KR100414816B1

KR100414816B1 - 기계식분쇄장치

Info

Publication number: KR100414816B1
Application number: KR1019960056368A
Authority: KR
Inventors: 유키요시 야마다; 사토시 아키야마; 타카히로 이지카와; 히데오 오카베
Original assignee: 가부시끼가이샤 닛신 세이훈 그룹 혼샤; 닛신 엔지니어링 가부시키가이샤
Priority date: 1995-11-24
Filing date: 1996-11-22
Publication date: 2004-04-29
Also published as: KR970025715A; EP0775526B1; DE69618431T2; US5845855A; DE69618431D1; EP0775526A1; TW318797B

Abstract

본 발명의 기계식 분쇄 장치는 회전축에 의해 지지되고 외주면상에 형성된 다수의 홈을 가지는 회전자와 이 회전자의 사이의 소망의 갭을 형성하도록 회전자의 외측에 삽입되고 갭내에 분쇄될 물질을 분쇄하기 위해서 내주면상에 다수의 홈을 가지는 라이너를 포함하며, 회전자와 라이너중 하나 이상의 홈은 회전축에 대해서 분쇄될 물질의 흐름을 방지하는 방향으로 경사져 있는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 기계실 분쇄 장치는 고 성능으로 대형입자가 혼합되어 있지 않은 소형 입자와 샤프한 입자 크기의 분포 폭으로 만들 수 있고, 분쇄 장치는 적합하게 수자로 구성된 분말 또는 미세하게 분쇄될 수지로 주로 구성된 분말에 적용가능하다.

Description

기계식 분쇄 장치{Mechanical grinding apparatus}

본 발명은 수지 또는 주로 수지로 구성된 분발의 제조시, 특히 건조 토너와 분말 페인트의 제조시의 건조 분쇄공정에 적합한 기계식 분쇄 장치에 관한 것이다.

건조 기계식 분쇄 또는 가루로 만드는 공정은 최종 제품의 입자 크기와 입자 크기 분포를 조절하기 위해 건조 토너, 분말 페인트 등의 제조시 사용되고 이 공정에 사용될 수 있는 장치로는 크러셔, 밀, 그라인더와 펄버라이저(pulverizer)가 제안되고 있다.

종래에, 분쇄될 공급물질(이후에 간단히 "공급물질"로 언급함)을 미세하게 분쇄하기 위한 회전 기계식 분쇄 장치로서 일본국 특허공개 소 59-105853 호와 일본국 특허공보 3-15489호에 공지된 미세 그라인더와 미세 펄버라이저가 있다. 도13에 도시한 바와 같이, 미세 그라인더(50)는 회전축(56)이 외주면상에 모선(generating line)과 평행하게 형성되고 주변방향으로 연속된 다수의 오목볼록부(52)를 가지는 원통형 회전자(54)를 지지하고, 내주면상에 모선과 평행하게 형성되어 주변방향으로 연속된 다수의 오목볼록부(60)를 가진 원통형 라이너(62)가 회전자(54)의 외측에 삽입되어 회전자(54)의 외주면과 라이너(62)의 내주면사이에 형성된 미세갭(58)을 형성하고 미세갭(58)이 분쇄실로서 사용되로록 배치되어 있다.

미세 그라인더(50)에서, 회전자(54)는 고속으로 회전될 뿐만 아니라 도면에서 케이싱(51)의 좌하부에 배치된 공급물질 공급구(66)로부터 공급된 공급 물질을 흡입송풍기(도시 생략) 등에 의해서 도면에서 케이싱(51)의 우상측에 배치된 제품 방출구(64)로부터 흡입된 공기의 흐름과 함께 미세갭(58)으로 이루어진 분쇄실에 강제로 공급한다. 이 때에, 공급물질은 오목볼록면에 의해 생성된 회오리에 의해 회전자(54)와 라이너(62)의 오목볼록면에 대향해 효과적으로 충돌을 일으키거나 또는 회전자(54)와 라이너(62)의 요철 양자사이의 마찰에 의해 생긴 전단력을 받으므로서 분쇄되어 미세 분말로 된다. 그런 후, 미세 갭으로부터 유출된 미세분말은 제품 방출구로부터 장치의 외측으로 방출된다. 여기서, 이런 형태의 미세 그라인더(50)는 갭(58)으로부터 대형입자의 유출을 방지하고 단지 미세입자의 유출을 허용하기 위해서 라이너(62)의 상단에 배치된 분류링(68)을 구비하여 라이너(62)의 오목볼록부(60)의 요철을 막는다.

미세 그라인더(50)에서는, 분쇄실을 이루는 미세갭(58)의 간격이 1mm이하로 설정되고 회전자(54)가 고속으로 회전되기 때문에, 공급물질이 라이너(62)와 회전자(54)의 양 오목볼록면으로부터 요철로 일정하게 생성된 회오리에 의해 서로 충돌을 일으키고 전단력을 받아서 효과적으로 분쇄하여 미세분말을 만든다. 결국, 분쇄물질은 수 마이크론 내지 수십 마이크론 범위의 상당히 좁은 입자 크기 분포 폭을 얻는다.

미세 그라인더(50)에서는, 도 14a 내지 도 14d에 도시한 바와 같이, 회전자(54)의 오목볼록부(52)와 라이너(62)의 오목볼록부(60)의 조합을 제안하고 있다. 이들 도면에서, 오목볼록부(52a)와 오목볼록부(60a)가 정사각형의 측단면 형상을 가지고 오목볼록부(52b)와 오목볼록부(60b)가 삼각형의 측단면 형상을 가질지라도, 우수한 분쇄성능을 상술한 조합중 도 14d에 도시한 삼각형상의 오목볼록부(52b)와 삼각형상의 오목볼록부(60b)의 조합에 의해 얻을 수 있음을 알 수 있다.

일본 특허공개 평7-155628호는 제각기 도 15a 및 도 15b에 도시한 바와 같이 기계식 분쇄 장치(70, 71)를 제안하고 있으며, 이들 장치는 모선에 수직인 방향으로 다수의 오목볼록부(72)와 다수의 오목볼록부(72, 74)가 상술한 미세 그라인더(50)내에 형성된 것과 유사하게 모선과 평행한 라이너(62)의 내주면과 회전자(54)의 외주면상에 형성된 오목볼록부외에, 회전자(54)의 외주면과 모선 방향으로의 라이너(원통체)(62)의 내주면에 모선방향으로 연속적으로 형성되어 있다.

이들 기계식 분쇄 장치(70, 71)는 오목볼록부를 양방향으로, 즉 모선과 평행한 방향과 모선에 수직인 방향으로 형성함으로서 수평방향으로의 회오리 외에 수직방향으로의 회오리를 만들 수 있다. 그러므로, 기계식 분쇄 장치(70, 71)는 분쇄기능을 개선한 결과로 수십 마이크론정도의 입자크기를 가지는 분쇄물질을 얻을 수 있다.

상술한 것외에도, 예를 들어 일본국 특허공보 평 4-12190호와 평 4-12191호에 공지되어 있는, 세라믹, 콩, 돌, 자갈 등의 다양한 재료와 같은 단단한 물질을 분쇄하기 위한 분쇄장치와, 일본국 특허공보 소 58-14822 호와 소 58-14823호에 공지된 복사용 카본과 피그먼트를 얻기 위한 미세 그라인더와, 일본국 특허공보 소 61-36457호와 소 61-36459 호에 공지된 몇 마이크론 정도의 초미립입자를 얻기 위한 초미립 그라인더와, 일본국 특허공개 평 5-184960 호 등에 공지된 분쇄장치와 같은 회전 기계식 분쇄 장치가 알려져 있다.

부수적으로, 수지 또는 주로 수지로 구성된 분말과, 특히 건조 토너, 분말 페인트 등에 있어서, 보다 작은 입자 크기와 유사한 입자 크기, 즉, 입자 크기 분포 폭이 샤프한(좁은)분말이 고품질을 만드는데 요구되고 있다.

그런데, 소형 입자 크기를 가지는 분쇄물질을 상기 종래의 기계식 분쇄 장치에 의해 얻을 때, 회전자의 회전속도를 증가해야 하기 때문에, 에너지 효율, 베어링 수명, 잡음, 진동, 배기온도의 증가 등의 문제점을 야기한다. 더욱이, 또한 회전자의 회전속도의 증가를 제한하는 경우에 목표 입자 크기로 분쇄하는 것이 불가능하다는 문제점을 야기한다.

회전자의 회전속도가 고속일 때, 분쇄에서의 목표 입자 크기보다 매우 미세한 입자를 분류 수단에 의해 제거하고 입자 크기 분포를 조정하여 예를 들어 건조 토너의 제품의 품질을 개선할지라도, 많은 입자가 목표 입자 크기 보다 훨씬 소형인 입자크기로 분쇄되기 때문에, 불필요한 입자가 증가하고 생산량이 낮아지는 문제점이 있다.

일본국 특허공개 소 59-105853호와 일본국 특허공보 평 3-15489호에 공지된 미세 그라인더(50)에서는 회전자(54)와 라이너(62)사이에 형성된 분쇄실을 좁게 하기 위한 기구를 사용하여 대형입자의 통과를 막는다. 예를 들어, 분쇄실로서 작용하는 상기 갭(58)의 간격을 1mm이하로 설정한다. 그러나, 분쇄실을 상술한 바와 같이 좁게 하면, 분쇄실의 온도가 공급된 원료의 량에 따라서 분쇄작업시 발생되는 마찰열 등에 의해서 과열될 가능성이 있다. 특히, 원료를 처리능력을 초과하는 량으로 공급할 경우, 처리능력이 낮아지고 처리량이 감소하는 추가의 문제점을 야기할 수 있다. 이런 경우에, 분말 원료가 분쇄실의 내부에 용융되어 부착되고 분말재료의 분쇄를 연속하는 것을 어렵게 하거나 불가능하게 하는 문제점을 야기한다.

더욱이, 일본국 특허출원 공개 평 7-155628호에 공지된 기계식 분쇄 장치에서는, 모선에 수직인 오목볼록부(72, 74)가 모선과 평행하게 형성된 오목볼록부외에, 회전자(54)의 외주면과 라이너(62)의 내주면상에 형성되어 있기 때문에, 수평방향으로의 회오리 외에도 요철에 의해 수직방향으로의 회오리가 생성된다. 그러므로, 회오리가 초과로 생성되고 입자가 서로에 대해서 초과로 충돌되고, 특히 입자가 회전자(54)의 요철에 대향해 초과로 충돌되어, 분말을 초과로 분쇄하고 배기를 너무 증가시키는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 수지 또는 주로 수지로 구성된 분말을 미세하게 분쇄하기위한 기계식 분쇄 장치를 제공하는 것으로, 이것에 의해 종래기술의 상술한 문제점을 해소할 수 있고 여기에 대형 입자가 혼합되지 않은 소형입자와 입자 크기 분포 폭이 샤프한 분쇄물질을 고효율로 얻을 수 있다.

상술한 문제점을 해소하기 위해서, 본 발명은 회전축에 의해 지지되고 외주면상에 형성된 다수의 홈을 가지는 회전자와 이 회전자와의 사이의 소망의 갭을 형성하도록 회전자의 외측에 삽입되고 갭내에 분쇄될 물질을 분쇄하기 위해서 내주면상에 다수의 홈을 가지는 라이너를 포함하며, 회전자와 라이너중 하나 이상의 홈은 회전축에 대해서 분쇄될 물질의 흐름을 방지하는 방향으로 경사져 있는 기계식 분쇄 장치를 제공한다.

본 발명은 양호하게, 라이너는 추가로 내주면상에 형성되고 회전축과 평행한 방향에 대해 흐름 방지 방향과 반대방향으로 경사진 홈을 포함한다. 그 외에, 회전자가 추가로 외주면상에 형성되고 회전축에 평행한 방향에 대해 흐름 방지 방향과 반대방향으로 경사진 홈을 포함하는 것이 양호하다. 또, 회전자의 홈과 라이너의 홈중 하나이상의 홈이 회전축에 평행한 방향에 대해 5˚ 이상 내지 90˚ 이하의 경사각을 가지는 것이 양호하다.

회전자의 홈이 회전축에 평행한 방향에 대해 분쇄물질의 흐름을 방지하기 위한 방향으로 경사진 홈과 상기 방향과 반대인 방향으로 경사진 홈모두를 가지고 홈의 경사각을 5˚ 이상 45˚ 이하인 것이 양호하다.

회전자의 홈의 방향에 수직인 방향의 홈의 단면형상은, 전방 측면이 회전자의 중심으로부터 회전자의 원심력의 방향까지의 방사방향에 대해 회전자의 회전방향과 반대인 방향으로 30˚ 내지 회전자의 회전방향으로 30˚ 의 범위 내의 각도로 경사지고, 후방 측면이 회전자의 중심으로부터 원심력까지의 방사방향에 대해 회전자의 회전방향과 반대인 방향으로 30˚ 내지 70˚ 범위의 각도로 경사져 있는 것이 양호하다.

회전자의 홈이 회전자의 회전축에 평행한 방향에 대해 분쇄물질의 흐름을 방지하기 위한 방향으로 경사진 홈과 상기 방향과 반대인 방향으로 경사진 홈을 가지고 홈의 경사각을 5˚ 이상 45˚ 이하인 것이 양호하다.

라이너의 홈의 방향에 수직인 방향의 홈의 단면형상은, 전방 측면이 회전자의 중심방향에 대해 회전자의 회전방향으로 30˚ 내지 70˚ 범위의 각도로 경사져 있고, 후방 측면이 회전자의 중심방향에 대해 회전자의 회전방향과 반대인 방향으로 30˚ 내지 회전자의 회전방향으로 30˚ 의 범위내의 각도로·경사져 있는 것이 양호하다.

본 발명의 기계식 분쇄 장치에서, 분말 원료는 회전자와 라이너사이의 갭으로 구성된 분쇄실내에서 미세하게 분쇄된다. 그러나, 분쇄 장치가 작동되면, 제품을 방출하기 위한 제품 방출구로부터 흡입되고 재료공급구로부터 공급된 분말 원료와 함께 분쇄 장치로 유출되는 공기가 회전자 또는 라이너의 모선 방향으로, 즉, 회전자의 회전축에 평행한 방향으로 흐르기 때문에, 분쇄실로서 작용을 하는 갭에 들어간 분말 원료는 회전자의 회전에 의해 공기 흐름에 수직인 방향으로 힘을 받게되고 회전자의 회전방향으로 유출된다.

그러나, 본 발명의 분쇄 장치에서는, 회전축의 방향으로 경사진 다수의 홈이회전자의 외주면상에 형성되고, 라이너의 내주면 또는 회전자와 라이너 양자의 주위면은 분말 원료가 유출되는 방향으로 분말 원료의 흐름을 방지한다. 결국, 회전자와 라이너사이의 갭으로 들어가서 방출구로 흐르는 분쇄 입자의 속도는 낮아지고 더욱이 이들은 회전자의 홈의 요철에 의해 공급구로부터 튀어나가며, 분쇄실내의 분쇄 입자의 지체 동안의 시간은 갭사이의 간격, 즉, 분쇄실의 공간이 큰 크기로 유지될지라도 증가된다. 따라서, 본 발명에 따라서, 초과의 회오리와 초과의 충돌의 발생을 방지할 수 있기 때문에, 분말 원료를 초과로 분쇄하지 않는다. 그리고 분쇄실내의 분쇄 입자의 잔류시간을 증가할 수 있으므로, 입자 크기를 감소할 뿐만 아니라 대형 입자의 발생을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 기계식 분쇄 장치의 실시예의 단면도.

도 2는 본 발명에 따른 기계식 분쇄 장치의 다른 실시예의 단면도.

도 3은 도 1에 도시한 기계식 분쇄 장치에 사용되는 라이너의 실시예의 사시도.

도 4는 본 발명에 따른 기계식 분쇄 장치의 회전자 또는 라이너상에 형성된 경사홈의 각도를 도시하는 개략도.

도 5a는 도 1의 V-V선을 따라 취산 회전자와 라이너의 홈내에 공기회오리의 흐름선을 개략적으로 도시한 홈의 부분 단면도.

도 5b 및 도 5c는 제각기 홈방향에 수직인 도 5a에 도시한 라이너의 홈의 단면형상의 예를 도시하는 부분단면도.

도 5d 및 도 5e는 제각기 홈방향에 수직인 도 5a에 도시한 회전자의 홈의 단면형상의 예를 도시하는 부분단면도.

도 5f는 회전자와 라이너의 홈의 분쇄작업의 예를 도시하는 개략도.

도 5g는 회전자의 홈내에 발생된 공기회오리의 예를 개략적으로 도시한 도면.

도 6은 도 1에 도시한 기계식 분쇄 장치에 사용된 회전자의 실시예의 사시도.

도 7a 및 도 7b는 제각기 본 발명의 기계식 분쇄 장치에 사용된 라이너와 회전자의 다른 실시예의 정면도.

도 8은 예 1과 비교예 1의 결과를 도시하는 그래프.

도 9는 예 2와 비교예 2의 결과를 도시하는 그래프.

도 10은 예 3, 예 4와 비교예 3의 결과를 도시하는 그래프.

도 11은 도 5a 내지 도 5g와 비교예 4의 결과를 도시하는 그래프.

도 12는 도 5a 내지 도 5g와 비교예 4의 결과를 도시하는 그래프.

도 13은 종래의 회전 기계식 분쇄 장치를 도시하는 단면도.

도 14a 내지 도 14d는 제각기 도 13에 도시한 종래의 분쇄장치의 회전자와 케이싱의 여러 구조를 도시하는 부분단면도.

도 15a 및 도 15b는 제각기, 도 13에 도시한 종래의 분쇄장치에서의 회전자와 케이싱의 또 다른 여러 구조를 도시하는 부분단면도.

* 도면에 주요부분에 대한 주요부분의 설명 *

10, 30 : 기계식 분쇄 장치

11: 케이싱 12: 회전축

14: 회전자 유닛 16: 회전자

18: 라이너 20: 재료공급구

22: 제품배출구 24a, 24b: 베어링

26a, 26b: 측판 28: 갭

32, 34, 36: 경사홈

32a, 32b, 34a, 34b: 경사홈의 측면

32c, 34c: 경사홈의 바닥부 32d, 34d: 경사홈의 볼록부

32S, 34S: 주 공기 회오리의 흐름 라인의 모양

α,β,,δ: 경사홈의 단면경사각

a: 공기흐름의 방향(회전축에 평행한 방향)

b: 회전자의 회전방향

c: 분쇄입자(분쇄될 물질)의 이동방향

본 발명에 따른 기계식 분쇄 장치를 첨부도면에 도시한 양호한 실시예를 근거로 상세히 설명할지라도 본 발명은 여기서 제한되지 않는다.

도 1은 본 발명에 따른 기계식 분쇄 장치의 실시예의 개략적인 단면도이다. 해칭은 첨부도면에서 간단하기 위해 부분적으로 생략되어 있다.

도면에 도시한 바와 같이, 기계식 분쇄 장치(이후에 간단히 분쇄 장치로 언급함)(10)는 케이싱(11)과, 케이싱(11)에 의해 회전가능하게 지지된 회전축(12)과 회전축(12)에 의해 지지되고 고정된 다수의 회전자 유닛(14)(도시한 실시예에서 4개)으로 구성된 회전자(16)와, 회전자(16)의 외주면과 라이너의 내주면사이의 바람직한 갭을 가지도록 케이싱(11)에 의해 지지되고 회전자(16)의 외측에 삽입된 라이너(18)를 포함하는 수평 분쇄 장치로 구성되어 있다. 케이싱(11)은 제각기 도면에서 좌우에 배치된 원료(분쇄되어질 물질)를 공급하기 위한 재료 공급구(20)와 분쇄 제품을 방출하기 위한 제품 방출구(22)를 포함한다.

기계식 분쇄 장치(10)에서, 회전축(12)은 기계식 분쇄 장치(10)가 베어링(24a, 24b)을 통해 케이싱(11)의 좌우벽 양쪽에 의해 수평으로 장치되거나 배치되어 지지되는 평면과 평행하게 놓여있다. 도시한 실시예에서의 회전축(12)의 단부 또는 우측단부(베어링(24b)의 측면)는 풀리와 전동벨트 등으로 구성된 랩핑 전동기구(도시생략) 또는 기어 전동기구(도시생략)등을 통해서 모터 등과 같은 구동유닛에 연결되어 있다.

4개의 회전자 유닛(14)은 키이(도시생략)를 통해서 회전축(12)에 고정되고 회전축의 양측면으로부터 회전자 유닛을 유지하는 원측판(26a, 26b)에 의해 일체형 유닛으로 배열되어 있다. 회전자(16)가 도시한 실시예에서 길이방향으로 분할된 4개의 회전자 유닛(14)으로 구성되어 있을 지라도, 이것은 단지 제조시 편리를 위한 것이다. 즉, 본 발명이 상술한 배열에 제한되지 않고 회전자를 이루는 회전자 유닛(14)이 제한될 뿐만 아니라 회전자(16)가 하나의 일체형 유닛으로서 만들어진 단일 회전자로 구성될 수 있음은 말할 필요도 없다.

라이너(18)가 회전자(16)의 외측에 삽입되어 이들 사이에 갭을 형성할지라도, 회전자(16)의 외주면과 라이너(18)의 내주면사이에 분할된 갭(28)은 재료 분쇄실로서 작용한다. 라이너(18)는 케이싱(11)의 중심에 원통형 배럴의 내부에 끼워져 고정되어 있다. 더욱이, 케이싱(11)의 양 측면상의 체적과 형상은 적당한 크기를 가지는 공간이 라이너(18)(과 회전자(16))의 양 측면 각각에 형성될 수 있는데, 도면의 좌측상의 공간이 재료 공급구(20)와 연통하고 도면에서 우측상의 공간이 분쇄 제품(분쇄물질)의 제품 방출구(22)와 연통하도록 설정되어 있다. 제품 방출구(22)는 송풍기와 같은 공기흡입장치(도시생략)에 의해 흡입되므로 재료 공급구(20)으로부터 공급된 공급물질은 공기와 함께 흡입되고 장치내에서 분쇄하여 얻어진 제품은 공기와 함께 제품 방출구(22)로부터 방출된다. 더욱이, 케이싱(11)의 하부면은 레그부를 가지며, 장착 테이블(도시생략)상에 장착되어 있다.

본 발명의 기계식 분쇄 장치(10)가 기본적으로 상술한 바와 같이 배치되어 있을지라도, 본 발명은 도 1에 도시한 수평 분쇄 장치에 제한되지 않고, 상술한 요소와 유사한 기본적인 구성요소를 구비하면 어떠한 분쇄 장치로도 구성될 수 있다. 예로서 도 2에 도시한 수직 분쇄 장치(30)가 있으며, 이것의 구조는 회전축(12)과, 회전축(12)에 의해 지지된 회전자(16)와 회전자와의 사이에 예정된 갭을 형성하도록 회전자(16)에 삽입된 라이너(18)가 수직으로 배치되어 있고, 재료 공급구(20)가 라이너(18)아래의 케이싱의 하부상에 배치되어 있고 제품 방출구(22)가 라이너(18)위의 케이싱(11)의 상부에 배치되어 있다. 장치는 알려진 기술의 구조를 근거로 적당하게 개량될 수 있다.

본 발명의 기계식 분쇄 장치(10)내의 가장 특징적인 부분은 다수의 홈이 회전자(16)의 외주면과 라이너(18)의 내주면중 적어도 하나 또는 양쪽에 형성되고 홈이 회전축(12)과 평행한 방향에 대해 분쇄될 물질의 흐름을 방지하는 방향으로 경사져 있는 것이다.

즉, 도 3에 도시한 바와 같이, 홈(32)은 라이너(18)의 내주면상에 형성되어있고 홈의 엔벨로핑 라인(enveloping lines)만이 일점 쇄선으로 도시한 회전축(12)의 회전중심(중심선)(12a)과 평행한 방향에 대해 점선에 의해 도시한 회전자(16)의 회전방향에 반대의 방향(도면에서 화살표 b로 도시함)으로 경사지도록 배열되어 있다. 라이너(18)는 도 3에서 라이너 유닛의 1/6 만 도시되어 있고 다른 부분은 점선을 사용하여 랩핑라인으로 도시되어 있다. 물론 라이너(18)를 이루는 라이너 유닛의 수는 제한되지 않고 라이너(18)가 단일 원통체로 만들어 질 수 있음은 말할 필요도 없다.

본 발명에서의 회전축(12)과 평행한 방향은 회전축(12)의 회전중심(12a)과 평행한 방향이고 공기가 흐르는 도면에 화살표 a 로 도시한 방향을 의미하므로 이 방향은 회전자(16) 또는 라이너(18)의 길이방향과 모선과 일치한다.

덧붙여 말하면, 회전자(16)의 외주면상의 홈(34)과 라이너(18)의 내주면상의 홈(32)의 적어도 한 그룹은 본 발명의 회전축(12)과 평행한 방향에 대해 분쇄될 물질(입자)의 흐름을 방지하는 방향으로 경사져 있어야 한다. 도 4에서 확대하여 도시한 바와 같이, 회전자(16)의 외주면과 라이너(18)의 내주면사이의 갭(28)내에서 이동하는 공급물질의 이동속도의 벡터(입자 흐름속도의 벡터)는 회전자(16)의 회전속도의 벡터(방향: 회전방향 b: 길이: 속도)와 공기흐름 속도의 벡터(방향: 회전방향 a: 길이: 속도)의 조합벡터에 의해 주어진다. 그러므로, 라이너(18)의 내주면상의 홈(32)은 얻어진 입자 흐름 속도의 벡터의 방향(도면에서 화살표 c 로 도시됨)과 교차하는 방향과 양호하게 여기에 수직인 방향으로 배치되어 있다. 즉, 홈(32)은 도 4의 공기 흐름 방향 a에 대해서 경사져 배치되어 있다. 공기 흐름 방향 a에대한 홈(32)의 경사각(θ)은 홈(32)이 입자 흐름을 방지하는 방향을 향해 예각으로 경사져 있는 한 특별히 제한되지 않으며, 양호하게 5˚ 이상 90˚ 이하, 더 양호하게는 5˚ 내지 60˚, 더욱더 양호하게는 5˚ 내지 45˚, 가장 양호하게는 10˚ 내지 30˚ 이다.

공기 흐름 방향 a에 대해서 경사진 라이너(18)의 내주면상의 홈(이후에 간단히 경사홈이라 함)의 폭, 깊이, 피치 등을 포함하는 치수와 형상은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 라이너(18)의 홈(32)을 따르는 방향에 수직인 단면에서의 경사홈(32)각각의 형상은 사다리꼴 형상, 직사각형 형상, 원호형상등 중 어느 것이나 좋다. 그러나, 특별히 양호한 형상은 도 5a에 도시한 바와 같이, 회전자(16)의 중심으로 향한 측면과 상기 측면에 대해서 45˚ 내지 60˚ 의 각을 가지는 다른 측면으로 구성되고 회전자(16)의 회전방향 b를 향해 낮아지는 삼각형 형상이다(일본국 특허공보 평3-15489 호에 공지된 바와 같이).

예를 들어, 도 5b 및 도 5c는 라이너(18)의 경사홈(32)의 방향에 수직인 단면에서의 라이너(18)의 경사홈(32)의 단면형상의 전형적인 예이다. 도 5b 및 도 5c에 도시한 바와 같이, 라이너(18)의 홈(32)의 단면형상에서, 회전자(16)의 회전방향 b의 전방쪽으로 위치된 전방측면(32a)은 회전자(16)의 중심방향, 즉, 도면에서 일점 쇄선으로 도시한 방향(R)에 대해서 회전자(16)의 회전 방향 b내의 예정된 각도(α)로 경사져 있으며, 회전 방향 b의 후방쪽으로 위치된 후방측면(32b)은 회전방향 b 또는 중심방향(R)에 대해서 회전 방향에 반대인 방향으로 예정된 각도(β)로 경사져 있다. 홈(32)의 단면의 경사각(α과 β)이 제각기 30˚ 내지 70˚ 와 -30˚ 내지 30˚ 의 범위이내(회전 방향 b와 반대인 방향에서의 30˚ 로부터 회전방향 b의 30˚ 까지)인 것이 양호한다.

더욱이, 도 5b 및 도 5c에서, 라이너(18)의 홈(32)의 바닥부(32c)와 인접 홈(32)사이의 라이너(18)의 볼록부(32d)가 홈(32)의 피치의 1/2이하인 것이 양호하다. 라이너(18)의 홈(32)의 바닥부(32c)는 도 5b 및 도 5c에 도시한 바와 같이, 삼각형의 정점(apex)으로 형성되거나 직선부를 형성하지 않는 둥근형상을 가지고 보다 적합하게는 도 5a에 도시한 바와 같이 원호형상으로 형성된다.

상술한 바와 같이, 상기 경사진 홈이 라이너(18)의 내주면상에 형성될 때, 회전자(16)와 라이너(18)사이의 분쇄실을 이루는 갭(28)내에서 분쇄되어 라이너(18)의 경사홈(32)으로 들어간 물질(원료)의 입자가 송풍기 등에 의해 제품 방출구(22)로 부터 흡입된 공기의 흐름 방향을 향해 이동하는데 어렵기 때문에, 이들은 넓은 공간의 분쇄실에 유지된 채로 긴 시간동안 분쇄실에서 머무를 수 있다.

본 발명에 있어서, 경사홈이 라이너(18)의 내주면상에 형성된 경사홈(32)에 제한되지 않고 회전자(16)의 외주면과 라이너(18)의 내주면중 어느 하나상에 형성될 수 있을지라도, 이들은 회전자와 라이너의 양쪽의 주위면에 형성될 수 있다. 경사홈(34)이 도 6에 도시한 바와 같이 회전자(16)의 외주면상에 형성될 때, 이들을 회전축(12)에 고정하기 위해 4개의 회전자 유닛(14)의 키이웨이(도시생략)를 정확하게 정렬하는 것이 바람직하므로 경사홈(34)은 회전자(16)를 이루는 4개의 회전자 유닛(14)의 인접한 회전자 유닛(14)이 서로 결합하고 부드럽게 연속되는 경우에, 표면상에서 변위되지 않는다. 회전자(16)의 경사홈(34)의 경사각은 라이너(18)의경사홈(32)의 것과 유사하게 특별히 제한되지 않고 양호한 상태의 경사홈(34)은 경사홈(32)의 것과 유사하다. 회전자(16)의 경사홈의 형상과 치수는 또한 라이너(18)의 경사홈(32)의 것과 유사하게 특별히 제한되지 않고 어떠한 형상도 사용 가능하다. 그러나, 경사홈(34)의 특별히 양호한 형상은 회전자(16)의 홈(34)을 따른 방향에 수직인 단면상의 경사홈(34)의 각각의 형상이 삼각형상으로 형성되는 것이며, 이 삼각형상은 도 5a에 도시한 바와 같이, 회전자(16)의 회전 방향 b의 후방측을 향해 5˚ 내지 25˚ 의 각도를 가지는 한 측면과 회전자(16)의 중심으로 안내하는 반경에 대해서 상기 후방향을 향해 45˚ 내지 60˚ 의 각도를 가진 다른 측면을 포함한다.

예를 들어, 도 5d 및 도 5e는 회전자(16)의 경사홈(34)의 방향에 수직인 단면에서의 회전자(16)의 경사홈(34)의 단면형상의 전형적인 예이다. 도 5d 및 도 5e에 도시한 바와 같이, 회전자(16)의 홈(34)의 단면형상에서, 회전자(16)의 회전방향 b의 전방쪽으로 위치된 전방측면(34a)은 회전자(16)의 중심으로부터 방사방향, 즉, 도면에서 일점 쇄선으로 도시한 방향(R)에 대해서 회전 방향과 반대인 방향 또는 회전자(16)의 회전 방향 b내의 예정된 각도(r)로 경사져 있으며, 회전 방향 b의 후방쪽으로 위치된 후방측면(34b)은 방사 방향에 대해서 회전방향 b로 예정된 각도(δ)로 경사져 있다. 홈(34)의 단면의 경사각(r과 δ)이 제각기 -30˚ 내지 30˚ 의 범위이내, 즉 회전 방향 b와 반대인 방향에서의 30˚ 로부터 회전방향 b의 30˚ 까지와, 회전방향과 반대의 방향으로 30˚ 내지 70˚ 의 범위이내인 것이 양호한다.

더욱이, 도 5d 및 도 5e에서, 회전자(16)의 홈(34)의 바닥부(34c)와 인접 홈(34)사이의 회전자(16)의 볼록부(34d)가 홈(34)의 피치(p)의 1/2이하인 것이 양호하다. 회전자(16)의 홈(34)의 바닥부(34c)는 도 5d 및 도 5e에 도시한 바와 같이, 삼각형의 정점(apex)으로 형성되거나 직선부를 형성하지 않는 둥근 형상을 가지고 보다 적합하게는 도 5a에 도시한 바와 같이 원호형상으로 형성되어 있다.

본 발명의 양호한 실시예와 같이, 홈(32, 34)의 단면형상을 한정이유를 부가하여 아래에 설명하겠다.

본 발명에 따른 분쇄 장치(10)에서, 회전자(16)의 회전에 의해 과잉으로 분포되지 않은 적당히 안정한 공기회오리 또는 소용돌이는 도 5a에 개략적으로 도시한 바와 같이, 라이너(18)의 홈(32)과 회전자(16)의 홈(34)내에 제각기 형성되어져야 한다. 공기회오리가 배기 가스 온도의 초과상승, 즉, 분쇄 온도의 상승과 분쇄 분말의 상승을 방지하는데 효과적이다. 그러므로, 공기회오리를 형성하면 장치의 분쇄 성능을 개선하는 결과를 가져온다. 도 5a에서, 도면 부호 32S는 회전자(16)의 회전에 의해 발생된 라이너(18)의 홈(32)내의 공기회오리의 흐름라인의 모양(이미지)을 나타내고, 도면부호 34S는 회전자(16)의 홈(34)내의 공기회오리의 흐름라인의 모양을 나타낸다.

분쇄실(28)로 충전된 공급 물질 입자는 회전자(16)의 홈(34)내에 발생된 공기회오리에 의해 회전자(16)의 홈(34)으로 흡입되고, 라이너(18)의 방향으로 되튀게 되도록 후방측면(34b)과 충돌하게 되고, 라이너(18)의 전방측면(32a)과 충돌되어 분쇄되어진다(도 5f).

분쇄된 공급 물질 입자중에, 조대한 입자는 라이너(18)의 홈(32)내에서 발생된 공기회오리로 운반할 수 없고 다시 분쇄실(28)로 보내져 동일한 작업을 다시 한다. 이와 대조적으로, 미세한 입자는 라이너(18)의 홈(32) 또는 회전자(16)의 홈(34)내에 발생된 공기회오리에 의해 포착되어 홈(32)과 홈(34)내에 유지되어, 회전자(16)와 라이너(18)의 홈(34, 32)의 오목볼록부가 고속으로 번갈아 맞물려지므로서 공기회오리의 압력을 변화시켜, 특정 크기의 입자로 분쇄된다.

상술한 분쇄 공정을 고려해서, 홈의 단면형상을 아래에 언급한 바와 같이 결정해야 한다.

회전자(16)의 홈(34)의 후방측면(34b)이, 흐름라인내에서 초과로 교란시키지 않고, 배기의 온도상승을 방지하고, 라이너(18)의 방향으로 표면과의 충돌하는 공급 물질 입자를 격퇴하는 경사를 가지기 때문에, 경사각(δ)은 방사 방향에 대해서, 회전자(16)의 회전방향 b에 대해 반대의 방향으로 30˚ 와 같거나 보다 크지만 70˚ 와 같거나 작은 것이 바람직하다.

라이너(18)의 홈(32)의 전방측면(32a)이 회전자(16)의 반발시 적당한 충격을 공급 물질 입자에 제공하는 경사를 가지고 있기 때문에, 경사각(α)은 중심 방향에 대해서, 회전자(16)의 회전방향 b로 30˚ 와 같거나 보다 크지만 70˚ 와 같거나 작은 것이 바람직하다.

회전자(16)의 홈(34)과 라이너(18)의 홈(32)에서의 공기회오리는 적당한 크기의 세기를 가지고 큰 공간을 형성하고 안정해야 할 필요가 있다. 이 목적으로, 회전자(16)의 홈(34)의 전방측면(34a)의 경사각(r)과 라이너(18)의 홈(32)의 후방측면(32b)의 경사각(β)은 제각기, 홈(32, 34)에 큰 공간을 제공할 수 있는 0˚ 보다 크고, 0˚ 보다 적게되어 있다.

그러나, 회전자(16)의 홈(34)의 전방측면(34a)이 회전 방향 b와 반대의 방향으로 초과로 큰 경사각(r)을 가지도록 형성될 때, 보완 공기회오리가 주 공기회오리와 함께 발생되어 이로부터 방출해야할 조대한 입자를 홈내에 유지시켜서, 유지된 조대한 입자를 제품으로 혼합한다. 위에서, 주 공기회오리는 주로 입자를 분쇄하도록 입자와 작용하는 회오리이고, 이것의 모양은 도 5a에 참조번호 32S와 34S로 나타내어진다(도 5g참조).

회전방향 b에 대한 방향으로의 경사각(r)이 너무 클 때, 홈(34)내에 발생된 공기회오리는 주 흐름으로 유출되는 경향이 있어 이들을 불안하게 만들거나, 주 흐름이 홈(34)으로 유입되는 경향이 있어 공기회오리의 크기를 감소한다.

상술한 것을 고려해서, 경사각(r)은 적합하게 -30˚ 와 같거나 이상이지만 30˚ 와 같거나 작게, 즉, 회전방향 b와 반대인 방향에서의 30˚ 로부터 회전방향 b에서의 30˚ 까지의 범위내에 설정된다.

더욱이, 유사한 이유를 근거로, 라이너(18)의 홈(32)의 후방측면(32b)의 정사각(β)은 적합하게 -30˚ 와 같거나 이상이지만 30˚와 같거나 작게, 즉, 회전방향 b와 반대인 방향에서의 30˚ 로부터 회전방향 b에서의 30˚ 까지의 범위내에 설정된다.

본 발명에 적합한 홈의 피치를 아래에 설명하겠다.

동일한 직경을 가지는 회전자(16)에 대해서, 홈의 좁은 피치(p)는 홈(32,34)의 수를 증가시키고, 이것은 홈(32, 34)의 측면(32a, 32b, 34a, 34b)과 입자가 충돌하는 확률을 증가하기 때문에 미세한 입자를 얻는데 양호하다. 그러나, 홈(32, 34)의 깊이가 주 공기회오리외의 공기회오리의 형성을 억제하면서 안정하고 적당히 강한 공기회오리를 발생하기에 적합한 특정범위내로 설정되어 있기 때문에, 너무 좁은 피치는 홈공간을 너무 작게하여 처리능력 등을 감소하는 문제를 야기한다.

따라서, 홈의 피치(p)가 분쇄되어질 공급 물질의 종류와, 공급 물질의 입자 크기와 제품의 입자 크기 등에 따라서 변화될 수 있어도, 본 발명의 홈의 피치(p)는 적합하게 약 2- 10 mm로 설정되어 있다.

더욱이, 홈(32, 34)의 피치는 적합하게 홈의 피치(p)의 1/5와 3배사이로 설정된다.

경사홈(34)이 상술한 바와 같이 회전자(16)의 외주면상에 형성될 때, 회전자(16)와 라이너(18)사이의 분쇄실을 이루는 갭(28)으로 들어가서 회전자(16)의 경사홈(34)에 의해 형성된 요철(34d)에 대향해 충돌하는 공급 물질 입자는 제품 방출구(22)로부터 송풍기 등에 의해 흡입된 공기(재료 공급구(20)의 측면 상에)가 흐르는 방향과 반대인 방향으로 튀어나간다. 그러므로, 입자가 분쇄실 내에 머무르는 시간을 증가할 수 있다.

더욱이, 경사홈이 회전자(16)의 외주면과 라이너(18)의 내주면중 어느 하나에만 형성될 때, 회전축(12)의 중심라인(12a)과 평행한 홈을 회전자(16)와 라이너(18)의 주위면중 다른 하나에 형성할 수 있다. 추가로, 회전축(12)의 중심라인(길이 방향)에 대해 동일하거나 다른 경사각으로 서로 교차하는 다수의 경사홈을주위면 중 어느 하나 또는 양쪽에 형성할 수 있다. 즉, 전방측에서 보았을 때 메시(mesh)로 형성된 경사홈(36)을 도 7a의 라이너(18)와 도 7b의 회전자(16)내에 도시한 바와 같아 형성할 수 있다.

상술한 경사홈을 형성하는 방법은 특별히 제한되지 않고 커팅 등에 의해 주위면상에 오목부를 형성하는 방법, 캐스팅 등에 의해 볼록부를 형성하는 방법과 같은 종래의 어떠한 방법도 사용가능하다. 더욱이, 내마모 처리를 필요시 동시에 적용할 수 있다.

덧붙여 설명하면, 회전자(16)의 외주면과 라이너(18)의 내주면사이의 분쇄실로서 작용하는 갭(28)의 간격은 또한 본 발명에서 특별히 제한되지 않고 적당히 공급 물질의 형태와 재료, 분쇄된 제품의 입자 크기 분포 등에 따라서 선택될 수 있다. 본 발명에서, 그러나 이 간격은 본 발명의 특징인 경사홈의 존재에 의해서 종래의 것보다 크게 만들 수 있고 이 간격을 최대 3mm의 폭으로 설정할 수 있다.

상술한 바와 같이 기본적으로 배치된 본 발명의 기계식 분쇄 장치의 작동을 도 1과 도 3 내지 도 7b를 참조로 설명하겠다.

먼저, 분쇄된 수집 필터를 통해서 제품 방출구(22)에 연결된 흡입 송풍기(도시생략)의 작동을 시작하므로 재료 공급구(20)로부터 나온 공기로 분쇄장치내의 도 1의 좌측에서 우측까지 공기 흐름을 만든다. 그리고 나서, 회전자(16)는 도 3의 화살표 b의 방향으로 회전된다.

다음으로, 분말 원료의 소망의 양은 재료 공급구(20)로 부터 연속적으로 또는 간헐적으로 공급된다. 그리고 나서, 공급된 분말 원료가 공기 흐름과 함께 흡입되어 회전자(16)와 라이너(18)사이의 갭(28)에 도달한다. 계속적으로, 분말 원료는 경사홈(32, 34)의 요철 양자 사이의 마찰에 의해 생긴 전단력을 받으므로서 분쇄되어 경사홈(32, 34)의 볼록면과의 충돌과 여기서 생긴 소용돌이에 의한 오목면에 대향한 층들과 추가로 서로에 대한 충돌을 반복하므로서, 분말 원료를 적당히 분쇄하면서 오른쪽으로 점증적으로 이동하고, 분쇄 제품으로서 제품 방출구(22)로부터 흡입과 방출하고 장치의 외측의 분쇄 제품 수집 필터에 의해서 포착한다.

분쇄 공정에서, 도 4도에 도시한 바와 같이, 즉 도 4에서 화살표 a, b, c로 도시한 바와 같이, 경사홈이 작용하고, 회전자(16)의 회전방향 b가 공기 흐름 방향 a에 수직인 방향이므로, 공기흐름과 함께 회전자(16)와 라이너(18)사이의 갭(28)으로 들어간 분말 원료의 입자는 회전방향 b로 유출되어 거의 방향 c로 전진한다. 결과적으로, 라이너(18)의 경사홈(32)과 회전자(16)의 경사홈(34)으로 직접 또는 이들 경사홈(32, 34)에 의해 생긴 회오리에 의해서 들어가거나 서로 충돌을 일으켜 반대방향으로 방출되므로 이들은 공기 흐름 방향 a를 향한 이동이 방지된다. 따라서, 입자가 공기 흐름 방향 a를 향한 부드러운 이동을 방지하기 때문에, 갭(28)으로 이루어진 분쇄실내의 입자의 잔류시간을 증가할 수 있다. 경사홈(32, 34)이 작동하여 분쇄실내의 분말 원료의 입자의 흐름을 방지하기 때문에, 분쇄실의 체적(갭(28)의 간격)을 증가할 수 있어(갭의 간격은 최대로 3mm), 처리해야할 분말 원료의 량을 증가할 지라도, 충분한 분쇄시간을 확보할 수 있다. 분쇄실의 공간을 상술한 바와 같이 증가하면, 매우 심한 교란과 불규칙한 교란은 경사홈(32, 34)에 의해 생성된 회오리에 포함되지 않고 분말 원료의 입자를 점증적으로 분쇄할 수 있다. 결국, 분말 원료의 잔류시간이 분쇄실내에서 증가되는 것에 관계없이 초과의 분쇄를 방지한다.

본 발명의 기계식 분쇄 장치(10)에 있어서, 흡입 송풍기에 의해 흡입력을 만드는 것이 적합하고 회전자(16)의 회전속도를 적당히 선택하고 분쇄되어질 분말 원료(분쇄되어질 물질)의 속도, 입자 크기, 형태와, 회전자(16)와 라이너(18)의 치수와 형상, 경사홈의 형상과 치수, 분쇄실등으로서 작용하는 갭의 간격에 따라서 설정하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 약 250mm의 직경과 250mm의 축방향 길이를 가지는 회전자를 포함하는 기계식 분쇄 장치에 있어서, 흡입 송풍기가 약 4-6m²/분의 공기 흐름 속도를 가지고 회전자가 약 6,000 - 13,000 r.p.m.의 회전속도를 가지는 것이 적합하다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따라서, 회전자의 외주면과, 라이너의 내주면 또는 이들 양자는 회전자의 회전축에 평행한 방향에 대해서 분쇄되어질 공급물질로서 분말 원료의 흐름을 방지하는 방향으로 경사져서 형성된 다수의 홈을 포함하고, 회전자와 라이너사이에 형성된 갭으로 구성된 분쇄실내에 분말 원료의 통로는 이들 홈에 의해 방지되므로, 분쇄실내의 분말 원료의 잔류 시간을 증가할 수 있다. 결국, 예를 들어 5- 15㎛ 정도의 소형 입자 크기와, 샤프하고 좁은 입자 크기 분포 폭을 가지며 대형 입자를 가지지 않는 고품질의 미세한 분말을 얻을 수 있다.

더욱이, 본 발명에 따라서, 대형 입자의 발생을 방지할 뿐만 아니라 분말 원료를 부드러운 분쇄상태하에서 분쇄하기 때문에, 분말 원료의 초과의 분쇄를 방지하고 뿐만 아니라 예를 들어 5㎛이하 또는 몇 마이크론이하의 입자 크기와 같은 필요한 것보다 작은 입자크기를 가진 미세입자의 발생을 감소할 수 있다. 추가로, 본 발명에 따라서, 분쇄실의 체적을 증가할 수 있으므로, 공급속도를 또한 증가할 수 있다.

따라서, 본 발명의 기계식 분쇄 장치는 수지 또는 주로 수지로 구성된 분말 원료를 분쇄하는데 적합하고, 특히, 건조 토너와 분말 페인트를 분쇄하는데 적합하다.

예

본 발명을 예를 들어 아래에서 설명하고자 하며 제한하고자 하는 것은 아니다.

(예 1)

분말 원료로서 중간 입자 크기인 500㎛를 가진 모노성분 토너를 아래의 조건하에서 도 1에 도시한 구조의 기계식 분쇄 장치(10)를 사용해서 분쇄한다.

다수의 경사홈(32)을 도 3과 도 4에 도시한 바와 같이 라이너(18)의 내주면상에 형성하고 이들의 경사각(θ)을 10˚ 로 설정한다. 다른 한편으로, 모선 방향과 평행한 홈( 이후에 평행홈으로서 언급함)을 회전자(16)의 외주면상에 형성한다. 더욱이, 경사홈(32)과 평행홈의 각각의 단면형상은 도 5에 도시한 바와 같고, 경사홈(32)과 평행홈은 제각기 4mn 와 2mm로 설정된 홈피치와 홈깊이를 가진다. 또한, 회전자(16)는 242mm 로 설정된 직경, 240mm 로 설정된 길이와 2mm로 설정된 회전자(16)와 라이너(18)사이의 갭을 가진다.

흡입 송풍기를 분쇄 제품 수집 필터를 통해 기계식 분쇄 장치(10)의 제품 방출구(22)에 접속하고 토너 재료를 나사형 공급기에 의해 재료 공급구(20)로 부터 공급한다.

기계식 분쇄 장치(10)를 회전자(16)의 회전속도를 10,000 r.p.m.로 설정하고 흡입 송풍기의 공기 흐름 속도를 4m²/분으로 설정하여 작동하고, 분쇄공정을 처리될 토너 재료의 공급속도를 10, 20과 30 kg/h로 변경하면서 실행한다. 분쇄 공정을 받아 제품 방출구(22)로 방출된 분쇄 물질은 분쇄제품으로서 약 3㎛의 평균 구멍 직경을 가진 분쇄제품 수집필터에 의해 포착되어 수집된다.

도 8은 이렇게 얻어진 분쇄제품의 중간 입자 크기를 측정하여 공급속도에 대해서 그래프로 나타낸 것이다.

(비교예1)

또한 평행홈이 라이너(18)의 내주면상에 형성된 것(일본국 특허공보 평3-15487 호내에 공지된 분쇄 장치에 기재된 것과 동일한 홈)외에는 예 1의 것과 동일한 기계식 분쇄 장치를 사용하고 예1의 것과 동일한 조건하에서 실행한다. 이 분쇄결과를 또한 도 8에 도시한다.

도 8로 부터 알 수 있듯이, 비교예 1의 것보다 작은 중간 입자 크기를 가지는 분쇄 제품은 본 발명의 기계식 분쇄 장치를 사용한 예 1에 의해 얻어진다. 추가로, 분쇄홈의 경사에 의해 발생되어지는 기계식 분쇄 장치의 분쇄 온도와 동력의 증가는 예 1에서 생기하지 않는다.

(예 2와 비교예 2)

예 1의 것과 동일한 기계식 분쇄 장치를 예 2에서 사용하고 비교예 1과 동일한 기계식 분쇄 장치를 비교예 2에서 사용하고, 토너 재료를 분쇄하고 분쇄 제품을 처리될 토너 재료의 속도를 10kg/h로 고정하고 회전자(16)의 회전속도를 10,000 r.p.m. 내지 13,000 r.p.m.로 변경하는 것을 제외하고는 예 1의 것과 동일한 상태하에서 얻는다. 이렇게 얻어진 분쇄 제품의 입자 크기와 분쇄 입자내에 포함된 5㎛ 이하의 입자의 퍼센티지를 측정해서 측정의 결과를 도 9에 도시한 것이다.

도 9에서 알 수 있듯이, 본 발명의 예 2의 기계식 분쇄 장치에 의해 분쇄된 제품내에 5㎛이하의 퍼센티지 입자는 동일한 중간 입자 크기를 가지는 분쇄 제품내의 비교예 2의 분쇄 장치에 의해 분쇄된 제품의 것보다 적다. 이 결과로부터 초과로 미세하게(초미립) 분쇄된 제품을 본 발명의 기계식 분쇄 장치에 의해서 감소할 수 있다는 것을 알 수 있다.

(예 3, 예 4와 비교예 3)

분말 원료로서 200㎛의 중간 입자 크기를 가지는 모노 성분 토너를 도 2에 도시한 기계식 분쇄 장치(30)를 사용해서 아래의 상태하에서 분쇄한다.

예 3으로서, 다수의 경사홈(34)을 도 4와 도 6에 도시한 바와 같이 회전자(16)의 외주면상에 형성하고, 홈(34)의 경사각(θ)을 10˚ 로 설정한다. 다음으로, 다수의 경사홈(36)을 도 7b에 도시한 바와 같이 예 4로서 회전자(16)의 외주면상에 메시형상을 형성하고, 서로 교차하는 경사홈의 경사각(θ)을 모선 방향에 대해서 ±10˚ 로 설정한다. 모선 방향과 평행한 평행홈을 비교예 3으로서회전자(16)의 외주면상에 형성한다. 다른 한편으로, 모선 방향과 평행한 평행홈을 상술한 어느 예에서 사용한 라이너(18)의 내주면상에 형성한다. 더욱이, 홈을 따른 방향에 수직인 단면형상과 경사홈(34, 36)의 크기와 평행홈을 예 1의 것과 유사하게 설정한다.

기계식 분쇄 장치(30)를 회전자(16)의 회전속도를 10,000 r.p.m., 11,000r.p.m., 12,000 r.p.m.로 변경하고 흡입 송풍기의 공기 흐름 속도를 4m²/분으로 설정하여 작동하고, 분쇄공정을 처리될 토너 재료의 공급속도를 10 kg/h로 설정한다. 다른 분쇄 조건을 예 1의 것과 유사하게 설정하고 분쇄 제품을 예 1과 비슷하게 처리한다.

도 10은 이렇게 얻어진 분쇄제품의 중간 입자 크기를 측정하여 회전자의 회전속도에 대해서 그래프로 나타낸 것이다.

도 10에서 알 수 있듯이, 본 발명의 예 3의 기계식 분쇄 장치에 의해 분쇄된 제품내의 입자 크기는 모두 회전자의 회전속도에서 비교예 3의 기계식 분쇄 장치에 의해 분쇄된 제품의 것보다 적은 것을 알 수 있다. 또한, 비교예 3의 기계식 분쇄 장치에 의해 분쇄된 제품의 것과 본 발명의 예 4의 기계식 분쇄 장치에 의해 분쇄된 제품의 입자 크기가 매우 현저하게 다르게 얻어지는 것을 알 수 있다. 추가로, 분쇄홈의 경사에 의해 발생되어지는 기계식 분쇄 장치의 분쇄 온도와 동력의 증가는 예 3과 예 4에서 생기지 않는다.

(예 5)

분말 원료로서 2mm의 최대 입자 크기를 가지는 모노 성분을 도 2에 도시한 구조를 가지는 기계식 분쇄 장치(30)를 사용하여 아래의 조건하에서 분쇄한다.

예 5로서, 다수의 평행홈을 라이너(18)의 내주면상에 회전축과 평행한 방향으로 형성한다. 이것의 단면형상은 한 측면이 회전자(16)의 중심으로 안내되고 다른 측면이 상기 측면에 대해서 45˚ 를 하고 회전자(16)의 회전방향을 향해 낮아지는 삼각형 형상이다(일본국 특허 공보 평3-15489호에 공지된 바와 같이).

다른 한편, 분쇄 물질의 흐름을 방지하기 위한 방향으로 경사진 홈과 회전축과 반대인 방향으로 경사진 홈 양자를 회전자(16)의 외주면상에 형성하고 제각기 5˚, 10˚, 20˚, 45˚ 로 설정한다. 즉, 경사홈을 도 7b도에 도시한 회전자(16)와 같이 정면도상에 메시형상을 가지도록 형성한다.

4mm의 홈피치와 2mm의 홈깊이가 평행홈과 경사홈에 설정되어 있다.

또한, 회전자(16)는 242mm 로 설정된 직경, 240mm 로 설정된 길이와 2mm로 설정된 회전자(16)와 라이너(18)사이의 갭을 가진다.

흡입 송풍기를 분쇄 제품 수집 필터를 통해 기계식 분쇄 장치(30)의 제품 방출구(22)에 접속하고 토너 재료를 나사형 공급기에 의해 재료 공급구(20)로 부터 공급한다.

흡입 송풍기의 공기 흐름 속도를 4m²/분으로 설정하여, 처리될 토너 재료의 공급속도를 20 kg/h로 설정하고, 회전자의 회전속도를 조정하여 분쇄 물질의 입자 크기를 약 12㎛로 만든다.

(비교예 4)

더욱이, 0˚ 로 설정된 경사각을 한 회전자의 외주면상에 형성된 홈을 가진 회전자(16), 즉 회전축과 평행하게 형성된 홈을 가진 회전자(16)를 사용해서 동일한 작동 조건하에서 테스트를 한다.

12㎛의 중간 입자 크기로 재료 토너를 분쇄하기 위해서, 회전자(16)의 회전속도를 회전자(16)의 외주면상의 홈의 경사각에 따라서 아래에 설명한 바와 같이 조정한다.

즉, 경사각을 0˚ 로 설정하면, 회전자의 회전속도는 11,000 r.p.m.으로 조정되고, 경사각을 5˚ 로 설정하면, 회전자의 회전속도는 10,500 r.p.m.으로 조정되고, 경사각을 10과 20˚ 로 설정하면, 회전자의 회전속도는 10,000 r.p.m.으로 조정되고, 경사각을 45˚ 로 설정하면, 회전자의 회전속도는 9,800 r.p.m.으로 조정된다.

도 11은 이렇게 얻어진 분쇄 물질내에 포함된 18㎛ 이상의 소위 조대한 입자의 체적 퍼센티지와 회전자의 홈의 경사각사이의 관계를 그래프로 나타낸 결과를 도시한다. 더욱이, 도 12는 분쇄 물질내에 포함된 8㎛ 이하의 소위 초과로 미세하게 분쇄된 입자의 체적 퍼센티지와 회전자의 홈의 경사각사이의 관계를 그래프로 나타낸 결과를 도시한다.

도 11과 도 12에서 알 수 있듯이, 토너 재료가 본 발명의 예 5의 기계식 분쇄 장치에 의해 분쇄될 때, 토너 재료가 예 4의 기계식 분쇄 장치의 의해 분쇄되는 경우와 비교해서 5˚ 내지 45˚ 로 설정된 회전자의 외주면상의 홈의 경사각의 범위내로 조대한 입자의 혼합의 방지 양자에 대해서 우수한 효과를 얻을 수 있다.

(예 6)

도 2에 도시한 구조를 가진 기계식 분쇄 장치(30)를 사용해서 분말 원료로서 2mm의 최대 입자 크기를 가진 모노 성분에 대해서 테스트를 한다.

다수의 홈(32)은 회전자(16)의 회전축의 방향에 평행한 방향으로 라이너(18)의 내주면상에 형성되어 있고 홈은 4mm의 피치와 2mm의 깊이를 가지고, 도 5c에서, 각(α)은 45˚ 로 설정되고, 각(β)은 15˚ 로 설정되고 부분(32d)은 1mm로 설정되어 있다.

한편, 사용된 회전자(16)는 242mm의 직경과 240mm의 길이를 가지도록 배열되고 분쇄 물질의 흐름을 방지하기 위한 방향으로 또는 상술한 방향과 반대의 방향으로 10˚ 경사진 홈이 제공되어 있고, 홈을 도 5d내에서 절단하는 방향에 수직인 회전자(16)의 단면형상이 45˚ 의 각(δ), 15˚ 의 각(r), 1.4mm의 부분(3d)과 4mm의 홈피치와 2mm의 홈깊이를 가지도록 형성되어 있다. 라이너(18)와 회전자(16)사이의 갭은 2mm로 설정되어 있다.

분말 원료를 회전자(16)의 회전속도를 10,000rpm으로 설정하고, 흡입 송풍기의 공기 흐름 속도를 4m²/분으로 설정하고, 10kg/시간의 원료 공급속도와 12 ㎛의 목표 입자 크기로 설정한 장치에 의해서 분쇄한다. 그러나, 분쇄된 물질을 백필터에 의해 수집한다.

이렇게 얻어진 분쇄 물질의 입자 크기를 측정하면, 중간 입자 크기는 11.8㎛이고, 18㎛이상의 입자의 체적 퍼센티지가 0.8%이고, 7㎛이하의 입자의 체적 퍼센티지가 2.1%임을 알 수 있다.

(비교예 5)

비교를 위해서, 다수의 홈(32, 34)을 라이너(18)의 내주면과 회전자(16)의 회전축의 방향과 평행한 방향으로 회전자(16)의 외주면상에 형성하고, 홈(32, 34)의 단면형상이 예 6과 동일한 조건하에서 예 5의 라이너(18)의 것(일본국 특허공보 평 3-15468호에 기술된 것)외에는 예 6의 것과 유사한 장치에 의해 분말 재료를 분쇄한다. 만들어진 분쇄 물질은 예 6의 것보다 1㎛ 조대한, 12.8㎛의 중간 입자 크기를 가지며, 18㎛의 입자 체적 퍼센티지가 예 6의 것의 8배 증가된 6.4%이고, 7㎛이하의 입자의 체적 퍼센티지가 예 6의 것의 1.7배 증가한 3.6이하이다.

(예 7)

도 5b에서, 라이너(18)의 홈의 단면형상이 각(α)을 60˚ 로 설정하고 각(β)을 15˚ 로 설정하여 형상하고 있는 것외에는 동일한 조건하에서 예 6의 것과 유사한 장치에 의해서 예 6의 것과 유사한 분말 원료를 분쇄한다. 만들어진 분쇄 물질은 예 6과 유사하고, 비교예 5의 것보다 작은 입자 크기와 샤프한 분포의 입자 크기를 가진다.

(예 8)

도 5e에서, 회전자(16)의 홈(34)이 절단되는 방향제 수직인 회전자(16)의 단면형상이 각(δ)을 50˚ 로 설정하고 각(r)을 15˚ 로 설정하여 형성하고 있는 것외에는 동일한 조건하에서 예 6의 것과 유사한 장치에 의해서 예 6의 것과 유사한분말 원료를 분쇄한다. 만들어진 제품은 예 6과 유사하고, 비교예 5의 것보다 작은 중간 입자 크기와 샤프한 분포의 입자 크기를 가진다.

본 발명의 기계식 분쇄 장치가 상술되어 있지만, 본 발명이 여기에 제한되지 않으며, 다양한 개선과 개량이 본 발명의 주 내용으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 이루어질 수 있음은 말할 필요도 없다.

Claims

회전축에 의해 지지되고 외주면상에 형성된 다수의 홈을 가지는 회전자와, 상기 회전자와의 사이에 소정의 갭을 형성하도록 상기 회전자의 외측에 삽입되고 갭 내에 분쇄될 물질을 분쇄하기 위해서 내주면상에 다수의 홈을 가지는 라이너를 포함하는 기계식 분쇄 장치에 있어서,

상기 회전자와 라이너 중 하나 이상의 홈은 상기 회전축에 평행한 방향에 대해서 분쇄될 물질의 흐름을 방지하는 방향으로 경사져 있는 것을 특징으로 하는 기계식 분쇄 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 라이너는 상기 라이너의 내주면상에 형성되며 상기 회전축과 평행한 방향에 대해 흐름 방지 방향과 반대 방향으로 경사진 홈을 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 기계식 분쇄 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 회전자는 상기 회전자의 외주면상에 형성되며 상기 회전축에 평행한 방향에 대해 흐름 방지 방향과 반대 방향으로 경사진 홈을 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 기계식 분쇄 장치.
제 3 항에 있어서, 상기 회전자와 라이너 중 하나 이상의 홈은 상기 회전축에 평행한 방향에 대해 5˚ 이상 90˚ 이하의 경사각을 가지는 것을 특징으로 하는기계식 분쇄 장치.
제 4 항에 있어서, 상기 회전자의 홈은 상기 회전축에 평행한 방향에 대해 분쇄 물질의 흐름을 방지하기 위한 방향으로 경사진 홈과 상기 방향과 반대인 방향으로 경사진 홈 모두를 가지며, 상기 홈의 경사각은 5˚ 이상 45˚ 이하인 것을 특징으로 하는 기계식 분쇄 장치.
제 5 항에 있어서, 상기 회전자의 홈의 방향에 수직인 방향의 홈의 단면 형상은, 전방 측면이 상기 회전자의 중심으로부터 상기 회전자의 방사 방향에 대해 상기 회전자의 회전 방향과 반대인 방향으로 30˚ 내지 상기 회전자의 회전 방향으로 30˚ 의 범위내의 각도로 경사지고, 후방 측면이 상기 회전자의 중심으로부터 상기 회전자의 방사 방향에 대해 상기 회전자의 회전 방향과 반대인 방향으로 30˚ 내지 70˚ 범위의 각도로 경사져 있는 것을 특징으로 하는 기계식 분쇄 장치.
제 6 항에 있어서, 상기 회전자의 홈은 상기 회전자의 회전축에 평행한 방향에 대해 분쇄 물질의 흐름을 방지하기 위한 방향으로 경사진 홈과 상기 방향과 반대인 방향을 경사진 홈을 가지며, 상기 홈의 경사각은 5˚ 내지 45˚ 인 것을 특징으로 하는 기계식 분쇄 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 라이너의 홈의 방향에 수직인 방향의홈의 단면 형상은, 전방 측면이 상기 회전자의 중심 방향에 대해 상기 회전자의 회전 방향으로 30˚ 내지 70˚ 범위의 각도로 경사져 있고, 후방 측면이 회전자의 중심 방향에 대해 상기 회전자의 회전 방향과 반대인 방향으로 30˚ 내지 상기 회전자의 회전 방향으로 30˚ 의 범위내의 각도로 경사져 있는 것을 특징으로 하는 기계식 분쇄 장치.