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JP4024566B2 - 気流式粉砕・分級機 - Google Patents

気流式粉砕・分級機 Download PDF

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JP4024566B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微粉や粗大粒子の混入を抑制し、粒度分布のシャープなトナー粉を効率良く製造する装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、トナーの粉砕・分級方法としては1台の分級機と1台の粉砕機が2組の組合わせ又は2台の分級機と1台の粉砕機の組み合わせが知られている。その例としては高圧気流をジェットノズルから噴出させ、そのジェット気流中に原料粒子を巻き込み、粒子の相互衝突又は壁その他の衝突体との衝突で粉砕を進めるいわゆるジェット式粉砕手段であるジェットミルを用い、該粉砕手段1〜2ケと、粗粉分級手段2ケが結合されて、粉砕に供されたのち分級手段2ケが結合されて微粉分級している。
【0003】
図1および図2はそれぞれ従来行われているフローの例である。うち図1について説明する。粉砕原料1は原料供給管を経て供給され、粉砕物と共に原料は、第1分級機2に導入され、粗粉と微粉にわけられる。粗粉は粉砕手段を備えた第1粉砕機3で粉砕され、サイクロン4で一旦捕集され、再び第2分級機5へ導入され粉砕と微粉にわけられる。粗粉は粉砕手段を備えた第2粉砕機6で粉砕され、サイクロン7で捕集される。そして再び第3分級機8で粗粉と微粉に分けられ粗粉は9で製品として捕集され、微粉は一旦捕集サイクロン10で捕集後、さらに第4分級機11で粗粉と微粉にわけられ粗粉は再び分級機8に、微粉はサイクロン12で微粉13として回収される。分級機より、またはサイクロン上部より集塵機回収される超微粉は14、および前記13は、図3オフラインでコンパクション造粒され再練り活用される。
【0004】
しかしながら、この系では、分級手段に供給される粉体は、原料の粉体の他、粉砕の過程にある種々の粒径のトナーが粉砕手段と分級手段の間を循環して供給されるため、粒度が非常にブロードであり、且つ目的の粒度を得るためには、非常に負荷の大きい状態で運転されることになる。従って、分級された製品には、品質上悪影響を及ぼす粗粒子が多くなる。
一方、再度粉砕へ戻される粗粉側には、本来、これ以上粉砕の必要のない微粉が多く混入してこれらの微粉がさらに粉砕されることから、粉砕品中の微粉の割合が多くなって,微粉の凝集物等が発生することもあり、次工程の分級工程で微粉除去を行って所望の粒度を得ても収率が低い。又、先に述べたように、粗粉、微粉等の割合が多くなり、粒度分布がブロードとなるので、このようにして作った現像剤を用いて得た画像は濃度も低く、帯電量も安定しない。
すなわち、トナーの帯電量に影響を及ぼし過粉砕されたトナーは地汚れ現象が生じ、粉砕不十分のトナーは転写不良で共に画質を低下させる。又、生産においては分級機に過大な負荷がかかるため分級の効率が悪く、そして粉砕のエネルギー効率が悪いという問題を有している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
近年の乾式トナーにおいては、高画質を目指してデジタル化が進み、粒径の制御すなわちトナー要求粒径に対し、過剰微粉や粗大粒子混入が少ないシャープな粒径が要求されている。従来の粉砕プロセスでは、微粉砕工程での消費エネルギーが大きく経済的に有利な方法とは言えない。また、ジェット式粉砕機による粉砕では、製品として不要な微粉の発生が個数割合で15〜50%とかなり多く、それがために、製品トナーへの微粉の混入を招き易く、微粉を除去するための生産効率が悪く、しかも、除去した微粉を再利用する際には追加エネルギーを必要とする。さらに上記従来の微粉砕機では粉砕処理能力および消費動力などの点で粉砕性能が不十分であるだけでなく、画像品質面で粒度や分布の不満足による、帯電量分布などに悪影響を与える問題があった。
【0006】
本発明は上記問題点を解決しようとするもので、その目的は目標粒径に対し、過剰微粉や粗粉の混入を容易に抑制でき、かつ発生する余剰微粉をも効率的に再利用可能とし消費動力も効率化できる、乾式トナーの製造に好適な方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、鋭意検討した結果、気流式粉砕・分級機において微粉を分離するサイクロンにその分離を促進する手段を設けることにより、その分離をより確実に行い、粗粉に同伴されて次工程以降での粉砕機により必要以上に粉砕される微粉の量を極力少なくして、そのことにより分級精度を向上し微粉含有量、微粉発生率を抑制することができ、また生産効率の面でも優れることを見出し、本発明に至った。
【0008】
すなわち、本発明は、
(1)微粉砕・粗粉砕分級上がりを捕集するサイクロンに、粉砕時に発生する4μm以下の微の含有量を11〜14%の範囲にする超微分離促進手段と、超微を回収するためのサイクロン上部管を設けた気流式粉砕・分級機であって、該超微分離促進手段としてサイクロンに強制エアーを流入させる配管を設け、該配管の出口側の開口がサイクロン上部管に向いていることを特徴とする気流式粉砕・分級機。
(2)前記(1)記載の気流式粉砕・分級機において、サイクロンに強制エアーを流入させ流量を管理したことを特徴とする気流式粉砕・分級機。
(3)前記(1)又は(2)記載の気流式粉砕・分級機において、微粉砕・分級上がりを捕集するサイクロンに連通する集塵機ブロワ−を設け、その静圧が−1500mm〜−4000mm/Aqであることを特徴とする気流式粉砕・分級機。
(4)前記(1)〜(3)のいずれか1項に記載の気流式粉砕・分級機において、分級機で分級した粗粉を主原料側に戻すことを特徴とする気流式粉砕・分級機。
(5)前記(1)〜(3)のいずれか1項に記載の気流式粉砕・分級機において、分級機で分級した粗粉を粉砕機側に戻すことを特徴とする気流式粉砕・分級機。
(6)前記(1)〜(5)のいずれか1項に記載の気流式粉砕・分級機において、サイクロンまたは集塵機で捕集した超微を造粒後、これを主原料側に戻すことを特徴とする気流式粉砕・分級機。
(7)前記(1)〜(5)のいずれか1項に記載の気流式粉砕・分級機において、サイクロンまたは集塵機で捕集した超微を造粒後、粉砕機側に戻すことを特徴とする気流式粉砕/分級機に関する。
【0009】
【発明の実施の態様】
本発明の、気流式粉砕・分級機は、基本的には粉砕機、粉砕された粒子を分級する分級機、および微粉砕・粗粉分級上りを捕集する、すなわち粉砕・分級された粉砕物を捕集するサイクロンから構成される。そして、そのサイクロンに超微粉の分離促進手段を設けたことが重要である。
本発明において、その分離促進手段としては、ローター、エアー流入部位、エアー強制流入配管等をサイクロンに設けることが好ましい。またサイクロンーに連通する集塵機のブロワー静圧をコントロールすること、サイクロンの内筒径を変更自在とすることによる手段も有用である。
このような分離促進手段をサイクロンに設けることにより、サイクロン内部の旋回流をコントロールすることができる。これにより本発明は分級精度を向上させて粗粉や微粉の含有量を低減することができ、この装置を使用して高品質のトナーを得ることができる。
また、本発明においては更に粉砕・分級機に、分離回収した超微粉をコンパクション(造粒)して再利用する工程を付加することができる。この場合には従来の図3に示すような混練・冷却・粗粉砕工程を経て粉砕原料に戻すオフラインの造粒工程を経る場合に比べて以下に示す利点が得られる。
A.超微粉中の樹脂成分の分子量分布が変化しない
B.再練に比べてエネルギーコストが低い
C.超微粉発生量が一定のため造流微粉戻し量が一定となり品質が安定する
D.超微粉発生量はトナー製品量に対して20%未満程度なので造粒製造機も小型(小生産機)で可能である
【0010】
図面により本発明の実施例を説明する。
図5は、本発明の第1の実施例を示すものである。この実施例は従来技術を示す図1、2の粉砕・分級機において、サイクロン4、7、10の上部に、粉砕時に発生し、分級された粗粉中に含まれている超微粉の分離を促進するローター4a、7a、10aを設けたものである。このローターは、図4に示すようにローターの回転数をモーター4b、7b、10bで制御駆動するように構成されている。そして、ローターは要求されるトナー仕様に応じて、その設置台数を選ぶことができ、またローターの周速もたとえば10〜50m/sに自在にコントロールできる。
また粉砕装置は圧縮エアーを用いる粉砕機で、例えば日本ニューマチック社製のI式ミル粉砕機、分級機は旋回気流式で例えば日本ニューマチック社製のDS分級等を用いて粉砕分級を行うことができる。
【0011】
この装置を使用した実施例を以下に示す。
実施例1(参考例)
ポリエステル樹脂75重量%とスチレンアクリル共重合樹脂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で粗粉砕したトナー原料を用意した。これを図5に示すフローにおいて4、7で示すサイクロンーとして図4に示すローター4aを周速25m/sに、またローター7aを同30m/sになるようにコントロールしたサイクロンを用い、図5のフローで80kg/hrの原材料供給で粉砕分級を行ったところ、重量平均粒径7.5μmで4μm以下微粉含有率が個数平均で12POP.%、16μm以下粗粉含有率が重量平均で1.0Vol%のトナー粒径を85%得ることができた。
この粒径測定に際してはコールターカウンター社のマルチサイザーを用いた。
【0012】
比較例1
実施例1と同一の混練品をトナー原料として用い、ただしサイクロンにローターを設けていない図1に示す工程フローで同様にして粉砕分級をおこなったところ、80kg/hrの原材料供給で、重量平均粒径7.5μmで4μm以下微粉含有率が個数平均で17POP.%、16μm以下粗粉含有率が重量平均で2.5Vol%のトナー粒径を80%得ることができた。このように実施例1の態様では、従来法に比べて分級精度が向上しており、製品に混入する微粉の含有量が減少し、同時に微粉の発生率の抑制が可能となり、生産効率にも優れている。
【0013】
実施例2(参考例)
この実施例は、図8に示すように、従来の気流式粉砕・分級機において、サイクロンとして図6に、またそのAB断面である図7に示すようなサイクロン4、7、10の内部に二次エアーを流入させることが可能な部位4c、7c、10cを設けたサイクロンを設置したものである。
【0014】
この気流式粉砕・分級機では、前記サイクロン4、7、10の内部に二次エアーを流入させることが可能な部位4c、7c、10cを設置したことにより、外気エアーを流入させサイクロン内部の遠心力と向心力をコントロールさせ、粉砕時に発生する超微粉の分離を一層効果的に行うことができる。すなわち、超微粉はサイクロン上部管を通過し14−1、14−2、14−3で回収できる。なおサイクロンに装着する二次エアー流入口は図7の断面図に示すようにサイクロンの外周部より均等に流入できる構成とし、そのエアー量は従来法サイクロンが吸引する全風量の1〜50%の調整が可能である。トナー仕様に応じて該サイクロンは、気流式粉砕・分級機において1〜3機設置することができる。この実施例で使用する粉砕装置は、圧縮エアーを用いる粉砕機で、例えば日本ニューチック社製のI式ミル粉砕機、また、分級機は旋回気流式で例えば日本ニューマチック社製のDS分級等を用いることができる。
【0015】
この気流式粉砕・分級機を用いた実施例(参考例)を以下に示す。
実施例1と同様なトナー原料を、図7のフローで図6に示す二次エアー流入式サイクロン4aでサイクロンの通過(吸引)全風量10%二次エアーを流入できるようにコントロールし図7のフローで80kg/hrの原材料供給で粉砕分級を行ったところ、重量平均粒径7.5μmで4μm以下微粉含有率が個数平均で13POP.%、16μm以下粗粉含有率が重量平均で1.2Vol%のトナー粒径を84%得ることができた。
【0016】
実施例3
この態様は、図10に示すように従来の気流式粉砕・分級機において、サイクロンとしてサイクロン4、7、10の内部に、強制エアーを流入させることが可能な配管4d、7d、10dを設置したものである。この態様では粉砕時に発生する超微粉の分離を効率化するため、図9に示す配管によって圧縮エアーを流入させサイクロン内部の遠心力と向心力をコントロールさせ、超微粉はエアー流入によってサイクロン上部管を通過し14−1、14−2、14−3で回収できるように構成したものである。
なおサイクロンに装着する圧縮エアー配管のエアー量は従来法サイクロンが吸引する全風量の1〜50%の調整が可能で、トナー仕様に応じて該サイクロンを1〜3機設置することができる。また粉砕装置は圧縮エアーを用いる粉砕機で、例えば日本ニューチック社製のI式ミル粉砕機、また、分級機は旋回気流式で例えば日本ニューマチック社製のDS分級等を用いることができる。
【0017】
この気流式粉砕・分級機を用いた実施例を以下に示す。
実施例1と同様なトナー原料を、図10のフローにおいて、サイクロンとして図9に示す二次エアー流入式サイク ロンを用いた。サイクロンの通過(吸引)全風量の10%の二次エアーを流入できるようにコントロールし、図10のフローで80kg/hrの原材料供給で粉砕分級を行ったところ、重量平均粒径7.5μmで4μm以下微粉含有率が個数平均で14POP.%、16μm以下粗粉含有率が重量平均で1.2Vol%のトナー粒径を85%得ることができた。
上記実施例2、3に示す態様では、従来法に比べて分級精度が向上したことにより製品に混入する微粉含有量が減少し、同時に微粉の発生率の抑制が可能であり、生産効率にも優れている。また、実施例1の態様に比してサイクロンの改造に要するコストも低く、その点有利である。
【0018】
実施例4
この態様では、前記実施例3に使用した気流式粉砕・分級機の強制エアーを流入させることが可能な配管4d、7d、10dに、図11に示すように流入するエアー流量を制御できるコントローラー4e、7e、10eと調整バルブ4f、7f、10fを設置し、粉砕時に発生する超微粉を図10に示すレイアウト構成によって圧縮エアーを流入させ、サイクロン内部の遠心力と向心力を精密コントロール可能とさせ、分離した超微粉はエアー流入によってサイクロン上部管を通過し14−1、14−2、14−3で回収できるように構成したものである。なおサイクロンに装着する圧縮エアー配管のエアー量は従来法サイクロンが吸引する全風量の1〜50%の調整が設定値に対して±1〜10%の範囲でコントロール可能である。該サイクロンをトナー仕様に応じて1〜3機設置することができる。この態様において、粉砕装置は圧縮エアーを用いる粉砕機で、例えば日本ニューマチック社製のI式ミル粉砕機、分級機は旋回気流式で例えば日本ニューチック社製のDS分級等を用いて粉砕分級を行うことができる。
この態様は従来法に比べて分級精度が向上したことにより製品に混入する微粉含有量が減少し同時に微粉の発生率の抑制が可能となり、生産効率にも優れている。更に微粉含有率のコントロールが容易であり、長時間にわたって安定したトナー粒径が得られる。
【0019】
このような気流式粉砕・分級機を使用した実施例を以下に示す。
実施例1と同様なトナー原料を使用して、図10のフローでサイクロンとして図11に示す二次エアー流入式サイクロンを用いてサイクロンの通過(吸引)全風量の10%の二次エアーを流入できるようにコントロールし、図10のフローで80kg/hrの原材料供給で粉砕分級を行ったところ、重量平均粒径7.5μmで4μm以下微粉含有率が個数平均で13POP.%、16μm以下粗粉含有率が重量平均で1.1Vol%のトナー粒径を85%得ることができた。
【0020】
実施例5
この態様では、前記実施例に使用したサイクロンの内部の遠心力と向心力のコントロールをサイクロンに連通する各集塵機のブロワーの静圧を−1500〜−4000mm/Aqの範囲で稼働させて行うものである。なお、このブロワー静圧は−1800〜−3500mm/Aqとすることによりより鮮明な効果が得られる。
【0021】
この気流式粉砕・分級機を使用した実施例を以下に示す。
実施例1と同様なトナー原料および装置を用いて、サイクロンに連通する集塵機のブロワー静圧をサイクロン内の通過静圧として−2500mm/Aqで設定し、80kg/hrの原材料供給で粉砕分級を行ったところ、重量平均粒径7.5μmで4μm以下微粉含有率が個数平均で11POP.%、16μm以下粗粉含有率が重量平均で1.0Vol%のトナー粒径を86%得ることができた。
【0022】
実施例6
この態様では、気流式粉砕・分級機においてサイクロの構成を、サイクロン外形と微粉が通過する内筒径を1:0.1〜0.5に変更可能とし、サイクロン内の遠心力と向心力のコントロールをさせるように構成したものである。なおサイクロン外形に対しサイクロン内筒径を1:0.2〜0.4に設定させるとより鮮明な効果が得られる。
この装置を使用した実施例を以下に示す。
実施例1と同様なトナー原料/工程フローを用いサイクロン外形に対しサイ内筒径を1:0.2に設定し、80kg/hrの原材料供給で粉砕分級を行ったところ、重量平均粒径7.5μmで4μm以下微粉含有率が個数平均で12POP.%、16μm以下粗粉含有率が重量平均で1.0Vol%のトナー粒径を85.5%得ることができた。
上記した実施例5、6では従来法に比べて分級精度が向上し製品に混入する微粉含有量が減少する。同時に微粉の発生率の抑制が可能となり、生産効率にも優れている。更に微粉含有率のコントロールが容易で長時間にわたって安定した粒径のトナーが得られる。
【0023】
実施例7
この態様では、フロー図5、8、10、12を図13に示すように第3分級機を粗粉分級機として活用し、主原料側に戻すように構成した気流式粉砕・分級機である。
この装置を使用した実施例を以下に示す。
実施例1と同様なトナー原料で図12に示す工程フローを用い80kg/hrの原材料供給で粉砕分級を行ったところ、重量平均粒径7.5μmで4μm以下微粉含有率が個数平均で12POP.%、16μm以下粗粉含量が重量平均で0.7Vol%のトナー粒径を85.5%得ることができた。
【0024】
実施例8
この態様では、工程フロー図5、8、10、12を図14に示すように第3分級機を粗粉分級機として活用し、第2粉砕機に戻すように構成した気流式粉砕・分級機である。
この装置を使用した実施例を以下に示す。
実施例1と同様なトナー原料で図14に示す工程フローを用い80kg/hrの原材料供給で粉砕分級を行ったところ、重量平均粒径7.5μmで4μm以下微粉含有率が個数平均で12POP.%、16μm以下粗粉含有率が重量平均で0.5Vol%のトナー粒径を85.5%得ることができた。
上記実施例7,8に示す態様では従来法に比べて分級精度が向上し製品に混入する微粉並びに粗粉含有量が減少する。同時に微粉発生率の抑制が可能となり生産効率にも優れている。
【0025】
実施例9
この態様では、工程フロー図5、8、10、12、13、14を図15、16に示すように集塵機およびサイクロンで捕集した超微粉をライン上で10〜300μm造粒(コンパクション)して主原料側に戻すように構成した気流式粉砕・分級機である。
この実施例を以下に示す。
実施例1と同様なトナー原料で図15に示す工程フローを用い、80kg/hrの原材料供給で粉砕分級を行い発生した微粉は造粒機ローラーコンパクターを用いて200μmに造粒し主原料側に戻したところところ、重量平均粒径7.5μmで4μm以下微粉含有率が個数平均で12POP.%、16μm以下粗粉含有率が重量平均で0.5Vol%のトナー粒径で回収したを98.5%得ることができた。
【0026】
実施例10
この態様では、工程フロー図5、8、10、12、13、14を図17、18に示すように集塵機およびサイクロンで捕集した超微粉をライン上で10〜300μm造粒(コンパクション)して粉砕機側に戻すように構成した気流式粉砕・分級機である。
この実施例を以下に示す。
実施例1と同様なトナー原料で図17に示す工程フローを用い、80kg/hrの原材料供給で粉砕分級を行い発生した微粉は造粒機ローラーコンパクターを用いて200μmに造粒し粉砕機側に戻したところところ、重量平均粒径7.5μmで4μm以下微粉含有率が個数平均で12POP.%、16μm以下粗粉含有率が重量平均で0.5Vol%のトナー粒径で回収したを99.0%得ることができた。
上記実施例9,10の態様によれば従来法に比べて分級精度が向上し製品に混入する微粉並びに粗粉含有量が減少する。同時に微粉の発生率の抑制が可能でかつ発生した微粉も従来法より低減したエネルギーで再生可能となり生産効率も優れている。
【0027】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば超微粉をサイクロンから効率的に分離回収できるので、分級精度が向上し、製品に混入する微粉含有量を減少することができる。同時に微粉の発生率を抑制でき、生産効率も優れている。
また、本発明の粉砕・分級機を使用して得られたトナーは、シャープな粒度分布を有することからトナーの帯電量も安定しており、このトナーを用いて地汚れや転写不良のない優れた画像品質の画像を形成できる。
【0028】
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の気流式粉砕・分級機を示す説明図。
【図2】別の従来の粉砕・分級機を示す説明図。
【図3】図1、2における微粉の再利用の工程説明図。
【図4】本発明に使用するローターを設けたサイクロンの説明図。
【図5】本発明の粉砕・分級機の実施例を示す説明図。
【図6】本発明に使用する二次エアーを流入させることが可能な部位を設けたサイクロンの説明図。
【図7】図6AB線断面説明図。
【図8】本発明の粉砕・分級機の別の実施例を示す説明図。
【図9】本発明に使用する強制エアーを流入させることが可能な配管を設けたサイクロンの説明図。
【図10】本発明の粉砕・分級機の更に別の実施例を示す説明図。
【図11】本発明に使用する流入するエアー流量を制御するコントローラーと調整バルブを設けたサイクロンの説明図。
【図12】本発明の粉砕・分級機の更に別の実施例を示す説明図。
【図13】本発明の粉砕・分級機の更に別の実施例を示す説明図。
【図14】本発明の粉砕・分級機の更に別の実施例を示す説明図。
【図15】本発明の粉砕・分級機の更に別の実施例を示す説明図
【図16】図15の粉砕・分級機内の微粉の再生利用の説明図。
【図17】本発明の粉砕・分級機の更に別の実施例を示す説明図。
【図18】図17の粉砕・分級機内の微粉の再生利用の説明図。

Claims (7)

  1. 微粉砕・粗粉砕分級上がりを捕集するサイクロンに、粉砕時に発生する4μm以下の微の含有量を11〜14%の範囲にする超微分離促進手段と、超微を回収するためのサイクロン上部管を設けた気流式粉砕・分級機であって、該超微分離促進手段としてサイクロンに強制エアーを流入させる配管を設け、該配管の出口側の開口がサイクロン上部管に向いていることを特徴とする気流式粉砕・分級機。
  2. 請求項1記載の気流式粉砕・分級機において、サイクロンに強制エアーを流入させ流量を管理したことを特徴とする気流式粉砕・分級機。
  3. 請求項1又は2記載の気流式粉砕・分級機において、微粉砕・分級上がりを捕集するサイクロンに連通する集塵機ブロワ−を設け、その静圧が−1500mm〜−4000mm/Aqであることを特徴とする気流式粉砕・分級機。
  4. 請求項1〜3のいずれか1項に記載の気流式粉砕・分級機において、分級機で分級した粗粉を主原料側に戻すことを特徴とする気流式粉砕・分級機。
  5. 請求項1〜3のいずれか1項に記載の気流式粉砕・分級機において、分級機で分級した粗粉を粉砕機側に戻すことを特徴とする気流式粉砕・分級機。
  6. 請求項1〜5のいずれか1項に記載の気流式粉砕・分級機において、サイクロンまたは集塵機で捕集した超微を造粒後、これを主原料側に戻すことを特徴とする気流式粉砕・分級機。
  7. 請求項1〜5のいずれか1項に記載の気流式粉砕・分級機において、サイクロンまたは集塵機で捕集した超微を造粒後、粉砕機側に戻すことを特徴とする気流式粉砕/分級機。
JP2002078897A 2002-03-20 2002-03-20 気流式粉砕・分級機 Expired - Fee Related JP4024566B2 (ja)

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