JPH10286483A

JPH10286483A - 粉砕分級方法

Info

Publication number: JPH10286483A
Application number: JP9542097A
Authority: JP
Inventors: Takuya Nishigori; 錦織　　卓哉; Yasuo Kamoshita; 康夫鴨下
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 1997-04-14
Filing date: 1997-04-14
Publication date: 1998-10-27

Abstract

(57)【要約】【課題】装置への原料の固着がない粉砕分級方法を提
供する。【解決手段】原料を気体流に分散させ衝突させること
により粉砕し、開口を有する回転部材の開口に粉砕物を
分散した気体を通過させ、通過する粉砕物と通過しない
粉砕物とに選別し、通過しない粉砕物は原料と合流し、
また衝突により粉砕する粉砕分級方法において、原料に
オイルを含有させることを特徴とする粉砕分級方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】原料を粉砕し、所望の粒径乃
至重量の粉体を分別する粉砕分級製造方法に関するもの
である。例えば、原料を粉砕し、所望の粒径分布のみを
取り出し利用する電子写真用トナーの製造方法等に用い
られる。

【０００２】

【従来の技術】原料を粉砕し、所望の粒径乃至重量の粉
体を分別する装置として、ホソカワミクロン社製カウン
タージェットミルＡＦＧや日本ニューマチック社製ＩＤ
Ｓ粉砕分級機などがある。カウンタージェットミルは容
器下方に複数の圧縮空気ノズルが設けられ、容器に堆積
した粉体をノズルから噴出する気体に巻き込み原料同士
衝突させ粉砕を行い、容器上方の回転ローターを介しブ
ロワで吸引することで所望のサイズまで粉砕された粉体
は回転ローターを通過する。大きいサイズの粒子は回転
ローター部で戻され下方に落下しさらに粉砕される仕組
みとなっている。ＩＤＳ粉砕分級機は、原料を遠心力分
級機に供給し、所望の粒径以下の粒子を取り出した後、
ノズルより吹き出す気体流に原料を分散させ、衝突板に
衝突させ粉砕する。粉砕物は原料と合流し分級機へ再度
供給される。これら装置は粉体一般の粉砕分級に使用さ
せており、電子写真用トナーの製造においても粉砕分級
工程として用いられる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】電子写真用トナーは画
像を熱定着するために比較的軟化点、ガラス転移点が低
い材料を用いる。また、近年高速化や低温定着の要請か
らさらに低軟化点、低ガラス転移点に向かう傾向にあ
る。上記の粉砕分級機等でトナー（特に低軟化点、低ガ
ラス転移点のもの）を分級する際、原料の装置への固着
や粗大粒子の混入などの問題が発生する。

【０００４】本現象は粉砕物がローターや衝突板等の機
内に衝突するエネルギーが熱となり瞬間的に粉体が軟化
するため、発生すると考えられる。また軟化しない粉体
においても付着性、凝集性が強い場合、同様の現象が想
定される。また、近年のトナーは粉体特性や帯電特性の
高性能化の要求により粒子形状の丸め化のコントロール
をも要求される。上記のカウンタージェットミルを用い
るとローター通過時の衝突や高速気流エネルギー等によ
り粒子表面形状を滑らかにすることが可能であり、その
観点からも回転分級ローターを有する装置を使用するこ
とは有益であるが、同様の問題が発生する。

【０００５】

【課題を解決するための手段】発明者らは本課題を解決
し、安定した製造を行うべく検討した結果、原料を気体
流に分散させ衝突させることにより粉砕し、開口を有す
る回転部材の開口に粉砕物を分散した気体を通過させ、
通過する粉砕物と通過しない粉砕物とに選別し、通過し
ない粉砕物は原料と合流し、また衝突により粉砕する粉
砕分級方法や開口を有する回転部材の開口に原料及び粉
砕物を分散した気体を通過させ、通過する原料及び粉砕
物と通過しない原料及び粉砕物とに選別し、通過しない
粉砕物及び原料を衝突により粉砕し、原料と合流させる
粉砕分級方法において、原料にオイルを含有させること
で本問題を解決した。

【０００６】さらに粉砕工程に粒子同士の衝突を利用す
ることにより固着をより抑制できる。オイル成分の離型
効果により装置への付着が軽減されると考えられる。僅
かずつ付着が生じたとしても回転体の遠心力とオイル成
分の離型効果によって付着物が剥がれると考えられる。
本発明により機内の定期清掃の間隔を延ばし、工業上多
大なる利益を実現した。さらに粉体表面の形状を滑らか
にすることができ、丸め化のコントロールも実現した。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明に用いられる粉砕分級方法
においては、原料及び粉砕物を気体流に分散させ衝突さ
せる。気体流に原料及び粉砕物を分散させる方法として
は、容器等に堆積させた原料及び粉砕物にノズルより圧
縮空気を吹き出し原料及び粉砕物を舞い上げさせて分散
する方法や、ホッパー等堆積させた原料及び粉砕物にホ
ッパーの底の部分に配管とノズルを設け、ノズルより圧
縮気体を吹き出し、分散させて流す方法やテーブルフィ
ーダー等に粉体を堆積させ、気体の流路にフィードし分
散させ流す方法などが挙げられる。

【０００８】衝突させる方法としては、原料及び粉砕物
を分散した気体流進行方向に衝突板等の部材を対向させ
衝突させる方法（日本ニューマチック社製Ｉ式ジェット
ミルなど）や少なくとも一方の面に凹凸を形成させた部
材同士の面を１０ｍｍ以下の間隔で対向させ、この部材
面を相対移動させることにより凹部に渦流を発生させ、
気体流をこの対向させた隙間を通過させることにより渦
流内で粒子同士を衝突させたり、粒子と凹凸面を衝突さ
せる方法や圧縮空気の吹き出しノズルを複数配置し、気
体流の合流域で粒子同士を衝突させる方法などが挙げら
れる。本発明のオイル添加により装置への固着は抑制さ
れるものの衝突板等に衝突させる方法は衝突時に固着す
ることもありうるので渦流内での粒子同士の衝突や気体
流合流域での粒子同士の衝突がより好ましい。

【０００９】開口を設けた回転部材を回転させ、粉砕物
を分散した気体を回転部材の外側から内側に向けてこの
開口を通して流す。回転体を気体が通過する際、粒径の
大きい粒子や重量の重たい粒子は外側に戻され、粒径の
小さい粒子や重量の軽い粒子のみが気体流に乗り通過す
る。回転部材の回転により気体流にも回転が生じ、その
遠心力で粒径の大きい粒子や重量の重たい粒子は外側へ
弾き出され、粒径の小さい粒子や重量の軽い粒子のみが
通過すると考えられる。

【００１０】回転部材としては、円筒状や円錐状ロータ
ーを用い、スリット状の開口を設けることが一般的であ
る。外側へ弾き出された粒子は原料と合流し、再度粉砕
される。これらの装置としては、ホソカワミクロン社製
カウンタージェットミルＡＦＧやイノマイザなどがあ
る。カウンタージェットミルは気体流の合流域で粒子同
士を衝突させるものであり、イノマイザは回転する粉砕
ローターとライナ間の隙間の渦流により粒子同士を衝突
させるものである。

【００１１】以上の工程により粉砕分級された粉体の収
集方法は特に限定されないが、一般的方法としては、回
転部材を通過した粉体はフィルターやサイクロンにより
収集できる。回転部材の外側に戻された粉体は重力のみ
により回転部材下方に落下堆積させて収集しても良い。
また、回転気流によりサイクロンの如く落下堆積させて
も良い。

【００１２】ホソカワミクロン社製粉砕分級機カウンタ
ージェットミルＡＦＧ型（図１）の場合、容器下方に複
数の圧縮空気ノズル２が設けられ、容器に堆積した粉体
をノズルから噴出する気体に巻き込み粒子同士を衝突さ
せ粉砕を行い、容器上方の回転ローター３を介しブロワ
で吸引することで所望のサイズまで粉砕された粉体は回
転ローター３を通過する。大きいサイズの粒子は回転ロ
ーター部で戻され下方に落下しさらに粉砕される仕組み
となっている。

【００１３】もし、粉体の付着性や凝集性が強いものや
衝突エネルギーの熱により溶けやすいものや軟化しやす
いものは、回転部材開口を通過する際、回転部材と衝突
し、少しずつ付着していく危険がある。本発明に使用さ
れる粉体にはオイルを含有させる。このオイル成分の離
型効果により、回転部材への付着が軽減される。

【００１４】本発明に使用されるオイルとしては、石油
系オイルや動物性オイル、植物性オイル、合成オイル等
が挙げられるがシリコーンオイルが好ましい。シリコー
ンオイルとしては、離型性、剥離性に優れたものがよい
が、ジメチルシリコーンオイルやメチルフェニルシリコ
ーンオイル、メチルハイドロジェンシリコーンオイルな
どのストレートシリコーンオイルの他にポリエーテル変
性シリコーンオイル、エポキシ変性シリコーンオイル、
メタクリル変性シリコーンオイル、長鎖アルキル変性シ
リコーンオイル等の各種変性シリコーンオイルが挙げら
れる。この中でもストレートシリコーンが好ましく、特
にポリジメチルシロキサンがより好ましい。

【００１５】本発明に用いられるオイルの粘度は粉体の
組成や粒径や添加方法により異なり、適度な離型効果を
有する範囲で特に限定されないが、２５℃の動粘度にお
いて、５，０００センチストークス以下が好ましく、さ
らに好ましくは１〜２，０００センチストークスの範囲
であり、さらにより好ましくは１０〜１，０００センチ
ストークスの範囲である。

【００１６】本発明に用いられるオイルの添加量は粉体
の組成や粒径や添加方法により異なり、適度な離型効果
を有する範囲で特に限定されないが、０．００５〜１０
重量％の範囲が好ましく、さらに好ましくは０．０１〜
３重量％の範囲であり、より好ましくは０．０４〜１重
量％の範囲である。本発明に用いられるオイルの添加方
法は特に限定されないが、ヘンシェルミキサー等によ
り、粉体に直接混合する方法、シリカ微粉末等の微粉体
にオイルを添加したのち、粉体にオイルを含有した微粉
体を混合する方法、粉体中にオイルを内添させる方法等
が挙げられる。

【００１７】粉体中に内添する方法としては、粉体の製
造工程の好適な段階で添加すればよい。例えば、各種添
加物とバインダー樹脂の混練粉砕物である電子写真用ト
ナーの場合、添加物の表面処理等に用いることで添加し
ても良い。バインダー樹脂の重合製造段階で添加しても
良い。混練段階で添加しても良い。オイル成分の離型効
果により分級装置の精度を要求される分級ゾーンへの付
着が軽減されると考えられる。回転部材を用いることで
極僅かに付着したとしても遠心力により付着物は剥が
れ、外側へ戻されると考えられる。オイル成分を添加す
ることで付着物の剥がれ易さが向上すると考えられる。
オイル成分がなくても回転部材の回転数を上げて遠心力
を強くすれば付着物が剥がれる力は増すが、回転数を変
えることにより分級ポイント（回転部材開口を通過する
か、外側へ戻されるかの境目の粒径）も変化してしまう
ため事実上困難である。

【００１８】回転部材の消耗を抑制する目的で回転部材
に耐磨耗処理を施す場合がある。耐磨耗処理としては、
表面に酸化膜を形成させたり、セラミックをコートした
りする方法があるが、それらの処理は表面に小さな凹凸
ができ、付着しやすくなる。そうした場合、本発明はさ
らに効果を発揮する。本発明に用いられる粉体として
は、付着性や凝集性が強いもの、衝突等のエネルギーに
よって溶融や軟化のしやすいもの（例えば、高分子物質
（特に熱可塑性樹脂）を主成分とするもの）において、
効果を発揮する。

【００１９】本発明に用いられる粉体の内、電子写真用
トナーを例にすると、トナーの主成分であるバインダー
樹脂は熱可塑性樹脂が用いられる。トナーは熱によっ
て、紙へ溶融定着させるため、バインダー樹脂のガラス
転移点やフローテスター軟化点が低い方が低い温度で定
着させるので望ましい。しかしながら、ガラス転移点や
フローテスター軟化点が低いと上記の如く、衝突等のエ
ネルギーによって溶融や軟化のしやすい方向であり、ト
ナーに望まれる性能と分級製造のしやすさは相反する方
向である。すなわち、バインダー樹脂のガラス転移点や
フローテスター軟化点が低いトナーにおいて、本発明は
効果を特に発揮する。

【００２０】バインダー樹脂としては、トナーに適した
公知の種々のものが使用できる。例えば、ポリスチレ
ン、ポリクロロスチレン、ポリ−α−メチルスチレン、
スチレン−クロロスチレン共重合体、スチレン−プロピ
レン共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレ
ン−塩化ビニル共重合体、スチレン−酢酸ビニル共重合
体、スチレン−マレイン酸共重合体、スチレン−アクリ
ル酸エステル共重合体（スチレン−アクリル酸メチル共
重合体、スチレン−アクリル酸エチル共重合体、スチレ
ン−アクリル酸ブチル共重合体、スチレン−アクリル酸
オクチル共重合体及びスチレン−アクリル酸フェニル共
重合体等）、スチレン−メタクリル酸エステル共重合体
（スチレン−メタクリル酸メチル共重合体、スチレン−
メタクリル酸エチル共重合体、スチレン−メタクリル酸
ブチル共重合体、スチレン−メタクリル酸オクチル共重
合体及びスチレン−メタクリル酸フェニル共重合体
等）、スチレン−α−クロルアクリル酸メチル共重合体
及びスチレン−アクリロニトリル−アクリル酸エステル
共重合体等のスチレン系樹脂（スチレンまたはスチレン
置換体を含む単独重合体または共重合体）、塩化ビニル
樹脂、ロジン変性マレイン酸樹脂、フェノール樹脂、エ
ポキシ樹脂、飽和ポリエステル樹脂、不飽和ポリエステ
ル樹脂、低分子量ポリエチレン、低分子量ポリプロピレ
ン、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共重
合体、キシレン樹脂並びにポリビニルブチラール樹脂等
があるが、本発明に用いるのに好ましい樹脂としては、
スチレン系樹脂、飽和もしくは不飽和ポリエステル樹脂
及びエポキシ樹脂等を挙げることができる。

【００２１】さらに好ましくはある程度の低温定着性と
現像器内での融着、微粉砕のしにくさの両立の点で架橋
性ポリエステル樹脂を用いると良い。架橋性ポリエステ
ル樹脂は、２価のカルボン酸単量体と２価のアルコール
単量体と３価以上の多価カルボン酸単量体や多価アルコ
ール単量体との重縮合によって得られる。２価のアルコ
ール単量体としては、エチレングリコール、ジエチレン
グリコール、トリエチレングリコール、１，２−プロピ
レングリコール、１，３−プロピレングリコール、１，
４−ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、１，４
−ブテンジオール等のジオール類、ビスフェノールＡ、
ポリオキシエチレン化ビスフェノールＡ、ポリオキシプ
ロピレン化ビスフェノールＡ等のエーテル化ビスフェノ
ール類、その他の２価のアルコール単量体が挙げられ
る。２価のカルボン酸単量体としては、イソフタル酸、
テレフタル酸、アジピン酸、セバシン酸、ジフェン酸、
ナフタレンジカルボン酸、シクロヘキサンジカルボン
酸、これらの酸の無水物もしくは低級アルキルエステル
を主成分とするものが挙げられる。３価以上の多価カル
ボン酸としては、トリメリト酸、シクロヘキサントリカ
ルボン酸、ナフタレントリカルボン酸、ブタントリカル
ボン酸、ヘキサントリカルボン酸、オクタンテトラカル
ボン酸、及びこれらの酸の無水物、その他を挙げること
ができる。３価以上の多価アルコール単量体としては、
トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、グリ
セリン、ペンタエリスリトール等が挙げられる。

【００２２】また、光沢性、透明性が要求されるフルカ
ラー用に用いられるバインダー樹脂としては、スチレン
系樹脂やポリエステル樹脂の内、非架橋性であり、分子
量分布の狭いものが好ましく、非架橋性ポリエステル樹
脂がより好ましい。重量平均分子量が数平均分子量の５
倍以下のものが好ましく、さらに３倍以下のものがより
好ましい。非架橋性ポリエステル樹脂は、２価のカルボ
ン酸単量体と２価のアルコール単量体とを主成分とする
重縮合によって得られる。２価のアルコール単量体と２
価のカルボン酸単量体としては、架橋性ポリエステル樹
脂と同様のものが挙げられる。実質的に非架橋性樹脂の
性質を失わない程度、すなわち線形ポリマーに対し高々
分岐構造を与える程度の範囲内で３価以上の多価カルボ
ン酸単量体や多価アルコール単量体等を約２モル％程度
以下添加しても良い。

【００２３】また、１種類ずつで使用するに限らず、２
種以上のバインダー樹脂を併用することもできる。本発
明に用いられる熱可塑性樹脂であるバインダー樹脂の軟
化点は、フローテスター法で測定した値が、１６０℃以
下であるものが好ましく、１３５℃以下であるものが一
層好ましい。１６０℃を越える場合は、充分な低温定着
性が得られず、定着強度が悪化する傾向にあるので好ま
しくない。光沢性、透明性が要求されるフルカラー用に
用いられるバインダー樹脂としては、１２０℃以下であ
るものが好ましく、１１０℃以下であるものがより好ま
しい。軟化点は低いほど定着性の点で優れており、好ま
しいが軟化点を低下させることに伴い後述のガラス転移
点も低下するため、ガラス転移点低下の弊害と合わせ樹
脂設計する。

【００２４】また、該バインダー樹脂のガラス転移温度
は、示差熱分析装置で測定したときの転移開始（変曲
点）が５０℃以上７５℃以下であるのが好ましい。ガラ
ス転移温度が５０℃未満の場合、長期保管時の熱安定性
が悪く、トナーの凝集や固化を招き使用上問題がある。
さらに７５℃以上の場合は、トナーの融着や微粉粉砕に
マージンがあるもののガラス転移点を増加させることに
伴い軟化点も増加するため、定着性が悪化する傾向があ
る。トナーの平均粒径は５〜２０μｍが好適である。ト
ナーの粒径の測定は一般的には、コールターカウンター
による方法が広く用いられている。今回の発明で使用し
たトナーの平均粒径は、コールターカウンターＴＡ−II
型に１００μｍのアパチャーを使用し、トナー粒子をア
イソトンに分散し、第３チャンネル〜第１６チャンネル
を使用しトナー粒径分布を測定し体積平均により決定し
た。

【００２５】熱可塑性樹脂であるバインダー樹脂の軟化
点はフローテスター法を用いて測定した。フローテスタ
ー（島津製作所製ＣＦＴ５００）において、直径１ｍｍ
長さ１０ｍｍのノズルを用い、加熱体を８０℃に設定し
バインダー樹脂１ｇを投入する。プラジャーを軽く押し
当て、３００秒間余熱した後、３０ｋｇ／平方ｃｍの圧
力をかけ、６℃／分の速度で昇温する。昇温によりバイ
ンダー樹脂は軟化しノズルからバインダー樹脂が押し出
され、プラジャーは下降する。下降の開始から終了まで
のプラジャーの下降距離の中点に相当するときの温度を
もって、軟化点とする。

【００２６】熱可塑性樹脂であるバインダー樹脂のガラ
ス転移点は示差熱分析装置（島津製作所製ＤＴ−３０
型）を用い、バインダー樹脂約２０ｍｇを試料セルに投
入し測定部にセットし、一度１０℃／分の昇温速度で１
００℃まで加熱し室温まで冷却した後、再び１０℃／分
で昇温し、このときのＤＴＡ曲線の変曲温度部の前後の
なめらかな曲線部分それぞれから接線を引き、それら接
線同士の交点をもってガラス転移点とする。

【００２７】

【実施例】以下、実施例により本発明を詳細に説明する
が、本発明はその要旨を越えない限り、以下の実施例に
限定されるものではない。実施例１分岐型ポリエステル系樹脂１００重量部（構成モノマー；ポリオキシプロピレン化ビスフェノールＡ、ポリオキシエチレン化ビスフェノールＡ、テレフタル酸、トリメリト酸フローテスター軟化点１１３℃ ガラス転移点６７℃）顔料ピグメントブルー１５５重量部帯電制御剤（日本カーリット社製ＬＲ１４７）４重量部シリコーンオイル（信越化学工業製ＫＦ９６−５００ＣＳ）０．３重量部（本シリコーンオイルは、ポリジメチルシロキサンよりなり、動粘度が５００センチストークスである。）を配合し、２軸混練機で混練し、粗砕を行い、トナー原
料粗砕物を得た。

【００２８】本トナー原料粗砕物をホソカワミクロン社
製カウンタージェットミル４００ＡＦＧを用い、粉砕分
級を行った。本装置は粉砕された粉体がスリット状の開
口を有する回転ローター部で分級され、所望の粒径より
大きい粒子は回転ローターを通過せず、粉砕ゾーンへ落
下し再度粉砕される構造になっている。約３０ｋｇ／時
のフィードレートで約１０時間で約３００ｋｇの粉砕分
級物（平均粒径約８．５μｍで５μｍ以下の微粉末を２
５〜３５体積％含む。）を連続で得ることができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に使用できる粉砕分級方法の一例を示す
図。

【符号の説明】

１原料フィード２粉砕用圧縮空気ノズル３分級ローター４粉砕分級物

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】原料を気体流に分散させ衝突させること
により粉砕し、開口を有する回転部材の開口に粉砕物を
分散した気体を通過させ、通過する粉砕物と通過しない
粉砕物とに選別し、通過しない粉砕物は原料と合流し、
また衝突により粉砕する粉砕分級方法において、原料に
オイルを含有させることを特徴とする粉砕分級方法。
【請求項２】開口を有する回転部材の開口に原料及び
粉砕物を分散した気体を通過させ、通過する原料及び粉
砕物と通過しない原料及び粉砕物とに選別し、通過しな
い粉砕物及び原料を衝突により粉砕し、原料と合流させ
る粉砕分級方法において、原料にオイルを含有させるこ
とを特徴とする粉砕分級方法。
【請求項３】回転部材が円筒状あるいは円錐状の形状
を有し、スリット状の開口を有することを特徴とする請
求項１または２に記載の粉砕分級方法。
【請求項４】衝突は原料及び粉砕物同士の衝突である
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載
の粉砕分級方法。
【請求項５】衝突は原料及び粉砕物を分散した複数の
気体流の合流域での原料及び粉砕物同士の衝突であるこ
とを特徴とする請求項４に記載の粉砕分級方法。
【請求項６】少なくとも一方の面に凹凸を形成させた
部材同士の面を１０ｍｍ以下の間隔で対向させ、この部
材面を相対移動させることにより凹部に渦流を発生さ
せ、原料及び粉砕物を分散した気体流をこの対向させた
隙間を通過させる際に衝突させることを特徴とする請求
項４に記載の粉砕分級方法。
【請求項７】オイルの動粘度が５０００センチストー
クス以下であることを特徴とする請求項１乃至６のいず
れか１項に記載の粉砕分級方法。
【請求項８】オイルの粉体に対する含有量が０．０４
重量％から１重量％の範囲であることを特徴とする請求
項１乃至７のいずれか１項に記載の粉砕分級方法。
【請求項９】粉体が熱可塑性樹脂を含有することを特
徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の粉砕分
級方法。
【請求項１０】熱可塑性樹脂のフローテスター軟化点
が１２０℃以下であることを特徴とする請求項９に記載
の粉砕分級方法。
【請求項１１】熱可塑性樹脂のガラス転移点が７５℃
以下であることを特徴とする請求項９または１０に記載
の粉砕分級方法。
【請求項１２】本方法によって得られた粉砕分級物が
乾式電子写真用トナーあるいはその原料であることを特
徴とする請求項９乃至１１のいずれか１項に記載の粉砕
分級方法。
【請求項１３】本方法によって得られた粉砕分級物が
カラートナーあるいはその原料であることを特徴とする
請求項１２に記載の粉砕分級方法。