JP2020192506A

JP2020192506A - 粉砕機および粉砕分級装置

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Publication number: JP2020192506A
Application number: JP2019100420A
Authority: JP
Inventors: 太軌河野; Taiki Kono
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2019-05-29
Filing date: 2019-05-29
Publication date: 2020-12-03

Abstract

【課題】経時的に粉砕力が低下することを抑制する粉砕機を提供する。【解決手段】粉砕機３０は、粉粒体９９が流入する流入口３４と、粉砕された粉粒体９９が流出する流出口３５が配置された粉砕室３３に、円柱構造基体１３２と、該円柱構造基体１３２の上面に設けられた衝突用構造体部１３０と、を備え、流入口３４から流入した粉粒体９９を、衝突用構造体部１３０と粉砕室３３の第１内壁面１０５Ｂ及び第２内壁面１０７Ａに衝突させて粉砕する粉砕機３０であって、衝突用構造体部１３０の表面１３１には、段差１３１Ａが設けられている。【選択図】図２

Description

本発明は、粉砕機および粉砕分級装置に関する。

従来、被粉砕物を、高速で衝突部材に衝突させて粉砕する粉砕機が公知である。例えば、特許文献１に粉砕機としての粉砕装置が開示されている。特許文献１によると粉砕装置は、衝突用錐面が形成された円錐形状の衝突用錐体部と、衝突用錐面の下流側端から径方向外方に広がる環状の衝突用平板とを有する衝突部材の開示がある。粉砕装置は被粉砕物を衝突部材の衝突用錐面や衝突用平面に衝突させて、その衝撃により被粉砕物を細かく粉砕する。また、粉砕装置は衝突用平面で跳ね返った被粉砕物を粉砕室の内壁にも衝突させて、細かく粉砕する。

特開２０１７−７０９０３号公報

しかしながら、特許文献１に記載の粉砕分級装置は、衝突用錐体部の衝突用平面に被粉砕物を衝突させて、粉砕室内壁面の特定の狭い領域に高い確率で集中して衝突する構成となっている。この構成では、被粉砕物である粉粒体が粉砕室内壁面に衝突するとき、この特定の狭い領域において粉粒体の融着が生じる場合がある。粉砕室内壁面での融着状態が進行すると、粉砕室内壁面の融着物に粉粒体が衝突するようになり、粉粒体が粉砕され難くなる。このように、粉粒体の融着は、粉砕力の経時的低下に繋がるという課題があった。

粉砕機は、被粉砕物が流入する流入口と、粉砕された前記被粉砕物を粉砕物として流出する流出口と、が配置された粉砕室に、柱構造基体と、前記柱構造基体の前記流入口側の面に設けられた衝突用構造体部と、を備え、前記流入口から流入した前記被粉砕物を、前記衝突用構造体部と前記粉砕室の内壁とに衝突させて粉砕する粉砕機であって、前記衝突用構造体部の表面には、段差が設けられていることを特徴とする。

上記の粉砕機は、前記衝突用構造体部の表面には、同心円状に配置された曲面を有するシリンドリカル形状の衝突面が設けられ、前記シリンドリカル形状の前記衝突面に前記段差が付与されることが好ましい。

上記の粉砕機は、前記流入口と前記流出口との間の流路において、前記段差は、前記衝突用構造体部の前記衝突面の上流側から下流側に向けて複数設けられていることが好ましい。

上記の粉砕機は、前記柱構造基体の前記流入口側の前記面に、前記衝突用構造体部として、曲面を有した複数の半球状の衝突面が設けられていることが好ましい。

上記の粉砕機では、前記段差は、隣合う前記曲面の間に設けられることが好ましい。

粉砕分級装置は、被粉砕物が流入する流入口と、粉砕された前記被粉砕物を粉砕物として流出する流出口と、が配置された粉砕室に、柱構造基体と、前記柱構造基体の前記流入口側の面に設けられた衝突用構造体部と、を備え、前記流入口から流入した前記被粉砕物を、前記衝突用構造体部と前記粉砕室の内壁とに衝突させて粉砕する粉砕機と、前記流出口から流出する前記粉砕物を分級する分級機と、を備え、前記衝突用構造体部の表面には、段差が設けられていることを特徴とする。

実施形態１に係る粉砕分級装置の全体構成を示す模式図。衝突用構造体部周辺の断面図。粉砕室の要部模式拡大図。粉粒体衝突位置および衝突範囲の説明図。実施形態２に係る衝突用構造体部周辺の断面図。実施形態３に係る衝突用構造体部周辺の断面図。粉砕室の要部模式拡大図。比較例における衝突用構造体部の断面図。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の各図においては、各層や各部材を認識可能な程度の大きさにするため、各層や各部材の尺度を実際とは異ならせしめている。また、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。

（実施形態１）
図１は、粉砕分級装置の全体構成を示す模式図である。
粉砕分級装置１は、供給機１０と、粉砕機３０と、分級機５０と、捕集機７０と、を備える。

供給機１０は、被粉砕物の一例に対応する樹脂材料の被粉砕物としての粉粒体９９を貯留するホッパー１１を備える。ホッパー１１はインジェクションフィーダー１２に粉粒体９９を供給する。インジェクションフィーダー１２は、供給管１３に接続される。供給管１３は粉砕機３０に接続される。インジェクションフィーダー１２には圧縮空気源１４が接続される。圧縮空気源１４は圧縮空気をインジェクションフィーダー１２に供給する。インジェクションフィーダー１２に圧縮空気が供給されると、圧縮空気のエジェクタ作用により、ホッパー１１から粉粒体９９がインジェクションフィーダー１２内に吸引される。インジェクションフィーダー１２内に吸引された粉粒体９９は供給管１３を介して粉砕機３０の内部に搬送される。

粉砕機３０は粉粒体９９を粉砕する粉砕機本体３１と、粉粒体９９を分級する分級部４０とを備える。

粉砕機本体３１には粉砕室３３が配置される。粉砕室３３に粉粒体９９が流入する流入口３４と、粉砕室３３で粉砕された粉粒体９９を粉砕物として流出する流出口３５と、が粉砕室３３に配置される。流入口３４の上流側にはディフューザー部３６が配置される。ディフューザー部３６には圧縮空気を送る圧縮空気源３７が接続される。ディフューザー部３６は圧縮空気を超音速の連続噴流として吐出する。この超音速の連続噴流中に粉粒体９９が流入することで、ディフューザー部３６は、粉粒体９９を含む固気混合流体を、流入口３４を通じて粉砕室３３に供給する。粉砕室３３には固気混合流体が衝突する衝突部材３８が配置される。衝突部材３８は、錐体形状を有し、錐体形状の先端が流入口３４に対向する向きで配置される。

固気混合流体は衝突部材３８に衝突して、固気混合流体に含まれる粉粒体９９が粉砕される。粉砕された粉粒体９９は、流出口３５を通じて粉砕室３３から排出される。流出口３５には循環管３９が接続される。循環管３９は供給管１３に接続される。粉砕機３０で粉砕された粉粒体９９は、循環管３９、供給管１３を介して粉砕機３０に再送される。

粉砕機本体３１では粉粒体９９が分級部４０から流入し流出口３５から排出される。よって、粉粒体９９は分級部４０側から流出口３５側に移動する。そこで、粉砕機本体３１では分級部４０側を上流、流出口３５側を下流とする。

粉砕機３０の分級部４０は、供給管１３から供給された粉粒体９９を分級する。分級部４０は、筒状の分級粉砕室４１を備える。分級粉砕室４１の内部空間には分級センターコア４２と分級セパレートコア４３とが対向して配置される。分級センターコア４２と分級セパレートコア４３との間には分級空間４４が形成される。分級空間４４では旋回流が形成される。分級空間４４に導入された粉粒体９９は旋回流により遠心分離される。粉粒体９９は分級部４０で設定された分級点に基づく粒径の大きい粉粒体９９、いわゆる、粗粉と、粒径の小さい粉粒体９９、いわゆる、細粉に分級される。粗粉は分級セパレートコア４３の外周側の導出口４５から導出され粉砕機本体３１へ移動する。細粉は分級セパレートコア４３の中央部から分級粉砕室４１の外部に延びる導出管４６から導出される。細粉は、導出管４６を介して分級機５０に搬送される。粉砕機３０では、粒径の大きい粉粒体９９の粒径が小さくなるまで粉砕機３０内に再送されて粉砕され、十分に粉砕されて粒径が小さくなると分級機５０に搬送される。

分級機５０は、粉砕機３０の分級部４０と略同様に構成されており、粉砕室５１、センターコア５２、セパレートコア５３などを有する。センターコア５２とセパレートコア５３との間に分級空間５４が形成される。分級空間５４に導入された粉粒体９９は、旋回流により遠心分離され、分級機５０で設定された分級点に基づいた粗粉と細粉に分級される。粗粉はセパレートコア５３の外周側の粗粉導出口５５から分級空間５４の外に移動する。分級空間５４の外に移動した粗粉は、粉砕室５１の下部から延びる粗粉排出管５７で粉砕室５１の外部に導出される。細粉はセパレートコア５３の中央部から粉砕室５１の外部に延びる細粉排出管５６から導出される。この様に、流出口３５から流出した粉粒体９９を分級機５０が分級する。

分級機５０の下流側には捕集機７０が配置される。捕集機７０は第１捕集部７１と第２捕集部７２とを備える。第１捕集部７１及び第２捕集部７２は、例えば、バッグフィルターなどで構成される。第１捕集部７１は分級機５０から延びる粗粉排出管５７に接続される。第１捕集部７１には分級機５０で分級された粗粉としての粉粒体９９が捕集される。すなわち、粉砕機３０で粉砕されて所定の粒径以下の粉粒体９９のうち、所定の粒径以上の粉粒体９９が捕集される。第２捕集部７２は細粉排出管５６と接続される。第２捕集部７２には、分級機５０で分級された細粉としての粉粒体９９が捕集される。

［粉砕機本体の詳細な構成］
図２は、実施形態１に係る衝突用構造体部周辺の断面図である。図２を用いて粉砕機本体３１について更に説明する。粉砕機本体３１は回転体状に形成される。回転体状の中心を示す軸線３００が上下方向に延びる。軸線３００が延びる方向は上下方向に限定されず、水平方向に沿って延びる構成や、水平方向に対して傾斜する構成でも良い。

［粉砕機本体の粉粒体流路に関する構成］
粉砕室３３の上流にノズル部１０５が配置される。ノズル部１０５の粉砕室３３側に流入口３４が配置されている。ノズル部１０５上流の内部空間には、ノズル部１０５上流から下流に沿って延びる柱状のディフューザー部３６が配置される。ディフューザー部３６の下流側に配置された吐出路１２３から圧縮空気を超音速の連続噴流４１０として吐出する。吐出路１２３は、断面円環状の流路とされる。ディフューザー部３６とノズル部１０５との間の隙間に空間が形成される。この空間により粉粒体流路１０６が構成される。

ノズル部１０５は下流側に向けて円錐台状に凹んだ内周錐面１０５Ａを備える。内周錐面１０５Ａは、下流側ほど径方向中心へ傾斜する。ノズル部１０５は内周錐面１０５Ａにより粉粒体９９を径方向中心に案内する。

粉粒体流路１０６では粉粒体９９が粉粒体流路１０６の断面円環状に倣って環状方向に均等に分散されながら移動する。そして、粉粒体９９はノズル部１０５の内周錐面１０５Ａに案内される。そして、連続噴流４１０の外周側から粉粒体９９が連続噴流４１０に供給される。この際に、粉粒体９９は連続噴流４１０に吸引されて、連続噴流４１０中に混合する。これにより、連続噴流４１０は、粉粒体９９が均等に混合した固気混合流体４１１になる。固気混合流体４１１では粉粒体９９と気流とが混合している。ノズル部１０５の内周錐面１０５Ａにより固気混合流体４１１は環状を維持して粉砕室３３に向かって移動する。

内周錐面１０５Ａの径方向中心には、軸線３００に沿って貫通する流入口３４が形成される。流入口３４の断面は円形に形成される。流入口３４の断面形状は上流端から下流端まで同一の断面形状とされる。ディフューザー部３６から吐出される連続噴流４１０により、粉粒体９９は流入口３４を通じて粉砕室３３に流入する。

［粉砕室の構成］
図３は粉砕室の要部模式拡大図である。図２及び図３に示すように粉砕室３３は上流側の粉砕室部１０７と粉砕室部１０７の下流側の導出部１０８とを備える。粉砕室部１０７の上流端及びノズル部１０５の下流端の平坦な面を内壁としての第１内壁面１０５Ｂとする。粉砕室部１０７の形状は円筒状である。粉砕室部１０７の内周側の面を内壁としての第２内壁面１０７Ａとする。ノズル部１０５の第１内壁面１０５Ｂと粉砕室部１０７の第２内壁面１０７Ａとにより囲まれた空間が粉砕室３３である。

導出部１０８は円錐形であり下流側になるほど縮径する。導出部１０８の下流端には流出口３５が形成される。導出部１０８には粉砕室３３から導出された粉粒体９９が流入し、導出部１０８の内周面に沿うなどして移動する。そして、粉粒体９９は、下流端に設けられた流出口３５を通じて循環管３９に排出される。

粉砕室３３の内部には衝突部材３８が配置される。衝突部材３８は軸線３００を中心とした回転体である。尚、この回転体は適当な平面曲線を同平面内の直線を回転の軸として回転させることにより得られる立体図形を示す。衝突部材３８は柱構造基体としての円柱構造基体１３２と、該円柱構造基体１３２の流入口３４側の面に設けられた衝突用構造体部１３０を備える。円柱構造基体１３２の上面は柱構造基体の流入口３４側の面である。尚、円柱構造基体１３２は柱状であれば良く、断面形状は多角形や楕円形等でも良い。衝突部材３８は粉砕室３３の内部に配置される。衝突用構造体部１３０の頂点となる先端３８Ａが流入口３４と対向する。衝突用構造体部１３０は固気混合流体４１１が衝突する位置に配置される。詳細には、衝突部材３８の中心軸が軸線３００上に配置され、先端３８Ａが軸線３００上に配置される。

衝突部材３８は支持部１３３に支持される。円柱構造基体１３２の下流端において、支持部１３３は粉砕室部１０７の第２内壁面１０７Ａから延びている。衝突部材３８と粉砕室部１０７の第２内壁面１０７Ａとの間には空間が形成される。この空間が固気混合流体４１１が流れる粉砕室３３の流路としての流動領域３３Ａとなっている。

軸線３００に直交する衝突部材３８の断面は円形状である。衝突部材３８において軸線３００に直交する断面の断面積は先端３８Ａにおいて最小となり、基端部３８Ｂで断面積が最大となる。衝突部材３８は軸線３００を中心とする回転体である。軸線３００から衝突用構造体部１３０の表面１３１までの半径３９９が、先端３８Ａにおいて最小となり、基端部３８Ｂにおいて最大となる。衝突部材３８の軸線３００は、固気混合流体４１１の流入方向と略平行になっている。軸線３００と直交する衝突部材３８の断面の断面積は、先端３８Ａから基端部３８Ｂにかけて拡大する。軸線３００と直交する衝突部材３８の断面の半径３９９が先端３８Ａから基端部３８Ｂにかけて拡大する。

衝突用構造体部１３０は表面１３１を有する。表面１３１は衝突面及び衝突用構造体部１３０の表面に対応する。衝突用構造体部１３０の表面１３１には段差１３１Ａが設けられている。段差１３１Ａは、同心円状に配置された曲面を有するシリンドリカル形状の表面１３１を設けることで付与される。そして、段差１３１Ａは、隣合う曲面の間に設けられている。

段差１３１Ａは流入口３４と流出口３５との間の流動領域３３Ａに配置されている。そして、段差１３１Ａは、衝突用構造体部１３０の表面１３１の上流側から下流側に向けて複数設けられていてもよい。

粉粒体９９は光学における正反射と同様に挙動する。衝突用構造体部１３０の表面１３１の法線３０１に対する入射角３０２と反射角３０３は同じ角度である。

流入口３４を通過した固気混合流体４１１は衝突部材３８に衝突する。このとき、固気混合流体４１１中の粉粒体９９は衝突用構造体部１３０の表面１３１に衝突し粉砕される。粉砕された粉粒体９９は衝突部材３８の周囲を流れる気流に乗って、粉砕室３３から導出され、導出部１０８の流出口３５から流出する。このように、粉砕機３０は流入口３４から流入した粉粒体９９を、衝突用構造体部１３０と粉砕室３３の第１内壁面１０５Ｂ及び第２内壁面１０７Ａとに衝突させて粉砕する。

［比較例］
図８は比較例における衝突用構造体部の断面図である。図８を用いて、衝突用平面３８Ｙを備える衝突部材３８Ｚの作用を説明する。衝突用平面３８Ｙを有する衝突部材３８Ｚでは、衝突用平面３８Ｙに衝突した粉粒体９９は粉砕されると共に、上流側に戻る成分を持って跳ね返される。また、衝突用平面３８Ｙは径方向に広がる面である。固気混合流体４１１は矢印４１２で示すように衝突用平面３８Ｙに沿って流れ易い。したがって、粉砕された粉粒体９９は第２内壁面１０７Ａの特定の狭い領域に高い確率で衝突し易い。このとき、衝突用平面３８Ｙに衝突した後に、第２内壁面１０７Ａの特定の狭い領域に高い確率で連続的に衝突する。このため、特定の狭い領域では発熱量が大きくなり易く、粉粒体９９が第２内壁面１０７Ａに融着する場合がある。第２内壁面１０７Ａの特定の狭い領域に粉粒体９９が融着した後、第２内壁面１０７Ａに融着した融着物９９Ａに後続の粉粒体９９が続いて衝突する。このとき、後続の粉粒体９９が粉砕され難くなるという課題が生じた。

［作用および効果］
上述する本実施形態の構成によれば、粉粒体９９は、複数の段差が設けられた衝突用構造体部１３０の表面１３１に衝突して粉砕されると、粉砕された粉粒体９９は第２内壁面１０７Ａの広範囲へ分散して拡散される。また、粉砕室３３の内部においては、固気混合流体４１１が衝突部材３８の衝突用構造体部１３０および円柱構造基体１３２に沿って滑らかに流れる。そして、跳ね返った粉粒体９９は、上流側の第１内壁面１０５Ｂや、側方の第２内壁面１０７Ａ等の特定された一部部分に向かい難くなり、上流側の第１内壁面１０５Ｂや、側方の第２内壁面１０７Ａの広範囲に向かって飛翔するので、特定の狭い領域に高い確率で衝突することが抑制される。

よって、粉粒体９９が樹脂材料の場合でも、第１内壁面１０５Ｂ、第２内壁面１０７Ａに衝突して、融着することが抑制される。これにより、粒度の経時的なバラつきが抑制された状態になり、粉粒体９９が適切に粉砕され易くなる。その結果、粉砕された粉粒体９９の回収量が増加する。

本実施形態の粉砕機３０は、粉砕室３３と、粉砕室３３に被粉砕物としての粉粒体９９が流入する流入口３４と、粉砕室３３で粉砕された粉粒体９９が流出する流出口３５を備える。また、本実施形態の粉砕機３０は、粉粒体９９を含む固気混合流体４１１を、流入口３４を通じて粉砕室３３に供給するディフューザー部３６を備える。さらに、本実施形態の粉砕機３０は、錐体形状を有し、この錐体形状の先端３８Ａが流入口３４に対向する向きで粉砕室３３の内部に配置され、固気混合流体４１１が衝突する位置に配置された衝突部材３８を備える。そして、本実施形態の粉砕機３０では、衝突部材３８は、固気混合流体４１１の流入方向となる軸線３００に直交する断面積が先端３８Ａにおいて最小となり、基端部３８Ｂで断面積が最大となる形状を有する。基端部３８Ｂは衝突用構造体部１３０と円柱構造基体１３２とが接合する部位である。本実施形態の粉砕機３０では、衝突部材３８は、先端３８Ａから基端部３８Ｂにかけて断面積が拡大する。したがって、粉砕室３３の第１内壁面１０５Ｂ、第２内壁面１０７Ａに粉粒体９９が衝突し難くなっており、樹脂材料の粉粒体９９であっても第１内壁面１０５Ｂ、第２内壁面１０７Ａに粉粒体９９が融着し難い。

図４は粉粒体衝突位置および衝突範囲の説明図である。図４に示すように、衝突用構造体部１３０の表面１３１に、段差１３１Ａが配置されている。このため、第２内壁面１０７Ａの広範囲に粉粒体９９が拡散されて衝突する。衝突用構造体部１３０の先端３８Ａ側から順に段差１３１Ａを第１衝突点４００、第２衝突点４０１とする。先端３８Ａで拡散された粉粒体９９は第２内壁面１０７Ａの先端衝突範囲３８ＡＡに衝突する。第１衝突点４００で拡散された粉粒体９９は第１衝突範囲４００Ａへ衝突する。第２衝突点４０１で拡散された粉粒体９９は第２衝突範囲４０１Ａへ衝突する。段差１３１Ａによって拡散された粉粒体９９は、各々第２内壁面１０７Ａへ幅を持って衝突する。

粉砕分級装置１の粉砕機３０は衝突用構造体部１３０の表面１３１に、段差１３１Ａを設けることで、粉砕室３３の第１内壁面１０５Ｂ及び第２内壁面１０７Ａの広範囲に粉粒体９９が拡散して衝突し易くなる。その結果、樹脂材料のように融着し易い被粉砕物であっても、粉砕室３３の第２内壁面１０７Ａの特定の狭い領域に集中して粉粒体９９が衝突して融着することが低減される。このため、第２内壁面１０７Ａに付着した融着物９９Ａと、粉粒体９９と、の衝突機会が抑えられるため、安定した粉砕力が維持できる。安定した粉砕力で粉砕された粉粒体９９は粉砕機３０の上部に設けられた分級部４０で分級され、規定の粒度になるまで粉砕され続けるため、粉砕分級装置１は粉砕力の安定により分級精度の向上ができる。

同心円状に配置された曲面を有するシリンドリカル形状を、衝突用構造体部１３０の表面１３１の上流側から下流側に向けて、複数配置することで段差１３１Ａが複数付与されている。複数の段差１３１Ａの付与によって、粉砕室３３の第２内壁面１０７Ａの高さ方向に衝突する粉粒体９９が分散され易くなるため、粉粒体９９を粉砕室３３の第２内壁面１０７Ａの広範囲に衝突させることができる。従って、粉砕力の向上および安定という効果を得ることができる。

このように、被粉砕物である粉粒体９９を第２内壁面１０７Ａの特定の場所の衝突から、広範囲へ衝突させることで、第２内壁面１０７Ａに発生する融着を低減できる。このため、粉砕室３３で粉砕される粉粒体９９は融着物９９Ａとの接触が起きず、粉砕力が維持できる。また、広範囲へ拡散することで粉砕力の向上ができる。粉粒体９９の粒度についても、融着物９９Ａが発生しないことで、時間的なバラつきが抑制される。時間的な粒度変化が小さくなるので粉体特性にバラつきが少ない粉粒体９９を作成することができる。また、粉砕効率が上がることで、衝突用平面３８Ｙを用いる場合の粉砕圧力より低い粉砕圧力で粉砕を行うことも可能であり、エネルギーの消費を少なくすることもできる。

また、本実施形態では、衝突部材３８は同心円状に配置されたシリンドリカル形状を有し、固気混合流体４１１の流入方向に対応する軸線３００と直交する断面の半径３９９が先端３８Ａにおいて最小となり、基端部３８Ｂで半径３９９が最大となる。したがって、ディフューザー部３６から、円環状に供給される固気混合流体４１１は、衝突部材３８の周方向全体で均等に粉砕し易くなる。

同心円状に配置された曲面を有するシリンドリカル形状とすることで、粉砕室３３内の粉粒体９９の流入方向と交差した面内方向において、粉粒体９９を全方向に広く拡散できる。また、段差１３１Ａの付与によって、粉砕室３３の第２内壁面１０７Ａの軸線３００方向に分散させて粉粒体９９に衝突させることができる。従って、粉砕力の向上および安定という効果を得ることができる。

衝突用構造体部１３０に同心円状のシリンドリカル形状や複数の半球状の表面１３１を立体的に配置することで、隣り合う曲面の間に段差１３１Ａが形成されている。衝突用構造体部１３０の表面１３１が段差を有するため、衝突用構造体部１３０の表面１３１に衝突した粉粒体９９は段差１３１Ａにより、進捗方向とは異なる向きの力を与えられ、粉粒体９９は第１内壁面１０５Ｂ及び第２内壁面１０７Ａの広範囲へ拡散できる。従って、粉砕力の向上および安定という効果を得ることができる。

以上説明したように、本実施形態の粉砕分級装置１は、上述の粉砕機３０と、粉砕機３０の流出口３５から流出する粉粒体９９を分級する分級機５０とを備える。したがって、粉砕室３３の第１内壁面１０５Ｂ、第２内壁面１０７Ａに粉粒体９９が衝突し難くなっており、樹脂材料の粉粒体９９であっても第１内壁面１０５Ｂ、第２内壁面１０７Ａに粉粒体９９が融着し難い。このため、被粉砕物である粉粒体９９の第１内壁面１０５Ｂ、第２内壁面１０７Ａへの融着を低減させ、粉砕室３３で粉砕された粉粒体９９の粒度について、時間的なバラつきを抑制できる。時間的な粒度変化が小さくなるので粉粒体特性にバラつきが少ない粉末を作成することができる。また、粉砕効率が上がることで、衝突用平面３８Ｙを用いる場合の粉砕圧力より低い粉砕圧力で粉砕を行うことも可能であり、粉砕分級装置１はエネルギーの消費を少なくすることもできる。

（実施形態２）
次に、衝突用構造体部の一実施形態について、図５の衝突用構造体部周辺の断面図を用いて説明する。上記実施形態１では、図２のように、衝突用構造体部１３０の段差１３１Ａは、同心円状に配置された曲面を有する不連続な面の間に配置された。本実施形態が実施形態１と異なる点は衝突用構造体部１３０の表面１３１の段差１３１Ａの形状が異なる点にある。なお、実施形態１と同一の構成部位については、同一の番号を附し、重複する説明は省略する。

図５に示すように、衝突部材３８に対応する衝突部材２３８は衝突用構造体部２３０を備える。
衝突用構造体部２３０の頂点となる先端２３８Ａが流入口３４と対向する。衝突用構造体部２３０と円柱構造基体１３２とが基端部２３８Ｂにて接合する。衝突用構造体部２３０は略円錐形状の表面２３１を有する。表面２３１は衝突面及び衝突用構造体部２３０の表面に対応する。衝突用構造体部２３０の表面２３１は、段差２３１Ａを有する。段差２３１Ａは、衝突用構造体部２３０の表面２３１上に階段構造を作ることで付与される。また、段差２３１Ａは、衝突用構造体部２３０の表面２３１の上流側から下流側に向けて複数設けられていてもよい。粉粒体９９は光学の正反射と同様な挙動をする。衝突用構造体部２３０の表面２３１の法線３０１に対して入射角３０２で表面２３１に衝突する粉粒体９９は反射角３０３で反射する。そして、入射角３０２と反射角３０３とは同じ角度になる。段差２３１Ａ間の表面２３１は直線になっている。

衝突用構造体部２３０の表面２３１の段差２３１Ａへ衝突した粉粒体９９は軸線３００と交差する方向へ拡散する。そして、粉粒体９９は第２内壁面１０７Ａへ衝突して粉砕される。図８の比較例において、衝突用平面３８Ｙの気流を阻害する衝突用平面３８Ｙは第２内壁面１０７Ａの特定の狭い領域へ粉粒体９９を誘導するが、本実施形態では、衝突用構造体部２３０の表面２３１に凹んだ段差２３１Ａがある形状にすることで、気流の阻害を抑制できる、また、粉粒体９９の拡散ができる。

以上説明したように、本実施形態の粉砕機３０は、衝突部材２３８が異なる点以外は第１実施形態の粉砕機３０と同様である。したがって、粉砕室３３の第２内壁面１０７Ａの特定の狭い領域に高い確率で粉粒体９９が衝突することが抑制される。このため、樹脂材料の粉粒体９９であっても第２内壁面１０７Ａに粉粒体９９が融着し難い。従って、粉粒体９９の第２内壁面１０７Ａへの融着を低減させ、時間的な粉砕力低下を抑制できる。また、粉砕室３３で粉砕された粉粒体９９の粒度について、時間的なバラつきを抑制できる。時間的な粒度変化が小さくなるので粉粒体特性にバラつきが少ない粉粒体９９を作成することができる。また、粉砕効率が上がることで、比較例における衝突用平面３８Ｙを用いる場合の粉砕圧力より低い粉砕圧力で粉砕を行うことも可能であり、エネルギーの消費を少なくすることもできる。

（実施形態３）
［衝突部材の構成］
次に、衝突用構造体部の一実施形態について図６及び図７を用いて説明する。図６は衝突用構造体部周辺の断面図である。図７は粉砕室の要部模式拡大図である。本実施形態が実施形態１と異なる点は、衝突用構造体部３３０の形状が異なる点にある。なお、実施形態１と同一の構成部位については、同一の番号を使用し、重複する説明は省略する。

図６および図７に示すように、実施形態３の粉砕機４３０は実施形態１の衝突部材３８に代えて衝突部材３３８を備える。衝突部材３３８は円柱構造基体１３２と該円柱構造基体１３２の上面に設けられた衝突用構造体部３３０とを備える。衝突用構造体部３３０は表面３３１を有する。表面３３１は衝突面及び衝突用構造体部３３０の表面に対応する。

衝突部材３３８は、円柱構造基体１３２の流入口側の面に、衝突用構造体部３３０として、曲面を有した複数の半球状の表面３３１が設けられた構造体である。衝突部材３３８は半球状の表面３３１が隣同士で結合する態様をとる。衝突部材３３８は軸線３００に直交する断面積が半球状の表面３３１の頂点３３１Ｂで断面積最小となり、基端部３３８Ｂで最大となる。基端部３３８Ｂは衝突用構造体部３３０と円柱構造基体１３２とが接合する部位である。

衝突部材３３８の表面３３１は４つの半球状の面を備えている。４つの半球状の面は交点３３１Ａで交差する。また、衝突部材３３８は、軸線３００および半球状の面の結合部４２０，４２１，４２２，４２３で不連続な面を有する。半球状の面の結合部以外は連続な曲面を有する。粉粒体９９は軸線３００に沿って衝突用構造体部３３０の表面３３１に衝突し、半球状の面の結合部４２０，４２１，４２２，４２３や表面３３１に沿って第２内壁面１０７Ａに向かう。図７に示すように粉粒体９９は第１軸４０２、第２軸４０３、第３軸４０４、第４軸４０５、第５軸４０６、第６軸４０７、第７軸４０８及び第８軸４０９等の各軸に沿う方向に向かう。

また、図７の下側の図に示すように、結合部４２０，４２１，４２２，４２３は軸線３００と直交する方向に沿って配置されている。粉粒体９９は半球状の連続な表面３３１に沿って第２内壁面１０７Ａおよび第１内壁面１０５Ｂに向かうことで放射状に拡散する。軸線３００を中心に粉粒体９９の拡散される粉粒体の量は、第１軸４０２及び第５軸４０６に沿う方向に向かう量が多くなる。次に、第２軸４０３及び第４軸４０５に沿う方向に向かう量は、第１軸４０２及び第５軸４０６に沿う方向に向かう量より少なくなる。第３軸４０４に沿う方向に向かう量は、第２軸４０３及び第４軸４０５に沿う方向に向かう量より少なくなる。

［衝突部材の作用および効果］
本実施形態でも、流入口３４を通過した固気混合流体４１１は衝突部材３３８に衝突する。このとき、固気混合流体４１１中の粉粒体９９は、衝突部材３３８の衝突用構造体部３３０の表面３３１に衝突し粉砕される。粉砕された粉粒体９９は、衝突部材３３８の周囲を流れる気流に乗って、粉砕室３３から導出され、導出部１０８の流出口３５から流出する。本実施形態の衝突部材３３８にも図８に示す比較例のような衝突用平面３８Ｙが設けられていない。このため、側方の第２内壁面１０７Ａの特定の狭い領域に高い確率で粉粒体９９が衝突し融着することが抑制される。その結果、粉砕された粉粒体９９の回収量が増加する。

特に、本実施形態では、比較例の衝突部材３８Ｚに比べて、衝突部材３３８の衝突用構造体部３３０の表面３３１は軸線３００に交差する角度が大きい面形状になっている。つまり、粉粒体９９が表面３３１で変わる進行方向の角度変化が大きい。超音速の連続噴流４１０の固気混合流体４１１は軸線３００に対し、直角方向で表面３３１に衝突することで、粉粒体９９は粉砕され易くなる。さらに、衝突用構造体部３３０の表面３３１の面形状を衝突用平面３８Ｙのように平坦にしないことで、粉粒体９９に与える衝撃を大きくしつつ、粉砕された粉粒体９９が第２内壁面１０７Ａの特定の狭い領域に高い確率で衝突することを抑制できる。

以上説明したように、本実施形態の粉砕機４３０は、衝突部材３３８が異なる点以外は実施形態１の粉砕機３０と同様である。このときにも、粉砕室３３の第２内壁面１０７Ａの特定の狭い領域に高い確率で粉粒体９９が衝突し難くなっており、樹脂材料の粉粒体９９であっても第２内壁面１０７Ａに融着し難い。このため、粉粒体９９の第２内壁面１０７Ａへの融着を低減させ、時間的な粉砕力低下を抑制できる。また、粉砕室３３で粉砕された粉粒体９９の粒度について、時間的なバラつきを抑制できる。時間的な粒度変化が小さくなるので粉粒体特性にバラつきが少ない粉末を作成することができる。また、粉砕効率が上がることで、衝突用平面３８Ｙを用いる場合の粉砕圧力より低い粉砕圧力で粉砕を行うことも可能であり、エネルギーの消費を少なくすることもできる。

上述した各実施形態は、本発明を実施する具体的態様に過ぎず、本発明を限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、例えば以下に示すように、種々の態様において実施することが可能である。

上述した各実施形態において、粉砕分級装置１は、粉砕機３０と、粉砕機３０の下流側に配置された分級機５０と、を備える構成を説明した。しかし、粉砕分級装置の一例に対応する構成としては、粉砕機３０単体でも良い。すなわち、粉砕分級装置の一例に対応する粉砕機３０では、粉砕機本体３１が粉砕機の一例に対応し、循環管３９を通じて、粉砕機本体３１に対して流出口３５から流出する粉粒体９９を分級する分級部４０が、分級機の一例に対応することになる。

上述した各実施形態において、粉粒体９９は樹脂材料で全て構成された粉粒体９９の構成を説明した。しかし、すべての粉粒体９９が樹脂である必要はなく、樹脂が一部に含まれた粉粒体９９であってもよい。

上記実施形態１および実施形態２において、衝突部材３８は軸線３００を中心とした回転体の形状であると説明したが、回転体の形状でなくても良い。例えば、衝突部材３８は、角柱状であってもよい。また、衝突部材３８は、略斜錐状であっても良い。

上記実施形態１および実施形態２では、例えば図２のように、被粉砕物が流入する流入口３４と、粉砕室３３で粉砕された被粉砕物が流出する流出口３５が配置された粉砕室３３として説明したが、この構成に限定するものではない。
以下、変形例に係る粉砕室３３について説明する。なお、実施形態１と同一の構成部位については、同一の番号を附し、重複する説明は省略する。

上述した各実施形態において、粉砕室３３を構成する要素に第１内壁面１０５Ｂ及び第２内壁面１０７Ａが含まれるが、インナーケーシングのような部材で第１内壁面１０５Ｂ及び第２内壁面１０７Ａを覆ってもよい。そして、インナーケーシングに粉粒体９９を衝突させても良い。インナーケーシングに粉粒体９９が付着したときにはインナーケーシングを交換する。インナーケーシングがあることで、インナーケーシングが汚れた際のメンテナンスが容易になる。さらに、インナーケーシングの材質により粉砕力をコントロールできるなどの効果がある。また、表面処理し、内壁面およびインナーケーシングの表面を改質しても、衝突部材３８の形状変更の効果は得られる。

上記実施形態３において、衝突用構造体部３３０の半球状の面は４つに限定されない。半球状の面は２つまたは３つでも良く、５つ以上でも良い。

上記実施形態１〜３において、衝突用構造体部１３０と円柱構造基体１３２とは一体に形成されてもよい。上記実施形態２において、衝突用構造体部２３０と円柱構造基体１３２とは一体に形成されてもよい。上記実施形態３において、衝突用構造体部３３０と円柱構造基体１３２とは一体に形成されてもよい。部品数を低減できる。また、衝突用構造体部１３０、衝突用構造体部２３０、衝突用構造体部３３０に接続してモーターを設置してもよい。衝突用構造体部１３０、衝突用構造体部２３０、衝突用構造体部３３０が回転することによって粉粒体９９が拡散する拡散力を上げることができる。

以下に、実施形態から導き出される内容を記載する。

この構成によれば、衝突用構造体部の表面に、段差を設けることで、粉砕室の内壁の広範囲に被粉砕物が拡散して衝突し易くなる。その結果、樹脂材料のように融着し易い被粉砕物であっても、粉砕室の内壁の特定の部位に集中して被粉砕物が衝突して融着することが低減される。このため、内壁に付着した融着物と被粉砕物との衝突機会が抑えられるため、安定した粉砕力が維持できる。

この構成によれば、外形形状を同心円状に配置された曲面を有するシリンドリカル形状とすることで、粉砕室内の被粉砕物の流入方向と交差した面内方向において、被粉砕物を全方向に広く拡散させることができると共に、段差の付与によって、粉砕室の内壁の高さ方向に分散させて被粉砕物を粉砕室の内壁に衝突させることができる。尚、高さ方向は流入する被粉砕物の上流側から下流側に向けた方向である。従って、粉砕力の向上および安定という効果を得ることができる。

この構成によれば、同心円状に配置された曲面を有するシリンドリカル形状を、衝突用構造体部の上流側から下流側に向けて、複数配置することで段差が複数付与されている。複数の段差の付与によって、粉砕室の内壁の高さ方向に被粉砕物が分散され易くなるため、被粉砕物を粉砕室の内壁の広範囲に衝突させることができる。従って、粉砕力の向上および安定という効果を得ることができる。

上記の粉砕機は、柱構造基体の上面に、軸線を中心として曲面を有した複数の半球状の衝突面を立体的に配置することで、粉砕室内の被粉砕物の流入方向と交差した面内方向において、被粉砕物が衝突用構造体部の径方向および粉砕室内壁の高さ方向に広く拡散させることができる。従って、粉砕力の向上および安定という効果を得ることができる。

上記の粉砕機は、衝突用構造体部の表面に、同心円状のシリンドリカル形状や複数の半球状の衝突面を立体的に配置することで、隣合う曲面の間に段差を形成する。衝突用構造体部の表面が段差を有するため、衝突用構造体部の表面に衝突した被粉砕物は段差により、進行方向とは異なる向きの力を与えられ、被粉砕物は粉砕室内壁の広範囲へ拡散できる。従って、粉砕力の向上および安定という効果を得ることができる。

上記の粉砕機は、衝突用構造体部の表面に、段差を設けることで、粉砕室の内壁の広範囲に被粉砕物が拡散して衝突し易くなる。その結果、樹脂材料のように融着し易い被粉砕物であっても、粉砕室の内壁の特定の部位に集中して被粉砕物が衝突して融着することが低減される。このため、内壁に付着した融着物と、被粉砕物と、の衝突機会が抑えられるため、安定した粉砕力が維持できる。安定した粉砕力で粉砕された被粉砕物は粉砕機上部に設けられた分級機で分級され、規定の粒度になるまで粉砕され続けるため、粉砕分級装置は粉砕力の安定により分級精度の向上ができる。

１…粉砕分級装置、３０…粉砕機、３３…粉砕室、３３Ａ…流路としての流動領域、３４…流入口、３５…流出口、４０…分級機としての分級部、５０…分級機、９９…被粉砕物及び粉砕物としての粉粒体、１０５Ｂ…内壁としての第１内壁面、１０７Ａ…内壁としての第２内壁面、１３０，２３０，３３０…衝突用構造体部、１３１，２３１，３３１…衝突面及び衝突用構造体部の表面としての表面、１３１Ａ…段差、１３２…柱構造基体としての円柱構造基体。

Claims

被粉砕物が流入する流入口と、粉砕された前記被粉砕物を粉砕物として流出する流出口と、が配置された粉砕室に、柱構造基体と、前記柱構造基体の前記流入口側の面に設けられた衝突用構造体部と、を備え、
前記流入口から流入した前記被粉砕物を、前記衝突用構造体部と前記粉砕室の内壁とに衝突させて粉砕する粉砕機であって、
前記衝突用構造体部の表面には、段差が設けられていることを特徴とする粉砕機。
前記衝突用構造体部の表面には、同心円状に配置された曲面を有するシリンドリカル形状の衝突面が設けられ、前記シリンドリカル形状の前記衝突面に前記段差が付与されることを特徴とする請求項１に記載の粉砕機。
前記流入口と前記流出口との間の流路において、前記段差は、前記衝突用構造体部の前記衝突面の上流側から下流側に向けて複数設けられていることを特徴とする請求項２に記載の粉砕機。
前記柱構造基体の前記流入口側の前記面に、前記衝突用構造体部として、曲面を有した複数の半球状の衝突面が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の粉砕機。
前記段差は、隣合う前記曲面の間に設けられることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか一項に記載の粉砕機。
被粉砕物が流入する流入口と、粉砕された前記被粉砕物を粉砕物として流出する流出口と、が配置された粉砕室に、柱構造基体と、前記柱構造基体の前記流入口側の面に設けられた衝突用構造体部と、を備え、前記流入口から流入した前記被粉砕物を、前記衝突用構造体部と前記粉砕室の内壁とに衝突させて粉砕する粉砕機と、
前記流出口から流出する前記粉砕物を分級する分級機と、を備え、
前記衝突用構造体部の表面には、段差が設けられていることを特徴とする粉砕分級装置。