JP2006055838A - 気流式分級装置、小粒径粒子の製造装置、および小粒径粒子の製造方法 - Google Patents

気流式分級装置、小粒径粒子の製造装置、および小粒径粒子の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 気流式分級装置において、従来の粒度分布に含まれていた粗粒子を減少させる
ことができ、かつ、従来よりさらに時間あたりの処理量を増やすことができる気流式分級
装置、このような気流式分級装置を備えた小粒径粒子の製造装置、及びこのような気流式分級装置を用いる小粒径粒子の製造方法を提供する。
【解決手段】 粉体材料と一次空気流の混合流体を分散室に導入し、次に、前記分散室下
部に位置して、上側にセンターコア、下側にセパレーターコア、側面側に二次空気流入口
が設けられた分級室に導入して、該粉体材料を気流により粗粒子と微粒子に遠心分離する
気流式分級装置において、前記セパレーターコアの中央吸引口に、分級室内に発生する旋
回気流を調整する整流装置を設ける。
【選択図】 図3

Description

本発明は、トナー等の小粒径粒子の気流式分級装置、該気流式分級装置を備えた小粒径粒子の製造装置、および小粒径粒子の製造方法に関する。
従来、電子写真法、静電写真法等の画像形成方法では、静電潜像を現像するためのトナーが使用される。トナーは最終製品が微細粒子であることが要求され、その製造は、結着剤樹脂、着色剤(染料、顔料、磁性体等)などの所定材料を溶融混練し、該溶融混練物を冷却して固化させた後、粉砕し分級して最終製品を得ている。
このような微粒子粉体を分級するためには、一般に旋回気流を利用する気流式分級装置が使用される。
一方、被粉砕物である静電荷像現像用トナーは、近年、高画質画像を得るためのドット再現性向上や、省エネを目的とした低音定着性の向上といった市場ニーズが高まり、超小粒径化及び粒度分布のシャープ化が必要とされている。
また、トナー材料は、軟化点の低い樹脂やワックスといった凝集しやすい材料へと移行しつつある。更に、近年においては、顧客が高画質化を好むため、より解像度の高い小粒径トナーが望まれているが、前述記載のトナーは凝集しやすいため、分級が難しく、特に、粗粉を効率的に分級することが必要とされている。
しかしながら、従来の気流式分級装置(例えば、特許文献1参照)は、図5に示すように、分級室内4の上側の下面を構成するセンターコア8の下側表面とセパレーターコア6の上側表面のそれぞれの傾斜が同じであるため、粉体は両面に挟まれた旋回流路を流れ旋回気流は単調なものとなる。すなわち、センターコア8の下側表面あるいはセパレーターコア6の上側表面において、作用する遠心力と向心力が釣り合いの状態にある微粒子は、旋回しながら滞留する場合が生ずる。滞留する微粒子は、他の粗粒子もしくは微粒子と再凝集して見かけ上粗粒子となり易く、その結果、粗粒子として回収される。このような粗粒子が最終製品に混入すると、製品は高精度な粒径分布を持ち得ず、製品トナー中で粗粒子が解離して極微粒子となったときは、画像品質を著しく低下させる。
また、滞留中の微粒子はセンターコア8の下側表面あるいはセパレーターコア6の上側表面に付着し易く、分級室内4の形状が変化して分級条件を変える可能性があり、また分級装置の保守作業に支障を来す。高精度な分級は時間あたりの粒子処理量を減らせば微粒子の再凝集を防ぎ高精度な粒径分布を得ることができるが、処理量が減るため製造コストをアップさせてしまう。
分級精度の向上を図る従来技術としては、分級室のセンターコアの外周端部形状に曲率を持たせることで、コアンダー効果を発生させて高精度にするもの(例えば、特許文献2参照)、また、セパレーターコアの軸心部と外周縁部のガイドとに一定の間隔をあけて分離させ、分級室内に自由渦を形成させて精度を向上させるもの(例えば、特許文献3参照)、また、分級室上部に案内室を設け、案内室と分級室との間に複数のルーバーを設け、案内室に送り込まれた粉体材料とエアーを各ルーバーの間より分級室に旋回させて流入させることにより分級精度を向上させるもの(例えば、特許文献4参照)、また、分散室内部の気流を整流することにより、粉体原料に運動エネルギーを与え分散室内部の粉体原料の分散化を促進し、分級室における分級効率を向上させるもの(例えば、特許文献5参照)などがあるが、いずれも処理能力および分級精度の向上において十分なものとはいえない。前記特許文献5では分散室に整流装置が設けられているが、分級室に至るまでに再凝集が起こり、整流効果が低減してしまう。
特開2002−143775号公報 特開平7−155697号公報 特開平6−154708号公報 特開平5−34977号公報 特開2000−157933号公報
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、気流式分級装置において、従来の粒度分布に含まれていた粗粒子を減少させることができ、かつ、従来に比べさらに時間あたりの処理量を増やすことができる気流式分級装置、このような気流式分級装置を備えた小粒径粒子の製造装置、及びこのような気流式分級装置を用いる小粒径粒子の製造方法を提供することを目的とする。
前記課題を解決するために、本発明者らが鋭意検討を行った結果、センターコアの中央下側表面とセパレーターコアの上側表面に挟まれた旋回流路の幅(高さ)に変化を与え、旋回気流のパターンを変化させることにより、分級室内で旋回する微粒子の滞留をなくすことができ、分級処理量及び分級精度の向上が図れることを知見した。
本発明は、本発明者らの前記知見に基づき、前記課題を解決するための手段としては、以下の通りである。即ち、
<1> 粉体材料と一次空気流との混合流体を導入する分散室と、
前記分散室下部に位置し、上側にセンターコア、下側にセパレーターコア、側面側に二次空気流入口が設けられ、前記分散室から前記混合流体を導入する分級室と、を有し、
前記粉体材料を気流により粗粒子及び微粒子に遠心分離する気流式分級装置であって、
前記セパレーターコアの中央吸引口に、前記分級室内に発生する旋回気流を調整する整流装置を設けたことを特徴とする気流式分級装置である。
該<1>に記載の気流式分級装置では、センターコアの中央下側表面とセパレーターに上側表面に挟まれた旋回流路の幅(高さ)に変化を与え、旋回気流のパターンを変化させる事により分級室内で旋回する微粒子の滞留をなくす事ができ、分級精度の向上が図れる。
<2> 整流装置設置位置が、吸引口中心から半径500mm以内である前記<1>に記載の気流式分級装置である。
該<2>に記載の気流式分級装置では、半径500mm以内に整流装置を設置する事により、気流によって発生する旋回気流を乱す事なく旋回気流のパターンに変化をあたえる事ができる。
<3> 整流装置は、環状の台座の上に、
気流を調整する複数枚の羽根と、
該台座の内径にセパレーターコア中央部の吸引力を調整するコア調整リングと、
が設けられている前記<1>から<2>のいずれかに記載の気流式分級装置である。
旋回気流を調整する事で分級精度を向上できる事がわかったが、被分級物であるトナー品種が変更されるとカットポイントの調整が必要となる。その際に、該<3>に記載の気流式分級装置では、吸引力を調整するコア調整リングを有する事で、作業時間の短縮が可能となる。
<4> 整流装置の羽根を0.1〜50mm間隔で設置した該<3>に記載の気流式分級装置である。
該<4>に記載の気流式分級装置では、羽根間隔を0.1〜50mmにする事で分級精度を高める事ができる。
<5> 整流装置の羽根を、長手寸法1/2以降の位置で、旋回気流方向に折り曲げた前記<3>から<4>のいずれかに記載の気流式分級装置である。
該<5>に記載の気流式分級装置では、長手寸法1/2以降の位置で、旋回気流方向に折り曲げる事で分級精度を高める事ができる。
<6> 整流装置の中央吸引口の内径(コア径)は、60〜150mmである前記<1>から<5>のいずれかに記載の気流式分級装置である。
該<6>に記載の気流式分級装置では、中央吸引口の内径(コア径)を60〜150mmとしたため、分級精度を高めることができる。
<7> 整流装置の羽根折り曲げ角度は、羽根壁面に対して90〜180度の角度である前記<3>から<6>のいずれかに記載の気流式分級装置である。
該<7>に記載の気流式分級装置では、羽根折り曲げ角度を羽根壁面に対して90〜180度にする事で分級精度を向上できる。
<8> 整流装置の羽根の取り付け角度は、ボルト固定部により変更可能である前記<3>から<7>のいずれかに記載の気流式分級装置である。
<9> 整流装置の羽根の間隔は、ボルト固定部により変更可能である前記<3>から<8>のいずれかに記載の気流式分級装置である。
<10> 整流装置の羽根の高さは、羽根高さの変更部品の脱着により変更可能である前記<3>から<9>のいずれかに記載の気流式分級装置である。
<11> 整流装置の羽根の厚さは、羽根の厚さ変更部品の脱着により変更可能であるz前記<3>から<10>のいずれかに記載の気流式分級装置である。
<12> 整流装置の羽根の幅は、羽根の幅変更部品の脱着により変更可能である前記<3>から<11>のいずれかに記載の気流式分級装置である。
<13> 整流装置の中央吸引口の内径(コア径)は、前記コア調整リングによって増減可能である前記<3>から<12>のいずれかに記載の気流式分級装置である。
<14> 整流装置は、はめ込みにより着脱可能である前記<1>から<13>のいずれかに記載の気流式分級装置である。
<15> 粉体粒子径が5.0〜13.0μmの粉体粒子を分級する前記<1>から<14>のいずれかに記載の気流式分級装置である。
<16> 機械式粉砕機及び気流式粉砕機のいずれかと、気流式分級装置と、空気輸送装置とを備えた小粒径粒子の製造装置であって、
前記気流式分級装置が前記<1>から<15>のいずれかに記載の気流式分級装置である小粒径粒子の製造装置である。
<17> 小粒径粒子の製造方法であって、
前記<16>に記載の製造装置を使用して製造することを特徴とする小粒径粒子の製造方法である。
本発明によると、従来における諸問題を解決でき、旋回流を用いて旋回流中に粉体材料を供給し、気流の遠心力と向心力の関係で粉体粒度分布に分級する気流式分級装置において、セパレーターコア中央吸引口に、分級室内に発生する旋回気流を調整する整流装置を設けたことから、セパレーターコア部に滞留する粒子が減少すると共に微粉排出口への粗粒子の飛び込みが低減して高精度の分級が可能となり、シャープな粒径分布を有する粉体製品を得られる気流式分級装置、このような気流式分級装置を備えた小粒径粒子の製造装置、及びこのような気流式分級装置を用いる小粒径粒子の製造方法を提供できる。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
図5は、従来の分級装置の構成を例示するものであり、図5において、1は空気排出管、2は粉体の供給管、3は本体ケーシング、4は分級室内、5は二次空気流入口、6はセパレーターコア、7は中央吸引口、8はセンターコア、9はクランプ、10は微粉排出管、11は粗粉排出管である。本発明はこのような分級装置において、前記中央吸引口7に、分級室内に発生する旋回気流を調整する整流装置を設けることを特徴としている。
ここで、本発明において、「一次空気流」とは、2の粉体供給管より取り入れられる空気流を意味し、「二次空気流」とは、5の二次空気流入口より取り入れられ、充分な旋回気流を発生させる為の空気流を意味する。
また、「セパレーターコア」とは、安定した空気流を発生させる機能を果たす部材を意味し、「センターコア」とは、セパレーター上部に位置し、粉体を分散させる機能を果たす部材を意味する。
前記整流装置の設置位置は、分級精度を向上させる観点から、中央吸引口中心から半径500mm以内に設けることが好ましい。前記整流装置を、半径500mm以内を超える位置に設置すると、旋回気流を乱すことがある。
図1は、本発明の整流装置を例示するものであり、環状の台座22の上に気流を調整する複数枚の羽根23が取り付けられている。また、台座の内径16にはセパレーターコア中央部の吸引力を調整するコア調整リングが取り付けられている。そして、台座22は、ねじ切りになっているセパレーターコアの中央吸引口7にはめ込まれる。図1において、13は羽根の幅、14は羽根の間隔、15は羽根の厚さ、16は台座の内径で、ここにコア調整リングがボルトで取り付けられる。17は羽根の取り付け角度を示す。セパレーターコアの中央吸引口7は、台座22がはめ込まれて、その内径は台座の内径16に狭められる(台座内径部=中央吸引口)。さらに、台座の内径16にはコア調整リングが取り付けられ、その脱着により中央吸引口の内径は変更可能である。すなわち、コア調整リングの脱着により中央吸引口の内径(コア径)は増減され吸引力が調整される。
前記羽根の間隔は、分級精度を高める観点から、0.1〜50mmとすることが好ましい。前記羽根の間隔を50mmより広く設置すると、旋回気流中央部での旋回気流が低下し、十分な分級が出来なくなることがある。
同様な観点から、前記中央吸引口の内径(コア径)は、60〜150mmであることが好ましい。
図2は、本発明の整流装置を側面から見たものであり、22は台座、23は羽根、12は整流装置の高さを示す。
図3は、中央吸引口7に整流装置20が設けられた本発明の分級装置を側面から見たものである。
また、図4は、セパレーターコア19の中央吸引口に設けられた整流装置20を上から見たものである。図4において、22は台座、23は羽根、24はコア調整リング、25はリングが取り付けられて狭められたコア径である。
更に、図6は、26の折り曲げ位置で折り曲げられた羽根である。前記羽根は、27の折り曲げ角度の異なる羽根を必要に応じて交換が可能となっている。
前記羽根は、長手寸法1/2以降の位置で、旋回気流方向に折り曲げることが好ましい。ここで、前記長手寸法は、整流装置内側を起端としている。前記羽根を長手寸法1/2未満で折り曲げると、旋回気流が中心方向に大きく変化し十分な分級が出来なくなることがある。
前記羽根の折り曲げ角度は、分級精度を向上させる観点から、羽根壁面に対して90度〜180度とすることが好ましい。前記羽根の折り曲げ角度を、羽根壁面に対して90度以下に設定すると、羽根先端での旋回力が低下することがある。
なお、本発明はこれら図面に限定されるものではない。
本発明の分級装置の一例を図3を参照して詳細に説明すると、本体ケーシング3の頂部に空気排出管1を設け、本体ケーシング3の上部周壁に、一次空気流と粉体材料との混合物の供給管2が設けられている。下端部に粗粉排出口11を開口してホッパーを兼ねた物とし、クランプ9(図示せず)等の部材により本体ケーシング3に対し分離可能に接続する。粗粉排出管内の上方部、すなわち前記センターコア8直下に、中央部が高い円錐状のセパレーターコア6をセンターコア8と同心状に設け、これらセパレーターコア6とセンターコア8との対向間隔により分級室4を形成する。このセパレーターコア6の中央下方部に微粉排出管10が設けられている。本発明の整流装置20は上記円錐状のセパレーターコア6の中央吸引口7に設けられている。
整流装置20の羽根23は台座22より取外しが可能である。また、羽根の角度、間隔、幅、厚さ、高さ、コア径25(中央吸引口の内径)は自由に設定可能である。したがって、粉体材料や粒度分布に応じてそれらを変更し、最適な条件を設定することによって高精度な分級を行うことができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態に限定されるものではなく
、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変形が可能である。
本発明の気流式分級装置によれば、従来のディスパーションセパレーターでの分級室内において流入する二次空気流が粉体材料を旋回状に半自由流動させるという本来の機能は失われず、分級処理は円滑に行われ、微粉排出口への粗大粒子の飛び込みを低減でき、分級の精度を向上させることができる。
本発明の気流式分級装置は、上述の効果により、例えば、機械式粉砕機及び気流式粉砕機のいずれかと、気流式分級装置と、空気輸送装置とを備えた小粒径粒子の製造装置、及び該製造装置を使用して製造する、小粒径粒子の製造方法において、気流式分級装置として好適に用いることができる。
以下、本発明の実施例についてさらに詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
(使用した粉体と粉砕装置)
スチレン−アクリル共重合樹脂とカーボン・磁性体の混合物を2本のロールミルで溶融混練し冷却固化させた後、ハンマーミルで粗粉砕し粉体を得た。
次に、一次空気流と二次空気流による気流式分級機を超音速ジェット粉砕機(日本ニューマッチック製IDS20型)に接続した粉体製造設備に本発明の整流装置を設置し、上記により得られた粉体の分級をおこない、粒子径7.0μm、5μm以下8.0%の粒子を得た。粒子径の測定はコールター社マルチサイザーにて行った。前記整流装置は、中央吸引口中心から20mmの位置に設置した。前記整流装置の羽根は、整流装置内側を起端として長手寸法1/2以降の位置で折り曲げた。
また、評価としては下記の評価にて行なった。
(I)分級処理量 評価
(II)粒度分布シャープ性(Dv/Dn)評価
個数平均粒径、質量平均粒径、及び粒度分布シャープ性は、コールターカウンターTAII(コールター社)で測定を実施した。また、シャープ性(Dv/Dn)は以下の計算式にて求めた。
〔式〕
シャープ性(Dv/Dn)=質量平均粒径/個数平均粒径
(実施例1〜11)
上記粉体を用い、羽根条件として、羽根の角度並び、高さ,厚さ、羽根の折り曲げ条件を、表1のように変えて、トナーの分級を行い、前記分級装置の処理量及びシャープ性を評価した。結果を表2に示す。
(実施例12)
整流装置を脱着可能にした。これにより分級装置の清掃時間を約20%短縮することができた。また、羽根の角度並び、高さ,厚さ、羽根の折り曲げ条件を、表1のようにして、実施例1〜11と同様に、トナーの分級を行い、前記分級装置の処理量及びシャープ性を評価した。結果を表2に示す。
(比較例1)
本発明の整流装置を設けずに、実施例1〜11と同様にトナーの分級を行い、前記分級装置の処理量及びシャープ性を評価した。結果を表2に示す。
上記表2からも、本発明の整流装置を設けた気流式分級装置によれば、分級精度の向上により分級処理量が向上することがわかる。
以上説明したように、本実施形態の気流式分級装置によれば、旋回流を用いて旋回流中に粉体材料を供給し、気流の遠心力と向心力の関係で粉体粒度分布に分級する気流式分級装置において、セパレーターコア中央吸引口に、分級室内に発生する旋回気流を調整する整流装置を設けたことから、セパレーターコア部に滞留する粒子が減少すると共に微粉排出口への粗粒子の飛び込みが低減して高精度の分級が可能となり、シャープな粒径分布を有する粉体製品を得ることができる。
また、本実施形態の気流式分級装置によれば、整流装置の有する複数の羽根の回転により気流の向心力が増大し、微粒子を微粉排出管へ向かわせ、一方、粗大粒子は分級室内の旋回気流による遠心力とコア調整リングによる調整された吸引力によって粗粉排出管へ回収されやすくなる。
本実施形態の気流式分級装置によれば、整流装置の羽根角度、羽根隙間、羽根高さ、羽根厚さ、羽根幅、折り曲げ位置、折り曲げ角度を自在に変更できる構成としたことから、セパレーターコア部の旋回流をより適正に調整することができ、所望の粒度分布に合わせたシャープな粒径分布を有する粉体製品を得ることができる。また、整流装置の羽根角度、羽根隙間、羽根高さ、羽根厚さ、羽根幅を適切に設定することにより高い分級処理量を得ることができる。
本実施形態の気流式分級装置によれば、整流装置がコア調整リングを有する構成としたことから、セパレーターコアの中央吸引口の内径(コア径)を自在に変更することが可能となり、セパレーターコア部の旋回流を適正に調整することができ、所望の粒度分布に合わせたシャープな粒径分布を有する粉体製品を得ることができる。
本実施形態の気流式分級装置によれば、上記整流装置が脱着可能に設けられていることから、その脱着によりセパレーターコア部の旋回流を適正に調整することができる。
本実施形態の気流式分級装置によれば、粒子径5.0μm〜13.0μmの粉体粒子を分級することから、整流装置部での旋回流を適正に調整することができ、シャープな粒径分布を得ることができる。
本実施形態の小粒径粒子の製造装置によれば、本発明の気流式分級装置が備えられていることから、シャープな粒径分布を有する小粒径粒子の製造装置を得ることができる。
本実施形態の小粒径粒子の製造方法によれば、上記製造装置により製造することから、シャープな粒径分布を有する小粒径粒子を製造することができる。
図1は、本発明の整流装置の一例を示す平面図である。 図2は、本発明の整流装置の一例を示す側面図である。 図3は、本発明の分級装置の一例を示す概略断面図である。 図4は、本発明における同心状に設けられたセパレーターコアと整流装置の平面図である。 図5は、従来の気流式分級装置の断面図である。 図6は、本発明の整流装置の羽根を示す平面図である。
符号の説明
1 空気排出管
2 供給管
3 本体ケーシング
4 分級室内
5 二次空気流入口
6 セパレーターコア
7 中央吸引口
8 センターコア
9 クランプ
10 微粉排出管
11 粗粉排出管
12 整流装置の高さ
13 羽根の幅
14 羽根の間隔
15 羽根の厚さ
16 台座の内径
17 羽根の取り付け角度
18 分級室内
19 セパレーターコア
20 整流装置
22 台座
23 羽根
24 コア調整リング
25 コア径
26 折り曲げ位置
27 折り曲げ角度

Claims (17)

  1. 粉体材料と一次空気流との混合流体を導入する分散室と、
    前記分散室下部に位置し、上側にセンターコア、下側にセパレーターコア、側面側に二次空気流入口が設けられ、前記分散室から前記混合流体を導入する分級室と、を有し、
    前記粉体材料を気流により粗粒子及び微粒子に遠心分離する気流式分級装置であって、
    前記セパレーターコアの中央吸引口に、前記分級室内に発生する旋回気流を調整する整流装置を設けたことを特徴とする気流式分級装置。
  2. 整流装置設置位置が、吸引口中心から半径500mm以内である請求項1に記載の気流式分級装置。
  3. 整流装置は、環状の台座の上に、
    気流を調整する複数枚の羽根と、
    該台座の内径にセパレーターコア中央部の吸引力を調整するコア調整リングと、
    が設けられている請求項1から2のいずれかに記載の気流式分級装置。
  4. 整流装置の羽根を0.1〜50mm間隔で設置した請求項3に記載の気流式分級装置。
  5. 整流装置の羽根を、長手寸法1/2以降の位置で、旋回気流方向に折り曲げた請求項3から4のいずれかに記載の気流式分級装置。
  6. 整流装置の中央吸引口の内径(コア径)は、60〜150mmである請求項1から5のいずれかに記載の気流式分級装置。
  7. 整流装置の羽根折り曲げ角度は、羽根壁面に対して90〜180度の角度である請求項3から6のいずれかに記載の気流式分級装置。
  8. 整流装置の羽根の取り付け角度は、ボルト固定部により変更可能である請求項3から7のいずれかに記載の気流式分級装置。
  9. 整流装置の羽根の間隔は、ボルト固定部により変更可能である請求項3から8のいずれかに記載の気流式分級装置。
  10. 整流装置の羽根の高さは、羽根高さの変更部品の脱着により変更可能である請求項3から9のいずれかに記載の気流式分級装置。
  11. 整流装置の羽根の厚さは、羽根の厚さ変更部品の脱着により変更可能である請求項3から10のいずれかに記載の気流式分級装置。
  12. 整流装置の羽根の幅は、羽根の幅変更部品の脱着により変更可能である請求項3から11のいずれかに記載の気流式分級装置。
  13. 整流装置の中央吸引口の内径(コア径)は、前記コア調整リングによって増減可能である請求項3から12のいずれかに記載の気流式分級装置。
  14. 整流装置は、はめ込みにより着脱可能である請求項1から13のいずれかに記載の気流式分級装置。
  15. 粉体粒子径が5.0〜13.0μmの粉体粒子を分級する請求項1から14のいずれかに記載の気流式分級装置。
  16. 機械式粉砕機及び気流式粉砕機のいずれかと、気流式分級装置と、空気輸送装置とを備えた小粒径粒子の製造装置であって、
    前記気流式分級装置が請求項1から15のいずれかに記載の気流式分級装置である小粒径粒子の製造装置。
  17. 小粒径粒子の製造方法であって、
    請求項16に記載の製造装置を使用して製造することを特徴とする小粒径粒子の製造方法。
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