JP3748171B2

JP3748171B2 - 微粉砕機

Info

Publication number: JP3748171B2
Application number: JP28359998A
Authority: JP
Inventors: 富昭伊藤
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1998-09-21
Filing date: 1998-09-21
Publication date: 2006-02-22
Anticipated expiration: 2018-09-21
Also published as: JP2000093823A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電子写真、静電印刷、静電記録等における静電荷像を現像するための微粉砕による乾式トナーの製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、被粉砕物を微粉砕するための回転型機械式粉砕装置としては、特開昭５９−１０５８５３号公報に記載の微粉砕機が知られている。この微粉砕機は図５に示すように、外周面に母線と平行な多数の凹凸部（８）を周方向に連続させた円筒状の回転子（４）を、回転軸（３）で支持し、この回転子（４）の外側に微小な隙間（６）をあけて、内周面に母線と平行な多数の凹凸部（１０）を周方向に連続させた円筒状の固定子（５）を嵌装し、前記隙間（６）を粉砕室としたものである。
【０００３】
図６に示したように、これら回転子（４）と固定子（５）との間には１ｍｍ以下の隙間（６）が設けられている。また、回転子（４）にはその外側表面に軸線方向に延びる短形断面の凹部（７）が円周方向に複数並設されて、隣接する凹部の間に軸線方向に延びる逆短断面の凸部（８）が形成され、この凸部（８）の頂点（８ａ）は回転子（４）の軸線を曲率中心とする円弧面で構成されている。他方、固定子（５）の内側表面には軸線方向に延びる三角形断面の凹部（９）が円周方向に複数並設されて、隣接する凹部の間に軸線方向に延びる逆三角形断面の凸部（１０）が形成され、この凸部（１０）の頂点（１０ａ）は回転子（５）の軸線を曲率中心とする円弧面で構成されている。固定子（５）の三角形断面の凹部（９）は、回転子（４）の回転方向の遅れ側に位置する一方の壁面（９ａ）が、回転子（４）の軸線に向けて延びており、この一方の壁面（９ａ）と他方の壁面（９ｂ）とは４５〜６０°の角度θ₁で交差している。
【０００４】
この粉砕機による粉砕工程について説明すると、回転子（４）を高速回転させるとともに、固定子（５）の上方に設けた製品排出口（１１）に連なる吸引送風機（図示せず）を運転し、被粉砕物を、固定子（５）の下方に設けた供給口（１２）から空気に同伴させて機内に供給する。機内では被粉砕物が回転子（４）と一体で回転する撹拌羽根（１３）により生じる気流によってケーシング（２）の内周面に沿って上昇し、回転子（４）と固定子（５）との対向隙間（６）（粉砕室）に流入し、回転子（４）の回転で発生した上向きの旋回気流に乗って対向隙間（６）を上向流で流過する間に粉砕が行なわれる。
【０００５】
すなわち、被粉砕物は高速回転する回転子（４）により運動エネルギーが与えられ、回転子と固定子の凹凸部（７）、（８）、（９）、（１０）内に生じる渦流に乗って該凹凸部と衝突したり、回転子と固定子の凸部間で磨砕されたりして微細粒子となり、隙間（６）から流出する。この微細粒子は、回転子と一体で回転する撹拌羽根（１４）により生じる気流によってケーシング（２）の内周面に沿って旋回上昇し、製品排出口（１１）から機外に排出される。
しかし、上記のような従来の微粉砕機によれば、回転子と固定子との間における粉砕が定常的とならず、微粉度、処理能力及び消費動力等の粉砕能力に劣り、ひいては製品の粒度分布幅が広くなるといった問題がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来技術に鑑み、回転子と固定子の凹部に高速で且つ安定した大きな渦を発生させ粉砕能力の向上を計り、ひいては粒度分布を狭くし得るようにした微粉砕機を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題は、本発明の回転軸に支持され、外側表面に母線と平行な多数の凹部を周方向に連続させた回転子と、微少な間隔を有して該回転子の外側に位置し内側表面に母線と平行な多数の凹部を周方向に連続させた固定子との間で被粉砕物を微粉砕する微粉砕機において、
前記回転子の前記凹部の断面形状は、回転方向の進み側の直線（３０ｃ）と遅れ側の直線（３０ｂ）とその間の半円形（３０ａ）からなり、前記進み側の直線（３０ｃ）は前記遅れ側の直線（３０ｂ）より長く、前記進み側の直線（３０ｃ）と回転子の接線は角度（θ _３）＝３０〜８０度で交差し、前記遅れ側の直線（３０ｂ）と回転子の接線は角度（θ _２）＝３０〜８０度で交差し、前記（θ _３）と前記（θ _２）は、（θ _３）≧（θ _２）の関係を有し、
前記固定子の前記凹部の断面形状は、回転方向の進み側の直線（４０ｃ）と遅れ側の直線（４０ｂ）とその間の半円形（４０ａ）からなり、前記進み側の直線（４０ｃ）は前記遅れ側の直線（４０ｂ）より短く、前記進み側の直線（４０ｃ）と回転子の接線は角度θ _５＝３０〜８０度で交差し、前記遅れ側の直線（４０ｂ）と回転子の接線は角度θ _４＝３０〜８０度で交差し、前記θ _５と前記θ _４は、θ _５ ≧θ _４の関係を有し、
前記回転子のスラスト方向長さ（Ｌ）を、入口部（Ｌ１）（被粉砕物投入側）と出口部（Ｌ２）（粉砕物排出側）に分割したとき、前記出口部（Ｌ２）回転子直径は、前記入口部（Ｌ１）回転子直径に対し、７５〜９０％であることを特徴とする微粉砕機によって解決される。
【０００８】
上記手段によれば、回転子と固定子との間の間隔を螺旋状に気流の流線が得られるため安定し、固定子の凹部内に渦度が高く、且つ複雑な渦が定常的に発生し、被粉砕物の粉砕が効率的に行なわれる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の１構成例を図１、図２に基づいて説明する。（構成例１）
本発明の粉砕機は、図１に示すように基台（２１）上に横置きに設置された円筒状のケーシング（２２）を有する。ケーシング（２２）の中には円筒形状の回転子（２３）が横置きに設置され、この回転子（２３）の軸（２４）はケーシング（２２）と同軸に配置されて、その一端がモータ（２５）の出力軸に連結されている。ケーシング（２２）は、その一端に、被粉砕物を空気と共に機内に供給する供給口（２６）を有し、他端には、図外の吸引送風機に連なる製品排出口（２７）を有する。回転子（２３）の周りには、ケーシング（２２）と一体構造の固定子（２８）を有し、固定子（２８）と回転子（２３）との間には隙間（２９）が設けられている。
【００１０】
図２に示すように、回転子（２３）には、その外側表面に軸線方向に延びる複数の凹部（３０）が円周方向に数ｍｍの間隔を隔てて並設されて、隣接する凹部との間に軸線方向に延びる凸部（３１）が形成され、凸部（３１）の頂面（３１ａ）は回転子（２３）の軸線を曲率中心とする円弧面で構成されている。回転子（２３）の凹部（３０）は、その深部から回転子の回転方向の進み側に向けて傾斜して延びている。すなわち、回転子（２３）の凹部（３０）は深部の半円形の壁（３０ａ）と、この深部壁（３０ａ）の一端（回転子の回転方向の遅れ側端）から接線方向に回転方向の進み側に向けて傾斜して延びる遅れ側壁（３０ｂ）と、深部壁（３０ａ）の他端（回転子の回転方向の進み側端）から接線方向に回転方向の進み側に向けて傾斜して延びる進み側壁（３０ｃ）とで形成されている。具体的には、遅れ側壁（３０ｂ）は回転子（２３）の外周面と角度θ₂で交差し、また、進み側壁（３０ｃ）は回転子（２３）の外周面と角度θ₃で交差している。遅れ側壁（３０ｂ）の交差角度θ₂、進み壁側（３０ｃ）の交差角度θ₃はそれぞれ３０〜８０°の範囲に設定される。
【００１１】
また、固定子（２８）には、その内側表面に軸線方向に延びる複数の凹部（４０）が円周方向に数ｍｍの間隔を隔てて並設されて、隣接する凹部との間に軸線方向に延びる凸部（４１）が形成され、凸部（４１）の頂面（４１ａ）は回転子（２３）の軸線を曲率中心とする円弧面で構成されている。固定子（２８）の凹部（４０）は、その深部から回転子の回転方向の遅れ側に向けて傾斜して延びている。すなわち、固定子（２８）の凹部（４０）は深部の半円形の壁（４０ａ）と、この深部壁（４０ａ）の一端（回転子の回転方向の遅れ側端）から接線方向に回転方向の遅れ側に向けて傾斜して延びる遅れ側壁（４０ｂ）と、深部壁（４０ａ）の他端（回転子の回転方向の進み側端）から接線方向に回転方向の遅れ側に向けて傾斜して延びる進み側壁（４０ｃ）とで形成されている。具体的には、遅れ側壁（４０ｂ）は固定子（２８）の内周面と角度θ₄で交差し、また、進み側壁（４０ｃ）は固定子（２８）の内周面と角度θ₅で交差している。遅れ側壁（４０ｂ）の交差角度θ₄、進み壁側（４０ｃ）の交差角度θ₅はそれぞれ３０〜８０°の範囲に設定される。
【００１２】
捕集については、サイクロンにより製品と空気とに分離され、製品は貯留される。図１の粉砕機の機内で行なわれる粉砕は、回転子（２３）と固定子（２８）との隙間（２９）に安定した螺旋状の気流が得られ、また、固定子（２８）のＵ字形状の凹部（４０）の中に渦度が高く、且つ複数の渦が定常的に発生するため、ミクロンオーダーの比較的粒度分布の狭い製品をつくることができる。
【００１３】
図３は本発明の別の構成例（構成例２）を示したもので、出口部（Ｌ２）回転子（２３）と、対となる固定子（２８）側（ケーシング部）に粉体導入口（５１）を設け、一度粉砕されたが、目標の粒度以上の粉砕物を対象に再粉砕する機構を設けた。この粉砕機は、図１（構成例１）の粉砕機同様、図示しない吸引送風機によって吸引され製品排出口（２７）へと排出される。捕集については、サイクロンにより製品と空気とに分離され、製品は貯留される。
【００１４】
構成例３として、構成例１の回転子（２３）の材質をチタンによるライニング処理を施し、摩耗対策をした。
構成例４として、構成例１の固定子（２８）の材質をチタンによるライニング処理を施し、摩耗対策をした。
【００１５】
図４は本発明の更に別の構成例（構成例５）を示したもので、固定子外周部のケーシング（２２）に冷却用ジャケット（７１）を設け、冷却効果による粉砕効率向上及び粉砕内部メルト対策を施した。
【００１６】
【実施例】
以下、実施例に基づき、本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
スチレン−アクリル共重合体１００重量部
カーボンブラック１０重量部
ポリプロピレン５重量部
サリチル酸亜鉛２重量部
上記組成の混合物を溶融混練、冷却、粉砕し、平均粒子径７．５μｍのトナーを得た。これを図に示す機械式粉砕機によって表１の条件により処理し、分級、混合した。
【００１７】
比較例
上記組成の混合物を溶融混練、冷却し、従来の機械式粉砕機によって処理した。そのときの平均粒子径７．５μｍの狙いに対しフィード量は８ｋｇ／ｈであった。
【００１８】
試験方法
上記トナーを株式会社リコー製ＩＭＡＧＩＯ−３２０デジタル複写機の改良機にセットし、画像濃度、地汚れ、帯電量について３万枚耐久評価を行なった。画像濃度、地汚れはマクベス濃度計、帯電量はブロー装置を用いて測定した。
【００１９】
実施例１
上記組成の混合物を溶融混練、冷却し、構成例１の機械式粉砕機によって表１の条件により処理した。そのときの平均粒子径７．５μｍの狙い（目標）に対し、フィード量は８．４ｋｇ／ｈであった。また、連続稼動時間も従来４８０ｈが５２０ｈになった。その品質結果については、トナーは初期画像、地汚れランク４以上（地肌濃度は０．０５以下）、画像濃度１．３５以上で、コピー後画像の地汚れランク３．５以上、画像濃度１．３以上であり、比較例に比べ同等レベルであり、問題はなかった。（粒度分布については表２を参照。）
【００２０】
実施例２
上記組成の混合物を溶融混練、冷却し、構成例２の機械式粉砕機によって表１の条件により処理した。そのときの平均粒子径７．５μｍの狙いに対し、フィード量は１０．５ｋｇ／ｈであった。また、連続稼動時間も従来４８０ｈが５２０ｈになった。その品質結果については、トナーは初期画像、地汚れランク４以上（地肌濃度は０．０５以下）、画像濃度１．３５以上で、コピー後画像の地汚れランク３．５以上、画像濃度１．３以上であり、比較例に比べ同等レベルであり、問題はなかった。（粒度分布については表２を参照。）
【００２１】
実施例３
上記組成の混合物を溶融混練、冷却し、構成例３の機械式粉砕機によって表１の条件により処理した。そのときの平均粒子径７．５μｍの狙いに対し、フィード量は８．７ｋｇ／ｈであった。また、チタンライニング処理によって、従来の摩耗耐久性も２．４倍相当向上し、連続稼動時間も従来４８０ｈが５３０ｈになった。その品質結果については、トナーは初期画像、地汚れランク４以上（地肌濃度は０．０５以下）、画像濃度１．３５以上で、コピー後画像の地汚れランク３．５以上、画像濃度１．３以上であり、比較例に比べ同等レベルであり、問題はなかった。（粒度分布については表２を参照。）
【００２２】
実施例４
上記組成の混合物を溶融混練、冷却し、構成例４の機械式粉砕機によって表１の条件により処理した。そのときの平均粒子径７．５μｍの狙いに対し、フィード量は８．５ｋｇ／ｈであった。また、チタンライニング処理によって、従来の摩耗耐久性も２．５倍相当向上し、連続稼動時間も従来４８０ｈが５３０ｈになった。その品質結果については、トナーは初期画像、地汚れランク４以上（地肌濃度は０．０５以下）、画像濃度１．３５以上で、コピー後画像の地汚れランク３．５以上、画像濃度１．３以上であり、比較例に比べ同等レベルであり、問題はなかった。（粒度分布については表２を参照。）
【００２３】
実施例５
上記組成の混合物を溶融混練、冷却し、構成例５の機械式粉砕機によって表１の条件により処理した。そのときの平均粒子径７．５μｍの狙いに対し、フィード量は９．８ｋｇ／ｈであった。また、連続稼動時間も従来４８０ｈが７６０ｈになった。その品質結果については、トナーは初期画像、地汚れランク４以上（地肌濃度は０．０５以下）、画像濃度１．３５以上で、コピー後画像の地汚れランク３．５以上、画像濃度１．３以上であり、比較例に比べ同等レベルであり、問題はなかった。（粒度分布については表２を参照。）
【００２４】
【表１】

【００２５】
【表２】

【００２６】
【発明の効果】
以上、詳細且つ具体的な説明より明らかなように、本発明の微粉砕機は、回転子と固定子の凹部に高速で且つ安定した大きな渦を発生させるものであるため、粉砕能力が向上し、粗粉含有率を低下させて製品の粒度分布を狭くすることができ、長期にわたる運転に耐え、得られたトナーは地よごれのない高画質の画像を形成するという極めて優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の請求項１に記載の微粉砕機を示したものである。
【図２】図１の破砕周面の凹凸溝を示したものである。
【図３】本発明の請求項２に記載の微粉砕機を示したものである。
【図４】本発明の請求項５に記載の微粉砕機を示したものである。
【図５】従来の微粉砕機の１例を示したものである。
【図６】図５の破砕周面の凹凸溝を示したものである。
【符号の説明】
２ケーシング
３回転軸
４回転子
５固定子
６隙間
７回転子の破砕周面の凹部
８回転子の破砕周面の凸部
８ａ回転子の破砕周面の凸部の頂面
９固定子の破砕周面の凹部
９ａ固定子の破砕周面の一方の壁面
９ｂ固定子の破砕周面の他方の壁面
１０固定子の破砕周面の凸部
１０ａ固定子の破砕周面の凸部の頂面
１１製品排出口
１２供給口
１３撹拌羽根
１４撹拌羽根
２１基台
２２ケーシング
２３回転子
２４回転軸
２５モータ
２６供給口
２７製品排出口
２８固定子
２９隙間
３０回転子の破砕周面の凹部
３０ａ回転子の破砕周面の凹部の深部の壁
３０ｂ回転子の破砕周面の凹部の一方の壁
３０ｃ回転子の破砕周面の凹部の他方の壁
３１回転子の破砕周面の凸部
３１ａ回転子の破砕周面の凸部の頂面
４０固定子の破砕周面の凹部
４０ａ固定子の破砕周面の凹部の深部の壁
４０ｂ固定子の破砕周面の凹部の一方の壁
４０ｃ固定子の破砕周面の凹部の他方の壁
４１固定子の破砕周面の凸部
４１ａ固定子の破砕周面の凸部の頂面
５１粉体導入口
７１冷却用ジャケット

Claims

回転軸に支持され、外側表面に母線と平行な多数の凹部を周方向に連続させた回転子と、微少な間隔を有して該回転子の外側に位置し内側表面に母線と平行な多数の凹部を周方向に連続させた固定子との間で被粉砕物を微粉砕する微粉砕機において、
前記回転子の前記凹部の断面形状は、回転方向の進み側の直線（３０ｃ）と遅れ側の直線（３０ｂ）とその間の半円形（３０ａ）からなり、前記進み側の直線（３０ｃ）は前記遅れ側の直線（３０ｂ）より長く、前記進み側の直線（３０ｃ）と回転子の接線は角度（θ _３）＝３０〜８０度で交差し、前記遅れ側の直線（３０ｂ）と回転子の接線は角度（θ _２）＝３０〜８０度で交差し、前記（θ _３）と前記（θ _２）は、（θ _３）≧（θ _２）の関係を有し、
前記固定子の前記凹部の断面形状は、回転方向の進み側の直線（４０ｃ）と遅れ側の直線（４０ｂ）とその間の半円形（４０ａ）からなり、前記進み側の直線（４０ｃ）は前記遅れ側の直線（４０ｂ）より短く、前記進み側の直線（４０ｃ）と回転子の接線は角度θ _５＝３０〜８０度で交差し、前記遅れ側の直線（４０ｂ）と回転子の接線は角度θ _４＝３０〜８０度で交差し、前記θ _５と前記θ _４は、θ _５ ≧θ _４の関係を有し、
前記回転子のスラスト方向長さ（Ｌ）を、入口部（Ｌ１）（被粉砕物投入側）と出口部（Ｌ２）（粉砕物排出側）に分割したとき、前記出口部（Ｌ２）回転子直径は、前記入口部（Ｌ１）回転子直径に対し、７５〜９０％であることを特徴とする微粉砕機。
前記回転子の出口部（Ｌ２）に対面する固定子側（ケーシング部）に粉体導入口を設けたことを特徴とする請求項１に記載の微粉砕機。
チタンによるライニング処理を施した回転子を用いることを特徴とする請求項１に記載の微粉砕機。
チタンによるライニング処理を施した固定子を用いることを特徴とする請求項１に記載の微粉砕機。
前記固定子外周部のケーシングに冷却用ジャケットを設けたことを特徴とする請求項１に記載の微粉砕機。