JPH0321356A - 微粉砕装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、固形物の粉砕を圧縮空気エネルギーで行う旋
回流式ジェットミルの改良、特に粉砕における消費エネ
ルギーおよび粉砕粒度分布が改良される微粉砕装置に関
する。

従来の技術 従来の旋回粉砕室を有する旋回流式ジェットミル（以下
、単にジェットミルという）は、圧縮空気を粉砕ノズル
より噴射させ、その高速空気流のエネルギーにより粒子
相互の衝突を起こし、固形物を粉砕し、更に高速空気流
の起こす旋回流により、粒子を遠心分級し、目的とする
粉砕粒径を有する粒子を得ていた。

ジェットミルの長所としては、圧縮空気の噴射を利用す
る為、断熱膨脹作用による温度低下が起こり、熱を嫌う
固形物の粉砕も可能であること、更に、粒子相互の衝突
、即ち、表面粉砕が主であることより微粉砕に適すると
いう利点があげられる。逆に短所としては、大量の圧縮
空気を使用するため、大型コンプレッサーが必要となり
、粉砕消費エネルギーが機械式ミルに比べ、２〜５倍と
非常に大きいこと、更に粒子相互の衝突が主であるため
、超微粉が発生し易く、また、衝突回数の少ない粒子は
粗粉のまま排出され、粉砕粒度分布が広くなることなど
があげられる。

発明が解決しようとする課題 上記の短所のうち、粉砕粒度分布が広くなることに対す
る改善は、粗粉分級機と組み合わせ、粉砕機で目的粉砕
粒径より大きめに粉砕し、粗粉分級機によって分級し、
粗粉は再度粉砕機へ戻し、目的の粉砕粒径を得る閉回路
粉砕方式を採用することで、かなり拉度分布の狭い粉砕
が可能となった。しかしながら粉砕消費エネルギーに関
しては、依然改良できずにいる。

実開昭５１−１００３７４号、同５１−１００３７５号
、同５６−６４７５４号公報、および特開昭５８−１４
３８５３号公報に記載の粉砕機は、単一粉砕ノズル対単
一衝突板方式のもので、粉砕機単体ではジェットミルに
比べ、粉砕粒度分布が広くなるという欠点を有するため
、粗粉分級機との組み合わせが必須となる。また、単一
ノズルの為、大型機へのスケールアップは、効率が落ち
るので行えないという欠点を有している。特開昭５７−
８４７５６号公報に記載の粉砕機は、連通管を有するた
め、粉砕ノズルの本数が多い場合は、構造が複雑となり
、実用的ではない。

本発明は、従来の技術における上記のような欠点を改良
することを目的としてなされたものである。

即ち、本発明の目的は、粉砕ノズルの噴射方向の前方に
衝突部材を設置し、粒子間の衝突と粒子の衝突部材への
衝突という２つの力を有効に利用し、粉砕エネルギー効
率が高く、かつ粉砕粒度分布の狭い粉砕物を生産する微
粉砕装置を提供するものである。

課題を解決するための手段 本発明は、粉砕室内で圧縮空気を複数の粉砕ノズルから
噴射し、固形物を粉砕する旋回流式ジェットミルよりな
る微粉砕装置において、各粉砕ノズルの噴射方向前方に
、噴射空気が衝突するように衝突部材を設けたことを特
徴とする。

本発明の微粉砕装置について、実施例に相当する図面に
よって説明すると、本発明の微粉砕装置は、旋回粉砕室
Ｂ内で圧縮空気を複数の粉砕ノズル３から噴射して固形
物を粉砕する旋回流式ジェットミルよりなり、そして、
各粉砕ノズル３の噴射方向前方に衝突部材２を設け、粉
砕ノズルからの噴射空気が衝突部材２に衝突するように
構成されている。

本発明において、衝突部材の設置位置は、粉砕ノズルか
らの噴射空気の中心方向を００としたとき、衝突部材の
衝突面の中心が２０＠以内の頂角を有する円錐形範囲に
あるようするのが好ましく、また衝突部材の衝突面先端
と粉砕ノズル先端との距離が、ポテンシャルコアゾーン
の５倍以下であるのが好ましい。

衝突部材は、合金、表面処理金属、またはセラミックか
ら形威された、球形、卵形、円柱形または円錐形の形状
を有するものが使用でき、また、この衝突部材のサイズ
としては、噴射空気の中心方向に対して垂直な而又は断
面の面積が、粉砕ノズルの最小内径部の断面積の５０倍
以下であることが好ましい。

作用 本発明の微粉砕装置において、複数の粉砕ノズルから噴
射された圧縮空気は、圧縮空気噴射方向前方に設けた衝
突部材に衝突するので、利用されずに消費されている圧
縮空気エネルギーを有効に粉砕に活用することができる
。

実施例 本発明の実施例を図面によって説明する。

第１図は、本発明の微粉砕装置の平面図であり、第２図
は第１図のＡ−Ａ’線断面図である。図中、ｌは微粉砕
装置本体、２は衝突部材、３は粉砕ノズル、４は圧縮空
気室、５は排出管、Ｂは旋回粉砕室、７は衝突部材支持
部品である。

本発明の微粉砕装置においては、旋回式ジェットミル本
体ｌの旋回粉砕室Ｂ内に、衝突部材２を粉砕ノズル３の
噴射方向前方に、各噴射ノズルに対応して設け、それに
より利用されずに消費されている圧縮空気エネルギーを
有効に粉砕に活用することができる。

衝突部材の設置位置については、粉砕ノズルからの噴射
空気の中心方向を０＠とすると、衝突部材の衝突面の中
心が２０＠以内の頂角を有する円錐形範囲にあり、好ま
しくは、噴射された圧縮空気の中心方向、即ちＯ＠であ
る。２０″の角度を越えると、衝突部材の衝突面が噴射
された圧縮空気の流れから外れる割合が大きくなり、衝
突部材の効゛果がなくなる。また、距離については、圧
縮空気をノズルより噴射した場合、噴射された圧縮空気
が有効なエネルギーを有するゾーンをポテンシャルコア
ゾーン（通常、ノズル内径の５倍）と呼ぶが、衝突部材
の衝突面先端と粉砕ノズル先端との距離が前記ポテンシ
ャルコアゾーンの５倍以内、好ましくは２〜３倍とする
のが望ましい。上記距離が５倍を越える場合は、他のノ
ズルからの噴射空気を乱したり、粒子の分級効果を有す
る旋回流を乱し、逆に粉砕効果を低下させる原因となる
。

次に、衝突部材の形状としては、球形、円柱形、卵形お
よび円錐形等があげられるが、球形が好ましい。更に衝
突部材の大きさは、前記設置距離の理由と同様、他のノ
ズルからの噴射された圧縮空気を乱したり、旋回流を乱
したりしない範囲の大きさがよく、噴射空気の中心方向
に対して垂直な面又は断面の面積が、粉砕ノズルの最小
内径部の断面積の５０倍以下であるのが望ましい。

衝突部材の材質は、耐摩耗性のものならば問題なく使用
することができる。特に、耐摩耗性合金、耐摩耗表面処
理金属、セラミックス等が望ましい。

衝突部材の材質の例として、合金類としては、超硬ヲ始
め、コバルトベースのステライト合金、ニッケルベース
のデロロ合金、鉄ベースのデルクロム合金、トライスチ
ル合金、およびトリバロイ金属間化合物があげられ、セ
ラミックスとしては、アルミナ、チタニア、ジルコニア
等の酸化物、炭化ケイ素、炭化クロム等の炭化物、窒化
ケイ素、窒化チタン等の窒化物、硼化クロム、硼化チタ
ン等の硼化物等があげられる。

本発明の微粉砕装置を使用して微粉砕を行う場合の具体
例を以下に示す。

第１図および第２図に示す微粉砕装置を使用した。この
微粉砕装置は、旋回粉砕室内径４２０　ｗφ、旋回粉砕
室円周部高さ５０１１％中心部高さ１００　ｍｔａで、
旋回粉砕室中心底部に内径１８８ｅｍφ、高さ７４ｍｍ
の排出管を有していた。また、旋回粉砕室円周部の粉砕
ノズルは、内径５．２＋ａｍφのラバーノズル４個を中
心方向から３５度ずらせた角度に設置し、原料は旋回粉
砕室蓋部よりエアーインジエクションノズルの作用によ
って供給されるようにした。上記のジェットミルよりな
る微粉砕装置とミクロンセパレーター（ホソカワミクロ
ン■製）を組み合わせて閉回路粉砕システムとし、以下
の条件で粉砕を行った。

実施例１ 衝突部材　個数　　　　　４個 設置距離　　　２２ＩｌｌＩ１ 形状　　　　　円柱 大きさ　　　　１８ｍｍφＸ３５ｍ＋ｓ材質　　　　　
ＳＵＳ３０４ 粉砕条件　粉砕圧　　　　７．６　ｋｇ／ｃｊＧ供給圧
　　　　６．０　ｋｇ／ｃｊＧ 排気風量　　　１１−１２ｍ’　／ｍ１ｎ二次空気風ｊ
１　　１．２　〜１．５　ｍ’　／ｓｈｉｎ電子写真用
トナー材料のハンマーミル破砕物（重量平均粒径Ｄ　５
ｏ−　３００〜５００　ｌｍ）を原料とし、重量平均粒
径Ｄ５０（以下、ｉｌｌにＤ，。と言う）が１１浦にな
るように上記の条件で粉砕し、粒度分布をコールターカ
ウンターＴＡ一■（コールターエレクトロニクス社製）
で測定した。その結果を第１表に示す。

比較例１ 粉砕室内に衝突部材を設けない構造とした以外は、実施
例１と同じ条件でＤ５ｏ−１１ＩＩＩｍになる様に粉砕
を行った。その結果を第１表に示す。

実施例２ 衝突部材の衝突面の中心を、粉砕ノズルの噴射中心方向
に正確に設置した以外は、実施例１と同じ条件でＤｓｏ
””１１−になる様に粉砕を行った。

実施例３ 衝突部材の衝突面の中心を、粉砕ノズルの噴射中心方向
から粉砕室外周方向へ水平に１５″ずらした以外は、実
施例１と同じ条件でＤ，。−１１−になる様に粉砕を行
った。

実施例４ 衝突部材の設置距離（衝突部材の衝突面先端と粉砕ノズ
ル先端との距Ｍ）を８０ｍ■とした以外は、実施例２と
同じ条件でＤ５０””１１−になる様に粉砕を行った。

実施例５ 衝突部材の設置距離を１４０　ｍｍとした以外は、実施
例２と同じ条件でＤ５ｏ＝ｌｌＩＩ！ｍになる様に粉砕
を行った。

実施例６ 衝突部材の形状を球形（１６ｍｍφ）とした以外は、実
施例４と同じ条件でＤ　５０−１１ｍになる様に粉砕を
行った。

実施例７ 衝突部材の形状を四角柱（１８ｍｍＸｌ８關Ｘ　３０ｍ
園）とし、四角柱の平面部分が粉砕ノズルと対向するよ
うに設置した以外は、実施例４と同じ条件で０５０＝ｌ
ｌａになる様に粉砕を行った。

実施例８ 衝突部材の形状を球形（２０關φ）とした以外は、実施
例４と同じ条件でＤ，。−１１ｍになる様に粉砕を行っ
た。

実施例９ 衝突部材の形状を球形（３７闘φ）とした以外は、実施
例４と同じ条件でＤｓｏ−１１ＪＪＩＩＩになる様に粉
砕を行った。

以上の実施例および比較例の結果を第１表に示す。

以下余白 実施例と比較例の比較から明らかなように、ジェットミ
ルの旋回粉砕室に衝突部材を設置することにより、粉砕
消費エネルギーが低減でき、かつ、粒度分布がシャープ
な粉砕物が得られることが分かる。

実施例１〜３の比較から、衝突部材の設置位置（衝突部
材の衝突面中心の粉砕ノズル噴射中心方向からのズレ）
の最適化をはかることにより、粉砕消費エネルギーをさ
らに低減することができる。

粉砕ノズル（ラバール管）圧縮空気の拡散状態と実施例
３の結果から判断すると、衝突部材の設置位置の範囲は
、ノ′ズルの中心方向０″より±ｌＯ″以内（すなわち
、衝突部材の衝突面の中心から、粉砕ノズルからの噴射
空気の中心方向で２０″以内の頂角を有する円錐形範囲
）であれば、圧縮空気のエネルギーを有効に利用するこ
とができ、好ましくは、０″である。

実施例２、４、５の比較から、衝突部材の設置距離の最
適化をはかることにより、粉砕消費エネルギーをさらに
低減できることが確認された。設置距離の範囲としては
、使用する粉体により最適距離が異なるが、粉砕ノズル
から噴射される圧縮空気のエネルギーが最大であるポテ
ンシャルコアゾーンはもちろん、粒子の巻き込み、加速
ゾーン及び他の粉砕ノズルから噴射される圧縮空気流へ
の干渉ゾーン、旋回分散ゾーンへの干渉を考慮すると、
ボレンシャルコアゾーンは２６＋ｕ　（５　Ｘ５．２關
：ノズル内径）であり、その５倍以下の範囲は０〜１３
０　ｍｍであって、この範囲内であるのが好ましい。

実施例４、６、７、の比較から、衝突部材の形状の最適
化をはかることにより、粉砕消費エネルギーをさらに低
減できることが確認された。衝突部材の形状は、粉砕ノ
ズルから噴射される圧縮空気流を乱さない形状であるの
が好ましく、球形、卵形、円柱形、円錐形、特に球形′
が効果があることが分かる。

さらに、実施例８及び９の比較から、衝突部材の大きさ
の最適化をはかることにより、粉砕消費エネルギーをさ
らに低減できることが確認された。

衝突部材の大きさの範囲としては、粉砕ノズルから噴Ｈ
される圧縮空気の広がりと、衝突部材の設置範囲から、
粉砕ノズルの最小内径部の断面積の５０倍以下が好まし
いことが分かる。なお、実施例８及び９の場合、粉砕ノ
ズルの最小内径部断面積の５０倍は１０８１＋＋ｕｓ’
　　（−１／４　Ｘ（５．２）　’　ｘ　３．ｌ４ｘ５
０）であり、実施例８は３１４　ｍｍ２、実施例９は１
０７５ｍｍ’である。

実施例１０ 実施例１〜９において使用した微粉砕装置を使用して、
４本の粉砕ノズルに対向するそれぞれの衝突部材として
、超硬（材質ＷＩＩ４０、日立金属側製）、粉末高速度
工具鋼（ＩＩＡＰ４０　、日立金属沖製）、サイアロン
（ＩＩＣＮＩＯ　、日立金属■製）及びＳＵＳ３０４を
用い、実施例２と同じ条件で、磁性粉含有樹脂のハンマ
ーミル粉砕物（３００〜５００ｍ）を原料とし、原料供
給量２０ｋｇ／Ｉ１で４時間粉砕を行い、衝突部材の摩
耗重量変化（摩耗度）を測定した。各粉砕ノズルの差を
なくすために、１時間毎に衝突部材の位置を交換し、測
定を行った。その結果を第２表に示す。

第２表　・ 肋摩耗度ｉ　　（Ｗ＋−＋　−Ｗ＋　）　／Ｗ＋−＋　
Ｘｌ００　　　（１−１．２，３．４）〔Ｖは衝突部材
重量　Ｃｔ）、　量はサンプリング時間（ｈｒ）　）上
記の結果から明らかなように、超硬は、ＳＯＳＳ０４の
９８．８倍、ｌＩＡＰ４０は７ｌ．２倍、サイアロンは
５５，４倍であり、いずれも良好な耐摩耗性が得られた
。

発明の効果 以上の結果から明らかなように、本発明の微粉砕装置は
各粉砕ノズルの噴射方向前方に衝突部材を設けたから、
消費エネルギーが低減され、かつ、粉砕粒度分布のシャ
ープな粉砕が可能になる。さらに、耐摩耗材質により、
摩耗性の強い粉体の粉砕も可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の微粉砕装置の一例の平面図であり、
第２図は、第１図のＡ−Ａ’線断面図である。 ｌ・・・微粉砕装置本体、２・・・衝突部材、３・・・
粉砕ノズル、４・・・圧縮空気室、５・・・排出管、６
・・・旋回粉砕室、７・・・衝突部材支持部品。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）粉砕室内で圧縮空気を複数の粉砕ノズルから噴射
   し、固形物を粉砕する旋回流式ジェットミルよりなる微
   粉砕装置において、各粉砕ノズルの噴射方向前方に、噴
   射空気が衝突するように衝突部材を設けたことを特徴と
   する微粉砕装置。
2. （２）粉砕ノズルからの噴射空気の中心方向を０゜とし
   たとき、衝突部材の衝突面の中心が２０゜以内の頂角を
   有する円鍾形範囲に設置されたことを特徴とする特許請
   求の範囲第１項に記載の微粉砕装置。
3. （３）衝突部材の衝突面先端と粉砕ノズル先端との距離
   が、ポテンシャルコアゾーンの５倍以下であることを特
   徴とする特許請求の範囲第２項に記載の微粉砕装置。
4. （４）衝突部材が、球形、卵形、円柱形および円錐形よ
   り選ばれることを特徴とする特許請求の範囲第３項に記
   載の微粉砕装置。
5. （５）衝突部材における噴射空気の中心方向に対して垂
   直な面又は断面の面積が、粉砕ノズルの最小内径部の断
   面積の５０倍以下であることを特徴とする特許請求の範
   囲第４項に記載の微粉砕装置。
6. （６）衝突部材の衝突面の材質が合金、表面処理金属、
   およびセラミックスより選ばれることを特徴とする特許
   請求の範囲第５項に記載の微粉砕装置。