JP3591464B2 - Apparatus and method for producing kneaded material for producing toner - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば電子写真法、静電印刷法等に用いられるトナー製造のための混練物の製造装置及び製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
一般に、電子写真法においては、光導電性物質を利用し、種々の方法により感光体上に電気的潜像を形成し、次いで、前記潜像をトナーを用いて現像する。さらに、紙等の被転写材にトナー画像を転写した後、種々の方法でトナー画像を定着させて被写物を得る方法が採用されている。
【0003】
前記トナー(乾式トナー)は、結着樹脂及び顔料を主原料とし、その他に、荷電制御剤、ワックス等の添加剤が添加されて調製されている。トナーの製造方法について説明すると、トナーの製造工程は、結着樹脂、顔料及び添加剤の混練工程、前記混練工程により調製された混練物の粉砕工程、分級工程及び外添工程からなっている。
【0004】
また、トナー製造のための混練物の製造装置は、前記結着樹脂、顔料及び添加剤の溶融混練用のオープンロール混練機と、結着樹脂、顔料及び添加剤をオープンロール混練機に供給するフィーダーとを備えている。前記オープンロール混練機は一対のオープンロールを備えている。各オープンロールはそれぞれ円筒状をなし、両オープンロール間にそれらの軸線方向へ一定間隔で延びるギャップが設けられるべく互いに相対向して平行に延びる状態で両端が軸受けに回転可能に支持されている。
【0005】
各オープンロールは内部が中空状に形成されているとともに、水、オイル等の熱媒(冷媒)を供給可能に形成され、各オープンロールの外面温度を任意に調整可能に構成されている。オープンロールの一端側の上方には前記フィーダーが設置され、そのフィーダーからオープンロールの一端に原料が供給可能に構成されている。
【0006】
さて、前記混練物の製造装置を使用してトナーを製造するには、まず、結着樹脂、顔料及び添加剤をそれぞれ所定量計量した後、フィーダー内に供給し、原料をフィーダーの供給口からオープンロールの一端側の間に供給する。すると、原料が両オープンロールの一端供給側の間に滞留してバンクが形成されるとともに、そのバンクにおいてオープンロールの回転によりバンク内に原料が飲み込まれて対流が形成される。
【0007】
また、バンクにおいて、対流に飲み込まれた結着樹脂がオープンロールの加熱や混練による発熱により溶融して流体となる。溶融された結着樹脂はオープンロール表面に巻き着き、その結着樹脂に顔料、添加剤が付着し、さらに、オープンロールの他端側へ移送されるうちに結着樹脂内に練り込まれて混練物が調製される。この混練物はオープンロールの他端排出側から排出され、その混練物は冷却、固化された後、前記混練物の粉砕工程、分級工程、外添工程等が行われてトナーが製造される。
【0008】
上記混練物の製造工程において、オープンロール混練機はオープンロール外面が露出し、放熱性が高くなっているため、溶融混練時における原料の冷却性能に優れ、原料の溶融混練を低温で行うことが可能になっている。原料の溶融混練が低温で行われると、結着樹脂の溶融が進まず、高粘度に維持して大きな圧縮力、せん断力を顔料、添加剤に作用させて、それら顔料、添加剤を微細化して結着樹脂中へ分散することができる。従って、溶融混練時における結着樹脂の温度としては、特開2000−75548号公報に開示されるように結着樹脂のTm(溶融温度)付近に設定されるのが好ましい。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の混練物の製造装置において、原料供給時には、オープンロールの回転に伴う結着樹脂の溶融混練により生じる圧縮力、せん断力により顔料、添加剤を微細化することができる。しかし、顔料、添加剤は排出側へ移送されるに連れて微細化されていくが、それらが微細化されるほど顔料、添加剤等をさらに微細化するのに大きな圧縮力、せん断力が必要となってくる。
【0010】
このとき、オープンロール間のギャップは同オープンロールの軸線方向へ一定間隔を有する状態で延びている。そのため、顔料、添加剤等が排出側へ移送されてもそれら顔料、添加剤に作用する圧縮力、せん断力は原料供給時と変化しない。そのため、顔料、添加剤がオープンロールの排出側で微細化されない状態で結着樹脂中に練り込まれてしまい、結着樹脂中における顔料の分散性が低くなってしまう。その結果、得られるトナーを使用して電子写真法により形成された電気的潜像を現像したとき、被転写材に転写されるトナー画像の画質の低下を招いてしまうという問題があった。
【0011】
この発明は、このような従来技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的とするところは、少なくとも顔料が微細化された状態で結着樹脂中に均一に分散され、トナー画像の画質の低下を防止することができるトナー製造のための混練物の製造装置及び製造方法を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項1に記載の発明のトナー製造のための混練物の製造装置は、複数のオープンロールを備え、それらオープンロールのうちの相対向するオープンロール間の一端供給側に供給された少なくとも結着樹脂及び顔料よりなる原料を当該オープンロールの回転により溶融混練して、他端排出側から前記原料よりなる混練物を調製する溶融混練装置を備えたトナー製造のための混練物の製造装置であって、前記相対向するオープンロール間のギャップを原料の供給側から排出側に向かうに連れて徐々に狭く形成して当該供給側から排出側に向かうに連れて少なくとも顔料に作用する圧縮力、せん断力を大きくしたことを特徴とするものである。
【0013】
請求項2に記載の発明のトナー製造のための混練物の製造装置は、請求項1に記載の発明において、前記相対向するオープンロールの供給側端縁におけるギャップを排出側端縁におけるギャップの1.5〜4.5倍に設定したことを特徴とするものである。
【0014】
請求項3に記載の発明のトナー製造のための混練物の製造装置は、請求項1又は請求項2に記載の発明において、前記相対向するオープンロールの外面を温度制御可能に設け、それらオープンロール間で溶融混練中の結着樹脂の温度を同結着樹脂の溶融温度(Tm)以下に設定したことを特徴とするものである。
【0015】
請求項4に記載の発明のトナー製造のための混練物の製造方法は、請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載のトナー製造のための混練物の製造装置の相対向するオープンロール間の一端供給側に少なくとも結着樹脂及び顔料よりなる原料を供給し、当該オープンロールの回転により前記原料を溶融混練しながら供給側から排出側に移送するに連れて圧縮力、せん断力を徐々に大きくなるように少なくとも顔料に作用させて、原料よりなる混練物の排出時における少なくとも顔料を供給時よりも微細化した状態で結着樹脂中に分散することを特徴とするものである。
【0016】
【発明の実施の形態】
図1及び図2はトナー製造のための混練物の製造装置10(以下、単に製造装置10と称す)を示す概略図である。図1及び図2に示すように、製造装置10は相対向する一対のオープンロール11a,11bを有する溶融混練装置としてのオープンロール混練機11と、原料供給機構のうちの定量フィーダーとしてのスクリューフィーダー12とを備えている。オープンロール混練機11は前記一対のオープンロール11a,11bの一端供給側の間に供給された結着樹脂、顔料及び添加剤(本実施形態において添加剤は荷電制御剤及びワックスを含む概念とする)よりなる原料をオープンロール11a,11bの回転により溶融混練してその混練物を他端排出側から排出するものである。さらに、前記一対のオープンロール11a,11b間のギャップを、原料の一端供給側から他端排出側に向かうに連れて徐々に狭く形成したものである。
【0017】
まず、前記スクリューフィーダー12について説明すると、スクリューフィーダー12は一対のオープンロール11a,11bの一端供給側(図1では上側)の外側方に設置された載置台13上に載置され、前記結着樹脂、顔料及び添加剤を収容可能なホッパ14を上部に備えている。ホッパ14の下部にはホッパ14内と連通するとともに、ホッパ14から前記オープンロール混練機11側へ筒状に延びる搬送路15が設けられ、その搬送路15の先端は図2に破線に示す一対のオープンロール11a,11bの一端供給側の上方に配置されている。
【0018】
搬送路15内にはホッパ14側から搬送路15の先端側へ螺旋状に延びるスクリュー(図示せず)が回転可能に備えられている。そして、スクリューの所定方向への回転により結着樹脂、顔料及び添加剤は、ホッパ14側から搬送路15の先端側へ搬送され、一対のオープンロール11a,11b間に供給されるようになっている。
【0019】
次いで、前記オープンロール混練機11について説明する。一対のオープンロール11a,11bは、それぞれ表面に螺旋状の溝(図示せず)を有した円筒状をなしている。各オープンロール11a,11bにはその長さ方向へ延びる中心線に沿ってそれぞれ軸11dが形成され、一対の軸11dが平面略V字状となるようにそれぞれ両端が軸受け11cに支持されている。そして、図2の矢印に示すように、両オープンロール11a,11bは図示しないモータにより互いに内側方向に回転可能に構成されている。
【0020】
各オープンロール11a,11bは内部が中空状に形成されているとともに、各オープンロール11a,11b内には水、オイル等の熱媒(冷媒)が供給され、各オープンロール11a,11b外面を温度制御可能に構成されている。
【0021】
原料の溶融混練中の一対のオープンロール11a,11b間の結着樹脂の温度は、その結着樹脂の溶融温度(Tm)以下となるように設定するのが好ましい。結着樹脂の温度が溶融温度を越えると、結着樹脂の溶融が促進されて低粘性流体となり、結着樹脂の分子の切断が促進されて顔料、添加剤に作用する圧縮力、せん断力が小さくなり好ましくない。
【0022】
なお、本実施形態における結着樹脂の溶融温度は、高下式フローテスター(CFT−500 島津製作所(株)製)を使用し、ダイスの細孔の径1mm、長さ1mm、荷重20kgf、昇温速度5℃/minの条件下で1cm3の試料を溶融流出させたときの流出開始点から流出終了点の高さの1/2に相当する温度とする。
【0023】
また、両オープンロール11a,11bはその一端側から他端側に向かうに連れて両オープンロール11a,11b間のギャップが徐々に狭くなる状態で軸11dの両端が軸受け11cに支持されている。両オープンロール11a,11bの一端供給側の端縁におけるギャップD1は、他端排出側の端縁におけるギャップD2より広く形成されている。
【0024】
原料の溶融混練時、溶融した結着樹脂の練り込みにより顔料、添加剤に対して作用する圧縮力、せん断力をオープンロール11a,11bの供給側から排出側へ向かうに連れて徐々に大きくするため、ギャップD1はギャップD2の1.5〜4.5倍に設定されるのが好ましい。
【0025】
ギャップD1がギャップD2の1.5倍より小さく形成されていると、供給側から排出側に向かうに連れてギャップが狭くなる量が小さく、供給側と排出側とで圧縮力、せん断力の差をほとんど形成することができなくなる。従って、供給側で微細化された顔料、添加剤をさらに微細化しにくくなり好ましくない。一方、ギャップD1がギャップD2の4.5倍より大きく形成されていると、オープンロール11a,11b間に供給された原料が同オープンロール11a,11b間から落下してしまう。即ち、オープンロール11a,11bの一端供給側の間に原料が堆積せず、バンクを形成することができず好ましくない。なお、実施形態ではD1を0.15〜2mmの範囲内に設定した。
【0026】
また、各オープンロール11a,11bの直径をL(mm)としたとき、一対のオープンロール11a,11b間に供給される原料の供給量は以下に示す範囲
1×(L/100)2.2〜5×(L/100)2.7(kg/h)
に設定されるのが好ましい。供給量が上記範囲より少ないと原料の供給量が少なくなり、混練物の生産性が低下して好ましくない。一方、供給量が上記範囲を越えると原料の溶融が不完全になりやすくバンク上に固まりが発生したりして好ましくない。
【0027】
そして、搬送路15内を移動した結着樹脂、顔料及びその他の添加剤よりなる原料がオープンロール11a,11b間の一端供給側に供給され、一対のオープンロール11a,11b間で原料が溶融混練される。さらに、溶融した結着樹脂が、外面温度が高温側の一方のオープンロール11a表面に巻き着き、その巻き着いた結着樹脂に顔料、添加剤が練り込まれて混練物が調製されるようになっている。このとき、一方のオープンロール11aの外面温度は、外面に巻き付いた結着樹脂の温度がその結着樹脂の溶融温度以下となるように調節される。また、図2に破線に示すように、オープンロール11a,11bの他端排出側の下方位置には混練物を回収する回収部16が設けられている。
【0028】
次いで、トナー製造のための混練物の原料について説明すると、まず、結着樹脂としては、その種類は特に限定されるものではなく、黒トナー又はカラートナー用の公知の結着樹脂を使用することができ、例えばポリエステル樹脂、ポリスチレン樹脂、スチレン−アクリル酸エステル共重合樹脂等のスチレン系樹脂、ポリメチルメタクリレート等のアクリル系樹脂、ポリエチレン等のポリオレフィン系樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂等が挙げられる。これらの結着樹脂は単独又は二種以上混合して使用される。結着樹脂はトナー中に通常80〜95重量%配合される。
【0029】
顔料としては特に限定されるものではなく、キナクリドン、ブリリアントカーミン6B、パーマネントレッド等の赤色顔料、ベンズイミダゾロン、ジクロロベンジジン等の黄色顔料、コバルトブルー、銅フタロシアニン等の青色顔料、クロムグリーン、酸化クロム、ピグメントグリーンB等の緑色顔料、カーボンブラック、アセチレンブラック等の黒色顔料が挙げられる。これらの顔料は単独又は二種以上混合して使用される。顔料はトナー中に通常3〜10重量%配合される。
【0030】
前記添加剤としての荷電制御剤は特に限定されるものではなく、黒トナー又はカラートナー用の公知の負帯電又は正帯電トナー用の荷電制御剤を使用することができる。負帯電トナー用の荷電制御剤としては、サリチル酸又はその誘導体のクロム、亜鉛、ジルコニウム錯体若しくは塩化合物、アゾ錯体染料、長鎖アルキルカルボン酸塩等の界面活性剤等が挙げられる。正帯電トナー用の荷電制御剤としてはニグロシン染料又はその誘導体、四級アンモニウム塩、グアニジン塩等が挙げられる。また、ワックスはカルナウバワックス等の天然ワックス及び合成ワックス類、シリコーン系重合体、高級脂肪酸、ポリオレフィン系重合体、低分子重合体等が挙げられる。
【0031】
次に、前記製造装置10を使用した混練物の製造方法について記載する。
【0032】
さて、結着樹脂、顔料及び添加剤を所定量計量し、それら原料をホッパ14内に供給する。その後、製造装置10を稼動させて搬送路15内のスクリューを所定方向へ回転させ、スクリューフィーダー12のホッパ14側からオープンロール混練機11側へ原料を搬送路15に沿って搬送させる。搬送路15内ではスクリューが回転して結着樹脂、顔料及び添加剤を常に攪拌しているため、搬送路15内での原料の滞留が防止される。
【0033】
次いで、各オープンロール11a,1bの外面温度を調節し、一方のオープンロール11aの外面温度を他方のオープンロール11bより高い温度に設定して両オープンロール11a,11b間に温度差を発生させる。それと同時に、一方のオープンロール11aをその回転数が他方のオープンロール11bの回転数より大きくなるように回転させる。
【0034】
すると、前記搬送路15内を搬送された原料が一対のオープンロール11a,11bの一端供給側の間に落下して供給され、オープンロール11a,11b間に堆積してバンクが形成される。相対向するオープンロール11a,11bの内側への回転により前記バンク内に原料が飲み込まれ対流が発生する。そして、バンク内の結着樹脂は、高温側の一方のオープンロール11a表面における伝熱作用により加熱溶融して一方のオープンロール11a表面に巻き付く。
【0035】
このとき、溶融混練中の結着樹脂の温度が同結着樹脂の溶融温度(Tm)以下となるように一方のオープンロール11aの外面温度が設定されるため、結着樹脂の溶融が促進されるのが抑制され、結着樹脂の分子の切断が促進されることが抑制される。そして、高粘性流体の結着樹脂がオープンロール11a,11b間の間隙部で練り込まれることにより圧縮力、せん断力が生じ、その圧縮力、せん断力により顔料、添加剤等が微細化されながら結着樹脂中へ分散される。
【0036】
さらに、前記せん断力は、せん断速度と結着樹脂粘度との積算により算出され、結着樹脂粘度は、例えば結着樹脂温度が10℃上昇すると約10分の1に減少してしまう場合が多い。従って、せん断速度が同じである場合、結着樹脂温度が上昇して結着樹脂粘度が低下すると、せん断力も低下してしまう。即ち、一方のオープンロール11aの外面温度が結着樹脂の溶融温度以下に設定されているため、結着樹脂温度の上昇が抑制され、せん断力の低下が抑制される。
【0037】
続いて、溶融された結着樹脂が一方のオープンロール11a表面に付着し、その結着樹脂表面に顔料、添加剤が練り込まれた状態で、繰り返し圧縮力、せん断力を受けて混練されながら、一対のオープンロール11a,11bの回転速度の差により他端排出側へ移送される。このとき、一対のオープンロール11a,11b間のギャップは供給側から排出側へ向かうに連れて狭くなっているため、排出側へ向かうに連れて顔料、添加剤等への圧縮力、せん断力が大きくなる。
【0038】
そのため、原料が排出側へ移送されるに連れて顔料、添加剤等は微細化されていく。また、顔料、添加剤が微細化されるほどそれら顔料、添加剤等を微細化するのにより大きな圧縮力、せん断力が必要となる。このとき、顔料、添加剤等が排出側へ移送されるに伴いギャップが狭くなるため、顔料、添加剤等に作用する圧縮力、せん断力も徐々に大きくなり微細化が促進される。そして、微細化された顔料、添加剤等が結着樹脂中に強力に練り込まれ、均一に分散された混練物が他端排出側から回収部16に回収される。
【0039】
得られた混練物を冷却して固化させた後、混練物を粗粉砕、微粉砕して分級した後、表面処理が行われてトナーが製造される。得られるトナーは結着樹脂の分子量分布の変化が小さくなっているとともに、微細な粒子径を有する顔料、添加物が均一に結着樹脂中に分散されている。
【0040】
前記実施形態によって発揮される効果について、以下に記載する。
【0041】
・ 一対のオープンロール11a,11bのギャップが一端供給側から他端排出側に向かうに連れて徐々に狭くなるようにオープンロール混練機11を形成して製造装置10を構成した。そのため、オープンロール11a,11b間のギャップが供給側から排出側まで同じに形成されていた従来と異なり、顔料、添加剤が排出側に移送されるに連れてそれら顔料、添加剤に作用する圧縮力、せん断力を徐々に大きくすることができる。従って、顔料、添加剤が供給側から排出側に移送されるに連れて徐々に微細化されるとともに、結着樹脂中に均一に分散することができる。その結果、得られた混練物より調製したトナーを使用して電子写真法により形成された電気的潜像を現像したとき、被転写材に転写されるトナー画像の画質のムラ、くすみ、透明感の阻害をなくして画質の低下を防止することができる。
【0042】
・ ギャップD1はギャップD2の1.5〜4.5倍に設定されている。そのため、ギャップD1が狭すぎて供給側と排出側とギャップの差がほとんどなくなるのをなくして、供給側から排出側に向かうに連れて発生する圧縮力、せん断力を徐々に大きくすることができる。また、オープンロール11a,11b間に供給された原料が同オープンロール11a,11b間から落下する量を少なくしてバンクを確実に形成することができるとともに、原料の浪費をなくすことができる。
【0043】
・ 溶融混練中の結着樹脂の温度が同結着樹脂の溶融温度以下となるように一方のオープンロール11aの外面温度を設定したため、結着樹脂の分子の切断が促進されることを抑制することができる。従って、原料の溶融混練前と混練後における結着樹脂の分子量分布の変化を小さくして得られるトナーの被転写材への定着性を一定に維持することができる。
【0044】
・ スクリューフィーダー12の搬送路15内ではスクリューが回転して結着樹脂、顔料及び添加剤を常に攪拌しているため、搬送路15内での原料の滞留を防止することができる。従って、搬送路15から原料の固まりがオープンロール11a,11b間に供給されたりする不具合をなくしてトナーの定量性を向上させることができる。
【0045】
・ 原料の供給量の範囲を1×(L/100)2.2〜5×(L/100)2.7(kg/h)に設定したため、混練物の生産性が低下するのを防止することができる。また、溶融混練時における原料の溶融が不完全になるのを防止してバンク上に固まりが発生したりするのを防止することができる。
【0046】
なお、本実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。
【0047】
・ 図3に示すトナー製造のための混練物の製造装置10としてもよい。オープンロール混練機11は一方(図3では左方)のオープンロール11aが円筒状に形成されているとともに、一方のオープンロール11aの軸11dが両軸受け11cにそれぞれ直交する状態で両端が軸受け11cに支持されている。一方、他方(図3では右方)のオープンロール11bはその一端から他端に向かうに連れて直径が大きくなる円筒状に形成され、他方のオープンロール11bの軸11dが両軸受け11cにそれぞれ直交する状態で両端が軸受け11cに支持されている。そして、両オープンロール11a,11b間のギャップは一端側から他端側に向かうに連れて徐々に狭くなる状態となっている。
【0048】
又は図3に示す製造装置10において、他方のオープンロール11bが円筒状に形成され、一方のオープンロール11aがその一端から他端に向かうに連れて直径が大きくなる円筒状に形成されていてもよい。そして、両オープンロール11a,11b間のギャップが一端側から他端側に向かうに連れて徐々に狭くなる状態としてもよい。
【0049】
・ 図4に示すトナー製造のための混練物の製造装置10としてもよい。オープンロール混練機11は両オープンロール11a,11bがその一端から他端に向かうに連れて直径が大きくなる円筒状に形成され、各軸11dがそれぞれ両軸受け11cに直交する状態で両端が軸受け11cに支持されている。そして、両オープンロール11a,11b間のギャップは一端側から他端側に向かうに連れて狭くなる状態となっている。
【0050】
・ 実施形態では一対のオープンロール11a,11bを備えたオープンロール混練機11を使用してトナー製造のための混練物の製造装置10としたが、3本以上のオープンロールを使用したオープンロール混練機11を使用してもよい。
【0051】
・ 実施形態では原料供給機構のうちの定量フィーダーとしてスクリューフィーダー12を使用したが、定量フィーダーとしてテーブルフィーダー、モーノポンプ等を使用してオープンロール混練機11に原料を供給してもよく、原料供給機構を使用せず、手作業でオープンロール混練機11に原料を供給してもよい。
【0052】
・ 実施形態では原料として結着樹脂、顔料、ワックス及び荷電制御剤を使用して混練物を製造したが、結着樹脂及び顔料のみを使用して混練物を製造してもよく、結着樹脂と、顔料と、ワックス及び荷電制御剤のうちのいずれか一方とを使用して混練物を製造してもよい。
【0053】
・ 実施形態では、一方のオープンロール11aの外面温度を他方のオープンロール11bの外面温度より高く設定し、両オープンロール11a,11b間に温度差を発生させたが、溶融混練中の結着樹脂が溶融温度以下となるように、両オープンロール11a,11bの外面温度を同じ又は若干異なるように設定してもよい。このとき、混練物が他端排出側へ移動するように、両オープンロール11a,11b間に回転速度の差が発生するように設定する。
【0054】
・ 実施形態では、両オープンロール11a,11bの表面に螺旋状の溝を形成したが省略してもよい。
【0055】
さらに、前記実施形態より把握できる技術的思想について以下に記載する。
【0056】
・ 前記原料の供給側端縁におけるオープンロール間のギャップを0.15〜2mmに設定したことを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載のトナー製造のための混練物の製造装置。
【0057】
・ 前記原料をオープンロール間の一端供給側に供給する原料供給機構を備え、前記原料供給機構は定量フィーダーである請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載のトナー製造のための混練物の製造装置。このように構成した場合、溶融混練装置に原料を定量的かつ均一に供給することができる。
【0058】
・ 前記オープンロールの直径をL(mm)と設定したとき、原料の供給量を1×(L/100)2.2〜5×(L/100)2.7(kg/h)に示す範囲に設定したことを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載のトナー製造のための混練物の製造装置。このように構成した場合、原料の供給量が少なくなり、混練物の生産性が低下してしまうのを防止することができる。また、供給量が過剰になり原料の溶融が不完全になるのを防止することができる。
【0059】
【発明の効果】
以上詳述したように、この発明によれば、次のような効果を奏する。
【0060】
請求項1に記載の発明のトナー製造のための混練物の製造装置によれば、少なくとも顔料が微細化された状態で結着樹脂中に均一に分散され、トナー画像の画質の低下を防止することができる。
【0061】
請求項2に記載の発明のトナー製造のための混練物の製造装置によれば、請求項1に記載の発明の効果に加えて、供給側から排出側に向かうに連れて発生する圧縮力、せん断力を大きくすることができる。また、オープンロール間に供給された原料が同オープンロール間から落下する量を少なくしてバンクを確実に形成することができるとともに、原料の浪費をなくすことができる。
【0062】
請求項3に記載の発明のトナー製造のための混練物の製造装置によれば、請求項1又は請求項2に記載の発明の効果に加えて、オープンロール間で結着樹脂の分子の切断が促進されることを抑制することができる。従って、原料の溶融混練前と混練後における結着樹脂の分子量分布の変化を小さくして得られるトナーの被転写材への定着性を一定に維持することができる。
【0063】
請求項4に記載の発明のトナー製造のための混練物の製造方法によれば、少なくとも顔料が微細化された状態で結着樹脂中に均一に分散され、トナー画像の画質の低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態の混練物の製造装置を示す概略平面図。
【図2】実施形態の混練物の製造装置を示す概略側面図。
【図3】別例の混練物の製造装置を示す概略平面図。
【図4】別例の混練物の製造装置を示す概略平面図。
【符号の説明】
D1 オープンロールの供給側端縁におけるギャップ
D2 オープンロールの排出側端縁におけるギャップ
10 トナー製造のための混練物の製造装置
11 溶融混練装置としてのオープンロール混練機
11a,11b オープンロール[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a manufacturing apparatus and a manufacturing method of a kneaded material for manufacturing a toner used in, for example, an electrophotographic method, an electrostatic printing method, and the like.
[0002]
[Prior art]
In general, in electrophotography, an electric latent image is formed on a photoreceptor by various methods using a photoconductive substance, and then the latent image is developed using toner. Further, a method of transferring a toner image to a transfer material such as paper, and then fixing the toner image by various methods to obtain an object is adopted.
[0003]
The toner (dry toner) is prepared by using a binder resin and a pigment as main raw materials, and further adding additives such as a charge control agent and a wax. Describing the toner production method, the toner production process includes a kneading step of a binder resin, a pigment and an additive, a pulverizing step of a kneaded material prepared in the kneading step, a classification step, and an external addition step.
[0004]
Further, an apparatus for producing a kneaded material for toner production supplies an open-roll kneader for melt-kneading the binder resin, the pigment and the additive, and supplies the binder resin, the pigment and the additive to the open-roll kneader. And a feeder. The open roll kneader has a pair of open rolls. Each of the open rolls has a cylindrical shape, and both ends are rotatably supported by bearings in a state in which both open rolls extend parallel to each other so that gaps extending at regular intervals in the axial direction are provided between the open rolls. .
[0005]
Each of the open rolls is formed so as to have a hollow interior and capable of supplying a heat medium (refrigerant) such as water or oil, and is configured such that the outer surface temperature of each open roll can be arbitrarily adjusted. The feeder is provided above one end of the open roll, and the feeder is configured to be able to supply a raw material to one end of the open roll.
[0006]
Now, in order to manufacture a toner using the kneaded material manufacturing apparatus, first, a binder resin, a pigment, and an additive are respectively measured in a predetermined amount, and then supplied into a feeder, and the raw material is supplied from a supply port of the feeder. Supply between one end of open roll. Then, the raw material stays between the one supply sides of the two open rolls to form a bank, and at the bank, the raw material is swallowed into the bank by the rotation of the open roll, and convection is formed.
[0007]
Further, in the bank, the binder resin swallowed by the convection melts due to the heat generated by the heating and kneading of the open roll, and becomes a fluid. The molten binder resin wraps around the surface of the open roll, pigments and additives adhere to the binder resin, and are further kneaded into the binder resin while being transferred to the other end of the open roll. A kneaded product is prepared. The kneaded material is discharged from the other end discharge side of the open roll, and after the kneaded material is cooled and solidified, a pulverizing step, a classifying step, an external adding step, and the like of the kneaded substance are performed to produce a toner.
[0008]
In the production process of the kneaded material, the open roll kneader has an open roll outer surface that is exposed and has high heat dissipation, so that it is excellent in the cooling performance of the raw material during melt kneading, and the melt kneading of the raw material can be performed at low temperature. It is possible. When the raw materials are melt-kneaded at a low temperature, the binder resin does not melt, and a high compression force and shear force are applied to the pigments and additives while maintaining a high viscosity to make the pigments and additives finer. To be dispersed in the binder resin. Therefore, it is preferable that the temperature of the binder resin at the time of melt-kneading is set to around Tm (melting temperature) of the binder resin as disclosed in JP-A-2000-75548.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
In the above-mentioned conventional kneaded material manufacturing apparatus, at the time of supplying the raw material, the pigment and the additive can be made finer by the compressive force and the shear force generated by the melt-kneading of the binder resin accompanying the rotation of the open roll. However, pigments and additives are miniaturized as they are transferred to the discharge side, and the finer they are, the greater the compressive force and shearing force required to further refine pigments, additives, etc. It becomes.
[0010]
At this time, the gap between the open rolls extends with a certain interval in the axial direction of the open rolls. Therefore, even if the pigment, the additive, and the like are transferred to the discharge side, the compressive force and the shearing force acting on the pigment and the additive do not change from when the raw material is supplied. Therefore, the pigment and the additive are kneaded into the binder resin in a state where the pigment and the additive are not miniaturized on the discharge side of the open roll, and the dispersibility of the pigment in the binder resin is reduced. As a result, when an electric latent image formed by an electrophotographic method is developed using the obtained toner, there is a problem that the image quality of a toner image transferred to a material to be transferred is deteriorated.
[0011]
The present invention has been made by paying attention to such problems existing in the related art. An object of the present invention is to provide a kneaded material manufacturing apparatus and a kneaded material manufacturing method for manufacturing a toner in which at least a pigment is uniformly dispersed in a binder resin in a finely divided state, and a deterioration in image quality of a toner image can be prevented. It is to provide a method.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the apparatus for producing a kneaded material for producing a toner according to the present invention according to claim 1 includes a plurality of open rolls, and one end between the opposing open rolls among the open rolls. A toner production device having a melt-kneading device that melt-kneads a raw material composed of at least a binder resin and a pigment supplied to a supply side by rotation of the open roll and prepares a kneaded product composed of the raw material from the other discharge side. A gap between the opposing open rolls is gradually narrowed from the supply side of the raw material to the discharge side, and the gap is gradually reduced from the supply side to the discharge side. At least the compressive force and the shear force acting on the pigment are increased.
[0013]
According to a second aspect of the present invention, in the apparatus for manufacturing a kneaded product for manufacturing a toner according to the first aspect, the gap at the supply side edge of the opposed open roll is set to the gap at the discharge side edge. It is characterized by being set to 1.5 to 4.5 times.
[0014]
According to a third aspect of the present invention, in the apparatus for manufacturing a kneaded product for manufacturing a toner according to the first or second aspect, the outer surfaces of the opposed open rolls are provided so as to be capable of controlling the temperature, and the open rolls are opened. The temperature of the binder resin during melt-kneading between the rolls is set to be equal to or lower than the melting temperature (Tm) of the binder resin.
[0015]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method for producing a kneaded product for producing a toner according to any one of the first to third aspects. A raw material comprising at least a binder resin and a pigment is supplied to one end supply side between the rolls, and the compression force and the shear force are increased as the raw material is transferred from the supply side to the discharge side while being melted and kneaded by rotation of the open roll. The method is characterized in that at least the pigment is made to act on the pigment so as to gradually increase in size, and the pigment is dispersed in the binder resin in a state of being finer than at the time of supply at the time of discharging the kneaded material composed of the raw material.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
1 and 2 are schematic diagrams showing a kneaded
[0017]
First, the
[0018]
A screw (not shown) spirally extending from the
[0019]
Next, the
[0020]
The inside of each of the
[0021]
It is preferable that the temperature of the binder resin between the pair of
[0022]
In addition, the melting temperature of the binder resin in the present embodiment is measured by using a high-low type flow tester (CFT-500 manufactured by Shimadzu Corporation), the diameter of the pores of the die is 1 mm, the length is 1 mm, the load is 20 kgf, and 1cm under the condition of temperature rate 5 ° C / min 3 Is set to a temperature corresponding to 1/2 of the height from the outflow start point to the outflow end point when the sample is melted out.
[0023]
Both ends of the
[0024]
During the melt-kneading of the raw materials, the compressive force and the shearing force acting on the pigment and the additive due to the kneading of the molten binder resin are gradually increased from the supply side to the discharge side of the
[0025]
When the gap D1 is formed to be smaller than 1.5 times the gap D2, the amount by which the gap becomes narrower from the supply side to the discharge side is small, and the difference between the compressive force and the shear force between the supply side and the discharge side is reduced. Can hardly be formed. Therefore, it is not preferable because the pigments and additives that have been refined on the supply side are difficult to further refine. On the other hand, if the gap D1 is formed to be larger than 4.5 times the gap D2, the raw material supplied between the
[0026]
When the diameter of each of the
1 x (L / 100) 2.2 ~ 5 × (L / 100) 2.7 (Kg / h)
Is preferably set to. If the supply amount is less than the above range, the supply amount of the raw material decreases, and the productivity of the kneaded material is undesirably reduced. On the other hand, when the supply amount exceeds the above range, the melting of the raw material is likely to be incomplete, and undesirably the lump is formed on the bank.
[0027]
Then, a raw material made of the binder resin, pigment and other additives moved in the
[0028]
Next, the raw material of the kneaded material for producing the toner will be described. First, the kind of the binder resin is not particularly limited, and a known binder resin for a black toner or a color toner may be used. Examples include polyester resins, polystyrene resins, styrene resins such as styrene-acrylate copolymer resins, acrylic resins such as polymethyl methacrylate, polyolefin resins such as polyethylene, polyurethane resins, and epoxy resins. These binder resins are used alone or in combination of two or more. The binder resin is usually blended in the toner in an amount of 80 to 95% by weight.
[0029]
The pigment is not particularly limited, and red pigments such as quinacridone, brilliant carmine 6B, and permanent red; yellow pigments such as benzimidazolone and dichlorobenzidine; blue pigments such as cobalt blue and copper phthalocyanine; chrome green; and chromium oxide. And green pigments such as CI Pigment Green B, and black pigments such as carbon black and acetylene black. These pigments are used alone or in combination of two or more. The pigment is usually blended in the toner in an amount of 3 to 10% by weight.
[0030]
The charge control agent as the additive is not particularly limited, and a known charge control agent for negatively charged or positively charged toner for black toner or color toner can be used. Examples of the charge control agent for negatively charged toner include surfactants such as chromium, zinc, zirconium complex or salt compounds of salicylic acid or a derivative thereof, azo complex dyes, and long-chain alkyl carboxylate. Examples of the charge control agent for the positively charged toner include a nigrosine dye or a derivative thereof, a quaternary ammonium salt, and a guanidine salt. Examples of the wax include natural waxes such as carnauba wax and synthetic waxes, silicone polymers, higher fatty acids, polyolefin polymers, and low molecular weight polymers.
[0031]
Next, a method for producing a kneaded material using the
[0032]
Now, a predetermined amount of the binder resin, the pigment, and the additive are measured, and the raw materials are supplied into the
[0033]
Next, the outer surface temperature of each
[0034]
Then, the raw material transported in the
[0035]
At this time, since the outer surface temperature of one of the
[0036]
Further, the shear force is calculated by integrating the shear rate and the binder resin viscosity, and the binder resin viscosity often decreases to about one-tenth when, for example, the binder resin temperature increases by 10 ° C. . Therefore, when the shear rate is the same, when the binder resin temperature rises and the binder resin viscosity decreases, the shear force also decreases. That is, since the outer surface temperature of the one
[0037]
Subsequently, the molten binder resin adheres to the surface of one of the
[0038]
Therefore, as the raw material is transferred to the discharge side, pigments, additives, and the like are miniaturized. Further, as the pigments and additives are miniaturized, a larger compressive force and shearing force are required to miniaturize the pigments and additives. At this time, the gap becomes narrower as the pigment, the additive and the like are transferred to the discharge side, so that the compressive force and the shear force acting on the pigment, the additive and the like gradually increase, and the miniaturization is promoted. Then, the finely divided pigment, additives, and the like are strongly kneaded into the binder resin, and the uniformly dispersed kneaded material is collected by the
[0039]
After cooling and solidifying the obtained kneaded material, the kneaded material is roughly pulverized, finely pulverized and classified, and then subjected to a surface treatment to produce a toner. In the obtained toner, the change in the molecular weight distribution of the binder resin is small, and the pigments and additives having a fine particle diameter are uniformly dispersed in the binder resin.
[0040]
The effects exerted by the above embodiment will be described below.
[0041]
The
[0042]
The gap D1 is set to be 1.5 to 4.5 times the gap D2. Therefore, the gap between the supply side and the discharge side is almost eliminated due to the gap D1 being too narrow, and the compression force and the shear force generated from the supply side toward the discharge side can be gradually increased. . Also, the amount of the raw material supplied between the
[0043]
Since the outer surface temperature of one of the
[0044]
In the
[0045]
・ The range of raw material supply is 1 × (L / 100) 2.2 ~ 5 × (L / 100) 2.7 (Kg / h), it is possible to prevent a decrease in the productivity of the kneaded material. Further, it is possible to prevent the raw material from being incompletely melted at the time of melt-kneading, and to prevent the occurrence of lump on the bank.
[0046]
This embodiment can be embodied with the following modifications.
[0047]
A kneaded
[0048]
Alternatively, in the
[0049]
A kneaded
[0050]
In the embodiment, the kneaded
[0051]
In the embodiment, the
[0052]
In the embodiment, the kneaded material is manufactured using the binder resin, the pigment, the wax, and the charge control agent as the raw materials. However, the kneaded material may be manufactured using only the binder resin and the pigment. A kneaded product may be produced by using a pigment, a wax, and one of a wax and a charge control agent.
[0053]
In the embodiment, the outer surface temperature of one
[0054]
In the embodiment, spiral grooves are formed on the surfaces of both
[0055]
Further, technical ideas that can be grasped from the embodiment will be described below.
[0056]
The kneaded material for toner production according to any one of claims 1 to 3, wherein a gap between the open rolls at the supply-side edge of the raw material is set to 0.15 to 2 mm. Manufacturing equipment.
[0057]
4. The kneading apparatus according to claim 1, further comprising a raw material supply mechanism configured to supply the raw material to one end supply side between the open rolls, wherein the raw material supply mechanism is a fixed-quantity feeder. 5. Product manufacturing equipment. With such a configuration, the raw materials can be supplied to the melt-kneading apparatus quantitatively and uniformly.
[0058]
When the diameter of the open roll is set to L (mm), the supply amount of the raw material is 1 × (L / 100) 2.2 ~ 5 × (L / 100) 2.7 The apparatus for producing a kneaded product for producing a toner according to any one of claims 1 to 3, wherein the apparatus is set to a range shown in (kg / h). With such a configuration, it is possible to prevent the supply amount of the raw material from being reduced and the productivity of the kneaded material from being reduced. In addition, it is possible to prevent the supply amount from becoming excessive and the raw material from being incompletely melted.
[0059]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the following effects can be obtained.
[0060]
According to the apparatus for manufacturing a kneaded product for manufacturing a toner according to the first aspect of the present invention, at least the pigment is uniformly dispersed in the binder resin in a finely divided state, thereby preventing the deterioration of the image quality of the toner image. be able to.
[0061]
According to the kneaded material manufacturing apparatus for manufacturing a toner according to the second aspect of the invention, in addition to the effects of the first aspect, a compressive force generated from the supply side toward the discharge side is obtained. The shear force can be increased. In addition, the amount of the raw material supplied between the open rolls falls from between the open rolls is reduced, so that the bank can be reliably formed, and the waste of the raw materials can be eliminated.
[0062]
According to the apparatus for producing a kneaded product for producing a toner according to the third aspect of the present invention, in addition to the effects of the first or second aspect of the invention, cutting of molecules of the binder resin between the open rolls. Can be suppressed from being promoted. Therefore, it is possible to keep the fixability of the obtained toner to the transfer material constant by reducing the change in the molecular weight distribution of the binder resin before and after the kneading and kneading of the raw materials.
[0063]
According to the method for producing a kneaded material for producing a toner according to the fourth aspect of the present invention, at least the pigment is uniformly dispersed in the binder resin in a finely divided state, thereby preventing the image quality of the toner image from deteriorating. be able to.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic plan view showing a kneaded material manufacturing apparatus according to an embodiment.
FIG. 2 is a schematic side view showing a kneaded material manufacturing apparatus according to the embodiment.
FIG. 3 is a schematic plan view showing another example of a kneaded material manufacturing apparatus.
FIG. 4 is a schematic plan view showing another example of a kneaded material manufacturing apparatus.
[Explanation of symbols]
D1 Gap at the supply side edge of the open roll
D2 Gap at the discharge side edge of the open roll
10. Kneaded material manufacturing device for toner production
11 Open roll kneader as melt kneading device
11a, 11b open roll
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