JPH1119925A - 溶融混練装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、地汚れの発生抑制、画像の高濃度
化、画像の高画質化を実現するトナーを効率的に製造す
るための溶融混練装置を提供するものである。 【構成】 本発明は、熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂
を含む樹脂組成物の溶融混練に用いるシリンダーと該シ
リンダー内に包含される回転軸からなる１軸溶融混練装
置において、該装置が、シリンダー内面に固定される複
数のピンと、前記回転軸と共に回転するように固定され
た複数の円板と、前記回転軸と同中心軸を持ち、独立し
て回る第２の回転軸を有し、該第２の回転軸にも、回転
軸と共に回転するように固定されたスパイラル円盤を備
えることを特徴とする溶融混練装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱可塑性樹脂または熱
硬化性樹脂を含む樹脂組成物の溶融混練装置に関するも
ので、特に、前記樹脂に着色剤等の添加物を含有させた
樹脂組成物であり、電子写真複写装置の現像剤として使
用される乾式トナーを製造するための溶融混練装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂を含む
樹脂組成物、例えば、電子写真に用いられる乾式トナー
の製造は、一般に、固化した樹脂組成物の粉砕によって
製造される。具体的には、結着樹脂、着色剤、帯電制御
剤等の原料を溶融混練した後、冷却固化、粉砕、分級を
行うことにより製造される。従来、この乾式トナーの製
造に用いられる溶融混練方法としては、スクリュー型押
出機、加圧ニーダー、二本ロールミル、三本ロールミル
等が知られている。電子写真用トナーの製造工程におい
て、溶融混練工程は着色剤や帯電制御剤の分散性の良否
を左右する重要な工程である。すなわち、結着樹脂中に
含有されている帯電制御剤の分散不良は、電子写真用ト
ナーとしての重要な特性である帯電特性に、致命的な欠
陥を与える要因となる。結果として例えば、電子写真感
光体上の静電潜像を現像する際、非画像領域までも現像
される、いわゆる地汚れの発生が起きる。さらに、画像
領域では、トナーが十分に付着しにくい現象、いわゆる
画像濃度低下の発生が見られることになる。

【０００３】そこで、地汚れの発生抑制、画像の高濃度
化、画像の高画質化を実現するトナーを製造するため、
近年、トナー中の着色剤及び帯電制御剤の分散性を高め
る方法が検討され実施されてきた。例えば、スクリュー
型押出機の場合、剪断力増加を狙って混練スクリューの
高速回転化及び低温処理制御が検討され、また、混練装
置内の被混練物の滞留時間の増加を図るため、フィード
量の減少を図っている。 上述のような検討がなされた
が、いくつかの新たな欠点も発生した。例えば、スクリ
ューを高速回転化した場合、それに伴い混練品の温度上
昇が発生するため、樹脂にかかる剪断力が弱まり、着色
剤の分散性を高めることが困難となる問題が発生する。
このことから、スクリューの回転数を可能な限り下げ、
混練品の温度上昇を抑制して混練することが望ましい。
しかし、スクリューの回転数を下げることにより、スク
リューの送り能力も低下するので、新たに、フィード量
の減少が問題となる。この問題は、これまでの混練装置
では、スクリューの混練機能部と送り機能部が独立して
おらず、スクリュー回転数の低下と同時に、送り能力も
低下することにより発生する問題である。このような問
題を解決するため、これまでは、送り能力の多い送りス
クリューにパターンを変更する方法により、フィード量
低下の防止策を採ってきた。しかしながら、この方法の
場合、混練中に早急に変更することは不可能であり、混
練装置を分解し、その構成の変更を行うことが必要とな
り、対応には多くの時間と労力が掛かるという新たな問
題が発生する。また、送りスクリューのパターンを変更
して送り量を制御する方法であるため、送り能力のきめ
細かな制御は不可能であり、結果として、送り能力が大
きく相違することになる。この送り能力の大きな変動の
ため、例えば、フィード量が送り能力に勝る場合、供給
物が混練装置内に入りきらずバックフラッシングが発生
することになるであろうし、逆にフィード量が送り能力
に劣る場合、送り部での空気の取り込みが多くなり、混
練部での充填率及び圧力が低下するため、剪断力が有効
に加わらなくなり、分散性が低下し溶融混練が不可能な
状況となる。その結果として、着色剤、帯電制御剤等の
分散が十分でなくなり、溶融混練物の内部に帯電制御剤
等の濃度の偏りが生ずる。このような状態で得られた溶
融混練物の固化物を粉砕し、得られるトナーは、トナー
粒子間に帯電制御剤等の内部の濃度差、すなわちトナー
の帯電能力差が生じるため、帯電能力差が発生し、帯電
能力の低いトナー粒子によつて非画像部が現像されるこ
とになり地汚れというコピー品質の低下を招くことにな
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、地汚れの発
生抑制、画像の高濃度化、画像の高画質化を実現するト
ナーを効率的に製造するための溶融混練装置を提供する
ものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、熱可塑性樹脂
または熱硬化性樹脂を含む樹脂組成物の溶融混練に用い
るシリンダーと該シリンダー内に包含される回転軸から
なる１軸溶融混練装置において、該装置が、シリンダー
内面に固定される複数のピンと、前記回転軸と共に回転
するように固定された複数の円板と、前記回転軸と同中
心軸を持ち、独立して回る第２の回転軸を有し、該第２
の回転軸にも、回転軸と共に回転するように固定された
スパイラル円盤を備えることを特徴とする溶融混練装置
であり、また、前記第２の回転軸の回転数（ＦＮ）をＦ
Ｎ＝原材料のフィード量／スパイラル円盤の送り量とし
た時、前記ＦＮが０．５から１．０となるように、第２
の回転軸の回転数を制御することを特徴とする溶融混練
装置である。

【０００６】本発明を以下、図１にそって説明する。図
１は１軸混練装置を示すもので、溶融混練装置のフィー
ダ口８より投入された原材料は、第２の回転軸７に固定
される第２のスパイラル円盤２により、シリンダー１の
前方へと送り出され、シリンダー１の内部で回転軸７に
そって移動される。第１の回転軸４に固定される第１の
回転円盤３の部分では、材料は回転円盤３の回転により
軸から外周方向に移動する。この時、フィード量に合わ
せスパイラル円盤２の回転数を専用の駆動系６によって
変化させる。スパイラル円盤２の回転数は、ＦＮ＝フィ
ード量／スパイラル円盤２の送り量とした時、ＦＮ＝
１．０が望ましい。０．５＜ＦＮ＜１．０の範囲では、
送り部での空気の取り込みはＦＮ＝１．０に比べ多い
が、剪断力を有効に加えた混練が可能となる。ＦＮ＜
０．５では、混練部での充填率及び圧力が大きく低下す
るため、樹脂の溶融が減り混練が困難となる。一方、Ｆ
Ｎ＞１．０では、送り能力以上の原材料をフィードする
ことになり、いわゆるバックフラッシングが発生する。

【０００７】本発明の溶融混練装置によれば、低回転の
制御が可能となり、混練物の温度を抑制しながら強い剪
断力を加える方法が可能となる。具体的には、溶融混練
装置のフィーダ口より投入された原材料は、第２のスパ
イラル円盤２により、シリンダー前方へと送り出され、
シリンダー内で回転軸にそって移動する。第１の回転円
盤３の部分では、原材料は回転円盤３の回転により軸か
ら外周方向に移動し、原材料は回転円盤３とシリンダー
内面に固定される複数のピン５との間でずり剪断力を受
けつつ移動する。そして、第２のスパイラル円盤２の回
転数の細かい制御及び即座の対応が可能となるため、よ
り大きなずり剪断力を加えながらもフィード量の低下が
なく、少量多品種の混練に最適な溶融混練装置とするこ
とができる。 さらに、結果的に、原材料が高い剪断及
び分割作用を受けることになり、着色剤、帯電制御剤、
離型性樹脂は、結着性樹脂の中で細かく分散され、溶融
混練物内部で着色剤等の濃度差がなくなり、製造される
トナーの帯電能力を均一なものとする。このようなトナ
ーから得られる画像は、感光体の非画像部にトナーが付
着することなく、コピーが地汚れのないものとなる。

【０００８】本発明の溶融混練装置に投入される原材料
のひとつとして、結着剤樹脂、離型性樹脂があるが、こ
れらは公知のもの全てが使用できる。例えば、ポリスチ
レン、ポリｐ−スチレン、ポリビニルトルエン等のスチ
レン及びその置換体の単一重合体、スチレンーｐ−クロ
ルスチレン共重合体、スチレン−プロピレン共重合体、
スチレン−ビニルトルエン共重合体、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−メタアクリル酸エチル共重合体、スチ
レン−メタアクリル酸ブチル共重合体、スチレン−メタ
アクリル酸ブチル共重合体、スチレン−α−クロルメタ
アクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリルニトリ
ル共重合体、スチレン−ビニルメチルエーテル共重合
体、スチレン−ビニルメチルケトン共重合体、スチレン
−ブタジェン共重合体、スチレン−イソプレン共重合
体、スチレン−マレイン酸共重合体、スチレン−マレイ
ン酸エステル共重合体等のスチレン系共重合体、ポリメ
チルメタクリレート、ポリブチルメタクリレート、ポリ
塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレン、ポリプロ
ピレン、ポリエステル、ポリウレタン、エポキシ樹脂、
ポリビニルブチラール、ポリアクリル酸樹脂、ロジン、
変性ロジン、テルペン樹脂、フェノール樹脂、脂肪族又
は脂肪族炭化水素樹脂、芳香族系石油樹脂、塩素化パラ
フィン、パラフィンワックスなどが単独あるいは混合し
て使用できる。着色剤としては、電子写真用トナーとし
て公知のものが全て使用できる。黒色の着色剤について
は、例えば、カーボンブラック、アニリンブラック、フ
ァーネスブラック、ランプブラック等が使用できる。ま
た、シアン色の着色剤としては、例えば、フタロシアニ
ンブルー、メチレンブルー、ビクトリブルー、メチルバ
イオレット、アニリンブルー、ウルトラマリンブルー等
が使用でき、マゼンタ色の着色剤としては、例えば、ロ
ーダミン６Ｇレーキ、ジメチルキナクリドン、ウォッチ
ングレッド、ローズベンガル、ローダミンＢ、アリザリ
ンレーキ等が使用できる。さらに、イエローの着色剤と
しては、例えば、クロムイエロー、ベンジシジンイエロ
ー、ハンザイエロー、ナフトールイエロー、モリブデン
オレンジ、マノリンイエロー、タートラジン等が使用で
きる。トナー製造のための原材料としては、さらに、よ
り効率的な帯電付与特性を与えるために、例えば、染
料、顔料、荷電制御剤などを含有してもよい。荷電制御
剤としては、例えば、モノアゾ染料の金属錯塩、ニトロ
フミン酸及びその塩、サリチル酸、ナフトエ酸、ジカル
ボン酸のＣｏ、Ｃｒ、Ｆｅ等の金属錯体、有機染料、四
級アンモニウム塩等がある。

【０００９】トナー原材料混練後の製造方法としては、
従来、公知の方法でよく、例えば、混練した後、冷却固
化せしめ、これをジェットミルで粉砕し、分級して得ら
れる。 本発明の溶融混練装置から得られるトナーに
は、必要に応じて、一般に使用されているトナー用の添
加剤、例えば、コロイダルシリカのような流動化剤、酸
化チタン、酸化アルミニゥム等の金属酸化物や、炭化ケ
イ素等の研磨剤、脂肪酸金属塩などの滑剤などを添加し
てもよい。添加する方法としては、従来公知の方法でよ
く、ヘンシャルミキサー、スピードニーダ等の装置によ
り混合できる。本発明の溶融混練装置によって製造され
るトナーは、乾式一成分現像剤あるいは乾式二成分現像
剤として使用される。乾式二成分現像剤として使用する
場合は、キャリアに対する使用割合は、トナー粒子がキ
ャリア粒子の表面に付着して、その表面積の３０％〜９
０％を占める程度の割合で混合することが好ましい。乾
式二成分現像剤用のキャリアとしては、公知のものを使
用でき、例えば、鉄粉、フェライト等のノンコートキャ
リアや、スチレン−アクリル樹脂、シリコン樹脂、フッ
素変性アクリル樹脂等をコーティングしたキャリア、造
粒キャリア等が使用される。以下、本発明の実施例につ
いて説明する。

【００１０】

【実施例】

実施例１〜５及び比較例１〜４ 下記組成の混合物を表１に示す条件にて溶融混練した。 スチレン−アクリル酸共重合体 ９５重量部 ポプロピレン ５重量部 カーボンブラック １０重量部 サリチル酸亜鉛 ２重量部 実施例に使用した溶融混練装置は、スクリュー径４６ｍ
ｍの１軸混練機であり、混練温度（投入口付近は摂氏７
０度、中央部から排出口は摂氏１００度）は固定条件で
あった。また、比較例に関しては、従来の溶融混練装置
を使用した。

【００１１】［結果及び評価］実施例、比較例のうち比
較例２及び３は、フィド量が混練装置の送り量に勝って
しまうため、原材料の供給過多状態(ＦＮ＞１．０)、い
わゆるバックフラッシングを発生し、比較例４では機内
充填率の低下が大きく、溶融混練が不可能となった。評
価方法は、以下の方法により評価を行った。表１に示さ
れる条件にて混練後、冷却、粉砕、分級し、平均粒径１
１．６μｍのトナーを得た。次いで、これらのトナー５
重量部とノンコート不定形鉄粉キャリア９５重量部と
を、ボールミルにて連続撹拌し乾式二成分現像剤を製造
した。さらに、得られた乾式二成分現像剤を電子写真方
式デジタル複写機（リコー製、ＩＭＡＧＩＯ−３２０）
の改造機にセットし、下記の評価基準に基づく、画像濃
度、地汚れ、帯電量の評価を実施した。結果を表２に示
す。 １．初期の場合の評価基準 画像濃度：エックスライト社のＸ−Ｒｉｔｅによる測定
で、 ＩＤ値：１．４以上。 地汚れ ：非画像部のトナー飛散の状態を５ランクに分
け ［５（良い）〜１（悪い）］、ランク４．５以上。 帯電量 ：通常のブローオフ法により測定；μｃ／ｇで
表示、１８（μｃ／ｇ）以上。 ２．３万枚ランニング後の評価基準 画像濃度：エックスライト社のＸ−Ｒｉｔｅによる測定
で、 ＩＤ値：１．２以上。 地汚れ ：非画像部のトナー飛散の状態を５ランクに分
け ［５（良い）〜１（悪い）］、ランク４以上。 帯電量 ：通常のブローオフ法により測定；μｃ／ｇで
表示、１５（μｃ／ｇ）以上。

【００１２】

【表１】

【００１３】

【表２】

【００１４】

【発明の効果】本発明の溶融混練装置によれば、低回転
の制御が可能となり、混練物の温度を抑制しながら強い
剪断力を加える方法が可能となる。これにより、原材料
のフィード量の低下がない溶融混練装置とすることがで
きる。結果的に、原材料が高い剪断及び分割作用を受け
ることになり、例えば、電子写真用トナーの場合、着色
剤、帯電制御剤、離型性樹脂は、結着性樹脂の中で細か
く分散され、溶融混練物内部で着色剤等の濃度差がなく
なり、製造されるトナーの帯電能力を均一なものとす
る。このようなトナーから得られる画像は、感光体の非
画像部にトナーが付着することなく、コピーが地汚れの
ないものとなる。

【００１５】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の溶融混練装置の断面図である。

【００１６】

【符号の説明】

１ シリンダー ２ 第２のスパイラル円盤 ３ 第１の回転円盤 ４ 第１の回転軸 ５ ピン ６ 駆動系 ７ 第２の回転軸 ８ フィダー口

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂を含む樹
   脂組成物の溶融混練に用いるシリンダーと該シリンダー
   内に包含される回転軸からなる１軸溶融混練装置におい
   て、該装置が、シリンダー内面に固定される複数のピン
   と、前記回転軸と共に回転するように固定された複数の
   円板と、前記回転軸と同中心軸を持ち、独立して回る第
   ２の回転軸を有し、該第２の回転軸にも、回転軸と共に
   回転するように固定されたスパイラル円盤を備えること
   を特徴とする溶融混練装置。
2. 【請求項２】前記第２の回転軸の回転数（ＦＮ）をＦＮ
   ＝原材料のフィード量／スパイラル円盤の送り量とした
   時、前記ＦＮが０．５から１．０となるように、第２の
   回転軸の回転数を制御することを特徴とする溶融混練装
   置