JP2007003799A - 電子写真用トナーの製造方法及び製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】離型剤を多量に含有する混練物を、原料混合物の飛散や混練物のたれなどの不具合を生じることなく得ることを可能とするトナーの製造方法及び装置を提供すること。
【解決手段】結着樹脂、着色材及び離型剤を含むトナー原料混合物を溶融する工程、前記溶融工程で得た溶融混合物をオープンタイプのロールミルにより混練する工程、及び前記混練工程で得た混練物を粉砕する工程を備えることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子写真用トナーの製造方法及び製造装置に係り、特に、トナー原料の混練の改善に関する。

省電力化、小型化、ボールペンなどによる書き込みや、スタンプの捺印、付箋紙の貼付等を可能とするため、定着オイルを塗布しない定着器を備え、かつ１分間にＡ４サイズ（２１０ｍｍ×２９７ｍｍ）の紙で１６枚以上のシートスピードで印字可能な電子写真方式の印字装置が開発されている。

このような印字装置に対応可能なトナーとして、トナー中の離型剤の分散性を向上させ、感光体へのフィルミングを防止し、耐オフセット性を向上させるために、オープンロール型混練機を用いてカラートナーを製造することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

このようなカラートナーの耐オフセット性を更に向上させるため、及び定着器のオイルレス化のために、トナー中への離型剤の添加量を増やす必要があるが、そうした場合、オープンロール型混練機により原料混合物を混練すると、離型剤が先にロール表面に溶着してしまうため、混練物とロールとの密着性が低下し、トナー中の離型剤や着色剤の分散性が不十分となるという現象が生ずる。混練物とロールとの密着性が低下すると、混練物がロールに巻きつかず、ロール間から垂れて、混練が困難となる。

また、オープンロール型混練機では、原料混合物が飛散し、環境を汚染したり、ロール隙間からの落下により製造効率が低下したり、更には、所定成分のみが落下することにより原料配合比率がズレたり、分散不良を生ずるなどの問題もある。更に、トナー中の離型剤の分散粒子径が大きいと、トナーの耐久性が低下し、白スジなどを発生するという問題も生じる。
特開２０００−２１４６３８号公報

本発明は、このような事情の下になされ、離型剤を多量に含有する混練物を、原料混合物の飛散や混練物のたれなどの不具合を生じることなく得ることを可能とするトナーの製造方法及び装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の第１の態様は、結着樹脂、着色材及び離型剤を含むトナー原料混合物を溶融する工程、前記溶融工程で得た溶融混合物をオープンタイプのロールミルにより混練する工程、及び前記混練工程で得た混練物を粉砕する工程を備えることを特徴とする電子写真用トナーの製造方法を提供する。

このような電子写真用トナーの製造方法において、離型剤は、６０〜１１０℃の融点を有し、原料混合物中に３〜２０質量％含有されることが望ましい。また、得られた電子写真用トナー中の離型剤の分散径は２．０μm以下であることが望ましい。

なお、離型剤の分散径は、得られたトナー中の離型剤（ワックス）粒子を透過型電子顕微鏡（２５００倍）にて２００個程度観察した平均粒径であるが、観察された離型剤の形状は楕円状のものを含むため、以下の式（１）に基づいて平均粒径を算出する。

ａ：ワックス粒子の長径（μｍ）
ｂ：ワックス粒子の短径（μｍ）
ｎ：ワックス粒子の測定値数
本発明の第２の態様は、結着樹脂、着色材及び離型剤を含むトナー原料混合物を溶融する溶融手段、前記溶融手段により得た溶融混合物を混練するためのオ−プンタイプのロールミル、及び前記ロールミルにより混練された混練物を粉砕する手段を具備することを特徴とする電子写真用トナーの製造装置を提供する。

以上のように構成される本発明の１及び第２の態様に係る電子写真用トナーの製造方法及び装置において、原料混合物を溶融する手段として、二軸押出し混練機、単軸押出し混練機、及び加熱可能な２軸又は単軸のスクリューフィーダーからなる群から選ばれる手段を用いることが出来る。また、ロールミルとして、連続式２本ロールミル、連続式３本ロールミル、バッチ式ロールミルからなる群から選ばれた１種を用いることが出来る。

本発明によると、結着樹脂、着色材及び離型剤を含むトナー原料混合物を溶融した後、溶融混合物をオープンタイプのロールミルにより混練しているため、離型剤を多量に含有していたとしても、原料混合物の飛散や混練物のたれなどの不具合を生じることなく、混練を行うことができ、それによって効率よくトナーを製造できるとともに、離型剤及び着色剤の分散性に優れたトナーを得ることが可能である。

以下、図面を参照して、発明を実施するための最良の形態について説明する。

本発明の一実施形態に係るトナーの製造方法は、結着樹脂、着色材及び離型剤を含むトナー原料混合物を溶融する工程、前記溶融工程で得た溶融混合物をオープンタイプのロールミルにより混練する工程、前記混練工程で得た混練物を粉砕する工程、及び前記粉砕工程で得た粉砕物を分級する工程からなる。

図１は、本発明の一実施形態に係るトナー製造方法を示すブロック図である。図１に示すように、結着樹脂、着色剤、及び離型材を含むトナー原料は、最初に、混合機により混合される。混合機としては、ヘンシェルミキサー、Ｖ型ブレンダー、ナウターミキサー等、任意のものを用いることが出来る。

混合物は、次いで、溶融混合され、溶融混合物とされる。溶融混合には、２軸押出し混練機、単軸押出し混練機や、混練機用サイドフィーダー等を改造しヒーター取り付けたものを用いることが出来る。加熱機能と混合機能を有するものであれば、どのようなものでもよい。

図２は、一例としての二軸押出混練機を示す側面図である。この二軸押出混練機は、原料混合物が供給されるホッパー１、複数のゾーンＣ１〜Ｃ８に区分されたシリンダー２、及び溶融混合物が排出されるダイノズル３を具備している。シリンダー２の各ゾーンＣ１〜Ｃ８は、ヒーター（図示せず）により所定の温度に加熱されており、またシリンダー２内には、その軸が平行又は所定の角度となるように配置された二本の円筒状のスクリュー（図示せず）が配置されている。スクリューは、同方向に又は反対方向に回転する。

ホッパー１から供給された、結着樹脂、着色剤、及び離型材を含むトナー原料混合物は、シリンダー２内に導入され、スクリュー間の間隙において、加熱されているシリンダー２からの熱により溶融されるとともに、スクリューの回転による圧縮力及びせん断力により混合され、スクリューのらせん状の羽根に沿ってダイノズル３の側に移動し、ダイノズル３から排出される。

ダイノズル３から排出された溶融混合物は、次いでオープンタイプのロールミルに供給され、そこで混練される。オープンタイプのロールミルとしては、連続式２本ロールミル、連続式３本ロールミル、バッチ式ロールミルを挙げることが出来る。
図３は、オープンタイプの連続式２本ロールミルを示す正面図である。上記ダイノズル３の下方位置に、オープンタイプの平行に配置された二本のロール１２，１３と、混練物が排出される排出部１４とを具備している。ロール１２，１３の表面には、混練物を輸送するためのらせん状の溝が形成されている。

ダイノズル３からロール１２，１３の間に供給された溶融混合物は、ロール１２，１３の表面に巻き付いた状態で、ロール１２，１３の回転により繰り返し圧縮され、混練され、ロール１２，１３の表面の溝によって排出部１４側に移動し、そこから混練物が排出される。
ロールミルの排出部１４から排出された混練物は、通常、トナーの製造に用いられる方法に従って、粉砕され、所定の粒度に分級されて、電子写真用トナーが得られる。
粉砕手段及び分級手段は、特に限定されず、通常トナーの製造に用いられるものを採用することが出来る。

以上のようなトナー製造方法及び装置では、混練にオープンタイプの連続式２本ロールミルを用いているが、原料は粉粒体ではなく溶融混合物として供給されるので、ロール表面に巻き付き、粉粒体のように混練の際に周囲に飛散したり、二本のロール間の隙間から落下することが無い。そのため、混練の効率の低下や混練物の配合比率のズレが生ずることなく、均一な混練が可能である。

また、従来の方法では、離型剤を含む原料混合物をオープンタイプのロールミルにより混練しようとすると、離型剤が先にロール表面に溶着してしまうため、他の原料がロール間の隙間から容易に落下するという現象が生じ、そのため多量の離型剤を添加することが出来ず、定着器のオイルレス化が困難となっていた。これに対し、本発明では、原料混合物は予め溶融されるため、離型剤は溶融混合物中に均一に分散され、原料混合物が多量の離型剤を含んでいても、オープンタイプのロールミルにおいて上記現象が生ずることが防止される。

本発明において、結着樹脂としては、公知のものを含む広い範囲から選択することができる。具体的には、ポリスチレン、スチレン−アクリル酸エステル共重合体、スチレン−メタクリル酸共重合体、およびスチレン−ブタジエン共重合体などのスチレン系樹脂をはじめ、飽和ポリエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、クマロン樹脂、キシレン樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリオレフィン樹脂などが例示でき、これらの樹脂を二種類以上組み合わせて用いてもよい。なお、これらの樹脂のうち、ポリエステル系樹脂が好ましい。
最終トナー中の結着樹脂の配合量は、５０〜９５質量％であるのが好ましい。

離型剤としては、低分子量ポリエチレン、低分子量ポリプロピレン、パラフィン等の極性の低いもの或いはカルナバワックス、エステル系等の極性の高いものを挙げることが出来る。また、エマルジョンタイプのカルボキシル基変性ポリオレフィンとして、エチレン、プロピレン、ブテン−１、ペンテン−１等のオレフィン単位を骨格としてカルボキシル基を有するように変性され、かつアンモニアまたはアミンでカルボキシル基の少なくとも一部が中和されたポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックス等を使用することも可能である。これらのワックスのうち、カルナバワックスが好ましい。
最終トナー中の離型剤の配合量は、上述したように、３〜２０質量％であるのが好ましい。
以下、以上説明した本発明の一実施形態に係る電子写真用トナーの製造方法に係る実施例及び比較例について説明する。

実施例１〜７
バインダーとしてポリエステル樹脂（Ｔｇ:６３℃、Ｔｍ:１４４℃、花王社製）１００質量部、着色剤としてＰＲ−５７．１（ＥＣＲ−１０１、大日精化社製）５質量部、電荷制御剤としてＥ−８４(商品名、オリエント化学工業社製)１質量％、及び下記表１に示す４種類の離型剤を添加量を変えて含有する原料をヘンシェルミキサーに投入し、予備混合した。

得られた混合物を二軸押出混練機ＰＣＭ−３０（商品名、池貝（株）製、）に供給し、下記表２に示す加工条件の下で、２５ｋｇ／時間の供給速度で押し出し混練を行なった後、溶融混合物を直接オープンロール型連続混練機ニーデックス（商品名、三井鉱山（株）製）に供給して、下記表２に示す加工条件の下で連続混練を行い、混練物を得た。

この際に使用したオープンロール型連続混練機は、ロール外径０．１４ｍ、有効ロール長０．８ｍのものである。

この混練物をフェザーミルＦＭ−１（（株）ホソカワミクロン製）にて粉砕し、更に衝突板式粉砕機ＩＤＳ−２（日本ニューマチック社製）にて微粉砕した後、気流式分級機ＤＳＸ−２（日本ニューマチック社製）で分級を行い、質量平均粒径約９μｍの着色微粒子を得た。

得られた着色微粒子１００質量部に、外添剤として疎水性シリカ「Ｒ９７２」（日本アエロジル社製）を２質量部添加し、ヘンシェルミキサーで混合し、実施例１〜７に係る７種の電子写真用トナーを得た。

比較例１〜７
実施例１と同一の原料をヘンシェルミキサーに投入し、予備混合した。得られた混合物を粉体のまま直接オープンロール型連続混練機ニーデックス（商品名、三井鉱山（株）製）に２５ｋｇ／時間の供給速度で供給して、下記表２に示す加工条件の下で混練を行い、混練物を得た。

この混練物をフェザーミルＦＭ−１（（株）ホソカワミクロン製）にて粉砕し、更に衝突板式粉砕機にて微粉砕した後、気流式分級機で分級を行い、質量平均粒径約９μｍの着色微粒子を得た。得られた着色微粒子１００質量部に、外添剤として疎水性シリカ「Ｒ９７２」（日本アエロジル社製）を２質量部添加し、ヘンシェルミキサーで混合し、比較例１〜７に係る７種の電子写真用トナーを得た。

以上のようにして実施例１〜７及び比較例１〜７により得た１４種の電子写真用トナーについて、混練作業の可否、製品収率、環境汚染、配合の変化、ワックス分散径、トナー耐久性、及び感光体フィルミングを評価したところ、下記表３に示す結果を得た。

なお、混練作業の可否は、混練作業におけるロール巻き付き、混練物の落下の有無により判定し、製品収率は、混練工程における原料である溶融混合物量に対する排出される混練物量の割合により求め、環境汚染は、原材料の飛散の有無により評価した。また、配合の変化は、理論配合値との比較（％）であり、シーケンシャル形蛍光Ｘ線分析装置（ＬＡＢ ＣＥＮＴＥＲ ＸＲＦ−１７００、島津製作所製）にて、得られた混練物の粗粉砕物中の着色剤ＰＲ−５７．１「ＥＣＲ−１０１」の含有量をＣａ量の測定により求め、理論値に対する割合を下記式（２）により算出した。

なお、ワックス分散径は、下記式（１）により求めた。

ａ：ワックス粒子の長径（μｍ）
ｂ：ワックス粒子の短径（μｍ）
ｎ：ワックス粒子の測定値数
トナー耐久性は、カラープリンタ「スピーディア：Ｖ２」（カシオ計算機製）を用いて１０００枚（Ａ４サイズ普通紙）印刷した後の白スジの有無により、感光体フィルミングは、感光体表面のフィルミングの有無によりそれぞれ評価した。評価基準は、下記の通りである。

◎：非常に良好
○：良好
△：やや不良
×：不良

上記表３から、以下のことがわかる。

即ち、実施例１〜７では、混練作業において、混練物はロールに巻き付き、良好な作業性を示したが、比較例１〜７では、ワックスの添加量が増えると（比較例５〜７）、混練物はロールに巻き付かず、混練物の一部はロール間から落下し、混練物の製造は出来なかった。これは、ワックスが原料混合物中に粉体の状態で存在するため、原料混合物の中で最も早く溶融し、ロール表面を覆ってしまったためと考えられる。

また、実施例１〜７では、製品収率が９６％以上の高い値を示したが、比較例１〜４では、最大で８２％しか示さなかった。なお、比較例５〜７は混練物が出来なかったため、収率は求められていない。

更に、環境汚染については、実施例１〜７では、混練作業において原材料の飛散は認められなかったが、比較例１〜７では、いずれも原材料の飛散が認められた。また、配合の変化は、実施例１〜７では１．０％以下であるのに対し、比較例１〜４では２．１％以上と大きい値であった。

ワックス分散径は、実施例１〜７では、０．８〜２．０μmと小さかったが、比較例１〜４では２．１〜３．２と大きいことがわかる。その結果、実施例１〜４、７ではトナー耐久性が改善されて白スジの発生が認められず、ワックス添加量が２０％と多量の実施例６で発生が認められたのに対し、比較例１〜４では、ワックス添加量が５〜１０％と少ないにもかかわらず、白スジの発生が認められた。

また、感光体フィルミングは、実施例１〜４、７では良好であり、ワックス添加量が２０％と多量の実施例６で認められたのに対し、比較例１〜４では、ワックス添加量が５〜１０％と少ないにもかかわらず、感光体フィルミングの発生が認められた。

以上の実施例１〜７では、原料混合物の溶融に２軸押出し混練機（ＰＣＭ−３、池貝（株）製を使用したが、単軸押出し混練機、混練機用サイドフィーダー等を改造してヒーター取り付けたものを用いても、同様の結果を得た。また、実施例１〜７では、オープンタイプのロールミルとしてニーデックス（三井鉱山（株）製）を用いたが、３本ロールミルや、バッチ式２本ロールミルを用いても、同様の結果を得た。

実施例８〜１２
着色剤をイエロー（Ｙ１７，Ｙ１８５，Ｙ７４，Ｙ１８０，Ｙ９３）に変更したことを除いて、実施例１と同様にして電子写真用イエロートナーを製造し、この電子写真用トナーを用いて、カラープリンタ「スピーディア：Ｖ２」（カシオ計算機製）にて印刷試験を行った。その結果、実施例１と同様の良好な結果を得た。

実施例１３〜１５
着色剤をマゼンタ（Ｒ１２２，Ｒ５７．１，Ｒ２６９）に変更したことを除いて、実施例１と同様にして電子写真用マゼンタトナーを製造した。この電子写真用トナーを用いて、カラープリンタ「スピーディア：Ｖ２」（カシオ計算機製）にて印刷試験を行ったところ、実施例１と同様の良好な結果を得た。

実施例１６
着色剤をカーボンブラックに変更したことを除いて、実施例１と同様にして電子写真用ブラックトナーを製造した。この電子写真用トナーを用いて、カラープリンタ「スピーディア：Ｖ２」（カシオ計算機製）にて印刷試験を行ったところ、実施例１と同様の良好な結果を得た。

実施例１７，１８
電荷制御剤をＰ５１及びＰ５３（オリエント化学）に変更したことを除いて、実施例１と同様にして電子写真用正帯電性トナーを製造した。この電子写真用トナーを用いて、市販の非磁性一成分現像方式のプリンター（ブラザー工業社製、商品名「ＨＬ１６７０Ｎ」のオイル塗布装置を外して使用）にて印刷試験を行ったところ、実施例１と同様の良好な結果を得た。

実施例１９
実施例１と同様にして得たトナーにキャリアを加えた二成分トナーを製造した。この二成分トナーを用いて、市販の複写機（「ＳＰＩＲＩＯ６０００」（ＲＩＣＯＨ社製）からオイル塗布装置を外して使用）にて印刷試験を行ったところ、実施例１と同様の良好な結果を得た。

実施例２０
結着樹脂としてスチレンアクリル樹脂（Ｔｇ:６０℃、Ｔｍ:１２５．４℃、エスレックＰ：ＳＥ−００９０、積水化学工業社製）を用いたことを除いて、実施例１と同様にして電子写真用トナーを製造した。この電子写真用トナーを用いて、カラープリンタ「スピーディア：Ｖ２」（カシオ計算機製）にて印刷試験を行ったところ、実施例１と同様の良好な結果を得た。

実施例２１
結着樹脂としてエポキシ樹脂（エポトートＹＤ−９０４：融点９６〜１０７℃、東都化成株式会社製）を用いたことを除いて、実施例１と同様にして電子写真用トナーを製造した。この電子写真用トナーを用いて、カラープリンタ「スピーディア：Ｖ２」（カシオ計算機製）にて印刷試験を行ったところ、実施例１と同様の良好な結果を得た。

本発明の一実施形態に係る電子写真用トナーの製造方法を示すブロック図。 本発明の一実施形態に係る方法に用いる二軸押出混練機の側面図である。 本発明の一実施形態に係る方法に用いるオープンタイプの連続式２本ロールミルの一例を示す正面図である。

符号の説明

１・・・ホッパー、２・・・シリンダー、３・・・ダイノズル、１２，１３・・・ロール、１４・・・排出部。

Claims (7)

1. 結着樹脂、着色材及び離型剤を含むトナー原料混合物を溶融する工程、前記溶融工程で得た溶融混合物をオープンタイプのロールミルにより混練する工程、及び前記混練工程で得た混練物を粉砕する工程を備えることを特徴とする電子写真用トナーの製造方法。
2. 前記原料混合物を溶融する工程は、二軸押出し混練機、単軸押出し混練機、及び加熱可能な２軸又は単軸のスクリューフィーダーからなる群から選ばれる溶融手段により行われることを特徴とする請求項１に記載の電子写真用トナーの製造方法。
3. 前記ロールミルは、連続式２本ロールミル、連続式３本ロールミル、及びバッチ式ロールミルからなる群から選ばれた１種であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子写真用トナーの製造方法。
4. 前記離型剤は、６０〜１１０℃の融点を有し、原料混合物中に３〜２０質量％含有され、前記電子写真用トナー中の離型剤の分散径は２．０μm以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電子写真用トナーの製造方法。
5. 結着樹脂、着色材及び離型剤を含むトナー原料混合物を溶融する溶融手段、前記溶融手段により得た溶融混合物を混練するためのオ−プンタイプのロールミル、及び前記ロールミルにより混練された混練物を粉砕する手段を具備することを特徴とする電子写真用トナーの製造装置。
6. 前記原料混合物を溶融する手段は、二軸押出し混練機、単軸押出し混練機、及び加熱可能な２軸又は単軸のスクリューフィーダーからなる群から選ばれることを特徴とする請求項５に記載の電子写真用トナーの製造装置。
7. 前記ロールミルは、連続式２本ロールミル、連続式３本ロールミル、バッチ式ロールミルからなる群から選ばれた１種であることを特徴とする請求項５又は６に記載の電子写真用トナーの製造装置。

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