JPH06262095A - 静電荷像現像用トナー製造方法及び粉砕装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 シンプルな装置構成に加えエネルギー効率が
良く、過粉砕が少なく歩留りが良く、粉砕効率が良く，
発熱による融着が発生しないトナーの製造方法及び粉砕
装置を提供する。 【構成】 少なくとも樹脂及び着色剤を含有するトナー
粗粉砕物を粉砕して静電荷像現像用トナーを製造する方
法において、トナー粗粉砕物を、ローターの外側表面と
ライナーの内側表面との間に形成された粉砕空間を有す
る衝撃式粉砕機に導入し、少なくとも、ローターとライ
ナーの間隙が大きい前段部で粉砕した後、ローターとラ
イナーの間隙が前段部より小さい後段部で粉砕すること
を特徴とする静電荷像現像用トナー製造方法、及び被粉
砕物の投入口、ローターの外側表面とライナーの内側表
面との間に形成された粉砕空間及び排出口を備えた粉砕
装置において、排出口側の粉砕空間のローターとライナ
ーの間隙が、投入口側の粉砕空間のローターとライナー
の間隙より小さく設けられていることを特徴とする粉砕
装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子写真法、静電記録
法等において使用される静電荷像現像用トナーの製造方
法及び粉砕装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、静電荷像現像用トナーの製造方法
は、樹脂、着色剤等の原材料を混合、混練し、冷却工程
を経た後、例えばハンマー式粉砕機等で粗粉砕して、平
均１０００〜１００μｍの粗粉砕物とし、その後、必要
なら予備粉砕し、又は直接粉砕して粉砕品にする方法が
取られている。この粉砕品は、分級工程に於いて所定の
粒度分布を持つ粒子群にのみに分離され、静電荷像現像
用トナーとして用いられる。

【０００３】従来その粗粉砕物を粉砕する粉砕機として
は、超音速ジェット気流を利用したジュット式粉砕機、
急速度で回転する回転子（ローター）と固定子（ライナ
ー）との間に形成された空間に粉砕品を導入することに
より粉砕する衝撃式粉砕機などが主に用いられている。
又、分級機としては、気流式分級機（日本ニューマチッ
ク社製 ＤＳ分級機）、多産物同時分級機（日鉄鉱業社
製 エルボージェット）、ジグザグ分級機等が使用され
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】さて、従来、製品とし
て使用する静電荷像現像用トナーとしては平均粒径が１
０数μｍ程度の粉砕品が主であったが、近年、トナーを
用いる複写機、プリンター等の高速度化、高品質化（高
解像度、高階調度）等の要望が高まる中、より小粒径の
トナー、例えば平均粒径３〜１０μｍ程度のトナーを用
いることが求められている。

【０００５】ところで、トナーの製造方法において、そ
うした小粒径のトナーを生産することは極めて生産効率
を損ない、難しい。例えば、ジェット式粉砕機を用い
て、１２μのトナーを製造していたのを５μのトナーを
製造することとすると、多量のエネルギ−を必要とし、
エネルギー的に実に約１０分の１の効率となる。又、過
粉砕が起こりやすく、粉砕品に対する所定製品の比率で
ある歩留りが５０％前後に落ちこむこととなり、生産効
率が非常に悪くなる。一方、エネルギ−的にジェット式
粉砕機より効率的な衝撃式粉砕機を用いて微粉砕を行う
こととすると、まずその構造を工夫する必要がある。即
ち、そのローターの回転速度を早くするか、そのロータ
ーとライナーの間隙を小さくすることが考えられる。し
かしながら、回転速度には機械性能上、限界があり、
又、間隙も狭くするのにも限界がある。そして、何より
もこのように高回転速度、狭間隙とすることにより、粉
砕時に高温の発熱が起きてトナーの様な熱可塑性樹脂を
主成分とする粉体は、溶融し、粉砕機内で付着したりト
ナー性能が悪化するという問題が起きる。それを防ぐた
めには一定時間における粉砕量を減らさなければならな
いが、そうすると粉砕効率が極端に低くなり多量生産で
きなくなる。又、大きい粉体を微粉体に粉砕するため過
粉砕のトナーの発生量が多くなるという問題も生じやす
い。

【０００６】又、特開昭５８−４２０５７号公報には、
粗粉砕物を衝撃式粉砕機により予備粉砕した後ジェット
式粉砕機により粉砕する方法が開示されているが、やは
りその方法を用いても小粒径トナーを製造する場合には
上記の問題、特にジェット式粉砕機による非エネルギー
効率の問題と、歩留りの低下の問題を抱えている。本発
明者等は上記の課題を解決すべく鋭意検討を行った結
果、トナー粗粉砕物を粉砕する工程において、少なくと
も、ローターとライナーの間隙が大きい前段部で粉砕し
た後、ローターとライナーの間隙が前段部より小さい後
段部で粉砕することにより、最も小エネルギーにて効率
的に粉砕を行い、粉砕供給効率も高く、粒径が小さく、
過粉砕が少なく、熱履歴の少ない高品質のトナーが得ら
れることを見出し、本発明に到達したのである。又、そ
の目的を達成するに最適な粉砕装置を発明し、本発明に
到達したものである。

【０００７】即ち、本発明の目的は、シンプルな装置構
成に加え電力消費が極めて少なく、エネルギー効率の良
いトナーの製造方法を提供することにある。又、本発明
の目的は、過粉砕が少なく歩留りの良い製造方法を提供
することにある。又、本発明の目的は一定時間における
粉砕量が大きく、粉砕効率が良いトナーの製造方法を提
供することにある。又、粉砕時の瞬間的な発熱による融
着が発生しない製造方法を提供することにある。更に本
発明は、小粒径のトナーをエネルギー効率が良く、歩留
りが良く、粉砕効率が良く製造することにある。又、こ
うした製造方法を提供するに最適な粉砕装置を提供する
ことにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】しかして、かかる本発明
の目的は、少なくとも樹脂及び着色剤を含有するトナー
粗粉砕物を粉砕して静電荷像現像用トナーを製造する方
法において、トナー粗粉砕物を、ローターの外側表面と
ライナーの内側表面との間に形成された粉砕空間を有す
る衝撃式粉砕機に導入し、少なくとも、ローターとライ
ナーの間隙が大きい前段部で粉砕した後、ローターとラ
イナーの間隙が前段部より小さい後段部で粉砕すること
を特徴とする静電荷像現像用トナー製造方法によって、
達成される。又、被粉砕物の投入口、ローターの外側表
面とライナーの内側表面との間に形成された粉砕空間及
び排出口を備えた粉砕装置において、排出口側の粉砕空
間のローターとライナーの間隙が、投入口側の粉砕空間
のローターとライナーの間隙より小さく設けられている
ことを特徴とする粉砕装置によって、達成される。

【０００９】以下に本発明を詳細に説明する。本発明の
トナー製造方法においては、粉砕工程以外は、通常の製
造方法を採用することができる。通常の製造方法として
は先ずトナー原料を混合し、溶融押し出し機などで混練
して板状に押し出して冷却固化したペレットを得る。ト
ナー原料としては、バインダー樹脂と着色剤とが必須成
分として使用されるが、必要に応じて例えば帯電制御剤
やその他のトナー特性付与剤を使用することができる。

【００１０】バインダー樹脂としては、例えば、トナー
に適した公知の各種の樹脂を使用することが出来る。例
えば、スチレン系樹脂、塩化ビニル樹脂、ロジン変成マ
レイン酸樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリエ
ステル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、
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樹脂、
キシレン樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリカーボ
ネート樹脂などが挙げられる。これらの樹脂は２種以上
を併用することもできる。特に、スチレン系樹脂、飽和
または不飽和ポリエステル樹脂およびエポキシ樹脂を主
樹脂として用いることが好ましい。

【００１１】そして、該バインダー樹脂のガラス転移温
度は、熱分析法（示唆熱分析装置、示唆走査熱量分析装
置等）で測定した時の転移開始温度（変曲点）が５０℃
以上であることが好ましい。ガラス転移温度が５０℃未
満の場合には、４０℃以上の高温で長時間にトナーを放
置した時、トナーの凝集或いは固着を招き使用上問題が
ある。

【００１２】トナー用着色剤としては、公知の各種の着
色剤を使用することが出来、例えばカーボンブラック、
ニグロシン、ベンジジンイエロー、キナクリドン、ロー
ダミンＢ、フタロシアニンブルー等が好適に使用され
る。着色剤は、樹脂１００重量部当たり、通常０．１〜
３０重量部、好ましくは３〜１５重量部の割合で使用さ
れる。

【００１３】帯電制御剤としては、やはり公知の各種の
帯電制御剤を使用することが出来る。例えば、４級アン
モニウム塩、ニグロシン染料、トリフェニルメタン染
料、スチレン−アミノアクリレート共重合体、ポリアミ
ン樹脂などの正帯電制御剤や、モノアゾ系金属錯塩等の
負帯電制御剤が挙げられる。帯電制御剤は樹脂１００重
量部当たり、通常０．１〜１０重量部の割合で使用され
る。

【００１４】また、各種のトナー特性付与剤としては、
例えば、オフセット防止のため、ポリエチレンワック
ス、ポリプロピレンワックスなどのポリアルキレンワッ
クスを使用することができる。また、流動性および耐凝
集性の向上のために、チタニア、アルミナ、シリカ等の
無機微粒子を使用することができる。これらのトナー特
性付与剤は、樹脂１００重量部当たり、通常０．１〜１
０重量部の割合で使用される。

【００１５】更に、トナーが磁性トナーである場合に
は、フェライト、マグネタイトを始め、鉄、コバルト、
ニッケル等の強磁性元素を含む合金又は化合物などの磁
性粒子を含有することができる。磁性粒子は、バインダ
ー樹脂１００重量部当たり、通常、２０〜７０重量部の
割合で使用される。次に、冷却固化されたペレット状ト
ナーは、ハンマー式粉砕機などの粗粉砕機によって、だ
いたい重量平均粒径が約１００μ〜３０００μ、好まし
くは約３００μ前後の範囲になるように粗粉砕される。
ここに、重量平均粒径とは、粒径−重量分布のメジアン
値粒径であり、例えば、コールターエレクトロニクス社
製コールカウンタで測定することが出来る。

【００１６】本発明では、こうして得られたトナー粗粉
砕物を更に粉砕する工程において、トナー粗粉砕物を衝
撃式粉砕機に導入し、ローターとライナーの間隙が大き
い前段部で粉砕した後、ローターとライナーの間隙が前
段部より小さい後段部で粉砕することを特徴とする。衝
撃式粉砕機の原理としては、図１に示すように、回転軸
（３）により急速度で回転する円筒状のローター（１）
とその外側の固定もしくは回転するライナー（２）とが
微小間隙を設けて配置されており、被粉砕物は投入口
（４）から投入され、そのロータ−（１）とライナー
（２）とで区切られた微小間隙（８）である粉砕空間を
輸送される過程で粉砕され、排出口（５）から排出され
る。

【００１７】従来、衝撃式粉砕機のローター及びライナ
ーの形状としては種々のものが提案されており、例えば
ローターが平板の埋め込みによる水車羽根状のものでラ
イナーが凹凸の突起を有するもの、又はローター外側表
面及びライナー内側表面に凹凸状の突起を有するもの
（特開昭５９−１０５８５３号公報）、ロータ−外側表
面及びライナー内側表面共に波形状のシャープな鋭角粉
砕刃を有するもの（特開昭５９−１２７６５１号公報）
などが知られているが、本発明に用いる衝撃式粉砕機と
しては、特に図２に示す様にローター外側表面及びライ
ナー内側表面の片方あるいは双方に波形状の鋭角粉砕刃
を有するものが、好ましく用いられる。

【００１８】本発明のトナー製造方法において、ロータ
ーとライナーの間隙が大きい前段部で粉砕した後、間隙
が小さい後段部で粉砕する方法としては、種々の形態が
挙げられる。その一つとしては、２台以上の衝撃式粉砕
機を直列に接続し、２台目以降の衝撃式粉砕機のロータ
ーとライナーの間隙を１台目の衝撃式粉砕機のローター
とライナーの間隙より小さく設定する方法があげられ
る。又、別の形態としては、図３及び図４に示すよう
に、一台の衝撃式粉砕機内において排出口側のローター
とライナーの粉砕空間である間隙が投入口側の間隙より
小さくなるように設定されている衝撃式粉砕機を用いて
粉砕することができる。更に好ましい形態としては投入
口側から排出口側へ向かうにつれ、ローターとライナー
の間隙が連続的に又は段階的に小さくなるように設定さ
れている衝撃式粉砕機が挙げられる。例えば図３は、衝
撃式粉砕機を横からみた断面図であり、ライナーが、投
入口側から排出口側に向けて厚さを増すような連続的傾
斜ライナーとなっている。一方、図４では、ライナーが
投入口側から排出口側に向けて厚さが２以上の段階的に
増すような段付ライナーとなっている。これらの衝撃式
粉砕機を用いると投入口から投入された被粉砕物は順次
ローターとライナーの間隙が小さくなる粉砕空間を輸送
され、効率よく粉砕が行われ、本発明の効果を奏するこ
ととなる。特に図ー４の様な段付ライナーを設けた衝撃
式粉砕機を用いた場合は、これらの作用の他に、各段差
（９）の部分で、粗粒子がはねかえされて繰り返し粉砕
される作用が起こり、その結果シャープな粒度分布をも
つ粉砕物が得られる利点を有する。

【００１９】ローターとライナーとの間に設けられる間
隙（８）は通常、数ｍｍ以下とされるが、本発明のトナ
ー製造方法に用いるには、０．１ｍｍ〜８ｍｍの範囲と
するのが好ましい。前段部及び後段部の間隙は供給する
被粉砕物の粒径及び求める粉砕粒径の違いによって適宜
選択できるが、具体的に好ましい形態としては前段部の
間隙は０．３ｍｍ〜３．０ｍｍ、好ましくは０．５ｍｍ
〜２．５ｍｍ、後段部の間隙は０．１ｍｍ〜２．５ｍ
ｍ、好ましくは０．２ｍｍ〜２．０ｍｍであることが挙
げられ、前段部の間隙（Ｘｍｍ）と後段部の間隙（Ｙｍ
ｍ）の比は１０≧Ｘ／Ｙ＞１の範囲であることが好まし
い。尚、この間隙とは、ローター粉砕刃の山部とライナ
ー粉砕刃の山部との距離を意味する。

【００２０】その他の衝撃式粉砕機の運転条件は適宜選
択されるが、雰囲気温度は３０〜５０℃、ローターの回
転周速は５０〜１８０ｍ／ｓ、好ましくは６０〜１４０
ｍ／ｓの範囲が好ましい。本発明のトナー製造方法にお
いては実質的にトナー粗粉砕物をまず前段部によって粉
砕し、その後後段部によって粉砕すれば良く、従って粗
粉砕物を衝撃式粉砕機に供給する前に分級手段を設けた
り、前段部と後段部の間に分級手段を設けて微粉砕物を
取り分ける工程を入れることもその１実施態様として含
まれる。又、衝撃式粉砕機を３台以上直列に接続した場
合や３段階以上の段付ライナーを設けた場合は３台目、
３段目以降のローターとライナーの間隙は、２台目や２
段目と同じでもまた狭くすることも広くすることもで
き、粉砕条件により適宜選択できるが、好ましくは狭く
すると効率的である。

【００２１】前述の粉砕機により処理され、排出口から
排出されたトナーは、その後通常分級処理を行って約３
〜２０μ、好ましくは５〜１５μの所定粒径のトナーを
回収する。分級装置としては、各種の分級機例えば気流
式分級機（日本ニューマチック社製 ＤＳ分級機）、コ
アンダ効果を利用した多産物同時分級機（日鉄鉱業社製
エルボージェット）、ジグザグ分級機等を採用するこ
とが出来るが、特に粗粉、中粉、微粉を同時に精度良く
分割することのできる多産物同時分級機が好ましい。そ
して、得られた所定粒径以外の粗粉及び微粉は製造工程
に循環して再利用することができる。例えば粗粉は粉砕
工程に循環して再粉砕し、微粉は原料粉と一緒に混合工
程や溶融混練工程に循環して使用することが出来る。上
記のようにして得られたトナーは、更に種々の公知の外
添剤を外添する工程を経て、その後所定の容器に充填さ
れて製品化される。

【００２２】

【実施例】以下、実施例により本発明をさらに詳細に説
明するが、本発明はその要旨を超えないかぎり、以下の
実施例により何ら制限されるものではない。 （実施例１）

【００２３】

【表１】 スチレンアクリレート共重合樹脂 １００部 （軟化点１４５℃、ガラス転移点６４℃） 着色剤 カーボンブラック ＭＡ１００ ６部 （三菱化成（株）製） 低分子量ポリプロピレン ビスコール５５０Ｐ １部 （三洋化成（株）製） 帯電制御剤 ４級アンモニウム塩 ボントロンＰ−５１ ２部 （オリエント化学（株）製） を配合し、混合・混練・粗粉砕し得られたフレーク（平
均粒径３００μｍ前後）を６０ｋｇ／ｈの速度にて第１
段目の衝撃式粉砕機（ターボ工業（株）製 ターボミル
Ｔ−４００ＲＳ型）で雰囲気温度５０℃以下、ローター
（回転体）回転数６３００ｒｐｍ（周速１３２ｍ／
ｓ）、ロータ−とライナーの間隙２ｍｍで粉砕を行い、
続いて第２段目の衝撃式粉砕機（第１段目の粉砕機と同
機種）にて、ローターとライナーの間隙１ｍｍの条件と
した以外は第１段目の粉砕機の条件と同様にして粉砕を
行った。その後、該粉砕品をエルボージェット分級機
（ＥＪ−４５−３Ｓ型）で分級し、平均粒子径５．０μ
ｍの製品トナー粒子群を得た。この時の微粉の発生率は
３０％であり、後述する従来のジェット式粉砕機による
微粉発生率５５％の約１／２であった。又、粉砕分級工
程で消費する電力量もトナー１ｋｇ当たり５ｋｗｈと、
従来のジェット式粉砕機で製造したときに比べ１／６以
下となった。又、粉砕品の処理能力は６０ｋｇ／ｈと衝
撃式粉砕機１台の時の処理能力２０ｋｇ／ｈに比べ実に
３倍となった。又、粉砕時に起きる瞬間的発熱によって
融着したトナーは全く発生しなかった。

【００２４】この方法で得られたトナー４部とフェライ
ト粉末をコア材とするキャリアー１００部を混合攪拌
し、得られた現像剤について有機光導電体を感光体とす
る複写機を用いて実写テストを実施した。尚、実写テス
トに用いた補給用トナーは上記現像剤に用いられたトナ
ーと同一トナーである。この結果、極めて高解像度、高
階調性の画像が得られ、その他使用上の不具合な点もな
く、優れた品質のトナー及び現像剤であった。 （比較例１）実施例１と同じトナー粗粉砕物を用いて、
実施例１に用いたのと同型の衝撃式粉砕機１台を用いて
平均粒径約５．０μｍのトナー製品を得ようとした。

【００２５】その結果、粉砕工程での処理能力は２０ｋ
ｇ／ｈ以下に低下し、更に粉砕時の瞬間的な発熱による
トナーの融着品が粉砕物中に観察された。 （比較例２）実施例１と同じトナー粗粉砕物を用いて、
ジェット式粉砕機（ジェットミル日本ニューマチック工
業社製 Ｉ−１０）を用いて平均粒径約５．０μｍのト
ナー製品を得ようとした。その結果、微粉発生率は５５
％となり、製品の歩留りが悪く、又、トナー１ｋｇ当た
りの必要電力量が３０ｗｔｈ程度と大きく、エネルギー
効率が悪かった。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、シンプルな装置構成に
加え、粉砕が段階的に進行することにより、エネルギ−
効率が良く、過粉砕が少なく歩留りが良好で、一定時間
における粉砕処理効率が良く、粉砕時の瞬間的な発熱が
抑えられ融着の発生しない製造方法を提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】衝撃式粉砕機の横断面概略図。

【図２】図１の衝撃式粉砕機のＡ−Ａラインのローター
とライナーの縦断面の拡大図。

【図３】傾斜ライナー付衝撃式粉砕機の横断面図一例

【図４】段付ライナー付衝撃式粉砕機の横断面図一例

【符号の説明】

１ ローター ２ ライナー ３ 回転軸 ４ 投入口 ５ 排出口 ６ ライナー波形状刃 ７ ローター波形状刃 ８ 間隙 ９ 段差

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも樹脂及び着色剤を含有するトナ
   ー粗粉砕物を粉砕して静電荷像現像用トナーを製造する
   方法において、トナー粗粉砕物を、ローターの外側表面
   とライナーの内側表面との間に形成された粉砕空間を有
   する衝撃式粉砕機に導入し、少なくとも、ローターとラ
   イナーの間隙が大きい前段部で粉砕した後、ローターと
   ライナーの間隙が前段部より小さい後段部で粉砕するこ
   とを特徴とする静電荷像現像用トナー製造方法。
2. 【請求項２】被粉砕物の投入口、ローターの外側表面と
   ライナーの内側表面との間に形成された粉砕空間及び排
   出口を備えた粉砕装置において、排出口側の粉砕空間の
   ローターとライナーの間隙が、投入口側の粉砕空間のロ
   ーターとライナーの間隙より小さく設けられていること
   を特徴とする粉砕装置。