(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下方向に延びるケーシングの中に、分級板と、該分級板よりも上方に位置する案内板とで分級室が形成され、前記案内板の外周縁と前記ケーシングとの間に形成された環状の隙間を通じて、前記案内板の上方の粉体材料の旋回渦流を前記分級室の中に旋回させつつ供給された粉体材料を微粉と粗紛とに遠心分離する気流式分級機において、前記案内板が、該案内板の軸心を中心として、該案内板上方の旋回渦流と同じ方向に回転駆動され、前記案内板の回転に連動して、前記分級室の中に前記粉体材料の旋回渦流と同一方向に外部エアを導入する外部エア導入孔が前記ケーシングに開口されていることを特徴とする気流式分級機。
【請求項２】
前記案内板の上面及び／又は下面に、該案内板の回転に伴って旋回渦流を生成する案内羽根が設けられている請求項１に記載の気流式分級機。
【請求項３】
前記案内板が、該案内板の回転駆動源としてのモータに連結されている請求項１又は２に記載の気流式分級機。
【請求項４】
前記案内羽根が前記案内板の上面に設けられ、また、前記案内板の回転駆動源として、該案内板に臨んで配置された噴射ノズルが設けられている請求項２に記載の気流式分級機。
【請求項５】
前記案内板の回転駆動源に、該案内板の回転数を調整するための回転数調整手段が設けられている請求項３又は４に記載の気流式分級機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、分級室に供給した粉体材料に高速旋回渦流を生起させて、微粉と粗紛とに遠心分離する気流式分級機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真用トナー等の粉体材料の製造には気流式分級機が用いられる。従来の気流式分級機としては、井伊谷式分級機（日本機械学会誌５９（３）２１５（昭和３１年）やクラシクロン（名古屋工業技術試験所報告８（４）２３５（昭和３４年）などが既に提案されているが、これらはその固有の形状で分離粒子径が決まり、分離粒子径を調整することができず、また、粉体材料を１点から分級室へ供給する方法を採用している関係上、分散が悪く且つ材料供給速度が上がると、著しい分級精度の低下と分級粒子径が大きくなる等の問題を有している。この問題を解消する手法として、特開昭５４−４８３７８号公報に見られるように、分級室の高さを調整可能にする方法が提案され、また、特開昭５４−７９８７０号公報に見られるように、分級室の上方にサイクロン形状の案内筒を設置することが提案されており、これら２つの考え方を組み合わせた形式のものが、現在、実用化されている。
【０００３】
このような気流式分級機は、具体的には、上下方向に延びるケーシングの中に、分級板と、この分級板よりも上方に位置される案内板とで分級室が形成され、この分級室の中に、案内板の外周縁部とケーシングとの間の環状隙間を通じて、案内板上方の粉体材料の旋回渦流を流入させるように構成されている。このような構成による気流式分級機にあっては、粉体材料が、１個所からではなく環状の隙間から分級室内に供給されることから、粉体材料の高い分散性によって粉体材料同士の相互干渉が抑えられ、この結果、シャープの分級が可能になる。
ところで、上記気流式分級機において、粉体材料の処理量（供給量）を増大させることを意図した場合、自由な分別沈降できる程度まで粉体材料の濃度（密度）が確保されていないときには、粉体同士の干渉沈降によってシャープな分級が阻害されてしまうことから、これを回避するために分級室の内径を拡大せざるを得ない。
【０００４】
しかしながら、分級室の内径を拡大した場合、分級室での旋回渦流が自由渦ないしは半自由渦（ｖｒｎ＝一定）であることから、分級室内の粉体材料の旋回速度が低下し、この結果、乾式遠心分級の理論式から明らかなように、分級粒径が大きなってしまう。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、粉体材料の処理量を増大させる場合に、分離粒子径の下限が大きくなることを抑えつつシャープな分級を確保することのできる気流式分級機を提供することをその課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、上記課題を解決するため、上下方向に延びるケーシングの中に、分級板と、該分級板よりも上方に位置する案内板とで分級室が形成され、前記案内板の外周縁と前記ケーシングとの間に形成された環状の隙間を通じて、前記案内板の上方の粉体材料の旋回渦流を前記分級室の中に旋回させつつ供給された粉体材料を微粉（微粒子）と粗紛（粗粒子）とに遠心分離する気流式分級機において、前記案内板が、該案内板の軸心を中心として、該案内板上方の旋回渦流と同じ方向に回転駆動され、前記案内板の回転に連動して、前記分級室の中に前記粉体材料の旋回渦流と同一方向に外部エアを導入する外部エア導入孔が前記ケーシングに開口されていることを特徴とする気流式分級機が提供される。また、本発明によれば、上記構成において、前記案内板の上面及び／又は下面に、該案内板の回転に伴って旋回渦流を生成する案内羽根が設けられている気流式分級機が提供される。また、本発明によれば、上記構成において、前記案内板が、該案内板の回転駆動源としてのモータに連結されている気流式分級機が提供される。また、本発明によれば、上記構成において、前記案内羽根が前記案内板の上面に設けられ、また、前記案内板の回転駆動源として、該案内板に臨んで配置された噴射ノズルが設けられている気流式分級機が提供される。さらに、本発明によれば、上記構成において、前記案内板の回転駆動源に、該案内板の回転数を調整するための回転数調整手段が設けられている気流式分級機が提供される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を実施例に基づき添付の図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明による第１実施例の気流式分級機１を示す。この装置１は、上下方向に延びるケーシング２を有し、ケーシング２は、円筒状の本体ケーシング３と、本体ケーシング３の上部に接続された円筒状の案内ケーシング４と、本体ケーシング３の下部に接続された下部ケーシング５とで構成されている。
【０００８】
案内ケーシング４は、その上端壁４ａの中央に排気筒６が取付けられ、また、側壁の上端に供給筒７が取付けられている。排気筒６は接続管８を介して図示を略すバグフィルタ、吸引ブロワが接続されている。一方、供給筒７は、案内ケーシング４の接線方向に指向されて取付けられており、エア搬送された粉体材料は、供給筒７を通じて、案内ケーシング４の中に導入され、案内ケーシング４の内部で旋回渦流を形成しながら下降しつつ、案内ケーシング４の外周部分に集まり、その一方で搬送エアは排気筒６を通じて外部に排出される。
【０００９】
案内ケーシング４の下端部には案内板９が配設され、案内板９は円錐状の上面を有する。案内板９の外周縁は、案内ケーシング４の内周面から僅かな間隔を隔てて位置し、これにより両者間に環状の隙間１０が形成されて、粉体材料は隙間１０を通じて下方に移動する。案内板９は、また、下面に複数の突条（案内羽根）１１が突設され、これら複数の突状１１は渦巻き状に配置されている。
【００１０】
案内板９は、排気筒６から案内ケーシング４の中まで軸線に沿って垂下する回転軸１２の下端に連結されている。回転軸１２の上端は案内ケーシング４に固定されたモータ１３に連結されている。このモータ１３により、案内板９は、粉体材料の旋回渦流と同一の方向に回転駆動され、また、その回転速度は、モータ１３に付設された回転数調整装置１４によって無段階に調整可能とされている。
【００１１】
本体ケーシング３は分級室１５の側壁を構成し、分級室１５は、案内板９と、この案内板９よりも下方に配設される分級板１６とにより区画されている。分級板１６の上面は、粉体材料が半自由渦を生成して、この半自由渦の下で、分級室１５のいずれの半径位置にあっても同一直径の粒子（限界粒子）が平衡を保つようにする必要から、分級室１５が分級板１６と同様の略円錐状に形成されている。分級板１６は、中央部分に微粉排出口１７を有し、また、分級板１６の外周縁は、本体ケーシング１から若干離間されて、これら両者間の環状の隙間１８が形成されている。この環状隙間１８は粗粉排出口を構成する。
【００１２】
本体ケーシング３は、また、分級室１５の周囲を取り囲むようにして配置された複数のガイドベーン１９を有し、互いに隣接するガイドベーン１９、１９の間で外部エア導入孔２０が形成されている（図３参照）。各ガイドベーン１９は、互いに隣接するベーン間の間隔および高さが調整可能であり、また、ガイドベーン１９は、図３に示すように、分級室１５の中で旋回渦流を生起している粉体材料の流動方向に指向して配置されている。
【００１３】
下部ケーシング５は粗粉排出用ホッパーを構成するものであり、下部ケーシング５の下端にはホッパー排出口２１が形成されている。下部ケーシング５には、また、微粉排出用シュート２２が配設され、微粉排出用シュート２２の上端は上述した微粉排出口１７が接続されている。微粉排出用シュート２２は、図外のサイクロン等の集塵機を介して吸引ファンに接続されている。この吸引ファンによる吸引力は、分級室１５内に環状の隙間１０から粉体材料等を旋回させつつ引き込むと共に、ガイドベーン１９から外部エア（二次エア）を分級室１５に引き込んで該分級室１５内において分級に必要な旋回渦流を生成する基本的な力を与える。すなわち、内向きの旋回渦流と前記分級板１６との協働作用により、分級室１５での任意の位置の半径位置において、遠心沈降速度をその地点における内側に向かう気流速度と等しくして、限界粒子より大きい粒子は遠心力が比較的大きくなることから、これにより粗粒粉体を径方向外方に移動して粗粉排出口１８から排出され、限界粒子より小さい粒子は、気流による抗力の方が大きくなることから、径方向内方に移動して微粉排出口１７から排出される。
【００１４】
以上の構成からなる気流式分級機１にあっては、搬送エアと粉体材料とが供給筒６から案内ケーシング４内に流入すると、粉体材料等は案内ケーシング４内において旋回しつつ下降して遠心分離が行われる。これにより、搬送エアは、案内ケーシング４内における径方向内方側に移動されて排気筒６から排出される一方、粉体材料は案内ケーシング４における下部内周面側に移動されて濃縮され、その濃縮された粉体材料等は、旋回渦流に乗って環状の隙間１０から分級室１５内に入り込む。また、モータ１３により回転駆動される案内板９の上面の円錐形状によって、案内ケーシング４の中の旋回渦流が加速され、加速された旋回渦流は環状の隙間１０を通ってガイドベーン１９の近傍で更に増速される。加えて、分級室１５では、同時に、案内板９下面の渦巻き状の突条１１によって旋回渦流が生成され、これらの総合した作用によって、分級室１５で高速の旋回渦流が生成される。
【００１５】
このため、微粉排出用シュート２２の他端側における吸引ファン（図示略）による吸引力よるだけでなく、かなり増速された旋回渦流による吸引負圧によって、２次エアがエア導入孔２０から導入されるために、外部エアの導入が促進される。これにより、案内板９の回転により分級室１５内への粉体材料の供給量が増加しても、それに伴う外部エアの導入により、分級室１５内の粉体材料の濃度の上昇を抑えることができ、これにより粉体材料同士の相互干渉を抑制することできることからシャープな分級を確保することができる。
【００１６】
粉体材料等が環状の隙間１０を介して分級室１５内に流入すると、分級室１５内では、乾式遠心分級が行われ、その分級により、粗粒子は、分級室１５の外周側に移動して粗粉排出口１８から下部ケーシング内に入り、ホッパー排出口２１から排出されることになり、微粒子は、分級室１５の径方向内方側に移動して微粉排出口１７から微粉排出用シュート２２に入り、集塵機へと排出される。また、分級室１５で増速された旋回渦流は、案内板９を回転させない場合に比べて、乾式遠心分級の公知の理論つまり分級粒径が流入旋回速度の−１／２乗に比例するという事実から、粒径を小さくするができる。
【００１７】
以上のことから、気流式分級機１によれば、粉体材料の処理量を増大させるために分級室１５内の径を拡大したとしても、案内板９を回転させることにより、シャープな分級を確保しつつ、分級室１５内の旋回渦流の速度の低下を抑制して、分級粒径が拡大してしまうのを抑えることができる。換言すれば、分級室１５の直径を拡大しない場合にあっては、案内板９を回転させることにより、分級室１５での旋回渦流を、所望の分級粒径のための旋回速度よりも増速させて分級粒径をより小さくすることができる。
【００１８】
このような気流式分級機は、例えば図４に示すように、粉砕機２３と一緒に用いられる。すなわち、先ず、粗砕原料が本気流式分級機１に供給され、規定粒度以上の粗粉は、粉砕機２３へ導入され、そこでの粉砕後、再粉砕物は、再度、粗砕原料と共に本装置１に供給される。そして、規定粒度以下の微粉が本装置１から取り出される。
【００１９】
図５、図６は、本発明に従う第２実施例の気流式分級機を示すものである。この第２実施例の気流式分級機の説明において、上述した第１実施例と同一構成要素については同一符号を付してその説明を省略して以下に第２実施例の特徴部分について説明する。第２実施例の分級機にあっては、案内板９が、本体ケーシング３に取付けられる支持部材２９に回転可能に支持され、その案内板９の上面に複数のブレード２４（案内羽根）が設けられている。また、本体ケーシング３には、噴射ノズルとしての圧縮エア導入孔２５が形成されている。圧縮エア導入孔２５は、ブレード２４の受け面に向けて配設されており、導入孔２５から導入されたエアによって、案内板９が粉体材料の旋回渦流と同じ方向に回転駆動される。案内板９の回転による作用効果は上述した第１実施例と同様である。
【００２０】
圧縮エア導入孔２５からの噴射された圧縮エアは、上述した案内板９の回転に使用された後に、各ブレード２４により案内されて環状の隙間１０から分級室１５の中に流入して分級室１５での粉体材料の濃度の希釈化するのに寄与する。これにより、分級室１５での粉体材料の相互干渉が一層抑制され、よりシャープな分級を確保することができる。また、この第２実施例の分級機によれば、構造が比較的簡単であることから、保守点検が容易であると共に、エア導入孔２５からの噴射された圧縮エアによって、回転支持部を含む案内板９上面等に粉体材料が沈着、堆積することを抑えることができる。勿論、この実施例においては、制御装置２８によって流量制御弁２７を制御することで案内板９の回転数を調整することができる。
【００２１】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、案内板を回転駆動することにより、案内板の上方の粉体材料の旋回渦流が増速され、この増速した旋回渦流が分級室の中に供給されることから、分級室での増速した旋回渦流によって促進される外部エアの導入による希釈化作用により、分級室での粉体材料の濃度の増大を抑えて、粉体材料同士の干渉沈降又は相互干渉を抑えることができる。また、分級室での比較的速い旋回渦流を生成することができることから、分級室の直径を大きくしたとしても、十分なる遠心分離を行うことができる。したがって、粉体材料の処理量を増大させたとしても分離粒子径の下限が大きくなることを抑えつつシャープな分級を確保することができる。
【００２２】
請求項２の発明によれば、案内板の上面及び／又は下面に、該案内板の回転に伴い旋回渦流を発生させる案内羽根が設けられていることから、分級室内の旋回渦流の速度を効果的に増速できる。
【００２３】
請求項３の発明によれば、案内板が、該案内板の回転駆動源としてのモータに連係されていることから、案内板の安定した回転数を得ることが容易であり、また、案内板の所望の回転数を容易に得ることができる。
【００２４】
請求項４の発明によれば、案内板の回転駆動のために使用した噴射ノズルからのエアが、分級室での粉体材料の濃度の希釈化するのに寄与することから、粉体材料の処理量を増大させたとしても分離粒子径の下限が大きくなることを抑えつつシャープな分級を確保することができる。
【００２５】
請求項５の発明によれば、案内板の回転数を調整して分級室内の旋回渦流を適切な速度に調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例の気流式分級機の概略断面図である。
【図２】第１実施例の気流式分級機に採用された案内板の下面の概略底面図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。
【図４】第１実施例の気流式分級機を組み込んだシステムの系統図である。
【図５】第２実施例の気流式分級機の概略断面図である。
【図６】第２実施例の気流式分級機に採用された案内板の平面図である。
【符号の説明】
１    気流式分級機
２    ケーシング
９    案内板
１０    隙間
１１    突条
１３    モータ
１４    回転数調整装置
１５    分級室
１６    分級板
２０    外部エア導入孔
２４    ブレード
２５    圧縮エア導入孔
２８    制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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