JPH1034022A - 粉粒体捕集用サイクロン装置及びトナーの製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 サイクロン内の旋回流を乱すこともなく、粉
粒体に対して効率的に遠心力を与え、粉流体を効率的に
捕集可能とするサイクロン装置及びそれを使用したトナ
ーの製造装置を提供しようとするものである。 【解決手段】 予め気体にサイクロン内の旋回流と同じ
方向の水平な旋回運動を与える曲管と、曲管に接続する
整流用水平直管と、水平直管に接続し、サイクロン装置
の外筒の外側より渦巻き状に外筒内に気体を導入する管
を設けたサイクロン装置、及び、該装置を用いたトナー
製造装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、遠心力を利用した粉粒
体の捕集装置、特にサイクロン装置と、トナーの捕集工
程に前記サイクロン装置を組み込んだ静電荷像現像用ト
ナーの製造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、電子写真用トナーの製造は、混練
−粉砕法が主流であり、その一つに乾式製造プロセスが
ある。乾式製造プロセスでは、粉体を空気雰囲気中で加
工、処理、輸送ハンドリングするため、トナーの捕集装
置が必要となる。従来の電子写真用トナーの製造プロセ
スでは、工程間を空気で輸送し、遠心力捕集装置、主に
サイクロン装置でトナーを捕集することが多く、トナー
の原料工程から最終工程までに数多くの捕集装置を使用
する。

【０００３】これらの捕集装置で完全にトナーを分離す
ることはできず、捕集装置におけるロスはトータルで５
〜１０％に及び、コスト、エネルギーの面でかなりの負
担になっている。捕集装置におけるロスは、捕集装置の
排気管に設ける集塵フィルターで回収されるが、この回
収物はフィルター毎の回収量が少ないため、再生にはコ
ストと手間がかかり、さらに製造プロセスを複雑にする
場合が多い。それ故、捕集装置自体の性能・効率の向上
が望まれていた。

【０００４】遠心力を利用して気体から粉粒体を分離す
る遠心力捕集装置では、垂直に立てた円筒形又は円錐形
の外筒に粉粒体を含む気体を接線方向に流入させて旋回
速度成分を発生させる。粉粒体は気体に比べ比重が大き
いため、旋回運動によって発生する遠心力によって外筒
の壁面に沿って旋回しながら重力で落下し、分離された
気体は内筒から流出する。

【０００５】遠心力利用の粉粒体の捕集装置、特にサイ
クロンは水平な直管を外筒の気体流入口に接続し、粉粒
体を含む気体を直管を介して外筒内に導く構造となって
いる。捕集性能は、流入速度を１５〜２５ｍ／ｓｅｃ程
度の範囲で選択し、圧力損失を考慮して各部分の寸法を
最適化することにより確保される。

【０００６】従来は、サイクロン本体を工夫して捕集性
能を向上させるものが多かった。例えば、特開昭６２−
２９４４５６号公報では、サイクロンの排気管に案内羽
根を設けて粒子の飛び込み、ショートパスの原因となる
２次的流れの生成を抑えることが提案されたが、サイク
ロン内部に流体抵抗を設けるため、分離に必要な旋回運
動が乱れ、逆に性能を低下させる原因となった。

【０００７】また、特開平１−１７６４６５号公報で
は、サイクロンの流入管部の内側壁端部を斜めの縁と
し、整流／剪断作用により捕集効率を向上させることが
提案され、特開平１−２４２１６１号公報では、サイク
ロンの流入管部の上方で直胴部中心に近い部分に三角形
状の壁を設け、滞留時間の増加と圧力損失の低減を図る
ことが提案され、特開平４−３４９９４９号公報では、
サイクロンの流入管部に可変式のガイドベーンを設け、
分級点の変更を可能にすることが提案されたが、いずれ
も気体の流入状態を乱し、サイクロン内の旋回運動を乱
すため、捕集装置としての性能は低い。そして、これら
サイクロン本体の改造は、装置構造を複雑にするため、
品種の切換えや洗浄性に難点がある。

【０００８】さらに、特開平６−３２００５５号公報で
は、流入状態に着目して水平な管路の代わりに下側に曲
率を設けた管路を採用しているが、粉粒体がサイクロン
の気体流入口下部に集中し、サイクロンの高さを有効に
活用できず、粒子の旋回回数が減少するため、捕集効率
が低下する。また、サイクロンの流入部の気体の乱れが
多くなるため、性能の向上は望めない。

【０００９】他方、水平な直管で気体をサイクロンに導
入する従来の方式では、粉粒体は配管断面内にほぼ均一
に分散され、サイクロンの流入口では、その断面位置に
関わらず均一な濃度で粉粒体が流入する。そのためサイ
クロンの流入口において、図３のように、サイクロン中
心側から入った粒子９は、外側から入った粒子８より回
転半径が小さくなり（ｒ₂ ＜ｒ₁ ）、分離に必要な遠心
力が十分に得られず、さらに、サイクロン内の旋回流と
接触して旋回流を乱すため、分離性能は低下する。

【００１０】したがって、サイクロンの流入口における
サイクロン中心側から入った粉粒体は、分離されず気体
とともに排出されるという問題がある。従来のようなサ
イクロン本体の改造や、流入口で粉粒体に対して下方の
遠心力を加える方法は、流入状態が乱れると分離に必要
な旋回運動も乱し、逆に捕集効率も低下するという問題
があった。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は、上
記の欠点を解消し、サイクロン内の旋回流を乱すことな
く、粉粒体を効率的に捕集可能とするサイクロン装置及
びそれを使用したトナーの製造装置を提供しようとする
ものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、サイクロ
ン内に乱れのない旋回流を確保し、かつその流れに粉粒
体を効率よく乗せるよう鋭意研究を行った結果、遠心力
が強く働く位置即ちサイクロンの気体導入管の旋回中心
から遠い部分に、粉粒体を集中して流入させることによ
り、前記問題の解決を可能とした。即ち、本発明の構成
は下記のとおりである。

【００１３】(1) 粉粒体を含有する気体に旋回運動を与
えて粉粒体を捕集するサイクロン装置において、予め、
前記気体にサイクロン内の旋回流と同じ方向の水平な旋
回運動を与えるための曲管と、該曲管に接続する整流用
の水平直管と、該水平直管に接続し、サイクロン装置の
外筒の外側より渦巻き状に外筒内に前記気体を導入する
管を設けたことを特徴とするサイクロン装置。

【００１４】(2) 前記整流用水平直管の長さを０．５〜
２ｍとしたことを特徴とする上記(1) 記載のサイクロン
装置。 (3) 上記(1) 又は(2) 記載のサイクロン装置をトナーの
捕集工程に組み込んだことを特徴とするトナーの製造装
置。

【００１５】

【発明の実施の態様】以下、本発明の捕集装置を図面に
よって説明する。図１は本発明の捕集装置の概念を説明
するための平面図であり、図２は図１の捕集装置の断面
図である。図１、２の捕集装置において、１はサイクロ
ンの外筒、２は気体の流れを整流する水平直管、３は粉
粒体６に遠心力を与える、前記水平直管と同じ水平面内
に配置した曲管、４は粉粒体６を含む気体の導入口、５
は粉粒体６を分離した気体を排出するための内筒であ
る。

【００１６】本発明では、図１に示すように粉粒体６
は、水平直管２と同じ水平面内の曲管３でサイクロンの
旋回方向と同じ向きに遠心力が与えられ、水平直管２の
片側に集中させる。そして、水平な直管２の整流部で粉
粒体６を再分散させることなく、サイクロン流入口の外
側より流入させる。流入した気体と粉粒体の混合物はサ
イクロン１内で旋回させ、遠心力の作用で固気分離し
て、気体はサイクロンの外筒１の中心に設けた内筒５よ
り排出し、粉粒体６はサイクロンの外筒内壁を滑り落
ち、回収容器７に貯められる。

【００１７】そして、サイクロンの気体導入口は、サイ
クロンの円筒形の外筒よりさらに外側から概略接線方向
に渦巻き状に気体を旋回させながら外筒内に導入するよ
うに曲率を設ける。即ち、粉粒体を含有する気体は、曲
管でサイクロン内の旋回流と同じ向きの遠心力が付与さ
れ、曲管に続く水平直管で管内の粉粒体分布を保持した
まま気体の流れを整流し、渦巻き状の前記気体導入口よ
りサイクロン内に導入されるため、サイクロン内の旋回
流は乱されることがなく、外筒内壁近傍の旋回流に粉粒
体を載せ、気体は旋回流の最も弱いサイクロンの軸上に
設けた内筒より排出される。このように、粉粒体はサイ
クロン流入時の遠心力を有効に活用して高い捕集効率を
確保することに成功した。

【００１８】前記の捕集効率を確保するためには、予め
気体中の粉粒体にサイクロン内の旋回流と同じ方向の遠
心力を付与することが重要であり、粉粒体は粒子の比重
が大きい方が捕集効果が大きい。この遠心力を付与する
ための曲管の角度は、９０度以上で１８０度未満の範囲
で所定の遠心力を付与できるものであれば、必ずしも限
定されるものではない。また、水平直管は、曲管による
粉粒体の分布を保持しながら気体を整流するのに適した
長さが必要であり、０．５〜２ｍ、好ましくは１〜２ｍ
の範囲が適している。２ｍを越える整流部を設けると、
重力により粉体が流路下部に沈降しやすくなり、分級効
率が低下してしまう。

【００１９】

【実施例】図１、２に示す捕集装置を使用してトナーの
回収実験を行った。捕集装置として用いたサイクロンは
半円周型（気体導入用渦巻流路が半円周に渡るもの）サ
イクロンで円筒部内径２８０ｍｍ、円筒部高さ３３０ｍ
ｍ、逆円錐部高さ８００ｍｍ、円筒部の外側に付設した
気体導入口の幅７０ｍｍ、同高さ１３５ｍｍとし、渦巻
き状の気体導入路を形成した。また、粉粒体回収口の直
径は１３０ｍｍ、内筒の直径は１５５ｍｍ、円筒部内へ
の挿入長さを２２０ｍｍとした。

【００２０】捕集実験に使用したトナーは次のようにし
て得たものである。 スチレン−アクリル系共重合体 ４７重量部 磁性粉 （ＢＬ−２２０、チタン工業社製） ４９重量部 帯電制御剤 （ボントロンＰ−５１、オリエント化学工業社製） １重量部 ポリプロピレン（ビスコース６６０Ｐ、三洋化成工業社製） ３重量部 上記組成物を溶融混練し、機械式粉砕機でｄ₅₀＝７μｍ
に粉砕した。このトナーを１５ｋｇ定量供給機から上記
のサイクロンに約３０ｋｇ／ｈの流速で供給し、回収率
を求めた。なお、同様の実験を３回繰り返して回収率の
平均値で比較した。

【００２１】（実施例１）図４に示す実線の経路、即ち
サイクロンの気体導入部に接続する水平直管に対し、サ
イクロン内の旋回流と同じ方向に旋回するように水平面
内で直角に曲げた曲管（９０度ベント管）を接続した経
路より、トナー含有ガスを供給してトナーの回収率を測
定した。なお、水平直管の長さは１７２５ｍｍとした。

【００２２】（比較例１）図４に示す破線の経路、即ち
サイクロンの気体導入部に接続する水平直管に対し、垂
直に立ち上がる配管から曲管を介して水平直管にトナー
含有ガスを供給し、その他の条件は実施例１と同様の方
法でトナーの回収率を測定した。

【００２３】（比較例２）図４に示す一点鎖線の経路、
即ちサイクロンの気体導入部に接続する水平直管に対
し、サイクロン内の旋回流と逆の方向に旋回するように
水平面内で直角に曲げた曲管を接続した経路より、トナ
ー含有ガスを供給し、その他の条件は実施例１と同様の
方法でトナーの回収率を測定した。

【００２４】〔比較例３〜５〕図４の装置において、整
流用水平直管の長さを１７２５ｍｍから、図５に示すよ
うに、４００ｍｍと短くした以外は、実施例１、比較例
１及び比較例２と同様にしてトナーの回収率を測定し
た。

【００２５】

【表１】

【００２６】実施例１及び比較例１、２と比較例３〜５
を対比すると明らかなように、サイクロンの渦巻き状の
気体導入部に至る整流用水平直管の長さが整流機能を確
保する上で不可欠であることが分かる。また、実施例１
と比較例１、２を対比すると明らかなように、前記水平
直管にトナーを供給するときに、サイクロン内の旋回流
と同じ方向の旋回運動を付与し、気体導入部断面内のト
ナー分布を予め形成することが、トナーの捕集効率を向
上させるために重要であることが分かる。なお、実施例
１と比較例１の回収率の差は１％であるが、粉砕工程を
例にすると、１年間に１０００トン生産するトナーで１
０トンも廃棄されずに製品として回収できるので、その
経済効果は大きい。

【００２７】

【発明の効果】本発明は、上記の構成を採用することに
より、サイクロン内の旋回流を乱すこともなく、粉粒体
に対して効率的に遠心力を与えることができ、その結
果、粉流体の捕集効率を向上させることができ、粉粒体
製品の生産性を向上させて省資源・省エネルギーに大き
く貢献できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の捕集装置の概念を説明するための平面
図である。

【図２】図１の捕集装置の断面図である。

【図３】本発明の効果を説明するための図である。

【図４】実施例１及び比較例１、２のトナー含有ガスの
導入経路の説明図である。

【図５】比較例３〜５のトナー含有ガスの導入経路の説
明図である。

【符号の説明】

１ サイクロンの外筒、 ２ 整流用水平直管、 ３
気体に旋回運動を付与するための曲管、 ４ サイクロ
ンへの気体導入口、 ５ 排気用内筒、 ６粉粒体、
７ 粉粒体回収用容器、 ８ 気体導入口の外側に位置
する粒子、９ 気体導入口の内側に位置する粒子、 １
０ 粉粒体供給口。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 粉粒体を含有する気体に旋回運動を与え
   て粉粒体を捕集するサイクロン装置において、予め前記
   気体にサイクロン内の旋回流と同じ方向の水平な旋回運
   動を与えるための曲管と、該曲管に接続する整流用の水
   平直管と、該水平直管に接続し、サイクロン装置の外筒
   の外側より渦巻き状に外筒内に前記気体を導入する管を
   設けたことを特徴とするサイクロン装置。
2. 【請求項２】 前記整流用水平直管の長さを０．５〜２
   ｍとしたことを特徴とする請求項１記載のサイクロン装
   置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載のサイクロン装置を
   トナーの捕集工程に組み込んだことを特徴とするトナー
   の製造装置。