JPH0871439A - 粉砕機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】機内発熱が小さく、所定の粒子径に粉砕する際
の粉砕性が良好な粉砕機を提供。 【構成】回転軸に支持され、外側表面の母線に沿って多
数の凹凸部を有する回転子Ａと、回転子との間に間隙を
存して嵌装された内側表面の母線に沿って多数の凹凸部
を有する固定子Ｂとを有し、固定子の外側表面一端の口
１から固体物質を供給し、回転子を回転させながら、一
端から当該固定子の外側表面一端の口２に向けて気体の
流れで固体物質を移動させながら、回転子と固定子との
間で固体物質を所定の大きさに粉砕する粉砕機におい
て、 １．回転子の外側表面の凹凸を、内壁に曲線部分と直線
部分を含む凹部形状が連続する歯形となし、 ２．固定子と対向する様に、回転子の凹部内壁の回転方
向に向いた壁の直線部（粉砕面）を回転子の接線に対し
て70〜30°となる様に、直線部（粉砕面）先端を回転子
の回転方向の反対側に傾けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、固体の粉砕に利用でき
るが特に熱可塑性の樹脂、粉体トナーや熱変質を嫌うコ
ーヒー等の粉砕に有効な粉砕機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に熱可塑性物質を１０ミクロンぐら
いに粉砕するための機械衝撃式粉砕機は、回転軸に支持
されその軸を中心に回転しうる外側表面の母線に沿って
多数の凹凸部を有する回転子（Ａ）と、当該回転子
（Ａ）との間に間隙を存して嵌装された内側表面の母線
に沿って多数の凹凸部を有する固定子（Ｂ）とを有し、
当該固定子（Ｂ）の外側表面一端の口（１）から固体物
質を供給し、当該回転子（Ａ）を回転させながら、一端
（１）から当該固定子（Ｂ）の外側表面一端の口（２）
に向けて気体の流れで固体物質を移動させながら、回転
子（Ａ）と固定子（Ｂ）との間で固体物質を所定の大き
さに粉砕する。

【０００３】しかし、ここで得られる粉砕物には粗粒子
と微粒子が含まれている、粗粒子は粗粉分級機により分
級して粉砕機に戻し再粉砕される。微粒子も分級機によ
りカットされる、この様な工程を経て粉砕物は、所定の
粒度分布を持つ製品となる。この機械衝撃式粉砕機の問
題点は粉砕物に粗粒子が多く、戻し粗粒子の滞留量が原
料のフイード量の２〜３倍になり、そのため、粉砕機の
通過量が多いことにより機内発熱が多く又エア通過量も
落ちるため温度上昇によりフイード量が制約される。そ
の上過粉砕による微粉量も少なくない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この解決策として回転
子の粉砕面先端を回転方向の後方に接線に対し７０°以
下にすると粉砕性は上がるが、粉砕面が固定子凹凸面に
エアを押し付けるためエアの抜けが悪くなり焼き付いて
しまう。これは、その粉砕機に冷却ジャケットを設ける
とともに、冷気を通気させる様にして、機内を冷却して
も同様である。さらに粉砕すべき固体物質が、結着剤樹
脂を含む静電荷像現像用トナーの場合には、平均粒子径
７ミクロン以下に粉砕は出来ないものが多い。

【０００５】本発明は、必要とする大きさ範囲の粒子を
高収率で得られる様に粉砕することが出来、しかも機内
発熱が少ない粉砕機の提供を目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】即ち本発明は、回転軸に
支持されその軸を中心に回転しうる外側表面の母線に沿
って多数の凹凸部を有する回転子（Ａ）と、当該回転子
（Ａ）との間に間隙を存して嵌装された内側表面の母線
に沿って多数の凹凸部を有する固定子（Ｂ）とを有し、
当該固定子（Ｂ）の外側表面一端の口（１）から固体物
質を供給し、当該回転子（Ａ）を回転させながら、一端
（１）から当該固定子（Ｂ）の外側表面一端の口（２）
に向けて気体の流れで固体物質を移動させながら、回転
子（Ａ）と固定子（Ｂ）との間で固体物質を所定の大き
さに粉砕する粉砕機において、 １．回転子（Ａ）の外側表面の凹凸を、内壁に曲線部分
と直線部分を含む凹部形状が連続する歯形となし、 ２．固定子（Ｂ）と対向する様に、回転子（Ａ）の当該
凹部内壁の回転方向に向いた壁の直線部（粉砕面）を回
転子（Ａ）の接線に対して70〜30°となる様に、直線部
（粉砕面）先端を回転子（Ａ）の回転方向の反対側に傾
けた、ことを特徴とする粉砕機を提供するものである。

【０００７】次に本発明の粉砕機を図面に基づいて説明
する。第１図は、本発明の一例である、横型の粉砕機の
斜視図を示したものである。この図では、回転子Ａと固
定子Ｂとの位置関係がわかる様に、開閉可能な固定子Ｂ
の一部を開いた開放状態が示されている。

【０００８】この粉砕機は、横向きに固定された固定子
Ｂの内部に、横向きの回転子Ａを有し、この回転子Ａ
は、動力３により軸中心に回転出来る様になっている。
実際の粉砕機運転時には、この開いた部分の固定子Ｂは
閉じられる。機内メインテナンスや故障時には、上記し
た様に、この固定子Ｂはその一部を開放することが出来
る。

【０００９】本発明において回転子（Ａ）とは、回転軸
に支持され、外側表面の母線に沿って多数の凹凸部を有
するものであり、その軸を中心に回転することが出来る
部材を言う。一方、固定子（Ｂ）は、内側表面の母線に
沿って多数の凹凸部を有するものであり、固定されてい
るものを言う。第１図においては、これら回転子Ａ及び
固定子Ｂは、いずれも円柱状である。

【００１０】また、回転子Ａの外径は、固定子Ｂの内径
よりも小さく、この回転子Ａは、固定子Ｂ内に、所定の
間隙を設けて嵌装されている。そして、この固定子Ｂ内
で、回転子Ａが回転することにより、それらの間隙を固
体物質が移動することにより、その固体物質を所定の大
きさに粉砕することが出来る。

【００１１】尚、本発明の粉砕機には、固定子（Ｂ）の
外側表面に少なくとも２つの口が設けられている。この
２つの口（１）及び（２）は、通常、回転子（Ａ）と固
定子（Ｂ）との間隙に、粉砕すべき固体物質を供給する
ための供給口と、粉砕された固体物質を取り出すための
取出口である。

【００１２】これら２つの口は、固定子（Ｂ）の外側表
面に設けられていればよく、供給口と取出口との間の間
隔やレイアウトは特に限定されない。固体物質の粉砕を
効率的かつ充分に行うためには、それらの間隔は出来る
だけ長くとることが好ましい。第１図では、横向きの固
定子Ｂの外側表面上部一端に供給口１を設け、同じくも
う一端に取出口２を設けた粉砕機を示してある。

【００１３】さて本発明の粉砕機では、例えば上記した
固定子（Ｂ）の外側表面の一端の口（１）から、固定子
（Ｂ）と回転子（Ａ）との間隙に供給された、粉砕すべ
き固体物質は、気体の流れを利用して、第１図に示した
矢印の向きに、前記したのと別の、固定子（Ｂ）の外側
表面のもう一端の口（２）に移動させながら、粉砕が行
われる。

【００１４】つまり、気体の流れ方向と同一方向に、そ
の気体とともに粉砕すべき固体物質が、回転する回転子
（Ａ）の凹凸部分と固定子（Ｂ）の凹凸部分で繰り返し
粉砕されながら、間隙を移動して、粉砕すべき固体物質
は、所定の大きさへと粉砕される。第１図には、運転時
における機内の気体の流れ、粉砕すべき固体物質及び粉
砕された固体物質の流れの一例を矢印で例示してある。

【００１５】粉砕すべき固体物質は、固定子（Ｂ）の外
側表面の一端の口（１）から、強制的に気体とともに吹
き込んで、それを移動させても良いし、逆に、前記した
のとは別の固定子（Ｂ）の外側表面のもう一方の一端の
口（２）から吸気を行い、それを移動させても良い。

【００１６】この時の気体は、公知慣用のものがいずれ
も使用出来るが、例えば窒素、酸素、ヘリウム、空気等
が挙げられる。この気体としては、粉砕すべき固体物質
を劣化させることのないものを用いることが好ましい。
尚、この気体としては、予め冷却されたものでも、そう
でないものでも使用出来るが、常温よりも低い温度に予
め冷却された気体を用いると、粉砕すべき固体粒子の劣
化や軟化を防止できる上、機内温度をより低く保つこと
が出来、安全性作業環境も良好となるので好ましい。

【００１７】また固定子（Ｂ）の外側に冷却ジャケット
１６（第４図参照。第１図では記載を省略してある。）
を設けて、粉砕時に発生する熱で加熱された固定子
（Ｂ）を冷却する様にしてもよい。

【００１８】第１図では、横型の粉砕機を示したが、回
転子（Ａ）及び固定子（Ｂ）を縦型に設置する様にして
もよいのは勿論である。

【００１９】本発明の粉砕機の特徴は、回転子（Ａ）の
粉砕面先端を、回転方向反対側に接線に対して７０°以
下とした、粉砕性の良い回転子の凹部形状をさらに工夫
したところにある。尚、この回転子（Ａ）の粉砕面と
は、第２図における数字４で示される部分である。

【００２０】その具体的な工夫は、次の通りである。 １．回転子（Ａ）の外側表面の凹凸を、内壁に曲線部分
と直線部分を含む凹部形状が連続する歯形とする。

【００２１】２．固定子（Ｂ）と対向する様に、回転子
（Ａ）の当該凹部内壁の回転方向に向いた壁の直線部
（粉砕面）を回転子（Ａ）の接線に対して70〜30°とな
る様に、直線部（粉砕面）先端を回転子（Ａ）の回転方
向の反対側に傾ける。

【００２２】回転子（Ａ）の凹部としては、上記した条
件１及び２を満足するものであればいずれも採用でき
る。具体的には、例えば第３図に示した様に、（ニ）〜
（ヘ）の形状が挙げられる。回転子（Ａ）の凹部形状に
おいて、一方の直線部（粉砕面）の延長線を引いた場
合、その線より内側に曲線部を有するのが、形状（ニ）
であり、回転子（Ａ）の凹部形状において、一方の直線
部（粉砕面）でない凹部先端部より回転子（Ａ）の中心
線を引いたとき、その中心線の回転方向側に曲線部を有
するのが、形状（ホ）であり、及びこれらが組み合わさ
れたのが、形状（ヘ）である。

【００２３】この時、回転子（Ａ）の回転半径と、その
凹部の深さの関係は凹部の深さが回転半径の１／１５以
内とすることが好ましい。また、凹部に設けられた曲線
部の半径Ｒと凹部の深さの関係は、前記粉砕面の角度で
変化するが、おおよそＲが深さの１／５〜１／２となる
様にするのが良い。

【００２４】尚、回転子（Ａ）に設けられた多数の凹凸
と間隙を介して対向する、固定子（Ｂ）の多数の凹凸自
体は、どの様な形状の凹凸のいずれでも採用できる。こ
の様な凹凸としては、例えば第３図（イ）〜（ハ）の形
状のものが挙げられる。勿論、上記回転子（Ａ）の凹凸
として示した形状（ニ）〜（ヘ）でも良い。

【００２５】本発明の粉砕機においては、回転子（Ａ）
として、上記した形状を有するものを用いれば、回転子
（Ａ）と固定子（Ｂ）のそれぞれの凹凸の組み合わせ
は、特に制限されるものではない。本発明者の知見で
は、回転子（Ａ）の凹部の形状及び固定子（Ｂ）凹部形
状との組み合わせは、前記（イ）〜（ハ）からなる群か
ら選択された固定子（Ｂ）凹部形状と、前記（ニ）〜
（ヘ）からなる群から選択された回転子の凹部形状とを
どの様に組み合わせても、本発明の効果のうえでは、い
ずれも有効であった。

【００２６】この時の固定子（Ｂ）と回転子（Ａ）との
間隙は、粉砕すべき固体物質の大きさ及び粉砕後の固体
物質の粒子径をどの程度にするかにより、適宜選択すれ
ばよい。この間隙は、精度を考慮すると、通常０．５ｍ
ｍ〜３ｍｍである。この間隙は、狭いほど粉砕された固
体物質としては小粒径のものが得られ、広いほど大粒径
のものが得られる。

【００２７】回転子（Ａ）の回転速度は、粉砕すべき固
体物質の硬度や大きさ等に依存するため、特に限定され
るものではないが、粉砕効率等の観点から、通常、周速
９０〜２００ｍ／秒とするのが一般的である。

【００２８】回転子（Ａ）の外側表面の母線に沿った凹
凸部及び固定子（Ｂ）の内側表面の母線に沿った凹凸部
の材質は、固体物質の粉砕に耐え得る強度を有する材質
の材料であればいずれも使用出来る。具体的には、例え
ばステンレス、ＳＫ材等の金属材料が挙げられる。

【００２９】本発明の粉砕機は、公知慣用の固体物質が
いずれも粉砕できるが、例えば熱可塑性樹脂、顔料、静
電荷像現像用粉体トナー、化粧品、薬品、飼料、コーヒ
ー豆等の粉砕に使用できる。

【００３０】

【作用】本発明の粉砕機では、第２図の様に、回転子Ａ
の凹部と固定子Ｂの凹部とを対向させて用いた場合に
は、回転子Ａをその上に示した矢印方向に回転させる
と、各凹部内壁に気体の渦流ができる。第２図では、一
つの凹部内壁を用いてこの渦流の発生する箇所及び渦流
の回転の向きを示した。

【００３１】この渦は、気体の吸引又は吹き込みによ
り、回転しながら、螺旋状に回転子（Ａ）の一端からも
う一方の一端に向けて移動する（第４図）。このため第
４図に矢印で示した様に、粉砕すべき固体物質のうち、
粒子径の大きい、粗い粒子は、回転子（Ａ）の遠心力と
渦流の遠心力により、凹部からはじきだされ、間隙（粉
砕ゾーン）に戻される。

【００３２】一方、粉砕され細かくなった粒子は、第４
図に点線で示した様に、これら力の作用を受けず、回転
子の凹部内を、その気体の渦流に乗り、回転子（Ａ）の
もう一端方向に移動され、最終的には、固定子（Ｂ）の
外表面に設けられたもう一方の口から排出される。

【００３３】回転子（Ａ）の回転と固定子（Ｂ）との抵
抗で、前者凹部に気体の渦流を発生させ、必要とする大
きさよりも大きな粒子（粗粒子）を回転子（Ａ）の遠心
力と渦流の遠心力で、粉砕ゾーンに戻し、必要とする大
きさ範囲の粒子（適正粒子）を渦流により、粉砕系外へ
移動させると共に気体の乱流を整流にし、流れを良く
し、機内の温度上昇を押さえ、焼き付き等がなく、回転
子（Ａ）及び固定子（Ｂ）の凹凸部分の切れ味を従来よ
りも長期間に亘って良好に保つことが出来る。

【００３４】粉砕すべき固体物質は、一般的に粉砕によ
り、適正粒子、必要とする大きさよりも小さい粒子（過
粉砕微粉）、（粗粒子）とを含んだ組成に粉砕される。
本発明の粉砕機を用いれば、過粉砕微粉及び粗粒子の発
生を従来より抑制し、適正粒子の収率を格段に向上させ
ることが出来る。

【００３５】本発明の粉砕機で、粉砕された固体物質
は、必要に応じて分級される。粗粒子は、過粉砕微粉及
び適正粒子とは分離して、再度、粉砕機で適正粒子とな
る様に粉砕を行う操作（戻し粗粒子の粉砕操作）を行う
のが一般的である。本発明の粉砕機で粉砕された固体物
質（粉砕物）組成は、従来の粉砕機で得られた粉砕物の
組成と対比すると、粗粒子の含有率が極端に少ないの
で、改めて、戻し粗粒子の粉砕操作の頻度或いは処理量
を減らすことが出来るし、また、過粉砕微粉の含有率も
極端に少ないので、得られた粉砕粒子を、分級が難しい
適正粒子と過粉砕微粉との分級をする必要もなくなる。

【００３６】

【実施例】次の本発明を実施例により詳しく説明する。
尚、本発明は実施例の記載により何等限定されるもので
はないことは、勿論である。

【００３７】実施例１ この実施例では、静電荷像現像用粉体トナーの粉砕を本
発明の粉砕機で行った場合の例を示す。

【００３８】固定子Ｂと回転子Ａの凹部形状を第５図の
組み合わせとしてセットした粉砕機に、分級機等を組み
合わせてシステムを作製した（システム構成は第図参
照。）。回転子Ａは、別に設けられたモーター９の回転
をベルト１０で回転子Ａの軸に伝達してそれを回転させ
る様にした。

【００３９】粉砕機の設定・運転条件は、回転子Ａの半
径１９８ｍｍ、回転数を４５００ｒｐｍ／分とし、機内
を通過させる冷却空気温度を１５℃、その空気量を１６
ｍ／分とした。

【００４０】回転子Ａの凹部形状については、粉砕面角
度６０°、凹部深さ８ｍｍ、凹部Ｒ半径３ｍｍ、凹部個
数１５０個である。

【００４１】このシステムを上記条件で運転し、原料ホ
ッパー６の粉体トナーの塊粒（原料）は定量供給機７に
より、吸引ブロア１５で引かれた冷却空気（その供給源
は図示せず。）と共に、粉砕機の固定子外側表面一端の
口１より、回転子Ａと固定子Ｂとの間隙に相当する粉砕
ゾーンに入れられた。

【００４２】また冷却ジャケット１６には、機内を冷却
するための冷却するための冷却水を通過させる様にし
た。運転中の機内平均温度は３５℃であった。

【００４３】粉砕ゾーン中に入った原料は、冷却空気と
固定子Ｂのジャケット１６で冷却されながら、回転子Ａ
の回転によりそれと固定子Ｂの間の粉砕ゾーンで粉砕さ
れ、回転子Ａの凹部では、回転子Ａの遠心力と渦流によ
り、粗粒子と粉砕粒子（適正粒子と過粉砕微粉）に分け
る機能がはたらきながら、吸引空気により粉砕機の固定
子の外側表面のもう一端の口２に移動し、粗粒子分級機
１１に入り、粉砕機８内を通過した粗粒子はここで分離
され、粗粒子戻りライン（配管）１２により粉砕機８の
固定子Ｂ外側表面に設けた口１に戻され、再度粉砕され
た。

【００４４】一方、粗粒子分級機１１を通過した平均粒
子径１０μｍの適正粒子からなる粉砕品は、バグフィル
ター１３で捕集され、ロータリーバルブ１４より排出さ
れ製品とされた。

【００４５】比較例１ 上記した粉砕機のうち、凹部形状が従来の形状（イ）の
回転子を用いた以外は実施例１と同様の条件で運転を行
ったところ、粗粒子量が実施例１の１０倍も発生し、機
内温度は、５０℃であった。しかも、粗粒子を分離して
得られた粉砕粒子中に含まれる３．５μｍ以下の過粉砕
微粉は、実施例１の粉砕粒子のそれに比べると、２倍以
上も含まれていた。

【００４６】尚、上記実施例１の装置を用いたところ、
従来の比較例１の粉砕機を用いた装置では粉砕が難しか
った、平均粒子径６ミクロンの粉体トナーも得ることが
できた。

【００４７】

【発明の効果】本発明の粉砕機では、回転子の外側表面
の凹部形状を、内壁に曲線部分と直線部分を含む凹部形
状が連続する歯形とし、固定子と対向する様に、回転子
の当該凹部内壁の回転方向に向いた壁の直線部（粉砕
面）を回転子の接線に対して７０〜３０°となる様に、
直線部（粉砕面）先端を回転子の回転方向の反対側に傾
けたものを用いるので、必要とする大きさ範囲の固体物
質粒子を高収率で得ることが出来、しかも機内発熱を抑
制できるので、安全性・作業環境を向上させることも出
来るという格別顕著な効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の粉砕機の固定子の開放時の斜視図であ
る。

【図２】固定子と回転子の部分拡大断面図である。

【図３】回転子及び固定子の凹部形状の一例を示す断面
図である。

【図４】回転子凹部の気体と粉砕すべき固体物質の動き
の説明図である。

【図５】実施例１で用いた固定子と回転子の部分拡大断
面図である。

【図６】本発明の粉砕機を用いた、実施例で示したシス
テム構成の説明図である。

【符号の説明】

Ａ 回転子 Ｂ 固定子 １ 粉砕機の固定子外側表面の一端の口 ２ 粉砕機の固定子外側表面のもう一端の口 ３ 動力 ４ 回転子の凹部内壁の粉砕面 ５ 気体の渦流 ６ 原料ホッパー ７ 定量供給機 ８ 粉砕機 ９ モーター １０ ベルト １１ 粗粒子分級機 １２ 粗粒子戻りライン（配管） １３ 補集用バグフィルター １４ ロータリーバルブ １５ 吸引ブロア １６ 冷却ジャケット

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転軸に支持されその軸を中心に回転しう
   る外側表面の母線に沿って多数の凹凸部を有する回転子
   （Ａ）と、当該回転子（Ａ）との間に間隙を存して嵌装
   された内側表面の母線に沿って多数の凹凸部を有する固
   定子（Ｂ）とを有し、当該固定子（Ｂ）の外側表面一端
   の口（１）から固体物質を供給し、当該回転子（Ａ）を
   回転させながら、一端（１）から当該固定子（Ｂ）の外
   側表面一端の口（２）に向けて気体の流れで固体物質を
   移動させながら、回転子（Ａ）と固定子（Ｂ）との間で
   固体物質を所定の大きさに粉砕する粉砕機において、 １．回転子（Ａ）の外側表面の凹凸を、内壁に曲線部分
   と直線部分を含む凹部形状が連続する歯形となし、 ２．固定子（Ｂ）と対向する様に、回転子（Ａ）の当該
   凹部内壁の回転方向に向いた壁の直線部（粉砕面）を回
   転子（Ａ）の接線に対して70〜30°となる様に、直線部
   （粉砕面）先端を回転子（Ａ）の回転方向の反対側に傾
   けたことを特徴とする粉砕機。
2. 【請求項２】回転子（Ａ）の凹部形状において、一方の
   直線部（粉砕面）の延長線を引いた場合、その線より内
   側に曲線部をもつことを特徴とする請求項１記載の粉砕
   機。
3. 【請求項３】回転子（Ａ）の凹部形状において、一方の
   直線部（粉砕面）でない凹部先端部より回転子（Ａ）の
   中心線を引いたとき、その中心線の回転方向側に曲線部
   があることを特徴とする請求項１記載の粉砕機。