(57)【要約】【課題】サイクロンを用いて気流乾燥を行う装置において、粉体の処理量を維持し、粉体の回収率の低下を抑制しながら、回収される粉体の含有水分率をより低減した気流乾燥装置の提供。【解決手段】湿潤粉体を気体により乾燥する気流乾燥機１０と、前記気流乾燥機１０により乾燥された粉体を捕集するサイクロン１２とを有し、前記サイクロン１２の気流入口管の断面積Ａに対する前記サイクロン１２の内部の側面積Ｓの面積比Ｓ／Ａが１４０≦Ｓ／Ａ≦５００であり、且つ、前記サイクロン１２に流入する気体の流入速度ｖが１５ｍ／ｓ≦ｖ≦２５ｍ／ｓであることを特徴とする気流乾燥装置１。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
湿潤粉体を気体により乾燥する気流乾燥機と、前記気流乾燥機により乾燥された粉体を捕集するサイクロンとを有し、前記サイクロンの気流入口管の断面積Ａに対する前記サイクロンの内部の側面積Ｓの面積比Ｓ／Ａが１４０≦Ｓ／Ａ≦５００であり、且つ、前記サイクロンに流入する気体の流入速度ｖが１５ｍ／ｓ≦ｖ≦２５ｍ／ｓであることを特徴とする気流乾燥装置。
【請求項２】
前記面積比Ｓ／Ａが２５０≦Ｓ／Ａ≦３００であることを特徴とする、請求項１に記載の気流乾燥装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は気流乾燥装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
気流乾燥装置の粉体回収装置として、バグフィルタおよびサイクロン等が用いられている。バグフィルタは、通気ろ過によりバグフィルタ上に回収された粉体が乾燥するため、粉体の二次乾燥を行う機能も有する。サイクロンは、構造が単純であり、粉体の品種を切り替える際に要する時間が少ない粉体回収装置である。
【０００３】
特許文献１には、水分を含む廃プラスチックをその周壁の接線方向に沿って設けられた周壁供給口から送風ブロアを介して挿入し底部に廃プラスチックを流下させるとともに、天井中央部から排気エアーを排出するサイクロン部と、サイクロン部の逆円錐状下部に連結され流下する前記廃プラスチックを内部に設けられた攪拌羽根により攪拌して浮遊させその底部に設けられた処理物排出口から排出する回転攪拌部と、回転攪拌部内の攪拌羽根上部に設けられた熱風供給口を介して廃プラスチックを乾燥させる加熱空気を供給する熱風供給部とを備えた廃プラスチック乾燥装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−０７１１５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、サイクロンを用いて気流乾燥を行う装置において、粉体の処理量を維持し、粉体の回収率の低下を抑制しながら、回収される粉体の含有水分率をより低減した気流乾燥装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に係る発明は、湿潤粉体を気体により乾燥する気流乾燥機と、前記気流乾燥機により乾燥された粉体を捕集するサイクロンとを有し、前記サイクロンの気流入口管の断面積Ａに対する前記サイクロンの内部の側面積Ｓの面積比Ｓ／Ａが１４０≦Ｓ／Ａ≦５００であり、且つ、前記サイクロンに流入する気体の流入速度ｖが１５ｍ／ｓ≦ｖ≦２５ｍ／ｓである、気流乾燥装置である。
【０００７】
請求項２に係る発明は、前記面積比Ｓ／Ａが２５０≦Ｓ／Ａ≦３００である、請求項１に記載の気流乾燥装置である。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１に係る発明によれば、サイクロンを用いて気流乾燥を行う装置において、粉体の処理量を維持し、粉体の回収率の低下を抑制しながら、回収される粉体の含有水分率をより低減した気流乾燥装置が提供される。
【０００９】
請求項２に係る発明によれば、前記面積比Ｓ／Ａが２５０≦Ｓ／Ａ≦３００を満たさない場合と比較して、粉体の処理量を維持し、回収される粉体の回収率の低下を更に抑制しながら、回収される粉体の含有水分量を更に低減する気流乾燥装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に係る気流乾燥装置の構成の一例を示す概略構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係るサイクロンの構成の一例を示す側面概略図および上面概略図である。
【図３】本発明の実施形態に係る気流乾燥装置を含む乾燥処理システムの一例を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。但し、以下に説明する本実施形態は本発明を実施する一例であって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。
【００１２】
本実施形態に係る気流乾燥装置１の構成を、図１に記載された概略構成図を用いて説明する。本実施形態に係る気流乾燥装置１は、少なくとも、湿潤粉体を気体により乾燥する気流乾燥機１０と、気流乾燥機１０により乾燥された粉体を捕集するサイクロン１２とを含む。原料である湿潤粉体と乾燥気体とは、図１の気流乾燥機１０に供給され、気流乾燥機１０にて一次乾燥処理が行われる。気流乾燥機１０から排出された粉体と気体とは、移送配管１４を経て、サイクロン１２内に流入する。サイクロン１２にて粉体および気体が分離された後、粉体は捕集容器１６に回収され、気体はサイクロン１２から排出される。
【００１３】
＜気流乾燥機＞
本実施形態に係る気流乾燥機１０を、図１に記載されているループ型気流乾燥機に基づいて説明する。本実施形態に係る気流乾燥機１０としては、図１に記載されているループ型乾燥管２６を備える気流乾燥機が挙げられるが、湿潤粉体を気体により乾燥させ、乾燥処理された粉体を気体とともに排出する構造を有するものであれば、特に限定されない。
【００１４】
図１に示す本実施形態の気流乾燥機１０には、湿潤粉体供給口２０と、気体を吐出する少なくとも１つの気体吐出ノズル２２と、排出口２４とが、この順序でループ型乾燥管２６に沿って設けられている。図１に示す気流乾燥機１０では、３つの気体吐出ノズル２２が設けられている。外部から供給された乾燥気体が気体吐出ノズル２２を覆う気体供給部２８に供給され、各気体吐出ノズル２２を通ってループ型乾燥管２６内に吐出される。湿潤粉体供給口２０からは、湿潤粉体がループ型乾燥管２６内に供給される。供給された湿潤粉体が乾燥気体とともにループ型乾燥管２６内を旋回し、乾燥された粉体は気体とともに排出口２４から排出される。
【００１５】
気流乾燥機１０においては、気体吐出ノズル２２より供給した乾燥気体をループ型乾燥管２６内で旋回させ、湿潤粉体を連続的に供給して旋回流に同伴させることで、乾燥気体に接触している間に湿潤粉体内部の水分が気体に移動し、含有水分率が低減した乾燥粉体となって排出される。気流乾燥機１０は、上記の構成を有することにより、湿潤粉体の乾燥処理が連続してなされる。
【００１６】
＜サイクロン＞
本実施形態の気流乾燥装置１に含まれるサイクロンの形状としては、例えば、接線流入式や渦巻流入式等が挙げられるが、それらの形状に限定されない。以下、図２に記載されている接線流入式のサイクロン１２に基づいて、本実施形態に係るサイクロン１２の構成を説明する。
【００１７】
本実施形態に係るサイクロン１２は、気流入口管３０および気流排出管３２を備えた円筒状の上部構造３４（以下「円筒部３４」ともいう）と、粉体排出管（図示しない）を備えた逆円錐形の下部構造３６（以下「逆円錐形部３６」ともいう）とを含んで構成されている。
【００１８】
サイクロン１２の円筒部３４は、高さＨ１および管径（内径）Ｄｃを有する円筒形であり、側壁と天板とを備えている。サイクロン１２の逆円錐形部３６は、円筒部３４の下部に設けられ、高さＨ２、上端面の管径（内径）Ｄｃ、下端面の管径（内径）Ｄｄを有する。サイクロン１２の気流入口管３０は、断面が高さａおよび幅ｂを有する四角形の管であり、供給する気体が円筒部３４における円筒の接線方向に流入するように、円筒部３４の上部の側壁に取り付けられている。サイクロン１２の気流排出管３２は、管径（内径）Ｄｅを有し、円筒部３４の天板中央を貫通して取り付けられている。
【００１９】
サイクロン１２では、粉体および気体が気流入口管３０より流入して、円筒部３４の内部の側壁に沿った旋回流（過流）となり、旋回しながら円筒部３４および逆円錐形部３６の側壁に沿って下降する。粉体は、逆円錐形部３６の下端部に設けられた粉体排出管を経て捕集容器１６に捕集される。一方、供給された気体は、粉体とともに逆円錐形部３６の下部まで下降した後、サイクロン１２の長軸に沿って中央部を上昇する気流となり、気流排出管３２より排出される。このように構成されていることにより、サイクロン１２は固体と気体とを分離する機能を有する。
【００２０】
本実施形態に係る気流乾燥装置１が有するサイクロン１２は、気流入口管３０の断面積Ａに対するサイクロン１２の内部の側面積Ｓの面積比Ｓ／Ａ（以下「面積比Ｓ／Ａ」ともいう）が１４０≦Ｓ／Ａ≦５００であり、なお且つ、サイクロン１２に流入する気体の流入速度ｖ（以下「流入速度ｖ」ともいう）が１５ｍ／ｓ≦ｖ≦２５ｍ／ｓである。
【００２１】
本実施形態に係るサイクロン１２内部の側面積Ｓは、サイクロン１２の各寸法のうち、Ｄｃ、Ｄｄ、Ｈ１およびＨ２を用いて、
【数１】
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で表される。また、本実施形態に係るサイクロン１２に流入する気体の流入速度ｖ［単位：ｍ／ｓ（ｍ／秒）］は、気流入口管３０よりサイクロン１２に流入する気体の流入量Ｑ［単位：ｍ３／分］、および、気流入口管３０の高さａと幅ｂとの積によって表される断面積をＡ［単位：ｍ２］を用いて、
ｖ［ｍ／ｓ］＝Ｑ［ｍ３／分］／Ａ［ｍ２］／６０［ｓ／分］
で表される。
【００２２】
従来のサイクロンでは、気流入口管３０の断面積Ａ、円筒部３４の高さＨ１および管径Ｄｃ、気流排出管３２の管径Ｄｅ、逆円錐形部３６の高さＨ２等は、処理する気体の流入量を考慮して、経験則や性能推定式から決定されている。サイクロンへの気体の流入速度ｖに対して、Ｄｃ、Ｈ１およびＨ２等を大きくしてサイクロン内部の側面積Ｓを広くすると、粉体に働く遠心力が低下して捕集性能の低下を招くため、従来の固体捕集目的のサイクロンでは、側面積Ｓが広くなって遠心力が低下しすぎないよう、設計されている。
【００２３】
一方、粉体の乾燥という観点から見ると、サイクロンは、同様に気流乾燥装置の粉体回収装置として用いられるバグフィルタと比較して乾燥効率が低い点が課題である。バグフィルタを用いる場合、粉体は通気ろ過によりフィルタ上に回収されるため、粉体はフィルタ上で乾燥される。しかしながらサイクロンでは、気流入口管３０から粉体排出管までの旋回流において気体と接触する期間において乾燥されるものの、バグフィルタと比較して粉体の含有水分率は低減されにくい。
【００２４】
そのため、粉体回収装置としてサイクロンを使用する際は、気流乾燥機において目的とする最終含有水分率まで乾燥させるため、粉体原料の処理量を低減するか、もしくは、サイクロンにて回収した後、二次乾燥を行うことが必要となる場合があった。これらは、乾燥処理の効率低下や、工程およびコスト等の増加につながる可能性がある。サイクロンに、粉体乾燥のための構造を取り付けることも提案されている（例えば特許文献１等）。しかしながら、サイクロン内の気流が乱れることにより、粉体が気体とともに排出されて粉体の回収率が低下したり、複雑な構造を有するために、粉体の品種を切り替える際に細部の清掃に時間がかかってしまう可能性が考えられる。
【００２５】
本実施形態に係るサイクロン１２は、面積比Ｓ／Ａと流入速度ｖとが上記の範囲にあることにより、面積比Ｓ／Ａが１４０より小さい従来のサイクロンに比較して、粉体の処理量を維持し、粉体の回収率の低下を抑制しながら、回収される粉体の含有水分率がより低減される。これは、粉体を含有する旋回流がサイクロン内の側壁に沿って流れる距離がより長くなり、粉体がサイクロン内に滞留して気体と接触する時間が長くなるため、回収される粉体の含有水分率が低減し、乾燥効率が向上するためと考えられる。また、本実施形態に係るサイクロン１２は、面積比Ｓ／Ａと流入速度ｖとが上記の範囲にあることにより、面積比Ｓ／Ａが１４０より小さい従来のサイクロンに比較して、サイクロンの側面積が広くなり、サイクロン内の旋回流において側壁に沿って形成される粉体の層（以下「粒子層」ともいう。）の厚みが薄くなり、粉体と気体との接触面積が増加するため、粉体の表面から気体への水分の移動が促進され、粉体の乾燥を更に進ませることができるためと考えられる。
【００２６】
サイクロン１２の面積比Ｓ／Ａが１４０より小さいと、サイクロン１２内に粉体原料が滞留する時間が短いため、乾燥が不十分になる。また、サイクロン１２の面積比Ｓ／Ａが１４０より小さいと、サイクロン１２の壁面の粒子層が厚くなり、気体と接する粉体の表面積が小さくなるため、粉体の処理量を落とさずに、粉体の含有水分率を低減させることが困難となる。面積比Ｓ／Ａが５００よりも大きいと、粒子層が薄くなることにより乾燥は出来るが、サイクロンに流入した粉体にかかる遠心力が小さくなりすぎるため、上向きの排気流と共に粉体がサイクロンから排出されてしまい、粉体の回収率が低下する。
【００２７】
また、サイクロン１２に関して、流入速度ｖが１５ｍ／ｓよりも小さいと、サイクロン内で粉体にかかる遠心力が低下し、回収率が低下する。また、流入速度ｖが２５ｍ／ｓを超えると、サイクロン内の旋回流に乱れが生じ、分離性能を十分に発揮できなくなるため、回収率が低下する。
【００２８】
本実施形態に係るサイクロン１２は、面積比Ｓ／Ａおよび流入速度ｖがそれぞれ上記の範囲にあることで、面積比Ｓ／Ａが１４０より小さいサイクロン１２を用いた場合と比較して、粉体の処理量を維持し、粉体の回収率の低下を抑制しながら、回収される粉体の含有水分率をより低減したことにより、乾燥効率が高くなり、粉体の回収性能と乾燥性能との両立を実現している。また、このようなサイクロン１２と気流乾燥機１０とを備えることにより、本実施形態に係る気流乾燥装置１によって乾燥された粉体は、目的とする最終含有水分率を有する。
【００２９】
本実施形態に係るサイクロン１２は、面積比Ｓ／Ａが２５０≦Ｓ／Ａ≦３００であることが好ましい。本実施形態に係るサイクロン１２の面積比Ｓ／Ａが上記範囲に含まれている気流乾燥装置１は、面積比Ｓ／Ａが２５０≦Ｓ／Ａ≦３００を満たさない場合と比較して、粉体の処理量を維持し、粉体の回収率の低下を更に抑制しながら、回収される粉体の含有水分量を更に低減しており、乾燥効率が更に高い気流乾燥装置が提供される。
【００３０】
また、本実施形態に係る気流乾燥装置は、本実施形態に係るサイクロン１２を用いることにより、粉体の含有水分量を低減する乾燥機能を有していながら、バグフィルタを使用する場合と比較して、粉体の品種を切り替えるために要する時間が短縮されるという利点を有する。バグフィルタはその構造特性上、粉体の品種を切り替える際には、フィルタに堆積した粉体を除去する工程が必要となる一方、本実施形態に係るサイクロン１２は、構造が単純であり、その内部に粉体が堆積しにくいためと考えられる。
【００３１】
なお、本明細書において粉体原料の「回収率」とは、気流乾燥機１０へ供給される湿潤粉体の供給量（乾燥質量）に対する、サイクロン１２から回収される粉体の回収量（乾燥質量）の比率である。気流乾燥装置を用いたときの粉体の回収率は、サイクロン１２から回収される粉体の回収量（乾燥質量）と、サイクロン１２から排出される気体に含まれる微粉を回収する装置（例えば図３に示すバグフィルタ４６等）から回収される粉体の回収量（乾燥質量）とから換算することによって測定される。
【００３２】
本実施形態に係る気流乾燥装置１により乾燥処理が施される湿潤粉体は、湿潤粉体であれば特に限定されるものではなく、例えば、湿式法により製造される湿潤トナー、薬品、食品等を含む。なお、湿潤トナーは乾燥機内での融着が起きやすいため、本実施形態に係る気流乾燥装置１は湿潤トナーの乾燥に好適に用いられる。
【００３３】
本実施形態に係る気流乾燥装置１を用いて乾燥される湿潤粉体が含有する溶媒としては、例えば、水やアルコール等の有機溶媒が挙げられる。湿潤粉体が、湿式法により製造される湿潤トナーである場合、通常は水を含有する。本実施形態の気流乾燥装置１による乾燥処理に用いられる気体は、通常は空気であるが、窒素ガス等の不活性ガスを使用してもよい。
【００３４】
＜乾燥処理システム＞
図３に、本実施形態に係る気流乾燥装置１を用いた連続乾燥処理システム４０の一例を示す。図３には、連続的に湿潤粉体を供給して気流乾燥機１０で処理した粉体を、気流と共に系外に排出させ、サイクロン１２にて粉体と気流とに分離して、製品となる粉体を捕集するための連続処理フローの一例が示されている。なお、本実施形態に係る気流乾燥装置１を用いた乾燥処理システム４０は、本実施形態に係る気流乾燥機１０およびサイクロン１２を有する限り、図３の態様に限定されるものではない。
【００３５】
乾燥処理システム４０は、例えば、気流乾燥機１０と、サイクロン１２と、移送配管１４と、捕集容器１６と、吐出ブロワ４２と、ヒーター４４と、微粉回収用バグフィルタ４６と、排気ブロワ４８とを備える。
【００３６】
乾燥処理システム４０においては、気流乾燥機１０の気体供給部の気体入口には、ヒーター４４を介して吐出ブロワ４２の吐出側が接続されている。気流乾燥機１０の排出口は、移送配管１４を介して、サイクロン１２の気流入口管に接続されている。サイクロン１２の気流排出管は、バグフィルタ４６の入口に接続され、バグフィルタ４６には排気ブロワ４８の吸入側が接続されている。
【００３７】
乾燥処理システム４０においては、湿潤粉体が原料供給機（図示せず）から気流乾燥機１０へ供給される。一方、吐出ブロワ４２から押し出された乾燥気体が、ヒーター４４で加熱された後、気体吐出ノズルから気流乾燥機１０の内部に供給される。
【００３８】
気流乾燥機１０内に供給された湿潤粉体が乾燥気体とともに気流乾燥機１０のループ型乾燥管内を旋回し、乾燥された粉体は乾燥気体とともに排出口から排出される。排出口から排出された粉体および気体は、移送配管１４を経て、サイクロン１２により固気分離されるとともに、二次乾燥処理が施される。サイクロン１２により分離された気体は、微粉回収用バグフィルタ４６により微粉が除去された後、排気ブロワ４８により排気される。一方、サイクロン１２から排出された粉体は、捕集容器１６によって回収される。
【００３９】
本実施形態のサイクロン１２への気体の流入速度ｖは、吐出ブロワ４２の吐出量および排気ブロワ４８の排気量を調節し、サイクロン１２への気体の流入量Ｑを調節することによって、制御すればよい。サイクロン１２への気体の流入量Ｑの測定は、例えば、サイクロン１２の気流入口管に繋がる移送配管１４に設けられた流量計により、行えばよい。
【００４０】
気流乾燥機１０の排出口に繋がる移送配管１４における圧力Ｐｍｉｄが、例えば、大気圧に対して−２５ｋＰａ以上−１ｋＰａ以下となるように、吐出ブロワ４２の吐出量および排気ブロワ４８の排気量等により調整されることが好ましい。Ｐｍｉｄが大気圧に対して−１ｋＰａより正圧側であるときは、原料供給口より原料が吹き出してしまう場合がある。また、Ｐｍｉｄが大気圧に対して−２５ｋＰａより負圧側であるときは、粉体の凝集が生じやすくなり制御が困難となる場合があり、また、排気ブロワ４８にかかる負荷が重くなり過ぎる場合がある。
【００４１】
乾燥処理システム４０においては、気流乾燥機１０の排出口から排出される気体の温度Ｔｍｉｄまたはサイクロン１２の気流排出管から排出される気体の温度Ｔｏｕｔが予め定めた範囲に維持されるように、乾燥気体の入口温度Ｔｉｎ、および、被乾燥原料の供給速度の少なくとも一方を制御することが好ましい。この制御は、例えば、ヒーター４４、原料供給機、気流乾燥機１０の気流ノズルに繋がる入口配管部にある、Ｔｉｎを測定する温度計、気流乾燥機１０の排出口に繋がる移送配管１４にある、Ｔｍｉｄを測定する温度計、サイクロン１２の気流排出管に繋がる配管にある、Ｔｏｕｔを測定する温度計等を含む温度調節機構により行われる。
【００４２】
湿潤粉体として湿潤トナーを乾燥する場合における好ましい乾燥条件を以下に示す。
【００４３】
本実施形態の気流乾燥機１０の乾燥条件として、気体吐出ノズルの吐出速度は、５０ｍ／ｓ以上２５０ｍ／ｓ以下が好ましい。ここで記述する気体吐出ノズルの吐出速度は、
吐出速度［ｍ／ｓ］＝気流乾燥装置への気体流入量［ｍ３／ｍｉｎ］／気流ノズル本数／１本当たりのノズル断面積［ｍ２］／６０［ｓ／ｍｉｎ］
によって算出される。
【００４４】
気流吐出速度が５０ｍ／ｓ以下であるときは、トナーの解砕および分散が不十分なまま排出口から排出されることとなり、得られる乾燥トナーの含有水分率が高くなる場合がある。気流吐出速度が２５０ｍ／ｓ以上であるときは、気流乾燥機１０内でトナーにストレスが加わる為、トナーの破壊や欠損を引き起こす場合がある。
【００４５】
気流乾燥機１０から排出される気流の温度Ｔｍｉｄは、トナーを構成する樹脂のガラス転移温度をＴｇ（℃）とするとき、（Ｔｇ−１０）（℃）以上（Ｔｇ＋１０）（℃）以下であることが好ましい。Ｔｍｉｄが（Ｔｇ−１０）（℃）未満であると、トナー内部に含まれる水分の蒸発速度が小さくなり、得られるトナーの含有水分率が高くなる場合がある。一方、Ｔｍｉｄが（Ｔｇ＋１０）℃を超えると、トナーの表面が軟質化して、トナーの凝集体が排出される場合がある。また、Ｔｍｉｄが（Ｔｇ＋１０）℃を超えると、気流乾燥機１０の内壁および気体吐出ノズルにトナーが融着し、連続処理が困難となる場合がある。
【００４６】
＜静電荷像現像用トナー＞
本実施形態に係る気流乾燥装置１により乾燥処理される湿潤粉体の一例として、静電荷像現像用トナーを説明する。しかしながら、本実施形態に係る気流乾燥装置１により乾燥処理される湿潤粉体はトナーに限定されるものではない。
【００４７】
静電荷像現像用トナーは、懸濁重合法、乳化重合凝集法、分散重合法等の湿式法で製造されてもよく、他の方法で製造されてもよい。これらの方法で製造されたトナーは、固液分離後、含水ケーキを乾燥する乾燥処理を経て粉体のトナーとなる。以下、湿式トナー製法の一つである乳化重合凝集法によるトナーを例に説明する。
【００４８】
乳化重合凝集法によるトナーは、乳化重合等によって作製した樹脂粒子分散液と着色剤粒子分散液とを混合し、凝集剤を加えてトナー粒径まで凝集させた後、樹脂のガラス転移点以上に加熱し、凝集体を融着してトナー粒子を作製する方法である。
【００４９】
トナーの樹脂粒子に用いられる樹脂は特に制限されない。具体的には、スチレン、パラクロロスチレン、α−メチルスチレン等のスチレン類；アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ｎ−プロピル、アクリル酸ブチル、アクリル酸ラウリル、アクリル酸２−エチルヘキシル等のアクリル系単量体；メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ｎ−プロピル、メタクリル酸ラウリル、メタクリル酸２−エチルヘキシル等のメタクリル系単量体；さらにアクリル酸、メタクリル酸、スチレンスルフォン酸ナトリウム等のエチレン系不飽和酸単量体；さらにアクリロニトリル、メタクリロニトリル等のビニルニトリル類；ビニルメチルエーテル、ビニルイソブチルエーテル等のビニルエーテル類；ビニルメチルケトン、ビニルエチルケトン、ビニルイソプロペニルケトン等のビニルケトン類；エチレン、プロピレン、ブタジエンなどのオレフィン類単量体等の単量体の単独重合体、それらの単量体を２種以上組み合せた共重合体、またはそれらの混合物、さらには、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、セルロース樹脂、ポリエーテル樹脂等、非ビニル縮合系樹脂、または、それらと前記ビニル系樹脂との混合物、これらの共存下でビニル系単量体を重合して得られるグラフト重合体等が挙げられる。
【００５０】
樹脂粒子分散液は、乳化重合法およびそれに類似する分散系における重合法で得られ、また、予め溶液重合法や塊状重合法等で重合した重合体を、その重合体が溶解しない溶媒中へ安定剤とともに添加して機械的に混合分散する方法など、任意の方法で得られる。例えば、ビニル系単量体を用いる場合は、イオン性界面活性剤などを用い、好ましくはイオン性界面活性剤とノニオン性界面活性剤を併用して乳化重合法やシード重合法により、樹脂粒子分散液が作製されればよい。
【００５１】
ここで用いる界面活性剤は、硫酸エステル塩系、スルホン酸塩系、リン酸エステル系、せっけん系等のアニオン界面活性剤；アミン塩型、４級アンモニウム塩型等のカチオン系界面活性剤；ポリエチレングリコール系、アルキルフェノールエチレンオキサイド付加物系、アルキルアルコールエチレンオキサイド付加物系、多価アルコール系等の非イオン性界面活性剤、および、種々のグラフトポリマー等が挙げられるが、特に制限されるものではない。
【００５２】
乳化重合で樹脂粒子分散液を作製する場合は、少量の不飽和酸、例えばアクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、スチレンスルフォン酸等を単量体成分として添加することにより、粒子表面に保護コロイド層が形成され、ソープフリー重合とすることが好ましい。なお、乳化重合法以外の重合法であっても、樹脂粒子の粒径は、基本的には、凝集終了時の目標粒子径（トナー粒径に相当）より小さいことが前提になる。
【００５３】
離型剤粒子としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン等の低分子量ポリオレフィン類；シリコーン類；オレイン酸アミド、エルカ酸アミド、リシノール酸アミド、ステアリン酸アミド等の脂肪酸アミド類；カルナウバワックス、ライスワックス、キャンデリラワックス、木ロウ、ホホバ油等の植物系ワックス；ミツロウのごとき動物系ワックス；モンタンワックス、オゾケライト、セレシン、パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、フィッシャートロプシュワックス等の鉱物系または石油系のワックス；およびそれらの変性物などが挙げられる。
【００５４】
これらのワックス類を用いて、水中にイオン性界面活性剤や高分子酸や高分子塩基などの高分子電解質とともに分散し、融点以上に加熱するとともに、強い剪断力を付与するホモジナイザーや圧力吐出型分散機を用いて粒子化することにより、１μｍ以下の粒子の分散液が作製されればよい。これらの離型剤樹脂粒子はその他の樹脂粒子成分と共に混合溶媒中に一度に添加してもよいし、分割して添加してもよい。
【００５５】
着色剤としては、例えば、カーボンブラック、クロムイエロー、ハンザイエロー、ベンジジンイエロー、スレンイエロー、キノリンイエロー、パーマネントオレンジＧＴＲ、ピラゾロンオレンジ、バルカンオレンジ、ウオッチヤングレッド、パーマネントレッド、ブリリアンカーミン３Ｂ、ブリリアンカーミン６Ｂ、デイポンオイルレッド、ピラゾロンレッド、リソールレッド、ローダミンＢレーキ、レーキレッドＣ、ローズベンガル、アニリンブルー、ウルトラマリンブルー、カルコオイルブルー、メチレンブルークロライド、フタロシアニンブルー、フタロシアニングリーン、マラカイトグリーンオクサレートなどの種々の顔料や、アクリジン系、キサンテン系、アゾ系、ベンゾキノン系、アジン系、アントラキノン系、チオインジコ系、ジオキサジン系、チアジン系、アゾメチン系、インジコ系、フタロシアニン系、アニリンブラック系、ポリメチン系、トリフェニルメタン系、ジフェニルメタン系、チアゾール系などの各種染料などが、１種または２種以上使用される。
【００５６】
これらの分散方法は、任意の方法、例えば回転せん断型ホモジナイザーや、メディアを有するボールミル、サンドミル、ダイノミル等の方法で行われ、分散方法は何ら制限されるものではない。
【００５７】
トナーを磁性トナーとして用いる場合は、磁性粉をトナーに含有させればよい。磁性粉としては、例えば、フェライトやマグネタイト、還元鉄、コバルト、ニッケル、マンガン等の金属、合金またはこれら金属を含む化合物等が挙げられる。さらに必要に応じて、４級アンモニウム塩、ニグロシン系化合物やトリフェニルメタン系顔料等、通常使用される種々の帯電制御剤を添加してもよい。
【００５８】
凝集剤としては、樹脂粒子分散液や着色粒子分散液に用いる界面活性剤と逆極性の界面活性剤の他、２価以上の無機金属塩、金属錯体等が好適に用いられる。特に、界面活性剤の使用量を低減し、帯電特性が向上するため、無機金属塩または金属錯体の使用が好ましい。
【００５９】
これらの無機金属塩または金属錯体としては、例えば、塩化カルシウム、硝酸カルシウム、塩化バリウム、塩化マグネシウム、塩化亜鉛、塩化アルミニウム、硫酸アルミニウム等の金属塩、および、ポリ塩化アルミニウム、ポリ水酸化アルミニウム、多硫化カルシウム等の無機金属塩重合体等が挙げられる。アルミニウム塩およびその重合体が好適である。よりシャープな粒度分布を得るためには、無機金属塩における金属原子の価数が大きい化合物が好ましく、価数が等しい場合は無機金属塩重合体がより好ましい。
【００６０】
これらの原料に凝集合一工程を施すことにより、例えば２μｍ以上１２μｍ以下の着色粒子等が得られる。次に洗浄工程で上記の工程で得られた着色トナー粒子の分散液から、当該着色粒子の固形物である含水ケーキを濾過し、濾過された含水ケーキから界面活性剤や不純物などの付着物を除去する洗浄処理が施される。洗浄工程で得られた湿潤トナーは、含水ケーキまたは含水スラリー等であり、通常、その含水量は１０質量％以上５０質量％以下である。例えば上記のようにして得られた湿潤トナー等について、本実施形態における気流乾燥装置１によって乾燥処理が行われる。
【実施例】
【００６１】
以下、実施例に基づき、本発明の実施形態をさらに具体的に説明する。なお、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。
【００６２】
［測定方法］
乾燥粉体の結着樹脂のガラス転移温度（Ｔｇ）は、示差走査熱量計（株式会社島津製作所製、ＤＳＣ−５０）を用い、昇温速度１０℃／分の条件下で測定することにより求めた。なお、Ｔｇは吸熱部におけるベースラインと立ち上がりラインとの延長線の交点の温度とした。
【００６３】
重量（数）平均分子量（Ｍｗ）は、ゲルパーミュエーションクロマトグラフィ（東ソー株式会社製、ＨＬＣ−８１２０）を用いて測定された。
【００６４】
粒子の体積平均粒径（Ｄ５０ｖ）および上側体積平均粒度分布指標（上ＧＳＤｖ）は、コールターカウンタ（ベックマン−コールター社製、コールターマルチサイザーＩＩ）により測定された。具体的には、コールターカウンタによって測定された粒度分布について、分割された粒度範囲（チャンネル）に対し、小径側から体積の累積分布を描き、累積５０％となる粒径をＤ５０ｖとし、累積８４％となる粒径をＤ８４ｖとした。このＤ５０ｖが体積平均粒径であり、また、上ＧＳＤｖは（Ｄ８４ｖ／Ｄ５０ｖ）１／２で算出された。
【００６５】
供給原料および乾燥トナーの含有水分率（質量％）は、電子水分計（ザリトリウス社製、ＭＡ３０）を用いて、１０５℃における加熱減量法によって測定した。
【００６６】
サイクロン１２において回収される乾燥トナーの回収率（質量％）は、サイクロン１２からの乾燥トナーの回収量およびバグフィルタ４６からの乾燥トナーの回収量の総和に対する、サイクロン１２からの乾燥トナーの回収量の比率であり、乾燥質量で換算される。
【００６７】
［被乾燥原料の作製］
＜樹脂粒子分散液１の作製＞
スチレン２５質量部、ｎブチルアクリレート３質量部、アクリル酸０．５６質量部、ドデカンチオール１．１質量部、および、四臭化炭素０．３質量部を混合溶解して、モノマー溶液を調製した。反応槽にイオン交換水３５質量部を投入した後、非イオン性界面活性剤（三洋化成工業株式会社製、ノニポール（登録商標）４００）０．４３質量部およびアニオン性界面活性剤（第一工業製薬株式会社製、ネオゲン（登録商標）Ｒ：ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム）０．５９質量部をイオン交換水に溶解した。次いで、前記モノマー溶液を反応槽内に投入して、前記各モノマーを分散させ、乳化液を得た。前記乳化液をゆっくりと混合しながら、過硫酸アンモニウム０．２９質量部を溶解したイオン交換水７質量部を１０分間かけて投入し、窒素置換を行った。その後、攪拌しながら前記乳化液の温度が７０℃になるまで加熱し、６時間そのまま乳化重合を継続した。これにより、分散樹脂粒子の体積平均粒径（Ｄ５０ｖ）が２１０ｎｍ、ガラス転移点（Ｔｇ）が５２℃、重量平均分子量（Ｍｗ）が１６，５００であるアニオン性の樹脂粒子分散液１を得た。
【００６８】
＜樹脂粒子分散液２の作製＞
スチレン１９．４質量部、ｎブチルアクリレート８．３質量部、および、アクリル酸０．５７質量部を混合溶解してモノマー溶液を調製した。反応槽にイオン交換水３５質量部を投入した後、非イオン性界面活性剤（三洋化成工業株式会社製、ノニポール４００）０．４３質量部およびアニオン性界面活性剤（第一工業製薬株式会社製、ネオゲンＲ：ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム）０．９質量部をイオン交換水に溶解した。次いで、前記モノマー溶液を反応槽内に投入して、前記各モノマーを分散させ、乳化液を得た。前記乳化液をゆっくりと混合しながら、過硫酸アンモニウム０．１５質量部を溶解したイオン交換水７質量部を１０分間かけて投入し、窒素置換を行った。その後、攪拌しながら前記乳化液の温度が７０℃になるまで加熱し、６時間そのまま乳化重合を継続した。これにより、分散樹脂粒子のＤ５０ｖが１９０ｎｍ、Ｔｇが５０℃、Ｍｗが８３０，０００であるアニオン性の樹脂粒子分散液２を得た。
【００６９】
＜顔料分散液の作製＞
カーボンブラック（キャボット社製、Ｒ３３０）３．５質量部、アニオン性界面活性剤（第一工業製薬株式会社製、ネオゲンＲ：ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム）０．４２質量部およびイオン交換水１４質量部を混合溶解し、超音波分散機を１０回通過させて、カーボンブラック分散液を得た。前記カーボンブラック分散液における分散したカーボンブラックのＤ５０ｖは１３０ｎｍであった。
【００７０】
＜離型剤分散液の作製＞
パラフィンワックス（日本精蝋社製、ＨＮＰＯ１９０：融点８５℃）７．０質量部、アニオン性界面活性剤（第一工業製薬株式会社製、ネオゲンＲ：ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム）１．１質量部およびイオン交換水１８質量部を混合し、混合液を９５℃に加熱して、高圧型ホモジナイザーで分散処理することにより、離型剤分散液を得た。前記離型剤分散液における分散したワックスのＤ５０ｖは２５０ｎｍであった。
【００７１】
＜凝集剤水溶液の作製＞
ポリ塩化アルミニウム（浅田化学工業株式会社製）０．１８質量部および０．１％硝酸水溶液１．８質量部をボトル中で攪拌し、凝集剤水溶液を得た。
【００７２】
＜凝集粒子の作製＞
前記樹脂粒子分散液１を１８．３５質量部、前記樹脂粒子分散液２を２５．５質量部、前記顔料分散液を２．１質量部、前記離型剤分散液を２．８質量部、および、イオン交換水４３質量部を攪拌槽で十分に混合した後、前記凝集剤水溶液１．５質量部を徐々に加えながら、前記攪拌槽の底弁より、混合液を乳化分散機（大平洋機工株式会社製、キャビトロンＣＤ１０１０）へ導入し、ロータ周速３６ｍ／ｓにて１０分間分散させた。乳化分散後の分散液を測定したところ、当該分散液の分散質の体積平均粒径Ｄ５０ｖは２．９μｍであり、当該分散質の上ＧＳＤｖは１．２１であった。なお、測定時の分散液温度は３２℃であった。
【００７３】
次いで、この分散液を、加熱ジャケット付攪拌槽で５２℃まで加熱し、９０分間保持した。保持後の分散液をコールターカウンタにて測定した結果、体積平均粒径（Ｄ５０ｖ）が５．３μｍである凝集粒子の存在が確認された。
【００７４】
この分散液に４．３質量部の前記樹脂粒子分散液１を徐々に追加し、さらに１時間保持した。保持後の分散液をコールターカウンタにて測定した結果、体積平均粒径（Ｄ５０ｖ）が５．９μｍである凝集粒子の存在が確認された。
【００７５】
この分散液に１．５質量部の４％水酸化ナトリウム水溶液を追加し、当該分散液を９５℃まで加熱し、５時間保持することにより、凝集粒子を融合した。その後、当該分散液を冷却し、２０μｍのナイロンメッシュに通過させた。得られた分散液から水系媒体を除去し、洗浄および脱水して、含有水分率が３４質量％である湿潤着色粒子を得た。
【００７６】
［乾燥試験］
上記で得られた湿潤着色粒子を被乾燥原料として、下記実施例１〜６および比較例１〜５の気流乾燥装置に供給し、乾燥試験を行った。乾燥試験では、気流乾燥装置への気体流入量Ｑが１．８ｍ３／ｍｉｎ、気流乾燥機の出口温度が４５℃、原料供給速度が１時間あたり４ｋｇ−ｃａｋｅとなるように運転条件を制御した。この運転条件で、供給原料の供給開始から１時間運転した後、サイクロンで回収した乾燥トナーの含有水分率および回収率を測定して、乾燥性能を比較した。回収率については９９％以上、含有水分率については１％以下を許容範囲とした。
【００７７】
［実施例１〜実施例６］
表１に示す各寸法を備える実施例１〜６のサイクロンを作製した。実施例１〜６の各サイクロン、ループ型気流乾燥機（株式会社セイシン企業製、ＦＪＤ２インチ）および移送配管から構成される気流乾燥装置を用いて、乾燥試験を行った。表１に、実施例１〜６の各気流乾燥装置について、サイクロンの面積比Ｓ／Ａ、サイクロンに流入する気体の流入速度ｖ、得られた乾燥トナーの含有水分率および回収率を示す。なお、サイクロンに流入する気体の流入速度ｖ［ｍ／ｓ］は、サイクロンの気流入口管の断面積Ａ［ｍ２］に対するサイクロンに流入する気体の流入量Ｑ［ｍ３／ｍｉｎ］によりｖ＝Ｑ／Ａ／６０の式より算出した。
【００７８】
［比較例１〜比較例５］
表１に示す各寸法を備える比較例１〜５のサイクロンを作製した。比較例１〜５の各サイクロンを用いること以外は実施例１〜６と同様にして、乾燥試験を行った。表１に、比較例１〜５の各気流乾燥装置について、サイクロンの面積比Ｓ／Ａ、サイクロンに流入する気体の流入速度ｖ、得られた乾燥トナーの含有水分率および回収率を示す。
【００７９】
【表１】
2016176606.tif 000004
【００８０】
実施例１〜６の結果が示すように、湿潤粉体を気体により乾燥する気流乾燥機と、気流乾燥機により乾燥された粉体を捕集するサイクロンとを有し、サイクロンの面積比Ｓ／Ａが１４０≦Ｓ／Ａ≦５００であり、且つ、サイクロンに流入する気体の流入速度ｖが１５ｍ／ｓ≦ｖ≦２５ｍ／ｓである気流乾燥装置を用いることにより、面積比Ｓ／Ａが１４０より小さいサイクロンを有する気流乾燥装置を用いた場合と比較して、粉体の処理量を維持し、粉体の回収率の低下を抑制しながら、回収される粉体の含有水分率をより低減したことが確認された。
【符号の説明】
【００８１】
１  気流乾燥装置、１０  気流乾燥機、１２  サイクロン、１４  移送配管、１６  捕集容器、２０  湿潤粉体供給口、２２  気体吐出ノズル、２４  排出口、２６  ループ型乾燥管、２８  気体供給部、３０  気流入口管、３２  気流排出管、３４  円筒部（サイクロン上部構造）、３６  逆円錐形部（サイクロン下部構造）、４０  乾燥処理システム、４２  吐出ブロワ、４４  ヒーター、４６  バグフィルタ、４８  排気ブロワ、ａ  気流入口管の高さ、ｂ  気流入口管の幅、Ｄｃ  円筒部の管径、Ｄｄ  逆円錐形部下端面の管径、Ｄｅ  気流排出管の管径。
【図１】
2016176606.tif 000005
【図２】
2016176606.tif 000006
【図３】
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