JP5052157B2 - トナーの製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、トナーの製造方法に関する。
従来のトナーの製造方法のうち、粉砕法では、結着樹脂、顔料等の着色剤、ワックス等のトナー原料を混練して、ワックスを結着樹脂中に微分散させた後、粉砕してトナー(以下、粉砕トナーという)を製造する。なお、粉砕トナーは、製造工程及びトナーの取り扱い性から、ワックスの含有量は、通常、3〜6重量%程度に制限される。
一方、重合反応等の化学反応、凝集等を用いるケミカル法では、粒子をビルドアップで形成するという特徴を生かして、ワックスを内包したトナー(以下、ケミカルトナーという)が製造されている。ケミカルトナーは、粉砕トナーと比較して、多量(例えば、10重量%以上)のワックスを内包することができ、定着ローラー等へのオイル塗布を不要とし、かつ低温定着を可能とするいわゆるオイルレストナーに適している。また、ケミカルトナーにおいて、ワックスの微粒子を表面ではなく、表面近傍に分散させることで、高温オフセット温度を高くしつつ、低温定着性を向上させる技術が知られている。
しかしながら、粉砕法では、ワックスの分散状態の制御に多くのノウハウを必要とし、その制御は容易ではない。また、定着性能に関して、広い適正定着温領域を有する、即ち、低温オフセット温度領域と高温オフセット温度領域の差を大きくするためには、ワックスの分散状態が均一すぎることは望ましくなく、ある程度不均一であることが求められる。即ち、ワックスが結着樹脂に相溶した状態よりも微分散した状態が好適とされる。しかしながら、ワックスが不均一に分散すると、他の成分が不均一になる恐れがある。また、粉砕工程において、融着の要因ともなる。さらに、分級処理によって選別されたトナーと粗粉又は微粉中のトナー成分、特に、ワックスの含有量の不均一を招き、粗粉及び微粉のリサイクルを困難にする。したがって、一般に、粉砕トナーでは、広い定着温度領域と、均一なトナー物性及び製造のし易さ等を両立させることは困難である。
また、粉砕法で製造されたワックスを有するトナーには、いわゆる耐久性の問題がある。一般に、ワックス領域又はワックス領域と結着樹脂領域の界面は、結着樹脂領域に対して脆弱であるため、粉砕時において、ワックス領域又はワックス領域と結着樹脂領域の界面が破断する確率が高い。即ち、粉砕トナーは、表面にワックスが存在する確率が高くなる傾向にあり、このような表面に存在するワックスは、感光体を汚染したり、二成分系の現像機構において、キャリアを汚染したりする原因となる。
一方、ケミカルトナーは、ワックスの含有量が多く、構造設計の柔軟性に対するポテンシャルは高いが、構造設計のノウハウが十分ではなく、また、粉砕トナーの製造設備及びノウハウの多くを流用できず、不経済である。また、製造方法により、結着樹脂が限定されたり、多量の排水処理が必要であったり、有機溶剤を多量に使用したりする必要に迫られる。例えば、懸濁重合法では、ポリエステル系の樹脂が利用できず、溶解懸濁法では、多量の有機溶剤を必要とする。また、これらの重合法は、反応、乳化、液中分散時に用いた界面活性剤等を表面から除去(洗浄)するために、トナーを製造する際に、例えば、10倍重量の洗浄水を必要とする。
粉砕法及びケミカル法とは異なるトナーの製造方法としては、樹脂溶融液を圧縮空気等でブローすることで微粒子化する噴霧造粒法が開示されている(特許文献1参照)。しかしながら、トナーの構造を制御する手段及び手法については、更なる工夫の余地がある。
粉砕法と噴霧造粒法の中間的な技術としては、樹脂を紡糸した後に粉砕する紡糸粉砕法が知られており(特許文献2参照)、さらに複合紡糸技術を利用した複合粒子の製造方法が開示されている(特許文献3参照)。この製造方法では、複合紡糸ノズル(芯鞘型紡糸ノズル、多重管の紡糸ノズル)によって、例えば、結着樹脂の内部に低融点物質を別途に供給しつつ繊維化した後に粉砕分級することで、粉砕法では困難であったワックスを内包したトナーを製造できる可能性がある。しかしながら、ノズルの構造が複雑になること、制御が複雑になること等の課題がある。
また、特許文献3と類似した方法で、ワックスを内包したトナーを製造する方法が開示されている(特許文献4参照)。この方法は、ノズルの形状又は内面の性質を利用しており、例えば、二重管のノズルを使用し、二重管の外側に結着樹脂を、内側にワックスを同時に供給し、内包構造を形成する、又は、ワックスよりも結着樹脂に親和性が高い内面を有するノズルを使用することで、ノズル中で内包構造を形成する。このようにして得られた繊維状体を粉砕してトナーが作製される。しかしながら、多重管ノズルを用いる場合には、装置が複雑になるという問題がある。また、ワックスよりも結着樹脂に親和性が高い内面については、具体的に開示されていない。
さらに、トナー中のワックスの存在状態を制御する方法としては、例えば、ワックスと結着樹脂を溶融混練した後に薄膜化する方法が開示されている(特許文献5参照)。この方法によれば、ワックスを含む混練物を薄膜化し、急冷することで、ワックスの分散状態を良好とすることができる。
特開2005−258394号公報 特開2004−332130号公報 特開2005−187773号公報 特開2006−285198号公報 特許第3409100号公報
本発明は、上記の従来技術が有する問題に鑑み、有機溶剤が不要であり、排水処理を必要とせず、ワックスが内包されているトナーを製造することが可能なトナーの製造方法を提供することを目的とする
請求項1に記載の発明は、トナーの製造方法において、ワックス及び結着樹脂を含有する混合物を溶融させて溶融物を調製する工程と、該結着樹脂のガラス転移点以上該結着樹脂の1/2法軟化点の3倍以下の温度雰囲気下で、該溶融物から粒子を形成する工程と、該結着樹脂のガラス転移点以上該結着樹脂の1/2法軟化点の45/31倍以下の温度雰囲気下で、該粒子を2.1秒以上3.6秒以下保持する工程と、該粒子を冷却固化する工程を有し、該ワックスは、融点が40℃以上160℃以下であり、該結着樹脂の1/2法軟化点が該ワックスの融点よりも高いことを特徴とする。
請求項2に記載の発明は、トナーの製造方法において、ワックス及び結着樹脂を含有する混合物を溶融させて溶融物を調製する工程と、該結着樹脂のガラス転移点以上該結着樹脂の1/2法軟化点の3倍以下の温度雰囲気下で、該溶融物の比表面積を増大させて前駆体を形成する工程と、該結着樹脂のガラス転移点以上該結着樹脂の1/2法軟化点の45/31倍以下の温度雰囲気下で、該前駆体を3.2ミリ秒以上3.8ミリ秒以下保持する工程と、該前駆体を冷却固化する工程と、該前駆体から粒子を形成する工程を有し、該ワックスは、融点が40℃以上160℃以下であり、該結着樹脂の1/2法軟化点が該ワックスの融点よりも高いことを特徴とする。
請求項3に記載の発明は、請求項2に記載のトナーの製造方法において、前記前駆体は、繊維状であり、前記樹脂粒子の体積平均粒子径に対する前記前駆体の繊維径の比が0.5以上1.2未満であることを特徴とする。
請求項4に記載の発明は、請求項1乃至3のいずれか一項に記載のトナーの製造方法において、排出口を有するチャンバー内に前記溶融物を供給すると共に、前記溶融物を供給する手段とは異なる手段から、該溶融物に接触するように第一のガス流を該チャンバー内に供給することを特徴とする。
請求項5に記載の発明は、請求項4に記載のトナーの製造方法において、前記第一のガス流は、前記結着樹脂の1/2法軟化点以上前記結着樹脂の1/2法軟化点の3倍以下の温度を有することを特徴とする。
請求項6に記載の発明は、請求項4又は5に記載のトナーの製造方法において、前記チャンバーは、円筒状及び/又は円錐状の部位を有し、前記第一のガス流は、旋回流であり、該旋回流の軸と略同一方向に前記溶融物を供給することを特徴とする。
請求項7に記載の発明は、請求項4乃至6のいずれか一項に記載のトナーの製造方法において、前記第一のガス流は、温度150℃以上370℃以下であることを特徴とする。
請求項8に記載の発明は、請求項4乃至7のいずれか一項に記載のトナーの製造方法において、第二のガス流を前記チャンバー内に供給し、該第二のガス流は、温度が前記結着樹脂の1/2法軟化点以上前記結着樹脂の1/2法軟化点の3倍以下であることを特徴とする。
請求項9に記載の発明は、請求項8に記載のトナーの製造方法において、前記チャンバーの内壁面に沿って前記第二のガス流を供給することを特徴とする。
請求項10に記載の発明は、請求項8又は9に記載のトナーの製造方法において、前記チャンバーの側面から前記第二のガス流を供給することを特徴とする。
請求項11に記載の発明は、請求項8乃至10のいずれか一項に記載のトナーの製造方法において、前記チャンバーは、円筒状及び/又は円錐状の部位を有し、前記第二のガス流は、前記チャンバー内で旋回流を形成し、該旋回流は、の方向が前記溶融物を供給する方向と略同一であることを特徴とする。
請求項12に記載の発明は、請求項8乃至11のいずれか一項に記載のトナーの製造方法において、前記第二のガス流は、温度120℃以上350℃以下であることを特徴とする。
請求項13に記載の発明は、請求項4乃至12のいずれか一項に記載のトナーの製造方法において、第三のガス流を少なくとも一つ以上の経路から前記チャンバー内に供給し、該第三のガス流は、温度が前記結着樹脂の1/2法軟化点未満であることを特徴とする。
請求項14に記載の発明は、請求項13に記載のトナーの製造方法において、前記チャンバーの内壁面に沿って前記第三のガス流を供給することを特徴とする。
請求項15に記載の発明は、請求項13又は14に記載のトナーの製造方法において、前記チャンバーの側面から前記第三のガス流を供給することを特徴とする。
請求項16に記載の発明は、請求項13乃至15のいずれか一項に記載のトナーの製造方法において、前記チャンバーは、円筒状及び/又は円錐状の部位を有し、前記第三のガス流は、前記チャンバー内で旋回流を形成し、該旋回流は、の方向が前記溶融物を供給する方向と略同一であることを特徴とする。
請求項17に記載の発明は、請求項4乃至16のいずれか一項に記載のトナーの製造方法において、前記チャンバー内の圧力と外部雰囲気の圧力の差−2kPa以上2kPa以下であることを特徴とする。
請求項18に記載の発明は、請求項4乃至17のいずれか一項に記載のトナーの製造方法において、前記溶融物を供給する手段は、開口部の短軸長が0.1mm以上5.0mm以下の口金であることを特徴とする。
請求項19に記載の発明は、請求項18に記載のトナーの製造方法において、前記口金は、開口部が略円形であり、開口径が0.16mm以上1.00mm以下のノズルであることを特徴とする。
請求項20に記載の発明は、請求項1乃至19のいずれか一項に記載のトナーの製造方法において、前記混合物は、着色剤をさらに含有することを特徴とする。
請求項21に記載の発明は、請求項1乃至20のいずれか一項に記載のトナーの製造方法において、前記混合物は、帯電制御剤をさらに含有することを特徴とする。
本発明によれば、有機溶剤が不要であり、排水処理を必要とせず、ワックスが内包されているトナーを製造することが可能なトナーの製造方法を提供することができる
次に、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に説明する。
本発明の樹脂粒子の製造方法の第一の実施形態は、結着樹脂と、一種以上の添加剤からなり、添加剤を内包する樹脂粒子を製造することができるが、このとき、添加剤の融点は、結着樹脂の1/2法軟化点(以下、T1/2という)よりも低い。具体的には、添加剤と結着樹脂の混合物を溶融させて溶融物を調製した後、結着樹脂のガラス転移点(以下、Tgという)〜結着樹脂のT1/2の3倍の温度雰囲気下で、溶融物から樹脂粒子を形成する。さらに、結着樹脂のTg〜結着樹脂のT1/2の1.5倍の温度雰囲気下で、樹脂粒子を1〜15秒保持した後、樹脂粒子を冷却固化する。即ち、溶融状態の樹脂粒子を形成する点と、形成された直後の溶融状態の樹脂粒子を所定温度で所定時間保持する点に特徴を有する。
樹脂粒子を形成する際には、特に限定されないが、一流体式又は二流体式のスプレーノズルのような構造、回転ディスク型のアトマイザー、静電噴霧、超音波噴霧、粉砕等の手段を利用することができる。
次に、従来法との相違点について説明する。従来の粉砕法による樹脂粒子の製造方法においては、樹脂粒子を形成する際に、混合物が固体状態である点で異なる。粉砕中に樹脂粒子の一部が粉砕熱で溶融する場合もあるが、これは、粉砕した直後、即ち、樹脂粒子が形成された直後に溶融する現象であり、樹脂粒子を形成する際に、溶融状態であるのとは異なる。また、高温雰囲気中に樹脂粒子を保持することで樹脂粒子の諸特性を制御する熱球形化法(特開2000−29241号公報参照)は、固体状の樹脂粒子を高温雰囲気中に供給する点で異なる。さらに、従来の噴霧造粒法(特開2005−258394号公報参照)は、造粒後、即座に樹脂粒子を冷却する点で異なる。
本実施形態においては、結着樹脂のTg〜結着樹脂のT1/2の3倍の温度雰囲気下で、溶融物から樹脂粒子を形成するため、樹脂粒子中の構成材料の偏析を抑制することができる。なお、樹脂粒子が形成される直前の溶融物の温度は、結着樹脂のT1/2〜結着樹脂のT1/2の2.5倍であることが望ましい。
結着樹脂のTg〜結着樹脂のT1/2の1.5倍の温度雰囲気下で、樹脂粒子を保持する時間は、樹脂粒子を冷却固化する手段又は樹脂粒子が冷却固化する位置から、樹脂粒子形成部の最も遠い位置までの距離xを移動する理論上の時間tである。ここで、移動速度v(=x/t)は、樹脂粒子を冷却固化する手段又は樹脂粒子が冷却固化する位置から樹脂粒子形成部の最も遠い位置までの樹脂粒子を含む気流の単位時間当たりの移動容量(体積;ノルマル換算)Vを、樹脂粒子を冷却固化する手段又は樹脂粒子が冷却固化する位置から樹脂粒子形成部の最も遠い位置までの直線に垂直な平面上で、樹脂粒子が存在しうる平面の最大の面積sで除した値(V/s)である。
雰囲気としては、通常の空気を加熱したもの、酸化等を防止する必要がある場合には、窒素、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガスを加熱したものが用いることができる。また、加水分解を抑制する必要がある場合には、除湿したガスを用いることができる。
なお、混練物を冷却固化して粉砕する方法(溶融混練粉砕法)においては、混練物を冷却固化する際に、凝固点、粘度、表面張力、相溶性の違いから、構成材料が分離したり粒成長したりすることにより、粉砕後の樹脂粒子中の構成材料の含有比率にムラが出ることが知られている(特開2006−285198号公報、特開2003−280244号公報参照)。
本実施形態においては、溶融状態の樹脂粒子を形成すること、さらには、溶融状態の樹脂粒子を形成した後、所定温度で所定時間保持することにより、樹脂粒子の内部構造を自己的に形成することが可能である。即ち、樹脂粒子の構成材料の中で、表面部に存在することが安定である成分は、表面部に移行し、内部に存在することが安定である成分は、内部に移行する。したがって、溶融状態の樹脂粒子を保持する温度や時間を調整することにより、樹脂粒子の内部構造の自己形成を制御することができる。
また、内部構造の変化の進行を制御する方法としては、樹脂粒子の冷却速度の制御が挙げられる。これにより、構成材料の移行を抑制したり、促進したりすることができる。例えば、構成材料の移行を抑制する必要がある場合は、速やかに冷却すればよいし、構成材料の移行を促進する必要がある場合は、緩やかに冷却すればよい。
本実施形態においては、内部構造が形成された樹脂粒子を速やかにT1/2未満、好ましくは、T1/2×(3/4)以下、さらに好ましくは、Tg以下に冷却することにより、内部構造を固定化することができる。T1/2以上の温度に冷却すると、樹脂粒子同士の凝集、製造装置の内壁、配管への樹脂粒子の付着等が起こることがある。なお、内部構造を変化させないためには、冷却速度は、20℃/秒以上であることが好ましく、25℃/秒以上がさらに好ましい。
一方、熱風によりワックスを含有する樹脂粒子(この場合は、ワックスを含有するトナー)を処理する方法(特開2006−11017号公報参照)が知られているが、熱風によりワックスの溶融が開始することでトナーの表面のワックスのしみ出しが生じる。この現象も内部構造の変化の一例であるが、特許第409100号公報と同様に、問題点として認識されている。
本実施形態においては、溶融状態の樹脂粒子が形成されるため、ワックス等の添加剤が先に溶解して表面にしみ出すことを抑制できる。さらに、樹脂粒子を冷却固化する過程において、内部の温度が表面部の温度より高いため、添加剤は、表面部にしみ出すよりもむしろ内部に移行する。また、添加剤の融点が結着樹脂のT1/2よりも低いため、樹脂粒子を冷却固化する際に、結着樹脂に遅れて添加剤が冷却固化される。これにより、添加剤は、表面部に遅れて冷却固化される内部に移行する。即ち、本実施形態では、従来問題であった添加剤のしみ出し現象を有意に活用することで、添加剤を内包する樹脂粒子を形成することができる。
樹脂粒子を冷却固化する手段としては、前駆体を静止させない状態で、寒冷ガス(例えば、空気等)を供給することにより冷却する手段、前駆体が移動している容器(例えば、配管等)を冷却する手段を用いることができる。
本発明の樹脂粒子の製造方法の第二の実施形態は、結着樹脂と、一種以上の添加剤からなり、添加剤を内包する樹脂粒子を製造することができるが、このとき、添加剤の融点は、結着樹脂のT1/2よりも低い。具体的には、添加剤と結着樹脂の混合物を溶融させて溶融物を調製した後に、結着樹脂のTg〜結着樹脂のT1/2の3倍の温度雰囲気下で、溶融物の比表面積を増大させて前駆体を形成する。さらに、結着樹脂のTg〜結着樹脂のT1/2の1.5倍の温度雰囲気下で、前駆体を1〜10ミリ秒保持し、冷却固化した後に、前駆体から樹脂粒子を形成する。即ち、溶融状態の前駆体を形成する点と、形成された直後の溶融状態の前駆体を所定温度で所定時間保持する点に特徴を有する。
次に、従来法との相違点について説明する。従来の前駆体を粉砕することによる樹脂粒子の製造方法(特開2004−332130号公報、特許第3409100号公報参照)は、混練機等又はダイや口金から押出された直後に樹脂粒子を急冷する点で異なる。
本実施形態においては、結着樹脂のTg〜結着樹脂のT1/2の3倍の温度雰囲気下で、溶融物の比表面積を増大させて前駆体を形成するため、前駆体中の構成材料の偏析を抑制することができる。したがって、このような前駆体から得られる樹脂粒子の構成材料の偏析も抑制することができる。なお、前駆体が形成される直前の溶融物の温度は、結着樹脂のT1/2〜結着樹脂のT1/2の2.5倍であることが望ましい。
溶融物の比表面積を増大させる際には、特に限定されないが、一流体又は二流体式のスプレーノズルのような構造、回転ディスク型のアトマイザー、静電噴霧、超音波噴霧、溶融紡糸、フィルム化、粉砕等の手段を用いることができる。
結着樹脂のTg〜結着樹脂のT1/2の1.5倍の温度雰囲気下で、前駆体を保持する時間は、前駆体を冷却固化する手段又は前駆体が冷却固化する位置から、前駆体形成部の最も遠い位置までの距離xを移動する理論上の時間tである。ここで、移動速度v(=x/t)は、前駆体を冷却固化する手段又は前駆体が冷却固化する位置から前駆体形成部の最も遠い位置までの前駆体を含む気流の単位時間当たりの移動容量(体積;ノルマル換算)Vを、前駆体を冷却固化する手段又は前駆体が冷却固化する位置から前駆体形成部の最も遠い位置までの直線に垂直な平面上で、前駆体が存在しうる平面の最大の面積sで除した値(V/s)である。
なお、連続的に前駆体が生成する場合、例えば、前駆体が連続した繊維やフィルムである場合は、繊維等の流線の速度と、流線の移動距離yにより、時間tが算出できる。ここで、流線の移動距離yは、前駆体を冷却固化する手段又は前駆体が冷却固化する位置から、前駆体生成部の最も遠い位置までの距離xに近似しても、工業的には十分に実用的な値が得られる。繊維等の流線の速度は、例えば、繊維であれば、式
速度=吐出量(体積)/繊維径
から、算出することができる。
雰囲気としては、通常の空気を加熱したもの、酸化等を防止する必要がある場合には、窒素、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガスを加熱したものが用いることができる。また、加水分解を抑制する必要がある場合には、除湿したガスを用いることができる。
なお、混練物を冷却固化して粉砕する方法(溶融混練粉砕法)においては、混練物を冷却固化する際に、凝固点、粘度、表面張力、相溶性の違いから、構成材料が分離したり粒成長したりすることにより、粉砕後の樹脂粒子中の構成材料の含有比率にムラが出ることが知られている(特開2006−285198号公報、特開2003−280244号公報参照)。
本実施形態においては、溶融状態の前駆体を形成すること、さらには、溶融状態の前駆体を形成した後、所定温度で所定時間保持することにより、前駆体の内部構造を自己的に形成することが可能である。即ち、前駆体の構成材料の中で、表面部に存在することが安定である成分は、表面部に移行し、内部に存在することが安定である成分は、内部に移行する。したがって、溶融状態の前駆体を保持する温度や時間を調整することで、前駆体の内部構造の自己形成を制御することができる。
また、内部構造の変化の進行を制御する方法としては、前駆体の冷却速度の制御が挙げられる。これにより、構成材料の移行を抑制したり、促進したりすることができる。例えば、構成材料の移行を抑制する必要がある場合は、速やかに冷却すればよいし、構成材料の移行を促進する必要がある場合は、緩やかに冷却すればよい。
本実施形態においては、内部構造が形成された前駆体を速やかにT1/2未満、好ましくは、T1/2×(3/4)以下、さらに好ましくは、Tg以下に冷却することにより、内部構造を固定化することができる。T1/2以上の温度に冷却すると、前駆体同士の凝集、製造装置の内壁、配管への前駆体の付着等が起こることがある。なお、内部構造を変化させないためには、冷却速度は、20℃/秒以上であることが好ましく、25℃/秒以上がさらに好ましい。
一方、熱風によりワックスを含有する樹脂粒子(この場合は、ワックスを含有するトナー)を処理する方法(特開2006−11017号公報参照)が知られているが、熱風によりワックスの溶融が開始することでトナーの表面のワックスのしみ出しが生じる。この現象も内部構造の変化の一例であるが、特許第409100号公報と同様に、問題点として認識されている。
本実施形態においては、溶融状態の前駆体が形成されるため、ワックス等の添加剤が先に溶解して表面にしみ出すことを抑制できる。さらに、前駆体を冷却固化する過程において、内部の温度が表面部の温度より高いため、添加剤は、表面部にしみ出すよりもむしろ内部に移行する。また、添加剤の融点が結着樹脂のT1/2よりも低いため、前駆体を冷却固化する際に、結着樹脂に遅れて冷却固化される。これにより、添加剤は、表面部に遅れて冷却固化される内部に移行する。即ち、本実施形態では、従来問題であった添加剤のしみ出し現象を有意に活用することで、添加剤を内包する前駆体を形成することができる。
前駆体を冷却固化する手段としては、前駆体を静止させない状態で、寒冷ガス(例えば、空気等)を供給することにより冷却する手段、前駆体が移動している容器(例えば、配管等)を冷却する手段を用いることができる。
なお、内部構造の変化を有意に利用するためには、前駆体は、少なくとも1次元の大きさ(長さ、厚さ、直径等)が樹脂粒子の体積平均粒子径の0.5倍以上1.2倍未満であることが好ましく、0.65倍以上1.15倍未満がさらに好ましい。これにより、前駆体の表面を最終製品である樹脂粒子の表面とすることができる。前駆体の全次元の大きさが樹脂粒子の体積平均粒子径の0.5倍未満及び1.2倍以上である場合は、樹脂粒子の粒度分布が広くなるか、収率が低下することある。特に、樹脂粒子の体積平均粒子径の1.2倍以上である場合は、樹脂粒子を形成するために、前駆体をより細かく分割(例えば、粉砕)する必要がある。このため、前駆体に形成された添加剤の少ない表面に対して、前駆体を分割することにより新たに形成された表面の存在割合が大きくなり、添加剤が樹脂粒子の表面に露出しやすくなる。
また、前駆体は、繊維状又はフィルム状であることが好ましい。繊維状の前駆体は、短軸の長さに対する長軸の長さの比が5以上であることが好ましく、フィルム状の前駆体は、厚さに対する面積の1/2乗の比が5以上であることが望ましい。繊維状の前駆体の短軸の長さに対する長軸の長さの比及びフィルム状の前駆体の厚さに対する面積の1/2乗の比が5未満であると、前駆体の重量に対して空気力学径が大きくなる等の作用から、既存の粉砕手段では、粉砕が困難となることがある。さらに、このような前駆体と同一の体積を有する球形粒子の粒子径は、樹脂粒子の体積平均粒子径のたかだか2倍程度であるため、このような前駆体を形成せずに直接樹脂粒子を製造することが望ましい。
なお、繊維状の前駆体の長さや、フィルム状の前駆体の厚さ、面積は、光学顕微鏡、レーザー顕微鏡、電子顕微鏡等の像を解析することで求めることができる。具体的には、予め大きさのわかっている物体を測定対象と同一の倍率で拡大した画面上で計測し、画面上の大きさを比較することで計測できる。
さらに、上記以外の前駆体を用いる場合には、樹脂粒子の比表面積をSPとし、前駆体の比表面積をSZとすると、0.3SP<SZであることが好ましく、0.6SP<SZがさらに好ましい。なお、1.5SP<SZであると、樹脂粒子の収率が低下することがある。このとき、SZがSPとほぼ等しいことが理想的である。
なお、比表面積は、BET法により測定してもよいし、粒子径、薄膜やペレットの厚さ、繊維の直径等から計算してもよい。
本発明において、添加剤と結着樹脂を混合する方法としては、公知の粉体混合機を用いて混合する方法、公知の溶融装置を用いて溶融混練する方法が挙げられる。また、粉体混合機で混合した後に、さらに溶融混練してもよい。
粉体混合機としては、水平円筒型混合機、V型混合機、二重円錐型混合機、リボン型混合機、短軸ロッド又はピン付ローター型混合機、複軸パドル型混合機、円錐スクリュー混合機、高速流動型混合機、回転円盤型混合機、マラー型混合機、気流攪拌型混合機、スタティックミキサ(無攪拌)型混合機やこれらの複合装置を用いることができる。例えば、ナウタミキサ、サイクロミックス、メカノフュージョン、タービュライザ、ノビルタ、ナノキュラ、アグロマスタ(以上、ホソカワミクロン社製)、ハイブリダーゼーションシステム、メカノマイクロス(以上、奈良機械製作所社製)、バーチカルグラニュレーター(パウレック社製)、ハイスピードミキサ(深江パウテック社製)、ヘンシェルミキサー(三井鉱山社製)等が挙げられる。
溶融装置としては、一般的な加熱タンク型溶融機、1軸、2軸又は多軸のエクストルーダーを用いることができ、例えば、ニーデックス(三井鉱山社製)、GTシリーズ、BTNシリーズ(以上、プラスチック工学研究所社製)、KRCニーダー、KEXエクストルーダー、KEXPエクストルーダー、オープンニーダー(以上、栗本鐵工所社製)等が挙げられる。
本発明において、T1/2は、フローテスターのフローカーブ(図8参照)から読み取ることができる。また、測定装置としては、高架式フローテスターCFT500型(島津製作所社製)を用いることができる。なお、測定条件は、以下の通りである。
荷重:30kg/cm
昇温速度:3.0℃/分
ダイ口径:0.50mm
ダイ長さ:1.0mm
本発明において、融点は、示差走査型熱量測定(DSC)において、DSC曲線の最大吸熱量を示すピークトップから決定される。また、測定装置としては、TA−60WS及びDSC−60(島津製作所社製)を用いることができる。なお、測定条件は、以下の通りである。
サンプル容器:アルミニウム製サンプルパン(フタあり)
サンプル量:5mg
リファレンス:アルミニウム製サンプルパン(アルミナ10mg)
雰囲気:窒素(流量:50ml/分)
温度条件
開始温度:20℃
昇温速度:10℃/分
終了温度:150℃
保持時間:なし
降温温度:10℃/分
終了温度:20℃
保持時間:なし
昇温速度:10℃/分
終了温度:150℃
測定結果は、データ解析ソフトTA−60、バージョン1.52(島津製作所社製)を用いて解析することができる。具体的には、まず、2度目の昇温のDSC微分曲線であるDrDSC曲線の最大ピークを示す点を中心として±5℃の範囲を指定し、解析ソフトのピーク解析機能を用いてピーク温度を求める。次に、DSC曲線で前記ピーク温度+5℃及び−5℃の範囲で解析ソフトのピーク解析機能を用いてDSC曲線の最大吸熱温度(融点)を求める。
本発明において、Tgは、融点と同様にして測定することができる。
次に、複数の結着樹脂を用いる場合は、Tg、T1/2等の熱特性については、以下のように定義する。
・全結着樹脂の中で、10重量%以上を占める主要な樹脂の特性値を用いる。
・Tgとしては、主要な樹脂のTgのうち、最大値を採用する。
・T1/2としては、主要な樹脂のT1/2のうち、最小値を採用する。
・T1/2の1.5倍としては、主要な樹脂のT1/2のうち、最大値を採用する。
・T1/2の3倍としては、主要な樹脂のうち、最大値を採用する。
さらに、複数の添加剤を用いる場合は、融点について、以下のように定義する。
・結着樹脂のT1/2よりも低い融点を有する全添加剤の中で、10重量%以上を占める主要な成分の融点を採用する。
・融点としては、主要な成分の融点のうち、最小値を採用する。
本発明において、溶融物は、ガス、樹脂粒子等の排出口を有するチャンバー内に供給され、溶融混練等の溶融物を供給する手段とは異なる手段から供給される第一のガス流と溶融物が接触することが好ましい。このとき、第一のガス流は、樹脂粒子又は前駆体を形成するエネルギーを溶融物に付与するものであると共に、樹脂粒子又は前駆体が形成される雰囲気を形成するものである。さらに、第一のガス流は、樹脂粒子又は前駆体が形成された後に保持される雰囲気の温度を保つため、雰囲気を加熱又は冷却するエネルギーを供給する。
本発明においては、樹脂粒子又は前駆体を形成するエネルギーを溶融物に付与する第一のガス流は、高圧であることが好ましく、高圧かつ高温であることがさらに好ましい。この場合、樹脂粒子又は前駆体を形成する雰囲気の温度は、工業的には、第一のガス流の温度に相関するとみなしてよい。即ち、第一のガス流の温度を制御することで、雰囲気の温度を制御することができる。第一のガス流の温度は、結着樹脂のTg以上であることが好ましく、結着樹脂のT1/2以上がさらに好ましい。また、結着樹脂が劣化、分解等することがあるので、第一のガス流の温度は、結着樹脂のT1/2の3倍以下であることが好ましい。
さらに、生成した樹脂粒子又は前駆体を保持する雰囲気を形成するために、必要に応じて、第二のガス流を形成してもよい。第二のガス流は、温度が結着樹脂のT1/2〜結着樹脂のT1/2の3倍であることが好ましい。さらに、第二のガス流は、チャンバー内で形成されることが望ましい。これにより、生成した樹脂粒子又は前駆体の拡散を抑制することができ、効率的に雰囲気を形成することができる。また、第二のガス流の冷却を防止、即ち、第二のガス流を保温することができる。
第一のガス流や第二のガス流は、断熱膨張や、その他の雰囲気との混合、放射、伝導等により冷却されるが、生成した樹脂粒子又は前駆体が保持される雰囲気の温度は、結着樹脂のTg〜結着樹脂のT1/2の1.5倍以下であることが好ましく、結着樹脂のTg+15℃〜結着樹脂のT1/2の1.5倍がさらに好ましい。
また、雰囲気の温度制御や、生成した樹脂粒子又は前駆体のチャンバーへの付着防止のために、少なくとも一つ以上の経路から第三のガス流をチャンバー内に供給する場合がある。第三のガス流は、温度が結着樹脂のT1/2未満であることが好ましく、60℃未満がさらに好ましく、40℃未満が特に好ましい。第三のガス流の流量を増加させずに雰囲気の冷却効果を大きくする必要がある場合は、第三のガス流の温度は、15℃未満としてもよい。なお、第三のガス流の温度は、−40℃以上であることが好ましく、−10℃以上がさらに好ましい。第三のガス流の温度が−40℃未満になると、工業的に非効率である。このため、第三のガス流の温度が−10℃以上であれば、工業的に効率よく得られる。
本発明において、チャンバーは、円筒状及び/又は円錐状の部位を有し、チャンバー内に供給される第一のガス流は、1軸の(一つの)旋回流であり、旋回流の軸と略同一方向に溶融物を供給することが好ましい。これにより、生成した樹脂粒子又は前駆体を保持する雰囲気に保持される時間を制御することが容易になる。
本発明において、第二のガス流及び第三のガス流の少なくとも一つをチャンバーの内壁面に沿って供給することが好ましい。また、チャンバー内で、溶融物を供給する方向と略同一方向の軸を有する、1軸の(一つの)旋回流を効率よく形成するためには、第二のガス流及び第三のガス流の少なくとも一つをチャンバーの側面から供給することが好ましい。このとき、第三のガス流をチャンバーの側面から供給すると、チャンバーの側面近傍の温度が中心部に対して低くなる。このため、チャンバーの壁面の温度が低下することと、チャンバーの壁面に衝突する樹脂粒子又は前駆体が衝突直前に冷却される作用により、壁面への熱融着を抑制することができる。
なお、チャンバー内の静圧、即ち、チャンバー内の圧力と外部雰囲気との差圧は、工業的に、−2〜2kPaとすることが好ましい。差圧が−2kPa未満であると、外部からチャンバー内への意図しない気流の流入が起こりやすくなり、チャンバー内の雰囲気の温度の制御に支障を来たすことがある。また、差圧が2kPaを超えると、チャンバー内から外部への意図しない気流の流出が起こりやすくなり、粉もれの原因となることがある。
本発明において、チャンバー内に溶融物を供給する手段は、開口部の短軸長が0.1〜5mmの口金であることが好ましい。なお、開口部の短軸長は、0.16〜3mmがさらに好ましく、0.16〜1mmが特に好ましい。このような口金としては、直径0.1〜5mmの円形ノズルやダイス、短軸径が0.1〜5mmの楕円形ノズルやダイス、一辺が0.1〜5mmのスリット又は方形のノズルやダイスが挙げられるが、中でも、樹脂粒子又は前駆体を効率よく形成することができることから、開口部が略円形であり、開口径が0.16〜1mmのノズルが好ましい。なお、複数のダイスやノズルで構成される場合も含まれる。
本発明において、雰囲気の温度や、第一のガス流、第二のガス流、第三のガス流、配管中の温度は、市販の温度センサを用いて測定することができる。温度センサとしては、特に限定されないが、熱電対、測温抵抗体、バイメタル温度計、放射温度計等が挙げられるが、工業的には、熱電対又は測温抵抗体が利用しやすい。
測温抵抗体を用いて温度を測定する場合は、センサ部を測定部位に設置すればよい。例えば、樹脂粒子又は前駆体が形成される雰囲気の温度を測定する場合は、溶融物をチャンバー内に供給するノズル、ダイス等の開口部から、樹脂粒子又は前駆体が形成される方向に向かって目視で確認し、溶融物が分散し始めたポイントの温度を確認すればよい。具体的には、開口部から5〜20mm離れた地点の温度を測定すればよい。
第一のガス流を用いる場合は、樹脂粒子又は前駆体が形成される雰囲気の温度の代用値として、第一のガス流の温度を、第一のガス流の加熱手段の後段で、かつ第一のガス流の供給口の前段の位置で測定する。このとき、測定値の35〜100%の値を代用値として用いることができる。35〜100%のいずれの値となるかは、具体的な装置・手段を決定した後、雰囲気の温度と第一のガス流の温度を測定し、相関関係をキャリブレーションする必要がある。工業的には、相関関係を一次式で近似して求めてよい。
第一のガス流の温度から、雰囲気の温度を代用値として求めるのは、樹脂粒子又は前駆体を形成中の雰囲気の温度をモニタリングすることが工業的に困難であるためである。これは、溶融状態の樹脂粒子又は前駆体が存在する空間に、熱電対等を設置しても、熱電対等のセンサ部位に樹脂粒子又は前駆体が融着して、正しく温度が測定できない上に、樹脂粒子又は前駆体に粗大粒等が混入して、品質の低下を招くからである。
生成した樹脂粒子又は前駆体が保持される雰囲気の温度を測定する場合は、保持される空間の温度を熱電対等で測定すればよい。具体的には、溶融物がチャンバーに供給される供給口から、樹脂粒子又は前駆体を形成する方向に40mm進んだ地点以降の温度を測定すればよい。なお、チャンバー内で生成した樹脂粒子又は前駆体を保持する場合は、チャンバー内の雰囲気温度を、チャンバーの外部から挿入した熱電対等で測定することで代用できる。この場合、熱電対等のセンサ部位が、チャンバーの壁面よりも内部に50mm以上離れた位置に設置されることが望ましい。これは、樹脂粒子又は前駆体の付着・融着を抑制するために、チャンバーの壁面から第三のガス流を供給したり、第三のガス流が壁面を沿って流れるように構成されたりすることがあるためである。即ち、熱電対等のセンサ部位がチャンバーの壁面に近い位置に設置される場合は、第三のガス流により冷却された空間の温度を測定することがある。また、チャンバーが、外部雰囲気の影響により冷却される場合も同様に、冷却された壁面付近の温度を測定することがある。
溶融物から樹脂粒子又は前駆体を形成する直前の溶融物の温度は、混合物を溶融させる手段の後段で、かつ溶融物をチャンバー内に供給する供給口の前段で測定すればよい。このとき、熱電対等を直接溶融物に接するように設置すればよい。
第一のガス流の供給圧力は、0.1〜2.0MPaが好ましく、0.15〜1.5MPaがさらに好ましく、0.2〜0.8MPaが特に好ましい。
本発明の樹脂粒子は、本発明の樹脂粒子の製造方法を用いて製造されているが、様々な分野への応用が期待される。例えば、低温で成膜する粉体塗料用粒子、徐放性を有する芳香剤の香り成分(精油成分)の担持体粒子、徐放性や特定部位で含有物質を放出するドラッグデリバリー用の薬物含有粒子、低温定着とオイルレス定着のためにワックス等の添加剤を含有するトナーに応用することが可能である。
本発明の樹脂粒子を、電子写真用のトナーとして使用する場合には、樹脂粒子又は前駆体が形成される直前の溶融物の温度は、90〜250℃であることが好ましく、120〜230℃がさらに好ましい。樹脂粒子又は前駆体が形成される雰囲気の温度は、90〜350℃であることが好ましく、150〜320℃がさらに好ましい。第一のガス流の温度は、90〜370℃であることが好ましく、150〜370℃がさらに好ましい。第二のガス流の温度は、90〜370℃であることが好ましく、120℃〜350℃がさらに好ましい。第三のガス流の温度は、−40〜120℃であることが好ましく、−25〜60℃がさらに好ましい。生成した樹脂粒子又は前駆体が保持される雰囲気の温度は、60〜180℃であることが好ましく、80〜160℃がさらに好ましい。これらの温度範囲の上限より高温であると、結着樹脂、添加剤、その他のトナーの構成材料が劣化することがある。また、これらの温度範囲の下限よりも低温である場合には、ワックスが適切に内包されないことがある。
溶融物は、第一のガス流のエネルギーによって樹脂粒子又は前駆体が形成されることが望ましく、生成した樹脂粒子又は前駆体が保持される雰囲気の温度制御の必要に応じて、第二のガス流、第三のガス流を供給してもよい。生成した樹脂粒子又は前駆体が保持される雰囲気の温度を上昇させるためには、第一のガス流、第二のガス流の温度を上昇させるか供給量を増加させればよい。また、第三のガス流の温度を低下させるか供給量を減少させればよい。
第二のガス流は、第一のガス流により十分な熱量が付与できるなら、使用しなくてもよい。例えば、[1]第一のガス流の温度を上昇させることが好ましくない場合(例えば、添加物の劣化)、[2]第一のガス流の供給量を増やすことが好ましくない場合(例えば、粒子径の制御)、[3]第一のガス流の流線に沿った樹脂粒子又は前駆体の流れが好ましくない場合(例えば、チャンバー内での付着融着の制御)、[4]プラントの仕様上の問題で第一のガス流の温度の上昇や供給量の増加が行えない場合等の第一のガス流により十分な熱量を付与できない場合には、第二のガス流の利用が有効である。
本発明のトナーは、本発明の樹脂粒子を有するため、画質に優れると共に、添加剤を内包する構造的特長により、特に耐久性に優れる。
本発明のトナーにおいて、結着樹脂としては、特に限定されないが、ポリスチレン、ポリ(p−クロロスチレン)、ポリビニルトルエン等のスチレン及びその置換体の単独重合体;スチレン−(p−クロロスチレン)共重合体、スチレン−ビニルトルエン共重合体、スチレン−ビニルナフタレン共重合体、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−クロロメタクリル酸メチル)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;石油系樹脂等が挙げられるが、中でも、スチレン系共重合体又はポリエステル樹脂が好ましい。
本発明のトナーにおいて、結着樹脂の1/2法軟化点よりも低い融点を有する一種以上の添加剤は、ワックスを含有することが好ましい。ワックスは、低温定着性及び離型性を確保するために使用される。ワックスとしては、特に限定されないが、例えば、カルボニル基を有するワックス、ポリオレフィンワックス、長鎖炭化水素等が挙げられるが、カルボニル基を有するワックスが好ましい。
カルボニル基を有するワックスとしては、例えば、ポリアルカン酸エステル、ポリアルカノールエステル、ポリアルカン酸アミド、ポリアルキルアミド、ジアルキルケトン等が挙げられるが、ポリアルカン酸エステルが好ましい。ポリアルカン酸エステルとしては、例えば、カルナバワックス、モンタンワックス、トリメチロールプロパントリベヘネート、ペンタエリスリトールテトラベヘネート、ペンタエリスリトールジアセテートジベヘネート、グリセリントリベヘネート、1,18−オクタデカンジオールジステアレート等が挙げられる。ポリアルカノールエステルとしては、例えば、トリメリット酸トリステアリル、マレイン酸ジステアリル等が挙げられる。ポリアルカン酸アミドとしては、例えば、ジベヘニルアミド等が挙げられる。ポリアルキルアミドとしては、例えば、トリメリット酸トリステアリルアミド等が挙げられる。ジアルキルケトンとしては、例えば、ジステアリルケトン等が挙げられる。
ポリオレフィンワックスとしては、例えば、ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックス等が挙げられる。
長鎖炭化水素としては、例えば、パラフィンワックス、サゾールワックス等が挙げられる。
ワックスの融点は、特に限定されないが、40〜160℃であることが好ましく、50〜120℃がさらに好ましく、60〜90℃が特に好ましい。融点が40℃未満であると、ワックスが耐熱保存性に悪影響を与えることがあり、160℃を超えると、低温定着時にコールドオフセットを起こすことがある。
本発明のトナーは、表面ワックス量が0.65〜4.2重量%であることが好ましく、2〜3重量%がさらに好ましい。これにより、耐熱保存性、低温定着性及び耐ホットオフセット性のいずれにも優れ、現像ローラへのトナーのフィルミングやトナーを薄層化するブレード等への部材へのトナーの融着を抑制することができる。その結果、現像装置の長期使用(攪拌)においても、良好で安定した現像性が得られるため、高画質画像を形成することができる。なお、表面ワックスとは、ワックスを溶解し、結着樹脂を溶解しない有機溶媒中でトナーを攪拌した時に、トナーから溶出するワックスを意味する。
表面ワックス量が0.65重量%未満であると、離型性が低下し、特に、低温定着性に問題が出ることがある。さらに、紙に定着させる際の定着性が低下することがある。また、表面ワックス量が4.2重量%を超えると、トナーの表面にワックスが多く露出した状態となるため、感光体にフィルミングを生じたり、一成分現像において、現像スリーブ上でトナーを薄層化するブレードに固着を生じたりする。
なお、表面ワックス量が0.65〜4.2重量%であると、定着時に、表面ワックスが溶け出すことで、トナーの表面に細孔を形成し、この細孔がトナーの内部のワックスの染み出し流路となることでワックスの染み出しを促進すると考えられる。
本発明において、表面ワックス量[重量%]は、式
(TW−TW')/TW×100
から求められる。なお、TWは、トナー中のワックスの含有量[重量%]、TW'は、溶媒で抽出することにより表面ワックスが除去されたトナー中のワックスの含有量[重量%]である。
TWは、DSC(示差走査熱量測定)法に基づいて、例えば、DSC60(島津製作所社製)を用いて、式
TW=(トナー中のワックスの吸熱量)/(ワックス単体の吸熱量)×100
から求められる。TWの具体的な測定方法を以下に示す。まず、トナー約5mgをアルミニウム製の試料容器に入れ、試料容器をホルダーユニットに載せ、電気炉中にセットする。次に、室温から昇温速度10℃/分で150℃まで加熱した後、150℃で10分間放置し、室温まで試料を冷却して10分間放置する。その後、窒素雰囲気下、150℃まで昇温速度10℃/分で加熱して、DSC曲線を計測し、トナー中のワックスの吸熱量[J/g]を算出する。また、ワックス約5mgを用いて、同様にワックス単体の吸熱量[J/g]を算出する。
また、TW'は、TWと同様にDSC法に基づいて求められる。TW'の具体的な測定方法を以下に示す。トナーを1.00g計量し、30mlのスクリュー管瓶中に入れる。次に、メスピペットで溶媒7.0mlを計り取り、各々のスクリュー管瓶に加える。さらに、スクリュー管瓶を120rpmで1分間ローラーで攪拌する。有機溶媒とトナーの混合物をろ過し、ろ過物を5分以上真空乾燥機で乾燥する。乾燥後、これをデシケーター中で十分冷却した後、DSC法でトナー中のワックスの吸熱量[J/g]を算出する。なお、抽出に用いる溶媒としては、ワックスを溶解し、かつ結着樹脂を溶解しない有機溶媒(例えば、ヘキサン)を用いることができる。
本発明のトナーは、着色剤や帯電制御剤を含有することがさらに好ましい。
着色剤としては、公知の染料、顔料を用いることができ、二種以上併用してもよい。染料としては、カラーインデックスで表すと、C.I.Solvent Yellow(6,9,17,31,35,100,102,103,105)、C.I.Solvent Orange(2,7,13,14,66)、C.I.Solvent Red(5,16,17,18,19,22,23,143,145,146,149,150,151,157,158)、C.I.Solvent Violet(31,32,33,37)、C.I.Solvent Blue(22,63,78,83〜86,91,94,95,104)、C.I.Solvent Green(24,25)、C.I.Solvent Brown(3,9)等が挙げられる。市販の染料としては、愛染SOT染料Yellow−1,3,4、Orange−1,2,3、Scarlet−1、Red−1,2,3、Brown−2、Blue−1,2、Violet−1、Green−1,2,3、Black−1,4,6,8(以上、保土ヶ谷化学工業社製)、Sudan染料、Yellow−146,150、Orange−220、Red−290,380,460、Blue−670(以上、BASF社製)、ダイアレジンYellow−3G,F,H2G,HG,HC,HL、Orange−HS,G、Red−GG,S,HS,A,K,H5B、Violet−D、Blue−J,G,N,K,P,H3G,4G、Green−C、Brown−A(以上、三菱化成社製)、オイルカラーYellow−3G,GS−S,#502、Blue−BOS,IIN、Black−HBB,#803,EB,EX;住友化学社のスミプラストブルーGP,OR、レッドFB,3B、イエローFL7G,GC(以上、オリエント化学社製)、カヤロンポリエステルブラックEX−SF300、カヤセットRed−B,ブルーA−2R(以上、日本化薬社製)等が挙げられる。
顔料としては、黄鉛、亜鉛黄、バリウム黄、カドミウム黄、硫化亜鉛、アンチモン白、カドミウムレッド、硫酸バリウム、硫酸鉛、硫酸ストロンチウム、亜鉛華、チタン白、ベンガラ、鉄黒、酸化クロム、水酸化アルミニウム、珪酸カルシウム、群青、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、カーボンブラック、グラファイト、アルミニウム粉、ブロンズ粉等の無機顔料;マダーレーキ、ロックウッドレーキ、コチニールレーキ、ナフトールグリーンB、ナフトールグリーンY、ナフトールイエローS、リソールファストイエロー2G、パーマネントレッド4R、ブリリアントファストスカーレット、ハンザエロー、リソールレッド、レーキレッドC、レーキレッドD、ブリリアントカーミン6B、パーマネントレッドF5R、ピグメントスカーレット3B、ボルドー10B、フタロシアニンブルー、フタロシアニングリーン、スカイブルー、ローダミンレーキ、マラカイトグリーンレーキ、エオシンレーキ、キノリンエローレーキ、インダスレンブルー、チオインジゴマルーン、アリザリンレーキ、キナクリドンレッド、キナクリドンバイオレット、ベリレンレッド、ベリレンスカーレット、イソインドリノンエロー、ジオキサジンバイオレット、アニリンブラック等の有機顔料が挙げられる。
帯電制御剤としては、特に限定されないが、有色材料を用いると色調が変化することがあるため、無色〜白色に近い材料が好ましく、例えば、トリフェニルメタン系染料、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、リンの単体又は化合物、タングステンの単体又は化合物、フッ素系界面活性剤、サリチル酸の金属塩、サリチル酸誘導体の金属塩等が挙げられ、二種以上併用してもよい。
また、帯電制御剤の市販品としては、例えば、4級アンモニウム塩のボントロンP−51、オキシナフトエ酸系金属錯体のE−82、サリチル酸系金属錯体のE−84、フェノール系縮合物のE−89(以上、オリエント化学工業社製)、4級アンモニウム塩モリブデン錯体のTP−302、TP−415(以上、保土谷化学工業社製)、4級アンモニウム塩のコピーチャージPSY VP2038、トリフェニルメタン誘導体のコピーブルーPR、4級アンモニウム塩のコピーチャージ NEG VP2036、コピーチャージ NX VP434(以上、ヘキスト社製)、LRA−901、ホウ素錯体であるLR−147(日本カーリット社製)、キナクリドン、アゾ系顔料、その他スルホン酸基、カルボキシル基、4級アンモニウム基等の官能基を有する高分子系の化合物等が挙げられる。
また、本発明のトナーは、マグネタイト、フェライト、酸化鉄等の磁性体をさらに含有することもできる。これにより、磁性トナーとして用いることができる。
本発明のトナーは、樹脂粒子の体積平均粒子径の1/1000〜1/10の体積平均粒子径を有する一種以上の粒子をさらに有することが好ましい。このような粒子としては、特に限定されないが、例えば、公知の樹脂粒子、シリカ、アルミナ、酸化チタン、チタン酸バリウム、チタン酸マグネシウム、チタン酸カルシウム、チタン酸ストロンチウム、酸化亜鉛、酸化スズ、ケイ砂、クレー、雲母、ケイ灰石、ケイソウ土、酸化クロム、酸化セリウム、ベンガラ、三酸化アンチモン、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、硫酸バリウム、炭酸バリウム、炭酸カルシウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素等が挙げられる。
このような粒子の一次粒子径は、5nm〜2μmであることが好ましく、5nm〜500nmがさらに好ましい。また、このような粒子のBET法による比表面積は、20〜500m/gであることが好ましい。
このような粒子のトナー中の含有量は、0.01〜5.0重量%であることが好ましい。
本発明において、粒度分布は、例えば、コールターカウンター法によって測定することができる。コールターカウンター法による粒度分布の測定装置としては、コールターカウンターTA−II、コールターマルチサイザーII(以上、コールター社製)が挙げられる。粒度分布の具体的な測定方法を以下に示す。まず、電解液100〜150ml中に分散剤として界面活性剤(好ましくは、ポリオキシエチレンアルキルエーテル)を0.1〜5ml加える。ここで、電解液とは、1級塩化ナトリウムを用いて約1重量%NaCl水溶液を調製したものであり、例えば、ISOTON−II(コールター社製)が挙げられる。次に、試料を2〜20mg加えた懸濁液に、超音波分散器で約1〜3分間の分散処理を行った後に、100μmのアパーチャーを用いて、トナーの体積と個数を測定して、体積分布と個数分布が得られる。得られた分布から、トナーの体積平均粒子径、個数平均粒子径が求められる。チャンネルとしては、2.00μm以上2.52μm未満;2.52μm以上3.17μm未満;3.17μm以上4.00μm未満;4.00μm以上5.04μm未満;5.04μm以上6.35μm未満;6.35μm以上8.00μm未満;8.00μm以上10.08μm未満;10.08μm以上12.70μm未満;12.70μm以上16.00μm未満;16.00μm以上20.20μm未満;20.20μm以上25.40μm未満;25.40μm以上32.00μm未満;32.00μm以上40.30μm未満の13チャンネルを使用し、粒径2.00μm以上40.30μm未満の粒子を対象とする。
トナーの体積平均粒子径は、3〜20μmであることが好ましく、3〜10μmがさらに好ましく、3〜8μmが特に好ましい。体積平均粒子径と個数平均粒子径の比(重量平均粒径/個数平均粒径)は、1.0〜1.5であることが好ましく、1.0〜1.3がさらに好ましく、1.05〜1.3が特に好ましい。
本発明のトナーは、例えば、以下のようなフローで製造される。
1.結着樹脂及びワックス(添加剤)、その他の材料を混合する工程
2.混合物を溶融させる工程
3.高温雰囲気で溶融物の比表面積を増大させる工程
4.冷却する工程
5.保温する工程
6.捕集する工程
7.分級する工程
上記の工程において、ワックスの分散状態を制御するために、以下のように操作する。
結着樹脂のT1/2よりも低い融点を有するワックスを選択することにより、工程4で表面近傍のワックスがトナーの内部に移行するため、内包化される。また、ワックスの分散径を大きくする必要がある場合には、工程3の高温雰囲気中で保持する時間を長くすることにより、粒子が成長する。なお、工程1及び工程2については、別の工程としてもよいし、一つの工程としてもよい。例えば、公知の粉体混合機で混合した後に、別途溶融させてもよいし、公知の溶融装置で溶融させながら混合する溶融混練でもよいが、粉体混合機で混合した後に、溶融混練することが好ましい。なお、工程2において、溶融時のワックスの分散径が製造するトナーの粒径よりも大きい場合は、工程3において、トナー間の組成を均一にして比表面積を増大させることができない。工程6、工程7は、本来トナーの粒子構造に変化をもたらさない工程であるか、工程の温度が結着樹脂のTg以上である場合には変化をもたらす可能性がある。工程7は、必ずしも必要な工程ではなく、トナーの粒子径を調整する必要がある場合に付与すればよい。例えば、粗粉や微粉を除く場合に用いる。
本発明の現像剤は、本発明のトナーを有し、キャリア等の他の成分をさらに有してもよい。本発明の現像剤は、一成分現像剤及び二成分現像剤のいずれであってもよいが、近年の情報処理速度の向上に対応した高速プリンター等に使用する場合には、寿命向上等の点で二成分現像剤が好ましい。
一成分現像剤の場合、トナーの収支が行われても、トナーの粒子径の変動が少なく、現像ローラへのトナーのフィルミングや、トナーを薄層化するためのブレード等の部材へのトナーの融着を抑制することができる。その結果、現像器の長期の使用(撹拌)においても、良好で安定した現像性及び画像が得られる。また、二成分現像剤の場合、長期に亘るトナーの収支が行われても、トナーの粒子径の変動が少なく、現像器における長期の撹拌においても、良好で安定した現像性が得られる。
キャリアは、特に限定されないが、芯材と、芯材を被覆する樹脂層を有することが好ましい。芯材の材料としては、特に限定されないが、例えば、50〜90emu/gのマンガン−ストロンチウム(Mn−Sr)系材料、マンガン−マグネシウム(Mn−Mg)系材料等が挙げられるが、画像濃度の確保の点では、100emu/g以上の鉄粉、75〜120emu/gのマグネタイト等の高磁化材料が好ましい。また、トナーが穂立ち状態となっている感光体への当りを弱くすることができ、高画質化に有利であることから、30〜80emu/gの銅−亜鉛(Cu−Zn)系材料等の弱磁化材料が好ましい。これらは、二種以上併用してもよい。
芯材の体積平均粒子径(D50)は、10〜200μmであることが好ましく、40〜100μmがさらに好ましい。D50が10μm未満であると、キャリアが微粉を多く含むために、1粒子当たりの磁化が低くなってキャリア飛散を生じることがある。また、D50が200μmを超えると、比表面積が低下して、トナーの飛散が生じることがあり、ベタ部分の多いフルカラーでは、特にベタ部の再現性が低下することがある。
樹脂層の材料としては、特に限定されないが、例えば、アミノ系樹脂、ポリビニル系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ハロゲン化オレフィン樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリ弗化ビニル樹脂、ポリ弗化ビニリデン樹脂、ポリトリフルオロエチレン樹脂、ポリヘキサフルオロプロピレン樹脂、弗化ビニリデンとアクリル単量体の共重合体、弗化ビニリデンと弗化ビニルの共重合体、テトラフルオロエチレンと弗化ビニリデンと非弗化単量体のターポリマー等のフルオロターポリマー、シリコーン樹脂等が挙げられるが、二種以上併用してもよい。
アミノ系樹脂としては、例えば、尿素−ホルムアルデヒド樹脂、メラミン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、ユリア樹脂、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂等が挙げられる。ポリビニル系樹脂としては、例えば、アクリル樹脂、ポリメタクリル酸メチル樹脂、ポリアクリロニトリル樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリビニルブチラール樹脂等が挙げられる。ポリスチレン系樹脂としては、例えば、ポリスチレン樹脂、スチレン−アクリル共重合樹脂等が挙げられる。ハロゲン化オレフィン樹脂としては、例えば、ポリ塩化ビニル等が挙げられる。ポリエステル系樹脂としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂等が挙げられる。
樹脂層は、必要に応じて、導電粉等を含有してもよい。導電粉としては、例えば、金属粉、カーボンブラック、酸化チタン、酸化スズ、酸化亜鉛等が挙げられる。導電粉の平均粒子径は、1μm以下であることが好ましい。平均粒子径が1μmを超えると、電気抵抗の制御が困難になることがある。
樹脂層は、例えば、シリコーン樹脂等を溶剤に溶解させた塗布液を芯材の表面に公知の塗布方法により均一に塗布し、乾燥した後、焼付することにより形成することができる。塗布方法としては、例えば、浸漬法、スプレー法、ハケ塗り法等が挙げられる。溶剤としては、特に限定されないが、例えば、トルエン、キシレン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、セロソルブ、酢酸ブチル等が挙げられる。焼付方法としては、特に限定されず、外部加熱方式及び内部加熱方式のいずれであってもよいが、例えば、固定式電気炉、流動式電気炉、ロータリー式電気炉、バーナー炉等を用いる方法、マイクロ波を用いる方法等が挙げられる。
キャリア中の樹脂層は、0.01〜5.0重量%であることが好ましい。樹脂層が0.01重量%未満であると、芯材の表面に均一な樹脂層を形成できないことがあり、5.0重量%を超えると、樹脂層が厚くなり過ぎてキャリア同士の造粒が発生し、均一なキャリアが得られないことがある。
二成分現像剤中のキャリアの含有量は、90〜98重量%であることが好ましく、93〜97重量%がさらに好ましい。また、トナーとキャリアの混合比は、キャリア100重量部に対して、トナー1〜10重量部が好ましい。
本発明の現像剤は、感光体のフィルミングの発生を抑制することができ、画像ムラの変動が少なく、優れた鮮明で高画質な画像を安定に形成することができる。また、本発明の現像剤は、磁性一成分現像方法、非磁性一成分現像方法、二成分現像方法等の公知の各種電子写真法による画像形成に好適に用いることができ、本発明のトナー入り容器、プロセスカートリッジ、画像形成装置及び画像形成方法に用いることができる。
本発明のトナー入り容器は、本発明のトナーが容器中に収容されているが、本発明の現像剤が容器中に収容されていてもよい。このように容器に本発明のトナーを充填することにより、画像形成装置本体とは別に、トナー入り容器がユーザーに供給される。さらに、最近では、ユーザーの手元にある容器にトナーの不足分を供給する販売方式も考えられている。
容器は、特に限定されないが、容器本体とキャップを有することが好ましい。容器本体としては、内部にアジテータが設けられた容器、壁がスパイラル構造のプラスチック製容器、カートリッジタイプの容器等の従来一般的に用いられている容器を用いることができる。このとき、容器本体の大きさ、形状、構造、材質等は、特に限定されないが、容器本体は、円筒状であることが好ましい。また、容器本体は、内周面にスパイラル状の凹凸(スパイラル部)が形成され、回転させることにより内容物であるトナーが排出口側に移行することが可能であり、スパイラル部の一部又は全部が蛇腹機能を有するものが特に好ましい。
容器本体の材質としては、特に限定されないが、寸法精度がよいものが好ましく、例えば、ポリエステル樹脂,ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリアクリル酸、ポリカーボネート樹脂、ABS樹脂、ポリアセタール樹脂等の樹脂が挙げられる。
本発明のトナー入り容器は、保存、搬送等が容易であり、取り扱い性に優れるため、本発明のプロセスカートリッジ、画像形成装置等に着脱可能に取り付けてトナーを補給することができる。
本発明のプロセスカートリッジは、静電潜像を担持する静電潜像担持体と、該静電潜像担持体上に担持された静電潜像を、本発明のトナーを用いて現像し、可視像を形成する現像手段を少なくとも有し、必要に応じて、帯電手段、現像手段、転写手段、クリーニング手段、除電手段等の手段をさらに有してもよい。
現像手段としては、本発明のトナー又は現像剤を収容するトナー入り容器と、トナー入り容器内に収容されたトナー又は現像剤を担持して搬送する現像剤担持体を少なくとも有し、さらに、担持したトナーの層厚を規制するための層厚規制部材等を有してもよい。
本発明のプロセスカートリッジは、電子写真装置、ファクシミリ、プリンター等に着脱自在に備えさせることができ、後述する本発明の画像形成装置に着脱自在に備えさせることが好ましい。
図9に、本発明のプロセスカートリッジの一例を示す。図9に示すプロセスカートリッジは、感光体101を内蔵し、帯電手段102、現像手段104、転写手段108、クリーニング手段107を有する。図9中、103は、露光手段による露光、105は、記録媒体を示す。
感光体101としては、後述する本発明の画像形成装置と同様のものを用いることができる。帯電手段102としては、任意の帯電部材が用いられる。
次に、図9に示すプロセスカートリッジによる画像形成プロセスについて示すと、感光体101は、矢印方向に回転しながら、帯電手段102による帯電、露光手段(図示せず)による露光103により、感光体101の表面に露光像に対応する静電潜像が形成される。この静電潜像は、現像手段104でトナー現像され、トナー像は、転写手段108により、記録媒体105に転写され、プリントアウトされる。次に、転写後の感光体101の表面は、クリーニング手段107によりクリーニングされ、さらに、除電手段(図示せず)により除電されて、再び、以上の操作を繰り返す。
本発明の画像形成装置は、静電潜像担持体と、現像器、クリーニング器等の構成要素をプロセスカートリッジとして一体に結合して構成し、プロセスカートリッジを装置本体に対して着脱自在に構成してもよい。また、帯電器、像露光器、現像器、転写又は分離器、及びクリーニング器の少なくとも一つを静電潜像担持体と共に一体に支持して、画像形成装置本体に着脱自在のプロセスカートリッジとし、画像形成装置本体のレール等の案内手段を用いて着脱自在の構成としてもよい。
また、本発明の画像形成装置は、静電潜像担持体と、静電潜像形成手段と、現像手段と、転写手段と、定着手段を少なくとも有し、必要に応じて、除電手段、クリーニング手段、リサイクル手段、制御手段等の手段をさらに有してもよい。
本発明の画像形成方法は、静電潜像形成工程と、現像工程と、転写工程と、定着工程とを少なくとも有し、必要に応じて、除電工程、クリーニング工程、リサイクル工程、制御工程等の工程をさらに有してもよい。
本発明の画像形成方法は、本発明の画像形成装置を用いて実施することができる。即ち、静電潜像形成工程は、静電潜像形成手段を用いて行うことができ、現像工程は、現像手段を用いて行うことができ、転写工程は、転写手段を用いて行うことができ、定着工程は、定着手段を用いて行うことができ、その他の工程についても同様である。
静電潜像形成工程は、静電潜像担持体上に静電潜像を形成する工程である。また、静電潜像担持体(電子写真感光体、感光体と称することがある)としては、材質、形状、構造、大きさ等は、特に限定されないが、ドラム状の感光体が好ましく、アモルファスシリコン、セレン等の無機感光体、ポリシラン、フタロポリメチン等の有機感光体等が挙げられる。中でも、長寿命性の点で、アモルファスシリコン感光体が好ましい。
アモルファスシリコン感光体としては、例えば、支持体を50〜400℃に加熱し、支持体上に、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、熱CVD法、光CVD法、プラズマCVD法等の成膜法によりアモルファスシリコンからなる光導電層を形成した感光体を用いることができる。中でも、プラズマCVD法、即ち、原料ガスを直流、高周波又はマイクロ波グロー放電によって分解し、支持体上に、アモルファスシリコン堆積膜を形成することが好ましい。
静電潜像の形成は、例えば、静電潜像担持体の表面を帯電させた後、像様に露光することにより行うことができ、静電潜像形成手段により行うことができる。静電潜像形成手段は、例えば、静電潜像担持体の表面を帯電させる帯電器と、静電潜像担持体の表面を像様に露光する露光器を少なくとも有する。
帯電は、例えば、帯電器を用いて静電潜像担持体の表面に電圧を印加することにより行うことができる。帯電器としては、特に限定されないが、例えば、導電性又は半導電性のローラ、ブラシ、フィルム、ゴムブレード等を備えた公知の接触帯電器、コロトロン、スコロトロン等のコロナ放電を利用した非接触帯電器等が挙げられる。
帯電器としては、磁気ブラシ、ファーブラシ等を用いることができ、画像形成装置の仕様や形態に合わせて選択することが可能である。磁気ブラシは、例えば、Zn−Cuフェライト等のフェライト粒子、フェライト粒子を支持する非磁性の導電スリーブ、導電スリーブに内包されるマグネットロールによって構成される。また、ファーブラシとしては、カーボン、硫化銅、金属又は金属酸化物により導電処理されたファーを金属や他の導電処理された芯金に巻き付けたり張り付けたりしたものを用いることができる。
帯電器としては、特に限定されないが、帯電器から発生するオゾンが低減された画像形成装置が得られるので、接触式の帯電器を用いることが好ましい。
露光は、例えば、露光器を用いて静電潜像担持体の表面を像様に露光することにより行うことができる。露光器としては、帯電器により帯電された静電潜像担持体の表面に、形成すべき像様に露光を行うことができれば、特に限定されないが、例えば、複写光学系、ロッドレンズアレイ系、レーザー光学系、液晶シャッタ光学系等の露光器が挙げられる。
なお、本発明においては、静電潜像担持体の裏面側から像様に露光を行う光背面方式を採用してもよい。
現像工程は、静電潜像を、本発明のトナー又は現像剤を用いて現像して可視像を形成する工程である。可視像の形成は、例えば、静電潜像を本発明のトナー又は現像剤を用いて現像することにより行うことができ、現像手段により行うことができる。
現像手段は、例えば、本発明のトナー又は現像剤を用いて現像することができる限り、特に限定されないが、例えば、本発明のトナー又は現像剤を収容し、静電潜像にトナーを接触又は非接触に付与することが可能な現像器を少なくとも有することが好ましく、本発明のトナー入り容器を備えた現像器さらに好ましい。
現像器は、乾式現像方式及び湿式現像方式のいずれであってもよく、単色用現像器及び多色用現像器のいずれであってもよく、トナー又は現像剤を摩擦攪拌させて帯電させる攪拌器と、回転可能なマグネットローラを有することが好ましい。
現像器内では、例えば、トナーとキャリアが混合攪拌され、その際の摩擦によりトナーが帯電し、回転するマグネットローラの表面に穂立ち状態で保持され、磁気ブラシが形成される。マグネットローラは、静電潜像担持体の近傍に配置されているため、マグネットローラの表面に形成された磁気ブラシを構成するトナーの一部は、電気的な吸引力によって静電潜像担持体の表面に移動する。その結果、静電潜像がトナーにより現像されて静電潜像担持体の表面にトナーによる可視像が形成される。
現像器に収容される現像剤は、本発明のトナーを有するが、現像剤は、一成分現像剤及び二成分現像剤のいずれであってもよい。
転写工程は、可視像を記録媒体に転写する工程であるが、中間転写体を用い、中間転写体上に可視像を転写する一次転写工程と、可視像を記録媒体上に転写する二次転写工程を有することが好ましく、トナーとして、二色以上、好ましくはフルカラートナーを用い、可視像を中間転写体上に転写して複合転写像を形成する一次転写工程と、複合転写像を記録媒体上に転写する二次転写工程を有することがさらに好ましい。
転写は、例えば、転写帯電器を用いて、可視像が形成された静電潜像担持体を帯電することにより行うことができ、転写手段により行うことができる。転写手段は、可視像を中間転写体上に転写して複合転写像を形成する一次転写手段と、複合転写像を記録媒体上に転写する二次転写手段を有することが好ましい。
なお、中間転写体としては、特に限定されないが、例えば、転写ベルト等が挙げられる。
転写手段(一次転写手段、二次転写手段)は、静電潜像担持体上に形成された可視像を記録媒体側へ剥離帯電させる転写器を少なくとも有することが好ましい。なお、転写手段は、2個以上用いてもよい。
転写器としては、コロナ放電によるコロナ転写器、転写ベルト、転写ローラ、圧力転写ローラ、粘着転写器等が挙げられる。
なお、記録媒体としては、普通紙が挙げられるが、現像後の未定着像を転写することが可能であれば、特に限定されず、OHP用のPETベース等も用いることができる。
定着工程は、定着装置を用いて、記録媒体に転写された可視像を定着させる工程であり、各色のトナーを記録媒体に転写する毎に行ってもよいし、各色のトナーを記録媒体上で積層した状態で同時に行ってもよい。
定着装置としては、特に限定されないが、公知の加熱加圧手段が好ましい。加熱加圧手段としては、加熱ローラと加圧ローラの組み合わせ、加熱ローラと加圧ローラと無端ベルトの組み合わせ等が挙げられる。加熱加圧手段による加熱温度は、80〜200℃が好ましい。
なお、本発明においては、目的に応じて、定着工程及び定着手段と共に、あるいはこれに代えて、例えば、公知の光定着器を用いてもよい。
除電工程は、静電潜像担持体に対して、除電バイアスを印加して除電を行う工程であり、除電手段を用いて行うことができる。除電手段としては、静電潜像担持体に対して、除電バイアスを印加することができれば、特に限定されないが、例えば、除電ランプ等が挙げられる。
クリーニング工程は、静電潜像担持体上に残留するトナーを除去する工程であり、クリーニング手段を用いて行うことができる。クリーニング手段としては、静電潜像担持体上に残留するトナーを除去することができれば、特に限定されないが、例えば、磁気ブラシクリーナ、静電ブラシクリーナ、磁気ローラクリーナ、ブレードクリーナ、ブラシクリーナ、ウエブクリーナ等が挙げられる。
リサイクル工程は、クリーニング工程により除去したトナーを現像手段にリサイクルさせる工程であり、リサイクル手段を用いて行うことができる。リサイクル手段としては、特に限定されないが、公知の搬送手段等が挙げられる。
制御手段は、各工程を制御する工程であり、制御手段を用いて行うことができる。制御手段としては、各手段を制御することができれば、特に限定されないが、例えば、シークエンサー、コンピュータ等の機器が挙げられる。
次に、本発明の画像形成装置を用いて本発明の画像形成方法を実施する第一の例について説明する。図10に示す画像形成装置100は、静電潜像担持体としてのドラム状の感光体10と、帯電手段としての帯電ローラ20と、露光手段としての露光装置30と、現像手段としての現像器40と、中間転写体50と、クリーニングブレードを有するクリーニング手段としてのクリーニング装置60と、除電手段としての除電ランプ70を備える。
中間転写体50は、無端ベルトであり、その内側に配置されこれを張架する3個のローラ51によって、矢印方向に移動可能に設計されている。3個のローラ51の一部は、中間転写体50へ所定の転写バイアス(一次転写バイアス)を印加可能な転写バイアスローラとしても機能する。中間転写体50には、その近傍にクリーニングブレードを有するクリーニング装置90が配置されている。また、記録媒体としての転写紙95に可視像(トナー像)を転写(二次転写)するための転写バイアスを印加することが可能な転写手段としての転写ローラ80が対向して配置されている。中間転写体50の周囲には、中間転写体50上のトナー像に電荷を付与するためのコロナ帯電器58が、中間転写体50の回転方向において、感光体10と中間転写体50の接触部と、中間転写体50と転写紙95の接触部との間に配置されている。
現像器40は、現像剤担持体としての現像ベルト41と、現像ベルト41の周囲に併設したブラック現像ユニット45K、イエロー現像ユニット45Y、マゼンタ現像ユニット45M及びシアン現像ユニット45Cとから構成されている。なお、ブラック現像ユニット45Kは、現像剤収容部42Kと現像剤供給ローラ43Kと現像ローラ44Kを備えており、イエロー現像ユニット45Yは、現像剤収容部42Yと現像剤供給ローラ43Yと現像ローラ44Yを備えており、マゼンタ現像ユニット45Mは、現像剤収容部42Mと現像剤供給ローラ43Mと現像ローラ44Mを備えており、シアン現像ユニット45Cは、現像剤収容部42Cと現像剤供給ローラ43Cと現像ローラ44Cを備えている。また、現像ベルト41は、無端ベルトであり、複数のベルトローラに回転可能に張架され、一部が感光体10と接触している。
図10に示す画像形成装置100において、例えば、帯電ローラ20が感光体10を一様に帯電させる。露光装置30が感光体10上に像様に露光を行い、静電潜像を形成する。感光体10上に形成された静電潜像を、現像器40からトナーを供給して現像してトナー像を形成する。トナー像が、ローラ51から印加された電圧により中間転写体50上に転写(一次転写)され、さらに、転写紙95上に転写(二次転写)される。その結果、転写紙95上にトナー像が形成される。なお、感光体10上の残存トナーは、クリーニング装置60により除去され、感光体10における帯電は、除電ランプ70により一旦除去される。
本発明の画像形成装置を用いて本発明の画像形成方法を実施する第二の例について説明する。図11に示す画像形成装置100は、図10に示す画像形成装置100において、現像ベルト41を備えてなく、感光体10の周囲に、ブラック現像ユニット45K、イエロー現像ユニット45Y、マゼンタ現像ユニット45M及びシアン現像ユニット45Cが直接対向して配置されていること以外は、図10に示す画像形成装置100と同様の構成を有し、同様の作用効果を示す。なお、図11において、図10と同一の構成については、同一の符号を付した。
本発明の画像形成装置を用いて本発明の画像形成方法を実施する第三の例について説明する。図12に示す画像形成装置100は、タンデム型カラー画像形成装置であり、複写装置本体150と、給紙テーブル200と、スキャナ300と、原稿自動搬送装置(ADF)400を備えている。
複写装置本体150には、無端ベルト状の中間転写体50が中央部に設けられている。
そして、中間転写体50は、支持ローラ14、15及び16に張架され、図12中、時計回りに回転可能とされている。支持ローラ15の近傍には、中間転写体50上の残留トナーを除去するための中間転写体クリーニング装置17が配置されている。支持ローラ14と支持ローラ15により張架された中間転写体50には、その搬送方向に沿って、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの4つの画像形成手段18が対向して並置されたタンデム型現像器120が配置されている。タンデム型現像器120の近傍には、露光装置21が配置されている。中間転写体50の、タンデム型現像器120が配置された側とは反対側には、二次転写装置22が配置されている。二次転写装置22においては、無端ベルトである二次転写ベルト24が一対のローラ23に張架されており、二次転写ベルト24上を搬送される転写紙と中間転写体50は互いに接触することが可能である。二次転写装置22の近傍には、定着装置25が配置されている。
なお、二次転写装置22及び定着装置25の近傍に、転写紙の両面に画像形成を行うために転写紙を反転させるためのシート反転装置28が配置されている。
次に、タンデム型現像器120を用いたフルカラー画像の形成(カラーコピー)について説明する。まず、原稿自動搬送装置(ADF)400の原稿台130上に原稿をセットするか、原稿自動搬送装置400を開いてスキャナ300のコンタクトガラス32上に原稿をセットし、原稿自動搬送装置400を閉じる。
スタートスイッチ(不図示)を押すと、原稿自動搬送装置400に原稿をセットした時は、原稿が搬送されてコンタクトガラス32上へと移動された後で、一方、コンタクトガラス32上に原稿をセットした時は直ちに、スキャナ300が駆動し、第1走行体33及び第2走行体34が走行する。このとき、第1走行体33により、光源からの光が照射されると共に原稿面からの反射光を第2走行体34におけるミラーで反射し、結像レンズ35を通して読取りセンサ36で受光されてカラー原稿(カラー画像)が読み取られ、ブラック、イエロー、マゼンタ及びシアンの画像情報とされる。
そして、ブラック、イエロー、マゼンタ及びシアンの画像情報は、タンデム型現像器120における画像形成手段18(ブラック用画像形成手段、イエロー用画像形成手段、マゼンタ用画像形成手段及びシアン用画像形成手段)にそれぞれ伝達され、各画像形成手段において、ブラック、イエロー、マゼンタ及びシアンのトナー像が形成される。即ち、タンデム型現像器120における画像形成手段18(ブラック用画像形成手段、イエロー用画像形成手段、マゼンタ用画像形成手段及びシアン用画像形成手段)は、図13に示すように、それぞれ、感光体10(ブラック用感光体10K、イエロー用感光体10Y、マゼンタ用感光体10M及びシアン用感光体10C)と、感光体10を一様に帯電させる帯電器60と、カラー画像情報に基づいてカラー画像に対応した画像様に感光体10を露光(図13中、L)し、感光体10上にカラー画像に対応する静電潜像を形成する露光器と、静電潜像をカラートナー(ブラックトナー、イエロートナー、マゼンタトナー及びシアントナー)を用いて、現像してカラートナーによるトナー像を形成する現像器61と、トナー像を中間転写体50上に転写する転写帯電器62と、感光体クリーニング装置63と、除電器64を備えており、カラーの画像情報に基づいて単色のトナー像(ブラック画像、イエロー画像、マゼンタ画像及びシアン画像)を形成することが可能である。ブラック用感光体10K上に形成されたブラック画像、イエロー用感光体10Y上に形成されたイエロー画像、マゼンタ用感光体10M上に形成されたマゼンタ画像及びシアン用感光体10C上に形成されたシアン画像は、支持ローラ14、15及び16により回転移動される中間転写体50上に順次転写(一次転写)される。そして、中間転写体50上に、ブラック画像、イエロー画像、マゼンタ画像及びシアン画像が重ね合わされて合成カラー画像が形成される。
一方、給紙テーブル200においては、給紙ローラ142の1つを選択的に回転させ、ペーパーバンク143に多段に備える給紙カセット144の1つから転写紙を繰り出し、分離ローラ145で1枚ずつ分離して給紙路146に送出し、搬送ローラ147で搬送して複写機本体150内の給紙路148に導き、レジストローラ49に突き当てて止める。あるいは、給紙ローラ142を回転して手差しトレイ54上の転写紙を繰り出し、分離ローラ52で1枚ずつ分離して手差し給紙路53に入れ、レジストローラ49に突き当てて止める。なお、レジストローラ49は、一般に接地された状態で使用するが、シートの紙粉除去のためにバイアスが印加された状態で使用してもよい。そして、中間転写体50上に合成された合成カラー画像にタイミングを合わせてレジストローラ49を回転させ、中間転写体50と二次転写装置22との間に転写紙を送出させ、二次転写装置22により合成カラー画像を転写紙上に転写(二次転写)する。なお、画像転写後の中間転写体50上の残留トナーは、中間転写体クリーニング装置17によりクリーニングされる。
合成カラー画像が転写された転写紙は、二次転写装置22により搬送されて、定着装置25へと送出され、定着装置25において、熱と圧力とにより合成カラー画像が転写紙上に定着される。その後、転写紙は、切換爪55で切り換えて排出ローラ56により排出され、排紙トレイ57上にスタックされる。あるいは、切換爪55で切り換えてシート反転装置28により反転されて再び転写位置へと導かれ、裏面にも画像を記録した後、排出ローラ56により排出され、排紙トレイ57上にスタックされる。
以下、本発明について、具体例を挙げて説明を行う。これらは、本発明の一態様に過ぎず、これらに発明の技術的範囲は限定されない。なお、部は、重量部を意味する。
下記原料をヘンシェル型ミキサで混合した混合原料をエクストルーダーで溶融混練した後、200℃で口金に供給した。さらに、口金から溶融混練物を噴出させた直後に、高圧空気流と衝突させることにより、加工した。なお、生成した樹脂粒子は、サイクロン及び集塵機を用いて捕集した。
(原料)
ポリエステル樹脂(T1/2:124℃、Tg:58℃)95.00部
マゼンタ顔料TOSHIKI RED 1022(大日本インキ化学工業社製)6.00部
カルナバワックス(融点:80℃)5.00部
極性制御剤BONTRON E−304(オリエント科学工業社製)0.50部
[実施例1〜3、比較例1〜5]
図1Aに示すフローの装置を用いて樹脂粒子を製造した。以下、試作条件について説明する。
口金(図2参照)は、直径1mmの円形ノズルであり、同心円状に構成された高圧空気流A1のノズルと一体に構成されている。高圧空気流A1は、空気導入口から導入された空気が空気流路を経由して、旋回流形成部に到達することにより形成され、空気噴出口から噴出される。このとき、旋回流は、反時計回りの旋回ベクトルを有する。また、溶融混練物は、溶融混練物導入口から導入された後、隔壁により空気流路と隔てられた中子状の溶融混練物流路を経由して溶融混練物噴出口から噴出される。
口金は、生成する樹脂粒子の捕集機であると共に、樹脂粒子が生成する雰囲気の温度を制御するための隔壁を兼ねるチャンバー内に向けて設置されており、チャンバー内に溶融混練物を噴出させる。高圧空気流A1のノズルもチャンバー内に向けて設置されている。
チャンバーは、樹脂粒子を生成する円筒部と、生成した樹脂粒子を配管へ接続するための円錐部からなる。チャンバー内は、吸気ブロアによる配管からの吸気量を調整することで約−1.2kPaとなるように制御した。
また、チャンバーは、高圧空気流A1とは別に、空気流A2及び空気流A3を取り込む機構を備えている。空気流A2は、高圧空気流A1のノズルの周囲であり、チャンバーの天板付近に設置されたルーバー状空気導入口(図3参照)から、反時計周りの旋回ベクトルを持って導入される。また、空気流A3は、円筒部の側面に設置されたスリット状空気導入口(図4参照)から、反時計回りの旋回ベクトルを持って導入される。
なお、図1Bに示すように、TA1、TA2は、それぞれ温度センサS1、S2で計測したA1〜A3の温度である。このとき、TA1、TA2は、加熱手段により制御されている。また、TA4は、温度センサS4で計測した樹脂粒子生成部の温度であり、TA5は、温度センサS5で計測した樹脂粒子生成後の保温雰囲気の温度である。TA5は、A1〜A3の温度、供給量を調整することで制御することができる。TA6は、温度センサS6で計測した排気温度であり、TA6が58℃未満となるように冷却空気流CLをチャンバーの下部、即ち下流部に導入する。
ここで、空気流A3及び冷却空気流CLとしては、20℃の空気を用いた。
また、予め行ったキャリブレーション作業により、TA4は、TA1の85%に近似されることを確認したため、樹脂粒子製造中は、TA4を直接計測せずに、TA1からTA4を求めた。
樹脂粒子の粒子径は、高圧空気流A1の供給圧力を0.1〜1.0MPaの範囲で調整し、高圧空気流A1の噴出速度を増減することにより調整した。具体的には、供給圧力を増加させることで粒子径は小さくなり、供給圧力を低下させることで粒子径は大きくなる。なお、実施例1〜3、比較例1〜5においては、コールターカウンター法による体積平均粒子径が5.6μmとなるように調整した。このとき、個数平均粒子径に対する体積平均粒子径の比は、1.1〜1.3となった。
樹脂粒子が結着樹脂のTg〜結着樹脂のT1/2の1.5倍の温度雰囲気下に保温される場所及び時間tは、実質的に、それぞれチャンバー内及びチャンバー内の滞留時間に近似される。前述した定義に従うと、樹脂粒子を含む空気流の単位時間当たりの移動容量Vは、高圧空気流A1、空気流A2及び空気流A3の合計である。さらに、移動距離x(図1B参照)と、円筒部の直径(図1B参照)から求められるチャンバーの断面積により、時間tを求めることができる。
実施例1〜3、比較例1〜5では、表1に示すように、TA1、TA2、TA4、TA5及びtを変化させた。
なお、比較例1、2では、TA5が結着樹脂のTg〜結着樹脂のT1/2の1.5倍の範囲外であるが、比較のため、TA5が当該温度範囲であるものと仮定したtを示す。
また、表面ワックス量の評価結果を表2に示す。
[実施例4〜6、比較例6〜10]
図5Aに示すフローの装置で繊維状の前駆体を製造した。以下、試作条件について説明する。
口金(図6参照)は、溶融混練物の噴出口である直径190μmの円形ノズルが一列に複数個配列されており、円形ノズルの列に平行に、高圧空気流B1のスリット状の空気噴出口が一体に構成されている。
口金は、生成する前駆体の捕集機であると共に、樹脂粒子が生成する雰囲気の温度を制御するための隔壁を兼ねるチャンバー内に向けて設置されており、チャンバー内に溶融混練物を噴出させる。また、高圧空気流B1の噴出口もチャンバー内に向けて設置されている。
チャンバーは、前駆体を生成する方筒部と、生成した前駆体を冷却しながら、配管に接続するための方錐部からなる。チャンバー内は、吸気ブロアによる配管からの吸気量と吸気部の開口面積を調整することで約−1.0kPaとなるように制御した。
チャンバーは、高圧空気流B1とは別に、空気流B3を取り込む機構を備えている。空気流B3は、チャンバーの天板に、周に沿って設置されたスリットから、方筒部の内部側面に沿って導入される。
なお、図5Bに示すように、TB1は、温度センサS1で計測したB1の温度である。このとき、B1は、加熱手段により制御されている。また、TB4は、温度センサS4で計測した前駆体生成部の温度であり、TB5は、温度センサS5で計測した前駆体生成後の保温雰囲気の温度である。TB5は、B1、B3の温度、供給量を調整することで制御することができる。TB6は、温度センサS6で計測した排気温度であり、TB6が58℃未満となるように冷却空気流CLをチャンバーの方錐部の上面に、周に沿って設置されたスリット状空気導入口から導入する。
ここで、空気流A3及び冷却空気流CLとしては、20℃の空気を用いた。
また、予め行ったキャリブレーション作業により、TB4は、TB1の90%に近似されることを確認したため、前駆体製造中は、TB4を直接計測せずに、TB1からTB4を求めた。
前駆体の径(繊維径)は、高圧空気流B1の供給圧力を0.1〜0.3MPaの範囲で調整し、高圧空気流B1の噴出速度を増減することにより調整した。具体的には、供給圧力を増加させることで繊維径は小さくなり、供給圧力を低下させることで繊維径は大きくなる。なお、実施例4〜6、比較例6〜10においては、前駆体が連続的して生成するよう調整し、任意の300本の繊維径が5.0μmとなるように高圧空気流B1の供給圧力を調整した。
さらに、前駆体をカッター式ミル、分級機内蔵型粉砕機で粉砕し、樹脂粒子とした。実施例4〜6、比較例6〜10において、樹脂粒子の体積平均粒子径は、5.3〜5.9μm、個数平均粒子径に対する体積平均粒子径の比は、1.1〜1.3となった。
前駆体が結着樹脂のTg〜結着樹脂のT1/2の1.5倍の温度雰囲気下に保温される場所は、前駆体が連続して生成するため、保温雰囲気下での移動距離x(図5B参照)は、口金から方錐部までの距離とした。前駆体の流線の速度は、噴出量と繊維径から求められる値を用いた。これらの値を用いて、前駆体が結着樹脂のTg〜結着樹脂のT1/2の1.5倍の温度雰囲気下に保温される時間tを求めた。
実施例4〜6、比較例6〜10では、表3に示すように、TB1、TB4、TB5及びtを変化させた。
なお、比較例5、6では、TA5が結着樹脂のTg〜結着樹脂のT1/2の1.5倍の範囲外であるが、比較のため、TA5が当該温度範囲であるものと仮定したtを示す。
また、表面ワックス量の評価結果を表4に示す。
[実施例7、8]
図7Aに示すフローの装置を用いて樹脂粒子を製造した。以下、試作条件について説明する。
口金は、実施例1と同様に、図2に示すものを用いた。口金は、生成する樹脂粒子の捕集機であると共に、樹脂粒子が生成する雰囲気の温度を制御するための隔壁を兼ねるチャンバー内に向けて設置されており、チャンバー内に溶融混練物を噴出させる。高圧空気流C1のノズルもチャンバー内に向けて設置されている。
チャンバーは、樹脂粒子を生成する円筒部と、生成した樹脂粒子を冷却しながら、配管に接続するための円錐部からなる。チャンバー内は、吸気ブロアによる配管からの吸気量を調整することで約−0.5kPaとなるように制御した。
また、チャンバーは、高圧空気流C1とは別に、空気流C3を取り込む機構を備えている。空気流C3は、チャンバーの天板に、周に沿って設置されたスリット状空気導入口から、円筒部の内部側面に沿って導入される。
なお、図7Bに示すように、TC1は、温度センサS1で計測したC1の温度である。このとき、TC1は、加熱手段により制御されている。また、TC4は、温度センサS4で計測した樹脂粒子生成部の温度であり、TC5は、温度センサS5で計測した樹脂粒子生成後の保温雰囲気の温度である。TC5は、C1、C3温度及び供給量を調整することで制御することができる。TC6は、温度センサS6で計測した排気温度であり、58℃未満となるよう冷却空気流CLをチャンバーの円錐部の上面に周に沿って設置されたスリット状空気導入口から導入する。
ここで、空気流C3及び冷却空気流CLとしては、20℃の空気を用いた。
また、予め行ったキャリブレーション作業により、TC4は、TC1の78%に近似されることを確認したため、樹脂粒子製造中は、TC4を直接計測せずに、TC1からTC4を求めた。
樹脂粒子の粒子径は、高圧空気流C1の供給圧力を0.1〜1.0MPaの範囲で調整し、高圧空気流C1の噴出速度を増減することにより調整した。具体的には、供給圧力を増加させることで粒子径は小さくなり、供給圧力を低下させることで粒子径は大きくなる。なお、実施例7、8においては、コールターカウンター法による体積平均粒子径が5.6μmとなるように調整した。このとき、個数平均粒子径に対する体積平均粒子径の比は、1.1〜1.3となった。
樹脂粒子が結着樹脂のTg〜結着樹脂のT1/2の1.5倍の温度雰囲気下に保温される場所及び時間tは、実質的に、それぞれ円筒部内及び円筒部内の滞留時間に近似される。前述した定義に従うと、樹脂粒子を含む空気流の単位時間当たりの移動容量Vは、高圧空気流C1及び空気流C3の合計である。さらに、移動距離x(図7B参照)と、円筒部の直径(図7B参照)から求められるチャンバーの断面積により、時間tを求めることができる。
実施例7、8では、表5に示すように、TC1、TC4、TC5及びtを変化させた。
また、表面ワックス量の評価結果を表6に示す。
[外添剤混合]
樹脂粒子100部、シリカ粒子(比表面積径20nm)0.75部、シリカ粒子(比表面積径50μm)0.75部を、ヘンシェル型ミキサーで混合し、トナーを得た。
[現像剤の製造]
トナー2.5部と、シリコーン樹脂が被覆されたフェライトキャリア(芯材の平均粒径45μm)97.5部をターブラミキサーで攪拌して、現像剤を製造した。
[評価方法及び評価結果]
以下に示す現像剤の評価を実施した。
(a)フィルミング
カラープリンタIPSiO Color 4100(リコー社製)及び転写紙タイプ 6200(リコー社製)を用いて、2万枚のプリント試験を実施し、フィルミングに伴う異常な画像の発生の有無と感光体表面の観察を行い、以下の基準で判定した。
〔評価基準〕
◎:初期状態とほとんど変わらず、特に優れている場合
○:初期状態とほとんど変わらない場合
△:画像面では問題ないが、感光体の表面に軽微なフィルミングが見られた場合
×:感光体の表面に明らかなフィルミングが見られ、異常な画像が発生した場合
(b)ブレード固着
カラープリンタIPSiO Color 4100(リコー社製)及び転写紙タイプ 6200(リコー社製)を用いて、2万枚のプリント試験を実施し、ブレード固着に伴う白スジ等の異常な画像の発生の有無とブレードの観察を行い、以下の基準で判定した。
〔評価基準〕
◎:初期状態とほとんど変らず、特に優れている場合
○:初期状態とほとんど変わらない場合
△:画像面では問題ないが、ブレードに軽微な固着を生じていた場合
×:ブレードに明らかな固着を生じ、白スジ等の異常な画像が発生した場合
(c)画像濃度
タンデム型カラー電子写真装置imagio Neo 450(リコー社製)をベルト定着方式に改造した装置を用いて、転写紙タイプ 6200(リコー社製)2万枚の四隅及び中心に、トナーの付着量が1.00±0.1mg/cmである画像を形成した。なお、各々の画像は、用紙の0.1%の面積(正方形)であり、定着ローラの表面温度を160±2℃として、形成した。2万枚プリント後に得られた画像の5箇所の画像濃度を、分光計938 スペクトロデンシトメータ(X−Rite社製)を用いて測定した。なお、画像濃度としては、5箇所の画像濃度の平均値を評価し、以下の基準で判定した。なお、得られた画像濃度が高い程、画像濃度が高く、高濃度の画像が形成できることを意味し、画像濃度が1.2以上であると、実用可能なレベルであると認められる。
〔評価基準〕
◎:画像濃度が1.4以上
○:画像濃度が1.2以上1.4未満
△:画像濃度が1.0以上1.2未満
×:画像濃度が1.0未満
(d)カブリ
カラー電子写真装置IPSiO Color 8100(リコー社製)をオイルレス定着方式に改造してチューニングした装置を用いて、温度10℃、湿度15%の環境で、画像面積率が5%のチャートを連続10万枚出力する耐久試験を実施した後、転写紙上の地肌部のトナー汚れの度合いを目視(ルーペ)で観察し、以下の基準で判定した。
〔評価基準〕
◎:トナー汚れが全くなく、良好である場合
○:トナー汚れがわずかにあるが、問題とならない程度である場合
△:トナー汚れが少しある場合
×:トナー汚れが非常に目立ち、問題(許容範囲外)となる場合
(e)低温定着性
複写機MF2200(リコー社製)の定着部を改造して、定着ローラとして、テフロン(登録商標)ローラを有する装置を用いて、転写紙タイプ 6200(リコー社製)をセットして複写テストを行い、定着ローラの温度を変えて定着下限温度を測定した。具体的には、紙送りの線速度を120〜150mm/秒、面圧を1.2kgf/cm、ニップ幅を3mmに設定し、定着下限温度を測定し、以下の基準で判定した。なお、従来の低温定着トナーの定着下限温度は、140〜150℃であり、定着下限温度が低い程、低温定着性に優れることを意味する。
〔評価基準〕
◎:定着下限温度が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140℃未満
×:定着下限温度が140℃以上
以上の各々の評価を表7に示す。
なお、以上の評価について、各々の評価レベルの実用性は、おおよそ以下の通りである。
◎:大変優れている場合
○:必要十分の実用性を備え、市場で問題を起こさない場合
△:使用環境により、まれに市場で問題を起こすことがある場合
×:市場で問題を起こすことがある場合
[考察]
表2、表4及び表6から、実施例のトナーは、表面ワックス量が4.2重量%未満に制御され、好ましいワックス内包状態が形成されている。また、実施例1〜3と実施例7、8から、樹脂粒子の製造装置の形態が異なっても、効果が再現されることが確認できる。さらに、実施例4〜6から、前駆体を経る場合においても、同様に効果が得られることがわかる。
比較例1〜3、6〜8は、温度条件が好ましくないために、ワックスの内包化が進行しなかったものと考えられる。比較例4、9は、tが短すぎるため、内包化が進行しなかったものと推察される。一方、比較例5、10は、tが長すぎたため、内包化したワックスの粒塊が大きくなりすぎ、さらに、粒塊のいくつかが樹脂粒子の表面に露出したことが推察される。
表7によれば、実施例のトナーは、フィルミングやブレード固着が起こりにくく、極めて耐久性に優れていることがわかる。また、長期ラン後の画像にもカブリがなく、耐久性に優れるという特性から長期に亘って優れた画質が維持されていることがわかる。比較例のトナーは、表面ワックス量が比較的少ない比較例2、3、8を除いて、フィルミングやブレード固着が起こりやすい。また、表面ワックス量が比較的多い比較例1、5、6、9、10のトナーは、カブリも起こりやすい。
画像濃度や低温定着性については、(TA1及び)TA4、(TB1及び)TB4の高すぎた比較例3、8を除く他の比較例及び実施例のトナーは、それぞれ十分な性能を発揮している。比較例3、8のトナーは、例えば、(TA1及び)TA4、(TB1及び)TB4が高すぎたために結着樹脂等が劣化した等の要因が推察される。
さらに、その他の特徴を補足する。実施例1〜3、7のトナーは、特に表面ワックス量が少ないが、一般的に表面ワックス量が少ないと、帯電性に優れ、帯電量が大きくなりやすい。さらに、転写電圧等の各条件を一定としたため、転写プロセスにおける電荷量のバランスにより、実施例1〜3、7では、相対的に転写量が少なくなったものと考えられる。一方、カブリの評価が良好であることから、例えば、極性制御剤の添加量を削減することで帯電量を下げ、画像濃度を上昇させることができるため、コスト削減に対する余裕度があり、大変好ましい。
画像濃度の低い比較例1、5、6、9、10のトナーは、例えば、表面ワックス量が多いためにトナーの付着力が大きくなって転写できなかったり、フィルミングやブレード固着の不良と同様に、トナーの耐久性が悪いためにトナーが摩損したり、特定のトナーのみが選択的に現像されたりする等の不良が発生したことが推察される。
また、実施例2、3、7では、表面ワックス量が少ないために、低温定着性の評価で○の評価となっているが、感光体へのフィルミングや、ブレード固着に対する評価が極めて良好であることから、結着樹脂の低融点化等による更なる低温定着性を付与する余裕度が認められ、大変好ましい。
実施例7のブレード固着については、TC1が本発明の効果を再現できる加工温度条件ではあるが、高かったために、結着樹脂が劣化して耐久性がやや低下し、ブレード固着が発生した等の理由が推察できる。また、同じくTC1が本発明の効果を再現できる加工温度条件ではあるが、高かったために、TWが若干減少する傾向にあり、ワックスの一部が劣化したか、高温雰囲気で揮発した等の現象が推察される。同様のTWが減少する傾向は、TA1が著しく高い比較例3、TA1が本発明の効果を再現できる加工温度条件ではあるが、高かった実施例3においても観察される。なお、実施例6でTWの減少量が少ないのは、高温雰囲気にさらされる時間が実施例3に比べて短いためであると考えられる。また、実施例3でも結着樹脂の劣化は起こっているものと考えられるが、表面ワックス量が他の比較例に対して少なく、かつTWが大きく減少しているために、比較例に対してフィルミングやブレード固着が少なくなったと考えられる。
以上の結果から、実施例のトナーは、多数枚の印刷を行った後も印刷品質が劣化せず、マシントラブルも起こさない耐久性の高い優れた特性を有することがわかる。
本発明で用いられる樹脂粒子の製造装置の第一の例を示す図である。 図1Aに示す樹脂粒子の製造装置の部分拡大図である。 口金を示す図である。 空気流A2のルーバー状空気導入口を示す図である。 空気流A3のスリット状空気導入口を示す図である。 本発明で用いられる樹脂粒子の製造装置の第二の例を示す図である。 図5Aに示す樹脂粒子の製造装置の部分拡大図である。 口金(出口側)を示す図である。 本発明で用いられる樹脂粒子の製造装置の第三の例を示す図である。 図7Aに示す樹脂粒子の製造装置の部分拡大図である。 フローテスターのフローカーブを示す図である。 本発明のプロセスカートリッジの一例を示す図である。 本発明の画像形成装置の第一の例を示す図である。 本発明の画像形成装置の第二の例を示す図である。 本発明の画像形成装置の第三の例を示す図である。 図12に示す画像形成装置の部分拡大図である。
符号の説明
14、15、16 支持ローラ
17 中間転写クリーニング装置
18 画像形成手段
20 帯電ローラ
21 露光装置
22 二次転写装置
23 ローラ
24 二次転写ベルト
25 定着装置
26 定着ベルト
27 加圧ローラ
28 シート反転装置
30 露光装置
32 コンタクトガラス
33 第1走行体
34 第2走行体
35 結像レンズ
36 読取りセンサ
40 現像器
41 現像ベルト
42K、42Y、42M、42C 現像剤収容部
43K、43Y、43M、43C 現像剤供給ローラ
44K、44Y、44M、44C 現像ローラ
45K、45Y、45M、45C ブラック用現像器
49 レジストローラ
50 中間転写体
51 ローラ
52 分離ローラ
53 手差し給紙路
54 手差しトレイ
55 切換爪
56 排出ローラ
57 排出トレイ
58 コロナ帯電器
60 クリーニング装置
61 現像器
62 転写帯電器
63 感光体クリーニング装置
64 除電器
70 除電ランプ
80 転写ローラ
90 クリーニング装置
95 転写紙
100 画像形成装置
101 感光体
102 帯電手段
103 露光手段
104 現像手段
105 記録媒体
107 クリーニング手段
108 転写手段
110 ベルト式画像定着装置
120 タンデム型現像器
130 原稿台
142 給紙ローラ
143 ペーパーバンク
144 給紙カセット
145 分離ローラ
146 給紙路
147 搬送ローラ
148 給紙路
150 複写装置本体
200 給紙テーブル
210 画像定着装置
220 加熱ローラ
230 加圧ローラ
300 スキャナ
400 原稿自動搬送装置(ADF)

Claims (21)

  1. ワックス及び結着樹脂を含有する混合物を溶融させて溶融物を調製する工程と、
    該結着樹脂のガラス転移点以上該結着樹脂の1/2法軟化点の3倍以下の温度雰囲気下で、該溶融物から粒子を形成する工程と、
    該結着樹脂のガラス転移点以上該結着樹脂の1/2法軟化点の45/31倍以下の温度雰囲気下で、該粒子を2.1秒以上3.6秒以下保持する工程と、
    該粒子を冷却固化する工程を有し、
    該ワックスは、融点が40℃以上160℃以下であり、
    該結着樹脂の1/2法軟化点が該ワックスの融点よりも高いことを特徴とするトナーの製造方法。
  2. ワックス及び結着樹脂を含有する混合物を溶融させて溶融物を調製する工程と、
    該結着樹脂のガラス転移点以上該結着樹脂の1/2法軟化点の3倍以下の温度雰囲気下で、該溶融物の比表面積を増大させて前駆体を形成する工程と、
    該結着樹脂のガラス転移点以上該結着樹脂の1/2法軟化点の45/31倍以下の温度雰囲気下で、該前駆体を3.2ミリ秒以上3.8ミリ秒以下保持する工程と、
    該前駆体を冷却固化する工程と、
    該前駆体から粒子を形成する工程を有し、
    該ワックスは、融点が40℃以上160℃以下であり、
    該結着樹脂の1/2法軟化点が該ワックスの融点よりも高いことを特徴とするトナーの製造方法。
  3. 前記前駆体は、繊維状であり、
    記樹脂粒子の体積平均粒子径に対する前記前駆体の繊維径の比が0.5以上1.2未満であることを特徴とする請求項2に記載のトナーの製造方法。
  4. 排出口を有するチャンバー内に前記溶融物を供給すると共に、前記溶融物を供給する手段とは異なる手段から、該溶融物に接触するように第一のガス流を該チャンバー内に供給することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載のトナーの製造方法。
  5. 前記第一のガス流は、前記結着樹脂の1/2法軟化点以上前記結着樹脂の1/2法軟化点の3倍以下の温度を有することを特徴とする請求項4に記載のトナーの製造方法。
  6. 前記チャンバーは、円筒状及び/又は円錐状の部位を有し、
    前記第一のガス流は、旋回流であり、
    該旋回流の軸と略同一方向に前記溶融物を供給することを特徴とする請求項4又は5に記載のトナーの製造方法。
  7. 前記第一のガス流は、温度150℃以上370℃以下であることを特徴とする請求項4乃至6のいずれか一項に記載のトナーの製造方法。
  8. 二のガス流を前記チャンバー内に供給し、
    該第二のガス流は、温度が前記結着樹脂の1/2法軟化点以上前記結着樹脂の1/2法軟化点の3倍以下であることを特徴とする請求項4乃至7のいずれか一項に記載のトナーの製造方法。
  9. 前記チャンバーの内壁面に沿って前記第二のガス流を供給することを特徴とする請求項8に記載のトナーの製造方法。
  10. 前記チャンバーの側面から前記第二のガス流を供給することを特徴とする請求項8又は9に記載のトナーの製造方法。
  11. 前記チャンバーは、円筒状及び/又は円錐状の部位を有し、
    前記第二のガス流は、前記チャンバー内で旋回流を形成し、
    該旋回流は、の方向が前記溶融物を供給する方向と略同一であることを特徴とする請求項8乃至10のいずれか一項に記載のトナーの製造方法。
  12. 前記第二のガス流は、温度120℃以上350℃以下であることを特徴とする請求項8乃至11のいずれか一項に記載のトナーの製造方法。
  13. 三のガス流を少なくとも一つ以上の経路から前記チャンバー内に供給し、
    該第三のガス流は、温度が前記結着樹脂の1/2法軟化点未満であることを特徴とする請求項4乃至12のいずれか一項に記載のトナーの製造方法。
  14. 前記チャンバーの内壁面に沿って前記第三のガス流を供給することを特徴とする請求項13に記載のトナーの製造方法。
  15. 前記チャンバーの側面から前記第三のガス流を供給することを特徴とする請求項13又は14に記載のトナーの製造方法。
  16. 前記チャンバーは、円筒状及び/又は円錐状の部位を有し、
    前記第三のガス流は、前記チャンバー内で旋回流を形成し、
    該旋回流は、の方向が前記溶融物を供給する方向と略同一であることを特徴とする請求項13乃至15のいずれか一項に記載のトナーの製造方法。
  17. 前記チャンバー内の圧力と外部雰囲気の圧力の差−2kPa以上2kPa以下であることを特徴とする請求項4乃至16のいずれか一項に記載のトナーの製造方法。
  18. 前記溶融物を供給する手段は、開口部の短軸長が0.1mm以上5.0mm以下の口金であることを特徴とする請求項4乃至17のいずれか一項に記載のトナーの製造方法。
  19. 前記口金は、開口部が略円形であり、開口径が0.16mm以上1.00mm以下のノズルであることを特徴とする請求項18に記載のトナーの製造方法。
  20. 前記混合物は、着色剤をさらに含有することを特徴とする請求項1乃至19のいずれか一項に記載のトナーの製造方法。
  21. 前記混合物は、帯電制御剤をさらに含有することを特徴とする請求項1乃至20のいずれか一項に記載のトナーの製造方法。
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