JP5182001B2 - トナーの製造方法およびトナー造粒装置 - Google Patents
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Description
このようなトナーの製造法は、粉砕法および重合法に大別され、そのうち粉砕法が簡便かつポピュラーなものとして知られている。
この粉砕法は、転写材に定着させるための結着樹脂と着色剤が使用され、また必要に応じて荷電制御剤、磁性材料および離型剤などが用いられている。これらをトナー原料として混合し、溶融混練して冷却固化した後、得られた混練物を粉砕手段により微細化し、分級手段により所望の粒度分布に分級したり、その後に流動化剤などを添加したりすることによって、画像形成に供するトナーが製造されている。特に近年、高速印字のために、トナー材料としてより低融点の樹脂が用いられ、また高解像度を得るために小粒径化され、しかも離型剤(典型的にはWax)を含有したトナーが望まれている。
また特許文献2には、微粉トナーを混練工程後のトナー中間物に均一に撒き、トナー中間物が有している保有熱で微粉トナーを熔融させた後、冷却、粉砕工程を経て、所定粒径の製品トナーに再生する発明が記載されている。
また、特許文献3には、本来のトナー製造工程とは別に微粉トナー用に混練工程を設け、本来のトナー製造工程と同じバッチ式および連続式1軸又は2軸の送りスクリューからなる押出機で熔融混練を行った後、本来のトナー製造工程に戻す、または粗粉砕まで処理し粗粉砕工程に戻す発明が記載されている。
また、特許文献4には、分級工程で排出された微粉トナーを過熱して溶融または軟化させ、得られた溶融物または軟化物を加圧押出機により押し出して混練工程後で冷却前の混練物に混入する発明が開示されている。
また特許文献6には、造粒機の前段に微粉の嵩密度を上げる脱気装置を具備した発明が開示されている。
さらに特許文献7には、造粒した微粉と、造粒しない生微粉を、再利用する方法の発明が記載されている。
また、特許文献2に記載の発明は、撒く量が微量である以外はペレット状のトナー中間物の表面に微粉トナーが単に付着した状態となり、この状態では、混練物と微粉トナーが一体化されず、その結果、擦ると容易に剥がれ落ちてしまう。これは混練物と微粉トナーの熱交換率が低いためであり、軟化点が低い微粉トナー以外は溶融・軟化されず、微粉トナーの使用量を多くすることができないという問題があった。
また、特許文献3に記載の発明では、5μm以下の粒径が多いと押出機に供給する際に投入部分に微粉トナーが送り込まれない、いわゆるフィードネック現象が起こってしまい、結局、5μm以下の微粉は定量的に供給できないという問題があった。
さらに、特許文献4に記載の発明では、加圧押出機をヒータで加熱するための電力が必要であるのでエネルギーロスを生じるとともに、加熱されて軟化・溶融した物が容器内に残存して完全にその装置から排出されず、この残存物を除去するメンテナンスを1工程終了毎に、あるいは装置停止後稼動前に一々実行する必要がある等の問題があった。
すなわち、規格外の微粒子トナーの混練機スクリュー部への食込みが悪くなるフィードネック現象が起こった状態で製造されたトナーは、微粉トナーを再利用しない場合のトナーと比較して、予定される混合状態に混合したトナーが得られない。このため各種原材料の分散性が悪くなったり、また、フィードネック現象を起こす結果、混練機からの吐出量が極端に少なくなり、生産能力が低くなるという問題点が生じる。
このような問題点を改善しようとする特許文献6に記載の発明においても、生産性向上には限界がある。
このように、上記記載の特許文献の発明で用いられる造粒機を用いて微粉トナーを造粒すると、所定の嵩密度を得ながら、フィードネックを生じないようにする解決手段は、何ら明示されていない。特にどのように構成された造粒装置を用いてどのような条件で工程を行えば所定の嵩密度を得、フィードネックを生じず、使用する装置のメンテナンスも基本的に省略できるように、本発明が開示する2本のプレスロールの速度比を設定する発明は、何ら示されてはいない。また本件発明のような量産技術への展開が開け得る発明は、未だ開示されてはいないと言える。
また、請求項2は、請求項1に記載のトナーの製造方法において、前記2本のプレスロールは速いほうのプレスロールの回転が20rpm以下であり、前記2本のプレスロールが前記微粉トナーを上から下方向に押し出すような内方向に回転することを特徴とする。
また、請求項3は、請求項1に記載のトナーの製造方法において、前記2本のプレスロールは速いほうのプレスロールの回転が10rpm以下であり、前記2本のプレスロールが前記微粉トナーを上から下方向に押し出すような内方向に回転することを特徴とする。
また請求項4は、請求項2または3に記載のトナーの製造方法において、前記造粒工程は、前記プレスロールの下部に各々に押圧するスクレーパーを配置し、前記2本のプレスロールにより前記微粉トナーをフィードし押し出して前記スクレーパーで剥離した剥離物を破砕機により破砕し整粒機により整粒して前記微粉トナーを造粒することを特徴とする。
また請求項5は、請求項1〜4のいずれかに記載のトナーの製造方法において、前記造粒工程は前記微粉トナーの緩み見掛け密度が得られる造粒物の見かけ密度(ρ2)と原材料の見かけ密度(ρ1)の比(ρ2/ρ1)が、1.2を越え、前記略同径の2本のプレスロールの径は100〜600mmであることを特徴とする。
また請求項6は、請求項2〜5のいずれかに記載のトナーの製造方法において、前記造粒装置は前記微粉トナーを投入する微粉供給管を上部に有し内部にアジテーターとスクリューとを有するホッパーをさらに有することを特徴とする。
また請求項7は、トナー造粒装置であって、微粉トナーを投入する微粉供給管を上部に内部にアジテーターとスクリューとを有するホッパーと、
前記ホッパーの前記スクリューから入力される原材料を略同径の2本のプレスロールを略水平に配置し、前記2本の各プレスロール下に前記プレスロールを押圧するようにスクレーパーを配置し、前記2本のプレスロールの回転比を0.40〜0.95にすると共に、前記プレスロールの速い方の回転速度を20rpm以下に制御し、前記2本のプレスロールの前記回転比により前記2本のプレスロール間に回転差を与えると共に前記2本のプレスロールが前記微粉トナーを上から下へ送るように内側に回転して巻き込むように導入し前記スクレーパーにより剥離された剥離物を破砕機で破砕し、整粒機で整粒して、前記微粉トナーの緩み見掛け密度を0.05〜0.25g/ccから、0.30〜0.60g/cc に造粒することを特徴とする。
また請求項8は、請求項7に記載のトナー造粒装置において、前記2本のプレスロールを、独立に駆動させる駆動手段か、または前記回転比となる変速手段を有することを特徴とする。
また請求項9は、請求項7または8に記載のトナー造粒装置において、前記スクリュー、前記アジテーター、前記破砕機および前記整粒機の回転数を任意に設定出来ることを特徴とする。
また本発明のトナーの製造方法は、使用される装置のメンテナンスの省力化が可能であり、また、脱気装置或いは、プレスロール部を加圧する加圧手段と加温するためのユニットの両方を省略出来る。さらに、微粉トナーを食込ませる手段としての2本のプレスロールに、V字状溝或いは凹状溝等の加工を施す必要が無く、低エネルギー且つ、コスト低減につながる極めて優れた効果を奏する。
[混合攪拌、溶融混練、粉砕、分級の各工程]
混合攪拌、溶融混練、粉砕、分級までの各工程は、従来公知の工程と同様であり、使用される装置等も同様のものが使用可能である。
また、予め最適な回転比率が判っている原料を用いる場合には、回転比を変速手段(たとえばギア)等によって共通の駆動装置を用いることもできる。
〔造粒装置〕
図1に示す図は、本発明のトナーの製造方法で好ましく用いられるトナーの造粒機の全体図である。微粉(微粉トナー)は、供給口1から供給され、ホッパー2に貯蔵される。ホッパー2に貯蔵された微粉トナーは、スクリュー3とアジテーター4での設定された回転により、プレスロール部5に強制的に供給される。
本発明のトナーの製造方法で使用される造粒装置では、スクリュー3とアジテーター4は同軸駆動としているが、独立駆動であってもよい。
プレスロール5は図1に示すように、略同径のプレスロール51と、プレスロール52とからなることが好ましい。これらプレスロール51と、プレスロール52とは、独立した駆動装置により、任意に設定された回転により、微粉をプレスする。より具体的には、図示しない駆動装置(モータ)を別個に設け、別個の駆動装置には各個別に変速手段を設けてプレスロール51、52を回転させている。これは同駆動装置を用い固定ギアなどを用いて2本のプレスロール51、52を駆動させた場合と比較し、各プレスロールの回転速度の微調整ができるようにしている。そうすることによって、微細トナーのフィードネックが生じるのを抑制し、得られるトナーの造粒物に小さな塊(いわゆる「ダマ」)の発生を抑制し、またこのダマが長期に渡ると核が成長していくなどの心配が無いため、トナーの長期に渡る一定品質が保証される。また、同一の駆動装置を用いたりすると、微粉の状態が変化してノイズの多いトナー成分が生じたりあるいはこれが他の微粉トナーと混じることにより、得られるトナーの性能が低下する惧れを未然に防止することができる。
ここで記載した造粒装置の駆動は、プレスロールも含め、全てインバーターにより回転数を任意に設定出来、微粉種により、最適な製造条件をタッチパネルにより簡便に設定することが可能である。
本発明で使用される離型剤として、キャンデリラワックス、カルナウバワックス、ライスワックスなどの天然ワックス、モンタンワックス、パラフィンワックス、サゾールワックス、低分子量ポリエチレン、低分子量ポリプロピレン、アルキルリン酸エステル等がある。これらは、結着樹脂および定着ローラー表面材質により選択される。これら離型剤の融点は65〜90℃を挙げることができる。この範囲より低い場合には、トナーの保存時のブロッキングが発生しやすくなり、この範囲より高い場合には定着ローラー温度が低い領域でオフセットが発生しやすくなる場合がある。
本発明で使用される着色剤としては、公知のものを使用できる。
黒色顔料としては、カーボンブラック、オイルファーネスブラック、チャンネルブラック、ランプブラック、アニリンブラック等のアジン系色素、金属塩アゾ色素、金属酸化物、複合金属酸化物が挙げられる。
これらは、いずれも乾燥した粉体顔料であり、1種または2種以上使用することができる。
結着樹脂としては、同一または異なる従来公知のものを広く使用することができる。例えば、ビニル樹脂或いはポリエステル樹脂或いはポリオール樹脂からなり、中でもポリエステル樹脂またはポリオール樹脂が好適に用いられる。
エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、ウレタン樹脂、フェノール樹脂、ブチラール樹脂、ロジン、変性ロジン、テルペン樹脂など。エポキシ樹脂としては、ビスフェノールAやビスフェノールFなどのビスフェノールとエピクロロヒドリンとの重縮合物。
本発明をトナーとして用いる場合には、荷電制御剤をトナー粒子に配合(内添)、またはトナー粒子と混合(外添)して用いることができると好ましい。
荷電制御剤としては、ニグロシン、炭素数2〜16のアルキル基を含むアジン系染料(特公昭42−1627号公報に記載)、塩基性染料(例えば、C.I.Basic Yellow2:C.I.41000)、C.I.Basic Yellow3、C.I.Basic Red1、C.I.Basic Red9:C.I.42500)、C.I.Basic Violet1:C.I.42535)、C.I.Basic Violet3:C.I.42555)、C.I.Basic Violet10:C.I.45170)、C.I.Basic Violet14:C.I.42510)、C.I.Basic Blue1:C.I.42025)、C.I.Basic Blue3:C.I.51005)、C.I.Basic Blue5:C.I.42140)、C.I.Basic Blue7:C.I.42595)、C.I.Basic Blue9:C.I.52015)、C.I.Basic Blue24:C.I.52030)、C.I.Basic Blue25:C.I.52025)、C.I.Basic Green4:C.I.42000)等、これらの塩基性染料のレーキ顔料、C.I.Solvent Black8:C.I.26150)、ベンゾイルメチル−ヘキサデシルアンモニウムクロライド、デシルトリメチルクロライド、等の四級アンモニウム塩或いはジブチルまたはジオクチルなどのジアルキル錫化合物、ジアルキル錫ボレート化合物、グアニジン誘導体、アミノ基を含有するビニル系ポリマー、アミノ基を含有する縮合系ポリマー等のポリアミン樹脂、特公昭41−20153号公報、特公昭43−27596号公報、特公昭44−6397号公報、特公昭45−26478号公報に記載されているモノアゾ染料の金属錯塩、特公昭55−42752号公報、特公昭59−7385号公報に記載されているサリチル酸、ジアルキルサリチル酸、ナフトエ酸、ジカルボン酸のZn、Al、Co、Cr、Fe等の金属錯体、スルフォン化した銅フタロシアン顔料が挙げられる。
無機微粉体としては、Si、Ti、AL、Mg、Ca、Sr、Ba、In、Ga、Ni、Mn、W、Fe、Co、Zn、Cr、Mo、Cu、Ag、V等の酸化物や複合酸化物を1種または2種以上混合したものが挙げられる。これらのうち、二酸化珪素(シリカ)、二酸化チタン、アルミナの微粒子が好適に用いられる。さらに、疎水化処理剤等により表面改質処理することが有効である。
2)ロウト排出部口径がφ10mm、ロウト高さ60mm、ロウト上端口径φ60mmのロウトを容易する。
3)ロウトを介して、50ml(=50cc)容器にゆるみ見掛け密度を測るための試料である微粉トナー、あるいは造粒品を、前記ロートに溢れるまで充填する。
4)容器から造粒品が溢れたら、充填を停止し、容器上端をスクレイパーを用いて余分な試料をすり切り、重量B(単位g)を測定する。
5)上記4)での重量から、前記1)における(B−A)/50ccを計算し、嵩密度(g/cc)として算出する(結果C g/cc)。
6)上記5)の結果(C g/cc)に係数1.8を乗じ、緩み見掛け密度として算出する。
たとえば緩み見掛け密度:0.410g/ccトナーの嵩密度測定値は0.228g/ccである(0.410÷1.8=0.228(有効数字は3桁とした))。
結着樹脂:ポリエステル樹脂 100部
帯電制御剤:3,5−ジ−tert−ブチルサリチル酸亜鉛塩 2部
離型剤:カルナバワックス 3部
顔料:C.I.ピグメントイエロー180 5部
上記トナー材料を混練機を用いて溶融混練した後に、冷却固化して粗粉砕したトナー原料を、ジェットミルにより粉砕(微粉砕)し、更に分級を行った。体積平均粒径8.5μm品(計測器:マルチサイザーにより求めた体積平均粒径)を得る際に発生する微粉トナーを300kg準備し、この微粉トナー100部に対し、公称体積平均粒径10nmの疎水性シリカを0.6部又は1.0部の割合で添加し、意図的に混合処理し、これを以下に使用するサンプル1とした(比較例1、実施例1〜3および比較例2、実施例4〜5:表1)。
結着樹脂:ポリエステル樹脂 100部
帯電制御剤:3,5−ジ−tert−ブチルサリチル酸亜鉛塩 2部
離型剤:カルナバワックス 3部
顔料:カーボンブラック 3.5部
上記トナー材料を混練機を用いて溶融混練した後に、冷却固化して粗粉砕したトナー原料を、ジェットミルにより粉砕(微粉砕)し、更に分級を行った。体積平均粒径8.5μm品(計測器:マルチサイザーにより求めた体積平均粒径)を得る際に発生する微粉トナーを300kg準備し、この微粉トナー100部に対し、公称体積平均粒径10nmのカーボンブラック3.5部の割合で添加し、意図的に混合処理し、これを以下に使用するサンプル2とした(比較例3、実施例6〜8:表2)。
これらの2種類の微粉トナー(サンプル1、2)を用い、及び図1に示す造粒機を使用し、下記条件で表に示す通りに、造粒し評価を行った。なお、ここで使用した造粒機のプレスロール51、52のロール径はいずれも230mm、ロール巾はいずれも230mmであり、プレスロール51とプレスロール52との間隙は1000μmであった。この実施例では、造粒に用いられたプレスロールの幅(有効幅)は、回転数の違いによって作業がされた定常状態において、プレスロール全幅の約半分の幅(75mm)で行われていた。プレスロールの両端にガイドを設け、このガイドで制限している。
すなわち比較例1に対し、実施例1〜実施例3、比較例2に対し、実施例4〜5、或いは、比較例3に対し、実施例6〜8に示されているように、比較例1〜3では原料食い込み性について全て悪かった(フィードネック有り)のに対し、これら上記実施例に示すように、本発明のトナーの製造方法では、フィードネックが解消されていることが実証されている。そして処理能力を比較すると、比較例1が7kg/Hrに対して実施例1では約3倍の20kg/Hrであり、実施例2では5倍を超す38kg/Hrであり、実施例3では2倍を超す18kg/Hrであった。
また比較例2では5kg/Hrであるのに対し実施例4では2倍を超す13kg/Hrであり、実施例5では3倍を超す18kg/Hrであった。
さらに比較例3では8kg/Hrであるのに対し、実施例6では約3倍の23kg/Hrであり、実施例7では4.5倍の36kg/Hrであり、実施例8では約2倍の14kg/Hrであった。
また、これらの造粒品を混練機に投下した際においてもトラブル(原料が混練機に食込まない)はなく、良好な生産性が得られた。
2 ホッパー
3 スクリュー
4 アジテーター
5、51、52 プレスロール
6 スクレーパー
7 破砕機
8 整粒機
Claims (9)
- 少なくとも結着樹脂と離型剤と顔料を含むトナー原料の粉砕工程および分級工程で生じた所定粒径外の微粉トナーを再利用するトナーの製造方法であって、
緩み見掛け密度0.05〜0.25g/ccを0.30〜0.60g/ccにする造粒工程を有し、かつ、
前記造粒工程は、略同径の2本のプレスロールが左右に配置され、前記2本のプレスロールの回転比が0.40〜0.95である造粒装置を用いて造粒することを特徴とするトナーの製造方法。 - 前記2本のプレスロールは回転の速い方のプレスロールの回転が20rpm以下であり、前記2本のプレスロールが前記微粉トナーを上から下方向に押し出すような内方向に回転することを特徴とする請求項1に記載のトナーの製造方法。
- 前記2本のプレスロールは回転の速い方のプレスロールの回転が10rpm以下であり、前記2本のプレスロールが前記微粉トナーを上から下方向に押し出すような内方向に回転することを特徴とする請求項1に記載のトナーの製造方法。
- 前記造粒工程は、前記2本のプレスロールの下部に前記プレスロールの各々に押圧するスクレーパーを配置し、前記2本のプレスロールにより前記微粉トナーをフィードし押し出して前記スクレーパーで剥離した剥離物を破砕機により破砕し整粒機により整粒して前記微粉トナーを造粒することを特徴とする請求項2または3に記載のトナーの製造方法。
- 前記造粒工程は前記微粉トナーの緩み見掛け密度が得られる造粒物の見かけ密度(ρ2)と原材料の見かけ密度(ρ1)の比(ρ2/ρ1)が、1.2を越え、前記略同径の2本のプレスロールの径は100〜600mmであることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のトナーの製造方法。
- 前記造粒装置は前記微粉トナーを投入する微粉供給管を上部に内部にアジテーターとスクリューとを有するホッパーをさらに有することを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のトナーの製造方法。
- 微粉トナーを投入する微粉供給管を上部に有し内部にアジテーターとスクリューとを有するホッパーと、前記ホッパーの前記スクリューから入力される原材料を略同径の2本のプレスロールを略水平に配置し、前記2本の各プレスロール下に前記プレスロールを押圧するようにスクレーパーを配置し、
前記2本のプレスロールの回転比を0.40〜0.95にすると共に、前記プレスロールの早いほうの回転速度を20rpm以下に制御し、前記2本のプレスロールの前記回転比により前記2本のプレスロール間に回転差を与えると共に前記2本のプレスロールが前記微粉トナーを上から下へ送るように内側に回転して巻き込むように導入して前記スクレーパーにより剥離された剥離物を破砕機で破砕し、整粒機で整粒して、前記微粉トナーの緩み見掛け密度を0.05〜0.25g/ccから、0.30〜0.60g/ccに造粒することを特徴とするトナー造粒装置。 - 前記2本のプレスロールを、独立に駆動させる駆動手段か、または前記回転比となる変速手段を有することを特徴とする請求項7に記載のトナー造粒装置。
- 前記スクリュー、前記アジテーター、前記破砕機および前記整粒機の回転数を任意に設定出来ることを特徴とする請求項7または8に記載のトナー造粒装置。
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