JP4787788B2 - 粉砕粗粉分級装置、微粉分級装置 - Google Patents
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Description
(1):粉体原料を粉砕する機械式粉砕機と、粉砕された粉体を捕集するサイクロンと、捕集された粉体から粗粉を分級する粗粉分級機とを備える粉砕粗粉分級装置において、前記粗粉分級機は、センターコアを具備する前記粉体を分散させる分散室と、セパレータコアを具備する分級室とを有するサイクロン型分級機であって、前記センターコアは、中心に微粉排出孔管が設けられ、前記微粉排出孔管は、前記セパレータコアの方向に延びていることを特徴とする粉砕粗粉分級装置である。
(2):上記(1)に記載の粉砕粗粉分級装置において、前記分散室は、二次エアー流入ベーンを備えていることを特徴とする粉砕粗粉分級装置である。
(3):上記(1)または(2)に記載の粉砕粗粉分級装置において、前記センターコアは、頂角α1が下記の範囲を満たすことを特徴とする粉砕粗粉分級装置である。
90°≦α1≦140°
(4):上記(1)〜(3)のいずれか1項に記載の粉砕粗粉分級装置において、前記微粉排出孔管の開口面積A1は、前記セパレータコアの開口面積A2に対して下記の範囲を満たすことを特徴とする粉砕粗粉分級装置である。
1/10×A2≦A1≦8/10×A2
(5):上記(1)〜(4)のいずれか1項に記載の粉砕粗粉分級装置において、前記微粉排出孔管の長さLは、前記セパレータコアの開口部直径Dに対して下記の範囲を満たすことを特徴とする粉砕粗粉分級装置である。
1×D≦L≦4×D
(6):上記(1)〜(5)のいずれか1項に記載の粉砕粗粉分級装置において、前記粗粉分級機は、上部蓋を有し、該上部蓋は、中心部に偏流防止部を備え、該偏流防止部は、ドーナツ状のリングであることを特徴とする粉砕粗粉分級装置である。
(7):上記(1)〜(6)のいずれか1項に記載の粉砕粗粉分級装置において、前記偏流防止部の体積V1は、前記分散室の容積V2に対して下記の範囲を満たすことを特徴とする粉砕粗粉分級装置である。
3/10×V2≦V1≦8/10×V2
(8):上記(1)〜(7)のいずれか1項に記載の粉砕粗粉分級装置において、前記偏流防止部の底面積VA1は、前記分散室のa−a’方向の断面積VA2に対して下記の範囲を満たすことを特徴とする粉砕粗粉分級装置である。
2/10×VA2≦VA1≦7/10×VA2
(9):閉回路粉砕であることを特徴とする上記(1)〜(8)のいずれか1項に記載の粉砕粗粉分級装置である。
(11):上記(10)に記載の微粉分級装置において、前記分散室は二次エアー流入ベーンを備えていることを特徴とする微粉分級装置である。
(12):上記(10)または(11)に記載の微粉分級装置において、前記センターコアは、頂角α1が下記の範囲を満たすことを特徴とする微粉分級装置である。
90°≦α1≦140°
(13):上記(10)〜(12)のいずれか1項に記載の微粉分級装置において、前記微粉排出孔管の開口面積A1は、前記セパレータコアの開口面積A2に対して下記の範囲を満たすことを特徴とする微粉分級装置である。
1/10×A2≦A1≦8/10×A2
(14):上記(10)〜(13)のいずれか1項に記載の微粉分級装置において、前記微粉排出孔管の長さLは、前記セパレータコアの開口部直径Dに対して下記の範囲を満たすことを特徴とする微粉分級装置である。
1×D≦L≦4×D
(15):上記(10)〜(14)のいずれか1項に記載の微粉分級装置において、前記微粉分級装置は、上部蓋を有し、該上部蓋は、中心部に偏流防止部を備え、該偏流防止部は、ドーナツ状のリングであることを特徴とする微粉分級装置である。
(16):上記(10)〜(15)のいずれか1項に記載の微粉分級装置において、前記偏流防止部の体積V1は、前記分散室の容積V2に対して下記の範囲を満たすことを特徴とする微粉分級装置である。
3/10×V2≦V1≦8/10×V2
(17):上記(10)〜(16)のいずれか1項に記載の微粉分級装置において、前記偏流防止部の底面積VA1は、前記分散室のa−a’方向の断面積VA2に対して下記の範囲を満たすことを特徴とする微粉分級装置である。
2/10×VA2≦VA1≦7/10×VA2
また本発明の微粉分級装置によれば、分級機内の旋回速度を安定させ、従来の粉砕分級装置に比べ機精度向上により製品に混入する微粉含有量が減少し、同時に微粉の発生率の抑制が可能となり、生産効率面で経済的に有利となる。
さらに本発明の粉砕粗粉分級装置および微粉分級装置によれば、微粉含有率のコントロールが容易で長時間にわたって安定した粒径の粉体が得られる。
本発明の粉砕粗粉分級装置は、粉体原料を粉砕する機械式粉砕機と、粉砕された粉体を捕集するサイクロンと、捕集された粉体から粗粉を分級する粗粉分級機とを備える粉砕粗粉分級装置において、前記粗粉分級機は、センターコアを具備する前記粉体を分散させる分散室と、セパレータコアを具備する分級室とを有するサイクロン型分級機であって、前記センターコアは、中心に微粉排出孔管が設けられていることを特徴とする粉砕粗粉分級装置である。
本発明の微粉分級装置は、上記粉砕粗粉分級装置によって粗粉が分級された粉体から、微粉を分級する微粉分級装置であって、前記微粉分級装置は、センターコアを具備する前記粉体を分散させる分散室と、セパレータコアを具備する分級室とを有するサイクロン型分級機であって、前記センターコアは、中心に微粉排出孔管が設けられたことを特徴とする微粉分級装置である。
なお、以下に述べる実施の形態は本発明の好適な実施の形態であるから、技術的に好ましい種種の限定が付されているが、本発明の範囲は以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限りこれらの態様に限られるものではない。
まず本発明の粉砕粗粉分級装置に用いられる粗粉分級機の第1の実施の形態を説明する前に、図2において従来の分級機の構成を示し、説明する。この分級機は図1に示す粗粉分級工程の粗粉分級機5として用いられる。また、この粗粉分級機は生産能力や設備構成等によって2つ以上の多分級でも構わない。サイクロン型分級機は2−4より流入したトナー噴流は上部センターコア2−1で旋回され分散後コレクター下部に設置されたセンターコア2−5を通過し、分級室2−2に流入する。分級室周囲にはセパレータコア2−7、ルーバー2−9が設置され、セパレータコアの中心部の排出孔2−12より吸引するブロワによってルーバーより二次エアーを吸引流入することで旋回流はさらに加速され遠心力によって微粉はセパレータコア中心に回収され粗粉はルーバーとセパレータコアのギャップ2−6を通過しホッパー2−3で回収される。この従来の分級機は、例えば日本ニューチック社製のDS分級機が該当する。
本実施の形態では、図2で示される従来の分級機の構成に加えて、サイクロン型分級機のセンターコア3−5の中心に、分級室内のセパレータコア3−8に向けて排出管(微粉排出孔管、以下同様とする)5aを装着する。粉砕物はコレクター入口4から流入しコレクター内1で旋回流を形成する際、排出管3−5aの吸引作用によって更に旋回速度を増し、従来の分級機コレクター内と比較し旋回速度が上昇することで分散性が向上する。同時に粉砕物中の超微粉砕は上記分散作用によって排出管3−5aより分級室2−2内に具備されたセパレータコアの微粉排出孔2−7を経由して微粉側に排出される。
ポリエステル樹脂75重量%とスチレンアクリル共重合樹脂10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融混練し、冷却固化した後ハンマーミルで粗粉砕したトナー原料を、機械式粉砕機ターボミルで粉砕し、図1に示す粉砕粗粉分級ならびに微粉分級工程において粗粉分級機5を図3に示す分級機に交換し、200kg/hrの原材料供給で、重量平均粒径8.0μmで4μm以下微粉含有率が個数平均で12個数%、16μm以下粗粉含有率が重量平均で1.0重量%のトナー粒径を85%得ることができた。
この粒径測定にはコールターカウンター社のマルチサイザーを用いた。
まず本発明の粉砕粗粉分級装置に用いられる粗粉分級機の第2の実施の形態を説明する前に、図4に従来分級機の構成を示し、説明する。この分級機は図1に示す粗粉分級工程の粗粉分級機5として用いられる。この粗粉分級機は生産能力や設備構成等によって2つ以上の多分級でも構わない。サイクロン型分級機は4−4より流入したトナー噴流は上部センターコア4−1で旋回される際、コレクター4−1の周囲に設置した一次ルーバー(二次エアー流入ベーン、以下同様とする)4−4aにより外気エアーを吸引するため旋回流が一次ルーバーの無いタイプと比べ向上し、分散後コレクター下部に設置されたセンターコア4−5を通過し、分級室4−2に流入する。分級室周囲にはセパレータコア4−7、ルーバー4−9が設置され、セパレータコアの中心部の排出孔2−12より吸引するブロワによってルーバーより二次エアーを吸引流入する事で旋回流はさらに加速され遠心力によって微粉はセパレータコア中心に回収され粗粉はルーバーとセパレータコアのギャップ4−6を通過しホッパー4−3で回収される。この従来の分級機は、例えば日本ニューチック社製のDSX分級機が該当する。
本実施の形態では、図4で示される従来の分級機の構成に加えて、サイクロン型分級機のセンターコア5−5の中心に分級室内のセパレータコア5−8に向けて、排出管5−5aを装着する。粉砕物はコレクター入口4から流入しコレクター内1で旋回流を形成する際、排出管5−5aの吸引作用によって更に旋回速度を増し、また一次ルーバー5−4により旋回流の増加の相乗効果も加わり、従来の分級機のコレクター内と比較し旋回速度が上昇する事で分散性が向上する。同時に粉砕物中の超微粉砕は上記分散作用によって排出管5−5aより分級室5−2内に具備されたセパレータコアの微粉排出孔5−7を経由して微粉側に排出する事を特徴とすることで従来の分散室内でも分級機能が付加され超微粉は排出管5−5aより予め分級される。すなわち排出管5−5aによって同一分級機内で二段の分級作用が可能となる事で分級精度が著しく向上する粉砕装置は回転するロータを用いる機械式粉砕機には、例えばターボ工業社製のターボミルを用いて粉砕分級を行う。
第1の実施の形態と同様のトナー原料の粉砕分級を行ったところ、重量平均粒径7.8μmで4μm以下微粉含有率が個数平均で11個数%、16μm以下粗粉含有率が重量平均で1.0重量%のトナー粒径を86%得ることができた。
本発明の微粉分級装置である第3の実施の形態では、第1の実施の形態の分級機と同様の構成の分級機を図1に示す微粉分級工程の微粉分級機8および14として用いる。
上記第1〜2の実施の形態に記載の粉砕分級装置にて粉砕されたトナーを微粉分級する微粉分級工程において上部の分散室に具備されたセンターコアの中心に微粉排出孔管を設けた事を特徴とする微粉分級装置である。
図2に従来分級機の構成を示し図1に示す微粉分級工程の微粉分級機8および14として活用する。サイクロン型分級機は2−4より流入したトナー噴流は上部センターコア2−1で旋回され分散後コレクター下部に設置されたセンターコア2−5を通過し、分級室2−2に流入する。分級室周囲にはセパレータコア2−7、ルーバー2−9が設置され、セパレータコアの中心部の排出孔2−12より吸引するブロワによってルーバーより二次エアーを吸引流入する事で旋回流はさらに加速され遠心力によって微粉はセパレータコア中心に回収され粗粉はルーバーとセパレータコアのギャップ2−6を通過しホッパー2−3で回収される。例えば日本ニューチック社製のDS分級機が該当する。
本実施の形態に係る静電荷像現像用トナーの製造方法は、微粉分級工程で得られるトナー生産形態に特徴を有するものであり、図3に示す分級機において、サイクロン型分級機の上部センターコア3−5の中心に分級室内のセパレータコア3−8に向けて、排出管5aを装着する。粉砕物はコレクター入口4から流入しコレクター内1で旋回流を形成する際、排出管3−5aの吸引作用によって更に旋回速度を増し、従来の分級機コレクター内と比較し旋回速度が上昇する事で分散性が向上する。同時に粉砕物中の超微粉砕は上記分散作用によって排出管3−5aより分級室3−2内に具備されたセパレータコアの微粉排出孔7を経由して微粉側に排出する事を特徴とすることで従来の分散室内でも分級機能が付加され超微粉は排出管3−5aより予め分級される。すなわち排出管3−5aによって同一分級機内で二段の分級作用が可能となる事で分級精度が著しく向上する。
第1の実施の形態と同様のトナー原料の粉砕分級を行ったところ、重量平均粒径7.8μmで4μm以下微粉含有率が個数平均で11個数%、16μm以下粗粉含有率が重量平均で1.0重量%のトナー粒径を88%得ることができた。
本発明の微粉分級装置である第4の実施の形態では、第2の実施の形態の分級機と同様の構成の分級機を図1に示す微粉分級工程の微粉分級機8および14として用いる。
本実施の形態の微粉分級装置を用いて以下の通りトナーを製造した。
第1の実施の形態と同様のトナー原料の粉砕分級を行ったところ、重量平均粒径7.8μmで4μm以下微粉含有率が個数平均で10個数%、16μm以下粗粉含有率が重量平均で1.0重量%のトナー粒径を89%得ることができた。
本発明の粉砕粗粉分級装置に用いられる粗粉分級機である第5の実施の形態では、第1の実施の形態における粗粉分級機においてサイクロン型分級機上部の分散室に具備され中心に微粉排出孔管を設けたセンターコアの頂角α1を90°≦α1≦140°に規定した事を特徴とする分級装置で図6に示すセンターコア頂角を規定するセンターコアの頂角が90°未満の場合、コレクターの高さが増し分級室に至るまでの旋回速度が低下し、分級精度も低下する。またセンターコアの頂角は140°を超えると分級室に到達するまでのコレクター内の容積変化が現れずに充分な旋回流が得られない。コレクター内部の容積が適正化され、分級室2−2、(3−2)、(5−2)に近づく程内部容積は狭くなり旋回流を低下させることなく分級室に送り込めるため分級精度が向上する。
第1の実施の形態と同様のトナー原料/工程フローを用いセンターコアの頂角を100°で実施したところ、重量平均粒径7.7μmで4μm以下微粉含有率が個数平均で10個数%、16μm以下粗粉含有率が重量平均で0.7重量%のトナー粒径を87%得ることができた。
本発明の粉砕粗粉分級装置に用いられる粗粉分級機である第6の実施の形態では、第1の実施の形態におけるサイクロン型分級機上部の分散室に具備され中心に微粉排出孔管を設けたセンターコア中心の排出孔の径を特定の範囲に規定することを特徴とするものである。即ち、図7に示す微粉排出孔管の開口面積A1を、図8に示すセパレータコアの開口面積A2に対し1/10×A2≦A1≦8/10×A2に規定したことを特徴とする分級装置で、センターコア上の微粉排出径を規定した事で粗粉分級機においては粗粉の飛び込み、微粉分級工程においては微粉の飛び込みが減少する。結果分級室に送り込めるため分級精度が向上する。
第1の実施の形態と同様のトナー原料/工程フローを用いセンターコアの開口面積を6/10×A2で実施したところ、重量平均粒径7.6μmで4μm以下微粉含有率が個数平均で10個数%、16μm以下粗粉含有率が重量平均で0.7重量%のトナー粒径を87%得ることができた。
本発明の粉砕粗粉分級装置に用いられる粗粉分級機である第7の実施の形態では、第1の実施の形態におけるサイクロン型分級機上部の分散室に具備され中心に微粉排出孔管を設けたセンターコア中心の配管長さLを特定の範囲に規定することを特徴とするものである。即ち、図7に示す微粉排出孔管の長さLを、図8に示すセパレータコアの開口直径Dに対し1×D≦L≦4×Dに規定したことを特徴とする分級装置で、センターコア中心部の吸引力が安定し、粗粉分級機においては粗粉の飛び込み、微粉分級工程においては微粉の飛び込みが減少する。結果分級室に送り込めるため分級精度が向上する。
第1の実施の形態と同様のトナー原料/工程フローを用いセンターコアの開口面積を6/10×A2で実施したところ、重量平均粒径7.7μmで4μm以下微粉含有率が個数平均で11個数%、16μm以下粗粉含有率が重量平均で0.6重量%のトナー粒径を87%得ることができた。
本発明の粉砕粗粉分級装置に用いられる粗粉分級機である第8の実施の形態では、第1の実施の形態におけるサイクロン型分級機の上部蓋に図9に示す偏流防止治具5−1cを具備したことを特徴とする。この偏流防止治具5−1cはコレクター中心の排気管にドーナツ上のリングを設けたことでコレクター内の容積が縮まると共に旋回流中心のよどみが減少し粗粉分級機においては粗粉の飛び込み、微粉分級工程においては微粉の飛び込みが減少する。結果分級室に送り込めるため分級精度が向上する。
第1の実施の形態と同様のトナー原料/工程フローを用いセンターコアの開口面積を6/10×A2で実施したところ、重量平均粒径7.7μmで4μm以下微粉含有率が個数平均で11個数%、16μm以下粗粉含有率が重量平均で0.6重量%のトナー粒径を88%得ることができた。
本発明の粉砕粗粉分級装置に用いられる粗粉分級機である第9の実施の形態では、第1の実施の形態におけるサイクロン型分級機の上部蓋5−1bに偏流防止治具を具備したことを特徴とする。この偏流防止治具は図9に示すコレクター中心の排気管にドーナツ上のリングである偏流防止治具5−1cを設けその容積V1を、分散室の容積V2に対して3/10×V2≦V1≦8/10×V2に規定したことでコレクター内の容積を抑制させ旋回流中心のよどみが減少し粗粉分級機においては粗粉の飛び込み、微粉分級工程においては微粉の飛び込みが減少する。結果分級室に送り込めるため分級精度が向上する。
第1の実施の形態と同様のトナー原料/工程フローを用いセンターコアの開口面積を6/10×A2で実施したところ、重量平均粒径7.7μmで4μm以下微粉含有率が個数平均で10個数%、16μm以下粗粉含有率が重量平均で0.6重量%のトナー粒径を88%得ることができた。
本発明の粉砕粗粉分級装置に用いられる粗粉分級機である第10の実施の形態では、第1の実施の形態におけるサイクロン型分級機の上部蓋5−1bに偏流防止治具を具備した事を特徴とする。この偏流防止治具は図9に示すコレクター中心の排気管にドーナツ上のリングである偏流防止治具5−1cを設けその底面積VA1を2/10×VA2≦VA1≦7/10×VA2に規定したことでコレクター内の容積を抑制させ旋回流中心のよどみがコレクターの内径方向で減少し粗粉分級機においては粗粉の飛び込み、微粉分級工程においては微粉の飛び込みが減少する。結果分級室に送り込めるため分級精度が向上する。
ここで、断面積VA2は、図5に示す分級機に記載されている破線a−a’で当該分級機を切断した際の断面積である。
第1の実施の形態と同様のトナー原料/工程フローを用いセンターコアの開口面積を6/10×A2で実施したところ、重量平均粒径7.7μmで4μm以下微粉含有率が個数平均で10個数%、16μm以下粗粉含有率が重量平均で0.5重量%のトナー粒径を88%得ることができた
2 粉砕手段
4 サイクロン
5 粗粉分級手段
6 経路
7 サイクロン
8 微粉分級機
9 製品回収器
10 経路
11 サイクロン
12 経路
13 経路
14 微粉分級機
15 経路
16 サイクロン
17 微粉
Claims (17)
- 粉体原料を粉砕する機械式粉砕機と、粉砕された粉体を捕集するサイクロンと、捕集された粉体から粗粉を分級する粗粉分級機とを備える粉砕粗粉分級装置において、
前記粗粉分級機は、センターコアを具備する前記粉体を分散させる分散室と、セパレータコアを具備する分級室とを有するサイクロン型分級機であって、
前記センターコアは、中心に微粉排出孔管が設けられ、
前記微粉排出孔管は、前記セパレータコアの方向に延びていることを特徴とする粉砕粗粉分級装置。 - 請求項1に記載の粉砕粗粉分級装置において、
前記分散室は、二次エアー流入ベーンを備えていることを特徴とする粉砕粗粉分級装置。 - 請求項1または2に記載の粉砕粗粉分級装置において、
前記センターコアは、頂角α1が下記の範囲を満たすことを特徴とする粉砕粗粉分級装置。
90°≦α1≦140° - 請求項1〜3のいずれか1項に記載の粉砕粗粉分級装置において、
前記微粉排出孔管の開口面積A1は、前記セパレータコアの開口面積A2に対して下記の範囲を満たすことを特徴とする粉砕粗粉分級装置。
1/10×A2≦A1≦8/10×A2 - 請求項1〜4のいずれか1項に記載の粉砕粗粉分級装置において、
前記微粉排出孔管の長さLは、前記セパレータコアの開口部直径Dに対して下記の範囲を満たすことを特徴とする粉砕粗粉分級装置。
1×D≦L≦4×D - 請求項1〜5のいずれか1項に記載の粉砕粗粉分級装置において、
前記粗粉分級機は、上部蓋を有し、
該上部蓋は、中心部に偏流防止部を備え、
該偏流防止部は、ドーナツ状のリングであることを特徴とする粉砕粗粉分級装置。 - 請求項1〜6のいずれか1項に記載の粉砕粗粉分級装置において、
前記偏流防止部の体積V1は、前記分散室の容積V2に対して下記の範囲を満たすことを特徴とする粉砕粗粉分級装置。
3/10×V2≦V1≦8/10×V2 - 請求項1〜7のいずれか1項に記載の粉砕粗粉分級装置において、
前記偏流防止部の底面積VA1は、前記分散室のa−a’方向の断面積VA2に対して下記の範囲を満たすことを特徴とする粉砕粗粉分級装置。
2/10×VA2≦VA1≦7/10×VA2 - 閉回路粉砕であることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の粉砕粗粉分級装置。
- 請求項1〜9のいずれか1項に記載の粉砕粗粉分級装置によって粗粉が分級された粉体から、微粉を分級する微粉分級装置であって、
前記微粉分級装置は、センターコアを具備する前記粉体を分散させる分散室と、セパレータコアを具備する分級室とを有するサイクロン型分級機であって、
前記センターコアは、中心に微粉排出孔管が設けられ、
前記微粉排出孔管は、前記セパレータコアの方向に延びていることを特徴とする微粉分級装置。 - 請求項10に記載の微粉分級装置において、
前記分散室は二次エアー流入ベーンを備えていることを特徴とする微粉分級装置。 - 請求項10または11に記載の微粉分級装置において、
前記センターコアは、頂角α1が下記の範囲を満たすことを特徴とする微粉分級装置。
90°≦α1≦140° - 請求項10〜12のいずれか1項に記載の微粉分級装置において、
前記微粉排出孔管の開口面積A1は、前記セパレータコアの開口面積A2に対して下記の範囲を満たすことを特徴とする微粉分級装置。
1/10×A2≦A1≦8/10×A2 - 請求項10〜13のいずれか1項に記載の微粉分級装置において、
前記微粉排出孔管の長さLは、前記セパレータコアの開口部直径Dに対して下記の範囲を満たすことを特徴とする微粉分級装置。
1×D≦L≦4×D - 請求項10〜14のいずれか1項に記載の微粉分級装置において、
前記微粉分級装置は、上部蓋を有し、
該上部蓋は、中心部に偏流防止部を備え、
該偏流防止部は、ドーナツ状のリングであることを特徴とする微粉分級装置。 - 請求項10〜15のいずれか1項に記載の微粉分級装置において、
前記偏流防止部の体積V1は、前記分散室の容積V2に対して下記の範囲を満たすことを特徴とする微粉分級装置。
3/10×V2≦V1≦8/10×V2 - 請求項10〜16のいずれか1項に記載の微粉分級装置において、
前記偏流防止部の底面積VA1は、前記分散室のa−a’方向の断面積VA2に対して下記の範囲を満たすことを特徴とする微粉分級装置。
2/10×VA2≦VA1≦7/10×VA2
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