JPH0640975B2 - 微粉体の分級方法及びその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、静電気を用いた微粉体の分級方法及び装置に
関する。

〔従来の技術 及び発明が解決しようとする課題〕

市販されている微粉体の中には形状、寸法・性質等の異
なるものがかなりの割合で含まれており、これを精製し
より単一化したり純粋化するとそのものの有する性質が
顕著に現れ、非常に有用な物質になることが知られてい
る。しかしながら微粉体中には、形状、寸法、質量、色
彩、性状等の異なるものが、しかも一つに限らずこれら
各要素が複合した状態で混在しており、それらを精密に
分級する手段は空気流や静電気を用いた従来のものでは
工業的に知られておらず、又実施しようとすれば手間と
コストが非常にかかり、製品価格の上から実際的なもの
でなくなり、実質上分級できない状態にあった。

例えば空気流を用いたものの場合、粒子の質量差が分級
の支配的要因となり、粒子の形状や大きさの相違に無関
係に分級され、球状と針状のものが同一に分級された
り、又内部に空洞を持ったものは体積が大きいにもかか
わらず質量が小さいために体積が小さいものと同一に分
類されることがあった。更に、空気流発生のためのコス
トが大きく、又装置内で粒子が衝突するため装置の損耗
や、微粉体自体の損壊も激しかった。殊に針状の場合折
損が大きく分級不可能な場合があった。

一方静電気を用いたものは、接地回転ドラムの側方に配
置した棒状や線状等の電極体との間に電位差を設け、回
転ドラムを回転させながらドラムと電極体の間に粉体を
供給し粉体を分級するものであるが、ドラム側方を粉体
が通過するときにのみ静電作用の影響を与えることから
時間が短く十分な分級ができない問題があった。又、ベ
ルトを斜めに配置しそのベルトの上方に電極板を設け、
交流電圧をかけた上で、粉体をその中央付近より供給し
上方に運ぶ最中に電界作用で分離する粒子をベルト上で
跳躍させながらベルトの低端に逆行落下させ、無挙動粒
子をベルトの高端部で回収するものが知られている。し
かしこの場合には、導電性物質と非導電性物質との分離
は可能であるが、同一物質を形状の違い等で分離するも
のではなかった。

本発明は上記事情に鑑みなされたもので、微粉体中の粒
子を形状差、寸法差、質量差、比重差などの相違を単独
あるいは複合して分級しうる微粉体の分級方法及びその
装置を提供することを目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、上記課題を解決するため次のように構成し
た。すなわち、ローラ間を循環走行する導電性ベルト上
に微粉体を載せ、このベルトと極性を異ならせた格子状
電極板をベルトの上方に設置し、微粉体がこの間を通る
間に前記格子状電極板に吸引され、当該電極板に沿った
空気流で捕捉されるものと、ベルト反転位置で落下する
ものと、ベルトに付着しベルト下側で掻き落とされるも
のとに微粉体粒子を分級することとした。

又、装置としては、ローラ間に掛けた導電性ベルトと、
この導電性ベルトを循環駆動させる駆動装置と、ベルト
上方にほぼ平行に設けた格子状電極板と、ベルト上に微
粉体を供給する供給装置と、前記のベルトと格子状電極
板にそれぞれ正負の電荷を付与する加電装置と、前記電
極板の上方に当該電極板に沿った空気流を形成し、前記
格子状電極板に吸い上げられ、その間隙を通過した飛来
粒子を前記空気流で捕捉する捕捉手段と、往路側ベルト
の反転位置下方に備えた第一容器と、復路ベルト下面に
設けられベルト表面に付着した粒子を掻き落とすスクレ
ーパと、このスクレーパの下方に配置した第二容器とか
ら微粉体の分級装置を構成した。

〔作用〕

本発明により微粉体は、球状で表面が滑面、あるいは小
型の粒子がベルトに付着して第二容器に収容され、表面
が平滑でなく第二容器に収容されたものより質量の大き
な粒子あるいは次に述べる捕捉装置に収集される粒子よ
り形状が球形に近く中型の粒子が第一容器に収容され、
第一容器に収容されたものと表面状態が同様で質量の小
さな粒子あるいは質量が同じで表面状態が第一容器に収
容されたものより平滑でない粒子が格子状電極に吸引さ
れ捕捉装置に収集された。これを詳しく述べると、供給
装置から微粉体がベルト上に供給され電極板の下面に位
置すると、高圧の静電気により形成される電極板とベル
トとの電界のために、粒子は導電性の有無よりも、粒子
の形状、寸法、質量等に起因して挙動し分級される。例
えば、粒子が球状で滑面のものほど極性化や帯放電し難
い性質を有するため、たとえ導電質であってもベルト面
より反撥できにくく、その上、電極より降下するイオン
による押え付力と自重とによって粒径に係わりなくベル
トに付着する。したがって、それを掻き取ることで微粉
体中より球形粒のみが抽出できる。又、粒子表面が平滑
でなくかつ角部や突出部が鋭角になるほど極性化や帯放
電しやすくなり、電界作用によりベルト面より反撥跳躍
する。しかし小型の粒子は反撥ポテンシャルが弱いた
め、降下イオンの押付力と自重との合力がその反撥力よ
り卓越するときは、導電質粒であってもベルトに付着さ
せられ、それを掻き取ることで微粉体中からより小型の
粗面の粒子を抽出できる。一方、格子状電極板にはベル
ト面で反撥跳躍するもののうち、粒子の自重より格子状
電極による吸引力が卓越するものが格子状電極に飛来す
ることとなって、吸い上げられた粒子が当該電極板に沿
った空気流で捕捉され、微粉体中から表面の角部や突出
部が鋭角でかつ比重が小さい大型粒と比重が大きい中型
粒が抽出される。そして、ベルト上には表面が平滑でな
いためベルト表面に付着せず、しかも電極による吸引力
より自重が卓越する粒子が残存することとなって、微粉
体中から質量が大きく表面が球形でない各種形状のもの
と角部や突出部が鋭角でない中型粒および比重が小さい
大型粒がベルト反転位置で収集される。

更に、粉粒子は微細になるほど物体に付着しやすい性質
を持ち、本分級作用においてもかかる特性は関与し、特
に小型粒のベルト付着を助長している。また電界場に限
って粒子の導電性が若干関与している。

以上のように、本装置は微粉体中の粒子を形状差、寸法
差、質量差、比重差などの相違点を単独あるいは複合し
て分級することを初めて可能としたものである。

一例として市販の球状酸化アルミの粉末を分級した場合
について述べる。球状酸化アルミの粉末の中には球形で
正常なものと、いびつあるいは複数の粒が固着したも
の、破砕したものなどが含まれており、これを正規の球
体がベルト表面に付着する電界強度５〜７kv/cmの条件
で分級した場合、格子状電極板には破砕片が吸上げられ
て当該電極板に沿った空気流で捕捉され、第一容器には
複数の球体が固着したものやいびつな形状の粒子が収容
され、ベルト下側の第二容器には真球状の粒子が収容さ
れた。したがって、従来は粒子の形状や寸法等の分級の
方法がなかったが、本発明はそれを可能とし、球状酸化
アルミ粉末をより厳密に分級でき、破砕片や変形粒など
を含まない純度の高い高品質の微粉体を得ることができ
た。

〔実施例〕

以下、本発明にかかる分級装置の一実施例について図を
用いて説明する。

第１図に、分級装置を示す。分級装置１は、全体を箱体
３で囲み、箱体３の内部に導電性のベルト２、このベル
ト２を掛けるローラ４、ベルト２上方の格子状電極板６
等を配置し、ベルト２の始点付近に供給装置８を設け、
格子状電極板６の上側に吸引口１０、ベルト２の往路の
反転位置直下に第一容器１２、ベルト２の復路途中にス
クレーパ１４、及びその直下に第二容器１６を備えてい
る。

ベルト２は、幅が０．５ｍ長さが１．２ｍの無端ベルト
であり、カーボンを混入させた樹脂を張着し表面に導電
性を有している。ローラ４の一方には駆動装置（図示せ
ず。）が接続してあり、ベルト２を任意の速度で循環駆
動できる。格子状電極板６は良導体の細線からなる格子
で、ベルト２の上方にほぼ平行に配置され、加電装置
（図示せず）によりベルト２と異なる極性に帯電してい
る。加電装置は、ベルト２と格子状電極板６との間に０
Ｖ〜６万Ｖ位の電位差を設定でき、極性も正負変更でき
る。しかし格子状電極板６にコロナ放電を生じさせ吸引
力を増加させるためには、格子状電極板６を負極に設定
した方が好ましい。格子状電極板６の上部には、前述し
た空気の吸引口１０とこれに対向して噴出管１８が設け
てあり、噴出管１８は図示しない空気圧送機に接続し、
側面にスリット状に開口した噴出口２０を備え、これよ
り吸引口１０に向かって空気を噴出させている。吸引口
１０は格子状電極板６の長さ方向全体にわたっており、
ホース２３により捕捉器２２を介して吸引器（図示せ
ず）に連結している。捕捉器２２は、濾紙や漉し布など
からなるフィルタを有し、このフィルタで粒子を捕捉収
集する。供給装置８は、上部に投入口９を備え、下部の
供給口１１はベルト２の往路（図では上側のベルト。）
の開始点付近に開口し、その開度や加振度等の調整操作
により微粉体の供給量を必要に応じて変更できる。ベル
ト２の往路の反転位置直下には第一容器１２が設置して
あり、ベルト２の復路途中にはスクレーパ１４がベルト
２に密着させて取り付けられている。スクレーパ１４は
金属等の良導体からなり、前記加電装置に接続しベルト
２を加電装置に連結させている。そして、スクレーパ１
４の直下には第二容器１６が備えてある。

次に、上記分級装置１の作用について述べる。まず、分
級しようとする微粉体について、吸引口１０に吸引させ
るものと、第一容器１２に収容させるものと、第二容器
１６に収容させるものとの３種類に予め分類を想定し、
この分類に基づき帯電電圧、ベルト２の速度、ベルト２
と格子状電極板６との間隔、供給速度等を決定する。決
定した値にこれら帯電電圧等を設定したなら、供給装置
８に微粉体を入れベルト２上に微粉体を供給する。微粉
体はベルト２により運ばれ、格子状電極板６とベルト２
との間で電界作用を受け、跳躍し吸上げられたものは格
子状電極板６の隙間を慣性で通り抜け噴出管１８から噴
出する空気により吸引口１０側に搬送され吸引口１０よ
り吸い込まれ捕捉器２２に捕捉される。又ベルト２上に
残存したものは、ベルト２に付着するものと、付着も飛
行もできずに中立状態で載っているだけのものがあり、
中立状態で単に載っているだけのものは反転位置にて落
下し第一容器１２に収納され、ベルト２の表面に付着し
たものはベルト２とともに復路を進みスクレーパ１４に
よって掻き落とされ、第二容器１６に収容される。

第２図に各種微粉体の分級結果を示す。第一の実験例
は、良導体である球状の酸化アルミニウムを分級した例
である。市販の球状酸化アルミニウムは、正規の形状の
球体粒の他に、いくつかの球体が固着したものやいびつ
状の大粒、未形成粒や砕けた破砕形状の小粒などを含ん
でいる。これを分級すると破砕粒等は帯放電性質が強く
かつ質量が小さいために格子状電極板６に吸引されて捕
捉器２２に捕捉され、ベルト２上に残る正規の粒形のも
のとその他変形粒等の内、正規の粒体以外のものは質量
が大きい上に帯放電の性質が弱いために中立状態となり
ベルト２の反転位置で落下し第一容器１２に収容され、
そして所望の球体粒のみが帯放電し難い上に降下イオン
等で下方に押付けられてベルト２に付着しベルトの復路
を進みスクレーパ１４で第二容器１６内に掻き落とされ
た。したがって、第二容器１６内に非常に均一化された
粉粒体が収集でき、従来の微粉体に比較して強度や密度
が増加し良好な性質を得ることができた。

次に、非導電体であるポリエチレン球粒を分級した場合
について述べる。ポリエチレン球粒は公称１０〜２０ミ
クロン程度の球体のものであるが、かかる分級装置１を
用いた場合、その中に含まれている小型の団粒塊状粒や
ポーラス粒は帯放電の性質が強く質量が小さいために格
子状電極板６に吸引され捕捉装置２２に捕捉され、針状
の大型粒子や複数の粒子が固着してなる粒子は質量が大
きく帯放電の性質が弱いためベルト上に留保されて第一
容器１２に収容され、正規の形状のポリエチレン球は帯
放電の性質が弱いため降下イオン等でベルト面に付着し
第二容器１６に収容できた。

硅灰石粉（非導電性）を分級した場合について述べる。
硅灰石は天然で針状をしており、一番細い針状のものは
帯放電しベルト面より反撥するものの径が細いことによ
る付着力がこれより卓越するためベルト２に付着して第
二容器１６に収容され、それより径の太いものは帯放電
するが長針のために跳躍しきれずかつ付着力が弱いため
に第一容器１２に収容され、短針状型の折損粒は付着力
も弱い上に短針状のために帯放電によって跳躍しやすく
格子状電極板６に吸引され捕捉装置２２に収容された。

コピー用トナーに使用されるカーボン粉末（良導電性）
の場合には、鋭角な角部を持っている大型の粒は質量が
小さくしかも帯放電の性質が強いために格子状電極板６
に吸い寄せられ捕捉装置２２に収容され、中間粒は鋭角
な角部も少なく帯放電の性質が弱く付着力も弱いため中
立状態となって第一容器１２に収容され、形状と寸法が
整った細粒は鋭角な角部がほとんどないため帯放電し難
く付着力が卓越し第二容器１６に収容された。その結果
所定の形状で均一なトナーが得られコピー画面の鮮明化
と感触の改善がなされた。

石灰石粉（非導電質）を分級した場合には、格子状電極
板６には形状が鋭く鉄分等を含む帯放電の性質が強い中
型粒と大型粒の濃灰色のものが、第一容器１２には大型
なため格子状電極板６の吸引力より自重が卓越する淡灰
色のものが、そして、第二容器１６には付着力が強く帯
放電の性質の弱い小型で鋭角な角部の少ない淡白色のも
のが収容され、その白色度も向上できた。

ベントナイト粉（非導電体）を分級した場合にも上記石
灰石粉と同様な現象によって、格子状電極板６には淡黒
色のものが、第一容器１２には淡灰色のものが、そして
第二容器１６には淡白色のものが収容され、石灰石粉と
同様に白色度も向上できた。

蕎麦殻粉（非導電質）を分級した場合も上記石灰石粉と
同様な現象によって、格子状電極板６には濃灰色の蕎麦
殻粉が、第一容器１２には淡灰色の蕎麦殻粉が、そし
て、第二容器１６には淡白色の蕎麦殻粉が収容され、品
質を向上できた。

非常に細かいものを含まずしかも全体に相似形の鉄粉
（良導電体）を分級した場合、格子状電極板６には質量
の小さな細かい鉄粉が、第一容器１２には径の大きな質
量の大きい鉄粉が収容され、第二容器１６には、球粒や
付着性の強い細かいものが含まれていないため収容され
た鉄粉は見られなかった。

非常に細かい消石灰（非導電質、消化粉末）を分級した
場合も上記石灰石粉と同様に、格子状電極板６にはポー
ラスで粗面状の大型かつ灰色のものが、第一容器１２に
はポーラス部が少なく形状が比較的なだらかな中型かつ
淡白色のものが、そして、第二容器１６には小型で白色
のものが収容され、石灰石と同様白色度も向上できた。

以上述べたように、本実施例の方法又は装置によれば、
微粉体の導電性の有無にかかわらず３分類に分級でき、
かつ電界電圧、ベルト２と格子状電極板６との間隔、ベ
ルト速度等を変更することにより分級の境界基準を適宜
に変化させ、所望の状態に微粉体を分級することができ
る。

尚、格子状電極板６が微粉体の付着により目詰まりを起
こす場合には、震動装置を格子状電極板６に取り付け微
粉体の付着を防止してもよい。又、格子状電極板６は、
ワイヤを複数平行に配置させて格子状に形成したもので
もよい。

更に供給装置８の下流側にブラシやローラをベルト２に
接する状態で設け微粉体をベルト２上で処理するように
してもよい。このようにすることにより塊り状態の微粉
体や供給された微粉体層の切り返しをベルト２の上で行
うことができ、分級の精度と効率を高めることができ
る。又、微粉体に応じてベルト２に傾きを持たせ往路を
上向きにしたり下向きにしてよく、更にベルト２と格子
状電極板６との間隔を平行でなく先端に向かうにつれ狭
くしたりあるいは広くしてもよい。

〔発明の効果〕

本発明の分級方法及び装置によれば、微粉体をベルト上
に載せ、このベルトとほぼ平行に格子状電極を設置し、
この間に形成された電界内に当該微粉体を通すこととし
て微粉体を格子状電極に吸い上げられ、格子状電極に沿
った空気流で捕捉されるものと、ベルトの反転位置で落
下するものと、ベルトに付着しベルトから掻き落とされ
るものとに分類することとしたので、電界の作用面積の
拡大と作用時間の延長ができ、微粉体が格子状電極下面
を通過する間に分離作用を繰り返して実施することがで
き、分級の精度と効率を著しく向上させることができ
た。又、粒子の吸引方向を上方に設定したことから、粒
子の質量差を有効に利用でき、例えば酸化アルミニウム
など導電質として材質が均質のものであっても厳密に分
級することが可能となった。しかも、電界電圧等を適宜
に選択することにより分類の境界条件を変更して任意の
微粉体を得ることができ、粉体の形状や寸法、性質、色
彩などの要素が混在して混じり合った粉体で従来工業的
に分級が不可能とされてきていた微粉体をも容易に分級
できるようになった。

分級に際して空気流を必要とせず簡易な構造の装置で作
動できることから消費エネルギーを少なくでき、しかも
粉体の衝突を生じさせないことから機器類の損耗や粉体
の損傷の発生を防止できる。したがって、分級に要する
運転費用や補修費用等を著しく低減でき、かつ従来損傷
が大きく分級不可能であった針状の粉体も分級可能とな
った。

更に、粉体中に数％含まれている過大粒子など規格外粒
子のみを容易に除去できることから、従来かかる過大粒
子の粉砕ために実施されていた作業を省略することがで
き、工程を短縮して製造コストを大巾に低減でき、しか
も、形状や寸法、性質、色彩などの均一な所望通りの粉
体を確実にかつ安価に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明にかかる分級装置を示す斜視図、 第２図は、実験結果を示す説明図である。 １……分級装置、２……ベルト、３……箱体、 ４……ローラ、６……格子状電極板、８……供給装置、 １０……吸引口、１２……第一容器、 １４……スクレーパ、１６……第二容器、 １８……噴出管、２０……噴出口、２２……捕捉装置、 ２３……ホース。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭57−136983（ＪＰ，Ａ) 特公 昭35−14190（ＪＰ，Ｂ１) 特公 昭41−3885（ＪＰ，Ｂ１)

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】導電性のベルト上に微粉体を載せ、当該導
   電性ベルト上方に設けられたこの導電性ベルトと異なる
   極性を有する格子状電極の下方を通過させ、この格子状
   電極により吸い上げられ、当該電極板に沿った空気流で
   捕捉される粒子群と、導電性ベルト反転地点でベルトか
   ら下方に落下する粒子群と、導電性ベルト表面に付着し
   ベルト復路でスクレーパで掻き落とされる粒子群の内の
   少なくとも２種類に分級することを特徴とした微粉体の
   分級方法。
2. 【請求項２】ローラ間に掛け渡した導電性のベルトと、
   このベルトを回転駆動させる駆動装置と、このベルトの
   走行面の上方に設けた格子状電極板と、ベルト上に微粉
   体を供給する供給装置と、前記ベルトと格子状電極板に
   それぞれ異なる電荷を付与する加電装置と、前記電極板
   の上方に当該電極板に沿った空気流を形成し、前記格子
   状電極板に吸い上げられ、その間隙を通過した粒子を前
   記空気流で捕捉する手段と、ベルト往路の反転地点下方
   に備えた第一容器と、ベルト復路に設けられたスクレー
   パと、このスクレーパの下方に配置した第二容器とから
   構成したことを特徴とする微粉体静電分級装置。
3. 【請求項３】電極板に震動装置を設けた請求項第２項記
   載の微粉体静電分級装置。