明においては、これらの中でも図5、図6及び図7に示したような機械式粉砕機を用いることが、粉体原料の粉砕処理を容易に行うことが出来るので効率向上が図られ、好ましい。
【0064】
以下、図5、図6及び図7に示した機械式粉砕機について説明する。図5は、本発明において使用される機械式粉砕機の一例の概略断面図を示しており、図6は図5におけるD−D’面での概略的断面図を示しており、図7は図5に示す回転子314の斜視図を示している。該装置は、図5に示されている様に、ケーシング313、ジャケット316、ディストリビュータ220、ケーシング313内にあって中心回転軸312に取り付けられた回転体からなる高速回転する表面に多数の溝が設けられている回転子314、回転子314の外周に一定間隔を保持して配置されている表面に多数の溝が設けられている固定子310、更に、被処理原料を導入する為の原料投入口311、処理後の粉体を排出する為の原料排出口302とから構成されている。
【0065】
以上のように構成してなる機械式粉砕機での粉砕操作は、例えば次のようにして行なう。
【0066】
即ち、図5に示した機械式粉砕機の粉体入口311から、所定量の粉体原料が投入されると、粒子は、粉砕処理室内に導入され、該粉砕処理室内で高速回転する表面に多数の溝が設けられている回転子314と、表面に多数の溝が設けられている固定子310との間の発生する衝撃と、この背後に生じる多数の超高速渦流、並びにこれによって発生する高周波の圧力振動によって瞬間的に粉砕される。その後、原料排出口302を通り、排出される。トナー粒子を搬送しているエアー(空気)は粉砕処理室を経由し、原料排出口302、パイプ219、補集サイクロン229、バグフィルター222、及び吸引フィルター224を通って装置システムの系外に排出される。本発明においては、この様にして、粉体原料の粉砕が行われる為、微粉及び粗粉を増やすことなく所望の粉砕処理を容易に行うことが出来る。
【0067】
粉砕原料を機械式粉砕機で粉砕する際に、冷風発生手段321により、粉体原科と共に、機械式粉砕機内に冷風を送風することが好ましい。更に、その冷風の温度は、0乃至−18℃であることが好ましい。更に、機械式粉砕機本体の機内冷却手段として、機械式粉砕機はジャケット構造316を有する構造とし、冷却水(好ましくはエチレングリコール等の不凍液)を通水することが好ましい。更に、上記の冷風装置及びジャケット構造により、機械式粉砕機内の粉体導入口に連通する渦巻室212内の室温T1を0℃以下、より好ましくは−5〜−15℃、更に好ましくは−7〜−12℃とすることがトナー生産性という点から好ましい。粉砕機内の渦巻室の室温T1を0℃以下、より好ましくは−5〜−15℃、更に好ましくは−7〜−12℃とすることにより、熱によるトナーの表面変質を抑えることができ、効率良く粉砕原料を粉砕することができる。粉砕機内の渦巻室の室温T1が0℃を超える場合、粉砕時に熱によるトナーの表面変質や機内融着を起こしやすいのでトナー生産性という点から好ましくない。粉砕機内の渦巻室の室温T1を−15℃より低い温度で運転しようとすると、上記冷風発生手段321で使用している冷媒(代替フロン)をフロンに変更しなけらばならない。
【0068】
現在、オゾン層保護の観点からフロンの撤廃が進められている。上記冷風発生手段321の冷媒にフロンを使用することは地球全体の環境問題という点から好ましくない。
【0069】
代替フロンとしては、R134A、R404A、R407C、R410A、R507A、R717等が挙げられるが、この中で省エネルギー性や安全性という点から、特にR404Aが好ましい。
【0070】
冷却水(好ましくはエチレングリコール等の不凍液)は、冷却水供給口317よりジャケット内部に供給され、冷却水排出口318より排出される。
【0071】
機械式粉砕機内で生成した微粉砕物は、機械式粉砕機の後室320を経由して粉体排出口302から機外へ排出される。その際、機械式粉砕機の後室320の室温T2が30乃至60℃であることがトナー生産性という点から好ましい。機械式粉砕機の後室320の室温T2を30乃至60℃とすることにより、熱によるトナーの表面変質を抑えることができ、効率良く粉砕原料を粉砕することができる。機械式粉砕機の温度T2が30℃より小さい場合、粉砕されずにショートパスを起こしている可能性があり、トナー性能という点から好ましくない。また、60℃より大きい場合、粉砕時に過粉砕されている可能性があり、熱によるトナーの表面変質や機内融着を起こしやすいのでトナー生産性という点から好ましくない。
【0072】
粉砕原料を機械式粉砕機で粉砕する際に、機械式粉砕機の渦巻室212の室温T1と後室320の室温T2の温度差ΔT(T2−T1)を40〜70℃とすることが好ましく、より好ましくは42〜67℃、更に好ましくは45〜65℃とすることがトナー生産性という点から好ましい。機械式粉砕機の温度T1と温度T2との温度差ΔTを40〜70℃、より好ましくは42〜67℃、更に好ましくは45〜65℃とすることにより、熱によるトナーの表面変質を抑えることができ、効率良く粉砕原料を粉砕することができる。機械式粉砕機の温度T1と温度T2との温度差ΔTが40℃より小さい場合、粉砕されずにショートパスを起こしている可能性があり、トナー性能という点から好ましくない。温度差ΔTが70℃より大きい場合、粉砕時に過粉砕されている可能性があり、熱によるトナーの表面変質や機内融着を起こしやすいのでトナー生産性という点から好ましくない。
【0073】
粉砕原料を機械式粉砕機で粉砕する際に、結着樹脂のガラス転移点(Tg)は、45乃至75℃、更には、55乃至65℃が好ましい。また、機械式粉砕機の渦巻室212の室温T1は、Tgに対して、0℃以下であり且つTgよりも60乃至75℃低くすることがトナー生産性という点から好ましい。機械式粉砕機の渦巻室212の室温T1を0℃以下であり且つTgよりも60乃至75℃低くすることにより、熱によるトナーの表面変質を抑えることができ、効率良く粉砕原料を粉砕することができる。機械式粉砕機の後室320の室温T2は、Tgよりも5乃至30℃、更には、10乃至20℃低いことが好ましい。機械式粉砕機の後室320の室温T2をTgよりも5乃至30℃、より好ましくは10乃至20℃低くすることにより、熱によるトナーの表面変質を抑えることができ、効率良く粉砕原料を粉砕することができる。
【0074】
なお、本発明において、結着樹脂のガラス転移点(Tg)は示差熱分析装置(DSC測定装置)、DSC−7(パーキンエルマー社製)を用い、下記の条件で測定した。
Figure 0004474036
【0075】
回転する回転子314の先端周速としては80〜180m/secであることが好ましく、より好ましくは90〜170m/sec、更に好ましくは100〜160m/secとすることがトナー生産性という点から好ましい。回転する回転子314の周速を80〜180m/sec、より好ましくは90〜170m/sec、更に好ましくは100〜160m/secとすることで、トナーの粉砕不足や過粉砕を抑えることができ、効率良く粉砕原料を粉砕することができる。回転子の周速が80m/secより遅い場合、粉砕されずにショートパスを起こしやすいのでトナー性能という点から好ましくない。回転子314の周速が180m/secより速い場合、装置自体の負荷が大きくなるのと同時に、粉砕時に過粉砕され熱によるトナーの表面変質や機内融着を起こしやすいのでトナー生産性という点から好ましくない。
【0076】
回転子314と固定子310との間の最小間隔は0.5〜10.0mmであることが好ましく、より好ましくは1.0〜5.0mm、更に好ましくは1.0〜3.0mmとすることが好ましい。回転子314と固定子310との間の間隔を0.5〜10.0mm、より好ましくは1.0〜5.0mm、更に好ましくは1.0〜3.0mmとすることで、トナーの粉砕不足や過粉砕を抑えることができ、効率良く粉砕原料を粉砕することができる。回転子314と固定子310との間の間隔が10.0mmより大きい場合、粉砕されずにショートパスを起こしやすいのでトナー性能という点から好ましくない。回転子314と固定子310との間の間隔が0.5mmより小さい場合、装置自体の負荷が大きくなるのと同時に、粉砕時に過粉砕され熱によるトナーの表面変質や機内融着を起こしやすいのでトナー生産性という点から好ましくない。
【0077】
本発明の粉砕方法は、粉砕工程前の第1分級を必要とせず、シンプルな構成に加え、粉砕原料を粉砕するのに多量のエアーを必要としない構成のため、粉砕工程で消費するトナー1kg当たりに消費する電力量は、図13に示す従来の衝突式気流粉砕機で製造したときに比べ約1/3以下となり、エネルギーコストを低く抑えることができる。
【0078】
次に、本発明のトナー製造方法を構成している分級手段として好ましく用いられる気流式分級機について説明する。
【0079】
本発明に使用される好ましい多分割気流式分級機の一例として、図9(断面図)に示す形式の装置を一具体例として例示する。
【0080】
図9において、側壁22及びGブロック23は分級室の一部を形成し、分級エッジブロック24及び25は分級エッジ17及び18を具備している。Gブロック23は左右に設置位置をスライドさせることが可能である。分級エッジ17及び18は、軸17a及び18aを中心にして、回動可能であり、分級エッジを回動して分級エッジ先端位置を変えることができる。各分級エッジブロック24及び25は左右に設置位置をスライドさせることが可能であり、それにともなってそれぞれのナイフエッジ型の分級エッジ17及び18も左右にスライドする。この分級エッジ17及び18により、分級室32の分級域30は3分画されている。
【0081】
原料粉体を導入するための原料供給口40を原料供給ノズル16の最後端部に有し、該原料供給ノズル16の後端部に高圧エアー供給ノズル41と原料粉体導入ノズル42とを有し且つ分級室32に開口部を有する原料供給ノズル16を側壁22の右側に設け、該原料供給ノズル16の下部接線の延長方向に対して長楕円弧を描く様にコアンダブロック26が設置されている。分級室32の左部ブロック27は、分級室32の右側方向にナイフエッジ型の入気エッジ19を具備し、更に分級室32の左側には分級室32に開口する入気管14及び15を設けてある。また、図4に示すように入気管14及び15には、ダンパーのごとき第1気体導入調節手段20及び第2気体導入調節手段21と静圧計28及び静圧計29を設けてある。
【0082】
分級エッジ17,18、Gブロック23及び入気エッジ19の位置は、被分級処理原料であるトナーの種類及び所望の粒径により調整される。
【0083】
分級室32の上面にはそれぞれの分画域に対応させて、分級室内に開口する排出口11,12及び13を有し、排出口11,12及び13にはパイプの如き連通手段が接続されており、それぞれにバルブ手段のごとき開閉手段を設けてよい。
【0084】
原料供給ノズル16は直角筒部と角錘筒部とからなり、直角筒部の内径と角錘筒部の最も狭い箇所の内径の比を20:1から1:1、好ましくは10:1から2:1に設定すると、良好な導入速度が得られる。
【0085】
以上のように構成してなる多分割分級域での分級操作は、例えば次のようにして行なう。即ち、排出口11,12及び13の少なくとも1つを介して分級室内を減圧し、分級室内に開口部を有する原料供給ノズル16中を該減圧によって流動する気流と高圧エアー供給ノズル41から噴射される圧縮エアーのエゼクター効果により、好ましくは流速10〜350m/secの速度で粉体を原料供給ノズル16を介して分級室に噴出し分散する。
【0086】
分級室に導入された粉体中の粒子は、コアンダブロック26のコアンダ効果による作用と、その際流入する空気のごとき気体の作用とにより湾曲線を描いて移動し、それぞれの粒子の粒径及び慣性力の大小に応じて、大きい粒子(粗粒子)は気流の外側、すなわち分級エッジ18の外側の第1分画、中間の粒子は分級エッジ18と17の間の第2分画、小さい粒子は分級エッジ17の内側の第3分画に分級され、分級された大きい粒子は排出口11より排出され、分級された中間の粒子は排出口12より排出され、分級された小さい粒子は排出口13よりそれぞれ排出される。
【0087】
上記の粉体の分級において、分級点は、粉体が分級室32内へ飛び出す位置であるコアンダブロック26の下端部分に対する分級エッジ17及び18のエッジ先端位置によって主に決定される。さらに、分級点は、分級気流の吸引流量あるいは原料供給ノズル16からの粉体の噴出速度等の影響を受ける。
【0088】
本発明の気流式分級機は、特に電子写真法による画像形成方法に用いられるトナー又はトナー用着色樹脂粉体を分級する場合に有効である。
【0089】
更に、図9に示す形式の多分割気流式分級機では、原料供給ノズル、原料粉体導入ノズル及び高圧エアー供給ノズルを多分割気流式分級機の上面部に具備し、該分級エッジを具備する分級エッジブロックが、分級域の形状を変更できるようにその位置を変更し得るようにしたため、従来の気流式分級装置よりも分級精度を飛躍的に向上させることができる。
【0090】
これらのことから、本発明のトナーの製造方法及び製造システムにおいては、粉砕及び分級条件をコントロールすることにより、重量平均径が12μm以下、好ましくは10μm以下、より好ましくは8μm以下である粒径のシャープな粒度分布を有するトナーを効率良く生成することができる。
【0091】
本発明のトナー製造方法は、静電荷像を現像する為に使用されるトナー粒子の生成に好ましく使用することが出来る。静電荷像現像用トナーを作製するには、結着樹脂及び着色剤を少なくとも含有する混合物が材料として用いられるが、その他、必要に応じて磁性粉、荷電制御剤、及びその他の添加剤等が用いられる。また、結着樹脂としては、ビニル系及び非ビニル系の熱可塑性樹脂が好ましく用いられる。これらの材料をヘンシェルミキサーまたはボールミルの如き混合機により十分混合してから、ロール、ニーダー及びエクストルーダーの如き熱混練機を用いて溶融、捏和及び混練して樹脂類を互いに相溶せしめた中に、顔料又は染料を分散又は溶解せしめ、冷却固化後、粉砕及び分級を行ってトナーを得ることが出来るが、本発明においては、この粉砕工程及び分級工程に、上記で説明した構成の装置システムを用いる。
【0092】
以下、トナーの構成材料について説明する。トナーに使用される結着樹脂としては、オイル塗布する装置を有する加熱加圧定着装置又は加熱加圧ローラー定着装置を使用する場合には、下記トナー用結着樹脂の使用が可能である。例えば、ポリスチレン、ポリ−p−クロルスチレン、ポリビニルトルエン等のスチレン及びその置換体の単重合体;スチレン−p−クロルスチレン共重合体、スチレン−ビニルトルエン共重合体、スチレン−ビニルナフタリン共重合体、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−α−クロルメタクリル共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−ビニルメチルエーテル共重合体、スチレン−ビニルエチルエーテル共重合体、スチレン−ビニルメチルケトン共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−イソプレン共重合体、スチレン−アクリロニトリル−インデン共重合体等のスチレン系共重合体;ポリ塩化ビニル、フェノール樹脂、天然樹脂変性フェノール樹脂、天然樹脂変性マレイン酸樹脂、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、ポリ酢酸ビニール、シリコーン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン、ポリアミド樹脂、フラン樹脂、エポキシ樹脂、キシレン樹脂、ポリビニルブチラール、テルペン樹脂、クマロンインデン樹脂、石油系樹脂が挙げられる。
【0093】
オイルを殆ど塗布しないか又は全く塗布しない加熱加圧定着方式、又は加熱加圧ローラー定着方式においては、トナー像支持体部材上のトナー像の一部がローラーに転移する所謂オフセット現象、及びトナー像支持部材に対するトナーの密着性が重要な問題である。より少ない熱エネルギーで定着するトナーは、通常保存中若しくは現像器でブロッキング若しくはケーキングし易い性質があるので、同時にこれらの問題も考慮しなければならない。これらの現象には、トナー中の結着樹脂の物性が最も大きく関与しているが、本発明者等の研究によれば、トナー中の磁性体の含有量を減らすと、定着時にトナー像支持体に対するトナーの密着性はよくなるが、オフセットが起こり易くなり、またブロッキング若しくはケーキングも生じ易くなる。それゆえ、オイルを殆ど塗布しない加熱加圧ローラー定着方式を用いる時には、結着樹脂の選択がより重要である。好ましい結着樹脂としては、例えば、架橋されたスチレン系共重合体若しくは架橋されたポリエステルが挙げられる。
【0094】
スチレン系共重合体のスチレンモノマーに対するコモノマーとしては、ビニル系単量体が用いられる。ビニル系単量体としては、例えば、アクリル酸、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸ドデシル、アクリル酸オクチル、アクリル酸−2−エチルヘキシル、アクリル酸フェニル、メタクリル酸、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸オクチル、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、アクリルアミドの如き二重結合を有するモノカルボン酸若しくはその置換体;例えば、マレイン酸、マレイン酸ブチル、マレイン酸メチル、マレイン酸ジメチルの如き二重結合を有するジカルボン酸及びその置換体;例えば、塩化ビニル、酢酸ビニル、安息芳酸ビニルの如きビニルエステル類;例えば、ビニルメチルケトン、ビニルヘキシルケトンの如きビニルケトン類;例えば、ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、ビニルイソブチルエーテルの如きビニルエーテル類;が挙げられ、これらは、単独若しくは2つ以上用いられる。
【0095】
ここで架橋剤としては主として2個以上の重合可能な二重結合を有する化合物が用いられ、例えば、ジビニルベンゼン、ジビニルナフタレンの如き芳香族ジビニル化合物;例えば、エチレングリコールジアクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、1,3−ブタンジオールジメタクリレートの如き二重結合を2個有するカルボン酸エステル;例えば、ジビニルアニリン、ジビニルエーテル、ジビニルスルフィド、ジビニルスルホンの如きジビニル化合物;及び3個以上のビニル基を有する化合物;が単独若しくは混合物として用いられる。
【0096】
トナーには荷電制御剤をトナー粒子に配合(内添)して用いることが好ましい。荷電制御剤によって、現像システムに応じた最適の荷電量コントロールが可能となり、特に本発明においては、粒度分布と荷電のバランスを更に安定にしたものとすることが可能であり、荷電制御剤を用いることで先に述べた粒径範囲毎による高画質化の為の機能分離及び相互補完性をより明確にすることが出来る。
【0097】
正荷電制御剤としては、例えば、ニグロシン及び脂肪酸金属塩による変性物;トリブチルベンジルアンモニウム−1−ヒドロキシ−4−ナフトスルフォン酸塩、テトラブチルアンモニウムテトラフルオロボレートの如き四級アンモニウム塩;を単独で或いは2種類以上組み合わせて用いることが出来る。これらの中でも、ニグロシン系化合物及び四級アンモニウム塩の如き荷電制御剤が、特に好ましく用いられる。さらに、下記一般式(1)で表されるモノマーの単重合体、又は、前述した様なスチレン、アクリル酸エステル及びメタクリル酸エステルの如き重合性モノマーとの共重合体を正荷電性制御剤として用いることができ、この場合、これらの荷電制御剤は結着樹脂(の全部又は一部)としての作用をも有する。
【0098】
【化1】
Figure 0004474036
1:H、CH3
2,R3:置換または未置換のアルキル基(好ましくは炭素数1〜4)
【0099】
負荷電性制御剤としては、例えば、有機金属錯体、キレート化合物が有効であり、モノアゾ金属錯体、アセチルアセトン金属錯体、芳香族ハイドロキシカルボン酸、芳香族ダイカルボン酸系の金属錯体がある。他には、芳香族ハイドロキシカルボン酸、芳香族モノ及びポリカルボン酸及び金属塩、無水物、エステル類、ビスフェノール等のフェノール誘導体類等がある。
【0100】
上述した荷電制御剤(結着樹脂としての作用を有しないもの)は、微粒子状として用いることが好ましい。この場合、この荷電制御剤の個数平均粒径は、具体的には4μm以下(更には3μm以下)が好ましい。トナーに内添する際、この様な荷電制御剤は、結着樹脂100質量部に対して0.1〜20質量部(好ましくは0.2〜10質量部)用いる。
【0101】
トナーが磁性トナーの場合は、磁性トナー中に含まれる磁性体としては、例えば、マグネタイト、γ−酸化鉄、フェライト、鉄過剰型フェライトの如き酸化鉄;鉄、コバルト、ニッケルの如き金属或いはこれらの金属とアルミニウム、コバルト、銅、鉛、マグネシウム、スズ、亜鉛、アンチモン、ベリリウム、ビスマス、カドミウム、カルシウム、マンガン、セレン、チタン、タングステン、バナジウムの様な金属との合金及びその混合物が挙げられる。これらの磁性体は、平均粒径が0.1〜1μm、好ましくは0.1〜0.5μm程度のものが好ましく、磁性トナー中に含有させる量としては、結着樹脂100質量部に対し60〜110質量部、好ましくは65〜100質量部である。
【0102】
トナーに使用される着色剤としては、従来より知られている染料及び/又は顔料が使用可能である。着色剤としては、例えば、カーボンブラック、フタロシアニンブルー、ピーコックブルー、パーマネントレッド、レーキレッド、ローダミンレーキ、ハンザーイエロー、パーマネントイエロー、ベンジジンイエローが挙げられる。着色剤の含有量としては、結着樹脂100質量部に対して0.1〜20質量部、好ましくは0.5〜20質量部、更にトナー像を定着したOHPフィルムの透過性をよくする為には12質量部以下が好ましく、更に好ましくは0.5〜9質量部がよい。
【0103】
次に本発明のトナーについて説明する。
【0104】
本発明のトナーは、少なくとも結着樹脂及び着色剤を有しており、
該トナーは、
(i)重量平均粒径が5乃至12μmであり、
(ii)該トナーの3μm以上の粒子において、下記式(1)
円形度a=L0/L (1)
〔式中、L0は粒子像と同じ投影面積を持つ円の周囲長を示し、Lは粒子像の周囲長を示す。〕
より求められる円形度aが0.900以上の粒子を個数基準の累積値で90%以上有し、
(iii)カット率Zと該トナーの重量平均径Xとの関係が下記式(2)
カット率 Z≦5.3×X (2)
[但し、カット率Zは、フロー式粒子像分析装置測定される全測定粒子の粒子濃度A(個数/μl)と、円相当径3μm以上の測定粒子濃度B(個数/μl)とから下記式(3)
Z=(1−B/A)×100 (3)
を用いて算出される値である。]
を満足し、
(iv)円形度0.950以上の粒子の個数基準累積値Yとトナー重量平均径Xとの関係が下記式(4)
円形度0.950以上の粒子の個数基準値Y≧exp5.51×X-0.645(4)
[但し、トナーの重量平均粒径X:5乃至12μm]
を満足する。
【0105】
従来より、トナー形状がトナーの諸特性に影響を与えることが知られているが、本発明者らは、粉砕法にて製造されるトナーの粒径及び形に関して検討を進め、3μm以上の粒子における円形度と転写性及び現像性(画質)、定着性には密接な関係があることを見出した。
【0106】
更に、粒子径の違うトナーにおいて、同一の効果を発揮する為には、トナー重量平均径と3μm未満の微粉含有量により3μm以上の粒子における円形度を制御する必要がある。
【0107】
即ち、トナー重量平均径と3μm未満の微粉含有量により3μm以上の粒子における円形度を規定することで、転写性及び現像性(画質)、定着性の優れたトナーを得ることが出来る。
【0108】
更に、該トナーを最適に生産する粉砕・分級システムを使用することで、従来にない簡便な方法でこれを達成した。
【0109】
ここで、本発明のトナーを最適に生産できる粉砕・分級システムは、結着樹脂及び着色剤を少なくとも含有する混合物を溶融混練し、得られた混練物を冷却した後、冷却物を粉砕手段によって粗粉砕し、
得られた粗粉砕物からなる粉体原料を、第1定量供給機に導入し、
少なくとも中心回転軸に取り付けられた回転体からなる回転子と、該回転子表面と一定間隔を保持して回転子の周囲に配置されている固定子とを具備し、且つ間隔を保持することによって形成される環状空間が気密状態となるように構成されている機械式粉砕機内に、上記第1定量供給機から所定量の粉体原料を該機械式粉砕機の粉体導入口を介して導入し、
該機械式粉砕機の上記回転子を高速回転させることによって粉体原料を微粉砕して、重量平均径が5乃至12μmであり、粒径4.00μm未満の粒子が70個数%以下であり、粒径10.08μm以上の粒子が25体積%以下である微粉砕物を生成し、
該微粉砕された微粉砕物を機械式粉砕機の粉体排出口から排出して第2定量供給機に導入し、
第2定量供給機から所定量の微粉砕物を、交差気流とコアンダ効果を利用して粉体を気流分級する多分割気流式分級機に導入し、
該多分割気流式分級機内で微粉砕物を少なくとも微粉体、中粉体及び粗粉体に分級し、
分級された粗粉体を粉体原料と混入し、上記機械式粉砕機に導入して粉砕し、
分級された中粉体からトナーを生成するシステムである。
【0110】
トナーが小粒径化されることによりトナー粒子の比表面積は増大する。これによりトナーの凝集性や付着性が大きくなる。この為、感光体上よりトナー像を転写材に転写した場合、感光体とトナー間に働く付着力が強くなり、転写効率を低下させる。特に、従来の粉砕方法で製造されたトナーは不定形で角張ったものとなり、この傾向は顕著となる。
【0111】
つまり、小粒径であっても、通常粒径トナーと同等或いはそれ以上の低い付着性を持たせることが転写効率の向上となる。
【0112】
トナーが比較的大きな粒子径となる場合には、トナー粒子の比表面積は小さくなる。この為、感光体とトナー間に働く付着力は小粒径化されたトナーに比較して弱いものとなる。つまり、粒子径の大きなトナーに、小粒径トナーと同等の円形度分布を持たせた場合、付着性の低減効果は更に増長され、転写効率向上は達成されるが、現像性や画質の悪化と言った別の問題が生じる可能性がある。
【0113】
更に、小粒径化されたトナーを使用した場合、ドット再現性は良好となるが、カブリ、飛び散りに関しては悪化する傾向がある。これは、粒子大の粗粉砕されたトナーから微小粒子のトナーを製造する為に、微粉及び超微粉といったトナーと目的とする粒子径の粒子が多数混在することが原因と考えられる。つまり、粒子径が違うトナーは帯電特性が異なり、個々の粒子との付着性も違う。この為、小粒径化することにより、トナーの帯電量分布は逆に広いものとなる。これらをコントロールする為には、トナー粒子の3μm未満の微粉、超微粉の存在量により、トナー粒子3μm以上の粒子の円形度分布を制御することが重要となる。
【0114】
粉砕されたトナーを繰り返し分級することで、シャープな粒度分布を得ることはできるが、実際のトナー生産に対して、適応することは難しい。
【0115】
つまり、本発明者らの検討によれば、粉砕法で製造されたトナーにおいて、感光体上よりトナー像を転写材に転写する際の転写率を向上させることで、廃トナーの発生を抑制し、且つ、良好な低温定着性と高現像性を達成する為には、トナーが、特定の粒度分布と円形度を有することが重要であり、この特定の粒度分布及び円形度を有するトナーは、上述したトナーの製造方法で用いた特定の粉砕機と特定の分級機を組み合わせた製造装置で製造し得ることを見い出した。
【0116】
本発明の特定の円形度を有するトナーにおいては、重量平均径が5乃至12μm、好ましくは5乃至10μmであり、粒径4.00μm未満の粒子が40個数%以下、好ましくは5乃至35個数%であり、粒径10.08μm以上の粒子が好ましくは0乃至20体積%、25体積%以下である粒度分布を有するトナーであることが好ましい。
【0117】
重量平均粒径が12μmを上回るトナーは、ドット再現性が低下すると共に、重量平均径が12μmを上回るトナーを得る場合には、粉砕機内での負荷を極力減らすか、処理量を多くすることで粒径的には対応可能であるが、形状は角張った物となり、所望の円形度にすることは難しく、更に所望の円形度分布にすることは難しくなる。
【0118】
重量平均粒径が5μmを下回るトナーは、画質において特にカブリを悪化させると共に、重量平均径が5μmを下回るトナーを得る場合には、粉砕機内での負荷を増大させるか、処理量を極端に少なくすることで対応は可能であるが、形状は球形に近似し所望の円形度にすることは難しく、更に所望の円形度分布にすることが難しくなるばかりでなく、微粉・超微粉の発生を押さえ切れなくなる。4.00μm未満の粒子が40個数%を超える場合には、重量平均径が5μmを下まわるトナーを得る場合と同様の理由で所望の円形度及び円形度分布にすることが難しい。10.08μm以上の粒子が25体積%を超える場合には、重量平均径が12μmを上まわるトナーを得る場合と同様の理由で所望の円形度及び円形度分布にすることが難しい。
【0119】
従って、本発明の重量平均径5乃至12μmであり、粒径4.0μm以下の粒子が40個数%以下であり、粒径10.08μm以上の粒子が25体積%以下であるトナーにおいては、該トナーの3μm以上の粒子において、下記式(1)より求められる円形度aが0.900以上の粒子を個数基準の累積値で90%以上有し、
円形度a=L0/L (1)
〔式中、L0は粒子像と同じ投影面積を持つ円の周囲長を示し、Lは粒子像の周囲長を示す。〕
カット率Zとトナー重量平均径Xの関係が下記式(2)を満足し、
カット率 Z≦5.3×X (2)
[但し、カット率Zは、東亜医用電子製フロー式粒子像分析装置FPIA−1000で測定される全測定粒子の粒子濃度A(個数/μl)、円相当径3μm以上の測定粒子濃度B(個数/μl)とした時、下記式(3)で示される。
Z=(1−B/A)×100 (3)]
円形度0.950以上の粒子の個数基準累積値Yとトナー重量平均径Xの関係が下記式(4)を満足することが好ましい。
円形度0.950以上の粒子の個数基準値Y≧exp5.51×X-0.645(4)
[但し、トナーの重量平均粒径X:5乃至12μm]
【0120】
このような円形度を有する場合、トナーの帯電コントロールが容易で、帯電の均一化と耐久安定性を得ることが出来る。更に、上記のような円形度を有する場合、転写効率が高くなることも判明した。これは、上述されたような円形度を有するトナーの場合、トナー粒子と感光体との接触面積が小さくなることで、トナーと感光体間に働く付着力が低下するためである。更に、従来の衝突式気流粉砕機により製造されたトナーと比較して、トナー粒子の比表面積が低減されている為、トナー粒子間の接触面積が減少し、トナー粉体のかさ密度は密となり、定着時の熱伝導を良化することで、定着性向上の効果も得ることができる。
【0121】
該トナーの3μm以上の粒子における円形度aが0.900以上の粒子の存在が個数基準の累積値で90%未満となる場合には、トナー粒子と感光体との接触面積が大きくなり、トナー粒子の感光体への付着力が増大する為、十分な転写効率を得られず好ましくない。
【0122】
該トナーの3μm以上の粒子における円形度aが0.950以上の粒子が個数基準の累積値で、カット率Zとトナー重量平均径Xの関係が下記式
カット率Z≦5.3×X(好ましくは0<カット率Z≦5.3×X)
を満たし、
個数基準累積値Y≧exp5.51×X-0.645を満足しない場合、即ち、
個数基準累積値Y<exp5.51×X-0.645を満足するような場合には、定着部材等への付着を促進しやすくなり、十分な転写効率が得られないだけでなく、トナーの流動性も悪化する場合があり好ましくない。
【0123】
カット率Z>5.3×Xの場合には、3μm以下の粒子数が多いことを示し、個数基準累積値Y≧exp5.51×X-0.645を満足した場合でも、微小粒子の存在により円形度的には不十分なものとなり、十分な転写効率が得られない場合があり好ましくない。
【0124】
このような各円形度を有する粒子のバラツキの一つの目安として、円形度標準偏差SDを用いることもできる。本発明においては円形度標準偏差SDが0.030乃至0.045であることが好ましい。
【0125】
本発明のトナーにおいては、トナーの粒度分布は、後述するコールター社製のコールターカウンターTA−II型又はコールターマルチサイザーII型に100μmアパーチャーを用いて測定したものであり、トナーの平均円形度は、粒子の形状を定量的に表現する簡便な方法として用いたものであり、本発明では東亜医用電子製フロー式粒子像分析装置「FPIA−1000」を用いて測定を行い、測定された粒子の円形度を下記式(1)により求め、さらに下記式(5)で示すように測定された全粒子の円形度の総和を全粒子数で除した値を平均円形度と定義する。
【0126】
円形度a=L0/L (1)
〔式中、L0は粒子像と同じ投影面積を持つ円の周囲長を示し、Lは粒子像の周囲長を示す。〕
【0127】
【数1】
Figure 0004474036
【0128】
Figure 0004474036
【0129】
【数2】
Figure 0004474036
【0130】
本発明における円形度はトナー粒子の凹凸の度合いの指標であり、トナーが完全な球形の場合1.00を示し、表面形状が複雑になるほど円形度は小さな値となる。本発明における円形度分布のSDは、ばらつきの指標であり、数値が小さいほどシャープな分布であることを示す。
【0131】
本発明で用いている測定装置である「FPIA−1000」は、各粒子の円形度を算出後、平均円形度及び円形度標準偏差の算出に当たって、粒子を得られた円形度によって、円形度0.4〜1.0を61分割したクラスに分け、分割点の中心値と頻度を用いて平均円形度及び円形度標準偏差の算出を行う算出法を用いている。しかしながら、この算出法で算出される平均円形度及び円形度標準偏差の各値と、上述した各粒子の円形度を直接用いる算出式によって算出される平均円形度及び円形度標準偏差の各値との誤差は、非常に少なく、実質的には無視できる程度であり、本発明においては、算出時間の短縮化や算出演算式の簡略化の如きデータの取り扱い上の理由で、上述した各粒子の円形度を直接用いる算出式の概念を利用し、一部変更したこのような算出法を用いても良い。
【0132】
具体的な測定方法としては、容器中の予め不純物を除去した水100〜150ml中に分散剤として界面活性剤、好ましくはアルキルベンゼンスルフォン酸塩を0.1〜0.5ml加え、更に測定試料を0.1〜0.5g程度加える。試料を分散した懸濁液は超音波分散機で約1〜3分間分散処理を行い、分散液濃度を1.2〜2.0万個/μlとして、上記フロー式粒子像測定装置を用い、0.60μm以上159.21μm未満の円相当径を有する粒子の円形度分布を測定する。尚、分散液濃度を1.2〜2.0万個/μlとすることで、カット率が大きくなった場合でも装置の精度が保てるだけの粒子濃度を維持することができる。
【0133】
測定の概略は、東亜医用電子社(株)発行のFPIA−1000のカタログ(1995年6月版)、測定装置の操作マニアル及び特開平8−136439号公報に記載されているが、以下の通りである。
【0134】
試料分散液は、フラットで扁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ように、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1/30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。それぞれの粒子の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として算出する。それぞれの粒子の2次元画像の投影面積及び投影像の周囲長から上記の円形度算出式を用いて各粒子の円形度を算出する。
【0135】
更に本発明においてその目的を達成するに好ましいトナーの構成を以下に詳述する。
【0136】
本発明に用いられる結着樹脂としては、ビニル系樹脂、ポリエステル系樹脂、エポキシ樹脂等が挙げられる。中でもビニル系樹脂とポリエステル系樹脂が帯電性や定着性でより好ましい。
【0137】
ビニル系樹脂としては、例えばスチレン;o−メチルスチレン、m−メチルスチレン、p−メチルスチレン、p−メトキシスチレン、p−フェニルスチレン、p−クロルスチレン、3,4−ジクロルスチレン、p−エチルスチレン、2,4−ジメチルスチレン、p−n−ブチルスチレン、p−tert−ブチルスチレン、p−n−ヘキシルスチレン、p−n−オクチルスチレン、p−n−ノニルスチレン、p−n−デシルスチレン、p−n−ドデシルスチレンの如きスチレン誘導体;エチレン、プロピレン、ブチレン、イソブチレンの如きエチレン不飽和モノオレフィン類;ブタジエンの如き不飽和ポリエン類;塩化ビニル、塩化ビニリデン、臭化ビニル、沸化ビニルの如きハロゲン化ビニル類;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、ベンゾエ酸ビニルの如きビニルエステル類;メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸n−ブチル、メタクリル酸イソブチル、メタクリル酸n−オクチル、メタクリル酸ドデシル、メタクリル酸2−エチルヘキシル、メタクリル酸ステアリル、メタクリル酸フェニル、メタクリル酸ジメチルアミノエチル、メタクリル酸ジエチルアミノエチルの如きα−メチレン脂肪族モノカルボン酸エステル類;アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸イソブチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸n−オクチル、アクリル酸ドデシル、アクリル酸2−エチルヘキシル、アクリル酸ステアリル、アクリル酸2−クロルエチル、アクリル酸フェニルの如きアクリル酸エステル類;ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、ビニルイソブチルエーテルの如きビニルエーテル類;ビニルメチルケトン、ビニルヘキシルケトン、メチルイソプロペニルケトンの如きビニルケトン類;N−ビニルピロール、N−ビニルカルバゾール、N−ビニルインドール、N−ビニルピロリドンの如きN−ビニル化合物;ビニルナフタリン類;アクリロニトリル、メタクリロニトリル、アクリルアミドの如きアクリル酸もしくはメタクリル酸誘導体;α,β−不飽和酸のエステル、二塩基酸のジエステル類が挙げられる。これらのビニル系モノマーが単独もしくは2つ以上で用いられる。
【0138】
これらの中でもスチレン系共重合体、スチレン−アクリル系共重合体となるようなモノマーの組み合わせが好ましい。
【0139】
さらに、必要に応じて以下に例示する様な架橋性モノマーで架橋された重合体又は共重合体であってもよい。
【0140】
芳香族ジビニル化合物として例えば、ジビニルベンゼン、ジビニルナフタレンが挙げられ;アルキル鎖で結ばれたジアクリレート化合物類として例えば、エチレングリコールジアクリレート、1,3−ブチレングリコールジアクリレート、1,4−ブタンジオールジアクリレート、1,5−ペンタンジオールジアクリレート、1,6ヘキサンジオールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート及び以上の化合物のアクリレートをメタクリレートに代えたものが挙げられ;エーテル結合を含むアルキル鎖で結ばれたジアクリレート化合物類としては、例えば、ジエチレングリコールジアクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、テトラエチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコール#400ジアクリレート、ポリエチレングリコール#600ジアクリレート、ジプロピレングリコールジアクリレート及び以上の化合物のアクリレートをメタアクリレートに代えたものが挙げられ;芳香族基及びエーテル結合を含む鎖で結ばれたジアクリレート化合物類として例えば、ポリオキシエチレン(2)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパンジアクリレート、ポリオキシエチレン(4)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパンジアクリレート及び以上の化合物のアクリレートをメタクリレートに代えたものが挙げられ;ポリエステル型ジアクリレート類として例えば、商品名MANDA(日本化薬)が挙げられる。
【0141】
多官能の架橋剤としては、ペンタエリスリトールトリアクリレート、トリメチロールエタントリアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、テトラメチロールメタンテトラアクリレート、オリゴエステルアクリレート及び以上の化合物のアクリレートをメタクリレートに代えたもの;トリアリルシアヌレート、トリアリルトリメリテートが挙げられる。
【0142】
これらの架橋剤は、他のモノマー成分100質量部に対して、好ましくは0.01〜10質量部、さらに好ましくは0.03〜5質量部用いることができる。
【0143】
これらの架橋性モノマーのうち、トナー用樹脂に定着性、耐オフセット性の点から好適に用いられるものとして、芳香族ジビニル化合物(特にジビニルベンゼン)、芳香族基及びエーテル結合を含む鎖で結ばれたジアクリレート化合物類が挙げられる。
【0144】
本発明において、ビニル系モノマーの単重合体または共重合体、ポリエステル、ポリウレタン、エポキシ樹脂、ポリビニルブチラール、ロジン、変性ロジン、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、芳香族系石油樹脂等を、必要に応じて前述した結着樹脂に混合して用いることができる。
【0145】
2種以上の樹脂を混合して、結着樹脂として用いる場合、より好ましい形態としては分子量の異なるものを適当な割合で混合するのが好ましい。
【0146】
本発明に用いられる結着樹脂は、ガラス転移温度が好ましくは45〜80℃、より好ましくは55〜70℃であり、GPC測定による分子量分布において、数平均分子量(Mn)は2,500〜50,000、重量平均分子量(Mw)は10,000〜1,000,000であることが好ましい。
【0147】
ビニル系重合体又は共重合体からなる結着樹脂を合成する方法としては、塊状重合法、溶液重合法、懸濁重合法、乳化重合法の如き重合法が利用できる。カルボン酸モノマー又は酸無水物モノマーを用いる場合には、モノマーの性質上、塊状重合法または溶液重合法を利用することが好ましい。
【0148】
結着樹脂を合成する方法の一例としては、次のような方法が挙げられる。ジカルボン酸、ジカルボン酸無水物、ジカルボン酸モノエステルの如きモノマーを用い、塊状重合法、溶液重合法によりビニル系共重合体を得ることができる。溶液重合法においては、溶媒留去時にジカルボン酸、ジカルボン酸モノエステル単位を留去条件を工夫することにより一部無水化することができる。更に、塊状重合法または溶液重合法によって得られたビニル系共重合体を加熱処理することで更に無水化を行うことができる。酸無水物をアルコールの如き化合物により一部エステル化することもできる。
【0149】
逆に、この様にして得られたビニル系共重合体を加水分解処理で酸無水物基を閉環させ、一部ジカルボン酸とすることができる。
【0150】
一方、ジカルボン酸モノエステルモノマーを用い、懸濁重合法、乳化重合法で得られたビニル系共重合体を加熱処理による無水化及び加水分解処理による開環により無水物からジカルボン酸を得ることができる。塊状重合法または溶液重合法で得られたビニル系共重合体を、モノマー中に溶解し、次いで懸濁重合法または乳化重合法により、ビニル系重合体または共重合体を得る方法を用いれば、酸無水物の一部は開環してジカルボン酸単位を得ることができる。重合時にモノマー中に他の樹脂を混合してもよく、得られた樹脂を加熱処理による酸無水物化、弱アルカリ水処理による酸無水物の開環アルコール処理によりエステル化を行うことができる。
【0151】
ジカルボン酸、ジカルボン酸無水物モノマーは交互重合性が強いので、無水物、ジカルボン酸の如き官能基をランダムに分散させたビニル系共重合体を得る為には以下の方法が好ましい方法の一つである。ジカルボン酸モノエステルモノマーを用い溶液重合法によってビニル系共重合体を得、このビニル系共重合体をモノマー中に溶解し、懸濁重合法によって結着樹脂を得る方法である。この方法では溶液重合後の溶媒留去時に処理条件により、全部またはジカルボン酸モノエステル部を脱アルコール閉環無水化させることができ酸無水物を得ることができる。懸濁重合時には酸無水物基が加水分解開環し、ジカルボン酸が得られる。
【0152】
ポリマーにおける酸無水物化は、カルボニルの赤外吸収が酸またはエステルの時よりも高波数側にシフトするので酸無水物の生成または消滅は確認できる。
【0153】
この様にして得られる結着樹脂は、カルボキシル基、無水物基、ジカルボン酸基が結着樹脂中に均一に分散されているので、トナーに良好な帯電性を与えることができる。
【0154】
結着樹脂としては以下に示すポリエステル樹脂も好ましい。
【0155】
ポリエステル樹脂は、全成分中45〜55mol%がアルコール成分であり、55〜45mol%が酸成分である。
【0156】
アルコール成分としては、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、2,3−ブタンジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、2−エチル1,3−ヘキサンジオール、水素化ビスフェノールA、下記(B)式で表わされるビスフェノール誘導体、下記(C)式で示されるジオール類、グリセリン、ソルビット、ソルビタン等の多価アルコール類が挙げられる。
【0157】
【化2】
Figure 0004474036
【0158】
全酸成分中50mol%以上を含む2価のカルボン酸としてはフタル酸、テレフタル酸、イソフタル酸、無水フタル酸の如きベンゼンジカルボン酸類又はその無水物;こはく酸、アジピン酸、セバシン酸、アゼライン酸の如きアルキルジカルボン酸類又はその無水物、またさらに炭素数6〜18のアルキル基又はアルケニル基で置換されたこはく酸もしくはその無水物;フマル酸、マレイン酸、シトラコン酸、イタコン酸の如き不飽和ジカルボン酸又はその無水物等が挙げられ、また、3価以上のカルボン酸としてはトリメリット酸、ピロメリット酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸やその無水物等が挙げられる。
【0159】
特に好ましいポリエステル樹脂のアルコール成分としては前記(B)式で示されるビスフェノール誘導体であり、酸成分としては、フタル酸、テレフタル酸、イソフタル酸又はその無水物、こはく酸、n−ドデセニルコハク酸又はその無水物、フマル酸、マレイン酸、無水マレイン酸の如きジカルボン酸類;トリメリット酸又はその無水物のトリカルボン酸類が挙げられる。
【0160】
これらの酸成分及びアルコール成分から得られたポリエステル樹脂を結着樹脂として使用した熱ローラー定着用トナーとして定着性が良好で、耐オフセット性に優れているからである。
【0161】
ポリエステル樹脂の酸価は好ましくは90mgKOH/g以下、より好ましくは50mgKOH/g以下であり、ポリエステル樹脂のOH価は好ましくは50mgKOH/g以下、より好ましくは30mgKOH/g以下であることが良い。これは、分子鎖の末端基数が増えるとトナーの帯電特性において環境依存性が大きくなる為である。
【0162】
ポリエステル樹脂のガラス転移温度(Tg)は好ましくは50〜75℃、より好ましくは55〜65℃であることが良く、ポリエステル樹脂のGPC測定による分子量分布において、数平均分子量(Mn)は好ましくは1,500〜50,000、より好ましくは2,000〜20,000であり、重量平均分子量(Mw)は好ましくは6,000〜100,000、より好ましくは10,000〜90,000であることが良い。
【0163】
本発明のトナーは、その帯電性をさらに安定化させる為に必要に応じて荷電制御剤を用いることができる。トナーにおける荷電制御剤の含有量は、結着樹脂100質量部当り0.1〜10質量部、好ましくは0.1〜5質量部、より好ましくは0.2〜5質量部であることが好ましい。
【0164】
荷電制御剤としては、以下のものが挙げられる。
【0165】
トナーを負荷電性に制御する負荷電性制御剤として、例えば有機金属錯体又はキレート化合物が有効である。モノアゾ金属錯体、芳香族ヒドロキシカルボン酸の金属錯体、芳香族ジカルボン酸系の金属錯体が挙げられる。他には、芳香族ハイドロキシカルボン酸、芳香族モノ及びポリカルボン酸及びその金属塩、その無水物、又はそのエステル類、又は、ビスフェノールのフェノール誘導体類が挙げられる。
【0166】
トナーを正荷電性に制御する正荷電性制御剤としては、ニグロシン、ニグロシン誘導体及び有機四級アンモニウム塩が挙げられる。
【0167】
本発明のトナーを磁性トナーとして用いる場合、磁性トナーに含まれる磁性材料としては、マグネタイト、マグヘマイト、フェライトの如き酸化鉄、及び他の金属酸化物を含む酸化鉄;Fe,Co,Niのような金属、あるいは、これらの金属とAl,Co,Cu,Pb,Mg,Ni,Sn,Zn,Sb,Be,Bi,Cd,Ca,Mn,Se,Ti,W,Vのような金属との合金、およびこれらの混合物等が挙げられる。
【0168】
具体的には、磁性材料としては、四三酸化鉄(Fe34)、三二酸化鉄(γ−Fe23)、酸化鉄亜鉛(ZnFe24)、酸化鉄イットリウム(Y3Fe512)、酸化鉄カドミウム(CdFe24)、酸化鉄ガドリニウム(Gd3Fe512)、酸化鉄銅(CuFe24)、酸化鉄鉛(PbFe1219)、酸化鉄ニッケル(NiFe24)、酸化鉄ネオジム(NdFe23)、酸化鉄バリウム(BaFe1219)、酸化鉄マグネシウム(MgFe24)、酸化鉄マンガン(MnFe24)、酸化鉄ランタン(LaFeO3)、鉄粉(Fe)、コバルト粉(Co)及びニッケル粉(Ni)が挙げられる。上述した磁性材料を単独で或いは2種以上の組合せて使用する。特に好適な磁性材料は、四三酸化鉄又はγ−三二酸化鉄の微粉末である。
【0169】
これらの強磁性体は平均粒径が0.05〜2μmで、795.8kA/m印加での磁気特性が抗磁力1.6〜12.0kA/m、飽和磁化50〜200Am2/kg(好ましくは50〜100Am2/kg)、残留磁化2〜20Am2/kgのものが好ましい。
【0170】
本発明のトナーにおいて、磁性体の含有量は、結着樹脂100質量部に対して、磁性体10〜200質量部、好ましくは20〜150質量部であるのが良い。
【0171】
本発明のトナーに使用できる非磁性の着色剤としては、任意の適当な顔料又は染料が挙げられる。例えば顔料として、カーボンブラック、アニリンブラック、アセチレンブラック、ナフトールイエロー、ハンザイエロー、ローダミンレーキ、アリザリンレーキ、ベンガラ、フタロシアニンブルー及びインダンスレンブルーが挙げられ、これらの含有量は結着樹脂100質量部に対し0.1〜20質量部、好ましくは1〜10質量部であることが良い。染料としては、例えば、アントラキノン系染料、キサンテン系染料及びメチン系染料が挙げられ、これらの含有量は、結着樹脂100質量部に対し0.1〜20質量部、好ましくは0.3〜10質量部であることが良い。
【0172】
本発明において、必要に応じて一種又は二種以上の離型剤を、トナー粒子中に含有させることが好ましい。離型剤としては次のものが挙げられる。
【0173】
低分子量ポリエチレン、低分子量ポリプロピレン、マイクロクリスタリンワックス、パラフィンワックスの如き脂肪族炭化水素系ワックス、酸化ポリエチレンワックスの如き脂肪族炭化水素系ワックスの酸化物、または、それらのブロック共重合物;カルナバワックス、サゾールワックス、モンタン酸エステルワックスの如き脂肪酸エステルを主成分とするワックス類;及び脱酸カルナバワックスの如き脂肪酸エステル類を一部または全部を脱酸化したものなどが挙げられる。さらに、パルミチン酸、ステアリン酸、モンタン酸の如き飽和直鎖脂肪酸類;プラシジン酸、エレオステアリン酸、バリナリン酸の如き不飽和脂肪酸類;ステアリルアルコール、アラルキルアルコール、ベヘニルアルコール、カルナウビルアルコール、セリルアルコール、メリシルアルコールの如き飽和アルコール類;長鎖アルキルアルコール類;ソルビトールの如き多価アルコール類;リノール酸アミド、オレイン酸アミド、ラウリン酸アミドの如き脂肪酸アミド類;メチレンビスステアリン酸アミド、エチレンビスカプリン酸アミド、エチレンビスラウリン酸アミド、ヘキサメチレンビスステアリン酸アミドの如き飽和脂肪酸ビスアミド類;エチレンビスオレイン酸アミド、ヘキサメチレンビスオレイン酸アミド、N,N’−ジオレイルアジピン酸アミド、N,N−ジオレイルセバシン酸アミドの如き不飽和脂肪酸アミド類;m−キシレンビスステアリン酸アミド、N,N−ジステアリルイソフタル酸アミドの如き芳香族系ビスアミド類;ステアリン酸カルシウム、ラウリン酸カルシウム、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸マグネシウムの如き脂肪酸金属塩(一般に金属石けんといわれているもの)、脂肪族炭化水素系ワックスにスチレンやアクリル酸の如きビニル系モノマーを用いてグラフト化させたワックス類;ベヘニン酸モノグリセリドの如き脂肪酸と多価アルコールの部分エステル化物、植物性油脂の水素添加などによって得られるヒドロキシル基を有するメチルエステル化合物が挙げられる。
【0174】
トナーにおける離型剤の含有量は、結着樹脂100質量部あたり0.1〜20質量部、好ましくは0.5〜10質量部が好ましい。
【0175】
これらの離型剤は、通常、樹脂を溶剤に溶解し、樹脂溶液温度を上げ、撹拌しながら添加混合する方法や、混練時に混合する方法で結着樹脂に含有させることができる。
【0176】
本発明において、トナーの示差走査熱量計(DSC)により測定されるDSC曲線において、昇温時の吸熱メインピーク温度が好ましくは60〜140℃の範囲、より好ましくは60〜120℃の範囲にあることが、上述した特定の粒度分布を有するトナーにおいて特に好ましく、降温時の発熱メインピーク温度が好ましくは60〜150℃の範囲、より好ましくは60〜130℃の範囲にあることが上述した特定の粒度分布を有するトナーにおいて特に好ましい。
【0177】
本発明において、トナーに含有されるワックスの示差走査熱量計(DSC)により測定されるDSC曲線において、昇温時の吸熱メインピーク温度が好ましくは60〜140℃の範囲、より好ましくは60〜120℃の範囲にあることが、上述した特定の粒度分布を有するトナーにおいて特に好ましく、降温時の発熱メインピーク温度が好ましくは60〜150℃の範囲、より好ましくは60〜130の範囲にあることが上述した特定の粒度分布を有するトナーにおいて特に好ましい。
【0178】
本発明におけるDSC測定では、トナー及びワックスの熱のやり取りを測定しその挙動を観測するので、測定原理から、高精度の内熱式入力補償型の示差走査熱量計で測定する必要がある。例えば、パーキンエルマー社製のDSC−7が利用できる。測定に用いるサンプル量は、トナーサンプルの場合には、約10〜15mgを用い、ワックスサンプルの場合には、約2〜5mgを用いる。
【0179】
測定方法は、ASTM D3418−82に準じて行う。本発明に用いられるDSC曲線は、1回昇温させ前履歴を取った後、温度速度10℃/min、温度0〜200℃の範囲で降温、昇温させた時に測定されるDSC曲線を用いる。
【0180】
本発明のトナーに流動性向上剤を添加しても良い。流動性向上剤は、トナー粒子に外添することにより、流動性が添加前後を比較すると増加し得るものである。例えば、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の如きフッ素系樹脂粉末;湿式製法シリカ、乾式製法シリカの如き微粉末シリカ、微粉末酸化チタン、微粉末アルミナ、それらをシランカップリング剤、チタンカップリング剤、シリコーンオイルにより表面処理を施した処理シリカ等がある。
【0181】
好ましい流動性向上剤としては、ケイ素ハロゲン化合物の蒸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。例えば、四塩化ケイ素ガスの酸水素焔中における熱分解酸化反応を利用するもので、基礎となる反応式は次の様なものである。
【0182】
SiCl4+2H2+O2→SiO2+4HCl
【0183】
この製造工程において、塩化アルミニウム又は塩化チタン等の他の金属ハロゲン化合物をケイ素ハロゲン化合物と共に用いることによってシリカと他の金属酸化物の複合微粉体を得ることも可能であり、シリカとしてはそれらも包含する。その粒径は、平均の一次粒径として、0.001〜2μmの範囲内であることが好ましく、特に好ましくは、0.002〜0.2μmの範囲内のシリカ微粉体を使用するのが良い。
【0184】
ケイ素ハロゲン化合物の蒸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、例えば以下の様な商品名で市販されているものがある。
【0185】
Figure 0004474036
【0186】
さらには、該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に疎水化処理した処理シリカ微粉体がより好ましい。該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30〜80の範囲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。
【0187】
疎水化方法としては、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蒸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。
【0188】
有機ケイ素化合物としては、ヘキサメチルジシラザン、トリメチルシラン、トリメチルクロルシラン、トリメチルエトキシシラン、ジメチルジクロルシラン、メチルトリクロルシラン、アリルジメチルクロルシラン、アリルフェニルジクロルシラン、ベンジルジメチルクロルシラン、ブロムメチルジメチルクロルシラン、α−クロルエチルトリクロルシラン、β−クロルエチルトリクロルシラン、クロルメチルジメチルクロルシラン、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、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、ヘ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−ジフェニルテトラメチルジシロキサンおよび1分子当り2から12個のシロキサン単位を有し末端に位置する単位にそれぞれ1個宛のSiに結合した水酸基を含有するジメチルポリシロキサン等がある。さらに、ジメチルシリコーンオイルの如きシリコーンオイルが挙げられる。これらは1種あるいは2種以上の混合物で用いられる。本発明においては、シリコーンオイル処理が特に好ましい。
【0189】
流動性向上剤は、BET法で測定した窒素吸着による比表面積が30m2/g以上、好ましくは50m2/g以上のものが良好な結果を与える。本発明のトナーにおいて、流動性向上剤の外添量は、トナー100質量部に対して0.01〜8質量部、好ましくは0.1〜4質量部であることが良い。
【0190】
本発明のトナーは、前述した図3及び図4に示す装置システムに図5、図6及び図7に示す機械式粉砕機と図9に示す多分割分級機とを適用して、本発明のトナーの製造方法によって製造することができる。
【0191】
次に、本発明で用いられる各種物性データーの測定方法に関して説明する。
【0192】
(1)粒度分布の測定
粒度分布については、測定装置としてコールターカウンターTA−II型又はコールターマルチサイザーII型(コールター社製)を用い、個数分布,体積分布を出力するインターフェイス(日科機製)及びCX−1パーソナルコンピューター(キヤノン製)を接続し、電解液は特級または1級塩化ナトリウムを用いて1%NaCl水溶液を調製する。測定法として前記電解水溶液100〜150ml中に分散剤として界面活性剤(好ましくはアルキルベンゼンスルホン酸塩)を0.1〜5ml加え、さらに測定試料を2〜20mg加える。試料を懸濁した電解液は超音波分散器で約1〜3分間分散処理を行い、アパーチャーとして、トナー粒径を測定するときは100μmアパーチャーを用い、無機微粉末粒径を測定するときは13μmアパーチャーを用いて測定する。トナー及び無機微粉末の体積,個数を測定して、体積分布と、個数分布とを算出した。それから体積分布から求めた重量基準の重量平均径、個数分布から求めた4.00μm以下の粒子の個数%及び体積分布から求めた10.08μm以上の粒子の体積%をそれぞれ求める。なお、チャンネルの中央値をチャンネル毎の代表値とする。
【0193】
トナーの粒度分布の測定には、以下のチャンネルを用いる。
【0194】
チャンネルとしては、2.00〜2.52μm未満;2.52〜3.17μm未満;3.17〜4.00μm未満;4.00〜5.04μm未満;5.04〜6.35μm未満;6.35〜8.00μm未満;8.00〜10.08μm未満;10.08〜12.70μm未満;12.70〜16.00μm未満;16.00〜20.20μm未満;20.20〜25.40μm未満;25.40〜32.00μm未満;32.00〜40.30μm未満の13チャンネルを用いた。
【0195】
(2)ポリエステル樹脂の酸価の測定方法
酸価とは、樹脂1g中に含まれるカルボキシル基を中和するのに必要なカ性カリのミリグラム数として定義されている。したがって酸価は末端基の数を示していることになる。測定の方法はつぎのとおりである。
【0196】
サンプル2〜10gを200〜300mlの三角フラスコに秤量し、メタノール:トルエン=30:70の混合溶媒約50ml加えて樹脂を溶解する。溶解性が悪いようであれば少量のアセトンを加えてもよい。0.1%のブロムチモールブルーとフェノールレッドの混合指示薬を用い、あらかじめ標定されたN/10カ性カリ〜アルコール溶液で滴定し、アルコールカリ液の消費量からつぎの計算で酸価を求める。
【0197】
酸価(mgKOH/g)=KOH(ml数)×f×56.1/試料質量
(ただしfはN/10KOHのファクター)
【0198】
(3)ポリエステル樹脂の水酸基価の測定方法
JIS K 0070−1966に示される方法に準じて、下記の方法により測定する。
【0199】
200mlの三角フラスコに試料2gを精秤し、無水酢酸/ピリジン=1/4の混合液を5mlホールピペットで加え、更に、ピリジン25mlをメスシリンダーで加える。三角フラスコ口に冷却器を取り付けて、100℃のオイルバス中で90分反応させる。
【0200】
蒸留水3mlを冷却器上部から加えて、よく振とうし10分間放置する。冷却器をつけたまま三角フラスコをオイルバスから引き上げて放冷し、約30℃になれば冷却器上部から少量のアセトン(10ml程度)で冷却器及びフラスコ口を洗浄する。THF50mlをメスシリンダーで加えフェノールフタレインのアルコール溶液を指示薬としてN/2KOH−THF溶液で50ml(目盛0.1ml)のビュレットを用いて中和滴定する。中和終了直前に中性アルコール25ml(メタノール/アセトン=1/1)を加え溶液が微紅色を呈するまで滴定を行う。同時に空試験も行う。
【0201】
次いで、下記式に従って水酸基価を求める。
【0202】
【数3】
Figure 0004474036
A:水酸基価(mgKOH/g)
B:本試験に要したN/2KOH−THF溶液のml数
C:空試験に要したN/2KOH−THF溶液のml数
f:N/2KOH−THF溶液の力価
S:試料採取量(g)
D:酸価またはアルカリ価(酸価はプラスし、アルカリ価はマイナスする)
【0203】
(4)ガラス転移温度(Tg)の測定
示差走査熱量計(DSC測定装置),DSC−7(パーキンエルマー社製)を用いてASTM D3418−82に準じて測定する。
【0204】
測定試料は5〜20mg、好ましくは10mgを精密に秤量する。
【0205】
これをアルミパン中に入れ、リファレンスとして空のアルミパンを用い、測定温度範囲30〜200℃の間で、昇温速度10℃/minで常温常湿下で測定を行う。
【0206】
この昇温過程で、温度40〜100℃の範囲におけるメインピークの吸熱ピークが得られる。
【0207】
このときの吸熱ピークが出る前と出た後のベースラインの中間点の線と示差熱曲線との交点を本発明におけるガラス転移温度Tgとする。
【0208】
(5)結着樹脂原料の分子量分布の測定
GPCによるクロマトグラムの分子量は次の条件で測定される。
【0209】
40℃のヒートチャンバー中でカラムを安定化させ、この温度におけるカラムに、溶媒としてテトラヒドロフラン(THF)を毎分1mlの流速で流す。結着樹脂原料をロールミルに素通し(130℃,15分)したものを用いる。試料濃度として0.05〜0.6質量%に調整した樹脂のTHF試料溶液を50〜200μl注入して測定する。試料の分子量測定にあたっては、試料の有する分子量分布を、数種の単分散ポリスチレン標準試料により作製された検量線の対数値とカウント数との関係から算出する。検量線作成用の標準ポリスチレン試料としては、例えば、Pressure Chemical Co.製あるいは、東洋ソーダ工業社製の分子量が6×102,2.1×103,4×103,1.75×104,5.1×104,1.1×105,3.9×105,8.6×105,2×106,4.48×106のものを用い、少なくとも10点程度の標準ポリスチレン試料を用いるのが適当である。検出器にはRI(屈折率)検出器を用いる。
【0210】
カラムとしては、103〜2×106の分子量領域を適確に測定するために、市販のポリスチレンゲルカラムを複数組合せるのが良く、例えば、Waters社製のμ−styragel 500,103,104,105の組合せや、昭和電工社製のshodex KA−801,802,803,804,805,806,807の組合せが好ましい。
【0211】
図16を参照しながら本発明の画像形成方法を実施し得る画像形成装置の一例について説明する。
【0212】
図中の506は、潜像保持体としての回転ドラム型の感光体であり、該感光体506はアルミニウムの如き導電性基層と、その外面に形成した光導電層とを基本構成層とするものである。図16に例示した装置では、感光体506は、図面上の時計方向に、例えば、周速度200mm/sで回転駆動する。
【0213】
512は、一次帯電手段としての接触帯電部材である帯電ローラーであり、中心の芯金と、その外周のカーボンブラックを含むエピクロルヒドリンゴムで形成された導電性弾性層とを基本構成としている。帯電ローラー512は、上記感光体506面に、例えば線圧39.2N/m(40g/cm)の押圧力をもって圧接されており、感光体506の回転に伴って従動回転する。
【0214】
513は、上記帯電ローラー512に電圧を印加するための帯電バイアス電源であり、この帯電ローラー512に、例えば−1.4kVの直流バイアスが印加されることで感光体506の表面が、例えば約−700Vの極性・電位に帯電されている。
【0215】
次いで、潜像形成手段としての画像露光514によって、感光体506上に静電潜像が形成され、静電潜像が、現像装置のホッパー501に保持されている現像剤によって現像されて、トナー画像として順次可視化される。504は、接触転写部材としての転写ローラーであり、中心の芯金と、その外周にカーボンブラックを含むエチレン−プロピレン−ブタジエン共重合体で形成された導電性弾性層とを基本構成とする。
【0216】
転写ローラー504は、感光体506の表面に、例えば線圧19.6N/m(20g/cm)の押圧力をもって圧接し、感光体506周速度と等速度で表面移動方向が同一方向に回転するように構成されている。
【0217】
記録材507としては、例えば、A4サイズの紙を用いる。該記録材507を、感光体506と転写ローラー504との間に搬送すると同時に、上記転写ローラー504に、トナーと逆極性の、例えば−5kVの直流バイアスを転写バイアス電源505から印加することによって、感光体506上に形成されているトナー画像を記録材507の表面側に転写させる。従って、転写ローラー504は、転写時には記録材507を介して感光体506に圧接されることになる。
【0218】
上記のようにしてトナー画像が転写された記録材507は、次いで、ハロゲンヒータが内蔵されている定着ローラー508aと、これに押圧力を持って圧接された弾性体の加圧ローラー508bとを基本構成とする定着手段としての定着器408へと搬送されて、上記定着ローラー508aと加圧ローラー508bとの間を通過し、これによってトナー画像が記録材507上に定着されて、その後、画像形成物として排出される。
【0219】
上記のようにしてトナー画像の転写が行なわれた後の感光体506の表面では、転写残りトナー等の付着汚染物質を、感光体506にカウンター方向に、例えば線圧24.5N/m(25g/cm)で圧接したポリウレタンゴムを基本材料とする弾性クリーニングブレード509を具備したクリーニング装置510よって清浄面化することが行なわれ、更に除電露光装置511によって除電された後、上記過程によって作像が繰り返される。
【0220】
上記の現像装置としては、例えば、図17に示す磁性一成分系現像剤を用いた現像装置を用いることができる。
【0221】
図17において、公知のプロセスにより形成された静電潜像を保持するための潜像保持体、例えば、電子写真感光ドラム461は、矢印B方向に回転される。現像剤担持体としての現像スリーブ468は、金属製円筒管(基体)466とその表面に形成される導電性被膜層467から構成されている。図17のホッパー463中には、磁性トナー464を撹拌するための撹拌翼470が設けられている。ホッパー463から供給された一成分系磁性現像剤としての磁性トナー464を担持して、矢印A方向に回転することにより、現像スリーブ468と感光ドラム461とが対向した現像部に磁性トナー464を搬送する。現像スリーブ468内には、磁性トナー464を現像スリーブ468上に磁気的に吸引保持するために、マグネットローラー465が配置されている。磁性トナー464は、現像スリーブ468との摩擦によって、感光ドラム461上の静電潜像を現像可能な摩擦帯電電荷を得る。
【0222】
現像部に搬送される磁性トナー464の層厚を規制するために、強磁性金属からなる現像剤層厚規制部材(規制ブレード)462が、現像スリーブ468の表面から、例えば約200〜300μmのギャップ幅を持って現像スリーブ468に臨むように、ホッパー463から垂下されている。そして、マグネットローラー465の磁極N1からの磁力線がブレード462に集中することにより、現像スリーブ468上に磁性トナー464の薄層が形成される。ブレード462としては、更に規制力を強めたナイフエッジブレード、又は非磁性ブレードを使用することもできる。
【0223】
本発明のトナーは、現像スリーブ468上に形成される磁性トナー464の薄層の厚みが、現像部における現像スリーブ468と感光ドラム461との間の最小間隙Dよりも薄い非接触型現像装置に適用することが有効であるが、現像部においてトナー層の厚みが現像スリーブ468と感光ドラム461との間の最小間隙D以上の厚みである接触型現像装置に適用することもできる。説明の煩雑を避けるため、以下の説明では、非接触型現像装置を例に採って行う。
【0224】
上記現像スリーブ468には、これに担持された一成分系磁性現像剤である磁性トナー464を飛翔させるために、電源469により現像バイアス電圧が印加される。この現像バイアス電圧として直流電圧を使用するときは、静電潜像の画像部(磁性トナー464が付着して可視化される領域)の電位と、背景部の電位との間の値の電圧が、現像スリーブ468に印加されることが好ましい。一方、現像画像の濃度を高め或いは階調性を向上させるために、現像スリーブ468に交番バイアス電圧を印加して、現像部に向きが交互に反転する振動電界を形成してもよい。この場合、上記画像部の電位と背景部の電位の間の値を有する直流電圧成分が重畳された交番バイアス電圧を現像スリーブ468に印加することが好ましい。
【0225】
高電位部と低電位部を有する静電潜像の高電位部にトナーを付着させて可視化する、所謂、正規現像では、静電潜像の極性と逆極性に帯電するトナーを使用し、一方、静電潜像の低電位部にトナーを付着させて可視化する、所謂、反転現像では、トナーは静電潜像の極性と同極性に帯電するトナーを使用する。尚、高電位と低電位というのは、絶対値による表現である。いずれにしても、磁性トナー464は、現像スリーブ468との摩擦によって静電潜像を現像するための極性が帯電される。
【0226】
図18は、現像装置の他の実施例を示す構成図、図19は現像装置の更に他の実施例を示す構成図である。
【0227】
図18及び図19の現像装置では、現像スリーブ468上の磁性トナー464の層厚を規制する部材として、ウレタンゴムやシリコーンゴムの如きゴム弾性を有する材料、或いはリン青銅、ステンレス鋼の如き金属弾性を有する材料等の弾性板471を使用し、この弾性板471を、図18に示した現像装置では現像スリーブ468に回転方向と逆の姿勢で圧接させ、図19に示した現像装置では現像スリーブ468に回転方向と同方向の姿勢で圧接させていることが特徴である。このような現像装置では、いずれも現像スリーブ468上に更に薄いトナー層を形成することができる。図18及び図19の現像装置のその他の構成は、図17に示した現像装置と基本的に同じであり、図18及び図19において図17に付した符号と同一の符号は同一の部材を示す。
【0228】
上記のようにして現像スリーブ468上にトナー層を形成する方式の図18及び図19に示したような現像装置は、磁性トナーを主成分とする一成分系磁性現像剤を使用する場合にも、非磁性トナーを主成分とする一成分系非磁性現像剤を使用する場合にも適している。
【0229】
本発明の装置ユニットは、本発明の現像剤担持体を有する図17に示したような構成の現像装置を、画像形成装置本体(例えば、複写機、レーザービームプリンター、ファクシミリ装置)に対して脱離可能に装着したものである。
【0230】
装置ユニットの形態としては、図17に示す現像装置に加えて、図16に示したドラム状の潜像担持体(感光ドラム)506、クリーニングブレード509を有するクリーニング手段510、及び一次帯電手段としての接触(ローラー)帯電手段512からなる群から選択される一種以上の構成部材を一体に有して構成させることも可能である。このときに、上記装置本体の方に、上記に挙げた構成部材の中で装置ユニットに選択しなかった構成部材、例えば、帯電手段及び/又はクリーニング手段を伴って構成してもよい。
【0231】
図20にそのような装置ユニットとしてのプロセスカートリッジの一具体例を示す。以下のプロセスカートリッジの説明において、図17に示す現像装置以外は、図16を用いて説明した画像装置の構成部材と同様の機能を有するものについては、図16と同じ符号を用いて説明する。
【0232】
図20に示したように、プロセスカートリッジでは、少なくとも現像手段と潜像保持体とが一体的に組み合わされてカートリッジ化されており、更に画像形成装置本体(例えば、複写機、レーザービームプリンター、ファクシミリ装置等)に着脱可能に構成されている。
【0233】
図20に示したプロセスカートリッジの実施形態では、現像装置、ドラム状の潜像保持体(感光ドラム)506、クリーニングブレード509を有するクリーニング手段510、一次帯電手段としての接触(ローラー)帯電手段512を一体とした装置ユニットとしてのプロセスカートリッジ515が例示されている。
【0234】
この実施形態では、現像装置は、現像ブレード462と現像剤容器としてのホッパー463内に磁性トナーを有する一成分系現像剤464を有して構成されており、該現像剤464を用いて、現像時に、バイアス印加手段からの現像バイアス電圧により感光ドラム506と現像スリーブ468との間に所定の電界が形成されて、現像工程が実施される。尚、この現像工程を好適に実施するためには、感光ドラム506と現像スリーブ468との間の距離が非常に大切な要素となる。
【0235】
上記では、現像装置、潜像保持体506、クリーニング手段510及び一次帯電手段512の4つの構成部材を一体的にカートリッジ化した実施形態について説明したが、プロセスカートリッジとしては、先に述べたように、現像装置が一体的にカートリッジ化されたものであればよく、例えば、現像装置と潜像保持体との2つの構成部材;現像装置、潜像保持体及びクリーニング手段の3つの構成部材;現像装置、潜像保持体及び一次帯電手段の3つの構成部材;或いはこれらに、その他の構成部材を加えて一体的にカートリッジ化することも可能である。
【0236】
次に、上記で説明したような本発明の画像形成方法を、ファクシミリのプリンターに適用する場合について説明する。この場合には、図16に示した画像露光514は、受信データをプリントするための露光になる。図21は、この場合における画像形成のプロセスの一例をブロック図で示したものである。
【0237】
コントローラー531は、画像読取部540とプリンター539とを制御する。コントローラー531の全体は、CPU537により制御されている。画像読取部540からの読取データは、送信回路533を通して相手局に送信される。相手局から受けたデータは受信回路532を通してプリンター539に送られる。画像メモリ536には所定の画像データが記憶される。プリンターコントローラー538は、プリンター539を制御している。534は電話である。
【0238】
電話回線534から受信された画像(回線を介して接続されたリモート端末からの画像情報)は、受信回路532で復調された後、CPU537によって画像情報の複合処理が行われ、順次画像メモリ536に格納される。そして、少なくとも1ぺージの画像がメモリ536に格納されると、そのぺージの画像記録を行う。CPU537は、メモリ536より1ぺージ分の画像情報を読み出し、プリンターコントローラー538に複合化された1ページ分の画像情報を送出する。プリンターコントローラー538は、CPU537からの1ぺージ分の画像情報を受け取ると、そのぺージの画像情報記録を行うべくプリンター539を制御する。尚、CPU537は、プリンター539による記録中に、次のぺージの受信を行っている。
【0239】
ファクシミリのプリンターにおいては、以上のようにして画像の受信と記録が行われる。
【0240】
【実施例】
次に、本発明の実施例及び比較例を挙げて本発明を更に詳細に説明する。
【0241】
[トナー粗砕物の製造例1]
・結着樹脂(ポリエステル樹脂) :100質量部
(Tg62℃、酸価18mgKOH/g、水酸基価26mgKOH/g、分子量:Mp7500、Mn3200、Mw60000)
・磁性酸化鉄 :90質量部
(平均粒子径0.22μm、795.8kA/m磁場での特性Hc9.4kA/m、σs82.5Am2/kg、σr11.5Am2/kg)
・モノアゾ金属錯体(負荷電制御剤) :2質量部
・低分子量エチレン−プロピレン共重合体 :3質量部
(吸熱メインピーク温度:85.8℃,発熱メインピーク温度:86.3℃)
上記の処方の材料を、ヘンシェルミキサー(FM−75型、三井三池化工機(株)製)でよく混合した後、温度130℃に設定した2軸混練機(PCM−30型、池貝鉄工(株)製)にて混練した。得られた混練物を冷却し、ハンマーミルにて1mm以下に粗粉砕し、トナー製造用粉体原料である粉体原料A(粗粉砕物)を得た。
【0242】
Figure 0004474036
上記の処方の材料を、ヘンシェルミキサー(FM−75型、三井三池化工機(株)製)でよく混合した後、温度130℃に設定した2軸混練機(PCM−30型、池貝鉄工(株)製)にて混練した。得られた混練物を冷却し、ハンマーミルにて1mm以下に粗粉砕しトナー製造用粉体原料である粉体原料B(粗粉砕物)を得た。
【0243】
[トナー粗砕物の製造例3]
・結着樹脂(スチレン−アクリル酸ブチル共重合体) :100質量部
(Tg58℃、分子量:Mp15000、Mn10000、Mw300000)
・磁性酸化鉄 :90質量部
(平均粒子径0.23μm、795.8kA/m磁場での特性Hc9.0kA/m、σs83.3Am2/kg、σr11.3Am2/kg)
・有機四級アンモニウム塩(正荷電制御剤) :3質量部
・低分子量エチレン−プロピレン共重合体 :3質量部
(吸熱メインピーク温度:85.8℃,発熱メインピーク温度:86.3℃)
上記の処方の材料を、ヘンシェルミキサー(FM−75型、三井三池化工機(株)製)でよく混合した後、温度130℃に設定した2軸混練機(PCM−30型、池貝鉄工(株)製)にて混練した。得られた混練物を冷却し、ハンマーミルにて1mm以下に粗粉砕し、トナー製造用粉体原料である粉体原料C(粗粉砕物)を得た。
【0244】
<実施例1>
粉体原料Aを図4に示す装置システムで粉砕及び分級を行った。機械式粉砕機301には、ターボ工業社製ターボミルT−250型を用い、図5に示す回転子314と固定子310の間隙を1.5mmとし、回転子314の周速を115m/sで運転した。
【0245】
本実施例では、テーブル式の第1定量供給機315にて粗粉砕物からなる粉体原料を、20kg/hの割合で機械式粉砕機301に供給し、粉砕した。機械式粉砕機301で粉砕された粉体原料は、排気ファン224からの吸引エアーに同伴されながらサイクロン229にて捕集され、第2定量供給機2へと導入される。なお、このとき、機械式粉砕機内の入口温度は−10℃、出口温度は47℃、入口温度と出口温度の温度差ΔTは57℃であった。この時に機械式粉砕機301で粉砕されて得られた微粉砕品Aは、重量平均径が6.6μmであり、粒径4.00μm未満の粒子が53個数%、且つ粒径10.08μm以上の粒子を5.4体積%含有するシャープな粒度分布を有していた。
【0246】
次に、上記の機械式粉砕機301で粉砕されて得られた微粉砕品Aを、第2定量供給機2に導入し、振動フィーダー3、原料供給ノズル16を介して22kg/hの割合で図9の構成を有する気流式分級機1に導入した。該気流式分級機1では、コアンダ効果を利用して、粗粉体、中粉体及び微粉体の3種の粒度に分級される。気流式分級機1への導入に際しては、排出口11,12及び13の少なくとも1つを介して分級室内を減圧し、分級室内に開口部を有する原料供給ノズル16中を該減圧によって流動する気流と、高圧エアー供給ノズル41から噴射される圧縮エアーを利用した。導入された微粉砕品は、0.1秒以下の瞬時に、粗粉体G、中粉体A−1及び微粉体の3種に分級された。分級されたもののうち、粗粉体Gは捕集サイクロン6で捕集した後、先に説明した機械式粉砕機301に1.0kg/hの割合で導入し、再度粉砕工程に導入した。
【0247】
上記の分級工程で分級された中粉体A−1(分級品)は、重量平均粒径が6.5μmであり、粒径4.00μm未満の粒子を20.5個数%含有し、粒径10.08μm以上の粒子を3.8体積%含有するシャープな粒度分布となった。
【0248】
この時、投入された粉体原料の全量に対する最終的に得られた中粉体の量の比率(即ち、分級収率)は83%であった。
【0249】
この中粉体A−1 100質量部に対して、ジメチルシリコーンオイルで処理した疎水性シリカ微粉体(BET300m2/g)1.2質量部をヘンシェルミキサーにて外添添加して評価用トナー(I−1)とした。
【0250】
このトナー(I−1)は、昇温時の吸熱メインピーク温度が85.7℃であり、降温時の発熱メインピーク温度が86.2℃であった。
【0251】
このトナー(I−1)は、重量平均粒径が6.5μmであり、粒径4.00μm未満の粒子を20.7個数%含有し、10.08μm以上の粒子を3.8体積%含有する粒度分布を有していた。
【0252】
このトナー(I−1)をFPIA−1000にて測定した結果、円形度a=0.900以上の粒子が96.4個数%、円形度a=0.950以上の粒子が78.1個数%であった。
【0253】
3μm未満の粒子をカット前(全粒子)粒子濃度Aは14709.7個数/μlであり、3μm以上の測定粒子濃度Bは12928.3個数/μlであった。
【0254】
図14に、FPIA−1000にて測定した粒度分布、円形度分布及び円相当径グラフを示す。
【0255】
(評価−1)
評価用トナー(I−1)を330gキヤノン製NP6350複写機用現像器に入れ、常温常湿室(23℃/50%)に一晩(12時間以上)放置する。現像器の質量を測定後、NP6350へ現像器を設置し、現像スリーブを3分間回転させた。この時、本体内のクリーナー部及び廃トナー回収部は事前に一旦取り外し、質量を測定しておく。印字比率6%のテストチャートを用いて、500枚画出しを行い転写率を評価した。評価用トナー(I−1)の転写率は95%となった。
【0256】
転写率は以下の計算式で算出した。
【0257】
【数4】
Figure 0004474036
【0258】
(評価−2)
上記の転写率を測定した後、複写機、現像器を常温低湿室(23℃/5%)へ移し、12時間以上放置した後、NP6350へ現像器を設置し、現像スリーブを3分間回転させた。印字比率6%のテストチャートを用いて、1000枚画出しを行い、テストチャート上の白部のカブリと文字周辺へのトナー飛び散り具合にて画質評価した。評価レベルは以下に示す。
【0259】
カブリ測定用反射測定機REFLECTMETER(東京電色(株))にて、上記の画像の白部及び未使用紙の反射率を測定し、両者の差をカブリとする。
【0260】
未使用紙反射率−画像白部の反射率=カブリ%
A:カブリ0.5%未満
B:カブリ0.5〜1.0%
C:カブリ1.0〜1.5%
D:カブリ1.5〜2.0%
E:カブリ2.0%以上
【0261】
文字周辺へのトナー飛び散り具合は画像上の文字をルーペにて拡大して、目視にて判断した。
A:文字周辺に飛び散ったトナーが無い
B:文字周辺に飛び散ったトナーが極僅か確認できる
C:文字周辺に飛び散ったトナーが有るが、ラインははっきりしている
D:文字周辺に飛び散ったトナーが多数存在する
E:文字周辺に飛び散ったトナーが多数存在し、ラインもはっきりしない
【0262】
(評価−3)
上記評価−2の画出し終了後、未定着画像を作成し、キヤノン製NP6085複写機の定着器を取り外し、外部駆動及び温度制御装置を設置したものを用いて、150℃にて定着させ、画像濃度を測定した後、画像を柔和な薄紙により摺擦し、画像濃度を測定して、この前後における画像濃度差(画像濃度低下率%)で評価した。
A:濃度低下率 0%
B:濃度低下率 1%未満
C:濃度低下率 1%以上3%未満
D:濃度低下率 3%以上5%未満
E:濃度低下率 5%以上
【0263】
以上の評価結果を表5に示す。
【0264】
<実施例2>
実施例1において、使用する気流式分級機を図8のタイプに変更した以外は実施例1と同様にして、中粉体A−2(分級品)を作製した。この時、投入された粉体原料の全量に対する最終的に得られた中粉体の量の比率(即ち、分級収率)は78%であった。
【0265】
中粉体A−2の粒度は表2となった。
【0266】
この中粉体A−2 100質量部に対して、ジメチルシリコーンオイルで処理した疎水性シリカ微粉体(BET300m2/g)1.2質量部をヘンシェルミキサーにて外添して評価用トナー(I−2)とした。
【0267】
このトナー(I−2)は、昇温時の吸熱メインピーク温度が85.7℃であり、降温時の発熱メインピーク温度が86.2℃であった。
【0268】
このトナー(I−2)の粒度分布及びFPIA−1000にて測定した円形度分布を表3に示す。
【0269】
以下、実施例1と同様の評価を行ない表5の結果を得た。
【0270】
<実施例3、4、参考例1、実施例5
粉体原料Aを、図4に示す装置システムで粉砕及び分級の条件を変更した以外は実施例1と同様にして、中粉体B−1、C−1、D−1、E−1(分級品)を作製した。
【0271】
微粉体B、C、D、E及び中粉体B−1、C−1、D−1、E−1の粒度は表1及び2となった。また、この時の装置運転条件は表4とした。
【0272】
この中粉体B−1、C−1、D−1、E−1 100質量部に対して、それぞれジメチルシリコーンオイルで処理した疎水性シリカ微粉体(BET300m2/g)1.2質量部をヘンシェルミキサーにて外添添加して評価用トナー(I−3)、(I−4)、(I−5)、(I−6)とした。
【0273】
このトナー(I−3)、(I−4)、(I−5)、(I−6)は、いずれも昇温時の吸熱メインピーク温度が85.7℃であり、降温時の発熱メインピーク温度が86.2℃であった。
【0274】
上記トナー(I−3)、(I−4)、(I−5)、(I−6)の粒度分布及びFPIA−1000にて測定した円形度分布は表3となった。
【0275】
以下、実施例1と同様の評価を行い、表5の結果を得た。
【0276】
<比較例1>
粉体原料Aを、図11に示す装置システムで粉砕及び分級を行った。但し、衝突式気流粉砕機は図13に示した粉砕機を用い、第1分級手段(図11中、52)は図12の構成のものを用い、第2分級手段(図11中、57)は図8の構成のものを用いた。
【0277】
図12において、401は筒状の本体ケーシングを示し、402は下部ケーシングを示し、その下部に粗粉排出用のホッパー403が接続されている。本体ケーシング401の内部は、分級室404が形成されており、この分級室404の上部に取り付けた環状の案内室405と中央部が高くなる円錐状(傘状)の上部カバー406によって閉塞されている。
【0278】
分級室404と案内室405の間の仕切壁に円周方向に配列する複数のルーバー407を設け、案内室405に送り込まれた粉体材料とエアーを各ルーバー407の間より分級室404に旋回させて流入させる。
【0279】
案内室405の上部は、円錐状の上部ケーシング413と円錐状の上部カバー406の間の空間からなっている。
【0280】
本体ケーシング401の下部には、円周方向に配列する分級ルーバー409を設け、外部から分級室404へ旋回流を起こす分級エアーを分級ルーバー409を介して取り入れている。
【0281】
分級室404の底部に、中央部が高くなる円錐状(傘状)の分級板410を設け、該分級板410の外周囲に粗粉排出口411を形成する。分級板410の中央部には微粉排出シュート412を接統し、該シュート412の下端部をL字形に屈曲し、この屈曲端部を下部ケーシング402の側壁より外部に位置させる。さらに該シュートは、サイクロンや集塵機のような微粉回収手段を介して吸引ファンに接続しており、該吸引ファンにより分級室404に吸引力を作用させ、該ルーバー409間より分級室404に流入する吸引エアーによって分級に要する旋回流を起こしている。
【0282】
本比較例では、第1分級手段に上記の構造からなる気流式分級機を用いたが、供給筒408より案内室405内に、上記のトナー製造用の粗砕物を含むエアーを供給すると、この粗砕物を含むエアーは、案内室405から各ルーバー407間を通過して分級室404に旋回しながら均一の濃度で分散されながら流入する。
【0283】
分級室404内に旋回しながら流入した粗砕物は、微粉排出シュート412に接続した吸引ファンにより生起された、分級室下部の分級ルーバー409間より流入する吸引エアー流にのって旋回を増し、各粒子に作用する遠心力によって粗粉と微粉とに遠心分離され、分級室404内の外周部を旋回する粗粉は粗粉排出口411より排出され、下部のホッパー403より排出される。
【0284】
また、分級板410の上部傾斜面に沿って中央部へと移行する微粉は、微粉排出シュート412により排出される。
【0285】
テーブル式の第1定量供給機121にて粉砕原料を10.0kg/hの割合でインジェクションフィーダー135にて、供給管408を介して図12に示した気流分級機に供給し、粒子に働く遠心力による遠心分離によって分級した。分級された粗粉は粗粉排出ホッパー403を介して、図13に示した衝突式気流粉砕機の被粉砕物供給口165より供給され、圧力6.0kg/cm2(G)、6.0Nm3/minの圧縮空気を用いて、粉砕された後、原料導入部にて供給されているトナー粉砕原料と混合されながら、再び該気流分級機に循環し、閉回路粉砕を行った。一方、分級された細粉は排気ファンからの吸引エアーに同伴されながら図11の第2分級手段57に導入させ、サイクロン131にて捕集した。
【0286】
なお、この時の微粉砕品Hは、重量平均径が6.7μmであり、粒径4.00μm未満の粒子が62.2個数%、且つ粒径10.08μm以上の粒子を10.1体積%含有する粒度分布を有していた。
【0287】
この得られた微粉砕品Hを第2定量供給機124を介して、振動フィーダー125、及びノズル148及び149を介して13.0kg/hの割合でコアンダ効果を利用して粗粉体、中粉体H−1及び微粉体の3種に分級する為に、図8に示す気流式分級装置に導入した。導入に際しては排出口158、159及び160に連通している捕集サイクロン129、130及び131の吸引減圧による系内の減圧から派生する吸引力を利用した。分級されたもののうち、粗粉体は捕集サイクロン129で捕集した後、先に説明した衝突式気流粉砕機58に1.0kg/hの割合で導入し、再度粉砕工程に導入した。
【0288】
上記の分級工程で分級された中粉体H−1(分級品)は、重量平均粒径が6.6μmの、粒径4.00μm未満の粒子が22.2個数%、粒径10.08μm以上の粒子が5.9体積%の粒度分布であった。
【0289】
この時、投入された粉体原料の全量に対する最終的に得られた中粉体の量の比率(即ち、分級収率)は70%であった。
【0290】
この中粉体H−1 100質量部に対して、ジメチルシリコーンオイルで処理した疎水性シリカ微粉体(BET300m2/g)1.2質量部をヘンシェルミキサーにて外添添加して評価用トナー(I−9)とした。
【0291】
このトナー(I−9)は、重量平均粒径が6.6μmであり、粒径4.00μm未満の粒子が22.4個数%であり、粒径10.08μm以上の粒子が5.9体積%の粒度分布を有していた。
【0292】
このトナーをFPIA−1000にて測定した結果、円形度a=0.900以上の粒子が94.4個数%、円形度a=0.950以上の粒子が67.9個数%であった。図15に、FPIA−1000にて測定した粒度分布、円形度分布及び円相当径グラフを示す。
【0293】
以下、実施例1と同様の評価を行い、表5の結果を得た。
【0294】
<比較例2>
粉体原料Aを用いて、図11に示した装置システムで、微粉砕及び分級を行った。衝突式気流粉砕機には図13に示す従来の構成のものを用い、第1分級手段には、比較例1と同様に図12の構成の気流分級機を用いた。この結果、粉体原料を8.0kg/hの割合で供給して、重量平均粒径6.1μmであり、粒径4.00μm未満の粒子が70.3個数%、且つ、粒径10.08μm以上の粒子が7.3体積%である微粉砕品Iを得た。
【0295】
次に、得られた微粉砕品を10.0kg/hの割合で第2分級手段である図8に示した構成の気流式分級装置に導入して分級を行った。分級されたもののうち、粗粉体は捕集サイクロン129で捕集した後、先に説明した衝突式気流粉砕機58に1.0kg/hの割合で導入し、再度粉砕工程に導入した。
【0296】
上記の分級工程で分級された中粉体I−1は、重量平均粒径が6.1μm、粒径4.00μm未満の粒子が32.1個数%、粒径10.08μm以上の粒子が3.8体積%の粒度分布であった。
【0297】
この時、投入された粉体原料の全量に対する最終的に得られた中粉体の量の比率(即ち、分級収率)は65%であった。
【0298】
この中粉体I−1 100質量部に対して、ジメチルシリコーンオイルで処理した疎水性シリカ微粉体(BET300m2/g)1.2質量部をヘンシェルミキサーにて外添添加して評価用トナー(I−10)とした。
【0299】
このトナーの粒度分布及びFPIA−1000にて測定した円形度分布を表3に示す。
【0300】
以下、実施例1と同様の評価を行い、表5の結果を得た。
【0301】
参考例2
粉体原料Bを、図4に示す装置システムで粉砕及び分級の条件を変更した以外は実施例1と同様にして、中粉体F−1(分級品)を作製した。
【0302】
微粉体F及び中粉体F−1の粒度は表1及び2となった。また、この時の装置運転条件は表4とした。
【0303】
この時、投入された粉体原料の全量に対する最終的に得られた中粉体の量の比率(即ち、分級収率)は81%であった。
【0304】
この中粉体F−1 100質量部に対して、ジメチルシリコーンオイルで処理した疎水性シリカ微粉体(BET200m2/g)1.2質量部をヘンシェルミキサーにて外添添加して評価用トナー(I−7)とした。
【0305】
このトナー(I−7)は、昇温時の吸熱メインピーク温度が85.7℃であり、降温時の発熱メインピーク温度が86.2℃であった。
【0306】
このトナー(I−7)の粒度分布及びFPIA−1000にて測定した円形度分布を表3に示す。
【0307】
(評価−4、5、6)
評価用トナー(I−7)に対して、評価用マシーンをキヤノン製LBP−930に変更して、実施例1と同様の評価を行い、表5の結果を得た。
【0308】
<比較例3>
粉体原料Bを用いて、図11に示した装置システムで、微粉砕及び分級を行った。衝突式気流粉砕機には図13に示す従来の構成のものを用い、第1分級手段には、比較例1と同様に図12の構成の気流分級機を用いた。この結果、粉体原料を13.0kg/hの割合で供給して、重量平均粒径7.6μmであり、粒径4.00μm未満の粒子が61.3個数%、且つ、粒径10.08μm以上の粒子が12.1体積%である微粉砕品Jを得た。
【0309】
次に、得られた微粉砕品を15.0kg/hの割合で第2分級手段である図8に示した構成の気流式分級装置に導入して分級を行った。分級されたもののうち、粗粉体は捕集サイクロン129で捕集した後、先に説明した衝突式気流粉砕機58に0.6kg/hの割合で導入し、再度粉砕工程に導入した。
【0310】
上記の分級工程で分級された中粉体J−1は、重量平均粒径が7.5μm、粒径4.00μm未満の粒子が16.6個数%、粒径10.08μm以上の粒子が9.7体積%の粒度分布となった。
【0311】
この時、投入された粉体原料の全量に対する最終的に得られた中粉体の量の比率(即ち、分級収率)は66%であった。
【0312】
この中粉体J−1 100質量部に対して、ジメチルシリコーンオイルで処理した疎水性シリカ微粉体(BET200m2/g)1.2質量部をヘンシェルミキサーにて外添添加して評価用トナー(I−11)とした。
【0313】
このトナーは重量平均粒径が7.5μmであり、粒径4.00μm未満の粒子が16.7個数%であり、粒径10.08μm以上の粒子が9.7体積%の粒度分布を有していた。
【0314】
このトナーの粒度分布及びFPIA−1000にて測定した円形度分布を表3に示す。
【0315】
以下、参考例2と同様の評価(評価−4、5、6)を行い、表5の結果を得た。
【0316】
参考例3
粉体原料Cを、図4に示す装置システムで粉砕及び分級の条件を変更した以外は実施例1と同様にして、中粉体G−1(分級品)を作製した。
【0317】
微粉体G及び中粉体G−1の粒度は表1及び2となった。また、この時の装置運転条件は表4とした。
【0318】
この時、投入された粉体原料の全量に対する最終的に得られた中粉体の量の比率(即ち、分級収率)は81%であった。
【0319】
この中粉体G−1 100質量部に対して、アミノ基を有するジメチルシリコーンオイルで処理した疎水性シリカ微粉体(BET130m2/g)1.0質量部をヘンシェルミキサーにて外添添加して評価用トナー(I−8)とした。
【0320】
このトナー(I−8)は、昇温時の吸熱メインピーク温度が85.7℃であり、降温時の発熱メインピーク温度が86.2℃であった。
【0321】
このトナー(I−8)の粒度分布及びFPIA−1000にて測定した円形度分布を表3に示す。
【0322】
(評価−7、8、9)
評価用トナー(I−8)に対して、評価用マシーンをキヤノン製NP−4080に変更して、実施例1と同様の評価を行い、表5の結果を得た。
【0323】
【表1】
Figure 0004474036
【0324】
【表2】
Figure 0004474036
【0325】
【表3】
Figure 0004474036
【0326】
【表4】
Figure 0004474036
【0327】
【表5】
Figure 0004474036
【0375】
【発明の効果】
以上説明した様に、本発明のトナー製造方法によれば、シンプルな装置構成に加え電力消費が極めて少なく、エネルギーコストの低い粉体の粉砕・分級システムを提供することができる。
【0376】
さらに、本発明のトナーの製造方法によれば、シャープな粒度分布のトナーが、高い分級・粉砕処理効率で高い分級収率で得られ、しかもトナー製造の分級・粉砕工程におけるトナーの融着、粗粒化或いは凝集といった問題の発生が有効に防止され、且つトナー成分による装置に対する摩耗が有効に防止される結果、高品質のトナーを連続して安定した生産を行うことができる。
【0377】
さらに、本発明のトナーの製造方法によれば、従来法に比べ、画像濃度が安定して高く、耐久性に優れ、カブリ、クリーニング不良等の画像欠陥のない優れた画像を得ることの出来るシャープな所定粒度を有する優れた静電荷像現像用トナーが低コストで得られる。
【0378】
特に、本発明によれば、重量平均径が12μm以下のシャープな粒度分布を有するトナーを効率良く得ることが可能であり、更には、重量平均径が10μm以下のシャープな粒度分布を有するトナーを効率よく得ることが可能である。
【0379】
本発明のトナーによれば、廃トナーとなる転写残トナーを減少させて高い転写効率で、低温定着性の良好なトナーであり、高品質な画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のトナーの製造方法を説明する為のフローチャートである。
【図2】本発明のトナーの製造方法を説明する為のフローチャートである。
【図3】本発明のトナーの製造方法を実施する為の装置システムの一具体例を示す概略図である。
【図4】本発明のトナーの製造方法を実施する為の装置システムの一具体例を示す概略図である。
【図5】本発明のトナーの粉砕工程において使用される一例の機械式粉砕機の概略断面図である。
【図6】図5におけるD−D’面での概略的断面図である。
【図7】図5に示す回転子の斜視図である。
【図8】本発明のトナーの分級工程に用いられる多分割気流式分級装置の概略断面図である。
【図9】本発明のトナーの分級工程に好ましく用いられる多分割気流式分級装置の概略断面図である。
【図10】従来の製造方法を説明する為のフローチャートである。
【図11】従来の製造方法を示すシステム図である。
【図12】従来の第1分級手段又は第2分級手段に用いられる分級機の一例の概略断面図である。
【図13】従来の衝突式気流粉砕機の概略断面図である。
【図14】中粉体A−1の粒度分布、円形度分布及び円相当径をグラフ化した図である。
【図15】中粉体K−1の粒度分布、円形度分布及び円相当径をグラフ化した図である。
【図16】本発明の画像形成方法を実施し得る画像形成装置の模式図である。
【図17】本発明の画像形成方法に用いられる現像装置の具体例を示す模式図である。
【図18】本発明の画像形成方法に用いられる現像装置の他の例を示す模式図である。
【図19】本発明の画像形成方法に用いられる現像装置のさらに他の例を示す模式図である。
【図20】本発明の装置ユニットの一例の概略断面図である。
【図21】本発明の画像形成方法をファクシミリ装置のプリンターに適用した場合のブロック図である。
【符号の説明】
1 多分割分級機
2 第2定量供給機
3 振動フィーダー
4,5,6,229 捕集サイクロン
11,12,13 排出口
11a,12a,13a 排出導管
14,15 入気管
16 原料供給ノズル
17,19,117,118 分級エッジ
19 入気エッジ
20 第1気体導入調節手段
21 第2気体導入調節手段
22,23 側壁
24,25 分級エッジブロック
26 コアンダブロック
27 左部ブロック
28,29 静圧計
30 分級域
32 分級室
40 原料供給口
41 高圧エアー供給ノズル
42 原料粉体導入ノズル
54 第2定量供給機
55 振動フィーダー
57 多分割分級機
53,59,60,61 捕集サイクロン
62,65 インジェクションフィーダー
63 中粉体(製品)
64 超微粉体
148,149 原料供給管
150 分級室上部壁
151 入気エッジ
152,153 入気管
154,155 気体導入調節手段
156,157 静圧計
158,159,160 排出口
212 渦巻室
219 パイプ
220 ディストリビュータ
222 バグフィルター
224 吸引フィルター
229 捕集サイクロン
301 機械式粉砕機
302 粉体排出口
310 固定子
311 粉体投入口
312 回転軸
313 ケーシング
314 回転子
315 第1定量供給機
316 ジャケット
317 冷却水供給口
318 冷却水排出口
320 後室
321 冷風発生手段
331 第3定量供給機

Claims (9)

  1. 結着樹脂及び着色剤を少なくとも含有する混合物を溶融混練し、
    得られた混練物を冷却した後、冷却物を粉砕手段によって粗粉砕し、
    得られた粗粉砕物からなる粉体原料を、少なくとも中心回転軸に取り付けられた回転体からなる回転子と、該回転子表面と一定間隔を保持して回転子の周囲に配置されている固定子とを具備し、且つ間隔を保持することによって形成される環状空間が気密状態となるように構成されている機械式粉砕機内に導入し、該機械式粉砕機の上記回転子を高速回転させることによって粉体原料を微粉砕し、微粉砕された粉体原料を後室を経て粉体排出口から排出し、排出された粉体原料を分級して得られるトナー粒子を含有するトナーにおいて、
    該後室の室温(T2)が40〜47℃であり、
    該結着樹脂は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)による分子量分布において数平均分子量(Mn)が1,500乃至50,000であり、重量平均分子量(Mw)が6,000乃至100,000であるポリエステル樹脂を有し、
    該トナーは、
    (i)重量平均粒径が5乃至12μmであり、
    (ii)該トナーの3μm以上の粒子において、下記式(1)
    円形度a=L0/L (1)
    〔式中、L0は粒子像と同じ投影面積を持つ円の周囲長を示し、Lは粒子像の周囲長を示す。〕
    より求められる円形度aが0.900以上の粒子を個数基準の累積値で90%以上有し、
    (iii)カット率Zと該トナーの重量平均径Xとの関係が下記式(2)
    カット率 Z≦5.3×X (2)
    [但し、カット率Zは、フロー式粒子像分析装置測定される全測定粒子の粒子濃度A(個数/μl)と、円相当径3μm以上の測定粒子濃度B(個数/μl)とから下記式(3)
    Z=(1−B/A)×100 (3)
    を用いて算出される値である。]
    を満足し、
    (iv)円形度0.950以上の粒子の個数基準累積値Yとトナー重量平均径Xとの関係が下記式(4)
    円形度0.950以上の粒子の個数基準値Y≧exp5.51×X-0.645 (4)
    [但し、トナーの重量平均粒径X:5乃至12μm]
    を満足することを特徴とするトナー。
  2. 該トナーは、粒径4.00μm未満の粒子が40個数%以下であり、粒径10.08μm以上の粒子が25体積%以下である粒度分布を有することを特徴とする請求項1に記載のトナー。
  3. 該トナーは、重量平均粒径が5乃至10μmであり、粒径4.00μm未満の粒子が5乃至35個数%であり、粒径10.08μm以上の粒子が0乃至20体積%である粒度分布を有することを特徴とする請求項1に記載のトナー。
  4. 該トナーは、カット率Zと該トナーの重量平均径Xとの関係が下記式(2’)
    0<カット率 Z≦5.3×X (2’)
    [但し、カット率Zは、フロー式粒子像分析装置測定される全測定粒子の粒子濃度A(個数/μl)と、円相当径3μm以上の測定粒子濃度B(個数/μl)とから下記式(3)
    Z =(1−B/A)×100 (3)
    を用いて算出される値である。]
    を満足することを特徴とする請求項1に記載のトナー。
  5. 該トナーは、円形度標準偏差(SD)が0.030乃至0.045であることを特徴とする請求項1に記載のトナー。
  6. 該結着樹脂は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)による分子量分布において数平均分子量(Mn)が2,500乃至50,000であり、重量平均分子量(Mw)が10,000乃至1,000,000であることを特徴とする請求項1乃至のいずれかに記載のトナー。
  7. 該結着樹脂は、ガラス転移温度(Tg)が50乃至75℃のポリエステル樹脂を有することを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載のトナー。
  8. 該トナーは、離型剤を結着樹脂100質量部に対して0.1〜20質量部含有することを特徴とする請求項1乃至のいずれかに記載のトナー。
  9. 結着樹脂及び着色剤を少なくとも含有する混合物を溶融混練し、
    得られた混練物を冷却した後、冷却物を粉砕手段によって粗粉砕し、
    得られた粗粉砕物からなる粉体原料を、少なくとも中心回転軸に取り付けられた回転体からなる回転子と、該回転子表面と一定間隔を保持して回転子の周囲に配置されている固定子とを具備し、且つ間隔を保持することによって形成される環状空間が気密状態となるように構成されている機械式粉砕機内に導入し、該機械式粉砕機の上記回転子を高速回転させることによって粉体原料を微粉砕し、微粉砕された粉体原料を後室を経て粉体排出口から排出し、排出された粉体原料を分級して製造されたトナー粒子を含有するトナーの製造方法であって、
    該後室の室温(T2)が40〜47℃であり、
    該結着樹脂は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)による分子量分布において数平均分子量(Mn)が1,500乃至50,000であり、重量平均分子量(Mw)が6,000乃至100,000であるポリエステル樹脂を有し、
    得られるトナーが、
    (i)重量平均粒径が5乃至12μmであり、
    (ii)該トナーの3μm以上の粒子において、下記式(1)
    円形度a=L 0 /L (1)
    〔式中、L 0 は粒子像と同じ投影面積を持つ円の周囲長を示し、Lは粒子像の周囲長を示す。〕
    より求められる円形度aが0.900以上の粒子を個数基準の累積値で90%以上有し、
    (iii)カット率Zと該トナーの重量平均径Xとの関係が下記式(2)
    カット率 Z≦5.3×X (2)
    [但し、カット率Zは、フロー式粒子像分析装置測定される全測定粒子の粒子濃度A(個数/μl)と、円相当径3μm以上の測定粒子濃度B(個数/μl)とから下記式(3)
    Z=(1−B/A)×100 (3)
    を用いて算出される値である。]
    を満足し、
    (iv)円形度0.950以上の粒子の個数基準累積値Yとトナー重量平均径Xとの関係が下記式(4)
    円形度0.950以上の粒子の個数基準値Y≧exp5.51×X -0.645 (4)
    [但し、トナーの重量平均粒径X:5乃至12μm]
    を満足することを特徴とするトナーの製造方法。
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