JP4739877B2 - ジェットミル - Google Patents

Description

本発明は、外壁に傾斜して配置されたエアノズルから、ジェットミル本体の内部に空洞として形成された粉砕室に供給される高速の空気流によって、粉砕室の内部で粒径の粗い粉体（被粉砕物）をミクロンオーダの粒径を有する微粉体に連続的に粉砕し、同時に、旋回する空気流によって分級をも行うジェットミルに関するものである。

ジェットミルは、外壁に傾斜して配置されたエアノズルから粉砕室の内部に供給される高速の空気流によって、粒径の粗い被粉砕物を粉砕するとともに、旋回する空気流によって分級をも行うものであって、超微粉砕に好適な粉砕装置であることが知られている。そして、このジェットミルは、粉砕室の内部の構造が単純であって、粉砕室の上面と下面とを容易に分解・組み立てを行うことが可能であり、使用後の清掃が容易であることに特徴がある。

一方、粉砕室の内部で被粉砕物が空気流のみによって粉砕されるので、粉砕される被粉砕物を所定の粒度に粉砕したり、被粉砕物の粒度のバラツキが小さくなるように管理することが困難である。このため、被粉砕物を所定の粒度に粉砕したり、粒度のバラツキを小さくしたりするための各種の改良が行われている。例えば、粉砕粒度の広範囲に亘る調節を可能とするために、エアノズルから粉砕室の内部に供給される空気流の流入角度を変えられるようにしたもの（特許文献１参照）や、分級精度の改善のために、出口パイプの周辺に分級用のロータ等の分級のための特殊な機構を設けたもの（特許文献２参照）などが知られている。

しかしながら、特許文献１に開示されている旋回型流体エネルギ式粉砕機は、粉砕粒度の広範囲に亘る調節を可能とするものではあるが、圧縮空気を噴射することで、原料を粉砕すると同時に旋回流を形成し、分級作用を働かせているのみであるので、分級精度が悪く、大きな粒子も排出されてしまうという問題がある。
また、特許文献２に開示の水平旋回流型ジェットミルは、上記特許文献１の低分級精度を改善するものであるが、圧縮空気が形成する旋回流と分級ロータによって形成される旋回流との旋回速度が異なるため、渦の乱れが生じたり、ロータ壁に微粉が付着したりする等の問題がある。

さらに、これらの従来技術は、いずれも空気流の流入角度を可変にする特殊な機構や、分級のための特殊な機構を粉砕室の内部に配置するなど、新たな複雑な形状の機構部品を粉砕室の内部に追加するものである。これらは、粉砕室の内部の構造が単純であって、粉砕室の上面と下面とを容易に分解・組み立てを行うことが可能であり、使用後の清掃が容易であるというジェットミルの特徴を失わせるものであって、必ずしも満足できるものではなかった。

特開昭５２−４４４５０号公報 特開昭６３−３１９０６７号公報

ところで、従来のジェットミルでは、粉砕室の内部に向けて粉砕用のエアを供給するためのエアノズルを、ジェットミルの有効径に応じて、平均的に４本〜１６本程度の本数配置して、これらのエアノズルから所定流量のエアを所定流速で供給することで、被粉砕物の粉砕を行っていたのは、周知の通りである。

本発明者は、このような従来のジェットミルの構成をさらに改良すべく、種々の検討を行った結果、ジェットミルの大きさ（有効径：円形であれば直径、楕円形であれば長径・短径のいずれかまたはこれらに基づく代表径等）に対応して、安定した粉砕、特に微粉砕を行うに好適なエアノズルの本数が存在することを見出し、本発明に到った。

すなわち、本発明者の検討結果によれば、ジェットミルの大きさに対応させて、適切なエアノズルの本数を採用することにより、同一の装置，同一の全供給風量等というような同一条件下でも、ジェットミルに、被粉砕物の平均粒径を変更する、あるいは、粒度分布幅を変更する等の新たな機能を持たせることが可能となった。

そこで、本発明の目的とするところは、ジェットミルに、被粉砕物の平均粒径を変更する、あるいは、粒度分布幅を変更する等の新たな機能を持たせることを可能とした、新規な特徴を備えたジェットミルを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係るジェットミルは、円盤状の空洞が形成されるジェットミル本体と、このジェットミル本体のリング状の外壁に前記円盤状の空洞の中心に対して傾斜して配置され、前記円盤状の空洞に高速の空気流を生じさせる複数のエアノズルと、前記ジェットミル本体の前記円盤状の空洞の略中央に配置される出口とを有するジェットミルであって、前記円盤状の空洞は、前記複数のエアノズルから供給される前記高速の空気流によって被粉砕物を粉砕するリング状の粉砕ゾーンを形成しており、前記ジェットミル本体の有効径をφＮ（ｍｍ）とするとき、前記複数のエアノズルの配置数ｎ（本）が、下記の式（１）で表わされることを特徴とする。
〔（Ｎ／１００）−１〕≦ｎ≦〔（Ｎ／１００）＋２〕 …（１）
ここで、〔ａ〕はａ以下の最大の整数値を表わし、かつ、ｎは２以上の整数とする （請求項１）。
ここで、上記ジェットミル本体の有効径Ｎとは、前記複数のエアノズルの先端を結ぶピッチ円径を指す。

なお、本発明に係るジェットミルの上記特徴的構成は、他の基本的構成を有するジェットミル（例えば、本出願人の出願に係る特願２００４−２５５５２８号「ジェットミル」（特開２００５−１３１６３３号公報参照）、ジェットミル本体の空洞内に粉砕ゾーンと分級ゾーンとを分ける狭隘路を有するもの）にも好適に採用し得るものである（請求項２〜１１）。

より具体的には、上記構成に加えて、前記粉砕ゾーンの内側に配置されるとともに前記出口の空間に連通し、前記粉砕ゾーンの内側に位置する、前記空気流によって被粉砕物を分級するリング状の分級ゾーンと、前記粉砕ゾーンと前記分級ゾーンとの間に配置され、前記粉砕ゾーンと前記分級ゾーンとを分割するとともに連通するリング状の第１の狭隘路を有することが好ましい（請求項２）。

ここで、前記ジェットミル本体は、略円盤状の上ケーシングおよび下ケーシングと、前記上ケーシングと前記下ケーシングとの間に介挿される前記リング状の外壁とを備え、前記円盤状の空洞は、前記上ケーシングと前記下ケーシングとの間および前記リング状の外壁の内側に形成される内部空間であるのが好ましい（請求項３）。
また、前記リング状の第１の狭隘路は、前記円盤状の空洞の上面と下面との間に所定の間隔を隔てて形成されているのが好ましい（請求項４）。

また、前記リング状の第１の狭隘路は、前記円盤状の空洞の半径方向の所定の位置において、前記空洞の互いに略平行な上面および下面に所定の間隔を隔てて、それぞれ取り付けられるリング状の障壁によって形成されるリング状のチャネル（分級リングチャネル）であるのが好ましい（請求項５）。
また、前記リング状の粉砕ゾーンは、前記円盤状の空洞の上面および下面が中心に向かって互いに漸近して、前記空洞が、前記中心方向に向かって狭くなる内部空間であり、前記リング状の第１の狭隘路は、前記円盤状の空洞の半径方向の所定の位置において、所定の間隔を隔ててそれぞれ配置される前記空洞の上面および下面の突状部の間に形成されるリング状のチャネル（分級リングチャネル）であるのが好ましい（請求項６）。

また、さらに、前記分級ゾーンとその内側に配置される前記出口との間に配置され、前記分級ゾーンと前記出口の空間とを分割するとともに連通するリング状の第２の狭隘路を有することが好ましい（請求項７）。
なお、ここで、前記リング状の第２の狭隘路は、前記円盤状の空洞の上面と下面との間に所定の間隔を隔てて形成されているのが好ましい（請求項８）。

また、前記出口は、前記ジェットミル本体の前記円盤状の空洞の略中央部に上方または下方に向かって配置された円筒状の出口管によって形成され、前記リング状の第２の狭隘路は、互いに所定の間隔を隔てて配置された、前記出口管の下端または上端の突出部と、前記空洞の略中央部の下面の上側または上面の下側に配置された円板または短円管形状の突出部との間に形成されるリング状のチャネル（出口リングチャネル）であるのが好ましい（請求項９）。

すなわち、前記リング状の第２の狭隘路（出口リングチャネル）が、前記ジェットミル本体の内部の空洞の略中央部に上方に向かって配置された出口管の下端の突出部と、前記空洞の略中央部の下面の上側に配置された円板または短円管形状の突出部とが、互いに所定の間隔を隔てて配置されていること、もしくは、前記空洞の略中央部に下方に向かって配置された出口管の上端の突出部と、前記空洞の略中央部の上面の下側に配置された円板または短円管形状の突出部とが、所定の間隔を隔てて配置されているのが好ましい。
また、前記出口管は、前記ジェットミル本体に対して上下方向に移動可能であり、前記リング状の第２の狭隘路の間隔は、前記出口管を上下方向に移動させて、前記出口管の下端または上端の突出部を円板または短円管形状の突出部に対して近づけるまたは遠ざけることにより調節されるのが好ましい（請求項１０）。

また、前記出口は、前記ジェットミル本体の前記円盤状の空洞の略中央部に上方または下方に向かって配置された円筒状の出口管によって形成され、前記リング状の第２の狭隘路は、互いに所定の間隔を隔てて配置された、前記出口管の下端または上端の突出部と、前記空洞の略中央部の下面の上側または上面の下側に設けられるリング状の凸状部との間に形成されるリング状のチャネルであるのが好ましい（請求項１１）。

本発明によれば、以下に詳述するように、ジェットミルの大きさ（有効径：円形であれば直径、楕円形であれば長径・短径のいずれかまたはこれらに基づく代表径等）に対応して、安定した粉砕、特に微粉砕を行うに好適なエアノズルの本数が存在することを見出したことにより、同一の装置，同一の全供給風量等というような同一条件下でも、ジェットミルに、被粉砕物の平均粒径を変更する、あるいは、粒度分布幅を変更する等の新たな機能を持たせることが可能となるという顕著な効果を奏する。

以下、本発明に係るジェットミルについて、添付の図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。
以下に説明する実施形態では、最初に、前述の特開２００５−１３１６３３号公報に開示されているような、ジェットミル本体の空洞内に粉砕ゾーンと分級ゾーンとを分ける狭隘路を有しない、極めてシンプルな構成のものをベースにした例を示す。

図１は、本発明の第１の実施形態に係るジェットミルを、概念的に示す平面断面図であり、図２は、図１に示すジェットミルの側断面図であり、図３は、その具体的な構造の一実施形態を示す側断面図である。ここに示すジェットミルは、その内径（具体的には、エアノズルの先端を結ぶピッチ円径）がφ２００ｍｍのものである。

図１〜図３に示すように、第１の実施形態に係るジェットミルは、円盤（円筒または中空円盤）状のジェットミル本体２のリング状（円筒状）の外壁４にその接線（または中心線）に対して傾斜して配置された２本のエアノズル６から内側に向けて供給される高速の空気流によって、ジェットミル本体２内の粉砕室８の内部で被粉砕物を粉砕するものである。粉砕室８は、ジェットミル本体２を形成する円盤状の上板（上ケーシング）１０と下板（下ケーシング）１２との間および外壁４と出口パイプ３２との間に囲まれたジェットミル本体２の内部の円盤状（リングドーナツ状または円筒状）の空洞（内部空間）として形成されている。そして、上板１０と下板１２および外壁４は、図３に示すように、空気や粉砕された被粉砕物の微粉末が外部に漏洩しないように、Ｏリングなどのシール材でシールされている。

エアノズル６は、図１に示されているように、ジェットミル本体２の環状の外壁４に２本が等間隔でその接線に対して傾斜して設けられており、このエアノズル６から供給される空気流が粉砕室８の内部に高速で噴出し、主に、それが持つ剪断作用により被粉砕物が粉砕される。また、その空気流が粉砕室８の内部で高速で旋回することによって、粉砕室８の内部に供給された被粉砕物も高速で旋回し、この旋回運動によって被粉砕物が相互にあるいは粉砕室８の壁面と衝突することによっても粉砕がなされる。

図示しない圧縮空気源から供給される圧縮空気が図示しない管路を経て供給され、エアノズル６で絞られて高速の空気流となり、この高速の空気流が粉砕室８の内部に噴出される。ここで、外壁４に傾斜して配置されるエアノズル６の角度は、環状の外壁４の接線に対して１０〜５０度（中心線に対して８０〜４０度）、より好ましくは２０〜４０度（中心線に対して７０〜５０度）とするのがよい。

従来は、この程度の大きさのジェットミル本体であれば、通常、６本〜８本のエアノズル６を環状の外壁４に等間隔に配置していたが、本実施形態に係るジェットミルにおいては、前述のような規定方法に基づいて、ジェットミルの有効径φ２００ｍｍに対して、２本のエアノズル６を環状の外壁４に等間隔に配置している。
なお、ここでのエアノズル６の配置数の決定方法は、前述の式（１）により、２００／１００−１＝１、２００／１００＋２＝４、それと２≦ｎという条件から、ｎ＝２〜４と規定され、ここではそのうちの最小の偶数値２と決定されている。

被粉砕物は、エアノズル６と同様に、ジェットミル本体２の外壁４に対してほぼ同じ角度で傾斜して設けられた供給口１４から供給される。この実施形態では、供給口１４は、図３に詳細に示すように、被粉砕物を供給するためのロート１６と、被粉砕物を粉砕室８に供給するための空気を供給する供給ノズル１８，ロート１６から供給された被粉砕物と供給ノズル１８から供給された空気とを混合して粉砕室８の内部に供給するディフューザ２０とからなっており、図示しない被粉砕物の供給装置から適正な量の被粉砕物がロート１６に供給される。

ロート１６に供給された被粉砕物は、供給ノズル１８から吹き込まれる高速の空気流によって、ディフューザ２０を通って粉砕室８の内部に供給される。粉砕室８の内部に供給された被粉砕物は、エアノズル６から噴出する高速の空気流によって、主に粉砕され、また、ディフューザ２０から被粉砕物とともに噴出した空気流とエアノズル６から供給された空気流とによって、粉砕室８の内部を高速で旋回し、被粉砕物が相互に、あるいは粉砕室８の内部の壁面に衝突して微粉末に粉砕される。

本実施形態に係るジェットミルでは、ジェットミル本体２の内側にドーナツ状の空洞として形成された粉砕室８の上面と下面とが所定の間隔を隔てて配置されており、また、粉砕室８の内側（中心部）に出口リングチャネル３０が配置されている。ここでは、出口リングチャネル３０は、粉砕室８の上板１０の中央に配置された出口パイプ（円管）３２の下端の突出部３２ａと、出口パイプ３２の下端の直径とほぼ同じ直径であって粉砕室８の下板１２の中央に配置された円板３４とによって構成されている。すなわち、出口パイプ３２の突出部３２ａの下端と円板３４の上面とが所定の間隔を隔てて配置されることで、突出部３２ａの下端と円板３４の上面との間の空間によって出口リングチャネル３０が形成されている。

ここで、粉砕室８を形成する上板１０の中央に配置された出口パイプ３２の下端の突出部３２ａについては、粉砕室８内への突出部３２ａの突出量を可変に構成して、出口リングチャネル３０の開口幅を調整することも可能である。この具体例を図３を用いて説明する。すなわち、ジェットミル本体２の上ケーシングを、リング状の上板１０と、この上板１０に取り付けられ、出口パイプ３２を上下動可能に支持する支持ブロック１１とで構成し、出口パイプ３２の外周面に形成された高さ調整用ねじ３２ｂと螺合する雌ねじ部１１ａを支持ブロック１１に形成しておくことにより、出口パイプ３２を回転させて、その外周面に設けられている高さ調整用のねじ３２ｂと螺合する支持ブロック１１の雌ねじ部１１ａに対してこれを前進または後退させることにより出口パイプ３２を上下動させ、出口パイプ３２の下端の突出部３２ａの、粉砕室８内への（支持ブロック１１の下側の内壁面または下端部からの）突出量を任意の量に調整して、出口リングチャネル３０の開口幅（間隔）を調整することが可能である。

この出口リングチャネル３０は、粉砕室８の上板１０から粉砕室８側へ突出したパイプ３２の突出部３２ａや、粉砕室８の下板１２の中央に固定された円板３４によって形成されるものに限定されるものではなく、例えば、円板３４に代えて、図４（ａ），（ｂ）に示すように、粉砕室８の下板１２の中央に設けられた短円管状の突起（短円管）３５にするなど、任意の形状の部材を用いることができる。

本実施形態に係るジェットミルは、このように構成されているので、被粉砕物は、粉砕室８の外側の粉砕ゾーン２６に供給され、主としてエアノズル６から噴出する高速の空気流によって粉砕され、また、供給ノズル１８から供給され、ディフューザ２０から被粉砕物とともに噴出した空気流とエアノズル６から供給された空気流とによって、被粉砕物が粉砕室８を高速で旋回し、これらが相互に、あるいは粉砕室８内部の壁面に衝突して微粉末に粉砕される。

そして、所定の粒度に粉砕された微粉末は、粉砕室８の内部を旋回する空気流に乗って浮遊し、このとき、粒子の粗い被粉砕物は、旋回する空気流によって生じる遠心力が大きいので粉砕室８外周部近傍に留まり、所定の粒度以下に粉砕された微粉末のみが出口リングチャネル３０を通り抜け、出口パイプ３２から外部に排出される空気流とともに外部に排出され、微粉体製品として回収される。

本実施形態に係るジェットミルの基本的動作は上述の通りであるが、従来のジェットミルとの比較のため、以下のような比較実験を行った。ここで実験に使用したジェットミルは、粉砕室８の内径（前述のピッチ円径）がφ２００ｍｍであって、図３に示す断面形状を有し、また、図１に示したように、外壁４に２本のエアノズル６を対称位置に配置し、これらの中間位置に配置した供給口１４から被粉砕物を供給した。

また、比較のための従来タイプのジェットミルとしては、基本的な構成は本実施形態に係るジェットミルと同じであるが、エアノズル６の配置数およびその配置状況のみが異なるものを用意した。すなわち、図５に示しように、外壁４に６本のエアノズル６を配置し、供給口１４から被粉砕物を供給した。

〔実施例１・比較例１〕
上述の２種類のジェットミルを用いて、平均径５００μｍのポリエステル系の非磁性トナーを粉砕し、粉砕物の粒径並びに粒度分布を測定した。ここで、本実施形態に係るジェットミルに使用した２本のエアノズル６の吐出口径はφ２．２ｍｍ、従来タイプのジェットミルに使用した６本のエアノズル６の吐出口径はφ１．３ｍｍとしている。この寸法は、エアノズル全体としての吐出面積を略等しくするように決定したものである。

すなわち、本実施形態に係るジェットミルの場合のエアノズル６（２本）の合計吐出面積は
（２．２）^２×（π／４）×２≒７．６０（ｍｍ^２）
となり、従来タイプのジェットミルの場合のエアノズル６（６本）の合計吐出面積は
（１．３）^２×（π／４）×６≒７．９６（ｍｍ^２）
となって、その差は５％弱であり、比較に耐えるものとなっていると考えられる。

ここで、上記エアノズル６の全吐出面積に対して送り込む風量は、０．７ｍ^３／ｍｉｎとしており、また、被粉砕物（原料）の供給量は、８００ｇ／ｈとしている。この条件で行った粉砕実験の結果は、図６に示す通りである。

図６に示すように、本実施形態に係る（２本ノズルの）ジェットミルの場合（●印で表わされている）と、従来タイプの（６本ノズルの）ジェットミルの場合（◇印で表わされている）とでは、粉砕物の粒径がはっきりと異なってくる。
この現象が発生する理由は、全風量を略同じにした場合、本実施形態に係る（２本ノズルの）ジェットミルの場合には供給されるエアの粉砕室内での流速が大きくなっていることが影響していることも考えられる。

上述のように、本実施形態に係るジェットミルによれば、略同一装置を用いて、全風量が略等しいというような同一条件下でも、ジェットミルに、被粉砕物の平均粒径を変更する、あるいは粒度分布幅を変更する等の新たな機能を持たせることが可能となる。

次に、前述の本出願人の先願（特開２００５−１３１６３３号公報参照）に開示されているような、ジェットミル本体の空洞内に粉砕ゾーンと分級ゾーンとを分ける狭隘路を有する、改良された構成のものをベースにした例を示す。

図７は、本発明の第２の実施形態に係るジェットミルを、概念的に示す平面断面図であり、図８は、図７に示すジェットミルの側断面図であり、図９は、その具体的な構造の一実施形態を示す側断面図である。ここに示すジェットミルは、その内径（具体的には、エアノズルの先端を結ぶピッチ円径）がφ５００ｍｍのものである。

図７〜図９に示すジェットミルは、図１〜図３に示した第１の実施形態に係るジェットミルを改良したものであって、リングドーナツ状の空洞として形成された粉砕室８の半径方向の幅の略中間の位置に、粉砕室８の内部に形成されたリング状の障壁である分級リング２２，２４が配置されており、粉砕室８が外側の円環（リングドーナツ）状の粉砕ゾーン２６と内側の円環（リングドーナツ）状の分級ゾーン２８とに分割されている。
そして、これらの分級リング２２と２４との間の間隙によって、本実施形態に係るジェットミルの特徴である第１の狭隘路となる分級リングチャネル２３が形成され、分割された粉砕ゾーン２６と分級ゾーン２８とを連通している。

なお、このリング状の障壁である分級リング２２，２４は、ジェットミル本体２の内側に空洞として形成された粉砕室８の上面と下面とに所定の間隔（分級リングチャネル２３の開口幅）を隔てて配置されており、ジェットミル本体２の上板１０に上側の分級リング２２が、ジェットミル本体２の下板１２に同じ径で略対称となる形状の下側の分級リング２４が、所定の間隔を隔てて固定されて、外側の粉砕ゾーン２６と内側の分級ゾーン２８とに分割するとともに連通するリング状の障壁となっている。

すなわち、本実施形態に係るジェットミルの狭隘路となる分級リングチャネル２３は、リング状の障壁となる上下の分級リング２２と２４との間の空間によって構成され、分級リング２２および２４によって分割された粉砕ゾーン２６と分級ゾーン２８とを連通するものである。
なお、本実施形態においては、分級リング２２および２４として、両者の間隔（分級リングチャネル２３の開口幅）が種々の間隔となるものを用意しておき、ジェットミル本体２の粉砕室８に配置する分級リング２２および２４を交換することにより、被粉砕物などに応じて、分級リング２２および２４の間隔（分級リングチャネル２３の開口幅）を適切な間隔に容易に調整することができる。

この粉砕室８に配置される分級リング２２および２４の粉砕ゾーン２６側の壁面は、図８および図９に示すように、衝突した被粉砕物が、粉砕ゾーン２６に確実に戻されるように、隅部をジェットミル本体２の中心に向かって凸の曲線で構成した形状あるいはジェットミル本体２の中心に向かって傾斜した面とすることが好ましい。
また、分級リング２２および２４の分級ゾーン２８側の壁面は、図８および図９に示すように、分級リング２２および２４の間の分級リングチャネル２３を通過した被粉砕物が、分級ゾーン２８に滑らかに流入するように、隅部をジェットミル本体２の中心に向かって凸の曲線で構成した形状あるいはジェットミル本体２の中心に向かって傾斜した面とすることが好ましい。

本実施形態に係るジェットミルにおいても、ジェットミル本体２の内側にドーナツ状の空洞として形成された粉砕室８の上面と下面とが所定の間隔を隔てて配置されており、また、粉砕室８の内側（中央部）に出口リングチャネル３０が配置されている。ここでは、出口リングチャネル３０は、粉砕室８の上板１０の中央部に配置された出口パイプ（円管）３２の下端の突出部３２ａと、出口パイプ３２の下端の直径とほぼ同じ直径であって粉砕室８の下板１２の中央に配置された円板３４とによって構成されている。すなわち、出口パイプ３２の突出部３２ａの下端と円板３４の上面とが所定の間隔を隔てて配置されることで、突出部３２ａの下端と円板３４の上面との間の空間によって出口リングチャネル３０が形成されている。

なお、粉砕室８を形成する上板１０の中央に配置された出口パイプ３２の下端の突出部３２ａについても、前述のように、粉砕室８内への突出部３２ａの突出量を可変に構成して、出口リングチャネル３０の開口幅を調整することも可能である。
この出口リングチャネル３０についても、前述のように、円板３４に代えて、図４（ａ），（ｂ）に示したような粉砕室８の下板１２の中央に設けられた短円管状の突起（短円管）３５にするなど、任意の形状の部材を用いることができる。

本実施形態に係るジェットミルは、このように構成されているので、被粉砕物は、粉砕室８の外側の粉砕ゾーン２６に供給され、エアノズル６から噴出する高速の空気流によって粉砕され、また、供給ノズル１８から供給され、ディフューザ２０から被粉砕物とともに噴出した空気流とエアノズル６から供給された空気流とによって、被粉砕物が粉砕室８の粉砕ゾーン２６を高速で旋回し、これらが相互に、あるいは粉砕ゾーン２６内部の壁面に衝突して微粉末に粉砕される。

そして、所定の粒度に粉砕された微粉末は、粉砕室８の内部を旋回する空気流に乗って浮遊し、粉砕ゾーン２６から分級リング２２と２４との間の空間である分級リングチャネル２３を通って排出される空気流に乗って粉砕室８の分級ゾーン２８に流入する。このとき、粒子の粗い被粉砕物は、旋回する空気流によって生じる遠心力が大きいので粉砕ゾーン２６に留まり、所定の粒度以下に粉砕された微粉末のみが分級リングチャネル２３を通って分級ゾーン２８に流入する。分級ゾーン２８に流入した被粉砕物の微粉末は、分級ゾーン２８を旋回する粉砕ゾーン２６よりも整流された空気流に乗って浮遊し、混在している粒子の粗い被粉砕物を残して、所定の粒度分布に揃えられ、出口リングチャネル３０を通り抜け、出口パイプ３２から外部に排出される空気流とともに外部に排出され、微粉体製品として回収される。

なお、分級リング２２と２４との間の空間である分級リングチャネル２３では、微粉末の粒子には、遠心力（ｍ・Ｖt^２／ｒ：ｍは粒子の質量、Ｖtは粒子の接線方向速度、ｒは半径）と空気抗力（Ａ・ｄp・Ｖr：Ａは係数、ｄpは粒子の粒径、Ｖrは粒子の半径方向速度）との力の釣り合いによる分級が行われている。分級リング２２と２４との間の間隔が大きくなると、分級リングチャネル２３の開口幅、すなわち流路断面積が大きくなり、中心に向かう空気の速度（Ｖr）が低下する。そのため、遠心力＞空気抗力となり、分級点は小さくなり、粒子は分級リングチャネル２３を通過しづらくなる。このような理由により、分級リング２２，２４の間隔（分級リングチャネル２３の開口幅）を変えることによって、粉砕される微粉末の粒子径をコントロールすることができる。

また、本発明では、分級リング２２と２４による分級リングチャネル２３を設けることにより、目的とする粒度の微粉体を粉砕ゾーン２６から効率よく排出することができるので、過粉砕を抑え、目的とする粒度より小さい微粉の発生を少なくすることができる。また、粉砕ゾーン２６においても、分級ゾーン２８においても、均一な流線を形成することができるので、粗大粒子の微粉体製品側への飛び込みを抑えることができるので、シャープな粒度分布を得ることができる。

さらに、出口パイプ３２から空気流とともに外部に排出された微粉末は、ミクロンオーダの粒径を有する微粉体となっており、図示しないサイクロンやバグフィルタなどの捕集装置で捕集することによって、微細に粉砕され、高い精度で分級され、粒度分布の揃った製品としての微粉体が得られる。

なお、分級ゾーン２８内では、この領域に入ってきた粒子は、何度も分級ゾーン２８内を旋回することで、より微粉に近い粒子は、気流とともに装置外に出て行き、粗粉に近い粒子は分級ゾーン２８と粉砕ゾーン２６との間を行き来するように動作して、粉砕ゾーン２６に来るたびに粉砕される。これにより、多段粉砕分級の効果が得られ、より精度の高い分級が行われことになる。

ところで、従来は、この程度の大きさのジェットミル本体であれば、通常、８本〜１６本のエアノズル６を環状の外壁４に等間隔に配置していたが、本実施形態に係るジェットミルにおいては、前述のような規定方法に基づいて、ジェットミルの有効径φ５００ｍｍに対して、４本のエアノズル６を環状の外壁４に等間隔に配置している。
なお、ここでのエアノズル６の配置数の決定方法は、前述の式（１）により、５００／１００−１＝４、５００／１００＋２＝７、それと２≦ｎという条件から、ｎ＝４〜７と規定され、ここではそのうちの最小の偶数値４と決定されている。

〔実施例２・比較例２〕
本実施形態に係るジェットミルの基本的動作は上述の通りであるが、ジェットミルのエアノズル６の本数を減らすため、以下のような比較実験を行った。ここで実験に使用したジェットミルは、粉砕室８の内径（前述のピッチ円径）がφ５００ｍｍであって、図７に示す断面形状を有し、また、外壁４に３本，４本，７本，１４本のエアノズル６をそれぞれ等間隔に配置し、これらの間１個所に配置した供給口１４から被粉砕物を供給した。
このうち、１４本のエアノズル６を有するものが、従来のジェットミルに対応し、他の３種類が、エアノズル６の本数を減らす実験に当たるものである。

また、ここで、各ジェットミルにおけるエアノズル６の合計吐出面積は、
３本の場合：ノズル径φ２．８ｍｍで、
（２．８）^２×（π／４）×３≒１８．４７（ｍｍ^２）
４本の場合：ノズル径φ２．４ｍｍで、
（２．４）^２×（π／４）×４≒１８．１０（ｍｍ^２）
７本の場合：ノズル径φ１．８ｍｍで、
（１．８）^２×（π／４）×７≒１７．８１（ｍｍ^２）
となり、従来タイプのジェットミルの場合（ノズル径φ１．３ｍｍ×１４本）
（１．３）^２×（π／４）×１４≒１８．５８（ｍｍ^２）
と比較して、その差は４％弱であり、比較に耐えるものとなっていると考えられる。

上述の４種類のジェットミルを用いて、平均径５００μｍのポリエステル系の非磁性カラートナーを粉砕し、混合比（粒子質量／エア供給量）を変えて、粉砕物の粒径を測定した。結果を図１０に示す。

図１０に示すように、上記実験で用いた、３本，４本，７本，１４本のエアノズル６を等間隔位置に配置したジェットミルにおける粉砕結果（粉砕物の粒径）には、はっきりとした差が見られる。
すなわち、エアノズル６の本数を従来の１４本から７本に減らした段階で、中位径（いわゆる、Ｄ_５０）が劇的に下がっている。この傾向はエアノズル６の本数を４本にした場合も略同様であるが、さらにエアノズル６の本数を減らした場合（３本）には、効果が減少する方向になっている。

この現象が発生する理由は、先の実験の場合と同様に、全風量を略同じにするために、供給されるエアの粉砕室内での流速が大きくなっていることが影響していることも考えられる。

上述のように、本実施形態に係るジェットミルによれば、略同一装置を用いて、全風量が略等しいというような同一条件下でも、ジェットミルに、被粉砕物の平均粒径を変更する、あるいは、粒度分布幅を変更する等の新たな機能を持たせることが可能となる。

なお、上記実施形態および実施例はいずれも本発明の一例を示したものであり、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、適宜の変更または改良を行ってもよいことはいうまでもない。

例えば、表１に示したように、本発明によれば、従来のノズル配置数に対して著しく減少した配置数でノズルを配置することができる。ここで、一般には、「特に好ましい」とした配置数にするのがよいが、必ずしもこれに限定されるわけではない。また、偶数に限定する必要もない。

本発明の一実施形態に係るジェットミルの構成を概念的に示す平面断面図である。 図１に示すジェットミルの側断面図である。 図１に示すジェットミルの具体的な構造の詳細例を示す側断面図である。 図１〜図３に示すジェットミルに用いられる出口リングチャネルの構成部材の別の構成例の要部を示す図で、図３中の円Ａで囲んだ部分の詳細を示しており（ａ）は断面図、（ｂ）は斜視図である。 比較のために示した従来タイプのジェットミルの構成を概念的に示す平面断面図である。 第１の実施形態に係るジェットミルと従来タイプのジェットミルによる粉砕実験結果を示すグラフである。 本発明の他の実施形態に係るジェットミルの構成を概念的に示す平面断面図である。 図７に示すジェットミルの側断面図である。 図７に示すジェットミルの具体的な構造の詳細例を示す側断面図である。 第２の実施形態に係るジェットミルと従来タイプのジェットミルによる粉砕実験結果を示すグラフである。

符号の説明

２ ジェットミル本体
４ 外壁
６ エアノズル
８ 粉砕室
１０ 上板
１１ 支持ブロック
１１ａ 雌ねじ部
１２ 下板
１４ 供給口
１６ ロート
１８ 供給ノズル
２０ ディフューザ
２２，２４ 分級リング
２３ 分級リングチャネル（第１の狭隘路）
２６ 粉砕ゾーン
２８ 分級ゾーン
３０ 出口リングチャネル（第２の狭隘路）
３２ 出口パイプ
３２ａ 突出部
３２ｂ 出口パイプ高さ調整用ねじ
３４ 円板
３５ 短円管

Claims (11)

1. 円盤状の空洞が形成されるジェットミル本体と、
   このジェットミル本体のリング状の外壁に前記円盤状の空洞の中心に対して傾斜して配置され、前記円盤状の空洞に高速の空気流を生じさせる複数のエアノズルと、
   前記ジェットミル本体の前記円盤状の空洞の略中央に配置される出口とを有するジェットミルであって、
   前記円盤状の空洞は、前記複数のエアノズルから供給される前記高速の空気流によって被粉砕物を粉砕するリング状の粉砕ゾーンを形成しており、
   前記ジェットミル本体の有効径をφＮ（ｍｍ）とするとき、前記複数のエアノズルの配置数ｎ（本）が、下記の式（１）で表わされることを特徴とするジェットミル。
   〔（Ｎ／１００）−１〕≦ｎ≦〔（Ｎ／１００）＋２〕 …（１）
   ここで、〔ａ〕はａ以下の最大の整数値を表わし、かつ、ｎは２以上の整数とする 。
2. 請求項１に記載のジェットミルであって、
   前記構成に加えて、前記粉砕ゾーンの内側に配置されるとともに前記出口の空間に連通し、前記粉砕ゾーンの内側に位置する、前記空気流によって被粉砕物を分級するリング状の分級ゾーンと、
   前記粉砕ゾーンと前記分級ゾーンとの間に配置され、前記粉砕ゾーンと前記分級ゾーンとを分割するとともに連通するリング状の第１の狭隘路を有する
   ことを特徴とするジェットミル。
3. 前記ジェットミル本体は、略円盤状の上ケーシングおよび下ケーシングと、前記上ケーシングと前記下ケーシングとの間に介挿される前記リング状の外壁とを備え、
   前記円盤状の空洞は、前記上ケーシングと前記下ケーシングとの間および前記リング状の外壁の内側に形成される内部空間である請求項１または２に記載のジェットミル。
4. 前記リング状の第１の狭隘路は、前記円盤状の空洞の上面と下面との間に所定の間隔を隔てて形成されている請求項１〜３のいずれかに記載のジェットミル。
5. 前記リング状の第１の狭隘路は、前記円盤状の空洞の半径方向の所定の位置において、前記空洞の互いに略平行な上面および下面に所定の間隔を隔ててそれぞれ取り付けられるリング状の障壁によって形成されるリング状のチャネルである請求項１〜４のいずれかに記載のジェットミル。
6. 前記リング状の粉砕ゾーンは、前記円盤状の空洞の上面および下面が中心に向かって互いに漸近して、前記空洞が前記中心方向に向かって狭くなる内部空間であり、
   前記リング状の第１の狭隘路は、前記円盤状の空洞の半径方向の所定の位置において、所定の間隔を隔ててそれぞれ配置される前記空洞の上面および下面の突状部の間に形成されるリング状のチャネルである請求項１〜５のいずれかに記載のジェットミル。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載のジェットミルであって、
   さらに、前記分級ゾーンとその内側に配置される前記出口との間に配置され、前記分級ゾーンと前記出口の空間とを分割するとともに連通するリング状の第２の狭隘路を有することを特徴とするジェットミル。
8. 前記リング状の第２の狭隘路は、前記円盤状の空洞の上面と下面との間に所定の間隔を隔てて形成されている請求項７に記載のジェットミル。
9. 前記出口は、前記ジェットミル本体の前記円盤状の空洞の略中央部に上方または下方に向かって配置された円筒状の出口管によって形成され、
   前記リング状の第２の狭隘路は、互いに所定の間隔を隔てて配置された、前記出口管の下端または上端の突出部と、前記空洞の略中央部の下面の上側または上面の下側に配置された円板または短円管形状の突出部との間に形成されるリング状のチャネルである請求項７または８に記載のジェットミル。
10. 前記出口管は、前記ジェットミル本体に対して上下方向に移動可能であり、
    前記リング状の第２の狭隘路の間隔は、前記出口管を上下方向に移動させて、前記出口管の下端または上端の突出部を円板または短円管形状の突出部に対して近づけるまたは遠ざけることにより調節される請求項９に記載のジェットミル。
11. 前記出口は、前記ジェットミル本体の前記円盤状の空洞の略中央部に上方または下方に向かって配置された円筒状の出口管によって形成され、
    前記リング状の第２の狭隘路は、互いに所定の間隔を隔てて配置された、前記出口管の下端または上端の突出部と、前記空洞の略中央部の下面の上側または上面の下側に設けられるリング状の凸状部との間に形成されるリング状のチャネルである請求項８〜１０のいずれかに記載のジェットミル。

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