JP4025179B2 - 粉砕装置および粉砕方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電子写真、静電記録、静電印刷などにおける静電荷像を現像するための乾式トナーの粉砕装置並びに粉砕方法に関し、特に流動層式粉砕装置、粉砕方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ミクロンオーダーの粉体材料を製造する流動層式粉砕装置は、複数の粉砕ノズル、粉砕室、および粉砕室の上方に回転するロータによって構成されている。かかる流動層式粉砕装置においては、供給された粉体材料は複数の粉砕ノズルから噴射される圧縮空気によって加速され、粉体材料同士が衝突し粉砕作用を受け、さらに粉砕された粉体材料は粉砕室の上方に設けられた回転するロータ方向に導かれ、所望の粒径以下の粉体材料はロータの内側に回収され、所望の粒径以上の粉体材料はロータの外側に導かれ再び粉砕室に戻り粉砕作用を受ける。
【０００３】
図４に基づいて、従来の流動層式粉砕装置の構成、動作を詳しく説明する。
図４は従来の流動層式粉砕装置の断面図であり、図４において、１は粉体材料が供給される供給管を、２はエアーと共に粉砕された粉体材料が排出される排気管を、３は粉砕された粉体材料を分級するロータを、４は粉砕室を、５は粉砕室４に送り込まれる圧縮空気を搬送する粉砕ノズルをそれぞれ示す。なお、粉砕装置本体全体は略円筒状の筐体からなる。
【０００４】
図４に示す従来の粉砕装置においては、先ず、粉砕室４内部には一定量の粉体材料が充満され、次に粉砕ノズル５から圧縮空気が搬送され、該対向する粉砕ノズル５から供給された空気は、対向する各々の粉砕ノズル５の出口延長線が交わる付近、即ち粉砕室４の中心軸付近で衝突する。このとき空気に導かれ加速された粉体材料も、粉砕室４の中心軸付近で衝突し、粉砕作用を受ける。一方、排気管２と連通する吸引ファン等の吸引器（図示せず）により吸引を行なうと、粉砕された粉体材料は、排気管２に向かう。このとき、粉砕室４上部に設置されているロータ３が回転しているので、所望の粒径に粉砕された粉体材料は排気管２より排出されるが、所望の粒径よりも大きな粉体材料はロータ３の遠心力によってロータ３の外側に導かれ粉砕室４の壁面を沿って下方に導かれ、再び粉砕作用を受けることとなる。また、所望の粒径に粉砕された粉体材料は排気管２より排出されるため、粉砕室４内部の粉体材料の量は減少することから、供給管１より粉体材料を供給し、常に粉砕室４内部の粉体材料の量が一定になるように設定すれば連続粉砕を行う。
【０００５】
このように、従来の流動層式粉砕装置においては連続粉砕は可能である。
しかしながら、従来の流動層式粉砕装置においては、所望の粒径を得るためには粉砕室内部でのくり返し粉砕が必要であり、粉砕効率を低下させる原因の一つになっている。
【０００６】
粉砕効率を向上させるための装置としては、例えば、特開２０００−００５６２１号公報（特許文献１）がある。特許文献１には、衝突部材をその中心が粉砕室の中心軸上に位置するように設置し、当該部材に対して、被粉砕物を含む高速ガスを垂直に噴射させ、被粉砕物を、衝突部材に衝突させることにより粉砕し、所望粒径の粉砕物を効率よく得ることが開示されている。
【０００７】
しかしながら、特許文献１に開示されている流動層式粉砕装置においては、ノズルから噴射される高速ガス、さらに粉砕室内部の被粉砕物を、衝突部材に衝突させる際に、粉砕ノズル圧力を上げなければならないという問題がある。なぜなら、図４に示すような、従来の流動層式粉砕装置においては、高速ガスが対向するノズルから噴射されるので、粉体材料同士が高速ガスと共に加速された相対速度を持って衝突し粉砕作用を受けるのに対し、特許文献１の装置においては、高速ガスと共に粉体材料同士の相対速度が加速されることがないので、図４に示す装置と同様な粉砕効果を得るには、粉砕ノズル圧力を上げて、より高速で被粉砕物を衝突部材に衝突させなければならないからである。また、ノズルから噴射された高速ガスによって被粉砕物は衝突部材に衝突するものの、所望の粒径を得るためには粉砕室内部でのくり返し粉砕が必要であり、粉砕効率を低下させる原因の一つになっている。
【０００８】
更に、近年の高画質化要求に伴い、粉砕装置には、小粒径化、少量多品種に対応するために、従来の装置よりも品種切り替え時間を短縮することが望まれている。
【０００９】
【特許文献１】
特開２０００−００５６２１号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、これらの問題点を解決するためのものであり、粉砕装置の粉砕室内での衝突粉砕効率向上を達成し、必要とする大きさの範囲の粒子を高効率で粉砕することができる粉砕装置の提供することを第一の課題とし、品種切り替え時間を短縮することを第二の課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、以下に示す粉砕装置および粉砕方法が提供される。
〔１〕複数の粉砕ノズルと、該粉砕ノズルから噴射される圧縮空気によって供給された粉体材料を粉砕する粉砕室と、回転するロータとを少なくとも有し、該粉砕室から該ロータ内部に流入する粉体材料を微粉と粗粉とに遠心分級する、粉砕装置において、該複数の粉砕ノズルから噴射される圧縮空気どうしが粉体材料を伴って一次衝突するように各粉砕ノズルを設け、該一次衝突した圧縮空気及び粉体材料が二次衝突する二次衝突手段を設け、該二次衝突手段が、粉砕ノズルから噴射される圧縮空気どうしが粉体材料を伴って一次衝突する位置の上方に、又は上方及び下方に設けられた衝突部材に、該一次衝突した圧縮空気及び粉体材料が二次衝突する手段であることを特徴とする粉砕装置。
〔２〕前記ロータは前記粉砕室上部に設けられ、前記ロータに微粉と粗粉とを流入させる吸引装置を有していることを特徴とする前記〔１〕に記載の粉砕装置。
〔３〕前記衝突部材が円筒と円錐を組み合わせた形状からなり、該円錐がその底面を円筒の一方の底面に接するように設けられた形状であることを特徴とする前記〔１〕または〔２〕に記載の粉砕装置。
〔４〕前記衝突部材を構成する円錐の頂点が、粉砕ノズルから噴射される圧縮空気どうしが粉体材料を伴って一次衝突する位置の１０〜５００ｍｍ真上に、又は真上及び真下に位置するように、二次衝突部材を設けることを特徴とする前記〔３〕に記載の粉砕装置。
〔５〕前記衝突部材の高さが調節可能であることを特徴とする前記〔１〕〜〔４〕のいずれか１項に記載の粉砕装置。
〔６〕前記二次衝突部材が着脱可能であることを特徴とする前記〔１〕〜〔５〕のいずれか１項に記載の粉砕装置。
〔７〕前記二次衝突部材が耐摩耗処理を施されていることを特徴とする前記〔１〕〜〔６〕のいずれか１項に記載の粉砕装置。
〔８〕前記粉砕ノズルが２〜８個設けられていることを特徴とする前記〔１〕〜〔７〕のいずれか１項に記載の粉砕装置。
〔９〕前記粉砕ノズルが、粉砕室の縦方向の中心軸を中心とする同心円上に等間隔に設けられていることを特徴とする前記〔１〕〜〔８〕のいずれか１項に記載の粉砕装置。
〔１０〕前記粉砕ノズルの出口方向が、水平方向を基準にして上下２０°以内を向いていることを特徴とする前記〔１〕〜〔９〕のいずれか１項に記載の粉砕装置。
〔１１〕複数の粉砕ノズルから圧縮空気を噴射し、該圧縮空気どうしを粉体材料を伴わせて粉砕室の中で一次衝突させて、該粉体材料を微粉と粗粉とに粉砕する粉砕方法において、該一次衝突した圧縮空気及び粉体材料を二次衝突させる手段を設け、該二次衝突手段が、粉砕ノズルから噴射される圧縮空気どうしを粉体材料を伴わせて一次衝突させる位置の上方に、又は上方及び下方に設けられた衝突部材に、該一次衝突した圧縮空気及び粉体材料を二次衝突させる手段であることを特徴とする粉砕方法。
〔１２〕前記微粉と粗粉とを吸引する吸引工程と、吸引された微粉と粗粉とを前記粉砕室の上部に設けられたロータで分級する分級工程とを備えたことを特徴とする前記〔１１〕に記載の粉砕方法。
〔１３〕前記衝突部材が円筒と円錐からなり、該円錐がその底面を円筒の一方の底面に接するように設けられた形状であることを特徴とする前記〔１１〕または〔１２〕に記載の粉砕方法。
〔１４〕前記衝突部材を構成する円錐の頂点が、粉砕ノズルから噴射される圧縮空気どうしを一次衝突させる位置の１０〜５００ｍｍ真上に、又は真上及び真下に位置するように、衝突部材を設けることを特徴とする前記〔１３〕に記載の粉砕方法。
〔１５〕前記衝突部材を構成する円錐の頂点の位置を粉砕条件に対応させて上下させることを特徴とする前記〔１１〕〜〔１４〕のいずれか１項に記載の粉砕方法。
〔１６〕前記複数の粉砕ノズルの各々の出口方向が、水平方向を基準にして上下２０°以内を向くように設定して、該複数の粉砕ノズルから圧縮空気を噴射することを特徴とする前記〔１１〕〜〔１５〕のいずれか１項に記載の粉砕方法。
〔１７〕前記粉砕ノズルに供給する圧縮空気の元圧力を０．２〜１．０ＭＰａに設定することを特徴とする前記〔１１〕〜〔１６〕のいずれか１項に記載の粉砕方法。
〔１８〕前記二次衝突させた粉体材料を、回転するロータに流入させて、微粉と粗粉とに遠心分級することを特徴とする前記〔１１〕〜〔１７〕のいずれか１項に記載の粉砕方法。
〔１９〕前記ロータの回転周速度が、２０〜７０ｍ／ｓであることを特徴とする前記〔１８〕に記載の粉砕方法。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の粉砕装置および粉砕方法について詳細に説明する。まず、本発明の粉砕装置について説明する。
本発明の粉砕装置は、複数の粉砕ノズルと、該粉砕ノズルから噴射される圧縮空気によって供給された粉体材料を粉砕する粉砕室と、回転するロータとを少なくとも有する。本発明の粉砕装置は、このように構成されているので、粉砕室内で粉砕材料を微粉と粗粉に粉砕し、さらに粉砕された微粉と粗粉を回転するロータで遠心分級することができる。
【００１３】
本発明の粉砕装置を説明するための説明図を図１に示す。尚、図１は本発明の粉砕装置と二次衝突手段の構成が異なる粉砕装置の一例を示す断面図であり、二次衝突手段以外の構成は本発明の粉砕装置においても適用することが可能である。但し、図１は本発明を限定するものではない。
図１に示す態様の粉砕装置においては、複数の粉砕ノズル５と、粉砕ノズル５から噴射される圧縮空気によって供給された粉体材料を粉砕する粉砕室４と、回転するロータ３とを有する。本発明においては、図１に示すように、ロータ３は粉砕室４の上部に設けられていることが好ましい。ロータ３が粉砕室４の上部に設けられていると、粉砕された微粉と粗粉を粉砕室４から直接ロータ３内部に流入させて、微粉と粗粉とに遠心分級することができる。
【００１４】
粉砕室４の形状に制限はないが、粉体材料を均一に供給し均一に粉砕することができるという観点から、通常は円筒状が好ましい。又、粉砕室４の大きさにも制限はないが、多量の粉体材料を効率的に粉砕できるという観点から、内径１００〜１０００ｍｍ、高さ３００〜３０００ｍｍが好ましく、内径３００〜９００ｍｍ、高さ７００〜２７００ｍｍがより好ましく、内径５００〜８００ｍｍ、高さ１０００〜２５００ｍｍが更に好ましい。
【００１５】
本発明の粉砕装置においては、複数の粉砕ノズル５が、該粉砕ノズル５から噴射される圧縮空気どうしが粉体材料を伴って一次衝突するように設けられている。この一次衝突により、供給された粉体材料は最初の破砕作用を受ける。
【００１６】
粉砕ノズル５の数に制限はないが、２〜８個の粉砕ノズルを用いることが好ましく、２〜６個の粉砕ノズルを用いることがより好ましく、３〜４個の粉砕ノズルを用いることが更に好ましい。単一の粉砕ノズルでは、圧縮空気どうしを粉体材料を伴って一次衝突させることができない。一方、粉砕ノズル５の数が多すぎると、装置の製作が煩雑となり、破砕効率がかえって低下する虞がある。
【００１７】
粉砕ノズル５は、噴射される圧縮空気どうしが粉砕室の中心軸上で衝突するように、粉砕室の縦方向の中心軸を中心とする同心円上に設けることが好ましく、粉体材料が均一に衝突するように、該同心円上に等間隔（等角度）で設けることが好ましい。但し、本明細書において、圧縮空気どうしが粉砕室の中心軸上で衝突するとは、粉砕室の中心軸上付近で衝突することを含む意味である。
【００１８】
粉砕ノズル５の出口方向は、水平方向を基準にして上下２０°以内を向いていることが好ましく、上下１５°以内を向いていることがより好ましく、上下１０°以内を向いていることが更に好ましく、０°（水平方向）を向いていることが特に好ましい。該方向が、上下２０°を超えると、粉砕効率が悪くなる虞がある。
【００１９】
本発明の粉砕装置においては、前記一次衝突した圧縮空気及び粉体材料が二次衝突する二次衝突手段が設けられている。かかる二次衝突手段により、前記一次衝突後の粉体材料をさらに衝突させると、粉砕確率が増加するため、粉砕室での粉砕効率を向上させることができる。
【００２０】
本発明における二次衝突手段は、粉砕ノズル５から噴射される圧縮空気どうしが粉体材料を伴って一次衝突する位置１３（図１に示す。）の上方に、又は上方及び下方に設けられた衝突部材に、該一次衝突した圧縮空気及び粉体材料が二次衝突する手段であることが好ましい。かかる二次衝突部材を設けることにより、粉体材料を二次衝突させると粉砕確率が確実に増加するため、粉砕室での粉砕効率を確実に向上させることができる。
【００２１】
本発明において、粉砕ノズル５から噴射される圧縮空気どうしが粉体材料を伴って一次衝突する位置１３は、具体的には、粉砕ノズル５の中心線１２どうしが交わる位置によって定められる。
【００２２】
上記衝突部材は、図１に示すように、一次衝突する位置１３の下方にのみ設けるだけの構成ではなく、図２に示すように、一次衝突する位置１３の上方に設ける構成や、図３に示すように、一次衝突する位置１３の上方と下方の双方に設ける構成が好ましい。
以下、下方に設けた二次衝突部材を第一衝突部材６、上方に設けた二次衝突部材を第二衝突部材７という。
【００２３】
本発明における二次衝突部材は、特にその形状に制限はないが、衝突板に確実に粉体材料が衝突するような形状および、寸法が必要であり、衝突板の後流も考慮する必要がある。かかる観点から、該二次衝突部材は、図５、図６に示すように、円筒と円錐からなり、該円錐がその底面を円筒の一方の底面に接するように設けられた形状であることが好ましく、該円錐の頂点が一次衝突する位置１３を向くように設けられていることが好ましい。
【００２４】
また、二次衝突部材を構成する円錐の底面の半径は、２〜２００ｍｍが好ましく、高さは５〜１００ｍｍが好ましい。また、該円筒の半径は、２〜２００ｍｍが好ましく、高さは５〜２００ｍｍが好ましい。
【００２５】
また、二次衝突部材は、粉砕条件に柔軟に対応でき、所望の粉体材料の粉砕効率を得るために、その高さが調節可能であることが好ましい。該高さを調整する方法としては、例えば、図５に示すように、二次衝突部材を構成する円筒を分割可能に、互いに嵌め込むことができるように構成したり、図６に示すように、分割可能に構成してボルト１１で固定することが挙げられる。但し、本発明は、このような方法に限定するものではない。
【００２６】
本発明において、二次衝突部材を設ける位置は、水平方向は粉砕室４のほぼ中央、垂直方向は、粉砕ノズル５から噴射される圧縮空気どうしが一次衝突する位置１３を基準として、ノズル出口径以上離れたところに設置されていることが好ましい。具体的には、衝突部材を構成する円錐の頂点が、粉砕ノズルから噴射される圧縮空気どうしが一次衝突する位置１３の１０〜５００ｍｍ真上に、又は真上及び真下に位置するように、二次衝突部材を設けることが好ましく、１０〜３００ｍｍ真上に、又は真上及び真下に設けることがより好ましく、１０〜２００ｍｍ真上に、又は真上及び真下に位置するように設けることが更に好ましい。
【００２７】
本発明においては、二次衝突部材が着脱可能であることが、粉体材料の処理量、平均粒径等の条件変更に対して容易に対応でき、切り替え時間の短縮化も図れるので好ましい。二次衝突部材が着脱可能とするための脱着機構としては、図５、図６に示すように、ネジ止め８、９等が挙げられる。
【００２８】
又、該二次衝突部材は耐摩耗処理を施されていることが、その摩耗を防止し連続粉砕時に所望の粉体材料の粉砕効率を達成することができるので好ましい。耐摩耗処理としては、例えばチタンによるライニング処理を施すことが挙げられる。
【００２９】
次に、本発明の粉砕方法を図面に基づいて説明する。本発明方法は、例えば前述した図２に示す態様の粉砕装置を用いることにより、好ましく実施することができる。本発明方法においては、まず複数の粉砕ノズル５から圧縮空気を噴射し、該圧縮空気どうしを粉体材料を伴わせて粉砕室４の中で一次衝突させて、該粉体材料を粉砕する。本発明においては、この一次衝突により粉砕された粉体材料を圧縮空気と共に二次衝突させる手段が設けられている。該二次衝突させる手段を設けると、粉砕確率が増加するため、粉体材料の粉砕効率を向上させることができる。
【００３０】
本発明方法においては、粉体材料は、供給管１より供給され、粉砕された微粉は排気管２より排出される。排出された粉体材料に相当する量の粉体材料を適宜供給することにより、連続粉砕が可能となる。粉体の供給量は、１〜１０００ｋｇ／ｈｒが好ましく、１０〜５００ｋｇ／ｈｒがより好ましく、５０〜１００ｋｇ／ｈｒが更に好ましい。
【００３１】
本発明における上記二次衝突手段は、図２に示すように、粉砕ノズルから噴射される圧縮空気どうしを粉体材料を伴わせて一次衝突させる位置１３の上方に、又は上方及び下方に設けられた衝突部材６、７に、該一次衝突した圧縮空気及び粉体材料が二次衝突する手段であることが好ましい。かかる二次衝突部材が設けられていると、粉砕確率が確実に増加するため、粉体材料の粉砕効率を確実に向上させることができる。
【００３２】
上記衝突部材は、図１に示すように、一次衝突する位置１３の下方にのみ設けるだけの構成ではなく（第一衝突部材６）、図２に示すように、一次衝突する位置１３の上方に設ける構成や（第二衝突部材７）、図３に示すように、一次衝突する位置１３の上方と下方の双方に設ける構成が好ましい。
【００３３】
本発明方法における二次衝突部材は、特にその形状に制限はないが、衝突板に確実に粉体材料が衝突するような形状および、寸法が必要であり、衝突板の後流も考慮する必要がある。かかる観点から、該二次衝突部材は、図５、図６に示すように、円筒と円錐からなり、該円錐がその底面を円筒の一方の底面に接するように設けられた形状であることが好ましく、該円錐の頂点が一次衝突する位置１３を向くように設けることが好ましい。
【００３４】
また、上記二次衝突部材は、粉砕条件に柔軟に対応でき、所望の粉体材料の粉砕効率を得るために、その高さが５〜５００ｍｍの範囲で調節可能であることが好ましい。
【００３５】
本発明本発明方法において、二次衝突部材を設ける位置は、水平方向は粉砕室４のほぼ中央、垂直方向は、粉砕ノズル５から噴射される圧縮空気どうしが一次衝突する位置１３を基準として、ノズル出口径以上離れたところに設置されていることが好ましい。具体的には、衝突部材を構成する円錐の頂点が、粉砕ノズルから噴射される圧縮空気どうしが一次衝突する位置１３の１０〜５００ｍｍ真上に、又は真上及び真下に位置するように、二次衝突部材を設けることが好ましく、１０〜３００ｍｍ真上に、又は真上及び真下に設けることがより好ましく、１０〜２００ｍｍ真上に、又は真上及び真下に位置するように設けることが更に好ましい。
【００３６】
本発明方法においては、上記粉砕ノズル５の出口方向は、水平方向を基準にして上下２０°以内を向いていることが好ましく、上下１５°以内を向いていることがより好ましく、上下１０°以内を向いていることが更に好ましく、０°（水平方向）を向いていることが特に好ましい。該方向が、上下２０°を超えると、粉砕効率が悪くなる虞がある。
【００３７】
本発明方法においては、粉砕ノズルに供給する圧縮空気の元圧力は０．２〜１．０ＭＰａに設定することが好ましい。元圧力がかかる範囲内であれば、所望する粉砕効率が得られるが、該元圧力が０．２ＭＰａ未満の場合は、圧縮空気の圧力が低すぎて、粉体材料を伴って粉砕できない虞がある。一方、１．０ＭＰａを超える場合は、粉体材料が所望の粒子径よりも小さい割合が多くなるという過粉砕状態になることや、粉砕ノズル内部の流れに衝撃波が発生し、速度ロスを生じる場合がある。
【００３８】
本発明方法においては、前記二次衝突させた粉体材料を回転するロータに流入させて、微粉と粗粉とに遠心分級することが好ましく、該ロータ３は、図１に示すように、粉砕室４の上部に設けられていることが、粉砕された微粉と粗粉を粉砕室から直接ロータ３内部に流入させて微粉と粗粉とに遠心分級することができるので、より好ましい。
【００３９】
二次衝突させた粉体材料を回転するロータに流入させるには、排気管２と連通する吸引ファン等の吸引器（図示せず）により吸引すればよい。このようにすると、粉砕された粉体材料は、排気管２に向かう途中で、粉砕室４上部に設置されているロータ３内に流入するので、回転するロータ３により粉体材料を分級することができる。このとき、所望の粒径に粉砕された粉体材料は排気管２より排出されるが、所望の粒径よりも大きな粉体材料はロータ３の遠心力によってロータ３の外側に導かれ粉砕室４の壁面を沿って下方に導かれ、再び粉砕作用を受ける。
【００４０】
上記ロータの回転周速度は、２０〜7０ｍ／ｓが好ましい。該回転周速度がかかる範囲内であれば、所望する分級効率を得られるが、２０ｍ／ｓであれば分級効率が低下する虞がある。一方、7０ｍ／ｓを越える場合は、ロータによる遠心力が大きくなりすぎ、吸引ファン等の吸引器により回収されるべき粉体材料が再び粉砕室に戻り、粉砕作用を受けることとなり、粉体材料が所望の粒子径よりも小さい割合が多くなるという過粉砕状態になる虞がある。
【００４１】
【実施例】
次に、本実施例に基づき本発明を詳細に説明する。
本実施例においては、スチレンーアクリル共重合体樹脂８５重量部とカーボンブラック１５重量部の混合物を溶融混練、冷却し、これをハンマーミルで粗粉砕した粉体材料を、図１に示す態様の粉砕装置を用いて粉砕を行った。
【００４２】
（参考例１）
図１に示す態様の、粉砕室内径６００ｍｍ、粉砕装置高さ約１０００ｍｍ、粉砕ノズル出口径１５．０ｍｍの３個の粉砕ノズル５が粉砕室４の壁に沿って、等間隔（等角度）で、粉砕ノズルの出口方向が、水平方向を基準にして０°（水平方向）を向くように設けられた粉砕装置を用いた。また、一次衝突する位置１３は、粉砕室のほぼ中心軸上となるように粉砕ノズル５を取り付けた。
【００４３】
第一次衝突板６の位置を粉砕ノズル５の中心線どうしが交わる位置（即ち、圧縮空気どうしが粉体材料を伴って一次衝突する位置１３）よりも６０ｍｍ真下に設置し、上記組成の粉体材料を供給し、粉砕ノズルに供給する圧縮空気の元圧力０．６ＭＰａ、ロータ３の回転周速度を４５ｍ／ｓに設定して、粉体材料を粉砕した。得られた微粉体は、体積平均粒径６．５μm（コールターカウンタによる測定）、４μm以下の微粉含有率（個数％）４９％、１６μm以上の粗粉含有率（重量％）１．０％であり、粉砕処理量は６０Ｋｇ／ｈｒであった。
【００４４】
（実施例２）
参考例１と同様の粉砕装置を用い、図２に示すように、粉砕ノズル５の中心線どうしが交わる位置よりも６０ｍｍ真上に第二衝突板７を設置した。上記組成の粉体材料を供給し、圧縮空気の元圧力０．６ＭＰａ、ロータ３の回転周速度を４５ｍ／ｓに設定し、他は実施例１と同条件で粉体材料を粉砕した。得られた微粉体は、体積平均粒径６．５μｍ（コールターカウンタによる測定）、４μｍ以下の微粉含有率（個数％）５０％、１６μｍ以上の粗粉含有率（重量％）１．１％であり、粉砕処理量は６２Ｋｇ／ｈｒであった。
【００４５】
（実施例３）
参考例１と同様の粉砕装置を用い、図３に示すように、粉砕ノズル５の中心線どうしが交わる位置より６０ｍｍ真下に第一次衝突板６を設置し、６０ｍｍ真上に第二次衝突板７を設置した。上記組成の粉体材料を供給し、圧縮空気の元圧力０．６ＭＰａ、ロータ３の回転周速度を４５ｍ／ｓに設定し、他は実施例１と同条件で粉体材料を粉砕した。得られた微粉体は、体積平均粒径６．５μｍ（コールターカウンタによる測定）、４μｍ以下の微粉含有率（個数％）４５％、１６μｍ以上の粗粉含有率（重量％）０．７％であり、粉砕処理量は６４Ｋｇ／ｈｒであった。
【００４６】
（実施例４）
第一衝突板６を脱着可能とした以外は、参考例１と同様に粉体材料を粉砕してから、清掃切替を実施した。その結果、清掃切替時間について、参考例１に比べ約１０％の短縮が可能となった。
【００４７】
（実施例５）
第二衝突板７を脱着可能とした以外は、実施例２と同様に粉体材料を粉砕してから、清掃切替を実施した。その結果、清掃切替時間について、実施例２に比べ約１０％の短縮が可能となった。
【００４８】
（実施例６）
チタンによりライニング処理を施した第一衝突板６を設置した以外は、参考例１と同様に粉体材料を粉砕した結果、摩耗耐久性が従来よりも概ね２倍向上した。
【００４９】
（実施例７）
チタンによりライニング処理を施した第二衝突板７を設置した以外は、実施例２と同様に粉体材料を粉砕した結果、摩耗耐久性が従来よりも概ね２倍向上した。
【００５０】
（比較例１）
第一衝突板６を設置しない以外は、参考例１と同様の装置を用い、圧縮空気の元圧力０．６ＭＰａ、ロータ３の回転周速度４５ｍ／ｓに設定し、参考例１と同様に粉体材料を粉砕した。得られた微粉体は、体積平均粒径６．５μｍ（コールターカウンタによる測定）、４μｍ以下の微粉含有率（個数％）５２％、１６μｍ以上の粗粉含有率（重量％）１．２％であり、粉砕処理量は５５Ｋｇ／ｈｒであった。
【００５１】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲内の記載であれば多種の変形や置換可能であることは言うまでもない。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の粉砕装置は、複数の粉砕ノズルと、該粉砕ノズルから噴射される圧縮空気によって供給された粉体材料を粉砕する粉砕室と、回転するロータとを少なくとも有し、該粉砕室から該ロータ内部に流入する粉体材料を微粉と粗粉とに遠心分級する、粉砕装置であり、該複数の粉砕ノズルから噴射される圧縮空気どうしが粉体材料を伴って一次衝突するように各粉砕ノズルを設け、該一次衝突した圧縮空気及び粉体材料が二次衝突する二次衝突手段を設けたので、粉砕装置の粉砕室内での衝突粉砕効率向上を達成し、必要とする大きさの範囲の粒子を高効率で粉砕することができる。
【００５３】
上記二次衝突手段が、円筒と円錐を組み合わせた形状からなり、該円錐がその底面を円筒の一方の底面に接するように設けられた形状の衝突部材を、粉砕ノズルから噴射される圧縮空気どうしが粉体材料を伴って一次衝突する位置の上方に、又は上方及び下方に設ける手段である場合、衝突板に確実に粉体材料が衝突し、衝突板の後流も好ましいものとなるので、衝突粉砕効率がより向上する。
【００５４】
上記衝突部材を着脱可能にすることにより、粉体材料の処理量、平均粒径等の条件変更に対して容易に対応でき、切り替え時間の短縮化も図れる。
【００５５】
また、衝突部材の高さを粉砕条件に応じて調節することにより、粉砕条件に柔軟に対応でき、所望の粉体材料の粉砕効率を得ることができる。
【００５６】
更に、衝突部材に耐摩耗処理を施すことにより、連続粉砕時における二次衝突手段の摩耗を防止でき、所望の粉体材料の粉砕効率を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の粉砕装置の一例を示す断面図である。
【図２】本発明の粉砕装置の他の一例を示す断面図である。
【図３】本発明の粉砕装置の他の一例を示す断面図である。
【図４】従来の粉砕装置の構成を示す断面図である。
【図５】本発明の衝突部材の一例を示す部分断面図である。
【図６】本発明の衝突部材の他の一例を示す部分断面図である。
【符号の説明】
１：供給管
２：排気管
３：ロータ
４：粉砕室
５：粉砕ノズル
６：第一衝突板
７：第二衝突板
８：第一衝突板脱着機構
９：第二衝突板脱着機構
１０：第一衝突板位置調節機構
１１：第二衝突板位置調節機構
１２：ノズル中心線
１３：粉砕ノズルから噴射される圧縮空気どうしが一次衝突する位置
【発明の属する技術分野】
本発明は電子写真、静電記録、静電印刷などにおける静電荷像を現像するための乾式トナーの粉砕装置並びに粉砕方法に関し、特に流動層式粉砕装置、粉砕方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ミクロンオーダーの粉体材料を製造する流動層式粉砕装置は、複数の粉砕ノズル、粉砕室、および粉砕室の上方に回転するロータによって構成されている。かかる流動層式粉砕装置においては、供給された粉体材料は複数の粉砕ノズルから噴射される圧縮空気によって加速され、粉体材料同士が衝突し粉砕作用を受け、さらに粉砕された粉体材料は粉砕室の上方に設けられた回転するロータ方向に導かれ、所望の粒径以下の粉体材料はロータの内側に回収され、所望の粒径以上の粉体材料はロータの外側に導かれ再び粉砕室に戻り粉砕作用を受ける。
【０００３】
図４に基づいて、従来の流動層式粉砕装置の構成、動作を詳しく説明する。
図４は従来の流動層式粉砕装置の断面図であり、図４において、１は粉体材料が供給される供給管を、２はエアーと共に粉砕された粉体材料が排出される排気管を、３は粉砕された粉体材料を分級するロータを、４は粉砕室を、５は粉砕室４に送り込まれる圧縮空気を搬送する粉砕ノズルをそれぞれ示す。なお、粉砕装置本体全体は略円筒状の筐体からなる。
【０００４】
図４に示す従来の粉砕装置においては、先ず、粉砕室４内部には一定量の粉体材料が充満され、次に粉砕ノズル５から圧縮空気が搬送され、該対向する粉砕ノズル５から供給された空気は、対向する各々の粉砕ノズル５の出口延長線が交わる付近、即ち粉砕室４の中心軸付近で衝突する。このとき空気に導かれ加速された粉体材料も、粉砕室４の中心軸付近で衝突し、粉砕作用を受ける。一方、排気管２と連通する吸引ファン等の吸引器（図示せず）により吸引を行なうと、粉砕された粉体材料は、排気管２に向かう。このとき、粉砕室４上部に設置されているロータ３が回転しているので、所望の粒径に粉砕された粉体材料は排気管２より排出されるが、所望の粒径よりも大きな粉体材料はロータ３の遠心力によってロータ３の外側に導かれ粉砕室４の壁面を沿って下方に導かれ、再び粉砕作用を受けることとなる。また、所望の粒径に粉砕された粉体材料は排気管２より排出されるため、粉砕室４内部の粉体材料の量は減少することから、供給管１より粉体材料を供給し、常に粉砕室４内部の粉体材料の量が一定になるように設定すれば連続粉砕を行う。
【０００５】
このように、従来の流動層式粉砕装置においては連続粉砕は可能である。
しかしながら、従来の流動層式粉砕装置においては、所望の粒径を得るためには粉砕室内部でのくり返し粉砕が必要であり、粉砕効率を低下させる原因の一つになっている。
【０００６】
粉砕効率を向上させるための装置としては、例えば、特開２０００−００５６２１号公報（特許文献１）がある。特許文献１には、衝突部材をその中心が粉砕室の中心軸上に位置するように設置し、当該部材に対して、被粉砕物を含む高速ガスを垂直に噴射させ、被粉砕物を、衝突部材に衝突させることにより粉砕し、所望粒径の粉砕物を効率よく得ることが開示されている。
【０００７】
しかしながら、特許文献１に開示されている流動層式粉砕装置においては、ノズルから噴射される高速ガス、さらに粉砕室内部の被粉砕物を、衝突部材に衝突させる際に、粉砕ノズル圧力を上げなければならないという問題がある。なぜなら、図４に示すような、従来の流動層式粉砕装置においては、高速ガスが対向するノズルから噴射されるので、粉体材料同士が高速ガスと共に加速された相対速度を持って衝突し粉砕作用を受けるのに対し、特許文献１の装置においては、高速ガスと共に粉体材料同士の相対速度が加速されることがないので、図４に示す装置と同様な粉砕効果を得るには、粉砕ノズル圧力を上げて、より高速で被粉砕物を衝突部材に衝突させなければならないからである。また、ノズルから噴射された高速ガスによって被粉砕物は衝突部材に衝突するものの、所望の粒径を得るためには粉砕室内部でのくり返し粉砕が必要であり、粉砕効率を低下させる原因の一つになっている。
【０００８】
更に、近年の高画質化要求に伴い、粉砕装置には、小粒径化、少量多品種に対応するために、従来の装置よりも品種切り替え時間を短縮することが望まれている。
【０００９】
【特許文献１】
特開２０００−００５６２１号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、これらの問題点を解決するためのものであり、粉砕装置の粉砕室内での衝突粉砕効率向上を達成し、必要とする大きさの範囲の粒子を高効率で粉砕することができる粉砕装置の提供することを第一の課題とし、品種切り替え時間を短縮することを第二の課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、以下に示す粉砕装置および粉砕方法が提供される。
〔１〕複数の粉砕ノズルと、該粉砕ノズルから噴射される圧縮空気によって供給された粉体材料を粉砕する粉砕室と、回転するロータとを少なくとも有し、該粉砕室から該ロータ内部に流入する粉体材料を微粉と粗粉とに遠心分級する、粉砕装置において、該複数の粉砕ノズルから噴射される圧縮空気どうしが粉体材料を伴って一次衝突するように各粉砕ノズルを設け、該一次衝突した圧縮空気及び粉体材料が二次衝突する二次衝突手段を設け、該二次衝突手段が、粉砕ノズルから噴射される圧縮空気どうしが粉体材料を伴って一次衝突する位置の上方に、又は上方及び下方に設けられた衝突部材に、該一次衝突した圧縮空気及び粉体材料が二次衝突する手段であることを特徴とする粉砕装置。
〔２〕前記ロータは前記粉砕室上部に設けられ、前記ロータに微粉と粗粉とを流入させる吸引装置を有していることを特徴とする前記〔１〕に記載の粉砕装置。
〔３〕前記衝突部材が円筒と円錐を組み合わせた形状からなり、該円錐がその底面を円筒の一方の底面に接するように設けられた形状であることを特徴とする前記〔１〕または〔２〕に記載の粉砕装置。
〔４〕前記衝突部材を構成する円錐の頂点が、粉砕ノズルから噴射される圧縮空気どうしが粉体材料を伴って一次衝突する位置の１０〜５００ｍｍ真上に、又は真上及び真下に位置するように、二次衝突部材を設けることを特徴とする前記〔３〕に記載の粉砕装置。
〔５〕前記衝突部材の高さが調節可能であることを特徴とする前記〔１〕〜〔４〕のいずれか１項に記載の粉砕装置。
〔６〕前記二次衝突部材が着脱可能であることを特徴とする前記〔１〕〜〔５〕のいずれか１項に記載の粉砕装置。
〔７〕前記二次衝突部材が耐摩耗処理を施されていることを特徴とする前記〔１〕〜〔６〕のいずれか１項に記載の粉砕装置。
〔８〕前記粉砕ノズルが２〜８個設けられていることを特徴とする前記〔１〕〜〔７〕のいずれか１項に記載の粉砕装置。
〔９〕前記粉砕ノズルが、粉砕室の縦方向の中心軸を中心とする同心円上に等間隔に設けられていることを特徴とする前記〔１〕〜〔８〕のいずれか１項に記載の粉砕装置。
〔１０〕前記粉砕ノズルの出口方向が、水平方向を基準にして上下２０°以内を向いていることを特徴とする前記〔１〕〜〔９〕のいずれか１項に記載の粉砕装置。
〔１１〕複数の粉砕ノズルから圧縮空気を噴射し、該圧縮空気どうしを粉体材料を伴わせて粉砕室の中で一次衝突させて、該粉体材料を微粉と粗粉とに粉砕する粉砕方法において、該一次衝突した圧縮空気及び粉体材料を二次衝突させる手段を設け、該二次衝突手段が、粉砕ノズルから噴射される圧縮空気どうしを粉体材料を伴わせて一次衝突させる位置の上方に、又は上方及び下方に設けられた衝突部材に、該一次衝突した圧縮空気及び粉体材料を二次衝突させる手段であることを特徴とする粉砕方法。
〔１２〕前記微粉と粗粉とを吸引する吸引工程と、吸引された微粉と粗粉とを前記粉砕室の上部に設けられたロータで分級する分級工程とを備えたことを特徴とする前記〔１１〕に記載の粉砕方法。
〔１３〕前記衝突部材が円筒と円錐からなり、該円錐がその底面を円筒の一方の底面に接するように設けられた形状であることを特徴とする前記〔１１〕または〔１２〕に記載の粉砕方法。
〔１４〕前記衝突部材を構成する円錐の頂点が、粉砕ノズルから噴射される圧縮空気どうしを一次衝突させる位置の１０〜５００ｍｍ真上に、又は真上及び真下に位置するように、衝突部材を設けることを特徴とする前記〔１３〕に記載の粉砕方法。
〔１５〕前記衝突部材を構成する円錐の頂点の位置を粉砕条件に対応させて上下させることを特徴とする前記〔１１〕〜〔１４〕のいずれか１項に記載の粉砕方法。
〔１６〕前記複数の粉砕ノズルの各々の出口方向が、水平方向を基準にして上下２０°以内を向くように設定して、該複数の粉砕ノズルから圧縮空気を噴射することを特徴とする前記〔１１〕〜〔１５〕のいずれか１項に記載の粉砕方法。
〔１７〕前記粉砕ノズルに供給する圧縮空気の元圧力を０．２〜１．０ＭＰａに設定することを特徴とする前記〔１１〕〜〔１６〕のいずれか１項に記載の粉砕方法。
〔１８〕前記二次衝突させた粉体材料を、回転するロータに流入させて、微粉と粗粉とに遠心分級することを特徴とする前記〔１１〕〜〔１７〕のいずれか１項に記載の粉砕方法。
〔１９〕前記ロータの回転周速度が、２０〜７０ｍ／ｓであることを特徴とする前記〔１８〕に記載の粉砕方法。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の粉砕装置および粉砕方法について詳細に説明する。まず、本発明の粉砕装置について説明する。
本発明の粉砕装置は、複数の粉砕ノズルと、該粉砕ノズルから噴射される圧縮空気によって供給された粉体材料を粉砕する粉砕室と、回転するロータとを少なくとも有する。本発明の粉砕装置は、このように構成されているので、粉砕室内で粉砕材料を微粉と粗粉に粉砕し、さらに粉砕された微粉と粗粉を回転するロータで遠心分級することができる。
【００１３】
本発明の粉砕装置を説明するための説明図を図１に示す。尚、図１は本発明の粉砕装置と二次衝突手段の構成が異なる粉砕装置の一例を示す断面図であり、二次衝突手段以外の構成は本発明の粉砕装置においても適用することが可能である。但し、図１は本発明を限定するものではない。
図１に示す態様の粉砕装置においては、複数の粉砕ノズル５と、粉砕ノズル５から噴射される圧縮空気によって供給された粉体材料を粉砕する粉砕室４と、回転するロータ３とを有する。本発明においては、図１に示すように、ロータ３は粉砕室４の上部に設けられていることが好ましい。ロータ３が粉砕室４の上部に設けられていると、粉砕された微粉と粗粉を粉砕室４から直接ロータ３内部に流入させて、微粉と粗粉とに遠心分級することができる。
【００１４】
粉砕室４の形状に制限はないが、粉体材料を均一に供給し均一に粉砕することができるという観点から、通常は円筒状が好ましい。又、粉砕室４の大きさにも制限はないが、多量の粉体材料を効率的に粉砕できるという観点から、内径１００〜１０００ｍｍ、高さ３００〜３０００ｍｍが好ましく、内径３００〜９００ｍｍ、高さ７００〜２７００ｍｍがより好ましく、内径５００〜８００ｍｍ、高さ１０００〜２５００ｍｍが更に好ましい。
【００１５】
本発明の粉砕装置においては、複数の粉砕ノズル５が、該粉砕ノズル５から噴射される圧縮空気どうしが粉体材料を伴って一次衝突するように設けられている。この一次衝突により、供給された粉体材料は最初の破砕作用を受ける。
【００１６】
粉砕ノズル５の数に制限はないが、２〜８個の粉砕ノズルを用いることが好ましく、２〜６個の粉砕ノズルを用いることがより好ましく、３〜４個の粉砕ノズルを用いることが更に好ましい。単一の粉砕ノズルでは、圧縮空気どうしを粉体材料を伴って一次衝突させることができない。一方、粉砕ノズル５の数が多すぎると、装置の製作が煩雑となり、破砕効率がかえって低下する虞がある。
【００１７】
粉砕ノズル５は、噴射される圧縮空気どうしが粉砕室の中心軸上で衝突するように、粉砕室の縦方向の中心軸を中心とする同心円上に設けることが好ましく、粉体材料が均一に衝突するように、該同心円上に等間隔（等角度）で設けることが好ましい。但し、本明細書において、圧縮空気どうしが粉砕室の中心軸上で衝突するとは、粉砕室の中心軸上付近で衝突することを含む意味である。
【００１８】
粉砕ノズル５の出口方向は、水平方向を基準にして上下２０°以内を向いていることが好ましく、上下１５°以内を向いていることがより好ましく、上下１０°以内を向いていることが更に好ましく、０°（水平方向）を向いていることが特に好ましい。該方向が、上下２０°を超えると、粉砕効率が悪くなる虞がある。
【００１９】
本発明の粉砕装置においては、前記一次衝突した圧縮空気及び粉体材料が二次衝突する二次衝突手段が設けられている。かかる二次衝突手段により、前記一次衝突後の粉体材料をさらに衝突させると、粉砕確率が増加するため、粉砕室での粉砕効率を向上させることができる。
【００２０】
本発明における二次衝突手段は、粉砕ノズル５から噴射される圧縮空気どうしが粉体材料を伴って一次衝突する位置１３（図１に示す。）の上方に、又は上方及び下方に設けられた衝突部材に、該一次衝突した圧縮空気及び粉体材料が二次衝突する手段であることが好ましい。かかる二次衝突部材を設けることにより、粉体材料を二次衝突させると粉砕確率が確実に増加するため、粉砕室での粉砕効率を確実に向上させることができる。
【００２１】
本発明において、粉砕ノズル５から噴射される圧縮空気どうしが粉体材料を伴って一次衝突する位置１３は、具体的には、粉砕ノズル５の中心線１２どうしが交わる位置によって定められる。
【００２２】
上記衝突部材は、図１に示すように、一次衝突する位置１３の下方にのみ設けるだけの構成ではなく、図２に示すように、一次衝突する位置１３の上方に設ける構成や、図３に示すように、一次衝突する位置１３の上方と下方の双方に設ける構成が好ましい。
以下、下方に設けた二次衝突部材を第一衝突部材６、上方に設けた二次衝突部材を第二衝突部材７という。
【００２３】
本発明における二次衝突部材は、特にその形状に制限はないが、衝突板に確実に粉体材料が衝突するような形状および、寸法が必要であり、衝突板の後流も考慮する必要がある。かかる観点から、該二次衝突部材は、図５、図６に示すように、円筒と円錐からなり、該円錐がその底面を円筒の一方の底面に接するように設けられた形状であることが好ましく、該円錐の頂点が一次衝突する位置１３を向くように設けられていることが好ましい。
【００２４】
また、二次衝突部材を構成する円錐の底面の半径は、２〜２００ｍｍが好ましく、高さは５〜１００ｍｍが好ましい。また、該円筒の半径は、２〜２００ｍｍが好ましく、高さは５〜２００ｍｍが好ましい。
【００２５】
また、二次衝突部材は、粉砕条件に柔軟に対応でき、所望の粉体材料の粉砕効率を得るために、その高さが調節可能であることが好ましい。該高さを調整する方法としては、例えば、図５に示すように、二次衝突部材を構成する円筒を分割可能に、互いに嵌め込むことができるように構成したり、図６に示すように、分割可能に構成してボルト１１で固定することが挙げられる。但し、本発明は、このような方法に限定するものではない。
【００２６】
本発明において、二次衝突部材を設ける位置は、水平方向は粉砕室４のほぼ中央、垂直方向は、粉砕ノズル５から噴射される圧縮空気どうしが一次衝突する位置１３を基準として、ノズル出口径以上離れたところに設置されていることが好ましい。具体的には、衝突部材を構成する円錐の頂点が、粉砕ノズルから噴射される圧縮空気どうしが一次衝突する位置１３の１０〜５００ｍｍ真上に、又は真上及び真下に位置するように、二次衝突部材を設けることが好ましく、１０〜３００ｍｍ真上に、又は真上及び真下に設けることがより好ましく、１０〜２００ｍｍ真上に、又は真上及び真下に位置するように設けることが更に好ましい。
【００２７】
本発明においては、二次衝突部材が着脱可能であることが、粉体材料の処理量、平均粒径等の条件変更に対して容易に対応でき、切り替え時間の短縮化も図れるので好ましい。二次衝突部材が着脱可能とするための脱着機構としては、図５、図６に示すように、ネジ止め８、９等が挙げられる。
【００２８】
又、該二次衝突部材は耐摩耗処理を施されていることが、その摩耗を防止し連続粉砕時に所望の粉体材料の粉砕効率を達成することができるので好ましい。耐摩耗処理としては、例えばチタンによるライニング処理を施すことが挙げられる。
【００２９】
次に、本発明の粉砕方法を図面に基づいて説明する。本発明方法は、例えば前述した図２に示す態様の粉砕装置を用いることにより、好ましく実施することができる。本発明方法においては、まず複数の粉砕ノズル５から圧縮空気を噴射し、該圧縮空気どうしを粉体材料を伴わせて粉砕室４の中で一次衝突させて、該粉体材料を粉砕する。本発明においては、この一次衝突により粉砕された粉体材料を圧縮空気と共に二次衝突させる手段が設けられている。該二次衝突させる手段を設けると、粉砕確率が増加するため、粉体材料の粉砕効率を向上させることができる。
【００３０】
本発明方法においては、粉体材料は、供給管１より供給され、粉砕された微粉は排気管２より排出される。排出された粉体材料に相当する量の粉体材料を適宜供給することにより、連続粉砕が可能となる。粉体の供給量は、１〜１０００ｋｇ／ｈｒが好ましく、１０〜５００ｋｇ／ｈｒがより好ましく、５０〜１００ｋｇ／ｈｒが更に好ましい。
【００３１】
本発明における上記二次衝突手段は、図２に示すように、粉砕ノズルから噴射される圧縮空気どうしを粉体材料を伴わせて一次衝突させる位置１３の上方に、又は上方及び下方に設けられた衝突部材６、７に、該一次衝突した圧縮空気及び粉体材料が二次衝突する手段であることが好ましい。かかる二次衝突部材が設けられていると、粉砕確率が確実に増加するため、粉体材料の粉砕効率を確実に向上させることができる。
【００３２】
上記衝突部材は、図１に示すように、一次衝突する位置１３の下方にのみ設けるだけの構成ではなく（第一衝突部材６）、図２に示すように、一次衝突する位置１３の上方に設ける構成や（第二衝突部材７）、図３に示すように、一次衝突する位置１３の上方と下方の双方に設ける構成が好ましい。
【００３３】
本発明方法における二次衝突部材は、特にその形状に制限はないが、衝突板に確実に粉体材料が衝突するような形状および、寸法が必要であり、衝突板の後流も考慮する必要がある。かかる観点から、該二次衝突部材は、図５、図６に示すように、円筒と円錐からなり、該円錐がその底面を円筒の一方の底面に接するように設けられた形状であることが好ましく、該円錐の頂点が一次衝突する位置１３を向くように設けることが好ましい。
【００３４】
また、上記二次衝突部材は、粉砕条件に柔軟に対応でき、所望の粉体材料の粉砕効率を得るために、その高さが５〜５００ｍｍの範囲で調節可能であることが好ましい。
【００３５】
本発明本発明方法において、二次衝突部材を設ける位置は、水平方向は粉砕室４のほぼ中央、垂直方向は、粉砕ノズル５から噴射される圧縮空気どうしが一次衝突する位置１３を基準として、ノズル出口径以上離れたところに設置されていることが好ましい。具体的には、衝突部材を構成する円錐の頂点が、粉砕ノズルから噴射される圧縮空気どうしが一次衝突する位置１３の１０〜５００ｍｍ真上に、又は真上及び真下に位置するように、二次衝突部材を設けることが好ましく、１０〜３００ｍｍ真上に、又は真上及び真下に設けることがより好ましく、１０〜２００ｍｍ真上に、又は真上及び真下に位置するように設けることが更に好ましい。
【００３６】
本発明方法においては、上記粉砕ノズル５の出口方向は、水平方向を基準にして上下２０°以内を向いていることが好ましく、上下１５°以内を向いていることがより好ましく、上下１０°以内を向いていることが更に好ましく、０°（水平方向）を向いていることが特に好ましい。該方向が、上下２０°を超えると、粉砕効率が悪くなる虞がある。
【００３７】
本発明方法においては、粉砕ノズルに供給する圧縮空気の元圧力は０．２〜１．０ＭＰａに設定することが好ましい。元圧力がかかる範囲内であれば、所望する粉砕効率が得られるが、該元圧力が０．２ＭＰａ未満の場合は、圧縮空気の圧力が低すぎて、粉体材料を伴って粉砕できない虞がある。一方、１．０ＭＰａを超える場合は、粉体材料が所望の粒子径よりも小さい割合が多くなるという過粉砕状態になることや、粉砕ノズル内部の流れに衝撃波が発生し、速度ロスを生じる場合がある。
【００３８】
本発明方法においては、前記二次衝突させた粉体材料を回転するロータに流入させて、微粉と粗粉とに遠心分級することが好ましく、該ロータ３は、図１に示すように、粉砕室４の上部に設けられていることが、粉砕された微粉と粗粉を粉砕室から直接ロータ３内部に流入させて微粉と粗粉とに遠心分級することができるので、より好ましい。
【００３９】
二次衝突させた粉体材料を回転するロータに流入させるには、排気管２と連通する吸引ファン等の吸引器（図示せず）により吸引すればよい。このようにすると、粉砕された粉体材料は、排気管２に向かう途中で、粉砕室４上部に設置されているロータ３内に流入するので、回転するロータ３により粉体材料を分級することができる。このとき、所望の粒径に粉砕された粉体材料は排気管２より排出されるが、所望の粒径よりも大きな粉体材料はロータ３の遠心力によってロータ３の外側に導かれ粉砕室４の壁面を沿って下方に導かれ、再び粉砕作用を受ける。
【００４０】
上記ロータの回転周速度は、２０〜7０ｍ／ｓが好ましい。該回転周速度がかかる範囲内であれば、所望する分級効率を得られるが、２０ｍ／ｓであれば分級効率が低下する虞がある。一方、7０ｍ／ｓを越える場合は、ロータによる遠心力が大きくなりすぎ、吸引ファン等の吸引器により回収されるべき粉体材料が再び粉砕室に戻り、粉砕作用を受けることとなり、粉体材料が所望の粒子径よりも小さい割合が多くなるという過粉砕状態になる虞がある。
【００４１】
【実施例】
次に、本実施例に基づき本発明を詳細に説明する。
本実施例においては、スチレンーアクリル共重合体樹脂８５重量部とカーボンブラック１５重量部の混合物を溶融混練、冷却し、これをハンマーミルで粗粉砕した粉体材料を、図１に示す態様の粉砕装置を用いて粉砕を行った。
【００４２】
（参考例１）
図１に示す態様の、粉砕室内径６００ｍｍ、粉砕装置高さ約１０００ｍｍ、粉砕ノズル出口径１５．０ｍｍの３個の粉砕ノズル５が粉砕室４の壁に沿って、等間隔（等角度）で、粉砕ノズルの出口方向が、水平方向を基準にして０°（水平方向）を向くように設けられた粉砕装置を用いた。また、一次衝突する位置１３は、粉砕室のほぼ中心軸上となるように粉砕ノズル５を取り付けた。
【００４３】
第一次衝突板６の位置を粉砕ノズル５の中心線どうしが交わる位置（即ち、圧縮空気どうしが粉体材料を伴って一次衝突する位置１３）よりも６０ｍｍ真下に設置し、上記組成の粉体材料を供給し、粉砕ノズルに供給する圧縮空気の元圧力０．６ＭＰａ、ロータ３の回転周速度を４５ｍ／ｓに設定して、粉体材料を粉砕した。得られた微粉体は、体積平均粒径６．５μm（コールターカウンタによる測定）、４μm以下の微粉含有率（個数％）４９％、１６μm以上の粗粉含有率（重量％）１．０％であり、粉砕処理量は６０Ｋｇ／ｈｒであった。
【００４４】
（実施例２）
参考例１と同様の粉砕装置を用い、図２に示すように、粉砕ノズル５の中心線どうしが交わる位置よりも６０ｍｍ真上に第二衝突板７を設置した。上記組成の粉体材料を供給し、圧縮空気の元圧力０．６ＭＰａ、ロータ３の回転周速度を４５ｍ／ｓに設定し、他は実施例１と同条件で粉体材料を粉砕した。得られた微粉体は、体積平均粒径６．５μｍ（コールターカウンタによる測定）、４μｍ以下の微粉含有率（個数％）５０％、１６μｍ以上の粗粉含有率（重量％）１．１％であり、粉砕処理量は６２Ｋｇ／ｈｒであった。
【００４５】
（実施例３）
参考例１と同様の粉砕装置を用い、図３に示すように、粉砕ノズル５の中心線どうしが交わる位置より６０ｍｍ真下に第一次衝突板６を設置し、６０ｍｍ真上に第二次衝突板７を設置した。上記組成の粉体材料を供給し、圧縮空気の元圧力０．６ＭＰａ、ロータ３の回転周速度を４５ｍ／ｓに設定し、他は実施例１と同条件で粉体材料を粉砕した。得られた微粉体は、体積平均粒径６．５μｍ（コールターカウンタによる測定）、４μｍ以下の微粉含有率（個数％）４５％、１６μｍ以上の粗粉含有率（重量％）０．７％であり、粉砕処理量は６４Ｋｇ／ｈｒであった。
【００４６】
（実施例４）
第一衝突板６を脱着可能とした以外は、参考例１と同様に粉体材料を粉砕してから、清掃切替を実施した。その結果、清掃切替時間について、参考例１に比べ約１０％の短縮が可能となった。
【００４７】
（実施例５）
第二衝突板７を脱着可能とした以外は、実施例２と同様に粉体材料を粉砕してから、清掃切替を実施した。その結果、清掃切替時間について、実施例２に比べ約１０％の短縮が可能となった。
【００４８】
（実施例６）
チタンによりライニング処理を施した第一衝突板６を設置した以外は、参考例１と同様に粉体材料を粉砕した結果、摩耗耐久性が従来よりも概ね２倍向上した。
【００４９】
（実施例７）
チタンによりライニング処理を施した第二衝突板７を設置した以外は、実施例２と同様に粉体材料を粉砕した結果、摩耗耐久性が従来よりも概ね２倍向上した。
【００５０】
（比較例１）
第一衝突板６を設置しない以外は、参考例１と同様の装置を用い、圧縮空気の元圧力０．６ＭＰａ、ロータ３の回転周速度４５ｍ／ｓに設定し、参考例１と同様に粉体材料を粉砕した。得られた微粉体は、体積平均粒径６．５μｍ（コールターカウンタによる測定）、４μｍ以下の微粉含有率（個数％）５２％、１６μｍ以上の粗粉含有率（重量％）１．２％であり、粉砕処理量は５５Ｋｇ／ｈｒであった。
【００５１】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲内の記載であれば多種の変形や置換可能であることは言うまでもない。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の粉砕装置は、複数の粉砕ノズルと、該粉砕ノズルから噴射される圧縮空気によって供給された粉体材料を粉砕する粉砕室と、回転するロータとを少なくとも有し、該粉砕室から該ロータ内部に流入する粉体材料を微粉と粗粉とに遠心分級する、粉砕装置であり、該複数の粉砕ノズルから噴射される圧縮空気どうしが粉体材料を伴って一次衝突するように各粉砕ノズルを設け、該一次衝突した圧縮空気及び粉体材料が二次衝突する二次衝突手段を設けたので、粉砕装置の粉砕室内での衝突粉砕効率向上を達成し、必要とする大きさの範囲の粒子を高効率で粉砕することができる。
【００５３】
上記二次衝突手段が、円筒と円錐を組み合わせた形状からなり、該円錐がその底面を円筒の一方の底面に接するように設けられた形状の衝突部材を、粉砕ノズルから噴射される圧縮空気どうしが粉体材料を伴って一次衝突する位置の上方に、又は上方及び下方に設ける手段である場合、衝突板に確実に粉体材料が衝突し、衝突板の後流も好ましいものとなるので、衝突粉砕効率がより向上する。
【００５４】
上記衝突部材を着脱可能にすることにより、粉体材料の処理量、平均粒径等の条件変更に対して容易に対応でき、切り替え時間の短縮化も図れる。
【００５５】
また、衝突部材の高さを粉砕条件に応じて調節することにより、粉砕条件に柔軟に対応でき、所望の粉体材料の粉砕効率を得ることができる。
【００５６】
更に、衝突部材に耐摩耗処理を施すことにより、連続粉砕時における二次衝突手段の摩耗を防止でき、所望の粉体材料の粉砕効率を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の粉砕装置の一例を示す断面図である。
【図２】本発明の粉砕装置の他の一例を示す断面図である。
【図３】本発明の粉砕装置の他の一例を示す断面図である。
【図４】従来の粉砕装置の構成を示す断面図である。
【図５】本発明の衝突部材の一例を示す部分断面図である。
【図６】本発明の衝突部材の他の一例を示す部分断面図である。
【符号の説明】
１：供給管
２：排気管
３：ロータ
４：粉砕室
５：粉砕ノズル
６：第一衝突板
７：第二衝突板
８：第一衝突板脱着機構
９：第二衝突板脱着機構
１０：第一衝突板位置調節機構
１１：第二衝突板位置調節機構
１２：ノズル中心線
１３：粉砕ノズルから噴射される圧縮空気どうしが一次衝突する位置
Claims (19)
- 複数の粉砕ノズルと、該粉砕ノズルから噴射される圧縮空気によって供給された粉体材料を粉砕する粉砕室と、回転するロータとを少なくとも有し、該粉砕室から該ロータ内部に流入する粉体材料を微粉と粗粉とに遠心分級する、粉砕装置において、該複数の粉砕ノズルから噴射される圧縮空気どうしが粉体材料を伴って一次衝突するように各粉砕ノズルを設け、該一次衝突した圧縮空気及び粉体材料が二次衝突する二次衝突手段を設け、該二次衝突手段が、粉砕ノズルから噴射される圧縮空気どうしが粉体材料を伴って一次衝突する位置の上方に、又は上方及び下方に設けられた衝突部材に、該一次衝突した圧縮空気及び粉体材料が二次衝突する手段であることを特徴とする粉砕装置。
- 前記ロータは前記粉砕室上部に設けられ、前記ロータに微粉と粗粉とを流入させる吸引器を有していることを特徴とする請求項１に記載の粉砕装置。
- 該衝突部材が円筒と円錐を組み合わせた形状からなり、該円錐がその底面を円筒の一方の底面に接するように設けられた形状であることを特徴とする請求項１または２に記載の粉砕装置。
- 該衝突部材を構成する円錐の頂点が、粉砕ノズルから噴射される圧縮空気どうしが粉体材料を伴って一次衝突する位置の１０〜５００ｍｍ真上に、又は真上及び真下に位置するように、二次衝突部材を設けることを特徴とする請求項３に記載の粉砕装置。
- 該衝突部材の高さが調節可能であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の粉砕装置。
- 該二次衝突部材が着脱可能であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の粉砕装置。
- 該二次衝突部材が耐摩耗処理を施されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の粉砕装置。
- 該粉砕ノズルが２〜８個設けられていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の粉砕装置。
- 該粉砕ノズルが、粉砕室の縦方向の中心軸を中心とする同心円上に等間隔に設けられていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の粉砕装置。
- 該粉砕ノズルの出口方向が、水平方向を基準にして上下２０°以内を向いていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の粉砕装置。
- 複数の粉砕ノズルから圧縮空気を噴射し、該圧縮空気どうしを粉体材料を伴わせて粉砕室の中で一次衝突させて、該粉体材料を微粉と粗粉とに粉砕する粉砕方法において、該一次衝突した圧縮空気及び粉体材料を二次衝突させる手段を設け、該二次衝突手段が、粉砕ノズルから噴射される圧縮空気どうしを粉体材料を伴わせて一次衝突させる位置の上方に、又は上方及び下方に設けられた衝突部材に、該一次衝突した圧縮空気及び粉体材料を二次衝突させる手段であることを特徴とする粉砕方法。
- 前記微粉と粗粉とを吸引する吸引工程と、吸引された微粉と粗粉とを前記粉砕室の上部に設けられたロータで分級する分級工程とを備えたことを特徴とする請求項１１に記載の粉砕方法。
- 該衝突部材が円筒と円錐からなり、該円錐がその底面を円筒の一方の底面に接するように設けられた形状であることを特徴とする請求項１１または１２に記載の粉砕方法。
- 該衝突部材を構成する円錐の頂点が、粉砕ノズルから噴射される圧縮空気どうしを一次衝突させる位置の１０〜５００ｍｍ真上に、又は真上及び真下に位置するように、衝突部材を設けることを特徴とする請求項１３に記載の粉砕方法。
- 該衝突部材を構成する円錐の頂点の位置を粉砕条件に対応させて上下させることを特徴とする請求項１１〜１４のいずれか１項に記載の粉砕方法。
- 該複数の粉砕ノズルの各々の出口方向が、水平方向を基準にして上下２０°以内を向くように設定して、該複数の粉砕ノズルから圧縮空気を噴射することを特徴とする請求項１１〜１５のいずれか１項に記載の粉砕方法。
- 該粉砕ノズルに供給する圧縮空気の元圧力を０．２〜１．０ＭＰａに設定することを特徴とする請求項１１〜１６のいずれか１項に記載の粉砕方法。
- 該二次衝突させた粉体材料を、回転するロータに流入させて、微粉と粗粉とに遠心分級することを特徴とする請求項１１〜１７のいずれか１項に記載の粉砕方法。
- 該ロータの回転周速度が、２０〜７０ｍ／ｓであることを特徴とする請求項１８に記載の粉砕方法。
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