JP3584582B2

JP3584582B2 - 粉粒体の混合装置及びトナーの製造方法

Info

Publication number: JP3584582B2
Application number: JP30932295A
Authority: JP
Inventors: 博之守屋; 浩満内本; 敦山橋
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd; Fujifilm Business Innovation Corp
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1995-11-28
Filing date: 1995-11-28
Publication date: 2004-11-04
Anticipated expiration: 2015-11-28
Also published as: JPH09150048A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、混合装置及び静電荷像現像用現像剤を製造するための混合方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
トナーの製造方法としては、着色剤と結着樹脂、更に必要に応じて帯電制御剤、オフセット防止剤などを混合し、得られた混合物を溶融、混練したあと、微粉砕する混練粉砕法が常法とされており、必要に応じて、トナーの特性上の要求（解像度、カブリ等）を満たすために、特定の粒度範囲のトナー粒子を得るための分級工程を設けたり、さらに、流動性付与剤、帯電制御剤、クリーニング助剤などをトナー粒子表面に付着、固定化させる混合工程を設けている。
【０００３】
トナーの混合工程に使用される混合装置は、以下に示す３つのタイプに大別できる。
▲１▼ Ｖ型ブレンダーに代表される低エネルギー混合装置。
▲２▼ ヘンシェル型ミキサーに代表される中エネルギー混合装置。
▲３▼ ハイブリダイザー（奈良機械製作所（株）製）、クリプトロン（川崎重工業（株）製）、のようなメカノフュージョン利用の高エネルギー混合装置。
トナーの混合工程では、これらの混合装置を使用してトナーと外添剤を直接混合したり、これらの混合装置を組合せてトナーと外添剤を混合する。
【０００４】
トナーの混合における問題点として、外添剤のトナーに対する付着力が弱いために、外添剤がコピーマシン内（現像機内）でトナー表面より剥離して感光体を汚染し、画質劣化を発生させたり、コピーのソリッド部に白抜けを発生させる要因となる。また、外添剤がキャリアに付着（インパクション）すると現像剤が劣化して現像剤の寿命が短くなる。
一方、外添剤（流動性付与剤等）のトナーに対する付着力が強過ぎると、粉体流動性が低下してコピーマシン内でトナーが詰まったり、搬送不良が発生する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
外添剤のトナーに対する付着力が弱いことから発生する問題に対しては次の２つの方法が提案されている。
▲１▼ 熱処理利用のトナーの表面を改質する方法（特開昭５６−８１８５３号公報、特開昭５９−３４４４号公報、特開昭５９−３４４５号公報、特開昭５９−３７５５３号公報、特開昭６３−２９８２５４号公報及び特開昭６３−３１９０３７号公報参照）は、外添剤のトナーに対する付着力が強過ぎるため流動性付与剤などは、外添の効果が低減してしまうという問題があった。
【０００６】
▲２▼ メカノフュージョンを利用してトナーの表面を改質する方法（特開昭６２−８３０２９号公報、特開昭６２−１４０６３６号公報、特開昭６２−２６２７３７号公報、特開昭６３−４２７２８号公報、特開平２−１０１４７６号公報及び特公昭５３−２３７００号公報参照）は、高エネルギー混合であるためトナー粒子を破壊してしまう問題もあった。特に、特開昭６３−４２７２８号公報に記載の装置では、混合槽自体を回転させてトナー表面の改質を行うものであり、回転壁とトナーとを摩擦させる部材及び掻き取り部材により、強い回転癖を付けるものであるから、トナー粒子を破壊してしまう。
【０００７】
そして、コピーの高画質化、高品質化に伴い、トナーは小粒径化し、１つのトナーに使用する外添剤の種類、数も多様化してきている。そのため小粒径化トナーに対しては、さらに、小粒径の外添剤が必要となり、従来の混合方法、混合技術では外添剤をトナー表面に均一に付着させることができなくなってきた。そして、多様化した外添剤に対しては、それぞれに適切な付着条件が必要となり、従来の混合方法、混合技術では、前記付着条件に対応することができなくなってきた。
【０００８】
そこで、本発明は、従来の技術における上記の欠点を改善し、トナーに対する外添剤の付着力を均一にし、且つ、付着力の制御を可能にした混合装置を提供しようとするものである。
また、本発明の他の目的は、均一な外添特性を有する静電荷像現像用トナーの製造方法を提供しようとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、各種混合装置によるトナーを外添剤（シリカ微粉等）との付着力の強さを測定した結果、以下の３つのパターンがあることを見出した。
パターン▲１▼：Ｖ型ブレンダーのような低エネルギーブレンド（図３）。
図３のように付着力の弱い部分にピークがあり、中程度、強い部分も存在するが、混合分散力が弱いために、外添剤が分散されずに塊として観察された。
【００１０】
パターン▲２▼：ヘンシェル型ミキサーのような中エネルギーブレンド（図４）。図４のように中心にピークを持ち、左右になだらかに裾びきしている。ピークの位置は、混合羽根の回転数に左右される。
【００１１】
パターン▲３▼：メカノフュージョンのような高エネルギーブレンド（図５）
図５のように付着力の強い部分にピークを持ち、中程度、弱い部分にも存在する。
【００１２】
上記３パターンのどれもが必ず弱い付着力の物が存在する。そして前述した問題点と考え合わせると、この弱い付着力の物が外添剤剥離の原因となり、色々な問題を起こしていることが分かった。
そこで、本発明者らは、前記のように多様化した外添剤に対して、それぞれに適切な付着混合状態に制御するめには、パターン▲２▼の中エネルギーブレンドが最も適していることが見出し、この混合装置において、この弱い付着力の物を無くすことにより、外添剤のトナーに対する付着力を均一にし、特に、付着力の弱いものをなくし、上記の問題を解決することに成功した。
【００１３】
即ち、本発明者らは、ヘンシェル型ミキサーの研究を行った結果、混合を決定づける、即ち、付着強度分布のピークの位置を決定づけるものは、混合羽根先端の周速であることを見出した。また、ヘンシェル型ミキサーの付着強度分布が他のパターンよりもなだらかである理由は、羽根先端部分の面積が小さく、そして混合槽内の粉粒体の流れが羽根先端部分に集中しないために、個々の粉粒体に与えられるエネルギーが一定とならないことによると思わる。
【００１４】
本発明では、個々の粉粒体に与えられるエネルギーを一定にする手段として、回転羽根先端部分の断面積を大きくすることにより、最高周速を持つ部分を大きくし、一番高いエネルギーを効率よく粉粒体に与えることにより、上記の問題の解決に成功した。
【００１５】
本発明は、固定混合槽内に回転羽根を付設し、２種以上の粉粒体を該回転羽根を用いて混合する混合装置において、該回転羽根の回転中心を通る断面形状における回転中心から２／３以上の先端部分の断面積が全断面積の０．５以上を占め、該回転羽根の先端部分の形状が回転方向に凸面または曲面を有することを特徴とする混合装置である。ここで、全断面積とは、粉体混合に寄与しない回転軸取付部分を除く断面積をいう。
【００１６】
上記混合装置において、回転羽根の先端部分の形状が、球状、卵形状又は円柱状で回転方向に凸曲面を有することが好ましい。
また、固定混合槽内には、第２の回転羽根機構を付設することが好ましい。
本発明の混合装置は、トナー粒子と、少なくとも１種の添加剤とを混合して静電荷像現像用トナーを製造のに適したものである。
【００１７】
もう１つの本発明は、上記の混合装置を用いて、回転羽根の先端の周速を１０〜５０ｍ／ｓｅｃの範囲で回転し、トナー粒子と少なくとも１種の添加剤とを混合するトナーの製造方法である。
【００１８】
【発明の実施の態様】
図１は、本発明の１つの例である、混合室の概略平面図、図２は、図１の混合室を備えた混合装置の概略正面図である。図中、１は固定混合室本体であり、混合室の中心に混合羽根２，３が設けられ、モータ６により回転するように構成されている。また、混合羽根先端部分は、球状、卵形状又は円柱形状を有することにより、その断面積をより大きくすることができる。なお、７はディフレクター、８は原料供給口、９は排出シュートである。
【００１９】
上記図２において、２種類以上の粉粒体は原料供給口８より、混合室１に投入され、回転羽根２，３の回転力で混合室内壁に押しつけられて旋回し、回転羽根の先端部分により混合される。さらに、ディフレクターにより、一度壁面より剥離され分散されて再び混合室内壁に押しつけられて旋回混合される。この操作が繰り返されて安定した混合が行われる。
【００２０】
図６〜９は回転羽根を示したものであり、それぞれの（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図を示す。まず、図６及び図８の回転羽根は、従来から使用されてきたヘンシェルミキサーの標準羽根であり、図６はＳＯ型、図８はＺＯ型の羽根である。一方、図７及び図９の回転羽根は、本発明の具体例を示すものであり、図７は四角柱状、図９は円柱状の形状を有する。なお、本発明の回転羽根は、従来の回転羽根と比べて先端部分の断面積が大きいことが特徴である。
【００２１】
本発明において、回転羽根先端部分は、回転方向に凸曲面を付した形状であることが好ましい。特に先端部分の形状が球状、卵形状または円柱状が良い。さらに、粉粒体の分散効果を上げるために混合槽内に第２の回転羽根機構を具備することが好ましい。
【００２２】
第２の回転羽根機構は、装置内を流動する粉体層をより混合分散させるために設けたものであり、大きさは本発明の回転羽根の直径に対して約３分の１程度の直径のものを用いることができる。また、形状は、回転軸に対して垂直な平板を組み合わせたものを用いることができる。特に、平板が３段に交互に９０度ずらして配置され、回転方向にナイフエッジを有するものが好適である。また、第２回転羽根は、混合槽内の周面に設けることが好ましい。
【００２３】
本発明の混合装置によれば、混合羽根が高速回転することによって旋回流が発生して２種以上の粒子が混合される。必要とされる付着強度は、得られる先端周速と混合羽根の回転数により決定される。それ故、本発明では、混合に寄与する先端部分の断面積を大きくすることにより、効率よく粉体混合を行うことができ、特定の付着強度（状態）の提供を可能にする。
【００２４】
本発明の混合装置において、混合原料として使用する静電荷像現像用トナー組成物は、結着樹脂と着色剤を主成分とする公知のものを使用することができる。即ち、トナー結着樹脂としては、スチレン、クロロスチレン等のスチレン類；エチレン、プロピレン、ブチレン、イソブチレン等のモノオレフィン；酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、安息香酸ビニル、酪酸ビニルエステル；アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸ドデシル、アクリル酸オクチル、アクリル酸フェニル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸ドデシル等のα−メチレン脂肪族モノカルボン酸のエステル；ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、ビニルブチルエーテル等のビニルエーテル；ビニルメチルケトン、ビニルヘキシルケトン、ビニルイソプロペニルケトン等のビニルケトン等の単独重合体あるいは共重合体を挙げることができ、特に代表的な結着樹脂としては、ポリスチレン、スチレン・アクリル酸アルキル共重合体、スチレン・メタクリル酸アルキル共重合体、スチレン・アクリロニトリル共重合体、スチレン・ブタジエン共重合体、スチレン・無水マレイン酸共重合体、ポリエチレン、ポリプロピレン等を挙げることができる。さらに、ポリエステル、ポリウレタン、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリアミド、変性ロジン、パラフィンワックス類を挙げることができる。
【００２５】
また、着色剤としては、カーボンブラック、アニリンブルー、カルコイルブルー、クロムイエロー、ウルトラマリンブルー、デュポンオイルレッド、キノリンイエロー、メチレンブルークロリド、フタロシアニンブルー、マラカイトグリーン、オキサレート、ランプブラック、ローズベンガル等が代表的なものとして例示することができる。
結着樹脂及び着色剤は、上記の例示したものに限定されるものではなく、また、必要に応じて帯電制御剤など、公知の添加剤を含有することもできる。
【００２６】
【実施例】
以下、本発明を実施例によってより具体的に説明するが、これに限定されるものではない。
混合装置として用いたヘンシェルミキサーは、三井三池化工機社製のＦＭ２０Ｂ型で混合槽側壁に第２の回転羽根機構（チョッパー）を具備したものである。ただし、第２の回転羽根は必要に応じて取り外し可能となっている。
【００２７】
なお、付着強度の測定は次の方法で行った。トナー２ｇを１００ｍｌビーカーに秤量する。次いで、そのビーカーに界面活性剤を４０ｍｌ加え、超音波震盪後遠心分離する。そして、沈殿物を乾燥し、超音波処理をしないサンプルと、蛍光Ｘ線分析によりＳｉの定量を行った。そして、超音波の強度を何種類か変更することにより付着強度の分布の測定をした。測定値を次式により整理して付着強度とした。
付着強度（脱離ＳｉＯ_２量）＝｛１−（超音波処理後のＳｉ量）／（超音波処理前のＳｉ量）｝×１００％
【００２８】
また、付着強度を弱・中・強の３段階で表し、超音波強度は５０ｍＡで５分間震盪して剥離する付着状態を弱とし、１５０ｍＡで３０分間かん震盪して剥離する付着状態のうち、弱付着状態を除いた付着状態を中とし、剥離しない付着状態を強とした。
【００２９】
〔実施例１〕
混合羽根として下羽根は図６に示すようなＳＯ型（直径２９０ｍｍ）、上羽根は図７に示すように先端部に一辺２２ｍｍの正方形を底面に持つ、高さ６０ｍｍの四角柱を取付けたものを使用した。
なお、使用した上羽根は半径が１３８ｍｍ、回転軸取付け部分は中心から２０ｍｍ、回転羽根厚みが１０ｍｍであった。したがって、回転中心から２／３以上の回転羽根先端部断面積は１５６０ｍｍ^２（＝２２×６０＋（１３８×（１／３） −２２） ×１０＝１５６０）となり、回転軸取付部分を除いた断面積が２２８０ｍｍ^２（＝２２×６０＋（１３８−２０−２２） ×１０＝２２８０）となり、その比は０．６８となる。
【００３０】
使用材料
トナー：２成分黒トナー分級品（体積平均粒径１０μｍ）４ｋｇ
外添剤：エアロシル（Ｒ−９７２）４０ｇ
混合条件
上羽根先端周速が１０ｍ／ｓｅｃ，２２ｍ／ｓｅｃと３６ｍ／ｓｅｃの３条件、混合時間は３０ｍｉｎで固定
以上のような条件で混合を行った。その結果を表１に示す。
また、上羽根先端周速が２２ｍ／ｓｅｃのみブローオフ帯電量測定装置により帯電特性を測定した結果、３７．７μｃ／ｇでキャリアとの攪拌時間を変えてもほぼ一定の値を示した。
【００３１】
〔比較例１〕
混合羽根として、上羽根を図８に示すＺＯ型とした以外は実施例１と同様の装置を用い、同様の条件で混合を行った。その結果を表１に示す。
なお、使用したＺＯ型上羽根は半径１３８ｍｍ、回転軸取付部分は中心から２０ｍｍ、回転羽根厚みが４ｍｍ、羽根の段差が６０ｍｍ、羽根の段差の始まりが中心から６０ｍｍ、終わりが１００ｍｍであった。したがって、回転羽根先端部断面積と回転羽根取付部分を除く断面積に対する比は０．４４（２１０ｍｍ^２／４７２ｍｍ^２）となる。
実施例１と同様に帯電特性を測定した結果、４５．４μｃ／ｇであったが攪拌時間が長くなるにつれ帯電量が低下し、４８時間では３０．６μｃ／ｇとなり不安定であった。
【００３２】
〔実施例２〕
混合羽根として上羽根を図８に示すように先端部に直径２２ｍｍ、高さ６０ｍｍの円柱を取付けたものを使用した以外は実施例１と同様に混合を行った。その結果を表１に示す。回転羽根断面積は実施例１と同様のため回転羽根先端部分断面積と回転軸取付部分を除く断面積に対する比は０．６８（１５６０ｍｍ^２／２２８０ｍｍ^２）となる。
【００３３】
〔実施例３〕
混合装置として第２の回転羽根機構を具備したものを使用し、第２の回転羽根の回転数を２０００ｒｐｍとした以外は実施例１と同様に混合を行った。その結果を表１に示す。なお、第２の回転羽根機構は、回転方向に片刃のナイフエッジを有する直径１００ｍｍの平板状回転羽根を３段に９０度ずつずらしたものを混合槽内周面上方に第１の混合羽根と接触しない位置に取り付けて用いた。
【００３４】
【表１】

【００３５】
表１より明らかなように、回転羽根の先端部分の断面積を大きくすることにより、外添剤の付着強度分布が周速に応じたピーク値でシャープになる。また、先端部分の形状を回転方向に凸曲面を形成することにより付着強度分布は、さらにシャープになる。そして帯電特性からもシャープな付着強度分布は、トナーの帯電量分布をシャープにしている。また、第２の回転羽根機構（チョッパー）の効果により外添剤の凝集体が解砕され均一な外添混合トナーが得られた。
【００３６】
【発明の効果】
本発明は、上記のように回転羽根先端部分の断面積を大きくすることにより、目的とする混合エネルギーを効率よく粉粒体に付与することが可能となり外添剤の付着強度が均一である粉粒体を得ることができる。また、外添剤の付着強度も任意に制御することが可能となる。本発明の混合装置を用いれば外添剤の付着強度の均一な即ち帯電分布のシャープな静電荷像現像用トナーを容易に製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の混合室の１例を示す平面図である。
【図２】本発明の混合装置の１例を示す正面図であり、混合室内は断面を示している。
【図３】低エネルギーブレンドにおける外添剤の添加量と付着強度の関係を示したグラフである。
【図４】中エネルギーブレンドにおける外添剤の添加量と付着強度の関係を示したグラフである。
【図５】高エネルギーブレンドにおける外添剤の添加量と付着強度の関係を示したグラフである。
【図６】従来のヘンシェルミキサーのＳＯ型標準羽根であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。
【図７】本発明の実施例である、先端が四角柱状羽根であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。
【図８】従来のヘンシェルミキサーのＺＯ型標準羽根であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。
【図９】本発明の実施例である、先端が円柱状羽根であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。
【符号の説明】
１装置本体、２混合下回転羽根、３混合上回転羽根、４第二の回転羽根、５第二の回転羽根用モータ、６回転羽根用モータ、７ディフレクター、８原料供給口、９排出シュート、１０回転羽根取付け部分

Claims

固定混合槽内に回転羽根を設け、２種以上の粉粒体を該回転羽根を用いて混合する混合装置において、該回転羽根の回転中心を通る断面形状における回転中心から２／３以上の先端部分の断面積が全断面積の０．５以上を占め、該回転羽根の先端部分の形状が回転方向に凸面または曲面を有することを特徴とする混合装置。
２種以上の粉粒体を回転羽根を用いて混合せしめる混合装置において、該回転羽根の先端部分の形状が回転方向に凸曲面を有することを特徴とする請求項１に記載の混合装置。
混合槽内に第２の回転羽根を付設したことを特徴とする請求項１又は２に記載の混合装置。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の混合装置を用い、回転羽根の先端の周速を１０〜５０ｍ／ｓｅｃの範囲で回転し、トナー粒子と少なくとも１種の添加剤とを混合することを特徴とするトナーの製造方法。