JP4343754B2 - トナー - Google Patents

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Description

本発明は、電子写真、静電印刷又はトナージェット方式等の画像形成方法において静電荷像を現像するためのトナー及び該トナーを製造する方法に関する。
近年、複写機、プリンターの省エネルギー化が盛んに議論されており、トナーに要求される性能としても低温定着性が第一の項目として挙がっている。また、カラー化に伴って、写真や印刷画質が数多く出力されるようになり、高解像度、画像の色再現性、透明性や高光沢性が重視されるようになってきている上に、さらに複写機、プリンターの小型化・高速化が進むことで、より低熱量での定着や高光沢を実現するトナー技術が必要となっている。従来、定着部材へのトナーオフセット防止手段としてオイル塗布装置が使われてきたが、小型化の要求から塗布量の低減やオイルレス化の技術が検討されている(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1によると、貯蔵弾性率G’(90℃)≦6×10、貯蔵弾性率G’(140℃)≧5×10を満たし、tanδが90〜120℃に極大値を有し、δの極大値が60°以上であるトナーを用いることにより定着時のオイル塗布量の低減がはかれるという技術が開示されている。実際には、結晶性ポリエステル樹脂を混練粉砕法によりトナー中に30wt%以上含有させることで、低温定着性、耐オフセット性、高光沢性を達成できることが開示されている。しかし、実際はそれだけでは現状の要求を満足しうる定着ラチチュードや光沢度を得られていないのが現状である。さらに近年の高画質化の要求を満たすためにはトナーの微細化が必須であり、5〜6μm台の粒径を有するトナーが主流となりつつあり、やわらかい樹脂をこのような微小粒径に粉砕するには多大なエネルギーがかかり、生産効率も極端に悪化してしまうのが現状である。

トナーの微細化を実現するために懸濁重合法により得られるトナー粒子が盛んに検討され、上市されている。これらは微細化が容易である上に、トナー中の構造制御等により高機能性が付与された優れたトナーとなりうるものである。実際、トナー粒子内部にワックスを含有させ、オイルレスを達成している。低温定着性、高光沢性を達成するためにはトナー結着樹脂の熱溶融粘度を低くする必要があるが、低くしすぎると耐オフセット性が低下する。従来は、重合性単量体中に多官能の架橋剤を含有させ、トナー粒子中に高分子量成分を作ることで溶融粘度を一定の範囲に保つ工夫をしている。しかし、架橋剤を入れすぎるとトナー結着樹脂全体が硬くなってしまうため、耐オフセット性は向上するものの低温定着性や透明性、光沢は低下する傾向があり、それらを独立に制御できる手段が望まれている。
特開2002−131969号公報
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、低温定着性、透明性、高光沢性と耐オフセット性に優れるトナーを提供することを目的とする。
懸濁法により水性媒体中から得られる微粒子トナーにおいて、低温定着性・透明性・高光沢性と耐オフセット性を両立する手段を考えた場合、結着樹脂の低分子量成分と高分子量成分とをトナー粒子中に完全に相溶させるのではなく、ある程度分離して存在させることが有効と考えられる。具体的に結着樹脂を構成するポリマーを有機液体に溶解させ、懸
濁造粒してトナー粒子を作製する溶解懸濁法の場合には、高分子量成分として分子量数十万から数百万の高分子ポリマーを添加すると組成物の粘度が上がり過ぎ粒度分布がブロードとなり易い。また、懸濁重合法においては、架橋性単量体の重合反応により高分子量成分を生成させるのではなく、単量体中に高分子ポリマーをあらかじめ添加しておくことが考えられるが、耐オフセット性に効果がある高分子ポリマーの分子量は数十万〜数百万であり、これらを単量体中に必要量添加し溶解してしまうと、溶解懸濁法と同様、単量体組成物の粘度が上がりすぎ、粒度分布がブロードとなってしまう不具合が生じる。そこで、単量体組成物の粘度に影響の少ない高分子ポリマーを添加する検討を行ったところ、有機液体と該有機液体に不溶な樹脂粒子を少なくとも含む組成物をトナーの製造で用いることで、低温定着性・透明性・高光沢性と耐オフセット性を両立するトナーが得られることがわかった。
本発明者等は上記結果を踏まえ鋭意検討した結果、トナー粒子中の結着樹脂として、低溶融粘度樹脂中にそれとは熱溶融特性の異なる高溶融粘度の樹脂粒子を分散内包化させたものを用いることにより、トナー粒子の溶融特性が特徴的な挙動を示し、前記目的を達成可能であることを見出し、本発明に至った。
すなわち本発明は、以下に示すトナーによって達成される。
(1)着色剤と結着樹脂とを少なくとも含有するトナー粒子を有するトナーであって、
前記トナー粒子は、重合性単量体を含有する有機液体、該有機液体に不溶な樹脂粒子及び着色剤を少なくとも含有する組成物を水性媒体中で分散造粒し、前記重合体単量体を重合する懸濁重合工程を経て製造されたものであり、
前記樹脂粒子が、個数平均粒径10〜300nmであって、疎水化されたものであり、
前記トナー粒子は120℃における溶融粘度が10・s以下であり、動的粘弾性測定から得られる損失正接tanδが少なくとも100〜140℃に極大値を有し、tanδ(100℃)≧1.0かつtanδ(140℃)≧1.0であり、
前記トナー粒子中に前記樹脂粒子が分散されていることを特徴とするトナー。
(2)前記トナーは平均円形度が0.960以上であることを特徴とする(1)に記載のトナー。
)前記樹脂粒子のトナー粒子中の含有指数が30〜60であることを特徴とする(1)又は(2)に記載のトナー。
)前記樹脂粒子は架橋樹脂粒子であることを特徴とする(1)〜()のいずれか一項に記載のトナー。
合性単量体を含有する有機液体、該有機液体に不溶な樹脂粒子及び着色剤を少なくとも含有する組成物を水性媒体中で分散造粒し、前記重合性単量体を重合する懸濁重合工程を経てトナー粒子を得るトナーの製造方法であって、
前記樹脂粒子が、個数平均粒径10〜300nmであって、疎水化されたものであり、
前記トナー粒子は120℃における溶融粘度が10 Pa・s以下であり、動的粘弾性測定から得られる損失正接tanδが少なくとも100〜140℃に極大値を有し、tanδ(100℃)≧1.0かつtanδ(140℃)≧1.0であり、
前記トナー粒子中に前記樹脂粒子が分散されていることを特徴とするトナーの製造方法。

本発明により、低温定着性、高光沢性を有し、且つ耐オフセット性に優れるトナーを提供することが可能となる。
本発明のトナーは、トナー粒子の120℃における溶融粘度が10・s以下であり、動的粘弾性測定から得られる損失正接tanδが100〜140℃に少なくとも極大値を有し、tanδ(100℃)≧1.0かつtanδ(140℃)≧1.0であることが必要である。溶融粘度測定及び動的粘弾性測定の方法については後述する。120℃における溶融粘度が10・sより大きい場合には、十分な低温定着性、高光沢性が得られない傾向がある。また、同時に損失正接tanδが100〜140℃に極大値を有することが必要である。理由は明らかではないが、極大値が上記範囲外にある場合や極大値が存在しない場合には耐オフセット性と低温定着性、高光沢性を両立するのが困難となる。

tanδ(100℃)≧1.0かつtanδ(140℃)≧1.0を満たさない場合、定着画像がこすれて濃度が低下する等の耐摩耗性に問題が生じる場合がある。
上記物性を示すトナー粒子は、有機液体及び該有機液体に不溶な樹脂粒子を少なくとも含有する組成物を水性媒体中で懸濁する工程を経て製造することが可能である。
より詳しくは、トナー粒子中の結着樹脂中に熱溶融特性の異なる樹脂粒子を均一分散内包化させることにより、上記物性を示すトナー粒子が得られる。樹脂粒子をトナー粒子に均一分散内包化させるためには、トナー粒子を製造する際の原料組成物として、有機液体、該有機液体に不溶な樹脂粒子、該樹脂粒子以外の結着樹脂又はそれらを構成する重合性単量体等を用い、水性媒体中で懸濁造粒し、有機液体を除去するか又は重合させてトナー粒子を製造することにより達成できる。
すなわち、「少なくとも有機液体を含有する組成物」とは、有機溶媒若しくはトナー粒子の結着樹脂を構成するための重合性単量体又はそれらの混合物であるところの有機液体と、該有機液体に不溶な樹脂粒子、着色剤、必要により添加されるトナー粒子原料である荷電制御剤等の混合物のことを指す。なお、有機液体として有機溶媒を用いる場合には組成物中に結着樹脂を含有させ、一方、有機液体として結着樹脂を構成するための重合性単量体を含有したものを用いる場合にはそれを重合して結着樹脂とする。
本発明において、「有機液体及び該有機液体に不溶な樹脂粒子を少なくとも含有する組成物を水性媒体中で懸濁する工程」とは、所望の粒径を有するトナー粒子を得るために樹脂粒子等を含有する組成物を水性媒体中に加え造粒する工程を意味し、具体的には(1)有
機液体として有機溶媒を用い、樹脂粒子、結着樹脂、着色剤等のその他のトナー粒子原料を含有した組成物を水性媒体中で懸濁し、分散造粒する溶融懸濁法における懸濁工程;(2)有機液体として重合性単量体(場合によっては有機溶媒を含む)を用い、樹脂粒子、着
色剤等のその多のトナー粒子原料を含有した組成物を水性媒体中で分散造粒して懸濁重合する懸濁重合法における懸濁工程が挙げられる。
本発明において「有機液体に不溶」であるとは、以下に定義する有機液体に対する樹脂粒子の溶解度が5%以下であることを指す。すなわち、樹脂粒子1gを有機液体100g中に攪拌しながら投入しそのまま1昼夜放置したのち、遠心分離する。上澄みを乾燥させ、固形分の重量xgを測定し、溶解度を100x(%)とする。
トナー粒子の製造において、組成物に含有される樹脂粒子が有機液体に不溶であることにより前記組成物の粘度を低く抑えることができ、粒径が細かく分布がシャープなトナー粒子の製造が可能となる。
本発明で使用可能な樹脂粒子としては、以下に述べるような公知の樹脂からなる粒子が使用可能である。すなわちスチレン樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、テフロン(登録商標)樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリウレタン樹脂等が挙げられる。これら樹脂は単独で用いてもよいが、これら樹脂を構成する樹脂原料単量体を重合して樹脂を得て樹脂粒子とする際、適宜組み合わせて共重合体の樹脂粒子として用いることも可能であり、また、架橋性単量体を加えて架橋樹脂粒子として用いることも可能である。本発明における樹脂粒子は、架橋樹脂粒子であることがより好ましく、本目的をより容易に達成可能とする。
本発明で使用可能な架橋性単量体としては、公知のものが使用可能である。具体的には、ジビニルベンゼン、ジビニルナフタレン等の芳香族ジビニル化合物、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、トリエチレングリコールジメタクリレート、テトラエチレングリコールジメタクリレート、1、3−ブチレングリコールジメタクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート、1,4−ブタンジオールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、1,6−ヘキサンジオールジアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ペンタエリスリトールジメタクリレート、ペンタエリスリトールテトラメタクリレート、グリセロールアクロキシジメタクリレート、N,N−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、ジビニルスルフォン等の化合物を挙げることができ、2種類以上を適宜混合して使用しても良い。
トナー中に分散された樹脂粒子の粒径は、個数平均粒径で10〜300nmであることが必要である。300nmを越えると樹脂粒子の比表面積が減少するため、トナー粒子中の低分子量成分と該樹脂粒子成分の相互作用が弱くなり前記溶融特性(溶融粘度、tanδ)が達成されにくくなる。また、トナー粒子の透明性も悪くなる傾向にあるため好ましくない。10nmより小さいと、樹脂粒子を1次粒径として扱うのが難しいことに加えて、トナー粒子内部に均一に分散させるための操作が複雑化するため好ましくない。
さらに樹脂粒子のTg(ガラス転移点)は40〜140℃の範囲であることが好ましい。低すぎると得られるトナーの耐ブロッキング性が低下し、高すぎると定着時に変形せず、溶融特性(溶融粘度、tanδ)が所望の特性を示さない傾向となるため好ましくない。
本発明の樹脂粒子の製造方法としては、樹脂の組成により異なるが、公知の方法を用いることができる。ラジカル重合系の樹脂原料単量体を用いる場合、乳化重合法、分散重合法、懸濁重合法等を挙げることができる。重縮合系の樹脂粒子の場合には、一旦樹脂を有機溶媒等に溶かした後に水相へ転相乳化させ、該有機溶媒を除去して樹脂粒子を得る等の方法が挙げられる。また、架橋樹脂粒子を得るためには、上記の架橋性単量体を樹脂粒子原料単量体として混合して用いてもよいし、樹脂粒子作製後に上記架橋性単量体を膨潤させ反応させることによっても架橋樹脂粒子を得ることが可能である。
トナー粒子中に存在する樹脂粒子が所望の個数平均粒径を得るためには、樹脂粒子を製造する製法ごとに公知の手法によりコントロールして得られた樹脂粒子をトナー粒子の製造に用いればよい。例えば乳化重合・分散重合・懸濁重合では、粒子の分散媒中に含まれる分散剤量でコントロールが可能である。また、樹脂粒子のガラス転移温度に関してはモノマー組成によりコントロール可能である。
樹脂粒子に用いられる樹脂や樹脂粒子の表面の状態によってはトナー粒子内部に取り込まれにくい場合や、トナー粒子表面に偏析したり、トナー粒子内部で凝集する場合等がある。その場合は樹脂粒子表面を疎水化処理等により改質することにより、トナー粒子内部に均一に微分散することが可能となる。特に、樹脂粒子を乳化重合のように親水性媒体中で作製する場合は、表面の親水性基をシランカップリング処理やアルキルイソシアネート処理等により疎水化することが有効である。
本発明のトナー粒子は、平均円形度が0.960以上、さらには0.975以上であることが好ましい。それを満足しない場合にはトナー同士の密着性が損なわれ、熱効率が悪化する傾向があるため低温定着性が劣ってくる。トナーの体積平均粒径は3〜10μmが好ましく、粒度分布としては体積分布の標準偏差が1.0〜2.0が好ましい。
また、トナー粒子中の樹脂粒子の含有指数としては20〜80が好ましい。含有指数は以下のようにして求める。すなわち、トナー粒子の超薄切片をミクロトーム等の切削手段により作成し、オスミウム酸あるいはルテニウム酸等により染色した後、透過型電子顕微鏡(FE−TEM H7500:(株)日立製作所製)を用いて観察する。コントラストの差により樹脂粒子を認知し、トナー断面中の樹脂粒子の存在する面積率を画像処理によりランダムに選んだ10個のトナー粒子について求め、その平均値を含有指数と定義する。このとき使用する画像処理装置としてはニレコ社のルーゼックスIIIを用いる。
上述の範囲の含有指数となるように樹脂粒子をトナー中に添加することにより上述の溶融特性を達成しうる。トナー製造時に添加する樹脂粒子の量としては重合性単量体の総量100部に対して3〜30部であることで前記含有指数をコントロールできる。
本発明のトナーは、有機液体及び該有機液体に不溶な樹脂粒子を少なくとも含有する組成物を水性媒体中で懸濁する工程を経て製造することが可能である。具体的には以下のような方法により製造可能である。
(1)有機液体として有機溶媒を用い、樹脂粒子、結着樹脂、着色剤等のその他のトナー
粒子原料を含有した組成物を水性媒体中で懸濁し、分散造粒する溶融懸濁法により;又は(2)有機液体として結着樹脂を構成する重合性単量体(場合によっては有機溶媒を含む)
を用い、樹脂粒子、着色剤等のその他のトナー粒子原料を含有した組成物を水性媒体中で分散造粒して懸濁重合する懸濁重合法によりトナー粒子を得る。
本発明のトナーの溶融特性は、含有する樹脂粒子の含有量、トナー粒子中の樹脂粒子の個数平均粒径や、結着樹脂との溶融粘度の差により制御しうる。トナー粒子中の樹脂粒子の個数平均粒径は小さいほど、含有量が多いほどトナーの溶融粘度が大きくなる。さらに結着樹脂と樹脂粒子との溶融粘度の差が大きいほどtanδの値が大きくなる傾向にある。
本発明で用いることができる有機液体としては、水に混和しにくく、用いる樹脂粒子が不溶性を示すものであれば何でも良い。用いる樹脂粒子にもよるが、具体的には酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸イソアミル等の酢酸エステル類;ベンゼン、トルエン、キシレン、ニトロベンゼン等の芳香族類;メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン類、ヘキサン、シクロヘキサン等の炭化水素化合物類;ジクロロメタン、クロロホルム、四塩化炭素、塩化メチレン等の塩化物類;ジエチルエーテル、イソプロピルエーテル等のエーテル類;等が挙げられる。これらから選ばれるものを単独で用いても、複数を混合して用いても良い。
懸濁重合法トナー粒子を用いると本発明における溶融特性が容易に実現可能となる。懸濁重合法トナー粒子を製造する場合に用いる結着樹脂を構成する重合性単量体としては、具体的にはスチレン、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−フェニルスチレン、p−クロルスチレン、3,4−ジクロルスチレン、p−エチルスチレン、2,4−ジメチルスチレン、p−n−ブチルスチレン、p−tert−ブチルスチレン、p−n−ヘキシルスチレン、p−n−オクチルスチレン、p−n−ノニルスチレン、p−n−デシルスチレン、p−n−ドデシルスチレン等のスチレン及びその誘導体;エチレン、プロピレン、ブチレン、イソブチレン等のエチレン不飽和モノオレフィン類;ブタジエン、イソプレン等の不飽和ポリエン類;塩化ビニル、塩化ビニリデン、臭化ビニル、ヨウ化ビニル等のハロゲン化ビニル類;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、ベンンゾエ酸ビニル等のビニルエステル類;メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、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等のα−
メチレン脂肪酸モノカルボン酸エステル類;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等のアクリル酸エステル類;ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、ビニルイソブチルエーテル等のビニルエーテル類;ビニルメチルケトン、ビニルヘキシルケトン、メチルイソプロぺニルケトン等のビニルケトン類;N−ビニルピロール、N−ビニルカルバゾール、N−ビニルインドール、N−ビニルピロリドン等のN−ビニル化合物;ビニルナフタリン類;アクリロニトリル、メタクリロニトリル、アクリルアミド等のアクリル酸又はメタクリル酸誘導体等を挙げることが出来る。
重合性単量体として架橋性単量体を含有させることも可能であるが、トナーの低温定着性と高光沢性を得るためには重合性単量体に対し、架橋性単量体の使用量は0.3モル%以下であることが好ましい。
本発明で使用可能な架橋性単量体としては、公知のものが使用可能である。具体的には、ジビニルベンゼン、ジビニルナフタレン等の芳香族ジビニル化合物、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、トリエチレングリコールジメタクリレート、テトラエチレングリコールジメタクリレート、1、3−ブチレングリコールジメタクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート、1,4−ブタンジオールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、1,6−ヘキサンジオールジアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ペンタエリスリトールジメタクリレート、ペンタエリスリトールテトラメタクリレート、グリセロールアクロキシジメタクリレート、N,N−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、ジビニルスルフォン等の化合物を挙げることができ、2種類以上を適宜混合して使用しても良い。
溶解懸濁法に用いる結着樹脂としては、通常トナーの結着樹脂として用いられる公知のものが使用可能である。具体的には、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等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−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−アクリル酸エステル共重合体、スチレン−メタクリル酸エステル共重合体、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−インデン共重合体等のスチレン系共重合体;ポリ塩化ビニル;フェノール樹脂;天然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;ポリエステル樹脂;ポリウレタン;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;石油系樹脂等が使用できる。
得られたトナー粒子に、シリカ微粉体や酸化チタン微粉体等の無機微粉体を適宜外添して、本発明のトナーを得ることができる。なお、本発明のトナーは、そのまま一成分系現像剤として用いることも可能であり、また、公知のキャリアと混合して二成分系現像剤として用いることも可能である。
以下に、本発明で用いたそれぞれの測定方法について述べる。なお、後述の実施例においても物性の測定には下記方法を用いた。
<トナー粒子の溶融粘度の測定>
トナー粒子の溶融粘度測定は、高架式フローテスター(島津フローテスターCFT−500形:(株)島津製作所製)を用いて行う。先ず加圧成形器を用いて成形した約1.5gの試料を一定温度下でプランジャーにより98.0Nの荷重をかけ直径1mm、長さ1mmのノズルより押し出すようにし、これによりフローテスターのプランジャー降下量(流出速度)を測定する。この流出速度を各温度(100℃〜180℃の温度範囲を5℃間隔)で測定し、この値より見掛粘度η’を次式(I)により求め、この値を本発明の溶融粘度と定義する。
η’=TW’/DW’=πPR/8LQ(Pa・s) (I)
式(I)中、TW’=PR/2L(N/m)、DW’=4Q/πR(sec−1)であり、
η’:見掛けの粘度(Pa・s)、
TW’:管壁の見掛けのずり応力(N/m)、
DW’:管壁の見掛けのずり速度(sec−1)、
Q:流出速度(m/sec)、
P:押出圧力(N/m)、
R:ノズルの半径(m)、
L:ノズルの長さ(m)である。
<トナー粒子の動的粘弾性の測定>
トナー粒子の動的粘弾性は、粘弾性測定装置(レオメーター RDA−II型:レオメトリックス社製)を用いて測定を行う。得られた損失弾性率(G”)と貯蔵弾性率(G’)の値から、損失正接tanδ(=G”/G’)を求める。
測定治具:弾性率が高い場合には直径7.9mm、弾性率が低い場合には直径25mmのパラレルプレートを使用する。
測定試料:トナー粒子又は結着樹脂を加熱、溶融後に直径約8mm、高さ2〜5mmの円柱状試料又は直径約25mm、厚さ2〜3mmの円盤状試料に成型して使用する。
測定周波数:6.28ラジアン/秒
測定歪の設定:初期値を0.1%に設定し、自動測定モードにて測定を行う。
試料の伸長補正:自動測定モードにて調整。
測定温度:25℃より200℃まで毎分1℃で昇温する。
<トナー粒子の平均円形度の測定>
本発明におけるトナー粒子の平均円形度は、トナー粒子の形状を定量的に表現する簡便な方法として用いたものであり、本発明ではフロー式粒子像測定装置(FPIA−1000型:東亜医用電子(株)製)を用いて測定を行い、下式(II)を用いて算出する。
円形度=(粒子投影面積と同じ面積の円の周囲長)/(粒子投影像の周囲長) (II)
ここで、「粒子投影面積」とは二値化されたトナー粒子像の面積であり、「粒子投影像の周囲長」とは該トナー粒子像のエッジ点を結んで得られる輪郭線の長さと定義する。本発明における円形度はトナーの凹凸の度合いを示す指標であり、トナー粒子が完全な球形の場合に1.000を示し、表面形状が複雑になる程、円形度は小さな値となる。
具体的な測定方法としては、容器中に予め不純固形物等を除去したイオン交換水10mlを用意し、その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加えた後、更に測定試料0.02gを加え、均一に分散させる。分散させる手段としては、超音波分散機(UH−50型:(株)エスエムテー製)に振動子として直径5mm
のチタン合金チップを装着したものを用い、5分間分散処理を行い測定用の分散液とする。その際、該分散液の温度が40℃以上とならない様に適宜冷却する。トナー粒子濃度が3000〜10000個/μlとなる様に分散液濃度を再調整し、トナー粒子を1000個以上計測する。計測後、このデータを用いて、トナー粒子の平均円形度を求める。
<トナー粒子の粒度分布の測定>
測定装置としては、コールターマルチサイザーII(ベックマンコールター社製)を用いる。電解液は、1級塩化ナトリウムを用いて、約1%NaCl水溶液を調製する。測定方法としては、前記電解液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2分間分散処理を行い、前記測定装置により、アパーチャーとして100μmアパーチャーを用いて、トナー粒子の体積、個数を測定して体積分布と個数分布を算出した。それから、体積分布から求めた体積平均粒径を求めることができる。
<樹脂粒子原料及びトナー粒子中に含有する樹脂粒子の個数平均粒径の測定>
トナーの製造に用いる樹脂粒子原料の個数平均粒径の測定は以下の手順で行う。まず樹脂粒子の形態が紛体の場合にはカーボンシート上にそのまま、分散液の場合にはカーボンシートに微量滴下し乾燥させる。それをアルミ試料台に貼り付け、走査型電子顕微鏡(FE−SEM S−4500:(株)日立製作所製)を用いて5,000倍の写真を撮り、その写真をもとに、デジタイザ等の測長手段を用いて水平フェレ径と垂直フェレ径を測定し、2者の平均を粒子1個の粒径とする。これを累積300個について測定を繰り返し、それらの算術平均値を個数平均粒径とする。
また、トナー粒子中に分散された樹脂粒子の粒径は、ミクロトーム等切削手段を用いてトナーの超薄切片(厚さ50〜100nm程度)を作成し、オスミウム酸又はルテニウム酸により染色を行う。そのサンプルを透過型電子顕微鏡(FE−TEM H7500:(株)日立製作所製)を用いて2万倍の写真を撮る。その写真をもとにデジタイザ等の測長手段を用いて上記と同様に粒子の粒径を測定し、個数平均粒径を算出する。
(樹脂粒子のガラス転移点(Tg)の測定)
トナーの製造に用いる樹脂粒子やトナー粒子のガラス転移点は、DSC測定装置(M−DSC TA−インストルメンツ社製)を用いて測定する。測定試料には、6mgを精秤して用いる。精秤した測定試料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、測定温度範囲20℃〜200℃の間で、昇温速度4℃/分で常温常湿下で測定を行った。このとき、モジュレーション振幅±0.6℃、周波数1/minで測定する。そして、得られるリバーシングヒートフロー曲線から、ガラス転移点(Tg)を計算する。計算は、ベースラインと吸熱による曲線の夫々の接線の交点を結ぶ直線の中点を求め、これをTgとする。
以下に本発明を、実施例をもって説明するが本発明はこれらに限定されるものではない。なお、実施例中で使用する部はすべて質量部を示す。
[実施例1]
(樹脂粒子の作製)
500mLフラスコにイオン交換水100部、界面活性剤(ネオゲンSC:第一工業製薬(株)製)2.5部を投入し、溶解させる。窒素バブリング(100ml/min)を20分間行った後、さらに下記の単量体を約20分かけて滴下し、単量体分散液を作製した。
・メチルメタクリレート 35部
・ジビニルベンゼン 0.7部
・ドデカンチオール 1.0部
上記単量体分散液を内温が70℃になるように昇温し、そこに過硫酸アンモニウム水溶液4.5部(10wt%)を2時間かけて滴下した。さらに約4時間そのまま放置した。反応終了後、反応液を室温まで冷却し、架橋ポリメチルメタクリレート樹脂粒子を得た。該樹脂粒子のTgは95℃で個数平均粒径は110nmであった。得られた樹脂粒子を遠心分離し、イオン交換水によりデカンテーションを3回繰り返し、洗浄を行った。次にイオン交換水に再分散された分散液100部(固形分35wt%)のpHを約4.5に調製し、十分攪拌しながらn−ヘキシルトリメトキシシランカップリング剤を1.0部添加し、加水分解を行った。その後、分散液のpHを約10にし、縮合反応を行い、カップリング処理を行った。得られた分散液をデカンテーションにより3回洗浄後、含水ペースト45部(固形分70wt%)として取り出す。そこにキシレン60部を投入し、攪拌しながら約1時間放置する。得られた分散液を静置したのち、分離した水槽を取り除き架橋ポリメチルメタクリレート樹脂粒子のキシレン分散液Aを得た。
(トナー粒子の製造)
次に2Lフラスコにイオン交換水417部に0.12M−NaPO水溶液265部を投入し62℃に加温した後、TK式ホモミキサー(特殊機化工業(株)製)を用いて12,000rpmにて撹拌した。これに1.2M−CaCl水溶液40部を徐々に添加し、Ca(POを含む水性分散媒体を得た。
下記処方のうち、C.I.ピグメントブルー15:3とジ-tert-ブチルサリチル酸Al化合物とスチレンだけをエバラマイルダー((株)荏原製作所製)を用いて予備混合を行った。
・スチレン 85部
・2−エチルへキシルアクリレート 15部
・パラフィンワックス(m.p.75℃) 10部
・C.I.ピグメントブルー15:3 5.8部
・スチレン−メタクリル酸−メタクリル酸メチル共重合体 3部
(共重合比80:3:17、Mw=15000、Mn=6700)
・ジ-tert-ブチルサリチル酸Al化合物 1.8部
(E−88:オリエント化学(株)製)
・上記架橋ポリメチルメタクリレート樹脂粒子のキシレン分散液A
(固形分35%) 50部
次に、上記処方すべてを62℃に加温し、溶解・分散して単量体混合物とした。さらに62℃に保持しながら、重合開始剤2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)9部を加えて溶解し、単量体組成物を調製した。
前記ホモミキサーを用いて2Lフラスコ中で調製した水性分散媒体に、上記単量体組成物を投入した。62℃で、窒素雰囲気としたフラスコ内をTKホモミキサーを用いて10000rpmで20分間撹拌し、単量体組成物を造粒した。その後パドル撹拌翼で撹拌しつつ62℃で3時間反応させた後、84℃で10時間重合させた。
重合反応終了後、84℃に保温しながらさらにフラスコ内を350mb(3.5×10Pa)まで減圧し蒸留を行った。留分が150部となったところで加熱を停止した。放置冷却した後に反応生成物を取り出し、塩酸を加えて、Ca(POを溶解し、濾過・水洗乾燥することにより、重合トナー粒子を得た。得られたトナー粒子の粒径をコールターカウンターで測定したところ、体積平均粒径6.1μmで体積分布の標準偏差が1.51とシャープな粒度分布を有していた。トナー粒子の表面を電子顕微鏡(FE−SE
M S−4500:(株)日立製作所製)で観察したところ、表面には樹脂粒子が観察されなかったが、トナー粒子断面を染色超薄切片法により透過型電子顕微鏡(FE−TEM
H7500:(株)日立製作所製)で観察したところ、スチレン−アクリル樹脂を主体とする結着樹脂中に個数平均粒径112nmのポリメチルメタクリレート樹脂粒子が均一に微分散され、内包化されていることが確認できた。得られたトナー粒子の溶融粘度、動的粘弾性、平均円形度、トナー中の樹脂粒子の含有指数を測定した結果を表1に示す。
Figure 0004343754
表中、PMMA:ポリメチルメタクリレート
PS:ポリスチレン
EHA:2−エチルヘキシルアクリレート
MEK:メチルエチルケトン
Xy:キシレン
BMA:ブチルメタクリレート
(トナー、現像剤の製造及びその評価)
得られたトナー粒子100部に対して、BET法による比表面積が200m/gである疎水性シリカ微粉体0.7部を外添し、トナーを得た。このトナー7部に対し、スチレン−メタクリル酸メチル共重合体で表面被覆したCu−Zn−Fe系フェライトキャリア93部を混合し、現像剤とした。得られた現像剤を用いてキヤノン(株)製のフルカラーレーザーコピア複写機CLC−500改造機(現像容器の現像剤担持体表面粗さをRz=10μmになるようにマット化)により定着評価用未定着画像を出力した。
定着評価、光沢度及びOHP画像の透明性の測定は下記方法に基づいて行った。
<定着性試験>
調製したトナーを使用して、前記複写機の改造機によってトナーの未定着画像を転写紙の表面に作成する。転写紙としてはキヤノン(株)製のカラーレーザーコピア用紙を用い、ベタ画像部のトナーの転写重量が約0.75mg/cmとなるような未定着画像を転写紙上に作成する。
外部定着器として、図1に示す定着器を使用する。図1に示す定着器において、可変に
温度調整可能なヒータ25aを内蔵している芯金上に、厚さ2mmの硬度30度のシリコーンゴム層を有し、その上に厚さ50μmのPFA樹脂層を有する直径40mmの定着ローラ25と、芯金上に厚さ1mmのシリコーンゴム層を有し、その上に厚さ50μmのPFA樹脂層を有する直径40mmの加圧ローラ26とが具備されている。定着ローラ25と加圧ローラ26のニップを7.0mmにし、定着スピード140mm/secで、100℃から250℃の温度まで5℃おきに温度調整をかけて定着を行う。定着性は定着画像(低温オフセットした画像も含む)を50g/cmの荷重をかけシルボン紙(Lenz
Cleaning Paper “dasper(R)”:Ozu Paper Co.Ltd製)で10回擦り、擦り前後の濃度低下率が10%未満になる温度を定着開始点とする。
<光沢度の測定>
日本電色(株)製のVG−10型光沢度計を用いた。測定にあたっては、まず定電圧装置により6Vにセットし、次いで投光角度、受光角度をそれぞれ60°に合わせ、0点調整及び標準板を用い、標準設定の後に試料台の上に前記試料画像を置き、さらに白色紙を3枚上に重ね測定を行い、標示部に示される数値を%単位で読みとった。
<OHP画像の透明性>
市販のオーバーヘッドプロジェクターを用いて、トランスペアレンシーフィルムに形成したハーフトーンベタ画像を投影して、以下の評価基準に基づいて評価した。
(評価基準)
A:透明性に優れ、明暗ムラも無く、色再現性も優れる(良)。
B:若干明暗ムラがあるものの、実用上問題ない(可)。
C:明暗ムラがあり、色再現性に乏しい(悪い)。
その結果を表2に示す。定着開始点が115℃と低く、定着画像面の光沢値も最大値で52と高い値を示した。OHP画像の透過性はAランクで良好であった。耐オフセット性は210℃まで得られており、良好な低温定着性、透明性、高光沢性、耐オフセット性をあわせもつトナーであることがわかった。実施例中の評価結果は表2に示す。
Figure 0004343754
[実施例2]
(樹脂粒子の作製)
500mLフラスコにイオン交換水100部、界面活性剤(ネオゲンSC:第一工業製薬(株)製)2.0部を投入し、溶解させる。窒素バブリング(100ml/min)を
20分間行った後、さらに下記の単量体を約20分かけて滴下し、単量体分散液を作製した。
・スチレン 40部
・ジビニルベンゼン 0.8部
・ドデカンチオール 1.0部
上記分散液を内温が70℃になるように昇温し、そこに過硫酸アンモニウム水溶液5.0部(10wt%)を2時間かけて滴下した。さらに約4時間そのまま放置した。反応終了後、反応液を室温まで冷却し架橋スチレン樹脂粒子を得た。Tgは95℃で個数平均粒径は200nmであった。得られた樹脂粒子を実施例1と同様にシランカップリング処理し、架橋ポリスチレン樹脂粒子のキシレン分散液Bを得た。
(トナー粒子の製造)
次に、2Lフラスコにイオン交換水417部に0.12M−NaPO水溶液265部を投入し、62℃に加温した後、TK式ホモミキサー(特殊機化工業(株)製)を用いて12,000rpmにて撹拌した。これに1.2M−CaCl水溶液40部を徐々に添加し、Ca(POを含む水性分散媒体を得た。
下記処方のうち、C.I.ピグメントブルー15:3とジ-tert-ブチルサリチル酸Al化合物とスチレンだけをエバラマイルダー((株)荏原製作所製)を用いて予備混合を行った。
・スチレン 85部
・n−ブチルアクリレート 15部
・ジビニルベンゼン 0.075部
・パラフィンワックス(m.p.75℃) 10部
・C.I.ピグメントブルー15:3 5.8部
・スチレン−メタクリル酸−メタクリル酸メチル共重合体 3部
(共重合比80:3:17、Mw=15000、Mn=6700)
・ジ-tert-ブチルサリチル酸Al化合物 1.8部
(E−88:オリエント化学(株)製)
・架橋ポリスチレン樹脂粒子のキシレン分散液B 50部
(固形分35%)
次に、上記処方すべてを62℃に加温し、溶解・分散して単量体混合物とした。さらに62℃に保持しながら、開始剤2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)11部を加えて溶解し、単量体組成物を調製した。
前記ホモミキサーを用いて2Lフラスコ中で調製した水性分散媒体に、上記単量体組成物を投入した。62℃で、窒素雰囲気としたTKホモミキサーを用いて10000rpmで20分間撹拌し、単量体組成物を造粒した。その後パドル撹拌翼で撹拌しつつ62℃で3時間反応させた後、84℃で10時間重合させた。
重合反応終了後、84℃に保温しながらさらにフラスコ内を350mb(3.5×10Pa)まで減圧し蒸留を行った。留分が150重量部となったところで加熱を停止した。放置冷却した後に反応生成物を取り出し、塩酸を加えて、Ca(POを溶解し、濾過・水洗乾燥することにより、重合トナー粒子を得た。得られたトナー粒子の粒径をコールターカウンターで測定したところ、体積平均粒径5.8μm、標準偏差1.46とシャープな粒度分布を有していた。トナー粒子の表面を電子顕微鏡(FE−SEM:日立製作所製S4500)で観察したところ表面には樹脂粒子が観察されなかったため、添加した
架橋ポリスチレン樹脂粒子がトナー中に内包化されていることが確認された。得られたトナー粒子の溶融粘度、動的粘弾性、平均円形度を測定した結果を表1に示す。
(トナー、現像剤の製造及びその評価)
得られたトナー粒子を実施例1と同様にトナーを製造し、次いで現像剤化して、評価した。その結果、低温定着性、透明性に優れ光沢値も高く、しかも耐高温オフセット性も良好であった。結果を表2に示す。
[比較例1]
(トナー粒子の製造)
2Lフラスコにイオン交換水417部に0.13M−NaPO水溶液265部を投入し、62℃に加温した後、TK式ホモミキサー(特殊機化工業(株)製)を用いて12,000rpmにて撹拌した。これに1.3M−CaCl水溶液40部を徐々に添加し、Ca(POを含む水性分散媒体を得た。
下記処方のうちC.I.ピグメントブルー15:3とジ-tert-ブチルサリチル酸Al化合物とスチレンだけをエバラマイルダー((株)荏原製作所製)を用いて予備混合を行った。
・スチレン 85部
・2−エチルへキシルアクリレート 15部
・パラフィンワックス(m.p.75℃) 10部
・C.I.ピグメントブルー15:3 5.8部
・スチレン−メタクリル酸−メタクリル酸メチル共重合体 3部
(共重合比80:3:17、Mw=15000、Mn=6700)
・ジ-tert-ブチルサリチル酸Al化合物 1.8部
次に上記処方すべてを62℃に加温し、溶解して単量体混合物とした。さらに62℃に保持しながら、重合開始剤2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)9部を加えて溶解し、単量体組成物を調製した。
これを用いて実施例1と同様にトナー粒子を製造したところ、体積平均粒径6.0μm、標準偏差1.53であるシャープな粒度分布を有するトナー粒子が得られた。
(トナー、現像剤の製造及びその評価)
得られたトナー粒子を実施例1と同様にトナーを製造し、次いで現像剤化して、評価した。その結果、低温定着性に優れ、画像の光沢は高かったものの、165℃で高温オフセットが生じ、耐オフセット性に劣っていることが判明した。結果を表2に示す。
[比較例2]
(トナー粒子の製造)
2Lフラスコにイオン交換水417部に0.13M−NaPO水溶液265部を投入し、62℃に加温した後、TK式ホモミキサー(特殊機化工業(株)製)を用いて12,000rpmにて撹拌した。これに1.3M−CaCl水溶液40部を徐々に添加し、Ca(POを含む水性分散媒体を得た。
下記処方のうちC.I.ピグメントブルー15:3とジ-tert-ブチルサリチル酸Al化合物とスチレンだけをエバラマイルダー(荏原製作所(株)製)を用いて予備混合を行った。
・スチレン 85部
・2−エチルへキシルアクリレート 15部
・ジビニルベンゼン 0.3部
・パラフィンワックス(m.p.75℃) 10部
・C.I.ピグメントブルー15:3 5.8部
・スチレン−メタクリル酸−メタクリル酸メチル共重合体 3部
(共重合比80:3:17、Mw=15000、Mn=6700)
・ジ-tert-ブチルサリチル酸Al化合物 1.8部
(E−88:オリエント化学(株)製)
次に上記処方すべてを62℃に加温し、溶解して単量体混合物とした。さらに62℃に保持しながら、開始剤2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)9部を加えて溶解し、単量体組成物を調製した。
これを用いて実施例1と同様にトナー粒子を製造したところ、体積平均粒径5.7μm、標準偏差1.47であるシャープな粒度分布を有するトナーが得られた。
(トナー、現像剤の製造及びその評価)
得られたトナー粒子を実施例1と同様にトナーを製造し、次いで現像剤化して、評価した。その結果、耐高温オフセット性は高かったものの、定着開始温度も145℃と高く、光沢値も16と低かった。結果を表2に示す。
[比較例3]
(樹脂粒子の作製)
500mLフラスコにイオン交換水100部、界面活性剤(ネオゲンSC:第一工業製薬(株)製)0.75部を投入し、溶解させた。窒素バブリング(100ml/min)を20分間行った後、さらに下記の単量体を約20分かけて滴下し、単量体分散液を作製した。
・スチレン 40部
・ジビニルベンゼン 0.8部
・ドデカンチオール 1.0部
上記単量体分散液を内温が70℃になるように昇温し、そこに過硫酸アンモニウム水溶液4.5部(10wt%)を1.5時間かけて滴下した。さらに約4.5時間そのまま放置した。反応終了後、反応液を室温まで冷却し架橋スチレン樹脂粒子を得た。Tgは95℃で個数平均粒径は1200nmであった。得られた樹脂粒子を実施例1と同様にシランカップリング処理し、架橋ポリスチレン樹脂粒子のキシレン分散液Cを得た。
(トナー粒子の製造)
次に、2Lフラスコにイオン交換水417部に0.12M−NaPO水溶液265部を投入し、62℃に加温した後、TK式ホモミキサー(特殊機化工業(株)製)を用いて12,000rpmにて撹拌した。これに1.2M−CaCl水溶液40部を徐々に添加し、Ca(POを含む水性分散媒体を得た。
下記処方のうちC.I.ピグメントブルー15:3とジ-tert-ブチルサリチル酸Al化合物とスチレンだけをエバラマイルダー((株)荏原製作所製)を用いて予備混合を行った。
・スチレン 82部
・ブチルメタクリレート 18部
・ジビニルベンゼン 0.075部
・パラフィンワックス(m.p.75℃) 10部
・C.I.ピグメントブルー15:3 5.8部
・スチレン−メタクリル酸−メタクリル酸メチル共重合体 3部
(共重合比80:3:17、Mw=15000、Mn=6700)
・ジ-tert-ブチルサリチル酸Al化合物 1.8部
(E−88:オリエント化学(株)製)
・架橋ポリスチレン樹脂粒子のキシレン分散液C(固形分35%)15部
次に上記処方すべてを62℃に加温し、溶解・分散して単量体混合物とした。さらに62℃に保持しながら、重合開始剤2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)11部を加えて溶解し、単量体組成物を調製した。これを用いて実施例1と同様にトナー粒子を製造したところ、体積平均粒径7.8μmのトナー粒子が得られた。電子顕微鏡観察により、トナー表面には多数の架橋ポリスチレン樹脂粒子が見受けられ、平均円形度は0.950と少々いびつな形をしていた。また、トナーの断面を染色超薄切片法により透過型電子顕微鏡(TEM:日立製作所製)で観察したところ、個数平均粒径1200nmの粒子がトナー表面付近にも存在していることがわかった。
(トナー、現像剤の製造及びその評価)
得られたトナー粒子を実施例1と同様にトナーを製造し、次いで現像剤化して、評価した。その結果、耐高温オフセット性は高かったが、定着開始温度も155℃と高く、光沢値も12と低かった。さらにOHP透過性はトナー内部に存在する架橋樹脂粒子の粒径が大きいためかCランクとなった。結果を表2に示す。
実施例で用いた定着器の概略構成図である。
符号の説明
T トナー像
S 転写材
25 回転加熱部材(加熱ローラー)
25a 加熱体(ヒーター)
26 回転加圧部材(加圧ローラー)
20 搬送ベルト

Claims (5)

  1. 着色剤と結着樹脂とを少なくとも含有するトナー粒子を有するトナーであって、
    前記トナー粒子は、重合性単量体を含有する有機液体、該有機液体に不溶な樹脂粒子及び着色剤を少なくとも含有する組成物を水性媒体中で分散造粒し、前記重合体単量体を重合する懸濁重合工程を経て製造されたものであり、
    前記樹脂粒子が、個数平均粒径10〜300nmであって、疎水化されたものであり、
    前記トナー粒子は120℃における溶融粘度が10・s以下であり、動的粘弾性測定から得られる損失正接tanδが少なくとも100〜140℃に極大値を有し、tanδ(100℃)≧1.0かつtanδ(140℃)≧1.0であり、
    前記トナー粒子中に前記樹脂粒子が分散されていることを特徴とするトナー。
  2. 前記トナーは平均円形度が0.960以上であることを特徴とする請求項1に記載のトナー。
  3. 前記樹脂粒子のトナー粒子中の含有指数が30〜60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。
  4. 前記樹脂粒子は架橋樹脂粒子であることを特徴とする請求項1〜のいずれか一項に記載のトナー。
  5. 合性単量体を含有する有機液体、該有機液体に不溶な樹脂粒子及び着色剤を少なくとも含有する組成物を水性媒体中で分散造粒し、前記重合性単量体を重合する懸濁重合工程を経てトナー粒子を得るトナーの製造方法であって、
    前記樹脂粒子が、個数平均粒径10〜300nmであって、疎水化されたものであり、
    前記トナー粒子は120℃における溶融粘度が10 Pa・s以下であり、動的粘弾性測定から得られる損失正接tanδが少なくとも100〜140℃に極大値を有し、tanδ(100℃)≧1.0かつtanδ(140℃)≧1.0であり、
    前記トナー粒子中に前記樹脂粒子が分散されていることを特徴とするトナーの製造方法。
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