JP2007079147A - 電子写真用トナーの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】感光体にフィルミングが発生したり、画像に白スジが現れる現象を防止した、生産性及び生産安定性の良好な電子写真用トナーの製造方法を提供すること。
【解決手段】結着樹脂、着色剤、及び離型剤を含む原料混合物を溶融する工程、及び前記溶融工程で得た溶融混合物をオープンロール型混練機により混練する工程を具備し、前記オープンロール型混練機に供給される溶融混合物は、Ｔｍ（トナーの軟化点）＋２０℃以上の温度を有し、かつ貯蔵弾性率（Ｇ’）と損失弾性率（Ｇ’’）の比（Ｇ’’／Ｇ’）で示される損失正接（ｔａｎδ）が２．０以上の溶融状態にあり、前記オープンロール型混練機から排出される溶融混練物は、Ｔｍ（トナーの軟化点）−２０℃以下の温度を有し、かつ貯蔵弾性率（Ｇ’）と損失弾性率（Ｇ’’）の比（Ｇ’’／Ｇ’）で示される損失正接（ｔａｎδ）が１．５未満の溶融状態にあることを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、電子写真用トナーの製造方法及に係り、特にオープンロール型混練機を用いて混練を行う電子写真用トナーの製造方法に関する。

一般に、電子写真用トナーは、結着樹脂、着色剤、及びワックス等の離型剤を含む原料混合物を溶融混練し、粉砕し、分級することにより製造される。このような方法により製造されたトナーを用いて画像形成を行う場合、省電力化、小型化のため、及びボールペンなどによる書き込みや、スタンプの捺印、付箋紙の貼付等を行うことが可能であることの有利さを考慮して、定着オイルを塗布しない定着器を備えた電子写真方式印字装置を用いることが望ましい。しかし、そのためには、トナー中に多量の離型剤を含有する必要がある。

このように多量の離型剤を含む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製造したカラートナーが提案されている（特許文献１参照）。

しかしながら、更に耐オフセット性を向上させるために、離型剤の添加量を増やしたり、高解像度を得るため、質量平均粒子径（Ｄ５０）が７μｍ未満（「ＣＯＵＬＴＥＲ ＭＵＬＴＩＳＩＺＥＲIII」（ベックマン・コールター社製）による測定）のトナーを得ようとした場合、従来のオープンロール型混練機を用いた混練方法では、離型剤の分散が不十分であり、感光体にフィルミングが発生したり、画像に白スジが現れるという現象が生ずる。
特開２０００−２１４６３８号公報

本発明は、以上の事情の下になされ、感光体にフィルミングが発生したり、画像に白スジが現れる現象を防止した、生産性及び生産安定性の良好な電子写真用トナーの製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一態様は、結着樹脂、着色剤、及び離型剤を含む原料混合物を溶融する工程、及び前記溶融工程で得た溶融混合物をオープンロール型混練機により混練する工程を具備し、前記オープンロール型混練機に供給される溶融混合物は、Ｔｍ（トナーの軟化点）＋２０℃以上の温度を有し、かつ貯蔵弾性率（Ｇ’）と損失弾性率（Ｇ’’）の比（Ｇ’’／Ｇ’）で示される損失正接（ｔａｎδ）が２．０以上の溶融状態にあり、前記オープンロール型混練機から排出される溶融混練物は、Ｔｍ（トナーの軟化点）−２０℃以下の温度を有し、かつ貯蔵弾性率（Ｇ’）と損失弾性率（Ｇ’’）の比（Ｇ’’／Ｇ’）で示される損失正接（ｔａｎδ）が１．５未満の溶融状態にあ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。

このよう電子写真用トナーの製造方法において、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うことが出来る。また、オープンロール型混練機としては、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種を用いることが出来る。

また、オープンロール型混練機において、溶融混合物は、急速冷却されて排出されることが望ましい。このような冷却により、上述のオープンロール型混練機から排出される溶融混練物の温度及び動的粘弾性特性を得ることができる。

以上の方法により製造された電子写真用トナーは、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）の紙で横送り１６枚以上のシートスピードを有する電子写真方式印字装置に使用可能である。また、以上の方法により、質量平均粒子径（Ｄ５０）が７μｍ未満の電子写真用トナーを製造することができる。

本発明の電子写真用トナーの製造方法によると、高温で高いｔａｎδを示す溶融混合物がオープンロール型混練機に供給されるので、溶融混合物はロールに確実に巻きつき、ショートパスが生ずることがなく、しかも、オープンロール型混練機から排出される溶融混練物は低温でかつ低いｔａｎδを示すため、離型剤が凝集して、画像に白スジが発生することが防止され、高速かつ高収率で、優れた画質の印字を可能とする電子写真用トナーを得ることができる。

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電子写真用トナーの製造方法は、原料混合物を溶融する工程と、この溶融工程からの、高温かつ高いｔａｎδを示す溶融混合物を、オープンロール型混練機において混練し、低温かつ低いｔａｎδを示す溶融混練物として排出する工程とを備えることを特徴とする。

このような電子写真用トナーの製造方法において、結着樹脂、着色剤、及び離型剤を含む原料は、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、バンバリーミキサー等、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、ヒーターを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１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、次いでオープンロール型混練機に供給される。オープンロール型混練機に供給される溶融混合物の温度は、Ｔｍ（トナーの軟化点）＋２０℃以上でなければならない。また、貯蔵弾性率（Ｇ’）と損失弾性率（Ｇ’’）の比（Ｇ’’／Ｇ’）で示される損失正接（ｔａｎδ）が２．０以上の溶融状態になければならない。

オープンロール型混練機に供給される溶融混合物の温度がＴｍ＋２０℃未満又はｔａｎδが２．０未満の場合には、溶融混合物がロール表面に巻き付きにくくなり、ショートパスが発生したりする。

オープンロール型混練機としては、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２は、オープンロール型混練機である連続式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。排出される混練物の温度は、ロール１２，１３の温度により制御され、冷却される。

この場合、オープンロール型混練機から排出される溶融混練物の温度は、Ｔｍ−２０℃以下でなければならない。また、ｔａｎδは、１．５未満の溶融状態になければならない。

オープンロール型混練機から排出される溶融混練物の温度がＴｍ−２０℃を越え又はｔａｎδが１．５以上である場合には、離型剤が凝集し易くなり、画像に白スジが発生してしまう。

以上のような電子写真用トナーの製造方法によると、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、高温及び高いｔａｎδの動的粘弾性特性を示す溶融混合物が供給されるので、ロール表面に巻き付き、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り、高い生産収率及び生産安定性を得ることができる。

また、溶融混合物が高温で供給されるため、連続式２本ロールミルにおいて原料を加熱する必要がないため、混練物は容易に冷却され、低温及び低いｔａｎδの動的粘弾性特性を示す溶融混練物として排出されるので、離型剤が凝集することがなく、白スジの発生を生ずることがない。

以下、本発明の実施例及び比較例について説明する。なお、実施例及び比較例で行った動的粘弾性特性と軟化点の測定方法は、次の通りである。

（１）動的粘弾性特性測定方法
トナーのレオロジー特性の測定は、粘弾性測定装置（レオメーター）ＲＤＡ−II型（レオメトリックス社製）を用いて行う。測定治具として、直径２５ｍｍのパラレルプレートを使用する。測定試料として、トナーを直径約２５ｍｍ、厚さ２〜３ｍｍの円盤状試料に成型したものを用いる。

測定条件は、下記の通りである。

測定周波数：１０Ｈｚ
測定歪の設定：２％、自動測定モードにて測定を行う。

試料の伸長補正：自動測定モードにて調整
測定温度：６０℃より２００℃まで毎分１０℃の割合で昇温
（２）トナーの軟化点測定方法
トナーの軟化点（Ｔｍ）は、高下式フローテスター（ＣＦＴ−５００、島津製作所（株）製）を用い、ダイスの細孔の径１ｍｍ、長さ１ｍｍ、荷重１９６Ｎ／ｃｍ² 、昇温速度６℃／ｍｉｎの条件下で、１ｃｍ³ の試料を溶融し、ダイスの細孔から流出させて、流出開始点から流出終了点の高さの１／２に相当する温度を軟化点とする。

実施例１〜４
ポリエステル樹脂（花王（株）製、Ｔｍ：１００〜１３６℃）１００質量部、電荷制御剤「Ｅ−８４」（オリエント化学工業社製）１質量部、着色剤ＰＲ−５７．１「ＥＣＲ−１０１」（大日精化社製）５質量部、及び離型剤カルナバワックス「カルナバワックス１号粉末」（加藤洋行社製）７部を、ヘンシェルミキサーにより予備混合した。得られた原料混合物を、図１に示す二軸押出混練機（池貝（株）製、商品名：ＰＣＭ−３０）に、フィーダーから４０ｋｇ／ｈの供給速度にて供給し、溶融混合した。

用いた二軸押出混練機は、加熱機能と冷却機能を備えたものであり、溶融混合物の温度、その温度におけるｔａｎδが、下記表１に示すような値となるように押出混練を行った。

次に、二軸押出混練機から排出された混練物を、図２に示すような、連続式２本ロールミル：ニーデックス（三井鉱山（株）製）に供給し、下記表１に示す条件で混練を行った。すなわち、Ｆロール及びＢロールの温度及び回転数を制御することにより、排出される溶融混練物の温度、その温度におけるｔａｎδが下記表１に示すような値となるように混練を行った。

その後、排出された溶融混練物をフェザーミル（ＦＭ−１、（株）ホソカワミクロン社製）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製）にて微粉砕した後、ＴＳＰセパレーター（ホソカワ／アルピネ社製）により分級を行い、質量平均粒径約６μｍ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、「Ｒ９７２」（日本アエロジル社製：疎水性シリカ）を２質量部添加し、ヘンシェルミキサーで混合し、電子写真用トナーを得た。なお、混練に使用したオープンロール型連続混練機（ニーデックス）は、ロール外径０．１６［ｍ］、有効ロール長０．７［ｍ］のものである。

得られたトナーについて、カラープリンター「スピーディア：Ｎ５−５３００」（カシオ計算機製）のオイル塗布ユニットを取り外したものにより、印刷試験を行った。その結果を下記表４に示す。

比較例１〜４
ポリエステル樹脂（花王（株）製、Ｔｍ：１００〜１３６℃）１００質量部、電荷制御剤「Ｅ−８４」（オリエント化学工業社製）１質量部、着色剤ＰＲ−５７．１「ＥＣＲ−１０１」（大日精化社製）５質量部、および離型剤カルナバワックス「カルナバワックス１号粉末」（加藤洋行社製）７部を、ヘンシェルミキサーにより予備混合した。得られた原料混合物を、フィーダーにより２０ｋｇ／ｈの供給速度で、粉体の状態（室温以上Ｔｇ未満）で、図２に示すような、連続式２本ロールミル：ニーデックス（三井鉱山（株）製）に供給し、下記表２に示す条件で混練を行った。すなわち、Ｆロール及びＢロールの温度及び回転数を制御することにより、排出される溶融混練物の温度、その温度におけるｔａｎδが下記表２に示すような値となるように混練を行った。

その後、排出された溶融混練物をフェザーミル（ＦＭ−１、（株）ホソカワミクロン社製）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製）にて微粉砕した後、ＴＳＰセパレーター（ホソカワ／アルピネ社製）により分級を行い、質量平均粒径約６μｍ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、「Ｒ９７２」（日本アエロジル社製：疎水性シリカ）を２質量部添加し、ヘンシェルミキサーで混合し、電子写真用トナーを得た。なお、混練に使用したオープンロール型連続混練機（ニーデックス）は、ロール径０．１６［ｍ］、有効ロール長０．７［ｍ］のものである。

得られたトナーについて、カラープリンター「スピーディア：Ｎ５−５３００」（カシオ計算機製）のオイル塗布ユニットを取り外したものにより、印刷試験を行った。その結果を下記表４に示す。

比較例５〜８
二軸押出混練機から連続式２本ロールミルに供給される混練物の温度及びｔａｎδ、連続式２本ロールミルから排出される溶融混練物の温度及びｔａｎδを、下記表３に示すように変えたことを除いて、実施例１〜４と同様にして溶融混練物を得た。

連続式２本ロールミルから排出された溶融混練物をフェザーミル（ＦＭ−１、（株）ホソカワミクロン社製）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製）にて微粉砕した後、ＴＳＰセパレーター（ホソカワ／アルピネ社製）により分級を行い、質量平均粒径約６μｍ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、「Ｒ９７２」（日本アエロジル社製：疎水性シリカ）を２質量部添加し、ヘンシェルミキサーで混合し、電子写真用トナーを得た。なお、混練に使用したオープンロール型連続混練機（ニーデックス）は、ロール外径０．１６［ｍ］、有効ロール長０．７［ｍ］のものである。

得られたトナーについて、カラープリンター「スピーディア：Ｎ５−５３００」（カシオ計算機製）のオイル塗布ユニットを取り外したものにより、印刷試験を行った。その結果を下記表４に示す。

印刷試験における生産収率、生産安定性、白スジ、及びフィルミングの評価基準は、下記の通りである。

生産収率：
○：９５％以上、
△：９０％以上９５％未満
×：９０％未満
生産安定性：
○：良好なもの
△： はがれ、こぼれ等が起こるが実用上問題なし
×：ショートパスが発生したり、ロールに巻きつかない
白スジ：
○：発生しない
△：発生するが軽微
×：使用不可能
フィルミング：
○：発生しない
△：発生するが軽微
×：使用不可能

上記表４から、以下のことが明らかである。

オープンロール型混練機に供給される溶融混合物の温度がＴｍ＋２０℃以上、その温度におけるｔａｎδが２．０以上であり、かつオープンロール型混練機から排出される溶融混練物の温度がＴｍ−２０℃以下、その温度におけるｔａｎδが１．５未満である実施例１〜４により得たトナーは、いずれも生産収率、生産安定性、白スジ、及びフィルミングのすべてにおいて、優れた性能を示しており、高速印刷に耐えることが出来た。

これに対し、原料混合物が粉体のまま（室温〜Ｔｇ）オープンロール型混練機に供給され、またオープンロール型混練機から排出される溶融混練物のｔａｎδが１．５以上である比較例１により得たトナーは、生産収率及び白スジにおいて劣っており、耐久性が弱い。また、原料混合物が粉体のまま（室温〜Ｔｇ）オープンロール型混練機に供給され、オープンロール型混練機から排出される溶融混練物の温度がＴｍ−２０℃を越えており、その温度におけるｔａｎδが１．５以上である比較例２〜４により得たトナーは、いずれも生産収率、白スジ、及びフィルミングにおいて劣っており、耐久性が弱いことがわかる。

また、オープンロール型混練機に供給される溶融混合物の温度がＴｍ＋２０℃未満であり、その温度におけるｔａｎδが２．０未満である比較例５及び７により得たトナーは、ショートパス、巻き付き不良が発生し、生産安定性が劣っている。更に、オープンロール型混練機から排出される溶融混練物のｔａｎδが１．５以上である比較例６により得たトナー、及びオープンロール型混練機に供給される溶融混合物の温度がＴｍ−２０℃を越え、その温度におけるｔａｎδが１．５以上である比較例８により得たトナーは、いずれも白スジが発生した。

なお、以上の実施例１〜４では、２軸押出し混練機：ＰＣＭ−３０（池貝（株）製） を使用したが、単軸押出し混練機でもよく、或いは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でもよい。

また、実施例１〜４では、オープンロール型混練機として、連続式２本ロールミル：ニーデックス（三井鉱山（株）製）を用いたが、３本ロールミルでもよく、或いはバッチ式２本ロールミルでもよい。

本発明の一実施形態に用いた二軸押出混練機の側面図である。 本発明の一実施形態に用いた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 (6)

1. 結着樹脂、着色剤、及び離型剤を含む原料混合物を溶融する工程、及び前記溶融工程で得た溶融混合物をオープンロール型混練機により混練する工程を具備し、
   前記オープンロール型混練機に供給される溶融混合物は、Ｔｍ（トナーの軟化点）＋２０℃以上の温度を有し、かつ貯蔵弾性率（Ｇ’）と損失弾性率（Ｇ’’）の比（Ｇ’’／Ｇ’）で示される損失正接（ｔａｎδ）が２．０以上の溶融状態にあり、
   前記オープンロール型混練機から排出される溶融混練物は、Ｔｍ（トナーの軟化点）−２０℃以下の温度を有し、かつ貯蔵弾性率（Ｇ’）と損失弾性率（Ｇ’’）の比（Ｇ’’／Ｇ’）で示される損失正接（ｔａｎδ）が１．５未満の溶融状態にあ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た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. 前記オープンロール型混練機は、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. 前記オープンロール型混練機において溶融混合物は、急速冷却されて排出される請求項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. 前記電子写真用トナーは、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）の紙で横送り１６枚以上のシートスピードを有する電子写真方式印字装置に使用可能であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電子写真用トナーの製造方法。
6. 前記電子写真用トナーは、質量平均粒子径（Ｄ５０）が７μｍ未満であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電子写真用トナーの製造方法。

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