JP3748171B2 - 微粉砕機 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は電子写真、静電印刷、静電記録等における静電荷像を現像するための微粉砕による乾式トナーの製造装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、被粉砕物を微粉砕するための回転型機械式粉砕装置としては、特開昭59−105853号公報に記載の微粉砕機が知られている。この微粉砕機は図5に示すように、外周面に母線と平行な多数の凹凸部(8)を周方向に連続させた円筒状の回転子(4)を、回転軸(3)で支持し、この回転子(4)の外側に微小な隙間(6)をあけて、内周面に母線と平行な多数の凹凸部(10)を周方向に連続させた円筒状の固定子(5)を嵌装し、前記隙間(6)を粉砕室としたものである。
【0003】
図6に示したように、これら回転子(4)と固定子(5)との間には1mm以下の隙間(6)が設けられている。また、回転子(4)にはその外側表面に軸線方向に延びる短形断面の凹部(7)が円周方向に複数並設されて、隣接する凹部の間に軸線方向に延びる逆短断面の凸部(8)が形成され、この凸部(8)の頂点(8a)は回転子(4)の軸線を曲率中心とする円弧面で構成されている。他方、固定子(5)の内側表面には軸線方向に延びる三角形断面の凹部(9)が円周方向に複数並設されて、隣接する凹部の間に軸線方向に延びる逆三角形断面の凸部(10)が形成され、この凸部(10)の頂点(10a)は回転子(5)の軸線を曲率中心とする円弧面で構成されている。固定子(5)の三角形断面の凹部(9)は、回転子(4)の回転方向の遅れ側に位置する一方の壁面(9a)が、回転子(4)の軸線に向けて延びており、この一方の壁面(9a)と他方の壁面(9b)とは45〜60°の角度θ1で交差している。
【0004】
この粉砕機による粉砕工程について説明すると、回転子(4)を高速回転させるとともに、固定子(5)の上方に設けた製品排出口(11)に連なる吸引送風機(図示せず)を運転し、被粉砕物を、固定子(5)の下方に設けた供給口(12)から空気に同伴させて機内に供給する。機内では被粉砕物が回転子(4)と一体で回転する撹拌羽根(13)により生じる気流によってケーシング(2)の内周面に沿って上昇し、回転子(4)と固定子(5)との対向隙間(6)(粉砕室)に流入し、回転子(4)の回転で発生した上向きの旋回気流に乗って対向隙間(6)を上向流で流過する間に粉砕が行なわれる。
【0005】
すなわち、被粉砕物は高速回転する回転子(4)により運動エネルギーが与えられ、回転子と固定子の凹凸部(7)、(8)、(9)、(10)内に生じる渦流に乗って該凹凸部と衝突したり、回転子と固定子の凸部間で磨砕されたりして微細粒子となり、隙間(6)から流出する。この微細粒子は、回転子と一体で回転する撹拌羽根(14)により生じる気流によってケーシング(2)の内周面に沿って旋回上昇し、製品排出口(11)から機外に排出される。
しかし、上記のような従来の微粉砕機によれば、回転子と固定子との間における粉砕が定常的とならず、微粉度、処理能力及び消費動力等の粉砕能力に劣り、ひいては製品の粒度分布幅が広くなるといった問題がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来技術に鑑み、回転子と固定子の凹部に高速で且つ安定した大きな渦を発生させ粉砕能力の向上を計り、ひいては粒度分布を狭くし得るようにした微粉砕機を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記の課題は、本発明の回転軸に支持され、外側表面に母線と平行な多数の凹部を周方向に連続させた回転子と、微少な間隔を有して該回転子の外側に位置し内側表面に母線と平行な多数の凹部を周方向に連続させた固定子との間で被粉砕物を微粉砕する微粉砕機において、
前記回転子の前記凹部の断面形状は、回転方向の進み側の直線(30c)と遅れ側の直線(30b)とその間の半円形(30a)からなり、前記進み側の直線(30c)は前記遅れ側の直線(30b)より長く、前記進み側の直線(30c)と回転子の接線は角度(θ 3 )=30〜80度で交差し、前記遅れ側の直線(30b)と回転子の接線は角度(θ 2 )=30〜80度で交差し、前記(θ 3 )と前記(θ 2 )は、(θ 3 )≧(θ 2 )の関係を有し、
前記固定子の前記凹部の断面形状は、回転方向の進み側の直線(40c)と遅れ側の直線(40b)とその間の半円形(40a)からなり、前記進み側の直線(40c)は前記遅れ側の直線(40b)より短く、前記進み側の直線(40c)と回転子の接線は角度θ 5 =30〜80度で交差し、前記遅れ側の直線(40b)と回転子の接線は角度θ 4 =30〜80度で交差し、前記θ 5 と前記θ 4 は、θ 5 ≧θ 4 の関係を有し、
前記回転子のスラスト方向長さ(L)を、入口部(L1)(被粉砕物投入側)と出口部(L2)(粉砕物排出側)に分割したとき、前記出口部(L2)回転子直径は、前記入口部(L1)回転子直径に対し、75〜90%であることを特徴とする微粉砕機によって解決される。
【0008】
上記手段によれば、回転子と固定子との間の間隔を螺旋状に気流の流線が得られるため安定し、固定子の凹部内に渦度が高く、且つ複雑な渦が定常的に発生し、被粉砕物の粉砕が効率的に行なわれる。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の1構成例を図1、図2に基づいて説明する。(構成例1)
本発明の粉砕機は、図1に示すように基台(21)上に横置きに設置された円筒状のケーシング(22)を有する。ケーシング(22)の中には円筒形状の回転子(23)が横置きに設置され、この回転子(23)の軸(24)はケーシング(22)と同軸に配置されて、その一端がモータ(25)の出力軸に連結されている。ケーシング(22)は、その一端に、被粉砕物を空気と共に機内に供給する供給口(26)を有し、他端には、図外の吸引送風機に連なる製品排出口(27)を有する。回転子(23)の周りには、ケーシング(22)と一体構造の固定子(28)を有し、固定子(28)と回転子(23)との間には隙間(29)が設けられている。
【0010】
図2に示すように、回転子(23)には、その外側表面に軸線方向に延びる複数の凹部(30)が円周方向に数mmの間隔を隔てて並設されて、隣接する凹部との間に軸線方向に延びる凸部(31)が形成され、凸部(31)の頂面(31a)は回転子(23)の軸線を曲率中心とする円弧面で構成されている。回転子(23)の凹部(30)は、その深部から回転子の回転方向の進み側に向けて傾斜して延びている。すなわち、回転子(23)の凹部(30)は深部の半円形の壁(30a)と、この深部壁(30a)の一端(回転子の回転方向の遅れ側端)から接線方向に回転方向の進み側に向けて傾斜して延びる遅れ側壁(30b)と、深部壁(30a)の他端(回転子の回転方向の進み側端)から接線方向に回転方向の進み側に向けて傾斜して延びる進み側壁(30c)とで形成されている。具体的には、遅れ側壁(30b)は回転子(23)の外周面と角度θ2で交差し、また、進み側壁(30c)は回転子(23)の外周面と角度θ3で交差している。遅れ側壁(30b)の交差角度θ2、進み壁側(30c)の交差角度θ3はそれぞれ30〜80°の範囲に設定される。
【0011】
また、固定子(28)には、その内側表面に軸線方向に延びる複数の凹部(40)が円周方向に数mmの間隔を隔てて並設されて、隣接する凹部との間に軸線方向に延びる凸部(41)が形成され、凸部(41)の頂面(41a)は回転子(23)の軸線を曲率中心とする円弧面で構成されている。固定子(28)の凹部(40)は、その深部から回転子の回転方向の遅れ側に向けて傾斜して延びている。すなわち、固定子(28)の凹部(40)は深部の半円形の壁(40a)と、この深部壁(40a)の一端(回転子の回転方向の遅れ側端)から接線方向に回転方向の遅れ側に向けて傾斜して延びる遅れ側壁(40b)と、深部壁(40a)の他端(回転子の回転方向の進み側端)から接線方向に回転方向の遅れ側に向けて傾斜して延びる進み側壁(40c)とで形成されている。具体的には、遅れ側壁(40b)は固定子(28)の内周面と角度θ4で交差し、また、進み側壁(40c)は固定子(28)の内周面と角度θ5で交差している。遅れ側壁(40b)の交差角度θ4、進み壁側(40c)の交差角度θ5はそれぞれ30〜80°の範囲に設定される。
【0012】
捕集については、サイクロンにより製品と空気とに分離され、製品は貯留される。図1の粉砕機の機内で行なわれる粉砕は、回転子(23)と固定子(28)との隙間(29)に安定した螺旋状の気流が得られ、また、固定子(28)のU字形状の凹部(40)の中に渦度が高く、且つ複数の渦が定常的に発生するため、ミクロンオーダーの比較的粒度分布の狭い製品をつくることができる。
【0013】
図3は本発明の別の構成例(構成例2)を示したもので、出口部(L2)回転子(23)と、対となる固定子(28)側(ケーシング部)に粉体導入口(51)を設け、一度粉砕されたが、目標の粒度以上の粉砕物を対象に再粉砕する機構を設けた。この粉砕機は、図1(構成例1)の粉砕機同様、図示しない吸引送風機によって吸引され製品排出口(27)へと排出される。捕集については、サイクロンにより製品と空気とに分離され、製品は貯留される。
【0014】
構成例3として、構成例1の回転子(23)の材質をチタンによるライニング処理を施し、摩耗対策をした。
構成例4として、構成例1の固定子(28)の材質をチタンによるライニング処理を施し、摩耗対策をした。
【0015】
図4は本発明の更に別の構成例(構成例5)を示したもので、固定子外周部のケーシング(22)に冷却用ジャケット(71)を設け、冷却効果による粉砕効率向上及び粉砕内部メルト対策を施した。
【0016】
【実施例】
以下、実施例に基づき、本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
スチレン−アクリル共重合体 100重量部
カーボンブラック 10重量部
ポリプロピレン 5重量部
サリチル酸亜鉛 2重量部
上記組成の混合物を溶融混練、冷却、粉砕し、平均粒子径7.5μmのトナーを得た。これを図に示す機械式粉砕機によって表1の条件により処理し、分級、混合した。
【0017】
比較例
上記組成の混合物を溶融混練、冷却し、従来の機械式粉砕機によって処理した。そのときの平均粒子径7.5μmの狙いに対しフィード量は8kg/hであった。
【0018】
試験方法
上記トナーを株式会社リコー製IMAGIO−320デジタル複写機の改良機にセットし、画像濃度、地汚れ、帯電量について3万枚耐久評価を行なった。画像濃度、地汚れはマクベス濃度計、帯電量はブロー装置を用いて測定した。
【0019】
実施例1
上記組成の混合物を溶融混練、冷却し、構成例1の機械式粉砕機によって表1の条件により処理した。そのときの平均粒子径7.5μmの狙い(目標)に対し、フィード量は8.4kg/hであった。また、連続稼動時間も従来480hが520hになった。その品質結果については、トナーは初期画像、地汚れランク4以上(地肌濃度は0.05以下)、画像濃度1.35以上で、コピー後画像の地汚れランク3.5以上、画像濃度1.3以上であり、比較例に比べ同等レベルであり、問題はなかった。(粒度分布については表2を参照。)
【0020】
実施例2
上記組成の混合物を溶融混練、冷却し、構成例2の機械式粉砕機によって表1の条件により処理した。そのときの平均粒子径7.5μmの狙いに対し、フィード量は10.5kg/hであった。また、連続稼動時間も従来480hが520hになった。その品質結果については、トナーは初期画像、地汚れランク4以上(地肌濃度は0.05以下)、画像濃度1.35以上で、コピー後画像の地汚れランク3.5以上、画像濃度1.3以上であり、比較例に比べ同等レベルであり、問題はなかった。(粒度分布については表2を参照。)
【0021】
実施例3
上記組成の混合物を溶融混練、冷却し、構成例3の機械式粉砕機によって表1の条件により処理した。そのときの平均粒子径7.5μmの狙いに対し、フィード量は8.7kg/hであった。また、チタンライニング処理によって、従来の摩耗耐久性も2.4倍相当向上し、連続稼動時間も従来480hが530hになった。その品質結果については、トナーは初期画像、地汚れランク4以上(地肌濃度は0.05以下)、画像濃度1.35以上で、コピー後画像の地汚れランク3.5以上、画像濃度1.3以上であり、比較例に比べ同等レベルであり、問題はなかった。(粒度分布については表2を参照。)
【0022】
実施例4
上記組成の混合物を溶融混練、冷却し、構成例4の機械式粉砕機によって表1の条件により処理した。そのときの平均粒子径7.5μmの狙いに対し、フィード量は8.5kg/hであった。また、チタンライニング処理によって、従来の摩耗耐久性も2.5倍相当向上し、連続稼動時間も従来480hが530hになった。その品質結果については、トナーは初期画像、地汚れランク4以上(地肌濃度は0.05以下)、画像濃度1.35以上で、コピー後画像の地汚れランク3.5以上、画像濃度1.3以上であり、比較例に比べ同等レベルであり、問題はなかった。(粒度分布については表2を参照。)
【0023】
実施例5
上記組成の混合物を溶融混練、冷却し、構成例5の機械式粉砕機によって表1の条件により処理した。そのときの平均粒子径7.5μmの狙いに対し、フィード量は9.8kg/hであった。また、連続稼動時間も従来480hが760hになった。その品質結果については、トナーは初期画像、地汚れランク4以上(地肌濃度は0.05以下)、画像濃度1.35以上で、コピー後画像の地汚れランク3.5以上、画像濃度1.3以上であり、比較例に比べ同等レベルであり、問題はなかった。(粒度分布については表2を参照。)
【0024】
【表1】
【0025】
【表2】
【0026】
【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、本発明の微粉砕機は、回転子と固定子の凹部に高速で且つ安定した大きな渦を発生させるものであるため、粉砕能力が向上し、粗粉含有率を低下させて製品の粒度分布を狭くすることができ、長期にわたる運転に耐え、得られたトナーは地よごれのない高画質の画像を形成するという極めて優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の請求項1に記載の微粉砕機を示したものである。
【図2】図1の破砕周面の凹凸溝を示したものである。
【図3】本発明の請求項2に記載の微粉砕機を示したものである。
【図4】本発明の請求項5に記載の微粉砕機を示したものである。
【図5】従来の微粉砕機の1例を示したものである。
【図6】図5の破砕周面の凹凸溝を示したものである。
【符号の説明】
2 ケーシング
3 回転軸
4 回転子
5 固定子
6 隙間
7 回転子の破砕周面の凹部
8 回転子の破砕周面の凸部
8a 回転子の破砕周面の凸部の頂面
9 固定子の破砕周面の凹部
9a 固定子の破砕周面の一方の壁面
9b 固定子の破砕周面の他方の壁面
10 固定子の破砕周面の凸部
10a 固定子の破砕周面の凸部の頂面
11 製品排出口
12 供給口
13 撹拌羽根
14 撹拌羽根
21 基台
22 ケーシング
23 回転子
24 回転軸
25 モータ
26 供給口
27 製品排出口
28 固定子
29 隙間
30 回転子の破砕周面の凹部
30a 回転子の破砕周面の凹部の深部の壁
30b 回転子の破砕周面の凹部の一方の壁
30c 回転子の破砕周面の凹部の他方の壁
31 回転子の破砕周面の凸部
31a 回転子の破砕周面の凸部の頂面
40 固定子の破砕周面の凹部
40a 固定子の破砕周面の凹部の深部の壁
40b 固定子の破砕周面の凹部の一方の壁
40c 固定子の破砕周面の凹部の他方の壁
41 固定子の破砕周面の凸部
41a 固定子の破砕周面の凸部の頂面
51 粉体導入口
71 冷却用ジャケット
Claims (5)
- 回転軸に支持され、外側表面に母線と平行な多数の凹部を周方向に連続させた回転子と、微少な間隔を有して該回転子の外側に位置し内側表面に母線と平行な多数の凹部を周方向に連続させた固定子との間で被粉砕物を微粉砕する微粉砕機において、
前記回転子の前記凹部の断面形状は、回転方向の進み側の直線(30c)と遅れ側の直線(30b)とその間の半円形(30a)からなり、前記進み側の直線(30c)は前記遅れ側の直線(30b)より長く、前記進み側の直線(30c)と回転子の接線は角度(θ 3 )=30〜80度で交差し、前記遅れ側の直線(30b)と回転子の接線は角度(θ 2 )=30〜80度で交差し、前記(θ 3 )と前記(θ 2 )は、(θ 3 )≧(θ 2 )の関係を有し、
前記固定子の前記凹部の断面形状は、回転方向の進み側の直線(40c)と遅れ側の直線(40b)とその間の半円形(40a)からなり、前記進み側の直線(40c)は前記遅れ側の直線(40b)より短く、前記進み側の直線(40c)と回転子の接線は角度θ 5 =30〜80度で交差し、前記遅れ側の直線(40b)と回転子の接線は角度θ 4 =30〜80度で交差し、前記θ 5 と前記θ 4 は、θ 5 ≧θ 4 の関係を有し、
前記回転子のスラスト方向長さ(L)を、入口部(L1)(被粉砕物投入側)と出口部(L2)(粉砕物排出側)に分割したとき、前記出口部(L2)回転子直径は、前記入口部(L1)回転子直径に対し、75〜90%であることを特徴とする微粉砕機。 - 前記回転子の出口部(L2)に対面する固定子側(ケーシング部)に粉体導入口を設けたことを特徴とする請求項1に記載の微粉砕機。
- チタンによるライニング処理を施した回転子を用いることを特徴とする請求項1に記載の微粉砕機。
- チタンによるライニング処理を施した固定子を用いることを特徴とする請求項1に記載の微粉砕機。
- 前記固定子外周部のケーシングに冷却用ジャケットを設けたことを特徴とする請求項1に記載の微粉砕機。
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