(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉体を造粒する造粒装置と、粉体受入口を有して造粒装置により造粒される粉体を分級する分級装置との間に、分級装置に連なるように設けられる粉体分散装置であって、
造粒装置から粉体凝集物を含む粉体の供給を受ける供給口と、分級装置の粉体受入口に連なり粉体を分級装置に供給する排出口とが形成される容器であって、上記容器内に設けられて粉体凝集物を衝突させて分散させる衝突部材であって、衝突部材の底面を含む仮想平面における前記容器の断面の面積に対して１０％以上４０％以下の底面の面積であり、供給口に向う方向に頂点を有する円錐状部材または多角錐状部材である衝突部材を備え、供給口は衝突部材よりも前記容器の上部に形成され、排出口は衝突部材よりも前記容器の下部に形成され、その内部空間で粉体を分散させる粉体分散容器と、
粉体分散容器の側壁に設けられる複数の気体噴射手段であって、供給口から供給される粉体に対して衝突部材に向う方向に衝突部材よりも上方から気体を噴射し、気体噴出方向と鉛直方向とが成す角度が２０°以上９０°以下である気体噴射手段とを含むことを特徴とする粉体分散装置。
【請求項２】
請求項１に記載の粉体分散装置を備える、粉体を分級する分級装置であって、
粉体分散装置によって分散される粉体を粒径、密度または形状の違いによって分級する分級手段を含むことを特徴とする分級装置。
【請求項３】
分級手段は、
粉体分散装置で分散される粉体を供給するための粉体受入口が形成される粉体分級容器を含み、
粉体分級容器は、
粉体受入口と粉体分散容器の排出口とを介して粉体分散容器と連通されることを特徴とする請求項２記載の分級装置。
【請求項４】
結着樹脂および着色剤を含むトナーの製造方法において、
結着樹脂および着色剤を溶融混練する溶融混練工程と、
溶融混練工程で得られる溶融混練物を粉砕して造粒する造粒工程と、
造粒工程で得られる粉体凝集物を含む粉体を、請求項２または３記載の分級装置に備えられる前記粉体分散装置で分散する分散工程と、
分散工程で分散される粉体を、請求項２または３記載の分級装置で分級する分級工程とを含むことを特徴とするトナーの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粉体分散装置および分級装置ならびにトナーの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現像剤を用いる画像形成方法には、カールソンプロセスの応用による電子写真方式が広く用いられている。カールソンプロセスを採用した電子写真方式では、芯金の表面に感光層を形成した感光体を用い、帯電工程、露光工程、現像工程、転写工程、定着工程、クリーニング工程、除電工程などの工程を経て画像が形成される。帯電工程では、感光体の表面を均一に帯電する。露光工程では、帯電した感光体を露光して感光体の表面に静電荷像を形成する。現像工程では、感光体表面に形成された静電荷像にトナーなどの現像剤を付着させることにより可視像を形成する。転写工程では、トナーと逆極性の電荷を記録材に与えることによりトナー像を記録材に転写させる。定着工程では、加熱および加圧などによって記録材に転写された可視像を定着する。クリーニング工程では、記録材に転写されずに感光体の表面に残ったトナーを回収する。除電工程では、感光体を除電する。以上の工程によって、電子写真プロセスを利用した画像形成装置は記録材上に所望の画像を形成する。
【０００３】
このような画像形成方法に用いられるトナーは、少なくとも結着樹脂および着色剤を含有する組成物である。結着樹脂は、それ自身では成型できない着色剤、ワックス、帯電制御剤などを分散させ、成型するための樹脂である。着色剤は、有機または無機顔料、染料などの色材である。トナーは、たとえば、粉砕法、懸濁重合法、乳化重合法などによって製造され、製造コストなどの点から粉砕法が特に汎用されている。
【０００４】
粉砕法によるトナーの製造は、たとえば次のようにして行なわれる。まず、ミキサーなどの混合機を用いて予め結着樹脂、着色剤、ワックスなどの原料成分を予備的に混合した後、着色剤、ワックスなどの添加物を結着樹脂に分散させる溶融混練工程を行なう。溶融混練工程により得られる溶融混練物は、次の造粒工程において粉砕される。造粒工程では、まず溶融混練物をハンマー式の粉砕機などで粗粉砕し、数１００μｍ〜数ｍｍの粒径を有する粗粉砕物とする。次いで、超音速ジェット気流を利用して粉砕するジェット式粉砕機、高速で回転する回転子（ロータ）と固定子（ライナー）との間に形成される空間に粗粉砕物を導入して粉砕する衝撃式粉砕機などを用いて、数μｍ〜１０数μｍ程度の粒径の粒子からなる粉体に粉砕する。造粒工程で得られる粉体は、分級工程において所望の粒度分布を有する粒子群のみに分離され、分離される所望の粒度分布に含まれる粉体をトナー粒子として得る。
【０００５】
近年、形成される画像の高精細化を目的として、より粒径の小さいトナー、たとえば粒径が８．０μｍ以下の小粒径のトナーを製造することが求められている。ここで、トナー粒子の粒径が小さくなると、トナー粒子またはその内部に働く静電気力および分子間力がトナー粒子に働く重力および慣性力に比べて大きくなること、また、トナー粒子の表面積が大きくなり付着力が増大することなどによって、トナー粒子同士の凝集が起こりやすくなる。トナー粒子同士の凝集は、結着樹脂として透明性、光沢性を有するものを用いることが必須であるカラートナーを製造する際、特に生じやすい。
【０００６】
このようなトナー粒子同士の凝集は、溶融混練工程で得られる溶融混練物を粉砕し造粒する造粒工程から、トナー粒子を所望の粒度分布を有する粒子群のみに分離する分級工程に移行するまでの間にも生じ、造粒工程により得た粉体が凝集することによって分級が正しく行われないことが問題となっている。
【０００７】
粉体が凝集する状態で分級が行なわれると、次のような問題が生じる。たとえば、粉体に含まれる所望の粒径分布よりも小さい粒子が凝集し、該凝集物が１個の粒子としてみなされると、１個の粒子としてみなされた凝集物が製品としてのトナーに含まれることとなる。このような粉体凝集物がトナー中に含まれると、トナー中の所望の粒径よりも小さい微粉の含有率が高くなりトナーの帯電不均一性を招来するので、画像かぶりの発生など形成画像への悪影響が生じる。
【０００８】
さらに、粉体に含まれる所望の粒径分布に含まれる粒子が凝集し、該凝集物が１個の粒子としてみなされると、本来トナーに含まれるべき粒径を有する粒子を含む粉体凝集物が所望の粒径よりも大きい粗粉として扱われることとなり、廃棄されるかまたは分級工程の前の工程に戻される。このため、造粒工程において製造される粉体の量よりも、分級工程後に得られるトナーの量が著しく少なくなり、トナーの収率が低下する。
【０００９】
また分級工程では、トナー粒子同士の凝集の発生を防止するために分級装置に投入する単位時間当りの粉体投入量が定められている。ここで、トナーの製造効率を高めるためには単位時間当りの粉体投入量を増加させることが必要である。しかしながら、単位時間当りの粉体投入量を増加させると、粉体に含まれる粒子同士の接触回数が増加し、粉体の凝集が一層起こりやすくなるので、単位時間当りの粉体投入量を増加させることは困難である。
【００１０】
そこで、トナーの収率および製造効率を向上させるとともに、所望の粒径よりも小さい微粉の含有率が低いトナーを得るために、造粒工程から分級工程に移行するまでの間に凝集する粉体を充分に分散させた状態で分級装置に導入することが望まれている。
【００１１】
分級装置としては、気流を利用して粉体を粒度に応じて分離する気流式の分級装置が汎用されている（たとえば、特許文献１参照）。特許文献１に開示の分級装置は、粉体を分級するための旋回分級室であって、該分級室の下部に形成されて粉体凝集物を該分級室の外部に排出する粗粉排出口、粗粉排出口の上方に回転自在に支持されて外部から該分級室に供給される粉体をその側面に衝突させて粉砕する回転部材、回転部材の上方に設けられて該分級室内部に浮遊する粉体凝集物を回収して該分級室の外部に排出する粗粉回収口、ならびに該分級室の上部に形成されて粉砕された微粉を外部に排出する微粉排出口を有する旋回分級室と、回転部材と同じ高さの旋回分級室側面に設けられて、分級処理されるべき粉体を回転部材に向けて回転部材の回転方向と同じ方向に気流噴射する粉体供給ノズルと、回転部材と同じ高さの旋回分級室側面の粉体供給ノズルと対向する位置に設けられて、粉体凝集物を回転部材の側面に向けて回転部材の回転方向と同じ方向に気流噴射する粗粉供給ノズルと、粗粉排出口および粗粉回収口から排出される粉体凝集物を粗粉供給ノズルに搬送する粉体凝集物搬送手段とを含んで構成される。
【００１２】
この分級装置によれば、粉体供給ノズルから粉体を気流噴射して回転部材に衝突させて粉体を粉砕し、粉砕された微粉は気流に乗って旋回分級室内部を上昇して微粉排出口から排出され、一方粉砕が充分に行われなかった粉体凝集物も気流に乗ってある程度までは旋回分級室内部を上昇するけれども、自重によって下降し、粗粉排出口および粗粉回収口から外部に排出されて粗粉供給ノズルに搬送され、再び回転部材に向けて気流噴射されて粉砕される。粉体凝集物ついては、粉砕されて所望の粒径を有する微粉になるまで、同じサイクルが繰返し実行される。このようにして、製品として粒度分布の狭いトナー粒子を得ることができる。
【００１３】
特許文献１に開示される分級装置では、造粒工程から分級工程に移行するまでの間に粉体の凝集が生じても、粉体凝集物を回転部材に衝突させる際の衝突力により粉体凝集物を分散させることができることが期待される。しかしながら、特許文献１の分散装置では、搬送手段により搬送される粉体凝集物に略水平に気流を噴射して粉体凝集物の運動方向を気流噴射方向とし、該気流噴射方向と同方向に回転する回転部材に対して、気流の風圧力によって粉体凝集物を衝突させる。このため、粉体凝集物の運動方向と回転部材の回転方向とが略同じ方向となるので、粉体凝集物と回転部材との衝突力を、粉体凝集物の凝集を充分に解消できるほど大きなものにすることができない。なお、回転部材の回転する方向を気流噴射方向と反対にすると、回転部材の回転による遠心力と気流による風圧力とが打ち消しあい、重力とのバランスがとれなくなることによって分級を行なうことが困難となる。
【００１４】
【特許文献１】実開平１−６５６５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明の目的は、粉体中に含まれる粉体凝集物を充分に分散させることができる粉体分散装置および粉体分散装置を含む分級装置ならびに該分級装置を用いてトナーの収率および製造効率を向上させるとともに、トナー中の微粉の含有率を低減できるトナーの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、粉体を造粒する造粒装置と、粉体受入口を有して造粒装置により造粒される粉体を分級する分級装置との間に、分級装置に連なるように設けられる粉体分散装置であって、
造粒装置から粉体凝集物を含む粉体の供給を受ける供給口と、分級装置の粉体受入口に連なり粉体を分級装置に供給する排出口とが形成される容器であって、上記容器内に設けられて粉体凝集物を衝突させて分散させる衝突部材であって、衝突部材の底面を含む仮想平面における前記容器の断面の面積に対して１０％以上４０％以下の底面の面積であり、供給口に向う方向に頂点を有する円錐状部材または多角錐状部材である衝突部材を備え、供給口は衝突部材よりも前記容器の上部に形成され、排出口は衝突部材よりも前記容器の下部に形成され、その内部空間で粉体を分散させる粉体分散容器と、
粉体分散容器の側壁に設けられる複数の気体噴射手段であって、供給口から供給される粉体に対して衝突部材に向う方向に衝突部材よりも上方から気体を噴射し、気体噴出方向と鉛直方向とが成す角度が２０°以上９０°以下である気体噴射手段とを含むことを特徴とする粉体分散装置である。
【００１９】
また本発明は、前記記載の粉体分散装置を備える、粉体を分級する分級装置であって、
粉体分散装置によって分散される粉体を粒径、密度または形状の違いによって分級する分級手段を含むことを特徴とする分級装置である。
【００２０】
また本発明は、分級手段は、
粉体分散装置で分散される粉体を供給するための粉体受入口が形成される粉体分級容器を含み、
粉体分級容器は、
粉体受入口と粉体分散容器の排出口とを介して粉体分散容器と連通されることを特徴とする。
【００２１】
また本発明は、結着樹脂および着色剤を含むトナーの製造方法において、
結着樹脂および着色剤を溶融混練する溶融混練工程と、
溶融混練工程で得られる溶融混練物を粉砕して造粒する造粒工程と、
造粒工程で得られる粉体凝集物を含む粉体を、前記記載の分級装置に備えられる前記記載の粉体分散装置で分散する分散工程と、
分散工程で分散される粉体を、前記記載の分級装置で分級する分級工程とを含むことを特徴とするトナーの製造方法である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、粉体を造粒する造粒装置と、粉体受入口を有して造粒装置により造粒される粉体を分級する分級装置との間に、分級装置に連なるように設けられる粉体分散装置であって、造粒装置から粉体凝集物を含む粉体の供給を受ける供給口と、分級装置の粉体受入口に連なり粉体を分級装置に供給する排出口とが形成される容器であって、上記容器内に設けられて粉体凝集物を衝突させて分散させる衝突部材であって、衝突部材の底面を含む仮想平面における前記容器の断面の面積に対して１０％以上４０％以下の底面の面積であり、供給口に向う方向に頂点を有する円錐状部材または多角錐状部材である衝突部材を備え、供給口は衝突部材よりも前記容器の上部に形成され、排出口は衝突部材よりも前記容器の下部に形成され、その内部空間で粉体を分散させる粉体分散容器と、粉体分散容器の側壁に設けられる複数の気体噴射手段であって、供給口から供給される粉体に対して衝突部材に向う方向に衝突部材よりも上方から気体を噴射し、気体噴出方向と鉛直方向とが成す角度が２０°以上９０°以下である気体噴射手段とを含む粉体分散装置が提供される。このような粉体分散装置では、供給口から供給される粉体凝集物を含む粉体に対して気体噴射手段から衝突部材に向う方向に気体を噴射することによって、粉体凝集物を含む粉体を衝突部材に衝突させて充分に分散させることができる。また、気体噴出方向の傾斜角度がこのような範囲であると、衝突部材に対する粉体の衝突角度、すなわち粉体の運動方向と衝突部材の側壁面とがなす角度を９０°未満とできる。また、粉体凝集物を含む粉体が衝突部材よりも粉体分散容器の供給口から供給されて衝突部材方向に重力により落下し、さらに粉体の鉛直方向下方すなわち衝突部材に向けての流速を高めるように気体噴射手段によって気体が噴射されるので、粉体凝集物を含む粉体と衝突部材との衝突力を一層増大させることができ、粉体凝集物をより確実に分散させることができる。また、このような形状の衝突部材は、供給口に向う側に収束する先細り形状を有するので、たとえば供給口が衝突部材よりも粉体分散容器の上部に設けられる場合、供給口から供給される粉体が衝突部材上に残留することなく、かつ粉体凝集物を含む粉体と衝突部材とが衝突する面積を充分に確保することができるので、粉体凝集物を一層容易に分散させることができる。
【００２５】
また本発明によれば、前記記載の粉体分散装置を備える、粉体分散装置によって分散される粉体を粒径、密度または形状の違いによって分級する分級手段を含む分級装置が提供される。このような分級装置では、分級装置に備えられる粉体分散装置にて分散される粉体を分級することができるので、分級すべき粉体が再度凝集するのを防止でき、さらに分級精度の低下を防止できる。
【００２６】
また本発明によれば、分級手段は粉体分散装置で分散される粉体を供給するための粉体受入口が形成される粉体分級容器を含み、粉体分級容器は粉体受入口と粉体分散容器の排出口とを介して粉体分散容器と連通される。このような構成とすることにより、粉体分散装置により分散される粉体を粉体分級容器に迅速に供給することができる。
【００２７】
また本発明によれば、結着樹脂および着色剤を溶融混練する溶融混練工程と、溶融混練工程で得られる溶融混練物を粉砕して造粒する造粒工程と、造粒工程で得られる粉体凝集物を含む粉体を前記記載の粉体分散装置で分散する分散工程と、分散工程で分散される粉体を前記記載の分級装置で分級する分級工程とを含むトナーの製造方法が提供される。このようなトナーの製造方法では、造粒工程により溶融混練物を粉砕し造粒した後、分散工程を経て分級工程が行なわれるので、分級工程において分級すべき粉体に凝集物が存在しない状態で粉体を分級することができる。したがって、トナーの収率を向上させることができるとともに、トナー中の微粉の含有率を低減することができる。さらに、分散工程において粉体が充分に分散されるので、分級工程における単位時間当りの粉体投入量を多くすることができ、生産効率を向上できるので、製品として有効なトナーの収率を一層高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
図１は、本発明の実施の一形態である粉体分散装置１の構成を概略的に示す断面図である。粉体分散装置１は、溶融混練物から粉体を造粒する不図示の造粒装置と、粉体受入口３を有して造粒装置により造粒される粉体を分級する分級装置２との間に、分級装置２に連なるように設けられ、造粒装置から粉体凝集物を含む粉体の供給を受ける供給口４と、分級装置２の粉体受入口３に連なり粉体を分級装置２に供給する排出口５とが形成される粉体分散容器６であって、その内部空間で粉体を分散させる粉体分散容器６と、粉体分散容器６内に設けられて粉体凝集物を衝突させて分散させる衝突部材７と、粉体分散容器６の側壁に設けられる複数の気体噴射手段８であって、供給口４から供給される粉体に対して衝突部材７に向う方向に気体を噴射する気体噴射手段８とを含む。
【００２９】
粉体分散容器６は、その内部空間に衝突部材７が設けられる略円筒形状の容器である。粉体分散容器６の衝突部材７よりも上部には、造粒装置からの粉体凝集物を含む粉体の供給を受ける供給口４が形成される。造粒装置により造粒される粉体が供給される供給口４には、不図示の粉体供給手段が接続される。
【００３０】
粉体供給手段としては、たとえば、造粒装置により造粒される粉体を一時的に貯留する貯留容器および振動フィーダーを備える粉体供給部と、粉体を圧送するための気体源である圧縮空気導入ノズルと、粉体供給部中の粉体を粉体分散装置１の供給口４に導入するための輸送管路とを含んで構成される。輸送管路は圧縮空気導入ノズルに接続され、圧縮空気導入ノズルにより導入される空気導入方向の圧縮空気導入ノズルよりも下流側に、粉体供給部および粉体分散装置１の供給口４がこの順番で接続される。
【００３１】
このような粉体供給手段によれば、まず、圧縮空気導入ノズルから輸送管路に圧縮空気を導入するとともに、粉体供給部の容器内に貯留される粉体を、振動フィーダーにより振動させることにより貯留容器から輸送管路に供給する。輸送管路に供給される粉体は、圧縮空気導入ノズルから導入される圧縮空気によって圧送され、輸送管路の空気導入方向下流側に接続される粉体分散装置１の供給口４から粉体分散容器６内に導入される。
【００３２】
ここで、粉体供給手段により粉体を導入する際の圧縮空気の圧力としては、供給する粉体の量にもよるけれども、たとえば、毎時３０〜５０ｋｇの粉体を供給する場合、０．１ＭＰａ以上０．６ＭＰａ以下であることが好ましい。なお圧縮空気の圧力とは、圧縮空気の圧力と粉体分散容器６内の圧力との差である。圧縮空気の圧力が０．１ＭＰａ未満であると、粉体供給部から輸送管路に供給される粉体に付与する圧送力が小さくなり、供給口４から衝突部材７に向う粉体の流速が低減されるので、粉体と衝突部材７との衝突力が小さくなる恐れがある。圧縮空気の圧力が０．６ＭＰａを超えると、粉体を均一な供給量で粉体分散容器６内に導入することが困難となる恐れがある。
【００３３】
粉体分散容器６の衝突部材７よりも下部には、分級装置２の粉体受入口３に連なり粉体を分級装置２に供給する排出口５が形成される。
【００３４】
粉体分散容器６の内部空間に設けられる衝突部材７は、供給口４から供給される粉体に含まれる粉体凝集物を衝突させて分散させる金属製部材である。本実施形態では、衝突部材７は、供給口４に向う方向に頂点を有する円錐形状であり、円錐の頂点を通る中心線と、粉体分散容器６の軸心とが一致するように配置される。衝突部材７は、円錐の底面から粉体分散容器６の側壁面に向って水平に延びる支持部材９により粉体分散容器６の内部に支持される。
【００３５】
衝突部材７の形状は、円錐形状または多角錐形状である。さらに円錐形状または多角錐形状の底部に台座を有しても良い。衝突部材７がこのような形状であると、衝突部材７の形状が供給口４に向う側に収束する先細り形状となり、粉体分散容器６の上部に設けられる供給口４から供給される粉体が衝突部材７上に残留することなく、かつ粉体凝集物を含む粉体と衝突部材７とが衝突する面積を充分に確保することができるので、粉体凝集物を一層容易に分散させることができる。
【００３６】
衝突部材７として円錐形状または多角錐形状のものを用いる場合、衝突部材７の底面もしくは台座の底面の面積は、衝突部材７の底面を含む仮想平面における粉体分散容器６の断面の面積に対して１０％以上４０％以下である。衝突部材７の底面の面積が１０％未満であると、衝突部材７の大きさが粉体分散容器６に比べて小さくなり過ぎ、粉体凝集物を含む粉体が衝突部材７に衝突することなく排出されて分級装置２に導入される恐れがある。衝突部材７の底面の面積が４０％を超えると、衝突部材７に衝突して分散された粉体が排出口５側に移動する際の通路となる衝突部材７と粉体分散容器６の側壁面との間の空間が小さくなり、粉体に含まれる粒子同士の接触回数が増加して粉体の再凝集が発生する恐れがある。
【００３７】
また、本実施形態では、衝突部材７は供給口４よりも粉体分散容器６の下部に、かつ排出口５よりも粉体分散容器６の上部に設けられ、さらに供給口４よりも排出口５寄りに設けられる。ここで、粉体分散容器６の長手方向において衝突部材７の設けられる位置は、排出口５により近い位置であって、供給口４からより遠い位置であることが好ましい。衝突部材７と排出口５との距離が長くなると、粉体が再凝集する恐れがある。また、衝突部材７と供給口４との距離が短くなると、粉体の鉛直方向下方、すなわち衝突部材７側に向う流速を充分に高めることができない状態で粉体と衝突部材７とが衝突することとなり、粉体中に含まれる粉体凝集物を分散できるほど大きな衝突力を発生させることができない恐れがある。ただし、衝突部材７と供給口４との距離が長くなり過ぎると、粉体供給手段により供給される粉体に付与される圧縮空気からの送圧力が粉体分散容器６内で分散され、粉体の流速が低減する恐れがあるので、衝突部材７と供給口４との距離はこれらを勘案して定められることが好ましい。
【００３８】
気体噴射手段８は、粉体分散容器６の側壁に複数が設けられ、供給口４から供給される粉体に対して衝突部材７に向う方向に気体を噴射する。気体噴射手段８としては、たとえば、空気を噴射する噴出孔が形成される噴射ノズルと、圧縮空気を生成し、生成される圧縮空気を噴射ノズルに供給するポンプと、噴射ノズルとポンプとを連携する配管とを備えるものを用いることができる。気体噴射手段８は、分散させるべき粉体の単位時間当りの供給量、粉体分散容器６の大きさなどに応じて、複数個が適宜設定され設けられる。
【００３９】
本実施形態では、気体噴射手段８は図示しない気体噴射手段も含めて６個が設けられ、各気体噴射手段８は粉体分散容器６の円周方向に等間隔で配置される。また、気体噴射手段８は、噴射ノズルに形成される噴出孔が衝突部材７よりも上方に配置されるように設けられ、このことにより供給口から供給される粉体に対して衝突部材７よりも上方から衝突部材に向う方向に圧縮空気を噴射する。
【００４０】
気体噴射手段８により噴射する気体の圧力としては、供給される粉体の量、粉体分散容器６の容積などにもよるけれども、たとえば、毎時３０〜５０ｋｇの粉体を供給する場合、０．４ＭＰａ以上０．８ＭＰａ以下であることが好ましい。圧力が０．４ＭＰａ未満であると、気体を噴出することにより粉体に付与する風圧力が小さく、粉体と衝突部材７との衝突力が小さくなるので、粉体に含まれる粉体凝集物を充分に分散できなくなる恐れがある。圧力が０．８ＭＰａを超えると、粉体分散容器６に導入される粉体が粉体分散容器６の中央付近に圧送されて集合することによって新たな粉体の凝集を招く恐れがある。
【００４１】
ここで、気体噴出手段８が粉体に対して衝突部材７に向う方向に気体を噴射するという構成は、気体噴出手段８による気体の噴出方向が供給口４から供給される粉体が衝突部材７に衝突するように粉体を圧送する方向となるように設定されればよく、気体噴出手段８の噴出方向の延長線上に衝突部材７が存在するように気体噴出手段８が配置されることに限定するものではない。すなわち、気体噴出手段８による気体噴出方向は、たとえば、粉体分散容器６の中央部付近に向う水平方向などであってもよい。ただし、気体噴出手段８により噴出される気体の風圧力を受ける粉体が、鉛直方向下方すなわち衝突部材に向う方向における流速が高められるように、水平方向よりも鉛直方向下方に傾斜されて気体が噴出されることが好ましい。
【００４２】
気体噴出手段８から噴出される気体の気体噴出方向の傾斜角度は、鉛直方向と気体噴出方向とが成す角度が２０°以上９０°以下である。気体噴出手段８による気体噴出方向の傾斜角度がこのような範囲であると、衝突部材７に対する粉体の衝突角度、すなわち粉体の運動方向と衝突部材７の側壁面とがなす角度を９０°未満とできるので好ましい。鉛直方向と気体噴出方向とが成す角度が２０°未満であると、粉体の受ける水平面内での風圧力が、鉛直方向での風圧力の大きさに比べて小さくなり、粉体中に含まれる粉体凝集物を衝突部材７に衝突させることができないまま排出口３から排出され、分級装置２に導入される恐れがある。鉛直方向と気体噴出方向とが成す角度が９０°を超えると、鉛直方向下方すなわち衝突部材に向う方向における粉体の流速を低減する恐れがある。
【００４３】
粉体分散装置１では、まず、造粒装置により造粒され、粉体凝集物を含む粉体が不図示の粉体供給手段から供給口４を介して粉体分散容器６内に導入される。供給口４から供給される粉体凝集物を含む粉体は、粉体供給手段の圧縮空気導入ノズルからの空気の圧送力および粉体の重力により衝突部材７側に落下する。この落下する粉体に対して気体噴射手段８から衝突部材に向う方向に気体が噴射される。この気体の噴射によって粉体は衝突部材７に衝突し、凝集状態にある粉体が衝突部材７との衝突力により分散される。衝突部材７との衝突により分散される粉体は、衝突部材７と粉体分散容器６側壁との間の空間であって、支持部材９の設けられない部分を通路として排出口５側に移動し、排出口５から排出される。排出口５から排出される粉体凝集物を含まない粉体は、分級装置２により分級される。
【００４４】
粉体分散装置１によれば、供給口４から供給される粉体凝集物を含む粉体に対して気体噴射手段８から衝突部材７に向う方向に気体を噴射することによって、粉体中に含まれる粉体凝集物を衝突部材に衝突させて充分に分散させることができる。また、供給口４が衝突部材７よりも粉体分散容器６の上部に形成され、排出口５が衝突部材７よりも粉体分散容器６の下部に形成されるので、供給口４から供給される粉体を衝突部材７方向に重力により落下させることができ、粉体と衝突部材７との衝突力を一層大きくすることができる。さらに、気体噴射手段８が衝突部材７よりも上方から気体を噴射するように構成されるので、粉体の鉛直方向下方すなわち衝突部材に向けての流速を高めることができ、粉体凝集物を含む粉体と衝突部材７との衝突力を一層増大させることができる。
【００４５】
粉体分散装置１を備える分級装置２は、粉体分散装置１によって分散される粉体を粒径、密度または形状の違いによって分級する分級手段と、粉体分散装置１の排出口５から排出される粉体を受入れる粉体受入口３を有する不図示の粉体分級容器とを含む。粉体分級容器には、粉体受入口３が粉体分散容器６の排出口５と連なって形成されることにより、粉体分散装置１の粉体分散容器６と連通するように構成される。分級装置２は、上記の構成を満たすものであり、導入される粉体をその粒径、密度または形状の違いによって分級することができる手段であれば、他の構成は特に限定されない。
【００４６】
本実施形態では、導入される粉体を、粒径の違いによって分級する気流式分級装置を用いる。気流式分級装置は、粉体分級容器内に羽根車型の分級ロータを備え、該分級ロータの回転により粉体に作用する遠心力が重量の違いにより異なることを利用して、導入される粉体を、粒径が大きく重量の大きい粉体と、粒径が小さく重量の小さい粉体とに分級する。粒径の大きい粉体は、作用する遠心力が粒径の小さい粉体に作用する遠心力よりも大きいことにより、粉体分級容器内の外周側を旋回する。一方、粒径の小さい粉体は、作用する遠心力が粒径の大きい粉体に作用する遠心力よりも小さいことにより、粉体分級容器内の中央部付近を旋回する。粉体分級容器の下部には、粉体分級容器中央部付近に存在する粉体を排出する微粉排出管と、粉体分級容器外周付近の粉体を排出する粗粉排出管とが設けられ、各排出管にはそれぞれの排出管から排出される粉体を回収する回収容器が備えられる。
【００４７】
分級装置２による分級は、次のようにして行なわれる。まず、分級ロータが回転する状態で粉体分散装置１によって分散される粉体が導入される。該導入される粉体は、分級ロータの回転による遠心力により、粒径が大きい粉体は粉体分級容器内の外周付近を旋回し、粒径が小さい粉体は粉体分級容器内の中央部付近を旋回するようにして分離され、それぞれの粉体は重力により下降する。重力により下降する粉体のうち、粉体分級容器内の外周付近を旋回する粉体、すなわち粒径の大きい粉体は、粗粉排出管から排出され回収される。また、重力により下降する粉体のうち、粉体分級容器内の中央部付近を旋回する粉体、すなわち粒径の小さい粉体は、微粉排出管から排出され回収される。このようにして、粉体の分級が行なわれる。
【００４８】
分級装置２は、粉体分散装置１によって分散される粉体凝集物を含まない粉体を分級することができるので、分級すべき粉体が再度凝集するのを防止でき、分級精度の低下を防止できる。さらに、粉体分散装置１によって粉体が充分に分散されるので、分級装置２に粉体を投入する際、投入量が多くなることによって粉体が再凝集する恐れがなく、単位時間当りの粉体投入量を増加させることができるので、生産効率が向上する。
【００４９】
なお、粉体分散装置１および分級装置２は、上記の構成に限定されることなく、種々の変更が可能である。
【００５０】
このような本発明の粉体分散装置１および粉体分散装置１を備える分級装置２は、たとえば、トナーの製造方法などに好ましく用いられる。以下本発明の粉体分散装置１および分級装置２を用いるトナーの製造方法について説明する。
【００５１】
トナーの製造方法は、結着樹脂および着色剤を溶融混練する溶融混練工程と、溶融混練工程で得られる溶融混練物を粉砕して造粒する造粒工程と、造粒工程で得られる粉体凝集物を含む粉体を粉体分散装置１で分散する分散工程と、分散工程で分散される粉体を分級装置２で分級する分級工程とを含む。
【００５２】
まず、トナーの構成材料である原料成分について説明する。トナーは、少なくとも結着樹脂および着色剤を含み、必要に応じてワックスなどの離型剤、帯電制御剤などの添加剤が含有される。
【００５３】
結着樹脂としては、公知の樹脂を用いることができ、たとえば、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリスチレン、ポリアミド樹脂、ポリウレタン樹脂、アクリル樹脂などを用いることができる。これらの樹脂は単独で用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。
【００５４】
着色剤としては、公知のものを用いることができ、たとえば、カーボンブラック、鉄黒、ニグロシン、ベンジンブルー、キナクリドン、ローダミンＢ、フタロシアニンブルーなどが挙げられる。着色剤は、結着樹脂１００重量部に対して３〜１２重量部含まれることが好ましい。
【００５５】
結着樹脂および着色剤以外にも、オフセット防止効果を高める目的で一般的な離型剤であるワックスを用いることが好ましい。ワックスとしては、公知のものを使用でき、たとえば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−エチレンアクリレート共重合体などが挙げられる。これらは単独で使用しても、あるいは２種以上を併用してもよい。ワックスの配合量は特に限定されないけれども、結着樹脂１００重量部に対して２〜８重量部含まれることが好ましい。ワックスが２重量部未満であると、高温オフセットが発生しやすくなり、８重量部を超えると、感光体表面にワックスが付着するフィルミングが発生しやすくなる。
【００５６】
また、トナーには、結着樹脂、着色剤、ワックスのほかに、好ましい特性を損なわない範囲で帯電制御剤などの添加剤を含有してもよい。帯電制御剤の添加によって、トナーの摩擦帯電量を好適にすることができる。帯電制御剤としては、公知のものを使用でき、たとえば、モノアゾ染料の金属錯塩、ニトロフミン酸およびその塩、サリチル酸、ナフトエ酸、ジカルボン酸のコバルト、クロム、鉄などの金属錯体アミノ化合物、第４級アンモニウム化合物などが挙げられ、これらを単独で、もしくは２種以上を併用して使用することができる。帯電制御剤の配合量は特に限定されないけれども、結着樹脂１００重量部に対して、通常０．０５〜１０重量部である。
【００５７】
また、トナーを１成分系の磁性トナーとして用いる場合、磁性粉を含有させる。磁性粉としては、磁場の中に置かれて磁化される公知の物質を用いることができ、たとえば、鉄、コバルト、ニッケルなどの強磁性金属の粉末、マグネタイト、鉄以外の金属元素を含むフェライトの粉末などが挙げられる。磁性粉は、結着樹脂１００重量部に対して４０〜１５０重量部含まれることが好ましい。なお、トナーを２成分系の現像剤として用いる場合には磁性粉は含有されない。
【００５８】
以上のような結着樹脂および着色剤と、必要に応じて添加されるワックス、帯電制御剤などの成分とを、溶融混練工程において溶融混練することによって、結着樹脂中に結着樹脂以外の各成分を分散させる。
【００５９】
溶融混練工程を行なう前に、結着樹脂および着色剤と、必要に応じて添加されるワックス、帯電制御剤などとを含む原料を、混合装置を用いて予備的に混合してもよい。混合装置としては特に限定されるものではなく、たとえば、ダブルコンミキサー、Ｖ型ミキサー、ドラム型ミキサー、スーパーミキサー、ヘンシェルミキサー、ナウターミキサーなどの高速攪拌型混合装置が挙げられる。混合された原料混合物は、溶融混練工程に供される。
【００６０】
溶融混練工程では、結着樹脂および着色剤と、必要に応じて添加されるワックス、帯電制御剤などとを含む原料混合物を溶融混練し、結着樹脂中に結着樹脂以外の各成分を分散させる。
【００６１】
溶融混練工程に用いられる装置としては、特に限定されるものではなく、たとえば、二軸押出機、三本ロール、ラボブラストミルなどの一般的な混練機、ＴＥＭ−１００Ｂ（東芝機械社製）、ＰＣＭ−３０、ＰＣＭ−６５／８７（以上、池貝鉄工社製）などの１軸または２軸のエクストルーダー、ニーデックス（三井鉱山社製）などのオープンロール方式の混練機などが挙げられる。
【００６２】
次いで、溶融混練工程で得られる溶融混練物を粉砕して造粒する造粒工程を行なう。造粒工程では、まず、クラッシャー、ハンマーミル、フェザーミルなどを用いて、溶融混練工程で得られる溶融混練物を数１００μｍから数ｍｍの粗粉砕物に粗粉砕する。そして、超音速ジェット気流を利用して粉砕するジェット式粉砕機、高速で回転する回転子（ロータ）と固定子（ライナー）との間に形成される空間に粗粉砕物を導入して粉砕する衝撃式粉砕機などを用いて、粗粉砕物を所望の粒径にまで粉砕する。
【００６３】
造粒工程により造粒される溶融混練物からなる粉体は、粉体を構成する粒子同士の付着力、静電気力などにより、粉体凝集物を発生する。このような粉体中に含まれる粉体凝集物を分散させるために、上記の粉体分散装置１により粉体中に含まれる粉体凝集物を分散させる分散工程を行なう。
【００６４】
粉体分散装置１により粉体中に含まれる粉体凝集物が分散されると、粉体分散装置１を備える分級装置２によって粉体をその粒径などによって分級する分級工程を分散工程と連続的に行なう。分級工程では、所望の粒度分布を有する粒子群が得られるまで、分散工程を含む同じサイクルが繰返し実行される。このようにして、所望の粒径を有するとともに、粒度分布の狭いトナーを得ることができる。
【００６５】
上記の工程を経て得られるトナーは、体積平均粒径が５．０μｍ以上８．０μｍ以下であるものが好ましい。またこのようなトナーの中でも、粒径が４．００μｍ以下の粒子の含有率が２５個数％未満であり、３．１７μｍ以下の粒子の含有率が１５個数％未満であるものがさらに好ましい。トナーの体積平均粒径が５．０μｍ未満であると、トナー粒径が小さくなり過ぎ、高帯電化、現像剤の低流動化が起こり、感光体にトナーを安定して供給することができないので、画像かぶり、画像濃度の低下などを引起こす恐れがある。また、トナーの体積平均粒径が８．０μｍを超えると、トナーの粒径が大きいので、高画質な画像を得ることができず、また低帯電化に伴うトナーの感光体への供給安定性を失い、トナー飛散による機内汚染が悪化する恐れがある。
【００６６】
このようにして得られたトナーに、たとえば、粉体流動性向上、摩擦帯電性向上、耐熱性および長期保存性改善、クリーニング特性改善、感光体表面磨耗特性制御どの機能を担う外添剤を混合してもよい。外添剤としては、たとえば、シリカ微粉末、酸化チタン微粉末、アルミナ微粉末などが挙げられる。外添剤の添加量としては、トナーに必要な帯電量の付与、感光体への影響、トナーの環境特性などを考慮して、トナー１００重量部に対し１重量部以下が実用上好適である。
【００６７】
さらに、上記のようにして作製し、必要に応じて外添剤を添加したトナーにキャリアを混合し、２成分系の現像剤としてもよい。２成分系の現像剤に用いられるキャリアとしては、公知のものが使用でき、たとえば、鉄粉、フェライト粉、ニッケル粉、磁性樹脂キャリアなどの磁性を有する粉体、ガラスビーズなど、ならびにこれらの表面を樹脂などで被覆したものが挙げられる。キャリアの被覆に使用できる樹脂としては、たとえば、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、スチレン樹脂、フッ素樹脂などが挙げられる。
【００６８】
本発明の粉体分散装置１および分級装置２を用いるトナーの製造方法では、造粒工程により溶融混練物を粉砕し造粒した後、分散工程を経て分級工程が行なわれるので、分級工程において分級すべき粉体に凝集物が存在しない状態で粉体を分級することができる。したがって、分級工程において所望の粒径よりも大きい粒子を除去する際、所望の粒径の範囲内である粒子を含む粉体凝集物が所望の粒径よりも大きい粗粉として扱われて除去されることが防止できるので、分級工程後に得られるトナーの量と造粒工程において製造される粉体の量との比であるトナーの収率を向上させることができる。
【００６９】
また、分級工程において所望の粒径よりも小さい粒子を除去する際、粉体に含まれる所望の粒径分布よりも小さい粒子の凝集物が１個の粒子としてみなされて製品としてのトナーに含まれることが防止されるので、トナー中に含まれる所望の粒径よりも小さい微粉の含有率を低減することができる。
【実施例】
【００７０】
以下本発明の実施例について説明する。実施例および比較例では、次のようにしてトナーを製造した。
【００７１】
〔実施例１〕
以下に示すトナー原料をスーパーミキサー（カワタ社製：ＳＭＶ−２０）で充分に混合し、得られた混合物を二軸混練機（池貝鉄工社製：ＰＣＭ−３０）によって溶融混練工程を行なった。
【００７２】
（トナー原料）
結着樹脂：ポリエステル樹脂（酸価：２１ｍｇＫＯＨ／ｇ）
芳香族系アルコール成分：ビスフェノールＡ  プロピレンオキサイド、ビスフェノールＡ  エチレンオキサイド
酸成分：フマル酸、無水メリット酸                    ８７．５重量部
着色剤：Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ  Ｂｌｕｅ  １５：１        ５．０重量部
ワックス：無極性パラフィンワックス  （ＤＳＣピーク７８℃）６．０重量部
帯電制御剤：サリチル酸の亜鉛化合物                        １．５重量部
【００７３】
なお、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。
【００７４】
また、ワックスのＤＳＣピーク温度は、セイコーインスルメンツ社製のＤＳＣ２００を用いて次のようにして測定した。サンプルおよび基準物質を入れた装置の電気炉内の雰囲気（不活性ガス）温度を２０℃〜２００℃まで１分間当たり１０℃の割合で昇温させた後、２００℃〜２０℃まで降温させる過程を２回繰り返して、２回目の昇温時のサンプル温度を測定した。そして、このサンプル温度と基準物質の温度との差によって吸熱ピークを検出し、吸熱ピーク時の温度をＤＳＣピーク温度とした。
【００７５】
次いで、溶融混練工程で得られた溶融混練物を粗粉砕し、ジェット式粉砕機（日本ニューマチック工業社製：ＩＤＳ−２）によって粉砕する造粒工程を行なった。造粒工程後、得られた粉体を、図１に示す粉体分散装置１および粉体分散装置１と連なって設けられる分級装置（ホソカワミクロン（株）製：３１５−ＴＳＰの改造機）を用いて、所望の粒度分布が得られるまで分散工程および分級工程を連続的に行なった。なお、粉体分散装置１による分散条件は以下の通りである。
【００７６】
粉体分散容器としては、内径１０．５ｃｍ、高さ２６．７ｃｍ、容積１９６５ｃｍ３の略円筒形状容器を用いた。衝突部材は、底面が直径４．０ｃｍの円形、高さが６．５ｃｍの円錐形状のものを用い、排出口より１．５ｃｍ上方に設置した。粉体分散容器内への粉体供給手段からの粉体の供給は０．１５ＭＰａの圧縮空気により行ない、毎時３０ｋｇの粉体を粉体分散容器内に供給した。気体噴射手段は、粉体分散容器に６個備えられ、各気体噴射手段から衝突部材に向けて噴射する空気の圧力を０．６ＭＰａに設定した。気体噴射手段は、排出口より１５．７ｃｍ上方に設置され、気体噴出手段から噴出される気体の気体噴出方向の傾斜角度は４０°であった。以上のようにして、実施例１のトナーを製造した。
【００７７】
〔実施例２〕
分散工程において、毎時４０ｋｇの粉体を粉体分散容器内に供給したこと以外は実施例１と同様にして、実施例２のトナーを製造した。
【００７８】
〔実施例３〕
分散工程において、毎時５０ｋｇの粉体を粉体分散容器内に供給したこと以外は実施例１と同様にして、実施例３のトナーを製造した。
【００７９】
〔実施例４〕
分散工程において、毎時５０ｋｇの粉体を粉体分散容器内に供給するとともに、各気体噴射手段から噴射する空気の圧力を０．４ＭＰａに設定したこと以外は実施例１と同様にして、実施例４のトナーを製造した。
【００８０】
〔比較例１〕
造粒工程後、得られた粉体を分散させることなく、０．１５ＭＰａの圧縮空気により分級装置（ホソカワミクロン（株）製：３１５−ＴＳＰ）に粉体を毎時３０ｋｇで供給し、所望の粒度分布が得られるまで分級工程を行なったこと以外は実施例１と同様にして、比較例１のトナーを製造した。
【００８１】
〔比較例２〕
造粒工程後、得られた粉体を分散させることなく、０．１５ＭＰａの圧縮空気により比較例１で用いた分級装置と同様の分級装置に粉体を毎時４０ｋｇで供給し、所望の粒度分布が得られるまで分級工程を行なったこと以外は実施例１と同様にして、比較例２のトナーを製造した。
【００８２】
〔比較例３〕
造粒工程後、得られた粉体を分散させることなく、０．１５ＭＰａの圧縮空気により比較例１で用いた分級装置と同様の分級装置に粉体を毎時５０ｋｇで供給し、所望の粒度分布が得られるまで分級工程を行なったこと以外は実施例１と同様にして、比較例３のトナーを製造した。
【００８３】
〔比較例４〕
分散工程において、毎時５０ｋｇの粉体を粉体分散容器内に供給するとともに、気体噴射手段から空気を噴射しなかったこと以外は実施例１と同様にして、比較例４のトナーを製造した。
【００８４】
以上のようにして実施例および比較例のトナーの製造における分散工程および分級工程での各条件を表１に示す。
【００８５】
【表１】
0004684817.tif 000002
【００８６】
以上のようにして製造した実施例および比較例のトナーの体積平均粒径を測定するとともに、トナー中に含まれる微粉の含有率を求め、評価した。体積平均粒径および微粉の含有率は、コールターマルチサイザーＩＩＩ（コールター社製）によって得られた粒度分布から算出した。なお、微粉の含有率としては、粒径が４．００μｍ以下の粒子の含有率および粒径が３．１７μｍ以下の粒子の含有率を求めた。
【００８７】
微粉の含有率についての評価は、粒径が４．００μｍ以下の粒子については、２０個数％未満であるものを○（良好）、２０個数％以上２５個数％未満であるものを△（可）、２５個数％以上であるものを×（不可）とした。粒径が３．１７μｍ以下の粒子については、1０個数％未満であるものを○（良好）、１０個数％以上１５個数％未満であるものを△（可）、１５個数％以上であるものを×（不可）とした。
【００８８】
また、実施例および比較例で製造したトナーの収率を評価した。なお、トナーの収率とは、分級工程後に得られるトナーの重量と造粒工程において製造される粉体の重量との比（分級工程後に得られるトナーの重量／造粒工程において製造される粉体の重量）である。トナーの収率の評価は、収率が７０％以上であるものを○（良好）、６０％以上７０％未満であるものを△（可）、６０％未満であるものを×（不可）とした。
【００８９】
さらに、微粉の含有率とトナーの収率とから、総合判定を行なった。総合判定では、特に良好なものを◎、良好なものを○、実使用上は問題がないものを△、実使用が不可能であるものを×、非常に悪いものを××として評価した。
【００９０】
実施例および比較例で製造したトナーの体積平均粒径、微粉の含有率およびトナーの収率についての評価ならびに総合評価を表２に示す。
【００９１】
【表２】
0004684817.tif 000003
【００９２】
表２に示すように、本発明の粉体分散装置１によって分散工程を行なってから分級工程を行なったトナー（実施例１〜４）は、微粉の含有率が低く、高い収率で製造することができた。また、単位時間当りの粉体の供給量を増加させても、微粉の含有率を大幅に増大させることなくトナーを製造することができた。なお実施例３と実施例４との総合評価の違いは、実施例３が微粉含有率およびトナーの収率のいずれについても実施例４よりも良好な結果が得られたことによるものである。
【００９３】
一方、分散工程を行なわなかったトナー（比較例１〜３）は、微粉の含有率が高く、収率も低いものであった。分散工程において空気の噴出を行なわなかったトナー（比較例４）についても、分散工程を行なわなかったトナーと同様の結果であった。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】本発明の実施の一形態である粉体分散装置１の構成を概略的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００９５】
１  粉体分散装置
２  分級装置
３  粉体受入口
４  供給口
５  排出口
６  粉体分散容器
７  衝突部材
８  気体噴射手段
９  支持部材
【図１】
0004684817.tif 000004