(57)【要約】【課題】粉体原料に含まれる凝集体を個々の粉体粒子に解砕してから分級処理を行うことにより、高い分級精度が得られる分級装置を提供すること。【解決手段】この分級装置においては、原料粉体供給配管7が、上流側直管15と下流側直管16とを、それらの中心軸が所定の角度で略交差するように連結して構成された曲げ配管部12を経路途中に有する。曲げ配管部12に、複数の粒子が結合した凝集体を個別の粒子に解砕するための凝集体解砕機構22を設ける。凝集体解砕機構22は、その中心軸が下流側直管16の中心軸と略一致し、下流側直管16の下流方向に向けて高速空気を噴射する噴射ノズル13を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料粉体を微粉粒子と粗粉粒子とに分級するための分級装置であって、
ケーシングと、
前記ケーシングの内部に設けられた回転可能な分級ロータと、
前記ケーシングの内部に前記原料粉体を供給するための原料粉体供給機構と、を備え、
前記原料粉体供給機構は、搬送空気により前記原料粉体を搬送するための原料粉体供給配管を有し、
前記原料粉体供給配管は、上流側直管と下流側直管とを、それらの中心軸が所定の角度で略交差するように連結して構成された曲げ配管部を経路途中に有し、
前記曲げ配管部に、前記原料粉体において複数の粒子が結合した凝集体を個別の粒子に解砕するための凝集体解砕機構を設け、
前記凝集体解砕機構は、その中心軸が前記下流側直管の中心軸と略一致し、前記下流側直管の下流方向に向けて高速空気を噴射するための噴射ノズルを有する、分級装置。
【請求項２】
前記上流側直管の中心軸に垂直な平面に投影したときに、投影された平面における前記噴射ノズルの先端部の位置が、前記高速空気の噴射方向における上流側の前記上流側直管の内周面近傍である、請求項１に記載の分級装置。
【請求項３】
前記噴射ノズルから噴射される前記高速空気が、略臨界流速または超臨界流速である、請求項１または２に記載の分級装置。
【請求項４】
前記噴射ノズルのスロートの直径が、１.５mm〜３mmである、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の分級装置。
【請求項５】
前記上流側直管と前記下流側直管の前記所定の交差角度が、３０°〜９０°である、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の分級装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原料粉体を微粉と粗粉とに分級するための分級装置に係り、特に、分級ロータの回転による旋回流を利用して分級を行い、所定の粒径範囲の製品を得るための分級装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の分級装置として、分級ロータの回転による旋回流を利用して微粉と粗粉とを分級する気流回転式分級装置がある。その分級原理について簡単に説明すると、次のとおりである。
【０００３】
分級空間内で、外方から内方に向かう気流に粉体を乗せて、更に、内方を中心とし、気流の方向に垂直な軸の回転方向に気流を旋回させると、個々の粉体には旋回により外方への遠心力と気流による内方への向心力が作用し、粒子径の大きな粉体ほど遠心力が大きくなるため、粒子径の大きな粉体は外周側に集まり、粒子径の小さな粉体は内周側に集まる傾向となる。
【０００４】
そこで、気流を外周部と中心部の両方で排出すると、外周部から排出された気流には粒子径の大きな粉体（粗粉）が多く含まれ、中心部から排出された気流には粒子径の小さな粉体（微粉）が多く含まれる。これにより、様々な大きさの粉体が混在している原料粉体を、粗粉と微粉とに分級する。
【０００５】
このような気流回転式分級装置については、例えば特許文献１、２、および３に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−２５３３９４号公報
【特許文献２】特開平７−２３６８６１号公報
【特許文献３】特開２００６−３５０３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、粒径を異にする種々の粒子が混在する粉体原料は、粉砕された後、分級装置までの搬送等の過程において、複数個の粒子が付着力や摩擦等により結合した凝集体が形成されることがある。
【０００８】
しかしながら、従来の分級装置においては、凝集体も１個の粒子として分級されるため、高い分級精度を得ることが難しいという問題があった。
【０００９】
本発明は、従来の分級装置における前記の問題点に鑑みてなされたものであり、粉体原料に含まれる凝集体を個々の粉体粒子に解砕してから分級処理を行うことにより、高い分級精度を得ることができる分級装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するために、本発明の第１の形態は、原料粉体を微粉粒子と粗粉粒子とに分級するための分級装置であって、ケーシングと、前記ケーシングの内部に設けられた回転可能な分級ロータと、前記ケーシングの内部に前記原料粉体を供給するための原料粉体供給機構と、を備え、前記原料粉体供給機構は、搬送空気により前記原料粉体を搬送するための原料粉体供給配管を有し、前記原料粉体供給配管は、上流側直管と下流側直管とを、それらの中心軸が所定の角度で略交差するように連結して構成された曲げ配管部を経路途中に有し、前記曲げ配管部に、前記原料粉体において複数の粒子が結合した凝集体を個別の粒子に解砕するための凝集体解砕機構を設け、前記凝集体解砕機構は、その中心軸が前記下流側直管の中心軸と略一致し、前記下流側直管の下流方向に向けて高速空気を噴射するための噴射ノズルを有する、ことを特徴とする。
【００１１】
本発明の第２の形態は、第１の形態において、前記上流側直管の中心軸に垂直な平面に投影したときに、投影された平面における前記噴射ノズルの先端部の位置が、前記高速空気の噴射方向における上流側の前記上流側直管の内周面近傍である、ことを特徴とする。
【００１２】
本発明の第３の形態は、第１または第２の形態において、前記噴射ノズルから噴射される前記高速空気が、略臨界流速または超臨界流速である、ことを特徴とする。
【００１３】
本発明の第４の形態は、第１乃至第３のいずれかの形態において、前記噴射ノズルのスロートの直径が、１.５mm〜３mmである、ことを特徴とする。
【００１４】
本発明の第５の形態は、第１乃至第４のいずれかの形態において、前記上流側直管と前記下流側直管の前記所定の交差角度が、３０°〜９０°である、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明による分級装置によれば、上記特徴を備えた凝集体解砕機構を備えることにより、分級処理を行う前に、粉体原料に含まれる凝集体を個々の粉体粒子に解砕することができるので、高い分級精度を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態による分級装置を模式的に示した縦断面図。
【図２】図１に示した分級装置を用いた分級処理工程を説明するための図。
【図３】図１に示した分級装置の凝集体解砕機構の実施例１を示した断面図。
【図４】図１に示した分級装置の凝集体解砕機構の実施例２を示した断面図。
【図５】図１に示した実施形態の一変形例による分級装置を模式的に示した縦断面図。
【図６】図５に示した分級装置を用いた分級処理工程を説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施形態による分級装置について、図１乃至図４を参照して説明する。
【００１８】
本実施形態による分級装置は、原料粉体１１を微粉と粗粉に分級するための分級装置本体３１と、分級装置本体３１に原料粉体１１を供給するための原料粉体供給機構２１を備える。
【００１９】
分級装置本体３１は、筒状のケーシング１を備えており、ケーシング１の内部に、回転可能な分級ロータ２が設けられている。
【００２０】
分級ロータ２は、ケーシング１の中心部に設けられ、鉛直方向に延びる回転軸３により回転駆動される。回転軸３は、電動モータ（図示省略）により、歯車機構またはプーリ機構その他の動力伝達機構（図示省略）を介して回転される。
【００２１】
分級ロータ２は、その内周部には円環状に形成された分級空間９（９ａ、９ｂ）が設けられ、その外周部には複数のブレード８が等間隔に設けられている。電動モータを駆動して分級ロータ２を回転させると、分級ロータ２の分級空間９の内部の空気が旋回し、旋回流が発生する。
【００２２】
ケーシング１の上部には、ケーシング１の内部に原料粉体１１を供給するための原料粉体供給口６が設けられており、原料粉体１１は、原料粉体供給口６に接続された原料粉体供給配管７から、搬送空気によりケーシング１内に投入される。
【００２３】
分級ロータ２の側方のケーシング１の外周部には、全周にわたり、分級ロータ２に向けて分級エアを供給する分級エア導入部４が設けられ、分級エア導入部４の内周領域には、複数の案内羽根５が配置されている。案内羽根５は、分級ロータ２の回転により生じる旋回流により分級エア導入部４からケーシング１の内部へ空気が円滑に流れ込むような向きに配置されている。
【００２４】
分級エア導入部４が、ケーシング１の外周部の全周にわたり形成されているため、原料粉体供給口６から投入された原料粉体１１は、分級エアの空気流に随伴して、分級ロータ２の外周部において、ほぼ均一化または分散化されて分級空間９内に流入することができる。
【００２５】
分級空間９内に流入した原料粉体１１は、分級空間９内において、旋回流により旋回し、粗粉粒子は遠心力により外周側に集まり、微粉粒子は内周側に集まる。すなわち、分級空間９の半径方向の原料粉体１１の粒径の濃度分布は、中心に向かい微粉の濃度が高く、外周部に向かい粗粉の濃度が高くなる。
【００２６】
分級ロータ２の中心部には、微粉を含む気流を外部へ排出するための気流排出機構（図示省略）が設けられており、分級空間９の内周側に移動した所定の粒径より小さな微粉は、気流排出機構を経由して、気流排出機構に接続された微粉回収配管１０により外部へ回収される。
【００２７】
遠心力により外周側に移動した所定の粒径より大きな原料粉体１１は、分級ロータ２の外周部から外方へ放出され、下方に落下する。
【００２８】
なお、本実施形態においては、分級精度を向上させるため、分級ロータ２は、上下２段に設けられており、上段の分級空間９ａを有する上段の分級ロータ２aから外方へ放出された所定の粒径より大きな原料粉体１１および原料粉体供給口６から投入され、上段の分級ロータ２ａ内へ流入せずに落下した原料粉体１１は、落下途中で、下段の分級ロータ２bに（再）流入する。
【００２９】
下段の分級ロータ２b、すなわち下段の分級空間９bに流入した原料粉体１１は、上段の分級ロータ２aと同様な作用により、微粉と粗粉が分級され、微粉は、分級ロータ２bの中心部に備えられた気流排出機構（図示省略）を経由して、気流排出機構に接続された微粉回収配管により外部へ回収され、遠心力により外方に移動した所定の粒径より大きな原料粉体１１は、分級ロータ２bの外周部から外方へ放出され、ケーシング１の下方に落下する。
【００３０】
なお、上記のとおり本実施形態による分級装置においては、分級ロータ２を上下二段に設けているが、分級ロータの構成は上下二段のものに限られず、一段の構成とすることもできる。
【００３１】
ところで、トナーを製品として製造する場合には、分級装置本体３１にて微粉が排除された、所定の大きさ以上の粒径の粗粉が製品となる。
【００３２】
しかるに、分級装置本体３１において分級の対象となる原料粉体１１は、粉砕された後、保管、搬送等の過程において、複数個の粒子が付着力や摩擦等により結合した凝集体が形成されることがある。このような凝集体は、粗粉と微粉の集合体、または微粉どうしの集合体であるにもかかわらず、分級装置本体３１による分級処理により粗粉として分級され、本来排除されるべき微粉が製品（粗粉）中に混入し、製品の品質の低下を招くことになる。
【００３３】
そこで、本実施形態においては、分級装置本体３１に原料粉体１１を供給する原料粉体供給機構２１における原料粉体供給配管７の、分級装置本体３１にできるだけ近傍の位置に、凝集体を個別の粒子に解砕する凝集体解砕機構２２を設けることとした。
【００３４】
図１および図２に示すように、原料粉体１１は、空気取入口から取り入れた搬送空気に混入され、分級装置本体３１まで搬送される。分級エアは、分級装置本体３１の外周部の配置された分級エア導入部４に備えられた分級エア取入口１７から取り入れられ、ケーシング１内に導入される。
【００３５】
ケーシング１内に導入された分級エアは、分級空間９内で分級された微粉を随伴して、分級装置本体３１に配置された微粉回収配管１０により排出され、フィルタにより微粉を回収した後、ブロワーにより外気へ放出される。このように、前記の空気（原料粉体搬送空気、分級エア、微粉搬送空気）の流れは、分級装置本体３１の下流側に配置されたブロワーにより生成される。
【００３６】
凝集体解砕機構２２は、分級装置本体３１に投入される直前に配置された原料粉体供給配管７に設けられる。
【００３７】
以下、本実施形態における凝集体解砕機構２２の２つの実施例について、図面を参照して説明する。
＜凝集体解砕機構の実施例１＞
凝集体解砕機構２２の実施例１について、図３に基づき説明する。
【００３８】
原料粉体供給配管７には、分級装置本体３１との接続部にできるだけ近い位置に、図３に示されるように、上流側直管１５と下流側直管１６とを、それらの中心軸１８と１９が所定の角度で交差するように連結して構成された曲げ配管部１２が設けられている。なお、ここで言う（所定の角度で）「交差」とは、幾何学的には厳密に２本の直線が交差していない場合であっても、２本の直線が、最短に接近した距離が極めて小さく交差し、物理現象的には実質的に交差していると同等であるとされる状態も含む。
【００３９】
上流側直管１５は、その上流側の部分の原料粉体供給配管７と接続され、下流側直管１６は、その下流側の部分の原料粉体供給配管７と接続される。なお、以下では、上流側直管１５の中心軸１８と下流側直管１６の中心軸１９とが交差する角度を交差角度、それら両者の交差する点を交差点という。
【００４０】
曲げ配管部１２の下流側直管１６は、その上流側が直線状に延長されており、その延長部分に高速空気を噴射する噴射ノズル１３を取り付けるための取付座１４が形成されている。
【００４１】
噴射ノズル１３は、その中心軸が曲げ配管部１２の下流側直管１６の中心軸１９と略一致し、噴射ノズル１３の先端部の位置が交差点Ｐより取付座１４の側に下がった位置となるように取り付けられる。これにより、噴射ノズル１３から噴射される高速空気は、曲げ配管部１２に流入し、上流側直管１５内を直線的に進行する搬送空気に対して交差角度αの傾きをもって、下流側直管１６の中心軸１９に向けて噴射される。このため、交差点Ｐ近傍において、曲げ配管部１２内を流れる搬送空気の流れ方向が強制的に急激に変化し、また搬送空気の流れに撹乱が発生する。
【００４２】
原料粉体１１の搬送空気は、空気取入口から大気圧の空気が取り入れられて、分級装置本体３１の下流側に配置されたブロワーにより負圧側に吸引されることにより空気流が形成されることから、原料粉体供給配管７内を流れる搬送空気の流速は比較的小さい。したがって、原料粉体供給配管７内に流れる搬送空気内に噴射ノズル１３から高速空気を噴射すると、その周囲の搬送空気は、高速空気流内に引き込まれ、搬送空気流に撹乱が生じ、さらに小さな渦流が生ずる可能性もある。
【００４３】
前記の搬送空気の流れ方向の強制的・急激な変化および高速空気流への引き込み等により、搬送空気に随伴する原料粉体１１も、これら搬送空気流の撹乱等に巻き込まれ、撹乱等による激しい運動等に加え、原料粉体１１同士の接触により、複数個の粒子が付着力や摩擦等により結合した凝集体が個々の粉体粒子に解砕される。
【００４４】
なお、高速空気流に引き込まれた原料粉体１１は、高速空気流に随伴して基本的に同一方向に進行するため、原料粉体１１同士の接触は比較的穏やかなため、凝集体の解砕にとどまり、個々の粉体粒子の粉砕が生じることはない。これに対して、高速空気流を原料粉体供給配管７の内面壁面やその他の物体に衝突させると、随伴する原料粉体１１も同様にそれらの物体に激しく衝突し、凝集体の解砕にとどまらず、個々の粉体粒子のさらなる粉砕（微粉砕）が発生し、製品の品質の低下や歩止まりの減少が生じて好ましくない。
【００４５】
この点に関し、本実施形態においては、非常に小さな径の噴射ノズル１３を使用して、噴射ノズル１３の中心軸を下流側直管１６の中心軸１９と一致させて、下流側に向けて高速空気を噴射させる構成としている。このため、高速空気流ひいては随伴する原料粉体１１が、配管内面等に激しく衝突することがなく、個々の粉体粒子の微粉砕が、実質的に生ずることはない。
【００４６】
また、上流側直管１５の中心軸１８に垂直な断面に投影したときに、投影された平面における噴射ノズル１３の先端部の位置が、上流側直管１５の、取付座１４の側の内周面近傍の位置に配置される（すなわち、上流側直管１５の上流側から下流側を見たときに、噴射ノズル１３の先端部が、上流側直管１５の取付座１４の側の内周面近傍の位置に見えるように配置される）ことが好ましい。搬送空気に随伴している原料粉体１１の濃度が比較的薄く、分級装置本体３１の近傍まで搬送された原料粉体１１は、原料粉体供給配管７内において中心軸に垂直な断面内の分布が比較的一様であるため、噴射ノズル１３から噴射される高速空気を、配管の断面全体にわたり流すことにより、多数の原料粉体１１を解砕することができるからである。
【００４７】
また、搬送空気に対してできるだけ大きな撹乱等を生じさせるため、噴射ノズル１３により噴射させる高速空気流は、噴射ノズル１３のスロート部で臨界速度となることが好ましい。このためには、噴射ノズル１３の高圧側の圧力をp１、原料粉体供給配管７内の圧力をp２（大気圧とする）としたとき、噴射ノズル１３から噴射される空気が、スロート部で臨界速度（流速）になる圧力pc以上に設定することが好ましい。
【００４８】
噴射ノズル１３のスロートの直径（内径）は、１．５mmないし３mmに形成されている。スロートの直径が小さいと噴射する空気の量が少なく搬送空気や原料粉体に解砕に必要な十分な撹乱作用を与えることができず、一方、スロートの直径が大きいと、噴射ノズル１３から噴射される高速空気流量の搬送空気流量に対する割合が大きくなり、分級装置本体３１への投入空気量全体へ影響を与え、分級性能にも影響するからである。
【００４９】
上流側直管１５の中心軸１８と下流側直管１６の中心軸１９の交差角度αは、３０°〜９０°が好ましい。
【００５０】
交差角度αが３０°未満であると、噴射ノズル１３から噴射される高速空気流の方向が上流側直管１５内の搬送空気の流れ方向と平行に近くなるため、搬送空気流の急激な流れ方向の変化による流れの撹乱等の効果が少なくなるためである。
【００５１】
また、交差角度αが９０°を超えると、上流側直管１５内の搬送空気と噴射ノズル１３から噴射される高速空気が対向流となるため、搬送空気が反転流れとなり、搬送空気流の圧力損失が増加するなどの問題が無視できなくなるためである。
【００５２】
＜凝集体解砕機構の実施例２＞
次に、凝集体解砕機構２２の実施例２について、図４に基づき説明する。なお、実施例２の凝集体解砕機構２２においては、特に下記に説明しない構成については、矛盾がない限り、実施例１と同じである。
【００５３】
凝集体解砕機構２２の実施例１が、噴射ノズル１３の先端部がスロートとなっているか、またはスロートと略同一の断面形状と形成されているのに対して、実施例２においては、噴射ノズル１３が、スロートの先に延長部を有し、先端部に向けて末広がりの形状を成している。これにより、実施例１の噴射ノズル１３から噴射される空気流が、例えば音速であるのに対して、実施例２の噴射ノズル１３から噴射される空気流は、超音速まで加速され、超音速流の発生により衝撃波が発生する。これにより、噴射ノズル１３から噴射される高速空気による搬送空気の撹乱等の作用はより大きくなり、また、凝集体に衝撃波が作用することにより、凝集体の解砕作用も大きくなる。
【００５４】
なお、噴射ノズル１３から噴射される高速空気流量は、スロート部分の流速（音速）により規定（拘束）されるため、スロートの流路断面積が実施例と同一であれば、実施例１と実施例２の噴射ノズルでは、噴射される空気流量は同一である。したがって、原料粉体供給機構２１から分級装置本体３１に流入する搬送空気流量も、実施例１と実施例２とでは同一である。このため、実施例２の噴射ノズル１３を使用することにより、ブロワー等の他の構成機器に影響を与えることなく、凝集体解砕作用を高めることができる。
【００５５】
次に、本発明の他の実施形態について、図５および図６を参照して説明する。なお、上述した実施形態と共通する部分については、同一の符号を付すと共に以下では説明を省略する。
【００５６】
本実施形態による分級装置は、図５および図６に示したように、上述した実施形態の構成（図１、図２）から、ケーシング１の外周部に設けていた分級エア導入部４を削除したものである。この場合、ロータ下部側面にエア導入口（図示省略）を設けている。
【００５７】
本実施形態のように分級エア導入部を備えていない分級装置においても、分級装置の下流にある排風機の吸い込みにより排出方向へ向かう力（向心力）が働いているので、この向心力によって原料粉体が分級空間９内に流入する。
【００５８】
そして、分級エア導入部を備えていない本実施形態の分級装置においても、凝集体解砕機構２２による上述の優れた効果を奏することができる。
【符号の説明】
【００５９】
１  ケーシング
２  分級ロータ
２a  上段の分級ロータ
２b  下段の分級ロータ
３  回転軸
４  分級エア導入部
５  案内羽根
６  原料粉体供給口
７  原料粉体供給配管
８  ブレード
９  分級空間
９a  上段の分級空間
９b  下段の分級空間
１０  微粉回収配管
１１  原料粉体
１２  曲げ配管部
１３  噴射ノズル
１４  取付座
１５  上流側直管
１６  下流側直管
１７  分級エア取入口
１８  上流側直管の中心軸
１９  下流側直管の中心軸
２１  原料粉体供給機構
２２  凝集体解砕機構
３１  分級装置本体
Ｐ  上流側直管の中心軸と下流側直管の中心軸との交差点
α  上流側直管の中心軸と下流側直管の中心軸との交差角度
【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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