JP4618800B2 - トナー粒子の製造方法 - Google Patents
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Description
ここで、前記2種類の疎水性シリカは、一方の個数平均一次粒子径が5〜20nmで、他方の個数平均一次粒子径が30〜50nmであることで、負帯電性と流動性付与との効果が得られる。すなわち、小粒径のシリカ粒子により、好ましい流動性と負帯電性を得ることができ、大粒径のシリカ粒子により、トナー母粒子中への外添剤粒子の埋め込みを防止できる好適な実施形態が提供される。
重量%より少ない場合には流動性の付与に効果がなく、逆に3重量%を超えると、定着性の悪化をもたらすので好ましくない。
先ず本発明の円柱状のトナー粒子は、図1に示すように、円柱もしくは円柱に順じた形状のトナー粒子1である。ここで、円柱に順じた形状とは、例えば、円柱の中間部の径が膨らんだ俵形状や、円柱の端部の角が面取りされたあるいは丸みを帯びた形状など、理想的な円柱から変形した形状を意味する。
次に本発明の円柱状のトナー粒子1は、結着樹脂、着色剤、離型剤(ワックス)等の成分からなるトナー原料を混合後、溶融・混練・押出を同時に行う溶融混練機によって処理し、得られたトナー原料の溶融混練物を繊維状に形成したのち、その繊維状に形成されたトナー原料を粉砕して得られる。ここで、上記溶融混練機は2軸型エクストルーダー10(図8参照)で構成される。
〔溶融混練処理と繊維化処理〕
溶融混練処理及び繊維化処理では、図8に示すように、予備混合装置(例えば、ホソカワミクロン(株)製:サイクロミックス)7、ホッパ10A付で内部に混練部材としての回転スクリュー11を有する2軸型エクストルーダー10、静止型ミキサー2、及び、静止型ミキサー2の出口から分岐した多段の分配流路3Aを有する流路構造体3などが設けられ、2軸型エクストルーダー10の出口と静止型ミキサー2の入口の間にはモータ5で駆動されるギアポンプ4が配置されている。ここで、2軸型エクストルーダー10は混練部10Bと押出部10Cを備え、かつ混練部10Bには公知の外部に通じる開口(図示せず)を備えている。さらに、分配流路3Aの最終段の各流路出口には、押出し用のノズル6が設けられている。また、2軸型エクストルーダー10、静止型ミキサー2、流路構造体3、ギアポンプ4には、図示は省略するが、トナー原料をバインダー樹脂の融点以上の高温、例えば130℃〜240℃程度に加熱して低粘度にするためのヒータを備えている。
前記粉砕処理は機械式回転粉砕機で行われ、例えばホソカワミクロン(株)製:ACMパルベライザが使用される。具体的には、本粉砕機は、図9に示すように、下方に気体導入口15を設け上方に気体及び粉体の排出口16を設けた本体17の内部を筒状部材18によって外側の粉砕室Aと内側の分級室Bとに区分し、粉砕室Aが粉砕部材19を備えたローター19Aを内蔵するとともに下方側で前記気体導入口15に連通し、分級室Bが粗粉と微粉を分級して微粉のみを通過させる分級機構20を経由して前記排出口16に連通している。尚、トナー原料の繊維状物は本体17の横側部に設けた投入口17Aから粉砕室Aに投入する。また、排出口16は図示しないバグフィルタ内蔵の集塵機を通して外部に向けて吸引排気されている。上記ローター19Aは上下軸心周りに回転自在であり、ローター19Aの外周部に、縦型ハンマータイプの粉砕部材19が粉砕室Aの内壁部に装着されたライナ21と間隙を隔てる状態で複数取付けられている。そして、上記粉砕室Aにおいて投入物が粉砕部材19から機械的衝撃力を受けて粉砕される。尚、過粉砕を避けるために、上記ローター19Aの回転周速は150m/秒以下に制限する。
外添処理では、BET比表面積が20〜500m2/gの範囲にある無機微粉末を使用し、具体的な外添剤Gの材料としては、チタン、アルミニウム、珪素、マグネシウム、及び亜鉛の酸化物のうちの少なくとも1つを有している。例えば流動性添加用の外添剤には、粒径7nm〜50nm程度のシリカ、アルミナ、チタニア等を用いる。外添処理には、前述の機械式粉砕機や各種の混合機、例えば、ホソカワミクロン(株)製のメカノフュージョンシステム、サイクロミックス、ナノアクチベータなどが使用でき、他にヘンシェルミキサー(三井鉱山社製)、メカノミル(岡田精工社製)等が使用できる。この外添処理により、本発明の円柱状のトナー粒子は負帯電特性となる。
Surface state theoryによれば、下式に示すように、粒子直径dのトナー粒子群について、トナー粒子の比帯電量の逆数であるM/Qは、キャリアに対するトナーの重量比Ct(wt%)に対して直線的な関係にある。ここで、Mは粒子質量、Qは帯電量、C1,C2は定数である。一般的には、Ctの増大に伴い、トナー粒子とキャリアの接触確率が減少するため、M/QはCtの増大とともに大きくなる。また、トナー粒子の粒子径dが大きくなるほど、立体障害によりキャリアの接触確率が減少するため、M/Qは粒子径dの増大とともに大きくなる。
上記傾向から、本発明の円柱トナー粒子は、近年普及が進んでいるカラープリンタへの採用が多い一成分現像用のトナーに、より適した帯電特性を有すると考える。
次に本発明の円柱状トナー粒子を用いる画像形成装置の具体例について説明する。
本画像形成装置は、感光体上に形成されたトナー画像を記録媒体上に転写する中間転写媒体を有するフルカラー画像形成装置である。該トナー画像が着色剤を含有した樹脂粒子表面に外添剤を含有させた前述の負帯電性トナーからなり、感光体は負帯電特性の有機半導体であり、中間転写媒体はベルトに形成されている。感光体と現像装置を一体化(プロセスカートリッジ)し、本体に取り外し自在に支持させている。感光体と中間転写媒体の周速度の比は0.95〜1.05の範囲に設定するのが好ましい。定着方式は例えば熱ローラ方式である。
感光体25は直径24〜86mmで表面周速60〜300mm/secで回転する有機感光体ドラムであり、コロナ帯電器26により感光体表面が均一に負帯電された後、露光器27によって記録すべき情報に応じた露光が行われ静電潜像が形成される。現像器28は一成分現像装置であり、感光体25上に一成分非磁性トナーTを供給することにより静電潜像を反転現像し可視像化する。現像器28には一成分非磁性トナーTが収納されており、図示の如く反時計方向に回転するトナー供給ローラ29によりトナーを現像ローラ30に供給する。現像ローラ30は反時計方向に回転し、トナー供給ローラ29より供給されたトナーTを表面に保持した状態で感光体25との接触部位に搬送し、感光体25上の静電潜像を可視像化する。
その場合、ベルトまたはドラムの導電性層に、感光体25からトナー像を転写するための一次転写電圧として+250〜+600Vの電圧が印加され、また、紙等の最終転写材への二次転写では、二次転写電圧として−400〜−2800Vの電圧が印加される。
〔円柱状トナーY〕
原料として、ポリエステル樹脂(Tg64℃、流出開始点119℃)100部、カーボンブラック10部、サリチル酸亜鉛塩3部、カルナウバワックス(融点83℃)5部を予備混合装置7(サイクロミックス、ホソカワミクロン製)でプレ混合した後、図8の二軸型エクストルーダー10へ供給した。混合品はエクストルーダー10で溶融混練し、さらに次工程へ溶融状態で150℃で押出・供給した。溶融品は引き続き静止型ミキサー2での混合を経て、ギアポンプ5で圧力調整の後(ギアポンポンプ後段で約4.2MPa)、流路構造体3の流路3Aを通流し、穴径300μmのノズル6から押出しつつ熱風により線径5.0μmとなるよう延伸し、微粒子前駆体繊維を得た。このときの繊維の生成速度は、押し出し量と繊維径から逆算して約40m/秒であった。
前記微粒子前駆体繊維を、分級機内蔵型粉砕機ACMパルベライザ(ホソカワミクロン製)で粉砕し、別途の微粉除去・粗粉除去を行うことなく体積平均径6.1μm、個数平均径5.3μm、体積基準における12μm以上の粒子の割合が1.3%、16μm以上の粒子の割合が0%、個数基準による5μm未満の粒子の割合が12.4%の円柱状トナーYを得た。
原料として、ポリエステル樹脂(Tg64℃、流出開始点119℃)100部、カーボンブラック10部、サリチル酸亜鉛塩3部、カルナウバワックス(融点83℃)9部をヘンシェル型ミキサーでプレ混合した後、二軸型エクストルーダーで混練し、冷却後、フェザーミル(ホソカワミクロン製)で粗砕した後、カウンタージェットミルAFG(ホソカワミクロン製)で微粉砕、さらにトナーセパレータTTSP(ホソカワミクロン製)で分級し、体積平均径6.2μm、個数平均径5.2μm、体積基準における12μm以上の粒子の割合が1.2%、16μm以上の粒子の割合が0%、個数基準による5μm未満の粒子の割合が12.2%の粒子Xを得た。
2 静止型ミキサー
3 流路構造体
3A 流路
4 ギアポンプ
5 モータ
6 ノズル
7 予備混合装置
10 2軸型エクストルーダー
10A ホッパ
10B 混練部
10C 押出部
11 混練部材
12 繊維状体
13 回収装置
14 粉砕機
15 気体導入口
16 排出口
17 本体
17A 供給口
18 筒状部材
19 粉砕部材
19A ローター
20 分級機構
21 ライナ
22 回転体
23 分級羽根
25 感光体(有機感光体ドラム)
26 コロナ帯電器
27 露光器
28 現像器
29 トナー供給ローラ
30 現像ローラ
31 トナー規制ブレード
32 中間転写媒体(転写ベルト)
33 バックアップローラ
34 クリーニングブレード
100 感光体カートリッジ
110 感光体
120 現像器
130 帯電ローラ
140 中間転写装置
141 転写ベルト
142 駆動ローラ
143a〜d 従動ローラ
144 二次転写ローラ
145 ベルトクリーナ
146 給紙装置
147 定着装置
148 排紙経路
149 シート受け部
A 粉砕室
B 分級室
D 円柱形状の断面直径
L 円柱長さ
L/D アスペクト比
RS 粒子周囲長
RH 包絡周囲長
RH/RS 粒子包絡度
S 記録シート
T トナー(一成分非磁性トナー)
Claims (9)
- トナー原料を混合後、溶融・混練・押出を同時に行なう溶融混練機によって処理し、得られた溶融混練物を押出し用ノズルによって繊維状に形成した後、機械式回転粉砕機により円柱形状の粒子に粉砕するとともに、当該粒子表面に外添剤を被覆するトナー粒子の製造方法であって、外添剤が個数平均一次粒子径の異なる2種類の疎水性シリカを配合したものであることを特徴とするトナー粒子の製造方法。
- 前記2種類の疎水性シリカは、一方の個数平均一次粒子径が5〜20nmであり、他方の個数平均一次粒子径が30〜50nmであることを特徴とする請求項1に記載のトナー粒子の製造方法。
- 前記2種類の疎水性シリカは、一方の個数平均一次粒子径が7〜16nmであり、他方の個数平均一次粒子径が30〜40nmであることを特徴とする請求項1に記載のトナー粒子の製造方法。
- 前記2種類の疎水性シリカは、個数平均一次粒子径が5〜20nmの粒子と個数平均一次粒子径が30〜50nmの粒子との割合が、5:1〜1:5の範囲であることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載のトナー粒子の製造方法。
- 前記2種類の疎水性シリカは、トナー母粒子に対する添加量が0.5〜3重量%であることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項に記載のトナー粒子の製造方法。
- 前記2種類の疎水性シリカは、トナー母粒子に対する添加量が0.5〜1.5重量%であることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項に記載のトナー粒子の製造方法。
- 前記請求項1〜6のトナー粒子の製造方法であって、前記2種類の疎水性シリカを被覆した後、さらにアルミナ、チタニア、ステアリン酸マグネシウムの無機微粉末を前記粒子表面に被覆させることを特徴とするトナー粒子の製造方法。
- 前記請求項1〜6のトナー粒子の製造方法であって、前記2種類の疎水性シリカを被覆し、さらに酸化物粒子を添加した後、金属石けんを添加したことを特徴とするトナー粒子の製造方法。
- 前記請求項1〜6のトナー粒子の製造方法であって、前記2種類の疎水性シリカを被覆した後、さらにチタン、スズ、ジルコニウムおよびアルミニウムから選ばれる少なくとも1種の金属の酸化物もしくは水酸化物を使用した湿式処理により表面改質され、疎水化処理された表面改質シリカ粒子と、疎水化処理された酸化アルミニウム−二酸化珪素複合酸化物粒子とを、前記粒子表面に被覆させることを特徴とするトナー粒子の製造方法。
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