(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸に支持され、外側表面には回転方向上流側壁面を外表面に対して鈍角で形成し、回転方向下流側壁面を外表面に対して鋭角に形成した多数の凹凸部を母線と平行に周方向に連続させた回転子と、回転子の外側に微小な間隔をおいて配置され、内側表面に母線と平行な多数の凹凸部を周方向に連続させた固定子との間に被粉砕物を通して微粉砕すると共に球形化する粉砕装置であって、
固定子の凹部の回転方向上流側壁面を内側表面に対して１５０度〜１８０度の角度で形成し、回転方向下流側壁面を内側表面に対して９０度〜１４５度の角度で形成し、被粉砕物が前記回転方向上流側壁面に沿って移動し、前記回転方向の同一の下流側壁面に複数回衝突することを特徴とする粉砕装置。
【請求項２】
上記固定子を、ケーシングの被粉砕物を投入する投入口と排出口の間の軸心側に突出して設けた凸部からなる内周面に着脱自在に取り付けた請求項１記載の粉砕装置。
【請求項３】
上記回転子又は固定子に、固定子と回転子との間隙を流れる気流の抵抗となる堰を１又は複数個設けた請求項１又は２記載の粉砕装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかの粉砕装置を有することを特徴とするトナーの製造装置。
【請求項５】
上記粉砕装置のケーシングの排出口をトナーを形成する樹脂の軟化点温度以下にする請求項４記載のトナーの製造装置。
【請求項６】
上記粉砕装置のケーシングの外周面に冷却用ジャケットを設けた請求項４記載のトナーの製造装置。
【請求項７】
請求項４乃至６のいずれかに記載のトナーの製造装置で製造したことを特徴とするトナー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば電子写真方式や静電記録方式，静電印刷方式などにおける静電荷像を現像する乾式トナー等の微粉末を製造する粉砕装置とトナーの製造装置及びそれにより製造されたトナー、特に破砕した粒子の円形度の向上に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば電子写真方式の画像形成装置で感光体に形成された潜像を現像するためのトナー等を製造するためにミクロンオーダーの粉砕を行う機械式の粉砕装置は、回転軸に支持され、外側表面の母線に沿って多数の凹凸部を有する回転子と、回転子との間に間隙を有して配置され、内側表面の母線に沿って多数の凹凸部を有する固定子とを有する。そして回転子を回転させながら、固定子の外側表面の一方の端部に設けた供給口から固体の被粉砕物を供給し、回転している回転子と固定子の間で被粉砕物を所定の大きさに粉砕する。この被粉砕物を効率良く粉砕するため、例えば特開平５−２６９３９３号公報に示す機械式の粉砕装置は、図８に示すように、回転子４１と対向する固定子６１の内表面をアーチ形断面の凹部６２にし、凹部６２内部に回転子４の回転方向とは反対の回転方向の旋回流６３を発生させるようにしている。この破砕装置に供給された被粉砕物は、図９の模式図に示すように、固定子６１の円形状に形成した凹部６２の回転方向下流側壁面６４に衝突したのち次の凹部６２に導かれ衝突を繰り返して粉砕される。この粉砕作用を繰り返して受けた後、固定子６１の凹部６２内部で高速に旋回しながら出口に向かって流れている空気旋回流の中に入って、凹部６２の曲率中心を中心とする旋回運動によって遠心分級作用が行われ、粗大粒子は凹部６２より投げ出され、細かいものは凹部６２中より排出口に向かって運び出されて過粉砕が生じることを防いでいる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
画像形成に使用するトナー粒子は、今後の更なる高画質化の要求から、小粒径化と球形化は必要不可欠であり、トナーを製造するときに従来よりも小粒径のトナー粒子と粒子形状の球形化が求められている。前記特開平５−２６９３９３号公報に示された機械式の粉砕装置は、ある程度小粒径化の粉砕が可能であり、トナー粉砕装置として知られている気流式ジェット粉砕装置に比べると、エネルギ効率も良く、トナー粒子の球形化にも優れているとされている。しかしながら、更なる高画質化の要求を満足させる為に、粉砕されたトナー粒子のより球形度の向上が要望されている。
【０００４】
この発明は係る要望を満たすためになされたものであり、粉砕した粒子の小粒径化と球形度のより向上を図るとともに回転子及び固定子の壁面の摩耗防止を図り効率良く粉砕することができる粉砕装置とトナーの製造装置及びそれにより製造されたトナーを提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る粉砕装置は、回転軸に支持され、外側表面には回転方向上流側壁面を外表面に対して鈍角で形成し、回転方向下流側壁面を外表面に対して鋭角に形成した多数の凹凸部を母線と平行に周方向に連続させた回転子と、回転子の外側に微小な間隔をおいて配置され、内側表面に母線と平行な多数の凹凸部を周方向に連続させた固定子との間に被粉砕物を通して微粉砕すると共に球形化する粉砕装置であって、固定子の凹部の回転方向上流側壁面を内側表面に対して１５０度〜１８０度の角度で形成し、回転方向下流側壁面を内側表面に対して９０度〜１４５度の角度で形成し、被粉砕物が前記回転方向上流側壁面に沿って移動し、前記回転方向の同一の下流側壁面に複数回衝突することを特徴とする。
【０００６】
上記固定子を、ケーシングの被粉砕物を投入する投入口と排出口の間の軸心側に突出して設けた凸部からなる内周面に着脱自在に取り付けることが望ましい。
【０００８】
さらに、回転子又は固定子に、固定子と回転子との間隙を流れる気流の抵抗となる堰を１又は複数個設ける良い。
【００１０】
この発明に係るトナーの製造装置は、上記いずれかの粉砕装置を有することを特徴とする。
【００１１】
また、粉砕装置のケーシングの排出口をトナーを形成する樹脂の軟化点温度以下にしたり、粉砕装置のケーシングの外周面に冷却用ジャケットを設けることが望ましい。
【００１２】
この発明に係るトナーは上記トナーの製造装置で製造したことを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
この発明のトナーの製造装置に設けられた粉砕装置は、ケーシングの両側壁に回転自在に取り付けられた回転軸に支持された回転子と、回転子との間に間隙を設けてケーシングに着脱自在に取り付けられた固定子を有する。ケーシングの一方の端部には投入口を有し、他方の端部にはブロワーで吸引されている排出口を有する。回転子には、外側表面の母線と平行な多数の凹凸が周方向に連続して形成され、固定子の回転子と対向する内側表面にも母線と平行な多数の凹凸を有する。固定子の内側表面に設けた凹部の回転方向上流側壁面は、内側表面とのなす角が１５０度から１８０度の範囲で平面状に形成され、回転方向下流側壁面は内側表面とのなす角が９０度から１４５度の範囲で平面状に形成されている。
【００１４】
この粉砕装置で回転軸に支持された回転子を高速で回転し、排出口からブロワーで吸引することにより、回転している回転子と固定子の間の間隙には投入口から排出口に流れる気流が発生している。この状態でフィーダーからトナーの原料となる被粉砕物を投入する。投入された被粉砕物は間隙を流れるときに粉砕作用を受けて粉砕され排出口から排出される。この被粉砕物を粉砕するときに、被粉砕物は間隙を流れる気流によって固定子の凹部の回転方向上流側壁面に沿って流れ回転方向下流側壁面に衝突する。この衝突により被粉砕物の角が丸くなる作用がある。また、回転方向下流側壁面に衝突した被粉砕物が衝突する回転方向下流側壁面は内側表面とのなす角が大きく内側表面に対して鋭く立っているため、被粉砕物が固定子の次の凹部に導かれるにくくなり、回転方向上流側壁面側に反射して再び同一の回転方向下流側壁面に衝突することがあり、被粉砕物の円形度を向上して円形度の高いトナーを製造することができる。
【００１５】
【実施例】
図１はこの発明の一実施例の粉砕装置の構成図である。図に示すように、粉砕装置１は、ケーシング２の両側壁に回転自在に取り付けられた回転軸３に支持された回転子４と、回転子４との間に間隙５を設けてケーシング２に着脱自在に取り付けられた固定子６を有する。ケーシング２の一方の端部には投入口７を有し、他方の端部には図示しないブロワーで吸引されている排出口８を有し、投入口７と排出口８の間には固定子６を取り付ける凸部を有する。回転子４の外側表面には、図２の模式図に示すように、回転方向上流側壁面を外表面に対して鈍角で形成し、回転方向下流側壁面を外表面に対して鋭角に形成した多数の凹凸部を母線と平行に周方向に連続して形成され、固定子６の回転子４と対向する内側表面にも母線と平行な多数の凹凸を有する。固定子６の内側表面９に設けた凹部１０の回転方向上流側壁面１１は、内側表面９とのなす角αが１５０度から１８０度の範囲で平面状に形成され、回転方向下流側壁面１２は内側表面９とのなす角βが９０度から１４５度の範囲で平面状に形成されている。
【００１６】
上記のように構成した粉砕装置１で回転軸に支持された回転子４を高速で回転し、排出口８からブロワーで吸引することにより、回転している回転子４と固定子６の間の間隙５には投入口７から排出口８に流れる気流が発生している。この状態で図示しないフィーダーから被粉砕物１３を投入する。投入された被粉砕物１３は間隙５を流れるときに粉砕作用を受けて粉砕され排出口８から排出される。この被粉砕物１３を粉砕するときに、被粉砕物１３は間隙５を流れる気流によって固定子６の凹部１０の回転方向上流側壁面１１に沿って流れ回転方向下流側壁面１２に衝突する。この衝突により被粉砕物１３の角が丸くなる作用がある。また、回転方向下流側壁面１２に衝突した被粉砕物１３が衝突する回転方向下流側壁面１２は内側表面９とのなす角βが大きく内側表面９に対して鋭く立っているため、固定子６の次の凹部１０に導かれるにくくなり、回転方向上流側壁面１１側に反射して再び同一の回転方向下流側壁面１２に衝突することがあるため、被粉砕物１３の円形度を向上することができる。
【００１７】
このように回転方向下流側壁面１２に被粉砕物１３を効率良く衝突させて円形度を高めるためには、凹部１０の回転方向上流側壁面１１と内側表面９とのなす角αを１５０度から１８０度の範囲とし、回転方向下流側壁面１２と内側表面９とのなす角βを９０度から１４５度の範囲にすることが好ましい。また、この回転方向上流側壁面１１と回転方向下流側壁面１２で形成される凹部１０は特にその形状は問わないが、頂角はアーチ型の方が特に好ましい。
【００１８】
また、被粉砕物１３が衝突して破砕作用を行う固定子６と回転子４の磨耗を防止するために固定子６の表面と回転子４の表面にチタンによりライニング処理を施すと良い。このように、固定子６の表面と回転子４の表面にチタンによりライニング処理をすることにより、ライニング処理をしない場合と比べて磨耗に対する耐久性を２倍程度向上させることができた。
【００１９】
さらに、この凹部１０を有する固定子６をケーシング２の投入口７と排出口８の間の軸心側に突出して設けた凸部を有する内周面に取り付けることにより、ケーシング２に対する固定子６の着脱を容易にすることができ、粉砕する粒度に応じて角度αと角度βの異なる固定子６の切り替え作業を行うときの切り替え時間を短縮することができる。
【００２０】
上記実施例はケーシング２に固定子６を直接取り付けた場合について説明したが、図３に示すように、ケーシング２と固定子６の間にスペーサ１４を設け、粉砕する粒度に応じてスペーサ１４を交換して回転子４と固定子６の間隙５を調節すると良い。このようにスペーサ１４により被粉砕物１３が流れる間隙５を調整して被粉砕物１４の流速を可変することにより、小粒径化を図ることができるとともに効率よく粉砕することができる。
【００２１】
また、図４に示すように、回転子４にリング状の堰１５を１又は複数設けたり、図５に示すように、固定子６にリング状の堰１６を設け、間隙５を流れる気流に対して抵抗を与えることにより、粗大粒子が排出口８側に飛び込むことを防ぐことができ、均一な粒径の小粒子を得ることができる。
【００２２】
さらに、この粉砕装置１で電子写真方式の画像形成装置に使用するトナーを製造するとき、排出口８側を吸引するブロワーの風量を調整して排出口８の温度をトナーを形成する樹脂の軟化点温度以下に設定すると良い。このように排出口８の温度を樹脂軟化点温度以下に設定して粉砕装置１内部の温度を制御することにより、メルト対策を行うことができる。
【００２３】
また、図６に示すように、ケーシング２の外面に冷却用ジャケット１７を設け、粉砕装置１の内部を冷却することにより、粉砕効率をより向上することができるとともに粉砕装置１の内部におけるメルト対策を確実に行うことができ、円形度の高いトナーを均一な粒径で製造することができる。このトナーを使用して電子写真方式で形成された潜像を現像することにより、高画質の画像を安定して形成することができる。
【００２４】
さらに、図７に示すように、粉砕装置１の排出口８と投入口７を分級機１８と連結して粉砕装置１と分級機１８で閉回路を構成することにより被粉砕物１３を一定の粒径の微粒子に粉砕することができる。
【００２５】
〔具体例〕  例えば下記組成の混合物を溶融混練して冷却した後、粗粉砕して、平均粒径４００μｍ前後の粗粉砕物を得た。この粗粉砕物を粉砕装置１により粉砕処理した。
スチレンーアクリル共重合体   １００重量部
カーボンブラッ ク            １０重量部
ポリプロピレン               ５重量部
サリチル酸亜鉛               ２重量部
この粉砕処理した粉砕物の粒径をコールターカウンタにより測定し、円形度はフロー式粒子像分析装置を使用しテ測定した。
【００２６】
〔具体例１〕  固定子６としては、回転方向上流側壁面１１と内側表面９とのなす角αが１６０度で、回転方向下流側壁面１２と内側表面９とのなす角βが１１０度の凹部１０を有する固定子６を使用し、回転子４の周速を１３５ｍ／ｓ、回転子４と固定子６の間隙５を１．５ｍｍに設定した粉砕装置１を使用して粉砕した。そのときの平均粒子径８．０μｍの目標に対してフィード量は９．００ｋｇ／ｈであった。その結果、体積平均粒径は７．８μｍであり、平均円形度は０．９５０であり円形度を向上することができた。また、ケーシング２に凸部を設けることにより、固定子６をケーシング２から取り外して清掃するときの切替時間をケーシング２に凸部を設けない場合と比べて約２５％短縮することができた。
【００２７】
〔具体例２〕  図３に示すように、スペーサ１４を設け、回転子４と固定子６の間隙５を１．０ｍｍに設定し、前記と同じ組成の粗粉砕物を具体例１と同一条件で粉砕処理した。そのときの平均粒子径８．０μｍの目標に対しフィード量は８．８０ｋｇ／ｈであった。この粉砕処理の結果、体積平均粒径は７．６μｍであり、平均円形度は０．９５５であり、円形度をさらに向上することができた。
【００２８】
〔具体例３〕  図４に示すように、回転子４に堰１５を１個設け、他は具体例１と同一条件にして粉砕処理を行った。そのときの平均粒子径８．０μｍの目標に対しフィード量は８．７５ｋｇ／ｈであった。その結果、体積平均粒径は７．７μｍで平均円形度は０．９５３であった。また、回転子４に堰１５を２個設けて上記条件で粉砕処理した結果、体積平均粒径は７．６μｍで平均円形度は０．９５５であり、粒径をより均一にして円形度をより向上することができた。
【００２９】
〔具体例４〕  図５に示すように、固定子６に堰１６を１個設け、他は具体例１と同一条件にして粉砕処理を行った。そのときの平均粒子径８．０μｍの目標に対しフィード量は８．００ｋｇ／ｈであった。その結果、体積平均粒径は７．７μｍで平均円形度は０．９５３であった。また固定子６に堰１６を２個設けて、上記条件で粉砕処理を行った結果、体積平均粒径は７．６μｍで平均円形度は０．９５５であり、粒径をより均一にして円形度をより向上することができた。
【００３０】
〔具体例５〕  排出口８側を吸引するブロワーの風量を調整して排出口８の温度をトナーを形成する樹脂の軟化点温度以下に設定し、他は具体例１と同一条件にして粉砕処理を行った。そのときの平均粒子径８．０μｍの目標に対しフィード量は８．００ｋｇ／ｈであった。その結果、体積平均粒径は７．８μｍで平均円形度は０．９５０であった。また、図６に示すように、ケーシング２の外面に冷却用ジャケット１７を設け、粉砕装置１の内部を冷却しながら上記条件で粉砕処理を行った結果、上記と同様な結果を得ることができた。
【００３１】
〔具体例６〕  図７に示すように、粉砕装置１と分級機１８で閉回路を構成し、具体例１と同一条件で粉砕処理を行った。そのときの平均粒子径８．０μｍの狙いに対しフィード量は８．００ｋｇ／ｈであった。その結果、体積平均粒径は７．８μｍで平均円形度は０．９５０であった。また、１６μｍ以上の粗粉含有率（重量％）は０重量％と狭分布な粒度分布を得ることができた。
【００３２】
〔比較例〕  具体例１と同じ組成の粗粉砕物を、図９に示すように、回転子４と固定子６の凹部が円弧で形成されている機械式粉砕装置を用い、回転子４の周速を１３５ｍ／ｓ、回転子４と固定子６の間隙５を１．５ｍｍに設定して粉砕処理を行った。そのときの平均粒子径８．０μｍの目標に対しフィード量は９．００ｋｇ／ｈであった。その結果、体積平均粒径は７．８μｍで平均円形度は０．９４０であった。
【００３３】
【発明の効果】
この発明は以上説明したように、回転子の外側表面には回転方向上流側壁面を外表面に対して鈍角で形成し、回転方向下流側壁面を外表面に対して鋭角に形成した多数の凹凸部を母線と平行に周方向に連続して形成し、固定子の凹部の回転方向上流側壁面を内側表面に対して１５０度〜１８０度で形成し、回転方向下流側壁面を内側表面に対して９０度〜１４５度で形成することにより、被粉砕物を回転方向上流側壁面に沿って流しながら回転方向下流側壁面に複数回衝突させることができ、被粉砕物の角を丸くして被粉砕物の円形度を向上することができる。
【００３４】
また、固定子を、ケーシングの被粉砕物を投入する投入口と排出口の間の軸心側に突出して設けた凸部を有する内周面に着脱自在に取り付けることにより、固定子をケーシングに対して容易に着脱でき、固定子をケーシングから取り外して清掃するときの切替時間を短縮して作業効率を向上することができる。
【００３５】
さらに、ケーシングと固定子の間に、固定子と回転子との間隙を調節するスペーサを設け、粒度によって間隙を調節して間隙を流れる気流の速度を可変することにより、形成する粉砕物の小粒径化を図ることができるとともに効率の良い粉砕を行うことができる。
【００３６】
また、回転子又は固定子に、固定子と回転子との間隙を流れる気流の抵抗となる堰を１又は複数個設けることにより、粉砕装置の出口側への粗大粒子の飛び込みを防止することができ、小粒径と均一な粒径化を図ることができる。
【００３８】
また、この粉砕装置をトナーの製造装置に使用することにより、均一な粒径で円形度の高いトナーを製造することができる。
【００３９】
さらに、粉砕装置のケーシングの排出口をトナーを形成する樹脂の軟化点温度以下にしたり、粉砕装置のケーシングの外周面に冷却用ジャケットを設けて、粉砕装置の内部を冷却することにより、粉砕効率をより向上することができるとともに粉砕装置の内部におけるメルト対策を確実に行うことができ、円形度の高いトナーを均一な粒径で製造することができる。
【００４０】
また、このトナーを使用して電子写真方式で形成された潜像を現像することにより、高画質の画像を安定して形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例の粉砕装置の構成図である。
【図２】上記実施例の回転子の外表面と固定子の内表面の形状を示す模式図である。
【図３】第２の実施例の構成図である。
【図４】第３の実施例の構成図である。
【図５】第４の実施例の構成図である。
【図６】第５の実施例の構成図である。
【図７】第６の実施例の構成図である。
【図８】従来例の回転子と固定子の構成図である。
【図９】従来例の回転子の外表面と固定子の内表面の形状を示す模式図である。
【符号の説明】
１；粉砕装置、２；ケーシング、３；回転軸、４；回転子、５；間隙、
６；固定子、７；投入口、８；排出口、９；固定子の内側表面、
１０；凹部、１１；回転方向上流側壁面、１２；回転方向下流側壁面。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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