JP5590433B2 - 粉砕装置およびトナー製造方法 - Google Patents
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Description
特許文献1に記載の粉砕ノズルは、圧縮空気を供給する圧縮ガス供給ノズルと、圧縮ガス供給ノズルから供給された圧縮ガスを加速させるための加速管とを有している。そして、加速管の拡がり角θを数°としている。加速管をこのような形状にすることで、圧縮ガスの進行方向に対して垂直にノズルを切断したときの断面積が最小の部分であるスロート部を通過した圧縮ガスを、加速管で良好に加速させることができ、粉砕ノズルから噴射される圧縮ガスの速度を高めることができる。その結果、粉砕ノズルから噴射される圧縮ガスによって加速される粉体材料の衝突エネルギーが上昇し、1回の衝突粉砕で所望の粒径を得ることができ、粉砕効率を高めることができる。
(r−r0)≦Ltan35°
また、請求項2の発明は、請求項1の粉砕装置において、前記複数のガス噴射ノズルから噴射されるガス同士を、被粉砕物を伴って衝突させて前記被粉砕物を粉砕するための粉砕室のなかに、前記粉砕室の縦方向の中心軸を中心とする同心円上に複数のガス噴射ノズルを、配設したことを特徴とするものである。
また、請求項3の発明は、請求項1または2に記載の粉砕装置において、前記r0が、1.5mm以上、10mm以下であることを特徴とするものである。
また、請求項4の発明は、請求項1乃至3いずれかに記載の粉砕装置において、前記ガス噴射ノズルに供給されるガスの圧力が、0.2MPa以上、1.0MPa以下であることを特徴と粉砕装置。
また、請求項5の発明は、請求項1乃至4いずれかに記載の粉砕装置において、粉砕物を分級するための分級装置を備えたことを特徴とするものである。
また、請求項6の発明は、請求項1乃至5いずれかに記載の粉砕装置を用いてトナー原料混練物を粉砕することを特徴とするものである。
図1は、本実施形態の流動層式粉砕装置100の概略説明図である。
図2は、図1におけるA−A断面図である。
図1に示すように流動層式粉砕装置100は、3つの粉砕ノズル5a〜5c、粉砕室4、回転式分級装置たるロータ3などを備えている。
図4は、粉砕ノズル5の断面図である。図5は、粉砕ノズル5を、噴射口52a側から見た図である。
図5に示すように流体噴射ノズルたる粉砕ノズル5は、略中央部に、流体たる圧縮空気を噴射する噴射口52aを備えた流路管500がひとつ設けられている。
図4に示すように、流路管500は、不図示のコンプレッサーにより加圧された気体が供給される空気供給口53aを備えた供給部53と、ノズル断面積が最小の部分であるスロート部51と、スロート部51で圧縮された圧縮空気を膨張させながら加速する加速部52とを有している。
まず、不図示の粉体材料供給装置から供給管1を介して、所定量の粉体材料が粉砕室4へ供給される。次に、複数の粉砕ノズル5から圧縮空気を噴射し、粉砕室4に供給された粉体材料を粉砕室中央部に向けて加速させ、粉体材料を粉砕室4の中で一次衝突させて、粉砕する。粉砕室内の空気は、不図示の吸引手段によって排出管2から吸引されており、この吸引作用により、粉砕室内では、上昇気流が生じている。粉砕室4の中央部で一次衝突した粉体材料は、この上昇気流によって粉砕室4の上部の回転するロータ3に流入する。ロータ3に流入した粉体材料は、ロータ3により遠心分級され、微粉の粉体材料は、ロータ3の回転中心軸と同軸上に設けられた排出管2へ吸引され粉砕室4から排出される。一方、粗粉の粉体材料は、ロータ3の遠心力によってロータ3の外側に導かれ粉砕室4の壁面を沿って下方に導かれ、再び粉砕作用を受ける。 そして、排出管2から排出された粉体材料に相当する量の粉体材料を適宜供給することにより、連続粉砕が行われる。
本発明のトナーの製造方法は、少なくとも粉砕工程を含み、溶融混練工程、分級工程、更に必要に応じてその他の工程を含んでなる。粉砕工程は、上述した粉砕装置を用いて行われる。なお、その他の工程としては、分級工程で分級されたトナーに最終的にトナー製品とするための後述する外添剤をトナー表面に付与させる混合工程のことである。
溶融混練工程は、トナー材料を混合し、混合物を溶融混練機に仕込んで溶融混練する工程である。溶融混練機としては、例えば、一軸又は二軸の連続混練機や、ロールミルによるバッチ式混練機を用いることができる。例えば、神戸製鋼所製のKTK型二軸押出機、東芝機械社製のTEM型押出機、浅田鉄工社製のKCK混練機、池貝鉄工所製のPCM型二軸押出機、Buss社製のコニーダー等が好適に用いられる。この溶融混練は、結着樹脂の分子鎖の切断を招来しないような適正な条件で行うことが好ましい。具体的には、溶融混練温度は、結着樹脂の軟化点を参考にして行われ、該軟化点より高温過ぎると切断が激しく、低温すぎると分散が進まないことがある。
結着樹脂としては、例えばスチレン、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、イソプレン等のモノオレフィン類;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、安息香酸ビニル、酪酸ビニル等のビニルエステル類;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、ビニルブチルエーテル等のビニルエーテル類;ビニルメチルケトン、ビニルヘキシルケトン、ビニルイソプロペニルケトン等のビニルケトン類、などの単独重合体、又は共重合体などが挙げられる。
特に代表的な結着樹脂としては、例えばポリスチレン樹脂、ポリエステル樹脂、スチレン−アクリル共重合体、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、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂などが挙げられる。これらは1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
着色剤としては、特に制限はなく、公知の染料及び顔料の中から目的に応じて適宜選択することができ、例えば、カーボンブラック、ニグロシン染料、鉄黒、ナフトールイエローS、ハンザイエロー(10G、5G、G)、カドミュウムイエロー、黄色酸化鉄、黄土、黄鉛、チタン黄、ポリアゾイエロー、オイルイエロー、ハンザイエロー(GR、A、RN、R)、ピグメントイエローL、ベンジジンイエロー(G、GR)、パーマネントイエロー(NCG)、バルカンファストイエロー(5G、R)、タートラジンレーキ、キノリンイエローレーキ、アンスラザンイエローBGL、イソインドリノンイエロー、ベンガラ、鉛丹、鉛朱、カドミュウムレッド、カドミュウムマーキュリレッド、アンチモン朱、パーマネントレッド4R、パラレッド、ファイセーレッド、パラクロルオルトニトロアニリンレッド、リソールファストスカーレットG、ブリリアントファストスカーレット、ブリリアントカーンミンBS、パーマネントレッド(F2R、F4R、FRL、FRLL、F4RH)、ファストスカーレットVD、ベルカンファストルビンB、ブリリアントスカーレットG、リソールルビンGX、パーマネントレッドF5R、ブリリアントカーミン6B、ピグメントスカーレット3B、ボルドー5B、トルイジンマルーン、パーマネントボルドーF2K、ヘリオボルドーBL、ボルドー10B、ボンマルーンライト、ボンマルーンメジアム、エオシンレーキ、ローダミンレーキB、ローダミンレーキY、アリザリンレーキ、チオインジゴレッドB、チオインジゴマルーン、オイルレッド、キナクリドンレッド、ピラゾロンレッド、ポリアゾレッド、クロームバーミリオン、ベンジジンオレンジ、ペリノンオレンジ、オイルオレンジ、コバルトブルー、セルリアンブルー、アルカリブルーレーキ、ピーコックブルーレーキ、ビクトリアブルーレーキ、無金属フタロシアニンブルー、フタロシアニンブルー、ファストスカイブルー、インダンスレンブルー(RS、BC)、インジゴ、群青、紺青、アントラキノンブルー、ファストバイオレットB、メチルバイオレットレーキ、コバルト紫、マンガン紫、ジオキサンバイオレット、アントラキノンバイオレット、クロムグリーン、ジンクグリーン、酸化クロム、ピリジアン、エメラルドグリーン、ピグメントグリーンB、ナフトールグリーンB、グリーンゴールド、アシッドグリーンレーキ、マラカイトグリーンレーキ、フタロシアニングリーン、アントラキノングリーン、酸化チタン、亜鉛華、リトボン、などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
黒色用のものとしては、例えばファーネスブラック、ランプブラック、アセチレンブラック、チャンネルブラック等のカーボンブラック(C.I.ピグメントブラック7)類、銅、鉄(C.I.ピグメントブラック11)、酸化チタン等の金属類、アニリンブラック(C.I.ピグメントブラック1)等の有機顔料、などが挙げられる。
マゼンタ用着色顔料としては、例えば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、48:1、49、50、51、52、53、53:1、54、55、57、57:1、58、60、63、64、68、81、83、87、88、89、90、112、114、122、123、163、177、179、202、206、207、209、211;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などが挙げられる。
シアン用着色顔料としては、例えばC.I.ピグメントブルー2、3、15、15:1、15:2、15:3、15:4、15:6、16、17、60;C.I.バットブルー6;C.I.アシッドブルー45、又フタロシアニン骨格にフタルイミドメチル基を1〜5個置換した銅フタロシアニン顔料、グリーン7、グリーン36などが挙げられる。
イエロー用着色顔料としては、例えば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、55、65、73、74、83、97、110、151、154、180;C.I.バットイエロー1、3、20、オレンジ36などが挙げられる。
離型剤としては、特に制限はなく、目的に応じて公知のものの中から適宜選択することができ、例えば、カルボニル基含有ワックス、ポリオレフィンワックス、長鎖炭化水素等のワックス類が挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記ポリオレフィンワッックスとしては、例えば、ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックスなどが挙げられる。
長鎖炭化水素としては、例えば、パラフィンワッックス、サゾールワックスなどが挙げられる。
含有量が、40質量%を超えると、トナーの流動性が悪化することがある。
帯電制御剤としては、特に制限はなく、公知のものの中から目的に応じて適宜選択することができるが、有色材料を用いると色調が変化することがあるため、無色乃至白色に近い材料が好ましく、例えば、トリフェニルメタン系染料、モリブデン酸キレート顔料、ローダミン系染料、アルコキシ系アミン、4級アンモニウム塩(フッ素変性4級アンモニウム塩を含む)、アルキルアミド、燐の単体又はその化合物、タングステンの単体又はその化合物、フッ素系活性剤、サリチル酸の金属塩、サリチル酸誘導体の金属塩などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
帯電制御剤は、マスターバッチと共に溶融混練させた後、溶解乃至分散させてもよく、トナーの各成分と共に有機溶剤に直接、溶解乃至分散させる際に添加してもよく、あるいはトナー粒子製造後にトナー表面に固定させてもよい。
その他の成分としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、外添剤、流動性向上剤、クリーニング性向上剤、磁性材料、金属石鹸などが挙げられる。
粉砕工程は、上述した溶融混練工程で溶融混練されたトナー原料混練物を冷却し、これをハンマーミルで粗粉砕した粉体材料たるトナー原料混練物を、本実施形態の粉砕装置100を用いて粉砕を行う工程である。
粉砕装置100のロータ3は、所望の粒径以下の粉砕物を回収するためのものであるため、ロータ3により回収されたトナー(粉砕物)には、小さすぎるものも含まれている。このため、分級工程を実施して小さすぎるものを除去する。
分級工程は、少なくとも1つの分級機と、少なくとも1つのサイクロンとを用いて粗粉分級および微粉分級を行う工程であり、分級工程で用いられる分級機としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、気流式分級機、機械式分級機などが挙げられる。
気流式分級機としては、例えば日本ニューマチック工業株式会社製のDS分級機、日鉄鉱業株式会社製のエルボージェット分級機などが挙げられる。
機械式分級機としては、例えば、ホソカワミクロン株式会社製のTSP分級機、日清エンジニアリング株式会社製のターボクラシファイアーなどが挙げられる。
上述したトナーの製造方法により製造されるトナーは、粒径4.0[μm]以下の微粉含有率が15[個数%]以下であることが好ましく、0〜10[個数%]がより好ましい。また、粒径12.7[μm]以上の粗粉含有率が5.0[質量%]以下であることが好ましく、0〜2.0[質量%]がより好ましい。また、トナーの体積平均粒径は5.0〜12.0[μm]が好ましい。ここで、粒度分布及び体積平均粒径は、例えば、粒度測定器粒度測定器(コールターカウンターTA−II、コールターマルチサイザーII、又はコールターマルチサイザーIII、ベックマンコールター社製)を用いて測定することができる。
実施例1の粉砕装置は、図1に示す態様の粉砕装置であり、粉砕室内径約600[mm]、粉砕装置の高さ約1000[mm]となっている。また、実施例1の粉砕装置は、噴射口52aが水平方向を基準にして0°を向くように、粉砕室4の壁に沿って、等間隔(当角度)に3個の粉砕ノズル5が設けられている。実施例1の粉砕装置に用いられる粉砕ノズル5は、先の図4、図5に示す構成であり、スロート部51の半径r0が6.5[mm]、空気供給口53aの半径が約10[mm]、噴射口52aの半径が約8.3[mm]である。また、スロート部51から噴射口52aまでの距離が約45[mm]、スロート部51から空気供給口53aまでの距離が約30[mm]である。
また、実施例1の粉砕装置においては、粉砕ノズル5に供給する圧縮空気の元圧力0.55[MPa]、ロータ3の回転周速度を45[m/s]に設定している。
実施例2は、粉砕ノズル5の形状以外は、実施例1の粉砕装置と同様の構成である。実施例2の粉砕装置に用いられる粉砕ノズル5の流路管500は、図4と同様な形状を有しており、スロート部51の半径が、5.6[mm]、空気供給口53aの半径が約9[mm]、噴射口52aの半径が約7.5[mm]である。また、スロート部51から噴射口52aまでの距離が約45[mm]、スロート部51から空気供給口53aまでの距離が約30[mm]である。また、実施例2の粉砕装置に用いられる粉砕ノズル5は、先の図6に示したような一つのノズルに流路管500を四つ設けたものである。
実施例2の粉砕装置も、粉砕ノズル5に供給する圧縮空気の元圧力0.55[MPa]、ロータ3の回転周速度を45[m/s]に設定している。
比較例1は、粉砕ノズル5の流路管500の形状以外は、実施例1の粉砕装置と同様の構成である。比較例1の粉砕装置に用いられる粉砕ノズル5の流路管500は、図10に示す形状となっている。すなわち、供給部53の断面積が一定となっており、スロート部51付近における(r−r0)が、Ltan35°よりも大きくなっている。なお、加速部52の形状は、実施例1と同様である。また、スロート部51の半径r0は約6.5[mm]、空気供給口83aの半径は約10[mm]、噴射口52aの半径は約8.3[mm]である。また、スロート部51から噴射口52aまでの距離は約25[mm]、スロート部51から空気供給口53aまでの距離は約30[mm]である。また、粉砕ノズル5に供給する圧縮空気の元圧力は0.60[MPa]、ロータ3の回転周速度は45[m/s]に設定している。
比較例2は、粉砕ノズル5に供給する圧縮空気の元圧力は0.55[MPa]に設定した以外は、比較例1と同じ構成である。
体積平均粒径及び粒度分布の測定は、コールターカウンター法により測定した。コールターカウンター法による粒子の体積平均粒径及び粒度分布の測定装置としては、コールターカウンターTA−II、コールターマルチサイザーII、又はコールターマルチサイザーIII(いずれも、ベックマンコールター社製)があり、これらを用いて粒径及び粒度分布を測定した。
まず、電解水溶液100〜150mL中に分散剤として界面活性剤(アルキルベンゼンスルフォン酸塩)を0.1〜5mL加えた。ここで、電解液として1級塩化ナトリウムを用いて1質量%NaCl水溶液を調製したもので、例えばISOTON−II(コールター社製)が使用できる。次いで、測定試料を2〜20mg加える。試料を懸濁した電解液は、超音波分散器で1〜3分間分散処理を行い、前記測定装置により、アパーチャーとして100μmアパーチャーを用いて、粉体の体積を測定して、体積分布を算出した。得られた分布から、粉体の体積平均粒径及び粒度分布を求めた。
チャンネルとしては、2.00〜2.52μm未満;2.52〜3.17μm未満;3.17〜4.00μm未満;4.00〜5.04μm未満;5.04〜6.35μm未満;6.35〜8.00μm未満;8.00〜10.08μm未満;10.08〜12.70μm未満;12.70〜16.00μm未満;16.00〜20.20μm未満;20.20〜25.40μm未満;25.40〜32.00μm未満;32.00〜40.30μm未満の13チャンネルを使用し、粒径2.00μm以上乃至40.30μm未満の粒子を対象とした。
このように構成することによって、圧縮空気が供給部53からスロート部51へ流入する過程で圧力損失による圧縮空気の速度低下を抑制することができる。これにより、加速部に十分な速度に加速した圧縮空気を流入させることができ、噴射口から噴射する圧縮空気を十分な速度にすることができる。
3:ロータ
4:粉砕室
5:粉砕ノズル
51:スロート部
52:加速部
53:供給部
500:流路管
Claims (6)
- ガス噴射ノズルを複数備え、該複数のガス噴射ノズルから噴射されるガス同士が被粉砕物を伴って衝突するよう配置されている粉砕装置において、
前記ガス噴射ノズルは、前記ガスの進行方向に対して垂直にノズルを切断したときの断面積が最小となるノズル断面の半径をr0、該最小ノズル断面からノズル上流側および下流側へ向かって水平距離L離れた地点におけるノズル断面の半径をrとした場合、r>r0の関係を満たし、かつ、下記式を満たすことを特徴とする粉砕装置。
(r−r0)≦Ltan35° - 請求項1の粉砕装置において、
前記複数のガス噴射ノズルから噴射されるガス同士を、被粉砕物を伴って衝突させて前記被粉砕物を粉砕するための粉砕室のなかに、前記粉砕室の縦方向の中心軸を中心とする同心円上に複数のガス噴射ノズルを、配設したことを特徴とする粉砕装置。 - 請求項1または2に記載の粉砕装置において、
前記r0が、1.5mm以上、10mm以下であることを特徴とする粉砕装置。 - 請求項1乃至3いずれかに記載の粉砕装置において、
前記ガス噴射ノズルに供給されるガスの圧力が、0.2MPa以上、1.0MPa以下であることを特徴と粉砕装置。 - 請求項1乃至4いずれかに記載の粉砕装置において、
粉砕物を分級するための分級装置を備えたことを特徴とする粉砕装置。 - 請求項1乃至5いずれかに記載の粉砕装置を用いてトナー原料混練物を粉砕することを特徴とするトナーの製造方法。
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