JPH0816795B2 - トナ−の製造方法およびその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は主として電子写真複写機用トナーの製造方
法、およびその製造装置に関するものである。

（従来技術） 従来、トナーの製造方法にはカーボンブラックと熱可
塑性樹脂粉末とを攪拌混合し、加熱あるいは溶剤を加え
て液状にし、このトナー原液を噴霧乾燥させてトナー粒
子を得る場合と、カーボンと樹脂との混練物を適当な大
きさに粉砕した後、熱気流型の流動造粒径装置により溶
融または軟化させて球形化させる場合とがある。

このようにしてできたトナー粒子は第５図（１）に示
すもので、樹脂粉末ａ中にカーボンｂと荷電制御剤ｃが
混在している。これに粒子同士の凝集を防止する目的で
第５図（２）のようにトナー粒子表面を酸化亜鉛・酸化
硅素・酸化チタン等の非粘着性の微粒子ｄで被覆させる
方法がある。これには、たとえば特公昭53-23700号公報
がある。また、第５図（３）のように樹脂粉末ａの粒子
表面に直接カーボンｂ・荷電制御剤ｃ等の微粒子を埋設
または固着させて被覆させる方法もある。これには、特
開昭62-83029号公報に示された衝撃式打撃手段を用いた
ものがある。

（発明が解決しようとする問題点） 電子写真複写機用トナーとして求められる点の一つと
して、できるだけ球形に近いもので、粒度範囲が狭く、
粒径が揃い、凝集しにくく、流動性がよいことである。
そして、こうした条件を満足させたトナーは分散性にす
ぐれ、解像度のよい複写を可能とする。そのため前述の
ようにトナーを球形化させて分散性および流動性を良好
にしたり、トナー粒子同士の凝集を押さえるためにトナ
ー粒子表面に酸化亜鉛・酸化硅素・酸化チタンの他にも
クレー・炭酸カルシウム等非粘着性粒子を被覆させるわ
けである。

ところで、従来トナーを造り出すためには樹脂粉末と
カーボン等との混合から始まり溶剤の添加と捏化、更に
できた混合物の粉砕と球形化、篩分けと多くの工程を経
なければならなかった。しかも、こうして造られたトナ
ーがすべて製品として満足できるというものではなく、
最終的には篩分けによって選り分けられ、不適合なもの
は再利用のため粉砕されるか、あるいは廃棄処理され
る。次に、トナーに求められるもう一つの点としてカー
ボン等が樹脂粒子に確実に保持されていることである。
つまり、樹脂粒子へのカーボン等の保持が弱いとカーボ
ン等が樹脂粒子から容易に脱落遊離し、これが画像の周
辺に被着して画像を不鮮明にしたり、白地部分に汚れを
発生させる原因となるためである。

また、原料混合から加熱気流による流動造粒装置を用
いてトナーを噴霧乾燥させて造るものでは、加熱気体の
流れや炉内温度を炉内全域にわたって均一にさせること
が難しく、粒子同士が溶けて凝結したり、炉壁に付着し
た粒子が固着溶融することも多く、さらにできた製品も
球形化が不十分だったり、樹脂粒子へのカーボン等の保
持が弱く容易に脱落するなど、トナーとして十分でない
ものも生じ易く、製品回収率の低いものであった。

一方、特開昭62-83029号公報のものでは樹脂粉末の表面
にカーボン等微粒子を埋設、又は固着させるものである
ため、前者に比べカーボン等が脱落することはほとんど
ないが、樹脂粉末に対してカーボン等の微粒子を埋設、
又は固着させるのに衝撃式粉砕機による打撃手段を用い
るため樹脂粉末の粒子自体が粉砕されるおそれがあるこ
と。たとえば、原料としてスチレン樹脂のように比較的
もろい性質のものを用いた場合にはきわめて顕著であ
る。また、粉砕機内において旋回気流中の樹脂粉末に対
して微小粒子のカーボン等の衝突をある程度効果的に行
わせるには、トナーとしての樹脂粉末粒子に対するカー
ボン等の被覆量を超える相当量のカーボン等を必要とす
ること。しかも、粉砕機内壁および循環用配管内には微
小粒子のカーボンを始め樹脂粉末等も付着滞留し易く、
そのため更に余分の原料を必要とし、原料をムダに消費
する結果となること。また、旋回気流中の樹脂粉末に対
して微小粒子のカーボン等を衝突させるという作用にお
いては、個々の樹脂粉末粒子に対してカーボン等微粒子
を過不足なく均一に被覆させることは難しく、とくに過
剰に付着した分については後に脱落のおそれもあるこ
と。

本発明は、トナーとしての要素を十分に備え、しかも
カーボン等粒子の脱落のないすぐれた電子写真複写機用
トナーを効率よく製造することのできるものである。

（問題点を解決するための手段） 本第１の発明はトナー原料を高速回転する円筒形容器
内に投入し、遠心力によりトナー用原料を回転容器の内
周面に押しつけて該内周面に沿って固定された粉体層を
形成させると共に、該粉体層に対して相対回転自在に配
設したステータによる圧縮・摩擦とスクレパによる混合
と攪拌とを同時かつ繰返し付与させ、当該作用に伴う摩
擦熱により樹脂粉末の粒子表面を軟化させて該微粒子表
面にカーボン・荷電制御剤等の微粒子を埋め込ませて被
覆させることにある。

また、本第２の発明は第１の発明を実施するための装
置に関するものであり、高速回転する円筒形容器内にス
テータとスクレパとを相対回転自在に回転方向に対して
順に配設し、容器の回転に伴いステータの先端部と内周
面との隙間が次第に狭くなるよう先端部を形成して粉体
層に対する強力な圧縮と摩擦を付与させ、さらにステー
タおよびスクレパの先端部に温度検出器を具備させ、温
度が高くなり過ぎて樹脂粉末が融着し合うことのないよ
うに温度調節を行うための温度制御手段を具備させて構
成したものである。

（作用） 本発明における最も主要な作用は、第３図に示すよう
に容器Ａを矢印方向に高速回転させて遠心力により原料
の樹脂粉末とカーボン・荷電制御剤等を容器Ａの内周面
Ｂに押し付けさせ、こうして内周面Ｂに沿って形成させ
た粉体層Ｆに対して円弧状の曲面ＥをもつステータＤを
以て圧縮力と摩擦力とを同時に付加させることにより、
樹脂粉末の粒子表面にカーボン等の微粒子を埋め込ませ
ることができる。すなわち、遠心力で内周面Ｂに押し付
け保持された原料の粉体層ＦがステータＤにより隙間Ｃ
を通過し、厚さＴから厚さｔまで圧縮されるに及んで粒
子相互間に強力な圧縮と摩擦との力が付加される。この
圧縮・摩擦力により原料粒子同士の押し付けと擦り込み
が行われ、樹脂粉末粒子の表面にカーボン等微粒子を被
覆させることができる。つまり、圧縮・摩擦として付加
される強力な圧力を加えることによって、これに伴う応
力を粒子側に生じさせることにより、粒子の表面層に結
晶構造上の変化が起こり、粒子自体の物質としての物理
的あるいは化学的性質に変化が生じる。つまり、いわゆ
るメカノケミカルな反応が起こされることになり、樹脂
粉末粒子とカーボン・荷電制御剤等微粒子の双方の表面
間に強い結合力が作用する、すなわち粒子表面が活性化
され表面が融合状態に生成される。このようにして樹脂
粉末粒子にカーボン・荷電制御剤等微粒子を均一に被覆
させることができる。しかも、圧縮・摩擦に伴う発熱現
象により少なくとも樹脂粉末粒子の表面は部分的に難化
されるため、そこに圧縮力が付加されるとカーボン・荷
電制御剤等の微粒子を樹脂粉末粒子表面に容易かつ効果
的に埋め込ませることができる。

なお、樹脂粉末粒子にカーボン・荷電制御剤等が被覆
される様子は第４図（１）〜（３）に示すように、樹脂
粉末粒子ａの表面にカーボンｂ・荷電制御剤ｃ等の微粒
子が付着する（１）図の状態、次に付着したこれら微粒
子ｂ・ｃが外からの強力な圧力を受けて樹脂粉末粒子ａ
の表面に押付けられる（２）図の状態を経て、軟化され
るに及んで前記微粒子ｂ・ｃが樹脂粉末粒子ａの表面か
ら内部へと埋め込まれ、さらに軟化した樹脂分が微粒子
ｂ・ｃの間からも押し出されてカーボンｂ・荷電制御剤
ｃ等の微粒子を堅固に保持して（３）図のトナー粒子と
なる。

なお、軟化された上に外からの強力な圧縮・摩擦に加
え攪拌・混合の作用力を受けた樹脂粉末粒子は、その相
乗作用により球形化も促進されることになる。また、樹
脂粉末粒子に対してカーボン・荷電制御剤等を均一に被
覆させることができることのほか、樹脂粉末粒子に対す
るカーボン等の被覆微粒子の量を調整することも可能で
ある。

（発明の効果） 本発明は、樹脂粉末粒子の表面にカーボン・荷電制御
剤等の微粒子を埋め込むことによりカーボン等微粒子で
被覆されたトナーを造ることができ、しかもこのトナー
はカーボン等微粒子が確実に保持され、容易に脱落する
ことがない。しかも、圧縮・摩擦と攪拌・混合に伴う転
動作用とにより粒子の球形化も進み、流動性にすぐれた
良好な製品としてのトナーができる。また、カーボン等
微粒子を樹脂粉末粒子に対してきわめて均一に被覆させ
ることができるため、従来方法に比べ樹脂粉末に対する
カーボンおよび荷電制御剤の量を少なくすることが可能
である。その割合は、たとえば樹脂粉末に対して従来の
カーボン量10〜20％を１〜４％に、荷電制御剤１〜２％
を0.1〜0.2％にと大幅に減少させることができ、とくに
高価な荷電制御剤を少なくすることができるので経済的
な効果もある。

また、従来の製造方法での樹脂粉末とカーボン・荷電
制御剤等の混合・捏化・粗粉砕、更に粉砕後の篩分け等
が不要となったため、処理設備と操作面での効率化が図
れ、性能も向上させることができる。

（実施例） 次に本発明を実施例により説明する。第１図および第
２図は本発明を実施するための装置で、機台１に固定さ
れた電動モータ2a及び変速機2b等からなる駆動装置２に
連結した縦向き回転軸３の上端に円筒状の処理室５を形
成するケーシング４を同芯上に取り付けて図中の矢印方
向に回転駆動すべく構成している。また、ケーシング４
はその内部の被処理原料が遠心力により内周面4aに押付
けられるように、しかも内部の被処理原料の性状に応じ
て適切な遠心力が得られるように、たとえばインバータ
を使用して電動モータ2aを可変速に制御でき、ケーシン
グ４の回転速度を自由に調整変更できる。

ケーシング４の外周囲には適当な間隔を保ちケーシング
４を包囲するカバー９を設け、該カバー９に冷却用空気
の入口22と出口23とを設けてケーシング４の外周に冷却
用空気の通路を形成し、下方の入口22にはフイルタ24を
具備させ、上方の出口23はバルブ39を介し風車29に接続
させている。なお、ケーシング４の外周側には冷却効果
を良くする目的から放熱板20を具備させている。また、
カバー９の側面にはケーシング４の外周に向けて配置さ
れた冷却水ノズル19と、これに伴う排水口21が下方に設
けられている。排水口21からの排水は貯留タンク33に送
り込まれ、バルブ40を介してポンプ35で再び冷却水ノズ
ル19へと循環供給される。なお、冷却水ノズル19の付設
に伴いカバー９内にはケーシング４の上方位置にリング
状に仕切板10を配設させ、冷却水がケーシング４上方に
洩れるのを防止するようにしているが、仕切板10の取り
付け位置を変えケーシング４との間に通気路として適度
な隙間を設けることにより、冷却用空気を送り込んだ際
のケーシング４面全体に均一に冷却用空気を当てて冷却
効果を良くすることができる。以上、ケーシング４の冷
却手段については必要に応じて水冷あるいは空冷のいず
れかの選択ができるようにしている。

次にケーシング４内には内周面4aに対し適当な隙間を
保持させてステータ６とスクレパ７とが配設される。こ
のステータ６とスクレパ７とは回転方向に対してステー
タ６・スクレパ７の順に互いに間隔を保って配設されて
おり、ケーシング４の上方中心部を貫通して設けられた
支持体８に固定保持されている。このステータ６の先端
部6aは円弧状の曲面をしており、ケーシング４の回転に
対してその作用面がケーシング４の内周面4aとの隙間を
次第に縮小させるように構成させている。また、ステー
タ６とスクレパ７および支持体８内部には熱媒または冷
媒の通路16が設けられている。この通路16は供給管14お
よび排出管15に接続され、ポンプ34・バルブ41を介し熱
媒あるいは冷媒の貯留源30に接続されている。ステータ
６およびスクレパ７には温度検出器25を取り付け、処理
室５内の原料を最適温度範囲に維持させるため温度測定
器26に接続させて検出値に応じて温度調節を行わせる。
つまり、温度検出器25からの検出値に応じて、たとえば
ケーシング４の回転を温度が上昇してくれば遅くし、温
度が下降してくれば早くなるようにケーシング４の回転
数を即時的に変更するほか、熱媒および冷媒の供給量を
加減したり、あるいは冷却水量または空気量を加減する
ことによっても温度調節を行わせる。なお、これら手段
の一つあるいは複数を適時選択することができる。

また、支持体８内には前記熱媒および冷媒の通路16の
ほか原料供給管11と製品排出管12と搬送用空気の導入管
13および液剤添加ノズル17と空気・不活性ガス等の気体
供給ノズル18が具備されている。原料供給管11には供給
機27が、製品排出管12には補集器28と風車29とバルブ37
が、空気導入管13にはバルブ38が、液剤添加ノズル17に
はポンプ36とバルブ42を介して貯留源31が、気体供給ノ
ズル18にはバルブ43を介して貯留源32がそれぞれ接続さ
れる。

なお、前記ステータ６およびスクレパ７とケーシング
４の内周面4aとの隙間は、たとえば粉体層10〜50mmに対
し、ステータ６側では５〜30mm、スクレパ７側では１〜
2mmである。

以上の構成により、原料供給管11から投入された被処
理原料は処理室５内で必要に応じて各種液剤の添加、お
よび空気や窒素等の不活性ガスの供給を受け、ステータ
６とスクレパ７とにより圧縮摩擦と攪拌混合の作用を付
与されて樹脂粉末に対してカーボン等微粒子が埋め込ま
れ被覆されたトナー粒子ができる。こうして所定時間
後、風車29を運転し、バルブ37・38を操作して空気導入
管13より処理室５内に導入させた空気に乗せて内部の製
品を製品排出管12から補集器28へと空気輸送させて取り
出すことになる。また、製品としてのトナーの品質を左
右する処理室５内の温度管理は通常温度検出器25に接続
させた温度測定器26を以て行う。なお、温度測定器26に
図示省略の温度制御機構を接続させることにより、ケー
シング４の回転数変更からステータ６とスクレパ７およ
びケーシング４の内壁面4aに対する加熱冷却の各手段等
すべてを自動化させることもできる。

なお、カーボン等の微粒子を樹脂粉末粒子に被覆させ
るのに最適な温度は、樹脂の種類や成分、粒子の径によ
っても異なるが、通常のトナー用樹脂粉末の場合では、
摂氏50〜80度の範囲である。たとえば実験例として、原
料の樹脂粉末にスチレンとアクリルの共重合体を使用
し、カーボンブラックとの比率を50対１の割合にした場
合では摂氏50〜55度の範囲であった。そして、実験の結
果は非常に均一で球形化され、分散性と解像度にすぐれ
た良好な製品としてのトナーが得られた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本実施例による装置の要部断面図、第２図は第
１図Ａ−Ａ断面図、第３図は本発明のステータによる作
用の概略を示す説明図、第４図は本発明におけるトナー
の製造経過の概略を示す説明図、第５図は従来トナーの
断面説明図、第６図は従来装置の一例を示す要部断面図
である。 図において、１……機台、２……駆動装置、３……回転
軸、４……ケーシング、4a……内周面、５……処理室、
６……ステータ、７……スクレパ、９……カバー、11…
…原料供給管、12……製品排出管、13……空気導入管、
16……通路、19……冷却水ノズル、25……温度検出器、
Ａ……容器、Ｂ……内周面、Ｃ……隙間、Ｄ……ステー
タ、Ｅ……曲面、Ｆ……粉体層、ａ……樹脂粉末、ｂ…
…カーボン、ｃ……荷電制御剤、ｄ……非粘着性微粒子
である。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】熱可塑性樹脂粉末・カーボン・荷電制御剤
   等のトナー用原料に機械的な力を付与させて攪拌混合さ
   せ、該作用時の摩擦熱により樹脂粉末を軟化させて該粒
   子表面にカーボン・荷電制御剤等の微粒子を埋め込ませ
   て被覆する方法において、トナー原料を高速回転する円
   筒形容器Ａ内に投入し、遠心力によりトナー用原料を回
   転容器Ａの内周面Ｂに押しつけて該内周面Ｂに沿って固
   定保持された原料粉体層Ｆを形成させると共に、該粉体
   層Ｆに対して相対回転自在に配設したステータＤとスク
   レパとを以て圧縮摩擦と混合攪拌とを同時かつ繰返し付
   与させて樹脂粉末粒子表面にカーボン・荷電制御剤等の
   微粒子を埋め込ませることを特徴とするトナーの製造方
   法。
2. 【請求項２】高速回転する円筒状ケーシング４内にステ
   ータ６とスクレパ７を回転方向に対して順に相対回転自
   在に配設し、ケーシング４の回転に伴いステータ６の先
   端部6aと内周面4aとの隙間が次第に狭くなるような形状
   にステータ６側の先端部6aを形成させると共に、ステー
   タ６およびスクレパ７の両先端部に温度検出器25を具備
   させ、これに連動する温度制御手段を付加させて構成し
   たことを特徴とするトナーの製造装置。
3. 【請求項３】前記温度制御手段として、可変速電動機2a
   を用いてケーシング４の回転速度を変更自在とし、ステ
   ータ６およびスクレパ７と原料粉体層との摩擦に伴う摩
   擦熱の発生を調節させる特許請求の範囲（２）項記載の
   トナーの製造装置。
4. 【請求項４】前記温度制御手段として、ステータ６およ
   びスクレパ７の内部に両先端部に連なる通路16を形成
   し、熱媒または冷媒の貯留源30に接続させた特許請求の
   範囲（２）項記載のトナーの製造装置。
5. 【請求項５】前記温度制御手段として、ケーシング４内
   に気体供給ノズル18を具備させ、空気・不活性ガス等の
   貯留源32に接続させた特許請求の範囲（２）項記載のト
   ナーの製造装置。
6. 【請求項６】前記温度制御手段として、ケーシング４の
   外周囲に適当な空間を持たせてカバー９で包囲し、該カ
   バー９内にケーシング４の外周壁に向けて冷却水ノズル
   19を付設した特許請求の範囲（２）項記載のトナーの製
   造装置。
7. 【請求項７】前記温度制御手段として、ケーシング４の
   外周囲に適当な空間を持たせてカバー９で包囲し、該空
   間を冷却用空気の通路として風車29に接続させた特許請
   求の範囲（２）項記載のトナーの製造装置。