ワックス微分散体の製造方法
【課題】 ワックス微分散体の製造方法において、破砕粉などの不純物が混じらないワックス微分散体を、簡素かつ小型の設備を用いて効率的に製造することができるようにする。
【解決手段】 ワックスを溶解した溶液を、幅と高さまたは内径が１μｍ〜１０００μｍの断面を有する複数のマイクロ流路に一定のプロセス流量で供給し、曲線１００または１０１に示すように、その複数のマイクロ流路の入口から出口に至るまでの溶液の温度を流れ方向に沿って、ワックスの析出温度範囲の上限のＴ１より高温の第１段階と、ワックスの析出温度範囲内の温度Ｔ１〜Ｔ２の第２段階と、ワックスの析出温度範囲の下限のＴ２より低温の第３段階とに順次変化させ、少なくとも第２段階での温度を流れ方向に沿って単調減少させる方法とする。
【解決手段】 ワックスを溶解した溶液を、幅と高さまたは内径が１μｍ〜１０００μｍの断面を有する複数のマイクロ流路に一定のプロセス流量で供給し、曲線１００または１０１に示すように、その複数のマイクロ流路の入口から出口に至るまでの溶液の温度を流れ方向に沿って、ワックスの析出温度範囲の上限のＴ１より高温の第１段階と、ワックスの析出温度範囲内の温度Ｔ１〜Ｔ２の第２段階と、ワックスの析出温度範囲の下限のＴ２より低温の第３段階とに順次変化させ、少なくとも第２段階での温度を流れ方向に沿って単調減少させる方法とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワックス微分散体の製造方法に関する。例えば、トナー製造用などに用いる平均粒径が数μｍ以下程度に微粒子化されたワックス微分散体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ワックスの添加を容易にするためにワックスを数μｍ以下程度に微粒子化する技術が知られている。例えば、複写機やレーザプリンタなどに用いるトナーに添加するワックスは、トナー表面に均一に分散するように、微粒子化されたワックスが用いられる。近年、トナー性能の向上のため、トナーの微粒子化が求められており、それに伴ってトナー用のワックスも粒径の均一性やさらなる微粒子化が強く求められている。
例えば、特許文献１には、トナー用ワックスの微粒子化技術として、乳化・分散機器等を用いる機械的粉砕法、溶解析出法、気相蒸発法があることが記載されている。
溶解析出法は、「トナー作製時に用いる溶剤と相溶し、かつ室温ではワックスを溶解させない適当な溶剤を用い、上記溶剤にワックスを添加し加熱溶解させた後、室温まで徐々に冷却し、ワックスの微細粒子を析出させる方法」である。
気相蒸発法は、「ヘリウムなどの不活性ガス中でワックスを加熱蒸発させ気相中で粒子を作製した後、この粒子を冷却したフィルム等に付着回収した後に、溶剤に分散させる方法」である。
なお、機械的粉砕法に用いる機器としては、例えばビーズミルなどが知られている。
また、特許文献２には、バッチ方式の溶融冷却法（溶解析出法）を改良し、「ワックスを有機溶剤および／または重合性単量体とともにいったん加熱しワックスを溶解した後、攪拌しながら冷却してワックスを析出させワックス分散体を得る溶融析出法を連続化」したワックス分散法が記載されている。
【特許文献１】特開平１０−２０７１１６号公報（第６−７頁）
【特許文献２】特公平８−１６１６１号公報（図１−３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記のような従来のワックス微分散体の製造方法には、以下のような問題があった。
特許文献１に記載の技術のうち、機械的粉砕法では、例えば、ビーズミルを用いる場合、ビーズ径をより小さくすることで微粒子化を図ることができるものの、ビーズ間をすり抜けることにより比較的大径に粉砕されるものが出てくる。そのため粒径分布がブロードとなってしまうという問題がある。
また、ビーズ同士の衝突や、ビーズとベッセル（容器）内面との衝突により破砕粉が発生し、ワックス微分散体に不純物として残留するという問題がある。これをトナー製造に用いると、例えばトナーの発色がにごり、画質に影響してしまうという問題がある。
また従来の溶解析出法では、不純物が混じることなくワックス微分散体を形成することができるものの、特許文献１に記載されているように、「室温まで徐々に冷却」する工程を伴うので、製造に長時間を要するという問題がある。
また気相蒸発法では、気相中で粒子を作製するため、ワックス微分散体を量産するためには大型の設備が必要となるという問題がある。
また冷却したフィルム等に付着回収して、溶剤に分散させなくてはならないので、工程が複数のプロセスに分断されて、複雑なものとなるという問題もある。
また、特許文献２に記載の技術では、ワックスを溶解する加熱ゾーン、ワックスを析出させる冷却ゾーンを連続して設け、加熱工程、冷却工程を連続プロセスにより行うため、バッチ方式に比べて効率的な製造が可能となるものの、冷却ゾーンではワックスと有機溶剤および／または重合性単量体とからなる加熱混合物を攪拌しながら冷却するので、「高速剪断混合機、超音波ホモジナイザーおよび管内混合機からなる群から選ばれたいずれかの撹拌装置」とその冷却装置とを用いる必要がある。そのため、製造設備が複雑化し、占有スペースもとられてしまうという問題がある。
【０００４】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、破砕粉などの不純物が混じらないワックス微分散体を、簡素かつ小型の設備を用いて効率的に製造することができるワックス微分散体の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するために、本発明のワックス微分散体の製造方法は、ワックスを溶解した溶液から前記ワックスを析出させて微粒子化し、前記溶液の溶媒中に分散させたワックス微分散体を製造するワックス微分散体の製造方法であって、前記溶液を、幅と高さまたは内径が１μｍ〜１０００μｍの断面を有する複数のマイクロ流路に一定のプロセス流量で供給し、前記複数のマイクロ流路の入口から出口に至るまでの前記溶液の温度を流れ方向に沿って、前記ワックスの析出温度範囲より高温の第１段階と、前記ワックスの析出温度範囲内の第２段階と、前記ワックスの析出温度範囲より低温の第３段階とに順次変化させ、少なくとも前記第２段階での温度を流れ方向に沿って単調減少させる方法とする。
この発明では、ワックスを溶解した溶液を複数のマイクロ流路に一定プロセス流量で流し、複数のマイクロ流路の入口から出口に至るまでの溶液の温度を流れ方向に沿って、ワックスが未析出である第１段階、ワックスが析出する第２段階、析出されたワックスの微粒子が溶媒中で再溶解しない第３段階にそれぞれ温度変化させる。第２段階の状態では、温度を流れ方向に沿って単調減少させる。
そのため、第２段階でワックスが析出し、第２段階のプロセス時間を適宜設定することにより、一定範囲の粒径分布を有する微粒子に微粒子化される。そして、第３段階を経て粒径成長が抑制された状態で排出される。
したがって、上流の入口側と下流の出口側とでは、いずれも新たにワックスが析出しないので、例えば滞流などが生じても、ワックス析出していないか（第１段階）、析出していても完全な固相となっている（第３段階）ので、マイクロ流路の内面に付着しにくくなっており、マイクロ流路が目詰まりしにくいため安定した流れを維持することができる。
また、第２段階での温度が流れ方向に沿って単調減少するので、流れ方向と析出の時間的進行とが一致し、ワックスが再溶解して流れが乱れたりすることなく、ワックスを安定して析出させることができる。
また、複数のマイクロ流路が、それぞれ幅と高さまたは内径が１μｍ〜１０００μｍと、微細な断面を有するので、溶液への伝熱が良好となり、流路断面内の溶液の温度分布を安定させることができる。マイクロ流路の幅と高さまたは内径が１μｍより小さいと、流路断面に占めるワックス微粒子の径が大きくなりすぎ、マイクロ管路の閉塞が起こりやすくなる。また、同じく幅と高さまたは内径が１０００μｍより大きいと、流路断面の径方向の温度分布が大きくなりすぎ、流路断面内の析出の均一性が悪化する。
このようなワックス微分散体の製造方法は、複数のマイクロ流路を用いるため簡素かつ小型の設備で連続的なプロセスにより行うことができる。また機械的粉砕によらないので、ワックス微分散体に破砕粉が不純物として混入するおそれがない。
【発明の効果】
【０００６】
本発明のワックス微分散体の製造方法によれば、複数のマイクロ流路にワックスを溶解した溶液を流し、その流路方向の温度分布を変化させてワックスを析出させ、微粒子化する工程を連続的に行うので、粉砕粉などの不純物が混じらないワックス微分散体を、簡素かつ小型の設備により効率的に製造することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明のワックス微分散体の製造方法では、前記第２段階が終了するまでの間に、前記複数のマイクロ流路を温度変化させるための熱源温度を、相対的に高温の第１の温度から相対的に低温の第２の温度に切り替えるようにすることが好ましい。
この場合、第２段階が終了するまでの間に、複数のマイクロ流路を温度変化させるための熱源温度を相対的に高温の第１の温度から相対的に低温の第２の温度に切り替えるので、第２段階の全体もしくは後半が、それ以前の段階より急峻に温度降下し、第２段階の継続時間が短縮される。そのため、ワックスの析出時間が制御され、より長時間かけて析出させる場合に比べて、ワックスをより微粒子化することができる。
【０００８】
また、本発明のワックス微分散体の製造方法では、前記複数のマイクロ流路の上流側近傍に前記第１の温度を有する第１流体を流通し、前記複数のマイクロ流路の下流側近傍に前記第２の温度を有する第２流体を流通することにより前記複数のマイクロ流路を温度変化させることが好ましい。
この場合、温度がそれぞれ第１、第２の温度からなる第１、第２流体を複数のマイクロ流路の上流側近傍、下流側近傍に流通することにより、第２段階に係るマイクロ流路の冷却温度を２段階に切り替えるので、プロセス流量に応じて第１、第２流体の温度、流量を適宜設定することにより、第２段階における溶液の温度変化を制御することができる。そのため、ワックスの粒径を容易に制御することができる。
【０００９】
また本発明の第２流体を用いてマイクロ流路を冷却するワックスの微分散体の製造方法では、前記第２流体を、前記複数のマイクロ流路の流路方向に略沿って流通させることが好ましい。
この場合、第２流体が、複数のマイクロ流路の流路方向に略沿って流通されるので、第２流体と複数のマイクロ流路との熱交換が流路方向に沿って発生する。そのため、第２流体が流路に直交もしくは交差する方向に流通される場合のように、第２流体の流れ方向の温度変化により複数のマイクロ流路間で温度分布を持つことがない。その結果、各マイクロ流路は流路方向の温度分布が略等しくなり、各マイクロ流路内で略等しい温度分布によりワックスが析出され、各マイクロ流路でのワックス微粒子の粒径の大きさおよび粒径分布の均一化を図ることができる。
なお、第２流体を流通させる方向は、マイクロ流路の流路方向に略沿っていれば、溶液と反対方向であってもよいが、同方向であることがより好ましい。
【００１０】
また本発明のワックス微分散体の製造方法では、前記ワックスが、カルナバワックスからなることが好ましい。
【００１１】
以下では、本発明の実施形態に係る実施例について添付図面を参照して説明する。すべての図面において、実施例が異なる場合であっても、同一または相当する部材には同一の符号を付し、共通する説明は省略する。
【実施例】
【００１２】
本発明の実施例のワックス微分散体の製造方法について説明する。
図１、２は、本発明の実施例のワックス微分散体の製造方法に用いるマイクロ熱交換器の継手部を含めた概略全体構成を示す水平断面図、および斜視図である。図３は、図２における２種類のプレート構造を示す分解斜視図である。
本実施例のワックス微分散体の製造方法は、溶媒中に、例えば数μｍ以下程度に微粒子化されたワックスが分散したワックス微分散体を、製造するための方法であり、図１〜図３に示すようなマイクロ熱交換器１を用いて行うことができるものである。
【００１３】
まず、マイクロ熱交換器１の概略構成について説明する。
マイクロ熱交換器１は、例えば同一の長方形板状からなる第１プレート２と第２プレート３とが複数交互に積層されて構成されている。各１枚の第１プレート２と第２プレート３とを組み合わせた積層単位には、それぞれ後述するように、例えば３系統のマイクロ流路が設けられている。そして、それらの供給口および排出口が、マイクロ熱交換器１の端面１ｂ、１ｃ、側面１ｄ、１ｅの各領域に分散して配置され、それら領域に各マイクロ流路内に流すためのコネクタ３０とジョイント部３１とからなる継手部３２がそれぞれ連結されている（図１参照）。
これらの継手部を介して、ワックス溶液Ａ（溶液）が端面１ｂから供給されて端面１ｃに排出され、温調流体Ｂ（第１流体）が側面１ｅから供給されて側面１ｄに排出され、温調流体Ｃ（第２流体）が側面１ｄから供給され側面１ｅに排出されるようになっている。
【００１４】
マイクロ熱交換器１の平面視形状は図示のような長方形とは限定されず、正方形状、または端面１ｂ、１ｃ間よりも側面１ｄ、１ｅ間が長い長方形状としてもよいが、以下では簡単のために、本実施例の図示形状に即して、端面１ｂから端面１ｃに向かう方向をマイクロ熱交換器１、第１プレート２、第２プレート３の長手方向、側面１ｄから側面１ｅに向かう方向を同じく短手方向と称することにする。
【００１５】
第１プレート２は、図３に示すように、一方の面２ａに断面凹溝形状のマイクロ流路４を第１プレート２の長手方向に貫通して延し、短手方向に所定間隔ｐ０で複数本配列したものである。マイクロ流路４の長さをＬとする。断面形状は、幅ｗ０、深さｄ０とする。
マイクロ流路４の断面形状は、ワックス溶液Ａの種類、微粒子のプロセス流量や流路長さＬに応じて適宜設定することができるが、断面内の温度分布の均一性を確保するために、幅ｗ０、深さｄ０は、それぞれ１μｍ〜１０００μｍの範囲に設定している。
本実施例では、各マイクロ流路４内に処理すべきワックス溶液Ａが流され、図１、２に矢印で示すように、一方の端面２ｂ側から供給されて他方の端面２ｃ側へ排出される。
【００１６】
第２プレート３は、図２、３に示すように、一方の面３ａに断面凹溝形状の第１温調流路５、第２温調流路６が互いに所定の間隔だけ離れ、独立・分離して別個の領域に設けられている。そのため、第１温調流路５、第２温調流路６は相互に温度の影響を受けにくい位置関係を有している。
第１温調流路５は、第１プレート２におけるマイクロ流路４の上流側領域に配置され、マイクロ流路４の流路方向に略直交する方向、すなわち第２プレート３の短手方向に貫通して延された複数の主流路５ａが平行に配列されたものである。第２プレート３の長手方向における第１温調流路５の幅はＬ１（ただし、Ｌ１＜Ｌ）とする。
主流路５ａの本数は、図２、３では模式図のため４本しか記載していないが、熱交換効率を考慮して適宜の本数を採用することが出きる。例えば数本から数十本程度が好ましく、配列ピッチはできるだけ細かいことが好ましい。
【００１７】
第２温調流路６は、第２プレート３の長手方向に沿って複数本配列された主流路６ａと、主流路６ａの上流側及び下流側端部でそれぞれ第１温調流路５の主流路５ａとほぼ平行に配置されて各主流路６ａに連通する供給側流路６ｂおよび排出側流路６ｃとを備えている。供給側流路６ｂと排出側流路６ｃは２回直角に屈曲して第２プレート３の側面３ｄ、３ｅからそれぞれ外部に開口している。
第２プレート３の長手方向における第２温調流路６の幅はＬ２（ただし、Ｌ２＜Ｌ、かつ（Ｌ１＋Ｌ２）＜Ｌ）とする。
第２温調流路６の各流路の本数は、第２温調流路６の主流路６ａ部分のみが複数本配列され、供給側流路６ｂおよび排出側流路６ｃはそれぞれ１本で構成されている。
なお、第２温調流路６の各主流路６ａについては、第１温調流路５との位置関係は任意であるが、マイクロ流路４に対しては、第２プレート３の短手方向において、マイクロ流路４が分布する範囲を積層方向に重なる範囲に設けられる。
そして、好ましくは各主流路６ａが、隣り合う２本のマイクロ流路４、４間に位置するように積層方向に配列し、さらに好ましくは、各主流路６ａが各マイクロ流路４に積層方向に重なるように配列する。
【００１８】
各複数の第１プレート２、第２プレート３は、各第１プレート２、第２プレート３を同一方向に交互に重ねて積層され、互いに固着されている。
そのため、マイクロ熱交換器１の形態において、各マイクロ流路４、第１温調流路５、第２温調流路６は、凹溝の開口面が上に積層されるプレートの下面により覆われ、両端が開口する長方形断面のトンネル形状とされる。
【００１９】
このような各第１プレート２、第２プレート３は、適宜の金属材料を用いることができるが、例えばステンレス鋼板にエッチング加工を施すことによりマイクロ流路４、第１温調流路５、第２温調流路６などを形成し、流路面を電解研磨仕上げするなどして製作することができる。
【００２０】
次に、マイクロ熱交換器１の動作とともに、本実施例のワックス微分散体の製造方法について説明する。
図４は、本発明の実施例に係るワックス微分散体の製造方法における溶液の温度変化について説明する模式的なグラフである。横軸は時間軸であり、縦軸は溶液の温度（単位は、℃）を示す。図５は、本発明の実施例に係るワックス微分散体の製造方法により得られたワックス微粒子の一例を示す電子顕微鏡写真である。図６は、本発明の実施例に係るワックス微分散体の製造方法によって得られた平均粒径の実験結果を示すグラフである。横軸はプロセス流量（単位は、ｇ／ｍｉｎ）、縦軸は対数目盛の平均粒径（単位は、μｍ）を示す。図７（ａ）、（ｂ）は、図６に示す実験例における粒径分布の例を示すヒストグラムである。横軸は粒径（単位は、μｍ）、縦軸は頻度（単位は、％）を示す。
【００２１】
マイクロ熱交換器１に流すワックス溶液Ａについて説明する。
ワックス溶液Ａは、微粒子化するワックスを適宜溶媒に溶解した溶液である。ワックスの種類は、一定の温度範囲で、溶解される溶媒を有するものであれば、天然ワックスでも合成ワックスでもよい。また、ワックスの析出を妨げない範囲で、任意の添加物を混合してもよい。例えば、ワックスとして、ポリプロピレンワックスなどを好適に採用でき、添加物として、例えば、イプゾールなどを混合してもよい。
本実施例では、ワックスの一例として、電子写真用トナーに添加して、例えば滑り性など特性を向上させるのに好適なカルナバワックスを溶解させた例で説明する。
本実施例のワックス溶液Ａは、カルナバワックス１２ｗｔ％をカルナバワックスに好適な溶媒であるＭＥＫ（メチルエチルケトン）６０ｗｔ％に溶解し、さらにポリエステル樹脂２８ｗｔ％を添加したものである。
ここで、ポリエステル樹脂は、凝集を防止するために添加したもので、例えば粒径５００μｍ程度の粒状体である。
このようなワックス溶液Ａは、温度Ｔ１〜Ｔ２（ただし、Ｔ１＞Ｔ２）の析出温度範囲を有する。そのため、温度Ｔ１より高温にすることによりカルナバワックスが融解しＭＥＫに溶解される。そして、温度Ｔ１〜Ｔ２の範囲で、過飽和のカルナバワックスが固体として析出する状態となる。また、温度Ｔ２より低温では、カルナバワックスが固相となるため、析出が終了する。例えば、上記の配合例では、Ｔ１＝７０℃、Ｔ２＝５５℃である。
【００２２】
したがって、ワックス溶液Ａを温度Ｔ１より高温に加熱して、カルナバワックスが溶解したワックス溶液Ａを温度Ｔ１以下に冷却し、析出時間ｔｏｕｔを経た後に温度Ｔ２より低温とすれば、固体粒子状のカルナバワックスが溶媒内に析出する。
このとき、カルナバワックスの析出量は、ワックス溶液Ａ中のカルナバワックスの濃度と、温度に応じたワックス溶液Ａの飽和濃度により決まるが、ワックス溶液Ａの温度分布が不均一であると、温度分布に応じて析出も不均一になり、粒径のバラツキが大きくなる。一方、ワックス溶液Ａの温度分布が均一であれば、析出も均等化されるため、粒径のバラツキが少ない微粒子群が得られる。
【００２３】
そこで、本実施例では、ワックス溶液Ａを、Ｔ１＝７０℃以上の温度、例えば７５℃に加温して、図１の端面１ｂ側の継手部３２から、マイクロ熱交換器１のマイクロ流路４に供給し、ワックス溶液Ａを一定のプロセス流量Ｐ（流速ＶＰ）で流す。
このとき、第１温調流路５にワックス溶液Ａを徐冷するために、マイクロ流路４に供給されるワックス溶液Ａの温度より低温の温度Ｈ１（第１の温度）の温調流体Ｂを継手部３２を介して供給し、反対側の継手部３２から排出する。温調流体Ｂは、ワックス溶液Ａと略直交する方向に流れるが、このような流れを、以下直交流と称する。
また、第２温調流路６に対して、供給側流路６ｂ側の継手部３２から温度Ｈ１より低温の温度Ｈ２（第２の温度）の温調流体Ｃを供給し、各主流路６ａに流通させて排出側流路６ｃ側の継手部３２から排出する。温調流体Ｃは、ワックス溶液Ａと平行かつ同方向に流れるが、このような流れを、以下並流と称する。反対に、排出側流路６ｃから温調流体Ｃを供給し、供給側流路６ｂから排出することで、主流路６ａをワックス溶液Ａとは逆方向に流すこともできるが、この流れは向流と称する。
なお、温調流体Ａ、Ｂは、互いに独立の流路を流通し、ワックス溶液Ａと混入することもないので、それぞれ適宜の流体を採用することができる。本実施例ではいずれも水を採用している。
【００２４】
これにより、第１温調流路５が設けられた各第２プレート３の長手方向の幅Ｌ１の面状領域に、温度Ｈ１の定常冷却源が形成されるとともに、第２温調流路６が設けられた各第２プレート３の長手方向の幅Ｌ２の面状領域に温度Ｈ２の定常冷却源が形成される。
すなわち、マイクロ流路４は、温度Ｈ１からＨ２に不連続に変化する冷却温度を有する第２プレート３により冷却される。
【００２５】
一方、第１プレート２上の各マイクロ流路４は、７５℃のワックス溶液Ａがプロセス流量Ｐで流れているので、上下に積層された第２プレート３、３により流路方向に沿って２段階に冷却されつつ、排出される。そのため、各マイクロ流路４内のワックス溶液Ａは、流路方向に、例えば、図４に示すような温度分布を有する定常流れとなる。
【００２６】
図４に示す実験例の条件は、マイクロ流路４、主流路５ａ、６ａの流路断面寸法をｗ０＝０．４ｍｍ、ｄ０＝０．２ｍｍ、配置ピッチが０．６ｍｍピッチ、プロセス流量Ｐ＝７５ｇ／ｍｉｎ、流速ＶＰ＝０．３１ｍ／ｍｉｎに設定した。そして、冷却温度をＨ１＝５０℃、３５℃、Ｈ２＝５℃としている。図中の時間ｔＬ１（＝ｔ２−ｔ１）、ｔＬ２（＝ｔ３−ｔ４）は、それぞれ、第１温調流路５、第２温調流路６の領域を通過する時間の範囲を示す。また、横軸のｔ＝０、ｔＥは、それぞれ、マイクロ熱交換器１に流入する時刻と、排出される時刻を示す。
【００２７】
点ｐ１、ｐ２、ｐ３、ｐ４を通る曲線１００は、Ｈ１＝５０℃の場合の温度分布の例である。第１段階では、７５℃（点ｐ１）から略直線的に緩やかに温度降下し、第２温調流路６の領域に到達する時刻で、略温度Ｔ１となる（点ｐ２）。第２段階では、第２温調流路６により冷却温度が温度Ｈ２に切り替わる結果、急激に冷却が進み、より大きな温度勾配で冷却されて、温度Ｔ２に至る（点ｐ３）。第３段階では、温度勾配は次第に緩やかになり、時刻ｔＥにおいて約５０℃で排出される（点ｐ４）。
第１段階は、ワックス溶液Ａをマイクロ流路４の入口付近で確実に温度Ｔ１以上の温度に保持するための段階である。これによりマイクロ流路４の入口付近で滞流が起こっても、ワックスによる目詰まりが起こらず、長時間の連続処理が可能となる。
第２段階は、ワックスをワックス溶液Ａから析出させ、析出時間ｔｏｕｔ１のうちに粒径成長させる段階である。この曲線１００の場合には、第２温調流路６により急激に冷却されることで析出時間ｔｏｕｔ１を短縮することができ、析出する粒径を制御することができる。この間のワックス溶液Ａの温度はこのとき、マイクロ流路４の断面積は析出する粒子径より大きく、断面内の温度分布を十分均一化できるほど小さいものとなっている。
第３段階は、ワックスがすべて固相となる温度範囲に冷却することで、粒径成長を抑えるとともに、マイクロ流路４内面への付着を防止する段階である。このため、出口付近で滞流が生じても、目詰まりを起こさないようにすることができる。
【００２８】
もし、単一温度の冷却源により冷却すると、ワックス溶液Ａの温度分布は、なだらかな曲線もしくは単一勾配を有する直線状になるので、粒子径を低減するためには、入口温度からの温度差が大きい低温源とする必要があり、そのため、マイクロ熱交換器１の入口付近で急激な温度低下を起こし、曲線１００のように入口付近で十分な長さを温度Ｔ１以上に確保することができない。
流路方向に、温度が連続的に低減する冷却源を用いることも考えられるが、この場合、冷却源として複雑な流路や制御回路などを含む構成が必要となり、高価な装置となってしまう。
そのため、冷却源は、本実施例のように、異なる冷却温度を有する少なくとも２つの冷却源を流路方向に配置することが好ましい。
【００２９】
このように、第１〜３段階を経ることで、ワックス溶液Ａは、溶媒中に粒径分布が制御された微粒子のカルナバワックスが分散したワックス微分散体としてマイクロ熱交換器１から排出される。この工程は、一定プロセス流量で連続して行われ、破砕粉などの不純物を除去したり、粒径分布を整えるために分粒したりする必要がないので、きわめて効率的にワックス微分散体を製造することができる。
図５に、本実施例により微粒子化されたカルナバワックスの電子顕微鏡写真を示した。写真撮影の都合でワックスの微粒子のみを取り出しているため凝集しているが、ワックス溶液Ａの中では、孤立して写っている粒子径程度のワックス微粒子がワックス溶液Ａ中に分散されている。図５によれば、カルナバワックスが、全体として大きくても約２μｍ〜３μｍ程度とされ、粒径の均一性が高いワックス微粒子が得られていることが分かる。
【００３０】
点ｑ１、ｑ２、ｑ３、ｑ４を通る曲線１０１（図４参照）は、Ｈ１＝３５℃の場合の温度分布の例である。第１段階では、曲線１００の場合よりも低温のＨ１で冷却するので、７５℃（点ｑ１）から曲線１００よりも急峻に温度降下し、第１温調流路５の領域の範囲で、温度Ｔ１に到達する（点ｑ２）。第２段階では、第１温調流路５により冷却温度がＨ１のまま冷却され、さらに第２温調流路６の領域に達して冷却温度が温度Ｈ２で冷却され、曲線１００の場合より早い時刻に温度Ｔ２に至る（点ｑ３）。第３段階では、冷却温度Ｈ２で冷却が進行し、時刻ｔＥでは、曲線１００の場合よりも低温の約４０℃で排出される（点ｑ４）。
本実験例は、第１〜３段階を経てワックス溶液Ａを排出するので曲線１００の場合と同様に効率的にワックス微分散体を製造することが出きる。
ただし、本実験例は、第２段階を温度Ｈ１、Ｈ２で冷却する場合の例になっている。この場合、より低温の温度Ｈ１のみで冷却する曲線１００の場合に比べて、析出時間ｔｏｕｔ２が長くなる（ｔｏｕｔ１＜ｔｏｕｔ２）。そのため粒径はより大きくなる。
このように本実験例は、温調流体Ｂの温度を可変することにより、粒径の大きさを制御することができる場合の例となっている。
【００３１】
次に、本実施例におけるカルナバワックスの平均粒子径、および粒径分布の実験結果について説明する。
図６は、上記の実験例の平均粒径を、プロセス流量Ｐを１５ｇ／ｍｉｎ、４５ｇ／ｍｉｎに変化させた他の実験結果とともに示したグラフである。図７（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、プロセス流量Ｐが７５ｇ／ｍｉｎのときの、温度Ｈ１が３５℃（丸印）、５０℃（菱形印）の場合の粒径分布を示すヒストグラムである。ここで、粒径は、例えば、堀場製作所（株）製の遠心沈降式流動分布計を用いて、重量平均に基づいて測定した値である。
【００３２】
図６より、いずれの場合も、温度Ｈ１＝５０℃の場合の方が、平均粒径が小さくなっており、温度Ｈ１＝３５℃場合には、プロセス流量Ｐの増大とともに、平均粒径が増大する傾向があることが分かる。
図４を参照して説明したように、Ｈ１の温度を５０℃と３５℃とに変えたことで、プロセス流量が一定であれば、それぞれの析出時間が、ｔｏｕｔ１＜ｔｏｕｔ２となり、Ｈ１＝５０℃の方が平均粒径は小さくなると考えられる。
図７（ａ）、（ｂ）によると、Ｈ１＝３５℃の場合には、７４％が２μｍ〜３μｍとなっており、Ｈ１＝５０℃の場合に比べて粒径分布が大きい粒径に集中している。一方、Ｈ１＝５０℃の場合は、粒径分布がブロードになる、すなわち広範囲に分布する傾向が見られるが、粒径の最大値は小さいため、粒径分布から見ても、Ｈ１＝５０℃の方が微粒子化されている。
このように、本実施例の方法では、プロセス流量の幅広い範囲で、微粒子化が達成されており、プロセス流量を増大して生産性を向上することができるものである。
【００３３】
次に、本実施例における温調流体Ｃの流し方を変えた場合の作用について、他の実験例により説明する。
図８は、第２流体の流し方を並流、向流、直交流とした場合のそれぞれの平均粒径の測定結果を示すグラフである。横軸はプロセス流量（単位は、ｇ／ｍｉｎ）、縦軸は対数目盛の平均粒径（単位は、μｍ）を示す。図中の菱形印、正方形印、三角印、それぞれ並流、向流、直交流の値を表す。図９（ａ）、（ｂ）は、図８の実験例における向流、直交流の場合の粒径分布の例を示すヒストグラムである。横軸は粒径（単位は、μｍ）、縦軸は頻度（単位は、％）を示す。
【００３４】
図８に示すのは、マイクロ流路４が上記実験例と同様の断面形状、長さとし、温調流体Ｃの流し方を、並流、向流、直交流とし、それぞれの場合について、流通プロセス流量を、７５ｇ／ｍｉｎ、４５ｇ／ｍｉｎ、１５ｇ／ｍｉｎに変えて実験し、そのワックス微分散体の平均粒径を測定した実験結果である。冷却温度は、Ｈ１＝５０℃、Ｈ２＝５℃としている。
向流は、第２温調流路６において、温調流体Ｃを排出側流路６ｃから供給し、供給側流路６ｂから排出させることにより実現した。
直交流は、マイクロ熱交換器１の第２プレート３に代えて、第１温調流路５を隣接させたプレートを取り付けたマイクロ熱交換器を製作して実現した。
【００３５】
図８によれば、いずれのプロセス流量においても、並流の平均粒径がもっとも小さい。向流と直交流とでは、プロセス流量が小さい場合には同等であるが、プロセス流量が大きいと直交流よりも向流の方が、平均粒径が小さくなっている。
一方、この場合の向流、直交流の粒径分布は、それぞれ図９（ａ）、（ｂ）に示す通り、それぞれ、２μｍ〜３μｍに集中している。ただし、向流は３μｍ以下に分布しているのに対し、直交流では１０μｍまでのブロードな分布を有するため、平均粒径としては向流の方が小さい結果となっている。
したがって、粒径バラツキを小さくするためには、直交流よりは向流、向流よりは並流とすることが好ましいことが分かる。
【００３６】
これらの実験結果について、図１０〜１２を参照して説明する。
図１０、１１、１２は、温度Ｈ２＝５℃で冷却する領域において、ワックス溶液Ａの入口温度を７５℃として、それぞれ並流、向流、直交流とした場合のプレートの温度分布を流動解析シミュレーションにより求めた結果の概念図である。ワックス溶液Ａは、図示の上側から下側に流れるものとし、温調流体Ｃの流れとの関係が分かるように、それぞれに対応する第２温調流路を実線で示している。等温線は、それぞれ７５℃（実線）、５５℃（破線）、４５℃（一点鎖線）、２５℃（二点鎖線）を示した。
なお、実際の等温線は、流路の配置ピッチに応じた細かな波形の変化を示すが、見にくくなるので、平均温度をプロットしている。
【００３７】
並流の場合の温度分布は、図１０に示すように、ワックス溶液Ａの流れ方向には、７５℃から４５℃までは、短い流路長さの範囲で時間的には急峻に冷却され、それ以下の温度では、流路方向にやや緩やかに冷却されている。また、図示横方向に対応するマイクロ流路４の流路直交方向（以下、単に流路直交方向と称する）では、マイクロ流路４が存在する範囲において、ワックスの析出が起こる７５℃〜５５℃の範囲でほとんど温度差が見られない。そして、４５℃、２５℃となるにしたがって、供給側流路６ｂの入口側より排出側流路６ｃの出口側の方が高温になっている。
これは、温調流体Ｃが、供給側流路６ｂを通って、流路直交方向に移動する間に熱交換して蓄熱されるため、ワックス溶液Ａとの温度差が小さくなるとその差が熱交換効率の差となって顕著に現われるからである。
【００３８】
向流の場合の温度分布は、図１１に示すように、図１０と比べると、ワックス溶液Ａの流れ方向には温度勾配が緩やかであり冷却に必要な流路長さが長くなっている。すなわち、時間的にやや緩慢に冷却されている。また、流路直交方向では、流路直交方向の中央部で温度が上昇する図示下向きの山形の温度分布を示している。ただし、７５℃〜５５℃の範囲では、その差は小さく略平坦になっている。
これは、向流では、ワックス溶液Ａの下流側で略温度Ｈ２の低温の温調流体Ｃが供給されるものの、温調流体Ｃが図示上側に流れるにつれ、新たに供給されるワックス溶液Ａと熱交換して蓄熱され、その結果、ワックス溶液Ａの流入側の冷却効率が悪化するためである。流路直交方向での山形の温度分布となるのは、ワックス溶液Ａが流れない図示左右方向の外周部が低温部となっているためである。
【００３９】
直交流の場合の温度分布は、図１２に示すように、図１０、１１と比べると、ワックス溶液Ａの流れ方向には、最も温度勾配が緩やかであり冷却に必要な流路長さが最長となっている。すなわち、時間的に緩慢に冷却されている。また、流路直交方向では、温調流体Ｃの流れ方向に沿って昇温され温度分布が不均一になっていることが分かる。
【００４０】
これらの温度分布から、直交流では流路直交方向および流路方向沿って大きな温度差を有し、全体として最も温度バラツキが大きいことが分かる。また、並流と向流とでは、いずれも、直交流よりは温度分布の均一性に優れるが、並流の方がより均一性が高いことが分かる。このように、温調流体Ｃの流し方により冷却の均一性が異なるものである。
平均粒径のバラツキが、並流、向流、直交流の順に大きくなった理由は、温調流体Ｃの流し方により冷却の不均一性が増大し、析出時間の場所によるバラツキがこの順に大きくなるためであると考えられる。
【００４１】
次に、本実施例で、マイクロ流路４の流路断面を変えた場合の作用について、他の実験例により説明する。
図１３は、マイクロ流路の断面の大きさを変えた実験例における溶液の温度変化について説明する模式的なグラフである。グラフ軸は、図４と同様である。図１４は、マイクロ流路の断面の大きさを変えた実験例における平均粒径の実験結果を示すグラフである。グラフ軸は図５と同様である。
【００４２】
図１３において点ｒ１、ｒ２、ｒ３、ｒ４を通る曲線１０８は、図４の曲線１００で示す実験例において、マイクロ流路４、主流路５ａ、６ａの断面をｗ０＝０．２ｍｍ、ｄ０＝０．１５ｍｍに、配置ピッチを０．４ｍｍに変更し、他を同条件とした実験例の温度分布である。対比のため、図４の曲線１００を再掲している。
図１３に示すように、各流路の断面積が縮小されて、配置本数が増えることで、伝熱面積が拡大したため、熱交換の効率が高まり、第２段階でより急激な温度変化を起こしている。すなわち、析出時間ｔｏｕｔ３が、曲線１００のｔｏｕｔ０より短縮される（点ｒ３、ｐ３参照）とともに、出口である時刻ｔＥでの温度が、曲線１００の場合が約５０℃（点ｐ４）であるのに対し、曲線１０８では約３０℃（点ｒ４）に低下している。
【００４３】
図１４には、曲線１０８の条件で、プロセス流量のみ、１５ｇ／ｍｉｎ、４５ｇ／ｍｉｎ、７５ｇ／ｍｉｎ、９０ｇ／ｍｉｎに変えて実験し、平均粒径を曲線１００の条件で同様の測定を行った結果とともに示した。図中で菱形印は断面が０．４ｍｍ×０．２ｍｍの場合、正方形印は０．２ｍｍ×０．１５ｍｍの場合をそれぞれ示す。
それぞれの結果は、プロセス流量が少ない領域では、大きな差がないが、プロセス流量が増えると、断面積の小さい方が、平均粒径が徐々に低下し、断面積の大きい方は次第に平均粒径が増大する傾向を示す。そして、０．２ｍｍ×０．１５ｍｍの場合には、プロセス流量９０ｇ／ｍｉｎであっても、１μｍ以下の平均粒径が得られている。
これは、流路断面積を小さくして熱交換の効率を向上した方が、ワックス溶液Ａの温度分布が均一となり、しかも析出時間が短くなるからであると考えられる。
このように本実施例では、流路断面の大きさを適宜に設定することで、ワックス溶液Ａのプロセス流量が大きい場合でも、安定した微粒子を得ることができる。したがって、ワックス微分散体の生産性を向上することができるものである。
【００４４】
従来技術では、例えば、１μｍ〜２μｍ程度の粒径のワックスをビーズミルにより製造する場合、所望の粒径となるまで粉砕を繰り返すので、約３〜４時間程度の粉砕工程を行う必要があった。また、０．５μｍ以下程度の微細粉が多量に発生するなどして、所望の粒径分布に比べてブロードな粒径分布となり、製造効率がよくなかった。
これに対し、本実施例のワックス微分散体の製造方法によれば、マイクロ流路を通過する過程でビーズミルの場合に比べて粒径分布が狭い微粒径のワックスを析出させるので、例えば数秒程度の析出工程で連続的に製造でき、冷却温度、プロセス流量や流路断面積などを適宜設定することにより生産性を向上することができる。
【００４５】
なお、上記の説明では、マイクロ流路の断面形状を矩形状とした例で説明したが、三角形断面、Ｕ字状断面、半円形、円形や楕円形断面であってもよい。円形や楕円形の場合、幅と高さとに代えて、直径、または短径および長径が１μｍ〜１０００μｍであればよい。
【００４６】
また、上記の説明では、第１温調流路、第２温調流路もマイクロ流路と同様な流路断面で形成した例で説明した。このようにすれば、マイクロ流路を流れる溶液との熱交換の効率が向上できるので好ましいが、プレートの温度を面状領域で低下させる冷却源を形成できれば、第１温調流路、第２温調流路の流路断面はそれぞれ溶液を流すマイクロ流路と異なる大きさを備えていてもよい。例えば、伝熱効率の高い流体を用いたり、流速を向上したりといった他の手段により熱交換効率を向上できれば、１０００μｍより大きな幅を有する流路としてもよい。
【００４７】
また、上記の説明では、第２段階が終了する以前に１回だけ、マイクロ流を冷却する温度を下げる例で説明したが、複数段階にわたって、あるいは連続的に下げてもよい。
また、第１段階および第３段階では、ワックスの析出に影響を与えないので、溶液の温度を流れ方向に単調減少させなくてもよい。
【００４８】
また、上記の説明では、第１流体の温度を溶液の温度より低く設定した例で説明したが、溶液をマイクロ流路の入口付近で、析出開始温度より高温に保持することができれば、供給される溶液の温度より高温としてもよい。この場合、第１流体が流れる流路は加熱源となる。
【００４９】
また、上記の説明では、複数のマイクロ流路を温度変化させる熱源として、第１流体、第２流体をマイクロ流路近傍に流通して、熱交換する例で説明したが、複数のマイクロ流路を温度変化させる熱源は、これに限定されず、例えば、発熱体を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施例のワックス微分散体の製造方法に用いるマイクロ熱交換器の継手部を含めた概略全体構成を示す水平断面図である。
【図２】本発明の実施例のワックス微分散体の製造方法に用いるマイクロ熱交換器の継手部を含めた概略全体構成を示す斜視図である。
【図３】図２における２種類のプレート構造を示す分解斜視図である。
【図４】本発明の実施例に係るワックス微分散体の製造方法における溶液の温度変化について説明する模式的なグラフである。
【図５】本発明の実施例に係るワックス微分散体の製造方法により得られたワックス微粒子の一例を示す電子顕微鏡写真である。
【図６】本発明の実施例に係るワックス微分散体の製造方法によって得られた平均粒径の実験結果を示すグラフである。
【図７】図６に示す実験例における粒径分布の例を示すヒストグラムである。
【図８】第２流体の流し方を並流、向流、直交流とした場合のそれぞれの平均粒径の測定結果を示すグラフである。
【図９】図８の実験例における向流、直交流の場合の粒径分布の例を示すヒストグラムである。
【図１０】第２流体が並流の場合のプレートの温度分布を流動解析シミュレーションにより求めた結果の概念図である。
【図１１】第２流体が向流の場合のプレートの温度分布を流動解析シミュレーションにより求めた結果の概念図である。
【図１２】第２流体が直交流の場合のプレートの温度分布を流動解析シミュレーションにより求めた結果の概念図である。
【図１３】マイクロ流路の断面の大きさを変えた実験例における溶液の温度変化について説明する模式的なグラフである。
【図１４】マイクロ流路の断面の大きさを変えた実験例における平均粒径の実験結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５１】
１ マイクロ熱交換器
４ マイクロ流路
５ 第１温調流路
５ａ、６ａ 主流路
６ 第２温調流路
Ａ ワックス溶液（溶液）
Ｂ 温調流体（第１流体）
Ｃ 温調流体（第２流体）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワックス微分散体の製造方法に関する。例えば、トナー製造用などに用いる平均粒径が数μｍ以下程度に微粒子化されたワックス微分散体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ワックスの添加を容易にするためにワックスを数μｍ以下程度に微粒子化する技術が知られている。例えば、複写機やレーザプリンタなどに用いるトナーに添加するワックスは、トナー表面に均一に分散するように、微粒子化されたワックスが用いられる。近年、トナー性能の向上のため、トナーの微粒子化が求められており、それに伴ってトナー用のワックスも粒径の均一性やさらなる微粒子化が強く求められている。
例えば、特許文献１には、トナー用ワックスの微粒子化技術として、乳化・分散機器等を用いる機械的粉砕法、溶解析出法、気相蒸発法があることが記載されている。
溶解析出法は、「トナー作製時に用いる溶剤と相溶し、かつ室温ではワックスを溶解させない適当な溶剤を用い、上記溶剤にワックスを添加し加熱溶解させた後、室温まで徐々に冷却し、ワックスの微細粒子を析出させる方法」である。
気相蒸発法は、「ヘリウムなどの不活性ガス中でワックスを加熱蒸発させ気相中で粒子を作製した後、この粒子を冷却したフィルム等に付着回収した後に、溶剤に分散させる方法」である。
なお、機械的粉砕法に用いる機器としては、例えばビーズミルなどが知られている。
また、特許文献２には、バッチ方式の溶融冷却法（溶解析出法）を改良し、「ワックスを有機溶剤および／または重合性単量体とともにいったん加熱しワックスを溶解した後、攪拌しながら冷却してワックスを析出させワックス分散体を得る溶融析出法を連続化」したワックス分散法が記載されている。
【特許文献１】特開平１０−２０７１１６号公報（第６−７頁）
【特許文献２】特公平８−１６１６１号公報（図１−３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記のような従来のワックス微分散体の製造方法には、以下のような問題があった。
特許文献１に記載の技術のうち、機械的粉砕法では、例えば、ビーズミルを用いる場合、ビーズ径をより小さくすることで微粒子化を図ることができるものの、ビーズ間をすり抜けることにより比較的大径に粉砕されるものが出てくる。そのため粒径分布がブロードとなってしまうという問題がある。
また、ビーズ同士の衝突や、ビーズとベッセル（容器）内面との衝突により破砕粉が発生し、ワックス微分散体に不純物として残留するという問題がある。これをトナー製造に用いると、例えばトナーの発色がにごり、画質に影響してしまうという問題がある。
また従来の溶解析出法では、不純物が混じることなくワックス微分散体を形成することができるものの、特許文献１に記載されているように、「室温まで徐々に冷却」する工程を伴うので、製造に長時間を要するという問題がある。
また気相蒸発法では、気相中で粒子を作製するため、ワックス微分散体を量産するためには大型の設備が必要となるという問題がある。
また冷却したフィルム等に付着回収して、溶剤に分散させなくてはならないので、工程が複数のプロセスに分断されて、複雑なものとなるという問題もある。
また、特許文献２に記載の技術では、ワックスを溶解する加熱ゾーン、ワックスを析出させる冷却ゾーンを連続して設け、加熱工程、冷却工程を連続プロセスにより行うため、バッチ方式に比べて効率的な製造が可能となるものの、冷却ゾーンではワックスと有機溶剤および／または重合性単量体とからなる加熱混合物を攪拌しながら冷却するので、「高速剪断混合機、超音波ホモジナイザーおよび管内混合機からなる群から選ばれたいずれかの撹拌装置」とその冷却装置とを用いる必要がある。そのため、製造設備が複雑化し、占有スペースもとられてしまうという問題がある。
【０００４】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、破砕粉などの不純物が混じらないワックス微分散体を、簡素かつ小型の設備を用いて効率的に製造することができるワックス微分散体の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するために、本発明のワックス微分散体の製造方法は、ワックスを溶解した溶液から前記ワックスを析出させて微粒子化し、前記溶液の溶媒中に分散させたワックス微分散体を製造するワックス微分散体の製造方法であって、前記溶液を、幅と高さまたは内径が１μｍ〜１０００μｍの断面を有する複数のマイクロ流路に一定のプロセス流量で供給し、前記複数のマイクロ流路の入口から出口に至るまでの前記溶液の温度を流れ方向に沿って、前記ワックスの析出温度範囲より高温の第１段階と、前記ワックスの析出温度範囲内の第２段階と、前記ワックスの析出温度範囲より低温の第３段階とに順次変化させ、少なくとも前記第２段階での温度を流れ方向に沿って単調減少させる方法とする。
この発明では、ワックスを溶解した溶液を複数のマイクロ流路に一定プロセス流量で流し、複数のマイクロ流路の入口から出口に至るまでの溶液の温度を流れ方向に沿って、ワックスが未析出である第１段階、ワックスが析出する第２段階、析出されたワックスの微粒子が溶媒中で再溶解しない第３段階にそれぞれ温度変化させる。第２段階の状態では、温度を流れ方向に沿って単調減少させる。
そのため、第２段階でワックスが析出し、第２段階のプロセス時間を適宜設定することにより、一定範囲の粒径分布を有する微粒子に微粒子化される。そして、第３段階を経て粒径成長が抑制された状態で排出される。
したがって、上流の入口側と下流の出口側とでは、いずれも新たにワックスが析出しないので、例えば滞流などが生じても、ワックス析出していないか（第１段階）、析出していても完全な固相となっている（第３段階）ので、マイクロ流路の内面に付着しにくくなっており、マイクロ流路が目詰まりしにくいため安定した流れを維持することができる。
また、第２段階での温度が流れ方向に沿って単調減少するので、流れ方向と析出の時間的進行とが一致し、ワックスが再溶解して流れが乱れたりすることなく、ワックスを安定して析出させることができる。
また、複数のマイクロ流路が、それぞれ幅と高さまたは内径が１μｍ〜１０００μｍと、微細な断面を有するので、溶液への伝熱が良好となり、流路断面内の溶液の温度分布を安定させることができる。マイクロ流路の幅と高さまたは内径が１μｍより小さいと、流路断面に占めるワックス微粒子の径が大きくなりすぎ、マイクロ管路の閉塞が起こりやすくなる。また、同じく幅と高さまたは内径が１０００μｍより大きいと、流路断面の径方向の温度分布が大きくなりすぎ、流路断面内の析出の均一性が悪化する。
このようなワックス微分散体の製造方法は、複数のマイクロ流路を用いるため簡素かつ小型の設備で連続的なプロセスにより行うことができる。また機械的粉砕によらないので、ワックス微分散体に破砕粉が不純物として混入するおそれがない。
【発明の効果】
【０００６】
本発明のワックス微分散体の製造方法によれば、複数のマイクロ流路にワックスを溶解した溶液を流し、その流路方向の温度分布を変化させてワックスを析出させ、微粒子化する工程を連続的に行うので、粉砕粉などの不純物が混じらないワックス微分散体を、簡素かつ小型の設備により効率的に製造することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明のワックス微分散体の製造方法では、前記第２段階が終了するまでの間に、前記複数のマイクロ流路を温度変化させるための熱源温度を、相対的に高温の第１の温度から相対的に低温の第２の温度に切り替えるようにすることが好ましい。
この場合、第２段階が終了するまでの間に、複数のマイクロ流路を温度変化させるための熱源温度を相対的に高温の第１の温度から相対的に低温の第２の温度に切り替えるので、第２段階の全体もしくは後半が、それ以前の段階より急峻に温度降下し、第２段階の継続時間が短縮される。そのため、ワックスの析出時間が制御され、より長時間かけて析出させる場合に比べて、ワックスをより微粒子化することができる。
【０００８】
また、本発明のワックス微分散体の製造方法では、前記複数のマイクロ流路の上流側近傍に前記第１の温度を有する第１流体を流通し、前記複数のマイクロ流路の下流側近傍に前記第２の温度を有する第２流体を流通することにより前記複数のマイクロ流路を温度変化させることが好ましい。
この場合、温度がそれぞれ第１、第２の温度からなる第１、第２流体を複数のマイクロ流路の上流側近傍、下流側近傍に流通することにより、第２段階に係るマイクロ流路の冷却温度を２段階に切り替えるので、プロセス流量に応じて第１、第２流体の温度、流量を適宜設定することにより、第２段階における溶液の温度変化を制御することができる。そのため、ワックスの粒径を容易に制御することができる。
【０００９】
また本発明の第２流体を用いてマイクロ流路を冷却するワックスの微分散体の製造方法では、前記第２流体を、前記複数のマイクロ流路の流路方向に略沿って流通させることが好ましい。
この場合、第２流体が、複数のマイクロ流路の流路方向に略沿って流通されるので、第２流体と複数のマイクロ流路との熱交換が流路方向に沿って発生する。そのため、第２流体が流路に直交もしくは交差する方向に流通される場合のように、第２流体の流れ方向の温度変化により複数のマイクロ流路間で温度分布を持つことがない。その結果、各マイクロ流路は流路方向の温度分布が略等しくなり、各マイクロ流路内で略等しい温度分布によりワックスが析出され、各マイクロ流路でのワックス微粒子の粒径の大きさおよび粒径分布の均一化を図ることができる。
なお、第２流体を流通させる方向は、マイクロ流路の流路方向に略沿っていれば、溶液と反対方向であってもよいが、同方向であることがより好ましい。
【００１０】
また本発明のワックス微分散体の製造方法では、前記ワックスが、カルナバワックスからなることが好ましい。
【００１１】
以下では、本発明の実施形態に係る実施例について添付図面を参照して説明する。すべての図面において、実施例が異なる場合であっても、同一または相当する部材には同一の符号を付し、共通する説明は省略する。
【実施例】
【００１２】
本発明の実施例のワックス微分散体の製造方法について説明する。
図１、２は、本発明の実施例のワックス微分散体の製造方法に用いるマイクロ熱交換器の継手部を含めた概略全体構成を示す水平断面図、および斜視図である。図３は、図２における２種類のプレート構造を示す分解斜視図である。
本実施例のワックス微分散体の製造方法は、溶媒中に、例えば数μｍ以下程度に微粒子化されたワックスが分散したワックス微分散体を、製造するための方法であり、図１〜図３に示すようなマイクロ熱交換器１を用いて行うことができるものである。
【００１３】
まず、マイクロ熱交換器１の概略構成について説明する。
マイクロ熱交換器１は、例えば同一の長方形板状からなる第１プレート２と第２プレート３とが複数交互に積層されて構成されている。各１枚の第１プレート２と第２プレート３とを組み合わせた積層単位には、それぞれ後述するように、例えば３系統のマイクロ流路が設けられている。そして、それらの供給口および排出口が、マイクロ熱交換器１の端面１ｂ、１ｃ、側面１ｄ、１ｅの各領域に分散して配置され、それら領域に各マイクロ流路内に流すためのコネクタ３０とジョイント部３１とからなる継手部３２がそれぞれ連結されている（図１参照）。
これらの継手部を介して、ワックス溶液Ａ（溶液）が端面１ｂから供給されて端面１ｃに排出され、温調流体Ｂ（第１流体）が側面１ｅから供給されて側面１ｄに排出され、温調流体Ｃ（第２流体）が側面１ｄから供給され側面１ｅに排出されるようになっている。
【００１４】
マイクロ熱交換器１の平面視形状は図示のような長方形とは限定されず、正方形状、または端面１ｂ、１ｃ間よりも側面１ｄ、１ｅ間が長い長方形状としてもよいが、以下では簡単のために、本実施例の図示形状に即して、端面１ｂから端面１ｃに向かう方向をマイクロ熱交換器１、第１プレート２、第２プレート３の長手方向、側面１ｄから側面１ｅに向かう方向を同じく短手方向と称することにする。
【００１５】
第１プレート２は、図３に示すように、一方の面２ａに断面凹溝形状のマイクロ流路４を第１プレート２の長手方向に貫通して延し、短手方向に所定間隔ｐ０で複数本配列したものである。マイクロ流路４の長さをＬとする。断面形状は、幅ｗ０、深さｄ０とする。
マイクロ流路４の断面形状は、ワックス溶液Ａの種類、微粒子のプロセス流量や流路長さＬに応じて適宜設定することができるが、断面内の温度分布の均一性を確保するために、幅ｗ０、深さｄ０は、それぞれ１μｍ〜１０００μｍの範囲に設定している。
本実施例では、各マイクロ流路４内に処理すべきワックス溶液Ａが流され、図１、２に矢印で示すように、一方の端面２ｂ側から供給されて他方の端面２ｃ側へ排出される。
【００１６】
第２プレート３は、図２、３に示すように、一方の面３ａに断面凹溝形状の第１温調流路５、第２温調流路６が互いに所定の間隔だけ離れ、独立・分離して別個の領域に設けられている。そのため、第１温調流路５、第２温調流路６は相互に温度の影響を受けにくい位置関係を有している。
第１温調流路５は、第１プレート２におけるマイクロ流路４の上流側領域に配置され、マイクロ流路４の流路方向に略直交する方向、すなわち第２プレート３の短手方向に貫通して延された複数の主流路５ａが平行に配列されたものである。第２プレート３の長手方向における第１温調流路５の幅はＬ１（ただし、Ｌ１＜Ｌ）とする。
主流路５ａの本数は、図２、３では模式図のため４本しか記載していないが、熱交換効率を考慮して適宜の本数を採用することが出きる。例えば数本から数十本程度が好ましく、配列ピッチはできるだけ細かいことが好ましい。
【００１７】
第２温調流路６は、第２プレート３の長手方向に沿って複数本配列された主流路６ａと、主流路６ａの上流側及び下流側端部でそれぞれ第１温調流路５の主流路５ａとほぼ平行に配置されて各主流路６ａに連通する供給側流路６ｂおよび排出側流路６ｃとを備えている。供給側流路６ｂと排出側流路６ｃは２回直角に屈曲して第２プレート３の側面３ｄ、３ｅからそれぞれ外部に開口している。
第２プレート３の長手方向における第２温調流路６の幅はＬ２（ただし、Ｌ２＜Ｌ、かつ（Ｌ１＋Ｌ２）＜Ｌ）とする。
第２温調流路６の各流路の本数は、第２温調流路６の主流路６ａ部分のみが複数本配列され、供給側流路６ｂおよび排出側流路６ｃはそれぞれ１本で構成されている。
なお、第２温調流路６の各主流路６ａについては、第１温調流路５との位置関係は任意であるが、マイクロ流路４に対しては、第２プレート３の短手方向において、マイクロ流路４が分布する範囲を積層方向に重なる範囲に設けられる。
そして、好ましくは各主流路６ａが、隣り合う２本のマイクロ流路４、４間に位置するように積層方向に配列し、さらに好ましくは、各主流路６ａが各マイクロ流路４に積層方向に重なるように配列する。
【００１８】
各複数の第１プレート２、第２プレート３は、各第１プレート２、第２プレート３を同一方向に交互に重ねて積層され、互いに固着されている。
そのため、マイクロ熱交換器１の形態において、各マイクロ流路４、第１温調流路５、第２温調流路６は、凹溝の開口面が上に積層されるプレートの下面により覆われ、両端が開口する長方形断面のトンネル形状とされる。
【００１９】
このような各第１プレート２、第２プレート３は、適宜の金属材料を用いることができるが、例えばステンレス鋼板にエッチング加工を施すことによりマイクロ流路４、第１温調流路５、第２温調流路６などを形成し、流路面を電解研磨仕上げするなどして製作することができる。
【００２０】
次に、マイクロ熱交換器１の動作とともに、本実施例のワックス微分散体の製造方法について説明する。
図４は、本発明の実施例に係るワックス微分散体の製造方法における溶液の温度変化について説明する模式的なグラフである。横軸は時間軸であり、縦軸は溶液の温度（単位は、℃）を示す。図５は、本発明の実施例に係るワックス微分散体の製造方法により得られたワックス微粒子の一例を示す電子顕微鏡写真である。図６は、本発明の実施例に係るワックス微分散体の製造方法によって得られた平均粒径の実験結果を示すグラフである。横軸はプロセス流量（単位は、ｇ／ｍｉｎ）、縦軸は対数目盛の平均粒径（単位は、μｍ）を示す。図７（ａ）、（ｂ）は、図６に示す実験例における粒径分布の例を示すヒストグラムである。横軸は粒径（単位は、μｍ）、縦軸は頻度（単位は、％）を示す。
【００２１】
マイクロ熱交換器１に流すワックス溶液Ａについて説明する。
ワックス溶液Ａは、微粒子化するワックスを適宜溶媒に溶解した溶液である。ワックスの種類は、一定の温度範囲で、溶解される溶媒を有するものであれば、天然ワックスでも合成ワックスでもよい。また、ワックスの析出を妨げない範囲で、任意の添加物を混合してもよい。例えば、ワックスとして、ポリプロピレンワックスなどを好適に採用でき、添加物として、例えば、イプゾールなどを混合してもよい。
本実施例では、ワックスの一例として、電子写真用トナーに添加して、例えば滑り性など特性を向上させるのに好適なカルナバワックスを溶解させた例で説明する。
本実施例のワックス溶液Ａは、カルナバワックス１２ｗｔ％をカルナバワックスに好適な溶媒であるＭＥＫ（メチルエチルケトン）６０ｗｔ％に溶解し、さらにポリエステル樹脂２８ｗｔ％を添加したものである。
ここで、ポリエステル樹脂は、凝集を防止するために添加したもので、例えば粒径５００μｍ程度の粒状体である。
このようなワックス溶液Ａは、温度Ｔ１〜Ｔ２（ただし、Ｔ１＞Ｔ２）の析出温度範囲を有する。そのため、温度Ｔ１より高温にすることによりカルナバワックスが融解しＭＥＫに溶解される。そして、温度Ｔ１〜Ｔ２の範囲で、過飽和のカルナバワックスが固体として析出する状態となる。また、温度Ｔ２より低温では、カルナバワックスが固相となるため、析出が終了する。例えば、上記の配合例では、Ｔ１＝７０℃、Ｔ２＝５５℃である。
【００２２】
したがって、ワックス溶液Ａを温度Ｔ１より高温に加熱して、カルナバワックスが溶解したワックス溶液Ａを温度Ｔ１以下に冷却し、析出時間ｔｏｕｔを経た後に温度Ｔ２より低温とすれば、固体粒子状のカルナバワックスが溶媒内に析出する。
このとき、カルナバワックスの析出量は、ワックス溶液Ａ中のカルナバワックスの濃度と、温度に応じたワックス溶液Ａの飽和濃度により決まるが、ワックス溶液Ａの温度分布が不均一であると、温度分布に応じて析出も不均一になり、粒径のバラツキが大きくなる。一方、ワックス溶液Ａの温度分布が均一であれば、析出も均等化されるため、粒径のバラツキが少ない微粒子群が得られる。
【００２３】
そこで、本実施例では、ワックス溶液Ａを、Ｔ１＝７０℃以上の温度、例えば７５℃に加温して、図１の端面１ｂ側の継手部３２から、マイクロ熱交換器１のマイクロ流路４に供給し、ワックス溶液Ａを一定のプロセス流量Ｐ（流速ＶＰ）で流す。
このとき、第１温調流路５にワックス溶液Ａを徐冷するために、マイクロ流路４に供給されるワックス溶液Ａの温度より低温の温度Ｈ１（第１の温度）の温調流体Ｂを継手部３２を介して供給し、反対側の継手部３２から排出する。温調流体Ｂは、ワックス溶液Ａと略直交する方向に流れるが、このような流れを、以下直交流と称する。
また、第２温調流路６に対して、供給側流路６ｂ側の継手部３２から温度Ｈ１より低温の温度Ｈ２（第２の温度）の温調流体Ｃを供給し、各主流路６ａに流通させて排出側流路６ｃ側の継手部３２から排出する。温調流体Ｃは、ワックス溶液Ａと平行かつ同方向に流れるが、このような流れを、以下並流と称する。反対に、排出側流路６ｃから温調流体Ｃを供給し、供給側流路６ｂから排出することで、主流路６ａをワックス溶液Ａとは逆方向に流すこともできるが、この流れは向流と称する。
なお、温調流体Ａ、Ｂは、互いに独立の流路を流通し、ワックス溶液Ａと混入することもないので、それぞれ適宜の流体を採用することができる。本実施例ではいずれも水を採用している。
【００２４】
これにより、第１温調流路５が設けられた各第２プレート３の長手方向の幅Ｌ１の面状領域に、温度Ｈ１の定常冷却源が形成されるとともに、第２温調流路６が設けられた各第２プレート３の長手方向の幅Ｌ２の面状領域に温度Ｈ２の定常冷却源が形成される。
すなわち、マイクロ流路４は、温度Ｈ１からＨ２に不連続に変化する冷却温度を有する第２プレート３により冷却される。
【００２５】
一方、第１プレート２上の各マイクロ流路４は、７５℃のワックス溶液Ａがプロセス流量Ｐで流れているので、上下に積層された第２プレート３、３により流路方向に沿って２段階に冷却されつつ、排出される。そのため、各マイクロ流路４内のワックス溶液Ａは、流路方向に、例えば、図４に示すような温度分布を有する定常流れとなる。
【００２６】
図４に示す実験例の条件は、マイクロ流路４、主流路５ａ、６ａの流路断面寸法をｗ０＝０．４ｍｍ、ｄ０＝０．２ｍｍ、配置ピッチが０．６ｍｍピッチ、プロセス流量Ｐ＝７５ｇ／ｍｉｎ、流速ＶＰ＝０．３１ｍ／ｍｉｎに設定した。そして、冷却温度をＨ１＝５０℃、３５℃、Ｈ２＝５℃としている。図中の時間ｔＬ１（＝ｔ２−ｔ１）、ｔＬ２（＝ｔ３−ｔ４）は、それぞれ、第１温調流路５、第２温調流路６の領域を通過する時間の範囲を示す。また、横軸のｔ＝０、ｔＥは、それぞれ、マイクロ熱交換器１に流入する時刻と、排出される時刻を示す。
【００２７】
点ｐ１、ｐ２、ｐ３、ｐ４を通る曲線１００は、Ｈ１＝５０℃の場合の温度分布の例である。第１段階では、７５℃（点ｐ１）から略直線的に緩やかに温度降下し、第２温調流路６の領域に到達する時刻で、略温度Ｔ１となる（点ｐ２）。第２段階では、第２温調流路６により冷却温度が温度Ｈ２に切り替わる結果、急激に冷却が進み、より大きな温度勾配で冷却されて、温度Ｔ２に至る（点ｐ３）。第３段階では、温度勾配は次第に緩やかになり、時刻ｔＥにおいて約５０℃で排出される（点ｐ４）。
第１段階は、ワックス溶液Ａをマイクロ流路４の入口付近で確実に温度Ｔ１以上の温度に保持するための段階である。これによりマイクロ流路４の入口付近で滞流が起こっても、ワックスによる目詰まりが起こらず、長時間の連続処理が可能となる。
第２段階は、ワックスをワックス溶液Ａから析出させ、析出時間ｔｏｕｔ１のうちに粒径成長させる段階である。この曲線１００の場合には、第２温調流路６により急激に冷却されることで析出時間ｔｏｕｔ１を短縮することができ、析出する粒径を制御することができる。この間のワックス溶液Ａの温度はこのとき、マイクロ流路４の断面積は析出する粒子径より大きく、断面内の温度分布を十分均一化できるほど小さいものとなっている。
第３段階は、ワックスがすべて固相となる温度範囲に冷却することで、粒径成長を抑えるとともに、マイクロ流路４内面への付着を防止する段階である。このため、出口付近で滞流が生じても、目詰まりを起こさないようにすることができる。
【００２８】
もし、単一温度の冷却源により冷却すると、ワックス溶液Ａの温度分布は、なだらかな曲線もしくは単一勾配を有する直線状になるので、粒子径を低減するためには、入口温度からの温度差が大きい低温源とする必要があり、そのため、マイクロ熱交換器１の入口付近で急激な温度低下を起こし、曲線１００のように入口付近で十分な長さを温度Ｔ１以上に確保することができない。
流路方向に、温度が連続的に低減する冷却源を用いることも考えられるが、この場合、冷却源として複雑な流路や制御回路などを含む構成が必要となり、高価な装置となってしまう。
そのため、冷却源は、本実施例のように、異なる冷却温度を有する少なくとも２つの冷却源を流路方向に配置することが好ましい。
【００２９】
このように、第１〜３段階を経ることで、ワックス溶液Ａは、溶媒中に粒径分布が制御された微粒子のカルナバワックスが分散したワックス微分散体としてマイクロ熱交換器１から排出される。この工程は、一定プロセス流量で連続して行われ、破砕粉などの不純物を除去したり、粒径分布を整えるために分粒したりする必要がないので、きわめて効率的にワックス微分散体を製造することができる。
図５に、本実施例により微粒子化されたカルナバワックスの電子顕微鏡写真を示した。写真撮影の都合でワックスの微粒子のみを取り出しているため凝集しているが、ワックス溶液Ａの中では、孤立して写っている粒子径程度のワックス微粒子がワックス溶液Ａ中に分散されている。図５によれば、カルナバワックスが、全体として大きくても約２μｍ〜３μｍ程度とされ、粒径の均一性が高いワックス微粒子が得られていることが分かる。
【００３０】
点ｑ１、ｑ２、ｑ３、ｑ４を通る曲線１０１（図４参照）は、Ｈ１＝３５℃の場合の温度分布の例である。第１段階では、曲線１００の場合よりも低温のＨ１で冷却するので、７５℃（点ｑ１）から曲線１００よりも急峻に温度降下し、第１温調流路５の領域の範囲で、温度Ｔ１に到達する（点ｑ２）。第２段階では、第１温調流路５により冷却温度がＨ１のまま冷却され、さらに第２温調流路６の領域に達して冷却温度が温度Ｈ２で冷却され、曲線１００の場合より早い時刻に温度Ｔ２に至る（点ｑ３）。第３段階では、冷却温度Ｈ２で冷却が進行し、時刻ｔＥでは、曲線１００の場合よりも低温の約４０℃で排出される（点ｑ４）。
本実験例は、第１〜３段階を経てワックス溶液Ａを排出するので曲線１００の場合と同様に効率的にワックス微分散体を製造することが出きる。
ただし、本実験例は、第２段階を温度Ｈ１、Ｈ２で冷却する場合の例になっている。この場合、より低温の温度Ｈ１のみで冷却する曲線１００の場合に比べて、析出時間ｔｏｕｔ２が長くなる（ｔｏｕｔ１＜ｔｏｕｔ２）。そのため粒径はより大きくなる。
このように本実験例は、温調流体Ｂの温度を可変することにより、粒径の大きさを制御することができる場合の例となっている。
【００３１】
次に、本実施例におけるカルナバワックスの平均粒子径、および粒径分布の実験結果について説明する。
図６は、上記の実験例の平均粒径を、プロセス流量Ｐを１５ｇ／ｍｉｎ、４５ｇ／ｍｉｎに変化させた他の実験結果とともに示したグラフである。図７（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、プロセス流量Ｐが７５ｇ／ｍｉｎのときの、温度Ｈ１が３５℃（丸印）、５０℃（菱形印）の場合の粒径分布を示すヒストグラムである。ここで、粒径は、例えば、堀場製作所（株）製の遠心沈降式流動分布計を用いて、重量平均に基づいて測定した値である。
【００３２】
図６より、いずれの場合も、温度Ｈ１＝５０℃の場合の方が、平均粒径が小さくなっており、温度Ｈ１＝３５℃場合には、プロセス流量Ｐの増大とともに、平均粒径が増大する傾向があることが分かる。
図４を参照して説明したように、Ｈ１の温度を５０℃と３５℃とに変えたことで、プロセス流量が一定であれば、それぞれの析出時間が、ｔｏｕｔ１＜ｔｏｕｔ２となり、Ｈ１＝５０℃の方が平均粒径は小さくなると考えられる。
図７（ａ）、（ｂ）によると、Ｈ１＝３５℃の場合には、７４％が２μｍ〜３μｍとなっており、Ｈ１＝５０℃の場合に比べて粒径分布が大きい粒径に集中している。一方、Ｈ１＝５０℃の場合は、粒径分布がブロードになる、すなわち広範囲に分布する傾向が見られるが、粒径の最大値は小さいため、粒径分布から見ても、Ｈ１＝５０℃の方が微粒子化されている。
このように、本実施例の方法では、プロセス流量の幅広い範囲で、微粒子化が達成されており、プロセス流量を増大して生産性を向上することができるものである。
【００３３】
次に、本実施例における温調流体Ｃの流し方を変えた場合の作用について、他の実験例により説明する。
図８は、第２流体の流し方を並流、向流、直交流とした場合のそれぞれの平均粒径の測定結果を示すグラフである。横軸はプロセス流量（単位は、ｇ／ｍｉｎ）、縦軸は対数目盛の平均粒径（単位は、μｍ）を示す。図中の菱形印、正方形印、三角印、それぞれ並流、向流、直交流の値を表す。図９（ａ）、（ｂ）は、図８の実験例における向流、直交流の場合の粒径分布の例を示すヒストグラムである。横軸は粒径（単位は、μｍ）、縦軸は頻度（単位は、％）を示す。
【００３４】
図８に示すのは、マイクロ流路４が上記実験例と同様の断面形状、長さとし、温調流体Ｃの流し方を、並流、向流、直交流とし、それぞれの場合について、流通プロセス流量を、７５ｇ／ｍｉｎ、４５ｇ／ｍｉｎ、１５ｇ／ｍｉｎに変えて実験し、そのワックス微分散体の平均粒径を測定した実験結果である。冷却温度は、Ｈ１＝５０℃、Ｈ２＝５℃としている。
向流は、第２温調流路６において、温調流体Ｃを排出側流路６ｃから供給し、供給側流路６ｂから排出させることにより実現した。
直交流は、マイクロ熱交換器１の第２プレート３に代えて、第１温調流路５を隣接させたプレートを取り付けたマイクロ熱交換器を製作して実現した。
【００３５】
図８によれば、いずれのプロセス流量においても、並流の平均粒径がもっとも小さい。向流と直交流とでは、プロセス流量が小さい場合には同等であるが、プロセス流量が大きいと直交流よりも向流の方が、平均粒径が小さくなっている。
一方、この場合の向流、直交流の粒径分布は、それぞれ図９（ａ）、（ｂ）に示す通り、それぞれ、２μｍ〜３μｍに集中している。ただし、向流は３μｍ以下に分布しているのに対し、直交流では１０μｍまでのブロードな分布を有するため、平均粒径としては向流の方が小さい結果となっている。
したがって、粒径バラツキを小さくするためには、直交流よりは向流、向流よりは並流とすることが好ましいことが分かる。
【００３６】
これらの実験結果について、図１０〜１２を参照して説明する。
図１０、１１、１２は、温度Ｈ２＝５℃で冷却する領域において、ワックス溶液Ａの入口温度を７５℃として、それぞれ並流、向流、直交流とした場合のプレートの温度分布を流動解析シミュレーションにより求めた結果の概念図である。ワックス溶液Ａは、図示の上側から下側に流れるものとし、温調流体Ｃの流れとの関係が分かるように、それぞれに対応する第２温調流路を実線で示している。等温線は、それぞれ７５℃（実線）、５５℃（破線）、４５℃（一点鎖線）、２５℃（二点鎖線）を示した。
なお、実際の等温線は、流路の配置ピッチに応じた細かな波形の変化を示すが、見にくくなるので、平均温度をプロットしている。
【００３７】
並流の場合の温度分布は、図１０に示すように、ワックス溶液Ａの流れ方向には、７５℃から４５℃までは、短い流路長さの範囲で時間的には急峻に冷却され、それ以下の温度では、流路方向にやや緩やかに冷却されている。また、図示横方向に対応するマイクロ流路４の流路直交方向（以下、単に流路直交方向と称する）では、マイクロ流路４が存在する範囲において、ワックスの析出が起こる７５℃〜５５℃の範囲でほとんど温度差が見られない。そして、４５℃、２５℃となるにしたがって、供給側流路６ｂの入口側より排出側流路６ｃの出口側の方が高温になっている。
これは、温調流体Ｃが、供給側流路６ｂを通って、流路直交方向に移動する間に熱交換して蓄熱されるため、ワックス溶液Ａとの温度差が小さくなるとその差が熱交換効率の差となって顕著に現われるからである。
【００３８】
向流の場合の温度分布は、図１１に示すように、図１０と比べると、ワックス溶液Ａの流れ方向には温度勾配が緩やかであり冷却に必要な流路長さが長くなっている。すなわち、時間的にやや緩慢に冷却されている。また、流路直交方向では、流路直交方向の中央部で温度が上昇する図示下向きの山形の温度分布を示している。ただし、７５℃〜５５℃の範囲では、その差は小さく略平坦になっている。
これは、向流では、ワックス溶液Ａの下流側で略温度Ｈ２の低温の温調流体Ｃが供給されるものの、温調流体Ｃが図示上側に流れるにつれ、新たに供給されるワックス溶液Ａと熱交換して蓄熱され、その結果、ワックス溶液Ａの流入側の冷却効率が悪化するためである。流路直交方向での山形の温度分布となるのは、ワックス溶液Ａが流れない図示左右方向の外周部が低温部となっているためである。
【００３９】
直交流の場合の温度分布は、図１２に示すように、図１０、１１と比べると、ワックス溶液Ａの流れ方向には、最も温度勾配が緩やかであり冷却に必要な流路長さが最長となっている。すなわち、時間的に緩慢に冷却されている。また、流路直交方向では、温調流体Ｃの流れ方向に沿って昇温され温度分布が不均一になっていることが分かる。
【００４０】
これらの温度分布から、直交流では流路直交方向および流路方向沿って大きな温度差を有し、全体として最も温度バラツキが大きいことが分かる。また、並流と向流とでは、いずれも、直交流よりは温度分布の均一性に優れるが、並流の方がより均一性が高いことが分かる。このように、温調流体Ｃの流し方により冷却の均一性が異なるものである。
平均粒径のバラツキが、並流、向流、直交流の順に大きくなった理由は、温調流体Ｃの流し方により冷却の不均一性が増大し、析出時間の場所によるバラツキがこの順に大きくなるためであると考えられる。
【００４１】
次に、本実施例で、マイクロ流路４の流路断面を変えた場合の作用について、他の実験例により説明する。
図１３は、マイクロ流路の断面の大きさを変えた実験例における溶液の温度変化について説明する模式的なグラフである。グラフ軸は、図４と同様である。図１４は、マイクロ流路の断面の大きさを変えた実験例における平均粒径の実験結果を示すグラフである。グラフ軸は図５と同様である。
【００４２】
図１３において点ｒ１、ｒ２、ｒ３、ｒ４を通る曲線１０８は、図４の曲線１００で示す実験例において、マイクロ流路４、主流路５ａ、６ａの断面をｗ０＝０．２ｍｍ、ｄ０＝０．１５ｍｍに、配置ピッチを０．４ｍｍに変更し、他を同条件とした実験例の温度分布である。対比のため、図４の曲線１００を再掲している。
図１３に示すように、各流路の断面積が縮小されて、配置本数が増えることで、伝熱面積が拡大したため、熱交換の効率が高まり、第２段階でより急激な温度変化を起こしている。すなわち、析出時間ｔｏｕｔ３が、曲線１００のｔｏｕｔ０より短縮される（点ｒ３、ｐ３参照）とともに、出口である時刻ｔＥでの温度が、曲線１００の場合が約５０℃（点ｐ４）であるのに対し、曲線１０８では約３０℃（点ｒ４）に低下している。
【００４３】
図１４には、曲線１０８の条件で、プロセス流量のみ、１５ｇ／ｍｉｎ、４５ｇ／ｍｉｎ、７５ｇ／ｍｉｎ、９０ｇ／ｍｉｎに変えて実験し、平均粒径を曲線１００の条件で同様の測定を行った結果とともに示した。図中で菱形印は断面が０．４ｍｍ×０．２ｍｍの場合、正方形印は０．２ｍｍ×０．１５ｍｍの場合をそれぞれ示す。
それぞれの結果は、プロセス流量が少ない領域では、大きな差がないが、プロセス流量が増えると、断面積の小さい方が、平均粒径が徐々に低下し、断面積の大きい方は次第に平均粒径が増大する傾向を示す。そして、０．２ｍｍ×０．１５ｍｍの場合には、プロセス流量９０ｇ／ｍｉｎであっても、１μｍ以下の平均粒径が得られている。
これは、流路断面積を小さくして熱交換の効率を向上した方が、ワックス溶液Ａの温度分布が均一となり、しかも析出時間が短くなるからであると考えられる。
このように本実施例では、流路断面の大きさを適宜に設定することで、ワックス溶液Ａのプロセス流量が大きい場合でも、安定した微粒子を得ることができる。したがって、ワックス微分散体の生産性を向上することができるものである。
【００４４】
従来技術では、例えば、１μｍ〜２μｍ程度の粒径のワックスをビーズミルにより製造する場合、所望の粒径となるまで粉砕を繰り返すので、約３〜４時間程度の粉砕工程を行う必要があった。また、０．５μｍ以下程度の微細粉が多量に発生するなどして、所望の粒径分布に比べてブロードな粒径分布となり、製造効率がよくなかった。
これに対し、本実施例のワックス微分散体の製造方法によれば、マイクロ流路を通過する過程でビーズミルの場合に比べて粒径分布が狭い微粒径のワックスを析出させるので、例えば数秒程度の析出工程で連続的に製造でき、冷却温度、プロセス流量や流路断面積などを適宜設定することにより生産性を向上することができる。
【００４５】
なお、上記の説明では、マイクロ流路の断面形状を矩形状とした例で説明したが、三角形断面、Ｕ字状断面、半円形、円形や楕円形断面であってもよい。円形や楕円形の場合、幅と高さとに代えて、直径、または短径および長径が１μｍ〜１０００μｍであればよい。
【００４６】
また、上記の説明では、第１温調流路、第２温調流路もマイクロ流路と同様な流路断面で形成した例で説明した。このようにすれば、マイクロ流路を流れる溶液との熱交換の効率が向上できるので好ましいが、プレートの温度を面状領域で低下させる冷却源を形成できれば、第１温調流路、第２温調流路の流路断面はそれぞれ溶液を流すマイクロ流路と異なる大きさを備えていてもよい。例えば、伝熱効率の高い流体を用いたり、流速を向上したりといった他の手段により熱交換効率を向上できれば、１０００μｍより大きな幅を有する流路としてもよい。
【００４７】
また、上記の説明では、第２段階が終了する以前に１回だけ、マイクロ流を冷却する温度を下げる例で説明したが、複数段階にわたって、あるいは連続的に下げてもよい。
また、第１段階および第３段階では、ワックスの析出に影響を与えないので、溶液の温度を流れ方向に単調減少させなくてもよい。
【００４８】
また、上記の説明では、第１流体の温度を溶液の温度より低く設定した例で説明したが、溶液をマイクロ流路の入口付近で、析出開始温度より高温に保持することができれば、供給される溶液の温度より高温としてもよい。この場合、第１流体が流れる流路は加熱源となる。
【００４９】
また、上記の説明では、複数のマイクロ流路を温度変化させる熱源として、第１流体、第２流体をマイクロ流路近傍に流通して、熱交換する例で説明したが、複数のマイクロ流路を温度変化させる熱源は、これに限定されず、例えば、発熱体を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施例のワックス微分散体の製造方法に用いるマイクロ熱交換器の継手部を含めた概略全体構成を示す水平断面図である。
【図２】本発明の実施例のワックス微分散体の製造方法に用いるマイクロ熱交換器の継手部を含めた概略全体構成を示す斜視図である。
【図３】図２における２種類のプレート構造を示す分解斜視図である。
【図４】本発明の実施例に係るワックス微分散体の製造方法における溶液の温度変化について説明する模式的なグラフである。
【図５】本発明の実施例に係るワックス微分散体の製造方法により得られたワックス微粒子の一例を示す電子顕微鏡写真である。
【図６】本発明の実施例に係るワックス微分散体の製造方法によって得られた平均粒径の実験結果を示すグラフである。
【図７】図６に示す実験例における粒径分布の例を示すヒストグラムである。
【図８】第２流体の流し方を並流、向流、直交流とした場合のそれぞれの平均粒径の測定結果を示すグラフである。
【図９】図８の実験例における向流、直交流の場合の粒径分布の例を示すヒストグラムである。
【図１０】第２流体が並流の場合のプレートの温度分布を流動解析シミュレーションにより求めた結果の概念図である。
【図１１】第２流体が向流の場合のプレートの温度分布を流動解析シミュレーションにより求めた結果の概念図である。
【図１２】第２流体が直交流の場合のプレートの温度分布を流動解析シミュレーションにより求めた結果の概念図である。
【図１３】マイクロ流路の断面の大きさを変えた実験例における溶液の温度変化について説明する模式的なグラフである。
【図１４】マイクロ流路の断面の大きさを変えた実験例における平均粒径の実験結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５１】
１ マイクロ熱交換器
４ マイクロ流路
５ 第１温調流路
５ａ、６ａ 主流路
６ 第２温調流路
Ａ ワックス溶液（溶液）
Ｂ 温調流体（第１流体）
Ｃ 温調流体（第２流体）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワックスを溶解した溶液から前記ワックスを析出させて微粒子化し、前記溶液の溶媒中に分散させたワックス微分散体を製造するワックス微分散体の製造方法であって、
前記溶液を、幅と高さまたは内径が１μｍ〜１０００μｍの断面を有する複数のマイクロ流路に一定のプロセス流量で供給し、
前記複数のマイクロ流路の入口から出口に至るまでの前記溶液の温度を流れ方向に沿って、前記ワックスの析出温度範囲より高温の第１段階と、前記ワックスの析出温度範囲内の第２段階と、前記ワックスの析出温度範囲より低温の第３段階とに順次変化させ、
少なくとも前記第２段階での温度を流れ方向に沿って単調減少させることを特徴とするワックス微分散体の製造方法。
【請求項２】
前記第２段階が終了するまでの間に、前記複数のマイクロ流路を温度変化させるための熱源温度を、相対的に高温の第１の温度から相対的に低温の第２の温度に切り替えるようにした請求項１に記載のワックス微分散体の製造方法。
【請求項３】
前記複数のマイクロ流路の上流側近傍に前記第１の温度を有する第１流体を流通し、前記複数のマイクロ流路の下流側近傍に前記第２の温度を有する第２流体を流通することにより前記複数のマイクロ流路を温度変化させる請求項２に記載のワックス微分散体の製造方法。
【請求項４】
前記第２流体を、前記複数のマイクロ流路の流路方向に略沿って流通させるようにした請求項３に記載のワックス微分散体の製造方法。
【請求項５】
前記ワックスが、カルナバワックスからなる請求項１〜３のいずれかに記載のワックス微分散体の製造方法。
【請求項１】
ワックスを溶解した溶液から前記ワックスを析出させて微粒子化し、前記溶液の溶媒中に分散させたワックス微分散体を製造するワックス微分散体の製造方法であって、
前記溶液を、幅と高さまたは内径が１μｍ〜１０００μｍの断面を有する複数のマイクロ流路に一定のプロセス流量で供給し、
前記複数のマイクロ流路の入口から出口に至るまでの前記溶液の温度を流れ方向に沿って、前記ワックスの析出温度範囲より高温の第１段階と、前記ワックスの析出温度範囲内の第２段階と、前記ワックスの析出温度範囲より低温の第３段階とに順次変化させ、
少なくとも前記第２段階での温度を流れ方向に沿って単調減少させることを特徴とするワックス微分散体の製造方法。
【請求項２】
前記第２段階が終了するまでの間に、前記複数のマイクロ流路を温度変化させるための熱源温度を、相対的に高温の第１の温度から相対的に低温の第２の温度に切り替えるようにした請求項１に記載のワックス微分散体の製造方法。
【請求項３】
前記複数のマイクロ流路の上流側近傍に前記第１の温度を有する第１流体を流通し、前記複数のマイクロ流路の下流側近傍に前記第２の温度を有する第２流体を流通することにより前記複数のマイクロ流路を温度変化させる請求項２に記載のワックス微分散体の製造方法。
【請求項４】
前記第２流体を、前記複数のマイクロ流路の流路方向に略沿って流通させるようにした請求項３に記載のワックス微分散体の製造方法。
【請求項５】
前記ワックスが、カルナバワックスからなる請求項１〜３のいずれかに記載のワックス微分散体の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００７−１１９５４９（Ｐ２００７−１１９５４９Ａ）
【公開日】平成１９年５月１７日（２００７．５．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３１１２３３（Ｐ２００５−３１１２３３）
【出願日】平成１７年１０月２６日（２００５．１０．２６）
【出願人】（０００００２８８６）大日本インキ化学工業株式会社 (2,597)
【出願人】（５９９１３２５８０）ディックテクノ株式会社 (20)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年５月１７日（２００７．５．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１０月２６日（２００５．１０．２６）
【出願人】（０００００２８８６）大日本インキ化学工業株式会社 (2,597)
【出願人】（５９９１３２５８０）ディックテクノ株式会社 (20)
【Ｆターム（参考）】
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