KR20100019498A

KR20100019498A - 분쇄 및 조분 분급 장치와 미분 분급 장치

Info

Publication number: KR20100019498A
Application number: KR1020097025759A
Authority: KR
Inventors: 노부야스 마키노; 고우지 노게; 겐타 가와스미
Original assignee: 가부시키가이샤 리코
Priority date: 2007-05-15
Filing date: 2008-05-14
Publication date: 2010-02-18
Also published as: KR101145524B1; EP2150359A4; CN101678402B; WO2008143267A1; EP2150359A1; JP4787788B2; US8096492B2; EP2150359B1; US20100170973A1; JP2008284420A; CN101678402A

Abstract

본 발명의 분쇄 및 조분 분급 장치는, 분체 원료를 분쇄하는 기계식 분쇄기와, 분쇄된 분체를 포집하는 사이클론, 그리고 포집된 분체로부터 조분을 분리하는 조분 분급기를 포함하는 것으로, 상기 조분 분급기는, 센터 코어를 구비하며 분체를 분산시키는 데에 사용되는 분산실과, 분리기 코어를 구비하는 분급실을 포함하는 사이클론형 분급기이고, 상기 센터 코어는 그 중심에 미분 배출관이 마련되어 있는 것이다.

Description

분쇄 및 조분 분급 장치와 미분 분급 장치{PULVERIZING AND COARSE POWDER CLASSIFYING APPARATUS AND FINE POWDER CLASSIFYING APPARATUS}

본 발명은 기류 분급 장치에 관한 것이고, 구체적으로는 기계식 분쇄기에 의해 분쇄된 분체(粉體)에 미분(微粉)과 조대(粗大) 입자가 혼입(混入)되는 것을 방지함으로써 효율적으로 분급을 행하여, 입도(粒度) 분포가 샤프한 분체 제품을 얻을 수 있는 분쇄 및 조분(粗粉) 분급 장치와 미분 분급 장치에 관한 것이다.

최근의 건식 토너에 있어서는, 디지털 복사 시스템에서의 이미지 품질 개선에 대한 요구가 커지고 있으며, 이는 토너 입경 제어를 필요로 하고, 다시 말하자면 미분 및 조분의 비율을 감소시킴으로써 입도 분포가 샤프한 토너를 얻는 것을 필요로 한다. 게다가, 소기(所期)의 입도 분포의 토너를 얻기 위한 토너 제조 장치의 개발에 대한 요구가 커지고 있다.

종래에는, 토너용 분쇄 및 조분 분급 장치에 구비되는 분쇄 장치로서, 표면에 요철부를 갖는 로터와, 로터의 주변 내측에 요철면이 고정 배치된 스테이터를 각각 구비하며, 로터를 고속 회전시킴으로써 로터와 스테이터 사이에 발생되는 와류에 의해 토너 원료를 분쇄하는, 기계식 분쇄기가 1 또는 2개 사용되었다. 또한, 분쇄기/분쇄기들에 결합된 2개의 분급 유닛에 의해, 미분을 상기 분쇄된 토너 원료 로부터 분리하여, 제품으로서의 토너를 얻는다.

도 1은 종래의 토너 제조 프로세스에 있어서 단계의 흐름의 예를 보여준다. 예를 들어, 분쇄 및 조분 분급 단계는, 원료 공급관(1)을 통해 도입된 원료가 분쇄 유닛(2)에 의해 분쇄된 후, 사이클론(4)에 의해 일단 포집되고, 조분 분급 유닛(5)에 도입되며, 이 조분 분급 유닛에서 상기 분쇄된 원료가 분쇄물과 미분으로 분류되는, 폐회로 분쇄를 이용한다. 조분은 관(3)을 통해 분쇄 유닛(2)으로 돌려보내져서 다시 분쇄된다. 분쇄 단계에서 발생된 미분은 경로(6)를 거쳐 사이클론(7)에 포집된 후, 미분 분급 단계에 공급된다. 미분 분급 단계에서 분급 유닛에 공급되는 분체로는, 원료의 분체와, 분쇄 과정 중에 있고 분쇄 유닛과 분급 유닛 사이를 순환하는 광범위 입경의 토너가 있다. 따라서, 분체는 입도 분포가 넓어, 소기의 입도를 이루기 위해서는 제품 회수율을 떨어뜨리는 것이 요구되고, 폐회로 분쇄를 행하는 기계식 분쇄기로 돌려보내지는 토너의 양이 증대되어, 부하가 매우 큰 상태에서의 운전이 수반된다. 미분 분급 단계에서, 토너는 미분 분급기(8)에 의해 더 분급되며, 제품은 제품 회수기(9)에 회수된다.

제품으로부터 분리된 미분은 경로(10)를 거쳐 사이클론(11)에 일단 포집된 후, 경로(12)를 거쳐 미분 분급기(14)에 도입되어 다시 분급되고, 조대 입자는 경로(13)를 거쳐 미분 분급기(8)로 돌려보내진다. 한편, 미분은 경로(15)를 거쳐 사이클론(16)에 포집된 후, 미분(17)으로서 회수된다. 상기 미분 분급기(8 및 14)는 처리 능력에 따라, 1단 분급용 분급기와 2단 분급용 분급기 중에서 적절하게 선택될 수 있다.

전술한 바와 같이, 종래의 토너 제조 방법에서는 조분 및 미분의 비율이 크기 때문에, 이렇게 제조된 현상제를 이용해 얻은 이미지는 대전량이 불안정하고 농도도 일정하지 않다. 다시 말하자면, 토너의 대전량에 영향을 미치는 과도하게 분쇄된 토너는 바탕때를 일으키고, 불충분하게 분쇄된 토너는 전사(轉寫) 불량을 일으켜, 이미지 결함과 이미지 품질 저하로 이어진다. 또한, 토너의 제조시, 분급기에 과도한 부하가 걸려, 분급 효율이 나쁘고, 분쇄에서의 분쇄 에너지 효율도 나쁘다는 문제가 있다.

한편, 제트 분쇄기를 이용한 분쇄 방법에서는, 불필요한 미분의 수-비율이 15% 내지 50%이며, 이는 상당히 큰 값이다. 따라서, 미분은 토너 제품에 혼입되기 쉽고, 또한 미분을 제거할 필요가 있기 때문에, 생산 효율이 나빠지며, 제거된 미분을 재사용하기 위해서는 추가 에너지가 요구된다.

특허 문헌 1에는, 분산부와 분급부를 구비한 분급기 등이 개시되어 있고, 특허 문헌 2에는, 원료 공급관의 상부 원주 상에 2차 기류 베인이 마련된 분급기가 개시되어 있다. 그러나, 특허 문헌 1과 특허 문헌 2의 분급기 모두가, 분급기에서의 선회 속도를 높임으로써 분급 정확도를 향상시키는 기능이 결여되어 있고, 또한 이들 분급기의 구조로 인하여, 분급기에서 분급이 1회만 일어나, 분급 정확도의 저하가 초래되며, 조분의 분급에서는 조대 입자가 분쇄물에 혼입되는 반면에, 미분의 분급에서는 미분이 제품에 혼입되어, 정확도의 저하가 초래된다. 따라서, 종래의 분급기는 분쇄 능력 및 전력 소비가 나쁘기 때문에 불충분한 분쇄 성능을 제공한다. 또한, 토너의 입도 및 입도 분포는 이미지 품질의 관점에서 중요하므로, 상기 분급기를 이용해 제조된 토너는 대전량의 분포 등에 부정적인 영향을 미친다는 문제가 있다.

[특허 문헌 1] 일본 실용신안 출원 공개 제58-013956호 공보

[특허 문헌 2] 일본 특허 제2766790호 공보

본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출되었으며, 분체에 미분과 조대 입자가 혼입되는 것을 방지함으로써, 입도 분포가 샤프한 분체를 효율적으로 제조하는, 분쇄 및 조분 분급 장치와 미분 분급 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

예의 검토한 결과, 본 발명의 발명자는, 센터 코어를 구비하며 분체를 분산시키는 데에 사용되는 분산실과, 분리기 코어를 구비하는 분급실을 적어도 포함하고, 상기 센터 코어는 그 중심에 미분 배출관이 마련되어 있는 사이클론형 분급기에 의해, 상기 종래 기술의 문제점을 해결할 수 있다는 것을 알아냈다.

구체적으로, 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에 따른 분쇄 및 조분 분급 장치와 미분 분급 장치는 하기 (1)∼(17)에 기재된 기술적 특징을 갖는다.

(1): 분체 원료를 분쇄하는 기계식 분쇄기와, 분쇄된 분체를 포집하는 사이클론, 그리고 포집된 분체로부터 조분을 분리하는 조분 분급기를 포함하는 분쇄 및 조분 분급 장치로서, 상기 조분 분급기는, 센터 코어를 구비하며 분체를 분산시키는 데에 사용되는 분산실과, 분리기 코어를 구비하는 분급실을 포함하는 사이클론형 분급기이고, 상기 센터 코어는 그 중심에 미분 배출관이 마련되어 있는 것인 분쇄 및 조분 분급 장치.

(2): (1)에 따른 분쇄 및 조분 분급 장치로서, 상기 분산실은 2차 기류 베인을 구비하는 것인 분쇄 및 조분 분급 장치.

(3) : (1) 또는 (2)에 따른 분쇄 및 조분 분급 장치로서, 상기 센터 코어의 꼭지각(α1)은 하기의 관계를 충족시키는 것인 분쇄 및 조분 분급 장치.

90°≤α1≤140°

(4): (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 따른 분쇄 및 조분 분급 장치로서, 상기 미분 배출관의 개구 면적(A1)과 상기 분리기 코어의 개구 면적(A2)은 하기의 관계를 충족시키는 것인 분쇄 및 조분 분급 장치.

1/10×A2≤A1≤8/10×A2

(5): (1) 내지 (4) 중 어느 하나에 따른 분쇄 및 조분 분급 장치로서, 상기 미분 배출관의 길이(L)와 상기 분리기 코어의 개구 직경(D)은 하기의 관계를 충족시키는 것인 분쇄 및 조분 분급 장치.

1×D≤L≤4×D

(6): (1) 내지 (5) 중 어느 하나에 따른 분쇄 및 조분 분급 장치로서, 상기 조분 분급기는 상부 덮개를 구비하고, 이 상부 덮개는 그 중심에 불균일 유동 방지부를 구비하는 것인 분쇄 및 조분 분급 장치.

(7): (1) 내지 (6) 중 어느 하나에 따른 분쇄 및 조분 분급 장치로서, 상기 불균일 유동 방지부의 체적(V1)과 상기 분산실의 용적(V2)은 하기의 관계를 충족시키는 것인 분쇄 및 조분 분급 장치.

3/10×V2≤V1≤8/10×V2

(8): (1) 내지 (7) 중 어느 하나에 따른 분쇄 및 조분 분급 장치로서, 상기 불균일 유동 방지부의 바닥 면적(VA1)과 상기 분산실의 a-a' 방향의 단면적(VA2)은 하기의 관계를 충족시키는 것인 분쇄 및 조분 분급 장치.

2/10×VA2≤VA1≤7/10×VA2

(9): (1) 내지 (8) 중 어느 하나에 따른 분쇄 및 조분 분급 장치로서, 폐회로 분쇄를 채용한 것인 분쇄 및 조분 분급 장치.

(10): 센터 코어를 구비하며 분체를 분산시키는 데에 사용되는 분산실과, 분리기 코어를 구비하는 분급실을 포함하는 미분 분급 장치로서, 이 미분 분급 장치는 사이클론형 분급기이고, 상기 센터 코어는 그 중심에 미분 배출관이 마련되어 있으며, 상기 미분 분급 장치는, 분쇄 및 조분 분급 장치에 의해 조분이 분리된 분체로부터, 미분을 분리하고, 상기 분쇄 및 조분 분급 장치는, 분체 원료를 분쇄하는 기계식 분쇄기와, 분쇄된 분체를 포집하는 사이클론, 그리고 포집된 분체로부터 조분을 분리하는 조분 분급기를 포함하며, 상기 조분 분급기는, 센터 코어를 구비하며 분체를 분산시키는 데에 사용되는 분산실과, 분리기 코어를 구비하는 분급실을 포함하는 사이클론형 분급기이고, 상기 조분 분급기의 센터 코어는 그 중심에 미분 배출관이 마련되어 있는 것인 미분 분급 장치.

(11): (10)에 따른 미분 분급 장치로서, 상기 분산실은 2차 기류 베인을 구비하는 것인 미분 분급 장치.

(12) : (10) 또는 (11)에 따른 미분 분급 장치로서, 상기 센터 코어의 꼭지각(α1)은 하기의 관계를 충족시키는 것인 미분 분급 장치.

90°≤α1≤140°

(13): (10) 내지 (12) 중 어느 하나에 따른 미분 분급 장치로서, 상기 미분 배출관의 개구 면적(A1)과 상기 분리기 코어의 개구 면적(A2)은 하기의 관계를 충족시키는 것인 미분 분급 장치.

1/10×A2≤A1≤8/10×A2

(14): (10) 내지 (13) 중 어느 하나에 따른 미분 분급 장치로서, 상기 미분 배출관의 길이(L)와 상기 분리기 코어의 개구 직경(D)은 하기의 관계를 충족시키는 것인 미분 분급 장치.

1×D≤L≤4×D

(15): (10) 내지 (14) 중 어느 하나에 따른 미분 분급 장치로서, 상기 미분 분급 장치는 상부 덮개를 구비하고, 이 상부 덮개는 그 중심에 불균일 유동 방지부를 구비하는 것인 미분 분급 장치.

(16): (10) 내지 (15) 중 어느 하나에 따른 미분 분급 장치로서, 상기 불균일 유동 방지부의 체적(V1)과 상기 분산실의 용적(V2)은 하기의 관계를 충족시키는 것인 미분 분급 장치.

3/10×V2≤V1≤8/10×V2

(17): (10) 내지 (16) 중 어느 하나에 따른 미분 분급 장치로서, 상기 불균일 유동 방지부의 바닥 면적(VA1)과 상기 분산실의 a-a' 방향의 단면적(VA2)은 하기의 관계를 충족시키는 것인 분쇄 및 조분 분급 장치.

2/10×VA2≤VA1≤7/10×VA2

본 발명의 분쇄 및 조분 분급 장치에 따르면, 종래의 분쇄 및 조분 분급 장치의 경우에 비해, 분급기의 정확도가 향상되어, 제품에 혼입되는 조분의 함유량이 줄어들고, 이와 동시에 미분의 발생을 줄일 수 있어, 본 발명의 분쇄 및 조분 분급 장치는 생산 효율면에서 경제적으로 유리하다.

본 발명의 미분 분급 장치에 따르면, 분급기에서의 선회 속도가 안정화되고, 종래의 분쇄 및 분급 장치의 경우에 비해, 분급기의 정확도가 향상되어, 제품에 혼입되는 미분의 함유량이 줄어들고, 이와 동시에 미분의 발생을 줄일 수 있어, 본 발명의 미분 분급 장치는 생산 효율면에서 경제적으로 유리하다.

또한, 본 발명의 분쇄 및 조분 분급 장치와 미분 분급 장치에 따르면, 미분의 함유량을 쉽게 제어할 수 있고, 게다가 장기간에 걸쳐 입경이 안정적으로 유지되는 분체를 얻을 수 있다.

도 1은 분체 제조 프로세스에 있어서 단계의 흐름과, 각 장치의 명칭을 보여주는 흐름도.

도 2는 분급기의 종래의 구성을 보여주는 개략도.

도 3은 본 발명의 분급기의 일 실시예에 따른 구성을 보여주는 개략도.

도 4는 분급기의 종래의 구성의 다른 실시예를 보여주는 개략도.

도 5는 본 발명의 분급기의 다른 실시예에 따른 구성을 보여주는 개략도.

도 6은 꼭지각(α)을 보여주는 개략도.

도 7은 미분 배출관의 구성을 보여주는 개략도.

도 8은 분리기 코어의 구성을 보여주는 개략도.

도 9는 상부 덮개의 구성을 보여주는 개략도.

(분쇄 및 조분 분급 장치)

본 발명의 분쇄 및 조분 분급 장치는, 분체 원료를 분쇄하는 기계식 분쇄기와, 분쇄된 분체를 포집하는 사이클론, 그리고 포집된 분체로부터 조분을 분리하는 조분 분급기를 포함하는 분쇄 및 조분 분급 장치로서, 상기 조분 분급기는, 센터 코어를 구비하며 분체를 분산시키는 데에 사용되는 분산실과, 분리기 코어를 구비하는 분급실을 포함하는 사이클론형 분급기이며, 상기 센터 코어는 그 중심에 미분 배출관이 마련되어 있는 것인 분쇄 및 조분 분급 장치이다.

(미분 분급 장치)

본 발명의 미분 분급 장치는, 센터 코어를 구비하며 분체를 분산시키는 데에 사용되는 분산실과, 분리기 코어를 구비하는 분급실을 포함하는 미분 분급 장치로서, 이 미분 분급 장치는 사이클론형 분급기이고, 상기 센터 코어는 그 중심에 미분 배출관이 마련되어 있으며, 상기 미분 분급 장치는, 분쇄 및 조분 분급 장치에 의해 조분이 분리된 분체로부터, 미분을 분리하는 것이다.

또한, 본 발명의 분쇄 및 조분 분급 장치와 미분 분급 장치에 이용되는 분급기는, 기계식 분쇄기에 의해 생성된 분체를 분급하는 경우 뿐만 아니라 중합 방법 에 의해 생성된 분체를 분급하는 경우에도 적절히 사용될 수 있다.

본 발명의 분쇄 및 조분 분급 장치와 미분 분급 장치의 기본 구성을 이하에서 설명한다.

후술하는 실시예는 본 발명의 적절한 실시예를 대표하므로, 이들 실시예에는 적절한 여러 기술적 한정 사항이 있다. 그러나, 이하의 설명에서 본 발명을 한정하려는 취지의 특별한 언급이 없는 한, 본 발명이 이들 실시예에 한정되지 않는다는 것을 유의하라.

예

[제1 실시예]

본 발명의 분쇄 및 조분 분급 장치에 사용되는 조분 분급기의 제1 실시예를 설명하기에 앞서, 종래의 분급기의 구성을 도 2를 참조하여 설명한다. 이 분급기는 도 1에 도시된 조분 분급 단계에서 조분 분급기(5)로서 사용된다. 이러한 조분 분급기는, 생산 능력, 설비 구성 등에 따라, 2이상의 단의 분급을 이용할 수 있다. 사이클론형 분급기에서는, 2-4로부터 도입된 토너 제트가 상부 센터 코어(2-1)에 의해 선회되어 분산된 후, 콜렉터의 하부에 설치된 센터 코어(2-5)를 통과하고, 분급실(2-2)에 유입된다. 분리기 코어(2-8)와 루버(2-9)가 분급실의 주변에 설치되며, 분리기 코어의 중심부에 있는 배출관(2-12)을 통한 블로워의 흡인에 의하여, 2차 공기가 루버를 통해 흡인 유입됨에 따라, 선회류가 더 가속된다. 따라서, 미분은 원심력에 의해 분리기 코어의 중심부에 회수되는 반면에, 조분은 루버와 분리기 코어 사이의 간극(2-6)을 통과하여 호퍼(2-3)에 회수된다. 이러한 종래의 분급기 의 적절한 예로는 Nippon Pneumatic Mfg. Co., Ltd.에서 제조한 DS 분급기가 있다.

본 발명의 분쇄 및 조분 분급 장치에 사용되는 조분 분급기의 제1 실시예가 도 3에 도시되어 있다. 이 분급기는 도 1에 도시된 분쇄 및 분급 단계에서의 조분 분급기에 적용된다.

본 실시예에서는, 도 2에 도시된 종래의 분급기의 구성 요소 이외에도, 사이클론형 분급기의 센터 코어(3-5)의 중심부에, 배출관(이하에서는 미분 배출관이라고도 함)(3-5a)이, 분급실 내의 분리기 코어(3-8)와 대향하게 설치되어 있다. 분쇄물이 콜렉터 입구(4)를 통해 유입되어 콜렉터 내부(1)에서 원을 그리며 유동할 때, 배출관(3-5a)의 흡인 작용에 의해 분쇄물의 선회 속도가 더 커지고, 선회 속도는 종래의 분급기의 콜렉터 내부에서의 선회 속도에 비해 커져서, 분산성이 향상된다. 이와 동시에, 분쇄물 내에 포함된 초미분(超微粉)은, 분산 작용으로 인하여, 배출관(3-5a)으로부터, 분급실(2-2) 내에 설치된 분리기 코어의 미분 배출구(2-7)를 거쳐, 미분측으로 배출된다.

종래의 분산실에도 분급 기능을 추가하여, 배출관(3-5a)을 통해 미리 초미분을 분리한다. 구체적으로, 배출관(3-5a)은 동일 분급기 내에서 2단 분급을 가능하게 하므로, 분급 정확도가 현저히 향상된다.

분쇄 장치로서는, 회전하는 로터를 이용한 기계식 분쇄기이면 공지의 것을 사용할 수 있다. 예를 들어, 분쇄 및 분급은 Turbo Kogyo Co., Ltd.에서 제조한 터보 밀을 사용해 행해진다.

후술하는 바와 같이, 본 실시예의 분쇄 및 조분 분급 장치를 사용하여 토너 를 제조하였다.

폴리에스테르 수지 75 중량%, 스티렌-아크릴 공중합체 수지 10 중량% 및 카본 블랙 15 중량%의 혼합물을 롤 밀(roll mill)을 이용하여 용융 및 혼련하고, 이 혼합물을 냉각 및 고화한 후, 해머 밀을 이용해 조분쇄(粗粉碎)하여, 토너 원료를 만들었다. 그 후, 토너 원료를 기계식 분쇄기인 터보 밀을 이용해 분쇄하고, 도 1에 도시된 분쇄 및 조분 분급 단계와 미분 분급 단계에서 조분 분급기(5)를 도 3에 도시된 분급기로 교환함으로써, 원료 공급 속도를 200 ㎏/hr로 하여, 중량 평균 입경이 8.0 ㎛이고, 입경이 4 ㎛ 이하인 미분의 수-평균 함유율이 12 수%이며, 입경이 16 ㎛ 이하인 조분의 중량-평균 함유율이 1.0 중량%인 토너를, (토너의 총량에 대해) 85 중량% 정도 얻을 수 있었다.

입경 측정에는 Beckman Coulter, Inc.에서 제조한 MULTISIZER를 사용하였다.

또한, 본 실시예의 분급기에 사용된 것과 동일한 혼련품을 이용하여, 도 1에 도시된 단계의 흐름에서 분쇄 및 분급을 행한 경우에는, 원료 공급 속도를 200 ㎏/hr로 하여, 중량 평균 입경이 7.8 ㎛이고, 입경이 4 ㎛ 이하인 미분의 수-평균 함유율이 17 수%이며, 입경이 18 ㎛ 이하인 조분의 중량-평균 함유율이 2.5 중량%인 토너를, (토너의 총량에 대해) 80 중량% 정도 얻을 수 있었다.

[제2 실시예]

본 발명의 분쇄 및 조분 분급 장치에 사용되는 조분 분급기의 제2 실시예를 설명하기에 앞서, 종래의 분급기의 구성을 도 4를 참조하여 설명한다. 이 분급기는 도 1에 도시된 조분 분급 단계에서 조분 분급기(5)로서 사용된다. 이러한 조분 분급기는, 생산 능력, 설비 구성 등에 따라, 2이상의 단의 분급을 이용할 수 있다. 사이클론형 분급기에서는, 4-4로부터 도입된 토너 제트가 상부 센터 코어(4-1)에 의해 선회될 때, 콜렉터의 주변에 설치된 1차 루버(이하에서는 2차 기류 베인이라고도 함)(4-4a)를 통해 외부 공기가 흡인되어, 1차 루버를 구비하지 않는 분급기에 비해 선회류의 선회 능력이 향상된다. 토너 제트는 분산된 후, 콜렉터의 하부에 설치된 센터 코어(4-5)를 통과하고, 분급실(4-2)에 유입된다. 분리기 코어(4-7)와 루버(4-9)가 분급실의 주변에 설치되며, 분리기 코어의 중심부에 있는 배출관(2-12)을 통한 블로워의 흡인에 의하여, 2차 공기가 루버를 통해 흡인 유입됨에 따라, 선회류가 더 가속된다. 따라서, 미분은 원심력에 의해 분리기 코어의 중심부에 회수되는 반면에, 조분은 루버와 분리기 코어 사이의 간극(4-6)을 통과하여 호퍼(4-3)에 회수된다. 이러한 종래의 분급기의 적절한 예로는 Nippon Pneumatic Mfg. Co., Ltd.에서 제조한 DSX 분급기가 있다.

본 발명의 분쇄 및 조분 분급 장치에 사용되는 조분 분급기의 제2 실시예가 도 5에 도시되어 있다. 이 조분 분급기는 도 1에 도시된 분쇄 및 분급 단계에서의 조분 분급기에 적용된다.

본 실시예에서는, 도 4에 도시된 종래의 분급기의 구성 요소 이외에도, 사이클론형 분급기의 센터 코어(5-5)의 중심부에, 배출관(5-5a)이, 분급실 내의 분리기 코어(5-8)와 대향하게 설치되어 있다. 분쇄물이 콜렉터 입구(4)를 통해 유입되어 콜렉터 내부(1)에서 원을 그리며 유동할 때, 배출관(5-5a)의 흡인 작용에 의해 분쇄물의 선회 속도가 더 커지고, 1차 루버(5-4)에 의해 추가 선회류가 생성되어, 시 너지 효과를 제공하며, 선회 속도는 종래의 분급기의 콜렉터 내부에서의 선회 속도에 비해 커져서, 분산성이 향상된다. 이와 동시에, 분쇄물 내에 포함된 초미분은, 분산 작용으로 인하여, 배출관(5-5a)으로부터, 분급실(5-2) 내에 설치된 분리기 코어의 미분 배출구(5-7)를 거쳐, 미분측으로 배출된다. 따라서, 종래의 분산실에도 분급 기능을 추가하여, 배출관(5-5a)을 통해 미리 초미분을 분리한다. 구체적으로, 배출관(5-5a)은 동일 분급기 내에서 2단 분급을 가능하게 하므로, 분급 정확도가 현저히 향상된다. 분쇄 장치로서는, 회전하는 로터를 이용한 기계식 분쇄기로서, 예를 들어 Turbo Kogyo Co., Ltd.에서 제조한 터보 밀을 사용하여, 분쇄 및 분급을 행한다.

후술하는 바와 같이, 본 실시예의 분쇄 및 조분 분급 장치를 사용하여 토너를 제조하였다.

제1 실시예에서와 같이 토너 원료를 분쇄 및 분급하는 경우, 중량 평균 입경이 7.8 ㎛이고, 입경이 4 ㎛ 이하인 미분의 수-평균 함유율이 11 수%이며, 입경이 16 ㎛ 이하인 조분의 중량-평균 함유율이 1.0 중량%인 토너를, (토너의 총량에 대해) 86 중량% 정도 얻을 수 있었다.

[제3 실시예]

본 발명의 미분 분급 장치를 대표하는 제3 실시예에서는, 제1 실시예의 분급기와 동일한 구성의 분급기가 도 1에 도시된 미분 분급 단계에서 미분 분급기(8 및 14)로서 사용된다.

제3 실시예의 미분 분급 장치는, 제1 실시예 및 제2 실시예에 기재된 분쇄 및 분급 장치 중 어느 하나에 의해 분쇄된 토너로부터 미분을 분리하는 미분 분급 단계에 있어서, 미분 분급 장치의 상부의 분산실에 설치된 센터 코어의 중심부에 미분 배출관이 마련되어 있는 것을 특징으로 한다.

도 2는 도 1의 미분 분급기(8 및 14)로서 이용되는 종래의 분급기의 구성을 보여준다. 사이클론형 분급기에서는, 2-4로부터 도입된 토너 제트가 상부 센터 코어(2-1)에 의해 선회되어 분산된 후, 콜렉터의 하부에 설치된 센터 코어(2-5)를 통과하고, 분급실(2-2)에 유입된다. 분리기 코어(2-8)와 루버(2-9)가 분급실의 주변에 설치되며, 분리기 코어의 중심부에 있는 배출관(2-12)을 통한 블로워의 흡인에 의하여, 2차 공기가 루버를 통해 흡인 유입됨에 따라, 선회류가 더 가속된다. 따라서, 미분은 원심력에 의해 분리기 코어의 중심부에 회수되는 반면에, 조분은 루버와 분리기 코어 사이의 간극(2-6)을 통과하여 호퍼(2-3)에 회수된다. 이러한 종래의 분급기의 적절한 예로는 Nippon Pneumatic Mfg. Co., Ltd.에서 제조한 DS 분급기가 있다.

본 실시예에 따른 정전 잠상 현상용 토너의 제조 방법은, 미분 분급 단계에서의 토너 제조 방식을 특징으로 한다. 도 3에 도시된 분급기에서는, 사이클론형 분급기의 상부에 위치한 센터 코어(3-5)의 중심부에, 배출관(3-5a)이, 분급실 내의 분리기 코어(3-8)와 대향하게 설치되어 있다. 분쇄물이 콜렉터 입구(4)를 통해 유입되어 콜렉터 내부(1)에서 원을 그리며 유동할 때, 배출관(3-5a)의 흡인 작용에 의해 분쇄물의 선회 속도가 더 커지고, 선회 속도는 종래의 분급기의 콜렉터 내부에서의 선회 속도에 비해 커져서, 분산성이 향상된다. 이와 동시에, 분쇄물 내에 포함된 초미분은, 분산 작용으로 인하여, 배출관(3-5a)으로부터, 분급실(2-2) 내에 설치된 분리기 코어의 미분 배출구(2-7)를 거쳐, 미분측으로 배출된다. 따라서, 종래의 분산실에도 분급 기능을 추가하여, 배출관(3-5a)을 통해 미리 초미분을 분리한다. 구체적으로, 배출관(3-5a)은 동일 분급기 내에서 2단 분급을 가능하게 하므로, 분급 정확도가 현저히 향상된다.

후술하는 바와 같이, 본 실시예의 미분 분급 장치를 사용하여 토너를 제조하였다.

제1 실시예에서와 같이 토너 원료를 분쇄 및 분급하는 경우, 중량 평균 입경이 7.8 ㎛이고, 입경이 4 ㎛ 이하인 미분의 수-평균 함유율이 11 수%이며, 입경이 16 ㎛ 이하인 조분의 중량-평균 함유율이 1.0 중량%인 토너를, (토너의 총량에 대해) 88 중량% 정도 얻을 수 있었다.

[제4 실시예]

본 발명의 미분 분급 장치를 대표하는 제4 실시예에서는, 제2 실시예의 분급기와 동일한 구성의 분급기가 도 1에 도시된 미분 분급 단계에서 미분 분급기(8 및 14)로서 사용된다.

제1 실시예에서와 같이 토너 원료를 분쇄 및 분급하는 경우, 중량 평균 입경이 7.8 ㎛이고, 입경이 4 ㎛ 이하인 미분의 수-평균 함유율이 10 수%이며, 입경이 16 ㎛ 이하인 조분의 중량-평균 함유율이 1.0 중량%인 토너를, (토너의 총량에 대 해) 89 중량% 정도 얻을 수 있었다.

[제5 실시예]

본 발명의 분쇄 및 조분 분급 장치에 사용되는 조분 분급기를 대표하는 제5 실시예는, 제1 실시예에 따른 조분 분급기에 있어서, 상기 센터 코어는 사이클론형 분급기의 상부의 분산실에 설치되고, 상기 센터 코어의 중심부에는 미분 배출관이 마련되며, 상기 센터 코어는 90°≤α1≤140°의 관계를 충족시키도록 정해진 꼭지각(α1)을 갖는 것인 조분 분급기를 제공한다. 도 6의 센터 코어의 꼭지각을 규정하는 센터 코어의 꼭지각이 90°미만인 경우에는, 콜렉터의 높이가 증대되어, 분급실까지의 이동시 분쇄물의 선회 속도가 저하되고, 이에 따라 분급 정확도가 저하된다. 센터 코어의 꼭지각이 140°보다 큰 경우에는, 분쇄물은 분급실까지의 이동시 콜렉터 내부의 체적 변화를 받지 않아서, 충분한 선회류를 얻을 수 없다. 상기 수치 한정에 따르면, 콜렉터 내부의 용적이 적정화되어, 분급실(2-2, 5-2)을 향해 갈수록 작아지므로, 선회류는 그 속도 저하 없이 분급실에 전해질 수 있고, 이에 따라 분급 정확도가 향상된다.

제1 실시예와 동일한 토너 원료 및 단계의 흐름을 이용하고, 센터 코어의 꼭지각을 100°로 설정한 상태로 토너를 제조한 경우에는, 중량 평균 입경이 7.7 ㎛이고, 입경이 4 ㎛ 이하인 미분의 수-평균 함유율이 10 수%이며, 입경이 16 ㎛ 이하인 조분의 중량-평균 함유율이 0.7 중량%인 토너를, (토너의 총량에 대해) 87 중 량% 정도 얻을 수 있었다.

[제6 실시예]

본 발명의 분쇄 및 조분 분급 장치에 사용되는 조분 분급기를 대표하는 제6 실시예는, 제1 실시예에 따른 사이클론형 분급기의 상부의 분산실에 설치되고, 중심부에 미분 배출관이 마련되는, 센터 코어의 중심부에 있어서, 배출구의 직경을 특정 범위로 한정하는 것을 특징으로 한다. 구체적으로, 제6 실시예는, 도 7에 도시된 미분 배출관의 개구 면적(A1)과 도 8에 도시된 분리기 코어의 개구 면적(A2)이 1/10×A2≤A1≤8/10×A2의 관계를 충족시키도록 정해져 있는 분급기를 제공한다. 따라서, 이러한 상기 센터 코어의 상기 미분 배출관의 직경에 대한 수치 한정을 통해, 조분 분급 단계에서의 조분의 유입을 줄일 수 있게 되고, 미분 분급 단계에서의 미분의 유입을 줄일 수 있게 된다. 그 결과, 분체는 분급실에 전해질 수 있으므로, 분급 정확도가 향상된다.

제1 실시예와 동일한 토너 원료 및 단계의 흐름을 이용하고, 센터 코어의 개구 면적을 6/10×A2로 한 상태로 토너를 제조한 경우에는, 중량 평균 입경이 7.6 ㎛이고, 입경이 4 ㎛ 이하인 미분의 수-평균 함유율이 10 수%이며, 입경이 16 ㎛ 이하인 조분의 중량-평균 함유율이 0.7 중량%인 토너를, (토너의 총량에 대해) 87 중량% 정도 얻을 수 있었다.

[제7 실시예]

본 발명의 분쇄 및 조분 분급 장치에 사용되는 조분 분급기를 대표하는 제7 실시예는, 제1 실시예에 따른 사이클론형 분급기의 상부의 분산실에 설치되고, 중심부에 미분 배출관이 마련되는, 센터 코어의 중심부에 설치된 미분 배출관의 길이(L)를 특정 범위로 한정하는 것을 특징으로 한다. 구체적으로, 제7 실시예는, 도 7에 도시된 미분 배출관의 길이(L)와 도 8에 도시된 분리기 코어의 개구 직경(D)이 1×D≤L≤4×D의 관계를 충족시키도록 정해져 있는 분급기를 제공한다. 따라서, 센터 코어의 중심부에서의 흡인이 안정화되고, 조분 분급 단계에서의 조분의 유입이 줄어들며, 미분 분급 단계에서의 미분의 유입이 줄어든다. 그 결과, 분체는 분급실에 전해질 수 있으므로, 분급 정확도가 향상된다.

제1 실시예와 동일한 토너 원료 및 단계의 흐름을 이용하고, 센터 코어의 개구 면적을 6/10×A2로 한 상태로 토너를 제조한 경우에는, 중량 평균 입경이 7.7 ㎛이고, 입경이 4 ㎛ 이하인 미분의 수-평균 함유율이 11 수%이며, 입경이 16 ㎛ 이하인 조분의 중량-평균 함유율이 0.6 중량%인 토너를, (토너의 총량에 대해) 87 중량% 정도 얻을 수 있었다.

[제8 실시예]

본 발명의 분쇄 및 조분 분급 장치에 사용되는 조분 분급기를 대표하는 제8 실시예는, 제1 실시예에 따른 사이클론형 분급기의 상부 덮개에, 도 9에 도시된 불균일 유동 방지 지그(5-1c)가 마련되어 있는 것을 특징으로 한다. 이러한 불균일 유동 방지 지그(5-1c)는, 콜렉터의 중심부에 있는 배기관에 도넛 형상의 링이 마련되므로, 콜렉터 내부의 용적이 작아지고, 선회류의 중심부에서의 정체가 줄어들며, 조분 분급 단계에서의 조분의 유입이 줄어들고, 미분 분급 단계에서의 미분의 유입이 줄어들 수 있게 된다. 그 결과, 분체는 분급실에 전해질 수 있으므로, 분급 정확도가 향상된다.

제1 실시예와 동일한 토너 원료 및 단계의 흐름을 이용하고, 센터 코어의 개구 면적을 6/10×A2로 한 상태로 토너를 제조한 경우에는, 중량 평균 입경이 7.7 ㎛이고, 입경이 4 ㎛ 이하인 미분의 수-평균 함유율이 11 수%이며, 입경이 16 ㎛ 이하인 조분의 중량-평균 함유율이 0.6 중량%인 토너를, (토너의 총량에 대해) 88 중량% 정도 얻을 수 있었다.

[제9 실시예]

본 발명의 분쇄 및 조분 분급 장치에 사용되는 조분 분급기를 대표하는 제9 실시예는, 제1 실시예에 따른 사이클론형 분급기의 상부 덮개(5-1b)에, 불균일 유동 방지 지그가 마련되어 있는 것을 특징으로 한다. 이러한 불균일 유동 방지 지그의 경우에는, 도 9에 도시된 바와 같이 콜렉터의 중심부에 있는 배기관에, 불균일 유동 방지 지그(5-1c)가 도넛 형상의 링으로 마련되고, 이 불균일 유동 방지 지그의 체적(V1)과 분산실의 용적(V2)은 3/10×V2≤V1≤8/10×V2의 관계를 충족시키도록 정해지므로, 콜렉터 내부의 용적이 억제되고, 선회류의 중심부에서의 정체가 줄어들며, 조분 분급 단계에서의 조분의 유입이 줄어들고, 미분 분급 단계에서의 미분의 유입이 줄어들 수 있게 된다. 그 결과, 분체는 분급실에 전해질 수 있으므로, 분급 정확도가 향상된다.

제1 실시예와 동일한 토너 원료 및 단계의 흐름을 이용하고, 센터 코어의 개구 면적을 6/10×A2로 한 상태로 토너를 제조한 경우에는, 중량 평균 입경이 7.7 ㎛이고, 입경이 4 ㎛ 이하인 미분의 수-평균 함유율이 10 수%이며, 입경이 16 ㎛ 이하인 조분의 중량-평균 함유율이 0.6 중량%인 토너를, (토너의 총량에 대해) 88 중량% 정도 얻을 수 있었다.

[제10 실시예]

본 발명의 분쇄 및 조분 분급 장치에 사용되는 조분 분급기를 대표하는 제10 실시예는, 제1 실시예에 따른 사이클론형 분급기의 상부 덮개(5-1b)에, 불균일 유동 방지 지그가 마련되어 있는 것을 특징으로 한다. 이러한 불균일 유동 방지 지그의 경우에는, 도 9에 도시된 바와 같이 콜렉터의 중심부에 있는 배기관에, 불균일 유동 방지 지그(5-1c)가 도넛 형상의 링으로 마련되고, 이 불균일 유동 방지부의 바닥 면적(VA1)은 2/10×VA2≤VA1≤7/10×VA2의 관계를 충족시키도록 정해지므로, 콜렉터 내부의 용적이 억제되고, 선회류의 중심부에서의 정체가 줄어들며, 조분 분급 단계에서의 조분의 유입이 줄어들고, 미분 분급 단계에서의 미분의 유입이 줄어들 수 있게 된다. 그 결과, 분체는 분급실에 전해질 수 있으므로, 분급 정확 도가 향상된다.

여기서, VA2는 도 5에 도시된 분급기를 파선 a-a'를 따라 취한 단면적을 나타낸다.

제1 실시예와 동일한 토너 원료 및 단계의 흐름을 이용하고, 센터 코어의 개구 면적을 6/10×A2로 한 상태로 토너를 제조한 경우에는, 중량 평균 입경이 7.7 ㎛이고, 입경이 4 ㎛ 이하인 미분의 수-평균 함유율이 10 수%이며, 입경이 16 ㎛ 이하인 조분의 중량-평균 함유율이 0.5 중량%인 토너를, (토너의 총량에 대해) 88 중량% 정도 얻을 수 있었다.

제1 내지 제10 실시예로부터 명백하듯이, 본 발명의 분쇄 및 조분 분급 장치와 미분 분급 장치를 이용하여 얻어진 토너는 입도 분포가 샤프하다. 따라서, 이 토너의 대전량은 안정적이고, 이 토너는 바탕때 및 전사 불량의 감소의 관점에서 양호하게 사용될 수 있어, 안정적인 이미지 품질이 구현될 수 있다.

Claims

분체(粉體) 원료를 분쇄하는 기계식 분쇄기와,

분쇄된 분체를 포집하는 사이클론(cyclone), 그리고

포집(捕集)된 분체로부터 조분(粗粉)을 분리하는 조분 분급기(分級機)

를 포함하는 분쇄 및 조분 분급 장치로서,

상기 조분 분급기는, 센터 코어를 구비하며 분체를 분산시키는 데에 사용되는 분산실과, 분리기 코어를 구비하는 분급실을 포함하는 사이클론형 분급기이고,

상기 센터 코어는 그 중심에 미분 배출관이 마련되어 있는 것인 분쇄 및 조분 분급 장치.
제1항에 있어서, 상기 분산실은 2차 기류 베인(airflow vane)을 구비하는 것인 분쇄 및 조분 분급 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 센터 코어의 꼭지각(α1)은 하기의 관계를 충족시키는 것인 분쇄 및 조분 분급 장치.

90°≤α1≤140°
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 미분 배출관의 개구 면적(A1)과 상기 분리기 코어의 개구 면적(A2)은 하기의 관계를 충족시키는 것인 분 쇄 및 조분 분급 장치.

1/10×A2≤A1≤8/10×A2
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 미분 배출관의 길이(L)와 상기 분리기 코어의 개구 직경(D)은 하기의 관계를 충족시키는 것인 분쇄 및 조분 분급 장치.

1×D≤L≤4×D
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조분 분급기는 상부 덮개를 구비하고, 이 상부 덮개는 그 중심에 불균일 유동 방지부를 구비하는 것인 분쇄 및 조분 분급 장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 불균일 유동 방지부의 체적(V1)과 상기 분산실의 용적(V2)은 하기의 관계를 충족시키는 것인 분쇄 및 조분 분급 장치.

3/10×V2≤V1≤8/10×V2
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 불균일 유동 방지부의 바닥 면적(VA1)과 상기 분산실의 a-a' 방향의 단면적(VA2)은 하기의 관계를 충족시키는 것인 분쇄 및 조분 분급 장치.

2/10×VA2≤VA1≤7/10×VA2
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 폐회로 분쇄를 채용하는 것인 분쇄 및 조분 분급 장치.
센터 코어를 구비하며 분체를 분산시키는 데에 사용되는 분산실과,

분리기 코어를 구비하는 분급실

을 포함하는 미분(微粉) 분급 장치로서,

이 미분 분급 장치는 사이클론형 분급기이고, 상기 센터 코어는 그 중심에 미분 배출관이 마련되어 있으며,

상기 미분 분급 장치는, 분쇄 및 조분 분급 장치에 의해 조분이 분리된 분체로부터, 미분을 분리하고,

상기 분쇄 및 조분 분급 장치는, 분체 원료를 분쇄하는 기계식 분쇄기와, 분쇄된 분체를 포집하는 사이클론, 그리고 포집된 분체로부터 조분을 분리하는 조분 분급기를 포함하며, 상기 조분 분급기는, 센터 코어를 구비하며 분체를 분산시키는 데에 사용되는 분산실과, 분리기 코어를 구비하는 분급실을 포함하는 사이클론형 분급기이고, 상기 조분 분급기의 센터 코어는 그 중심에 미분 배출관이 마련되어 있는 것인 미분 분급 장치.
제10항에 있어서, 상기 분산실은 2차 기류 베인을 구비하는 것인 미분 분급 장치.
제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 센터 코어의 꼭지각(α1)은 하기의 관계를 충족시키는 것인 미분 분급 장치.

90°≤α1≤140°
제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 미분 배출관의 개구 면적(A1)과 상기 분리기 코어의 개구 면적(A2)은 하기의 관계를 충족시키는 것인 미분 분급 장치.

1/10×A2≤A1≤8/10×A2
제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 미분 배출관의 길이(L)와 상기 분리기 코어의 개구 직경(D)은 하기의 관계를 충족시키는 것인 미분 분급 장치.

1×D≤L≤4×D
제10항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 미분 분급 장치는 상부 덮개를 구비하고, 이 상부 덮개는 그 중심에 불균일 유동 방지부를 구비하는 것인 미분 분급 장치.
제10항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 불균일 유동 방지부의 체적(V1)과 상기 분산실의 용적(V2)은 하기의 관계를 충족시키는 것인 미분 분급 장치.

3/10×V2≤V1≤8/10×V2
제10항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 불균일 유동 방지부의 바닥 면적(VA1)과 상기 분산실의 a-a' 방향의 단면적(VA2)은 하기의 관계를 충족시키는 것인 미분 분급 장치.

2/10×VA2≤VA1≤7/10×VA2