(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸に支持され、外周面に複数の溝が形成されたロータと、このロータの外側に、このロータの外周面と所望の間隙を有するように嵌装され、その内周面に複数の溝が形成されたライナとを備え、前記間隙で被粉砕物を粉砕処理する機械式粉砕装置であって、
前記ロータの外周面または前記ライナの内周面の少なくとも一方に、前記溝として、前記回転軸に平行な方向に対し被粉砕物の流れを妨げる方向に傾斜している第１の溝、および前記回転軸に平行な方向に対し前記被粉砕物の流れを妨げる方向と逆方向に傾斜している第２の溝の両方が形成されていることを特徴とする機械式粉砕装置。
【請求項２】
前記ロータの溝および前記ライナの溝のいずれか一方の溝の、前記回転軸に平行な方向に対する傾斜角度が、５度以上９０度未満である請求項１に記載の機械式粉砕装置。
【請求項３】
前記ロータの溝が、前記回転軸に平行な方向に対し被粉砕物の流れを妨げる方向に傾斜している第１の溝、および前記回転軸に平行な方向に対し前記被粉砕物の流れを妨げる方向と逆方向に傾斜している第２の溝であり、その傾斜角度が５度以上４５度以下である請求項１または２に記載の機械式粉砕装置。
【請求項４】
前記ロータの溝の方向に直角な方向における前記溝の断面形状は、前記ロータの回転方向に対する前側の面が、前記ロータの半径方向に対し前記ロータの回転方向と逆方向に３０度から前記ロータの回転方向に３０度までの範囲内の角度に傾斜し、前記ロータの回転方向に対する後側の面が、前記ロータの半径方向に対し前記ロータの回転方向とは逆方向に３０度から７０度までの範囲内の角度に傾斜している請求項１〜３のいずれかに記載の機械式粉砕装置。
【請求項５】
前記ライナの溝が、前記ロータの回転軸に平行な方向に対し被粉砕物の流れを妨げる方向に傾斜している第１の溝、および前記回転軸に平行な方向に対し前記被粉砕物の流れを妨げる方向と逆方向に傾斜している第２の溝であり、その傾斜角度が５度〜４５度である請求項１〜４のいずれかに記載の機械式粉砕装置。
【請求項６】
前記ライナの溝の方向に直角な方向における前記溝の断面形状は、前記ロータの回転方向に対する前側の面が、前記ロータの中心方向に対し前記ロータの回転方向に３０度から７０度までの範囲内の角度に傾斜し、前記ロータの回転方向に対する後側の面が、前記ロータの中心方向に対し前記ロータの回転方向と逆方向に３０度から前記ロータの回転方向に３０度までの範囲内の角度に傾斜している請求項１〜５のいずれかに記載の機械式粉砕装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、樹脂または樹脂を主成分とする粉体の製造、特に、乾式トナーや粉体塗料の製造における乾式の粉砕処理に好適な機械式粉砕装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
乾式トナーや粉体塗料等の製造においては、最終製品の粒径の調整や、粒度分布の調整のために乾式の機械的粉砕処理がなされており、それに用いる機械式粉砕装置が種々提案されている。
従来、このような被粉砕物を微粉砕するための回転型機械式粉砕装置として、特開昭５９−１０５８５３号公報および特公平３−１５４８９号公報に記載の微粉砕機が知られている。図１３に示すように、この微粉砕機５０は、外周面に母線と平行な多数の凹凸部５４を周方向に連続させた円筒状の回転子（ロータ）５４を回転軸５６で支持し、この回転子５４の外周面と微小な間隙５８をおいて、内周面に母線と平行な多数の凹凸部６０を周方向に連続させた円筒状の固定子（ライナ）６２を回転子５４の外側に嵌装し、その間隙５８を粉砕室とするものである。
【０００３】
そして、この微粉砕機５０においては、回転子５４を高速で回転するとともにケーシング５１の図中右上側面部に設けられた製品排出口６４から吸引送風機（図示せず）などによって吸引することにより、ケーシング５１の図中左下部に設けられた被粉砕物の供給口６６から供給された被粉砕物を空気流とともに微小間隙５８からなる粉砕室に送り込み、この時に回転子５４および固定子６２の凹凸により生じる渦流により効果的にこの凹凸面に衝突させ、あるいは回転子５４および固定子６２の両凸部間で磨砕することにより、微細粒子とする粉砕処理を行った後、微小間隙から流出した微細粒子を製品排出口から機外に排出するものである。なお、このような微粉砕機５０においては、間隙５８からの粗大粒子の流出を防止し、微細粒子のみを流出させるために、固定子６２の上端部にその凹凸部６０の凹部を塞ぐ分級リング６８を設けている。
この微粉砕機５０においては、粉砕室に相当する間隙５８の間隔を１mm以下とし、回転子５４を高速回転させることにより、固定子６２および回転子５４の両凹凸面からこれらの凹部内に定常的に発生する渦流によって被粉砕物が互いに衝突し、剪断力を受けて、微粉砕が効果的に行われ、ミクロンオーダーから１０数ミクロンオーダーの比較的粒度分布巾の狭い粉砕物が得られるとされている。
【０００４】
このような微粉砕機５０では、回転子５４の凹凸部５２と固定子６２の凹凸部６０との組み合わせとして、図１４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）に示すものが提案されている。これらの図において、凹凸部５２ａおよび凹凸部６０ａは横断面形状が方形状のもので、凹凸部５２ｂおよび凹凸部６０ｂは横断面形状が三角形状のものであるが、これらの組み合わせのうち図１４（ｄ）に示す三角形状凹凸部５２ｂおよび凹凸部６０ｂの組み合わせにより、優れた粉砕性能が得られることが知られている。
【０００５】
また、特開平７−１５５６２８号公報には、図１５（ａ）および（ｂ）に示すように、上述の微粉砕機５０のような回転子５４の外周面および固定子（筒体）６２の内周面の母線と平行な多数の凹凸部に加え、回転子５４の外周面に、および回転子５４の外周面と固定子６２の内周面に、母線と直交する方向の多数の凹凸部７２、および凹凸部７２と７４を母線の方向に連続して形成した機械式粉砕装置７０、および７１が提案されている。これらの機械式粉砕装置７０および７１は、母線と平行な方向とこれに直交する方向の両方向に凹凸部を形成することにより、水平方向に加えて上下方向の渦流を発生させることができ、それにより粉砕機能が向上される結果、粒径が数十ミクロンオーダーの粉砕物が得られるとしている。
【０００６】
なお、この他、回転型機械式粉砕装置としては、例えば、特公平４−１２１９０号公報および同４−１２１９１号公報に記載の各種鉱物、セラミックス、大豆、石、砂利などの堅い材料を粉砕する粉砕装置、特公昭５８−１４８２２号公報および同５８−１４８２３号公報に記載の複写用カーボンや顔料の微粒子を得る微粉砕機、特公昭６１−３６４５７号公報および同６１−３６４５９号公報に記載の数ミクロンオーダーの超微粒子を得る超微粉砕機および特開平５−１８４９６０号公報に記載の粉砕装置などが知られている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、樹脂または樹脂を主成分とする粉体、より具体的には、乾式トナーや粉体塗料等においては、高品質を目指してより粒径の小さい粉体や粒度の揃った、すなわち粒度分布の幅のシャープな粉体が要求されている。
ところが、上記従来の機械式粉砕装置では、小粒径の粉砕品を得ようとする場合、ロータの回転数を上げなければならず、エネルギー効率、軸受寿命、騒音、振動、空気排気温度の上昇等の面で問題となっている。また、ロータの回転数を上げるのにも限界があり、目標の粒子径に粉砕できないという問題があった。
また、例えば、乾式トナーの場合には、目標粒径より過度に細かい粒子は、製品品質向上のため分級手段によって除去して粒度分布を調整するが、ロータの回転数が高い場合、目標粒径より過粉砕してしまう粒子が多く発生するため、不要粒子が多く歩留りが悪く問題となっている。
【０００８】
また、特開昭５９−１０５８５３号公報および特公平３−１５４８９号公報に記載の微粉砕機５０では、粗大粒子の通過を防止するため、回転子５４と固定子６２の間の粉砕室を狭くする機構が取られている、たとえば、粉砕室となる上記間隙５８の間隔を１mm以下に設定している。しかしながら、このように粉砕室を狭くすると処理能力が低下し、処理量が少なくなるという問題のほか、原料の供給量によっては、特に処理能力を越えるような供給量では、粉砕時の摩擦熱等により粉砕室の温度が過度に上昇するという問題が生じる恐れがある。そして、そのような場合には原料粉体が粉砕室内部で融着を起こしてしまい、それ以上の粉砕処理の続行が困難もしくは不可能となるという問題があった。
【０００９】
また、特開平７−１５５６２８号公報に記載の機械式粉砕装置では、回転子５４の外周面および固定子６２の内周面に母線と平行な凹凸部に加え、母線に直交する凹凸部７２、７４が形成されていることにより、これらの凸部により水平方向に加えて上下方向にも渦流を発生させているために、過度な渦流が発生し、また過度に粒子が衝突を起こし、特に回転子５４の凹部に過度に粒子が衝突し、過粉砕が生じ、空気排気温度が過度に上昇するという問題があった。
【００１０】
本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解消し、粒径が小さく、しかも粗大粒子の混入がなく、かつシャープな粒度分布幅の粉砕物を高効率で製造することのできる、樹脂または樹脂を主成分とする粉体の微粉砕用として好適な機械式粉砕装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る機械式粉砕装置は、回転軸に支持され、外周面に複数の溝が形成されたロータと、このロータの外側に、このロータの外周面と所望の間隙を有するように嵌装され、その内周面に複数の溝が形成されたライナとを備え、前記間隙で被粉砕物を粉砕処理する機械式粉砕装置であって、前記ロータの外周面または前記ライナの内周面の少なくとも一方に、前記溝として、前記回転軸に平行な方向に対し被粉砕物の流れを妨げる方向に傾斜している第１の溝、および前記回転軸に平行な方向に対し前記被粉砕物の流れを妨げる方向と逆方向に傾斜している第２の溝の両方が形成されていることを特徴とするものである。
【００１２】
ここで、前記ロータの溝および前記ライナの溝のいずれか一方の溝の、前記回転軸に平行な方向に対する傾斜角度が、５度以上９０度未満であるのが好ましい。
【００１３】
また、前記ロータの溝が、前記回転軸に平行な方向に対し被粉砕物の流れを妨げる方向に傾斜している第１の溝、および前記回転軸に平行な方向に対し前記被粉砕物の流れを妨げる方向と逆方向に傾斜している第２の溝であり、その傾斜角度が５度以上４５度以下であるのが好ましい。また、前記ロータの溝の方向に直角な方向における前記溝の断面形状は、前記ロータの回転方向に対する前側の面が、前記ロータの半径方向に対し前記ロータの回転方向と逆方向に３０度から前記ロータの回転方向に３０度までの範囲内の角度に傾斜し、前記ロータの回転方向に対する後側の面が、前記ロータの半径方向に対し前記ロータの回転方向とは逆方向に３０度から７０度までの範囲内の角度に傾斜しているのが好ましい。
【００１４】
また、前記ライナの溝が、前記ロータの回転軸に平行な方向に対し被粉砕物の流れを妨げる方向に傾斜している第１の溝、および前記回転軸に平行な方向に対し前記被粉砕物の流れを妨げる方向と逆方向に傾斜している第２の溝であり、その傾斜角度が５度〜４５度であるのが好ましい。さらに前記ライナの溝の方向に直角な方向における前記溝の断面形状は、前記ロータの回転方向に対する前側の面が、前記ロータの中心方向に対し前記ロータの回転方向に３０度から７０度までの範囲内の角度に傾斜し、前記ロータの回転方向に対する後側の面が、前記ロータの中心方向に対し前記ロータの回転方向と逆方向に３０度から前記ロータの回転方向に３０度までの範囲内の角度に傾斜しているのが好ましい。
【００１５】
【作用】
本発明の機械式粉砕装置では、ロータとライナとの間の間隙からなる粉砕室において原料粉体は微粉砕されるが、運転時、製品を排出するための製品排出口から吸引されており、原料供給口から供給された原料粉体と共に流入した空気がロータまたはライナの母線方向、すなわちロータの回転軸に平行な方向に流れているため、粉砕室となるロータとライナとの間の間隙に空気流に乗って入った原料粉体は、ロータの回転により、この空気流と直交する方向の力を受け、ロータの回転方向に流される。ところが、本発明の粉砕装置においては、この原料粉体が流される方向にその流れを妨げるように、回転軸方向に傾斜した複数の溝がロータまたはライナもしくは両者の周面に形成されているので、ロータとライナの間の間隙に入った粉砕粒子は排出口への通過速度が低下し、また、ロータの溝の凸部によって、供給口側に飛ばされることから、間隙の間隔、すなわち粉砕室の空間を広く保ったままでも、粉砕粒子が粉砕室に滞留する時間を長くとれる。このため、本発明によれば、過度の渦流の発生を防止し、過度の衝突を防止することができるので、過粉砕を防止できると共に、粉砕粒子の滞留時間を長くとれるので、粒子径を小さくでき、同時に粗大粒子の発生を防止することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る機械式粉砕装置を添付の図面に示す好適実施例に基づいて詳細に説明するが、本発明はこれらにより限定されるものではない。
図１は、本発明の機械式粉砕装置の一実施例の断面模式図である。これらの図面においては、簡略化のため、一部ハッチングを省略している。
【００１７】
同図に示すように、機械式粉砕装置（以下、粉砕装置という）１０は、横型粉砕装置であって、ケーシング１１と、ケーシング１１に回転自在に支持される回転軸１２と、回転軸１２に支持かつ固定される複数、図示例では４つのロータユニット１４からなるロータ１６と、ケーシング１１に支持され、ロータ１６の外側に、ロータ１６の外周面と所望の一定の間隙を有するように嵌挿されるライナ１８とを有する。ケーシング１１には、図中左側に、粉砕原料（被粉砕物）を供給する原料供給口２０および図中右側に、粉砕された粉砕製品を排出する製品排出口２２が設けられている。
【００１８】
機械式粉砕装置１０においては、回転軸１２は、この機械式粉砕装置１０の取付面に対して平行に、すなわち水平に配設され、ケーシング１１の図中左右両側壁面に軸受２４ａおよび２４ｂを介して支承される。そして回転軸１２の一端部、図示例では右端部（軸受２４ｂ側）は、図示されていないプーリーおよび伝動ベルトなどの巻掛伝動機構や歯車伝動機構などを介して、モータなどの駆動装置に連結されている。
【００１９】
４個のロータユニット１４は、図示しないキーによって回転軸１２に固定され、４個のロータユニット１４を両側から挟持する円形側板２６ａおよび２６ｂによって一体化され、ロータ１６を構成する。図示例では、ロータ１６は、その長さ方向に分割された４つのロータユニット１４から構成されているが、これは製造上の便宜のためであり、本発明はこれに限定されず、構成するロータユニット１４の個数に制限がないのはもちろん、全体を一体で製造した一本のロータで構成することもできるのはいうまでもない。
【００２０】
ロータ１６の外側には、その外周面と一定の間隙をおくようにしてライナ１８が嵌装されているが、このロータ１６の外周面とライナ１８の内周面との間に画成される間隙２８が、原料の粉砕室となる。ライナ１８は、ケーシング１１の中央の円筒胴部内に嵌着固定される。また、ケーシング１１の両側は、ライナ１８（およびロータ１６）の両外側に適当な大きさの空間が形成されるように、その容積および形状が設定され、図中左側の空間は原料供給口２０に通じ、図中右側の空間は製品（粉砕物）排出口２２に通じている。そして、製品排出口２２は図示しないブロアなどの空気吸引装置によって吸引されており、原料供給口２０から供給された被粉砕物を空気と共に吸引し、装置内で粉砕されて得られた製品を空気と共に製品排出口２２から排出する。さらに、ケーシング１１の下面には脚部を有し、図示しない据付台に取り付けられる。
【００２１】
本発明の機械式粉砕装置１０の基本構造は以上であるが、本発明は図１に示す横型粉砕装置に限定されるものではなく、例えば、図２に示すように、回転軸１２およびこれに支持されるロータ１６ならびにこれに所定間隙をおいて嵌挿されるライナ１８が垂設され、ライナ１８の下側のケーシング下部に原料供給口２０、ライナ１８の上側のケーシング上部に製品排出口２２を設ける構造の縦型粉砕装置３０であってもよいなど、同様な基本構成要素を有しているものであればどのような粉砕装置であってもよく、公知技術の構造に基づいて適宜改変することができる。
【００２２】
本発明の機械式粉砕装置１０において、最も特徴的な部分は、ロータ１６の外周面およびライナ１８の内周面のいずれか一方、もしくは両方に複数の溝が形成され、かつ、これら溝が、回転軸１２に平行な方向に対し被粉砕物の流れを妨げる方向に傾斜していることである。
すなわち、図３に示すように、ライナ１８の内周面には一点鎖線で示される回転軸１２の回転中心（中心線）１２ａに平行な方向に対して、その包絡線のみが点線で示されているロータ１６の回転方向（図中矢印ｂで示す）の逆方向に傾斜する溝３２が形成されている。ここで、図３においては、ライナ１８は、その６分の１を構成するライナユニットのみが示され、他は点線でその包絡線が示されている。もちろん、本発明において、ライナ１８を構成するライナユニットの数には制限はないし、ライナ１８を１個の円管状体で構成できることはいうまでもない。
なお、本発明において、回転軸１２に平行な方向とは、回転軸１２の回転中心１２ａに平行な方向であって、図中矢印ａで示す空気の流れの方向を意味し、従ってロータ１６またはライナ１８の長手方向およびその母線方向に等しい。
【００２３】
ところで、本発明においてはロータ１６の外周面の溝３４およびライナ１８の内周面の溝３２の少なくとも一方の溝は回転軸１２に平行な方向に対し被粉砕物（粒子）の流れを妨げる方向に傾斜している必要がある。図４に展開して模式的に示すように、ロータ１６の外周面とライナ１８の内周面との間の間隙２８を移動する被粉砕物の移動速度ベクトル（粒子の流れの速度ベクトル）は、ロータ１６の回転の速度ベクトル（向き：回転方向ｂ、長さ：速度）と空気の流れの速度ベクトル（向き：流れ方向ａ、長さ：速度）との合成ベクトルで与えられる。そこで、ライナ１８内周面の溝３２は、得られた粒子の流れの速度ベクトルの方向（図中矢印ｃで示す）に対して交差する方向、好ましくは直交する方向に設けられる。すなわち、図４において、溝３２は空気流方向ａに対して傾斜するように設けられる。ここで、空気流方向ａに対する溝３２の傾斜角度θは、溝３２が粒子流を妨げる方向に鋭角に傾斜していれば特に制限はないが、好ましくは５度以上９０度未満であり、より好ましくは５度〜６０度、さらに好ましくは５度〜４５度、最も好ましくは１０度〜３０度であるのがよい。
【００２４】
このようにライナ１８の内周面に空気流方向ａに対し傾斜する溝（以下、傾斜溝という）３２の形状および幅、深さ、ピッチなどを含む寸法は特に限定されず、例えば、ライナ１８の溝３２の方向と直交する断面での傾斜溝３２の形状が、鋸歯状、台形状、矩形状、円弧状などのいずれであってもよいが、特に、図５（ａ）に示すように一辺がロータ１６の中心に向き、他辺がこの一辺と４５〜６０度の角度をなしロータ１６の回転方向（ｂ）後方が低くなる三角形状（特公平３−１５４８９号公報に開示されたような）となるのが好ましい。
【００２５】
例えば、図５（ｂ）および（ｃ）にライナ１８の傾斜溝３２の方向と直交する断面におけるライナ１８の傾斜溝３２の断面形状の代表例を示す。図５（ｂ）および（ｃ）に示すように、ライナ１８の溝３２の断面形状においては、ロータ１６の回転方向ｂに対する前側の面３２ａは、ロータ１６の中心方向、すなわち図中一点鎖線Ｒで示す方向に対しロータ１６の回転方向ｂに所定角度αだけ傾斜し、回転方向ｂに対する後側の面３２ｂは、中心方向Ｒに対し回転方向ｂあるいはその逆方向に所定角度βだけ傾斜している。ここで、溝３２の断面傾斜角αおよびβは、回転方向ｂに対して、それぞれ３０度〜７０度および−３０度〜３０度（回転方向ｂと逆方向に３０度から回転方向ｂに３０度まで）の範囲内にあるのが好ましい。
また、図５（ｂ）および（ｃ）において、ライナ１８の溝３２の底部３２ｃおよび隣接する溝３２間のライナ１８の凸部３２ｄはいずれも、溝３２のピッチｐの１／２以下であるのが好ましい。なお、ライナ１８の溝３２の底部３２ｃは、図５（ｂ）および（ｃ）に示すように直線部を形成せず、三角形の頂点をなすか、丸みを帯び、例えば図５（ａ）に示すように円弧状をなすのがより好ましい。
【００２６】
以上の説明のように、ライナ１８の内周面にこのような傾斜溝３２を形成することにより、粉砕室を構成するロータ１６とライナ１８との間の間隙２８で粉砕され、ライナ１８の傾斜溝３２に入った被粉砕物粒子は、製品排出口２２からブロアなどによって吸引されている空気の流れの方向に移動しにくくなり、粉砕室の空間を広く保ったまま粉砕室中に滞留する時間を長くとることができる。
【００２７】
本発明においては、傾斜溝はライナ１８の内周面に形成される傾斜溝３２に限定されず、ロータ１６の外周面およびライナ１８の内周面のいずれか一方に形成されていればよいが、両方の周面に形成することもできる。図６に示すように、ロータ１６の外周面に傾斜溝３４を形成する場合には、ロータ１６を構成する４個のロータユニット１４の隣合うロータユニット１４の接合面において、傾斜溝３４に位置ずれを生じず、傾斜溝３２が滑らかに連続するように、回転軸１２に固定するための４個のロータユニット１４のキー溝（図示せず）を正確に位置合わせしておくのが好ましい。なお、ロータ１６の傾斜溝３４の傾斜角度については、ライナ１８の傾斜溝３２と同様にとくに制限はなく、また好適条件についても全く同様である。なお、ロータ１６の傾斜溝３４の形状および寸法についても、ライナ１８の傾斜溝３２と同様にとくに制限はなく、どのような形状であってもよいが、特に、図５（ａ）に示すようにロータ１６の溝の方向と直交する断面での傾斜溝３４の形状が、ロータ１６の中心に向う半径に対しロータ１６の回転方向（ｂ）後方側に、一辺が５〜２５度、他辺が４５〜６０度の角度をなす三角形状となるのが好ましい。
【００２８】
例えば、図５（ｄ）および（ｅ）にロータ１６の傾斜溝３４の方向と直交する断面におけるロータ１６の傾斜溝３４の断面形状の代表例を示す。図５（ｄ）および（ｅ）に示すように、ロータ１６の溝３４の断面形状においてはその回転方向ｂに対する前側の面３４ａは、ロータ１６の半径方向、すなわち図中一点鎖線Ｒで示す方向に対しロータ１６の回転方向ｂあるいはその逆方向に所定角度γだけ傾斜し、回転方向ｂに対する後側の面３４ｂは、半径方向Ｒに対し回転方向ｂと逆方向に所定角度δだけ傾斜している。ここで、傾斜溝３４の断面傾斜角γおよびδは、回転方向ｂに対して、それぞれ−３０度〜３０度、すなわち回転方向ｂと逆方向に３０度から回転方向ｂに３０度までの範囲内および−７０度〜−３０度、すなわち回転方向ｂと逆方向に３０度〜７０度の範囲内にあるのが好ましい。
また、図５（ｄ）および（ｅ）において、ロータ１６の溝３４の底部３４ｃおよび隣接する溝３４間のロータ１６の凸部３４ｄはいずれも、溝３４のピッチｐの１／２以下であるのが好ましい。なお、ロータ１６の溝３４の底部３４ｃは、図５（ｄ）および（ｅ）に示すように直線部を形成せず、三角形の頂点をなすか、丸みを帯び、例えば図５（ａ）に示すように円弧状をなすのがより好ましい。
【００２９】
以下に、本発明の好ましい態様として、溝３２および３４の断面形状を限定する理由について説明する。
本発明の粉砕機では、過度な排気温度の上昇すなわち粉砕温度の上昇や粉砕動力の上昇を防ぐために、ロータの回転で流れを過度に乱すことなく、図５（ａ）に示す模式図のように、ライナ１８およびロータ１６の溝３２および３４中に適切な強さの渦を形成することが、粉砕性能向上のためには、必要である。ここで、参照符号３２ｓは、ロータ１６の回転により生じるライナ１８の溝３２中の流線のイメージを、参照符号３４ｓはロータ１６の溝３４中の流線のイメージを示している。
【００３０】
粉砕室２８に投入された被粉砕物粒子は、ロータ１６の溝３４に生じる渦によりロータ１６の溝３４中に取り込まれ、面３４ｂにぶつかって、ライナ１８の方向にはじき飛ばされ、ライナ１８の３２ａ面に衝突して粉砕される（図５ｆ参照）。粉砕された粒子のうち粗いものは、ライナ１８の溝３２中の渦の流れに乗れず再び粉砕室２８に放出され、同じ作用を受ける。一方細かい粒子は、ライナ１８の溝３２またはロータ１６の溝３４の中の流れに乗って溝３２および３４内にとどまり、ロータ１６およびライナ１８の溝３２および３４の山、谷が交互に高速ですれ違うことで生じる圧力の変動によりある細かさまで粉砕される。
以上の粉砕の過程を考え、好ましい溝断面形状は、次のように決められる。
【００３１】
ロータ１６の溝３４の後側面３４ｂは、流れを過度に乱さず、排気温度の上昇を防止し、面に衝突する被粉砕物粒子をライナ１８の方向にはじき飛ばせるように、傾斜角δはロータ１６の回転方向ｂとは逆方向に３０度以上、７０度以下が好ましい。
ライナ１８の溝３２の前側面３２ａは、ロータ１６によりはじき飛ばされた被粉砕物粒子が衝突したときに適切な衝撃が与えられるように、傾斜角αは回転方向に３０度以上、７０度以下が好ましい。
ロータ１６の溝３４およびライナ１８の溝３２中の渦は、適切な渦度の大きさで、空間が広く、安定していることが重要であり、ロータ１６の溝３４の前側面３４ａの傾斜角γおよびライナ１８の溝３２の後側面３２ｂの傾斜角βの角度をそれぞれ０度以上および０度以下にすることで、溝３２および３４の空間を広くとれる。
【００３２】
しかし、ロータ１６の溝３４の前側面３４ａは、回転方向ｂとは逆に傾斜角γを大きくとると主渦以外にも渦が生じてしまい、溝３４から放出されるべき大きな粒子も、溝３４の中に留まり、製品中に粗大粒子が混入してしまう。
ここで主渦とは、主に粉砕の作用を粒子に与える渦であり、図５ａに参照符号３２ｓ，３４ｓで示すものである（図５ｇ参照）。
また、傾斜角γを回転方向ｂに大きくとると溝３４中に生じた渦の主流中への放出が起こり不安定になったり、主流が溝３４中に入り込み、渦の大きさが小さくなったりする。これらのことを考慮して、傾斜角γは回転方向ｂに−３０度以上、かつ３０度以下、すなわち回転方向ｂと逆方向に３０度から回転方向ｂに３０度までの範囲内であるのが好ましい。
ライナ１８の溝３２の後側面３２ｂの傾斜角βも同様な理由から、回転方向ｂに−３０度以上かつ３０度以下、すなわち回転方向ｂと逆方向に３０度から回転方向ｂに３０度までの範囲内であるのが好ましい。
【００３３】
次に、本発明において好ましい溝のピッチについて説明する。
同じロータ１６の径では、溝ピッチｐを小さくすると、溝（３２，３４）の数が多くなり、溝（３２，３４）の壁面（３２ａ，３２ｂ，３４ａ，３４ｂ）に衝突する確率が高くなり細かい粒度を得るためには好ましい。しかし、溝（３２，３４）の深さが、安定した適切な強さの渦を生成し、かつ主渦以外の渦の発生を抑えるために好適な範囲があるので、溝ピッチｐを小さくすると溝の空間が狭くなり、処理能力が低下する等の問題がある。
溝ピッチｐは、被粉砕物の種類、原料粒径、目的の製品粒度等に依存するが本発明の場合には、２mm〜１０mm程度が好ましい。
また、溝（３２，３４）の深さは、ピッチの１／５倍以上、３倍以下が好ましい。
なお、溝ピッチｐおよび深さは、ロータ１６の溝３４とライナ１８の溝３２とで同じにするのが好ましいが、両者の溝３２と３４とで異なっていてもよい。
【００３４】
また、以上の説明のように、ロータ１６の外周面にこのような傾斜溝３４を形成することにより、粉砕室を構成するロータ１６とライナ１８との間の間隙２８に入り、ロータ１６の傾斜溝３４によって形成された凸部３４ｄ（図５（ｄ）および（ｅ）参照）へ衝突した被粉砕物粒子は、製品排出口２２からブロアなどによって吸引されている空気の流れの方向とは逆の方向（原料供給口２０側）へはじき飛ばされるため、粉砕室中に滞留する時間を長くとることができる。
【００３５】
また、前述したように、ロータ１６の外周面およびライナ１８の内周面のいずれか一方の周面にのみ傾斜溝を形成した場合には、他方の周面は回転軸１２の中心線１２ａに平行な溝にすることもできる。さらに、いずれか一方の周面または両方の周面を、回転軸１２の中心線１２ａ（長手方向）に対して同一または異なる傾斜角度で交差する複数の傾斜溝、すなわち、図７（ａ）に示すライナ１８および図７（ｂ）に示すロータ１６のように正面視がメッシュ状となるような傾斜溝３６にすることもできる。
なお、このような傾斜溝の形成方法は、特に制限はなく、周面に切削等により凹部を形成する方法または鋳造等により凸部を形成する方法など、公知の形成方法のいずれの方法も適用することができ、さらに、その際には必要に応じて耐摩耗処理をすることもできる。
ところで、本発明においても、粉砕室となるロータ１６の外周面とライナ２０の内周面の間隙２８の間隔は、特に制限的ではなく、被粉砕物の種類や原料および製品の粒度分布に応じて適宜選択することができるが、本発明においては特に、その特徴的な傾斜溝の存在により、従来より大きくすることができ、最大で３mm幅に設定することができる。
【００３６】
本発明の機械式粉砕装置は基本的に以上のように構成されるものであるが、以下にその作用を図１および図３〜図７に基づいて詳細に説明する。まず、製品排出口２２に粉砕製品回収用フィルタを介して接続された吸引送風機（図示せず）を送風運転を開始し、原料供給口２０から流入した空気が装置内を図１中左方から右方へ流れる空気流となる。次いで、ロータ１６を図３中の矢印ｂ方向に回転させる。次に、原料供給口２０から所望量の原料粉体が連続的または断続的に供給される。すると、供給された原料粉体は空気流とともに吸引され、粉砕室であるロータ１６とライナ１８との間の間隙２８に到達する。そして、傾斜溝３２，３４の両凸部の間での摩砕を受け、傾斜溝３２，３４の凸部面への衝突や凹部内に生じた渦流による凹部面への衝突を繰り返し、また互いに衝突を繰り返し、適度に粉砕されながら徐々に右方に移動し、粉砕製品となって製品排出口２２から吸引、排出され、装置外で、粉砕製品回収用フィルタにより捕捉される。
【００３７】
この粉砕過程において傾斜溝は、図４に示すように作用する。すなわち、図４において矢印で示したとおり、ロータ１６の回転方向ｂは空気流の方向ａと直交する方向となっているため、空気流に乗って、ロータ１６とライナ１８との間の間隙２８に入った原料粉体粒子は回転方向ｂに流され、おおよそｃ方向に進行することになる。したがって、原料粉体粒子はライナ１８の傾斜溝３２やロータ１６の傾斜溝３４に、直接もしくはこれらの傾斜溝３２や３４に生じる渦流によって、引き込まれ、あるいは取り込まれ、または衝突して逆方向にはじき飛ばされ、空気流の方向ａへの移動を妨げられる。このため、空気流の方向ａへの円滑な移動が妨げられ、間隙２８からなる粉砕室における滞留時間を長くすることができる。このように傾斜溝３２や３４が粉砕室内の原料粉体粒子の流れを妨げるように作用するため、粉砕室の容積（間隙２８の間隔）を大きくとることができ（間隙の間隔が最大で３mm）、処理量を多くした場合でも、十分な粉砕時間を確保することができる。このように粉砕室の空間を広く取ることにより、傾斜溝３２や３４により生じる渦流に過度に激しい乱れや不規則な乱れを含ましめず、原料粉体粒子を緩やかに粉砕することができるので、粉砕室における滞留時間を長くとるにもかかわらず、原料粉体の過粉砕を防止することができる。なお、本発明の機械式粉砕装置１０においては、吸引送風機による吸引力とロータ１６の回転速度は、円滑な粉砕処理ができるように、粉砕される原料粉体（被粉砕物）の種類、粒度、処理量、ロータ１６およびライナの寸法、形状、傾斜溝の形状、寸法、粉砕室となる間隙の間隔などに応じて適宜選択し、設定することが好ましい。例えば、ロータの直径約２５０mm、軸方向の長さ約２５０mmの機械式粉砕装置では、吸引送風機の風量が約４〜６m3／minで、ロータ１６の回転速度は約６，０００〜１３，０００rpmが適当である。
【００３８】
【実施例】
（実施例１）
図１に示す構造の機械式粉砕装置１０を用い、平均粒径が５００μm の一成分トナーを原料粉体として、下記の条件で粉砕を行った。
ここで、ライナ１８の内周面には、図３および４に示すように複数の傾斜溝３２を形成し、その傾斜角度θを１０度とした。一方、ロータ１６の外周面には、その母線方向に平行な溝（以下、この溝を「平行溝」という）を形成した。さらに、これらの傾斜溝３２と平行溝の断面形状はいずれも図５に示すとおりであり、傾斜溝３２および平行溝とも溝のピッチは４mm、溝の深さは２mmに設定した。また、ロータ１６の直径は２４２mm、長さは２４０mmで、ロータ１６とライナ１８との間隔は２mmとした。
この機械式粉砕装置１０の製品排出口２２には粉砕製品回収用フィルタを介して吸引用ブロワを接続し、原料トナーはスクリューフィーダにより、原料供給口２０から供給した。
【００３９】
この機械式粉砕装置１０をロータ１６の回転数１０，０００rpm 、吸引用ブロワの風量４m3／min で運転し、原料トナーの処理量（供給速度）を１０、２０および３０kg／h と変えて、粉砕処理を行った。製品排出口２２から排出された粉処理後の粉砕物は、平均細孔径約３μm の粉砕製品回収用フィルタにより粉砕製品として捕捉、回収した。
こうして得られた粉砕製品の平均粒子径を測定し、供給速度に対してプロットした結果を図８に示す。
【００４０】
（比較例１）
また、比較例として、ライナ１８の内周面を平行溝にした以外は実施例１とまったく同一の機械式粉砕装置（溝は特公平３−１５４８９号公報に記載の装置と同様である。）を用い、実施例１と同一の条件で同様の粉砕を行った。その結果も図８に合わせて示す。
【００４１】
図８から明らかなように、本発明の機械式粉砕装置を用いた場合の本発明例１には、比較例１と比べて平均粒子径が小さな粉砕物が得られることがわかる。また、本発明例１では、粉砕用の溝を傾斜させることによる機械式粉砕装置の動力の上昇や、粉砕温度の上昇は認められなかった。
【００４２】
（実施例２および比較例２）
実施例２として実施例１と同一の機械式粉砕装置および比較例２として比較例１と同様の機械式粉砕装置を用い、原料トナーの処理量（供給速度）を１０kg／h に固定し、ロータ１６の回転数を１０，０００rpm 〜１３，０００rpm に変化させたほかは実施例１と同様にして、原料トナーを粉砕し、粉砕製品を得た。得られた粉砕製品の平均粒子径と粉砕製品に含まれている５μm 以下の粒子の体積割合を測定した。その結果を図９に示す。
図９から明らかなように、同じ平均粒子径の粉砕製品では、比較例２の粉砕装置による粉砕製品に比べ、本発明例２の機械式粉砕装置による粉砕製品のほうが５μm 以下の粒子の含有割合が小さかった。この結果から、本発明の機械式粉砕装置によれば、過粉砕が少なくなることがわかる。
【００４３】
（実施例３、実施例４および比較例３）
図２に示す機械式粉砕装置３０を用い、平均粒径が２００μm の一成分トナーを原料粉体として、下記の条件で粉砕を行った。
ここで、実施例３としてロータ１６の外周面には、図４および６に示すように複数の傾斜溝３４を形成し、その傾斜角度θを１０度とした。次いで、実施例４としてロータ１６の外周面には、図７（ｂ）に示すように複数の傾斜溝３６をメッシュ状に形成し、交差する傾斜溝の角度θをロータ１６の母線方向に対し±１０度とした。比較例３としてロータ１６の外周面には、その母線方向に平行な平行溝を形成した。一方、いずれの場合もライナ１８の内周面にはその母線方向に平行な平行溝を形成した。さらに、これらの傾斜溝３４および３６と平行溝の溝の方向と直交する断面形状および寸法は、実施例１と同一とした。
【００４４】
この機械式粉砕装置３０をロータ１６の回転数を１０，０００rpm 、１１，０００rpm 、１２，０００rpm と変え、吸引用ブロワの風量を４m3／min として運転し、原料トナーの処理量（供給速度）を１０kg／h として、粉砕処理を行った。この他の粉砕条件および粉砕後の粉砕物は処理も実施例１と全く同一とした。こうして得られた粉砕製品の平均粒子径を測定し、ロータ回転数に対してプロットした結果を図１０に示す。
【００４５】
図１０から明らかなように、本発明例３の機械式粉砕装置により粉砕した場合は、比較例３の機械式粉砕装置により粉砕した場合に比べて、いずれのロータ回転数においても、粒径の小さな粉砕製品が得られることがわかる。本発明例４の機械式粉砕装置により粉砕した場合には、比較例３との差が一層顕著となることがわかる。また、本発明例３および４でも、粉砕用の溝を傾斜させることによる機械式粉砕装置の動力の上昇や、粉砕温度の上昇は認められなかった。
【００４６】
（実施例５）
図２に示す構造の機械式粉砕装置３０を用い、最大粒子径２mmの一成分トナーを原料粉体として、下記の条件で粉砕を行った。
ここで、実施例５としてライナ１８の内周面には、回転軸に平行な方向に複数の平行溝を形成し、その断面形状は一辺がロータ１６の中心に向き、他辺がこの一辺と４５度の角度をなし、ロータ１６の回転方向後方が低くなる三角形状（特公平３−１５４８９号公報に開示されたような）とした。
一方、ロータ１６の外周面には、回転軸に平行な方向に対し被粉砕物の流れを妨げる方向とその逆方向に傾斜している溝の両者を設け、その傾斜角度をそれぞれ５度、１０度、２０度、４５度とした。すなわち、図７（ｂ）に示すロータ１６のように正面図がメッシュ状となるような傾斜溝とした。
これらの平行溝および傾斜溝ともに溝のピッチは４mm、溝の深さは２mmに設定した。
また、ロータ１６の直径は２４２mm、長さは２４０mmで、ロータ１６とライナ１８との間隔は２mmとした。
この機械式粉砕装置３０の製品排出口２２には粉砕製品回収用フィルタを介して吸引用ブロワを接続し、原料トナーはスクリューフィーダーにより、原料供給口２０から供給した。
吸入用ブロワの風量４m3／min で運転し、原料トナーの処理量（供給速度２０kg／h として、粉砕品の粒径が１２μm になるようにロータ１６の回転数を調節した。
【００４７】
（比較例４）
また、比較例４として、ロータ１６の外周面の溝傾斜角度を０度、すなわち回転軸と平行な溝を設けたロータ１６でも同様な運転条件で試験を行った。
【００４８】
原料トナーを平均粒径１２μm に粉砕するためには、ロータ１６の外周面の溝傾斜角度に応じてロータ１６の回転数を以下のように調節した。
すなわち、傾斜角０度のときはロータ回転数を１１，０００rpm に、傾斜角５度のときはロータ回転数を１０，５００rpm に、傾斜角１０度および２０度のときはロータ回転数を１０，０００rpm に、傾斜角４５度のときにはロータ回転数を９，８００rpm に調節した。
こうして得られた粉砕品に含まれる１８μm 以上の、いわゆる粗大粒子の体積割合とロータ溝の傾斜角度との関係をプロットした結果を図１１に示す。また、粉砕品に含まれる８μm 以下の、いわゆる過粉砕粒子の体積割合とロータ溝の傾斜角度との関係をプロットした結果を図１２に示す。
【００４９】
図１１および図１２から明らかなように本発明例５の機械式粉砕装置により粉砕した場合は、比較例４の機械式粉砕装置により粉砕した場合に比べて、ロータ１６の外周面の溝傾斜角度が５度から４５度の範囲において、過粉砕防止と粗大粒子混入防止の両方の点での効果が大きいことが分かる。
【００５０】
（実施例６）
図２に示す構造の機械式粉砕機３０を用いて、最大粒子径２mmの一成分トナーを原料粉体として試験を行った。
ライナ１８の内周面には、ロータ１６の回転軸方向に平行な方向に複数の溝３２を形成し、溝のピッチ４mm、溝の深さ２mm、図５（ｃ）の角度αが４５度、角度βが１５度、３２ｄが１mmである。
【００５１】
一方ロータ１６は、直径２４２mm、長さ２４０mmであり、回転軸に平行な方向に対し被粉砕物の流れを妨げる方向に１０度、またその逆方向に１０度傾斜している溝を設け、その溝を切った方向に垂直な断面の形状が、図５（ｄ）の角度δが４５度、角度γが１５度、３４ｄが１．４mmで、溝のピッチ４mm、溝の深さ２mmのものを用いた。ライナ１８とロータ１６との間のすき間２８は２mmとした。
【００５２】
この装置３０でロータ回転数１０，０００rpm 、吸引用ブロワの風量４m3／min 、原料供給速度１０kg／h で目標平均粒径１２μm として原料粉体の粉砕処理を行った。ただし、粉砕物はバグフィルタにより回収した。
得られた粉砕品の粒度を測定したところ、平均粒径が１１．８μm 、１８μm 以上の粒子を含む体積割合が０．８％、７μm 以下の粒子を含む体積割合が２．１％であった。
【００５３】
（比較例５）
比較のため、ライナ１８の内周面およびロータ１６の外周面にロータ１６の回転軸方向に平行な方向に、複数の溝３２および３４を形成し、溝３２および３４の断面形状を実施例５のライナ１８のもの（特公平３−１５４８９号公報に記載のもの）と同じにし、その他は実施例６と同一な装置で、実施例６と同一な条件で粉砕処理を行った。得られた粉砕品の平均粒径は１２．８μm で、実施例６に比べ１μm 粗くなり、１８μm 以上の粒子を含む体積割合は６．４％で、実施例６の８倍に増加し、７μm 以下の粒子を含む体積割合は３．６％で１．７倍に増加した。
【００５４】
（実施例７）
ライナ１８の溝の断面形状を図５（ｂ）の角度αが６０度、角度βが１５度とし、それ以外は実施例６と同一な装置を用いて、同一な原料を同一な条件で処理した。得られた製品は、実施例６の製品と同様であり、比較例５に比べて、平均粒径が小さく、粒度分布がシャープであった。
【００５５】
（実施例８）
ロータ１６の溝３４の溝を切った方向と垂直な断面の形状を、図５（ｅ）の角度δが５０度、角度γが１５度で、それ以外は実施例６と同一な装置を用いて、同一な原料を同一な条件で処理した。得られた粉砕品は、実施例６の粉砕品と同様であり、比較例５にくらべ、平均粒径が小さく、粒度分布がシャープであった。
【００５６】
以上、本発明の機械式粉砕装置について詳細に説明したが、本発明は上記実施例に限定はされず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良および変更を行ってもよいのはもちろんである。
【００５７】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、ロータの外周面またはライナの内周面もしくはその両者に、ロータの回転軸に平行な方向に対し被粉砕物となる原料粉体の流れを妨げる方向に傾斜して形成された複数の溝を有していることから、これらの溝によりロータとライナとの間に形成される間隙からなる粉砕室における原料粉体の通過を妨げ、原料粉体の粉砕室内における滞留時間を長くすることができるので、粗大粒子を含まず、小さな平均粒径、例えば５〜１５μm オーダーの平均粒径を持ち、粒度分布の幅が狭くてシャープな高品質な微粉体を得ることができる。
【００５８】
また、本発明によれば、粗大粒子の発生が防止されると共に、緩やかな粉砕条件で粉砕されるため、過粉砕が防止され、必要以上に粒径の小さい、例えば５μm 以下あるいは数μm 以下の微粒子の発生を低減することができる。さらに、本発明によれば、粉砕室の容積を大きくできるため、処理量も多くすることができる。
従って、本発明の機械式粉砕装置は、樹脂およびそれを主成分として含む粉体の粉砕用として好適であり、特に、乾式トナーや粉体塗料の粉砕用として好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る機械式粉砕装置の一実施例の断面模式図である。
【図２】本発明に係る機械式粉砕装置の別の実施例の断面模式図である。
【図３】図１に示す機械式粉砕装置に用いられるライナの一実施例の斜視図である。
【図４】本発明に係る機械式粉砕装置のロータまたはライナ上における傾斜溝の形成角度を説明するための模式図である。
【図５】（ａ）は、図１におけるＶ−Ｖ線に沿った、ロータおよびライナの溝中の流線の模式的なイメージを含む溝方向に直交する断面における部分断面矢視図であり、（ｂ）および（ｃ）は、各々（ａ）に示すライナの溝の、溝方向と直交する断面形状の一例を示す部分断面図であり、（ｄ）および（ｅ）は、各々（ａ）に示すロータの溝の、溝方向と直交する断面形状の一例を示す部分断面図であり、（ｆ）は、ロータおよびライナの溝による被粉砕物の粉砕作用の一例を示す模式図であり、（ｇ）は、ロータの溝中に生じる渦の一例を示す模式図である。
【図６】図１に示す機械式粉砕装置に用いられるロータの一実施例の斜視図である。
【図７】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ本発明の機械式粉砕装置に用いられるライナおよびロータの別の実施例の正面模式図である。
【図８】実施例１および比較例１の結果を示すグラフである。
【図９】実施例２および比較例２の結果を示すグラフである。
【図１０】実施例３、実施例４および比較例３の結果を示すグラフである。
【図１１】実施例５および比較例４の結果を示すグラフである。
【図１２】実施例５および比較例４の結果を示すグラフである。
【図１３】従来の回転型機械式粉砕装置の断面模式図である。
【図１４】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）は、それぞれ図１３に示す従来の粉砕装置における回転子およびケーシングの各々別の構造を示す部分断面図である。
【図１５】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ図１３に示す従来の粉砕装置における回転子およびケーシングのさらに別の構造を示す部分断面図である。
【符号の説明】
１０、３０  機械式粉砕装置
１１  ケーシング
１２  回転軸
１４  ロータユニット
１６  ロータ
１８  ライナ
２０  原料供給口
２２  製品排出口
２４ａ，２４ｂ  軸受
２６ａ，２６ｂ  側板
２８  間隙
３２，３４，３６  傾斜溝
３２ａ，３２ｂ，３４ａ，３４ｂ  傾斜溝の壁面
３２ｃ，３４ｃ  傾斜溝の底部
３２ｄ，３４ｄ  傾斜溝の凸部
３２Ｓ，３４Ｓ  主渦
α，β，γ，δ  傾斜溝の断面傾斜角
ａ  空気流の方向（回転軸に平行な方向）
ｂ  ロータの回転方向
ｃ  粉砕粒子（被粉砕物）の移動方向
【図１】
0003900311.tif 000002
【図２】
0003900311.tif 000003
【図３】
0003900311.tif 000004
【図４】
0003900311.tif 000005
【図５】
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【図６】
0003900311.tif 000007
【図７】
0003900311.tif 000008
【図８】
0003900311.tif 000009
【図９】
0003900311.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
0003900311.tif 000012
【図１２】
0003900311.tif 000013
【図１３】
0003900311.tif 000014
【図１４】
0003900311.tif 000015
【図１５】
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