JP4441473B2 - マスターバッチ製造装置と製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、マスターバッチ製造装置と製造方法に関し、例えば電子写真法、静電印刷法等に用いられるトナーを製造するためのマスターバッチの製造装置及び製造方法に関する。

一般に、電子写真法においては、感光体上に静電潜像を形成し、その潜像をトナーを用いて現像しトナー画像を得る。さらに、紙等の被転写材にそのトナー画像を転写した後、定着させて転写物を得る方法が知られている。
このようなトナーは、結着樹脂及び顔料よりなるマスターバッチを主原料とし、荷電制御剤や添加剤等の原料が添加されて調製される。従来のトナーの製造方法において、トナーの製造工程は、マスターバッチの製造工程、マスターバッチとその他の原料との希釈混練工程、混練物の粉砕工程、分級工程及び外添工程などを備える。

従来のマスターバッチの製造工程では、まず、結着樹脂及び顔料をそれぞれ所定量計量した後、両原料を混合し、その原料混合物を振動フィーダーに供給し、均一に分散させる。
続いて、顔料を結着樹脂中に練り込むため、振動フィーダーにより原料混合物を振動させながら所望の層厚及び供給幅に調整し混練機の２本のオープンロールの間に供給する。
原料混合物は両オープンロールの回転及び加熱により結着樹脂が溶融して高粘性流体となるとともに、その溶融された結着樹脂のせん断力により微細化された顔料が、結着樹脂内に練り込まれてマスターバッチが製造される。次いで、前記マスターバッチに荷電制御剤やワックス等を適宜添加して混合し、さらに加熱してそれらを結着樹脂中に均一に分散させた後、冷却して固化させて混練物を調製する（希釈混練工程）。

続いて、前記混練物を必要に応じて粗粉砕し、さらに、ジェット粉砕機等を用いて微粉砕する（混練物の粉砕工程）。
この後、得られるトナーの流動性の低下や複写機内のトナーの飛散を誘引する微少粒子及び画質の低下を招く粗大粒子を除去し、トナーとしての性能を発揮しうる粒度分布に分級する工程が風力分級装置等を用いて行われる（分級工程）。
分級工程の後、表面処理（外添工程）、球状化処理等が行われてトナーが製造される。

ところで、従来のマスターバッチの製造工程において、振動フィーダーを使用した場合、結着樹脂及び顔料は振動フィーダー内で常に振動状態にあり、結着樹脂のまわりに顔料が付着することはなく、また、顔料の粒径は結着樹脂の粒径より小さい。そのため、結着樹脂及び顔料を振動フィーダーにより振動させたとき、その振動により顔料が発塵、飛散し、顔料が計量時と比べて徐々に減少し、マスターバッチの結着樹脂と顔料との配合比が変化するという問題や、顔料が発塵、飛散することから、作業環境が悪化するという問題があった。
そこで、振動フィーダーの代わりに、スクリューフィーダーにより結着樹脂及び顔料を供給することにより、顔料の発塵を抑制するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−１５６７９０号公報

しかしながら、スクリューフィーダーは、その構造上供給される原料の幅がスクリュー径に制約されるため、供給幅は狭く、層厚も高くなる。特に、供給量が増加すると、オープンロールに堆積した混合原料はその上層部が溶融に到るまでの十分な熱を得ることができずロールの回転により自重で落下するというロスを生じ、生産性が悪化するという問題がある。

この発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、マスターバッチの製造の際の顔料の発塵を抑制して、結着樹脂と顔料との配合比が適正なマスターバッチを製造することができるとともに、作業環境を良好に維持することができ、混合原料をロスすることなく、生産性を向上させることができるマスターバッチの製造装置及び製造方法を提供するものである。

つまり、この発明は、粒体状の原料を所定位置まで搬送して排出する原料搬送部と、原料搬送部から排出された原料を溶融混練する混練部とを備え、原料搬送部が原料を搭載して搬送するベルトコンベアーを備えたことを特徴とするマスターバッチ製造装置を提供するものである。
原料搬送部は、ベルトコンベアー上に搭載される原料の高さを規制する規制部材を備えてもよい。
原料搬送部は、規制部材の規制高さを調整する調整部を備えてもよい。
この発明は、別の観点から上記のマスターバッチ製造装置を使用し、結着樹脂と顔料とを含む粉体状原料を原料搬送部を介して混練部に供給し、前記原料を溶融混練する工程からなるマスターバッチ製造方法を提供するものである。

この発明のマスターバッチ製造装置によれば、マスターバッチの製造の際の顔料の発塵を抑制して、結着樹脂と顔料との配合比が適正なマスターバッチを製造することができるとともに、作業環境を良好に維持することができる。
また、原料搬送部がベルトコンベアー上に搭載される原料の高さを規制する規制部材を備えれば、少なくとも、原料の供給層厚および供給幅を制御することが可能となり、安定した状態で原料を供給できることから、オープンロールへの原料の巻き付き不良から起こる原料の落下による、収率悪化を防ぐことができる。

原料搬送部が規制部材の規制高さを調整する調整部を備えれば、原料の供給量に対応して、容易に供給層厚および供給幅を制御することが可能となり、安定した状態で原料を供給できることから、オープンロールへの原料の巻き付き不良から起こる原料の落下による、収率悪化を防ぐことができる。
この発明のマスターバッチの製造方法によれば、マスターバッチの製造の際の顔料の発塵を抑制して、結着樹脂と顔料との配合比が適正なマスターバッチを製造することができるとともに、作業環境を良好に維持することができる。また、オープンロールへの結着樹脂と顔料を安定した状態で原料を供給できることから、オープンロールへの原料の巻き付き不良から起こる原料の落下による、収率悪化を防ぐことができる。

以下、この発明の実施形態を、図面に基づいて詳細に説明する。
図１は実施形態の側面図、図２は実施形態の要部正面図、図３は実施形態の上面図である。
これらの図に示すように、マスターバッチ製造装置１１は原料搬送部としてのベルトコンベアフィーダー１２と、混練部としてのオープンロール混練機１３を備えたものである。
混合原料供給フィーダー１６とベルトコンベアフィーダー１２はホッパー１７に予め収容された結着樹脂と顔料との混合原料をオープンロール混練機１３方向へ搬送するようになっている。オープンロール混練機１３は、ベルトコンベアフィーダー１２から供給された原料を一対のオープンロール１４ａ、１４ｂの混合原料投入部位２６に供給してオープンロール１４ａ、１４ｂの回転により溶融混練し、マスターバッチを製造するものである。

ベルトコンベアフィーダー１２はオープンロール混練機１３と混合原料供給フィーダー１６との間に設置されている。混合原料供給フィーダー１６はテーブルフィーダー、スクリューフィーダー等一般的な定量フィーダーでよく、駆動モータ３６により駆動され、原料を収容するホッパー１７に接続されている。

図４（ａ）に示すように、ベルトコンベアフィーダー１２のベルトコンベア１８は駆動モータ３２により駆動され、混合原料受入れ部１９から混合原料排出部２０に向かって移動する。混合原料受入れ部１９から供給された混合原料はベルトコンベア１８により混合原料排出部２０に向かって発塵することなく静かに搬送され、混合原料排出部２０よりオープンロール混練機１３へ排出されるようになっている。

また、図４（ｂ）に示すようにベルトコンベア１８の終端の下部には、クリーニングブレード２１が設けられ、これにより、ベルトコンベア１８上に残留する原料は掻き落とされる。

図４（ａ）と（ｃ）および図５に示すようにベルトコンベア１８の上方に設けられた原料供給規制部材つまり規制ブレード２２により、混合原料供給フィーダー１６から供給される混合原料のベルトコンベア１８上の不均一な供給層厚、供給幅を、所望の供給層厚及び供給幅に調整し、調整された混合原料がオープンロール混練機１３に供給される。
なお、規制ブレード２２は、図５に示すようにＬ字形で２つのブレード支持部材３３にボルト３４とナット３５によって高さ（供給層厚さ）調整可能に支持されている。

オープンロール混練機１３は、図２、図３に示すように、オープンロール１４ａとオープンロール１４ｂを備え、オープンロール１４ａ、１４ｂは、それぞれ表面に螺旋状の溝２７ａ、２７ｂを有した円筒形で、互いに相対向して平行に延びるとともに、両オープンロール１４ａ、１４ｂの間に一定間隔の隙間を設けた状態で図６のように各端部が軸受けに３７ａ、３７ｂ支持されている。そして、図６のロール駆動モータ２３ａ、２３ｂと減速機３７ａ、３７ｂとにより互いに逆方向（図１参照）に回転するように構成されている。

また、オープンロール１４ａ、１４ｂは内部に循環流路が形成されているとともに、その流路に蒸気、温水、オイル等の熱媒体又は冷却水等の冷媒を供給でき、それによって、オープンロール１４ａ、１４ｂの表面温度を任意に調整することができるように構成されている。
また、図３に示すように、一対のオープンロール１４ａ、１４ｂにおける混合原料投入部位２６の上部に、ベルトコンベアフィーダー１２の混合原料排出部２０が位置している。つまり、ベルトコンベア１８により搬送された混合原料が排出部２０を介してオープンロール１４ａ上に供給されるように構成されている。

混合原料がベルトコンベア１８から混合原料排出部２０を通過してオープンロール１４ａ上に供給されると、落下することなくオープンロール１４ａに付着し、オープンロール１４ａ、１４ｂが図１の矢印で示す方向に回転することで、結着樹脂及び顔料は溶融混練される。
即ち、オープンロール１４ａに供給された混合原料は、オープンロール１４ａに供給された熱媒による伝熱作用により加熱され、結着樹脂が溶融してオープンロール１４ａの表面に付着した後、オープンロール１４ａ、１４ｂ間に巻き込まれる。

この溶融付着物は、オープンロール１４ａ、１４ｂの間隙部で、急激な圧縮力と、ローラ回転のせん断力を受けて混練されながら、混練物として、さらに混練物排出部２８（図２、図７）へと移送される。そして、カッター２９により切り出され、回収部３０に回収されるなお、カッター２９は円盤状でギア２４、２５を介してオープンローラ１４ａに連動して回転するようになっている。混合原料は、このようにしてオープンロール１４ａ、１４ｂ間にて繰り返し圧縮、せん断を連続的に受けながら溶融混練され、それによって、マスターバッチが製造されるようになっている。

次いで、トナーに含まれる各種の原料について説明する。まず、結着樹脂としては、例えばポリエステル樹脂、ポリスチレン、スチレン−アクリル酸エステル共重合体等のスチレン系重合体、ポリメチルメタクリレート等のアクリル系重合体、ポリエチレン等のポリオレフィン系重合体、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂等公知のものが挙げられる。これらの結着樹脂は単独又は二種以上混合して使用され、トナー中に通常８０〜９５重量％配合される。

顔料としては、キナクリドン、ブリリアントカーミン６Ｂ、パーマネントレッド等の赤色顔料、ベンズイミダゾロン、ジクロロベンジジン等の黄色顔料、コバルトブルー、銅フタロシアニン等の青色顔料、クロムグリーン、酸化クロム、ピグメントグリーンＢ等の緑色顔料、カーボンブラック、アセチレンブラック等の黒色顔料が挙げられる。これらの顔料は単独又は二種以上混合して使用されトナー中に通常３〜１２重量％配合される。

結着樹脂及び顔料以外のトナーの原料としては、荷電制御剤、ワックス等の添加剤が挙げられる。荷電制御剤としては特に限定されるものではなく、黒トナー又はカラートナー用の公知の負帯電又は正帯電トナー用の荷電制御剤を使用することができる。負帯電トナー用の荷電制御剤としては、サリチル酸又はその誘導体のクロム、亜鉛、ジルコニウム錯体若しくは塩化合物、アゾ錯体染料、長鎖アルキルカルボン酸塩等の界面活性剤等が挙げられる。正帯電トナー用の荷電制御剤としてはニグロシン染料又はその誘導体、四級アンモニウム塩、グアニジン塩等が挙げられる。また、ワックスとしてはカルナウバワックス等の天然ワックス及び合成ワックス類、シリコーン系重合体、高級脂肪酸、ポリオレフィン系重合体、低分子重合体等が挙げられる。

次に、製造装置１１を使用したマスターバッチ及びトナーの製造方法について説明する。
結着樹脂及び顔料を所定量計量混合し、その混合原料を図１の混合原料ホッパー１７内に供給する。その後、製造装置１１を稼動させてベルトコンベアフィーダー１２のベルトコンベア１８を駆動し、ベルトコンベア１８の混合原料受入れ部１９に混合原料供給フィーダー１６から原料を供給し、ベルトコンベア１８の駆動により混合原料を混合原料受入れ部１９からオープンロール混練機１３のオープンロール１４ａの混合原料投入部位２６へベルトコンベア１８上を搬送させる。
このとき、原料はベルトコンベア１８上を静かに混合原料排出部２０方向へ発塵することなく移動し、途中の規制ブレード２２により供給層厚及び供給幅を調整され定量的に原料が搬送される。

次いで、オープンロール１４ａ内に熱媒体を供給して加熱し、オープンロール１４ｂ内に冷媒を供給して両オープンロール１４ａ、１４ｂの間に温度差を発生させる。
それと同時に、オープンロール１４ａの回転数がオープンロール１４ｂの回転数より大きくなるように両ロール１４ａ、１４ｂを回転させる。
そして、ベルトコンベア１８から結着樹脂及び顔料よりなる混合原料が、混合原料排出部２０を通過してオープンロール１４ａ、１４ｂの混合原料投入部位２６に落下するように供給される。振動フィーダーにより層厚や供給幅を制御した場合のように、混合原料を振動させることがないため、結着樹脂及び顔料の発塵が抑制される。従って、振動フィーダーを使用して結着樹脂及び顔料をオープンロール混練機１３に供給する場合と異なり、原料供給の際の顔料の減少が抑制されて両原料の配合比の変化がほとんどなくなる。また、原料は薄い均一な層を成してオープンロール１４に供給されるため、結着樹脂が均一に溶融し、フロントロール２４に十分付着し、原料落下がほとんどなくなる。

続いて、オープンロール１４ａに供給された混合物は、オープンロール１４ａの混合原料投入部位２６に供給された熱媒による伝熱作用により加熱され、結着樹脂が溶融してオープンロール１４ａの表面に付着し、オープンロール１４ａ、１４ｂの間に回転により巻き込まれる。
そして、図３で示されるオープンロール１４ａ、１４ｂの表面に設けられた螺旋状の溝２７ａ、２７ｂのスクリュー効果によって、ロールに付着した状態で、混練物排出部２８（図２、図７）に移送され、カッター２９（図２８）により切り出され、回収部３０（図２）にマスターバッチとして回収される。
この溶融付着物が移送されてる間、オープンロール１４ａ、１４ｂの間隙部で急激な圧縮力と、ローラ回転のせん断力を受けて混練されながら、混練物として、さらに混練物排出部２８へと移送される。この様にしてオープンロール１４ａ、１４ｂ間にて繰り返し圧縮、せん断を連続的に受けながら溶融混練されてマスターバッチが製造される。

次に、前記マスターバッチに荷電制御剤、ワックス、添加剤等を適宜添加混合し、加熱溶融混練してそれらを結着樹脂中に均一に分散させた後、冷却して固化させて混練物を調製する。続いて、混合物を粗粉砕、微粉砕して分級した後、表面処理が行われてトナーが製造される。従って、マスターバッチの製造時における原料、特に顔料の配合比の変化がほとんどないため、得られるトナーの原料の配合比の変化もほとんどなくなる。

この実施形態が奏する効果について、以下に説明する。
搬送経路に設けたベルトコンベアフィーダー１２により混合原料ホッパー１７から結着樹脂及び顔料を搬送し、一対のオープンロール１４ａ、１４ｂの間に供給するように製造装置１１を構成し、原料の供給層厚及び供給幅を規制する機能を有した規制ブレード２２を設けたので、ベルトコンベアフィーダー１２で結着樹脂と顔料からなる混合原料を均一な供給層厚及び供給幅にて発塵させることなく安定供給できる。
そのため、結着樹脂及び顔料を振動フィーダーの振動により供給層厚及び供給幅を調整して、一対のオープンロールの間に供給するように製造装置を構成した従来のものと異なり、顔料の発塵を抑制して、顔料の減少を抑制することができる。従って、結着樹脂と顔料との配合比が適正なマスターバッチを製造することができる。
また、 顔料の発塵が抑制されるため、製造装置１１周辺の作業環境を良好に維持することができる。

また、スクリューフィーダーにより結着樹脂及び顔料を一対のオープンロールの間に供給するように製造装置を構成した従来のものと異なり、規制ブレード２２により供給層厚及び供給幅を調整することが可能となり、混合原料は薄い均一な層を成してオープンロール１４ａに供給されるため、結着樹脂がオープンロール１４ａに均一に溶融して十分付着し、混合原料落下を防止することが出来る。
顔料の減少を抑制して結着樹脂と顔料の配合比の変化がほとんどなくなるため、得られるトナーを例えば電子写真法に用いて潜像を現像した際、顔料の減少が原因のトナー画像の色合い、鮮度等の画質の低下を防止することができる。
顔料の減少を抑制して結着樹脂と顔料の配合比の変化がほとんどなくなるため、得られるトナーにおける顔料濃度を正確に把握することができる。また、顔料の減少により不足した顔料濃度を補正するために、顔料を再度添加する必要がなくなり、顔料の浪費を防止することができ、かつ、原料落下を防止できるため、マスターバッチの収率が向上し、即ちトナーの製造コストが嵩むのを防止することができる。

ベルトコンベア１８では原料はベルトの移動により静かに搬送されるため発塵することは無く、また途中に具備された規制ブレード２２により、混合原料の供給層厚及び原供給幅を制御できることにより混合原料排出部２０から原料の固まりがオープンロール混練機１３に落下したり、顔料が減少したりする不具合をなくしてマスターバッチの定量性を向上させ高収率で製造することができる。

以下、実施例により、前記実施形態をさらに具体的に説明する。
〔実施例１〕
（トナー原料）
結着樹脂：ポリエステル樹脂（ガラス転移点Tg 58℃、 酸価：２１ｍｇＫＯＨ／ｇ
芳香族系アルコール成分：PO-BPA（ビスフェノールＡ プロピレンオキサイド）と
EO-BPA（ビスフェノールＡ エチレンオキサイド）
酸成分：フマル酸と無水メリット酸 花王製 （70）重量部
着色剤：カーボンブラック(MogulL)CABOT製 （30）重量部
なお、ガラス転移点の測定は示差走査熱量計（セイコー電子工業（株）製、ＤＳＣ２１０）を用いて行い、昇温速度１０℃／分で測定した際に、ガラス転移点以下のベースラインの延長線とピークの立ち上がり部分からピークの頂点までの間での最大傾斜を示す接線との交点の温度をガラス転移点とした。
また、結着樹脂の酸価は次のようにして測定した。ポリエステル樹脂をテトラヒドロフランに溶解し、指示薬にフェノールフタレイン、滴定液に０．１Ｎ水酸化カリウム（化学式：ＫＯＨ）エタノール溶液を用いて、自動滴定装置（京都電子工業（株）製：ＡＴ−５１０）によって電位差滴定を行った。この電位差滴定の際、中和するために使用した水酸化カリウムのｍｇ数を酸価として固形分換算で算出した。

オープンロール混練機１３のオープンロール１４ａ、１４ｂはその直径が１３８ｍｍ、長さ８００ｍｍのもので、オープンロール１４ａ、１４ｂ間のギャップは０．１０ｍｍであった。
まず、前記結着樹脂７０重量部、顔料３０重量部をスーパーミキサー（カワタ社製：SMV-20）で充分に混合し、混合原料ホッパー１７に供給しフィーダー１６により１０ｋｇ／ｈの条件で結着樹脂及び顔料よりなる混合原料を、混合原料受入れ部１９に供給した。
なお、ベルトコンベアフィーダー１２のベルトコンベア１８は幅１２０ｍｍ、長さ６００ｍｍであった。ベルト速度は０．０２５ｍ／ｓｅｃに設定し、規制ブレード２２とベルトの隙間を３ｍｍに調整した。
混合原料受入れ部１９に落下した混合原料は、ベルトコンベア１８上流では幅６０ｍｍ中央高さ１５ｍｍの山状となって混合原料排出部２０へ移動していくが、規制ブレード２２により供給層厚および供給幅を規制され、供給層厚２．５ｍｍ、供給幅１００ｍｍに調整され、１０ｋｇ／ｈｒにて混合原料排出部２０よりオープンロール混練機１３の混合原料投入部位２６に供給した。

そして、オープンロール１４ａを８０℃、オープンロール１４ｂを３０℃の温度に調整し、オープンロール１４ａを７０ｒｐｍ、オープンロール１４ｂを６０ｒｐｍの回転数で回転させて原料を混練してマスターバッチを製造した。その結果、発塵がほとんど無いため、顔料の減少がほとんどなく、結着樹脂と顔料の配合比の変化がほとんどないマスターバッチを得ることができた。また、混合原料投入部位２６の下部での原料落下もほとんど無く、良好な生産性を確保できた。
続いて、上記マスターバッチを４０重量部、上記結着樹脂１００重量部、負帯電制御剤鉄アゾ錯体染料（T-77 保土ヶ谷化学社製）｝１．５重量部、添加物としてのポリエチレンワックス｛（融点１２８℃）Hoechst Wax PE130、ヘキスト社 製｝３重量部を希釈混練した結果、トナーを製造することができた。

〔他の実施例と比較例〕
実施例１と同様の混合原料を使用し、オープンロール１４ａ、１４ｂへの混合原料の供給方法のみを表１の条件として実施例２、実施例３、比較例１、比較例２を実施した。
結果をまとめると表１の通りとなった。

この発明のマスターバッチ製造装置の側面図である。 この発明のマスターバッチ製造装置の要部正面図である。 この発明のマスターバッチ製造装置の上面図である。 図４（ａ）は図１の装置のベルトコンベアフィーダーの構成説明図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）の要部上面図であり、図４（ｃ）は図４（ａ）のＡ部拡大図である。 この発明のマスターバッチ製造装置の要部構成説明図である。 この発明のマスターバッチ製造装置の要部構成説明図である。 図２のＢ部拡大図である。

符号の説明

１１ マスターバッチ製造装置
１２ ベルトコンベアフィーダー
１３ オープンロール混練機
１４ａ オープンロール
１４ｂ オープンロール
１６ 混合原料供給フィーダー
１７ ホッパー
１８ ベルトコンベア
１９ 混合原料受入れ部
２０ 混合原料排出部
２１ クリーニングブレード
２２ 規制ブレード
２３ａ ロール駆動モータ
２３ｂ ロール駆動モータ
２４ ギア
２５ ギア
２６ 混合原料搬入部位
２７ａ 溝
２７ｂ 溝
２８ 混練物排出部
２９ カッター
３０ 回収部
３２ 駆動モータ
３３ ブレード支持部材
３４ ボルト
３５ ナット
３６ 駆動モータ
３７ａ 減速機
３７ｂ 減速機

Claims (4)

1. 粒体状の原料を所定位置まで搬送して排出する原料搬送部と、原料搬送部から排出された原料を溶融混練する混練部とを備え、原料搬送部が原料を搭載して搬送するベルトコンベアーを備え、混練部が原料を混練する一対の回転ロールと、混練された原料を前記ロールから切り出すために回転ロールと連動して回転する円盤状カッターとを備えることを特徴とするマスターバッチ製造装置。
2. 原料搬送部は、ベルトコンベアー上に搭載される原料の高さを規制する規制部材を備える請求項１記載のマスターバッチ製造装置。
3. 原料搬送部は、規制部材の規制高さを調整する調整部を備える請求項２記載のマスターバッチ製造装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載のマスターバッチ製造装置を使用し、結着樹脂と顔料とを含む粉体状原料を原料搬送部を介して混練部に供給し、前記原料を溶融混練する工程からなるマスターバッチ製造方法。

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