JP2005128149A

JP2005128149A - トナー製造装置

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Publication number: JP2005128149A
Application number: JP2003361886A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Murata; 博村田
Original assignee: Nisshin Engineering Co Ltd
Current assignee: Nisshin Engineering Co Ltd
Priority date: 2003-10-22
Filing date: 2003-10-22
Publication date: 2005-05-19
Anticipated expiration: 2023-10-22
Also published as: TW200514618A; KR101155828B1; KR20050039574A; CN1609722A; JP4171394B2; TWI325335B

Abstract

【課題】外添微粒子を効率よく、均一に樹脂粉体の表面へ付着させるトナー製造装置を提供すること。
【解決手段】材料の投入口および排出口を有し、内部が繭型のケーシングと、シャフトと、シャフトに取り付けられた多段羽根による攪拌羽根と、シャフトを回転させる駆動手段とを有し、ケーシング内の前記投入口の下方に設置され、材料を混合する混合手段と、ケーシングの内壁に沿って回転するスクレーパと、スクレーパを回転する駆動手段を有し、ケーシングの内壁に付着した材料をかき落とすかき落とし手段と、混合手段の内部に配置され、ケーシング内部および材料を所定温度に保持する冷却手段とを備えた製造装置本体と、製造装置本体を所定角度傾斜して支持する支持台とを備えることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、樹脂粉体の表面に外添微粒子を付着したトナーを製造するトナー製造装置に関する。

従来より、電子写真や、静電記録等に着色粒子として使用されるトナーは、粒径が５〜１０μｍ程度の大きさで、樹脂粉体の表面に外添微粒子が付着された構造になっており、樹脂粉体には、低融点、低溶解粘度のものが用いられる。電子写真や、静電記録等においては、記録媒体上に定着されたトナーはカラーフィルターとして機能し、このフィルターを通して記録媒体表面で反射される光（ＯＨＰ用紙では透過される光）を認識している。このためトナー粒子間にエアギャップが存在したり、トナー層表面が凹凸であったりすると光が乱反射されて光量が低下し、色が黒ずんでしまう。したがって色再現の面からは、融解後のトナー層はフィルム状になっていることが好ましい。そのため、トナーとしては定着時にトナーが溶け合ってフィルム状になるような特性を持ったトナーを用い、例えば、熱ローラ方式等によって記録媒体への加熱定着を行うため、樹脂粉体は低融点、低溶解粘度である必要がある。

また、樹脂粉体の付着される外添微粒子は粒径が１０〜５００ｎｍ程度と非常に小さい超微粒子である。外添微粒子は、トナーの粉体流動性の向上、摩擦帯電性向上、長期保存性改善、クリーニング特性改善、感光性表面層磨耗特性制御等の機能を担う非常に重要な材料であるため、この外添微粒子をトナーの表面に均一に付着させることにより、上記の粉体流動性、摩擦帯電性、長期保存性、クリーニング特性、感光性表面層磨耗特性等が均一なトナーを得ることができる。

このようなトナーは、例えば、円筒型混合槽の底に攪拌翼が設けられ、攪拌翼が高速で回転することで、粉体は液体のように流動化し、強力な拡散、せん断が行われるヘンシェルミキサ等の攪拌混合機を使用して、樹脂粉体と外添微粒子を混合することで、樹脂粉体の表面に外添微粒子を付着させたトナーが製造される。

しかしながら、上記のような攪拌混合機を使用して混合を行うと、混合時に、攪拌翼が高速で回転するため、上記のようにせん断力が働き、摩擦熱が発生する。このため、融点の低い樹脂粉体が変質、凝集するという問題点があった。
また、外添微粒子は超微粒子であるため、混合時に空気中に舞う、混合槽の内壁に付着する、凝集する、樹脂粉体と大きさに差があるために混合が効率よく進まないという問題点があった。
上記のように、樹脂粉体や外添微粒子が凝集したり、内壁に付着することにより、混合されない樹脂粉体や外添微粒子が発生するため樹脂粉体に外添微粒子が均一に付着せず、粉体流動性、摩擦帯電性、長期保存性、クリーニング特性、感光性表面層磨耗特性等が不均一なトナーとなってしまう。このようなトナーを使用して画像を形成すると、カブリと称する画像汚れが発生したり、画像形成に寄与しないで回収されるトナー量が増大してしまうという問題点があった。

そこで、本発明の目的は、上記問題を解決し、外添微粒子を効率よく、均一に樹脂粉体の表面へ付着させるトナー製造装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、樹脂粉体および外添微粒子を材料とし、前記樹脂粉体の表面に前記外添微粒子が付着したトナーを製造するトナー製造装置であって、前記材料の投入口および排出口を有し、内部が繭型のケーシングと、シャフトと、前記シャフトに取り付けられた多段羽根による攪拌羽根と、前記シャフトを回転させる駆動手段とを有し、前記ケーシング内の前記投入口の下方に設置され、前記投入口より投入された前記材料を混合する混合手段と、前記ケーシングの内壁に沿って回転するスクレーパと、前記スクレーパを回転する駆動手段を有し、前記ケーシングの内壁に付着した前記材料をかき落とすかき落とし手段と、前記混合手段の内部に配置され、前記ケーシング内部および前記材料を所定温度に保持する冷却手段とを備えた製造装置本体と、前記製造装置本体を所定角度傾斜して支持する支持台とを備えることを特徴とするトナー製造装置を提供する。
また、前記冷却手段によって保たれる前記所定温度が２０℃〜４０℃であることが好ましい。
また、前記冷却手段は、前記シャフトの内部に備えられた軸冷却機構であることが好ましい。
ここで、本明細書中での付着とは、機械的付着、電気的付着等の複合的な付着である。

上記本発明のトナー製造装置によれば、短時間で効率よく樹脂粉体の表面に外添微粒子が均一に付着したトナーを製造することが可能となる。

以下、本発明のトナー製造装置を添付図面とともに詳細に説明する。
図１は、本発明のトナー製造装置１０の概略側面図である。
トナー製造装置１０は、製造装置本体２０と支持台１２で構成され、支持台１２は、製造装置本体２０を鉛直方向に対して所定角度、例えば３０度傾斜させて支持している。

以下、製造装置本体２０について説明する。製造装置本体２０は、支持部２２、スリーブ２４、ケーシング２６、シリンダー３６で構成されている。
支持部２２は、鉛直方向に対して所定角度傾斜させて、支持台１２に設置されている。支持部２２内には、かき落とし手段用モータ（図示せず）、混合手段用モータ（図示せず）が配置されており、それぞれが後述するかき落とし手段４０、および混合手段４２と接続している。
スリーブ２４は、円筒形状であり、支持部２２上に設置されている。また、スリーブ２４上には、ケーシング２６が配置されており、スリーブ２４とケーシング２６との接触面は樹脂粉体および外添微粒子が漏れ出さないように固着されている。
また、上記スリーブ２４およびケーシング２６は、支持部２２に垂直に（鉛直方向に対して所定角度傾斜させて）設置さてれおり、その内部には、後述するかき落とし手段４０、混合手段４２および冷却手段４４が設置されている。

ケーシング２６は、その上部に材料（樹脂粉体および外添微粒子）を投入する投入口２８を備え、その下部に混合された樹脂粉体および外添微粒子を排出する排出口３０を備えている。また、ケーシング２６は混合時にその内部を密閉する必要があるので、投入口２８、および排出口３０に上蓋３２、および下蓋３４が設置されている。
また、上蓋３２には上蓋３２を開閉させるためのシリンダー３６が設置されている。本実施形態では、シリンダー３６によって上蓋３２の開閉を行うがこれに限定されず、どのような方法で開閉を行ってもよい。また、下蓋３４も同様にどのような方法で開閉を行ってもよい。

図２は上記トナー製造装置本体２０の概略断面図であり、ケーシング２６およびスリーブ２４の内部に配置されているかき落とし手段４０、混合手段４２、および冷却手段４４が示されている。

ここで、図２に示すようにケーシング２６内部は直胴部とその上下になめらかな曲面を備えた形状となっており、さらに、その曲面と直胴部の接続部もなめらかな形状の繭型になっている。
このように、繭型は直胴部を備えるため、球型の形状に比べて、容量の大きいケーシングを容易に作製することができる。

上述のようにケーシング２６の内部には、樹脂粉体および外添微粒子を混合する際にケーシング２６内壁に付着する樹脂粉体および外添微粒子をかき落とすかき落とし手段４０が設置されている。
かき落とし手段４０は、スクレーパ４６、中空軸４８、プーリ５０で構成されている。
スクレーパ４６は、ケーシング２６の内壁に沿うように配置され、内壁と接触する面に、例えばシリコンゴム等の弾性部材４６ａを備えている。スクレーパ４６の基部は中空軸４８の先端部に固着されている。また、スクレーパ４６は等間隔に３本配置されているが、配置間隔、配置本数に限定はなく、スクレーパ４６（中空軸４８）が１周回転することで、ケーシング２６の内壁の全面に付着した樹脂粉体および外添微粒子をかき落とす形状であればよい。
中空軸４８はスリーブ２４の内側に挿通され、ベアリング５２ａ（ケーシング２６側）、５２ｂ（支持部２２側）を介して軸支されており、その基端部（スクレーパ４６の逆側）には、プーリー５０が配置されている。プーリー５０は、図示しないベルトを介してかき落とし手段用モータに接続されている。

これにより、かき落とし手段４０は、かき落とし手段用モータを駆動源として、かき落とし手段用モータの回転力をプーリ５０を介して中空軸４８に伝達し、中空軸４８を回転させることでスクレーパ４６が回転し、スクレーパ４６の弾性部材４６ａをケーシング２６の内壁と接触させつつ摺動させることで、内壁に付着した樹脂粉体および外添微粒子をかき落とすようになっている。さらに、ケーシング２６内部はなめらかな形状であるため、混合する際に樹脂粉体および外添微粒子が滞留する空間はなく、内壁に付着した樹脂粉体および外添微粒子をすべてかき落とすことができる。

また、上述のようにケーシング２６内部には、樹脂粉体および外添微粒子を混合する混合手段４２が設置されている。
混合手段４２は、攪拌羽根５４、シャフト５６、プーリ５８で構成されている。
シャフト５６は中空軸４８の内側に挿通され、ベアリング６０ａ（ケーシング２６側）、６０ｂ（支持部２２側）を介して軸支されており、その先端部の所定長さはケーシング２６内に突出している。この突出している先端部には、攪拌羽根５４が配置されている。また、ベアリング６０ａ（ケーシング２６側）、６０ｂ（支持部２２側）を介して中空軸４８に軸支されることにより、シャフト５６と中空軸４８とは同心的に回転するようになっている。
このように、スリーブ２４内にシャフト５６と中空軸４８とを同心円上に配置する構造にすることにより、トナー製造装置を小型化することができる。

攪拌羽根５４は、多段の羽根は一定の間隔をおいて、例えば互いに直交するようにシャフト５６に固着されている。ここで、攪拌羽根５４の段数や枚数は、特に限定されず、また、羽根の平面形状は、三角形、矩形等いかなるものでもよく、断面が三角形や、平坦な板羽根あるいは、折れ曲がりやねじれを有するもの等いずれでもよい。

シャフト５６の基端部（攪拌羽根５４の逆側）はプーリー５８と接続しており、プーリー５８は図示しないベルトを介して、混合手段側モータと接続している。
これにより、混合手段４２は、混合手段側モータを駆動源として、混合手段側モータの回転力をプーリ５８を介してシャフト５６に伝達し、シャフト５６が回転することで攪拌羽根５４が回転し、ケーシング２６内の樹脂粉体および外添微粒子を混合することが可能となる。

また、スリーブ２４の上部と中空軸４８との間、および、中空軸４８の先端部とシャフト５６との間には、ケーシング２６内の樹脂粉体および外添微粒子が漏れ出すのを防止するために、それぞれリング状のシール部材が装着されている。このようなシール部材には、例えば、ゴム製Ｏリング、Ｖシール、オイルシール等が用いられる。
また、上蓋３２とケーシング２６との間、および、下蓋３４とケーシング２６との間も同様に、ケーシング２６内の樹脂粉体および外添微粒子が漏れ出るのを防止するために、それぞれ、例えばＯリング、スポンジパッキン等が装着されている。

本実施形態では、２個のモータにより、それぞれシャフト５６および中空軸４８を回転させているが、１個のモータによりシャフト５６および中空軸４８を回転させるような構成であってもよい。また、シャフト５６および中空軸４８への回転力の伝達は、プーリーおよびベルトを用いた機構により行う場合に限らず、ギア等の他の動力伝達手段を用いてもよい。

また、シャフト５６および中空軸４８の回転方向は各々いずれの方向でもよい。このうち、中空軸４８は、一定間隔で時計方向回転、停止、反時計方向回転、停止を１サイクルとして繰り返し回転させるのがよい。この理由は、中空軸４８の先端に取り付けられたスクレーパ４６の回転方向が所定間隔で変わることで、混合槽であるケーシング２６内の樹脂粉体および外添微粒子の流れがそれぞれの回転方向で異なることになり、樹脂粉体および外添微粒子の混合が進むので、混合時間が速くなり、最終混合度もよくなるからである。さらに、一定速度で進むことによるスクレーパ４６の側面、つまり内壁との接触面と直角の面での材料の滞留を防ぐことができる。
ここで、回転時間および停止時間は特に限定されるものではないが、回転時間は時計方向と反時計方向とも等しくするのが好ましく、停止時間は回転時間より短くてよい。またシャフト５６は比較的高速（例えば、３００〜１００００ｒｐｍ）で、中空軸４８は比較的低速（例えば、１０〜１００ｒｐｍ）で回転させるのがよい。

図３は、図２の冷却手段を示した拡大断面図である。
図３に示すように、冷却手段４４は、シャフト５６内部に配置された供給流路６２、排出流路６４およびシャフト５６基端部に接続されたロータリージョイント部６６で構成されている。

供給流路６２はシャフト５６の中心に配置され、それを囲むように排出流路６４が配置され、シャフト５６の先端側（ロータリージョイント部６６と逆側）は排出流路６４がより先端側に配置されている、二重管構造になっている。ここで、供給流路６２および排出流路６４の形状、配置位置は特に限定されず、例えば先端部の流路、ベアリング周辺等、冷却が必要な部分の流路を太くしてもよく、さらに、排出流路が複数配置された形状等でもよい。

ロータリージョイント部６６はシャフト５６の基端部に接続され、供給口６８、排出口７０、供給流路７２、排出流路７４を備えている。
供給口６８はロータリジョイント部側の供給流路７２と接続され、ロータリージョイント部６６側の供給流路７２はシャフト５６側の供給流路６２と接続されている。
また、排出口７０はロータリージョイント部６６側の排出流路７４と接続され、ロータリージョイント部６６側の排出流路７４はシャフト５６側の排出流路６４と接続されている。
さらに、供給口６８および排出口７０は、それぞれ図示しない冷却液循環手段と接続されている。

上記のような構造であって、例えば空気、水、油等の冷却液が冷却液循環手段から供給口６８へ供給されロータリジョイント部６６側の供給流路７２からシャフト５６側の供給流路６２を通り、シャフト５６の先端部に流れ、その後、シャフト５６側の排出流路６４からロータリージョイント側の排出流路７４を通り排出口７０から冷却液循環手段へ排出される。

ここで、ロータリージョイント部６６側の供給流路７２および排出流路７４は、シャフト５６側の供給流路６２および排出流路６４に対応する大きさになっており、その接続部は実質的に漏れがない形状になっている。
ロータリージョイント部６６とシャフト５６との接続（供給流路７２と供給流路６２、排出流路７４と排出流路６４との接続）は、シャフト５６の回転する際もロータリージョイント部６６は回転しないロータリージョイント構造となっている。また、ロータリージョイント部６６とシャフト５６との接続の回転部と非回転部の間で冷却液の漏れがないように回転部と非回転部との間はＯリング等が装着されていることが好ましい。
また、供給流路７２および供給流路６２は、供給流路７２をシャフト５６の内部に挿入することで、供給流路６２となる形状、すなわち供給流路７２と供給流路６２が同一の部材で構成され接続部を持たず、シャフトの回転に関係なく固定されている形状でもよい。
このように本実施形態では、シャフト５６との１つの接続部から、シャフト５６内への冷却液の供給、排出を行う軸冷却機構を用いているが、これに限定されずどのような軸冷却機構を用いてもよい。
このような軸冷却機構によって、所定範囲の温度の冷却液をシャフト５６の先端部に常に供給することで、ケーシング２６内およびその内部の材料を所定範囲の温度に保持することが可能となる。
ここで、所定範囲の温度は２０℃〜４０℃の範囲であることが好ましい。

上記のように冷却手段４４の流路内に流す冷却液の温度、流量を制御することによって、ケーシング内の温度を目的の温度に容易に制御することが可能となる。
これにより混合時に樹脂粉体および外添微粒子を所定範囲の温度で混合することが可能となり、樹脂粉体の変質や凝集を起こすことなく混合することが可能となる。
また、樹脂粉体の温度が所定範囲になることにより、樹脂粉体の表面の硬さが所定範囲になる。これにより、外添微粒子の樹脂粉体への変形を伴った付着が均一に行われる。
ここで、冷却手段４４は、さらに、ケーシングの外部から温度調節を行う温度調節装置、例えば、ケーシング２６をジャケット構造とし、ジャケット部に冷却液を流通させる機構を備えてもよい。

以下、本発明のトナー製造装置１０の作用について説明する。
ケーシング２６内が所定範囲の温度となるように冷却手段４４を用いて、温度を調節する。ケーシング内２６が所定温度となったら、排出口３０の下蓋３４を閉じておき、投入口２８の上蓋３２を開いて、樹脂粉体および外添微粒子を投入口２８より投入する。この時、樹脂粉体および外添微粒子は同時に投入しても、別々に投入してもよい。
次に上蓋３２を閉じ、混合手段用モータおよびかき落とし手段用モータを駆動させ、スクレーパ４６および攪拌羽根５４を駆動（回転）させる。これにより、比較的高速で回転している攪拌羽根５４、比較的低速で回転するスクレーパ４６によってケーシング２６内で混合される。
また、トナー混合装置本体２０が所定角度傾斜していることにより、樹脂粉体および外添微粒子の混合方向が複雑になり効率よく混合される。また、所定角度傾斜していることにより、樹脂粉体および外添微粒子同士の接触による摩擦が少なくなり、これにより、発生する摩擦熱が抑えられる。

ここで、ケーシング２６内壁に付着した樹脂粉体および外添微粒子はスクレーパ４６により、かき落とされる。また、上述のようにスクレーパ４６は一定間隔で時計方向回転、停止、反時計方向回転、停止を１サイクルとして繰り返すことで、ケーシング２６内に樹脂粉体および外添微粒子が滞留することなく、また、ケーシング２６との接触面と直角の面の進行方向側での樹脂粉体および外添微粒子の滞留も起こることがない。さらに、所定時間間隔でスクレーパ４６の回転方向が変わることによって、混合時の樹脂粉体および外添微粒子の挙動がより複雑になり、混合が効率よく行われる。

ここで、冷却手段４４は常にシャフト内の供給流路６２および排出流路６４に冷却液を流している。これにより、攪拌羽根５４と樹脂粉体および外添微粒子との接触、ベアリング等で発生した熱を冷却し、ケーシング２６内の温度を所定範囲に保つことができる。
これにより、ケーシング２６内の樹脂粉体および外添微粒子の温度が所定範囲に保たれ、樹脂粉体の変質、凝集等が起こらず、樹脂粉体の表面に均一に外添微粒子が付着したトナーを製造することが可能となる。
さらに、冷却手段４４によってケーシング２６内の温度を制御することが可能となるため、従来よりも高速で回転させても、ケーシング２６内の温度を所定範囲に保つことができ、これにより、短時間で効率よくトナーを製造することが可能となる。

以上のように、樹脂粉体および外添微粒子の混合が完了した後は、混合手段用モータおよびかき落とし手段用モータを停止し、下蓋３４を開いて排出口３０より、製造されたトナーを回収する。また、かき落とし手段用モータを駆動し、スクレーパ４６を回転させることで、ケーシング２６内のトナーを効率よく、回収することが可能となる。

ここで、図１に示す構造でケーシングの内径が７５０ｍｍのトナー製造装置を用いて、スチレンアクリル系トナーの樹脂粉体とＳｉＯ₂（二酸化ケイ素）の外添微粒子とを１００：０．１の割合で投入し、攪拌羽根を回転数１２００ｒｐｍで、冷却液温度、水量を制御することでケーシング内の温度が４０℃以下となるように制御した状態で５分間混合してトナーを製造した。
上記のような条件で製造したトナーは、樹脂粉体の表面に外添微粒子が従来よりも均一に付着した状態であることが確認された。また、この時ケーシング内に外添微粒子および樹脂粉体の凝集体は確認されなかった。

上記例では、樹脂粉体と外添微粒子との割合を１００：０．１としたが、本発明はこれに限定されず、樹脂粉体と外添微粒子との割合を１００：０．１〜１００：２の範囲内で変化させた場合でも、樹脂粉体の表面に外添微粒子が均一に付着したトナーを製造することが可能である。

本発明では、樹脂粉体および外添微粒子の凝集が発生しないため、粉砕手段を備えてないが、必要に応じて設置してもよい。
また、樹脂粉体の表面に付着させる外添微粒子は１種類に限定されず、複数の種類の外添微粒子を付着させてもよい。
本発明は、樹脂粉体の表面に外添微粒子が付着したトナーの製造に限定されず、融点が低く、粒径の小さい粒子の混合に使用してよいのはもちろんである。

以上、トナー製造装置について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。

本発明のトナー製造装置の一実施形態の概略構成を示す部分断面図である。図１に示したトナー製造装置本体の概略構成を示す拡大断面図である。図２に示した冷却手段を示す拡大断面図である。

符号の説明

１０トナー製造装置
１２支持台
２０トナー製造装置本体
２２支持部
２４スリーブ
２６ケーシング
２８投入口
３０排出口
３２上蓋
３４下蓋
３６シリンダー
４０かき落とし手段
４２混合手段
４４冷却手段
４６スクレーパ
４８中空軸
５０、５８プーリー
５２、６０ベアリング
５４攪拌羽根
５６シャフト
６２、７２供給流路
６４、７４排出流路
６６ロータリージョイント
６８供給口
７０排出口

Claims

樹脂粉体および外添微粒子を材料とし、前記樹脂粉体の表面に前記外添微粒子を付着させてトナーを製造するトナー製造装置であって、
前記材料の投入口および排出口を有し、内部が繭型のケーシングと、
シャフトと、前記シャフトに取り付けられた多段羽根による攪拌羽根と、前記シャフトを回転させる駆動手段とを有し、前記ケーシング内の前記投入口の下方に設置され、前記投入口より投入された前記材料を混合する混合手段と、
前記ケーシングの内壁に沿って回転するスクレーパと、前記スクレーパを回転する駆動手段を有し、前記ケーシングの内壁に付着した前記材料をかき落とすかき落とし手段と、
前記混合手段の内部に配置され、前記ケーシング内部および前記材料を所定温度に保持する冷却手段とを備えた製造装置本体と、
前記製造装置本体を所定角度傾斜して支持する支持台とを備えることを特徴とするトナー製造装置。
前記冷却手段によって保たれる前記所定温度が２０℃〜４０℃であることを特徴とする請求項１に記載のトナーの製造装置。
前記冷却手段は、前記シャフトの内部に備えられた軸冷却機構である請求項１〜２のいずれかに記載のトナー製造装置。