(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
分級域に開口部を有する原料供給ノズルを有し、該原料供給ノズル内を流動するフィードエアーによって該原料供給ノズル内の粉体原料を分級域に噴出させ、噴出された気流中の粉体材料の粒子の慣性力及びコアンダ効果によって、少なくとも粗粉領域及び微粉領域に分級する気流式分級装置において、該フィードエアーを大気圧露点で−２０〜−７０℃に調湿する調湿手段を有することを特徴とする気流式分級装置。
【請求項２】
周辺部から吸入されるエアーを調湿する調湿手段を更に具備することを特徴とする請求項１に記載の気流式分級装置。
【請求項３】
分級域に導入される粉体材料をあらかじめ流動化させるための流動化装置を有することを特徴とする請求項１に記載の気流式分級装置。
【請求項４】
流動化に用いる圧縮エアーが大気圧露点で−２０〜−８０℃に調湿されることを特徴とする請求項３に記載の気流式分級装置。
【請求項５】
分級域に導入される粉体材料に分散剤が添加されることを特徴とする請求項１乃至４のうち何れか１に記載の気流式分級装置。
【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、このトナー分級装置は微粒子の分級等にも応用することができる。
【０００２】
【従来の技術】
従来、気流式分級装置及び方法において、分級域に供給する前に粉体を分散させる方法としては、切頭円錐筒状の分散ノズルとこの中に配置される円錐状の案内部材による実開平５−７４６８０号公報記載の技術、粉体搬送用管路に対面する壁面に対をなす気体導入用細孔を３０度以内の鋭角で下流れ側の一点を焦点として指向するように貫設した特開平５−３８４８４号公報記載の技術、原料供給管の流路に絞り部を複数設けることにより、流路を球状に連結した特開平７−８０４１５号公報記載の技術、原料供給管の流路に分配板を設けた特開平７−６０１９５号公報記載のもの、ラバール管式の加速管部に原料供給口を開口させた特開平７−６０１９４号公報記載のもの、旋回部の内周に複数の分散気流導入口を対象となるように接線方向に設けた特公平７−８５７７３号公報等記載のもの等が挙げられる。
また、特開平８−２４８６７８号公報には、気流式分級方法において、分級域に流入する粉体に分散剤を混合させて分散することが開示されている。
また、振動流動層関連文献としては、化学工学論文集第１５巻第５号「微粒子の振動流動化」、化学工学講演Ｖｏｌ．１５「振動流動装置」等に各種の開示がなされている。
【０００３】
ところで、電子写真法、静電気写真法等の画像形成方法では、静電潜像を現像するために微細粒子からなるトナーが使用されている。微細粒子であることが要求される静電荷像現像用トナーの製造過程では、原料の固体粒子を粉砕及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）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。粉体の分級については各種の気流式分級機及び方法が提案されているが、この中で、慣性力を利用した分級機について例えば図１に示されるようなエルボージェット（日鉄鉱業製）が使用される。
【０００４】
以下に、本発明の基礎としての慣性力を利用した従来の分級方法並びに装置の詳細を図１に基づいて説明する。
図１において、側壁は（８）、（１２）で示される形状を有し、分級エッジ（１０）、（１１）により分級ゾーンは３分割されている。側壁（８）の下の部分に分級域に開口する原料供給ノズル（１３）を設け、該供給ノズルの底部接線に対して下方に折り曲げて弧を描いたコアンダブロック（９）を設ける。更に、分級域上部には分級域に開口する入気管（５）、（６）を設けてある。また、入気管（５）、（６）にはそれぞれバルブ手段の如き開閉手段（１４）、（１５）を設けてある。また、分級域底面にはそれぞれの分割域に対応させて、域内に開口する排出口（２）、（３）、（４）を設けてある。排出口（２）、（３）、（４）にはそれぞれバルブ手段の如き開閉手段を設けてもよい。
【０００５】
上記装置の状態としては、分級域内へ開口する原料供給ノズル（１３）から高速で気流とともに粉体を分級域内へ噴出し、分級域内にはコアンダブロック（９）を有して、噴出する気流と角度の交わる気流を導入し、コアンダブロックに沿って流れる噴流は慣性力により粗粉と微粉に分離し、分級エッジ（１０）、（１１）により粗粉と微粉、若しくは粗粉と細粉と微粉の如き多分割などの分級を行なっている。
【０００６】
粉体材料はフィードエアーフィーダー（２２）から噴出されるフィードエアーにより瞬時に原料供給ノズル（１３）から分級域内に導入され、分級されて分級機系外は排出されるため、分級機へ導入される粉体は原料供給ノズル（１３）及び分級機内の入口近傍までに十分に個々の粒子に分散されていることが重要である。特に原料供給ノズル内ないし、その以前での分散が重要である。
また、一般にトナーの分級工程においては、分級された粒子が粗粒子のない、微粉の少ないシャープな粒度分布を有することが要求される。更には、複写機やプリンターにおける画質向上のために、トナー粒子が微細化の方向に移ってきている。一般に、物質は細かくなるに従い、粒子間力の働きが大きくなっていくが、樹脂やトナーも粒子が小さくなると粒子同士の凝集性が大きくなっていく。
しかしながら、従来の気流式分級方法では供給する粉体材料をエジェクターの分級効果で一次粒子に近い状態にして分級域に導入するのは難しい。その結果、分級精度が低下し、分級後の産物は超微粒子までもが粗粒子（細粉）側に混入してしまい、製品は高精度な粒度分布を得ることができず、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、本発明の目的は、より高精度の分級を可能にし、精微な粒度分布を有する粉体を効率よく生成する気流式分級方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、本発明の（１）「分級域に開口部を有する原料供給ノズルを有し、該原料供給ノズル内を流動するフィードエアーによって該原料供給ノズル内の粉体原料を分級域に噴出させ、噴出された気流中の粉体材料の粒子の慣性力及びコアンダ効果によって、少なくとも粗粉領域及び微粉領域に分級する気流式分級装置において、該フィードエアーを大気圧露点で−２０〜−７０℃に調湿する調湿手段を有することを特徴とする気流式分級装置」、（２）「周辺部から吸入されるエアーを調湿する調湿手段を更に具備することを特徴とする前記第（１）項に記載の気流式分級装置」、（３）「分級域に導入される粉体材料をあらかじめ流動化させるための流動化装置を有することを特徴とする前記第（１）項に記載の気流式分級装置」、（４）「流動化に用いる圧縮エアーが大気圧露点で−２０〜−８０℃に調湿されることを特徴とする前記第（３）項に記載の気流式分級装置」、（５）「分級域に導入される粉体材料に分散剤が添加されることを特徴とする前記第（１）項乃至第（４）項のうち何れか１に記載の気流式分級装置」により達成される。
【０００９】
また上記目的は、本発明の（６）「分級域に開口部を有する原料供給ノズルを有し、該原料供給ノズル内を流動する気流によって該原料供給ノズル内の粉体原料を分級域に噴出させ、噴出された気流中の粉体材料の粒子の慣性力及びコアンダ効果によって、少なくとも粗粉領域及び微粉領域に分級する気流式分級方法であって、粉体材料を分級域内に搬送するフィードエアーを大気圧露点で−２０〜−７０℃に調湿することを特徴とする気流式分級方法」、（７）「更に周辺部から吸入されるエアーを調湿することを特徴とする前記第（６）項に記載の気流式分級方法」、（８）「分級域に導入される粉体材料をあらかじめ流動化させることを特徴とする前記第（６）項に記載の気流式分級方法」、（９）「流動化に用いる圧縮エアーを大気圧露点で−２０〜−８０℃に調湿することを特徴とする前記第（８）項に記載の気流式分級方法」、（１０）「分級域に導入される粉体材料に分散剤を添加することを特徴とする前記第（６）項乃至第（９）項のうち何れか１に記載の気流式分級方法」により達成される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を基いて本発明を詳細に説明する。
初めに図２の原料供給装置（２８）を有する気流式分級装置を参照しつつ、本発明の第１の基本態様として前記第（１）項記載の気流式分級装置及び前記第（６）項記載の気流式分級方法について、その概要を説明する。前記第（１）項記載の気流式分級装置及び前記第（６）項記載の気流式分級方法では図１に示される慣性力を利用した分級装置において、粉体材料を搬送するフィードエアーに調湿機能、調湿手段（２６）を設け、その調整が大気圧露点−２０〜−７０℃以内で制御できる機能を有することを特徴とする分級技術である。調湿効果により気流中の含水量が低下すると粉体材料は液架橋力が低下するため、粒子の凝集が防止された状態で分級機の分級域に供給される。
【００１１】
この分級装置においても図１に示される装置と同様、側壁は（８）、（１２）で示される形状を有し、分級エッジ（１０）、（１１）により分級ゾーンは３分割されている。側壁（８）の下の部分に分級域に開口する原料供給ノズル（１３）を設け、該供給ノズルの底部接線に対して下方に折り曲げて弧を描いたコアンダブロック（９）を設け、更に、分級域上部には分級域に開口する入気管（５）、（６）を設けてある。また、入気管（５）、（６）にはそれぞれバルブ手段の如き開閉手段（１４）、（１５）を設けてある。また、分級域底面にはそれぞれの分割域に対応させて、域内に開口する排出口（２）、（３）、（４）を設けてある。排出口（２）、（３）、（４）にはそれぞれバルブ手段の如き開閉手段を設けてもよい。フィーダー（２０）からの粉体材料は流入口（１６）においてコンプレッサー（２４）によりフィードエアーフィーダー（２２）から噴出されるフィードエアーによって瞬時に原料供給ノズル（１３）から分級域内に導入され、分級されて排出口（２）、（３）、（４）から分級機系外に排出される。
【００１２】
図３の流動層装置（原料供給装置）（２９）を有する気流式分級装置を参照しながら、第２の基本態様として前記第（２）項記載の気流式分級装置及び前記第（７）項記載の気流式分級方法ついて、その概要を説明すると、第２の基本態様は第１の基本態様と同様な気流式分級装置および分級方法において、入気管（５）、（６）から吸入されるエアーを調湿する機能を有することを特徴とする分級技術である。第１の基本態様と同様に調湿効果により気流中の含水量が低下すると粉体材料は液架橋力が低下するため、第１の基本態様よりも更に粒子の再凝集が防止された状態であるため、精度の高い分級が行なわれる。
【００１３】
つぎに図４、図５の流動層装置（原料供給装置）（３０）を有する気流式分級装置を参照しながら、第３の基本態様としての前記第（３）項記載の気流式分級装置及び前記第（８）項記載の気流式分級方法ついて、その代表的な流動層の構成を説明する。図４において、流動層装置（３０）は、スプリング（３１）で支持された架台（３２）と、この架台（３２）の中に配置された振動モータ（３３）とを有し、振動モータ（３３）は垂直軸に対して４５度傾斜した状態で搭載されている。架台（３２）の上には容器（３４）が設置され、容器（３４）の下部には、空気供給口に通じるエアー導入管（３５）とその上方に配置されたメッシュ（３６）とが設けられ、このメッシュ（３６）によって後述する粉体材料の下方への落下を防止するようになっている。
容器（３４）の上端部には、フィルタ（３７）で包囲された排気管（３８）が取り付けされ、また、粉体材料投入管（３９）が取り付けられている。また、容器（３４）の上下方向中央部分には粉体材料の取出管（４０）が取り付けられている。この種の流動層装置の代表例としては、中央加工機（株）が製造販売する装置がある。
【００１４】
図５は、第３の基本態様の分級装置、分級方法のための流動層装置（原料供給装置）（３０）の構成を示したもので、分級手段（４５）は、流動層装置（３０）の取出管（４０）を、先に説明した気流式分級装置、分級方法（１）の流入口（１６）に連結した構成を有する。トナー微粉砕及び分級前の材料は、まず、流動層装置（３０）の粉体材料投入管（３９）を通じて、容器（３４）の中に投入され、この粉体材料は容器（３４）の中で垂直軸に対して傾斜したツイスト状の振動を受けながらエアー導入管（３５）を通じて導入される圧縮エアーによって浮遊懸濁して流動化され、粒子同士の付着や二次凝集の発生が抑えられながら取出管（４０）を通じて分級手段（１）の分級域に送り込まれる。
【００１５】
つぎに図６の流動層装置（原料供給装置）（３０）を有する気流式分級装置を参照しながら、第４の基本態様としての前記第（４）項記載の気流式分級装置及び前記第（９）項記載の気流式分級方法ついて、その分級手段の構成を説明する。これは、第４の基本態様と同様な気流式分級装置、及び分級方法において流動化に用いる圧縮エアーに調湿機能（２６）を設け、その調整が大気圧露点−２０〜−８０℃で制御できる機能を有することを特徴とする分級手段であり、調湿効果により気流中の含水量が低下すると粉体材料は液架橋力が低下するため、粒子の再凝集が防止された状態で分級機の分級域に供給される。図７の流動層装置（原料供給装置）（３０）を有する気流式分級装置は、更に周辺部から吸入されるエアーを調湿する調湿手段（２６）を有するものである。
【００１６】
本発明の第５の基本態様としての前記第（５）項記載の気流式分級装置及び前記第（１０）項記載の気流式分級方法は、前記第１〜４の基本態様と同様な気流式分級装置、分級方法において、流動層に投入する粉体材料の表面にシリカ或いは酸化チタン等のナノミクロン微粒子を０．０５〜０．３重量％添加混合したものを用いることを特徴とする気流式分級技術である。
【００１７】
【実施例】
以下、本発明を実施例にて更に具体的に説明する。
実施例１（第１の基本態様に対応）
スチレンアクリル共重合樹脂７５重量％と、ポリエステル樹脂１０重量％とカーボンブラック１５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、この粗粉砕物をターボミルにて粉砕し、重量平均粒子径７．０μｍに微粉砕して微粉砕物を得た。この微粉砕物を図２に示した分級機で分級を行なった。その際、条件としてフィードエアーを大気圧露点−２０℃としたところ、重量平均粒子径７．３５μｍ、４μｍ以下の極微粒子で個数含有率１０％を得た。
【００１８】
比較例１
図１に示す現行の分級手段にて実施例１と同様の条件、また、フィードエアーを大気圧露点を−５℃にして分級を行なったところ、重量平均粒子径７．３５μｍ、４μｍ以下の極微粒子で個数含有率１２％を得た。
【００１９】
実施例２（第２の基本態様に対応）
スチレンアクリル共重合樹脂７５重量％と、ポリエステル樹脂１０重量％とカーボンブラック１５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、この粗粉砕物をターボミルにて粉砕し、重量平均粒子径７．０μｍに微粉砕して微粉砕物を得た。この微粉砕物を図３に示した分級機で分級を行なった。その際、条件としてフィードエアーを大気圧露点−２０℃、また、入気管から吸入されるエアーの温湿度を１５℃／２０％としたところ、重量平均粒子径７．３０μｍ、４μｍ以下の極微粒子で個数含有率９％を得た。
【００２０】
実施例３（第３の基本態様に対応）
スチレンアクリル共重合樹脂７５重量％と、ポリエステル樹脂１０重量％とカーボンブラック１５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、この粗粉砕物をターボミルにて粉砕し、重量平均粒子径７．０μｍに微粉砕して微粉砕物を得た。この微粉砕物を図５に示した流動層を経由し、分級機で分級を行なった。その際、条件として流動化に使用したエアーの大気圧露点を−１０℃、分級機においてフィードエアーを大気圧露点−２０℃、入気管から吸入されるエアーの温湿度を１５℃／２０％としたところ、重量平均粒子径７．４０μｍ、４μｍ以下の極微粒子で個数含有率８％を得た。
【００２１】
実施例４（第４の基本態様に対応）
スチレンアクリル共重合樹脂７５重量％と、ポリエステル樹脂１０重量％とカーボンブラック１５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、この粗粉砕物をターボミルにて粉砕し、重量平均粒子径７．０μｍに微粉砕して微粉砕物を得た。この微粉砕物を図６に示した流動層を経由し、分級機で分級を行なった。その際、条件として流動化に使用したエアーの大気圧露点−７０℃、分級機においてフィードエアーを大気圧露点−２０℃、入気管から吸入されるエアーの温湿度を１５℃／２０％としたところ、重量平均粒子径７．３５μｍ、４μｍ以下の極微粒子で個数含有率７％を得た。
【００２２】
実施例５（第５の基本態様に対応）
スチレンアクリル共重合樹脂７５重量％と、ポリエステル樹脂１０重量％とカーボンブラック１５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、この粗粉砕物をターボミルにて粉砕し、重量平均粒子径７．０μｍに微粉砕して微粉砕物を得た。この微粉砕物を図７に示した流動層を経由し、分級機で分級を行なった。その際、条件としてフィードエアーを大気圧露点−２０℃、また、入気管から吸入されるエアーの温湿度を１５℃／２０％とし、流動化に使用したエアーを大気圧露点−７０℃、投入する粉体材料の表面にシリカ微粒子を０．１重量％添加混合し、分級を行なったところ、重量平均粒子径７．３５μｍ、４μｍ以下の極微粒子で個数含有率６％を得た。
【００２３】
【発明の効果】
以上、詳細且つ具体的な説明より明らかなように、第１の基本態様に関する作用効果により、フィードエアーの調湿効果により粉体の凝集の一因である液架橋力が改善されるため粉体材料の凝集或いは二次凝集が改善されるため粉体特性が改良され、分級効率化が図られる。また、第２の基本態様に関する作用効果により、前記の効果に加えて、入気管から吸入するエアーの調湿効果により粉体の凝集の一因である液架橋力が改善されるため粉体材料の凝集或いは二次凝集が改善されるため粉体特性が改良され、分級効率化が図られる。また、第３の基本態様に関する作用効果により、前記の効果に加えて、流動化によって分級機に流入する粉体材料の分散が促進され既存の分級機条件を変更することなく、粉体材料の凝集あるいは二次凝集が改善されるため粉体特性が改良され、分級効率化が図られる。また、第４の基本態様に関する作用効果により、前記の効果に加えて、調湿効果により粉体の凝集の一因である液架橋力が改善されるため粉体材料の凝集或いは二次凝集が改善されるため粉体特性が改良され、分級効率化が図られる。また、第５の基本態様に関する作用効果により、前記の効果に加えて、粉体材料に添加剤を用いることで粉体の凝集の一因であるファンデルワールス力が改善されるため粉体材料の凝集或いは二次凝集が改善されるため粉体特性が改良され、分級効率化が図られるという極めて優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の気流式分級装置の例を示したものである。
【図２】本発明の気流式分級装置の一例を示したものである。
【図３】本発明の気流式分級装置の他の一例を示したものである。
【図４】本発明の気流式分級装置の更に他の一例を示したものである。
【図５】本発明の気流式分級装置の更に他の一例を示したものである。
【図６】本発明の気流式分級装置の更に他の一例を示したものである。
【図７】本発明の気流式分級装置の更に他の一例を示したものである。
【符号の説明】
１  気流式分級装置
２  粗粉排出口
３  細粉排出口
４  微粉排出口
５  入気管
６  入気管
７  上エッジ
８  側壁
９  コアンダブロック
１０  分級エッジ
１１  分級エッジ
１２  側壁
１３  原料供給ノズル
１４  開閉手段
１５  開閉手段
１６  流入口
２０  フィーダー
２２  フィードエアーフィーダー
２４  コンプレッサー
２６  調湿装置
２８  実施例１で使用の原料供給装置を有する気流式分級装置
２９  実施例２で使用の原料供給装置を有する気流式分級装置
３０  流動層装置
３１  スプリング
３２  架台
３３  振動モータ
３４  容器
３５  エアー導入管
３６  メッシュ
３７  フィルタ
３８  排気管
３９  粉体材料投入管
４０  取出管
４５  実施例３使用の気流式分級装置
５０  実施例４使用の気流式分級装置
５５  実施例５使用の気流式分級装置
【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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【図７】
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