(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
結着樹脂、着色剤及び帯電制御剤を含有する組成物の溶融混練物が排出される出口に一次冷却機構を備えた混練押出装置であって、
該一次冷却機構が、
排出された該溶融混練物を受け、かつこれを冷却する平面状の傾斜受面と、
該傾斜受面の背面側に配設され、冷媒が重力が働く方向と逆方向に流れる複数の区画で形成される第１の冷媒流路と、
該傾斜受面の両側に配設され、冷媒が重力が働く方向と逆方向に流れる管状の第２の冷媒流路と、
該第１の冷媒流路の背面側に配設され、ブロック構造を有し、防露材が充填されている防露部と、
を備えることを特徴とする混練押出装置。
【請求項２】
前記傾斜受面が、前記一次冷却機構に供給される冷媒によって−１００℃乃至５０℃の温度範囲に制御されることを特徴とする請求項１に記載の混練押出装置。
【請求項３】
前記冷媒がボルテックス・チューブ原理を利用した超低温空気発生器で調製された低温冷媒であることを特徴とする請求項１又は２に記載の混練押出装置。
【請求項４】
結着樹脂、着色剤及び帯電制御剤を含有する組成物を、請求項１〜３のいずれかに記載の混練押出装置において溶融混練し、該溶融混練物を前記一次冷却機構で冷却した後、二次冷却機構で冷却することにより電子写真画像形成用のトナーを得ることを特徴とするトナーの製造方法。
【請求項５】
前記二次冷却機構が圧延ロールであることを特徴とする請求項４に記載のトナーの製造方法。
【請求項６】
前記二次冷却機構が冷却ベルトであることを特徴とする請求項４に記載のトナーの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は結着樹脂、着色剤及び帯電制御剤を含有する組成物を溶融混練するための混練押出装置に関し、より詳細には、電子写真画像形成に用いられるトナー等の組成物を均一な混練組成物にするための混練押出装置、この装置を用いるトナーの製造方法および、この装置で製造されたトナーに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
複写機、ファクシミリ、レーザープリンター等の電子写真画像形成装置に組み込まれた現像ユニットには、トナー（トナー粉体）を供給するための密閉型のトナー充填容器が装着され、これにはサラサラした流動性のあるトナーが充填されている。このような画像形成装置において潜像の現像に用いられるトナーは通常、結着樹脂（バインダー）中に着色剤や帯電制御剤等の添加剤が均一に混合分散された粉体である。
このトナーは、従来から結着樹脂、着色剤及び帯電制御剤等からなる組成物を、混合・溶融混練・冷却・粉砕及び分級の各工程で処理して製造され、上記密閉型のトナー充填容器に充填して使用される。
【０００３】
上記一連のトナー製造工程において、バインダー樹脂中に上記添加剤を均一に分散させるために従来から、加温下にバインダー樹脂を溶融させた状態で混合分散させる混練押出装置が用いられている。
【０００４】
このように均一分散させる溶融混練工程後、混練押出装置からの溶融混練物は、粉末状のトナーとするために冷却固化される。この冷却工程に関しては、混練で分散した着色剤、帯電制御剤等の混練組成物中での再凝集が、上記溶融混練物を早急に冷却することで、効果的に防止できることが知られている。その具体例が、特開平７−１５２２０５号公報や、特開平９−３４１７３号公報に記載されている。
【０００５】
しかしながら、上記特許公報記載の方法では、上記再凝集防止効果を得ることはできるものの、混練押出装置から吐出される１００℃以上の高温混練物を瞬時に冷却機へ供給して圧延冷却するため、内部に冷却溶媒が充填され又は循環している圧延ロールや冷却ベルトへの混練物組成物の付着や、固着を生じてしまい、そのため、混練組成物の冷却バラツキに起因するトナー品質のバラツキが発生しやすくなる問題があった。
【０００６】
また、上記圧延冷却工程では、高温混練物を内部まで冷却することを目的としているため、これを薄膜状態にして冷却している。このため、上記圧延ロールや冷却ベルトが損傷しやすくなり、これらの寿命が短くなる問題もあった。
【０００７】
圧延ロールや冷却ベルトへの混練組成物の付着や固着は、これら圧延ロールや冷却ベルトによる溶融混練物の冷却効率を低下させるだけでなく、これら部材の損傷原因となる。したがって、トナー品質を安定化させ、また圧延ロールやベルトの損傷を減少させるためには、定期的なメンテナンスが必要となってくる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点を解決しようとするもので、その目的は、混練押出装置により結着樹脂中に分散された着色剤および帯電制御剤の再凝集を防止するとともに、上記問題点の最大の原因となっている、圧延ロールや冷却ベルトへの混練組成物の固着・付着を防止することができる混練押出装置、この装置を用いるトナーの製造方法および、この装置で製造されたトナーを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明（第１発明）は、結着樹脂、着色剤及び帯電制御剤を含有する組成物の溶融混練物が排出される出口に一次冷却機構を備えた混錬押出装置であって、該一次冷却機構が、排出された該溶融混錬物を受け、かつこれを冷却する平面状の傾斜受面と、該傾斜受面の背面側に配設され、冷媒が重力が働く方向と逆方向に流れる複数の区画で形成される冷媒流路１と、該傾斜受面の両側に配設され、冷媒が重力が働く方向と逆方向に流れる管状の冷媒流路２と、該冷媒流路１の背面側に配設され、ブロック構造を有し、防露材が充填されている防露部とを備えることを特徴とする混錬押出装置である。
【００１０】
請求項１の発明においては、混練押出装置から排出された溶融混練物が一次冷却機構で冷却され、その後に次工程の二次冷却（圧延ロールや冷却ベルト）により冷却されるから、従来装置と違って二次冷却機構である圧延ロールや冷却ベルトに対する、混練物の固着や付着が効果的に防止される。
【００１１】
また、請求項１に記載の発明は、混練押出装置において、一次冷却機構が傾斜受面を備えており、排出される溶融混練物が傾斜受面上を、これと接触しながら落下する間に一次冷却される。更に、請求項１の発明では、排出された溶融混練物が傾斜受面上を、これと接触しながら落下する間に一次冷却されるから、溶融混練物は迅速に温度降下しながら、自重により二次冷却機構に供給される。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１の混練押出装置において、傾斜受面が一次冷却機構に供給される冷媒によって−１００℃乃至５０℃の温度範囲に制御されることを特徴とする。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２の混練押出装置において、前記冷媒がボルテックス・チューブ原理を利用した超低温空気発生器で調製された低温冷媒であることを特徴とする。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、結着樹脂、着色剤及び帯電制御剤を含有する組成物を、請求項１〜３のいずれかに記載の混練押出装置において溶融混練し、該溶融混練物を前記一次冷却機構で冷却した後、二次冷却機構で冷却することにより電子写真画像形成用のトナーを得ることを特徴とするトナーの製造方法である。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のトナーの製造方法において、前記二次冷却機構が圧延ロールであることを特徴とする。なお、この二次冷却機構は、さらに、粉砕、分級工程を含むものである。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、請求項４に記載のトナーの製造方法において、前記二次冷却機構が冷却ベルトであることを特徴とする。なお、この二次冷却機構は、さらに、粉砕、分級工程を含むものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
第１の実施の形態
図１は一次冷却機構を備えた混練押出装置と、その後段に設けた二次冷却機構とからなる溶融混練・冷却装置の構成を示す概略説明図である。図２は上記一次冷却機構の正面図、図３は図２の右側面図である。図４は図２のＡ−Ａ線断面図、すなわち一次冷却機構の内部構造を示す断面図である。
【００１９】
図１に示す溶融混練・冷却装置は、前端部に原料投入用のホッパー１および後端部に一次冷却機構３を有する混練押出装置２と、この混練押出装置の後段に設けられた二次冷却機構２０とからなる。この二次冷却機構２０は圧延ロール５および、無端状で循環走行自在の冷却ベルト６を備えている。
【００２０】
混練押出装置２から排出される高温の溶融混練物を冷却する一次冷却機構３としては、図２〜図４に示すものが好ましい。これにより混練押出装置２からの溶融混練物を円滑・安定に、自然落下させながら冷却することができる。
【００２１】
本発明発明の混練押出装置においては、一次冷却機構が傾斜受面の背面側に、冷媒が流過する冷媒流路を多数区画形成した上部ブロック構造部と、防露材を充填した下部ブロック構造部とを有するのが好ましい。また、傾斜受面が少なくとも、溶融混練物の下面および両側の側面を冷却するものであることが好ましい。
また、一次冷却機構３が有する傾斜受面４の傾斜角度θ（図３）は、特に限定されるものではないが、溶融混練物の排出時の流動性と、傾斜受面４上での溶融混練物の冷却状態を考慮して適宜に設定することができる。換言すれば、傾斜受面４は混練押出装置２の排出部位に、その傾斜角度θを適宜に調節できるように設置することが好ましい。
【００２２】
上記傾斜受面４は、少なくとも溶融混練物の下面および両側の側面を冷却するものであることが好ましく、これにより、溶融混練物の全体を均一に冷却することができる。そこで本実施の形態では、図２〜図４に示すように、傾斜受面４の背面側に冷媒流路１１を形成するとともに、傾斜受面４の両側位置に冷媒配管１２を設けてある。図２〜図４において８は冷媒流入口であって、傾斜受面４の下方部および冷媒配管１２の下方部に形成されている。９は冷媒流出口であって傾斜受面４、冷媒配管１２それぞれの上方部に形成されており、冷媒１３は図略の冷媒ユニットで温度制御され、冷媒流路１１および冷媒配管１２を上向流で流れるようになっている。
【００２３】
また、本実施の形態においては、冷媒１３による冷却効率の観点から、図４に示すように、上記冷媒流路１１を多数区画形成し、これらの冷媒流路の直下に、防露材１０を充填した防露材充填部１４を設けることが好ましい。傾斜受面４が冷却されているため、雰囲気中の水分が凝縮して傾斜受面４上に結露が発生する心配があるが、この不具合は上記防露材充填部１４により回避することができる。傾斜受面４上の結露をそのまま放置した場合には、これが混練組成物に同伴するため、トナーの品質劣化を招くことがある。同様の理由から、図４に示すように冷媒配管１２の外表面を防露材１０で被覆することが好ましい。
【００２４】
傾斜受面４は冷媒１３によって−１００℃〜５０℃、好ましくは−６０℃〜４０℃の温度範囲に制御する。こうすることで、混練押出装置からの高温の溶融混練物が傾斜受面４に固着したり、付着したりすることがなくなる。傾斜受面４の温度が−１００℃未満であると、結着樹脂の種類にもよるが完全に硬化（固化）し、次工程の圧延ロールで薄いシート状にすることができなくなる場合がある。また、５０℃を超えると冷却効果が低下して傾斜受面４上で固着・付着が起こり、次工程（圧延ロール、冷却ベルト）への混練組成物の移送が困難になったり、トナー品質のバラツキが発生したりすることがある。
【００２５】
冷媒１３の調製方法としては、例えばボルテックス・チューブの原理を応用した、コスミック社製の超低温空気発生器を使用することでき、これにより低温冷媒を安価に、かつ容易に得ることができる。
【００２６】
圧延ロール５を有する二次冷却機構２０としては公知のもの、例えばベルト型、ドラム型等が採用できる。また、混練押出装置２を構成する混練機としては一軸押出機、２軸エクストルーダー、ロール型混練機、スクリュー型混練機等が挙げられ、内部を加熱できるものが好適である。
【００２７】
上記溶融混練・冷却装置において、溶融混練物は一次冷却機構３の傾斜受面４上で自然落下しながら一次冷却されて、その表面が半硬化状態（半固形状）となる。そして、この半溶融状の混練組成物は、二次冷却機構２０の圧延ロール５により、従来装置と違ってロール面上での付着や固着を起こすことなく、薄いシート状となり、このシート状混練組成物７は冷却ベルト６で搬送される間に、冷却ベルト６に放熱することで冷却される。したがって、本実施の形態によれば、溶融混練物の冷却時にこれが圧延ロールや冷却ベルトに固着したり、付着したりすることがなくなり、溶融混練物の固着物によりロール面や冷却ベルト面が損傷を受ける不具合がなくなる。
【００２８】
また、これにより、例えば電子写真画像形成に用いられるトナーのように溶融混練物が溶融する樹脂成分と、非溶融成分との混合物である場合に従来起こりがちであった部分的な再凝集等が、一次冷却工程及び二次冷却工程を通して防止することができる。したがって、図１に示す溶融混練・冷却装置は結着樹脂、着色剤及び帯電制御剤を含有する電子写真画像形成用のトナー製造装置の構成要素として好適であり、上記溶融混練・冷却装置と、その後段の粉砕・分級装置とを組み合わせることで、高性能のトナー製造装置を構成することができる。
【００２９】
第２の実施の形態
図５は一次冷却機構３を備えた混練押出装置２と、その後段に設けた二次冷却機構２０とからなる溶融混練・冷却装置の構成を示す概略説明図である。この溶融混練・冷却装置では、冷却ベルト６を循環走行させるためのベルト駆動ロールが圧延ロールを兼ねている。その他の構成は、図１のものと同様である。
【００３０】
本発明に係るトナーおよびその製造方法においては、結着樹脂又は離型性樹脂として、従来公知のもの例えば、ポリスチレン、ポリｐ−スチレン、ポリビニルトルエン等のスチレン及びその置換体の重合体；
スチレン−ｐ−クロルスチレン共重合体、スチレン−プロピレン共重合体、スチレン−ビニルトルエン共重合体、スチレン−アクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリル酸エチル共重合体、スチレン−アクリル酸ブチル共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−ビニルメチルエーテル共重合体、スチレン−ビニルメチルケトン共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−イソプレン共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、スチレン−マレイン酸エステル共重合体等のスチレン系共重合体；
ポリメチルメタクリレート、ポリブチルメタクリレート、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリウレタン、エポキシ樹脂、ポリアクリル酸樹脂、ロジン、変性ロジン、塩素化パラフィン、パラフィンワックス等
を単独で又は組み合わせて使用することができる。
【００３１】
また、着色剤としては、トナー用として公知のものが適宜使用される。黒色の着色剤としては、例えばカーボンブラック、アニリンブラック、ファーネスブラック等を挙げることができる。
また、シアンの着色剤としては、例えばフタロシアニンブルー、メチレンブルー、ビクトリアブルー、メチルバイオレット、アニリンブルー、ウルトラマリンブルー等を挙げることができる。
また、マゼンタの着色剤としては、例えばローダミン６Ｇレーキ、ジメチルキナクリドン、ウオッチングレッド、ローズベンガル、ローダミンＢ、アリザリンレーキ等を挙げることができる。
更に、イエローの着色剤としては、例えばクロムイエロー、ベンジジンイエロー、ハンザイエロー、ナフトールイエロー、モリブデンオレンジ、キノリンイエロー、タートラジン等を挙げることができる。
これらの着色剤は通常、結着樹脂１００重量部当たり５〜１５重量部の範囲で配合される。
【００３２】
更に、本発明のトナーには、より効果的に帯電性を付与するため、例えば帯電制御剤が適宜使用される。帯電制御剤としては、例えばモノアゾ染料の金属錯塩、ニトロフミン酸及びその塩、サリチル酸、ナフトエ酸、ジカルボン酸のＣｏ，Ｃｒ，Ｆｅ等の金属錯塩、有機染料、第四アンモニウム塩等が挙げられる。帯電制御剤は、結着樹脂１００重量部当たり０．２〜５重量部、好ましくは０．５〜３重量部の範囲で配合される。
【００３３】
また必要に応じて、トナーにサラサラした流動性を付与するための添加剤として、例えばコロイダルシリカや、酸化チタン、酸化アルミニウム等の金属酸化物粉体、脂肪酸金属塩などの滑剤等を配合するのが好ましい。これらの添加剤は結着樹脂、着色剤、帯電制御剤等のトナー主成分と共に直接混練機に供給してもよいし、必要に応じてプレミックスすることもでき、従来公知の方法で解砕、混合することができる。それには例えばスーパーミキサー、ヘンシェルミキサー、スピンドルニーダー、ジェットミル、ファインミル、ロールミル、アトマイザー等から適宜に選んで使用することができる。
【００３４】
また本発明では、冷却・固化後の混練組成物を粉砕、分級してトナー粉体とするには、例えばジェットミルを使用するのが好ましい。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、以下の効果が得られる。
（１）請求項１の混練押出装置による効果
溶融混練物の排出口に一次冷却機構を設け、混練押出装置から排出される高温の溶融混練物を、従来装置と違って直接圧延ロール及び冷却ベルトで冷却した後、薄膜状（又は薄いシート状）に成形するのではなく、一次冷却機構により溶融混練物を（半固形状に）一次冷却するように構成したので、混練押出装置の後段に配備される圧延ロール及び冷却ベルトに対する混練組成物の固着や付着を効果的に防止することができる。
【００３６】
また、このような効果により、固着残留物に起因する圧延ロール面や冷却ベルト面の損傷が著しく減少し、これらのメンテナンス上の煩雑さや、メンテナンス・コストが低減される。さらに、上記溶融混練物がトナー組成物のように数種の成分を含有する場合に従来起こりがちであった部分的な再凝集が効果的に防止されて、トナー品質のバラツキが減少し、その生産性が向上するという効果がある。
また、溶融混練物が一次冷却機構の傾斜受面上を、これと接触しながら落下する間に一次冷却するように構成したので、溶融混練物の冷却を迅速に、かつ、より確実に行うことができる。しかも、一次冷却後の混練組成物を自重により次工程に供給することが可能となる。さらに、混練押出装置による効果傾斜受面により、少なくとも溶融混練物の下面および両側の側面を冷却するようにしたので、傾斜受面上の溶融混練物全体を均一に冷却することができる。
【００３７】
（２）請求項２の混練押出装置による効果
傾斜受面を−１００℃乃至５０℃の温度範囲に制御するようにしたので、上記溶融混練物を適度の半固形状にすることができ、したがって溶融混練物の上記固着や付着を防止することができるうえ、上記圧延ロールによって確実にシート状に成形することができる。
【００３８】
（３）請求項３の混練押出装置による効果
冷媒をボルテックス・チューブ原理を利用した超低温空気発生器で調製された低温冷媒とすることで、低温冷媒を安価にかつ容易に得ることができる。
【００３９】
（４）請求項４のトナー製造方法による効果
結着樹脂、着色剤及び帯電制御剤を含有する組成物を、請求項１〜５のいずれかに記載の混練押出装置において溶融混練し、一次冷却機構で冷却した後、混練押出装置からの混練組成物を二次冷却機構で冷却することにより電子写真画像形成用のトナーを得るようにしたので、品質良好なトナーを安定して製造することができる。
【００４０】
（５）請求項５のトナー製造方法による効果
二次冷却機構を圧延ロールにしたので、溶融混錬物を確実にシート状に成形することができる。
【００４１】
（６）請求項６のトナー製造方法による効果
二次冷却機構を冷却ベルトにしたので、溶融混錬物を確実にシート状に成形することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る混練押出装置と、その後段に設けた二次冷却機構とからなる溶融混練・冷却装置の構成を示す概略説明図である。
【図２】図１の混練押出装置に配備された一次冷却機構の正面図である。
【図３】図２の右側面図である。
【図４】図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る溶融混練・冷却装置の構成を示す概略説明図である。
【符号の説明】
１  ホッパー
２  混練押出装置
３  一次冷却機構
４  傾斜受面
５  圧延ロール
６  冷却ベルト
７  シート状混練組成物
８  冷媒流入口
９  冷媒流出口
１０  防露材
１１  冷媒流路
１２  冷媒配管
１３  冷媒
１４  防露材充填部
２０  二次冷却機構
【図１】
0004244451.tif 000002
【図２】
0004244451.tif 000003
【図３】
0004244451.tif 000004
【図４】
0004244451.tif 000005
【図５】
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