(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉体材料と一次空気流との混合流体を分散室に導入し、次いで周辺部から二次空気流が流入するように構成された分級室に導入して、該粉体材料を粗粒子と微粒子に分離する気流式分級装置であって、ルーバー固定台の内径と混合流体の微粒子を中心に導くためのセパレータコアの外形との比が１：０．９８〜１：０．５の範囲であり、かつ、混合流体の微粒子を中心に導くためのセパレータコア外周部下スカート長さが０．５〜１００ｍｍの範囲であることを特徴とする気流式分級装置。
【請求項２】
粉体材料と一次空気流との混合流体を分散室に導入し、次いで周辺部から二次空気流が流入するように構成された分級室に導入して、該粉体材料を粗粒子と微粒子に分離する気流式分級装置であって、気流方向が周辺部から二次空気流を流入させるためのルーバーを分級機内壁面に対し接線方向の複数スリットとし、該各スリットは、互いに１５〜９０度の角度を以って異なる向きに配置されており、このようなスリットが設けられたリングが分級部で鉛直方向に複数個重ね設置されたことを特徴とする気流式分級装置。
【請求項３】
前記複数個の重なり合うリングは向かい合うそれぞれの方向が、ずらされて重ねられることにより、両者が相互干渉しないことを特徴とする請求項２に記載の気流式分級装置。
【請求項４】
粉体材料と一次空気流との混合流体を分散室に導入し、次いで周辺部から二次空気流が流入するように構成された分級室に導入して、該粉体材料を粗粒子と微粒子に分離する気流式分級装置であって、粉体材料と一次空気流との混合流体を分散室から分級室に導入する際、境界部に設置されたセンターコアの中心に分級室に通じる孔を設置したことを特徴とする気流式分級装置。
【請求項５】
センターコアの中心に分級室に通じる孔の開口面積を自在に変更できるオリフィスを設置したことを特徴とする請求項４に記載の気流式分級装置。
【請求項６】
粉体材料と一次空気流との混合流体を分散室に導入し、次いで周辺部から二次空気流が流入するように構成された分級室に導入して、該粉体材料を粗粒子と微粒子に分離する気流式分級装置であって、分級室上部内壁のエッジ部分に傾斜部を設け、分級室下部との連結を滑らかとしたことを特徴とする気流式分級装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トナー分級装置に関するものであり、小粒径粒子の分級手段や分級機内部付着防止手段に応用される。
【０００２】
【従来の技術】
気流式分級機において、分級域での吸引流量を調節することで粒子の飛翔速度を増加することによる分級機内部付着防止手段が特開平８−１４１５０９号公報に開示されており、複数ルーバーを具備する手段が特開平６−１２１９４０号公報に開示されている。また、分級機ルーバーに関するものが登録実用新案公報第３０１５４５８号に記載されている。
【０００３】
電子写真法、静電気写真法等の画像形成法では静電潜像を現像するためにトナーが使用されている。最終製品が微細粒子であることが要求される静電潜像のトナー製造における原料個体粒子を、粉砕および分級して最終製品を得るには、結着剤樹脂、着色剤（染料、顔料、磁性体等）などの所定材料を溶融混練し、冷却して固化させた後粉砕し分級する。電子写真トナーなどの微粒子粉体を分級するためには、一般的に旋回気流を利用する気流式分級装置が用いられ、例えば図１に示されるようなディスパージョンセパレータ（ＤＳ型：日本ニューマチック社製）が使用される。
【０００４】
以下に本発明の基礎でもある従来の気流式ＤＳ分級機ならびに、装置の詳細を図１に基づいて説明する。（また以下の文章において各名称の後の数字は図中の数字に対応する。）
図１において、気流式ＤＳ分級装置は上から分散室（１）、分級室（２）、ホッパー（３）から構成されている。分散室（１）の上部外周面に一次空気流および粉体材料供給のための分散室流入口（４）が周面からの流入手段として接続されている。分散室（１）内の下に中央が高い円錐上のセンターコア（５）が取り付けられておりこのセンターコア（５）の下縁外周囲には環状の粗粉排出孔（６）と微粉を回収する回収孔（７）が、また、微粉を回収孔に導くためのセパレータコア（８）が形成されている。分級室（２）の下部周壁外周部には二次空気流が流入するための流路が羽形状をした二次空気流入口（９）（ルーバーとも呼ばれる）が具備されておりルーバー台（１０）で固定されている。粉体材料を分散させると共に旋回速度を加速させるように構成されている。
また粉体の分級径の移動操作の一因子として上部スペーサーリング（１１）または下部スペーサーリング（１２）にて調整できるように構成されている。
【０００５】
気流式ＤＳ分級方式の分級原理は分級室内において流入する二次空気流が粉体材料を旋回上に反自由流動させる際、該粉体材料中の粗粒子と微粒子に対して働く遠心力および向心力が異なることを利用するものである。したがって分級室内では分散された粗粒子や微粒子が再凝集することなく、速やかに粗粒子と微粒子に分級されることが望ましい。
【０００６】
しかしながら、従来の気流式ＤＳ分級装置では、分級室に流入する微粒子あるいは近年トナー混練に用いる結着剤樹脂の低分子化、低軟化によって旋回するトナー流は分級室内壁衝突し固着を生じる。一旦内面に固着が発生すると、相溶性が高まり固着は促進される。固着がルーバー周辺部に発生すると、分級室内の二次空気流入量が定まらず（風速・風量調整不可）、分級を決定付ける旋回および自由流動に影響をおよぼす。すなわち、分級室内旋回粒子の再凝集やカットポイントに変動が生じる。また二次エアー流入量が低下すると分級室内の旋回力低下によって超微粒子までもが粗粒子側に混入してしまい製品は高精度な粒径分布を得られない。その結果電子写真で画像を形成する際の画像品質を低下させてしまう。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術の問題に対し、本発明の目的とするところは、分級室のトナー固着をなくし、分級室内の旋回流安定化を計る新規な分級技術の提供である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、本発明の（１）「粉体材料と一次空気流との混合流体を分散室に導入し、次いで周辺部から二次空気流が流入するように構成された分級室に導入して、該粉体材料を粗粒子と微粒子に分離する気流式分級装置であって、ルーバー固定台の内径と混合流体の微粒子を中心に導くためのセパレータコアの外形との比が１：０．９８〜１：０．５の範囲であり、かつ、混合流体の微粒子を中心に導くためのセパレータコア外周部下スカート長さが０．５〜１００ｍｍの範囲であることを特徴とする気流式分級装置。」、（２）「粉体材料と一次空気流との混合流体を分散室に導入し、次いで周辺部から二次空気流が流入するように構成された分級室に導入して、該粉体材料を粗粒子と微粒子に分離する気流式分級装置であって、気流方向が周辺部から二次空気流を流入させるためのルーバーを分級機内壁面に対し接線方向の複数スリットとし、該各スリットは、互いに１５〜９０度の角度を以って異なる向きに配置されており、このようなスリットが設けられたリングが分級部で鉛直方向に複数個重ね設置されたことを特徴とする気流式分級装置。」、（３）「前記複数個の重なり合うリングは向かい合うそれぞれの方向が、ずらされて重ねられることにより、両者が相互干渉しないことを特徴とする前記第（２）項に記載の気流式分級装置。」、（４）「粉体材料と一次空気流との混合流体を分散室に導入し、次いで周辺部から二次空気流が流入するように構成された分級室に導入して、該粉体材料を粗粒子と微粒子に分離する気流式分級装置であって、粉体材料と一次空気流との混合流体を分散室から分級室に導入する際、境界部に設置されたセンターコアの中心に分級室に通じる孔を設置したことを特徴とする気流式分級装置。」、（５）「センターコアの中心に分級室に通じる孔の開口面積を自在に変更できるオリフィスを設置したことを特徴とする前記第（４）項に記載の気流式分級装置。」、（６）「粉体材料と一次空気流との混合流体を分散室に導入し、次いで周辺部から二次空気流が流入するように構成された分級室に導入して、該粉体材料を粗粒子と微粒子に分離する気流式分級装置であって、分級室上部内壁のエッジ部分に傾斜部を設け、分級室下部との連結を滑らかとしたことを特徴とする気流式分級装置。」によって達成される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面によって詳細に説明する。
参考例１の気流式分級装置の方式についてその概要を図２に示す。以下の文章で該当図に記されていない各名称およびその名称後の数字は、図１および他の図と同様である。
参考例１の気流式分級装置の特徴を以下に示す。図１に示す気流式ＤＳ分級装置において参考例１の対象となる分級室（２）の片面を抜粋し、図２にその断面Ｂ−ＢＢを、図４にその断面Ａ−ＡＡを示す。分級室（２）の周辺部には流入する二次空気流入口となるルーバー（９）とルーバーを固定するルーバー台（１０）が設けられている。
分級室（２）では二次エアーの流入に準じ、混合流体は接線方向に旋回すると同時に、その鉛直方向では螺旋流が生じている。参考例１の分級装置では図３に示すルーバー（９）の内径Ｒ１よりもルーバー台（１０）の内径Ｒ２が小さくなることで螺旋流はルーバー台に支えられ指定領域で図２から図３の旋回螺旋流となる。このルーバーを支えるルーバー台の内径比Ｒ１：Ｒ２は１：１〜０．８の範囲が望ましい。範囲以下の場合は抵抗となり十分な螺旋流を得ることができない。また、範囲を越える場合はルーバーより流入する二次エアー流に乱れが生じ十分な旋回流を得ることができず分級に支障をきたすため好ましくない。
【００１０】
［参考例１］
参考例１の分級装置の実施例を以下に示す。
ポリエステル樹脂８５重量％とスチレンアクリル共重合樹脂１５重量％の樹脂群にカーボンブラック１５重量％、ワックス１０重量％、極性制御剤５重量％の混合物をロールミルにて溶融混練し、冷却固化した後ハンマーミルにて粗粉砕した。次にこの粗粉砕物をジェットミルにて重量粉砕粒子径７．０［μｍ］に微粉砕して微粉砕物を得た。この微粉砕物を図２に示したルーバー台を装着し図１に示す気流式ＤＳ分級機で分級を行なった。その際、ルーバー条件としてルーバー内径１に対しルーバー台内径を０．９に設定し１００時間稼働したところ、重量粉砕粒子径７．３５［μｍ］、４［μｍ］以下の極微粒子で個数含有率８％を得た。
その際ルーバー近傍にトナーの固着は見られなかった。
【００１１】
［比較例１］
図１に示す現行の分級装置にて参考例１と同等条件で現行のルーバー台内径で分級を行なったところ重量粉砕粒子径７．４５［μｍ］、４［μｍ］以下の極微粒子で個数含有率８．５％を得た。
その際ルーバーの内壁面にトナーの固着が確認され、その状態は一部の二次エアー流入口を閉塞するまでに達していた。
【００１２】
参考例２の方式についてその概要を図４に示す。以下の文章で該当図に記されていない各名称およびその名称後の数字は、図１および他の図と同様である。
分級室（２）の内部には分離した微粉を回収孔（７）に導くセパレータコア（８）が設けられている。従来の分級機では分級径（限界粒子径）の移動操作を実施する際、パラメータと分級径の関係は次式で表わされ分級室厚さｈで表わされる。
【００１３】
【化１】
0003731077.tif 000002
【００１４】
参考例２の分級装置ではルーバー台（１０）の内径Ｒ２とセパレータコア（８）の外形Ｒ３の比の操作によってスペーサーリング（１１）または下部スペーサーリング（１２）で調整しなくても分級径の調整が可能となる。ルーバー台の内径とセパレータコアの外形比１：０．９８〜１：０．５の範囲で望ましくは１：０．９８〜１：０．７であり０．５以下ではセパレータコア上で十分な旋回気流を保つことが困難となり微粉回収孔（７）に粗粉が混入または粗粉回収側に微粉が混入し分級不適となる。
【００１５】
［参考例２］
参考例２の分級装置の実施例を以下に示す。
比較例１と同条件でルーバー台の内径とセパレータコアの外形比を１：０．９に設定し分級を行なったところ、重量粉砕粒子径７．３０［μｍ］、４［μｍ］以下の極微粒子で個数含有率８．５％を得た。
その際分級室内壁面にトナーの固着は見られなかった。
【００１６】
請求項１の方式についてその概要を図５に示す。以下の文章で該当図に記されていない各名称およびその名称後の数字は、図１および他の図と同様である。
セパレータコア（８）の外周下部に周方向スカート（８ａ）が設置されている。分級室内は流入する二次エアー流によってルーバー内壁は微粉回収孔に向けて半自由渦を形成し、接線方向に１０ｍ／ｓ〜１５０ｍ／ｓの旋回気流が生じている。粗粉は遠心力作用を受け外側をセパレータコア上を旋回後粗粉排出孔（６）より排出されるがセパレータコアの設置したスカートにより旋回流に乱れを生じることなく排出可能となる。請求項３に示すスカートは鉛直方向に０．５〜５０ｍｍの範囲が望ましい。スカート部鉛直方向の長さが１００ｍｍ以上ではホッパー斜面との間隔が狭まり落下する粗粉群が閉塞し分級に支障をきたす
【００１７】
［実施例１］
請求項１の実施例を以下に示す。
参考例２と同条件でセパレータコア外周部鉛直方向のスカート長さを５０ｍｍに設定し分級を行なったところ重量粉砕粒子径７．２５［μｍ］、４［μｍ］以下の極微粒子で個数含有率８．０％を得た。
その際分級室内壁面にトナーの固着は見られなかった。
【００１８】
請求項２の方式についてその概要を図６に示す。以下の文章で該当図に記されていない各名称およびその名称後の数字は、図１および他の図と同様である。
二次エアー流が流入するルーバーをリング状に形成し、スリット（９ａ）を分級機内壁面に対し接線方向に形成する。このスリットの間隔は円周方向に対し１５〜９０度の間隔で且つスリットは０．５〜５０ｍｍの隙間でリングの厚みは５〜５０ｍｍで形成し、分級機の高さに応じて複数個設置する。スリットの間隔が９０度以上ではリング内で二次エアー流の流入間隔が広すぎリング内で十分な旋回流が得られず、また１５度以上では流入エアー同士が干渉しあい、同様に十分な旋回流が得られない。またリングの厚みが５ｍｍ以下では二次エアー量が少なく反対に５０ｍｍ以上では過多となり期待する旋回流を得ることができない。ルーバーをスリット化することで内部旋回流はより接線化し、真円流を形成する。
【００１９】
［実施例２］
請求項２の実施例を以下に示す。
比較例１と同条件でルーバー流入エアー量は比較例と開口面積比で同等になるように隙間を調整しスリット型の３０度間隔で厚みが２０ｍｍのリング（ルーバー）を分級ゾーンの上部スペーサーリング部（１１）に３枚設置し分級を行なったところ重量粉砕粒子径７．２０［μｍ］、４［μｍ］以下の極微粒子で個数含有率８．０％を得た。
その際分級室内壁面にトナーの固着は見られなかった。
【００２０】
請求項３の方式についてその概要を図７に示す。以下の文章で該当図に記されていない各名称およびその名称後の数字は、図１および他の図と同様である。
請求項２と同様なルーバーをリング状に形成し分級機の高さに応じて複数個設置する条件において、重ね合うスリットの間隔が同調しないように１５〜９０度の範囲で相互干渉をさせないよう設定する。
【００２１】
［実施例３］
請求項３の実施例を以下に示す。
比較例１と同条件で分級ゾーンの上部スペーサーリング部（１１）に相互干渉をさせないように３枚設置し分級を行なったところ重量粉砕粒子径７．２０［μｍ］、４［μｍ］以下の極微粒子で個数含有率７．０％を得た。
その際分級室内壁面にトナーの固着は見られなかった。
【００２２】
請求項４の方式についてその概要を図８に示す。以下の文章で該当図に記されていない各名称およびその名称後の数字は、図１および他の図と同様である。
分散室（１）と分級室（２）の境界部に設置されたセンターコア（５）の中心部に分散室で形成され旋回気流によって分級され集まってきた超微粉群を分級室に直接吸引できる吸引孔（５ａ）をセンターコア（５）との外形比で１〜３０％の範囲で形成する。
【００２３】
［実施例４］
請求項４の実施例を以下に示す。
比較例１と同条件でセンターコア（５）の中心部に外形比で１０％の吸引孔を設け分級を行なったところ重量粉砕粒子径７．３０［μｍ］、４［μｍ］以下の極微粒子で個数含有率７．５％を得た。
その際分級室内壁面にトナーの固着は見られなかった。
【００２４】
請求項５の方式についてその概要を図８に示す。以下の文章で該当図に記されていない各名称およびその名称後の数字は、図１および他の図と同様とする。
請求項４に記載されたセンターコア（５）の中心部吸引孔（５ａ）は吸引孔の開口面積を自在に変更できるオリフィス（５ｂ）で形成され分級吸引粒子径に対し自在に変更可能な機能を有する。
【００２５】
請求項６の方式についてその概要を図９に示す。以下の文章で該当図に記されていない各名称およびその名称後の数字は、図１および他の図と同様とする。
分級室上部内壁のエッジ部分に傾斜部（分級室上部面に対しθ＝４５度以下）を設け分級室下部との連結を滑らかとしたことを特徴とする気流式分級装置。
【００２６】
［実施例６］
請求項６の実施例を以下に示す。
比較例１と同条件で分級室上部内壁のエッジ部分に傾斜部θ＝３０度を設け上部アジャスターとの接続を滑らかにし分級を行なった結果、重量粉砕粒子径７．４５［μｍ］、４［μｍ］以下の極微粒子で個数含有率８．０％を得た。
その際分級室内壁面にトナーの固着は見られなかった。
【００２７】
参考例３の方式についてその概要を図１０に示す。以下の文章で該当図に記されていない各名称およびその名称後の数字は、図１および他の図と同様とする。
参考例１、２及び請求項１〜６に示す分級機の分級室内壁（２ａ）に接するルーバーあるいはスリットおよびルーバー台の表面にテフロンあるいはフッ素樹脂皮膜処理またはセラミック剤で下地処理を施してテフロンあるいはフッ素樹脂皮膜処理をしたことを特徴とする気流式分級装置。
【００２８】
［参考例３］
参考例３の実施例を以下に示す。
実施例４と同条件でルーバーおよびルーバー台の表面をセラミック剤で下地処理を施してテフロンあるいはフッ素樹脂皮膜処理を施し５００時間分級を行なった結果、重量粉砕粒子径７．３０［μｍ］、４［μｍ］以下の極微粒子で個数含有率７．５％を得た。
その際分級室内壁面にトナーの固着は見られなかった。
【００２９】
【発明の効果】
以上、詳細且つ具体的な説明から明らかなように、本発明の請求項１に記載の分級装置によれば、セパレータコア外周部にスカートを設けることで、近傍の旋回・螺旋流が整流化されるため粗粉は滞留することなく回収孔に落下する。よって分級機内で粉体材料と一次空気の混合流体が必要以上にルーバー近傍に衝突するのを減少でき、粉体の固着が防止できる。したがって分級機性能を長時間にわたって維持することができる。
また、請求項２に記載の分級装置によれば、ルーバーをリング状でスリット化し多段化することで流入する二次エアー流をより接線方向に近い旋回流とすることが可能となる。よって分級機内で粉体材料と一次空気の混合流体が必要以上にルーバー近傍に衝突するのを減少でき、粉体の固着が防止できる。したがって分級機性能を長時間にわたって維持することができる。
また、請求項３に記載の分級装置によれば、ルーバーをリング状でスリット化し且つスリット間隔が相互干渉しないように多段化することで、流入する二次エアー流をより接線方向に近く分級機内は均一化した旋回流となることが可能となる。よって分級機内で粉体材料と一次空気の混合流体が必要以上にルーバー近傍に衝突するのを減少でき、粉体の固着が防止できる。したがって分級機性能を長時間にわたって維持することができる。
また、請求項４に記載の分級装置によれば、分散部と分級部の境界に設置したセンターコアの中心部を開口することで分散部で旋回する超微粉を直接分級室内の微粉回収孔に吸引できる。固着の一要因として微粉は摩擦帯電を帯び易く分級機の内壁にいち早く付着しやすいため、上記により分級機内の粉体の固着が防止できる。したがって分級機性能を長時間にわたって維持することができる。
また、請求項５に記載の分級装置によれば、分散部と分級部の境界に設置したセンターコアの中心部を開口し且つオリフィスによってその開口径を調節可能とすることで分散部で旋回する微粉分を自在に調節し直接分級室内の微粉回収孔に吸引できる。したがって請求項４に加え更に自由度（容易な分級点の変更と機内の付着防止を両立した）を付加した分級が可能となる。
また、請求項６に記載の分級装置によれば、分級室上部のエッジ部分に傾斜を施し滑らかとしたことで旋回流の淀みが解消されエッジ部分の付着が解消されるため上流から下流部にかけて流れが均一化されるため分級機内の付着防止が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の気流式ＤＳ分級装置を示す図である。
【図２】気流式分級装置の分級室の片面を抜粋した図である。
【図３】本発明の気流式分級装置におけるルーバー内径とルーバー固定台内径との比を説明する図である。
【図４】本発明の気流式分級装置におけるルーバー固定台内径とセパレーターコア外径の比を示す図である。
【図５】本発明の気流式分級装置の他の１例を示す図である。
【図６】本発明の気流式分級装置の別の１例を示す図である。
【図７】本発明の気流式分級装置の更に別の１例を示す図である。
【図８】本発明の気流式分級装置の更に別の１例を示す図である。
【図９】本発明の気流式分級装置の更に別の１例を示す図である。
【図１０】本発明の気流式分級装置の更に別の１例を示す図である。
【符号の説明】
１  分散室
２  分級室
２ａ  分級室内壁
３  ホッパー
４  分散室流入口
５  センターコア
５ａ  吸引孔
５ｂ  オリフィス
６  粗粉排出孔
７  回収孔
８  セパレータコア
８ａ  周方向スカート
９  二次空気流入口（ルーバー）
９ａ  スリット
１０  ルーバー台
１１  上部スペーサーリング
１２  下部スペーサーリング
【図１】
0003731077.tif 000003
【図２】
0003731077.tif 000004
【図３】
0003731077.tif 000005
【図４】
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【図５】
0003731077.tif 000007
【図６】
0003731077.tif 000008
【図７】
0003731077.tif 000009
【図８】
0003731077.tif 000010
【図９】
0003731077.tif 000011
【図１０】
0003731077.tif 000012