JP2000176379A - 粉体分級装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】簡単な構造で超微粉の気流への追随を容易にし
て速やかに分散室排気口を通り外部に排出して、高精度
に分級するとともにメンテナンスフリーにする。 【解決手段】粉体材料と１次空気流との混合流体を導入
して分散する分散室４の上部に設けた分散室排気口１４
の流入口に長方形で平板の案内部材１５を設け、案内部
材１５の表面に沿って大きな速度の流れを発生させ、こ
の流れに追随して超微粉を分散室排気口１４へ流入させ
て排出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば電子写真
方式で使用するトナー等の粉体材料粗粉と微粉に分離し
て仕分ける粉体分級装置、特に分級精度の向上に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】電子写真方式や静電写真方式等の画像形
成装置では、静電潜像を現像するためにトナーが使用さ
れている。トナーは最終製品が微細であることが要求さ
れ、原料である結着剤樹脂と、染料や顔料や磁性体等の
着色剤等の材料を溶融混練し、冷却して固化させた後、
粉砕してから粗粉と微粉に分離して仕分ける分級処理を
行い最終製品を得る。このトナー等の粉体材料を分級す
るために、例えば特開平５−２７７４４４号公報や特開
平９−３８５８０号公報に示されているように、一般に
気流を利用する粉体分級装置が使用されている。

【０００３】特開平５−２７７４４４号公報に示された
粉体分級装置は、図１０（ａ）の上面断面図と（ｂ）の
側面断面図に示すように、上部円筒形胴体３０と下部円
錐ホッパー３１とを連設したケーシング３２の上部円筒
形胴体３０に接線状に粉体含有気体を導入する導入管３
３を接続し、下部円錐ホッパー３１はその下端に粗粉を
排出する排出口３４を設け、上部円筒形胴体３０の天板
には微粉含有気体を排出する上方に開口した出口管３５
を設けてある。また、粉体含有気体を導入する導入管３
３には入口通路断面を拡張，縮小する可動壁体３６を設
け、上部円筒形胴体内には天板から垂れ下がった半円筒
状の旋回板３７に取り付けられ、鉛直軸回りに回動自在
な可動誘導板３８を設けてある。そして粉体含有気体を
導入する導入管３３の通路断面を変更しながら可動誘導
板３８を調節することにより、旋回する粉体粒子を適切
な分離粒度で分離するようにしている。

【０００４】特開平９−３８５８０号公報に示された気
流式粉体分級装置１は、図１に示すように、本体ケーシ
ング２と下部ケーシング３と、本体ケーシング２の上部
に立設された円筒上の分散室４と、分散室４の下部に設
けられた分級室５及び分級室５の下部に設けられたホッ
パー６とを有する。分散室４の上部外周部には１次空気
流と粉体材料を供給する分散室流入路７が流入方向を分
散室４の外周の接線方向になるように接続されている。
分散室４の下部には中央が高い円錐状のセンターコア８
が設けられ、センターコア８の外周と分散室４の壁面で
分級室５に連結する環状の供給溝９を形成している。分
級室５の下部には中央部分に円筒状の微粉流路１０を有
する円錐上のセパレータコア１１が設けられ、セパレー
ターコア１１の外周と下部ケーシング３の壁面でホッパ
ー６に連結する環状の粗粉排気口１２を形成している。
また、分級室５の下部外周部には２次空気流が流入する
ための流路として、羽根形状をした２次空気流入口１３
を有し、分散室４の上部には分散室排気口１４を有す
る。

【０００５】気流式粉体分級装置１の分散室流入路７か
ら送られた粉体材料は分散室４における１次空気流の旋
回気流によって生じるが遠心力と分散室４内壁面との衝
突の衝撃により分散され分級室５に流入して分級され
る。分級室５では２次空気流入口１３から流入する２次
空気流が粉体材料を旋回状に半自動流動させるときに、
粉体材料中の比較的粉径の大きい粗粉と比較的粉径の小
さい微粉に対して働く遠心力が異なることを利用して分
級する。一方、分級中の粉体には、粗粉と微粉以外にも
粒径が微粉よりも著しく小さい超微粉が存在する。超微
粉の質量は非常に小さいことから遠心力も小さく、ま
た、旋回気流の特性から中心軸付近はそれ以外の場所よ
りも低圧になり中心軸付近に吹き込む気流を発生させ易
いため、超微粉は分散室４の内部では中心軸付近に集ま
り易く、最終的に気流に追随して分散室排気口１４を通
って分散室４の外部へ排出される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】特開平５−２７７４４
４号公報に示された粉体分級装置は、連続的に供給され
る粉体に対して、半円筒状の旋回板と可動誘導板が粉体
軌跡上で障害物になる可能性があり、最悪の場合、粉体
の閉塞を起こしかねない。

【０００７】また、特開平９−３８５８０号公報に示さ
れた気流式粉体分級装置１は、粉体の閉塞を起こさず、
粒径の著しく小さい超微粉の粉体分離を容易にできる
が、分散室排気口１４が単なる筒形状では、分散室４か
ら分散室排気口１４への気流の流れが急峻になり、超微
粉が気流に追随するのが困難であった。このため超微粉
は分散室４の内部に残存し易く、粗粉や微粉に付着して
分級室５へ送られたり、分散室４の内壁面に付着する場
合もある。前者の場合、特に超微粉が製品となる微粉に
付着しすると、その後、万一超微粉が解離すると粒径分
布が変わり分級精度が低下するとともに、例えば電子写
真方式に使用するトナーの場合には画質を著しく劣化さ
せる。後者の場合、気流式粉体分級装置１の保守管理、
特に清掃を頻繁に行う必要がある。

【０００８】この発明はかかる短所を改善し、簡単な構
造で超微粉の気流への追随を容易ににして速やかに分散
室排気口を通り外部に排出して、微粉への付着や分散室
内壁への付着が無くして高精度に分級するとともにメン
テナンスフリーな粉体分級装置を提供することを目的と
するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明に係る粉体分級
装置は、粉体材料と１次空気流との混合流体を装置上部
の円筒形状を有した分散室に接線方向から導入して分散
し、分散した超微粒子を分散室の上部に設けた分散室排
気口から排出しながら粗粒子と微粒子を含む粉体材料を
分級室に導入して２次空気流で粗粒子と微粒子に分離す
る粉体分級装置において、分散室排気口の流入口に、幅
が分散室排気口の口径よりも小さく、長手方向から見た
断面積が分散室排気口の口径内部の断面積よりも小さな
長方形で平板の案内部材を、長手方向を分散室排気口の
中心軸に沿って設けたことを特徴とする。

【００１０】この発明に係る他の粉体分級装置は、分散
室排気口の流入口に、中心から放射状に配置された複数
の案内面を有する案内部材を、長手方向を分散室排気口
の中心軸に沿って設けたことを特徴とする。

【００１１】上記各案内部材のエッジ部を滑らかにする
ことが望ましい。

【００１２】また、上記各案内部材の表面を樹脂でコー
ティングすると良い。

【００１３】さらに、上記各案内部材を柔軟性と弾力性
を有する材料で形成し、分散室から分散室排気口に流入
する流体の流れで微振動を発生させたり、外部からの超
音波により強制振動を発生させると良い。

【００１４】

【発明の実施の形態】この発明の気流式粉体分級装置
は、粉体材料と１次空気流との混合流体を接線方向から
導入して分散する分散室の上部に設けた分散室排気口の
流入口には、幅が分散室排気口の口径よりも小さく、断
面積が分散室排気口の口径内部の断面積よりも小さな断
面積を有する長方形で平板の案内部材が、長手方向を分
散室排気口の中心軸に沿って設けられている。案内部材
の下端部は分散室排気口の鉛直下方位置から突出し、上
端部は分散室排気口の内部に挿入されて、上端の両端部
が固定部材により分散室排気口の内壁に固定されてい
る。

【００１５】上記のように構成された気流式粉体分級装
置において、分散室内部の粗粉と微粉及び超微粉は、各
々の質量の違いから異なる旋回半径で分散室内を気流と
共に旋回する。気流の流速は主として旋回成分が最も強
いが、中心軸と同方向の速度成分も存在し、この速度成
分はさらに下部の分級室へ向かう流れと、上部の分散室
排気口へ向かう流れに分かれる。一方、分散室の内部に
生じる旋回気流の特性から分散室の中心軸付近では、そ
れ以外の個所よりも低圧になっている。また、分散室排
気口からは強い吸引力が働く。このため分散室の内部に
おける中心軸と同方向の気流の速度成分は分散室排気口
内部へ流入するように強くなる。また、粗粉と微粉は超
微粉より質量が大きいため遠心力が比較的大きくなる。
このため粗粉と微粉は分散室の内部では外周付近を旋回
し、分散室排気口へ流入する気流の流れには追随せず、
旋回気流と重力の働きで分級室に送られる。一方、質量
の小さい超微粉は分散室排気口へ流入する流れに追随す
る。この超微粉が流入する分散室排気口の流入口付近に
案内部材が設けてあるため、流体力学上のコアンダー効
果によって案内部材の平面部分に沿って大きな速度の流
れが発生する。この流れにより分散室から分散室排気口
へ速やかでかつ滑らかな流れが発生し、この流れに追随
して超微粉は分散室排気口へ流入し、分散室排気口の途
中で停止することなく外部へ速やかに排出される。

【００１６】

【実施例】図２はこの発明の一実施例を示す斜視図であ
る。図に示す気流式粉体分級装置１は分散室４の上部に
設けた分散室排気口１４以外は図１に示した装置と全く
同じものである。分散室排気口１４の流入口には、幅が
分散室排気口１４の口径よりも小さく、断面積が分散室
排気口１４の口径内部の断面積よりも小さな長方形で平
板の案内部材１５が、長手方向を分散室排気口１４の中
心軸に沿って設けられている。案内部材１５の下端部は
分散室排気口１４の下方位置から突出し、上端部は分散
室排気口１４の内部に挿入されている。案内部材１５の
上端の両端部は固定部材１６により分散室排気口１４の
内壁に固定されている。

【００１７】上記のように構成された気流式粉体分級装
置１において、分散室４内部の粗粉と微粉及び超微粉は
各々の質量の違いから異なる旋回半径で分散室４内を気
流と共に旋回する。気流の流速は主として旋回成分が最
も強いが、中心軸と同方向の速度成分も存在し、この速
度成分はさらに分級室５へ向かう流れと、分散室排気口
１４へ向かう流れに分かれる。分級室５へ向かう流れは
中心軸に対して鉛直下方へ向かう成分であり、主として
分散室４とセンターコア８の間である環状の供給溝９を
通る。分散室排気口１４へ向かう流れは中心軸に対して
鉛直上方向へ向かう成分であり、主として分散室４の内
部から分散室排気口１４の内部へ流入する。一方、分散
室４の内部に生じる旋回気流の特性から、分散室４の中
心軸付近ではそれ以外の個所よりも低圧になっている。
また、分散室排気口１４からは強い吸引力が働く。この
ため分散室４の内部における中心軸と同方向の気流の速
度成分は分散室排気口１４の内部へ流入する流れが強く
なる。また、粗粉と微粉は超微粉より質量が大きいため
遠心力が比較的大きくなる。このため粗粉と微粉は分散
室４の内部では外周付近を旋回し、分散室排気口１４へ
流入する気流の流れには追随せず、旋回気流と重力の働
きでセンターコア８の外周である環状の供給溝９を通っ
て分級室５に送られる。一方、質量の小さい超微粉は分
散室排気口１４へ流入する流れに追随する。この超微粉
が流入する分散室排気口１４の流入口付近に案内部材１
５が設けてあるため、流体力学上のコアンダー効果によ
って案内部材１５の平面部分に沿って大きな速度の流れ
１７が発生する。この流れ１７により分散室４から分散
室排気口１４へ速やかでかつ滑らかな流れが発生し、こ
の流れに追随して超微粉は分散室排気口１４へ流入し、
分散室排気口１４の途中で停止することなく外部へ速や
かに排出される。

【００１８】このようにして超微粉を分散室排気口１４
に速やかにかつ円滑に流入させるから、超微粉は分級室
５へは流入せず、製品に該当する微粉に超微粉が付着す
ることを防ぎながら高い分級精度で分級することができ
る。また、超微粉が分散室４に滞留しなくなるから、超
微粉が分散室４の内壁に付着することを防ぐことがで
き、分散室４における超微粉の清掃を不要にすることが
できる。

【００１９】上記実施例は、案内部材１５を長方形の平
板で構成した場合について説明したが、分散室排気口１
４の中心軸に中心を有し、中心から放射状に配置された
複数の案内面、例えば図３の斜視図に示すように、中心
から十字状に形成された複数の案内面を有する案内部材
１５ａを構成し、案内部材１５ａの上部端部を固定部材
１６で分散室排気口１４の内壁に固定しても良い。

【００２０】例えばスチレン−アクリル共重合樹脂８５
重量％とカーボンブラック１５重量％の混合物をロール
ミルにて溶解混練し、冷却固化させた後、ハンマーミル
にて粗粉砕し、この粗粉砕物をジェットミルにて重量平
均粒子径９．０μｍに微粉砕して微粉砕物を得た。この
微粉砕物を、例えば図３に示すように、中心から十字状
に形成された複数の案内面を有する案内部材１５ａを配
置した気流式粉体分級装置１を使用して分級した結果、
重量平均粒子径９．１μｍと４μｍ以下の極微粒子の個
数含有率８．９％の電子写真方式用のトナーを得ること
ができた。

【００２１】上記実施例は長方形の平板からなる案内部
材１５や、中心から十字状に形成された複数の案内面を
有する案内部材１５ａを使用した場合について説明した
が、図４に示すように、長方形の平板の各端部のエッジ
部を滑らかに形成した案内部材１５ｂや、図５の上面図
に示すように、十字状に形成された複数の案内面を連結
したエッジ部を埋め材１８により滑らかにした案内部材
１５ｃを使用しても良い。

【００２２】このように各端部のエッジ部を滑らかに形
成した案内部材１５ｂを使用することにより、案内部材
１５ｂの平面部分とその側面に沿って速やかでかつ滑ら
かな流れ１７が発生し、超微粉を分散室排気口１４に円
滑に流入させることができるとともに長方形の平板のエ
ッジ部に超微粉が滞留して付着することを防ぐことがで
きる。また、十字状に形成された複数の案内面を連結し
たエッジ部を埋め材１８により滑らかにした案内部材１
５ｃを使用することにより、案内部材１５ｃの平面部分
と埋め材１８で形成された滑らかな面に沿って速やかで
かつ滑らかな流れ１７が発生し、超微粉を分散室排気口
１４に円滑に流入させることができるとともに案内部材
１５ｃに超微粉が滞留して付着することを防ぐことがで
きる。

【００２３】この案内部材１５ｃを配置した気流式粉体
分級装置１を使用して、スチレン−アクリル共重合樹脂
８５重量％とカーボンブラック１５重量％の混合物をロ
ールミルにて溶解混練し、冷却固化させた後、ハンマー
ミルにて粗粉砕し、粗粉砕物をジェットミルにて重量平
均粒子径９．０μｍに微粉砕して微粉砕物を分級した結
果、重量平均粒子径９．１μｍと４μｍ以下の極微粒子
の個数含有率８．８％の電子写真方式に使用するトナー
を得ることができた。

【００２４】また、上記各案内部材１５，１５ａ〜１５
ｃの表面をより滑らかにするため、各案内部材１５ａ，
１５ａ〜１５ｃの表面に合成樹脂例えば塩化ビニルやポ
リエチレン系あるいはフッ素樹脂等をコーティングする
ことにより、超微粉を分散室排気口１４により円滑に流
入させることができるとともに案内部材１５ａ，１５ａ
〜１５ｃの表面に超微粉が滞留して付着することを確実
に防ぐことができる。

【００２５】例えば表面をフッ素樹脂でコーティングし
た案内部材１５ｃを配置した気流式粉体分級装置１を使
用して、スチレン−アクリル共重合樹脂８５重量％とカ
ーボンブラック１５重量％の混合物をロールミルにて溶
解混練し、冷却固化させた後、ハンマーミルにて粗粉砕
し、粗粉砕物をジェットミルにて重量平均粒子径９．０
μｍに微粉砕して微粉砕物を分級した結果、重量平均粒
子径９．１μｍと４μｍ以下の極微粒子の個数含有率
８．５％の電子写真方式に使用するトナーを得ることが
できた。

【００２６】さらに、上記各案内部材１５ａ，１５ａ〜
１５ｃを柔軟性と弾力性を有する材料で形成すると、例
えば図６，図７に示すように、各案内部材１５ｂ，１５
ｃの分散室４内に突出した先端部が流体力学上のコアン
ダー効果によって生じる流れ１７の振動により微振動１
９を発生させる。この各案内部材１５ｂ，１５ｃの微振
動１９により分散室排気口１４へ流入する超微粉が各案
内部材１５ｂ，１５ｃの表面に付着することを防止する
ことができ、超微粉を分散室排気口１４から円滑に流出
させることができる。

【００２７】例えば柔軟性を有する案内部材１５ｃを配
置した気流式粉体分級装置１を使用して、スチレン−ア
クリル共重合樹脂８５重量％とカーボンブラック１５重
量％の混合物をロールミルにて溶解混練し、冷却固化さ
せた後、ハンマーミルにて粗粉砕し、粗粉砕物をジェッ
トミルにて重量平均粒子径９．０μｍに微粉砕して微粉
砕物を分級した結果、重量平均粒子径９．１μｍと４μ
ｍ以下の極微粒子の個数含有率８．４％の電子写真方式
に使用するトナーを得ることができた。

【００２８】上記実施例は各案内部材１５，１５ａ〜１
５ｃの分散室４内に突出した先端部に流れ１７の振動に
より微振動１９を発生させる場合について説明したが、
図８の斜視図に示すように、案内部材１５ｂの平面部分
の垂直方向の振動の固有振動数と同振動数の超音波を外
部の超音波発生手段２０から入射して、案内部材１５ｂ
に強制振動２１を発生させたり、図９に示すように、十
字状の案内部材１５ｃの各平面部分と垂直な方向の振動
の固有振動数と同じ振動数の超音波を２組の超音波発生
手段２２，２３から入射して案内部材１５ｃに強制振動
２１を発生させるようにしても良い。このようにして分
散室排気口１４へ流入する超微粉が各案内部材１５ｂ，
１５ｃの表面に付着することを確実に防止することがで
き、超微粉を分散室排気口１４からより円滑に流出させ
ることができる。

【００２９】例えば図９に示すように、案内部材１５ｃ
に強制振動を与えながらスチレン−アクリル共重合樹脂
８５重量％とカーボンブラック１５重量％の混合物をロ
ールミルにて溶解混練し、冷却固化させた後、ハンマー
ミルにて粗粉砕し、粗粉砕物をジェットミルにて重量平
均粒子径９．０μｍに微粉砕して微粉砕物を分級した結
果、重量平均粒子径９．１μｍと４μｍ以下の極微粒子
の個数含有率８．１％の電子写真方式に使用するトナー
を得ることができた。

【００３０】

【発明の効果】この発明は以上説明したように、分散室
排気口の流入口に、幅が分散室排気口の口径よりも小さ
く、長手方向から見た断面積が分散室排気口の口径内部
の断面積よりも小さな長方形で平板の案内部材を、長手
方向を分散室排気口の中心軸に沿って設けたり、分散室
排気口の流入口に、中心から放射状に配置された複数の
案内面を有する案内部材を、長手方向を分散室排気口の
中心軸に沿って設けることにより、案内部材の表面に沿
って大きな速度の流れを発生させ、この流れに追随して
超微粉を分散室排気口へ流入させるようにしたから、超
微粉を分散室排気口の途中で停止することなく外部へ速
やかに排出することができ、微粉に超微粉が付着するこ
とを防ぎながら高い分級精度で分級することができる。
また、超微粉が分散室に滞留しなくなるから、超微粉が
分散室の内壁に付着することを防ぐことができ、分散室
における超微粉の清掃を不要にすることができる。

【００３１】また、案内部材のエッジ部を滑らかにした
り、案内部材の表面を樹脂でコーティングして滑らかに
することにより、案内部材の表面に沿ってより円滑な流
れを発生させて超微粉を分散室排気口から外部へ速やか
に排出することができる。

【００３２】さらに、案内部材を柔軟性と弾性を有する
材料で形成し、分散室から分散室排気口に流入する流体
の流れで微振動を発生させたり、外部からの超音波によ
り強制振動を発生させることにより、案内部材の表面や
分散室排気口に超微粉が滞留するを防ぎ、超微粉を分散
室排気口から確実に排出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】気流式粉体分級装置の構成図である。

【図２】この発明の実施例の構成を示す斜視図である。

【図３】第２の実施例の構成を示す斜視図である。

【図４】第３の実施例の構成を示す斜視図である。

【図５】第４の実施例の構成を示す上面図である。

【図６】第５の実施例の動作を示す斜視図である。

【図７】第６の実施例の動作を示す斜視図である。

【図８】第７の実施例の構成を示す斜視図である。

【図９】第８の実施例の構成を示す斜視図である。

【図１０】従来例の構成図である。

【符号の説明】

１ 気流式粉体分級装置 ２ 本体ケーシング ３ 下部ケーシング ４ 分散室 ５ 分級室 ６ ホッパー ７ 分散室流入路 ８ センターコア ９ 供給溝 １０ 微粉流路 １１ セパレータコア １２ 粗粉排気口 １３ ２次空気流入口 １４ 分散室排気口 １５ 案内部材

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 粉体材料と１次空気流との混合流体を装
   置上部の円筒形状を有した分散室に接線方向から導入し
   て分散し、分散した超微粒子を分散室の上部に設けた分
   散室排気口から排出しながら粗粒子と微粒子を含む粉体
   材料を分級室に導入して２次空気流で粗粒子と微粒子に
   分離する粉体分級装置において、 分散室排気口の流入口に、幅が分散室排気口の口径より
   も小さく、長手方向から見た断面積が分散室排気口の口
   径内部の断面積よりも小さな長方形で平板の案内部材
   を、長手方向を分散室排気口の中心軸に沿って設けたこ
   とを特徴とする粉体分流装置。
2. 【請求項２】 粉体材料と１次空気流との混合流体を装
   置上部の円筒形状を有した分散室に接線方向から導入し
   て分散し、分散した超微粒子を分散室の上部に設けた分
   散室排気口から排出しながら粗粒子と微粒子を含む粉体
   材料を分級室に導入して２次空気流で粗粒子と微粒子に
   分離する粉体分級装置において、 分散室排気口の流入口に、中心から放射状に配置された
   複数の案内面を有する案内部材を、長手方向を分散室排
   気口の中心軸に沿って設けたことを特徴とする粉体分流
   装置。
3. 【請求項３】 上記案内部材のエッジ部を滑らかにした
   請求項１又は２記載の粉体分流装置。
4. 【請求項４】 上記案内部材の表面を樹脂でコーティン
   グした請求項１，２又は３記載の粉体分流装置。
5. 【請求項５】 上記案内部材を柔軟性と弾力性を有する
   材料で形成し、分散室から分散室排気口に流入する流体
   の流れで案内部材に微振動を発生させる請求項１，２又
   は３記載の粉体分流装置。
6. 【請求項６】 上記案内部材を柔軟性と弾性を有する材
   料で形成し、超音波により案内部材に強制振動を与える
   請求項１，２又は３記載の粉体分流装置。