JP5063174B2 - 粉砕装置及び粉体製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、粉砕対象物を粉砕する粉砕室内を、回転駆動される円盤状の粉砕ロータによって、当該円盤状の粉砕ロータの一方の面が臨む空気供給室と他方の面が臨む主粉砕室とに仕切るとともに、所定粒度の微粉に粉砕された粉砕対象物を分級して粉砕室外に排出する分級部が前記主粉砕室に設けられ、前記粉砕ロータの外周部の主粉砕室側の面上に、ロータ周方向に沿って互いに間隔を隔てて複数の仕切部材を環状に配置した通路部が設けられ、さらに当該通路部に対して主粉砕室側に隣接して、ロータ周方向に沿って連続的に形成された複数の刃を外周部に有する環状の粉砕刃が設けられるとともに、当該粉砕刃の各刃と微小間隙を維持して対向する環状のライナーが粉砕室内壁側に設けられ、前記粉砕刃と前記ライナーの間隙に、空気供給室側から主粉砕室側に向けて空気を流すとともに、前記主粉砕室内の粉砕対象物を前記通路部の各仕切部材の間から前記粉砕刃と前記ライナーの間隙に繰り返し通過させて粉砕する粉砕装置、及び、当該粉砕装置を用いた粉体製造方法に関する。

上記粉砕装置は、主粉砕室において円盤状の粉砕ロータの外周部に備えた環状の粉砕刃と粉砕室壁側のライナーの間隙に粉砕対象物を空気と共に繰り返し通過させて粉砕し、所定粒度に粉砕された粉砕対象物を分級部によって順次分級して製品として回収するようにしたものである（例えば特許文献１参照）。

特許第３１２９９９７号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の粉砕装置では、通路部に配置される各仕切部材が粉砕ロータの半径方向に沿って伸びる板部材で構成されていた（図７参照）ので、例えば繊維状の樹脂材料等の粉砕対象物の形状、材質等によっては粉砕対象物が通路部を通過するときの抵抗が大きくなり、その結果、粉砕処理の効率が低下する可能性があった。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、粉砕対象物の性状によらず粉砕室内で粉砕対象物を円滑に循環させて効率のよい粉砕処理が可能となる粉砕装置を提供し、また、この粉砕装置を用いて繊維状の粉砕対象物から所定粒度の粉体粒子を良好に製造する方法を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係る粉砕装置の第一特徴構成は、前記通路部の各仕切部材は、主粉砕室側から前記粉砕ロータの回転軸方向に沿って見た状態で、前記粉砕ロータの回転方向の前側側面部が回転方向後端側に位置するほどロータ半径方向に対して後退する形状に形成されている点にある。

すなわち、粉砕対象物が円盤状の粉砕ロータの主粉砕室側の面上に設けた環状の粉砕刃の内側から粉砕ロータの外周部に移動して通路部を通過するときに、ロータ周方向に沿って互いに間隔を隔てて環状に配置された複数の仕切部材の粉砕ロータ回転方向の前側側面部が回転方向後端側に位置するほどロータ半径方向に対して後退する形状に形成されているので、粉砕ロータの回転に伴い各仕切部材が粉砕対象物に当接してロータ外周側に押し出す作用が強く働く。その結果、粉砕対象物が通路部を短時間に通過して隣接する上記粉砕刃とライナーの間隙に迅速に流入し、当該間隙における粉砕時間を長く、または単位時間当たりに繰り返し粉砕される回数を増加させることができ、粉砕処理の効率が向上する。
従って、粉砕対象物の性状によらず粉砕室内で粉砕対象物を円滑に循環させて効率のよい粉砕処理が可能となる粉砕装置が提供される。

同第二特徴構成は、上記第一特徴構成において、前記空気供給室に外部から前記粉砕対象物を供給する原料供給口が設けられている点にある。

すなわち、粉砕対象物は空気供給室に供給された後、空気供給室側から主粉砕室側に向けて流れる空気と共に前記粉砕刃とライナー間の間隙を通過するときに粉砕され、ある程度小さくなりまた形状が整った状態で主粉砕室に導入されるので、例えば粉砕対象物を主粉砕室に直接供給した場合に粉砕対象物の性状によっては主粉砕室内の一部に一時的に滞留して上記粉砕刃とライナーの間隙に繰り返し循環供給されて実質的な粉砕が行われるまでに時間がかかる可能性があるのに対し、主粉砕室での粉砕を早期に開始することができる。
従って、粉砕対象物の性状によらず粉砕をより効率的に行うことができる本発明の粉砕装置の好適な実施形態が提供される。

同第三特徴構成は、上記第二特徴構成において、前記粉砕ロータの円盤の外周端部が前記通路部の各仕切部材の外周端部よりも粉砕ロータの内方側に位置している点にある。

すなわち、粉砕ロータの円盤の外周端部が通路部の各仕切部材の外周端部よりもロータ内方側に位置している場合は、例えば両方の外周端部が同じ位置の場合に比べて、通路部の各仕切部材の間の空間が空気供給室と広い面積で連通するので、空気供給室に供給された粉砕対象物が空気供給室側から主粉砕室側に導入されるときに粉砕ロータの円盤の外周端部が邪魔にならず少ない抵抗で円滑に流入することができる。
従って、粉砕対象物の性状によらず粉砕をより効率的に行うことができる本発明の粉砕装置の好適な実施形態が提供される。

同第四特徴構成は、上記第一から第三特徴構成のいずれかにおいて、前記分級部が複数の分級羽根を外周部に有して前記粉砕ロータと同軸心周りに回転する分級ロータを備え、前記粉砕ロータと前記分級ロータの外周部との間に前記粉砕対象物を循環させる筒状体が設けられている点にある。

すなわち、粉砕ロータの回転に伴い発生した旋回流によって、主粉砕室内の粉砕処理物が粉砕ロータに対して同軸心配置の筒状体の外周側を通って分級ロータの外周部に達し、所定の粒径以下の微粉は分級ロータの外周部から分級羽根を通過する一方、粗粉は分級羽根を通過できずに筒状体の内周部を通って粉砕ロータに達し、再び粉砕処理される。以下これを繰り返して粉砕処理が進行する。
従って、主粉砕室内で粉砕処理物を旋回循環させて効率良い粉砕処理と分級処理が可能となる本発明の粉砕装置の好適な実施形態が提供される。

本発明に係る粉体製造方法の第一特徴構成は、第一から第四特徴構成のいずれかの粉砕装置によって、原料物質が繊維状化された粉砕対象物を粉砕して所定粒度の粉体粒子を作製する点にある。

上記第一から第四特徴構成のいずれかの粉砕装置の主粉砕室において、原料物質が繊維状化された粉砕対象物は通路部の各仕切部材の間を通過した後、粉砕ロータの外周部の粉砕刃とこれに対向するライナー間の間隙を繰り返し通過して粉砕され、所定粒度に粉砕された微粉が分級され粉体粒子として排出される。このとき、粉砕ロータの回転に伴い通路部の各仕切部材が繊維状の粉砕対象物に当接してロータ外周側に押し出すので、繊維状物を円滑に通過させて効率よい粉砕がなされる。
従って、繊維状の粉砕対象物から所定粒度の粉体粒子を良好に製造する粉体製造方法が提供される。

同第二特徴構成は、上記第一特徴構成において、前記原料物質は、樹脂または樹脂を含む低融点物質である点にある。

すなわち、粉砕対象物に対して熱の発生が少ないように滞留させず円滑に循環させて粉砕することにより、樹脂または樹脂を含む低融点物質を粉砕対象とする場合であっても、粉砕物の溶着を回避することができる
従って、かかる融点の低い繊維状の粉砕対象物（例えば、トナー原料など）から所定粒度の粉体粒子を良好に製造する粉体製造方法が提供される。

以下、本発明の粉砕装置の実施形態について説明する。
図１〜図４に示すように、本発明の粉砕装置１００は、粉砕対象物を粉砕する粉砕室１を内部に備え、その粉砕室１内を、図示しない駆動モータ等で回転駆動される円盤状の粉砕ロータ２によって、当該円盤状の粉砕ロータ２の一方の面が臨む空気供給室１ａと他方の面が臨む主粉砕室１ｂとに仕切るとともに、所定粒度の微粉に粉砕された粉砕対象物を分級して粉砕室外に排出する分級部８が主粉砕室１ｂに設けられている。

上記空気供給室１ａに外部から粉砕対象物を空気と共に供給する原料供給口５が設けられている。即ち原料供給口５を外部から空気供給室１ａに空気を供給する空気供給口に兼用している。尚、粉砕ロータ２の回転軸は任意の向きに設定できる（例えば水平方向向き、あるいは垂直方向向き等）。また、外部から粉砕対象物を主粉砕室１ｂに直接投入するようにしてもよい。

上記粉砕ロータ２の外周部の主粉砕室１ｂ側の面上に、ロータ周方向に沿って互いに間隔を隔てて複数の仕切部材３ａを環状に配置した通路部３が設けられ、さらにその通路部３に対して主粉砕室１ｂ側に隣接して、ロータ周方向に沿って連続的に形成された複数の刃４ａを外周部に有する環状の粉砕刃４が設けられるとともに、粉砕刃４の各刃４ａと微小間隙を維持して対向する環状のライナー６が粉砕室内壁側に設けられている。尚、ライナー６は複数の溝部６ａを有する。また、粉砕ロータ２の円盤２ａの外周端部が通路部３の各仕切部材３ａの外周端部よりもロータ内方側に位置している。

そして、前記粉砕刃４と前記ライナー６の間隙に、空気供給室１ａ側から主粉砕室１ｂ側に向けて空気及び粉砕対象物を通過させるとともに、主粉砕室１ａ内の粉砕対象物を通路部３の各仕切部材３ａの間から粉砕刃４とライナー６の間隙に繰り返し通過させて粉砕するように構成している。ここで、粉砕刃４の各刃４ａ並びにライナー６の溝部６ａは粉砕ロータ２の軸心方向Ｘに平行な向きに形成してある（図２）が、後述する（図５参照）ように、軸心方向Ｘに対して傾斜させてもよい。尚、図２（図５も同様）では、ライナー６の溝部６ａが見えるようにするために、粉砕ロータ２の位置を正規の取り付け位置（図１）よりも上にずらしている。

前記分級部８は複数の分級羽根８ａを外周部に有して粉砕ロータ２と同軸心Ｘ周りに回転する分級ロータ８を備え、さらに粉砕ロータ２と分級ロータ８の外周部の間に粉砕対象物を循環させる筒状体９が設けられている。この分級ロータ８を所定回転数で回転させることにより、分級ロータ８の外周部に循環してきた粉砕対象物のうち所定粒度まで粉砕されたものだけを選別して分級羽根８ａを通過させ、製品取出口１０から取り出す。尚、図示は省略するが、製品取出口１０には外部に向けて空気を吸引して製品を回収する集塵機等が連通接続されている。一方、所定粒度まで粉砕されていない粉砕対象物は粉砕ロータ２に戻して粉砕刃４による再粉砕処理を行う。

上記筒状体９の分級ロータ８側の端部は、分級ロータ８の外周部における筒状体９側の端部近傍に位置している。言い換えると、筒状体９が分級ロータ８の外周部の全面を覆わない状態に筒長が短く形成されているので、筒状体９の端部位置まで来た粉砕対象物は筒状体９で遮られず直ちに分級ロータ８の外周部に達する。その結果、多量の粉砕対象物が供給されるような場合にも、主粉砕室１ｂにおいて粉砕対象物の単位時間当たりの循環回数を増やして、効率良く粉体処理と分級処理を行うことができる。

前記通路部３の各仕切部材３ａは、図４（イ）に示すように、主粉砕室１ｂ側から粉砕ロータ２の回転軸方向Ｘに沿って見た状態で、粉砕ロータ２の回転方向（矢印で示す）前側の側面部Ｓが回転方向後端側ほどロータ半径方向に対して後退する形状に形成されている。尚、図４では仕切部材３ａに隣接している粉砕刃４を省略してある。また図４の（ロ）は（イ）におけるＩ−Ｉ位置の断面図である。その結果、分級ロータ８の外周部から粉砕ロータ２に戻された処理物が各仕切部材３ａの間を通過するときに各仕切部材３ａの回転方向前側の側面部Ｓに当接してロータ外周側に押し出されて、通路部３を短時間で通過するので、粉砕刃４とライナー６間の間隙に円滑に循環させることができる。図４（イ）は上記回転方向前側の側面部Ｓが直線的に後退する形状のもので、略三角形状の仕切部材３ａの例を示す。

上記仕切部材３ａの別形態を図６に示す。図６（イ）は前記図４と同一形状のもの、図６（ロ）は回転方向前側の側面部Ｓが直線的に後退する形状である略平行四辺形の仕切部材３ａの例を示し、図６（ハ）（ニ）は回転方向前側の側面部Ｓが曲線的に後退する形状のものを示すが、これに限るものではなく、種々の形状に形成することができる。尚、図４及び図６に示す仕切部材３ａでは外周端部を刃形状に形成しているが、単なる平面でもよい。これに対して、図７に、ロータ半径方向に沿って伸びる板部材で構成され、回転方向前側の側面部Ｓ’がロータ半径方向に沿った形状の従来型の仕切り部材３ａ’の例を示す。尚、図７（ロ）は（イ）におけるＩ−Ｉ位置の断面図である。

次に前記粉砕刃４の各刃４ａとライナー６の溝部６ａの別形態について説明すると、図５に示すように、粉砕刃４の各刃４ａの刃形状を粉砕ロータ２の回転に伴って（矢印で回転方向を示す。）、粉砕対象物が空気供給室１ａ側から主粉砕室１ｂ側に送られる（図５において下から上に送る）ように粉砕ロータ２の軸心方向Ｘに対して傾斜させ、またライナー６の溝部６ａを粉砕対象物が逆向きに戻る（図５において上から下に戻る）ように粉砕ロータ２の軸心方向Ｘに対して粉砕刃４の刃形状とは反対側に傾斜させてもよい。この別形態によれば、粉砕対象物が粉砕ロータ２の軸心方向Ｘにおいて送り方向と戻り方向のジグザグの動きをして滞在時間が長くなり粉砕作用が強められる。また、送り作用を強めたい場合は、図５においてライナー６の溝部６ａを粉砕ロータ２の軸心方向Ｘに対して平行な状態に形成してもよいし、あるいは、図示はしないが、粉砕刃４の各刃４ａを軸心方向Ｘに対して平行な状態に形成する一方、ライナー６の溝部６ａを送り作用を奏する向きに傾斜させてもよい。

本粉砕装置１００では、冷却用媒体を供給するジャケット１１を備え、このジャケット１１に冷却水等を通流させることにより、粉砕処理の進行に伴う粉砕室１の温度上昇を抑制するので、熱可塑性樹脂などのような融点の低い材料を粉砕する場合にも、粉砕対象物の熱融着を防止することができる。なお、本粉砕装置では、粉砕ロータ２並びに分級ロータ８の回転軸方向Ｘは任意に設定できるが、本実施形態では水平方向に設定した（原料供給口５と製品取出口１０は上向きとする）。

次に、本発明に係る粉体製造方法は、上記説明した粉砕装置によって、原料物質が繊維状化された粉砕対象物を粉砕して所定粒度の粉体粒子を作製するものである。特に、この原料物質は、樹脂または樹脂を含む低融点物質、例えばトナーである場合が好適である。以下、本発明による改良型の粉砕装置及び従来型の粉砕装置により、繊維状のトナー原料を粉砕した場合の実験データを表１に示す。

実験には２種類の繊維状トナー原料を用いた。原料Ａと原料Ｂは、含有している樹脂の種類が異なっている。従来型と本発明の改良型の粉砕装置の相違点は、前記の通り、粉砕ロータの外周部に配置した通路部を構成する仕切り部材が、前者では粉砕ロータの半径方向に沿って伸びるように形成され（図７参照）、後者ではロータ外周部に位置するほどロータ半径方向に対して後退する形状に形成されている（図４、図６参照）ことである。その他は同じ条件で比較した。具体的には、粉砕ロータ周速度１５０ｍ／ｓｅｃ、分級ロータ周速度７０ｍ／ｓｅｃで回転駆動し、０℃の空気を流量１３ｍ^３／分で粉砕室に流通させた。

表中の粉砕能力とは、１時間当たりに粉砕が可能な重量を示す。また、その時に得られた粉砕品を粒子径測定器（コールターカウンタ）で測定した平均粒子径を合わせて示す。一般的に粉砕機においてより小さな粒子を得ようとすると粉砕能力は低下する。よって、粉砕機の効率を比較するときは、同じ粒子径で粉砕能力を比較する必要がある。表１では、原料Ａについては平均粒子径が7.1μｍで一致し、原料Ｂについては6.6μｍと6.7μｍでほぼ同じ平均粒子径である。表１より、従来型に比べ、改良型は、高い粉砕能力を有していることがわかる。また、４μｍ以下の微粒子は不必要なものであり、少ないことが望ましいが、表１より、粉砕能力が向上した本発明の改良型の粉砕装置において、この不要な微粉は従来型に比べて減少傾向にあるか、少なくとも増加しないことが確認できる。

本発明による粉砕装置は、従来型の装置よりも粉砕対象物の性状にかかわらず、粉砕室内での循環を円滑に行って粉砕能力を向上させているので、トナーや粉体塗料の他、各種材質、形状の材料について効率の良い粉体製造を実施することができる。

本発明に係る粉砕装置の構造を示す断面図 粉砕ロータとライナーを示す正面図及び一部断面図 粉砕刃とライナー溝の間隙を示す断面図 本発明に係る通路部の仕切り部材を示す平面図及び断面図 粉砕ロータとライナーの別形態を示す正面図及び一部断面図 本発明の別実施形態に係る通路部の仕切り部材を示す平面図 従来型の通路部の仕切り部材を示す平面図及び断面図

符号の説明

１ 粉砕室
１ａ 空気供給室
１ｂ 主粉砕室
２ 粉砕ロータ
２ａ 円盤
３ 通路部
３ａ 仕切部材
３ａ’ 仕切部材
４ 粉砕刃
４ａ 刃
５ 原料供給口（空気供給口）
６ ライナー
６ａ 溝部
８ 分級ロータ（分級部）
８ａ 分級羽根
９ 筒状体
１０ 製品取出口
１１ ジャケット
１００ 粉砕装置
Ｓ 側面部
Ｓ’ 側面部

Claims (6)

1. 粉砕対象物を粉砕する粉砕室内を、回転駆動される円盤状の粉砕ロータによって、当該円盤状の粉砕ロータの一方の面が臨む空気供給室と他方の面が臨む主粉砕室とに仕切るとともに、所定粒度の微粉に粉砕された粉砕対象物を分級して粉砕室外に排出する分級部が前記主粉砕室に設けられ、
   前記粉砕ロータの外周部の主粉砕室側の面上に、ロータ周方向に沿って互いに間隔を隔てて複数の仕切部材を環状に配置した通路部が設けられ、さらに当該通路部に対して主粉砕室側に隣接して、ロータ周方向に沿って連続的に形成された複数の刃を外周部に有する環状の粉砕刃が設けられるとともに、当該粉砕刃の各刃と微小間隙を維持して対向する環状のライナーが粉砕室内壁側に設けられ、
   前記粉砕刃と前記ライナーの間隙に、空気供給室側から主粉砕室側に向けて空気を流すとともに、前記主粉砕室内の粉砕対象物を前記通路部の各仕切部材の間から前記粉砕刃と前記ライナーの間隙に繰り返し通過させて粉砕する粉砕装置であって、
   前記通路部の各仕切部材は、主粉砕室側から前記粉砕ロータの回転軸方向に沿って見た状態で、前記粉砕ロータの回転方向の前側側面部が回転方向後端側に位置するほどロータ半径方向に対して後退する形状に形成されている粉砕装置。
2. 前記空気供給室に外部から前記粉砕対象物を供給する原料供給口が設けられている請求項１に記載の粉砕装置。
3. 前記粉砕ロータの円盤の外周端部が前記通路部の各仕切部材の外周端部よりも粉砕ロータの内方側に位置している請求項２に記載の粉砕装置。
4. 前記分級部が複数の分級羽根を外周部に有して前記粉砕ロータと同軸心周りに回転する分級ロータを備え、前記粉砕ロータと前記分級ロータの外周部との間に前記粉砕対象物を循環させる筒状体が設けられている請求項１から３のいずれか１項に記載の粉砕装置。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の粉砕装置によって、原料物質が繊維状化された粉砕対象物を粉砕して所定粒度の粉体粒子を作製する粉体製造方法。
6. 前記原料物質は、樹脂または樹脂を含む低融点物質である請求項５に記載の粉体製造方法。