JP2008110312A - 粉砕装置及び粉体製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 粉砕対象物の特性によらず効率よく粉砕処理が可能な粉砕装置を提供する。
【解決手段】 粉砕室１を、円盤状の粉砕ロータ２の一方の面が臨む第１粉砕室１ａと他方の面が臨む第２粉砕室１ｂとに仕切り、第１粉砕室１ａに供給された粉砕対象物を粉砕して生成した１次粉砕物を、第２粉砕室１ｂにて粉砕して２次粉砕物を生成し、２次粉砕物から所定粒度の微粉を分級して排出する分級部を設け、粉砕ロータ２の外周端面部に、第１粉砕室１ａ側に位置する１次粉砕刃３及び第２粉砕室１ｂ側に位置する２次粉砕刃４を夫々ロータ周方向に沿って複数の刃３ａ，４ａが並置された状態で設けるとともに、当該１次粉砕刃３及び２次粉砕刃４と対向する粉砕室内壁側に複数の溝部６ａを有するライナー６を設けている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、粉砕対象物を粉砕する粉砕室を、円盤状の粉砕ロータによって、当該円盤状の粉砕ロータの一方の面が臨む第１粉砕室と他方の面が臨む第２粉砕室とに仕切り、前記第１粉砕室に供給された粉砕対象物を粉砕して生成した１次粉砕物を、前記第２粉砕室に送って粉砕して２次粉砕物を生成し、前記第２粉砕室内の２次粉砕物から所定粒度の微粉を分級して排出する分級部を設けた粉砕装置、及び、当該粉砕装置を用いた粉体製造方法に関する。

上記粉砕装置は、例えば繊維状の粉砕対象物に対して、粉砕ロータの一方の面に備えたピン状部材によってせん断力を付与して１次粉砕物（粗粉砕物）を生成し、続いて粉砕ロータの他方の面に備えた縦溝付のブロック状粉砕刃等によって１次粉砕物に打撃力を付与して２次粉砕物（微粉砕物）を生成する。そして、２次粉砕室における粉砕の繰り返しにより所定粒度よりも細かくなった２次粉砕物を分級部によって順次分級排出して製品として回収するものである（特許文献１参照）。

特開２００６−１３６８７０号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の粉砕装置では、粉砕対象物の材料組成、物性等の条件によっては、ピン型及びハンマー型の粉砕刃による粉砕能力が低下して良好な粉砕処理が行われず、製品回収効率が低下するおそれがあった。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、粉砕対象物の特性によらず極力効率よく粉砕処理が可能な粉砕装置を提供し、また、この粉砕装置を用いて繊維状の粉砕対象物から所定粒度の粉体粒子を良好に製造する方法を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係る粉砕装置の第一特徴構成は、前記粉砕ロータの外周端面部に、前記第１粉砕室側に位置する１次粉砕刃及び前記第２粉砕室側に位置する２次粉砕刃を夫々ロータ周方向に沿って複数の刃が並置された状態で設けるとともに、当該１次粉砕刃及び２次粉砕刃と対向する粉砕室内壁側に複数の溝部を有するライナーを設け、前記第１粉砕室に供給された粉砕対象物を前記１次粉砕刃と前記ライナー間の隙間を通過させながら粉砕して１次粉砕物を生成するとともに前記第２粉砕室に送り、前記第２粉砕室にて前記１次粉砕物を前記２次粉砕刃と前記ライナー間の隙間に繰り返し通過させながら粉砕して２次粉砕物を生成する点にある。

すなわち、第１粉砕室に供給された粉砕対象物が粉砕ロータの外周端面部の第１粉砕室側に位置する１次粉砕刃とこれに対向するライナー間の隙間を通過しながら粉砕されて１次粉砕物が生成するときに、ロータ周方向に沿って複数の刃が並置された１次粉砕刃によって効率よく粉砕される。次に、この１次粉砕物が第２粉砕室に送られて粉砕ロータの外周端面部の第２粉砕室側に位置する２次粉砕刃とこれに対向するライナー間の隙間を繰り返し通過しながら粉砕されて２次粉砕物が生成するときに、ロータ周方向に沿って複数の刃が並置された２次粉砕刃によって効率よく粉砕される。
従って、粉砕対象物の特性によらず極力効率よく粉砕処理が可能な粉砕装置が提供される。

同第二特徴構成は、上記第一特徴構成において、前記粉砕ロータのロータ軸方向において前記１次粉砕刃と前記２次粉砕刃の間に、ロータ周方向に間隔をおいて多数の貫通孔を形成した仕切り部材が配置されている点にある。

すなわち、第２粉砕室に送られた１次粉砕物が粉砕ロータのロータ軸方向において１次粉砕刃と２次粉砕刃の間に配置された仕切り部材にロータ周方向に間隔をおいて多数形成した貫通孔を通して、２次粉砕刃とライナー間の隙間に円滑に流入して繰り返し通過して粉砕されるので、２次粉砕物の生成が効率よくなされる。
従って、第一特徴構成の粉砕装置において２次粉砕物の生成をより効率化できる好適な実施形態が提供される。

同第三特徴構成は、上記第一又は第二特徴構成において、前記１次粉砕刃及び前記２次粉砕刃の刃形状が前記粉砕ロータの回転に伴って前記粉砕対象物を前記第１粉砕室から前記第２粉砕室に送るように前記粉砕ロータの軸心方向に対して傾斜している点にある。

すなわち、粉砕ロータが回転して粉砕対象物が１次粉砕刃及び２次粉砕刃とこれに対向するライナー間の隙間を通過しながら粉砕されるときに、粉砕ロータの軸心方向に対して傾斜した１次粉砕刃及び２次粉砕刃の刃形状によって粉砕対象物に対して第１粉砕室から第２粉砕室への送り力が働く。
従って、例えば軟質の材料や融点が低い材料などについて１次粉砕刃及び２次粉砕刃とライナー間の隙間を短時間で通過させ、過粉砕による溶着等の不都合が生じない状態で粉砕処理が可能な本発明の粉砕装置の好適な実施形態が提供される。

同第四特徴構成は、上記第三特徴構成において、前記ライナーの溝部が前記粉砕対象物を前記第２粉砕室から前記第１粉砕室に戻すように前記粉砕ロータの軸心方向に対して前記１次粉砕刃及び前記２次粉砕刃の刃形状とは反対側に傾斜している点にある。

すなわち、粉砕ロータが回転して粉砕対象物が１次粉砕刃及び２次粉砕刃とこれに対向するライナー間の隙間を通過しながら粉砕されるときに、粉砕ロータの軸心方向に対して傾斜した１次粉砕刃及び２次粉砕刃の刃形状によって粉砕対象物に第１粉砕室から第２粉砕室への送り力が働くとともに、１次粉砕刃及び２次粉砕刃の刃形状とは反対側に傾斜したライナーの溝部によって粉砕対象物に第２粉砕室から第１粉砕室への戻り力が働くので、粉砕対象物が上記送り力と戻り力の両作用を受けて粉砕ロータ２の軸心方向において送り方向と戻り方向のジグザグの動きをして滞在時間が長くなり粉砕作用が強められる。
従って、粉砕対象物の材質等によっては強力な粉砕処理が可能な本発明の粉砕装置の好適な実施形態が提供される。

同第五特徴構成は、上記第一から第四特徴構成のいずれかにおいて、前記分級部が複数の分級羽根を外周部に有して前記粉砕ロータと同軸心に配置された分級ロータで構成され、前記粉砕ロータと前記分級ロータの外周部との間に２次粉砕物を循環させる筒状体が設けられている点にある。

すなわち、粉砕ロータが回転して２次粉砕室内の１次及び２次粉砕物が繰り返し粉砕処理されると同時に、粉砕ロータの回転に伴い発生した旋回流によって、粉砕処理物が粉砕ロータに対して同軸心配置の筒状体の外周側を通って分級ロータの外周部に達し、所定の粒径以下の微粉は分級ロータの外周部から分級羽根を通過する一方、粗粉は分級羽根を通過できずに筒状体の内周部を通って粉砕ロータに達し、再び粉砕処理される。以下これを繰り返して粉砕処理が進行する。
従って、２次粉砕室内で粉砕処理物を旋回循環させて効率良い粉砕処理と分級処理が可能な本発明の粉砕装置の好適な実施形態が提供される。なお、当該筒状体を粉砕ロータ側に広がったテーパ形状（図６参照）にするか、筒状体の内周面に処理物を粉砕ロータ側に送る送り羽根１２やスパイラル１３（図７参照）を設けるか、筒状体の外周面付近に処理物が滞留するのを防止するベーン１４（図８参照）を設け、上記粉砕処理物の循環をより円滑にすることができる。

同第六特徴構成は、上記第五特徴構成において、前記筒状体の前記分級ロータ側の端部が、前記分級ロータの外周部における前記筒状体側の端部近傍に位置している点にある。

上記構成において、粉砕処理物が旋回流に乗って筒状体の外周側を通り、筒状体の端部位置まで来ると、その近傍に分級ロータの外周部における筒状体側の端部が位置しているので、処理粉体は筒状体で遮られず直ちに分級ロータの外周部に達して、前述のように微粉は分級ロータの分級羽根を通過し、粗粉は筒状体の内周を通って粉砕ロータの２次粉砕室側に戻される。
従って、例えば、１次及び２次粉砕物の生成処理が効率よくなされて多量に生成された２次粉砕物を円滑に分級ロータの外周部に供給して上記分級処理と粗粉の粉砕ロータによる再粉砕処理を能率よく実施することができる本発明の粉砕装置の好適な実施形態が提供される。

本発明に係る粉体製造方法の第一特徴構成は、第一から第六特徴構成のいずれかの粉砕装置によって、原料物質が繊維状化された粉砕対象物を粉砕して所定粒度の粉体粒子を作製する点にある。

原料物質が繊維状化された粉砕対象物は上記第一から第六特徴構成のいずれかの粉砕装置の第１粉砕室に供給され、粉砕ロータの外周端面部の１次粉砕刃とこれに対向するライナー間の隙間を通過するときに粉砕力が働いて繊維状物が粉砕されるので粒度の揃った１次粉砕物が生成され、さらに第２粉砕室において粉砕処理が継続されるととともに所定粒度の微粉が分級され粉体粒子として排出される。
従って、繊維状の粉砕対象物から所定粒度の粉体粒子を良好に製造する粉体製造方法が提供される。

同第二特徴構成は、上記第一特徴構成において、前記原料物質は、樹脂または樹脂を含む低融点物質である点にある。

すなわち、第１及び第２粉砕刃による粉砕処理を熱の発生が少ない状態で行うように粉砕条件を設定することにより、樹脂または樹脂を含む低融点物質を粉砕対象とする場合であっても、粉砕物の溶着を回避することができる
従って、かかる融点の低い繊維状の粉砕対象物（例えば、トナー原料など）から所定粒度の粉体粒子を良好に製造する粉体製造方法が提供される。

以下、本発明の粉砕装置の実施形態について説明する。
図１に示すように、本発明の粉砕装置１００は、粉砕対象物を粉砕する粉砕室１を内部に備え、その粉砕室１を円盤状の粉砕ロータ２によって、当該円盤状の粉砕ロータ２の一方の面が臨む第１粉砕室１ａと他方の面が臨む第２粉砕室１ｂとに仕切っている。

図２及び図３に示すように、粉砕ロータ２の外周端面部に、第１粉砕室１ａ側に位置する１次粉砕刃３及び第２粉砕室１ｂ側に位置する２次粉砕刃４を夫々ロータ周方向に沿って複数の刃３ａ，４ａが並置された状態で設けるとともに、当該１次粉砕刃３及び２次粉砕刃４と対向する粉砕室内壁側に複数の溝部６ａを有するライナー６を設け、第１粉砕室１ａに供給された粉砕対象物を１次粉砕刃３とライナー６間の隙間を通過させながら粉砕して１次粉砕物を生成するとともに第２粉砕室１ｂに送り、第２粉砕室１ｂにて１次粉砕物を２次粉砕刃４とライナー６間の隙間に繰り返し通過させながら粉砕して２次粉砕物を生成するように構成している。ここで、１次粉砕刃３及び２次粉砕刃４の各刃３ａ，４ａ並びにライナー６の溝部６ａは粉砕ロータ２の軸心方向Ｘに平行な向きに形成してある。尚、図２では、ライナー６の溝部６ａが見えるようにするために、粉砕ロータ２の位置を正規の取り付け位置（図１）よりも上にずらしている（図４も同様である）。

上記構成において、投入口５より第１粉砕室１ａに供給された粉砕対象物を粉砕して生成した１次粉砕物を、第２粉砕室１ｂに送って粉砕して２次粉砕物を生成している。即ち、１次粉砕刃３による１次粉砕（１次粉砕物の生成）の後、直ちに連続して２次粉砕刃４による２次粉砕（２次粉砕物の生成）を行うことができるので、１次粉砕と２次粉砕を別々の粉砕機で行って粉砕処理物を移送するような手間のかかる取扱いもなく、時間およびエネルギー消費の点でも無駄のない粉砕処理が可能となる。また、１次粉砕刃３と２次粉砕刃４は、共通の円盤状の粉砕ロータ２の外周端面部に設けているので、粉砕装置の構成を簡素化できる利点もある。さらに、１次粉砕刃３と２次粉砕刃４に対向するライナー６を設けているので、粉砕物は各粉砕刃３，４に衝突するともにラーナー６にも衝突して衝突頻度が増加し、また各粉砕刃３，４とラーナー６間の隙間による摩砕作用も加わり、粉砕処理が促進される。

前記第２粉砕室１ｂに連通させた状態で、第２粉砕室１ｂ内の２次粉砕物から所定粒度の微粉を分級して排出する分級部８を設けている。具体的には、この分級部８は複数の分級羽根８ａを外周部に有して粉砕ロータ２と同軸心（軸心方向Ｘ）に配置された分級ロータ８で構成され、そして粉砕ロータ２と分級ロータ８の外周部の間に２次粉砕物を循環させる筒状体９が設けられている。この分級ロータ８を所定回転数で回転させることにより、分級ロータ８の外周部に循環してきた２次粉砕物のうち所定粒度まで粉砕されたものだけを選別して分級羽根８ａを通過させ、取出口１０から取り出す。一方、所定粒度まで粉砕されていないものは粉砕ロータ２に戻して２次粉砕刃４による再粉砕を行う。

さらに上記粉砕ロータ２のロータ軸方向において１次粉砕刃３と２次粉砕刃４の間に、ロータ周方向に間隔をおいて多数の貫通孔７ａを形成した仕切り部材７が配置されている。即ち、分級ロータ８の外周部から粉砕ロータ２に戻された粉砕物がこの貫通孔７ａを通過して、２次粉砕刃４とライナー６間の隙間に円滑に循環することができる。

本粉砕装置では、冷却用媒体を供給するジャケット１１を備え、このジャケット１１に冷却水等を通流させることにより、粉砕処理の進行に伴う粉砕室１の温度上昇を抑制するので、熱可塑性樹脂などのような融点の低い材料を粉砕する場合にも、粉砕対象物の熱融着を防止することができる。なお、本粉砕装置では、粉砕ロータ２並びに分級ロータ８の回転軸方向は任意に設定できるが、図１には水平方向に設定した（投入口５と取出口１０は上向きとする）場合を示す。

次に、本発明に係る粉体製造方法は、上記説明した粉砕装置によって、原料物質が繊維状化された粉砕対象物を粉砕して所定粒度の粉体粒子を作製するものである。特に、この原料物質は、樹脂または樹脂を含む低融点物質、例えばトナーである場合が好適である。以下、本発明の粉砕装置及び特許文献１記載の従来型装置により、繊維状のトナー原料を粉砕した場合の実験データを表１に示す。

本発明の粉砕装置によれば、微粉(粒径<4μｍ）の発生が抑制され、処理能力も１０ｋｇ／ｈｒ以上で十分に確保できることが分かる。

〔別実施形態〕
次に本発明の粉砕装置の別形態について説明する。
第１の別実施形態では、図４に示すように、前記１次粉砕刃３及び前記２次粉砕刃４の各刃３ａ，４ａの刃形状が前記粉砕ロータ２の回転に伴って（矢印で回転方向を示す。）、前記粉砕対象物を前記第１粉砕室１ａから前記第２粉砕室１ｂに送る（図４において下から上に送る）ように前記粉砕ロータ２の軸心方向Ｘに対して傾斜し、また前記ライナー６の溝部６ａが前記粉砕対象物を前記第２粉砕室１ｂから前記第１粉砕室１ａに戻す（図４において上から下に戻す）ように前記粉砕ロータ２の軸心方向Ｘに対して前記１次粉砕刃３及び前記２次粉砕刃４の刃形状とは反対側に傾斜している。この形態によれば、粉砕対象物が粉砕ロータ２の軸心方向Ｘにおいて送り方向と戻り方向のジグザグの動きをして滞在時間が長くなり粉砕作用が強められる。尚、図４では、刃３ａと刃４ａを同じ傾斜角度に形成しているが、異なる角度にしてもよい。また、戻り作用を強くしたくない場合はライナー６の溝部６ａを粉砕ロータ２の軸心方向Ｘに対して平行な状態に形成してもよい。

第２の別実施形態では、図５に示すように、筒状体９Ａの前記分級ロータ８側の端部が、前記分級ロータ８の外周部における前記筒状体９Ａ側の端部近傍に位置している。言い換えると、筒状体９Ａが分級ロータ８の外周部の前面を覆わない状態に筒長が短く形成されているので、筒状体９Ａの端部位置まで来た粉砕処理物は筒状体９Ａで遮られず直ちに分級ロータ８の外周部に達する。その結果、多量の１次粉砕物が２次粉砕室１ｂに供給されるような場合にも、２次粉砕室１ｂにおいて粉砕処理物の単位時間当たりの循環回数を増やして、効率良く粉体処理と分級処理を行って対処することができる。

次に分級ロータ８で分級回収されなかった粉砕処理物を粉砕ロータ２に円滑に循環させるための別実施形態について説明する。
図６は、前記筒状体９を粉砕ロータ２側に下向きに径が広がったテーパ状の筒状体９ａに形成することにより、筒状体９ａの内側で旋回する処理物がテーパ面に当たって粉砕ロータ２向き（図では下向き）の力が作用するようにしたものである。

図７（イ）（ロ）は、筒状体９ｂの内面に傾斜した送り羽根１２（図では４個）を取り付けることにより、筒状体９ｂの内側で旋回する処理物（旋回方向を矢印で示す）が送り羽根１２の面に当たって粉砕ロータ２向き（図では下向き）の力が作用するようにしたものである。尚、図の（イ）は、（ロ）のＹ−Ｙ位置における断面を示す。

図７（ハ）（ニ）は、上記羽根部材１２の代わりに、筒状体９ｃの内面にスパイラル（螺旋部材）１３を取り付けることにより、筒状体９ｃの内側で旋回する処理物がスパイラル１３の面に当たって、上記羽根部材１２の場合と同様に粉砕ロータ２向き（図では下向き）の力が作用するようにしたものである。図では、筒状体９ｃの内周をほぼ一周する長さの２個のスパイラル１３ａ，１３ｂが、互いに半周ずれた位置関係で取り付けられた例を示す。尚、図の（ハ）は、（ニ）のＺ−Ｚ位置における断面を示す。

図８（イ）（ロ）は、筒状体９ｄの外面に突き出た状態のベーン１４（図では４個）を取り付けることにより、筒状体９ｄの外周面近くに旋回する処理物（旋回方向を矢印で示す）がベーン１４によって遮られて旋回速度が低下するようにしたものである。その結果、処理物が筒状体９ｄの外周面近くに滞留して有効に循環しなくなるのを防止することができる。尚、図の（イ）は、（ロ）のＷ−Ｗ位置における断面を示す。

本発明による粉砕装置は、従来装置よりも粉砕能力（特に１次粉砕物の生成）を向上させているので、トナーや粉体塗料の他、各種材料について効率の良い粉体製造に用いることができる。

本発明に係る粉砕装置の構造を示す断面図 本発明に係る粉砕ロータとライナーを示す正面図及び一部断面図 粉砕刃とライナー溝の隙間を示す断面図 粉砕刃とライナー溝の別実施形態を示す正面図及び一部断面図 別実施形態の筒状体を設けた粉砕装置の断面図 別実施形態の筒状体を示す断面図 別実施形態の筒状体の構造を示す断面図と平面図 別実施形態の筒状体の構造を示す断面図と平面図

符号の説明

１ 粉砕室
１ａ 第１粉砕室
１ｂ 第２粉砕室
２ 粉砕ロータ
３ 第１粉砕刃
３ａ 刃
４ 第２粉砕刃
４ａ 刃
５ 投入口
６ ライナー
６ａ 溝部
７ 仕切り部材
７ａ 貫通孔
８ 分級ロータ（分級部）
８ａ 分級羽根
９ 筒状体
９Ａ 筒状体
９ａ 筒状体
９ｂ 筒状体
９ｃ 筒状体
９ｄ 筒状体
１０ 取出口
１１ ジャケット
１２ 送り羽根
１３ スパイラル
１４ ベーン
１００ 粉砕装置

Claims (8)

1. 粉砕対象物を粉砕する粉砕室を、円盤状の粉砕ロータによって、当該円盤状の粉砕ロータの一方の面が臨む第１粉砕室と他方の面が臨む第２粉砕室とに仕切り、
   前記第１粉砕室に供給された粉砕対象物を粉砕して生成した１次粉砕物を、前記第２粉砕室に送って粉砕して２次粉砕物を生成し、
   前記第２粉砕室内の２次粉砕物から所定粒度の微粉を分級して排出する分級部を設けた粉砕装置であって、
   前記粉砕ロータの外周端面部に、前記第１粉砕室側に位置する１次粉砕刃及び前記第２粉砕室側に位置する２次粉砕刃を夫々ロータ周方向に沿って複数の刃が並置された状態で設けるとともに、当該１次粉砕刃及び２次粉砕刃と対向する粉砕室内壁側に複数の溝部を有するライナーを設け、前記第１粉砕室に供給された粉砕対象物を前記１次粉砕刃と前記ライナー間の隙間を通過させながら粉砕して１次粉砕物を生成するとともに前記第２粉砕室に送り、前記第２粉砕室にて前記１次粉砕物を前記２次粉砕刃と前記ライナー間の隙間に繰り返し通過させながら粉砕して２次粉砕物を生成する粉砕装置。
2. 前記粉砕ロータのロータ軸方向において前記１次粉砕刃と前記２次粉砕刃の間に、ロータ周方向に間隔をおいて多数の貫通孔を形成した仕切り部材が配置されている請求項１に記載の粉砕装置。
3. 前記１次粉砕刃及び前記２次粉砕刃の刃形状が前記粉砕ロータの回転に伴って前記粉砕対象物を前記第１粉砕室から前記第２粉砕室に送るように前記粉砕ロータの軸心方向に対して傾斜している請求項１又は２に記載の粉砕装置。
4. 前記ライナーの溝部が前記粉砕対象物を前記第２粉砕室から前記第１粉砕室に戻すように前記粉砕ロータの軸心方向に対して前記１次粉砕刃及び前記２次粉砕刃の刃形状とは反対側に傾斜している請求項３に記載の粉砕装置。
5. 前記分級部が複数の分級羽根を外周部に有して前記粉砕ロータと同軸心に配置された分級ロータで構成され、前記粉砕ロータと前記分級ロータの外周部との間に２次粉砕物を循環させる筒状体が設けられている請求項１から４のいずれか１項に記載の粉砕装置。
6. 前記筒状体の前記分級ロータ側の端部が、前記分級ロータの外周部における前記筒状体側の端部近傍に位置している請求項５に記載の粉砕装置。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載の粉砕装置によって、原料物質が繊維状化された粉砕対象物を粉砕して所定粒度の粉体粒子を作製する粉体製造方法。
8. 前記原料物質は、樹脂または樹脂を含む低融点物質である請求項７に記載の粉体製造方法。