JP2759515B2 - トナーの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、結着樹脂及び染顔料を少なくとも含むトナ
ー原料を溶融混練装置を用いて溶融混練する工程を含む
トナーの製造方法、特に電子写真用トナーの製造方法に
関する。

［従来の技術］ 電子写真用トナーは、結着樹脂，染顔料，荷電制御剤
及びワックス等を含有する原材料を、混合、溶融混練
し、粉砕、分級して得られる。この際重要な点は、混練
工程において、染顔料や荷電制御剤を結着樹脂中に均一
な状態にまで分散させることである。分散不良が生じる
と、帯電特性が悪化し、高湿下においてカブリやトナー
飛散が発生する。またカラートナー等においては、鮮明
な色調が得られなくなる。

上記のごとく、混練工程は、トナー製造において重要
な位置を占める。従来、この工程において、ロールミ
ル，ニーダー，押出機等が用いられてきたが、連続生産
が可能なこと等の理由により二軸式の押出機が広く使用
されている。通常トナーの製造に用いられる押出機は、
第２図のごとき装置である。中空の構造を持ち、温度を
一定に保つ加熱シリンダー１の中に２本のパドル２と呼
ばれる回転する軸が通っている。原材料は、加熱シリン
ダー１の一端から供給され、加熱されて溶融状態になり
つつパドルの回転により混練されてもう一端より排出さ
れる。途中に、脱気を主な目的とするベント孔３を設置
することもある。

第３図にパドルの模式図を示す。パドルの断面は、図
のようなプロペラ状のものや、三角形のもの等が使用さ
れ、常に一方の先端が他方をこするがごとく回転するよ
うに、位相をずらせてセットされている。この構造によ
り、混練物をパドル及びシリンダー壁に付着することな
しに、前方へ送るセルフクリーニング作用を持つ。二本
のパドルの回転方向は同方向、異方向とも使用される
が、同方向が一般的である。

パドルは大別して二種類の部分から成立っている。一
つは送りスクリュー部で、その略図を第４図に示す。こ
の部分はＳ旋状のスクリューで、混練物を加熱しつつ前
方へ送る機能を持つ。シリンダー内における混練物の粘
度が高い場合には、スクリュー部の壁と混練物との摩擦
によるせん断作用により混練されるが、低い場合は混練
はほとんど行なわれない。

もう一つはニーディング部で、ここで主に混練を行
う。ここには第５図のようなプロペラ状のブロックを組
合せたもの、第６図のようなパイナップル状のもの、排
出と逆の方向へ送る戻しスクリュー等が使用される。第
３図におけるニーディング部は、第５図のものを用いて
いる。ニーディング部の混練作用を第７図に示す。この
部分は、混練物を前方へ送る効果がほとんどなく、混練
物が滞留し、充満する。そしてパドルの回転に伴って圧
縮・引延しの体積変化を受けて混練される。また、加熱
シリンダー壁とパドル間、パドルとパドル間でのせん断
作用によっても混練が行なわれる。

押出装置の設定条件には、加熱温度、パドル構成、パ
ドル回転数および原料の供給量等がある。

通常トナーを製造する場合、せん断を強く行うため、
シリンダー内における混練物の粘度をできるだけ高くす
る温度条件で行のが一般的である。その時、ニーディン
グ部を長く設定すると、強く滞留がおこり、混練物がつ
まる状況が発生するため、ニーディング部は一ケ所で、
かつパドル長の10％以下のパドル構成が用いられてい
る。

しかしながら、結着樹脂の溶融粘度が低く、かつシャ
ープメルトである場合、加熱温度を低く設定し、シリン
ダー内における混練物の粘度を高め、せん断を強く行な
おうとしても、温度に対する粘度の変化が急激に起こ
る。このため、加熱シリンダーの温度を非常に狭い範囲
で制御しなければならず、わずかの温度のふれでシリン
ダー内の混練物の粘度が増大し、混練装置に過負荷がか
かり停止してしまう状況が多く発生する。それゆえ、加
熱シリンダーの温度をある程度高めに設定し、完全に溶
融した低い粘度の状態で混練せざるをえない。

しかし、通常のパドル構成では、ニーディング部の混
練物を滞留させる効果が小さいため、あたかも水が流れ
るがごとくニーディング部を通過してしまい、混練物の
圧縮、引延しがほとんど起こらず、分散の悪化が発生す
る傾向がある。特に、フルカラートナーの場合、イエロ
ー、マゼンダ、シアン及びブラックのトナーを重ね合せ
て定着させる必要があり、混色性を良くし、表面を平滑
にする理由から、100℃で１×10⁵ポイズ以下のような低
粘度でかつシャープメルトな結着樹脂が使用されるが、
通常のパドル構成では染顔料の分散不良を起こし、帯電
性の低下による高湿下におけるカブリの増加が発生し
た。

また、トナーの着色力が低下し、鮮明は色調が得られ
ない。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明の目的は上述の如き欠点を解決したトナーの製
造方法を提供するものである。

すなわち、本発明の目的は、染顔料及び荷電制御剤が
結着樹脂中に均一に分散した電子写真用トナーの製造方
法を提供するものである。

さらに別の目的は、結着樹脂の溶融粘度が低くかつシ
ャープメルトな場合でも、十分に分散が行なわれるよう
な混練装置を用いたトナーの製造方法を提供するもので
ある。

また、別の目的は、帯電性が良く、鮮明な色調のフル
カラートナーの製造方法を提供するものである。

［課題を解決するための手段及び作用］ 本発明は、結着樹脂及び染顔料を少なくとも含むトナ
ー原料を混練装置を用いて溶融混練する工程を含むトナ
ーの製造方法において、 該結着樹脂は、100℃における溶融粘度が５×10⁵ポイ
ズ以下の樹脂を有しており、 該混練装置は、原料投入口と排出口を有し、管内には
軸方向に２本のパドルが設けられた中空管状の混練装置
であって、該パドルは、送りスクリュー部とニーディン
グ部とに区分され、かつ該ニーディング部を２ケ所以上
有し、各ニーディング部の原料投入口側には、送りスク
リュー部がそれぞれ隣接位置しており、排出側のニーデ
ィング部の長さが、原料投入口側のニーディング部の長
さよりも長く、かつ、パドル全長に対して20％以上50％
以下であり、該ニーディング部において、該２本のパド
ルは、位相をずらして咬合していることを特徴とするト
ナーの製造方法に関する。

前述したように、低溶融粘度でかつシャープメルトな
結着樹脂を使用する場合、シリンダー内では完全に溶融
状態にして粘度の低い状態で混練せざるを得ない。この
ような混練物が水のような状況では、シリンダーとパド
ル間，パドルとパドル間のせん断力は期待できず、パド
ルを高回転で回転させ、混練物を強力に撹拌する方法が
最も効果がある。しかし、この方法を用いるためには、
混練物が高密度でニーディング部に充満していることが
必要である。

本発明においては、第１図に示すようにニーディング
部を二ケ所以上有するが、その理由は、実際に混練を行
う前に、数ケ所のニーディング部を通過させることによ
り、混練物を完全に溶融状態にするためである。送りス
クリュー部においても溶融は起こるが、完全に行うため
にはスクリュー部を長く設定する必要がある。ニーディ
ング部を設けることにより、混練物を溶融する部分を小
さくでき実際の混練を行うニーディング部を十分な長さ
に設定することが可能となる。混練物を溶融状態にする
ことで、最終段階の排出側のニーディング部における混
練物の充満率を高め、混練を良くすることができる。

次に、混練を行う排出側のニーディング部は、混練物
を十分に充満させるため、第１図から明らかな如く、原
料投入口側のニーディング部の長さよりも長く、かつ、
パドル全長の少なくとも20％以上は必要である。しか
し、極端に長く設定すると、混練物のつまりが発生する
ため、50％以下に設定するのが望ましい。

このパドル構成により、シリンダー内における混練物
の粘度が低い場合でも十分にニーディング部に充満し、
強力な撹拌を行うことができる。

また、このニーディング部の前にベント孔を設置し、
脱気を行うことが好ましい。脱気により混練物の密度が
さらに高くなり、混練が強化される。

ニーディング部のパドルは、既に説明した第５図、第
６図等の形状のものや、戻しスクリュー等、混練物を滞
留させる効果のあるものがすべて使用可能であり、それ
らを数種、組合せて使用する。シリンダー中の混練物の
粘度が特に低い場合は、排出側に戻しスクリューを使用
することが望ましい。このニーディング部のパドルは、
第７図から明らかな如く、位相をずらして２本のパドル
の先端が噛み合っている、すなわち咬合していることが
良い。また、パドルの断面はプロペラ状のタイプのもの
である必要はなく、三角形の物等すべて使用可能であ
る。

上記の方法により製造したトナーは、従来のトナーと
比較して、染顔料や荷電制御剤の分散が良好である。そ
の結果、高湿下において、帯電の低下がはるかに小さい
ため、トナーの飛散が発生せず、カブリのない画像が得
られる。

また、着色力が増大するため、同量の染顔料を使用し
ても、従来よりも高い濃度を確保することができる。さ
らに、フルカラートナーにおいては、分散性が向上した
ことにより、鮮明が色調のトナーを得ることができる。

また、分散性が悪い場合、混練の後工程の粉砕分級工
程において、樹脂に分散していない、単独の顔料や荷電
制御剤が発生したり、分級工程で発生する分級微粉が、
処方よりも多量の顔料や荷電制御剤を含有するという問
題が発生した。この問題点も本発明のパドル構成の混練
装置を使用することにより、解決することができる。す
なわち、分散が非常に良好であるため、均質な混練物が
得られ、粉砕、分級工程における顔料、荷電制御剤等の
偏析は生じない。

一方、本発明のトナーに適用する結着樹脂としては、
公知のものがすべて使用可能であるが、例えばポリスチ
レン、ポリｐ−クロルスチレン、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−ｐ
−クロルスチレン共重合体、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−ビニルメチルエーテル
共重合体、スチレン−ビニルエチルエーテル共重合体、
スチレン−ビニルメチルケトン共重合体、スチレン−ブ
タジエン共重合体、スチレン−イソプレン共重合体、ス
チレン−アクリロニトリル−インデン共重合体、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、ポリウレタン、ポリアミド、エポキシ樹
脂、ポリビニルブチラール、ポリアマイド、ポリアクリ
ル酸樹脂、ロジン、変性ロジン、テルペン樹脂、フェノ
ール樹脂、脂肪族また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
が単独或いは混合して使用できる。

特に、溶融粘度が100℃で５×10⁵ポイズ以下、好まし
くは１×10⁵ポイズ以下の樹脂に対して、本発明の効果
は大きい。

また、染顔料も公知のものがすべて使用可能である。
例えばカーボンブラック、ランプブラック、鉄黒、群
青、ニグロシン染料、アニリンブルー、フタロシアニン
ブラック、フタロシアニングリーン、ハンザイエロー
Ｇ、ローダミン6Gレーキ、クロムイエロー、キナクリド
ン、ベンジンイエロー、ローズベンガル、トリアリルメ
タン系染料、モゾアゾ系、ジスアゾ系染顔料、アントラ
キノン系染料等、従来公知の染顔料を単独あるいは混合
して使用し得る。

さらに必要によって加える帯電制御剤としては、アミ
ノ化合物、第４級アンモニウム化合物、および有機染
料、特に塩基性染料及びその塩、ニグロニン塩基、サリ
チル酸キレート化合物等が挙げられる。

原材料の前混合には、ヘンシェルミキサー等、一般的
に使用される混合機を使用することができる。

なお、溶融粘度の測定法は次の通りである。

［溶融粘度測定法］ フローテスターCFT−500型（島津製作所製）を用い
る。試料は60meshパス品を約1.0〜1.5g秤量する。これ
を成形器を使用し、100kg/cm²の加重で１分間加圧す
る。この加圧サンプルを下記の条件で、常温常湿下（温
度約20〜30℃，湿度30〜70％RH）でフローテスター測定
を行い、湿度−見掛け粘度曲線を得る。得られたスムー
ス曲線より、100℃の見掛け粘度を求めそれを該試料の
温度に対する溶融粘度とする。

RATE TEMP 6.0 D/M（℃１分） SET TEMP 70.0 DEG（℃） MAX TEMP 200.0 DEG INTERVAL 3.0 DEG（℃） PREHEAT 300.0 SEC（秒）） LOAD 20.0 KGF（kg） DIE（DIA） 1.0 MM（mm） DIE（LENG） 1.0 MM PLUNGER 1.0 CM²（cm²） ［実施例］ 以下、実施例をもって本発明を詳細に説明する。混練
装置、 処方、を用意した。

混練装置： 第１図のパドル構成であり、ニーディング部は２ケ所
で、投入側はパドル全長の10％の長さであり、第５図の
形状のものを用いた。排出側は27％であり、このニーデ
ィング部の前部の80％には第６図の形状のものを、残り
の後部20％には戻しスクリューを使用した。

混練装置： 第２図のパドル構成であり、ニーディング部は１ケ所
でかつパドル全長の10％の長さである。ニーディング部
には第５図の形状のものを用いた。

各処方に用いた結着樹脂の溶融粘度は、が100℃で
７×10⁴ポイズ、が５×10⁴ポイズである。

実施例１ 処方を、ヘンシェルミキサーで前混合した後、混練
装置で混練した。加熱温度100℃、パドル回転数300rp
mに設定した。この混練物をジェットミルで微粉砕し、
分級し、平均粒径８μの分級品を得た。これに0.7％の
疎水性シリカ（商品名Ｒ−972,日本アエロジル社製）を
ヘンシェルミキサーで外添し、本発明のトナーを得た。
このトナーをキャリア（樹脂コートフェライト粉、平均
粒径70μ）と混合し、トナー濃度６％の現像剤とした。
この現像剤を使用して、第８図に示すOPC感光ドラムを
有した、カラー電子写真装置を具備したフルカラー複写
機（CLC−１、商品名）キャノン製を用いて複写試験を
行なった。

また、混練品をプレパラート上に溶融させ、もう１枚
のプレパラートを重ねて圧力を加えたサンプルを作製
し、走査型電子顕微鏡で混練物中の顔料の分散状態を観
察した。

さらに、分級工程における分級品と分級微粉中に含有
される荷電制御剤の量を蛍光Ｘ線分析により測定し、分
散不良による偏析の有無を調査した。

混練物の分散状態を光学顕微鏡写真で観察したとこ
ろ、非常に良好に各成分の分散がおこなわれていること
が確認された。

また、混練物、分級品及び分級微粉中の荷電制御剤の
含有量を第９図に示す。荷電制御剤の偏析がないことは
明らかである。

次に、このトナーを使用して30℃,80％の高温、高湿
下で1.0万枚の耐刷試験を行ったが、トナー飛散の発生
はなく、カブリのない画像が得られた。また、反射濃度
1.5の画像濃度を得るために、0.65mg/cm²のトナーしか
必要としなかった。

実施例２ 実施例１と同様に、同じ混練条件で混練を行い、トナ
ーを作製し、30℃,80％の高温高湿下で54枚の耐刷試験
を行った。その結果、反射濃度1.5の画像濃度を得るた
めに、0.7mg/cm²のトナーしか必要としなかった。

比較例１ 処方を、混練装置で、実施例と同様な条件で混
練を行った。

この混練物の分散状態を光学顕微鏡写真で観察したと
ころ、実施例１の場合と比較して、各成分の分散性が悪
いことが確認された。また、第９図に示すように、混練
物、分級品および分級微粉中の荷電制御剤の偏析が発生
した。

次に、実施例１と同様にトナーを作製し、耐刷試験を
行ったが、２千枚でトナー飛散とカブリが発生した。ま
た、1.5の画像濃度を得るために、0.8mg/cm²のトナーが
必要であった。

比較例２ 処方を、混練装置で、実施例１と同様な条件下で
混練を行い、トナーを作製した。これを実施例２と同様
の耐刷試験を行ったが、千枚でトナー飛散とカブリが発
生した。また、色調は若干のくすみがあり、鮮明なシア
ン色が得られなかった。さらに、1.5の画像濃度を得る
ためには0.95mg/cm²のトナーが必要であった。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明においては、上述した特
定の混練装置を使用することにより、結着樹脂の溶融粘
度が低く、シャープメルトである場合でも染顔料及び荷
電制御剤の均一な分散が達成され、高温高湿下でも帯電
性のよい色調のすぐれた電子写真用トナーを製造するこ
とができ、本発明が工業的に非常に有用であることがわ
かる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明で用いる混練装置の一例であり、第２図
は従来使用された混練機を示し、第３図はその断面図で
ある。第４図から第６図までは混練機のパドルに使用さ
れるブロックを示している。第７図はニーディング部の
混練作用を示している。第８図は耐刷試験に使用した複
写機を概略的に示したものである。第９図は荷電制御剤
の含有率を示したものである。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】結着樹脂及び染顔料を少なくとも含むトナ
   ー原料を混練装置を用いて溶融混練する工程を含むトナ
   ーの製造方法において、 該結着樹脂は、100℃における溶融粘度が５×10⁵ポイズ
   以下の樹脂を有しており、 該混練装置は、原料投入口と排出口を有し、管内には軸
   方向に２本のパドルが設けられた中空管状の混練装置で
   あって、該パドルは、送りスクリュー部とニーディング
   部とに区分され、かつ該ニーディング部を２ケ所以上有
   し、各ニーディング部の原料投入口側には、送りスクリ
   ュー部がそれぞれ隣接位置しており、排出側のニーディ
   ング部の長さが、原料投入口側のニーディング部の長さ
   よりも長く、かつ、パドル全長に対して20％以上50％以
   下であり、該ニーディング部において、該２本のパドル
   は、位相をずらして咬合していることを特徴とするトナ
   ーの製造方法。