JPWO2007145207A1 - 気流分級機および分級プラント - Google Patents

Abstract

ケーシング２内に分級板７を設け、その分級板７の外周囲に粗粉排出口８を形成し、分級板７の中心部に設けられた微粉吸引口１１に微粉排出筒１２を接続する。ケーシング２には分級板７の上面外周部との間に一次分級室１３を形成するスカート部１４と、そのスカート部１４の内径部に一次分級室１３と同軸上に二次分級室１６を形成する円筒部１５とを設ける。一次分級室１３の外周囲に複数のエアノズル３３を等間隔に設け、各エアノズル３３から一次分級室１３の外周部周方向に高圧エアを噴射して旋回気流を形成し、その旋回気流を二次分級室１６内に流入させて、旋回させつつ上昇させる。二次分級室１６の周壁外周に環状の粉体供給ヘッダ３４を設け、その粉体供給ヘッダ３４内に供給されて旋回する粉体を、その内周壁に形成された流入孔３６から二次分級室１６内に旋回流入させ、その粉体を旋回させて粗粉と微粉を含む中間粉とに遠心分離する。中間粉を二次分級室１６の周壁内面に沿って旋回させつつ上昇させ、天井面に沿って半径方向内方に移動させ、かつ二次分級室１６の中心部で下向きに強力な旋回渦を形成せしめて中間粉を粗粉と微粉とに遠心分離し、微粉を微粉排出筒１２内に吸引する。

Description

この発明は、複写機の現像用トナー等の粉体を微粉と粗粉とに分級する気流分級機および分級プラントに関するものである。

粉体を高速度で旋回させて微粉と粗粉とに遠心分離する気流分級機として特許文献１に記載されたものが従来から知られている。

図１０は、上記特許文献１に記載された気流分級機を示す。この気流分級機は、ケーシング８０内に外周から中央に向けて上り勾配をもって傾斜する分級板８１を設け、その分級板８１上に分級カバー８２を設け、その分級カバー８２と分級板８１との間に形成された分級室８３の周壁に複数のルーバーを環状に配置し、隣接するルーバー間に二次エアを分級室８３内に旋回流入させる流入路８４を設けている。

また、ケーシング８０の上部に粉体案内筒８５を設け、その粉体案内筒８５の上部外周に接線方向に向く粉体供給筒８６を設け、その粉体供給筒８６から粉体案内筒８５内に粉体と高圧エアの固気混合流体を供給し、粉体案内筒８５内の外周部において旋回しつつ下降する粉体を分級カバー８２の外周囲に設けられた粉体供給口８７から分級室８３内に旋回しながら流入させ、流入路８４から分級室８３内に流入する二次エアにより粉体の旋回速度を加速して粉体を微粉と粗粉とに遠心分離し、分級室８３の中心部に移行する微粉を分級板８１の中心部に接続した微粉排出筒８８内に吸引流入させるようにしている。

また、分級室８３内の外周部で旋回する粗粉を分級板８１の外周囲に形成された粗粉排出口８９から排出させるようにしている。
特開平１１−１３８１０３号公報

ところで、上記従来の気流分級機においては、分級室８３内における粉体の旋回時に、流入路８４から分級室８３内に二次エアを流入させ、その二次エアによって粉体の旋回速度を加速させる構成であるため、分級室８３に流入する固気混合流体の旋回気流と二次エアの旋回気流の合流により旋回渦に乱れが生じて粉体をきれいに高速旋回させることができないため、精度の良い分級を行うことができない。また、粉体案内筒８５から分級室８３内に流入するエア量が多く、粒子に作用する中心向きの速度が大きくなって分離粒子径を小さくすることができないなどの改良すべき点が残されていた。

また、単一の分級室８３において粉体を分級処理するため、粉体の分級点を調整するのに分級室８３の高さを高くし、あるいは内径を大きくして容積を増大させると、分級室８３内での粉体の旋回速度が低下して粉体を精度よく遠心分離することができなくなるため、制約された小容積の分級室８３内において粉体とエアの混合比の高い状態で分級を行なう必要が生じる。このため、分級精度が良いとは言えず、その分級精度を向上させるうえにおいても改善すべき点が残されている。

さらに、分級室８３内に二次エアを吸引により流入させて旋回気流を加速させる必要があるため、分級室８３での空気量が増え、微粉排出筒８８に吸引力を付与するブロワとしては風量の大きい大型のものを採用する必要が生じる。しかも、微粉排出筒８８からエア搬送される混合流体を微粉とエアとに分離するサイクロン分離機や、分離後のエア中から粉体を捕集するバッグフィルタなどの付属品も風量に比例して大型化する必要があるため、設備費が高くなり、そのコストの低減を図るうえにおいても改善すべき点が残されている。

一般に、複写機等の画像形成装置に使用されるトナーにおいては、粒径が必要以上に大きいものや、必要以上に小さいものが含まれると、鮮明な画像を形成することができない。そこで、トナーの製造プラントにおいては、第１の気流分級機によって分級処理された微粉を第２の気流分級機に供給して、上記微粉を微粉と超微粉とに分級し、その微粉を製品としている。

ところで、近年のトナー製造においては、製品のより小粒径化と粒度分布の精度の良さが求められているが、従来の気流分級機ではその精度を求めることは構造上困難になってきた。

そこで、従来では、１段目の気流分級機で分級した微粉を２段目の気流分級機で再分級して小粒径トナーを製造しているため、二系列の気流分級機が必要となり、設備コスト、ランニングコストが高くなっている。

この発明の課題は、一段の分級機で粉体を小粒径のものまで高精度に分級することができると共に、設備コストとランニングコストの低減を図ることができるようにした気流分級機および分級プラントを提供することである。

上記の課題を解決するために、この発明に係る気流分級機においては、ケーシング内に分級板を設け、ケーシング内には分級板の上面外周部上に略円筒状の一次分級室と、その一次分級室と同一軸上に一次分級室より小径の略円筒形または円錐形の二次分級室とを設け、前記一次分級室の周壁下部に高圧エアの噴射、または、外部エアの吸引により一次分級室内に旋回気流を形成するエアノズルを設け、前記分級板の外周とケーシングの内周面間に粗粉排出口を形成し、前記分級板の中心部に形成された微粉吸引口に微粉排出筒を接続し、前記二次分級室の周壁外周部に環状の粉体供給ヘッダを設け、この粉体供給ヘッダに、その内部外周の周方向に向けて粉体を供給する粉体供給筒を接続すると共に、粉体供給ヘッダの内周壁に、粉体供給ヘッダ内で旋回する粉体を一次分級室の上部内または二次分級室の下部内に旋回流入させる流入孔を形成した構成を採用したのである。

上記の構成から成る気流分級機において、微粉排出筒に吸引力を付与する状態でエアノズルから一次分級室内の外周部に向けて高圧エアを噴射するか、または外部エアを吸引すると、一次分級室内に旋回気流が形成され、その旋回気流は半径方向内方に移動し、二次分級室の下端開口の位置まで移動すると、二次分級室の周壁内面に沿って旋回しつつ上方に移動する。

上記のように、一次分級室および二次分級室において旋回気流が形成される状態で粉体供給ヘッダ内に送り込まれた粉体を流入孔から二次分級室内に旋回流入させると、粉体は旋回気流の流れに乗って旋回することになる。

粉体の供給時、二次分級室内では旋回気流が形成されており、その旋回気流と粉体供給ヘッダ内の少量の高圧エアで吸引、分散されて粉体供給筒から噴射されてできた旋回気流が合流するが、この旋回気流は狭くなった流入孔内を通過し、またエア量も少ないため、粉体供給ヘッダ内の旋回流れの影響を二次分級室内の旋回気流に与えることがなく、その二次分級室内において粉体を精度よく分級処理することができる。

また、粉体を旋回流入させる流入孔の位置は、粗粉排出口より上位であり、しかもその粗粉排出口より内径側に位置しているため、粉体は粗粉排出口内に直ちに流れ落ちるようなことはない。

このため、供給された粉体のほぼ全体が旋回気流の流れに乗って旋回して粗粉と中間粉(一部に粗粉が含まれた微粉)とに遠心分離され、粗粉は一次分級室内に流れ落ちて、その一次分級室内で旋回する旋回気流によりさらに分散され、かつ分級され、一次分級室の外周部で旋回する粗粉は粗粉排出口に排出され、中間粉は二次分級室内を旋回しながら上昇する。

一方、粗粉に含まれていた微粉は一次分級室の内方に移動し、二次分級室の外周部に対向する位置まで移動すると、二次分級室内で旋回する中間粉と合流して、その二次分級室の周壁内面に沿って旋回しつつ上昇し、二次分級室の天井面に至ると、その天井面に沿って半径方向内方に向きを変える。

このとき、微粉吸引口には吸引力が付与され、その吸引力は二次分級室の中心部に作用しているため、天井面に沿って半径方向内方に移動した中間粉は二次分級室の中心部において下向きに流れを変え、旋回渦を作りながら下降する。この下降する旋回渦の内径は微粉吸引口の口径にほぼ等しく、二次分級室の内径より著しく小径のものであるため、旋回渦の流速は速くなり、中間粉は粗粉と微粉とに効果的に遠心分離され、粗粉は半径方向外方に拡がりながら旋回下降して一次分級室内に流入し、その一次分級室内において遠心分離され、粗粉排出口から排出される。一方、微粉は旋回渦にのって下降してエアと共に微粉吸引口から吸引排出される。

ここで、エアノズルからの高圧エアの噴射、または、外部エアの吸引により一次分級室内で形成される旋回気流に速度ムラがあると、粗粉に微粉が混入する状態で粗粉排出口から排出される可能性がある。その旋回気流の速度ムラを抑制するため、エアノズルを複数とし、その複数のエアノズルを一次分級室の周壁外周囲に等間隔に設けるのがよい。

この場合、一次分級室の周壁外周囲に、複数のエアノズルのそれぞれに高圧エアを供給するリング状のエア供給ヘッダと、そのエア供給ヘッダに高圧エアを送り込むエア供給筒とを設けることにより、複数のエアノズルのそれぞれから同一圧力で同量の高圧エアが噴射されることになるため、旋回気流の速度ムラを抑制し、周方向の全体にわたって均一な速度の旋回気流を形成することができる。
また、外部エアを吸引する場合は、エア供給ヘッダを取り除いても均一な旋回気流を形成することができる。

ここで、リング状のエア供給ヘッダの内周部に周方向に傾斜する多数のベーンを等間隔に設け、隣接するベーン間をエアノズルとすることにより、周方向の全体にわたってより均一な速度の旋回気流を形成することができる。

また、二次分級室の中心部に形成される旋回渦が二次分級室の半径方向にずれ動く不安定な状態になると、精度の良い分級を行なうことができなくなるおそれがあるため、二次分級室の頂壁中心部に、円錐形又は円筒形のセンタコアを設けて旋回渦の安定化を図るのがよい。この場合、センタコアの中心軸上に排気口を形成すると、その排気口から二次分級室のエアを排気することができるため、排気抵抗が減り、一次分級室および二次分級室内の圧力が異常に上昇するのを防止することができ、微粉排出筒に吸引力を付与するブロワまたはエア供給筒に高圧エアを供給するブロワとして小型のものを採用することができる。また、上記排気口と微粉排出筒とで、粒径の異なる微粉を得ることも可能となる。

この発明に係る気流分級機において、一次分級室の高さ寸法を調整可能とし、あるいは二次分級室の高さ寸法を調整可能とすると、分級点を調整することができる。

また、二次分級室を上下方向に複数段に区分し、二次分級室の上段側に至るに従って内径寸法を小径とすると、二次分級室の各段の分級室において粉体は分級処理されると共に、上段側の二次分級室に至るに従って気流の旋回径が小さくなって速度が増すため、粗粉の混入の極めて少ない粒径の小さな微粉を得ることができる。

さらに、流入孔を環状のスリットとし、あるいは周方向に間隔をおいて配置される複数の円弧状のスリットとすると、粉体は二次分級室あるいは一次分級室の周方向の全体から略均一に供給されることになるため、粉体を極めて効果的に分級処理することができる。

この発明に係る第１の分級プラントにおいては、上記気流分級機と、その気流分級機の微粉排出筒から送り込まれてくる固気混合流体を微粉とエアとに分離する固気分離機と、その固気分離機のエア出口から送り込まれてくるエア中の粉体を捕集してエアを清澄化する集塵機と、その集塵機に吸引力を付与するか、あるいは前記エアノズルに高圧エアを送り込むブロワとからなる構成を採用したのである。

ここで、気流分級機のケーシングの下端出口に粉体を粉砕処理する粉砕機を接続し、その粉砕機の粉体出口部と粉体供給ヘッダに粉体を供給する粉体供給筒とを循環路で接続し、その循環路の途中に粉体供給管を接続すると、ケーシングの下端開口から排出される粗粉は粉砕機により粉砕処理されて粉体供給ヘッダに戻され、その粉体供給ヘッダから気流分級機に送り込まれて再度分級処理されるため、精度の良い粒度分布の製品を得ることができる。

上記第１の分級プラントの固気分離機の粉体出口から送り込まれてくる微粉を製品とされる微粉と超微粉とに分級する第２の気流分級機と、その第２の気流分級機から送り込まれてくる固気混合流体を超微粉とエアとに分離する第２の固気分離機と、その固気分離機から送り込まれてくるエア中の粉体を捕集してエアを清澄化する第２の集塵機とを設けると、一方の気流分級機において分級処理された微粉を第２の気流分級機において連続して分級処理することができ、その分級処理によって分離された極めて粒径の小さい微粉はバッグフィルタで回収され、粒度分布幅の小さい微細な粉体を得ることができる。このため、トナーの製造に際し、そのトナーを連続的に製造することができ、トナーを極めて効率よく製造することができる。

この発明に係る第２の分級プラントにおいては、ケーシング内に設けられた分級板上に分級室を形成し、その分級室内で粉体を高速旋回させて粗粉と微粉とに遠心分離し、粗粉を分級板の外周部に形成された粗粉排出口から下方に排出し、微粉を分級板の中央に接続された微粉排出筒から排出させる一次処理用の気流分級機と、その気流分級機のケーシングの下端から排出される粗粉を粉砕し、粉砕処理後の粉体を前記気流分級機の分級室内に循環させる粉砕機と、前記微粉排出筒から送り込まれてくる固気混合流体を微粉とエアとに分離する固気分離機と、その固気分離機から送り込まれてくる微粉を分級処理するこの発明に係る二次処理用の気流分級機と、その二次処理用の気流分級機の微粉排出筒から送り込まれてくる固気混合流体をエアと超微粉とに分離する固気分離機と、その固気分離機のエア出口から送り込まれてくるエア中の粉体を捕集してエアを清澄化する集塵機と、その集塵機に吸引力を付与するか、あるいは前記エア供給筒に高圧エアを送り込むブロワとからなる構成を採用したのである。

上記のように、この発明に係る気流分級機においては、エアノズルから一次分級室内に高圧エアを噴射すると、その高圧エアは一次分級室内で旋回して旋回気流を形成すると共に、その旋回気流は二次分級室の周壁内面に沿って旋回しつつ上昇し、その旋回気流中に粉体供給ヘッダ内で旋回する粉体の旋回気流が狭い流入孔から供給されるので、二次分級室内で旋回する旋回気流が乱されるようなことはなく、粉体を高精度に分級処理することができる。

また、一次分級室内で粉体を粗粉と中間粉（一部に粗粉を含む微粉）とに一次分級したのち、中間粉を二次分級室に導いて粗粉と微粉とに二次分級するようにしたので、微粉中に粗粉が混入することが少なく、精度の良い分級処理を可能とすることができる。このため、従来は二段の気流分級機を使って処理していたが、一段の気流分級機で処理できるようになる。

さらに、粉体供給用のエアが少ない分級処理であるため、分級室での空気量が少なくて済む。そのため、この発明の気流分級機を採用した分級プラントにおいては小型のブロワを採用することができると共に、微粉回収用の固気分離機や、その固気分離機より分離されたエア中の粉体を捕集する集塵機として小型のものを採用することができるので、設備コストおよびランニングコストの低減を図ることができる。

また、第２の分級プラントのように、一次処理用の気流分級機で分級処理した微粉をこの発明に係る二次処理用の気流分級機で分級処理することにより、粗粉および超微粉の混入の極めて少ない粒度分布幅の狭い微粉を得ることができる。

この発明に係る気流分級機の実施形態を示す概略図 図１のII−II線に沿った断面図 図１のIII−III線に沿った断面図 気流分級機の上側部分の詳細を示す断面図 図１に示す気流分級機を用いた分級プラントの概略図 エアノズルの他の例を示す断面図 図１に示す気流分級機を用いた分級プラントの他の例を示す概略図 図１に示す気流分級機を用いた分級プラントのさらに他の例を示す概略図 この発明に係る分級プラントの他の例を示す概略図 従来の気流分級機を示す概略図

符号の説明

Ａ_１ 気流分級機
Ａ_２ 気流分級機
Ｂ 分級プラント
２ ケーシング
７ 分級板
８ 粗粉排出口
１１ 微粉吸引口
１２ 微粉排出筒
１３ 一次分級室
１６ 二次分級室
１６ａ 上段側二次分級室
１６ｂ 下段側二次分級室
２６ センタコア
２６ｃ 排気孔
２７ 円錐面
３１ エア供給ヘッダ
３３ エアノズル
３４ 粉体供給ヘッダ
３５ 粉体供給筒
３６ 流入孔
４０ ジェットミル(粉砕機)
４３ 循環路
５２ 粉体供給管
６２ サイクロン分離機(固気分離機)
７０ バッグフィルタ(集塵機)
７２ ブロワ
７３ ブロワ
８０ ケーシング

以下、この発明の実施形態を図１乃至図９に基づいて説明する。図１乃至図４は、この発明に係る気流分級機の実施の形態を示す。図示のように、気流分級機Ａ_１は、ケーシング２を有している。ケーシング２は、上部ケーシング３と下部ケーシング４とに分割され、その下部ケーシング４の中心軸上には内周に雌ねじが形成された支持筒５が設けられている。

支持筒５は固定の配置とされ、その下端に設けられた内向きのフランジ５ａ上に複数のスペーサ６が組込まれている。また、支持筒５には、分級板７の下面中央に設けられたねじ筒７ａがねじ係合されている。

分級板７は、上記支持筒５内に組込まれたスペーサ６の数を増減することによって高さ調整される。

分級板７の上面は、外周から中心に向けて上り勾配をもって傾斜する円錐形とされ、その外周とケーシング２の内周間に環状の粗粉排出口８が設けられている。実施の形態では分級板７を円錐形状としているが、フラットな平板形状であってもよい。

ねじ筒７ａの内周上部はテーパ孔９とされ、そのテーパ孔９内にテーパリング１０が着脱自在に嵌合されている。テーパリング１０の内側は微粉吸引口１１とされている。テーパリング１０として、ここでは、上端を小径端とされたテーパ状の微粉吸引口１１を有するものを採用したが、上端を大径端とするテーパ状の微粉吸引口を有するテーパリング等、多様な口径のものを用いることができる。

支持筒５には微粉排出筒１２の上部が接続されている。微粉排出筒１２はＬ形をなし、先端部は下部ケーシング４の一部を貫通して外部に臨んでいる。

上部ケーシング３は、分級板７の上面外周部との間で一次分級室１３を形成するスカート部１４と、そのスカート部１４の内径部から立ち上がる円筒部１５とを有し、上記円筒部１５の内側が二次分級室１６とされている。

スカート部１４として、ここでは、分級板７と平行な傾きを有するものを示したが、傾きのない水平状のものや分級板より傾きの大きいものであってもよい。

スカート部１４と下部ケーシング４の対向面間には複数のスペーサ１７が組込まれ、そのスペーサ１７の数の増減によって一次分級室１３の高さ寸法を調整し得るようになっている。

円筒部１５は、蓋体１５ａと、その蓋体１５ａによって上端の開口が閉塞された上部リング１５ｂと、その上部リング１５ｂより大径の下部リング１５ｃとからなる段付き円筒部とされ、その円筒部１５内の二次分級室１６は上部リング１５ｂ内の上段側二次分級室１６ａと、下部リング１５ｃ内の下段側二次分級室１６ｂとに区分されている。

ここで、上段側二次分級室１６ａは、上部リング１５ｂを高さが異なる上部リングに取り変えることによって高さ調整することができ、また、下段側二次分級室１６ｂも下部リング１５ｃを高さが異なる下部リングに変えることによって、高さ調整することができる。なお、上部リング１５ｂの取り替えに代えて、上段側二次分級室１６ａの上部壁を上下に移動自在として、上段側二次分級室１６ａを高さ調整するようにしてもよく、同様に下段側二次分級室１６ｂの高さを調整することもある。また、上段側二次分級室１６ａとして、ここでは、円筒形のものを示したが、上側に至るに従って小径となる円錐形としてもよい。

蓋体１５ａ、上部リング１５ｂ、および下部リング１５ｃは連結手段２０によって上部ケーシング３を形成する組立て状態に保持される。連結手段２０として、ここでは、下部ケーシング４の外周上部に複数の支持片２１を設け、各支持片２１に下端が固定されたねじ軸２２の上部を蓋体１５ａの頂壁上面に固定された連結片２３に貫通せしめ、そのねじ軸２２の上端部にノブ２４をねじ係合して締め付けるようにしている。

蓋体１５ａの頂壁中央にはコア挿入孔２５が形成され、そのコア挿入孔２５内にセンタコア２６がスライド自在に挿入されている。センタコア２６は、アウタコア２６ａと、そのアウタコア２６ａ内にスライド自在に挿入されたインナコア２６ｂとからなり、上記アウタコア２６ａおよびインナコア２６ｂの下部に円錐面２７が設けられている。

インナコア２６ｂの中心軸上には排気口２６ｃが形成されている。また、インナコア２６ｂの上端にはフランジ２８が設けられ、そのフランジ２８と上部リング蓋体１５ａ間に高さ調整リング２９が組込まれている。このため、高さ調整リング２９を長さが異なる他の高さ調整リング２９に取り替えることによってインナコア２６ｂの二次分級室１６内への突出長さを調整することができ、その調整位置でセンタコア２６を固定するボルト３０を蓋体１５ａにねじ込んで固定している。

上部ケーシング３と下部ケーシング４の接合部における外側には環状のエア供給ヘッダ３１が設けられ、そのエア供給ヘッダ３１の外周対向位置にエア供給筒３２が接続されている。

エア供給ヘッダ３１の内周には複数のエアノズル３３が等間隔に設けられている。各エアノズル３３は、エア供給ヘッダ３１内に供給された高圧エアを一次分級室１３内の外周部周方向に向けて噴射するようになっている。

下部リング１５ｃの外周には環状の粉体供給ヘッダ３４が設けられ、その粉体供給ヘッダ３４に複数の粉体供給筒３５が等角度位置に接続されている。粉体供給筒３５は粉体供給ヘッダ３４内の外周部周方向に向けて粉体を噴射するようになっており、その粉体の噴射方向とエアノズル３３から一次分級室１３内に噴射される高圧エアの噴射方向と同方向とされている。

粉体供給ヘッダ３４の内周壁には、その内部において旋回する粉体を下段側二次分級室１６ｂ内に旋回流入させる環状のスリットからなる流入孔３６が設けられている。なお、流入孔３６は、一次分級室１３の周壁上部で開口させて、その一次分級室１３の上部外周に粉体を旋回流入させるようにしてもよく、あるいは、粉体供給ヘッダ３４を上段側二次分級室の周壁外周部に設けてもよい。さらに、粉体供給ヘッダ３４の底壁に形成して、下段側二次分級室１６ｂの上部から下向きに粉体を旋回流入させるようにしてもよい。また、流入孔３６は、環状に配置された複数の円弧状のスリットから成るものであってもよい。

図５は、上記の構成から成る気流分級機Ａ_１を採用した分級プラントを示す。この分級プラントにおいては、気流分級機Ａ_１の粉体供給筒３５に粉体供給装置５０を接続している。粉体供給装置５０はエア噴射ノズル５１から粉体供給管５２内に噴射される高圧エアによりホッパ５３内の粉体を吸引分散させ、粉体供給管５２を通って粉体供給筒３５に送り込むようにしている。

気流分級機Ａ_１によって分級され、微粉排出筒１２内に吸引排出される微粉は微粉供給路６１から固気分離機としてのサイクロン分離機６２に送り込まれるようになっている。

サイクロン分離機６２は、微粉とエアとに分離する。製品となる微粉は下端の出口６３から排出され、エアはエア供給路６４から集塵機としてのバッグフィルタ７０に送り込まれるようになっている。

バッグフィルタ７０はエア中に含まれる粉体を捕集する。清澄化されたエアはブロワ７２により吸引されて外部に排出される。

いま、ブロワ７２を稼動し、微粉排出筒１２に吸引力を付与する状態において、図４に示す気流分級機Ａ_１のエア供給筒３２に高圧エアを供給すると、その高圧エアはエア供給ヘッダ３１から複数のエアノズル３３に送り込まれ、各エアノズル３３から一次分級室１３内の外周部周方向に噴射される。

このとき、複数のエアノズル３３は等間隔に設けられているため、高圧エアは一次分級室１３内に均等に供給され、一次分級室１３において高速度で旋回し、旋回気流が形成される。

上記旋回気流は一次分級室１３内を半径方向内方に移動し、二次分級室１６の下段側二次分級室１６ｂの下端開口の位置まで移動すると、その下段側二次分級室１６ｂの周壁内面に沿って旋回しつつ上方に移動する。

上記のように、一次分級室１３および下段側二次分級室１６ｂにおいて旋回気流が形成される状態で粉体供給装置５０から粉体供給ヘッダ３４内に粉体を供給すると、その粉体は流入孔３６から下段側二次分級室１６ｂ内に旋回流入し、下段側二次分級室１６ｂ内に形成された旋回気流の流れに乗って旋回する。

ここで、粉体の供給時、下段側二次分級室１６ｂ内では旋回気流が形成されており、粉体供給筒３５から粉体供給ヘッダ３４内に噴射されて旋回する粉体の旋回気流は狭いスリットからなる流入孔３６内を通過して流入するため、下段側二次分級室１６ｂ内で旋回する旋回気流を乱すようなことはなく、その下段側二次分級室内１６ｂ内において粉体を高速度で旋回させることができる。

下段側二次分級室１６ｂ内での粉体の旋回流により、粉体は粗粉と中間粉(一部に粗粉が含まれた微粉)とに分級され、粗粉は一次分級室１３内に流れ落ちて、その一次分級室１３内で旋回する旋回気流により分散され、かつ再分級され、一次分級室１３の外周部で旋回する粗粉は粗粉排出口８に排出される。

一方、粗粉から分離された微粉は一次分級室１３の内方に移動し、下段側二次分級室１６ｂの外周部に対向する位置まで移動すると、その下段側二次分級室１６ｂ内に進入し、その下段側二次分級室１６ｂで旋回する中間粉と合流して、その下段側二次分級室１６ｂの周壁内面に沿って旋回しつつ上昇する。

下段側二次分級室１６ｂ内で旋回する中間粉は再び粗粉と微粉に分級され、粗粉は下降して一次分級室１３内に入り、その一次分級室１３内において再度分級された後、粗粉排出口８から排出される。

一方、微粉は旋回しつつ上昇し、上段側二次分級室１６ａの下端に至ると、その上段側二次分級室１６ａ内に進入して、旋回しつつ上昇する。

このため、微粉は上段側二次分級室１６ａ内でも再度微粉と粗粉に遠心分離され、粗粉は下降して、下段側二次分級室１６ｂおよび一次分級室１３内に進入し、各室１６ｂおよび１３において再度分級処理される。

一方、微粉は旋回しつつ上昇し、上段側二次分級室１６ａの天井面に至ると、その天井面に沿って半径方向内方に向きを変える。

上段側二次分級室１６ａの天井面に沿って半径方向内方に移動した微粉はセンタコア２６の外周に沿って下向きに流れを変える。このとき、微粉吸引口１１にはブロワ７２の吸引力が作用しているため、下向きに流れを変えた微粉は旋回渦を形成しつつ下降する。

この旋回渦の内径は微粉吸引口１１の最小内径にほぼ等しい小径のものであり、上昇時の旋回渦径に比べ非常に小さいため、旋回渦の流速は速く、微粉は粗粉と微粉とに効果的に遠心分離される。

分離された粗粉は半径方向外方に拡がりながら旋回下降して一次分級室１３内に再流入し、その一次分級室１３での旋回流にのって再度遠心分離され、外周に移動した粗粉は粗粉排出口８から排出される。一方、微粉は、旋回渦にのって下降し、微粉吸引口１１内に吸引される。

このように、粉体は、一次分級室１３内、下段側二次分級室１６ｂ内、上段側二次分級室１６ａ内と数次にわたり連続して遠心分離されるので、効率の良い分級ができると共に粗粉側への微粉の混入ならびに微粉側への粗粉の混入がほとんど無い精度の良い分級処理を可能とすることができる。

また、上段側二次分級室１６ａ内に流入する中間粉は一次分級室１３および下段側分級室１６ｂで大半の粗粉が取り除かれているため、粉体と高圧エアの混合比は低く、しかも、二次分級室１６の中心部に形成される旋回渦は内径の小さな旋回渦であって旋回速度が速いため、粉体をきわめて精度よく分級することができる。ここで、二次分級室１６の上段側二次分級室１６ａを円錐形とすることにより、中間粉の旋回速度が上方に行くほど速くなり、より分級精度をあげることができる。

さらに、少量の高圧エアによって粉体を下段側二次分級室１６ｂ内に供給することができるので、ブロワ７２として小型のものを採用することができる。また、微粉回収用のサイクロン分離機６２およびエア中の粉体を捕集するバッグフィルタ７０も小型のものを採用することができ、装置の小型化と設備コストとランニングコストの低減を図ることができる。

実施の形態で示すように、一次分級室１３および二次分級室１６の高さ寸法あるいは二次分級室の内径を調節可能とすることにより、旋回流の流速を調整することができるので、分級点を調整することができる。さらに、微粉吸引口１１の内径を変えることによっても分級点を調整することができる。

また、センタコア２６を設けることによって安定した旋回渦を形成することができる。さらに、エアノズル３３の数、あるいは、エアノズル３３の断面積を変えることによって、一次分級室１３へ供給する固気混合流体の旋回速度や分散状態を調整することができる。

また、センタコア２６を形成するインナコア２６ｂの中心軸上に排気口２６ｃを形成すると、その排気口２６ｃから分級室内のエアの一部が排気され、排気抵抗が小さくなるので、一次分級室１３および二次分級室１６内の圧力が異常に上昇するのを防止することができ、微粉排出筒１２に吸引力を付与するブロワ７２として小型のものを採用することができる。また、上記排気口２６ｃと微粉排出筒１２とで粒径の異なる粉体を得ることもできる。なお、排気口２６ｃの上方にダンパＤを設けることにより、ダンパＤの開度を調節して排気量を調整し、粉径を変化させることができる。

図４に示す気流分級機においては、二次分級室１６を上下に二段に区分したが、区分しないで、単一の二次分級室としてもよく、あるいは、三段以上に区分してもよい。

また、図３では、エア供給ヘッダ３１の内周に設けた複数のエアノズル３３が筒体からなるものを示したが、図６に示すように、リング状のエア供給ヘッダ３１の内周部に周方向に傾斜する多数のベーン３７を等間隔に設け、隣接するベーン３７間をエアノズル３３として、上記エア供給ヘッダ３１の接線方向に延びる複数のエア供給筒３２からそのエア供給ヘッダ３１内に送り込まれる高圧エアを上記各エアノズル３３から一次分級室１３内に旋回流入させるようにしてもよい。

この場合、多数のベーン３７を揺動可能に支持し、各ベーン３７の揺動による角度調整によって高圧エアの噴射角度および開度を調整可能にしてもよい。

さらに、図５に示す分級プラントにおいては、ブロワ７２によって、微粉排出筒１２内に微粉を吸入させるようにしたが、上記ブロワ７２に代えて、同図の鎖線で示すように、エア供給筒３２内にブロワ７３から吐出される高圧エアを押込むことによって微粉を微粉排出筒１２内に流入させるようにしてもよく、あるいは、ブロワ７２、７３の併用により、微粉を微粉排出筒１２内に流入させるようにしてもよい。

なお、図５では、エア供給筒３２に高圧エアを送り、その高圧エアをエアノズル３３から一次分級室１３内の外周部に噴射して一次分級室１３内に旋回気流を形成するようにしたが、図５に示すブロワ７２を気流分級機Ａ_１の一次分級室１３および二次分級室１６に対して高い真空度を付与することができる大型のものとし、そのブロワ７２の駆動による一次分級室１３内の圧力の低下により、外部エアをエアノズル３３から一次分級室１６内に吸引して、旋回気流を形成するようにしてもよい。この場合は、エア供給ヘッダ３１をなくすこともできる。

図７は、分級プラントの他の例を示す。この例においては、気流分級機Ａ_１のケーシング２の下端出口２ａから排出される粗粉を粉砕機としてのジェットミル４０のホッパ４１内に供給するようにしている。

ジェットミル４０は、エアノズル４２から噴射される高圧エアによりホッパ４１内に供給された粗粉を図示省略された粉砕室内に導き、その粉砕室内に設けられた衝突板に衝突させて粉砕する従来から周知のものであるため、その詳細を図示省略している。

ジェットミル４０によって粉砕された粉体は高圧エアと共に循環路４３から粉体供給筒３５内に送り込むようにしている。

図７に示すように、気流分級機Ａ_１から排出される粗粉をジェットミル４０で粉砕し、粉砕処理後の粉体を粉体供給筒３５に送り込んで循環させ、粉砕・分級を繰り返すことにより、精度の良い粒度分布の製品を得ることができる。

図８は、分級プラントのさらに他の例を示す。この例で示す分級プラントにおいては、図５に示す分級プラントＢを二つ採用し、一方の分級プラントＢのサイクロン分離機６２から取り出される微粉を他方の分級プラントＢの粉体供給筒３５に送り込んで、再度分級処理し、その他方の分級プラントＢのサイクロン分離機６２から取り出される超微粉を製品としている。

上記の分級プラントにおいては、一方の分級プラントＢにおいて粗粉を回収し、他方の分級プラントＢにおいて微粉と超微粉を回収することができ、３種類に分級することができる。
なお、分級を重ねることによって多種類に分級することもできる。

図９は、分級プラントのさらに他の例を示す。この例においては、図８に示す一方の分級プラントＢの気流分級機Ａ_１に代えて、図１０に示す従来の気流分級機Ａ_２を採用し、その気流分級機Ａ_２のケーシング８０の下端に粉砕機としてのジェットミル４０のホッパ４１を接続し、上記ジェットミル４０で粉砕処理した粉体を循環路４３から粉体供給筒８６に送り込むようにしている。他の構成は図８と同一であるため、同一の部品には同一の符号を付して説明を省略する。

上記の分級プラントにおいても、図８の分級プラントと同様に、一方の分級プラントＢの気流分級機Ａ_２で分級処理された微粉を他方の分級プラントＢにおいて連続して分級処理することができ、粗粉も超微粉も少ない精度の良い粒度分布をもつ製品粉体(微粉)を得ることができる。このため、トナーの製造に際し、そのトナーを連続的に製造することができ、トナーを極めて効率よく製造することができる。

図９の分級プラントでは、一つ目の気流分級機として図１０に示す気流分級機Ａ_２を採用したが、分級室内に粉体を供給し、その粉体を高速旋回させて粗粉と微粉に分級させるようにした気流分級機であれば、どのような気流分級機を用いてもよい。

Claims (12)

1. ケーシング内に分級板を設け、ケーシング内には分級板の上面外周部上に略円筒状の一次分級室と、その一次分級室と同一軸上に一次分級室より小径の略円筒形または円錐形の二次分級室とを設け、前記一次分級室の周壁下部に高圧エアの噴射、または、外部エアの吸引により一次分級室内に旋回気流を形成するエアノズルを設け、前記分級板の外周とケーシングの内周面間に粗粉排出口を形成し、前記分級板の中心部に形成された微粉吸引口に微粉排出筒を接続し、前記二次分級室の周壁外周部に環状の粉体供給ヘッダを設け、この粉体供給ヘッダに、その内部外周の周方向に向けて粉体を供給する粉体供給筒を接続すると共に、粉体供給ヘッダの内周壁に、粉体供給ヘッダ内で旋回する粉体を一次分級室の上部内または二次分級室の下部内に旋回流入させる流入孔を形成した気流分級機。
2. 前記エアノズルを複数とし、その複数のエアノズルを一次分級室の周壁外周囲に等間隔に設けた請求項１に記載の気流分級機。
3. 前記二次分級室の頂壁中心部に円錐形又は円筒形のセンタコアを設けた請求項１又は２に記載の気流分級機。
4. 前記センタコアの中心軸上に排気口を形成した請求項３に記載の気流分級機。
5. 前記一次分級室または前記二次分級室の高さ寸法を調整可能とした請求項１乃至４のいずれかに記載の気流分級機。
6. 前記粉体供給筒を環状の粉体供給ヘッダの周方向に等間隔に設け、その粉体供給筒に粉体供給装置を接続し、その粉体供給装置が、エア噴射ノズルから粉体供給筒内に噴射される高圧エアのエジェクタ作用により粉体が充填されたホッパの下部出口に吸引力を付与してホッパ内の粉体を粉体供給筒に供給する構成とされた請求項１乃至５のいずれかに記載の気流分級機。
7. 前記二次分級室を上下方向に複数段に区分し、二次分級室の上段側に至るに従って小径とした請求項１乃至６のいずれかに記載の気流分級機。
8. 前記流入孔が、環状のスリットまたは周方向に間隔を置いて形成される複数の円弧状のスリットから成る請求項１乃至７のいずれかに記載の気流分級機。
9. 請求項１乃至８のいずれかに記載の気流分級機と、その気流分級機の微粉排出筒から送り込まれてくる固気混合流体を微粉とエアとに分離する固気分離機と、その固気分離機のエア出口から送り込まれてくるエア中の粉体を捕集してエアを清澄化する集塵機と、その集塵機に吸引力を付与するか、あるいは前記エアノズルに高圧エアを送り込むブロワとからなる分級プラント。
10. 前記気流分級機のケーシングの下端出口に、その出口から排出される粗粉を粉砕処理する粉砕機を接続し、その粉砕機の粉体出口と粉体供給筒とを循環路で接続した請求項９に記載の分級プラント。
11. 前記固気分離機の粉体出口から送り込まれてくる微粉を製品とされる微粉と超微粉とに分級する第２の気流分級機と、その第２気流分級機から送り込まれてくる固気混合流体を超微粉とエアとに分離する第２の固気分離機と、その固気分離機から送り込まれてくるエア中の粉体を捕集してエアを清澄化す第２の集塵機とを設けた請求項９に記載の分級プラント。
12. ケーシング内に設けられた分級板上に分級室を形成し、その分級室内で粉体を高速旋回させて粗粉と微粉とに遠心分離し、粗粉を分級板の外周部に形成された粗粉排出口から下方に排出し、微粉を分級板の中央に接続された微粉排出筒から排出させる一次処理用の気流分級機と、その気流分級機のケーシングの下端から排出される粗粉を粉砕し、粉砕処理後の粉体を前記気流分級機の分級室内に循環させる粉砕機と、前記微粉排出筒から送り込まれてくる固気混合流体を微粉とエアとに分離する固気分離機と、その固気分離機から送り込まれてくる微粉を分級処理する請求項１乃至８のいずれかに記載の二次処理用の気流分級機と、その二次処理用の気流分級機の微粉排出筒から送り込まれてくる固気混合流体をエアと超微粉とに分離する固気分離機と、その固気分離機のエア出口から送り込まれてくるエア中の粉体を捕集してエアを清澄化する集塵機と、その集塵機に吸引力を付与するか、あるいは前記エアノズルに高圧エアを送り込むブロワとからなる分級プラント。

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