(57)【要約】【課題】粉体の粉砕時における微粉の発生を低減できる粉砕装置を提供する。【解決手段】粉砕装置は、入口３が形成された粉砕室１と、この粉砕室１に収容された衝突部材２とを備え、入口３から粉砕室１内に粉体を搬入し、粉体を衝突部材２に衝突させて粉砕する。衝突部材２は、入口３に対向する略球面形状の先端部２ａと、この先端部２ａに連なる円錐形状のコーン部２ｂとを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入口が形成された粉砕室と、この粉砕室に収容された衝突部材とを備え、上記入口から上記粉砕室内に粉体を搬入し、上記粉体を上記衝突部材に衝突させて粉砕する粉砕装置であって、
上記衝突部材は、上記入口に対向する略球面形状の先端部と、上記先端部に連なる円錐形状のコーン部とを有する粉砕装置。
【請求項２】
上記粉砕室の径は上記先端部の最大径の３〜１０倍であり、
上記コーン部の側面は上記コーン部の軸心に対して０°を超え、且つ、上記軸心に対して１５°以下の角度で傾斜している粉砕装置。
【請求項３】
結着樹脂、着色剤及びワックスを含有するトナー組成物を溶融混練して混練物を生成する工程と、
上記混練物を冷却した後、請求項１または２に記載の粉砕装置で粉砕する工程とを備えたトナー粒子の製造方法。
【請求項４】
上記混練物の粉砕前に、上記混練物が無機微粒子を含むようにする請求項３に記載のトナー粒子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は粉砕装置及びこれを用いたトナー粒子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、粉砕装置としては、図２に示すように、入口１０３が形成された粉砕室１０１と、この粉砕室１０１内に収容され、円錐形状の先端部１０２ａを有する衝突部材１０２とを備えて、トナー原料の粉体を衝突部材１０２に衝突させて粉砕するものがある。このような粉砕装置が例えば特許第３２９７６３５号公報（特許文献１）に開示されている。
【０００３】
また、特開平４−２１０２５５号公報（特許文献２）の粉砕装置では、トナーの原料となる粉体を球形状の衝突部材に衝突させて一次粉砕した後、更に粉砕室の内壁面に衝突させて２次粉砕している。つまり、上記粉砕装置は、いわゆる２段衝突により粉体の粉砕効果を高めている。
【０００４】
しかしながら、上述した粉砕装置では、トナー粒子の小粒径化を図ろうとすると、トナー原料の粉体が過剰に粉砕されて、不要な微粉が多量に発生してしまう。したがって、生産効率が低下するという問題がある。
【０００５】
この問題を解決するための粉砕装置が特許第２７３１８３４号公報（特許文献３）に開示されている。ここでは、トナーの原料となる粉体を緩やかに２段衝突させて、トナーの原料となる粉体の過粉砕を防止しようとしている。
【０００６】
しかし、特許２７３１８３４号公報の粉砕装置でも、過粉砕の防止効果は十分に得ることができない。
【特許文献１】特許第３２９７６３５号公報
【特許文献２】特開平４−２１０２５５号公報
【特許文献３】特許第２７３１８３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明の課題は、粉体の粉砕時における微粉の発生を低減できる粉砕装置を提供することにある。
【０００８】
また、本発明の他の目的は、上記粉砕装置を用いて効率よく小粒径のトナー粒子を製造し得る方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、請求項１の粉砕装置は、入口が形成された粉砕室と、この粉砕室に収容された衝突部材とを備え、上記入口から上記粉砕室内に粉体を搬入し、上記粉体を上記衝突部材に衝突させて粉砕する粉砕装置であって、上記衝突部材は、上記入口に対向する略球面形状の先端部と、上記先端部に連なる円錐形状のコーン部とを有する。
【００１０】
本明細書において、略球面形状とは、放物線の一部を回転させて成る曲面形状や、楕円の１／４の部分を回転させて成る曲面形状も含む。
【００１１】
上記請求項１の粉砕装置によれば、上記粉体は入口から粉砕室内に搬入され、衝突部材の先端部に衝突する。このとき、上記先端部の形状が略球面形状であるので、粉体は衝突部材の先端部に衝突した後、コーン部の側面に沿ってスームズに進む。これにより、上記粉体はその先端部との衝突後に、粉砕室の内壁に衝突しないので、粉体の２次衝突が阻止される。しかも、上記衝突部材に対する粉体の衝突力が過大にならない。したがって、上記粉体は過剰に粉砕されず、微粉の発生を低減できる。
【００１２】
一実施形態の粉砕装置では、上記先端部と上記コーン部とは直接連なっている。この場合、上記先端部の表面とコーン部の側面とは段差を生じることなく滑らかに接続されていることが好ましい。
【００１３】
一実施形態の粉砕装置では、上記先端部と上記コーン部とは接続部材を介して連なっている。上記接続部材としては例えば円柱形状の部材を用いることができる。上記接続部材の形状は円柱形状に限定されず、様々な形状がある。
【００１４】
また、請求項２の粉砕装置は、上記粉砕室の径は上記先端部の最大径の３〜１０倍であり、上記コーン部の側面は０°を超え、且つ、上記軸心に対して１５°以下の角度で傾斜している。
【００１５】
上記請求項２の粉砕装置によれば、上記粉砕室の径を先端部の最大径の３〜１０倍にし、コーン部の側面をコーン部の軸心に対して０°を超え、且つ、上記軸心に対して１５°以下の角度で傾斜させることにより、粉体は衝突部材の先端部に衝突した後、コーン部の側面に沿ってよりスームズに進む。したがって、いわゆる複数段衝突による粉体の粉砕を確実に防止できる。
【００１６】
仮に、上記コーン部の側面がコーン部の軸心に対して１５°を越える角度で傾斜した場合、粉体は衝突部材の先端部に衝突した後に、粉砕室の内壁に衝突し易くなる。その結果、上記粉体が過剰に粉砕されて、微粉の発生が増大する。
【００１７】
また、請求項３のトナー粒子の製造方法は、結着樹脂、着色剤及びワックスを含有するトナー組成物を溶融混練して混練物を生成する工程と、上記混練物を冷却した後、請求項１または２に記載の粉砕装置で粉砕する工程とを備えている。
【００１８】
上記請求項３の発明の粉砕装置によれば、結着樹脂、着色剤及びワックスを含有するトナー組成物を溶融混練して混練物を生成する。そして、上記混練物を冷却した後、上記請求項１または２の粉砕装置で粉砕するから、微粉の発生を低減出来る。
【００１９】
請求項４のトナー粒子の製造方法は、請求項３に記載のトナー粒子の製造方法において、上記混練物の粉砕前に、上記混練物が無機微粒子を含むようにする。
【００２０】
上記請求項４の発明の粉砕装置によれば、上記混練物の粉砕前に、混練物が無機微粒子を含むようにするので、トナー粒子の融着を防止し、連続して安定した粉砕操作を行うことができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の粉砕装置は、先端部の形状が略球面形状であるので、粉体は過剰に粉砕されず、微粉の発生を低減できる。
【００２２】
また、上記粉体は衝突部材の先端部に衝突した後、コーン部の側面に沿ってスームズに進むので、粉体はその先端部との衝突後に、粉砕室の内壁に衝突しなくて、粉体の２次衝突が阻止され、微粉の発生を確実に低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の粉砕装置を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００２４】
図１に、本発明の実施の一形態の粉砕装置の模式断面図を示す。
【００２５】
上記粉砕装置は、入口３および出口４が形成された円柱形状の粉砕室１と、この粉砕室１に収容されたシャトル型の衝突部材２とを備えている。
【００２６】
上記粉砕室１の入口３は吸込ノズル５に接続される一方、粉砕室３の出口４には排出管６に接続されている。上記吸込ノズル５は、ジェット気流の力により粉体を搬送し加速し、粉砕室１内に向けて噴射する。また、上記粉砕室１の出口４側の端部は出口４に向って徐々に径が縮小している。
【００２７】
上記衝突部材２は、入口３に対向する略球面形状の先端部２ａと、この先端部２ａに連なる円錐形状のコーン部２ｂと、このコーン部２ｂに連なる円柱形状の第１，第２の連結部２ｃ，２ｄと、この第２の連結部２ｄに連なる末端部２ｅとを有している。上記末端部２ｅの径は入口３側から出口４側に向って徐々に径が縮小している。なお、衝突部材は、先端部２ａ、コーン部２ｂ、第１，第２の連結部２ｃ，２ｄおよび末端部２ｅを有するものに限定されず、様々な変形例があるが、先端部２ａ、コーン部２ｂ、第１，第２の連結部２ｃ，２ｄおよび末端部２ｅを有するものが好ましい。
【００２８】
上記構成の粉砕装置によれば、上記吸込ノズル５が粉体をジェット気流の力により搬送し加速し、粉砕室１内に向けて噴射する。そうすると、上記粉体は入口３から粉砕室１内に進入し、衝突部材２の先端部２ａに衝突する。このとき、上記先端部２ａの形状が略球面形状であるので、粉体は衝突部材２の先端部２ａに衝突した後、コーン部２ｂの側面に沿ってスームズに進む。これにより、上記粉体はその先端部２ａとの衝突後に、粉砕室１の内壁に衝突しないので、粉体の２次衝突が阻止される。しかも、上記衝突部材２に対する粉体の衝突力が過大にならない。したがって、上記粉体は過剰に粉砕されず、微粉の発生を低減できる。
【００２９】
上記粉砕装置を用いてトナー粒子の製造する場合、まず、結着樹脂、着色剤及びワックスを含有するトナー組成物を溶融混練して混練物を生成する。次に、上記混練物を冷却した後、ロートプレックスやアトマイザー等を用いて３ｍｍ以下程度に粗粉砕して、粉砕装置に搬送すべき粉体を得る。次に、上記粉体を粉砕装置で更に粉砕して、トナー粒子を生成する。このようにして得られたトナー粒子は、微粉等を除去することにより、所望の平均粒径とすることができる。
【００３０】
上記製造方法により得られるトナー粒子の平均粒径は、５〜１２μｍであることが好ましく、５〜９μｍであることが更に好ましい。また、上記トナー粒子の平均粒径が１２μｍを超えると、そのトナー粒子で精細な画質を得ることが困難になる。また、上記トナー粒子の平均粒径が５μｍ未満では、微粉が多く含まれるため、生産性が極端に低下するという問題が生じてしまう。また、トナー粒子において粒径４μｍ以下の微粉が多いと、印刷機の作動に安定性を欠き易く、画質も汚れ易くなる。
【００３１】
また、上記トナー粒子には、着色剤は、１〜１５％含有していることが好ましく、ワックスは、１〜１５％含有していることが好ましく、結着樹脂は、７０〜９８％含有していることが好ましい。
【００３２】
上記粉体装置で生成したトナー粒子の平均粒径と、そのトナー粒子が含む４μｍ以下の微粉の量とを測定した結果を下表１，２に記載する。また、下表１には、図２の従来の粉砕装置で生成したトナー粒子の平均粒径と、そのトナー粒子が含む４μｍ以下の微粉の量を比較例として記載している。
【００３３】
【表１】
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【００３４】
【表２】
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【００３５】
表１，２から判るように、本実施の形態の粉砕装置は従来よりも効率よく小粒径のトナー粒子を製造できる。つまり、本実施の形態の粉砕装置は、粉砕処理速度を上げても、４μｍ以下の微粉の量を低減できる。
【００３６】
上記平均粒径の測定では、コールターマルチサイザーII（コールター社製）により、１００μｍアパチャー使用して２０℃下で測定を行った。また、４μｍ以下の微粉の量の測定も、コールターマルチサイザーII（コールター社製）によって行った。
【００３７】
上記測定では、結着樹脂の一例としてのポリエステル樹脂（軟化点１１４℃、ガラス転移点６０℃）１００重量部、着色剤の一例としてのＥＣＢ−３０１（大日精化工業（株）製）３重量部、ワックスの一例としてのカルナバワックス（融点８３℃）６重量部、電荷調整剤の一例としてのボントロンＥ−８４（オリエント化学（株）製）０．５重量部を混合したトナー組成物を用いている。また、上記トナー組成物を溶融混練して得た混練物は冷却後、粗粉砕する。また、この粗粉砕で得た粉体は、表面処理剤（Ｒ９７２：日本アエロジル（株）製）（全量に対して１重量％）と混合して、平均粒径が表１，２の値になるように粉砕する。
【００３８】
上記測定で使用する本実施の形態の粉砕装置は、衝突式粉砕機ジェットミル（日本ニューマチック工業（株）製）に図１の本発明の構成を適用したものである。ここで、図１の各部の寸法および角度は、Ａ1：１１ｍｍ、Ｂ1：２０ｍｍ、Ｃ1：６０ｍｍ、Ｄ1：２０ｍｍ、Ｅ1：４５ｍｍ、Ｆ1：８２ｍｍ、Ｒ1：１０ｍｍ、θ1：１１°としている。
【００３９】
上記測定で使用する従来の粉砕装置も、衝突式粉砕機ジェットミル（日本ニューマチック工業（株）製）に図２の従来の構成を適用したものである。ここで、図２の各部の寸法は、Ａ2：１１ｍｍ、Ｃ2：６０ｍｍ、Ｅ2：４５ｍｍ、Ｇ2：３４．６４ｍｍ、Ｆ2：８２ｍｍ、Ｒ2：３０ｍｍとしている。なお、図２おいて、図１のＤ1、Ｂ1およびθ1に対応する値は０である。
【００４０】
本発明の製造方法に用いられる結着樹脂としては、ポリエステル、スチレン−アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリカーボネート、ポリウレタン等が挙げられ、これらの中では、低温定着性能の観点から、ポリエステルが好ましい。ポリエステルの含有量は、結着樹脂中、５０〜１００重量％が好ましく、９０〜１００重量％がより好ましく、１００重量％が特に好ましい。
【００４１】
上記ポリエステルの原料モノマーとしては、公知の２価以上のアルコール成分と、２価以上のカルボン酸、カルボン酸無水物、カルボン酸エステル等の公知のカルボン酸成分が用いる。
【００４２】
上記アルコール成分としては、式（Ｉ）：
【００４３】
【化１】
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で表される化合物が含有されていることが好ましい。ただし、式（Ｉ）中、Ｒは炭素数２または３のアルキレン基、ｘ及びｙは正の数を示し、ｘとｙの和は１〜１６が好ましく、１．５〜５．０がさらに好ましい。
【００４４】
式（Ｉ）で表される化合物としては、ポリオキシプロピレン（２．２）−２，２−ビス（４−ヒドロキシフェニル）プロパン、ポリオキシエチレン（２．２）−２，２−ビス（４−ヒドロキシフェニル）プロパン等のビスフェノールＡのアルキレン（炭素数２〜３）オキサイド（平均付加モル数１〜１６）付加物等が挙げられる。また、他のアルコール成分としては、エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリン、ペンタエリスリトール、トリメチログリコールプロパン、水素添加ビスフェノールＡ、ソルビトール、またはそれらのアルキレン（炭素数２〜４）オキサイド（平均付加モル数１〜１６）付加物等が挙げられ、これらの１種以上を含有することが好ましい。
【００４５】
式（Ｉ）で表される化合物のアルコール成分中の含有量は、５モル％以上、好ましくは５０モル％以上、より好ましくは１００モル％が望ましい。
【００４６】
また、上記カルボン酸成分としては、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、フマル酸、マレイン酸等のジカルボン酸、ドデセニルコハク酸、オクチルコハク酸等の炭素数１〜２０のアルキル基または炭素数２〜２０のアルケニル基で置換されたコハク酸、トリメリット酸、ピロメリット酸、それらの酸の無水物及びそれらの酸のアルキル（炭素数１〜３）エステル等が挙げられ、これらの１種以上を含有するものが好ましい。
【００４７】
上記ポリエステルは、例えば、アルコール成分、カルボン酸成分等を不活性ガス雰囲気中にて、要すればエステル化触媒を用いて、１８０〜２５０℃の温度で縮重合することにより製造することができる。
【００４８】
上記ポリエステルの酸価は１〜４０ｍｇＫＯＨ／ｇ、水酸基価は３〜６０ｍｇＫＯＨ／ｇ、溶融温度は９５〜１４０℃、ガラス転移点は５２〜７５℃であることが、それぞれ好ましい。
【００４９】
本発明の製法に用いられる着色剤としては、トナー用着色剤として用いられている染料、顔料等のすべてを使用することができ、カーボンブラック、フタロシアニンブルー、パーマネントブラウンＦＧ、プリリアントファーストスカーレット、ピグメントグリーンＢ、ローダミン−Ｂベース、ソルベントレッド４９、ソルベントレッド１４６、ソルベントブルー３５、キナクリドン、カーミン６Ｂ、ジスアゾエロー等が挙げられ、これらは単独でまたは２種以上を混合して用いることができ、本発明において、トナーは黒トナー、カラートナー、フルカラートナーのいずれであってもよい。着色剤の含有量は、結着樹脂１００重量部に対して、１〜４０重量部が好ましく、３〜１０重量部がより好ましい。
【００５０】
本発明の製法に用いられるワックスとしては、カルナバワックス、ライスワックス等の天然ワックス、ポリプロピレンワックス、ポリエチレンワックス、フィッシャートロプッシュ等の合成ワックス、モンタンワックス等の石炭系ワックス、アルコール系ワックス、エステル系ワックス等が挙げられ、これらは単独でまたは２種以上を併用してもよく、またこれらのなかでは、速やかにブリードアウトしやすいことから、カルナバワックスが好ましい。
【００５１】
上記ワックスの含有量は、結着樹脂１００重量部に対して、３〜２０重量部、好ましくは５〜１５重量部、より好ましくは５〜１０重量部である。
【００５２】
上記ワックスの融点は、７０〜９０℃が好ましい。７０℃より融点が低くなるほど保存安定性が悪化する傾向がある。低温定着が可能なトナーのワックス融点としては９０℃以下が好ましい。
【００５３】
また、本発明の製造方法で得るトナー粒子には、荷電制御剤、離型剤、流動性向上剤、導電性調整剤、体質顔料、繊維状物質等の補強充填剤、酸化防止剤、老化防止剤、クリーニング性向上剤等の添加剤が適宜含有されていてもよい。
【００５４】
連続して安定した粉砕操作を行う観点から、粉砕の前に、トナー組成物と無機微粒子を混合することが好ましい。この無機微粒子としては、シリカ、アルミナ等が挙げられる。このような無機微粒子は、トナー組成物１００重量部に対して、好ましくは０．１〜５重量部、更に好ましくは０．３〜２重量部混合することが好ましい。また、上記無機微粒子の平均体積粒径は、０．００１〜１μｍが好ましく、０．００５〜０．１μｍが更に好ましい。
【００５５】
図１の各部の寸法および角度における好ましい条件を（１）〜（７）に記載する。
【００５６】
（１）適度な粉砕力が得るとともに、粉体の粒子飛跡の乱れを防止する観点上、Ｒ1／Ｄ1＝０．３〜１．０が好ましく、０．４〜０．６とするのが更に好ましい。なお、本明細書において、「粉体の粒子飛跡の乱れ」とは、粉体が先端部２ａに衝突した後、更に粉砕室１の内壁に衝突するように粉体の粒子飛跡が描かれることを意味する。
【００５７】
（２）適度な粉砕力が得るとともに、粒子飛跡の乱れを防止する観点上、Ｄ1／Ａ1＝１．５〜５．０とするのが好ましく、Ｄ1／Ａ1＝１．６〜２．４とするのがより好ましい。
【００５８】
（３）θ1が１５°を越えると、粉体が先端部２ａに衝突した後、更に粉砕室１の内壁に衝突することがある。つまり、粉体の粒子飛跡の乱れが生じる。したがって、粉体の粒子飛跡の乱れを防止する観点上、０＜θ1≦１５°とするのが好ましく、５＜θ1≦１２°とするのがより好ましい。
【００５９】
（４）Ｂ1／Ａ1が５を越えて大きくなるに伴って、粉体の粉砕力が低下していく傾向がある。また、Ｂ1／Ａ1が０．１未満になると、粉体の粒子飛跡が乱れてしまう。したがって、適度な粉砕力を得ると共に、粒子飛跡の乱れを防止する観点上、Ｂ1／Ａ1＝０．１〜１０とするのが好ましく、Ｂ1／Ａ1＝１〜５とするのがより好ましい。
【００６０】
（５）Ｃ1／Ａ1が５０を越えると、装置が大型化して製造コストが増大してしまう。また、Ｃ1／Ａ1が１未満になると、粉体の粒子飛跡の乱れてしまう。したがって、製造コストの増大を抑えるとともに、粉体の粒子飛跡の乱れを防止する観点上、Ｃ1／Ａ1＝１〜５０とするのが好ましく、Ｂ1／Ａ1＝２〜１０とするのがより好ましい。
【００６１】
（６）Ｆ1／Ｄ1が１０を越えると、装置が大型化して製造コストが増大してしまう。また、Ｆ1／Ｄ1が３未満になると、粉体の粒子飛跡の乱れてしまう。したがって、製造コストの増大を抑えるとともに、粉体の粒子飛跡の乱れを防止する観点上、Ｆ1／Ｄ1＝３〜１０とするのが好ましく、Ｆ1／Ｄ1＝４〜７とする。
【００６２】
（７）Ｆ1／Ｅ1が８を越えると、装置が大型化して製造コストが増大してしまう。また、Ｆ1／Ｅ1が１．２未満になると、粉体の粒子飛跡の乱れてしまう。したがって、製造コストの増大を抑えるとともに、粉体の粒子飛跡の乱れを防止する観点上、Ｆ1／Ｅ1＝１．２〜８とするのが好ましく、Ｆ1／Ｅ1＝１．５〜４とするのがより好ましい。
【００６３】
上記実施の形態では、粉砕室１は円柱形状であったが、円柱形状以外の形状、例えば角柱形状にしてもよい。
【００６４】
上記実施の形態では、先端部２ａとコーン部２ｂとを直接接続していたが、先端部２ａとコーン部２ｂとを例えば円柱形状の接続部材を介して接続してもよい。つまり、上記コーン部２ｂは先端部２ａに直接連なるようにしてもよいし、接続部材を介して先端部２ａに連なるようにしてもよい。
【００６５】
上記実施の形態では、粉砕室１は円柱形状であったが、円柱形状以外の形状、例えば角柱形状にしてもよい。
【００６６】
本発明は、被粉砕物を粉砕するための粉砕装置に適用でき、詳しくはジェット気流を用いた衝突板式気流粉砕機に適用できる。
【００６７】
本発明で得るトナー粒子は、電子写真、静電記録法、静電印刷法等において形成される潜像の現像に用いることができる。
【００６８】
また、本発明が上記実施の形態に限定されないのは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】図１は本発明の実施の一形態の粉砕装置の模式断面図である。
【図２】図２は従来の粉砕装置の模式断面図である。
【符号の説明】
【００７０】
１  粉砕室
２  衝突部材
２ａ  先端部
２ｂ  コーン部
【図１】
2005052801.tif 000006
【図２】
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