(57)【要約】      （修正有）【課題】微粉砕装置、製造プラント全体の大きな設備変更や増強をせずに、又、除湿装置を付加せず、エネルギーコストを増大させずに、回転子を冷却し、微粉砕機内部における粉砕操作による発生熱が原料粉体の変質や溶融等を招かないようにする。【解決手段】回転子１０７の外表面１０７ｆ円周部に回転子の軸Ｃ方向に平行に、複数の円管状の第１冷媒通路１１５を設け、回転子の両端部に回転円盤１０４、１０５を配設し、その回転円盤内の中心部から外周部に向けて放射状の第２冷媒通路１１３、１１４を設け、第２冷媒通路は第１冷媒通路と、回転子中心の円管通路１１１，１１２に連通させ、さらに円管通路１１１，１１２は、外部の冷却循環装置へ接続する。【選択図】図１
0003140509.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
内表面に粉砕溝が形成されている円筒状固定子と、該円筒状固定子の内側に環状粉砕空
間を介して、同心に配設され、その外表面に粉砕溝が形成されている円筒状回転子と、からなる微粉砕装置において：
前記回転子の外表面円周部に該回転子の軸方向に平行に、複数の円管状の第１冷媒通路を設け、前記回転子の両端部に回転円盤を配設し、その回転円盤内の中心部から外周部に向けて放射状の第２冷媒通路を設け、該放射状の第２冷媒通路は前記回転子の外表面円周部の円管状の第１冷媒通路と、前記回転子中心の円管通路に連通させ、さらに前記回転子中心の一端両側の円管通路は、外部の冷却循環装置へ接続することを特徴とする微粉砕装置。
【請求項２】
内表面に粉砕溝が形成されている円筒状固定子と、該円筒状固定子の内側に環状粉砕空間を介して、同心に配設され、その外表面に粉砕溝が形成されている円筒状回転子と、からなる微粉砕装置において：
前記固定子の外周部と該固定子を固定装着する円筒型外箱との間に、冷却用冷媒が循環するような第３冷媒通路を設けると同時に、前記回転子の外表面円周部に該回転子の軸方向に平行に、複数の円管状の第１冷媒通路を設け、該回転子の両端部に回転円盤を配設し、その回転円盤内の中心部から外周部に向けて放射状の第２冷媒通路を設け、該放射状の第２冷媒通路は前記回転子の外表面円周部の円管状の第１冷媒通路と、該回転子中心の円管通路に連通させ、さらに該回転子中心の一端両側の円管通路は、外部の冷却循環装置へ接続することを特徴とする微粉砕装置。
【請求項３】
前記円管通路は、冷媒用循環通路を介して前記外部の冷却循環装置へ接続され、前記冷媒用循環通路を流れる冷媒が、前記回転軸の一方の側から供給されて、他方の側から排出されることを特徴とする請求項１、又は、２記載の微粉砕装置。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は画像形成装置に用いられるトナー、顔料、粉体塗料、熱可塑性樹脂のような熱により変質したり、軟化溶融する性質をもつ成分を含む粉末の微粉砕操作をおこなう粉砕機装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内表面に粉砕溝が形成されている円筒状固定子と、その円筒状固定子の内側に、環状空間を介して同心に配設された、外表面に粉砕溝が形成されている円筒状回転子を持つ機械式粉砕装置を用いて、微粉末を生産する場合には、微粒子生成の目的により、回転子の回転数を機械装置の限界まで上昇させたり、回転子と固定子の環状空間の間隙を極力狭くして、ミクロンオーダーの粒子を得ることを行う。
【０００３】
しかしながら、現実には、原料粉体の中に軟化溶融する成分が含まれる場合には、機械内部で発生する温度により、生産される粉末が付着したり、溶融したり、また  付着溶融しなくても粒子の性質が変質してしまい目的とする粒子性能が得られない場合が多い。
【０００４】
例えば、複写機用のトナーの場合には、プリンターの高画質化に伴い、現像材としてのトナーの要求粒子径はますます小さくなっている反面、トナーには被転写材に定着させるための結着樹脂や離型材（ワックス分）が含まれているため、機械装置内部の温度を４０〜５０℃以下にする必要がある。
このために、機械内部に外気を導入しただけで、機械装置の回転子の回転数を限界回転数まで上げて、微細な粒子を得ることは不可能であり、外気を冷却して機械装置内に多量に導入して、原料とともに粉砕操作を行うことが行われている。
また同時に、固定子を装着する機械装置外周（円筒型外箱）周りに、冷却ジャケットを設けて、機械装置を外部から冷却することも行っている。
【０００５】
粉体塗料においても環境負荷を低減させる観点から、１００％リサイクルさせる手法が取られつつあり、またＶＯＣ（揮発性有機化合物）負荷低減の点から粉体塗料が注目され、その処理温度は粉体塗料に含まれる樹脂のガラス転移点に依存するため、その樹脂の変質を避けるためにも、機械装置内部の温度を下げる必要性がますます増加している。
【０００６】
しかしながら、前記の要求を実現するために、粉砕装置の機械内部へ導入する外気の温度をマイナス温度（例えばマイナス１０〜２０℃）まで下げ、熱落差を大きくすると、機内の冷風の相対湿度が１００％となり露点に達し、粉体粒子の変質  機械内の結露などの不具合が生じるため、これをさけるために、除湿空気を多量に得る工夫がなされている（例えば、特許文献１，２参照）。
【０００７】
【特許文献１】特開平８−６２９０号公報
【特許文献２】特開平９−１７３８８９号公報
【０００８】
しかしながら、従来の方法による除湿空気を導入する方法は、その装置が大掛かりになるとともに、冷凍機の能力を大きくすると、それに比例して除湿装置の能力を大きくする必要があり、また、除湿機能を取りこんだ冷凍機の場合には設計条件の制限がでてくるために、コスト面でも高いものとなる。
【０００９】
また、大きな冷凍機と除湿装置を要することは、電力消費量はますます増大することになり、最近のエネルギー削減を目指す方向とは逆行する設備となってくる。
【００１０】
また、冷媒を粉砕装置の内面および外面に供給し、粗粉砕から微粉砕を順次行う手段が、例えば、特許文献３、４、で開示されているが、高速回転をする回転子や、相対する固定子の表面温度を下げるために冷媒を循環させる概念は開示されているものの、具体的に可能な機構の説明はされていない。
【００１１】
【特許文献３】特開２００７−１８７６８９号公報
【特許文献４】特開２００７−１７８７１８号公報
【考案の開示】
【考案が解決しようとする課題】
【００１２】
従来、内表面に粉砕溝が形成されている円筒状固定子と、該円筒状固定子の内側に環状粉砕空間を介して、同心に配設され、その外表面に粉砕溝が形成されている円筒状回転子を備えた微粉砕機において：回転数の比較的高くない場合には、回転子の軸側に通路を設けて、回転子内部空間に冷媒を循環させ、回転子自体の温度を下げて、粉砕操作による発生熱を奪い取ることもより有効な手段として行われている（例えば、特開２００４−４２０２９号公報参照）。
【００１３】
しかしながら、回転数が高くなると、回転子内部空間に循環させた冷媒が空気に比べて比重のある液体であるため、目的とした粉体の粒度を得るために高速回転を必要とする場合には、遠心力の影響を受けて大きな不確定なアンバランス（不釣り合い重量）を生じさせ、現実には機械は高速回転で回すことができなくなり、その結果、機械の性能を発揮できなくなる。
【００１４】
また、回転子の内部空間に冷媒を循環させて低温状態にしても、回転子を構成する鋼材などの構造部材はある程度の厚みを持たせないと遠心力に耐えられないため、粉砕操作により発生した熱が、回転子外周表面から、回転子内部空間の冷媒に移動するために時間を要し、瞬時に粉砕が行われる粉砕機の冷却効果は限定的なものであった。
【００１５】
本考案の目的は、粉体の性質が熱により変質するような特徴を持つ原料に対して、粉砕装置、製造プラント全体の大きな設備変更や増強をせずに、微粉砕機内部の原料に直接接触し粉砕操作をおこなう、固定子と回転子を直接冷却することにより、背景技術の問題点を解決する方法を提供することである。
他の目的は、除湿装置を付加せず、エネルギーコストを増大させずに、粉砕機内部において粉砕操作による発生熱を、粉砕機自体の固定子と回転子を直接冷却することで、背景技術の問題点を解決する手段を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
この考案は、内表面に粉砕溝が形成されている円筒状固定子と、該円筒状固定子の内側に環状粉砕空間を介して、同心に配設され、その外表面に粉砕溝が形成されている円筒状回転子と、からなる微粉砕装置において：前記回転子の外表面円周部に該回転子の軸方向に平行に、複数の円管状の第１冷媒通路を設け、前記回転子の両端部に回転円盤を配設し、その回転円盤内の中心部から外周部に向けて放射状の第２冷媒通路を設け、該放射状の第２冷媒通路は前記回転子の外表面円周部の円管状の第１冷媒通路と、前記回転子中心の円管通路に連通させ、さらに前記回転子中心の一端両側の円管通路は、外部の冷却循環装置へ接続することを特徴とする。
【００１７】
この考案は、内表面に粉砕溝が形成されている円筒状固定子と、該円筒状固定子の内側に環状粉砕空間を介して、同心に配設され、その外表面に粉砕溝が形成されている円筒状回転子と、からなる微粉砕装置において：  前記固定子の外周部と該固定子を固定装着する円筒型外箱との間に、冷却用冷媒が循環するような第３冷媒通路を設けると同時に、前記回転子の外表面円周部に該回転子の軸方向に平行に、複数の円管状の第１冷媒通路を設け、該回転子の両端部に回転円盤を配設し、その回転円盤内の中心部から外周部に向けて放射状の第２冷媒通路を設け、該放射状の第２冷媒通路は前記回転子の外表面円周部の円管状の第１冷媒通路と、該回転子中心の円管通路に連通させ、さらに該回転子中心の一端両側の円管通路は、外部の冷却循環装置へ接続することを特徴とする。
【００１８】
この考案の前記円管通路は、冷媒用循環通路を介して前記外部の冷却循環装置へ接続され、前記冷媒用循環通路を流れる冷媒が、前記回転軸の一方の側から供給されて、他方の側から排出されることを特徴とする。
【考案の効果】
【００１９】
この考案は、以上の様に構成したので、冷凍機に除湿装置を新たに設ける必要もなく、エネルギーコストを増大させずに、高速回転する回転子を持つ微粉砕装置の冷却効果を飛躍的に高めることが出来る。又、画像形成装置に用いられるトナー、顔料、粉体塗料、熱可塑性樹脂のような粉砕原料でも、粉砕熱により変質したり、軟化溶融することを防止することができるので、設計通りの微粉砕を行うことができる。
【考案を実施するための最良の形態】
【００２０】
内表面に粉砕溝が形成されている円筒状固定子と、該円筒状固定子の内側に環状粉砕空
間を介して、同心に配設され、その外表面に粉砕溝が形成されている円筒状回転子と、からなる微粉砕装置において、:周速１００〜１６０ｍ/ｓｅｃで回転する回転子は以下の式で表わされる大きな遠心力が発生する。
{（ｒ*Ｎ２）/８．９３×１０５  }ｇ
ｒは回転子の半径（ｍｍ）  Ｎは回転子の回転数（１／ｍｉｎ）
【００２１】
回転子内の空間に、液体の冷媒またはチラー水を循環させると、この冷媒自体に大きな遠心力がかかり、冷媒が流動性のある液体であるために、回転数により回転子のバランスが均一でなくなり、大きなアンバランスが生じて、回転子に大きな振動や騒音が生じて連続的に運転できなくなる。 
【００２２】
また、回転子外周部と固定子で形成される環状空間の粉砕域で生じた熱を、回転子側の冷媒で熱を奪ったのちに、この冷媒を連続的に移動させて、回転子の中心にある管状通路から外部の冷却装置に戻して熱交換させ、循環させるには、この液体の冷媒を、上式から計算される、半径位置により異なる遠心力以上の圧力で、均一に移動させる必要がある。
【００２３】
この問題を解決するために、回転子の外周表面下のなるべく表面近傍に  多数の小さな管状通路を設けることで、１本の円管内を流れる冷媒の滞留している重量は回転子に比べ、僅かな重量であると同時に、遠心力の影響を受けることなく、また不確定な位置に流動することもなく、管路内を一方向から他方向に移動する事が可能となる。
【００２４】
また  管路内を移動する過程において、この回転子の管状通路内の管内流速を乱流状態にすることにより、少量の冷媒で、大きな熱交換が可能となる。
これは  乱流熱伝達の伝熱理論から知られた知見であるが、これを現実に適応するために、この一本の管路の断面積を大きくせず、少ない流量で流速を早くすることにより、実現可能となる。
【００２５】
回転子外表面の熱を多量に奪い取り、外表面にある粉体粒子の温度を下げるためには、前記のような管路を設けると同時に、回転子の工作上と強度上許される範囲まで  管路の数を多くすることで、効果的な熱移動が達成できるようになる。
【００２６】
高速回転する回転子は  上記の遠心力による重量の影響をうけるため、回転子自体の重量も  機械的な強度を損なわない範囲で軽くすることにより、高速回転が可能となる。
従って、回転子自体も、外周表面の粉砕溝を構成する部分を除いて、極力  空洞にして軽くするような手法をとることが求められる。
【００２７】
従って、高速回転する回転子外表面下に設けられた多数の管路に冷媒を供給するためには、回転子の左右の両端面にある程度厚みを持った円盤を取り付け、この円盤内に  遠心力の影響を受けないようにした同様の放射状通路を設け、回転子中心軸部の円管通路と  回転子外周部の複数の管状通路を連通させて、冷媒を移送させることが必要となる。
【００２８】
回転子中心部の円管通路は、ロータリージョイントを介して、外部の熱交換器を持つ冷却装置につながっており、回転子の一端から供給された冷媒は、両端の円盤内の放射状通路を中心側から外周側に移動し、回転子外周面下の多数の円管通路を一方から他方に、軸方向に平行に移動し、また一端の円盤内の放射状通路を外周側から軸中心側に移動して、軸中心部に連通している別のロータリージョイントを介して、外部の冷却装置に至る。
この外部の冷却装置で、温度が上昇した冷媒は、再度所定の温度まで冷やされて、ポンプにより回転子におくられる循環を繰り返す。
【実施例】
【００２９】
本考案の実施例を図１〜図４により説明する。
図１の微粉砕装置１の円筒型外箱１１７の中心線Ｃ上にあって、両端の軸受１０１  １０２に支持されている回転軸１０３、１０４  と一体になった、回転円盤１０５、１０６及び回転子１０７が軸端にあるプーリー１０８を介して  電動機（図示せず）により高速回転させられている。
【００３０】
回転軸１０３、１０４の一端にはロータリージョイント１０９、１１０を介して、冷媒が回転軸中心の円管通路１１１、１１２を通過するようになっている。
【００３１】
回転軸１０４の一端のロータリージョイント１１０から供給された冷媒ａは、中心の１本の円管通路１１２を通り、次に、回転円盤１０６内の複数の放射状の第２冷媒通路１１４に分散されて、回転子１０７の外周表面の下を通る、軸（中心線Ｃ）方向に平行に配設された複数の円管状の第１冷媒通路１１５に入る。
【００３２】
回転子１０７は大きな遠心力を受けるため、外径と内径の厚さは高速回転に耐えられるように、厚すぎても薄すぎても必要な強度が得られないために、適切な厚さとする必要がある。  その回転子１０７の中の円管状の第１冷媒通路１１５の大きさは、該回転子１０７の強度を保つために数を増やして、断面積（直径）は比較的小さくすることが強度上有利となると同時に、熱伝達効率上も有利になる。
【００３３】
回転子１０７の円管状の第１冷媒通路１１５を一方向に流れた冷媒ａは、他端の回転円盤１０５に設けられた、放射状の第２冷媒通路１１３に入り、その放射状通路の外周側から回転軸１０３側に向けて流れ、回転軸１０３の中心にある円管通路１１１に入り、その回転軸１０１端にあるロータリージョイント１０９から外部の冷却循環装置１３に向かい循環する。
【００３４】
一方、回転子１０７に同心に配置されている固定子１１６ａ  １１６ｂ  が円筒型外箱１１７  に固定されており、この固定子１１６a、１１６ｂの内表面１１６ｆと回転子１０７の外表面１０７ｆには粉砕溝（図示省略）が形成されている。
【００３５】
固定子１１６を取り付けている  円筒形外箱１１７の内面には、円周状に第３冷媒通路１１８ａ  １１８ｂ  が設けられており、回転子１０７同様に外部の冷却循環装置１３から  冷媒ａを循環して、固定子１１６の外周面を冷やして、粉砕熱を奪い取ることで、回転子１０７の冷却効果とともに、粉砕産物の温度上昇を抑える効果を発揮する。
【００３６】
本実施例の作動を図４のフローで説明する。
粉砕装置１  の原料供給側には、空気導入部のエアーフィルター２と  空気冷却装置３が装備されている。  この空気冷却装置３では、マイナス温度まで冷却する場合には、露結した水分が凝固するために、これを融解させる複雑な装置となるが、このシステムでは、微粉砕装置１自体の冷却効果が高いため、通常は、プラス１〜５℃温度の、露結しない程度の乾燥空気を造り出す冷凍機システム４を設ければよい。
【００３７】
原料粉体は  ホッパー付きのスクリューフィーダー５  から  ロータリーバルブ  などの定量供給性のある空気遮断弁６を通って、微粉砕装置１の入口側のダクトに送られる。
【００３８】
微粉砕装置１の中の回転子１０７と固定子１１６の環状粉砕空間１１９を原料が通過するときに、粉砕操作が行われて、所望の粒度の微粉末製品がえられる。
【００３９】
温度が充分下がったダクト内の空気７とともに、微粉砕装置１内で粉砕された原料は、排出温度も抑えられて、ダクト８の中を通過して、サイクロン９において、粉砕製品と微量の微粉末を含んだ空気に分離されて、集塵機１０に入り、微粉が除去された空気は大気に解放される。
【００４０】
この微粉砕装置１を通過させる冷風の空気量は  流量計１２  からの信号により、設定された空気量となるように、送風機１１の回転数を制御する。
【００４１】
冷媒循環装置１３から充分冷やされたチラー水が  ポンプ１４により搬送されて  集合管１５ａに入り、そこから回転子１０７  及び  固定子１１６の各部に分配されている。
また、微粉砕装置１から熱を奪った冷媒は、別の集合管１５ｂ  に至り、冷媒循環装置１３に戻り、そこで、奪った熱を外部に逃がして、また冷やされて、再度循環することを繰り返す。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本考案の実施例を示す縦断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図１のＢ―Ｂ線断面図である。
【図４】本考案の粉砕装置の粉砕システムフロー図である。
【符号の説明】
【００４３】
１        微粉砕装置
２        エアーフィルター
３        空気冷却装置
４        冷凍機システム
５        スクリューフィーダー
６        空気遮断弁
７        空気流
８        ダクト
９        サイクロン
１０      集塵機
１１      送風機
１２      流量計
１３      冷媒循環装置
１４      ポンプ
１５ａ，１５ｂ  集合管
１０１    軸受
１０２    軸受
１０３    回転軸
１０４    回転軸
１０５    回転円盤
１０６    回転円盤
１０７    回転子
１０８    プーリー
１０９    ロータリージョイント
１１０    ロータリージョイント
１１１    円管通路
１１２    円管通路
１１３    放射状の第２冷媒通路
１１４    放射状の第２冷媒通路
１１５    円管状の第１冷媒通路
１１６ａ    固定子
１１６ｂ    固定子
１１７    円筒型外箱
１１８ａ  第３冷媒通路
１１８ｂ  第３冷媒通路
１１９    環状循環空間
１２０    回転子固定ボルト
【図１】
0003140509.tif 000003
【図２】
0003140509.tif 000004
【図３】
0003140509.tif 000005
【図４】
0003140509.tif 000006