JP2921852B2

JP2921852B2 - 電子写真用トナーの製造方法

Info

Publication number: JP2921852B2
Application number: JP1079573A
Authority: JP
Inventors: 慎二郎上田; 俊昭山内; 民子八戸; 利幸大場; 彰高野
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba TEC Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba TEC Corp
Priority date: 1989-03-30
Filing date: 1989-03-30
Publication date: 1999-07-19
Anticipated expiration: 2014-07-19
Also published as: JPH02257143A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、電子写真法に用いられる現像剤として有用
な電子写真用トナー及びその製造方法に関する。

（従来の技術）一般に、電子写真複写方式においては、光半導体から
なる感光体表面をコロナ放電等により帯電させ、この帯
電面に光学レンズを介して原稿像を結像させるか又はレ
ーザー光による光信号をあてる、いわゆる露光すること
により、照射した光量に応じた電位効果を生ぜしめ、感
光体表面に静電潜像を形成する。次に、別途帯電したト
ナーを接触又は近接させることにより、静電潜像を可視
化（現像）する。更に、このトナーを電界の力により紙
の上に転写し、熱、圧力、光等のエネルギーを与えるこ
とにより定着する。このようなプロセスにより複写画像
が得られる。その後、感光体は、次の複写に備えてクリ
ーニング及び除電が行なわれる。

以上のプロセスの中で、トナーや現像剤は、現像、転
写、定着、クリーニングの各工程に大きな影響を及ぼ
し、電子写真法において重要な位置を占める。

現像方法として、現像剤を感光体又はその近傍にまで
搬送するのに磁力を用いる方法があるが、この方法の中
でもトナー自体に磁性を持たせる一成分方式と、鉄粉や
フェライト粉等の磁性担体とトナーとを混合する二成分
方式とがある。この磁性二成分方式に用いる現像剤は、
樹脂、着色顔料等を混練し、粉砕し、次いで分級して得
た５〜30μｍ程度の粒度のトナーと、100〜200μｍ程度
の粒度の鉄粉、フェライト粉又はニッケル粉等のキャリ
アとからなる。

トナーとキャリアとは、混合、攪拌されることによっ
て摩擦帯電し、それぞれ正負逆の電荷を有する。それら
の帯電量は、主としてトナーとキャリアの摩擦帯電系列
の差、及びトナー又はキャリアの電気抵抗とによって決
定されるが、この帯電量を制御することは、現像剤の設
計において最も重要なことの一つである。

帯電量は、画像濃度、カブリ、トナー飛散、転写効率
等に影響を及ぼし、帯電量が低過ぎる場合にはキャリア
とトナーとを結びつける鏡像力（帯電量の二乗に比例）
が弱くなるため、カブリの増加、トナー飛散が生じ、逆
に帯電量が高過ぎる場合には、画像濃度の低下や転写効
率の低下を招く。また、特に混合摩擦時における帯電量
の立上がりが悪いと、カブリ、トナー飛散が甚だしくな
る。

このように、帯電量は常に一定の適正範囲内に制御す
る必要があるが、実際には連続して多数枚の複写を続行
するうちに帯電量は徐々に変化してしまう。特に温度に
対して敏感に変化し、湿度が高いと帯電量が下がり、カ
ブリの増加やトナー飛散等の現象が起り易い。

トナーの帯電量の制御は、一般にキャリアによるより
もトナーを改良することによってなされる。例えば、黒
色モノクロトナーの場合、ある種の染料からなる帯電制
御剤を添加することによりトナーの摩擦帯電系列を変化
させたり、カーボンブラックのような抵抗調整剤（着色
剤）の添加量を変えてトナーの電気抵抗を調整すること
が可能である。この場合、これら帯電制御剤や抵抗調整
剤（着色剤）のトナーへの分散を均一にし、トナーの個
々の粒子が同一の組成を有することが、良好な画質の複
写画像を得る上で重要である。例えば、分散が不良で、
トナー表面に染料やカーボンブラックが多く浮出ている
と、これらが吸湿点となってトナーの耐湿性を損うこと
になる。また、キャリア表面を汚し易く、おのため帯電
特性が変化し、現像剤の劣化を速めてしまう。また、分
散が悪いと個々のトナー粒子の組成が変わり、帯電量分
布の広いトナーとなり、画質の低下や現像剤の寿命が短
くなってしまう。

トナーへの着色剤や帯電制御剤の分散は、通常、混練
機を用い、結合剤樹脂を加熱溶融すると同時に着色剤や
帯電制御剤をせん断力により分散することによりなされ
るが、均一な分散を達成するための方法として、混練条
件を調整することが考えられる。例えば、結合剤として
使用される樹脂は熱可塑性樹脂であるため、加熱温度を
高くすれば粘度は低下する。従って、加熱温度を低くし
て混練物の粘度を上げ、せん断力を大きくすることによ
り均一な分散を図ることが可能である。しかし、混練物
に単に強いせん断力を加えると、樹脂分子が切断されて
熱特性（オフセット性、保存性）が低下する原因とな
る。また、混練物の温度が下がり、結合剤樹脂の粘度が
上がり過ぎると、樹脂と着色剤や帯電制御剤との濡れ性
が悪くなるため、冷却後粉砕する際に樹脂と着色剤や帯
電制御剤とが分離し易くなり、トナーとしての性能が低
下してしまう。

分散性向上のための他の方法として、混練時間を長く
したり、着色剤、帯電制御剤等の分散させる材料の濃度
を高くして混練物を作製し、次いでこれを稀釈する方法
が知られている。しかし、いずれの方法も製造時間が長
くなり、製造工程が多くなるために、製造コストが増加
し、好ましくない。

（発明が解決しようとする課題）以上のように、良好なトナー特性を得る上で重要なト
ナー原料成分の分散性の向上のために、主として混練条
件の検討が行なわれてきたが、熱特性等とのバランスや
コスト面に難点があり、この改善が望まれていた。

本発明は、以上の事情の下になされたもので、帯電制
御成分の分散性を向上させることにより常に一定の帯電
量を保持するとともに、キャリア等への汚染を防止し、
高画質の複写画像を得ることを可能とする、寿命安定性
の高い電子写真用トナーを提供することを目的とする。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明によると、結合剤樹脂と、帯電制御成分と、50
〜200℃の融点を有し、前記帯電制御成分を分散可能な
分散剤成分とを含有し、前記帯電制御成分を前記分散剤
成分に分散させた後に前記結合剤樹脂と混練してなる電
子写真用トナーが提供される。

更に、本発明によると、帯電制御成分を、50〜200℃
の融点を有し、前記帯電制御成分を分散可能な分散剤成
分に分散させる工程と、この分散混合物を結合剤樹脂と
混練する工程とを具備する電子写真用トナーの製造方法
が提供される。

本発明において用いる帯電制御成分とは、一般に、少
量の添加によりトナーの摩擦帯電系列を大きく変化させ
るアゾ系やニグロシン系の染料はもちろん、主としてト
ナーの着色や電気抵抗の調整のために用いられるアゾ系
顔料やフタロシアニン系顔料、カーボンブラック等を包
含するものである。

本発明において用いる分散剤成分は、50〜200℃の融
点を有し、前述の前記帯電制御成分を分散可能なもので
あるが、具体的には、高級脂肪酸、高級脂肪酸の金属
塩、高級脂肪酸エステル、高級脂肪酸アミド、高級アル
コール、その他界面活性剤等が挙げられる。特に、帯電
制御成分を溶解可能なものが望ましい。

帯電制御成分として油溶染料の一種であるニグロシン
系染料を用いる場合には、分散剤成分としては、ミリス
チン酸（C₁₃H₂₇COOH）、パルミチン酸（C₁₅H₃₁COOH）、
ステアリン酸（C₁₃H₃₅COOH）、アラキン酸（C₁₉H₃₉COO
H）、モンタン酸（C₂₈H₅₇COOH）等の高級脂肪酸が挙げ
られる。これらはいずれも約60〜90℃の融点を有し、ニ
グロシン系染料を良く溶解する物質である。これら脂肪
酸の金属塩も使用可能である。ステアリン酸の金属塩の
例としては、ステアリン酸銅（融点115〜120℃）、ステ
アリン酸亜鉛（融点約140℃）、ステアリン酸カルシウ
ム（融点約180℃）等が挙げられる。

本発明の電子写真用トナーの製造方法においては、帯
電制御成分を分散剤成分に分散させた後に、この分散混
合物を結合剤樹脂と混練する。混練には、通常、加圧ニ
ーダーや二軸混練押出機等の混練機が使用されるが、い
ずれもせん断力を加えることにより材料粒子を細かくし
つつ、結合剤樹脂中に帯電制御剤等の均一な分散を行な
うものである。

結合剤樹脂として現在最も一般的に使用されるものと
しては、スチレン系モノマーと他のビニル系モノマー
（アクリル酸エステル等）との共重合体が挙げられる。
このような結合剤樹脂については、採用される定着プロ
セスにあわせて熱特性の改良、即ち分子量のコントロー
ルを行なうことが出来る。従って、結合剤樹脂を主原料
とするトナー混練物の温度は、用いる混練機の能力や結
合剤樹脂の熱特性によって制限され、この制限内におい
て、他の材料粒子が均一に分散するように混練温度が調
整される。

一般に、熱ヒートロール定着方式又は圧力定着方式に
使用されるトナーの混練物の温度は、100〜200℃であ
る。

（作用）本発明の作用は、次の通りである。

分散剤成分は温度上昇に伴って融解し、融点を越える
と液体となるが、この溶融状態の分散剤成分に帯電制御
剤を投入し、攪拌して分散させる。次に、この分散混合
物を、混練機により混練中の他のトナー材料に徐々に投
入すると、分散剤成分は温度低下とともに帯電制御剤を
分散した状態で固化し、トナー材料混合物中に均一に分
散する。

このようにして帯電制御剤分散混合物を均一に分散し
たトナー材料混合物を混練すると、混練時の温度上昇に
より分散剤成分が溶け出す。溶け出した分散剤成分は、
帯電制御剤成分の粒子表面の表面張力を低下させ、その
結果、帯電制御剤成分の細粒化が可能となる。分散剤成
分内で細粒化した帯電制御剤成分は、分散剤成分内に含
まれた形で結合剤樹脂中に均一に分散しており、分散剤
成分は混練温度において容易に結合剤樹脂に浸透するた
め、帯電制御剤成分の分散性は著しく向上する。

［実施例］本発明において使用する分散剤成分の融点、及び帯電
制御成分に対する溶解度と添加量との関係について検討
を行なった。

最初に、分散剤成分の融点の範囲を求めるための実験
を行なった。

帯電制御成分としてニグロシン系染料を用い、分散剤
成分として融点の異なる種々の物質、即ちステアリン酸
（融点167〜170℃）、ステアリン酸亜鉛（融点約140
℃）、ステアリン酸カルシウム（融点約180℃）、パル
ミチン酸アルミニウム（融点約200℃）、ステアリン酸
ナトリウム（融点約220℃）を用い、前述の方法により
トナーを製造し（混練温度130℃）、染料の分散性の評
価を行なった。その結果、ステアリン酸ナトリウムを用
いた場合を除き、いずれの分散剤成分を用いたトナーも
染料の分散性が良好であり、実際に複写機に用いた場合
にも良好な結果が得られた。

この結果から、分散剤成分の融点の上限は200℃であ
ることがわかる。例えば、融点200℃のパルミチン酸ア
ルミニウムと融点220℃のステアリン酸ナトリウムとの
間で、分散性に大きな変化が見られた。これは、ステア
リン酸ナトリウムに対しては130℃の混練温度では、混
練中における粒子同士の摩擦熱等により、局部的にかつ
瞬間的に発熱があっても、その温度上昇では不十分であ
り、ステアリン酸ナトリウムが溶解しきれなかったため
と考えられる。一方、融点200℃のパルミチン酸アルミ
ニウムについては、分散剤成分を溶解するに充分な温度
上昇が起きているものと考えられる。

分散剤成分の融点の下限を50℃としたのは、50℃未満
の分散剤成分では、高温における保存安定性に欠けるた
めである。

次に、分散剤成分の帯電制御成分に対する溶解度と添
加量との関係について実験を行なった。

ステアリン酸100重量部に対し、ニグロシン系染料の
量を0.1重量部、１重量部、10重量部、15重量部、50重
量部、100重量部、200重量部と変化させ、前述と同様の
方法によりトナーを製造した。その結果、ステアリン酸
100重量部に対し、ニグロシン系染料の量を１〜200重量
部とした場合に特に優れた分散性向上効果が得られるこ
とがわかった。また、混練時間を2/3〜1/2に短縮しても
同様に優れた効果が得られた。これは、帯電制御成分を
予め分散剤成分に分散させたことによる混練時間短縮効
果と考えられる。

以下、本発明の実施例と比較例とを示し本発明をより
具体的に説明する。

実施例1. SBM−600（スチレン−アクリル共重合体樹脂；三洋化
成製）・・・86重量部ハイマー550P（ポリプロピレン系ワックス；三洋化成
製）・・・４重量部 MA−600（カーボンブラック；三菱化成製）・・・７重量部帯電制御剤:N−01（ニグロシン系染料；オリエント化
学製）・・・２重量部分散剤成分：ステアリン酸（融点67〜70℃）１重量部上記成分のうち、ステアリン酸を80℃に加熱溶融さ
せ、攪拌機により攪拌した。これにＮ−01を投入し、３
分間攪拌した。この分散混合物を、別途混合中の上記の
他の成分に少量づつ滴下した。その後、混練機（加圧式
ニーダー）を用い、約130℃で約20分間混練した後、冷
却し、次いでハンマミルで粗粉砕し、続いてＩ型ジェッ
トミル−DS分級機（NPK製）により、平均粒径12.0μｍ
となるまで微粉砕及び分級し、トナーを得た。このトナ
ーにおける染料の分散性は良好であった。

このトナーをフェライトキャリア（Ｆ−150:日本鉄粉
社製）とトナー濃度４％になるように混合し、現像剤を
得た。

この現像剤を市販の複写機（レオドライBD−2810;東
芝製）に用い、試験を行なった。その結果、20万枚の通
紙テストの後でも、画像濃度の低下は殆どなく、かつカ
ブリの少ない画像が得られた。

実施例２混練時間を20分としたことを除いて、実施例１と同様
にしてトナーを製造したところ、トナーへの帯電制御成
分の分散性、実施例１と同様に良好であり、複写機（レ
オドライBD−2810;東芝製）に用いる試験を行なったと
ころ、実施例１と同様に画像濃度の低下は殆どなく、か
つカブリの少ない画像が得られた。

比較例１加熱溶融したステアリン酸にＮ−01を分散させること
なく、全ての成分を混合したことを除き、実施例１と同
様にしてトナーを得、かつ現像剤を製造した。この現像
剤を市販の複写機（レオドライBD−2810;東芝製）に用
い、試験を行なったところ、20万枚の通紙テストの後
に、画像濃度の低下やカブリの増加が見られた。

［発明の効果］本発明によると、帯電制御成分のトナーへの分散性を
向上させることにより、常に一定の帯電量を保持すると
ともに、キャリア等への汚染を防止したトナーが得られ
る。その結果、トナーの寿命安定性は向上し、高画質の
複写画像を得ることが可能となる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者八戸民子神奈川県川崎市幸区柳町70番地株式会社東芝柳町工場内 (72)発明者大場利幸神奈川県川崎市幸区柳町70番地東芝インテリジェントテクノロジ株式会社内 (72)発明者高野彰神奈川県川崎市幸区柳町70番地東芝インテリジェントテクノロジ株式会社内 (56)参考文献特開昭63−216061（ＪＰ，Ａ) 特開昭56−101150（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−39655（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G03G 9/097 G03G 9/08

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】60〜90℃の融点を有するミリスチン酸、パ
ルミチン酸、ステアリン酸、アラキン酸、モンタン酸も
しくはこれらの金属塩から選択される分散剤を融解させ
る工程と、該融解させた分散剤中にニグロシン系染料を投入し攪拌
させる工程と、前記ニグロシン系染料を投入攪拌して得られた分散混合
物を、スチレンアクリル系の樹脂、着色剤の混練物中に
徐々に投入することにより、前記分散剤を前記ニグロシ
ン系染料を分散した状態で固化させて、前記樹脂中に分
散させる工程と、前記樹脂中に前記分散剤を分散させた分散混合物を溶融
混練する工程と、前記溶融混練工程により得られた混練物を粉砕分級する
工程とを有することを特徴とする電子写真用トナーの製
造方法。