JP7207981B2 - トナー及びトナーの製造方法 - Google Patents
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Description
従来、長期耐久性の観点から、無機微粒子を多量に外添して長期耐久性を向上させる方法があった。
現像機器内のトナーは、現像スリーブと規制ブレードとの間や、あるいは攪拌部材などにより負荷を受ける。そのため長期の使用では現像器内で受ける負荷により外添剤がトナー粒子(トナー母体を意味する)の表面に埋め込まれやすくなり、耐久後半にかけて画像濃度を満足することは難しい場合があった。さらに無機微粒子を多量に外添することで、特に多数の凹凸を有するラフ紙での低温定着性が劣るものとなる場合があった。
そこで、多量に外添せずとも外添剤の埋め込みを抑制するための方法として、外添剤の粒径を大きくする所謂スペーサー粒子としての機能を持たせる試みがなされてきた。
また、低温定着性の改善を図るために、トナー粒子の粘度を下げることや、結晶性材料を添加する試みなどがなされている。このようなトナー粒子の設計では、長期の使用においては現像器内で受ける負荷により、スペーサー粒子がトナー粒子表面から移行するだけでなく、トナー粒子表面に埋め込まれやすくなる場合もあった。
このように、長期の使用を通じて低温定着性と画像濃度を高いレベルで維持できるトナーを得ることは容易なことではなかった。
特許文献2では、トナー粒子に、個数平均粒径が50nm~500nmの有機無機複合粒子を外添することで、耐久を通じて外添剤の埋め込みや移行を抑制でき、転写性を向上できる提案がなされている。
特許文献3では、トナー粒子に、個数平均粒径が、40nm~200nmのシリカ微粒子を外添することで、長期にわたって安定した画像濃度の維持、ゴースト発生の抑制ができる提案がなされている。
これらの技術によれば、粒径の大きい外添剤を外添することで、トナーの長期安定性に対しては一定の効果が確認される。
具体的には、表面ではなく表面近傍に無機微粒子が存在するトナー粒子に、大粒径の外添剤を強固着させることで、長期耐久使用した場合でも、ラフ紙での低温定着性を維持しながら、耐久劣化による画像濃度低下が発生しにくいトナー及び該トナーの製造方法を提供するものである。
結着樹脂及び無機微粒子Aを含有するトナー粒子と、外添剤を含有するトナーであって、
該無機微粒子Aは、着色剤として含有されるものであって、且つ磁性酸化鉄粒子であり、
該外添剤は、外添剤Bを含有し、
該外添剤Bの一次粒子の個数平均粒径が、30nm~200nmであり、
該トナーにおける該外添剤Bの固着指数が、0.00~3.00であり、
該無機微粒子Aの一次粒子の個数平均粒径が、該外添剤Bの一次粒子の個数平均粒径よりも大きく、
該トナーの走査型電子顕微鏡による観察において、
加速電圧1.0kVで該トナー表面を画像解析して得られる、該トナー表面の2μm×2μmの範囲の該外添剤Bの粒子数をNa、
加速電圧5.0kVで該トナー表面を画像解析して得られる、該トナー表面の2μm×2μmの範囲の該無機微粒子Aと重なっている該外添剤Bの粒子数をNbとしたとき、
Nb/Naが0.20以上である、ことを特徴とするトナーが提供される。
トナー粒子に外添剤を外添する際に、外添条件を制御して強固着状態にしても、長期の使用で外添剤の移行は抑えることができても、埋め込みを抑制するのはやはり難しい場合がある。
本発明者らは、検討を重ねた結果、強固着させたスペーサー粒子と、トナー粒子の表面近傍に存在するスペーサー粒子の個数平均粒径よりも大きい無機微粒子と、の位置関係を制御することが重要であることを見出した。そして長期耐久使用した場合においても、ラフ紙での低温定着性を確保しながら、耐久劣化による画像濃度低下が発生しにくくなることを見出し、本発明に至った。
結着樹脂、着色剤及び無機微粒子Aを含有するトナー粒子と、外添剤を含有するトナーであって、
該外添剤は、外添剤Bを含有し、
該外添剤Bの一次粒子の個数平均粒径が、30nm~200nmであり、
該トナーにおける該外添剤Bの固着指数が、0.00~3.00であり、
該無機微粒子Aの一次粒子の個数平均粒径が、該外添剤Bの一次粒子の個数平均粒径よりも大きく、
該トナーの走査型電子顕微鏡による観察において、
加速電圧1.0kVで該トナー表面を画像解析して得られる、該トナー表面の2μm×2μmの範囲の該外添剤Bの粒子数をNa、
加速電圧5.0kVで該トナー表面を画像解析して得られる、該トナー表面の2μm×2μmの範囲の該無機微粒子Aと重なっている該外添剤Bの粒子数をNbとしたとき、
Nb/Naが0.20以上である、ことを特徴とするトナーを用いることで、長期耐久使用した場合においても、ラフ紙での低温定着性を確保しながら、耐久劣化による画像濃度低下が発生しにくくなることを見出した。
加速電圧1.0kVでトナー表面を画像解析して得られる、トナー表面の2μm×2μmの範囲の外添剤Bの粒子数をNa、
加速電圧5.0kVでトナー表面を画像解析して得られる、トナー表面の2μm×2μmの範囲の無機微粒子Aと重なっている外添剤Bの粒子数をNbとしたとき、
Nb/Naが0.20以上であり、好ましくは0.30以上、より好ましくは0.4以上である。Nb/Naは、好ましくは1.00以下である。
加速電圧1.0kVの場合は、トナーの最表面付近を観察していることになる。この条
件では、画像解析によって外添剤B11の存在を確認することができ(図1(a))、画像を二値化することで外添剤B11の個数Naを求めることができる。
加速電圧5.0kVの場合は、トナー最表面付近だけでなく、トナー粒子表面内部に存在する無機微粒子A12が観察できるようになる。この条件では、画像解析による二値化で外添剤B11と無機微粒子A12を確認することができる(図1(b))。ただし、この二値化画像では、無機微粒子A12と重なっている外添剤B11の判別はできなくなる。
外添剤Bの一次粒子の個数平均粒径は、好ましくは50nm~160nmであり、より好ましくは60nm~140nmである。
また、該トナーにおける該外添剤Bの固着指数は、好ましくは、0.00~2.50、より好ましくは、0.00~2.10である。
まず、基板にトナーを接触させ、一定の力で押しつけた際に、基板へ移行した外添剤Bの量を、画像解析を用いて算出する。基板へ移行した外添剤Bの量を、基板上の外添剤の面積率[A]で表現する。外添剤Bのトナー粒子への固着が強いと、基板にトナーを接触させても、外添剤Bは基板へ移行しないため、外添剤Bの面積率[A]は小さい値となる。
一方で、外添剤Bの面積率[A]は、トナー粒子の表面に存在する外添剤Bの量に依存するため、指数化するためには規格化する必要がある。本発明では、トナー粒子の外添剤Bによる被覆率[B]をあらかじめ観察によって求め、基板上の外添剤Bの面積率[A]および外添剤Bの被覆率[B]から、下記式を用いて、外添剤Bの固着指数を算出する。
外添剤Bの固着指数
=基板上の外添剤Bの面積率[A]/外添剤Bの被覆率[B]×100
外添剤Bの固着指数が小さいほど、外添剤Bがトナー粒子へ強固に固着していることを表す。詳細な条件に関しては後述する。
まずは長期耐久性に対して効果が得られるメカニズムを説明する。
外添剤Bは現像器内で力を受ける。それと同時に、外添剤Bからトナー粒子に向かって応力が発生して、トナー粒子内部に伝播していく。一般的にはこの応力が発生することで、トナー粒子の応力がかかった部分が変形しやすくなり、外添剤Bは埋め込まれやすくなる。
本発明のようにトナー粒子表面近傍に無機微粒子Aが存在すると、外添剤Bから発生した応力は無機微粒子Aにまで伝播する。ところが無機微粒子Aは発生した応力では変形しないほど十分に硬いので、応力の伝播はそこで終了する。その結果、外添剤Bの埋没が抑制される。そのため長期の使用においても外添剤Bが埋め込まれにくくなると考えている
。
一般的に、トナー粒子上の外添剤の被覆率が高いと低温定着性が低下することが知られている。これは溶融したトナー粒子表面内部に外添剤が埋没した結果、フィラー効果でトナー粒子表面内部の粘度が上昇するためと考えられている。
定着工程では、定着器からの熱と圧により、トナーの紙への定着が進行する。フィラー効果でトナー粒子表面内部の粘度が上昇しても、定着器の圧の力があれば粘度上昇の影響は受けにくい。しかし、多数の凹凸を有するラフ紙のような紙の場合、凹部に存在するトナーは、定着器の圧による効果をあまり受けられないために、主に熱の効果に頼らざるを得ない。その場合、フィラー効果による定着性低下の影響を受けやすくなる。
フィラー効果はトナー粒子表面に存在する外添剤の被覆率に大きく影響するが、本発明のようにトナー粒子表面内部に存在する無機微粒子Aも少しは影響していると考えられる。このことから、走査型電子顕微鏡観察において外添剤Bと無機微粒子Aが重なっていることが、トナー表面とトナー粒子表面内部におけるこれらの粒子の被覆率を高めず、定着性への影響を抑える観点から好ましいと考えられる。
Nb/Naが0.20未満の場合は、やはり長期耐久使用を通じて外添剤Bの埋め込みが進んでしまうため、耐久劣化による画像濃度低下が発生しやすくなり、耐久後の低温定着性も低下しやすくなる。
走査型電子顕微鏡で加速電圧を5.0kVでトナーを観察して、トナー表面内部に存在する無機微粒子Aが観察できない場合、外添剤Bは埋め込まれやすくなり、耐久劣化による画像濃度低下が発生しやすくなる。
トナー表面に外添剤Bを強固着させつつ、無機微粒子Aとの重なり率(Nb/Na)を高めるには、トナー表面に外添剤Bが分散している状態を維持しながら、熱により固着指数を下げることが好ましい。熱をかけることでトナー表面がわずかに変形し、外添剤Bとの接触面積が増加するために固着指数が下がると考えられる。
熱をかけずに機械的衝撃力だけで固着指数を下げようとすると、応力伝播の現象から、無機微粒子Aと外添剤Bが重なる位置では、外添剤Bは固着が進行しにくくなる。そのため、機械的衝撃力で外添剤Bを固着しようとすると、外添剤Bが無機微粒子Aと重ならない位置に移動した場所で固着が進行しやすくなる。
Nb/Naの値は、上記方法のほか、外添剤Bの形状係数SF-2を制御することにより適宜調整することができる。
所望の外添剤Bの固着指数を達成するには、加温工程の温度TRを、トナー粒子のガラ
ス転移温度Tg近傍に設定することが好ましい。
具体的には、加温工程の温度TRは、トナー粒子のガラス転移温度をTg(℃)とした場合、Tg-10(℃)≦TR≦Tg+5(℃)とすることが好ましく、Tg-5(℃)≦TR≦Tg+5(℃)とすることがより好ましい。加温時間は特に限定されないが、好ましくは、3分~30分であり、より好ましくは、3分~10分である。
また、トナー粒子のガラス転移温度Tgは保存性の観点から、40℃~70℃が好ましく、より好ましくは50℃~65℃である。
図2は、加温工程で用いることができる混合処理装置1の一例を示す模式図である。
一方、図3は、混合処理装置1に使用される攪拌部材の構成の一例を示す模式図である。
混合処理装置1は、少なくとも複数の攪拌部材33が表面に設置された回転体32と、回転体を回転駆動する駆動部38と、攪拌部材33と間隙を有して設けられた本体ケーシング31とを有する。
本体ケーシング31の内周部と、攪拌部材33との間隙(クリアランス)では、トナーに効率的に熱を加えると共に、トナー粒子に均一にシェアを与え、外添剤Bを二次粒子から一次粒子へとほぐしながら、トナー粒子の表面に外添剤Bを固着させることができる。
また、上記クリアランスは、本体ケーシングの大きさに応じて調整することができる。本体ケーシング31の内周部の径の、1%~5%程度とすることが、トナーに効率的に熱を加えるという点で好ましい。具体的には、本体ケーシング31の内周部の径が130mm程度の場合は、クリアランスを2mm~5mm程度とし、本体ケーシング31の内周部の径が800mm程度の場合は、10mm~30mm程度とすればよい。
すなわち、図3に示すように、送り用攪拌部材33aの板面は送り方向43にトナーを送るように傾斜している。一方、攪拌部材33bの板面は戻り方向42にトナーを送るように傾斜している。これにより、「送り方向」43への送りと、「戻り方向」42への送りとを繰り返し行いながら、加温処理を行う。
また、攪拌部材33aと33bは、回転体32の円周方向に間隔を置いて配置した複数枚の部材が一組となっている。図3に示す例では、攪拌部材33a、33bが回転体32に互いに180度の間隔で2枚の部材が一組をなしているが、120度の間隔で3枚、あるいは90度の間隔で4枚、というように多数の部材を一組としてもよい。
図3に示す例では、攪拌部材33aと33bは等間隔で、計12枚形成されている。
これにより、トナー粒子の表面に外添剤Bを効率的に固着させることができる。
Dに対するdは、10%~30%であることが、シェアをかける点で好ましい。
なお、羽根の形状に関しては、図3に示すような形状以外にも、送り方向及び戻り方向にトナーを送ることができ、クリアランスを維持することができれば、曲面を有する形状や先端羽根部分が棒状アームで回転体32に結合されたパドル構造であってもよい。
図2に示す装置は、少なくとも複数の攪拌部材33が表面に設置された回転体32と、回転体32を回転駆動する駆動部38と、攪拌部材33と間隙を有して設けられた本体ケーシング31を有する。さらに、本体ケーシング31の内側にあり、回転体端部側面310に隣接している、冷熱媒体を流すことのできるジャケット34を有している。
さらに、図2に示す装置は、本体ケーシング31の上部に形成された原料投入口35と、本体ケーシング31の下部に形成された製品排出口36とを有している。原料投入口35は、トナーを導入するために使用され、製品排出口36は加温混合処理されたトナーを本体ケーシング31から外に排出するために使用される。
さらに、図2に示す装置は、原料投入口35内に、原料投入口用インナーピース316が挿入されており、製品排出口36内に、製品排出口用インナーピース317が挿入されている。
ジャケット34に所望の温度の水を通すことで、加温を行うことができる。水の温度は、原料投入口用インナーピース316内部に設置した熱電対(図示せず)でモニターすることができる。本発明のトナーを安定的に得る為には、原料投入口用インナーピース316内部の温度TR(℃;熱電対温度)は、トナー粒子のガラス転移温度をTg(℃)として、Tg-10(℃)≦TR≦Tg+5(℃)が好ましく、Tg-5(℃)≦TR≦Tg+5(℃)がより好ましい。
加温混合処理条件としては、駆動部38の動力を、好ましくは1.0×10-3W/g~1.0×10-1W/g、より好ましくは5.0×10-3W/g~5.0×10-2W/gに制御する。
外添剤Bを強固着しつつ、無機微粒子Aとの重なり率(Nb/Na)を上げるためには、極力トナーに機械的衝撃力を与えない方が好ましい。一方で外添剤Bの被覆状態を均一にする為には、最低限の動力は必要であり、上記範囲に制御することが好ましい。
駆動部38の動力は、トナー投入時の動力(W)から、トナーを投入していない時に運転した空動力(W)を差し引き、トナー投入量(g)で割った値を示す。
攪拌部材の回転数については、上記動力と連動するため、特に限定されない。図2に示す装置の処理空間39の容積が2.0×10-3m3の装置において、攪拌部材33の形
状を図3ものとしたときの攪拌部材の回転数としては、0.83S-1~8.30S-1であることが好ましい。より好ましくは、1.67S-1~5.00S-1である。
加温混合処理終了後、製品排出口36内の、製品排出口用インナーピース317を取り出し、駆動部38により回転体32を回転させ、製品排出口36からトナーを排出することができる。必要に応じて円形振動篩機などの篩機でトナーの粗粒などを分離してもよい。
外添工程では、FMミキサー(日本コークス工業株式会社製)、スーパーミキサー(カワタ社製)、ノビルタ(ホソカワミクロン社製)、及びハイブリダイザー(奈良機械社製)などの公知の混合機を用いて、トナー粒子に外添剤Bを外添したトナーを得ることができる。この時点では、Nb/Naが0.20以上であっても、外添剤Bの固着指数が高い状態である。
続く加温工程では、混合処理装置1で上記記載の条件で運転することで、強固着させた外添剤Bと、無機微粒子Aとの重なり率(Nb/Na)を本発明のようにすることができる。機械的衝撃力をほとんど加えない場合、熱による外添剤Bの固着は、装置の内壁などの加温されている部分とトナーとの接触頻度に依存すると考えている。混合処理装置1は、そのような観点でトナーの混合性に優れている。
本発明のトナーは、外添工程で加温することで、外添と固着を一つの工程で行うこともできる。外添と固着を一つの工程で行う場合、公知の混合処理装置を用いることができるが、図4に示すような混合処理装置2を用いることが好ましい。
混合処理装置2は、トナー粒子及び外添剤Bなどを含む被処理物を収容する処理室としての処理槽110と、処理槽110の底部に回転可能に設けられた流動手段としての攪拌羽根120と、攪拌羽根120よりも上方に、回転可能に設けられた回転体としての処理羽根140と、を備える。さらに、処理羽根140の上方に、必要に応じて、処理槽110に対して固定されたデフレクタ130を備えている。
攪拌羽根120は、中心から外側に向かって伸びる羽根部を有する。羽根部の形状は、混合処理装置2の大きさや運転条件、被処理物の充填量、比重によって適宜設計可能である。羽根部の先端は、被処理物を舞い上げるように跳ねあがった形状を有することが好ましい。
攪拌羽根120は、強度の観点から鉄、SUSなどの金属製であることが好ましく、必要に応じて、耐摩耗性向上を目的として、メッキやコーティングを施してもよい。
攪拌羽根120は処理槽110の底部の駆動軸111に固定され、上方から見て時計方向Rに回転する。攪拌羽根120の回転により、被処理物は処理槽110内で時計方向に回転しながら上昇し、やがて重力によって下降してくるので、被処理物を均一に混合することができると考えられる。
処理羽根140は、円環状の本体141と、本体141の外周面から径方向外向きに突き出した処理部142と、で構成される。処理羽根140は強度の観点から鉄、SUSなどの金属製であることが好ましく、必要に応じて耐摩耗性向上を目的としてメッキやコーティングを施してもよい。
処理面の面積は、混合処理装置2の大きさや運転条件、被処理物の充填量、比重を鑑み、外添剤Bの固着指数が所望の範囲となるように、適宜調整することが好ましい。
処理面は、図9に示すように本体141の外周面から径方向外向きに突き出し、かつ、処理面のうち本体141から離れた領域の方が、本体141に近い領域よりも、処理羽根140の回転方向下流側に位置するように形成される。
処理部142を本体141に複数設ける場合には、混合処理装置2を安定的に運転する理由で、処理羽根140の回転軌跡上で処理部142を均等間隔に配置するのが好ましい。
処理部142の長さは、処理部142が処理槽110の内周面に接触しない範囲で設定することができる。
処理槽110の内径の1/2をd2(mm)とし、処理羽根140の外周方向に最も離れた処理羽根140の端部での回転軌跡の半径をd1(mm)としたとき、前記d1は、前記d2の80%以上100%未満の長さ、つまり図9の0.8Lよりも外側であることが好ましい。より好ましくは90%以上、つまり図9の0.9Lよりも外側であり、95%以上がさらに好ましい。
このような構成とすることで図10(A)に示すように処理面が径方向の外側に長く、処理面の高さが同じ場合、処理面積が大きくなるため、旋回している被処理物を数多く処理することができる。
また、処理羽根は回転運動していることから、処理面のうち駆動軸111から離れた部分ほど周速が速くなる。周速が速くなると、被処理物への衝突力が大きくなるため、被処理物を固着させる効果が大きくなると考えられる。
一方、図10(B)に示すように、処理面の長さが短い場合には被処理物に衝突する確率が低くなると考えられる。また、上述したように、駆動軸111から離れた、周速の速い領域に処理面が存在しないため、被処理物を処理する効果が小さくなると考えられる。
駆動軸から前記d2の80%に位置する軌跡を図11の0.8Lに示す。
処理面のうち前記回転体本体に最も近い部位と図11の0.8Lとが交差する部位とを結ぶ線と、図11の0.8Lの円の処理面における接線と、のなす角のうち前記回転方向下流側の角の大きさ(θ)は、90度~130度が好ましい。前記θが90度~130度であることで、外添剤Bの固着指数を下げられるため好ましい。
被処理物が処理羽根の回転と同心円の円周方向に旋回しているとすれば、被処理物の流
れ方向は処理羽根の回転と同心円の接線方向と考えられる。
被処理物と処理面とが衝突する角度は、駆動軸を中心としたある半径における円の接線方向と、処理面との角度と考えられる。
被処理物は処理羽根の回転方向に旋回すると同時に、遠心力によって駆動軸側より離れ、処理槽110内壁に向かう方向に流れていると考えられる。
図12(A)に示すようにθが90度未満の場合には、処理槽110の内壁方向に流れる被処理物が処理面に有効に衝突しにくくなる場合があり、特に処理面の先端周速が速く、処理効果が高くなる先端側で顕著になる。
この理由は定かではないが、以下のように推定している。
前述のθが大きすぎると、処理面が処理槽110の内面側を向き過ぎているために、処理槽110の内壁方向に流れる被処理物の流れを阻害して、処理槽110の内壁付近での被処理物の分布が希薄となる場合がある。しかし前記θが130度以下であると、上述のような流れの阻害が起こらず、処理槽110の内壁付近での被処理物の分布が高まり、周速が速い、処理面の先端側で効率的に処理し易くなるものと考えられる。
以上のことから、前記θの値が90度~130度であることで、外添剤の固着指数を下げやすい。好ましくは、前記θが90度~121度である。
上記処理面の構成を、図8の斜視図に示す。この処理面は、長方形の平面であり、駆動軸111に対して平行である。
処理面が、前記回転体本体の外周面から前記径方向の外向きに平面状に延びていることで、被処理物と効果的に衝突し、固着や解砕といった処理が進み易いと考えられる。
処理面は、図8に示した構成の他に、図13のA-A’断面図の(A)に示すように処理面の上下端が曲率を持つ構成、(B)、(C)に示すように処理面が駆動軸111に対して角度を持つ構成であってもよい。また図10の(D)、(E)に示すように縦方向に湾曲する形状であってもよい。
処理部142の厚みを変えて検討した結果、厚みを大きくすると、撃力やせん断力が強くなり処理が強くなることが判った。また厚みを大きくすることで処理面の面積が大きくなり、処理部と被処理物との摩擦による発熱が大きくなる。ただし厚みが大き過ぎると処理部142の重量が増し、装置の運転条件によっては運転が不安定になったり、駆動系への負荷が大きくなったりする場合がある。
検討の結果、処理部142の厚みは、処理槽110の直径に対して1%~4%が好ましい。
同様の理由により、処理時間は0.5分~60.0分の範囲で調整することが好ましく、1.0分~30.0分の範囲で調整することがより好ましい。
混合処理装置2を用いて外添と加温を一つの工程で行う場合、外添剤Bの固着指数を下
げるには、混合処理装置2のジャケット(図示せず)に所望の温度の水を通して加温することが好ましい。当該加温時の温度TR(℃)は、トナー粒子のガラス転移温度をTg(℃)として、Tg-10(℃)≦TR≦Tg+5(℃)が好ましく、Tg-5(℃)≦TR≦Tg+5(℃)がより好ましい。
外添工程で加温により外添剤Bを固着する場合は、スーパーミキサー(カワタ社製)、ノビルタ(ホソカワミクロン社製)、及びハイブリダイザー(奈良機械社製)などの公知の混合機を用いることもできる。各装置のジャケットに所望の温度の水を通すことで、加温を行うことができる。
無機微粒子Aの表面存在率がこの範囲にあると、外添剤Bとの重なりによる応力伝搬効果と、定着時のフィラー効果による定着阻害抑制が両立しやすい。その結果、低温定着性を確保しながら、耐久劣化による画像濃度低下が発生しにくくなる。
本発明に用いられる無機微粒子Aは、無機微粒子Aはトナー粒子表面内部に存在するために、帯電性の保持の観点から、好ましくは金属酸化物粒子である。具体的には、酸化鉄微粒子、シリカ微粒子、アルミナ微粒子、チタニア微粒子、酸化亜鉛微粒子、チタン酸ストロンチウム微粒子、酸化セリウム微粒子及び炭酸カルシウム微粒子などを挙げることができる。また、2種類以上の金属を用いた複合酸化物微粒子を用いることもできるし、これらの微粒子群の中から任意の組み合わせで選択される2種以上を用いることもできる。
トナー粒子表面の外添剤Bによる被覆率は、外添剤Bの添加量や外添条件を変更することにより、適宜調整することができる。
外添剤Bのトナー表面における分散度評価指数は、外添剤Bの添加量、外添条件、形状係数SF-2を変更することにより適宜調整することができる。
にわたり出力する場合でも、耐久劣化による画像濃度低下が発生しにくくなる。
形状係数SF-2は、外添剤Bの製造条件を変更することにより、適宜調整することができる。
また樹脂微粒子や、樹脂微粒子と無機微粒子の有機無機複合微粒子を用いることもできる。
外添剤Bは、シリカ微粒子及び有機無機複合微粒子からなる群から選択される少なくとも一種を有することがより好ましい。
シリカ微粒子としては、ゾルゲル法で作製されるゾルゲルシリカ微粒子、水性コロイダルシリカ微粒子、アルコール性シリカ微粒子、気相法により得られるフュームドシリカ微粒子、溶融シリカ微粒子などが挙げられる。シリカ微粒子は非球状であると本発明の効果が得られやすい。
樹脂微粒子としては、ビニル系樹脂、ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂のような樹脂粒子などが挙げられる。
有機無機複合微粒子であれば、無機微粒子としての良好な耐久性及び帯電性を維持しつつ、定着時においては、熱容量の低い樹脂材料の成分により、トナー粒子の合一を阻害しにくく、定着阻害を生じにくい。その為、耐久性と定着性の両立を図りやすい。
有機無機複合微粒子の好ましい構成としては、樹脂成分である樹脂微粒子(好ましくはビニル系樹脂微粒子)の表面に埋め込まれた無機微粒子で構成された凸部を有する複合微粒子である。より好ましくは、ビニル系樹脂粒子の表面に無機微粒子が露出している構造を有する。さらに好ましくは、該ビニル系樹脂粒子の表面に、該無機微粒子に由来する凸部を有する構造を有する。
有機無機複合微粒子を構成する無機微粒子としては、シリカ微粒子、アルミナ微粒子、チタニア微粒子、酸化亜鉛微粒子、チタン酸ストロンチウム微粒子、酸化セリウム微粒子及び炭酸カルシウム微粒子の金属酸化物微粒子などを挙げることができる。
疎水化処理剤の具体例としては、例えば、メチルトリクロロシラン、ジメチルジクロロシラン、トリメチルクロロシラン、フェニルトリクロロシラン、ジフェニルジクロロシラン、t-ブチルジメチルクロロシラン、ビニルトリクロロシランなどのクロロシラン類;
テトラメトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、o-メチルフェニルトリメトキシシラン、p-メチルフェニルトリメトキシシラン、n-ブチルトリメトキシシラン、i-ブチルトリメトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、オクチルトリメトキシシラン、デシルトリメトキシシラン、ドデシルトリメトキシシラン、テトラエトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、i-ブチルトリエトキシシラン、デシルトリエトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、γ-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ-メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ-クロロプロピルトリメトキシシラン、γ-アミノプロピルトリメトキシシラン、γ-アミノプロピルトリエトキシシラ
ン、γ-(2-アミノエチル)アミノプロピルトリメトキシシラン、γ-(2-アミノエチル)アミノプロピルメチルジメトキシシランなどのアルコキシシラン類;
ヘキサメチルジシラザン、ヘキサエチルジシラザン、へキサプロピルジシラザン、ヘキサブチルジシラザン、ヘキサペンチルジシラザン、ヘキサヘキシルジシラザン、ヘキサシクロヘキシルジシラザン、ヘキサフェニルジシラザン、ジビニルテトラメチルジシラザン、ジメチルテトラビニルジシラザンなどのシラザン類;
ジメチルシリコーンオイル、メチルハイドロジェンシリコーンオイル、メチルフェニルシリコーンオイル、アルキル変性シリコーンオイル、クロロアルキル変性シリコーンオイル、クロロフェニル変性シリコーンオイル、脂肪酸変性シリコーンオイル、ポリエーテル変性シリコーンオイル、アルコキシ変性シリコーンオイル、カルビノール変性シリコーンオイル、アミノ変性シリコーンオイル、フッ素変性シリコーンオイル、及び、末端反応性シリコーンオイルなどのシリコーンオイル;
ヘキサメチルシクロトリシロキサン、オクタメチルシクロテトラシロキサン、デカメチルシクロペンタシロキサン、ヘキサメチルジシロキサン、オクタメチルトリシロキサンなどのシロキサン類;
脂肪酸及びその金属塩として、ウンデシル酸、ラウリン酸、トリデシル酸、ドデシル酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ペンタデシル酸、ステアリン酸、ヘプタデシル酸、アラキン酸、モンタン酸、オレイン酸、リノール酸、アラキドン酸などの長鎖脂肪酸、前記脂肪酸と亜鉛、鉄、マグネシウム、アルミニウム、カルシウム、ナトリウム、リチウムなどの金属との塩が挙げられる。
これらの中でも、アルコキシシラン類、シラザン類、シリコーンオイルは、疎水化処理を実施しやすいため、好ましく用いられる。これらの疎水化処理剤は、1種を単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
B≧600 ・・・(1)
B/A≧1.05 ・・・(2)
トナー硬さBは、より好ましくは1200N/m以下である。また、B/Aは、より好ましくは1.30以下である。
よって、ナノインデンテーション法において上記(1)および(2)の範囲を満たすことにより、応力伝播の効果によるトナー表層硬化作用が得られると考えられ、低温定着性
を確保しながら、耐久による画像濃度低下が発生しにくくなる。
上記トナー硬さAおよびBは、無機微粒子Aの種類や添加量、トナーのTg、トナー製造条件変更することにより適宜調整することができる。
0.15≦Y/X・・・(3)
Y/Xの標準偏差が、20%以下であることが好ましい。
Y/Xは、より好ましくは0.15~0.35の範囲内である。
Y/Xの標準偏差は、より好ましくは18%以下である。Y/Xの標準偏差は、より好ましくは16%以下である。
具体的には、透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて、外添剤Bを含むトナーの断面写真を得る。図14にトナー断面のイメージ図を示す。断面写真において、外添剤Bの最大径(フェレ径)をX(nm)とし、トナー粒子表面と外添剤Bの界面の両端を結ぶ線分に対する法線方向において、外添剤Bがトナー粒子に埋め込まれている部分の最大長をY(nm)とする。
外添剤Bの最大径Xに対して、最大埋没長Yの値が大きい程、外添剤Bがより埋め込まれていることを表す。本発明では、外添剤Bの最大径(フェレ径)Xと最大埋没長Yの比(Y/X)を外添剤Bの埋め込みの指標とする。即ち、Y/Xの値が大きい程、外添剤Bがより深くトナー粒子に埋め込まれていることを表す。
本発明では、Y/Xが0.15以上であり、その標準偏差が20%以下であると、感光体ドラムから紙への転写性の改良に効果がある。特に転写性に厳しいラフ紙においても効果が得られやすい。
上記最大埋没長Yは、外添剤Bの種類、添加量、形状、外添条件を変更することにより適宜調整することができる。
トナー粒子に使用される結着樹脂としては、例えば、以下のものが挙げられる。
ビニル系樹脂、スチレン系樹脂、スチレン系共重合樹脂、ポリエステル樹脂、ポリオール樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、フェノール樹脂、天然樹脂変性フェノール樹脂、天然樹脂変性マレイン酸樹脂、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、ポリ酢酸ビニル、シリコーン樹脂、ポリウレタン樹脂、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。これら樹脂は単独、又は二種以上組み合わせて用いることが可能である。
好ましくは、スチレン系共重合樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエステル樹脂とビニル系樹脂の混合物、及び、ポリエステル樹脂とビニル系樹脂とが一部反応したハイブリッド樹脂である。
離型剤としては、カルナウバワックス、モンタン酸エステルワックスなどの脂肪酸エステルを主成分とするワックス類;脱酸カルナウバワックスなどのような脂肪酸エステル類から酸成分の一部又は全部を脱酸したもの;植物性油脂の水素添加などによって得られる、ヒドロキシル基を有するメチルエステル化合物;ステアリン酸ステアリル、ベヘニン酸ベヘニルなどの飽和脂肪酸モノエステル類;セバシン酸ジベヘニル、ドデカン二酸ジステアリル、オクタデカン二酸ジステアリルなどの飽和脂肪族ジカルボン酸と飽和脂肪族アル
コールとのジエステル化物;ノナンジオールジベヘネート、ドデカンジオールジステアレートなどの飽和脂肪族ジオールと飽和脂肪酸とのジエステル化物、低分子量ポリエチレン、低分子量ポリプロピレン、マイクロクリスタリンワックス、パラフィンワックス、フィッシャートロプシュワックスなどの脂肪族炭化水素系ワックス;酸化ポリエチレンワックスなどの脂肪族炭化水素系ワックスの酸化物又はそれらのブロック共重合物;脂肪族炭化水素系ワックスにスチレンやアクリル酸などのビニル系モノマーを用いてグラフト化させたワックス類;パルミチン酸、ステアリン酸、モンタン酸などの飽和直鎖脂肪酸類;ブラシジン酸、エレオステアリン酸、パリナリン酸などの不飽和脂肪酸類;ステアリルアルコール、アラルキルアルコール、ベヘニルアルコール、カルナウビルアルコール、セリルアルコール、メリシルアルコールなどの飽和アルコール類;ソルビトールなどの多価アルコール類;リノール酸アミド、オレイン酸アミド、ラウリン酸アミドなどの脂肪酸アミド類;メチレンビスステアリン酸アミド、エチレンビスカプリン酸アミド、エチレンビスラウリン酸アミド、ヘキサメチレンビスステアリン酸アミドなどの飽和脂肪酸ビスアミド類;エチレンビスオレイン酸アミド、ヘキサメチレンビスオレイン酸アミド、N,N’-ジオレイルアジピン酸アミド、N,N’-ジオレイルセバシン酸アミドなどの不飽和脂肪酸アミド類;m-キシレンビスステアリン酸アミド、N,N’-ジステアリルイソフタル酸アミドなどの芳香族系ビスアミド類;ステアリン酸カルシウム、ラウリン酸カルシウム、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸マグネシウムなどの脂肪族金属塩(一般的に金属石けんといわれているもの);炭素数12以上の長鎖アルキルアルコール又は長鎖アルキルカルボン酸;などが挙げられる。これらの離型剤は単独、又は二種以上組み合わせて用いることが可能である。
これらの離型剤の中では、飽和脂肪酸モノエステル類やジエステル化物などの1官能又は2官能のエステルワックス、パラフィンワックス、フィッシャートロプシュワックスなどの炭化水素ワックスが好ましい。
上記離型剤の含有量は、結着樹脂100質量部に対し、3質量部~40質量部が好ましい。
負帯電用の荷電制御剤としては、有機金属錯化合物、キレート化合物が有効であり、モノアゾ金属錯化合物;アセチルアセトン金属錯化合物;芳香族ハイドロキシカルボン酸又は芳香族ジカルボン酸の金属錯化合物などが例示される。
市販品の具体例として、Spilon Black TRH、T-77、T-95(保土谷化学工業(株))、BONTRON(登録商標)S-34、S-44、S-54、E-84、E-88、E-89(オリエント化学工業(株))が挙げられる。
これらの荷電制御剤は単独、又は二種以上組み合わせて用いることが可能である。
これらの荷電制御剤の使用量は、トナーの帯電量の点から、結着樹脂100質量部当たり0.1質量部~10.0質量部が好ましく、より好ましくは0.1質量部~5.0質量部である。
磁性一成分トナーとして用いる場合、着色剤としては、磁性体が好ましく用いられる。磁性一成分トナーに含まれる磁性体としては、マグネタイト、マグヘマイト、フェライトのような磁性酸化鉄、及び他の金属酸化物を含む磁性酸化鉄;Fe,Co,Niのような金属、あるいは、これらの金属とAl,Co,Cu,Pb,Mg,Ni,Sn,Zn,S
b,Be,Bi,Cd,Ca,Mn,Se,Ti,W,Vのような金属との合金、並びにこれらの混合物が挙げられる。トナー粒子が磁性体を含有する場合は、磁性体に無機微粒子Aとしての機能を持たせることができる。無機微粒子Aは、磁性体であってもよく、磁性体を含むものであってもよい。
これらの中でも、マグネタイトが好ましく用いられ、その形状としては、多面体、8面体、6面体、球形、針状、燐片状などがあるが、多面体、8面体、6面体、球形などの異方性の少ないものが、画像濃度を高めるうえで好ましい。
磁性体は、個数平均粒径が0.10μm~0.40μmであることが好ましい。磁性体の個数平均粒径が0.10μm以上であると、磁性体が凝集しにくくなり、トナー中での磁性体の均一分散性が向上する。また磁性体の個数平均粒径が0.40μm以下であると、トナーの着色力が向上するため好ましい。
第一鉄塩水溶液に、鉄成分に対して当量または当量以上の水酸化ナトリウムなどのアルカリを加え、水酸化第一鉄を含む水溶液を調製する。調製した水溶液のpHをpH7以上に維持しながら空気を吹き込み、水溶液を70℃以上に加温しながら水酸化第一鉄の酸化反応を行い、磁性体の芯となる種晶をまず生成する。
次に、種晶を含むスラリー状の液に前に加えたアルカリの添加量を基準として1当量の硫酸第一鉄を含む水溶液を加える。液のpHを5~10に維持しながら空気を吹き込みながら水酸化第一鉄の反応を進め、種晶を芯にして磁性酸化鉄粉体を成長させる。このとき、任意のpHおよび反応温度、攪拌条件を選択することにより、磁性体の形状及び磁気特性をコントロールすることが可能である。酸化反応が進むにつれて液のpHは酸性側に移行していくが、液のpHは5未満にしない方が好ましい。このようにして得られた磁性酸化鉄粒子を定法により濾過、洗浄、乾燥することにより磁性体を得ることができる。
また、重合法にてトナー粒子を製造する場合、磁性体表面を疎水化処理することが好ましい。乾式にて表面処理をする場合、洗浄・濾過・乾燥した磁性体表面にカップリング剤処理を行うことができる。湿式にて表面処理を行う場合、酸化反応終了後、乾燥させたものを再分散させる、又は酸化反応終了後、洗浄、濾過して得られた酸化鉄体を乾燥せずに別の水系媒体中に再分散させ、カップリング処理を行うことができる。
磁性体の表面処理を湿式で、すなわち水系媒体中においてカップリング剤で処理するには、まず水系媒体中で磁性体を一次粒径となるよう十分に分散させ、沈降、凝集しないように攪拌羽根などで攪拌する。次いで上記分散液に任意量のカップリング剤を投入し、カップリング剤を加水分解しながら表面処理するが、このときも攪拌を行いつつピンミル、ラインミルなどの装置を使いながら凝集しないように十分に分散させつつ表面処理を行うことがより好ましい。
ここで、水系媒体とは、水を主要成分としている媒体である。具体的には、水そのもの、水に少量の界面活性剤を添加したもの、水にpH調製剤を添加したもの、水に有機溶剤を添加したものが挙げられる。界面活性剤としては、ポリビニルアルコールなどのノンイオン系界面活性剤が好ましい。界面活性剤は、水系媒体中0.1質量%~5.0質量%添加することが好ましい。pH調製剤としては、塩酸などの無機酸が挙げられる。有機溶剤としてはアルコール類などが挙げられる。
カップリング剤であり、一般式(I)で示されるものである。
RmSiYn (I)
[式中、Rは(好ましくは炭素数1~3の)アルコキシ基を示し、mは1~3の整数を示し、Yは(好ましくは炭素数2~20の)アルキル基、フェニル基、ビニル基、エポキシ基、アクリル基、メタクリル基などの官能基を示し、nは1~3の整数を示す。ただし、m+n=4である。]
CpH2p+1-Si-(OCqH2q+1)3 (II)
[式中、pは2~20の整数を示し、qは1~3の整数を示す。]
上記式におけるpが2以上であると、磁性体に疎水性を十分に付与することができる。pが20以下であると、疎水性が十分であり、さらに磁性体同士の合一が抑制できる。さらに、qが3以下であると、シランカップリング剤の反応性が良好で疎水化が十分に行われやすい。
このため、式中のpが2~20の整数(より好ましくは、3~15の整数)を示し、qが1~3の整数(より好ましくは、1又は2)を示すアルキルトリアルコキシシランカップリング剤を使用することが好ましい。
上記シランカップリング剤を用いる場合、単独で処理する、又は複数を併用して処理することが可能である。複数を併用する場合、それぞれのカップリング剤で個別に処理してもよいし、同時に処理してもよい。
用いるカップリング剤の総処理量は、磁性体100質量部に対して0.9質量部~3.0質量部であることが好ましく、磁性体の表面積、カップリング剤の反応性などに応じて処理剤の量を調整することが好ましい。
非磁性一成分トナー及び非磁性二成分トナーとして用いる場合の着色剤としては、以下のものが挙げられる。
黒色の顔料としては、ファーネスブラック、チャンネルブラック、アセチレンブラック、サーマルブラック、ランプブラック等のカーボンブラックが用いられ、また、マグネタイト、フェライト等の磁性粉も用いられる。
イエロー色に好適な着色剤としては、顔料又は染料を用いることができる。顔料としては、C.I.ピグメントイエロー1,2,3,4,5,6,7,10,11,12、13、14、15、17、23、62、65、73、74、81、83、93、94、95、97、98、109、110、111、117、120、127、128、129、137、138、139、147、151、154、155、167、168、173、17
4、176、180、181、183、191、C.I.バットイエロー1,3,20が挙げられる。染料としては、C.I.ソルベントイエロー19、44、77、79、81、82、93、98、103、104、112、162等が挙げられる。これらのものを単独で又は2以上のものを併用して用いる。
シアン色に好適な着色剤としては、顔料又は染料を用いることができる。顔料としては、C.I.ピグメントブルー1、7、15、15;1、15;2、15;3、15;4、16、17、60、62、66等、C.I.バットブルー6、C.I.アシッドブルー45が挙げられる。染料としては、C.I.ソルベントブルー25、36、60、70、93、95等が挙げられる。これらのものを単独で又は2以上のものを併用して用いる。
マゼンタ色に好適な着色剤としては、顔料又は染料を用いることができる。顔料としては、C.I.ピグメントレッド1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,21,22,23,30,31,32,37,38,39,40,41,48,48;2、48;3、48;4、49,50,51,52,53,54,55,57,57;1、58,60,63,64,68,81,81;1、83,87,88,89,90,112,114,122,123,144、146,150,163,166、169、177、184,185,202,206,207,209,220、221、238、254等、C.I.ピグメントバイオレット19;C.I.バットレッド1,2,10,13,15,23,29,35が挙げられる。
マゼンタ用染料としては、C.I.ソルベントレッド1,3,8,23,24,25,27,30,49,52、58、63、81,82,83,84,100,109,111、121、122等、C.I.ディスパースレッド9、C.I.ソルベントバイオレット8,13,14,21,27等、C.I.ディスパースバイオレット1等の油溶染料、C.I.ベーシックレッド1,2,9,12,13,14,15,17,18,22,23,24,27,29,32,34,35,36,37,38,39,40等、C.I.ベーシックバイオレット1,3,7,10,14,15,21,25,26,27,28等の塩基性染料等が挙げられる。これらのものを単独で又は2以上のものを併用して用いる。
無機微粒子Aの表面存在率を10%~70%にするための製造方法に限定はないが、分散重合法、会合凝集法、溶解懸濁法、懸濁重合法、乳化凝集法など、水系媒体中でトナー粒子を製造することが好ましい。なかでも懸濁重合法は、トナー粒子表面内部に無機微粒子Aを存在させやすく、好適な物性を満たしたトナーが得られやすいため、より好ましい。
この懸濁重合法で得られるトナーおよびトナー粒子を、以後それぞれ「重合トナー」および「重合トナー粒子」ともいう。
スチレン、o-メチルスチレン、m-メチルスチレン、p-メチルスチレン、p-メトキシスチレン、p-エチルスチレンなどのスチレン系単量体;アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸n-ブチル、アクリル酸イソブチル、アクリル酸n-プロピル、アクリル酸n-オクチル、アクリル酸ドデシル、アクリル酸2-エチルヘキシル、アクリル酸ステアリル、アクリル酸2-クロルエチル、アクリル酸フェニルなどのアクリル酸エ
ステル類、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸n-プロピル、メタクリル酸n-ブチル、メタクリル酸イソブチル、メタクリル酸n-オクチル、メタクリル酸ドデシル、メタクリル酸2-エチルヘキシル、メタクリル酸ステアリル、メタクリル酸フェニル、メタクリル酸ジメチルアミノエチル、メタクリル酸ジエチルアミノエチルなどのメタクリル酸エステル類;その他のアクリロニトリル、メタクリロニトリル、アクリルアミドなどの単量体が挙げられる。これらの単量体は単独で、又は混合して使用し得る。
上述の単量体の中でも、スチレン系単量体を単独で、又はアクリル酸エステル類、メタクリル酸エステル類など他の単量体と混合して使用することが、トナー粒子の構造を制御し、トナーの現像特性および耐久性を向上し易い点から好ましい。特に、スチレンとアクリル酸アルキルエステル又は、スチレンとメタクリル酸アルキルエステルを主成分として使用することがより好ましい。すなわち、結着樹脂がスチレン-アクリル系樹脂であることが好ましい
具体的な重合開始剤としては、2,2’-アゾビス-(2,4-ジメチルバレロニトリル)、2,2’-アゾビスイソブチロニトリル、1,1’-アゾビス(シクロヘキサン-1-カルボニトリル)、2,2’-アゾビス-4-メトキシ-2,4-ジメチルバレロニトリル、アゾビスイソブチロニトリルなどのアゾ系又はジアゾ系重合開始剤、ベンゾイルパーオキサイド、メチルエチルケトンパーオキサイド、ジイソプロピルパーオキシカーボネート、クメンヒドロパーオキサイド、2,4-ジクロロベンゾイルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド、t-ブチルパーオキシ2-エチルヘキサノエート、t-ブチルパーオキシピバレート、ジ(2-エチルヘキシル)パーオキシジカーボネート、ジ(セカンダリーブチル)パーオキシジカーボネートなどの過酸化物系重合開始剤が挙げられる。
この中でも、t-ブチルパーオキシピバレートが好ましい。
ここで架橋剤としては、主として2個以上の重合可能な二重結合を有する化合物が用いられ、例えば、ジビニルベンゼン、ジビニルナフタレンなどのような芳香族ジビニル化合物;例えばエチレングリコールジアクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、1,3-ブタンジオールジメタクリレートなどのような二重結合を2個有するカルボン酸エステル;ジビニルアニリン、ジビニルエーテル、ジビニルスルフィド、ジビニルスルホンなどのジビニル化合物;および3個以上のビニル基を有する化合物;が単独で、又は2種以上の混合物として用いられる。
コア/シェル構造を有していることで、コア及びシェル設計の自由度が増す。例えば、シェルのガラス転移温度を高くすることで、外添剤の埋め込みなどの耐久劣化(長期使用時の劣化)を抑制できるようになる。またシェルに遮蔽効果を付与することで、シェルの組成が均一化させやすいため、均一帯電できるようになる。
シェル層用の極性樹脂としては、例えば、ポリスチレン、ポリビニルトルエンなどのスチレン及びその置換体の単重合体;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-アクリル酸ジメチルアミノエチル共重合体、スチレン-メタアクリル酸メチル共重合体、スチレン-メタアクリル酸エチル共重合体、スチレン-メタアクリル酸ブチル共重合体、スチレン-メタクリル酸ジメチルアミノエチル共重合体、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-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、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリビニルブチラール、シリコーン樹脂、ポリエステル樹脂、スチレン-ポリエステル共重合体、ポリアクリレート-ポリエステル共重合体、ポリメタクリレート-ポリエステル共重合体、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂、ポリアクリル酸樹脂、テルペン樹脂、フェノール樹脂などが挙げられる。
これらを単独で、又は2種以上を混合して使用することができる。また、これらポリマー中にアミノ基、カルボキシル基、水酸基、スルフォン酸基、グリシジル基、ニトリル基などの官能基を導入してもよい。これらの樹脂の中でも、ポリエステル樹脂が好ましい。
ポリエステル樹脂は、アルコール成分と酸成分から構成される通常のものが使用でき、両成分については以下に例示する。
2価のアルコール成分としては、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,3-ブタンジオール、1,4-ブタンジオール、2,3-ブタンジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、1,5-ペンタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、2-エチル-1,3-ヘキサンジオール、シクロヘキサンジメタノール、ブテンジオール、オクテンジオール、シクロヘキセンジメタノール、水素化ビスフェノールA、又は式(A)で表されるビスフェノール誘導体;式(A)で表される化合物の水添物、式(B)で示されるジオール又は、式(B)の化合物の水添物のジオールが挙げられる。
2価の酸成分としては、フタル酸、テレフタル酸、イソフタル酸、無水フタル酸のようなベンゼンジカルボン酸又はその無水物;コハク酸、アジピン酸、セバシン酸、アゼライン酸のようなアルキルジカルボン酸又はその無水物;炭素数6~18のアルキル又はアルケニル基で置換されたコハク酸又はその無水物;フマル酸、マレイン酸、シトラコン酸、イタコン酸のような不飽和ジカルボン酸又はその無水物などが挙げられる。
さらに、3価以上のアルコール成分としては、グリセリン、ペンタエリスリトール、ソルビット、ソルビタン、ノボラック型フェノール樹脂のオキシアルキレンエーテルを例示することができ、3価以上の酸成分としては、トリメリット酸、ピロメリット酸、1,2,3,4-ブタンテトラカルボン酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸やその無水物などを例示することができる。
該ポリエステル樹脂が、炭素数6~12の直鎖脂肪族ジカルボン酸を全カルボン酸成分に対して10mol%~50mol%含有したカルボン酸成分を有することが好ましい。ポリエステル樹脂のピーク分子量を高くした状態で、ポリエステル樹脂の軟化点を低下させやすくなるため、定着性を維持した状態でトナー強度を高められる。
ポリエステル樹脂は、アルコール成分と酸成分との合計を100モル%としたとき、45モル%~55モル%がアルコール成分であることが好ましい。
ポリエステル樹脂は、スズ系触媒、アンチモン系触媒、チタン系触媒などいずれの触媒を用いて製造することができるが、チタン系触媒を用いることが好ましい。
シェル用の極性樹脂は、酸価が1.0mgKOH/g~15.0mgKOH/gが好ましく、より好ましくは酸価が2.0mgKOH/g~10.0mgKOH/gである。酸価を上記範囲に制御すると、均一なシェルを形成しやすい。
シェル層用の極性樹脂は、シェル層による効果を十分に得るという観点から、結着樹脂100質量部に対して、2質量部~20質量部含有されることが好ましい。
こうした無機分散剤の例としては、リン酸三カルシウム、リン酸マグネシウム、リン酸アルミニウム、リン酸亜鉛、ヒドロキシアパタイトなどのリン酸多価金属塩、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウムなどの炭酸塩、メタケイ酸カルシウム、硫酸カルシウム、硫酸バリウムなどの無機塩、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウムなどの無機化合物が挙げられる。
これらの無機分散剤は、重合性単量体100質量部に対して0.2質量部~20質量部使用することが好ましい。また、上記分散安定剤は単独で用いてもよいし、複数種を併用してもよい。さらに、0.001質量部~0.1質量部の界面活性剤を併用してもよい。これら無機分散剤を用いる場合には、そのまま使用してもよいが、より細かい粒子を得るため、水系媒体中にて該無機分散剤粒子を生成させて用いることができる。
例えば、無機分散剤がリン酸三カルシウムの場合、高速攪拌下、リン酸ナトリウム水溶液と塩化カルシウム水溶液とを混合して、水不溶性のリン酸カルシウムを生成させることができ、より均一で細かな分散が可能となる。このとき、同時に水溶性の塩化ナトリウム塩が副生するが、水系媒体中に水溶性塩が存在すると、重合性単量体の水への溶解が抑制
されて、乳化重合による超微粒トナーが発生しにくくなるので好ましい。
上記重合性単量体を重合する工程において、重合温度は通常40℃以上、好ましくは50℃~90℃の温度に設定される。この温度範囲で重合を行うと、内部に封じられるべき離型剤が相分離により析出して内包化がより完全となる。
その後、50℃~90℃程度の反応温度から冷却し、重合反応工程を終了させる冷却工程がある。その際に、離型剤と結着樹脂の相溶状態を保つように徐々に冷却することが好ましい。
上記重合性単量体の重合終了後、得られた重合体粒子を公知の方法によって濾過、洗浄、乾燥することによりトナー粒子が得られる。このトナー粒子に、外添剤を前述のごとく混合して該トナー粒子の表面に付着させることで、トナーを得ることができる。また、製造工程に分級工程を入れ、トナー粒子中に含まれる粗粉や微粉をカットすることも可能である。
<外添剤Bの一次粒子の個数平均粒径の測定方法>
外添剤Bが外添されたトナーから、外添剤Bの個数平均粒径を測定する場合は以下の手順で測定する。なお、外添剤Bを単独で入手できる場合は、以下の手順で外添剤Bを単独で測定することもできる。
まず、外添剤Bの真密度を測定する。トナー10gを200mLのメタノールに懸濁し、超音波分散機SC-103(株式会社エスエムテー社製)を用いて30分間超音波処理し、外添剤Bをトナー粒子から脱離させ、24時間静置する。沈降したトナー粒子と上澄み液に分散した外添剤Bとを分離、回収し、50℃で24時間乾燥させることで、外添剤Bを単離する。
十分に乾燥させた外添剤Bを、島津製作所製の乾式自動密度計アキュピック1330により真密度を測定する。条件は下記の通りである。
セル:1mL
サンプル量:粉面がセルの高さの8割になるようにする。
外添剤の粒径分布の測定は、CPS Instruments Inc.製ディスク遠心式粒度分布測定装置DC24000を用いて測定する。測定方法を以下に示す。
まず、イオン交換水100gに、Triton‐X100(キシダ化学(株)製)を0.50g入れて分散媒を作製する。真密度の測定と同様の手順で1gのトナーから外添剤Bを分離する。分離した外添剤Bをバイアル瓶に移し、上記分散媒を加えて10.00gとする。そして、超音波式ホモジナイザーを用いて30分間処理して分散液を作製する。
超音波処理装置:超音波式ホモジナイザーVP-050(タイテック株式会社製)
マイクロチップ:ステップ型マイクロチップ、先端径φ2mm
マイクロチップの先端位置:ガラスバイアルの中央部、且つバイアル底面から5mmの高さ
超音波条件:強度30%、30分。このとき、分散液が昇温しないようにバイアルを氷水で冷却しながら超音波を掛ける。
洋(株)製)を取り付けたオールプラスティックディスポシリンジ(東京硝子器械(株))の先に、CPS社製の測定装置専用シリンジ針を取り付けて、基準分散液の上澄み液を0.200mL採取する。
シリンジで採取した上澄み液をディスク遠心式粒度分布測定装置DC24000に注入し、外添剤Bに由来する粒径分布を測定する。その際、あらかじめ測定した真密度に応じてディスク遠心式粒度分布測定装置DC24000の測定条件を設定する。そして外添剤Bに由来するピークを求め、ピークトップの粒径を外添剤Bの個数平均粒径とする。
まず、CPSソフト上のMotor Controlで、ディスクを24000rpmで回転させる。その後、Procedure Definitionsから、下記条件を設定する。
外添剤の真密度が1.60g/cm3の場合
(1)Sample parameter
・Maximum Diameter:1.0μm
・Minimum Diameter:0.02μm
・Particle Density:1.60g/mL
・Particle Refractive Index:1.45
・Particle Absorption:0.1K
・Non-Sphericity Factor:1.10
(2)Calibration Standard Parameters
・Peak Diameter:0.226μm
・Half Height Peak Width:0.10μm
・Particle Density:1.389g/mL
・Fluid Density:1.004g/mL
・Fluid Refractive Index:1.3382
・Fluid Viscosity:0.601cps
注入後、密度勾配溶液の蒸発を防ぐため、1.0mLのドデカン(キシダ化学(株)製)を注入して油膜を形成し、装置安定の為、30分以上待機する。
待機後、校正用標準粒子(重量基準中心粒径:0.226μm)を0.10mLシリンジで測定装置内に注入し、キャリブレーションを行う。その後、上記採取した上澄み液を装置に注入し、重量基準の粒径分布を測定する。
トナー10gを200mLのメタノールに懸濁し、超音波分散機SC-103(株式会社エスエムテー社製)を用いて30分間超音波処理し、外添剤Bと他の外添剤をトナー粒子から脱離させ、24時間静置する。沈降したトナー粒子と、外添剤Bと他の外添剤が分散している上澄み液とを分離する。
外添剤Bと他の外添剤の真密度が同じ場合、乾式自動密度計で真密度を測定した後に、ディスク遠心式粒度分布測定装置で同じ測定条件でそれぞれの個数平均粒径を測定する。
外添剤Bの固着状態を指数化する手法としては、基板にトナーを接触させた際の外添剤Bの移行量を評価する。基板の表層の材料として、本発明では、感光体の表面層を模擬する基板として、ポリカーボネート樹脂を表層材料に用いた基板を用いる。具体的には、まず、ビスフェノールZ型のポリカーボネート樹脂(商品名:ユーピロンZ-400、三菱エンジニアリングプラスチックス(株)、粘度平均分子量(Mv):40000)をトルエンに10質量%の濃度となるように溶解させて塗工液とする。
この塗工液を、50番手のマイヤーバーを用いて、50μmの厚みのアルミニウムシートに塗工し、塗膜を形成する。そして、この塗膜を100℃で10分間乾燥させることで、上記アルミニウムシート上にポリカーボネート樹脂の層(膜厚が10μm)を有するシートを作製する。このシートを基板ホルダーで保持する。基板は、一辺が約3mmの正方形とする。
以下に、測定工程を、トナーを基板に配置する工程、基板からトナーを除去する工程、基板に供給された外添剤Bの付着量を定量化する工程に分けて説明する。
トナーは、多孔質な柔軟材料(以下「トナー保持体」と表記する。)に含有させ、トナー保持体を基板に接触させる。トナー保持体としては、丸三産業(株)製のスポンジ(商品名:ホワイトワイパー)を用いる。
トナー保持体は、基板の接触面に対して垂直方向に移動するステージに固定した荷重計の先端に固定し、トナー保持体と基板が荷重を測定しつつ接触できるようにする。トナー保持体と基板との接触は、ステージを移動させ、荷重計が10Nを示すまで、トナー保持体を基板に押し付け、その後、離間する工程を1工程とし、この工程を5回繰り返す。
・基板からトナーを除去する工程
トナー保持体を接触させた後の基板に、掃除機のノズル先端に接続した内径約5mmのエラストマー製の吸引口をトナーの配置面と垂直となるように近づけ、基板に付着したトナーを除去する。この際、トナーの残留程度を目視で確認しながら除去する。吸引口の端部と基板の距離を1mmとし、吸引時間を3秒とし、吸引圧力を6kPaとする。
・基板に供給された外添剤の付着量を定量化する工程
トナーを除去した後に基板に残留する外添剤Bの量と形状を数値化する際には、走査型電子顕微鏡による観察と画像計測を用いる。
まず、トナーを除去した後の基板に、白金を電流20mAおよび60秒間の条件でスパッタし、観察用試料とする。
走査型電子顕微鏡による観察においては、外添剤Bを観察できる観察倍率を任意に選択した。走査型電子顕微鏡としては、日立超高分解能電界放出走査電子顕微鏡(商品名:S-4800、(株)日立ハイテクノロジーズ)を用い、S-4800(商品名)の反射電子像にて観察を行う。観察倍率は50000倍とし、加速電圧は10kVとし、作動距離は3mmとする。この条件であれば、外添剤Bの粒径を判別して、観察することができる。
観察により得られた画像は、外添剤Bが高輝度に、基板が低輝度に表されるので、二値化により、視野内の外添剤Bの量を定量化することができる。二値化の条件は、観察装置やスパッタ条件により適切に選択する。本発明では、二値化に、画像解析ソフトウェアであるImage J(https://imagej.nih.gov/ij/より入手可能)を用いる。二値化した後、外添剤Bの一次粒子が30nm~200nmに相当する外添剤Bのみを抽出する。
Image Jでは、Set MeasurementからAreaおよびFeret’s Diameterをチェックし、Analyze Particleの機能を用いることで当該抽出が可能である。AnalyzeParticleの機能で得られた結果から、外添剤Bの一次粒子が30nm~200nmに相当する外添剤Bの面積のみを積算
し、観察視野全体の面積で除算することで観察視野内の外添剤Bの面積率を求める。上記測定を二値化した画像100枚について行い、その平均値を基板上の外添剤Bの面積率[A](単位:面積%)とする。
外添剤Bの被覆率は、走査型電子顕微鏡による観察と画像計測を用いて測定する。走査型電子顕微鏡による観察において、外添剤Bを観察する観察倍率は、基板上の外添剤Bを観察した倍率と同じ倍率を採用する。走査型電子顕微鏡としては、上記の日立超高分解能電界放出走査電子顕微鏡S-4800(商品名)を用いる。
画像撮影条件は以下の通りである。
(1)試料作製
試料台(アルミニウム試料台15mm×6mm)に導電性ペーストを薄く塗り、その上にトナーを吹きつける。さらにエアブローして、余分なトナーを試料台から除去し十分乾燥させる。試料台を試料ホルダにセットし、試料高さゲージにより試料台高さを36mmに調節する。
(2)S-4800観察条件設定
外添剤Bの被覆率[B]の算出は、S-4800の反射電子像観察により得られた画像を用いて行う。反射電子像は2次電子像と比べてチャージアップが少ないため、外添剤Bの被覆率[B]を精度良く測定することができる。
S-4800の筺体に取り付けられているアンチコンタミネーショントラップに液体窒素を溢れるまで注入し、30分間置く。S-4800の「PC-SEM」を起動し、フラッシング(電子源であるFEチップの清浄化)を行う。画面上のコントロールパネルの加速電圧表示部分をクリックし、[フラッシング]ボタンを押し、フラッシング実行ダイアログを開く。フラッシング強度が2であることを確認し実行する。フラッシングによるエミッション電流が20μA~40μAであることを確認する。試料ホルダをS-4800筺体の試料室に挿入する。コントロールパネル上の[原点]を押し試料ホルダを観察位置に移動させる。
加速電圧表示部をクリックしてHV設定ダイアログを開き、加速電圧を[0.8kV]、エミッション電流を[20μA]に設定する。オペレーションパネルの[基本]のタブ内にて、信号選択を[SE]に設置し、SE検出器を[上(U)]及び[+BSE]を選択し、[+BSE]の右の選択ボックスで[L.A.100]を選択し、反射電子像で観察するモードにする。同じくオペレーションパネルの[基本]のタブ内にて、電子光学系条件ブロックのプローブ電流を[Normal]に、焦点モードを[UHR]に、WDを[3.0mm]に設定する。コントロールパネルの加速電圧表示部の[ON]ボタンを押し、加速電圧を印加する。
(3)焦点調整
コントロールパネルの倍率表示部内をドラッグして、倍率を5000(5k)倍に設定する。操作パネルのフォーカスつまみ[COARSE]を回転させ、視野内全体にある程度焦点が合ったところでアパーチャアライメントの調整を行う。コントロールパネルの[Align]をクリックし、アライメントダイアログを表示し、[ビーム]を選択する。操作パネルのSTIGMA/ALIGNMENTつまみ(X,Y)を回転し、表示されるビームを同心円の中心に移動させる。次に[アパーチャ]を選択し、STIGMA/ALIGNMENTつまみ(X,Y)を一つずつ回し、像の動きを止める又は最小の動きになるように合わせる。アパーチャダイアログを閉じ、オートフォーカスで、ピントを合わせる。この操作を更に2度繰り返し、ピントを合わせる。
次に対象のトナーについて、最大径の中点を測定画面の中央に合わせた状態でコントロールパネルの倍率表示部内をドラッグして、倍率を10000(10k)倍に設定する。操作パネルのフォーカスつまみ[COARSE]を回転させ、ある程度焦点が合ったところでアパーチャアライメントの調整を行う。コントロールパネルの[Align]をクリックし、アライメントダイアログを表示し、[ビーム]を選択する。操作パネルのSTI
GMA/ALIGNMENTつまみ(X,Y)を回転し、表示されるビームを同心円の中心に移動させる。
次に[アパーチャ]を選択し、STIGMA/ALIGNMENTつまみ(X,Y)を一つずつ回し、像の動きを止める又は最小の動きになるように合わせる。アパーチャダイアログを閉じ、オートフォーカスで、ピントを合わせる。その後、倍率を50000(50k)倍に設定し、上記と同様にフォーカスつまみ、STIGMA/ALIGNMENTつまみを使用して焦点調整を行い、再度オートフォーカスでピントを合わせる。この操作を再度繰り返し、ピントを合わせる。ここで、観察面の傾斜角度が大きいと被覆率の測定精度が低くなりやすいので、ピント調整の際に観察面全体のピントが同時に合うものを選ぶことで、表面の傾斜が極力無いものを選択して解析する。
(4)画像保存
ABCモードで明るさ合わせを行い、サイズ640×480ピクセルで写真撮影して保存する。この画像ファイルを用いて下記の解析を行う。トナー一つに対して写真を1枚撮影し、少なくともトナー30粒子以上について画像を得る。
観察した画像を、画像解析ソフトウェアであるImage J(https://imagej.nih.gov/ij/より入手可能)を用いて二値化する。二値化した後、フェレ径a(nm)が60nm~200nmに相当する外添剤Bのみを抽出し、トナー粒子上における、外添剤Bの被覆率(単位:面積%)を求める。
上記測定を二値化した画像100枚について行い、外添剤Bの被覆率(単位:面積%)の平均値を外添剤Bの被覆率[B]とする。基板上の外添剤Bの面積率[A]および外添剤の被覆率[B]から下記式を用いて、外添剤Bの固着指数を算出する。
外添剤Bの固着指数
=基板上の外添剤Bの面積率[A]/外添剤Bの被覆率[B]×100
Nb/Naの測定は、走査型電子顕微鏡「S-4800」を用いて行う。3万倍に拡大した視野で、外添剤Bが外添されたトナーを、同一視野で加速電圧1.0kVおよび5.0kVでランダムに50個観察する。
画像から、画像処理ソフト「ImageJ」(https://imagej.nih.gov/ij/より入手可能)を使用し、以下のようにNbおよびNaを算出する。
加速電圧1.0kVで観察した画像を、「Image-Adjust-Threshold」を設定し、表示されたダイヤログボックスで外添剤Bのみが抽出されるように閾値を設定し二値化する。
次に、「Analyze-Set Measurements」を選択し、表示されたダイヤログボックスで「Perimeter」および「Area」にチェックする。
二値化した画像の画像中心から2μm×2μmを解析領域とし、「Analyze-Analyze Particle」を選択し、外添剤Bに対応する「Size」と「Circularity」を設定後、実行し、外添剤Bの粒子数を算出する。このとき算出の対象とするのは、一次粒子が30nm~200nmに相当する外添剤Bである。
次に、加速電圧5.0kVで観察した画像を、加速電圧1.0kVで観察した画像と同様の機能・手順を用いて無機微粒子Aと外添剤Bが抽出されるように二値化する。
二値化後に、「Process-Image Calculator」を選択する。表示されたダイヤログボックスで「Image 1」を加速電圧5.0kVで観察した画像の二値化画像、「Image2」を加速電圧1.0kVで観察した画像の二値化画像とし、「Operation」を「Subtract」とすることで、差分画像を作成する。差分画像の画像中心から2μm×2μmの範囲を解析領域とし、「Analyze―Analyze Particle」を選択し、表示されたダイヤログボックスで「Show」を「Mask」と設定したうえで、実行し、無機微粒子Aと完全に重なった外添剤Bの粒子数を算出する。
同時に得られたMask画像と、「Process-Image Calculato
r」で5.0kVで観察した二値化像の差分を求める。この差分画像で「Analyze―Analyze Particle」を選択し、ダイヤログボックスの「Size」と「Circularity」を外添剤Bの値より小さくして設定し、実行する。外添剤Bの面積及び上記手順で算出した無機微粒子Aと重なる外添剤Bの面積より、完全には重なっていないが半分以上の面積が無機微粒子Aと重なっている粒子数を算出する。完全に重なっている粒子数と、完全には重なっていないが半分以上が重なっている粒子数を足し合わせて、無機微粒子Aと重なっている外添剤Bの粒子数とする。
観察した50個の画像すべてでこの操作を行い、その平均値から外添剤Bの粒子数Naと無機微粒子Aと重なっている外添剤Bの粒子数Naを算出する。
無機微粒子Aの表面存在率は、外添剤Bが外添されたトナーから、外添剤Bを分離して測定する。
トナー1gをメタノール20mLに懸濁し、超音波分散機SC-103(株式会社エスエムテー社製)を用いて30分間超音波処理し、外添剤Bをトナー粒子から脱離させ、24時間静置する。沈降したトナー粒子と上澄み液に分散した外添剤Bとを分離、回収し、50℃で24時間乾燥させることで、トナー粒子を単離する。
単離したトナーを走査型電子顕微鏡「S-4800」で1万倍に拡大した視野で、加速電圧5.0kVでランダムに50個観察する。
観察した画像から無機微粒子Aの表面存在率を画像処理ソフト「ImageJ」(https://imagej.nih.gov/ij/より入手可能)を使用し、以下のように算出する。
観察した画像を「Image-Adjust-Threshold」を選択し、表示されたダイヤログボックスでトナー粒子全体が抽出されるように閾値を設定し、二値化する。同じ画像を同様の手順で、閾値のみを変更することで、無機微粒子Aのみが抽出されるようにし、二値化する。それぞれの画像について、「Analyze―Histogram」からトナー粒子全体、無機微粒子Aに対応する輝度値のピクセル数を求め、それぞれの面積を算出する。得られた面積から下記式を用いて、無機微粒子Aの表面存在率を算出する。
無機微粒子Aの表面存在率=無機微粒子A全体の面積/トナー粒子全体の面積×100
観察したすべてのトナー粒子について無機微粒子Aの表面存在率を算出し、その平均値を採用する。
トナー粒子表面の外添剤Bによる被覆率は、以下のようにして算出する。
下記装置を下記条件にて使用し、トナー表面の元素分析を行う。
・測定装置:Quantum2000(商品名、アルバックファイ(株)製)
・X線源:モノクロAl Kα
・Xray Setting:100μmφ(25W(15KV))
・光電子取りだし角:45度
・中和条件:中和銃とイオン銃の併用
・分析領域:300μm×200μm
・Pass Energy:58.70eV
・ステップサイズ:0.125eV
・解析ソフト:Multipak(PHI社)
ここで得られたSi原子の定量値をY1とする。
次いで、上述のトナー粒子の表面の元素分析と同様にして、シリカ微粒子単体の元素分析を行い、ここで得られたSi原子の定量値をY2とする。
トナー粒子表面のシリカ微粒子による被覆率は、上記Y1及びY2を用いて下式のように定義される。
X1(面積%)=(Y1/Y2)×100
測定は同一のサンプルで100回測定し、それらの相加平均値を採用する。
また、外添剤Bを複数種用いる場合は、それぞれの外添剤Bについて上記被覆率を求め、それらを足し合わせた値を用いる。
定量値Y2を求めるに際して、外添に使用された外添剤Bを入手できれば、それを用いて測定を行えばよい。
1)非磁性トナーの場合
イオン交換水100mLにスクロース(キシダ化学製)160gを加え、湯せんをしながら溶解させショ糖濃厚液を調製する。遠心分離用チューブに該ショ糖濃厚液31gと、6mLのコンタミノンNを入れ、分散液を作製する。この分散液にトナー1gを添加し、スパチュラなどでトナーのかたまりをほぐす。
遠心分離用チューブを上記シェイカーにて1分当たり350往復の条件で20分間振盪する。振盪後、溶液をスイングローター用ガラスチューブ(50mL)に入れ替えて、遠心分離機(H-9R;株式会社コクサン社製)にて、58.33S-1、30分間の条件で遠心分離を行う。遠心分離後のガラスチューブ内においては、最上層にはトナーが存在し、下層の水溶液側には外添剤Bが存在する。下層の水溶液を採取して、遠心分離を行い、ショ糖と外添剤Bとを分離し、外添剤Bを採集する。必要に応じて、遠心分離を繰り返し行い、分離を十分に行った後、分散液を乾燥し、外添剤Bを採集する。
複数種の外添剤を用いる場合、採集された外添剤から、遠心分離法などを利用して、外添剤Bを選別すればよい。
まず、イオン交換水100mLに、コンタミノンN(非イオン界面活性剤、陰イオン界面活性剤、有機ビルダーからなるpH7の精密測定器洗浄用中性洗剤の10質量%水溶液、和光純薬工業(株)製)を6mL入れ、分散媒を作製する。この分散媒に、トナー5gを添加し、超音波分散機(アズワン(株)VS-150)で5分間分散させる。その後、いわき産業(株)製「KM Shaker」(model:V.SX)にセットし、1分当たり350往復の条件で20分間振盪する。
その後、ネオジム磁石を用いてトナー粒子を拘束し、上澄みを採取する。この上澄みを乾燥させることにより、外添剤を採集する。十分な量の外添剤を採集することができない場合には、この作業を繰り返して行う。
非磁性トナーの場合と同様に、複数種の外添剤を用いる場合、採集された外添剤から、遠心分離法などを利用して、外添剤Bを選別する。
トナー表面における外添剤Bの分散度評価指数の算出は走査型電子顕微鏡「S-4800」を用いて行う。1万倍に拡大した視野で、外添剤Bが外添されたトナーを、同一視野で加速電圧1.0kVで観察した。観察した画像から、画像処理ソフト「ImageJ」(https://imagej.nih.gov/ij/より入手可能)を使用し、以下のように算出した。
外添剤Bのみが抽出されるように2値化し、外添剤個数n、全外添剤に対し重心座標を算出し、各外添剤に対する最近接の外添剤との距離dn minを算出した。画像内の外
添剤間の最近接距離の平均値をd aveとすると、分散度は下記式で示される。
外添剤Bの形状係数SF-2の測定は、走査型電子顕微鏡「S-4800」(商品名;日立製作所製)を用いて行う。外添剤Bが外添されたトナーを観察し以下のように算出した。観察倍率は外添剤Bの大きさによって適宜調整した。最大50万倍に拡大した視野において、画像処理ソフト「ImageJ」(https://imagej.nih.gov/ij/より入手可能)を使用し、ランダムに100個の外添剤Bの一次粒子の周囲長および面積を算出した。
SF-2は、100個の外添剤Bについて下記の式にて算出し、その平均値とした。
SF-2=(粒子の周囲長)2/粒子の面積×100/4π
ナノインデンテーション法によるトナー強度の測定は、株式会社フィッシャー・インストルメント製ピコデンターHM500を使用する。ソフトはWIN-HCUを使用する。圧子は、ビッカース圧子(角度:130°)を用いる。
測定は、上記圧子を所定の時間で所定の荷重になるまで押し込む工程(以下、「押し込み工程」と称す)からなる。この測定において、設定する時間および荷重を変えることで、荷重印加速度を変更する。
まず、ソフト上に表示される顕微鏡につながれたビデオカメラ画面で顕微鏡の焦点あわせを行う。なお、焦点合わせを行う対象物は、後述のZ軸合わせを行うガラス板(硬度;3600N/mm2)を使用する。このとき、対物レンズを5倍から20倍、50倍と順次焦点合わせを行う。これ以降は、50倍の対物レンズで調整を行う。
次に、上述のように焦点合わせを行った上記ガラス板を用いて「アプローチパラメータ設定」操作を行い、圧子のZ軸合わせを行う。その後、ガラス板からアクリル板へ置き換えて、「圧子のクリーニング」操作を行う。「圧子のクリーニング」操作とは、圧子先端をエタノールで湿らせた綿棒で清掃すると同時に、ソフト上で指定した圧子位置とハード上での圧子位置を一致させる、すなわち圧子のXY軸合わせを行う操作のことである。
その後、トナーを付着させたスライドガラスに変えて、測定対象となるトナーに顕微鏡の焦点を合わせる。なお、スライドガラスへのトナーの付着方法は、以下の通りである。
まず、綿棒の先端に測定対象となるトナーを付着させ、ビンの淵などで余分なトナーを篩い落とす。その後、スライドガラスの淵に綿棒の軸を押し当てながら、綿棒に付着したトナーをスライドガラス上にトナーが一層になるようにたたき落とす。
その後、上記のようにトナーを一層付着させたスライドガラスを顕微鏡にセットし、50倍の対物レンズでトナーに焦点を合わせ、ソフト上で圧子先端がトナーの粒子の中心に来るようにセットする。なお選択するトナーは、長径短径ともにトナー粒子の重量平均粒径D4(μm)±1.0μmの粒子に限定する。
(押し込み工程1)
・最大押し込み荷重=0.25mN
・押し込み時間=300秒
上記条件により、押し込み速度0.83μN/secが設定できる。
(押し込み工程2)
・最大押し込み荷重=0.50mN
・押し込み時間=200秒
上記条件により、荷重印加速度2.5μN/secが設定できる。
この2つの押し込み工程において、縦軸を荷重a(mN)、横軸を変位量b(μm)とした場合に得られる荷重-変位曲線から、0.00μm~0.20μmの変位領域におけるデータを最小二乗法により直線近似して求めた傾きをトナー硬さA、およびBとする。なお最初に正の荷重が計測された変位の値を変位の初期値(0.00μm)として定義する。また、0.00μm~0.20μmの区間のデータは100ポイント以上採取するようにする。
上記測定をトナー30粒について実施し、相加平均値を採用する。
測定は、1粒子測定ごとに必ず上述した「圧子のクリーニング」操作(圧子のXY軸合わせも含む)を行う。
トナーおよびトナー粒子の重量平均粒径(D4)は、
100μmのアパーチャーチューブを備えた細孔電気抵抗法による精密粒度分布測定装置(商品名:コールターカウンターMultisizer3、ベックマンコールター社製)、および、
測定条件設定および測定データ解析をするための付属の専用ソフト(商品名:ベックマンコールターMultisizer3 Version3.51、ベックマンコールター社製)
を用いて、実効測定チャンネル数2万5千チャンネルで測定し、測定データの解析を行い、算出した。
測定に使用する電解水溶液は、特級塩化ナトリウムをイオン交換水に溶解して濃度が約1質量%となるようにしたもの、例えば、ベックマンコールター社製のISOTONII(商品名)が使用できる。
なお、測定および解析を行う前に、以下のように専用ソフトの設定を行った。
専用ソフトの「標準測定方法(SOM)を変更画面」において、コントロールモードの総カウント数を50000粒子に設定し、測定回数を1回、Kd値は「標準粒子10.0μm」(ベックマンコールター社製)を用いて得られた値を設定する。閾値/ノイズレベルの測定ボタンを押すことで、閾値とノイズレベルを自動設定する。また、カレントを1600μAに、ゲインを2に、電解液をISOTONII(商品名)に設定し、測定後のアパーチャーチューブのフラッシュにチェックを入れる。
専用ソフトの「パルスから粒径への変換設定画面」において、ビン間隔を対数粒径に、粒径ビンを256粒径ビンに、粒径範囲を2μm~60μmに設定する。
具体的な測定法は以下のとおりである。
(1)Multisizer3専用のガラス製の250mL丸底ビーカーに上記電解水溶液約200mLを入れ、サンプルスタンドにセットし、スターラーロッドの撹拌を反時計回りで24回転/秒にて行う。そして、専用ソフトの「アパーチャーチューブのフラッシュ」機能により、アパーチャーチューブ内の汚れと気泡を除去しておく。
(2)ガラス製の100mL平底ビーカーに上記電解水溶液約30mLを入れる。そして、この中に分散剤として、富士フイルム和光純薬(株)製のコンタミノンN(商品名)をイオン交換水で3質量倍に希釈した希釈液を約0.3mL加える。コンタミノンN(商品名)は、非イオン界面活性剤、陰イオン界面活性剤および有機ビルダーからなるpH7の精密測定器洗浄用中性洗剤の10質量%水溶液である。
(3)超音波分散器(商品名:Ultrasonic Dispersion System Tetora 150、日科機バイオス(株)製)の水槽に所定量のイオン交換水を入れ、この水槽中にコンタミノンN(商品名)を約2mL添加する。Ultrasonic Dispersion System Tetora 150は、発振周波数5
0kHzの発振器2個を、位相を180度ずらした状態で内蔵し、電気的出力120Wの超音波分散器である。
(4)上記(2)のビーカーを上記超音波分散器のビーカー固定穴にセットし、超音波分散器を作動させる。そして、ビーカー内の電解水溶液の液面の共振状態が最大となるようにビーカーの高さ位置を調整する。
(5)上記(4)のビーカー内の電解水溶液に超音波を照射した状態で、トナー約10mgを少量ずつ上記電解水溶液に添加し、分散させる。さらに、60秒間、超音波分散処理を継続する。なお、超音波分散にあたっては、水槽の水温が10℃~40℃となるように適宜水温を調節する。
(6)サンプルスタンドの内部に設置した上記(1)の丸底ビーカーに、ピペットを用いてトナーを分散させた上記(5)の電解水溶液を滴下し、測定濃度が約5%となるように調整する。そして、測定粒子数が50000個になるまで測定を行う。
(7)測定データを装置付属の上記専用ソフトにて解析を行い、重量平均粒径(D4)を算出する。なお、専用ソフトでグラフ/体積%と設定したときの、分析/体積統計値(算術平均)画面の「算術径」が重量平均粒径(D4)である。
(1)TEM断面観察
可視光硬化性樹脂(商品名、アロニックスLCRシリーズD-800;東亞合成社製)中にトナーを十分に分散させた後、短波長光を照射し硬化させる。得られた硬化物を、ダイアモンドナイフを備えたウルトラミクロトームで切り出し、250nmの薄片状サンプルを作製する。次いで、切り出したサンプルを透過型電子顕微鏡(日本電子社製電子顕微鏡JEM-2800)(TEM―EDX)を用いて40000倍~50000倍の倍率で拡大し、トナーの断面から外添剤の観察及びEDXを用いた元素マッピングを行う。
なお、観察するトナーは以下のように選択する。
まずトナー断面画像から、トナーの断面積を求め、その断面積と等しい面積を持つ円の直径(円相当径)を求める。この円相当径とトナーの重量平均粒径(D4)との差の絶対値が1.0μm以内のトナー断面画像についてのみ観察する。マッピング条件としては、保存レート:9000~13000、積算回数:120回とする。
外添剤Bの表面からトナー母体内部方向へ400nm部分を切り出したTEM画像を展開し、トナー粒子表面が直線になるように画像処理する(図14のように、外添剤Bにより埋没した部分以外のトナー粒子表面を直線にする)。
そして、直線にしたトナー粒子表面に沿って、トナー粒子表面と外添剤Bとの界面の両端を結ぶ線分を描く。
その後、図14に示すように、まず外添剤Bの最大径(フェレ径)X(nm)を求める。また、外添剤Bの中心座標を算出し、該中心座標を通り上記トナー粒子表面と外添剤Bとの界面の両端を結ぶ線分と直交する直線を引き、その直交点の座標を算出する。そして、外添剤Bの中心座標から該直交点の距離L(nm)を求める。なお、外添剤Bの中心座標は、画像処理で求めた重心位置とする。次に、外添剤の最大径Xと距離L(nm)から最大埋没長Y(nm)を下記式から算出する。
<外添剤の中心が、トナー粒子表面より上部に位置している場合>
最大埋没長Y(nm)=X/2―L
<外添剤の中心が、トナー粒子中に位置している場合>
最大埋没長Y(nm)=X/2+L 上記X、Y値から、Y/Xを求める。
なお、画像処理には、「ImageJ」(https://imagej.nih.gov/ij/より入手可能)を使用する。また、解析個数は外添剤B粒子20個とし、平均値をその試料のX、Yの値とする。
さらに、Y/Xの標準偏差も求める。
トナー粒子のガラス転移温度(Tg)は、示差走査型熱量分析装置「Q2000」(TA Instruments社製)を用いて、ASTM D3418-82に準じて測定される。装置検出部の温度補正は、インジウムと亜鉛の融点を用い、熱量の補正については、インジウムの融解熱を用いる。
測定試料として、トナー2mgを精密に秤量したものを用いる。これをアルミパン中に入れ、リファレンスとして空のアルミパンを用いる。測定温度範囲を30℃~200℃とし、一旦、昇温速度10℃/minで30℃から200℃まで昇温した後、降温速度10℃/minで200℃から30℃まで降温し、再度、昇温速度10℃/minで200℃まで昇温させる。2回目の昇温過程で得られるDSC曲線において、比熱変化が出る前と出た後のベースラインの中間点の線と示差熱曲線との交点を、ガラス転移温度Tgとする。
<有機無機複合微粒子1の製造例>
有機無機複合微粒子1としては、国際公開第2013/063291号の実施例1に従って製造したものを用意した。有機無機複合微粒子1の物性を表1に示す。
シリカ微粒子1~5は、シリカ微粒子1~5の原体100部に対して、ヘキサメチルジシラザン(HMDS)15部で表面処理をしたものを用意した。シリカ微粒子1~5の物性を表1に示す。
<磁性体1の製造例>
硫酸第一鉄水溶液中に、鉄イオンに対して1.0当量の苛性ソーダ溶液(Feに対しP換算で1質量%のヘキサメタリン酸ナトリウムを含有)を混合し、水酸化第一鉄を含む水溶液を調製した。水溶液をpH9に維持しながら、空気を吹き込み、80℃で70分間酸化反応を行い、種晶を生成させるスラリー液を調製した。
次いで、このスラリー液に当初のアルカリ量(苛性ソーダのナトリウム成分)に対し1.0当量となるよう硫酸第一鉄水溶液を加えた。スラリー液をpH8に維持して、空気を吹き込みながら30分間酸化反応を進め、酸化反応の終期にpHを6に調整した。シランカップリング剤として、n-C6H13Si(OCH3)3を磁性酸化鉄100部に対し1.5部添加し、十分攪拌した。生成した疎水性酸化鉄粒子を常法により洗浄、濾過、乾燥した。凝集している粒子を解砕処理した後、温度70℃で5時間熱処理を行って、磁性体1を得た。磁性体1の個数平均粒径は0.25μmであった。
種晶生成の酸化反応の時間を50分間に変更して、シランカップリング剤の添加量を磁性酸化鉄100部に対し1.7部添加した以外は、磁性体の製造例1と同様にして磁性体2を得た。磁性体2の個数平均粒径は0.20μmであった。
シランカップリング剤を添加しなかった以外は、磁性体の製造例1と同様にして磁性体3を得た。磁性体3の個数平均粒径は0.25μmであった。
イオン交換水720部に0.1mol/L-Na3PO4水溶液450部を投入し温度60℃に加温した後、1.0mol/L-CaCl2水溶液67.7部を添加して分散安定剤を含む水系媒体を得た。
・スチレン 78部
・n-ブチルアクリレート 22部
・ジビニルベンゼン 0.5部
・ポリエステル樹脂(Tg:61℃、軟化点Tm:118℃) 3部
・負荷電制御剤 T-77(保土ヶ谷化学製) 1部
・磁性体1 85部
上記処方をアトライター(日本コークス工業(株)(旧三井三池化工機(株)))を用いて均一に分散混合した。この単量体組成物を温度60℃に加温し、そこに以下の材料を混合/溶解し、重合性単量体組成物とした。
・離型剤(パラフィンワックス(HNP-9:日本精蝋(株)製)) 15部
・重合開始剤(t-ブチルパーオキシピバレート(25%トルエン溶液)) 10部
前記水系媒体中に上記重合性単量体組成物を投入し、温度60℃、N2雰囲気下においてTK式ホモミキサー(特殊機化工業(株))にて366.67S-1で15分間攪拌し、造粒した。その後、パドル攪拌翼で攪拌し、反応温度70℃にて300分間重合反応行った。その後、懸濁液を毎分3℃で室温まで冷却し、塩酸を加えて分散剤を溶解し、濾過、水洗、乾燥してトナー粒子1を得た。得られたトナー粒子1の諸物性を表2に示す。
イオン交換水720部に0.1mol/L-Na3PO4水溶液450部を投入し温度60℃に加温した後、1.0mol/L-CaCl2水溶液67.7部を添加して分散安定剤を含む水系媒体を得た。
・スチレン 78部
・n-ブチルアクリレート 22部
・ジビニルベンゼン 0.5部
・ポリエステル樹脂(Tg:61℃、軟化点Tm:118℃) 3部
・負荷電制御剤 T-77(保土ヶ谷化学製) 1部
・磁性体1 40部
上記処方をアトライター(日本コークス工業(株)(旧三井三池化工機(株)))を用いて均一に分散混合した。この単量体組成物を温度60℃に加温し、そこに以下の材料を
混合/溶解し、重合性単量体組成物とした。
・離型剤(パラフィンワックス(HNP-9:日本精蝋(株)製)) 15部
・重合開始剤(t-ブチルパーオキシピバレート(25%トルエン溶液)) 10部
前記水系媒体中に上記重合性単量体組成物を投入し、温度60℃、N2雰囲気下においてTK式ホモミキサー(特殊機化工業(株))にて366.67S-1で15分間攪拌し、造粒した。その後、パドル攪拌翼で攪拌し、反応温度70℃にて300分間重合反応行った。その後、懸濁液を毎分3℃で室温まで冷却し、塩酸を加えて分散剤を溶解し、濾過、水洗、乾燥してトナー粒子2を得た。得られたトナー粒子2の諸物性を表2に示す。
イオン交換水720部に0.1mol/L-Na3PO4水溶液450部を投入し温度60℃に加温した後、1.0mol/L-CaCl2水溶液67.7部を添加して分散安定剤を含む水系媒体を得た。
・スチレン 78部
・n-ブチルアクリレート 22部
・ジビニルベンゼン 0.5部
・ポリエステル樹脂(Tg:61℃、軟化点Tm:118℃) 3部
・負荷電制御剤 T-77(保土ヶ谷化学製) 1部
・磁性体1 30部
上記処方をアトライター(日本コークス工業(株)(旧三井三池化工機(株)))を用いて均一に分散混合した。この単量体組成物を温度60℃に加温し、そこに以下の材料を混合/溶解し、重合性単量体組成物とした。
・離型剤(パラフィンワックス(HNP-9:日本精蝋(株)製)) 15部
・重合開始剤(t-ブチルパーオキシピバレート(25%トルエン溶液)) 10部
前記水系媒体中に上記重合性単量体組成物を投入し、温度60℃、N2雰囲気下においてTK式ホモミキサー(特殊機化工業(株))にて366.67S-1で15分間攪拌し、造粒した。その後、パドル攪拌翼で攪拌し、反応温度70℃にて300分間重合反応行った。その後、懸濁液を毎分3℃で室温まで冷却し、塩酸を加えて分散剤を溶解し、濾過、水洗、乾燥してトナー粒子3を得た。得られたトナー粒子3の諸物性を表2に示す。
イオン交換水720部に0.1mol/L-Na3PO4水溶液450部を投入し温度60℃に加温した後、1.0mol/L-CaCl2水溶液67.7部を添加して分散安定剤を含む水系媒体を得た。
・スチレン 78部
・n-ブチルアクリレート 22部
・ジビニルベンゼン 0.5部
・ポリエステル樹脂(Tg:61℃、軟化点Tm:118℃) 3部
・負荷電制御剤 T-77(保土ヶ谷化学製) 1部
・磁性体1 20部
上記処方をアトライター(日本コークス工業(株)(旧三井三池化工機(株)))を用いて均一に分散混合した。この単量体組成物を温度60℃に加温し、そこに以下の材料を混合/溶解し、重合性単量体組成物とした。
・離型剤(パラフィンワックス(HNP-9:日本精蝋(株)製)) 15部
・重合開始剤(t-ブチルパーオキシピバレート(25%トルエン溶液)) 10部
前記水系媒体中に上記重合性単量体組成物を投入し、温度60℃、N2雰囲気下においてTK式ホモミキサー(特殊機化工業(株))にて366.67S-1で15分間攪拌し、造粒した。その後、パドル攪拌翼で攪拌し、反応温度70℃にて300分間重合反応行った。その後、懸濁液を毎分3℃で室温まで冷却し、塩酸を加えて分散剤を溶解し、濾過、水洗、乾燥してトナー粒子4を得た。得られたトナー粒子4の諸物性を表2に示す。
イオン交換水720部に0.1mol/L-Na3PO4水溶液450部を投入し温度60℃に加温した後、1.0mol/L-CaCl2水溶液67.7部を添加して分散安定剤を含む水系媒体を得た。
・スチレン 78部
・n-ブチルアクリレート 22部
・ジビニルベンゼン 0.5部
・ポリエステル樹脂 3部
・負荷電制御剤 T-77(保土ヶ谷化学製) 1部
・磁性体1 90部
上記処方をアトライター(日本コークス工業(株)(旧三井三池化工機(株)))を用いて均一に分散混合した。この単量体組成物を温度60℃に加温し、そこに以下の材料を混合/溶解し、重合性単量体組成物とした。
・離型剤(パラフィンワックス(HNP-9:日本精蝋(株)製)) 15部
・重合開始剤(t-ブチルパーオキシピバレート(25%トルエン溶液)) 10部
前記水系媒体中に上記重合性単量体組成物を投入し、温度60℃、N2雰囲気下においてTK式ホモミキサー(特殊機化工業(株))にて366.67S-1で15分間攪拌し、造粒した。その後、パドル攪拌翼で攪拌し、反応温度70℃にて300分間重合反応行った。その後、懸濁液を毎分3℃で室温まで冷却し、塩酸を加えて分散剤を溶解し、濾過、水洗、乾燥してトナー粒子5を得た。得られたトナー粒子5の諸物性を表2に示す。
イオン交換水720部に0.1mol/L-Na3PO4水溶液450部を投入し温度60℃に加温した後、1.0mol/L-CaCl2水溶液67.7部を添加して分散安定剤を含む水系媒体を得た。
・スチレン 78部
・n-ブチルアクリレート 22部
・ジビニルベンゼン 0.5部
・ポリエステル樹脂(Tg:61℃、軟化点Tm:118℃) 3部
・負荷電制御剤 T-77(保土ヶ谷化学製) 1部
・磁性体1 15部
上記処方をアトライター(日本コークス工業(株)(旧三井三池化工機(株)))を用いて均一に分散混合した。この単量体組成物を温度60℃に加温し、そこに以下の材料を混合/溶解し、重合性単量体組成物とした。
・離型剤(パラフィンワックス(HNP-9:日本精蝋(株)製)) 15部
・重合開始剤(t-ブチルパーオキシピバレート(25%トルエン溶液)) 10部
前記水系媒体中に上記重合性単量体組成物を投入し、温度60℃、N2雰囲気下においてTK式ホモミキサー(特殊機化工業(株))にて366.67S-1で15分間攪拌し、造粒した。その後、パドル攪拌翼で攪拌し、反応温度70℃にて300分間重合反応行った。その後、懸濁液を毎分3℃で室温まで冷却し、塩酸を加えて分散剤を溶解し、濾過、水洗、乾燥してトナー粒子6を得た。得られたトナー粒子6の諸物性を表2に示す。
イオン交換水720部に0.1mol/L-Na3PO4水溶液450部を投入し温度60℃に加温した後、1.0mol/L-CaCl2水溶液67.7部を添加して分散安定剤を含む水系媒体を得た。
・スチレン 78部
・n-ブチルアクリレート 22部
・ジビニルベンゼン 0.5部
・ポリエステル樹脂 3部
・負荷電制御剤 T-77(保土ヶ谷化学製) 1部
・磁性体2 20部
上記処方をアトライター(日本コークス工業(株)(旧三井三池化工機(株)))を用いて均一に分散混合した。この単量体組成物を温度60℃に加温し、そこに以下の材料を混合/溶解し、重合性単量体組成物とした。
・離型剤(パラフィンワックス(HNP-9:日本精蝋(株)製)) 15部
・重合開始剤(t-ブチルパーオキシピバレート(25%トルエン溶液)) 10部
前記水系媒体中に上記重合性単量体組成物を投入し、温度60℃、N2雰囲気下においてTK式ホモミキサー(特殊機化工業(株))にて366.67S-1で15分間攪拌し、造粒した。その後、パドル攪拌翼で攪拌し、反応温度70℃にて300分間重合反応行った。その後、懸濁液を毎分3℃で室温まで冷却し、塩酸を加えて分散剤を溶解し、濾過、水洗、乾燥してトナー粒子7を得た。得られたトナー粒子7の諸物性を表2に示す。
・非晶性ポリエステル樹脂(Tg:59℃、軟化点Tm:112℃):100部
・磁性体3:85部
・フィッシャートロプッシュワックス(サゾール社製C105、融点:105℃):2部・荷電制御剤(保土谷化学工業社製、T-77):2部
上記材料をFMミキサ(日本コークス工業株式会社製)で前混合した後、2軸押出機(商品名:PCM-30、池貝鉄工所社製)を用いて、吐出口における溶融物温度が150℃になるように、温度を設定し、溶融混練した。
得られた混練物を冷却し、ハンマーミルで粗粉砕した後、粉砕機(商品名:ターボミルT250、ターボ工業社製)を用いて微粉砕した。得られた微粉砕粉末をコアンダ効果を利用した多分割分級機を用いて分級して、トナー粒子8を得た。トナー粒子8の諸物性を表2に示す。
イオン交換水720部に0.1mol/L-Na3PO4水溶液450部を投入し温度60℃に加温した後、1.0mol/L-CaCl2水溶液67.7部を添加して分散安定剤を含む水系媒体を得た。
・スチレン 72部
・n-ブチルアクリレート 28部
・ジビニルベンゼン 0.5部
・ポリエステル樹脂(Tg:61℃、軟化点Tm:118℃) 3部
・負荷電制御剤 T-77(保土ヶ谷化学製) 1部
・磁性体1 15部
上記処方をアトライター(日本コークス工業(株)(旧三井三池化工機(株)))を用いて均一に分散混合した。この単量体組成物を温度60℃に加温し、そこに以下の材料を混合/溶解し、重合性単量体組成物とした。
・離型剤(パラフィンワックス(HNP-9:日本精蝋(株)製)) 15部
・重合開始剤(t-ブチルパーオキシピバレート(25%トルエン溶液)) 10部
前記水系媒体中に上記重合性単量体組成物を投入し、温度60℃、N2雰囲気下においてTK式ホモミキサー(特殊機化工業(株))にて366.67S-1で15分間攪拌し、造粒した。その後、パドル攪拌翼で攪拌し、反応温度70℃にて300分間重合反応行った。その後、懸濁液を毎分3℃で室温まで冷却し、塩酸を加えて分散剤を溶解し、濾過、水洗、乾燥してトナー粒子9を得た。得られたトナー粒子9の諸物性を表2に示す。
図2に示した混合処理装置1を使用した。本体ケーシング31の内周部の径が130mmであり、処理空間39の容積が2.0×10-3m3の装置を用い、駆動部38の定格動力を5.5kWとし、攪拌部材33の形状を図3のものとした。そして、図3における攪拌部材33aと攪拌部材33bの重なり幅dを攪拌部材33の最大幅Dに対して0.25Dとし、攪拌部材33と本体ケーシング31内周とのクリアランスを3.0mmとした。ジャケット内に冷熱媒体を流して、温度を調整した。
図4に示した混合処理装置2を使用した。処理槽110は図5に示すような内寸高さが250mm、内径がφ230mmで有効容量が10Lの円筒形状の容器で平らな底部の中心に駆動軸111を備えているものとした。駆動モーター150の駆動は駆動ベルト112を介して駆動軸111に伝達されているものとした。
処理槽110内部には、被処理物を処理室の底部から上方に流動させる流動手段として駆動軸111に図6に示す攪拌羽根120を取り付けた。攪拌羽根120はS宇形状でかつ先端が眺ね上げられた形状のものを使用した。
さらに攪拌羽根120の上方には、回転体として同じ駆動軸111に図7に示す処理羽根140を取り付けた。処理羽根140は円環状の本体141の外周面から径方向の外向きに突き出した処理部142を4か所設けた。処理部142の形状は、径方向の最外端が処理槽110の半径の96%となるようにし、厚みは6mmとした。
処理面のうち前記回転体本体に最も近い部位と図9の0.8Lの位置とを結ぶ線と、図9の0.8Lの円の処理面における接線とのなす角のうち前記回転方向下流側の角の大きさ(θ)を100度とした。
さらに処理羽根140の上方には図1に示すデフレクタ130をとりつけ、デフレクタ130の先端には処理槽内のトナー粒子の温度をモニターできる熱電対(図示せず)をとりつけた。
また処理槽110のジャケット(図示せず)内に冷熱媒体を流して、温度を調整した。
トナー粒子1 100部、有機無機複合粒子1 1.0部を、混合処理装置2を用い、60S-1で5分間混合して外添トナー1を得た。温度が30℃で安定してから混合を開始し、混合中は30℃±1℃を維持するように調整した。
続いて、上記構成とした混合処理装置1の温度が55℃となるように、ジャケット内に温水を通した。温度が55℃で安定してから混合を開始し、混合中は55℃±1℃を維持するように調整した。
混合処理装置1に、上記外添トナー1を投入後、駆動部38の動力を1.5×10-2W/g(駆動部38の回転数:約2.5S-1)で一定となるように、攪拌部材33の最外端部周速を調整しながら、10分間加温処理した。
加温処理終了後、目開き75μmのメッシュで篩い、トナー1を得た。トナー1の製造条件を表3に、トナー1の諸物性を表4に示す。
トナー1の製造例において、表3に示すトナー粒子、外添剤B、混合処理装置、製造条件にすること以外は、トナー1の製造例と同様にして、トナー2~17、比較トナー1~8を得た。トナー2~17、比較トナー1~8の物性は表4に示す。
トナー1~17、比較トナー1~8から分析した外添剤Bの一次粒子の個数平均粒径と形状係数SF-2は、表1に示す値と同じであった。
クリーナーレスシステムを採用するHP製プリンタ(LaserJet Pro m203dw)用カートリッジ(CF230X)にトナー1を充填し、下記評価を実施した。評価結果を表5に示す。
画像濃度の評価は、高温高湿環境(温度32.5℃、相対湿度80%)で評価を行った。長期耐久試験を想定して、印字率1%となる横線パターンを1枚/1ジョブとして、ジョブとジョブの間にマシンがいったん停止してから次のジョブが始まるように設定したモードで、計7000枚を印刷した。1枚目、3000枚目、7000枚目での画像濃度を測定した。A4のカラーレーザーコピー用紙(キヤノン製、80g/m2)を用いた。画像濃度は、5mm丸のベタ画像を出力して、反射濃度計であるマクベス濃度計(マクベス社製)でSPIフィルターを使用して、反射濃度を測定することにより測定した。数値が大きい方が現像性が良いことを示す。
上記画像濃度の評価において7000枚出力した後に、高温高湿環境(温度32.5℃、相対湿度80%)のままカートリッジを3日間放置した。その後、5mm丸のベタ画像を出力して、画像濃度を測定した。
低温定着性の評価は、常温常湿環境(温度25.0℃、相対湿度60%)で行った。画像濃度の評価と同様に、印字率1%となる横線パターンを1枚/1ジョブとして、ジョブとジョブの間にマシンがいったん停止してから次のジョブが始まるように設定したモードで、計7000枚を印刷した。1枚目、3000枚目、7000枚目の時点で以下の方法で低温定着性試験を実施した。
定着装置の定着温度を任意に設定できるようにプリンタを改造した。この装置を用いて、定着器の温度180℃以上230℃以下の範囲で5℃おきに温調して、ラフ紙であるFOX RIVER BOND紙(110g/m2)を用い、画像濃度が0.6以上0.65以下となるようにハーフトーン画像を出力した。得られた画像を4.9kPaの荷重をかけたシルボン紙で5往復摺擦し、摺擦前後の画像濃度の濃度低下率が15%以下になる最も低い温度をもって、低温定着性の評価とした。この温度が低い方が低温定着性が良いことを示す。
かぶりの評価は、トナーの帯電分布がブロードになりやすく、かぶりに対してより厳しいと想定される低温低湿環境(温度15℃、相対湿度10%)で行った。長期耐久試験を想定して、印字率1%となる横線パターンを1枚/1ジョブとして、ジョブとジョブの間にマシンがいったん停止してから次のジョブが始まるように設定したモードで、計7000枚の画出し試験を実施した。1枚目、3000枚目、7000枚目でのかぶりを測定した。A4のカラーレーザーコピー用紙(キヤノン製、80g/m2)を用いた。リフレクトメーター(東京電色社製)を用いて、定着画像の白地部分の反射率(%)と転写材の反射率(%)とを測定し、その差をかぶり濃度(%)として算出した。かぶり濃度が低いほど良好であることを示す。
転写性の評価は、転写性に対してより厳しいと想定される高温高湿環境(温度32.5℃、相対湿度85%)で行った。評価紙は、ラフ紙であるFOX RIVER BOND紙(110g/m2)を用いた。転写性は、ベタ黒画像転写後の感光体上の転写残トナーをマイラーテープ(商品名、日東電工社製)によりテーピングしてはぎ取った。このとき、紙上に貼ったそのマイラーテープのマクベス反射濃度の値をC、転写後定着前のトナーの載った紙上にマイラーテープを貼ったもののマクベス濃度をD、未使用の紙上に貼ったマイラーテープのマクベス濃度をEとした。そして、近似的に以下の式で計算した。数値が大きい方が転写性が良いことを示す。
転写性(%)={(D-C)/(D-E)}×100
実施例1と同様にして評価を行った。評価結果を表5に示す。
12:無機微粒子A
Claims (8)
- 結着樹脂及び無機微粒子Aを含有するトナー粒子と、外添剤を含有するトナーであって、
該無機微粒子Aは、着色剤として含有されるものであって、且つ磁性酸化鉄粒子であり、
該外添剤は、外添剤Bを含有し、
該外添剤Bの一次粒子の個数平均粒径が、30nm~200nmであり、
該トナーにおける該外添剤Bの固着指数が、0.00~3.00であり、
該無機微粒子Aの一次粒子の個数平均粒径が、該外添剤Bの一次粒子の個数平均粒径よりも大きく、
該トナーの走査型電子顕微鏡による観察において、
加速電圧1.0kVで該トナー表面を画像解析して得られる、該トナー表面の2μm×2μmの範囲の該外添剤Bの粒子数をNa、
加速電圧5.0kVで該トナー表面を画像解析して得られる、該トナー表面の2μm×2μmの範囲の該無機微粒子Aと重なっている該外添剤Bの粒子数をNbとしたとき、
Nb/Naが0.20以上である、ことを特徴とするトナー。 - 前記トナー表面の走査型電子顕微鏡による観察において、
加速電圧5.0kVにおける前記トナー表面を画像解析することによって得られる、前記無機微粒子Aの表面存在率が、10%~70%である、請求項1に記載のトナー。 - 前記トナー粒子表面の前記外添剤Bによる被覆率が、10%~80%である、請求項1または2に記載のトナー。
- 前記外添剤Bの前記トナー粒子表面における分散度評価指数が、0.80以下である、請求項1~3のいずれか一項に記載のトナー。
- 前記外添剤Bの形状係数SF-2が、103~120である、請求項1~4のいずれか一項に記載のトナー。
- 前記外添剤Bは、シリカ微粒子及び有機無機複合微粒子からなる群から選択される少な
くとも一種を有する、請求項1~5のいずれか一項に記載のトナー。 - 前記トナーの透過型電子顕微鏡による断面観察において、
前記外添剤Bの一次粒子の最大径をX(nm)とし、
前記トナー粒子の表面に埋没している前記外添剤Bの最大埋没長をY(nm)としたとき、下記式(3)を満たし、
0.15≦Y/X ・・・(3)
Y/Xの標準偏差が、20%以下である、請求項1~6のいずれか一項に記載のトナー。
(式(3)中、前記外添剤Bの最大埋没長Y(nm)とは、該トナー粒子表面と該外添剤Bの界面の両端を結ぶ線分に対する法線方向において、該外添剤Bが該トナー粒子に埋め込まれている部分の最大長を意味する。) - 請求項1~7のいずれか一項に記載のトナーを製造する方法であって、該製造方法が、
トナー粒子を得る工程と、
該トナー粒子と外添剤Bを混合してトナーを得る外添工程と、
該トナーを加温する加温工程と、
を有し、
該加温工程における温度TRが、該トナー粒子のガラス転移温度をTg(℃)としたとき、
Tg-10(℃)≦TR≦Tg+5(℃)
であることを特徴とする、トナーの製造方法。
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