JP2006178195A - 異形トナーの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡素な構成によって、異形のトナー粒子を製造することができる異形トナーの製造方法を提供する。
【解決手段】 トナー原料を溶融混合する溶融混合工程と、溶融混合工程で得られた溶融状態のトナー原料をノズルから押出して繊維状に形成する繊維化工程と、繊維状に形成されたトナー原料を切断して柱状粒子を作製する粒子化工程と、前記柱状粒子に機械的力若しくは熱、あるいは機械的力と熱の両方を加えて、前記柱状粒子の軸方向における両端部分が丸みを持ち且つ当該柱状粒子の両端部分の断面径が他の部分の断面径よりも大きくなるように異形化する異形化工程とを有している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、異形のトナー粒子を製造する異形トナーの製造方法に関する。

球形のトナー粒子に比べて異形のトナー粒子は感光ドラムのクリーニング性が優れている等の利点があるが、従来、異形トナーの製造方法の一例として、バインダ樹脂、着色剤（顔料）、帯電制御剤、ワックス等のトナー原料から、化学的な方法によって、大径の球形母体粒子に小径の球形粒子が重なり合うように結合した雪だるま形のトナー粒子を作製する方法が提案されている（特許文献１参照）。

特開平１１−１３０８１３号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の異形トナーの製造方法では、大径の母体樹脂粒子懸濁液の調製、小径粒子用モノマ乳濁液の調製、両液の混合、両粒子の複合化及び複合化重合等の多くの化学的工程を経る必要があるため、製造工程が複雑になり、また、各工程で溶剤や各種の薬品を多量に使用する必要がある等の不利があった。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡素な構成によって、異形のトナー粒子を製造することができる異形トナーの製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係る異形トナーの製造方法の第一特徴構成は、繊維状に形成されたトナー原料を切断して柱状粒子を作製する粒子化工程と、前記柱状粒子に機械的力若しくは熱、あるいは機械的力と熱の両方を加えて、前記柱状粒子の軸方向における両端部分が丸みを持ち且つ当該柱状粒子の両端部分の断面径が他の部分の断面径よりも大きくなるように異形化する異形化工程とを有する点にある。

すなわち、繊維状に形成されたトナー原料を切断して作製された柱状粒子に機械的力を加えると、柱状粒子の軸方向における両端部分の角部が最も機械的力を受け易いので最初に削られてもしくは潰されて手丸みを持ち、さらに機械的力を加え続けると、柱状粒子の両端部分が機械的力によって押し潰されてその断面径が他の部分の断面径よりも大きくなり異形化される（例えば、瓢箪型、鼓型など）。一方、上記柱状粒子に熱を加えると、両端部分の角部が加熱され易いので最初に軟化して丸みを持ち、さらに加熱を続けると、柱状粒子の両端部分が軟化し表面張力によって収縮しその断面径が他の部分の断面径よりも大きくなり異形化される。また、上記柱状粒子に機械的力と熱を同時に加えると、上記の機械的力による異形化と加熱による異形化が同時に進行し、効率良く異形化される。なお、上記機械的力として、例えば、押圧力、剪断力、衝撃力、摩擦力等を単独で、あるいはこれらを任意に組み合わせた力を加えることができる。
従って、従来の重合法に比べ簡素な構成によって、異形のトナー粒子を製造することができる異形トナーの製造方法が提供される。

同第二特徴構成は、前記粒子化工程では、繊維状に形成された前記トナー原料を主として剪断力によって切断し、前記異形化工程では、前記柱状粒子に対し主として衝撃力を加えて異形化する点にある。
すなわち、繊維状に形成された前記トナー原料は主として剪断力を加えることによって効率良く且つ良好に切断することができ、前記柱状粒子は主として衝撃力を加えることによって効率良く且つ良好に異形化することができる。
従って、異形トナーの製造方法の好適な実施形態が提供される。

同第三特徴構成は、前記異形化工程では、前記柱状粒子に対して流動性を向上させる材料を添加した状態で、可動式の攪拌部材によって繰り返し機械的力を加えて異形化する点にある。

すなわち、柱状粒子に対して可動式の攪拌部材によって繰り返し機械的力を加えることにより柱状粒子を異形化処理することができるが、その際、柱状粒子の流動性が低下しないように、柱状粒子に対し流動性を向上させる材料を添加して柱状粒子の流動性を向上させた状態で、可動式の攪拌部材によって繰り返し機械的力を加えることにより、円滑な異形化処理を実行することができる。
特に、密閉もしくは密閉状態に近い処理空間内に投入した柱状粒子に対して繰り返し機械的力を加える場合は、柱状粒子が処理空間内に保持されるため、効率良く異形化処理することができるが、その一方で処理空間内では柱状粒子を搬送するための空気の流通が少ないので、柱状粒子の流動性が低下する可能性が高くなる。そこで、処理空間内の柱状粒子に対し流動性を向上させる材料を添加して柱状粒子の流動性を向上させことにより、密閉もしくは密閉状態に近い処理空間内の柱状粒子に対しても、円滑な異形化処理を実行することができる。

なお、上記流動性を向上させる材料の添加により、異形化処理後の柱状トナー粒子に上記流動性を向上させる材料が外添されるので、当該流動性向上材料として、例えば、所謂流動性添加剤を添加すると、柱状トナー粒子を現像剤として使用するときの流動性を高くして凝集等の発生を防止することができ、また、離型剤を添加すると、柱状トナー粒子の定着時における定着ローラ等へのオフセットを防止することができ、また、研磨剤を添加すると、感光体上に蓄積した付着物を除去させることができる付随的な効果が得られる。
従って、異形トナー粒子を効率良く製造できる異形トナーの製造方法の好適な実施形態が提供される。

同第四特徴構成は、前記粒子化工程の前に、溶融状態又は溶解状態の前記トナー原料をノズルから押出して繊維状に形成する繊維化工程を有する点にある。
すなわち、溶融状態又は溶解状態のトナー原料をノズルから押出すことで、トナー原料を連続的に効率良く繊維状に形成することができ、本発明に係る異形トナーの製造方法の好適な実施形態が提供される。

本発明に係る異形トナーの製造方法の実施形態について、図面に基づいて説明する。

本発明のトナーの製造方法は、図１に示すように、バインダ樹脂、着色剤、離型剤等の複数の成分からなるトナー原料を溶融混合する溶融混合工程と、溶融混合工程で得られた溶融状態のトナー原料をノズルから押出して繊維状に形成する繊維化工程と、繊維状に形成されたトナー原料を切断して柱状粒子を作製する粒子化工程と、前記柱状粒子に機械的力を加えて、前記柱状粒子の軸方向における両端部分が丸みを持ち且つ当該柱状粒子の両端部分の断面径が他の部分の断面径よりも大きくなるように異形化する異形化工程とを有し、さらに、異形化工程の後に、最終的な現像剤としての特性を調整するための各種添加剤を粒子表面に複合化させる外添工程を有している。

次に、上記各工程について具体的な装置構成を説明する。
〔溶融混合工程と繊維化工程〕
溶融混合工程及び繊維化工程には、図２に示すように、予備混合装置（例えば、ホソカワミクロン（株）製サイクロミックス）７、ホッパ１Ａ付で内部に混練用の回転スクリュー１５を有する二軸型エクストルーダー１、静止型ミキサ２、及び、静止型ミキサ２の出口から分岐した多段の分配流路３Ａを有する流路構造体３などが設けられ、二軸型エクストルーダー１の出口と静止型ミキサ２の入口の間にはモータ５で駆動されるギアポンプ４が配置されている。なお、分配流路３Ａの最終段の各流路出口には、押出し用のノズル６が設けられている。また、二軸型エクストルーダー１、静止型ミキサ２、流路構造体３、ギアポンプ４には、図示は省略するが、トナー原料をバインダ樹脂の融点以上の高温、例えば１３０℃〜２４０℃程度に加熱して低粘度にするためのヒータを備えている。

上記装置構成において、前記トナー原料は、ホッパ１Ａから二軸型エクストルーダー１内に投入されると、ヒータによって加熱されて溶融状態となり混合されながら出口側に送られる。二軸型エクストルーダー１から送り出されたトナー原料の溶融混合物は、ギアポンプ４で圧力及び押し出し量を調整された後、静止型ミキサ２内の流路と多段の分配流路３Ａを通流する間に混合が促進され、トナー原料の各成分が均一に細かく分散した状態になり、溶融混合状態のトナー原料は、複数のノズル６から下向きに繊維状に押し出される。尚、各ノズル６から押し出された複数の繊維状体１２は、図示しない延伸用エアー吹き出し装置から吹き出す熱風によって軟化して延伸された後、送風ファンからの冷風によって急冷される。そして、上記繊維状体１２は集められた後、粒子化工程に送られる。

尚、上記静止型ミキサ２は、公知の静止型ミキサを使用することができ、具体的には、図２に示すように、螺旋状の流路を形成するように捩られた曲面を有する羽根体１４が、トナー原料の流れ方向に沿って隣接するもの同士で螺旋の捩れ角度を反転させながら複数個（図２の例では３個）設けられた構造である。

〔粒子化工程〕
粒子化工程では、ピン型ミル等を用いて、繊維状に形成された前記トナー原料の繊維状体１２を主として剪断力によって切断する。
上記ピン型ミルは、例えばホソカワミクロン（株）製ファインインパクトミルで構成される。具体的には、図３に示すように、固定ディスク１７上の固定ピン１７ａに対して回転ディスク１８上の移動ピン１８ａが微少間隙を維持した状態で相対移動することによって、固定ピン１７ａと移動ピン１８ａの間にある粉砕対象物（トナー原料の繊維状体１２）に剪断力等の機械的な力を与えて切断粉砕する。なお、粉砕対象物は固定ディスク１７の中央に開口形成した供給口１９より粉砕室Ｃに投入され、回転ディスク１８の回転によって遠心力を受けてディスク外周側に分散移動するとともに、上記両ピン１７ａ、１８ａによって粉砕され、粉砕物（柱状粒子）はディスク外周部に接続されたサイクロン等（図示せず）の吸引力によって外部に排出されて回収される。

〔異形化工程〕
異形化工程では、前記柱状粒子に対し主として衝撃力を加えて異形化する。特に、前記柱状粒子に対して流動性を向上させる材料を添加した状態で、可動式の攪拌部材によって繰り返し機械的力を加えて異形化することが好ましい。

具体的には、図４に示すような分級機内蔵型の粉砕機４０（例えば、ホソカワミクロン（株）製ＡＣＭパルペライザ）を用い、本粉砕機４０に対して前記サイクロン等で回収されたトナー原料の柱状粒子と、流動性を向上させる材料を夫々フィーダ等（図示せず）で所定の割合で定量供給する。

粉砕機４０は、下方に気体導入口４１を設け上方に気体及び粉体の排出口４２を設けた本体４３の内部を筒状部材４４によって外側の粉砕室Ａと内側の分級室Ｂとに区分し、粉砕室Ａが粉砕部材４５を備えた回転体４５Ａを内蔵するとともに下方側で気体導入口４１に連通し、分級室Ｂが粗粉と微粉を分級して微粉のみを通過させる分級機構４６を経由して排出口４２に連通している。尚、前記各材料は本体４３の横側部に設けた投入口４３Ａから粉砕室Ａに投入する。そして、異形化処理後の柱状粒子は、排出口４２に接続されたサイクロン等（図示せず）の吸引力によって外部に排出されて回収される。上記回転体４５Ａは上下軸心周りに回転自在であり、回転体４５Ａの外周部に、縦型ハンマータイプの粉砕部材４５が粉砕室Ａの内壁部に装着されたライナ４７と間隙を隔てる状態で複数取付けられている。そして、上記粉砕室Ａにおいてトナー原料の柱状粒子が粉砕部材４５から機械的衝撃力を受けて異形化処理される。

上記分級機構４６は、上下軸心周りに回転自在な回転体４８の外周部に複数の分級羽根４９を立設させた構造であり、処理物に作用する分級室Ｂから排出口４２に向かう気流の搬送力と回転体４８によって付与される遠心力の差によって微粉と粗粉を分離する。即ち、粉砕室Ａから分級室Ｂに流入した処理物のうち、気流による搬送力の方が大きく作用する微粉は分級羽根４９を通過して排出口４２から排出され、遠心力の方が大きく作用する粗粉は分級羽根４９を通過せずに筒状部材４８の下方から粉砕室Ａに戻る。そして、上記トナー原料の柱状粒子に粉砕室Ａ内で繰り返し機械的力を加えて異形化しつつ、当該柱状粒子の異形化処理が進んで、異形化された所定粒径の柱状粒子が形成されたときに当該異形化柱状粒子が分級羽根４９を通過するように分級点を設定している。

上記流動性を向上させる材料としては、流動性添加剤、離型剤、研磨剤などを添加する。具体的な材料を例示すると、流動性添加剤には、粒径７ｎｍ〜５０ｎｍ程度のシリカ、アルミナ、チタニア等を用いる。離型剤は、定着ロール等へのオフセットを防止するためのもので、粒径５０ｎｍ〜５００ｎｍ程度のフッ素微粒子、乳化重合微粒子、各種のワックス類などを用いる。研磨剤は、感光体上の付着物を除去するためのもので、アルミナ、酸化セリウム、チタン酸ストロンチウム等を用いる。尚、本粉砕機４０による異形化処理の場合は、上記のように内部の処理空間に対して外部から粒子搬送用の空気が供給されるので、上記流動性を向上させる材料の添加は好ましいが、必須条件ではない。

図５に、上記異形化工程において、柱状粒子１３（円柱状粒子）が両端部に丸みを持ち且つ径が大きくなった「ひょうたん型」あるいは「鼓型」等の異形トナー粒子１３Ａに異形化される状態を模式的に示す。先ず柱状粒子１３の角部が丸みを持ち（図５のイ→ロ）、さらに処理を続けると、両端部分が押し潰されて径が大きくなり、最終的に「ひょうたん型」や「鼓型」等のトナー粒子１３Ａが得られる（図５のロ→ハ→ニ）。なお、図５には、異形化過程を判り易くするために、先に両端部分の角部が丸みを持った後、両端部分が押し潰されるように表現したが、角部が丸みを持つことと両端部分の押し潰し、並びに前記各種添加剤の粒子表面への複合化は同時並行的に進行することも考えられる。さらに、上記異形化過程で微粉が発生する場合があるが、この微粉も添加剤と同様にトナー粒子１３Ａの表面に複合化するので、微粉トナー粒子の発生は抑制される。

〔外添工程〕
外添工程では、各種の混合機を用いることができる。本実施形態では、図６に示すような高速処理型の攪拌処理装置２０を用いる。本攪拌処理装置２０は、複数の攪拌部材２１を外周部に設けた回転軸２２と、攪拌部材２１に対して微小間隙を隔てて位置する内周部を有した円筒形のケーシング２３とを備え、回転軸２２の回転に伴い移動する攪拌部材２１によってケーシング２３内部の処理空間に投入した処理物を攪拌処理する。ここで、処理物として、前記サイクロン等で回収された異形化トナー粒子１３Ａと、各種の添加剤を投入する。回転軸２２は軸受部２４によって片側で支持され、回転用の駆動部２５に連結している。処理物投入口２６はケーシング２３の端部側の上部に、製品排出口２７は処理物投入口２６に対し反対の端部にあたるケーシング２３の下部に設けられている。また、ケーシング２３は冷却用媒体の流路であるジャケット２８で包まれている。

本攪拌処理装置２０では、回転軸２２を軸方向と直交する位置（図６の位置）から見た場合、各攪拌部材２１は、回転軸２２の軸方向と平行な方向における端部位置が、隣接する他の攪拌部材２１の端部位置よりも当該他の攪拌部材２１の内側に位置している（端部同士が重なっている）ため、処理物が各攪拌部材２１で攪拌されたときに各攪拌部材２１の端部から隣接する他の攪拌部材２１の内側へ深く入り、攪拌部材２１の力（衝撃力など）が強く処理物に伝わる。さらに、複数の攪拌部材２１が、回転軸２２の回転に伴って処理物を回転軸２２の軸方向の一方向に送る送り用攪拌部材２１ａと、回転軸２２の回転に伴って処理物を回転軸２２の軸方向の他方向に戻す戻し用攪拌部材２１ｂとに形成されている。具体的には、送り用攪拌部材２１ａと戻し用攪拌部材２１ｂは回転軸２２の軸方向に沿って交互に各３組、合計６組設けられているため、処理物は「送り→戻り→送り→戻り→送り→戻り」という力を交互に受け、一方向の力のみを受ける場合と比べて、ケーシング２３内における処理物の移動経路が複雑かつ長くなり、処理物は攪拌部材２１の力をさらに強く受ける。その結果、外添処理を迅速に行うことができる。

〔別実施形態〕
上記実施形態では、微細化工程において、溶融状態のトナー原料をノズルから押出して繊維状に形成したが、これ以外に、バインダ樹脂等が溶剤に溶けた溶解状態のトナー原料をノズルから押出して繊維状に形成してもよい。

上記実施形態では、粒子化工程において、剪断式の粉砕装置（ピン型ミル）を用いたが、これ以外に、各種切断装置や粉砕装置を用いることができる。

上記実施形態では、異形化工程において、分級機内蔵型の粉砕機４０（ホソカワミクロン（株）製ＡＣＭパルペライザ）を用いたが、これ以外の各種の粉砕機、混合機などを用いてもよい。例えば、分級機を内蔵していない前記攪拌処理装置２０でもよい。尚、この攪拌処理装置２０による異形化処理の場合は、内部の処理空間が密閉状態もしくは密閉に近い状態であるので、前記流動性を向上させる材料の添加は一層好ましい。

上記実施形態では、異形化工程において、柱状粒子に機械的力を加えて、異形化するように構成したが、機械的力の替わりに熱を加えて異形化させるようにしてもよい。具体的には、前記粒状粒子１３に熱風を吹き付けて異形化させる。また、機械的力と熱の両方を加えて異形化させるようにしてもよい。具体的には、前記粉砕機４０や前記攪拌処理装置２０（当該攪拌処理装置２０を異形化処理に用いた場合）内部の処理空間に熱風を吹き込みながら機械的処理を行う。

次に、本発明に係る異形トナーの製造方法の実施例について説明する。

（ブラックトナーの例）
ポリエステル樹脂（Ｔｇ：６４℃、流出開始温度（島津製作所製フローテスタにより測定）：１１９℃）１００重量部、カーボンブラック１０重量部、サリチル酸亜鉛塩（帯電制御剤）３重量部、及び、カルナウバワックス５重量部を、前記予備混合装置７で予備混合した後、二軸型エクストルーダー１に供給して溶融し、ギアポンプ４で圧力調整した後（ギアポンプ後段で約４．２Ｍｐａ）、温度１５０℃の溶融状態で静止型ミキサ２に押し出し供給した。そして、静止型ミキサ２での溶融混合を経て、孔径３００μｍのノズル６から押し出しつつ熱風により線径５．０μｍとなるように延伸した後冷却して、微粒子前駆体繊維を得た。尚、このときの繊維の生成速度は、押し出し量と繊維径から約４０ｍ／ｓｅｃと算出された。

次に、上記微粒子前駆体繊維を、前記ピンミル（ホソカワミクロン（株）製ファインインパクト）によって、長さが１０ｍｍ以下になるように切断処理して、中間体を得た。

次に、上記中間体と、疎水化処理済シリカ微粒子（平均粒子径Ｄ５０＝３０ｎｍ）を、１００：１の重量比で、前記分級機内蔵型粉砕機４０（ホソカワミクロン（株）製ＡＣＭパルペライザ）に供給して粉砕及び異形化処理を行った結果、体積平均径６．２μｍ、個数平均径５．２μｍで、体積基準における１２μｍ以上の粒子の割合が１．２％、１６μｍ以上の粒子の割合が０％、個数基準における５μｍ未満の微粉粒子の割合が１１．５％の粒度分布を有する異形化された微粒子を得た。

図７に上記異形化された微粒子の写真を示すが、円柱状の粒子の角部が丸みを持つとともに、円柱状の粒子の軸方向における両端部分の断面径が他の部分の断面径よりも大きくなり、いわゆる「ひょうたん型」あるいは「両端部が丸みを持った鼓型」に異形化されていることが確認できる。

次いで、上記異形化された微粒子１００重量部、ステアリン酸亜鉛（帯電制御剤、平均粒子径０．３μｍ）０．０１重量部、ステアリン酸マグネシウム（帯電制御剤、平均粒子径１．２μｍ）０．０１重量部、流動性添加剤として、疎水化処理済シリカ１（比表面積測定値から算出した粒子径２０ｎｍ）０．７５重量部と疎水化処理済シリカ２（比表面積測定値からから算出した粒子径５０ｎｍ）０．７５重量部、及び研磨剤としてアルミナ（平均粒子径０．９７μｍ）１．２０重量部を、前記高速処理型の攪拌処理装置２０により、単位重量当たりの原料粒子に与える動力を０．２５ｋｗ／ｈとして攪拌混合し、現像剤を得た。また、上記ステアリン酸亜鉛とステアリン酸マグネシウムは、帯電制御剤の機能とともに滑沢剤としての機能も有する。尚、図示はしないが、本トナー粒子の表面に、上記シリカ等の外添剤が良好に結合していることが確認された。

そして、上記のようにして得た現像剤について、画像装置（株式会社沖データ製プリンタＭＩＣＲＯＬＩＮＥ−５４００）を用いて画像評価を行った。その結果、得られた画像は、画像濃度が高く安定しており、濃淡コントロール（階調）も良好で、かつ、解像度が高くシャープであった。また、地汚れや転写時のちり（飛点）等もなかった。また、Ａ４普通紙への５％密度印刷時における２万枚の印刷試験後も、現像ロールや感光体表面等の装置内各部へのトナー粒子のフィルミング、融着などは認められなかった。

本発明に係る異形トナーの製造方法は、通常の球形トナー粒子に比べて特異な特性を有する異形トナー粒子の製造に好適に使用できる。

本発明に係る異形トナーの製造方法の工程図 溶融混合工程及び繊維化工程の装置構成を示す図 粒子化工程の装置構成を示す図 異形化工程の装置構成を示す図 異形化処理を示す模式図 外添工程の装置構成を示す図 異形化処理されたトナー粒子を示すＳＥＭ写真

符号の説明

１ 二軸型エクストルーダー
２ 静止型ミキサー
３ 流路構造体
３Ａ 流路
４ ギアポンプ
５ モータ
６ ノズル
７ 予備混合装置
１２ 繊維状体
１３ 柱状粒子
１３Ａ トナー粒子
１４ 羽根体
１５ 回転スクリュー
１７ 固定ディスク
１７ａ 固定ピン
１８ 回転ディスク
１８ａ 移動ピン
１９ 供給口
２０ 攪拌処理装置
２１ 攪拌部材
２２ 回転軸
２３ ケーシング
２４ 軸受部
２５ 駆動部
２６ 処理物投入口
２７ 製品排出口
２８ ジャケット
４０ 粉砕機
４１ 気体導入口
４２ 排出口
４３ 本体
４４ 筒状部材
４５ 粉砕部材
４５Ａ 回転体
４６ 分級機構
４７ ライナ
４８ 回転体
４９ 分級羽根
Ａ 粉砕室
Ｂ 分級室
Ｃ 粉砕室

Claims (4)

1. 繊維状に形成されたトナー原料を切断して柱状粒子を作製する粒子化工程と、
   前記柱状粒子に機械的力若しくは熱、あるいは機械的力と熱の両方を加えて、前記柱状粒子の軸方向における両端部分が丸みを持ち且つ当該柱状粒子の両端部分の断面径が他の部分の断面径よりも大きくなるように異形化する異形化工程とを有する異形トナーの製造方法。
2. 前記粒子化工程では、繊維状に形成された前記トナー原料を主として剪断力によって切断し、前記異形化工程では、前記柱状粒子に対し主として衝撃力を加えて異形化する請求項１記載の異形トナーの製造方法。
3. 前記異形化工程では、前記柱状粒子に対して流動性を向上させる材料を添加した状態で、可動式の攪拌部材によって繰り返し機械的力を加えて異形化する請求項１又は２記載の異形トナーの製造方法。
4. 前記粒子化工程の前に、溶融状態又は溶解状態の前記トナー原料をノズルから押出して繊維状に形成する繊維化工程を有する請求項１〜３のいずれか１項に記載の異形トナーの製造方法。