JP2007271733A - 電子写真用トナーの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】より簡便な方法で、微粉を再利用するとともに、材料の分散性を向上させ、それによってカブリ特性、画質、及び耐久性の良好な電子写真用トナーを製造する方法及びそれにより製造されたトナーを提供すること。
【解決手段】結着樹脂、着色剤、離型剤、及び帯電制御剤を含む原料を混合する工程、原料混合物を溶融混練する工程、混練物を冷却固化した後、粉砕する工程、及び粉砕物を分級する工程を具備する電子写真用トナーの製造方法において、前記分級工程で発生した規定粒度以下の微粉を、前記原料１００質量部に対し５〜３５質量部、前記混合工程に戻し、この混合工程において、前記微粉量の１０〜５０質量％の水を添加す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に係り、特に、カブリ特性、画質、及び耐久性の良好な電子写真用トナーの製造方法及びそれにより製造されたトナーに関する。

電子写真方式による画像形成は、一般に、帯電させたトナーにより静電荷像を現像して可視化し、現像により得られたトナー像を用紙に転写し、定着することにより行われる。このような画像形成に用いられるトナーの製造方法としては、粉砕法、重合法等があるが、一般には粉砕法が主流を占めている。

粉砕法の一般的な製造方法は、結着樹脂、着色剤、離型剤、及び帯電制御剤等の原料を乾式で混合した後、２軸押出機などで溶融混練し、冷却固化した後に粗粉砕を行い、混練粗砕物を得る。その後、ジェットミルなどで微粉砕を行い、適切な粒度分布になるように分級機で粒度調整を行う。更にシリカなどと一緒に混合機で混合することで表面処理を行い、トナーを得るものである。

このような粉砕トナーの製造工程では、粉砕分級時に規定粒度以下の微粉が発生するが、このような微紛は破棄されていた。そこで、材料の歩留まり向上及び廃棄物低減のため、微粉を再利用することが従来から行われている。この場合、規定粒度以下の微粉の割合は、全体の１０〜４０質量％程度であり、再利用する目的からしても、発生した微粉は全て製造工程に戻すことが好ましい。しかし、微粉はいわば粒度の小さな未外添トナーであるため、その粉体特性は、嵩密度が低く、流動性が悪く、また、比表面積が大きいため、帯電性及び付着力が高い。

また、粉砕時に、離型剤や帯電制御剤が粉砕界面になる場合が多く、微粉の組成は、それら離型剤や帯電制御剤が多く含まれることとなり、微粉を再利用する場合は、原料混合時に均一に分散することが好ましい。

しかし、これまでのように、微粉をそのまま原料混合に戻したのでは、微粉の流動性が悪いために原料混合の際、撹拌の強度が得られなかったり、帯電性及び付着性の高い帯電制御剤や離型剤と選択的に凝集を起こすなど、均一な原料混合が困難であった。

また、近年のトナーへの要求として、トナーの小粒径化があり、発生する微粉の粒径は小さくなり、発生量も増える傾向にある。微粉の粒径が小さくなることで、嵩密度はより低くなり、帯電性及び付着力は高くなり、不具合は顕著となる。更に、微粉の戻し量が増えることも、均一な原料混合を妨げることとなる。

このような不具合を解消するため、微粉を戻さない状態で先ず混合し、その後、微粉を戻し、再度混合する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、この方法では、微粉をそのまま添加するため、微粉の粒径が小さく、戻し量が多い場合、十分な効果が発揮できない。

原料混合が不均一な場合、トナー粒子の帯電性にばらつきが生じ、白紙印字部の感光体ドラム上にトナーが移ってしまい、白紙かぶりが悪化する。また、白紙印字が続いた場合、トナーを印字していないにも関わらず、カブリトナーによりトナー残量が減ってしまうという不具合が発生する。更に、離型剤が不均一に分散した場合、特にドクターブレードと現像ロールとの摩擦でトナーに帯電を付与する非磁性一成分では、ブレードにトナーが融着し、現像ロール上にトナー薄層を形成できなくなり、結果として白スジの画像を発生させてしまう。

微粉を再利用する際の別の問題として、原料混合後の混合粉体の嵩密度が低くなり、混練供給工程でフィードネック現象を起こすことが挙げられる。フィードネック現象とは、嵩密度の低い多くの空気を抱え込んだ原料粉末は、樹脂の溶融過程において、空気が絞り出されて供給側へ戻るが、その分量が多いため、供給しようとする原料を押し戻す作用をすることである。そのため、スクリューへの原料の噛み込みが悪化し、混練機で混練できる量が低下してしまう。

生産量を上げようとしてスクリュー回転数を上げても、十分な効果は得られない上、樹脂の分子切断が顕著になり、ホットオフセットが発生するなどの不具合が生じる。混練温度を上げるなどの対策では、樹脂の粘度が低下し、材料の分散性が悪化してしまう。

このような問題を解決するため、微粉を造粒したのち原料混合工程に戻す方法が提案されている（例えば、特許文献２，３）。この方法によれば、微粉は圧縮造粒されることで、嵩密度が高くなり、混練工程での供給量の低下がなく、画像劣化が生ずることなく、微粉を再利用することができる。

しかし、上記のような方法では、造粒機の設備導入が必要であり、製造工程が増えるという問題がある。

一方、顔料マスターバッチを製造する際に、水を添加して混練することが提案されている（例えば、特許文献４参照）。しかし、この提案は、分級工程で発生した微粉を混合工程に戻した場合に生ずる問題を何ら解決するものではない。
特開平５−３４９７６号公報 特開平６−２６６１５７号公報 特開平６−２６６１５８号公報 特開２００４−１９１７８７号公報

本発明は、以上のような事情の下になされ、より簡便な方法で、微粉を再利用するとともに、材料の分散性を向上させ、それによってカブリ特性、画質、及び耐久性の良好な電子写真用トナーを製造する方法及びそれにより製造されたトナー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、着色剤、離型剤、及び帯電制御剤を含む原料を混合する工程、原料混合物を溶融混練する工程、混練物を冷却固化した後、粉砕する工程、及び粉砕物を分級する工程を具備する電子写真用トナーの製造方法において、前記分級工程で発生した規定粒度以下の微粉を、前記原料１００質量部に対し５〜３５質量部、前記混合工程に戻し、この混合工程において、前記微粉量の１０〜５０質量％の水を添加す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、離型剤としてカルナバワックスを用いることができる。

以上の方法により製造された電子写真用トナーは、５〜７μｍの粒径を有することが望ましい。

本発明の第２の態様は、以上の方法により製造された電子写真用トナーを提供する。
このような電子写真用トナーは、トナーを担持搬送するための弾性現像ロールと、この弾性現像ロール上に前記トナーを薄層状に形成するように前記トナーの厚さを規制するためのトナー層規制部材とを備え、前記弾性現像ロールの搬送速度が１００ｍｍ／秒以上である現像装置に用いることができる。また、オイルの供給機構を有しない定着器を備える電子写真用印字装置に用いることができる。

本発明によると、微粉を原料混合に戻し再利用する際に、水を添加することで、微粉と内添剤の選択的な凝集を防止し、内添剤の分散性を向上させることができ、それによってカブリ特性、画質、及び耐久性の良好な電子写真用トナーを得ることができる。

以下、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、分級工程で発生した規定粒度以下の微粉を混合工程に戻し、混合工程において原料を混合するに際し、水を添加することを特徴とする。

このように、分級工程で発生した規定粒度以下の微粉を混合工程に戻して原料を混合するに際し、水を添加することにより、次のような作用が生ずるものと考えられる。

即ち、原料粉体全体の静電気が中和され、微粉と帯電制御剤などとの選択的な凝集が緩和されることにより、従来よりも均一な混合が生じる。また、混練工程で樹脂が溶融する際、原料に含まれた水分の蒸発による吸熱が起こり、樹脂温度を下げる働きにより、帯電制御剤等の内添剤の分散性が向上する。さらに、水を添加することで得られる静電気の中和により、材料同士の静電反発が減少し、また粉体の粘性が上昇し、スクリューへの噛み込みが向上し、混練工程への原料の供給性能が向上する。

以上の作用により、戻された微粉を含む原料の混合の際に水を添加することにより、カブリ特性、画質、及び耐久性の良好な電子写真用トナーを得ることができる。

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において、分級工程で発生し、混合工程に戻される規定粒度以下の微粉の量は、原料１００質量部に対し５〜３５質量部でなければならない。微粉の量が５質量部未満では、耐久性が低下し、３５質量部を超えると、カブリ特性及び耐久性が低下する。

また、添加される水の量は、微粉量の１０〜５０質量％でなければならない。水の量が１０質量％未満では、カブリ特性及び耐久性が低下し、５０質量％を超えると、カブリ特性、画質、及び耐久性のすべてが低下する。

なお、混合工程に戻される微紛の規定粒度は、通常５μｍ以下である。

本発明の一実施形態に係るトナーの製造方法は、次のようにして行われる。

まず、結着樹脂、着色剤、離型剤、及び帯電制御剤等の材料の計量を行う。このとき、後述する分級工程から戻される微粉量を原料１００質量部に対し５〜３５質量部の範囲内で決定する。

次に、計量された材料及び所定量の微紛を混合機により混合する。混合機としては、ヘンシェルミキサー、スーパーミキサー、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。
混合の際には、微粉量の１０〜５０質量％の水を添加する。水の添加は、例えば、図１に示すようなヘンシェルミキサー１を用いて行うことができる。即ち、ヘンシェルミキサー１の上部蓋の材料添加口にゴム栓３を介して分液ロート２が取り付けられており、この分液ロート２内には所定量の蒸留水が収容されている。ヘンシェルミキサー１内の原料を混合する際に、分液ロート２のコックを開けて、水の添加を行う。混合終了後、原料混合物は、排出口４から排出される。

その後、原料混合物を溶融混練する。混練機としては、特に限定されないが、例えば、２軸混練機、オープンロール型混練機等を用いることができる。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、及びバッチ式ロールミル等、任意の型のものを用いることができる。このような溶融混練に際しては、混練機に供給される原料混合物に偏析が少ないため、各成分が均一かつ微細に分散される。

混練機で混練され、排出された溶融混練物は、通常、トナーの製造に用いられる方法に従って、冷却され、粉砕され、所定の粒度に分級されて、トナー粒子母体が得られる。冷却手段、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。例えば、冷却には、圧延や空気流の吹き付けによる冷却手段を用いることができ、粉砕には、衝突板式粉砕機等の気流粉砕機を用いることができ、分級には、様々な気流分級機を用いることができる。

このようにして得たトナー粒子母体に、シリカ等の外添剤を加え、混合・攪拌することにより、電子写真用トナーが得られる。

以上のように、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より得られたトナーは、分級工程から戻された微紛を原料とともに混合する際に、水を添加したため、混合が均一に行われ、また混練の際には水の蒸発による吸熱作用により樹脂温度を下げて、添加剤の分散性が向上したことにより、カブリ特性、画質、耐久性の良好なトナーを得ることができる。

図２は、以上説明した本発明の電子写真用トナーを用いて画像形成をするための画像形成装置を示す。

図２に示す画像形成装置は、現像装置１１と感光体ドラム１２とを備えている。現像装置１１は、内部にトナーを収容するトナーホッパー１３、トナーを供給する供給ロール１４、供給ロール１４から供給されたトナーを感光体ドラム１２に付与し、感光体ドラム１２の表面の静電潜像を現像する弾性体からなる現像ロール１５、この現像ロール１５に摺接して、現像ロール１５表面のトナー層の厚さを規制するドクターブレード１６を具備している。感光体ドラム１２の周囲には、感光体ドラム１２の表面を一様に帯電する帯電ロール１７、帯電した感光体ドラム１２の表面に原稿像を露光して、静電潜像を形成するＬＥＤ１８が配置されている。

感光体ドラム１２の下部には、転写ベルト１９が感光体ドラム１２の回転とともに走行しており、転写シート２０により感光体ドラム１２と接触して、現像されたトナー像は、用紙２１に転写される。なお、転写後も感光体ドラム１２の表面に残留する、転写されなかったトナーは、クリーニングブレード２２により除去される。

以上のように構成される画像形成装置に上述した本実施形態に係るトナーを実装し、弾性現像ロールの搬送速度を１００ｍｍ／秒以上の高速で動作させても、外添剤の凝集による生ずるカブリ特性、画質、耐久性は良好であり、ドクターブレード上の融着は生じない。

また、画像形成装置の定着器がオイルの供給機構を持たないものであっても、定着は支障なく行うことができる。

以下、本発明の参考例、実施例、及び比較例を示し、本発明について更に具体的に説明する。

最初に、以下の実施例及び比較例における原料混合条件、水の添加条件、外添剤混合条件、混練条件、軟化点、ガラス転移点及び粒径の測定方法について説明する。

１．原料混合条件
原料の混合は、図１に示すようなヘンシェルミキサー１を用いて行い、投入量はヘンシェルミキサー１の容積に対し、７０〜８０％の範囲になるように調整する。撹拌羽としては、標準の羽を装着し、周速２０ｍ／ｓｅｃで回転させる。

２．水の添加条件
図１に示すヘンシェルミキサー１の上部蓋の材料添加口にゴム栓３を介して取り付けられた分液ロート２内に予め蒸留水を計量しておく。ヘンシェルミキサー１内に収容された原料の撹拌開始１０秒後に、分液ロート２のコックを開けて、水の添加をスタートさせ、３０秒間の間に必要量の添加を終了させる。

３．外添剤混合条件
外添剤の混合は、ヘンシェルミキサーを用いて行う。投入量はヘンシェルミキサーの容積に対し、７０〜８０％の範囲になるように調整する。撹拌羽は強撹拌羽を装着し、周速４０ｍ／ｓｅｃで回転させる。

４．混練条件
２軸押出機（スクリュウー径４３ｍｍ、Ｌ／Ｄ＝３４）を使用する。混練温度の設定は、スクリュー長さ方向に８分割されたゾーンのうち供給側４ゾーンは７０℃、排出側４ゾーンは１００℃に設定する。供給量は２５ｋｇ／ｈで行う。

５．軟化点の測定
装置：フローテスター（ＣＦＴ−５００Ｄ：島津製作所製）
試料：１ｇ
昇温速度：６℃／分
荷重：２０ｋｇ
ノズル：直径１ｍｍ、長さ１ｍｍ
１／２法：試料の半分が流出した温度を軟化点とする。

６．ガラス転移点（Ｔｇ）の測定
装置：示差走査熱量計（ＤＳＣ−６０：島津製作所社製）
試料：８ｍｇ
昇温条件：１０℃／分で１６０℃まで昇温し、降温速度１０℃／分で３５℃まで冷却した後、再度１０℃／分で１６０℃まで昇温する。

２回目の昇温時において、転移により得られる曲線部分の２つの接線の交点をガラス転移点とする。

７．粒径の測定
装置：マルチサイザーII（コールター社製）
試料：ビーカーに試料少量と精製水、界面活性剤を入れ、超音波洗浄器にて分散する。

測定：アパーチャーは１００μｍで行い、カウントは５０，０００個で行い、体積平均粒径を得る。

参考例（微粉再利用なし）
結着樹脂として、ポリエステル樹脂（軟化点１２０℃、Ｔｇ６７℃）を９０質量部、着色剤として、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド１２２を５質量部、離型剤として、カルナバワックス１号粉末（加藤洋行）を４質量部、帯電制御剤として、Ｅ−８４（オリエント化学株式会社）を１質量部をヘンシェルミキサー（三井鉱山社製、標準羽装着）に投入し、３分間撹拌混合した。

得られた混合粉体を２軸押出機で溶融混練し、延伸、冷却し、ロートプレックス（ホソカワミクロン社製、２ｍｍスクリーン）で粗粉砕した後、衝突式粉砕機・風力分級機にて、トナー平均粒径が６．０μｍになるように粉砕分級を行い、微粒子を得た。得られた微粒子１００重量部に外添剤として、「ＲＹ２００」（疎水性シリカ：日本アエロジル社製）を２重量部添加し、ヘンシェルミキサー（三井鉱山社製、撹拌強化羽装着）で３分間撹拌混合し、トナーを得た。なお、分級工程で規定粒度以下の微粉を得た。得られた微粉の平均粒径は３．５μｍであった。

実施例１
結着樹脂、着色剤、離型剤、及び帯電制御剤に対し、参考例で得られた微粉２５質量部を加え、原料混合の際、混合機上部から水を５重量部添加したことを除いて、参考例１と同様にしてトナーを得た。

比較例１
原料混合の際、水を添加しないことを除いて、実施例１と同様にしてトナーを得た。

比較例２
参考例１で得られた微粉を乾式ロールコンパクタ（フロイント産業社製、ＴＦ−２０８）で造粒し、造粒微粉を得た。

ロール径２００ｍｍ、ロール幅８０ｍｍ、ロール圧力２０ＭＰａ、ロール回転数２０ｒｐｍ、供給量が１２０ｋｇ／ｈになるようにスクリューフィーダー回転数を調整した。整粒器では、スクリーンに２ｍｍの目開きを使用した。造粒前の微粉の嵩密度は０．２５ｇ／ｃｍ³ 、造粒後の微粉の嵩密度は０．５３ｇ／ｃｍ³ であった。微粉を上記造粒微粉に変えたことを除いて、比較例１と同様にしてトナーを得た。

実施例２
微粉量を５質量部、水を１質量部としたことを除いて、実施例１と同様にしてトナーを得た。

実施例３
微粉量を３５質量部、水を７質量部としたことを除いて、実施例１と同様にしてトナーを得た。

比較例３
微粉量を２質量部としたことを除いて、実施例１と同様にしてトナーを得た。

比較例４
微粉量を４０質量部、水を８質量部としたことを除いて、実施例１と同様にしてトナーを得た。

比較例５
微粉量を２５質量部、水を１５質量部としたことを除いて、実施例１と同様にしてトナーを得た。

比較例６
微粉量を２５質量部、水を２質量部としたことを除いて、実施例１と同様にしてトナーを得た。

以上の参考例、実施例、及び比較例で得たトナー試料について、下記の試験を行い、特性を評価した。

試験１−かぶり
非磁性一成分現像装置「カシオページプレストＮ−５」（カシオ計算機社製：カラープリンタ毎分２９枚（Ａ４横）機、プロセススピード１２９ｍｍ／ｓｅｃ）にトナーを実装し、通常環境（２５℃、５０％ＲＨ）において、普通紙（ＸＥＲＯＸ−Ｐ紙Ａ４サイズ）を用いて５％印字画像を１０，０００枚連続印字したあと、白紙印字を行い、印字している途中でフロント扉を開けることにより、印字を強制終了させ、その時のＯＰＣドラム上のカブリトナーをメンディングテープに写しとり、目視にて比較し、下記の基準で評価した。

◎：参考例よりカブリが少ない
○：参考例と同等
×：参考例よりもカブリが多い
試験２−高画質
試験１で使用した装置を用い、通常環境（２５℃、５０％ＲＨ）において、普通紙（ＸＥＲＯＸ−Ｐ紙Ａ４サイズ）を用いて５％印字画像を１０，０００枚連続印字したあと、ハーフトーン画像及びベタ画像を印字し、下記の基準で画像の均一性を評価した。

◎：参考例より良好
○：参考例と同等
×：参考例よりも均一でない
試験３−耐久性
試験１と同様の装置を用い、通常環境（２５℃、５０％ＲＨ）において、５％印字画像を１４，０００枚連続印字した。途中、２，０００枚おきにベタ画像、ハーフトーン画像を印字しブレード融着による白スジの発生枚数を評価した。

◎：１４，０００枚まで発生しない
○：１２，０００枚以降に発生
×：１２，０００枚未満で発生
試験４−混練供給性能
混練工程にて、原料供給量を、２５ｋｇ／ｈから４５ｋｇ／ｈまで５ｋｇ／ｈ刻みに徐々に上げていき、フィードネック現象の発生の有無を観察した。

◎：４０ｋｇ／ｈ以上の供給量があれば良好であり、○３０ｋｇ／ｈ以上であれば許容できる。×２５ｋｇ／ｈ以下の場合、生産性として十分でない。

以上の試験結果を下記表に示す。

上記表から、次のことがわかる。即ち、実施例１〜３では、原料混合時に、分級工程から戻された所定量の微粉と所定量の水を添加することで、十分な混練供給性能を保ったまま、混練することができ、カブリ、高画質、耐久性の良好なトナーを得ることができた。

これに対し、水を添加しない比較例１では、カブリ、耐久性、混練供給性能が劣っており、水を添加する代わりに微粉を造粒した比較例２では、耐久性が劣っていた。また、混合する微粉量が少ない比較例３では、耐久性が劣っており、多すぎる比較例４では、カブリ、耐久性、混練供給性能が劣っていた。更に、水の量が多すぎる比較例５では、カブリ、画質、耐久性が劣っており、水の量が少ない比較例６では、カブリ、耐久性が劣っており、混練供給性能が劣っていた。

本発明の一実施形態に用いる、水を添加する分液ロートを備えたヘンシェルミキサーを示す図。 本発明の一実施形態に係るトナーを用いる画像形成装置の概略を示す図。

符号の説明

１…ヘンシェルミキサー、２…分液ロート、３…ゴム栓、４…排出口、１１…現像装置、１２…感光体ドラム、１３…トナーホッパー、１４…供給ロール、１５…現像ロール、１６…ドクターブレード、１７…帯電ロール、１８…ＬＥＤ、１９…転写ベルト、２０…転写シート、２１…用紙、２２…クリーニングブレード。

Claims (6)

1. 結着樹脂、着色剤、離型剤、及び帯電制御剤を含む原料を混合する工程、
   原料混合物を溶融混練する工程、
   混練物を冷却固化した後、粉砕する工程、及び
   粉砕物を分級する工程
   を具備する電子写真用トナーの製造方法において、
   前記分級工程で発生した規定粒度以下の微粉を、前記原料１００質量部に対し５〜３５質量部、前記混合工程に戻し、この混合工程において、前記微粉量の１０〜５０質量％の水を添加することを特徴とする電子写真用トナーの製造方法。
2. 前記離型剤がカルナバワックス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方法。
3. ５〜７μｍの粒径を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のトナーの製造方法。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載のトナーの製造方法により製造されたことを特徴とする電子写真用トナー。
5. トナーを担持搬送するための弾性現像ロールと、この弾性現像ロール上に前記トナーを薄層状に形成するように前記トナーの厚さを規制するためのトナー層規制部材とを備え、前記弾性現像ロールの搬送速度が１００ｍｍ／秒以上である現像装置に用いられる請求項５に記載の非磁性一成分電子写真用トナー。
6. オイルの供給機構を有しない定着器を備える電子写真用印字装置に用いられる請求項５に記載の電子写真用トナー。

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