JP4955453B2 - トナーの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、トナーの製造方法に関する。

トナーの製造方法として、結着樹脂及び着色剤を含有するトナー材料混合物を混練した樹脂混練物を粉砕して分級するものが知られている（例えば、特許文献１）。

また、トナーの製造方法として、結着樹脂及び着色剤を含有するトナー材料混合物を混練した樹脂混練物を繊維状に加工し、それを粉砕及び分級するものも知られている（例えば、特許文献２）。
特開２０００−７５５４８号公報 特開２００６−１０６２３５号公報

繊維状に加工した樹脂組成物からトナーを製造する方法は、９０〜９５％といった高い製品収率が得られ、また、転写効率が高く、感光体におけるトナー転写残存現象が抑制され、それによってトナー消費量を低減できるといったメリットを有する。その一方、繊維状に加工した樹脂組成物を粉砕する工程において、不定形粒子が発生し易いという問題を有する。

本発明は、繊維状に加工した樹脂組成物を粉砕する際に、不定形粒子が発生するのを抑制することを目的とする。

本発明に係るトナーの製造方法は、
結着樹脂及び着色剤を含有するトナー材料混合物をオープンロール型の混練機を用いて混練する混練工程と、
上記混練工程で得られた樹脂混練物を溶融させて繊維状に加工する繊維化工程と、
上記繊維化工程で繊維状に加工した樹脂混練物を粉砕する粉砕工程と、
を備える。

本発明によれば、トナー材料混合物をオープンロール型の混練機を用いて混練し、得られた樹脂混練物を繊維状に加工したものを粉砕することにより、その粉砕の際に不定形粒子が発生するのを抑制することができる。

以下、実施形態を詳細に説明する。本実施形態に係るトナーの製造方法は、電子写真法、静電記録法、静電印刷法等により形成される潜像の現像に用いられるトナーを製造するものである。

本実施形態に係るトナーの製造方法は、トナー材料混合物をオープンロール型の混練機を用いて混練した後、その樹脂混練物を繊維状に加工し、繊維状に加工した樹脂混練物を粉砕するものである。

このようなトナーの製造方法によれば、繊維状に加工した樹脂混練物を粉砕する際に、不定形粒子が発生するのを抑制することができる。

（混練工程）
このトナー製造方法では、まず、トナー材料混合物をオープンロール型の混練機を用いて混練する。

＜トナー材料混合物＞
トナー材料混合物は、結着樹脂、及び着色剤を含有する。

結着樹脂としては、例えば、ポリエステル樹脂、スチレン−アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリウレタン樹脂等が挙げられる。そして、結着樹脂として、これらのうち１種又は２種以上の混合物を用いる。トナー材料混合物中の結着樹脂量は、７０〜９５質量％とすることが好ましく、８０〜９２質量％とすることがより好ましい。

着色剤としては、トナー用着色剤として用いられている染料や顔料等であり、例えば、カーボンブラック、フタロシアニンブルー、パーマネントブラウンＦＧ、プリリアントファーストスカーレット、ピグメントグリーンＢ 、ローダミン−Ｂベース、ソルベントレッド４９、ソルベントレッド１４６ 、ソルベントブルー３５、キナクリドン、カーミン６Ｂ、ジスアゾエロー等が挙げられる。そして、着色剤として、これらのうち１種又は２種以上の混合物を用いる。着色剤の配合量は、結着樹脂１００質量部に対して、１〜１５質量部とすることが好ましく、２〜１０質量部とすることがより好ましい。

トナー材料混合物は、離型剤を含有していてもよい。

離型剤としては、例えば、カルナバワックス、ライスワックス、キャンデリラワックス、蜜ロウなどの天然ワックス、ポリプロピレンワックス、ポリエチレンワックス、フィッシャートロプッシュなどの合成ワックス、モンタンワックスなどの石炭系ワックス、アルコール系ワックス、エステル系ワックス等のワックス；シリコーン系離型剤；高級脂肪酸；ポリオレフィン系離型剤；低分子重合体等が挙げられる。そして、離型剤として、これらのうち１種又は２種以上の混合物を用いる。離型剤の配合量は、結着樹脂１００質量部に対して、６質量部以上とすることが好ましく、７質量部以上とすることがより好ましい。離型剤の配合量は、２５質量部を超えないことが好ましく、１５質量部を超えないことがより好ましい。

従来の繊維状の樹脂混練物から製造されるトナーでは、トナー材料混合物が離型剤としてワックスを含有する場合に特に不定形粒子が発生し易く、また、画像濃度及び印刷耐久性の品質が低いという問題がある。従って、トナー材料混合物が離型剤としてワックスを含有する場合に、本実施形態のトナーの製造方法による不定形粒子の発生抑制効果を特に顕著に得ることができ、また、それに加えて、画像濃度及び印刷耐久性の改善効果を得ることができる。ワックスが天然ワックスの場合、トナー材料混合物中の結着樹脂１００質量部に対するワックスの含有量が６質量部以上である場合、或いは、ワックスの平均分散径が０．０５〜０．５μｍ、特に０．０８〜０．３μｍである場合に顕著な効果を得ることができる。なお、ワックスの平均分散径は、トナー中のワックス粒子を透過型電子顕微鏡（２５００倍）にて５０個以上観察し、下記式（１）に基づいて算出することができる。

トナー材料混合物には、その他に、荷電制御剤、流動性向上剤、導電性調整剤、体質顔料、繊維状物質などの補強充填剤、酸化防止剤、老化防止剤、クリーニング性向上剤等の添加剤を適宜含有させてもよい。

＜混練機＞
オープンロール型の混練機としては、バッチ式のものと連続式のものとが挙げられる。これらのうちいずれを用いてもよいが、生産性の観点からは、後者を用いることが好ましい。

オープンロール型連続式混練機は、所定の間隔をおいて略水平に並設された一対のフロントロール及びバックロールと、フロントロール及びバックロールのロール長さ方向一端側の上方に設けられたトナー材料供給部と、フロントロールのロール長さ方向他端側の下方の前側、つまり、バックロール側とは反対側に設けられた樹脂混練物回収部と、を備えている。

フロントロール及びバックロールのそれぞれは、一般に、金属製であって、例えば、ロール本体のロール外径が１００〜５００ｍｍ、及び、ロール長さがロール外径の３〜７倍に形成されている。フロントロール１１及びバックロール１２のそれぞれは、ロール表面がフラットに形成されたものであっても、また、はす歯状の多数の線状溝が形成されたものであってもよい。

フロントロール及びバックロールのそれぞれは、ロール本体両端の軸部のそれぞれが軸受けによって軸回転可能に支持され、一方端の軸部に駆動モータが取り付けられている。駆動モータは制御部に接続されており、その制御部の操作により、フロントロール、或いは、バックロールの回転方向や回転数等を自在に設定できるようになっている。また、フロントロール及びバックロールのそれぞれは、両端の軸受けのいずれもが前後方向に可動となっており、それらの軸受けの位置決めにより、フロントロールとバックロールとの隙間を自在に設定できるようになっている。さらに、フロントロール及びバックロールのそれぞれは、熱媒や冷媒を流通させることによる温度設定手段が設けられている。温度設定手段は制御部に接続されており、その制御部の操作により、ロール表面の温度を自在に設定できるようになっている。

トナー材料供給部は、トナー材料混合物を材料供給口から連続してフロントロールとバックロールとのロール間に供給するように構成されている。

樹脂混練物回収部は、フロントロール及びバックロールで混練された樹脂混練物を帯状に切り出して連続して回収するように構成されている。

以上の構成を備えたオープンロール型連続式混練機を用いたトナー材料混合物の混練では、まず、トナー材料供給部の材料供給口からトナー材料混合物を、回転するフロントロール及びバックロールのロール間に連続供給する。

このとき、材料供給口からの単位時間当たりのトナー材料混合物の供給量はオープンロール型連続式混練機のスケールや機種等により適切な量に設定する。

次いで、フロントロール及びバックロールのロール間で、トナー材料混合物を加熱すると共に混練して樹脂混練物に形成し、それをフロントロールに巻き付かせて、ロール長さ方向他端側に向かって連続して送る。

このとき、樹脂混練物を結着樹脂の溶融温度（Ｔｍ）を中心とした±２０℃の温度範囲で混練するように、フロントロール及びバックロールのそれぞれのロール表面の温度を設定する。ここで、結着樹脂の溶融温度（Ｔｍ）は、高下式フローテスター（ＣＦＴ−５００、島津製作所（株）製）を用い、ダイスの細孔径１ｍｍ、長さ１ｍｍ、荷重１９６Ｎ／ｃｍ^２、昇温速度６℃／ｍｉｎの条件下で１ｃｍ^３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。

具体的には、トナー材料構成によって異なるが、フロントロールの温度は１００〜１８０℃とすることが好ましく、１００〜１５０℃とすることがより好ましい。バックロールの温度は２０〜９５℃とすることが好ましく、３０〜８５℃とすることがより好ましい。なお、フロントロール及びバックロールの温度はロール長さ方向他端側（混練物回収側）よりも一端側（材料供給側）の方を高く設定する。また、樹脂混練物をフロントロールに巻き付かせるために、バックロールよりもフロントロールの温度を高くする。

また、フロントロールとバックロールとの間隔は０．１〜１０ｍｍとすることが好ましく、０．１〜３ｍｍとすることがより好ましい。なお、この間隔は必ずしもロール長さ方向で一定にする必要はない。

さらに、フロントロール及びバックロールのいずれも上から下へと内向きにそれぞれ回転するように回転方向を設定する。フロントロールの回転数は６０〜１００ｒｐｍとすることが好ましく、６０〜８０ｒｐｍとすることがより好ましい。バックロールの回転数は２０〜６０ｒｐｍとすることが好ましく、４０〜５０ｒｐｍとすることがより好ましい。なお、樹脂混練物をフロントロールに巻き付かせるために、フロントロールの回転数／バックロールの回転数＝１０／９〜１０／１として、後者よりも前者の回転数を高くする。

ロール長さ方向他端側の樹脂混練物回収部において、フロントロールに巻き付いた樹脂混練物を帯状に切り出して連続して回収する。

（繊維化工程）
このトナー製造方法では、混練工程で得られた樹脂混練物を溶融させて繊維状に加工する。

この樹脂混練物の繊維化加工は、例えば、合成繊維のメルトブローン法による紡糸と同様、樹脂溶融機の投入口に樹脂混練物を供給し、樹脂溶融機内で樹脂混練物を加熱して溶融させ、それを樹脂溶融機に取り付けた紡糸口金の多数の細孔から押し出すと共に、押出方向に流れる熱気流に乗せて延伸して冷却固化させることにより行うことができる。

このとき、樹脂溶融機への樹脂混練物の供給は、混練工程で一旦回収した樹脂混練物を樹脂溶融機の投入口に投入して行っても、また、混練工程で連続して回収する樹脂混練物をそのまま樹脂溶融機の投入口に導入して行ってもよい。さらに、混練工程で一旦回収した樹脂混練物に粗粉砕等の加工を施し、それを樹脂溶融機の投入口に投入して行ってもよい。

トナー材料構成によって異なるが、樹脂混練物を加熱して溶融させる温度は１３０〜２５０℃とすることが好ましく、１５０〜２３０℃とすることがより好ましい。

樹脂混練物の溶融時間は１〜１５分とすることが好ましく、１〜７分とすることがより好ましい。また、混練工程におけるトナー材料混合物の溶融時間と合わせた総溶融時間は１〜３０分とすることが好ましく、１〜２０分とすることがより好ましい。

なお、混練物を溶融状態でそのまま繊維化工程に供給する場合には、繊維化工程での溶融は必要ない。

紡糸口金の多数の細孔は、孔数が１００〜１００００個であり、また、各々、孔形状が円形が一般的であるが、楕円形その他の多角形であってもよく、孔径が１００〜５００μｍ及び孔長さが１〜１０ｍｍであることが好ましい。

紡糸口金の温度は１５０〜２５０℃とすることが好ましく、１８０〜２３０℃とすることがより好ましい。

熱気流の温度は１８０〜３００℃とすることが好ましく、２００〜２５０℃とすることがより好ましい。

熱気流の速度は１００〜５００ｍ／ｓとすることが好ましく、２００〜４００ｍ／ｓとすることがより好ましく、これにより、溶融した樹脂混練物の紡糸速度を２０〜１００ｍ／ｓにすることが好ましい。

以上のようにして繊維状に加工される樹脂混練物の繊維径は例えば３〜８μｍである。

なお、上記のように樹脂溶融機を用いて樹脂混練物を加熱して溶融させることに限定されるものではなく、他の加熱手段を用いて樹脂混練物を加熱して溶融させ、それを紡糸口金に供給するようにしてもよい。

（粉砕工程）
このトナー製造方法では、繊維化工程で繊維状に加工した樹脂混練物を粉砕する。

このとき、この繊維状の樹脂混練物の粉砕加工は、繊維状の樹脂混練物を直接に微粉砕しても、また、多段階に分けて粉砕を繰り返して微粉砕してもいずれでもよい。

粉砕に用いる粉砕機としては、例えば、ジェットミル、衝突板式ミル、回転型機械ミル等が挙げられる。

粉砕機への繊維状の樹脂混練物の供給は、繊維化工程で一旦回収した繊維状の樹脂混練物を粉砕機に投入して行っても、また、繊維化工程で連続して回収する繊維状の樹脂混練物をそのまま粉砕機に導入して行ってもよい。

そして、粉砕した樹脂混練物を分級することによりトナーを得る。得られるトナーは、各々の形状がロッド状であって、重量平均粒径が例えば３〜８μｍのものである。なお、分級は粉砕と同時に行ってもよい。

そして、以上のようにして製造したトナーに対して所定量のシリカ等を外添し、そして、それを篩にかけたものを現像剤としてケースに充填し、複写機等のトナーカートリッジとする。

（試験評価用トナーの作製）
＜実施例＞
ヘンシェルミキサー（有効容量７５リットル）に、結着樹脂としてポリエステル樹脂（Ｔｇ：６０℃、Ｔｍ：１１５℃）１００質量部、着色剤として銅フタロシアニン顔料 （C. I. Pigment Blue 15:3）：５質量部、離型剤としてカルナバワックス７質量部、荷電制御剤（日本カーリット社製 商品名：ＬＲ−１４７）１質量部の組成割合となり且つ総量が１５ｋｇとなるように各トナー材料を投入し、それらを周速２５ｍ／秒で３分間混合してトナー材料混合物を得た。

得られたトナー材料混合物をオープンロール型の連続式混練機（三井鉱山（株）製、商品名：ニーデックス）を用いて混練して樹脂混練物を得た。なお、連続式混練機は、各々、ロール外径０．１４ｍ及び有効ロール長０．８ｍのフロントロール及びバックロールを有するものである。運転条件は、トナー材料混合物の供給速度を５ｋｇ／時、高回転側のフロントロールの回転数を７５ｒｐｍ、低回転側のバックロールの回転数を５０ｒｐｍ、それらのロール間隙を０．０００１ｍ、フロントロール及びバックロールのロール内の加熱及び冷却媒体温度について、前者の材料供給側を１４５℃及び混練物回収側を１００℃、後者の材料供給側を７５℃及び混練物回収側を３５℃にそれぞれ設定した。

得られた樹脂混練物を冷却後、２ｍｍφのスクリーンを有するハンマーミルを用いて平均粒径が２００〜３００μｍ程度に粗粉砕した。

粗粉砕した樹脂混練物を紡糸口金が取り付けられた樹脂溶融機及び延伸用熱風噴出機を備えたメルトブローン法紡糸装置を用いて断面直径が約５μｍの繊維状に加工した。紡糸口金は、孔数が５００個であり、また、各々、孔形状が円形であり、孔径が２００μｍ及び孔長さが３ｍｍのものである。加工条件は、樹脂混練物を加熱して溶融させる温度を１８０℃、紡糸口金の温度を２００℃、熱気流の温度を２１０℃、及び熱気流の速度を３００ｍ／ｓにそれぞれ設定した。樹脂混練物の溶融時間は５分であり、混練工程におけるトナー材料混合物の溶融時間と合わせた総溶融時間は２０分であった。

繊維状に加工した樹脂混練物を機械式ミルを用いて粉砕し、重量平均粒径が６μｍの実施例のシアントナーを得た。

得られたシアントナーに対して、シアントナー１００重量部について２質量部のコロイダルシリカを外添し、それを２００メッシュの篩にかけたものを実施例の現像剤とした。

＜比較例＞
トナー材料混合物のオープンロール型の連続式混練機による混練の代わりに、混練チャンバを有するクローズド型の二軸混練機による混練を行ったことを除いて実施例と同一の方法で比較例のシアントナー及び比較例の現像剤を得た。

（試験評価方法及び結果）
＜平均分散径＞
実施例及び比較例のそれぞれのシアントナーについて、ワックスの平均分散径を測定したところ、実施例では０．１μｍ、比較例では０．９μｍであった。なお、ワックスの平均分散径は、トナー中のワックス粒子を透過型電子顕微鏡（２５００倍）にて５０個以上観察し、下記式（１）に基づいて算出した。

＜トナー形態特性＞
実施例及び比較例のそれぞれのシアントナーについて、薄切断面を透過型電子顕微鏡を用いて観察した。

図１は実施例の、また、図２は比較例の観察写真をそれぞれ示す。

これらによれば、実施例のシアントナーのワックス及び着色剤の分散状態の方が比較例のシアントナーのものに比べて良好であるのが分かる。なお、実施例及び比較例のそれぞれのシアントナーについて、プレパラート上で溶融させて光学顕微鏡にて着色剤の分散状態を見たが、上記と同様、実施例のシアントナーの着色剤の分散状態の方が比較例のシアントナーのものに比べて良好であった。

実施例及び比較例のそれぞれのシアントナーについて、外観形態を走査型電子顕微鏡を用いて観察した。

図３は実施例の、また、図４は比較例の観察写真をそれぞれ示す。

これらによれば、実施例１のシアントナーは、不定形の粒子がほとんどなく円柱形状が維持されているのに対し、比較例１のシアントナーは、円柱形状が崩れ、過粉砕された不定形の粒子が多数存在することが分かる。

＜現像剤の現像特性＞
実施例及び比較例のそれぞれの現像剤について、試験評価用プリンターに充填してベタ印刷（印字率１００％）を連続して行った。そして、印刷物の画質乱れを目視確認して印刷耐久性を評価した。また、印刷物の色相（色再現性）及び画像濃度を測定した。さらに、定着可能な温度範囲を測定して定着特性を評価した。また、印刷物の転写抜けの状態を観察して転写特性を評価した。

実施例の現像剤では、６０００枚印刷しても画質乱れは発生しなかったが、比較例の現像剤では、１０００枚印刷した時点で画像にスジが入り画質乱れを発生した。

実施例の現像剤では、比較例の現像剤に比べて印刷物の色再現性が優れると共に画像濃度が高かった。

実施例の現像剤は、比較例の現像剤に比べて定着可能な温度範囲がやや広かった。

実施例の現像剤では、比較例の現像剤に比べて印刷物の転写抜けが格段に少なく（比較例の現像剤の約４分の１）、綺麗な画質が得られた。

顕微鏡観察を含む以上の結果によれば、シアントナーのワックス及び着色剤の分散状態が画像濃度及び印刷耐久性に影響しているものと推測される。

本発明は、トナーの製造方法について有用である。

実施例のシアントナーの透過型電子顕微鏡による観察写真である。 比較例のシアントナーの透過型電子顕微鏡による観察写真である。 実施例のシアントナーの走査型電子顕微鏡による観察写真である。 比較例のシアントナーの走査型電子顕微鏡による観察写真である。

Claims (5)

1. 結着樹脂及び着色剤を含有するトナー材料混合物をオープンロール型の混練機を用いて混練する混練工程と、
   上記混練工程で得られた樹脂混練物を溶融させて繊維状に加工する繊維化工程と、
   上記繊維化工程で繊維状に加工した樹脂混練物を粉砕する粉砕工程と、
   を備えたトナーの製造方法であって、
   上記トナー材料混合物が離型剤としてワックスを含有すると共に、上記トナー材料混合物中の上記結着樹脂１００質量部に対する上記ワックスの含有量が６質量部以上であるトナーの製造方法。
2. 上記オープンロール型の混練機が、所定の間隔をおいて略水平に並設されたフロントロール及びバックロールを備え、各々が上から下へと内向きに回転する該フロントロール及びバックロールのロール長さ方向一端側の上方からロール間にトナー材料混合物が連続して供給されると、該トナー材料混合物を該一対のロール間で混練しながらその樹脂混練物を該フロントロールに巻き付かせてロール長さ方向他端側に連続して送って回収する連続式混練機である請求項１に記載されたトナーの製造方法。
3. 上記ワックスの平均分散径が０．０５〜０．５μｍである請求項１又は２に記載されたトナーの製造方法。
4. 上記混練工程及び上記繊維化工程における上記トナー材料混合物及び上記樹脂混練物の総溶融時間を１〜３０分とする請求項１乃至３のいずれかに記載されたトナーの製造方法。
5. 上記ワックスがカルナバワックスである請求項１乃至４のいずれかに記載されたトナーの製造方法。