JP5920653B2 - Fine particle production apparatus and fine particle production method - Google Patents
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Description
本発明は、電子写真、静電記録、静電印刷等における静電荷像を現像するために使用される静電荷像現像用トナー等の微粒子を製造するための微粒子製造装置及び微粒子の製造方法に関するものである。 The present invention, electrophotography, electrostatic recording, production of fine particles production equipment and fine particles for the production of fine particles such as toner for developing electrostatic images used for developing an electrostatic charge image in electrostatic printing and the like It is about the method .
電子写真記録方法に基づく複写機、プリンタ、ファクシミリおよびそれらの複合機などの画像形成装置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、従来は粉砕法が主流であったが、近年では重合法を採用することが多くなってきている。重合法とは、水系媒体中でトナー粒子を形成する工法であり、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。重合法は、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を利用したものが知られている。重合法により製造されたトナーは、重合トナーあるいはケミカルトナーなどと呼ばれる。 As a method for producing toner for developing electrostatic images used in image forming apparatuses such as copying machines, printers, facsimiles, and composite machines based on the electrophotographic recording method, the pulverization method has been the mainstream in the past. Then, the polymerization method is increasingly employed. The polymerization method is a method of forming toner particles in an aqueous medium, and is referred to as such because it involves a polymerization reaction of the toner raw material at the time of toner particle formation or in the process. Various polymerization methods have been put into practical use, and those utilizing suspension polymerization, emulsion aggregation, polymer suspension (polymer aggregation), ester elongation reaction, and the like are known. The toner manufactured by the polymerization method is called a polymerization toner or a chemical toner.
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、小粒径が得やすく、粒径分布が狭く、形状が球形に近いといった特徴を有する。これらの特徴は、電子写真方式で形成される画像として高画質を得やすいという効果をもたらす。しかしながら、重合法は、乳化重合樹脂粒子を水系媒体中に分散させた後、加熱処理を行い凝集剤添加等の方法により所定の粒径なるように凝集させる。凝集した後、水系媒体中に分散させた際にトナー粒子に含まれた酢酸エチルなどの溶媒を取り除くための洗浄処理が必要となる。この溶媒の洗浄では、酢酸エチルなどの溶媒が高い耐溶媒性を有しているために、水を用いた一度の洗浄だけでは洗浄効果が十分でない。そのために、トナー粒子を一旦乾燥させて洗浄に使用した水及び溶媒をトナー粒子から蒸発させて再び洗浄を行う。このような洗浄及び乾燥を数回繰り返すことでトナー粒子から溶媒を取り除くことができる。このような洗浄及び乾燥を繰り返す作業が必要となり、多くの時間、多量の水、多くのエネルギーを必要とするといった欠点がある。 The toner obtained by the polymerization method generally has the characteristics that it is easy to obtain a small particle size, the particle size distribution is narrow, and the shape is almost spherical compared to the toner obtained by the pulverization method. These characteristics bring about an effect that it is easy to obtain high image quality as an image formed by an electrophotographic method. However, in the polymerization method, the emulsion-polymerized resin particles are dispersed in an aqueous medium, followed by heat treatment and agglomeration to a predetermined particle size by a method such as addition of a flocculant. After agglomeration, a cleaning process is required to remove a solvent such as ethyl acetate contained in the toner particles when dispersed in an aqueous medium. In this solvent cleaning, a solvent such as ethyl acetate has a high solvent resistance, so that the cleaning effect is not sufficient with only one cleaning with water. For this purpose, the toner particles are once dried, and the water and solvent used for cleaning are evaporated from the toner particles, and then the cleaning is performed again. By repeating such washing and drying several times, the solvent can be removed from the toner particles. Such operations of repeating washing and drying are required, and there is a disadvantage that a lot of time, a large amount of water, and a lot of energy are required.
また、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(トナー成分液)を、噴霧器(アトマイザ)などを用いて微小な液滴となるように放出し、これを乾燥させて微粒子状のトナーを得る、噴射造粒法と呼ばれるトナー製造方法として、特許文献1〜4等に記載のものが知られている。このトナー製造方法によれば、水を用いる必要がないため、洗浄や乾燥に要する時間とエネルギーを大幅に削減でき、重合法の欠点を回避することができる。 Also, a liquid (toner component liquid) in which the raw material components of the toner are dissolved or dispersed in an organic solvent is discharged into fine droplets using a sprayer (atomizer), etc., and dried to form a fine particle toner As a toner production method called a jet granulation method for obtaining the above, those described in Patent Documents 1 to 4 are known. According to this toner manufacturing method, since it is not necessary to use water, the time and energy required for washing and drying can be greatly reduced, and the disadvantages of the polymerization method can be avoided.
トナー等の微粒子を噴射造粒法で製造する場合、液滴吐出装置の吐出面に開口した複数の吐出孔からトナー成分液等の微粒子成分含有液の液滴を吐出する吐出動作を継続し、吐出した液滴を固化させることにより微粒子を製造する。上記微粒子成分含有液は、微粒子の原材料成分を溶媒に溶解または分散した液体、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、微粒子成分の一部またはすべ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。そして、既存のインクジェット記録方式の技術を利用することで、液滴吐出装置の吐出孔から吐出される液滴の大きさを高精度に制御することができるので、微粒子の粒径を高精度に制御することが可能となる。 When manufacturing fine particles such as toner by the jet granulation method, the discharge operation of discharging the liquid droplets of the fine particle component liquid such as the toner component liquid from a plurality of discharge holes opened on the discharge surface of the droplet discharge device is continued. Fine particles are produced by solidifying the discharged droplets. The fine particle component-containing liquid may be a liquid in which raw material components of fine particles are dissolved or dispersed in a solvent, or may be free of a solvent as long as the liquid is discharged under the condition that it is discharged. It is mixed and presents a liquid state. And by using the technology of the existing ink jet recording method, the size of the droplets discharged from the discharge holes of the droplet discharge device can be controlled with high accuracy, so the particle size of the fine particles can be set with high accuracy. It becomes possible to control.
ところが、液滴吐出装置の吐出面に開口した複数の吐出孔から微粒子成分含有液の液滴を吐出して微粒子を製造する場合、各吐出孔から吐出された液滴が狙いの飛翔方向に向けて狙いの飛翔速度で適切に飛翔しないと、以下のような問題が発生する。例えば、吐出後の液滴が固化する前に他の液滴と接触して一体化する合一と呼ばれる現象が発生する場合がある。このような合一が発生すると、合一した微粒子の粒径が所望の粒径よりも大きなものとなる。また、例えば、吐出後の液滴が固化する前に他の液滴と勢いよく衝突すると、液滴が砕けて、より微小な液滴に分裂する現象が発生する場合もある。この場合、分裂した微小液滴が固化して得られた微粒子の粒径は、所望の粒径よりも小さいものとなる。これらの現象が発生することにより、製造される微粒子の粒径分布が広がってしまうというという問題が発生する。 However, in the case of producing fine particles by discharging droplets of a liquid containing a fine particle component from a plurality of discharge holes opened on the discharge surface of a droplet discharge device, the droplets discharged from each discharge hole are directed in the target flight direction. If you do not fly properly at the target flight speed, the following problems will occur. For example, there is a case in which a phenomenon called coalescence occurs in which droplets after ejection are brought into contact with other droplets before solidifying. When such coalescence occurs, the particle size of the coalesced fine particles becomes larger than the desired particle size. In addition, for example, when the ejected droplets collide with other droplets vigorously before solidifying, a phenomenon may occur in which the droplets break and split into smaller droplets. In this case, the particle size of the fine particles obtained by solidifying the divided microdroplets is smaller than the desired particle size. When these phenomena occur, there arises a problem that the particle size distribution of the produced fine particles is widened.
本発明者らは、この問題について鋭意検討を重ねた結果、液滴を吐出する吐出孔が開口した吐出面上に付着した汚れが上述した合一や分裂を引き起こす主な原因の1つであることを見出した。詳しくは、従来の液滴吐出装置の吐出面には、過去の液滴吐出時に生じた微粒子成分含有液の汚れが堆積し、吐出孔から吐出された液滴がこの汚れに接触して当該液滴の飛翔方向が狙いの飛翔方向から外れるという現象が発生する。その結果、当該液滴が、隣接又は近接する吐出孔から吐出された液滴と接触してしまい、液滴の合一や分裂を引き起こすのである。 As a result of intensive investigations on this problem, the present inventors are one of the main causes of the above-described coalescence and splitting due to dirt adhering to the ejection surface where the ejection holes for ejecting droplets are opened. I found out. In detail, the contamination of the liquid containing the fine particle component generated during the previous droplet discharge accumulates on the discharge surface of the conventional droplet discharge device, and the droplet discharged from the discharge hole comes into contact with the stain and the liquid is discharged. A phenomenon occurs in which the droplet flight direction deviates from the target flight direction. As a result, the liquid droplet comes into contact with a liquid droplet ejected from an adjacent or adjacent ejection hole, thereby causing the liquid droplet to coalesce or break up.
このような液滴の合一や分裂を引き起こす吐出面の汚れが生じる原因は、吐出孔から微粒子含有液が吐出面上に染み出すことに起因する。具体的には、微粒子含有液の染み出しが生じると、吐出された液滴がその染み出した微粒子含有液による吐出面上の汚れに接触して、液滴の吐出方向が狙いの吐出方向から外れてしまい、正常な吐出ができなくなる。この場合、上述したように液滴の合一や分裂が引き起こされ、製造される微粒子の粒径分布が広がってしまう。 The cause of the contamination of the discharge surface that causes the coalescence and splitting of the droplets is due to the fine particle-containing liquid oozing out from the discharge hole onto the discharge surface. Specifically, when the fine particle-containing liquid oozes out, the discharged liquid droplets come into contact with the dirt on the discharge surface due to the fine particle-containing liquid, and the discharge direction of the liquid drops from the target discharge direction. It will come off and normal discharge will not be possible. In this case, as described above, the coalescence and breakup of the droplets are caused, and the particle size distribution of the manufactured fine particles is widened.
また、このような微粒子含有液の染み出しが生じ、染み出した微粒子含有液の汚れが徐々に広がって周辺の吐出孔を巻き込むまでに成長すると、当該周辺の吐出孔を塞いで吐出停止を引き起こす場合もある。この場合、製造される微粒子の数が減少するので、微粒子の生産効率が下がる。また、この場合、塞がった吐出孔が連通した液室内の圧力が変化するので、この液室に連通した他の吐出孔の吐出状態、特に吐出速度に影響を及ぼす。吐出速度が変化すると、吐出動作が不安定になり、液滴の大きさの均一性と液滴の吐出方向性が失われる。このように、液滴の大きさの均一性が失われたり、液滴の吐出方向性が失われて合一や分裂が発生したりすると、製造される微粒子の粒度分布が広がってしまい、狭い粒径分布をもった微粒子の製造ができなくなる。 In addition, when such a fine particle-containing liquid oozes out and grows until the stain of the exuded fine particle-containing liquid gradually spreads and entrains the peripheral discharge holes, the peripheral discharge holes are blocked and the discharge is stopped. In some cases. In this case, since the number of produced fine particles is reduced, the production efficiency of the fine particles is lowered. Further, in this case, since the pressure in the liquid chamber where the closed discharge hole communicates changes, the discharge state of the other discharge holes communicated with this liquid chamber, particularly the discharge speed, is affected. When the discharge speed changes, the discharge operation becomes unstable, and the uniformity of the droplet size and the droplet discharge directionality are lost. As described above, when the uniformity of the droplet size is lost, or when the droplet discharge directionality is lost and coalescence or division occurs, the particle size distribution of the produced fine particles is widened and narrow. Fine particles with a particle size distribution cannot be produced.
以上のように、吐出孔から微粒子含有液が染み出す現象が発生すると、これに起因して、液滴の合一や分裂が発生したり、周辺の吐出孔が塞がって液室内の圧力変動が生じ、液滴の大きさの均一性と液滴の吐出方向性が失われたりして、製造される微粒子の粒度分布が広がってしまうという問題が発生する。 As described above, when a phenomenon in which the fine particle-containing liquid oozes out from the discharge hole, due to this, the coalescence or breakage of the droplet occurs, or the peripheral discharge hole is blocked and the pressure fluctuation in the liquid chamber is changed. This causes a problem that the uniformity of the size of the droplets and the direction in which the droplets are ejected are lost, and the particle size distribution of the produced fine particles is widened.
そこで、本発明者らは、微粒子含有液の染み出しの発生原因について鋭意検討を重ね、微粒子含有液の染み出しの発生には、吐出孔の出口周辺に生じ得る乱気流が大きく影響していることを見出した。以下、この点について詳しく説明する。 Therefore, the present inventors have intensively studied the cause of the occurrence of the fine particle-containing liquid, and the occurrence of the fine particle-containing liquid is greatly influenced by the turbulence that can occur around the outlet of the discharge hole. I found. Hereinafter, this point will be described in detail.
複数の吐出孔それぞれから液滴を短い時間間隔で連続して吐出すると、各吐出孔から連続して吐出された液滴の列に沿って気流が発生する。一方、このような気流が発生することで、吐出孔出口周辺には、液滴の列に対して横方向からの気体の流入が発生する。このような気体の流入によって生じる気流は、液滴の列の周囲に、渦状の気流等を含む乱気流を生じさせる。このような乱気流が発生すると、その影響で、方向性を失った液滴や、液滴吐出時に生じ得るミストなどが、吐出方向とは反対方向に向かう逆気流に乗って移動(逆移動)することが、液滴観察実験によって確認された。 When droplets are continuously ejected from each of the plurality of ejection holes at short time intervals, an air flow is generated along the row of droplets ejected from each ejection hole. On the other hand, when such an air flow is generated, inflow of gas from the lateral direction with respect to the row of droplets occurs around the outlet of the discharge hole. The airflow generated by such gas inflow generates turbulent airflow including a spiral airflow and the like around the row of droplets. When such a turbulent air flow occurs, due to the influence, droplets that have lost their directionality or mist that may be generated during droplet discharge move (reversely move) on a reverse air flow in the direction opposite to the discharge direction. This was confirmed by a droplet observation experiment.
このように逆移動する液滴やミストの中には、吐出面にまで到達して、そこに付着してしまうものも存在する。逆移動した液滴やミストが吐出面上の吐出孔出口あるいは吐出孔出口近傍に付着すると、その液滴やミストが当該吐出孔内に充填されている微粒子含有液と接触するなどして、当該吐出孔から微粒子含有液を染み出させる現象を引き起こす。これが原因で、微粒子含有液の染み出しが発生し、製造される微粒子の粒度分布が広がるという問題を生じさせる。 Some of the liquid droplets and mist that move backward in this way reach the discharge surface and adhere to the discharge surface. When the reversely moved droplet or mist adheres to the discharge hole outlet or the vicinity of the discharge hole outlet on the discharge surface, the droplet or mist comes into contact with the fine particle-containing liquid filled in the discharge hole. This causes a phenomenon that the liquid containing fine particles exudes from the discharge hole. This causes a problem that the fine particle-containing liquid oozes out and the particle size distribution of the produced fine particles is widened.
そこで、本発明者らは、特願2011−205129(以下先願と称す)で、吐出された液滴を吐出面に向けて逆移動させる逆気流の発生を規制して微粒子含有液の染み出しに起因して発生する微粒子の粒径分布が広がるのを抑制できる微粒子製造装置を提案した。具体的な構成について図面を用いて以下に説明する。図28は先願の微粒子製造装置の一部の構成を示す概略図である。同図に示す先願の微粒子製造装置では、ブロア801によって発生する搬送気流が気流路802を流れ、この気流路802を構成する壁部の一部に液滴吐出ヘッド803が設けられている。そして、液滴吐出ヘッド803の吐出孔からのトナー成分液の染み出しを抑制するために、整流板804を設けている。この整流板804は、液滴吐出ヘッド803の各吐出孔から吐出された液滴を吐出面に向けて逆移動させる逆気流の発生を規制する。この整流板804は、図29に示すように、各吐出孔から吐出された液滴を通過させる開口805を備えており、吐出孔の出口が開口した吐出面に対向配置されている。このような整流板804を設けることで、各吐出孔から吐出された液滴や吐出時に発生した微小液滴を吐出面に向けて上昇させる逆気流が整流板804よりも鉛直方向下方で発生しても、その逆気流は整流板804によって堰き止められる。その結果、吐出孔の出口周辺に生じる逆気流の勢いが軽減され、逆気流に乗って吐出面に付着してしまう液滴等を少なく抑えることができる。また、整流板804を配置すると、整流板804と吐出面との間の間隙に気流路802での水平方向に沿って流れる気流が流れ、流路が形成される。この流路により、水平方向に沿った気流と、該気流の方向と所定の角度をもたせた吐出方向に向かう気流とが分離され、吐出孔の周辺に渦が発生しにくくなる。よって、このような渦に起因して生じる逆気流が発生しにくくなり、逆気流に乗って吐出面に付着してしまう液滴等を少なく抑えることができる。 In view of this, the inventors of the present invention, in Japanese Patent Application No. 2011-205129 (hereinafter referred to as the prior application), regulates the generation of a reverse air flow that reversely moves the discharged liquid droplets toward the discharge surface, and seeps out the liquid containing fine particles. Proposed a fine particle production apparatus capable of suppressing the spread of the particle size distribution of fine particles generated due to the above. A specific configuration will be described below with reference to the drawings. FIG. 28 is a schematic view showing a partial configuration of the fine particle manufacturing apparatus of the prior application. In the fine particle manufacturing apparatus of the prior application shown in the same figure, the carrier airflow generated by the blower 801 flows through the air flow path 802, and a droplet discharge head 803 is provided in a part of the wall portion constituting the air flow path 802. A rectifying plate 804 is provided in order to suppress the leakage of the toner component liquid from the ejection holes of the droplet ejection head 803. The rectifying plate 804 regulates the generation of a reverse airflow that reversely moves the droplets discharged from the discharge holes of the droplet discharge head 803 toward the discharge surface. As shown in FIG. 29, the rectifying plate 804 includes an opening 805 through which liquid droplets discharged from the respective discharge holes pass, and is disposed opposite to the discharge surface where the outlet of the discharge hole is opened. By providing such a rectifying plate 804, a reverse airflow is generated vertically below the rectifying plate 804 that raises the liquid droplets discharged from the discharge holes and the minute liquid droplets generated at the time of discharge toward the discharge surface. However, the reverse airflow is blocked by the rectifying plate 804. As a result, the momentum of the reverse airflow generated around the outlet of the discharge hole is reduced, and it is possible to reduce the number of liquid droplets and the like that adhere to the discharge surface by riding the reverse airflow. In addition, when the rectifying plate 804 is disposed, an airflow flowing along the horizontal direction in the air flow path 802 flows in the gap between the rectifying plate 804 and the discharge surface, thereby forming a flow path. This flow path separates the air flow along the horizontal direction and the air flow toward the discharge direction having a predetermined angle with the direction of the air flow, and vortices are less likely to be generated around the discharge holes. Therefore, it is difficult to generate a reverse airflow caused by such a vortex, and it is possible to reduce the number of liquid droplets and the like that are attached to the discharge surface due to the reverse airflow.
しかしながら、先願の微粒子製造装置では、部分断面図である図30に示すように、気流路802を流れている気体が整流板804を通過することで、気流路802の流速が大きさによるが、整流板804の下流側に広がる空間(図30中点線で囲む部分)が負圧状態となっていることがわかった。そして、その空間の周辺からの負圧空間に向かう戻り気流が発生し、その戻り気流は整流板804と吐出面との間の間隙に進入する場合があることがわかった。この戻り気流が原因となって吐出後の液滴の吐出方向の流れを乱し、液滴の吐出方向が狙いの吐出方向から外れてしまい、図30中破線で示す部分で隣接又は近接する吐出孔806から吐出された液滴と接触していた。この戻り気流が吐出面の箇所に達しないように整流板802の下流側の板部分を流速方向に幅広にすることが考えられる。しかし、幅広になった整流板を支持するために取付けビス806を多くなるとともに整流板を支える気流路802の強度を高める構造上の問題が生じていた。このため、整流板802を流速方向に幅広にするには限界があった。これにより、液滴の合一や分裂を引き起こす原因の戻り気流を抑制することができず、粒径分布が広くなる虞があった。 However, in the fine particle manufacturing apparatus of the prior application, as shown in FIG. 30 which is a partial cross-sectional view, the gas flowing through the air flow path 802 passes through the rectifying plate 804, so that the flow velocity of the air flow path 802 depends on the magnitude. It was found that the space (portion surrounded by the dotted line in FIG. 30) extending downstream of the current plate 804 is in a negative pressure state. And it turned out that the return airflow which goes to the negative pressure space from the periphery of the space generate | occur | produces, and the return airflow may approach into the clearance gap between the rectifying plate 804 and a discharge surface. Due to this return air flow, the flow in the discharge direction of the droplet after discharge is disturbed, and the discharge direction of the droplet deviates from the target discharge direction, and the discharge is adjacent or close at the portion indicated by the broken line in FIG. It was in contact with the droplet discharged from the hole 806. It is conceivable that the plate portion on the downstream side of the rectifying plate 802 is widened in the flow velocity direction so that the return airflow does not reach the discharge surface. However, there are structural problems that increase the number of mounting screws 806 to support the widened current plate and increase the strength of the air flow path 802 that supports the current plate. For this reason, there was a limit in making the current plate 802 wider in the flow velocity direction. As a result, the return airflow that causes the coalescence and breakup of the droplets cannot be suppressed, and the particle size distribution may be widened.
本発明は以上の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、吐出された液滴の合一や分裂を軽減し、粒径分布が狭い微粒子の製造を可能とした微粒子製造装置及び微粒子の製造方法を提供することである。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to reduce the coalescence and breakage of ejected droplets and to produce fine particles having a narrow particle size distribution and fine particles. It is to provide a manufacturing method .
上記目的を達成するために、請求項1の発明は、液滴が固化すると微粒子となる微粒子成分含有液の液滴を吐出面に開口した複数の吐出孔から吐出する液滴吐出手段と、前記複数の吐出孔から吐出された液滴が導入される気流路と、該気流路内に気流を発生させる気流発生手段とを備える微粒子製造装置において、前記気流路を液滴吐出方向で2つの気流路に区画し、かつ前記液滴吐出手段よりも気流方向上流側から、前記液滴吐出手段よりも気流方向下流側まで連続する隔壁を備え、前記隔壁には、前記液滴吐出手段の前記吐出面と対向する位置に、前記2つの気流路を連通する貫通孔が設けられ、前記液滴吐出手段によって吐出された液滴が、前記2つの気流路のうち前記液滴吐出手段側にある一方の気流路から前記貫通孔を通過して前記2つの気流路のうちの他方の気流路に導入されることを特徴とするものである。 To achieve the above object, a first aspect of the invention, a droplet discharge means for discharging liquid droplets of the fine particle component-containing liquid comprising the liquid droplets are solidified particles from a plurality of discharge holes opened in the ejection surface, wherein a gas flow path in which a plurality droplets discharged from the discharge hole of are introduced, the particle production apparatus and a stream generating means for generating an air flow in the gas flow path, of the air flow path two by a droplet discharge direction is divided into air flow path, the air flow direction upstream of or one prior Symbol droplet discharging means comprises a partition wall for connection communicates to the air flow direction downstream of the droplet discharge means, in the partition, the liquid droplet ejection A through-hole communicating with the two air flow paths is provided at a position facing the discharge surface of the means, and a droplet discharged by the droplet discharge means is the droplet discharge means of the two air flow paths. before passing through the through hole from one of the gas flow path on the side It is characterized in that which is introduced into the other air flow path of the two air flow paths.
本発明によれば、液滴吐出手段の吐出面に開口した複数の吐出孔から液滴を吐出する気流路を隔壁で2つの気流路に区画する。この隔壁は、他方の気流路を形成する外壁に対して少なくとも液滴出手段の下流側に連続している。これにより、隔壁の下流側に広がる空間がなくなり、従来の戻り気流は発生しない。液滴吐出手段の吐出孔から吐出した液滴は、吐出速度によって、一方の気流路と隔壁に設けられた開口とを通って他方の気流路へ搬送される。液滴が一方の気流路及び開口内の気体を押しながら搬送されることで、一方の気流路から開口を介して他方の気流路へ気体の流れが生じる。そして、各気流路は隔壁によって区画されているので、一方の気流路から開口を通る気流には他方の気流路における気流は干渉していない。このため、一方の気流路側に設けられている液滴吐出手段の吐出孔周辺では、上記戻り気流もなくなり、一方の気流路から開口を通って行く気流が存在するのみとなる。吐出孔周辺の気流や開口への気流は安定する。これにより、吐出された液滴の合一や分裂を軽減できる。よって、粒径分布が狭い微粒子の製造が可能となるという優れた効果が得られる。 According to the present invention, the air flow path for discharging liquid droplets from the plurality of discharge holes opened on the discharge surface of the liquid droplet discharge means is divided into two air flow paths by the partition wall. This partition wall is continuous with at least the downstream side of the droplet ejecting means with respect to the outer wall forming the other air flow path. As a result, there is no space extending downstream of the partition wall, and no conventional return airflow is generated. The droplets discharged from the discharge holes of the droplet discharge means are conveyed to the other air flow path through one air flow path and the opening provided in the partition wall at a discharge speed. When the liquid droplets are conveyed while pushing the gas in one air flow path and the opening, a gas flow is generated from one air flow path to the other air flow path through the opening. And since each air flow path is divided by the partition, the air flow in the other air flow path does not interfere with the air flow passing through the opening from one air flow path. For this reason, in the vicinity of the discharge hole of the droplet discharge means provided on one air flow path side, the return air flow is also eliminated, and there is only an air flow passing through the opening from one air flow path. The airflow around the discharge hole and the airflow to the opening are stabilized. Thereby, coalescence and division of the discharged droplets can be reduced. Therefore, an excellent effect that fine particles having a narrow particle size distribution can be produced can be obtained.
以下、本発明に係る微粒子製造装置をトナーの製造に適用した一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
本実施形態のトナー製造装置は、液滴が固化するとトナー粒子(微粒子)となるトナー成分液(微粒子成分含有液)を液滴吐出装置の吐出面に開口した複数の吐出孔からトナー成分液の液滴を吐出する吐出動作を継続して行い、吐出した液滴を固化させることによりトナー粒子を得るものである。
Hereinafter, an embodiment in which a fine particle production apparatus according to the present invention is applied to production of toner will be described with reference to the drawings.
The toner manufacturing apparatus according to the present embodiment allows toner component liquid (particulate component-containing liquid), which becomes toner particles (fine particles) when the liquid droplets are solidified, to be discharged from a plurality of discharge holes opened on the discharge surface of the liquid droplet discharge apparatus. The toner particles are obtained by continuously performing the discharging operation of discharging the droplets and solidifying the discharged droplets.
本実施形態のトナー製造方法に使用可能な液滴吐出装置は、吐出する液滴の粒径分布が狭いものが好ましいが、特に制限は無く、公知のものを用いることができる。液滴吐出装置としては、1流体ノズル、2流体ノズル、膜振動タイプの吐出手段、レイリー分裂タイプの吐出手段、液振動タイプの吐出手段、液柱共鳴タイプの吐出手段等が挙げられる。膜振動タイプの吐出手段は、例えば特開2008−292976号公報に開示されたものがある。また、レイリー分裂タイプの吐出手段としては、特許第4647506号公報に開示されたものがある。また、液振動タイプの吐出手段としては、特開2010−102195号公報に開示されたものがある。 The droplet discharge device that can be used in the toner manufacturing method of the present embodiment preferably has a narrow particle size distribution of discharged droplets, but is not particularly limited, and a known one can be used. Examples of the droplet discharge device include a one-fluid nozzle, a two-fluid nozzle, a membrane vibration type discharge unit, a Rayleigh split type discharge unit, a liquid vibration type discharge unit, and a liquid column resonance type discharge unit. An example of a membrane vibration type discharge means is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-292976. Further, as a Rayleigh splitting type discharge means, there is one disclosed in Japanese Patent No. 4647506. Moreover, as a liquid vibration type discharge means, there is one disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-102195.
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は、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柱共鳴タイプの液滴吐出装置が好適である。本実施形態では、液柱共鳴タイプの液滴吐出装置を用いてトナーを製造する例について説明する。 In order to ensure the productivity of the toner with a narrow droplet size distribution, vibration is imparted to the liquid in the liquid column resonance liquid chamber in which a plurality of ejection holes are formed to form a standing wave by liquid column resonance. In addition, a liquid column resonance type liquid droplet ejection device that ejects liquid from the ejection holes formed in the region that becomes the antinode of the standing wave is suitable. In the present embodiment, an example in which toner is manufactured using a liquid column resonance type droplet discharge device will be described.
図1は本実施形態で用いる液柱共鳴タイプの液滴吐出装置の液滴吐出部の一部を拡大して示した模式図である。
本実施形態の液滴吐出部11は液柱共鳴液室18を備えており、この液柱共鳴液室18は、長手方向(図中左右方向)両端の側壁部のうち一方の側壁部(開口側壁部)に設けられた連通路を介して液共通供給路17へと連通している。また、液柱共鳴液室18は、長手方向両端の側壁部間を連結する壁部のうち1つの壁部(図中下側の底壁部)に液滴21を吐出する複数の吐出孔19を備えている。また、液柱共鳴液室18における吐出孔19と対向する上壁部側には、液柱共鳴定在波を形成するために高周波振動を発生させる振動発生手段20が設けられている。この振動発生手段20は、図示しない高周波電源に接続されている。
FIG. 1 is an enlarged schematic view showing a part of a droplet discharge portion of a liquid column resonance type droplet discharge apparatus used in this embodiment.
The liquid droplet ejection unit 11 of the present embodiment includes a liquid column resonance liquid chamber 18, and this liquid column resonance liquid chamber 18 has one side wall portion (opening) among the side wall portions at both ends in the longitudinal direction (left-right direction in the drawing). It communicates with the liquid common supply path 17 via a communication path provided in the side wall portion. Further, the liquid column resonance liquid chamber 18 has a plurality of discharge holes 19 for discharging the droplets 21 to one wall portion (the bottom wall portion on the lower side in the drawing) of the wall portions connecting the side wall portions at both ends in the longitudinal direction. It has. Further, vibration generating means 20 for generating high-frequency vibration is provided on the upper wall portion side facing the discharge hole 19 in the liquid column resonance liquid chamber 18 in order to generate a liquid column resonance standing wave. The vibration generating means 20 is connected to a high frequency power source (not shown).
図2は、本実施形態の液滴吐出装置である液柱共鳴液滴形成ユニット10の一部を模式的に示した断面図である。なお、図2は、図1中上方又は下方から見たものである。
本実施形態において、液滴吐出部11から吐出される液体は、製造対象である微粒子の成分が溶解又は分散された状態の微粒子成分含有液である。本実施形態は、トナーを製造する例であるため、この微粒子成分含有液をトナー成分液と記して説明する。トナー成分液14は、図示しない液循環ポンプにより液供給管を通って、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、各液滴吐出部11の液柱共鳴液室18へと補充される。
FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a part of the liquid column resonance droplet forming unit 10 which is the droplet discharge device of the present embodiment. 2 is viewed from above or below in FIG.
In the present embodiment, the liquid discharged from the droplet discharge unit 11 is a fine particle component-containing liquid in a state where the fine particle components to be manufactured are dissolved or dispersed. Since the present embodiment is an example of producing toner, this fine particle component-containing liquid will be described as a toner component liquid. The toner component liquid 14 flows into the liquid common supply path 17 of the liquid column resonance droplet forming unit 10 through a liquid supply pipe by a liquid circulation pump (not shown), and the liquid column resonance liquid chamber of each droplet discharge unit 11. 18 is replenished.
液柱共鳴液室18内に充填されたトナー成分液14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、液柱共鳴定在波の腹となる領域(振幅が大きくて圧力変動が大きい領域)に配置されている吐出孔19から液滴21が吐出される。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、より好ましくは定在波の振幅が極大となる位置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、本実施形態のように1つの液柱共鳴液室18内に複数の吐出孔19が形成されている構成であっても、それぞれからほぼ均一な大きさの液滴が吐出できる。液滴21の吐出によって液柱共鳴液室18内の液量が減少すると、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て、液共通供給路17から供給される液の流量が増加し、液柱共鳴液室18内に液が補充される。 In the toner component liquid 14 filled in the liquid column resonance liquid chamber 18, a pressure distribution is formed by the liquid column resonance standing wave generated by the vibration generating means 20. Then, the droplet 21 is discharged from the discharge hole 19 disposed in a region that is an antinode of the liquid column resonance standing wave (a region where the amplitude is large and the pressure fluctuation is large). The region that becomes the antinode of the standing wave due to the liquid column resonance means a region other than the node of the standing wave. Preferably, it is a region where the pressure fluctuation of the standing wave has an amplitude large enough to discharge the liquid, and more preferably ± from the position where the amplitude of the standing wave is maximized to the position where the amplitude is minimized. The range is a quarter wavelength. If the region is an antinode of a standing wave, even if it has a configuration in which a plurality of discharge holes 19 are formed in one liquid column resonance liquid chamber 18 as in this embodiment, the size is almost uniform from each. Can be discharged. When the amount of liquid in the liquid column resonance liquid chamber 18 decreases due to the discharge of the liquid droplet 21, a suction force due to the action of the liquid column resonance standing wave in the liquid column resonance liquid chamber 18 acts and the liquid common resonance supply chamber 17 The flow rate of the supplied liquid increases and the liquid is replenished in the liquid column resonance liquid chamber 18.
液滴吐出部11の液柱共鳴液室18は、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金属、セラミックス、シリコンなどの材料によって形成されたフレームをそれぞれ接合して形成されている。また、図1に示すように、液柱共鳴液室18の長手方向両端の側壁部間の長さ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に示すように、液柱共鳴液室18の短手方向両端の側壁間の長さ(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。 The liquid column resonance liquid chamber 18 of the droplet discharge unit 11 is formed by joining frames formed of a material such as a metal, ceramics, or silicon having such a high rigidity that does not affect the liquid resonance frequency at the driving frequency. Is formed. Further, as shown in FIG. 1, the length L between the side wall portions at both ends in the longitudinal direction of the liquid column resonance liquid chamber 18 is determined based on the liquid column resonance principle as described later. Further, as shown in FIG. 2, the length (width) W between the side walls at both ends in the short direction of the liquid column resonance liquid chamber 18 is set so as not to give an extra frequency to the liquid column resonance. It is desirable to be less than half of the length L of 18.
液柱共鳴液室18は、生産性を向上させるために、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方が好ましい。このため、本実施形態では1つの液柱共鳴液滴形成ユニット10に対して複数の液柱共鳴液室18が配置された構成を採用している。1つの液柱共鳴液滴形成ユニット10に対して設ける液柱共鳴液室18の数には特に限定はないが、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10であれば、操作性と生産性の両立が実現でき、好適である。本実施形態では、1つの液共通供給路17に対して複数の液柱共鳴液室18が連通した構成となっている。 It is preferable that a plurality of liquid column resonance liquid chambers 18 are arranged with respect to one liquid column resonance droplet forming unit 10 in order to improve productivity. For this reason, the present embodiment employs a configuration in which a plurality of liquid column resonance liquid chambers 18 are arranged for one liquid column resonance droplet forming unit 10. The number of liquid column resonance liquid chambers 18 provided for one liquid column resonance droplet forming unit 10 is not particularly limited. However, one liquid column resonance liquid chamber having 100 to 2000 liquid column resonance liquid chambers 18 is provided. The droplet forming unit 10 is preferable because both operability and productivity can be realized. In the present embodiment, a plurality of liquid column resonance liquid chambers 18 communicate with one liquid common supply path 17.
また、液滴吐出部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、本実施形態のように圧電体20Aに弾性板20Bを貼り付けた構造のものが好ましい。弾性板20Bは、圧電体20Aが接液しないように液柱共鳴液室18から圧電体20Aを隔離するように設けられる。圧電体20A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、LiNbO3、LiTaO3、KNbO3等の単結晶などが挙げられる。更に、振動発生手段20は、液柱共鳴液室18ごと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。例えば、液柱共鳴液室の配置にあわせて1つの圧電体材料を複数の圧電体に分断し、各圧電体でそれぞれの液柱共鳴液室を個別制御できるような構成が好ましい。 The vibration generating means 20 in the droplet discharge section 11 is not particularly limited as long as it can be driven at a predetermined frequency, but has a structure in which an elastic plate 20B is attached to the piezoelectric body 20A as in this embodiment. Is preferred. The elastic plate 20B is provided so as to isolate the piezoelectric body 20A from the liquid column resonance liquid chamber 18 so that the piezoelectric body 20A does not come into contact with the liquid. Examples of the piezoelectric body 20A include piezoelectric ceramics such as lead zirconate titanate (PZT). Generally, the piezoelectric body 20A is often used by being laminated because of its small displacement. In addition, piezoelectric polymers such as polyvinylidene fluoride (PVDF), single crystals such as quartz, LiNbO 3 , LiTaO 3 , KNbO 3, and the like can be given. Furthermore, it is desirable that the vibration generating means 20 is arranged so that it can be individually controlled for each liquid column resonance liquid chamber 18. For example, a configuration in which one piezoelectric material is divided into a plurality of piezoelectric bodies in accordance with the arrangement of the liquid column resonance liquid chambers, and each liquid column resonance liquid chamber can be individually controlled by each piezoelectric body is preferable.
吐出孔19の出口側直径は、1[μm]以上40[μm]以下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る。特に、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ている場合には、この固形微粒子が吐出孔19を閉塞させるおそれがあり、トナーの生産性を低下させるおそれがある。一方、40[μm]より大きい場合、液滴の直径が大きいため、これを乾燥固化させて、3[μm]以上6[μm]以下のトナー粒子径を得ようとすると、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。この場合、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。
The outlet side diameter of the discharge hole 19 is preferably in the range of 1 [μm] to 40 [μm].
If it is smaller than 1 [μm], the formed droplets will be very small, and toner may not be obtained. In particular, when solid fine particles such as a pigment are contained as a constituent component of the toner, the solid fine particles may block the discharge holes 19 and may reduce the productivity of the toner. On the other hand, if it is larger than 40 [μm], the diameter of the droplet is large, so that it is dried and solidified to obtain a toner particle diameter of 3 [μm] or more and 6 [μm] or less. Needs to be diluted to a very dilute solution. In this case, a large amount of drying energy is required to obtain a certain amount of toner, which is inconvenient.
また、本実施形態では、複数の吐出孔19が配列された吐出孔の列(図1参照)が、図2に示すように、液柱共鳴液室18内の幅方向(図2中左右方向)に複数並列配置されている。このような構成により、一度の吐出動作によって、より多くの液滴を吐出することができるので、生産効率が高まる。吐出孔19の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ながら適宜決定するのが望ましい。 In the present embodiment, the row of discharge holes (see FIG. 1) in which a plurality of discharge holes 19 are arranged is arranged in the width direction in the liquid column resonance liquid chamber 18 (left-right direction in FIG. 2), as shown in FIG. ) Are arranged in parallel. With such a configuration, more liquid droplets can be ejected by a single ejection operation, which increases production efficiency. Since the liquid column resonance frequency varies depending on the arrangement of the discharge holes 19, it is desirable that the liquid column resonance frequency is appropriately determined while confirming the discharge of the droplet.
次に、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。
まず、図1に示した液滴吐出部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。
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」とすると、液体の共鳴が発生する波長λは、下記の式(1)より算出することができる。
λ = c/f ・・・(1)
Next, the mechanism of droplet formation by the liquid column resonance droplet forming unit 10 will be described.
First, the principle of the liquid column resonance phenomenon that occurs in the liquid column resonance liquid chamber 18 in the droplet discharge section 11 shown in FIG. 1 will be described.
When the sound velocity of the toner component liquid in the liquid column resonance liquid chamber is “c” and the drive frequency applied to the toner component liquid as a medium from the vibration generating unit 20 is “f”, the wavelength λ at which the liquid resonance occurs is It can be calculated from the following equation (1).
λ = c / f (1)
本実施形態では、液共通供給路17と連通するための連通路が形成された液柱共鳴液室18の側壁部(開口側壁部)が、連通路が形成されていない反対側の側壁部(閉口側壁部)と等価であると考えることができる。この場合、液柱共鳴液室18の長手方向長さLが、波長λの4分の1の偶数倍に一致するときに、振動発生手段20の振動によって液柱共鳴液室18内の液体に共鳴振動が最も効率的に発生する。このような液柱共鳴が最も効率的に発生する液柱共鳴最適条件は、下記の式(2)によって表すことができる。なお、上記の式(2)に示す液柱共鳴最適条件は、液柱共鳴液室18の長手方向両側壁部が完全に開放された状態でも、同様に成り立つものである。
L = (N/4)×λ ・・・(2)
In the present embodiment, the side wall portion (opening side wall portion) of the liquid column resonance liquid chamber 18 in which the communication passage for communicating with the liquid common supply passage 17 is formed is the opposite side wall portion (where the communication passage is not formed) ( It can be considered that it is equivalent to the closed side wall. In this case, when the longitudinal length L of the liquid column resonance liquid chamber 18 coincides with an even multiple of a quarter of the wavelength λ, the vibration in the liquid column resonance liquid chamber 18 is changed by the vibration of the vibration generating means 20. Resonant vibration occurs most efficiently. The optimum liquid column resonance condition in which such liquid column resonance occurs most efficiently can be expressed by the following equation (2). Note that the optimum condition of the liquid column resonance shown in the above formula (2) holds true even when the both side walls in the longitudinal direction of the liquid column resonance liquid chamber 18 are completely opened.
L = (N / 4) × λ (2)
一方、液柱共鳴液室18の長手方向両側壁部のうちの一方が開放された状態で、他方が閉じた状態である場合には、液柱共鳴液室18の長手方向長さLが波長λの4分の1の奇数倍に一致するときに液柱共鳴が最も効率的に形成される。つまり、この場合の液柱共鳴最適条件は、上記式(2)中の「N」を奇数で表現したものとなる。 On the other hand, when one of the longitudinal side walls of the liquid column resonance liquid chamber 18 is open and the other is closed, the length L of the liquid column resonance liquid chamber 18 is the wavelength. Liquid column resonance is most efficiently formed when it coincides with an odd multiple of λ. In other words, the optimum condition for liquid column resonance in this case is expressed by an odd number of “N” in the above formula (2).
最も液柱共鳴効率の高い駆動周波数fは、上記式(1)と上記式(2)より、下記の式(3)のようになる。しかしながら、実際には、液体が共鳴を減衰させる粘性を有するので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)及び式(5)に示すように、上記式(3)に示した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。
f = N×c/(4L) ・・・(3)
The driving frequency f with the highest liquid column resonance efficiency is represented by the following equation (3) from the above equations (1) and (2). However, in reality, since the liquid has a viscosity that attenuates resonance, the vibration is not amplified infinitely. It has a Q value and, as shown in equations (4) and (5) described later, the above equation Resonance also occurs at a frequency in the vicinity of the most efficient drive frequency f shown in (3).
f = N × c / (4L) (3)
図3(a)〜(d)は、N=1、2、3の場合において、液柱共鳴液室18内の液体に生じる速度分布と圧力分布の定在波の様子を説明するための説明図である。
ただし、図3(a)は、N=1の場合であって、液柱共鳴液室18の長手方向両端部の一方が開放された状態で、他方が閉じた状態である場合の例であり、図3(b)は、N=2の場合であって、液柱共鳴液室18の長手方向両端部がいずれも閉じた状態である場合の例である。また、図3(c)は、N=2の場合であって、液柱共鳴液室18の長手方向両端部がいずれも開放された状態である場合の例であり、図3(d)は、N=3の場合であって、液柱共鳴液室18の長手方向両端部の一方が開放された状態で、他方が閉じた状態である場合の例である。
FIGS. 3A to 3D are explanatory views for explaining the standing wave of the velocity distribution and the pressure distribution generated in the liquid in the liquid column resonance liquid chamber 18 when N = 1, 2, and 3. FIG. FIG.
However, FIG. 3A is an example in the case of N = 1, in which one of the longitudinal ends of the liquid column resonance liquid chamber 18 is open and the other is closed. FIG. 3B shows an example in which N = 2 and both ends in the longitudinal direction of the liquid column resonance liquid chamber 18 are closed. FIG. 3C shows an example in which N = 2 and both ends in the longitudinal direction of the liquid column resonance liquid chamber 18 are open, and FIG. , N = 3, where one of the longitudinal ends of the liquid column resonance liquid chamber 18 is open and the other is closed.
また、図4(a)〜(c)は、N=4、5の場合において、液柱共鳴液室18内の液体に生じる速度分布と圧力分布の定在波の様子を説明するための説明図である。
ただし、図4(a)は、N=4の場合であって、液柱共鳴液室18の長手方向両端部がいずれも閉じた状態である場合の例であり、図4(b)は、N=4の場合であって、液柱共鳴液室18の長手方向両端部がいずれも開放された状態である場合の例であり、図4(c)は、N=5の場合であって、液柱共鳴液室18の長手方向両端部の一方が開放された状態で、他方が閉じた状態である場合の例である。
FIGS. 4A to 4C are diagrams for explaining the standing wave of the velocity distribution and pressure distribution generated in the liquid in the liquid column resonance liquid chamber 18 when N = 4 and 5. FIG.
However, FIG. 4A is an example in the case where N = 4 and both ends in the longitudinal direction of the liquid column resonance liquid chamber 18 are closed, and FIG. FIG. 4C shows an example in which N = 4 and both ends in the longitudinal direction of the liquid column resonance liquid chamber 18 are open. FIG. 4C shows the case where N = 5. This is an example in which one end of both ends in the longitudinal direction of the liquid column resonance liquid chamber 18 is open and the other is closed.
図3及び図4において、実線が速度の定在波、点線が圧力の定在波である。また、液柱共鳴液室18内の液体に生じる波は実際には疎密波(縦波)であるが、図3及び図4では、これを正弦波(余弦波)の形で表記している。例えば、図3(a)の速度分布を見ると、閉じている閉口側壁部で速度分布の振幅がゼロとなり、開口している開口側壁部で振幅が最大となることが直感的に理解でき、わかりやすいので、ここでは正弦波表記とした。なお、長手方向両側壁部の開閉状態(開放端と固定端との組み合わせパターン)によって定在波パターンは異なるため、図3及び図4では、説明のため、本実施形態の液柱共鳴液室18とは整合しない開放端と固定端との組み合わせパターンも併記した。 3 and 4, the solid line represents the velocity standing wave, and the dotted line represents the pressure standing wave. In addition, the wave generated in the liquid in the liquid column resonance liquid chamber 18 is actually a sparse wave (longitudinal wave), but in FIG. 3 and FIG. 4, this is expressed in the form of a sine wave (cosine wave). . For example, looking at the velocity distribution in FIG. 3 (a), it can be intuitively understood that the amplitude of the velocity distribution becomes zero at the closed closed side wall, and the amplitude becomes maximum at the opened side wall portion, Since it is easy to understand, sine wave notation is used here. Since the standing wave pattern varies depending on the open / closed state of the both side walls in the longitudinal direction (combination pattern of the open end and the fixed end), in FIGS. 3 and 4, the liquid column resonance liquid chamber of the present embodiment is used for explanation. The combination pattern of the open end and the fixed end that do not match 18 is also shown.
詳しくは後述するが、吐出孔19の開口や、液柱共鳴液室18と液共通供給路17とを連通させる連通路の開口の状態によって、端部条件が決まる。音響学においては、開放端(開口端)では、長手方向の媒質(液)の移動速度が極大となり、圧力はゼロとなる。一方、固定端(閉口端)においては、逆に媒質の移動速度がゼロとなり、圧力が極大となる。固定端(閉口端)は音響的に硬い壁として考え、波が完全に反射することを前提に、端部が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3及び図4に示したような定在波が発生するものと考える。本実施形態の液柱共鳴液室18のように吐出孔19や連通路などの開口が存在していると、その吐出孔19の数や吐出孔19の位置、連通路の大きさや位置などによっても、定在波パターンが変動する。そのため、上記式(3)から求められる理想の共鳴周波数からズレた位置に実際の共鳴周波数が現れる。ただし、このようなズレがあっても、実際の吐出状況を確認しながら駆動周波数を適宜調整すればよいので、問題ない。 As will be described in detail later, the end condition is determined by the state of the opening of the discharge hole 19 and the opening of the communication path that connects the liquid column resonance liquid chamber 18 and the liquid common supply path 17. In acoustics, at the open end (open end), the moving speed of the medium (liquid) in the longitudinal direction is maximum, and the pressure is zero. On the other hand, at the fixed end (closed end), on the contrary, the moving speed of the medium becomes zero and the pressure becomes maximum. The fixed end (closed end) is considered as an acoustically hard wall, and on the assumption that the wave is completely reflected, if the end is ideally completely closed or open, the wave superposition is shown in FIG. It is assumed that a standing wave as shown in FIG. 4 is generated. If there are openings such as the discharge holes 19 and the communication passages as in the liquid column resonance liquid chamber 18 of the present embodiment, the number of the discharge holes 19, the positions of the discharge holes 19, the size and position of the communication passages, and the like. However, the standing wave pattern fluctuates. Therefore, the actual resonance frequency appears at a position shifted from the ideal resonance frequency obtained from the above equation (3). However, even if there is such a shift, there is no problem because the drive frequency may be adjusted as appropriate while confirming the actual discharge state.
液体の音速cとして1200[m/s]を用い、液柱共鳴液室18の長手方向長さLが1.85[mm]であって、長手方向両端に壁部が存在し、両端が固定端であるモデルと等価のN=2の共鳴モードの場合、上記式(2)より、液柱共鳴液室18内の液体に最も効率に液柱共鳴を生じさせる理想の共鳴周波数は324[kHz]と導かれる。一方、液体の音速cとして1200[m/s]を用い、液柱共鳴液室18の長手方向長さLが1.85[mm]であって、両端に壁部が存在し、両端が固定端であるモデルと等価のN=4の共鳴モードの場合、上記式(2)より、液柱共鳴液室18内の液体に最も効率に液柱共鳴を生じさせる理想の共鳴周波数は648[kHz]と導かれる。このように、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可能である。 1200 [m / s] is used as the sound velocity c of the liquid, the longitudinal length L of the liquid column resonance liquid chamber 18 is 1.85 [mm], walls are present at both ends in the longitudinal direction, and both ends are fixed. In the case of N = 2 resonance mode equivalent to the end model, the ideal resonance frequency for causing liquid column resonance most efficiently in the liquid in the liquid column resonance liquid chamber 18 is 324 [kHz] from the above equation (2). ]. On the other hand, 1200 [m / s] is used as the sound velocity c of the liquid, the longitudinal length L of the liquid column resonance liquid chamber 18 is 1.85 [mm], walls are present at both ends, and both ends are fixed. In the case of N = 4 resonance mode equivalent to the end model, from the above equation (2), the ideal resonance frequency that causes the liquid column resonance in the liquid in the liquid column resonance liquid chamber 18 most efficiently is 648 [kHz. ]. Thus, higher-order resonance can be used also in the liquid column resonance liquid chamber 18 having the same configuration.
本実施形態の液柱共鳴液室18では、長手方向両端が閉口端と等価になるような構成であるか、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構成であることが、共鳴周波数を高めるためには好ましいが、それに限らず、例えば長手方向両端が開放端と等価になるような構成を採用してもよい。ここでの吐出孔19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。本実施形態の液柱共鳴液室18に設けられる吐出孔19は、図1に示すように、その全体が長手方向一端側(液共通供給路17とは逆側)に寄せて配置されている。このため、当該一端側は、吐出孔19の開口の影響により開放端(開口端)とみなすこともできる。その結果、図3(b)や図4(a)のような液柱共鳴液室18の長手方向両端壁部を閉口端と等価な構成とする場合、両端が固定端である共鳴モードだけでなく、一端が開放端で他端が固定端である共鳴モードも利用することが可能である。 The liquid column resonance liquid chamber 18 of the present embodiment has a configuration in which both ends in the longitudinal direction are equivalent to the closed end, or can be described as an acoustically soft wall due to the opening of the discharge hole 19. Although it is preferable for increasing the resonance frequency, the present invention is not limited to this, and for example, a configuration in which both ends in the longitudinal direction are equivalent to the open ends may be employed. The influence of the opening of the discharge hole 19 here means that the acoustic impedance is reduced, and in particular, the compliance component is increased. As shown in FIG. 1, the discharge hole 19 provided in the liquid column resonance liquid chamber 18 of the present embodiment is arranged so as to be close to one end side in the longitudinal direction (the side opposite to the liquid common supply path 17). . For this reason, the one end side can be regarded as an open end (open end) due to the influence of the opening of the discharge hole 19. As a result, when the longitudinal both end walls of the liquid column resonance liquid chamber 18 as shown in FIGS. 3B and 4A are configured to be equivalent to closed ends, only the resonance mode in which both ends are fixed ends is used. It is also possible to use a resonance mode in which one end is an open end and the other end is a fixed end.
また、吐出孔19の数、吐出孔19の配置、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の配置を長手方向一端側へ寄せるほど、当該長手方向端部において液柱共鳴液室18の壁部による拘束が緩くなる。よって、吐出孔19の配置を長手方向一端側へ寄せるほど、当該長手方向端部がほぼ開口端に近い状態になり、駆動周波数が高くなるように変更される。また、例えば、吐出孔19の数を多くすると、吐出孔19の配置が寄せられた長手方向一端において液柱共鳴液室18の壁部による拘束が緩くなり、当該長手方向端部がほぼ開口端に近い状態になって駆動周波数が高くなるように変更される。そのほかにも、例えば、吐出孔19の断面形状を変更したり、吐出孔19の寸法を変更したりする場合にも、駆動周波数を変更する必要がある。 In addition, the number of ejection holes 19, the arrangement of the ejection holes 19, and the cross-sectional shape of the ejection holes 19 are factors that determine the driving frequency, and the driving frequency can be appropriately determined according to this. For example, the closer the arrangement of the discharge holes 19 is to the one end side in the longitudinal direction, the more restrained the wall portion of the liquid column resonance liquid chamber 18 becomes at the end portion in the longitudinal direction. Therefore, as the arrangement of the discharge holes 19 is moved closer to one end in the longitudinal direction, the end in the longitudinal direction is almost close to the opening end, and the drive frequency is changed. Further, for example, when the number of the discharge holes 19 is increased, the restriction by the wall portion of the liquid column resonance liquid chamber 18 becomes loose at one end in the longitudinal direction where the arrangement of the discharge holes 19 is approached, and the end in the longitudinal direction is almost the open end. It is changed so that the drive frequency becomes high in a state close to. In addition, for example, when the cross-sectional shape of the discharge hole 19 is changed or the dimension of the discharge hole 19 is changed, the drive frequency needs to be changed.
このように決定される駆動周波数で振動発生手段20に交流電圧を与えたとき、その電圧変動に応じて振動発生手段20の圧電体20aが変形し、これにより弾性板20bが変位する。その結果、駆動周波数に対応した振動が液柱共鳴液室18内の液体に加えられ、液柱共鳴液室18内の液体には液柱共鳴定在波が発生する。ただし、液柱共鳴定在波が最も効率よく発生する駆動周波数の近い周波数であれば、液柱共鳴定在波は発生する。具体的には、液共通供給路17側の長手方向壁部と液共通供給路17に最も近くに配置された吐出孔との距離をLeとしたとき、このLeと液柱共鳴液室の長手方向両壁部間の長さLとを用いて、液柱共鳴定在波を発生させる駆動周波数fの範囲は、例えば、下記の式(4)及び(5)によって定義することができる。これらの式(4)及び(5)によって決定される範囲内の駆動周波数fを主成分とした駆動波形を用いて振動発生手段20を振動させることで、液柱共鳴を誘起して液滴を吐出孔19から適切に吐出することが可能である。ただし、LとLeとの比がLe/L>0.6であることが好ましい。
N×c/(4L) ≦ f ≦ N×c/(4Le) ・・・(4)
N×c/(4L) ≦ f ≦ (N+1)×c/(4Le) ・・・(5)
When an AC voltage is applied to the vibration generating means 20 at the drive frequency determined in this way, the piezoelectric body 20a of the vibration generating means 20 is deformed according to the voltage fluctuation, and thereby the elastic plate 20b is displaced. As a result, vibration corresponding to the driving frequency is applied to the liquid in the liquid column resonance liquid chamber 18, and a liquid column resonance standing wave is generated in the liquid in the liquid column resonance liquid chamber 18. However, if the liquid column resonance standing wave has a frequency close to the drive frequency at which it is most efficiently generated, the liquid column resonance standing wave is generated. Specifically, when the distance between the longitudinal wall on the liquid common supply path 17 side and the discharge hole arranged closest to the liquid common supply path 17 is Le, the length of the liquid column resonance liquid chamber is defined as Le. The range of the driving frequency f for generating the liquid column resonance standing wave using the length L between the directional walls can be defined by, for example, the following equations (4) and (5). By vibrating the vibration generating means 20 using a drive waveform whose main component is the drive frequency f within the range determined by these formulas (4) and (5), a liquid column resonance is induced to cause a droplet to It is possible to discharge appropriately from the discharge hole 19. However, the ratio of L to Le is preferably Le / L> 0.6.
N × c / (4L) ≦ f ≦ N × c / (4Le) (4)
N × c / (4L) ≦ f ≦ (N + 1) × c / (4Le) (5)
以上説明した液柱共鳴現象の原理を用いて、本実施形態では、図1に示す液柱共鳴液室18において液柱共鳴圧力定在波を形成し、液柱共鳴液室18に配置された吐出孔19から連続的な液滴吐出を生じさせるのである。そのため、圧力の定在波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、駆動電圧をより低く抑えることができる点で好ましい。 Using the principle of the liquid column resonance phenomenon described above, in this embodiment, a liquid column resonance pressure standing wave is formed in the liquid column resonance liquid chamber 18 shown in FIG. The continuous droplet discharge is caused from the discharge hole 19. Therefore, it is preferable to dispose the discharge hole 19 at a position where the standing wave of the pressure fluctuates the most, because the discharge efficiency is increased and the driving voltage can be further suppressed.
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、上述したように1つの液柱共鳴液室18に対して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個を超えると、それぞれの吐出孔19から液滴を適切に吐出させようとすると、振動発生手段20に与える駆動電圧を高く設定する必要が生じ、振動発生手段20の圧電体20aの挙動が不安定となりやすい。 Further, although one discharge hole 19 may be provided for one liquid column resonance liquid chamber 18, it is preferable to arrange a plurality of discharge holes 19 for one liquid column resonance liquid chamber 18 from the viewpoint of productivity. Specifically, it is preferably between 2 and 100. When the number exceeds 100, if the droplets are appropriately discharged from the respective discharge holes 19, it is necessary to set a high drive voltage to the vibration generating means 20, and the behavior of the piezoelectric body 20a of the vibration generating means 20 is changed. Prone to instability.
また、1つの液柱共鳴液室18に対して複数の吐出孔19を形成する場合、吐出孔間のピッチは、20[μm]以上であるのが好ましい。吐出孔間のピッチが20[μm]より小さい場合、隣り合う吐出孔からそれぞれ吐出された液滴同士が接触して大きな液滴となってしまう確率が高くなり、トナーの粒径分布が悪化する可能性が高まるからである。 When a plurality of discharge holes 19 are formed for one liquid column resonance liquid chamber 18, the pitch between the discharge holes is preferably 20 [μm] or more. When the pitch between the discharge holes is smaller than 20 [μm], there is a high probability that the liquid droplets discharged from the adjacent discharge holes come into contact with each other to form large liquid droplets, and the toner particle size distribution deteriorates. This is because the possibility increases.
次に、液柱共鳴液滴形成ユニット10における液滴吐出部11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説明する。
図5(a)〜(d)は、液柱共鳴液室18で生じる液柱共鳴現象の様子を模式的に表した説明図である。
図5における液柱共鳴液室18内に記した実線は、液柱共鳴液室18の長手方向の任意の測定位置における速度をプロットして得た速度分布を示すものであり、図中左側の閉口側壁部側から図中右側の開口側壁部へ向かう方向をプラスとし、その逆方向をマイナスとしている。また、図5における液柱共鳴液室18内に記した点線は、液柱共鳴液室18の長手方向の任意の測定位置における圧力値をプロットして得た圧力分布を示すものであり、大気圧に対して正圧をプラスとし、負圧をマイナスとしている。
Next, the state of the liquid column resonance phenomenon that occurs in the liquid column resonance liquid chamber 18 in the droplet discharge section 11 in the liquid column resonance droplet forming unit 10 will be described.
FIGS. 5A to 5D are explanatory views schematically showing the state of the liquid column resonance phenomenon that occurs in the liquid column resonance liquid chamber 18.
5 indicates the velocity distribution obtained by plotting the velocity at an arbitrary measurement position in the longitudinal direction of the liquid column resonance liquid chamber 18. The direction from the closed side wall portion side to the opening side wall portion on the right side in the figure is positive, and the opposite direction is negative. Further, the dotted line shown in the liquid column resonance liquid chamber 18 in FIG. 5 indicates the pressure distribution obtained by plotting the pressure value at an arbitrary measurement position in the longitudinal direction of the liquid column resonance liquid chamber 18. Positive pressure is positive with respect to atmospheric pressure, negative pressure is negative.
本実施形態において、図1に示したように、液滴吐出部11内の液柱共鳴液室18の底面から、液共通供給路17と連通する連通路の下端までの高さh1(=約80[μm])は、連通口の高さh2(=約40[μm])の約2倍に設定されている。そのため、本実施形態の液柱共鳴液室18は、長手方向両端がほぼ固定端であるのと近似的に考えることができる。図5(a)〜(d)は、このような考えの下で、速度分布及び圧力分布の時間的な変化を示している。 In the present embodiment, as shown in FIG. 1, the height h <b> 1 (= about) from the bottom surface of the liquid column resonance liquid chamber 18 in the droplet discharge unit 11 to the lower end of the communication path communicating with the liquid common supply path 17. 80 [μm]) is set to about twice the height h2 (= about 40 [μm]) of the communication port. Therefore, the liquid column resonance liquid chamber 18 of the present embodiment can be approximately considered that both ends in the longitudinal direction are substantially fixed ends. 5A to 5D show temporal changes in the velocity distribution and the pressure distribution under such a concept.
図5(a)は、液滴吐出時における液柱共鳴液室18内の圧力波形と速度波形を示している。このとき、液柱共鳴液室18内における閉口側壁部側の液体部分、すなわち、吐出孔19が設けられている液室領域内の液体部分(吐出孔付近の液体)は、圧力が極大となる。これにより、メニスカス圧が増大して各吐出孔19から液体が迫り出す。その後、図5(b)に示すように、吐出孔19付近の液体の圧力は小さくなり、負圧の方向へと移行することで、吐出孔19から液滴21が吐出される。 FIG. 5A shows a pressure waveform and a velocity waveform in the liquid column resonance liquid chamber 18 at the time of droplet discharge. At this time, the liquid portion on the closed side wall portion side in the liquid column resonance liquid chamber 18, that is, the liquid portion in the liquid chamber region where the discharge hole 19 is provided (liquid in the vicinity of the discharge hole) has a maximum pressure. . As a result, the meniscus pressure increases, and the liquid comes out from each discharge hole 19. Thereafter, as shown in FIG. 5B, the pressure of the liquid near the discharge hole 19 decreases, and the liquid droplet 21 is discharged from the discharge hole 19 by shifting in the negative pressure direction.
その後、図5(c)に示すように、吐出孔19付近の液体の圧力は極小になる。このときから、液共通供給路17から液柱共鳴液室18へのトナー成分液14の補充が始まる。そして、図5(d)に示すように、吐出孔19付近の液体の圧力は、今度は徐々に大きくなり、正圧の方向へと移行する。この時点で、トナー成分液14の補充が終了し、再び、液柱共鳴液室18の吐出孔19付近の液体の圧力は、図5(a)に示すように、その圧力が極大となる。 Thereafter, as shown in FIG. 5C, the pressure of the liquid in the vicinity of the discharge hole 19 becomes minimum. From this time, replenishment of the toner component liquid 14 from the liquid common supply path 17 to the liquid column resonance liquid chamber 18 starts. Then, as shown in FIG. 5D, the pressure of the liquid in the vicinity of the discharge hole 19 gradually increases and shifts in the positive pressure direction. At this time, the replenishment of the toner component liquid 14 is completed, and the pressure of the liquid near the discharge hole 19 of the liquid column resonance liquid chamber 18 becomes the maximum again as shown in FIG.
このように、液柱共鳴液室18内における吐出孔19付近の液体には、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する。そして、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箇所に吐出孔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。 Thus, a standing wave due to liquid column resonance is generated in the liquid near the discharge hole 19 in the liquid column resonance liquid chamber 18 by the high frequency driving of the vibration generating means 20. And since the discharge hole 19 is arrange | positioned in the location equivalent to the antinode of the standing wave by liquid column resonance used as the position where a pressure fluctuates the most, the droplet 21 is discharged to the discharge hole 19 according to the period of the antinode. Are continuously discharged.
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2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340[kHz]のサイン波で行った吐出をレーザーシャドウグラフィ法にて撮影した様子を図6に示す。同図からわかるように、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る。また、図7は駆動周波数290[kHz]〜395[kHz]の同一振幅サイン波にて駆動した際の液滴速度周波数特性を示す特性図である。同図からわかるように、第一〜第四のノズルにおいて駆動周波数が340[kHz]付近では各ノズル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る。この特性結果から、液柱共鳴周波数の第二モードである340[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していることがわかる。また、図8の特性結果から、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340[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ことがわかる。 Next, an example of a configuration in which droplets are actually ejected by the liquid column resonance phenomenon will be described. This example is a resonance mode in which the length L between both ends in the longitudinal direction of the liquid column resonance liquid chamber 18 in FIG. 2 is 1.85 [mm] and N = 2, and the first to fourth discharge holes are provided. FIG. 6 shows a state in which a discharge hole is arranged at the antinode of the N = 2 mode pressure standing wave and a discharge performed with a sine wave having a drive frequency of 340 [kHz] is photographed by a laser shadowgraphy method. As can be seen from the figure, it is possible to discharge droplets having a uniform diameter and a substantially uniform speed. FIG. 7 is a characteristic diagram showing droplet velocity frequency characteristics when driven by the same amplitude sine wave with a drive frequency of 290 [kHz] to 395 [kHz]. As can be seen from the figure, in the first to fourth nozzles, the discharge speed from each nozzle is uniform and the maximum discharge speed when the drive frequency is around 340 [kHz]. From this characteristic result, it can be seen that, in the second mode of the liquid column resonance frequency, 340 [kHz], uniform discharge is realized at the antinode position of the liquid column resonance standing wave. Further, from the characteristic results of FIG. 8, the droplet is between the droplet discharge speed peak at 130 [kHz] which is the first mode and the droplet discharge speed peak at 340 [kHz] which is the second mode. It can be seen that the characteristic frequency characteristic of the liquid column resonance standing wave of the liquid column resonance that does not discharge is generated in the liquid column resonance liquid chamber.
次に、膜振動タイプの液滴吐出手段として、間接振動型吐出手段と直接振動型吐出手段について概説する。
図8は間接振動型吐出手段の構成を示す概略断面図である。同図において、図1と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。同図に示す間接振動型吐出手段100は、複数の吐出孔19が形成された薄膜101と、この薄膜101を振動させる機械的振動手段102と、薄膜101と機械的振動手段102との間にトナー組成液14を供給する液流路7を形成するフレーム103とを備えている。トナー組成液14は図示されない原料収容器から液循環ポンプによって液供給管を通ってトナー組成液供給口6から供給され、液流路7を通り、トナー組成液排出口8から排出され、図示されない液戻り管を通って再び原料収容器に戻る。
Next, an indirect vibration type discharge means and a direct vibration type discharge means will be outlined as film vibration type droplet discharge means.
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the indirect vibration type discharge means. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same components. The indirect vibration type discharge means 100 shown in the figure includes a thin film 101 in which a plurality of discharge holes 19 are formed, a mechanical vibration means 102 that vibrates the thin film 101, and between the thin film 101 and the mechanical vibration means 102. And a frame 103 that forms a liquid flow path 7 for supplying the toner composition liquid 14. The toner composition liquid 14 is supplied from a raw material container (not shown) through a liquid supply pipe by a liquid circulation pump from the toner composition liquid supply port 6, passes through the liquid flow path 7, and is discharged from the toner composition liquid discharge port 8. It returns to the raw material container again through the liquid return pipe.
複数の吐出孔19を有する薄膜101は、機械的振動手段102の振動面104に対して平行に設置されて、薄膜101の一部がフレーム103に接合固定されている。これにより、機械的振動手段102の振動方向とは実質的に垂直な位置関係となる。機械的振動手段102の振動発生手段20の上下面に電圧信号が付与されるように駆動回路105が設けられている。そして、駆動信号発生源106からの信号が振動発生手段20に付与されて機械的振動に変換される。電気信号を与える回路としては、表面を絶縁被覆されたリード線が適している。また、機械的振動手段102は後述する各種ホーン型振動子、ボルト締めランジュバン型振動子など、振動振幅の大きな素子を用いることが、効率的かつ安定なトナー生産には好適である。 The thin film 101 having a plurality of discharge holes 19 is installed in parallel to the vibration surface 104 of the mechanical vibration means 102, and a part of the thin film 101 is bonded and fixed to the frame 103. Thereby, the positional relationship is substantially perpendicular to the vibration direction of the mechanical vibration means 102. A drive circuit 105 is provided so that a voltage signal is applied to the upper and lower surfaces of the vibration generating means 20 of the mechanical vibration means 102. Then, a signal from the drive signal generation source 106 is applied to the vibration generating means 20 and converted into mechanical vibration. As a circuit for supplying an electric signal, a lead wire having an insulating coating on the surface is suitable. In addition, it is suitable for efficient and stable toner production that the mechanical vibration means 102 uses elements having a large vibration amplitude such as various horn type vibrators and bolted Langevin type vibrators described later.
また、機械的振動手段102は、振動を発生する振動発生手段20と、この振動発生手段20で発生した振動を増幅する振動増幅手段107とで構成されている。駆動信号発生源106から所要周波数の駆動電圧(駆動信号)が振動発生手段20の電極109間に印加されることによって、振動発生手段20に振動が励起される。この振動が振動増幅手段107で増幅され、薄膜101と平行に配置される振動面104が周期的に振動する。これにより、この振動面104の振動による周期的な圧力によって薄膜101が所要周波数で振動する。なお、図8の振動発生手段20は1つの振動発生部材108を電極109で挟んでいる構成になっているが、これを複数重ねた構造となっていても構わない。 The mechanical vibration unit 102 includes a vibration generation unit 20 that generates vibration and a vibration amplification unit 107 that amplifies the vibration generated by the vibration generation unit 20. When a drive voltage (drive signal) having a required frequency is applied between the electrodes 109 of the vibration generating means 20 from the drive signal generating source 106, vibration is excited in the vibration generating means 20. This vibration is amplified by the vibration amplification means 107, and the vibration surface 104 arranged in parallel with the thin film 101 vibrates periodically. As a result, the thin film 101 vibrates at a required frequency due to the periodic pressure caused by the vibration of the vibration surface 104. 8 has a structure in which one vibration generating member 108 is sandwiched between electrodes 109, but a plurality of the members may be stacked.
この振動発生手段20としては、薄膜101に対して確実な縦振動を一定の周波数で与えることができるものであれば特に制限はなく、適宜選択して使用することができる。しかし、薄膜101を振動させることから、振動発生手段20の振動発生部材108にはバイモルフ型のたわみ振動の励起される圧電体が好ましい。圧電体は、電気的エネルギーを機械的エネルギーに変換する機能を有する。具体的には、電圧を印加することにより、たわみ振動が励起され、薄膜101を振動させることが可能となる。 The vibration generating means 20 is not particularly limited as long as it can apply a certain longitudinal vibration to the thin film 101 at a constant frequency, and can be appropriately selected and used. However, since the thin film 101 is vibrated, the vibration generating member 108 of the vibration generating means 20 is preferably a piezoelectric body in which bimorph type flexural vibration is excited. The piezoelectric body has a function of converting electrical energy into mechanical energy. Specifically, by applying a voltage, flexural vibration is excited and the thin film 101 can be vibrated.
撓み振動は、図10に示すように、薄膜101の中心で変位ΔLが最大(ΔLmax)となる断面形状となり、振動方向に周期的に上下振動する。薄膜101が周期的に上下振動することで吐出孔19からトナー液滴21が周期的に吐出することとなる。トナー液滴21が吐出できる薄膜101の速度範囲は図10のような関係があり、吐出可能な面積範囲は限られるため、この面積範囲に吐出孔19を形成することが望ましい。吐出孔19は図9に示すように薄膜101の中心部に配置されている。 As shown in FIG. 10, the bending vibration has a cross-sectional shape in which the displacement ΔL is maximum (ΔLmax) at the center of the thin film 101, and periodically vibrates in the vibration direction. As the thin film 101 periodically vibrates up and down, the toner droplets 21 are periodically ejected from the ejection holes 19. The speed range of the thin film 101 from which the toner droplets 21 can be ejected has a relationship as shown in FIG. 10, and the area range that can be ejected is limited, so it is desirable to form the ejection holes 19 in this area range. As shown in FIG. 9, the discharge hole 19 is disposed at the center of the thin film 101.
振動発生手段20を構成する振動発生部材108の圧電体としては、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為、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、LiNbO3、LiTaO3、KNbO3、等の単結晶などが挙げられる。 Examples of the piezoelectric body of the vibration generating member 108 that constitutes the vibration generating means 20 include piezoelectric ceramics such as lead zirconate titanate (PZT). There are many. In addition, piezoelectric polymers such as polyvinylidene fluoride (PVDF), single crystals such as quartz, LiNbO 3 , LiTaO 3 , KNbO 3 , and the like can be given.
機械的振動手段102は、吐出孔19を有する薄膜101に対して垂直方向の振動を与えるものであれば、どのような配置でもよいが、振動面104と薄膜101とは平行に配置される。 The mechanical vibration means 102 may be arranged in any way as long as it gives vibration in the vertical direction to the thin film 101 having the discharge holes 19, but the vibration surface 104 and the thin film 101 are arranged in parallel.
図示した例では振動発生手段20と振動増幅手段107で構成される機械的振動手段102としてホーン型振動子を用いている。このホーン型振動子は、圧電素子などの振動発生手段20の振幅を振動増幅手段107で増幅することができるため、機械的振動を発生する振動発生手段20自体は小さな振動でよく、機械的負荷が軽減するために生産装置としての長寿命化につながる。ホーン型振動子としては、公知の代表的なホーン形状でよく。目的に合わせて適宜形状を選択することができる。また、振動発生手段20としては、特に高強度なボルト締めランジュバン型振動子を用いることもできる。このボルト締めランジュバン型振動子は圧電セラミックスが機械的に結合されており、高振幅励振時に破損することがない。 In the illustrated example, a horn type vibrator is used as the mechanical vibration means 102 including the vibration generation means 20 and the vibration amplification means 107. Since this horn type vibrator can amplify the amplitude of the vibration generating means 20 such as a piezoelectric element by the vibration amplifying means 107, the vibration generating means 20 itself for generating mechanical vibration may be a small vibration and a mechanical load. Therefore, it will lead to longer life as a production device. As the horn type vibrator, a known typical horn shape may be used. The shape can be appropriately selected according to the purpose. Further, as the vibration generating means 20, a particularly high-strength bolted Langevin type vibrator can be used. This bolted Langevin type vibrator is mechanically coupled with piezoelectric ceramics and will not be damaged during high amplitude excitation.
機械的振動手段102の大きさは、発振振動数の減少に伴い大きくなることが一般的であり、必要な周波数に応じて、適宜振動手段に直接穴あけ加工を施し貯留部を設けることができる。また、貯留部全体を効率的に振動させることも可能である。 The size of the mechanical vibration means 102 is generally increased as the oscillation frequency is decreased. Depending on the required frequency, the vibration means can be directly drilled to provide a reservoir. It is also possible to vibrate the entire storage part efficiently.
図11は直接振動型吐出手段の構成を示す概略断面図である。同図において、図8と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。同図に示す直接振動型吐出手段200は、少なくともトナー液滴21を吐出させる吐出孔19を備えた薄膜101と、薄膜101を振動させるための円環状振動発生手段201と、トナー組成液14を供給する流路7を設けたフレーム103とを備えている。トナー組成液14は図示されない原料収容器から液循環ポンプによって液供給管を通ってトナー組成液供給口6から供給される。そして、トナー組成液14は流路7を通り、トナー組成液排出口8から排出され、図示されない液戻り管を通って再び原料収容器に戻る。 FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the direct vibration type discharge means. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 8 denote the same components. The direct vibration type discharge means 200 shown in the figure includes a thin film 101 provided with at least a discharge hole 19 for discharging a toner droplet 21, an annular vibration generating means 201 for vibrating the thin film 101, and a toner composition liquid 14. And a frame 103 provided with a flow path 7 to be supplied. The toner composition liquid 14 is supplied from a raw material container (not shown) through a liquid supply pipe by a liquid circulation pump from the toner composition liquid supply port 6. The toner composition liquid 14 passes through the flow path 7, is discharged from the toner composition liquid discharge port 8, and returns to the raw material container again through a liquid return pipe (not shown).
薄膜101は、外周部をフレーム103に接合固定している。円環状振動発生手段201は、この薄膜101の吐出孔19を設けた領域の周囲に配されている。この円環状振動発生手段201は、円環状圧電体202と電極109によって構成されている。電極109に駆動回路105を通じて駆動信号発生源106から所要周波数の駆動電圧(駆動信号)が印加される。これにより、例えば撓み振動を発生する。円環状圧電体202の種類や電極109は間接振動型吐出手段100で用いるものと同じものを用いることができる。 The thin film 101 is bonded and fixed to the frame 103 at the outer periphery. The annular vibration generating means 201 is arranged around the area where the discharge holes 19 of the thin film 101 are provided. The annular vibration generating means 201 includes an annular piezoelectric body 202 and an electrode 109. A drive voltage (drive signal) having a required frequency is applied to the electrode 109 from the drive signal generation source 106 through the drive circuit 105. Thereby, for example, bending vibration is generated. As the kind of the annular piezoelectric body 202 and the electrode 109, the same one as that used in the indirect vibration type ejection unit 100 can be used.
撓み振動は間接振動型吐出手段100と同様に、図10のように薄膜の中心で変位ΔLが最大(ΔLmax)となる断面形状となり、振動方向に周期的に上下振動する。膜が周期的に上下振動することで吐出孔19からトナー液滴21が周期的に吐出される。トナー液滴21が吐出できる薄膜101の速度範囲は図10のような関係があり、吐出可能な面積範囲は限られるため、この面積範囲に吐出孔19を形成することが望ましい。吐出孔19は図12に示すように薄膜101及び円環状振動手段201の中心部に配置されている。 Similar to the indirect vibration type ejection means 100, the bending vibration has a cross-sectional shape in which the displacement ΔL is maximum (ΔLmax) at the center of the thin film as shown in FIG. 10, and periodically vibrates in the vibration direction. The toner droplets 21 are periodically ejected from the ejection holes 19 by periodically vibrating the film. The speed range of the thin film 101 from which the toner droplets 21 can be ejected has a relationship as shown in FIG. 10, and the area range that can be ejected is limited, so it is desirable to form the ejection holes 19 in this area range. As shown in FIG. 12, the discharge hole 19 is disposed at the center of the thin film 101 and the annular vibration means 201.
次に、間接振動型液滴吐出手段100及び直接振動型液滴吐出手段200による液滴形成のメカニズムについて概説する。
上述したような、いずれの液滴吐出手段によれば、流路7に臨む複数の吐出孔19を有する薄膜101に振動発生手段によって発生した振動を伝播させて、薄膜101を周期的に振動させる。そして、比較的大面積の領域に複数の吐出孔19を配置し、それら複数の吐出孔19より液滴を周期的に、安定に形成して放出することができる。
Next, the mechanism of droplet formation by the indirect vibration type droplet discharge means 100 and the direct vibration type droplet discharge means 200 will be outlined.
According to any of the droplet discharge means as described above, the thin film 101 having a plurality of discharge holes 19 facing the flow path 7 is propagated to the thin film 101 to vibrate the thin film 101 periodically. . A plurality of discharge holes 19 are arranged in a relatively large area, and droplets can be periodically formed and discharged stably from the plurality of discharge holes 19.
円形薄膜の振動により、円形膜各所に設けられたノズル近傍の液体には、膜の振動速度Vmに比例した音圧Pacが発生する。音圧は、媒質(トナー組成液)の放射インピーダンスZrの反作用として生じることが知られており、音圧は、放射インピーダンスと膜振動速度Vmの積で下記式(6)の方程式を用いて表される。
Pac(r,t)=Zr・Vm(r,t) ・・・(式6)
膜の振動速度Vmは時間とともに周期的に変動しているため時間(t)の関数であり、例えばサイン波形、矩形波形など、様々な周期変動を形成することが可能である。また、前述のとおり膜の各所で振動方向の振動変位は異なっており、Vmは、膜上の位置座標の関数でもある。ここで用いられる膜の振動形態は、上述のとおり軸対象である。したがって、実質的には半径(r)座標の関数となる。
Due to the vibration of the circular thin film, a sound pressure Pac proportional to the vibration speed Vm of the film is generated in the liquid in the vicinity of the nozzles provided in the circular film. It is known that the sound pressure is generated as a reaction of the radiation impedance Zr of the medium (toner composition liquid), and the sound pressure is a product of the radiation impedance and the membrane vibration velocity Vm using the equation (6) below. Is done.
Pac (r, t) = Zr · Vm (r, t) (Formula 6)
Since the vibration velocity Vm of the film varies periodically with time, it is a function of time (t), and various periodic variations such as a sine waveform and a rectangular waveform can be formed. Further, as described above, the vibration displacement in the vibration direction is different in each part of the film, and Vm is also a function of the position coordinates on the film. As described above, the vibration mode of the film used here is an axial object. Therefore, it is substantially a function of the radius (r) coordinate.
以上のように、分布を持った膜の振動変位速度に対して、それに比例する音圧が発生し、音圧の周期的変化に対応してトナー組成液が、気相へ吐出される。気相へ周期的に排出されたトナー組成液は、液相と気相との表面張力差によって球体を形成するため、液滴化が周期的に発生する。 As described above, a sound pressure proportional to the vibration displacement speed of the distributed film is generated, and the toner composition liquid is discharged into the gas phase in response to the periodic change of the sound pressure. Since the toner composition liquid periodically discharged to the gas phase forms a sphere due to a difference in surface tension between the liquid phase and the gas phase, droplet formation occurs periodically.
液滴化を可能とする膜の振動周波数としては20kHz〜2.0MHzの領域が用いられ、50kHz〜500kHzの範囲がより好適に用いられる。20kHz以上の振動周期であれば、液体の励振によって、トナー組成液中の顔料やワックスなどの微粒子の分散が促進される。更には、前記音圧の変位量が、10kPa以上となることによって、上述の微粒子分散促進作用がより好適に発生する。 As the vibration frequency of the film that enables droplet formation, a region of 20 kHz to 2.0 MHz is used, and a range of 50 kHz to 500 kHz is more preferably used. If the vibration period is 20 kHz or more, the dispersion of fine particles such as pigment and wax in the toner composition liquid is promoted by the excitation of the liquid. Furthermore, when the displacement amount of the sound pressure is 10 kPa or more, the above-described fine particle dispersion promoting action is more preferably generated.
(複数のノズルを有する薄膜)
吐出孔19を有する薄膜101は、先にも述べたように、トナー組成物の溶解乃至分散液を、吐出させて液滴とする部材である。この薄膜101の材質、吐出孔19の形状としては、特に制限はなく、適宜選択した形状とすることができる。例えば、薄膜101は厚み5〜500μmの金属板で形成され、かつ吐出孔19の開口径が3〜30μmであることが、吐出孔19からトナー組成液14のトナー液滴21を噴射させるときに、極めて均一な粒子径を有する微小液滴を発生させる観点から好ましい。なお、吐出孔19の開口径は、真円であれば直径を意味し、楕円であれば短径を意味する。また、複数の吐出孔19の個数は、2〜3000個が好ましい。吐出孔19の断面形状は間接振動型液滴吐出手段を示す図8や直接振動型液滴吐出手段を示す図11においては吐出孔19の開口部と接液面とで大きさが変わらない形状として記載されているが、適宜断面形状を変更することができる。
(Thin film with multiple nozzles)
As described above, the thin film 101 having the discharge holes 19 is a member that discharges the dissolved or dispersed liquid of the toner composition to form droplets. There is no restriction | limiting in particular as the material of this thin film 101, and the shape of the discharge hole 19, It can be set as the shape selected suitably. For example, when the thin film 101 is formed of a metal plate having a thickness of 5 to 500 μm and the opening diameter of the discharge hole 19 is 3 to 30 μm, the toner droplet 21 of the toner composition liquid 14 is ejected from the discharge hole 19. From the viewpoint of generating fine droplets having a very uniform particle size. The opening diameter of the discharge hole 19 means a diameter if it is a perfect circle, and means a short diameter if it is an ellipse. The number of the plurality of discharge holes 19 is preferably 2 to 3000. The cross-sectional shape of the discharge hole 19 is a shape in which the size does not change between the opening of the discharge hole 19 and the liquid contact surface in FIG. 8 showing the indirect vibration type droplet discharge unit and FIG. 11 showing the direct vibration type droplet discharge unit. However, the cross-sectional shape can be changed as appropriate.
図13(a)〜(d)は、吐出孔19の断面形状として採用できる各種断面形状を例示した断面図である。
本実施形態においては、吐出孔19の断面形状が、図1に示すように、出口側に向けて径が小さくなるようなテーパー形状である場合を例示しているが、この断面形状は適宜選択することができる。図13(a)に示す吐出孔19の断面形状は、吐出孔19の入口側から出口側に向かってラウンド形状(湾曲形状)を持ちながら径が狭くなる断面形状である。この断面形状は、吐出孔19が形成される液柱共鳴液室18の底壁部を構成する吐出孔用薄膜41が振動した際、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好ましい形状である。
FIGS. 13A to 13D are cross-sectional views illustrating various cross-sectional shapes that can be adopted as the cross-sectional shape of the discharge hole 19.
In the present embodiment, the case where the cross-sectional shape of the discharge hole 19 is a tapered shape whose diameter decreases toward the outlet side as shown in FIG. 1 is illustrated, but this cross-sectional shape is appropriately selected. can do. The cross-sectional shape of the discharge hole 19 shown in FIG. 13A is a cross-sectional shape in which the diameter becomes narrower while having a round shape (curved shape) from the inlet side to the outlet side of the discharge hole 19. This cross-sectional shape maximizes the pressure applied to the liquid near the outlet of the discharge hole 19 when the discharge hole thin film 41 constituting the bottom wall portion of the liquid column resonance liquid chamber 18 in which the discharge hole 19 is formed vibrates. For this reason, it is a preferable shape for the stabilization of discharge.
図13(b)に示す吐出孔19の断面形状は、吐出孔19の入口側から出口側に向かって一定の角度を持って径が狭くなるようなテーパー形状をもった断面形状であり、本実施形態が採用しているものである。この断面形状においては、テーパー形状となっていることで、図13(a)に示した断面形状のものと同様、薄いプレート状の吐出孔用薄膜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。テーパー角24は適宜変更することができるが60°よりも大きく90°以下の範囲であるのが好ましい。ノズル角度24が60°以下の場合、液に圧力がかかりにくく、さらに薄膜41の加工も困難となるからである。一方、ノズル角度24が90°である場合、図13(c)に示したような断面形状となるが、吐出孔19の出口付近に圧力がかかりにくくなるので、テーパー角24の好適な角度範囲としては90°が最大値となる。テーパー角24が90°よりも大きいと、吐出孔19の出口付近に圧力がかからなくなるため、液滴吐出が非常に不安定化する。 The cross-sectional shape of the discharge hole 19 shown in FIG. 13 (b) is a cross-sectional shape having a taper shape with a certain angle from the inlet side to the outlet side of the discharge hole 19 and the diameter thereof being narrowed. The embodiment is employed. Since this cross-sectional shape is a taper shape, similar to the cross-sectional shape shown in FIG. 13A, the vicinity of the outlet of the discharge hole 19 when the thin plate-shaped discharge hole thin film 41 vibrates. The pressure applied to the liquid can be increased. The taper angle 24 can be appropriately changed, but is preferably in the range of more than 60 ° and not more than 90 °. This is because when the nozzle angle 24 is 60 ° or less, it is difficult for pressure to be applied to the liquid, and the processing of the thin film 41 becomes difficult. On the other hand, when the nozzle angle 24 is 90 °, the cross-sectional shape as shown in FIG. 13C is obtained, but pressure is hardly applied to the vicinity of the outlet of the discharge hole 19, and therefore a suitable angle range of the taper angle 24. As a result, 90 ° is the maximum value. If the taper angle 24 is larger than 90 °, no pressure is applied to the vicinity of the outlet of the discharge hole 19, so that the droplet discharge becomes very unstable.
図13(d)に示す吐出孔19の断面形状は、図13(a)に示した断面形状と図13(c)に示した断面形状とを組み合わせた形状である。このように段階的に断面形状を変更しても構わない。 The sectional shape of the discharge hole 19 shown in FIG. 13D is a combination of the sectional shape shown in FIG. 13A and the sectional shape shown in FIG. In this way, the cross-sectional shape may be changed step by step.
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組成液の液滴を乾燥させた後に、捕集することで本発明のトナーを得ることができる。ここでは乾燥及び捕集を行う手段について概説する。 The toner of the present invention can be obtained by drying and collecting the droplets of the toner composition liquid discharged into the gas from the droplet discharge means described above. This section outlines the means for drying and collecting.
図14はトナーの製造方法を実施する装置の一例の構成を示す概略図である。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400を含んで構成されている。液滴吐出手段2は、前述のように幾つかの方式の液滴吐出手段を適宜用いることができる。液滴吐出手段2には、トナー組成液14を収容する原料収容器13に収容されているトナー組成液14を通す液供給管16と、原料収容器13に戻す液戻り管22とが接続されている。また、液供給管16を通って原料収容器13に戻すために液供給管16内のトナー組成液14を圧送する液循環ポンプ15が連結されて、トナー組成液14を随時液滴吐出手段2に供給できる。液供給管16には圧力測定器P1が、乾燥捕集ユニットには圧力測定器P2がそれぞれ設けられている。液滴吐出手段2への送液圧力及び乾燥捕集ユニット内の圧力は圧力測定器P1、P2によって管理される。このときに、(圧力測定器P1の圧力値P1)>(圧力測定器P2の圧力値P2)の関係であると、トナー組成液14が吐出孔(図示せず)から染み出す恐れがある。逆に、圧力値P1<圧力値P2の場合には液滴吐出手段2に吐出孔から気体が入り、吐出が停止する恐れがある。そのため、圧力値P1≒圧力値P2があることが望ましい。つまり、液滴吐出手段2と気相内の圧力状態が均等に保たれていることが望ましい。 FIG. 14 is a schematic view showing the configuration of an example of an apparatus for carrying out the toner manufacturing method. The toner manufacturing apparatus 1 mainly includes a droplet discharge means 2 and a dry collection unit 400. As described above, the droplet discharge means 2 can appropriately use several types of droplet discharge means. Connected to the droplet discharge means 2 are a liquid supply pipe 16 through which the toner composition liquid 14 accommodated in the raw material container 13 that stores the toner composition liquid 14 and a liquid return pipe 22 that returns to the raw material container 13. ing. Further, a liquid circulation pump 15 for pumping the toner composition liquid 14 in the liquid supply pipe 16 to return to the raw material container 13 through the liquid supply pipe 16 is connected, so that the toner composition liquid 14 is discharged as needed from the droplet discharge means 2. Can supply. The liquid supply pipe 16 is provided with a pressure measuring device P1, and the dry collection unit is provided with a pressure measuring device P2. The liquid supply pressure to the droplet discharge means 2 and the pressure in the dry collection unit are managed by pressure measuring devices P1 and P2. At this time, if the relationship of (pressure value P1 of the pressure measuring device P1)> (pressure value P2 of the pressure measuring device P2) is satisfied, the toner composition liquid 14 may ooze out from the ejection hole (not shown). On the contrary, when the pressure value P1 <the pressure value P2, there is a possibility that gas enters the droplet discharge means 2 from the discharge hole and the discharge stops. For this reason, it is desirable that the pressure value P1≈the pressure value P2. That is, it is desirable that the pressure state in the droplet discharge means 2 and the gas phase is kept uniform.
図14に示す乾燥捕集ユニット400は、チャンバ401、トナー捕集手段402及びトナー貯留部403を含んで構成されている。乾燥工程のメカニズムを以下で示す。トナー組成液14で構成されたトナー液滴21は液滴吐出手段2から吐出された直後は液体の状態であるが、チャンバ内を搬送される間にトナー組成液中に含まれる揮発溶剤が揮発することで乾燥が進行し、液体から固体に変化する。このような状態ではもはや粒子同士が接触しても合一は生じないため、トナー捕集手段402によってトナー粉体として回収することができ、トナー貯留部403に格納することができる。トナー貯留部403に格納されたトナーは必要に応じて更に別工程で乾燥される。 A dry collection unit 400 shown in FIG. 14 includes a chamber 401, a toner collection unit 402, and a toner storage unit 403. The mechanism of the drying process is shown below. The toner droplet 21 composed of the toner composition liquid 14 is in a liquid state immediately after being ejected from the droplet ejection means 2, but the volatile solvent contained in the toner composition liquid is volatilized while being transported in the chamber. As a result, drying proceeds and the liquid changes to a solid. In such a state, even if the particles are brought into contact with each other, coalescence does not occur any more, so that the toner collecting unit 402 can collect the toner powder and store it in the toner storage unit 403. The toner stored in the toner storage unit 403 is further dried in another process as necessary.
チャンバ401内では、搬送気流導入口404から作られる下降気流の搬送気流が形成されている。液滴吐出手段2から吐出されたトナー液滴21は、重力よってのみではなく、搬送気流によっても下方に向けて搬送されるため、噴射されたトナー液滴21が空気抵抗によって減速されることを抑制できる。これにより、トナー液滴21を連続的に噴射したときに、前に噴射されたトナー液滴21が乾燥する前に空気抵抗によって減速し、後に噴射されたトナー液滴21が前に噴射されたトナー液滴21に追い付く。そして、トナー液滴21同士が合一して一体となり、トナー液滴21の粒径が大きくなることを抑制できる。図14では液滴吐出手段2は重力方向に向かってトナー液滴21を吐出しているが、必ずしもその必要はなく、吐出させる角度は適宜選択できる。なお、気流発生手段として、チャンバ401上部の搬送気流導入口404に送風機を設けて加圧する方法と、搬送気流排出口405より吸引する方法のいずれを採用することもできる。トナー捕集手段402としては公知の捕集装置を用いることができ、サイクロン捕集機やバックフィルタ等を用いることができる。 In the chamber 401, a descending carrier airflow created from the carrier airflow inlet 404 is formed. Since the toner droplet 21 ejected from the droplet ejection means 2 is transported downward not only by gravity but also by a transport airflow, the ejected toner droplet 21 is decelerated by air resistance. Can be suppressed. Accordingly, when the toner droplets 21 are continuously ejected, the toner droplets 21 ejected before are decelerated by air resistance before drying, and the toner droplets 21 ejected later are ejected before. It catches up with the toner droplet 21. Then, it is possible to prevent the toner droplets 21 from being united and united and the toner droplets 21 to have a large particle size. In FIG. 14, the droplet discharge means 2 discharges the toner droplet 21 in the direction of gravity, but this is not always necessary, and the discharge angle can be selected as appropriate. As the air flow generation means, either a method of providing a blower at the transport air flow inlet 404 at the top of the chamber 401 and pressurizing, or a method of suctioning from the transport air flow outlet 405 can be employed. As the toner collecting means 402, a known collecting device can be used, and a cyclone collecting machine, a back filter, or the like can be used.
搬送気流はトナー液滴21同士の合一を抑制することができれば、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。前述のようにトナー液滴21が乾燥することで合一しなくなる性質があるために、トナー液滴21の乾燥を促進できる条件を持つことが好ましい。このことから、トナー組成液14に含まれる溶剤の蒸気を含まないことが望ましい。また、搬送気流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401内に搬送気流の気流状態を変えるような手段をとっても構わない。搬送気流はトナー液滴21同士の合一を防止すだけでなく、液滴がチャンバ401に付着することを防止することに用いても良い。 The conveying airflow is not particularly limited as a state of the airflow as long as the coalescence of the toner droplets 21 can be suppressed, and may be a laminar flow, a swirl flow, or a turbulent flow. There are no particular limitations on the type of gas constituting the carrier airflow, and air or a nonflammable gas such as nitrogen may be used. As described above, since the toner droplets 21 do not coalesce when dried, it is preferable to have conditions that can promote drying of the toner droplets 21. For this reason, it is desirable that the solvent vapor contained in the toner composition liquid 14 is not included. Further, the temperature of the conveying airflow can be adjusted as appropriate, and it is desirable that there is no fluctuation during production. Further, a means for changing the airflow state of the carrier airflow in the chamber 401 may be taken. The carrier airflow may be used not only to prevent the toner droplets 21 from coalescing but also to prevent the droplets from adhering to the chamber 401.
以上説明したように、液滴乾燥捕集手段では合一を搬送気流によって抑えているが、これが充分でない場合は更なる合一防止手段を取り入れることもできる。合一防止手段としては、液滴吐出手段付近での補助搬送気流の導入や、液滴への同一極性の帯電、および電界制御等が挙げられ、適宜用いることができる。 As described above, in the droplet drying and collecting means, coalescence is suppressed by the conveying airflow, but if this is not sufficient, further coalescence prevention means can be incorporated. Examples of the coalescence prevention means include introduction of an auxiliary transport airflow in the vicinity of the droplet discharge means, charging of the same polarity to the droplets, electric field control, and the like, which can be used as appropriate.
図15は1つの補助搬送気流による合一防止手段の構成を示す概略断面図である。液滴吐出手段2の周りにはシュラウド501が配置されており、その一部に補助搬送気流導入口502が配置されている。補助搬送気流導入口502から導入された気体はシュラウド501によって形成された気流通路12を通って液滴吐出手段2の吐出孔19の周辺に補助搬送気流503が作られる。ただし、補助搬送気流503は補助搬送気流導入口502から導入されるだけでなく、搬送気流排出口から引圧で引かれた気体により生ずることもある。液滴吐出手段2から吐出されたトナー液滴21は順次補助搬送気流503によって、液滴吐出手段2の近傍においては速度を落とすことなく移動するので、液滴同士の合一の頻度はきわめて低く抑えることができる。補助搬送気流503の速度は液滴吐出手段2から吐出された直後の液滴速度に対して同じか早いことが望ましく、それより遅い場合は逆効果となる場合もある。 FIG. 15 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the coalescence prevention means using one auxiliary transport airflow. A shroud 501 is disposed around the droplet discharge means 2, and an auxiliary transport airflow inlet 502 is disposed in a part of the shroud 501. The gas introduced from the auxiliary conveyance airflow inlet 502 passes through the airflow passage 12 formed by the shroud 501, and an auxiliary conveyance airflow 503 is created around the discharge hole 19 of the droplet discharge means 2. However, the auxiliary transport airflow 503 is not only introduced from the auxiliary transport airflow introduction port 502, but may also be generated by gas drawn by the suction pressure from the transport airflow discharge port. The toner droplets 21 discharged from the droplet discharge means 2 are moved in the vicinity of the droplet discharge means 2 by the auxiliary transport airflow 503 in order without decreasing the speed, so that the frequency of coalescence of the droplets is extremely low. Can be suppressed. The speed of the auxiliary transport airflow 503 is desirably the same as or faster than the droplet velocity immediately after being ejected from the droplet ejecting means 2, and if it is slower than that, there may be an adverse effect.
図15に示すように、補助搬送気流503はトナー液滴21の進行方向と同一であることが望ましいが、合一を防ぐことができれば液滴吐出方向と補助搬送気流の方向が同じである必要は無い。シュラウド501の形状は液滴吐出手段2の吐出孔19付近で開口部を絞ることによって流速を制御しても良いが、絞りを持たせなくても良適宜選択できる。補助搬送気流503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。このようにして捕集したトナーの粒径分布を示す図16からわかるように、ほとんど単一粒径のトナー粒子しか存在しないことがわかる。これは前述のように吐出されたトナー液滴21が合一することなく、単一粒径のトナー粒子が乾燥して得られていることを示すものである。なお、本実施形態では1つの補助搬送気流による合一防止手段を設けたが、2つ以上の補助搬送気流を気相内に供給する構成でもよい。 As shown in FIG. 15, the auxiliary transport airflow 503 is preferably the same as the traveling direction of the toner droplets 21, but the droplet discharge direction and the auxiliary transport airflow direction must be the same if coalescence can be prevented. There is no. Although the shape of the shroud 501 may be controlled by narrowing the opening in the vicinity of the discharge hole 19 of the droplet discharge means 2, the flow rate may be controlled, or may be appropriately selected without having a restriction. There is no particular limitation on the type of gas constituting the auxiliary conveying airflow 503, and air or a nonflammable gas such as nitrogen may be used. As can be seen from FIG. 16 showing the particle size distribution of the toner collected in this way, it can be seen that there are almost only toner particles having a single particle size. This indicates that toner particles having a single particle diameter are obtained by drying without causing the toner droplets 21 discharged as described above to coalesce. In the present embodiment, the uniting prevention means by one auxiliary transport airflow is provided, but a configuration in which two or more auxiliary transport airflows are supplied into the gas phase may be employed.
一方で、液滴状態が合一した場合の捕集したトナーの粒径分布を示す図17からわかるように、微量の搬送気流や補助搬送気流を用いていないだけで他の構成や条件等は図16におけるものと同じとする。液滴吐出手段2から吐出したトナー液滴21は空気抵抗を受けて吐出速度が急速に低下し、かつ自然落下を始める。吐出速度が低下すると液滴間距離が短くなり、やがては液滴間の合一を生じるようになる。また、合一した粒子は空気抵抗が増し、乾燥も遅れるために更に別の液滴と合一を引き起こすようになる。そして、数個の液滴が合一する場合もあり、これが乾燥すると合一した後に乾燥した粒子を生じ、結果として得られるトナーの粒径分布は広くなる。図17に示す粒径分布は捕集したトナーの一例であるが、図中の基本粒径と示したピークを構成する乾燥粒子は合一しなかったトナー液滴21がそのまま乾燥固化したものである。2倍と記載されたピークを形成する乾燥粒子はトナー液滴21が吐出後に合一した後に乾燥固化してえられたものである。同様に3倍、4倍、それ以上の合一が進行していることが粒径分布測定結果から推測することができる。ここで、粒径分布測定はフロー式粒子像解析装置(シスメックス社 FPIA−2000)を用い解析を行うことができる。粒度分布としては体積平均粒子径(Dv)と個数平均粒子径(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。本発明のトナーはDv/Dn=1.15以下とすることで印刷品質に効果が確認されており、より好ましくはDv/Dn=1.10以下である。電子写真システムにおいては粒径分布が狭いことが現像工程、転写工程、定着工程に求められるため、このような粒径分布の広がりは望ましくない。また、安定的に高精細な画質を得るためにはDv/Dn=1.15以下が望ましく、より高精細な画像を得るためにはDv/Dn=1.10以下がよい。 On the other hand, as can be seen from FIG. 17 showing the particle size distribution of the collected toner when the droplet states are united, other configurations and conditions are not merely using a very small amount of carrier airflow or auxiliary carrier airflow. The same as in FIG. The toner droplet 21 discharged from the droplet discharge means 2 receives air resistance, the discharge speed rapidly decreases, and starts to fall naturally. When the discharge speed is lowered, the distance between the droplets is shortened, and eventually the coalescence between the droplets occurs. In addition, the coalesced particles have increased air resistance and are delayed in drying, so that they coalesce with other droplets. And several droplets may coalesce, and when they are dried, they coalesce and produce dried particles, resulting in a broader particle size distribution of the toner. The particle size distribution shown in FIG. 17 is an example of the collected toner, but the dry particles constituting the basic particle size and the peak shown in FIG. is there. The dry particles forming the peak described as twice are those obtained by drying and solidifying after the toner droplets 21 are merged after ejection. Similarly, it can be inferred from the particle size distribution measurement results that unification of 3 times, 4 times, or more is proceeding. Here, the particle size distribution measurement can be performed using a flow type particle image analyzer (Sysmex Corp. FPIA-2000). The particle size distribution can be compared by the ratio of the volume average particle diameter (Dv) and the number average particle diameter (Dn), and can be expressed by Dv / Dn. The smallest Dv / Dn value is 1.0, which indicates that all the particle sizes are the same. A larger Dv / Dn indicates a wider particle size distribution. A general pulverized toner has Dv / Dn = 1.15 to 1.25. The polymerized toner has a Dv / Dn of about 1.10 to 1.15. The toner of the present invention is confirmed to have an effect on print quality by setting Dv / Dn = 1.15 or less, more preferably Dv / Dn = 1.10 or less. In an electrophotographic system, a narrow particle size distribution is required for the development process, the transfer process, and the fixing process. Also, Dv / Dn = 1.15 or less is desirable for stably obtaining a high-definition image, and Dv / Dn = 1.10 or less is desirable for obtaining a higher-definition image.
必要に応じて、さらに流動床乾燥や真空乾燥といった二次乾燥が行われる。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。そのため、使用者及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。 If necessary, secondary drying such as fluidized bed drying or vacuum drying is further performed. When the organic solvent remains in the toner, not only the toner characteristics such as heat-resistant storage stability, fixing property, and charging characteristics change with time, but also the organic solvent volatilizes during fixing by heating. Therefore, the possibility of adverse effects on the user and peripheral equipment is increased, and therefore sufficient drying is performed.
図18は本実施形態の微粒子製造装置の一例を示す全体概要図である。同図において、微粒子製造装置600は、液滴吐出ヘッド601、気流路602、サイクロン捕集装置603、トナー貯蔵ボックス604、フィルタ605、ブロワ606、溶媒回収ボックス607、加熱用ヒータ608、溶媒回収コンデンサ609、ヒートポンプ構造610を含んで構成されている。そして、気流路602はサイクロン捕集装置603の連通口に連通しており、気流路602内を搬送されるトナー粒子は気流路602内で、かつサイクロン捕集装置603のサイクロン部内で乾燥、固化される。サイクロン捕集装置603のサイクロン部はフィルタ605及びブロワ606を介して溶媒回収コンデンサ609と連通し、サイクロン捕集装置603内で発生した気体をヒートポンプシステム610にて液化している。詳細は、ヒートポンプシステム610は、溶媒回収コンデンサ609と加熱用ヒータ608の間を2つのブロア611、612によって循環する構造となっている。サイクロン捕集装置603から搬送された気体は加熱用ヒータ608による加熱と溶媒回収コンデンサ609による冷却を交互に繰り返すことで液化される。そして、溶媒回収コンデンサ609によって回収された液体の溶媒は溶媒回収ボックス607に回収される。溶媒が取り除かれた気体は再び気流路602内に搬送される。サイクロン捕集装置603のサイクロン底部に所定量のトナーが溜まったら底部の蓋を開けてトナー貯蔵ボックス604へ排出させる。サイクロン底部の蓋が閉められているときは、気流路602を含む連通管内は閉空間となっている。そして、その閉空間内ではブロワ606によって約10[m/s]の気流が発生しており、上述のようにその気流は閉空間内を循環するようになっている。このときの閉空間内の気体はトナーの乾燥を促進するために窒素等の不活性気体を用いることが望ましい。溶媒の回収再利用はヒートポンプシステム610等を用いた熱管理にて行うことでエネルギー効率を上げることができる。 FIG. 18 is an overall schematic diagram showing an example of the fine particle production apparatus of the present embodiment. In the drawing, a fine particle production apparatus 600 includes a droplet discharge head 601, an air flow path 602, a cyclone collection device 603, a toner storage box 604, a filter 605, a blower 606, a solvent recovery box 607, a heater for heating 608, and a solvent recovery capacitor. 609, including a heat pump structure 610. The air flow path 602 communicates with the communication port of the cyclone collection device 603, and the toner particles conveyed through the air flow channel 602 are dried and solidified in the air flow channel 602 and in the cyclone portion of the cyclone collection device 603. Is done. The cyclone portion of the cyclone collection device 603 communicates with the solvent recovery condenser 609 via the filter 605 and the blower 606, and the gas generated in the cyclone collection device 603 is liquefied by the heat pump system 610. In detail, the heat pump system 610 is configured to circulate between the solvent recovery condenser 609 and the heater 608 by two blowers 611 and 612. The gas conveyed from the cyclone collector 603 is liquefied by alternately repeating heating by the heater 608 and cooling by the solvent recovery capacitor 609. The liquid solvent recovered by the solvent recovery capacitor 609 is recovered in the solvent recovery box 607. The gas from which the solvent is removed is conveyed again into the air flow path 602. When a predetermined amount of toner has accumulated at the bottom of the cyclone of the cyclone collector 603, the bottom cover is opened and discharged to the toner storage box 604. When the lid of the cyclone bottom is closed, the communication pipe including the air flow path 602 is a closed space. In the closed space, an air flow of about 10 [m / s] is generated by the blower 606, and the air flow circulates in the closed space as described above. As the gas in the closed space at this time, it is desirable to use an inert gas such as nitrogen in order to promote the drying of the toner. Energy recovery can be improved by performing recovery and reuse of the solvent by heat management using the heat pump system 610 or the like.
図19は図18の破線で囲まれた部分の拡大図である。同図に示すように、本微粒子製造装置における気流路は、隔壁703によって2つの気流路701、702に区画されている。そして、気流路701、702の上流側には、各気流路の流速を調整する流速調整手段706が設置されている。この流速調整手段706によって、気流路702を流れる気流の速度Aは気流路701を流れる気流の速度Bより遅くなるように調整されている。流速調整手段706は、各気流路の流路内に軸回動する板状部材をそれぞれ備え、板状部材を軸回転させることで通過する気体の量を調整することで各気流路の流速をそれぞれ調整している。流路調整手段706は、バルブ、ハニカム、あるいは気流方向に対する軸回動する板状部材の面の角度を変化させて気体の流量を調整する手段などで構成されている。隔壁703の一部には、隔壁703の厚み方向に貫通する開口704が設けられている。この開口704に開口空間に対向する気流路702を構成する壁部708の一部には、吐出面が壁面と面一となるように、液滴出ヘッド705が設けられている。開口704の開口空間面は、吐出面と対向している。開口704の設置位置より下流側の隔壁703の一部には複数の通気孔707が設けられている。これらの通気孔707を通って気流路702から気流路701へ気体が噴出され、気流路701の内壁付近から気流路の中心方向に向けた気流を発生させる。これにより、気流路701の内壁にトナー粒子が付着することを抑制している。 FIG. 19 is an enlarged view of a portion surrounded by a broken line in FIG. As shown in the figure, the air flow path in the fine particle production apparatus is divided into two air flow paths 701 and 702 by a partition wall 703. Further, on the upstream side of the air flow paths 701 and 702, flow speed adjusting means 706 for adjusting the flow speed of each air flow path is installed. By this flow rate adjusting means 706, the speed A of the airflow flowing through the air flow path 702 is adjusted to be slower than the speed B of the airflow flowing through the air flow path 701. The flow rate adjusting means 706 includes a plate-like member that pivots in the flow path of each air flow path, and adjusts the amount of gas that passes by rotating the plate-shaped member to rotate the flow speed of each air flow path. Each is adjusted. The flow path adjusting unit 706 is configured by a valve, a honeycomb, or a unit that adjusts the flow rate of the gas by changing the angle of the surface of the plate-like member that rotates about the airflow direction. An opening 704 that penetrates in the thickness direction of the partition wall 703 is provided in part of the partition wall 703. A droplet ejection head 705 is provided in a part of the wall portion 708 constituting the air flow path 702 that faces the opening space in the opening 704 so that the discharge surface is flush with the wall surface. The opening space surface of the opening 704 faces the ejection surface. A plurality of vent holes 707 are provided in a part of the partition wall 703 on the downstream side of the installation position of the opening 704. Gas is ejected from the air flow path 702 to the air flow path 701 through these ventilation holes 707, and an air flow is generated from the inner wall of the air flow path 701 toward the center of the air flow path. This suppresses toner particles from adhering to the inner wall of the air flow path 701.
図20は図19の破線で囲まれた部分の拡大図である。上述したように、気流路701には所定の速度Bの気体が流れる。気流路702には所定の速度Aの気体が流れる。このため、気流路701と気流路702との間であって開口704の近傍周辺には速度差に応じて圧力差が生じる。そのため、各気流路を連通する開口704を介して気流路702から気流路701へ気体の流れが発生する。ここで、液滴吐出ヘッド705の吐出面と隔壁703との間隔が非常に狭く、吐出面が隔壁703と近接している。このために、隔壁703が先願の整流板の機能を担っている。つまり、隔壁703によって液滴吐出ヘッド705の各吐出孔から吐出された液滴を吐出面に向けて逆移動させる逆気流の発生を規制する。これにより、吐出孔の出口周辺に生じる逆気流の勢いが軽減され、逆気流に乗って吐出面に付着してしまう液滴等を少なく抑えることができている。 FIG. 20 is an enlarged view of a portion surrounded by a broken line in FIG. As described above, the gas at the predetermined speed B flows through the air flow path 701. A gas having a predetermined velocity A flows through the air flow path 702. For this reason, a pressure difference occurs between the air flow path 701 and the air flow path 702 and in the vicinity of the opening 704 in accordance with the speed difference. Therefore, a gas flow is generated from the air flow path 702 to the air flow path 701 through the opening 704 communicating with each air flow path. Here, the interval between the ejection surface of the droplet ejection head 705 and the partition wall 703 is very narrow, and the ejection surface is close to the partition wall 703. For this reason, the partition 703 functions as a current plate of the prior application. That is, the partition 703 restricts the generation of a reverse airflow that reversely moves the liquid droplets ejected from the ejection holes of the liquid droplet ejection head 705 toward the ejection surface. As a result, the momentum of the reverse airflow generated around the outlet of the discharge hole is reduced, and droplets and the like that adhere to the discharge surface due to the reverse airflow can be reduced.
このような構成を有する本微粒子製造装置によれば、液滴吐出ヘッド705の各吐出孔から吐出されるトナー成分液滴は、気流路701から開口704へ向かう所定の流れに従って移動する。このとき、気流路702は隔壁703によって気流路701と隔離されているので、気流路701の気流の影響はない。そして、気流路701は連続的な面で、段差がない壁面の隔壁703で構成されているので、気流路701の内部でも負圧となっている箇所も無い。よって、気流路702から開口704を通って気流路701へ流れる気流は安定した気流となっている。従って、吐出後のトナー成分液滴の吐出方向の流れは気流路701に至るまで安定し、液滴の合一や分裂を軽減でき、粒径分布が狭い微粒子の製造を可能とする。 According to the fine particle manufacturing apparatus having such a configuration, the toner component liquid droplets ejected from the respective ejection holes of the liquid droplet ejection head 705 move according to a predetermined flow from the air channel 701 toward the opening 704. At this time, since the air flow path 702 is separated from the air flow path 701 by the partition wall 703, there is no influence of the air flow in the air flow path 701. The air flow path 701 is a continuous surface and is constituted by a partition wall 703 having a wall surface without a step, so that there is no negative pressure even inside the air flow path 701. Therefore, the airflow flowing from the air flow path 702 through the opening 704 to the air flow path 701 is a stable air flow. Accordingly, the flow in the ejection direction of the toner component droplets after ejection is stabilized until reaching the air flow path 701, and the coalescence and division of the droplets can be reduced, and the production of fine particles having a narrow particle size distribution is enabled.
図21は本実施形態の微粒子製造装置の変形例1を示す部分断面図である。同図に示す変形例1の微粒子製造装置における隔壁703は、図中点線で示すように、気流の上流側の端縁と気流路701の壁708との間が狭くなっており、かつ隔壁703の上流側端部における気流方向の断面をテーパー形状にしている。これにより、気流路701から気流路702内に進入してくる気体の流量を制限している。よって、簡単な構造で、気流路702の流速を気流路701の流速より遅くしている。 FIG. 21 is a partial cross-sectional view showing Modification 1 of the fine particle production apparatus of the present embodiment. As shown by the dotted line in the figure, the partition wall 703 in the fine particle manufacturing apparatus of Modification 1 shown in the same figure has a narrow space between the upstream edge of the air flow and the wall 708 of the air flow path 701, and the partition wall 703. The cross section in the airflow direction at the upstream end is tapered. As a result, the flow rate of the gas entering the air channel 702 from the air channel 701 is limited. Therefore, with a simple structure, the flow rate of the air channel 702 is made slower than the flow rate of the air channel 701.
[合一防止手段及びサテライト防止手段]
次に、トナー粒子等の微粒子における究極の均一性を得る合一防止手段及びサテライト防止手段について説明する。これらの手段は粒径分布の要因となるサテライト(これは吐出された液滴から引き伸ばされた細い棒状の液状粒子である)、合一粒子をともに最小限とするものである。図22(a)は、1つのヘッドからトナー成分液滴が吐出される様子を示したものであり、実際には複数ヘッドを配置させることによってその収量を確保する。図22(b)は、通常の吐出を示したものであり、吐出孔近傍では多くの場合、形成されたトナー成分液滴は主液滴とサテライトとに分離されそうとなる。その後急速に空気抵抗を受け液流速が低下するとともにサテライトは主液滴に吸収されていき、その後も液滴速度が低下するに従い液滴同士の合一が始まり、より大きなトナー成分液滴となり、乾燥固化する。図22(c)はこれに対し吐出直後から気流を付加した場合の例で、主滴同士の合一はなくなるがサテライト粒子も吸収されず残存する。
[Unification unit and satellite unit]
Next, coalescence prevention means and satellite prevention means for obtaining ultimate uniformity in fine particles such as toner particles will be described. These means minimize satellites (which are thin rod-like liquid particles stretched from the ejected droplets) and coalesced particles that cause particle size distribution. FIG. 22A shows a state in which toner component droplets are ejected from one head. Actually, the yield is ensured by arranging a plurality of heads. FIG. 22B shows normal ejection. In many cases, the formed toner component droplets are likely to be separated into main droplets and satellites in the vicinity of the ejection holes. After that, the air flow rapidly decreases and the liquid flow velocity decreases, and the satellite is absorbed by the main droplet, and then the coalescence of the droplets begins as the droplet velocity decreases, resulting in a larger toner component droplet, Dry and solidify. On the other hand, FIG. 22 (c) shows an example in which an air flow is added immediately after discharge, and the coalescence of main droplets disappears but satellite particles remain unabsorbed.
これに対し、図22(d)に示すように、吐出後のトナー成分液滴を液滴形成エリア、サテライト吸収エリア、主滴合一防止エリアの3段階に分解している。そして、吐出孔からVJ1の速度をもって送り出されたトナー成分液滴を周辺雰囲気気体の抵抗により、サテライト吸収エリアにおいてVJ2まで下げる。その後、絞り部を通過する間にVJ3まで自然と加速され、主滴間距離が離される。その後、再加速された液滴速度にあわせ気流を周辺からアシストさせ、主滴の合一をさせることなく乾燥固化させている。 On the other hand, as shown in FIG. 22 (d), the discharged toner component droplets are broken down into three stages: a droplet formation area, a satellite absorption area, and a main droplet coalescence prevention area. Then, the toner component droplets sent out from the ejection holes at the speed of VJ1 are lowered to VJ2 in the satellite absorption area by the resistance of the ambient atmosphere gas. After that, while passing through the throttle part, it is naturally accelerated to VJ3, and the distance between the main drops is released. Thereafter, the air flow is assisted from the periphery in accordance with the re-accelerated droplet speed, and the solid droplets are dried and solidified without causing the main droplets to coalesce.
図23は合一防止手段の液滴搬送通路の一例を示しており、開口の端部が吐出面近傍でのもどり気流がないよう配置され、吐出された液滴が減速されサテライトを吸収したのち速やかに再加速されるべく、設計されている。 FIG. 23 shows an example of a droplet conveyance path of the coalescence prevention means. The end of the opening is arranged so that there is no returning airflow in the vicinity of the discharge surface, and after the discharged droplet is decelerated and absorbs the satellite. Designed to be quickly accelerated again.
図24は、絞り部を示す図の一例である。図24(a)は絞り部の概略図、吐出方向に向かって流路が狭くなる形状となっている。このとき発生したミストは壁面に付着することがある。このため、壁面に撥液処理を施し液滴の付着を削減するようにした。さらに、図24(b)に示すように、付着した液が壁に沿って流れ、図24(b)の拡大図である図24(c)に示すように先端部に設けられた吸引口にて回収される構造となっている。 FIG. 24 is an example of a diagram illustrating the aperture portion. FIG. 24A is a schematic diagram of the throttle portion, and has a shape in which the flow path becomes narrower in the discharge direction. The mist generated at this time may adhere to the wall surface. For this reason, the wall surface is subjected to a liquid repellent treatment to reduce the adhesion of droplets. Furthermore, as shown in FIG. 24 (b), the adhering liquid flows along the wall, and as shown in FIG. 24 (c), which is an enlarged view of FIG. It is structured to be collected.
図25は本実施形態の微粒子製造装置の変形例2を示す部分斜視図である。同図において、この変形例としての微粒子製造装置では、図20に示す開口704自体に上述の合一防止手段709の構成を備えさせている。つまり、開口704の開口断面形状を上述の絞り部等を有する合一防止手段709の開口断面形状に形成する。この本微粒子製造装置の変形例によれば、液滴吐出ヘッド705の吐出孔705−2から吐出されるトナー成分液滴は、気流路702を通過して合一防止手段709の開口へ流れる気流に乗って移動する。そして、開口断面積が変わらない、あるいは徐々に大きくなっていくエリア(図22のサテライト吸収エリアに相当する)では、気体の抵抗により、吐出された主液滴、及び主液滴から分離しようとするサテライトの各速度が下がる。そして、主液滴はサテライトの大きさより大きいので主液滴が受ける気体の抵抗はサテライトが受ける気体の抵抗より大きい。このため、主液滴の速度はサテライトの速度より遅くなり、サテライトが主液滴に引き寄せられるようにサテライトと主液滴とが接触し、主液滴にサテライトが吸収される。そして、開口断面積が徐々に縮小していくエリア(図22の主滴合一防止エリアに相当する)の絞り部を通過する間に加速され、主液滴間の距離は広がる。これにより、主液滴の合一をさせることなく、気流路701へ移動させることができる。よって、大量のトナー成分液滴を安定して長時間吐出させることが可能となる。これにより、生産性を上げることができる。 FIG. 25 is a partial perspective view showing a second modification of the fine particle production apparatus of the present embodiment. In the drawing, in the fine particle manufacturing apparatus as this modified example, the opening 704 itself shown in FIG. That is, the opening cross-sectional shape of the opening 704 is formed to be the cross-sectional shape of the opening of the coalescence prevention means 709 having the above-described stop portion and the like. According to this modification of the fine particle manufacturing apparatus, the toner component droplets discharged from the discharge holes 705-2 of the droplet discharge head 705 pass through the air flow path 702 and flow to the opening of the coalescence prevention means 709. Go on board. Then, in the area where the opening cross-sectional area does not change or gradually increases (corresponding to the satellite absorption area in FIG. 22), it is intended to separate from the discharged main droplet and the main droplet by the resistance of the gas. The speed of each satellite you play will decrease. Since the main droplet is larger than the size of the satellite, the resistance of the gas received by the main droplet is larger than the resistance of the gas received by the satellite. For this reason, the velocity of the main droplet becomes slower than the velocity of the satellite, the satellite and the main droplet come into contact so that the satellite is attracted to the main droplet, and the satellite is absorbed by the main droplet. And it accelerates while passing through the aperture | diaphragm | squeeze part of the area (equivalent to the main droplet coalescence prevention area of FIG. 22) where an opening cross-sectional area reduces gradually, and the distance between main droplets spreads. As a result, the main droplets can be moved to the air channel 701 without coalescence. Therefore, a large amount of toner component droplets can be stably discharged for a long time. Thereby, productivity can be raised.
合一防止手段709の開口の内壁面や隔壁703の気流路701側の壁面には撥水処理が施されている。例えば金属の隔壁面上にTiO2、SiO2、更にオプツールを蒸着する。さらに、合一防止手段709の開口の形状が気流路側に向かって凸部となるプロファイルを用いる。これらによって、開口近傍の液付着を極力低減させることができる。また、合一防止手段709の開口周辺を含む隔壁703の気流路701側の内壁をゴムブレード(不図示)でスキャンすることにより、当該内壁に付着したトナー成分液滴を容易に除去することができる。ゴムプレートはトナー成分液滴を吐出する際は気流路701から外部へ退避させておく。 The inner wall surface of the opening of the coalescence prevention means 709 and the wall surface of the partition wall 703 on the air flow path 701 side are subjected to water repellent treatment. For example, TiO 2 , SiO 2 , and OPTOOL are vapor-deposited on the metal partition surface. Further, a profile is used in which the shape of the opening of the coalescence prevention means 709 is a convex portion toward the air flow path side. By these, liquid adhesion in the vicinity of the opening can be reduced as much as possible. Further, by scanning the inner wall of the partition wall 703 including the periphery of the opening of the coalescence prevention means 709 on the side of the air flow path 701 with a rubber blade (not shown), the toner component droplets adhering to the inner wall can be easily removed. it can. The rubber plate is retracted from the air flow path 701 to the outside when discharging the toner component droplets.
[乾燥]
必要に応じて、更に流動床乾燥や真空乾燥といった二次乾燥が行われる。有機溶媒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媒が揮発するため、使用者及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。
[Dry]
If necessary, secondary drying such as fluidized bed drying or vacuum drying is further performed. When the organic solvent remains in the toner, not only the toner characteristics such as heat-resistant storage stability, fixing property, and charging characteristics change with time. Since the organic solvent volatilizes at the time of fixing by heating, the possibility of adverse effects on the user and peripheral equipment is increased. Therefore, sufficient drying is performed.
次に、本発明で使用できるトナー材料について説明する。先ず、前述したようにトナー組成物を溶媒に分散、溶解させたトナー組成液について説明する。
トナー材料としては、従来の電子写真用トナーと全く同じ物が使用できる。すなわち、スチレンアクリル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリオール系樹脂、エポキシ系樹脂、等のトナーバインダーを各種有機溶媒に溶解し、着色剤を分散、かつ、離型剤を分散又は溶解し、これを前記トナー製造方法により微小液滴とし乾燥固化させることで、目的とするトナー粒子を作製することが可能である。
Next, toner materials that can be used in the present invention will be described. First, a toner composition liquid in which a toner composition is dispersed and dissolved in a solvent as described above will be described.
As the toner material, the same material as that of a conventional electrophotographic toner can be used. That is, a toner binder such as a styrene acrylic resin, a polyester resin, a polyol resin, and an epoxy resin is dissolved in various organic solvents, a colorant is dispersed, and a release agent is dispersed or dissolved. The target toner particles can be produced by drying and solidifying into fine droplets by the toner production method.
〔トナー用材料〕
トナー用材料としては、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、添加剤及びその他の成分を含有する。
[Toner material]
The toner material contains at least a resin, a colorant, and a wax, and if necessary, a charge adjusting agent, an additive, and other components.
〔樹脂〕
樹脂としては、少なくとも結着樹脂が挙げられる。
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。
〔resin〕
Examples of the resin include at least a binder resin.
The binder resin is not particularly limited, and a commonly used resin can be appropriately selected and used. For example, vinyl such as styrene monomer, acrylic monomer, methacrylic monomer, etc. Polymers, copolymers of these monomers or two or more types, polyester polymers, polyol resins, phenol resins, silicone resins, polyurethane resins, polyamide resins, furan resins, epoxy resins, xylene resins, terpene resins, Coumarone indene resin, polycarbonate resin, petroleum resin and the like can be mentioned.
スチレン系単量体としては、例えば、スチレン、o−メチルスチレン、m−メチルスチレン、p−メチルスチレン、p−フエニルスチレン、p−エチルスチレン、2,4−ジメチルスチレン、p−n−アミルスチレン、p−tert−ブチルスチレン、p−n−へキシルスチレン、p−n−オクチルスチレン、p−n−ノニルスチレン、p−n−デシルスチレン、p−n−ドデシルスチレン、p−メトキシスチレン、p−クロルスチレン、3,4−ジクロロスチレン、m−ニトロスチレン、o−ニトロスチレン、p−ニトロスチレン等のスチレン、又はその誘導体、などが挙げられる。 Examples of the styrene monomer include styrene, o-methyl styrene, m-methyl styrene, p-methyl styrene, p-phenyl styrene, p-ethyl styrene, 2,4-dimethyl styrene, pn-amyl. Styrene, p-tert-butyl styrene, pn-hexyl styrene, pn-octyl styrene, pn-nonyl styrene, pn-decyl styrene, pn-dodecyl styrene, p-methoxy styrene, Examples thereof include styrene such as p-chlorostyrene, 3,4-dichlorostyrene, m-nitrostyrene, o-nitrostyrene, and p-nitrostyrene, or derivatives thereof.
アクリル系単量体としては、例えば、アクリル酸、あるいはアクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸イソブチル、アクリル酸n−オクチル、アクリル酸n−ドデシル、アクリル酸2−エチルへキシル、アクリル酸ステアリル、アクリル酸2−クロルエチル、アクリル酸フェニル等のアクリル酸、又はそのエステル類、などが挙げられる。 Examples of acrylic monomers include acrylic acid, or methyl acrylate, ethyl acrylate, propyl acrylate, n-butyl acrylate, isobutyl acrylate, n-octyl acrylate, n-dodecyl acrylate, and acrylic acid. Examples include 2-ethylhexyl, stearyl acrylate, 2-chloroethyl acrylate, acrylic acid such as phenyl acrylate, or esters thereof.
メタクリル系単量体としては、例えば、メタクリル酸、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸n−ブチル、メタクリル酸イソブチル、メタクリル酸n−オクチル、メタクリル酸n−ドデシル、メタクリル酸2−エチルへキシル、メタクリル酸ステアリル、メタクリル酸フェニル、メタクリル酸ジメチルアミノエチル、メタクリル酸ジエチルアミノエチル等のメタクリル酸又はそのエステル類、などが挙げられる。 Examples of the methacrylic monomer include methacrylic acid, methyl methacrylate, ethyl methacrylate, propyl methacrylate, n-butyl methacrylate, isobutyl methacrylate, n-octyl methacrylate, n-dodecyl methacrylate, and methacrylic acid 2 -Ethylhexyl, stearyl methacrylate, phenyl methacrylate, methacrylic acid such as dimethylaminoethyl methacrylate, diethylaminoethyl methacrylate or esters thereof, and the like.
前記ビニル重合体、又は共重合体を形成する他のモノマーの例としては、以下の(1)〜(18)が挙げられる。(1)エチレン、プロピレン、ブチレン、イソブチレン等のモノオレフイン類;(2)ブタジエン、イソプレン等のポリエン類;(3)塩化ビニル、塩化ビニルデン、臭化ビニル、フッ化ビニル等のハロゲン化ビニル類;(4)酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、安息香酸ビニル等のビニルエステル類;(5)ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、ビニルイソブチルエーテル等のビニルエーテル類;(6)ビニルメチルケトン、ビニルヘキシルケトン、メチルイソプロペニルケトン等のビニルケトン類;(7)N−ビニルピロール、N−ビニルカルバゾール、N−ビニルインドール、N−ビニルピロリドン等のN−ビニル化合物;(8)、ビニルナフタリン類;(9)アクリロニトリル、メタクリロニトリル、アクリルアミド等のアクリル酸若しくはメタクリル酸誘導体等;(10)マレイン酸、シトラコン酸、イタコン酸、アルケニルコハク酸、フマル酸、メサコン酸の如き不飽和二塩基酸;(11)マレイン酸無水物、シトラコン酸無水物、イタコン酸無水物、アルケニルコハク酸無水物の如き不飽和二塩基酸無水物;(12)マレイン酸モノメチルエステル、マレイン酸モノエチルエステル、マレイン酸モノブチルエステル、シトラコン酸モノメチルエステル、シトラコン酸モノエチルエステル、シトラコン酸モノブチルエステル、イタコン酸モノメチルエステル、アルケニルコハク酸モノメチルエステル、フマル酸モノメチルエステル、メサコン酸モノメチルエステルの如き不飽和二塩基酸のモノエステル;(13)ジメチルマレイン酸、ジメチルフマル酸の如き不飽和二塩基酸エステル;(14)クロトン酸、ケイヒ酸の如きα,β−不飽和酸;(15)クロトン酸無水物、ケイヒ酸無水物の如きα,β−不飽和酸無水物;(16)該α,β−不飽和酸と低級脂肪酸との無水物、アルケニルマロン酸、アルケニルグルタル酸、アルケニルアジピン酸、これらの酸無水物及びこれらのモノエステルの如きカルボキシル基を有するモノマー;(17)2−ヒドロキシエチルアクリレート、2−ヒドロキシエチルメタクリレート、2−ヒドロキシプロピルメタクリレート等のアクリル酸又はメタクリル酸ヒドロキシアルキルエステル類;(18)4−(1−ヒドロキシ−1−メチルブチル)スチレン、4−(1−ヒドロキシ−1−メチルへキシル)スチレンの如きヒドロキシ基を有するモノマー。 The following (1)-(18) is mentioned as an example of the other monomer which forms the said vinyl polymer or a copolymer. (1) Monoolefins such as ethylene, propylene, butylene and isobutylene; (2) Polyenes such as butadiene and isoprene; (3) Vinyl halides such as vinyl chloride, vinylidene chloride, vinyl bromide and vinyl fluoride; (4) Vinyl esters such as vinyl acetate, vinyl propionate and vinyl benzoate; (5) Vinyl ethers such as vinyl methyl ether, vinyl ethyl ether and vinyl isobutyl ether; (6) Vinyl methyl ketone, vinyl hexyl ketone and methyl. Vinyl ketones such as isopropenyl ketone; (7) N-vinyl compounds such as N-vinyl pyrrole, N-vinyl carbazole, N-vinyl indole, N-vinyl pyrrolidone; (8), vinyl naphthalenes; (9) acrylonitrile, Such as methacrylonitrile, acrylamide, etc. (10) unsaturated dibasic acids such as maleic acid, citraconic acid, itaconic acid, alkenyl succinic acid, fumaric acid, mesaconic acid; (11) maleic anhydride, citraconic anhydride, Unsaturated dibasic acid anhydrides such as itaconic anhydride and alkenyl succinic anhydride; (12) maleic acid monomethyl ester, maleic acid monoethyl ester, maleic acid monobutyl ester, citraconic acid monomethyl ester, citraconic acid monoethyl ester Monoesters of unsaturated dibasic acids such as citraconic acid monobutyl ester, itaconic acid monomethyl ester, alkenyl succinic acid monomethyl ester, fumaric acid monomethyl ester, mesaconic acid monomethyl ester; (13) dimethylmaleic acid, dimethylfumaric acid, etc. (14) α, β-unsaturated acids such as crotonic acid and cinnamic acid; (15) α, β-unsaturated acid anhydrides such as crotonic acid anhydride and cinnamic anhydride; 16) Monomers having a carboxyl group such as anhydrides of the α, β-unsaturated acids and lower fatty acids, alkenylmalonic acid, alkenylglutaric acid, alkenyladipic acid, acid anhydrides and monoesters thereof; ) Acrylic acid or methacrylic acid hydroxyalkyl esters such as 2-hydroxyethyl acrylate, 2-hydroxyethyl methacrylate, 2-hydroxypropyl methacrylate; (18) 4- (1-hydroxy-1-methylbutyl) styrene, 4- (1 -Hydroxy-1-methylhexyl) monomers having a hydroxy group such as styrene.
本発明に係るトナーにおいて、結着樹脂のビニル重合体、又は共重合体は、ビニル基を2個以上有する架橋剤で架橋された架橋構造を有していてもよい。この場合に用いられる架橋剤としては、芳香族ジビニル化合物として、例えば、ジビニルベンゼン、ジビニルナフタレン、などが挙げられる。アルキル鎖で結ばれたジアクリレート化合物類として、例えば、エチレングリコールジアクリレート、1,3−ブチレングリコールジアクリレート、1,4−ブタンジオールジアクリレート、1,5−ペンタンジオールジアクリレート、1,6へキサンジオールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、これらの化合物のアクリレートをメタクリレートに代えたもの、などが挙げられる。エーテル結合を含むアルキル鎖で結ばれたジアクリレート化合物類として、例えば、ジエチレングリコールジアクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、テトラエチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコール#400ジアクリレート、ポリエチレングリコール#600ジアクリレート、ジプロピレングリコールジアクリレート、これらの化合物のアクリレートをメタアクリレートに代えたもの、などが挙げられる。 In the toner according to the present invention, the vinyl polymer or copolymer of the binder resin may have a crosslinked structure crosslinked with a crosslinking agent having two or more vinyl groups. Examples of the crosslinking agent used in this case include aromatic vinyl vinyl compounds such as divinylbenzene and divinylnaphthalene. Examples of diacrylate compounds linked by an alkyl chain include ethylene glycol diacrylate, 1,3-butylene glycol diacrylate, 1,4-butanediol diacrylate, 1,5-pentanediol diacrylate, and 1,6. And xanthdiol diacrylate, neopentyl glycol diacrylate, and those obtained by replacing acrylates of these compounds with methacrylate. Examples of diacrylate compounds linked by an alkyl chain containing an ether bond include diethylene glycol diacrylate, triethylene glycol diacrylate, tetraethylene glycol diacrylate, polyethylene glycol # 400 diacrylate, polyethylene glycol # 600 diacrylate, and dipropylene. Examples include glycol diacrylate and those obtained by replacing acrylate of these compounds with methacrylate.
その他、芳香族基及びエーテル結合を含む鎖で結ばれたジアクリレート化合物、ジメタクリレート化合物も挙げられる。ポリエステル型ジアクリレート類として、例えば、商品名MANDA(日本化薬社製)が挙げられる。 Other examples include diacrylate compounds and dimethacrylate compounds linked by a chain containing an aromatic group and an ether bond. Examples of polyester diacrylates include trade name MANDA (manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd.).
多官能の架橋剤としては、ペンタエリスリトールトリアクリレート、トリメチロールエタントリアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、テトラメチロールメタンテトラアクリレート、オリゴエステルアクリレート及び以上の化合物のアクリレートをメタクリレートに代えたもの、トリアリルシアヌレート、トリアリルトリメリテートが挙げられる。 Examples of the polyfunctional crosslinking agent include pentaerythritol triacrylate, trimethylol ethane triacrylate, trimethylol propane triacrylate, tetramethylol methane tetraacrylate, oligoester acrylate, and acrylates of the above compounds in place of methacrylate, triallyl cyanide. Examples include nurate and triallyl trimellitate.
これらの架橋剤は、他のモノマー成分100質量部に対して、0.01〜10質量部用いることが好ましく、0.03〜5質量部用いることがより好ましい。これらの架橋性モノマーのうち、トナー用樹脂に定着性、耐オフセット性の点から、芳香族ジビニル化合物(特にジビニルベンゼン)、芳香族基及びエーテル結合を1つ含む結合鎖で結ばれたジアクリレート化合物類が好適に挙げられる。これらの中でも、スチレン系共重合体、スチレン−アクリル系共重合体となるようなモノマーの組み合わせが好ましい。 These crosslinking agents are preferably used in an amount of 0.01 to 10 parts by mass, more preferably 0.03 to 5 parts by mass, with respect to 100 parts by mass of other monomer components. Among these crosslinkable monomers, diacrylates bonded to a toner resin by a bond chain containing one aromatic divinyl compound (especially divinylbenzene), one aromatic group and an ether bond from the viewpoint of fixability and offset resistance. Preferred examples include compounds. Among these, a combination of monomers that becomes a styrene copolymer or a styrene-acrylic copolymer is preferable.
本発明のビニル重合体又は共重合体の製造に用いられる重合開始剤としては、例えば、2,2'−アゾビスイソブチロニトリル、2,2'−アゾビス(4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2'−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2'−アゾビス(2−メチルブチロニトリル)、ジメチル−2,2'−アゾビスイソブチレート、1,1'−アゾビス(1−シクロへキサンカルボニトリル)、2−(カルバモイルアゾ)−イソブチロニトリル、2,2'−アゾビス(2,4,4−トリメチルペンタン)、2−フェニルアゾ−2',4'−ジメチル−4'−メトキシバレロニトリル、2,2'−アゾビス(2−メチルプロパン)、メチルエチルケトンパ−オキサイド、アセチルアセトンパーオキサイド、シクロへキサノンパーオキサイド等のケトンパーオキサイド類、2,2−ビス(tert−ブチルパーオキシ)ブタン、tert−ブチルハイドロパーオキサイド、クメンハイドロパーオキサイド、1,1,3,3−テトラメチルブチルハイドロパーオキサイド、ジ−tert−ブチルパーオキサイド、tert−ブチルクミルパーオキサイド、ジークミルパーオキサイド、α−(tert−ブチルパーオキシ)イソプロピルべンゼン、イソブチルパーオキサイド、オクタノイルパーオキサイド、デカノイルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド、3,5,5−トリメチルヘキサノイルパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド、m−トリルパーオキサイド、ジ−イソプロピルパーオキシジカーボネート、ジ−2−エチルへキシルパーオキシジカーボネート、ジ−n−プロピルパーオキシジカーボネート、ジ−2−エトキシエチルパーオキシカーボネート、ジ−エトキシイソプロピルパーオキシジカーボネート、ジ(3−メチル−3−メトキシブチル)パーオキシカーボネート、アセチルシクロへキシルスルホニルパーオキサイド、tert−ブチルパーオキシアセテート、tert−ブチルパーオキシイソブチレート、tert−ブチルパーオキシ−2−エチルへキサレート、tert−ブチルパーオキシラウレート、tert−ブチル−オキシベンゾエート、tert−ブチルパーオキシイソプロピルカーボネート、ジ−tert−ブチルパーオキシイソフタレート、tert−ブチルパーオキアリルカーボネート、イソアミルパーオキシ−2−エチルへキサノエート、ジ−tert−ブチルパーオキシへキサハイドロテレフタレート、tert−ブチルパーオキシアゼレート、などが挙げられる。 Examples of the polymerization initiator used in the production of the vinyl polymer or copolymer of the present invention include 2,2′-azobisisobutyronitrile, 2,2′-azobis (4-methoxy-2,4- Dimethylvaleronitrile), 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile), 2,2′-azobis (2-methylbutyronitrile), dimethyl-2,2′-azobisisobutyrate, 1 , 1′-azobis (1-cyclohexanecarbonitrile), 2- (carbamoylazo) -isobutyronitrile, 2,2′-azobis (2,4,4-trimethylpentane), 2-phenylazo-2 ′ , 4'-dimethyl-4'-methoxyvaleronitrile, 2,2'-azobis (2-methylpropane), methyl ethyl ketone peroxide, acetylacetone peroxide, cyclohexanone Ketone peroxides such as oxide, 2,2-bis (tert-butylperoxy) butane, tert-butyl hydroperoxide, cumene hydroperoxide, 1,1,3,3-tetramethylbutyl hydroperoxide, di -Tert-butyl peroxide, tert-butyl cumyl peroxide, dicumyl peroxide, α- (tert-butylperoxy) isopropylbenzene, isobutyl peroxide, octanoyl peroxide, decanoyl peroxide, lauroyl peroxide, 3,5,5-trimethylhexanoyl peroxide, benzoyl peroxide, m-tolyl peroxide, di-isopropylperoxydicarbonate, di-2-ethylhexylperoxydicarbonate Di-n-propyl peroxydicarbonate, di-2-ethoxyethyl peroxycarbonate, di-ethoxyisopropyl peroxydicarbonate, di (3-methyl-3-methoxybutyl) peroxycarbonate, acetylcyclohexyl Sulfonyl peroxide, tert-butyl peroxyacetate, tert-butyl peroxyisobutyrate, tert-butyl peroxy-2-ethylhexarate, tert-butyl peroxylaurate, tert-butyl-oxybenzoate, tert-butyl Peroxyisopropyl carbonate, di-tert-butyl peroxyisophthalate, tert-butyl peroxyallyl carbonate, isoamyl peroxy-2-ethylhexanoate, di-tert-butyl Kisa Hydro terephthalate to Rupaokishi, tert- butylperoxy azelate, and the like.
結着樹脂がスチレン−アクリル系樹脂の場合、樹脂成分のテトラヒドロフラン(THF)に可溶分のGPCによる分子量分布で、分子量3千〜5万(数平均分子量換算)の領域に少なくとも1つのピークが存在し、分子量10万以上の領域に少なくとも1つのピークが存在する樹脂が、定着性、オフセット性、保存性の点で好ましい。また、THF可溶分としては、分子量分布10万以下の成分が50〜90%となるような結着樹脂が好ましく、分子量5千〜3万の領域にメインピークを有する結着樹脂がより好ましく、5千〜2万の領域にメインピークを有する結着樹脂が最も好ましい。 When the binder resin is a styrene-acrylic resin, the molecular weight distribution by GPC soluble in the resin component tetrahydrofuran (THF) has at least one peak in the region of molecular weight 3,000 to 50,000 (in terms of number average molecular weight). A resin which is present and has at least one peak in a region having a molecular weight of 100,000 or more is preferable in terms of fixing property, offset property and storage property. Further, as the THF soluble component, a binder resin in which a component having a molecular weight distribution of 100,000 or less is 50 to 90% is preferable, and a binder resin having a main peak in a molecular weight region of 5,000 to 30,000 is more preferable. A binder resin having a main peak in the region of 5,000 to 20,000 is most preferable.
結着樹脂がスチレン−アクリル系樹脂等のビニル重合体のときの酸価としては、0.1[mgKOH/g]〜100[mgKOH/g]であることが好ましく、0.1[mgKOH/g]〜70[mgKOH/g]であることがより好ましく、0.1[mgKOH/g]〜50[mgKOH/g]であることが最も好ましい。 The acid value when the binder resin is a vinyl polymer such as styrene-acrylic resin is preferably 0.1 [mg KOH / g] to 100 [mg KOH / g], and preferably 0.1 [mg KOH / g]. ] To 70 [mgKOH / g], more preferably 0.1 [mgKOH / g] to 50 [mgKOH / g].
ポリエステル系重合体を構成するモノマーとしては、以下のものが挙げられる。
2価のアルコール成分としては、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、2,3−ブタンジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、1,5−ペンタンジオール、1,6−へキサンジオール、ネオペンチルグリコール、2−エチル−1,3−ヘキサンジオール、水素化ビスフェノールA、又は、ビスフェノールAにエチレンオキシド、プロピレンオキシド等の環状エーテルが重合して得られるジオール、などが挙げられる。
The following are mentioned as a monomer which comprises a polyester-type polymer.
Examples of the divalent alcohol component include ethylene glycol, propylene glycol, 1,3-butanediol, 1,4-butanediol, 2,3-butanediol, diethylene glycol, triethylene glycol, 1,5-pentanediol, 1,6-hexanediol, neopentyl glycol, 2-ethyl-1,3-hexanediol, hydrogenated bisphenol A, or diol obtained by polymerizing cyclic ethers such as ethylene oxide and propylene oxide to bisphenol A, etc. Is mentioned.
ポリエステル樹脂を架橋させるためには、3価以上のアルコールを併用することが好ましい。
前記3価以上の多価アルコールとしては、ソルビトール、1,2,3,6−ヘキサンテトロール、1,4−ソルビタン、ペンタエリスリトール、例えば、ジペンタエリスリトール、トリペンタエリスリトール、1,2,4−ブタントリオール、1,2,5−ペンタトリオール、グリセロール、2−メチルプロパントリオール、2−メチル−1,2,4−ブタントリオール、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、1,3,5−トリヒドロキシベンゼン、などが挙げられる。
In order to crosslink the polyester resin, it is preferable to use a trivalent or higher alcohol together.
Examples of the trihydric or higher polyhydric alcohol include sorbitol, 1,2,3,6-hexanetetrol, 1,4-sorbitan, pentaerythritol, such as dipentaerythritol, tripentaerythritol, 1,2,4- Butanetriol, 1,2,5-pentatriol, glycerol, 2-methylpropanetriol, 2-methyl-1,2,4-butanetriol, trimethylolethane, trimethylolpropane, 1,3,5-trihydroxybenzene , Etc.
ポリエステル系重合体を形成する酸成分としては、例えば、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸等のべンゼンジカルボン酸類又はその無水物、コハク酸、アジピン酸、セバシン酸、アゼライン酸等のアルキルジカルボン酸類又はその無水物、マレイン酸、シトラコン酸、イタコン酸、アルケニルコハク酸、フマル酸、メサコン酸等の不飽和二塩基酸、マレイン酸無水物、シトラコン酸無水物、イタコン酸無水物、アルケニルコハク酸無水物等の不飽和二塩基酸無水物、などがあげられる。また、3価以上の多価カルボン酸成分としては、トリメット酸、ピロメット酸、1,2,4−ベンゼントリカルボン酸、1,2,5−ベンゼントリカルボン酸、2,5,7−ナフタレントリカルボン酸、1,2,4−ナフタレントリカルボン酸、1,2,4−ブタントリカルボン酸、1,2,5−ヘキサントリカルボン酸、1,3−ジカルボキシ−2−メチル−2−メチレンカルボキシプロパン、テトラ(メチレンカルボキシ)メタン、1,2,7,8−オクタンテトラカルボン酸、エンポール三量体酸、又はこれらの無水物、部分低級アルキルエステル、などが挙げられる。 Examples of the acid component that forms the polyester polymer include benzene dicarboxylic acids such as phthalic acid, isophthalic acid, and terephthalic acid or anhydrides thereof, alkyldicarboxylic acids such as succinic acid, adipic acid, sebacic acid, and azelaic acid, or Unsaturated dibasic acids such as anhydride, maleic acid, citraconic acid, itaconic acid, alkenyl succinic acid, fumaric acid, mesaconic acid, maleic anhydride, citraconic anhydride, itaconic anhydride, alkenyl succinic anhydride And unsaturated dibasic acid anhydrides. Examples of the trivalent or higher polyvalent carboxylic acid component include trimet acid, pyromet acid, 1,2,4-benzenetricarboxylic acid, 1,2,5-benzenetricarboxylic acid, 2,5,7-naphthalenetricarboxylic acid, 1,2,4-naphthalenetricarboxylic acid, 1,2,4-butanetricarboxylic acid, 1,2,5-hexanetricarboxylic acid, 1,3-dicarboxy-2-methyl-2-methylenecarboxypropane, tetra (methylene Carboxy) methane, 1,2,7,8-octanetetracarboxylic acid, empol trimer acid, or anhydrides thereof, partial lower alkyl esters, and the like.
結着樹脂がポリエステル系樹脂の場合は、樹脂成分のTHF可溶成分の分子量分布で、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。 When the binder resin is a polyester resin, the toner has fixability and offset resistance because at least one peak exists in the molecular weight range of 3,000 to 50,000 in the molecular weight distribution of the THF soluble component of the resin component. In addition, as the THF-soluble component, a binder resin in which a component having a molecular weight of 100,000 or less is 60 to 100 [%] is also preferable, and at least one peak is in a region having a molecular weight of 5,000 to 20,000. A binder resin in which is present is more preferred.
結着樹脂がポリエステル樹脂の場合、その酸価としては、0.1[mgKOH/g]〜100[mgKOH/g]であることが好ましく、0.1[mgKOH/g]〜70[mgKOH/g]であることがより好ましく、0.1[mgKOH/g]〜50[mgKOH/g]であることが最も好ましい。 When the binder resin is a polyester resin, the acid value is preferably 0.1 [mgKOH / g] to 100 [mgKOH / g], and preferably 0.1 [mgKOH / g] to 70 [mgKOH / g]. It is more preferable that it is 0.1 [mg KOH / g] to 50 [mg KOH / g].
本発明において、結着樹脂の分子量分布は、THFを溶媒としたゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定される。 In the present invention, the molecular weight distribution of the binder resin is measured by gel permeation chromatography (GPC) using THF as a solvent.
本発明に係るトナーに使用できる結着樹脂としては、前記ビニル重合体成分及びポリエステル系樹脂成分の少なくともいずれか中に、これらの両樹脂成分と反応し得るモノマー成分を含む樹脂も使用することができる。ポリエステル系樹脂成分を構成するモノマーのうちビニル重合体と反応し得るものとしては、例えば、フタル酸、マレイン酸、シトラコン酸、イタコン酸等の不飽和ジカルボン酸又はその無水物、などが挙げられる。ビニル重合体成分を構成するモノマーとしては、カルボキシル基又はヒドロキシ基を有するものや、アクリル酸若しくはメタクリル酸エステル類が挙げられる。 As the binder resin that can be used in the toner according to the present invention, it is also possible to use a resin containing a monomer component capable of reacting with both of these resin components in at least one of the vinyl polymer component and the polyester resin component. it can. Examples of monomers that can react with the vinyl polymer among the monomers constituting the polyester resin component include unsaturated dicarboxylic acids such as phthalic acid, maleic acid, citraconic acid, and itaconic acid, or anhydrides thereof. Examples of the monomer constituting the vinyl polymer component include those having a carboxyl group or a hydroxy group, and acrylic acid or methacrylic acid esters.
また、ポリエステル系重合体、ビニル重合体とその他の結着樹脂を併用する場合、全体の結着樹脂の酸価が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。 Moreover, when using together a polyester polymer, a vinyl polymer, and other binder resin, the resin whose acid value of the whole binder resin is 0.1-50 [mgKOH / g] is 60 [mass%] or more. What has is preferable.
本発明において、トナー組成物の結着樹脂成分の酸価は、以下の方法により求め、基本操作はJIS K−0070に準ずる。
(1)試料は予め結着樹脂(重合体成分)以外の添加物を除去して使用するか、結着樹脂及び架橋された結着樹脂以外の成分の酸価及び含有量を予め求めておく。試料の粉砕品0.5〜2.0[g]を精秤し、重合体成分の重さをW[g]とする。例えば、トナーから結着樹脂の酸価を測定する場合は、着色剤又は磁性体等の酸価及び含有量を別途測定しておき、計算により結着樹脂の酸価を求める。
(2)300[ml]のビーカーに試料を入れ、トルエン/エタノール(体積比4/1)の混合液150[ml]を加え溶解する。
(3)0.1[mol/l]のKOHのエタノール溶液を用いて、電位差滴定装置を用いて滴定する。
(4)この時のKOH溶液の使用量をS[ml]とし、同時にブランクを測定し、この時のKOH溶液の使用量をB[ml]とし、以下の式で算出する。ただしfはKOHのファクターである。
酸価[mgKOH/g]=[(S−B)×f×5.61]/W
In the present invention, the acid value of the binder resin component of the toner composition is determined by the following method, and the basic operation conforms to JIS K-0070.
(1) The sample is used by removing additives other than the binder resin (polymer component) in advance, or the acid value and content of components other than the binder resin and the crosslinked binder resin are obtained in advance. . The pulverized product 0.5 to 2.0 [g] is precisely weighed, and the weight of the polymer component is defined as W [g]. For example, when measuring the acid value of the binder resin from the toner, the acid value and content of the colorant or magnetic material are separately measured, and the acid value of the binder resin is obtained by calculation.
(2) A sample is put into a 300 [ml] beaker, and 150 [ml] of a mixed solution of toluene / ethanol (volume ratio 4/1) is added and dissolved.
(3) Titrate with a potentiometric titrator using an ethanol solution of 0.1 [mol / l] KOH.
(4) The usage amount of the KOH solution at this time is set to S [ml], the blank is measured at the same time, and the usage amount of the KOH solution at this time is set to B [ml], and the following formula is calculated. However, f is a factor of KOH.
Acid value [mgKOH / g] = [(SB) × f × 5.61] / W
トナーの結着樹脂及び結着樹脂を含む組成物は、トナー保存性の観点から、ガラス転移温度(Tg)が35〜80[℃]であるのが好ましく、40〜75[℃]であるのがより好ましい。Tgが35[℃]より低いと高温雰囲気下でトナーが劣化しやすく、また定着時にオフセットが発生しやすくなることがある。また、Tgが80[℃]を超えると、定着性が低下することがある。 The toner binder resin and the composition containing the binder resin preferably have a glass transition temperature (Tg) of 35 to 80 [° C.], preferably 40 to 75 [° C.], from the viewpoint of toner storage stability. Is more preferable. If Tg is lower than 35 [° C.], the toner is likely to deteriorate in a high temperature atmosphere, and offset may occur during fixing. On the other hand, when Tg exceeds 80 [° C.], fixability may be lowered.
本発明で使用できる磁性体としては、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。 Examples of the magnetic material that can be used in the present invention include (1) iron oxide containing magnetic iron oxide such as magnetite, maghemite, and ferrite, and other metal oxides, and (2) metals such as iron, cobalt, and nickel, or Alloys of these metals with metals such as aluminum, cobalt, copper, lead, magnesium, tin, zinc, antimony, beryllium, bismuth, cadmium, calcium, manganese, selenium, titanium, tungsten, vanadium. (3) and mixtures thereof are used.
磁性体として具体的に例示すると、Fe3O4、γ−Fe2O3、ZnFe2O4、Y3Fe5O12、CdFe2O4、Gd3Fe5O12、CuFe2O4、PbFe12O、NiFe2O4、NdFe2O、BaFe12O19、MgFe2O4、MnFe2O4、LaFeO3、鉄粉、コバルト粉、ニッケル粉、などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。これらの中でも特に、四三酸化鉄、γ−三二酸化鉄の微粉末が好適に挙げられる。 Specific examples of the magnetic material include Fe 3 O 4 , γ-Fe 2 O 3 , ZnFe 2 O 4 , Y 3 Fe 5 O 12 , CdFe 2 O 4 , Gd 3 Fe 5 O 12 , CuFe 2 O 4 , PbFe 12 O, NiFe 2 O 4 , NdFe 2 O, BaFe 12 O 19, MgFe 2 O 4, MnFe 2 O 4, LaFeO 3, iron powder, cobalt powder, nickel powder, and the like. These may be used individually by 1 type and may be used in combination of 2 or more type. Among these, fine powders of triiron tetroxide and γ-iron trioxide are particularly preferable.
また、異種元素を含有するマグネタイト、マグヘマイト、フェライト等の磁性酸化鉄、又はその混合物も使用できる。異種元素を例示すると、例えば、リチウム、ベリリウム、ホウ素、マグネシウム、アルミニウム、ケイ素、リン、ゲルマニウム、ジルコニウム、錫、イオウ、カルシウム、スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウム、などが挙げられる。好ましい異種元素としては、マグネシウム、アルミニウム、ケイ素、リン、又はジルコニウムから選択される。異種元素は、酸化鉄結晶格子の中に取り込まれていてもよいし、酸化物として酸化鉄中に取り込まれていてもよいし、又は表面に酸化物あるいは水酸化物として存在していてもよいが、酸化物として含有されているのが好ましい。 Further, magnetic iron oxides such as magnetite, maghemite, and ferrite containing different elements, or a mixture thereof can be used. Examples of different elements include, for example, lithium, beryllium, boron, magnesium, aluminum, silicon, phosphorus, germanium, zirconium, tin, sulfur, calcium, scandium, titanium, vanadium, chromium, manganese, cobalt, nickel, copper, zinc, And gallium. Preferred heterogeneous elements are selected from magnesium, aluminum, silicon, phosphorus, or zirconium. The foreign element may be incorporated into the iron oxide crystal lattice, may be incorporated into the iron oxide as an oxide, or may be present on the surface as an oxide or hydroxide. Is preferably contained as an oxide.
異種元素は、磁性体生成時にそれぞれの異種元素の塩を混在させ、pH調整により、粒子中に取り込むことができる。また、磁性体粒子生成後にpH調整、あるいは各々の元素の塩を添加しpH調整することにより、粒子表面に析出することができる。 The different elements can be incorporated into the particles by mixing the salts of the different elements at the time of producing the magnetic substance and adjusting the pH. Moreover, it can precipitate on the particle | grain surface by adjusting pH after magnetic body particle | grains production | generation, or adding salt of each element and adjusting pH.
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[μm]〜2[μm]が好ましく、0.1[μm]〜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。 As a usage-amount of a magnetic body, 10-200 mass parts of magnetic bodies are preferable with respect to 100 mass parts of binder resin, and 20-150 mass parts is more preferable. The number average particle diameter of these magnetic materials is preferably 0.1 [μm] to 2 [μm], and more preferably 0.1 [μm] to 0.5 [μm]. The number average diameter can be obtained by measuring a photograph taken with a transmission electron microscope with a digitizer or the like.
また、磁性体の磁気特性としては、10kエルステッド印加での磁気特性がそれぞれ、抗磁力20〜150エルステッド、飽和磁化50〜200[A・m2/kg]、残留磁化2〜20[A・m2/kg]のものが好ましい。磁性体は、着色剤としても使用することができる。 Further, as magnetic characteristics of the magnetic material, the magnetic characteristics at 10 k oersted application are coercive force 20 to 150 oersted, saturation magnetization 50 to 200 [A · m 2 / kg], remanent magnetization 2 to 20 [A · m, respectively. 2 / kg] is preferable. The magnetic material can also be used as a colorant.
〔着色剤〕
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が、例えば、カーボンブラック、ニグロシン染料、鉄黒、ナフトールイエローS、ハンザイエロー(10G、5G、G)、カドミウムイエロー、黄色酸化鉄、黄土、黄鉛、チタン黄、ポリアゾイエロー、オイルイエロー、ハンザイエロー(GR、A、RN、R)、ピグメントイエローL、ベンジジンイエロー(G、GR)、パーマネントイエロー(NCG)、バルカンファストイエロー(5G、R)、タートラジンレーキ、キノリンイエローレーキ、アンスラザンイエローBGL、イソインドリノンイエロー、ベンガラ、鉛丹、鉛朱、カドミウムレッド、カドミウムマーキュリレッド、アンチモン朱、パーマネントレッド4R、パラレッド、ファイセーレッド、パラクロルオルトニトロアニリンレッド、リソールファストスカーレットG、ブリリアントファストスカーレット、ブリリアントカーンミンBS、パーマネントレッド(F2R、F4R、FRL、FRLL、F4RH)、ファストスカーレットVD、ベルカンファストルビンB、ブリリアントスカーレットG、リソールルビンGX、パーマネントレッドF5R、ブリリアントカーミン6B、ポグメントスカーレット3B、ボルドー5B、トルイジンマルーン、パーマネントボルドーF2K、ヘリオボルドーBL、ボルドー10B、ボンマルーンライト、ボンマルーンメジアム、エオシンレーキ、ローダミンレーキB、ローダミンレーキY、アリザリンレーキ、チオインジゴレッドB、チオインジゴマルーン、オイルレッド、キナクリドンレッド、ピラゾロンレッド、ポリアゾレッド、クロームバーミリオン、ベンジジンオレンジ、ペリノンオレンジ、オイルオレンジ、コバルトブルー、セルリアンブルー、アルカリブルーレーキ、ピーコックブルーレーキ、ビクトリアブルーレーキ、無金属フタロシアニンブルー、フタロシアニンブルー、ファストスカイブルー、インダンスレンブルー(RS、BC)、インジゴ、群青、紺青、アントラキノンブルー、ファストバイオレットB、メチルバイオレットレーキ、コバルト紫、マンガン紫、ジオキサンバイオレット、アントラキノンバイオレット、クロムグリーン、ジンクグリーン、酸化クロム、ピリジアン、エメラルドグリーン、ピグメントグリーンB、ナフトールグリーンB、グリーンゴールド、アシッドグリーンレーキ、マラカイトグリーンレーキ、フタロシアニングリーン、アントラキノングリーン、酸化チタン、亜鉛華、リトボン及びこれらの混合物、などが挙げられる。
[Colorant]
The colorant is not particularly limited, and a commonly used resin can be appropriately selected and used. For example, carbon black, nigrosine dye, iron black, naphthol yellow S, Hansa yellow (10G, 5G, G ), Cadmium yellow, yellow iron oxide, ocher, yellow lead, titanium yellow, polyazo yellow, oil yellow, Hansa yellow (GR, A, RN, R), pigment yellow L, benzidine yellow (G, GR), permanent yellow (NCG), Vulcan Fast Yellow (5G, R), Tartrazine Lake, Quinoline Yellow Lake, Anthrazan Yellow BGL, Isoindolinone Yellow, Bengala, Red Dan, Lead Zhu, Cadmium Red, Cadmium Mercury Red, Antimon Zhu, Permanent Red 4R, Para Red, Phi -Red, Parachlor ortho nitroaniline red, Resol Fast Scarlet G, Brilliant Fast Scarlet, Brilliant Carmine BS, Permanent Red (F2R, F4R, FRL, FRLL, F4RH), Fast Scarlet VD, Belkan Fast Rubin B, Brilliant Scarlet G, Risor Rubin GX, Permanent Red F5R, Brilliant Carmine 6B, Pigment Scarlet 3B, Bordeaux 5B, Toluidine Maroon, Permanent Bordeaux F2K, Helio Bordeaux BL, Bordeaux 10B, Bon Maroon Light, Bon Maroon Medium, Eosin Lake, Rhodamine Lake B, Rhodamine Lake Y, Alizarin Lake, Thioindigo Red B, Thioindigo Maroon, Oil Red, Kina Redon Red, Pyrazolone Red, Polyazo Red, Chrome Vermilion, Benzidine Orange, Perinone Orange, Oil Orange, Cobalt Blue, Cerulean Blue, Alkaline Blue Lake, Peacock Blue Lake, Victoria Blue Lake, Metal Free Phthalocyanine Blue, Phthalocyanine Blue, Fast Sky Blue , Indanthrene Blue (RS, BC), Indigo, Ultramarine, Bitumen, Anthraquinone Blue, Fast Violet B, Methyl Violet Lake, Cobalt Purple, Manganese Purple, Dioxane Violet, Anthraquinone Violet, Chrome Green, Zinc Green, Chrome Oxide, Pyridian , Emerald Green, Pigment Green B, Naphthol Green B, Green Gold, Acid Green Lake , Malachite green lake, phthalocyanine green, anthraquinone green, titanium oxide, zinc white, litbon and mixtures thereof.
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。 The content of the colorant is preferably 1 to 15 [% by mass] and more preferably 3 to 10 [% by mass] based on the toner.
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、先にあげた変性、未変性ポリエステル樹脂の他に、例えば、ポリスチレン、ポリp−クロロスチレン、ポリビニルトルエンなどのスチレン及びその置換体の重合体;スチレン−p−クロロスチレン共重合体、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−ビニルナフタリン共重合体、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−アクリル酸オクチル共重合体、スチレン−メタクリル酸メチル共重合体、スチレン−メタクリル酸エチル共重合体、スチレン−メタクリル酸ブチル共重合体、スチレン−α−クロルメタクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−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−アクリロニトリル−インデン共重合体、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など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、エポキシ樹脂、エポキシポリオール樹脂、ポリウレタン、ポリアミド、ポリビニルブチラール、ポリアクリル酸樹脂、ロジン、変性ロジン、テルペン樹脂、脂肪族叉は脂環族炭化水素樹脂、芳香族系石油樹脂、塩素化パラフィン、パラフィンワックス、などが挙げられる。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。 The colorant used in the toner according to the present invention can also be used as a master batch combined with a resin. As the binder resin kneaded together with the production of the master batch or the master batch, in addition to the above-mentioned modified and unmodified polyester resins, for example, polystyrene, poly p-chlorostyrene, polyvinyltoluene and other styrene and its substitutes Polymer: Styrene-p-chlorostyrene copolymer, styrene-propylene copolymer, styrene-vinyltoluene copolymer, styrene-vinylnaphthalene copolymer, styrene-methyl acrylate copolymer, styrene-ethyl acrylate Copolymer, styrene-butyl acrylate copolymer, styrene-octyl acrylate copolymer, styrene-methyl methacrylate copolymer, styrene-ethyl methacrylate copolymer, styrene-butyl methacrylate copolymer, styrene -Α-Chloromethyl methacrylate Polymer, styrene-acrylonitrile copolymer, styrene-vinyl methyl ketone copolymer, styrene-butadiene copolymer, styrene-isoprene copolymer, styrene-acrylonitrile-indene copolymer, styrene-maleic acid copolymer, Styrene copolymers such as styrene-maleic acid ester copolymer; polymethyl methacrylate, polybutyl methacrylate, polyvinyl chloride, polyvinyl acetate, polyethylene, polypropylene, polyester, epoxy resin, epoxy polyol resin, polyurethane, polyamide, polyvinyl Examples include butyral, polyacrylic acid resin, rosin, modified rosin, terpene resin, aliphatic or alicyclic hydrocarbon resin, aromatic petroleum resin, chlorinated paraffin, and paraffin wax. These may be used individually by 1 type, and 2 or more types may be mixed and used for them.
マスターバッチは、マスターバッチ用の樹脂と着色剤とを高せん断力をかけて混合、混練して得ることができる。この際、着色剤と樹脂の相互作用を高めるために、有機溶剤を用いる事ができる。また、いわゆるフラッシング法と呼ばれる着色剤の、水を含んだ水性ペーストを、樹脂と有機溶剤とともに混合混練し、着色剤を樹脂側に移行させ、水分と有機溶剤成分を除去する方法も、着色剤のウエットケーキをそのまま用いることができるため、乾燥する必要がなく、好適に使用される。混合混練するには、3本ロールミル等の高せん断分散装置が好適に使用される。 The master batch can be obtained by mixing and kneading the master batch resin and the colorant under high shear. At this time, an organic solvent can be used to enhance the interaction between the colorant and the resin. Also, there is a method of removing the water and organic solvent components by mixing and kneading an aqueous paste containing water, which is a so-called flushing method, together with a resin and an organic solvent, and transferring the colorant to the resin side. Since the wet cake can be used as it is, it does not need to be dried and is preferably used. For mixing and kneading, a high shearing dispersion device such as a three-roll mill is preferably used.
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。 As a usage-amount of a masterbatch, 0.1-20 mass parts is preferable with respect to 100 mass parts of binder resin.
また、マスターバッチ用の樹脂は、酸価が30[mgKOH/g]以下、アミン価が1〜100で、着色剤を分散させて使用することが好ましく、酸価が20[mgKOH/g]以下、アミン価が10〜50で、着色剤を分散させて使用することがより好ましい。酸価が30[mgKOH/g]を超えると、高湿下での帯電性が低下し、顔料分散性も不十分となることがある。また、アミン価が1未満であるとき、及び、アミン価が100を超えるときにも、顔料分散性が不十分となることがある。なお、酸価はJIS K0070に記載の方法により測定することができ、アミン価はJIS K7237に記載の方法により測定することができる。 The resin for the masterbatch preferably has an acid value of 30 [mg KOH / g] or less, an amine value of 1 to 100 and a colorant dispersed therein, and an acid value of 20 [mg KOH / g] or less. More preferably, the amine value is 10 to 50 and the colorant is dispersed. When the acid value exceeds 30 [mgKOH / g], the chargeability under high humidity may be lowered and the pigment dispersibility may be insufficient. Also, when the amine value is less than 1 and when the amine value exceeds 100, the pigment dispersibility may be insufficient. The acid value can be measured by the method described in JIS K0070, and the amine value can be measured by the method described in JIS K7237.
また、分散剤は、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、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。 The dispersant is preferably highly compatible with the binder resin in terms of pigment dispersibility. Specific examples of commercially available products include “Ajisper PB821” and “Azisper PB822” (manufactured by Ajinomoto Fine Techno Co., Ltd.). , “Disperbyk-2001” (manufactured by Big Chemie), “EFKA-4010” (manufactured by EFKA), and the like.
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。 The dispersant is preferably blended in the toner at a ratio of 0.1 to 10 [mass%] with respect to the colorant. When the blending ratio is less than 0.1 [% by mass], the pigment dispersibility may be insufficient, and when more than 10 [% by mass], the chargeability under high humidity may be deteriorated.
分散剤の重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーにおけるスチレン換算重量での、メインピークの極大値の分子量で、500〜100000が好ましく、顔料分散性の観点から、3000〜100000がより好ましい。特に、5000〜50000が好ましく、5000〜30000が最も好ましい。分子量が500未満であると、極性が高くなり、着色剤の分散性が低下することがあり、分子量が100000を超えると、溶剤との親和性が高くなり、着色剤の分散性が低下することがある。 The weight average molecular weight of the dispersant is the molecular weight of the maximum value of the main peak in terms of styrene in gel permeation chromatography, preferably 500 to 100,000, and more preferably 3000 to 100,000 from the viewpoint of pigment dispersibility. In particular, 5000 to 50000 is preferable, and 5000 to 30000 is most preferable. When the molecular weight is less than 500, the polarity becomes high and the dispersibility of the colorant may be lowered. When the molecular weight exceeds 100,000, the affinity with the solvent is increased and the dispersibility of the colorant is lowered. There is.
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。 The addition amount of the dispersant is preferably 1 to 200 parts by mass, more preferably 5 to 80 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the colorant. If it is less than 1 part by mass, the dispersibility may be lowered, and if it exceeds 200 parts by mass, the chargeability may be lowered.
〔ワックス〕
本発明で用いるトナー組成液は、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るが、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。
〔wax〕
The toner composition liquid used in the present invention contains a wax together with a binder resin and a colorant.
The wax is not particularly limited and can be appropriately selected from those usually used. For example, low molecular weight polyethylene, low molecular weight polypropylene, polyolefin wax, microcrystalline wax, paraffin wax, sazol wax, etc. Of aliphatic hydrocarbon waxes, oxides of aliphatic hydrocarbon waxes such as oxidized polyethylene wax or block copolymers thereof, plant waxes such as candelilla wax, carnauba wax, wood wax, jojoba wax, beeswax, Waxes mainly composed of animal waxes such as lanolin and whale wax, mineral waxes such as ozokerite, ceresin, and petrolatum, and fatty acid esters such as montanic acid ester wax and castor wax. Deoxidized carnauba wax and other fatty acid esters that have been partially or wholly deoxidized are included.
ワックスの例としては、更に、パルミチン酸、ステアリン酸、モンタン酸、あるいは更に直鎖のアルキル基を有する直鎖アルキルカルボン酸類等の飽和直鎖脂肪酸、プランジン酸、エレオステアリン酸、バリナリン酸等の不飽和脂肪酸、ステアリルアルコール、エイコシルアルコール、ベヘニルアルコール、カルナウピルアルコール、セリルアルコール、メシリルアルコール、あるいは長鎖アルキルアルコール等の飽和アルコール、ソルビトール等の多価アルコール、リノール酸アミド、オレフィン酸アミド、ラウリン酸アミド等の脂肪酸アミド、メチレンビスカプリン酸アミド、エチレンビスラウリン酸アミド、ヘキサメチレンビスステアリン酸アミド等の飽和脂肪酸ビスアミド、エチレンビスオレイン酸アミド、ヘキサメチレンビスオレイン酸アミド、N,N'−ジオレイルアジピン酸アミド、N,N'−ジオレイルセパシン酸アミド等の不飽和脂肪酸アミド類、m−キシレンビスステアリン酸アミド、N,N−ジステアリルイソフタル酸アミド等の芳香族系ビスアミド、ステアリン酸カルシウム、ラウリン酸カルシウム、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸マグネシウム等の脂肪酸金属塩、脂肪族炭化水素系ワックスにスチレンやアクリル酸等のビニル系モノマーを用いてグラフト化させたワックス、ベヘニン酸モノグリセリド等の脂肪酸と多価アルコールの部分エステル化合物、植物性油脂を水素添加することによって得られるヒドロキシル基を有するメチルエステル化合物が挙げられる。 Examples of waxes are further saturated linear fatty acids such as palmitic acid, stearic acid, montanic acid, or linear alkyl carboxylic acids having a linear alkyl group, prandidic acid, eleostearic acid, valinalic acid, etc. Unsaturated fatty acids, stearyl alcohol, eicosyl alcohol, behenyl alcohol, carnupyl alcohol, seryl alcohol, mesyl alcohol, saturated alcohols such as long-chain alkyl alcohols, polyhydric alcohols such as sorbitol, linoleic acid amides, olefinic acid amides , Fatty acid amides such as lauric acid amide, methylene biscapric acid amide, ethylene bis lauric acid amide, saturated fatty acid bisamides such as hexamethylene bis stearic acid amide, ethylene bisoleic acid amide, hexamethylene bisoleic acid Unsaturated fatty acid amides such as acid amide, N, N′-dioleyl adipate amide, N, N′-dioleyl sepasin amide, m-xylene bisstearic acid amide, N, N-distearyl isophthalic acid Grafted onto aromatic bisamides such as amides, fatty acid metal salts such as calcium stearate, calcium laurate, zinc stearate and magnesium stearate, and aliphatic hydrocarbon waxes using vinyl monomers such as styrene and acrylic acid. Examples thereof include waxes, partial ester compounds of polyhydric alcohols such as behenic acid monoglycerides, and methyl ester compounds having a hydroxyl group obtained by hydrogenating vegetable oils and fats.
より好適な例としては、オレフィンを高圧下でラジカル重合したポリオレフィン、高分子量ポリオレフィン重合時に得られる低分子量副生成物を精製したポリオレフィン、低圧下でチーグラー触媒、メタロセン触媒の如き触媒を用いて重合したポリオレフィン、放射線、電磁波又は光を利用して重合したポリオレフィン、高分子量ポリオレフィンを熱分解して得られる低分子量ポリオレフィン、パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、フィッシャートロプシュワックス、ジントール法、ヒドロコール法、アーゲ法等により合成される合成炭化水素ワックス、炭素数1個の化合物をモノマーとする合成ワックス、水酸基又はカルボキシル基の如き官能基を有する炭化水素系ワックス、炭化水素系ワックスと官能基を有する炭化水素系ワックスとの混合物、これらのワックスを母体としてスチレン、マレイン酸エステル、アクリレート、メタクリレート、無水マレイン酸の如きビニルモノマーでグラフト変性したワックスが挙げられる。 More preferable examples include polyolefins obtained by radical polymerization of olefins under high pressure, polyolefins obtained by purifying low molecular weight by-products obtained during polymerization of high molecular weight polyolefins, and polymerization using a catalyst such as a Ziegler catalyst or a metallocene catalyst under low pressure. Polyolefin, polyolefin polymerized using radiation, electromagnetic waves or light, low molecular weight polyolefin obtained by thermal decomposition of high molecular weight polyolefin, paraffin wax, microcrystalline wax, Fischer-Tropsch wax, Jintole method, hydrocol method, age method, etc. Hydrocarbon wax synthesized by the above, synthetic wax using a compound having one carbon atom as a monomer, hydrocarbon wax having a functional group such as a hydroxyl group or a carboxyl group, hydrocarbon wax and hydrocarbon having a functional group Mixture of system wax, styrene these waxes as a matrix, maleic acid ester, acrylate, methacrylate, graft-modified wax with such vinyl monomers of maleic acid.
また、これらのワックスを、プレス発汗法、溶剤法、再結晶法、真空蒸留法、超臨界ガス抽出法又は溶液晶析法を用いて分子量分布をシャープにしたものや、低分子量固形脂肪酸、低分子量固形アルコール、低分子量固形化合物、その他の不純物を除去したものも好ましく用いられる。 In addition, these waxes have a sharp molecular weight distribution using a press perspiration method, a solvent method, a recrystallization method, a vacuum distillation method, a supercritical gas extraction method, or a solution liquid crystal deposition method, a low molecular weight solid fatty acid, a low A molecular weight solid alcohol, a low molecular weight solid compound, and other impurities are preferably used.
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。 The melting point of the wax is preferably 70 to 140 [° C.] and more preferably 70 [° C.] to 120 [° C.] in order to balance the fixing property and the offset resistance. If it is less than 70 [° C.], the blocking resistance may be lowered, and if it exceeds 140 [° C.], the offset resistance effect may be difficult to be exhibited.
また、2種以上の異なる種類のワックスを併用することにより、ワックスの作用である可塑化作用と離型作用を同時に発現させることができる。可塑化作用を有するワックスの種類としては、例えば融点の低いワックス、分子の構造上に分岐のあるものや極性基を有する構造のもの、などが挙げられる。離型作用を有するワックスとしては、融点の高いワックスが挙げられ、その分子の構造としては、直鎖構造のものや、官能基を有さない無極性のものが挙げられる。使用例としては、2種以上の異なるワックスの融点の差が10[℃]〜100[℃]のものの組み合わせや、ポリオレフィンとグラフト変性ポリオレフィンの組み合わせ、などが挙げられる。 Further, by using two or more different types of waxes in combination, the plasticizing action and the releasing action which are the actions of the wax can be expressed simultaneously. Examples of the type of wax having a plasticizing action include waxes having a low melting point, those having a branched structure on the molecular structure, and those having a polar group. Examples of the wax having a releasing action include a wax having a high melting point, and the molecular structure includes a linear structure and a non-polar one having no functional group. Examples of use include a combination of two or more different waxes having a difference in melting point of 10 [° C.] to 100 [° C.], a combination of polyolefin and graft-modified polyolefin, and the like.
2種のワックスを選択する際には、同様構造のワックスの場合は、相対的に、融点の低いワックスが可塑化作用を発揮し、融点の高いワックスが離型作用を発揮する。この時、融点の差が10[℃]〜100[℃]の場合に、機能分離が効果的に発現する。10[℃]未満では機能分離効果が表れにくいことがあり、100[℃]を超える場合には相互作用による機能の強調が行われにくいことがある。このとき、機能分離効果を発揮しやすくなる傾向があることから、少なくとも一方のワックスの融点が70〜120[℃]であることが好ましく、70[℃]〜100[℃]であることがより好ましい。 When selecting two types of wax, in the case of a wax having the same structure, a wax having a relatively low melting point exhibits a plasticizing action, and a wax having a high melting point exhibits a releasing action. At this time, when the difference in melting point is 10 [° C.] to 100 [° C.], functional separation is effectively exhibited. If it is less than 10 [° C.], the function separation effect may be difficult to appear, and if it exceeds 100 [° C.], the function may not be emphasized by interaction. At this time, since the function separation effect tends to be easily exhibited, the melting point of at least one wax is preferably 70 to 120 [° C.], and more preferably 70 [° C.] to 100 [° C.]. preferable.
ワックスは、相対的に、枝分かれ構造のものや官能基の如き極性基を有するものや主成分とは異なる成分で変性されたものが可塑作用を発揮し、より直鎖構造のものや官能基を有さない無極性のものや未変性のストレートなものが離型作用を発揮する。好ましい組み合わせとしては、エチレンを主成分とするポリエチレンホモポリマー又はコポリマーとエチレン以外のオレフィンを主成分とするポリオレフィンホモポリマー又はコポリマーの組み合わせ、ポリオレフィンとグラフト変成ポリオレフィンの組み合わせ、アルコールワックス、脂肪酸ワックス又はエステルワックスと炭化水素系ワックスの組み合わせ、フイシャートロプシュワックス又はポリオレフィンワックスとパラフィンワックス又はマイクロクリスタルワックスの組み合わせ、フィッシャトロプシュワックスとポルリオレフィンワックスの組み合わせ、パラフィンワックスとマイクロクリスタルワックスの組み合わせ、カルナバワックズ、キャンデリラワックス、ライスワックス又はモンタンワックスと炭化水素系ワックスの組み合わせが挙げられる。 As for wax, those having a branched structure, those having a polar group such as a functional group, and those modified with a component different from the main component exert a plastic action, and those having a more linear structure or functional group Non-polar and non-denatured straight ones that do not have a releasing action. Preferred combinations include polyethylene homopolymers or copolymers based on ethylene and polyolefin homopolymers or copolymers based on olefins other than ethylene, polyolefins and graft modified polyolefins, alcohol waxes, fatty acid waxes or ester waxes. And hydrocarbon wax combinations, Fischer-Tropsch wax or polyolefin wax and paraffin wax or microcrystal wax combination, Fischer-Tropsch wax and polyolefin wax combination, paraffin wax and microcrystal wax combination, Carnauba Wax, Can Delila wax, rice wax or montan wax and hydrocarbon wax Combinations thereof.
いずれの場合においても、トナー保存性と定着性のバランスをとりやすくなることから、トナーのDSC測定において観測される吸熱ピークにおいて、70〜110[℃]の領域に最大ピークのピークトップ温度があることが好ましく、70〜110[℃]の領域に最大ピークを有しているのがより好ましい。 In any case, since it becomes easy to balance the toner storage stability and the fixing property, the peak end temperature of the maximum peak is in the region of 70 to 110 [° C.] in the endothermic peak observed in the DSC measurement of the toner. It is preferable that it has a maximum peak in the region of 70 to 110 [° C.].
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。 The total content of the wax is preferably 0.2 to 20 parts by mass and more preferably 0.5 to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the binder resin.
本発明では、DSC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。 In the present invention, the peak top temperature of the endothermic peak of the wax measured by DSC is defined as the melting point of the wax.
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。 As a DSC measuring instrument for wax or toner, it is preferable to measure with a differential scanning calorimeter of high accuracy internal heat type input compensation type. As a measuring method, it carries out according to ASTM D3418-82. The DSC curve used in the present invention is one that is measured when the temperature is raised at a temperature rate of 10 [° C./min] after raising and lowering the temperature once and taking a previous history.
〔流動性向上剤〕
本発明に係るトナーには、流動性向上剤を添加してもよい。該流動性向上剤は、トナー表面に添加することにより、トナーの流動性を改善(流動しやすくなる)するものである。
[Flowability improver]
A fluidity improver may be added to the toner according to the present invention. The fluidity improver improves the fluidity of the toner (becomes easy to flow) when added to the toner surface.
流動性向上剤としては、例えば、カーボンブラック、フッ化ビニリデン微粉末、ポリテトラフルオロエチレン微粉末の如きフッ素系樹脂粉末、湿式製法シリカ、乾式製法シリカの如き微粉末シリカ、微粉未酸化チタン、微粉未アルミナ、それらをシランカップリング剤、チタンカップリング剤若しくはシリコーンオイルにより表面処理を施した処理シリカ,処理酸化チタン,処理アルミナ、などが挙げられる。これらの中でも、微粉末シリカ、微粉未酸化チタン、微粉未アルミナが好ましく、また、これらをシランカップリング剤やシリコーンオイルにより表面処理を施した処理シリカが更に好ましい。 Examples of the fluidity improver include, for example, carbon black, vinylidene fluoride fine powder, fluorine-based resin powder such as polytetrafluoroethylene fine powder, wet process silica, fine powder silica such as dry process silica, fine powder titanium oxide, fine powder. Examples include non-alumina, treated silica obtained by subjecting them to a surface treatment with a silane coupling agent, a titanium coupling agent, or silicone oil, treated titanium oxide, and treated alumina. Among these, fine powder silica, fine powder unoxidized titanium, and fine powder unalumina are preferable, and treated silica obtained by surface-treating these with a silane coupling agent or silicone oil is more preferable.
流動性向上剤の粒径としては、平均一次粒径として、0.001[μm]〜2[μm]であることが好ましく、0.002[μm]〜0.2[μm]であることがより好ましい。 The particle size of the fluidity improver is preferably 0.001 [μm] to 2 [μm], and preferably 0.002 [μm] to 0.2 [μm] as an average primary particle size. More preferred.
微粉末シリカは、ケイ素ハロゲン化含物の気相酸化により生成された微粉体であり、いわゆる乾式法シリカ又はヒュームドシリカと称されるものである。 Fine powder silica is fine powder produced by vapor phase oxidation of silicon halide inclusions, and is called so-called dry silica or fumed silica.
ケイ素ハロゲン化合物の気相酸化により生成された市販のシリカ微粉体としては、例えば、AEROSIL(日本アエロジル社商品名、以下同じ)−130、−300、−380、−TT600、−MOX170、−MOX80、−COK84:Ca−O−SiL(CABOT社商品名)−M−5、−MS−7、−MS−75、−HS−5、−EH−5、Wacker HDK(WACKER−CHEMIE社商品名)−N20 V15、−N20E、−T30、−T40:D−CFineSi1ica(ダウコーニング社商品名):Franso1(Fransi1社商品名)、などが挙げられる。 Examples of commercially available silica fine powders produced by vapor phase oxidation of silicon halogen compounds include, for example, AEROSIL (trade name of Nippon Aerosil Co., Ltd., hereinafter the same) -130, -300, -380, -TT600, -MOX170, -MOX80, -COK84: Ca-O-SiL (trade name of CABOT)-M-5, -MS-7, -MS-75, -HS-5, -EH-5, Wacker HDK (trade name of WACKER-CHEMIE)- N20 V15, -N20E, -T30, -T40: D-CFineSi1ica (trade name of Dow Corning): Franco1 (trade name of Franci1), and the like.
更には、ケイ素ハロゲン化合物の気相酸化により生成されたシリカ微粉体を疎水化処理した処理シリカ微粉体がより好ましい。処理シリカ微粉体において、メタノール滴定試験によって測定された疎水化度が好ましくは30〜80[%]の値を示すようにシリカ微粉体を処理したものが特に好ましい。疎水化は、シリカ微粉体と反応あるいは物理吸着する有機ケイ素化合物等で化学的あるいは物理的に処理することによって付与される。好ましい方法としては、ケイ素ハロゲン化合物の気相酸化により生成されたシリカ微粉体を有機ケイ素化合物で処理する方法がよい。 Furthermore, a treated silica fine powder obtained by hydrophobizing a silica fine powder produced by vapor phase oxidation of a silicon halogen compound is more preferable. In the treated silica fine powder, it is particularly preferred to treat the silica fine powder so that the degree of hydrophobicity measured by a methanol titration test preferably shows a value of 30 to 80 [%]. Hydrophobization is imparted by chemical or physical treatment with an organosilicon compound that reacts or physically adsorbs with silica fine powder. As a preferred method, a method of treating a silica fine powder produced by vapor phase oxidation of a silicon halogen compound with an organosilicon compound is preferable.
有機ケイ素化合物としては、ヒドロキシプロピルトリメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、n−ヘキサデシルトリメトキシシラン、n−オクタデシルトリメトキシシラン、ビニルメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、ジメチルビニルクロロシラン、ジビニルクロロシラン、γ−メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン、へキサメチルジシラン、トリメチルシラン、トリメチルクロロシラン、ジメチルジクロロシラン、メチルトリクロロシラン、アリルジメチルクロロシラン、アリルフェニルジクロロシラン、ベンジルジメチルクロロシラン、ブロモメチルジメチルクロロシラン、α−クロルエチルトリクロロシラン、β−クロロエチルトリクロロシラン、クロロメチルジメチルクロロシラン、トリオルガノシリルメルカプタン、トリメチルシリルメルカプタン、トリオルガノシリルアクリレート、ビニルジメチルアセトキシシラン、ジメチルエトキシシラン、トリメチルエトキシシラン、トリメチルメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、イソブチルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、へキサメチルジシロキサン、1,3−ジビニルテトラメチルジシロキサン、1,3−ジフエニルテトラメチルジシロキサン及び1分子当り2から12個のシロキサン単位を有し、未端に位置する単位にそれぞれSiに結合した水酸基を0〜1個含有するジメチルポリシロキサン等がある。更に、ジメチルシリコーンオイルの如きシリコーンオイルが挙げられる。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。 Examples of the organosilicon compound include hydroxypropyltrimethoxysilane, phenyltrimethoxysilane, n-hexadecyltrimethoxysilane, n-octadecyltrimethoxysilane, vinylmethoxysilane, vinyltriethoxysilane, vinyltriacetoxysilane, dimethylvinylchlorosilane, Divinylchlorosilane, γ-methacryloxypropyltrimethoxysilane, hexamethyldisilane, trimethylsilane, trimethylchlorosilane, dimethyldichlorosilane, methyltrichlorosilane, allyldimethylchlorosilane, allylphenyldichlorosilane, benzyldimethylchlorosilane, bromomethyldimethylchlorosilane, α -Chloroethyltrichlorosilane, β-chloroethyltrichlorosilane, chloromethyldimethylchlorosilane , Triorganosilyl mercaptan, trimethylsilyl mercaptan, triorganosilyl acrylate, vinyldimethylacetoxysilane, dimethylethoxysilane, trimethylethoxysilane, trimethylmethoxysilane, methyltriethoxysilane, isobutyltrimethoxysilane, dimethyldimethoxysilane, diphenyldiethoxysilane , Hexamethyldisiloxane, 1,3-divinyltetramethyldisiloxane, 1,3-diphenyltetramethyldisiloxane, and 2 to 12 siloxane units per molecule, Examples include dimethylpolysiloxane containing 0 to 1 hydroxyl group bonded to Si. Furthermore, silicone oils such as dimethyl silicone oil can be mentioned. These may be used individually by 1 type, and 2 or more types may be mixed and used for them.
流動性向上剤の個数平均粒径としては、5〜100[nm]になるものが好ましく、5〜50[nm]になるものがより好ましい。 The number average particle diameter of the fluidity improver is preferably 5 to 100 [nm], more preferably 5 to 50 [nm].
BET法で測定した窒素吸着による比表面積としては、30[m2/g]以上が好ましく、60〜400[m2/g]がより好ましい。表面処理された微粉体としては、20[m2/g]以上が好ましく、40〜300[m2/g]がより好ましい。 The specific surface area by nitrogen adsorption measured by the BET method is preferably 30 [m 2 / g] or more, and more preferably 60 to 400 [m 2 / g]. The surface-treated fine powder is preferably 20 [m 2 / g] or more, more preferably 40 to 300 [m 2 / g].
これらの微粉体の適用量としては、トナー粒子100質量部に対して0.03〜8質量部が好ましい。 The application amount of these fine powders is preferably 0.03 to 8 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the toner particles.
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。 In the toner according to the present invention, as other additives, protection of the electrostatic latent image carrier / carrier, improvement of cleaning properties, adjustment of thermal characteristics / electrical characteristics / physical characteristics, resistance adjustment, softening point adjustment, fixing rate For the purpose of improvement, various metal soaps, fluorosurfactants, dioctyl phthalate, tin oxide, zinc oxide, carbon black, antimony oxide, etc. as conductivity imparting agents, and inorganic such as titanium oxide, aluminum oxide, alumina A fine powder or the like can be added as necessary. These inorganic fine powders may be hydrophobized as necessary. In addition, lubricants such as polytetrafluoroethylene, zinc stearate, polyvinylidene fluoride, abrasives such as cesium oxide, silicon carbide, strontium titanate, anti-caking agents, white particles and black particles having opposite polarity to the toner particles, Can also be used in small amounts as a developability improver.
これらの添加剤は、帯電量コントロール等の目的でシリコーンワニス、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。 These additives include silicone varnishes, various modified silicone varnishes, silicone oils, various modified silicone oils, silane coupling agents, silane coupling agents having functional groups, and other organosilicon compounds for the purpose of charge control and the like. It is also preferable to treat with a treating agent or various treating agents.
現像剤を調製する際には、現像剤の流動性や保存性、現像性、転写性を高めるために、先に挙げた疎水性シリカ微粉末等の無機微粒子を添加混合してもよい。外添剤の混合は、一般の粉体の混合機を適宜選択して使用することができるが、ジャケット等を装備して、内部の温度を調節できることが好ましい。外添剤に与える負荷の履歴を変えるには、途中または漸次外添剤を加えていけばよいし、混合機の回転数、転動速度、時間、温度などを変化させてもよく、はじめに強い負荷を、次に比較的弱い負荷を与えても良いし、その逆でも良い。使用できる混合機の例としては、例えば、V型混合機、ロッキングミキサー、レーディゲミキサー、ナウターミキサー、ヘンシェルミキサー、などが挙げられる。 In preparing the developer, inorganic fine particles such as the hydrophobic silica fine powder mentioned above may be added and mixed in order to improve the fluidity, storage stability, developability and transferability of the developer. For mixing external additives, a general powder mixer can be appropriately selected and used. However, it is preferable to equip a jacket or the like to adjust the internal temperature. In order to change the load history applied to the external additive, the external additive may be added in the middle or gradually, and the rotation speed, rolling speed, time, temperature, etc. of the mixer may be changed. The load may then be given a relatively weak load and vice versa. Examples of the mixer that can be used include a V-type mixer, a rocking mixer, a Roedige mixer, a Nauter mixer, a Henschel mixer, and the like.
得られたトナーの形状をさらに調節する方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、結着樹脂、着色剤からなるトナー材料を溶融混練後、微粉砕したものをハイブリタイザー、メカノフュージョン等を用いて、機械的に形状を調節する方法や、いわゆるスプレードライ法と呼ばれるトナー材料をトナーバインダーが可溶な溶剤に溶解分散後、スプレードライ装置を用いて脱溶剤化して球形トナーを得る方法、水系媒体中で加熱することにより球形化する方法、などが挙げられる。 A method for further adjusting the shape of the obtained toner is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. For example, a toner material composed of a binder resin and a colorant is melt-kneaded and then finely pulverized. Using a hybridizer, mechano-fusion, etc., the resulting material is mechanically adjusted, or the so-called spray-drying method is used to dissolve and disperse the toner material in a solvent in which the toner binder is soluble, and then using a spray-drying device. Examples thereof include a method of removing a solvent to obtain a spherical toner and a method of forming a spherical toner by heating in an aqueous medium.
外添剤としては、無機微粒子を好ましく用いることができる。無機微粒子としては、例えば、シリカ、アルミナ、酸化チタン、チタン酸バリウム、チタン酸マグネシウム、チタン酸カルシウム、チタン酸ストロンチウム、酸化亜鉛、酸化スズ、ケイ砂、クレー、雲母、ケイ灰石、ケイソウ土、酸化クロム、酸化セリウム、ペンガラ、三酸化アンチモン、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、硫酸バリウム、炭酸バリウム、炭酸カルシウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素、などを挙げることができる。無機微粒子の一次粒子径は、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。 As the external additive, inorganic fine particles can be preferably used. Examples of inorganic fine particles include silica, alumina, titanium oxide, barium titanate, magnesium titanate, calcium titanate, strontium titanate, zinc oxide, tin oxide, quartz sand, clay, mica, wollastonite, diatomaceous earth, Examples thereof include chromium oxide, cerium oxide, pengala, antimony trioxide, magnesium oxide, zirconium oxide, barium sulfate, barium carbonate, calcium carbonate, silicon carbide, and silicon nitride. The primary particle size of the inorganic fine particles is preferably 5 [nm] to 2 [μm], more preferably 5 [nm] to 500 [nm].
BET法による比表面積は、20[m2/g]〜500[m2/g]であることが好ましい。前記無機微粒子の使用割合は、トナーの0.01[質量%]〜5[質量%]であることが好ましく、0.01[質量%]〜2.0[質量%]であることがより好ましい。 The specific surface area according to the BET method is preferably 20 [m 2 / g] to 500 [m 2 / g]. The use ratio of the inorganic fine particles is preferably 0.01 [mass%] to 5 [mass%] of the toner, and more preferably 0.01 [mass%] to 2.0 [mass%]. .
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。 In addition, polymer fine particles such as polystyrene obtained by soap-free emulsion polymerization, suspension polymerization and dispersion polymerization, methacrylic acid ester and acrylic acid ester copolymer, polycondensation system such as silicone, benzoguanamine and nylon, thermosetting resin And polymer particles.
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。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。 Such an external additive can be made hydrophobic by the surface treatment agent and prevent deterioration of the external additive itself even under high humidity. Examples of the surface treatment agent include a silane coupling agent, a silylating agent, a silane coupling agent having a fluorinated alkyl group, an organic titanate coupling agent, an aluminum coupling agent, silicone oil, and modified silicone oil. Are preferable.
無機微粒子の一次粒子径としては、5[mμ]〜2[μm]であることが好ましく、5[mμ]〜500[mμ]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[m2/g]〜500[m2/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[重量%]〜5[重量%]であることが好ましく、0.01[重量%]〜2.0[重量%]であることがより好ましい。 The primary particle diameter of the inorganic fine particles is preferably 5 [mμ] to 2 [μm], and more preferably 5 [mμ] to 500 [mμ]. The specific surface area by the BET method is preferably 20 [m 2 / g] to 500 [m 2 / g]. The proportion of the inorganic fine particles used is preferably 0.01 [wt%] to 5 [wt%] of the toner, more preferably 0.01 [wt%] to 2.0 [wt%]. preferable.
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[μm]〜1[μm]のものが好ましい。 Examples of the cleaning property improver for removing the developer after transfer remaining on the electrostatic latent image carrier or the primary transfer medium include fatty acid metal salts such as zinc stearate, calcium stearate, stearic acid, and polymethyl methacrylate. There may be mentioned polymer fine particles produced by soap-free emulsion polymerization such as fine particles and polystyrene fine particles. The polymer fine particles preferably have a relatively narrow particle size distribution and a volume average particle size of 0.01 [μm] to 1 [μm].
本発明に係るトナーを用いた現像方法は、従来の電子写真法に使用する静電潜像担持体が全て使用できるが、例えば、有機静電潜像担持体、非晶質シリカ静電潜像担持体、セレン静電潜像担持体、酸化亜鉛静電潜像担持体、などが好適に使用可能である。 The developing method using the toner according to the present invention can use all of the electrostatic latent image carriers used in the conventional electrophotography. For example, an organic electrostatic latent image carrier, an amorphous silica electrostatic latent image, and the like. A carrier, a selenium electrostatic latent image carrier, a zinc oxide electrostatic latent image carrier, and the like can be suitably used.
次に、本実施形態で用いた溶解乃至分散液の処方について概説する。
なお、噴射条件は前述の通りである。
(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、5[μm]以上の凝集体を完全に除去した二次分散液を調製した。
Next, the formulation of the dissolution or dispersion used in this embodiment will be outlined.
The injection conditions are as described above.
(Preparation of colorant dispersion)
First, a carbon black dispersion as a colorant was prepared.
17 parts by mass of carbon black (Rega L400; manufactured by Cabot) and 3 parts by mass of a pigment dispersant were primarily dispersed in 80 parts by mass of ethyl acetate using a mixer having stirring blades. As the pigment dispersant, Ajisper PB821 (manufactured by Ajinomoto Fine Techno Co., Ltd.) was used. The obtained primary dispersion was finely dispersed by a strong shearing force using a bead mill (LMZ type manufactured by Ashizawa Finetech Co., Ltd., zirconia bead diameter 0.3 mm), and aggregates of 5 [μm] or more were completely removed. A secondary dispersion was prepared.
(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1[μm]以下なるよう調整した。
(Preparation of wax dispersion)
Next, a wax dispersion was prepared. 18 parts by mass of carnauba wax and 2 parts by mass of a wax dispersant were primarily dispersed in 80 parts by mass of ethyl acetate using a mixer having stirring blades. The primary dispersion was heated to 80 ° C. with stirring to dissolve the carnauba wax, and then the liquid temperature was lowered to room temperature to precipitate wax particles so that the maximum diameter was 3 μm or less. As the wax dispersant, a polyethylene wax grafted with a styrene-butyl acrylate copolymer was used. The obtained dispersion was further finely dispersed by a strong shearing force using a bead mill (LMZ type manufactured by Ashizawa Finetech Co., Ltd., zirconia bead diameter 0.3 mm), and the maximum diameter was adjusted to 1 [μm] or less.
(溶解乃至分散液の調製)
次に、結着樹脂としての樹脂、上記着色剤分散液及び上記ワックス分散液を添加した下記組成からなるトナー組成液を調製した。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。
(Dissolution or preparation of dispersion)
Next, a toner composition liquid having the following composition to which a resin as a binder resin, the colorant dispersion liquid, and the wax dispersion liquid were added was prepared. 100 parts by weight of a polyester resin as a binder resin, 30 parts by weight of the colorant dispersion, 30 parts by weight of the wax dispersion, 840 parts by weight of ethyl acetate, and stirring for 10 minutes using a mixer having stirring blades, Evenly dispersed. Pigments and wax particles did not aggregate due to shock due to solvent dilution.
(トナー製造装置)
図14に示した構成のトナー製造装置1を用い、液滴吐出手段としては幾つかの液滴吐出手段でトナーの製造を行った。
各構成物のサイズ・条件について以下に示す。
(Toner production equipment)
The toner manufacturing apparatus 1 having the configuration shown in FIG. 14 was used, and toner was manufactured using several droplet discharge means as the droplet discharge means.
The size and conditions of each component are shown below.
(液柱共鳴液滴吐出手段)
図1の液柱共鳴液室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1から第4の吐出孔が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。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に接続した。この時の駆動周波数は液共鳴周波数に合わせて340[kHz]となる。
(Liquid column resonance droplet discharge means)
1 is a resonance mode in which the length L between both ends in the longitudinal direction of the liquid column resonance liquid chamber 18 is 1.85 [mm] and N = 2, and the first to fourth discharge holes are in the N = 2 mode. The one in which the discharge hole is arranged at the position of the antinode of the pressure standing wave was used. The drive signal generation source was a NF company function generator WF 1973, which was connected to the vibration generation means with a polyethylene-coated lead wire. The driving frequency at this time is 340 [kHz] according to the liquid resonance frequency.
(直接膜振動液滴吐出手段)
フレーム外径は26[mm]、薄膜101はφ20[mm]、厚さ40[μm]のニッケル板である。複数の吐出孔の出口径は10[μm]で、薄膜101の中心部φ1[mm]のエリアに100個空けられている。振動発生手段201の振動発生部材202の外径はφ15.0[mm]、内径はφ4.0[mm]で厚さは0.5[mm]であり、電極109は銀ペーストで作成されている。駆動信号発生源106はNF社ファンクションジェネレーターWF1973を用い、駆動回路105はポリエチレン被覆のリード線で振動発生手段に接続されている。この時の駆動周波数は液共鳴周波数に合わせて108[kHz]となる。
(Direct membrane vibration droplet discharge means)
The outer diameter of the frame is 26 [mm], the thin film 101 is a nickel plate having a diameter of 20 [mm] and a thickness of 40 [μm]. The outlet diameter of the plurality of discharge holes is 10 [μm], and 100 holes are provided in the area of the central portion φ1 [mm] of the thin film 101. The vibration generating member 202 of the vibration generating means 201 has an outer diameter of φ15.0 [mm], an inner diameter of φ4.0 [mm] and a thickness of 0.5 [mm], and the electrode 109 is made of silver paste. Yes. The drive signal generation source 106 uses an NF company function generator WF 1973, and the drive circuit 105 is connected to vibration generation means by a polyethylene-coated lead wire. The driving frequency at this time is 108 [kHz] in accordance with the liquid resonance frequency.
(トナー捕集部)
図15のシュラウド501は円筒状であり、径は50[mm]、開口部の径はφ10[mm]である。図14のチャンバ401の内径はφ400[mm]、高さは2000[mm]の円筒形で垂直に固定されている。そして、上端部と下端部が絞られており、搬送気流導入口の径はφ50[mm]、搬送気流出口の径はφ50[mm]である。液滴吐出手段2はチャンバ401内上端より300[mm]の高さでチャンバ401の中央に配置されている。搬送気流は10.0[m/s]、40[℃]の窒素とした。
(Toner collecting part)
The shroud 501 in FIG. 15 has a cylindrical shape, the diameter is 50 [mm], and the diameter of the opening is φ10 [mm]. The chamber 401 in FIG. 14 has a cylindrical shape with an inner diameter of φ400 [mm] and a height of 2000 [mm], and is fixed vertically. And the upper end part and the lower end part are restrict | squeezed, the diameter of a conveyance airflow introduction port is (phi) 50 [mm], and the diameter of a conveyance airflow exit is (phi) 50 [mm]. The droplet discharge means 2 is disposed in the center of the chamber 401 at a height of 300 mm from the upper end in the chamber 401. The carrier airflow was 10.0 [m / s] and 40 [° C.] nitrogen.
(実施例1)
図15に示したヘッドユニット構成を用い液滴の吐出状況を観察評価した。このときの吐出孔列は2[mm]幅に長さ40[mm]に渡り形成されており、約1600個の吐出孔が配置されている。吐出孔と乾燥流路開口部とのギャップが2[mm]で吐出させ、その液滴の吐出をビデオにて観察した。開口は吐出孔配列にあわせて形成されており開口部の凸形状は高さ1[mm]で先端は鋭角に突き出ている。その後、乾燥気流路をとおり捕集したトナーをトナー貯蔵容器より取り出し、トナーを得た。このトナーの粒径分布をフロー式粒子像解析装置(FPIA−2000;シスメックス社)で下記に示す測定条件にて測定した。これを3回繰り返したところ、体積平均粒径(Dv)の平均は5.4[μm]、個数平均粒径(Dn)の平均は5.2[μm]であり、Dv/Dnの平均は1.04であった。
Example 1
The head unit configuration shown in FIG. 15 was used to observe and evaluate the droplet discharge status. At this time, the discharge hole array is formed in a width of 2 [mm] and a length of 40 [mm], and about 1600 discharge holes are arranged. The gap between the discharge hole and the opening of the drying channel was discharged at 2 [mm], and the discharge of the droplet was observed with a video. The openings are formed in accordance with the arrangement of the discharge holes, and the convex shape of the openings has a height of 1 [mm] and the tip protrudes at an acute angle. Thereafter, the toner collected through the dry air flow path was taken out of the toner storage container to obtain a toner. The particle size distribution of the toner was measured with a flow particle image analyzer (FPIA-2000; Sysmex Corporation) under the measurement conditions shown below. When this was repeated three times, the average of the volume average particle diameter (Dv) was 5.4 [μm], the average of the number average particle diameter (Dn) was 5.2 [μm], and the average of Dv / Dn was 1.04.
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、東亜医用電子社製のフロー式粒子像分析装置FPIA−2000を用いて行うことができる。測定は、フィルタを通して微細なごみを取り除き、その結果として10−3[cm3]の水中に測定範囲(例えば、円相当径0.60[μm]以上159.21[μm]未満)の粒子数が20個以下の水10[ml]中にノニオン系界面活性剤(好ましくは和光純薬社製のコンタミノンN)を数滴加え、更に、測定試料を5[mg]加え、超音波分散器(UH−50;STM社製)で20[kHz]、50[W/10cm3]の条件で1分間分散処理を行い、更に、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/10−3cm3](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、0.60[μm]以上159.21[μm]未満の円相当径を有する粒子の粒径分布を測定した。 A measurement method using a flow particle image analyzer (Flow Particle Image Analyzer) will be described below. Measurement of toner, toner particles and external additives by a flow type particle image analyzer can be performed using, for example, a flow type particle image analyzer FPIA-2000 manufactured by Toa Medical Electronics. In the measurement, fine dust is removed through a filter, and as a result, the number of particles in a measurement range (for example, an equivalent circle diameter of 0.60 [μm] or more and less than 159.21 [μm]) in 10 −3 [cm 3 ] water. A few drops of nonionic surfactant (preferably Contaminone N manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) is added to 10 [ml] of 20 or less water, and further 5 [mg] of a measurement sample is added, and an ultrasonic disperser ( UH-50 (manufactured by STM) at 20 [kHz] and 50 [W / 10 cm 3 ] for 1 minute, and further dispersed for a total of 5 minutes. Using a sample dispersion liquid of 8000 [pieces / 10 −3 cm 3 ] (for particles in the measurement equivalent circle diameter range), it has an equivalent circle diameter of 0.60 [μm] or more and less than 159.21 [μm]. The particle size distribution of the particles was measured.
試料分散液は、フラットで偏平な透明フローセル(厚み約200[μm])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した。 The sample dispersion is passed through a flat and flat transparent flow cell (thickness: about 200 [μm]) flow path (spread along the flow direction). In order to form an optical path that passes across the thickness of the flow cell, the strobe and the CCD camera are mounted on the flow cell so as to be opposite to each other. While the sample dispersion is flowing, strobe light is irradiated at 1/30 second intervals to obtain an image of the particles flowing through the flow cell, so that each particle has a certain range parallel to the flow cell. Photographed as a two-dimensional image. From the area of the two-dimensional image of each particle, the diameter of a circle having the same area was calculated as the equivalent circle diameter.
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%)を測定することができる。結果(頻度%及び累積%)は、図27に示すとおり、0.06〜200[μm]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0.60[μm]以上159.21[μm]未満の範囲で粒子の測定を行った。 The equivalent circle diameter of 1200 or more particles can be measured in about 1 minute, and the number based on the equivalent circle diameter distribution and the ratio (number%) of particles having a prescribed equivalent circle diameter can be measured. . The results (frequency% and cumulative%) can be obtained by dividing the range of 0.06 to 200 [μm] into 226 channels (divided into 30 channels per octave) as shown in FIG. In the actual measurement, particles were measured in the range where the equivalent circle diameter was 0.60 [μm] or more and less than 159.21 [μm].
(実施例2)
同様に、340[kHz]液滴初速度15[m/s]で、全吐出孔から、トナー組成液を吐出させ、ヘッド吐出孔部と気流路外壁との距離を0.5[mm]、1[mm]、2[mm]、3[mm]と離し10分後の不吐出吐出孔数を計測した。初期吐出時は1600吐出孔全ての吐出を確認している。0.5[mm]時約170吐出孔、1[mm]全吐出、2[mm]全吐出、3[mm]300吐出孔以上となり、1[mm]〜2[mm]の距離を置いたときが最も安定していた。
(Example 2)
Similarly, the toner composition liquid is discharged from all the discharge holes at a 340 [kHz] droplet initial velocity of 15 [m / s], and the distance between the head discharge hole and the outer wall of the air flow path is 0.5 [mm], 1 [mm], 2 [mm], and 3 [mm] were separated, and the number of non-ejection holes after 10 minutes was measured. At the time of initial discharge, discharge of all 1600 discharge holes is confirmed. Approximately 170 discharge holes at 0.5 [mm], 1 [mm] total discharge, 2 [mm] total discharge, 3 [mm] 300 discharge holes or more, and a distance of 1 [mm] to 2 [mm] was placed When was the most stable.
(比較例1)
前述の実験例2と同様に間隔を1.5[mm]とし、1600吐出孔からの吐出を行い不吐出吐出孔の数を1時間記録した。30分後8吐出孔、1時間後12吐出孔の不吐出が観測された。これに対し、同ヘッドを気流路内に、吐出孔が内壁と面一となるよう設置して吐出し、不吐出吐出孔数を計測したところ、10分後約200吐出孔、20分後300吐出孔、30分後約800吐出孔が不吐出となった。吐出孔面での液ダレが発生したため、30分で計測を中止した。吐出孔プレートをクリーニング後、再度吐出させたが、30分後には液ダレが発生している。
(Comparative Example 1)
In the same manner as in Experimental Example 2 described above, the interval was set to 1.5 [mm], and ejection from 1600 ejection holes was performed, and the number of ejection failure holes was recorded for 1 hour. Non-discharge of 8 discharge holes after 30 minutes and 12 discharge holes after 1 hour was observed. On the other hand, when the head was installed in the air flow path so that the discharge holes were flush with the inner wall and discharged, and the number of non-discharge holes was measured, about 200 discharge holes after 10 minutes and 300 after 20 minutes. After about 30 minutes, about 800 discharge holes were not discharged. Since liquid dripping occurred on the discharge hole surface, measurement was stopped in 30 minutes. After the discharge hole plate was cleaned, it was discharged again, but after 30 minutes, liquid dripping occurred.
以上のように、適切な位置に絞りを設け、雰囲気気体の流速を適切に与えてやることにより、これまでにない粒径分布を得ることができることが示される。 As described above, it is shown that an unprecedented particle size distribution can be obtained by providing a restriction at an appropriate position and appropriately giving the flow velocity of the atmospheric gas.
電子写真システムにおいては粒径分布が狭いことが、現像工程、転写工程及び定着工程に求められるため、このような粒径分布の広がりは望ましくなく、安定的に高精細な画質を得るためにはDv/Dn=1.15以下が好ましく、より高精細な画像を得るためにはDv/Dn=1.10以下がより好ましい。より好ましくは1.00〜1.05である。また、重量平均粒径は、1〜20μmの範囲内にあることが好ましく、より好ましくは3〜10μmである。 In an electrophotographic system, a narrow particle size distribution is required for the development process, the transfer process, and the fixing process. Therefore, such spread of the particle size distribution is not desirable, and in order to stably obtain high-definition image quality. Dv / Dn = 1.15 or less is preferable, and in order to obtain a higher definition image, Dv / Dn = 1.10 or less is more preferable. More preferably, it is 1.00 to 1.05. Moreover, it is preferable that a weight average particle diameter exists in the range of 1-20 micrometers, More preferably, it is 3-10 micrometers.
以上に説明したものは一例であり、本発明は、次の態様毎に特有の効果を奏する。
(態様1)
液滴が固化すると微粒子となる微粒子成分含有液の液滴を吐出面に開口した複数の吐出孔から吐出する液滴吐出手段と、複数の吐出孔から吐出された液滴が導入される気流路と、気流路内に気流を発生させる気流発生手段とを備える微粒子製造装置において、気流路を液滴吐出方向で2つの気流路に区画し、かつ液滴吐出手段よりも気流方向上流側から、液滴吐出手段よりも気流方向下流側まで連続する隔壁を備え、隔壁には、液滴吐出手段の吐出面と対向する位置に、2つの気流路を連通する貫通孔が設けられ、液滴吐出手段によって吐出された液滴が、2つの気流路のうち液滴吐出手段側にある一方の気流路から貫通孔を通過して2つの気流路のうちの他方の気流路に導入されることを特徴とするものである。これによれば、上記実施形態について説明したように、液滴吐出ヘッド705の吐出面に開口した複数の吐出孔から液滴を吐出する気流路を隔壁703で2つの気流路701、702に区画する。そして、この隔壁703は、液滴吐出ヘッド705よりも気流方向上流側から、液滴吐出ヘッド705よりも気流方向下流側まで連続して設けられている。気流路701の流れによって隔壁703の気流方向下流側に広がるような空間がなくなり、戻り気流は発生しない。液滴吐出ヘッド705の吐出孔から吐出した液滴は、吐出速度によって、一方の気流路たる気流路702と隔壁703に設けられた貫通孔たる開口704とを通って他方の気流路たる気流路701へ搬送される。液滴が気流路702及び開口704の気体を押しながら搬送されることで、気流路701から開口704を介して気流路701へ気体の流れが生じる。そして、各気流路701、702は隔壁703によって区画されているので、気流路701から開口704を通る気流には気流路701における気流は干渉していない。このため、気流路702側に設けられている液滴吐出ヘッド705の吐出孔周辺では、吐出面に戻るような気流の発生がなく、気流路702から開口704を通って行く気流が存在するのみである。吐出孔周辺の気流や開口への気流は安定する。これにより、吐出された液滴の合一や分裂を軽減できる。よって、粒径分布が狭い微粒子の製造が可能となる。
(態様2)
(態様1)において、一方の気流路の流速と他方の気流路の流速とをそれぞれ調整する流速調整手段を備え、該流速調整手段によって一方の気流路の流速を他方の気流路の流速より遅くなるように調整している。これによれば、上記実施形態について説明したように、気流路701と気流路702との間であって開口704の近傍周辺には速度差が発生し、この速度差に応じて圧力差が生じる。このため、各気流路を連通する開口704を介して気流路702から気流路701へ気体の流れが発生する。この気体の流れの流速は、液滴の吐出のみで発生していた流れの流速より大きくなる。これにより、液滴吐出ヘッド705の吐出孔周辺では、吐出面に戻るような気流の発生がなく、気流路702から開口704を通って行く気流が存在するのみである。吐出孔周辺の気流や開口への気流は安定する。これにより、吐出された液滴の合一や分裂を軽減できる。よって、粒径分布が狭い微粒子の製造が可能となる。
(態様3)
(態様2)において、流速調整手段は、一方の気流路の気流方向に対し直交する方向の断面積が、他方の気流路の気流方向に対し直交する方向の断面積よりも小さくなるよう構成されている。これによれば、上記実施形態の変形例2について説明したように、より簡易な構成で、各気流路の流速を調整することができる。このため、吐出孔周辺の気流や開口への気流は所望の流速とすることができる。これにより、吐出された液滴の合一や分裂を軽減でき、粒径分布が狭い微粒子の製造が可能となる。
(態様4)
(態様2)において、流速調整手段は、一方の気流路の気流方向上流側と他方の気流路の気流方向上流側とにそれぞれ設けられるバルブ又はハニカムである。これによれば、上記実施形態について説明したように、より簡易な構成で、各気流路の流速を調整することができる。このため、吐出孔周辺の気流や開口への気流は所望の流速とすることができる。これにより、吐出された液滴の合一や分裂を軽減でき、粒径分布が狭い微粒子の製造が可能となる。
(態様5)
(態様2)において、流速調整手段は、一方の気流路の気流方向上流側と他方の気流路の気流方向上流側とにそれぞれ設けられ、気流方向に対してなす板面の角度が変化するよう軸回動可能な板状部材で構成されている。これによれば、上記実施形態について説明したように、より簡易な構成で、各気流路の流速を調整することができる。このため、吐出孔周辺の気流や開口への気流は所望の流速とすることができる。これにより、吐出された液滴の合一や分裂を軽減でき、粒径分布が狭い微粒子の製造が可能となる。
(態様6)
(態様1)〜(態様5)において、貫通孔の入口から所定の箇所まで貫通孔の開口断面積を変えず、あるいは徐々に大きくさせて、所定の箇所から貫通孔の出口まで貫通孔の開口断面積を徐々に小さくなるように貫通孔を構成する。これによれば、上記実施形態の変形例2について説明したように、吐出孔近傍では多くの場合、主滴とサテライトに分離される状態となる。液滴の開口入口から所定の箇所まで開口の開口断面積を変わらず、あるいは徐々に大きくさせることで、急速に空気抵抗を受け液流速が低下するとともにサテライトは主滴に吸収されていく。所定の箇所から開口出口まで開口の開口断面積を徐々に小さくさせ主液滴の速度を上げさせて主液滴間の距離を長くすることで、主液滴同士の合一を抑制している。よって、粒径分布が狭い微粒子の製造が可能となる。
(態様7)
(態様1)〜(態様6)において、液滴吐出手段は、吐出面が一方の気流路側の隔壁の壁面に対向しかつ一方の気流路を構成する壁面と面一になるように設けられている。これによれば、上記実施形態について説明したように、液滴吐出ヘッド705の吐出面が気流路702を構成する壁面から突起していると気流路702を流れる気体が突起している液滴吐出ヘッドの気流方向上流側の端面に当たることで発生する気流、あるいは液滴吐出ヘッドの気流方向下流側の端部から気流方向下流側に広がる空間が負圧になることで発生する気流が吐出孔周辺の気流に影響し吐出方向が狙い方向から外れてしまう。液滴吐出ヘッド705の吐出面が気流路702を構成する壁面と面一になるように設けることで、吐出孔周辺の気流に影響する気流を発生させない。よって、吐出された液滴の合一や分裂を軽減できる。よって、粒径分布が狭い微粒子の製造が可能となる。
(態様8)
(態様1)〜(態様7)において、隔壁の一部に、一方の気流路と他方の気流路とを連通する通気孔を設ける。これによれば、上記実施形態について説明したように、気流路701を搬送されていくトナー粒子が気流路701の内壁に付着することを抑制している。
(態様9)
(態様1)〜(態様8)において、他方の気流路側の隔壁の壁面又は貫通孔を形成する隔壁の内壁面の少なくとも一方に、撥水処理を施す。これによれば、上記実施形態について説明したように、開口704周辺における他方の気流路側の隔壁の壁面にトナー成分液滴の付着を極力低減させ、開口周辺に堆積するトナーによって発生する気流を防止する。このため、気流路702から開口704を通って行く気流が存在するのみとし、吐出孔周辺の気流や開口への気流は安定させる。これにより、吐出された液滴の合一や分裂を軽減できる。更には、貫通孔を形成する隔壁の内壁面にトナー成分液滴の付着を極力低減させ、貫通孔内での気流の乱れを抑制する。よって、粒径分布が狭い微粒子の製造が可能となる。
(態様10)
(態様1)〜(態様9)のいずれかの微粒子製造装置を用いて、微粒子を製造することに特徴がある。これによれば、上記実施形態について説明したように、液滴吐出ヘッド706から吐出されるトナー成分液滴は、気流路702から開口704への安定した流れに従って移動し、開口を通過して気流路701に放出される。このため、吐出された液滴の合一や分裂を軽減できる。よって、粒径分布が狭く、かつ均一性のある微粒子を製造することができる。
What has been described above is merely an example, and the present invention has a specific effect for each of the following modes.
(Aspect 1)
Droplet discharge means for discharging droplets of a liquid containing a fine particle component that becomes fine particles when the droplets solidify from a plurality of discharge holes opened on the discharge surface, and an air flow path into which the droplets discharged from the plurality of discharge holes are introduced When, in the fine particle manufacturing apparatus and a stream generating means for generating an air flow in the air flow path, the air flow path is divided into two air flow path in the droplet ejection direction from the airflow upstream side of the or one droplet discharge means , comprising a partition wall for connection communicates to the air flow direction downstream of the droplet discharge means, the partition, the position of the ejection surface and the facing of the droplet discharge means, through holes for communicating the two air flow paths are provided, the liquid droplets ejected by the droplet discharging means is introduced into the other air flow path of the two air flow path through the through hole from the two one gas flow path in the inner droplet discharging means side of the air passage It is characterized by that . According to this, as described in the above embodiment, the air flow path for discharging liquid droplets from the plurality of discharge holes opened on the discharge surface of the liquid droplet discharge head 705 is divided into two air flow paths 701 and 702 by the partition wall 703. To do. Then, the partition wall 703, the air flow direction upstream of the droplet discharge head 705 are provided to continue communication until air flow direction downstream of the droplet discharge head 705. Due to the flow of the air flow path 701, there is no space that extends downstream in the air flow direction of the partition wall 703, and no return air flow is generated. Liquid droplets ejected from the ejection holes of the droplet discharge head 705, the discharge speed, the air flow path serving the airflow path other through a through-hole serving as an opening 704 provided in one air flow path serving the airflow duct 702 and the partition 703 It is conveyed to 701. When the liquid droplets are conveyed while pushing the gas in the air flow path 702 and the opening 704, a gas flow is generated from the air flow path 701 to the air flow path 701 through the opening 704. Since the air flow paths 701 and 702 are partitioned by the partition wall 703, the air flow in the air flow path 701 does not interfere with the air flow passing through the opening 704 from the air flow path 701. For this reason, there is no airflow that returns to the discharge surface in the vicinity of the discharge hole of the droplet discharge head 705 provided on the air flow path 702 side, and there is only an air flow that goes from the air flow path 702 through the opening 704. It is. The airflow around the discharge hole and the airflow to the opening are stabilized. Thereby, coalescence and division of the discharged droplets can be reduced. Therefore, it is possible to produce fine particles having a narrow particle size distribution.
(Aspect 2)
(Aspect 1), one of the gas flow path of the flow velocity and the other of the air flow path and the flow rate with the flow rate adjustment means for adjusting each of the other air flow path to a flow rate of one of the gas flow path by flow rate adjustment means It is adjusted so as to be slower than the flow velocity of. According to this, as above described, a between the gas flow path 701 and the air flow path 702 occurs speed difference about the periphery of the opening 704, the pressure differential in response to the speed difference Arise. For this reason, a gas flow is generated from the air flow path 702 to the air flow path 701 through the opening 704 communicating with each air flow path. The flow rate of the gas flow is larger than the flow rate of the flow generated only by the discharge of the droplets. As a result, there is no air flow that returns to the discharge surface around the discharge hole of the droplet discharge head 705, and there is only an air flow that passes from the air flow path 702 through the opening 704. The airflow around the discharge hole and the airflow to the opening are stabilized. Thereby, coalescence and division of the discharged droplets can be reduced. Therefore, it is possible to produce fine particles having a narrow particle size distribution.
(Aspect 3)
(Aspect 2), the flow rate adjusting means, the direction of the cross-sectional area orthogonal to the airflow direction of the hand air flow path is smaller than the cross-sectional area in a direction orthogonal to the airflow direction of the other side the gas flow path It is comprised so that it may become . According to this, as described in the second modification of the above embodiment, the flow velocity of each air flow path can be adjusted with a simpler configuration. For this reason, the airflow around the discharge hole and the airflow to the opening can be set to a desired flow rate. Thereby, coalescence and division of the discharged droplets can be reduced, and fine particles with a narrow particle size distribution can be produced.
(Aspect 4)
(Aspect 2), the flow rate adjusting means is a one of the airflow upstream side and the other respectively provided are valve or honeycomb in the airflow upstream side of the airflow path of the air flow path. According to this, as explained about the above-mentioned embodiment, it is possible to adjust the flow velocity of each air flow path with a simpler configuration. For this reason, the airflow around the discharge hole and the airflow to the opening can be set to a desired flow rate. Thereby, coalescence and division of the discharged droplets can be reduced, and fine particles with a narrow particle size distribution can be produced.
(Aspect 5)
In (Aspect 2), the flow rate adjusting means is provided on the upstream side in the air flow direction of one air flow path and on the upstream side in the air flow direction of the other air flow path, so that the angle of the plate surface relative to the air flow direction changes. It is comprised by the plate-shaped member which can be pivoted. According to this, as explained about the above-mentioned embodiment, it is possible to adjust the flow velocity of each air flow path with a simpler configuration. For this reason, the airflow around the discharge hole and the airflow to the opening can be set to a desired flow rate. Thereby, coalescence and division of the discharged droplets can be reduced, and fine particles with a narrow particle size distribution can be produced.
(Aspect 6)
(Aspect 1) to (embodiment 5), without changing the opening cross-sectional area of the through-hole from the inlet of the through-hole to a predetermined position, or is gradually increased, the through-hole from a predetermined position to the exit of the through hole The through hole is configured to gradually reduce the opening cross-sectional area. According to this, as described in the second modification of the above embodiment, in the vicinity of the ejection hole, in many cases, the main droplet and the satellite are separated. By changing or gradually increasing the opening cross-sectional area of the opening from the opening of the droplet to a predetermined location, the air flow is rapidly reduced by the air resistance, and the satellite is absorbed by the main droplet. By gradually reducing the opening cross-sectional area of the opening from a predetermined location to the opening outlet and increasing the speed of the main droplet to increase the distance between the main droplets, coalescence of the main droplets is suppressed. . Therefore, it is possible to produce fine particles having a narrow particle size distribution.
(Aspect 7)
(Aspect 1) to (embodiment 6), the droplet discharge means is provided to discharge surface is the wall surface flush constituting the air flow path while One only opposed to the wall surface of the partition wall of one of the air flow path side ing. According to this, as described in the above embodiment, when the discharge surface of the droplet discharge head 705 protrudes from the wall surface constituting the air channel 702, the droplet discharge in which the gas flowing through the air channel 702 protrudes. airflow generated by striking the end face of the air flow upstream side of the head or the droplet stream airflow downstream side space extending air flow direction downstream side from an end portion of the discharge head is produced by a negative pressure discharge hole peripheral, This affects the air flow and the discharge direction deviates from the target direction. By providing the discharge surface of the droplet discharge head 705 so as to be flush with the wall surface constituting the air flow path 702, an airflow that affects the airflow around the discharge holes is not generated. Therefore, coalescence and division of the discharged droplets can be reduced. Therefore, it is possible to produce fine particles having a narrow particle size distribution.
(Aspect 8)
(Aspect 1) to (embodiment 7), a part of the partition wall, providing a vent hole communicating with one of the gas flow path and the other air flow path. According to this, as described in the above embodiment, the toner particles transported through the air channel 701 are suppressed from adhering to the inner wall of the air channel 701.
(Aspect 9)
(Aspect 1) to (embodiment 8), at least one inner wall surface of the partition walls forming the wall or through-hole of the other of the gas flow path side of the partition wall is subjected to water repellent treatment. According to this, as described in the above embodiment, the adhesion of the toner component droplets to the wall surface of the partition on the other air flow path side around the opening 704 is reduced as much as possible, and the air flow generated by the toner deposited around the opening is prevented. To do. For this reason, it is assumed that there is only an airflow passing through the opening 704 from the air flow path 702, and the airflow around the discharge hole and the airflow to the opening are stabilized. Thereby, coalescence and division of the discharged droplets can be reduced. Furthermore, the adhesion of the toner component droplets to the inner wall surface of the partition wall forming the through hole is reduced as much as possible, and the turbulence of the air flow in the through hole is suppressed. Therefore, it is possible to produce fine particles having a narrow particle size distribution.
(Aspect 10)
(Aspect 1) using any of the particulate manufacturing equipment to (embodiment 9), is characterized in that the production of fine particles. According to this, as described in the above embodiment, the toner component droplets ejected from the droplet ejection head 706 move according to a stable flow from the air flow path 702 to the opening 704 and pass through the opening to generate an air flow. Released to the path 701. For this reason, coalescence and division of the ejected droplets can be reduced. Therefore, it is possible to produce fine particles with a narrow particle size distribution and uniformity .
10 液柱共鳴液滴形成ユニット
11 液滴吐出部
14 トナー成分液
18 液柱共鳴液室
19 吐出孔
20 振動発生手段
21 液滴
400 乾燥捕集ユニット
401 チャンバ
402 トナー捕集手段
403 トナー貯留部
404 搬送気流導入口
405 搬送気流排出口
501 シュラウド
502 補助搬送気流導入口
503 補助搬送気流
600 微粒子製造装置
601 液滴吐出ヘッド
602 気流路
603 サイクロン捕集装置
604 トナー貯蔵ボックス
605 回収フィルタ
606 ブロワ
607 溶媒回収ボックス
608 加熱用ヒータ
609 溶媒回収コンデンサ
610 ヒートポンプシステム
611 ブロワ
612 ブロワ
701 気流路
702 気流路
703 隔壁
704 開口
705 液滴吐出ヘッド
706 流速調整手段
707 通気孔
708 壁
709 合一防止手段
801 ブロア
802 気流路
803 液滴吐出ヘッド
804 整流板
805 開口
806 取付けビス
807 吐出孔
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Liquid column resonance droplet formation unit 11 Droplet discharge part 14 Toner component liquid 18 Liquid column resonance liquid chamber 19 Discharge hole 20 Vibration generating means 21 Droplet 400 Dry collection unit 401 Chamber 402 Toner collection means 403 Toner storage part 404 Transport airflow inlet 405 Transport airflow outlet 501 Shroud 502 Auxiliary transport airflow inlet 503 Auxiliary transport airflow 600 Fine particle production device 601 Droplet discharge head 602 Air flow path 603 Cyclone collection device 604 Toner storage box 605 Recovery filter 606 Blower 607 Solvent recovery Box 608 Heating heater 609 Solvent recovery condenser 610 Heat pump system 611 Blower 612 Blower 701 Air flow path 702 Air flow path 703 Partition 704 Opening 705 Droplet discharge head 706 Flow rate adjusting means 707 Vent hole 708 Wall 709 Stage 801 blower 802 air passage 803 droplet discharge head 804 rectifying plate 805 openings 806 mounting screws 807 discharge hole
Claims (10)
前記気流路を液滴吐出方向で2つの気流路に区画し、かつ前記液滴吐出手段よりも気流方向上流側から、前記液滴吐出手段よりも気流方向下流側まで連続する隔壁を備え、
前記隔壁には、前記液滴吐出手段の前記吐出面と対向する位置に、前記2つの気流路を連通する貫通孔が設けられ、
前記液滴吐出手段によって吐出された液滴が、前記2つの気流路のうち前記液滴吐出手段側にある一方の気流路から前記貫通孔を通過して前記2つの気流路のうちの他方の気流路に導入されることを特徴とする微粒子製造装置。 Droplet discharge means for discharging droplets of a liquid containing a fine particle component that becomes fine particles when the droplets solidify are discharged from a plurality of discharge holes opened on the discharge surface, and a gas discharged from the plurality of discharge holes is introduced. and the flow path, the particle production apparatus and a stream generating means for generating an air flow in the gas flow path,
The air flow path is divided into two air flow path in the droplet ejection direction from the airflow upstream side of the or One prior Symbol droplet discharging means, a partition wall for connection communicates to the air flow direction downstream of the droplet discharge means Prepared,
The partition wall is provided with a through-hole communicating with the two air flow paths at a position facing the ejection surface of the droplet ejection means ,
Droplets ejected by the droplet discharge means, the other of the two air flow paths through said through hole from said two one gas flow path in the droplet discharge means side of the air passage particle manufacturing apparatus characterized by being introduced into the gas flow path.
前記一方の気流路の流速と前記他方の気流路の流速とをそれぞれ調整する流速調整手段を備え、該流速調整手段によって前記一方の気流路の流速を前記他方の気流路の流速より遅くなるように調整していることを特徴とする微粒子製造装置。 The fine particle production apparatus according to claim 1,
The flow rate of the flow rate comprises adjusting means, the other air flow path the flow rate of the one air flow path by the flow velocity adjustment means for adjusting the one of the flow velocity of the gas flow path the other air flow path and flow velocity, respectively particle manufacturing apparatus characterized by being adjusted so that slower.
前記流速調整手段は、前記一方の気流路の気流方向に対し直交する方向の断面積が、前記他方の気流路の気流方向に対し直交する方向の断面積よりも小さくなるよう構成されていることを特徴とする微粒子製造装置。 In the fine particle manufacturing apparatus according to claim 2,
The flow rate adjustment means, adapted to the cross-sectional area in a direction orthogonal to the air flow direction of the gas flow path of the hand is smaller than the cross-sectional area in a direction orthogonal to the air flow direction of the gas flow path of said other side An apparatus for producing fine particles, wherein
前記流速調整手段は、前記一方の気流路の気流方向上流側と前記他方の気流路の気流方向上流側とにそれぞれ設けられるバルブ又はハニカムであることを特徴とする微粒子製造装置。 In the fine particle manufacturing apparatus according to claim 2,
The fine particle manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the flow rate adjusting means is a valve or a honeycomb provided on the upstream side in the air flow direction of the one air flow path and on the upstream side in the air flow direction of the other air flow path .
前記流速調整手段は、前記一方の気流路の気流方向上流側と前記他方の気流路の気流方向上流側とにそれぞれ設けられ、気流方向に対してなす板面の角度が変化するよう軸回動可能な板状部材で構成されていることを特徴とする微粒子製造装置。 In the fine particle manufacturing apparatus according to claim 2,
The flow rate adjusting means is provided on the upstream side in the air flow direction of the one air flow path and on the upstream side in the air flow direction of the other air flow path , and pivots so that the angle of the plate surface with respect to the air flow direction changes. An apparatus for producing fine particles, characterized in that it is made of a plate-like member capable of being used.
前記貫通孔の入口から所定の箇所まで前記貫通孔の開口断面積を変えず、あるいは徐々に大きくさせて、前記所定の箇所から前記貫通孔の出口まで前記貫通孔の開口断面積を徐々に小さくなるように前記貫通孔を構成することを特徴とする微粒子製造装置。 In the fine particle manufacturing apparatus according to any one of claims 1 to 5 ,
Wherein the inlet of the through-hole to a predetermined position without changing the cross-sectional area of the opening of the through hole, or is gradually increased, gradually opening cross-sectional area of the through hole from the predetermined position to the exit of the through hole An apparatus for producing fine particles, wherein the through hole is configured to be small.
前記液滴吐出手段は、前記吐出面が前記一方の気流路側の前記隔壁の壁面に対向しかつ前記一方の気流路を構成する壁面と面一になるように設けられていることを特徴とする微粒子製造装置。 In the fine particle manufacturing apparatus according to any one of claims 1 to 6 ,
The droplet discharge means, characterized in that the pre-Symbol discharge surface is provided so that the wall surface flush constituting the opposing vital said one air passage of the wall surface of the partition wall of one of the air flow path side the A fine particle manufacturing apparatus.
前記隔壁の一部に、前記一方の気流路と前記他方の気流路とを連通する通気孔を設けることを特徴とする微粒子製造装置。 In the fine particle manufacturing apparatus according to any one of claims 1 to 7 ,
Some of the partition walls, particulates manufacturing apparatus characterized by providing a vent hole communicating said the one air flow path and the other air flow path.
前記他方の気流路側の前記隔壁の壁面又は前記貫通孔を形成する前記隔壁の内壁面の少なくとも一方に、撥水処理を施すことを特徴とする微粒子製造装置。 In the fine particle manufacturing apparatus according to any one of claims 1 to 8 ,
The other wall surface of the partition wall of the gas flow path or the at least one inner wall surface of the partition wall forming the through hole, particulates manufacturing apparatus characterized by performing water-repellent treatment.
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