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JP3991009B2 - 湿式現像剤及びその製造方法 - Google Patents
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JP3991009B2 - 湿式現像剤及びその製造方法 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は湿式現像剤及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
プリンタはレーザプリンタとインクジェットプリンタとに分類でき,レーザプリンタはレーザを利用して感光体に潜像を作った後で電位差を利用して感光体上の潜像にトナーを移動させ,それを紙に転写することで画像を形成させるプリンタである。インクジェットプリンタは速度が遅いために,さまざまなコンピュータとネットワークに連結して多容量のプリンティング業務を行う場合には適さない。
【0003】
現在主に使われているレーザプリンタは白黒の乾式プリンタである。これはトナーに摩擦帯電を起こし,空気中から感光体(OPC)上の潜像にトナーを移動させる方式を使用するが,トナーが粉末状態で存在するために,粉塵などによる環境問題が発生し,画像品質にも限界があることが知られている。湿式プリンタはトナーが溶媒に分散された溶液状態で存在し,OPC上の潜像にトナーが移動する時に溶媒が媒体になるために外部要因(温度/湿度など)に影響を受けないという長所がある。また,粉塵発生のような環境問題を克服でき,トナー粒子のサイズも乾式タイプ(6μm以上)に比べてなかり微細に調節できるために,優秀な画像品質を得られる長所がある。
【0004】
液体トナーは,一般的な樹脂を利用する通常の液体トナーと自家安全性オルガノゾルを利用するオルガノゾルトナーとに分類できる。前記自家安全性オルガノゾルとは,オイル低誘電率炭化水素溶媒のうちから非水性分散重合により合成されるコロイド性粒子(直径0.1〜1μm)を意味し,顔料の耐沈殿性及び耐凝集性を向上させることにより顔料の分散特性を改善させる。よく使われる非水性分散重合方法は,炭化水素媒質に可溶性の一つ以上のエチレン型不飽和(総じて,アクリル)モノマを予備形成された両親媒性高分子(安定化剤)の存在下で重合させる。よく安定化剤と呼ばれる予備形成された両親媒性重合体は2つの相異なる反復単位を含むが,一つは炭化水素媒質に本質的に不溶性であり,もう一つは自由に溶解されうる。モノマの重合が進んで臨界分子量を超過するようになれば,溶解度限界を超過するために高分子が沈殿してコア粒子を形成する。その後は安定化剤(高分子)が物理的に吸着されたり共有結合によりコアに結合するようになって粒子を形成する。かかる粒子はモノマが枯渇されるまで成長し,安定化剤はコア粒子を凝集させない役割を果たす。その結果として得られたコア/シェル重合体粒子は,サイズ範囲が0.1〜0.5μmの球形粒子である。
【0005】
レーザプリンタの解像度はトナー粒子のサイズと密接な関係を有する。かかるプリンタトナーの解像度を向上させるための方法としては次のようなさまざまな方法が知られている。
【0006】
特許文献1に開示されている方法は次の通りである。顔料,分散剤及び樹脂を溶媒と共に混合した後で,65℃〜100℃にて構成要素が等しく混ざるまで攪拌をする。あらゆる構成要素が等しく混ざるようになれば,反応槽の温度を徐々に下げつつ,溶融した樹脂が再び固体として析出されるようにする。樹脂の析出によりインクが固体に固まる。その固体のインクを切断器や破砕器などを利用して細かく粉砕した後,溶媒と共に粉碎器で湿潤粉砕を75時間行って湿式現像剤を完成する。この時,液体トナーに帯電特性を与える帯電制御剤は湿潤粉砕が終わった後または湿潤粉砕中に添加する。
【0007】
図1に特許文献1に開示されている方法の手順を示す。最初に,樹脂(ElvaxII 5720) 500gとIsopar−L 500gを混合して78℃で30分おく(ステップS110)。そして,顔料とキャリアを添加して82℃で60分おく。ここでは,カーボンブラック(Mogul L) 125gとIsopar−L 500gを用いる(ステップS120)。次に,冷却してスポンジ状物質を形成する(ステップS130)。次に,50meshのスクリーンを通過できるほどに粉砕する(ステップS140)。次に,75.5時間湿潤粉砕(スポンジ状物質,28.8g+Isopar−H 171.2g)する(ステップS150)。次に,2%の固体濃度に希釈する(ステップS160)。次に,トナー固体1g基準で帯電制御剤を1−1000mg添加する(ステップS170)。次に,0.2重量%になるまでIsopar−Gを希釈する(ステップS180)。
【0008】
また,特許文献2には共溶媒を使用して湿式現像剤を製造する方法が開示されている。この方法は,顔料,樹脂,共溶媒,溶媒及び分散剤を反応槽に入れて,樹脂が共溶媒と溶媒とにより溶ける温度を保持しつつ攪拌を行い,その後徐々に温度を下げつつ樹脂が顔料を中心に析出するようにしてトナー粒子を形成させる。その後,共溶媒を炭化水素系列の溶媒に替えた後で帯電制御剤を添加してトナーを完成する。この方法は,トナー粒子サイズ(トナー粒径)分布を調節するために共溶媒を使用してこの2液体の混合比率を調節することによりキャリア液体の溶解度パラメータを調節して最終的に製造されるトナーの粒子サイズ(トナー粒径)を調節する方法に関するものである。
【0009】
図2に特許文献2に開示されている方法の手順を示す。最初に,Isopar−G 72gと,トルエン 30gと,Dumilan C2280 2gと,顔料(フタロシアニンブルー) 0.4gと,界面活性剤 0.24gとを混合して70℃で60分おく(ステップS210)。そして,25℃にて180分以上冷却する(ステップS220)。次に,トルエン/Isopar−G溶液を純粋Isopar−Gに代替する(ステップS230)。次に,帯電制御剤(ジルコニウムナフテネート)を添加する(ステップS240)。こうして最後に,固体成分3%の液体トナーを得る(ステップS250)。
【0010】
一方,特許文献3にはオルガノゾルを利用した湿式現像剤について開示されている。図3は,この方法により現像ロールにてOPCに現像された画像を示す図である。図4は,この方法を用いた場合の画像の厚さの分布の測定結果を示す図である。
【0011】
【特許文献1】
米国特許第5,407,771号明細書
【特許文献2】
米国特許第5,876,896号明細書
【特許文献3】
米国特許第5,652,282号明細書
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら,上記特許文献1に示された方法は,その工程において,高温で混合し,長時間ミリングを経るようになるので複雑であり,製造コストが上昇するという短所がある。また,トナー粒子が形成される前に存在する顔料粒子のサイズまたは分散状態により,トナー粒子のサイズがかなり影響を受けるために均一サイズのトナー粒子を得難いという問題点がある。
【0013】
また,上記特許文献2に示された方法では,共溶媒として使われるトルエンなどは人体に有害であるために環境問題が発生するという短所があった。
【0014】
またさらに,上記特許文献3に示された方法では,トナー粒子サイズ(トナー粒径)が3.1〜3.5μmに達するために,現像ロールにてOPCに現像された状態では,図3に示すようにフローパターンという画像上の欠点が存在するために最終画像が鮮明ではなく,図4に示すように画像の厚さも非常に不均一であるという短所があった。
【0015】
本発明は,上記問題点に鑑みてなされたものであり,本発明の第1の目的は,微細で均一なトナー粒子サイズ(トナー粒径)を有することにより解像度が優秀な湿式現像剤を提供することである。
【0016】
また,本発明の第2の目的は,製造工程が簡単であって環境親和的であり,トナー粒子のサイズ分布が微細であって解像度が優秀な湿式現像剤の製造方法を提供することである。
【0017】
【課題を解決するための手段】
本発明は,前記第1の目的を達成するために,オルガノゾル,顔料,帯電制御剤及び炭化水素溶剤を含み,トナー粒子サイズ(トナー粒径)の体積平均値/数平均値(Dv/Dn value)が1.5〜2.5の範囲内に存在し,前記オルガノゾルは,コアエチルメタクリレートからなり,シェルラウリルメタクリレートからなる高分子で形成されることを特徴とする湿式現像剤を提供する。
【0018】
本発明は,前記第2の目的を達成するために,(a)コアとしてエチルメタクリレート(EMA)を使用し,シェルとしてラウリルメタクリレート(LMA)を使用して,コアがエチルメタクリレートからなり,シェルがラウリルメタクリレートからなる高分子で形成されるオルガノゾルを得る段階と,(b)前記オルガノゾルに顔料を質量比1:4〜1:10(オルガノゾル:顔料)になるように混合する段階と,(c)前記混合物に帯電制御剤を質量比1:0.005〜1:0.025(帯電制御剤:顔料)になるように混合した後で炭化水素溶剤を混合して前記混合溶液内の固体%を調節する段階と,(d)トナー粒子サイズ(トナー粒径)のDv/Dn valueをモニタリングしつつその値が1.5〜2.5の範囲内になるまで前記混合溶液をミリングする段階と,を含むことを特徴とする湿式現像剤の製造方法を提供する。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照しながら,本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお,本明細書及び図面において,実質的に同一の機能構成を有する構成要素については,同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【0020】
本発明の実施の形態にかかる湿式現像剤は,オルガノゾルを利用して顔料の分散性を向上させつつも,サブ−ミクロンまたは数ミクロンの微細で均一なトナー粒子サイズ(トナー粒径)を有することにより解像度が優秀な湿式現像剤となることを目的にしている。また,本発明の典型的な実施の形態にかかる湿式現像剤の製造方法は,製造工程が簡単であって環境親和的であり,トナー粒子のサイズ分布(トナーの粒径分布)が微細であって解像度が優秀な湿式現像剤の製造方法であることを目的にしている。
【0021】
本発明の実施の形態により製造された湿式現像剤は,液体トナーのカラーを決定し,液体トナーの電気的な特性に相当な影響を及ぼす顔料と,この顔料を溶剤内に等しく分散させて分散安全性を向上させて液体トナーのTg値(glasstransition temperature)を決定して溶融特性を決定するオルガノゾルと,液体トナーの分散媒の役割を果たし,電気的に不伝導性なので電場にて分散されているトナー粒子だけの移動を可能にするキャリア溶媒としての炭化水素溶剤と,液体トナーに電気的な特性を与える帯電制御剤とを含む。
【0022】
本発明の実施の形態によれば液体トナー粒子の体積平均値/数平均値(以下,Dv/Dn valueという)は1.5〜2.5の範囲内に存在することが望ましく,1.7〜2.0の範囲が一層望ましい。また,トナー粒子サイズ(トナー粒径)の体積平均値が1.3μm以下であることが望ましい。かかるDv/Dn valueはミリング速度,ミリング時間及びミリング時に共にいれたビード(bead)量を調節することにより調節できる。一方,液体トナーの粒子サイズ(トナー粒径)は株式会社 堀場製作所製のLA910装置を使用して測定できるが,測定結果を通じて液体トナー粒子の体積平均値と数平均値とが得られる。数平均値は各粒子サイズ別の当該粒子数に関する分布から求めた平均サイズ(平均粒径)に係り,体積平均値は各粒子サイズ(粒径)別の当該粒子が全体体積中に占める体積に関する分布から求めた平均サイズ(平均粒径)に係る。従って,トナー粒子の分布範囲が広い場合にはDv/Dn valueが大きくなり,トナー粒子の分布範囲が狭い場合には前記Dv/Dn valueが1に近くなる。1という値は全体トナー粒子のサイズ(トナー粒径)が全て同一であるということを意味し,その場合は最も理想的な環境となる。しかし,1に近い値を得ようとするならミリング速度を非常に速くしつつミリング時間も長くせねばならないために実用的ではなく,特にミリング速度が速すぎる場合には,Dv/Dn valueが1に近い値を有するが,オルガノゾルの物性が劣化されてミリング後にトナー粒子が固まり付く現象が発生するために望ましくない。
【0023】
本発明の実施の形態に使われるオルガノゾルはコアとして熱可塑性樹脂を使用し,シェルとして両親媒性安定化剤を使用するが,コアを形成する熱可塑性樹脂は,最初はモノマ状に添加された後で高分子化されて不溶性粒子を形成する。モノマと安定化剤とは当業者に自明な範囲内であり,特別に制限されないがコアとしてエチルメタクリレート(EMA)を使用し,シェルとしてラウリルメタクリレート(LMA)を使用して製造されることが望ましい。
【0024】
また,本発明の実施の形態に使われる顔料も当業者に自明な範囲内で多様な顔料を使用でき,フタロシアンブルー,モノアリライドイエロ,ジアリライドイエロ,アリライドイエロ,アゾレッド,キナクリドンマゼンタ,ナフトールマゼンタまたはカーボンブラックのうちいずれか1つまたは2つ以上を含むことが望ましい。
【0025】
また,本発明の実施の形態に使われる帯電制御剤も特別に制限されないが,イオン性化合物として脂肪酸金属塩,スルホスクシネート金属塩,オキシホスフェート金属塩,アルキルベンゼンスルホン酸金属塩,芳香族カルボキシ酸金属塩またはスルホン酸金属塩を使用でき,両性イオン化合物または非イオン性化合物としてポリオキシエチル化されたアルキルアミン,レシチン,ポリビニルピロリドンなどを使用できるが,不帯電用としてはレシチン,塩基性バリウムペトロネートまたはカルシウムペトロネートを使用できる。
【0026】
本発明の実施の形態によれば炭化水素溶剤としてIsopar G,Isopar H,Isopar M,Isopar V,Norpar 12またはNorpar 15を使用でき,トナー粒子サイズ(トナー粒径)の体積平均値が1.3μm以下の場合に優秀な画質を得られる。
【0027】
本発明の実施の形態による湿式現像剤の製造方法の主要な手順を図5に示す。この製造方法では,まず,コアとしてエチルメタクリレート(EMA)を使用し,シェルとしてラウリルメタクリレート(LMA)を使用してオルガノゾルを得る(ステップS510)。そして,このオルガノゾルに顔料を質量比1:4〜1:10(オルガノゾル:顔料)になるように混合する(ステップS520)。次に,この混合物に帯電制御剤を質量比1:0.005〜1:0.025(帯電制御剤:顔料)になるように添加した後で炭化水素溶剤を混合して混合溶液内の固体%を調節する(ステップS530)。次に,トナー粒子サイズ(トナー粒径)のDv/Dn valueをモニタリングしつつその値が1.5〜2.5の範囲になるまで混合溶液をミリングする(ステップS540)。
【0028】
混合溶液内の固体の含有量が多いほどミリング時に顔料粒子が1次粒子に近くて微細な形で分散されるので,可能ならば固体の含有量を多くすることでミリング段階にて顔料粒子を等しく分布させることが重要である。しかし,25重量%を超過する場合には粘度が強すぎてミリングが困難になりうる。分散された顔料粒子のサイズ(粒径)が微細であるほど形成されるトナー粒子のサイズ(トナー粒径)が小さくなる。
【0029】
一方,本発明の実施の形態による製造方法において,オルガノゾルに顔料を質量比1:4〜1:10(オルガノゾル:顔料)になるように混合することが望ましいが,1:4未満の場合には適切な光学密度を得られず,1:10を超過する場合には画像を紙に定着する時に画像が紙に完壁に定着されずに落ちて出てくる心配がある。
【0030】
本発明の実施の形態による湿式現像剤の製造時にミリング速度は100〜10,000rpmであってミリング時間は0.3〜24時間であることが望ましい。上記ミリング速度が速くてミリング時間が長いほど顔料の分散が良くなるので,最終的に形成されるトナー粒子のサイズが小さくなる。ただし,ミリング速度が10,000rpmを超過する時にはミリング時に発生する熱が高まるために反応槽内で急激に温度が上昇して液体トナーの伝導度や単位面積当たり現像された液体トナーの質量(M/A)が低下しうる。また,このように反応槽内の温度が急激に上昇する場合には,すでに言及した通りオルガノゾルの物性が悪くなってミリング後にトナー粒子が固まり付く現象が発生する心配がある。
【0031】
本発明の実施の形態にて使われる帯電制御剤は,質量比1:0.005〜1:0.025(帯電制御剤:顔料)になるように混合することが望ましい。1:0.005未満の場合にはトナー粒子が強すぎる帯電性を帯びるようになってトナー粒子間に強い反撥力が作用して適正光学密度を得難く,1:0.025を超過する場合にはトナー粒子の帯電性が弱すぎて最終的に紙に印刷された部分にて適正光学密度を得難い。
【0032】
本発明の実施の形態による製造方法において,ミリングはバスケットミリング,アトリションミリング,ディノミルのような水平ミリング方式を使用でき,帯電に影響を与えないためにジルコニアのようなセラミックビードを使用してミリングすることが望ましい。
【0033】
以下,本発明の望ましい実施例を挙げてさらに一層詳細に説明するが,本発明がそれにより制限されるものではない。
【0034】
実施例1
Norpar 12に顔料としてPR81:4マゼンタを使用してEMA/LMAオルガノゾルを混合し,溶液内の顔料:オルガノゾルの比を1:5とした。また,帯電制御剤としてジルコニウムオクタノアートを顔料の1%程度になるように添加して0.5mmのグラスビードに入れた後でミリングした。ミリングは35℃にて株式会社 堀場製作所製のLA910装置を使用してDv/Dn valueを測定しつつ,4時間Torus mill(Getzmann社製)を利用して行い,Dv/Dn valueが1.81の湿式現像剤を得た。グラスビードと混合溶液との質量比は1:1であって,ミリング速度は5,000rpmであり,ミリング時間は1時間だった。
【0035】
実施例2
ミリング速度が7,000rpmであって,ミリング時間が10時間であったことを除いては上記実施例1と同じ方法で湿式現像剤を製造した。
【0036】
実施例3
ミリング時間が20時間であったことを除いては上記実施例1と同じ方法で湿式現像剤を製造した。
【0037】
上記実施例1〜3にて製造された湿式現像剤のDv/Dn valueはそれぞれ1.81,1.71及び1.76であった。
【0038】
本発明の実施例との比較のために,図3は従来技術によりオルガノゾルを利用した湿式現像剤を使用した場合の画像を示す。図3の画像では濃淡の分布が存在する。これより,画像内にフローパターンが存在して解像度が落ちることが分かる。また,図4は従来技術によりオルガノゾルを利用した湿式現像剤を使用した場合の画像の厚さの分布の測定結果を示す図面である。画像の厚さが2〜12μmと均一ではないことが分かる。
【0039】
一方,図6は本発明の実施例1による湿式現像剤(Dv/Dn value=1.81)を使用して得られた画像を示す。図6の画像では濃度分布はほとんどなく,均一性が高い。これより,フローパターンがなく解像度にすぐれていることが分かる。また,図7は本発明の実施例2による湿式現像剤(Dv/Dn value=1.71)を使用して得られた画像において画像の厚さの分布の測定結果を示す図面であり,画像の厚さの均一性が示されている。結局,本発明の実施例による湿式現像剤は従来技術による湿式現像剤に比べて解像度が非常に優秀になり画像の厚さの均一性も非常に向上することが分かる。
【0040】
以上,添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが,本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば,特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり,それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【0041】
【発明の効果】
以上説明したように,本発明により製造された湿式現像剤は,トナー粒子のサイズが微細であり,粒子の分布も非常に均一であり,画像の厚さも均一になるために,画像に縞などが発生せずに優秀な画質を得られる。また,本発明による湿式現像剤の製造方法は,共溶媒を使用しないために環境親和的であり,共溶媒の除去工程が省略できるために製造工程が単純になり,製造コストも節減できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来技術による現像剤の製造方法の手順を示す図である。
【図2】他の従来技術による現像剤の製造方法の手順を示す図である。
【図3】従来技術によるオルガノゾルを利用した湿式現像剤を使用した場合のフローパターンを有する画像を示す図である。
【図4】従来技術によるオルガノゾルを利用した湿式現像剤を使用した場合の画像の厚さの分布の測定結果を示す図である。
【図5】本発明の実施の形態による現像剤の製造方法の主要手順を示す図である。
【図6】本発明の実施例1(Dv/Dn value=1.81)による湿式現像剤を使用した場合の画像を示す図であり,画像にフローパターンがないことを示す図である。
【図7】本発明の実施例2(Dv/Dn value=1.71)による湿式現像剤を使用した場合の画像の厚さの分布の測定結果を示す図であり,均一性を示す図である。

Claims (9)

  1. オルガノゾルと,顔料と,帯電制御剤と,炭化水素溶剤とを含み,トナー粒径の体積平均値/数平均値が1.5〜2.5の範囲内に存在し,
    前記オルガノゾルは,コアエチルメタクリレートからなり,シェルラウリルメタクリレートからなる高分子で形成されることを特徴とする,湿式現像剤。
  2. 前記顔料は,フタロシアンブルー,モノアリライドイエロ,ジアリライドイエロ,アリライドイエロ,アゾレッド,キナクリドンマゼンタ,ナフトールマゼンタまたはカーボンブラックのうちいずれか1つまたは2つ以上を含むことを特徴とする,請求項1に記載の湿式現像剤。
  3. 前記帯電制御剤は,脂肪酸金属塩,スルホスクシネート金属塩,オキシホスフェート金属塩,アルキルベンゼンスルホン酸金属塩,芳香族カルボキシ酸金属塩,スルホン酸金属塩,ポリオキシエチル化されたアルキルアミン,レシチン,ポリビニルピロリドン,塩基性バリウムペトロネートまたはカルシウムペトロネートのいずれかであることを特徴とする,請求項1に記載の湿式現像剤。
  4. 前記体積平均値/数平均値が1.7〜2.0であることを特徴とする,請求項1〜3のいずれかに記載の湿式現像剤。
  5. 前記トナー粒径の体積平均値が1.3μm以下であることを特徴とする,請求項1〜4のいずれか1項に記載の湿式現像剤。
  6. (a)コアとしてエチルメタクリレートを使用し,シェルとしてラウリルメタクリレートを使用して,コアがエチルメタクリレートからなり,シェルがラウリルメタクリレートからなる高分子で形成されるオルガノゾルを得る段階と,
    (b)前記オルガノゾルに顔料を,質量比1:4〜1:10(オルガノゾル:顔料)になるように混合する段階と,
    (c)前記混合物に帯電制御剤を質量比1:0.005〜1:0.025(帯電制御剤:顔料)になるように添加した後で炭化水素溶剤を混合して前記混合溶液内の固体%を調節する段階と,
    (d)トナー粒径の体積平均値/数平均値をモニタリングしつつその値が1.5〜2.5の範囲になるまで前記混合溶液をミリングする段階と,
    を含むことを特徴とする,湿式現像剤の製造方法。
  7. 前記ミリング時に,ミリング速度は100〜10,000rpmであって,ミリング時間は0.3〜24時間であることを特徴とする,請求項6に記載の湿式現像剤の製造方法。
  8. 前記顔料は,フタロシアンブルー,モノアリライドイエロ,ジアリライドイエロ,アリライドイエロ,アゾレッド,キナクリドンマゼンタ,ナフトールマゼンタまたはカーボンブラックのうちいずれか1つまたは2つ以上を含むことを特徴とする,請求項6に記載の湿式現像剤の製造方法。
  9. 前記帯電制御剤は,脂肪酸金属塩,スルホスクシネート金属塩,オキシホスフェート金属塩,アルキルベンゼンスルホン酸金属塩,芳香族カルボキシ酸金属塩,スルホン酸金属塩,ポリオキシエチル化されたアルキルアミン,レシチン,ポリビニルピロリドン,塩基性バリウムペトロネートまたはカルシウムペトロネートのいずれかであることを特徴とする,請求項6に記載の湿式現像剤の製造方法。
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