JP2012081461A - 粉砕装置、粉砕方法、トナー製造方法及びトナー - Google Patents

Abstract

【課題】加速管内での衝撃波の発生を抑制して、粉砕効率の低下を抑制し、且つ、歩留の向上を図ることができる粉砕装置、粉砕方法、並びに、この粉砕装置を用いてトナーを製造するトナー製造方法およびこの粉砕装置を用いて製造されたトナーを提供する。
【解決手段】粉砕装置１００では、被粉砕物と圧縮気体とを混相する固気混相器４を備え、固気混相器４で混相された混相気体を圧縮気体供給ノズル８へ供給する構成で、圧縮気体供給ノズル８内に供給された混相気体中の被粉砕物の粒径に応じた軌跡を通るように被粉砕物の粒子の軌跡を操作する粒子軌跡操作手段を構成する粒子軌跡操作部材１４を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ジェット気流を用いた衝突式の粉砕装置、粉砕方法、並びに、この粉砕装置を用いてトナーを製造するトナー製造方法およびこのトナー製造方法を用いて製造されたトナーに関するものである。

ミクロンオーダーの粉砕物を製造するジェット気流を用いた衝突式気流粉砕機と呼ばれる粉砕装置が知られている（例えば、特許文献１乃至３）。特許文献１乃至３に記載の粉砕装置は、圧縮気体供給ノズル、加速管、内部に衝突部材を備えた粉砕室、分級装置などで構成されている。加速管は、圧縮気体が流入する流入口と、被粉砕物を供給するための供給口と、供給口から供給された被粉砕物と流入口から流入した圧縮気体との混相気が噴射される噴射口とを有している。加速管の流入口は、圧縮気体供給ノズルに接続されており、加速管の噴射口は、粉砕室内の衝突部材と対向するように粉砕室に接続されている。

上記特許文献１乃至３に記載の粉砕装置による被粉砕物の粉砕は、次のようにして行われる。まず、圧縮気体供給ノズルに供給された圧縮気体は、圧縮気体供給ノズル内でさらに圧縮されながら亜音速にまで加速される。この加速された圧縮気体が、加速管へ供給され、加速管によって膨張を制御されながら加速される。この加速の途中で、供給口から被粉砕物を供給し、圧縮気体に被粉砕物を混合する。圧縮気体と被粉砕物とが混相された混相気体は、加速管内でさらに加速されて加速管の噴射口から噴射される。噴射された混相気体中の被粉砕物は、衝突部材に衝突し、粉砕される。粉砕された粉砕物は、分級装置に回収され、所望の粒径のものは、回収され、所望の粒径よりも大きいものは、再び加速管の供給口へ送られる。

しかしながら、特許文献１乃至３に記載の加速管の途中に被粉砕物を供給するための供給口を設けた粉砕装置においては、この供給口近傍で急激な密度変化が生じ、ダイヤモンド型の衝撃波である所謂ダイヤモンドショックウェーブなどの衝撃波が発生するおそれがある。このような衝撃波が発生すると、加速管内の混相気体の速度低下が起こり、混相気体が十分な速度で加速管の噴射口から噴射しなくなる。その結果、被粉砕物の衝突部材に対する衝突エネルギーが低下し、１回の衝突粉砕で所望の粒径を得ることができず、粉砕効率が低下してしまうなどの問題が生じる。

そこで、本出願人は、特願２００９−１９９１７７号（以下、先願という）において、次のような粉砕装置を提案した。すなわち、圧縮気体供給ノズルと、圧縮気体供給ノズルから供給された圧縮気体を加速させて被粉砕物を衝突粉砕するための衝突部材へ向けて圧縮気体を噴射する加速管とを備え、被粉砕物と圧縮気体とを混相する固気混相器を備え、固気混相器で混相された混相気体を圧縮気体供給ノズルへ供給する粉砕装置である。この粉砕装置では、固気混相器によって圧縮気体と被粉砕物とを混相させ、圧縮気体供給ノズルに混相気体を供給している。これにより、圧縮気体供給ノズルから加速管へ供給される気体は、圧縮気体と被粉砕物とが混相された混相気体となっており、加速管で被粉砕物を供給して、加速管内で混相気体を形成する必要がない。その結果、上記特許文献１乃至３の加速管内に被粉砕物を供給するための供給口をなくすことが可能となり、加速管内での衝撃波の発生を抑制することができる。これにより、加速管内の混相気体の速度低下を抑制することができ、混相気体を十分な速度で加速管の噴射口から噴射することができる。その結果、被粉砕物の衝突エネルギーを高めることが可能となり、１回の衝突粉砕で所望の粒径を得ることができる。よって、衝撃波の発生に起因する粉砕効率の低下を抑制することできる。

しかしながら、固気混相器に供給される被粉砕物の粒子の粒径にはバラツキがある。そして、上記先願に記載の粉砕装置では、圧縮気体供給ノズル内に供給された混相気体中の被粉砕物の粒子は、その粒径に関係無く、混相気体の移動に応じた軌跡を通って衝突部材に衝突する。その結果、小粒径の粒子が過粉砕され所望の粒径より小さくなって回収される粒子や、大粒径の粒子が十分に粉砕されずに未粉砕の状態で所望の粒径よりも大きな粒子となって再び固気混相器に送られる粒子が生じ、歩留の低下となる。

本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、加速管内での衝撃波の発生を抑制して、粉砕効率の低下を抑制し、且つ、歩留の向上を図ることができる粉砕装置、粉砕方法、並びに、この粉砕装置を用いてトナーを製造するトナー製造方法およびこの粉砕装置を用いて製造されたトナーを提供することである。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、圧縮気体供給ノズルと、該圧縮気体供給ノズルに接続され該圧縮気体供給ノズルから供給された圧縮気体を加速させて被粉砕物を衝突粉砕するための衝突部材へ向けて圧縮気体を噴射する加速管とを備える粉砕装置において、上記被粉砕物と圧縮気体とを混相する固気混相器を備え、該固気混相器で混相された混相気体を上記圧縮気体供給ノズルへ供給し、該圧縮気体供給ノズル内に供給された該混相気体中の該被粉砕物の粒径に応じた軌跡を通るように該被粉砕物の粒子の軌跡を操作する粒子軌跡操作手段を有することを特徴とするものである。
また、請求項２の発明は、請求項１の粉砕装置において、上記粒子軌跡操作手段は、上記固気混相器から供給された上記混相気体中の被粉砕物の粒子の軌道を上記圧縮気体供給ノズルの内壁面に向かうように操作する粒子軌跡操作部材と、該粒子軌跡操作部材が配置された位置における該圧縮気体供給ノズルの内径に対して該混相気体の移動方向下流側ほど内径が狭くなるように形成された該圧縮気体供給ノズルにおけるスロート壁面とから構成されることを特徴とするものである。
また、請求項３の発明は、請求項２の粉砕装置において、上記圧縮気体供給ノズル内の流路の中心を通る仮想中心線とスロート壁面とが成す角の角度であるノズルスロート角度が、３０［°］〜８０［°］の範囲であることを特徴とするものである。
また、請求項４の発明は、請求項２または３の粉砕装置において、上記加速管は、その内壁面が上記混相気体の移動方向下流側ほど内径が連続的に大きくなるラバルノズルであり、該加速管内の流路の中心を通る仮想中心線と該加速管の内壁面とが成す角の角度である加速管ラバル角度が、２．５［°］〜４．０［°］の範囲であることを特徴とするものである。
また、請求項５の発明は、請求項２乃至４のいずれか１項に記載の粉砕装置において、上記衝突部材は先端に平面部を有する円錐形状であり、衝突部材１１の外径をＤ４としたときに、該平面部の径が、０．０３×Ｄ４〜０．３×Ｄ４の範囲であることを特徴とするものである。
また、請求項６の発明は、請求項２乃至５のいずれか１項に記載の粉砕装置において、上記粒子軌跡操作部材の径が、上記圧縮気体供給ノズルと上記加速管との境目であるノズルスロート部の内径よりも大きく、さらに、該粒子軌跡操作部材の位置に対して上記混相気体の移動方向上流側の該圧縮気体供給ノズルの内径をＤ１としたときに、該粒子軌跡操作部材の径が、０．２５×Ｄ１〜０．６０×Ｄ１の範囲であることを特徴とするものである。
また、請求項７の発明は、請求項２乃至６のいずれか１項に記載の粉砕装置において、上記圧縮気体供給ノズルと上記加速管との境目であるノズルスロート部の内径をＤ２としたときに、上記混相気体の移動方向における上記粒子軌跡操作部材の後端から該ノズルスロート部までの距離が、１．０×Ｄ２〜３．０×Ｄ２の範囲であることを特徴とするものである。
また、請求項８の発明は、請求項２乃至７のいずれか１項に記載の粉砕装置において、上記混相気体の移動方向に直交する方向の上記粒子軌跡操作部材の外径をＤ３としたときに、該混相気体の移動方向の該粒子軌跡操作部材の長さが、１．０×Ｄ３〜３．０×Ｄ３の範囲であることを特徴とするものである。
また、請求項９の発明は、請求項２乃至８のいずれか１項に記載の粉砕装置において、上記衝突部材は先端に平面部を有する円錐形状であり、上記混相気体が上記加速管から該衝突部材に向かう流路の中心を通る仮想中心線と該円錐形状の側面とが成す角の角度である衝突部材角度が、１０［°］〜２０［°］の範囲であることを特徴とするものである。
また、請求項１０の発明は、請求項２乃至９のいずれか１項に記載の粉砕装置において、上記粒子軌跡操作部材の上記混相気体の移動方向における後端部に円錐形状の突起を有することを特徴とするものである。
また、請求項１１の発明は、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の粉砕装置において、上記加速管は、上記圧縮気体供給ノズルから上記圧縮気体が供給される圧縮気体供給口から該圧縮気体を衝突部材に向けて噴射する噴射口までを構成する管状部材の内壁面に開口部が設けられていないことを特徴とするものである。
また、請求項１２の発明は、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の粉砕装置において、上記固気混相器へ上記被粉砕物を供給する供給手段として、高圧エゼクターを用いたことを特徴とするものである。
また、請求項１３の発明は、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の粉砕装置において、上記固気混相器へ上記被粉砕物を供給する供給手段として、内部に圧縮気体と同圧力がかかる高圧スクリューフィーダーを用いることを特徴とするものである。
また、請求項１４の発明は、請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の粉砕装置において、上記固気混相器は、被粉砕物進行方向に対して直交する方向から圧縮気体を流入することを特徴とするものである。
また、請求項１５の発明は、請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の粉砕装置において、上記固気混相器内の圧力制御を行う圧力制御装置を設けたことを特徴とするものである。
また、請求項１６の発明は、圧縮気体供給ノズルから供給された圧縮気体を加速管内で加速させて被粉砕物を衝突部材へ向けて圧縮気体を噴射することで該被粉砕物を衝突粉砕する粉砕方法において、上記被粉砕物と圧縮気体とを混相する固気混相工程で混相された混相気体を上記圧縮気体供給ノズルへ供給し、該圧縮気体供給ノズル内に供給された該混相気体中の該被粉砕物の粒径に応じた軌跡を通るように該被粉砕物の粒子の軌跡を操作して上記衝突部材へ向けて該混相気体を噴射することを特徴とするものである。
また、請求項１７の発明は、トナーとして使用するときの所望の粒径の範囲よりも粒径が大きいトナー材料を粉砕手段によって粉砕して所望の粒径のトナーを製造するトナー製造方法において、上記粉砕手段として、請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の粉砕装置を用いることを特徴とするものである。
また、請求項１８の発明は、請求項１７に記載のトナー製造方法で製造されたことを特徴とするトナーである。

本発明においては、被粉砕物と圧縮気体とを混相する固気混相器を備え、固気混相器で混相された混相気体を圧縮気体供給ノズルへ供給するため、上記先願と同様に、加速管内での衝撃波の発生を抑制して、粉砕効率の低下を抑制することができる。また、粒子軌跡操作手段によって、圧縮気体供給ノズル内に供給された混相気体中の被粉砕物の粒径に応じた軌跡を通るように被粉砕物の粒子の軌跡を操作する。このため、軌跡を操作された粒子が衝突する衝突部材を、各軌跡を通過する被粉砕物の粒径に応じた衝突エネルギーを与えることができる形状とすることで、過粉砕や未粉砕を抑制し、粉砕後に回収される粒子や再び固気混相器に送られる粒子の発生を抑制することで歩留の向上を図ることができる。

本発明によれば、加速管内での衝撃波の発生を抑制して、粉砕効率の低下を抑制し、且つ、歩留の向上を図ることができるという優れた効果がある。

本実施形態の粉砕装置の概略構成図。 圧縮気体供給ノズル及び加速管の内部流路の拡大説明図。 粒子軌跡の一例を示す説明図。 衝突部材の拡大説明図。 供給手段として、高圧スクリューフィーダーを備える粉砕装置の概略構成図。 従来の粉砕装置の概略構成図。

以下、本発明を適用した粉砕装置の一例について説明する。
図１は、本実施形態の衝突式気流粉砕装置である粉砕装置１００の概略説明図である。
図１に示すように粉砕装置１００は、粒子軌跡操作部材１４を有する圧縮気体供給ノズル８と、圧縮気体供給ノズル８に接続された加速管９と、内部に被粉砕物を衝突させて粉砕する為の衝突部材１１を設けた粉砕室１０とを有している。また、圧縮気体供給ノズル８の供給口には、被粉砕物を効率良く分散混合する固気混相器４が接続されている。

固気混相器４内の圧力は、圧力調整弁５と圧力制御機器６とで構成された圧力制御手段により所定の粉砕圧力に調整される。また、固気混相器４には、管を介して高圧エゼクター２が接続されている。高圧エゼクター２は、被粉砕物投入部２ａと、気体取入れ部２ｂとを備え、気体取入れ部２ｂには、空気供給管３が接続され、空気供給管３には、不図示のコンプレッサーなどが接続されている。

不図示のコンプレッサーなどによって高圧エゼクター２に供給された圧縮空気は、高圧エゼクター２内で加速され、被粉砕物投入部２ａで低圧気流にされる。これにより、原料定量供給機１から被粉砕物投入部２ａに供給された被粉砕物がエゼクター効果により取り込まれ、圧縮空気とともに、固気混相器４へ分散しながら供給される。
固気混相器４に供給された圧縮空気と被粉砕物とからなる混相気体は、固気混相器４内で所定の圧力及び高分散された状態で圧縮気体供給ノズル８へ供給される。

図２は、圧縮気体供給ノズル８及び加速管９の内部流路の拡大説明図である。また。図３は、粒子軌跡の一例を示す説明図である。
図２及び図３に示すように、圧縮気体供給ノズル８と加速管９との境目は流路断面の狭いノズルスロート部１８となっている。そして、圧縮気体供給ノズル８の内部流路の断面が下流側ほど狭くなるように混相気体移動方向に対して傾斜したスロート壁面１８ａが形成されている。さらに、圧縮気体供給ノズル８の内部流路のスロート壁面１８ａに対して混相気体移動方向上流側には、円柱状の粒子軌跡操作部材１４が配置されている。粒子軌跡操作部材１４は、混相気体移動方向上流側から移動してくる混相気体に含まれる被粉砕物の粒子の軌跡を圧縮気体供給ノズル８の内壁面に向かうように操作するための、混相気体移動方向下流側に突起部２２を有する円柱状の部材である。

圧縮気体供給ノズル８内に供給された混相気体は、粒子軌跡操作部材１４によって、圧縮気体供給ノズル８の内壁面に向かい、この内壁面に沿ってスロート壁面１８ａに向かうように流れを変えられ、混相気体中の被粉砕物はすべてスロート壁面１８ａに沿うように流れる。その後、ノズルスロート部１８に向かうにつれて混相気体は加速され、亜音速まで加速される。
ノズルスロート部１８において、スロート壁面１８ａを沿って流れてきた被粉砕物は、粒径毎の慣性力の違いにより、粒径毎に軌跡が分かれる。スロート角度αを適切な値に設定することにより、被粉砕物の大粒子がノズルスロート部１８の中心側（図３中のＡ１で示す軌跡）を、小粒子になるにつれてノズルスロート部１８の外周側（ノズルスロート部１８を形成する内壁面側、図３中のＡ２で示す軌跡）を進むようにする。スロート角度αを適切な値に設定することにより粒子軌跡が操作可能であるため、投入粒径によらず、任意に衝突場所を変化させられる。このため、被粉砕物によって最適な粉砕状態にすることが容易である。

加速管９は、噴射口に向かうにつれ断面積が大きくなっている所謂ラバルノズルであり、加速管９の供給口から噴射口までの間には、被粉砕物供給口などの供給口を有していない。圧縮気体供給ノズル８のノズル口であるノズルスロート部１８から加速管９へ供給された亜音速まで加速された混相気体は、粒径毎に軌跡をさらに分けられ、加速管９で膨張しながら超音速にまで加速され、噴射口から超音速の混相気体が噴射される。

本実施形態の加速管９には、被粉砕物の供給口を設けていないので、加速管９内で加速しながら移動中の混相気体に急激な密度変化が生じ衝撃波が発生することがない。その結果、加速管９内で衝撃波による混相気体の速度低下が生じることはない。よって、加速管９によって混相気体を確実に超音速にまで加速し、粒径毎に軌跡を分けることができる。

加速管９によって超音速にまで加速した混相気体は、噴射口から粉砕室１０に設けられた衝突部材１１に向けて噴射される。
図４は、衝突部材１１の拡大説明図である。
衝突部材１１の衝突面は、先端に平面部分１１ｆを有する円錐形状部１１ａを有しており、加速管９の噴射口の中心と対向している。
加速管９の噴射口から噴射した混相気体中の被粉砕物は、粒径毎に軌跡を分けられた状態で衝突部材１１に向かい、大粒子は衝突部材１１の平面部に衝突する（図３中のＡ１）。平面部は噴射口から最も近い場所に位置しているため、速度低下が最小限に抑えられ、且つ直角に衝突するため、最大の衝突エネルギーを与えられる。一方、小粒子は衝突部材１１の円錐の側面部分に衝突する（図３中のＡ２）。円錐の側面部分は平面部と比べ、噴射口からの距離が遠く、粒径が小さくなるほど衝突までの距離が遠くなる。よって、段階的に速度を低下させることができる。さらに、円錐の側面部分という角度の浅い部分に衝突するため、粒径が小さくなるにつれて段階的に衝突エネルギーを小さくすることができる。その結果、大粒子も小粒子も未粉砕、過粉砕を抑制することができ、所望の粒径となる。

さらに、衝突部材１１の衝突面を円錐形状とすることによって、衝突部材１１に向けて噴射された高速の気流は壁付着効果（コアンダ効果）により円錐の側面部分に沿って滑らかに流れる。よって、衝突粉砕された粒子は停滞なく衝突部材後部に流れていく。
衝突粉砕された粉砕物は、円錐形状の衝突面に沿って滑らかに流れる気流に乗って粉砕室１０の加速管９が接続された壁面と反対側の壁面に流れる。そして、粉砕室１０の加速管９が接続された壁面と反対側の壁面に接続された不図示の管から排出され、捕集サイクロン１２で固気分離され、回収ホッパ１３で粉砕物を回収している。

捕集サイクロン１２は、円筒形状の上部と、下方へ行くに従い径が小さくなる逆円錐形状の下部とからなっており、不図示の駆動手段によって回転可能に構成されている。上部には、導入部１２ｂを有しており、捕集サイクロン１２の上面の回転中心には、排気管１２ａを有している。導入部１２ｂには、一端が粉砕室に接続された不図示の管の他端が接続されており、排気管１２ａには、高圧ブロアなどの吸引手段が接続されている。この吸引手段によって、排気管１２ａから捕集サイクロン１２内の空気を吸引している。

導入部１２ｂから圧縮空気とともに供給された粉砕物は、粒径毎に最適な衝突エネルギーを与えられるため、シャープな分布となっており、所望の粒径以上の粉砕物は少ない。しかし、求められる条件によっては、捕集サイクロン１２内で、遠心力により周壁へ移動した所望の粒径以上の粉砕物を、再び高圧エゼクター２の被粉砕物投入部２ａへ投入し、再び粉砕作用を受けさせてもよい。
なお、粉砕装置１００においては、捕集サイクロン１２を用いているが、粉砕物の粒径分布をさらにシャープな分布とするために、気流式や機械式の分級手段を用いてもよい。

また、粉砕装置１００では、固気混相器４への被粉砕物の供給を、高圧エゼクター２を用いて行うことにより固気混相器４内の圧力を粉砕に必要な圧力まで容易に上昇させることができる。
また、固気混相器４内部の圧力を、圧力調整弁５及び圧力制御機器６を用いて調整することにより、加速管９の噴射口から噴射する混相気体の流速を調整することができ、被粉砕物を所望の粉砕粒径に調整することができる。
本実施形態の粉砕装置１００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、トナーの製造用に好適である。

次に、従来の粉砕装置について説明する。
上記特許文献１乃至３に記載の加速管の途中に被粉砕物を供給するための供給口を設けた粉砕装置である。
図６に、加速管の途中に供給口を設けた粉砕装置の一例として従来の粉砕装置１００ａを示す。
図６に示す従来の粉砕装置１００ａは、固気混相器４を備えておらず加速管９に被粉砕物を供給するための被粉砕物供給口９ｂが設けられている点、及び、圧縮気体供給ノズル８内に粒子軌跡操作部材１４が配置されていない点で、図１に示す本実施形態の粉砕装置１００とは異なる。また、固気混相器４を備えていないため、圧力調整弁５と圧力制御機器６とで構成された圧力制御手段が圧縮気体供給ノズル８に接続されている。
図６に示す従来の粉砕装置１００ａのように、加速管９の途中に被粉砕物供給口９ｂを設けた粉砕装置では、この被粉砕物供給口９ｂ近傍で急激な密度変化が生じ、ダイヤモンド型の衝撃波である所謂ダイヤモンドショックウェーブなどの衝撃波が発生するおそれがある。このような衝撃波が発生すると、加速管９内の混相気体の速度低下が起こり、混相気体が十分な速度で加速管９の噴射口から噴射しなくなる。その結果、被粉砕物の衝突部材１１に対する衝突エネルギーが低下し、１回の衝突粉砕で所望の粒径を得ることができず、粉砕効率が低下してしまうなどの問題が生じる。
また、ダイヤモンドショックウェーブの発生は、速度低下のみならず、加速管９の下側へ向かう気流の流れも形成してしまい、混相気体のほとんどが衝突部材１１下側に向かい、衝突部材１１の同一場所に集中して衝突する。その結果、その部分の磨耗が激しくなり、メンテナンス周期が短くコストがかかる問題も生じる。

そこで、本出願人は、特願２００９−１９９１７７号（以下、先願という）において、次のような粉砕装置を提案した。すなわち、圧縮気体供給ノズルと、圧縮気体供給ノズルから供給された圧縮気体を加速させて被粉砕物を衝突粉砕するための衝突部材へ向けて圧縮気体を噴射する加速管とを備え、被粉砕物と圧縮気体とを混相する固気混相器を備え、固気混相器で混相された混相気体を圧縮気体供給ノズルへ供給する粉砕装置である。この粉砕装置では、固気混相器によって圧縮気体と被粉砕物とを混相させ、圧縮気体供給ノズルに混相気体を供給している。これにより、圧縮気体供給ノズルから加速管へ供給される気体は、圧縮気体と被粉砕物とが混相された混相気体となっており、加速管で被粉砕物を供給して、加速管内で混相気体を形成する必要がない。その結果、上記特許文献１乃至３に記載の粉砕装置が備えていた加速管内に被粉砕物を供給するための被粉砕物供給口をなくすことが可能となり、加速管内での衝撃波の発生を抑制することができる。これにより、加速管内の混相気体の速度低下を抑制することが可能となり、混相気体を十分な速度で加速管の噴射口から噴射することができる。その結果、被粉砕物の衝突エネルギーを高めることが可能となり、１回の衝突粉砕で所望の粒径を得ることができる。よって、粉砕効率を高めることができる。

そして、本実施形態の粉砕装置１００も上記先願と同様に、被粉砕物と圧縮気体とを混相する固気混相器４を備え、固気混相器４で混相された混相気体を圧縮気体供給ノズル８へ供給する。このため、上記先願と同様に、加速管９内での衝撃波の発生を抑制して、粉砕効率を高めることができる。また、衝撃波に起因して形成される加速管９の下側へ向かう気流の流れが形成されることを防止できるため、混相気体が衝突部材１１の同一場所に集中して衝突することを防止できる。その結果、衝突部材１１の一部に磨耗が激しく部分が生じることを防止し、メンテナンス周期の長期化、及び、メンテナンスコストの低下を図ることができる。

ここで、固気混相器に供給される被粉砕物の粒子の粒径にはバラツキがある。そして、上記先願に記載の粉砕装置では、圧縮気体供給ノズル内に供給された混相気体中の被粉砕物の粒子は、その粒径に関係無く、混相気体の移動に応じた軌跡を通って衝突部材に衝突する。その結果、小粒径の粒子が過粉砕され所望の粒径より小さくなって回収される粒子や、大粒径の粒子が十分に粉砕されずに未粉砕の状態で所望の粒径よりも大きな粒子となって再び固気混相器に送られる粒子が生じ、歩留の低下となる。

一方、本実施形態の粉砕装置１００は、粒子軌跡操作部材１４とスロート壁面１８ａとにより構成される粒子軌跡操作手段を備える。粒子軌跡操作手段によって、圧縮気体供給ノズル８内に供給された混相気体中の被粉砕物の粒径に応じた軌跡を通るように被粉砕物の粒子の軌跡を操作する。詳しくは、粒径の大きな粒子ほど管状の加速管９の中心部に近い軌跡を通り、粒径の小さな粒子ほど管状の加速管９の中心部から遠い内壁面に近い軌跡を通る。このため、軌跡を操作された粒子が衝突する衝突部材１１を、中心部に近い軌跡を通過する粒子に対しては衝突エネルギーが大きくなるように、中心部から遠い軌跡を通過する粒子に対しては衝突エネルギーが小さくなるような形状としている。これにより、過粉砕や未粉砕を抑制し、粉砕後に回収される粒子や再び原料定量供給機１を介して固気混相器４に送られる粒子の発生を抑制することで歩留の向上を図ることができる。
このように、本実施形態の粉砕装置１００では、加速管９内の混相気体の速度低下を抑制し、且つ、加速管９内の下側に向かう気流形成を抑制することが可能となる。よって、混相気体を十分な速度で加速管の噴射口から噴射すること及び衝突部材１１の同一場所へ衝突することを防止することが可能となる。また、圧縮気体供給ノズル８に粒子軌跡操作部材１４を有することにより、圧縮気体がノズルスロート部１８を通過するときに、被粉砕物の粒子径毎に軌跡を分けることが可能となる。上述した固気混相器４で混相された混相気体を圧縮気体供給ノズル８へ供給する構成の効果と合わせることにより、噴射された被粉砕物は、粒子径毎に衝突部材１１の最適な部位に十分な速度を保ったまま衝突する。これにより、粒子径毎に最適な衝突エネルギーを与えることが可能となる。その結果、１回の衝突粉砕で所望の粒径を得ることが可能となり、粉砕効率の向上、歩留りの向上、衝突部材１１の局所的な磨耗を防止することが可能となる。

図１に示す粉砕装置１００は、固気混相器４への被粉砕物の供給を、高圧エゼクター２を用いて行う構成である。固気混相器４への被粉砕物の供給を行う供給手段としては、内部に圧縮気体と同圧力がかかる高圧スクリューフィーダーを用いてもよい。
図５は、供給手段として、高圧スクリューフィーダー１０１を備える粉砕装置１００の概略構成図である。

図５に示す粉砕装置１００のように、高圧スクリューフィーダー１０１を用いることで、被粉砕物を定量的に固気混相器４に供給することができ、ばらつきの無い被粉砕物が確保できる。また、被粉砕物の供給に圧縮気体を使わないので、圧縮気体使用量の削減にもなる。
また、図５に示す粉砕装置１００の固気混相器４は、被粉砕物進行方向に対して直交する方向から圧縮気体を流入するものを用いている。これにより、固気混相器４内の被粉砕物と気体を一定かつ高分散状態にし、より確実に粒子径毎に最適な場所に衝突させることができる。
図５に示す粉砕装置１００のように、高圧スクリューフィーダー１０１を有し、固気混相器４への圧縮気体の流入を被粉砕物進行方向に対して直交する方向からとすることにより、高分散かつ被粉砕物濃度を一定にすることができ、粒子径毎に最適な場所に衝突させることができ、高効率な粉砕が可能となる。

次に、以下の実施例１〜１０、比較例１を用いて、本実施形態の粉砕装置１００の特徴的な構成について詳細に説明する。
〔実施例１〕
実施例１は、被粉砕物を図１に示す粉砕装置１００を用いて粉砕したものである。
被粉砕物を図１の原料定量供給機１から０．５［ｋｇ／ｈ］で高圧エゼクター２に被粉砕物を供給し、８．０［ＭＰａ］の圧縮空気と被粉砕物からなる固気混相気体を固気混相器４へ送り込む。固気混相器４内の圧力は、圧力調整弁５及び圧力制御機器６により０．６［ＭＰａ］に調整されている。固気混相器４内で十分に分散された混相気体を、粒子軌跡操作部材１４を有する圧縮気体供給ノズル８に供給し、圧縮気体供給ノズル８と加速管９とで粒径毎に軌跡を変化させながら超音速まで加速し、粉砕室１０内に設置された衝突部材１１に衝突させ粉砕した。

実施例１の粉砕装置１００の各条件を下記に示す。
下記の条件において、「Ｄ１」は、図２に示すように、圧縮気体供給ノズル８の内径であり、「Ｄ２」は、ノズルスロート部１８における内径であり、「Ｄ３」は、粒子軌跡操作部材１４の径である。また、図４に示すように、「Ｄ４」は、衝突部材１１の外径であり、「Ｄ５」は、円錐形状部１１ａの平面部分１１ｆの径である。また、図２に示すように、「Ｌ１」は、粒子軌跡操作部材１４の後端からノズルスロート部１８までの距離であり、「Ｌ２」は、粒子軌跡操作部材１４の長さである。
また、スロート角度αは、流路の中心を通る仮想中心線Ｃとスロート壁面１８ａとが成す角の角度であり、ラバル角度βは、仮想中心線Ｃと加速管９の内壁面とが成す角の角度である。さらに、衝突部材角度γは、仮想中心線Ｃと衝突部材１１の円錐形状部１１ａの側面とが成す角の角度である。

スロート角度α ： ８０［°］
ラバル角度β ： ２．５［°］
衝突部材の平面部径Ｄ５ ： ０．０３×Ｄ４
粒子軌跡操作部材径Ｄ３ ： ０．４×Ｄ１
粒子軌跡操作部材位置Ｌ１ ： ３．０×Ｄ２
粒子軌跡操作部材長さＬ２ ： １．０×Ｄ３
衝突部材角度γ ： ２０［°］
粒子軌跡操作部材後端部２２の有無： 有り

〔実施例２〕
実施例２は、「スロート角度α」を３０［°］に変更した点以外は実施例１と同じ条件で実施した。
〔実施例３〕
実施例３は、「ラバル角度β」を４［°］に変更した点以外は実施例１と同じ条件で実施した。
〔実施例４〕
実施例４は、「衝突部材の平面部径Ｄ５」を「０．３×Ｄ４」に変更した点以外は実施例１と同じ条件で実施した。
〔実施例５〕
実施例５は、「粒子軌跡操作部材径Ｄ３」を「０．２５×Ｄ１」に変更した点以外は実施例１と同じ条件で実施した。
〔実施例６〕
実施例６は、「粒子軌跡操作部材径Ｄ３」を「０．６０×Ｄ１」に変更した点以外は実施例１と同じ条件で実施した。
〔実施例７〕
実施例７は、「粒子軌跡操作部材位置Ｌ１」を「１．０×Ｄ２」に変更した点以外は実施例１と同じ条件で実施した。
〔実施例８〕
実施例８は、「粒子軌跡操作部材長さＬ２」を「３．０×Ｄ３」に変更した点以外は実施例１と同じ条件で実施した。
〔実施例９〕
実施例９は、「衝突部材角度γ」を１０［°］に変更した点以外は実施例１と同じ条件で実施した。
〔実施例１０〕
実施例１０は、「粒子軌跡操作部材後端部２２の有無」を「無し」に変更した点以外は実施例１と同じ条件で実施した。
〔実施例１１〕
実施例１１は、供給手段として原料定量供給機１および高圧エゼクター２を備える構成の代わり、供給手段として高圧スクリューフィーダー１０１を備える構成とした（図５に示す粉砕装置１００に対して固気混相器４における圧縮気体流入方向が被粉砕物進行方向に平行）点以外は実施例１と同じ条件で実施した。
〔実施例１２〕
実施例１２は、固気混相器への圧縮気体流入方向が被粉砕物進行方向に対して直交する方向となっている（図５に示す粉砕装置１００の構成）点以外は実施例１１と同じ条件で実施した。

〔比較例〕
比較例は、図６に示す従来の粉砕装置１００ａを用いて被粉砕物を粉砕したものである。
圧縮気体供給ノズル８には、圧力調整弁５から伸びる管が接続されており、圧力調整弁５及び圧力制御機器６により０．６［ＭＰａ］に調整された圧縮空気が供給されるようになっている。原料定量供給機１から０．５［ｋｇ／ｈ］で加速管９の途中に設けた被粉砕物供給口９ｂから被粉砕物を供給し、圧縮気体供給ノズル８から加速管９へ供給された圧縮空気は、加速管９内で被粉砕物と圧縮空気とからなる混相気体となる。そして、混相気体内の被粉砕物を粉砕室１０内に設置された衝突部材１１に衝突させ粉砕した。
その際、「粒子軌跡操作部材」についての条件以外の各条件（スロート角度α、ラバル角度β、衝突部材の平面部径Ｄ５及び衝突部材角度γ）は、実施例１と同じ条件で実施した。

上記実施例１〜１０及び比較例に関して、被粉砕物を粉砕した後の粉砕物の粒径について調べた。被粉砕物は、ポリエステル樹脂１００重量部、フタロシアニン系顔料８重量部、帯電制御剤としてサルチル酸亜鉛２重量部をスーパーミキサー（カワタ社製）にて混合し、この混合物をエクストルーダーにて約１５０［℃］で溶融混練した後、冷却・固化し溶融混練物の冷却物をハンマーミルにて５０［μｍ］以下に粗粉砕したものである。
また、捕集サイクロン１２は駆動させず、粉砕室１０で粉砕された粉砕物をすべて、回収ホッパ１３に回収した。そして、回収ホッパ１３に回収された粉砕物の平均粒径（Ｄｐ５０）及び粒度分布のシャープさを評価する指標であるＤＶ／ＤＮ（ＤＶ：体積平均粒径／ＤＮ：個数平均粒径）について調べた。

表１に各実施例および比較例の実験結果を示す。

表１に示すように、図１に示す粉砕装置１００を用いた実施例１〜１０のほうが、図６に示す従来の粉砕装置１００ａを用いた比較例に比べて、粉砕物の粒径が小さくなっておりシャープな分布となっている（ＤＶ／ＤＮが小さくなっている）ことがわかる。これは、比較例で使用した従来の粉砕装置１００ａは、加速管９に被粉砕物供給口９ｂを設けているため、急激な密度変化によって加速管９内の圧縮空気の速度が失速してしまったこと及びノズル下側に向かう気流が形成されてしまったことによる。これにより、十分な流速の混相気体を加速管９の噴射口から噴射することができず、また、衝突部材１１下側の同一場所にすべての被粉砕物が衝突してしまっているため、十分な衝突エネルギーが得られず、粉砕物の粒径が大きくなり、ブロードな分布になったと考えられる。

一方、実施例１〜１０においては、図１に示す粉砕装置１００を用いているので、加速管９内で急激な密度変化による混層気体の失速及びノズル下側に向かう気流がない。さらに、被粉砕物の粒径毎に軌跡が分かれている。このため、粒径毎に最適な衝突部位に向けて、十分な流速の混相気体を加速管９の噴射口から噴射することができ、粒子軌跡毎に最適な衝突エネルギーを与えられたことから、粉砕物の粒径が小さくなり、且つ、シャープな分布になったと考えられる。

実施例１と実施例２とを比べると、スロート角度αを小さくすると、被粉砕物の粒子にかかる慣性力が小さくなり、大粒子が衝突部材１１中心に衝突しないため、最適な衝突エネルギーとならず粉砕されなくなり、粉砕粒径が大きくなり、ブロードな分布となったと考えられる。このことより、スロート角度αは８０［°］が好ましい条件ということが分かる。

実施例１と実施例３とを比べると、ラバル角度βを大きくすると更に粒径毎に軌跡が分かれてしまい、若干ではあるが、衝突部材１１の平面部分１１ｆに衝突しない大粒子が増え、粉砕粒径が大きくなり、ブロードな分布となったと考えられる。このことより、ラバル角度は２．５［°］が好ましい条件ということが分かる。

実施例１と実施例４とを比べると、衝突部材１１の平面部径Ｄ５を大きくすることにより、小さい粒子も大きい衝突エネルギーを与えられたことにより、過粉砕されてしまったため、粉砕粒径は小粒径化して、ブロードな分布になってしまったと考えられる。このことより、衝突部材の平面部径Ｄ５は０．０３×Ｄ４（衝突部材１１の外径の０．０３倍）が好ましい条件ということが分かる。

実施例１と実施例５とを比べると、実施例５では、圧縮気体供給ノズル８に対して粒子軌跡操作部材１４が小さくなり、スロート壁面１８ａに沿わなくなる粒子が増え、最適な粒子軌跡とは違う軌跡を取る粒子が増えたため、若干、粉砕粒径が大きくなり、ブロードな分布となったと考えられる。
また、実施例１と実施例６とを比べると、実施例６では、逆に圧縮気体供給ノズル８に対して粒子軌跡操作部材１４が大きくなりすぎ、通過面積が小さくなり、粒子が停滞を起こしてしまったため、粉砕粒径が大きくなりブロードな分布となったと考えられる。
実施例１と実施例５及び実施例６との比較より、粒子軌跡操作部材径Ｄ３は、０．６×Ｄ１よりも０．２５×Ｄ１の方が好ましい条件であり、さらに好ましい条件は０．４×Ｄ１（圧縮気体供給ノズル８の内径の０．４倍）であることが分かる。

実施例１と実施例７とを比べると、粒子軌跡操作部材１４をノズルスロート部１８に近づけすぎると、通過面積が小さくなり、粒子が停滞を起こしてしまったため、粉砕粒径が大きくなりブロードな分布となったと考えられる。このことより、粒子軌跡操作部材位置Ｌ１は、３．０×Ｄ２（ノズルスロート部１８における内径の３倍）が好ましい条件ということが分かる。

実施例１と実施例８とを比べると、粒子軌跡操作部材１４が長くなりすぎると、通過面積が小さい部分が多くなり、粒子が停滞を起こしてしまったため、若干ではあるが、粉砕粒径が大きくなり、ブロードな分布となったと考えられる。このことより、粒子軌跡操作部材長さＬ２は、１．０×Ｄ３（粒子軌跡操作部材１４の外径と同じ値）が好ましい条件ということが分かる。

実施例１と実施例９とを比べると、衝突部材角度γを小さくすることにより、小粒子に与えられる衝突エネルギーが小さくなり、若干ではあるが、粉砕粒径が大きくなり、ブロードな分布となったと考えられる。このことより、衝突部材角度γは２０［°］が好ましい条件ということが分かる。

実施例１と実施例１０とを比べると、粒子軌跡操作部材後端部２２が無いと、気流の乱れが発生し、混相気流を粒子軌跡操作部材１４側へと引き寄せる力が発生する。それにより、粒径毎に別れた軌跡に乱れが生じ、粉砕物の粒径が大きくなり、ブロードな分布となったと考えられる。このことより、粒子軌跡操作部材後端部２２は、有る方が好ましい条件ということが分かる。

以上、本実施形態の粉砕装置１００は、圧縮気体供給ノズル８と、圧縮気体供給ノズル８に接続され圧縮気体供給ノズル８から供給された圧縮気体を加速させて被粉砕物を衝突粉砕するための衝突部材１１へ向けて圧縮気体を噴射する加速管９とを備える。このような粉砕装置１００において、被粉砕物と圧縮気体とを混相する固気混相器４を備え、固気混相器４で混相された混相気体を圧縮気体供給ノズル８へ供給する。これにより、圧縮気体供給ノズル８から加速管９へ供給される気体は、圧縮気体と被粉砕物とが混相された混相気体となっており、加速管９で被粉砕物を供給して、加速管９内で混相気体を形成する必要がない。その結果、上記特許文献１乃至３に記載の粉砕装置が備えていた加速管９内に被粉砕物を供給するための被粉砕物供給口をなくすことが可能となり、加速管９内での衝撃波の発生を抑制することができる。これにより、加速管９内の混相気体の速度低下を抑制することが可能となり、混相気体を十分な速度で加速管９の噴射口から噴射することができる。その結果、被粉砕物が衝突部材１１に衝突するときの衝突エネルギーを高めることが可能となり、１回の衝突粉砕で所望の粒径を得ることができる。よって、粉砕効率を高めることができる。また、衝撃波の発生を抑制することで衝撃波に起因して加速管９の下側へ向かう気流の流れが形成されることも抑制でき、衝突部材１１の局所的な磨耗を防止することができる。
さらに、粉砕装置１００は、圧縮気体供給ノズル８内に供給された混相気体中の被粉砕物の粒径に応じた軌跡を通るように被粉砕物の粒子の軌跡を操作する粒子軌跡操作手段を有し、ノズルスロート部１８を通過するときに、粒径の大きな粒子ほど管状の加速管９の中心部に近い軌跡を通り、粒径の小さな粒子ほど管状の加速管９の中心部から遠い内壁面に近い軌跡を通る。このため、軌跡を操作された粒子が衝突する衝突部材１１を、中心部に近い軌跡を通過する粒子に対しては衝突エネルギーが大きくなるように、中心部から遠い軌跡を通過する粒子に対しては衝突エネルギーが小さくなるような形状としている。これにより、加速管９から衝突部材１１に向けて噴射された被粉砕物は、粒径毎に衝突部材１１の最適な部位に十分な速度を保ったまま衝突する。よって、粒子径毎に最適な衝突をさせることができ、過粉砕や未粉砕を抑制し、粉砕後に回収される粒子や再び原料定量供給機１を介して固気混相器４に送られる粒子の発生を抑制することで歩留の向上を図ることができる。

また、粉砕装置１００の粒子軌跡操作手段は、固気混相器４から供給された混相気体中の被粉砕物の粒子の軌道を圧縮気体供給ノズル８の内壁面に向かうように操作する粒子軌跡操作部材１４と、粒子軌跡操作部材１４が配置された位置における圧縮気体供給ノズル８の内径に対して混相気体の移動方向下流側ほど内径が狭くなるように形成された圧縮気体供給ノズル８におけるスロート壁面１８ａとから構成される。このような構成により、混相気体中の被粉砕物の粒子が粒子軌跡操作部材１４によって圧縮気体供給ノズル８の内壁面側に移動し、さらに、内壁面に沿って移動することで、スロート壁面１８ａに沿ってノズルスロート部１８における仮想中心線Ｃに向けて斜めに飛び出すように移動する。ノズルスロート部１８では混相気体中の圧縮気体による流れは仮想中心線Ｃと平行に流れており、ノズルスロート部１８に到達した被粉砕物の粒子は、粒子径が小さく慣性力の小さい粒子ほど早いタイミングで圧縮気体による流れに流され、仮想中心線Ｃに平行な方向に流れる。そして、粒子径が大きく慣性力の大きい粒子ほど圧縮気体による流れに流さ難く、仮想中心線Ｃに近い位置で仮想中心線Ｃに平行な方向に流れる。よって、被粉砕物の大粒子がノズルスロート部１８の中心側を、小粒子になるにつれてノズルスロート部１８の外周側（ノズルスロート部１８を形成する内壁面側）を進むようになる。よって、粒子軌跡操作部材１４の形状及びスロート壁面１８ａのスロート角度αを適切な値に設定することにより粒子軌跡が操作可能となり、粒子軌跡操作手段を実現することができる。

また、粉砕装置１００において、圧縮気体供給ノズル８内の流路の中心を通る仮想中心線Ｃとスロート壁面１８ａとが成す角の角度であるノズルスロート角度（スロート角度α）が、実施例２は３０［°］であり、実施例１では８０［°］である。実施例１の方が粉砕物の「平均粒径」および「粒度分布のシャープさ」ともに良好な値となったが、実施例２の構成であっても、従来の粉砕装置１００ａを用いた比較例よりも良好な結果を得ることができた。よって、スロート角度αが３０［°］〜８０［°］の範囲では、従来よりも粒径が小さく、粒度分布がシャープな粉砕物となることが確認された。

また、粉砕装置１００において、加速管９は、その内壁面が混相気体の移動方向下流側ほど内径が連続的に大きくなるラバルノズルであり、加速管９内の流路の中心を通る仮想中心線Ｃと加速管９の内壁面とが成す角の角度である加速管ラバル角度（ラバル角度β）が、実施例１では、２．５［°］であり、実施例３では、４．０［°］である。実施例１の方が粉砕物の「平均粒径」および「粒度分布のシャープさ」ともに良好な値となったが、実施例３の構成であっても、従来の粉砕装置１００ａを用いた比較例よりも良好な結果を得ることができた。よって、ラバル角度βが２．５［°］〜４．０［°］の範囲では、従来よりも粒径が小さく、粒度分布がシャープな粉砕物となることが確認された。

また、粉砕装置１００において、衝突部材１１は先端に平面部分１１ｆを有する円錐形状部１１ａを備え、衝突部材１１の外径をＤ４としたときに、平面部分１１ｆの径（平面部径Ｄ５）が、実施例１では、「０．０３×Ｄ４」であり、実施例４では、「０．３×Ｄ４」である。実施例１の方が粉砕物の「平均粒径」および「粒度分布のシャープさ」ともに良好な値となったが、実施例４の構成であっても、従来の粉砕装置１００ａを用いた比較例よりも良好な結果を得ることができた。よって、平面部径Ｄ５が、「０．０３×Ｄ４」〜「０．３×Ｄ４」の範囲では、従来よりも粒径が小さく、粒度分布がシャープな粉砕物となることが確認された。

また、粉砕装置１００において、粒子軌跡操作部材１４の径（粒子軌跡操作部材径Ｄ３）が、圧縮気体供給ノズル８と加速管９との境目であるノズルスロート部１８の内径Ｄ２よりも大きく、さらに、粒子軌跡操作部材１４の位置に対して混相気体の移動方向上流側の圧縮気体供給ノズル８の内径をＤ１としたときに、粒子軌跡操作部材径Ｄ３が、実施例１では、「０．４×Ｄ１」であり、実施例５では、「０．２５×Ｄ１」、実施例６では、「０．６×Ｄ１」である。実施例１が粉砕物の「平均粒径」および「粒度分布のシャープさ」ともに良好な値となったが、実施例５及び実施例６の構成であっても、従来の粉砕装置１００ａを用いた比較例よりも良好な結果を得ることができた。よって、粒子軌跡操作部材径Ｄ３が、「０．２５×Ｄ１」〜「０．６０×Ｄ１」の範囲では、従来よりも粒径が小さく、粒度分布がシャープな粉砕物となることが確認された。

また、粉砕装置１００において、圧縮気体供給ノズル８と加速管９との境目であるノズルスロート部１８の内径をＤ２としたときに、混相気体の移動方向における粒子軌跡操作部材１４の後端からノズルスロート部１８までの距離（粒子軌跡操作部材位置Ｌ１）が、実施例１では、「３．０×Ｄ２」であり、実施例７では、「１．０×Ｄ２」である。実施例１の方が粉砕物の「平均粒径」および「粒度分布のシャープさ」ともに良好な値となったが、実施例７の構成であっても、従来の粉砕装置１００ａを用いた比較例よりも良好な結果を得ることができた。よって、粒子軌跡操作部材位置Ｌ１が、「１．０×Ｄ２」〜「３．０×Ｄ２」の範囲では、従来よりも粒径が小さく、粒度分布がシャープな粉砕物となることが確認された。

また、粉砕装置１００において、混相気体の移動方向に直交する方向の粒子軌跡操作部材１４の径をＤ３（粒子軌跡操作部材径Ｄ３）としたときに、混相気体の移動方向の粒子軌跡操作部材１４の長さ（粒子軌跡操作部材長さＬ２）が、実施例１では、「１．０×Ｄ３」であり、実施例８では、「３．０×Ｄ３」である。実施例１の方が粉砕物の「平均粒径」および「粒度分布のシャープさ」ともに良好な値となったが、実施例８の構成であっても、従来の粉砕装置１００ａを用いた比較例よりも良好な結果を得ることができた。よって、粒子軌跡操作部材長さＬ２が、「１．０×Ｄ３」〜「３．０×Ｄ３」の範囲では、従来よりも粒径が小さく、粒度分布がシャープな粉砕物となることが確認された。

また、粉砕装置１００において、衝突部材１１は先端に平面部（平面部分１１ｆ）を有する円錐形状（円錐形状部１１ａ）であり、混相気体が加速管９から衝突部材１１に向かう流路の中心を通る仮想中心線Ｃと円錐形状部１１ａの側面とが成す角の角度である衝突部材角度γが、実施例１では、２０［°］であり、実施例９では、１０［°］である。実施例１の方が粉砕物の「平均粒径」および「粒度分布のシャープさ」ともに良好な値となったが、実施例９の構成であっても、従来の粉砕装置１００ａを用いた比較例よりも良好な結果を得ることができた。よって、衝突部材角度γが１０［°］〜２０［°］の範囲では、従来よりも粒径が小さく、粒度分布がシャープな粉砕物となることが確認された。

また、実施例１の粉砕装置１００では、粒子軌跡操作部材１４の混相気体の移動方向における後端部に円錐形状の突起である粒子軌跡操作部材後端部２２を有し、粒子軌跡操作部材後端部２２を有さない実施例１０よりも粉砕物の「平均粒径」および「粒度分布のシャープさ」ともに良好な値となった。よって、粒子軌跡操作部材後端部２２を有する構成であることが望ましい。

また、粉砕装置１００の加速管９は、圧縮気体供給ノズル８から圧縮気体が供給される圧縮気体供給口（ノズルスロート部１８）から圧縮気体を衝突部材１１に向けて噴射する噴射口までのまでを構成する管状部材の内壁面に被粉砕物供給口を含めた開口部が設けられていない。これにより、加速管９内で衝撃波が発生することを防止し、衝撃波が発生することに起因する不具合を防止することができる。

また、図１に示す粉砕装置１００は、固気混相器４へ被粉砕物を供給する供給手段として、高圧エゼクター２を用いている。固気混相器４への被粉砕物の供給を、高圧エゼクター２を用いて行うことにより固気混相器４内の圧力を粉砕に必要な圧力まで容易に上昇させることができる。

また、図５に示す粉砕装置１００は、固気混相器４へ被粉砕物を供給する供給手段として、高圧スクリューフィーダー１０１を用いている。固気混相器４への被粉砕物の供給を、高圧スクリューフィーダー１０１を用いて行うことにより粉砕物を定量的に固気混相器４に供給することができ、ばらつきの無い被粉砕物が確保できる。

また、図５に示す粉砕装置１００は、固気混相器４として、被粉砕物進行方向に対して直交する方向から圧縮気体を流入するものを用いている。固気混相器４における圧縮気体の流入方向を被粉砕物進行方向に対して直交する方向とすることにより、固気混相器４内の被粉砕物と気体を一定かつ高分散状態にし、より確実に粒子径毎に最適な場所に衝突させることができる。

また、固気混相器４内の圧力制御を行う圧力制御手段である圧力調整弁５及び圧力制御機器６を設けることで、圧力調整弁５及び圧力制御機器６を調整することによって、圧縮気体供給ノズル８へ所望の圧縮気体を供給することができ、噴射口から噴射される混相気体の流速を所望の速度にすることができる。その結果、所望の速度で被粉砕物を衝突部材１１に衝突させることができ、所望の粉砕粒径に調整することができる。

また、粉砕装置１００のように、圧縮気体供給ノズル８から供給された圧縮気体を加速管９内で加速させて被粉砕物を衝突部材１１へ向けて圧縮気体を噴射することで被粉砕物を衝突粉砕する粉砕方法において、被粉砕物と圧縮気体とを混相する固気混相工程で混相された混相気体を圧縮気体供給ノズル８へ供給し、圧縮気体供給ノズル８内に供給された混相気体中の該被粉砕物の粒径に応じた軌跡を通るように被粉砕物の粒子の軌跡を操作して衝突部材１１へ向けて混相気体を噴射することで、加速管９内での衝撃波の発生及びそれに伴う粉砕効率の低下を抑制し、粒子径毎に最適な衝突をさせることによる粉砕工程での歩留の向上が可能となる。

また、トナーとして使用するときの所望の粒径の範囲よりも粒径が大きいトナー材料を粉砕手段によって粉砕して所望の粒径のトナーを製造するトナー製造方法において、粉砕手段として、本実施形態の粉砕装置１００を用いることにより、粉砕効率の向上、及び、粉砕工程での歩留の向上が可能となる。

また、粉砕装置１００を用いたトナー製造方法で製造されたトナーは、従来の粉砕装置１００ａを用いるよりも平均粒径が小さく、粒度分布がシャープとなるため、従来よりも画像形成に適したトナーを得ることができる。

１ 原料定量供給機
２ 高圧エゼクター
２ａ 被粉砕物投入部
２ｂ 気体取入れ部
３ 空気供給管
４ 固気混相器
５ 圧力調整弁
６ 圧力制御機器
８ 圧縮気体供給ノズル
９ 加速管
９ｂ 被粉砕物供給口
１０ 粉砕室
１１ 衝突部材
１１ａ 円錐形状部
１１ｆ 平面部分
１２ 捕集サイクロン
１２ｂ 導入部
１３ 回収ホッパ
１４ 粒子軌跡操作部材
１８ａ スロート壁面
１８ ノズルスロート部
２２ 粒子軌跡操作部材後端部
１００ 粉砕装置
１００ａ 従来の粉砕装置
１０１ 高圧スクリューフィーダー
Ｃ 仮想中心線
Ｄ３ 粒子軌跡操作部材径
Ｄ５ 平面部径
Ｌ１ 粒子軌跡操作部材位置
Ｌ２ 粒子軌跡操作部材長さ
α スロート角度
β ラバル角度
γ 衝突部材角度

特許第３２１９９５５号 特許第３１０８８２０号 特許第３０９０５４７号

Claims (18)

1. 圧縮気体供給ノズルと、
   該圧縮気体供給ノズルに接続され該圧縮気体供給ノズルから供給された圧縮気体を加速させて被粉砕物を衝突粉砕するための衝突部材へ向けて圧縮気体を噴射する加速管とを備える粉砕装置において、
   上記被粉砕物と圧縮気体とを混相する固気混相器を備え、
   該固気混相器で混相された混相気体を上記圧縮気体供給ノズルへ供給し、
   該圧縮気体供給ノズル内に供給された該混相気体中の該被粉砕物の粒径に応じた軌跡を通るように該被粉砕物の粒子の軌跡を操作する粒子軌跡操作手段を有することを特徴とする粉砕装置。
2. 請求項１の粉砕装置において、
   上記粒子軌跡操作手段は、上記固気混相器から供給された上記混相気体中の被粉砕物の粒子の軌道を上記圧縮気体供給ノズルの内壁面に向かうように操作する粒子軌跡操作部材と、
   該粒子軌跡操作部材が配置された位置における該圧縮気体供給ノズルの内径に対して該混相気体の移動方向下流側ほど内径が狭くなるように形成された該圧縮気体供給ノズルにおけるスロート壁面とから構成されることを特徴とする粉砕装置。
3. 請求項２の粉砕装置において、
   上記圧縮気体供給ノズル内の流路の中心を通る仮想中心線とスロート壁面とが成す角の角度であるノズルスロート角度が、３０［°］〜８０［°］の範囲であることを特徴とする粉砕装置。
4. 請求項２または３の粉砕装置において、
   上記加速管は、その内壁面が上記混相気体の移動方向下流側ほど内径が連続的に大きくなるラバルノズルであり、
   該加速管内の流路の中心を通る仮想中心線と該加速管の内壁面とが成す角の角度である加速管ラバル角度が、２．５［°］〜４．０［°］の範囲であることを特徴とする粉砕装置。
5. 請求項２乃至４のいずれか１項に記載の粉砕装置において、
   上記衝突部材は先端に平面部を有する円錐形状であり、衝突部材１１の外径をＤ４としたときに、該平面部の径が、０．０３×Ｄ４〜０．３×Ｄ４の範囲であることを特徴とする粉砕装置。
6. 請求項２乃至５のいずれか１項に記載の粉砕装置において、
   上記粒子軌跡操作部材の径が、上記圧縮気体供給ノズルと上記加速管との境目であるノズルスロート部の内径よりも大きく、
   さらに、該粒子軌跡操作部材の位置に対して上記混相気体の移動方向上流側の該圧縮気体供給ノズルの内径をＤ１としたときに、
   該粒子軌跡操作部材の径が、０．２５×Ｄ１〜０．６０×Ｄ１の範囲であることを特徴とする粉砕装置。
7. 請求項２乃至６のいずれか１項に記載の粉砕装置において、
   上記圧縮気体供給ノズルと上記加速管との境目であるノズルスロート部の内径をＤ２としたときに、
   上記混相気体の移動方向における上記粒子軌跡操作部材の後端から該ノズルスロート部までの距離が、１．０×Ｄ２〜３．０×Ｄ２の範囲であることを特徴とする粉砕装置。
8. 請求項２乃至７のいずれか１項に記載の粉砕装置において、
   上記混相気体の移動方向に直交する方向の上記粒子軌跡操作部材の外径をＤ３としたときに、該混相気体の移動方向の該粒子軌跡操作部材の長さが、１．０×Ｄ３〜３．０×Ｄ３の範囲であることを特徴とする粉砕装置。
9. 請求項２乃至８のいずれか１項に記載の粉砕装置において、
   上記衝突部材は先端に平面部を有する円錐形状であり、上記混相気体が上記加速管から該衝突部材に向かう流路の中心を通る仮想中心線と該円錐形状の側面とが成す角の角度である衝突部材角度が、１０［°］〜２０［°］の範囲であることを特徴とする粉砕装置。
10. 請求項２乃至９のいずれか１項に記載の粉砕装置において、
    上記粒子軌跡操作部材の上記混相気体の移動方向における後端部に円錐形状の突起を有することを特徴とする粉砕装置。
11. 請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の粉砕装置において、
    上記加速管は、上記圧縮気体供給ノズルから上記圧縮気体が供給される圧縮気体供給口から該圧縮気体を衝突部材に向けて噴射する噴射口までを構成する管状部材の内壁面に開口部が設けられていないことを特徴とする粉砕装置。
12. 請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の粉砕装置において、
    上記固気混相器へ上記被粉砕物を供給する供給手段として、高圧エゼクターを用いたことを特徴とする粉砕装置。
13. 請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の粉砕装置において、
    上記固気混相器へ上記被粉砕物を供給する供給手段として、内部に圧縮気体と同圧力がかかる高圧スクリューフィーダーを用いることを特徴とする粉砕装置。
14. 請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の粉砕装置において、
    上記固気混相器は、被粉砕物進行方向に対して直交する方向から圧縮気体を流入することを特徴とする粉砕装置。
15. 請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の粉砕装置において、
    上記固気混相器内の圧力制御を行う圧力制御装置を設けたことを特徴とする粉砕装置。
16. 圧縮気体供給ノズルから供給された圧縮気体を加速管内で加速させて被粉砕物を衝突部材へ向けて圧縮気体を噴射することで該被粉砕物を衝突粉砕する粉砕方法において、
    上記被粉砕物と圧縮気体とを混相する固気混相工程で混相された混相気体を上記圧縮気体供給ノズルへ供給し、
    該圧縮気体供給ノズル内に供給された該混相気体中の該被粉砕物の粒径に応じた軌跡を通るように該被粉砕物の粒子の軌跡を操作して上記衝突部材へ向けて該混相気体を噴射することを特徴とする粉砕方法。
17. トナーとして使用するときの所望の粒径の範囲よりも粒径が大きいトナー材料を粉砕手段によって粉砕して所望の粒径のトナーを製造するトナー製造方法において、
    上記粉砕手段として、請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の粉砕装置を用いることを特徴とするトナー製造方法。
18. 請求項１７に記載のトナー製造方法で製造されたことを特徴とするトナー。

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