JP2012187533A - 粉砕装置および筒状アダプター - Google Patents

Abstract

【課題】粉砕効率に優れた粉砕装置を提供すること。
【解決手段】気流を噴射する噴射ノズル２０と、噴射ノズル２０から噴射される気流によって被粉砕物を粉砕する粉砕室４０と、噴射ノズル２０に装着される筒状アダプター６０とを有し、筒状アダプター６０は、噴射ノズル２０の前端から噴射された気流が通る流路６２を内部に有し、流路６２の側壁には、粉砕室４０内の被粉砕物を流路６２に吸入する吸入孔６４が設けられる粉砕装置１０において、噴射ノズル２０および筒状アダプター６０は、噴射ノズル２０に筒状アダプター６０を装着したとき、噴射ノズル２０の前端面２２と吸入孔６４の後端面６６とが同一平面上に位置する粉砕装置１０を提供する。
【選択図】図２

Description

本発明は、気流を噴射する噴射ノズルと、該噴射ノズルから噴射される気流によって被粉砕物を粉砕する粉砕室とを有する粉砕装置に関する。また、本発明は、粉砕室内の被粉砕物を粉砕するため気流を噴射する噴射ノズルに装着される筒状アダプターに関する。

従来から、気流を噴射する噴射ノズルと、該噴射ノズルから噴射される気流によって被粉砕物を粉砕する粉砕室（流動層）とを有する粉砕装置（所謂、流動層式粉砕装置）が知られている。噴射ノズルは複数設けられており、複数の噴射ノズルから噴射された気流が合流する合流域において、被粉砕物同士が衝突され、その衝突エネルギーによって被粉砕物が粉砕される。粉砕された粒子を分級することで、目標粒径の粒子を得ている。

近年では、噴射ノズルから噴射される気流の指向性を高めることを目的として、噴射ノズルに筒状アダプターを装着することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。筒状アダプターは、噴射ノズルの前端から噴射される気流が通る流路を内部に有している。流路の側壁には、粉砕室内の被粉砕物を流路に吸入する吸入孔が設けられている。

筒状アダプターは、流路を流れる気流のエジェクター効果によって、吸入孔を介して、粉砕室内の被粉砕物を流路に吸入する。流路に吸入された被粉砕物は、流路を流れる気流によって加速された後、筒状アダプターの出口から合流域に向けて噴射される。

この筒状アダプターによれば、噴射ノズルの前端から噴射される気流の指向性が高くなるので、複数の気流が合流する合流域において、被粉砕物の密度が高くなり、粉砕効率が向上する。

図９は、従来の噴射ノズルおよび筒状アダプターの概略構成図である。図９に示すように、従来の噴射ノズル１１０の前端部は、前方に向けて先細りのテーパ面１１２を有しており、また、噴射ノズル１１０に筒状アダプター１２０を装着したとき、吸入孔１２２の後端面１２４が、噴射ノズル１１０の前端面１１４よりも後方に位置していた。

ところで、噴射ノズル１１０の前端面１１４よりも後方では、エジェクター効果が十分に得られない。

そのため、従来の構成では、被粉砕物の吸引速度の遅い領域が、噴射ノズル１１０のテーパ面１１２近傍に生じる。その結果、被粉砕物の流れに淀みが生じ、被粉砕物の加速効率が低く、粉砕効率が低かった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、粉砕効率に優れた粉砕装置および筒状アダプターを提供することを目的とする。

上記目的を解決するため、本発明は、
気流を噴射する噴射ノズルと、該噴射ノズルから噴射される気流によって被粉砕物を粉砕する粉砕室と、前記噴射ノズルに装着される筒状アダプターとを有し、該筒状アダプターは、前記噴射ノズルの前端から噴射された気流が通る流路を内部に有し、前記流路の側壁には、前記粉砕室内の被粉砕物を前記流路に吸入する吸入孔が設けられる粉砕装置において、
前記噴射ノズルおよび前記筒状アダプターは、前記噴射ノズルに前記筒状アダプターを装着したとき、前記噴射ノズルの前端面と前記吸入孔の後端面とが同一平面上に位置する粉砕装置を提供する。

また、本発明は、粉砕室内の被粉砕物を粉砕するため気流を噴射する噴射ノズルに装着される筒状アダプターであって、前記噴射ノズルの前端から噴射された気流が通る流路を内部に有し、前記流路の側壁には、前記粉砕室内の被粉砕物を前記流路に吸入する吸入孔が設けられる筒状アダプターにおいて、
前記噴射ノズルに装着されたとき、前記噴射ノズルの前端面と前記吸入孔の後端面とが同一平面上に位置する筒状アダプターを提供する。

本発明によれば、粉砕効率に優れた粉砕装置および筒状アダプターを提供することができる。

本発明の一実施形態による粉砕装置の縦断面図である。 図１のＡ−Ａ線に沿った横断面図である。 噴射ノズルおよび筒状アダプターの一例を示す斜視図である。 噴射ノズルおよび筒状アダプターの一例を示す縦断面図（１）である。 噴射ノズルおよび筒状アダプターの一例を示す縦断面図（２）である。 図４のＡ−Ａ線に沿った横断面図である。 図６の変形例を示す横断面図である。 図６の別の変形例を示す横断面図である。 従来の噴射ノズルおよび筒状アダプターの縦断面図である。

本明細書において、「前」とは、噴射ノズルの中心軸および中心軸の延長線に沿って、気流の流れ方向下流側をいい、「後」とは気流の流れ方向上流側をいう。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明するが、本発明は、下記の実施形態に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、下記の実施形態に種々の変形および置換を加えることができる。

図１は、本発明の一実施形態による粉砕装置の縦断面図である。図２は、図１のＡ−Ａ線に沿った横断面図である。

粉砕装置１０は、所謂、流動層式の粉砕装置であって、例えば図１に示すように、気流を噴射する噴射ノズル２０と、被粉砕物を収容するタンク３０と、噴射ノズル２０から噴射される気流によって、タンク３０から供給される被粉砕物を粉砕する粉砕室４０とを有する。

噴射ノズル２０は、気流として、例えば超音速ジェット気流を噴射する。気流は、空気や水蒸気などのガスで構成される。噴射ノズル２０に供給する圧縮空気などの圧縮ガスの圧力は、特に限定されないが、例えば０．２〜１．０ＭＰａである。

噴射ノズル２０は、複数設けられており、各噴射ノズル２０から噴射された気流が合流する合流域において、被粉砕物同士が衝突され、その衝突エネルギーによって被粉砕物が粉砕される。

噴射ノズル２０は、合流域における被粉砕物の密度を高める目的で、それぞれの中心軸の延長線が１点で交わるように配置されている（図２参照）。また、噴射ノズル２０は、合流域における被粉砕物の密度分布を均一化する目的で、それぞれの中心軸の延長線が交わる交点を中心として周方向に等間隔（図２では１２０°間隔）で配置されている。

噴射ノズル２０の前端面２２は、噴射ノズル２０の中心軸に直交する平面となっている。また、噴射ノズル２０の前端面２２近傍において、噴射ノズル２０の外径は、前方に向けて略一定となっている。これによって、噴射ノズル２０に、後述の装着リング７０を装着したとき、噴射ノズル２０の前端面２２と、後述の装着リング７０の前端面７４とが同一平面上に位置し、且つ、連続的につながることが可能である。

なお、本実施形態の噴射ノズル２０は、複数設けられるとしたが、１つのみ設けられても良く、この場合、噴射ノズルの前方には、衝突部材が設けられる。衝突部材に向けて噴射ノズルから気流を噴射させて、被粉砕物を衝突部材に衝突させ、その衝突エネルギーによって被粉砕物を粉砕させる。

タンク３０は、被粉砕物を収容するものである。被粉砕物の材料としては、例えば、ゼオライト、シリカ、樹脂などが挙げられる。被粉砕物を粉砕して得られる粒子の用途としては、例えば、トナーなどが挙げられる。

タンク３０の出口には、出口を開閉する開閉弁３２が設けられている。開閉弁３２は、電磁弁などで構成され、開閉弁３２が開くと、タンク３０内の被粉砕物が粉砕室４０内に供給され、開閉弁３２が閉じると、供給が停止される。開閉弁３２は、粉砕室４０内の被粉砕物量を略一定に保つように、開閉される。

粉砕室４０は、噴射ノズル２０から噴射される気流によって、タンク３０から供給される被粉砕物を粉砕する部屋である。粉砕室４０は、略円柱状に形成されている。粉砕室４０の中心軸上に、複数の噴射ノズル２０の中心軸の延長線が交わる交点が配置されている。

粉砕装置１０は、図１に示すように、粉砕室４０内の上方に設けられる分級機５２と、粉砕室４０内のガスや粒子を分級機５２に吸引する吸引機５４とをさらに有する。分級機５２は、一般的な構成であって良く、例えば、ローターなどで構成される。吸引機５４は、一般的な構成であって良く、例えば、吸引ファンなどで構成される。

吸引機５４によって粉砕室４０から分級機５２に流入した粒子は、分級機５２によって粗粉と微粉に遠心分級され、所定の粒径以下に粉砕された微粉が粉砕装置１０の外部に排出される。一方、所定の粒径を超える粗粉は、粉砕室４０の下方に導かれ、再び、噴射ノズル２０から噴射される気流による粉砕作用を受ける。

粉砕装置１０は、図１に示すように、噴射ノズル２０から噴射される気流の指向性を高め、被粉砕物の粉砕効率を高める目的で、噴射ノズル２０に装着される筒状アダプター６０をさらに有する。

筒状アダプター６０は、複数の噴射ノズル２０に対応して複数設けられる。１つの噴射ノズル２０には、１つの筒状アダプター６０が同軸的に装着される。筒状アダプター６０の材料は、特に限定されないが、耐久性の観点から、例えばステンレス鋼材などの金属、アルミナなどのセラミックスが用いられる。

筒状アダプター６０は、噴射ノズル２０の前端から噴射される気流が通る流路６２を内部に有している。流路６２の側壁には、粉砕室４０内の粉砕物を流路６２に吸入する吸入孔６４が設けられている。

筒状アダプター６０は、流路６２を流れる気流のエジェクター効果によって、吸入孔６４を介して、粉砕室４０内の被粉砕物を流路６２に吸入する。流路６２に吸入された被粉砕物は、流路６２を流れる気流によって加速された後、筒状アダプター６０の出口から合流域に向けて噴射される。

この筒状アダプター６０によれば、被粉砕物の加速経路を好適化でき、加速量を向上できる。また、気流の指向性が高くなるので、合流域における被粉砕物の密度が高くなる。これらによって、粉砕効率を向上できる。

図３は、噴射ノズルおよび筒状アダプターの一例を示す斜視図である。図４および図５は、噴射ノズルおよび筒状アダプターの一例を示す縦断面図である。図３および図５は噴射ノズルに筒状アダプターを装着した状態を示し、図４は噴射ノズルから筒状アダプターを分離した状態を示す。図６は図４のＡ−Ａ線に沿った横断面図、図７および図８は図６の変形例を示す横断面図である。

筒状アダプター６０は、例えば図３〜図５に示すように、筒状アダプター６０を噴射ノズル２０に装着する装着リング７０、流路６２の一部（主に下流部分）を囲むリングノズル８０、および装着リング７０とリングノズル８０を連結する連結部材９０を有する。吸入孔６４は、装着リング７０とリングノズル８０との間に設けられる。吸入孔６４の後端面６６は、装着リング７０の前端面７４で構成され、吸入孔６４の前端面６８は、リングノズル８０の後端面８２で構成される。

筒状アダプター６０は、装着リング７０、リングノズル８０、および連結部材９０を一体に形成してなり、例えば、筒状材に吸入孔６４を切削してなる。吸入孔６４は、図３に示すように、円筒を周方向に連結部材９０で分断した形状に形成され、略円弧筒状に形成されている。

装着リング７０は、筒状アダプター６０を噴射ノズル２０に装着するためのものである。装着リング７０は、噴射ノズル２０の外周面に装着される。

装着リング７０は、略円筒状に構成されており、装着リング７０の内径は、入口から出口に向けて略一定となっている。装着リング７０の内周面には、噴射ノズル２０の外周面に設けられるネジ山に螺合可能なネジ溝が設けられている。

装着リング７０は、噴射ノズル２０に装着されたとき、装着リング７０の後端面７２と、噴射ノズル２０の外周面に設けられる段差部２４とが当接する。これによって、装着時の位置決め精度を向上できる。

装着リング７０は、噴射ノズル２０に装着されたとき、装着リング７０の前端面７４と、噴射ノズル２０の前端面２２とが面一平面上に位置し、且つ、連続的につながる。装着リング７０の前端面７４は、上記のように、吸入孔６４の後端面６６を構成するので、吸入孔６４の後端面６６と、噴射ノズル２０の前端面２２とが面一平面上に位置する。

リングノズル８０は、装着リング７０の前方に離間して配置され、装着リング７０と同軸的に配置されている。リングノズル８０は、略円筒状に構成されており、リングノズル８０の内径は、入口から出口に向けて一定となっている。

リングノズル８０は、噴射ノズル２０から噴射される気流が通る流路６２の一部（主に下流部分）を囲んでいる。リングノズル８０は、吸入孔６４を介して、粉砕室４０から流路６２の上流部分に吸入された被粉砕物の加速経路を好適化する。

連結部材９０は、装着リング７０とリングノズル８０とを連結するものである。連結部材９０は、棒状であって、一端部が装着リング７０に連結され、他端部がリングノズル８０に連結される。

連結部材９０は、吸入孔６４を介して、粉砕室４０から流路６２に吸入される被粉砕物の密度分布が均一となるよう、図６〜図８に示すように、筒状アダプター６０の周方向に沿って等間隔（等角度）で複数設けられている（図１、図２、図４、図５では１つのみ図示）。連結部材９０の数に制限はなく、例えば２〜４であって良い。

連結部材９０の数は、吸入孔６４の数と一致する。図６に示す例では、連結部材９０の数は３つであり、吸入孔６４の数は３つである。図７に示す変形例では、連結部材９０Ａの数は４つであり、吸入孔６４Ａの数は４つである。図８に示す別の変形例では、連結部材９０Ｂの数は２つであり、吸入孔６４Ｂの数は２つである。

連結部材９０の横断面形状は、筒状アダプター６０の径方向外方に向けて先細り形状となっている。これにより、粉砕室４０内の被粉砕物を、流路６２の上流部分に向けて加速しながら吸入できる。

このように、本実施形態では、噴射ノズル２０および筒状アダプター６０は、噴射ノズル２０に筒状アダプター６０を装着したとき、噴射ノズル２０の前端面２２と吸入孔６４の後端面６６とが同一平面上に位置する。そのため、被粉砕物の流れに淀みが生じるのを抑制でき、被粉砕物を効率よく加速できるので、粉砕効率を向上できる。その結果、例えば、噴射ノズル２０に供給する圧縮ガスの圧力を削減でき、従来は困難であった０．６ＭＰａ以下に削減することも可能である。

また、本実施形態では、噴射ノズル２０および筒状アダプター６０は、噴射ノズル２０に筒状アダプター６０を装着したとき、噴射ノズル２０の前端面２２と吸入孔６４の後端面６６とが同一平面上に位置し、且つ、連続的につながっており、隙間がほとんどない。これによって、被粉砕物の流れに淀みが生じるのをさらに抑制でき、被粉砕物の加速効率をさらに向上できる。

また、本実施形態では、噴射ノズル２０および筒状アダプター６０が互いに螺合可能に構成されているので、噴射ノズル２０に筒状アダプター６０を装着するための専用の治具が不要になり、また、装着や分離の作業が容易になる。

次に、筒状アダプター６０の寸法形状について説明する。

リングノズル８０の軸方向長さは、被粉砕物の特性などに応じて設定されるが、リングノズル８０の軸方向長さをＬ（図４参照）とし、噴射ノズル２０の出口の直径をＤ_１（図４参照）とすると、５×Ｄ_１≦Ｌ≦５０×Ｄ_１の式を満たすことが望ましい。リングノズル８０の長さを上記範囲とすることで、被粉砕物の加速距離を好適化でき、また、被粉砕物の相互衝突の確率を向上できる。よって、体積粉砕が増加するので、粉砕処理能力を向上でき、また、微粉の発生量を削減できる。また、粉砕された粒子を用いてトナーを製造すると、トナー粒度の安定性から、画質に優れた画像を作成できる。

リングノズル８０の出口の直径は、粉砕物の特性（例えば、割れ性）や目標の粒径などに応じて設定されるが、リングノズル８０の出口の直径をＤ_２（図４参照）とし、噴射ノズル２０の出口の直径をＤ_１（図４参照）とすると、２×Ｄ_１≦Ｄ_２≦２０×Ｄ_１の式を満たすことが望ましい。リングノズル８０の出口の直径を上記範囲とすることで、被粉砕物の加速量および相互衝突量を向上できる。

吸入孔６４の開口面積の合計は、被粉砕物の特性（例えば、磁性／非磁性の別、耐電量）や目標の粒径などに応じて設定されるが、吸入孔６４の開口面積の合計をＡ_１とし、リングノズル８０の出口面積をＡ_２とすると、０．６×Ａ_２≦Ａ_１≦０．９×Ａ_２の式を満たすことが望ましい。ここで、「吸入孔６４の開口面積」とは、略円弧筒状の吸入孔６４の内周面の面積をいう。吸入孔６４の開口面積の合計を上記範囲とすることで、被粉砕物の吸入量および相互衝突量を向上できる。

以下に、実施例などにより本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの例によって限定されるものではない。

［実施例１］
ポリエステル樹脂７５重量％とスチレンアクリル共重合樹脂１０重量％とカーボンブラック１５重量％の混合物をロールミルにて溶融混練し、冷却固化した後ハンマーミルで粗粉砕してトナー原料を作製した。

作製したトナー原料を、図１〜図５に示す粉砕装置を用いて、以下の条件で、粉砕分級した。
＜粉砕分級条件＞
噴射ノズルに供給する圧縮空気の圧力：０．５５ＭＰａ
分級機を構成するローターの周速：４０ｍ／ｓ
リングノズルの長さＬ：噴射ノズルの出口の直径Ｄ_１の１６倍（Ｌ＝１６×Ｄ_１）
リングノズルの出口の直径Ｄ_２：噴射ノズルの出口の直径Ｄ_１の８倍（Ｄ_２＝８×Ｄ_１）
吸入孔の開口面積の合計Ａ_１：リングノズルの出口面積Ａ_２の０．７倍（Ａ_１＝０．７×Ａ_２）
連結部材の数：３個（図６参照）
その結果、重量平均粒径：６．５μｍ、４μｍ以下の微粉の含有率（個数平均）：４８ＰＯＰ．％、１６μｍ以上の粗粉の含有率（重量平均）：１．０Ｖｏｌ％のトナー粒子を、１１４ｋｇ／ｈｒ得ることができた。粒径の測定に際してはコールターカウンター社のマルチサイザーを用いた。

［実施例２］
実施例２では、リングノズルの長さＬを、噴射ノズルの出口の直径Ｄ_１の２０倍（Ｌ＝２０×Ｄ_１）とした以外は実施例１と同じ粉砕分級条件で、実施例１と同じトナー原料を粉砕分級した。

その結果、重量平均粒径：６．５μｍ、４μｍ以下の微粉の含有率（個数平均）：４７ＰＯＰ．％、１６μｍ以上の粗粉の含有率（重量平均）：０．８Ｖｏｌ％のトナー粒子を、１５ｋｇ／ｈｒ得ることができた。

［実施例３］
実施例３では、リングノズルの出口の直径Ｄ_２を、噴射ノズルの出口の直径Ｄ_１の１０倍（Ｄ_２＝１０×Ｄ_１）とした以外は実施例２と同じ粉砕分級条件で、実施例１と同じトナー原料を粉砕分級した。

その結果、重量平均粒径：６．５μｍ、４μｍ以下の微粉の含有率（個数平均）：４７ＰＯＰ．％、１６μｍ以上の粗粉の含有率（重量平均）：０．８Ｖｏｌ％のトナー粒径を、１６ｋｇ／ｈｒ得ることができた。

［実施例４］
実施例４では、吸入孔の開口面積の合計Ａ_１を、リングノズルの出口面積Ａ_２の０．９倍（Ａ_１＝０．９×Ａ_２）とした以外は実施例３と同じ粉砕分級条件で、実施例１と同じトナー原料を粉砕分級した。

その結果、重量平均粒径：６．５μｍ、４μｍ以下の微粉の含有率（個数平均）：４７ＰＯＰ．％、１６μｍ以下の粗粉の含有率（重量平均）：０．８Ｖｏｌ％のトナー粒子を、１６．５ｋｇ／ｈｒ得ることができた。

［比較例１］
比較例１では、図１〜図６に示す筒状アダプターの代わりに、図９に示す従来の筒状アダプターを用い、噴射ノズルに供給する圧縮空気の圧力を０．６ＭＰａとし、分級機を構成するローターの周速：４５ｍ／ｓとし、実施例１と同じトナー原料を粉砕分級した。

その結果、重量平均粒径：６．７μｍ、４μｍ以下の微粉の含有率（個数平均）：４８ＰＯＰ．％、１６μｍ以上の粗粉の含有率（重量平均）：１．０Ｖｏｌ％のトナー粒子を、１３ｋｇ／ｈｒ得ることができた。

１０ 粉砕装置
２０ 噴射ノズル
２２ 噴射ノズルの前端面
２４ 段差部
６０ 筒状アダプター
６２ 流路
６４ 吸入孔
６６ 吸入孔の後端面
７０ 装着リング
７２ 装着リングの前端面
８０ リングノズル
９０ 連結部材

特許第３９８４１２０号公報

Claims (8)

1. 気流を噴射する噴射ノズルと、該噴射ノズルから噴射される気流によって被粉砕物を粉砕する粉砕室と、前記噴射ノズルに装着される筒状アダプターとを有し、該筒状アダプターは、前記噴射ノズルの前端から噴射された気流が通る流路を内部に有し、前記流路の側壁には、前記粉砕室内の被粉砕物を前記流路に吸入する吸入孔が設けられる粉砕装置において、
   前記噴射ノズルおよび前記筒状アダプターは、前記噴射ノズルに前記筒状アダプターを装着したとき、前記噴射ノズルの前端面と前記吸入孔の後端面とが同一平面上に位置する粉砕装置。
2. 前記筒状アダプターは、前記筒状アダプターを前記噴射ノズルに装着する装着リングと、前記流路の一部を囲むリングノズルと、前記装着リングと前記リングノズルとを連結する連結部材とを有し、前記吸入孔は、前記装着リングと前記リングノズルとの間に設けられ、
   前記噴射ノズルおよび前記筒状アダプターは、前記噴射ノズルに前記筒状アダプターを装着したとき、前記噴射ノズルの前端面と前記装着リングの前端面とが同一平面上に位置し、且つ、連続的につながる請求項１に記載の粉砕装置。
3. 前記リングノズルの軸方向長さをＬとし、前記噴射ノズルの出口の直径をＤ_１とすると、５×Ｄ_１≦Ｌ≦５０×Ｄ_１の式を満たす請求項２に記載の粉砕装置。
4. 前記リングノズルの出口の直径をＤ_２とし、前記噴射ノズルの出口の直径をＤ_１とすると、２×Ｄ_１≦Ｄ_２≦２０×Ｄ_１の式を満たす請求項２または３に記載の粉砕装置。
5. 前記吸入孔の開口面積の合計をＡ_１とし、前記リングノズルの出口面積をＡ_２とすると、
   ０．６×Ａ_２≦Ａ_１≦０．９×Ａ_２の関係式を満たす請求項２〜４のいずれか１項に記載の粉砕装置。
6. 前記連結部材は、前記筒状アダプターの周方向に沿って等間隔に複数設けられる請求項２〜５のいずれか１項に記載の粉砕装置。
7. 前記噴射ノズルおよび前記筒状アダプターは、互いに螺合可能に構成される請求項１〜６のいずれか１項に記載の粉砕装置。
8. 粉砕室内の被粉砕物を粉砕するため気流を噴射する噴射ノズルに装着される筒状アダプターであって、前記噴射ノズルの前端から噴射された気流が通る流路を内部に有し、前記流路の側壁には、前記粉砕室内の被粉砕物を前記流路に吸入する吸入孔が設けられる筒状アダプターにおいて、
   前記噴射ノズルに装着されたとき、前記噴射ノズルの前端面と前記吸入孔の後端面とが同一平面上に位置する筒状アダプター。

Images