JP3731077B2 - 気流式分級装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、トナー分級装置に関するものであり、小粒径粒子の分級手段や分級機内部付着防止手段に応用される。
【0002】
【従来の技術】
気流式分級機において、分級域での吸引流量を調節することで粒子の飛翔速度を増加することによる分級機内部付着防止手段が特開平8−141509号公報に開示されており、複数ルーバーを具備する手段が特開平6−121940号公報に開示されている。また、分級機ルーバーに関するものが登録実用新案公報第3015458号に記載されている。
【0003】
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、粉砕およ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分級するためには、一般的に旋回気流を利用する気流式分級装置が用いられ、例えば図1に示されるようなディスパージョンセパレータ(DS型:日本ニューマチック社製)が使用される。
【0004】
以下に本発明の基礎でもある従来の気流式DS分級機ならびに、装置の詳細を図1に基づいて説明する。(また以下の文章において各名称の後の数字は図中の数字に対応する。)
図1において、気流式DS分級装置は上から分散室(1)、分級室(2)、ホッパー(3)から構成されている。分散室(1)の上部外周面に一次空気流および粉体材料供給のための分散室流入口(4)が周面からの流入手段として接続されている。分散室(1)内の下に中央が高い円錐上のセンターコア(5)が取り付けられておりこのセンターコア(5)の下縁外周囲には環状の粗粉排出孔(6)と微粉を回収する回収孔(7)が、また、微粉を回収孔に導くためのセパレータコア(8)が形成されている。分級室(2)の下部周壁外周部には二次空気流が流入するための流路が羽形状をした二次空気流入口(9)(ルーバーとも呼ばれる)が具備されておりルーバー台(10)で固定されている。粉体材料を分散させると共に旋回速度を加速させるように構成されている。
また粉体の分級径の移動操作の一因子として上部スペーサーリング(11)または下部スペーサーリング(12)にて調整できるように構成されている。
【0005】
気流式DS分級方式の分級原理は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および向心力が異なることを利用するものである。したがって分級室内では分散された粗粒子や微粒子が再凝集することなく、速やかに粗粒子と微粒子に分級されることが望ましい。
【0006】
しかしながら、従来の気流式DS分級装置では、分級室に流入する微粒子あるいは近年トナー混練に用いる結着剤樹脂の低分子化、低軟化によって旋回するトナー流は分級室内壁衝突し固着を生じる。一旦内面に固着が発生すると、相溶性が高まり固着は促進される。固着がルーバー周辺部に発生すると、分級室内の二次空気流入量が定まらず(風速・風量調整不可)、分級を決定付ける旋回および自由流動に影響をおよぼす。すなわち、分級室内旋回粒子の再凝集やカットポイントに変動が生じる。また二次エアー流入量が低下すると分級室内の旋回力低下によって超微粒子までもが粗粒子側に混入してしまい製品は高精度な粒径分布を得られない。その結果電子写真で画像を形成する際の画像品質を低下させてしまう。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術の問題に対し、本発明の目的とするところは、分級室のトナー固着をなくし、分級室内の旋回流安定化を計る新規な分級技術の提供である。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、本発明の(1)「粉体材料と一次空気流との混合流体を分散室に導入し、次いで周辺部から二次空気流が流入するように構成された分級室に導入して、該粉体材料を粗粒子と微粒子に分離する気流式分級装置であって、ルーバー固定台の内径と混合流体の微粒子を中心に導くためのセパレータコアの外形との比が1:0.98〜1:0.5の範囲であり、かつ、混合流体の微粒子を中心に導くためのセパレータコア外周部下スカート長さが0.5〜100mmの範囲であることを特徴とする気流式分級装置。」、(2)「粉体材料と一次空気流との混合流体を分散室に導入し、次いで周辺部から二次空気流が流入するように構成された分級室に導入して、該粉体材料を粗粒子と微粒子に分離する気流式分級装置であって、気流方向が周辺部から二次空気流を流入させるためのルーバーを分級機内壁面に対し接線方向の複数スリットとし、該各スリットは、互いに15〜90度の角度を以って異なる向きに配置されており、このようなスリットが設けられたリングが分級部で鉛直方向に複数個重ね設置されたことを特徴とする気流式分級装置。」、(3)「前記複数個の重なり合うリングは向かい合うそれぞれの方向が、ずらされて重ねられることにより、両者が相互干渉しないことを特徴とする前記第(2)項に記載の気流式分級装置。」、(4)「粉体材料と一次空気流との混合流体を分散室に導入し、次いで周辺部から二次空気流が流入するように構成された分級室に導入して、該粉体材料を粗粒子と微粒子に分離する気流式分級装置であって、粉体材料と一次空気流との混合流体を分散室から分級室に導入する際、境界部に設置されたセンターコアの中心に分級室に通じる孔を設置したことを特徴とする気流式分級装置。」、(5)「センターコアの中心に分級室に通じる孔の開口面積を自在に変更できるオリフィスを設置したことを特徴とする前記第(4)項に記載の気流式分級装置。」、(6)「粉体材料と一次空気流との混合流体を分散室に導入し、次いで周辺部から二次空気流が流入するように構成された分級室に導入して、該粉体材料を粗粒子と微粒子に分離する気流式分級装置であって、分級室上部内壁のエッジ部分に傾斜部を設け、分級室下部との連結を滑らかとしたことを特徴とする気流式分級装置。」によって達成される。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面によって詳細に説明する。
参考例1の気流式分級装置の方式についてその概要を図2に示す。以下の文章で該当図に記されていない各名称およびその名称後の数字は、図1および他の図と同様である。
参考例1の気流式分級装置の特徴を以下に示す。図1に示す気流式DS分級装置において参考例1の対象となる分級室(2)の片面を抜粋し、図2にその断面B−BBを、図4にその断面A−AAを示す。分級室(2)の周辺部には流入する二次空気流入口となるルーバー(9)とルーバーを固定するルーバー台(10)が設けられている。
分級室(2)では二次エアーの流入に準じ、混合流体は接線方向に旋回すると同時に、その鉛直方向では螺旋流が生じている。参考例1の分級装置では図3に示すルーバー(9)の内径R1よりもルーバー台(10)の内径R2が小さくなることで螺旋流はルーバー台に支えられ指定領域で図2から図3の旋回螺旋流となる。このルーバーを支えるルーバー台の内径比R1:R2は1:1〜0.8の範囲が望ましい。範囲以下の場合は抵抗となり十分な螺旋流を得ることができない。また、範囲を越える場合はルーバーより流入する二次エアー流に乱れが生じ十分な旋回流を得ることができず分級に支障をきたすため好ましくない。
【0010】
[参考例1]
参考例1の分級装置の実施例を以下に示す。
ポリエステル樹脂85重量%とスチレンアクリル共重合樹脂15重量%の樹脂群にカーボンブラック15重量%、ワックス10重量%、極性制御剤5重量%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。次にこの粗粉砕物をジェットミルにて重量粉砕粒子径7.0[μm]に微粉砕して微粉砕物を得た。この微粉砕物を図2に示したルーバー台を装着し図1に示す気流式DS分級機で分級を行なった。その際、ルーバー条件としてルーバー内径1に対しルーバー台内径を0.9に設定し100時間稼働したところ、重量粉砕粒子径7.35[μm]、4[μm]以下の極微粒子で個数含有率8%を得た。
その際ルーバー近傍にトナーの固着は見られなかった。
【0011】
[比較例1]
図1に示す現行の分級装置にて参考例1と同等条件で現行のルーバー台内径で分級を行なったところ重量粉砕粒子径7.45[μm]、4[μm]以下の極微粒子で個数含有率8.5%を得た。
その際ルーバーの内壁面にトナーの固着が確認され、その状態は一部の二次エアー流入口を閉塞するまでに達していた。
【0012】
参考例2の方式についてその概要を図4に示す。以下の文章で該当図に記されていない各名称およびその名称後の数字は、図1および他の図と同様である。
分級室(2)の内部には分離した微粉を回収孔(7)に導くセパレータコア(8)が設けられている。従来の分級機では分級径(限界粒子径)の移動操作を実施する際、パラメータと分級径の関係は次式で表わされ分級室厚さhで表わされる。
【0013】
【化1】
【0014】
参考例2の分級装置ではルーバー台(10)の内径R2とセパレータコア(8)の外形R3の比の操作によってスペーサーリング(11)または下部スペーサーリング(12)で調整しなくても分級径の調整が可能となる。ルーバー台の内径とセパレータコアの外形比1:0.98〜1:0.5の範囲で望ましくは1:0.98〜1:0.7であり0.5以下ではセパレータコア上で十分な旋回気流を保つことが困難となり微粉回収孔(7)に粗粉が混入または粗粉回収側に微粉が混入し分級不適となる。
【0015】
[参考例2]
参考例2の分級装置の実施例を以下に示す。
比較例1と同条件でルーバー台の内径とセパレータコアの外形比を1:0.9に設定し分級を行なったところ、重量粉砕粒子径7.30[μm]、4[μm]以下の極微粒子で個数含有率8.5%を得た。
その際分級室内壁面にトナーの固着は見られなかった。
【0016】
請求項1の方式についてその概要を図5に示す。以下の文章で該当図に記されていない各名称およびその名称後の数字は、図1および他の図と同様である。
セパレータコア(8)の外周下部に周方向スカート(8a)が設置されている。分級室内は流入する二次エアー流によってルーバー内壁は微粉回収孔に向けて半自由渦を形成し、接線方向に10m/s〜150m/sの旋回気流が生じている。粗粉は遠心力作用を受け外側をセパレータコア上を旋回後粗粉排出孔(6)より排出されるがセパレータコアの設置したスカートにより旋回流に乱れを生じることなく排出可能となる。請求項3に示すスカートは鉛直方向に0.5〜50mmの範囲が望ましい。スカート部鉛直方向の長さが100mm以上ではホッパー斜面との間隔が狭まり落下する粗粉群が閉塞し分級に支障をきたす
【0017】
[実施例1]
請求項1の実施例を以下に示す。
参考例2と同条件でセパレータコア外周部鉛直方向のスカート長さを50mmに設定し分級を行なったところ重量粉砕粒子径7.25[μm]、4[μm]以下の極微粒子で個数含有率8.0%を得た。
その際分級室内壁面にトナーの固着は見られなかった。
【0018】
請求項2の方式についてその概要を図6に示す。以下の文章で該当図に記されていない各名称およびその名称後の数字は、図1および他の図と同様である。
二次エアー流が流入するルーバーをリング状に形成し、スリット(9a)を分級機内壁面に対し接線方向に形成する。このスリットの間隔は円周方向に対し15〜90度の間隔で且つスリットは0.5〜50mmの隙間でリングの厚みは5〜50mmで形成し、分級機の高さに応じて複数個設置する。スリットの間隔が90度以上ではリング内で二次エアー流の流入間隔が広すぎリング内で十分な旋回流が得られず、また15度以上では流入エアー同士が干渉しあい、同様に十分な旋回流が得られない。またリングの厚みが5mm以下では二次エアー量が少なく反対に50mm以上では過多となり期待する旋回流を得ることができない。ルーバーをスリット化することで内部旋回流はより接線化し、真円流を形成する。
【0019】
[実施例2]
請求項2の実施例を以下に示す。
比較例1と同条件でルーバー流入エアー量は比較例と開口面積比で同等になるように隙間を調整しスリット型の30度間隔で厚みが20mmのリング(ルーバー)を分級ゾーンの上部スペーサーリング部(11)に3枚設置し分級を行なったところ重量粉砕粒子径7.20[μm]、4[μm]以下の極微粒子で個数含有率8.0%を得た。
その際分級室内壁面にトナーの固着は見られなかった。
【0020】
請求項3の方式についてその概要を図7に示す。以下の文章で該当図に記されていない各名称およびその名称後の数字は、図1および他の図と同様である。
請求項2と同様なルーバーをリング状に形成し分級機の高さに応じて複数個設置する条件において、重ね合うスリットの間隔が同調しないように15〜90度の範囲で相互干渉をさせないよう設定する。
【0021】
[実施例3]
請求項3の実施例を以下に示す。
比較例1と同条件で分級ゾーンの上部スペーサーリング部(11)に相互干渉をさせないように3枚設置し分級を行なったところ重量粉砕粒子径7.20[μm]、4[μm]以下の極微粒子で個数含有率7.0%を得た。
その際分級室内壁面にトナーの固着は見られなかった。
【0022】
請求項4の方式についてその概要を図8に示す。以下の文章で該当図に記されていない各名称およびその名称後の数字は、図1および他の図と同様である。
分散室(1)と分級室(2)の境界部に設置されたセンターコア(5)の中心部に分散室で形成され旋回気流によって分級され集まってきた超微粉群を分級室に直接吸引できる吸引孔(5a)をセンターコア(5)との外形比で1〜30%の範囲で形成する。
【0023】
[実施例4]
請求項4の実施例を以下に示す。
比較例1と同条件でセンターコア(5)の中心部に外形比で10%の吸引孔を設け分級を行なったところ重量粉砕粒子径7.30[μm]、4[μm]以下の極微粒子で個数含有率7.5%を得た。
その際分級室内壁面にトナーの固着は見られなかった。
【0024】
請求項5の方式についてその概要を図8に示す。以下の文章で該当図に記されていない各名称およびその名称後の数字は、図1および他の図と同様とする。
請求項4に記載されたセンターコア(5)の中心部吸引孔(5a)は吸引孔の開口面積を自在に変更できるオリフィス(5b)で形成され分級吸引粒子径に対し自在に変更可能な機能を有する。
【0025】
請求項6の方式についてその概要を図9に示す。以下の文章で該当図に記されていない各名称およびその名称後の数字は、図1および他の図と同様とする。
分級室上部内壁のエッジ部分に傾斜部(分級室上部面に対しθ=45度以下)を設け分級室下部との連結を滑らかとしたことを特徴とする気流式分級装置。
【0026】
[実施例6]
請求項6の実施例を以下に示す。
比較例1と同条件で分級室上部内壁のエッジ部分に傾斜部θ=30度を設け上部アジャスターとの接続を滑らかにし分級を行なった結果、重量粉砕粒子径7.45[μm]、4[μm]以下の極微粒子で個数含有率8.0%を得た。
その際分級室内壁面にトナーの固着は見られなかった。
【0027】
参考例3の方式についてその概要を図10に示す。以下の文章で該当図に記されていない各名称およびその名称後の数字は、図1および他の図と同様とする。
参考例1、2及び請求項1〜6に示す分級機の分級室内壁(2a)に接するルーバーあるいはスリットおよびルーバー台の表面にテフロンあるいはフッ素樹脂皮膜処理またはセラミック剤で下地処理を施してテフロンあるいはフッ素樹脂皮膜処理をしたことを特徴とする気流式分級装置。
【0028】
[参考例3]
参考例3の実施例を以下に示す。
実施例4と同条件でルーバーおよびルーバー台の表面をセラミック剤で下地処理を施してテフロンあるいはフッ素樹脂皮膜処理を施し500時間分級を行なった結果、重量粉砕粒子径7.30[μm]、4[μm]以下の極微粒子で個数含有率7.5%を得た。
その際分級室内壁面にトナーの固着は見られなかった。
【0029】
【発明の効果】
以上、詳細且つ具体的な説明から明らかなように、本発明の請求項1に記載の分級装置によれば、セパレータコア外周部にスカートを設けることで、近傍の旋回・螺旋流が整流化されるため粗粉は滞留することなく回収孔に落下する。よって分級機内で粉体材料と一次空気の混合流体が必要以上にルーバー近傍に衝突するのを減少でき、粉体の固着が防止できる。したがって分級機性能を長時間にわたって維持することができる。
また、請求項2に記載の分級装置によれば、ルーバーをリング状でスリット化し多段化することで流入する二次エアー流をより接線方向に近い旋回流とすることが可能となる。よって分級機内で粉体材料と一次空気の混合流体が必要以上にルーバー近傍に衝突するのを減少でき、粉体の固着が防止できる。したがって分級機性能を長時間にわたって維持することができる。
また、請求項3に記載の分級装置によれば、ルーバーをリング状でスリット化し且つスリット間隔が相互干渉しないように多段化することで、流入する二次エアー流をより接線方向に近く分級機内は均一化した旋回流となることが可能となる。よって分級機内で粉体材料と一次空気の混合流体が必要以上にルーバー近傍に衝突するのを減少でき、粉体の固着が防止できる。したがって分級機性能を長時間にわたって維持することができる。
また、請求項4に記載の分級装置によれば、分散部と分級部の境界に設置したセンターコアの中心部を開口することで分散部で旋回する超微粉を直接分級室内の微粉回収孔に吸引できる。固着の一要因として微粉は摩擦帯電を帯び易く分級機の内壁にいち早く付着しやすいため、上記により分級機内の粉体の固着が防止できる。したがって分級機性能を長時間にわたって維持することができる。
また、請求項5に記載の分級装置によれば、分散部と分級部の境界に設置したセンターコアの中心部を開口し且つオリフィスによってその開口径を調節可能とすることで分散部で旋回する微粉分を自在に調節し直接分級室内の微粉回収孔に吸引できる。したがって請求項4に加え更に自由度(容易な分級点の変更と機内の付着防止を両立した)を付加した分級が可能となる。
また、請求項6に記載の分級装置によれば、分級室上部のエッジ部分に傾斜を施し滑らかとしたことで旋回流の淀みが解消されエッジ部分の付着が解消されるため上流から下流部にかけて流れが均一化されるため分級機内の付着防止が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の気流式DS分級装置を示す図である。
【図2】気流式分級装置の分級室の片面を抜粋した図である。
【図3】本発明の気流式分級装置におけるルーバー内径とルーバー固定台内径との比を説明する図である。
【図4】本発明の気流式分級装置におけるルーバー固定台内径とセパレーターコア外径の比を示す図である。
【図5】本発明の気流式分級装置の他の1例を示す図である。
【図6】本発明の気流式分級装置の別の1例を示す図である。
【図7】本発明の気流式分級装置の更に別の1例を示す図である。
【図8】本発明の気流式分級装置の更に別の1例を示す図である。
【図9】本発明の気流式分級装置の更に別の1例を示す図である。
【図10】本発明の気流式分級装置の更に別の1例を示す図である。
【符号の説明】
1 分散室
2 分級室
2a 分級室内壁
3 ホッパー
4 分散室流入口
5 センターコア
5a 吸引孔
5b オリフィス
6 粗粉排出孔
7 回収孔
8 セパレータコア
8a 周方向スカート
9 二次空気流入口(ルーバー)
9a スリット
10 ルーバー台
11 上部スペーサーリング
12 下部スペーサーリング
Claims (6)
- 粉体材料と一次空気流との混合流体を分散室に導入し、次いで周辺部から二次空気流が流入するように構成された分級室に導入して、該粉体材料を粗粒子と微粒子に分離する気流式分級装置であって、ルーバー固定台の内径と混合流体の微粒子を中心に導くためのセパレータコアの外形との比が1:0.98〜1:0.5の範囲であり、かつ、混合流体の微粒子を中心に導くためのセパレータコア外周部下スカート長さが0.5〜100mmの範囲であることを特徴とする気流式分級装置。
- 粉体材料と一次空気流との混合流体を分散室に導入し、次いで周辺部から二次空気流が流入するように構成された分級室に導入して、該粉体材料を粗粒子と微粒子に分離する気流式分級装置であって、気流方向が周辺部から二次空気流を流入させるためのルーバーを分級機内壁面に対し接線方向の複数スリットとし、該各スリットは、互いに15〜90度の角度を以って異なる向きに配置されており、このようなスリットが設けられたリングが分級部で鉛直方向に複数個重ね設置されたことを特徴とする気流式分級装置。
- 前記複数個の重なり合うリングは向かい合うそれぞれの方向が、ずらされて重ねられることにより、両者が相互干渉しないことを特徴とする請求項2に記載の気流式分級装置。
- 粉体材料と一次空気流との混合流体を分散室に導入し、次いで周辺部から二次空気流が流入するように構成された分級室に導入して、該粉体材料を粗粒子と微粒子に分離する気流式分級装置であって、粉体材料と一次空気流との混合流体を分散室から分級室に導入する際、境界部に設置されたセンターコアの中心に分級室に通じる孔を設置したことを特徴とする気流式分級装置。
- センターコアの中心に分級室に通じる孔の開口面積を自在に変更できるオリフィスを設置したことを特徴とする請求項4に記載の気流式分級装置。
- 粉体材料と一次空気流との混合流体を分散室に導入し、次いで周辺部から二次空気流が流入するように構成された分級室に導入して、該粉体材料を粗粒子と微粒子に分離する気流式分級装置であって、分級室上部内壁のエッジ部分に傾斜部を設け、分級室下部との連結を滑らかとしたことを特徴とする気流式分級装置。
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