JP2007328362A - トナー製造方法、トナー及びトナー製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】凝集体や粗粒子を安定して除去し次工程に至るまで、凝集体の発生し難いトナーの製造法を提供する。
【解決手段】現像剤におけるトナーが１種あるいは２種以上の外添剤を含有し体積平均粒径が５．０〜１１．０μｍで、粒度調整後外添剤と混合した後、篩面通過側（後方）より篩面に向けエアー吹付機能としてのエアー吹き出し孔を複数個所もつ篩を使用するトナーの製造方法であって、特定の条件を満足する篩で処理することを特徴とするトナー製造方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子写真や静電記録の分野における画像形成方法に使用されるトナーの製造法に関する。

トナーは一般に、熱可塑性樹脂に所要材料（例えば染料、顔料磁性粉など）を加熱溶融混練し、均一な分散体を形成した後、冷却した混練物を粉砕するための粉砕工程及び必要に応じて粉砕物を分級するための分級工程を経て、所定粒径及び粒度分布を有するトナー粒子が生産される。更に、複写機現像工程、転写工程、感光体から未転写トナーを除去するクリーニング工程において安定に画出しを続けるためにトナー流動性、帯電安定性、潤滑性、クリーニング性などの特性を向上させる目的で無機微粉体や有機微粉体の如き外添剤とトナー粒子を混合する工程を経てトナーは製造される。

しかしながら、これらの工程において、粗粒や機械的な発熱による融着粗粒やファンデルワールス力や液架橋による再凝集体が発生し、粗粒および再凝集体は現像機内の微小隙間のつまりを生じたり、帯電不良粒子として種々の画像欠陥を発生させる原因となる。粗粒や再凝集体を除去するために、例えば、目開き１００から２５００μｍの篩を通す工程が行なわれている。篩を有する装置としては、例えば、多段ジャイロシフターがあり、振動法としては機械的振動や超音波振動などがある。
このような方法によって、粗粒や再凝集体は一応、除去可能になるが、現状において、生産安定性トナーの品質にいくつかの改良すべき点を有している。また近年トナーは小粒径化する傾向にあり、篩の目開きが小さくなる方向にあることから更に新たな問題も発生してきている。

従来目開き１００から２５００μｍの篩では金網は１００μｍ以上の線径で構成されており、目つまりに対する洗浄エアー及び洗浄エアーの作り出す振動でも篩における強度上の問題は発生していない。しかしトナーの小粒径化により目開きが小さくなることで線径が細くなり、それまでの洗浄エアーの風圧及び洗浄エアーの作り出す振動強度等では篩の破損を早めることになる。

また洗浄エアーの作る風速にトナーも加速され篩面に衝突する。その衝撃による発熱等でトナーは溶融状態になり金網に付着し時間と共に成長を重ねる。この付着物は洗浄エアーの作り出す振動等で剥がれ、その際篩の濾過側に析出したものは製品内部に混入し上記に述べた諸問題を引き起こす。
更にこの篩への付着物は篩面の目詰まりを引き起こし、篩前後の差圧が高くなることで、篩の荷重が増加することになる。この負担は篩目開きが小さくなることで、強度等の点から篩の破損を早めることになる。

このトナー付着物はトナーの処方等で発生状態は異なるが、篩面への衝突エアー風速が１００ｍ／ｓを超えると急激に増加する。

篩へのトナー付着には大気中及び処理エアーの湿度も大きな影響を与える。大気中のエアーは篩へのトナー投入の際同時に流入するが、湿度が高い場合にはトナー粒子表面に水分が析出し溶融とは異なる金網への固着が発生する。これは洗浄エアーの湿度によっても同様な状態が起こり、外気温との差が大きい場合にも発生しやすい。

現在までに小粒径トナーの粗粒子等の除去法に関しては特許文献１（特開平９−３０４９６８号公報）等で記載されたものがあるが、これら公報には篩の目開き等の記載はあるものの、状態や原因への対策が記載されておらず、安定した稼働状態並びに製品回収が困難である。
特開平９−３０４９６８号公報

上記従来技術の問題点に鑑み、本発明の目的とするところは、凝集体や粗粒子を安定して除去し次工程に至るまで、凝集体の発生し難いトナーの製造法を提供することにある。

上記課題は、本発明の（１）「現像剤におけるトナーが１種あるいは２種以上の外添剤を含有し体積平均粒径が５．０〜１１．０μｍで、粒度調整後外添剤と混合した後、篩面通過側（後方）より篩面に向けエアー吹付機能としてのエアー吹き出し孔を複数個所もつ篩を使用するトナーの製造方法であって、次の条件を満足する篩で処理することを特徴とするトナー製造方法；
前記複数個のエアー吹き出し孔の各面積の最大最小の比が１．６以下であり、篩目開きＷ １００μｍ＞Ｗ＞２０μｍ、篩面通過側（後方）より篩面への吹付けエアー中の水分、大気圧露点−１５℃以下、かつ、篩面通過側（後方）より篩面に向け複数個からなり、エアー吹出し孔の面積（Ｓ１）と、その孔の単位時間（秒）当たりに通過する篩面面積（Ｓ２）との比（Ｓ２／Ｓ１）が、（最大の（Ｓ２／Ｓ１）値を示すエアー吹出孔）／（最小の（Ｓ２／Ｓ１）値を示すエアー吹出孔）≦１．３の関係を満たす。
」、（２）「篩面通過側（後方）より篩面に向けた、複数個からなるエアー吹き出し孔からの吹付エアー速度を４０ｍ／ｓ乃至１００ｍ／ｓで使用することを特徴とする前記第（１）項に記載のトナー製造方法。」、（３）「篩の粉体投入方向側より篩面に向け吹付ける（前方）洗浄エアーと篩面通過側より篩面に向け吹付ける（後方）洗浄エアーが交互に吹付けられる吹付機能による、後方洗浄エアー吹付け始めから、前方洗浄エアー吹付け始めまでの時間をＢ１、前方洗浄エアー吹付け始めから、後方洗浄エアー吹付け始めまでの時間をＢ２としたとき、交番する双方向からの吹付（Ｂ２）及び（Ｂ１）のタイミングのずれ（位相差）が、次の条件を満足することを特徴とする前記第（１）項または前記（２）項に記載のトナー製造方法。
ｎ０．０１ｓｅｃ＜時間差（タイミングのずれ）Ｂ２及び時間差（タイミングのずれ）Ｂ１＜０．１ｓｅｃ」、（４）「前記篩の粉体投入方向側より篩面に向け吹付ける（前方）洗浄エアー中の水分、大気圧露点が−１５℃以下であることを特徴とする前記第（１）項乃至前記第（３）項の何れか１に記載のトナー製造方法。」、（５）「篩面の周りより少なくとも一個所篩面中心方向にエアーを吹付けることを特徴とする前記第（１）乃至前記第（４）項何れか１に記載のトナー製造方法。」、（６）「粉体投入口より粉体と共に吸引されるエアーの湿度が次の条件を満足することを特徴とする前記第（１）項乃至前記第（５）項何れか１に記載のトナー製造方法。
エアー中の水分、大気圧露点−１０℃以下」、（７）「結着樹脂、着色剤、離型剤を含有し、前記第（１）項乃至前記第（６）項何れか１に記載のトナー製造方法により得られることを特徴とするトナー
」、（８）「篩及び後方洗浄エアー機からなる篩機を有する、前記第（１）項乃至前記第（６）項何れか１に記載のトナー製造方法に用いることを特徴とするトナー製造装置。」によって達成される。

本発明によれば、トナー製造工程における篩工程の生産能力を大幅に増加でき、更には篩後のトナー凝集物や溶融粗大粒子の発生を飛躍的に低減可能とするという極めて優れた効果を奏するものである。

以下、本発明を図面によって詳細に説明する。
本発明においてトナー粒子は外添剤と混合された後篩にかけられる。使用する篩機の１例を図１に示す。
この篩機において、外添剤と混合トナー（１）は投入口（２）より流入し篩面（３）に衝突する。このとき微小トナーは篩面（３）を簡単に通過するが粗粒子トナーは篩面（３）にしばらく滞在した後その目開き部より通過する。このとき目開き寸法に近い径をもつトナーは篩目に挟まり目詰まりを発生させる。この打開策として篩面（３）後方のスペース（４）に設けられた後方洗浄エアー機（５）より篩面に高速エアー（６）を噴出させ、その圧力およびそれより発生する振動で目詰まりを除去する。このとき篩金網の後方に２００μｍから２ｍｍ程度の目開きを持つ篩を本篩に密着させ本篩の耐強度を増す構成とすることができる。本篩に使用される金網の形状であるが、平織、綾織等の制限は特にない。篩材質においても同様に金属以外にも樹脂等の使用が可能である。

このとき洗浄エアー機（５）より篩面（３）に噴出する高速エアー（６）の水分量を大気圧露点−１５℃以下に保つことにより凝集体の発生や篩の目詰まりによる篩寿命の低下を削減できる。好ましくは水分量を大気圧露点−２０℃以下に保つことにより外乱による変動を受けることのない篩作業を可能にする。更に好ましくは水分量を大気圧露点−２５℃以下に保つことによりトナー供給量の増減にも対応した上での効率的な篩作業を可能にする。

同様に篩の投入口（２）からはトナー（１）を流入させる際、外気（１４）を同時に吸引する。外気（１４）が調湿されていない雰囲気では上記と同様に凝集体の発生や篩の目詰まりが発生しやすくなる。よってこの場合水分量を大気圧露点−１０℃以下のエアーにより凝集体の発生や篩の目詰まりによる篩寿命の低下を削減できる。好ましくは水分量を大気圧露点−２０℃以下のエアーにより、トナー等に含まれる水分の影響を受けることのない篩作業を可能にする。また更に好ましくは水分量を大気圧露点−２５℃以下に保つことによりトナー供給量の増減にも対応した上での効率的な篩作業を可能にする。

図２に篩面（３）より見た後方洗浄エアー機（５）及び篩面に高速エアー（６）の吹き出しノズル（７）を示す。篩面積により吹き出しノズル（７）の個数は異なるが一般に複数個の吹き出しノズル（７）を１支柱（８）に対し１個もしくは複数個有する。通常エアー速度は各ノズルまでの送風経路長の違いによる差圧損の違い、ノズル開口面積の違い、開口方向の違い等に基因して各ノズル間でばらつきを持っており、エアー速度の設定は最低風速を持つノズルの目詰まり防止能力を基準に行なわれる。

よって風速の速いノズルに対しては最低風速部を上げることでより大きな風速を得ることになり、このためトナーの篩への衝突速度の増加による溶融物（１０）の発生や、篩寿命の低下に陥る。このとき各吹き出しノズル面積（９）の最大と最小値の比を１．６以下にすることで吹き出しノズル（７）間の低速領域が削減され風速分布を一定にすることが可能になり、製品中の溶融物の削減や篩寿命の向上に効果がある。好ましくは各吹き出しノズル面積（９）の最大と最小値の比を１．４以下にすることでノズル（７）のエアー速度の均一化が可能となり、製品中の溶融物の削減に効果がある。更に好ましくは各吹き出しノズル面積（９）の最大と最小値の比を１．２以下にすることでエアー速度の均一低速化が可能となり、より篩寿命の向上に効果がある。

目詰まりの発生は篩面（３）においてノズル（７）の洗浄エアー（６）から直接受ける部分面積に、時間当たりに受けるエネルギーが低い場合に多発する。エネルギーは、風速の二乗と面積の積で表現される。このとき洗浄エアー（６）の風速を速くすると凝集物（１０）が多発し１３０ｍ／ｓ以上では激増する。また４０ｍ／ｓ以下では流入した外気（１４）の篩面（３）における風速と同レベルの風速となるため、篩面（３）のトナー付着物を除去する効果は低い。

よって吹き出しノズル（７）の開口面積（Ｓ１）と、回動する吹き出しノズル（７）が単位時間（秒）に通過する篩面（３）の面積（Ｓ２）の比を考慮して、風量を調整し、Ｓ２／Ｓ１の最大値と最小値の関係を１．５以下にすることにより篩面（３）を有効に活用でき、目詰まり無く粗粒子の除去を行なえる。好ましくは最大値と最小値の関係を１．３以下にすることにより篩面（３）の負荷がより等分布荷重を受けることになり篩の寿命にも効果をおよぼす。

このとき篩面（３）が受けるエネルギーは１つのノズル（７）以外に、その他の通過ノズル（７）を含め受け側面積における時間当たりの総和として良い。

図３のように円形の篩面（３）を持つ場合には後方洗浄エアー機（５）は軸心より洗浄エアー（６）が供給され各吹き出しノズル（７）に分散する。各吹き出しノズル（７）は軸心に設けられた回転機構（１１）により篩面内（３）を旋回しエアー除去と篩に振動を与える。このような構造を持つ篩では角速度が同じ場合、軸心からの距離に応じてノズル開口面積（９）を狭くする等の調節をする手段や、吹き出しノズル（７）の個数を加減する方法などが考えられる。

図４では篩面（３）の前方スペース（１２）に前方洗浄エアー機（１３）を設けた篩を示す。篩面に供給されたトナーは微小物は瞬時に篩面（３）を通過するが、粗粒子や凝集体は停滞や目詰まりを起こし、後方洗浄エアー機（５）により除去や再突入がなされる。この再突入を含めたトナーの篩面（３）の通過速度を幇助する機能を前方洗浄エアー機（１３）は有する。

篩の処理量増加を行なうには篩面に振動を与えることが有効である。前方洗浄エアー機（１３）と後方洗浄エアー機（５）は各々のブローが位相を持つことで、その際振幅や振動加速度を操作することを可能とする。それぞれの洗浄エアーのタイミングは、ある篩面（３）の任意の点において、前方洗浄エアー（１３）と後方洗浄エアー（５）、後方洗浄エアー（５）と前方洗浄エアー（１３）の時間間隔を０．１ｓｅｃから０．０１ｓｅｃにすることで篩面（３）の振動が効果的に作用し篩面（３）の目詰まりを削減することができる。好ましくは前方洗浄エアー（１３）と後方洗浄エアー（５）、後方洗浄エアー（５）と前方洗浄エアー（１３）の時間間隔を０．０５ｓｅｃから０．０２ｓｅｃにすることでよりトナー処理量を増加した条件の下、篩面（３）の目詰まりを削減することができる。

図５は分散エアー吹き付け機能（２０）を設けた篩機を示す。篩機に流入したトナーはエアーの流れと慣性力で上手く分散せず、篩面（３）に至る経路により偏った流れとなり、篩面（３）に到達する。この偏りが篩面に多くのトナー付着を作る原因となる。よってエアー吹き付け機能（２０）を設けることで篩面（３）に到達する以前にトナーの偏流を分散し篩面の付着物を取り去ることで更に処理量を増加させることが可能となる。吹き付け位置は篩外周部で角度（２２）は篩面（３）に対し０プラスマイナス２０度、軸心とのずれ角（２３）は０プラスマイナス２０度により更に篩面（３）のトナー付着の除去が可能となる。
また、エアー吹き付け機能（２０）のエアー源はコンプレッサー等を使用した、供給型、並びに機内圧力を利用した自吸型も有効である。

以下、本発明を製造例及び実施例により具体的に説明するが、これは本発明をなんら限定するものではない。
なお、以下の配合における部数は全て重量部である。
［参考例１］
結着樹脂 ポリエステル樹脂 １００部
着色剤 カーボンブラック １０部
帯電制御剤 サリチル酸亜鉛塩 ５部
離型剤 低分子量ポリエチレン ５部
上記原材料をミキサーで十分に混合した後、２軸押し出し機により混練物温度１２０℃で溶融混練した。混練物を圧延冷却後カッターミルで粗粉砕し、ジェット気流を用いた微粉砕機で粉砕後、旋回式風力分級装置を用いて、重量平均粒径７．５μｍ、４μｍ以下の個数分布の割合が１１％のトナーを得た。さらに、母体着色粒子１００部に対して、疎水性シリカ０．３部比表面積１８８ｍ²／ｇをヘンシェルミキサーにて混合し、さらに篩面積２８３０ｍ²、排気処理風量１１ｍ³／ｍｉｎ、処理量毎時８０ｋｇ／ｈで目開き４５μｍの篩で後方洗浄エアーを設け、更には表１で記載する条件にて、ふるい工程を実施した。その際篩機稼働時の篩面トナー付着面積、及びトナー凝集物の発生量を表１に記載する。付着面積の測定に関しては篩機内部に洗浄機能付きＣＣＤカメラを設置し、約３０ｍｉｎ稼働時の映像から面積を割り出した。また風速に関してはカノマックス製熱線式風速計ＭＯＤＥＬ１０１１を使用した。

［参考例２］
参考例１での分級工程までで得られたトナーに対し、篩面通過側より篩面に向けエアー吹き付け機能となる後方洗浄エアーの各ノズルの吹き付け面積の最大と最小値の比が１．３とし、更には表１で記載する条件にて、参考例１と同様の評価を行なった。結果を表１に示す。

［参考例３］
参考例１での分級工程までで得られたトナーに対し、該製造工程において篩面に向け、複数個からなるエアー吹き出し孔からの吹き付けエアー速度を８０ｍ／ｓで使用し、更には表１で記載する条件にて、参考例１と同様の評価を行なった。結果を表１に示す。

［実施例１］
参考例１での分級工程までで得られたトナーに対し、篩面通過側より篩面に向けエアー吹き付け機能となる後方洗浄エアーの各ノズルの吹き付け面積とその吹き付け面が時間当たり通過面積する篩面積との比が各ノズル間で最大最小が１．３とし、更には表１で記載する条件にて、参考例１と同様の評価を行なった。結果を表１に示す。

［実施例２］
参考例１での分級工程までで得られたトナーに対し、篩の粉体投入方向より篩面に向けエアーを吹き付ける前方洗浄エアー機能を持つ篩の篩面において、通過側より篩面に吹き付ける後方洗浄エアーの吹き付けを持ち、更には表１で記載する条件にて、参考例１と同様の評価を行なった。結果を表１に示す。

［参考例４］
参考例１での分級工程までで得られたトナーに対し、篩の篩面において、篩の粉体投入方向より篩面に吹き付ける前方洗浄エアーと通過側より篩面に吹き付ける後方洗浄エアーとの時間差Ｂ２、及び通過側より篩面に吹き付ける後方洗浄エアーと篩の粉体投入方向より篩面に吹き付ける前方洗浄エアーとの時間差Ｂ１がそれぞれ０．４ｓｅｃとし更には表１で記載する条件にて、参考例１と同様の評価を行なった。結果を表１に示す。

［実施例３］
参考例１での分級工程までで得られたトナーに対し、通過側より吹き付けられる粉体通過方向と逆方向に前方洗浄エアーの大気圧露点を−１７℃とし、更には表１で記載する条件にて、参考例１と同様の評価を行なった。結果を表１に示す。

［実施例４］
参考例１での分級工程までで得られたトナーに対し、エアー供給口を１箇所設け、外部より篩面中心方向にエアーを吹き付け、更には表１で記載する条件にて、参考例１と同様の評価を行なった。結果を表１に示す。

［実施例５］
参考例１での分級工程までで得られたトナーに対し、粉体投入口より粉体と共に吸引されるエアーの湿度が大気圧露点−１５℃に設定され、更には表１で記載する条件にて、参考例１と同様の評価を行なった。結果を表１に示す。

［比較例１］
参考例１での分級工程までで得られたトナーに対し、表１で記載する条件にて、参考例１と同様の評価を行なった。結果を表１に示す。

但し、ＡはＳ２／Ｓ１の最大値と最小値の比であり、Ｂは交番する双方向からの吹付（Ｂ２）及び（Ｂ１）のタイミングのずれ（位相差「秒」）である。

本発明の篩設備ならびに後方洗浄機能を示す図である。 本発明の後方洗浄エアーノズルを示す図である。 本発明の後方エアーノズル面積と篩面積の関係を示す図である。 本発明の前方洗浄機能を示す図である。 本発明の分散エアー吹き付け機能を示す図である。

符号の説明

１ トナー
２ 投入口
３ 篩面
３．１ 単位時間のブロー領域
３．２ 単位時間のブロー領域
３．３ 単位時間のブロー領域
３．４ 単位時間のブロー領域
４ 篩面後方のスペース
５ 後方洗浄エアー機
６ 高速エアー
７ 吹き出しノズル
８ 支柱
９ 吹き出しノズル面積
１０ 溶融物（凝集物）
１１ 回転機構
１２ 前方スペース
１３ 前方洗浄エアー機
１４ 外気
２０ エアー吹き付け機能
２２ 篩面に対するエアー吹き付け位置の角度
２３ 軸心に対するエアー吹き付け位置の角度

Claims (8)

1. 現像剤におけるトナーが１種あるいは２種以上の外添剤を含有し体積平均粒径が５．０〜１１．０μｍで、粒度調整後外添剤と混合した後、篩面通過側（後方）より篩面に向けエアー吹付機能としてのエアー吹き出し孔を複数個所もつ篩を使用するトナーの製造方法であって、次の条件を満足する篩で処理することを特徴とするトナー製造方法；
   前記複数個のエアー吹き出し孔の各面積の最大最小の比が１．６以下であり、篩目開きＷ １００μｍ＞Ｗ＞２０μｍ、篩面通過側（後方）より篩面への吹付けエアー中の水分、大気圧露点−１５℃以下、かつ、篩面通過側（後方）より篩面に向け複数個からなり、エアー吹出し孔の面積（Ｓ１）と、その孔の単位時間（秒）当たりに通過する篩面面積（Ｓ２）との比（Ｓ２／Ｓ１）が、（最大の（Ｓ２／Ｓ１）値を示すエアー吹出孔）／（最小の（Ｓ２／Ｓ１）値を示すエアー吹出孔）≦１．３の関係を満たす。
2. 篩面通過側（後方）より篩面に向けた、複数個からなるエアー吹き出し孔からの吹付エアー速度を４０ｍ／ｓ乃至１００ｍ／ｓで使用することを特徴とする請求項１に記載のトナー製造方法。
3. 篩の粉体投入方向側より篩面に向け吹付ける（前方）洗浄エアーと篩面通過側より篩面に向け吹付ける（後方）洗浄エアーが交互に吹付けられる吹付機能による、後方洗浄エアー吹付け始めから、前方洗浄エアー吹付け始めまでの時間をＢ１、前方洗浄エアー吹付け始めから、後方洗浄エアー吹付け始めまでの時間をＢ２としたとき、交番する双方向からの吹付（Ｂ２）及び（Ｂ１）のタイミングのずれ（位相差）が、次の条件を満足することを特徴とする請求項１または２に記載のトナー製造方法。
   ０．０１ｓｅｃ＜時間差（タイミングのずれ）Ｂ２及び時間差（タイミングのずれ）Ｂ１＜０．１ｓｅｃ
4. 前記篩の粉体投入方向側より篩面に向け吹付ける（前方）洗浄エアー中の水分、大気圧露点が−１５℃以下であることを特徴とする請求項１乃至３何れか１に記載のトナー製造方法。
5. 篩面の周りより少なくとも一個所篩面中心方向にエアーを吹付けることを特徴とする請求項１乃至４何れか１に記載のトナー製造方法。
6. 粉体投入口より粉体と共に吸引されるエアーの湿度が次の条件を満足することを特徴とする請求項１乃至５何れか１に記載のトナー製造方法。
   エアー中の水分、大気圧露点−１０℃以下
7. 結着樹脂、着色剤、離型剤を含有し、請求項１乃至６何れか１に記載のトナー製造方法により得られることを特徴とするトナー。
8. 篩及び後方洗浄エアー機からなる篩機を有する、請求項1乃至６何れか１に記載のトナー製造方法に用いることを特徴とするトナー製造装置。

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