KR19980064749A - 공압 충격식 미분기 및 토너 제조 공정 - Google Patents

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Abstract

고압 가스를 공급하는 노즐과, 분쇄 재료를 운반 및 가속하는 튜브와, 미분 챔버와, 재료를 분쇄시키는 충돌 부재를 가진 공압 충격식 미분기가 개시되어 있다. 충돌 부재는 가속 튜브의 출구에 대향하여 상기 가속 튜브측을 향해 돌출한 적어도 제1 충돌면과 하류측을 향해 경사진 제2 충돌면을 가진다. 미분 챔버는 상기 제2 충돌면의 최외곽 모서리 보다 상류측 상에 위치된 적어도 제1 측벽과 제1 측벽의 하류측 상에 위치된 제2 측벽을 가진다. 미분 챔버는 미분 챔버의 내부 단면적이 제2 충돌면의 최외곽 모서리에 대응하는 미분 챔버의 내부 단면적 보다 큰 면적을 가지도록 제2 충돌면의 최외곽 모서리 보다 상류측 상에서 그 일부가 확대된다. 제1 충돌면의 선단은 제1 측벽의 하류측 모서리 보다 상류측 상에 위치된다. 미분기를 사용하여 매우 높은 효율로 분쇄를 수행될 수 있다. 또한, 미분기를 사용하여 정전 화상을 현상하는 토너를 제조하는 공정을 개시하고 있다.

Description

공압 충격식 미분기 및 토너 제조 공정
본 발명은 에어 제트 기류(고압 가스)을 이용한 분말 재료 분쇄용 공압 충격식 미분기 및 상기 미분기에 의해 정전 화상을 현상하는 토너를 제조하는 토너 제조 공정에 관한 것이다.
전자 사진에 의해 수행되는 화상 형성 공정에 이용되는 토너 또는 토너용 칼라 수지 분말은 적어도 결합제 수지 및 착색제 또는 자성 분말을 통상적으로 포함한다. 토너는 잠상 담지 부재 상에 형성된 정전 화상을 현상하여 토너 화상을 형성한다. 이렇게 형성된 토너 화상은 보통 용지 또는 플라스틱 필름 등의 피기록 매체에 전사되고, 피기록 매체 상의 토너 화상은 가열 정착 수단, 압력 롤러 정착 수단 또는 가열-가압 정착 수단 등의 정착 수단에 의해 정착된다. 따라서, 토너에 사용되는 결합제 수지는 열 또는 압력의 인가시에 소성 변형하는 성질을 가지고 있다.
기존에, 토너 또는 토너용 칼라 수지 분말은 결합제 수지와 착색제 또는 자성 분말(필요에 따라 제3 성분을 추가로 함유)을 가진 용융 혼합물을 반죽하고, 최종 반죽 제품을 냉각하고, 최종 냉각 제품을 분쇄하고, 최종 미분 제품을 분급함으로써 준비된다. 냉각된 제품의 분쇄 작업은 보통 기계적 충돌 미분기에 의해 냉각된 제품을 분쇄하고, 그 후 공기 제트 기류을 이용하여 공압 충격식 미분기에 의해 분쇄된 제품을 미세하게 분쇄하는 단계들을 포함한다.
공기 제트 기류을 이용하는 공압 충격식 미분기에 있어서, 분말 재료는 공기-제트 기류에 실려 입자-공기 혼합물 기류를 형성하여 가속 튜브의 출구로부터 분사되고 이 입자-공기 혼합물 기류는 가속 튜브의 출구에 대향하여 제공된 충돌 부재에 충돌하여 분말 재료가 충돌력에 의해 분쇄되게 된다.
도16 및 도17에 도시한 바와 같이, 상기와 같은 공압 충격식 미분기와 같은 기계들이 사용되어 왔다(일본 특허 출원 공개 소57-50554호 및 소58-143853호.)
이들 공압 충격식 미분기에 있어서, 거친 입경을 가진 분말 재료가 분말 원료 투입구(22)로부터 공급되고, 중앙부가 가속 튜브(1)에 연통하여 고압 가스 공급 노즐(25)을 통해 공급된 고압 가스의 작용으로 분말 재료 공급구(24)를 통해 가속 튜브(1)로 흡인된다. 이렇게 흡인된 분말 재료는 고압 가스와 함께 가속 튜브(1)의 출구(10)에서 미분 챔버(13)로 분사되어 출구(10)에 대향 배치된 충돌 부재(11)의 충돌면(26)에 충돌하게 되고 그 충돌력에 의해 분쇄된다. 이 때, 분쇄된 제품은 배출구(14)를 통해 미분 챔버(13)로부터 배출된다.
그러나, 충돌면(26)이 도16에 도시한 바와 같이 가속 튜브(1)의 축방향에 수직으로 세워져 있을 때, 충돌면에 인접한 분말은 농도가 높고 또, 분쇄 작용이 충돌면(26)에서 주로 충돌을 가하기 때문에, 미분 챔버의 측벽(23)에 대한 2차 충돌이 효과적으로 사용되게 되면 분쇄 효율이 낮아진다. 또, 열가소성 수지가 분쇄되면 충돌시에 국부적 열 발생으로 인해 충돌면(26)에 용융 부착이 발생하게 되어 분쇄 성능의 저하를 일으키게 되고, 장치의 안정적인 작용을 달성하기 어렵게 된다. 따라서, 가속 튜브로 공급될 분말의 고농도 상태에서 장치를 사용하기가 어려웠다.
충돌면(26)이 도17에 도시한 공압 충격식 미분기의 경우와 같이 가속 튜브의 축방향으로 45°경사져 있는 경우에, 상기 문제는 열 가소성 수지 분쇄시에도 덜 발생되며, 충돌면(26) 부근의 분말은 도16에 도시한 미분기의 경우 보다는 저농도로 할 수 있다. 그러나, 분말이 충돌될 때 분쇄에 이용되는 충돌력은 작으며, 또 미분 챔버의 측벽(23)에 대한 2차 충돌을 효과적으로 이용할 수 없기 때문에, 분쇄 성능은 도16에 도시한 미분기 보다 1/2 내지 1/1.5 정도 저하된다.
상기 문제를 해결한 공압 충격식 미분기는 일본 특허 공개 평1-254266호와 일본 실용신안 공개 평1-148740호에 제안된 바 있다.
전자의 일본 특허 공개 평1-254266호는 도18에 도시한 공압 충격식 미분기를 제안하고 있는데, 충돌 부재(11)의 충돌면(26)은 특수한 원추형이어서 충돌면 부근의 분말의 농도가 낮아지고 또 미분 챔버의 측벽(23)에 효율 좋게 충돌할 수 있다.
후자의 일본 실용신안 공개 평1-148740호는 도19에 도시한 바와 같이 충돌 부재(11)의 주연 충돌면(18)이 가속 튜브의 축선과 직각으로 배치되며 그 중심에 원추 돌기(17)가 제공되어 분말의 유동이 충돌면 상에서 되튀는 것을 방지한다.
도18 및 도19에 도시한 공압 충격식 미분기는 상기와 같은 문제를 극복했지만 만족스런 정도의 것은 아니었다.
상기 문제를 더욱 양호하게 극복하는 공압 충격식 미분기가 일본 특허 공개 평5-309288호와 평5-309287호에 몇 가지 제안되어 있다.
전자의 일본 특허 공개 평5-309288호에서는 도20에 도시한 바와 같이, 분쇄 재료 공급 튜브(6)를 통해 공급된 분쇄 재료는 가속 튜브(1)의 가속 튜브 목부(2) 내벽과 고압 가스 공급 노즐(3)의 외벽 사이에 형성된 분쇄 재료 공급구(5)에 도달한다. 그러나, 고압 가스는 가속 튜브 출구(10)를 향해 고압 가스 공급 노즐(3)로부터 분사된다. 여기서, 분쇄 재료는 분쇄 재료 공급구(5)로부터 가속 튜브 출구(10)를 향해 재료와 함께 존재하는 가스가 동반된 채 흡입되게 되고 가속 튜브 목부(2)에서 고압 가스와 균일하게 혼합된다. 그리고, 분쇄 재료는 가속 튜브 출구(10)에 대향 제공된 충돌 부재(11)의 충돌면(26)에 충돌하게 되고 불균일한 분말 농도가 전혀 없는 균일 상태로 충돌하게 되며, 미분 챔버 측벽(23)에 양호한 효율로 2차 충돌하게 된다. 따라서, 미분 제품의 수율과 단위 중량당 분쇄 효율이 양호하게 개선된다.
후자의 일본 특허 공개 평5-309287호는 도21에 도시한 바와 같이 중앙 돌출부(17)와 주연 충돌면(18)으로 이루어지는 두 개의 충돌 면적으로 구성되는 충돌 부재(11)를 제안한 것이다. 중앙 돌출부(17)에서 분쇄된 분쇄 재료의 1차 미분 제품은 주연 충돌면(18)에서 2차 분쇄된다. 미분 챔버(13)는 주연 충돌면(18)에서 2차 분쇄된 2차 미분 제품을 3차 분쇄하는 미분 챔버 측벽(23)을 가지고 있다.
도20 및 도21에 도시한 공압 충격식 미분기는 상기 문제를 적절히 해결하고 있다. 그러나, 최근에는 더욱 미세하게 분쇄된 제품에 대한 요구가 대두되고 있고, 더욱 양호한 분쇄 효율을 가진 미분기의 제공이 갈망되고 있다. 특히, 전자 사진에 의해 수행되는 화상 형성 공정에 있어서는 고화질을 달성하기 위해 토너 입경을 더욱 작게 하는 것이 요구되고 있고, 토너를 더욱 효율 좋게 제공하는 공정이 제공될 것이 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 종래 기술이 가지고 있는 상기 문제를 해결하고, 분말 재료를 효율 좋게 분쇄할 수 있는 신규한 공압 충격식 미분기를 제공하고 또 상기 미분기를 이용하여 토너를 제조하는 공정을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 분말을 잘 분산된 상태로 가속 튜브 출구로부터 분사하여 분말 재료를 효율 좋게 분쇄하여 가속 튜브에서 분말이 덩어리지는 것을 방지할 수 있는 공압 충격식 미분기와 이 미분기를 이용하여 토너를 제조하는 공정을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 분말을 가속 튜브로부터 분사시키고 큰 충돌력으로 충돌 부재에 충돌하게 하여 분말 재료를 효율 좋게 분쇄할 수 있는 공압 충격식 미분기와 상기 미분기를 이용하여 토너를 제조하는 공정을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 분말 재료가 가속 튜브 출구로부터 분사되어 충돌 부재의 충돌면에 충돌되는 다중 분쇄를 수행할 수 있는 공압 충격식 미분기와 상기 미분기를 이용하여 토너를 제조하는 공정을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 종래 기술이 가지고 있던 상기 문제를 해결하고 정전 화상을 현상하는 토너를 효율 좋게 제조할 수 있는 토너 제조 공정을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 200 내지 2,000㎛의 평균 입경을 가진 수지 입자를 평균 입경 3 내지 15㎛로 효율 좋게 분쇄할 수 있는 공압 충격식 미분기와 상기 미분기를 이용하여 토너를 제조할 수 있는 공정을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 공압 충격식 미분기는,
고압 가스를 공급하는 고압 가스 공급 노즐과,
상기 고압 가스 공급 노즐을 통해서 공급된 고압 가스의 협력에 의해 가속 튜브에서 분쇄 재료를 운반 및 가속하는 가속 튜브와,
가속 튜브 출구로부터 토출된 분쇄 재료를 분쇄시키는 미분 챔버와,
미분 챔버의 가속 튜브 출구에 대향하는 위치에 제공되어 상기 가속 튜브 출구로부터 토출된 분쇄 재료를 분쇄시키는 충돌 부재를 포함하며,
상기 충돌 부재는 적어도 가속 튜브의 축 둘레에 수직각(α)으로 가속 튜브를 향해 돌출한 제1 충돌면과 가속 튜브의 축을 향해 형성된 수직선에 대해서 각(β)으로 하류측을 향해 경사진 제2 충돌면을 가지며,
상기 미분 챔버는 적어도 상기 충돌면의 최외곽 모서리 보다 상류측 상에 위치된 제1 측벽과 상기 제1 측벽의 하류측 상에 위치되고 하류측을 향해 연장된 제2 측벽을 가지며,
상기 미분 챔버는 미분 챔버의 내부 단면적이 제2 충돌면의 최외곽 모서리에 대응하는 미분 챔버의 내부 단면적 보다 큰 면적을 가지도록 제2 충돌면의 최외곽 모서리 보다 상류측 상에서 그 일부가 확대되고, 상기 제1 충돌면의 선단은 제1 측벽의 하류측 모서리 보다 상류측 상에 위치되어 있다.
본 발명은 토너를 제조하는 공정도 제공하며, 상기 공정은,
적어도 결합제 수지 및 착색제를 포함하는 혼합물을 용융 형성하여 형성 제품을 얻는 단계와,
고상화될 형성 제품을 냉각하여 고상 제품을 얻는 단계와,
고상화된 제품을 분쇄하여 미분 제품을 얻는 단계와,
공압 충격식 미분기에 의해 분쇄된 최종 제품을 분쇄하는 단계를 포함하며,
상기 공압 충격식 미분기는,
고압 가스를 공급하는 고압 가스 공급 노즐과,
상기 고압 가스 공급 노즐을 통해서 공급된 고압 가스의 협력에 의해 가속 튜브에서 분쇄 재료를 운반 및 가속하는 가속 튜브와,
가속 튜브 출구로부터 토출된 분쇄 재료를 분쇄시키는 미분 챔버와,
미분 챔버의 가속 튜브 출구에 대향하는 위치에 제공되어 상기 가속 튜브 출구에서 토출된 분쇄 재료를 분쇄시키는 충돌 부재를 포함하며,
상기 충돌 부재는 적어도 가속 튜브의 축 둘레에 수직각(α)으로 가속 튜브를 향해 돌출한 제1 충돌면과 가속 튜브의 축을 향해 형성된 수직선에 대해서 각(β)으로 하류측으로 경사진 제2 충돌면을 가지며,
상기 미분 챔버는 적어도 상기 충돌면의 최외곽 모서리 보다 상류측 상에 위치된 제1 측벽과 상기 제1 측벽의 하류측 상에 위치되고 하류측을 향해 연장된 제2 측벽을 가지며,
상기 미분 챔버는 미분 챔버의 내부 단면적이 제2 충돌면의 최외곽 모서리에 대응하는 미분 챔버의 내부 단면적 보다 큰 면적을 가지도록 제2 충돌면의 최외곽 모서리 보다 상류측 상에서 그 일부가 확대되고, 상기 제1 충돌면의 선단은 제1 측벽의 하류측 모서리 보다 상류측 상에 위치되어 있다.
도1은 본 발명에 따른 공압 충격식 미분기의 예를 도시하는 개략 단면도.
도2는 도1의 미분기의 확대도.
도3은 도1의 3-3선에 따른 단면도.
도4는 도1의 4-4선에 따른 단면도.
도5는 도1의 5-5선에 따른 단면도.
도6은 본 발명에 따른 공압 충격식 미분기의 다른 예를 도시하는 개략 단면도.
도7은 도6에 도시한 미분기의 확대도.
도8은 본 발명에 따른 공압 충격식 미분기의 또 다른 실시예를 도시하는 개략 단면도.
도9는 도8에 도시한 미분기의 확대도.
도10은 본 발명에 따른 공압 충격식 미분기의 또 다른 예를 도시하는 개략 단면도.
도11은 도10에 도시한 미분기의 확대도.
도12는 본 발명에 따른 공압 충격식 미분기의 또 다른 예를 도시하는 개략 단면도.
도13은 도12에 도시한 미분기의 확대도.
도14는 본 발명에 따른 공압 충격식 미분기의 또 다른 예를 도시하는 개략 단면도.
도15는 도14에 도시한 미분기의 확대도.
도16은 종래의 공압 충격식 미분기를 도시하는 개략 단면도.
도17은 다른 종래의 공압 충격식 미분기를 도시하는 개략 단면도.
도18은 또 다른 종래의 공압 충격식 미분기를 도시하는 개략 단면도.
도19는 또 다른 종래의 공압 충격식 미분기를 도시하는 개략 단면도.
도20은 또 다른 종래의 공압 충격식 미분기를 도시하는 개략 단면도.
도21은 또 다른 종래의 공압 충격식 미분기를 도시하는 개략 단면도.
＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞
1 : 가속 튜브
2 : 가속 튜브 목부
3 : 고압 가스 공급 노즐
5 : 분쇄 재료 공급구
6 : 분쇄 재료 공급 튜브
7 : 고압 가스 공급구
8 : 고압 가스 챔버
9 : 고압 가스 공급 튜브
10 : 가속 튜브 출구
11 : 충돌 부재
13 : 미분 챔버
14 : 배출구
15 : 미분 챔버 상류 측벽
16 : 미분 챔버 하류 측벽
17 : 중앙 돌출부
18 : 주연 충돌면
19 : 미분 챔버 충돌벽
20 : 전방 구역 미분 챔버 배출구
22 : 분말 원료 투입구
23 : 미분 챔버의 측벽
공압 충격식 미분기의 분쇄 효율에 관한 장기간의 연구 결과, 본 발명자들은 가속 튜브 출구와 충돌 부재 사이의 위치 관계를 특정하고 미분 챔버 내벽의 형상을 특수하게 하면, 분쇄를 극히 효율 좋게 수행할 수 있고, 미분 제품의 용융 부착 및 덩어리지는 것, 그리고 거친 입자들의 형성을 방지하고, 특정 형상의 충돌 부재 사용할 때에 가속 튜브의 내벽과 충돌 부재의 충돌면이 국부적으로 마모되는 것을 방지하여 안정된 동작을 가능케 할 수 있음을 알게 되었다. 따라서, 본 발명자들은 본 발명을 달성하게 된 것이다.
본 발명의 실시예를 이하에 첨부 도면을 참고로 하여 기술하기로 한다.
도1은 본 발명에 따른 공압 충격식 미분기의 제1 실시예를 도시하는 개략 단면도이며, 이 미분기를 이용한 분쇄 단계와 분급기에 의한 분급 단계가 조합되어 설정되는 분쇄 시스템의 흐름도도 함께 도시하고 있다. 도2는 도1에 도시한 공압 충격식 미분기의 확대도이다. 도3은 가속 튜브 목부(2) 및 고압 가스 공급 노즐(3)의 도1의 3-3 선에 따른 단면도이다. 도4는 도1에서 4-4선에 따른 고압 가스 공급구(7)와 고압 가스 챔버(8)의 단면도이다. 도5는 도1의 5-5선에 따른 미분 챔버(13)와 충돌 부재(11)를 도시하는 단면도이다.
본 발명에 따른 공압 충격식 미분기에 의한 분말 재료(분쇄 재료)의 분쇄 공정을 도1을 참조하여 이하에 기술하기로 한다. 분쇄 재료 공급 튜브(6)를 통해 공급된 분쇄 재료는 그 중앙 축을 따라 수직 방향으로 제공된 사이에 형성된 가속 튜브(1)의 가속 튜브 목부(2) 내벽과 중심이 가속 튜브의 축선에 있는 고압 가스 공급 노즐(3)의 외벽 사이에 형성된 분쇄 재료 공급구(5)에 도달하게 된다. 그런데, 고압 가스는 고압 가스 공급구(7)를 통해 내측으로 도입되고 고압 가스 챔버(8)를 통과하고 적합하게는 복수개가 제공된 고압 가스 공급 튜브(9)를 통과하고 고압 가스 공급 노즐(3)로부터 가속 튜브 출구(10)를 향해 팽창되면서 분사되게 된다. 여기서, 가속 튜브 목부(2)의 부근에 제공된 이젝터 효과의 도움으로, 분쇄 재료는 분쇄 재료 공급구(5)로부터 가속 튜브 출구(10)를 향해 흡인되며 재료와 함께 존재하는 가스가 동반된 상태로 가속 튜브(1)의 주변을 통해 가속 튜브(1)로 공급되고 가속 튜브 목부(2)에서 고압 가스와 균일하게 혼합되면서 신속하게 가속되고, 분쇄 재료는 가속 튜브 출구(10)에 대향하여 제공된 충돌 부재(11)의 충돌면에 충돌하여 분말 농도 불균일이 전혀 없는 균일한 고체 가스 혼합 기류 상태로 충돌되어 분쇄된다.
도1에 도시한 미분기에 있어서, 충돌 부재(11)의 충돌면은, 원추형으로 돌출하는 중앙 돌출부(17)(제1 충돌면)과, 중앙 돌출부(17)에서 분쇄된 분쇄 재료의 1차 미분 제품을 더욱 충돌 분쇄하기 위해 중앙 돌출부(17) 주위에 형성된 주연 충돌면(18)(제2 충돌면)을 가지고 있다. 미분 챔버(13)는 주연 충돌면(18)에서 2차 분쇄된 2차 미분 제품을 3차 충돌 분쇄하는 미분 챔버 하류 측벽(16)(제2 측벽)과 미분 챔버 하류 측벽(16) 보다 넓은 공간을 형성하는 미분 챔버 상류 측벽(15)을 가지고 있다. 즉, 미분 챔버 상류 측벽(15)에서의 미분 챔버의 내부 단면적은 미분 챔버 하류 측벽(16)에서의 미분 챔버의 내부 단면적 보다 크다.
충돌시에 발생되는 충돌력은 양호하게 분산된 개별 입자(분쇄 재료)에 부과되고, 충돌 부재(11)의 충돌면에서 분쇄된 분쇄 재료는 미분 챔버 하류 측벽(16)과 충돌 부재(11) 사이에서 3차 충돌을 반복적으로 받게 되며, 개선된 분쇄 효율에 의해 분쇄 재료는 충돌 부재(11)의 후방에 제공된 미분 제품 배출구(14)로부터 배출된다.
미분 챔버 상류 측벽(15)에 의해 형성된 공간의 직경(폭 B)은 미분 챔버 하류 측벽(16)에 의해 형성된 공간의 직경(폭 C)보다 크며, 미분 챔버(13)는 가속 튜브 출구(10)로부터 미분 챔버 상류 측벽(15)으로 점차적으로 확대되는 미분 챔버(13)가 형성된다. 따라서, 가속 튜브 출구(10) 부근에서의 배압(back pressure)은 저하될 수 있어, 충돌 부재(11)를 가속 튜브 출구(10) 부근에 배치할 수 있게 한다. 이러한 효과 때문에, 불균일한 분말 농도가 없는 균일한 고체-기체 혼합 흐름이 가속 튜브(1)에 의해 양호하게 가속될 수 있어서, 분쇄 재료는 가속 튜브 출구(10)에 대향하여 마련된 충돌 부재(11)에 대하여 큰 충돌력으로 충돌하여 매우 높은 효율로 분쇄된다. 더구나, 가속 튜브 출구(10)로부터 분사된 분쇄 재료에 대하여, 미분 챔버 상류 측벽(15)의 방향으로 발생된 속도는 가속 튜브(1)의 축방향으로 발생된 속도에 더하여 적절히 부가되어서, 분쇄 재료는 주연 충돌면(18)에서 효과적으로 2차 분쇄되고, 미분 챔버 하류 측벽(16)에서 효과적으로 3차 분쇄된다. 이러한 작업 효과는 도6 및 도7에 도시된 바와 같이 미분 챔버(13)의 직경(폭)이 가속 튜브 출구(10)로부터 가속 튜브(1)의 축방향에 대하여 직각인 방향으로 더 크게 된 때에도 얻어질 수 있다. 도6은 이러한 공압 충격식 미분기를 도시하는 개략 단면도이며, 또한, 이러한 미분기를 채용하는 분쇄 단계 및 분급기에 의해 등급을 분급하는 단계가 조합되어 설치된 분쇄 시스템의 흐름도를 도시한다. 도7은 도6에 도시된 공압 충격식 미분기의 확대도이다.
충돌 부재(11)의 충돌면은 원추형으로 돌출한 중앙 돌출부(17) 및 중앙 돌출부(17) 둘레에 형성된 주연 충돌면(18)을 구비하므로, 점착성을 가진 수지 또는 분쇄 재료가 분쇄될 때 용융 접착, 덩어리지는 것 및 굵은 입자의 형성 등 어느 것도 발생하지 않아서 높은 분말 농도의 상태로 분쇄될 수 있다. 게다가, 내구성을 가진 분쇄 재료의 경우에, 가속 튜브의 내부벽 상에서 그리고 충돌 부재(11)의 충돌면 상에서 발생할 수 있는 마모는 국부화되지 않으며, 미분기는 긴 수명을 누릴 수 있고 안정되게 작동될 수 있다.
분쇄 재료는 미분 챔버(13)에 마련될 수 있는 미분 챔버 충돌벽(19)(도8 및 도9)에서 그리고 미분 챔버 하류 측벽(16)에서 더욱 양호한 효율로 3차 분쇄될 수 있다.
본 미분기는 도1에 도시된 공압 충격식 미분기의 확대도인 도2를 참조하여 이하에서 더욱 상세히 설명될 것이다.
본 발명의 공압 충격식 미분기는 적어도, 고압 가스를 공급하는 고압 가스 공급 노즐과, 고압 가스 공급 노즐을 통해 공급된 고압 가스의 협력에 의해 분쇄 재료를 운반 및 가속하는 가속 튜브와, 가속 튜브 출구로부터 토출된 분쇄 재료를 미세 연마하는 미분 챔버와, 미분 챔버 내에서 가속 튜브 출구에 대향하는 위치에 제공되어 가속 튜브 출구로부터 토출된 분쇄 재료가 충돌하는 충돌 부재를 가지고 있다.
상기 미분기에 있어서, 충돌 부재는 적어도, 가속 튜브의 축(가상축) 둘레에서 수직각(α)으로 가속 튜브측을 향해 돌출한 제1 충돌면과, 가속 튜브의 축을 향해 형성된 수직선에 대하여 각(β)으로 하류측을 향해 경사진 제2 충돌면을 구비하며, 미분 챔버는 적어도 제2 충돌면의 최외곽 모서리 보다 더욱 상류측에 위치된 제1 측벽과, 제1 측벽의 하류측에 위치되어 하류측을 향해 연장된 제2 측벽을 구비하고, 가속 튜브의 하류측에서, 미분 챔버는 제2 충돌면의 최외곽 모서리 보다 더욱 상류측에서 그 일부분이 확대되며, 제1 충돌면의 선단은 제1 측벽의 하류측 모서리 보다 더욱 상류측에 위치된다. 따라서, 제2 측벽은 충돌 부재의 제2 충돌면의 최외곽 모서리에 대향하여 위치된다.
본 발명에 따른 공압 충격식 미분기의 제1 실시예에서, 주연 충돌면(18)의 최외곽 모서리를 가로지르는 직경이 폭 A로 표현되고, 충돌 부재(11)에 대향하여 직립한 미분 챔버의 상류 측벽(15)에 의해 형성된 공간의 최대 직경이 폭 B로 표현되며, 미분 챔버 하류 측벽(16)에 의해 형성된 공간의 최소 직경이 폭 C로 표현될 때, A, B 및 C는 양호하게는 이하의 관계,
C＜B≤1.6×C
A＜C＜1.6×A
를 만족시킬 수 있으며, 더욱 양호하게는 이하의 관계,
C＜B≤1.2×C
A＜C＜1.5×A
를 만족시킬 수 있다.
본 발명에 따른 공압 충격식 미분기에 있어서, 가속 튜브 출구(10)의 직경이 D로 표현되고, 충돌 부재(11)의 제1 충돌면인 중앙 돌출부(17)의 상부와 가속 튜브 출구(10) 사이의 거리가 L1로 표현되며, 제1 충돌면으로서 역할하는 중앙 돌출부(17)의 높이가 L2로 표현되고, 제2 충돌면으로서 역할하는 주연 충돌면(18)의 높이가 L3으로 표현되며, 주연 충돌면(18)의 최외곽 모서리와 가속 튜브 출구(10) 사이의 거리는 L4로 표현되고, 가속 튜브 출구(10)와 제2 측벽 미분 챔버 하류 측벽(16) 사이의 거리가 L5로 표현될 때, L1 내지 L5는 양호하게는 이하의 관계,
｜L1｜≤D/{2×tan(α/2)}
L5≤L4≤L2 + L3
를 만족시킬 수 있고, 더욱 양호하게는 이하의 관계,
0＜L1≤D/{2×tan(α/2)}
L5≤L4≤L2 + L3
를 만족시킬 수 있다. (상기 높이 및 거리는 가속 튜브의 축방향을 따른 높이 및 거리이다. 충돌 부재(11)의 중앙 돌출부(17)의 선단이 가속 튜브 출구(10)보다 더욱 상류측에 위치된 때, L1은 양의 값이 된다. 한편, 충돌 부재(11)의 중앙 돌출부(17)의 선단이 가속 튜브 출구(10)보다 더욱 하류측에 위치된 때, L1은 음의 값이 된다.)
C ≥ B이면, 가속 튜브 출구(10) 부근에서의 압력 손실은 증가하여 가속 튜브(1) 내에서 고압 가스(고체-기체 혼합 흐름) 부근에서 감소를 야기하므로, 가속 튜브 목부(2)에서의 이젝터 효과가 저하하여 분말 재료의 흡입량을 감소시키며, 또한 분말 재료가 불충분하게 가속되어 충돌 부재(11)의 충돌면에서 약한 충돌력을 발생시켜 분쇄 효율을 감소시킨다.
B＞1.6×C이면, 가속 튜브 출구(10) 밖으로 분사된 분말 재료는 충돌 부재(11)에 대항하여 충돌하기 전에 과도하게 확장될 수 있어, 충돌 부재(11)의 충돌면 부근에서의 분말 재료의 비행 속도를 감소시키고 약한 충돌력을 발생시켜 분쇄 효율을 감소시킨다.
A ≥ C이면, 충돌 부재(11)와 미분 챔버 하류 측벽(16) 사이의 유동 경로는 주연 충돌면(18)의 최외곽 모서리에서 폐색된다.
1.6×A≤C이면, 주연 충돌면(18)과 미분 챔버 하류 측벽(16) 사이의 거리는 너무 커서 미분 챔버 하류 측벽(16)에서 효과적인 3차 충돌을 얻을 수 없게 되어, 분쇄 효율을 감소시킨다.
L1＜-D/{2×tan(α/2)}이면, 충돌 부재(11)는 가속 튜브 출구(10)로부터 과도하게 이격되어 약한 충돌력을 발생시켜서 분쇄 효율을 감소시킨다.
L1＞D/{2×tan(α/2)}이면, 가속 튜브 출구(10)는 충돌 부재(11)의 중앙 돌출부(17)에 의해 폐색된다.
0＜L1이 의미하는 것은 제1 충돌면의 선단이 가속 튜브(1) 내로 돌출한다는 것이다. 이 경우에, 분쇄 효율은 더욱 개선된다.
L5＞L4이면, 주연 충돌면에서 2차 분쇄된 2차 미분 제품은 미분 챔버 하류 측벽(16)에 대항하여 효과적으로 3차 충돌하지 않게 되어 분쇄 효율이 감소된다.
L4＞L2+L3이면, 주연 충돌면(18)은 가속 튜브 출구(10)로부터 과도하게 이격되어 약한 충돌력을 발생시켜 분쇄 효율을 감소시킨다.
본 발명의 공압 충격식 미분기에 있어서, 원추형으로 돌출한 제1 충돌면인 중앙 돌출부(17)의 수직각 α(도) 및 가속 튜브(1)의 축을 향해 형성된 수직선에 대하여 하류측을 향해 경사진 제2 충돌면인 주연 충돌면(18)의 경사각 β(도)는 양호하게는 이하의 관계,
0＜α＜90, β＞0
30≤(α+2β)≤90
를 만족시킬 수 있고, 더욱 양호하게는 이하의 관계,
0＜α＜90, β＞0
50≤(α+2β)≤90
를 만족시킬 수 있다.
주연 충돌면(18)이 가속 튜브(1)의 축을 향해 형성된 수직선에 대하여 하류측을 향해 경사지지 않고 가속 튜브(10의 축에 대하여 수직이라면(즉, β = 0의 경우), 주연 충돌면 상에서 반사된 유동은 가속 튜브 출구(10) 밖으로 분사된 고체-기체 혼합 흐름으로 안내되어 고체-기체 혼합 흐름에서 교란을 야기하는 경향이 있으며, 또한 열가소성 수지 분말 또는 열가소성 수지로 주로 구성된 분말이 분쇄 재료로 사용될 때 분말 농도는 주연 충돌면(18)에서 더 높게 되어 주연 충돌면(18) 상에서 용융 퇴적물 및 덩어리를 야기하기 쉽게 된다. 이러한 용융 퇴적물의 발생은 장치가 안정되게 작동되는 것을 곤란하게 한다.
(α+2β)＜30이면, 중앙 돌출부(17)에서의 1차 분쇄 충돌력은 너무 약하게 되어 분쇄 효율을 감소시키는 경향이 있다.
(α+2β)＜90이면, 중앙 돌출부(17)에서 1차 분쇄된 1차 미분 제품은 주연 충돌면(18)에 대하여 효과적으로 2차 충돌하지 않으며, 또한 주연 충돌면(18)에서 반사된 유동은 하류측으로 안내되는 경향이 커서, 미분 챔버 하류 측벽(16)에서 약한 3차 분쇄 충돌력을 발생시켜 분쇄 효율을 감소시키기 쉽다.
전술된 바와 같이, 특정 형상을 가진 충돌 부재가 사용되고 가속 튜브 출구와 충돌 부재 사이의 위치 관계가 규정되며 미분 챔버의 내부벽의 형상이 규정된 본 발명의 공압 충격식 미분기에 따르면, 분말 재료는 매우 높은 효율로 분쇄될 수 있다. 구체적으로는, 가속 튜브 출구(10) 부근에서 빠른 가속 상태로 미분 챔버(13)의 낮은 배압 하에서 가속 튜브 출구(10) 밖으로 분사된 분쇄 재료는 충돌 부재(11)에 기인하는 큰 충돌력으로 1차, 2차 및 3차 분쇄되어서, 분쇄 효율이 향상될 수 있다.
본 발명의 공압 충격식 미분기에 있어서, 미분 챔버(13)는 미분 챔버 하류 측벽(16)에서보다 미분 챔버 상류 측벽(15)에서 더 크게 되어 있다. 또한, 제2 충돌면인 주연 충돌면(18)에서 2차 분쇄된 2차 미분 제품이 3차 충돌 분쇄될 때 3차 분쇄를 더욱 효과적으로 수행하기 위하여, 도8 및 도9에 도시된 바와 같이 제2 실시예에 따른 공압 충격식 미분기가 양호하게 되는데, 제2 실시예의 공압 충격식 미분기에서, 미분 챔버 하류 측벽(16)에는 가속 튜브(1)의 축에 대하여 외측을 향해 그리고 하류측을 향해 각도 θ(도)로 경사진 제3 측벽으로서 미분 챔버 충돌벽(19)이 제공되고, 충돌벽(19)은 제1 측벽을 제2 측벽에 연결하도록 형성된다.
도8은 본 발명에 따른 공압 충격식 미분기의 제2 실시예를 도시하는 개략 단면도이며, 또한 이러한 미분기를 채용하는 분쇄 단계 및 분급기에 의해 등급을 분급하는 단계가 조합되어 설치된 분쇄 시스템의 흐름도를 도시한다. 도9는 도8에 도시된 공압 충격식 미분기의 확대도이다.
본 발명에 따른 공압 충격식 미분기의 제2 실시예에 있어서, 제2 충돌면으로서 주연 충돌면(18)의 최외곽 모서리를 가로지르는 직경이 폭 A로 표현되고, 충돌 부재(11)에 대향하여 직립한 미분 챔버의 상류 측벽(15)에 의해 형성된 공간의 최대 직경이 폭 B로 표현되며, 최내곽 모서리(즉, 최협소 부분)에서 미분 챔버 충돌벽(19)에 의해 형성된 공간의 직경이 폭 E으로 표현되고, 하류 측벽(16)에 의해 형성된 공간의 최소 직경이 폭 C으로 표현될 때, A, B, C 및 E는 양호하게는 이하의 관계,
C＜B≤2×C
A＜C＜1.6×A
C＞E
를 만족시킬 수 있으며, 더욱 양호하게는 이하의 관계,
C＜B≤1.3×C
A＜C＜1.5×A
C＞E
를 만족시킬 수 있다.
본 발명에 따른 공압 충격식 미분기의 제2 실시예에 있어서, 가속 튜브 출구(10)의 직경이 D로 표현되고, 충돌 부재(11)의 제1 충돌면인 중앙 돌출부(17)의 상부와 가속 튜브 출구(10) 사이의 거리가 L1로 표현되며, 제1 충돌면으로서 역할하는 중앙 돌출부(17)의 높이가 L2로 표현되고, 제2 충돌면으로서 역할하는 주연 충돌면(18)의 높이가 L3으로 표현되며, 제2 충돌면으로서 역할하는 주연 충돌면(18)의 최외곽 모서리와 가속 튜브 출구(10) 사이의 거리는 L4로 표현되고, 제2 충돌면으로서 역할하는 주연 충돌면(18)의 최외곽 모서리와 제3 측벽으로서 역할하는 미분 챔버 충돌벽(19)의 최내곽 모서리 사이의 거리가 L6으로 표현될 때, L1, L2, L3, L4 및 L6은 양호하게는 이하의 관계,
｜L1｜≤D/{2×tan(α/2)}
L6≤L4≤L2+L3
0＜L6＜2×L3
를 만족시킬 수 있고, 더욱 양호하게는 이하의 관계,
0＜L1≤D/{2×tan(α/2)}
L6≤L4≤L2+L3
0＜L6＜2×L3
를 만족시킬 수 있다. (상기 높이 및 거리는 가속 튜브의 축방향을 따른 높이 및 거리이다. 충돌 부재(11)의 중앙 돌출부(17)의 선단이 가속 튜브 출구(10)보다 더욱 상류측에 위치된 때, L1은 양의 값이 된다. 한편, 충돌 부재(11)의 중앙 돌출부(17)의 선단이 가속 튜브 출구(10)보다 더욱 하류측에 위치된 때, L1은 음의 값이 된다.)
또한, 제3 측벽(미분 챔버 충돌벽(19))의 경사각 θ는 양호하게는 이하의 관계,
0＜θ＜40
을 만족시킬 수 있고, 더욱 양호하게는 이하의 관계,
0＜θ＜10
을 만족시킬 수 있다.
C ≥ B이면, 가속 튜브 출구(10) 부근에서의 압력 손실은 증가하여 가속 튜브(1) 내에서 고압 가스(고체-기체 혼합 흐름) 부근에서 감소를 야기하므로, 가속 튜브 목부(2)에서의 이젝터 효과가 저하하여 분말 재료의 흡입량을 감소시키며, 또한 분말 재료가 불충분하게 가속되어 충돌 부재(11)의 충돌면에서 약한 충돌력을 발생시켜 분쇄 효율을 감소시킨다.
B＞2×C이면, 가속 튜브 출구(10) 밖으로 분사된 분말 재료는 충돌 부재(11)에 대항하여 충돌하기 전에 과도하게 확장될 수 있어, 충돌 부재(11)의 충돌면 부근에서의 분말 재료의 비행 속도를 감소시키고 약한 충돌력을 발생시켜 분쇄 효율을 감소시킨다.
A ≥ C이면, 충돌 부재(11)와 미분 챔버 하류 측벽(16) 사이의 유동 경로는 주연 충돌면(18)의 최외곽 모서리에서 폐색된다.
1.6×A≤C이면, 주연 충돌면(18)과 미분 챔버 하류 측벽(16) 사이의 거리가 너무 커서 미분 챔버 하류 측벽(16)에서 효과적인 3차 충돌을 달성하지 못하므로, 분쇄 효율의 감소를 초래한다.
C≤E이면, 미분 챔버 충돌벽(19)과 충돌 부재(11) 사이의 거리가 너무 작아서 상술한 바와 같이 상기 부분에서의 압력 손실이 증대해서 분말 재료의 흡입량을 감소시키며 또 분말 재료가 불충분하게 가속되어 충돌 부재(11)의 충돌면에서 약한 충돌력을 발생시키므로, 분쇄 효율의 감소를 초래한다.
L1 ＜ -D/{2×tan (α/2)}이면, 충돌 부재(11)는 가속 튜브 출구(10)로부터 과도하게 떨어져서 약한 충돌력을 발생시키므로 분쇄 효율의 감소를 초래한다.
L1 〉 -D/{2×tan (α/2)}이면, 가속 튜브 출구(10)는 충돌 부재(11)의 중앙 돌출부(17)에 의해 폐색된다.
0＜L1은 제1 충돌면의 선단이 가속 튜브(1) 내로 돌출하는 것을 의미한다. 이 경우, 분쇄 효율은 보다 향상된다.
L6 〉 L4이면, 주연 충돌면(18)에서 2차 분쇄된 2차 분쇄 생성물은 미분 챔버 하류 측벽(16)에 대해 효과적으로 3차 충돌하지 않으므로 분쇄 효율의 감소를 초래한다.
L4 〉 L2 ＋ L3이면, 주연 충돌면(18)은 가속 튜브 출구(10)로부터 과도하게 떨어져서 약한 충돌력을 발생시키므로 분쇄 효율의 감소를 초래한다.
L6 ≥ 2×L3이면, 주연 충돌면(18)에서 2차 분쇄된 2차 분쇄 생성물은 미분 챔버 충돌벽(19)에 대해 효과적으로 3차 충돌하지 않으므로 분쇄 효율의 감소를 초래한다.
θ ＝ 0이면, 미분 챔버 충돌벽(19)과 충돌 부재(11)의 주연부(특히, 주연 충돌벽(19)) 사이의 거리가 너무 커서 효과적인 3차 충돌을 달성하지 못하므로 분쇄 효율의 감소를 초래한다.
θ ＝ 40이면, 미분 챔버 충돌벽(19)과 충돌 부재(11)의 주연부가 너무 작아서 상술한 바와 같이 상기 부분에서의 압력 손실이 증대해서 분말 재료의 흡입량을 감소시키며 또 분말 재료가 불충분하게 가속되어 충돌 부재(11)의 충돌면에서 약한 충돌력을 발생시키므로, 분쇄 효율의 감소를 초래한다.
본 발명의 공압 충격식 미분기에 있어서, 원추형으로 돌출한 제1 충돌면 중앙 돌출부(17)의 수직각 α(도)와, 가속 튜브(1)의 축을 향해 형성된 수직선에 대해 하류측을 향해 경사진 제2 주연 충돌면(18)의 경사각 β(도)는 바람직하게는 이하의 관계,
0 ＜ α ＜ 90, β ＞ 0
30≤(α ＋ 2β)≤90
을 만족시키며, 보다 바람직하게는 이하의 관계,
0 ＜ α ＜ 90, β ＞ 0
50≤(α ＋ 2β)≤90
을 만족시킨다.
제2 주연 충돌면(18)이 가속 튜브(1)의 축을 향해 형성된 수직선에 대해 하류측을 향해 경사지지 않고 가속 튜브(1)의 축에 대해 수직인 경우(즉, β ＝ 0인 경우)에, 주연 충돌면(18) 상에서 반사된 유동은 가속 튜브 출구(10)로부터 분사된 고체-가스 혼합 흐름으로 향해져서 고체 가스 혼합 흐름 내에 교란을 야기시키는 경향이 있으며, 또 열가소성 수지 분말 또는 주로 열가소성 수지로 구성된 분말이 분쇄 재료로서 사용될 때 주연 충돌면(18)에서 분말 농도가 더 높아져서 주연 충돌면(18)에서 용착 및 응집을 야기시키는 경향이 있다. 그러한 용착의 발생은 장치의 안정된 운전을 곤란하게 한다.
(α ＋ 2β) ＜ 30이면, 중앙 돌출부(17)에서의 1차 분쇄의 충돌력이 매우 약해서 분쇄 효율의 감소를 야기시키는 경향이 있다.
(α ＋ 2β) 〉 90이면, 중앙 돌출부(17)에서 1차 분쇄된 1차 분쇄 생성물은 주연 충돌면(18)에 대해 효과적으로 2차 충돌하지 못하며, 또 주연 충돌면(18) 상에서 반사된 유동은 강하게 하류측으로 향해지는 경향이 있어서, 미분 챔버 하류 측벽(16)에서 약한 3차 분쇄의 충돌력을 발생시켜 분쇄 효율을 감소를 야기시키는 경향이 있다.
상술한 바와 같이, 특정 형상을 가진 충돌 부재가 사용되고, 가속 튜브 출구와 충돌 부재 사이의 위치 관계가 지정되며 미분 챔버 내벽의 형상이 지정되는 본 발명의 공압 충격식 미분기에 의하면, 분말 재료가 고효율로 분쇄될 수 있다. 구체적으로, 가속 튜브 출구(10)의 근방에서의 미분 챔버(13)의 낮은 배압 하에서 그리고 급가속 상태에서 가속 튜브 출구(10)로부터 분사된 분쇄 재료는 충돌 부재(11)에 기인한 큰 충돌력으로 1차, 2차 및 3차 분쇄되므로 분쇄 효율이 향상될 수 있다.
그러한 작동 효과는 도10 및 도11에 도시된 바와 같이 미분 챔버(13)의 직경(폭)이 가속 튜브 출구(10)로부터 가속 튜브(1)의 축방향에 대해 수직한 방향으로 보다 크게 만들어질 때에도 얻어질 수 있다. 도10은 제2 실시예에 따른 다른 공압 충격식 미분기를 도시한 단면도이고, 또 이 미분기를 채택한 분쇄 단계와 분급기에 의한 분급 단계가 조합되어 설정된 분쇄 시스템의 흐름도를 도시하고 있다. 도11은 도10의 제2 실시예에 따른 다른 공압 충격식 미분기의 확대도이다.
본 발명의 공압 충격식 미분기에 있어서, 미분 챔버(13)는 미분 챔버 하류 측벽(16)에서보다 미분 챔버 상류 측벽(15)에서 보다 크게 만들어진다. 또한, 미분 챔버(13)로부터 분쇄 재료의 보다 빠른 토출을 보다 효과적으로 수행하기 위해서, 충돌 부재(11)를 그 충돌면의 대향측, 즉 하류측에서 특정 수직각을 가진 원추형으로 만든, 도12 및 도13에 도시된 바와 같은 제3 실시예에 따른 공압 충격식 미분기가 선호된다.
도12는 본 발명에 따른 공압 충격식 미분기의 제3 실시예를 도시한 개략 단면도이고, 또 이 미분기를 채택한 분쇄 단계와 분급기에 의한 분급 단계가 조합되어 설정된 분쇄 시스템의 흐름도를 도시하고 있다.
본 발명에 따른 제3 실시예에 있어서, 제2 주연 충돌면(18)의 최외주연부를 횡단하는 직경을 폭 A, 충돌 부재(11)에 대향해서 세워진 미분 챔버의 상류 측벽(15)에 의해 형성된 공간의 최대 직경을 폭 B, 제2 측벽인 미분 챔버 하류 측벽(16)에 의해 형성된 공간의 최소 직경을 폭 C로 나타내면, 이들 A, B 및 C는 바람직하게는 이하의 관계,
C ＜ B≤1.6×C
A ＜ C≤1.6×A
을 만족시키며, 바람직하게는 이하의 관계,
C ＜ B≤1.2×C
A ＜ C≤1.5×A
을 만족시킨다.
본 발명에 따른 공압 충격식 미분기의 제3 실시예에 있어서, 가속 튜브 출구(10)의 직경을 D, 충돌 부재(11)의 제1 충돌면인 중앙 돌출부(17)의 상부와 가속 튜브(10) 사이의 거리를 L1, 제1 충돌면(18)으로서 역할을 하는 중앙 돌출부(17)의 높이를 L2, 제2 충돌면으로서 역할을 하는 주연 충돌면(18)의 높이를 L3, 제2 충돌면으로서 역할을 하는 주연 충돌면(18)의 최외주연부와 가속 튜브 출구(10) 사이의 거리를 L4, 가속 튜브 출구(10)와 제2 측벽인 미분 챔버 하류 측벽(16) 사이의 거리를 L5로 나타내면, 이들 L1 내지 L5는 또한 바람직하게는 이하의 관계,
｜L1｜≤D/{2×tan (α/2)}
L5≤L4≤L2 ＋ L3
을 만족시키며, 바람직하게는 이하의 관계,
0≤L1≤D/{2×tan (α/2)}
L5≤L4≤L2 ＋ L3
을 만족시킨다.
(상기 높이 및 거리는 가속 튜브의 축방향을 따른 높이 및 거리이다. 충돌 부재(11)의 중앙 돌출부(17)의 선단이 가속 튜브 출구(10)보다 더 상류측에 위치되면, L1은 양이 된다. 한편, 충돌 부재(11)의 중앙 돌출부(17)의 선단이 가속 튜브 출구(10)보다 더 하류측에 위치되면, L1은 양이 된다.)
본 발명에 따른 공압 충격식 미분기의 제3 실시예에 있어서, 미분 챔버 하류 측벽(16)으로부터 분쇄 생성물 배출구(14)로 연장된 구역에서의 최대 확장부(전방 구역 미분 챔버 배출구)(20)의 직경을 F로 나타내면, 이 직경 F 및 제2 측벽(미분 챔버 하류 측벽(16))에 의해 형성된 공간의 최소 직경을 나타내는 폭 C는 바람직하게는 이하의 관계,
F ≥ C
을 만족시키며, 보다 바람직하게는 이하의 관계식
F ＞ C
을 만족시킨다.
C ≥ B이면, 가속 튜브 출구(10) 근방에서의 압력 손실이 증대해서 가속 튜브(1) 내의 고압 가스(고체-기체 혼합 흐름)의 속도를 감소시키므로, 가속 튜브 목부(2)에서의 토출 효과가 저하되어 분말 재료의 흡입량의 감소를 야기시키며 또 분말 재료가 불충분하게 가속되어 충돌 부재(11)의 충돌면에서 약한 충돌력을 발생시키므로, 분쇄 효율의 감소를 초래한다.
B ＞ 1.6×C이면, 가속 튜브 출구(10)로부터 분사된 분말 재료가 충돌 부재(11)에 충돌하기 전에 과도하게 팽창되어 충돌 부재(11)의 충돌면 근방에서 분말 재료의 비행 속도의 감소를 야기시키고 약한 충돌력을 발생시키므로, 분쇄 효율의 감소를 초래한다.
A ≥ C이면, 충돌 부재(11)와 미분 챔버 하류 측벽(16) 사이의 유동 경로가 주연 충돌면(18)의 최외주연부에서 폐색된다.
1.6×A≤C이면, 주연 충돌면(18)과 미분 챔버 하류 측벽(16) 사이의 거리가 너무 커서 미분 챔버 하류 측벽(16)에서 효과적인 3차 충돌을 달성하지 못하므로, 분쇄 효율의 감소를 초래한다.
L1 ＜ -D/{2×tan (α/2)}이면, 충돌 부재(11)는 가속 튜브 출구(10)로부터 과도하게 떨어져서 약한 충돌력을 발생시키므로 분쇄 효율의 감소를 초래한다.
L1 〉 -D/{2×tan (α/2)}이면, 가속 튜브 출구(10)는 충돌 부재(11)의 중앙 돌출부(17)에 의해 폐색된다.
0＜L1은 제1 충돌면의 선단이 가속 튜브(1) 내로 돌출하는 것을 의미한다. 이 경우, 분쇄 효율은 보다 향상된다.
L5 〉 L4이면, 주연 충돌면(18)에서 2차 분쇄된 2차 분쇄 생성물은 미분 챔버 하류 측벽(16)에 대해 효과적으로 3차 충돌하지 않으므로 분쇄 효율의 감소를 초래한다.
L4 〉 L2 ＋ L3이면, 주연 충돌면(18)은 가속 튜브 출구(10)로부터 과도하게 떨어져서 약한 충돌력을 발생시키므로 분쇄 효율의 감소를 초래한다.
F ＜ C이면, 미분기는 배압 하에 놓이게 되어 분쇄 생성물의 토출 속도의 감소를 야기시키고 미분 챔버(13) 내에 정체하는 분쇄 생성물의 증대를 야기시키므로, 분쇄 효율의 감소를 초래한다.
제3 실시예에 다른 공압 충격식 미분기에 있어서, 충돌 부재(11)는 그 배면부(하류측)에 원추형을 가진 돌기를 구비하며, 이 돌기는 바람직하게는 이하의 관계,
0 ＜ γ ＜ 90
을 만족시키고, 보다 바람직하게는 이하의 관계,
30 ＜ γ ＜ 90
을 만족시키는 수직각 λ(도)를 가진다.
상기 특징과 함께 넓은 전방 구역 미분 챔버 배출구(20)가 마련되는 특징 때문에, 전방 구역 미분 챔버 배출구(20) 근방에서의 배압은 보다 작아질 수 있으며, 고체-가스 혼합 흐름의 속도는 가속 튜브 출구(10)로부터 분쇄 생성물 배출구(14)에 이르는 구역에서 증대될 수 있으므로, 분쇄가 매우 양호한 효율로 수행될 수 있다.
γ ≥ 90이면, 전방 구역 미분 챔버 배출구(20)는 매우 작은 체적을 가져 상기 출구 근방에서 압력 손실이 증대할 수 있으므로 분쇄 생성물이 양호한 효율로 토출될 수 없다.
본 발명의 공압 충격식 미분기에 있어서, 충돌 부재(11)의 원추형으로 돌출한 충돌면 중앙 돌출부(17)의 수직각 α(도)와, 가속 튜브(1)의 축을 향해 형성된 수직선에 대해 하류측을 향해 경사진 제2 주연 충돌면(18)의 경사각 β(도)는 바람직하게는 이하의 관계,
0 ＜ α ＜ 90, β ＞ 0
30≤(α ＋ 2β)≤90
을 만족시키며, 보다 바람직하게는 이하의 관계,
0 ＜ α ＜ 90, β ＞ 0
50≤(α ＋ 2β)≤90
을 만족시킨다.
주연 충돌면(18)이 가속 튜브(1)의 축을 향해 형성된 수직선에 대해 하류측을 향해 경사지지 않고 가속 튜브(1)의 축에 대해 수직인 경우(즉, β ＝ 0인 경우)에, 주연 충돌면(18) 상에서 반사된 유동은 가속 튜브 출구(10)로부터 분사된 고체-가스 혼합 흐름으로 향해져서 고체 가스 혼합 흐름 내에 교란을 야기시키는 경향이 있으며, 또 열가소성 수지 분말 또는 주로 열가소성 수지로 구성된 분말이 분쇄 재료로서 사용될 때 주연 충돌면(18)에서 분말 농도가 더 높아져서 주연 충돌면(18)에서 용착 및 응집을 야기시키는 경향이 있다. 그러한 용착의 발생은 장치의 안정된 운전을 곤란하게 한다.
(α ＋ 2β) ＜ 30이면, 중앙 돌출부(17)에서의 1차 분쇄의 충돌력이 매우 약해서 분쇄 효율의 감소를 야기시키는 경향이 있다.
(α ＋ 2β) 〉 90이면, 중앙 돌출부(17)에서 1차 분쇄된 1차 분쇄 생성물은 주연 충돌면(18)에 대해 효과적으로 2차 충돌하지 못하며, 또 주연 충돌면(18) 상에서 반사된 유동은 강하게 하류측으로 향해지는 경향이 있어서, 미분 챔버 하류 측벽(16)에서 약한 3차 분쇄의 충돌력을 발생시켜 분쇄 효율을 감소를 야기시키는 경향이 있다.
상술한 바와 같이, 특정 형상을 가진 충돌 부재가 사용되고, 가속 튜브 출구와 충돌 부재 사이의 위치 관계가 지정되며 미분 챔버 내벽의 형상이 지정되는 본 발명의 공압 충격식 미분기에 의하면, 분말 재료가 고효율로 분쇄될 수 있다. 구체적으로, 가속 튜브 출구(10)의 근방에서의 미분 챔버(13)의 낮은 배압 하에서 그리고 급가속 상태에서 가속 튜브 출구(10)로부터 분사된 분쇄 재료는 충돌 부재(11)에 기인한 큰 충돌력으로 1차, 2차 및 3차 분쇄되므로 분쇄 효율이 향상될 수 있다.
이와 같은 작동상의 효과는 도14와 도15에 도시된 바와 같이 미분 챔버의 직경(폭)이 가속 튜브 출구(10)로부터 가속 튜브(1)의 축방향에 수직한 방향으로 보다 크게 만들어진 경우에도 얻을 수 있다. 도14는 이와 같은 제3 실시예에 따른 공압 충격식 미분기를 도시한 개략 단면도이며, 또한 상기 미분기가 채용된 분쇄 단계와 분급 장치에 의한 분급 단계가 결합되어 이루어진 분쇄 시스템의 흐름도를 도시하고 있다. 도15는 도14에 도시된 제3 실시예에 따른 공압 충격식 미분기의 확대도이다.
전술된 제1 내지 제3 실시예에 따른 공압 충격식 미분기에 있어서, 가속 튜브(1)의 수직선에 대한 축방향 경사는 대체로 수직 방향으로 바람직하게는 0 내지 45°에 달할 것이며, 보다 바람직하게는 0 내지 20°이며, 보다 더욱 바람직하게는 0 내지 5°이 되도록 구비되는 것이 좋다.
축방향으로의 가속 튜브의 경사가 45°이상인 경우에는, 분쇄 재료가 정지하여 바람직스럽지 못하게 가속 튜브(1)를 막을 수 있다.
이하 본 발명에 따른 토너의 제조 공정을 기술하기로 한다.
본 발명에 따른 토너의 제조 공정은
적어도 접착 수지와 착색제가 함유된 혼합물을 용융-반죽하여서 반죽 산물을 얻는 단계와,
결과적인 반죽 산물을 냉각시켜 고형화시키는 단계와,
결과적인 반죽 산물을 분쇄하여 분쇄된 산물을 얻는 단계 및,
본 발명에 따른 공압 충격식 미분기에 의해 결과적인 분쇄 산물을 분말화하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 토너를 제조하는 공정에서, 접착 수지와 착색제에 더불어, 임의적으로 대전 조절제 및 왁스가 포함된 토너 재료가 혼합기에 의해 혼합된다.
혼합기로는 헨쉘(Henschel) 믹서, 슈퍼 믹서(가와따 가부시끼 가이샤제) 또는 뢰디지 믹서(뢰디지 캄파니제)가 사용될 수 있으며, 혼합은 1 분 내지 10 분간 수행되는 것이 좋다.
상기의 혼합 단계를 거쳐 얻은 혼합물은 반죽기에 의해 용융-반죽된다.
반죽기로는 PCM, TEM(도시바 기까이 가부시끼 가이샤제) 또는 TEx(니뽄 세이꼬 가부시끼 가이샤제)가 사용될 수 있으며, 용융-반죽은 100 ℃ 내지 200 ℃, 바람직하게는 100 ℃ 내지 160 ℃의 수지 반죽 온도로 수행되는 것이 좋다.
상기의 반죽 단계로 얻어진 반죽 산물은 30 ℃ 또는 그 이하의 냉각수를 사용하는 냉각 롤, 냉각 컨베이어 또는 냉각기에 의해 40 ℃ 또는 그 이하로 냉각되어 고형화된다. 상기 냉각 및 고형화 단계를 통해 얻어진 고형화된 사물은 기계적 미분기에 의해 분쇄된다.
기계적인 미분기로는, 미분기, 해머 미분기 또는 압연기가 사용될 수 있다.
이러한 분쇄 단계에서, 분쇄 재료 공급구(5)가 막히는 것을 방지하기 위해, 분쇄 산물의 50 ％가 200 내지 20,000㎛의 입경을 가지도록 분쇄되는 것이 좋다.
상기의 분쇄 단계를 거쳐 얻어진 분쇄 산물은 본 발명에 따른 공압 충격식 미분기에 의해 분쇄된다.
상기의 분쇄 단계를 거쳐 얻어진 분쇄된 산물은 분급 장치에 의해 분급된다.
분급 장치로는, 터보 분급 장치(닛신 세이분 가부시끼 가이샤제), 도나셀렉(니혼 도날드슨 가부시끼 가이샤제) 또는 트리플론(미쯔이 미이께 엔지니어링 가부시끼 가이샤제)가 사용될 수 있다.
상기 분급 단계를 거쳐 얻어진 분급된 산물은 형성할 영상의 해상도 및 등급(gradation)에 따라 3 내지 15㎛, 보다 바람직하게는 4 내지 12㎛, 보다 더욱 바람직하게는 5 내지 10㎛의 가중 평균 입경을 가진 좋다.
상기 분급 단계를 거쳐 얻어진 분급된 산물은 임의적으로 외부 첨가제와 혼합될 수 있다.
외부 첨가제와 혼합하는 데 사용되는 혼합기로는, 헨쉘 믹서, 슈퍼 믹서 또는 뢰디지 믹서가 사용될 수 있다.
본 발명에 사용되는 접착 수지로는, 임의의 공지된 접착 수지가 사용 가능하다. 예를 들어, 폴리스티렌; 폴리-피-클로로스티렌 및 폴리비닐톨루엔과 같은 스티렌 대체 생성 물질인 단일중합체; 스티렌-피-클로로스티렌 공중합체, 스티렌-비닐톨루엔 공중합체, 스티렌-비닐나프탈렌 공중합체, 스티렌-아크릴레이트 공중합체, 스티렌 메타크릴레이트 공중합체, 스티렌-메틸 α-클로로메타크릴레이트 공중합체, 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체, 스티렌-메틸 비닐 에테르 공중합체, 스티렌-에틸 비닐 에테르 공중합체, 스티렌-메틸 비닐 케톤 공중합체, 스티렌-부타디엔 공중합체, 스티렌-이소프렌 공중합체 및 스티렌-아크로니트릴-인덴 공중합체와 같은 스티렌 공중합체; 말레산 수지, 아크릴 수지, 메타크릴산 수지, 실리콘 수지, 폴리에스터 수지, 폴리아미드 수지, 푸란 수지, 에폭시 수지 및 크실렌 수지가 포함될 수 있다. 특히, 스티렌 공중합체, 폴리에스터 수지 및 에폭시 수지가 선호되는 수지이다.
스티렌 공중합체 내의 스티렌 모노머와 공중합 가능한 코모노머에는 아크릴산, 메틸 아크릴레이트, 에틸 아크릴레이트, 부틸 아크릴레이트, 도데실 아크릴레이트, 옥틸 아크릴레이트, 2-에틸헥실 아크릴레이트, 페닐 아크릴레이트, 메타아크릴산, 메틸 메타크릴레이트, 아크릴로니트릴, 부틸 메타크릴레이트, 옥틸 메타크릴레이트, 아크릴로니트릴, 메타크릴로니트릴 및, 아크릴아미드와 같은 이중 결합을 가진 모노카복실산과 그것의 대체 생성 물질; 말레산, 부틸 말리에이트, 메틸 말리에이트 및 디메틸 말리에이트와 같은 이중 결합을 가진 디카복실산과 그 대체 생성 물질; 비닐 클로라이드와 같은 비닐 에스테르, 비닐 아세테이트 및 비닐 벤조에이트; 메틸 비닐 케톤 및 헥실 비닐 케톤과 같은 비닐 케톤 및; 메틸 비닐 에테르, 에틸 비닐 에테르 및 이소부틸 비닐 에트르와 같은 비닐 에테르가 포함된다. 상기 비닐 모노머들 중 어느 것이라도 단독으로 또는 2개 또는 그 이상의 조합으로 사용될 수 있다. 교차 결합제로는, 적어도 2개의 공중합 가능한 이중 결합을 가진 화합물이 사용될 수 있다. 예를 들어, 디비닐 벤젠 및 디비닐 나프탈렌 방향성 디비닐 화합물과; 에틸렌 글리콜 디아크릴레이트, 에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트 및 1,3-부탄디올 디메타크릴레이트와 같은 2개의 이중 결합을 가진 카복실산 에스테르; 디비닐 아닐린, 디비닐 에테르, 디비닐 설파이드 및 디비닐 술폰과 같은 디비닐 화합물 및; 적어도 3개의 비닐기를 가진 화합물이 포함된다.
본 발명에 사용되는 착색제로는, 무기 색소, 유니 염료 및 유기 색소가 사용될 수 있다.
흑색 착색제에는 카본 블랙, 마그네타이트와 페라이트와 같은 자성 재료 및 옐로우, 마젠타 및 시안 착색제를 사용하여 블랙에 색상 첨가된 것들이 포함된다.
카본 블랙과 같은 비자성 블랙 착색제는 접착 수지의 중량비 100에 중량비 1 내지 20의 양으로 사용 가능하다.
자성 재료로는, 철 성분으로 주로 구성되고 선택 요소로 코발트, 니켈, 구리, 마그네슘 또는 망간과 같은 성분이 함유된 금속 산화물이 포함된다. 특히, 트리아이언 테트라옥사이드 및 γ-아이언 옥사이드로 주로 구성된 자성 재료가 선호된다.
자성 토너의 대전성 조절의 견지에서, 자성 재료는 실리콘 성분 또는 알루미늄 성분과 같은 다른 금속 성분을 포함할 수 있다. 이와 같은 자성 재료는 질소 기체 흡수에 의해 측정되는, 2 내지 30 ㎡/g, 특히 3 내지 28 ㎡/g의 BET 단위 표면적을 가진다. 자성 재료는 모스 경도(Mohs hardness)가 3 내지 7인 자성 재료인 것이 좋다.
상 밀도의 개선의 견지에서의 자성 재료의 형태로는 보다 이방성이 작은 옥타헤드랄, 헥사헤드랄 또는 구면체가 선호된다. 바람직하게는 자성 재료의 평균 입경이 0.05 내지 1.0㎛이며, 보다 바람직하게는 0.1 내지 0.6㎛이고, 보다 더욱 바람직하게는 0.1 내지 0.4㎛이다.
자성 재료의 함유량이 접착 수지의 중량비 100에 대해 중량비 30 내지 200이고, 바람직하게는 중량비 40 내지 200이며, 보다 바람직하게는 중량비 50 내지 150인 것이 좋다. 함유량이 중량비 30 미만인 경우에, 토너를 운반하는 데 자기력을 이용하는 현상 조립체에 사용되면, 운반 수행력이 저하되어 토너 운송 부재 상의 토너층을 불균일하게 만드는 경향이 있으며, 또한 마찰 전기량이 증가되어 상 밀도를 감소시키는 경향이 있다. 다른 한편으로, 함유량이 중량비 200 이상인 경우에는, 자성 토너의 고정력이 저하된다.
옐로우 착색제로는, 고체 아조 화합물, 이소인돌리논 화합물, 안트라퀴논 화합물, 아조 금속 복합체, 및 메틴 환합물로 대표되는 화합물이 사용될 수 있다. 구체적으로 말하면, 바람직하게는 C.I. 색소 옐로우 12, 13, 14, 15, 17, 62, 74, 83, 93, 94, 95, 97, 109, 110, 111, 120, 127, 128, 129, 147, 168, 174, 176, 180, 181, 191 등이 사용된다.
마젠타 착색제로는, 고체 아조 화합물, 디케토피로로피롤 화합물, 안트라퀴논 화합물, 퀸아크리돈 화합물, 기본 안료 레이크 화합물, 나프톨 화합물, 벤지미다졸론 화합물, 치오인디고 화합물 및 페릴린 화합물이 사용 가능하다. 구체적으로 말하면, C.I. 색소 레드 2, 3, 5, 6, 7, 23, 48:2, 48:3, 48:4, 57:1, 81:1, 144, 146, 166, 169, 177, 184, 185, 202, 206, 220, 221 및 254가 특히 선호된다.
시안 착색제로는, 구리 프탈로사이아닌 화합물 및 그 유도체, 안트라퀴논 화합물 및 기초 안료 레이크 화합물이 사용될 수 있다. 구체적으로 말하면, 바람직하게는 C.I. 색소 블루 1, 7, 15, 15:1, 15:2, 15:3, 15:4, 60, 62, 66 등이 사용될 수 있다.
이들 비자성 유색 착색제들은 단독으로 사용되거나, 혼합물의 형태 또는 고용체의 상태로 사용될 수 있다. 유색 착색제는 색조 각(hue angle), 색도, 명도, 내후성, OHP 투명도, 토너 내에서의 분산성을 고려하여 선정된다. 유색 색소는 접착 수지의 중량비 100에 중량 1 내지 20의 양으로 사용하는 것이 좋다.
고정 단계에서 고정 수단으로부터의 토출성을 개선하고 고정력의 개선을 목적으로, 왁스가 토너 입자에 포함될 수 있다. 왁스에는 파라핀 왁스 및 그 유도체와, 마이크로크리스탈린 왁스와 그 유도체와, 피셔-트롭쉬(Fischer-Tropsch) 왁스와 그 유도체와, 폴리올레핀 왁스와 그 유도체 및 에스테르 왁스 및 그 유도체가 포함된다. 유도체에는 산화물과, 비닐 모노머를 가진 블록 공중합체 및, 이식 수정된 생성 물질들이 포함된다.
토너에는, 대전 조절제가 자성 토너 입자에 화합시켜(내부적 첨가) 또는 자성 토너 입자(외부적 첨가)에 혼합시켜(외부적 첨가) 사용되는 것이 좋다. 대전 조절제는 현상 시스템에 따른 최적 대전량의 조절을 한다. 이는 특히 입자 크기 분포와 대전량 사이의 균형이 보다 안정적이 될 수 있도록 한다. 토너가 음으로 대전될 수 있도록 조절 가능한 것으로는, 유기 금속 복합체 또는 킬레이트 화합물이 사용될 수 있다. 예를 들어, 모노아조 금속 복합체, 아세틸아세톤 금속 복합체, 방향성 디카복실산 금속 복합체 및 방향성 디카복실산 금속 복합체가 포함된다. 이외에도, 방향성 하이드록시카복실산, 방향성 모노 또는 폴리 카복실산 및 금속염, 안하이드라이드 또는 이들의 에스테르 및 비스페놀과 같은 페놀 유도체가 포함된다.
토너가 양전하로 대전될 있도록 조절 가능한 것에는 니그로신과 지방산 금속염에 의해 변형된 생성 물질과; 트리부틸벤질암모늄, 1-하이드록시-4-나프토설포네이트와 같은 콰터너리 암모늄염과, 테트라부틸암모늄 테트라플루오르보레이트, 포스포늄염 및 이들의 레이크 색소와 같은 오늄염; 트리페닐메탄 염료 및 이들의 레이크 색소(레이크-형성제에는 텅스토인산, 몰리브도인산, 텅스토몰리브도인산, 탄닌산, 라우르산, 갈산, 페리시아니드 및 페로시아니드가 포함됨)와; 고지방산의 금속염; 디부틸틴 산화물, 디옥틸틴 산화물 및 디시클로헥실틴 산화물과 같은 디오가노틴 산화물 및; 디부틸틴 보레이트와 같은 디오가노틴 보레이트, 디옥틸틴 보레이트 및 디시클로헥실틴 보레이트가 포함된다. 상기 물질은 단독으로 또는 2개 또는 그 이상의 조합으로 사용된다.
상술된 대전 조절제는 미립자 형태로 사용되는 것이 좋다. 이 경우에, 이들 대전 조절제는 4㎛ 또는 그보다 작은 평균 입경을 가진 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 3㎛ 또는 그보다 작은 평균 입경을 가진 것이다. 대전 조절제가 토너 입자에 내부적으로 첨가된 경우에, 접착 수지의 중량비 100에 대해 0.1 내지 20의 중량비의 양으로 사용되는 것이 바람직하며, 특히 바람직하게는 중량비 0.2 내지 10이다.
토너의 성질을 개선하기 위해서는 토너 입자에 외부 첨가제를 혼합하는 것이 좋다.
외부 첨가제에는 무기성 미세 분말이 포함된다. 무기 미세 분말로는, 실리카, 알루미나 및 티타니아 또는 이들의 이중 산화물이 대전 안정성, 현상력, 유체성 및 보관 안정성을 위해 선호된다. 실리카에는 건조 공정 실리카 또는 할로겐화 실리콘 또는 알칼리산화물의 증기 상태 산화에 의해 생성된 훈증 실리카 및 알칼리산화물로부터 생성된 습윤 공정 실리카, 물유리 등이 포함되며, 어느 것도 사용 가능하다. 표면과 미세 실리카 분말의 내부에 보다 적은 실라놀기를 가지며 Na2O와 SO3 2-와 같은 잉여 산물을 보다 적게 산출하므로, 건조 공정을 거친 실리카가 선호된다. 건조 공정 실리카에 있어서, 제조 단계에서 할로겐화 실리콘과 함께 염화 알루미늄 또는 염화 티타늄과 같은 다른 할로겐화 금속을 사용하여 다른 금속 산화물이 섞인 실리카의 복합 미세 분말을 얻을 수도 있다. 이와 같은 분말도 사용 가능하다.
무기성 미세 분말은 질소 기체 흡수에 의한 BET 방법에 의해 측정하였을 때 바람직하게는 30 ㎡/g 또는 그 이상, 특히 50 내지 400 ㎡/g의 범위 내인 BET 단위 표면적을 가진다. 이러한 분말은 좋은 결과로 이어진다. 무기 미세 분말은 토너 입자의 중량 중량비 100에 대해 0.1 내지 8의 중량비의 양으로 사용되며, 바람직하게는 0.5 내지 5의 중량비, 보다 바람직하게는 1.0 내지 3.0의 중량비로 사용된다.
무기 미세 분말은 30 ㎚ 또는 그보다 작은 주 평균 입경을 가진 것이 좋다.
필요한 경우에 소성을 형성하거나 대전성을 조절하기 위해서, 무기 미세 분말이 실리콘 유약, 여러 종류의 변형 실리콘 유약, 실리콘 오일, 변형 실리콘 오일, 기능기를 가진 슬리레인 결합제 및 다른 유기 실리콘 화합물 또는 무기 티타늄 화합물로 처리되는 것이 좋다. 또한 여러 가지 처리제를 사용하여 무기 미세 분말을 처리하는 것이 좋다.
높은 대전량을 유지하여 높은 전사율을 달성하기 위해, 무기 미세 분말은 적어도 실리콘 오일에 의해 처리되는 것이 더욱 좋다.
전사력 및/또는 세척력을 개선하기 위해, 무기 미세 분말에 더불어, 30 ㎚ 또는 이보다 큰 주 입경을 가진 대체로 구형인 무기 또는 유기 미립자가 추가로 첨가된 토너를 제조하는 것이 바람직하며(바람직하게는 50 ㎡/g 미만의 단위 표면적을 가진다), 50 ㎚ 또는 이보다 큰 것이 보다 좋다(바람직하게는 30 ㎡/g 미만의 단위 표면적을 가진다.) 예를 들어, 구형 실리카 입자들, 구형 폴리메틸세스퀴옥산 입자 또는 구형 수지 입자들을 사용하는 것이 좋다.
토너 입자에 다른 외부 첨가제가 대체로 토너 입자에 역효과를 가지지 않는 한도 내에서 추가적으로 외부적으로 첨가된다. 이러한 외부 첨가제에는, 예를 들어 텔폰 분말, 아연 스테아타이트 분말 및 폴리비닐이덴 플루오라이드 분말과 같은 윤활성 분말과; 세륨 산화물 분말, 실리콘 카바이드 분말, 칼슘 티타네이트 분말 스트론티움 티타네이트 분말과 같은 연마제와; 고형화 방지제; 카본 블랙 분말, 아연 산화물 분말 및 틴 산화물 분말과 같은 도전성 제공제 및; 토너 입자의 극성과 반대의 극성을 가진 유기 및 무기 입자가 포함된다.
본 발명에 따른 토너 제조 공정에 의해 제조된 토너는 그 자체로 단일 성분 타입 현상제로 사용되거나, 캐리어 입자와 혼합되어 2성분 타입 현상제로 사용된다.
실시예
본 발명의 미분기에 따른 토너 제조의 실시예와 종래 기술에 따른 미분기에 의한 토너 제조의 비교예를 이하에 설명하기로 한다.
실시예 1
스티렌-부틸 아크릴레이트-디비닐벤젠 공중합체
(모노머 공중합비: 80:19:1; Mw: 350,000) 100 중량부
자성 산화철 (평균 입경: 0.18 μm) 100 중량부
니그로신(Nigrosin) 2 중량부
저분자량 에틸렌-프로필렌 공중합체 4 중량부
위와 같이 조성된 재료들은 (미쯔이 밀케 엔지니어링 가부시끼 가이샤제) 헨쉘(Henschel) 믹서 모델 FM-75를 사용하여 완전히 혼합되고, 그 후 얻어진 혼합물은 150°C로 가열된 (이께가이 가부시끼 가이샤제) 트윈 스크류 압출기 모델 PCM-30을 사용하여 용융 반죽되었다. 얻어진 반죽 제품은 냉각되고, 그 후 토너 분쇄 재료를 얻기 위해 1㎜ 이하의 50% 입경을 가진 입자들로 해머 밀로 분쇄되었다. 이와 같이 얻어진 분쇄 재료는 도1 및 도2에 도시된 공압 충격식 미분기에 의해 분쇄되었다.
공압 충격식 미분기에 있어서, 가속 튜브 내로 돌출된 충돌 부재의 중앙 돌출부의 선단은 가속 튜브 출구로부터 10㎜에 위치하고(L1 = 10㎜), 미분 챔버 상류 측벽에 의해 형성된 공간의 직경은 154㎜(B = 154㎜)이고, 미분 챔버 하류 측벽에 의해 형성된 공간의 직경은 136㎜(C = 136㎜)이다. 따라서, 미분 챔버 상류 측벽(15)에서 미분 챔버의 내부 단면적은 제2 충돌면의 최외곽 모서리에 대응하는 미분 챔버 하류 측벽(16)에서 미분 챔버의 내부 단면적 보다 크게 되어 있었다. 충돌 부재(11)의 중앙 돌출부(17)는 55°(α = 55°)의 수직각을 가진 원추형이고 주연 충돌면(18)은 가속 튜브(1)의 축에 대해 10°(β=10°)의 경사각을 가진다. 따라서, (α+2β)는 75°이다.
분쇄 재료는 54㎏/h의 속도로 정속 공급기에 의해 강제 와류형 공기 분급기로 공급되었고, 이와 같이 분급된 거친 분말은 공압 충격식 미분기 내로 유입되어 6.0㎏/㎝2(G)의 압력과 6.0m3/min의 유속을 가진 압축 공기를 사용하여 분쇄를 수행하였다. 그 후, 얻어진 미분 제품은 다시 분급기로 순환되어 밀폐 회로 연마를 수행하였다. 그 결과, 8.0㎛의 중량 평균 입경을 가진 토너용 미분 제품(분급된 제품)이 분급된 미세 분말로서 얻어졌다. 용융 퇴적 현상은 공압 충격식 미분기의 충돌 부재 상에서 발생하지 않아 안정한 작동을 가능하게 하였다.
이와 같이 얻어진 분급된 제품은 아미노 개질 실리콘 오일로 처리된 미세 실리카 분말과 혼합되어서, 양으로 대전 가능한 토너를 얻게 되었다. 토너는 상업적으로 구득 가능한 (캐논 인크.에 의해 제조된) 레이저 비임 프린터 LBP-150을 사용하여 화상을 형성하였다. 그 결과, 양호한 화상을 얻었다.
미분 제품의 입자 크기 분포는 다양한 방법에 의해 측정 가능하다. 본 발명에서는 콜터 카운터(Coulter counter)를 사용하여 측정하였다.
구체적으로는, (콜터 일렉트로닉스 인크.(Coulter Electronics, Inc.)에 의해 제조된) 콜터 카운터 모델 TA-Ⅱ을 사용하였고, 수치 분포 및 체적 분산을 출력하는 (닛까끼 가부시끼가이샤제) 인터페이스와 (캐논 가부시끼 가이샤제) Cx-1 퍼스널 컴퓨터를 접속시켰다. 전해질 용액으로, 1% NaCl 수용액은 1등급 염화나트륨을 이용하여 준비하였다. 측정은 0.1 내지 5㎖의 계면 활성제를, 양호하게는 알킬벤젠 술포네이트를 100 내지 150㎖의 상기 전해질 용액에 첨가하고, 2 내지 20㎎의 측정할 샘플도 첨가함으로써 수행되었다. 샘플이 현탁된 전해질 용액은 초음파 분산기에서 약 1 내지 약 3분 동안 분산되었다. 수치에 기초한, 2 내지 40㎛의 직경을 가진 입자의 입자 크기 분포는 100㎛의 구멍을 사용하여 전술한 콜터 카운터 모델 TA-II에 의해 측정되었다. 그 후, 체적 분포로부터 결정된 체적에 기초한, 중량 평균 입경을 결정하였다.
분쇄된 제품 50%의 입경을 측정하기 위해, 표준 체(sieve)를 다단계로 중첩하여 각각의 체에 남아 있는 입자들의 중량을 측정하고, 이를 기초로 분리 효율 곡선을 형성하여 50% 입경(D50)을 결정하였다.
실시예 2
실시예 1과 동일한 토너 분쇄 재료를 사용하여, 도6에 도시된 공압 충격식 미분기에 의해 분쇄되었다.
공압 충격식 미분기에 있어서, 가속 튜브 내로 돌출한 충돌 부재의 중앙 돌출부의 선단은 가속 튜브 출구로부터 10㎜에 위치하고(L1 = 10㎜), 미분 챔버 상류 측벽에 의해 형성된 공간의 직경은 154㎜(B = 154㎜)이고, 미분 챔버 하류 측벽에 의해 형성된 공간의 직경은 136㎜(C = 136㎜)이다. 따라서, 미분 챔버 상류 측벽(15)에서 미분 챔버의 내부 단면적은 제2 충돌면의 최외곽 모서리에 대응하는 미분 챔버 하류 측벽(16)에서 미분 챔버의 내부 단면적 보다 크게 되어 있었다. 충돌 부재(11)의 중앙 돌출부(17)는 55°(α = 55°)의 수직각을 가진 원추형이고 주연 충돌면(18)은 가속 튜브(1)의 축에 대해 10°(β = 10°)의 경사각을 가진다. 따라서, (α+2β)는 75°이다.
분쇄 재료는 53㎏/h의 속도로 정속 공급기에 의해 강제 와류형 공기 분급기로 공급되었고, 이와 같이 분급된 거친 분말은 공압 충격식 미분기 내로 유입되어 6.0㎏/㎝2(G)의 압력과 6.0m3/min의 유속을 가진 압축 공기를 사용하여 분쇄를 수행하였다. 그 후, 얻어진 미분 제품은 다시 분급기로 순환되어 폐쇄 회로 연마를 수행하였다. 그 결과, 8.1㎛의 중량 평균 입경을 가진 토너용 미분 제품(분급된 제품)이 분급된 미세 분말로서 얻어졌다. 용융 퇴적 현상은 공압 충격식 미분기의 충돌 부재 상에서 발생하지 않아 안정한 작동을 가능하게 하였다.
실시예 3
실시예 1과 동일한 토너 분쇄 재료를 사용하여, 도6에 도시된 공압 충격식 미분기를 사용하여 분쇄되었다. 공압 충격식 미분기는 실시예 1에 사용된 것과 동일한 구조를 가진다.
분쇄 재료는 36㎏/h의 속도로 정속 공급기에 의해 강제 와류형 공기 분급기로 공급되었고, 이와 같이 분급된 거친 분말은 공압 충격식 미분기 내로 유입되어 6.0㎏/㎝2(G)의 압력과 6.0m3/min의 유속을 가진 압축 공기를 사용하여 분쇄를 수행하였다. 그 후, 얻어진 미분 제품은 다시 분급기로 순환되어 밀폐 회로 연마를 수행하였다. 그 결과, 6.0㎛의 중량 평균 입경을 가진 토너용 미분 제품(분급된 제품)이 분급된 미세 분말로서 얻어졌다. 용융 퇴적 현상은 공압 충격식 미분기의 충돌 부재 상에서 발생하지 않아 안정한 작동을 가능하게 하였다.
실시예 4
실시예 1과 동일한 토너 분쇄 재료를 사용하여, 도6에 도시된 공압 충격식 미분기를 사용하여 분쇄되었다. 공압 충격식 미분기는 실시예 2에 사용된 것과 동일한 구조를 가진다.
분쇄 재료는 35㎏/h의 속도로 정속 공급기에 의해 강제 와류형 공기 분급기로 공급되었고, 이와 같이 분급된 거친 분말은 공압 충격식 미분기 내로 유입되어 6.0㎏/㎝2(G)의 압력과 6.0m3/min의 유속을 가진 압축 공기를 사용하여 분쇄를 수행하였다. 그 후, 얻어진 미분 제품은 다시 분급기로 순환되어 밀폐 회로 연마를 수행하였다. 그 결과, 6.1㎛의 중량 평균 입경을 가진 토너용 미분 제품(분급된 제품)이 분급된 미세 분말로서 얻어졌다. 용융 퇴적 현상은 공압 충격식 미분기의 충돌 부재 상에서 발생하지 않아 안정한 작동을 가능하게 하였다.
실시예 5
실시예 1과 동일한 토너 분쇄 재료를 사용하여, 도1에 도시된 공압 충격식 미분기를 사용하여 분쇄되었다.
공압 충격식 미분기에 있어서, 충돌 부재의 중앙 돌출부는 가속 튜브 내로 돌출하지 않고, 그 선단은 가속 튜브 출구로부터 -5㎜에 위치하고(L1 = -5㎜), 미분 챔버 상류 측벽에 의해 형성된 공간의 직경은 154㎜(B = 154㎜)이고, 미분 챔버 하류 측벽에 의해 형성된 공간의 직경은 136㎜(C = 136㎜)이다. 따라서, 미분 챔버 상류 측벽(15)에서 미분 챔버의 내부 단면적은 제2 충돌면의 최외곽 모서리에 대응하는 미분 챔버 하류 측벽(16)에서 미분 챔버의 내부 단면적 보다 크게 되어 있었다. 충돌 부재(11)의 중앙 돌출부(17)는 55°(α = 55°)의 수직각을 가진 원추형이고, 주연 충돌면(18)은 가속 튜브(1)의 축에 대해 10°(β = 10°)의 경사각을 가진다. 따라서, (α+2β)는 75°이다.
분쇄 재료는 52㎏/h의 속도로 정속 공급기에 의해 강제 와류형 공기 분급기로 공급되었고, 이와 같이 분급된 거친 분말은 공압 충격식 미분기 내로 유입되어 6.0㎏/㎝2(G)의 압력과 6.0m3/min의 유속을 가진 압축 공기를 사용하여 분쇄를 수행하였다. 그 후, 얻어진 미분 제품은 다시 분급기로 순환되어 밀폐 회로 연마를 수행하였다. 그 결과, 8.1㎛의 중량 평균 입경을 가진 토너용 미분 제품(분급된 제품)이 분급된 미세 분말로서 얻어졌다.
실시예 6
실시예 1과 동일한 토너 분쇄 재료를 사용하여, 도1에 도시된 공압 충격식 미분기를 사용하여 분쇄되었다. 공압 충격식 미분기는 실시예 5에 사용된 것과 동일한 구조를 가진다.
분쇄 재료는 34㎏/h의 속도로 정속 공급기에 의해 강제 와류형 공기 분급기로 공급되었고, 이와 같이 분급된 거친 분말은 공압 충격식 미분기 내로 유입되어 6.0㎏/㎝2(G)의 압력과 6.0m3/min의 유속을 가진 압축 공기를 사용하여 분쇄를 수행하였다. 그 후, 얻어진 미분 제품은 다시 분급기로 순환되어 밀폐 회로 연마를 수행하였다. 그 결과, 6.1㎛의 중량 평균 입경을 가진 토너용 미분 제품(분급된 제품)이 분급된 미세 분말로서 얻어졌다. 용융 퇴적 현상은 공압 충격식 미분기의 충돌 부재 상에서 발생하지 않아 안정한 작동을 가능하게 하였다.
실시예 7
실시예 1과 동일한 토너 분쇄 재료를 사용하여, 도1에 도시된 공압 충격식 미분기를 사용하여 분쇄되었다.
공압 충격식 미분기에 있어서, 가속 튜브 내로 돌출한 충돌 부재의 중앙 돌출부의 선단은 가속 튜브 출구로부터 10㎜에 위치하고(L1 = 10㎜), 미분 챔버 상류 측벽에 의해 형성된 공간의 직경은 154㎜(B = 154㎜)이고, 미분 챔버 하류 측벽에 의해 형성된 공간의 직경은 136㎜(C = 136㎜)이다. 따라서, 미분 챔버 상류 측벽(15)에서 미분 챔버의 내부 단면적은 제2 충돌면의 최외곽 모서리에 대응하는 미분 챔버 하류 측벽(16)에서 미분 챔버의 내부 단면적 보다 크게 되어 있었다. 충돌 부재(11)의 중앙 돌출부(17)는 65°(α = 65°)의 수직각을 가진 원추형이고, 주연 충돌면(18)은 가속 튜브(1)의 축에 대해 15°(β = 15°)의 경사각을 가진다. 따라서, (α+2β)는 95°이다.
분쇄 재료는 50㎏/h의 속도로 정속 공급기에 의해 강제 와류형 공기 분급기로 공급되었고, 이와 같이 분급된 거친 분말은 공압 충격식 미분기 내로 유입되어 6.0㎏/㎝2(G)의 압력과 6.0m3/min의 유속을 가진 압축 공기를 사용하여 분쇄를 수행하였다. 그 후, 얻어진 미분 제품은 다시 분급기로 순환되어 밀폐 회로 연마를 수행하였다. 그 결과, 8.1㎛의 중량 평균 입경을 가진 토너용 미분 제품(분급된 제품)이 분급된 미세 분말로서 얻어졌다. 용융 퇴적 현상은 공압 충격식 미분기의 충돌 부재 상에서 발생하지 않아 안정한 작동을 가능하게 하였다. 그러나, 분쇄 재료가 50㎏/h보다 큰 양으로 공급되는 경우에는 얻어지는 미세 분말이 더 큰 중량 평균 입경을 가지게 되었다.
실시예 8
실시예 1과 동일한 토너 분쇄 재료를 사용하여, 도1에 도시된 공압 충격식 미분기를 사용하여 분쇄되었다. 공압 충격식 미분기는 실시예 7에 사용된 것과 동일한 구조를 가진다.
분쇄 재료는 33㎏/h의 속도로 정속 공급기에 의해 강제 와류형 공기 분급기로 공급되었고, 이와 같이 분급된 거친 분말은 공압 충격식 미분기 내로 유입되어 6.0㎏/㎝2(G)의 압력과 6.0m3/min의 유속을 가진 압축 공기를 사용하여 분쇄를 수행하였다. 그 후, 얻어진 미분 제품은 다시 분급기로 순환되어 밀폐 회로 연마를 수행하였다. 그 결과, 6.1㎛의 중량 평균 입경을 가진 토너용 미분 제품(분급된 제품)이 분급된 미세 분말로서 얻어졌다. 용융 퇴적 현상은 공압 충격식 미분기의 충돌 부재 상에서 발생하지 않아 안정한 작동을 가능하게 하였다. 그러나, 분쇄 재료가 33㎏/h보다 큰 양으로 공급되는 경우에는 얻어지는 미세 분말이 더 큰 중량 평균 입경을 가지게 되었다.
실시예 9
실시예 1과 동일한 토너 분쇄 재료를 사용하여, 도8에 도시된 공압 충격식 미분기를 사용하여 분쇄되었다.
공압 충격식 미분기에 있어서, 가속 튜브 내로 돌출한 충돌 부재의 중앙 돌출부의 선단은 가속 튜브 출구로부터 10㎜에 위치하고(L1 = 10㎜), 미분 챔버 상류 측벽에 의해 형성된 공간의 직경은 154㎜(B = 154㎜)이고, 미분 챔버 하류 측벽(16)에 의해 형성된 공간의 직경은 136㎜(C = 136㎜)이고, 최내곽 모서리에서 분산 챔버 충돌벽(19)에 의해 형성된 공간의 직경은 132㎜이고(E = 132mm), 충돌 부재의 제2 충돌면의 최외곽 모서리 및 분산 챔버 충돌벽의 최내곽 모서리 사이의 거리는 35㎜(L6 = 35㎜)이고, 가속 튜브(1)의 축에 대해 형성된 분산 챔버 충돌벽(19)의 각도는 8°(θ = 8°)이다. 충돌 부재(11)의 중앙 돌출부(17)는 55°(α = 55°)의 수직각을 가진 원추형이고, 주연 충돌면(18)은 가속 튜브(1)의 축에 대해 10°(β = 10°)의 경사각을 가진다. 따라서, (α+2β)는 75°이다. 따라서, 상류측 상에서 미분 챔버의 내부 단면적은 제2 충돌면의 최외곽 모서리에 대응하는 미분 챔버의 내부 단면적 보다 크게 되어 있었다.
분쇄 재료는 52㎏/h의 속도로 정속 공급기에 의해 강제 와류형 공기 분급기로 공급되었고, 이와 같이 분급된 거친 분말은 공압 충격식 미분기 내로 유입되어 6.0㎏/㎝2(G)의 압력과 6.0m3/min의 유속을 가진 압축 공기를 사용하여 분쇄를 수행하였다. 그 후, 얻어진 미분 제품은 다시 분급기로 순환되어 밀폐 회로 연마를 수행하였다. 그 결과, 8.0㎛의 중량 평균 입경을 가진 토너용 미분 제품(분급된 제품)이 분급된 미세 분말로서 얻어졌다. 용융 퇴적 현상은 공압 충격식 미분기의 충돌 부재 상에서 발생하지 않아 안정한 작동을 가능하게 하였다.
이와 같이 얻어진 분급된 제품은 아미노 개질 실리콘 오일로 처리된 미세 실리카 분말과 혼합되어서, 양으로 대전 가능한 토너를 얻게 되었고, 이 토너를 사용하여 화상을 유사하게 형성하였다. 그 결과, 양호한 화상이 얻어졌다.
실시예 10
실시예 1과 동일한 토너 분쇄 재료를 이용하여 도10에 도시된 공압 충격식 미분기에 의해 분쇄되었다.
공압 충격식 미분기에 있어서, 가속 튜브 내로 돌출된 충돌 부재의 중앙 돌출부의 선단은 가속 튜브 출구로부터 10㎜에 위치하고(L1 = 10㎜), 미분 챔버 상류 측벽(15)에 의해 형성된 공간의 직경은 154㎜(B = 154㎜)이고, 미분 챔버 하류 측벽(16)에 의해 형성된 공간의 직경은 136㎜(C = 136㎜)이고, 최내곽 모서리의 미분 챔버 충돌벽(19)에 의해 형성된 공간의 직경은 132㎜(E = 132㎜)이고, 충돌 부재의 제2 충돌면의 최외곽 모서리와 미분 챔버 충돌벽의 최내곽 모서리 사이의 거리는 35㎜(L6 = 35㎜)이고, 가속 튜브(1)의 축에 대해 형성된 미분 챔버 충돌벽(19)의 각도는 8°(θ = 8°)이다. 충돌 부재(11)의 중앙 돌출부(17)는 55°(α = 55°)의 수직각을 가진 원추형이고, 주연 충돌면(18)은 가속 튜브(1)의 중심축에 대해 10°(β = 10°)의 경사각을 가진다. 따라서, (α+2β)는 75°이다. 따라서, 상류측 상에서 미분 챔버의 내부 단면적은 제2 충돌면의 최외곽 모서리에 대응하는 미분 챔버의 내부 단면적 보다 크게 되어 있었다.
분쇄 재료는 51㎏/h의 속도로 정속 공급기에 의해 강제 와류형 공기 분급기로 공급되었고, 이와 같이 분급된 거친 분말은 공압 충격식 미분기 내로 유입되어 6.0㎏/㎠의 압력과 6.0 ㎥/min의 유속을 가진 압축 공기를 이용하여 분쇄를 수행하였다. 그 후, 얻어진 미분 제품은 다시 분급기로 순환되어 밀폐 회로 연마를 수행하였다. 그 결과, 8.1㎛의 중량 평균 입경을 가진 토너용 미분 제품(분급된 제품)이 분급된 미세 분말로 얻어졌다. 용융 증착 현상은 공압 충격식 미분기의 충돌 부재 상에서 발생하지 않아 안정한 작동을 가능하게 하였다.
실시예 11
실시예 1과 동일한 토너 분쇄 재료를 이용하여 도8에 도시된 공압 충격식 미분기에 의해 분쇄되었다. 공압 충격식 미분기는 실시예 9에 사용된 것과 동일한 구조를 가진다.
분쇄 재료는 34㎏/h의 속도로 정속 공급기에 의해 강제 와류형 공기 분급기로 공급되었고, 이와 같이 분급된 거친 분말은 공압 충격식 미분기 내로 유입되어 6.0㎏/㎠의 압력과 6.0 ㎥/min의 유속을 가진 압축 공기를 이용하여 분쇄를 수행하였다. 그 후, 얻어진 미분 제품은 다시 분급기로 순환되어 밀폐 회로 연마를 수행하였다. 그 결과, 6.0㎛의 중량 평균 입경을 가진 토너용 미분 제품(분급된 제품)이 분급된 미세 분말로 얻어졌다. 용융 증착 현상은 공압 충격식 미분기의 충돌 부재 상에서 발생하지 않아 안정한 작동을 가능하게 하였다.
실시예 12
실시예 1과 동일한 토너 분쇄 재료를 이용하여 도10에 도시된 공압 충격식 미분기에 의해 분쇄되었다. 공압 충격식 미분기는 실시예 10에 사용된 것과 동일한 구조를 가진다.
분쇄 재료는 33㎏/h의 속도로 정속 공급기에 의해 강제 와류형 공기 분급기로 공급되었고, 이와 같이 분급된 거친 분말은 공압 충격식 미분기 내로 유입되어 6.0㎏/㎠의 압력과 6.0 ㎥/min의 유속을 가진 압축 공기를 이용하여 분쇄를 수행하였다. 그 후, 얻어진 미분 제품은 다시 분급기로 순환되어 밀폐 회로 연마를 수행하였다. 그 결과, 6.1㎛의 중량 평균 입경을 가진 토너용 미분 제품(분급된 제품)이 분급된 미세 분말로 얻어졌다. 용융 증착 현상은 공압 충격식 미분기의 충돌 부재 상에서 발생하지 않아 안정한 작동을 가능하게 하였다.
실시예 13
실시예 1과 동일한 토너 분쇄 재료를 이용하여 도8에 도시된 공압 충격식 미분기에 의해 분쇄되었다.
공압 충격식 미분기에 있어서, 충돌 부재의 중앙 돌출부는 가속 튜브 내로 돌출하지 않고, 그 선단은 가속 튜브 출구로부터 -5㎜에 위치하고(L1 = -5㎜), 미분 챔버 상류 측벽에 의해 형성된 공간의 직경은 154㎜(B = 154㎜)이고, 미분 챔버 하류 측벽에 의해 형성된 공간의 직경은 136㎜(C = 136㎜)이고, 충돌 부재의 제2 충돌면의 최외곽 모서리와 미분 챔버 충돌벽의 최내곽 모서리 사이의 거리는 35㎜(L6 = 35㎜)이다. 충돌 부재(11)의 중앙 돌출부(17)는 55°(α = 55°)의 수직각을 가진 원추형이고, 주연 충돌면(18)은 가속 튜브(1)의 중심축에 대해 10°(β = 10°)의 경사각을 가진다. 따라서, (α+2β)는 75°이다. 따라서, 상류측 상에서 미분 챔버의 내부 단면적은 제2 충돌면의 최외곽 모서리에 대응하는 미분 챔버의 내부 단면적 보다 크게 되어 있었다.
분쇄 재료는 48㎏/h의 속도로 정속 공급기에 의해 강제 와류형 공기 분급기로 공급되었고, 이와 같이 분급된 거친 분말은 공압 충격식 미분기 내로 유입되어 6.0㎏/㎠의 압력과 6.0 ㎥/min의 유속을 가진 압축 공기를 이용하여 분쇄를 수행하였다. 그 후, 얻어진 미분 제품은 다시 분급기로 순환되어 밀폐 회로 연마를 수행하였다. 그 결과, 8.1㎛의 중량 평균 입경을 가진 토너용 미분 제품(분급된 제품)이 분급된 미세 분말로 얻어졌다. 용융 증착 현상은 공압 충격식 미분기의 충돌 부재 상에서 발생하지 않아 안정한 작동을 가능하게 하였다.
실시예 14
실시예 1과 동일한 토너 분쇄 재료를 이용하여 도8에 도시된 공압 충격식 미분기에 의해 분쇄되었다. 공압 충격식 미분기는 실시예 13에 사용된 것과 동일한 구조를 가진다.
분쇄 재료는 31㎏/h의 속도로 정속 공급기에 의해 강제 와류형 공기 분급기로 공급되었고, 이와 같이 분급된 거친 분말은 공압 충격식 미분기 내로 유입되어 6.0㎏/㎠의 압력과 6.0 ㎥/min의 유속을 가진 압축 공기를 이용하여 분쇄를 수행하였다. 그 후, 얻어진 미분 제품은 다시 분급기로 순환되어 밀폐 회로 연마를 수행하였다. 그 결과, 6.1㎛의 중량 평균 입경을 가진 토너용 미분 제품(분급된 제품)이 분급된 미세 분말로 얻어졌다. 용융 증착 현상은 공압 충격식 미분기의 충돌 부재 상에서 발생하지 않아 안정한 작동을 가능하게 하였다.
실시예 15
실시예 1과 동일한 토너 분쇄 재료를 이용하여 도8에 도시된 공압 충격식 미분기에 의해 분쇄되었다.
공압 충격식 미분기에 있어서, 가속 튜브 내로 돌출된 충돌 부재의 중앙 돌출부의 선단은 가속 튜브 출구로부터 10㎜에 위치하고(L1 = 10㎜), 미분 챔버 상류 측벽에 의해 형성된 공간의 직경은 154㎜(B = 154㎜)이고, 미분 챔버 하류 측벽에 의해 형성된 공간의 직경은 136㎜(C = 136㎜)이고, 충돌 부재의 제2 충돌면의 최외곽 모서리와 미분 챔버 충돌벽의 최내곽 모서리 사이의 거리는 35㎜(L6 = 35㎜)이다. 충돌 부재(11)의 중앙 돌출부(17)는 65°(α = 65°)의 수직각을 가진 원추형이고, 주연 충돌면(18)은 가속 튜브(1)의 중심축에 대해 15°(β = 15°)의 경사각을 가진다. 따라서, (α+2β)는 95°이다. 따라서, 상류측 상에서 미분 챔버의 내부 단면적은 제2 충돌면의 최외곽 모서리에 대응하는 미분 챔버의 내부 단면적 보다 크게 되어 있었다.
분쇄 재료는 47㎏/h의 속도로 정속 공급기에 의해 강제 와류형 공기 분급기로 공급되었고, 이와 같이 분급된 거친 분말은 공압 충격식 미분기 내로 유입되어 6.0㎏/㎠의 압력과 6.0 ㎥/min의 유속을 가진 압축 공기를 이용하여 분쇄를 수행하였다. 그 후, 얻어진 미분 제품은 다시 분급기로 순환되어 밀폐 회로 연마를 수행하였다. 그 결과, 8.1㎛의 중량 평균 입경을 가진 토너용 미분 제품(분급된 제품)이 분급된 미세 분말로 얻어졌다. 용융 증착 현상은 공압 충격식 미분기의 충돌 부재 상에서 발생하지 않았으나, 상기 분쇄 재료가 47㎏/h 보다 큰 양으로 공급되었던 경우에 얻어진 미세 분말은 보다 큰 중량 평균 입경을 가졌다.
실시예 16
실시예 1과 동일한 토너 분쇄 재료를 이용하여 도8에 도시된 공압 충격식 미분기에 의해 분쇄되었다. 공압 충격식 미분기는 실시예 15에 사용된 것과 동일한 구조를 가진다.
분쇄 재료는 31㎏/h의 속도로 정속 공급기에 의해 강제 와류형 공기 분급기로 공급되었고, 이와 같이 분급된 거친 분말은 공압 충격식 미분기 내로 유입되어 6.0㎏/㎠의 압력과 6.0 ㎥/min의 유속을 가진 압축 공기를 이용하여 분쇄를 수행하였다. 그 후, 얻어진 미분 제품은 다시 분급기로 순환되어 밀폐 회로 연마를 수행하였다. 그 결과, 6.1㎛의 중량 평균 입경을 가진 토너용 미분 제품(분급된 제품)이 분급된 미세 분말로 얻어졌다. 용융 증착 현상은 공압 충격식 미분기의 충돌 부재 상에서 발생하지 않았으나, 상기 분쇄 재료가 31㎏/h 보다 큰 양으로 공급되었던 경우에 얻어진 미세 분말은 보다 큰 중량 평균 입경을 가졌다.
실시예 17
실시예 1과 동일한 토너 분쇄 재료를 이용하여 도12에 도시된 공압 충격식 미분기에 의해 분쇄되었다.
공압 충격식 미분기에 있어서, 가속 튜브 내로 돌출된 충돌 부재의 중앙 돌출부의 선단은 가속 튜브 출구로부터 10㎜에 위치하고(L1 = 10㎜), 미분 챔버 상류 측벽(15)에 의해 형성된 공간의 직경은 154㎜(B = 154㎜)이고, 미분 챔버 하류 측벽(16)에 의해 형성된 공간의 직경은 136㎜(C = 136㎜)이고, 전방 영역의 미분 챔버 출구의 직경은 152㎜(F = 152㎜)이다. 따라서, 상류측 상에서 미분 챔버의 내부 단면적은 제2 충돌면의 최외곽 모서리에 대응하는 미분 챔버의 내부 단면적 보다 크게 되어 있었다. 충돌 부재(11)의 중앙 돌출부(17)는 55°(α = 55°)의 수직각을 가진 원추형이고, 주연 충돌면(18)은 가속 튜브(1)의 중심축에 대해 10°(β = 10°)의 경사각을 가진다. 따라서, (α+2β)는 75°이다. 후방 부분에서 충돌 부재의 수직각은 80°(γ = 80°)이다.
분쇄 재료는 50㎏/h의 속도로 정속 공급기에 의해 강제 와류형 공기 분급기로 공급되었고, 이와 같이 분급된 거친 분말은 공압 충격식 미분기 내로 유입되어 6.0㎏/㎠의 압력과 6.0 ㎥/min의 유속을 가진 압축 공기를 이용하여 분쇄를 수행하였다. 그 후, 얻어진 미분 제품은 다시 분급기로 순환되어 밀폐 회로 연마를 수행하였다. 그 결과, 8.0㎛의 중량 평균 입경을 가진 토너용 미분 제품(분급된 제품)이 분급된 미세 분말로 얻어졌다. 용융 증착 현상은 공압 충격식 미분기의 충돌 부재 상에서 발생하지 않아 안정한 작동을 가능하게 하였다.
얻어진 분급 제품은 양으로 대전 가능한 토너를 달성하기 위해 실시예 1과 동일한 방법으로 아미노 개질 실리콘 오일 처리된 미세 실리카 분말과 혼합되었고, 이러한 토너를 이용하여 유사하게 화상이 형성되었다. 그 결과, 양호한 화상이 달성되었다.
실시예 18
실시예 1과 동일한 토너 분쇄 재료를 이용하여 도14에 도시된 공압 충격식 미분기에 의해 분쇄되었다.
공압 충격식 미분기에 있어서, 가속 튜브 내로 돌출된 충돌 부재의 중앙 돌출부의 선단은 가속 튜브 출구로부터 10㎜에 위치하고(L1 = 10㎜), 미분 챔버 상류 측벽(15)에 의해 형성된 공간의 직경은 154㎜(B = 154㎜)이고, 미분 챔버 하류 측벽(16)에 의해 형성된 공간의 직경은 136㎜(C = 136㎜)이고, 전방 영역의 미분 챔버 배출구의 직경은 152㎜(F = 152㎜)이다. 따라서, 상류측 상에서 미분 챔버의 내부 단면적은 제2 충돌면의 최외곽 모서리에 대응하는 미분 챔버의 내부 단면적 보다 크게 되어 있었다. 충돌 부재(11)의 중앙 돌출부(17)는 55°(α = 55°)의 수직각을 가진 원추형이고, 주연 충돌면(18)은 가속 튜브(1)의 중심축에 대해 10°(β = 10°)의 경사각을 가진다. 따라서, (α+2β)는 75°이다. 후방 부분에서 충돌 부재의 수직각은 80°(γ = 80°)이다.
분쇄 재료는 49㎏/h의 속도로 정속 공급기에 의해 강제 와류형 공기 분급기로 공급되었고, 이와 같이 분급된 거친 분말은 공압 충격식 미분기 내로 유입되어 6.0㎏/㎠의 압력과 6.0 ㎥/min의 유속을 가진 압축 공기를 이용하여 분쇄를 수행하였다. 그 후, 얻어진 미분 제품은 다시 분급기로 순환되어 밀폐 회로 연마를 수행하였다. 그 결과, 8.1㎛의 중량 평균 입경을 가진 토너용 미분 제품(분급된 제품)이 분급된 미세 분말로 얻어졌다. 용융 증착 현상은 공압 충격식 미분기의 충돌 부재 상에서 발생하지 않아 안정한 작동을 가능하게 하였다.
실시예 19
실시예 1과 동일한 토너 분쇄 재료를 이용하여 도12에 도시된 공압 충격식 미분기에 의해 분쇄되었다. 공압 충격식 미분기는 실시예 17에 사용된 것과 동일한 구조를 가진다.
분쇄 재료는 33㎏/h의 속도로 정속 공급기에 의해 강제 와류형 공기 분급기로 공급되었고, 이와 같이 분급된 거친 분말은 공압 충격식 미분기 내로 유입되어 6.0㎏/㎠의 압력과 6.0 ㎥/min의 유속을 가진 압축 공기를 이용하여 분쇄를 수행하였다. 그 후, 얻어진 미분 제품은 다시 분급기로 순환되어 밀폐 회로 연마를 수행하였다. 그 결과, 6.0㎛의 중량 평균 입경을 가진 토너용 미분 제품(분급된 제품)이 분급된 미세 분말로 얻어졌다. 용융 증착 현상은 공압 충격식 미분기의 충돌 부재 상에서 발생하지 않아 안정한 작동을 가능하게 하였다.
실시예 20
실시예 1과 동일한 토너 분쇄 재료를 이용하여 도14에 도시된 공압 충격식 미분기에 의해 분쇄되었다. 공압 충격식 미분기는 실시예 18에 사용된 것과 동일한 구조를 가진다.
분쇄 재료는 33㎏/h의 속도로 정속 공급기에 의해 강제 와류형 공기 분급기로 공급되었고, 이와 같이 분급된 거친 분말은 공압 충격식 미분기 내로 유입되어 6.0㎏/㎠의 압력과 6.0 ㎥/min의 유속을 가진 압축 공기를 이용하여 분쇄를 수행하였다. 그 후, 얻어진 미분 제품은 다시 분급기로 순환되어 밀폐 회로 연마를 수행하였다. 그 결과, 6.1㎛의 중량 평균 입경을 가진 토너용 미분 제품(분급된 제품)이 분급된 미세 분말로 얻어졌다. 용융 증착 현상은 공압 충격식 미분기의 충돌 부재 상에서 발생하지 않아 안정한 작동을 가능하게 하였다.
실시예 21
실시예 1과 동일한 토너 분쇄 재료를 이용하여 도12에 도시된 공압 충격식 미분기에 의해 분쇄되었다.
공압 충격식 미분기에 있어서, 충돌 부재의 중앙 돌출부는 가속 튜브 내로 돌출하지 않고, 그 선단은 가속 튜브 출구로부터 -5㎜에 위치하고(L1 = -5㎜), 미분 챔버 상류 측벽에 의해 형성된 공간의 직경은 154㎜(B = 154㎜)이고, 미분 챔버 하류 측벽에 의해 형성된 공간의 직경은 136㎜(C = 136㎜)이다. 따라서, 상류측 상에서 미분 챔버의 내부 단면적은 제2 충돌면의 최외곽 모서리에 대응하는 미분 챔버의 내부 단면적 보다 크게 되어 있었다. 충돌 부재(11)의 중앙 돌출부(17)는 55°(α = 55°)의 수직각을 가진 원추형이고, 주연 충돌면(18)은 가속 튜브(1)의 중심축에 대해 10°(β = 10°)의 경사각을 가진다. 따라서, (α+2β)는 75°이다.
분쇄 재료는 48㎏/h의 속도로 정속 공급기에 의해 강제 와류형 공기 분급기로 공급되었고, 이와 같이 분급된 거친 분말은 공압 충격식 미분기 내로 유입되어 6.0㎏/㎠의 압력과 6.0 ㎥/min의 유속을 가진 압축 공기를 이용하여 분쇄를 수행하였다. 그 후, 얻어진 미분 제품은 다시 분급기로 순환되어 밀폐 회로 연마를 수행하였다. 그 결과, 8.1㎛의 중량 평균 입경을 가진 토너용 미분 제품(분급된 제품)이 분급된 미세 분말로 얻어졌다. 용융 증착 현상은 공압 충격식 미분기의 충돌 부재 상에서 발생하지 않아 안정한 작동을 가능하게 하였다.
실시예 22
실시예 1과 동일한 토너 분쇄 재료를 이용하여 도12에 도시된 공압 충격식 미분기에 의해 분쇄되었다. 공압 충격식 미분기는 실시예 21에 사용된 것과 동일한 구조를 가진다.
분쇄 재료는 31㎏/h의 속도로 정속 공급기에 의해 강제 와류형 공기 분급기로 공급되었고, 이와 같이 거친 분말은 공압 충격식 미분기 내로 유입되어 6.0㎏/㎝2(G)의 압력과 6.0m3/min 유속을 가진 압축 공기를 이용하여 분쇄를 수행하였다. 그 후, 얻어진 미분 제품은 다시 분급기로 순환되어 밀폐 회로 연마를 수행하였다. 그 결과, 6.1㎛의 중량 평균 입경을 가진 토너용 미분 제품(분급된 제품)이 분급된 미세 분말로서 얻어졌다. 용융 증착 현상은 공압 충격식 미분기의 충돌 부재 상에서 발생하지 않아 안정한 작동을 가능하게 하였다.
실시예 23
실시예 1과 동일한 토너 분쇄 재료를 이용하여 도12에 도시된 공압 충격식 미분기에 의해 분쇄되었다.
공압 충격식 미분기에 있어서, 가속 튜브로 돌출된 충돌 부재의 중앙 돌출부의 선단은 가속 튜브 출구로부터 10㎜에 위치되고(L1 = 10㎜), 미분 챔버 상류 측벽(15)에 의해 형성된 공간의 직경은 154㎜(B = 154mm)이고, 미분 챔버 하류 측벽에 의해 형성된 공간의 직경은 136㎜(C = 136㎜)이다. 따라서, 상류측 상에서 미분 챔버의 내부 단면적은 제2 충돌면의 최외곽 모서리에 대응하는 미분 챔버의 내부 단면적 보다 커지게 되었다. 충돌 부재(11)의 중앙 돌출부(17)는 65°의 수직각(α = 65°)을 가진 원추형이고, 주연 충돌면(18)은 가속 튜브(1)의 축에 대해 15°의 경사각(β = 15°)을 가진다. 따라서, (α+2β)는 95°이다.
분쇄 재료는 47㎏/h의 속도로 정속 공급기에 의해 강제 와류형 공기 분급기로 공급되었고, 이와 같이 거친 분말은 공압 충격식 미분기 내로 유입되어 6.0㎏/㎝2(G)의 압력과 6.0m3/min의 유속을 가진 압축 공기를 이용하여 분쇄를 수행하였다. 그 후, 얻어진 미분 제품은 다시 분급기로 순환되어 밀폐 회로 연마를 수행하였다. 그 결과, 6.1㎛의 중량 평균 입경을 가진 토너용 미분 제품(분급된 제품)이 분급된 미세 분말로 얻어졌다. 용융 증착 현상은 공압 충격식 미분기의 충돌 부재 상에서 발생하지 않아 안정한 작동을 가능하게 하였지만, 분쇄 재료가 47㎏/h 보다 많은 양으로 공급되었던 경우에 얻어진 미세 분말은 보다 큰 중량 평균 입경을 가지게 되었다.
실시예 24
실시예 1과 동일한 토너 분쇄 재료를 이용하여 도12에 도시된 공압 충격식 미분기에 의해 분쇄되었다. 공압 충격식 미분기는 실시예 21에 사용된 것과 동일한 구조를 가진다.
분쇄 재료는 31㎏/h의 속도로 정속 공급기에 의해 강제 와류형 공기 분급기로 공급되었고, 이와 같이 분급된 거친 분말은 공압 충격식 미분기 내로 유입되어 6.0㎏/㎝2(G)의 압력과 6.0m3/min의 유속을 가진 압축 공기를 이용하여 분쇄를 수행하였다. 그 후, 얻어진 미분 제품은 폐회로 연마를 수행하도록 분급기로 다시 순환된다. 그 결과, 6.1㎛의 중량 평균 입경을 가진 토너용 미분 제품(분급된 제품)이 분급된 미세 분말로 얻어졌다. 용융 증착 현상은 공압 충격식 미분기의 충돌 부재 상에서 발생하지 않아 안정한 동작을 가능하게 하였지만, 분쇄 재료가 31㎏/h 보다 많은 양으로 공급되었던 경우에 얻어진 미세 분말은 보다 큰 중량 평균 입경을 가지게 되었다.
비교예 1
실시예 1과 동일한 토너 분쇄 재료를 이용하여 도21에 도시된 공압 충격식 미분기에 의해 분쇄되었다.
공압 충격식 미분기에 있어서, 충돌 부재의 중앙 돌출부는 가속 튜브로 돌출되지 않고 그 선단은 가속 튜브 출구로부터 -5㎜에 위치하고(L1 = -5㎜), 미분 챔버 상류 측벽(15)에 의해 형성된 공간의 직경은 140㎜(B = 140mm)이고, 미분 챔버 하류 측벽에 의해 형성된 공간의 직경은 140㎜(C = 140㎜)이고, 전방 구역 미분 챔버 출구의 직경은 140㎜(F = 140㎜)이다. 충돌 부재(11)의 중앙 돌출부(17)는 55°의 수직각(α = 55°)을 가진 원추형이고, 주연 충돌면(18)은 가속 튜브(1)의 축에 대해 10°의 경사각(β = 10°)을 가진다. 따라서, (α+2β)는 95°이다. 후방부에서 충돌 부재의 수직각은 180°(γ = 180°)이다.
분쇄 재료는 46㎏/h의 속도로 정속 공급기에 의해 강제 와류형 공기 분급기로 공급되었고, 이와 같이 거친 분말은 공압 충격식 미분기 내로 유입되어 6.0㎏/㎝2(G)의 압력과 6.0m3/min의 유속을 가진 압축 공기를 이용하여 분쇄를 수행하였다. 그 후, 얻어진 미분 제품은 다시 분급기로 순환되어 밀폐 회로 연마를 수행하였다. 그 결과, 6.1㎛의 중량 평균 입경을 가진 토너용 미분 제품(분급된 제품)이 분급된 미세 분말로 얻어진다. 용융 증착 현상은 공압 충격식 미분기의 충돌 부재 상에서 발생하지 않아 안정한 작동을 가능하게 하였지만, 분쇄 재료가 46㎏/h 보다 많은 양으로 공급되었던 경우에 얻어진 미세 분말은 보다 큰 중량 평균 입경을 가지게 되었다.
비교예 2
실시예 1과 동일한 토너 분쇄 재료를 이용하여 도16에 도시된 공압 충격식 미분기에 의해 분쇄되었다.
사용된 공압 충격식 미분기에 있어서, 충돌면은 가속 튜브의 축방향에 수직인 평면 형상을 가지고, 미분 챔버는 상자 형상을 가진다.
분쇄 재료는 18㎏/h의 속도로 정속 공급기에 의해 강제 와류형 공기 분급기로 공급되었고, 이와 같이 분급된 거친 분말은 공압 충격식 미분기 내로 유입되어 6.0㎏/㎝2(G)의 압력과 6.0m3/min의 유속을 가진 압축 공기를 이용하여 분쇄를 수행하였다. 그 후, 얻어진 미분 제품은 분급기로 다시 순환되어 밀폐 회로 연마를 수행하였다. 그 결과, 8.3㎛ 의 중량 평균 입경을 가진 토너용 미분 제품(분급된 제품)이 분급된 미세 분말로 얻어졌다. 분쇄 재료가 18㎏/h 보다 많은 양으로 공급되었던 경우에 얻어진 미세 분말은 보다 큰 중량 평균 입경을 가지게 되었고 충돌 부재와 조립 입자 상에서 용융 증착 현상과 덩어리지는 것이 발생되기 시작하고, 여기에서 용융 증착 현상은 때때로 가속 튜브의 재료 공급 주입구를 폐색하여 안정한 작동을 불가능하게 하였다.
비교예 3
실시예 1과 동일한 토너 분쇄 재료를 이용하여 도19에 도시된 공압 충격식 미분기에 의해 분쇄되었다.
공압 충격식 미분기에 있어서, 충돌 부재(11)의 중앙 돌출부(17)는 55°의 수직각(α = 55°)을 가진 원추형이고, 주연 충돌면(18)은 가속 튜브(1)의 축에 대해 10°의 경사각(β = 10°)을 가진다. 미분 챔버는 상자 형상을 가진다.
분쇄 재료는 22㎏/h의 속도로 정속 공급기에 의해 강제 와류형 공기 분급기로 공급되었고, 이와 같이 분급된 거친 분말은 공압 충격식 미분기로 유입되어 6.0㎏/㎝2(G)의 압력과 6.0m3/min의 유속을 가진 압축 공기를 사용하는 분쇄를 수행하였다. 그 후, 얻어진 미분 제품은 분급기로 다시 순환되어 밀폐 회로 연마를 수행하였다. 그 결과, 8.1㎛의 중량 평균 입경을 가진 토너용 미분 제품(분급된 제품)이 분급된 미세 분말로 얻어졌다. 분쇄 재료가 22㎏/h 보다 많은 양으로 공급되는 경우에 얻어진 미세 분말은 보다 큰 중량 평균 입경을 가지게 되었다. 용융 증착 현상은 공압 충격식 미분기의 충돌 부재 상에서 발생하지 않아 안정한 작동을 가능하게 하였다.
비교예 4
실시예 1과 동일한 토너 분쇄 재료를 이용하여 도21에 도시된 공압 충격식 미분기에 의해 분쇄되었다. 공압 충격식 미분기는 비교예 1에 사용된 것과 동일한 구조를 가진다.
분쇄 재료는 30㎏/h의 속도로 정속 공급기에 의해 강제 와류형 공기 분급기로 공급되었고, 이와 같이 분급된 거친 분말은 공압 충격식 미분기로 유입되어 6.0㎏/㎝2(G)의 압력과 6.0m3/min의 유속을 가진 압축 공기를 이용하여 분쇄를 수행하였다. 그 후, 얻어진 미분 제품은 다시 분급기로 순환되어 밀폐 회로 연마를 수행하였다. 그 결과, 6.1㎛ 의 중량 평균 입경을 가진 토너용 미분 제품(분급된 제품)이 분급된 미세 분말로 얻어졌다. 분쇄 재료가 30㎏/h 보다 많은 양으로 공급되었던 경우에 얻어진 미세 분말은 보다 큰 중량 평균 입경을 가지게 되었다. 용융 증착 현상은 공압 충격식 미분기의 충돌 부재 상에서 발생하지 않아 안정한 작동을 가능하게 하였다.
비교예 5
실시예 1과 동일한 토너 분쇄 재료를 이용하여 도16에 도시된 공압 충격식 미분기에 의해 분쇄되었다. 공압 충격식 미분기는 비교예 2에 사용된 것과 동일한 구조를 가진다.
분쇄 재료는 8㎏/h의 속도로 정속 공급기에 의해 강제 와류형 공기 분급기로 공급되었고, 이와 같이 분급된 거친 분말은 공압 충격식 미분기로 유입되어 6.0㎏/㎝2(G)의 압력과 6.0m3/min의 유속을 가진 압축 공기를 이용하여 분쇄를 수행하였다. 그 후, 얻어진 미분 제품은 분급기로 다시 순환되어 밀폐 회로 연마를 수행하였다. 그 결과, 6.4㎛ 의 중량 평균 입경을 가진 토너용 미분 제품(분급된 제품)이 분급된 미세 분말로 얻어졌다. 분쇄 재료가 8㎏/h 보다 많은 양으로 공급되었던 경우에 얻어진 미세 분말은 보다 큰 중량 평균 입경을 가지게 되었고, 분쇄 재료가 18㎏/h 보다 많은 양으로 공급되었던 경우에 충돌 부재와 조립 입자 상에서 용융 증착 현상과 덩어리지는 것이 발생되기 시작하고, 여기에서 용융 증착 현상은 때때로 가속 튜브의 재료 공급 주입구를 폐색하여 안정한 작동을 불가능하게 하였다.
비교예 6
실시예 1과 동일한 토너 분쇄 재료를 이용하여 도19에 도시된 공압 충격식 미분기에 의해 분쇄되었다. 공압 충격식 미분기는 비교예 3에 사용된 것과 동일한 구조를 가진다.
분쇄 재료는 14㎏/h의 속도로 정속 공급기에 의해 강제 와류형 공기 분급기로 공급되었고, 이와 같이 분급된 거친 분말은 공압 충격식 미분기로 유입되어 6.0㎏/㎝2(G)의 압력과 6.0m3/min의 유속을 가진 압축 공기를 이용하여 분쇄를 수행하였다. 그 후, 얻어진 미분 제품은 다시 분급기로 순환되어 밀폐 회로 연마를 수행하였다. 그 결과, 6.2㎛의 중량 평균 입경을 가진 토너용 미분 제품(분급된 제품)이 분급된 미세 분말로 얻어졌다. 분쇄 재료가 14㎏/h 보다 많은 양으로 공급되었던 경우에 얻어진 미세 분말은 보다 큰 중량 평균 입경을 가지게 되었다. 용융 증착 현상은 공압 충격식 미분기의 충돌 부재 상에서 발생하지 않는다.
상술된 실시예 1 내지 24와 비교예 1 내지 6에서 얻어진 결과는 표1(a) 및 표1(b)에서 함께 도표화된다.
표1(a)에서, 분쇄 성능비는 비교예 3에서 정량을 공급시키는 순간 마다 공급량의 비로서 표시된다.
표1(b)에서,
(1) : 중량 평균 입경
(2) : 분쇄 성능비
(3) : 장치 안정성
A : 공급되는 분쇄 분말 재료의 양이 20㎏/h 보다 많은 경우에도 용융 증착 현상이 발생하지 않음.
B : 공급되는 분쇄 분말 재료의 양이 20㎏/h 정도일 때 용융 증착 현상이 발생하지 않음.
C : 공급되는 분쇄 분말 재료의 양이 20㎏/h 보다 작을 때 용융 증착 현상이 발생함.
전술된 바와 같이, 본 발명에 따른 공압 충격식 미분기에 따르면, 분쇄 재료는 분산 상태로 가속 튜브 내로 안내되어 분말 농도가 불균일하지 않도록 하며 또한 미분 챔버는 가속 튜브 출구에서 적절히 확대되어 있어서 가속 튜브 출구의 인접 지역에서의 배압이 저하되도록 하며, 충돌 부재는 가속 튜브에 인접하여 설치되어 있어서 적절히 가속되고 팽창된 고체-기체 혼합 흐름이 잘 분산된 상태로 가속 튜브 출구에 대향하여 설치된 충돌 부재를 향해 큰 충돌 에너지로 분사되어 토출되는데, 여기서 분쇄 재료는 충돌 부재 상에 구비된 원추형 돌출 중앙 지역에서 1차 분쇄되고, 돌출 중앙 지역 둘레의 주연 충돌면에서 2차 분쇄되고, 그 후에 미분 챔버 하류 측벽에서 3차 분쇄된다. 따라서, 종래의 공압 충격식 미분기와 비교해서, 분쇄 효율은 크게 개선될 수 있으며, 또한 수율 용량을 동일하게 조절하였을 때 얻어진 산물이 보다 작은 입경을 가지게 된다.
분쇄된 재료가 분산된 상태의 충돌 부재의 충돌면에 대해 충돌하므로, 분쇄된 제품은 용융 부착, 덩어리지는 것이 방지되고, 거친 입자가 형성되고, 가속 튜브의 내부벽 및 충돌 부재의 충돌면은 국소적으로 마모되는 것이 방지될 수 있고, 특히 주로 열가소성 수지로 조성된 분말이 분쇄 재료로 사용될 때 안정된 작동을 가능하게 한다. 또한 분쇄 재료는 과잉으로 분쇄되는 것이 방지될 수 있고, 불균일한 입자 크기 분포를 가진 미분 제품이 얻어질 수 있다.
본 발명의 공압 충격식 미분기에 의하면 200 내지 2000㎛의 50% 입경을 가진 수지 입자들이 양호한 효율로 3 내지 15㎛의 중량 평균 입경을 입자들로 분쇄될 수 있다. 따라서 더 작은 입경을 가진 것을 원하는 정정 화상 현상용 토너가 양호한 효율로 얻어질 수 있다.

Claims (36)

  1. 고압 가스를 공급하는 고압 가스 공급 노즐과,
    상기 고압 가스 공급 노즐을 통해서 공급된 고압 가스의 협력에 의해 가속 튜브에서 분쇄 재료를 운반 및 가속하는 가속 튜브와,
    가속 튜브 출구로부터 토출된 분쇄 재료를 분쇄시키는 미분 챔버와,
    미분 챔버의 가속 튜브 출구에 대향하는 위치에 제공되어 상기 가속 튜브 출구로부터 토출된 분쇄 재료를 분쇄시키는 충돌 부재를 포함하며,
    상기 충돌 부재는 적어도 가속 튜브의 축 둘레에 수직각(α)으로 가속 튜브를 향해 돌출한 제1 충돌면과 가속 튜브의 축을 향해 형성된 수직선에 대해서 각(β)으로 하류측을 향해 경사진 제2 충돌면을 가지며,
    상기 미분 챔버는 적어도 상기 충돌면의 최외곽 모서리 보다 상류측 상에 위치된 제1 측벽과 상기 제1 측벽의 하류측 상에 위치되고 하류측을 향해 연장된 제2 측벽을 가지며,
    상기 미분 챔버는 미분 챔버의 내부 단면적이 제2 충돌면의 최외곽 모서리에 대응하는 미분 챔버의 내부 단면적 보다 큰 면적을 가지도록 제2 충돌면의 최외곽 모서리 보다 상류측 상에서 그 일부가 확대되고, 상기 제1 충돌면의 선단은 제1 측벽의 하류측 모서리 보다 상류측에 위치되어 있는 것을 특징으로 하는 공압 충격식 미분기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 수직각(α)과 상기 경사각(β)은 다음의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 공압 충격식 미분기.
    0＜α＜90, β＞0
    30≤(α+2β)≤90
  3. 제1항에 있어서, 상기 수직각(α)과 상기 경사각(β)은 다음의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 공압 충격식 미분기.
    0＜α＜90, β＞0
    50≤(α+2β)≤90
  4. 제1항에 있어서, 상기 제2 충돌면의 최외곽 모서리를 가로지르는 직경이 폭 A로 표시되고, 상기 충돌 부재에 대향하는 상기 미분 챔버의 상류 측벽에 의해서 형성된 공간의 최대 직경이 폭 B로 표시되며, 상기 제2 측벽에 의해서 형성된 공간의 최소 직경은 폭 C로 표시될 때, A, B, 및 C는 다음의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 공압 충격식 미분기.
    C＜B≤1.6×C
    A＜C＜1.6×A
  5. 제1항에 있어서, 상기 제2 충돌면의 최외곽 모서리를 가로지르는 직경이 폭 A로 표시되고, 상기 충돌 부재에 대향하는 상기 미분 챔버의 상류 측벽에 의해 형성된 공간의 최대 직경이 폭 B로 표시되며, 상기 제2 측벽에 의해 형성된 공간의 최소 직경이 폭 C로 표시될 때, A, B, 및 C는 다음의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 공압 충격식 미분기.
    C＜B≤1.2×C
    A＜C＜1.5×A
  6. 제1항에 있어서, 상기 제2 충돌면의 최외곽 모서리를 가로지르는 직경이 폭 A로 표시되고, 상기 충돌 부재에 대향하는 상기 미분 챔버의 상류 측벽에 의해 형성된 공간의 최대 직경이 폭 B로 표시되며, 상기 제2 측벽에 의해서 형성된 공간의 최소 직경은 폭 C로 표시될 때, A, B, 및 C는 다음의 관계를 만족하며,
    C＜B≤1.6×C
    A＜C＜1.6×A
    가속 튜브 출구의 직경이 D로 표시되고, 상기 가속 튜브 출구와 상기 제1 충돌면의 상부 사이의 거리는 L1로 표시되고, 상기 제1 충돌면의 높이가 L2로 표시되며, 상기 제2 충돌면의 높이는 L3으로 표시되고, 상기 제2 충돌면의 최외곽 모서리와 상기 가속 튜브 출구 사이의 거리가 L4로 표시되고, 상기 가속 튜브 출구와 상기 제2 측벽 사이의 거리는 L5로 표시될 때, L1, L2, L3, L4 및 L5는 다음의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 공압 충격식 미분기.
    ｜L1｜≤D/{2×tan(α/2)}
    L5 ≤L4≤L2+L3
  7. 제1항에 있어서, 상기 제2 충돌면의 최외곽 모서리를 가로지르는 직경이 폭 A로 표시되고, 상기 충돌 부재에 대향하는 상기 미분 챔버의 상류 측벽에 의해서 형성된 공간의 최대 직경이 폭 B로 표시되며, 상기 제2 측벽에 의해서 형성된 공간의 최소 직경은 폭 C로 표시될 때, A, B, 및 C는 다음의 관계를 만족하며,
    C＜B≤1.6×C
    A＜C＜1.6×A
    가속 튜브 출구의 직경이 D로 표시되고, 상기 가속 튜브 출구와 상기 제1 충돌면의 상부 사이의 거리가 L1로 표시되고, 상기 제1 충돌면의 높이는 L2로 표시되며, 상기 제2 충돌면의 높이가 L3으로 표시되고, 상기 제2 충돌면의 최외곽 모서리와 상기 가속 튜브 출구 사이의 거리는 L4로 표시되며, 상기 가속 튜브 출구와 상기 제2 측벽 사이의 거리가 L5로 표시될 때, L1, L2, L3, L4 및 L5는 다음의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 공압 충격식 미분기.
    0＜L1≤D/{2×tan(α/2)}
    L5 ≤L4≤L2+L3
  8. 제1항에 있어서, 상기 미분 챔버의 측벽이 적어도 상기 제2 충돌면의 최외곽 모서리 보다 상류측 상에 위치된 제1 측벽과, 상기 제1 측벽의 하류측 상에 위치되며 하류측으로 연장된 제2 측벽과, 상기 제1 측벽과 상기 제2 측벽을 연결하며 상기 제2 충돌면의 최외곽 모서리와 면하고 상기 가속 튜브의 축에 대해서 외면을 향해 그리고 하류를 향해 임의의 각도(θ)로 경사진 제3 측벽으로서 미분 챔버 충돌벽을 포함하며,
    상기 제2 충돌면의 최외곽 모서리를 가로지르는 직경이 폭 A로 표시되고, 상기 충돌 부재에 대향하는 상기 미분 챔버의 상류 측벽에 의해서 형성된 공간의 최대 직경이 폭 B로 표시되며, 상기 미분 챔버 충돌벽에 의해서 형성된 공간의 직경은 최내곽 모서리에서 폭 E로 표시되며, 상기 제2 측벽에 의해서 형성된 공간의 최소 직경은 폭 C로 표시될 때, A, B, 및 C 및 E는 다음의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 공압 충격식 미분기.
    C＜B≤2×C
    A＜C＜1.6×A
    C＞E
  9. 제1항에 있어서, 상기 미분 챔버의 측벽이 상기 제2 충돌면의 최외곽 모서리 보다 상류측 상에 위치된 적어도 제1 측벽과, 상기 제1 측벽의 하류측 상에 위치되며, 하류측으로 연장된 제2 측벽과, 상기 제1 측벽과 상기 제2 측벽을 연결하며, 상기 제2 충돌면의 최외곽 모서리와 면하고 상기 가속 튜브의 축에 대해서 외면을 향해 그리고 하류를 향해 임의의 각도(θ)로 경사진 제3 측벽으로서 미분 챔버 충돌벽을 포함하며,
    상기 제2 충돌면의 최외곽 모서리를 가로지르는 직경이 폭 A로 표시되고, 상기 충돌 부재에 대향하는 상기 미분 챔버의 상류 측벽에 의해서 형성된 공간의 최대 직경이 폭 B로 표시되며, 상기 미분 챔버 충돌벽에 의해서 형성된 공간의 직경은 최내곽 모서리에서 폭 E로 표시되며, 상기 제2 측벽에 의해서 형성된 공간의 최소 직경은 폭 C로 표시될 때, A, B, 및 C 및 E는 다음의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 공압 충격식 미분기.
    C＜B≤1.3×C
    A＜C＜1.5×A
    C＞E
  10. 제1항에 있어서, 상기 미분 챔버의 측벽이 상기 제2 충돌면의 최외곽 모서리 보다 상류측 상에 위치된 적어도 제1 측벽과, 상기 제1 측벽의 하류측 측면 상에 위치되며, 하류측으로 연장된 제2 측벽과, 상기 제1 측벽과 상기 제2 측벽을 연결하며, 상기 제2 충돌면의 최외곽 모서리와 면하고 상기 가속 튜브의 축에 대해서 외면을 향해 그리고 하류를 향해 임의의 각도(θ)로 경사진 제3 측벽으로서 미분 챔버 충돌벽을 포함하며,
    상기 제2 충돌면의 최외곽 모서리를 가로지르는 직경이 폭 A로 표시되고, 상기 충돌 부재에 대향하는 상기 미분 챔버의 상류 측벽에 의해서 형성된 공간의 최대 직경이 폭 B로 표시되며, 상기 미분 챔버 충돌벽에 의해서 형성된 공간의 직경은 최내곽 모서리에서 폭 E로 표시되며, 상기 제2 측벽에 의해서 형성된 공간의 최소 직경은 폭 C로 표시될 때, A, B, 및 C 및 E는 다음의 관계를 만족하고,
    C＜B≤1.3×C
    A＜C＜1.5×A
    C＞E
    가속 튜브 출구의 직경이 D로 표시되고, 상기 가속 튜브 출구와 상기 제1 충돌면의 상부 사이의 거리는 L1로 표시되고, 상기 제1 충돌면의 높이는 L2로 표시되며, 상기 제2 충돌면의 높이는 L3으로 표시되고, 상기 제2 충돌면의 최외곽 모서리와 상기 가속 튜브 출구 사이의 거리는 L4로 표시되고, 상기 제2 충돌면의 최외곽 모서리와 제3 측벽의 최내곽 모서리 사이의 거리가 L6일 때, L1, L2, L3, L4 및 L6은 다음의 관계를 만족하고,
    ｜L1｜≤D/{2×tan(α/2)}
    L6 ≤L4≤L2+L3
    0 ＜L6≤2×L3
    제3 측벽의 경사각(θ)은 다음의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 공압 충격식 미분기.
    0＜θ＜40
  11. 제1항에 있어서, 상기 미분 챔버의 측벽이 상기 제2 충돌면의 최외곽 모서리 보다 상류측 상에 위치된 적어도 제1 측벽과, 상기 제1 측벽의 하류측 상에 위치되며, 하류측으로 연장된 제2 측벽과, 상기 제1 측벽과 상기 제2 측벽을 연결하며, 상기 제2 충돌면의 최외곽 모서리와 면하고 상기 가속 튜브의 축에 대해서 외면을 향해 그리고 하류를 향해 임의의 각도(θ)로 경사진 제3 측벽으로서 미분 챔버 충돌벽을 포함하며,
    상기 제2 충돌면의 최외곽 모서리를 가로지르는 직경이 폭 A로 표시되고, 상기 충돌 부재에 대향하는 상기 미분 챔버의 상류 측벽에 의해서 형성된 공간의 최대 직경이 폭 B로 표시되며, 상기 미분 챔버 충돌벽에 의해서 형성된 공간의 직경은 최내곽 모서리에서 폭 E로 표시되며, 상기 제2 측벽에 의해서 형성된 공간의 최소 직경은 폭 C로 표시될 때, A, B, 및 C 및 E는 다음의 관계를 만족하고,
    C＜B≤2×C
    A＜C＜1.6×A
    C＞E
    가속 튜브 출구의 직경이 D로 표시되고, 상기 가속 튜브 출구와 상기 제1 충돌면의 상부 사이의 거리는 L1로 표시되고, 상기 제1 충돌면의 높이는 L2로 표시되며, 상기 제2 충돌면의 높이는 L3으로 표시되고, 상기 제2 충돌면의 최외곽 모서리와 상기 가속 튜브 출구 사이의 거리는 L4로 표시되고, 상기 제2 충돌면의 최외곽 모서리와 제3 측벽의 최내곽 모서리 사이의 거리가 L6일 때, L1, L2, L3, L4 및 L6은 다음의 관계를 만족하고,
    0＜L1≤D/{2×tan(α/2)}
    L6 ≤L4≤L2+L3
    0 ＜L6≤2×L3
    제3 측벽의 경사각(θ)은 다음의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 공압 충격식 미분기.
    0＜θ＜40
  12. 제1항에 있어서, 상기 충돌 부재는 상기 제1 충돌면 및 제2 충돌면이 제공된 측면에 대향하는 측면에 수직 방향의 각도(γ)를 가진 원추형 형상을 가지며,
    상기 제2 충돌면의 최외곽 모서리를 가로지르는 직경이 A로 표시되고, 상기 충돌 부재에 대향하는 상기 미분 챔버의 상류 측벽에 의해서 형성된 공간의 최대 직경이 폭 B로 표시되며, 상기 제2 측벽에 의해서 형성된 공간의 최소 직경은 폭 C로 표시될 때, A, B, 및 C는 다음의 관계를 만족하며,
    C＜B≤1.6×C
    A＜C＜1.6×A
    가속 튜브 출구의 직경이 D로 표시되고, 상기 가속 튜브 출구와 상기 제1 충돌면의 상부 사이의 거리는 L1로 표시되고, 상기 제1 충돌면의 높이는 L2로 표시되며, 상기 제2 충돌면의 높이는 L3으로 표시되고, 상기 제2 충돌면의 최외곽 모서리와 상기 가속 튜브 출구 사이의 거리는 L4로 표시되고, 상기 가속 튜브 출구와 상기 제2 측벽 사이의 거리는 L5로 표시될 때, L1, L2, L3, L4 및 L5는 다음의 관계를 만족하며,
    0＜L1≤D/{2×tan(α/2)}
    L5 ≤L4≤L2+L3
    상기 미분 챔버의 상기 제2 측벽의 최하부에서 분쇄된 제품 배출구로 연장된 영역에서 최대로 확대된 부분의 직경이 F로 지시될 때, F와 C는 다음의 관계를 만족시키며,
    F＞C
    상기 충돌 부재의 수직각(γ)은 다음의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 공압 충격식 미분기.
    0＜γ＜90
  13. 제1항에 있어서, 상기 충돌 부재는 상기 제1 충돌면 및 제2 충돌면이 제공된 측면에 대향하는 측면에 수직 방향의 각도(γ)를 가진 원추형 형상을 가지며,
    상기 제2 충돌면의 최외곽 모서리를 가로지르는 직경이 A로 표시되고, 상기 충돌 부재에 대향하는 상기 미분 챔버의 상류 측벽에 의해서 형성된 공간의 최대 직경이 폭 B로 표시되며, 상기 제2 측벽에 의해서 형성된 공간의 최소 직경은 폭 C로 표시될 때, A, B, 및 C는 다음의 관계를 만족하며,
    C＜B≤1.6×C
    A＜C＜1.6×A
    가속 튜브 출구의 직경이 D로 표시되고, 상기 가속 튜브 출구와 상기 제1 충돌면의 상부 사이의 거리는 L1로 표시되고, 상기 제1 충돌면의 높이는 L2로 표시되며, 상기 제2 충돌면의 높이는 L3으로 표시되고, 상기 제2 충돌면의 최외곽 모서리와 상기 가속 튜브 출구 사이의 거리는 L4로 표시되고, 상기 가속 튜브 출구와 상기 제2 측벽 사이의 거리는 L5로 표시될 때, L1, L2, L3, L4 및 L5는 다음의 관계를 만족하며,
    0＜L1≤D/{2×tan(α/2)}
    L5 ≤L4≤L2+L3
    상기 미분 챔버의 상기 제2 측벽의 최하부에서 분쇄된 제품 배출구로 연장된 영역에서 최대로 확대된 부분의 직경이 F로 지시되고, F와 C는 다음의 관계를 만족시키며,
    F＞C
    상기 충돌 부재의 수직각(γ)은 다음의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 공압 충격식 미분기.
    0＜γ＜90
  14. 제1항에 있어서, 상기 가속 튜브가 수직선 기준 상에서 가속 튜브의 축방향으로 0° 내지 45°로 경사진 것을 특징으로 하는 공압 충격식 미분기
  15. 제1항에 있어서, 상기 가속 튜브가 수직선 기준 상에서 가속 튜브의 축방향으로 0° 내지 20°로 경사진 것을 특징으로 하는 공압 충격식 미분기.
  16. 제1항에 있어서, 상기 가속 튜브가 수직선 기준 상에서 가속 튜브의 축방향으로 0° 내지 5°로 경사진 것을 특징으로 하는 공압 충격식 미분기.
  17. 제1항에 있어서, 상기 미분 챔버는 상기 미분 챔버로부터 미분 제품을 배출하는 미분 제품 배출구를 구비하고, 충돌 챔버의 충돌면이 제공되는 측면에 반대 방향으로 상기 충돌 챔버보다 더 하류측으로 제공되는 것을 특징으로 하는 공압 충격식 미분기.
  18. 제1항에 있어서, 상기 가속 튜브는 분쇄 재료를 가속 튜브의 주연 상을 통해 가속 튜브로 공급하는 분쇄 재료 공급구를 구비하는 것을 특징으로 하는 공압 충격식 미분기.
  19. 토너 제조 공정에 있어서,
    형성 제품이 얻어지도록 적어도 결합제 수지 및 착색제를 포함하는 혼합물을 용융 형성하는 단계와,
    고상 제품이 얻어지도록 고상화될 형성 제품을 냉각하는 단계와,
    분쇄된 제품이 얻어지도록 고상화된 제품을 분쇄하는 단계와,
    공압 충격식 미분기에 의해 분쇄된 최종 제품을 분쇄하는 단계를 포함하며,
    상기 공압 충격식 미분기는,
    고압 가스를 공급하는 고압 가스 공급 노즐과,
    상기 고압 가스 공급 노즐을 통해서 공급된 고압 가스의 협력에 의해 가속 튜브에서 분쇄 재료를 운반 및 가속하는 가속 튜브와,
    가속 튜브 출구로부터 토출된 분쇄 재료를 분쇄시키는 미분 챔버와,
    미분 챔버의 가속 튜브 출구에 대향하는 위치에 제공되어 상기 가속 튜브 출구에서 토출된 분쇄 재료를 분쇄시키는 충돌 부재를 포함하며,
    상기 충돌 부재는 적어도 가속 튜브의 축 둘레에 수직각(α)으로 가속 튜브를 향해 돌출한 제1 충돌면과 가속 튜브의 축을 향해 형성된 수직선에 대해서 각(β)으로 하류측으로 경사진 제2 충돌면을 가지며,
    상기 미분 챔버는 적어도 상기 충돌면의 최외곽 모서리 보다 상류측 상에 위치된 제1 측벽과 상기 제1 측벽의 하류측 상에 위치되고 하류측을 향해 연장된 제2 측벽을 가지며,
    상기 미분 챔버는 미분 챔버의 내부 단면적이 제2 충돌면의 최외곽 모서리에 대응하는 미분 챔버의 내부 단면적 보다 큰 면적을 가지도록 제2 충돌면의 최외곽 모서리 보다 상류측 상에서 그 일부가 확대되고, 상기 제1 충돌면의 선단은 제1 측벽의 하류측 모서리 보다 상류측 상에 위치되어 있는 것을 특징으로 하는 공정.
  20. 제19항에 있어서, 상기 수직각(α)과 상기 경사각(β)은 다음의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 공정.
    0＜α＜90, β ＞0
    30≤(α+2β)≤90
  21. 제19항에 있어서, 상기 수직각(α)과 상기 경사각(β)은 다음의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 공정.
    0＜α＜90, β ＞0
    50≤(α+2β)≤90
  22. 제19항에 있어서, 상기 제2 충돌면의 최외곽 모서리를 가로지르는 직경이 폭 A로 표시되고, 상기 충돌 부재에 대향하는 상기 미분 챔버의 상류 측벽에 의해서 형성된 공간의 최대 직경이 폭 B로 표시되며, 상기 제2 측벽에 의해서 형성된 공간의 최소 직경은 폭 C로 표시될 때, A, B, 및 C는 다음의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 공정.
    C＜B≤1.6×C
    A＜C＜1.6×A
  23. 제19항에 있어서, 상기 제2 충돌면의 최외곽 모서리를 가로지르는 직경이 폭 A로 표시되고, 상기 충돌 부재에 대향하는 상기 미분 챔버의 상류 측벽에 의해 형성된 공간의 최대 직경이 폭 B로 표시되며, 상기 제2 측벽에 의해 형성된 공간의 최소 직경이 폭 C로 표시될 때, A, B, 및 C는 다음의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 공정.
    C＜B≤1.2×C
    A＜C＜1.5×A
  24. 제19항에 있어서, 상기 제2 충돌면의 최외곽 모서리를 가로지르는 직경이 폭 A로 표시되고, 상기 충돌 부재에 대향하는 상기 미분 챔버의 상류 측벽에 의해 형성된 공간의 최대 직경이 폭 B로 표시되며, 상기 제2 측벽에 의해서 형성된 공간의 최소 직경은 폭 C로 표시될 때, A, B, 및 C는 다음의 관계를 만족하며,
    C＜B≤1.6×C
    A＜C＜1.6×A
    가속 튜브 출구의 직경이 D로 표시되고, 상기 가속 튜브 출구와 상기 제1 충돌면의 상부 사이의 거리는 L1로 표시되고, 상기 제1 충돌면의 높이가 L2로 표시되며, 상기 제2 충돌면의 높이는 L3으로 표시되고, 상기 제2 충돌면의 최외곽 모서리와 상기 가속 튜브 출구 사이의 거리가 L4로 표시되고, 상기 가속 튜브 출구와 상기 제2 측벽 사이의 거리는 L5로 표시될 때, L1, L2, L3, L4 및 L5는 다음의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 공정.
    ｜L1｜≤D/{2×tan(α/2)}
    L5 ≤L4≤L2+L3
  25. 제19항에 있어서, 상기 제2 충돌면의 최외곽 모서리를 가로지르는 직경이 폭 A로 표시되고, 상기 충돌 부재에 대향하는 상기 미분 챔버의 상류 측벽에 의해서 형성된 공간의 최대 직경이 폭 B로 표시되며, 상기 제2 측벽에 의해서 형성된 공간의 최소 직경은 폭 C로 표시될 때, A, B, 및 C는 다음의 관계를 만족하며,
    C＜B≤1.6×C
    A＜C＜1.6×A
    가속 튜브 출구의 직경이 D로 표시되고, 상기 가속 튜브 출구와 상기 제1 충돌면의 상부 사이의 거리가 L1로 표시되고, 상기 제1 충돌면의 높이는 L2로 표시되며, 상기 제2 충돌면의 높이가 L3으로 표시되고, 상기 제2 충돌면의 최외곽 모서리와 상기 가속 튜브 출구 사이의 거리는 L4로 표시되며, 상기 가속 튜브 출구와 상기 제2 측벽 사이의 거리가 L5로 표시될 때, L1, L2, L3, L4 및 L5는 다음의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 공정.
    0＜L1≤D/{2×tan(α/2)}
    L5 ≤L4≤L2+L3
  26. 제19항에 있어서, 상기 미분 챔버의 측벽이 적어도 상기 제2 충돌면의 최외곽 모서리 보다 상류측 상에 위치된 제1 측벽과, 상기 제1 측벽의 하류측 상에 위치되며 하류측으로 연장된 제2 측벽과, 상기 제1 측벽과 상기 제2 측벽을 연결하며 상기 제2 충돌면의 최외곽 모서리와 면하고 상기 가속 튜브의 축에 대해서 외면을 향해 그리고 하류를 향해 임의의 각도(θ)로 경사진 제3 측벽으로서 미분 챔버 충돌벽을 포함하며,
    상기 제2 충돌면의 최외곽 모서리를 가로지르는 직경이 폭 A로 표시되고, 상기 충돌 부재에 대향하는 상기 미분 챔버의 상류 측벽에 의해서 형성된 공간의 최대 직경이 폭 B로 표시되며, 상기 미분 챔버 충돌벽에 의해서 형성된 공간의 직경은 최내곽 모서리에서 폭 E로 표시되며, 상기 제2 측벽에 의해서 형성된 공간의 최소 직경은 폭 C로 표시될 때, A, B, 및 C 및 E는 다음의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 공정.
    C＜B≤2×C
    A＜C＜1.6×A
    C＞E
  27. 제19항에 있어서, 상기 미분 챔버의 측벽이 상기 제2 충돌면의 최외곽 모서리 보다 상류측 상에 위치된 적어도 제1 측벽과, 상기 제1 측벽의 하류측 상에 위치되며, 하류측으로 연장된 제2 측벽과, 상기 제1 측벽과 상기 제2 측벽을 연결하며, 상기 제2 충돌면의 최외곽 모서리와 면하고 상기 가속 튜브의 축에 대해서 외면을 향해 그리고 하류를 향해 임의의 각도(θ)로 경사진 제3 측벽으로서 미분 챔버 충돌벽을 포함하며,
    상기 제2 충돌면의 최외곽 모서리를 가로지르는 직경이 폭 A로 표시되고, 상기 충돌 부재에 대향하는 상기 미분 챔버의 상류 측벽에 의해서 형성된 공간의 최대 직경이 폭 B로 표시되며, 상기 미분 챔버 충돌벽에 의해서 형성된 공간의 직경은 최내곽 모서리에서 폭 E로 표시되며, 상기 제2 측벽에 의해서 형성된 공간의 최소 직경은 폭 C로 표시될 때, A, B, 및 C 및 E는 다음의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 공정.
    C＜B≤1.3×C
    A＜C＜1.5×A
    C＞E
  28. 제19항에 있어서, 상기 미분 챔버의 측벽이 상기 제2 충돌면의 최외곽 모서리 보다 상류측 상에 위치된 적어도 제1 측벽과, 상기 제1 측벽의 하류측 측면 상에 위치되며, 하류측으로 연장된 제2 측벽과, 상기 제1 측벽과 상기 제2 측벽을 연결하며, 상기 제2 충돌면의 최외곽 모서리와 면하고 상기 가속 튜브의 축에 대해서 외면을 향해 그리고 하류를 향해 임의의 각도(θ)로 경사진 제3 측벽으로서 미분 챔버 충돌벽을 포함하며,
    상기 제2 충돌면의 최외곽 모서리를 가로지르는 직경이 폭 A로 표시되고, 상기 충돌 부재에 대향하는 상기 미분 챔버의 상류 측벽에 의해서 형성된 공간의 최대 직경이 폭 B로 표시되며, 상기 미분 챔버 충돌벽에 의해서 형성된 공간의 직경은 최내곽 모서리에서 폭 E로 표시되며, 상기 제2 측벽에 의해서 형성된 공간의 최소 직경은 폭 C로 표시될 때, A, B, 및 C 및 E는 다음의 관계를 만족하고,
    C＜B≤1.3×C
    A＜C＜1.5×A
    C＞E
    가속 튜브 출구의 직경이 D로 표시되고, 상기 가속 튜브 출구와 상기 제1 충돌면의 상부 사이의 거리는 L1로 표시되고, 상기 제1 충돌면의 높이는 L2로 표시되며, 상기 제2 충돌면의 높이는 L3으로 표시되고, 상기 제2 충돌면의 최외곽 모서리와 상기 가속 튜브 출구 사이의 거리는 L4로 표시되고, 상기 제2 충돌면의 최외곽 모서리와 제3 측벽의 최내곽 모서리 사이의 거리가 L6일 때, L1, L2, L3, L4 및 L6은 다음의 관계를 만족하고,
    ｜L1｜≤D/{2×tan(α/2)}
    L6 ≤L4≤L2+L3
    0 ＜L6≤2×L3
    제3 측벽의 경사각(θ)은 다음의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 공정.
    0＜θ＜40
  29. 제19항에 있어서, 상기 미분 챔버의 측벽이 상기 제2 충돌면의 최외곽 모서리 보다 상류측 상에 위치된 적어도 제1 측벽과, 상기 제1 측벽의 하류측 상에 위치되며, 하류측으로 연장된 제2 측벽과, 상기 제1 측벽과 상기 제2 측벽을 연결하며, 상기 제2 충돌면의 최외곽 모서리와 면하고 상기 가속 튜브의 축에 대해서 외면을 향해 그리고 하류를 향해 임의의 각도(θ)로 경사진 제3 측벽으로서 미분 챔버 충돌벽을 포함하며,
    상기 제2 충돌면의 최외곽 모서리를 가로지르는 직경이 폭 A로 표시되고, 상기 충돌 부재에 대향하는 상기 미분 챔버의 상류 측벽에 의해서 형성된 공간의 최대 직경이 폭 B로 표시되며, 상기 미분 챔버 충돌벽에 의해서 형성된 공간의 직경은 최내곽 모서리에서 폭 E로 표시되며, 상기 제2 측벽에 의해서 형성된 공간의 최소 직경은 폭 C로 표시될 때, A, B, 및 C 및 E는 다음의 관계를 만족하고,
    C＜B≤2×C
    A＜C＜1.6×A
    C＞E
    가속 튜브 출구의 직경이 D로 표시되고, 상기 가속 튜브 출구와 상기 제1 충돌면의 상부 사이의 거리는 L1로 표시되고, 상기 제1 충돌면의 높이는 L2로 표시되며, 상기 제2 충돌면의 높이는 L3으로 표시되고, 상기 제2 충돌면의 최외곽 모서리와 상기 가속 튜브 출구 사이의 거리는 L4로 표시되고, 상기 제2 충돌면의 최외곽 모서리와 제3 측벽의 최내곽 모서리 사이의 거리가 L6일 때, L1, L2, L3, L4 및 L6은 다음의 관계를 만족하고,
    0＜L1≤D/{2×tan(α/2)}
    L6 ≤L4≤L2+L3
    0 ＜L6≤2×L3
    제3 측벽의 경사각(θ)은 다음의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 공정.
    0＜θ＜40
  30. 제19항에 있어서, 상기 충돌 부재는 상기 제1 충돌면 및 제2 충돌면이 제공된 측면에 대향하는 측면에 수직 방향의 각도(γ)를 가진 원추형 형상을 가지며,
    상기 제2 충돌면의 최외곽 모서리를 가로지르는 직경이 A로 표시되고, 상기 충돌 부재에 대향하는 상기 미분 챔버의 상류 측벽에 의해서 형성된 공간의 최대 직경이 폭 B로 표시되며, 상기 제2 측벽에 의해서 형성된 공간의 최소 직경은 폭 C로 표시될 때, A, B, 및 C는 다음의 관계를 만족하며,
    C＜B≤1.6×C
    A＜C＜1.6×A
    가속 튜브 출구의 직경이 D로 표시되고, 상기 가속 튜브 출구와 상기 제1 충돌면의 상부 사이의 거리는 L1로 표시되고, 상기 제1 충돌면의 높이는 L2로 표시되며, 상기 제2 충돌면의 높이는 L3으로 표시되고, 상기 제2 충돌면의 최외곽 모서리와 상기 가속 튜브 출구 사이의 거리는 L4로 표시되고, 상기 가속 튜브 출구와 상기 제2 측벽 사이의 거리는 L5로 표시될 때, L1, L2, L3, L4 및 L5는 다음의 관계를 만족하며,
    ｜L1｜≤D/{2×tan(α/2)}
    L5 ≤L4≤L2+L3
    상기 미분 챔버의 상기 제2 측벽의 최하부에서 분쇄된 제품 배출구로 연장된 영역에서 최대로 확대된 부분의 직경이 F로 지시되고, F와 C는 다음의 관계를 만족시키며,
    F＞C
    상기 충돌 부재의 수직각(γ)은 다음의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 공정.
    0＜γ＜90
  31. 제19항에 있어서, 상기 충돌 부재는 상기 제1 충돌면 및 제2 충돌면이 제공된 측면에 대향하는 측면에 수직 방향의 각도(γ)를 가진 원추형 형상을 가지며,
    상기 제2 충돌면의 최외곽 모서리를 가로지르는 직경이 A로 표시되고, 상기 충돌 부재에 대향하는 상기 미분 챔버의 상류 측벽에 의해서 형성된 공간의 최대 직경이 폭 B로 표시되며, 상기 제2 측벽에 의해서 형성된 공간의 최소 직경은 폭 C로 표시될 때, A, B, 및 C는 다음의 관계를 만족하며,
    C＜B≤1.6×C
    A＜C＜1.6×A
    가속 튜브 출구의 직경이 D로 표시되고, 상기 가속 튜브 출구와 상기 제1 충돌면의 상부 사이의 거리는 L1로 표시되고, 상기 제1 충돌면의 높이는 L2로 표시되며, 상기 제2 충돌면의 높이는 L3으로 표시되고, 상기 제2 충돌면의 최외곽 모서리와 상기 가속 튜브 출구 사이의 거리는 L4로 표시되고, 상기 가속 튜브 출구와 상기 제2 측벽 사이의 거리는 L5로 표시될 때, L1, L2, L3, L4 및 L5는 다음의 관계를 만족하며,
    0＜L1≤D/{2×tan(α/2)}
    L5 ≤L4≤L2+L3
    상기 미분 챔버의 상기 제2 측벽의 최하부에서 분쇄된 제품 배출구로 연장된 영역에서 최대로 확대된 부분의 직경이 F로 지시되고, F와 C는 다음의 관계를 만족시키며,
    F＞C
    상기 충돌 부재의 수직각(γ)은 다음의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 공정.
    0＜γ＜90
  32. 제19항에 있어서, 상기 가속 튜브가 수직선 기준 상에서 가속 튜브의 축방향으로 0° 내지 45°로 경사진 것을 특징으로 하는 공정.
  33. 제19항에 있어서, 상기 가속 튜브가 수직선 기준 상에서 가속 튜브의 축방향으로 0° 내지 20°로 경사진 것을 특징으로 하는 공정.
  34. 제19항에 있어서, 상기 가속 튜브가 수직선 기준 상에서 가속 튜브의 축방향으로 0° 내지 5°로 경사진 것을 특징으로 하는 공정.
  35. 제19항에 있어서, 상기 미분 챔버는 상기 미분 챔버로부터 미분 제품을 배출하는 미분 제품 배출구를 구비하고, 충돌 챔버의 충돌면이 제공되는 측면에 반대 방향으로 상기 충돌 챔버보다 더 하류측으로 제공되는 것을 특징으로 하는 공정.
  36. 제19항에 있어서, 상기 가속 튜브는 분쇄 재료를 가속 튜브의 주연 상을 통해 가속 튜브로 공급하는 분쇄 재료 공급구를 구비하는 것을 특징으로 하는 공정.
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