JPH08309825A

JPH08309825A - 偏平型ノズルを有する混練押出装置

Info

Publication number: JPH08309825A
Application number: JP7119591A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Nakamura; 寛中村; Akihiro Nakamura; 昭裕中村; Hideyuki Yoshida; 秀幸吉田; Masami Eda; 正美江田
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 1995-05-18
Filing date: 1995-05-18
Publication date: 1996-11-26

Abstract

(57)【要約】【目的】バインダー樹脂中に染顔料および荷電制御剤
だけでなく、ワックスも均一に分散した静電潜像現像用
トナーを製造する混練押出装置を提供すること。【構成】少なくともバインダー樹脂およびワックスか
らなる静電潜像現像用トナーを製造するための連続混練
押出装置において、該混練押出装置のノズル部の断面形
状が偏平型であり、かつ、該ノズル部の開口断面積Ｓｐ
と該混練押出装置のシリンダー内部の空間断面積Ｓｓの
関係がＳｐ／Ｓｓ＞０．３であることを特徴とする混練
押出装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、静電潜像現像用トナー
を製造するのに適した偏平型ノズルを有する連続混練押
出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】静電潜像現像用トナーは、バインダー樹
脂、染顔料、荷電制御剤およびワックス等を含有する原
材料を、混合、溶融混練し、粉砕、分級して得られる。
混練工程において、染顔料、荷電制御剤およびワックス
をバインダー樹脂中に均一に分散させる必要がある。分
散が不均一であれば、帯電特性およびワックスによる効
果等が悪化し、高湿下においてカブリやトナー飛散が発
生する。また、カラートナー等においては鮮明な色調が
得られなくなる。

【０００３】トナー製造における溶融混練には通常図４
に示すノズル部（１）およびヘッド部（２）からなる排
出部（７）を有する混練押出機が用いられている。図４
においては２軸型の混練機を例示している。原材料は加
熱シリンダー（３）の一端に設けられている原料投入口
から供給され、モーターにより駆動されるパドル（４）
の回転により、搬送部（５）および混練部（６）で溶融
混練される。この混練部（６）および搬送部（５）にお
いてワックス等が小粒径に均一に分散される。溶融混練
物は冷却されつつ搬送部（５）を搬送され、さらに排出
部を通過し、排出部吐出口（９）から排出される。排出
物はそのまま冷却プレスローラーに投入され、薄く偏平
状に引き延ばされ、冷却されて粉砕工程に送られる。

【０００４】従来における排出部（７）は直角断面が円
形のノズル部（１）およびヘッド部（２）から構成され
ている。しかしながら、該排出部（７）におけるノズル
部（１）およびヘッド部（２）の吐出口（９）の断面積
（（９′）の斜線で示した円形領域）はシリンダー
（３）における空間断面積（８）（斜線部、パドル
（４）部も含む面積をいう。以下、Ｓｓと表す。）と比
較して著しく小さいため、混練部（６）および搬送部
（５）中で均一小粒径に分散されたトナー組成中のワッ
クスは排出部（７）において背圧を受ける。そのため、
一旦、均一小粒径に分散したワックスは再凝集する。こ
れではワックスの均一分散性が得られないばかりか、ワ
ックス粒子の大きさも均一性に欠くことになってしま
う。

【０００５】さらに、吐出口（９）から排出された連続
的な円柱状のトナー組成物は、粉砕工程に送られるまで
の間に十分冷却されるように、プレスローラーにより圧
縮を受けて平板状にされ冷却効率を上げている。この時
点では該トナー組成物中のワックスは固化していないた
め、プレスローラーによる圧力でワックスが凝集してワ
ックス粒径が大きくなる。従って、たとえ混練押出装置
で所望のワックス分散粒径が得られたとしても、冷却工
程で大きくなってしまう。

【０００６】ワックスは、熱ロール定着方式により転写
紙上のトナーを定着させる時、定着上ローラーに溶融し
たトナーが転移（オフセット）し、この転移したトナー
が次の転写紙に再付着する現象を防止する働きを持ち、
このため、ワックスをトナー中に均一に分散させること
が必要であり、トナーの小径化に伴いワックスの分散粒
径をより小径化させることが要求されている。トナー製
造中にワックス粒子が凝集して不均一になったり、粒径
が大きくなると、混練物の粉砕時にトナーと同様の粒径
の遊離ワックスがトナー中に混在してしまい、感光体に
付着して画像上にＢＳ（ブラックスポット（黒点融
着））およびフィルミング等のノイズが発生する原因と
なる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記事情に鑑
みなされたものであって、バインダー樹脂中に染顔料お
よび荷電制御剤だけでなく、ワックスが小粒径均一に分
散した静電潜像現像用トナーを製造する混練押出装置を
提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、少な
くともバインダー樹脂およびワックスからなる静電潜像
現像用トナーを製造するための連続混練押出装置におい
て、該混練押出装置のノズル部の断面形状が偏平型であ
り、かつ、該ノズル部の開口断面積Ｓｐと該混練押出装
置のシリンダー内部の空間断面積Ｓｓの関係がＳｐ／Ｓ
ｓ＞０．３であることを特徴とする混練押出装置に関す
る。

【０００９】本発明による混練押出装置においては、図
４に示されているノズル部（１）およびヘッド部（２）
で構成される従来型の排出部（７）を図１に示される偏
平型ノズルを有する排出部に置き換えている。図１に示
す排出部は、図中直方体の部分（１）がノズル部に該当
し、円柱状の部分（２）がヘッド部に該当する。

【００１０】本発明においてノズル部（１）は断面形状
が偏平状となるように形成されている。偏平状とは、縦
Ｈ₀×横Ｗ₀（Ｈ₀＜Ｗ₀）の長方形で平べったいことを意
味し、ノズル全体では高さＬ₀の直方体形状をしてい
る。

【００１１】本発明におけるシリンダーの断面形状の大
きさは装置の処理能力に依存して適宜設定される。処理
能力は主に、Ｓｓ、即ちシリンダー（３）における空間
断面積（８）により決定される。本発明においては、処
理能力の大小にかかわらず、ノズル部の開口断面積（Ｓ
ｐ）とＳｓがＳｐ／Ｓｓ＞０．３、好ましくはＳｐ／Ｓ
ｓ＞０．７、より好ましくはＳｐ／Ｓｓ＞１．０の関係
が満たされるように設計される。これは、偏平型ノズル
の開口断面積Ｓｐは、シリンダーの空間断面積Ｓｓの３
０％を越える面積を必要としていることを意味してい
る。

【００１２】このようにして、トナー組成物を一定の開
口断面積を有する偏平型ノズルから排出させることによ
り、排出部における背圧によるトナー組成物中のワック
スの凝集を防止でき、ワックスの粒径が大きくなったり
不均一になったりすることがない。以上の連続混練押出
装置で製造された混練物から得られるトナーは遊離ワッ
クスの発生がなく、感光体へのトナー融着が防止される
ため、画像上のフィルミングおよびＢＳの発生が防止さ
れる。

【００１３】ＳｐがＳｓの３０％以下であればトナー組
成物中のワックスが凝集してワックス粒径が大きくな
る。

【００１４】また、排出されるトナー組成物は平板状と
なることにより、より効率的に冷却されるため、混練機
から排出され、その排出物をさらに偏平状にプレスロー
ラーで圧縮しても、プレスローラーを通る際のそれによ
る圧縮の影響は、従来の円柱状の場合よりも比較的小さ
くなり、ワックスの凝集を軽減することができる。

【００１５】また、ノズル部を図２および図３に示す多
段式ノズルに代えてもさらに効果的である。

【００１６】図２では、図１におけるノズル部（１）を
２カ所で分割し、合計で３カ所の吐出口を有する３段式
ノズルが示され、図３では５段式ノズルが示されてい
る。段数は２〜８段が適当であり、好ましくは３〜５段
である。８段より多いと分割の際に与えるストレスの影
響が無視できなくなり、ワックスの再凝集が発生しやす
くなる。多段式ノズルとすることにより背圧によるワッ
クスの凝集の軽減はもとより、プレスローラーを通る際
の圧縮によるワックスの凝集やトナー組成物が平板状と
なるための冷却効果を利用したワックス凝集の軽減等の
効果をさらに得ることができる。

【００１７】図２の３段式ノズルにおいて、混練押出装
置本体に遠い吐出口から順にその開口断面積をＳ₁、
Ｓ₂、Ｓ₃とし、それらの総面積をＳｐとする。この時、
上述の図１に示した偏平型ノズルと同様にＳｐとＳｓの
関係を満たすことが必要である。開口総断面積はシリン
ダーの空間断面積の３０％を越える面積であることが必
要となる。これは、偏平型ノズルの場合と同様に開口断
面積を従来より少しでも広くして、背圧によるワックス
の凝集を軽減するためであり、３０％より狭くなるとワ
ックス凝集が顕著となる。

【００１８】それぞれの開口断面積は異なっていてもよ
いが、全て等しいことが望ましく、それらの形状は偏平
型であり、図１の偏平型ノズルと同様に長方形が好まし
い。つまり、後のトナー製造工程、特に粉砕工程におけ
る便宜を考えると、それぞれの吐出口より排出されてく
る吐出混練物の形状は同一であることが好ましいからで
ある。また、それぞれの吐出混練物が接触しないように
吐出口間隔、つまり図２に示す長さＬ₁、Ｌ₂、Ｌ₃（Ｌ₃
はノズルの突起部の付けから断面積Ｓ₃の断面までの距
離）は一定の距離を保つことが必要である。

【００１９】図３の５段式ノズルを含め、それ以上の段
数を有するｎ段式ノズル（２≦ｎ≦８）は開口断面積の
総面積がシリンダーの空間断面積の３０％を越える必要
がある。また、それぞれの吐出口間隔、Ｌ₁、Ｌ₂、Ｌ₃
‥‥Ｌ_n-1、Ｌ_n（Ｌ_nはノズルの突起部の付け根から断
面積Ｓ_nの断面までの距離）は吐出混練物が接触しない
ように一定の距離が保たれる必要がある。

【００２０】この多段式ノズルを用いることにより、吐
出混練物の冷却効率はさらに向上し、従来では必要とさ
れている冷却プレスローラーを不要とすることもでき、
該ローラーの圧縮圧によるトナー組成物中のワックスの
凝集を回避することができる。つまり、粉砕工程に送ら
れる前に達成されるべき冷却は、冷却プレスローラーを
用いなくても冷却エアーのみにより十分に達成され得
る。

【００２１】本発明による偏平型ノズルを装備する連続
混練押出装置に適用できるバインダー樹脂およびワック
スは、通常トナー製造において用いられる熱可塑性樹脂
およびワックスであれば特に制限されないが、好ましい
組み合わせとしてはスチレン−アクリル系共重合樹脂、
ポリエステル樹脂、エポシキ樹脂等と、酸化型または非
酸化型の低分子ポリエチレンまたはポリプロピレン等の
ワックスである。その他、着色剤等所望の添加剤と共に
混練され、吐出物を粉砕、分級することにより所望の粒
径のトナーを得ることができる。

【００２２】本発明を以下の実施例によりさらに説明す
る。

【００２３】

【実施例】実施例１・スチレン−アクリル系共重合樹脂１００重量部・カーボンブラック（ＭＡ♯８；三菱化学工業社製）７重量部・ニグロシン系染料（ニグロシンベースＥＸ；オリエント化学工業社製）３重量部・低分子量ポリプロピレン（ビスコール６６０Ｐ；三洋化成工業社製）５重量部

【００２４】以上の材料をボールミル（日本特殊陶業社
製）により１３時間混合、粉砕した。そして、図４の排
出部（７）を図１に示す以下の条件の偏平型ノズルを有
する排出部に代えた連続混練押出装置（ＰＣＭ−３０；
池貝鉄工社製、Ｓｓ＝１２９４．５ｍｍ²）により設定
温度を１２５℃にして処理量３ｋｇ／時で混練した。

【００２５】ノズル条件：該偏平型ノズル；図１と同様吐出口開口断面の高さＨ₀；３ｍｍ吐出口開口断面の幅Ｗ₀；１５２ｍｍノズルの突起部の付け根から吐出口開口断面までの長さ
Ｌ₀；６０ｍｍ吐出口開口断面積Ｓｐ；４５６．０ｍｍ² Ｓｐ／Ｓｓ＝０．３５２

【００２６】その後、冷却プレスローラーで厚さ約２．
８ｍｍまで延伸し、冷却ベルトの上に垂らして十分冷却
した後、粗粉砕、微粉砕および分級をして平均粒径７．
３μｍの粒子を得た。この粉体に疎水性シリカ（Ｈ−２
０００；ヘキスト社製）０．２重量％を添加し、トナー
Ａを得た。

【００２７】実施例２冷却プレスローラーで厚さ約１．５ｍｍまで延伸した以
外は実施例１と同様にして平均粒径７．５μｍの粒子を
得た。この粉体に疎水性シリカ（Ｈ−２０００；ヘキス
ト社製）０．２重量％を添加し、トナーＢを得た。

【００２８】実施例３以下の材料を用いた以外、実施例１と同様にして平均粒
径７．３μｍの粒子を得た。

【００２９】・ポリエステル樹脂１００重量部・カーボンブラック（ＭＡ♯８；三菱化学工業社製）７重量部・Ｃｒ含金油溶性染料（スピロンブラックＴＲＨ；保土谷化学工業社製）３重量部・低分子量ポリプロピレン（ＴＳ２００；三洋化成工業社製）５重量部

【００３０】この粉体に疎水性シリカ（Ｈ−２０００；
ヘキスト社製）０．２重量％を添加し、トナーＣを得
た。

【００３１】実施例４排出部を図２に示す以下の条件の３段式ノズルを有する
排出部に代え、混練物を３本の偏平な板状に分割して排
出させ、冷却エアー（温度；５℃、総風量；１ｍ³／
分）をあてることのみにより冷却した以外、実施例１と
同様にして平均粒径７．５μｍの粒子を得た。

【００３２】ノズル条件：該３段式ノズル；図２と同様吐出口開口断面の高さＨ₁（＝Ｈ₂、Ｈ₃）；２．８ｍｍ吐出口開口断面の幅Ｗ₀；５４ｍｍ吐出口間隔Ｌ₁（＝Ｌ₂、Ｌ₃（Ｌ₃はノズルの突起部の付
け根から断面積Ｓ₃の断面までの距離））；３０ｍｍ吐出口開口断面積Ｓ₁（＝Ｓ₂、Ｓ₃）；１５１．２ｍｍ² 吐出口開口総断面積Ｓｐ；４５３．６ｍｍ² Ｓｐ／Ｓｓ＝０．３５０

【００３３】この粉体に疎水性シリカ（Ｈ−２０００；
ヘキスト社製）０．２重量％を添加し、トナーＤを得
た。

【００３４】実施例５排出部を以下の条件の５段式ノズルを有する排出部に代
え、混練物を５本の偏平な板状に分割して排出させ、冷
却エアー（温度；５℃、総風量；１ｍ³／分）をあてる
ことのみにより冷却した以外、実施例１と同様にして平
均粒径７．２μｍの粒子を得た。

【００３５】ノズル条件：該５段式ノズル；図３と同様吐出口開口断面の高さＨ₁（＝Ｈ₂、Ｈ₃、Ｈ₄、Ｈ₅）；
１．５ｍｍ吐出口開口断面の幅Ｗ₀；６０ｍｍ吐出口間隔Ｌ₁（＝Ｌ₂、Ｌ₃、Ｌ₄、Ｌ₅（Ｌ₅はノズルの
突起部の付け根から断面積Ｓ₅の断面までの距離）；３
０ｍｍ吐出口開口断面積Ｓ₁（＝Ｓ₂、Ｓ₃、Ｓ₄、Ｓ₅）；９
０．０ｍｍ² 吐出口開口総断面積Ｓｐ；４５０．０ｍｍ² Ｓｐ／Ｓｓ＝０．３４８

【００３６】この粉体に疎水性シリカ（Ｈ−２０００；
ヘキスト社製）０．２重量％を添加し、トナーＥを得
た。

【００３７】実施例６実施例３で用いる材料を用いた以外、実施例４と同様に
して平均粒径７．３μｍの粒子を得た。この粉体に疎水
性シリカ（Ｈ−２０００；ヘキスト社製）０．２重量％
を添加し、トナーＦを得た。

【００３８】比較例１排出部を図４に示す通常用いられている吐出口形状の以
下の条件のノズル（１）を有する排出部に代えた以外、
実施例１と同様にして平均粒径７．２μｍの粒子を得
た。

【００３９】ノズル条件：従来のノズル；図４中の１と同様吐出口開口断面の直径Ｒ；２０．２ｍｍノズルの突起部の付け根から吐出口開口断面までの長さ
Ｌ₀；８０ｍｍ吐出口開口断面積Ｓｐ；３２０．３ｍｍ² Ｓｐ／Ｓｓ＝０．２４７

【００４０】この粉体に疎水性シリカ（Ｈ−２０００；
ヘキスト社製）０．２重量％を添加し、トナーＧを得
た。

【００４１】比較例２排出部を図４に示す通常用いられている吐出口形状の以
下の条件のノズル（１）を有する排出部に代えた以外、
実施例２と同様にして平均粒径７．４μｍの粒子を得
た。

【００４２】ノズル条件：従来のノズル；図４中の１と同様吐出口開口断面の直径Ｒ；２０．２ｍｍノズルの突起部の付け根から吐出口開口断面までの長さ
Ｌ₀；８０ｍｍ吐出口開口断面積Ｓｐ；３２０．３ｍｍ² Ｓｐ／Ｓｓ＝０．２４７

【００４３】この粉体に疎水性シリカ（Ｈ−２０００；
ヘキスト社製）０．２重量％を添加し、トナーＨを得
た。

【００４４】比較例３実施例３で用いる材料を用いた以外、比較例１と同様に
して平均粒径７．２μｍの粒子を得た。この粉体に疎水
性シリカ（Ｈ−２０００；ヘキスト社製）０．２重量％
を添加し、トナーＩを得た。

【００４５】比較例４排出部を図４に示す通常用いられている以下の条件のノ
ズル（１）を有する排出部に代えた以外、実施例１と同
様にして平均粒径７．３μｍの粒子を得た。

【００４６】ノズル条件：従来のノズル；図４中の１と同様吐出口開口断面の直径Ｒ；１５ｍｍノズルの突起部の付け根から吐出口開口断面までの長さ
Ｌ₀；８０ｍｍ吐出口開口断面積Ｓｐ；１７６．６ｍｍ² Ｓｐ／Ｓｓ＝０．１３６

【００４７】この粉体に疎水性シリカ（Ｈ−２０００；
ヘキスト社製）０．２重量％を添加し、トナーＪを得
た。

【００４８】評価以上の実施例および比較例で得られたトナーについて耐
刷テストを行い、フィルミングおよびＢＳについて調べ
た。

【００４９】トナーＣ、ＦおよびＩ以外のトナーには、
別途調製したバインダー型キャリア（平均粒径６５μ
ｍ）を添加し、十分混合して帯電させた。そして、これ
らを使用して、感光体を有機感光体に代えた複写機（Ｅ
Ｐ８６００；ミノルタ社製）により６枚間欠にて３万枚
複写した。その他の条件（帯電、転写、現像バイアス
等）は該トナーに合わせて設定した。トナーＣ、Ｆおよ
びＩについてはそのまま、複写機（ＥＰ８６００；ミノ
ルタ社製）で６枚間欠にて３万枚複写した。

【００５０】そのうち１万枚および３万枚耐刷後のフィ
ルミングおよびＢＳについて評価した。

【００５１】フィルミングについては、感光体上のフィ
ルミングを評価した。その結果、全く観察されなった場
合は「◎」印、少し観察された場合は「○」印、フィル
ミングが発生し、これにより部分的にカブリが観察され
た場合は「△」印、フィルミングが発生し、これにより
感光体の感度が低下し、カブリが観察された場合は
「×」印で表した。「○」印以上が実用上問題のないト
ナーであった。

【００５２】ＢＳについては、まず、感光体上に全く観
察されなかった場合は「○」印、感光体上に観察された
が、複写紙上では観察されなかった場合は「△」印、複
写紙上に観察された場合は「×」印で表した。「○」印
が実用上問題のないトナーであった。

【００５３】これらの結果を表１に示した。

【００５４】

【表１】

【００５５】実施例１〜３では、本発明による偏平型ノ
ズルを装備した混練押出装置を用いると画像上のフィル
ミングおよびＢＳが改善されることが明らかになった。
このうち実施例２に至っては、冷却プレスローラーによ
り厚さ約１．５ｍｍまで延伸させても、該ローラーに達
するまでの本発明による冷却効率が高まっているため、
ワックスの凝集は軽減され、画像上のフィルミングおよ
びＢＳは改善されたと考えられる。

【００５６】実施例４〜６では、本発明による多段式ノ
ズルを装備した混練押出装置を用いると、冷却プレスロ
ーラーを用いる必要がなくなり、画像上のフィルミング
およびＢＳが改善されることが明らかになった。冷却効
率が高まり、ワックスの凝集が軽減されたためであると
考えられる。

【００５７】比較例１〜３では、ノズルの断面形状を従
来法による円形とし、その面積を広げて（Ｓｐ：３２
０．３ｍｍ²、Ｓｐ／Ｓｓ＝０．２４７）混練物を排出
させ、比較例４では通常使用されているノズル（Ｓｐ：
１７６．６ｍｍ²、Ｓｐ／Ｓｓ＝０．１３６）を用いて
混練物を排出させたが、それらより製造されたトナーで
はフィルミングおよびＢＳが発生し、実用上問題が生じ
た。ワックス凝集が起こり、ワックスが遊離したためで
あると考えられる。

【００５８】

【発明の効果】本発明の混練押出装置を用い、トナー組
成物を一定の断面積を有する偏平型ノズルから排出させ
ることにより、排出部における背圧によるトナー組成物
中のワックスの再凝集を防止でき、ワックスをトナー粒
子中に小粒径で均一に分散させることができる。そのた
め、トナーフィルミング、トナー融着またはブラックス
ポットの発生しないトナーが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】偏平型ノズルの斜視図を示す。

【図２】多段式（３段式）ノズルの斜視図を示す。

【図３】多段式（５段式）ノズルの斜視図を示す。

【図４】従来の排出部を有する混練押出装置の概略断
面図を示す。

【符号の説明】

１：ノズル部、２：ヘッド部、３：シリンダー、４：パ
ドル、５：搬送部、６：混練部、７：排出部、８：空間
断面、９：吐出口

フロントページの続き (72)発明者吉田秀幸大阪府大阪市中央区安土町二丁目３番13号大阪国際ビルミノルタ株式会社内 (72)発明者江田正美大阪府大阪市中央区安土町二丁目３番13号大阪国際ビルミノルタ株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくともバインダー樹脂およびワック
スからなる静電潜像現像用トナーを製造するための連続
混練押出装置において、該混練押出装置のノズル部の断
面形状が偏平型であり、かつ、該ノズル部の開口断面積
Ｓｐと該混練押出装置のシリンダー内部の空間断面積Ｓ
ｓの関係がＳｐ／Ｓｓ＞０．３であることを特徴とする
混練押出装置。
【請求項２】ノズル部がさらに多段に分割されている
ことを特徴とする請求項１記載の混練押出装置。
【請求項３】少なくともバインダー樹脂およびワック
スを請求項１または２記載の混練押出装置を用いて混練
する工程を経て製造されることを特徴とする静電潜像現
像用トナーの製造方法。