JP2013020245A - 粉体粒子の熱処理装置及びトナーの製造方法 - Google Patents

粉体粒子の熱処理装置及びトナーの製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】熱処理によってトナーを球形化するときに、トナーの処理量を増加させても、粗大な粒子が含有されず、かつ形状も揃ったトナーを効率良く得ることができる熱処理装置を提供する。
【解決手段】円筒形状の処理室1と、粉体粒子供給手段2と、粉体粒子を熱処理するための熱風を供給する熱風供給手段3と、熱処理された該粉体粒子を冷却するための冷風を供給する冷風供給手段4と、供給された該粉体粒子の流れを規制するための規制手段5と、熱処理された該粉体粒子を回収する回収手段6とを有し、
該規制手段は、略円形状の柱状部材であり、
該熱風供給手段の出口は、該柱状部材の上端部に対向しており、
該規制手段は、上端部の中心部に、供給された熱風を周方向に分配するための略円錐形状の分配部材と、分配された該熱風を螺旋状に回転させるための回転部材とを具備する粉体粒子の熱処理装置である。
【選択図】図1

Description

本発明は、電子写真法、静電記録法、静電印刷法、またはトナージェット方式記録法の如き画像形成方法に用いられるトナーを得るための粉体粒子の熱処理装置及びトナーの製造方法に関する。
近年、複写機やプリンターの高画質化、高精細化に伴い、現像剤としてのトナーに要求される性能も一段と厳しくなり、トナーの粒子径は小さく、トナーの粒度分布としては、粗大粒子が含有されないシャープなものが要求されるようになってきている。
更に、複写機やプリンター用の転写材としては、通常の紙以外にも様々なマテリアルに対応することが必要となってきており、トナーの転写性の向上も要求される。このため、トナーを球形化することが必要とされるようになってきている。
しかし、一方で、トナーを球形化しすぎると、クリーニング性が悪化してしまうため、トナーの球形化度を制御し、転写性とクリーニング性を両立することも求められる。
このような要求に対し、トナーの球形化度を制御する製法の一つとして、熱処理によりトナーの表面を溶融し、球形化する方法が挙げられる。熱処理によるトナーの球形化においては、上述した転写性とクリーニング性を両立するために、熱処理時にトナー粒子の合一を抑制し、均一に熱処理を施すことで、トナーの形状を均一化することが求められる。
これを達成するために、原料である粉体を分散させるための旋回機構と、分散された粉体原料を、その内側から加熱する加熱機構を持つ熱処理装置が提案されている(特許文献1参照)。
しかし、この装置構成でトナーを熱処理する場合、原料の分散気流と加熱気流がお互いに逆の旋回方向となる。このため、トナーの処理量を増加させると、装置内で生じる気流の乱れによって装置の天面や壁面にトナーが付着し、融着物が生じる場合がある。
これに対し、熱処理装置の熱処理室の側壁上部からの冷却風をスリット状に吹き込むことにより粒子の付着及び乱流を抑え、生産性を向上させるという提案がなされている(特許文献2参照)。
しかし、この装置構成でトナーを熱処理する場合、原料の分散気流と加熱気流は旋回流であるのに対し、導入される冷却風は垂直となる。このため、やはり装置内で乱気流が発生してしまい、トナーの処理量を増加させて熱処理を行うと、トナーの融着が生じる場合がある。さらに、この装置構成では、原料の分散気流によって加熱気流が冷却されてしまうため、トナーの球形化に必要以上の熱量をかけなくてはならない。このため、トナー粒子が装置内で受ける熱量にばらつきが生じ、均一な熱処理を行えず、トナーの形状を均一化できない場合がある。
このように、熱処理によってトナーを球形化する際に、粗大な粒子を含有せず、形状の揃ったトナーを効率良く、安定的に作り出すことで、トナーの転写性とクリーニング性を両立させるためには、粉体粒子の熱処理装置に改良の余地がある。
特開昭62−133466号公報 特開昭59−125742号公報
本発明の目的は、熱処理によってトナー用粉体粒子を球形化するときに、粉体粒子の処理量を増加させても、粗大な粒子が含有されず、かつ形状も揃った粉体粒子を効率良く得ることができる粉体粒子の熱処理装置、及びトナーの製造方法を提供することにある。
さらに、本発明のもう一つの目的は、熱処理によってトナー用粉体粒子を球形化するときに、処理量を増加させても、装置内の粉体粒子の融着を軽減することができる粉体粒子の熱処理装置、及びトナーの製造方法を提供することにある。
すなわち本発明は、結着樹脂及び着色剤を含有する粉体粒子の熱処理装置であって、
該熱処理装置は、
(1)該粉体粒子の熱処理が行われる円筒形状の処理室と、
(2)該処理室の外周部に設けられた、該処理室に該粉体粒子を供給するための粉体粒子供給手段と、
(3)供給された該粉体粒子を熱処理するための熱風を供給する熱風供給手段と、
(4)熱処理された該粉体粒子を冷却するための冷風を供給する冷風供給手段と、
(5)該処理室に設けられた、供給された該粉体粒子の流れを規制するための規制手段と、
(6)該処理室の下端部側に設けられた、熱処理された該粉体粒子を回収する回収手段
とを有し、
該規制手段は、該処理室の中心軸に、該処理室の下端部から上端部に向けて突出するように配置された、略円形状である柱状部材であり、
該熱風供給手段の出口は、該規制手段の上端部と対向しており、
該規制手段は、該規制部材上端部に、供給された熱風を周方向に分配するための略円錐形状の分配部材と、分配された該熱風を該処理室の内壁面に沿って螺旋状に回転させるための回転部材とを具備し、
該粉体粒子供給手段は、該粉体粒子の供給方向と該熱風の回転方向とが同方向になるように設けられ、
該回収手段は、螺旋状に回転する該粉体粒子の回転を維持しながら該粉体粒子を回収するように、該処理室の外周部に設けられていることを特徴とする粉体粒子の熱処理装置に関する。
また、本発明は、結着樹脂及び着色剤を含有する粉体粒子を熱処理装置を用いて熱処理する熱処理工程を経てトナーを得るトナーの製造方法において、該熱処理装置として上記構成の熱処理装置を用いることを特徴とするトナーの製造方法に関する。
本発明によれば、熱処理によってトナー用粉体粒子を球形化するときに、粉体粒子の処理量を増加させても、粗大な粒子が含有されず、かつ形状も揃った粉体粒子を効率良く得ることができる。このため、本発明では、粉体粒子の平均円形度と、高円形度の比率を同時に制御することができるため、トナーの転写性とクリーニング性の両立が可能となる。
さらに、本発明によれば、熱処理によってトナー用粉体粒子を球形化するときに、処理量を増加させても、装置内の粉体粒子融着を軽減することができる。このため、本発明では、粉体粒子間で発生する合一や融着を抑制し、トナーの生産性を向上させることができる。
本発明の粉体粒子の熱処理装置の一例を示した概略的斜視図である。 図1のA−A´面における熱処理装置の概略的断面図である。 本発明の熱処理装置に用いられる、熱風を螺旋状に回転させるための回転部材の一例である。 略円錐状の熱風分配部材の概略的断面図である。 粉体粒子供給手段の概略的断面図である。 比較例1に用いられる熱処理装置の概略的断面図である。 比較例2に用いられる熱処理装置の概略的断面図である。
近年要求されるトナーの転写性の向上に対応するためには、トナーの平均円形度は0.960以上であることが好ましく、更に好ましくは0.965以上である。一方で、トナーの円形度分布において、円形度0.990以上の粒子の頻度が増加しすぎるとクリーニング不良が発生し易くなることも判明している。
これは、ブレード等のクリーニング部材を用いて、感光体上から残余トナーを除去するクリーニング方法では、球形に近いトナーは、クリーニングブレードをすり抜けやすくなってしまうためである。このすり抜けを防止するためには、クリーニングブレードの接触圧を上げるということで対策を打つことも可能であるが、ドラムの回転トルクの上昇やクリーニングブレードの磨耗などの弊害があるために限界がある。従って、トナーのクリーニング性を向上させるためには、トナー中における円形度0.990以上の粒子の含有率を少なくすることが好ましい。
以下、好ましい実施の形態を挙げて本発明を更に詳細に説明する。
本発明の粉体粒子の熱処理装置の概略を、図1、図2、図3、図4、図5を用いて説明する。
図1、図2に示しすように、本発明の熱処理装置は、粉体粒子の熱処理が行われる円筒形状の処理室1を持つ。
熱処理装置の処理室1の内径T(mm)は、350mm≦T≦900mmであることが好ましい。処理室1の内径が上記の範囲内であれば、熱処理粒子を効率よく製造することができる。
さらに処理室1の内部は、粉体粒子の融着を防止するために、冷却ジャケットによって冷却されていることが好ましい。冷却ジャケットには冷却水(好ましくはエチレングリコール等の不凍液)を導入することが好ましく、冷却ジャケットの表面温度が40℃以下となるように調整することが好ましい。
処理室に粉体粒子を供給するための粉体粒子供給手段2は、処理室の外周部に設けられており、粉体粒子は、高圧エア供給ノズル(図示せず)から供給されるインジェクションエアにより加速、搬送され、処理室に供給される。
供給された粉体粒子を熱処理するための熱風は、熱風供給手段3から供給される。処理室内に供給される熱風は、熱風供給手段3の出口部における温度N(℃)が100℃≦N≦300℃であることが好ましい。熱風供給手段の出口部における温度が上記の範囲内であれば、粉体粒子を加熱しすぎることによる粉体粒子の融着や合一を抑制しつつ、粉体粒子を均一に近い状態で球形化処理することが可能となる。
さらに熱処理された粉体粒子は冷風供給手段4から供給される冷風によって冷却される。冷風供給手段4から供給される冷風の温度R(℃)は−20℃≦R≦30℃であることが好ましい。冷風の温度が上記の範囲内であれば、粉体粒子を効率的に冷却することができ、粉体粒子の均一な球形化処理を阻害することなく、粉体粒子の融着や合一を抑制することができる。
処理室に供給された粉体粒子は、処理室内に設けられた粉体粒子の流れを規制するための規制手段5によって、その流れが規制される。このため処理室に供給された粉体粒子は、処理室内の内壁面に沿って螺旋状に回転しながら熱処理された後、冷却される。
次に、冷却された粉体粒子は、処理室の下端部側にある回収手段6によって回収される。尚、回収手段6の先にはブロワー(不図示)が設けられ、ブロワーにより吸引搬送される構成となっている。
熱処理装置内に供給されるインジェクションエア、熱風及び冷風の流量の総量QINと、ブロワーにより吸引される風量QOUTの関係は、QIN≦QOUTの関係となるように調整されることが好ましい。QIN≦QOUTであれば、装置内の圧力が負圧となるため、処理室内の粉体粒子が装置外に排出されやすくなり、粉体粒子が過剰に熱を受けることを抑制できる。その結果、合一した粉体粒子の増加や装置内での融着を抑制することができる。
粉体粒子の流れを規制するための規制手段5は、処理室の中心軸上に、処理室の下端部から上端部に向けて突出するように配置された、断面が略円形状である柱状部材である。この粉体粒子の流れを規制するための規制手段5が処理室の中心軸上にあることによって、処理室に供給された粉体粒子は円筒形状の処理室を螺旋状に回転しながら流れる。
本発明の熱処理装置の熱風供給手段の出口3aは、柱状部材(規制手段5)の上端部に対向している。この柱状部材は、その上端部の中心部に、供給された熱風を周方向に分配するための略円錐形状の分配部材7を具備している。さらに柱状部材は、図3に示したような、分配された熱風を処理室において螺旋状に回転させるための回転部材8を具備している。柱状部材の上端部に分配部材7及び回転部材8が具備されていることで、処理室内に供給された粉体粒子の分散が良好になる。一方、柱状部材の上端部と分配部材7及び回転部材8との間が離れている場合、熱風の回転が乱れやすくなり、粉体粒子が十分に分散せず、粉体粒子の合一や装置内での融着が発生し易くなる。
本発明の熱処理装置の熱風供給部がこのような構成をとることにより、熱風供給手段から供給された熱風は、円筒形状の処理室の内壁面に沿って螺旋状に回転しながら流れるようになる。
このため、処理室内部に供給された粉体粒子は、回転流によって遠心力を受けながら熱処理される。その結果、粉体粒子の粒子同士の衝突が少なくなり、熱処理時の粉体粒子の合一粒子が減少し、形状の揃ったトナーを得ることができる。
熱風を回転させるための回転部材8は、処理室内の内壁面に沿って熱風を螺旋状に回転させるように供給することができる構成であればよい。その構成としては、図3に示したように、熱風を回転させるための回転部材8が、複数のブレード9を有しており、その枚数や角度により、熱風の回転を制御することができる。また、図3に示したように、熱風は複数のブレード9の間から螺旋状に導入されるため、その枚数が多いほどブレード間の隙間G(mm)が狭くなり、供給される熱風の流速が速くなる。例えば処理室の内径が450mmの場合は、ブレードの隙間G(mm)は、5mm≦G≦40mmであることが好ましい。
尚、柱状部材は、粉体粒子の融着を防止するために、冷却ジャケットを設けることが好ましい。更に冷却ジャケットには冷却水(好ましくはエチレングリコール等の不凍液)を導入することが好ましく、冷却ジャケットの表面温度が40℃以下であることが好ましい。
熱風供給手段3の出口部において、略円錐状の分配部材を設けることが好ましい。図4に示したように、分配部材は、熱処理装置鉛直方向の断面が上流から下流に向けて広がっていればよく、7−aのように三角形であってもよいし、7−bのように台形であってもよい。さらには、図4の7−cに示したような形でもよいが、より熱風を均一分配できるのは熱処理装置鉛直方向の断面が三角形のときである。尚、図4の7−a、7−bに示した底辺の角度θ°は、5°≦θ≦85°が好ましく、さらに好ましいのは、30°≦θ≦75°のときである。
粉体粒子供給手段2は、供給された粉体粒子の回転方向と熱風の回転方向が同方向になるように設けられることが好ましい。
処理室に供給された粉体粒子と、熱風の回転方向が同一であることによって、処理室内で乱流が起こらないため、粉体粒子同士の衝突が少なくなり、熱処理時の粉体粒子の合一粒子が減少し、形状の揃ったトナーを得ることができる。
さらに、処理室に供給された粉体粒子の流れが、熱風の旋回流と同方向であることによって、熱処理時に粉体粒子が受ける遠心力が増加するため、粉体粒子が処理室内で高分散する。この結果、処理室の粉塵濃度が増加しても粉体粒子の粒子同士の衝突が起こりにくいため、粉体粒子の処理量を増加させることができる。
回収手段6は、粉体粒子の回転方向を維持しながら粉体粒子を回収するように、処理室の外周部に設けられている。
これによって、処理室内の粉体粒子の回転流を維持することができ、粉体粒子にかかる遠心力が維持され、粉体粒子の規制手段5への付着、融着が軽減される。尚、粉体粒子回収手段は装置内の最下端に、粉体粒子の回転を維持する方向に1つ以上あればよく、粉体粒子回収手段が複数あってもよい。
粉体粒子の流れを規制するための規制手段5は、熱処理装置水平方向の断面が略円形状である柱状部材であればよく、処理室の下流側にいくに従って柱状部材の径が大きくなっていくことが好ましい。これにより、粉体粒子回収手段側端部の粉体粒子流速が速くなり、粉体粒子の排出性を向上させることができるとともに、回収部における付着や融着、粉体粒子の合一を防止することができる。
規制手段5が、処理室に占める割合V(体積%)は、5体積%≦V≦60体積%であることが好ましい。上記範囲内であることにより、処理室における粉体粒子の流速を制御することができ、粉体粒子の分散性や排出性が向上するものと考えられる。
冷風供給手段4は処理室の外周部に複数設けられ、かつ、冷風供給手段から供給された冷風が処理室の内周面に沿って熱風の回転方向と同方向に供給されるように設けられていることが好ましい。
冷風供給手段から供給される冷風は、装置外周部から処理室内周面に、水平かつ接線方向から供給されるよう構成されていることが好ましく、これによって処理室壁面への粉体粒子の付着が抑制される。
また、冷風供給手段から供給される冷風の回転方向が、熱風の回転方向と同方向であることによって、処理室内で乱流が起こらないため、粉体粒子の合一を抑制することができる。
さらに、供給される冷風は、装置水平断面において各々複数に分割導入されることが好ましく、より好ましくは、4分割で導入されることである。これは装置内の風の流れを均一に制御しやすくするためであり、4分割された導入路における冷風の風量は独立して制御可能である。これによって、装置内の回転流は更に強化され、粉体粒子には強い遠心力がかかり、粉体粒子の分散性が向上する。
粉体粒子供給手段2から供給される粉体粒子は、装置外周部から処理室内周面に、水平かつ接線方向から供給されるよう構成されていることが好ましい。このような構成であれば、処理室内に供給された粉体粒子には強い遠心力がかかり、粉体粒子の分散性が向上する。
熱処理装置では、粉体粒子供給手段から供給される粉体粒子の回転方向、冷風供給手段から供給された冷風の回転方向、熱風供給手段から供給された熱風の回転方向がすべて同方向であることが好ましい。これにより、処理室内で乱流が起こりにくく、装置内の回転流が強化され、粉体粒子に強力な遠心力がかかり、粉体粒子の分散性が更に向上する。そのため、合一粒子の少ない、形状の揃ったトナーを得ることができる。
さらに、粉体粒子供給手段は、同一周方向に複数設けられていることが好ましい。図5に示すように、粉体粒子供給手段の分割数が多くなるほど、処理室に導入された直後の粉体粒子は粉塵濃度が低下した状態で、熱処理が施される。これによって、粉体粒子供給手段の分割数が多くなるほど、熱処理に必要な温度を低下させることができる。つまり、同一温度では粉体粒子供給手段の分割数が多くなるほど熱処理後の粉体粒子の平均円形度は高くなる。
また、粉体粒子供給手段が複数に分割されると、処理量が同一の場合、分割された分だけ、粉体粒子供給手段一つ当たりの粉塵濃度が低減する。このため、同一条件で処理量を増加させると、粉体粒子供給手段の分割数が多くなるほど、処理室に導入される粉体粒子の粉塵濃度が低減化するので、粉体粒子の処理量を増加しても、合一粒子の少ない、形状の揃った粉体粒子を得ることができる。
尚、例えば処理室の内径が450mmの場合は、粉体粒子は4分割から12分割の間で導入されることが好ましく、より好ましくは8分割である。粉体粒子供給手段が8分割されると、粉体粒子の熱処理時に、処理量を増加させても、粉体粒子の合一粒子の増加を抑制することができる。
冷風供給手段は、粉体粒子供給手段より下流側に複数設けられていることが好ましい。冷風供給手段が、粉体粒子供給手段より下流側にあることにより、導入された冷風が処理室内の熱処理ゾーンを冷却してしまうことがなく、粉体粒子の球形化に必要な熱処理温度が高まることを防止する。
また、導入された冷風の風量や温度は独立して制御可能である。このため、図1に示したように、冷風供給手段が3段設けられていることが好ましい。これにより、1段目の冷風(4−1)は処理室内に導入された粉体粒子を熱処理ゾーンに効率よく送り込むための冷風、2段目(4−2)は粉体粒子を冷却するため冷風、3段目の冷風(4−3)は粉体粒子回収手段を冷却するための冷風と、それぞれの冷風の機能を分離することが可能となる。尚、冷風導入が2段の場合は、上記3つの冷風の機能の内、2つの組み合わせを任意に選べばよい。
本発明の熱処理装置を用いたトナーの製造方法において、熱風供給手段の回転部材から処理室に導入された熱風の風速Vh(m/s)は、粉体粒子供給手段から処理室に導入された粉体の供給速度Vt(m/s)以上であることが好ましい。
熱風の風速Vh(m/s)が、粉体粒子供給速度Vt(m/s)以上であることによって、処理室内の気流同士によるせん断力が発生し、粉体粒子がより高分散した状態で熱処理される。また、熱風を回転させるための回転部材から処理室内に供給された熱風の速度がトナー供給速度より速いため、回転部材に粉体粒子が付着することが抑制される。このため、回転部材が熱風によって蓄熱し、高温になったとしても粉体粒子が融着することがなく安定生産が可能になる。
処理室の内径が450mmの場合は、熱風供給手段の回転部材から処理室に導入された熱風の風速Vh(m/s)は、25m/s≦Vh≦85m/sであることが好ましい。熱風の流速が上記の範囲内であれば、粉体粒子に与えるせん断力が向上し、より分散した状態で粉体粒子が熱処理される。
本発明の熱処理装置は、粉砕法、懸濁重合法、乳化凝集法、溶解懸濁法など公知の製造方法で得られた粉体粒子に適用することが可能である。以下、粉砕法によってトナーを製造する手順について説明する。
まず、原料混合工程では、トナー原料として、少なくとも樹脂、着色剤を所定量秤量して配合し、混合する。混合装置の一例としては、ヘンシェルミキサー(日本コークス社製);スーパーミキサー(カワタ社製);リボコーン(大川原製作所社製);ナウターミキサー、タービュライザー、サイクロミックス(ホソカワミクロン社製);スパイラルピンミキサー(太平洋機工社製);レーディゲミキサー(マツボー社製)等がある。
更に、混合したトナー原料を溶融混練工程にて、溶融混練して、樹脂類を溶融し、その中の着色剤等を分散させる。混練装置の一例としては、TEM型押し出し機(東芝機械社製);TEX二軸混練機(日本製鋼所社製);PCM混練機(池貝鉄工所社製);ニーデックス(日本コークス社製)等が挙げられるが、連続生産できる等の優位性から、バッチ式練り機よりも、1軸または2軸押出機といった連続式の練り機が好ましい。
更に、トナー原料を溶融混練することによって得られる着色樹脂組成物は、溶融混練後、2本ロール等で圧延され、水冷等で冷却する冷却工程を経て冷却される。
上記で得られた着色樹脂組成物の冷却物は、次いで、粉砕工程で所望の粒径にまで粉砕される。粉砕工程では、まず、クラッシャー、ハンマーミル、フェザーミル等で粗粉砕され、更に、クリプトロンシステム(川崎重工業社製)、スーパーローター(日清エンジニアリング社製)等で微粉砕され、トナー微粒子を得る。
得られたトナー微粒子は、分級工程にて、所望の粒径を有するトナー用粉体粒子に分級される。分級機としては、ターボプレックス、ファカルティ、TSPセパレータ、TTSPセパレータ(ホソカワミクロン社製);エルボージェット(日鉄鉱業社製)等がある。
続いて、熱処理工程として、得られたトナー用粉体粒子を本発明の熱処理装置を用いて球形化処理を行う。
熱処理工程の前に、粉体粒子に必要に応じて無機微粒子等を添加しても構わない。粉体粒子に無機微粒子等を添加する方法としては、粉体粒子と公知の各種外添剤を所定量配合し、ヘンシェルミキサー、メカノハイブリッド(日本コークス社製)、スーパーミキサー、ノビルタ(ホソカワミクロン社製)等の粉体にせん断力を与える高速撹拌機を外添機として用いて、撹拌・混合する。
粉体粒子に無機微粉体が添加されていることで、粉体粒子に流動性が付与され、熱処理装置の処理室に導入された粉体粒子がより均一に分散して熱風と接触することが可能となり、均一に近い状態で熱処理されたトナーを得ることができる。
熱処理後に粗大な粒子が存在する場合、必要に応じて、分級によって粗大粒子を除去する工程を行っても構わない。粗大粒子を除去する分級機としては、ターボプレックス、TSPセパレータ、TTSPセパレータ(ホソカワミクロン社製);エルボージェット(日鉄鉱業社製)等が挙げられる。
さらに、熱処理後、必要に応じて、粗粒等を篩い分けるために、例えば、ウルトラソニック(晃栄産業社製);レゾナシーブ、ジャイロシフター(徳寿工作所社);ターボスクリーナー(ターボ工業社製);ハイボルター(東洋ハイテック社製)等の篩分機を用いても良い。
尚、熱処理工程は上記微粉砕後に行っても良いし、分級後に行ってもよい。
次に、トナーに用いられる材料について説明する。
結着樹脂としては、公知の樹脂が用いられるが、例えば、ポリスチレン、ポリビニルトルエンの如きスチレン誘導体の単重合体;スチレン−プロピレン共重合体、スチレン−ビニルトルエン共重合体、スチレン−ビニルナフタリン共重合体、スチレン−アクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリル酸エチル共重合体、スチレン−アクリル酸ブチル共重合体、スチレン−アクリル酸オクチル共重合体、スチレン−アクリル酸ジメチルアミノエチル共重合体、スチレン−メタクリル酸メチル共重合体、スチレン−メタクリル酸エチル共重合体、スチレン−メタクリル酸ブチル共重合体、スチレン−メタクリル酸オクチル共重合体、スチレン−メタクリル酸ジメチルアミノエチル共重合体、スチレン−ビニルメチルエーテル共重合体、スチレン−ビニルエチルエーテル共重合体、スチレン−ビニルメチルケトン共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−イソプレン共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、スチレン−マレイン酸エステル共重合体の如きスチレン系共重合体;ポリメチルメタクリレート、ポリブチルメタクリレート、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリビニルブチラール、シリコーン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂、ポリアクリル樹脂、ロジン、変性ロジン、テルペン樹脂、フェノール樹脂、脂肪族又は脂環族炭化水素樹脂、芳香族石油樹脂が挙げられ、これらの樹脂は単独もしくは混合して用いても良い。
これらの中で、結着樹脂として好ましく用いられる重合体としては、ポリエステル樹脂又はスチレン系共重合ユニットとポリエステルユニットとを有するハイブリッド樹脂である。
スチレン系共重合体に用いる重合性モノマーとしては、次のようなものが挙げられる。例えば、スチレン;o−メチルスチレン、m−メチルスチレン、p−メチルスチレン、α−メチルスチレン、p−フェニルスチレン、p−エチルスチレン、2,4−ジメチルスチレン、p−n−ブチルスチレン、p−tert−ブチルスチレン、p−n−ヘキシルスチレン、p−n−オクチルスチレン、p−n−ノニルスチレン、p−n−デシルスチレン、p−n−ドデシルスチレン、p−メトキシスチレン、p−クロルスチレン、3,4−ジクロルスチレン、m−ニトロスチレン、o−ニトロスチレン、p−ニトロスチレンの如きスチレン及びその誘導体;エチレン、プロピレン、ブチレン、イソブチレンの如き不飽和モノオレフィン類;ブタジエン、イソプレンの如き不飽和ポリエン類;塩化ビニル、塩化ビニリデン、臭化ビニル、フッ化ビニルの如きハロゲン化ビニル類;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、ベンゾエ酸ビニルの如きビニルエステル類;メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸n−ブチル、メタクリル酸イソブチル、メタクリル酸n−オクチル、メタクリル酸ドデシル、メタクリル酸2−エチルヘキシル、メタクリル酸ステアリル、メタクリル酸フェニル、メタクリル酸ジメチルアミノエチル、メタクリル酸ジエチルアミノエチルの如きα−メチレン脂肪族モノカルボン酸エステル類;アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸イソブチル、アクリル酸n−オクチル、アクリル酸ドデシル、アクリル酸2−エチルヘキシル、アクリル酸ステアリル、アクリル酸2−クロルエチル、アクリル酸フェニルの如きアクリル酸エステル類;ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、ビニルイソブチルエーテルの如きビニルエーテル類;ビニルメチルケトン、ビニルヘキシルケトン、メチルイソプロペニルケトンの如きビニルケトン類;N−ビニルピロール、N−ビニルカルバゾール、N−ビニルインドール、N−ビニルピロリドンの如きN−ビニル化合物;ビニルナフタリン類;アクリロニトリル、メタクリロニトリル、アクリルアミドの如きアクリル酸もしくはメタクリル酸誘導体。
更に、マレイン酸、シトラコン酸、イタコン酸、アルケニルコハク酸、フマル酸、メサコン酸の如き不飽和二塩基酸;マレイン酸無水物、シトラコン酸無水物、イタコン酸無水物、アルケニルコハク酸無水物の如き不飽和二塩基酸無水物;マレイン酸メチルハーフエステル、マレイン酸エチルハーフエステル、マレイン酸ブチルハーフエステル、シトラコン酸メチルハーフエステル、シトラコン酸エチルハーフエステル、シトラコン酸ブチルハーフエステル、イタコン酸メチルハーフエステル、アルケニルコハク酸メチルハーフエステル、フマル酸メチルハーフエステル、メサコン酸メチルハーフエステルの如き不飽和二塩基酸のハーフエステル;ジメチルマレイン酸、ジメチルフマル酸の如き不飽和二塩基酸エステル;アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、ケイヒ酸の如きα,β−不飽和酸;クロトン酸無水物、ケイヒ酸無水物の如きα,β−不飽和酸無水物、前記α,β−不飽和酸と低級脂肪酸との無水物;アルケニルマロン酸、アルケニルグルタル酸、アルケニルアジピン酸、これらの酸無水物及びこれらのモノエステルの如きカルボキシル基を有するモノマーが挙げられる。
更に、2−ヒドロキシエチルアクリレート、2−ヒドロキシエチルメタクリレート、2−ヒドロキシプロピルメタクリレートなどのアクリル酸またはメタクリル酸エステル類;4−(1−ヒドロキシ−1−メチルブチル)スチレン、4−(1−ヒドロキシ−1−メチルヘキシル)スチレンの如きヒドロキシ基を有するモノマーが挙げられる。
前記「ポリエステルユニット」とは、ポリエステルに由来する部分を意味し、ポリエステルユニットを構成する成分としては、アルコール成分と酸成分がある。アルコール成分としては、2価以上のアルコール成分が挙げられ、酸成分としては、2価以上のカルボン酸、2価以上のカルボン酸無水物及び2価以上のカルボン酸エステルが挙げられる。
2価アルコールモノマー成分としては、ポリオキシプロピレン(2.2)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、ポリオキシプロピレン(3.3)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、ポリオキシエチレン(2.0)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、ポリオキシプロピレン(2.0)−ポリオキシエチレン(2.0)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、ポリオキシプロピレン(6)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン等のビスフェノールAのアルキレンオキシド付加物;エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、1,2−プロピレングリコール、1,3−プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、1,4−ブテンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、ジプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコール、ビスフェノールA、水素添加ビスフェノールA等が挙げられる。
3価以上のアルコールモノマー成分としては、ソルビット、1,2,3,6−ヘキサンテトロール、1,4−ソルビタン、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、トリペンタエリスリトール、1,2,4−ブタントリオール、1,2,5−ペンタントリオール、グリセリン、2−メチルプロパントリオール、2−メチル−1,2,4−ブタントリオール、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、1,3,5−トリヒドロキシメチルベンゼン等が挙げられる。
2価のカルボン酸モノマー成分としては、フタル酸、イソフタル酸及びテレフタル酸の如き芳香族ジカルボン酸類又はその無水物;コハク酸、アジピン酸、セバシン酸及びアゼライン酸の如きアルキルジカルボン酸類又はその無水物;炭素数6乃至18のアルキル基又はアルケニル基で置換されたコハク酸もしくはその無水物;フマル酸、マレイン酸及びシトラコン酸の如き不飽和ジカルボン酸類又はその無水物;が挙げられる。
3価以上のカルボン酸モノマー成分としては、トリメリット酸、ピロメリット酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸やその無水物等の多価カルボン酸等が挙げられる。
また、その他のモノマーとしては、ノボラック型フェノール樹脂のオキシアルキレンエーテル等の多価アルコール類等が挙げられる。
着色剤としては、以下のものが挙げられる。
黒色着色剤としては、カーボンブラック;磁性体;イエロー着色剤、マゼンタ着色剤及びシアン着色剤とを用いて黒色に調整したものが挙げられる。
マゼンタトナー用着色顔料しては、以下のものが挙げられる。縮合アゾ化合物、ジケトピロロピロール化合物、アンスラキノン、キナクリドン化合物、塩基染料レーキ化合物、ナフトール化合物、ベンズイミダゾロン化合物、チオインジゴ化合物、ペリレン化合物が挙げられる。具体的には、C.I.ピグメントレッド1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、21、22、23、30、31、32、37、38、39、40、41、48:2、48:3,48:4、49、50、51、52、53、54、55、57:1、58、60、63、64、68、81:1、83、87、88、89、90、112、114、122、123、144、146、150、163、166、169、177、184、185、202、206、207、209、220、221、238、254、269;C.I.ピグメントバイオレット19、C.I.バットレッド1、2、10、13、15、23、29、35が挙げられる。
着色剤には、顔料単独で使用してもかまわないが、染料と顔料とを併用してその鮮明度を向上させた方がフルカラー画像の画質の点から好ましい。
マゼンタトナー用染料としては、以下のものが挙げられる。C.Iソルベントレッド1、3、8、23、24、25、27、30、49、81、82、83、84、100、109、121、C.I.ディスパースレッド9、C.I.ソルベントバイオレット8、13、14、21、27、C.I.ディスパーバイオレット1の如き油溶染料、C.I.ベーシックレッド1、2、9、12、13、14、15、17、18、22、23、24、27、29、32、34、35、36、37、38、39、40、C.I.ベーシックバイオレット1、3、7、10、14、15、21、25、26、27、28などの如きの塩基性染料。
シアントナー用着色顔料としては、以下のものが挙げられる。C.I.ピグメントブルー1、2、3、7、15:2、15:3、15:4、16、17、60、62、66;C.I.バットブルー6、C.I.アシッドブルー45、フタロシアニン骨格にフタルイミドメチルを1乃至5個置換した銅フタロシアニン顔料。
イエロー用着色顔料としては、以下のものが挙げられる。縮合アゾ化合物、イソインドリノン化合物、アンスラキノン化合物、アゾ金属化合物、メチン化合物、アリルアミド化合物。具体的には、C.I.ピグメントイエロー1、2、3、4、5、6、7、10、11、12、13、14、15、16、17、23、62、65、73、74,83、93、95、97,109、110、111、120、127、128、129、147、155、168、174、180、181、185、191;C.I.バットイエロー1、3、20が挙げられる。また、C.I.ダイレクトグリーン6、C.I.ベーシックグリーン4、C.I.ベーシックグリーン6、ソルベントイエロー162などの染料も使用することができる。
また、上記トナーにおいて、結着樹脂に予め、着色剤を混合し、マスターバッチ化させたものを用いることが好ましい。そして、この着色剤マスターバッチとその他の原材料(結着樹脂及びワックス等)を溶融混練させることにより、トナー中に着色剤を良好に分散させることが出来る。
結着樹脂に着色剤を混合し、マスターバッチ化させる場合は、多量の着色剤を用いても着色剤の分散性を悪化させず、また、トナー粒子中における着色剤の分散性を良化し、混色性や透明性等の色再現性が優れる。また、転写材上でのカバーリングパワーが大きいトナーを得ることが出来る。また、着色剤の分散性が良化することにより、トナー帯電性の耐久安定性が優れ、高画質を維持した画像を得ることが可能となる。
トナーの製造において、熱処理工程の前に、粉体粒子に、流動化剤、転写助剤、帯電安定化剤などをヘンシェルミキサーの如き混合機で混合して用いることができる。
また、流動化剤としては、流動性が添加前後を比較すると増加し得るものであれば、どのようなものでも使用可能である。例えば、フッ化ビニリデン微粉末、ポリテトラフルオロエチレン微粉末の如きフッ素系樹脂粉末;酸化チタン微粉末、アルミナ微粉末、湿式製法シリカ、乾式製法シリカの如き微粉末シリカ;それらをシラン化合物、及び有機ケイ素化合物、チタンカップリング剤、シリコーンオイルにより表面処理を施した処理シリカを使用することが可能である。
酸化チタン微粉末としては、チタンアルコキシド、チタンハライド、チタンアセチルアセトネートの低温酸化(熱分解、加水分解)により得られる酸化チタン微粒子が用いられる。結晶系としてはアナターゼ型、ルチル型、これらの混晶型、アモルファスのいずれのものも用いることができる。
アルミナ微粉末としては、バイヤー法、改良バイヤー法、エチレンクロルヒドリン法、水中火花放電法、有機アルミニウム加水分解法、アルミニウムミョウバン熱分解法、アンモニウムアルミニウム炭酸塩熱分解法、塩化アルミニウムの火焔分解法により得られるアルミナ微粉体が用いられる。結晶系としてはα,β,γ,δ,ξ,η,θ,κ,χ,ρ型、これらの混晶型、アモルファスのいずれのものも用いられ、α,δ,γ,θ,混晶型,アモルファスのものが好ましく用いられる。
前記微粉体は、その表面がカップリング剤やシリコーンオイルによって疎水化処理をされていることが好ましい。
微粉体の表面の疎水化処理方法は、微粉体と反応あるいは物理吸着する有機ケイ素化合物等で化学的、または物理的に処理する方法である。
上記疎水化処理方法として好ましい方法は、ケイ素ハロゲン化合物の蒸気相酸化により生成されたシリカ微粒子を有機ケイ素化合物で処理する方法である。そのような方法に使用される有機ケイ素化合物の例は、以下のものが挙げられる。ヘキサメチルジシラザン、トリメチルシラン、トリメチルクロルシラン、トリメチルエトキシシラン、ジメチルジクロルシラン、メチルトリクロルシラン、アリルジメチルクロルシラン、アリルフェニルジクロルシラン、ベンジルジメチルクロルシラン、ブロムメチルジメチルクロルシラン、α−クロルエチルトリクロルシラン、β−クロルエチルトリクロルシラン、クロルメチルジメチルクロルシラン、トリオルガノシリルメルカプタン、トリメチルシリルメルカプタン、トリオルガノシリルアクリレート、ビニルジメチルアセトキシシラン、ジメチルエトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、ヘキサメチルジシロキサン、1,3−ジビニルテトラメチルジシロキサン、1,3−ジフェニルテトラメチルジシロキサンおよび1分子当り2から12個のシロキサン単位を有し末端に位置する単位にそれぞれ1個宛のSiに結合した水酸基を含有するジメチルポリシロキサン。
上記流動化剤は単独で用いても、複数種を組合せて用いても良い。
また、上記流動化剤は、粉体粒子100質量部に対して流動化剤0.1乃至8.0質量部用いることが好ましく、0.1乃至4.0質量部使用することがより好ましい。
尚、上記の添加剤は、外添工程で外添剤として用いても良い。
各種物性の測定方法に関して以下に説明する。
<重量平均粒径(D4)の測定方法>
粉体粒子及びトナーの重量平均粒径(D4)は、以下のようにして算出する。測定装置としては、100μmのアパーチャーチューブを備えた細孔電気抵抗法による精密粒度分布測定装置「コールター・カウンター Multisizer 3」(登録商標、ベックマン・コールター社製)を用いる。測定条件の設定及び測定データの解析は、付属の専用ソフト「ベックマン・コールター Multisizer 3 Version3.51」(ベックマン・コールター社製)を用いる。尚、測定は実効測定チャンネル数2万5千チャンネルで行う。
測定に使用する電解水溶液は、特級塩化ナトリウムをイオン交換水に溶解して濃度が約1質量%となるようにしたもの、例えば、「ISOTON II」(ベックマン・コールター社製)が使用できる。
尚、測定、解析を行う前に、以下のように専用ソフトの設定を行う。
専用ソフトの「標準測定方法(SOM)を変更」画面において、コントロールモードの総カウント数を50000粒子に設定し、測定回数を1回、Kd値は「標準粒子10.0μm」(ベックマン・コールター社製)を用いて得られた値を設定する。「閾値/ノイズレベルの測定ボタン」を押すことで、閾値とノイズレベルを自動設定する。また、カレントを1600μAに、ゲインを2に、電解液をISOTON IIに設定し、「測定後のアパーチャーチューブのフラッシュ」にチェックを入れる。
専用ソフトの「パルスから粒径への変換設定」画面において、ビン間隔を対数粒径に、粒径ビンを256粒径ビンに、粒径範囲を2μmから60μmまでに設定する。
具体的な測定法は以下の通りである。
(1)Multisizer 3専用のガラス製250ml丸底ビーカーに前記電解水溶液約200mlを入れ、サンプルスタンドにセットし、スターラーロッドの撹拌を反時計回りで24回転/秒にて行なう。そして、専用ソフトの「アパーチャーのフラッシュ」機能により、アパーチャーチューブ内の汚れと気泡を除去しておく。
(2)ガラス製の100ml平底ビーカーに前記電解水溶液約30mlを入れる。この中に分散剤として「コンタミノンN」(非イオン界面活性剤、陰イオン界面活性剤、有機ビルダーからなるpH7の精密測定器洗浄用中性洗剤の10質量%水溶液、和光純薬工業社製)をイオン交換水で約3質量倍に希釈した希釈液を約0.3ml加える。
(3)発振周波数50kHzの発振器2個を位相を180度ずらした状態で内蔵し、電気的出力120Wの超音波分散器「Ultrasonic Dispersion System Tetora150」(日科機バイオス社製)を準備する。超音波分散器の水槽内に約3.3lのイオン交換水を入れ、この水槽中にコンタミノンNを約2ml添加する。
(4)前記(2)のビーカーを前記超音波分散器のビーカー固定穴にセットし、超音波分散器を作動させる。そして、ビーカー内の電解水溶液の液面の共振状態が最大となるようにビーカーの高さ位置を調整する。
(5)前記(4)のビーカー内の電解水溶液に超音波を照射した状態で、トナー約10mgを少量ずつ前記電解水溶液に添加し、分散させる。そして、さらに60秒間超音波分散処理を継続する。尚、超音波分散にあたっては、水槽の水温が10℃以上40℃以下となる様に適宜調節する。
(6)サンプルスタンド内に設置した前記(1)の丸底ビーカーに、ピペットを用いてトナーを分散した前記(5)の電解質水溶液を滴下し、測定濃度が約5%となるように調整する。そして、測定粒子数が50000個になるまで測定を行う。
(7)測定データを装置付属の前記専用ソフトにて解析を行い、重量平均粒径(D4)を算出する。尚、専用ソフトでグラフ/体積%と設定したときの、「分析/体積統計値(算術平均)」画面の「平均径」が重量平均粒径(D4)である。
<微粉量の算出方法>
粉体粒子中又はトナー中の個数基準の微粉量(個数%)は、前記のMultisizer 3の測定を行った後、データを解析することにより算出する。
例えば、トナー中の4.0μm以下の粒子の個数%は、以下の手順で算出する。まず、専用ソフトでグラフ/個数%に設定して測定結果のチャートを個数%表示とする。そして、「書式/粒径/粒径統計」画面における粒径設定部分の「<」にチェックし、その下の粒径入力部に「4」を入力する。「分析/個数統計値(算術平均)」画面を表示したときの「<4μm」表示部の数値が、トナー中の4.0μm以下の粒子の個数%である。
<粗粉量の算出方法>
粉体粒子中又はトナー中の体積基準の粗粉量(体積%)は、前記のMultisizer 3の測定を行った後、データを解析することにより算出する。
例えば、トナー中の10.0μm以上の粒子の体積%は、以下の手順で算出する。まず、専用ソフトでグラフ/体積%に設定して測定結果のチャートを体積%表示とする。そして、「書式/粒径/粒径統計」画面における粒径設定部分の「>」にチェックし、その下の粒径入力部に「10」を入力する。「分析/体積統計値(算術平均)」画面を表示したときの「>10μm」表示部の数値が、トナー中の10.0μm以上の粒子の体積%である。
<平均円形度の測定方法>
粉体粒子及びトナーの平均円形度は、フロー式粒子像分析装置「FPIA−3000」(シスメックス社製)によって、校正作業時の測定及び解析条件で測定する。
具体的な測定方法は、以下の通りである。まず、ガラス製の容器中に予め不純固形物などを除去したイオン交換水約20mlを入れる。この中に分散剤として「コンタミノンN」(非イオン界面活性剤、陰イオン界面活性剤、有機ビルダーからなるpH7の精密測定器洗浄用中性洗剤の10質量%水溶液、和光純薬工業社製)をイオン交換水で約3質量倍に希釈した希釈液を約0.2ml加える。更に測定試料を約0.02g加え、超音波分散器を用いて2分間分散処理を行い、測定用の分散液とする。その際、分散液の温度が10℃以上40℃以下となる様に適宜冷却する。超音波分散器としては、発振周波数50kHz、電気的出力150Wの卓上型の超音波洗浄器分散器(「VS−150」(ヴェルヴォクリーア社製))を用い、水槽内には所定量のイオン交換水を入れ、この水槽中に前記コンタミノンNを約2ml添加する。
測定には、標準対物レンズ(10倍)を搭載した前記フロー式粒子像分析装置を用い、シース液にはパーティクルシース「PSE−900A」(シスメックス社製)を使用した。前記手順に従い調整した分散液を前記フロー式粒子像分析装置に導入し、HPF測定モードで、トータルカウントモードにて3000個のトナー粒子を計測する。そして、粒子解析時の2値化閾値を85%とし、解析粒子径を円相当径1.985μm以上39.69μm未満に限定し、トナー又は粉体粒子の平均円形度を求める。
測定にあたっては、測定開始前に標準ラテックス粒子(Duke Scientific社製の「RESEARCH AND TEST PARTICLES Latex Microsphere Suspensions 5200A」をイオン交換水で希釈)を用いて自動焦点調整を行う。その後、測定開始から2時間毎に焦点調整を実施することが好ましい。
尚、本願実施例では、シスメックス社による校正作業が行われた、シスメックス社が発行する校正証明書の発行を受けたフロー式粒子像分析装置を使用した。解析粒子径を円相当径1.985μm以上39.69μm未満に限定した以外は、校正証明を受けた時の測定及び解析条件で測定を行った。
<円形度が0.990以上の粒子の割合の算出方法>
円形度が0.990以上の粒子の割合は、円形度の分布を示す指標として用いており、頻度(%)で表わされる。具体的には、FPIA−3000によって測定したトナーの平均円形度における、頻度テーブルの範囲1.00の頻度(%)の値と、0.990−>1.000の頻度(%)の値を足した値を用いる。
〔ポリエステル樹脂1〕
冷却管、撹拌機、及び、窒素導入管のついた反応槽中に、以下の材料を秤量して加えた。
テレフタル酸 17.6質量部
ポリオキシエチレン(2.2)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン
76.2質量部
チタニウムジヒドロキシビス(トリエタノールアミネート) 0.2質量部
その後、220℃に加熱し、窒素を導入しつつ生成する水を除去しながら8時間反応させた。その後、無水トリメリット酸1.5質量部を加え、180℃に加熱し、4時間反応させポリエステル樹脂1を合成した。
GPCで求めたポリエステル樹脂1の分子量は、重量平均分子量(Mw)82400、数平均分子量(Mn)3300、ピーク分子量(Mp)8450、ガラス転移温度(Tg)は63℃、軟化点(1/2法)は110℃であった。
(トナー用粉体粒子の製造例)
ポリエステル樹脂1: 100質量部
パラフィンワックス: 6質量部
(最大吸熱ピークのピーク温度:78℃)
3,5−ジ−t−ブチルサリチル酸アルミニウム化合物: 1.0質量部
C.I.ピグメントブルー15: 3.5質量部
上記の材料をヘンシェルミキサーFM−75型(日本コークス社製)で混合した後、温度を120℃に設定した二軸混練機PCM−30型(池貝鉄工社製)にて混練した。得られた混練物を冷却し、ハンマーミルにて1mm以下に粗粉砕し、得られた粗砕物を、機械式粉砕機T−250(ターボ工業社製)にて粉砕し、微粒子を得た。続いて、得られた微粒子を、ファカルティ(ホソカワミクロン社製)により分級した。
このとき得られたトナー用粉体粒子は、重量平均粒径(D4)が6.5μmであり、粉体粒子中の粒径4.0μm以下の粒子の存在率が28.5個数%であり、粒径10.0μm以上の粒子の存在率が3.0体積%であった。
更に、FPIA3000にて円形度を測定した結果、粉体粒子の平均円形度が0.950であり、円形度が0.990以上の粒子の頻度は1.5%であった。
以下、これをトナー用粉体粒子Aとする。
さらに、下記材料をヘンシェルミキサー(FM−75型、日本コークス社製)に投入し、回転羽根の周速を50.0m/secとし、混合時間3分で混合することにより、トナー用粉体粒子Aの表面に、シリカと酸化チタンを付着させたトナー用粉体粒子Bを得た。
トナー用粉体粒子A: 100質量部
シリカ: 3.0質量部
(ゾルゲル法で作製したシリカ微粒子にヘキサメチルジシラザン1.5質量%で表面処理した後、分級によって所望の粒度分布に調整したもの。)
酸化チタン: 0.5質量部
(アナターゼ形の結晶性を有するメタチタン酸を表面処理したもの。)
〔実施例1〕
本実施例では、図1に示した熱処理装置を用い、装置の内径を450mmとし、図3の回転部材を用い、図4の7−aのθの角度を60°とし、原料供給手段を図5の8分割とし、トナー用粉体粒子Bを熱処理した。尚、処理室内に設けられた規制手段の断面形状は円形であり、後述の実施例においても規制手段に関しては断面が円形のものを用いた。
このときの回転部材のブレード間の最小間隔Gは11.6mm、高さを30mm、ブレード枚数は18枚であり、熱風供給手段の出口の断面積は6480mm2あった。
また、このときの原料供給手段出口の断面積は、一口当たり640mm2とした。
更に、冷風は、図1に示したように3段で供給し、1段目、2段目の冷風は接線方向に4分割に供給し、3段目の冷風は接線方向に3分割で供給した。
以上の装置構成を装置構成1とする。
上記装置構成1にて、トナー用粉体粒子Bの供給量を150kg/hrとし、平均円形度0.970の熱処理粒子を得るために、熱風温度175℃、熱風流量27.0m3/min.でトナー用粉体粒子Bを熱処理した。
このときの運転条件は、冷風温度が−5℃、高圧エア供給ノズルから供給されるインジェクションエア流量がそれぞれ1.75m3/min.であった。
また、1段目の冷風は、6.0m3/min.を4分割し、それぞれ1.5m3/min.の冷風を処理室内に供給した。また、2段目の冷風は、2.0m3/min.を4分割し、それぞれ0.5m3/minの冷風を処理室内に供給した。さらに3段目の冷風は、4.2m3/min.を3分割で供給し、それぞれ1.4m3/min.の冷風を処理室に供給した。
以上の運転条件を運転条件1とする。
尚、このときの条件では、熱風供給手段の回転部材から処理室に導入された熱風の風速は、原料供給手段から処理室に導入された粉体の供給速度以上であった。
このとき得られた熱処理粒子は、重量平均粒径(D4)が6.8μm、粒径4.0μm以下の粒子の存在率が25.3個数%、粒径10.0μm以上の粒子の存在率が3.8体積%であり、粗大な粒子が非常に少ない熱処理粒子であった。
更に、FPIA3000にて円形度が0.990以上の粒子の頻度を測定した結果、その値は、24.0%であり、非常に均一性に優れた熱処理粒子が得られた。
次に、トナー用粉体粒子Bの供給量を100kg/hrとして、熱処理装置の運転条件を、熱風温度を160℃とした以外は、運転条件1と同様にして、平均円形度が0.970となるように、トナー用粉体粒子Bを熱処理した。
得られた熱処理粒子は、重量平均粒径(D4)が6.6μm、粒径4.0μm以下の粒子の存在率が27.2個数%であり、粒径10.0μm以上の粒子の存在率が3.3体積%であった。
このとき、得られた熱処理粒子の粗粉量と、処理量が150kg/hrのときに得られた熱処理粒子の粗粉量の差Δs(体積%)をとると、0.5体積%となり、本実施例の装置構成では、処理量を非常に増加させやすい結果となった。
続いて、トナー用粉体粒子Bの供給量を150kg/hrとして、熱処理装置の運転条件を、熱風温度を180℃とした以外は、運転条件1と同様にして、トナー用粉体粒子Bを熱処理した。このときの運転条件を運転条件2とする。
このとき得られた熱処理粒子は、重量平均粒径(D4)が6.8μm、粒径4.0μm以下の粒子の存在率が25.1個数%であり、粒径10.0μm以上の粒子の存在率が4.2体積%であった。
更に、FPIA3000にて円形度を測定した結果、平均円形度が0.972であり、非常に球形化度の高い熱処理粒子が得られた。
また、1時間運転後、トナー用粉体粒子Bの供給を止め、装置内の融着状況を確認したところ、融着物が全く認められないレベルであった。
実施例1について、以下の項目について評価を行った。
<円形度が0.990以上の粒子の頻度に対する評価>
得られた熱処理粒子において、円形度が0.990以上の粒子の頻度b(%)について、以下の基準で評価した。
A:b<25.0
B:25.0≦b<30.0
C:30.0≦b<35.0
D:35.0≦b<40.0
E:40.0≦b
<粗粉量に対する評価>
熱処理粒子の粗粉量の評価として、熱処理粒子中の10.0μm以上の粒子の割合s(体積%)を下記の基準で判断した。
A:s<5.0
B:5.0≦s<10.0
C:10.0≦s<15.0
D:15.0≦s<20.0
E:20.0≦s
<処理量を増加させたときの粗粉量の変化量に対する評価>
処理量を100kg/hrに落として、平均円形度が0.970となるように熱処理して得られた熱処理粒子において、10.0μm以上の粒子の割合s’(体積%)を求めた。
そして、得られたs’と、上記のsとの差Δs(s−s’)(体積%)を算出し、熱処理装置における処理量の増加のさせやすさの指標とし、下記の基準で判断した。
A:2.0<Δs
B:2.0≦Δs<4.0
C:4.0≦Δs<6.0
D:6.0≦Δs<8.0
E:8.0≦Δs
<平均円形度と融着に関する評価>
処理量を150kg/hrとして、処理温度180℃で熱処理し、得られた熱処理粒子の平均円形度eを以下の基準で評価した。
A:e≧0.970
B:0.970<e≦0.965
C:0.965<e≦0.960
D:0.960<e≦0.955
E:e<0.955
処理量150kg/hr、処理温度180℃で1時間運転した後、トナー用粉体粒子Bの供給を止め、工業用ビデオスコープ「IPLEX SA II R」(オリンパス社製)のスコープ部を熱処理装置側面の点検口(不図示)から挿入し、装置内の融着状況を確認し、下記の基準で判断した。
A:融着物が全く認められないレベル
B:融着物が僅かに認められるが、運転上支障のないレベル
C:融着が認められるが、運転上支障のないレベル
D:融着が認められ、運転を中止する必要があるレベル
E:大きな融着物が認められ、運転を中止する必要があるレベル
これらの結果を表1にまとめた。
〔実施例2〕
本実施例では、図1に示した熱処理装置を用い、図3の回転部材のブレード間の最小間隔Gを30mm、高さを36mm、ブレード枚数を9枚に改造し、熱風供給手段の出口の断面積を9720mm2とした。また、粉体粒子供給手段の出口の断面積を160mm2とした以外は装置構成1と同様の装置構成とし、上記運転条件1で、トナー用粉体粒子Bを熱処理した。
このときの条件では、熱風供給手段の回転部材から処理室に導入された熱風の風速と原料供給手段から処理室に導入された粉体の供給速度は等しかった。尚、このときの装置構成を装置構成2とした。
このとき得られた熱処理粒子は、重量平均粒径(D4)が6.8μm、粒径4.0μm以下の粒子の存在率が24.8個数%、粒径10.0μm以上の粒子の存在率が4.2体積%であり、粗大な粒子が非常に少ない熱処理粒子であった。
更に、FPIA3000にて円形度が0.990以上の粒子の頻度を測定した結果、その値は、24.4%であり、非常に均一性に優れた熱処理粒子が得られた。
次に、トナー用粉体粒子Bの供給量を100kg/hrとして、熱処理装置の運転条件を、熱風温度を160℃とした以外は、運転条件1と同様にして、平均円形度が0.970となるように、トナー用粉体粒子Bを熱処理した。
得られた熱処理粒子は、重量平均粒径(D4)が6.6μm、粒径4.0μm以下の粒子の存在率が26.9個数%であり、粒径10.0μm以上の粒の存在率子が3.5体積%であった。
このとき、得られた熱処理粒子の粗粉量の差Δs(体積%)は、0.7体積%となり、本実施例の装置構成では、処理量を非常に増加させやすい結果となった。
続いて、本装置構成2にて、運転条件を運転条件2でトナー用粉体粒子Bを熱処理したところ、得られた熱処理粒子は、重量平均粒径(D4)が6.8μm、粒径4.0μm以下の粒子の存在率が24.5個数%であり、粒径10.0μm以上の粒子の存在率が4.6体積%であった。
更に、FPIA3000にて円形度を測定した結果、平均円形度が0.971であり、非常に球形化度の高い熱処理粒子が得られた。
また、1時間運転後、トナー用粉体粒子Bの供給を止め、装置内の融着状況を確認したところ、融着物が全く認められないレベルであった。
これらの結果を表1にまとめた。
〔実施例3〕
本実施例では、図1に示した熱処理装置を用い、原料供給手段の出口の断面積を140mm2とした以外の装置構成は装置構成2と同様にし、熱風温度を180℃にした以外は運転条件1と同様に、トナー用粉体粒子Bを熱処理した。
このときの条件では、熱風供給手段の回転部材から処理室に導入された熱風の風速は、原料供給手段から処理室に導入された粉体の供給速度よりも遅かった。尚、このときの装置構成を装置構成3とした。
このとき得られた熱処理粒子は、重量平均粒径(D4)が6.9μm、粒径4.0μm以下の粒子の存在率が24.6個数%、粒径10.0μm以上の粒子の存在率が4.5体積%であり、粗大な粒子が非常に少ない熱処理粒子であった。
更に、FPIA3000にて円形度が0.990以上の粒子の頻度を測定した結果、その値は、24.5%であり、非常に均一性に優れた熱処理粒子が得られた。
次に、トナー用粉体粒子Bの供給量を100kg/hrとして、熱処理装置の運転条件を、熱風温度を165℃とした以外は、運転条件1と同様にして、平均円形度が0.970となるように、トナー用粉体粒子Bを熱処理した。
得られた熱処理粒子は、重量平均粒径(D4)が6.6μm、粒径4.0μm以下の粒子の存在率が27.3個数%であり、粒径10.0μm以上の粒子の存在率が3.6体積%であった。
このとき、得られた熱処理粒子の粗粉量の差Δs(体積%)は、0.9体積%となり、本実施例の装置構成では、処理量を非常に増加させやすい結果となった。
続いて、本装置構成3にて、運転条件を運転条件2でトナー用粉体粒子Bを熱処理したところ、得られた熱処理粒子は、重量平均粒径(D4)が6.9μm、粒径4.0μm以下の粒子の存在率が24.6個数%であり、粒径10.0μm以上の粒子の存在率が4.5体積%であった。
更に、FPIA3000にて円形度を測定した結果、平均円形度が0.970であり、非常に球形化度の高い熱処理粒子が得られた。
また、1時間運転後、トナー用粉体粒子Bの供給を止め、装置内の融着状況を確認したところ、融着物が僅かに認められるが、運転上支障のないレベルであった。
これらの結果を表1にまとめた。
〔実施例4〕
本実施例では、図1に示した熱処理装置の2段目の冷風供給手段4−2を無くし、供給する冷風を2段とした以外は、装置構成3と同様の装置構成として、トナー用粉体粒子Bを熱処理した。
このときの運転条件は、熱風温度を185℃とし、2段目の冷風を供給しなかった以外は運転条件1と同様にした。このときの運転条件を運転条件3とした。
さらに、このときの条件では、熱風供給手段の回転部材から処理室に導入された熱風の風速は、原料供給手段から処理室に導入された粉体の供給速度よりも遅かった。尚、このときの装置構成を装置構成4とした。
このとき得られた熱処理粒子は、重量平均粒径(D4)が6.9μm、粒径4.0μm以下の粒子の存在率が25.1個数%、粒径10.0μm以上の粒子の存在率が4.6体積%であり、粗大な粒子が非常に少ない熱処理粒子であった。
更に、FPIA3000にて円形度が0.990以上の粒子の頻度を測定した結果、その値は、24.6%であり、非常に均一性に優れた熱処理粒子が得られた。
次に、トナー用粉体粒子Bの供給量を100kg/hrとして、熱処理装置の運転条件を、熱風温度を170℃とした以外は、運転条件3と同様にして、平均円形度が0.970となるように、トナー用粉体粒子Bを熱処理した。
得られた熱処理粒子は、重量平均粒径(D4)が6.6μm、粒径4.0μm以下の粒子の存在率が27.2個数%であり、粒径10.0μm以上の粒子の存在率が3.7体積%であった。
このとき、得られた熱処理粒子の粗粉量の差Δs(体積%)は、0.9体積%となり、本実施例の装置構成では、処理量を非常に増加させやすい結果となった。
続いて、本装置構成4にて、運転条件3の熱風温度を180℃にした条件でトナー用粉体粒子Bを熱処理した。得られた熱処理粒子は、重量平均粒径(D4)が6.9μm、粒径4.0μm以下の粒子の存在率が24.4個数%であり、粒径10.0μm以上の粒子の存在率が4.4体積%であった。
更に、FPIA3000にて円形度を測定した結果、平均円形度が0.969であり、球形化度の高い熱処理粒子が得られた。
また、1時間運転後、トナー用粉体粒子Bの供給を止め、装置内の融着状況を確認したところ、融着物が僅かに認められるが、運転上支障のないレベルであった。
これらの結果を表1にまとめた。
〔実施例5〕
本実施例では、図1に示した熱処理装置の3段目の冷風供給手段4−3を無くし、供給する冷風を1段とした以外は、装置構成4と同様の装置構成として、トナー用粉体粒子Bを熱処理した。
このときの運転条件は、熱風温度を185℃とし、2段目、3段目の冷風を供給しなかった以外は運転条件1と同様にした。このときの運転条件を運転条件4とした。
さらに、このときの条件では、熱風供給手段の回転部材から処理室に導入された熱風の風速は、原料供給手段から処理室に導入された粉体の供給速度よりも遅かった。尚、このときの装置構成を装置構成5とした。
このとき得られた熱処理粒子は、重量平均粒径(D4)が6.9μm、粒径4.0μm以下の粒子の存在率が24.3個数%、粒径10.0μm以上の粒子の存在率が4.8体積%であり、粗大な粒子が非常に少ない熱処理粒子であった。
更に、FPIA3000にて円形度が0.990以上の粒子の頻度を測定した結果、その値は、24.4%であり、非常に均一性に優れた熱処理粒子が得られた。
次に、トナー用粉体粒子Bの供給量を100kg/hrとして、熱処理装置の運転条件を、熱風温度を170℃とした以外は、運転条件4と同様にして、平均円形度が0.970となるように、トナー用粉体粒子Bを熱処理した。
得られた熱処理粒子は、重量平均粒径(D4)が6.7μm、粒径4.0μm以下の粒子の存在率が26.8個数%であり、粒径10.0μm以上の粒子の存在率が3.8体積%であった。
このとき、得られた熱処理粒子の粗粉量の差Δs(体積%)は、1.0体積%となり、本実施例の装置構成では、処理量を非常に増加させやすい結果となった。
続いて、本装置構成5にて、運転条件4の熱風温度を180℃にした条件でトナー用粉体粒子Bを熱処理した。得られた熱処理粒子は、重量平均粒径(D4)が6.9μm、粒径4.0μm以下の粒子の存在率が24.5個数%であり、粒径10.0μm以上の粒子の存在率が4.6体積%であった。
更に、FPIA3000にて円形度を測定した結果、平均円形度が0.969であり、球形化度の高い熱処理粒子が得られた。
また、1時間運転後、トナー用粉体粒子Bの供給を止め、装置内の融着状況を確認したところ、融着が認められるが、運転上支障のないレベルであった。
これらの結果を表1にまとめた。
〔実施例6〕
本実施例では、図1に示した熱処理装置の原料供給手段を、図5の4分割とし、原料供給は高圧エア供給ノズルを一台にした以外は、装置構成5と同様の装置構成として、トナー用粉体粒子Bを熱処理した。
このときの運転条件は、熱風温度を190℃とし、2段目、3段目の冷風は供給せず、高圧エア供給ノズルから供給されるインジェクションエア流量を1.75m3/min.とした以外は運転条件1と同様にした。このときの運転条件を運転条件5とした。
さらに、このときの条件では、熱風供給手段の回転部材から処理室に導入された熱風の風速は、原料供給手段から処理室に導入された粉体の供給速度よりも遅かった。尚、このときの装置構成を装置構成6とした。
このとき得られた熱処理粒子は、重量平均粒径(D4)が7.1μm、粒径4.0μm以下の粒子の存在率が24.0個数%、粒径10.0μm以上の粒子の存在率が7.3体積%であり、粗大な粒子が少ない熱処理粒子であった。
更に、FPIA3000にて円形度が0.990以上の粒子の頻度を測定した結果、その値は、24.6%であり、非常に均一性に優れた熱処理粒子が得られた。
次に、トナー用粉体粒子Bの供給量を100kg/hrとして、熱処理装置の運転条件を、熱風温度を175℃とした以外は、運転条件5と同様にして、平均円形度が0.970となるように、トナー用粉体粒子Bを熱処理した。
得られた熱処理粒子は、重量平均粒径(D4)が6.8μm、粒径4.0μm以下の粒子の存在率が26.6個数%であり、粒径10.0μm以上の粒子の存在率が3.9体積%であった。
このとき、得られた熱処理粒子の粗粉量の差Δs(体積%)は、3.4体積%となり、本実施例の装置構成では、処理量を増加させやすい結果となった。
続いて、本装置構成6にて、運転条件5の熱風温度を180℃にした条件でトナー用粉体粒子Bを熱処理した。得られた熱処理粒子は、重量平均粒径(D4)が7.0μm、粒径4.0μm以下の粒子の存在率が24.1個数%であり、粒径10.0μm以上の粒子の存在率が7.1体積%であった。
更に、FPIA3000にて円形度を測定した結果、平均円形度が0.967であり、球形化度の高い熱処理粒子が得られた。
また、1時間運転後、トナー用粉体粒子Bの供給を止め、装置内の融着状況を確認したところ、融着が認められるが、運転上支障のないレベルであった。
これらの結果を表1にまとめた。
〔実施例7〕
本実施例では、図1に示した熱処理装置の原料供給手段を、図5の2分割にした以外は、装置構成6と同様の装置構成として、トナー用粉体粒子Bを熱処理した。
このときの運転条件は、熱風温度を195℃とし、2段目、3段目の冷風は供給せず、高圧エア供給ノズルから供給されるインジェクションエア流量を0.88m3/min.とした以外は運転条件1と同様にした。このときの運転条件を運転条件6とした。
さらに、このときの条件では、熱風供給手段の回転部材から処理室に導入された熱風の風速は、原料供給手段から処理室に導入された粉体の供給速度よりも遅かった。尚、このときの装置構成を装置構成7とした。
このとき得られた熱処理粒子は、重量平均粒径(D4)が7.3μm、粒径4.0μm以下の粒子の存在率が23.9個数%、粒径10.0μm以上の粒子の存在率が8.1体積%であり、粗大な粒子が少ない熱処理粒子であった。
更に、FPIA3000にて円形度が0.990以上の粒子の頻度を測定した結果、その値は、24.8%であり、非常に均一性に優れた熱処理粒子が得られた。
次に、トナー用粉体粒子Bの供給量を100kg/hrとして、熱処理装置の運転条件を、熱風温度を180℃とした以外は、運転条件6と同様にして、平均円形度が0.970となるように、トナー用粉体粒子Bを熱処理した。
得られた熱処理粒子は、重量平均粒径(D4)が6.9μm、粒径4.0μm以下の粒子の存在率が26.9個数%であり、粒径10.0μm以上の粒子の存在率が4.0体積%であった。
このとき、得られた熱処理粒子の粗粉量の差Δs(体積%)は、4.1体積%となった。
続いて、本装置構成7にて、運転条件6の熱風温度を180℃にした条件でトナー用粉体粒子Bを熱処理した。得られた熱処理粒子は、重量平均粒径(D4)が7.2μm、粒径4.0μm以下の粒子の存在率が24.0個数%であり、粒径10.0μm以上の粒子の存在率が7.5体積%であった。
更に、FPIA3000にて円形度を測定した結果、平均円形度が0.965であり、球形化度の高い熱処理粒子が得られた。
また、1時間運転後、トナー用粉体粒子Bの供給を止め、装置内の融着状況を確認したところ、融着が認められるが、運転上支障のないレベルであった。
これらの結果を表1にまとめた。
〔実施例8〕
本実施例では、図1に示した熱処理装置の原料供給手段を、図5の1方向にした以外は、装置構成7と同様の装置構成として、トナー用粉体粒子Bを熱処理した。
このときの運転条件は、熱風温度を200℃とし、2段目、3段目の冷風は供給せず、高圧エア供給ノズルから供給されるインジェクションエア流量を0.44m3/min.とした以外は運転条件1と同様にした。このときの運転条件を運転条件7とした。
さらに、このときの条件では、熱風供給手段の回転部材から処理室に導入された熱風の風速は、原料供給手段から処理室に導入された粉体の供給速度よりも遅かった。尚、このときの装置構成を装置構成8とした。
このとき得られた熱処理粒子は、重量平均粒径(D4)が7.5μm、粒径4.0μm以下の粒子の存在率が23.6個数%、粒径10.0μm以上の粒子の存在率が9.8体積%であり、粗大な粒子が少ない熱処理粒子であった。
更に、FPIA3000にて円形度が0.990以上の粒子の頻度を測定した結果、その値は、26.0%であり、均一性に優れた熱処理粒子が得られた。
次に、トナー用粉体粒子Bの供給量を100kg/hrとして、熱処理装置の運転条件を、熱風温度を185℃とした以外は、運転条件1と同様にして、平均円形度が0.970となるように、トナー用粉体粒子Bを熱処理した。
得られた熱処理粒子は、重量平均粒径(D4)が7.0μm、粒径4.0μm以下の粒子の存在率が26.4個数%であり、粒径10.0μm以上の粒子の存在率が5.0体積%であった。
このとき、得られた熱処理粒子の粗粉量の差Δs(体積%)は、4.8体積%となった。
続いて、本装置構成8にて、運転条件7の熱風温度を180℃にした条件でトナー用粉体粒子Bを熱処理した。得られた熱処理粒子は、重量平均粒径(D4)が7.4μm、粒径4.0μm以下の粒子の存在率が23.8個数%であり、粒径10.0μm以上の粒子の存在率が8.1体積%であった。
更に、FPIA3000にて円形度を測定した結果、平均円形度が0.963である熱処理粒子が得られた。
また、1時間運転後、トナー用粉体粒子Bの供給を止め、装置内の融着状況を確認したところ、融着が認められるが、運転上支障のないレベルであった。
これらの結果を表1にまとめた。
〔実施例9〕
本実施例では、図1に示した熱処理装置の1段目の冷風の分割数を2分割とした以外は、装置構成8と同様の装置構成として、トナー用粉体粒子Bを熱処理した。
このときの運転条件は、熱風温度を200℃とし、1段目の冷風6.0m3/min.を2分割し、それぞれ3.0m3/min.とした。また、2段目、3段目の冷風は供給せず、高圧エア供給ノズルから供給されるインジェクションエア流量を0.44m3/min.とした以外は運転条件1と同様にした。このときの運転条件を運転条件8とした。さらに、このときの条件では、熱風供給手段の回転部材から処理室に導入された熱風の風速は、原料供給手段から処理室に導入された粉体の供給速度よりも遅かった。尚、このときの装置構成を装置構成9とした。
このとき得られた熱処理粒子は、重量平均粒径(D4)が7.6μm、粒径4.0μm以下の粒子の存在率が23.4個数%、粒径10.0μm以上の粒子の存在率が11.6体積%であり、粗大な粒子が少ない熱処理粒子であった。
更に、FPIA3000にて円形度が0.990以上の粒子の頻度を測定した結果、その値は、28.4%であり、均一性に優れた熱処理粒子が得られた。
次に、トナー用粉体粒子Bの供給量を100kg/hrとして、熱処理装置の運転条件を、熱風温度を185℃とした以外は、運転条件8と同様にして、平均円形度が0.970となるように、トナー用粉体粒子Bを熱処理した。
得られた熱処理粒子は、重量平均粒径(D4)が7.1μm、粒径4.0μm以下の粒子の存在率が26.3個数%であり、粒径10.0μm以上の粒子の存在率が7.2体積%であった。
このとき、得られた熱処理粒子の粗粉量の差Δs(体積%)は、4.4体積%となった。
続いて、本装置構成9にて、運転条件8の熱風温度を180℃にした条件でトナー用粉体粒子Bを熱処理した。得られた熱処理粒子は、重量平均粒径(D4)が7.5μm、粒径4.0μm以下の粒子の存在率が23.7個数%であり、粒径10.0μm以上の粒子の存在率が9.3体積%であった。
更に、FPIA3000にて円形度を測定した結果、平均円形度が0.963である熱処理粒子が得られた。
また、1時間運転後、トナー用粉体粒子Bの供給を止め、装置内の融着状況を確認したところ、融着が認められるが、運転上支障のないレベルであった。
これらの結果を表1にまとめた。
〔実施例10〕
本実施例では、図1に示した熱処理装置の1段目の冷風を分割せず、1方向とした以外は、装置構成9と同様の装置構成として、トナー用粉体粒子Bを熱処理した。
このときの運転条件は、熱風温度を200℃とし、1段目の冷風を6.0m3/min.とし、2段目、3段目の冷風は供給せず、高圧エア供給ノズルから供給されるインジェクションエア流量を0.44m3/min.とした以外は運転条件1と同様にした。このときの運転条件を運転条件9とした。
さらに、このときの条件では、熱風供給手段の回転部材から処理室に導入された熱風の風速は、原料供給手段から処理室に導入された粉体の供給速度よりも遅かった。尚、このときの装置構成を装置構成10とした。
このとき得られた熱処理粒子は、重量平均粒径(D4)が7.7μm、粒径4.0μm以下の粒子の存在率が23.0個数%、粒径10.0μm以上の粒子の存在率が13.6体積%であり、粗大な粒子が少ない熱処理粒子であった。
更に、FPIA3000にて円形度が0.990以上の粒子の頻度を測定した結果、その値が、30.5%の熱処理粒子が得られた。
次に、トナー用粉体粒子Bの供給量を100kg/hrとして、熱処理装置の運転条件を、熱風温度を190℃とした以外は、運転条件9と同様にして、平均円形度が0.970となるように、トナー用粉体粒子Bを熱処理した。
得られた熱処理粒子は、重量平均粒径(D4)が7.3μm、粒径4.0μm以下の粒子の存在率が26.0個数%であり、粒径10.0μm以上の粒子の存在率が8.5体積%であった。
このとき、得られた熱処理粒子の粗粉量の差Δs(体積%)は、5.1体積%となった。
続いて、本装置構成10にて、運転条件9の熱風温度を180℃にした条件でトナー用粉体粒子Bを熱処理した。得られた熱処理粒子は、重量平均粒径(D4)が7.5μm、粒径4.0μm以下の粒子の存在率が23.4個数%であり、粒径10.0μm以上の粒子の存在率が10.2体積%であった。
更に、FPIA3000にて円形度を測定した結果、平均円形度が0.963である熱処理粒子が得られた。
また、1時間運転後、トナー用粉体粒子Bの供給を止め、装置内の融着状況を確認したところ、融着が認められるが、運転上支障のないレベルであった。
これらの結果を表1にまとめた。
〔実施例11〕
本実施例では、熱処理する粉体粒子をトナー用粉体粒子Aとした以外は実施例1と同様に熱処理した。
このとき得られた熱処理粒子は、重量平均粒径(D4)が7.0μm、粒径4.0μm以下の粒子の存在率が24.9個数%、粒径10.0μm以上の粒子の存在率が5.9体積%であり、粗大な粒子が少ない熱処理粒子であった。
更に、FPIA3000にて円形度が0.990以上の粒子の頻度を測定した結果、その値は、25.3%であり、均一性に優れた熱処理粒子が得られた。
次に、トナー用粉体粒子Aの供給量を100kg/hrとして、熱処理装置の運転条件を、熱風温度を165℃とした以外は、運転条件1と同様にして、平均円形度が0.970となるように、トナー用粉体粒子Aを熱処理した。
得られた熱処理粒子は、重量平均粒径(D4)が6.6μm、粒径4.0μm以下の粒子の存在率が27.6個数%であり、粒径10.0μm以上の粒子の存在率が3.8体積%であった。
このとき、得られた熱処理粒子の粗粉量と、処理量が150kg/hrのときに得られた熱処理粒子の粗粉量の差Δs(体積%)をとると、2.1体積%となり、本実施例の装置構成では、処理量を増加させやすい結果となった。
続いて、トナー用粉体粒子Aの供給量を150kg/hrとして、熱処理装置の運転条件を、熱風温度を180℃とした以外は、運転条件1と同様にして、トナー用粉体粒子Aを熱処理した。
このとき得られた熱処理粒子は、重量平均粒径(D4)が7.0μm、粒径4.0μm以下の粒子の存在率が24.0個数%であり、粒径10.0μm以上の粒子の存在率が6.4体積%であった。
更に、FPIA3000にて円形度を測定した結果、平均円形度が0.969であり、球形化度の高い熱処理粒子が得られた。
また、1時間運転後、トナー用粉体粒子Aの供給を止め、装置内の融着状況を確認したところ、融着物が僅かに認められるが、運転上支障のないレベルであった。
これらの結果を表1にまとめた。
〔比較例1〕
本比較例では、図6に示した熱処理装置で、トナー用粉体粒子Bを熱処理した。
本比較例で用いた図6の熱処理装置では、粉体粒子供給手段10は、その上流に旋回室(不図示)を具備しているため、トナー用粉体粒子Bは旋回しながら熱処理室15に導入される。導入されたトナー用粉体粒子Bは、熱風供給手段11からトナー用粉体粒子Bと同方向に旋回しながら供給される熱風により、熱処理される。
本比較例では、冷風の供給方法は、第一の冷風供給手段12から接線方向より旋回しながら吹き込まれ、垂直案内羽根、及び冷却規制板(いずれも不図示)によって熱処理室軸中心方向に沿って垂直スリット状に吹き出される。また、第二の冷風供給手段12−2から、冷風を旋回させながら導入することにより、熱処後の熱処理粒子を冷却する。
尚、本比較例の熱処理装置では、装置外周部にジャケット構造が設けられており、冷却水入口13から冷媒が導入され、冷却水出口14から排出される。
以上の装置構成を装置構成11とする。
上記装置構成にて、トナー用粉体粒子Bの供給量を150kg/hrとし、平均円形度0.970の熱処理粒子を得るために、熱風温度250℃、熱風流量27.0m3/min.でトナー用粉体粒子Bを熱処理した。
このときの運転条件は、冷風温度が−5℃、高圧エア供給ノズルから供給されるインジェクションエア流量が3.5m3/min.であった。
また、1段目の冷風は、6.0m3/min.の冷風を処理室内に供給した。また、第二の冷風は、4.2m3/min.の冷風を処理室に供給した。
以上の運転条件を運転条件10とする。
尚、このときの条件では、熱風供給手段から処理室に導入された熱風の風速は、原料供給手段から処理室に導入された粉体の供給速度よりも遅かった。
このとき得られた熱処理粒子は、重量平均粒径(D4)が8.2μm、粒径4.0μm以下の粒子の存在率が22.3個数%、粒径10.0μm以上の粒子の存在率が18.9体積%であり、粗大な粒子が多い熱処理粒子であった。
更に、FPIA3000にて円形度が0.990以上の粒子の頻度を測定した結果、その値が、35.9%の均一性のない熱処理粒子が得られた。
次に、トナー用粉体粒子Bの供給量を100kg/hrとして、熱処理装置の運転条件を、熱風温度を220℃とした以外は、運転条件10と同様にして、平均円形度が0.970となるように、トナー用粉体粒子Bを熱処理した。
得られた熱処理粒子は、重量平均粒径(D4)が7.6μm、粒径4.0μm以下の粒子の存在率が23.5個数%であり、粒径10.0μm以上の粒子の存在率が12.6体積%であった。
このとき、得られた熱処理粒子の粗粉量の差Δs(体積%)は、6.3体積%となり、処理量を増加しにくい結果となった。
続いて、本装置構成11にて、運転条件10の熱風温度を180℃にした条件でトナー用粉体粒子Bを熱処理した。得られた熱処理粒子は、重量平均粒径(D4)が7.9μm、粒径4.0μm以下の粒子の存在率が23.1個数%であり、粒径10.0μm以上の粒子の存在率が16.4体積%であった。
更に、FPIA3000にて円形度を測定した結果、平均円形度が0.958である、球形化度の低い熱処理粒子が得られた。
また、1時間運転後、トナー用粉体粒子Bの供給を止め、装置内の融着状況を確認したところ、融着が認められ、運転を中止する必要があるレベルであった。
これらの結果は、原料の分散気流と加熱気流は旋回流れであるのに対し、導入される冷却風は垂直となるため、装置内で乱気流が発生してしまい、装置内に融着が生じた結果であると考えられる。更に、この装置構成では、原料の分散気流によって加熱気流が冷却されてしまうため、トナーの球形化に必要以上の熱量をかけなくてはならない。このため、トナー粒子が装置内で受ける熱量にばらつきが生じ、均一な熱処理を行えず、トナーの形状を均一化できなかったものと考えられる。
これらの結果を表1にまとめた。
〔比較例2〕
本比較例では、図6に示した熱処理装置の熱風供給手段と原料供給手段を、図7に示したように改造した以外は上記装置構成11と同様の装置構成で、トナー用粉体粒子Bを熱処理した。
本比較例で用いた熱処理装置では、熱風は、熱風供給手段16から旋回しながら供給される。また、トナー用粉体粒子Bは、熱風供給手段の外側に位置する粉体粒子供給手段17から、熱風と逆方向に旋回供給される。
以上の装置構成を装置構成12とする。
上記装置構成にて、トナー用粉体粒子Bの供給量を150kg/hrとし、平均円形度0.970の熱処理粒子を得るために、熱風温度270℃、熱風流量27.0m3/min.でトナー用粉体粒子Bを熱処理した。
このときの運転条件は、冷風温度が−5℃、高圧エア供給ノズルから供給されるインジェクションエア流量が3.5m3/min.であった。
また、1段目の冷風は、6.0m3/min.の冷風を処理室内に供給した。また、第二の冷風は、4.2m3/min.の冷風を処理室に供給した。
以上の運転条件を運転条件12とする。
尚、このときの条件では、熱風供給手段から処理室に導入された熱風の風速は、原料供給手段から処理室に導入された粉体の供給速度よりも遅かった。
このとき得られた熱処理粒子は、重量平均粒径(D4)が8.5μm、粒径4.0μm以下の粒子の存在率が21.0個数%、粒径10.0μm以上の粒子の存在率が23.4体積%であり、粗大な粒子が非常に多い熱処理粒子であった。
更に、FPIA3000にて円形度が0.990以上の粒子の頻度を測定した結果、その値が、41.8%の不均一な熱処理粒子が得られた。
次に、トナー用粉体粒子Bの供給量を100kg/hrとして、熱処理装置の運転条件を、熱風温度を230℃とした以外は、運転条件11と同様にして、平均円形度が0.970となるように、トナー用粉体粒子Bを熱処理した。
得られた熱処理粒子は、重量平均粒径(D4)が7.8μm、粒径4.0μm以下の粒子の存在率が22.7個数%であり、粒径10.0μm以上の粒子の存在率が15.3体積%であった。
このとき、得られた熱処理粒子の粗粉量の差Δs(体積%)は、8.1体積%となり、処理量を増加することができない結果となった。
続いて、本装置構成12にて、運転条件11の熱風温度を180℃にした条件でトナー用粉体粒子Bを熱処理した。得られた熱処理粒子は、重量平均粒径(D4)が8.2μm、粒径4.0μm以下の粒子の存在率が22.6個数%であり、粒径10.0μm以上の粒子の存在率が18.7体積%であった。
更に、FPIA3000にて円形度を測定した結果、平均円形度が0.954である、球形化度の非常に低い熱処理粒子が得られた。
また、1時間運転後、トナー用粉体粒子Bの供給を止め、装置内の融着状況を確認したところ、大きな融着物が認められ、運転を中止する必要があるレベルであった。
これらの結果は、原料の分散気流と加熱気流がお互いに逆の旋回方向となってため、トナーの処理量を増加させると、装置内で生じる気流の乱れによって装置の天面や壁面にトナーが付着し、融着物が生じたためであると考えられる。
これらの結果を表1にまとめた。
<二成分系現像剤の製造例>
実施例1、実施例11、比較例1において、供給量を150kg/hr、平均円形度0.970に設定して得られた熱処理粒子を、TSPセパレータ(ホソカワミクロン社製)で重量平均粒径(D4)が6.5μmとなるように分級し、それぞれトナー粒子1、トナー粒子2、トナー粒子3とした。得られたトナー粒子1、2、3の100.0質量部に、無機微粒子として、アナターゼ形の結晶性を有するメタチタン酸を表面処理した酸化チタン0.8質量部をヘンシェルミキサー(FM−75型、日本コークス社製)で混合し、トナー1、2、3を得た。
<磁性キャリアの製造例>
体積基準の50%粒径(D50)が31μmのマグネタイト粒子100質量部に、シリコーン樹脂(信越化学社製:KR271)1質量部、γ―アミノプロピルトリエトキシシラン0.5質量部、トルエン98.5質量部の混合液を添加し、さらに溶液減圧ニーダーで撹拌混合しながら75℃、5時間減圧乾燥を行い、溶剤を除去した。その後、145℃で2時間焼き付け処理して、篩振とう機(300MM−2型、筒井理化学機械:75μm開口)で篩い、磁性キャリアを得た。磁性キャリアのD50は34μmであった。
次に、作製したトナー1、2、3と磁性キャリアとをそれそれ組み合わせて、二成分系現像剤を作製した。二成分系現像剤は、磁性キャリア100質量部に対して、トナー9質量部の配合割合とし、V型混合機で5分間混合することによって調製した。
<二成分系現像剤の評価>
製造した二成分系現像剤について、下記の評価項目で評価を行った。
画像形成装置としては、キヤノン製カラー複写機imageRUNNER ADVANCE C7065の改造機を用いた。
上記画像形成装置としては、プロセススピード300mm/sec、現像器のスリーブに印加する電圧によって現像コントラスト(Vcont)を変更してFFH画像(ベタ部)へのトナーの紙上への載り量を調整できるように改造したものを用いた。FFH画像とは、256階調を16進数で表示した値であり、00Hを1階調目(白地部)、FFHを256階調目(ベタ部)とする。各評価項目で別途の改造を加えた箇所については、各項目の説明にて記載する。なお、上記二成分系現像剤は、画像形成装置のシアン用現像器に入れて評価を行った。
<クリーニング性の評価>
クリーニング性の評価では、クリーニングブレードの感光ドラムに対する線圧が1.3倍になるように画像形成装置を改造した。
評価紙は、カラー複写機・プリンタ用普通紙 CS−814(A4、81.4g/m2)(キヤノンマーケティングジャパン株式会社より販売)を用いた。温度32℃/湿度80%RHの環境下にて、紙上の全面がベタ部であり、ベタ部における紙面上のトナーの載量が0.05mg/cm2であるパターン画像を出力した。その際、100枚出力した時点と、100,000枚出力した時点において、一端出力を停止した。そして、それぞれの時点で帯電ローラーを新品のものに交換した。
その後、紙上の全面がベタ部であり、ベタ部におけるトナーの紙上への載り量が0.20mg/cm2であるパターン画像を出力した。
得られたトナー載り量0.20mg/cm2の全面ベタの定着画像について、クリーニング不良による画像欠陥(白スジ)の長さを測定し、下記の基準でクリーニング性の評価を行った。
A:クリーニング不良による画像欠陥は見られない。(非常に良好)
B:長さが1mm未満の画像欠陥が存在する。(良好)
C:長さが1mm以上2mm未満の画像欠陥が存在する。(本発明において許容レベル)
D:長さが2mm以上の画像欠陥が存在している。(本発明において許容できないレベル)
この結果、トナー1のクリーニング性の評価はA、トナー2の評価はB、トナー3の評価はDであった。
これらの結果を表1にまとめた。
Figure 2013020245
1:熱処理が行われる円筒形状の処理室、2:粉体粒子供給手段、3:熱風供給手段、3a:熱風供給手段の出口、4:冷風供給手段、4−1:一段目の冷風供給手段、4−2:二段目の冷風供給手段、4−3:三段目の冷風供給手段、5:粉体粒子の流れを規制するための規制手段、6:回収手段、7:略円錐形状の分配部材、7−a:略円錐形状の分配部材の一例、7−b:略円錐形状の分配部材のもう一つの一例、7−c:略円錐形状の分配部材のさらにもう一つの一例、8:回転部材、9:回転部材のブレード、10:比較例1で用いられる装置の粉体粒子供給手段、11:比較例1で用いられる装置の熱風供給手段、12:比較例1で用いられる装置の第一の冷風供給手段、12−2:比較例1で用いられる装置の第二の冷風供給手段、13:比較例1で用いられる装置の冷却水入口、14:比較例1で用いられる装置の冷却水出口、15:比較例1で用いられる装置の熱処理室、16:比較例2で用いられる装置の熱風供給手段、17:比較例2で用いられる装置の粉体粒子供給手段、18:粉体粒子

Claims (5)

  1. 結着樹脂及び着色剤を含有する粉体粒子の熱処理装置であって、
    該熱処理装置は、
    (1)該粉体粒子の熱処理が行われる円筒形状の処理室と、
    (2)該処理室の外周部に設けられた、該処理室に該粉体粒子を供給するための粉体粒子供給手段と、
    (3)供給された該粉体粒子を熱処理するための熱風を該処理室に供給する熱風供給手段と、
    (4)熱処理された該粉体粒子を冷却するための冷風を該処理室に供給する冷風供給手段と、
    (5)該処理室に設けられた、供給された該粉体粒子の流れを規制するための規制手段と、
    (6)該処理室の下端部側に設けられた、熱処理された該粉体粒子を回収する回収手段
    とを有し、
    該規制手段は、該処理室の中心軸上に、該処理室の下端部から上端部に向けて突出するように配置された、断面が略円形状である柱状部材であり、
    該熱風供給手段の出口は、該規制手段の上端部と対向しており、
    該規制手段は、該規制部材上端部に、供給された熱風を周方向に分配するための略円錐形状の分配部材と、分配された該熱風を該処理室の内壁面に沿って螺旋状に回転させるための回転部材とを具備し、
    該粉体粒子供給手段は、該粉体粒子の供給方向と該熱風の回転方向とが同方向になるように設けられ、
    該回収手段は、螺旋状に回転する該粉体粒子の回転を維持しながら該粉体粒子を回収するように、該処理室の外周部に設けられていることを特徴とする粉体粒子の熱処理装置。
  2. 該冷風供給手段は該処理室の外周部に複数設けられ、かつ、該冷風供給手段から供給される冷風の供給方向が、該処理室の内周面に沿って熱風の回転方向と同方向に供給されるように設けられていることを特徴とする請求項1に記載の粉体粒子の熱処理装置。
  3. 該粉体粒子供給手段は、供給された該粉体粒子が該処理室の内周面に沿って供給されるように設けられ、かつ、同一周方向に複数設けられていることを特徴とする請求項1または2に記載の粉体粒子の熱処理装置。
  4. 結着樹脂及び着色剤を含有する粉体粒子を熱処理装置を用いて熱処理する熱処理工程を経てトナーを得るトナーの製造方法であって、
    該熱処理装置が、請求項1乃至3の何れか一項に記載の粉体粒子の熱処理装置であることを特徴とするトナーの製造方法。
  5. 該回転部材から該処理室に導入される該熱風の風速Vh(m/s)が、該粉体粒子供給手段から該処理室に導入された該粉体粒子の供給速度Vt(m/s)以上であることを特徴とする請求項4に記載のトナーの製造方法。
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