JPH05249738A - カラートナーの製造方法 - Google Patents
カラートナーの製造方法Info
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- JPH05249738A JPH05249738A JP4080284A JP8028492A JPH05249738A JP H05249738 A JPH05249738 A JP H05249738A JP 4080284 A JP4080284 A JP 4080284A JP 8028492 A JP8028492 A JP 8028492A JP H05249738 A JPH05249738 A JP H05249738A
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Abstract
理の混練方法を用いた、高品質なカラートナーを効率良
く生産する方法を提供することにある。 【構成】 本発明は、少なくとも結着樹脂、着色剤を含
有した原料混合物を溶融混練する第1混練工程と、該第
1混練工程で得られた混練物を、少なくとも同種または
異種の結着樹脂で希釈混合し、該希釈混合物を溶融混練
する第2混練工程を有し、該第2混練工程で得られた混
練物を粉砕しカラートナーを製造する方法において、第
1混練工程で、図1に示す連続式2本ロール型混練機を
用い、該混練機における混練物の平均滞留時間が少なく
とも2分以上であることを特徴とするカラートナーの製
造方法である。
Description
法、磁気記録法などに用いられるカラートナーに関し、
乾式にてカラートナーを製造する方法に関する。
性物質を利用し、種々の方法により感光体上に電気的潜
像を形成し、ついで該潜像をトナーを用いて現像し、必
要に応じて紙などの被転写材にトナー画像を転写した後
に種々な方法で定着を行い複写物を得る方法がとられ
る。
ナーとに分類されるが、湿式トナーにおける溶剤の蒸
発、回収、臭い等の問題から、近年は乾式トナーが主流
を占めている。
像形成が正確になされる為にはトナー粒子に数多くの機
能を持たせる必要がある。例えば、帯電性、搬送性、定
着性、着色力、保存性等である。したがって、トナーは
各種原料の混合物として作製される。
重合法、カプセル化法等が挙げられるが、一般には粉砕
法が主流をしめている。
法としては、被転写材に定着させる為の結着樹脂、カラ
ートナーとしての色味を出させる各種着色剤、及び荷電
制御剤等のその他の添加物から成る原料を乾式混合し、
然る後、ニーダー、ロールミル、エクストルーダーのよ
うな汎用の混練装置にて、温度をかけながら、圧縮力、
せん断力により溶融混練し、冷却固化した後に必要に応
じて粗粉砕を行ない混練粗砕物を作り、その後ジェット
ミル等の微粉砕装置を用いて、カラートナーとして適切
な粒径にまで微粉砕を行なう。
を行って、カラートナーとして十分な性能を発揮しうる
粒度分布に粒子サイズを揃える。更には、必要に応じて
流動性向上剤や滑剤、研磨剤等々を乾式混合しカラート
ナーとして用いる。また、いわゆる2成分トナーとして
用いる場合には、各種磁性キャリアと混合した後に、現
像剤として画像形成に供する。
として着色力、透過性がある。着色力、透過性は、着色
剤の量によっても左右されるが、着色剤の分散具合によ
っても大きく左右される。
ナー粒子中の分散状態は、粉砕法によるカラートナーの
製造工程においては、ほぼ原料混合工程と混練工程によ
って決まる。原料混合に用いる製造装置としては、Vブ
レンダー、Wコーンのごとき容器回転型混合機やヘンシ
ェルミキサーのごとき高速撹拌型混合タイプの混合装置
が通常用いられ、これらの装置により調製された混合物
をニーダーやエクストルーダー等により溶融混練する。
混練物は、結着樹脂中の、特に着色剤の分散状態が不十
分な為、カラートナーとしての着色力、透過性が劣る。
方法が図2(b)の従来例に示した第1混練工程と第2
混練工程を有する製造方法でありすなわち、第1混練工
程において、少なくとも第2混練工程で得られる混練物
の着色剤の含有率以上の着色剤を含有した高濃度着色剤
含有樹脂を混練し第2混練工程では更に必要に応じて結
着樹脂や、荷電制御剤等の添加物を加え希釈混合した
後、ニーダーやエクストルーダーの様な混練機を用いて
混練を行いカラートナー混練物を得ている。しかしなが
ら、該第1混練工程に使用される代表的な混練機は三本
ロールミルであるが混練作業は回分操作であり、種々の
混練条件すなわち混練温度、ロール回転数、ロール間ク
リアランス、各ロール回転比、パス回数(処理回数)等
の条件を微妙に変化させながら、作業員が付ききりで混
練が行なわれ、混練物中の着色剤等の分散状態を均一に
コントロールするため非常に熟練を要する工程となって
いる。更にパス回数においては、少なくとも2回以上、
好ましくは4回以上繰り返し回分処理が必要であり、こ
の度に人的手段により作業が行なわれる為、また機械の
性質上からも安全性という面においても不安がともなう
製造方法である。
リンター等の性能の向上に伴い、カラートナーに要求さ
れる性能も一段とシビアになっており、このような高性
能のカラートナーを得ようとしても、例えば、着色剤の
微分散や着色剤の濡れ、また他の内添剤の分散等におい
て、従来の前記工程では、必ずしも満足なカラートナー
が得られないことが多い。これら分散、濡れ等の不十分
なカラートナーは、結果として、画像濃度の低下、透過
性の低下及びその他の性能の低下の原因となる。
のごとき欠点を改良したカラートナーの製造方法を提供
するものであり、すなわち、本発明の目的は、少なくと
も着色剤が結着樹脂中に均一に分散した、着色力の高
い、色調の鮮明な、透過性の高いカラートナーの製造方
法を提供するものであり、更に別の目的は、人的作業を
主体とした、しかも経験と感にたよった熟練が不要であ
り、繰り返しの回分操作が全く不要である連続処理の混
練方法を用いた高品質なカラートナーを効率良く生産す
る製造方法を提供するものである。
くとも結着樹脂、着色剤を含有した原料混合物を溶融混
練する第1混練工程と、該第1混練工程で得られた混練
物を、少なくとも同種または異種の結着樹脂で希釈混合
し、該希釈混合物を溶融混練する第2混練工程を有し、
該第2混練工程で得られた混練物を粉砕しカラートナー
を製造する方法において、第1混練工程で連続式2本ロ
ール型混練機を用いて溶融混練を行うことを特徴とする
カラートナー製造方法である。
含有した原材料を、Wコーン、Vブレンダーのごとき容
器回転型混合機や図4に示したヘンシェルミキサーのご
とき高速撹拌型混合機にて混合し、得られた混合物を、
図2(a)に示す第1混練工程にて混練する。すなわち
図1に示した様な表面に、ら線状の溝を有した円筒形状
の、互いに内側方向に回転する2本のロール状回転軸
3,4を有する連続式2本ロール型混練機の原料供給部
1に該混合物をスクリューフィーダー等を用いて定量的
に連続供給し混練を行う。
転軸は、内部が中空状になっており、蒸気、温水などの
熱媒体、あるいは、冷却水等の冷媒を供給することによ
り各ロール表面温度を任意にコントロールすることがで
きる構造となっている。また、各ロールの原料供給部側
のロール表面温度と混練物排出側ロール表面温度とを異
なった温度にできる様な構造であればより好ましい。
ール内中空部に供給した熱媒体によるロール表面におけ
る伝熱作用により加熱されると同時にロールの回転に伴
い、ロール間の間隙部で急激な圧縮力、せん断力が与え
られ発熱しながら溶融し、ロール表面に付着した状態で
ロール間隙部にて繰り返し圧縮せん断を受けて混練され
ながらロール他端側の混練物排出部2側へ移送される。
該混練物の移送は、連続的に原料が供給され、原料供給
部1におけるロール間に滞留している原料が他の部分よ
りも常に多くなっている為、つまりロール間に形成され
るバンク(混練物滞留品)量が原料供給部が最も多く、
軸方向に圧力差を生じ推進力となっており、更にはロー
ル表面部に設けられた、ら線状の溝により発生するスク
リュー効果によるものである。この様にしてロール間に
て繰り返し圧縮、せん断を連続的に受けながら該混練物
は、着色剤等が十分均一に分散した状態で連続的に混練
物排出部より排出される。また、該混練物を連続的に排
出させる為には、該混練機の構造上、排出部付近での混
練物をフロントロール3に付着させておくことが必要で
あり、このためフロントロール3の回転数は、バックロ
ール4の回転数と同等以上の回転数であるか、または、
排出側各ロール温度については、フロントロール3の温
度はバックロール4と同等かそれ以上であることが重要
である。また、原料供給側において、原料を効率良く溶
融させる為にしばしば熱媒が使用されるが、一度溶融し
た溶融原料は、くり返し作用する圧縮、せん断力により
発熱し、粘度低下が起こり、その結果、圧縮力、せん断
力が効率的にあたえられなくなる傾向を持っている。し
かしながら、該連続式2本ロール型混練機のロール内部
は、2分割型であり、ロールの排出側内部に冷却水等の
冷媒を供給することにより該混練物を冷却し、混練物の
粘度低下を抑制し効率的な混練が可能となっている。特
に溶融粘度の低いシャープメルト性のある結着樹脂を使
用する場合においては効果は大きい。この様に該第1混
練工程に用いられた該連続式2本ロール型混練機は、3
本ロールミルの様な繰り返しのパス(回分)操作が無く
連続供給連続排出ができ、更に混練作業上、経験的感に
よる熟練を要した運転手法は必要とせず、運転の初期条
件、すなわち、混練速度、ロール加熱、冷却温度、各ロ
ール回転数、ロール間隙等を設定することにより常時安
定した品質の混練物が連続的に得られ、しかも無人化運
転も可能な程の高い信頼性をもっている。
条件について更に詳しく説明する。
ため150rpm以下が好ましく、100rpm以下で
あれば更に好ましい。ロール回転数は高い程、混練物に
あたえる圧縮力、せん断力が大きくなるが同時に発熱量
も増加し、冷却効果が十分でない場合は、混練物の温度
制御が困難となり、混練物温度が上昇し、該混練物の粘
度が低下し十分なシェアーがかからず、結着樹脂中の着
色剤の分散状態が不十分となる場合がある。
側ロールと低回転側ロールとの回転比が、1対1から1
対0.1の範囲が良いが1対0.4から1対0.85の
範囲内であればロールを回転させる為の動力の効率化が
図れ、しかも着色剤の分散性も良好となる。また、ロー
ル間隙は、せまいほど混練物に与える圧縮力、せん断力
が大きくなるものの発熱量も多くなる為、十分な冷却が
なされない場合は、該混練物の温度が上昇し、該混練物
の粘度が低下して十分な圧縮力、せん断力を混練物に作
用させることができず、結着樹脂中の着色剤の分散状態
が不十分になるばかりでなく、ロール間隙を通過する混
練物の単位ロール長当りの通過量も減少する為、生産性
にも逆効果を与える場合がある。従って、ロール間隙
は、0.3mmから3mmの範囲が好ましい。混練物の
平均滞留時間は、ロール外径、ロール間隙、有効ロール
長、混練物処理速度、混練物密度等の因子により決まる
ものであるが、結着樹脂中の着色剤を均一に分散する為
には、少なくとも2分以上の平均滞留時間を要し、5分
以上であればより好ましい。平均滞留時間の定義を次式
にて示すと θ=300・π・L・ρ・Δd・(Δd+D)・1/F ここで θ:平均滞留時間[min] L:有効ロール長[m] D:ロール外径 [m] Δd:ロール間隙 [m] F:混練物処理速度[kg/H] ρ:混練物密度 [kg/m3 ] π:円周率 となる。
粗砕された後、少なくとも同種または異種の結着樹脂と
荷電制御剤等の添加物を加え、Vブレンダー、Wコーン
等の容器回転型混合機やヘンシェルミキサーのごとき高
速撹拌型混合機にて希釈混合された後、エクストルーダ
ー等に代表される様な連続式の混練機を用いた第2混練
工程にて希釈混練を行い、得られた混練物を必要に応じ
て冷却し、ジェットミルにて粉砕した後、分級して、粗
粉及び微粉をカットし更に必要に応じて外添工程を経
て、カラートナーが得られる。
着色剤が分散している為、着色力が増加し、従来よりも
高い濃度を確保することができ更に高い透過性をもって
いる。
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。
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。
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。
ック,ランプブラック,黒鉛,鉄黒,アニリンブラッ
ク,シアニンブラック等の黒色着色剤,黄鉛,カドミウ
ムイエロー,黄色酸化鉄,チタン黄,ナフトールイエロ
ー,ハンザイエロー,ピグメントイエロー,ベンジジン
イエロー,パーマネントイエロー,キノリンイエローレ
ーキ,アンスラピリミジンイエロー等の黄色着色剤,パ
ーマネントオレンジ,バルカンファストオレンジ,ベン
ジジンオレンジ,インダンスレンブリリアントオレンジ
等の橙色着色剤,酸化鉄,アンバー,パーマネントブラ
ウン等の褐色着色剤,ベンガラ,アンチモン末,パーマ
ネントレッド,ファイヤーレッド,ブリリアントカーミ
ン,ライトファスレッドトーナー,パーマネントカーミ
ン,ピラゾロンレッド,ボルドー,ヘリオボルドー,ロ
ーダミンレーキ,チオインジゴレッド,チオインジゴマ
ルーン等の赤色着色剤,コバルト紫,ファストバイオレ
ット,ジオキサジンバイオレット等の紫色着色剤,コバ
ルトブルー,セルリアンブルー,無金属フタロシアニン
ブルー,フタロシアニンブルー,インダンスレンブル
ー,インジゴ等の青色着色剤,クロムグリーン,コバル
トグリーン,グリーンゴールド,フタロシアニングリー
ン,ポリクロムブロム銅フタロシアニン等の緑色着色剤
があり、特に好ましくはカーボンブラック,C.I.ピ
グメントイエロー17,C.I.ピグメントイエロー1
5,C.I.ピグメントイエロー13,C.I.ピグメ
ントイエロー14,C.I.ピグメントイエロー12,
C.I.ピグメントレッド5,C.I.ピグメントレッ
ド3,C.I.ピグメントレッド2,C.I.ピグメン
トレッド6,C.I.ピグメントレッド7,C.I.ピ
グメントレッド122,C.I.ピグメントレッド20
2,C.I.ソルベントレッド49,C.I.ソルベン
トレッド52,C.I.ソルベントレッド109,C.
I.ベイシックレッド12,C.I.ベイシックレッド
1,C.I.ベイシックレッド3b,C.I.ピグメン
トブルー15,C.I.ピグメントブルー16又は下記
で示される構造式(1)を有する、フタロシアニン骨格
にカルボキシベンズアミドメチル基を2〜3個置換した
Ba塩である銅フタロシアニン顔料などである。
下に示す。
ルミキサーにて、羽根回転数700rpm、処理時間3
minの条件で混合し、得られた混合物を、テーブルフ
ィーダーにて図1に示した連続式2本ロール混練機に定
量供給し、混練を行い、高濃度着色剤含有樹脂を得た。
径0.12m、有効ロール長0.8mであり、運転条件
は下記の通りである。
…50rpm ロール回転比 …1:0.8 ロール間隙 …0.5mm ロール内加熱冷却媒体温度 高回転ロール…原料投入側60℃,混練物排出側45℃ 低回転ロール…原料投入側38℃,混練物排出側32℃ 原材料混合物の供給速度…5kg/時間 混練物の平均滞留時間 …約9分 得られた高濃度着色剤含有樹脂の混練物は、冷却後、ハ
ンマータイプの粉砕機にて2m/mのスクリーンを使用
し粗砕した後、処方(2)の割合で10kg計量し、ヘ
ンシェルミキサーにて、羽根回転数850rpm、処理
時間2minの条件にて混合し第2混練工程用原料とし
た。
ー(池貝鉄工PCM−30)を使用した。運転条件は、
シリンダー設定温度100℃,バレル回転数300rp
m、原料供給速度20kg/Hであった。得られたトナ
ー混練物を冷却ベルトにて冷却後、φ2mmのスクリー
ンを有するスピードミルにて粗粉砕した。この粗砕物を
キシレンに溶解させて粘度を調整した後、OHPシート
上にバーコーターを用いた電動フィルムアプリケーター
により膜厚が7μmとなる様に塗膜を行った。この塗膜
物を光学顕微鏡にて観察したところ、粗大な顔料塊は全
く見られなかった。次にこの粗砕物をI型ジェットミル
にて粉砕し、更にエルボージェット分級機にて微粉、粗
粉をカットし平均粒径(D4)が8.3μmのトナーと
した。
−II)にて測定した。更にコロイダルシリカ0.6w
t%を外添した後、樹脂コート鉄粉キャリアと混合し現
像剤とした。
を用いて実施例1と同様の処理条件にて得た混合物を、
該連続式2本ロール型混練機を用いて混練した。運転条
件は下記の通りである。
同様にして粗砕した後、実施例1と同様の処方、同様の
処理条件にて、結着樹脂と荷電制御剤を加え、希釈混
合、希釈混練を行ないトナー混練物とし、冷却後、スピ
ードミルにて粗粉砕を行った。
OHPシート上に塗膜しこの塗膜物を光学顕微鏡にて観
察したところ、粗大な顔料塊はほどんど見られなかっ
た。
て粉砕、分級、外添、及びキャリア混合を行ない現像剤
とした。
て実施例1と同様の処理条件にて得た混合物を、該連続
式2本ロール混練機を用いて混練した。運転条件は下記
の通りである。
て希釈混練され、冷却、粗砕を行った。この粗砕物を実
施例1と同様にしてOHPシート上に塗膜し、この塗膜
物を光学顕微鏡にて観察したところ、粗大な顔料塊はほ
とんど見られなかった。
kgをヘンシェルミキサーにて羽根回転数700rp
m、処理時間3minの条件で混合し、得られた混合物
0.5kgを図3に示した3本ロールミルの原料供給部
に投入し、3本のロール間隙部で溶融混練して混練物排
出部より該混練物を排出させた。該混練物は、顔料の分
散状態が不十分である為、合計4回同様の混練操作を繰
り返し、高濃度着色剤含有樹脂を得た。この操作を複数
回行ない計3kgの混練物を得た。
1m,有効ロール長0.152m,供給ロール回転数7
0rpm,ロール回転比は供給ロール1に対し、中央ロ
ール,エプロンロールは、1.5:2.5であり、ロー
ル間隙0.5mm,ロール温度60℃の条件で行った。
得られた混練物,粗砕品は、処方(2)の割合で計量さ
れ、実施例1と同様条件で希釈混合、混練を行ない、得
られたトナー混練物を冷却後、φ2mmのスクリーンを
有するスピードミルにて粗粉砕した。この粗砕物を実施
例1と同様な方法によりOHPシート上に塗膜して、こ
の塗膜物を光学顕微鏡にて観察したところ、粗大な顔料
塊がところどころ確認された。次にこの粗砕物をI型ジ
ェットミルにて粉砕を行ない、更にエルボージェット分
級機にて微粉、粗粉をカットし平均粒径が8.3μmの
トナーとした。平均粒径は、コールターカウンター(T
A−II)にて測定した。更にコロイダルシリカ0.6
wt%を外添した後、樹脂コート鉄粉キャリアと混合し
現像剤とした。
し)実施例1,2,3及び比較例1の各現像剤の画出し
を行った際のトナーの着色力及び透過性の確認を行っ
た。
ピア500(CLC−500)を用いて行った。OHP
シートを使用して、シート上のトナー量が0.5mg/
cm2 となる様にベタ画像をとり、160℃の温度にて
定着を行い、マクベス反射濃度計にて画像濃度の違いを
見た。また、HAZEメーターにより画像の透明性の違
いを見た。その結果、画像濃度の平均は、実施例1の現
像剤では1.18、実施例2の現像剤では1.13、実
施例3の現像剤では1.07であったのに対し、比較例
1の現像剤では1.02でしかなかった。
均は、実施例1の現像剤では18.3、実施例2の現像
剤では18.6、実施例3では19.0であったのに対
し、比較例1の現像剤では21.0であり実施例に比べ
透明性が劣っていた。
ロジェクターにより白スクリーン上に映し出し実施例
1,2,3と比較例1の画像を比較したところ、実施例
1,2,3の画像は、透き通った鮮やかな青色(シアン
色)であったが、比較例1の画像は、ややくすんで黄色
味がかっていた。
は小さく、従ってHAZE値も小さくなる。HAZE値
の測定に使用したHAZEメーターは、日本電色工業
(株)製のNDH−1001DP型である。
含有樹脂の混練において、その操作に長い経験からつち
かわれた高度な熟練を要し、しかも回分操作を数回繰り
返さなければならなかった製造方法が、本発明のカラー
トナー製造法を用いることによって、経験的な高度な熟
練が不要となり、連続処理でしかも無人化も可能である
ことより品質の安定した、経済性の高い、高着色力で透
明性のすぐれたカラートナーを製造することができる。
た連続式2本ロール型混練装置を示すものである。
を示したものである。
Claims (3)
- 【請求項1】 少なくとも結着樹脂、着色剤を含有した
原料混合物を溶融混練する第1混練工程と、該第1混練
工程で得られた混練物を、少なくとも同種、または異種
の結着樹脂で希釈混合し、該希釈混合物を溶融混練する
第2混練工程を有し、該第2混練工程で得られた混練物
を粉砕しカラートナーを製造する方法において、 第1混練工程で連続式2本ロール型混練機を用い、該混
練機における混練物の平均滞留時間が少なくとも2分以
上であることを特徴とするカラートナーの製造方法。 - 【請求項2】 第1混練工程に用いられる該混練機の回
転ロールの回転数が、150rpm以下であることを特
徴とする請求項1に記載のカラートナーの製造方法。 - 【請求項3】 第1混練工程に用いられる該混練機の各
回転ロールの回転比が、1対1から1対0.1の範囲に
あることを特徴とする請求項1又は2に記載のカラート
ナーの製造方法。
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JP4080284A JP3010326B2 (ja) | 1992-03-03 | 1992-03-03 | カラートナーの製造方法 |
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