JPH04210255A - 微粉砕装置及び粉砕方法 - 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】

［０００１１

【産業上の利用分野］本発明は、ジェットエアを利用す
る微粉砕装置及び粉砕方法、詳しくは、粉砕エネルギー
効率を向上させた微粉砕装置及び粉砕方法に関する。 ［ｏ　ｏ　Ｏ２］ 【従来の技術】一般に、微粉砕装置は、機械式粉砕機と
ジェット式粉砕機に大別される。機械式粉砕機は、ター
ボミル（ターボ工業（株）製）、ＫＴＭ（川崎重工業（
株）製）に代表されるように、粉砕ローターを高速回転
し、ローターと粒子の衝突及び粒子同士の摩砕により微
粉砕を行う。一方、ジェット式粉砕機は、マイクロナイ
ザー型、ジェットマイザー型に代表されるように、ジェ
ットエアの超高速流の力で粒子同士の衝突により微粉砕
を行う。それぞれの粉砕メカニズムの差異により、長所
、短所が明確に分かれている。機械式粉砕機は、ジェッ
ト式粉砕機に比べ、消費エネルギーが小さいが、発熱の
問題があり、熱に弱い物質１例えば、トナー、化粧品等
の粉砕においては、製品の熱変質や装置内への付着融着
などが生じるので、採用することができなかった。逆に
、ジェット式粉砕機は、圧縮空気の断熱膨張効果により
、装置内を低温化でき、かつ、機械式粉砕機のように回
転駆動部分がないため発熱も起こらない。したがって、
熱に弱い物質の微粉砕に広く利用されている。しかしな
がら、ジェット式粉砕機は、大量の圧縮空気を使用する
ため、大型コンプレッサーを付帯しなければならず、消
費エネルギーが膨大であるという問題点を有している。 ［０００３］この様なジェット式粉砕機の問題点の改善
のために、ジェットエアのエネルギーを、粒子同士の衝
突と粒子と衝突板との衝突の二つに利用し、粉砕エネル
ギー効率の向上を目的とした粉砕装置が提案された。 （実開昭５１−１００３７４号、同５１−１００３７５
号、及び特開昭５８１４３８５３号公報）さらに、前記
粉砕装置の衝突板形状を改善することにより、粉砕エネ
ルギー効率を向上させる試みが行われてきた。例えば、
（１）衝突板衝突面が、ジェットエアの噴射方向に対し
、垂直な場合、（２）衝突板衝突面が、ジェットエアの
噴射方向に対し、傾斜している場合（実開昭５１（００
３７４号、同５１−１００３７５号公報）、（３）衝突
板衝突面が、凹凸面の場合（実開昭５６−６４７５４号
、特開昭５７−５０５５６号公報Ｌ（４）衝突板衝突面
が、円錐状の場合（特開平１−２５４２６６号及び同２
−６８１５４号公報）などである。 ［０００４］　（１）の衝突板衝突面が垂直な場合は、
図３に示すように、衝突板に衝突するジェットエアが衝
突面に背圧を生じさせるため、ジェットエア流に混合さ
れた粒子にとっての反発力となり粒子の濃度は高くなり
、粒子間の衝突確率は高いが背圧により粒子が減速され
、粉砕に必要なエネルギーが得にくい。また、粒子と衝
突板との衝突による粉砕を一次粉砕とすると、粒子と粉
砕室壁面との衝突による粉砕、すなわち二次粉砕は余り
起こらない。 ［０００５］　（２）の傾斜している場合は、粉砕圧が
分散されて低下し、粒子は衝突板に効率よく衝突するが
、衝突力が小さくなるため、−次粉砕の効果は余り向上
しない。しかし、傾斜している方向へエアが流れて行く
ので、その方向での二次粉砕効果は、（１）の場合より
は改善されている。 ［０００６］　（３）の凹凸面の場合は、ジェットエア
の流れが乱れるため、粉砕の効率は思ったほど向上しな
い。 ［０００７］　（４）の円錐状の場合は、全周方向へエ
アが流れ、二次粉砕効果は向上するが、（２）と同様に
、粉砕圧が分散されて低下するため、−次粉砕の衝撃力
は小さい。 ［０００８１以上のように、前記のような各種の改善が
行われたジェット式粉砕機においては、未だ機械式粉砕
機の粉砕エネルギー効率に勝るものはなく、さらに粉砕
エネルギー効率の良好な粉砕装置及び粉砕方法の出現が
望まれている。 ［０００９］したがって、本発明は、従来の技術におけ
る上記のような欠点を改善することを目的としてなされ
たものである。 ［００１０１すなわち、本発明の目的は、粒子と衝突部
材との衝突による一次粉砕効果と、粒子と粉砕室壁面と
の衝突による二次粉砕効果を向上させた、粉砕エネルギ
ー効率の高い、ジェットエアを用いた微粉砕装置及び粉
砕方法を提供することにある。 ［００１１１

【課題を解決するための手段］本発明者等は、ジェット
エアを用いた微粉砕装置における衝突部材の衝突面形状
を、球面形状とすることにより、上記の目的が達成され
ることを見出だし、本発明を完成するに至った。 ［００１２］本発明の微粉砕装置は、粉砕室内に、ジェ
ットエアの力により粉体を搬入、加速し、噴射する吸込
ノズルと、その吸込ノズルの噴射方向に、吸込ノズルと
対向して配置された衝突部材とを備え、吸込ノズルから
粉体を噴射して粉体を衝撃力により粉砕するものであリ
、そして、前記衝突部材の衝突面が球面形状を有するこ
とを特徴とする。 ［００１３］また、本発明の粉砕方法は、吸込ノズルに
より粉体を搬入、加速し、さらに噴射し、衝突面が球面
形状を有する衝突部材に粉体を衝突させて粉砕を行い、
衝突後の粉体を分級機に搬送し、未粉砕物を吸込ノズル
に戻す閉回路粉砕を行うことを特徴とする。 ［００１４１本発明を実施例に相当する図面によって説
明する。図１は、本発明の微粉砕装置の概略断面図及び
微粉砕装置と分級機を組み合わせた閉回路粉砕方法のフ
ローチャートを示す。本発明の微粉砕装置は、粉砕室９
内に、ジェットエアの力により、粉体を搬入、加速し、
噴射する吸込ノズル３と、衝突部材４を設けてなり、さ
らに排出管６を有している。衝突部材は、吸込ノズルの
噴射方向に対向して設けられており、ジェットエアの力
により、搬入、加速された粉体は、吸込ノズル３から、
噴射室内に噴射され、衝突部材４の衝突面１０に衡突し
て、−次粉砕される。衝突部材の衝突面が球面形状を有
しているため、粉体は、全周方向に分散され、粉砕室壁
面７に衝突して、二次粉砕される。排出管６より排出さ
れた粉砕物は、分級機に搬送し、分離された粗粉は閉回
路において吸込ノズルに戻し、閉回路粉砕を行う。 ［００１５］ 【作用】本発明の微粉砕装置において、吸込ノズルから
噴射されたジェットエアは吸込ノズル前方に設けられた
衝突部材の球面形状の衝突面に衝突する。その時のエア
の流れと圧力は、図３に示すような挙動を示す。なお、
図３（ａ）及び（ｂ）は、衝突部材が平板の場合、（Ｃ
）及び（ｄ）は、衝突部材が球形の場合を示す。 ［００１６］圧力抗力が正の場合は、ジェットエアと粒
子に対して反発力として働き、負の場合は引力として働
く。平板の場合は全体が正圧（反発力）であるのに対し
て、球体はθ＝３０度（中心角６０度）の範囲は、負圧
（引力）として作用する。本発明は、衝突部材の衝突面
が球面形状のため、エア中の粉体は、このゾーン（中心
角６０度の衝突面）で効率よく衝突し、−次粉砕が行わ
れる。また、衝突部材の衝突面が球面形状のため、粉体
は全周方向に効率よく分散され、粉砕室壁面と衝突し、
二次粉砕され、圧縮エアエネルギーを有効に粉砕に活用
することができる。 ［００１７］

【実施例】本発明の実施例を図面によって説明する。図
１は、本発明の微粉砕装置の断面及び分級機と組合わせ
た閉回路粉砕工程の概略図であり、図２は、図１に示す
微粉砕装置のＡ−Ｂ断面図である。 ［００１８１図中、９は粉砕室であり、内壁の一方に吸
込ノズル３が設けられ、上方に排出管６が設けられてい
る。吸込）文ル３の噴射方向には、それに対向する位置
に、衝突部材４が衝突部材支持部５によって支持されて
いる。吸込ノズル３の一端は、粉砕原料８を供給する粉
砕原料投入口１と連通しており、その近傍に圧縮エア供
給ノズル２が配設されている。圧縮エア供給ノズル２は
、コンプレッサー１３から、圧縮エアが供給されるよう
になっている。衝突部材４の吸込ノズル３に対向する面
は、球面形状の衝突面１０を形成している。なお、７は
粉砕室内壁、１１は吸込ノズル先端、１２は回転式分級
機である。 ［００１９］上記微粉砕装置において、原料供給装置に
より粉砕原料８は、吸込ノズル３上方の粉砕原料投入口
１より吸込ノズル３に供給される。吸込ノズル３には、
コンプレッサー１２から３〜１０ｋｇ／ｃ＋ｍ２Ｇの圧
力を有する圧縮エアが圧縮エア供給ノズル２を通して導
入され、それによって粉砕原料８は搬入と同時に、吸込
ノズル内において瞬時に音速を超えた速度に加速される
。音速を超えた粉砕原料は、吸込ノズル３の先端から、
粉砕室９に噴射され、衝突部材４の衝突面１０に衝突し
て、−次粉砕される。衝突部材の衝突面が球面形状を有
しているため、粉体は、全周方向に分散され、粉砕室壁
面７に衝突して、二次粉砕される。そして、粉体は、排
出管６へ搬送されるまで、−次粉砕、二次粉砕が繰り返
される。排出管６から排出された粉体は、分級機１２に
より粗粉と細粉に分級される。粗粉側は、再び粉砕原料
投入口１に搬送され、細粉側は、製品として使用される
。使用する粉砕材料によっては、細粉側をさらに微粉分
級、表面改質等の処理を行い、製品化する。 ［００２０１本発明において、衝突部材の設置位置は、
吸込ノズル３からの噴射エアの中心方向を０度としたと
き、衝突部材の衝突面の中心が０度になるようにするの
が最も好ましい。衝突面の中心が吸込ノズル３からの噴
射エアの中心方向から極端にずれている場合は、ジェッ
トエアが有効に衝突面に当たらないため、−次粉砕の効
率が低下してしまう。この様な理由より、衝突部材の設
置位置は、０度近傍にあれば特に問題はない。また、距
離については、圧縮エアをノズルより噴射した場合、噴
射された圧縮エア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倍の距
離）と呼ぶが、衝突部材の衝突面先端と吸込ノズル先端
１１との距離が、前記ポテンシャルコアゾーンの５倍以
下、好ましくは１〜３倍であることが好ましい。上記距
離が５倍を超える場合は、粒子の速度が低下し、粉砕効
果を低下させる。 ［００２１３また、この衝突部材のサイズとしては、噴
射エアの抵抗にならない程度の範囲の大きさがよく、噴
射エアの中心方向に対して垂直な面または断面の面積が
、吸込みノズルの最小内径部の５０倍以下であることが
好ましい。 ［００２２］衝突部材の材質は、耐摩耗性のものならば
問題なく使用できる。特に耐摩耗性合金、耐摩耗表面処
理金属、セラミックスなどが望ましい。具体的には、合
金類として、超硬をはじめ、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
クロム合金及びトリバロイ金、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
アなどの酸化物、炭化ケイ素、炭化クロムなどの炭化物
。 窒化ケイ素、窒化チタンなどの窒化物、硼化クロム、硼
化チタン等の硼化物があげられる。 ［００２３１次に、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示す。 ［００２４］実施例１図１及び図２に示す微粉砕装置を
使用した。この微粉砕装置は、直径が３５ｍｍφの超硬
味の衝突部材４を有し、粉砕室内径１００１１１ｍφ、
粉砕室内壁７は、アルミナコートされていた。圧縮エア
供給ノズル内径は、９．　０ｍｍφ、排出管６は内径６
５ｍｍφであり、衝突部材４は、吸込ノズル先端１１よ
り６５ｍｍの位置で噴出エアの中心軸上に設置されてお
り、粉砕圧７゜０ｋｇ／Ｃｍ２Ｇの条件で粉砕を行った
。 ［００２５］粉砕原料としては、電子写真用トナーのハ
ンマーミル破砕物（重量平均粒径Ｄ５０＝３００〜５０
０ａｍ）を使用し、重量平均粒径Ｄ５０（以下、単にＤ
５０という）が９μｍと７μｍになるように前記の条件
で粉砕し、粒度分布をコールタールカウンターＴＡ−Ｉ
Ｉ　　（コールタ−エレクトロニクス社製）で測定した
。その結果を表１および表２に示す。 ［００２６］比較例１ 衝突部材の衝突面形状を、図４ｂ）のようにジェットエ
アの噴射方向に対し垂直にした以外は、実施例１と同じ
条件でＤ５０が９μｍと７μｍになるように粉砕を行っ
た。その結果を表１および表２に示す。 ［００２７］比較例２ 衝突部材の衝突面形状を、図４ｃ）のようにジェットエ
アの噴射方向に対し４５度の角度に傾斜させた以外は、
実施例１と同じ条件でＤ５０が９μｍと７μｍになるよ
うに粉砕を行った。その結果を表１および表２に示す。 ［００２８］比較例３ 衝突部材の衝突面形状を、図４ｄ）のように頂角１２０
度の円錐形とした以外は、実施例１と同じ条件でＤ５０
が９μｍと７μｍになるように粉砕を行った。その結果
を表１および表２に示す。 ［００２９］

【表１】

【表２】 ［００３０１上記実施例と比較例の結果から明らかなよ
うに、ジェットエアを用いた微粉砕装置における衝突部
材の衝突面形状を球面形状にすることにより、粒子と衝
突部材との衝突による一次粉砕効果と、粒子と粉砕室壁
面との衝突による二次粉砕効果を上げ、粉砕消費エネル
ギーを低減することができることが分かる。また、粒度
分布に関しても、シャープな粉砕物が得られることが分
かる。 （００３１１次に、衝突部材の材質を選定するために、
実施例１と比較例１〜３において使用した微粉砕装置で
、衝突部材として、図４ａ）のような形状で、超硬（材
質ＷＨ４０、日立金属（株）製）、粉末高速度工具鋼（
ＨＡＰ４０、日立金属（株）製）、サイアロン（ＨＣＮ
１０、日立金属（株）製）、比較のために５ＵＳ３０４
を用い、実施例１と同じ条件で磁性粉含有樹脂のハンマ
ーミル破砕物（２００〜５００μｍ）を原料とし、原料
供給量１０ｋｇ／ｈｒで４時間粉砕を行い、衝突部材の
摩耗重電変化（摩耗度）を測定した。その結果を表３に
示す。 ［００３２］

【表３】 ［００３３１上記の結果から明らかなように、超硬はＳ
ＵＳ　３０４の９６．６倍、ＨＡＰ４０は７１．２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。 ［００３４１ 【発明の効果］本発明の微粉砕装置は、上記のように衝
突部材の衝突面形状を球面形状にすることにより、粒子
と衝突部材との衝突による一次粉砕効果と、粒子と粉砕
室壁面との衝突による二次粉砕効果を上げ、粉砕消費エ
ネルギーを低減することができる。また、粒度分布に関
してもシャープな粉砕物を得ることができる。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】

【図１】　本発明の微粉砕装置の断面及び分級機を組合
せた閉回路粉砕工程の概略図である。

【図２】　図１における微粉砕装置のＡ−Ｂ断面図であ
る。

【図３】　ジェットエアが衝突部材の衝突面に衝突する
場合の、エアの流れと圧力を模式的に表した図でありる
。

【図４】　衝突部材の衝突面形状を模式的に表した図で
ある。

【符号の説明】

１、、、、粉砕原料投入口、２．、、、圧縮エア供給ノ
ズル、３、、、、吸込ノズル、４．、、、衝突部材、５
．、、、衝突部材支持部、６．、、、排出管、７．、、
、粉砕室内壁、８．、、、粉砕原料、９．、、、粉砕室
、１０．、、、衝突面、１１．、、、吸込ノズル先端、
１２．、、、回転式分級機、１３．、、、コンプレッサ

【図１】

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】粉砕室内に、ジェットエアの力により粉体
   を搬入、加速し、噴射する吸込ノズルと、該吸込ノズル
   の噴射方向に、吸込ノズルと対向して配置された衝突部
   材とを備え、吸込ノズルから粉体を噴射して粉体を衝撃
   力により粉砕する微粉砕装置において、前記衝突部材の
   衝突面が球面形状を有することを特徴とする微粉砕装置
   。
2. 【請求項２】吸込ノズルにより粉体を搬入、加速し、さ
   らに噴射し、衝突面が球面形状を有する衝突部材に粉体
   を衝突させて粉砕を行い、衝突後の粉体を分級機に搬送
   し、未粉砕物を吸込ノズルに戻す閉回路粉砕を行うこと
   を特徴とする粉砕方法。