JP3900311B2

JP3900311B2 - Mechanical crusher

Info

Publication number: JP3900311B2
Application number: JP27217996A
Authority: JP
Inventors: 幸良山田; 聡秋山; 孝博市川; 英雄岡部
Original assignee: Nisshin Engineering Co Ltd; Nisshin Seifun Group Inc
Current assignee: Nisshin Engineering Co Ltd; Nisshin Seifun Group Inc
Priority date: 1995-11-24
Filing date: 1996-10-15
Publication date: 2007-04-04
Anticipated expiration: 2016-10-15
Also published as: JPH09201543A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、樹脂または樹脂を主成分とする粉体の製造、特に、乾式トナーや粉体塗料の製造における乾式の粉砕処理に好適な機械式粉砕装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
乾式トナーや粉体塗料等の製造においては、最終製品の粒径の調整や、粒度分布の調整のために乾式の機械的粉砕処理がなされており、それに用いる機械式粉砕装置が種々提案されている。
従来、このような被粉砕物を微粉砕するための回転型機械式粉砕装置として、特開昭５９−１０５８５３号公報および特公平３−１５４８９号公報に記載の微粉砕機が知られている。図１３に示すように、この微粉砕機５０は、外周面に母線と平行な多数の凹凸部５４を周方向に連続させた円筒状の回転子（ロータ）５４を回転軸５６で支持し、この回転子５４の外周面と微小な間隙５８をおいて、内周面に母線と平行な多数の凹凸部６０を周方向に連続させた円筒状の固定子（ライナ）６２を回転子５４の外側に嵌装し、その間隙５８を粉砕室とするものである。
【０００３】
そして、この微粉砕機５０においては、回転子５４を高速で回転するとともにケーシング５１の図中右上側面部に設けられた製品排出口６４から吸引送風機（図示せず）などによって吸引することにより、ケーシング５１の図中左下部に設けられた被粉砕物の供給口６６から供給された被粉砕物を空気流とともに微小間隙５８からなる粉砕室に送り込み、この時に回転子５４および固定子６２の凹凸により生じる渦流により効果的にこの凹凸面に衝突させ、あるいは回転子５４および固定子６２の両凸部間で磨砕することにより、微細粒子とする粉砕処理を行った後、微小間隙から流出した微細粒子を製品排出口から機外に排出するものである。なお、このような微粉砕機５０においては、間隙５８からの粗大粒子の流出を防止し、微細粒子のみを流出させるために、固定子６２の上端部にその凹凸部６０の凹部を塞ぐ分級リング６８を設けている。
この微粉砕機５０においては、粉砕室に相当する間隙５８の間隔を１mm以下とし、回転子５４を高速回転させることにより、固定子６２および回転子５４の両凹凸面からこれらの凹部内に定常的に発生する渦流によって被粉砕物が互いに衝突し、剪断力を受けて、微粉砕が効果的に行われ、ミクロンオーダーから１０数ミクロンオーダーの比較的粒度分布巾の狭い粉砕物が得られるとされている。
【０００４】
このような微粉砕機５０では、回転子５４の凹凸部５２と固定子６２の凹凸部６０との組み合わせとして、図１４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）に示すものが提案されている。これらの図において、凹凸部５２ａおよび凹凸部６０ａは横断面形状が方形状のもので、凹凸部５２ｂおよび凹凸部６０ｂは横断面形状が三角形状のものであるが、これらの組み合わせのうち図１４（ｄ）に示す三角形状凹凸部５２ｂおよび凹凸部６０ｂの組み合わせにより、優れた粉砕性能が得られることが知られている。
【０００５】
また、特開平７−１５５６２８号公報には、図１５（ａ）および（ｂ）に示すように、上述の微粉砕機５０のような回転子５４の外周面および固定子（筒体）６２の内周面の母線と平行な多数の凹凸部に加え、回転子５４の外周面に、および回転子５４の外周面と固定子６２の内周面に、母線と直交する方向の多数の凹凸部７２、および凹凸部７２と７４を母線の方向に連続して形成した機械式粉砕装置７０、および７１が提案されている。これらの機械式粉砕装置７０および７１は、母線と平行な方向とこれに直交する方向の両方向に凹凸部を形成することにより、水平方向に加えて上下方向の渦流を発生させることができ、それにより粉砕機能が向上される結果、粒径が数十ミクロンオーダーの粉砕物が得られるとしている。
【０００６】
なお、この他、回転型機械式粉砕装置としては、例えば、特公平４−１２１９０号公報および同４−１２１９１号公報に記載の各種鉱物、セラミックス、大豆、石、砂利などの堅い材料を粉砕する粉砕装置、特公昭５８−１４８２２号公報および同５８−１４８２３号公報に記載の複写用カーボンや顔料の微粒子を得る微粉砕機、特公昭６１−３６４５７号公報および同６１−３６４５９号公報に記載の数ミクロンオーダーの超微粒子を得る超微粉砕機および特開平５−１８４９６０号公報に記載の粉砕装置などが知られている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、樹脂または樹脂を主成分とする粉体、より具体的には、乾式トナーや粉体塗料等においては、高品質を目指してより粒径の小さい粉体や粒度の揃った、すなわち粒度分布の幅のシャープな粉体が要求されている。
ところが、上記従来の機械式粉砕装置では、小粒径の粉砕品を得ようとする場合、ロータの回転数を上げなければならず、エネルギー効率、軸受寿命、騒音、振動、空気排気温度の上昇等の面で問題となっている。また、ロータの回転数を上げるのにも限界があり、目標の粒子径に粉砕できないという問題があった。
また、例えば、乾式トナーの場合には、目標粒径より過度に細かい粒子は、製品品質向上のため分級手段によって除去して粒度分布を調整するが、ロータの回転数が高い場合、目標粒径より過粉砕してしまう粒子が多く発生するため、不要粒子が多く歩留りが悪く問題となっている。
【０００８】
また、特開昭５９−１０５８５３号公報および特公平３−１５４８９号公報に記載の微粉砕機５０では、粗大粒子の通過を防止するため、回転子５４と固定子６２の間の粉砕室を狭くする機構が取られている、たとえば、粉砕室となる上記間隙５８の間隔を１mm以下に設定している。しかしながら、このように粉砕室を狭くすると処理能力が低下し、処理量が少なくなるという問題のほか、原料の供給量によっては、特に処理能力を越えるような供給量では、粉砕時の摩擦熱等により粉砕室の温度が過度に上昇するという問題が生じる恐れがある。そして、そのような場合には原料粉体が粉砕室内部で融着を起こしてしまい、それ以上の粉砕処理の続行が困難もしくは不可能となるという問題があった。
【０００９】
また、特開平７−１５５６２８号公報に記載の機械式粉砕装置では、回転子５４の外周面および固定子６２の内周面に母線と平行な凹凸部に加え、母線に直交する凹凸部７２、７４が形成されていることにより、これらの凸部により水平方向に加えて上下方向にも渦流を発生させているために、過度な渦流が発生し、また過度に粒子が衝突を起こし、特に回転子５４の凹部に過度に粒子が衝突し、過粉砕が生じ、空気排気温度が過度に上昇するという問題があった。
【００１０】
本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解消し、粒径が小さく、しかも粗大粒子の混入がなく、かつシャープな粒度分布幅の粉砕物を高効率で製造することのできる、樹脂または樹脂を主成分とする粉体の微粉砕用として好適な機械式粉砕装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る機械式粉砕装置は、回転軸に支持され、外周面に複数の溝が形成されたロータと、このロータの外側に、このロータの外周面と所望の間隙を有するように嵌装され、その内周面に複数の溝が形成されたライナとを備え、前記間隙で被粉砕物を粉砕処理する機械式粉砕装置であって、前記ロータの外周面または前記ライナの内周面の少なくとも一方に、前記溝として、前記回転軸に平行な方向に対し被粉砕物の流れを妨げる方向に傾斜している第１の溝、および前記回転軸に平行な方向に対し前記被粉砕物の流れを妨げる方向と逆方向に傾斜している第２の溝の両方が形成されていることを特徴とするものである。
【００１２】
ここで、前記ロータの溝および前記ライナの溝のいずれか一方の溝の、前記回転軸に平行な方向に対する傾斜角度が、５度以上９０度未満であるのが好ましい。
【００１３】
また、前記ロータの溝が、前記回転軸に平行な方向に対し被粉砕物の流れを妨げる方向に傾斜している第１の溝、および前記回転軸に平行な方向に対し前記被粉砕物の流れを妨げる方向と逆方向に傾斜している第２の溝であり、その傾斜角度が５度以上４５度以下であるのが好ましい。また、前記ロータの溝の方向に直角な方向における前記溝の断面形状は、前記ロータの回転方向に対する前側の面が、前記ロータの半径方向に対し前記ロータの回転方向と逆方向に３０度から前記ロータの回転方向に３０度までの範囲内の角度に傾斜し、前記ロータの回転方向に対する後側の面が、前記ロータの半径方向に対し前記ロータの回転方向とは逆方向に３０度から７０度までの範囲内の角度に傾斜しているのが好ましい。
【００１４】
また、前記ライナの溝が、前記ロータの回転軸に平行な方向に対し被粉砕物の流れを妨げる方向に傾斜している第１の溝、および前記回転軸に平行な方向に対し前記被粉砕物の流れを妨げる方向と逆方向に傾斜している第２の溝であり、その傾斜角度が５度〜４５度であるのが好ましい。さらに前記ライナの溝の方向に直角な方向における前記溝の断面形状は、前記ロータの回転方向に対する前側の面が、前記ロータの中心方向に対し前記ロータの回転方向に３０度から７０度までの範囲内の角度に傾斜し、前記ロータの回転方向に対する後側の面が、前記ロータの中心方向に対し前記ロータの回転方向と逆方向に３０度から前記ロータの回転方向に３０度までの範囲内の角度に傾斜しているのが好ましい。
【００１５】
【作用】
本発明の機械式粉砕装置では、ロータとライナとの間の間隙からなる粉砕室において原料粉体は微粉砕されるが、運転時、製品を排出するための製品排出口から吸引されており、原料供給口から供給された原料粉体と共に流入した空気がロータまたはライナの母線方向、すなわちロータの回転軸に平行な方向に流れているため、粉砕室となるロータとライナとの間の間隙に空気流に乗って入った原料粉体は、ロータの回転により、この空気流と直交する方向の力を受け、ロータの回転方向に流される。ところが、本発明の粉砕装置においては、この原料粉体が流される方向にその流れを妨げるように、回転軸方向に傾斜した複数の溝がロータまたはライナもしくは両者の周面に形成されているので、ロータとライナの間の間隙に入った粉砕粒子は排出口への通過速度が低下し、また、ロータの溝の凸部によって、供給口側に飛ばされることから、間隙の間隔、すなわち粉砕室の空間を広く保ったままでも、粉砕粒子が粉砕室に滞留する時間を長くとれる。このため、本発明によれば、過度の渦流の発生を防止し、過度の衝突を防止することができるので、過粉砕を防止できると共に、粉砕粒子の滞留時間を長くとれるので、粒子径を小さくでき、同時に粗大粒子の発生を防止することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る機械式粉砕装置を添付の図面に示す好適実施例に基づいて詳細に説明するが、本発明はこれらにより限定されるものではない。
図１は、本発明の機械式粉砕装置の一実施例の断面模式図である。これらの図面においては、簡略化のため、一部ハッチングを省略している。
【００１７】
同図に示すように、機械式粉砕装置（以下、粉砕装置という）１０は、横型粉砕装置であって、ケーシング１１と、ケーシング１１に回転自在に支持される回転軸１２と、回転軸１２に支持かつ固定される複数、図示例では４つのロータユニット１４からなるロータ１６と、ケーシング１１に支持され、ロータ１６の外側に、ロータ１６の外周面と所望の一定の間隙を有するように嵌挿されるライナ１８とを有する。ケーシング１１には、図中左側に、粉砕原料（被粉砕物）を供給する原料供給口２０および図中右側に、粉砕された粉砕製品を排出する製品排出口２２が設けられている。
【００１８】
機械式粉砕装置１０においては、回転軸１２は、この機械式粉砕装置１０の取付面に対して平行に、すなわち水平に配設され、ケーシング１１の図中左右両側壁面に軸受２４ａおよび２４ｂを介して支承される。そして回転軸１２の一端部、図示例では右端部（軸受２４ｂ側）は、図示されていないプーリーおよび伝動ベルトなどの巻掛伝動機構や歯車伝動機構などを介して、モータなどの駆動装置に連結されている。
【００１９】
４個のロータユニット１４は、図示しないキーによって回転軸１２に固定され、４個のロータユニット１４を両側から挟持する円形側板２６ａおよび２６ｂによって一体化され、ロータ１６を構成する。図示例では、ロータ１６は、その長さ方向に分割された４つのロータユニット１４から構成されているが、これは製造上の便宜のためであり、本発明はこれに限定されず、構成するロータユニット１４の個数に制限がないのはもちろん、全体を一体で製造した一本のロータで構成することもできるのはいうまでもない。
【００２０】
ロータ１６の外側には、その外周面と一定の間隙をおくようにしてライナ１８が嵌装されているが、このロータ１６の外周面とライナ１８の内周面との間に画成される間隙２８が、原料の粉砕室となる。ライナ１８は、ケーシング１１の中央の円筒胴部内に嵌着固定される。また、ケーシング１１の両側は、ライナ１８（およびロータ１６）の両外側に適当な大きさの空間が形成されるように、その容積および形状が設定され、図中左側の空間は原料供給口２０に通じ、図中右側の空間は製品（粉砕物）排出口２２に通じている。そして、製品排出口２２は図示しないブロアなどの空気吸引装置によって吸引されており、原料供給口２０から供給された被粉砕物を空気と共に吸引し、装置内で粉砕されて得られた製品を空気と共に製品排出口２２から排出する。さらに、ケーシング１１の下面には脚部を有し、図示しない据付台に取り付けられる。
【００２１】
本発明の機械式粉砕装置１０の基本構造は以上であるが、本発明は図１に示す横型粉砕装置に限定されるものではなく、例えば、図２に示すように、回転軸１２およびこれに支持されるロータ１６ならびにこれに所定間隙をおいて嵌挿されるライナ１８が垂設され、ライナ１８の下側のケーシング下部に原料供給口２０、ライナ１８の上側のケーシング上部に製品排出口２２を設ける構造の縦型粉砕装置３０であってもよいなど、同様な基本構成要素を有しているものであればどのような粉砕装置であってもよく、公知技術の構造に基づいて適宜改変することができる。
【００２２】
本発明の機械式粉砕装置１０において、最も特徴的な部分は、ロータ１６の外周面およびライナ１８の内周面のいずれか一方、もしくは両方に複数の溝が形成され、かつ、これら溝が、回転軸１２に平行な方向に対し被粉砕物の流れを妨げる方向に傾斜していることである。
すなわち、図３に示すように、ライナ１８の内周面には一点鎖線で示される回転軸１２の回転中心（中心線）１２ａに平行な方向に対して、その包絡線のみが点線で示されているロータ１６の回転方向（図中矢印ｂで示す）の逆方向に傾斜する溝３２が形成されている。ここで、図３においては、ライナ１８は、その６分の１を構成するライナユニットのみが示され、他は点線でその包絡線が示されている。もちろん、本発明において、ライナ１８を構成するライナユニットの数には制限はないし、ライナ１８を１個の円管状体で構成できることはいうまでもない。
なお、本発明において、回転軸１２に平行な方向とは、回転軸１２の回転中心１２ａに平行な方向であって、図中矢印ａで示す空気の流れの方向を意味し、従ってロータ１６またはライナ１８の長手方向およびその母線方向に等しい。
【００２３】
ところで、本発明においてはロータ１６の外周面の溝３４およびライナ１８の内周面の溝３２の少なくとも一方の溝は回転軸１２に平行な方向に対し被粉砕物（粒子）の流れを妨げる方向に傾斜している必要がある。図４に展開して模式的に示すように、ロータ１６の外周面とライナ１８の内周面との間の間隙２８を移動する被粉砕物の移動速度ベクトル（粒子の流れの速度ベクトル）は、ロータ１６の回転の速度ベクトル（向き：回転方向ｂ、長さ：速度）と空気の流れの速度ベクトル（向き：流れ方向ａ、長さ：速度）との合成ベクトルで与えられる。そこで、ライナ１８内周面の溝３２は、得られた粒子の流れの速度ベクトルの方向（図中矢印ｃで示す）に対して交差する方向、好ましくは直交する方向に設けられる。すなわち、図４において、溝３２は空気流方向ａに対して傾斜するように設けられる。ここで、空気流方向ａに対する溝３２の傾斜角度θは、溝３２が粒子流を妨げる方向に鋭角に傾斜していれば特に制限はないが、好ましくは５度以上９０度未満であり、より好ましくは５度〜６０度、さらに好ましくは５度〜４５度、最も好ましくは１０度〜３０度であるのがよい。
【００２４】
このようにライナ１８の内周面に空気流方向ａに対し傾斜する溝（以下、傾斜溝という）３２の形状および幅、深さ、ピッチなどを含む寸法は特に限定されず、例えば、ライナ１８の溝３２の方向と直交する断面での傾斜溝３２の形状が、鋸歯状、台形状、矩形状、円弧状などのいずれであってもよいが、特に、図５（ａ）に示すように一辺がロータ１６の中心に向き、他辺がこの一辺と４５〜６０度の角度をなしロータ１６の回転方向（ｂ）後方が低くなる三角形状（特公平３−１５４８９号公報に開示されたような）となるのが好ましい。
【００２５】
例えば、図５（ｂ）および（ｃ）にライナ１８の傾斜溝３２の方向と直交する断面におけるライナ１８の傾斜溝３２の断面形状の代表例を示す。図５（ｂ）および（ｃ）に示すように、ライナ１８の溝３２の断面形状においては、ロータ１６の回転方向ｂに対する前側の面３２ａは、ロータ１６の中心方向、すなわち図中一点鎖線Ｒで示す方向に対しロータ１６の回転方向ｂに所定角度αだけ傾斜し、回転方向ｂに対する後側の面３２ｂは、中心方向Ｒに対し回転方向ｂあるいはその逆方向に所定角度βだけ傾斜している。ここで、溝３２の断面傾斜角αおよびβは、回転方向ｂに対して、それぞれ３０度〜７０度および−３０度〜３０度（回転方向ｂと逆方向に３０度から回転方向ｂに３０度まで）の範囲内にあるのが好ましい。
また、図５（ｂ）および（ｃ）において、ライナ１８の溝３２の底部３２ｃおよび隣接する溝３２間のライナ１８の凸部３２ｄはいずれも、溝３２のピッチｐの１／２以下であるのが好ましい。なお、ライナ１８の溝３２の底部３２ｃは、図５（ｂ）および（ｃ）に示すように直線部を形成せず、三角形の頂点をなすか、丸みを帯び、例えば図５（ａ）に示すように円弧状をなすのがより好ましい。
【００２６】
以上の説明のように、ライナ１８の内周面にこのような傾斜溝３２を形成することにより、粉砕室を構成するロータ１６とライナ１８との間の間隙２８で粉砕され、ライナ１８の傾斜溝３２に入った被粉砕物粒子は、製品排出口２２からブロアなどによって吸引されている空気の流れの方向に移動しにくくなり、粉砕室の空間を広く保ったまま粉砕室中に滞留する時間を長くとることができる。
【００２７】
本発明においては、傾斜溝はライナ１８の内周面に形成される傾斜溝３２に限定されず、ロータ１６の外周面およびライナ１８の内周面のいずれか一方に形成されていればよいが、両方の周面に形成することもできる。図６に示すように、ロータ１６の外周面に傾斜溝３４を形成する場合には、ロータ１６を構成する４個のロータユニット１４の隣合うロータユニット１４の接合面において、傾斜溝３４に位置ずれを生じず、傾斜溝３２が滑らかに連続するように、回転軸１２に固定するための４個のロータユニット１４のキー溝（図示せず）を正確に位置合わせしておくのが好ましい。なお、ロータ１６の傾斜溝３４の傾斜角度については、ライナ１８の傾斜溝３２と同様にとくに制限はなく、また好適条件についても全く同様である。なお、ロータ１６の傾斜溝３４の形状および寸法についても、ライナ１８の傾斜溝３２と同様にとくに制限はなく、どのような形状であってもよいが、特に、図５（ａ）に示すようにロータ１６の溝の方向と直交する断面での傾斜溝３４の形状が、ロータ１６の中心に向う半径に対しロータ１６の回転方向（ｂ）後方側に、一辺が５〜２５度、他辺が４５〜６０度の角度をなす三角形状となるのが好ましい。
【００２８】
例えば、図５（ｄ）および（ｅ）にロータ１６の傾斜溝３４の方向と直交する断面におけるロータ１６の傾斜溝３４の断面形状の代表例を示す。図５（ｄ）および（ｅ）に示すように、ロータ１６の溝３４の断面形状においてはその回転方向ｂに対する前側の面３４ａは、ロータ１６の半径方向、すなわち図中一点鎖線Ｒで示す方向に対しロータ１６の回転方向ｂあるいはその逆方向に所定角度γだけ傾斜し、回転方向ｂに対する後側の面３４ｂは、半径方向Ｒに対し回転方向ｂと逆方向に所定角度δだけ傾斜している。ここで、傾斜溝３４の断面傾斜角γおよびδは、回転方向ｂに対して、それぞれ−３０度〜３０度、すなわち回転方向ｂと逆方向に３０度から回転方向ｂに３０度までの範囲内および−７０度〜−３０度、すなわち回転方向ｂと逆方向に３０度〜７０度の範囲内にあるのが好ましい。
また、図５（ｄ）および（ｅ）において、ロータ１６の溝３４の底部３４ｃおよび隣接する溝３４間のロータ１６の凸部３４ｄはいずれも、溝３４のピッチｐの１／２以下であるのが好ましい。なお、ロータ１６の溝３４の底部３４ｃは、図５（ｄ）および（ｅ）に示すように直線部を形成せず、三角形の頂点をなすか、丸みを帯び、例えば図５（ａ）に示すように円弧状をなすのがより好ましい。
【００２９】
以下に、本発明の好ましい態様として、溝３２および３４の断面形状を限定する理由について説明する。
本発明の粉砕機では、過度な排気温度の上昇すなわち粉砕温度の上昇や粉砕動力の上昇を防ぐために、ロータの回転で流れを過度に乱すことなく、図５（ａ）に示す模式図のように、ライナ１８およびロータ１６の溝３２および３４中に適切な強さの渦を形成することが、粉砕性能向上のためには、必要である。ここで、参照符号３２ｓは、ロータ１６の回転により生じるライナ１８の溝３２中の流線のイメージを、参照符号３４ｓはロータ１６の溝３４中の流線のイメージを示している。
【００３０】
粉砕室２８に投入された被粉砕物粒子は、ロータ１６の溝３４に生じる渦によりロータ１６の溝３４中に取り込まれ、面３４ｂにぶつかって、ライナ１８の方向にはじき飛ばされ、ライナ１８の３２ａ面に衝突して粉砕される（図５ｆ参照）。粉砕された粒子のうち粗いものは、ライナ１８の溝３２中の渦の流れに乗れず再び粉砕室２８に放出され、同じ作用を受ける。一方細かい粒子は、ライナ１８の溝３２またはロータ１６の溝３４の中の流れに乗って溝３２および３４内にとどまり、ロータ１６およびライナ１８の溝３２および３４の山、谷が交互に高速ですれ違うことで生じる圧力の変動によりある細かさまで粉砕される。
以上の粉砕の過程を考え、好ましい溝断面形状は、次のように決められる。
【００３１】
ロータ１６の溝３４の後側面３４ｂは、流れを過度に乱さず、排気温度の上昇を防止し、面に衝突する被粉砕物粒子をライナ１８の方向にはじき飛ばせるように、傾斜角δはロータ１６の回転方向ｂとは逆方向に３０度以上、７０度以下が好ましい。
ライナ１８の溝３２の前側面３２ａは、ロータ１６によりはじき飛ばされた被粉砕物粒子が衝突したときに適切な衝撃が与えられるように、傾斜角αは回転方向に３０度以上、７０度以下が好ましい。
ロータ１６の溝３４およびライナ１８の溝３２中の渦は、適切な渦度の大きさで、空間が広く、安定していることが重要であり、ロータ１６の溝３４の前側面３４ａの傾斜角γおよびライナ１８の溝３２の後側面３２ｂの傾斜角βの角度をそれぞれ０度以上および０度以下にすることで、溝３２および３４の空間を広くとれる。
【００３２】
しかし、ロータ１６の溝３４の前側面３４ａは、回転方向ｂとは逆に傾斜角γを大きくとると主渦以外にも渦が生じてしまい、溝３４から放出されるべき大きな粒子も、溝３４の中に留まり、製品中に粗大粒子が混入してしまう。
ここで主渦とは、主に粉砕の作用を粒子に与える渦であり、図５ａに参照符号３２ｓ，３４ｓで示すものである（図５ｇ参照）。
また、傾斜角γを回転方向ｂに大きくとると溝３４中に生じた渦の主流中への放出が起こり不安定になったり、主流が溝３４中に入り込み、渦の大きさが小さくなったりする。これらのことを考慮して、傾斜角γは回転方向ｂに−３０度以上、かつ３０度以下、すなわち回転方向ｂと逆方向に３０度から回転方向ｂに３０度までの範囲内であるのが好ましい。
ライナ１８の溝３２の後側面３２ｂの傾斜角βも同様な理由から、回転方向ｂに−３０度以上かつ３０度以下、すなわち回転方向ｂと逆方向に３０度から回転方向ｂに３０度までの範囲内であるのが好ましい。
【００３３】
次に、本発明において好ましい溝のピッチについて説明する。
同じロータ１６の径では、溝ピッチｐを小さくすると、溝（３２，３４）の数が多くなり、溝（３２，３４）の壁面（３２ａ，３２ｂ，３４ａ，３４ｂ）に衝突する確率が高くなり細かい粒度を得るためには好ましい。しかし、溝（３２，３４）の深さが、安定した適切な強さの渦を生成し、かつ主渦以外の渦の発生を抑えるために好適な範囲があるので、溝ピッチｐを小さくすると溝の空間が狭くなり、処理能力が低下する等の問題がある。
溝ピッチｐは、被粉砕物の種類、原料粒径、目的の製品粒度等に依存するが本発明の場合には、２mm〜１０mm程度が好ましい。
また、溝（３２，３４）の深さは、ピッチの１／５倍以上、３倍以下が好ましい。
なお、溝ピッチｐおよび深さは、ロータ１６の溝３４とライナ１８の溝３２とで同じにするのが好ましいが、両者の溝３２と３４とで異なっていてもよい。
【００３４】
また、以上の説明のように、ロータ１６の外周面にこのような傾斜溝３４を形成することにより、粉砕室を構成するロータ１６とライナ１８との間の間隙２８に入り、ロータ１６の傾斜溝３４によって形成された凸部３４ｄ（図５（ｄ）および（ｅ）参照）へ衝突した被粉砕物粒子は、製品排出口２２からブロアなどによって吸引されている空気の流れの方向とは逆の方向（原料供給口２０側）へはじき飛ばされるため、粉砕室中に滞留する時間を長くとることができる。
【００３５】
また、前述したように、ロータ１６の外周面およびライナ１８の内周面のいずれか一方の周面にのみ傾斜溝を形成した場合には、他方の周面は回転軸１２の中心線１２ａに平行な溝にすることもできる。さらに、いずれか一方の周面または両方の周面を、回転軸１２の中心線１２ａ（長手方向）に対して同一または異なる傾斜角度で交差する複数の傾斜溝、すなわち、図７（ａ）に示すライナ１８および図７（ｂ）に示すロータ１６のように正面視がメッシュ状となるような傾斜溝３６にすることもできる。
なお、このような傾斜溝の形成方法は、特に制限はなく、周面に切削等により凹部を形成する方法または鋳造等により凸部を形成する方法など、公知の形成方法のいずれの方法も適用することができ、さらに、その際には必要に応じて耐摩耗処理をすることもできる。
ところで、本発明においても、粉砕室となるロータ１６の外周面とライナ２０の内周面の間隙２８の間隔は、特に制限的ではなく、被粉砕物の種類や原料および製品の粒度分布に応じて適宜選択することができるが、本発明においては特に、その特徴的な傾斜溝の存在により、従来より大きくすることができ、最大で３mm幅に設定することができる。
【００３６】
本発明の機械式粉砕装置は基本的に以上のように構成されるものであるが、以下にその作用を図１および図３〜図７に基づいて詳細に説明する。まず、製品排出口２２に粉砕製品回収用フィルタを介して接続された吸引送風機（図示せず）を送風運転を開始し、原料供給口２０から流入した空気が装置内を図１中左方から右方へ流れる空気流となる。次いで、ロータ１６を図３中の矢印ｂ方向に回転させる。次に、原料供給口２０から所望量の原料粉体が連続的または断続的に供給される。すると、供給された原料粉体は空気流とともに吸引され、粉砕室であるロータ１６とライナ１８との間の間隙２８に到達する。そして、傾斜溝３２，３４の両凸部の間での摩砕を受け、傾斜溝３２，３４の凸部面への衝突や凹部内に生じた渦流による凹部面への衝突を繰り返し、また互いに衝突を繰り返し、適度に粉砕されながら徐々に右方に移動し、粉砕製品となって製品排出口２２から吸引、排出され、装置外で、粉砕製品回収用フィルタにより捕捉される。
【００３７】
この粉砕過程において傾斜溝は、図４に示すように作用する。すなわち、図４において矢印で示したとおり、ロータ１６の回転方向ｂは空気流の方向ａと直交する方向となっているため、空気流に乗って、ロータ１６とライナ１８との間の間隙２８に入った原料粉体粒子は回転方向ｂに流され、おおよそｃ方向に進行することになる。したがって、原料粉体粒子はライナ１８の傾斜溝３２やロータ１６の傾斜溝３４に、直接もしくはこれらの傾斜溝３２や３４に生じる渦流によって、引き込まれ、あるいは取り込まれ、または衝突して逆方向にはじき飛ばされ、空気流の方向ａへの移動を妨げられる。このため、空気流の方向ａへの円滑な移動が妨げられ、間隙２８からなる粉砕室における滞留時間を長くすることができる。このように傾斜溝３２や３４が粉砕室内の原料粉体粒子の流れを妨げるように作用するため、粉砕室の容積（間隙２８の間隔）を大きくとることができ（間隙の間隔が最大で３mm）、処理量を多くした場合でも、十分な粉砕時間を確保することができる。このように粉砕室の空間を広く取ることにより、傾斜溝３２や３４により生じる渦流に過度に激しい乱れや不規則な乱れを含ましめず、原料粉体粒子を緩やかに粉砕することができるので、粉砕室における滞留時間を長くとるにもかかわらず、原料粉体の過粉砕を防止することができる。なお、本発明の機械式粉砕装置１０においては、吸引送風機による吸引力とロータ１６の回転速度は、円滑な粉砕処理ができるように、粉砕される原料粉体（被粉砕物）の種類、粒度、処理量、ロータ１６およびライナの寸法、形状、傾斜溝の形状、寸法、粉砕室となる間隙の間隔などに応じて適宜選択し、設定することが好ましい。例えば、ロータの直径約２５０mm、軸方向の長さ約２５０mmの機械式粉砕装置では、吸引送風機の風量が約４〜６m³／minで、ロータ１６の回転速度は約６，０００〜１３，０００rpmが適当である。
【００３８】
【実施例】
（実施例１）
図１に示す構造の機械式粉砕装置１０を用い、平均粒径が５００μm の一成分トナーを原料粉体として、下記の条件で粉砕を行った。
ここで、ライナ１８の内周面には、図３および４に示すように複数の傾斜溝３２を形成し、その傾斜角度θを１０度とした。一方、ロータ１６の外周面には、その母線方向に平行な溝（以下、この溝を「平行溝」という）を形成した。さらに、これらの傾斜溝３２と平行溝の断面形状はいずれも図５に示すとおりであり、傾斜溝３２および平行溝とも溝のピッチは４mm、溝の深さは２mmに設定した。また、ロータ１６の直径は２４２mm、長さは２４０mmで、ロータ１６とライナ１８との間隔は２mmとした。
この機械式粉砕装置１０の製品排出口２２には粉砕製品回収用フィルタを介して吸引用ブロワを接続し、原料トナーはスクリューフィーダにより、原料供給口２０から供給した。
【００３９】
この機械式粉砕装置１０をロータ１６の回転数１０，０００rpm 、吸引用ブロワの風量４m³／min で運転し、原料トナーの処理量（供給速度）を１０、２０および３０kg／h と変えて、粉砕処理を行った。製品排出口２２から排出された粉処理後の粉砕物は、平均細孔径約３μm の粉砕製品回収用フィルタにより粉砕製品として捕捉、回収した。
こうして得られた粉砕製品の平均粒子径を測定し、供給速度に対してプロットした結果を図８に示す。
【００４０】
（比較例１）
また、比較例として、ライナ１８の内周面を平行溝にした以外は実施例１とまったく同一の機械式粉砕装置（溝は特公平３−１５４８９号公報に記載の装置と同様である。）を用い、実施例１と同一の条件で同様の粉砕を行った。その結果も図８に合わせて示す。
【００４１】
図８から明らかなように、本発明の機械式粉砕装置を用いた場合の本発明例１には、比較例１と比べて平均粒子径が小さな粉砕物が得られることがわかる。また、本発明例１では、粉砕用の溝を傾斜させることによる機械式粉砕装置の動力の上昇や、粉砕温度の上昇は認められなかった。
【００４２】
（実施例２および比較例２）
実施例２として実施例１と同一の機械式粉砕装置および比較例２として比較例１と同様の機械式粉砕装置を用い、原料トナーの処理量（供給速度）を１０kg／h に固定し、ロータ１６の回転数を１０，０００rpm 〜１３，０００rpm に変化させたほかは実施例１と同様にして、原料トナーを粉砕し、粉砕製品を得た。得られた粉砕製品の平均粒子径と粉砕製品に含まれている５μm 以下の粒子の体積割合を測定した。その結果を図９に示す。
図９から明らかなように、同じ平均粒子径の粉砕製品では、比較例２の粉砕装置による粉砕製品に比べ、本発明例２の機械式粉砕装置による粉砕製品のほうが５μm 以下の粒子の含有割合が小さかった。この結果から、本発明の機械式粉砕装置によれば、過粉砕が少なくなることがわかる。
【００４３】
（実施例３、実施例４および比較例３）
図２に示す機械式粉砕装置３０を用い、平均粒径が２００μm の一成分トナーを原料粉体として、下記の条件で粉砕を行った。
ここで、実施例３としてロータ１６の外周面には、図４および６に示すように複数の傾斜溝３４を形成し、その傾斜角度θを１０度とした。次いで、実施例４としてロータ１６の外周面には、図７（ｂ）に示すように複数の傾斜溝３６をメッシュ状に形成し、交差する傾斜溝の角度θをロータ１６の母線方向に対し±１０度とした。比較例３としてロータ１６の外周面には、その母線方向に平行な平行溝を形成した。一方、いずれの場合もライナ１８の内周面にはその母線方向に平行な平行溝を形成した。さらに、これらの傾斜溝３４および３６と平行溝の溝の方向と直交する断面形状および寸法は、実施例１と同一とした。
【００４４】
この機械式粉砕装置３０をロータ１６の回転数を１０，０００rpm 、１１，０００rpm 、１２，０００rpm と変え、吸引用ブロワの風量を４m³／min として運転し、原料トナーの処理量（供給速度）を１０kg／h として、粉砕処理を行った。この他の粉砕条件および粉砕後の粉砕物は処理も実施例１と全く同一とした。こうして得られた粉砕製品の平均粒子径を測定し、ロータ回転数に対してプロットした結果を図１０に示す。
【００４５】
図１０から明らかなように、本発明例３の機械式粉砕装置により粉砕した場合は、比較例３の機械式粉砕装置により粉砕した場合に比べて、いずれのロータ回転数においても、粒径の小さな粉砕製品が得られることがわかる。本発明例４の機械式粉砕装置により粉砕した場合には、比較例３との差が一層顕著となることがわかる。また、本発明例３および４でも、粉砕用の溝を傾斜させることによる機械式粉砕装置の動力の上昇や、粉砕温度の上昇は認められなかった。
【００４６】
（実施例５）
図２に示す構造の機械式粉砕装置３０を用い、最大粒子径２mmの一成分トナーを原料粉体として、下記の条件で粉砕を行った。
ここで、実施例５としてライナ１８の内周面には、回転軸に平行な方向に複数の平行溝を形成し、その断面形状は一辺がロータ１６の中心に向き、他辺がこの一辺と４５度の角度をなし、ロータ１６の回転方向後方が低くなる三角形状（特公平３−１５４８９号公報に開示されたような）とした。
一方、ロータ１６の外周面には、回転軸に平行な方向に対し被粉砕物の流れを妨げる方向とその逆方向に傾斜している溝の両者を設け、その傾斜角度をそれぞれ５度、１０度、２０度、４５度とした。すなわち、図７（ｂ）に示すロータ１６のように正面図がメッシュ状となるような傾斜溝とした。
これらの平行溝および傾斜溝ともに溝のピッチは４mm、溝の深さは２mmに設定した。
また、ロータ１６の直径は２４２mm、長さは２４０mmで、ロータ１６とライナ１８との間隔は２mmとした。
この機械式粉砕装置３０の製品排出口２２には粉砕製品回収用フィルタを介して吸引用ブロワを接続し、原料トナーはスクリューフィーダーにより、原料供給口２０から供給した。
吸入用ブロワの風量４m³／min で運転し、原料トナーの処理量（供給速度２０kg／h として、粉砕品の粒径が１２μm になるようにロータ１６の回転数を調節した。
【００４７】
（比較例４）
また、比較例４として、ロータ１６の外周面の溝傾斜角度を０度、すなわち回転軸と平行な溝を設けたロータ１６でも同様な運転条件で試験を行った。
【００４８】
原料トナーを平均粒径１２μm に粉砕するためには、ロータ１６の外周面の溝傾斜角度に応じてロータ１６の回転数を以下のように調節した。
すなわち、傾斜角０度のときはロータ回転数を１１，０００rpm に、傾斜角５度のときはロータ回転数を１０，５００rpm に、傾斜角１０度および２０度のときはロータ回転数を１０，０００rpm に、傾斜角４５度のときにはロータ回転数を９，８００rpm に調節した。
こうして得られた粉砕品に含まれる１８μm 以上の、いわゆる粗大粒子の体積割合とロータ溝の傾斜角度との関係をプロットした結果を図１１に示す。また、粉砕品に含まれる８μm 以下の、いわゆる過粉砕粒子の体積割合とロータ溝の傾斜角度との関係をプロットした結果を図１２に示す。
【００４９】
図１１および図１２から明らかなように本発明例５の機械式粉砕装置により粉砕した場合は、比較例４の機械式粉砕装置により粉砕した場合に比べて、ロータ１６の外周面の溝傾斜角度が５度から４５度の範囲において、過粉砕防止と粗大粒子混入防止の両方の点での効果が大きいことが分かる。
【００５０】
（実施例６）
図２に示す構造の機械式粉砕機３０を用いて、最大粒子径２mmの一成分トナーを原料粉体として試験を行った。
ライナ１８の内周面には、ロータ１６の回転軸方向に平行な方向に複数の溝３２を形成し、溝のピッチ４mm、溝の深さ２mm、図５（ｃ）の角度αが４５度、角度βが１５度、３２ｄが１mmである。
【００５１】
一方ロータ１６は、直径２４２mm、長さ２４０mmであり、回転軸に平行な方向に対し被粉砕物の流れを妨げる方向に１０度、またその逆方向に１０度傾斜している溝を設け、その溝を切った方向に垂直な断面の形状が、図５（ｄ）の角度δが４５度、角度γが１５度、３４ｄが１．４mmで、溝のピッチ４mm、溝の深さ２mmのものを用いた。ライナ１８とロータ１６との間のすき間２８は２mmとした。
【００５２】
この装置３０でロータ回転数１０，０００rpm 、吸引用ブロワの風量４m³／min 、原料供給速度１０kg／h で目標平均粒径１２μm として原料粉体の粉砕処理を行った。ただし、粉砕物はバグフィルタにより回収した。
得られた粉砕品の粒度を測定したところ、平均粒径が１１．８μm 、１８μm 以上の粒子を含む体積割合が０．８％、７μm 以下の粒子を含む体積割合が２．１％であった。
【００５３】
（比較例５）
比較のため、ライナ１８の内周面およびロータ１６の外周面にロータ１６の回転軸方向に平行な方向に、複数の溝３２および３４を形成し、溝３２および３４の断面形状を実施例５のライナ１８のもの（特公平３−１５４８９号公報に記載のもの）と同じにし、その他は実施例６と同一な装置で、実施例６と同一な条件で粉砕処理を行った。得られた粉砕品の平均粒径は１２．８μm で、実施例６に比べ１μm 粗くなり、１８μm 以上の粒子を含む体積割合は６．４％で、実施例６の８倍に増加し、７μm 以下の粒子を含む体積割合は３．６％で１．７倍に増加した。
【００５４】
（実施例７）
ライナ１８の溝の断面形状を図５（ｂ）の角度αが６０度、角度βが１５度とし、それ以外は実施例６と同一な装置を用いて、同一な原料を同一な条件で処理した。得られた製品は、実施例６の製品と同様であり、比較例５に比べて、平均粒径が小さく、粒度分布がシャープであった。
【００５５】
（実施例８）
ロータ１６の溝３４の溝を切った方向と垂直な断面の形状を、図５（ｅ）の角度δが５０度、角度γが１５度で、それ以外は実施例６と同一な装置を用いて、同一な原料を同一な条件で処理した。得られた粉砕品は、実施例６の粉砕品と同様であり、比較例５にくらべ、平均粒径が小さく、粒度分布がシャープであった。
【００５６】
以上、本発明の機械式粉砕装置について詳細に説明したが、本発明は上記実施例に限定はされず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良および変更を行ってもよいのはもちろんである。
【００５７】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、ロータの外周面またはライナの内周面もしくはその両者に、ロータの回転軸に平行な方向に対し被粉砕物となる原料粉体の流れを妨げる方向に傾斜して形成された複数の溝を有していることから、これらの溝によりロータとライナとの間に形成される間隙からなる粉砕室における原料粉体の通過を妨げ、原料粉体の粉砕室内における滞留時間を長くすることができるので、粗大粒子を含まず、小さな平均粒径、例えば５〜１５μm オーダーの平均粒径を持ち、粒度分布の幅が狭くてシャープな高品質な微粉体を得ることができる。
【００５８】
また、本発明によれば、粗大粒子の発生が防止されると共に、緩やかな粉砕条件で粉砕されるため、過粉砕が防止され、必要以上に粒径の小さい、例えば５μm 以下あるいは数μm 以下の微粒子の発生を低減することができる。さらに、本発明によれば、粉砕室の容積を大きくできるため、処理量も多くすることができる。
従って、本発明の機械式粉砕装置は、樹脂およびそれを主成分として含む粉体の粉砕用として好適であり、特に、乾式トナーや粉体塗料の粉砕用として好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る機械式粉砕装置の一実施例の断面模式図である。
【図２】本発明に係る機械式粉砕装置の別の実施例の断面模式図である。
【図３】図１に示す機械式粉砕装置に用いられるライナの一実施例の斜視図である。
【図４】本発明に係る機械式粉砕装置のロータまたはライナ上における傾斜溝の形成角度を説明するための模式図である。
【図５】（ａ）は、図１におけるＶ−Ｖ線に沿った、ロータおよびライナの溝中の流線の模式的なイメージを含む溝方向に直交する断面における部分断面矢視図であり、（ｂ）および（ｃ）は、各々（ａ）に示すライナの溝の、溝方向と直交する断面形状の一例を示す部分断面図であり、（ｄ）および（ｅ）は、各々（ａ）に示すロータの溝の、溝方向と直交する断面形状の一例を示す部分断面図であり、（ｆ）は、ロータおよびライナの溝による被粉砕物の粉砕作用の一例を示す模式図であり、（ｇ）は、ロータの溝中に生じる渦の一例を示す模式図である。
【図６】図１に示す機械式粉砕装置に用いられるロータの一実施例の斜視図である。
【図７】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ本発明の機械式粉砕装置に用いられるライナおよびロータの別の実施例の正面模式図である。
【図８】実施例１および比較例１の結果を示すグラフである。
【図９】実施例２および比較例２の結果を示すグラフである。
【図１０】実施例３、実施例４および比較例３の結果を示すグラフである。
【図１１】実施例５および比較例４の結果を示すグラフである。
【図１２】実施例５および比較例４の結果を示すグラフである。
【図１３】従来の回転型機械式粉砕装置の断面模式図である。
【図１４】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）は、それぞれ図１３に示す従来の粉砕装置における回転子およびケーシングの各々別の構造を示す部分断面図である。
【図１５】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ図１３に示す従来の粉砕装置における回転子およびケーシングのさらに別の構造を示す部分断面図である。
【符号の説明】
１０、３０機械式粉砕装置
１１ケーシング
１２回転軸
１４ロータユニット
１６ロータ
１８ライナ
２０原料供給口
２２製品排出口
２４ａ，２４ｂ軸受
２６ａ，２６ｂ側板
２８間隙
３２，３４，３６傾斜溝
３２ａ，３２ｂ，３４ａ，３４ｂ傾斜溝の壁面
３２ｃ，３４ｃ傾斜溝の底部
３２ｄ，３４ｄ傾斜溝の凸部
３２Ｓ，３４Ｓ主渦
α，β，γ，δ 傾斜溝の断面傾斜角
ａ空気流の方向（回転軸に平行な方向）
ｂロータの回転方向
ｃ粉砕粒子（被粉砕物）の移動方向[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a mechanical pulverization apparatus suitable for the production of a resin or a powder containing a resin as a main component, particularly, a dry pulverization process in the production of a dry toner or a powder coating material.
[0002]
[Prior art]
In the production of dry toners and powder coatings, dry mechanical pulverization is performed to adjust the particle size of the final product and the particle size distribution, and various mechanical pulverization devices have been proposed. Yes.
Conventionally, as a rotary mechanical pulverizer for finely pulverizing such an object to be pulverized, there are known pulverizers described in JP-A-59-105853 and JP-B-3-15489. As shown in FIG. 13, this pulverizer 50 supports a cylindrical rotor (rotor) 54 in which a large number of concavo-convex portions 54 parallel to the generatrix are continuously provided in the circumferential direction on an outer peripheral surface by a rotating shaft 56, A cylindrical stator (liner) 62 in which a large number of concavo-convex portions 60 parallel to the busbars are provided on the inner peripheral surface in the circumferential direction with a minute gap 58 between the outer peripheral surface of the rotor 54 and the rotor 54. It is fitted outside and the gap 58 is used as a grinding chamber.
[0003]
In the fine pulverizer 50, the rotor 54 is rotated at a high speed and sucked by a suction blower (not shown) or the like from a product discharge port 64 provided on the upper right side surface portion of the casing 51 in the drawing. The object to be crushed supplied from the object supply port 66 of the object to be crushed provided in the lower left part of the casing 51 in the drawing is fed into the pulverization chamber formed of the micro gap 58 together with the air flow. After the pulverization process to make fine particles by colliding with the concavo-convex surface effectively by the eddy current generated by or by grinding between both convex portions of the rotor 54 and the stator 62, the fine particles flowed out from the micro gap. Fine particles are discharged from the product outlet to the outside of the machine. In such a fine pulverizer 50, a classification ring that blocks the concave portion of the concavo-convex portion 60 at the upper end portion of the stator 62 in order to prevent the outflow of coarse particles from the gap 58 and flow out only the fine particles. 68 is provided.
In this fine pulverizer 50, the gap 58 corresponding to the pulverization chamber is set to be 1 mm or less, and the rotor 54 is rotated at a high speed, so that both the stator 62 and the rotator 54 have a steady state in these recesses. When the pulverized products collide with each other due to the vortex generated by the pulverization and receive shearing force, fine pulverization is effectively performed, and a pulverized product with a relatively narrow particle size distribution width of micron order to several tens of micron order is obtained. Has been.
[0004]
In such a fine pulverizer 50, as shown in FIGS. 14 (a), (b), (c), and (d), the combination of the uneven portion 52 of the rotor 54 and the uneven portion 60 of the stator 62 is shown. Proposed. In these drawings, the concavo-convex portion 52a and the concavo-convex portion 60a have a square cross-sectional shape, and the concavo-convex portion 52b and the concavo-convex portion 60b have a triangular cross-sectional shape. Of these combinations, FIG. It is known that excellent pulverization performance can be obtained by the combination of the triangular uneven portion 52b and the uneven portion 60b shown in (d).
[0005]
Further, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-155628, as shown in FIGS. 15 (a) and 15 (b), the outer peripheral surface of the rotor 54 and the stator (tubular body) 62 such as the above-described fine pulverizer 50 are provided. In addition to a large number of irregularities parallel to the generatrix of the inner peripheral surface, a large number of irregularities in the direction orthogonal to the generatrix on the outer peripheral surface of the rotor 54 and on the outer peripheral surface of the rotor 54 and the inner peripheral surface of the stator 62 72, and mechanical crushers 70 and 71 in which concave and convex portions 72 and 74 are continuously formed in the direction of the generatrix are proposed. These mechanical crushers 70 and 71 can generate a vortex in the vertical direction in addition to the horizontal direction by forming irregularities in both the direction parallel to the generatrix and the direction orthogonal thereto. As a result, the pulverization function is improved, and as a result, a pulverized product having a particle size of several tens of microns is obtained.
[0006]
In addition, as a rotary mechanical crusher, for example, hard materials such as various minerals, ceramics, soybeans, stones, and gravel described in Japanese Patent Publication Nos. 4-12190 and 4-12191 are crushed. Pulverizer, Japanese Patent Publication Nos. 58-14822 and 58-1482 3 No. 6-36457, JP-B 61-36457 and JP-A 61-36459, a micro-pulverizer for obtaining ultra-fine particles on the order of several microns, and A pulverizing apparatus described in JP-A-5-184960 is known.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in resin or resin-based powder, more specifically, in dry toner and powder coating, etc., aiming for high quality, powder with smaller particle size and uniform particle size, that is, particle size distribution There is a demand for powders with a sharp width.
However, in the conventional mechanical pulverizer, when obtaining a pulverized product having a small particle size, the rotational speed of the rotor must be increased, and energy efficiency, bearing life, noise, vibration, and air exhaust temperature increase. This is a problem. In addition, there is a limit in increasing the number of rotations of the rotor, and there is a problem that the target particle size cannot be pulverized.
Also, for example, in the case of dry toner, particles that are excessively finer than the target particle size are removed by classification means to improve product quality, and the particle size distribution is adjusted. Since more particles that are excessively pulverized are generated, there are many unnecessary particles, resulting in a poor yield and a problem.
[0008]
In the fine pulverizer 50 described in JP-A-59-105853 and JP-B-3-15489, the pulverization chamber between the rotor 54 and the stator 62 is narrowed to prevent passage of coarse particles. For example, the gap 58 serving as a grinding chamber is set to 1 mm or less. However, if the pulverization chamber is narrowed in this way, the processing capacity decreases and the processing amount decreases, and depending on the supply amount of the raw material, especially when the supply amount exceeds the processing capacity, the frictional heat during pulverization, etc. This may cause a problem that the temperature of the grinding chamber rises excessively. In such a case, the raw material powder is fused in the inside of the pulverizing chamber, and there is a problem that it is difficult or impossible to continue further pulverization.
[0009]
In addition, in the mechanical crusher described in JP-A-7-155628, in addition to the concavo-convex portion parallel to the bus bar on the outer peripheral surface of the rotor 54 and the inner peripheral surface of the stator 62, the concavo-convex portion 72 orthogonal to the bus bar, Since 74 is formed, vortexes are generated not only in the horizontal direction but also in the vertical direction by these convex portions, so that an excessive vortex flow is generated, and particles collide excessively, especially the rotation. There was a problem that particles collided excessively with the concave portions of the child 54, over-pulverization occurred, and the air exhaust temperature increased excessively.
[0010]
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, a resin having a small particle size, free from coarse particles, and capable of producing a pulverized product having a sharp particle size distribution width with high efficiency. An object of the present invention is to provide a mechanical pulverizer suitable for finely pulverizing a powder containing a resin as a main component.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention Mechanical grinding device Is supported by a rotating shaft and has a plurality of grooves formed on the outer peripheral surface thereof, and is fitted outside the rotor so as to have a desired gap from the outer peripheral surface of the rotor. A mechanical pulverizing apparatus for pulverizing an object to be crushed in the gap, the rotor Outer peripheral surface or The liner Of the inner peripheral surface At least one In addition, The groove As Inclined in a direction that hinders the flow of the object to be crushed relative to the direction parallel to the rotation axis. A first groove, and Inclined in the direction opposite to the direction that obstructs the flow of the object to be crushed with respect to the direction parallel to the rotation axis. Second groove Both are formed It is characterized by this.
[0012]
here Before It is preferable that an inclination angle of any one of the groove of the rotor and the groove of the liner with respect to the direction parallel to the rotation axis is not less than 5 degrees and less than 90 degrees.
[0013]
A direction in which the groove of the rotor obstructs the flow of the object to be ground with respect to a direction parallel to the rotation axis; And a second groove that is inclined in a direction opposite to a direction that obstructs the flow of the object to be crushed with respect to a direction parallel to the rotation axis. The inclination angle is preferably 5 degrees or more and 45 degrees or less. The cross-sectional shape of the groove in a direction perpendicular to the direction of the groove of the rotor is such that the front surface with respect to the rotation direction of the rotor is 30 degrees opposite to the rotation direction of the rotor with respect to the radial direction of the rotor. The rotor is inclined at an angle within a range of up to 30 degrees, and the rear surface with respect to the rotation direction of the rotor is from 30 degrees opposite to the rotation direction of the rotor with respect to the radial direction of the rotor. It is preferred to be inclined at an angle in the range of up to 70 degrees.
[0014]
Further, the groove of the liner is inclined in a direction that hinders the flow of the object to be pulverized with respect to a direction parallel to the rotation axis of the rotor. And a second groove that is inclined in a direction opposite to a direction that hinders the flow of the object to be pulverized with respect to a direction parallel to the rotation axis. The inclination angle is preferably 5 to 45 degrees. Further, the cross-sectional shape of the groove in a direction perpendicular to the direction of the groove of the liner is such that the front surface with respect to the rotation direction of the rotor is 30 degrees to 70 degrees in the rotation direction of the rotor with respect to the center direction of the rotor. The rear surface with respect to the rotation direction of the rotor is inclined at an angle within a range from 30 degrees in the direction opposite to the rotation direction of the rotor to 30 degrees in the rotation direction of the rotor. It is preferable to be inclined at an inner angle.
[0015]
[Action]
In the mechanical pulverization apparatus of the present invention, the raw material powder is finely pulverized in the pulverization chamber formed by the gap between the rotor and the liner, but is sucked from the product discharge port for discharging the product during operation, The air that flows in together with the raw material powder supplied from the raw material supply port flows in the direction of the rotor or liner bus, that is, in the direction parallel to the rotation axis of the rotor. The raw material powder that has entered the airflow receives a force in a direction perpendicular to the airflow by the rotation of the rotor, and flows in the rotation direction of the rotor. However, in the pulverizing apparatus of the present invention, a plurality of grooves inclined in the direction of the rotation axis are formed on the circumferential surface of the rotor or liner or both so as to hinder the flow in the direction in which the raw material powder flows. The pulverized particles that have entered the gap between the rotor and the liner have a reduced passage speed to the discharge port, and are blown to the supply port side by the convex portion of the groove of the rotor. Even if this space is kept wide, the time for the pulverized particles to stay in the pulverization chamber can be increased. For this reason, according to the present invention, it is possible to prevent the generation of excessive vortex flow and excessive collision, thereby preventing excessive pulverization and increasing the residence time of the pulverized particles, thereby reducing the particle diameter. At the same time, the generation of coarse particles can be prevented.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the mechanical crusher according to the present invention will be described in detail based on preferred embodiments shown in the accompanying drawings, but the present invention is not limited thereto.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an embodiment of the mechanical grinding device of the present invention. In these drawings, some hatching is omitted for simplification.
[0017]
As shown in the figure, a mechanical pulverizer (hereinafter referred to as a pulverizer) 10 is a horizontal pulverizer, and includes a casing 11, a rotary shaft 12 rotatably supported by the casing 11, and a rotary shaft 12. A plurality of rotors 16 to be supported and fixed, in the illustrated example, four rotor units 14, are supported by the casing 11, and are inserted outside the rotor 16 so as to have a desired constant gap with the outer peripheral surface of the rotor 16. And a liner 18. The casing 11 is provided with a raw material supply port 20 for supplying a pulverized raw material (a material to be crushed) on the left side in the drawing and a product discharge port 22 for discharging the pulverized pulverized product on the right side in the drawing.
[0018]
In the mechanical pulverizing apparatus 10, the rotary shaft 12 is disposed in parallel to the mounting surface of the mechanical pulverizing apparatus 10, that is, horizontally, and the bearings 24a and 24b are provided on the left and right side walls of the casing 11 in the drawing. Are supported. One end portion of the rotating shaft 12, that is, the right end portion (the bearing 24b side) in the illustrated example is connected to a driving device such as a motor via a winding transmission mechanism such as a pulley and a transmission belt (not shown) or a gear transmission mechanism. Has been.
[0019]
The four rotor units 14 are fixed to the rotary shaft 12 by a key (not shown), and are integrated by circular side plates 26 a and 26 b that sandwich the four rotor units 14 from both sides to constitute the rotor 16. In the illustrated example, the rotor 16 is composed of four rotor units 14 divided in the length direction. However, this is for the convenience of manufacturing, and the present invention is not limited to this and is configured. Needless to say, the number of rotor units 14 is not limited, and the rotor unit 14 may be composed of a single rotor manufactured as a whole.
[0020]
A liner 18 is fitted on the outer side of the rotor 16 so as to leave a certain gap from the outer peripheral surface thereof. The liner 18 is defined between the outer peripheral surface of the rotor 16 and the inner peripheral surface of the liner 18. The gap 28 becomes a raw material grinding chamber. The liner 18 is fitted and fixed in the central cylindrical body of the casing 11. Further, the volume and shape of both sides of the casing 11 are set so that spaces of appropriate sizes are formed on both outer sides of the liner 18 (and the rotor 16). The space on the right side in the figure leads to the product (pulverized product) discharge port 22. The product discharge port 22 is sucked by an air suction device such as a blower (not shown). The product to be crushed supplied from the raw material supply port 20 is sucked together with air, and the product obtained by pulverization in the device is air. At the same time, it is discharged from the product discharge port 22. Furthermore, the lower surface of the casing 11 has a leg portion, and is attached to a mounting base (not shown).
[0021]
The basic structure of the mechanical pulverization apparatus 10 of the present invention is as described above. However, the present invention is not limited to the horizontal pulverization apparatus shown in FIG. 1. For example, as shown in FIG. A rotor 16 to be supported and a liner 18 inserted into the rotor 16 with a predetermined gap are suspended, and a raw material supply port 20 is provided at a lower portion of the casing below the liner 18, and a product discharge port 22 is provided at an upper portion of the casing above the liner 18. Any pulverization apparatus having the same basic components, such as the vertical pulverization apparatus 30 having a structure to be provided, may be appropriately modified based on the structure of a known technique. be able to.
[0022]
In the mechanical crusher 10 of the present invention, the most characteristic part is that a plurality of grooves are formed on one or both of the outer peripheral surface of the rotor 16 and the inner peripheral surface of the liner 18, and these grooves are That is, it is inclined in a direction that hinders the flow of the object to be crushed with respect to the direction parallel to the rotation shaft 12.
That is, as shown in FIG. 3, only the envelope of the inner peripheral surface of the liner 18 is indicated by a dotted line with respect to a direction parallel to the rotation center (center line) 12a of the rotary shaft 12 indicated by a one-dot chain line. A groove 32 is formed which is inclined in the direction opposite to the rotation direction of the rotor 16 (shown by an arrow b in the figure). Here, in FIG. 3, the liner 18 shows only the liner unit that constitutes one-sixth of the liner 18, and the envelope of the others is shown by a dotted line. Of course, in the present invention, the number of liner units constituting the liner 18 is not limited, and it goes without saying that the liner 18 can be constituted by one circular tubular body.
In the present invention, the direction parallel to the rotation shaft 12 is a direction parallel to the rotation center 12a of the rotation shaft 12 and means a direction of air flow indicated by an arrow a in the drawing, and accordingly, the rotor 16 or It is equal to the longitudinal direction of the liner 18 and its generatrix direction.
[0023]
By the way, in the present invention, at least one of the groove 34 on the outer peripheral surface of the rotor 16 and the groove 32 on the inner peripheral surface of the liner 18 is a direction that obstructs the flow of the object to be ground (particles) in the direction parallel to the rotating shaft 12. It must be inclined to. As schematically shown in FIG. 4, the moving velocity vector (particle flow velocity vector) of the object to be crushed moving in the gap 28 between the outer peripheral surface of the rotor 16 and the inner peripheral surface of the liner 18 is The rotation speed vector (direction: rotation direction b, length: speed) of the rotor 16 and the air flow speed vector (direction: flow direction a, length: speed) are given by a combined vector. Therefore, the groove 32 on the inner peripheral surface of the liner 18 is provided in a direction intersecting, preferably perpendicular to the direction of the velocity vector of the obtained particle flow (indicated by an arrow c in the figure). That is, in FIG. 4, the groove | channel 32 is provided so that it may incline with respect to the air flow direction a. Here, the inclination angle θ of the groove 32 with respect to the air flow direction a is not particularly limited as long as the groove 32 is inclined at an acute angle in the direction of preventing the particle flow, but is preferably 5 degrees or more and less than 90 degrees. It is preferably 5 to 60 degrees, more preferably 5 to 45 degrees, and most preferably 10 to 30 degrees.
[0024]
Thus, the shape including the shape, width, depth, pitch, and the like of the groove 32 (hereinafter referred to as an inclined groove) 32 that is inclined with respect to the air flow direction a on the inner peripheral surface of the liner 18 is not particularly limited. The shape of the inclined groove 32 in the cross section orthogonal to the direction of the groove 32 may be any of a sawtooth shape, a trapezoidal shape, a rectangular shape, an arc shape, etc., but particularly as shown in FIG. One side faces the center of the rotor 16 and the other side forms an angle of 45 to 60 degrees with the one side, and the rotation direction of the rotor 16 (b) is a triangular shape (as disclosed in Japanese Patent Publication No. 3-15489) It is preferable that
[0025]
For example, FIGS. 5B and 5C show typical examples of the cross-sectional shape of the inclined groove 32 of the liner 18 in a cross section orthogonal to the direction of the inclined groove 32 of the liner 18. As shown in FIGS. 5B and 5C, in the cross-sectional shape of the groove 32 of the liner 18, the front surface 32 a with respect to the rotation direction b of the rotor 16 is the center direction of the rotor 16, that is, a one-dot chain line R in the drawing. The rear surface 32b with respect to the rotation direction b is inclined with respect to the central direction R by the predetermined angle β with respect to the rotation direction b or the opposite direction. Yes. Here, the cross-sectional inclination angles α and β of the groove 32 are 30 degrees to 70 degrees and −30 degrees to 30 degrees, respectively, with respect to the rotation direction b (from 30 degrees in the opposite direction to the rotation direction b to 30 in the rotation direction b). Preferably in the range of up to degrees).
5B and 5C, the bottom portion 32c of the groove 32 of the liner 18 and the convex portion 32d of the liner 18 between the adjacent grooves 32 are both ½ or less of the pitch p of the grooves 32. Is preferred. The bottom portion 32c of the groove 32 of the liner 18 does not form a straight portion as shown in FIGS. 5B and 5C, but forms a vertex of a triangle or is rounded, for example, as shown in FIG. It is more preferable to form an arc as shown.
[0026]
As described above, by forming such an inclined groove 32 on the inner peripheral surface of the liner 18, the liner 18 is pulverized in the gap 28 between the rotor 16 and the liner 18 constituting the pulverization chamber. The particles to be crushed that have entered the grooves 32 are less likely to move in the direction of the air flow sucked by the blower or the like from the product discharge port 22 and stay in the pulverization chamber while keeping the space of the pulverization chamber wide. Can be taken longer.
[0027]
In the present invention, the inclined groove is not limited to the inclined groove 32 formed on the inner peripheral surface of the liner 18, but may be formed on either the outer peripheral surface of the rotor 16 or the inner peripheral surface of the liner 18. It can also be formed on both peripheral surfaces. As shown in FIG. 6, when the inclined groove 34 is formed on the outer peripheral surface of the rotor 16, the inclined groove 34 is positioned on the joint surface of the adjacent rotor units 14 of the four rotor units 14 constituting the rotor 16. It is preferable to accurately align the key grooves (not shown) of the four rotor units 14 for fixing to the rotating shaft 12 so that the inclined grooves 32 are smoothly continuous without causing a shift. The inclination angle of the inclined groove 34 of the rotor 16 is not particularly limited, as is the case with the inclined groove 32 of the liner 18, and the preferred conditions are also the same. The shape and dimensions of the inclined groove 34 of the rotor 16 are not particularly limited as in the case of the inclined groove 32 of the liner 18 and may be any shape. In particular, as shown in FIG. The shape of the inclined groove 34 in a cross section orthogonal to the groove direction of the rotor 16 is such that one side is 5 to 25 degrees on the rear side in the rotational direction (b) of the rotor 16 with respect to the radius toward the center of the rotor 16, and the other side Is preferably a triangular shape having an angle of 45 to 60 degrees.
[0028]
For example, FIGS. 5D and 5E show representative examples of the cross-sectional shape of the inclined groove 34 of the rotor 16 in a cross section orthogonal to the direction of the inclined groove 34 of the rotor 16. As shown in FIGS. 5D and 5E, in the cross-sectional shape of the groove 34 of the rotor 16, the front surface 34a with respect to the rotational direction b is the radial direction of the rotor 16, that is, the direction indicated by the one-dot chain line R in the figure. The rear surface 34b with respect to the rotational direction b is inclined in the rotational direction b with respect to the radial direction R. And the opposite direction Is inclined by a predetermined angle δ. Here, the cross-sectional inclination angles γ and δ of the inclined groove 34 range from −30 degrees to 30 degrees with respect to the rotation direction b, that is, from 30 degrees in the direction opposite to the rotation direction b to 30 degrees in the rotation direction b. Inner and -70 degrees to -30 degrees, that is, the direction of rotation b It is preferable to be within the range of 30 to 70 degrees in the opposite direction.
5D and 5E, the bottom 34c of the groove 34 of the rotor 16 and the convex portion 34d of the rotor 16 between the adjacent grooves 34 are both equal to or less than ½ of the pitch p of the grooves 34. Is preferred. The bottom 34c of the groove 34 of the rotor 16 does not form a straight portion as shown in FIGS. 5 (d) and 5 (e), but forms a vertex of a triangle or is rounded, for example, as shown in FIG. 5 (a). It is more preferable to form an arc as shown.
[0029]
The reason why the cross-sectional shapes of the grooves 32 and 34 are limited as a preferred embodiment of the present invention will be described below.
In the pulverizer of the present invention, in order to prevent an excessive increase in exhaust temperature, that is, an increase in pulverization temperature and an increase in pulverization power, the flow is not disturbed excessively by the rotation of the rotor, as shown in the schematic diagram shown in FIG. In addition, it is necessary to form vortices of appropriate strength in the grooves 32 and 34 of the liner 18 and the rotor 16 in order to improve the grinding performance. Here, reference numeral 32 s indicates an image of streamlines in the groove 32 of the liner 18 generated by the rotation of the rotor 16, and reference numeral 34 s indicates an image of streamlines in the groove 34 of the rotor 16.
[0030]
Particles to be pulverized charged into the crushing chamber 28 are taken into the groove 34 of the rotor 16 by the vortex generated in the groove 34 of the rotor 16, hit the surface 34 b, and blown away in the direction of the liner 18. It collides with the surface and is crushed (see FIG. 5f). Coarse particles of the pulverized particles are discharged again into the pulverization chamber 28 without being subjected to the vortex flow in the groove 32 of the liner 18 and are subjected to the same action. On the other hand, fine particles stay in the grooves 32 and 34 in the flow in the groove 32 of the liner 18 or the groove 34 of the rotor 16, and the peaks and valleys of the grooves 32 and 34 of the rotor 16 and the liner 18 alternately and at high speed. It is crushed to a certain fineness due to pressure fluctuations caused by passing each other.
Considering the above pulverization process, a preferable groove cross-sectional shape is determined as follows.
[0031]
The rear side surface 34b of the groove 34 of the rotor 16 does not excessively disturb the flow, prevents the exhaust gas temperature from rising, and the inclination angle δ is such that particles to be crushed that collide with the surface can be repelled in the direction of the liner 18. 30 degrees or more and 70 degrees or less are preferable in the direction opposite to the rotation direction b of the rotor 16.
The front side surface 32a of the groove 32 of the liner 18 has an inclination angle α of 30 degrees or more and 70 degrees or less in the rotational direction so that an appropriate impact is given when the particles to be crushed which are blown off by the rotor 16 collide. preferable.
It is important that the vortices in the groove 34 of the rotor 16 and the groove 32 of the liner 18 have an appropriate vorticity, a wide space and be stable, and the inclination of the front side surface 34a of the groove 34 of the rotor 16 The spaces of the grooves 32 and 34 can be widened by setting the angle γ and the inclination angle β of the rear side surface 32b of the groove 32 of the liner 18 to 0 degrees or more and 0 degrees or less, respectively.
[0032]
However, the front side surface 34a of the groove 34 of the rotor 16 causes a vortex in addition to the main vortex when the inclination angle γ is increased in the direction opposite to the rotational direction b. 34, and coarse particles are mixed in the product.
Here, the main vortex is a vortex that mainly gives a pulverizing action to the particles, and is indicated by reference numerals 32s and 34s in FIG. 5a (see FIG. 5g).
Further, when the inclination angle γ is increased in the rotation direction b, the vortex generated in the groove 34 is released into the main flow and becomes unstable, or the main flow enters the groove 34 and the size of the vortex is reduced. To do. Considering these, the inclination angle γ is in the range from −30 degrees to 30 degrees in the rotation direction b, that is, from 30 degrees in the opposite direction to the rotation direction b to 30 degrees in the rotation direction b. Is preferred.
For the same reason, the inclination angle β of the rear side surface 32b of the groove 32 of the liner 18 is -30 degrees or more and 30 degrees or less in the rotation direction b, that is, 30 degrees in the direction opposite to the rotation direction b to 30 degrees in the rotation direction b. It is preferable to be within the range.
[0033]
Next, a preferable pitch of the groove in the present invention will be described.
With the same rotor 16 diameter, if the groove pitch p is reduced, the number of grooves (32, 34) increases, and the probability of collision with the wall surfaces (32a, 32b, 34a, 34b) of the grooves (32, 34) increases. It is preferable for obtaining a fine particle size. However, since the depth of the groove (32, 34) is suitable for generating a stable and appropriate strength vortex and suppressing the generation of vortices other than the main vortex, the groove pitch p is reduced. There is a problem that the space of the groove is narrowed and the processing capacity is lowered.
The groove pitch p depends on the type of material to be crushed, the raw material particle size, the target product particle size, etc., but in the present invention, it is preferably about 2 mm to 10 mm.
Further, the depth of the grooves (32, 34) is preferably not less than 1/5 times and not more than 3 times the pitch.
The groove pitch p and the depth are preferably the same for the groove 34 of the rotor 16 and the groove 32 of the liner 18, but may be different for the grooves 32 and 34.
[0034]
Further, as described above, by forming such an inclined groove 34 on the outer peripheral surface of the rotor 16, it enters the gap 28 between the rotor 16 and the liner 18 constituting the grinding chamber, and the inclination of the rotor 16 is increased. Particles to be crushed that have collided with the projections 34d formed by the grooves 34 (see FIGS. 5D and 5E) are opposite to the direction of the air flow sucked from the product discharge port 22 by a blower or the like. Therefore, the time for staying in the crushing chamber can be increased.
[0035]
Further, as described above, when the inclined groove is formed only on one of the outer peripheral surface of the rotor 16 and the inner peripheral surface of the liner 18, the other peripheral surface is formed on the center line 12 a of the rotating shaft 12. Parallel grooves can also be formed. Furthermore, a plurality of inclined grooves intersecting one or both peripheral surfaces with the same or different inclination angle with respect to the center line 12a (longitudinal direction) of the rotating shaft 12, that is, in FIG. An inclined groove 36 having a meshed front view can also be formed, such as the liner 18 shown and the rotor 16 shown in FIG.
In addition, there is no restriction | limiting in particular in the formation method of such an inclined groove, Any methods of a well-known formation method are applicable, such as the method of forming a recessed part by cutting etc. in a surrounding surface, or the method of forming a convex part by casting etc. Further, in that case, an anti-wear treatment can be performed as necessary.
By the way, also in the present invention, the gap between the outer peripheral surface of the rotor 16 serving as a pulverization chamber and the inner peripheral surface of the liner 20 is not particularly limited, and depends on the type of material to be crushed, the raw material, and the particle size distribution of the product. However, in the present invention, in particular, due to the presence of the characteristic inclined groove, it can be made larger than before and can be set to a maximum width of 3 mm.
[0036]
The mechanical pulverizing apparatus of the present invention is basically configured as described above, and the operation thereof will be described below in detail with reference to FIGS. 1 and 3 to 7. First, a suction blower (not shown) connected to the product discharge port 22 via a pulverized product collection filter is started to blow, and the air flowing in from the raw material supply port 20 passes through the apparatus from the left in FIG. The airflow flows to the right. Next, the rotor 16 is rotated in the direction of arrow b in FIG. Next, a desired amount of raw material powder is continuously or intermittently supplied from the raw material supply port 20. Then, the supplied raw material powder is sucked together with the air flow, and reaches the gap 28 between the rotor 16 and the liner 18 which is a grinding chamber. And the inclined grooves 32, 34 of After being crushed between both convex portions, repeated collision with the convex surface of the inclined grooves 32 and 34 and collision with the concave surface due to the eddy current generated in the concave portion, and repeated collision with each other, are moderately crushed. While gradually moving to the right side, the product is sucked and discharged from the product discharge port 22 as a pulverized product, and is captured by the pulverized product collection filter outside the apparatus.
[0037]
In this grinding process, the inclined grooves act as shown in FIG. That is, as indicated by an arrow in FIG. 4, the rotation direction b of the rotor 16 is a direction orthogonal to the air flow direction a, so that the clearance 28 between the rotor 16 and the liner 18 rides on the air flow. The raw material powder particles entered flow in the rotational direction b and travel approximately in the c direction. Therefore, the raw material powder particles are drawn into, taken in, or collide with the inclined grooves 32 of the liner 18 and the inclined grooves 34 of the rotor 16 directly or by the vortex generated in the inclined grooves 32 and 34 in the opposite direction. It is blown off and movement in the air flow direction a is impeded. For this reason, smooth movement in the air flow direction a is hindered, and the residence time in the crushing chamber formed by the gap 28 can be extended. Thus, since the inclined grooves 32 and 34 act so as to prevent the flow of the raw material powder particles in the pulverizing chamber, the volume of the pulverizing chamber (the interval between the gaps 28) can be increased (the gap interval is 3 mm at the maximum). ), Even when the amount of treatment is increased, sufficient pulverization time can be secured. By taking a large space in the pulverization chamber in this way, the raw material powder particles can be gently pulverized without including excessively turbulent or irregular turbulence in the vortex generated by the inclined grooves 32 and 34. Despite taking a long residence time in the pulverization chamber, over-pulverization of the raw material powder can be prevented. In the mechanical crusher 10 of the present invention, the suction force by the suction fan and the rotation speed of the rotor 16 can be smoothly crushed. Ru Thus, depending on the type, particle size, processing amount, rotor 16 and liner dimensions, shape, slant groove shape, dimensions, gap of the crushing chamber, etc. It is preferable to select and set. For example, in a mechanical crusher with a rotor diameter of about 250 mm and an axial length of about 250 mm, the suction fan has an air flow of about 4 to 6 m. ^Three The rotation speed of the rotor 16 is suitably about 6,000 to 13,000 rpm.
[0038]
【Example】
Example 1
Using the mechanical pulverizer 10 having the structure shown in FIG. 1, pulverization was performed under the following conditions using a one-component toner having an average particle diameter of 500 μm as a raw material powder.
Here, a plurality of inclined grooves 32 are formed on the inner peripheral surface of the liner 18 as shown in FIGS. 3 and 4, and the inclination angle θ is set to 10 degrees. On the other hand, a groove parallel to the generatrix direction (hereinafter referred to as “parallel groove”) was formed on the outer peripheral surface of the rotor 16. Further, the cross-sectional shapes of the inclined grooves 32 and the parallel grooves are as shown in FIG. 5, and the groove pitch is set to 4 mm and the groove depth is set to 2 mm for both the inclined grooves 32 and the parallel grooves. The rotor 16 had a diameter of 242 mm, a length of 240 mm, and the distance between the rotor 16 and the liner 18 was 2 mm.
A suction blower was connected to the product discharge port 22 of the mechanical pulverizer 10 via a pulverized product recovery filter, and the raw material toner was supplied from the raw material supply port 20 by a screw feeder.
[0039]
This mechanical crusher 10 has a rotor 16 rotating at 10,000 rpm and a suction blower air flow of 4 m. ^Three The pulverization process was performed with the raw material toner processing amount (supply speed) changed to 10, 20, and 30 kg / h. The pulverized material after the powder treatment discharged from the product outlet 22 was captured and recovered as a pulverized product by a pulverized product recovery filter having an average pore diameter of about 3 μm.
The average particle diameter of the pulverized product thus obtained was measured, and the results plotted against the supply rate are shown in FIG.
[0040]
(Comparative Example 1)
Further, as a comparative example, the mechanical crusher exactly the same as that of Example 1 except that the inner peripheral surface of the liner 18 is a parallel groove (the groove is the same as the apparatus described in Japanese Patent Publication No. 3-15489). The same pulverization was performed under the same conditions as in Example 1. The result is also shown in FIG.
[0041]
As is clear from FIG. 8, it can be seen that a pulverized product having a smaller average particle diameter than that of Comparative Example 1 is obtained in Invention Example 1 when the mechanical pulverization apparatus of the present invention is used. Further, in Example 1 of the present invention, no increase in the power of the mechanical pulverizer or increase in the pulverization temperature due to the inclination of the pulverization groove was observed.
[0042]
(Example 2 and Comparative Example 2)
As Example 2, the same mechanical pulverization apparatus as in Example 1 and as Comparative Example 2 the same mechanical pulverization apparatus as in Comparative Example 1, the raw toner processing amount (supply speed) was fixed at 10 kg / h, and the rotor The raw material toner was pulverized in the same manner as in Example 1 except that the number of revolutions of 16 was changed from 10,000 rpm to 13,000 rpm to obtain a pulverized product. The average particle diameter of the obtained pulverized product and the volume ratio of particles of 5 μm or less contained in the pulverized product were measured. The result is shown in FIG.
As is clear from FIG. 9, in the pulverized product having the same average particle size, the pulverized product obtained by the mechanical pulverizer of the present invention example 2 has a content ratio of particles of 5 μm or less as compared with the pulverized product obtained by the pulverizer of Comparative Example 2. Was small. From this result, it can be seen that according to the mechanical pulverizer of the present invention, excessive pulverization is reduced.
[0043]
(Example 3, Example 4 and Comparative Example 3)
Using the mechanical pulverizer 30 shown in FIG. 2, pulverization was performed under the following conditions using a one-component toner having an average particle diameter of 200 μm as a raw material powder.
Here, as Example 3, a plurality of inclined grooves 34 were formed on the outer peripheral surface of the rotor 16 as shown in FIGS. 4 and 6, and the inclination angle θ was set to 10 degrees. Next, as Example 4, a plurality of inclined grooves 36 are formed in a mesh shape on the outer peripheral surface of the rotor 16 as shown in FIG. 7B, and the angle θ of the intersecting inclined grooves is set with respect to the generatrix direction of the rotor 16. ± 10 degrees. As Comparative Example 3, parallel grooves parallel to the generatrix direction were formed on the outer peripheral surface of the rotor 16. On the other hand, in any case, a parallel groove parallel to the generatrix direction was formed on the inner peripheral surface of the liner 18. Further, the cross-sectional shape and dimensions perpendicular to the direction of the inclined grooves 34 and 36 and the parallel grooves were the same as those in Example 1.
[0044]
In this mechanical pulverizer 30, the rotation speed of the rotor 16 is changed to 10,000 rpm, 11,000 rpm, 12,000 rpm, and the air flow of the suction blower is 4 m. ^Three The pulverization process was performed with the raw toner processing amount (supply speed) set at 10 kg / h. Other pulverization conditions and the pulverized product after pulverization were exactly the same as those in Example 1. The average particle diameter of the pulverized product thus obtained was measured, and the results plotted against the rotor rotational speed are shown in FIG.
[0045]
As is clear from FIG. 10, when pulverized by the mechanical pulverizer of Example 3 of the present invention, the particle size of each rotor rotation number was larger than when pulverized by the mechanical pulverizer of Comparative Example 3. It can be seen that a small ground product is obtained. It can be seen that the difference from Comparative Example 3 becomes more prominent when pulverized by the mechanical pulverizer of Inventive Example 4. Also in Examples 3 and 4 of the present invention, no increase in the power of the mechanical pulverizer or increase in the pulverization temperature due to the inclination of the groove for pulverization was observed.
[0046]
(Example 5)
Using the mechanical pulverizer 30 having the structure shown in FIG. 2, pulverization was performed under the following conditions using a one-component toner having a maximum particle diameter of 2 mm as a raw material powder.
Here, as Example 5, a plurality of parallel grooves are formed in the inner peripheral surface of the liner 18 in a direction parallel to the rotation axis, and the cross-sectional shape thereof is directed to the center of the rotor 16 and the other side is this one side. A triangular shape (as disclosed in Japanese Examined Patent Publication No. 3-15489) was formed with an angle of 45 degrees and the rear in the rotational direction of the rotor 16 being lowered.
On the other hand, the outer peripheral surface of the rotor 16 is provided with both a direction that obstructs the flow of the object to be crushed with respect to a direction parallel to the rotation axis and a groove that is inclined in the opposite direction. Degrees, 20 degrees, and 45 degrees. That is, it was set as the inclined groove | channel where a front view becomes mesh shape like the rotor 16 shown in FIG.7 (b).
In both of these parallel grooves and inclined grooves, the groove pitch was set to 4 mm, and the groove depth was set to 2 mm.
The rotor 16 had a diameter of 242 mm, a length of 240 mm, and the distance between the rotor 16 and the liner 18 was 2 mm.
A suction blower was connected to the product discharge port 22 of the mechanical pulverizer 30 through a pulverized product collection filter, and the raw material toner was supplied from the raw material supply port 20 by a screw feeder.
Air volume of the blower for suction 4m ^Three The rotational speed of the rotor 16 was adjusted so that the particle size of the pulverized product was 12 μm at a feed rate of 20 kg / h.
[0047]
(Comparative Example 4)
Further, as Comparative Example 4, the test was performed under the same operating conditions even with the rotor 16 provided with a groove inclination angle of 0 degrees on the outer peripheral surface of the rotor 16, that is, a groove parallel to the rotation axis.
[0048]
In order to pulverize the raw material toner to an average particle diameter of 12 μm, the number of rotations of the rotor 16 was adjusted as follows according to the groove inclination angle of the outer peripheral surface of the rotor 16.
That is, when the tilt angle is 0 degrees, the rotor rotational speed is 11,000 rpm, when the tilt angle is 5 degrees, the rotor rotational speed is 10,500 rpm, and when the tilt angles are 10 degrees and 20 degrees, the rotor rotational speed is 10, The rotor speed was adjusted to 9,800 rpm when the tilt angle was 45 degrees at 000 rpm.
FIG. 11 shows the result of plotting the relationship between the volume ratio of so-called coarse particles of 18 μm or more contained in the pulverized product thus obtained and the inclination angle of the rotor groove. FIG. 12 shows the result of plotting the relationship between the volume ratio of so-called excessively pulverized particles of 8 μm or less contained in the pulverized product and the inclination angle of the rotor groove.
[0049]
As is apparent from FIGS. 11 and 12, when the pulverization is performed by the mechanical pulverization apparatus of Example 5 of the present invention, the groove inclination angle of the outer peripheral surface of the rotor 16 is larger than when the pulverization is performed by the mechanical pulverization apparatus of Comparative Example 4. In the range of 5 to 45 degrees, it can be seen that the effect is great in both prevention of over-grinding and prevention of mixing of coarse particles.
[0050]
(Example 6)
Using a mechanical pulverizer 30 having the structure shown in FIG. 2, a test was performed using a one-component toner having a maximum particle diameter of 2 mm as a raw material powder.
A plurality of grooves 32 are formed on the inner peripheral surface of the liner 18 in a direction parallel to the rotation axis direction of the rotor 16. The groove pitch is 4 mm, the groove depth is 2 mm, and the angle α in FIG. 5C is 45 degrees. The angle β is 15 degrees and the 32d is 1 mm.
[0051]
On the other hand, the rotor 16 has a diameter of 242 mm and a length of 240 mm, and is provided with a groove inclined at 10 degrees in the direction that hinders the flow of the object to be crushed relative to the direction parallel to the rotation axis and 10 degrees in the opposite direction. The shape of the cross section perpendicular to the direction in which the groove is cut has an angle δ of 45 degrees, an angle γ of 15 degrees, and 34 d of 1.4 mm in FIG. 5D, a groove pitch of 4 mm, and a groove depth of 2 mm. Was used. The clearance 28 between the liner 18 and the rotor 16 was 2 mm.
[0052]
This device 30 has a rotor speed of 10,000 rpm and a suction blower air volume of 4 m. ^Three The raw material powder was pulverized at a target average particle size of 12 μm at a raw material supply rate of 10 kg / h. However, the pulverized material was collected by a bag filter.
When the particle size of the obtained pulverized product was measured, the average particle size was 11.8 μm, the volume ratio including particles of 18 μm or more was 0.8%, and the volume ratio including particles of 7 μm or less was 2.1%. .
[0053]
(Comparative Example 5)
For comparison, a plurality of grooves 32 and 34 are formed in the inner peripheral surface of the liner 18 and the outer peripheral surface of the rotor 16 in a direction parallel to the rotational axis direction of the rotor 16, and the cross-sectional shapes of the grooves 32 and 34 are the same as in the fifth embodiment. In the same manner as that of the liner 18 (described in Japanese Patent Publication No. 3-15489), and the other components were the same as in the sixth embodiment, and pulverization was performed under the same conditions as in the sixth embodiment. The average particle size of the obtained pulverized product is 12.8 μm, which is 1 μm coarser than that of Example 6, and the volume ratio including particles of 18 μm or more is 6.4%, which is 8 times that of Example 6 and increases to 7 μm. The volume ratio including the following particles increased by 1.7 times at 3.6%.
[0054]
(Example 7)
The cross-sectional shape of the groove of the liner 18 is such that the angle α in FIG. 5B is 60 degrees and the angle β is 15 degrees, and other than that, the same raw materials are processed under the same conditions using the same apparatus as in Example 6. did. The obtained product was the same as the product of Example 6, and had a smaller average particle size and a sharper particle size distribution than Comparative Example 5.
[0055]
(Example 8)
The cross-sectional shape perpendicular to the groove cut direction of the groove 34 of the rotor 16 is the same as in Example 6 except that the angle δ in FIG. 5E is 50 degrees and the angle γ is 15 degrees. The same raw material was processed under the same conditions. The obtained pulverized product was the same as the pulverized product of Example 6, and had a smaller average particle size and a sharper particle size distribution than Comparative Example 5.
[0056]
Although the mechanical pulverization apparatus of the present invention has been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various improvements and modifications may be made without departing from the scope of the present invention. Of course.
[0057]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, the flow of the raw material powder that becomes the material to be crushed in the direction parallel to the rotation axis of the rotor is hindered on the outer peripheral surface of the rotor and / or the inner peripheral surface of the liner. Since it has a plurality of grooves that are inclined in the direction, the grooves prevent the raw powder from passing through the crushing chamber formed by the gap formed between the rotor and the liner. The retention time in the pulverization chamber can be increased, so that it does not contain coarse particles, has a small average particle size, for example, an average particle size of the order of 5 to 15 μm, and has a narrow particle size distribution width and sharp high-quality fine powder You can get a body.
[0058]
In addition, according to the present invention, generation of coarse particles is prevented and pulverization is performed under mild pulverization conditions, so that excessive pulverization is prevented and the particle size is smaller than necessary, for example, 5 μm or less or several μm or less. The generation of fine particles can be reduced. Furthermore, according to the present invention, since the volume of the grinding chamber can be increased, the amount of processing can also be increased.
Therefore, the mechanical pulverization apparatus of the present invention is suitable for pulverization of resin and powder containing it as a main component, and particularly suitable for pulverization of dry toner and powder paint.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an embodiment of a mechanical grinding device according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of another embodiment of the mechanical grinding device according to the present invention.
FIG. 3 is a perspective view of an embodiment of a liner used in the mechanical crusher shown in FIG.
FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the forming angle of the inclined groove on the rotor or liner of the mechanical crusher according to the present invention.
5 (a) is a partial cross-sectional arrow view in a cross section orthogonal to the groove direction including a schematic image of streamlines in the rotor and liner grooves along the line VV in FIG. 1. FIG. , (B) and (c) are partial cross-sectional views showing an example of a cross-sectional shape perpendicular to the groove direction of the groove of the liner shown in (a), and (d) and (e) are (a FIG. 6 is a partial cross-sectional view showing an example of a cross-sectional shape perpendicular to the groove direction of the groove of the rotor shown in FIG. (G) is a schematic diagram which shows an example of the vortex which arises in the groove | channel of a rotor.
6 is a perspective view of an embodiment of a rotor used in the mechanical crusher shown in FIG. 1. FIG.
FIGS. 7A and 7B are schematic front views of another embodiment of a liner and a rotor used in the mechanical crusher of the present invention, respectively.
8 is a graph showing the results of Example 1 and Comparative Example 1. FIG.
9 is a graph showing the results of Example 2 and Comparative Example 2. FIG.
10 is a graph showing the results of Example 3, Example 4, and Comparative Example 3. FIG.
11 is a graph showing the results of Example 5 and Comparative Example 4. FIG.
12 is a graph showing the results of Example 5 and Comparative Example 4. FIG.
FIG. 13 is a schematic sectional view of a conventional rotary mechanical crusher.
14 (a), (b), (c) and (d) are partial sectional views showing different structures of a rotor and a casing in the conventional crusher shown in FIG. 13, respectively.
15 (a) and 15 (b) are partial cross-sectional views showing still another structure of the rotor and casing in the conventional crushing apparatus shown in FIG. 13, respectively.
[Explanation of symbols]
10, 30 Mechanical crusher
11 Casing
12 Rotating shaft
14 Rotor unit
16 Rotor
18 liner
20 Raw material supply port
22 Product outlet
24a, 24b Bearing
26a, 26b side plate
28 gap
32, 34, 36 inclined grooves
32a, 32b, 34a, 34b Wall surface of inclined groove
32c, 34c Bottom of inclined groove
32d, 34d Convex part of inclined groove
32S, 34S main vortex
α, β, γ, δ Section angle of inclined groove
a Direction of air flow (direction parallel to the rotation axis)
b Rotor rotation direction
c Movement direction of pulverized particles (object to be crushed)

Claims

A rotor that is supported by the rotating shaft and has a plurality of grooves formed on the outer peripheral surface thereof, and is fitted outside the rotor so as to have a desired gap from the outer peripheral surface of the rotor. A mechanical pulverizing apparatus for pulverizing an object to be crushed in the gap,
At least one of the outer or inner peripheral surface of the liner of the rotor, as the grooves, first grooves are inclined in the direction preventing the flow of material to be ground to a direction parallel to the rotation axis, and the A mechanical pulverizer characterized in that both of the second grooves that are inclined in the direction opposite to the direction that obstructs the flow of the object to be pulverized with respect to the direction parallel to the rotation axis are formed .

2. The mechanical pulverizer according to claim 1, wherein an inclination angle of one of the groove of the rotor and the groove of the liner with respect to a direction parallel to the rotation axis is 5 degrees or more and less than 90 degrees.

The first groove in which the groove of the rotor is inclined in a direction that obstructs the flow of the object to be ground with respect to the direction parallel to the rotation axis, and the flow of the object to be ground with respect to the direction parallel to the rotation axis. The mechanical crusher according to claim 1 or 2, wherein the second groove is inclined in a direction opposite to the blocking direction, and the inclination angle is not less than 5 degrees and not more than 45 degrees.

The cross-sectional shape of the groove in a direction perpendicular to the direction of the groove of the rotor is such that the front surface with respect to the rotation direction of the rotor is 30 degrees opposite to the rotation direction of the rotor with respect to the radial direction of the rotor. The rotation surface of the rotor is inclined at an angle within a range of up to 30 degrees, and the rear surface with respect to the rotation direction of the rotor is 30 degrees to 70 degrees in a direction opposite to the rotation direction of the rotor with respect to the radial direction of the rotor. The mechanical pulverization apparatus according to any one of claims 1 to 3, which is inclined at an angle within a range up to.

The groove of the liner is inclined in a direction that obstructs the flow of the object to be ground with respect to the direction parallel to the rotation axis of the rotor , and the groove of the object to be ground with respect to the direction parallel to the rotation axis The mechanical crusher according to any one of claims 1 to 4 , wherein the second groove is inclined in a direction opposite to the direction of impeding the flow, and the inclination angle is 5 degrees to 45 degrees.

The cross-sectional shape of the groove in a direction perpendicular to the direction of the groove of the liner is such that the front surface with respect to the rotation direction of the rotor is in the range of 30 to 70 degrees in the rotation direction of the rotor with respect to the center direction of the rotor. The rear surface with respect to the rotation direction of the rotor is in a range from 30 degrees in the direction opposite to the rotation direction of the rotor to 30 degrees in the rotation direction of the rotor. The mechanical crusher according to any one of claims 1 to 5, which is inclined at an angle of.