JP3657104B2 - 微粉砕機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トナー製造分野等の原材料を微粉化して所要粒径に揃えたものを製造するための微粉砕機に関し、特に、トナー製造、塗料製造、薬品製造等、小粒径の粉体が求められる微粉製品分野で有効に使用される微粉砕機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、機械式の微粉砕機においては、ドラム状の回転子と、この回転子を包む形の円筒型固定子とよりなり、該回転子表面と固定子の互いに向かい合う面に設けられた凹凸状の溝の間に被微粉砕材料を供給して微粉砕を行うことが知られている。
例えば、特開平５−２６９８９３号公報には、過粉砕による供給エネルギの浪費を少なくするため、円筒状固定子内面に断面が半円形の凹條を、固定子の中心線と平行に複数個互いに接近して形成し、該半円形を通る円の中心から固定子の中心に向かって順次固定子の内面、前記円の一部、及び回転子の凸部（羽根）の先端を設けた粉砕機が開示されており、特公平３−１５４８９号公報には、回転子と固定子との間の間隙を螺旋状に上昇する気流を安定させて粉砕部位に渦度が高い複数の渦を定常的に形成することにより回転子の凹部にも渦を発生させ、効果的な粉砕をおこなうため、前記回転子の凹部を一辺が４５〜６０度の角度をなし、固定子の回転方向前方が低くなる三角形状になし、固定子の凹部を一辺が回転子の中心に向き他辺が一辺と４５〜６０度の角度をなすようにすることが開示されており、特開昭５９−１０５８５３号公報には、回転子と固定子の間の間隙寸法（ｈ）を小さくし、回転子の凸部の個数（ｎ）を多くするように回転子と固定子との間の間隙、固定子表面の凹部形状および寸法を調整することにより、被粉砕物粒子の回転子への衝突確率（Ｐ）＝被粉砕物粒子の粒径（ｄ）／ｈ×（ｎ）で表される被粉砕物粒子の回転子への衝突確率を大きくすることが記載されている。しかしながら、このような型の微粉砕機は、ドラム状の回転子と、この回転子を包む形の円筒型固定子とよりなり、該回転子表面と固定子の互いに向かい合う面に設けられた凹凸状の溝の間に被微粉砕材料を供給して微粉砕を行うものであって、被微粉砕材料の一層の効率的微粉砕を行うためには回転子及び固定子の径を大きくするか、回転子及び固定子の長さを大にすることが必要であり、装置
の著しい大型化、重量増大が避けられなかった。つまり従来技術においては、粉砕発生部が円筒形回転子外周の凹凸部と固定子内周の凹凸部の間で粗粉原材料を粉砕するため、粉砕量を増やそうとする場合には、回転子の直径を増やすか長さを長くして回転子の表面積を増やすことで対応しなければならない。この為に回転子の重量は外径の二乗に比例して増加することとなり、表面積増加より早く重量化が進み、回転子を駆動する為のエネルギーも増加することとなる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記従来技術に鑑み、粗粉を粉砕する際の粉砕装置に供給するエネルギー（電力）と粉砕生成される徴粉量の比率（原単位動力）を向上させることにあり、また、装置の著しい大型化、重量増大を伴うことなく、エネルギー（電力）と粉砕生成される徴粉量の比率（原単位動力）を向上させることにある。
本発明においては、微粉砕発生部が円筒体外側と固定円筒体の間の間隙を通過し粗粉砕された後の円盤面であるため、粉砕量を増加させる場合には、粉砕面積は円盤の径にほぼ比例し、重量増加は粉砕量とほぼ比例するので、動力増加を抑えることができる。また、粉砕が進み粒子粒径の小さくなる円盤外周にいくに従って回転周速があがり、粒子の衝突前の運動エネルギーもあがるので、粉砕能力の向上を実現するものである。
また本発明の目的は、粉砕機が粒子に遠心力を与えないようにすることにより、粒子粉砕が所定粒径に到達できる前に粉砕部分から粒子が排出されてしまうことがないようにすることにある。表面に単に放射状の溝を設けただけでは、回転子側面に穿った（設けた）溝は放射状であるために粒子がこの溝に沿って排出し粉砕効果を受ける時間が短くなることがある。請求項２の本発明では面板の溝を中心よりの放射方向と角度を設けて配置し、さらにこの溝と交叉する溝を設けることによって、構内に入った粒子の通過経路を複雑化することにより粒子が両面板間に存在する時間を延長することによる徴粉化の進行を実現するものである。
そして、粉砕機の回転面板の溝形状及び分割角度を一定に配した場合、外周にいくに従い溝間隔が広がり、粉砕に寄与しない平坦部のしめる割合が多くなり粉砕の進行を阻害する点の改善も本発明の目的である。請求項３の本発明は外周付近で溝の細分化や溝ピッチの縮小により溝数を増やすことで衝突回数増加による粉砕能力の向上を実現するものである。
さらに、粉砕により発生した熱量が粉砕機から放散せずに蓄熱され温度上昇し、軟化点の低い粉体を溶融させる点の改善も本発明の目的とするところである。請求項４の本発明は粉砕において発生する前記面板の裏面に熱放散用の溝を設けることによって、面板からの直接放熱を図ることによって温度上昇を防止するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明者等は鋭意検討した結果、上記課題は、本発明の（１）「被粉砕材料が、間隙を置いて向かい合った回転面板の間に進入して粉砕され、排気通路から排出される粉砕機であって、回転円筒体に連なる回転軸中心にあけた貫通穴の片側を被粉砕材料の供給側とし、回転軸反対側を出口とし、該出口部には前記面板が向かい合って配置され、前記回転円筒体は中間出口を有し、また該回転円筒体の外側には固定円筒体が配置され、該回転円筒体の表面には母線方向に溝が設けられており、該固定円筒体の内側の表面には母線方向に溝が設けられており、前記回転円筒体の回転軸中心の前記貫通穴から供給された被粉砕材料が、前記中間出口から出て前記回転円筒体の外側と前記固定円筒体の内側の間を通り、さらに前記回転円筒体の対向部から前記面板間に進入し、排気通路から排出されることを特徴とする粉砕機」、（２）「前記面板の向かい合った表面には溝が設けられ、該溝が、放射状溝からこの放射線に対して２０度〜９０度の角度をなして網目状に配されたことを特徴とする前記第（１）項に記載の粉砕機」、（３）「前記面板に設けられた溝の溝幅が、面板外周側で細かくし溝間隔が狭められたことを特徴とする前記第（１）項又は第（２）項に記載の粉砕機」および（４）「溝を設けた面板の裏面周縁にフィン形状の突起が配されたことを特徴とする前記第（１）項、第（２）項又は第（３）項のいずれか１に記載の粉砕機」によって解決されることを見出した。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面を用いて詳細に説明する。
図１は、本発明に係る粉砕機の１例の概要を示したものである。この例における粉砕機は、表面の母線方向に溝を設けた回転円筒体（１ａ）、（２ａ）と、この回転円筒体（１ａ）、（２ａ）の外側に、内面の表面の母線方向に溝を設けた固定円筒体（１ｂ）、（２ｂ）を有する粉砕機であって、回転円筒体（１ａ）、（２ａ）の回転軸中心にあけた貫通穴（３）、（４）の片側を被粉砕材料の供給側とし、反対側を出口（１ｄ）、（２ｄ）とし、出口部（１ｄ）、（２ｄ）に、回転中心から放射状の溝を表面に有し、相互に向かい合って反対方向に回転する面板（５）、（６）を配してなる。
前記溝が設けられている回転円筒体（１ａ）、（２ａ）は、回転主軸（１）、（２）に連なり、中間出口（１ｃ）、（２ｃ）から気流と共に被微粉砕物を流出し、回転円筒体（１ａ）（２ａ）の凹凸と前記溝を設けられた固定円筒体（１ｂ）（２ｂ）の凹凸と間の間隙（１ｅ）、（２ｅ）で衝突を繰り返し微粉砕された後、出口（１ｄ）（２ｄ）から、前記面板（５）、（６）の間に導入され、反対方向に回転する該両面板（５）、（６）の凹凸と間の間隙（５ａ）又は（６ａ）で衝突を繰り返し微粉砕され、排気通路（２５）からケーシング（８）内に排出され、ケーシング（８）に設けられた排気孔（２４）から機外に導かれ、例えば分級装置に導入される。回転面板（５）（６）の周囲には冷却用のフィン（１２）が設けられている。このような回転面板（５）（６）は、回転主軸（１）（２）と一体に形成され、回転主軸（１）（２）の回転により回転するものであってもよく、また、回転主軸（１）（２）とは別に軸受に回転自在に支承されるタイプのものであってもよい。
【０００６】
図２は、本発明に係る粉砕機の他の１例の概要を示したものである。この例においては、相互に向かい合って反対方向に回転する面板（５）、（６）は、回転円筒体（１ａ）（２ａ）と一体に形成されており、かつ、該固定円筒体（１ｂ）、（２ｂ）は、その径が回転主軸（１）、（２）に連なる部分から固定円筒体（１ｂ）、（２ｂ）に連なる部分に向けて末広り状に拡がっていて、該回転円筒体（１ａ）、（２ａ）が固定円筒体（１ｂ）、（２ｂ）と間隙（１ｅ）、（２ｅ）をおいて向かい合っている領域の端部に粉体出口（１ｄ）、（２ｄ）が設けられている。これら図１及び図２に示される粉砕機はツイン型に構成された例であるが、本発明においては、単一型粉砕機とすることができ、例えば一方の粉砕機の回転する面板（５）、（６）を残し、他の回転主軸（１）、（２）、回転円筒体（１ａ）、（２ａ）、固定円筒体（１ｂ）、（２ｂ）、中間出口（１ｃ）、（２ｃ）、粉体出口（１ｄ）、（２ｄ）、間隙（１ｅ）、（２ｅ）、被粉砕材料供給のための貫通穴（３）、（４）のうち、一方の回転主軸（２）、回転円筒体（２ａ）、固定円筒体（１ｂ）、中間出口（１ｃ）、粉体出口（１ｄ）、間隙（１ｅ）、被粉砕材料供給のための貫通穴（３）を除いたものとすることができる。
【０００７】
図３は、前記図１に示される粉砕機の全体を示す断面図であり、図４はそのような粉砕機のための駆動機構の１例を示すものである。図３において、回転主軸（１）、（２）の他方端部に連なる前記回転円筒体、及び、この回転円筒体の外側に、これを囲繞し、内面の表面の母線方向に溝を設けた前記固定円筒体、及び、前記回転円筒体に連なる前記回転面板（５）、（６）は、ケーシング（８）内に収容されており、このケーシング（８）には、サイドケーシング（９）、（１０）が、ロックナット（１４）により着脱自在に着設されており、このサイドケーシング（９）、（１０）には軸受ハウジング（１１）が収容され、軸受ハウジング（１１）にはベアリングスペーサ（１５）を介して軸受（１３）が収容されているが、この軸受（１３）はベアリング押さえ（２３）及びベアリングカラー（２６）を有する。被粉砕材料供給のための貫通穴（３）、（４）を側部に有する回転主軸（１）、（２）には、キー（２２）により固定された従動プーリ（１６）が着設されている。（７）はスペーサであり、このスペーサ（７）により回転面板（５）（６）の間の間隙（５ａ）（６Ａ）の間隔を調整する。（２１）は全体ベース、（２７）はラビルンスシールである。この例においては、回転面板（５）（６）は、回転主軸（１）（２）に締結ボルト（ロックナット（１４））により回転自在に支承されている。
【０００８】
そして図４に示されるように、このような粉砕機は、前記回転主軸（１）、（２）に固定された前記従動プーリ（１６）が、伝導ベルト（１７）を介して電動機（１９）により回転されることによって運転される。電動機（１９）は、ベルトテンションキック板（２６）を介して電動機ベース（１９）に設けられており、前記粉砕機部分は安全カバー（２９）により被われている。（２４）は排気孔である。
【０００９】
このような本発明の粉砕機においては、軸中心に粉体を粉砕部に導くために明けられた貫通穴（３）、（４）（片側のみの場合は（３）のみ）を有する回転主軸（１）、（２）と、この回転主軸に締結ボルト（１４）を用いて固定された中央に粉体通過孔（１ｄ）（２ｄ）を有し、回転円筒体（１ａ）（２ａ）の片側平面に中心から半径方向に放射状に一定深さの溝を複数個配した回転面板（５）、（６）を、一定間隙を設けて対向して配し、回転主軸（１）（２）を電動機（１９）よりプーリ（１８）、ベルト（１７）を介して回転駆動することにより、面板（５）（６）の間の間隙（（５ａ）又は（６ａ））を粉体が通過する際に、面板（５）（６）の溝との間で衝突を繰り返すことによる粉砕効果を受けて粒径を微少する。徴粉化された粉体はケーシング（８）内に設けた排気通路（２５）を通過し、排気孔（２４）より排出される。
【００１０】
この際に粉砕効果は回転面板（５）（６）間の空隙間隔（５ａ）、（６ａ）の影響を受けるが、この空隙間隔調整手段として、空隙調整スベーサ（７）の厚みを変更して調整を行なう。回転面板（５）（６）の溝形状は、図５に示すように要求粉砕粒径等に応じて種々の形状のものに交換することができる。
【００１１】
また、図６に示されるように、この回転面板の溝の形状を放射状に設けずに、直径線に対して一定の角度を配した網目状に穿つ（設ける）ことにより、溝を通過して流れる被粉砕物が放射状溝の場合より通過経路を複雑にし、効果的な衝突を行うことができる。
【００１２】
さらに、本発明においては、面板（５）（６）の外周側で周長が長くなる分、内周側と同一溝ピッチにすることにより溝数を増加させることができる。これにより衝突の回数を増加させることが可能となる。または粒子径が微少化されるのに対応して溝の大きさを縮小して、これに応じたピッチにして溝数をさらにふやすことが可能となる。
【００１３】
さらにまた、図７に示されるように、本発明においては、回転面板（５）（６）の粉砕発生部の裏面に同心円状の放熱用フィン（１２）を設けることにより、外気ないし強制冷却エアと接触させ、粉砕によって発生した熱を放散することができる。
【００１４】
【発明の効果】
以上、具体的な説明により明らかなように、請求項１の粉砕機においては、対向する回転面板（５）、（６）の間隙に貫通穴（３）、（４）から導かれた粗粉原材料が回転円筒体の母線方向に溝が設けられた外側と前記固定円筒体の内側の間を通って後、両面板に衝突し粉砕作用をうけることを繰り返すので粗粉粒子の微粉化ができる。
また、請求項２の粉砕機においては、回転面板（５）、（６）に彫られた溝が網目状になっているので面板中心から回転面板（５）、（６）の間隙に導かれた粗粉が面板の溝に衝突し構内を通過する際に溝棺互の交又によってできる気流の抵抗及び溝総延長の増加により面板中央から面板外に排出されるのに要する時間（滞留時間）が放射状溝の場合に比べて延長され、微粉化が促進される。
そして、請求項３の粉砕機においては、面板の溝数を半径に応じて段階的に増加させているので粉砕の進行につれて微粒化が進み、粒子数の増加した粒子に対してより多くの衝突頻度を与えるのでより有効に粒子の徴粉化を行なうことができる。
さらに、請求項４の粉砕機においては、回転円盤の粉砕が発生する面の裏側の面に同心円をなす冷却フィンを形成した形状となっているので粗粉粒子が回転面板溝に衝突して粒子の運動エネルギーが熱エネルギーに変換されることによって生じる発熱を効果的に冷却できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１装置例の概要を説明する図である。
【図２】本発明の他の１装置例の概要を説明する図である。
【図３】本発明の１装置例の断面図（正面図）である。
【図４】本発明の１装置例の平面図（正面図）である。
【図５】本発明の装置で用いられる回転面版の溝形状例を示す図である。
【図６】本発明の１粉砕機例のための駆動機構の１例を示す図である。
【図７】本発明の装置で用いられる回転面版の他の溝形状例を示す図である。請求項３の回転面版溝形状である。
【符号の説明】
１ 回転主軸
１ａ 回転円筒体
１ｂ 固定円筒体
１ｃ 粉体中間出口
１ｄ 出口
１ｅ 間隙
２ 回転主軸
２ａ 回転円筒体
２ｂ 固定円筒体
２ｃ 粉体中間出口
２ｄ 出口
２ｅ 間隙
３ 貫通穴
４ 貫通穴
５ 回転面板
５ａ 間隙
６ 回転面板
６ａ 間隙
７ スペーサ
８ ケーシング
９ サイドケーシング
１０ サイドケーシング
１１ 軸受けハウジング
１２ 冷却用フィン
１３ 軸受け
１４ ロックナット
１５ ベアリングスペーサー
１６ 従動プーリ
１７ 伝導ベルト
１８ 駆動プーリ
１９ 電動機
２０ 電動機ベース
２１ 全体ベース
２２ キー
２３ ベアリング押さえ
２４ 排気孔
２５ 排気通路
２６ ベアリングカラー
２７ ラビリンスシール
２８ ベルトテンションキック板
２９ 安全カバー

Claims (4)

1. 被粉砕材料が、間隙を置いて向かい合った回転面板の間に進入して粉砕され、排気通路から排出される粉砕機であって、回転円筒体に連なる回転軸中心にあけた貫通穴の片側を被粉砕材料の供給側とし、回転軸反対側を出口とし、該出口部には前記面板が向かい合って配置され、前記回転円筒体は中間出口を有し、また該回転円筒体の外側には固定円筒体が配置され、該回転円筒体の表面には母線方向に溝が設けられており、該固定円筒体の内側の表面には母線方向に溝が設けられており、前記回転円筒体の回転軸中心の前記貫通穴から供給された被粉砕材料が、前記中間出口から出て前記回転円筒体の外側と前記固定円筒体の内側の間を通り、さらに前記回転円筒体の対向部から前記面板間に進入し、排気通路から排出されることを特徴とする粉砕機。
2. 前記面板の向かい合った表面には溝が設けられ、該溝が、放射状溝からこの放射線に対して２０度〜９０度の角度をなして網目状に配されたことを特徴とする請求項１に記載の粉砕機。
3. 前記面板に設けられた溝の溝幅が、面板外周側で細かくし溝間隔が狭められたことを特徴とする請求項１又は２に記載の粉砕機。
4. 溝を設けた面板の裏面周縁にフィン形状の突起が配されたことを特徴とする請求項１、２又は３のいずれか１に記載の粉砕機。

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