JP4732794B2 - 粉砕装置及び粉砕方法 - Google Patents

Description

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、特に流動層式の粉砕装置および粉砕方法に関する。

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。係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。

図３を用いて、従来の流動層式粉砕装置の構成並びにその動作について説明する。
図３は、流動層式粉砕装置の断面図であり、この図３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。そして、従来の流動層式粉砕装置は、粉砕ノズル５が、図１に示すように１つのノズル口を備えている。

図３に示す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して連続粉砕を行う。

このように、従来の流動層式粉砕装置では、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では、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。

本発明に関する従来知られた粉砕効率を向上させるための装置として、装置底板上に堆積した粉体材料の上面をノズルの気流噴出位置に保持するように、底板を上下動させる底板位置調整装置を設置し、所望粒径の粉砕物を効率よく得ることが知られている（例えば、特許文献１参照）。

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、装置底板上に堆積した粉体材料の上面をノズルの気流噴出位置に保持はできるものの、従来の流動層式粉砕装置と比較して所望粒径の粉砕物を効率よく得ることは困難であると考えられる。なぜなら、従来の流動層式粉砕装置においては、装置底板上に堆積した粉体材料の上面を保持する方法として、装置底板上に堆積した粉体材料の重量を計測し、一定重量に保つことで粉体材料の上面を保持する方法が公知の技術であり、特許文献１に開示されている流動層式粉砕装置では粉体材料が受ける粉砕作用は、従来の流動層式粉砕装置と変わらないため、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。

また、別の粉砕効率を向上させるための装置として、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（例えば、特許文献２参照）。

しかしながら、特許文献２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、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２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３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。

また、別の粉砕効率を向上させるための装置として、一次衝突した圧縮空気及び粉体材料が二次衝突するような二次衝突部材を設置し、粉砕確立を増加させることで、所望粒径の粉砕物を効率よく得ることが知られている（例えば、特許文献３参照）。

特許文献３では、粉砕確立が増加し、粉砕効率を上げることはできるが、一次衝突する時の複数の粉砕ノズルから噴射される圧縮空気の気流速度および速度幅を増加させることができればさらに効果は増大する。

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。
特開平１１−２２６４４３号公報 特開２０００−００５６２１号公報 特開２００４−１６０３７１号公報

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。

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。
請求項１に記載の粉砕装置の発明は、少なくとも、複数の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、前記粉砕室上部に前記粉砕室から流入する粉体材料を微粉と粗粉とに遠心分級するための回転ロータとを有する粉砕装置において、前記粉砕ノズルは、該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設けられた複数のノズル口を有し、前記複数のノズル口は、前記粉砕ノズルの垂直方向に複数設けられたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、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を設けたことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２において、前記二次衝突手段が、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又は下方の少なくとも一方に設けられた衝突部材に、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手段であることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、前記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であることを特徴とする請求項２または３記載の粉砕装置である。

請求項５に記載の発明は、前記衝突手段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真上又は真下の少なくとも一方に位置するように、二次衝突部材を設けることを特徴とする請求項３又は４に記載の粉砕装置である。

請求項６に記載の発明は、前記衝突手段の高さが調節可能であることを特徴とする請求項２から５のいずれか１項に記載の粉砕装置である。

請求項７に記載の発明は、前記二次衝突手段が着脱可能であることを特徴とする請求項２から６のいずれか１項に記載の粉砕装置である。

請求項８に記載の発明は、前記二次衝突手段が耐摩耗処理を施されていることを特徴とする請求項２から７のいずれか１項に記載の粉砕装置である。

請求項９に記載の発明は、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請求項１、３または５のいずれか１項に記載の粉砕装置である。

請求項１０に記載の発明は、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請求項１、３、５または９のいずれかに記載の粉砕装置である。

請求項１１に記載の発明は、前記粉砕ノズルのノズル口の方向が、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、３、５、９または１０のいずれかに記載の粉砕装置である。

請求項１２に記載の発明は、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、複数の前記粉砕ノズルのノズル口を垂直方向に複数設け、該ノズル口より噴射した圧縮空気によって粉体材料を粉砕することを特徴とする粉砕方法である。

請求項１３に記載の発明は、前記一次衝突した圧縮空気及び粉体材料を二次衝突させることにより粉体材料を粉砕することを特徴とする請求項１２に記載の粉砕方法である。

請求項１４に記載の発明は、前記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又は下方の少なくとも一方に、一次衝突した圧縮空気及び粉体材料を二次衝突させることを特徴とする請求項１２または１３に記載の粉砕方法である。

請求項１５に記載の発明は、前記二次衝突部材が円筒と円錐からなり、前記円錐の底面が前記円筒の底面に接するように設けられたことを特徴とする請求項１３または１４に記載の粉砕方法である。

請求項１６に記載の発明は、前記一次衝突した圧縮空気及び粉体材料を二次衝突させる二次衝突部材の位置を、前記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真上又は真下の少なくとも一方にあるようにして二次衝突させることを特徴とする請求項１３から１５のいずれか１項に記載の粉砕方法である。

請求項１７に記載の発明は、前記二次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１３から１６のいずれか１項に記載の粉砕方法である。

請求項１８に記載の発明は、複数の前記粉砕ノズルの各々の出口方向が、水平方向に対して２０°以内を向くように設定して、前記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１３から１６のいずれかに記載の粉砕方法である。

請求項１９に記載の発明は、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の範囲に設定することを特徴とする請求項１２、１４または１８のいずれか１項に記載の粉砕方法である。

請求項２０に記載の発明は、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を特徴とする請求項１２に記載の粉砕方法である。

請求項２１に記載の発明は、前記ロータの回転周速度を、２０〜７０ｍ／ｓの範囲にすることを特徴とする請求項２０に記載の粉砕方法である。

本発明の粉砕装置は、少なくとも複数の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、該粉砕室上部に、粉砕室から流入する粉体材料を微粉と粗粉とに遠心分級するための回転ロータとを有する粉砕装置において、前記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、該各粉砕ノズルは、複数のノズル口を持ち、該各ノズル口は互いに垂直方向に複数設けられたことを特徴とする粉砕装置により、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可能になる。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。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。

本発明の粉砕装置の好ましい一例を図２に示す。尚、図２は本発明の粉砕装置に使用されるノズルの一例を示す構成図である。但し、図２は本発明を限定するものではなく、ノズル口６の数に制限はないが２〜３つが好ましい。ノズル口６の数が多すぎるとノズル口６から噴射された気流速度分布幅が広くなりすぎ、気流が上部に導かれやすくなるため、一次衝突時の粉体粒子速度が減少し、粉砕効率がかえって低下することがある。また、ノズル口６は粉砕室４下部の粉体材料を粉砕室４上部に導くスペースおよび流れを妨げないという理由から垂直方向に配置することが好ましい。

本発明の粉砕装置は、図３に示す態様の粉砕装置において、粉砕ノズル５のノズル口を図２に示すように複数備えている。そして、この粉砕ノズル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、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。

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、内径が、１００〜１０００ｍｍの範囲にあり、高さが３００〜３０００ｍｍの範囲にあることが好ましく、内径３００〜９００ｍｍの範囲にあり、高さ７００〜２７００ｍｍの範囲にあることがより好ましく、内径５００〜８００ｍｍの範囲にあり、高さ１０００〜２５００ｍｍの範囲にあることが更に好ましい。

本発明の粉砕装置は、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。

粉砕ノズル５の数に制限はないが、２〜８個の範囲の粉砕ノズルを用いることが好ましく、２〜６個の範囲の粉砕ノズルを用いることがより好ましく、３〜４個の範囲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。

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。
図９に粉砕ノズル５を３個、配置した平面図を示す。

粉砕ノズル５の出口方向は、水平方向を基準にして（水平方向に対して）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。

本発明の粉砕装置においては、前記粉砕室４において、複数の粉砕ノズル５のノズル口６が垂直方向に複数設けられている。ノズル口６を垂直方向に複数設けることにより、前記複数の粉砕ノズルから噴射される気流速度を増加させることができる。さらに気流速度の速度幅を広くすることができ、粉体材料を効率良く加速および衝突させることができ、粉砕室での粉砕効率を向上させることができる。

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。係る二次衝突手段により、前記一次衝突させた粉体材料をさらに衝突させると、粉砕確率がさらに増加するため、粉砕室での粉砕効率を格段に向上させることができる。

図４〜６に示すように、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１４の上方又は下方の少なくとも一方に二次衝突手段である衝突部材を設け、このように設けられた衝突部材に、一次衝突した圧縮空気及び粉体材料が二次衝突するように衝突部材を配置して設けた手段であることが好ましい。係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。

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１４は、具体的には、粉砕ノズル５の中心線１４どうしが交わる位置によって定められる。

上記衝突部材は、図４に示すように、一次衝突する位置１４の下方に設けてもよく、図５に示すように、一次衝突する位置１４の上方に設けてもよく、図６に示すように、一次衝突する位置１４の上方と下方の双方に設けてもよい。
以下、下方に設けた二次衝突部材を第一衝突部材７といい、上方に設けた二次衝突部材を第二衝突部材８という。

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。係る観点から、該二次衝突部材は、図７、図８に示すように、円筒部１８と円錐部１６とから構成され、該円錐部１６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、該円錐部１６の頂点が一次衝突する位置１４を向くように設けられていることが好ましい。

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の範囲が好ましい。また、二次衝突部材を構成する円筒の半径は、２〜２００ｍｍの範囲が好ましく、高さは５〜２００ｍｍの範囲が好ましい。

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。この高さを調整する方法としては、例えば、図７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８に示すように、分割可能に構成してボルト１０で固定したりすることが挙げられる。但し、本発明は、二次衝突部材の高さを調節する方法として、このような方法に限定されるものではない。

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のほぼ中央位置に、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１４を基準としてノズル出口径以上離れた位置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１４の１０〜５００ｍｍ真上又は真下の少なくとも一方に位置するように、二次衝突部材を設けることが好ましく、１０〜３００ｍｍ真上又は真下の少なくとも一方に設けることがより好ましく、１０〜２００ｍｍ真上又は真下の少なくとも一方に位置するように設けることが、さらに好ましい。

次に、本発明の粉砕方法に図面に基づいて説明する。本発明の粉砕方法は、例えば前述した図３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。

本発明に係る粉砕方法は、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、複数の粉砕ノズルを構成するノズル口が垂直方向に複数設けられている。

また、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。該ノズル口を垂直方向に複数設けると粉砕ノズルから噴射される気流速度を増加させることができ、気流速度の速度幅を広くすることができる。さらに、垂直方向に複数設けることで水平方向に速度幅が広がることを防いでいるため、粉砕室下部の粉体材料が装置上部へ導かれやすくなり、粉体材料を効率良く加速および衝突させることができ、粉砕室での粉砕効率を向上させることができる。
また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。

本発明の粉砕方法においては、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。

本発明における複数のノズル口は、図２に示すように、複数の粉砕ノズルから噴射されるノズル口が垂直方向に複数設けてあり、噴射される気流速度が増加し速度幅が広がることが好ましい。従来のノズルでは図１に示すように粉砕ノズルのノズル口は一つである場合が一般的であり、噴射された気流速度は一定の速度および速度幅を持ってノズル前方に向かって広がっている。かかるノズル口６が垂直方向に複数設けられていると、ノズル口が一つの場合に比べて噴射された気流速度は増加し、さらに速度幅も広げることができ、さらに、垂直方向に複数設けることで水平方向に速度幅が広がることを防いでいる。このため、粉砕室下部の粉体材料が装置上部へ導かれやすくなり、粉体材料を効率良く加速および衝突させることができ、粉砕室での粉砕効率を向上させることができる。

本発明における上記二次衝突手段は、図４〜６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１４の上方及び／又は下方に設けられた衝突部材７、８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。
係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。

上記衝突部材は、図４に示すように、一次衝突する位置１４の下方に設けてもよく（第一衝突部材７）、図５に示すように、一次衝突する位置１４の上方に設けてもよく（第二衝突部材８）、図６に示すように、一次衝突する位置１４の上方と下方の双方に設けてもよい。

本発明の粉砕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。係る観点から、該二次衝突部材は、図７、図８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１４を向くように設けることが好ましい。

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。

本発明に係る方法において、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１４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１４の１０〜５００ｍｍ真上及び／又は真下の少なくとも一方に位置するように、二次衝突部材を設けることが好ましく、１０〜３００ｍｍ真上及び／又は真下方に設けることがより好ましく、１０〜２００ｍｍ真上及び／又は真下方に位置するように設けることが好ましい。

本発明の粉砕方法においては、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。

本発明の粉砕方法においては、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くる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。

本発明の粉砕方法においては、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４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。

二次衝突させた粉体材料を回転するロータ３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。

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くる割合が多くなるという過粉砕状態になる虞がある。

次に、本発明の実施例を詳細に説明する。
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３に示す態様の粉砕装置を用いて粉砕を行った。

図２および図３に示す態様の、粉砕室内径２５０ｍｍ、粉砕装置高さ約７００ｍｍ、３個の粉砕ノズル５が粉砕室４の壁に沿って、等間隔（当角度）で、粉砕ノズルの出口方向が、水平方向を基準にして０°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１４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。
粉砕ノズルのノズル口６を垂直方向に二つ設置し、そのノズル口の口径は６．０ｍｍとした。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３５ｍ／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６．６μｍ（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％）１．０％以下であり、粉砕処理量は６．８Ｋｇ／ｈｒであった。

実施例１と同様の粉砕装置を用い、図４に示すように、第一次衝突部材７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１４）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３５ｍ／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６．６μｍ（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％）５５％、１６μｍ以上の粗粉含有率（重量％）１．０％以下であり、粉砕処理量は７．２Ｋｇ／ｈｒであった。

実施例１と同様の粉砕装置を用い、図５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真上に第二衝突部材８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３５ｍ／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％）５６％、１６μｍ以上の粗粉含有率（重量％）１．０％以下であり、粉砕処理量は７．２Ｋｇ／ｈｒであった。

実施例１と同様の粉砕装置を用い、図６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真下に第一次衝突部材７を設置し、６０ｍｍ真上上に第二次衝突部材８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３５ｍ／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％）５８％、１６μｍ以上の粗粉含有率（重量％）１．０％以下であり、粉砕処理量は７．６Ｋｇ／ｈｒであった。

第一衝突部材７を脱着可能とした以外は、実施例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、実施例１に比べ約１０％の短縮が可能となった。

第二衝突部材８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。

チタンによりライニング処理を施した第一衝突部材７を設置した以外は、実施例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。

チタンによりライニング処理を施した第二衝突部材８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。

［比較例］
ノズル口６を複数にしない以外は、実施例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３５ｍ／ｓに設定し、実施例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％）５６％、１６μｍ以上の粗粉含有率（重量％）１．０％以下であり、粉砕処理量は６．０Ｋｇ／ｈｒであった。

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。
本発明においては、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。

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及び／又は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。

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。
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。
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。

従来の粉砕装置の粉砕ノズルの一例を示す斜視図である。 本発明の粉砕装置の粉砕ノズルの一例を示す斜視図である。 本発明の粉砕装置の一例を示す概略構成図である。 本発明の装置の粉体材料一次衝突位置と下部二次衝突部材の断面図である。 本発明の粉砕装置の上部二次衝突部材を示す断面図である。 本発明の粉砕装置の上下の二次衝突部材を示す断面図である。 本発明の粉砕装置の二次衝突部材の一例を示す部分断面図である。 本発明の粉砕装置の二次衝突部材の固定方法を示す断面図である。 本発明の粉砕装置のノズル設置した一例を示す平面図である。 従来の粉砕装置の一例を示す概略断面図である。 従来の粉砕装置のロータの設置を示す平面構成図である。

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 ノズル口
７ 第一衝突部材
８ 第二衝突部材
９ 第一衝突部材脱着機構
１０ 第二衝突部材脱着機構
１１ 第一衝突板位置調節機構
１２ 第二衝突板位置調節機構
１３ ノズル中心線
１４ 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
１５ 二次衝突板円錐底面半径
１６ 二次衝突板円錐高さ
１７ 二次衝突板円筒半径
１８ 二次衝突板高さ

Claims (21)

1. 少なくとも、複数の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、前記粉砕室上部に前記粉砕室から流入する粉体材料を微粉と粗粉とに遠心分級するための回転ロータとを有する粉砕装置において、
   前記複数の粉砕ノズルは、いずれも該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設けられた複数のノズル口を有し、
   前記複数のノズル口は、前記複数の粉砕ノズルの垂直方向のみに２〜３つ設けられたことを特徴とする粉砕装置。
2. 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を設けたことを特徴とする請求項１に記載の粉砕装置。
3. 前記二次衝突手段が、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又は下方の少なくとも一方に設けられた衝突部材に、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手段であることを特徴とする請求項２に記載の粉砕装置。
4. 前記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であることを特徴とする請求項２または３記載の粉砕装置。
5. 前記衝突手段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真上又は真下の少なくとも一方に位置するように、二次衝突部材を設けることを特徴とする請求項３又は４に記載の粉砕装置。
6. 前記衝突手段の高さが調節可能であることを特徴とする請求項２から５のいずれか１項に記載の粉砕装置。
7. 前記二次衝突手段が着脱可能であることを特徴とする請求項２から６のいずれか１項に記載の粉砕装置。
8. 前記二次衝突手段が耐摩耗処理を施されていることを特徴とする請求項２から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２〜８個設けられていることを特徴とする請求項１、３または５に記載の粉砕装置。
10. 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請求項１、３、５または９に記載の粉砕装置。
11. 前記粉砕ノズルのノズル口の方向が、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、３、５、９または１０に記載の粉砕装置。
12. 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、
    複数の前記粉砕ノズルのノズル口を垂直方向のみに２〜３つ設け、該ノズル口より噴射した圧縮空気によって粉体材料を粉砕することを特徴とする粉砕方法。
13. 前記一次衝突した圧縮空気及び粉体材料を二次衝突させることにより粉体材料を粉砕することを特徴とする請求項１２に記載の粉砕方法。
14. 前記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又は下方の少なくとも一方に、一次衝突した圧縮空気及び粉体材料を二次衝突させることを特徴とする請求項１２または１３に記載の粉砕方法。
15. 前記二次衝突部材が円筒と円錐からなり、前記円錐の底面が前記円筒の底面に接するように設けられたことを特徴とする請求項１３または１４に記載の粉砕方法。
16. 前記一次衝突した圧縮空気及び粉体材料を二次衝突させる二次衝突部材の位置を、前記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真上又は真下の少なくとも一方にあるようにして二次衝突させることを特徴とする請求項１３から１５のいずれか１項に記載の粉砕方法。
17. 前記二次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１３から１６のいずれか１項に記載の粉砕方法。
18. 複数の前記粉砕ノズルの各々の出口方向が、水平方向に対して２０°以内を向くように設定して、前記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１３から１６のいずれかに記載の粉砕方法。
19. 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の範囲に設定することを特徴とする請求項１２、１４または１８に記載の粉砕方法。
20. 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請求項１２に記載の粉砕方法。
21. 前記ロータの回転周速度を、２０〜７０ｍ／ｓの範囲にすることを特徴とする請求項２０に記載の粉砕方法。

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