微粒子製造方法及び微粒子製造装置

【課題】噴射造粒法での微粒子製造方法において、微粒子成分含有液の吐出を安定性の高い状態で維持し、狭い粒径分布を有する微粒子を得る微粒子製造方法および微粒子製造装置を提供する。
【解決手段】液滴が固化するとトナーとなるトナー成分液14が導入される液柱共鳴液室及び該液柱共鳴液室内のトナー成分液14に振動を付与する振動発生手段を有する液滴吐出手段2と、液滴吐出手段2から吐出された液滴21を固化する乾燥捕集ユニット60と、を備え、液滴吐出手段2は、前記振動発生手段により前記液柱共鳴液室内のトナー成分液14に振動を付与して液柱共鳴による定在波を形成し、該定在波の腹となる領域に形成された前記吐出孔からトナー成分液14を液滴として連続的に吐出する液滴吐出動作モードと、前記液滴吐出動作の前に、前記振動発生手段により前記吐出孔におけるトナー成分液14の液表面を振動させる微駆動動作モードを有する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、噴射造粒法による微粒子製造方法及び微粒子製造装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、電子写真記録方法に基づく複写機、プリンター、ファックス、およびそれらの複合機に使用される静電荷像現像用トナーの製造方法としては粉砕法のみであったが、近年では重合法と呼ばれる、水系媒体中でトナー粒子形成する工法が広く行なわれ、粉砕法を凌駕する勢いである。重合法により製造されたトナーは「重合トナー」、または国によっては「ケミカルトナー」と呼ばれている。
【0003】
重合法はトナー粒子形成時、あるいはその過程においてトナー原材料の重合反応を伴うことから、このように称される。各種重合方法が実用化されており、懸濁重合、乳化凝集、ポリマー懸濁(ポリマー凝集)、エステル伸長反応等がある。
【0004】
重合法で得られたトナーは総じて、粉砕法で得られたトナーに比べ、小粒径が得易い、粒径分布が狭い、形状が球形に近いといった特徴によって、これを用いることで電子写真方式での画像は高画質を得やすい利点がある。しかしその反面、重合過程に長時間を必要とし、さらに固化終了後溶媒とトナー粒子を分離し、その後洗浄乾燥を繰り返す必要が有り、多くの時間と、多量の水、エネルギーを必要とするという欠点がある。
【0005】
そのため、トナーの原材料成分を有機溶媒に溶解または分散した液体(以下、トナー成分液)を、様々なアトマイザを用いて微粒子化した後に乾燥させて粉体状のトナーを得る噴射造粒法が知られている(例えば、特許文献1〜3参照)。この方法によれば、水を用いる必要が無いため、洗浄や乾燥といった工程を大幅に削減することができるため、重合法の欠点を回避することができる。
【0006】
特許文献1〜3に示されたトナーの製造方法においては、ノズルからノズル径に対応した液滴を放出するものである。この方法ではトナー成分液を噴霧した後において、形成された液滴が乾燥する前に液滴同士が合着し、その状態のまま溶媒が乾燥してトナーが得られるため、結果として得られるトナーの粒度分布の広がりが避けられず、粒径分布としては満足のいくものでなかった。
【0007】
このような課題に対して、特許文献4に記載されている噴射造粒によるトナー製造方法は、多量の洗浄液、溶媒と粒子の分離の繰り返しが不要で、省エネルギーで、粒径分布の狭いトナーを製造できる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
しかしながら、特許文献4記載の製造方法では、正常に吐出する吐出孔の数が吐出時間と共に減少してしまうことで、トナーの生産効率が下がることが確認されており、複数の吐出孔からの連続吐出に伴う上記の課題を低減し、トナー生産効率を向上させることが求められている。
【0009】
本発明は、以上の従来技術における課題に鑑みてなされたものであり、噴射造粒法での微粒子製造方法において、微粒子成分含有液の噴射(吐出)を安定性の高い状態で維持し、狭い粒径分布を有する微粒子を得る微粒子製造方法および微粒子製造装置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】
【0010】
前記課題を解決するために提供する本発明は、液柱共鳴液室内に導入された、液滴が固化すると微粒子となる微粒子成分含有液に振動を付与して液柱共鳴による定在波を形成し、前記液柱共鳴液室において前記定在波の腹となる領域に配置された前記吐出孔から前記微粒子成分含有液を連続的に吐出して液滴を形成する液滴吐出工程と、前記液滴吐出工程の前に、前記吐出孔における前記微粒子成分含有液の液表面を振動させる微駆動工程と、を有することを特徴とする微粒子製造方法である。
【0011】
また前記課題を解決するために提供する本発明は、液滴が固化すると微粒子となる微粒子成分含有液が導入される液柱共鳴液室及び該液柱共鳴液室内の微粒子成分含有液に振動を付与する振動発生手段を有する液滴吐出手段を備える微粒子製造装置であって、前記液滴吐出手段は、前記振動発生手段により前記液柱共鳴液室内の微粒子成分含有液に振動を付与して液柱共鳴による定在波を形成し、前記液柱共鳴液室において該定在波の腹となる領域に形成された前記吐出孔から前記微粒子成分含有液を液滴として連続的に吐出する液滴吐出動作モードと、前記液滴吐出動作の前に、前記振動発生手段により前記吐出孔における前記微粒子成分含有液の液表面を振動させる微駆動動作モードを有することを特徴とする微粒子製造装置である。
【発明の効果】
【0012】
本発明の微粒子製造方法(または微粒子製造装置)によれば、噴射造粒法での微粒子製造方法において、微粒子の製造を行う液滴吐出工程(液滴吐出動作)の前に、吐出孔における微粒子成分含有液の液表面を振動させる微駆動工程(微駆動動作)を行うので、目詰まり等により吐出しない吐出孔を減らし、できるかぎりすべての吐出孔から液滴の吐出が可能な状態とした上で、液滴吐出工程(液滴吐出動作)を行うので、安定した効率のよい吐出を維持することができ、狭い粒径分布を有するトナーを得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】液柱共鳴液滴吐出手段の構成を示す断面図である。
【図2】液柱共鳴液滴形成ユニットの構成を示す断面図である。
【図3】吐出孔の構成例を示す断面図である。
【図4】N=1、2、3の場合の速度及び圧力変動の定在波を示す概略図である。
【図5】N=4、5の場合の速度及び圧力変動の定在波を示す概略図である。
【図6】液柱共鳴液滴吐出手段の液柱共鳴流路で生じる液柱共鳴現象の様子を示す概略図である。
【図7】液柱共鳴液滴吐出手段の別構成を示す断面図である。
【図8】本発明に係るトナー製造装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下に、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。なお、いわゆる当業者は特許請求の範囲内における本発明を変更・修正をして他の実施形態をなすことは容易であり、これらの変更・修正はこの特許請求の範囲に含まれるものであり、以下の説明はこの発明における最良の形態の例であって、この特許請求の範囲を限定するものではない。
【0015】
本発明の構成例を以下、図1〜図8を用いて説明する。
本発明のトナー製造手段は、微粒子としてトナーを製造する微粒子製造装置であって、液滴吐出手段、液滴固化捕集手段に分けられる。それぞれ下記で解説する。
【0016】
〔液滴吐出手段〕
本発明で用いる液滴吐出手段は、吐出される液滴の粒径分布が狭く、トナーの生産性を確保するために、複数の吐出孔が形成された液柱共鳴液室内の液体に振動を付与して液柱共鳴による定在波を形成し、該定在波の腹となる領域に形成された吐出孔から液体を吐出する液滴化液柱共鳴を用いるが好ましい。
【0017】
(液柱共鳴液滴吐出手段)
図1に、液柱共鳴液滴吐出手段11を示す。
図1に示すように、液柱共鳴液滴吐出手段11は、液共通供給路17及び液柱共鳴液室18を含んで構成されている。ここで、液柱共鳴液室18は、長手方向の両端の壁面のうち一方の壁面に設けられた液共通供給路17と連通されている。また、液柱共鳴液室18は、両端の壁面と連結する壁面のうち一つの壁面に液滴21を吐出する吐出孔19と、吐出孔19と対向する壁面に設けられ、かつ液柱共鳴定在波を形成するために高周波振動を発生する振動発生手段20とを有している。なお、振動発生手段20には、図示していない高周波電源が接続されている。
【0018】
本発明で液滴吐出手段(液柱共鳴液滴吐出手段11)より吐出される液体は、「微粒子成分含有液」である。この微粒子成分含有液とは、得ようとしている微粒子の成分を含み、液滴吐出手段から吐出可能な状態であればよく、例えば微粒子の成分が溶媒に溶解若しくは分散したもの、又は溶媒を含まずに微粒子の成分が溶融した状態のものをいう。以下、トナーを製造する場合についての説明のため、これを「トナー成分液」と記して説明する。
【0019】
トナー成分液14は図示されない液循環ポンプにより液供給管を通って、図2に示す液柱共鳴液滴形成ユニット10の液共通供給路17内に流入し、図1に示す液柱共鳴液滴吐出手段11の液柱共鳴液室18に供給される。そして、トナー成分液14が充填されている液柱共鳴液室18内には、振動発生手段20によって発生する液柱共鳴定在波により圧力分布が形成される。そして、液柱共鳴定在波において振幅の大きな部分であって圧力変動が大きい、定在波の腹となる領域に配置されている吐出孔19から液滴21が吐出される。
【0020】
この液柱共鳴による定在波の腹となる領域とは、定在波の節以外の領域を意味するものである。好ましくは、定在波の圧力変動が液を吐出するのに十分な大きさの振幅を有する領域であり、より好ましくは圧力定在波の振幅が極大となる位置(速度定在波としての節)から極小となる位置に向かって±1/4波長の範囲である。定在波の腹となる領域であれば、吐出孔が複数で開口されていても、それぞれからほぼ均一な液滴を形成することができ、更には効率的に液滴の吐出を行うことができ、吐出孔の詰まりも生じ難くなる。なお、液共通供給路17を通過したトナー成分液14は図示されない液戻り管を流れて原料収容容器(貯蔵手段)に戻される。
【0021】
液滴21の吐出によって液柱共鳴液室18内のトナー成分液14の量が減少すると、液柱共鳴液室18内の液柱共鳴定在波の作用による吸引力が作用し、液共通供給路17から供給されるトナー成分液14の流量が増加し、液柱共鳴液室18内にトナー成分液14が補充される。そして、液柱共鳴液室18内にトナー成分液14が補充されると、液共通供給路17を通過するトナー成分液14の流量が元に戻る。
【0022】
液柱共鳴液滴吐出手段11における液柱共鳴液室18は、金属やセラミックス、シリコンなどの駆動周波数において液体の共鳴周波数に影響を与えない程度の高い剛性を持つ材質により形成されるフレームがそれぞれ接合されて形成されている。また、図1に示すように、液柱共鳴液室18の長手方向の両端の壁面間の長さLは、後述するような液柱共鳴原理に基づいて決定される。また、図2に示す液柱共鳴液室18の幅Wは、液柱共鳴に余分な周波数を与えないように、液柱共鳴液室18の長さLの2分の1より小さいことが望ましい。更に、液柱共鳴液室18は、生産性を飛躍的に向上させるために1つの液柱共鳴液滴形成ユニット10に対して複数配置されているほうが好ましい。その範囲に限定はないが、100〜2000個の液柱共鳴液室18が備えられた1つの液柱共鳴液滴形成ユニットであれば操作性と生産性が両立でき、もっとも好ましい。また、液柱共鳴液室毎に、液供給のための流路が液共通供給路17から連通接続されており、液共通供給路17には複数の液柱共鳴液室18と連通している。
【0023】
また、液柱共鳴液滴吐出手段11における振動発生手段20は、所定の周波数で駆動できるものであれば特に制限はないが、圧電体を、弾性板9に貼りあわせた形態が望ましい。弾性板9は、圧電体が接液しないように液柱共鳴液室18の壁の一部を構成している。圧電体は、例えばチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)等の圧電セラミックスが挙げられるが、一般に変位量が小さいため積層して使用されることが多い。この他にも、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)等の圧電高分子や、水晶、LiNbO、LiTaO、KNbO等の単結晶などが挙げられる。更に、振動発生手段20は、1つの液柱共鳴液室18毎に個別に制御できるように配置されていることが望ましい。また、前記の1つの材質のブロック状の振動部材を液柱共鳴液室18の配置にあわせて、一部切断し、弾性板9を介してそれぞれの液柱共鳴液室18を個別制御できるような構成が望ましい。
【0024】
更に、吐出孔19の開口部の直径は、1[μm]〜40[μm]の範囲であることが望ましい。1[μm]より小さいと、形成される液滴が非常に小さくなるためトナーを得ることができない場合があり、またトナーの構成成分として顔料などの固形微粒子が含有された構成の場合吐出孔19において閉塞を頻繁に発生して生産性が低下する恐れがある。また、40[μm]より大きい場合、液滴の直径が大きく、これを乾燥固化させて、所望のトナー粒子径3〜6μmを得る場合、有機溶媒でトナー組成を非常に希薄な液に希釈する必要がある場合があり、一定量のトナーを得るために乾燥エネルギーが大量に必要となってしまい、不都合となる。また、図2からわかるように、吐出孔19を液柱共鳴液室18内の幅方向に設ける構成を採用することは、吐出孔19の開口を多数設けることができ、よって生産効率が高くなるために好ましい。また、吐出孔19の開口配置によって液柱共鳴周波数が変動するため、液柱共鳴周波数は液滴の吐出を確認して適宜決定することが望ましい。
【0025】
吐出孔19の断面形状は図1等で開口部の径が小さくなるようなテーパー形状として記載されているが、適宜断面形状を選択することができる。
【0026】
図3に、吐出孔19の取りうる断面形状を示す。
図3(a)に示す吐出孔19は、吐出孔19の接液面から吐出孔に向かってラウンド形状を持ちながら開口径が狭くなるような形状を有しており、薄膜41が振動した際に吐出孔19の出口付近で液にかかる圧力が最大となるため、吐出の安定化に際しては最も好ましい形状である。
【0027】
図3(b)に示す吐出孔19は、吐出孔19の接液面から吐出孔に向かって一定の角度を持って開口径が狭くなるような形状を有しており、このノズル角度44は適宜変更することができる。図3(a)の場合と同様に、このノズル角度によって薄膜41が振動したときの吐出孔19の出口付近で液にかかる圧力を高めることができるが、その範囲は60〜90°が好ましい。60°未満は液に圧力がかかりにくく、さらに薄膜41の加工もし難いため好ましくない。ノズル角度44が90°である場合は図3(c)に示す吐出孔19が相当するが、90°を超えると吐出孔19の出口に圧力がかからなくなり、液滴吐出が非常に不安定化するため、90°が最大値となる。
図3(d)に示す吐出孔19は、図3(a)と(b)を組み合わせた形状である。このように段階的に形状を変更しても構わない。
【0028】
次に、液柱共鳴における液滴形成ユニット(液柱共鳴液滴形成ユニット10)による液滴形成のメカニズムについて説明する。
先ず、図1の液柱共鳴液滴吐出手段11内の液柱共鳴液室18において生じる液柱共鳴現象の原理について説明すると、液柱共鳴液室内のトナー成分液の音速をcとし、振動発生手段20から媒質であるトナー成分液に与えられた駆動周波数をfとした場合、液体の共鳴が発生する波長λは、
λ=c/f ・・・(式1)
の関係にある。
【0029】
また、図1の液柱共鳴液室18において固定端側のフレームの端部から液共通供給路17側の端部までの長さをLとし、更に液共通供給路17側のフレームの端部の高さh1(=約80[μm])は連通口の高さh2(=約40[μm])の約2倍あり、当該端部が閉じている固定端と等価であるとした両側固定端の場合には、長さLが波長λの4分の1の偶数倍に一致する場合に共鳴が最も効率的に形成される。つまり、次の式2で表現される。
L=(N/4)λ ・・・(式2)
(但し、Nは偶数)
【0030】
更に、両端が完全に開いている両側開放端の場合にも前記式2が成り立つ。
同様にして、片方側が圧力の逃げ部がある開放端と等価で、他方側が閉じている(固定端)の場合、つまり片側固定端又は片側開放端の場合には、長さLが波長λの4分の1の奇数倍に一致する場合に共鳴が最も効率的に形成される。つまり、前記式2のNが奇数で表現される。
【0031】
最も効率の高い駆動周波数fは、前記式1と前記式2より、
f=N×c/(4L) ・・・(式3)
と導かれる。しかし、実際には、液体は共鳴を減衰させる粘性を持つために無限に振動が増幅されるわけではなく、Q値を持ち、後述する式4、式5に示すように、式3に示す最も効率の高い駆動周波数fの近傍の周波数でも共鳴は発生する。
【0032】
図4に、N=1、2、3の場合の速度及び圧力変動の定在波の形状(共鳴モード)を示し、かつ図5に、N=4、5の場合の速度及び圧力変動の定在波の形状(共鳴モード)を示す。
本来は疎密波(縦波)であるが、図4及び図5のように表記することが一般的であり、実線が速度定在波、点線が圧力定在波である。例えば、N=1の片側固定端の場合を示す図4(a)からわかるように、速度分布の場合閉口端で速度分布の振幅がゼロとなり、開口端で振幅が最大となり、直感的にわかりやすい。
【0033】
液柱共鳴液室18の長手方向の両端の間の長さをLとしたとき、液体が液柱共鳴する波長をλとし、整数Nが1〜5の場合に定在波が最も効率よく発生する。また、両端の開閉状態によっても定在波パターンは異なるため、それらも併記した。後述するが、吐出孔19の開口や供給側の開口の状態によって、端部の条件が決まる。なお、音響学において、開口端とは長手方向の媒質(液)の移動速度がゼロとなる端であり、逆に圧力は極大となる。閉口端においては、逆に媒質の移動速度がゼロとなる端と定義される。閉口端は音響的に硬い壁として考え、波の反射が発生する。
【0034】
理想的に完全に閉口、もしくは開口している場合は、波の重ね合わせによって図4及び図5のような形態の共鳴定在波を生じるが、吐出孔数、吐出孔19の開口位置によっても定在波パターンは変動し、前記式3より求めた位置からずれた位置に共鳴周波数が現れるが、適宜駆動周波数を調整することで安定吐出条件を作り出すことができる。例えば、液体の音速cが1,200[m/s]、液柱共鳴液室18の長さLが1.85[mm]を用い、両端に壁面が存在して、両側固定端と完全に等価のN=2の共鳴モードを用いた場合、前記式(2)より、最も効率の高い共鳴周波数は324kHzと導かれる。
【0035】
他の例では、液体の音速cが1,200[m/s]、液柱共鳴液室18の長さLが1.85[mm]と、前記と同じ条件を用い、両端に壁面が存在して、両側固定端と等価のN=4の共鳴モードを用いた場合、前記式(2)より、最も効率の高い共鳴周波数は648kHzと導かれ、同じ構成の液柱共鳴液室18においても、より高次の共鳴を利用することができる。
【0036】
図1に示す液柱共鳴液滴吐出手段11における液柱共鳴液室18は、両端が閉口端状態と等価であるか、吐出孔19の開口の影響で、音響的に軟らかい壁として説明できるような端部であることが周波数を高めるためには好ましいが、それに限らず開放端であってもよい。ここでの吐出孔の開口の影響とは、音響インピーダンスが小さくなり、特にコンプライアンス成分が大きくなることを意味する。よって、図4の(b)及び図5の(a)のような液柱共鳴液室18の長手方向の両端に壁面を形成する構成は、両側固定端の共鳴モード、そして吐出孔19側が開口とみなす片側開放端の全ての共鳴モードが利用できるために、好ましい構成である。
【0037】
また、吐出孔19の開口数、開口配置位置、吐出孔19の断面形状も駆動周波数を決定する因子となり、駆動周波数はこれに応じて適宜決定することができる。例えば吐出孔19の数を多くすると、徐々に固定端であった液柱共鳴液室18の先端の拘束が緩くなり、ほぼ開口端に近い共鳴定在波が発生し、駆動周波数は高くなる。更に、最も液供給路側に存在する吐出孔19の開口配置位置を起点に緩い拘束条件となり、また吐出孔19の断面形状がラウンド形状となったりフレームの厚さによる吐出孔の体積が変動したり、実際上の定在波は短波長となり、駆動周波数よりも高くなる。このように決定された駆動周波数で振動発生手段20に電圧を与えたとき、振動発生手段20が変形し、駆動周波数にて最も効率よく共鳴定在波を発生する。また、共鳴定在波が最も効率よく発生する駆動周波数の近傍の周波数でも液柱共鳴定在波は発生する。つまり、液柱共鳴液室18の長手方向の両端間の長さをL、液供給側の端部に最も近い吐出孔までの距離をLeとしたとき、L及びLeの両方の長さを用いて下記式4及び式5で決定される範囲の駆動周波数fを主成分とした駆動波形を用いて振動発生手段20を振動させ、液柱共鳴を誘起して液滴を吐出孔19から吐出することが可能である。
【0038】
N×c/(4L)≦f≦N×c/(4Le) ・・・(式4)
N×c/(4L)≦f≦(N+1)×c/(4Le) ・・・(式5)
【0039】
なお、液柱共鳴液室18の長手方向の両端間の長さLと、液供給側の端部に最も近い吐出孔19までの距離Leの比がLe/L>0.6であることが好ましい。
【0040】
以上説明した液柱共鳴現象の原理を用いて、図1の液柱共鳴液室18において液柱共鳴圧力定在波が形成され、液柱共鳴液室18の一部に配置された吐出孔19において連続的に液滴吐出が発生するのである。なお、定在波の圧力が最も大きく変動する位置に吐出孔19を配置すると、吐出効率が高くなり、低い電圧で駆動することができる点で好ましい。また、吐出孔19は1つの液柱共鳴液室18に1つでも構わないが、複数個配置することが生産性の観点から好ましい。具体的には、2〜100個の間であることが好ましい。100個を超えた場合、100個の吐出孔19から所望の液滴を形成させようとすると、振動発生手段20に与える電圧を高く設定する必要が生じ、振動発生手段20としての圧電体の挙動が不安定となる。
【0041】
また、複数の吐出孔19を開孔する場合、吐出孔間のピッチは20[μm]以上、液柱共鳴液室の長さ以下であることが好ましい。吐出孔間のピッチが20[μm]より小さい場合、隣あう吐出孔より放出された液滴同士が衝突して大きな滴となってしまう確率が高くなり、トナーの粒径分布悪化につながる。
【0042】
次に、液柱共鳴液滴形成ユニットにおける液滴吐出ヘッド内の液柱共鳴液室18で生じる液柱共鳴現象の様子について当該様子を示す図6を用いて説明する。なお、同図において、液柱共鳴液室18内に記した実線は液柱共鳴液室18内の固定端側から液共通供給路17側の端部までの間の任意の各測定位置における速度をプロットした速度分布を示し、液共通供給路17側から液柱共鳴液室18への方向を+とし、その逆方向を−とする。また、液柱共鳴液室18内に記した点線は液柱共鳴液室18内の固定端側から液共通供給路17側の端部までの間の任意の各測定位置における圧力値をプロットした圧力分布を示し、大気圧に対して正圧を+とし、負圧は−とする。また、正圧であれば図中の下方向に圧力が加わることになり、負圧であれば図中の上方向に圧力が加わることになる。更に、同図において、上述したように液共通供給路17側が開放されているが液共通供給路17と液柱共鳴液室18とが連通する開口の高さ(図1に示す高さh2)に比して固定端となるフレームの高さ(図1に示す高さh1)が約2倍以上であるため、液柱共鳴液室18はほぼ両側固定端であるという近似的な条件のもとでの速度分布及び圧力分布の時間的なそれぞれの変化を示している。
【0043】
図6の(a)は液滴吐出時の液柱共鳴液室18内の圧力波形と速度波形を示している。
また、図6の(b)は液滴吐出直後の液引き込みを行った後再びメニスカス圧が増加してくる。これらの同図の(a),(b)に示すように、液柱共鳴液室18における吐出孔19が設けられている流路内での圧力は極大となっている。その後、図6の(c)に示すように、吐出孔19付近の正の圧力は小さくなり、負圧の方向へ移行して液滴21が吐出される。
【0044】
そして、図6の(d)に示すように、吐出孔19付近の圧力は極小になる。このときから液柱共鳴液室18へのトナー成分液14の充填が始まる。その後、図6の(e)に示すように、吐出孔19付近の負の圧力は小さくなり、正圧の方向へ移行する。この時点で、トナー成分液14の充填が終了する。そして、再び、図6の(a)に示すように、液柱共鳴液室18の液滴吐出領域の正の圧力が極大となって、吐出孔19から液滴21が吐出される。このように、液柱共鳴液室18内には振動発生手段20の高周波駆動によって液柱共鳴による定在波が発生し、また圧力が最も大きく変動する位置となる液柱共鳴による定在波の腹に相当する液滴吐出領域に吐出孔19が配置されていることから、当該腹の周期に応じて液滴21が吐出孔19から連続的に吐出される。
【0045】
次に、実際に液柱共鳴現象によって液滴が吐出された構成の一例について説明する。この一例は、図1において液柱共鳴液室18の長手方向の両端間の長さLが1.85[mm]、N=2の共鳴モードであって、第一から第四の吐出孔19がN=2モード圧力定在波の腹の位置に吐出孔を配置し、駆動周波数を330[kHz]のサイン波で行った結果、非常に径の揃った、速度もほぼ揃った液滴の吐出が実現していた。また、駆動周波数290[kHz]〜395[kHz]の範囲では、第一〜第四の吐出孔19において駆動周波数が330[kHz]付近で各吐出孔19からの吐出速度が均一となって、かつ最大吐出速度となっていた。すなわち、液柱共鳴周波数の第二モードである330[kHz]において、液柱共鳴定在波の腹の位置で均一吐出が実現されている。また、第一モードである130[kHz]においての液滴吐出速度ピークと、第二モードである330[kHz]においての液滴吐出速度ピークとの間では液滴は吐出しないという液柱共鳴の特徴的な液柱共鳴定在波の周波数特性が液柱共鳴液室内で発生している。
【0046】
なお、図7に、液柱共鳴液滴吐出手段の別の構成を示す。
図1の構成と比較すると、液滴吐出手段近傍に流す気流通路12における第一の気流の向きを液滴吐出方向に対して横方向(図中、左方向)としている点のみ異なり、それ以外は図1の構成と同じである。
【0047】
〔液滴固化手段〕
先に説明した液滴吐出手段から気体中に吐出させたトナー成分液14の液滴を固化させた後に、捕集することで本発明のトナーを得ることが出来る。
固化させるには、トナー成分液14の性状しだいで、考え方は異なるが、基本的にトナー成分液14を固体状態にできれば手段を問わない。例えばトナー成分液14が固体原材料を揮発可能な溶媒に溶解または分散させたものであれば、液滴噴射後、搬送気流中液滴を乾燥させる、すなわち溶媒を揮発させることで達成することができる。溶媒の乾燥にあたっては、噴射する気体の温度や蒸気圧、気体種類等を適宜選定して乾燥状態を調整することが出来る。また、完全に乾燥していなくとも、捕集された粒子が固体状態を維持していれば、回収後に別工程で追加乾燥させても構わない。前記例に従わなくとも、温度変化や化学的反応等の適用で達成しても良い。
【0048】
〔固化粒子捕集手段〕
固化した粒子は公知の粉体捕集手段、例えばサイクロン捕集、バックフィルター等によって気中から回収することが出来る。
【0049】
〔トナー製造装置の構成例〕
図8は、本発明のトナー製造方法を実施する装置の構成例を示す断面図である。
トナー製造装置1は、主に、液滴吐出手段2及び乾燥捕集ユニット60を含んで構成されている。
【0050】
ここで、乾燥捕集ユニット60は、その上部に液滴吐出手段2が接続された液滴固化手段であるチャンバ61と、チャンバ61の下部に接続された固化粒子捕集手段62と、固化粒子捕集手段62に接続されたトナー貯留部63と、を有する。
【0051】
液滴吐出手段2は、例えば前述した液柱共鳴液滴吐出手段11である。
この液滴吐出手段2には、トナー成分液14を貯留する貯留手段から液滴吐出手段2に前記液滴の吐出量に応じて該トナー成分液14を供給する液体供給手段3が連結されている。
【0052】
液体供給手段3は、トナー成分液14を収容する原料収容容器13と、原料収容容器13に収容されているトナー成分液14を通して液滴吐出手段2に供給する液供給管16と、液供給管16内のトナー成分液14を圧送する液循環ポンプ15と、液滴吐出手段2から原料収容容器13にトナー成分液14を戻す液戻り管22と、を有しており、トナー成分液14を随時液滴吐出手段2に供給できる構成となっている。
【0053】
また、液供給管16にはP1、乾燥捕集ユニット60のチャンバ61にはP2の圧力測定器(圧力計)が設けられており、液滴吐出手段2への送液圧力および、乾燥捕集ユニット60内の圧力は圧力計P1、P2によって管理される。このときに、P1>P2の関係であると、トナー成分液14が吐出孔19から染み出す恐れがあり、P1<P2の場合には液滴吐出手段2に気体が入り、吐出が停止する恐れがあるため、P1≒P2があることが望ましい。
【0054】
チャンバ61内では、その上部の搬送気流導入口64から導入される下降気流である搬送気流101が形成されている。液滴吐出手段2から吐出された液滴21は、重力よってのみではなく、搬送気流101によっても下方に向けて搬送され、乾燥されて固化粒子となり、固化粒子捕集手段62によって捕集され、トナー貯留部63で貯留される。
【0055】
(搬送気流について)
液滴吐出手段2から噴射された液滴同士が乾燥前に接触すると、液滴21同士が合体し一つの粒子になってしまう(以下この現象を合着と呼ぶ)。均一な粒径分布の固化粒子を得るためには、噴射された液滴同士の距離を保つ必要がある。しかしながら、噴射された液滴は一定の初速度を持っているが空気抵抗により、やがて失速する。失速した粒子には後から噴射された液滴が追いついてしまい、結果として合着する。この現象は定常的に発生するため、この粒子を捕集すると粒径分布はひどく悪化することとなる。合着を防ぐためには液滴の速度低下を無くし、液滴同士を接触させないように搬送気流101によって合着を防ぎながら、液滴を固化させつつ搬送する必要があり、最終的には固化粒子捕集手段62まで固化粒子を運ぶ。
【0056】
搬送気流101は、例えば図1に示されるように、その一部を第一の気流として液滴吐出手段近傍に液滴吐出方向と同一方向に配置することで、液滴吐出直後の液滴速度低下を防ぎ、合着を防止することが出来る。あるいは、図8に示すように液滴吐出方向に対して横方向であってもよい。あるいは図示していないが角度を持っていても良く、液滴吐出手段より液滴が離れるような角度を持っていることが望ましい。図8のように液滴吐出に対して横方向から合着防止気流を与える場合は吐出孔から合着防止気流によって液滴が搬送された際に軌跡が重ならないような方向であることが望ましい。
また、前記のように第一の気流によって合着を防いだ後に、第二の気流によって固化粒子捕集手段62まで固化粒子を運んでもよい。
【0057】
第一の気流の速度は液滴噴射速度と同じかそれ以上であることが望ましい。液滴噴射速度より合着防止気流の速度が遅いと、合着防止気流本来の目的である液滴粒子を接触させないという機能を発揮させることが難しい。
第一の気流の性状は、液滴同士が合着しないような条件を追加することが出来、第二の気流と必ずしも同じでなくとも良い。また、合着防止気流に粒子表面の固化を促進させるような化学物質を混入したり、物理的作用期待して付与しても良い。
【0058】
搬送気流101は特に気流の状態として限定されることは無く層流や旋回流や乱流であっても構わない。搬送気流101を構成する気体の種類は特に限定は無く、空気であっても窒素等の不燃性気体を用いても良い。また、搬送気流101の温度は適宜調整可能であり、生産時において変動の無いことが望ましい。またチャンバ61内に搬送気流101の気流状態を変えるような手段をとっても構わない。搬送気流101は液滴21同士の合着を防止するだけでなく、チャンバ61に付着することを防止することに用いても良い。
【0059】
(二次乾燥手段)
図8で示された乾燥捕集ユニット60によって得られたトナー粒子に含まれる残留溶剤量が多い場合はこれを低減するために必要に応じて、二次乾燥手段(不図示)により二次乾燥が行われる。二次乾燥手段としては、流動床乾燥や真空乾燥のような一般的な公知の乾燥手段を用いることが出来る。有機溶剤がトナー中に残留すると耐熱保存性や定着性、帯電特性等のトナー特性が経時で変動するだけでなく。加熱による定着時において有機溶剤が揮発するため、使用者および周辺機器へ悪影響を及ぼす可能性が高まるため、充分な乾燥を実施する。
【0060】
ところで、液滴吐出手段2(液柱共鳴液滴吐出手段)において、均一な液滴が吐出孔19から一定周期で吐出されるが、トナー成分液14中の固形分および溶解成分によって吐出孔19の詰まりや液柱共鳴液室18内への気泡の混入によって吐出が不安定となり、その吐出孔19からの吐出が停止することがある。
また、吐出孔19の詰まりは、吐出孔19の直径を減少させ吐出する液滴径を不均一にしたり、吐出速度や吐出方向がばらつくことで吐出した前後の液滴や周囲の他の吐出孔から吐出された液滴と合一する可能性が大きくなる。このため結果として得られたトナーの粒度分布は広いものとなってしまう。
そこで、本発明では、液滴吐出手段2(液柱共鳴液滴吐出手段)の駆動の仕方を工夫して、その改善を図っている。
【0061】
すなわち、液滴吐出手段2の動作モードとして、振動発生手段20により液柱共鳴液室18内のトナー成分液に振動を付与して液柱共鳴による定在波を形成し、該定在波の腹となる領域に形成された吐出孔19から前記トナー成分液を液滴として連続的に吐出する液滴吐出動作モードと、前記液滴吐出動作の前に、振動発生手段20により吐出孔19におけるトナー成分液の液表面を振動させる微駆動動作モードと、を有するようにし、トナー製造装置1を構成する各部の駆動を制御する制御手段(不図示)が、液滴吐出手段2の動作モードを適切に制御することで、該液滴吐出手段2の安定性の高い吐出を維持することを実現している。
詳しくは、つぎのように制御を行う。
【0062】
(トナー製造装置1の制御)
トナー製造装置1では、トナーの製造に関して前記制御手段がつぎのような制御を行う。
(S11) メンテナンス等によるトナー成分液吐出停止時であって、トナー製造のための液滴吐出動作の前に、制御手段は、微駆動動作モードにより液滴吐出手段2の動作を制御する。詳しくは、液柱共鳴液室18内にトナー成分液を供給し、振動発生手段20により液柱共鳴液室18内のトナー成分液に、吐出孔19から該トナー成分液の液滴が放出されない程度の振動を一定時間継続して付与して、吐出孔19におけるトナー成分液の液表面を振動させる動作制御を行うものである。
これにより、吐出孔19の詰まりが改善され、液柱共鳴液室18内に混入した気泡も除去されるようになる。
なおこのとき、振動発生手段20に入力される駆動信号は、前記液滴吐出動作モードにおいて該振動発生手段20に入力される駆動信号と同じ周波数であって、振動振幅を低くしたものであることが好ましく、あるいは前記液滴吐出動作モードにおいて該振動発生手段に入力される駆動信号(液柱共鳴液室18で共鳴(共振)させる周波数の信号)と周波数が異なるものであることが好ましい。
(S12) つぎに、制御手段は、液滴吐出動作モードにより液滴吐出手段2の動作を制御する。このとき、振動発生手段20に入力される駆動信号は、液柱共鳴液室18で共鳴(共振)させる周波数の信号であり、これにより振動発生手段20が液柱共鳴液室18内のトナー成分液に振動を付与して液柱共鳴による定在波を形成し、該定在波の腹となる領域に形成された吐出孔19からトナー成分液を液滴として連続的に吐出する動作制御を行う。このとき、トナー製造装置1の各部も稼働を開始しており、例えば液体供給手段3は、原料収容容器13から液滴吐出手段2に前記液滴21の吐出量に応じてトナー成分液を供給する。
【0063】
以上のように、液滴吐出動作の前に、微駆動動作モードにより液滴吐出手段2の吐出孔の目詰まり等が改善され、すべての吐出孔から液滴の吐出が可能な状態とした上で、液滴吐出動作を行うので、安定した効率のよい吐出を維持することができ、狭い粒径分布を有するトナーを得ることが可能となる。
【0064】
(トナー)
本発明のトナーは少なくとも樹脂、着色剤およびワックスを含有し、必要に応じて、帯電調整剤、添加剤およびその他の成分を含有する。
【0065】
本発明で用いる、「トナー成分液」について説明する。トナー成分液は前記トナー成分が溶媒に溶解又は分散させた液体状態であるか、または吐出させる条件下で液体であれば溶媒を含まなくてもよく、トナー成分の一部または全てが溶融した状態で混合され液体状態を呈しているものである。
トナー材料としては、前記のトナー成分液を調整することが出来れば、従来の電子写真用トナーと全く同じ物が使用できる。これを前記のように液滴吐出手段より微小液滴とし、固化粒子捕集手段により固化粒子を捕集して、目的とするトナー粒子を作製することが可能である。
【0066】
〔樹脂〕
前記樹脂としては、少なくとも結着樹脂が挙げられる。
前記結着樹脂としては、特に制限はなく、通常使用される樹脂を適宜選択して使用することができるが、例えば、スチレン系単量体、アクリル系単量体、メタクリル系単量体等のビニル重合体、これらの単量体又は2種類以上からなる共重合体、ポリエステル系重合体、ポリオール樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、フラン樹脂、エポキシ樹脂、キシレン樹脂、テルペン樹脂、クマロンインデン樹脂、ポリカーボネート樹脂、石油系樹脂、などが挙げられる。
【0067】
結着樹脂の性状としては溶媒に溶解することが望まく、この特徴を除けば従来公知の性能を持っていることが望ましい。
【0068】
〔結着樹脂の分子量分布〕
結着樹脂のGPC(ゲルパーメンテーションクロマトグラフィ)による分子量分布で、分子量3千〜5万の領域に少なくとも1つのピークが存在するのが、トナーの定着性、耐オフセット性の点で好ましく、また、THF可溶分としては、分子量10万以下の成分が60〜100[%]となるような結着樹脂も好ましく、分子量5千〜2万の領域に少なくとも1つのピークが存在する結着樹脂がより好ましい。
【0069】
〔結着樹脂の酸価〕
結着樹脂の酸価が0.1〜50[mgKOH/g]を有する樹脂を60[質量%]以上有するものが好ましい。本発明において、トナー組成物の結着樹脂成分の酸価は、JIS K−0070に準じて測定したものである。
【0070】
本発明で使用できる磁性体としては、従来電子写真トナーに用いられる公知のものを使用することが出来る。例えば、(1)マグネタイト、マグヘマイト、フェライトの如き磁性酸化鉄、及び他の金属酸化物を含む酸化鉄、(2)鉄、コバルト、ニッケル等の金属、又は、これらの金属とアルミニウム、コバルト、銅、鉛、マグネシウム、錫、亜鉛、アンチモン、ベリリウム、ビスマス、カドミウム、カルシウム、マンガン、セレン、チタン、タングステン、バナジウム等の金属との合金。(3)及びこれらの混合物、などが用いられる。前記磁性体は、着色剤としても使用することができる。前記磁性体の使用量としては、結着樹脂100質量部に対して、磁性体10〜200質量部が好ましく、20〜150質量部がより好ましい。これらの磁性体の個数平均粒径としては、0.1〜2[μm]が好ましく、0.1〜0.5[μm]がより好ましい。前記個数平均径は、透過電子顕微鏡により拡大撮影した写真をデジタイザー等で測定することにより求めることができる。
【0071】
〔着色剤〕
前記着色剤としては、特に制限はなく、通常使用される樹脂を適宜選択して使用することができる。
【0072】
前記着色剤の含有量としては、トナーに対して1〜15[質量%]が好ましく、3〜10[質量%]がより好ましい。
【0073】
本発明に係るトナーで用いる着色剤は、樹脂と複合化されたマスターバッチとして用いることもできる。マスターバッチは顔料を予め分散させるためのものであり、顔料の充分な分散が得られていれば用いなくても良い。マスターバッチは一般的に顔料と樹脂とを高せん断をかけることで樹脂中に顔料を硬度に分散させたものである。マスターバッチの製造またはマスターバッチとともに混練されるバインダー樹脂としては、従来公知のものを使用することが出来る。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を混合して使用してもよい。
【0074】
前記マスターバッチの使用量としては、結着樹脂100質量部に対して、0.1〜20質量部が好ましい。
【0075】
マスターバッチ製造時に顔料の分散性を高めるために分散剤を用いてもよい。顔料分散性の点で、結着樹脂との相溶性が高いことが好ましく、従来公知のものを用いることができ、具体的な市販品としては、「アジスパーPB821」、「アジスパーPB822」(味の素ファインテクノ社製)、「Disperbyk−2001」(ビックケミー社製)、「EFKA−4010」(EFKA社製)、などが挙げられる。
【0076】
前記分散剤は、トナー中に、着色剤に対して0.1〜10[質量%]の割合で配合することが好ましい。配合割合が0.1[質量%]未満であると、顔料分散性が不十分となることがあり、10[質量%]より多いと、高湿下での帯電性が低下することがある。
【0077】
前記分散剤の添加量は、着色剤100質量部に対して1〜200質量部であることが好ましく、5〜80質量部であることがより好ましい。1質量部未満であると分散能が低くなることがあり、200質量部を超えると帯電性が低下することがある。
【0078】
〔ワックス〕
本発明で用いるトナー成分液は、結着樹脂、着色剤とともにワックスを含有する。
ワックスとしては、特に制限はなく、通常使用されるものを適宜選択して使用することができ、例えば、低分子量ポリエチレン、低分子量ポリプロピレン、ポリオレフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、パラフィンワックス、サゾールワックス等の脂肪族炭化水素系ワックス、酸化ポリエチレンワックス等の脂肪族炭化水素系ワックスの酸化物又はそれらのブロック共重合体、キャンデリラワックス、カルナバワックス、木ろう、ホホバろう等の植物系ワックス、みつろう、ラノリン、鯨ろう等の動物系ワックス、オゾケライト、セレシン、ペテロラタム等の鉱物系ワックス、モンタン酸エステルワックス、カスターワックスの等の脂肪酸エステルを主成分とするワックス類。脱酸カルナバワックスの等の脂肪酸エステルを一部又は全部を脱酸化したもの、などが挙げられる。
【0079】
前記ワックスの融点としては、定着性と耐オフセット性のバランスを取るために、70〜140[℃]であることが好ましく、70〜120[℃]であることがより好ましい。70[℃]未満では耐ブロッキング性が低下することがあり、140[℃]を超えると耐オフセット効果が発現しにくくなることがある。
【0080】
前記ワックスの総含有量としては、結着樹脂100質量部に対し、0.2〜20質量部が好ましく、0.5〜10質量部がより好ましい。
【0081】
本発明では、DSC(ディファレンシャルスキャニングカロリメトリー)において測定されるワックスの吸熱ピークの最大ピークのピークトップの温度をもってワックスの融点とする。
【0082】
前記ワックス又はトナーのDSC測定機器としては、高精度の内熱式入力補償型の示差走査熱量計で測定することが好ましい。測定方法としては、ASTM D3418−82に準じて行う。本発明に用いられるDSC曲線は、1回昇温、降温させ前履歴を取った後、温度速度10[℃/min]で、昇温させた時に測定されるものを用いる。
【0083】
〔添加剤〕
本発明に係るトナーには、他の添加剤として、静電潜像担持体・キャリアの保護、クリーニング性の向上、熱特性・電気特性・物理特性の調整、抵抗調整、軟化点調整、定着率向上等を目的として、各種金属石けん、フッ素系界面活性剤、フタル酸ジオクチルや、導電性付与剤として酸化スズ、酸化亜鉛、カーボンブラック、酸化アンチモン等や、酸化チタン、酸化アルミニウム、アルミナ等の無機微粉体などを必要に応じて添加することができる。これらの無機微粉体は、必要に応じて疎水化してもよい。また、ポリテトラフルオロエチレン、ステアリン酸亜鉛、ポリフッ化ビニリデン等の滑剤、酸化セシウム、炭化ケイ素、チタン酸ストロンチウム等の研磨剤、ケーキング防止剤、更に、トナー粒子と逆極性の白色微粒子及び黒色微粒子とを、現像性向上剤として少量用いることもできる。
【0084】
これらの添加剤は、帯電量コントロール等の目的でその表面をシリコーンワニス、各種変性シリコーンワニス、シリコーンオイル、各種変性シリコーンオイル、シランカップリング剤、官能基を有するシランカップリング剤、その他の有機ケイ素化合物等の処理剤、又は種々の処理剤で処理することも好ましい。
【0085】
前記添加剤としては、無機微粒子を好ましく用いることができる。前記無機微粒子としては、例えば、シリカ、アルミナ、酸化チタン、等公知のものを使用できる。
【0086】
この他、高分子系微粒子たとえばソープフリー乳化重合や懸濁重合、分散重合によって得られるポリスチレン、メタクリル酸エステルやアクリル酸エステル共重合体やシリコーン、ベンゾグアナミン、ナイロンなどの重縮合系、熱硬化性樹脂による重合体粒子が挙げられる。
【0087】
このような外添剤は、表面処理剤により、疎水性を上げ、高湿度下においても外添剤自身の劣化を防止することができる。前記表面処理剤としては、例えば、シランカップリング剤、シリル化剤、フッ化アルキル基を有するシランカップリング剤、有機チタネート系カップリング剤、アルミニウム系のカップリング剤、シリコーンオイル、変性シリコーンオイル、などが好適に挙げられる。
【0088】
前記外添剤の一次粒子径としては、5[nm]〜2[μm]であることが好ましく、5[nm]〜500[nm]であることがより好ましい。また、BET法による比表面積としては、20〜500[m/g]であることが好ましい。この無機微粒子の使用割合としては、トナーの0.01〜5[質量%]であることが好ましく、0.01〜2.0[質量%]であることがより好ましい。
【0089】
静電潜像担持体や一次転写媒体に残存する転写後の現像剤を除去するためのクリーニング性向上剤としては、例えば、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸等の脂肪酸金属塩、ポリメチルメタクリレート微粒子、ポリスチレン微粒子等のソープフリー乳化重合によって製造されたポリマー微粒子、などを挙げることかできる。ポリマー微粒子は比較的粒度分布が狭く、体積平均粒径が0.01から1[μm]のものが好ましい。
【実施例】
【0090】
次に、この実施形態における具体的な実施例について説明する。なお、本発明は、下記実施例に何ら限定されるものではない。
【0091】
まず、本実施例で用いたトナー成分液(溶解乃至分散液)の処方を示す。
−着色剤分散液の調製−
先ず、着色剤としての、カーボンブラックの分散液を調製した。
カーボンブラック(RegaL400;Cabot社製)17質量部、顔料分散剤3質量部を、酢酸エチル80質量部に、攪拌羽を有するミキサーを使用し、一次分散させた。該顔料分散剤としては、アジスパーPB821(味の素ファインテクノ社製)を使用した。得られた一次分散液を、ビーズミル(アシザワファインテック社製LMZ型、ジルコニアビーズ径0.3mm)を用いて強力なせん断力により細かく分散し、5μm以上の凝集体を完全に除去した二次分散液を調製した。
【0092】
−ワックス分散液の調整−
次にワックス分散液を調整した。
カルナバワックス18質量部、ワックス分散剤2質量部を、酢酸エチル80質量部に、攪拌羽を有するミキサーを使用し、一次分散させた。この一次分散液を攪拌しながら80℃まで昇温しカルナバワックスを溶解した後、室温まで液温を下げ最大径が3μm以下となるようワックス粒子を析出させた。ワックス分散剤としては、ポリエチレンワックスにスチレン−アクリル酸ブチル共重合体をグラフト化したものを使用した。得られた分散液を、更にビーズミル(アシザワファインテック社製LMZ型、ジルコニアビーズ径0.3mm)を用いて強力なせん断力により細かく分散し、最大径が1μm以下なるよう調整した。
【0093】
−溶解乃至分散液の調製−
次に、結着樹脂としての樹脂、前記着色剤分散液及び前記ワックス分散液を添加した下記組成からなるトナー成分液を調製した。
結着樹脂としてのポリエステル樹脂100質量部、前記着色剤分散液30質量部、ワックス分散液30質量部を、酢酸エチル840質量部を、攪拌羽を有するミキサーを使用して10分間攪拌を行い、均一に分散させた。溶媒希釈によるショックで顔料やワックス粒子が凝集することはなかった。
【0094】
−トナー製造装置−
図8に示される構成のトナー製造装置1を用い、液柱共鳴液滴吐出手段によるトナーの製造を行った。
各構成物のサイズ・条件を以下に記載する。
まず、液滴吐出手段2としては、前述の液柱共鳴液滴吐出手段11(図1)を用いた。
ここでは、液柱共鳴液室18の長手方向の両端間の長さLが1.85[mm]、N=2の共鳴モードであって、第一から第四の吐出孔19がN=2モード圧力定在波の腹の位置に吐出孔を配置したものを用いた。吐出孔19は開口径が10.0[μm]であり、断面形状は図4の(a)のようなラウンド形状である。また、駆動信号発生源はNF社ファンクションジェネレーターWF1973を用い、ポリエチレン被覆のリード線で振動発生手段20に接続した。また、振動発生手段20は、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)の圧電薄膜の積層体とした。
本実施例では、液滴吐出ヘッドには前記の第一から第四の吐出孔19を有する液柱共鳴液室18が384個配置されており、吐出孔19の合計が1536個のものを用いた。
【0095】
トナーの乾燥捕集部のチャンバ61は、内径φ400[mm]、高さ2000[mm]の円筒形で垂直に固定されており、上端部と下端部は絞られている。搬送気流導入口の径はφ50mm、搬送気流出口の径はφ50mmである。液滴吐出手段2はチャンバ61内上端より300mmの高さでチャンバ61の中央に配置されている。搬送気流101は10.0m/s、40℃の窒素とした。
【0096】
(実施例1)
前述のトナー製造装置1を用いて、つぎの手順で液滴吐出手段2の制御を行い、トナーを製造した。
(S21) 液柱共鳴液室18内にトナー成分液を供給し、液滴吐出動作開始前(吐出停止中)に、振動発生手段20に、電圧2V、周波数330kHzの正弦波の駆動信号を入力して、吐出孔19におけるトナー成分液の液表面を30秒間継続して振動させた(微駆動動作制御)。
(S22) 振動発生手段20に、電圧7V、周波数330kHzの正弦波の駆動信号(吐出信号)を入力して、吐出孔19からトナー成分液を液滴21として10分間連続して吐出させた(液滴吐出動作制御)。このとき、吐出された液滴21をチャンバ61内で固化させ、固化粒子捕集手段62でトナーとして捕集した。
【0097】
(実施例2)
実施例1において、ステップS22(液滴吐出動作制御)の吐出時間を30分とし、それ以外は実施例1と同じ条件で液滴吐出手段2の制御を行い、トナーを製造した。
【0098】
(実施例3)
実施例1において、ステップS21(微駆動動作制御)の駆動信号の電圧を0.5Vとし、それ以外は実施例1と同じ条件で液滴吐出手段2の制御を行い、トナーを製造した。
【0099】
(実施例4)
実施例2において、ステップS21(微駆動動作制御)の駆動信号の電圧を0.5Vとし、それ以外は実施例2と同じ条件で液滴吐出手段2の制御を行い、トナーを製造した。
【0100】
(実施例5)
実施例1において、ステップS21(微駆動動作制御)の駆動信号の電圧を1Vとし、それ以外は実施例1と同じ条件で液滴吐出手段2の制御を行い、トナーを製造した。
【0101】
(実施例6)
実施例2において、ステップS21(微駆動動作制御)の駆動信号の電圧を1Vとし、それ以外は実施例2と同じ条件で液滴吐出手段2の制御を行い、トナーを製造した。
【0102】
(実施例7)
実施例1において、ステップS21(微駆動動作制御)の駆動信号の電圧を3Vとし、それ以外は実施例1と同じ条件で液滴吐出手段2の制御を行い、トナーを製造した。
【0103】
(実施例8)
実施例2において、ステップS21(微駆動動作制御)の駆動信号の電圧を3Vとし、それ以外は実施例2と同じ条件で液滴吐出手段2の制御を行い、トナーを製造した。
【0104】
(実施例9)
実施例1において、ステップS21(微駆動動作制御)の駆動信号の周波数を320kHzとし、それ以外は実施例1と同じ条件で液滴吐出手段2の制御を行い、トナーを製造した。
【0105】
(実施例10)
実施例2において、ステップS21(微駆動動作制御)の駆動信号の周波数を320kHzとし、それ以外は実施例2と同じ条件で液滴吐出手段2の制御を行い、トナーを製造した。
【0106】
(実施例11)
実施例1において、ステップS21(微駆動動作制御)の駆動信号の周波数を340kHzとし、それ以外は実施例1と同じ条件で液滴吐出手段2の制御を行い、トナーを製造した。
【0107】
(実施例12)
実施例2において、ステップS21(微駆動動作制御)の駆動信号の周波数を340kHzとし、それ以外は実施例2と同じ条件で液滴吐出手段2の制御を行い、トナーを製造した。
【0108】
(比較例1)
実施例1において、ステップS21の微駆動動作制御を行わずに、それ以外は実施例1と同じ条件でステップS22の液滴吐出動作の制御を行い、トナーを製造した。
【0109】
(比較例2)
実施例2において、ステップS21の微駆動動作制御を行わずに、それ以外は実施例2と同じ条件でステップS22の液滴吐出動作の制御を行い、トナーを製造した。
【0110】
(評価方法)
実施例1〜12、比較例1,2において、液滴吐出動作中の吐出レベルの評価と得られたトナーの粒径の評価を以下のように行った。
【0111】
−吐出レベル評価−
吐出レベル評価は、吐出信号を入力した全吐出孔に対して正常に吐出する吐出孔の割合で評価した。詳しくは、吐出開始時または吐出終了直前(吐出終了時)にカメラで撮影した吐出孔の拡大画像から正常な吐出か判断し、正常に吐出している吐出孔の数を直接数えてその割合を計算した。その評価は、良い方から95%以上を◎、85%以上、95%未満を○、75%以上、85%未満を△、75%未満を×とした(表1)。
【0112】
−粒径評価−
粒径評価として、フロー式粒子像解析装置で下記に示す測定条件にてトナーの粒径を測定してトナーの平均粒度分布を求めた。
フロー式粒子像分析装置(Flow Particle Image Analyzer)を使用した測定方法に関して以下に説明する。トナー、トナー粒子及び外添剤のフロー式粒子像分析装置による測定は、例えば、東亜医用電子社(株)製フロー式粒子像分析装置FPIA−3000を用いて測定することができる。
測定は、フィルターを通して微細なごみを取り除き、その結果として10−3cmの水中に測定範囲(例えば、円相当径0.60μm以上159.21μm未満)の粒子数が20個以下の水10ml中にノニオン系界面活性剤(好ましくは和光純薬社製コンタミノンN)を数滴加え、更に、測定試料を5mg加え、超音波分散器STM社製UH−50で20kHz,50W/10cmの条件で1分間分散処理を行い、さらに、合計5分間の分散処理を行い測定試料の粒子濃度が4000〜8000個/−3cm(測定円相当径範囲の粒子を対象として)の試料分散液を用いて、0.60μm以上159.21μm未満の円相当径を有する粒子の粒度分布(重量平均粒径Dv、個数平均粒径Dn)を測定する。
試料分散液は、フラットで偏平な透明フローセル(厚み約200μm)の流路(流れ方向に沿って広がっている)を通過させる。フローセルの厚みに対して交差して通過する光路を形成するために、ストロボとCCDカメラが、フローセルに対して、相互に反対側に位置するように装着される。試料分散液が流れている間に、ストロボ光がフローセルを流れている粒子の画像を得るために1/30秒間隔で照射され、その結果、それぞれの粒子は、フローセルに平行な一定範囲を有する2次元画像として撮影される。それぞれの粒子の2次元画像の面積から、同一の面積を有する円の直径を円相当径として算出する。
フロー式粒子像分析装置では、約1分間で、1200個以上の粒子の円相当径を測定することができ、円相当径分布に基づく数及び規定された円相当径を有する粒子の割合(個数%)を測定できる。結果(頻度%及び累積%)は、0.06〜400μmの範囲を226チャンネル(1オクターブに対し30チャンネルに分割)に分割して得ることができる。実際の測定では、円相当径が0.60μm以上159.21μm未満の範囲で粒子の測定を行う。
【0113】
また、粒度分布としては体積平均粒径(Dv)と個数平均粒径(Dn)の比で比較することができ、Dv/Dnで示すことができる。Dv/Dn値は最も小さいもので1.0であり、これはすべての粒径が同一であることを示している。Dv/Dnが大きいほど粒径分布が広いことを示す。一般的な粉砕トナーはDv/Dn=1.15〜1.25程度である。また重合トナーはDv/Dn=1.10〜1.15程度である。
粒径評価の評価基準を表1に示す。
【0114】
【表1】

【0115】
また、表2に、本実施例1〜12、比較例1,2の微駆動動作条件、液滴吐出動作条件及び吐出レベル評価、粒径評価の結果を示す。
本発明の微駆動工程(微駆動動作モード)を行う微粒子製造方法によれば、液滴吐出状態が改善され、狭い粒径分布を有するトナーを得ることが可能となる。
【0116】
【表2】

【符号の説明】
【0117】
1 トナー製造装置
2 液滴吐出手段
3 液体供給手段
9 弾性板
10 液柱共鳴液滴形成ユニット
11 液柱共鳴液滴吐出手段
12 気流通路
13 原料収容容器
14 トナー成分液
15 液循環ポンプ
16 液供給管
17 液共通供給路
18 液柱共鳴液室
19 吐出孔
20 振動発生手段
21 液滴
22 液戻り管
41 薄膜
44 ノズル角度
60 乾燥捕集ユニット
61 チャンバ
62 固化粒子捕集手段(トナー捕集手段)
63 トナー貯留部
64 搬送気流導入口
65 搬送気流排出口
101 搬送気流
P1 液圧力計
P2 チャンバ内圧力計
【先行技術文献】
【特許文献】
【0118】
【特許文献1】特許第3786034号公報
【特許文献2】特許第3786035号公報
【特許文献3】特開昭57−201248号公報
【特許文献4】特開2006−293320号公報

【特許請求の範囲】
【請求項1】
液柱共鳴液室内に導入された、液滴が固化すると微粒子となる微粒子成分含有液に振動を付与して液柱共鳴による定在波を形成し、前記液柱共鳴液室において前記定在波の腹となる領域に配置された前記吐出孔から前記微粒子成分含有液を連続的に吐出して液滴を形成する液滴吐出工程と、前記液滴吐出工程の前に、前記吐出孔における前記微粒子成分含有液の液表面を振動させる微駆動工程と、を有することを特徴とする微粒子製造方法。
【請求項2】
前記微駆動工程における前記吐出孔の液表面の振動は、前記液滴吐出工程における前記振動と同じ周波数あって、振動振幅を低くしたものであることを特徴とする請求項1に記載の微粒子製造方法。
【請求項3】
前記微駆動工程における前記吐出孔の液表面の振動の周波数は、前記液滴吐出工程における前記振動の周波数と異なることを特徴とする請求項1に記載の微粒子製造方法。
【請求項4】
液滴が固化すると微粒子となる微粒子成分含有液が導入される液柱共鳴液室及び該液柱共鳴液室内の微粒子成分含有液に振動を付与する振動発生手段を有する液滴吐出手段を備える微粒子製造装置であって、
前記液滴吐出手段は、前記振動発生手段により前記液柱共鳴液室内の微粒子成分含有液に振動を付与して液柱共鳴による定在波を形成し、前記液柱共鳴液室において該定在波の腹となる領域に形成された前記吐出孔から前記微粒子成分含有液を液滴として連続的に吐出する液滴吐出動作モードと、前記液滴吐出動作の前に、前記振動発生手段により前記吐出孔における前記微粒子成分含有液の液表面を振動させる微駆動動作モードを有することを特徴とする微粒子製造装置。
【請求項5】
前記微駆動動作モードにおいて前記振動発生手段に入力される駆動信号は、前記液滴吐出動作モードにおいて該振動発生手段に入力される駆動信号と同じ周波数であって、振動振幅を低くしたものであることを特徴とする請求項4に記載の微粒子製造装置。
【請求項6】
前記微駆動動作モードにおいて前記振動発生手段に入力される駆動信号は、前記液滴吐出動作モードにおいて該振動発生手段に入力される駆動信号と周波数が異なるものであることを特徴とする請求項4に記載の微粒子製造装置。
【請求項7】
前記微粒子としてトナーを製造することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の微粒子製造方法。
【請求項8】
前記微粒子とはトナーであることを特徴とする請求項4〜6のいずれかに記載の微粒子製造装置。

【図4】
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【図5】
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【図8】
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【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図6】
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【図7】
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【公開番号】特開2013−63408(P2013−63408A)
【公開日】平成25年4月11日(2013.4.11)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−204670(P2011−204670)
【出願日】平成23年9月20日(2011.9.20)
【出願人】(000006747)株式会社リコー (37,907)
【Fターム(参考)】