JP2010155224A - 気流式粉砕分級装置 - Google Patents

Abstract

【課題】粒径が数μｍオーダーの微細な粉砕物が容易に得られ、かつその生産条件が長期（長時間）にわたり持続可能で粉砕の状態が数値によってリアルタイムで定量的に把握する。
【解決手段】粉砕室内に向けてジェット噴流を噴出する噴出ノズルと、一端を噴出ノズルの先端と接続し他端を粉砕室に開口する加速管と、該加速管に開口し前記ジェット噴流中に被粉砕物を供給する供給管をもつ粉砕ノズルと、前記噴出ノズルと対向して設置され、前記被粉砕物をジェット噴流と共に直接衝突させて微粉砕する粉砕面を有する衝突部材とを少なくとも備える気流式粉砕分級装置において、前記加速管と前記供給管との合流位置の上部に圧力計を具備し、前記加速管への被粉砕物の供給状態を前記圧力計による測定値で管理する気流式粉砕分級装置である。
【選択図】図１

Description

本発明は、トナーなどの粉砕に用いる気流式粉砕分級装置に関する。

電子写真法、静電気写真法等の画像形成法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。最終製品が微細粒子であることが要求される静電潜像のトナー製造における原料個体粒子を、粉砕及び分級して最終製品を得るには、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、冷却して固化させた後粉砕し分級する。電子写真トナーなどの微粒子粉体を粉砕分級するためには、噴出するジェット噴流に被粉砕物を導き加速させ、前方の衝突板に衝突させて粉砕し、連動する上部旋回気流を利用した気流式粉砕分級装置が用いられ、例えば図５に示されるようなインパクトディスパージョンセパレータ（ＩＤＳ型：日本ニューマチック社製）が使用される。
図５に示す分級機７の分級原理は、投入口２ａより供給された粉体材料が分散室２で分散され、分級室２ｃ内に流入する二次空気流２ｂによって、分級室２ｃにおいて粉体材料を旋回上に反自由流動させる際、該粉体材料中の粗粒子と微粒子に対して働く遠心力及び向心力作用によって、粗粉と微粉とに分級されることである。分級された微粉は粉砕が終了したものとして次工程へ送られ、粗粉は、自重落下により粗粉戻り室８及び下部ケーシングホッパー３を経て粉砕機９へ流入される。粉砕機９では供給孔４より粗粉１０が吸引された後、粉砕ノズル５によって加速され前方の衝突板６で衝突粉砕された後上昇し、投入口１より供給される粉体材料と一緒に再び分散室２に流入する閉回路粉砕が形成される。図５において、１１は粉砕室、１２は噴出ノズル、１３はジェット噴流、１４は加速管、１５は供給管、１６は加速管１４と供給管１５との合流位置を示す。
しかしながら、画像形成装置における近年のカラー化や高速化、高画質化に伴って、低融点で小粒径のトナーの要求のニーズが高まった結果、気流式粉砕分級装置におけるトナーの付着、凝集が悪化した。従来の気流式粉砕分級装置では、閉回路粉砕状態が把握できず、粉砕した粒子が経時で粗粒化するか又は粉砕室の閉塞が発生したため、装置の一時的な稼働停止が発生し、支障をきたしていた。
また、トナーの付着、凝集を解消するためにエアーバイブレータやノッカーやブリッジブレーカー等を装着すると、騒音や振動による金属疲労によって作業環境や粉砕装置の金属表面に亀裂が発生し粉砕分級の継続が不可能になるという問題が発生した。

このような問題を解消するために種々の気流分級装置が提案されている。特許文献１には、従来の衝突式気流粉砕装置に比べ、高圧気体噴出ノズル鉛直方向として被粉砕物を一層効率良く粉砕し、被粉砕物による融着、凝集、粗粉化の発生を防止し、さらには衝突部材及び加速管等の被粉砕物による局部的な摩耗を防ぐ効果があるとした微粉体製造装置が記載されている。
特許文献２には、粉砕物の融着、凝集、粗粒化、あるいは加速管内壁や衝突部材の衝突面での極部的摩耗の発生を防止すること等を達成し得る分級粉砕装置を提供することが記載されている。
特許文献３には、被粉砕物投入口より下流においても衝撃波の発生を防止し、気体の流速を極端に減速することなく、被粉砕物を衝突板で衝突せしめ、粉砕能力の向上した衝突式気流粉砕機を提供することが記載されている。
特許文献４には、被粉砕物供給管の注入部を導入部に対して加速管出口側へ傾斜させることにより、被粉砕物の流れをスムーズにして、被粉砕物の被粉砕物供給口での詰まり現象を軽減し、かつ、加速管内での被粉砕物の速度を上昇させることが記載されている。
特許文献５には、被粉砕物の加速管内速度の方向を中心軸から著しく偏心させずに、かつ、粉砕装置の小型化を図りながら粉砕処理能力を向上させることを目的とした粉砕装置が記載されている。
特許文献６及び７には、加速ノズル内の高圧気体が超音波に加速されたのち速度がノズル内で均一に維持され、衝突部材に分散した状態で衝突・粉砕効率をより一層高めることが可能となることを目的とした衝突式気流粉砕機が記載されている。
しかしながら、さらに粉砕室での付着、凝集による閉塞を回避し、安定して粉砕を行うことができる粉砕分級法が求められている。

特許第３４５１２８８号公報 特許第２９６７３０４号公報 特開平８−２９９８３３号公報 特許第３２１９９１８号公報 特許第３２８３７２８号公報 特開平９−２０６６２１号公報 特許第３２１９９５５号号公報

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、粒径が数μｍオーダーの微細な粉砕物が容易に得られ、かつその生産条件が長期（長時間）にわたり持続可能で粉砕の状態が数値によってリアルタイムで定量的に把握することができ、さらに粉砕室での付着、凝集による閉塞を回避し、安定して粉砕を行うことができる気流式粉砕分級装置を提供することを目的とする。

すなわち、以下の１ないし７の発明によって、上記課題は解決される。
１．粉砕室内に向けてジェット噴流を噴出する噴出ノズルと、一端を噴出ノズルの先端と接続し他端を粉砕室に開口する加速管と、該加速管に開口し前記ジェット噴流中に被粉砕物を供給する供給管をもつ粉砕ノズルと、前記噴出ノズルと対向して設置され、前記被粉砕物をジェット噴流と共に直接衝突させて微粉砕する粉砕面を有する衝突部材とを少なくとも備える気流式粉砕分級装置において、前記加速管と前記供給管との合流位置の上部に圧力計を具備し、前記加速管への被粉砕物の供給状態を前記圧力計による測定値で管理することを特徴とする気流式粉砕分級装置である。
２．前記１に記載の気流式分級装置において、前記加速管と前記供給管との合流位置の周囲に流動床を具備し、該流動床により前記加速管に被粉砕物を供給することを特徴とする気流式粉砕分級装置である。
３．前記１又は２に記載の気流式分級装置において、前記圧力計の圧力が−３〜−１５ｋＰａとなるように前記加速管への被粉体物の供給量を制御することを特徴とする気流式粉砕分級装置である。
４．前記１ないし３のいずれかに記載の気流式分級装置において、前記加速管へ被粉砕物を供給するためのホッパーが設けられ、該ホッパーの上部から前記加速管と前記供給管との合流位置までをストレート配管で形成することを特徴とする気流式粉砕分級装置である。
５．前記４に記載の気流式分級装置において、前記ストレート配管が、脱着が可能でＬ／Ｄを自在に変更できるアダプター配管であることを特徴とする気流式粉砕分級装置である。
６．前記４又は５に記載の気流式分級装置において、重量平均粒径が１０μｍ以下の被粉砕物を前記加速管に供給することを特徴とする気流式粉砕分級装置である。
７．前記１ないし６のいずれかに記載の気流式分級装置において、前記ジェット噴流を、圧力０．４〜０．７ＭＰａの気流元により生じさせることを特徴とする気流式粉砕分級装置である。

本発明によれば、粒径が数μｍオーダーの微細な粉砕物が容易に得られ、かつその生産条件が長期（長時間）にわたり持続可能で粉砕の状態が数値によってリアルタイムで定量的に把握することができる。

本発明に係る気流式粉砕分級装置の実施形態を示す概略図である。 本発明に係る気流式粉砕分級装置の実施形態を示す概略図である。 図２−１の部分拡大図である。 本発明に係る気流式粉砕分級装置の実施形態を示す概略図である。 図３−１の部分拡大図である。 本発明に係る気流式粉砕分級装置の実施形態を示す概略図である。 図４−１の部分拡大図である。 従来の気流式粉砕分級装置を示す概略図である。

以下に、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。なお、いわゆる当業者は特許請求の範囲内における本発明を変更・修正をして他の実施形態をなすことは容易であり、これらの変更・修正はこの特許請求の範囲に含まれるものであり、以下の説明はこの発明における実施の形態の例であって、この特許請求の範囲を限定するものではない。
図１は、本発明の気流式粉砕分級装置を説明するための概略図である。図１において、図５と同様の箇所には同様の符号を付し、その説明を省略する。分級機７で分級された粗粉は下部ケーシングホッパー３に移動後、供給孔４に吸引される際の吸引圧力を吸引静圧として測定する。圧力測定は、ケーシングホッパー３上部、すなわち加速管１４と供給管１５との合流位置１６の上部に設置した圧力計（静圧計）１７によって行われる。加速管と供給管の合流位置上部に圧力計を設置する（圧力を測定する）という技術思想や、圧力計を設置することによりもたらされる効果は、従来、思いつくことが困難であったと言える。
上記圧力測定により、粉砕機１台＋分級機１台の粉砕分級機、粉砕機１台＋分級機複数台の粉砕分級機、粉砕機と分級機を自在に組合せた多段粉砕分級システムを形成した装置においても粉砕状態を把握することが可能となる。
本発明においては、圧力計（静圧計）１７により測定される吸引静圧が−３〜−１５ｋＰａの範囲、好ましくは−７〜−１３ｋＰａの範囲となるように、供給孔４に吸引される際の吸引圧力を管理することが好ましい。圧力計（静圧計）１７はゲージで表示し、粉砕機９で直接確認するか又は出力を電気信号に変換して粉砕分級装置操作盤で表示し、さらにはデータロガで記録させることにより、リアルタイムで粉砕状態を把握することができる。
また、ジェット噴流１３を生じさせる不図示の気流元の圧力は、０．４〜０．７ＭＰａであることが好ましい。

図２−１は、図１に示す気流式粉砕装置において流動床を設けた場合の概要を示す図であり、図２−２は図２−１のケーシングホッパー部分の拡大図である。図２−１に示すように、下部ケーシングホッパー３の内壁に２重構造で空間を設け、その表面に焼結金網３ａを配置した流動床を具備している。流動床となる焼結金網３ａは各種各様の金網を重ねて一体構造化したもので、焼結金網３ａの目開きは特に限定されないが、一般的に３μｍ以下、場合によっては２μｍ以下の目開きで構成されている。このケーシングホッパー流動床には、焼結金網３ａより流動用エアーを噴出させるためのエアー供給口３Ｅが設けられている。流動床に供給するエアー圧力は０．０５〜０．２ＭＰａの範囲で焼結金網全面より均一で微量に噴出されるのが望ましい。

図３−１は、図１に示す気流式粉砕装置において、ホッパーとしてストレート配管を装着した場合の概要を示す図であり、図３−２は図３−１のケーシングホッパー部分の拡大図である。図３−１に示すように、ストレート配管１８は、ケーシングホッパー３の内部に装着されている。ノズルの加速管１４と供給管１５との合流位置１６までのホッパーをストレート管とすることにより、トナーの安息角を低減させ、トナーの付着、凝集を皆無とさせることができる。図３−２において、流動床となる焼結金網１８ａは各種各様の金網を重ねて一体構造化したもので、焼結金網１８ａの目開きは特に限定されないが、一般的に３μｍ以下、場合によっては２μｍ以下の目開きで構成されている。ストレート配管１８には、焼結金網１８ａより流動用エアーを噴出させるためのエアー供給口１８Ｅが設けられている。流動床に供給するエアー圧力は０．０５〜０．２ＭＰａの範囲で焼結金網全面より均一で微量に噴出されるのが望ましい。

図４−１は、ストレート配管が脱着可能である場合の概要を示す図であり、図４−２は図４−１のケーシングホッパー部分の拡大図である。図４−２に示すように、ストレート配管を脱着可能な流動床配管１９に構成し、流動床配管１９を固定するための治具である配管上蓋１９ｂとの一体構造で流動床配管１９をケーシングホッパー３に装着し、固定ボルト１９ｃで直接固定している。一体化されたストレート流動床配管１９と配管上蓋１９ｂにより、粉体特性によって付着、凝集度合いの異なるトナーの場合、ストレート流動床配管のＬ／Ｄ（外径／長さ）を自在に変更することができる。
本発明の気流式粉砕装置では、被粉砕物の重量平均粒径が１０μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは６μｍ以下である。

実施例１
スチレンアクリル共重合樹脂７５質量％とポリエステル樹脂１０質量％とカーボンブラック１５質量％の混合物をロールミルにて溶融混練し、冷却固化した後、ハンマーミルにて粗粉砕した。この粗粉砕物を図２に示した気流式粉砕分級機で粉砕し粉、微粉を得た。その際、ケーシングホッパー３の機内静圧を−１０ｋｐａになるように粉砕材料を５０ｋｇ／ｈで供給したところ、重量粉砕粒子径７．３５μｍで、粒子径４μｍ以下の極微粒子を個数含有率５６％で含む微粉を、安定して１０時間にわたって得ることができた。
このように、ケーシングホッパーの機内静圧を確認することが可能になったことにより、被粉砕物の粉砕状態を定量的に判断できるようになったため、粉砕粒径の変化や分級条件と粉砕条件のバランスが判断できるようになった。このため、過剰な粉砕材料の供給を未然に防止することができるようになり、安定した粉砕処理能力と粉砕粒径を得ることができるようになった。

比較例１
図５に示す現行の分級装置にて実施例１と同等条件で分級を行ったところ、重量粉砕粒子径７．３５μｍで、粒子径４μｍ以下の極微粒子を個数含有率５６％で含む微粉を得た。その際、粉砕材料を５５ｋｇ／ｈで供給したが、稼動２時間後、重量粉砕粒子径６．３５μｍで、粒子径４μｍ以下の極微粒子が個数含有率７６％に変化した後、粉砕室が閉塞し、このため粉砕分級機の停止を余儀なくされた。

実施例２
実施例１の粉砕材料と条件を用いて粉砕分級を行った。その際、ケーシングホッパーの内部に目開き２μｍ以下の焼結金網を配置した流動床を設置し、流動床表面より０．０５Ｍｐａのエアー流が噴出するようにエアー調整を行い、機内静圧を−１０ｋｐａになるように粉砕材料を５７ｋｇ／ｈで供給したところ、重量粉砕粒子径７．３５μｍで、粒子径４μｍ以下の極微粒子を個数含有率５６％で含む微粉を、安定して１０時間にわたって得ることができた。
本実施例においては、ケーシングホッパーに設けた流動床によって、粉砕ノズル供給孔近傍でのトナー原料の付着凝集が減少し、安定供給されるようになったため、粉砕室静圧が実施例１に比べ安定した結果、処理能力が向上し安定した粉砕粒径を得ることができるようになった。

実施例３
実施例１と同様の粉砕材料及び条件により粉砕材料の粉砕分級を行った。その際、ケーシングホッパーの内部に目開き２μｍ以下の焼結金網を配置した流動床を設置し、流動床表面より０．０５Ｍｐａのエアー流が噴出するようにエアー調整を行い、機内静圧を−７〜１２Ｋｐａになるように粉砕材料を制御して粉砕したところ、５９ｋｇ／ｈの供給で、重量粉砕粒子径７．３０μｍで、粒子径４μｍ以下の極微粒子を個数含有率５５％で含む微粉を、安定して１０時間にわたって得ることができた。
本実施例においては、ケーシングホッパーの機内の流動床と静圧適正範囲によって粉砕室に供給されるトナー量を活用できるようになったため、処理能力が向上し安定した粉砕粒径を得ることができるようになった。

実施例４
実施例１と同様の粉砕材料及び条件により粉砕材料の粉砕分級を行った。その際、ケーシングホッパーを円筒管として内部に目開き２μｍ以下の焼結金網を配置した流動床を設置し、流動床表面より０．０５Ｍｐａのエアー流が噴出するようにエアー調整を行い、機内静圧を−７〜１２Ｋｐａになるように粉砕材料を制御して粉砕したところ、６１ｋｇ／ｈの供給で、重量粉砕粒子径７．３５μｍで、粒子径４μｍ以下の極微粒子を個数含有率５５％で含む微粉を、安定して１０時間にわたって得ることができた。
本実施例においては、ケーシングホッパーを円筒管の流動床とした事でトナーの付着要因であった安息角課題が解決し、粉砕室に供給されるトナー量を最大限供給できるようになったため、処理能力が大幅に向上し安定した粉砕粒径を得ることができるようになった。

実施例５
実施例１と同様の粉砕材料及び条件により粉砕材料の粉砕分級を行った。その際、ケーシングホッパーを円筒管として内部に目開き２μｍ以下の焼結金網を配置した流動床を設置した。ケーシングホッパーの円筒管は図４−２に示す脱着治具として固定し、流動床表面より０．０５Ｍｐａのエアー流が噴出するようにエアー調整を行い、機内静圧を−７〜１２Ｋｐａになるように粉砕材料を制御して粉砕したところ、６１ｋｇ／ｈの供給で、重量粉砕粒子径７．３５μｍで、粒子径４μｍ以下の極微粒子を個数含有率５５％で含む微粉を、安定して１０時間にわたって得るができた。粉砕終了後の流動床配管の取外しが可能であったため短時間で点検清掃が可能であった。
本実施例においては、ケーシングホッパーを円筒管の流動床を脱着可能としたことで高生産を維持し、かつ切替え、清掃が容易となった。

実施例６
実施例１と同様の粉砕材料及び条件により粉砕材料の粉砕分級を行った。その際、ケーシングホッパーを円筒管として内部に目開き２μｍ以下の焼結金網を配置した流動床を設置した。ケーシングホッパーの円筒管は図４−２に示す脱着治具として固定し、流動床表面より０．０５Ｍｐａのエアー流が噴出するようにエアー調整を行い、機内静圧を−７〜１２Ｋｐａになるように粉砕材料を制御して粉砕したところ、６１ｋｇ／ｈの供給で、重量粉砕粒子径５．４６μｍで、４μｍ以下の極微粒子を個数含有率８５％で含む微粉を、安定して１０時間にわたって得ることができた。粉砕終了後の流動床配管の取外しが可能であったため短時間で点検清掃を行うことができた。

１ 投入口
２ 分散室
２ａ 投入口
２ｂ 二次空気流
２ｃ 分級室
３ ケーシングホッパー
３ａ 焼結金網
３Ｅ エアー供給口
４ 供給孔
５ 粉砕ノズル
６ 衝突板
７ 分級機
８ 粗粉戻り室
９ 粉砕機
１０ 粗粉
１１ 粉砕室
１２ 噴出ノズル
１３ ジェット噴流
１４ 加速管
１５ 供給管
１６ 加速管と供給管との合流位置
１７ 圧力計
１８ ストレート配管
１８ａ 焼結金網
１８Ｅ エアー供給口
１９ 流動床配管
１９ｂ 配管上蓋
１９ｃ 固定ボルト

Claims (7)

1. 粉砕室内に向けてジェット噴流を噴出する噴出ノズルと、一端を噴出ノズルの先端と接続し他端を粉砕室に開口する加速管と、該加速管に開口し前記ジェット噴流中に被粉砕物を供給する供給管をもつ粉砕ノズルと、前記噴出ノズルと対向して設置され、前記被粉砕物をジェット噴流と共に直接衝突させて微粉砕する粉砕面を有する衝突部材とを少なくとも備える気流式粉砕分級装置において、
   前記加速管と前記供給管との合流位置の上部に圧力計を具備し、前記加速管への被粉砕物の供給状態を前記圧力計による測定値で管理する
   ことを特徴とする気流式粉砕分級装置。
2. 請求項１に記載の気流式分級装置において、
   前記加速管と前記供給管との合流位置の周囲に流動床を具備し、該流動床により前記加速管に被粉砕物を供給する
   ことを特徴とする気流式粉砕分級装置。
3. 請求項１又は２に記載の気流式分級装置において、
   前記圧力計の圧力が−３〜−１５ｋＰａとなるように前記加速管への被粉体物の供給量を制御する
   ことを特徴とする気流式粉砕分級装置。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の気流式分級装置において、
   前記加速管へ被粉砕物を供給するためのホッパーが設けられ、
   該ホッパーの上部から前記加速管と前記供給管との合流位置までをストレート配管で形成する
   ことを特徴とする気流式粉砕分級装置。
5. 請求項４に記載の気流式分級装置において、
   前記ストレート配管が、脱着が可能でＬ／Ｄを自在に変更できるアダプター配管である
   ことを特徴とする気流式粉砕分級装置。
6. 請求項４又は５に記載の気流式分級装置において、
   重量平均粒径が１０μｍ以下の被粉砕物を前記加速管に供給する
   ことを特徴とする気流式粉砕分級装置。
7. 請求項１ないし６のいずれかに記載の気流式分級装置において、
   前記ジェット噴流を、圧力０．４〜０．７ＭＰａの気流元により生じさせる
   ことを特徴とする気流式粉砕分級装置。
   

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