(57)【要約】【課題】ポンプを用いることなく回転子を冷却することのできる冷却機構を備えた粉砕機を提供する。【解決手段】本発明の粉砕機１００は、回転軸１２に支持され且つ突起１４を外側表面の母線に沿って複数設けた回転子１０と、回転子１０に嵌装され且つ突起２０を内側表面の母線に沿って複数設けた固定子１８と、回転子１０の外側表面と固定子１８の内側表面との間に形成された粉砕部２２と、回転子１０を冷却するための冷却水通路３６と、を備える。冷却水通路３６は、冷却水入口側から冷却水出口側に向かって次第に径が大きくなる螺旋状の形状を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉砕機であって、
回転軸に支持され且つ突起を外側表面の母線に沿って複数設けた回転子と、
前記回転子に嵌装され且つ突起を内側表面の母線に沿って複数設けた固定子と、
前記回転子の外側表面と前記固定子の内側表面との間に形成された粉砕部と、
前記回転子を冷却するための冷却水通路と、を備え、
前記冷却水通路は、冷却水入口側から冷却水出口側に向かって次第に径が大きくなる螺旋状の形状を有することを特徴とする、粉砕機。
【請求項２】
請求項１に記載の粉砕機であって、
前記冷却水通路は、前記回転子の内部に配置された螺旋状のパイプからなることを特徴とする、粉砕機。
【請求項３】
請求項１に記載の粉砕機であって、
前記冷却水通路は、前記回転子の内部に形成された螺旋状の溝部からなることを特徴とする、粉砕機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粉砕機に関し、特に、電子写真方式の複写機やプリンターなどの画像形成装置に用いられる静電荷像現像用トナーを製造する際に用いられる粉砕機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、静電荷像現像用トナーの製造においては、樹脂、着色剤などのトナー原料を混合、混練して冷却した後、例えば、ハンマー式粉砕機などで粗粉砕して平均１０００〜１００μｍの粗粉砕物となし、その後、必要に応じて予備粉砕するか、または、直接粉砕して粉砕品にする方法が採用されている。そして、得られた粉砕品は、分級処理により所定の粒度分布を持つ粒子群に分級され、静電荷像現像用トナーとして使用される。
【０００３】
従来、上記の粗粉砕物の粉砕には、主として、超音速ジェット気流を利用したジェット式粉砕機、あるいは、高速度で回転する回転子と固定子との間に粉砕部を形成した衝撃式粉砕機などが使用されている。また、分級機としては、気流式分級機（日本ニューマチック社製 ＤＳ分級機）、多産物同時分級機（日鉄鉱業社製 エルボージェット）、あるいは、ジグザグ分級機などが使用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−２７７５４５号
【特許文献２】特開平８−６２９０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１には、静電荷像現像用トナーの製造に用いられる衝撃式粉砕機が開示されている。この衝撃式粉砕機は、回転軸に支持され且つ突起を外側表面の母線に沿って多数設けた回転子と、当該回転子に嵌装され且つ突起を内側表面の母線に沿って多数設けた固定子と、回転子の外側表面と固定子の内側表面との間に形成された粉砕部と、固定子を構成するケーシングの両端部にそれぞれ形成された供給口と排出口とから主として構成されている。供給口に投入されたトナー粗粉砕物は、まず、粉砕部に供給される。粉砕部に供給されたトナー粗粉砕物は、高速回転する回転子の外側表面に設けられた多数の突起と、固定子の内側表面に設けられた多数の突起によって微粉砕される。これにより、静電荷像現像用トナーとして使用できる程度の粒径を有するトナー微粉砕物を得ることができる。
【０００６】
高速回転する回転子の外側表面には、トナー粉砕の際に発生する摩擦熱等が蓄積するため、回転子の外側表面は高温となる。回転子の外側表面が高温となった場合、製品として得られるトナーの品質にも悪影響を及ぼす場合がある。このため、特許文献１には記載されていないが、この種の衝撃式粉砕機の回転子には、当該回転子を冷却するための冷却機構が設けられることが多い。
【０００７】
従来のトナー製造用の衝撃式粉砕機では、回転子を冷却するための冷却機構として、冷却水を回転子の内部に送り込むためのポンプが用いられることが多かった。しかし、回転子の内部に冷却水を送り込むためのポンプを用いた場合、回転子の遠心力に打ち勝って外部から冷却水を押し込むための特殊な高圧ポンプが必要となるため、設備コストやランニングコスト（ポンプを駆動するための電気代、ポンプのメンテナンス代など）が高くなるという問題があった。
【０００８】
また、回転子の内部に冷却水を送り込むためのポンプを用いた場合、冷却水配管における固定部と回転部とのつなぎ目のシール部に、ポンプによって送り込まれる冷却水の高い水圧が作用するため、特殊なシール構造が必要となり、設備コストが高くなるという問題があった。
【０００９】
さらに、回転子の内部に冷却水を送り込むためのポンプを用いた場合、ポンプ内の摩擦熱によって冷却水の温度が上昇するため、冷却効率が悪くなるという問題があった。
【００１０】
本発明は、上記のような事情に鑑みなされたものであり、ポンプを用いることなく回転子を冷却することのできる冷却機構を備えた粉砕機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の粉砕機は、回転軸に支持され且つ突起を外側表面の母線に沿って複数設けた回転子と、前記回転子に嵌装され且つ突起を内側表面の母線に沿って複数設けた固定子と、前記回転子の外側表面と前記固定子の内側表面との間に形成された粉砕部と、前記回転子を冷却するための冷却水通路と、を備え、前記冷却水通路は、冷却水入口側から冷却水出口側に向かって次第に径が大きくなる螺旋状の形状を有することを特徴とする。
【００１２】
本発明の粉砕機において、前記冷却水通路は、前記回転子の内部に配置された螺旋状のパイプからなることが好ましい。
【００１３】
本発明の粉砕機において、前記冷却水通路は、前記回転子の内部に形成された螺旋状の溝部からなることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ポンプを用いることなく回転子を冷却することのできる冷却機構を備えた粉砕機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１実施形態の粉砕機を示す断面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図３】第２実施形態の粉砕機を示す断面図である。
【図４】螺旋状の溝部が形成された回転子の内面に、カバー部材を取り付ける工程を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の粉砕機は、特に制限されることなく、あらゆる物品の粉砕工程に用いることが可能である。
本発明の粉砕機は、粉砕工程を含む物品の製造工程に適用することが可能であり、例えば、静電荷像現像用トナー、粉体塗料、食品（そば、抹茶やキトサン等 ）、香辛料、医薬品、あるいは化粧品などの製造工程に適用することが可能である。
本発明の粉砕機は、回転子を冷却することのできる冷却機構を備えているため、熱によって変性あるいは変形しやすい物品の製造工程に特に好ましく適用することが可能である。
以下の実施形態では、本発明の粉砕機を、熱によって変性あるいは変形しやすい物品の一つである静電荷像現像用トナーの製造工程に適用する例について説明する。
【００１７】
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について詳細に説明する。
図１は、静電荷像現像用トナー製造用の粉砕機の一例を示す断面図であり、図２は、図１におけるＡ−Ａ線断面図である。
【００１８】
図１に示すように、第１実施形態に係るトナー粉砕用の粉砕機１００は、回転子１０と、固定子１８と、回転子１０を支持する回転軸１２を有している。
【００１９】
回転子１０は、略円柱状の形状を有しており、その中心を貫通する水平な回転軸１２によって回転可能に支持されている。回転子１０の外周表面には、回転子１０の軸線に直角に切断した断面形状が波形状である波形状突起１４が母線に沿って複数設けられている。ここで、母線とは、軸線と平行な線を言い、従って、多数の波形状突起１４は、その稜線が軸線と平行で且つ軸線に直角に切断した断面形状が波形状に形成されていることとなる。回転子１０の左側面と右側面には、それぞれ、回転子１０と一体に高速回転する攪拌羽根１６ａ、１６ｂが固設されていてもよい。
【００２０】
固定子１８は、回転子１０を収容することのできる寸法を有する略中空円筒状の形状を有している。固定子１８の内周表面には、軸線に直角に切断した断面形状が波形状である波形状突起２０が母線に沿って複数設けられている。
【００２１】
固定子１８は、回転子１０に嵌装されている。言い換えると、回転子１０は、中空円筒状の固定子１８の内部に嵌め込まれている。回転子１０と固定子１８の間には微小間隙が設けられており、この微小間隙がトナー粗粉砕物を粉砕するための粉砕部２２を形成している。また、固定子１８の左側上部と右側上部には、それぞれ、トナー粗粉砕物を供給するための供給口２４、及び、トナー微粉砕物を排出するための排出口２６が設けられている。
【００２２】
図２に示すように、回転子１０の波形状突起１４は、連続的に形成された略三角形の凹部１１ａと凸部１１ｂによって構成されている。また、同様に、固定子１８の波形状突起２０は、連続的に形成された略三角形の凹部１３ａと凸部１３ｂによって構成されている。なお、波形状突起１４、２０の形状は、図２に示した形状に限定されない。
【００２３】
回転子１０の回転方向は、図２において矢印で示した方向、すなわち、回転子１０の波形状突起１４と固定子１８の波形状突起２０との各波形が衝突しない方向、換言すれば、固定子１８の波形状突起２０に対して、回転子１０の波形状突起１４がなめるように回転する方向が好ましい。また、回転子１０と固定子１８との間に設けられる微小間隙、すなわち、回転子１０の波形状突起１４の凸部１１ｂと、固定子１８の波形状突起２０の凸部１３ｂとの距離（ｔ）は、通常、数ｍｍ以下であるが、２ｍｍ以下の範囲が好ましい。
【００２４】
図１に示すように、回転軸１２の右側の端部にはプーリ２８が取り付けられており、このプーリ２８にはＶベルト３０が掛け回されている。Ｖベルト３０の一方の端部はプーリ２８に掛け回されており、他方の端部は図示しないモータに掛け回されている。このモータによってＶベルト３０が回転駆動されることによって、回転軸１２及び回転子１０が回転し、回転子１０及び固定子１８の間の粉砕部２２においてトナー粗粉砕物が粉砕されるようになっている。
【００２５】
回転軸１２の左側の端部は、固定子１８の左側壁１８ａに取り付けられたベアリング３２によって回転可能に支持されている。一方、回転軸１２の右側の端部は、固定子１８の右側壁１８ｂに取り付けられたベアリング３４によって回転可能に支持されている。
【００２６】
本実施形態に係る粉砕機１００は、回転子１０を冷却するための冷却水通路３６を備えている。冷却水通路３６は、冷却水入口側から冷却水出口側（図１において左側から右側）に向かって次第に径が大きくなる螺旋状のパイプ３８によって構成されている。回転子１０の内部は略円錐台状にくり抜かれた内部空間４０となっており、この内部空間４０に螺旋状のパイプ３８が収容されている。螺旋状のパイプ３８は、略円錐台状の内部空間４０の周壁面に対して溶接等によって固着されている。
【００２７】
図１に示すように、螺旋状のパイプ３８の左側（冷却水入口側）は直線部３８ａとなっており、この直線部３８ａが回転軸１２の内部に埋め込まれている。直線部３８ａは、回転軸１２と同軸であり、かつ、回転軸１２の左側の端面１２ａから外側に向かって突出している。
【００２８】
また、螺旋状のパイプ３８の右側（冷却水出口側）は直線部３８ｂとなっており、この直線部３８ｂが回転軸１２の内部に埋め込まれている。直線部３８ｂは、回転軸１２と同軸であり、かつ、回転軸１２の右側の端面１２ｂから外側に向かって突出している。
【００２９】
回転軸１２の左側の端面１２ａから突出した直線部３８ａには、ロータリジョイント４２ａを介して冷却水入口配管４４が接続されている。このロータリジョイント４２ａによって、固定の冷却水入口配管４４から、回転する螺旋状のパイプ３８に向けて冷却水をリークすることなく供給することが可能となっている。
【００３０】
回転軸１２の右側の端面１２ｂから突出した直線部３８ｂには、ロータリジョイント４２ｂを介して冷却水出口配管４６が接続されている。このロータリジョイント４２ｂによって、回転する螺旋状のパイプ３８から、固定の冷却水出口配管４６に向けて冷却水をリークすることなく排出することが可能となっている。
【００３１】
次に、本実施形態の粉砕機１００を用いた静電荷像現像用トナーの製造方法について説明する。本実施形態のトナー製造方法においては、粉砕工程以外は、通常の製造方法を採用することが出来る。すなわち、先ず、トナー原料を混合し、溶融押し出し機などで混練して板状に押し出して冷却固化したペレットを得る。トナー原料としては、バインダー樹脂と着色剤とが必須成分として使用されるが、必要に応じて例えば帯電制御剤やその他のトナー特性付与剤を使用することが出来る。
【００３２】
バインダー樹脂としては、例えば、トナーに適した公知の各種の樹脂を使用することが出来る。例えば、スチレン系樹脂、塩化ビニル樹脂、ロジン変成マレイン酸樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、アイオノマー樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂、ケトン樹脂、エチレン−エチルアクリレート樹脂、キシレン樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリカーボネート樹脂などが挙げられる。これらの樹脂は２種以上を併用することも出来る。特に、スチレン系樹脂、飽和または不飽和ポリエステル樹脂およびエポキシ樹脂は、主樹脂として好適に使用される。
【００３３】
バインダー樹脂のガラス転移温度は、熱分析法（示唆熱分析装置、示唆走査熱量分析装置など）で測定した際の転移開始温度（変曲点）が５０℃以上であることが好ましい。ガラス転移温度が５０℃未満の場合には、４０℃以上の高温で長時間にトナーを放置した場合、トナーの凝集や固着を招き使用上支障を来すことがある。
【００３４】
トナー用着色剤としては、公知の各種の着色剤を使用することが出来、例えばカーボンブラック、ニグロシン、ベンジジンイエロー、キナクリドン、ローダミンＢ、フタロシアニンブルー等が好適に使用される。着色剤は、樹脂１００重量部当たり、通常０．１〜３０重量部、好ましくは３〜１５重量部の割合で使用される。
【００３５】
帯電制御剤としては、公知の各種の帯電制御剤を使用することが出来る。例えば、４級アンモニウム塩、ニグロシン染料、トリフェニルメタン染料、スチレン−アミノアクリレート共重合体、ポリアミン樹脂などの正帯電制御剤や、モノアゾ系金属錯塩などの負帯電制御剤が挙げられる。帯電制御剤は、樹脂１００重量部当たり、通常、０．１〜１０重量部の割合で使用される。
【００３６】
また、トナー特性付与剤としては、例えば、オフセット防止のため、ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックス等のポリアルキレンワックスを使用することが出来る。また、流動性および耐凝集性の向上のために、チタニア、アルミナ、シリカ等の無機微粒子を使用することが出来る。これらのトナー特性付与剤は、樹脂１００重量部当たり、通常、０．１〜１０重量部の割合で使用される。
【００３７】
更に、トナーが磁性トナーである場合には、フェライト、マグネタイトを始め、鉄、コバルト、ニッケル等の強磁性元素を含む合金または化合物などの磁性粒子を使用することが出来る。磁性粒子は、バインダー樹脂１００重量部当たり、通常、２０〜７０重量部の割合で使用される。
【００３８】
次に、冷却固化されたペレット状トナーは、ハンマー式粉砕機などの粗粉砕機により、重量平均粒径が約１００μｍ〜３０００μｍ、好ましくは約３００μｍ前後の範囲になるように粗粉砕される。ここに、重量平均粒径とは、粒径−重量分布のメジアン値粒径であり、例えば、コールターエレクトロニクス社製コールカウンタで測定することが出来る。
【００３９】
次に、上記のようにして得られたトナー粗粉砕物は、上記した粉砕機１００を使用して更に粉砕される。トナー粗粉砕物は、供給口２４から供給され、回転子１０によって起こる気流によって粉砕部２２に送り込まれて粉砕された後、回転子１０によって起こる気流によって排出口２６から排出される。粉砕機１００の運転条件は適宜選択されるが、雰囲気温度は３０〜５０℃、回転子１０の周速は１００〜２００ｍ／ｓｅｃの範囲から選択するのがよい。
【００４０】
次に、排出口２６から排出されたトナーは、通常、分級処理される。そして、平均粒径として、約３〜２０μｍ、好ましくは３〜１０μｍのトナーを回収する。分級機としては、各種の分級機、例えば、気流式分級機（日本ニューマチック社製「ＤＳ分級機」）、コアンダ効果を利用した多産物同時分級機（日鉄鉱業社製「エルボージェット」）、ジグザグ分級機などを採用することが出来る。特に、粗粉、中粉、微粉を同時に精度良く分級することの出来る多産物同時分級機が好適に使用される。
【００４１】
そして、得られた所定粒径以外の粗粉および微粉は、製造工程に循環して再利用することが出来る。例えば、粗粉は、粉砕工程に循環して再粉砕し、微粉は、原料粉と一緒に混合工程や溶融混練工程に循環して使用することが出来る。一方、分級処理されたトナーは、更に、種々の公知の外添剤を添加した後、所定の容器に充填されて製品として出荷される。
【００４２】
本実施形態の粉砕機１００及びそれを用いたトナーの製造方法によれば、以下の効果が得られる。
回転子１０がモータによって回転駆動されると、それに伴って螺旋状のパイプ３８も回転する。螺旋状のパイプ３８が回転すると、遠心力の作用によって冷却水入口配管４４から供給される冷却水が螺旋状のパイプ３８を通過して冷却水出口配管４６に向かって送り込まれる。このため、従来の粉砕機のように冷却水を回転子１０の内部に送り込むためのポンプ等を設置することが不要となる。
【００４３】
回転子１０の内部に冷却水を押し込むための特殊な高圧ポンプ等が不要となるため、設備コストやランニングコスト（ポンプを駆動するための電気代、ポンプのメンテナンス代など）を低減することができる。
【００４４】
また、冷却水配管のつなぎ目（例えば、ロータリジョイント４２ａ、４２ｂにおける固定部と回転部のつなぎ目）に、高圧ポンプによって送り込まれる冷却水の圧力が作用することがなくなるため、特殊なシール構造が不要となり、設備コストを低減することができる。
【００４５】
また、ポンプを用いることなく冷却水を回転子１０の内部に送り込むことができるため、ポンプ内の摩擦熱によって冷却水の温度が上昇するということがなくなるため、冷却効率を高めることができる。
【００４６】
［第２実施形態］
図３は、本発明の第２実施形態に係る粉砕機２００の断面図である。
図３に示すように、第２実施形態に係る粉砕機２００では、冷却水通路３６が螺旋状のパイプによって構成されているのではなく、冷却水通路３６が回転子１０の内部に形成された螺旋状の溝部２０２によって構成されている。
【００４７】
図４は、螺旋状の溝部２０２が形成された回転子１０の内面に、カバー部材２０４を取り付ける工程を示す断面図である。
図４に示すように、螺旋状の溝部２０２は、冷却水入口側から冷却水出口側（図４において左側から右側）に向かって次第に径が大きくなるように形成されている。螺旋状の溝部２０２は、略円錐台状にくり抜かれた回転子１０の内面１０ａを、切削工具等によって切削することで形成することができる。回転子１０の内面１０ａに螺旋状の溝部２０２を形成した後、回転子１０の内面１０ａを覆うようにしてカバー部材２０４を取り付ける。カバー部材２０４は、回転子１０の内面１０ａに適合する形状の部材であり、金属製の薄板によって形成されている。なお、カバー部材２０４は、例えば溶接等によって回転子１０の内面１０ａに取り付けることができる。回転子１０の内面１０ａにカバー部材２０４を取り付けることによって、回転子の内面１０ａに形成された螺旋状の溝部２０２に冷却水を通水させることができる。
【００４８】
螺旋状の溝部２０２の冷却水入口側（図３において左側）の端部は、回転軸１２に埋め込まれた入口側パイプ２０６に、径方向に延びる図示しない連結パイプを介して連結されている。一方、螺旋状の溝部２０２の冷却水出口側（図３において右側）の端部は、回転軸１２に埋め込まれた出口側パイプ２０８に、径方向に延びる図示しない連結パイプを介して連結されている。入口側パイプ２０６は、冷却水入口側のロータリジョイント４２ａに連結されている。出口側パイプ２０８は、冷却水出口側のロータリジョイント４２ｂに連結されている。
【００４９】
第２実施形態に係る粉砕機２００のその他の構成は、上記で説明した第１実施形態に係る粉砕機１００の構成と同様であるため、説明を省略する。
【００５０】
第２実施形態の粉砕機２００及びそれを用いたトナーの製造方法によれば、以下の効果が得られる。
回転子１０がモータによって回転駆動されると、それに伴って螺旋状の溝部２０２も回転する。螺旋状の溝部２０２が回転すると、遠心力の作用によって冷却水入口配管４４から供給される冷却水が螺旋状の溝部２０２を通過して冷却水出口配管４６に向かって送り込まれる。このため、従来の粉砕機のように冷却水を回転子１０の内部に送り込むためのポンプ等を設置することが不要となる。
【００５１】
回転子１０の内部に冷却水を押し込むための特殊な高圧ポンプ等が不要となるため、設備コストやランニングコスト（ポンプを駆動するための電気代、ポンプのメンテナンス代など）を低減することができる。
【００５２】
また、冷却水配管のつなぎ目（例えば、ロータリジョイント４２ａ、４２ｂにおける固定部と回転部のつなぎ目）に、高圧ポンプによって送り込まれる冷却水の圧力が作用することがなくなるため、特殊なシール構造が不要となり、設備コストを低減することができる。
【００５３】
また、ポンプを用いることなく冷却水を回転子１０の内部に送り込むことができるため、ポンプ内の摩擦熱によって冷却水の温度が上昇するということがなくなるため、冷却効率を高めることができる。
【００５４】
なお、上記実施形態では、トナー粗粉砕物の粉砕に用いられる粉砕機の例について説明したが、本発明の粉砕機は、これ以外の用途に用いることも可能である。
本発明の粉砕機は、粉砕工程を含むその他の物品の製造工程に適用することが可能であり、例えば、粉体塗料、食品（そば、抹茶やキトサン等 ）、香辛料、医薬品、あるいは化粧品などの製造工程に適用することが可能である。
本発明の粉砕機は、回転子を冷却することのできる冷却機構を備えているため、熱によって変性あるいは変形しやすい物品の製造工程に特に好ましく適用することが可能である。
【符号の説明】
【００５５】
１０    回転子
１２    回転軸
１４    波形状突起
１８    固定子
２０    波形状突起
２２    粉砕部
２４    供給口
２６    排出口
３０    ベルト
３６    冷却水通路
３８    螺旋状のパイプ
１００、２００  粉砕機
２０２  螺旋状の溝部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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