JP4523862B2 - トナーの製造方法及びトナー製造装置 - Google Patents

トナーの製造方法及びトナー製造装置 Download PDF

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Description

本発明は、電子写真用トナーの製造方法に係り、特に、重合によるトナーの製造方法に関する。
電子写真、静電記録、静電印刷等において使用される現像剤は、その現像工程において、例えば、静電荷像が形成されている感光体等の像担持体に一旦付着され、次に転写工程において感光体から転写紙等の転写媒体に転写された後、定着工程において紙面に定着される。その際、潜像保持面上に形成される静電荷像を現像する為の現像剤として、キャリアとトナーとからなる二成分系現像剤や、キャリアを必要としない一成分系現像剤(磁性トナー、非磁性トナー)が知られている。
高品位、高画質の画像を得るためには、トナーの粒子径を小さくすることにより改良が図られているが、電子写真、静電記録、静電印刷などに用いられる乾式トナーとして、スチレン系樹脂、ポリエステルなどのトナーバインダーを着色剤などと共に溶融混練し、微粉砕したものが用いられている。通常の混練、粉砕法による製造方法ではその粒子形状が不定形であり、画像形成装置内部では現像部内でのキャリアとの攪拌や、一成分系現像剤として用いる場合は現像ローラとトナー供給ローラ、層厚規制ブレードや摩擦帯電ブレードなどとによる接触ストレスによりさらにトナーが粉砕され、極微粒子が発生したり、流動化剤がトナー表面に埋め込まれるために画像品質が低下するという現象が発生している。またその形状ゆえに粉体としての流動性が悪く、多量の流動化剤を必要としたり、トナーボトル内への充填率が低く、コンパクト化への阻害要因となっている。そのため小粒径化したメリットが生かされていないのが現状である。
また粉砕法では調製し得る粒子径の下限が存在し、さらなる小粒径化には対応できない。このような不定形の形状効果の欠点を補うために種々の球状のトナー製造法が考案されている。
一般的に用いられている方法にポリマー懸濁法がある。
この方法においては樹脂、顔料等の着色剤、ワックス等のトナー組成物を有機溶剤に溶解、分散した油相を水相中に機械的乳化手段によってトナーサイズの液滴まで乳化する工程が含まれる。この時水相中に固体の有機微粒子分散剤を乳化液滴の安定剤に用いると、粒度分布(Dv/Dn)の比較的狭い微細な液滴を作ることができる。
上記乳化液滴を得るための達成手段としては、ある一定量で連続的に油相と水相を送液し、乳化機構滞留部分容積内でせん断(微粒子化)と合一の平衡反応を繰り返しながらバランスのとれたところで一時的に粒径サイズが決定される手段を用いることとし、その際の油相もしくは油相・水相を送液する方法に着目する。油相もしくは油相・水相をそれぞれ独立した経路を通して乳化機に同時かつ連続的に供給することで、乳化不良や組成不均一の要因となる、せん断を受けない状態で油相・水相の混じりあったときに生ずる極端な液分離現象やそれによって引き起こされる粗大粒子の発生を回避することが可能となる。
このような問題を解決するために、以下のような技術が開示されている。
特許文献1は、単量体組成物を懸濁重合して重合体を製造するに際し、分散相成分と連続相成分とを独立した経路から二重管に導き回転子近傍に同時に連続供給する方法を開示している。この方法により、回転子に対しての二重管径の大きさを規定することで所望の大きさの液滴を持つ分散液を形成し重合反応を行っている。しかしながら、特許文献1では、回転子に対しての二重管径の大きさを規定しているだけであり、その供給機構と回転子の位置関係、各相の供給速度、速度比、又は回転子によりせん断を受ける前でのプレミックスまでは考慮に入れていない。
特許文献2は、二相を形成する二つの液体の一方を分散相成分、他方を連続相成分として、両成分を静止状態の液体分断機構を備えた静止型管内混合器に通したのち高速で回転する液体剪断機構を備えた高速剪断分散機に通すことにより前記連続相成分中に前記分散相成分の微細な液滴を分散させ、この液滴から樹脂粒子を生成させる方法を開示している。
特許文献2に記載の方法では、分散相成分と連続相成分とが高速剪断分散機を一回通過することで微細な液滴を生成するシステムである(1パス乳化)。しかしながら、この1パス乳化方法においては粒子内での組成/組成分布の均一化を考えた時には充分であるとは言い切れない。トナーを構成する粒子が均質に分布されることは、トナーの帯電性等の電子写真特性に強く影響を及ぼすと考えられ、この点、いずれの特許文献においても解決がなされているとは言えない。
一方、カラートナーは、ブラックトナーと比べて、色の異なるトナーを重ねることで種々の色を再現するために、より帯電条件の制御が問題となる。特許文献3では、優れた帯電特性を付与するために、溶解物または分散物を界面活性剤の存在する水系媒体中で乳化分散し、乳化分散液分散工程後に該界面活性剤と逆極性の界面活性剤を添加することが提案されている。
しかしながら、同文献においても、満足のいく電子写真特性を得ることができていないのが現状である。
特公平6−102683号公報 特開平10−195205号公報 特開2004−54139号公報
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであって、安定した体積平均粒径、シャープな粒度分布を有する組成均一なトナーを容易に製造し、その結果、潜像を忠実に現像して高画質のフルカラー画像を再現できるトナー及び製造方法を提供することを目的とする。特に、帯電性の影響を受けやすい地汚れに対して効果を発揮することを目的とする。
上記課題を解決するため、鋭意検討した結果、乳化機によりせん断を受ける前の油相・水相の供給方法、プレミックス条件を設定することで乳化工程で組成均一な狙いの体積平均粒径、シャープな粒度分布のトナーを作り出すことが可能であることを見出した。
すなわち、本発明は、上記課題を、以下の(1)乃至(25)により解決する。
(1) 少なくとも2種類以上の異なる分子量の樹脂、着色剤及び離型剤が有機溶剤に溶解又は分散した溶解分散物と、水に不溶性の樹脂微粒子を有する水系媒体とを連続的に供給する工程;並びに
前記溶解分散物と前記水系媒体とからなる着色粒子水分散液を、せん断手段を用いて乳化する工程;
を有するトナーの製造方法であって、
前もって乳化された前記着色粒子水分散液と前記溶解分散液とが、前記せん断手段から0.2m以内の距離で、接触されることを特徴とするトナーの製造方法。これにより、粒子を均一に調製することが可能となり、帯電性が均一で地汚れの発生が抑制されたトナーを製造することができる。
(2) 少なくとも2種類以上の異なる分子量の樹脂、着色剤及び離型剤が有機溶剤に溶解又は分散した溶解分散物と、水に不溶性の樹脂微粒子を有する水系媒体とを連続的に供給する工程;並びに
前記溶解分散物と前記水系媒体とからなる着色粒子水分散液を、せん断手段を用いて乳化する工程;
を有するトナーの製造方法であって、
前もって乳化された前記着色粒子水分散液と前記溶解分散液と前記水系媒体とが、前記せん断手段から0.2m以内の距離で、接触されることを特徴とするトナーの製造方法。これにより、粒子を均一に調製することが可能となり、帯電性が均一で地汚れの発生が抑制されたトナーを製造することができる。
(3) 前記の溶解分散物を供給する流速は、0.1〜1.0m/sであることを特徴とする請求項1又は2に記載のトナーの製造方法。これにより、各組成物が比較的均一な組成でせん断を受け、且つ乳化安定性にも優れたトナーを提供することができる。
(4) 前記の水系媒体を供給する流速は、0.2〜5.0m/sであ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。これにより、各組成物が比較的均一な組成でせん断を受け、且つ乳化安定性にも優れたトナーを提供することができる。
(5) 前記の乳化された着色粒子分散液は、2乃至7m/sで流動していることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載のトナーの製造方法。これにより、各組成物が比較的均一な組成でせん断を受け、且つ乳化安定性にも優れたトナーを提供することができる。
(6) 前記の供給工程は、二重管の中心部分から前記溶解分散物を供給し、且つ、該中心部分に近接する中空部分から前記の乳化された着色粒子分散液を供給して行うことを特徴とする請求項1、3又は5に記載のトナーの製造方法。これにより、乳化不良の可能性を極力低減し、乳化安定性に優れたトナーを提供することができる。
(7) 前記の供給工程は、三重管の中心部分から前記溶解分散物を供給し、該中心部分に近接した中空部分から前記水系媒体を供給し、且つ、該中空部分に近接した前記三重管の最外中空部分から前記の乳化された着色粒子水分散液を供給して行うことを特徴とする請求項2乃至5のいずれか一項に記載のトナーの製造方法。これにより、乳化不良の可能性を極力低減し、乳化安定性に優れたトナーを提供することができる。
(8) 前記溶解分散物を供給する前記中心部分の下流端部壁が、該管の中心に対して放射状に配置された複数の穴を有することを特徴とする請求項6又は7に記載のトナーの製造方法。これにより、せん断周速が低くなってしまうローター軸方向の油相供給が回避することができる。
(9) 前記の乳化工程の前に、前記溶解分散物と前記着色粒子水分散液とをプレ混合する工程をさらに有することを特徴とする請求項6に記載のトナーの製造方法。これにより、局所的に水相/油相が局在化することなく、且つ、各組成物の均一性を乱すことが少なくなる。
(10) 前記の乳化工程の前に、前記溶解分散物と前記水系媒体とをプレ混合する工程をさらに有することを特徴とする請求項7に記載のトナーの製造方法。これにより、局所的に水相/油相が局在化することなく、且つ、各組成物の均一性を乱すことが少なくなる。
(11) 前記の乳化工程の前に、前記溶解分散物と前記水系媒体と前記着色粒子水分散液とをプレ混合する工程をさらに有することを特徴とする請求項7に記載のトナーの製造方法。これにより、局所的に水相/油相が局在化することなく、且つ、各組成物の均一性を乱すことが少なくなる。
(12) 前記のプレ混合工程は、静止状態の液体分断器を備えた静止型管内混合器を用いて行うことを特徴とする請求項9乃至11のいずれか一項に記載のトナーの製造方法。これにより、流体を確実に均質化することが可能となる。
(13) 前記静止型管内混合器は、管の一端を入口、他端を出口とし、管内に、管断面を二分しながら中心軸線に沿って右旋回する案内板と左旋回する案内板とが中心軸線に沿う方向に交互に配置されてなる構造を備えていることを特徴とする請求項12に記載のトナーの製造方法。これにより、流体を確実に均質化することが可能となり、トナーの粒度分布がシャープとなる。
(14) 前記二重管における前記着色粒子水分散液の流速と前記溶解分散物の流速とが、
4≦(着色粒子水分散液の流速)/(溶解分散液の流速)≦ 30
であることを特徴とする請求項6又は9に記載のトナーの製造方法。これにより、各組成物が比較的均一な組成でせん断を受け、且つ乳化安定性にも優れたトナーを提供することができる。
(15) 前記三重管における、着色粒子水分散液の流速と、前記溶解分散物の流速と、水系媒体の流速とが、
4≦(着色粒子水分散液の流速)/(水系媒体の流速)≦25;及び
0.5≦(水系媒体の流速)/(溶解分散物の流速)≦2;
であることを特徴とする請求項7又は10に記載のトナーの製造方法。これにより、各組成物が比較的均一な組成でせん断を受け、且つ乳化安定性にも優れたトナーを提供することができる。
(16) 前記中心部分の径をd1とし、且つ、前記二重管の端部と前記せん断手段との距離をDとすると、
0≦D/d1≦20
であることを特徴とする請求項6、9又は14に記載のトナーの製造方法。これにより、各組成物が比較的均一な組成でせん断を受け、且つ乳化安定性にも優れたトナーを提供することができる。
(17) 前記中心部分の径をd2とし、且つ、前記三重管と前記せん断手段との距離をDとすると、
0≦D/d2≦20
であることを特徴とする請求項7、10又は15に記載のトナーの製造方法。これにより、各組成物が比較的均一な組成でせん断を受け、且つ乳化安定性にも優れたトナーを提供することができる。
(18) 請求項1乃至17の処理を行うトナーの製造装置。これにより、粒子を均一に調製することが可能となり、帯電性が均一で地汚れの発生が抑制されたトナーを製造し得る製造システムを提供することができる。
(19) 請求項1乃至17のいずれか一項に記載されたトナーの製造方法にて得られたトナーの体積平均粒径(Dv)が3以上10μmであることを特徴とするトナー。これにより、高品位、高画質なトナーを得ることが可能となる。
(20) 請求項1乃至17のいずれか一項に記載されたトナーの製造方法にて得られたトナーの、体積平均粒径(Dv)が3以上10μmであり、該トナーの個数平均粒径(Dn)に対する体積平均粒径の比率が1.05以上1.25以下であることを特徴とするトナー。これにより、高品位、高画質なトナーを得ることが可能となる。
(21) 請求項19又は20に記載のトナーを有する現像剤。これにより、高品位、高画質な現像剤を得ることが可能となる。
(22) 請求項19又は20に記載のトナーを用いた画像形成方法。これにより、高品位、高画質な現像物を得ることが可能となる。
(23) 請求項19又は20記載のトナーを用いた画像形成装置。これにより、高品位、高画質な現像物を得ることが。
(24) 少なくとも2種類以上の異なる分子量の樹脂、着色剤及び離型剤が有機溶剤に溶解又は分散した溶解分散物と、水に不溶性の樹脂微粒子を有する水系媒体とを連続的に供給する工程;並びに
前記溶解分散物と前記水系媒体とからなる着色粒子水分散液を、せん断手段を用いて乳化する工程;
を有するトナーの製造方法であって、
前もって乳化された前記着色粒子水分散液と供給された前記溶解分散液とが接触してから0.1以上2秒以内に撹拌されることを特徴とするトナーの製造方法。これにより、粒子を均一に調製することが可能となり、帯電性が均一で地汚れの発生が抑制されたトナーを製造することができる。
(25) 少なくとも2種類以上の異なる分子量の樹脂、着色剤及び離型剤が有機溶剤に溶解又は分散した溶解分散物と、水に不溶性の樹脂微粒子を有する水系媒体とを連続的に供給する工程;並びに
前記溶解分散物と前記水系媒体とからなる着色粒子水分散液を、せん断手段を用いて乳化する工程;
を有するトナーの製造方法であって、
前もって乳化された前記着色粒子水分散液と前記溶解分散液及び前記水系媒体とが接触してから0.04以上1秒以内に撹拌されることを特徴とするトナーの製造方法。これにより、粒子を均一に調製することが可能となり、帯電性が均一で地汚れの発生が抑制されたトナーを製造することができる。
粒度分布が均一で、組成の分散状態が均一なトナーを得ることができるとともに、帯電量分布が一定し、地汚れの少ない画像を提供し得るトナーを提供することが可能となる。
本発明は、トナーを構成する水系溶媒及び溶媒分散液並びに着色粒子水分散液(これら三者のそれぞれを、以下、各組成物とも称する)が複数回せん断を受けることにより、組成/組成分布の均一化を図ることを目的とする。
以下、図面を参照して、本発明を説明する。図1は、本発明によるトナーの製造方法を行う連続乳化装置の一例である。図1に記載の連続乳化装置は、少なくとも2種類以上の異なる分子量の樹脂、着色剤及び離型剤を含有するトナー組成物を有機溶剤に溶解又は分散した液体に伸長剤を混ぜた油相Aと、イソシアネート結合を有するプレポリマーを含有する油相Bと、固体の樹脂微粒子分散剤を含有する水系媒体(以下、水相と呼ぶ)と、スタティクミキサー(以下、STMと称する)と、パイプラインホモミキサー(以下PLHM)を有する乳化機とで構成される。なお、図1では、乳化液が循環する配管については、記載を省略しているが、この配管の構成については後述する。
これらのユニット間のラインは、図1に示す通りであって、油相A及び油相Bからは、それぞれ、STMへと向かう独立したラインが配管され、それぞれのラインは、STMの上流部分で合流し、STMに配管される。STMからは、乳化機へとさらに配管される。水相から配管されたラインは、STMと乳化機との間のラインに接続される。乳化機からはさらに配管され、PLHMへと接続される。
次に、図1の連続乳化装置を用いた連続乳化プロセスを説明する。油相Aと油相BとはSTMの上流部分で合流し、STMで混合され、油相を形成する。油相は、乳化機内に導入される前に水相と合流し、その後、乳化機構部分滞留容積内に導入され、この容積内のパイプラインホモミキサー(以下PLHM)によりせん断を受け乳化が行われる(乳化液を得る)。生じた乳化液は、一部が排出され、他の部分がさらに循環経路を循環してせん断を受ける。なお、排出された一部は、新たに循環経路内に供給された分だけ排出・オーバーフローされる。図7は、滞留循環する乳化液と新たに供給される油相・水相の関係を示す。
一般に、乳化機によりせん断を受けない状態で油相が乳化液中に存在している時間が長くなると、油相と接している乳化液中の粒子が油相に吸着され、極所的に乳化不良が生じる。乳化不良が一旦生じてしまうと、新たにフィードされて乳化される乳化液にも循環経路を介し連鎖的な作用で不良を引き起こしてしまう。
(せん断手段までの距離)
この現象を回避するため、乳化液と油相とを上記のPLHMを用いて乳化する際、乳化液と油相とが、PLHMからの距離0.2mで初めて接するようにすることが好ましい。また、この距離は、さらに好ましくは0.01〜0.1m、最も好ましくは0.01〜0.05mである。0.2mより大きいと未剪断の油相と水相とが交じり合った状態が長く続き、局所的にO/Wバランスが乱れ、粒子均一性・組成均一性となる。この結果、粒子表面もしくは粒子間での帯電性も均一性に欠けるとともに、地汚れが発生してしまう。
水相は、いかなる順序で油相及び/又は乳化液と接するように構成してもよいが、上記の通り、乳化液と油相とが初めて接する際に、水相が接するように構成してもよい。つまり、乳化液と、水相と、油相とを上記のPLHMを用いて乳化する際、乳化液と水相と油相とが、PLHMからの距離0.2mで初めて接するようにすることが好ましい。また、この距離は、さらに好ましくは0.01〜0.1m、最も好ましくは0.01〜0.05mである。なお、この数値限定に係る臨界的意義は、上記と同様である。
次に、図2乃至9を参照して、乳化液、水相及び油相を供給する配管の構成について説明する。
(多重管)
図2は、二重管を用いて、乳化液、水相及び油相を連続乳化装置に供給する方法の例である。この例において、乳化機内を循環する乳化液は、水相と接触した後、乳化機の上流部分において、二重管構造を有する配管の外径に接する中空部分に送液される。一方、油相は、この二重管構造の中心部分を介して供給される。この際、上記の通り送液された乳化液と、二重管の中心部分を送液された油相とは、二重管壁構造で隔離された状態であり、乳化液と油相とが接することはない。その後、送液された乳化液は、二重管構造の端部(図2中、B部)において初めて、上述の通り送液された油相と接する。このように接触された乳化液、水相及び油相は、その後、乳化機内に供給される。
このような二重管構造を採用し、中心部分を介して油相を供給し、外径部分を介して乳化液を供給することにより、乳化不良の可能性を極力低減し、乳化安定性に優れたトナーを提供することができる。
図3は、三重管を用いて、乳化液、水相及び油相を連続乳化装置に供給する方法の例である。この例において、乳化機内を循環する乳化液は、乳化機の上流部分において、三重管構造を有する配管の外径に接する最外中空部分に送液される。一方、油相は、この二重管構造の中心部分を介して供給される。また、水相は、乳化液が供給される最外中空部分と油相が供給される中心部分との間の中空部分を介して供給される。この際、上記の通り送液された、乳化液と、油相と、水相とは、三重管壁構造で隔離された状態であり、乳化液と油相と水相とが接することはない。その後、送液された乳化液と油相と水相とは、三重管構造の端部(図3中、C部)において初めて、接する。その後、接触された乳化液、水相及び油相は、乳化機内に供給される。
このような三重管構造を採用し、中心部分を介して油相を供給し、最外中空部分で乳化液を供給し、且つ、中空部分を介して水相を供給することにより、乳化不良の可能性を極力低減し、乳化安定性に優れたトナーを提供することができる。
二重管や三重管などの多重管を用いることにより、組成を均一化でき、乳化不良を防止し、且つ、得られるトナーの粒度分布がシャープとなる。
なお、図2及び図3において、二重管構造及び三重管構造の中心部分の径は、それぞれd1及びd2であり、二重管構造及び三重管構造の端部と乳化機のPLHMとの距離は、Dである。
(管の端部構造)
上述の通り、二重管及び/又は三重管の中心部分を介して油相を送液する場合、これら管の中心部分を画成する壁に、複数の穴を有していてもよい。その概略を示したのが、図8である。このような端部構成を採用することにより、油相をロータ軸中心から放射状に供給することが可能となり、その結果、せん断周速が低くなってしまうローター軸方向の油相供給が回避でき、トナーの粒度分布がシャープ化となり、或いは、トナーを構成する組成が均一となる。
(プレ混合工程)
また、水相、油相及び乳化液を乳化機に供給してせん断処理する前に、前もって混合しておいてもよい。以下、この混合をプレ混合又はプレ混合工程と称する。
図4は、二重管と混合器とを用いて、乳化液、水相及び油相を連続乳化装置に供給する方法の例である。この例による連続乳化装置は、二重管の端部(上記図2のB部)と乳化機との間に、静止型管内混合器を有する。その他の構成は、図2と同様である。なお、二重管の端部と混合器との間には、乳化液と水相と油相とが接し得る空間が存在する。
図5は、三重管と混合器とを用いて、乳化液、水相及び油相を連続乳化装置に供給する方法の例である。この例による連続乳化装置は、三重管の端部(上記図3のC部)に接する静止型管内混合器を有する。その他の構成は、図3と同様である。
図6は、三重管と混合器とを用いて、乳化液、水相及び油相を連続乳化装置に供給する方法の別例である。この例による連続乳化装置は、三重管の端部(図3のC部)と乳化機入口とに接するように、静止型管内混合器を有する。その他の構成は、図3と同様である。
(混合器)
これら図4乃至図6に示す構成を有する連続乳化装置を用いることにより、流体中に発生する不均質部分を無くすことで極所的な油相、水相の組成の乱れも生じずに「せん断→乳化」と移行でき、結果、均一せん断に有利となる。プレ混合を行うことで、粒度分布がシャープとなり、より有利である。
なお、図4乃至図6に示す連続乳化装置では、プレ混合工程を行う混合器として、静止型管内混合器を用いたが、本技術分野において公知の混合器であれば、種々の手段を用いることができる。
なかでも、本発明においては、静止型管内混合器が好ましく用いられる。静止型混合器は、分断手段を有し、エレメントが縦横に且つ交互に配列された構造を有する。このような構成を採用することにより、二液又は三液を「分割作用→転換作用→反転作用」するという作用を連続的に繰り返すため、流体を確実に均質化することが可能となる。また、形状がシンプルなこともあり流体の滞留部分が殆ど無く、粒度分布のシャープ化、もしくは組成均一化の要因と成り得る粘度ムラも生じない。
(流速)
一方、水相、油相及び乳化液を乳化機内に供給する速度、つまり流速は、油相の供給量と水相の供給量との比率が均一な撹拌(せん断)と最終的に得られるトナーの物性に影響を与えるという観点から、重要である。乳化機に供給する油相の流速は、好ましくは、0.1〜1.0m/s、さらに好ましくは、0.2〜0.8m/s、最も好ましくは0.4〜0.5m/sである。同様に、水相の流速は、0.2〜5.0m/s、さらに好ましくは0.5〜4 m/s、最も好ましくは0.5〜2m/sである。さらに、乳化機内を流動する乳化液の流速は、2〜7m/s、さらに好ましくは3〜5m/s、最も好ましくは4〜5m/sである。
(各組成物間の流速比)
上述の通り、本発明による連続乳化装置に二重管/三重管を採用する場合、各組成物の流速のみならず、各組成物間の流速比も重要な要素となる。例えば、二重管を採用する場合、乳化液の流速と油相の流速との比率は、
4≦(着色粒子水分散液の流速)/(溶解分散液の流速)≦ 30
であることが好ましい。この比率に関して、さらに好ましくは、5〜20、最も好ましくは5〜10である。
また、三重管を用いた場合、乳化液の流速と、水相の流速と、油相の流速とは、
4≦(着色粒子水分散液の流速)/(水系媒体の流速)≦25;及び
0.5≦(水系媒体の流速)/(溶解分散物の流速)≦2;
であることが好ましい。特に、(水系媒体の流速)/(溶解分散物の流速)の比率は、さらに好ましくは0.5〜1.5、最も好ましくは0.8〜1.0である。
(多重管の径とせん断手段との距離)
本発明における連続乳化装置において、二重管/三重管などの多重管を採用した場合、各組成物を供給する管の径、特に油相を供給する中心部分の径と、多重管の端部とせん断手段との距離を規定することが有効であることも見出した。例えば、二重管を採用した場合、中心部分の径(上記図2のd1)と、二重管の端部とせん断手段との距離(上記図2のD)とは、
0≦D/d1≦20
であることが好ましい。このD/d1は、さらに好ましくは、0〜10、最も好ましくは0〜5である。
一方、三重管を採用した場合、中心部分の径(上記図3のd2)と、三重管の端部とせん断手段との距離(上記図3のD)とは、
0≦D/d2≦20
であることが好ましい。このD/d2は、さらに好ましくは0〜10、最も好ましくは0〜5である。
これらの範囲の上限より大きい場合、各組成物を均一に分散する点及び各組成物から得られた乳化物の安定性の点で、不都合である
次に、本発明による製造方法により得られるトナー及びトナーを構成する各組成物に係る成分について、さらに詳細に述べる。
(乾式トナー)
ポリエステル系樹脂を少なくともトナーバインダーとして含有する乾式トナーにおいて、該トナーの Dvが3〜10μmであり、Dv/Dnが1.05〜1.25である乾式トナーにより、耐熱保存性、低温定着性、耐ホットオフセット性のいずれにも優れ、とりわけフルカラー複写機などに用いた場合に画像の光沢性に優れ、更に二成分現像剤においては、長期にわたるトナーの収支が行われても、現像剤中のトナーの粒子径の変動が少なくなり、現像装置における長期の攪拌においても、良好で安定した現像性が得られる。また、一成分現像剤として用いた場合においても、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なると共に、現像ローラーへのトナーのフィルミングや、トナーを薄層化する為のブレード等の部材へのトナーの融着がなく、現像装置の長期の使用(攪拌)においても、良好で安定した現像性及び画像が得られた。
一般的には、トナーの粒子径は小さければ小さい程、高解像で高画質の画像を得る為に有利であると言われているが、逆に転写性やクリーニング性に対しては不利である。また、本発明の範囲よりも体積平均粒子径が小さい場合、二成分現像剤では現像装置における長期の攪拌においてキャリアの表面にトナーが融着し、キャリアの帯電能力を低下させたり、一成分現像剤として用いた場合には、現像ローラーへのトナーのフィルミングや、トナーを薄層化する為のブレード等の部材へのトナーの融着を発生させやすくなる。
また、これらの現象は微粉の含有率が本発明の範囲より多いトナーにおいても同様である。
逆に、トナーの粒子径が本発明の範囲よりも大きい場合には、高解像で高画質の画像を得ることが難しくなると共に、現像剤中のトナーの収支が行われた場合にトナーの粒子径の変動が大きくなる場合が多い。また、Dv/Dnが1.25よりも大きい場合も同様である。
また、Dv/Dnが1.05より小さい場合には、トナーの挙動の安定化、帯電量の均一化の面から好ましい面もあるが、トナーを十分に帯電出来なかったり、クリーニング性が悪化する。
(粒度分布測定法)
トナーの平均粒径及び粒度分布は、コールターマルチサイザーIII(コールター社製)を用い、パーソナルコンピューター(IBM社製)を接続し専用解析ソフト(コールター社製)を用いてデータ解析した。Kd値は10μmの標準粒子を用いて設定し、アパーチャカレントはオートマティックの設定で行った。電解液は、1級塩化ナトリウムを用いて1%NaCl水溶液を調製した。その他に、ISOTON −II(コールターサイエンティフィックジャパン社製)が使用できる。測定法としては、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、更に測定試料を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分間分散処理を行ない、100μmアパーチャーチューブを用いて、2μm以上のトナーの体積、個数を5万カウント測定して体積平均粒径(Dv)と個数平均粒径(Dn)とを算出した。この算出値に基づいて、本発明に係る体積分布から求めた体積基準の体積平均粒径及び個数分布から求めた個数基準の個数平均粒径を求めた。Dv/Dnが1.0に近いほど粒度分布がシャープである。
本発明に用いる樹脂は、スチレンアクリル樹脂、ポリオール樹脂、ポリエステル樹脂など通常のトナー用に用いられる樹脂であればどのようなものでも適用可能である。特に定着性の観点からフルカラー画像の再現にはポリエステル樹脂が好適である。
(変性ポリエステル樹脂)
本発明に好適なポリエステル樹脂は、変性ポリエステル樹脂であってもよい。変性ポリエステル樹脂とは、ポリエステル樹脂中、酸やアルコールなどのモノマーユニットに含まれる官能基と、エステル結合以外の結合基とを有したり、或いは、ポリエステル樹脂中、構成の異なる樹脂成分が共有結合やイオン結合などで結合した樹脂をいう。
例えば、ポリエステル樹脂の末端にエステル結合以外の結合を導入した樹脂が挙げられる。具体的にはポリエステル樹脂の末端に、酸基や水酸基と反応するイソシアネート基などの官能基を導入した上で、活性水素化合物とさらに反応させ末端を変性したり伸長反応させた樹脂も含まれる。
さらに活性水素基が複数存在する化合物であればポリエステル末端同士を結合させた樹脂も含まれる(ウレア変性ポリエステル、ウレタン変性ポリエステルなど)。
また、ポリエステル主鎖中に二重結合などの反応性基を導入し、この導入部位でラジカル重合させ、炭素−炭素結合のグラフト成分を側鎖として導入したり、二重結合同士を架橋したものも含まれる(スチレン変性、アクリル変性ポリエステルなど)。
また、ポリエステルの主鎖中に構成の異なる樹脂成分を共重合させたり末端のカルボキシル基や水酸基と反応させた樹脂であってもよい。例えば末端がカルボキシル基、水酸基、エポキシ基、メルカプト基によって変性されたシリコーン樹脂と共重合させたものも含まれる(シリコーン変性ポリエステルなど)。以下、変性ポリエステルについて具体的に説明する。
(ウレア変性ポリエステル樹脂)
変性ポリエステル樹脂の一種には、ウレア結合を有する変性されたポリエステル(i)が挙げられる。このポリエステル(i)としては、イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー(A)とアミン類(B)との反応物などが挙げられる。イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー(A)は、ポリオール(1)とポリカルボン酸(2)の重縮合物でかつ活性水素基を有するポリエステルをさらにポリイソシアネート(3)と反応させたものなどが挙げられる。上記ポリエステルが有する活性水素基は、水酸基(アルコール性水酸基およびフェノール性水酸基)、アミノ基、カルボキシル基、メルカプト基などが挙げられ、これらのうち好ましいものはアルコール性水酸基である。
ポリオール(1)は、ジオール(1−1)および3価以上のポリオール(1−2)が挙げられ、(1−1)単独、または(1−1)と少量の(1−2)の混合物が好ましい。ジオール(1−1)は、アルキレングリコール(エチレングリコール、1,2−プロピレングリコール、1,3−プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオールなど);アルキレンエーテルグリコール(ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレンエーテルグリコールなど);脂環式ジオール(1,4−シクロヘキサンジメタノール、水素添加ビスフェノールAなど);ビスフェノール類(ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールSなど);上記脂環式ジオールのアルキレンオキサイド(エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイドなど)付加物;上記ビスフェノール類のアルキレンオキサイド(エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイドなど)付加物などが挙げられる。これらのうち好ましいものは、炭素数2〜12のアルキレングリコールおよびビスフェノール類のアルキレンオキサイド付加物であり、特に好ましいものはビスフェノール類のアルキレンオキサイド付加物、およびこれと炭素数2〜12のアルキレングリコールとの併用である。3価以上のポリオール(1−2)としては、3〜8価またはそれ以上の多価脂肪族アルコール(グリセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ソルビトールなど);3価以上のフェノール類(トリスフェノールPA、フェノールノボラック、クレゾールノボラックなど);上記3価以上のポリフェノール類のアルキレンオキサイド付加物などが挙げられる。
ポリカルボン酸(2)は、ジカルボン酸(2−1)および3価以上のポリカルボン酸(2−2)が挙げられ、(2−1)単独、および(2−1)と少量の(2−2)の混合物が好ましい。ジカルボン酸(2−1)は、アルキレンジカルボン酸(コハク酸、アジピン酸、セバシン酸など);アルケニレンジカルボン酸(マレイン酸、フマール酸など);芳香族ジカルボン酸(フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、ナフタレンジカルボン酸など)などが挙げられる。これらのうち好ましいものは、炭素数4〜20のアルケニレンジカルボン酸および炭素数8〜20の芳香族ジカルボン酸である。3価以上のポリカルボン酸(2−2)は、炭素数9〜20の芳香族ポリカルボン酸(トリメリット酸、ピロメリット酸など)などが挙げられる。なお、ポリカルボン酸(2)は、上述のものの酸無水物または低級アルキルエステル(メチルエステル、エチルエステル、イソプロピルエステルなど)を用いてポリオール(1)と反応させてもよい。
ポリオール(1)とポリカルボン酸(2)の比率は、水酸基[OH]とカルボキシル基[COOH]の当量比[OH]/[COOH]として、通常2/1〜1/1、好ましくは1.5/1〜1/1、さらに好ましくは1.3/1〜1.02/1である。
ポリイソシアネート(3)は、脂肪族ポリイソシアネート(テトラメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、2,6−ジイソシアナトメチルカプロエートなど);脂環式ポリイソシアネート(イソホロンジイソシアネート、シクロヘキシルメタンジイソシアネートなど);芳香族ジイソシアネート(トリレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネートなど);芳香脂肪族ジイソシアネート(α,α,α’,α’−テトラメチルキシリレンジイソシアネートなど);イソシアヌレート類;前記ポリイソシアネートをフェノール誘導体、オキシム、カプロラクタムなどでブロックしたもの;およびこれら2種以上の併用が挙げられる。
ポリイソシアネート(3)の比率は、イソシアネート基[NCO]と、水酸基を有するポリエステルの水酸基[OH]の当量比[NCO]/[OH]として、通常5/1〜1/1、好ましくは4/1〜1.2/1、さらに好ましくは2.5/1〜1.5/1である。[NCO]/[OH]が5を超えると低温定着性が悪化する。[NCO]のモル比が1未満では、変性ポリエステル中のウレア含量が低くなり、耐ホットオフセット性が悪化する。末端にイソシアネート基を有するプレポリマー(A)中のポリイソシアネート(3)構成成分の含有量は、通常0.5〜40重量%、好ましくは1〜30重量%、さらに好ましくは2〜20重量%である。0.5重量%未満では、耐ホットオフセット性が悪化するとともに、耐熱保存性と低温定着性の両立の面で不利になる。また、40重量%を超えると低温定着性が悪化する。
イソシアネート基を有するプレポリマー(A)中の1分子当たりに含有するイソシアネート基は、通常1個以上、好ましくは、平均1.5〜3個、さらに好ましくは、平均1.8〜2.5個である。1分子当たり1個未満では、ウレア変性ポリエステルの分子量が低くなり、耐ホットオフセット性が悪化する。
アミン類(B)は、ジアミン(B1)、3価以上のポリアミン(B2)、アミノアルコール(B3)、アミノメルカプタン(B4)、アミノ酸(B5)、およびB1〜B5のアミノ基をブロックしたもの(B6)などが挙げられる。ジアミン(B1)は、芳香族ジアミン(フェニレンジアミン、ジエチルトルエンジアミン、4,4’ジアミノジフェニルメタンなど);脂環式ジアミン(4,4’−ジアミノ−3,3’ジメチルジシクロヘキシルメタン、ジアミンシクロヘキサン、イソホロンジアミンなど);および脂肪族ジアミン(エチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミンなど)などが挙げられる。3価以上のポリアミン(B2)は、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミンなどが挙げられる。アミノアルコール(B3)としては、エタノールアミン、ヒドロキシエチルアニリンなどが挙げられる。アミノメルカプタン(B4)は、アミノエチルメルカプタン、アミノプロピルメルカプタンなどが挙げられる。アミノ酸(B5)は、アミノプロピオン酸、アミノカプロン酸などが挙げられる。B1〜B5のアミノ基をブロックしたもの(B6)は、前記B1〜B5のアミン類とケトン類(アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなど)から得られるケチミン化合物、オキサゾリン化合物などが挙げられる。これらアミン類(B)のうち好ましいものは、B1およびB1と少量のB2の混合物である。
さらに、必要により伸長停止剤を用いてウレア変性ポリエステルの分子量を調整することができる。伸長停止剤としては、モノアミン(ジエチルアミン、ジブチルアミン、ブチルアミン、ラウリルアミンなど)、およびそれらをブロックしたもの(ケチミン化合物)などが挙げられる。
アミン類(B)の比率は、イソシアネート基を有するプレポリマー(A)中のイソシアネート基[NCO]と、アミン類(B)中のアミノ基[NHx]の当量比[NCO]/[NHx]として、通常1/2〜2/1、好ましくは1.5/1〜1/1.5、さらに好ましくは1.2/1〜1/1.2である。[NCO]/[NHx]が2を超えたり1/2未満では、ウレア変性ポリエステル(i)の分子量が低くなり、耐ホットオフセット性が悪化する。本発明においては、ウレア結合で変性されたポリエステル(i)中に、ウレア結合と共にウレタン結合を含有していてもよい。ウレア結合含有量とウレタン結合含有量のモル比は、通常100/0〜10/90であり、好ましくは80/20〜20/80、さらに好ましくは、60/40〜30/70である。ウレア結合のモル比が10%未満では、耐ホットオフセット性が悪化する。
本発明のウレア変性ポリエステル(i)は、ワンショット法、プレポリマー法により製造される。ウレア変性ポリエステル(i)の重量平均分子量は、通常1万以上、好ましくは2万〜1000万、さらに好ましくは3万〜100万である。1万未満では耐ホットオフセット性が悪化する。ウレア変性ポリエステルの数平均分子量は、後述の変性されていないポリエステル(ii)を用いる場合は特に限定されるものではなく、前記重量平均分子量とするのに得やすい数平均分子量でよい。(i)単独の場合は、数平均分子量は、通常20000以下、好ましくは1000〜10000、さらに好ましくは2000〜8000である。20000を超えると低温定着性およびフルカラー装置に用いた場合の光沢性が悪化する。
(未変性ポリエステル樹脂)
本発明において、前記ウレア結合で変性されたポリエステル(i)単独使用だけでなく、この(i)と共に、変性されていないポリエステル(ii)をトナーバインダー成分として含有させることもできる。(ii)を併用することで、低温定着性およびフルカラー装置に用いた場合の光沢性が向上し、単独使用より好ましい。(ii)は、前記(i)のポリエステル成分と同様なポリオール(1)とポリカルボン酸(2)との重縮合物などが挙げられ、好ましいものも(i)と同様である。また、(ii)は、無変性のポリエステルだけでなく、ウレア結合以外の化学結合で変性されているものでもよく、例えばウレタン結合で変性されていてもよい。(i)と(ii)は少なくとも一部が相溶していることが低温定着性、耐ホットオフセット性の面で好ましい。従って、(i)のポリエステル成分と(ii)は類似の組成が好ましい。(ii)を含有させる場合の(i)と(ii)の重量比は、通常5/95〜80/20、好ましくは5/95〜30/70、さらに好ましくは5/95〜25/75、特に好ましくは7/93〜20/80である。(i)の重量比が5%未満では、耐ホットオフセット性が悪化するとともに、耐熱保存性と低温定着性の両立の面で不利になる。
(ii)のピーク分子量は、通常1000〜30000、好ましくは1500〜10000、さらに好ましくは2000〜8000である。1000未満では耐熱保存性が悪化し、10000を超えると低温定着性が悪化する。(ii)の水酸基価は5以上であることが好ましく、さらに好ましくは10〜120、特に好ましくは20〜80である。5未満では耐熱保存性と低温定着性の両立の面で不利になる。(ii)の酸価は通常1〜30、好ましくは5〜20である。酸価を持たせることで負帯電性となりやすい傾向がある。
本発明において、トナーバインダーのガラス転移点(Tg)は、通常50〜70℃、好ましくは55〜65℃である。50℃未満ではトナーの耐熱保存性が悪化し、70℃を超えると低温定着性が不十分となる。ウレア変性ポリエステル樹脂の共存により、本発明の乾式トナーにおいては、公知のポリエステル系トナーと比較して、ガラス転移点が低くても耐熱保存性が良好な傾向を示す。トナーバインダーの貯蔵弾性率としては、測定周波数20Hzにおいて10000dyne/cmとなる温度(TG’)が、通常100℃以上、好ましくは110〜200℃である。100℃未満では耐ホットオフセット性が悪化する。トナーバインダーの粘性としては、測定周波数20Hzにおいて1000ポイズとなる温度(Tη)が、通常180℃以下、好ましくは90〜160℃である。180℃を超えると低温定着性が悪化する。すなわち、低温定着性と耐ホットオフセット性の両立の観点から、TG’はTηより高いことが好ましい。言い換えるとTG’とTηの差(TG’−Tη)は0℃以上が好ましい。さらに好ましくは10℃以上であり、特に好ましくは20℃以上である。差の上限は特に限定されない。また、耐熱保存性と低温定着性の両立の観点から、TηとTgの差は0〜100℃が好ましい。さらに好ましくは10〜90℃であり、特に好ましくは20〜80℃である。
(着色剤)
本発明の着色剤としては公知の染料及び顔料が全て使用でき、例えば、カーボンブラック、ニグロシン染料、鉄黒、ナフトールイエローS、ハンザイエロー(10G、5G、G)、カドミュウムイエロー、黄色酸化鉄、黄土、黄鉛、チタン黄、ポリアゾイエロー、オイルイエロー、ハンザイエロー(GR、A、RN、R)、ピグメントイエローL、ベンジジンイエロー(G、GR)、パーマネントイエロー(NCG)、バルカンファストイエロー(5G、R)、タートラジンレーキ、キノリンイエローレーキ、アンスラザンイエローBGL、イソインドリノンイエロー、ベンガラ、鉛丹、鉛朱、カドミュウムレッド、カドミュウムマーキュリレッド、アンチモン朱、パーマネントレッド4R、パラレッド、ファイセーレッド、パラクロルオルトニトロアニリンレッド、リソールファストスカーレットG、ブリリアントファストスカーレット、ブリリアントカーンミンBS、パーマネントレッド(F2R、F4R、FRL、FRLL、F4RH)、ファストスカーレットVD、ベルカンファストルビンB、ブリリアントスカーレットG、リソールルビンGX、パーマネントレッドF5R、ブリリアントカーミン6B、ポグメントスカーレット3B、ボルドー5B、トルイジンマルーン、パーマネントボルドーF2K、ヘリオボルドーBL、ボルドー10B、ボンマルーンライト、ボンマルーンメジアム、エオシンレーキ、ローダミンレーキB、ローダミンレーキY、アリザリンレーキ、チオインジゴレッドB、チオインジゴマルーン、オイルレッド、キナクリドンレッド、ピラゾロンレッド、ポリアゾレッド、クロームバーミリオン、ベンジジンオレンジ、ペリノンオレンジ、オイルオレンジ、コバルトブルー、セルリアンブルー、アルカリブルーレーキ、ピーコックブルーレーキ、ビクトリアブルーレーキ、無金属フタロシアニンブルー、フタロシアニンブルー、ファストスカイブルー、インダンスレンブルー(RS、BC)、インジゴ、群青、紺青、アントラキノンブルー、ファストバイオレットB、メチルバイオレットレーキ、コバルト紫、マンガン紫、ジオキサンバイオレット、アントラキノンバイオレット、クロムグリーン、ジンクグリーン、酸化クロム、ピリジアン、エメラルドグリーン、ピグメントグリーンB、ナフトールグリーンB、グリーンゴールド、アシッドグリーンレーキ、マラカイトグリーンレーキ、フタロシアニングリーン、アントラキノングリーン、酸化チタン、亜鉛華、リトボン及びそれらの混合物が使用できる。着色剤の含有量はトナーに対して通常1〜15重量%、好ましくは3〜10重量%である。
本発明で用いる着色剤は樹脂と複合化されたマスターバッチとして用いることもできる。 マスターバッチの製造またはマスターバッチとともに混練されるバインダー樹脂としては、先にあげた変性、未変性ポリエステル樹脂の他にポリスチレン、ポリp−クロロスチレン、ポリビニルトルエンなどのスチレン及びその置換体の重合体;スチレン−p−クロロスチレン共重合体、スチレン−プロピレン共重合体、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−アクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリル酸エチル共重合体、スチレン−アクリル酸ブチル共重合体、スチレン−アクリル酸オクチル共重合体、スチレン−メタクリル酸メチル共重合体、スチレン−メタクリル酸エチル共重合体、スチレン−メタクリル酸ブチル共重合体、スチレン−α−クロル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、スチレン−マレイン酸共重合体、スチレン−マレイン酸エステル共重合体などのスチレン系共重合体;ポリメチルメタクリレート、ポリブチルメタクリレート、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、エポキシ樹脂、エポキシポリオール樹脂、ポリウレタン、ポリアミド、ポリビニルブチラール、ポリアクリル酸樹脂、ロジン、変性ロジン、テルペン樹脂、脂肪族叉は脂環族炭化水素樹脂、芳香族系石油樹脂、塩素化パラフィン、パラフィンワックスなどが挙げられ、単独あるいは混合して使用できる。
本発明におけるマスターバッチは、マスターバッチ用の樹脂と着色剤とを高せん断力をかけて混合、混練して調製してもよい。この際、着色剤と樹脂の相互作用を高めるために、有機溶剤を用いることができる。またいわゆるフラッシング法と呼ばれる着色剤の水を含んだ水性ペーストを樹脂と有機溶剤とともに混合混練し、着色剤を樹脂側に移行させ、水分と有機溶剤成分を除去する方法も着色剤のウエットケーキをそのまま用いることができるため乾燥する必要がなく、好ましく用いられる。混合混練するには3本ロールミル等の高せん断分散装置が好ましく用いられる。
(離型剤)
また、トナーバインダーや着色剤とともに、ワックスなどの離型剤を含有させることもできる。本発明の離型剤としては公知のものが使用でき、例えばポリオレフィンワックス(ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックスなど);長鎖炭化水素(パラフィンワッックス、サゾールワックスなど);カルボニル基含有ワックスなどが挙げられる。これらのうち好ましいものは、カルボニル基含有ワックスである。カルボニル基含有ワックスとしては、ポリアルカン酸エステル(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など);ポリアルカノールエステル(トリメリット酸トリステアリル、ジステアリルマレエートなど);ポリアルカン酸アミド(エチレンジアミンジベヘニルアミドなど);ポリアルキルアミド(トリメリット酸トリステアリルアミドなど);およびジアルキルケトン(ジステアリルケトンなど)などが挙げられる。これらカルボニル基含有ワックスのうち好ましいものは、ポリアルカン酸エステルである。本発明のワックスの融点は、通常40〜160℃であり、好ましくは50〜120℃、さらに好ましくは60〜90℃である。融点が40℃未満のワックスは耐熱保存性に悪影響を与え、160℃を超えるワックスは低温での定着時にコールドオフセットを起こしやすい。また、ワックスの溶融粘度は、融点より20℃高い温度での測定値として、5〜1000cpsが好ましく、さらに好ましくは10〜100cpsである。1000cpsを超えるワックスは、耐ホットオフセット性、低温定着性への向上効果に乏しい。トナー中のワックスの含有量は通常0〜40重量%であり、好ましくは3〜30重量%である。
(帯電制御剤)
本発明のトナーは、必要に応じて帯電制御剤を含有してもよい。帯電制御剤としては公知のものが全て使用でき、例えばニグロシン系染料、トリフェニルメタン系染料、クロム含有金属錯体染料、モリブデン酸キレート顔料、ローダミン系染料、アルコキシ系アミン、4級アンモニウム塩(フッ素変性4級アンモニウム塩を含む)、アルキルアミド、燐の単体または化合物、タングステンの単体または化合物、フッ素系活性剤、サリチル酸金属塩及び、サリチル酸誘導体の金属塩等である。具体的にはニグロシン系染料のボントロン03、第四級アンモニウム塩のボントロンPー51、含金属アゾ染料のボントロンSー34、オキシナフトエ酸系金属錯体のEー82、サリチル酸系金属錯体のEー84、フェノール系縮合物のEー89(以上、オリエント化学工業社製)、第四級アンモニウム塩モリブデン錯体のTPー302、TP一415(以上、保土谷化学工業社製)、第四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、第四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ー901、ホウ素錯体であるLRー147(日本カ一リット社製)、銅フタロシアニン、ペリレン、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、四級アンモニウム塩等の官能基を有する高分子系の化合物が挙げられる。
本発明において荷電制御剤の使用量は、バインダー樹脂の種類、必要に応じて使用される添加剤の有無、分散方法を含めたトナー製造方法によって決定されるもので、一義的に限定されるものではないが、好ましくはバインダー樹脂100重量部に対して、0.1〜10重量部の範囲で用いられる。好ましくは、0.2〜5重量部の範囲がよい。10重量部を越える場合にはトナーの帯電性が大きすぎ、主帯電制御剤の効果を減退させ、現像ローラとの静電的吸引力が増大し、現像剤の流動性低下や、画像濃度の低下を招く。これらの帯電制御剤、離型剤はマスターバッチ、樹脂とともに溶融混練することもできるし、もちろん有機溶剤に溶解、分散する際に加えても良い。
(水系媒体中でのトナー製造法)
本発明に用いる水系媒体としては、水単独でもよいが、水と混和可能な溶剤を併用することもできる。混和可能な溶剤としては、アルコール(メタノール、イソプロパノール、エチレングリコールなど)、ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフラン、セルソルブ類(メチルセルソルブなど)、低級ケトン類(アセトン、メチルエチルケトンなど)などが挙げられる。
トナーバインダーは以下の方法などで製造することができる。ポリオール(1)とポリカルボン酸(2)を、テトラブトキシチタネート、ジブチルチンオキサイドなど公知のエステル化触媒の存在下、150〜280℃に加熱し、必要により減圧としながら生成する水を溜去して、水酸基を有するポリエステルを得る。次いで40〜140℃にて、これにポリイソシアネート(3)を反応させ、イソシアネート基を有するプレポリマー(A)を得る。さらに(A)にアミン類(B)を0〜140℃にて反応させ、ウレア結合で変性されたポリエステルを得る。(3)を反応させる際および(A)と(B)を反応させる際には、必要により溶剤を用いることもできる。使用可能な溶剤としては、芳香族溶剤(トルエン、キシレンなど);ケトン類(アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなど);エステル類(酢酸エチルなど);アミド類(ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミドなど)およびエーテル類(テトラヒドロフランなど)などのイソシアネート(3)に対して不活性なものが挙げられる。ウレア結合で変性されていないポリエステル(ii)を併用する場合は、水酸基を有するポリエステルと同様な方法で(ii)を製造し、これを前記(i)の反応完了後の溶液に溶解し、混合する。
トナー組成物の油相の粘度を低くし、乳化可能とするために、変性ポリエステル(i)や(A)が可溶の揮発性溶剤を使用する。該溶剤は沸点が100℃未満の揮発性であることが除去が容易である点から好ましい。該溶剤としては、例えば、トルエン、キシレン、ベンゼン、四塩化炭素、塩化メチレン、1,2−ジクロロエタン、1,1,2−トリクロロエタン、トリクロロエチレン、クロロホルム、モノクロロベンゼン、ジクロロエチリデン、酢酸メチル、酢酸エチル、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなどを単独あるいは2種以上組合せて用いることができる。特に、トルエン、キシレン等の芳香族系溶媒および塩化メチレン、1,2−ジクロロエタン、クロロホルム、四塩化炭素等のハロゲン化炭化水素が好ましい。その他アルコール、水等の水性媒体に溶解可能な溶剤を併用することによりトナー形状をさらに調節したすることもできる。トナー組成物100部に対する溶剤の使用量は、通常10〜900部である。
トナー粒子は、水系媒体中で例えばイソシアネート基を有するプレポリマー(A)とその他のトナー組成物からなる揮発性有機溶剤中の分散体を、(B)と反応させて形成しても良いし、あらかじめ製造した変性ポリエステル(i)を用いても良い。水系媒体中で変性ポリエステル(i)やプレポリマー(A)とトナー組成物からなる分散体を安定して形成させる方法としては、水系媒体中にウレア変性ポリエステル(i)やプレポリマー(A)からなるトナー原料の組成物を加えて、せん断力により分散させる方法などが挙げられる。プレポリマー(A)と他のトナー組成物である(以下トナー原料と呼ぶ)着色剤、着色剤マスターバッチ、離型剤、荷電制御剤、未変性ポリエステル樹脂などは、水系媒体中で分散体を形成させる際に混合してもよいが、あらかじめトナー原料を混合した後、水系媒体中にその混合物を加えて分散させたほうがより好ましい。分散には通常の攪拌による混合機、より好ましくは高速回転体とステータを有すホモジナイザー、高圧ホモジナイザーの他ボールミル、ビーズミル、サンドミルといったメディアを用いた分散機などが用いられる。また、本発明においては、着色剤、離型剤、荷電制御剤などの他のトナー原料は、必ずしも、水系媒体中で粒子を形成させる時に混合しておく必要はなく、粒子を形成せしめた後、添加してもよい。たとえば、着色剤を含まない粒子を形成させた後、公知の染着の方法で着色剤を添加することもできる。
分散の方法としては特に限定されるものではないが、低速せん断式、高速せん断式、摩擦式、高圧ジェット式、超音波などの公知の設備が適用できる。分散体の粒径を2〜20μmにするために高速せん断式が好ましい。回転羽根を有する乳化機としては、特に限定されるものではなく、乳化機、分散機として一般に市販されているものであれば使用することができる。例えば、ウルトラタラックス(IKA社製)、ポリトロン(キネマティカ社製)、TKオートホモミクサー(特殊機化工業(株)製)、エバラマイルダー(荏原製作所(株)製)、TKパイプラインホモミクサー、TKホモミックラインフロー(特殊機化工業(株)製)、コロイドミル(神鋼パンテック社製)、スラッシャー、トリゴナル湿式微粉砕機(三井三池化工機(株)製)、キャビトロン(ユーロテック社製)、ファインフローミル(太平洋機工(株)製)等の連続式乳化機、クレアミックス(エムテクニック社製) 、フィルミックス(特殊機化工業(株)製)等のバッチまたは連続両用乳化機等が挙げられる。
高速せん断式分散機を使用した場合、回転数は特に限定はないが、通常1000〜30000rpm、好ましくは5000〜20000rpmである。分散時間は特に限定はないが、バッチ方式の場合は、通常0.1〜5分である。分散時の温度としては、通常、0〜150℃(加圧下)、好ましくは10〜98℃である。高温なほうが、変性ポリエステル(i)やプレポリマー(A)からなる分散体の粘度が低く、分散が容易な点で好ましい。
ウレア変性ポリエステル(i)やプレポリマー(A)を含むトナー組成物100部に対する水系媒体の使用量は、通常50〜2000重量部、好ましくは100〜1000重量部である。50重量部未満ではトナー組成物の分散状態が悪く、所定の粒径のトナー粒子が得られない。20000重量部を超えると経済的でない。
水系媒体には固体微粒子が分散しておくが、先に示したように固体分散剤の液滴への吸着性を調整するためにその他の分散剤を併用することができる。その他の分散剤はトナー組成物を乳化する前や乳化後揮発成分を除去する時などに添加できる。
(固体の樹脂微粒子分散剤(以下、固体微粒子分散剤と称する)
固体微粒子分散剤は水系媒体中で水に難溶の固体状で存在するものであり、平均粒径が0.01から1μmの微粒子のものが好ましい。
無機微粒子の具体例としては、例えばシリカ、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、窒化ケイ素などを挙げることができる。
さらに好ましくはリン酸三カルシウム、炭酸カルシウム、コロイド状酸化チタン、コロイダルシリカ、ヒドロキシアパタイトなども用いることが出来る。特に水中でリン酸ナトリウムと塩化カルシウムを塩基性下反応させて合成したヒドロキシアパタイトが好ましい。
有機物の固体微粒子分散剤としては、低分子有機化合物の微結晶や高分子系微粒子、たとえばソープフリー乳化重合や懸濁重合、分散重合によって得られるメタクリル酸等のカルボキシル基を有すモモノマーと共重合されたポリスチレン、メタクリル酸エステルやアクリル酸エステル共重合体やシリコーン、ベンゾグアナミン、ナイロンなどの重縮合系、熱硬化性樹脂による重合体粒子が挙げられる。
固体微粒子分散剤を水中で調整後、リン酸三カルシウム塩などの酸に溶解可能な無機物質はあらかじめ塩酸等を必要量加え、部分的に溶解しておく。酸の添加量は無機物質を完全に溶解できる量の0.01%から10%が好ましく、より好ましくは0.1%から5%である。
固体微粒子分散剤として、カルボキシル基を有す(メタ)アクリル酸と共重合された高分子微粒子などのアルカリに溶解可能な化合物を用いた場合は、水酸化ナトリウム等の塩基を必要量加え、部分的に溶解しておく。アルカリの添加量は無機物質を完全に溶解できる量の0.01%から10%が好ましく、より好ましくは0.1%から5%である。
(その他、乳化時併用又は後で加える分散剤)
本発明によるトナーの製造方法において、乳化時又は乳化後に、分散剤を加えてもよい。分散剤は、アルキルベンゼンスルホン酸塩、αーオレフィンスルホン酸塩、リン酸エステルなどの陰イオン界面活性荊、アルキルアミン塩、アミノアルコール脂肪酸誘導体、ポリアミン脂肪酸誘導体、イミダゾリンなどのアミン塩型や、アルキルトリメチルアンモニム塩、ジアルキルジメチルアンモニウム塩、アルキルジメチルベンジルアンモニウム塩、ピリジニウム塩、アルキルイソキノリニウム塩、塩化ベンゼトニウムなどの四級アンモニウム塩型の陽イオン界面活性剤、脂肪酸アミド誘導体、多価アルコール誘導体などの非イオン界面活性剤、例えばアラニン、ドデシルジ(アミノエチル)グリシン、ジ(オクチルアミノエチル)グリシンやNーアルキルーN,Nージメチルアンモニウムべタインなどの両性界面活性剤が挙げられる。
またフルオロアルキル基を有する界面活性剤を用いることにより、非常に少量でその効果をあげることができる。好ましく用いられるフルオロアルキル基を有するアニオン性界面活性剤としては、炭素数2〜10のフルオロアルキルカルボン酸及ぴその金属塩、パーフルオロオクタンスルホニルグルタミン酸ジナトリウム、3−[ω−フルオロアルキル(C6〜C11)オキシ]−1−アルキル(C3〜C4)スルホン酸ナトリウム、3−[ω−フルオロアルカノイル(C6〜C8)−N−エチルアミノ]−1−プロパンスルホン酸ナトリウム、フルオロアルキル(C11〜C20)カルボン酸及ぴ金属塩、パーフルオロアルキルカルボン酸(C7〜C13)及びその金属塩、パーフルオロアルキル(C4〜C12)スルホン酸及ぴその金属塩、パーフルオロオクタンスルホン酸ジエタノールアミド、N−プロピル−N−(2−ヒドロキシエチル)パーフルオロオクタンスルホンアミド、パーフルオロアルキル(C6〜C10)スルホンアミドプロピルトリメチルアンモニウム塩、パーフルオロアルキル(C6〜C10)−N−エチルスルホニルグリシン塩、モノパーフルオロアルキル(C6〜C16)エチルリン酸エステルなどが挙げられる。
商品名としては、サーフロンS−111、S−112、S−113(旭硝子社製)、フロラードFC−93、FC−95、FC−98、FC−l29(住友3M社製)、ユニダインDS−101、DS−l02、(タイキン工莱社製)、メガファックF−ll0、F−l20、F−113、F−191、F−812、F−833(大日本インキ社製)、エクトップEF−102、l03、104、105、112、123A、123B、306A、501、201、204、(トーケムプロダクツ社製)、フタージェントF−100、F150(ネオス社製)などが挙げられる。
また、カチオン界面活性剤としては、フルオロアルキル基を右する脂肪族一級、二級もしくは二級アミン酸、パーフルオロアルキル(C6〜C10)スルホンアミドプロピルトリメチルアンモニウム塩などの脂肪族4級アンモニウム塩、ベンザルコニウム塩、塩化ベンゼトニウム、ピリジニウム塩、イミダゾリニウム塩、商品名としてはサーフロンS−l21(旭硝子社製)、フロラードFC−135(住友3M社製)、ユニダインDS−202(ダイキンエ業杜製)、メガファックF−150、F−824(大日本インキ社製)、エクトップEF−l32(トーケムプロダクツ社製)、フタージェントF−300(ネオス社製)などが挙げられる。
高分子系保護コロイドにより分散液滴の安定化を調節しても良い。例えばアクリル酸、メタクリル酸、α−シアノアクリル酸、α−シアノメタクリル酸、イタコン酸、クロトン酸、フマール酸、マレイン酸または無水マレイン酸などの酸類、あるいは水酸基を含有する(メタ)アクリル系単量体、例えばアクリル酸β−ヒドロキシエチル、メタクリル酸β−ヒドロキシエチル、アクリル酸β−ヒドロキシプロビル、メタクリル酸β一ヒドロキシプロピル、アクリル酸γ−ヒドロキシプロピル、メタクリル酸γ−ヒドロキシプロピル、アクリル酸3−クロロ2−ヒドロキシプロビル、メタクリル酸3−クロロ−2−ヒドロキシプロピル、ジエチレングリコールモノアクリル酸エステル、ジエチレングリコールモノメタクリル酸エステル、グリセリンモノアクリル酸エステル、グリセリンモノメタクリル酸エステル、N−メチロールアクリルアミド、N−メチロールメタクリルアミドなど、ビニルアルコールまたはビニルアルコールとのエ一テル類、例えばビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、ビニルプロピルエーテルなど、またはビニルアルコールとカルボキシル基を含有する化合物のエステル類、例えば酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニルなど、アクリルアミド、メタクリルアミド、ジアセトンアクリルアミドあるいはこれらのメチロール化合物、アクリル酸クロライド、メタクリル酸クロライドなどの酸クロライド類、ピニルビリジン、ビニルピロリドン、ビニルイミダゾール、エチレンイミンなどの窒素原子、またはその複素環を有するものなどのホモポリマーまたは共重合体、ポリオキシエチレン、ポリオキシプロピレン、ポリオキシエチレンアルキルアミン、ポリオキシプロピレンアルキルアミン、ポリオキシエチレンアルキルアミド、ポリオキシプロピレンアルキルアミド、ポリオキシエチレンノニルフエニルエーテル、ポリオキシエチレンラウリルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルフェニルエステル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエステルなどのポリオキシエチレン系、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロースなどのセルロース類などが使用できる。
分散剤を使用した場合には、該分散剤がトナー粒子表面に残存したままとすることもできるが、伸長及び/又は架橋反応後、残りの固体微粒子分散剤を溶解洗浄除去するほうがトナーの帯電面から好ましい。
伸長および/または架橋反応時間は、プレポリマー(A)の有するイソシアネート基構造とアミン類(B)との組み合わせによる反応性により選択されるが、通常10分〜40時間、好ましくは2〜24時間である。反応温度は、通常、0〜150℃、好ましくは40〜98℃である。また、必要に応じて公知の触媒を使用することができる。具体的にはジブチルチンラウレート、ジオクチルチンラウレートなどが挙げられる。
得られた乳化分散体から有機溶媒を除去するためには、系全体を徐々に昇温し、液滴中の有機溶媒を完全に蒸発除去する方法を採用することができる。或いは、乳化分散体を乾燥雰囲気中に噴霧して、液滴中の非水溶性有機溶媒を完全に除去してトナー微粒子を形成し、合せて水系分散剤を蒸発除去することも可能である。乳化分散体が噴霧される乾燥雰囲気としては、空気、窒素、炭酸ガス、燃焼ガス等を加熱した気体、特に使用される最高沸点溶媒の沸点以上の温度に加熱された各種気流が一般に用いられる。スプレイドライアー、ベルトドライアー、ロータリーキルンなどの短時間の処理で十分目的とする品質が得られる。
乳化分散時の粒度分布が広く、その粒度分布を保って洗浄、乾燥処理が行われた場合、所望の粒度分布に分級して粒度分布を整えることができる。
分級操作は液中でサイクロン、デカンター、遠心分離等により、微粒子部分を取り除くことができる。もちろん乾燥後に粉体として取得した後に分級操作を行っても良いが、液体中で行うことが効率の面で好ましい。得られた不要の微粒子、または粗粒子は再び混練工程に戻して粒子の形成に用いることができる。その際微粒子、または粗粒子はウェットの状態でも構わない。
用いた分散剤は得られた分散液からできるだけ取り除くことが好ましいが、先に述べた分級操作と同時に行うのが好ましい。
得られた乾燥後のトナーの粉体と離型剤微粒子、帯電制御性微粒子、流動化剤微粒子、着色剤微粒子などの異種粒子とともに混合したり、混合粉体に機械的衝撃力を与えることによって表面で固定化、融合化させ、得られる複合体粒子の表面からの異種粒子の脱離を防止することができる。
具体的手段としては、高速で回転する羽根によって混合物に衝撃力を加える方法、高速気流中に混合物を投入し、加速させ、粒子同士または複合化した粒子を適当な衝突板に衝突させる方法などがある。装置としては、オングミル(ホソカワミクロン社製)、I式ミル(日本ニューマチック社製)を改造して、粉砕エアー圧カを下げた装置、ハイブリダイゼイションシステム(奈良機械製作所社製)、クリプトロンシステム(川崎重工業社製)、自動乳鉢などがあげられる。
また、現像剤を調製する際には、現像剤の流動性や保存性、現像性、転写性を高めるために、以上のようにして製造された現像剤にさらに先に挙げた疎水性シリカ微粉末等の無機微粒子を添加混合してもよい。
外添剤の混合は一般の粉体の混合機が用いられるがジャケット等装備して、内部の温度を調節できることが好ましい。外添剤に与える負荷の履歴を変えるには、途中または漸次外添剤を加えていけばよい。もちろん混合機の回転数、転動速度、時間、温度などを変化させてもよい。はじめに強い負荷を、次に比較的弱い負荷を与えても良いし、その逆でも良い。
使用できる混合設備の例としては、V型混合機、ロッキングミキサー、レーディゲミキサー、ナウターミキサー、ヘンシェルミキサーなどが挙げられる。
得られたトナーの形状をさらに調節するにはトナーバインダー、着色剤からなるトナー材料を溶融混練後、微粉砕したものをハイブリタイザー、メカノフュージョンなどを用いて機械的に形状を調節する方法や、いわゆるスプレードライ法と呼ばれるトナー材料をトナーバインダーが可溶な溶剤に溶解分散後、スプレードライ装置を用いて脱溶剤して球形トナーを得る方法。また、水系媒体中で加熱することにより球形化する方法などが挙げられるがこれに限定されるものではない。
(外添剤)
本発明で得られた着色粒子の流動性や現像性、帯電性を補助するための外添剤としては、無機微粒子を好ましく用いることができる。この無機微粒子の一次粒子径は、5mμ〜2μmであることが好ましく、特に5mμ〜500mμであることが好ましい。また、BET法による比表面積は、20〜500m/gであることが好ましい。この無機微粒子の使用割合は、トナーの0.01〜5重量%であることが好ましく、特に0.01〜2.0重量%であることが好ましい.無機微粒子の具体例としては、例えばシリカ、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、ペンガラ、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、窒化ケイ素などを挙げることができる。
その他、高分子系微粒子たとえばソープフリー乳化重合や懸濁重合、分散重合によって得られるポリスチレン、メタクリル酸エステルやアクリル酸エステル共重合体やシリコーン、ベンゾグアナミン、ナイロンなどの重縮合系、熱硬化性樹脂による重合体粒子が挙げられる。
このような流動化剤は表面処理を行って、疎水性を上げ、高湿度下においても流動特性や帯電特性の悪化を防止することができる。例えばシランカップリング剤、シリル化剤、フッ化アルキル基を有するシランカップリング剤、有機チタネート系カップリング剤、アルミニウム系のカップリング剤、シリコーンオイル、変性シリコーンオイルなどが好ましい表面処理剤として挙げられる。
感光体や一次転写媒体に残存する転写後の現像剤を除去するためのクリーニング性向上剤としては、例えばステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸など脂肪酸金属塩、例えばポリメチルメタクリレート微粒子、ポリスチレン微粒子などのソープフリー乳化重合などによって製造された、ポリマー微粒子などを挙げることかできる。ポリマー微粒子は比較的粒度分布が狭く、体積平均粒径が0.01から1μmのものが好ましい。
(2成分用キャリア)
本発明のトナーを2成分系現像剤に用いる場合には、磁性キャリアと混合して用いれば良く、現像剤中のキャリアとトナーとの含有比は、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。磁性キャリアとしては、粒子径20〜200μm程度の鉄粉、フェライト粉、マグネタイト粉、磁性樹脂キャリアなど従来から公知のものが使用できる。また、被覆材料としては、アミノ系樹脂、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、エポキシ樹脂等があげられる。またポリビニルおよびポリビニリデン系樹脂、例えばアクリル樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂、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、ポリスチレン樹脂およびスチレンアクリル共重合樹脂等のポリスチレン系樹脂、ポリ塩化ビニル等のハロゲン化オレフィン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂およびポリブチレンテレフタレート樹脂等の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との共重合体、弗化ビニリデンと弗化ビニルとの共重合体、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とのターポリマー等のフルオロターポリマー、およびシリコーン樹脂等が使用できる。また必要に応じて、導電粉等を被覆樹脂中に含有させてもよい。導電粉としては、金属粉、カーボンブラック、酸化チタン、酸化錫、酸化亜鉛等が使用できる。これらの導電粉は、平均粒子径1μm以下のものが好ましい。平均粒子径が1μmよりも大きくなると、電気抵抗の制御が困難になる。
また、本発明のトナーはキャリアを使用しない1成分系の磁性トナー或いは、非磁性トナーとしても用いることができる。
以下、本発明による実施例を示す。なお、本発明はこれに限定されるものではない。以下、部は重量部を示す。
(実施例1)
1.油相Aの各成分の調製
(1)低分子ポリエステルの合成
冷却管、撹拌機および窒素導入管の付いた反応容器中に、ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物229部、ビスフェノールAプロピレンオキサイド3モル付加物529部、テレフタル酸208部、アジピン酸46部およびジブチルチンオキサイド2部を入れ、常圧で230℃で8時間反応し、さらに10〜15mmHgの減圧で5時聞反応した後、反応容器に無水トリメリット酸44部を入れ、180℃、常圧で2時間反応し、[低分子ポリエステル1]を得た。[低分子ポリエステル1〕は、数平均分子量2500、重量平均分子量6700,Tg43℃、酸価25であった。
(2)MBの合成
水1200部、カーボンブラック(Printex35;デクサ製)540部〔DBP吸油量=42ml/100mg、pH=9.5〕、ポリエステル樹脂1200部を加え、ヘンシェルミキサー(三井鉱山社製)で混合し、混合物を2本ロールを用いて150℃で30分混練後、圧延冷却しパルペライザーで粉砕、[マスターバッチ1]を得た。また、カーボンブラックの代わりにPY155(クラリアント製)を用いて同様の工程を経て[マスターバッチ2]を得た。
(3)ケチミン(伸長剤)の合成
撹拌棒及び温度計をセットした反応容器に、イソホロンジアミン170部とメチルエチルケトン75部を仕込み、50℃で5時間反応を行い、[ケチミン化合物1]を得た。[ケチミン化合物1]のアミン価は418であった。
2.油相Aの調製
撹拌棒及び温度計をセットした容器に、[低分子ポリエステル1]378部、カルナバWAX110部、CCA(サリチル酸金属錯体E−84:オリエント化学工業)22部、酢酸エチル947部を仕込み、撹拌下80℃に昇温し、80℃のまま5時間保持した後、1時問で30℃に冷却した。次いで容器に[マスターバッチ1]500部、酢酸エチル500部を仕込み、1時間混合し[原料溶解液1]を得た。[原料溶解液1]1324部を容器に移し、ビーズミル(ウルトラビスコミル、アイメックス社製)を用いて、送液速度1kg/hr、ディスク周速度6m/秒、0.5mmジルコニアビーズを80体積%充填、3パスの条件で、カーボンブラック、WAXの分散を行った。次いで、[低分子ポリエステル1]の65%酢酸エチル溶液1324部加え、上記条件のビーズミルで1パスし、[顔料・WAX分散液1]を得た([顔料・WAX分散液1]の固形分濃度(130℃、30分)は50%であった)。[顔料・WAX分散液1]749部、[ケチミン化合物1]2.9部を容器に入れ、ホモディスパー(特殊機化製)で5,000rpmで1分間混合し、油相Aを得た。
3.油相Bの調製
冷却管、撹拌機及び窒索導入管の付いた反応容器中に、ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物682部、ビスフェノールAプロピレンオキサイド2モル付加物81部、テレフタル酸283部、無水トリメリット酸22部及びジブチルチンオキサイド2部を入れ、常圧で230℃で8時間反応し、さらに10〜15mmHgの減圧で5時間反応した[中間体ポリエステル1]を得た。[中間体ポリエステル1]は、数平均分子量2100、重量平均分子量9500、Tg55℃、酸価0.5、水酸基価51であった。
次に、冷却管、撹拌機および窒素導入管の付いた反応容器中に、[中間体ポリエステル1]410部、イソホロンジイソシアネート89部、酢酸エチル500部を入れ100℃で5時間反応し、[プレポリマー1]を得た。[プレポリマー1]の遊離イソシアネート重量%は、1.53%であった。
4.水相の調製
撹拌棒及び温度計をセットした反応容器に、水683部、メタクリル酸エチレンオキサイド付加物硫酸エステルのナトリウム塩(エレミノールRS−30;三洋化成工業製)11部、スチレン83部、メタクリル酸83部、アクリル酸ブチル110部及び過硫酸アンモニウム1部を仕込み、400回転/分で15分間撹拌したところ、白色の乳濁液が得られた。加熱して、系内温度75℃まで昇温し、5時間反応させた。さらに、1%過硫酸アンモニウム水溶液30部加え、75℃で5時間熟成してビニル系樹脂(スチレン−メタクリル酸−アクリル酸ブチル−メタクリル酸エチレンオキサイド付加物硫酸エステルのナトリウム塩の共重合体)の水性分散液[微粒子分散液1]を得た。[微粒子分散液1]をLA−920で測定した体積平均粒径は、105nmであった。[微粒子分散液1]の一部を乾燥して樹脂分を単離した。該樹脂分のTgは59℃であり、重量平均分子量は15万であった。この[微粒子分散液1]83部、水990部、ドデシルジフェニルェーテルジスルホン酸ナトリウムの48.5%水溶液(エレミノールMON−7):三洋化成工業製)37部、酢酸エチル90部を混合撹拌し、乳白色の液体を得た。これを[水相1]とする。
5.乳化工程
上記の通り得た、油相A60.4部、油相B7.4部及び水相101.6部を、図1に示す連続乳化装置に導入し、乳化を行った。乳化条件はそれぞれ以下の通り。
(1)溶解物又は分散物の循環経路への送液流速:
0.5m/s(以下、油相流速)
(2)水相の循環経路への送液流速:
1m/s(以下、水相流速)
(3)着色粒子水分散液の循環経路内の流速: 5m/s(以下、乳化液流速)
(4)油水相供給機構: 二重管使用(末端構造は図8)
(5)乳化液流速/油相流速= 10
(6)乳化液流速/水相流速= 5
(7)水相流速/油相流速= 2
(8)プレ混合手段: 図4を使用
(9)二重管の中心部分の径(d1)と、二重管の端部と乳化機せん断翼との距離(D)との比率(以下、D/d1と称する)= 10
脱溶剤工程は次の方法で行った。45℃まで昇温して、攪拌翼外周端周速10.5m/s、大気圧下(101.3kPa)で溶剤を除去した。脱溶剤時間は20時間を要した。その後、濾別、洗浄、乾燥した後、実施例1のトナーを得た。次に、得られた母体粒子100部及び帯電制御剤(オリエント化学社製 ボントロン E−84)0.25部をQ型ミキサー(三井鉱山社製)に仕込み、タービン型羽根の周速を50m/secに設定し、2分間運転、1分間休止を5サイクル行い、合計の処理時間を10分間した。 さらに、疎水性シリカ(H2000、クラリアントジャパン社製)を0.5部添加し、周速を15m/secとして30秒混合1分間休止を5サイクル行った。更に、疎水性シリカ0.5部と、疎水化酸化チタン0.5部をヘンシェルミキサーにて混合し、目開き37μmのスクリーンにて粗大粒子を除去して、ブラックトナー、イエロートナーを得た。
(実施例2)
上述の実施例1に記載の「5.乳化工程」に示した乳化条件を以下の通りとすること以外は、上述の実施例1と同様に行い、乳化工程を行った。
(1)油相流速: 1m/s
(2)水相流速: 1m/s
(3)乳化液流速: 5m/s
(4)油水相供給機構: 三重管使用(末端構造は図8)
(5)乳化液流速/油相流速= 5
(6)乳化液流速/水相流速= 5
(7)水相流速/油相流速= 1
(8)プレ混合手段: 図5を使用
(9)三重管の中心部分の径(d2)と、三重管の端部と乳化機せん断翼との距離(D)との比率(以下、D/d2と称する)=10
(実施例3)
上述の実施例1に記載の「5.乳化工程」に示した乳化条件を以下の通りとすること以外は、上述の実施例1と同様に行い、乳化工程を行った。
(1)油相流速: 1m/s
(2)水相流速: 1m/s
(3)乳化液流速: 5m/s
(4)油水相供給機構: 三重管使用(末端構造は図8)
(5)乳化液流速/油相流速= 5
(6)乳化液流速/水相流速= 5
(7)水相流速/油相流速= 1
(8)プレ混合手段: 図6を使用
(9)D/d2= 10

(実施例4)
上述の実施例1に記載の「5.乳化工程」に示した乳化条件を以下の通りとすること以外は、上述の実施例1と同様に行い、乳化工程を行った。
(1)油相流速: 1m/s
(2)水相流速: 1m/s
(3)乳化液流速: 5m/s
(4)油水相供給機構: 三重管使用(末端構造は図8)
(5)乳化液流速/油相流速= 5
(6)乳化液流速/水相流速= 5
(7)水相流速/油相流速= 1
(8)プレ混合手段: 図5を使用
(9)D/d2= 25
(実施例5)
上述の実施例1に記載の「5.乳化工程」に示した乳化条件を以下の通りとすること以外は、上述の実施例1と同様に行い、乳化工程を行った。
(1)油相流速: 1m/s
(2)水相流速: 1m/s
(3)乳化液流速: 5m/s
(4)油水相供給機構: 三重管使用(出口構造は図8)
(5)乳化液流速/油相流速= 5
(6)乳化液流速/水相流速= 5
(7)水相流速/油相流速= 1
(8)プレ混合手段: 図3を使用
(9)D/d2= 25
(実施例6)
上述の実施例1に記載の「5.乳化工程」に示した乳化条件を以下の通りとすること以外は、上述の実施例1と同様に行い、乳化工程を行った。
(1)油相流速: 1m/s
(2)水相流速: 2.5m/s
(3)乳化液流速: 5m/s
(4)油水相供給機構: 三重管使用(出口構造は図8)
(5)乳化液流速/油相流速= 5
(6)乳化液流速/水相流速= 2
(7)水相流速/油相流速= 2.5
(8)プレ混合手段: 図3を使用
(9)D/d2= 30
(実施例7)
上述の実施例1に記載の「5.乳化工程」に示した乳化条件を以下の通りとすること以外は、上述の実施例1と同様に行い、乳化工程を行った。
(1)油相流速: 1m/s
(2)水相流速: 2.5m/s
(3)乳化液流速: 5m/s
(4)油水相供給機構: 三重管使用(出口構造は図9)
(5)乳化液流速/油相流速= 5
(6)乳化液流速/水相流速= 2
(7)水相流速/油相流速= 2.5
(8)プレ混合手段: 図3を使用
(9)D/d2= 30
(比較例1)
上述の実施例1に記載の「5.乳化工程」に示した乳化条件を以下の通りとすること以外は、上述の実施例1と同様に行い、乳化工程を行った。
(1)油相流速: 2 m/s
(2)水相流速: 0.1m/s
(3)乳化液流速: 0.3m/s
(4)油水相供給機構: 図7
(5)乳化液流速/油相流速= 0.15
(6)乳化液流速/水相流速= 0.3
(7)水相流速/油相流速= 0.05
(8)プレ混合手段: なし
(比較例2)
上述の実施例1に記載の「5.乳化工程」に示した乳化条件を以下の通りとすること以外は、上述の実施例1と同様に行い、乳化工程を行った。
(1)油相流速: 10m/s
(2)水相流速: 25m/s
(3)乳化液流速: 10m/s
(4)油水相供給機構: 図7
(5)乳化液流速/油相流速= 1
(6)乳化液流速/水相流速= 0.4
(7)水相流速/油相流速= 2.5
(8)プレ混合手段: なし
以上、実施例1乃至7並びに比較例1及び2の通りに製造した各トナーに関する評価結果を表1に示す。
表1
Figure 0004523862
表1に示す様に、本発明を用いた実施例は、比較例に比べトナー帯電量も適正で、画像評価も良好であった。
なお、各評価方法は、以下の通り。
(乳化粒径)
乳化粒径は、図1の収斂槽前で測定した。
(トナー粒径)
上述の通りに得たトナーに関し、コールターマルチサイザーIII(コールター社製)を用い、パーソナルコンピューター(IBM社製)を接続し専用解析ソフト(コールター社製)を用いてデータ解析した。Kd値は10μmの標準粒子を用いて設定し、アパーチャカレントはオートマティックの設定で行った。電解液は、1級塩化ナトリウムを用いて1%NaCl水溶液を調製した。
(帯電量に関して)
上記フェライトキャリア60gとトナー3gとを混合して現像剤を作製し、その現像剤6gを計量し、密閉できる金属円柱に仕込みブローして帯電量を求めた。トナー濃度は4.5〜5.5重量%に調整する。最適範囲としては−35±4μC/gである。
(細線再現性の評価方法について)
細線再現性は、上記の(帯電量に関して)で得た現像剤を用い、中間転写方式の市販カラー複写機(イマジオカラー5000;リコー社製)の定着オイル部分を除去した改造機に入れ、画像占有率7%の印字率でリコー社製6000ペーパーを用いてランニングを実施した。その時の初期10枚目の画像と3万枚目の画像の細線部を原稿と比較し、光学顕微鏡で100倍で拡大観察し、ラインの抜けの状態を段階見本と比較しながら5段階で評価した。1〜5の評価で5が一番良く、3.5以上を合格とした。
本発明によるトナーの製造方法を行う連続乳化装置の一例である。 二重管を用いて、乳化液、水相及び油相を連続乳化装置に供給する方法の例である。 三重管を用いて、乳化液、水相及び油相を連続乳化装置に供給する方法の例である。 二重管と混合器とを用いて、乳化液、水相及び油相を連続乳化装置に供給する方法の例である。 三重管と混合器とを用いて、乳化液、水相及び油相を連続乳化装置に供給する方法の例である。 三重管と混合器とを用いて、乳化液、水相及び油相を連続乳化装置に供給する方法の別例である。 乳化液、水相及び油相を連続乳化装置に供給する方法の例である。 油相を供給する管の端部構造の一例である。 油相を供給する管の端部構造の別例である。

Claims (23)

  1. 少なくとも2種類以上の異なる分子量の樹脂、着色剤及び離型剤が有機溶剤に溶解又は分散した溶解分散物と、水に不溶性の樹脂微粒子を有する水系媒体とを連続的に供給する工程と、前記溶解分散物と前記水系媒体とからなる着色粒子水分散液を、せん断手段を用いて乳化する工程を有するトナーの製造方法であって、
    二重管の中心部分から前記溶解分散物を供給し、
    該中心部分に近接する中空部分から前記水系媒体及び前記乳化された着色粒子水分散液を供給し、
    前記中心部分から供給された溶解分散物と、前記中空部分から供給された前記水系媒体及び前記乳化された着色粒子水分散液とを接触させた後、前記せん断手段を用いて乳化することを特徴とするトナーの製造方法。
  2. 前記接触した前記溶解分散物と、前記水系媒体及び前記乳化された着色粒子水分散液とをプレ混合した後、前記せん断手段を用いて乳化することを特徴とする請求項1に記載のトナーの製造方法。
  3. 静止状態の液体分断器を備えた静止型管内混合器を用いて、前記プレ混合す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. 前記静止型管内混合器は、管の一端を入口、他端を出口とし、該管内に、管断面を二分しながら中心軸線に沿って右旋回する案内板と左旋回する案内板とが中心軸線に沿う方向に交互に配置されてなる構造を備えていることを特徴とする請求項3に記載のトナーの製造方法。
  5. 前記二重管における前記溶解分散物を供給する流速に対する前記乳化された着色粒子水分散液を供給する流速の比が4以上30以下であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載のトナーの製造方法。
  6. 少なくとも2種類以上の異なる分子量の樹脂、着色剤及び離型剤が有機溶剤に溶解又は分散した溶解分散物と、水に不溶性の樹脂微粒子を有する水系媒体とを連続的に供給する工程と、前記溶解分散物と前記水系媒体とからなる着色粒子水分散液を、せん断手段を用いて乳化する工程を有するトナーの製造方法であって、
    三重管の中心部分から前記溶解分散物を供給し、
    該中心部分に近接した中空部分から前記水系媒体を供給し、
    該中空部分に近接した最外中空部分から前記乳化された着色粒子水分散液を供給し、
    前記中心部分から供給された溶解分散物と、前記中空部分から供給された前記水系媒体と、前記最外中空部分から供給された前記乳化された着色粒子水分散液とを接触させた後、前記せん断手段を用いて乳化することを特徴とするトナーの製造方法。
  7. 前記接触した前記溶解分散物と、前記水系媒体と、前記乳化された着色粒子水分散液とをプレ混合した後、前記せん断手段を用いて乳化することを特徴とする請求項6に記載のトナーの製造方法。
  8. 静止状態の液体分断器を備えた静止型管内混合器を用いて、前記プレ混合することを特徴とする請求項に記載のトナーの製造方法。
  9. 前記静止型管内混合器は、管の一端を入口、他端を出口とし、該管内に、管断面を二分しながら中心軸線に沿って右旋回する案内板と左旋回する案内板とが中心軸線に沿う方向に交互に配置されてなる構造を備えていることを特徴とする請求項に記載のトナーの製造方法。
  10. 前記三重管における前記水系媒体を供給する流速に対する前記乳化された着色粒子水分散液を供給する流速の比が4以上25以下であり、
    前記三重管における前記溶解分散物を供給する流速に対する前記水系媒体を供給する流速が0.5以上2以下であることを特徴とする請求項6乃至のいずれか一項に記載のトナーの製造方法。
  11. 前記溶解分散物を供給する流速は、0.1〜1.0m/sであることを特徴とする請求項1乃至10のいずれか一項に記載のトナーの製造方法。
  12. 前記水系媒体を供給する流速は、0.2〜5.0m/sであることを特徴とする請求項1乃至11のいずれか一項に記載のトナーの製造方法。
  13. 前記乳化された着色粒子分散液を供給する流速は、2〜7m/sであることを特徴とする請求項1乃至12のいずれか一項に記載のトナーの製造方法。
  14. 前記中心部分は、前記溶解分散物を供給する方向に対して、下流側の端部の壁に、該管の中心に対して放射状に複数の穴が配置されていることを特徴とする請求項1乃至13のいずれか一項に記載のトナーの製造方法。
  15. 少なくとも2種類以上の異なる分子量の樹脂、着色剤及び離型剤が有機溶剤に溶解又は分散した溶解分散物と、水に不溶性の樹脂微粒子を有する水系媒体とを連続的に供給する供給手段と、前記溶解分散物と前記水系媒体とからなる着色粒子水分散液を乳化するせん断手段を有するトナーの製造装置であって、
    前記供給手段は、前記溶解分散物を供給する中心部分と、該中心部分に近接し、前記水系媒体及び前記乳化された着色粒子水分散液を供給する中空部分からなる二重管を有し、
    前記せん断手段は、前記中心部分から供給された溶解分散物と、前記中空部分から供給された前記水系媒体及び前記乳化された着色粒子水分散液とが接触した液を乳化することを特徴とするトナーの製造装置。
  16. 前記接触した液をプレ混合するプレ混合手段をさらに有し、
    前記せん断手段は、該プレ混合された液を乳化することを特徴とする請求項15に記載のトナーの製造装置。
  17. 前記プレ混合手段は、静止状態の液体分断器を備えた静止型管内混合器であることを特徴とする請求項16に記載のトナーの製造装置。
  18. 前記静止型管内混合器は、管の一端を入口、他端を出口とし、該管内に、管断面を二分しながら中心軸線に沿って右旋回する案内板と左旋回する案内板とが中心軸線に沿う方向に交互に配置されてなる構造を備えていることを特徴とする請求項17に記載のトナーの製造装置。
  19. 少なくとも2種類以上の異なる分子量の樹脂、着色剤及び離型剤が有機溶剤に溶解又は分散した溶解分散物と、水に不溶性の樹脂微粒子を有する水系媒体とを連続的に供給する供給手段と、前記溶解分散物と前記水系媒体とからなる着色粒子水分散液を乳化するせん断手段を有するトナーの製造装置であって、
    前記供給手段は、前記溶解分散物を供給する中心部分と、該中心部分に近接し、前記水系媒体を供給する中空部分と、該中空部分に近接し、前記乳化された着色粒子水分散液を供給する最外中空部分からなる三重管を有し、
    前記せん断手段は、前記中心部分から供給された溶解分散物と、前記中空部分から供給された前記水系媒体と、前記最外中空部分から供給された前記乳化された着色粒子水分散液とが接触した液を乳化することを特徴とするトナーの製造装置。
  20. 前記接触した液をプレ混合するプレ混合手段をさらに有し、
    前記せん断手段は、該プレ混合された液を乳化することを特徴とする請求項19に記載のトナーの製造装置。
  21. 前記プレ混合手段は、静止状態の液体分断器を備えた静止型管内混合器であることを特徴とする請求項20に記載のトナーの製造装置。
  22. 前記静止型管内混合器は、管の一端を入口、他端を出口とし、該管内に、管断面を二分しながら中心軸線に沿って右旋回する案内板と左旋回する案内板とが中心軸線に沿う方向に交互に配置されてなる構造を備えていることを特徴とする請求項21に記載のトナーの製造装置。
  23. 前記中心部分は、前記溶解分散物を供給する方向に対して、下流側の端部の壁に、該管の中心に対して放射状に複数の穴が配置されていることを特徴とする請求項15乃至22のいずれか一項に記載のトナーの製造装置。
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