(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と、該回転軸に支持され、外周面に母線と平行に延びる凹部が数多く形成されて、該外周面に数多くの凹凸が周方向に連続して形成された回転子と、
該回転子の外周面と僅かな間隔を隔てて配置され、内周面に母線と平行に延びる凹部が数多く形成されて、該内周面に数多くの凹凸が周方向に連続して形成された固定子とを有する粉砕装置において、
前記固定子の凹部の頂角が１１４°以上の断面形状で渦流を発生させない断面形状に作られていることを特徴とする粉砕装置。
【請求項２】
前記固定子が前記粉砕装置のケーシングに対して着脱自在であることを特徴とする請求項１に記載の粉砕装置。
【請求項３】
前記固定子と前記ケーシングとの間にスペーサが介装されていることを特徴とする請求項２に記載の粉砕装置。
【請求項４】
前記回転子の外周面に、円周方向に延びる回転子用堰が設けられ、該回転子用堰が前記回転子の外周面から突出していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の粉砕装置。
【請求項５】
前記回転子用堰が、前記回転子の軸線方向に間隔を隔てて復数設けられていることを特徴とする請求項４に記載の粉砕装置。
【請求項６】
前記固定子の内周面に、周方向に延び且つ内方に向けて突出する固定子用堰を設けたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の粉砕装置。
【請求項７】
前記固定子用堰が、前記固定子の軸線方向に間隔を隔てて複数設けられていることを特徴とする請求項６に記載の粉砕装置。
【請求項８】
前記粉砕装置が、電子写真方式の画像形成装置に使用する潜潜像を顕像化するトナーを製造するための装置であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の粉砕装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被粉砕物を微粉砕して微粉末を製造するための粉砕装置に関し、特に、電子写真、静電記録、静電印刷などにおける静電荷像を現像する為の乾式トナーの製造に最適な装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ミクロンオーダーの粉砕を行う為の機械式粉砕装置は、回転軸に支持されて、この回転軸を中心にして回転する回転子と、この回転子の回りに位置する固定子とを有し、回転子と固定子には、その互いに対向する面、つまり回転子の内周面と固定子の外周面の夫々に、各周面の母線つまり軸線に沿って延びる凹部が周方向に間隔を隔てて数多く形成されており、回転子を回転させながら、固定子の一端に配置された供給口から固体被粉砕物を供給して、回転子と固定子の間でこの被粉砕物を所定の粒径まで粉砕するようになっている。
【０００３】
特開平５−２６９３９３号公報は、固定子の内周面に形成される凹部の断面形状をアーチ状に形成して、この凹部の中に、回転子の回転とは反対の回転方向の旋回流を発生させることを提案している。この提案によれば、粉砕装置内部に供給された原材料は粉砕作用を受けた後、固定子の凹部の中で高速旋回しつつ出口に向かって流れている空気旋回流の中に入って、この凹部の曲率中心を中心とする旋回運動によって遠心分級作用が行われ、粗大粒子は凹部の外に投げ出され、細かい粒子は、凹部の中の空気旋回流に乗って出口に向かって運び出されるため、過粉砕がなく、エネルギー効率が良いという利点がある。
【０００４】
しかしながら、この特開平５−２６９３９３号公報が提案する粉砕装置においては、固定子にアーチ状断面の凹部を形成することにより、この凹部の中に発生する旋回流によって遠心分級作用が行われるが、その一方で、粗大粒子が固定子の凹部の中心に向かって、そのまま粉砕作用を受けることなく出口に向かって運び出される可能性があり、所望の粒径分布を持った粒子を得ることができない場合がある。
【０００５】
ところで、電子写真、静電記録、静電印刷などにおける静電荷像を現像する為の乾式トナーは、更なる高画質化の要求から、トナー粒子の小粒径化は必要不可欠であり、トナー製造時において、今まで以上の小粒径トナーの製造が求められている。
【０００６】
このような要望に応じるには、粉砕装置の更なる粒子の小粒径化を検討する必要がある。先に説明した特開平５−２６９３９３号公報の粉砕装置は、上述したとおり、エネルギー効率の点では優れているが、固定子の凹部をアーチ状断面形状に形成してこの凹部の中に旋回流を発生させることは、粗大粒子がそのまま外部に排出される恐れがあることから、小径化の要望に対して未だに改善する余地を残している、といえる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、一層の小粒径化を実現することのできる粉砕装置を提供することをその課題とする。
本発明の更なる課題は、小粒径化を実現しつつ、この粉砕装置の作業の切り替えに要する作業時間を短縮することのできる粉砕装置を提供することにある。
本発明の別の課題は、目標とする粒子径の違いに迅速に対応することのできる粉砕装置を提供することにある。
本発明の更なる課題は、小粒径化を実現しつつ、所望の粒径分布を得るのに、これを害する要因となる粗大粒子の混入を防止することのできる粉砕装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的達成のため、請求項１の発明は、回転軸と；該回転軸に支持され、外周面に母線と平行に延びる凹部が数多く形成されて、該外周面に数多くの凹凸が周方向に連続して形成された回転子と；該回転子の外周面と僅かな間隔を隔てて配置され、内周面に母線と平行に延びる凹部が数多く形成されて、該内周面に数多くの凹凸が周方向に連続して形成された固定子とを有する粉砕装置において、前記固定子の凹部の頂角が１１４°以上の断面形状で渦流を発生させない断面形状に作られていることを特徴とするものである。請求項２の発明は、請求項１に記載の粉砕装置において、前記固定子が前記粉砕装置のケーシングに対して着脱自在であることを特徴とする。請求項３の発明は、請求項２に記載の粉砕装置において、前記固定子と前記ケーシングとの間にスペーサが介装されていることを特徴とする。請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の粉砕装置において、前記回転子の外周面に、該回転子の凹部を横断して円周方向に延びる回転子用堰が設けられていることを特徴とする。請求項５の発明は、請求項４に記載の粉砕装置において、前記回転子用堰が、前記回転子の軸線方向に間隔を隔てて複数設けられていることを特徴とする。請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の粉砕装置において、前記固定子の内周面に、周方向に延び且つ前記隙間に向けて突出する回転子用堰を設けたことを特徴とする。請求項７の発明は、請求項６に記載の粉砕装置において、前記回転子用堰が、前記固定子の軸線方向に間隔を隔てて複数設けられていることを特徴とする。請求項８の発明は、請求項１〜７のいずれか一項に記載の粉砕装置において、前記粉砕装置が、電子写真方式の画像形成装置に使用する潜像を顕像化するトナーを製造するための装置であることを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１において、１は、図示しないフィーダーより供給される被粉砕物である。本発明に従う粉砕装置は、従来と同様に、回転子２と、この回転子２の回りを囲む固定子３とを含んでいる。
【００１０】
回転子２には、その外周面に、従来と同様に母線に沿って延びる、つまり回転子２の軸線と平行に延びる数多くの凹部２ａを有し（図３）、この凹部２ａによって、回転子２の外周面には多数の凹凸が周方向に連続して形成されている。同様に、固定子３には、その内周面に、従来と同様に母線に沿って延びる、つまり軸線と平行に延びる数多くの凹部３ａを有し（図３）、この凹部３ａによって、固定子３の内周面には多数の凹凸部を周方向に連続して形成されている。
【００１１】
図１に示す参照符号４は粉砕装置のケーシングであり、ケーシング４は図中左端に、被粉砕物の投入口４ａを備え、右端に、粉砕後の微粉末を排出するための排出口４ｂを備えている。このケーシング４に対して固定子３を固設してもよいが、好ましくは着脱自在であるのがよく、また、この固定子３とケーシング４との間に、必ずしも必須ではないが、スペーサ５を設けるようにしてもよい（図４）。また、内径の異なる複数種類の固定子３を用意し、これに対応する肉厚の異なる複数種類のスペーサ５を用意することで、固定子３と回転子２との間の間隙６の実質的な大きさの調整が可能になり、これにより異なる要求粒径の要請に対して、これに見合った内径の固定子３及びスペーサ５をケーシング４の装着することで対応することができる。
【００１２】
本発明に従う粉砕装置の基本動作を説明すると、回転軸に支持された回転子２が高速で回転駆動され、粉砕装置の排出口４ｂは、図示しないブロワーに連結されて、このブロワーによって吸引される。その結果、隙間６には、投入口４ａから排出口４ｂに向けて流れる気流が発生し、フィーダーからの被粉砕物１を投入口４ａを通じてケーシング４の中に投入することによって、被粉砕物１は隙間６に取り込まれ粉砕作用を受けて粉砕されて微粉末になり、この微粉末は排出口４ｂを通じてケーシング４の外に排出される。すなわち、被粉砕物１が回転子２と固定子３との間の間隙６を通過する過程で、その粉砕が行われて微粉末が作られる。
【００１３】
本発明に従う粉砕装置にあっては、図３から理解できるように、固定子３の凹部３ａが、その中で旋回流が発生しないように、三角形の断面形状に形成され、他方、回転子２の凹部２ａは、その中で旋回流つまり渦流が発生するように、ドーム状の断面形状に形成されている。固定子３の凹部３ａの断面形状は、その中での旋回流の発生を抑えることができるのであれば、特に三角形の断面形状に限定されず、任意の断面形状を選択してもよい。
【００１４】
なお、図３に示す形状の固定子３の凹部３ａ（頂角が１１４°）では、その中に渦流つまり旋回流が発生せず、他方、同図に示すドーム状の回転子２の凹部２ａでは、その中に渦流つまり旋回流Ｓが発生することは、可視化実験及び数値シミュレーション解析を実施することで確認した。
【００１５】
回転子２には、その外周面に、図５に示すように円周方向に延びるリング状の回転子用堰７を設けてもよく、この堰７を、軸線方向に離間して複数（図５に示す例では３つ）配置させてもよい。回転子３に堰７を設けることによって、隙間６での気流の流れを堰き止め、この気流に乗った粗大粒子が下流側へ移動するのを阻止することができ、その結果、粉砕装置の排出口４ｂの側へ粗大粒子が飛び込むのを抑えることができる。回転子２の堰７に代えて、図６に示すように、固定子３の内周面に、周方向に延びる固定子用堰８を設けるようにしてもよく、この堰８を軸線方向に離間して複数（図示の例では３つ）配置するようにしてもよい。固定子３に堰８を設けることによって、隙間６での気流の流れを堰き止め、この気流に乗った粗大粒子が下流側へ移動するのを阻止することができる。
【００１６】
【実施例】
以下本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。
【００１７】
本発明に従う粉砕装置による効果の確認のため、実際に装置を作って、下記の組成からなる混合物（トナー材料）を溶融混練、冷却、粉砕し、平均粒径４００μｍ前後の粗粉砕物から微粉末を得る実施を行った。この具体的な実施に使用した混合物の組成は次の通りである。
（１）スチレン−アクリル共重合体    １００重量部
（２）カーボンブラック                １０重量部
（３）ポリプロピレン                    ５重量部
（４）サリチル酸亜鉛                    ２重量部
なお、粉砕装置によって製造した粉砕物つまり微粉末の粒径は、コールターカウンターにより測定した。
【００１８】
実施例１：
上記組成の粗粉砕物を、上述した本発明の実施の形態の粉砕装置のうち、ケーシング４に対して固定子３を固設した形式の装置（回転子用堰７及び固定子用堰８は具備していない）を作り、この装置を使用して微粉末を得た。回転子２と固定子３との間の隙間６の寸法つまり隙間６の径方向の寸法は、１．５ｍｍであった。また、回転子２の回転速度は１３５ｍ／ｓであった。製造する微粉末の平均粒子径を８．０μｍをターゲットしたところ、祖粉砕物の供給量は９．００Ｋｇ／ｈであった。この実施例１による結果は、得られた体積平均粒径が７．３μｍであり、意図する小粒径化の効果を確認することができた。
【００１９】
実施例２：
上記組成の粗粉砕物を、上述した本発明の実施の形態の粉砕装置のうち、ケーシング４に対して固定子３を着脱自在に設置した形式の装置（堰７及び堰８は具備していない）を作り、この装置を使用して微粉末を得た。回転子２と固定子３との間の隙間６の寸法は実施例１と同様に、１．５ｍｍであった。また、回転子２の回転速度は、実施例１と同様に、１３５ｍ／ｓであった。実施例１と同様に、製造する微粉末の平均粒子径を８．０μｍをターゲットにしたところ、祖粉砕物の供給量は９．００Ｋｇ／ｈであった。この実施例２による結果は、得られた体積平均粒径が７．３μｍであり、意図する小粒径化の効果を確認することができた。また、内部清掃のための切替時間は、実施例１に比べて約２５％の時間短縮が可能であった。
【００２０】
実施例３：
上記組成の粗粉砕物を、上述した本発明の実施の形態の粉砕装置のうち、実施例２で使用した装置に、固定子３とケーシング４との間にスペーサ５（図４）を設けて、回転子２と固定子３の間隙６の寸法つまり隙間６の径方向の寸法を、１．０ｍｍに調整した。その他の条件は、実施例１と同一に設定した。製造する微粉末の平均粒子径を８．０μｍをターゲットにしたところ、祖粉砕物の供給量は８．８０Ｋｇ／ｈであった。この実施例３による結果は、得られた体積平均粒径が７．０μｍであり、意図する小粒径化の効果を確認することができた。
【００２１】
実施例４：
上記組成の粗粉砕物を、上述した本発明の実施の形態の粉砕装置のうち、実施例１で使用した装置の回転子２の外周面に回転子用堰７（図５）を１つ設けたものを使用し、その他の条件は、実施例１と同一に設定した。製造する平均粒子径を８．０μｍをターゲットにしたところ、祖粉砕物の供給量は８．７５Ｋｇ／ｈであった。この実施例４による結果は、得られた体積平均粒径が７．２μｍであり、意図する小粒径化の効果を確認することができた。
【００２２】
実施例５：
上述した実施例４で使用した装置の回転子２に２つの回転子用堰７を設けた装置を使用した。その他は、実施例４と同じ条件を設定し、加えて、実施例４と同様に、製造する平均粒子径を８．０μｍをターゲットにしたところ、祖粉砕物の供給量は８．７５Ｋｇ／ｈであった。この実施例５による結果は、得られた体積平均粒径が７．１μｍであり、意図する小粒径化の効果を確認することができた。
【００２３】
実施例６：
上記組成の粗粉砕物を、上述した本発明の実施の形態の粉砕装置のうち、実施例１で使用した装置の固定子３の内周面に固定子用堰８（図６）を１つ設けたものを使用し、その他の条件は、実施例１と同一に設定した。製造する平均粒子径を８．０μｍをターゲットにしたところ、祖粉砕物の供給量は８．００Ｋｇ／ｈであった。この実施例６による結果は、得られた体積平均粒径が７．２μｍであり、意図する小粒径化の効果を確認することができた。
【００２４】
実施例７：
上述した実施例６で使用した装置の固定子３に固定子用堰８を２つ設けた装置を使用した。その他は、実施例６と同じ条件を設定し、加えて、実施例６と同様に、製造する平均粒子径を８．０μｍをターゲットにしたところ、祖粉砕物の供給量は８．００Ｋｇ／ｈであった。この実施例７による結果は、得られた体積平均粒径が７．１μｍであり、意図する小粒径化の効果を確認することができた。
【００２５】
比較例：
比較例として、図２に示す粉砕装置を作った。この粉砕装置は、回転子１０及び固定子１１の凹部１０ａ、１１ａが、共にその中で渦流つまり旋回流Ｓが発生するように、断面ドーム状の形状を備えている。この装置の回転子１０と固定子１１との間の隙間１２の寸法つまり隙間１２の径方向の寸法を１．５ｍｍに設定し、また、回転子２の回転速度を１３５ｍ／ｓに設定して上記組成の祖粉砕物を処理した。製造する微粉末の平均粒子径を８．０μｍをターゲットしたところ、祖粉砕物の供給量は９．００Ｋｇ／ｈであった。この実施例１による結果は、得られた体積平均粒径が７．９μｍであった。
【００２６】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、固定子の凹部形状が、回転子の回転によって固定子の凹部の中で渦流が発生しないような形状に設定されている。このように固定子の凹部の形状によって、その中で従来のように回転子の回転方向とは反対方向の渦流が発生することはないため、粒子の粉砕確立が増加し小粒径化が可能になる。すなわち、従来のように固定子の凹部の中に発生した渦流の中に粗大粒子が取り込まれて粉砕作用を受けずに粉砕装置出口に向かうのを防ぐことができ、これにより粒子への粉砕確立が増加し小粒径化が可能になる。この固定子の凹部は、その中で渦流が発生しないのであれば、特にその具体的な形状は任意であるが、回転子の回転数、固定子と回転子との間の間隙の寸法等の条件に応じた形状を設定し、これを具体的に実験によって、この設定した形状の凹部が実際にその中で渦流を発生するものではないことを確認するのが好ましい。
請求項２の発明によれば、固定子が粉砕装置のケーシングに対して着脱自在であることから、内部掃除のための切り替え作業の短縮化を図ることができる。
請求項３の発明では、固定子とケーシングとの間にスペーサを介装するようにしてあるため、小粒径の要請に応じて、このスペーサによって固定子の内径を小さくすることにより、固定子と回転子との間の間隙６の大きさ、つまり間隙６の径方向の寸法を小さくすることが可能になる。これにより、要求粒度によって間隙の調整が可能となるため、小粒径化及ぴ効率の良い粉砕が可能になる。
請求項４の発明によれば、回転子に回転子用堰を設けてあるので、この回転子用堰によって、回転子と固定子との間の間隙の気流の流れを堰き止め、粉砕装置出口側への粗大粒子の飛び込みを制御することができる。これにより、小粒径化を実現しつつ、所望の粒径分布を得ることができる。
請求項５の発明によれば、回転子用堰を軸線方向に離間して複数設けてあるので、先に請求項４の発明で説明した粉砕装置出口側への粗大粒子の飛び込みを一層確実に制御することができる。これにより、小粒径化を実現及び所望の粒径分布の実現を一層確実なものにすることができる。
請求項６の発明によれば、固定子に固定子用堰を設けてあるので、この固定子用堰によって、回転子と固定子との間の間隙の気流の流れを堰き止め、粉砕装置出口側への粗大粒子の飛び込みを制御することができる。これにより、小粒径化を実現しつつ、所望の粒径分布を得ることができる。
請求項７の発明によれば、固定子用堰を軸線方向に離間して複数設けてあるので、請求項６の発明で説明した粉砕装置出口側への粗大粒子の飛び込みを一層確実に制御することができる。これにより、小粒径化を実現しつつ、所望の粒径分布を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の基本的な構造を示す断面図である。
【図２】比較例として採用した粉砕装置における回転子及び固定子の凹部形状及びこの中で発生する渦流を説明するための部分断面図である。
【図３】本発明に従う粉砕装置における回転子及び固定子の凹部形状及びこの中で発生する渦流を説明するための部分断面図である。
【図４】本発明に従う粉砕装置の第１変形例の断面図である。
【図５】本発明に従う粉砕装置の第２変形例の断面図である。
【図６】本発明に従う粉砕装置の第３変形例の断面図である。
【符号の説明】
１    被粉砕物
２    回転子
２ａ    回転子の凹部
３    固定子
３ａ    固定子の凹部
４    ケーシング
５    スペーサ
６    間隙
７    回転子に設けた堰
８    固定子に設けた堰
【図１】
0003753894.tif 000002
【図２】
0003753894.tif 000003
【図３】
0003753894.tif 000004
【図４】
0003753894.tif 000005
【図５】
0003753894.tif 000006
【図６】
0003753894.tif 000007