JPH0760195A - 気流分級機及び気流分級方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 体積平均粒子径２０μｍ以下の粒子を５０個
数％以上含有する様な粉体や、重量平均分子量が１０μ
ｍ以下のトナー原料を分級する気流分級機及び気流分級
方法において、より高精度の分級を可能にし、精緻な粒
度分布を有する微粉体を効率よく安定的に生成すること
の出来る気流分級機及び気流分級方法を提供すること。 【構成】 分級域内に開口部を有する原料供給管中を流
動する気流によって原料粉を分級域に噴出させ、該噴出
気流中の粒子の慣性力及びコアンダ効果による湾曲気流
の遠心力により原料粉を少なくとも粗粉領域及び微粉領
域に分級させる気流分級機において、前記原料供給管内
に分散板が設けられていることを特徴とする気流分級機
及び気流分級方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、コアンダ効果を利用し
た気流分級機及び気流分級方法に関し、特に、体積平均
粒子径２０μｍ以下の粒子を５０個数％以上含有する原
料、及び重量平均粒子径１０μｍ以下のトナー原料を分
級する場合に効率よく分級することが出来る気流分級機
及び気流分級方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、粉体の分級については、各種の気
流分級機及び気流分級方法が提案されている。気流分級
機には、回転翼を用いる分級機と可動部分のない分級機
が一般に使用されている。このうち、可動部分のない分
級機としては、固定壁遠心式分級機及び慣性力分級機が
ある。かかる慣性力分級機としては、Ｌｏｆｆｌｅｒ．
Ｆ．ａｎｄ Ｋ．Ｍａｌｙ：Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ
Ｐｏｗｄｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｄ−２（１９
８１）に例示され、日鉄鉱業製として商品化されている
エルボジェット分級機や、Ｏｋｕｄａ．Ｓ．ａｎｄ Ｙ
ａｓｕｋｕｎｉ．Ｊ：Ｐｒｏｃ．Ｉｎｔｅｒ．Ｓｙｍｐ
ｏｓｉｕｍ ｏｎ Ｐｏｗｄｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇ
ｙ '８１，７７１（１９８１）で例示される分級機が
提案されている。

【０００３】上記したこれらの分級機の好ましい態様と
しては、図６に示した概略断面図及び図７に示した図６
の立体図に示す様に、先ず、分級域内へと開口されてい
る原料供給管１６から原料粉を高速で気流と共に分級域
内へと噴出させる。分級域内にはコアンダブロック２６
を有し、原料粉を含んで噴出されてくる気流に対して角
度の交叉する気流を入気口１４及び１５から導入する
と、コアンダブロック２６に沿って流れる湾曲気流が生
じ、原料粉は該湾曲気流の遠心力によって粗粉と微粉と
に分離される。又、分級域内に先端が細くなっているエ
ッジ１７及び１８を設けておくことにより、粗粉、中粉
及び微粉の如き多分割等の分級も行われる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の気流分級機は、原料粉が瞬時に原料供給管１６
から分級域内へと導入され、分級されて、分級機の系外
へと排出される為、分級域へ導入される原料粉は、原料
供給管１６及び分級機内の入口近傍までに十分に個々の
粒子に分散されていなければ理想的な分級が行われない
という問題がある。特に、原料供給管１６内乃至それ以
前での原料の分散性が重要である。又、分級域への開口
は、コアンダブロック２６の面から一定の開口高さを有
し、ここから原料粉が導入されるが、かかる高さが低く
開口部が狭すぎると粗大粒子による閉塞があり、逆に広
すぎる場合には流速の低下から分散が悪くなるという問
題がある。更に、分級域内へ導入部位により、供給され
る原料粉が夫々異なる軌跡を描くことや粗粉が微粉の軌
跡を攪乱することが生じる為、分級精度の向上には限界
があり、特に、体積平均粒子径２０μｍ以上の粗粒の多
い粉体の分級では著しく分級精度が低下する傾向があっ
た。

【０００５】又、原料供給管口の高さが高くなると上記
の分級精度の低下の問題は更に顕著になる為、現状で
は、粗大粒子による閉塞と分級精度のバランスとから、
原料供給管口は３ｍｍ〜１０ｍｍの範囲で一般に使用さ
れているが、上記の問題点は未だ十分解決されていな
い。更に、分級域内の粉塵濃度が高くなるほど上記の問
題点は顕著になる。即ち、原料粉の分散が十分に行われ
て分級域内に送られるならば理想的な分級が行なわれる
わけであるが、粉塵濃度の高い場合には、原料粉の分散
が十分ではなくなり、分級精度の低下から微粉を除去す
る場合には製品における収率の低下や製品中の微粉の割
合の増加の原因となり、その処理能力を抑えて使用せざ
るを得ない等の問題がある。特に、複写機及びプリンタ
ー等に用いられるトナーを製造する際にかかる問題が顕
著になる。

【０００６】一般に、トナーには数多くの異なった性質
が要求されるが、かかる要求は使用する原材料は勿論の
こと、製造方法によって決定されることも多い。トナー
の分級工程においては、分級された粒子がシャープな粒
度分布を有することが要求される。又、低コストで効率
よく安定的に高品質のトナーを製造することが要求され
ている。更に、最近では複写機及び周辺機器プリンター
における画質向上の為に、トナー粒子が徐々に微細化の
方向に移行しつつある。一般に、物質は細かくなるに従
い粒子間力の働きが大きくなっていくが、樹脂やトナー
も同様で、微粉化する程、粒子同士の凝集力及び付着力
が増大する為、分級効率が低下する。特に、重量平均粒
子径が１０μｍ以下のトナー原料からシャープな粒度分
布を有するトナーを得ようとする場合には、従来の分級
装置及び分級方法では分級収率の低下を引き起こしてし
まうという問題がある。従って、これらのトナー粒子の
凝集や付着を解きほぐし、より分散した状態で分級域に
原料粉流を供給し、分級効率を向上させることが非常に
重要である。以上の点に鑑み、微粉体、特にトナーの如
き樹脂微粉末を、安定且つ効率的に分級し得る気流分級
機及び気流分級方法が望まれている。

【０００７】従って、本発明の目的は、上記従来の問題
点を解決し、特に、体積平均粒子径２０μｍ以下の粒子
を５０個数％以上含有する様な粉体や、重量平均分子量
が１０μｍ以下のトナー原料を分級する気流分級機及び
気流分級方法において、より高精度の分級を可能にし、
精緻な粒度分布を有する微粉体を効率よく安定的に生成
することの出来る気流分級機及び気流分級方法を提供す
ることにある。

【０００８】

【問題を解決するための手段】上記の目的は、以下の本
発明によって達成される。即ち、本発明は、分級域内に
開口部を有する原料供給管中を流動する気流によって原
料粉を分級域に噴出させ、該噴出気流中の粒子の慣性力
及びコアンダ効果による湾曲気流の遠心力により原料粉
を少なくとも粗粉領域及び微粉領域に分級させる気流分
級機において、前記原料供給管内に分散板が設けられて
いることを特徴とする気流分級機及び気流分級方法であ
る。

【０００９】

【作用】本発明者らは、上記した従来技術の問題点を解
決する為に鋭意研究の結果、気流分級機の原料供給管内
に分散板を備えておけば、原料粉が当該分散板に衝突し
て原料粉の凝集や付着が解砕され、解きほぐされる結
果、原料粉をより分散させた状態で分級域に導入するこ
とが出来ることを知見して本発明に至った。即ち、本発
明の気流分級機及び気流分級方法によれば、分級域に原
料粉が充分に分散されて導入される為、分級域での粉体
の分散が向上し、高い粉塵濃度でも良好な分級精度が得
られ、製品の収率低下を防止することが出来る。又、同
じ粉塵濃度で、より良好な分級精度と製品の収率の向上
が可能になる。更に、本発明の気流分級機及び気流分級
方法は、特に、電子写真法による画像形成法に用いられ
る微細化の傾向が著しいトナー又はトナー用着色樹脂粉
体を分級する場合にも、粒子同士の凝集力、付着力が大
きい粒子の凝集等を解きほぐし、より分散した状態で分
級域に原料粉流を供給できる為、分級効率を向上させる
ことが出来る。

【００１０】

【実施例】以下、好ましい実施例を挙げて、本発明を添
付図面に基いて詳細に説明する。図１及び図２に本発明
の気流分級機の一例を示す。図１は概略断面図であり、
図２は図１の立体図である。本実施例の分級機は、図６
及び図７に示した従来の気流分級機と同様に、２２、２
３及び２４に示される形状の側壁と、２５に示される形
状の下部壁を有し、更に側壁２３と下部壁２５には夫々
ナイフエッジ型の分級エッジ１７及び１８を具備し、こ
の分級エッジ１７及び１８により分級ゾーンが３分画さ
れている。

【００１１】又、側壁２２の下部に分級室に開口された
原料供給管１６が設けられており、該供給管１６の底部
接線の延長方向に対して下方に折り曲げて長楕円弧を描
いたコアンダブロック２６を設ける。分級室の上部壁２
７には、分級室下部方向に向かうナイフエッジ型の入気
エッジ１９を具備し、更に、分級室上部には分級室に開
口する入気管１４及び１５が設けられている。又、入気
管１４、１５には、ダンパーの如き第１及び第２気体導
入調節手段２０及び２１、更には静圧計２８及び２９が
夫々設けられている。分級エッジ１７、１８及び入気エ
ッジ１９の位置は、原料粉の種類により、又、所望の粒
径により異なる。又、分級室の底面には夫々の分画域に
対応させて、分級室内に開口する排出口１１、１２及び
１３が設けられている。尚、排出口１１、１２及び１３
には、夫々バルブ手段の如き開閉手段を設けてもよい。

【００１２】本発明の気流分級機の特徴は、原料供給管
１６の内部に分散板７が設けられていることである。図
３に、原料供給管１６の分散板７が設けられている部分
の拡大断面図を示し、図４に図３の立体図を示す。分散
板７は、原料供給管１６内を流動していく原料粉を含む
気流を失速させることなく、一方で、衝突の効果によっ
て原料粉を解砕し一次粒子近傍まで分散される。この分
散板７の形状は、分級処理を行う原料粉の種類及び粒径
等により適宜設定すればよく、図３及び図４のものに限
定されるものではない。例えば、図３及び図４に示した
様な断面形状がひし形となるものでもよいし、その他、
断面形状が平行四辺形、台形、多角形及び矩形等いずれ
のものでもよい。

【００１３】上記の様な効果を有する本発明の気流分級
機における原料供給管１６の形状としては、例えば、原
料供給管１６を直角筒部と先細の角錐筒部とから構成
し、直角筒部の内径と角錐筒部の最も狭まった箇所の内
径の比を、２０：１〜１：１、好ましくは１０：１〜
２：１に設定すると、良好な原料粉の導入速度が得られ
る。尚、分散板７が設けられる部分は、図３及び図４に
示した様に、その内径が充分に得られる構造とする。

【００１４】以上述べた様な構成の本発明の気流分級機
の多分割分級域での分級操作は、具体的には例えば次の
様にして行われる。先ず、図１に示す排出口１１、１２
及び１３の少なくとも１つを介して分級域内を減圧す
る。該減圧により空気の流動が生じ、分級域内に開口さ
れている原料供給管１６内に乱気流が生じる。本発明の
気流分級機においては、好ましくは、該気流を流速５０
ｍ／秒〜３００ｍ／秒の速度となる様に制御し、原料供
給口８から供給された原料粉を原料供給管１６を介して
当該速度で分級域へと供給する。流速５０ｍ／秒より小
さい速度であると、原料粉の凝集や付着を十分に解きほ
ぐすことが出来ず、分級収率及び分級精度の低下を引き
起こす。逆に、流速３００ｍ／秒を超える速度である
と、粉体同士の衝突によって粒子が粉砕され微粒子を生
成し、分級収率の低下を引き起こす傾向にある。

【００１５】この際、原料粉を原料供給管１６内へと投
入する手段としては、０．１〜３Ｋｇ／ｃｍ² の圧を加
えて原料粉を送り込む方法、分級域の下流側にある送風
機を大型化し、分級域の負圧をより大きくすることで外
気と原料粉を自然に吸引する方法、或は原料粉供給口に
インゼクションフィーダーを装着し、これによって原料
粉と外気とを吸引せしめると共に原料供給管を経て分級
ゾーンへ送る方法等がある。以上の手段により、分級域
内へと供給された原料粉は、コアンダブロック２６の作
用によるコアンダ効果と、その際に流入する空気の如き
気体の作用とにより、図１中に破線の矢印で示した様に
湾曲線３０を描いて飛散し、夫々の粒径の大小に応じ
て、大きい粒子（規定内平均粒子径以上の粗粒子）は気
流の外側、即ち、分級エッジ１８の外側の分画へ、中間
の粒子（規定内粒径の粒子）は分級エッジ１８と１７と
の間の分画へ、小さい粒子（規定内粒径以下の粒子）は
分級エッジ１７の内側の分画へ夫々分割され、大きい粒
子は排出口１１より、中間の粒子は排出口１２より、小
さい粒子は排出口１３より夫々排出される。

【００１６】上述の方法を実施するには、通常、相互の
機器をパイプの如き連通手段等で連結してなる一体装置
システムを使用する。図５に、かかる装置の好ましい例
を示す。図５に示す一体装置は、先に説明した図１及び
図２に示される形式の３分割分級機１、定量供給機２、
振動フィーダー３及び捕集サイクロン４、５、６を、夫
々連通手段で連結して成るものである。この装置におい
て、原料粉は適宜の手段により定量供給機２に送り込ま
れ、ついで振動フィーダー３を介し、原料供給管１６に
より分割分級機１内へと導入される。

【００１７】原料供給管１６内では、前記した様に、分
散板７に原料粉が衝突することによって原料粉の凝集や
付着が解砕され解きほぐされて、充分に分散された状態
で分散板７の後方へと移行した後、整流作用を受けて３
分割分級機１内に導入される。分級機１の分級域を構成
する大きさは通常、［１０〜５０ｃｍ］×［１０〜５０
ｃｍ］程度なので、流速５０ｍ／秒〜３００ｍ／秒の速
度で分級機１内に導入された原料粉の粉砕物は、０．１
〜０．０１秒以下の瞬時に３種以上の粒子群に分級する
ことが出来る。

【００１８】そして、図５に示した一体装置システムに
使用される３分割分級機１では、上記手順を経て、大き
い粒子（規定より大きい粒子径の粒子）、中間の粒子
（規定内粒子径の粒子）及び小さい粒子（規定より小さ
い粒子径の粒子）に分級される。その後、大きい粒子は
排出導管１１を通って捕集サイクロン６に送られ、次い
で規定外粒子径の粗粉６１として回収される。中間の粒
子は排出導管１２を介して系外に排出され、捕集サイク
ロン５で捕集されて製品５１となるべく回収される。小
さい粒子は、排出導管１３を介して系外に排出され、捕
集サイクロン４で捕集され、次いで規定外粒子径の微小
粉４１として回収される。尚、捕集サイクロン４、５及
び６は、粉砕原料を原料供給管１６を介して分級域に吸
引導入する為の吸引減圧手段としての働きをしている。

【００１９】上記の様な本発明の気流分級機及び気流分
級方法によれば、原料供給管１６内の分散板７による衝
突効果により、凝集粉や付着粉が解砕され解きほぐされ
て分散効果が発揮される結果、原料供給管１６内の粉体
をより分散させた状態で分級機の分級域へと導入するこ
とが出来る。この為、分級域での原料粉の分散性がより
向上し、より高い粉塵濃度でも良好な分散精度が得ら
れ、製品の収率低下を防止することが出来る。又、同じ
粉塵濃度で、より良好な分級精度と製品の収率の向上が
可能になる。本実施例の分級機を用い、体積平均粒子径
２０μｍ以下の粒子を５０個数％以上含有する原料粉を
分級したところ、従来に比べ効率よく分級を行うことが
出来た。

【００２０】又、本発明の気流分級機及び気流分級方法
は、特に、電子写真方法による画像形成方法に用いられ
るトナー又はトナー用着色樹脂粉体を分級する場合に有
効である。近年、使用者のニーズに答えて高画質化を目
指す複写機や周辺機器プリンターに用いられるトナー
は、より微細化の方向に移行しつつあるが、先に述べた
様に、トナー粒子は微細化するほど、粒子同士の凝集
力、付着力が大きくなり、これらをより分散させること
が、分級効率を向上させる上で非常に重要である。これ
に対し、本発明の分級装置及び分級方法では、これらの
トナー粒子の凝集や付着が分散板への衝突の効果により
解砕し解きほぐされて、より分散した状態で分級域に原
料粉流を供給できる為、分級効率を向上させることが出
来る。本発明は、特に、重量平均粒子径１０μｍ以下の
トナー原料を分級する場合に効果が高い。

【００２１】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明の気流分級機
及び気流分級方法によれば、より高精度の分級が可能と
なり、精緻な粒度分布を有する粉体、特に体積平均粒子
径２０μｍ以下の粒子を５０個数％以上含有する粉体を
効率よく分級することが可能となる。更に、本発明の気
流分級機及び気流分級方法は、特に、トナーの様な、粒
子が微細化する程、粒子同士の凝集力及び付着力が大き
くなる熱可塑性樹脂を母体とする粉体及びそれ自体を分
級する時にも有効であり、特に、重量平均粒子径１０μ
ｍ以下のトナー原料を分級する場合に効果がより顕著に
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の気流分級機の一実施例の概略断面図で
ある。

【図２】図１に示す気流分級機の立体図である。

【図３】本発明の気流分級機の原料供給管部分をより詳
しく説明するための拡大断面図である。

【図４】図３の立体図である。

【図５】本発明の気流分級機を用いた分級プロセスの一
例を示す説明図である。

【図６】従来例の気流分級機の概略断面図である。

【図７】図６の立体図である。

【符号の説明】

１；固体粒子多分割分級装置 ２；定量供給機 ３；振動フィーダー ４、５、６；捕集サイクロン ７；分散板 ８；原料供給口 １１、１２、１３；排出口 １４、１５；入気口 １６；原料供給管 １７、１８；分級エッジ １９；入気エッジ ２０；第１気体導入調節手段 ２１；第２気体導入調節手段 ２２、２３、２４；側壁 ２５；下部壁 ２６；コアンダブロック ２７；上部壁 ２８、２９；静圧計 ３０；固体粒子の飛散方向

フロントページの続き (72)発明者 宮野 和幸 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 分級域内に開口部を有する原料供給管中
   を流動する気流によって原料粉を分級域に噴出させ、該
   噴出気流中の粒子の慣性力及びコアンダ効果による湾曲
   気流の遠心力により原料粉を少なくとも粗粉領域及び微
   粉領域に分級させる気流分級機において、前記原料供給
   管内に分散板が設けられていることを特徴とする気流分
   級機。
2. 【請求項２】 分級域内に開口部を有する原料供給管中
   を流動する気流により流速５０ｍ／秒〜３００ｍ／秒の
   速度で原料粉を分級域に噴出させ、該噴出気流中の粒子
   の慣性力及びコアンダ効果による湾曲気流の遠心力によ
   り少なくとも粗粉領域及び微粉領域に原料粉を分級する
   気流分級方法において、原料供給管内を流動している原
   料粉を分散板に衝突させて分散させることを特徴とする
   気流分級方法。