JP2873868B2

JP2873868B2 - ガス中蒸発法に用いる微粒子生成装置

Info

Publication number: JP2873868B2
Application number: JP22211890A
Authority: JP
Inventors: 彰西脇; 保雄諸星
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 1990-08-23
Filing date: 1990-08-23
Publication date: 1999-03-24
Anticipated expiration: 2014-03-24
Also published as: JPH04104801A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、電子写真感光体の製造に当って用いる有機
光導電体微粒子粉体などを得る場合において、ガス中蒸
発法により、特に粒子径の小さい微粒子粉体を生成させ
これを回収する微粒子生成装置に関する。

〔従来の技術〕

電子写真感光体は、導電性基体上に感光層を形成した
基本構造をもっている。この感光層を形成するための光
導電物質としては、従来、セレンを用いたものが一般的
であり、その他無機光導電物質として硫化カドミウムや
酸化亜鉛等も知られている。

しかし、近年では有機光導電物質を用いることによっ
て、成膜性の向上を図り、塗工によって生産することに
より生産性を高める試みがなされている。また、有機光
導電物質を用いると、使用する染料や顔料等の増感剤を
選択すると、感色性を自在にコントロールできる利点が
ある。有機光導電物質としては、ポリ−Ｎ−ビニルカル
バゾールや2,5−ビス（Ｐ−ジエチルアミノフェニル）
−1,3,4−オキサジアゾール等が知られている。

他方、近年、μｍまたはÅオーダーの微粒子粉体に関
しての研究が種々なされている。かかる微粒子粉体は、
その比表面積が増大することによって、高い活性度を示
すことに着目して生成させるものである。

一般に微粒子を得るまたはこれを基材表面に付着させ
る場合の手法として、気相生成法（電気炉法、化学炎
法、プラズマ法、ガス中蒸発法）、液相生成法（沈殿
法、溶媒蒸発法）、あるいは物理的粉砕法（サンドミ
ル、ボールミル、アトライターなどを用いる）などがあ
る。

一般に、高真空中で材料を蒸発させ、これを基材へ付
着させると、蒸着膜となり、粉体として回収できない
が、前記ガス中蒸発法は、微粒子として回収できる利点
を有するなどの理由により注目を浴びている。このガス
中蒸発法とは10^-2〜10²Torrの範囲内に保持された真空
容器内に不活性ガスを導入し、不活性ガス雰囲気中で種
々の物質を加熱して、蒸発または昇華させ、得られる蒸
気分子が不活性ガス分子と衝突しながら徐々に冷却され
分子同士が凝集し、微粒子粉体を形成させ、その微粒子
粉体を回収する方法である。

従来、この方法は専ら無機または金属材料の微粒子粉
体を得る場合について研究の指向性があったが、たとえ
ば「機能材料」1987年６月号、44〜49頁に記載のよう
に、有機物微粒子粉体を得る場合にも研究がなされてい
る。

具体的には、第10図に示されるように、真空容器50内
に被付着体としてプラスチックウェブ53をリール52から
繰り出しながらリール54に巻き取る過程で、真空容器底
部のガス供給口50aよりアルゴン、ヘリウムなどの不活
性ガスを供給しながら、ウェブ53の表面に蒸発態様で蒸
発性材料Ｍを付着させるものである。なお、その付着に
際しては、ウェブ53の背面側に熱沈着効果を増大させる
ために、冷却板55が設けられている。一方、その回収に
際しては、粉体の付着したウェブを超音波をかけた溶剤
中で回収したり、第11図に示されるように、ウェブ53を
巻き取ったリール54からウェブ53を逆に巻き出し、その
過程で表面の付着した蒸発性材料Ｍをブラシなどにより
掻き取り回収箱56に回収するものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

一般に、電子写真特性などの点から、より微粒子化さ
れることが望まれる。得られる粒子径は、圧力、蒸発速
度、蒸発源と付着基体との距離などにより影響を受け、
これらを適切に設定することにより、微粒子化が可能で
あるが、この点に関しては限界があり、それ以上の微粒
子化は達成できないでいた。

そこで、本発明の課題は、より細粒化された微粒子粉
体を得ることのできるガス中蒸発法に用いる微粒子生成
装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題は、蒸発性材料を収容し、該蒸発性材料を加
熱して蒸発させる蒸発源と、前記蒸発源に連通してなり、前記蒸発性材料の蒸発ま
たは昇華した直後の分子の流れに冷却のための不活性ガ
スを衝突・混合させる供給管とを具え、これら各部材を真空チャンバーで覆ったことで解決で
きる。

また、蒸発源としてクヌートセンセル型蒸発源を用
い、該クヌートセンセル型蒸発源のセル内に前記供給管
を連通させたことを特徴とする請求項１記載のガス中蒸
発法に用いることができる。

さらに、水平断面形状が円形のクヌートセンセル型蒸
発源を使用し、該蒸発源セル内の側壁部分より鋭角的に
不活性ガスが供給されるように前記供給管を連通させる
ことが好ましい。

〔作用〕

従来法においては、先ず蒸発源より蒸発した蒸気分子
は、10^-2〜10²Torr程度の低真空中では、上昇気流によ
り上方へ流れ易くなる。一方、真空容器底部のガス供給
口より供給された不活性ガスは前記蒸気分子群を取り囲
むようにして上昇する。したがって、蒸気分子と不活性
ガスとの間で充分な衝突・混合が行われないために、効
果的に冷却を行うことができず、得られる微粒子の粒径
にも限界があった。

本発明者の知見によれば、蒸発または昇華した直後の
分子の流れに対して冷却のための不活性ガスを衝突・混
合させてやると、より小さい粒子径の微粒子粉体が得ら
れることが判明した。

そこで、本発明においては、蒸発性材料を収容する蒸
発源に連通し、蒸発性材料が蒸発または昇華した直後の
蒸気分子に対し、冷却のための不活性ガスを衝突・混合
させる供給管を具えるようにしている。したがって、よ
り細粒径化された微粒子を得ることができる。

また、蒸発源として、第２図に示されるような上部開
口部を小さく絞った、真空蒸着でよく利用されているク
ヌートセンセル型蒸発源を用い、このクヌートセンセル
型蒸発源のセル内に前記の供給管を連通させ、冷却のた
めの非反応性ガスを直接供給するようにすれば、このセ
ル内で非反応性ガスは充満・循環するため蒸気分子を効
果的に冷却することができる。

さらに、水平断面形状が円形のクヌートセンセル型蒸
発源を使用し、該蒸発源セル内の側壁部分より鋭角的
（すなわち、吹込み位置における接線とガスの吹込み方
向とのなす角度が鋭角）に不活性ガスが供給されるよう
に前記の供給管を連通させれば、セル内にうず流を発生
させることができ、蒸気分子との衝突・混合をより効果
的に行うことができる。また、アルゴンやヘリウムのよ
うな不活性ガスだけでなく、窒化物を作らない場合の窒
素ガスなどの非反応性ガスでも同様のことが言える。

〔発明の具体的構成〕

以下本発明をさらに詳説する。

第１図は本発明微粒子生成は・回収法に係る具体例を
示したもので、真空チャンバー１内に、蒸発性材料Ｍの
収容容器２、外面円筒の回転ドラム３およびこれに臨む
一部が開口した回収箱４が配設されている。真空チャン
バー１にはアルゴンやヘリウムなどの不活性ガスの他N₂
ガスなど、蒸発材料との非反応性ガスＧの供給管５、真
空ポンプ６に連なる排気管７がそれぞれ連通しており、
真空チャンバー１には真空度を検出するための圧力計８
が取付られている。回転ドラム３は収容容器２の上方に
位置して配置されている。さらには、回収箱４は熱遮蔽
材料により形成され、収容容器２および回転ドラム３へ
の蒸発性材料Ｍの付着部と熱的に遮断されている。

他方、回収箱４には、ブラシロール9Aの周囲に多数の
ブラシ毛9Bを有する外面円筒ブラシ９が、回収箱４の開
口を介して回転ドラム３表面に接触するように、回転ド
ラム３の回転軸と平行な回転軸をもって配設されてい
る。さらに、回転ドラム３は実施例では時計方向に図示
しない駆動モータにより回転されるようになっていると
ともに、ブラシ９はブラシロール9Aが図示しない駆動モ
ータにより同時計方向に回転するようになっており、こ
の場合は、回転ドラム３とブラシ９とが向流に接触す
る。ブラシ９の回転方向は逆にすることも可能である。
また、ブラシ９のブラシ毛9Bの回転域において、振り落
とし板10が回収箱４に固定された状態で設けられてい
る。

前記ブラシ毛9Bの材質、植設密度、高さ、太さなどは
適宜選定できる。材質としては、通常金属繊維を用いる
が、カーボン繊維なども用いることができる。また、回
転ドラム３の材質としては、適宜のものを用いることが
できるが、通常、金属製のものを用いることができる。

さらに、蒸発性材料Ｍの収容容器２はセラミックなど
の耐熱性材料で形成しておくのが好ましく、この収容容
器２およびまたは直接蒸発性材料Ｍがヒーター加熱、誘
導加熱、レーザー加熱、抵抗加熱あるいは電子銃加熱な
どによりその材料Ｍが充分蒸発する温度に加熱される。
また、その際、回転ドラム３は収容容器２や飛散防止壁
11以下の温度にしておく他、好ましくは冷却、たとえば
10℃以下に冷却しておく。この冷却には、回転ドラム３
内に冷却用熱媒体たとえば冷却水を通すことで可能であ
る。また、液体窒素により冷却することがより好適であ
る。

一方、収容容器２から被付着体すなわち回転ドラム３
に延在して蒸発した微粒子粉体の回転ドラム３へ向かう
方向以外の飛散を防止するための飛散防止壁11を設けて
もよい。前記飛散防止壁11の上端は、回転ドラム３に近
接しているのが望ましい。また、この飛散防止壁11に
は、加熱ヒータ12が取り付けられ、飛散防止壁11を加熱
するようにしてある。

さらに、不活性ガスＧの吹込み管５は飛散防止壁11で
囲まれる部分の内部に連通しており、この内部に吹き込
まれた不活性ガスＧは、下方より蒸発してきた直後の材
料Ｍの蒸気分子と衝突を繰り返しながら細微粒子を形成
するとともに、真空ポンプ６の吸引力により、蒸発して
上昇している微粒子粉体を同伴しながら、回転ドラム３
近傍まで到り、自らは飛散防止壁11の上端と回転ドラム
３との隙間から真空チャンバー１内に逃げた後、その外
部に排出される。前記吹込み管５の配設位置は、その中
心から蒸発性材料Ｍの嵩位置までの距離ｌは、好ましく
は20cm以内、より好ましくは10cm以内とされる。

また、前記吹込み管５は第３図に示されるように、収
容容器２の中央まで延在し、さらに上方に向けて不活性
ガスＧを供給するようにしてもよい。かかる場合には、
蒸気流の流れに沿って、衝突・混合を行うことができ
る。

また、収容容器２として、第４図に示されるように、
クヌートセンセル型の収容容器２′を用い、そのセル内
に吹込み管５を接続するようにすることもできる。かか
る場合には、クヌートセンセル型の収容容器２′内で供
給される不活性ガスＧを充満・循環させるため、効果的
に蒸気分子と衝突・混合させることができる。

さらに、第５図に示されるように、たとえば前記クヌ
ートセンセル型の収容容器２′として水平断面形状が円
形のものを用い、少なくとも１以上の吹込み管５を前記
収容容器２′の側壁に鋭角的に接続し、不活性ガスＧを
供給するようにすれば、セル内部でうず流を発生させる
ことができ、より効果的に蒸気分子と不活性ガスを衝突
・混合させることができる。

また、第６図に示されるように、収容容器２が長尺物
の場合には、長手方向に複数の吹込み管５、５…を設
け、不活性ガスＧを吹き込むことによって、全体に渡っ
て蒸発分子を効果的に冷却することができる。

前記ガス吹込み管５については、その開口端より直接
不活性ガスＧの吹込みを行うこともできるが、蒸発性材
料Ｍを乱す場合には、第７図に示されるように、その先
端部をメッシュカバー13で塞ぐこともできる。また、第
８図に示されるように、吹込み管５先端の対向する位置
にわずかの離間をもって、遮へい板14を配設することも
できる。

このように構成された装置において、真空チャンバー
１内を真空ポンプ６により減圧して、好ましくは10^-3〜
10^-6Torrの高真空にした後、飛散防止壁11内に不活性ガ
スＧを送入する。この状態で、蒸発性材料Ｍに対して加
熱すると、そのガス中蒸発が生じ、蒸発した材料Ｍは、
回転している回転ドラム３の表面に連続的に付着する。
本具体例のように、吹込み管５は蒸発性材料Ｍの近傍に
吹込まれるため、蒸発性材料Ｍは蒸発してわずかな時点
で不活性ガスＧによる冷却作用を受けるとともに、不活
性ガスＧの上昇に同伴し、回転ドラム３表面へ付着す
る。

かくして、回転ドラム３表面に付着した材料Ｍは、接
触部において向流的に接触するブラシ９により掻き取ら
れ回収箱４内に回収される。また、ブラシ毛9Bに付着し
た材料Ｍについては、掻き落とし板10に毛先が接触する
ので、同様に掻き取られる。材料Ｍが掻き取られ裸にな
った回転ドラム３の表面には次の新たな材料が付着され
る。このようにして、回転ドラム３の表面において、材
料Ｍの付着および掻き取りが連続的になされる。

したがって、回転ドラム３の表面に付着した材料Ｍは
速やかに、再び材料加熱用熱源からの輻射熱を受けるこ
となく掻き取られるので、熱による劣化（熱ダメージ）
がなく、良質な微粒子粉体を得ることができる。蒸発付
着から掻き取りまでの時間は、たとえば回転ドラム３の
回転速度を調節することで設定できる。

回収箱４に回収された微粒子粉体は、ある程度の量と
なった時点で、ガス中蒸発操作を終了して、真空チャン
バー１を開放して取り出される。

他方、回転ドラム３に付着した微粒子粉体を回転ドラ
ム３の表面から除去して回収する手段としては、上記例
のように、ブラシ方式によることなく、たとえばブレー
ドによる掻き取りや、ワイピングクロスによる拭き取り
などの手段を用いることができる。

また、被付着体としては、上記例のように、回転ドラ
ムのように、被付着体を連続的に回転させながら微粒子
粉体を付着させ、一方で連続的に除去するのが、微粒子
粉体の熱劣化を少なくする上で好ましいが、第10図に示
す従来例のフィルム被付着体を用いることもできる。

ところで、飛散防止壁11の少なくとも内面の温度は、
たとえば加熱ヒータ12により微粒子粉体の熱沈着温度を
超える温度とすることが熱沈着を防止する上で好まし
い。熱沈着（Thermal Precipitation）とは、熱泳動現
象により蒸発微粒子が壁近傍における温度勾配により壁
に付着（沈着）する現象である。

また、被付着体の温度は、蒸発源温度（蒸発性材料温
度）および飛散防止壁11の温度未満であり、かつ微粒子
粉体が充分熱沈着する温度以下である範囲内において、
可能な限り低温であり、もって蒸発源温度と被付着体と
の間に大きな熱勾配を採るのが望まれる。

このような温度の設定は、基本的には、対象の材料の
種類に依存するので、これに応じて適切に設定される。

本発明において、目的の微粒子粉体としては、10〜数
万Å、特に10〜数千Åの超微粒子を得る場合において好
適に適用できる。また、微粒子粉体の種類としては、無
機材料、金属材料の他、有機材料であってもよい。特
に、本発明者らは、有機感光体を得る場合の有機顔料、
とりわけアンスアンスロン系顔料を得る場合に最適であ
ることを確認済である。

有機感光体は、導電性基体上に、有機光導電体粒子
を、分散機によってバインダー樹脂中に分散したものや
その他の層を塗布することにより一般的に得ることがで
きる。

この場合、最終的に得ようとする感光体としては、導
電性基体上に、有機光導電体粒子（顔料）を電荷発生材
料として電荷輸送材料中に分散させた単一層型感光体
と、導電性基体上に、電荷発生材料層を形成しその上に
電荷輸送材料層を形成した機能分離型感光体とがある。
本発明は、これら両者の形態の感光体の製造における微
粒子粉体を得る場合に適している。

〔実施例〕

次に実施例により本発明の効果を明らかにする。

電子写真用有機感光体を製造するために用いる有機顔
料微粒子粉体を生成・回収した。この有機顔料として
は、4,10−ジブロモアンスアンスロンを用い、真空チャ
ンバーをヘリウムガス雰囲気下に置き、かつ10^-1Torrに
減圧し、材料を300〜350℃に加熱し真空蒸発させた同一
条件下において、ケース１としては、第10図に示される
従来法による場合、ケース２としては、第１図に示され
る本発明例の場合、ケース３としては、第４図に示され
るクヌートセンセル型蒸発源を使用した場合の３ケース
により微粒子粉体を得た。なお、ケース２では吹込み管
５と蒸発材料Ｍの嵩位置の距離ｌについては、20cmとし
た。

前記試験結果を第１表に示す。

第１表から明らかなように、従来例のケース１に比し
て、本発明例ケース２の場合には、得られる微粒子粉体
の平均粒径は、小さいことが判明される。また、ケース
３のクヌートセンセル型蒸発源を用いた場合には、ケー
ス２よりもさらに細粒化された微粒子粉体を得ることが
できる。

また、ケース２の場合において、吹込み管５位置から
蒸発材料Ｍの嵩位置までの距離ｌと、得られる平均微粒
子粒径D₅₀の相関関係について試験を行い、その結果に
ついて第９図に示す。第９図によれば、離間距離ｌが小
さいほど平均微粒子粒径D₅₀は小さく、蒸発蒸気分子に
直接不活性ガスＧを衝突・混合させて効率よく冷却させ
ることにより、微粒子を得ることができることが判る。
また、離間距離ｌと平均微粒子粒径D₅₀との間には一定
の相関関係が見られるため、予めこの関係を掴んでおけ
ば、これを指標として、得ようとする微粒子粒径D₅₀に
応じて離間距離ｌを決定することができる。

〔発明の効果〕

以上の通り、本発明によれば、ガス中蒸発法に係り、
より細粒化された微粒子粉体を得ることができ、電子写
真用に適用した場合には、その電子写真特性の向上を図
ることができ、もって品質の向上に資することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明微粒子生成装置に係る具体例図、第２図
はクヌートセンセル型蒸発源を示す図、第３図は不活性
ガス供給の変形例を示す図、第４図はクヌートセンセル
型蒸発源の場合の不活性ガスの供給を示す図、第５図は
不活性ガス供給法の変形例を示す図、第６図は長物蒸発
源の場合の対応例を示す図、第７図および第８図は吹込
み管の開口端の処理例を示す図、第９図は本実施例の試
験結果を示す図、第10図は従来のガス中蒸発法を示す
図、第11図は第10図に示す従来法の場合の微粒子粉体の
回収方法を示す図である。１……真空チャンバー、２……収容容器、３……回転ド
ラム、４……回収箱、５……ガス吹込み管、６……真空
ポンプ、９……ブラシ、11……飛散防止壁、12……加熱
ヒータ、Ｍ……蒸発性材料、Ｇ……不活性ガス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B01J 19/00 B22F 9/00 G03G 5/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】蒸発性材料を収容し、該蒸発性材料を加熱
して蒸発させる蒸発源と、前記蒸発源に連通してなり、前記蒸発性材料の蒸発また
は昇華した直後の分子の流れに冷却のための不活性ガス
を衝突・混合させる供給管とを具え、これら各部材を真空チャンバーで覆ったことを特徴とす
るガス中蒸発法に用いる微粒子生成装置。
【請求項２】蒸発源としてクヌートセンセル型蒸発源を
用い、該クヌートセンセル型蒸発源のセル内に前記供給
管を連通させたことを特徴とする請求項１記載のガス中
蒸発法に用いる微粒子生成装置。
【請求項３】水平断面形状が円形のクヌートセンセル型
蒸発源を使用し、該蒸発源セル内の側壁部分より鋭角的
に不活性ガスが供給されるように前記供給管を連通させ
たことを特徴とする請求項１記載のガス中蒸発法に用い
る微粒子生成装置。