JP5272302B2 - 粉砕装置、粉砕方法、これを使用したトナーの製造方法及びこれによって得られたトナー - Google Patents
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粉砕効率を向上させるための装置としては、例えば、特許文献1には、装置底板上に堆積した粉体材料の上面をノズルの気流噴出位置に保持するように、底板を上下動させる底板位置調整装置を設置し、所望粒径の粉砕物を効率よく得ることが開示されている。
また、粉砕効率を向上させるための装置としては、例えば、特許文献2には、衝突部材をその中心が粉砕室の中心軸上に位置するように設置し、当該衝突部材に対して、被粉砕物を含む高速ガスを垂直に噴射させ、被粉砕物を、衝突部材に衝突させることにより粉砕し、所望粒径の粉砕物を効率よく得ることが開示されている。
本発明は、上記実情を考慮してなされたものであり、粉体材料を所望の粒径に高効率で粉砕することを可能とする粉砕装置、粉砕方法、トナーの製造方法及びトナーを提供することを目的とする。
また、請求項2の発明は、請求項1に記載の粉砕装置において、前記粉体材料加速部材は、前記粉砕ノズルに着脱自在に取り付けられていることを特徴とする。
また、請求項4の発明は、請求項1乃至3のいずれか1項記載の粉砕装置において、前記粉砕ノズルが、前記粉砕室の縦方向の中心軸を中心とする同心円上に2〜8個設けられていることを特徴とする。
また、請求項5の発明は、請求項1乃至4のいずれか1項記載の粉砕装置において、前記粉砕ノズルが、前記粉砕室の縦方向の中心軸を中心とする同心円上に等間隔に設けられていることを特徴とする。
また、請求項6の発明は、請求項1乃至5のいずれか1項記載の粉砕装置において、前記粉砕室の上方に回転するロータを取り付け、当該ロータに前記圧縮空気同士を一次衝突させて粉砕された粉体材料を流入させて微粉と粗粉とに遠心分級することを特徴とする。
また、請求項8の発明は、請求項7に記載の粉砕方法において、前記粉砕ノズルに供給する圧縮空気の元圧力を0.2〜1.0MPaに設定することを特徴とする。
また、請求項10の発明は、請求項9記載の粉砕方法において、前記ロータの回転周速度が、20〜70m/sであることを特徴とする。
また、請求項11の発明は、請求項1乃至6のいずれか1項記載の粉砕装置を用いて静電潜像を現像するトナー粉体材料を粉砕する粉砕工程を少なくとも含むことを特徴とする静電潜像を現像するトナーの製造方法としたものである。
本発明においては、前記粉砕ノズルガイドアダプターを使用した流動層式粉砕装置の改善を図るべく検討の結果、粉砕ノズルガイドアダプターの出口から排出された後の被粉砕物の挙動を制御することで、更に所望粒径の粉砕物を効率よく得ることができることを究明した。具体的には、粉砕ノズルガイドアダプターを通過した被粉砕物同士が粉砕室中央付近で衝突する角度をより垂直にさせることで、さらに被粉砕物を効率良く粉砕できるようにしたものである。
このような衝突エネルギーのロスを低減するため、鋭意検討の結果、図3に示すように、粉砕ノズル5に、当該ノズル5から噴射される圧縮空気の流れを鉛直下向きに変更させる粉体材料加速部材6を取り付けると、粉砕ノズル5から噴射される気流および粉体材料をほぼ垂直に衝突させて、効率良く加速、衝突させることができ、粉砕室4での粉砕効率を向上させることができることを究明した。
本発明は、このような知見に基づいてなされたものであり、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。
本実施形態による粉砕装置は、複数の粉砕ノズル5と、該粉砕ノズル5から噴射される圧縮空気によって供給された粉体材料を粉砕する粉砕室4と、粉砕室4の中心軸14に対して鉛直方向に回転軸を有して回転するロータ3とを少なくとも有する。本実施形態による粉砕装置は、このように構成されているので、粉砕室4内で粉砕材料12を、後述するように、微粉と粗粉に粉砕し、さらに粉砕された微粉と粗粉を回転するロータ3で遠心分級することができる。本実施形態においては、図4に示すように、ロータ3は、粉砕室4の上部に設けられていることが好ましい。ロータ3が粉砕室4の上部に設けられていると、粉砕された微粉と粗粉を粉砕室4から直接ロータ3内部に流入させて、微粉と粗粉とに遠心分級することができる。 この場合、ロータ3は、1個である必要はなく、図6に示すように、水平方向に2個取り付け、これらのロータ31、32の中心部と排気管2を連接するようにしてロータ31、32からそれぞれ所望の粒径の粉体材料を回収するようにしても良い。
本実施形態による粉砕装置においては、複数の粉砕ノズル5が、該粉砕ノズル5から噴射される圧縮空気同士が粉体材料12を伴って一次衝突するように設けられている。この一次衝突により、供給された粉体材料12は破砕作用を受ける。
本実施形態による粉砕装置においては、前記粉砕室4において、複数の粉砕ノズル5の先端に粉体材料加速部材6が設けられている。かかる粉体材料加速部材6により、前記複数の粉砕ノズル5から噴射される気流および粉体材料を効率良く加速、衝突させることが可能になり、粉砕室4での粉砕効率を向上させることができる。
粉砕ノズル5の数に制限はないが、粉砕室4の縦方向の中心軸14を中心とする同心円上に2〜8個の粉砕ノズル5を用いることが好ましく、2〜6個の粉砕ノズル5を用いることがより好ましく、3〜4個の粉砕ノズル5を用いることが更に好ましい。単一の粉砕ノズル5では、圧縮空気同士を粉体材料12を伴って一次衝突させることができないので、少なくとも複数必要であり、これらの粉砕ノズル5は、その出口延長線10が前記同心円の中心軸上で交差するように粉砕室4の側壁13に配置することが好ましい。一方、粉砕ノズル5の数が多すぎると、装置の製作が煩雑となり、破砕効率がかえって低下する虞がある。
粉砕ノズル5の出口方向は、水平方向を基準にして上下20°以内を向いていることが好ましく、上下15°以内を向いていることがより好ましく、上下10°以内を向いていることが更に好ましい。該方向が、上下20°を超えると、粉砕効率が悪くなる虞がある。
本実施形態による粉砕方法においては、まず複数の粉砕ノズル5から圧縮空気を噴射し、該圧縮空気同士を粉体材料12を伴わせて粉砕室4の中で一次衝突させて、該粉体材料12を粉砕する。本実施形態においては、複数の粉砕ノズル5の先端に粉体材料加速部材6が設けられている。このような噴射される気流および粉体材料12を効率良く加速、衝突させるための粉体材料加速部材6を設けると、図3で前述したように、粉体材料12を効率良く流動させることができ、粉砕確率が増加するため、粉体材料の粉砕効率を向上させることができる。
本実施形態による方法においては、粉体材料12は、供給管1より供給され、粉砕された微粉は排気管2より排出される。排出された粉体材料を計量して、排出された粉体材料に相当する量の粉体材料12を適宜供給することにより、連続粉砕が可能となる。
本実施形態による方法においては、前記一次衝突させた粉体材料を回転するロータ3に流入させて、微粉と粗粉とに遠心分級することが好ましく、該ロータ3は、図4に示すように、粉砕室4の上部に設けられていることが、粉砕された微粉と粗粉を粉砕室4から直接ロータ3内部に流入させて微粉と粗粉とに遠心分級することができるのでより好ましい。
上記ロータ3の回転周速度は、20〜70m/sが好ましい。該回転周速度が当該範囲内であれば、所望する分級効率を得られるが、20m/sであれば分級効率が低下する虞がある。一方、70m/sを越える場合は、ロータ3による遠心力が大きくなりすぎ、吸引ファン等の吸引器により回収されるべき粉体材料が再び粉砕室に戻り、粉砕作用を受けることとなり、粉体材料が所望の粒子径よりも小さくなる割合が多くなるという過粉砕状態になる虞がある。
以上の説明から明らかなように、本実施形態による粉砕装置は、複数の粉砕ノズル5と、該粉砕ノズル5から噴射される圧縮空気によって供給された粉体材料12を粉砕する粉砕室4と、回転するロータ3とを有し、該粉砕室4から該ロータ3の内部に流入する粉体材料を微粉と粗粉とに遠心分級する粉砕装置であり、該複数の粉砕ノズル5から噴射される圧縮空気どうしが粉体材料12を伴って一次衝突するように各粉砕ノズル5を設け、対向する該粉砕ノズル5から噴射される気流および粉体材料12を効率良く加速、衝突させるための鉛直下向きに角度を持つ粉体材料加速部材6を設けたので、粉砕装置の粉砕室4内での衝突粉砕効率向上を達成し、必要とする大きさの範囲の粒子を高効率で粉砕することができる。
[実施例1]
図4に示す態様の、粉砕室内径250mm、粉砕装置高さ約700mm、粉砕ノズル出口径6.5mmの3個の粉砕ノズル5が粉砕室4の壁に沿って、等間隔(当角度)で、粉砕ノズル5の出口方向が、水平方向を基準にして0°を向くように設けられた粉砕装置を用いた。
粉体材料加速部材6を各粉砕ノズル5の先端に(粉体材料導入口7幅:15mm、粉体材料加速部8:口径φ40mm、長さ50mm、鉛直下向き角度10°)設置し、上記組成の粉体材料を供給し、粉砕ノズル5に供給する圧縮空気の元圧力0.5MPa、ロータ3の回転周速度を45m/sに設定して、粉体材料を粉砕した。得られた微粉体は、体積平均粒径6.5μm(コールターカウンタによる測定)、4μm以下の微粉含有率(個数%)56%、16μm以上の粗粉含有率(重量%)1.0%以下であり、粉砕処理量は5.2Kg/hrであった。
粉体材料加速部材6をコレットチャックタイプで脱着可能とした以外は、実施例1と同様に粉体材料を粉砕してから、清掃切替を実施した。その結果、清掃切替時間について、実施例1に比べ約10%の短縮が可能となった。
[実施例3]
硬質クロムメッキ処理を施した粉体材料加速部材6を設置した以外は、実施例1と同様に粉体材料を粉砕した結果、摩耗耐久性が従来よりも概ね2倍向上した。
粉体材料加速部材6を設置しない以外は、実施例1と同様の装置を用い、圧縮空気の元圧力0.5MPa、ロータ3の回転周速度45m/sに設定し、実施例1と同様に粉体材料を粉砕した。得られた微粉体は、体積平均粒径6.5μm(コールターカウンタによる測定)、4μm以下の微粉含有率(個数%)56%、16μm以上の粗粉含有率(重量%)1.0%以下であり、粉砕処理量は4.0Kg/hrであった。
[比較例2]
粉体材料加速部材6を各粉砕ノズル5の先端に(粉体材料導入口7幅:15mm、粉体材料加速部8:口径φ40mm、長さ50mm、鉛直下向き角度0°)設置し、実施例1と同様の装置を用い、圧縮空気の元圧力0.5MPa、ロータ(3)の回転周速度45m/sに設定し、実施例1と同様に粉体材料を粉砕した。得られた微粉体は、体積平均粒径6.5μm(コールターカウンタによる測定)、4μm以下の微粉含有率(個数%)56%、16μm以上の粗粉含有率(重量%)1.0%以下であり、粉砕処理量は4.3Kg/hrであった。
[比較例3]
粉体材料加速部材6を各粉砕ノズル5の先端に(粉体材料導入口7幅:15mm、粉体材料加速部8:口径φ40mm、長さ50mm、鉛直下向き角度70°)設置し、実施例1と同様の装置を用い、圧縮空気の元圧力0.5MPa、ロータ(3)の回転周速度45m/sに設定し、実施例1と同様に粉体材料を粉砕した。得られた微粉体は、体積平均粒径6.5μm(コールターカウンタによる測定)、4μm以下の微粉含有率(個数%)56%、16μm以上の粗粉含有率(重量%)1.0%以下であり、粉砕処理量は3.9Kg/hrであった。
また、実施例2の結果から明らかなように、粉体材料加速部材6を粉砕ノズル5に着脱自在とすることによって、清掃切替時間が短縮され、生産性が向上している。
さらに、実施例3の結果から明らかなように、粉体材料加速部材6に対し耐摩耗処理を施さないものに比べ、2倍以上の耐久性を示し、長期の使用が可能となった。
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲内の記載であれば多種の変形や置換可能であることは言うまでもない。
Claims (11)
- 少なくとも複数の粉砕ノズルから噴射される圧縮空気同士を、粉体材料を伴って一次衝突させることによって、当該粉体材料を粉砕する粉砕室を備えた粉砕装置において、
前記複数の粉砕ノズルに、当該粉砕ノズルから噴射される圧縮空気の流れを下向きの角度に変更する粉体材料加速部材を取り付け、
前記粉体材料加速部材は、前記粉体材料を前記粉砕ノズルから噴射される気流に導くための粉体材料導入口と、当該粉体材料導入口から導入された粉体材料を前記粉砕ノズルから噴射された気流によって加速させるための粉体材料加速部を備え、
前記粉体材料加速部は、水平方向を基準にして下向きに10〜30°の角度で設置され、
前記粉体材料導入口は、前記粉体ノズルから噴出された気流を妨げないように設けられてなり、
前記粉砕ノズルの出口方向が、水平方向を基準にして上下10°以内を向き、
前記粉体材料加速部の設置された角度と、前記粉砕ノズルの出口方向の向きと、は一致しないことを特徴とする粉砕装置。 - 請求項1に記載の粉砕装置において、
前記粉体材料加速部材は、前記粉砕ノズルに着脱自在に取り付けられていることを特徴とする粉砕装置。 - 請求項1または2に記載の粉砕装置において、
前記粉体材料加速部材の前記粉砕ノズルから噴射される気流と接触する少なくとも内面に耐摩耗処理が施されていることを特徴とする粉砕装置。 - 請求項1乃至3のいずれか1項記載の粉砕装置において、
前記粉砕ノズルが、前記粉砕室の縦方向の中心軸を中心とする同心円上に2〜8個設けられていることを特徴とする粉砕装置。 - 請求項1乃至4のいずれか1項記載の粉砕装置において、
前記粉砕ノズルが、前記粉砕室の縦方向の中心軸を中心とする同心円上に等間隔に設けられていることを特徴とする粉砕装置。 - 請求項1乃至5のいずれか1項記載の粉砕装置において、
前記粉砕室の上方に回転するロータを取り付け、当該ロータに前記圧縮空気同士を一次衝突させて粉砕された粉体材料を流入させて微粉と粗粉とに遠心分級することを特徴とする粉砕装置。 - 複数の粉砕ノズルから圧縮空気を噴射し、該圧縮空気同士を、粉体材料を伴わせて粉砕室の中で一次衝突させて、該粉体材料を粉砕する粉砕方法において、
前記複数の粉砕ノズルに、当該ノズルから噴射される気流および粉体材料を下向きに角度を変更させる粉体材料加速部材を取り付け、当該粉体材料加速部材から噴射される圧縮空気同士を一次衝突させて前記粉体材料を粉砕し、
前記粉体材料加速部材は、前記粉体材料を前記粉砕ノズルから噴射される気流に導くための粉体材料導入口と、当該粉体材料導入口から導入された粉体材料を前記粉砕ノズルから噴射された気流によって加速させるための粉体材料加速部を備え、
前記粉体材料加速部は、水平方向を基準にして下向きに10〜30°の角度で設置され、
前記粉体材料導入口は、前記粉体ノズルから噴出された気流を妨げないように設けられてなり、
前記粉砕ノズルの出口方向が、水平方向を基準にして上下10°以内を向き、
前記粉体材料加速部の設置された角度と、前記粉砕ノズルの出口方向の向きと、は一致しないことを特徴とする粉砕方法。 - 請求項7に記載の粉砕方法において、
前記粉砕ノズルに供給する圧縮空気の元圧力を0.2〜1.0MPaに設定することを特徴とする粉砕方法。 - 請求項7または8に記載の粉砕方法において、
前記圧縮空気同士を一次衝突させて粉砕された粉体材料を、前記粉砕室の上方に取り付けられた回転するロータに流入させて、微粉と粗粉とに遠心分級することを特徴とする粉砕方法。 - 請求項9に記載の粉砕方法において、
前記ロータの回転周速度が、20〜70m/sであることを特徴とする粉砕方法。 - 請求項1乃至6のいずれか1項記載の粉砕装置を用いて静電潜像を現像するトナー粉体材料を粉砕する粉砕工程を少なくとも含むことを特徴とする静電潜像を現像するトナーの製造方法。
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