KR20110033810A - 분체의 제조 방법 및 유동층식 분쇄 장치 - Google Patents

Abstract

분체의 제조 방법은, 분체 재료 공급구로부터 유동층 용기에 분체 재료를 공급하는 분체 재료 공급 단계; 상기 유동층 용기 내에 배치된 복수의 유체 분사 노즐 각각으로부터 유체를 서로 충돌하도록 분출시켜, 상기 유동층 용기 내의 상기 분체 재료를 유동화시키고 분쇄하는 분체 재료 유동화 및 분쇄 단계; 상기 유동층 용기의 상부에 배치된 원심식 분급 로터를 이용하여 분체를 분급하는 분체 분급 단계; 상기 원심식 분급 로터에 의해 유도됨으로써, 분급된 분체를 배출구로부터 배출하는 분체 배출 단계를 포함하고, 상기 원심식 분급 로터는, 상기 유동층 용기 내의 분체 재료의 유동 개시로부터 미리 결정된 시간 동안 제1 회전 속도로 회전되고, 상기 미리 결정된 시간이 경과한 이후에는 제2 회전 속도로 회전되고, 상기 원심식 분급 로터는 상기 제1 회전 속도가 상기 제2 회전 속도보다 더 높게 되도록 제어된다.

Description

분체의 제조 방법 및 유동층식 분쇄 장치{METHOD FOR PRODUCING POWDER AND FLUIDIZED BED PULVERIZING APPARATUS}

본 발명은 분체의 제조 방법 및 유동층식 분쇄 장치에 관한 것이다.

전자 사진식의 화상 형성 장치에 사용되는 토너는, 마이크론 정도의 비교적 균일한 입자 크기를 가지는 미세 입자들로 형성된다. 이러한 마이크론 정도의 미세 입자(분체)를 제조하는 장치로서, 유동층식 분쇄 장치(또한, 기류식 분쇄 장치라고도 지칭됨)가 알려져 있다. 유동층식 분쇄 장치는, 분체 재료를 서로 충돌시킴으로써 분체 재료를 분쇄하는 분쇄실(유동층 용기), 분쇄실에 유체를 분사하여 분체 재료를 유체에 권입(卷入)시키고, 내부에 권입된 분체 재료가 또한 서로 충돌하도록 서로 충돌시킨 후, 분체 재료가 추가적으로 충돌 및 분쇄되는 유동층을 형성하는 복수의 유체 분사 노즐, 및 미세하게 분쇄된 분체를 분급하고 분쇄실의 상부에 제공되는 원심식 분급 로터로 이루어진다. 대표적인 유동층식 분쇄 장치에 있어서, 분쇄실 내에 공급된 분체 재료는, 복수의 분쇄 노즐로부터 각각 서로 충돌하도록 분사된 기류에 권입되고, 기류와 함께 분체 재료가 서로 충돌하여 분쇄된다. 기류는, 분쇄실 내의 분체 재료를 전부 유동화시켜, 분체 재료 사이의 충돌에 의해 야기된 분쇄를 촉진시킨다. 분쇄되어 유동화된 분체 재료의 일부는, 분쇄실의 상부에 설치된 회전 로터 부근의 영역으로 안내되며, 각각 어떤 입자 크기 이하를 가지는 분체 재료의 입자들은, 유체 흐름에 따라서 로터 내부로 안내된 후, 최종 제품으로서의 분체(이하, 제품 분체로 지칭됨)가 배출구로부터 추출된다. 각각 어떤 입자 크기 이상을 가지는 분체의 입자들은 회전하는 로터의 원심 분리 작용에 의해 로터의 외주부로 복귀되고, 다시 분쇄실로 복귀된 후, 그 안에서 분쇄된다.

도 1은 종래의 유동층식 분쇄 장치의 단면도를 나타낸다. 도 1을 참조하여, 종래의 유동층식 분쇄 장치의 구조 및 분체의 제조 방법을 이하에서 설명한다. 도 1에서, 도면 부호 1은 분체 재료가 공급되는 분체 재료 공급구를 나타내며, 도면 부호 2는 분쇄된 분체를 배출 공기와 함께 제품으로서 배출하는 배출구를 나타내며, 도면 부호 3은 분쇄된 분체를 분급하는 원심식 분급 로터를 나타내며, 도면 부호 4는 유동층 용기 내의 분쇄실을 나타내며, 도면 부호 5는 분쇄실(4) 내부에 분사구가 배치되어, 서로 대향하여 유체를 분사하는 유체 분사 노즐, 도면 부호 6은 원심식 분급 로터(3)를 구동하는 모터를 나타낸다. 유동층식 분쇄 장치 본체 전체의 외관은 실질적으로 원통형의 하우징이다.

도 1에 도시된 유동층식 분쇄 장치의 동작은 다음과 같다. 먼저, 장치의 동작 이전에, 분쇄실(4) 내부에, 소정량의 분체 재료를 투입한다. 다음에, 서로 대향하는 2개의 유체 분사 노즐(5) 각각으로부터 압축공기를 분사하고, 2개의 유체 분사 노즐(5) 각각으로부터 분사된 공기는, 분사 기류를 형성한다. 상기 분사 기류는 분쇄실(4) 내에 존재하는 분체 재료를 권입하여 분체 재료를 반송한다. 분체 재료를 권입하는 2개의 분사 기류는, 분쇄실(4)의 중심 부근에서 서로 충돌하여, 분쇄실(4) 내의 상하좌우 방향으로 기류를 형성한다. 이 기류가 분쇄실(4) 내의 분체 재료를 더욱 권입하여, 분쇄실(4) 내에 분체 재료의 유동층을 형성한다. 한편, 분사 기류에 권입된 분체 재료는, 복수의 분사 기류의 충돌에 따라 서로 충돌하여 분쇄된다. 또한, 유동층 내에서도, 분체 재료의 충돌 및 분쇄가 반복된다.

분쇄실(4) 내의 공기는, 분쇄실(4)의 상부에 위치된 원심식 분급 로터(3)의 외주부에서, 원심식 분급 로터(3)에 제공된 로터들 사이의 간극을 통과하여, 원심식 분급 로터(3)에 연결된 배출구(2)로 안내된 후, 배출구(2)로부터 외부로 배출된다. 유동층을 형성하고 있는 분체 재료는, 배출 공기와 함께 분쇄실(4) 내부의 상부로 상승하여, 원심식 분급 로터(3)의 외주부 부근에서 로터들 사이의 간극으로 진입한다. 원심식 분급 로터(3)는 어떤 회전 속도로 회전하고, 기류와 함께 로터들 사이의 간극에 도달한 분체 재료 중에서, 각각 어떤 입자 크기 이상을 가지는 분체 재료를 원심력에 의해 원심식 분급 로터(3)의 외부로 비산시킨다. 각각 어떤 입자 크기 보다 작은 입자 크기를 가진 분체 재료의 입자들은, 기류와 함께 원심식 분급 로터(3)로부터 배출구(2)로 안내된 후, 외부로 배출된다. 각각 어떤 입자 크기 이상을 가지는 분체 재료의 입자들은 원심식 분급 로터(3)의 외부로 비산되고, 분쇄실(4) 내에 낙하된 후, 다시 유동층 내에서 분쇄된다.

분체 재료 공급구(1)로부터, 배출구(2)로부터 배출된 분체량에 대응하는 량의 분체 재료가 분쇄실(4)로 공급되고, 분쇄실(4) 내의 분체 재료의 량이 일정하게 유지된다. 따라서, 이 유동층식 분쇄 장치에서는, 각각 원하는 입자 크기를 가지는 분체 재료의 입자들을 연속적으로 제조할 수 있다. 한편, 배출구(2)로부터 배출되는 분체 재료의 입자들의 입자 크기는, 원심식 분급 로터(3)의 회전 속도를 조정함으로써 제어될 수 있다. 분체 재료의 분쇄 속도, 즉 분쇄된 분체 재료의 생산 속도는, 유체 분사 노즐(5)로부터 분사되는 기류의 속도 및 유량을 조정함으로써 제어될 수 있다.

유동층식 분쇄 장치에서, 분체 재료는, 각각 원하는 입자 크기를 가지는 제품 분체의 입자들을 얻기 위하여, 분쇄실에서 반복적으로 분쇄된다. 이 경우에, 제품 분체의 생산 속도를 증가시키고자 하면, 유체 분사 노즐(5)로부터 분사되는 기류량을 증가시켜 분체 재료의 분쇄 효율을 증대시킬 필요가 있다. 그러나, 유체 분사 노즐(5)로부터 분사되는 기류량을 증가시키는 경우에, 배기 공기량도 증가하여, 원심식 분급 로터(3)의 분급 효율을 감소시킨다. 그 결과, 제품 분체의 평균 입자 크기가 커지게 되거나 또는 각각 큰 입자 크기를 가지는 분체 재료의 입자들은 제품 분체에 쉽게 혼합될 수도 있다. 제품 분체의 입자들의 평균 입자 크기는 원심식 분급 로터(3)의 회전 속도를 조정함으로써 어느 정도 제어될 수 있다. 그러나, 분체 재료의 큰 사이즈의 입자들이 제품 분체에 혼합되는 것을 방지하는 것은 용이하지 않다. 따라서, 분체 재료의 큰 사이즈의 입자들이 제품 분체에 혼합되는 문제점에 대한 대책으로서, 분쇄실(4)의 상부에 배플판을 제공하는 방법이 알려져 있는데, 이에 의해 거친 입자들이 제품 분체에 혼합되는 것이 방지된다. 그러나, 이 방법은 분쇄 효율을 감소시키고, 대체로 생산 속도의 저하를 야기할 수도 있다.

또한, 유동층식 분쇄 장치의 분쇄 효율의 향상, 제품 분체의 입자 크기의 조정, 및 제품 품질의 안정화를 위하여, 유동층식 분쇄 장치(또한,“기류식 분쇄 장치”라고도 지칭됨)가 제안되어 있다.

예를 들어, 일본 특허 공고 평7-4557호 공보에는, 비교적 큰 입자 크기를 가지는 분쇄 매체를 사용하여 분체 재료의 분쇄 효율을 향상시키는 기류 분쇄 방법이 개시되어 있다.

일본 특허 공개 제2002-126560호 공보에는, 분쇄실의 내부 압력을 부압으로 조정하거나 또는 분쇄실 내의 온도를 상승시킴으로써 분쇄 효율을 향상하는 기류식 분쇄기가 개시되어 있다.

일본 특허 제4025179호에는, 분출된 기류에 의해 충돌한 분체 재료에 대한 이차 충돌 수단을 설치하여, 분체 재료들 사이의 충돌 가능성을 증가시켜 분쇄 효율을 향상시키는 기류식 분쇄기가 개시되어 있다.

일본 특허 제4291685호에는, 분사 노즐로부터 분사되는 압축 공기를 가열하여 분체 재료의 분쇄 효율을 향상시키고, 제품 분체의 입자 크기를 최적화하는 기류식 분쇄기가 개시되어 있다.

일본 특허 공개 제2006-297305호 공보에는, 분쇄실의 내벽, 특히 분사 노즐 주위에 공간 폐색 부재를 설치하여, 유동층의 형성 동안에 유동층 내의 데드 스페이스(dead space)를 감소시켜, 분쇄 효율을 증대시키는 기류식 분쇄기가 개시되어 있다.

일본 특허 제2503826호에는, 분쇄실에서 최종 분체를 배출하기 위한 통로로 직접 인도하는 바이패스를 설치하여, 제품 분체의 입자 크기 분포를 제어하는 기류식 분쇄법이 개시되어 있다.

일본 특허 공개 평5-146704호 공보에는, 분급기의 분급 로터 구동용 모터의 부하 전류값을 미리 결정된 시간의 적산값로서 산출하고, 이 값에 기초하여 분체 재료의 공급량을 조정하여, 제품 분체의 입자 크기를 안정화시키는 기류식 분쇄법이 개시되어 있다.

일본 특허 제3995335호에는, 기류식 분쇄기의 분쇄실 내의 유동 분체 재료의 농도와 분쇄실 하부에 퇴적된 분체 재료의 량을 측정하여, 상기 농도 및 량에 따라서 퇴적된 분체 재료의 추출 및 분체의 원료 공급을 제어하는 방식으로, 제품 분체의 품질을 제어하는 기류식 분쇄기가 개시되어 있다.

전술한 유동층식 분쇄 장치(기류식 분쇄 장치) 또는 유동층식 분쇄 방법을 이용하여, 분쇄 효율의 향상, 제품 품질의 조정, 제품 품질 안정화를 위한 어떤 효과를 얻는다. 그러나, 유동층식 분쇄 장치(기류식 분쇄 장치) 및 유동층식 분쇄 방법 중 어느 것이나, 정상 동작 동안에만 분쇄 효율의 향상 그리고 제품 품질의 조정 및 안정화시키기 위한 것이다. 따라서, 유동층식 분쇄 장치의 개시 동작 동안에서의 제품 품질의 조정 및 품질의 안정화에 관한 문제점이 여전히 남아있다.

유동층식 분쇄 장치의 동작 개시시에는, 분체 재료가 모두 비분쇄 상태에 있다. 분사 노즐로부터 공기가 분사되는 경우, 분사 노즐부터 분사된 공기에 의해 분쇄실에 존재하는 분체 재료가 위로 선회되고, 그 분체 재료가 충돌하기 시작하여 유동층을 형성한다. 상기 유동층의 초기 형성 동안의 비정상 상태에서, 각각 어떤 입자 크기 이하를 가지는 분체 재료의 분쇄 입자들의 존재 비율은 작을 뿐만 아니라 분쇄실의 상부에 제공되는 원심식 분급 로터에 도입되는 각각 큰 입자 크기를 가지는 분체 재료의 미분쇄 입자들의 비율도 높아진다. 이러한 비정상 동작 상태에서, 원심식 분급 로터로부터 배출 공기와 함께 배출구로부터 배출되는 제품 분체의 입자 크기가 커지는 경향이 있다. 따라서, 장치의 초기 동작 동안에, 제품 분체의 품질은 안정되지 않는다. 제품 분체의 품질을 강조하는 경우에, 유동층식 분쇄 장치의 개시 동작 동안에는 제품 분체의 품질이 최종적으로 안정되기까지, 어떤 시간 동안에 배출된 제품 분체를 오프 스펙 제품으로서 폐기 또는 재활용하였다. 많은 수의 제품 로트를 생산하도록 예상되는 유동층식 분쇄 장치에서는, 제품 로트를 변경하기 위하여 동작이 재개시될 때 마다, 오프 스펙 제품이 형성되어, 생산 효율의 현저한 저하를 야기한다.

본 발명의 목적은 장치의 초기 동작 동안에 분쇄된 제품 분체의 품질을 안정화시켜, 생산 효율을 향상시킬 수 있는 분체의 제조 방법 및 유동층식 분쇄장치를 제공하는 것이다.

상기 문제점들을 해결하기 위한 수단은, 이하와 같다.

<1> 분체의 제조 방법은, 분체 재료 공급구로부터 유동층 용기에 분체 재료를 공급하는 분체 재료 공급 단계; 상기 유동층 용기 내에 배치된 복수의 유체 분사 노즐 각각으로부터 유체를 서로 충돌하도록 분출시켜, 상기 유동층 용기 내의 상기 분체 재료를 유동화시키고 분쇄하는 분체 재료 유동화 및 분쇄 단계; 상기 유동층 용기의 상부에 배치된 원심식 분급 로터(centrifugal classification rotor)를 이용하여 분체를 분급하는 분체 분급 단계; 상기 원심식 분급 로터에 의해 유도됨으로써, 분급된 분체를 배출구로부터 배출하는 분체 배출 단계를 포함하고, 상기 원심식 분급 로터는, 상기 유동층 용기 내의 분체 재료의 유동 개시로부터 미리 결정된 시간 동안 제1 회전 속도로 회전되고, 상기 미리 결정된 시간이 경과한 이후에는 제2 회전 속도로 회전되고, 상기 원심식 분급 로터는 상기 제1 회전 속도가 상기 제2 회전 속도보다 더 높게 되도록 제어된다.

<2> 상기 분체 재료 유동화 및 분쇄 단계는, 상기 유동층 용기의 내부 압력을 부압으로 제어하는 단계를 더 포함하는 <1>에 기재된 분체의 제조 방법.

<3> 상기 분체 재료 유동화 및 분쇄 단계는, 상기 유동층 용기 내부의 온도를 제어하는 단계를 더 포함하는 <1>에 기재된 분체의 제조 방법.

<4> 상기 분체 재료 유동화 및 분쇄 단계는, 상기 유체 분사 노즐부터 분사된 유체의 분출 압력을 제어하는 단계를 더 포함하는 <1>에 기재된 분체의 제조 방법.

<5> 상기 제1 회전 속도로 상기 원심식 분급 로터를 회전시키기 위한 상기 분체 재료의 유동 개시로부터의 미리 결정된 시간을 제어하는 <1>에 기재된 분체의 제조 방법.

<6> 상기 미리 결정된 시간은 10초 내지 170초인 것인 <1>에 기재된 분체의 제조 방법.

<7> 상기 분체 재료 공급 단계, 상기 분체 재료 유동화 및 분쇄 단계, 상기 분체 분급 단계, 상기 분체 배출 단계는 자동 제어에 의해 수행되는 것인 <1>에 기재된 분체의 제조 방법.

<8> 상기 분체는 토너인 것인 <1>에 기재된 분체의 제조 방법.

<9> 상기 유체는 공기, 질소, 이산화탄소, 헬륨, 및 아르곤 또는 이들 가스 중 2 개 이상의 혼합물로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 하나인 것인 <1>에 기재된 분체의 제조방법.

<10> 유동층식 분쇄 장치는, 분체 재료가 유동되는 유동층 용기; 상기 유동층 용기에 배치되며, 상기 유동층 용기에 상기 분체 재료를 연속적으로 도입하도록 구성되는 분체 재료 공급구; 상기 유동층 용기에 배치되며, 서로 충돌하도록 유체를 분출하도록 각각 구성되는 복수의 유체 분사 노즐; 상기 유동층 용기의 상부에 배치되며 분체를 분급하도록 구성되는 원심식 분급 로터; 상기 원심식 분급 로터에 의해 분급되는 분체를 연속적으로 배출하는 배출구; 및 상기 유동층 용기의 분체 재료의 유동 개시로부터 미리 결정된 시간 동안의 제1 회전 속도가 상기 미리 결정된 시간이 경과된 이후의 제2 회전 속도보다 더 높게 되도록, 상기 원심식 분급 로터를 제어하도록 구성되는 회전 제어부를 포함한다.

<11> 상기 유동층 용기의 내부 압력을 부압으로 제어하도록 구성되는 압력 제어 장치를 더 포함하는 <10>에 기재된 유동층식 분쇄 장치.

<12> 상기 유동층 용기 내부의 온도를 제어하도록 구성되는 온도 제어 장치를 더 포함하는 <10>에 기재된 유동층식 분쇄 장치.

<13> 상기 유체 분사 노즐로부터 분출되는 유체의 분출 압력을 제어하도록 구성되는 분출 압력 제어부를 더 포함하는 <10>에 기재된 유동층식 분쇄 장치.

본 발명의 유동층식 분쇄 장치는, 종래의 유동층식 분쇄장치와 유사하게, 내부에서 분체 재료를 서로 충돌시킴으로서 분체 재료를 분쇄하는 유동층 용기를 포함한다. 유동층 용기는, 유동층 용기에 분체 재료를 공급하는 분체 재료 공급구, 및 유동층 용기에서 분사되는 유체가 서로 충돌하도록 배치된 복수의 유체 분사 노즐을 가진다. 통상, 유동층 용기(“분쇄실”으로도 지칭됨)는, 유동층식 분쇄 장치의 본체의 주요 부분을 구성하여, 실질적으로 수직 원통형 형상을 가지는 것이 바람직하다.

본 발명은 장치의 개시 동작 동안에 분쇄된 제품 분체의 품질을 안정화시켜, 생산 효율을 향상시킬 수 있는 분체 제조 방법 및 유동층식 분쇄 장치를 제공할 수 있다.

도 1은 종래의 유동층식 분쇄 장치의 일례에 대한 개략 단면도.
도 2는 본 발명의 유동층식 분쇄 장치의 일례에 대한 개략 단면도.

본 발명의 분체 제조 방법은, 분체 공급구로부터 유동층 용기에 분체 재료를 공급하는 분체 재료 공급 단계; 상기 유동층 용기 내에 배치된 복수의 유체 분사 노즐 각각으로부터 유체를 서로 충돌하도록 분출시켜, 상기 유동층 용기 내의 분체 재료를 유동화시키고 분쇄하는 분체 재료 유동화 및 분쇄 단계; 상기 유동층 용기의 상부에 배치된 원심식 분급 로터를 이용하여 분체를 분급하는 분체 분급 단계; 상기 원심식 분급 로터에 의해 유도됨으로써, 분급된 분체를 배출구로부터 배출하는 분체 배출 단계를 포함하며, 필요에 따라서 다른 단계들을 더 포함한다.

본 발명의 분체 제조 방법에 있어서, 상기 원심식 분급 로터는, 상기 유동층 용기 내의 분체 재료의 유동 개시로부터 미리 결정된 시간 동안 제1 회전 속도로 회전되고, 상기 미리 결정된 시간이 경과된 이후에는 제2 회전 속도로 회전되고, 상기 원심식 분급 로터는 상기 제1 회전 속도가 상기 제2 회전 속도보다 더 높게 되도록 제어된다.

유동층식 분쇄장치는, 분체 재료가 유동되는 유동층 용기; 상기 유동층 용기에 배치되며, 상기 유동층 용기에 분체 재료를 연속적으로 도입하도록 구성되는 분체 공급구; 상기 유동층 용기에 배치되어 서로 충돌하도록 유체를 분출하도록 각각 구성되는 복수의 유체 분사 노즐; 상기 유동층 용기의 상부에 배치되어 분체를 분급하도록 구성되는 원심식 분급 로터; 상기 원심식 분급 로터에 의해 분급된 분체를 연속적으로 배출하는 배출구; 및 상기 유동층 용기 내의 분체 재료의 유동 개시로부터 미리 결정된 시간 동안의 제1 회전 속도는, 미리 결정된 시간이 경과된 이후의 제2 회전 속도보다 더 높게 되도록 상기 원심식 분급 로터를 제어하도록 구성되는 회전 제어부를 포함하며, 필요에 따라서 다른 부재들을 더 포함한다.

이하, 본 발명의 분체의 제조 방법 및 유동층식 분쇄 장치를 상세히 설명한다.

도 2에 도시하는 유동층식 분쇄 장치의 단면도를 참조하여, 유동층식 분쇄 장치 및 분체 제조 방법을 상세히 설명한다.

유체 분사 노즐(5)은 실질적으로 원통형 유동층 용기[분쇄실(4)]의 비교적 하부에 배치되어, 실질적으로 원통형 유동층 용기(4)의 중심축을 향하여 측면부로부터 유체를 분사한다. 유체 분사 노즐(5)의 수는, 2개 이상이며, 3개 이상일 수도 있고, 상기 유체 분사 노즐(5) 각각은, 분사되는 유체가 서로 충돌하도록 배치되어 있다. 상기 유체 분사 노즐(5) 각각으로부터 분사된 유체는, 유동층 용기(4) 내에 투입된 분체 재료를 권입하고, 상기 분체 재료는 분사류 끼리의 충돌에 의해서 서로 충돌한다. 바람직하기로는, 유동층 용기(4) 내의 분체 재료는, 유동층 용기(4) 내에 투입된 분체 재료의 높이가 분사 노즐(5)이 배치되는 위치의 높이 부근 또는 그 높이 까지 도달하게 되는 양으로 사전에 투입된다. 분사류는 충돌에 의해서 그 방향을 변경하여 유동층 용기(4) 내에서 상하 방향으로 흐름을 만든다. 유동층 용기(4) 내의 분체 재료는, 그 분체 재료의 유동화를 개시하도록 유체 흐름에 추가적으로 권입되어 유동층을 형성한다. 이 경우에, 분체 재료가 유동되지 않고 축적되는 데드 스페이스(dead space)를 형성하지 않도록 유동층 용기의 내부 형상, 분사 노즐(5)의 위치, 및 유체의 분사 방향을 고려하는 것이 바람직하다.

분체 재료 공급구(1)는, 유동층 용기(4)의 측면부에 배치될 수 있고, 분체 재료는 분체 재료가 분사 노즐(5)로부터 분사된 유체에 쉽게 권입되는 위치, 예컨대, 도 2에 도시된 바와 같이, 분사 노즐(5)의 개구 바로 위에 배치되는 것이 바람직하다. 분체 재료가 분사 노즐(5)로부터 분사된 유체에 권입되면, 분체 재료의 입자들은 분사된 유체 끼리의 충돌에 따라서 서로 쉽게 충돌하므로, 분체 재료의 분쇄 효율을 향상시킨다.

유동층 용기(4)의 상부에는 원심식 분급 로터(3)가 제공된다. 원심식 분급 로터(3)는, 로터 구동용의 모터(6)와 직접 또는 벨트를 통해 연결되어 있고, 모터(6)에 의해서 회전 구동된다. 원심식 분급 로터(3)에는, 통상, 복수의 로터가 좁은 간격을 두고 병렬로 배열된다. 유동층 용기(4) 내부의 유체는 각 로터의 외주부로부터, 로터 사이의 간극을 통과하여, 원심식 분급 로터(3)에 제공된 배기관을 통하여 배출구(2)로부터 배출된다.

유동층 용기(4) 내에서 유체와 함께에 유동하고 있는 분체 재료 중에서, 미세하게 분쇄된 분체 재료(또한,“분체”로도 지칭됨)는, 유체 흐름에 권입되어 유동층 용기(4)의 상부에 도달된다. 그 후, 미세하게 분쇄된 분체는 유체와 함께 원심식 분급 로터(3)의 각 로터의 외주부로부터, 로터 사이의 간극을 통과하여, 원심식 분급 로터(3)에 제공된 배기관을 통하여 배출구(2)로부터 배출된다. 이 경우, 로터들 각각이 회전될 때, 유체와 함께 로터의 외주부로부터 로터의 중심부로 흐르는 분체의 일부는, 로터의 원심력에 의해서 로터 외주부로 다시 복귀되고, 또한 유동층 용기(4)의 측면부로 비산되고, 유동층 용기(4) 내에 낙하된다. 유체와 함께 흐르는 분체의 또 다른 일부는, 로터의 원심력에 의해서 로터 외주부에 복귀되지 않고, 유체의 흐름에 권입되어, 배기관을 통과하여 배출구(2)로부터 배출된다.

분체의 각 입자의 크기, 로터의 회전 속도, 유체의 흐름 강도(유속)에 주로 의존하여, 분체의 입자들이 로터의 원심력에 의해 로터의 외주부에 복귀되는지, 또는 유체 흐름에 권입되어, 로터의 중심부를 향하여 이동하고 배출구(2)로부터 배출되는지 여부가 결정된다. 분체의 입자들이 클수록, 분체의 입자들은 로터의 원심력에 의해서 로터의 외주부로 복귀된다. 로터의 회전 속도가 더 빨라질수록, 원심력은 더 강하게 된다. 따라서, 각각 비교적 작은 입자 크기를 가진 분체의 입자들은 로터의 외주부로 복귀된다. 유체의 흐름 강도가 커지면, 즉 유속이 높으면, 로터의 중심부를 향하여 분체 재료를 권입하여 반송하는 흐름의 힘이 강하게 되고, 비교적 큰 입자들이 유체와 함께 배출구(2)로부터 배출된다. 원심식 분급 로터(3)는, 이것들의 작용을 이용하여 유체에 부유하고 있는 분체를 분급하여, 각각 원하는 입자 크기 미만을 가지는 분체의 입자들만을 유동층 용기(4)로부터 제품 분체로서 추출하고 있다.

로터의 원심력에 의해서 로터의 외주부에 복귀되고 유동층 용기(4)의 측면부로부터 낙하되는 각각 큰 사이즈를 가지는 분체의 입자들(거친 입자들)은 유동층 용기(4)의 하부에서 다시 유체 분사 노즐(5)로부터 분사되는 분사류에 권입되고 분쇄되어 분체의 미세하게 분쇄된 입자들을 형성한다. 이러한 분쇄 및 분급을 반복함으로써, 최종적으로는, 분체 재료의 모든 입자들은 미세 분쇄되어, 각각 배출구(2)로부터 어떤 입자 크기를 가지는 제품 미세 입자(분체)로서 배출된다.

분체 재료 공급구(1)로부터, 유동층 용기(4)로부터 제품 분체로서 배출된 분체의 양에 대응하는 양으로 분체 재료(원료 분체)를 공급하므로, 유동층식 분쇄 장치는 연속적으로 가동될 수 있다. 그 후, 안정한 품질(입자 크기)을 가지는 제품 분체를 배출구(2)로부터 배출할 수 있다.

본 발명의 유동층식 분쇄 장치는, 장치 전체의 동작을 제어하는 제어 장치(7)를 포함한다. 제어 장치(7)는, 장치의 개시 및 정지, 정상 동작 동안의 원심식 분급 로터(3)에서의 각 로터의 회전 속도 및 분체 재료의 공급량을 제어하는 전체 제어부 그리고 장치의 개시 동작 동안에 유체 분사 노즐(5) 각각으로부터 유체를 분사하여 유동층 용기(4) 내의 분체 재료를 유동시키기 전, 및 직후에 회전 속도를 제어하는 회전 제어부를 포함한다. 본 발명의 유동층식 분쇄 장치는, 이 회전 제어부에 의해서, 유동층 용기(4) 내의 분체 재료가 유동을 시작하는 전후의 원심식 분급 로터(3)의 회전 속도를, 정상 동작 동안의 로터의 회전 속도보다도 더 높게 제어함으로서 제품 분체를 제조한다.

본 발명의 유동층식 분쇄 장치의 동작 개시시에 있어서, 분체 재료는, 유동층 용기(4) 내에 투입된 분체 재료의 높이가, 유체 분사 노즐(5)이 제공되는 위치의 높이 부근 또는 그 높이까지 도달하는 그러한 양으로 투입되고, 우선, 원심식 분급 로터(3)는 정상 동작 동안의 속도보다 더 높은 속도로 회전하도록 제어된다. 그 후, 유체 분사 노즐(5) 각각으로부터 유체를 분사하여 유동층 용기(4) 내의 분체 재료를 유동화시킴과 동시에 분쇄를 개시한다. 상부까지 선회되는 분체 재료를 원심식 분급 로터(3)에 분급하여, 원하는 입자 크기를 가지는 제품 분체를 제조한다. 따라서, 분체 재료가 유체와 함께 원심식 분급 로터(3)에 도입되기 시작되는 경우, 원심식 분급 로터(3)의 회전 속도는 정상 동작 동안에 미리 결정된 회전 속도보다 더 높기 때문에, 큰 사이즈의 입자들(거친 입자들)을 가지는 분체의 입자들을 유동층 용기(4)의 측면부로 복귀시키는 능력을, 정상 동작 동안의 복귀 능력과 비교하여 증가시킨다.

분체 재료를 유동층식 분쇄 장치에 의해 분쇄할 때, 장치의 동작 개시 직후에서는, 유동층 용기(4)에 각각 작은 입자 크기를 가지는 분체의 입자들(미세하게 분쇄된 입자들)의 함유량이 작고, 분체의 입자들의 대부분은 미분쇄된 큰 사이즈의 입자들(거친 입자들)이다. 이들 입자들은 유동층 용기(4)의 상부까지 선회하며, 유체 흐름에 따른 입자들은 원심식 분급 로터(3)의 로터 사이의 간극에 도입된다. 원심식 분급 로터(3)의 원심 분리에 의한 분급은, 로터의 회전 속도에 따라서 분체 재료가 미리 결정된 입자 크기에 기초하여 정밀하게 분리되는 것이 아니라 확률적인 넓이로 분리되는 이러한 방식으로 수행된다. 따라서, 거친 입자들의 일부가 원심식 분급 로터(3)를 통과하여 배출구(2)로부터 배출된다. 종래의 유동층식 분쇄 장치에서, 동작 개시로부터 원심식 분급 로터(3)가 정상 동작 동안의 회전 속도와 동일한 회전 속도로 회전되므로, 동작 개시 직후의 분체 재료의 거친 입자 함유량은 높아진다. 따라서, 배출구(2)로부터 배출된 거친 입자의 함유량은 높아지는 경향이 있다. 이와 반대로, 배출구(2)로부터 배출되는 분체의 미세하게 분쇄된 입자들의 함유량은 작아지는 경향이 있다. 한편, 본 발명의 유동층식 분쇄 장치에서, 장치의 개시 동작 동안에, 원심식 분급 로터(3)의 회전 속도는 장치의 정상 동작 동안의 회전 속도 보다 더 높게 설정된다. 개시 동작 동안의 회전 속도는 정상 동작 동안의 회전 속도보다 더 높게 조정되므로, 큰 사이즈의 입자들(거친 입자들)을 가지는 분체의 입자들은 배출구(2)의 측면부를 통과하여 제품 분체에 혼합되기 어렵게 된다. 따라서, 장치의 동작 개시 직후의 제품 분체의 거친 입자 함유량은, 정상 동작 동안의 거친 입자 함유량과 동일하게 조정될 수 있다.

장치의 작동 개시 전후의 원심식 분급 로터(3)의 회전 속도를 상술된 바와 같이 제어함으로써, 제품 분체의 품질은, 장치의 동작 개시 직후로부터 정상 동작 동안의 제품 분체의 품질과 같이 높게 유지될 수 있다. 따라서, 장치의 동작이 정상 상태로 될 때 까지, 배출된 분체를 오프 스펙(off-specification) 제품으로서 폐기하거나 또는 배출된 분체를 분체 재료로서 재활용할 필요가 없게 된다. 따라서, 제품 분체의 제조 효율이 향상되며, 특히, 여러 가지 타입의 제품을 짧은 시간 동안에 소량으로 제조하는 경우에, 고품질의 제품 분체을 효율적으로 제조할 수 있다.

장치의 동작 개시 후에 장시간 동안 필요 이상으로 원심식 분급 로터(3)의 회전 속도를 높게 유지하는 경우에, 제품 분체의 입자 크기가 과도하게 작게되므로, 이는 제품 분체의 품질 제어의 관점에서 바람직하지 않다. 장치의 개시 동작의 개시로부터 정해진 시간이 경과한 때에, 원심식 분급 로터(3)의 회전 속도를 정상 동작의 회전 속도로 복귀시키는 것이 필요하다. 그 결과, 본 발명의 분체 제조 방법 및 본 발명의 유동층식 분쇄 장치는, 장치의 동작 개시 직후의 정상 동작 시에도 안정된 품질(입자 크기)을 가진 제품 분체를 정밀하게 제조할 수 있다.

전자 사진식의 화상 형성 장치에 사용되는 마이크론 정도의 크기를 가진 분쇄 토너를 제조하는 경우, 장치의 개시 동작 동안의 원심식 분급 로터(3)의 회전 속도는, 정상 동작 동안의 회전 속도보다 더 빠르며, 원심식 분급 로터(3)의 로터의 원주 속도에 관하여, 5 m/s 내지 50 m/s가 바람직하며, 특히 10 m/s 내지 30 m/s 가 바람직하다. 로터의 원주 속도가 5 m/s 미만인 경우, 장치의 개시 동작 동안의 거친 입자들의 분급은 덜 효과적이며, 장치의 개시 동작의 제품 분체의 품질은 충분하지 않게 될 수 있다. 로터의 원주 속도가 정상 동작 동안의 원주 속도 즉 50 m/s 보다 더 빠르게 되면, 각각 작은 입자 크기를 가지는 분체의 입자들이 유동층 용기(4)에 복귀될 가능성이 높아지고, 장치의 개시 동작 동안의 제품 분체의 입자 크기가 과도하게 작아지게 되거나 또는 제품 분체의 제조 효율이 나빠지게 된다. 분쇄 토너를 제조하는 경우, 정상 동작 동안의 로터의 원주 속도는, 많은 경우에 있어서 대략 30 m/s 내지 대략 55 m/s의 범위 내에서 제어된다. 이 경우에, 장치의 동작 개시 이후의 로터의 원주 속도는, 상기 조건에 더하여, 55 m/s 내지 65 m/s의 범위 내에서 제어되는 것이 특히 바람직하다.

제어 장치(7)의 회전 제어부에 의해 원심식 분급 로터(3)의 회전 속도를 높게 제어하는 지속 기간 즉, 장치의 개시 동작의 개시와 정상 동작의 개시 사이의 시간은 대략 30초 내지 대략 180초이며, 바람직하게는 대략 30초 내지 대략 150초이다. 장치의 개시 동작의 개시로부터 원심식 분급 로터(3)의 회전 속도를 높게 제어하는 지속 기간은, 유동층식 분쇄 장치의 유동층 용기(4)의 분체 재료의 입자 크기가 정상 상태로 되기까지의 시간으로 하는 것이 바람직하다. 분쇄 토너가 제조되는 경우, 유동층 용기(4)의 분체 재료의 입자 크기가 정상 상태로 되기까지는 30초 내지 대략 180 초가 소요된다. 장치의 동작 개시로부터의 원심식 분급 로터(3)의 회전 속도를 정상 동작의 개시의 회전 속도로 감소시키는데 요구되는 시간 즉, 통상 대략 10초 내지 대략 20초를 고려하면, 원심식 분류 로터(3)의 회전 속도를 감소시키기 시작하는 시간은, 분체 재료의 유동화의 개시로부터, 특히 유체 분사 노즐 각각으로부터 유체를 분사하고 분체 재료를 유동화시키기 시작한 이후로 대략 10초 내지 대략 170초이다. 회전 속도를 높게 유지하기 위한 시간이 30초보다 더 짧으면, 제품 분체 내의 거친 입자 함유량이 증가되며, 이는 품질 제어의 관점에서 바람직하지 않다. 회전 속도를 높게 유지하기 위한 시간이 180초 보다 더 길면, 제조 효율이 감소될 수 있고, 분체가 장시간 동안 유동층 용기(4) 내에 남아있게 되어, 분체를 과도하게 분쇄하게 된다. 원심식 분급 로터(3)의 분급에 있어서, 제품 분체의 평균 입자 크기 및 입자 크기 분포가 변할 수도 있다.

제어 장치(7)는, 유동층 용기의 내부 압력을 부압으로 제어하는 압력 제어 장치를 포함하는 것이 바람직하다. 압력 제어 장치는, 배출구(2)에 설치한 배기팬(도시하지 않음)의 흡인력을 제어함으로써, 유동층 용기(4)의 내부 압력을 부압으로 제어하는 것이 바람직하다. 제어되는 압력은, 대기압으로부터 0 kPa 내지 -5 kPa, 바람직하게는 -1 kPa 내지 -3 kPa 만큼 차이가 난다. 유동층 용기(4)의 내부 압력을 부압으로 제어함으로써, 유체 분사 노즐(5) 각각으로부터 분사되는 유체의 유속을 증가시켜, 유체에 권입된 분체 재료의 충돌에 의해 야기된 분쇄 효율을 향상시킬 수 있다. 유동층 용기(4)의 내부 압력을 부압으로 제어함으로써, 원심식 분급 로터의 분급 효율이 향상되므로, 분급 후의 분체의 입자 크기 분포가 샤프하게 되는 경우가 있다. 그러나, 유동층 용기(4)의 내부 압력이 -5 kPa보다 낮게 되면, 유체의 질량 유량이 감소하여, 분체 재료의 권입 효율이 나빠지게 된다. 따라서, 제어되는 압력은 대략 0 kPa 내지 대략 -5 kPa인 것이 바람직하다.

제어 장치(7)는, 유동층 용기 내부의 온도를 제어하는 온도 제어 장치를 포함하는 것이 바람직하다. 온도 제어 장치는, 분쇄실(4) 내에 히터를 설치하거나, 또는 유체 분사 노즐(5) 각각으로부터 분사되는 유체의 온도를 제어하고 이 유체를 공급함으로써 유동층 용기인 분쇄실(4) 내부의 온도를 제어하는 것이 바람직하다. 유동층 용기(4) 내부의 온도는, 0℃ 내지 60℃, 바람직하게는 10℃ 내지 40℃이다. 유동층 용기(4) 내부의 온도를 제어함으로써, 유체 분사 노즐(5) 각각으로부터 분사되는 유체에 분체 재료를 권입시키는 효율이 증가되므로, 분체 재료의 입자들 사이의 충돌에 의해 야기되는 분쇄 효율을 향상시킬 수 있다. 그러나, 유동층 용기(4) 내부의 온도가 70℃보다 높게 되면, 토너 같이 수지를 포함하는 분체는, 용융 또는 융착될 수도 있다. 상기 온도는 특히 대략 0℃ 내지 대략 60℃로 적절하게 제어된다.

제어 장치(7)는 유체 분사 노즐 각각으로부터 분사되는 유체의 분출 압력을 제어하는 분출 압력 제어부를 포함하는 것이 바람직하다. 유체 분사 노즐 각각으로부터 분사되는 유체의 분출 압력은, 분사되는 유체의 유량을 제어하는 주요 요인이며, 유체 분사 노즐 각각으로부터 분사되는 유체의 유량을 제어할 수 있다. 분사되는 유체의 유량은, 유동층 용기(4) 내의 분체 재료의 분쇄 효율, 및 원심식 분급 로터(3)에서의 유체의 유속, 즉 원심식 분급 로터(3)의 분급 효율에 영향을 주며, 제품 분체의 생산속도, 및 입자 크기, 입자 크기 분포 등의 품질에도 영향을 준다.

전자 사진식의 화상 형성 장치에 사용되는 마이크론 정도의 입자 크기를 가지는 분쇄 토너를 제조하는 경우에는, 유체 분사 노즐로부터 분사되는 유체의 분출 압력은 0.3 MPa 내지 0.8 MPa로 제어되는 것이 바람직하다. 유체 분사 노즐 각각으로부터 분사되는 유체의 분출 압력이 0.3 MPa 미만인 경우, 분사되는 유체의 속도가 느리고, 분체 재료를 충분히 분쇄하지 못한다. 유체 분사 노즐로부터 분사되는 유체의 분출 압력이 0.8 MPa를 넘으면, 분사되는 유체량이 과도하게 커진다. 따라서, 원심식 분급 로터(3)를 통과하는 유체의 유량이 증가하여, 원심식 분급 로터(3)의 분급 효율이 감소되며, 각각 큰 입자 크기를 가지는 거친 입자들이 제품 분체에 혼합될 수도 있다.

본 발명의 유동층식 분쇄 장치는, 유동층 용기로의 분체 재료의 공급, 상기 원심식 분급 로터의 회전수 제어에 의한 회전, 상기 유체 분사 노즐 각각으로부터의 유체의 분사, 및 상기 원심식 분급 로터에 분급된 분체의 배출 등의, 장치의 동작 개시로부터 장치의 동작 완료까지를 제어하는 제어부를 포함하는 것이 바람직하다. 전술된 일련의 동작들을 자동 제어함으로써, 본 발명의 유동층식 분쇄 장치 및 분체 제조 방법은, 분체 재료로부터 원하는 입자 크기를 가지는 제품 분체를 거의 자동적으로 형성할 수 있다. 또한, 분체의 입자 크기 또는 입자 크기 분포를 측정하기 위한 입자 크기 측정 장치가 제품 분체의 배출구 통로에 배치되어 있는 경우에, 입자 크기 측정 장치에 의해 얻어지는 입자 크기 또는 입자 크기 분포의 데이터를 이용하여, 원심식 분급 로터의 회전 속도 및 유동층 용기로의 분체 재료의 공급량을 제어하는 것이 바람직하다. 입자 크기 측정 장치로서는, 레이저광을 이용한 연속식의 입자 크기 측정 장치가 바람직하다.

본 발명의 유동층식 분쇄 장치 및 분체 제조 방법에 이용되는 분체는, 특별히 제한되지 않고, 의도된 목적에 따라서 적절하게 선택될 수도 있다. 이들의 일례들은 토너, 화장품 원료, 의약품 원료, 식품 원료 및 화학 약품 원료를 포함한다. 이들 중에서, 토너가 특히 바람직하다.

상기 토너로서는, 토너의 제조 방법, 체적 평균 입자 크기 등은 특별히 제한되지 않고, 의도된 목적에 따라서 적절하게 선택될 수도 있다.

분체로서의 토너의 체적 평균 입자 크기는, 3 ㎛ 내지 15 ㎛인 것이 바람직하며, 4 ㎛ 내지 9 ㎛인 것이 보다 바람직하다. 상기 체적 평균 입자 크기가, 3 ㎛ 미만인 경우, 화상 형성 장치 내에서의 토너 반송은 악영향을 받을 수 있다. 체적 평균 입자 크기가 15 ㎛를 넘으면, 형성되는 화상의 화질이 조잡하게 된다.

상기 토너의 체적 평균 입자 크기는, MULTISIZER(Beckman Coulter, Inc. 제조)를 이용하여 측정될 수도 있다.

본 발명의 유동층식 분쇄 장치 및 분체 제조 방법은, 전자 사진식의 화상 형성 장치에 사용되는 마이크론 정도의 입자 크기를 가지는 분쇄 토너를 제조하는 경우에 바람직하게 이용할 수 있다. 최근의 토너는, 평균 입자 크기에 더하여 내부에 함유되는 큰 크기의 입자들에 대한 제한이 엄격하다. 본 발명의 유동층식 분쇄 장치는, 최근의 토너의 이러한 요구를 충족시키는 토너를 제조할 수 있다. 이와 같이 하여 제조된 분쇄 토너를 전자 사진식의 화상 형성 장치에 사용함으로써, 해상력 및 백그라운드 얼룩(smear)이 개선되고, 안정된 품질을 가지는 인쇄물을 제공할 수 있다.

본 발명의 유동층식 분쇄 장치 및 분체 제조 방법에서는, 유체로서 공기, 질소, 이산화탄소, 헬륨, 및 아르곤, 또는 전술된 가스들 중 2 개 이상의 혼합물 중 하나 이상을 사용하는 것이 바람직하다. 공기 이외의 전술된 가스 및 혼합 가스는, 토너와 같은 가연성 분체의 제조에 있어서도, 분진 폭발 또는 발화의 가능성이 없고, 이들 가스는 인체에의 독성이나 분체와의 반응성이 없기 때문에 사용하기 쉽다. 또한, 이들 가스는, 비교적 저렴하고 용이하게 입수될 수 있다. 분진 폭발 또는 발화의 가능성이 없는 경우는, 공기를 이용하는 것이 경제적이다.

실시예

이하, 본 발명의 실시예를 설명하지만, 이는 본 발명을 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.

실시예 1

토너 재료(1)[분체 재료]의 제조

폴리에스테르 수지 70질량%, 스티렌-아크릴 공중합체 10질량%, 카본 블랙 15질량%, 및 왁스(카나우바 왁스 및 라이스 왁스의 혼합물) 5질량%의 혼합물을 익스트루더(extruder)를 이용하여 용융 혼련한 후, 냉각 고화시킨다. 고화된 혼합물을 햄머밀로 조잡하게 분쇄하여 토너 재료(1)[분체 재료]를 준비하였다. 토너 재료(1)는 20 ㎛의 중량 평균 입자 크기를 가졌다.

유동층식 분쇄 장치를 이용한 분체의 제조

도 2에 도시된 유동층식 분쇄 장치의 유동측 용기(4)에, 제조한 토너 재료(1)를 30 kg 투입하고, 원심식 분급 로터(3)가 60 m/s의 원주 속도로 회전되도록 제어 장치(7)에 의해 모터(6)의 회전 속도를 조정하였다. 2개의 유체 분사 노즐(5)로부터, 각각 0.6 Mpa의 분사 압력으로 실온(대략 20℃)의 압축 공기를 분사하였다. 유체 분사 노즐(5) 각각으로부터 압축 공기를 분사하고 15초 후에, 제어 장치(7)에 의해 모터(6)의 회전 속도를 감소시키기 시작하여, 그 후 원심식 분급 로터(3)를 45 m/s의 원주 속도로 회전되도록 제어하고, 유동층식 분쇄 장치를 연속적으로 동작시켰다. 유동층 용기에는 토너 재료(1)를, 제품 토너(제품 분체)의 평균 배출량에 대응하여, 눈 대중으로 0.75 kg/min로 공급하였다.

유동층식 분쇄 장치를 1시간 동안 동작시킨 후에, 45 kg의 제품 토너를 얻었다. 토너의 입자 크기를 Beckman Coulter, Inc에 의해 제조된 MULTISIZER를 이용하여 측정하였다. 제품 토너의 입자 크기 분포는 이하와 같으며, 즉 중량 평균 입자 크기는 6.5 ㎛이며, 미세 입자(입자 직경: 4 ㎛ 이하) 함유율은 45 개수 평균%이며, 거친 입자(입자 직경: 16 ㎛ 이상) 함유율은 중량 평균에 기초한 0.5 체적% 였다.

실시예 2

실시예 1의 것과 동일한 유동층식 분쇄 장치 및 분체 재료[토너 재료(1)]를 이용하여, 유동층식 분쇄 장치의 유동층 용기(4)에 분체 재료 30 kg를 투입한 후, 원심식 분급 로터(3)가 60 m/s의 원주 속도로 회전되도록 제어 장치(7)에 의해 조정된다. 2개의 유체 분사 노즐(5)로부터, 각각 0.6 Mpa의 분사 압력으로 실온(대략 20℃)의 압축 공기를 분사하였다. 유체 분사 노즐(5) 각각으로부터 압축 공기를 분사하고 120초 후에, 제어 장치(7)에 의해 모터(6)의 회전 속도를 감소시키기 시작한 후, 원심식 분급 로터(3)가 45 m/s의 원주 속도로 회전되도록 모터(6)의 회전 속도를 제어하고, 유동층식 분쇄 장치를 연속적으로 동작시켰다. 유동층 용기에는 제품 토너(제품 분체)의 평균 배출량에 대응하여, 눈 대중으로 0.75 kg/min로 토너 재료(1)를 공급하였다.

유동층식 분쇄 장치를 1시간 동안 동작시킨 후에, 45 kg의 제품 토너를 얻었다. 상기 토너의 입자 크기를 Beckman Coulter, Inc에 의해 제조된 MULTISIZER를 이용하여 측정하였다. 제품 토너의 입자 크기 분포는 이하와 같으며, 즉 중량 평균 입자 크기는 6.5 ㎛이며, 미세 입자(입자 직경: 4 ㎛ 이하) 함유율은 43 개수 평균%이며, 거친 입자(입자 직경: 16 ㎛ 이상) 함유율은 중량 평균에 기초하여 0.5 체적% 였다.

실시예 3

실시예 1의 것과 동일한 유동층식 분쇄 장치 및 분체 재료[토너 재료(1)]를 이용하여, 유동층식 분쇄 장치의 유동층 용기(4)에 분체 재료 30 kg를 투입한 후, 원심식 분급 로터(3)가 60 m/s의 원주 속도로 회전되도록 제어 장치(7)에 의해 모터의 회전 속도를 조정하였다. 배출구(2)의 측면으로부터 유동층 용기(4) 내의 공기를 흡인하도록, 배출구(3)의 측면에 흡인팬을 설치한다. 제어 장치(7)를 이용하여 흡인팬의 흡인력을 조정함으로써, 유동층 용기(4) 내의 압력을 -3 kPa로 제어하는 동안에, 2개의 유체 분사 노즐(5)로부터, 각각 0.6 Mpa의 분사 압력으로 대략 30℃의 압축 공기를 분사하였다. 유체 분사 노즐(5) 각각으로부터 압축 공기를 분사하고 120초 후에, 제어 장치(7)에 의해 모터(6)의 회전 속도를 감소시키기 시작한 후, 원심식 분급 로터(3)가 45 m/s의 원주 속도로 회전되도록 모터(6)의 회전 속도를 제어하고, 유동층식 분쇄 장치를 연속적으로 동작시켰다. 유동층 용기에는 제품 토너(제품 분체)의 평균 배출량에 대응하여 눈 대중으로 0.80 kg/min으로 토너 재료(1)를 공급하였다.

유동층식 분쇄 장치를 1시간 동안 동작시킨 후에, 48 kg의 제품 토너를 얻었다. 상기 토너의 입자 크기를 Beckman Coulter, Inc.에 의해 제조된 MULTISIZER에 의해 측정하였다. 제품 토너의 입자 크기 분포는 이하와 같으며, 즉 중량 평균 입자 크기는 6.5 ㎛이며, 미세 입자(입자 직경: 4 ㎛ 이하) 함유율은 43 개수 평균%이며, 거친 입자(입자 직경: 16 ㎛ 이상) 함유율은 중량 평균에 기초하여 0.5 체적% 였다.

비교예 1

실시예 1의 것과 동일한 유동층식 분쇄 장치 및 분체 재료[토너 재료(1)]를 이용하여, 유동층식 분쇄 장치의 유동층 용기(4)에 30 kg의 분체 재료를 투입한 후, 원심식 분급 로터(3)가 45 m/s의 원주 속도로 회전되도록 제어 장치(7)에 의해 조정된다. 배출구(3)의 측면에는, 배출구(2)의 측면으로부터 유동층 용기(4) 내의 공기를 흡인하도록, 흡인팬을 설치하였다. 제어 장치(7)를 이용하여 흡인팬의 흡인력을 조정함으로써, 유동층 용기(4) 내의 압력을 -3 kPa로 제어하는 동안에, 2개의 유체 분사 노즐(5)로부터, 각각 0.6 Mpa의 분사 압력으로 실온(대략 20℃)의 압축 공기를 분사하였다. 원심식 분류 로터(3)의 원주 속도가 45 m/s로 유지되는 동안에 유동층식 분쇄 장치는 연속적으로 동작되었다. 유동층 용기에는 실시예 1에서와 동일한 방식으로, 눈 대중으로 0.75 kg/min으로 토너 재료(1)를 공급하였다.

유동층식 분쇄 장치를 1시간 동안 동작시키려고 시도했지만, 원심식 분급 로터(3)의 구동 모터(6)의 전류값이 안정되지 않고, 동작을 시작하고 약15분 후에 장치는 정지되어야 했다. 얻어진 제품 토너의 양은 약 10 kg(40 kg/hr에 상당)였다. 상기 토너의 입자 크기를 Beckman Coulter, Inc.에 의해 제조된 MULTISIZER에 의해 측정하였다. 제품 토너의 입자 크기 분포는 이하와 같았다. 중량 평균 입자 크기는 6.9 ㎛이며, 미세 입자(입자 직경: 4 ㎛ 이하) 함유율은 43 개수 평균%이며, 거친 입자(입자 직경: 16 ㎛ 이상) 함유율은 중량 평균에 기초하여 2.5 체적% 였다.

비교예 2

실시예 1의 것과 동일한 유동층식 분쇄 장치 및 분체 재료[토너 재료(1)]를 이용하여, 유동층식 분쇄 장치의 유체층 용기(4)에 20 kg의 분체 재료를 투입한 후, 원심식 분급 로터(3)가 45 m/s의 원주 속도로 회전되도록 제어 장치(7)에 의해 모터(6)의 회전 속도를 조정하였다. 배출구(2)의 측면으로부터 유동층 용기(4) 내의 공기를 흡인하도록 배출구(2)의 측면에 흡인팬을 설치하였다. 제어 장치(7)를 이용하여 흡인팬의 흡인력을 조정함으로써, 유동층 용기(4) 내의 압력을 -3 kpa로 제어하면서, 2개의 유체 분사 노즐(5)로부터, 각각 0.6 Mpa의 분사 압력으로 실온(대략 20℃)의 압축 공기를 분사하였다. 원심식 분급 로터(3)의 원주 속도를 45 m/s 로 유지하는 동안에 유동층식 분쇄 장치를 연속적으로 동작시켰다. 유동층 용기에는 눈 대중으로 약 0.47 kg/min으로 토너 재료(1)가 공급되는데, 이에 의해 원심식 분급 로터(3)의 구동 모터(3)의 전류값을 안정화시킬 수 있다.

유동층식 분쇄 장치를 1시간 동안 동작시킨 경우에, 얻어진 제품 토너의 양은 약 28 kg였다. 상기 토너의 입자 크기를 Beckman Coulter, Inc.에 의해 제조된 MULTISIZER에 의해 측정하였다. 제품 토너의 입자 크기 분포는 이하와 같았다. 중량 평균 입자 크기는 6.7 ㎛이며, 미세 입자(입자 직경: 4 ㎛ 이하) 함유율은 43 개수 평균%이며, 거친 입자(입자 직경: 16 ㎛ 이하) 함유율은 중량 평균에 기초하여 2.5 체적% 였다.

<실시예 및 비교예의 고찰>

본 발명의 실시예 1 내지 3에서는, 유동층식 분쇄 장치의 개시 동작 동안에, 유체 분사 노즐(5)로부터 공기를 분사시킴으로써 분체 재료가 유동화되어 분쇄되기 이전에, 원심식 분급 로터(3)를 정상 동작 동안의 회전 속도(실시예1 내지 3의 경우에, 원주 속도: 45 m/s)보다 빠른 회전 속도(원주 속도: 60 m/s)로 회전시켰다. 따라서, 장치의 개시 동작 동안에 불안정한 유동 상태로 인해, 통상적으로 각각 큰 입자 크기을 가지는 입자들(큰 사이즈의 입자들)이 공기 흐름에 권입되어 원심식 분급 로터(3)로부터 쉽기 배출되는 경우에도, 각각 큰 입자 크기를 가지는 분체의 입자들은 고속으로 회전하는 원심식 분급 로터(3)에 의해 유동층 용기(4)에 효율적으로 복귀될 수 있다. 그 결과, 제품 분체 내의 큰 사이즈의 입자 함유율은 낮게 유지될 수 있다.

실시예 2 및 3에서와 같이, 원심식 분급 로터(3)의 회전 속도는, 유동층 용기의 유동 상태 및 분쇄 입자 함유율이 충분히 안정화될 때 까지, 어떤 회전 속도보다 더 빠르게 유지되는 것이 바람직하다. 또한, 실시예 3으로부터, 유동층 용기(4)의 압력을 부압으로 하거나 또는 온도를 높게 함으로써, 분체 재료의 분쇄 효율(분체의 생산 효율)이 향상되는 것으로 이해된다. 또한, 데이터는 여기서 설명되지 않았지만, 유동층 용기(4)의 압력을 부압으로 만듦으로써, 분쇄된 제품 분체의 입자 크기 분포는 샤프하게 되는 경향이 있다.

한편, 비교예 1 및 2에서와 같이, 유동층식 분쇄 장치의 개시 동작 동안에, 원심식 분류 로터(3)를 정상 동작 동안의 회전 속도(외주 속도: 45 m/s)와 동일한 회전 속도로 회전시키는 경우에, 개시 동작 동안의 큰 사이즈의 입자들의 영향으로 인해, 이하의 문제점들이 야기되는데, 그 문제점들은, 원심식 분급 로터(3)의 구동이 불안정하게 되고(비교예 1), 재료의 공급량을 크게 감소시켜 장치를 동작시켜야 한다(비교예 2)는 것이다. 또한, 비교예들에서, 제품 분체 내의 큰 사이즈의 입자 함유율이 증가되고, 평균 입자 크기는 의도된 것보다 더 크게 된다.

Claims (13)

1. 유동층 용기에 분체 재료 공급구로부터 분체 재료를 공급하는 분체 재료 공급 단계;
   상기 유동층 용기 내에 배치된 복수의 유체 분사 노즐 각각으로부터 유체를 서로 충돌하도록 분출시켜, 상기 유동층 용기 내의 상기 분체 재료를 유동화시키고 분쇄하는 분체 재료 유동화 및 분쇄 단계;
   상기 유동층 용기의 상부에 배치된 원심식 분급 로터(centrifugal classification rotor)를 이용하여 분체를 분급하는 분체 분급 단계; 및
   상기 원심식 분급 로터에 의해 유도됨으로써, 분급된 분체를 배출구로부터 배출하는 분체 배출 단계를 포함하고,
   상기 원심식 분급 로터는, 상기 유동층 용기 내의 분체 재료의 유동 개시로부터 미리 결정된 시간 동안 제1 회전 속도로 회전되고, 상기 미리 결정된 시간이 경과한 이후에는 제2 회전 속도로 회전되고, 상기 원심식 분급 로터는 상기 제1 회전 속도가 상기 제2 회전 속도보다 더 높게 되도록 제어되는 것인 분체의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 분체 재료 유동화 및 분쇄 단계는, 상기 유동층 용기의 내부 압력을 부압(negative pressure)으로 제어하는 단계를 더 포함하는 것인 분체의 제조 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 분체 재료 유동화 및 분쇄 단계는, 상기 유동층 용기 내부의 온도를 제어하는 단계를 더 포함하는 것인 분체의 제조 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 분체 재료 유동화 및 분쇄 단계는, 상기 유체 분사 노즐부터 분출된 유체의 분출 압력을 제어하는 단계를 더 포함하는 것인 분체의 제조 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 제1 회전 속도로 상기 원심식 분급 로터를 회전시키기 위한 상기 분체 재료의 유동 개시로부터의 미리 결정된 시간을 제어하는 분체의 제조 방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 미리 결정된 시간은 10초 내지 170초인 것인 분체의 제조 방법.
7. 제1항에 있어서, 상기 분체 재료 공급 단계, 상기 분체 재료 유동화 및 분쇄 단계, 상기 분체 분급 단계, 상기 분체 배출 단계는 자동 제어에 의해 수행되는 것인 분체의 제조 방법.
8. 제1항에 있어서, 상기 분체는 토너인 것인 분체의 제조 방법.
9. 제1항에 있어서, 상기 유체는 공기, 질소, 이산화탄소, 헬륨, 및 아르곤 또는 이들 가스 중 2 개 이상의 혼합물로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 하나인 것인 분체의 제조 방법.
10. 분체 재료가 유동되는 유동층 용기;
    상기 유동층 용기에 배치되며, 상기 유동층 용기에 상기 분체 재료를 연속적으로 도입하도록 구성되는 분체 재료 공급구;
    상기 유동층 용기에 배치되며, 서로 충돌하도록 유체를 분출하도록 각각 구성되는 복수의 유체 분사 노즐;
    상기 유동층 용기의 상부에 배치되며 분체를 분급하도록 구성되는 원심식 분급 로터;
    상기 원심식 분급 로터에 의해 분급되는 분체를 연속적으로 배출하는 배출구; 및
    상기 유동층 용기의 분체 재료의 유동 개시로부터 미리 결정된 시간 동안의 제1 회전 속도가 상기 미리 결정된 시간이 경과된 이후의 제2 회전 속도보다 더 높게 되도록, 상기 원심식 분급 로터를 제어하도록 구성되는 회전 제어부를 구비하는 유동층식 분쇄 장치.
11. 제10항에 있어서, 상기 유동층 용기의 내부 압력을 부압으로 제어하도록 구성되는 압력 제어 장치를 더 구비하는 유동층식 분쇄 장치.
12. 제10항에 있어서, 상기 유동층 용기 내부의 온도를 제어하도록 구성되는 온도 제어 장치를 더 구비하는 유동층식 분쇄 장치.
13. 제10항에 있어서, 상기 유체 분사 노즐로부터 분출되는 유체의 분출 압력을 제어하도록 구성되는 분출 압력 제어부를 더 구비하는 유동층식 분쇄 장치.

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