JP3693683B2 - 静電荷像現像用トナー製造方法 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は、電子写真法、静電記録法等において使用される静電荷像現像用トナーの製造方法及び粉砕装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、静電荷像現像用トナーの製造方法は、樹脂、着色剤等の原材料を混合、混練し、冷却工程を経た後、例えばハンマー式粉砕機等で粗粉砕して、平均1000〜100μmの粗粉砕物とし、その後、必要なら予備粉砕し、又は直接粉砕して平均粒径が数μmから10数μm程度の粉砕品にする方法が取られている。この粉砕品は、分級工程に於いて所定の粒度分布を持つ粒子群にのみに分離され、静電荷像現像用トナーとして用いられる。
【0003】
従来その粗粉砕物を粉砕する粉砕機としては、超音速ジェット気流を利用したジュット式粉砕機、急速度で回転する回転子(ローター)と固定子(ライナー)との間に形成された空間に粉砕品を導入することにより粉砕する衝撃式粉砕機などが主に用いられている。
又、分級機としては、気流式分級機(日本ニューマチック社製 DS分級機)、多産物同時分級機(日鉄鉱業社製 エルボージェット)、ジグザグ分級機等が使用されている。
【0004】
工業的規模の設備としては通常前記粉砕機1〜2台と分級機2〜4台の組み合わせで生産ラインが構成されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、こうしたトナーの製造方法において、ジェット式粉砕機を用いてトナー粗粉砕物を微粉砕するのは電力消費量が嵩みエネルギー効率が悪いため、トナーを効率よく生産することは難しい。一方、衝撃式粉砕機はエネルギ−的に効率が高いが、粉砕時の瞬間的な発熱が大きく、トナ−粉砕品中に、例えば40μm以上の粗大粒子が混入するという問題があった。この粗大粒子は、続く分級プロセスにおいて振動篩等でなるべく除去するようにするが、分級機内壁に衝突して跳ね返ったり、確率的に製品側へ飛び込んだりするため、篩を通り抜けた粗大粒子が製品中に混入されてしまう。そしてこの混入した粗大粒子の存在により、フィルミング、コメット等の悪現象が画質に発生するという問題があった。
【0006】
本発明者等は上記の課題を解決すべく鋭意検討を行った結果、トナー粗粉砕物を粉砕する工程において、衝撃式粉砕機の出口部の形状を工夫することにより、格段に製品中に混入する粗大粒子の量が軽減されることを見出し、本発明に到達したものである。即ち、本発明の目的は、トナー製品中における粗大粒子の発生が少なく、シャープな粒度分布を有するトナーを製造する方法を提供することにある。又、フィルミング、コメット等の悪現象の発生しない良好な画質を与えることのできるトナーを製造する方法を提供することにある。又、本発明の目的はシンプルな装置構成に加え電力消費が極めて少なく、エネルギー効率の良いトナーの製造方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
しかして、かかる本発明の目的は、回転軸を中心に回転し外側表面に凹凸部を有するローターと、その外側に空間を隔てて嵌装されていて内側表面に凹凸部を有するライナーとを有していて、両者間の間隙が粉砕空間となっている衝撃式粉砕機であって、該粉砕空間の粉砕物出口部のライナーの内側表面が凹凸が除去された平滑な形状に形成されている粉砕機の該粉砕空間に、少なくとも樹脂及び着色剤を含有するトナー粗粉砕物を供給して粉砕することを特徴とする静電荷像現像用トナー製造方法によって達成される。
【0008】
以下に本発明を詳細に説明する。
本発明のトナー製造方法においては、粉砕工程以外は、通常の製造方法を採用することができる。通常の製造方法としては先ずトナー原料を混合し、溶融押し出し機などで混練して板状に押し出して冷却固化したペレットを得る。
トナー原料としては、バインダー樹脂と着色剤とが必須成分として使用されるが、必要に応じて例えば帯電制御剤やその他のトナー特性付与剤を使用することができる。
【0009】
バインダー樹脂としては、例えば、トナーに適した公知の各種の樹脂を使用することが出来る。例えば、スチレン系樹脂、塩化ビニル樹脂、ロジン変成マレイン酸樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、アイオノマー樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂、ケトン樹脂、エチレン−エチルアクリレート樹脂、キシレン樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリカーボネート樹脂などが挙げられる。これらの樹脂は2種以上を併用することもできる。特に、スチレン系樹脂、飽和または不飽和ポリエステル樹脂およびエポキシ樹脂を主樹脂として用いることが好ましい。
【0010】
そして、該バインダー樹脂のガラス転移温度は、熱分析法(示唆熱分析装置、示唆走査熱量分析装置等)で測定した時の転移開始温度(変曲点)が50℃以上であることが好ましい。ガラス転移温度が50℃未満の場合には、40℃以上の高温で長時間にトナーを放置した時、トナーの凝集或いは固着を招き使用上問題がある。
【0011】
トナー用着色剤としては、公知の各種の着色剤を使用することが出来、例えばカーボンブラック、ニグロシン、ベンジジンイエロー、キナクリドン、ローダミンB、フタロシアニンブルー等が好適に使用される。着色剤は、樹脂100重量部当たり、通常0.1〜30重量部、好ましくは3〜15重量部の割合で使用される。
【0012】
帯電制御剤としては、やはり公知の各種の帯電制御剤を使用することが出来る。例えば、4級アンモニウム塩、ニグロシン染料、トリフェニルメタン染料、スチレン−アミノアクリレート共重合体、ポリアミン樹脂などの正帯電制御剤や、モノアゾ系金属錯塩等の負帯電制御剤が挙げられる。帯電制御剤は樹脂100重量部当たり、通常0.1〜10重量部の割合で使用される。
【0013】
また、各種のトナー特性付与剤としては、例えば、オフセット防止のため、ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックスなどのポリアルキレンワックスを使用することができる。また、流動性および耐凝集性の向上のために、チタニア、アルミナ、シリカ等の無機微粒子を使用することができる。これらのトナー特性付与剤は、樹脂100重量部当たり、通常0.1〜10重量部の割合で使用される。
【0014】
更に、トナーが磁性トナーである場合には、フェライト、マグネタイトを始め、鉄、コバルト、ニッケル等の強磁性元素を含む合金又は化合物などの磁性粒子を含有することができる。磁性粒子は、バインダー樹脂100重量部当たり、通常、20〜70重量部の割合で使用される。
次に、冷却固化されたペレット状トナーは、ハンマー式粉砕機などの粗粉砕機によって、だいたい重量平均粒径が約100μ〜3000μ、好ましくは約300μ前後の範囲になるように粗粉砕される。ここに、重量平均粒径とは、粒径−重量分布のメジアン値粒径であり、例えば、コールターエレクトロニクス社製コールカウンタで測定することが出来る。
【0015】
本発明では、こうして得られたトナー粗粉砕物を更に粉砕する工程において、トナー粗粉砕物を特定の改良した出口部を有する衝撃式粉砕機に導入し、重量平均粒径が数μmから数10μm、好ましくは3〜20μmに粉砕することを特徴とする。尚、粉砕効率を高めるために2台以上の衝撃式粉砕機を使用したり、ジェット式粉砕機と組み合わせることも可能である。
【0016】
衝撃式粉砕機の原理としては、図−1に示すように、回転軸(3)により急速度で回転する円筒状のローター(1)とその外側の固定もしくは回転するライナー(2)とが微小間隙を設けて配置されており、被粉砕物は投入口(4)から投入され、そのロータ−(1)とライナー(2)とで区切られた微小間隙(8)である粉砕空間を輸送される過程で粉砕され、排出口(5)から排出される。
【0017】
衝撃式粉砕機のローターの外側表面及びライナーの内側表面には凹凸部(粉砕刃)が設けられており、その形状としては種々のものが提案されているが、本発明に用いる衝撃式粉砕機としては、特に図−2に示す様にローター外側表面及びライナー内側表面の少なくとも片方好ましくは双方に波形状の鋭角粉砕刃を有するものが、好ましく用いられる。
【0018】
さて、従来の粉砕機では、図−3に粉砕空間の出口部分の拡大図を示すとおり、この出口部分においてローター長さよりライナーの長さが10〜20mm程度長く延出しているのが、通常であった。
しかしながら、本発明者らが検討した結果、粗大粒子の発生は主にこのライナーの出口部分における凹凸の溝に起因することが判明した。そしてこのライナーの出口側の表面の少なくとも一部を平滑にすること、即ちライナー表面に設けられた凹凸部(溝)がない状態の平滑部を設けることにより、製品中に混入する粗大粒子が格段に減少することを見出したのである。おそらく従来の構造では、最も被粉砕物の温度が高く且つ機内を移動する速度が急激におちる部分である粉砕空間の出口部分において、ライナーの出口部分、特に延出部における溝(凹凸部)に、粉砕時の発熱により溶融軟化したトナー粉が付着し、生長して粗大粒子が発生していたものと考えられる。
【0019】
本発明の、粉砕空間の出口部においてライナーの表面の少なくとも一部に平滑部を設ける方法としては、種々の形態が考えられる。その一つとしては、図−4に示す通り、ライナーの最終端から0.1mm〜200mm、好ましくは10mm〜100mm、更には40mm〜70mmの範囲(図−4のa+b)の表面に平滑部を設けた形状が挙げられる。この平滑部は特に図−4に示す様に凹凸部を削った平面形状とすると好ましい。又、単にライナーの延出部のみの表面を平滑部にするだけではなく、ロータ−の表面と対向する部分のライナーの表面をも平滑部にすることが好ましい。特に好ましくは、対向するローターの最終端から投入口方向に0.1mm〜100mm、好ましくは10mm〜70mm、30〜50mmの範囲(a)を平滑部にすることが好ましい。尚、この平滑部の好ましい範囲は、装置の大きさによっても変動する。
【0020】
ローターとライナーとの間に設けられる間隙(8)は通常、数mm以下とされるが、本発明のトナー製造方法に用いるには、0.1mm〜5mm、好ましくは0.3〜3.0mm、更には0.5〜2.5mm、1.0〜2.0mmの範囲とするのが好ましい。尚、この間隙とは、ローター粉砕刃の山部とライナー粉砕刃の山部との距離を意味する。
【0021】
その他の衝撃式粉砕機の運転条件は適宜選択されるが、雰囲気温度は30〜50℃、ローターの回転周速は50〜180m/s、好ましくは60〜140m/sの範囲が好ましい。
前述の粉砕機により処理され、排出口から排出されたトナーは、その後通常分級処理を行って約3〜20μ、好ましくは5〜15μの所定粒径のトナーを回収する。分級装置としては、各種の分級機例えば気流式分級機(日本ニューマチック社製 DS分級機)、コアンダ効果を利用した多産物同時分級機(日鉄鉱業社製 エルボージェット)、ジグザグ分級機等を採用することが出来るが、特に粗粉、中粉、微粉を同時に精度良く分割することのできる多産物同時分級機が好ましい。そして、得られた所定粒径以外の粗粉及び微粉は製造工程に循環して再利用することができる。例えば粗粉は粉砕工程に循環して再粉砕し、微粉は原料粉と一緒に混合工程や溶融混練工程に循環して使用することが出来る。
【0022】
上記のようにして得られたトナーは、更に種々の公知の外添剤を外添する工程を経て、その後所定の容器に充填されて製品化される。
【0023】
【実施例】
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はその要旨を超えないかぎり、以下の実施例により何ら制限されるものではない。
(実施例1)
【0024】
【表1】
スチレンアクリレート共重合樹脂 100部
(軟化点145℃、ガラス転移点64℃)
着色剤 カーボンブラック MA100 6部
(三菱化成(株)製)
低分子量ポリプロピレン ビスコール550P 1部
(三洋化成(株)製)
帯電制御剤 4級アンモニウム塩 ボントロンP−51 2部
(オリエント化学(株)製)
を配合し、混合・混練・粗粉砕し得られたフレーク(平均粒径300μm前後)を200kg/hの速度にて粉砕空間の出口部分を図−4に示す様に改良した出口部を有する衝撃式粉砕機(ターボ工業(株)製 ターボミルT−800RS型)で雰囲気温度50℃以下、ローター(回転体)回転数3200rpmで粉砕を行い、その後、該粉砕品をエルボージェット分級機(EJ−45−3S型)で分級し、平均粒子径10μmの製品トナー粒子群を得た。
【0025】
この時の分級前の粉砕品中に含まれる40μm以上の粗粒子の発生率は0.07%であり、比較例1に示す従来の改良しない粉砕機で発生する粗粉発生率0.28%の1/4であった。この方法で得られたトナー4部とフェライト粉末をコア材とするキャリアー100部を混合攪拌し、得られた現像剤について有機光導電体を感光体とする複写機を用いて実写テストを実施した。尚、実写テストに用いた補給用トナーは上記現像剤に用いられたトナーと同一トナーである。
【0026】
この結果、コピー濃度、カブリ等の実写品質も良好であり、フィルミング、コメット等の発生も無く、優れた品質のトナー及び現像剤であった。
(比較例1)
実施例1と同じトナー粗粉砕物を用いて、粉砕空間出口部分が図−3に示す様に改良されていない衝撃式粉砕機を用いた以外は実施例1と同様にしてトナー製品を得た。
【0027】
この時の分級前の粉砕品中に含まれる40μm以上の粗粒子の発生率は0.28%であった。このトナーを用い実施例1と同様に実写テストを行ったところ、カブリ、黒点の発生が多く、画質的不満足なものであった。
(実施例2)
【0028】
【表2】
スチレンアクリレート共重合樹脂 100部
(軟化点145℃、ガラス転移点64℃)
着色剤 カーボンブラック #30 5.5部
(三菱化成(株)製)
低分子量ポリプロピレン ビスコール550P 2部
(三洋化成(株)製)
帯電制御剤 4級アンモニウム塩 ボントロンP−51 2部
(オリエント化学(株)製)
を配合し、混合・混練・粗粉砕し得られたフレーク(平均粒径300μm前後)を200kg/hの速度にて粉砕空間の出口部分を図−4に示す様に改良した衝撃式粉砕機(ターボ工業(株)製 ターボミルT−800RS型)で雰囲気温度50℃以下、ローター(回転体)回転数3300rpmで粉砕を行い、その後、該粉砕品をエルボージェット分級機(EJ−45−3S型)で分級し、平均粒子径10μmの製品トナー粒子群を得た。
【0029】
この時の分級前の粉砕品中に含まれる40μm以上の粗粒子の発生率は0.07%であり、比較例2に示す従来の改良しない粉砕機で発生する粗粉発生率0.24%の1/3であった。この方法で得られたトナー4部とフェライト粉末をコア材とするキャリアー100部を混合攪拌し、得られた現像剤について有機光導電体を感光体とする複写機を用いて実写テストを実施した。尚、実写テストに用いた補給用トナーは上記現像剤に用いられたトナーと同一トナーである。
【0030】
この結果、コピー濃度、カブリ等の実写品質も良好であり、フィルミング、コメット等の発生も無く、優れた品質のトナー及び現像剤であった。
(比較例2)
実施例2と同じトナー粗粉砕物を用いて、粉砕空間出口部分が図−3に示す様に改良されていない衝撃式粉砕機を用いた以外は実施例2と同様にしてトナー製品を得た。
【0031】
この時の分級前の粉砕品中に含まれる40μm以上の粗粒子の発生率は0.24%であった。このトナーを用い実施例1と同様に実写テストを行ったところ、カブリ、黒点の発生が多く、画質的不満足なものであった。
【0032】
【発明の効果】
本発明によれば、シンプルな装置構成により、工業生産規模で粗大粒子の少ないシャープな粒度分布をもつトナーを得る製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】一般的衝撃式粉砕機の横断面概略図。
【図2】図1の衝撃式粉砕機のA−Aラインのローターとライナーの縦断面の拡大図。
【図3】従来の衝撃式粉砕機の粉砕空間出口部の横断面拡大図
【図4】本発明の衝撃式粉砕機の粉砕空間出口部の横断面拡大図一例
【符号の説明】
1 ローター
2 ライナー
3 回転軸
4 投入口
5 排出口
6 ライナー凹凸部
7 ローター凹凸部
8 粉砕空間
Claims (2)
- 回転軸を中心に回転し外側表面に凹凸部を有するローターと、その外側に空間を隔てて嵌装されていて内側表面に凹凸部を有するライナーとを有していて、両者間の間隙が粉砕空間となっている衝撃式粉砕機であって、該粉砕空間の粉砕物出口部のライナーの内側表面が凹凸が除去された平滑な形状に形成されている粉砕機の該粉砕空間に、少なくとも樹脂及び着色剤を含有するトナー粗粉砕物を供給して粉砕することを特徴とする静電荷像現像用トナー製造方法。
- 粉砕物出口部のライナーがローターよりも外側に突出しており、かつこの突出している部分のライナー内側表面及びこれに続くライナー内側表面の一部が凹凸が除去された平滑な形状に形成されていて、この平滑に形成されているライナー部分の長さが40〜70mmであることを特徴とする請求項1記載の静電荷像現像用トナー製造方法。
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