JP2010227924A - 分級装置及び分級方法 - Google Patents

Abstract

【課題】分級装置の分級室内での分級精度向上を達成し、必要とする大きさの範囲の粒子を高効率で分離することができる分級装置及び分級方法を提供する。
【解決手段】複数の羽根が円環状に配置された回転するロータと、該ロータの外周部から粉体材料を分散、分級するための流体を供給するために、複数の羽根が前記ロータ外周部に配置されたルーバーを有し、該ロータ及び該ルーバーの隙間に供給された粉体材料を微粉と粗粉とに遠心分級する分級装置において、前記ルーバーの羽根それぞれの両端と前記ロータの中心とがなす角度をα、該ロータの直径をＤ１、前記ルーバーの内側直径をＤ２とした場合、下記の条件の少なくとも一つを満たす分級装置である。
式（１） α≧５０°
式（２） Ｄ２／Ｄ１≧１．１７
【選択図】図２

Description

本発明は分級装置及び分級方法に関し、詳しくは電子写真、静電記録、静電印刷などにおける静電荷像を現像するための乾式トナーの製造に用い、所望の粒径の粒子を得るために粒子の篩い分けを行う分級装置及び分級方法に関するものである。

従来、分級装置としては、ミクロンオーダーの粉体材料を粗粉と微粉に分離させるための回転式機械分級装置が知られている。回転式機械分級装置は、粉体材料を回転するロータの遠心力を用いて遠心分離する機構で構成されている。かかる回転式機械分級装置は、複数の羽根が円環状に配置された回転するロータと、該ロータの外周部から粉体材料を分散、分級するための流体を供給するために、複数の羽根が該ロータ外周部に配置されたルーバーを有し、該ロータ及びルーバーの隙間に供給された粉体材料を微粉と粗粉とに遠心分級する分級装置円筒形状の分級室によって構成されている。ロータとルーバーの隙間の分級室に供給された粉体材料は、複数の羽根が円環状に配置された回転するロータの内側から吸引される流れと、該回転するロータの流れによって作用を受け、粉体粒子が受ける力のバランスによって、該ロータ内側へ導かれる粉体材料と、該ロータ外側へ導かれる粉体材料とに分離され、微粉排出口又は粗粉排出口へと排出され、粉体材料が粗粉と微粉に分離される。

従来の回転式機械分級装置は、後述する図１において、ルーバー（６）が、本発明に係る特定のルーバーではないものである。
このような従来の回転式機械分級装置において連続分級は可能である。しかしながら、従来の回転式機械分級装置において、所望の粒径を分級するためには、分級室で粉体材料に対して、常に均等な力のバランスを与えることが必要である。しかし、現実的には、粉体材料一つ一つに均等な力のバランスを与えることは困難であり、分級効率を低下させる原因の一つになっている。

分級効率を向上させた分級装置としては、例えば、特許文献１に開示されている回転式機械分級装置がある。この分級においては、羽根車型の分級ロータを例えば垂直方向軸芯回りに回転して原料粉体を旋回させるとともに、分級ロータの外周側に形成される分級空間から分級ロータの半径方向内側に向けて分級空気を流すことにより、原料粉体中の微粉は回転に伴う遠心力よりも気流による搬送力が大きいために分級空気流に乗って分級羽根を通過し、一方、粗粉は回転に伴う遠心力の方が大きいために外側に飛ばされて分級羽根を通過できず、これにより原料粉体を微粉と粗粉とに分級している。

また、特許文献２に開示されている回転式機械分級装置においては、１つのケーシング内に前記羽根車型の分級ロータを２つ同軸状に配置し、原料粉体を２つの分級ロータの夫々の外周側の分級空間に順番に通流させて、前段側の分級ロータの微粉排出部から排出された微粉を微粉とし、後段側の分級ロータの微粉排出部から排出された微粉を中粉とし且つ粗粉排出部から排出された粗粉を粗粉として、トナー等の原料粉体を微粉、中粉、粗粉の３区分に分級し、この中粉をトナー製品とするトナー用分級機も提案されている。
しかしながら、これらの分級装置では、分級後の微粉中に粗粉が混入し、あるいは粗粉中に微粉が混入するおそれがあり、かかる混入があると、分級精度及び製品収率が低下するので、かかる混入を極力少なくする必要がある。

また、特許文献３に開示されている回転式機械分級装置においては、分級ロータの分級羽根が、ロータ径方向の外側端部をロータ軸方向における両端部よりも中央部でロータ径方向の外側に張り出すように形成されている。この構成によれば、ロータ軸方向の中央部に位置する分級羽根の外側端部が、軸方向の両端部に位置する分級羽根の外側端部よりもロータ径方向の外側に張り出しているので、周速度がより速くなり、その結果、分級ロータの回転に伴う遠心力が大きくなる。
即ち、ロータ軸方向の中央部で気流速度が大きくなることによる粗粉の搬送力増大が、遠心力が大きくなることによって打ち消されるので、分級ロータの外周側からロータ内部への粗粉の飛び込みが抑制され、その結果、ロータ内部から吸引排出される微粉中への粗粉の混入が抑制される。例えば微粉を製品とする場合には、粗粉の混入が抑制されるので微粉の分級精度が高くなり、粗粉を製品とする場合には、微粉中への粗粉の混入が抑制されるので粗粉の製品収率が高くなるように、微粉中への粗粉の混入を抑制して、分級精度及び製品収率の向上が実現できる分級機が提供されるとされている。

しかしながら、上記分級装置における分級羽根を上記のような構成にしても、一部分の遠心力が若干増加するのみであり、分級精度及び製品収率向上させるためには不十分である。なぜなら、上記構成の分級機は、回転する分級ロータの内側から、吸引器等によりエアーと共に微粉を吸引しているが、ロータ内側の片側から吸引させているため、ロータ内側、さらには分級羽根からロータ内側へ引き込まれるエアーの速度は分布を持つ。詳細には、分級羽根の幅方向（縦置きロータの場合は鉛直方向）に分布を持っているが、その効果が不明確であるからである。すなわち、粉体材料をエアーの遠心力で分級する場合、粉体材料がエアーから受ける力のバランスが重要であり、この分級機の場合は、ロータ回転による遠心力と、ロータ内側から吸引する力のバランスで、粗粉と微粉に分級されている。したがって、上記特許文献３に開示されている構成では、吸引エアーとのバランスが考慮されていないため、かえって分級精度及び製品収率を低下させることがある。

また、特許文献３には、第４の特徴構成として、分級ロータの外周面に対して間隔を隔てて複数の案内羽根を環状に配置した案内羽根環と分級ロータの外周面との間に環状の分級空間を形成し、案内羽根環の隣接する羽根同士の隙間を通して前記分級空間に分級空気を供給する分級空気供給部を備え、分級ロータの回転によって旋回状態となった原料粉体が分級ロータの外周面と周囲の案内羽根環との間の環状の分級空間に達し、案内羽根環の隣接する羽根同士の隙間から供給される分級空気によって微粉が分級ロータの外周面からロータ内部に搬送され、粗粉は分級羽根によって飛ばされてロータ内部に搬送されず分級空間を通過し、分級精度と製品収率をより一層向上させることができる分級機の好適な実施形態が提供されることが記載されている。
しかしながら、上記構成の案内羽根環の構成によっては、分級ロータの外周面との間にできる空間で、遠心力を構成する速度分布が不均一になることがあり、粗粉が分級羽根によって飛ばされず、ロータ内部に搬送され、分級精度と製品収率を低下させる場合があり、構成に改善の余地がある。

本発明は、これらの問題点を解決し、分級装置の分級室内での分級精度向上を達成し、必要とする大きさの範囲の粒子を高効率で分離することができる分級装置及び分級方法を提供することを目的とする。

すなわち、以下の１ないし５の発明によって、上記課題は解決される。
１．複数の羽根が円環状に配置された回転するロータと、該ロータの外周部から粉体材料を分散、分級するための流体を供給するために、複数の羽根が前記ロータ外周部に配置されたルーバーを有し、該ロータ及び該ルーバーの隙間に供給された粉体材料を微粉と粗粉とに遠心分級する分級装置において、前記ルーバーの羽根それぞれの両端と前記ロータの中心とがなす角度をα、該ロータの直径をＤ１、前記ルーバーの内側直径をＤ２とした場合、下記の条件の少なくとも一つを満たすことを特徴とする分級装置である。
式（１） α≧５０°
式（２） Ｄ２／Ｄ１≧１．１７
２．前記ルーバーの羽根が、前記ロータの中心軸を中心とする同心円上に等間隔に設けられていることを特徴とする前記１に記載の分級装置である。
３．前記ルーバーの羽根が、自在に脱着可能であることを特徴とする前記１または２に記載の分級装置である。
４．前記分級装置は、回生コンバータを備え、前記ロータの回転数が予め指定した回転数となるように前記回生コンバータで制御することを特徴とする前記１乃至３いずれかに記載の分級装置である。
５．前記１乃至４いずれかに記載の分級装置を用いて粉体材料を分級することを特徴とする分級方法である。
６．前記１乃至４いずれかに記載の分級装置を用いて粉体材料を分級する分級工程を少なくとも含むことを特徴とするトナーの製造方法である。

本発明の分級装置においては、分級に必要な遠心力を増加させることができ、さらに、回転ロータの外周円周上で均一な分級が可能になるため、効率良く粗粉と微粉とに遠心分級することができる。

本発明の分級装置の一例を示す概略断面図である。 本発明の分級装置におけるルーバーを示す断面図である。 本発明の分級装置におけるルーバー羽根の脱着機構の一部を示す構成図である。 本発明の分級装置における分級ロータの制御を説明する図である。 ロータ駆動電動機の回転数−トルク特性を示す図である。

以下に、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。なお、いわゆる当業者は特許請求の範囲内における本発明を変更・修正をして他の実施形態をなすことは容易であり、これらの変更・修正はこの特許請求の範囲に含まれるものであり、以下の説明はこの発明における実施の形態の例であって、この特許請求の範囲を限定するものではない。
本発明の分級装置は、回転するロータと、供給された粉体材料を分級する分級室と、分級室にエアーを供給するルーバーとを少なくとも有する。本発明の分級装置は、このように構成されているので、分級室内で粉砕材料を粗粉と微粉に分級することができる。
図１に本発明の分級装置の概略を示す。図１において、（１）は粉体材料が供給される粉体材料供給口を、（２）は供給された粉体材料を効率良く分級するためのエアーの供給口を、（３）は分級された粉体材料のうち、粗粉を排出する粗粉排出口を、（４）は分級された粉体材料のうち、微粉を排出する微粉排出口を、（５）は回転ロータを示す。なお、分級装置本体全体は略円筒状の筐体からなる。

図１に示す分級装置においては、先ず、粉体材料供給口（１）から一定量の粉体材料が供給され、供給された粉体材料は、回転ロータ（５）の上面から放射状に回転ロータ（５）の外周部に導かれ、分級室（７）に到達する。このとき、分級エアー供給口（２）からは、供給された粉体材料を分級室（７）へ導くためのエアーが供給されている。一方、微粉排出口（４）と連通する吸引ファン等の吸引器（図示せず）により吸引を行うと、供給された粉体材料は、微粉排出室（９）を経て、微粉排出口（４）に向かう。このとき、回転ロータ（５）が回転しているので、所望の粒径以下の微粉は微粉排出口（４）より排出されるが、所望の粒径よりも大きな粉体材料はロータ（５）の遠心力によって回転ロータ（５）の外側に導かれ粗粉排出室（８）を経て、粗粉排出口（３）から排出される。分級室（７）内部の粉体材料の量は減少することから、粉体材料供給口（１）より粉体材料を供給し、常に分級室（７）内部の粉体材料の量が一定になるように設定すれば連続分級をすることができる。
本発明においては、ルーバー（６）は回転ロータ（５）の外周部に一定の距離を置いて適切な条件で設けられていることが好ましい。ルーバー（６）が適切な条件で設けられていると、分級室（７）での粉体材料にかかる遠心力が増加するばかりでなく、回転ロータ（５）の外周円周上で均一な力を与えることができるため、効率良く粗粉と微粉とに遠心分級することができる。なお、ルーバー（６）の詳細な構成については、後述する。

分級室（７）、粗粉排出室（８）及び微粉排出室（９）の形状に制限はないが、通常円形状であるが楕円形状、多角形状でも構わない。但し、回転ロータ（５）から放射状に遠心分離される粗粉を旋回させながら流れの淀みがなく効率的に回収させるという観点、連続運転時に流れの淀みによる分級装置内部への粉体材料の付着を防止する観点と、加工が容易であるという観点から、円形状であることが好ましい。

次に、本発明の分級装置におけるルーバー（６）について具体的に説明する。図２は本発明の分級装置の図１におけるＡ−Ａ断面図である。図３はルーバー羽根の脱着機構の一部を示す構成図である。
ルーバー（６）は、図２に示すように、複数のルーバー羽根（１１）が円環状に配置されてなる。分級エアー供給口（２）から供給されたエアーは、ルーバー羽根（１１）の隙間から、旋回しながら分級室（７）に入り込み、分級室（７）での、粉体材料に作用する分散、分級作用を促進させる機能を持っている。なお、図１において、（１０）は回転ロータ羽根を、（１２）は微粉排出羽根を示す。

また、図２に示すように、本発明の分級装置においては、ルーバー（６）を構成している複数のルーバーの羽根（１１）それぞれの両端と前記ロータの中心とがなす角度（以下、「複数の羽根長さに関わる角度」と称することもある）をα、回転ロータ（５）の直径をＤ１、ルーバー（６）の内側直径をＤ２とした場合、下記の条件の少なくとも一つを満たすように設定されている。
式（１） α≧５０°
式（２） Ｄ２／Ｄ１≧１．１７

上記のような関係が成立するようにルーバー（６）を構成することによって、分級エアー供給口（２）から供給されたエアーは、旋回しながら、ルーバー（６）のルーバー羽根（１１）の隙間を通過しながら、ルーバー（６）と回転ロータ（５）の外周面との間にできる空間、分級室（７）へ滑らかに導かれ、分級室（７）の気流を乱すことがない。その結果、分級室（７）における流れの速度を増加させることができるばかりでなく、回転ロータの円周上での速度分布の乱れを抑制することができる。よって、分級に必要な遠心力を増加させることができ、さらに、回転ロータ（５）の外周円周上で均一な分級が可能になり、効率良く粗粉と微粉とに遠心分級することができる。
Ｄ２／Ｄ１は、１．１７≦Ｄ２／Ｄ１≦１．２０を満たすことが好ましく、１．１７≦Ｄ２／Ｄ１≦１．１９がより好ましい。また、αの上限は６５°程度である。

ルーバー羽根（１１）の厚さは２〜６ｍｍであることが好ましい。ルーバー羽根（１１）の厚さが厚すぎると、ルーバー羽根（１１）同士の隙間が狭くなり、圧力損失によって供給されたエアーが滑らかに流れなくなり、分級室（７）での流れの速度が減少し、分級効率が低下する。また、ルーバー羽根（１１）の厚さが薄すぎると、ルーバー（６）の機械的強度が低下するばかりでなく、粉体材料の構成によっては、連続運転時に、ルーバー羽根（１１）の表面を磨耗させることがあり、その結果、ルーバー羽根（１１）が破損する不具合が生じることがある。
ルーバー羽根（１１）の断面形状に制限はないが、ルーバー羽根（１１）の隙間を通過する流れを滑らかにするために通常円弧状であるが、矩形状でも構わない。また、特許文献３に記載の渦巻部材のような部材を設けても特に問題はないことは言うまでもない。

本発明者らは、ルーバー（６）を構成している複数の羽根長さに関わる角度をα、回転ロータ（５）の直径をＤ１、ルーバー（６）の内側直径をＤ２とした場合、α≧５０°、Ｄ２／Ｄ１≧１．１７の条件のいずれかを満たすようにした場合について、数値解析を行った。その結果、ルーバー（６）を設置した場合、α＝４７°、Ｄ２／Ｄ１＝１．１６の条件のルーバー設置した場合と比べて、分級室内部のロータ（５）外周部の平均速度が約１０％以上上昇することがわかった。ここで、ロータ（５）外周部の平均速度とは、気流速度を指す。
過去の本発明者らの実験、及び数値解析結果から本発明のような回転ロータの遠心力を利用して粉体材料を粗粉と微粉に分級する機構において、その粉体材料にかかる遠心力を構成する速度が１０％以上上昇すると、分級効率が明らかに向上することを見出しており、分級室内部のロータ（５）外周部の平均速度が従来に比べて１０％以上上昇する、α≧５０°、Ｄ２／Ｄ１≧１．１７の条件の少なくとも一つ満たすようにすることで、従来の分級装置よりも分級効率を向上させることができる。

上記回転ロータ（５）の回転周速度は、２０〜７０ｍ／ｓが好ましい。回転周速度がかかる範囲内であれば、所望する分級効率が得られるが、２０ｍ／ｓ未満であると分級効率が低下することがある。一方、上記回転周速度が７０ｍ／ｓを超える場合は、ロータ（５）による遠心力が大きくなりすぎ、吸引手段により回収されるべき粉体材料が粗粉排出口（３）へ導かれ微粉が分級されない状態になることがある。

本実施形態においては、ルーバー（６）を構成しているルーバー羽根（１１）は、分級ロータの外周面との間にできる空間で、遠心力を構成する速度分布が均一になり、且つ遠心力を増加させることができることから、効率良く粗粉と微粉とに遠心分級することができる。
ルーバー羽根（１１）は、ロータ（５）の中心軸を中心とする同心円上に等間隔に設けられていることが好ましい。さらに、ルーバー羽根（１１）は、１０〜２０枚であることが好ましく、１２〜１６枚がより好ましい。ルーバー羽根同士の隙間距離は、適宜設定すればよく、特に限定されない。

さらに、図３に示すように、ルーバー（６）を構成している複数のルーバー羽根（１１）を脱着可能なようにした。図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、ルーバー羽根の脱着機構の一部を示す構成図であり、それぞれ分級装置から取り外したときの状態を示す。通常、連続的に分級装置を運転し、粉体材料を分級すると、分級する条件及び粉体材料の種類によってその様子は異なるが、ルーバー羽根（１１）の表面に粉体材料が付着する場合がある。粉体材料の付着が進行すると、粉体材料を変更する際の清掃作業が煩雑になるばかりでなく、粉体材料の付着によってルーバー羽根（１１）の隙間が狭くなるため、圧力損失が生じ、このため供給されたエアーが滑らかに流れなくなり、分級室（７）でのエアーの流れの速度が減少し、分級効率が低下することもある。したがって、ルーバー羽根（１１）を脱着可能にすることで、付着した粉体材料を清掃する作業を簡略化でき、清掃時間を短縮できることから、条件変更時に要するトータルの時間が短くなり、生産性を向上させることができる。

分級装置（１）では、ロータ（５）の外周部のエアー速度が上昇することにより、ロータ回転数制御が不安定になる場合がある。すなわち、ロータ外周部のエアー速度が上昇することによりロータの回転力が増し、モータートルクより大きな力が加わることにより、モーターが発電機になってしまうことで回生電流が発生し、ロータ回転数制御が不安定になる場合がある。この場合、ロータの回転数が予め指定した回転数となるように回生コンバータで制御する。
上記回生コンバータは、具体的には制御回路に組み込まれるが、モーターから発生する回生電流の処理（電源への電流戻し）を行いながら、インバータによるロータ回転数制御が安定して行えるので効果が得られる
図４を参照して分級ロータの制御について説明する。ロータ駆動電動機には回転センサーが取り付けてあり、ロータ駆動電動機の回転数を検出している。分級ロータの回転数設定は制御部にて入力をおこない、回転センサーからの信号と差分をとりながら、インバータに回転数に対応した周波数信号を出力し、インバータにて駆動電流を出力し、ロータ駆動電動機を回転させる。回生コンバータは、ロータ駆動電動機からの回生電流を受け入れ、電源に戻している。
回生コンバータは通常、分級装置の減速及び停止時に発生する回生電流を電源に戻すために使用しているが、本発明の分級装置では、通常運転状態で常に回生電流が発生しており、回生電流を処理しながらインバータによる回転制御を行っている。

上記ロータ駆動電動機の回転数は、周波数を変えることにより変えることができる。図５は、ロータ駆動電動機の回転数−トルク特性を示す図である。可変周波数電源としてはインバータを用いる。設定した周波数に対応する回転数（同期速度）以上になると、ロータ駆動電動機は発電機になり回生電流が発生する。
回生電流は、分級ロータなどの回転体を停止するときに、回生運転（駆動をかけない状態）となり発生する。回生電流の処理方法として、抵抗による熱放出か回生コンバータにより電源に戻す方法がある。なお、機械式分級機などの装置では、メーカーの指定状態で使用している限りでは停止時以外では回生運転にならないので回生電流は発生しないが、本発明におけるルーバー羽根は、市販のルーバー羽根を改良したためメーカー使用想定範囲外の条件となり、回生電流が発生した。改良ルーバー羽根は、ロータを回転させる力が強く、また、ロータ外周部のエアー速度分布が均一で、エアー速度が上昇することによりロータの回転力が増すという特性を有する。

実施形態の分級装置（１）及び分級方法は、分級装置（１）を構成しているルーバー（６）の簡易な設備変更により分級効率の向上を図ることができ、所望の粒径範囲であって、誤差の少ない、分級精度の良い粒子を高効率に分級することができる。また、本実施形態の分級装置（１）及び分級方法は、樹脂、農薬、化粧品、顔料など粒径がミクロン単位の微粉状製品の製造用に、極めて有効に適用できるものである。特に、以下に説明するトナーの製造方法に好適である。

（トナーの製造方法）
本発明のトナーの製造方法は、少なくとも分級工程を含み、溶融混練工程、粉砕工程、更に必要に応じてその他の工程を含んでなる。前記分級工程は、上述した本発明の前記分級装置を用いて行われる。

＜溶融混練工程＞
前記溶融混練工程は、前記溶融混練工程では、トナー材料を混合し、該混合物を溶融混練機に仕込んで溶融混練する。該溶融混練機としては、例えば、一軸又は二軸の連続混練機や、ロールミルによるバッチ式混練機を用いることができる。例えば、神戸製鋼所製のＫＴＫ型二軸押出機、東芝機械社製のＴＥＭ型押出機、浅田鉄工社製のＫＣＫ混練機、池貝鉄工所製のＰＣＭ型二軸押出機、Ｂｕｓｓ社製のコニーダー等が好適に用いられる。この溶融混練は、結着樹脂の分子鎖の切断を招来しないような適正な条件で行うことが好ましい。具体的には、溶融混練温度は、結着樹脂の軟化点を参考にして行われ、該軟化点より高温過ぎると切断が激しく、低温すぎると分散が進まないことがある。

前記トナー材料は、少なくとも結着樹脂、着色剤、離型剤及び帯電制御剤を含有してなり、更に必要に応じてその他の成分を含有してなる。
−結着樹脂−
前記結着樹脂としては、例えばスチレン、クロロスチレン等のスチレン類；エチレン、プロピレン、ブチレン、イソプレン等のモノオレフィン類；酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、安息香酸ビニル、酪酸ビニル等のビニルエステル類；アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸ドデシル、アクリル酸オクチル、アクリル酸フェニル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸ドデシル等のα−メチレン脂肪族モノカルボン酸エステル類；ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、ビニル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、ビニルヘキシルケトン、ビニルイソプロペニルケトン等のビニルケトン類、などの単独重合体、又は共重合体などが挙げられる。
特に代表的な結着樹脂としては、例えばポリスチレン樹脂、ポリエステル樹脂、スチレン−アクリル共重合体、スチレン−アクリル酸アルキル共重合体、スチレン−メタクリル酸アルキル共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−無水マレイン酸共重合体、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂などが挙げられる。これらは１種を単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。

−着色剤−
前記着色剤としては、特に制限はなく、公知の染料及び顔料の中から目的に応じて適宜選択することができ、例えば、カーボンブラック、ニグロシン染料、鉄黒、ナフトールイエローＳ、ハンザイエロー（１０Ｇ、５Ｇ、Ｇ）、カドミュウムイエロー、黄色酸化鉄、黄土、黄鉛、チタン黄、ポリアゾイエロー、オイルイエロー、ハンザイエロー（ＧＲ、Ａ、ＲＮ、Ｒ）、ピグメントイエローＬ、ベンジジンイエロー（Ｇ、ＧＲ）、パーマネントイエロー（ＮＣＧ）、バルカンファストイエロー（５Ｇ、Ｒ）、タートラジンレーキ、キノリンイエローレーキ、アンスラザンイエローＢＧＬ、イソインドリノンイエロー、ベンガラ、鉛丹、鉛朱、カドミュウムレッド、カドミュウムマーキュリレッド、アンチモン朱、パーマネントレッド４Ｒ、パラレッド、ファイセーレッド、パラクロルオルトニトロアニリンレッド、リソールファストスカーレットＧ、ブリリアントファストスカーレット、ブリリアントカーンミンＢＳ、パーマネントレッド（Ｆ２Ｒ、Ｆ４Ｒ、ＦＲＬ、ＦＲＬＬ、Ｆ４ＲＨ）、ファストスカーレットＶＤ、ベルカンファストルビンＢ、ブリリアントスカーレットＧ、リソールルビンＧＸ、パーマネントレッドＦ５Ｒ、ブリリアントカーミン６Ｂ、ピグメントスカーレット３Ｂ、ボルドー５Ｂ、トルイジンマルーン、パーマネントボルドーＦ２Ｋ、ヘリオボルドーＢＬ、ボルドー１０Ｂ、ボンマルーンライト、ボンマルーンメジアム、エオシンレーキ、ローダミンレーキＢ、ローダミンレーキＹ、アリザリンレーキ、チオインジゴレッドＢ、チオインジゴマルーン、オイルレッド、キナクリドンレッド、ピラゾロンレッド、ポリアゾレッド、クロームバーミリオン、ベンジジンオレンジ、ペリノンオレンジ、オイルオレンジ、コバルトブルー、セルリアンブルー、アルカリブルーレーキ、ピーコックブルーレーキ、ビクトリアブルーレーキ、無金属フタロシアニンブルー、フタロシアニンブルー、ファストスカイブルー、インダンスレンブルー（ＲＳ、ＢＣ）、インジゴ、群青、紺青、アントラキノンブルー、ファストバイオレットＢ、メチルバイオレットレーキ、コバルト紫、マンガン紫、ジオキサンバイオレット、アントラキノンバイオレット、クロムグリーン、ジンクグリーン、酸化クロム、ピリジアン、エメラルドグリーン、ピグメントグリーンＢ、ナフトールグリーンＢ、グリーンゴールド、アシッドグリーンレーキ、マラカイトグリーンレーキ、フタロシアニングリーン、アントラキノングリーン、酸化チタン、亜鉛華、リトボン、などが挙げられる。これらは、１種を単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。

前記着色剤の色としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、黒色用のもの、カラー用のもの、などが挙げられる。これらは、１種を単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
前記黒色用のものとしては、例えばファーネスブラック、ランプブラック、アセチレンブラック、チャンネルブラック等のカーボンブラック（Ｃ．Ｉ．ピグメントブラック７）類、銅、鉄（Ｃ．Ｉ．ピグメントブラック１１）、酸化チタン等の金属類、アニリンブラック（Ｃ．Ｉ．ピグメントブラック１）等の有機顔料、などが挙げられる。
マゼンタ用着色顔料としては、例えばＣ．Ｉ．ピグメントレッド１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２１、２２、２３、３０、３１、３２、３７、３８、３９、４０、４１、４８、４８：１、４９、５０、５１、５２、５３、５３：１、５４、５５、５７、５７：１、５８、６０、６３、６４、６８、８１、８３、８７、８８、８９、９０、１１２、１１４、１２２、１２３、１６３、１７７、１７９、２０２、２０６、２０７、２０９、２１１；Ｃ．Ｉ．ピグメントバイオレット１９；Ｃ．Ｉ．バットレッド１、２、１０、１３、１５、２３、２９、３５などが挙げられる。
シアン用着色顔料としては、例えばＣ．Ｉ．ピグメントブルー２、３、１５、１５：１、１５：２、１５：３、１５：４、１５：６、１６、１７、６０；Ｃ．Ｉ．バットブルー６；Ｃ．Ｉ．アシッドブルー４５、又フタロシアニン骨格にフタルイミドメチル基を１〜５個置換した銅フタロシアニン顔料、グリーン７、グリーン３６などが挙げられる。
イエロー用着色顔料としては、例えばＣ．Ｉ．ピグメントイエロー１、２、３、４、５、６、７、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、２３、５５、６５、７３、７４、８３、９７、１１０、１５１、１５４、１８０；Ｃ．Ｉ．バットイエロー１、３、２０、オレンジ３６などが挙げられる。

前記着色剤の前記トナーにおける含有量は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、トナー中１〜１５質量％が好ましく、３〜１０質量％がより好ましい。前記含有量が１質量％未満であると、トナーの着色力の低下が見られ、１５質量％を超えると、トナー中での顔料の分散不良が起こり、着色力の低下、及びトナーの電気特性の低下を招くことがある。

前記着色剤は、樹脂と複合化されたマスターバッチとして使用してもよい。該樹脂としては、特に制限はなく、目的に応じて公知のものの中から適宜選択することができ、例えば、スチレン又はその置換体の重合体、スチレン系共重合体、ポリメチルメタクリレート樹脂、ポリブチルメタクリレート樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、エポキシポリオール樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリアクリル酸樹脂、ロジン、変性ロジン、テルペン樹脂、脂肪族炭化水素樹脂、脂環族炭化水素樹脂、芳香族系石油樹脂、塩素化パラフィン、パラフィンなどが挙げられる。これらは、１種を単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。

前記スチレン又はその置換体の重合体としては、例えば、ポリエステル樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリｐ−クロロスチレン樹脂、ポリビニルトルエン樹脂などが挙げられる。前記スチレン系共重合体としては、例えば、スチレン−ｐ−クロロスチレン共重合体、スチレン−プロピレン共重合体、スチレン−ビニルトルエン共重合体、スチレン−ビニルナフタリン共重合体、スチレン−アクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリル酸エチル共重合体、スチレン−アクリル酸ブチル共重合体、スチレン−アクリル酸オクチル共重合体、スチレン−メタクリル酸メチル共重合体、スチレン−メタクリル酸エチル共重合体、スチレン−メタクリル酸ブチル共重合体、スチレン−α−クロルメタクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−ビニルメチルケトン共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−イソプレン共重合体、スチレン−アクリロニトリル−インデン共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、スチレン−マレイン酸エステル共重合体などが挙げられる。

前記マスターバッチは、前記マスターバッチ用樹脂と、前記着色剤とを高せん断力をかけて混合又は混練させて製造することができる。この際、着色剤と樹脂の相互作用を高めるために、有機溶剤を添加することが好ましい。また、いわゆるフラッシング法も着色剤のウエットケーキをそのまま用いることができ、乾燥する必要がない点で好適である。前記フラッシング法は、着色剤の水を含んだ水性ペーストを樹脂と有機溶剤とともに混合又は混練し、着色剤を樹脂側に移行させて水分及び有機溶剤成分を除去する方法である。前記混合又は混練には、例えば三本ロールミル等の高せん断分散装置が好適に用いられる。

−離型剤−
前記離型剤としては、特に制限はなく、目的に応じて公知のものの中から適宜選択することができ、例えば、カルボニル基含有ワックス、ポリオレフィンワックス、長鎖炭化水素等のワックス類が挙げられる。これらは、１種を単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。

前記カルボニル基含有ワックスとしては、例えば、ポリアルカン酸エステル、ポリアルカノールエステル、ポリアルカン酸アミド、ポリアルキルアミド、ジアルキルケトンなどが挙げられる。前記ポリアルカン酸エステルとしては、例えば、カルナバワックス、モンタンワックス、トリメチロールプロパントリベヘネート、ペンタエリスリトールテトラベヘネート、ペンタエリスリトールジアセテートジベヘネート、グリセリントリベヘネート、１,１８−オクタデカンジオールジステアレートなどが挙げられる。前記ポリアルカノールエステルとしては、例えば、トリメリット酸トリステアリル、ジステアリルマレエートなどが挙げられる。前記ポリアルカン酸アミドとしては、例えば、ジベヘニルアミドなどが挙げられる。前記ポリアルキルアミドとしては、例えば、トリメリット酸トリステアリルアミドなどが挙げられる。前記ジアルキルケトンとしては、例えば、ジステアリルケトンなどが挙げられる。これらカルボニル基含有ワックスの中でも、ポリアルカン酸エステルが特に好ましい。
前記ポリオレフィンワッックスとしては、例えば、ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックスなどが挙げられる。
前記長鎖炭化水素としては、例えば、パラフィンワッックス、サゾールワックスなどが挙げられる。

前記離型剤の前記トナーにおける含有量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、０〜４０質量％が好ましく、３〜３０質量％がより好ましい。前記含有量が、４０質量％を超えると、トナーの流動性が悪化することがある。

−帯電制御剤−
前記帯電制御剤としては、特に制限はなく、公知のものの中から目的に応じて適宜選択することができるが、有色材料を用いると色調が変化することがあるため、無色乃至白色に近い材料が好ましく、例えば、トリフェニルメタン系染料、モリブデン酸キレート顔料、ローダミン系染料、アルコキシ系アミン、４級アンモニウム塩（フッ素変性４級アンモニウム塩を含む）、アルキルアミド、燐の単体又はその化合物、タングステンの単体又はその化合物、フッ素系活性剤、サリチル酸の金属塩、サリチル酸誘導体の金属塩などが挙げられる。これらは、１種を単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。

前記帯電制御剤は、市販品を使用してもよく、該市販品としては、例えば、第四級アンモニウム塩のボントロンＰ−５１、オキシナフトエ酸系金属錯体のＥ−８２、サリチル酸系金属錯体のＥ−８４、フェノール系縮合物のＥ−８９（いずれもオリエント化学工業社製）、第四級アンモニウム塩モリブデン錯体のＴＰ−３０２、ＴＰ−４１５（いずれも保土谷化学工業株式会社製）、第四級アンモニウム塩のコピーチャージＰＳＹ ＶＰ２０３８、トリフェニルメタン誘導体のコピーブルーＰＲ、第四級アンモニウム塩のコピーチャージ ＮＥＧ ＶＰ２０３６、コピーチャージ ＮＸ ＶＰ４３４（いずれもヘキスト社製）；ＬＲＡ−９０１、ホウ素錯体であるＬＲ−１４７（日本カーリット株式会社製）；キナクリドン、アゾ系顔料；スルホン酸基、カルボキシル基、四級アンモニウム塩等を有する高分子系の化合物などが挙げられる。
前記帯電制御剤は、前記マスターバッチと共に溶融混練させた後、溶解乃至分散させてもよく、前記トナーの各成分と共に前記有機溶剤に直接、溶解乃至分散させる際に添加してもよく、あるいはトナー粒子製造後にトナー表面に固定させてもよい。

前記帯電制御剤の前記トナーにおける含有量としては、前記結着樹脂の種類、添加剤の有無、分散方法等により異なり、一概に規定することができないが、例えば、前記結着樹脂１００質量部に対し、０．１〜１０質量部が好ましく、０．２〜５質量部がより好ましい。前記含有量が０．１質量部未満であると、帯電制御性が得られないことがあり、１０質量部を超えると、トナーの帯電性が大きくなりすぎ、主帯電制御剤の効果を減退させて、現像ローラとの静電的吸引力が増大し、現像剤の流動性低下や画像濃度の低下を招くことがある。

−その他の成分−
前記その他の成分としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、外添剤、流動性向上剤、クリーニング性向上剤、磁性材料、金属石鹸などが挙げられる。
前記外添剤としては、特に制限はなく、公知のものの中から目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、シリカ微粒子、疎水化されたシリカ微粒子、脂肪酸金属塩（例えばステアリン酸亜鉛、ステアリン酸アルミニウムなど）；金属酸化物（例えばチタニア、アルミナ、酸化錫、酸化アンチモンなど）又はこれらの疎水化物、フルオロポリマーなどが挙げられる。これらの中でも、疎水化されたシリカ微粒子、チタニア粒子、疎水化されたチタニア微粒子、が好適に挙げられる。

＜粉砕工程＞
前記粉砕工程は、少なくとも１つの粉砕機と、場合によっては少なくとも１つの粗粉分級工程を用いて微粉砕を行う工程であり、前記粉砕工程で用いられる該粉砕機としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、気流式粉砕機、流動層式粉砕機、機械式粉砕機などが挙げられる。
前記気流式粉砕機としては、例えば日本ニューマチック工業株式会社製の超音速ジェット粉砕機、日清エンジニアリング株式会社製のスーパージェットミル、ホソカワミクロン株式会社製のミクロンジェットなどが挙げられる。
前記流動層式粉砕機としては、例えば、ホソカワミクロン株式会社製のカウンタージェット粉砕機、栗本鐵工所社製のクロスジェットミルなどが挙げられる。
前記機械式粉砕機としては、例えば、株式会社アーステクニカ社製のクリプトロン、日清エンジニアリング株式会社製のスーパーローター、ターボ工業株式会社製のターボミルなどが挙げられる。

（トナー）
本発明のトナーは、本発明の前記トナーの製造方法により製造される。前記トナーは、粒径４．０μｍ以下の微粉含有率が１５個数％以下であることが好ましく、０〜１０個数％がより好ましい。また、粒径１２．７μｍ以上の粗粉含有率が５．０質量％以下であることが好ましく、０〜２．０質量％がより好ましい。また、トナーの体積平均粒径は５．０〜１２．０μｍが好ましい。
ここで、前記粒度分布及び体積平均粒径は、例えば、粒度測定器粒度測定器（コールターカウンターＴＡ−ＩＩ、コールターマルチサイザーＩＩ、又はコールターマルチサイザーＩＩＩ、ベックマンコールター社製）を用いて測定することができる。

以下、本発明の実施例について説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
本実施例においては、スチレンーアクリル共重合体樹脂８５質量部とカーボンブラック１５質量部の混合物を溶融混練、冷却し、これをハンマーミルで粗粉砕した粉体材料を、流動層式粉砕機にて微粉砕し、これを図１に示す分級装置によって分級を行った。
図２に示すルーバーにおいて、α＝４５°、Ｄ２／Ｄ１＝１．１８の条件のルーバー（６）を図１に示す分級装置に設置し、粉体材料を分級した。αはルーバー（６）を構成している複数の羽根長さに関わる角度、Ｄ１は回転ロータ（５）の直径、Ｄ２はルーバー（６）の内側直径である。ルーバー羽根（１１）の厚みは４ｍｍ、ルーバー羽根（１１）は１６枚とし、回転ロータ（５）の回転周速度を６０ｍ／ｓに設定して、粉体材料を分級した。得られた粗粉は、体積平均粒径６．８μｍ、４μｍ以下の微粉含有率７．３個数％、１２．７μｍ以上の粗粉含有率０．０質量％であり、投入した粉体材料に対する分級後の粗粉の割合、すなわち分級歩留りは６０％であった。この時、分級室内部のロータ（５）外周部の平均速度は比較例１に比べて１２％上昇していた。体積平均粒径及び粒度分布は以下のようにして測定した。

＜体積平均粒径及び粒度分布の測定＞
コールターカウンター法による粒子の体積平均粒径及び粒度分布の測定装置としては、コールターカウンターＴＡ−ＩＩ、コールターマルチサイザーＩＩ、又はコールターマルチサイザーＩＩＩ（いずれも、ベックマンコールター社製）があり、これらを用いて粒径及び粒度分布を測定した。
まず、電解水溶液１００〜１５０ｍＬ中に分散剤として界面活性剤（アルキルベンゼンスルフォン酸塩）を０．１〜５ｍＬ加えた。ここで、電解液として１級塩化ナトリウムを用いて１質量％ＮａＣｌ水溶液を調製したもので、例えばＩＳＯＴＯＮ−ＩＩ（コールター社製）が使用できる。次いで、測定試料を２〜２０ｍｇ加える。試料を懸濁した電解液は、超音波分散器で１〜３分間分散処理を行い、前記測定装置により、アパーチャーとして１００μｍアパーチャーを用いて、粉体の体積を測定して、体積分布を算出した。得られた分布から、粉体の体積平均粒径及び粒度分布を求めた。
チャンネルとしては、２．００〜２．５２μｍ未満；２．５２〜３．１７μｍ未満；３．１７〜４．００μｍ未満；４．００〜５．０４μｍ未満；５．０４〜６．３５μｍ未満；６．３５〜８．００μｍ未満；８．００〜１０．０８μｍ未満；１０．０８〜１２．７０μｍ未満；１２．７０〜１６．００μｍ未満；１６．００〜２０．２０μｍ未満；２０．２０〜２５．４０μｍ未満；２５．４０〜３２．００μｍ未満；３２．００〜４０．３０μｍ未満の１３チャンネルを使用し、粒径２．００μｍ以上乃至４０．３０μｍ未満の粒子を対象とした。

（実施例２）
実施例１において、ルーバー（６）として、α＝４５°、Ｄ２／Ｄ１＝１．１９のものを装着した以外は実施例１と同様の分級装置を用い、回転ロータ（５）の回転周速度を６０ｍ／ｓに設定して、実施例１と同様に粉体材料を分級した。得られた粗粉は、体積平均粒径６．８μｍ、４μｍ以下の微粉含有率７．７個数％、１２．７μｍ以上の粗粉含有率０．０質量％であり、投入した粉体材料に対する分級後の粗粉の割合、すなわち分級歩留りは６４％であった。この時、分級室内部のロータ（５）外周部の平均速度は比較例１に比べて１６％上昇していた。

（実施例３）
実施例１において、ルーバー（６）として、α＝５０°、Ｄ２／Ｄ１＝１．１８のものを装着した以外は実施例１と同様の分級装置を用い、回転ロータ（５）の回転周速度を６０ｍ／ｓに設定して、実施例１と同様に粉体材料を分級した。得られた粗粉は、体積平均粒径６．８μｍ、４μｍ以下の微粉含有率９．４個数％、１２．７μｍ以上の粗粉含有率０．０質量％であり、投入した粉体材料に対する分級後の粗粉の割合、すなわち分級歩留りは７０％であった。この時、分級室内部のロータ（５）外周部の平均速度は比較例１に比べて２５％上昇していた。

（実施例４）
実施例１において、ルーバー（６）として、α＝５５°、Ｄ２／Ｄ１＝１．１８のものを装着した以外は実施例１と同様の分級装置を用い、回転ロータ（５）の回転周速度を６０ｍ／ｓに設定して、実施例１と同様に粉体材料を分級した。得られた粗粉は、体積平均粒径６．８μｍ、４μｍ以下の微粉含有率９.７個数％、１２．７μｍ以上の粗粉含有率０．０質量％であり、投入した粉体材料に対する分級後の粗粉の割合、すなわち分級歩留りは７３％であった。この時、分級室内部のロータ（５）外周部の平均速度は比較例１に比べて２７％上昇していた。

（実施例５）
実施例１において、ルーバー（６）として、α＝６０°、Ｄ２／Ｄ１＝１．１６のものを装着した以外は実施例１と同様の分級装置を用い、回転ロータ（５）の回転周速度を６０ｍ／ｓに設定して、実施例１と同様に粉体材料を分級した。得られた粗粉は、体積平均粒径６．８μｍ、４μｍ以下の微粉含有率８．１個数％、１２．７μｍ以上の粗粉含有率０．０質量％であり、投入した粉体材料に対する分級後の粗粉の割合、すなわち分級歩留りは６７％であった。この時、分級室内部のロータ（５）外周部の平均速度は比較例１に比べて２０％上昇していた。

（実施例６）
実施例１において、ルーバー羽根（１１）を脱着可能とした以外は、実施例１と同様に粉体材料を連続分級してから、ルーバー（６）を清掃し、粉体材料の種類を変更させて再び連続分級を実施した。その結果、ルーバー（６）の清掃時間について、実施例１に比べ約５０％の短縮が可能となった。

（比較例１）
実施例１において、ルーバー（６）として、α＝４５°、Ｄ２／Ｄ１＝１．１６のものを装着した以外は実施例１と同様の分級装置を用い、回転ロータ（５）の回転周速度を６０ｍ／ｓに設定して、実施例１と同様に粉体材料を分級した。得られた粗粉は、体積平均粒径６．８μｍ、４μｍ以下の微粉含有率９．０個数％、１２．７μｍ以上の粗粉含有率０．０質量％であり、投入した粉体材料に対する分級後の粗粉の割合、すなわち分級歩留りは５２％であった。

実施例及び比較例における評価結果を表１に示す。

以上の説明から明らかなように、本発明の分級装置においては、ルーバーを構成している複数の羽根長さに関わる角度をα、回転ロータの直径をＤ１、ルーバー（６）の内側直径をＤ２とした場合、α≧５０°及びＤ２／Ｄ１≧１．１７の少なくとも一つの条件を満たすようにルーバーを構成することによって、分級エアー供給口から供給されたエアーは、旋回しながら、ルーバーのルーバー羽根の隙間を通過しながら、ルーバーと回転ロータの外周面との間にできる空間、分級室へスムースに導かれ、分級室の気流を乱すことがなく、分級室における流れの速度を増加させることができ、また、円周上での速度分布の乱れを抑制することができる。よって、分級に必要な遠心力を増加させることができ、さらに、回転ロータの外周円周上で均一な分級が可能になるため、効率良く粗粉と微粉に遠心分級することができる。

１ 粉体材料供給口
２ 分級エアー供給口
３ 粗粉排出口
４ 微粉排出口
５ 回転ロータ
６ ルーバー
７ 分級室
８ 粗粉排出室
９ 微粉排出室
１０ 回転ロータ羽根
１１ ルーバー羽根
１２ 微粉排出羽根

特開平１１−２１６４２５号公報 特開２００１−２９３４３８号公報 特開２００８−１６１８２３号公報

Claims (6)

1. 複数の羽根が円環状に配置された回転するロータと、該ロータの外周部から粉体材料を分散、分級するための流体を供給するために、複数の羽根が前記ロータ外周部に配置されたルーバーを有し、該ロータ及び該ルーバーの隙間に供給された粉体材料を微粉と粗粉とに遠心分級する分級装置において、
   前記ルーバーの羽根それぞれの両端と前記ロータの中心とがなす角度をα、該ロータの直径をＤ１、前記ルーバーの内側直径をＤ２とした場合、下記の条件の少なくとも一つを満たす
   ことを特徴とする分級装置。
   式（１） α≧５０°
   式（２） Ｄ２／Ｄ１≧１．１７
2. 前記ルーバーの羽根が、前記ロータの中心軸を中心とする同心円上に等間隔に設けられている
   ことを特徴とする請求項１に記載の分級装置。
3. 前記ルーバーの羽根が、自在に脱着可能である
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の分級装置。
4. 前記分級装置は、回生コンバータを備え、前記ロータの回転数が予め指定した回転数となるように前記回生コンバータで制御する
   ことを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の分級装置。
5. 請求項１乃至４いずれかに記載の分級装置を用いて粉体材料を分級する
   ことを特徴とする分級方法。
6. 請求項１乃至４いずれかに記載の分級装置を用いて粉体材料を分級する分級工程を少なくとも含む
   ことを特徴とするトナーの製造方法。
   

Images