JP4268445B2

JP4268445B2 - 機械式粉砕装置

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Publication number: JP4268445B2
Application number: JP2003135619A
Authority: JP
Inventors: 聡秋山; 隆憲守中; 和三小澤
Original assignee: Nisshin Seifun Group Inc
Current assignee: Nisshin Seifun Group Inc
Priority date: 2002-05-17
Filing date: 2003-05-14
Publication date: 2009-05-27
Anticipated expiration: 2023-05-14
Also published as: JP2004042029A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、食品や医薬品用有機物、あるいは熱可塑性のプラスチック等のように、熱によって変質しあるいは溶融して融着するような、熱に弱い粉粒体原料を微粉砕するために、粉砕室の内部が高温になることを防止した回転型の機械式粉砕装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
熱に弱い粉微粒体、例えば、加熱して融着させることによって画像等を生成する乾式トナーや粉体塗料等の熱に弱い熱可塑性のプラスチックの微細な粉粒体の製造においては、最終製品の粒径や粒度分布の調整のために、乾式による機械的な粉砕処理がなされており、このような粉粒体原料（以下、被粉砕物という）を微粉砕するための回転型の機械式粉砕装置が、従来から、種々提案されている。（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。
【０００３】
ここで、特許文献１に開示されている機械式粉砕装置は、回転軸に支持されて高速回転し、外周の表面の母線に沿って多数の矩形状の凸部が連続する歯形を有する円筒状の回転子（ロータ）と、この回転子との間に１ｍｍ以下の間隙で嵌装され、その内周の表面に三角形の形状をした凹部と凸部とが連続する歯形を有しており、この歯形の頂角が４５〜６０度に形成された固定子（ライナ）と、固定子の内周面の上端または固定子の途中に設けられ、固定子の凹部の開口面を閉鎖する分級リングと、固定子の外周に設けられた冷却ジャケットとを有し、被粉砕物を０〜５℃の低温空気と共に供給して、低温空気に乗せて供給した被粉砕物を微粉砕する回転型の機械式粉砕装置である。
【０００４】
また、特許文献２に開示されている機械式粉砕装置は、周知の機械式粉砕装置と同様の第１粉砕部と、特許文献１に開示されている機械式粉砕装置と同様の第２粉砕部とを単一のケーシング内に配置し、この第２粉砕部の固定子の外周（ケーシングの外周）に冷却ジャケットを設けて、第１粉砕部と第２粉砕部との回転子を単一の回転軸で回転駆動するように構成して、第２粉砕部を冷却ジャケットで冷却しながら、被粉砕物を０〜５℃の低温空気と共に供給して、第１粉砕部で周知の機械式粉砕装置と同様に粉砕し、第２粉砕部で特許文献１に開示されている機械式粉砕装置と同様に微粉砕するように構成したものである。
【０００５】
そして、特許文献１の機械式粉砕装置および特許文献２の第２粉砕部として開示されている機械式粉砕装置は、被粉砕物を粉砕することによって生じる発熱によって、乾式トナーや粉体塗料等の熱に弱いプラスチックからなる被粉砕物が溶融して相互に融着したり、固定子や回転子に融着したりして粉砕不可能となり、あるいは、食品や医薬品用有機物等の熱によって変質する可能性のある被粉砕物に熱的変化が生じることを防止するために、この機械式粉砕装置に、０〜５℃の低温空気を吸引導入して、この低温空気に乗せて被粉砕物を粉砕装置に導入することによって被粉砕物の温度の上昇を防止すると共に、固定子の外周に配置された冷却ジャケットに冷媒を通して、回転子と固定子との間の間隙（すなわち、粉砕室）や、固定子の凹部の空気および被粉砕物を冷却するものである。
【０００６】
特許文献１および２に開示された機械式粉砕装置では、粉砕装置内に導入された被粉砕物は、空気流に乗って回転子と固定子との間に形成された粉砕室内に入って粉砕作用を受け、ミクロンオーダないし１０数ミクロンの微粉砕製品となって空気と共に粉砕装置の外部に排出される。排出された微粉砕製品は、バグフィルターによって微粉砕製品と空気とに分離される。そして、空気は吸引送風機を経由して排気され、微粉砕製品は、バグフィルターで分離されて、ホッパーに送られて貯留される。
【０００７】
特許文献１および２によれば、この機械式粉砕装置は、独特の歯形を有する固定子と回転子および分級リングによって、被粉砕物を確実かつ十分に、しかも効率良く微粉砕することができるので、ミクロンオーダないし１０数ミクロンの微粉砕製品を短時間で容易に得ることができるとしている。また、粉砕装置内に被粉砕物と共に低温空気を吸引導入することによって排気温度を抑えることができると共に、冷却ジャケットで冷却することによって、従来不可能であった固定子の局部的な温度上昇も抑えることができるので、軟化点の低い被粉砕物でも粉砕不可能となることがなく円滑に粉砕でき、また熱によって質的な変化の生じる被粉砕物でも熱的変化を受けることなく粉砕できるとしている。
【０００８】
そして、この機械式粉砕装置では、被粉砕物をミクロンオーダないし１０数ミクロンの粒度に微粉砕するために粉砕室となる回転子と固定子との間の間隙を１ｍｍ以下に設定しているので、冷却ジャケットによる冷却の効果は、この間隙が１ｍｍ以下と極めて小さいために熱貫流係数が大きくなり、極めて効率が良く、冷却効果が著しいとしている。
【０００９】
しかし、一方では、このように粉砕室の間隙を狭くすると、粉砕室の容量が減少して処理能力が低下し、単位時間当りの処理量が極端に少なくなり、生産性が極めて悪くなるという問題が生じる。このため、特許文献１および２に開示された機械式粉砕装置を使用して微粉砕を行うときには、その処理能力を向上させるために、被粉砕物の供給量を増やして粉体濃度を上げたり、回転子をさらに高速回転させたりして粉砕を行う必要があった。
【００１０】
しかしながら、食品、医薬品用有機物や熱可塑性のプラスチック等の熱に弱い粉粒体原料（被粉砕物）は一般に熱伝導率が低く、被粉砕物の供給量を増やして粉体濃度を上げると粉砕室内の熱伝導率が低下して、冷却のための熱効率が悪くなる。また、回転子の回転速度を上げると、粉砕時の摩擦熱等によって回転子、固定子、被粉砕物、粉砕室内の空気等の温度が上昇する。このため、粉体濃度を上げると共に回転子の回転速度を上げると、両者の相乗効果によりさらに粉砕室内の温度が上昇することになる。
【００１１】
この温度上昇を抑えるために、特許文献１および２に開示された機械式粉砕装置では、前述のように、０〜５℃の低温空気を粉砕装置の内部に吸引導入して空冷すると共に、冷却ジャケットに冷媒を通して、回転子と固定子との間の間隙や固定子の凹部に存在する空気および被粉砕物を、固定子を介して冷却ジャケット内の冷媒と熱交換させながら、被粉砕物を微粉砕している。
【００１２】
しかし、冷却ジャケットによる冷却では、固定子側の冷却は効果的にできるものの、発熱量の大きい回転子側の冷却効果は、粉砕室の空気層（正確には空気と被粉砕物の混合した層）を介して冷却するので冷却効果が極めて低く、効率的に冷却することができないという問題があった。このため、生産性を向上させるために粉砕室内の粉体濃度を上げたり、回転子の回転速度を上げたりすると、冷却ジャケットによる冷却効果が必ずしも十分でなく、被粉砕物が回転子の表面に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ことや、熱によって被粉砕物に質的な変化の生じるという問題が依然として残されていた。
【００１３】
【特許文献１】
特公昭６３−６６５８３号公報（第３〜５頁、第５図、第１０図）
【特許文献２】
特公昭６３−６６５８４号公報（第３〜６頁、第５図、第１２図）
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解消し、融着して粉砕不能になったり、熱によって品質が劣化したりすることなく、熱に弱い粉粒体原料を効率良く微粉砕することができ、生産性を向上させることができる機械式粉砕装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために、本発明に係る機械式粉砕装置は、回転可能に支持され、外周面に複数個の溝が形成されたロータと、このロータの外側に前記ロータの外周面と所望の間隙を設けて配置され、その内周面に複数個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、前記ロータの溝および前記ライナの溝のうちの少なくとも一方は、被粉砕物の流れを妨げる方向に傾斜しており、前記ロータは、回転軸と、この回転軸に積層して嵌装されたほぼ同じ形状の複数個のロータユニットと、この複数個のロータユニットの両端部に配置され、積層された前記複数個のロータユニットの両端面を覆う２個の側板と、前記複数個のロータユニットと２個の側板とを一体的に固定する固定ボルトとを備え、前記複数個のロータユニットには、それぞれ、外周部に沿って、前記内側冷媒循環路を構成する冷媒貯留部と、この冷媒貯留部を相互に連通する連通孔とが形成されており、前記回転軸に一体的に固定されていることを特徴とする。
【００１６】
ここで、本発明に係る機械式粉砕装置においては、前記冷媒貯留部を相互に連通する前記連通孔が、前記ロータユニットの外周部に沿って複数個設けられていることが好ましく、前記ロータユニットの前記冷媒貯留部の内側には、前記冷媒貯留部を前記ロータユニットの外周部のみに限定するための冷媒遮蔽部が形成されていることが好ましい。
【００１７】
また、前記ロータユニットに形成された前記冷媒遮蔽部が、前記冷媒貯留部と隔壁で隔てられた空間であることが好ましく、前記ロータユニットに形成された前記冷媒遮蔽部が、前記冷媒貯留部の内側に配置された軽量化された遮蔽物であることが好ましく、前記軽量化された遮蔽物が、発泡プラスチックで形成されていることが好ましい。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下に、添付の図面に示す好適な実施の形態に基づいて、本発明の機械式粉砕装置を詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施例に係る機械式粉砕装置を示す断面模式図、また、図２は、その中のロータユニットの詳細を示す図で、同（ａ）は上半分のみを示した平面図、同（ｂ）は同（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。なお、ここで、図２は、図１に示す機械式粉砕装置において、両端部（例えば、最上部）に配置されたロータユニットを描いたものである。
【００２４】
本実施例に示す機械式粉砕装置（以下、単に粉砕装置１０という）は、食品、医薬品用有機物あるいは熱可塑性のプラスチック等の熱に弱い粉粒体原料（被粉砕物）を微粉砕するための縦型の機械式粉砕装置であり、基本的な構成として、縦型に配置された円筒状のケーシング１２と、このケーシング１２に回転可能に支持された回転軸１４と、この回転軸１４によってケーシング１２内を回転可能に支持され、外周面に複数の溝が形成されたロータ１６と、このロータ１６の外側に、ロータ１６の外周面と所望の間隙を設けて配置され、その内周面に複数の溝が形成されたライナ１８とを備えており、ライナ１８はケーシング１２の内面に固定されている。そして、ロータ１６とライナ１８との間隙で被粉砕物を粉砕処理するものである。
【００２５】
この粉砕装置１０において、ケーシング１２は、中空の円筒形をした容器であり、図１に示す実施例では、その左下側に、粉砕される粉粒体原料である被粉砕物が供給される原料供給口２０が設けられており、左上側に、粉砕された後の粉砕製品が排出される製品排出口２２が設けられている。また、ケーシング１２の下側には脚部が設けられており、この脚部により、ケーシング１２は、図示しない据付台等に取り付け可能に構成されている。
【００２６】
なお、この実施例のケーシング１２とライナ１８とは、図示されていないが、製造上の便宜のために、例えば、回転軸１４に平行な分割線で複数個のユニットに分割されている。ただし、本発明はこの構造に限定されるものではなく、ケーシング１２を構成するユニットの個数に制限がないのはもちろん、上下方向にも複数個に分割したり、全体を一体で製造した一体型のケーシング１２として構成することも可能である。
【００２７】
ケーシング１２の原料供給口２０には、スクリューフィーダ等の供給装置（図示せず）から被粉砕物が供給され、ケーシング１２の製品排出口２２は、ブロア等の空気吸引装置（図示せず）によって吸引されている。そして、この空気吸引装置によって吸引することによって、原料供給口２０から供給された被粉砕物はケーシング１２内に空気と共に吸引導入され、ロータ１６とライナ１８との間隙によって構成された粉砕室２８を通過し、ロータ１６が回転することによって粉砕され、粉砕製品が空気と共に製品排出口２２から排出される。
【００２８】
回転軸１４は、ケーシング１２の内部を上下に貫通するように、粉砕装置１０の設置面に対して垂直な方向に配設されており、ケーシング１２の上下の端面の中央部に設けられた軸受２４ａおよび２４ｂを介して支持されている。また、回転軸１４の内部には、その軸方向の両端部と両端のロータ１６との間に、被粉砕物等を冷却するために、ロータ１６の内部を循環する冷媒の供給排出路２６がそれぞれ形成されている。
【００２９】
ここで、ロータ１６の軸方向の長さ（高さ）は、ケーシング１２の軸方向の長さ（高さ）よりも短く、ロータ１６は、ケーシング１２内部の軸方向のほぼ中央に配置される。その結果、ケーシング１２の内部には、上部および下部に所定の空間が形成される。そして、この実施例では、下側の空間は原料供給口２０に通じており、上側の空間は製品排出口２２に通じている。この空間の容積や形状は必要に応じて適宜決定することができる。ライナ１８は、ロータ１６の軸方向の長さ（高さ）にほぼ相当する長さ、あるいはロータ１６よりわずかに長い長さであって、ロータ１６に対向する位置に、ケーシング１２の内周面に装着されている。
【００３０】
回転軸１４の一方の端部、例えば上端部（軸受２４ａ側）の冷媒の供給排出路２６には、冷媒（例えば冷却水）の供給口として供給ジョイント（図示せず）が接続されており、回転軸１４の一方の端部、例えば下端部（軸受２４ｂ側）の冷媒の供給排出路２６には、冷媒の排出口として排出ジョイント（図示せず）が接続されている。この供給ジョイントと排出ジョイントとは、回転軸１４が高速回転しているときに冷媒を供給するものであって、高速回転に対応できるロータリージョイントが使用される。
【００３１】
そして、後述するように、ロータ１６が回転して、ライナ１８とロータ１６との間隙として形成された粉砕室２８で被粉砕物を粉砕する際に、冷媒がこの供給口から供給されて、ロータ１６の内部を循環した後、排出口から排出されることによってロータ１６を内部から冷却する。この実施例では、回転軸１４の上端部に供給口が、下端部に排出口が設けられているので、冷媒が自重で自然流下することを防止して、常にロータ１６の内部に冷媒が充満しているように、排出口に制御弁を設けることが好ましい。
【００３２】
この冷媒の供給口と排出口は、上述したように、回転軸１４の両方の端部に設けられる構造に限定されるものではない。例えば、図３に他の実施例として示すように、回転軸１４の上端部（軸受２４ａ側）のみに冷媒の供給口と排出口とを設け、回転軸１４の上端部から冷媒を供給してロータ１６の内部を循環した後、回転軸１４の内部を還流して上端部から排出する構造を採用することができる。この実施例では、二重管となったロータリージョイント（図示しない）を使用して、回転軸１４の上端部に設けられた二重管の構造をした冷媒の供給排出路２６の外側の管路から冷媒を供給し、ロータ１６の内部を循環した後、二重管の内側の管路から冷媒を排出するように構成されている。そして、このように構成することによって、排出口に制御弁を設けることなく、常に冷媒をロータ１６の内部に充満しておくことができる。
【００３３】
さらに、回転軸１４の一方の端部（例えば、回転軸１４の下端部）には、プーリおよび伝動ベルト等の巻掛伝動機構や歯車伝動機構等（図示せず）の任意の伝動機構を介して、モータ等の駆動装置（図示せず）に連結されている。そして、ロータ１６を回転して被粉砕物を粉砕する時には、この駆動装置からの駆動力が伝動機構を介して回転軸１４に伝導され、回転軸１４を所定の回転速度で回転させる。
【００３４】
この実施例では、ロータ１６は、回転軸１４と、この回転軸１４に積層して嵌装されたほぼ同じ形状の複数個（実施例では５個）のロータユニット３０と、この積層された５個のロータユニット３０の両端部に配置され、積層されたロータユニット３０の両端面を覆う２個の円形の側板３２ａ，３２ｂと、ロータユニット３０と側板３２ａ，３２ｂとを一体的に固定する固定ボルト３４とを備えており、図示しないキーで回転不能にされて、固定ボルト３４で回転軸１４に一体的に固定されている。それぞれのロータユニット３０は、図２に示すように、所定の厚さ（高さ）を有しており、中央のボス３６と外周のロータ部３８、およびボス３６とロータ部３８を接続するリム４０からなっている。そして、ボス３６とロータ部３８とは同じ厚さ（高さ）であり、リム４０の逃げ部が、詳細は後述するように、ロータ１６の内部を冷媒が循環してロータ１６を内部から冷却する冷媒貯留部４２ａ，４２ｂとなっている。
【００３５】
ここで、ロータユニット３０の厚さおよびその端面の直径は、共に何ら制限はなく、必要に応じて適宜決定することができる。ここでは、説明を容易にする目的から、ロータユニット３０の上側の端面を単に上面、下側の端面を単に下面という。冷媒貯留部４２ａと４２ｂとを隔てているリム４０の板厚は、０．０１≦リムの板厚／ロータの直径≦０．３とすることが好ましい。また、ロータ１６の厚さも、ロータの厚さ／ロータの直径≦０．３とすることが好ましく、０．０１≦ロータの厚さ／ロータの直径≦０．２とすることがさらに好ましい。
【００３６】
なお、この実施例では、ロータ１６は、回転軸１４に対して垂直な面で分割された５個のロータユニット３０を積層して構成されているが、これも製造上の便宜のためである。従って、本発明はこれに限定されず、ロータ１６を構成するロータユニット３０の個数や、個々のロータユニット３０の厚さ（高さ）に制限がないのはもちろん、全体を一体で製造した一体型のロータ１６として構成することも可能である。
【００３７】
ロータユニット３０の中心には、回転軸１４を挿入する中心孔４４が穿孔されている。ロータ１６は、この中心孔４４に回転軸１４を挿入して積層し、図示しないキーによって回転軸１４に対して回り止めされ、フランジ４６ａ，４６ｂで回転軸１４の所定位置に固定される。また、ロータユニット３０には、重量を軽くしてモータの負荷を軽減するために、リム４０の逃げ部としてドーナツ状の空間（冷媒貯留部４２ａ，４２ｂ）が形成されている。そして、この空間は、図１に示すように、ロータユニット３０および側板３２ａ，３２ｂを連結してロータ１６を構成したときに、ロータ１６の内部に循環される冷媒を貯留するため冷媒貯留部４２ａ，４２ｂを形成する。なお、冷媒貯留部４２ａ，４２ｂの容積は、後述するように、空間の容積に限定されるものではなく、必要に応じて適宜決定することができる。
【００３８】
冷媒貯留部４２ａ，４２ｂの外周部に沿って、ロータユニット３０および側板３２ａ，３２ｂを連結し、一体的に固定するための固定ボルト３４（図１参照）が挿入される複数のボルト孔４８と、ロータユニット３０の相互の間で冷媒を循環させるための複数の連通孔５０が開口されている。図２に示す実施例では、固定ボルト３４が挿入されるボルト孔４８は、中心孔４４を中心として４５度間隔で穿孔されており、冷媒を循環させるための連通孔５０は、ボルト孔４８の間に１５度間隔で２個ずつ穿孔されている。
【００３９】
なお、固定ボルト３４が挿入されるボルト孔４８および冷媒を循環させるための連通孔５０は、そのサイズ、形状、個数、配置等に何ら制限はなく、必要に応じて適宜決定することができるが、冷媒を循環させるための連通孔５０は、ロータ１６を高速回転させる際に発生する応力を低減し、ロータユニット３０が破壊されるのを防止するという点においても、被粉砕物等の冷却効果を向上させるという点においても、外周部に沿って配置することが好ましく、応力による影響を考慮した上で、極力多く、もしくは大きな孔を開口することが好ましい。
【００４０】
また、連通孔５０の穿孔位置は、ロータユニット３０の半径をＲ、ロータユニット３０の中心からの連通孔５０の中心までの距離（半径）をｒとしたときに、０．４≦ｒ／Ｒ≦０．９６とすることが好ましい。連通孔５０の形状、寸法、数による制限はないが、円形の孔のとき、同一円周上に配置された連通孔５０の全長は、円周長さの５０％以下にすることがさらに好ましい。
【００４１】
全てのロータユニット３０および２個の側板３２ａ，３２ｂを積層し、ボルト孔４８に連結用の固定ボルト３４を挿入して固定することによって、ロータ１６が構成される。このように連結することによって、ロータ１６には、前述したように、隣接するロータユニット３０同士、および端部のロータユニット３０と側板３２ａ，３２ｂとの間に、ロータ１６の内部に循環される冷媒を貯留する冷媒貯留部４２ａ，４２ｂが形成される。
【００４２】
ロータユニット３０のボス３６に穿孔された中心孔４４の外周部ならびにロータユニット３０の外周部のロータ部３８には、Ｏリングを装着するためのＯリング溝５２が形成されている。このＯリング溝５２は、冷媒が冷媒貯留部４２ａ，４２ｂから漏洩することを防止するためのものであって、Ｏリング溝５２にＯリング（図示しない）を装着し、ロータユニット３０と側板３２ａ，３２ｂを積層して固定することによって、冷媒貯留部４２ａ，４２ｂ（図１では双方を併せて冷媒貯留部４２とする）と回転軸１４との間、および冷媒貯留部４２ａ，４２ｂとロータ１６の外周面との間が完全にシールされる。
【００４３】
このＯリング溝５２は、図２ではロータユニット３０の上面のみに形成されているが、ロータ１６を構成する５個のロータユニット３０の任意の１個（一般的には中央の１個）には、上面と下面の両方にＯリング溝５２を形成する。このように構成することによって、ロータユニット３０と側板３２ａ，３２ｂとを積層する全ての面にＯリング溝５２を形成して、ロータ１６の冷媒貯留部４２と中心孔４４または外周面との間を完全にシールすることができる。
【００４４】
両端部のロータユニット３０と側板３２ａ，３２ｂとによって形成される冷媒貯留部４２には、回転軸１４の軸方向に沿って穿孔されている冷媒の供給排出路２６（図１参照）と接続するための複数の接続孔５４が設けられている。この接続孔５４の個数や配置は何ら限定されるものではないが、本実施例では、ロータユニット３０の中心孔４４を中心として、９０゜毎に１つずつ、合計で４箇所が接続孔５４として開口されている。
【００４５】
また、図１に示すように、回転軸１４の内部に設けられている冷媒の供給排出路２６と回転軸１４の外周面との間にも、ロータユニット３０に設けられている複数の接続孔５４の位置に対応して、同じ数の接続孔５６（図１参照）が設けられている。そして、回転軸１４にロータユニット３０を嵌装するときに、図示しないキーによって回転軸１４に設けられている複数の接続孔５６と両端部のロータユニット３０に設けられている複数の接続孔５４とを正確に位置決めして固定される。
【００４６】
このように、回転軸１４に設けられた冷媒の供給排出路２６と接続孔５６、およびロータユニット３０に設けられた接続孔５４と冷媒貯留部４２とによってロータ１６を内側から冷却する内側冷媒循環路が構成されているので、被粉砕物の粉砕時に、内側冷媒循環路に冷媒を循環させるときには、図示していない冷媒の供給装置によって回転軸１４に冷媒が供給され、冷媒の供給排出路２６、接続孔５６，５４を通って側板３２ａと最上部のロータユニット３０とによって構成される冷媒貯留部４２に貯留される。
【００４７】
冷媒貯留部４２には、その容積に相当する所定量の冷媒が貯留される。また、冷媒貯留部４２に貯留された冷媒は、新たな冷媒が供給されるに従って外周部に穿孔された連通孔５０から溢流して、次段のロータユニット３０によって構成される次段の冷媒貯留部４２に流れ、以下、順次、次段の冷媒貯留部４２に流れていく。そして、最下部のロータユニット３０と円形の側板３２ｂとによって構成される最下段の冷媒貯留部４２に到達して貯留された冷媒は、冷媒貯留部４２から溢流して、接続孔５４，５６を経て回転軸１４の内部に形成された冷媒の供給排出路２６を通って外部へ排出される。このようにして、供給された冷媒は、ロータ１６内部に形成された冷媒貯留部４２の間で循環し、ロータ１６および粉砕室２８内の空気や被粉砕物等を冷却する。
【００４８】
ここで、以上に説明した冷媒の循環は、ロータ１６の上方から冷媒を供給して下方から排出するように構成しているが、これは、被粉砕物の移動方向に対向して冷媒を循環させる向流式としたものであって、冷却効率の点では、向流式の方が好ましい。しかし、冷媒を十分に供給することができるならば、冷媒を被粉砕物の移動方向と並行する方向に循環させる並流式とすることができる。冷媒をロータ１６の下側から上側に向かって循環させる並流式とすると、冷媒貯留部４２の空気が抜けやすくなり、冷媒が確実に冷媒貯留部４２に充満するという利点がある。
【００４９】
以上の説明では、冷媒として冷却水を例示したが、常温の冷却水に限定されるものではなく、任意の冷却装置で冷却した冷却水とすることができ、あるいは、任意の冷却装置で冷却した不凍液とすることもできる。冷媒として不凍液を採用すると、冷媒を０℃以下の温度に冷却することができるので、より効率の高い冷却を行うことができる。
【００５０】
また、冷媒は、液状の冷媒に限られるものではなく、ガス状の冷媒、例えば冷却した乾燥空気とすることができる。そして、冷却した乾燥空気を冷媒として採用すると、冷媒貯留部４２から外部に漏洩しても格別の支障はないので、ロータユニット３０の相互の間および側板３２ａ，３２ｂとの間のシールを簡略化し、あるいは省略することができる。また、冷媒として、気化することによって冷却するアンモニア等の冷媒を採用することもできる。冷媒としてアンモニア等の冷媒を採用すると、漏洩しないようにシールを確実にしなければならないが、高い冷却効率を得ることができる。
【００５１】
本実施例の機械式粉砕装置では、このように構成されており、ロータ１６の内側に冷媒貯留部４２が形成されているので、ロータ１６を内側から冷却することができ、粉体濃度の高い粉砕処理を行い、あるいはロータ１６を高速回転することによって粉砕室２８が高温になり、被粉砕物が融着して粉砕不能になったり、熱によって品質が劣化したりすることを防止することができて、熱に弱い粉粒体原料を効率良く微粉砕することができ、生産性を向上させることができる機械式粉砕装置を提供するができる。さらに、冷却効率を向上させるためには、ケーシング１２内に被粉砕物と共に冷却用の低温空気（冷却空気）を供給し、この低温空気に乗せて、被粉砕物を原料供給口２０から供給するようにすることが好ましい。
【００５２】
図３および図５は本発明の第２の実施例および第３の実施例に係る機械式粉砕装置を示す断面模式図であり、図４および図６は、図３および図５の実施例におけるロータユニットの詳細を示すもので、図４および図６（ａ）は上半分のみを示した平面図、同（ｂ）は同（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。ここで、図４および図６は、図３および図５に示す機械式粉砕装置において、両端部（例えば、最上部）に配置されたロータユニットを描いたものである。
【００５３】
ここで、第２の実施例を示す図３および図４、第３の実施例を示す図５および図６では、説明の重複を避けるために、第１の実施例を示す図１および図２と共通の構造の部分には同じ符号を付して説明を省略し、構造の異なる部分のみを説明する。
【００５４】
図３および図４において、ロータ１６を構成するロータユニット３０には、冷媒貯留部４２の内側に、冷媒貯留部４２をロータユニット３０の外周部のみに限定するための冷媒遮蔽部として、隔壁５８が設けられている。この隔壁５８は、冷媒貯留部４２に貯留される冷媒の量を制限して、全体の重量を軽減すると共に高速回転するロータ１６の遠心力によって生じる冷媒貯留部４２の内圧を軽減するものである。
【００５５】
この実施例における冷媒遮蔽部は、リム４０の逃げ部として形成されるドーナツ状の空間を、隔壁５８で外側の冷媒貯留部４２ａ，４２ｂと、その内側の隔壁５８で隔てられた空間６０ａ，６０ｂとに分割するものであって、外側の冷媒貯留部４２ａ，４２ｂのみに冷媒を循環させるように構成されている。そして、この実施例の冷媒供給経路は、回転軸１４の冷媒の供給排出路２６から接続孔５４を介して供給され、ロータユニット３０の接続孔５６に連通する中継管６２（図４参照）によって隔壁５８の接続孔６４に接続されている。
【００５６】
さらに、隔壁５８の上面にＯリング溝５２を形成して、図示しないＯリングを装着することによって冷媒が空間６０ａ，６０ｂ側に漏洩することを防止する。このように構成することによって、中央のボス３６に穿孔された中心孔４４の外周部のＯリング溝は省略することができる。そして、このように構成することによって、内側の空間６０ａ，６０ｂに相当する量の冷媒の重量を軽減することができ、遠心力によって生じる冷媒貯留部４２の内圧も大幅に軽減することができる。
【００５７】
また、この実施例では、図３に示すように、ケーシング１２の外周部のライナ１８の位置に対応する部分には、外部冷媒循環路が設けられている。この外部冷媒循環路は、冷却用ジャケット６６内に冷媒を循環するものであって、被粉砕物の粉砕処理をするときに、この冷却用ジャケット６６内に冷媒を循環させて、ケーシング１２の外側からライナ１８を冷却しながら粉砕を行うものである。このように構成することによって、さらに粉砕室２８内の被粉砕物や空気を低温に保つことができる。
【００５８】
図５および図６に示す第３の実施例では、ロータ１６を構成するロータユニット３０の冷媒貯留部４２の内側に、冷媒遮蔽部として、軽量化された遮蔽物６８を配置したものである。この遮蔽物６８としては、プラスチック等の軽量な材質のものが好ましく、特に、発泡ポリエチレン等の発泡プラスチックで形成することが好ましい。発泡プラスチックは弾性を有しているので、冷媒貯留部４２ａ，４２ｂの厚さ（高さ）よりわずかに厚い発泡プラスチックのドーナツ状のリングを装着すると、ロータユニット３０を積層してロータ１６を形成するために固定ボルト３４で固定する際に、ロータユニット３０で押圧されて密着するので、特別のシールを必要としない利点がある。
【００５９】
そして、この実施例の冷媒供給経路は、回転軸１４の冷媒の供給排出路２６から接続孔５４を介して供給された冷媒を、遮蔽物６８に形成された接続溝７０で冷媒貯留部４２ａに連通することによって容易に形成することができる。この場合、遮蔽物６８が回転して接続孔５４が接続溝７０と連通しなくなることを防止するために、任意の固定手段、たとえばネジ止めや接着によってロータユニット３０と遮蔽物６８とを固定することが好ましい。
【００６０】
また、高速回転するロータ１６の遠心力によって遮蔽物６８が破損するおそれがあるときには、遮蔽物６８の外周に、十分な強度を有する金属性の帯状のリングを嵌着することによって破損を防止することができる。そして、この実施例では、冷媒貯留部４２に貯留される冷媒の量を制限して、全体の重量を軽減すると共に高速回転するロータ１６の遠心力によって生じる冷媒貯留部４２の内圧を軽減することができる。
【００６１】
次に、本発明の粉砕装置のもう１つの特徴部分であるロータ１６の外周面およびライナ１８の内周面の構造について詳細に説明する。ここで、図７は本発明の機械式粉砕装置のライナの１実施例を示す斜視図であり、図８はロータまたはライナの溝の傾斜角度を説明する展開図、図９はロータまたはライナの溝の詳細を説明する図であって、溝に直交する断面で示した断面図であり、（ａ）は空気流の渦を説明する模式図、（ｂ）および（ｃ）はライナの溝の詳細図、（ｄ）および（ｅ）はロータの溝の詳細図、（ｆ）はロータおよびライナの溝による粉砕作用を示す模式図、（ｇ）はロータの溝に生じる渦の例を示す模式図である。
【００６２】
本発明の粉砕装置１０では、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、これらの溝が被粉砕物の流れを妨げる方向に傾斜して配置されている。例えば、図７にライナ１８の例を示すように、その内周面に形成されたライナ１８の溝７２は、太い一点鎖線で示す回転軸１４の回転中心（回転軸１４の中心線）１４ａに対して、その包絡線のみが太い点線で示されているロータ１６の回転方向（矢印ｂで示す）の逆方向に傾斜して形成されている。
【００６３】
ここで、図７において、ライナ１８は、その６分の１を構成するライナユニット１８ａのみが示され、その他の部分は細い点線で包絡線のみが示されている。もちろん、ライナ１８を構成するライナユニットの数に制限はなく、ライナ１８を１個の円管状に構成してもよいことはいうまでもない。なお、本発明において、回転軸１４の方向とは、回転軸１４の回転中心１４ａに平行な方向であって、矢印ａで示す空気の流れの方向を意味し、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。また、矢印ａで示す空気の流れの方向は、粉砕時の実際の空気の流れの方向ではなく、ロータ１６が回転しないときに、原料供給口２０から製品排出口２２に向かって流れる空気の流れの方向を示している。
【００６４】
前述したように、本発明においては、ロータ１６の外周面の溝７４およびライナ１８の内周面の溝７２の少なくとも一方の溝は、被粉砕物（粉砕粒子）の流れを妨げる方向に傾斜している。図８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（粉砕室２８）を移動する被粉砕物の移動速度のベクトル（粉砕粒子の流れの速度ベクトル）は、ロータ１６の回転速度のベクトル（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（向き：方向ｃ、長さ：速度）で与えられる。
【００６５】
そこで、ライナ１８の内周面の溝７２は、粉砕粒子の流れの速度ベクトルの方向（図に矢印ｃで示す方向）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８において、溝７２は空気の流れの方向ａに対して傾斜するように設けられる。ここで、空気の流れの方向ａに対する溝７２の傾斜角度θは、溝７２が粉砕粒子の流れを妨げる方向に傾斜していれば特に制限はないが、被粉砕物の移動速度ベクトルｃにできるだけ直交する方向、すなわち、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。
【００６６】
ライナ１８の内周面における空気の流れの方向ａ（図８参照）に対して傾斜した溝（以下、傾斜溝という）７２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７２の方向と直交する断面での傾斜溝７２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９（ａ）に示すように、一辺がロータ１６のほぼ中心に向き、他辺がこの一辺と４５〜６０度の角度をなし、かつロータ１６の回転方向ｂに対して後側が低くなる三角形状とするのが好ましい。
【００６７】
ライナ１８の内周面にこのような傾斜溝７２を形成すると、ライナ１８の内周面に形成された傾斜溝７２が被粉砕物の流れを妨げる方向に傾斜しているので、粉砕室２８を構成するロータ１６とライナ１８との間の間隙（粉砕室２８）で粉砕される被粉砕物の粒子は、製品排出口２２からブロアなどによって吸引されて移動する空気の流れの方向ａに移動し難くなり、粉砕室２８の空間を広く保ったままであっても、粉砕室２８中に滞留する時間を長くとることができて、被粉砕物をより均一なサイズに微粉砕することができる。
【００６８】
図９（ｂ）および（ｃ）に、ライナ１８の傾斜溝７２と直交する断面におけるライナ１８の傾斜溝７２の断面形状の代表例を示す。図９（ｂ）および（ｃ）に示すように、ライナ１８の傾斜溝７２の断面形状は、ロータ１６の回転方向ｂに対する前側の面７２ａがロータ１６の中心方向、すなわち一点鎖線Ｃで示す方向に対して所定角度αだけ傾斜しており、回転方向ｂに対する後側の面７２ｂがロータ１６の中心方向Ｃに対して回転方向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、角度αおよびβは、回転方向ｂの方向に傾斜している角度を正（＋）の角度とし、回転方向ｂと逆方向に傾斜している角度を負（−）の角度とする。
【００６９】
ライナ１８の傾斜溝７２の傾斜角αおよびβは、傾斜角αが３０度〜７０度、傾斜角βが−３０度〜３０度（回転方向ｂと逆方向の傾斜角３０度から回転方向ｂと同じ方向の傾斜角３０度まで）の範囲内にあるのが好ましい。また、傾斜溝７２の底部７２ｃおよび隣接する傾斜溝７２との間の凸部（歯形の頂部）７２ｄの幅は、いずれも傾斜溝７２のピッチｐの１／２以下であることが好ましい。なお、傾斜溝７２の底部７２ｃは、図９（ｂ）および（ｃ）には直線部を形成するように描かれているが、底部７２ｃの直線部をなくして三角形の頂点となす（底部７２ｃの幅を０にする）か、図９（ａ）に示すように丸みを帯びた円弧状とすることがより好ましい。
【００７０】
ロータ１６の傾斜溝７４の傾斜角についても、ライナ１８の傾斜溝７２と同様に、図８に示すように、傾斜溝７４が空気の流れの方向ａに対して傾斜するように設けられている。そして、これ以外に傾斜角についての特別の制限はなく、好適な条件についてもライナ１８の傾斜溝７２と全く同様である。さらに、ロータ１６の傾斜溝７４の形状および寸法についても、ライナ１８の傾斜溝７２と同様に特に制限はなくどのような形状であってもよい。しかし、図９（ａ）に示すように、ロータ１６の中心に向う半径に対して、ロータ１６の回転方向ｂの後方側に向かって、一辺が５〜２５度、他辺が４５〜６０度の角度をなす三角形状とするのが好ましい。そして、このように構成することにより、ライナ１８の傾斜溝７２で述べた効果と同様の効果を得ることができる。
【００７１】
ロータ１６の傾斜溝７４の断面形状は、図９（ｄ）および（ｅ）にロータ１６の傾斜溝７４と直交する断面形状を示すように、回転方向ｂに対する傾斜溝７４の前側の面７４ａは、ロータ１６の中心方向、すなわち、一点鎖線Ｃで示す方向に対して、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だけ傾斜しており、回転方向ｂに対する後側の面７４ｂは、中心方向Ｃに対して回転方向ｂに所定角度δだけ傾斜している。
【００７２】
ロータ１６の傾斜溝７４の傾斜角γおよびδは、傾斜角γが−３０度〜７０度（回転方向ｂと逆方向の傾斜角３０度から回転方向ｂと同じ方向の傾斜角７０度まで）、傾斜角βが−７０度〜−３０度（回転方向ｂと逆方向の傾斜角で７０度から３０度まで）の範囲内にあるのが好ましい。また、傾斜溝７４の底部７４ｃおよび隣接する傾斜溝７４との間の凸部（歯形の頂部）７４ｄの幅は、いずれも傾斜溝７４のピッチｐの１／２以下であることが好ましい。なお、傾斜溝７４の底部７４ｃは、図９（ｄ）および（ｅ）には直線部を形成するように描かれているが、ライナ１８の傾斜溝７２と同様に、三角形の頂点となす（底部７４ｃの幅を０にする）か、図９（ａ）に示すように丸みを帯びた円弧状とすることがより好ましい。
【００７３】
この傾斜溝７２および７４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に形成されていればその効果が生じるが、両方の周面に形成することによってより大きな効果を得ることができる。ロータ１６の外周面に傾斜溝７４を形成する場合には、図１０に示すように、ロータ１６を構成する５個のロータユニット３０の隣合う接合面において、傾斜溝７４に位相のずれが生じることなく傾斜溝７４が滑らかに連続するように、回転軸１４に５個のロータユニット３０を位置決めするキー溝（図示せず）の位置を正確に位置合わせしておくことが好ましい。
【００７４】
次に、本発明の好ましい実施の態様として、傾斜溝７２および７４の断面形状を限定する理由について説明する。本発明の粉砕装置１０では、粉砕室２８における粉砕温度の過度な上昇や粉砕動力の上昇を防ぐものであり、そのためには、図９（ａ）に模式図として描かれているように、ロータ１６の回転によってライナ１８の傾斜溝７２およびロータ１６の傾斜溝７４の内部に発生する渦７２ｓおよび７４ｓの流れを過度に乱すことなく、かつ、傾斜溝７２および７４の内部に適切な強さの渦７２ｓおよび７４ｓを形成することが、粉砕性能向上のために必要である。ここで、渦７２ｓはロータ１６の回転により生じるライナ１８の傾斜溝７２の内部の流線のイメージを、渦７４ｓはロータ１６の傾斜溝７４の内部の流線のイメージを示している。
【００７５】
粉砕室２８に投入された被粉砕物の粒子は、図９（ｆ）に示すように、ロータ１６の傾斜溝７４の内側に生じる渦によって、ロータ１６の傾斜溝７４の内部に取り込まれ、後側の面７４ｂに衝突してライナ１８の方向にはじき飛ばされ、ライナ１８の前側の面７２ａに衝突して粉砕される。粉砕された粒子のうち、粗い粒子は重いので、ライナ１８の傾斜溝７２の内部の渦７２ｓの流れに乗れず、再び傾斜溝７２から粉砕室２８に放出され、同じように衝突を繰り返して粉砕作用を受ける。
【００７６】
一方、粉砕されて細かくなった粒子は、ライナ１８の傾斜溝７２またはロータ１６の傾斜溝７４の内側に発生する渦７２ｓ，７４ｓの流れに乗って傾斜溝７２および７４の内側に止まり、空気の流れａに乗って製品排出口２２に向かって移動すると共に、ロータ１６およびライナ１８の傾斜溝７２および７４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ってライナ１８の傾斜溝７２またはロータ１６の傾斜溝７４に衝突して、さらに粉砕されて所定の細かさまで粉砕される。このような粉砕の過程を考慮すると、好ましい溝の断面形状が次のように決められる。
【００７７】
ロータ１６の傾斜溝７４の後側の面７４ｂは、流れを過度に乱さず、排気温度の上昇を防止し、後側の面７４ｂ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３０〜７０度の範囲内とすることが好ましい。また、ライナ１８の傾斜溝７２の前側の面７２ａは、ロータ１６によりはじき飛ばされた被粉砕物の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３０〜７０度の範囲内とすることが好ましい。
【００７８】
ロータ１６の傾斜溝７４の内側の渦７４ｓおよびライナ１８の傾斜溝７２の内側の渦７２ｓは、空間が広く、適切な渦の大きさで安定していることが重要であり、傾斜溝７４の前側の面７４ａの傾斜角γおよび傾斜溝７２の後側の面７２ｂの傾斜角βの角度をそれぞれ−３０〜３０度の範囲内にすることで、溝７２および７４の空間を広くとることができる。
【００７９】
しかし、ロータ１６の傾斜溝７４の前側の面７４ａは、回転方向ｂとは逆方向の傾斜角γ（マイナスの傾斜角）を大きくとると、図９（ｇ）に示すように、主渦以外にも渦が発生してしまうので、傾斜溝７４から放出されるべき大きな粒子も傾斜溝７４の中に留まり、製品の中に粗大な粒子が混入してしまうことになる。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９（ａ）および図９（ｇ）に符号７２ｓ，７４ｓで示す渦である。
【００８０】
また、傾斜角γを回転方向ｂに大きくとると、傾斜溝７４の内側に生じた渦の一部が粉砕室２８を流れる主流の中に放出されるようになって主渦が不安定になったり、主流が傾斜溝７４の内側にまで入り込んで渦の大きさが小さくなったりすることが生じる。これらのことを考慮すると、傾斜角γは回転方向ｂに−３０〜３０度の範囲内、すなわち、回転方向ｂと逆方向に３０度から回転方向ｂと同じ方向に３０度までの範囲内とすることが好ましい。ライナ１８の傾斜溝７２の後側の面７２ｂの傾斜角βも同様な理由から、回転方向ｂに−３０〜３０度の範囲内、すなわち、回転方向ｂと逆方向に３０度から回転方向ｂと同じ方向に３０度までの範囲内とすることが好ましい。
【００８１】
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、傾斜溝７２，７４のピッチｐを小さくすると、傾斜溝７２，７４の数が多くなるので、傾斜溝７２，７４の前側と後側の面７２ａ，７２ｂ，７４ａ，７４ｂに粒子が衝突する確率が高くなり細かい粒度の製品を得るためには好ましい。しかし、傾斜溝７２，７４の深さには、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、溝のピッチ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生じる。
【００８２】
傾斜溝のピッチｐは、被粉砕物の種類、原料となる粒子の粒径、製品の必要とする粒度等に依存するが、本発明の粉砕装置１０の場合には、２ｍｍ〜１０ｍｍ程度とすることが好ましい。例えば、傾斜溝のピッチｐと原料粒子の粒径との間の関係を例に挙げて説明すれば、傾斜溝のピッチｐは、原料粒子の最大径に基づいて、下記の式（１）により規定される間隔とするのが好ましい。
【００８３】
ｐ＝ｋＤ＋１ ……（１）
ここで、ｐ：ロータ１６の溝およびライナ１８の溝の間隔（ｍｍ）
Ｄ：原料粒子の最大径（ｍｍ）
ｋ：係数
ロータ１６の傾斜溝７４およびライナ１８の傾斜溝７２の少なくとも一方、好ましくは両方のピッチｐを、この式（１）を満足する間隔とすることにより、被粉砕物である原料粒子の粉砕効率を向上させることができる。なお、ここで、上記係数ｋは、２〜３とすることが好ましい。
【００８４】
また、傾斜溝７２，７４の深さは、ピッチｐの１／５倍以上で３倍以下とすることが好ましい。このとき、傾斜溝のピッチｐおよび傾斜溝の深さは、ロータ１６の傾斜溝７４とライナ１８の傾斜溝７２とで同じにすることが好ましいが、両者の溝７２と７４との間で異なっていても格別の支障は生じない。
【００８５】
粉砕装置１０のケーシング１２の内部に供給された被粉砕物（原料粒子）は、ロータ１６とライナ１８との間の間隙によって形成される粉砕室２８を通過することによって粉砕されて、その粒径が次第に細かくなる。ここで、前述したように、被粉砕物の粒径に応じた最適な粉砕溝（傾斜溝７４，７２）の間隔（ピッチｐ）が存在するために、粉砕部の位置によって粉砕溝の間隔を変えることで粉砕効率を向上させることができる。
【００８６】
より具体的には、原料供給口２０側から製品排出口２２側へ向かうに従って、粉砕されて、被粉砕物の粒径が小さくなるので、段階的に粉砕溝の間隔を小さく設定するのが好ましい。なお、粉砕溝の間隔を段階的に小さく設定するのは、ロータ１６の傾斜溝７４およびライナ１８の傾斜溝７２のどちらか一方だけでもよいが、両方の傾斜溝７２，７４の間隔を段階的に小さく設定するのが最も好ましい。
【００８７】
また、粉砕効率は、ロータ１６の傾斜溝７４の間隔（ピッチ）とライナ１８の傾斜溝７２の間隔（ピッチ）との間にも依存関係が存在する。本発明者らの研究および実験の結果によれば、ロータ１６の傾斜溝７４の間隔に対するライナ１８の傾斜溝７２の間隔の比が１〜２の間とするのが最も粉砕効率を高くすることができるということが分かっている。例えば、ロータ１６の溝間隔を４ｍｍとしたときに、ライナ１８の溝間隔はその１〜２倍の範囲の４ｍｍ〜８ｍｍとするのが最も好ましい。
【００８８】
以上に説明したように、ロータ１６の外周面にこのような形状の傾斜溝７４を形成することによって、原料供給口２０から供給された被粉砕物の粒子が粉砕室２８を構成するロータ１６とライナ１８との間の間隙に入り、ロータ１６の傾斜溝７４に形成された凸部７４ｄ（図９（ｄ）および（ｅ）参照）に衝突して、被粉砕物の粒子が製品排出口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が長くなり、より微細な粉体に微粉砕することができる。
【００８９】
また、前述したように、被粉砕物の流れを妨げる方向に傾斜した傾斜溝は、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の周面のみに形成することができる。このようなときには、他方の周面に、回転軸１４に平行な溝を形成することもできる。さらに、いずれか一方の周面または両方の周面に、被粉砕物の流れを妨げる方向に傾斜した傾斜溝と逆方向に傾斜した溝との両方を形成して、図１１（ａ）に示すライナ１８の展開図および図１１（ｂ）に示すロータ１６の展開図のようにメッシュ状となった傾斜溝７６とすることもできる。ここで、この傾斜溝７６の傾斜角は、両方の傾斜角が回転軸１４に対して同一の傾斜角で交差するようにすることもでき、あるいは異なる傾斜角度で交差するようにすることもできる。さらに、ライナ１８の傾斜溝とロータ１６の傾斜溝とを異なった角度とすることもできる。
【００９０】
このように、メッシュ状となった傾斜溝７６を形成した場合には、逆の見方をすると、ロータ１６の外周面およびライナ１８の内周面には、菱形または正方形の断面形状をした複数の柱状突起物が所定の間隔で形成されていると考えることもできる。傾斜溝の形成方法については特に制限はなく、ロータ１６の外周面およびライナ１８の内周面を切削加工することによって傾斜溝を形成する方法や、鋳造等によって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る。そして、傾斜溝の表面には、必要に応じて耐摩耗処理をすることができる。
【００９１】
本発明においても、粉砕室２８となるロータ１６の外周面とライナ１８の内周面との間隙の寸法（幅）は、特に制限されるものではではなく、被粉砕物の種類や原料および製品の粒度分布などに応じて適宜選択することができる。しかし、本発明の粉砕装置１０においては、その特徴的な傾斜溝が存在するので、粉砕室２８の幅を従来より大きくすることができ、最大で３ｍｍ程度の幅に設定することができる。
【００９２】
また、本発明の粉砕装置１０では、空気吸引装置による吸引力とロータ１６との回転速度は、円滑な粉砕処理ができるように、粉砕される原料粒子（被粉砕物）の種類、粒度、処理量、ロータ１６およびライナ１８の寸法、形状、および傾斜溝の形状、寸法、ならびに、粉砕室２８となる間隙の幅などに応じて適宜選択して設定することが好ましい。例えば、ロータの直径が約２５０ｍｍ、軸方向の長さが約２５０ｍｍの粉砕装置では、空気吸引装置の風量が約４〜６ｍ³／ｍｉｎで、ロータ１６の回転速度は約６，０００〜１３，０００ｍｉｎ^-1とすることが適当である。
【００９３】
本発明の粉砕装置は、基本的に、以上のように構成されるものであるが、以下に、その動作および作用を図１および図７〜図１０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空気吸引装置（図示せず）の送風運転が開始される。これにより、原料供給口２０から流入される空気、好ましくは冷却用の低温空気は、ケーシング１２内を、図７に示すように、下方から上方に空気の流れ方向ａのように流れる。
【００９４】
また、駆動装置（図示せず）を駆動して回転軸１４を回転させ、ロータ１６を図７の矢印ｂの方向に回転させると共に、冷媒の供給装置（図示せず）によって回転軸１４の上部から冷媒を供給し、ロータ１６の内部に設けられた冷媒貯留部４２に冷媒を循環させる。ここで、図３に示すように、ケーシング１２の外部に冷却用ジャケット６６を備えている場合には、冷却用ジャケット６６内にも冷媒を循環させる。
【００９５】
次に、原料供給口２０から所定量の被粉砕物が連続的または断続的に供給される。原料供給口２０から供給された被粉砕物は、空気吸引装置（図示せず）によって空気流と共に吸引されて上昇し、粉砕室２８であるロータ１６とライナ１８との間の間隙に到達する。そして、傾斜溝７２，７４の前側の面や凸部への衝突を繰り返して粉砕され、あるいは凹部内に生じた渦流によって摩砕され、粒子の径が細かくなりながら徐々に上方に移動し、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。
【００９６】
この粉砕過程において、傾斜溝７２，７４は次のように作用する。すなわち、図８において、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、空気流に乗って粉砕室２８であるロータ１６とライナ１８との間隙に入った被粉砕物の粒子は、ロータ１６の回転方向ｂと空気流の方向ａとが合成されたｃ方向に移動することになる。この被粉砕物の粒子は、ライナ１８の傾斜溝７２やロータ１６の傾斜溝７４に直接衝突して破砕され、または傾斜溝７２，７４は衝突して逆方向にはじき飛ばされて粉砕され、あるいは傾斜溝７２や７４の内部に生じる渦流によって引き込まれることによって、所要のサイズの細かな粒子に粉砕される。
【００９７】
そして、これらの傾斜溝７２，７４が被粉砕物の流れを妨げる方向に傾斜しているので、被粉砕物の空気流の方向ａへの円滑な移動が妨げられ、粉砕室２８における滞留時間を長くすることができて、より細かな粒子に微粉砕することができる。このように傾斜溝７２や７４が粉砕室２８内の被粉体物の粒子の流れを妨げるように作用するため、粉砕室２８の幅を間隙が最大で３ｍｍ程度となる間隔まで広くできるので、粉砕室２８の容積を大きくとることができる。
【００９８】
これにより、処理量を多くした場合でも、粉体の濃度が過度に増大することなく、十分な粉砕時間を確保することができる。さらに、このように粉砕室２８の空間を大きく取ることによって、傾斜溝７２や７４によって生じる渦流に過度に激しい乱れや不規則な乱れが生じることが防止され、被粉体物の粒子を緩やかに粉砕することができるので、粉砕室２８における滞留時間を長くとるにもかかわらず、被粉体物の過粉砕を防止することもできる。
【００９９】
また、被粉砕物がロータ１６とライナ１８との間の間隙（粉砕室２８）を通過する際に、ロータ１６の外周面や粉砕室２８内の空気および被粉砕物が、ロータ１６の内部に設けられた冷媒貯留部４２を循環する冷媒によって冷却され、その温度を常に所定の温度以下に維持することができる。このため、本発明の粉砕装置１０では、熱に弱い被粉砕物であっても、被粉砕物が溶融して相互に融着し、あるいはロータ１６やライナ１８に融着して粉砕不能になったりすることはなく、被粉砕物が熱によって劣化することもない。いい換えると、被粉砕物の許容温度の範囲内で、従来よりも被粉砕物の供給量を増やしたり、ロータ１６の回転数を上昇させることができるので、粉砕効率すなわち生産性を向上させることができるという効果が得られる。
【０１００】
なお、この冷却効果は、粉砕装置１０内に供給する空気として低温空気を使用して、被粉砕物を低温空気と共にケーシング１２内に導入したり、冷却用ジャケット６６を設けて、その内部に冷媒を循環させることによって、さらに効果を上げることができる。特に、冷却用ジャケット６６内に冷媒を循環させながら粉砕することによって、ロータ１６の冷媒貯留部４２を循環する冷媒による冷却効果に加えて、ライナ１８の外部に設けられた冷却用ジャケット６６を循環する冷媒によっても冷却されるので、その相乗効果によって冷却効果を飛躍的に向上させることができる。
【０１０１】
【実施例】
本発明の機械式粉砕装置を用いて被粉砕物を粉砕する際の粉砕効率を調査するために、以下に説明するような試験をおこなった。ここで、実施例１〜５および比較例１〜３の試験では、冷却装置を使用せずに被粉砕物の粉砕処理を行うことによって、傾斜溝の間隔（ピッチ）に適正な関係があることを確認するためのものである。なお、粉砕室２８の温度のパラメータとして排気温度を採用した。
【０１０２】
〔実施例１〕
図１に示す構造の粉砕装置１０を用い、平均径５００μｍのスチレンアクリル樹脂を主成分とする１成分系トナーを被粉砕物として、下記の条件で粉砕を行った。
粉砕装置１０は、外径１５０ｍｍのロータ１６の外周面に菱形の断面形状をした高さ２ｍｍの柱状突起物が回転方向に４ｍｍの間隔で配置されており、ライナ１８の内周面に母線と平行なおおむね三角形の断面を有する溝を所定の間隔で形成し、ロータ１６とライナ１８との間の粉砕室２８の幅を１．５ｍｍとした。
この粉砕装置１０を、ロータ１６の回転数１４，０００ｍｉｎ^-1、吸引ブロアの風量を１．５ｍ³／ｍｉｎで運転し、原料トナーの供給量を５ｋｇ／ｈとして粉砕処理を行った。
【０１０３】
こうして得られた粉砕製品の平均粒径（５０％径）を測定し、ロータ１６の溝の間隔に対するライナ１８の溝の間隔比（ライナ１８の溝間隔／ロータ１６の突起物の配置間隔）と平均粒径（５０％径）との関係をプロットした結果を図１２のグラフに示す。
この実施例のように、ロータ１６の外周面の柱状突起物が回転方向に４ｍｍの間隔で配置されている場合には、このグラフに示すように、ロータ１６とライナ１８との溝の間隔比が１〜２のとき、すなわち、ライナ１８の溝間隔が４ｍｍ〜８ｍｍであるときが最も粉砕効果が高くなるということが明らかになった。
【０１０４】
〔実施例２，３および比較例１，２〕
図１に示す構造の粉砕装置１０を用い、最大径２ｍｍ（平均径５００μｍ）および最大径０．０８ｍｍ（平均径２０μｍ）のスチレンアクリル樹脂を主成分とする１成分系トナーを被粉砕物として、原料トナーの供給量を３ｋｇ／ｈとしたこと以外は実施例１と同じ条件で粉砕処理を行った。
前述の式（１）で規定される間隔の溝を備えたライナ１８を用いた場合の結果（粉砕物の５０％径）を、表１に示す。
【０１０５】

【表１】

【０１０６】
なお、表１には、比較のために、式（１）で規定される範囲外の溝間隔を有するライナ１８を用いた場合の結果も併せて示してある。
表１から明らかなように、被粉砕物の粒径に応じた最適な溝の間隔が存在し、原料の最大粒径に応じた溝間隔を選択することで粉砕効率を向上させることができるということが明らかになった。
【０１０７】
〔実施例４，５および比較例３〕
図１に示す構造の粉砕装置１０を用い、平均径５００μｍのスチレンアクリル樹脂を主成分とする１成分系トナーを被粉砕物として、ライナ１８を高さ方向に２分割して、原料供給口２０側のライナと製品排出口２２側のライナとに分割されたライナ１８を用いたこと以外は、実施例２，３と同じ条件で粉砕処理を行った。
ライナ１８の溝の間隔を、原料供給口２０側のライナと製品排出口２２側のライナとで変えて試験した結果を、表２に示す。
【０１０８】
【表２】

【０１０９】
なお、比較のために、上下のライナ１８の溝の間隔が同一のものを用いて試験した結果も、表２に併せて示してある。
表２から、被粉砕物の粒径に応じた最適な溝の間隔が存在することは明らかであり、粉砕部において、溝の間隔を変えることによって粉砕効率を向上させることができるということが明らかになった。
【０１１０】
次に、本発明の提案する冷却装置（冷媒循環路）を使用することによる粉砕効率を調べるために、以下の実施例６，７および比較例４では、冷却装置を使用して被粉砕物の粉砕処理を行った。
【０１１１】
〔実施例６〕
図１に示す構造の粉砕装置１０を用いて、ロータ１６径が１５０ｍｍ、ロータ１６とライナ１８との間の粉砕室２８の幅が１．５ｍｍとして、スチレンアクリル系トナーの粉砕試験を行った。
ロータ１６の回転数は１４，０００ｍｉｎ^-1であり、２ｍｍのメッシュを通過させた後の原料トナーをスクリューフィーダで供給した。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アを接続し、５℃の冷却空気を風量１．５ｍ³／ｍｉｎで吸引しながら運転した。また、５℃の冷却水を、ロータ１６の内部に設けられた冷媒貯留部４２および冷却ジャケット６６にそれぞれ２ｌ／ｍｉｎで流して運転した。
粉砕原料の供給速度が２．８ｋｇ／ｈのとき、粉砕製品の平均径は９μｍであり、排気温度は５５℃であった。また、試験に用いた全装置の単位重量当りの粉体を処理するのに必要な消費電力は１．２ｋＷｈ／ｋｇであった。
【０１１２】
〔比較例４〕
比較のため、同じ粉砕装置１０で、ロータ１６の内部の冷媒貯留部４２に冷却水を流さず、冷却用ジャケット６６のみに５℃の冷却水を２１／ｍｉｎで流し、また、５℃の冷却空気を１．５ｍ³／ｍｉｎで吸引しながら運転した。
また、粉砕された粉砕製品の平均径が９μｍで、排気温度が５５℃となるように、ロータ１６の回転数と原料トナーの供給量を調整したところ、ロータ１６の回転数が１３，０００ｍｉｎ^-1、原料の供給速度が１．２ｋｇ／ｈで、消費電力は３ｋＷｈ／ｋｇとなった。
【０１１３】
以上のことから、実施例６では、比較例４に比べて２．３倍に処理能力が向上し、消費電力が６０％削減されており、冷却用ジャケット６６のみを使用するよりも、ロータ１６の内部の冷媒貯留部４２に冷却水を循環させる方が冷却効果がはるかに大きく、これにより生産性を極めて改善することができる。
【０１１４】
〔実施例７〕
実施例６と同一の粉砕装置１０を用いて、−１０℃の冷却水（凍結防止のために不凍液を混合）を、ロータ１６の内部の冷媒貯留部４２および冷却ジャケット６６にそれぞれ１．５ｌ／ｍｉｎで流したこと以外は、実施例６と同じ条件でポリエステル系トナーの粉砕処理を行った。
その結果、被粉砕物である原料トナーの供給量が２．５ｋｇ／ｈの時、粉砕製品の平均径は９．５μｍで、排気温度は４５℃であった。また、試験に用いた全装置の単位重量当りの粉体を処理するのに必要な消費電力は２．４ｋＷｈ／ｋｇであった。
【０１１５】
〔比較例５〕
比較のため、実施例６と同一の粉砕装置１０を用い、ロータ１６の内部の冷媒貯留部４２には冷却水を流さず、冷却用ジャケット６６のみに−１０℃の冷却水（凍結防止のために不凍液を混合）を１．５ｌ／ｍｉｎで流し、実施例６よりも低い−１０℃の冷却空気を１．５ｍ³／ｍｉｎで吸引しながら運転したこと以外は、実施例６と同じ条件でポリエステル系トナーの粉砕処理を行った。
【０１１６】
粉砕された粉砕製品の平均径が９．５μｍ、排気温度が４５℃となるように、ロータ１６の回転数と被粉砕物の供給量を調整したところ、ロータ１６の回転数が１３，０００ｍｉｎ^-1、粉砕原料の供給速度は０．６ｋｇ／ｈとなり、消費電力は４．５ｋＷｈ／ｋｇとなった。
比較例５は、実施例７よりも大幅に冷却空気の温度を低くしたにも関わらず、実施例７は、比較例５に比べて４．２倍に処理能力が向上し、消費電力が４７％削減されている。すなわち、冷却空気の温度を下げるよりも、ロータ１６の内部の冷媒貯留部４２に冷却水を循環させる方が冷却効果ははるかに大きく、これにより生産性が極めて改善されたということができる。
【０１１７】
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、本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、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ことはもちろんである。例えば、本発明の機械式粉砕装置は縦型の機械式粉砕装置であるが、回転軸を水平に配置した横型の機械式粉砕装置としてもよい。また、同様な基本的な構成要素を備え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、同様の機能を果す公知技術の別の構造の構成要素を用いても同様に実現可能である。
【０１１８】
【発明の効果】
以上に詳述したように、本発明の機械式粉砕装置は、ロータの溝およびライナの溝のうちの少なくとも一方は被粉砕物の流れを妨げる方向に傾斜しており、ロータの内部に、回転軸の内部に形成された通路を介して供給され、ロータの内部に冷媒を循環してロータを冷却する冷媒循環路が形成されているので、本発明の機械式粉砕装置によれば、傾斜した溝によって、粗大粒子の発生を防止すると共に、過粉砕も防止でき、粒度分布の幅の狭い高品質な粉砕製品を得ることができるという効果が得られる。
【０１１９】
また、この溝の形状によって、粉砕室の容積を比較的大きくできるため、処理量を増加して粉砕効率を向上させることができる。さらに、ロータの内部に冷媒を循環することによって極めて高い冷却効果を得ることができ、粉砕時に、被粉砕物が溶融して相互に融着し、あるいはロータやライナに融着して粉砕不能になることや、被粉砕物が熱によって劣化したりすることが防止され、熱に弱い粉粒体原料を効率よく微粉砕することができるので、生産性を飛躍的に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例に係る機械式粉砕装置の断面模式図である。
【図２】ロータユニットの詳細を示すもので、（ａ）は上半分のみを示した平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】本発明の第２の実施例に係る機械式粉砕装置の断面模式図である。
【図４】図３の実施例におけるロータユニットの詳細を示すもので、（ａ）は上半分のみを示した平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】本発明の第３の実施例に係る機械式粉砕装置の断面模式図である。
【図６】図５の実施例におけるロータユニットの詳細を示すもので、（ａ）は上半分のみを示した平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図７】本発明の一実施例に係るライナを示す斜視図である。
【図８】ロータまたはライナの溝の傾斜角度を説明する展開図である。
【図９】ロータまたはライナの溝の詳細を説明する溝に直交する断面で示した断面図であって、（ａ）は空気流の渦を説明する模式図、（ｂ）および（ｃ）はライナの溝の詳細図、（ｄ）および（ｅ）ロータの溝の詳細図、（ｆ）はロータおよびライナの溝による粉砕作用を示す模式図、（ｇ）はロータの溝に生じる渦の例を示す模式図である。
【図１０】本発明のロータの１実施例を示す斜視図である。
【図１１】メッシュ状に形成した傾斜溝を示す展開図であって、（ａ）はライナの展開図であり、（ｂ）はロータの展開図である。
【図１２】ロータの溝の間隔に対するライナの溝の間隔比（ライナの溝間隔／ロータの突起物の配置間隔）と平均粒径（５０％径）との関係をプロットしたグラフである。
【符号の説明】
１０粉砕装置
１２ケーシング
１４回転軸
１６ロータ
１８ライナ
１８ａライナユニット
２０原料供給口
２２製品排出口
２４ａ，２４ｂ軸受
２６冷媒の供給排出路
２８粉砕室
３０ロータユニット
３２ａ，３２ｂ側板
３４固定ボルト
３６ボス
３８ロータ部
４０リム
４２，４２ａ，４２ｂ冷媒貯留部
４４中心孔
４６ａ，４６ｂフランジ
４８ボルト孔
５０連通孔
５２Ｏリング溝
５４，５６接続孔
５８隔壁
６０ａ，６０ｂ空間
６２中継管
６４接続孔
６６冷却用ジャケット
６８遮蔽物
７０接続溝
７２ライナの溝
７４ロータの溝
７６傾斜溝

Claims

回転可能に支持され、外周面に複数個の溝が形成されたロータと、このロータの外側に前記ロータの外周面と所望の間隙を設けて配置され、その内周面に複数個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、
前記ロータの溝および前記ライナの溝のうちの少なくとも一方は、被粉砕物の流れを妨げる方向に傾斜しており、
前記ロータは、回転軸と、この回転軸に積層して嵌装されたほぼ同じ形状の複数個のロータユニットと、この複数個のロータユニットの両端部に配置され、積層された前記複数個のロータユニットの両端面を覆う２個の側板と、前記複数個のロータユニットと２個の側板とを一体的に固定する固定ボルトとを備え、
前記複数個のロータユニットには、それぞれ、外周部に沿って、前記内側冷媒循環路を構成する冷媒貯留部と、この冷媒貯留部を相互に連通する連通孔とが形成されており、前記回転軸に一体的に固定されていることを特徴とする機械式粉砕装置。
前記冷媒貯留部を相互に連通する前記連通孔が、前記ロータユニットの外周部に沿って複数個設けられていることを特徴とする請求項１に記載の機械式粉砕装置。
前記ロータユニットの前記冷媒貯留部の内側には、前記冷媒貯留部を前記ロータユニットの外周部のみに限定するための冷媒遮蔽部が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の機械式粉砕装置。
前記ロータユニットに形成された前記冷媒遮蔽部が、前記冷媒貯留部と隔壁で隔てられた空間であることを特徴とする請求項３に記載の機械式粉砕装置。
前記ロータユニットに形成された前記冷媒遮蔽部が、前記冷媒貯留部の内側に配置された軽量化された遮蔽物であることを特徴とする請求項３に記載の機械式粉砕装置。
前記軽量化された遮蔽物が、発泡プラスチックで形成されていることを特徴とする請求項５に記載の機械式粉砕装置。