(57)【要約】【課題】トナー製造時のトナー液滴同士の合着を防止し、シャープな粒径分布のトナーを製造することが出来るトナー製造方法、及び、トナー製造装置を提供する。【解決手段】複数のノズル孔１３を有するヘッド部１を備えた液収容器４に収容し、液収容器４内の溶解乃至分散液であるトナー液３をヘッド部１からトナー液滴Ｔｄとして噴射し、噴射されたトナー液滴Ｔｄを乾燥固化させることによりトナーを得るトナー製造装置で、気流の方向がどの位置においても重力方向に対して直交する成分を含む回転搬送気流６をシュラウド３の外壁２３１ａと内壁２３１ｂとの間の空間に気体を流すことによって発生させ、噴射されたトナー液滴Ｔｄを回転搬送気流６に乗せる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶媒に、トナー材料を溶解または分散させた溶解乃至分散液を、複数の孔を有するヘッド部を備えた液収容器に収容し、上記液収容器内の上記溶解乃至分散液を上記ヘッド部からトナー液滴として噴射し、噴射されたトナー液滴を乾燥固化させることによりトナーを得るトナー製造方法において、
気流の方向がどの位置においても重力方向に対して直交する成分を含む回転搬送気流を形成し、
上記噴射されたトナー液滴を上記回転搬送気流に乗せることを特徴とするトナー製造方法。
【請求項２】
請求項１のトナー製造方法において、
上記回転搬送気流の流速は、下記の式（１）で算出することができる上記トナー液滴の終末速度よりも速いことを特徴とするトナー製造方法。
終末速度＝〔｛４ｇ・Ｄｐ・（ρｐ−ρｆ）｝／（３ρｆ・Ｃｒ）〕１／２・・・・（１）
ｇ    ：重力加速度
Ｄｐ  ：粒子径
ρｐ  ：気体の密度
ρｆ  ：液滴の密度
Ｃｒ  ：抵抗係数（無次元数）
【請求項３】
請求項１または２のトナー製造方法において、
上記液収容器の外側に、上記複数の孔以外を覆うシュラウドを設け、上記回転搬送気流が上記シュラウドに気体を流すことによって得られる気流であることを特徴とするトナー製造方法。
【請求項４】
請求項３のトナー製造方法において、
上記回転搬送気流が上記シュラウド内の上部に気体を吹き出すことにより得られることを特徴とするトナー製造方法。
【請求項５】
請求項３または４のトナー製造方法において、
上記回転搬送気流が上記シュラウドの内壁に対して接線方向に気流を発生させることによりえられることを特徴とするトナー製造方法。
【請求項６】
請求項３、４または５のトナー製造方法において、
上記シュラウドが上記複数の孔に対向する位置に開口を有し、該開口の断面において上記シュラウドの外側に行くほど口径が大きくなるようにテーパーが付けられていることを特徴とするトナー製造方法。
【請求項７】
請求項１、２、３、４、５または６のトナー製造方法において、
上記噴射されたトナー液滴を収容し、その内部でトナー液滴を乾燥させる乾燥容器を設け、上記回転搬送気流が上記乾燥容器の下部の設けられた吸引管から気体を吸引することにより得られる気流であることを特徴とするトナー製造方法。
【請求項８】
溶媒に、少なくとも結着樹脂及び顔料からなるトナー材料を溶解または分散させた溶解乃至分散液を収容する液収容器と、
該液収容器の一部に配置され、複数の孔を有するヘッド部とを有し、
上記液収容器内の上記溶解乃至分散液を上記ヘッド部からトナー液滴として噴射し、噴射されたトナー液滴を乾燥固化させることによりトナーを得るトナー製造装置において、
気流の方向がどの位置においても重力方向に対して直交する成分を含む回転搬送気流を、噴射されたトナー液滴に向けて発生させる回転搬送気流発生手段を備えることを特徴とするトナー製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、噴射像粒法によってトナーを製造するトナー製造方法およびトナー製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子写真記録方法に基づく複写機、プリンタ、ファックス、およびそれらの複合機に使用される電子写真用トナーの製造方法として、近年重合法と呼ばれる（重合法によるトナーは「重合トナー」、または「ケミカルトナー」と呼ばれる）水系媒体中で形成される方法が広く行なわれ、粉砕法を凌駕する勢いである。なお、重合法には必ずしも重合過程を伴わない製造方法も便宜上含んでいる。現在実用化されている重合方法は懸濁重合、乳化凝集、ポリマー懸濁（ポリマー凝集）、エステル伸長等の各方法である。重合法による従来のトナー製造方法としては、引用文献１〜引用文献４に記載のものが挙げられる。
【０００３】
重合法は粉砕法に比べて、総じて、小粒径トナーが得易い、粒径分布がシャープ、形状が球形に近い等の利点がある。しかし、その反面、重合過程に長時間を必要とし、さらに固化終了後溶媒とトナー粒子を分離し、その後洗浄乾燥を繰り返す必要が有り、その間多くの時間と、多量の水、エネルギーを必要とするなどの課題がある。
【０００４】
このような課題に対して、本願出願人が提案した特許文献５に記載されている噴射造粒によるトナー製造方法は、多量の洗浄液、溶媒と粒子の分離の繰り返しが不要で、非常に製造効率が高く、かつ省エネルギーで製造できる。また、所要時間も従来の重合トナーの製造方法にくらべて、格段に短縮できる。ここにいう噴射造粒によるトナー製造方法とは、少なくとも結着樹脂、顔料からなるトナー材料を溶媒に溶解または分散したトナー溶解乃至分散液を、複数の孔を有するヘッド部を備えた液収容器に収容し、この液収容器内のトナー溶解乃至分散液をヘッド部からトナー液滴として噴射し、噴射されたトナー液滴を収容して乾燥させる乾燥容器内でトナー液滴を固化乾燥させることによりトナーを得る製造方法である。
【０００５】
【特許文献１】特開平７−１５２２０２号公報
【特許文献２】特公昭５７−２０１２４８号公報
【特許文献３】特許第３７８６０３４号公報
【特許文献４】特許第３７８６０３５号公報
【特許文献５】特開２００６−２９３３２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、引用文献５に記載のトナー製造方法でトナーを製造した場合、製造したトナーの粒径分布がブロードになるという不具合が生じることがあった。これは以下の理由による。
すなわち、ある初速をもって噴射されたトナー液滴はその後、乾燥容器内の気体による粘性の抵抗を受けて加速度的に減速し、粘性抵抗と重力が平衡したところで等速で落下する。この速度が自由落下速度、自然落下速度、終端速度、平衡速度、または終末速度と呼ばれるものであり、以下、終末速度と呼ぶ。
【０００７】
この状況を図１０を用いてさらに詳しく説明する。
図１０は、特許文献５のように、噴射造粒によるトナー製造方法によってトナーを製造する従来のトナー製造装置が備える液収容器１４のヘッド部１近傍の説明図である。このトナー製造装置では、図１０に示すように液収容器１４内にはトナーの溶解乃至分散液（以下、トナー液３と呼ぶ）が収容されており、液収容器１４内のトナー液３を複数の孔を有するヘッド部１からトナー液滴Ｔｄとして噴射し、不図示の乾燥容器内でトナー液滴Ｔｄを固化乾燥させることによりトナーを得る。
ヘッド部１から大きな初速Ｖ０をもって噴射されたトナー液滴Ｔｄは気体による粘性抵抗によって徐々に減速され（Ｖ０＞Ｖａ＞Ｖｂ）、その速度変化は終末速度Ｖｂで平衡状態となる。この終末速度Ｖｂは初速Ｖ０に比して格段に遅い速度である。また、ヘッド部１からのトナー液滴Ｔｄの噴射は、鉛直下方に噴射されるため、同じ孔から先に噴射されたトナー液滴Ｔｄ（以下、先の液滴と呼ぶ）と後に噴射されたトナー液滴Ｔｄ（以下、後の液滴と呼ぶ）とは、噴射された孔から鉛直下方に向かって同じ軌道で落下する。
このようなトナー液滴Ｔｄの噴射において、先の液滴と後の液滴とで噴射時の初速度や噴射後の速度変化の条件が異なり、液滴が乾燥していない状態で、後の液滴が先の液滴に追いつき、前の液滴と後の液滴とが接触すると図１１に示すようにトナー液滴Ｔｄ同士が合着した状態となることがある。すべてのトナー液滴Ｔｄが均一な粒径で均一な速度変化で、均一な終末速度Ｖｂで落下すれば合着は起こらないが、実際には、トナー液滴Ｔｄ同士の間で粒径や形状にバラツキがある。このバラツキによって初速にバラツキが生じたり、初速にバラツキがなくても粘性抵抗のバラツキが生じることで速度変化にバラツキが生じたりする。
また、先の液滴と後の液滴とが粒径や形状が同じであり、同じ初速で噴射された場合であっても、後の液滴が先の液滴後に追いつくことが起こり得ると考えられる。これは、落下する先の液滴のすぐ上方では、先の液滴が空気を押しのけた分の気圧が下がり、空気抵抗が通常よりも低下した状態（カーレーシングなどでのスリップストリームのような状態）となることが考えられるためである。
【０００８】
終末速度Ｖｂは初速Ｖ０に比して格段に遅いため、先に噴射されたトナー液滴Ｔｄの方が後に噴射されたトナー液滴Ｔｄに比して、噴射されてから終末速度Ｖｂに達するまでの時間が短いと、後に噴射されたトナー液滴Ｔｄが先に噴射されたトナー液滴Ｔｄに追いつき、合着が生じる。また、終末速度Ｖｂにもバラツキがあるため、先に噴射されたトナー液滴Ｔｄと後に噴射されたトナー液滴Ｔｄとが終末速度Ｖｂに到達した後であっても、後に噴射されたトナー液滴Ｔｄの方が終末速度Ｖｂが速いと、先に噴射されたトナー液滴Ｔｄに追いついて合着が生じ得る。
従来の噴射造粒によるトナー製造方法によって作成したトナーの粒径を測定したところ、図１２に示すように合着と思われる２倍体、３倍体、４倍体等の粒径のトナーが観測され、トナーの粒径分布がブロードとなっていることが確認された。トナー粒径分布がブロードであると、帯電量分布もブロードとなり、もって画像の均一性およびシャープ性（鮮鋭度）が低下する。
【０００９】
本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その一つ目の目的は、噴射造粒によるトナー製造方法で、トナー製造時のトナー液滴同士の合着を防止し、シャープな粒径分布のトナーを製造することが出来るトナー製造方法を提供することである。
また、本発明の二つ目の目的は、噴射造粒によってトナーを製造するトナー製造装置で、トナー製造時のトナー液滴同士の合着を防止し、シャープな粒径分布のトナーを製造することが出来るトナー製造装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、溶媒に、トナー材料を溶解または分散させた溶解乃至分散液を、複数の孔を有するヘッド部を備えた液収容器に収容し、上記液収容器内の上記溶解乃至分散液を上記ヘッド部からトナー液滴として噴射し、噴射されたトナー液滴を乾燥固化させることによりトナーを得るトナー製造方法において、気流の方向がどの位置においても重力方向に対して直交する成分を含む回転搬送気流を形成し、上記噴射されたトナー液滴を上記回転搬送気流に乗せることを特徴とするものである。
また、請求項２の発明は、請求項１のトナー製造方法において、上記回転搬送気流の流速は上記トナー液滴の終末速度よりも速いことを特徴とするものである。
また、請求項３の発明は、請求項１または２のトナー製造方法において、上記液収容器の外側に、上記複数の孔以外を覆うシュラウドを設け、上記回転搬送気流が上記シュラウドに気体を流すことによって得られる気流であることを特徴とするものである。
また、請求項４の発明は、請求項３のトナー製造方法において、上記回転搬送気流が上記シュラウド内の上部に気体を吹き出すことにより得られることを特徴とするものである。
また、請求項５の発明は、請求項３または４のトナー製造方法において、上記回転搬送気流が上記シュラウドの内壁に対して接線方向に気流を発生させることによりえられることを特徴とするものである。
また、請求項６の発明は、請求項３、４または５のトナー製造方法において、上記シュラウドが上記複数の孔に対向する位置に開口を有し、該開口の断面において上記シュラウドの外側に行くほど口径が大きくなるようにテーパーが付けられていることを特徴とするものである。
また、請求項７の発明は、請求項１、２、３、４、５または６のトナー製造方法において、上記噴射されたトナー液滴を収容し、その内部でトナー液滴を乾燥させる乾燥容器を設け、上記回転搬送気流が上記乾燥容器の下部の設けられた吸引管から気体を吸引することにより得られる気流であることを特徴とするものである。
また、請求項８の発明は、溶媒に、少なくとも結着樹脂及び顔料からなるトナー材料を溶解または分散させた溶解乃至分散液を収容する液収容器と、該液収容器の一部に配置され、複数の孔を有するヘッド部とを有し、上記液収容器内の上記溶解乃至分散液を上記ヘッド部からトナー液滴として噴射し、噴射されたトナー液滴を乾燥固化させることによりトナーを得るトナー製造装置において、気流の方向がどの位置においても重力方向に対して直交する成分を含む回転搬送気流を、噴射されたトナー液滴に向けて回転搬送気流を発生させる回転搬送気流発生手段を備えることを特徴とするものである。
【００１１】
上記請求項１のトナー製造方法や上記請求項８のトナー製造装置のように、ヘッド部から噴射されたトナー液滴を回転搬送気流に乗せてトナーの製造を行ったところ、後述する本発明者らの比較実験の結果、従来のトナーを鉛直方向に落下させるトナー製造方法に比べて製造したトナーの粒径分布がシャープになることが確認された。
これは、以下の理由によるものと考える。
すなわち、従来の噴射造粒によってトナーを製造する場合、トナー液滴を鉛直下方に向けて噴射するため、速度の低下が鈍く速度が速いトナー液滴と速度の低下が早くて速度が遅いトナー液滴とが同じ軌道で落下していく。このため、後から噴射されたトナー液滴の方が先に噴射されたトナー液滴に比して速度が速いと同じ軌道を落下する先に噴射されたトナー液滴に追いつき合着が生じていた。
一方、気流の方向がどの位置においても重力方向に対して直交する成分を含む回転搬送気流に噴射されたトナー液滴を乗せた場合、トナー液滴の粒径や形状にバラツキがあり、粘性抵抗の受け方による速度変化や重力の影響にバラツキがあると、速度の低下が鈍いものと、速度の低下が早いものとで軌道が異なってくるので、後に噴射されたトナー液滴の方が速度の低下が鈍く、速度が速いままであっても先に噴射されたトナー液滴に対する接触が生じにくい。
また、噴射されたトナー液滴は、回転搬送気流に乗って落下することにより、トナー液滴が周囲の気体とともに移動するため、トナー液滴が気体の粘性によって受ける抵抗が少なくなり、速度低下が少なくなる。よって、先の液滴に後の液滴が追いつきにくくなり、後の液滴が先の液滴に対して接触することが生じにくい。
また、従来の噴射造粒のトナー製造方法のように鉛直落下であると、すべてのトナー液滴の移動方向は鉛直下方であるため、追いついた側である後の液滴の移動方向は追いつかれた側である先の液滴の方向となる。このため、後の液滴が先の液滴に追いついて接触すると、後の液滴にはトナー液滴同士が合着する方向に力が加わるため接触したトナー液滴同士は合着となり易い。
これに対して、気流の方向がどの位置においても重力方向に対して直交する成分を含む回転搬送気流にトナー液滴が乗っている場合、噴射後のトナー液滴が同じ軌道で落下するには、噴射後のトナー液滴の速度変化が同じである必要がある。これは、回転搬送気流はどの位置においても重力方向に対して直交する成分、すなわち水平方向成分を含む気流であるため、トナー液滴の速度変化が異なる場合、重力によって重力方向に移動する速度と、気流の水平方向成分によって水平方向に移動する速度とのバランスが異なり、このバランスが異なると噴射後のトナー液滴が落下する軌道が異なるようになるためである。そして、噴射後の速度変化が同じであれば、トナー液滴が落下する軌道が同じであっても先の液滴に後の液滴が追いつくことはない。よって、速度変化のバラツキによって軌道が異なるトナー液滴同士だからこそ接触する。このため、あるトナー液滴が他のトナー液滴と接触した状態ではあるトナー液滴の移動方向とあるトナー液滴に対する他のトナー液滴の位置する方向とは、ほとんどの場合不一致となる。このため、トナー液滴同士が接触したとしても従来のようにトナー液滴を鉛直落下させる構成に比べて合着にまではなりにくい。
このように、上記請求項１のトナー製造方法であれば、噴射後のトナー液滴同士の接触が生じにくく、且つ、接触が生じても合着にまではなりにくいため、トナー製造時のトナー液滴同士の合着を防止し、トナーの粒径分布がシャープになったと考える。
【発明の効果】
【００１２】
このように、請求項１乃至８の発明においては、トナー製造時のトナー液滴同士の合着を防止し、シャープな粒径分布のトナーを製造することができるという優れた効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を適用したトナー製造装置の一例について説明する。
図１は、本実施形態のトナー製造装置１００の概略説明図である。
トナー製造装置１００は、溶媒に、少なくとも結着樹脂及び顔料からなるトナー材料を溶解または分散させたトナー液３を収容する液収容器１４と、液収容器１４の下方に配置された乾燥容器としてのチャンバー９とを備える。図２は、図１中の液収容器１４の拡大説明図であり、図２中には詳細は後述する気体の流れ（回転搬送気流６）やトナー液滴Ｔｄの流れを模式的に示している。
液収容器１４の下方の一部に複数の孔を有するヘッド部１を備え、液収容器１４内のトナー液３をヘッド部１の孔から液滴（トナー液滴Ｔｄ）として噴射し、噴射された液滴をチャンバー９内で乾燥固化させることによりトナーを得るものである。図１及び図２に示すように、液収容器１４は下部にヘッド部１を備え、鉛直下方に向けてトナー液滴Ｔｄを噴射する。
また、図１及び図２に示すように、シュラウド２３がヘッド部１以外を覆う形でトナー液３を収容する液収容器１４を構成する容器形成部材２１の外側に取り付けられている。シュラウド２３は、二重の釜状の壁である外壁２３１ａと内壁２３１ｂとからなり、液収容器１４は内壁２３１ｂの内側に配置されている。また、外壁２３１ａと内壁２３１ｂとは、下部以外は円筒形状となっており、外壁２３１ａ及び内壁２３１ｂは蓋部２３２で結合されている。そして、外壁２３１ａ及び内壁２３１ｂはともにヘッド部１と対向する位置は開口部となっている。
図３は、蓋部２３２の少し下方におけるシュラウド２３の上端部近傍の水平断面の模式図である。なお、図３では内壁２３１ｂ内に配置された液収容器１４の図示は省略している。そして、図２及び図３中の符号「６」で示す矢印は、詳細は後述する液収容器１４の外側の気体の流れを示している。また、図４は、シュラウド２３の外壁２３１ａと内壁２３１ｂとの間の空間における気体の流れを説明する模式図である。
【００１４】
図１、図３、及び図４に示すように、シュラウド２３の上部の側面には気体吹き出し用のパイプ９１が気密的に接線方向に嵌入されており、パイプ９１の先端の開口部は外壁２３１ａと内壁２３１ｂとの間のシュラウド空間２３１ｃに位置する。
シュラウド空間２３１ｃには、パイプ９１から釜状の内壁２３１ｂの円筒状の部分に対して接線方向に気体が吹き出されている。パイプ９１から吹き出された内壁２３１ｂの円筒状の部分と外壁２３１ａの円筒状の部分との間のシュラウド空間２３１ｃを通ることで、図３及び図４に示すように、螺旋状の回転搬送気流６を形成する。このような螺旋状の回転搬送気流６は、気流の方向がどの位置においても重力方向に対して直交する成分を含むものである。
シュラウド２３の２重の壁のうち、内壁２３１ｂは容器形成部材２１の下端近傍で終わっている。また、外壁２３１ａは丸味を帯びながらヘッド部１の下方まで回り込んでおり、ヘッド部１の下方の円状の外壁開口部２３４で終わる。シュラウド２３の底部の外壁２３１ａの内壁面とヘッド部１の下端とはクリアランス２３３を保っている。外壁開口部２３４の口径Ｄに比してクリアランス２３３の幅Ｇのサイズが小さいため、幅Ｇが、回転搬送気流６と噴射されたトナー液滴Ｔｄとが合流する位置での回転搬送気流６の流速（合流位置気流速度ｖ１）を決める主な要因となる。
【００１５】
図５は、シュラウド２３の外壁２３１ａの底部に設けられ、外壁開口部２３４を形成する開口部材２３８の説明図である。図５（ａ）は、シュラウド２３に取り付けた状態で上方となる方向から見た開口部材２３８の上面図であり、図５（ｂ）は、開口部材２３８を側方となる方向から見た側方断面図であり、図５（ｃ）は、開口部材２３８の斜視図である。開口部材２３８は４つのネジ孔２３８ｃを備え、シュラウド２３の下部にネジ止めする。
図５（ｂ）に示すように、開口部材２３８の外壁開口部２３４の近傍は、上方ほど開口径が小さくなるようなテーパー部２３８ｂが形成されている。また、図５（ａ）及び図５（ｃ）に示すように、開口部材２３８の上面には、外壁開口部２３４で回転気流が形成されることを促すように６本の溝部２３８ａを備えている。溝部２３８ａは、開口部材２３８の円形の上面の外周から内側の外壁開口部２３４に向けて、径方向に対して６本が同じ方向に傾きを有するよう
に形成されており、溝部２３８ａを通過した気流６ａは外壁開口部２３４で回転搬送気流６を形成する。
図６は、開口部材２３８の溝部２３８ａによってより効率良く回転搬送気流６を形成するシュラウド２３の下部の説明図である。図６に示すように、クリアランス２３３の幅Ｇを狭くすることにより、クリアランス２３３を通過する気流のうち、溝部２３８ａを通過する気流の割合が多くなる。これにより、溝部２３８ａによってより効率良く回転搬送気流６の形成を促すことができる。
詳しくは、シュラウド２３のシュラウド空間２３１ｃを通過してきた吹き出し気流は開口部材２３８の上面とヘッド部１の下面とのクリアランス２３３の幅Ｇが小さいため、クリアランス２３３から抜けにくく、６本の溝部２３８ａを経て進む。６本の溝は図５（ａ）及び（ｃ）に示すように、互いに渦巻きがすぼまる方向に巴状に設けているため、開口部材２３８の中心部である外壁開口部２３４に向けて進入してきた互いの気流が回転搬送気流６となる。具体的には、図５中矢印で示した気流６ａが溝部２３８ａを経て図の矢印の方向に抜け、回転搬送気流６となって降下して行く。
【００１６】
図１及び図２に示すように、溶媒に、少なくとも結着樹脂、顔料からなるトナー材料を溶解または分散させたトナー液３が液収容器１４に収容されている。液収容器１４はトナー液供給部２を構成する円柱状の容器形成部材２１が円状に座ぐられてなる部屋である。容器形成部材２１には２箇所孔が空いており、２つの誘導パイプ２２ａ及び２２ｂが嵌入され固定されている。トナー液供給部２は液収容器１４を構成する容器形成部材２１と誘導パイプ２２ａ及び２２ｂで構成される。容器形成部材２１の底面には円板１１が取り付けられ、液収容器１４の底部を構成している。図７は、ヘッド部１の下面部の説明図である。図７に示すように、ヘッド部１の下面部はノズルプレートである円板１１と円環状振動板１２とからなり、円板１１の中心部には貫通したノズル孔１３が複数設けられている。このようにヘッド部１は複数のノズル孔１３を有する円板１１、円板１１の外周に同心円状に取り付けられた円環状振動板１２、及び液収容器１４で構成される。
【００１７】
トナー液３をチャンバー９に供給するトナー液供給部２は図１及び図２を用いて説明した通りである。図１及び図２中の左側の誘導パイプ２２ａには、図１に示すように、さらに管が繋がりその先にトナー液３の流れを制御するバルブ３１が連結されている。バルブ３１からさらに管で繋がり、ポンプ３２に至る。ポンプ３２から先にさらに管で繋がり、図１及び図２中の右側の誘導パイプ２２ｂに繋がり、トナー液３の循環経路が構成されている。トナーをノズル孔１３から噴射する噴射時には、バルブ３１を開き、トナー液３を循環的に流しながら噴射してもよいし、バルブ３１を閉め、静止状態で噴射してもよい。本実施形態のトナー製造装置１００ではトナー液３を循環的に流しながら噴射する。静止の場合は液収容器１４内のトナー液３がなくなった場合、バルブ３１を空けて補充する。
【００１８】
ヘッド部１から噴射され、シュラウド２３の外壁開口部２３４を通過したトナー液滴Ｔｄは、容積の大きいチャンバー９内に導かれる。チャンバー９内には図中下方向に向う螺旋状のチャンバー内回転搬送気流９６が形成されている。トナー液滴Ｔｄはそのチャンバー内回転搬送気流９６に乗り、乾燥されながらチャンバー９の底部に連結された誘導管９２に送られる。誘導管９２は図示しない粉体分離機であるサイクロンにつながっており、サイクロンまで至る間にトナーは、さらに乾燥されながら搬送され、トナー捕集部であるサイクロンで捕集される。チャンバー９の上部側面には気体吹き出し用のチャンバー内パイプ９７が気密的に嵌入されている。チャンバー内パイプ９７の取り付け位置に対してチャンバー９の反対側側面にはチャンバー内圧力計９５が挿入されている。また、シュラウドの吹き出しのパイプ９１の側面にはパイプ内圧力計９４が配置されている。
【００１９】
次に動作について説明する。
ヘッド部１において、不図示の駆動装置によって円環状振動板１２に振動が加えられると、この振動が円板１１に伝えられる。図８及び図９は、円板１１を振動させることによりトナー液滴Ｔｄを噴射させる構成の説明図であり、図８は、円板１１が振動している状態の模式図であり、図９は、円板１１の振動によってトナー液滴Ｔｄがノズル孔１３から噴射する構成を説明するヘッド部１の模式図である。
円環状振動板１２に振動が加えられる（本実施形態では１００［ｋＨｚ］）と、円板１１に振動が伝えられ、図８に示すように円板１１が上下に振動する。液収容器１４には、適当な圧力下でトナー液３が収容されており、図９（ａ）に示すように、円板１１が下方にある状態から、図９（ｂ）に示すように円板１１が上方にある状態になることにより、液収容器１４の体積が変化してトナー液３がトナー液滴Ｔｄとしてノズル孔１３から外部に放出、すなわち噴射（吐出）される。なお、トナー液滴Ｔｄの噴射の周波数は円板１１の振動の周波数と一致する。ノズル孔１３から噴射されたトナー液滴Ｔｄは、気流がシュラウド空間２３１ｃを通過することによって形成された回転搬送気流６と合流し、回転搬送気流６に乗って図２に示すように螺旋状の軌道で下方に向かう。なお、トナー液滴Ｔｄが噴射される位置での回転搬送気流６の流速を合流点流速ｖ１とする。
【００２０】
ここで、回転搬送気流６が形成されていない場合、図１０を用いて説明したように噴射されたトナー液滴Ｔｄは気体の粘性による抵抗を受けて減速され終末速度で平衡し、合着が起こるが、合流点流速ｖ１はこの終末速度よりも大きく、トナー液滴Ｔｄの粒径や初速度のバラツキを考えても、先に噴射されたトナー液滴Ｔｄと後に噴射されたトナー液滴Ｔｄとを十分に引き離す程度に大きく設定されている。
なお、終末速度は下記の式（１）で算出することができる。
終末速度＝〔｛４ｇ・Ｄｐ・（ρｐ−ρｆ）｝／（３ρｆ・Ｃｒ）〕１／２・・・・（１）
ｇ    ：重力加速度
Ｄｐ  ：粒子径
ρｐ  ：気体の密度
ρｆ  ：液滴の密度
Ｃｒ  ：抵抗係数（無次元数）
また、本実施形態のヘッド部１から噴出されるトナー液滴Ｔｄの大きさはは略均一であり、その形状も液滴のため表面張力によって球形となる。したがって終末速度は粒子毎に変わらず、均一となる。
具体的には、本実施形態のヘッド部１から噴射されるトナー液滴Ｔｄは粒径１２［μｍ］であり、このトナー液滴Ｔｄの終末速度は、４．１×１０−３［ｍ／ｓｅｃ］となり、非常に小さい数値となる。そして、気流の方向が重力方向に対して直交する成分を含む気流によって形成される回転搬送気流６の合流点流速ｖ１がこの終末速度よりも速くなるように設定することにより、より確実に合着の発生を防止することができる。
回転搬送気流６に乗せられたトナー液滴Ｔｄの軌道は搬送気流で強制され、結局回転搬送気流６の速度と等しい速度で流下する。このようにして、乱流場が形成され、噴射された液滴は合着することなく、乾燥され、捕集される。合着防止を考えると逆に回転搬送気流流速ｖ１が初速度ｖ０よりも大きい方が好ましい。
なお、噴射後のトナー液滴Ｔｄを乗せる気流が回転搬送気流６ではなく、層流であった場合、ｖ１＞ｖ０を達成するためには非常に多量の気体をシュラウド内に送り込む必要があったが、回転搬送気流６とすることにより、気体量を１／１０までにすることが可能となった。
【００２１】
一方、シュラウド２３中には吹き出しパイプ９１により気体が吹き出されており、吹き出された気流はシュラウド中を通って回転搬送気流６を形成し、外壁開口部２３４からチャンバー９に放出される。形成される回転搬送気流６は図に示した通りであり、円周方向に回転し均一な下向きの気流が生じ、シュラウドの外壁２３１ａの下端部が丸味を帯びているため気流はスムースに横向きに方向を変え、ヘッド部１の下でトナー液滴Ｔｄと合流し、さらに外壁開口部２３４から放出される。
【００２２】
このように、本実施形態のトナー製造装置１００では、ヘッド部１からトナー液滴Ｔｄが噴射される位置に回転搬送気流６を形成することにより、噴射されたトナー液滴Ｔｄが図１０を用いて説明した従来例のように減速されることなく、回転搬送気流６に乗って外壁開口部２３４からチャンバー９内へ放出され、さらにチャンバー内回転搬送気流９６に乗り、合着することなく捕集部まで送られる。
【００２３】
本実施形態のトナー製造装置１００では初速度ｖ０よりも回転搬送気流６の合流位置気流速度ｖ１が大きく、トナー液滴Ｔｄは回転搬送気流６に乗ることで加速されてからチャンバー内回転搬送気流９６に乗って送られる。回転搬送気流６の流速は速いほど、合着を防止する上で好ましい。チャンバー９中の気流は吹き出し用のチャンバー内パイプ９７より気体を吹き出すことによりシュラウド２３中と同様に周方向に均一な一様流が形成される。チャンバー９内では乾燥能力を上げるため乱流が好ましい。チャンバー９中に放出されたトナー液滴Ｔｄを含む回転搬送気流６（流速はｖ１）が乱流を起こしても、スムースに流下されるためにはチャンバー９中の気流の流速であるチャンバー内気流速度ｖ２に対し、ｖ２≧ｖ１であることが好ましい。
【００２４】
シュラウド２３内、チャンバー９内の流速は圧力計によって管理される。各部屋の圧力を各々Ｐ１、Ｐ２とすると、Ｐ１≦Ｐ２の関係があることが好ましい。この関係が保てていないとトナー液滴Ｔｄがチャンバー９からシュラウド２３内へ逆流する可能性がある。上述したように、シュラウド２３内のトナー液滴Ｔｄとの合流部での回転搬送気流６の流速である合流点流速ｖ１を決める要素となるのは、外壁開口部２３４の口径Ｄとクリアランス２３３の幅Ｇとの関係がＤ＞Ｇである。さらに、図５を用いて説明した溝部２３８ａを備えた開口部材２３８や、外壁２３１ａとヘッド部１とのクリアランス２３３の幅Ｇも合流点流速ｖ１を決める要素となる。
【００２５】
本実施形態のトナー製造装置１００では、シュラウド２３内の回転搬送気流６、チャンバー９内のチャンバー内回転搬送気流９６とも、それぞれの上部にある吹き出しパイプ（９１、９７）から気体を吹き出すことにより形成されたが、チャンバー９の下部に設けた吸引パイプによって気流を形成してもよい。
シュラウド２３の外壁２３１ａの開口である外壁開口部２３４の断面は図５（ｂ）に示すように外側の径が大なる方向にテーパーが付いていることが好ましい。このようにテーパーが付いていることによりトナー液滴Ｔｄが外壁開口部２３４を通過する時にトナー液滴Ｔｄが壁面に触れて付着することを回避できる。
【００２６】
本実施形態のトナー製造装置１００の主要部の寸法は以下の通りである。
容器形成部材２１は外径がΦ２３［ｍｍ］、高さが１０［ｍｍ］であり、トナー液供給部２の高さは５４［ｍｍ］である。誘導パイプ２２ａ及び２２ｂの内径はΦ４［ｍｍ］である。円板１１は径がΦ１２［ｍｍ］で厚みが２０［ｍｍ］のニッケル板である。複数のノズル孔１３の径は１０［ｍｍ］で円板１１中央のΦ５［ｍｍ］のエリアに８００個空けられている。シュラウド２３の内壁２３１ｂの外径はΦ２２［ｍｍ］、外壁２３１ａの外径はΦ３６［ｍｍ］であり、高さは５５［ｍｍ］である。クリアランス２３３の幅Ｇは３［ｍｍ］であり、開口の径はΦ９［ｍｍ］である。シュラウド２３の吹き出し用のパイプ９１の内径はΦ６［ｍｍ］である。チャンバー９の内径はΦ７４［ｍｍ］であり、図１中のＨで示す高さは１６０［ｍｍ］である。チャンバーの吹き出し用パイプであるチャンバー内パイプ９７の内径はΦ１２［ｍｍ］である。このようなトナー製造装置１００では、チャンバー内パイプ９７の気体の吹き出し量は１．５［ｇ／分］である。また、シュラウド２３の圧力Ｐ２は１７［ｋＰａ］、チャンバーの圧力Ｐ１は１５［ｋＰａ］である。また、トナー液滴Ｔｄの初速度ｖ０は８［ｍ／ｓ］であり、回転搬送気流６の合流点流速ｖ１は３５［ｍ／ｓ］であった。また、チャンバー９内の温度は２７〜２８［℃］であった。
【００２７】
また、本実施形態のトナー製造装置１００では、パイプ９１やチャンバー内パイプ９７から吹き出される気体としては、窒素ガスを用いている。これらのパイプから噴出する気体としては、窒素ガスに限るものではなく、空気であってもよい。
また、図１及び図２に示すようにシュラウド２３は２重の釜状の壁で構成されていたが、内側の壁を図に見えるトナー液供給部２を囲う壁で兼用してもよい。
また、図１に示す構成では、一つのチャンバー９の上部に一つのヘッド部１とシュラウド２３とを配置した構成であるが、一つのチャンバー９中に複数のヘッド部１とシュラウド２３とを並べて配置した構成にすることによってさらにトナーの製造効率を上げることができる。
また、円環状振動板１２の振動周波数は２０［ｋＨｚ］以上、２．０［ＭＨｚ］未満であることが好ましい。さらに、５０［ｋＨｚ］〜５００［ｋＨｚ］の範囲がより好ましい。２０［ｋＨｚ］以下の振動周波数では、液体の励振による、トナー液３中の顔料やワックスなどの微粒子の分散促進が得られない。２．０［ＭＨｚ］以上の周波数では安定して液滴化できない。
【００２８】
また、円板１１は薄膜が厚み５〜５００［μｍ］の金属薄膜で形成され、複数の孔の径が３〜３５［μｍ］の範囲内であることが好ましい。また、孔は５０ないし３０００個であることが好ましい。
【００２９】
円環状振動板１２としては確実な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いが、例えば、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ことから、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。
【００３０】
次に、本実施形態のトナー製造装置１００で作成した実施例トナーと従来のトナー製造装置で作成した比較例トナーとを比較する比較実験を行った。
まず、実施例トナーを作成する際に用いたトナー液３の処方を示す。
−着色剤分散液の調製−
先ず、着色剤としての、カーボンブラックの分散液を調製した。
カーボンブラック（Ｒｅｇａｌ４００；Ｃａｂｏｔ社製）１７［重量部］、顔料分散剤３［重量部］を、酢酸エチル８０［重量部］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、ダイノーミル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。
【００３１】
−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［重量部］、ワックス分散剤２［重量部］を、酢酸エチル８０［重量部］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３［μｍ］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、更にダイノーミルを用いて強力なせん断力により細かく分散し、最大径が２［μｍ］以下なるよう調整した。
【００３２】
−トナー液３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分散液を調製した。
結着樹脂としてのポリエステル樹脂１００［重量部］、前記着色剤分散液３０［重量部］、ワックス分散液３０［重量部］を、酢酸エチル８４０［重量部］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。
【００３３】
乾燥固化したトナー粒子は、１［μｍ］の細孔を有するフィルターで吸引捕集した。捕集して実施例トナーを得た。このトナーの粒径分布をフロー式粒子像解析装置（ＦＰＩＡ−２０００）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、重量平均粒径（Ｄ４）の平均は５．５［μｍ］、個数平均粒径（Ｄｎ）の平均は５．２［μｍ］であり、Ｄ４／Ｄｎの平均は１．０５であった。
このうちのひとつのトナー１００［重量部］と、外添剤である疎水性シリカＨ−２０００、０．５［重量部］をヘンシェルミキサーにて混合し、最終トナーとした。
次に、キャリアを以下の方法にて作製した。
芯材：平均粒径５０［μｍ］の球形フェライト粒子
コート材構成材料：シリコーン樹脂
シリコーン樹脂をトルエンに分散させ、分散液を調整後、加温状態にて上記芯材にスプレーコートし、焼成、冷却後、平均コート樹脂膜厚み０．２μｍのキャリア粒子を作成した。
【００３４】
キャリア１００［重量部］に対し、最終トナーを５［重量部］添加混合し、現像剤を得た。
この現像剤を用い、市販の複写機、リコー製ｉｍａｇｉｏ  Ｎｅｏ  ４５０を用いて画像形成を行った所、十分な画像濃度とシャープネスを有する画像が得られた。
【００３５】
従来のトナー製造装置１００として、シュラウド２３を設けなかった点以外は、同じトナー液３、同じヘッド部１及びチャンバー９等の条件で噴射し比較例トナーを得た。そして実施例トナーと同様の作業を３回繰り返した。比較例トナーの重量平均粒径（Ｄ４）の平均は５．９［μｍ］、個数平均粒径（Ｄｎ）の平均は５．４［μｍ］であり、Ｄ４／Ｄｎの平均は１．０９であった。
【００３６】
次に、比較例トナーを実施例トナーと、以下のようにして比較した。
両トナーの複数サンプルに対し、合着の評価をコールターカウンター・マルチサイザーIII（ベックマンコールター社製）で測定した粒径分布のうち、粒径が１２．７［μｍ］以上のいわゆる大粒径トナーの占有率によって行った。１２．７［μｍ］以上のいわゆる大粒径トナーは実用トナーとして不都合であることが知られている。測定の結果、粒径が１２．７［μｍ］以上の占有率は、比較例トナーでは３０〜４０［％］の範囲であったのに対して、実施例トナーでは０．５〜４［％］の範囲と著しく低かった。
このことから、本実施形態のトナー製造装置１００のように回転搬送気流を発生させることにより合着が著しく低減されることが分かる。
なお、上述したトナー製造装置１００では、シュラウド２３の外壁２３１ａと内壁２３１ｂとの間のシュラウド空間２３１ｃに気体を流すことによって回転搬送気流６を発生させている。回転搬送気流を発生させる構成としては、ヘッド部１から噴射されたトナー液滴Ｔｄを乗せる回転搬送気流を発生させることができるものであればよく、このようなシュラウド２３を用いたものに限るものではない。
【００３７】
以上のように、本実施形態のトナー製造装置１００は、溶媒に、少なくとも結着樹脂、顔料からなるトナー材料を溶解または分散させた溶解乃至分散液であるトナー液３を、複数のノズル孔１３を有するヘッド部１を備えた液収容器１４に収容し、液収容器１４内のトナー液３をヘッド部１からトナー液滴Ｔｄとして噴射し、噴射されたトナー液滴Ｔｄを乾燥固化させることによりトナーを得るものであり、噴射されたトナー液滴Ｔｄを回転搬送気流６に乗せるものである。噴射されたトナー液滴Ｔｄを回転搬送気流６に乗せた場合、トナー液滴Ｔｄの粒径や形状にバラツキがあり、粘性抵抗の受け方による速度変化や重力の影響にバラツキがあると、速度の低下が鈍いものと、速度の低下が早いものとでトナー液滴Ｔｄの軌道が異なってくるので、後に噴射されたトナー液滴Ｔｄの方が速度の低下が鈍く、速度が速いままであっても先に噴射されたトナー液滴Ｔｄに対する接触が生じにくい。また、噴射されたトナー液滴Ｔｄは、回転搬送気流６に乗って落下することにより、トナー液滴Ｔｄが周囲の気体とともに移動するため、トナー液滴Ｔｄが気体の粘性によって受ける抵抗が少なくなり、速度低下が少なくなる。よって、先のトナー液滴Ｔｄに後のトナー液滴Ｔｄが追いつきにくくなり、後のトナー液滴Ｔｄが先のトナー液滴Ｔｄに対して接触することが生じにくい。さらに、回転搬送気流６に乗ったトナー液滴Ｔｄについて、あるトナー液滴Ｔｄが他のトナー液滴Ｔｄと接触した状態では、あるトナー液滴Ｔｄの移動方向とあるトナー液滴Ｔｄに対する他のトナー液滴Ｔｄの位置する方向とは、ほとんどの場合不一致となる。このため、トナー液滴Ｔｄ同士が接触したとしても従来に比べて合着にまではなりにくい。このように、本実施形態のトナー製造装置１００では、噴射後のトナー液滴Ｔｄ同士の接触が生じにくく、且つ、接触が生じても合着にまではなりにくいため、トナー製造時のトナー液滴Ｔｄ同士の合着を防止し、シャープな粒径分布のトナーを製造することができる。
【００３８】
また、トナー製造装置１００は、回転搬送気流６の合流位置気流速度ｖ１をトナー液滴Ｔｄの終末速度よりも速くなるように設定している。これにより、トナー液滴Ｔｄ同士の接触をより確実に防止することが出来、トナー液滴Ｔｄの合着の発生を防止することができる。
【００３９】
また、トナー製造装置１００は、液収容器１４の外側に、複数のノズル孔１３を有するヘッド部以外を覆うシュラウド２３を設け、回転搬送気流６がシュラウド２３の外壁２３１ａと内壁２３１ｂとの間のシュラウド空間２３１ｃに気体を流すことによって得られる気流である。このようなシュラウド２３を設けることにより、回転搬送気流６を発生させることができる。
【００４０】
また、トナー製造装置１００では、回転搬送気流６がシュラウド２３内の上部に配置された気体吹き出し用のパイプ９１から気体を吹き出すことにより得られる。このように、シュラウド２３の上部に気体を噴出することにより、円筒状のシュラウド空間２３１ｃ内を気体が通過し、回転搬送気流６を形成することができる。なお、他の方法でシュラウド空間２３１ｃ内に気体を導入したとしても、本実施形態のトナー製造装置１００のように効率的に回転搬送気流６を形成することは困難である。
【００４１】
また、トナー製造装置１００では、回転搬送気流６は、パイプ９１から噴出される気体がシュラウド２３の内壁２３１ｂに対して接線方向に気流を発生させることによりえられるものである。パイプ９１から接線方向に気体を噴出することによって、回転搬送気流６を発生させるものであるが、接線方向以外に気流を発生させた場合、シュラウド２３の内壁２３１ｂまたは外壁２３１ａに気流があたり乱れた気流となって、本実施形態のトナー製造装置１００のように効率的に回転搬送気流６を形成することは困難である。
【００４２】
また、トナー製造装置１００は、シュラウド２３が複数のノズル孔１３に対向する位置に開口としての外壁開口部２３４を有し、外壁開口部２３４の断面においてシュラウド２３の外側に行くほど口径が大きくなるラッパ状となるようにテーパーが付けられている。これにより、シュラウド２３の出口から出たトナー液滴Ｔｄの空間密度を下げることができる。すなわち、回転搬送気流６とはいえ、粒子密度が大きいと、乾燥までの間に少なからず合着し、合着を防止するという目的を果たす効果が低下する。これに対して、ラッパ状にすることにより、回転搬送気流６を発生させることによる合着防止の効果を最大限引き出すことができる。
【００４３】
また、本実施形態のトナー製造装置１００とは異なり、噴射されたトナー液滴Ｔｄを収容し、その内部でトナー液滴Ｔｄを乾燥させる乾燥容器であるチャンバー９を備え、チャンバー９の下部の設けられた吸引管から気体を吸引することにより回転搬送気流６を得られる構成であってもよい。また、吹き出しのパイプ９１及びチャンバー内パイプ９７から気体を噴出する構成と、チャンバー９の下部の設けられた吸引管から気体を吸引する構成とを組み合わせても良い。これにより、シュラウド２３の出口である外壁開口部２３４から出たトナー液滴Ｔｄを効果的に乾燥させることができる。すなわち、スプレードライのように回転搬送気流６に乗ったトナー液滴Ｔｄを回転したまま全体まっすぐに落下させる気流を発生させることができる。これにより、トナー液滴Ｔｄは速やかに乾燥しトナーになる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本実施形態のトナー製造装置の概略説明図。
【図２】液収容器の拡大説明図。
【図３】シュラウドの上端部近傍の水平断面の模式図。
【図４】シュラウドの外壁と内壁との間の空間における気体の流れを説明する模式図。
【図５】シュラウドの外壁開口部を形成する開口部材の説明図、（ａ）は、上面図、（ｂ）は、側方断面図、（ｃ）は、斜視図。
【図６】開口部材の溝部によってより効率良く回転搬送気流を形成するシュラウドの下部の説明図。
【図７】ヘッド部の下面部の説明図。
【図８】円板が振動している状態の模式図。
【図９】円板の振動によってトナー液滴が噴射する構成を説明する模式図。
【図１０】従来のトナー製造装置が備える液収容器のヘッド部近傍の説明図。
【図１１】トナー液滴同士が合着した状態の説明図。
【図１２】従来のトナー製造装置で製造したトナー粒径分布のグラフ。
【符号の説明】
【００４５】
１  ヘッド部
２  トナー液供給部
３  トナー液
６  回転搬送気流
６ａ  気流
９  チャンバー
１１  円板
１２  円環状振動板
１３  ノズル孔
１４  液収容器
２１  容器形成部材
２２  誘導パイプ
２３  シュラウド
９１  パイプ
９６  チャンバー内回転搬送気流
９７  チャンバー内パイプ
１００  トナー製造装置
２３１ａ  外壁
２３１ｂ  内壁
２３１ｃ  シュラウド空間
２３２  蓋部
２３３  クリアランス
２３４  外壁開口部
【図１】
2010008447.tif 000003
【図２】
2010008447.tif 000004
【図３】
2010008447.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2010008447.tif 000009
【図８】
2010008447.tif 000010
【図９】
2010008447.tif 000011
【図１０】
2010008447.tif 000012
【図１１】
2010008447.tif 000013
【図１２】
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