JP5201076B2 - 粒子の製造方法及び粒子製造装置 - Google Patents
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〈第1の実施の形態〉
図4は、本発明の第1の実施の形態に係るトナー製造方法の工程を例示する図であり、
工程は、液滴吐出工程(S101)、液滴分散工程(S102)、粒子形成工程(S103)、粒子捕集工程(S104)を有している。
(S101:液滴吐出工程)
トナー組成液55は、液滴吐出ユニット51における振動発生部56の振動の駆動によって、ノズルプレート57に配列されたノズル58から液滴Dとなって吐出される。トナー組成液の液滴Dは、帯電し易い性質を有しているので、ノズルの通過時、または雰囲気の気体との摩擦等の原因によって、容易に帯電する。
(S102:液滴分散工程)
吐出された帯電した液滴Dは、ノズルプレート57の直後に設けられた偏向電極52の電界Eによってクーロン力を受け、後述するように、吐出された相前後する液滴同士の合一防止のため、その進行方向が分散させられ、落下後の位置が分散する。
(S103:粒子形成工程)
液滴Dは、粒子形成部53において、進行方向(鉛直方向)と同方向に流れる乾燥した気体の流れ59によって搬送されている時間内に、溶媒等が除去されて、トナー粒子Pが形成される。粒子形成部53において、上述の液滴分散工程による液滴分散の効果によって、相前後する液滴同士または固化した後のトナー粒子同士の合一が防止され、分散されている。
(S104:粒子捕集工程)
形成されたトナー粒子Pは、粒子捕集部54において捕集される。そして、吸引ポンプ60の作動により、下流の粒子貯留部61に移送される。
(液滴の分散の方法)
以下、粒子形成工程における、相前後するトナー組成液の液滴同士の合一防止のための分散の方法について説明する。
F=q×A・sin(2πp×t−φ)・・・(式1).
のクーロン力を受ける。
(液滴吐出の周波数と印加電圧の周波数)
偏向電極への印加電圧の周波数と液滴吐出の周波数とが、高調波またはサブハーモニクスの関係を有する場合には、液滴同士の合一の可能性が高まる。その理由は、印加電圧及び液滴吐出の2つの周波数の波形が同期することにより、所定の時間間隔で吐出された液滴同士が、その落下の位置(進行方向に直交する仮想平面における位置)において重なることが増えるからである。
(第1の実施の形態の効果)
偏向電極の印加電圧を変化させて、液滴の粒子形成工程における経路を分散させることにより、液滴同士の合一を防止することができ、高品質のトナーを供給することができる。
〈第2の実施の形態〉
本発明の第2の実施の形態に係る発明は、2つの直交する電界を形成する偏向電極を設けて、液滴に作用するクーロン力を2次元平面において制御し、液滴の合一を防止して、一層高品質のトナーを得るための、トナーの製造方法である。
(同一周波数で、位相差が90度(π/2)の電界の場合)
偏向電極対81−81及び他の偏向電極対82−82に印加される、時間tにおける電圧V1,V2が、それぞれ、正弦波;
V1=B・sin(2πp1×t−φ1)・・・(式2),
V2=C・sin(2πp2×t−φ2)・・・(式3).
を有するものとする(B,Cは振幅、p1,p2は周波数、φ1,φ2は初期位相)。
V1=B・sin(2πp1×t),
V2=−B・cos(2πp1×t).
と表わされるので、電界E1,E2を合成した電界の強度は、円で表わされる。
(液滴の挙動)
図10は、時刻t1,t2,t3においてノズルN1から連続して吐出された3個の液滴R1,R2,R3の挙動を模式的に示した図である。
平面PL2とPL3とがなす角θ23は、時刻t2,t3における電界の向きのなす角2πp1×(t3−t2)である。
(液滴群の軌跡)
図11は、ノズルNから連続して吐出された液滴群の、ある時刻の、粒子形成工程における状態を模式的に例示した図である。図11の(a)は、斜視図を、(b)は、ノズルから吐出された液滴の向きGの向きに、液滴群を見た図である。図11の液滴R10,R11,R12,・・・は、連続して吐出された液滴であり、上記の図9の(c)の電界の強度により初速度を得て、それぞれ矢印の向きに落下進行している。落下進行の矢印の向きは、図10におけるそれぞれの放物線の接線の向きに相当している。なお、各液滴の位置関係を表わすため、図11の(a)に、補助線として、破線の螺旋等を示した。また、ノズルNから吐出された液滴の向きGから、液滴群(R10,R11,R12,・・・)を観察したとすると、液滴群は、概ね円を形成し、時間とともに、その円が拡大していく形態となる。図11の(a)の、電界通過直後の領域11Aにおいては、その円が拡大していくが、液滴が気体から受ける抵抗力により、液滴は次第に気体の流れ59の向きに進行することとなり、領域11Bにおいては、液滴群は、気体の流れ59の向きに進行するので、液滴全体の軌跡は、同一径の円の形状が保たれる。
(周波数が異なる電界の場合)
図12は、片方の印加電圧の周波数が他の2倍、初期位相の差がπ/3の2つの周波数を有する2つの電界についての、電界の強度を例示する図である。
V3=C1・sin(2πp2×t),
V4=C1・sin(4πp2×t―π/3).
である。
V5=C2・sin(2πp3×t),
V6=C2・sin(6πp3×t―π/3).
である。
(第2の実施の形態の効果)
2対の偏向電極により形成される電界の2次元平面における強度変化を、高い周波数においても、広い自由度をもって設定し、液滴または粒子の合一防止の制御を行うことによって、粒子形成工程における粒子の落下後の分散ができ、形成する粒子の均一化、品質の向上を図ることができる。
〈第3の実施の形態〉
図14は、本発明の第3の実施の形態に係る、三角波の印加電圧による電界E1,E2及び電界の強度の値を例示する図である。
(液滴群の軌跡)
図11において説明した場合と同様に、粒子形成工程における液滴群の全体を、ノズルNから吐出された液滴の向きGから観察したとすると、液滴群は、電界の強度概ね正方形を形成し、時間とともに、その形状が拡大する。ただし、気体の流れが、液滴の初速度が無視できる程の大きさとなる領域において、同一の大きさの正方形となる。また、正方形の各辺は、各電界の方向と45度をなしている。
(第3の実施の形態の効果)
各ノズルから連続して吐出された液滴は、液滴全体が、ノズルからの吐出の方向から見て、正方形の形状をなすように分散されるので、液滴の合一を生じることなく、均一な固化した粒子を得ることができる。
〈第3の実施の形態の変形例〉
図15は、本発明の第3の実施の形態の変形例に係る、台形波の印加電圧による電界E1,E2及び電界の強度の値を例示する図である。
(第3の実施の形態の変形例の効果)
第3の実施の形態の効果と同様に、各ノズルから連続して吐出された液滴は、液滴全体が、ノズルからの吐出の方向から見て、正方形の形状をなすように分散される。また、液滴の合一を生じることなく、均一な固化した粒子を得ることができる。
〈第4の実施の形態〉
本発明の第4の実施の形態は、吐出液滴の帯電のための帯電化機構を有する液滴吐出ユニットである。
(第4の実施の形態の効果)
吐出液滴の帯電量を十分に高い値に安定させることができ、液滴に、偏向電極の有する電界からの強いクーロン力を与え、粒子形成部における液滴を広く分散できる初速度を与えることができるので、より安定した液滴同士の合一防止を行うことができ、高品質のトナーを供給することができる。
〈第5の実施の形態〉
本発明に係る第5の実施の形態は、時間変化する偏向電極の電界を用いて液滴にクーロン力を作用させることにより液滴の分散を図るトナー製造装置に関する。
(第5の実施の形態の効果)
トナーを分散させるための機械振動装置を設ける必要がないので、低コストの設備を実現することができる。
(トナー以外の分野への応用)
液滴の合一を防止して均一な液滴を形成する技術は、トナーの製造に限らず、他の分野における液滴製造の方法及び液滴製造装置についても、使用することができる。例えば、スプレー塗布装置、重合装置、ディスプレイ成膜装置、インクジェットプリンタ、電極製造装置における液滴の形成過程に関する製造方法及び装置において、効果的に使用することができる。
22 ハウジング
23 ノズル部
26 フランジ
27,31,58 ノズル
28,57 ノズルプレート
29,62 液貯留部
32 液滴
33,59 気体の流れの方向
50,170 トナー製造装置
51,161 液滴吐出ユニット
52,81,82 偏向電極
53 粒子形成部
54 粒子捕集部
55 トナー組成液
56 振動発生部
56a 積層ピエゾアクチュエータ
56b 振動伝播部
60 吸引ポンプ
61 粒子貯留部
162 ハウジング
D,R 液滴
E 電界
N ノズル
F クーロン力
G 液滴の進行方向
H1,H2,H3 合成された電界の向き
J 液滴全体のノズルに対応する線
P トナー粒子
Claims (8)
- 帯電された液滴を吐出する液滴吐出工程と、
前記液滴に、該液滴の進行方向と直交する向きの、時間変化する電界を作用させて、前記液滴を分散させる液滴分散工程と、
前記液滴を固化させて粒子を形成する粒子形成工程と、
前記粒子を捕集する粒子捕集工程とを有し、
前記電界は2対の偏向電極により形成される2つの電界であり、
当該2つの電界の向きが直交するときに、前記2対の偏向電極に印加される電圧が、時間に対する正弦波の関数である、
粒子の製造方法。 - 2つの前記電界の初期位相の差が、±90度の奇数倍であることを特徴とする請求項1記載の粒子の製造方法。
- 帯電された液滴を吐出する液滴吐出工程と、
前記液滴に、該液滴の進行方向と直交する向きの、時間変化する電界を作用させて、前記液滴を分散させる液滴分散工程と、
前記液滴を固化させて粒子を形成する粒子形成工程と、
前記粒子を捕集する粒子捕集工程とを有し、
前記電界は2対の偏向電極により形成される2つの電界であり、
当該2つの電界の向きが直交するときに、前記2対の偏向電極に印加される電圧が、時間に対する三角波又は台形波の関数である、
粒子の製造方法。 - 前記三角波又は台形波の関数の位相差が、±90度の奇数倍であることを特徴とする請求項3記載の粒子の製造方法。
- 前記時間変化する電界の周波数が、前記液滴吐出工程の吐出の周波数の高調波またはサブハーモニクスとは異なっていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項記載の粒子の製造方法。
- 前記液滴が、前記液滴吐出工程の手段のノズルプレート、該ノズルプレートを保持するハウジング又は液貯留部の帯電により、帯電していることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項記載の粒子の製造方法。
- 帯電された液滴を吐出する液滴吐出ユニットと、
前記液滴に、該液滴の進行方向と直交する向きの、時間変化する電界を作用させて、前記液滴を分散させるための偏向電極と、
前記液滴を固化させて粒子を形成する粒子形成部と、
前記粒子を捕集する粒子捕集部とを有し、
前記電界は2対の偏向電極により形成される2つの電界であり、
当該2つの電界の向きが直交するときに、前記2対の偏向電極に印加される電圧が、時間に対する正弦波の関数である、
粒子の製造装置。 - 帯電された液滴を吐出する液滴吐出ユニットと、
前記液滴に、該液滴の進行方向と直交する向きの、時間変化する電界を作用させて、前記液滴を分散させるための偏向電極と、
前記液滴を固化させて粒子を形成する粒子形成部と、
前記粒子を捕集する粒子捕集部とを有し、
前記電界は2対の偏向電極により形成される2つの電界であり、
当該2つの電界の向きが直交するときに、前記2対の偏向電極に印加される電圧が、時間に対する三角波又は台形波の関数である、
粒子の製造装置。
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