JPH02240664A - トナーの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は静電写真などに用いるトナーの製造方法に関す
る。

［従来の技術］ 従来、静電写真用トナーは熱可塑性樹脂に着色剤、荷電
制御剤、流動性改善剤、離型剤等を加えて混練した後、
粉砕して分級するいわゆる粉砕方式が知られている。こ
の製造方法はかなり優れたトナーを製造し得るが、ある
種の制限、すなわちトナー用材料の選択範囲に制限があ
る。例えば、樹脂着色料分散体が充分に脆く経済的に可
能な製造装置で微粉砕し得るものでなくてはならない。

この要求から、樹脂着色料分散体を脆くするので、実際
に高速で微粉砕する場合に広い粒径範囲の粒子が形成さ
れやすく、特に比較的大きな割合の微粒子がこれに含ま
れるという問題が生ずる。

さらに、このように高度に脆性の材料は、複写機等にお
いて現像用に使用する際、しばしば、さらに微粉砕ない
し粉化を受ける。また、この方法では、磁性粉あるいは
着色剤等の固体微粒子を樹脂中へ完全に均一に分散する
ことは困難であり、その分散の度合によっては、かぶり
の増大、画像濃度の低下の原因となるので、分散に注意
をはられなければならない。また、破断面に磁性体のよ
うな導体が露出することにより、絶縁性のトナーを製造
することが困難になる場合もある。

粉砕によらないトナー製造方法としては、特開昭５３−
１７７：１５号公報等による提案がされている。これら
は、単量体、重合開始剤、着色剤、磁性体及びその他の
組成物を水中に分散させ、直接トナーを得るものである
。しかしながら、水溶性高分子物質や難溶性無機物質な
どの多量の分散剤が必要であり、これを除くために水洗
や酸処理をしても、トナー表面に少量残存することとな
り、空気中の水分（湿度）によって、トナーの電気伝導
度などに影響を与え、トナーの摩擦帯電特性を著しく不
安定にする。

また、この懸濁重合法や乳化重合法では磁性体や着色剤
が粒子表面に不均一に存在し、この結果としてトナーの
抵抗が低下したり、摩擦帯電特性が不安定になったりす
るため、鮮明な複写画像は得られない、また、表面に存
在するこれら磁性体あるいは着色剤の微粒子が脱落する
ことにより、トナーの粒度分布の範囲を広げてトナーの
現像性を劣化させるもとともなる。

このような矛盾を解決するために、現像性と定着性を殻
と芯に分離してカプセル状にしたトナーも提案されてい
る。しかしながら、実際にはトナーのような超微細粒子
状のカプセルを作るのはきわめてむずかしく、実際に充
分な特性を得ることは容易ではなく、製造コスト面でも
非常に高いものである。

また、ｍｌ述の如く、従来トナーの一般的な製造方法は
、熱可塑性樹脂と染料又は顔料の如き着色剤を混合して
高温で溶融混合し、混合物を室温になるまで冷却して微
粒子に粉砕したものである。

しかしながらこのような製造法によるトナーは、その製
造法の故に、形状、粒径が一定にならず、またトナー同
士の均一性、トナー内部での均一性を得ることが木質的
に困難であり、それに起因するトナーの実用性能上の不
充分さは様々な形であられれた。また、このような製造
法によりトナーを製造するためには多大の経費がかかり
、特に微粒子を得るための工程は極めて多くのエネルギ
ーを要し、装置コスト面にもランニングコストの面でも
多くをしめた。また、このような製造法は使用する材料
をも大ぎく限定するものであった。

また、微粉状トナーを得るためには、特に材料の粉砕特
性が生産性上大きな問題であった。すなわち、トナーと
して作られるためにはそのバインダーには先ず脆性が必
要であり、それは必ずしもトナーの性能から要求される
バインダーの特性とは一致せず、トナーの要求性能から
希望する特性のバインダーを従来の製造法に用いること
はできなかった。

これらの問題点を解決するために、いわゆる乳化重合等
の方法を用いて粒子を形成すると同時に重合を行なわせ
しめ、トナー粒子を得るという方法も提案されている。

しかしながら、このような方法でトナーを製造する場合
、分散を安定化させるために使用する乳化剤や分散剤を
完全にとりさることはむずかしく、トナー特性として充
分な性能を有するものを得るのは極めて困難であった。

一方、電子写真法に用いるトナーに求められる特性とし
て、現像の点から、優れた電磁気的性能があり、定着の
点から、結着樹脂には、溶融流動性や、定着ローラーへ
の付着現象、いわゆるオフセットを防止するためには、
ある程度の弾性が必要であり、そして、現像機中での攪
拌や、現像スリーブや、磁性キャリアとの長期にわたる
強い接触による機械的劣化を防ぐためには、脆性の少１
（い材料を選択することが必要である。

しかしながら、前述したような例えば粉砕法のようなト
ナーの製造方法では、材料が制約され、製造コスト、ま
た、製造したトナーの電子写真性部の点で十分ではなく
、新規な製造方法が求められている。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明の目的は、上述のごとき問題点を解決したトナー
の製造方法を提供することにある。

本発明の目的は、定着性にすぐれかつ良好な現像性能を
有するトナーの製造方法を提供することにある。

本発明の目的は繰り返し使用した場合でも安定した性能
が得られ、凝集したり、キャリアや金属スリーブや感光
体表面を汚染したりすることがないトナーの製造方法を
提供することにある。

本発明の目的は、加圧ローラーへのオフセットを起こさ
ずキャリア、現像スリーブ、感光体への汚染を起こざな
い圧力定着トナーの製造方法を提供することにある。

さらに本発明の目的は、多数回の使用に対しても安定で
変化したりしなく、かつ長期間の保存に対しても安定で
、保存容器中で変化したりしないトナーの製造方法を提
供することにある。

本発明の目的は、均一な形状と均質な組成を有するトナ
ーの製造方法を提供することにある。

またさらに本発明の目的は、より安価なトナーの製造方
法を提供することにある。

［課題を解決するための手段及び作用］本発明は、結着
樹脂と少なくとも着色剤を含有するトナー材料を溶融混
練した後、微細孔を有するノズルより押出し、トナー径
相当のモノフィラメントとした後、トナー相当長に切断
することを特徴とするトナーの製造方法である。

従来の粉砕法による製造方法は、トナー材料の前混合工
程、溶融混練工程、冷却工程、粗砕工程、中粉砕工程、
微粉砕工程、分級工程と、多段階にわたっており、粉砕
に要するエネルギーは多大であり、その上、粉砕を容易
にするという目的のため、前述したように、本来、トナ
ー性能としては求められておらず、むしろ、そのために
諸問題を発生している脆性の大きな材料を用いている。

しかしながら、本発明の製造方法は、トナー材料の前混
合工程、溶融混練および微細孔ノズルよりのモノフィラ
メント製造工程、切断工程のみであり、必要に応じて、
延伸工程、分級工程を加えることで、さらに、トナー性
能を付加することができる。

また、用いるトナー材料についても、従来のような脆性
材料という制約はなく、本来のトナー性能に必要とされ
る種々の材料を選択することができる。

また、製造工程の短縮化および従来のような多大な粉砕
エネルギーの不要化によって、より安価な］・ナーを製
造することができる。

また、延伸工程等によって、従来の製造方法では不可能
であった新規なトナー構造・組成を可能としてより優れ
た性能のトナーおよび新規な機能を有したトナーを製造
することができる。

以上のように、本発明のトナーの製造方法は、従来の問
題点を解決し、さらに、すぐれた性能とするばかりでな
く５さらに新規な機能をも付加したトナーを製造するも
のである。

以下、本発明について具体的に説明する。

本発明の製造工程概略を第１図（１）および（２）に示
す。第１図（１）で、結着樹脂、着色剤などのトナーの
原材料が、前混合機１で混合され、次いで、加熱混練機
２において、溶融・混練され、先端の微細孔を有するノ
ズル３より押出される。ここで、負荷圧力の点および、
生産効率の点からも、多数の微細孔とすることが好まし
く、ノズルの穴径は、１００μｍからｌｕＩｍまで所望
のトナー粒径に合せることができる。次いで、ノズルよ
り押し出されたモノフィラメント４を切断装置５で切断
する。この具体的な方法として、微細孔から押し出され
、半溶融状態のモノフィラメント４を高速回転式のカッ
ターで機械的に切ることも可能であり、また、レーザー
光を微細スポットとして、パルス照射して切断すること
も有効な方法である。

このとき、切断面は、高分子の溶融粘弾性によって、球
状を呈する。

また、第１図（２）のように、モノフィラメント４を延
伸装置７で伸縮することは、ノズル径３を大きくでき、
生産性をさらに高める上でも効果的であり、延伸によっ
て、所望のモノフィラメント径に調整することもできる
。さらに、延伸によって、結着樹脂に配向性を生ゼしぬ
、分極特性に特異性をもつトナー粒子をつくりうろこと
も見い出された。また、この延伸によって、含有される
着色剤、電荷制御剤、磁性体なども延伸方向に配向する
傾向をもち、磁気特性の異方性、分極特性の異方性など
をより顕著にすることがわかり、従来にない全く新規な
トナー性能を示すことが明らかになった。

ここで、延伸温度は、結着樹脂のガラス転移温度以上、
融点以下の温度範囲で適宜に選択することができ、一般
に高温の方が大きな延伸倍率が可能であるが、高温すぎ
ると、分子が引き伸ばされないまま、すべるようになる
。また、延伸温度が低すぎると、延伸しづらく、また、
°フィラメント内にミクロボイドが発生したり、着色剤
等の延伸効果が不十分になり、均一性に問題がでる。延
伸倍率は、１．５〜５０倍、好ましくは２〜２０倍が良
い。

延伸によって、磁性トナーでは、磁気力が強まるためと
考えられるが、トナーの穂が規則正しく、画質の乱れを
生じにくく、また、トナーの穂も短く、潜像からのはみ
出し、トナーのとびちりもなく、きわめて高画質な画像
をえることができる。さらに、かかる理由のため必要な
磁性体量を減少することも可能であり、定着性の向上、
穂を必要以上に長くしないために画質の良化、さらに混
練しやすくするなどの利点もある。

本発明に使用するトナーの結着樹脂としては、公知の樹
脂より、広範に選択することが可能であり、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−
α−クロルメタア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−ブタジェン共重合体、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、脂肪族又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
、カルナバワックスなどが単独或いは混合して使用でき
る。

また、必要に応じて、架橋した樹脂を用いると良い。こ
のとき、延伸工程における延伸安定性、カット部の球状
化効果、さらには、トナーとしての耐オフセット等に有
効である。

本発明で用いる着色剤としては従来より知られている染
料、顔料が使用可能であり、例えばフタロシアニンブル
ー　ピーコックブルー　パーマネントレッド、レーキラ
ド、ローダミンレーキ、バンザイエロー、パーマネント
イエロー、ベンジジンイエロー等広く使用することがで
きる。

その含有量として、結着樹脂１００部に対して０．５〜
２０重量部、ざらにＯＨＰフィルムの透過性を良くする
ためには、１２重量部以下が好ましく、さらに好ましく
は０，５〜９重量部が良い。

本発明に使用しつるキャリヤーとしては、例えば鉄粉、
フェライト粉、ニッケル粉の如き磁性を有する粉体及び
これらの表面を樹脂等で処理したものなどがあげられる
。トナー１０重量部に対して、キャリア１０〜１０００
重量部（好ましくは３０〜５００重量部）使用するのが
良い。キャリアの粒径としては４〜１００μｍ　（好ま
しくは１０〜６０μｍ）のものが好ましい。

また、本発明に係る磁性トナーまたは非磁性トナーには
荷電制御剤をトナー粒子に配合（内添）、またはトナー
粒子と混合（外添）して用いることが好ましい。荷電制
御剤によって、現像システムに応じた最適の荷電量コン
トロールが可能どなり、さらに、本発明の製造方法では
荷電制御剤の延伸による配向が生じ、トナー内およびト
ナー間で電荷が分極安定化し、磁性トナーでは、トナー
の穂が規則正しく、かつ、密度高く林立することができ
、また非磁性トナーでも、スリーブ上、感光体上、転写
紙上で、トナーが薄層かつ、密に被覆することが可能と
なり、画質の向上にぎわめて効果がある。

正荷電制御剤としては、ニグロシンおよび脂肪酸金属塩
等による変成物ニトリブチルベンジルアンモニウム−１
−ヒドロキシ−４−ナフトスルフォン酸塩、テトラブチ
ルアンモニウムテトラフルオロボレートなどの四級アン
モニウム塩；ジブチルスズオキサイド、ジオクチルスズ
オキサイド、ジシクロへキシルスズオキサイドなどのジ
オルガノスズオキサイド：ジブチルスズボレート、ジオ
クチルスズボレート、ジシクロヘキシルスズボレートな
どのジオルガノスズボレートを単独であるいは２種類以
上組合せて用いることができる。これらの中でも、ニグ
ロシン系、四級アンモニウム塩の如き荷電制御剤が特に
好ましく用いられる。

また、−数式 ％式％ Ｒ２，Ｒ３：置換または未置換のアルキル基（好ましく
は、Ｃ１〜Ｃ４） で表わされる千ツマ−の単重合体二または前述したよう
なスチレン、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステ
ルなどの重合性モノマーとの共重合体を正荷電性制御剤
として用いることができ、この場合これらの荷電制御剤
は、結着樹脂（の全部または一部）としての作用をも有
する。

本発明に用いることのできる負荷電性制御剤としては、
例えば有機金属錯体、キレート化合物が有効で、その例
としてはアル、ミニラムアセチルアセトナート、鉄（！
■）アセチルアセトナート、３．５−ジターシャリ−ブ
チルサリチル酸クロム等があり、特にアセチルアセトン
金属錯体、サリチル酸系金属錯体または塩が好ましく、
特にサリチル酸系金属錯体またはサリチル酸系金属塩が
好ましい。

上述した荷電制御剤（結着樹脂としての作用を有しない
もの）は、微粒子状として用いることが好ましい。この
場合、この荷電制御剤の個数平均曽径は、具体的には、
４μｍ以下（更には３μｌ以下）が好ましい。

トナーに内添する際、このような荷電制御剤は、結着樹
脂１００重量部に対して０．１〜２０重量部（更には０
．２〜ＩＯ重量部）用いることが好ましい。

また、本発明の磁性トナーおよび非磁性カラートナーに
はシリカ微粉末を添加することが好ましい。

本発明に係る磁性トナーと、シリカ微粉末を組み合せる
とトナー粒子とスリーブ表面の間にシリカ微粉末が介在
することで摩耗は著しく軽減される。これによって、磁
性トナーおよびスリーブの長寿命化がはかれると共に、
安定した帯電性も維持することができ、長期の使用にも
より優れたトナーを有する現像剤とすることが可能であ
る。

他の添加剤としては、例えばステアリン酸亜鉛の如き滑
剤、あるいは酸化セリウム、炭化ケイ素の如き研磨剤あ
るいは例えばコロイダルシリカ、酸化アルミニウムの如
き流動性付与剤、ケーキング防止剤、あるいは例えばカ
ーボンブラック、酸化スズ等の導電性付与剤がある。

また、熱ロール定着時の離型性を良くする目的で低分子
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、カルナバワックス、サゾールワッ
クス、パラフィンワックス等のワックス状物質を０．１
〜５ｗｔ％程度磁性トナーまたは被磁性カラートナーに
加えることも本発明の好ましい形態の１つである。

本発明に係る磁性トナー中に含まれる磁性材料としては
、マグネタイト、γ−酸化鉄、フェライト、鉄過剰型フ
ェライト等の酸化鉄；鉄、コバルト、ニッケルのような
金属或はこれらの金属とアルミニウム、コバルト、銅、
鉛、マグネシウム、スズ、亜鉛、アンチモン、ベリリウ
ム、ビスマス、カドミウム、カルシウム、マンガン、セ
レン、チタン、タングステン、バナジウムのような金属
との合金およびその混合物が挙げられる。

これらの強磁性体は平均粒径が０．１〜１μｍ、好まし
くは０．１〜０．５μｍ程度のものが望ましく、磁性ト
ナー中に含有させる量としては樹脂成分１００重量部に
対し６０〜１１０重量部、好ましくは樹脂成分１００重
量部に対し６５〜１００重量部である。

［実施例］ 以下本発明を実施例により具体的に説明するが、これは
、本発明をなんら限定するものではない、尚、以下の配
合における部数はすべて重量部である。

上記材料を７５１ヘンシエルミキサーにて６００ｒｐｍ
で５分間の前混合をし、二軸混練用押出機にて、１５０
℃で混練した。第２図に例示したような円形平板にｉｏ
ｏμｍの微細孔ノズルを約１００本有した吐出口より、
混練物をモノフィラメントとしてとり出し、引き取り装
置によって延伸装置に導入する。延伸装置内は、１００
〜１１０℃に設定され、延伸倍率約ｌθ倍として、直径
１０μｍのモノフィラメントとした。

次いで、セラミック製の高速回転型切断羽根にて、約ｌ
Ｏμｍ長さに切断して、赤色微粉体を得た。

この赤色＠粉体の体積平均粒径は１０００μｍ、個数平
均粒径は８．５μｍであり、比較的に均一な粒度分布を
有していた。

ヘンシェルミキサーで、該赤色微粉体１００部に正荷電
性疎水性シリカ０．５部を混合し、カラートナーとした
。

該カラートナー９部とフッ素／アクリル樹脂コートをし
たフェライトキャリア（平均粒径約６５μｍ）　１００
部を混合して二成分現像剤とした。

該二成分現像剤を、電子写真複写機ＮＰ３７２５　（キ
ャノン製）のカラートナー用現像機に適用して、画出し
評価を行なった。

現像機のトナー担持体スリーブへのトナーコートは非常
に均一であり、画像濃度は°１，３５と高く、細線再現
性、解像性も優れており、繰り返し複写によっても、鮮
明な画像を安定して維持した。また、トナーの製造にか
かるコストは従来の粉砕法によるコストの約４５％であ
った。

上記材料を実施例１と同様にして、前混合・混練・吐出
・延伸・切断を行なう。延伸条件は、延伸温度９０〜９
５℃とし、延伸倍率を約１３倍とした。

得られた黒色微粉体の体積平均粒径は７．３μｍ、個数
平均粒径５．８μｍであり、比較的均一な粒度分布を有
していた。

ヘンシェルミキサーで、該黒色微粉体１００部に、疎水
性シリカ微粉末０．２部を混合して、磁性トナーとした
。

該トナーを用いて、高速複写機ＮＰ８５５０　（キャノ
ン製）によって、画出し評価を行なったところ、画像濃
度は１．４５と高く、とびちり、尾引きもなく、また、
細線に至るまで極めて忠実に再現し、解像性も良好であ
った。特に、現像スリーブを観察すると、通常の同一粒
径のトナーに比べて、スリーブ・コートが均一であり、
穂も６０μｍと短く、各々のトナー粒子の穂が重なりあ
うことなく単室していた。

また、画像カブリも少なく、同一磁性体量に比して、ス
リーブへの磁気拘束力も大であることが推測される。

火施例３ ｒポリエチレン　　　　　　　　　　　　１００部上記
材料を用いて、実施例１と同様にして、黒色微粉末を得
た。このとき、延伸温度は、９５〜１００℃で、延伸倍
率は１０倍とした。得られた黒色微粉体の体積平均粒径
は９．５４ｔｍであり、個数平均粒径は７．９μｍであ
った。

ヘンシェルミキサーで、該黒色微粉体１００部に、疎水
性シリカ微粉末０．３部を混合して、磁性トナーとした
。

該トナーを用いて、実施例２と同様に評価を行なったと
ころ、画像濃度は、ｌ、４２と高く、鮮明で、細線再現
性に優れた画像が安定して得られた。

従来の粉砕法に対して、製造にかかるコストは４０％で
あった。また、分子量、密度、融点とも高く、かつ、結
晶性の高い材料を用いることができ、ブロッキング性、
高温での品質安定性にもすぐれていた。

［発明の効果］ 以上のように、本発明の製造方法は、単に、従来より短
い工程で、コストの安い製造方法を提供するのみならず
、従来、達成できなかった優れたトナー性能を特異なト
ナー構造によって達成するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図（１）および（２）は本発明の製造装置の概略を
示し、第２図は押出機のノズル部の形状の概略を示す。 １・・・前混合機　　　　　２・・−溶融混練機３・・
・ノズル部　　　　　４・・・モノフィラメント５・・
・切断・微細化装置　６・・・製品７・・・延伸装置 １１・・・ブレーカ−プレート １２・・・ノズル微細孔　　　】３・・・ダイス本体１
４・・・ノズル部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）結着樹脂と少なくとも着色剤を含有するトナー材
   料を溶融混練した後、微細孔を有するノズルより押出し
   、トナー径相当のモノフィラメントとした後、トナー相
   当長に切断することを特徴とするトナーの製造方法。
2. （２）前記ノズルよりの押出し後、延伸せしめて、トナ
   ー径相当のモノフィラメントとすることを特徴とする請
   求項（１）記載の製造方法。