粉砕装置
【課題】粉砕装置内の温度上昇を抑制し、粉砕品をより高い製品能力で得ることができる粉砕装置を提供する。
【解決手段】内部に冷媒流路２１を備えケーシング２の軸心周りで回転駆動されるロータ２０は、外周にピンハンマ２０Ｇａを備えた第一粉砕部と、外周に凹凸部２０Ｇｂを備えた第二粉砕部とからなり、第二粉砕部の凹凸部２０Ｇｂは切り欠き部２４によって分割されていることにより、気流や被処理物がロータ２０と接触する面積が増加し、効果的に冷却される。
【解決手段】内部に冷媒流路２１を備えケーシング２の軸心周りで回転駆動されるロータ２０は、外周にピンハンマ２０Ｇａを備えた第一粉砕部と、外周に凹凸部２０Ｇｂを備えた第二粉砕部とからなり、第二粉砕部の凹凸部２０Ｇｂは切り欠き部２４によって分割されていることにより、気流や被処理物がロータ２０と接触する面積が増加し、効果的に冷却される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉱物、食品、樹脂などを温度上昇を抑えながら効率よく粉砕できる粉砕装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一つのケーシング内に粗粉砕部と微粉砕部とを備えた粉砕機として、例えば特許文献１の粉砕機がある。
【０００３】
特許文献１では、同軸上に配列した、一次粉砕用の複数の回転打撃子（ハンマー）と粉流を制御する邪魔板を介して、二次粉砕用の少なくとも中心回転軸に取り付けられた凹凸を有する回転体からなる回転子と、該回転子表面と一定間隔を保持して回転子の周囲に配置されている凹凸を有する固定子とを具備する２つ以上の粉砕ゾーンを有した粗粉砕機が記載されている。さらに本粗粉砕機は、二次粉砕ゾーン以降の固定子および回転子の内部に冷媒流路を設け、粉砕時に発生する粉砕熱をコントロールしている。
本粗粉砕機により、シャープな粒度分布を有する微粒子トナーを効率的に低エネルギーで製造することができたとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４５９９２９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような粉砕機は、塊状といったある程度の大きさの被処理物の粗粉砕と微粉砕とを一つの粉砕機で行うことができるため、粉砕工程を簡略化することができ、生産性が向上するという利点を有している。一方、製品能力を向上させようと粉砕機への被処理物の供給速度を上昇させると、粉砕機内の温度が上昇するという問題がある。また、細かい粒径の粉砕品を得るためにロータの回転速度を上昇させたり、あるいはロータの回転速度はそのままでロータとライナとの隙間を小さくしたりすると、粉砕機内の温度が上昇する。粉砕機内の温度上昇は、とりわけ熱の影響を受け易い被処理物、例えば食品や樹脂などにおいて問題となる。そのため、単にロータ外周をロータ内部を循環する冷媒で冷却する構成だけでは不十分であり、改良が求められていた。
【０００６】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、温度上昇を抑え、かつ粉砕品をより高い製品能力で得ることができる粉砕装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の請求項１に係る発明は、円筒状の内面を備えたケーシングと、前記ケーシングの軸心周りで回転駆動されるロータと、前記ケーシングの軸心方向の一端に設けた供給口から他端に設けた排出口に向かう粉体搬送用の気流を形成する気流形成手段とを備え、前記ロータは、前記供給口側に面し外周に複数のハンマが取り付けられた第一粉砕部と、前記排出口側に面し外周に凹凸部が形成された第二粉砕部とを有し、少なくとも前記第二粉砕部のロータ内部には冷媒流路が形成されており、かつ前記第二粉砕部の凹凸部は前記ロータの周方向に沿って延出された環状の切り欠き部によって軸心方向に分割されている点にある。
【０００８】
本発明の粉砕装置では、被処理物は第一粉砕部において粗粉砕された後、ケーシング内を流れる気流によって第二粉砕部へ運ばれさらに粉砕される。このとき、第二粉砕部のロータの凹凸部が周方向に沿って延出された環状の切り欠き部によって軸心方向に分割されていることで、ケーシング内を流れる気流および被処理物が第二粉砕部のロータと接触する面積が増加し、気流および被処理物がロータ内部を流れる冷媒によって効果的に冷却される。
従って、粉砕装置内の温度上昇を抑制するとともに、粉砕品をより高い製品能力で得ることが可能となった。
【０００９】
本発明の請求項２に係る発明は、前記第一粉砕部のロータの直径を前記第二粉砕部のロータの直径よりも小さくし、前記第一粉砕部のロータと前記第二粉砕部のロータとの間に段差を形成させる点にある。
【００１０】
本構成であれば、ケーシング内を流れる気流および被処理物が第二粉砕部のロータと接触する面積が増加し、気流および被処理物がロータ内部を流れる冷媒によってさらに効果的に冷却される。
【００１１】
また、本構成であれば、第一粉砕部から第二粉砕部への被処理物の過度の流出が抑制される。さらに、第一粉砕部で粗粉砕された被処理物のうち粒径の大きな被処理物は、第一粉砕部のロータと第二粉砕部のロータとの段差に衝突して第一粉砕部へ戻され、再度第一粉砕部で粉砕される。
従って、第一粉砕部で十分粉砕されず粒径が大きいままの被処理物が第二粉砕部に容易に移動することを防止できるため、粒径が大きいままの被処理物が粉砕品中に混入することを防止できる。さらに、第一粉砕部で十分粉砕された被処理物が第二粉砕部へ移動することになるため、第二粉砕部におけるロータの負荷動力を軽減することができ、製品能力を向上させることができる。
【００１２】
本発明の請求項３に係る発明は、前記ケーシングの内部には、第二の冷媒流路が形成されている点にある。
【００１３】
本構成であれば、ケーシング内面もケーシング内部の冷却用流路を流れる冷媒によって冷却されるので、さらに高い冷却効果を得ることができる。
【００１４】
本発明の請求項４に係る発明は、少なくとも前記第二粉砕部のロータと対向する前記ケーシングの内面には凹凸部が形成されている点にある。
【００１５】
本構成であれば、被処理物が第二粉砕部のロータに対向するケーシング内面の凹凸部に衝突することで、さらに効率的に粉砕され製品能力を向上させることができる。
【００１６】
本発明の請求項５に係る発明は、前記ハンマは、ピン状のハンマで構成されている点にある。
【００１７】
本構成であれば、ハンマの回転に伴って発生する空気摩擦による発熱を抑えることができる。
【００１８】
本発明の請求項６に係る発明は、前記ケーシングには、前記ケーシングの内部に気体を導入するための気体供給口が設けられている点にある。
【００１９】
本構成であれば、ケーシング外周からケーシングの内部に冷却気体を吹き込むことができるため、さらに高い冷却効果を得ることができる。
【００２０】
本発明の請求項７に係る発明は、少なくとも前記ケーシング内面の前記第一粉砕部と前記第二粉砕部との間の位置に堰が設けられている点にある。
【００２１】
本構成であれば、第一粉砕部から第二粉砕部への被処理物の過度の流出が抑制される。さらに、第一粉砕部で十分粉砕されずに粒径の大きいままの被処理物が堰に衝突し、第一粉砕部へ戻され再粉砕される。
従って、第一粉砕部で十分粉砕されず粒径が大きいままの被処理物が第二粉砕部に容易に移動することを防止できるため、粒径が大きいままの被処理物が粉砕品中に混入することを防止できる。さらに、第一粉砕部で十分粉砕された被処理物が第二粉砕部へ移動することになるため、第二粉砕部におけるロータの負荷動力を軽減することができ、製品能力を向上させることができる。
【００２２】
本発明の請求項８に係る発明は、前記第一粉砕部のロータの前記供給口側の側面にもハンマが形成されている点にある。
【００２３】
本構成であれば、第一粉砕部のロータの供給口側の側面でも被処理物を粉砕することが可能になるため、効率的な粉砕が可能となり、製品能力を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明による粉砕装置を示す一部破断斜視図である。
【図２】本発明による粉砕装置の構成を示す断面図である。
【図３】ライナとケーシングのユニットを示す斜視図である。
【図４】ケーシングの別実施形態を示す斜視図である。
【図５】ロータとライナの凹凸部の形状を示す説明図である。
【図６】別の実施形態の粉砕装置を示す一部破断斜視図である。
【図７】別の実施形態の粉砕装置の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明の粉砕装置を図１および図２に沿って説明する。
粉砕装置１は概して円筒状の内面を備えたケーシング２を有する。ケーシング２は、複数の脚部２Ｓに支持された外筒部２ａと、外筒部２ａの内側に同心状に配置されたライナ２ｂと、ライナ２ｂによって囲まれた空間を両端で閉じる一対の側壁部２ｃ、２ｄとを有する。外筒部２ａとライナ２ｂの間は後述する冷媒や気体を流すための空間を構成している。
【００２６】
ライナ２ｂの内側には、一つのロータ２０が回転自在に支持されている。ライナ２ｂの内面には被処理物を粉砕するための凹凸部２Ｇが設けられている。ロータ２０はモータＭによって高速で矢印Ａ方向に回転駆動される。
【００２７】
ケーシング２の軸心Ｘ方向の一端には、原料と気体をともに受け入れる供給口３が設けられ、他端には粉砕された粉砕品を気体と共に排出するための排出口４が設けられている。供給口３は平面視において軸心Ｘから側方に変位した位置に設けられており、排出口４は平面視において軸心Ｘから供給口３とは反対側の側方に変位した位置に設けられている。供給口３及び排出口４は特にロータ２０の外周面に対する接線寄りに設けられている。
【００２８】
排出口４にはブロワ３０が接続されており、ブロワ３０と排出口４の間には粉砕された粉砕品を粒径範囲毎に回収するための分級機３１が介装されている。分級機３１とブロワ３０との間には微細な粉砕品を回収するための集塵機３２が介装されている。集塵機３２としては、一般にバグフィルタとよばれるものやサイクロンなどが好適に使用できる。
【００２９】
ブロワ３０によって形成された気流は、供給口３からライナ２ｂの内周面とロータ２０の外周面との間隙を経て、排出口４から排出され、集塵機３２を通過することで、被処理物をケーシング２内で供給口３から排出口４に向かって搬送し、最終的に集塵機３２に到達させる。なお、分級機３１は必要に応じて用いるものとし、分級機３１を用いることなく直接集塵機３２で粉砕品を全量回収するようにしてもよい。また、排出口４から排出された粉砕品を更なる微粉砕装置に供給して粉砕し、さらに細かい粉砕品を得ることもできる。
分級機３１で回収された分級粗粉砕品を粉砕装置１に戻して再粉砕し、集塵機３２で回収されたものを製品とすることも可能であり、あるいは、集塵機３２で回収された粉砕品をさらに別の分級機によって微細な粉砕品を除去したものを製品とすることもできる。
【００３０】
また、粉砕品のうち粒径の粗い粗粉と粒径の細かい微粉とを除去したものを製品とすることもできる。この場合、分級機３１として、例えば１台で粗粉と微粉とを除去できる分級機を用いて分級することが考えられる。また、別の方法としては、２台以上の分級機を用い、前段の分級機では粉砕品のうち粒径の粗い粗粉を取り除き、後段の分級機では前段の分級機から排出された粉砕品のうち粒径の細かい微粉を取り除くようにすることもできる。
【００３１】
分級機３１としては、例えば羽根車型分級機であるミクロンセパレータ、ターボプレックス、ＴＳＰセパレータ、ＴＴＳＰセパレータ（以上、ホソカワミクロン株式会社製）、エルボジェット（日鉄鉱業株式会社製）、サイクロン式セパレータ、振動篩などが好適に使用でき、これらは目的とする粉砕品の粒径によって適宜選択される。
【００３２】
なお、粉砕装置１内に導入される気体は、空気、二酸化炭素、窒素、アルゴンもしくはヘリウムまたはそれらの混合気体などが好適に使用できる。また、それらの気体は除湿機や加湿機などにより調湿したものを用いることもできる。
【００３３】
供給口３および排出口４には、それぞれ供給口３から導入される気体および排出口４から排出される気体の温度を測定するための温度センサ１２（１２ａ、１２ｂ）が取り付けられている。供給口３および排出口４に温度センサ１２を設けることで、ケーシング２内の温度を維持管理することができる。温度センサ１２は供給口３および排出口４だけでなく、軸心Ｘに沿ったケーシング２の複数箇所に設け、ライナ２ｂの凹凸部２Ｇと後述するロータ２０の粉砕刃との間に形成される粉砕ゾーンを直接測定するようにしてもよい。このようにすることで、より正確な温度管理が可能となる。
【００３４】
ケーシング２内の温度を維持管理する方法としては、例えば、排出口４に設けられた温度センサ１２ｂに上限温度を設定しておき、その上限温度を超えた場合には、供給口３から導入される冷却気体やライナ２ｂを冷却するための冷媒あるいはロータ２０を冷却するための冷媒の流量を増やしたり、冷媒の温度を下げて排出気体の温度が上限温度以下になるように制御する。また、別の制御方法としては、排出気体の温度が上限温度以上にならないように供給口３から導入される原料の供給速度を制御することも可能である。
なお、温度センサ１２としては公知のものを使用することができる。
【００３５】
（ロータの構成）
ロータ２０は、モータＭによって回転駆動されるシャフト２０Ｓと、シャフト２０Ｓに外嵌された複数の環状のロータピースとを有する。この実施形態では、ロータピースとしては、最も供給口３寄りに設けられ、後述するロータピース２０Ｐｂおよび２０Ｐｃよりもロータの直径が小さく、かつ軸心Ｘと交差する両端面が概して単純な平面で構成されたロータピース２０Ｐａと、軸心Ｘと交差する一方の面から外径の小さな小径円柱部２３が排出口４側に突出形成された１つのロータピース２０Ｐｂと、最も排出口４寄りに設けられ、軸心Ｘと交差する両端面が概して単純な平面で構成されたロータピース２０Ｐｃとから構成されている。なお、この実施形態では、ロータ２０を各ロータピースに分割して構成しているが、各ロータピースに分割せず一体物で構成してもよい。
【００３６】
ロータピース２０Ｐａの外周には粉砕刃として複数の円柱状のピンハンマ２０Ｇａが形成され、小径円柱部２３を除くロータピース２０Ｐｂの外周とロータピース２０Ｐｃの外周には粉砕刃として凹凸部２０Ｇｂが形成されている。すなわち、ロータ２０には、ロータピース２０Ｐａによる第一粉砕部と、ロータピース２０Ｐｂ、２０Ｐｃによる第二粉砕部が構成される。また、ロータピース２０Ｐｂとロータピース２０Ｐｃによって構成される第二粉砕部の凹凸部２０Ｇｂは、１つの環状の切り欠き部２４によって分割されていることになる。
【００３７】
上述したように、ロータピース２０Ｐａのロータの直径はロータピース２０Ｐｂのロータの直径よりも小さいため、ロータピース２０Ｐａとロータピース２０Ｐｂとの間には段差が形成されることになる。この段差は堰の役割をし、第一粉砕部で粉砕された被処理物のうち粒径の大きな粉体が容易に第二粉砕部へ移動しないようにしている。
【００３８】
ロータ２０のシャフト２０Ｓは、側壁部２ｃ、２ｄの中心に配置された一対のベアリング２２ａ、２２ｂを介して回転自在に支持されている。
【００３９】
ロータ２０の内部には、冷媒流路２１が密閉状に形成されている。冷媒流路２１は、第１ベアリング２２ａに支持されたシャフト２０Ｓの第１端部２０Ｓａから、ロータピース２０Ｐａ、２０Ｐｂ、２０Ｐｃの内部に形成された環状の冷媒流路２１を経て、第２ベアリング２２ｂに支持されたシャフト２０Ｓの第２端部２０Ｓｂまで延出されている。
【００４０】
冷媒流路２１は、それぞれのロータピース２０Ｐａ、２０Ｐｂ、２０Ｐｃの内部では円周状に延びる環状流路２１Ｒを形成しており、互いに隣接するロータピース２０Ｐａとロータピース２０Ｐｂ、ロータピース２０Ｐｂとロータピース２０Ｐｃの環状流路２１Ｒ同士はシャフト２０Ｓよりも僅かに径方向外側の位置で軸心Ｘと平行に延出された１本の冷媒流路２１によって接続されている。
【００４１】
第１端部２０Ｓａから冷媒流路２１に冷水などの冷媒を送り込み、第２端部２０Ｓｂから排出される暖められた冷媒を熱交換器３３で冷却して再び第１端部２０Ｓａに向けて送り出すポンプＰが設けられている。
【００４２】
なお、第一粉砕部のロータピース２０Ｐａの内部には必ずしも冷媒流路２１および環状流路２１Ｒを形成しなくともよく、第１端部２０Ｓａから冷媒流路２１を通して直接第二粉砕部のロータピース２０Ｐｂに冷媒を送り込むようにしてもよい。
【００４３】
ライナ２ｂ側の凹凸部２Ｇは、概してロータ２０の粉砕刃が位置する領域に設けられており、ライナ２ｂの最も供給口３寄りの位置と、ライナ２ｂの最も排出口４寄りの位置には、ロータ２０の粉砕刃もライナ２ｂの凹凸部２Ｇも存在しないバッファ空間Ｖ１、Ｖ２が設けられている。
【００４４】
（ライナの構成）
外筒部２ａとライナ２ｂの間の空間は、ライナ２ｂを冷水などの冷媒によって冷却するための第２の冷媒流路８を形成している。冷媒流路８は水平に延出された隔壁によって、周方向に並ぶ３領域に分割されている。冷媒流路８には、冷媒流路２１と共通のポンプＰおよび熱交換器３３を含む冷媒回路３４によって冷媒が循環される。
【００４５】
この実施形態では、ロータ２０内の冷媒流路２１とケーシング２内の冷媒流路８のいずれについても、冷媒が供給口３から排出口４に近づく向きに流されるようにポンプＰの向きおよび冷媒回路３４の配置を設定しているが、被処理物の特性や気体導入手段などの使用方法に応じて、冷媒が逆向きの流れとなる形態で実施してもよい。
【００４６】
ケーシング２とライナ２ｂは軸心Ｘに沿って並置された複数のブロックに区分することができ、さらにその１つのブロックを、図３に例示されるように、周方向にも複数の小ブロックに区分することができる。
図３の例では個々のブロックは周方向に沿って隣接並置される４つの小ブロックに区分することができ、個々の小ブロックは、函状のケーシング片９と、ケーシング片９の径方向内側に設けられた開口部９Ａを閉鎖するライナ片１０とで構成されている。
【００４７】
ケーシング片９の開口部９Ａは湾曲した短形状を呈し、開口部９Ａを構成する縁部の径方向内側を向いた端面に形成されたシール溝９Ｂには、環状の弾性シール１１が係入されている。
ライナ片１０は、ライナ片１０の４つのコーナーを含む６箇所に形成された貫通孔１０Ｈ、及び、ケーシング片９の貫通孔９Ｈを介して、ボルトとナットなどでケーシング片９に固定される。固定に際して、ボルトとナットを締め付けていくと、弾性シール１１がライナ片１０の滑らかな外周面に押し付けられることで、ケーシング片９の内部空間が密閉される。
【００４８】
個々のケーシング片９には、第２の冷媒流路８を構成する入力ポート２Ｐａと出力ポート２Ｐｂとが周方向に離間して配置されており、ライナ片１０の内周面には凹凸部２Ｇが一体的に加工形成されている。
第２の冷媒流路８はケーシング片９とライナ片１０とで囲まれた空間Ｓによって構成されているため、冷媒はライナ片１０の外周面と直に接触することで、ライナ２ｂの凹凸部２Ｇの付近に対しても高い冷却効果が得られる。
【００４９】
ケーシング片９とライナ片１０とで囲まれた空間Ｓの中で、冷媒が入力ポート２Ｐａから出力ポート２Ｐｂへと最短距離でショートカットする現象を防止する手段として、図４に例示するように、ケーシング片９の内周面に複数のフィン状の邪魔板９Ｓを設けてもよい。
【００５０】
図４に示す例では、ケーシング片９の内周面の周方向の内寸よりも短い２枚の邪魔板９Ｓが、円周方向に沿って延出し、かつ、軸心方向に互いに離間するように、かつ、一方の邪魔板９Ｓは周方向の一方側のみで流路を開放し、他方の邪魔板９Ｓは周方向の他方側のみで流路を開放するように配置されている。
【００５１】
このようにして邪魔板９Ｓによって長さの増大した流路の一端と他端に入力ポート２Ｐａと出力ポート２Ｐｂとが各々配置されている。以上の構成により、入力ポート２Ｐａから空間Ｓ内に流れ込んだ冷媒は空間Ｓ内の全体を隅々まで通過しながら出力ポート２Ｐｂから排出されるため、ライナ片１０の全面が冷媒によって均等に冷却され易くなる。
【００５２】
なお、ケーシング２やライナ２ｂは必ずしも分割構造とする必要はないが、上記のように分割構造とすることで、メンテナンスが容易となる。
【００５３】
（ロータ２０の粉砕刃およびライナ２ｂの凹凸部２Ｇの構成）
図１および図２には、ロータピース２０Ｐａのピンハンマ２０Ｇａを例示している。軸心Ｘに沿って互いに間隔をあけて並置されたピンハンマ２０Ｇａが、ロータピース２０Ｐａ全周にわたって形成されている状態を示している。また、円周方向に隣接するピンハンマ２０Ｇａ同士は、軸心Ｘ方向に位置をずらして形成されている。このように、円周方向に隣接するピンハンマ２０Ｇａ同士を軸心Ｘ方向に位置をずらして形成することで、供給口３から供給された被処理物がピンハンマ２０Ｇａに衝突する確率が高くなるため、粉砕されないままピンハンマ２０Ｇａ間をすり抜けて第二粉砕部へ移動することを防止できる。
【００５４】
ピンハンマ２０Ｇａのロータピース２０Ｐａへの取り付けは、ロータピース２０Ｐａの内側からピンハンマ２０Ｇａを嵌め込んで固定する方法や、溶接またはねじ込みによって固定する方法などが挙げられる。
【００５５】
ライナ２ｂの凹凸部２Ｇの凸部と、ロータピース２０Ｐａのピンハンマ２０Ｇａの先端との半径方向での間隙Ｄａの平均値は、例えば約１．５ｍｍに設定すればよく、ピンハンマ２０Ｇａの直径、数、長さは適宜変更可能である。また、ピンハンマの形状は円柱状に限らず、四角形や六角形などの角形状であってもよい。ピンハンマは、回転時の気体摩擦による発熱を小さくできるため、気流の温度上昇を小さくできる点で有効である。なお、被処理物が無機物や熱硬化性樹脂などの熱の影響を受けにくい物質の場合や、第一粉砕部において被処理物の冷却が十分できる場合、ハンマはピンハンマに限らずブロック状のハンマを用いることもできる。ハンマの材質は被処理物に合わせて適宜選定すればよい。
【００５６】
次に、凹凸部２Ｇ、２０Ｇｂについて述べる。
図５（ａ）（ｂ）は凹凸部２Ｇ、２０Ｇｂの断面形状を例示している。凹凸部２Ｇ、２０Ｇｂは、軸心Ｘに沿って平行に設けられている。図５（ａ）（ｂ）から理解されるように、ライナ２ｂ側の凹凸部２Ｇの凸部とロータ２０側の凹凸部２０Ｇｂの凸部とは、いずれも左右非対称の形状を備え、ロータ２０の回転方向（矢印Ａ）について、基本的に傾斜の緩やかな側が相対移動方向の前方となるように構成されている。
【００５７】
図５（ａ）に示されるライナ２ｂの凹凸部２Ｇの寸法の具体例は、Ｌｈ１：１．５ｍｍ、Ｌｃ１：０．３ｍｍ、Ｌｃ２：１．５５ｍｍ、Ｌｃ３：０．４５ｍｍである。また、ロータ２０の凹凸部２０Ｇｂの寸法の具体例は、Ｒｈ１：２．５ｍｍ、Ｒｃ１：０．３ｍｍ、Ｒｃ２：２．５ｍｍ、Ｒｃ３：０．６ｍｍである。
【００５８】
図５（ｂ）に示すライナ２ｂ側の凹凸部２Ｇでは、冷却効率を高めるなどの目的で、従来の凹凸部２Ｇのパターンを示す図５（ａ）に比べて、凹凸部２Ｇの数を半分に減らすことで、凹凸部２Ｇの凸部と、２０Ｇｂの凸部との間の間隙Ｄｂを変更することなく、両凹凸部２Ｇ、２０Ｇｂ間の空間体積を効果的に増大させている。
この場合の寸法の具体例は、Ｌｈ２：３．０ｍｍ、Ｌｃ４：２．６ｍｍである。
上記の特徴的な凹凸部２Ｇの構成を、ライナ２ｂ側の凹凸部２Ｇではなく、ロータ２０側の凹凸部２０Ｇｂに対して適用することも可能である。
【００５９】
上記の数値は一つの好適例に過ぎず、被処理物の物性や目標とする粉砕後の粒径などに応じて適宜変更される。さらに、凹部の断面形状を図５に示す短形ではなく内側に開いた円弧状など実質的にコーナー部のない湾曲状としてもよい。
【００６０】
ライナ２ｂの凹凸部２Ｇの凸部と、ロータピース２０Ｐｂ、２０Ｐｃの凹凸部２０Ｇｂの凸部との半径方向での間隙Ｄｂの軸心Ｘ方向の全長における平均値は、約０．８ｍｍ〜約５．０ｍｍの範囲で設定でき、通常は約１ｍｍ〜約２ｍｍ前後に設定される。間隙Ｄｂは、供給口３側から排出口４側に向けて次第に小さくなるようにすることも可能である。
【００６１】
一般的には、間隙Ｄａ、Ｄｂを狭くすれば得られる粉砕品の粒径は小さくなり、間隙Ｄａ、Ｄｂを広く設定すれば得られる粉砕品の粒径は大きくなる傾向にある。なお、上記数値範囲はあくまでも目安であり、被処理物の特性や目的の粒径などに応じて様々に変更して実施することができる。
【００６２】
また、ロータピース２０Ｐａのピンハンマ２０Ｇａと対向するライナ２ｂ内面には、凹凸部２Ｇを形成しないことも可能である。
ライナ２ｂの凹凸部２Ｇの凸部と、ロータピース２０Ｐａのピンハンマ２０Ｇａ先端との半径方向での間隙Ｄａ、ロータピース２０Ｐｂ、２０Ｐｃの凹凸部２０Ｇｂの凸部との半径方向での間隙Ｄｂの他、凹凸部の数、形状、凹部の深さなどをロータピース毎に変えることも可能である。
【００６３】
ライナ２ｂの内面の凹凸部２Ｇ、ロータピース２０Ｐａのピンハンマ２０Ｇａ、ロータピース２０Ｐｂ、２０Ｐｃの外周面の凹凸部２０Ｇｂは、磨耗性のある原料に対しても適応可能なように、ハードクロムメッキによって耐磨耗処理されている。ハードクロムメッキの他に耐磨耗処理の好適な例としては、炭化タングステン溶射、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウムまたは窒化珪素などのセラミックス溶射、その他カナック処理などが挙げられる。
また、ライナ２ｂやピンハンマ２０Ｇａ自体を、炭化タングステンなどの超硬合金や、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウムまたは窒化珪素などのセラミックスで作製することも可能である。
【００６４】
ロータ２０の表面およびライナ２ｂの表面を、例えばバフ研磨や電解研磨することもできる。これら表面研磨をすることで、ロータ２０の表面あるいはライナ２ｂの表面が平滑になるため、原料の付着が軽減され、洗浄しやすくなる。
なお、ロータ２０あるいはライナ２ｂの表面粗さの好適な一例として、算術平均粗さＲａ＝０．２μm〜６．３μm、より好ましくはＲａ＝０．２μm〜１．５μmとするのがよい。
【００６５】
（気体導入手段の構成）
粉砕装置１は、図６および図７に示すように、供給口３とは別の、軸心Ｘに沿った中間位置においてライナ２ｂの内部に気体を導入する気体導入手段を備えていてもよい。その場合、気体導入手段は、ロータピース２０Ｐａとロータピース２０Ｐｂとの境界に相当する位置と、軸心Ｘに沿った切り欠き部２４に相当する位置において、外筒部２ａとライナ２ｂの間の空間を円周状に仕切ることで形成した２つの環状の気体流路５ａ、５ｂと、この気体流路５ａ、５ｂと連通するように外筒部２ａの上下に設けた４つの気体供給函６（６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ）とを有し、気体流路５ａ、５ｂは、ライナ２ｂの一部を円周状に切り欠いた環状スリット７によってライナ２ｂの内部と連通するように設けられる。
供給口３寄りに位置する上下の２つの気体供給函６ａ、６ｂは共通の一方の気体流路５ａに連通し、同様に、排出口４寄りに位置する上下の２つの気体供給函６ｃ、６ｄは他方の気体流路５ｂに連通するように設けられる。
【００６６】
軸心Ｘを含む平面によってライナ２ｂを切った断面視において、環状スリット７は軸心Ｘの径方向に対して排出口４側に向けて傾斜して延びている。環状スリット７の傾斜角度は例えば１５°〜２０°とすればよい。
【００６７】
なお、環状スリット７は傾斜せずロータ２０径方向に向かって延びていてもよいし、あるいは逆方向に傾斜していてもよいが、被処理物が排出口４に向かって移動しながら進行する粉砕過程であることを考えると、排出口４側に向けて傾斜しているほうが望ましい。
【００６８】
前述のブロワ３０によって、供給口３以外に、４個の気体供給函６を介して環状スリット７からもライナ２ｂの内部に冷却気体が導入される。排出口４から排出される気体の量は、供給口３および４個の気体供給函６からライナ２ｂの内部に導入される気体の総量と一致する。４個の気体供給函６の各外端部には外気と連通する開口面積を調節可能な調整弁（図示省略）が設けられており、この調整弁の開度を調節することで、各気体供給函６から導入される気体の量を変更できる。また、調整弁の開度を調節することで、供給口３から導入される気体の量と、４個の気体供給函６から導入される気体の総量との比率も変更できる。
【００６９】
ただし、一般的な運転方法では、ライナ２ｂの内部に導入される気体の総量の約１／３が供給口３から導入され、同じく約１／３が供給口３寄りの気体供給函６ａ、６ｂから導入され、残りの約１／３が排出口４寄りの気体供給函６ｃ、６ｄから導入される。
【００７０】
このように、ケーシング２の途中からライナ２ｂ内部に気体を導入して凹凸部２Ｇと、ピンハンマ２０Ｇａおよび凹凸部２０Ｇｂとの間に気体を通流させることで、凹凸部２Ｇとピンハンマ２０Ｇａおよび凹凸部２０Ｇｂ付近を積極的に冷却することができ、軸心Ｘに沿って排出口４側に向かって温度が高くなることをさらに抑えることができる。
【００７１】
図６および図７では、第二粉砕部側での冷却気体の導入を切り欠き部２４に対向する箇所に設けているが、冷却気体の導入は必ずしも切り欠き部２４に対向する箇所からでなくてもケーシング２内の冷却効果を得ることはできる。しかし、ロータ２０の切り欠き部２４に対向する箇所から冷却気体を導入するほうが、切り欠き部２４付近の被処理物を積極的に冷却でき、さらに切り欠き部２４内で気流と被処理物を攪拌させることで、切り欠き部２４内の被処理物が切り欠き部２４に位置するロータ２０の端面を介してロータ２０内部の冷媒によって効果的に冷却されるため、望ましい実施形態である。
【００７２】
図７に示すように、ロータピース２０Ｐａの供給口３側の側面にピンハンマ２０Ｇａを設ける構成としてもよい。このような構成とすることで、ロータピース２０Ｐａの供給口３側の側面でも被処理物を粉砕することができ、生産性が向上する。
【００７３】
その他、ライナ２ｂ内面からシャフト２０Ｓの軸中心方向に向けて延びる環状の堰１３を、ロータピース２０Ｐａとロータピース２０Ｐｂとの間の位置および／または切り欠き部２４に対向する位置に設けてもよい。堰１３の高さ（ケーシング２内面からの突出寸法）は、被処理物の性質や運転条件に応じて適宜設定可能である。また、必要により堰１３の一部を切り欠いたり、あるいは複数の開孔を設けてもよい。そして、堰１３の断面形状については、短形状、三角形状または先端が排出口４側に向けて傾斜する形状に形成することができる。
なお、ライナ２ｂに環状スリット７が設けられている場合には、環状スリット７の位置から軸心Ｘ方向前後にずらして堰１３を設ければよい。
【００７４】
ロータピース２０Ｐａとロータピース２０Ｐｂとの間の位置に堰１３ａを設けた場合には、被処理物が過度に第二粉砕部へ流出することを防止できる。さらに、切り欠き部２４に対向する位置に堰１３ｂを設けた場合には、被処理物が過度にロータピース２０Ｐｃへ流出することを防止できるだけでなく、気流や被処理物が堰１３ｂによって切り欠き部２４へ導かれ、ロータピース２０Ｐｂ、２０Ｐｃの側面に接触し効果的に冷却されるという効果も得られる。
【００７５】
本発明による粉砕装置は、鉱物、食品、樹脂などの粉砕に好適に使用でき、特に熱によって変質し易い原料の粉砕に効果的である。そのような熱によって変質し易い原料の一つとして、トナー（コピー機やレーザプリンタで紙の着色に使われる微細な粉末状のインク）が挙げられる。以下に、トナーの製造工程について説明する。
【００７６】
トナーは原料である結着樹脂、着色剤、荷電制御剤を混合し、例えばエクストルーダのような混練機で溶融混練した後、冷却固化させ、これを粉砕および分級して所望の粒径範囲になったものを製品とする。以上が基本的なトナーの製造工程であるが、微粉砕から分級を経て製品化される間に更なる処理工程が入ることが多い。すなわち、粉砕後の微粉または分級後の微粉は、そのまま或いは球形化および／または表面改質された後で外添され製品となる。なお、粗粉砕と微粉砕との間の他、球形化、表面改質、および外添の前後に分級工程（粗粉分級または微粉分級）を入れることもある。
【００７７】
次に、粉砕工程と分級工程について説明する。粗粉砕したトナーは、微粉砕した後、分級機で粗粉と微粉とに分級する。ここで、微粉を製品とする場合は、粗粉は微粉砕機に戻して再度粉砕する。微粉砕機によっても、微粉が所定の粒径に達しない場合は、更なる微粉砕が可能な超微粉砕機により粉砕する。所定の粒径範囲の微粉を得るために、適切な分級機を使用して分級が行われる。分級後の微粉から所定の粒径範囲のものを得る場合は、さらに別の分級機で分級した後、所定粒径以下の微粉を除去し、残った微粉（中粉）を製品とする場合もある。
【００７８】
また、粉砕または分級によって得られたトナーに対して、さらに以下の表面処理工程を行なうこともある。すなわち、トナー粒子を球形化したり、粒子表面に他の微粒子を外添または埋め込んで表面改質させる。他の微粒子（外添剤）としては、シリカ、酸化チタン、ステアリン酸マグネシウムなどが挙げられる。通常、外添剤は最終製品化の手前の段階で行われるものであるが、場合によっては外添を分級や球形化の前後に入れることもある。例えば、球形化や表面処理の後に分級工程（粗粉分級または微粉分級）を入れることにも対応可能である。上記トナー製造工程における一通りの粉砕・分級工程以降については、各工程の順序の入れ替え、工程の追加あるいは省略なども、製品の目的や処理条件などに応じて適宜変更可能である。
【００７９】
以上のように、トナーを製造するための最も基本的なフローは、（原料）→（混合）→（冷却固化）→（粉砕／分級）→（製品）と表現できるが、（粉砕／分級）のより具体的な工程としての粗粉砕、微粉砕、超微粉砕、分級、表面処理、外添の各処理工程に使用可能な装置として、下記のようなものがある。
【００８０】
粗粉砕に用いられる装置として、ハンマミル、ピンミルなどがあり、その具体的な商品名の例として、パルペライザ（ホソカワミクロン株式会社製）、ＡＣＭパルペライザ（ホソカワミクロン株式会社製）、本発明の粉砕装置などが挙げられる。
【００８１】
微粉砕に用いられる装置として、ジェットミル（気流式粉砕機）、機械式粉砕機などがあり、具体的な商品名として、ＡＣＭパルペライザ（ホソカワミクロン株式会社製）、イノマイザ（ホソカワミクロン株式会社製）、グラシス（ホソカワミクロン株式会社製）、ターボミル（フロイント・ターボ株式会社製）、本発明の粉砕装置などが挙げられる。
【００８２】
超微粉砕に用いられる装置として、ジェットミル（気流式粉砕機）、機械式粉砕機などがあり、具体的な商品名の例として、ジェットミル（ホソカワミクロン株式会社製）、グラシス（ホソカワミクロン株式会社製）、ターボミル（フロイント・ターボ株式会社製）などが挙げられる。
【００８３】
分級に用いられる装置として、慣性気流式分級機、回転羽式分級機などがあり、具体的な商品名として、ターボプレックス（ホソカワミクロン株式会社製）、ＴＳＰセパレータ（ホソカワミクロン株式会社製）、ＴＴＳＰセパレータ（ホソカワミクロン株式会社製）、ターボクラシファイア（日清エンジニアリング株式会社製）、エルボジェット（日鉄鉱業株式会社製）などが挙げられる。
【００８４】
表面処理に用いられる装置として、球形化／表面改質装置、球形化装置、表面改質装置などがあり、具体的な商品名として、メカノフュージョン（ホソカワミクロン株式会社製）、ノビルタ（ホソカワミクロン株式会社製）、サイクロミックス（ホソカワミクロン株式会社製）、ファカルティ（ホソカワミクロン株式会社製）、ヘンシェルミキサ（日本コークス工業株式会社製）、コンポジ（日本コークス工業株式会社製）、メカノハイブリッド（日本コークス工業株式会社製）、熱球形化装置などが挙げられる。また、本発明の粉砕装置も粉砕刃の形状を適宜選択することによって、表面処理装置として使用することもできる。
【００８５】
外添に用いられる装置として外添剤混合機があり、具体的な商品名として、メカノフュージョン（ホソカワミクロン株式会社製）、ノビルタ（ホソカワミクロン株式会社製）、サイクロミックス（ホソカワミクロン株式会社製）、ファカルティ（ホソカワミクロン株式会社製）、ヘンシェルミキサ（日本コークス工業株式会社製）、コンポジ（日本コークス工業株式会社製）、メカノハイブリッド（日本コークス工業株式会社製）、などが挙げられる。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明は、鉱物、食品、樹脂の粗粉砕、中粉砕または微粉砕に好適に使用でき、その中でも特に熱の影響を受けやすい被処理物の粉砕に効果的である。
【符号の説明】
【００８７】
１ 粉砕装置
２ ケーシング
２ａ 外筒部
２ｂ ライナ
２ｃ 側壁部
２ｄ 側壁部
２Ｇ 凹凸部
２Ｐａ 入力ポート
２Ｐｂ 出力ポート
２Ｓ 脚部
３ 供給口
４ 排出口
５ 気体流路（気体導入手段、５ａ、５ｂ）
６ 気体供給函（６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ）
７ 環状スリット
８ 冷媒流路
９ ケーシング片
９Ａ 開口部
９Ｂ シール溝
９Ｈ 貫通孔
９Ｓ 邪魔板
１０ ライナ片
１０Ｈ 貫通孔
１１ 弾性シール
１２ 温度センサ（供給口３側温度センサ１２ａ、排出口４側温度センサ１２ｂ）
１３ 堰（１３ａ、１３ｂ）
２０ ロータ
２０Ｇａ ピンハンマ
２０Ｇｂ 凹凸部
２０Ｐａ ロータピース
２０Ｐｂ ロータピース
２０Ｐｃ ロータピース
２０Ｓ シャフト
２０Ｓａ 第１端部
２０Ｓｂ 第２端部
２１ 冷媒流路
２１Ｒ 環状流路
２２ａ 第一ベアリング
２２ｂ 第二ベアリング
２３ 小径円柱部
２４ 切り欠き部
３０ ブロワ
３１ 分級機
３２ 集塵機
３３ 熱交換器
３４ 冷媒回路
Ａ ロータ回転方向
Ｄａ 間隙
Ｄｂ 間隙
Ｍ モータ
Ｐ ポンプ
Ｘ 軸心
Ｖ１ バッファ空間
Ｖ２ バッファ空間
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉱物、食品、樹脂などを温度上昇を抑えながら効率よく粉砕できる粉砕装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一つのケーシング内に粗粉砕部と微粉砕部とを備えた粉砕機として、例えば特許文献１の粉砕機がある。
【０００３】
特許文献１では、同軸上に配列した、一次粉砕用の複数の回転打撃子（ハンマー）と粉流を制御する邪魔板を介して、二次粉砕用の少なくとも中心回転軸に取り付けられた凹凸を有する回転体からなる回転子と、該回転子表面と一定間隔を保持して回転子の周囲に配置されている凹凸を有する固定子とを具備する２つ以上の粉砕ゾーンを有した粗粉砕機が記載されている。さらに本粗粉砕機は、二次粉砕ゾーン以降の固定子および回転子の内部に冷媒流路を設け、粉砕時に発生する粉砕熱をコントロールしている。
本粗粉砕機により、シャープな粒度分布を有する微粒子トナーを効率的に低エネルギーで製造することができたとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４５９９２９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような粉砕機は、塊状といったある程度の大きさの被処理物の粗粉砕と微粉砕とを一つの粉砕機で行うことができるため、粉砕工程を簡略化することができ、生産性が向上するという利点を有している。一方、製品能力を向上させようと粉砕機への被処理物の供給速度を上昇させると、粉砕機内の温度が上昇するという問題がある。また、細かい粒径の粉砕品を得るためにロータの回転速度を上昇させたり、あるいはロータの回転速度はそのままでロータとライナとの隙間を小さくしたりすると、粉砕機内の温度が上昇する。粉砕機内の温度上昇は、とりわけ熱の影響を受け易い被処理物、例えば食品や樹脂などにおいて問題となる。そのため、単にロータ外周をロータ内部を循環する冷媒で冷却する構成だけでは不十分であり、改良が求められていた。
【０００６】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、温度上昇を抑え、かつ粉砕品をより高い製品能力で得ることができる粉砕装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の請求項１に係る発明は、円筒状の内面を備えたケーシングと、前記ケーシングの軸心周りで回転駆動されるロータと、前記ケーシングの軸心方向の一端に設けた供給口から他端に設けた排出口に向かう粉体搬送用の気流を形成する気流形成手段とを備え、前記ロータは、前記供給口側に面し外周に複数のハンマが取り付けられた第一粉砕部と、前記排出口側に面し外周に凹凸部が形成された第二粉砕部とを有し、少なくとも前記第二粉砕部のロータ内部には冷媒流路が形成されており、かつ前記第二粉砕部の凹凸部は前記ロータの周方向に沿って延出された環状の切り欠き部によって軸心方向に分割されている点にある。
【０００８】
本発明の粉砕装置では、被処理物は第一粉砕部において粗粉砕された後、ケーシング内を流れる気流によって第二粉砕部へ運ばれさらに粉砕される。このとき、第二粉砕部のロータの凹凸部が周方向に沿って延出された環状の切り欠き部によって軸心方向に分割されていることで、ケーシング内を流れる気流および被処理物が第二粉砕部のロータと接触する面積が増加し、気流および被処理物がロータ内部を流れる冷媒によって効果的に冷却される。
従って、粉砕装置内の温度上昇を抑制するとともに、粉砕品をより高い製品能力で得ることが可能となった。
【０００９】
本発明の請求項２に係る発明は、前記第一粉砕部のロータの直径を前記第二粉砕部のロータの直径よりも小さくし、前記第一粉砕部のロータと前記第二粉砕部のロータとの間に段差を形成させる点にある。
【００１０】
本構成であれば、ケーシング内を流れる気流および被処理物が第二粉砕部のロータと接触する面積が増加し、気流および被処理物がロータ内部を流れる冷媒によってさらに効果的に冷却される。
【００１１】
また、本構成であれば、第一粉砕部から第二粉砕部への被処理物の過度の流出が抑制される。さらに、第一粉砕部で粗粉砕された被処理物のうち粒径の大きな被処理物は、第一粉砕部のロータと第二粉砕部のロータとの段差に衝突して第一粉砕部へ戻され、再度第一粉砕部で粉砕される。
従って、第一粉砕部で十分粉砕されず粒径が大きいままの被処理物が第二粉砕部に容易に移動することを防止できるため、粒径が大きいままの被処理物が粉砕品中に混入することを防止できる。さらに、第一粉砕部で十分粉砕された被処理物が第二粉砕部へ移動することになるため、第二粉砕部におけるロータの負荷動力を軽減することができ、製品能力を向上させることができる。
【００１２】
本発明の請求項３に係る発明は、前記ケーシングの内部には、第二の冷媒流路が形成されている点にある。
【００１３】
本構成であれば、ケーシング内面もケーシング内部の冷却用流路を流れる冷媒によって冷却されるので、さらに高い冷却効果を得ることができる。
【００１４】
本発明の請求項４に係る発明は、少なくとも前記第二粉砕部のロータと対向する前記ケーシングの内面には凹凸部が形成されている点にある。
【００１５】
本構成であれば、被処理物が第二粉砕部のロータに対向するケーシング内面の凹凸部に衝突することで、さらに効率的に粉砕され製品能力を向上させることができる。
【００１６】
本発明の請求項５に係る発明は、前記ハンマは、ピン状のハンマで構成されている点にある。
【００１７】
本構成であれば、ハンマの回転に伴って発生する空気摩擦による発熱を抑えることができる。
【００１８】
本発明の請求項６に係る発明は、前記ケーシングには、前記ケーシングの内部に気体を導入するための気体供給口が設けられている点にある。
【００１９】
本構成であれば、ケーシング外周からケーシングの内部に冷却気体を吹き込むことができるため、さらに高い冷却効果を得ることができる。
【００２０】
本発明の請求項７に係る発明は、少なくとも前記ケーシング内面の前記第一粉砕部と前記第二粉砕部との間の位置に堰が設けられている点にある。
【００２１】
本構成であれば、第一粉砕部から第二粉砕部への被処理物の過度の流出が抑制される。さらに、第一粉砕部で十分粉砕されずに粒径の大きいままの被処理物が堰に衝突し、第一粉砕部へ戻され再粉砕される。
従って、第一粉砕部で十分粉砕されず粒径が大きいままの被処理物が第二粉砕部に容易に移動することを防止できるため、粒径が大きいままの被処理物が粉砕品中に混入することを防止できる。さらに、第一粉砕部で十分粉砕された被処理物が第二粉砕部へ移動することになるため、第二粉砕部におけるロータの負荷動力を軽減することができ、製品能力を向上させることができる。
【００２２】
本発明の請求項８に係る発明は、前記第一粉砕部のロータの前記供給口側の側面にもハンマが形成されている点にある。
【００２３】
本構成であれば、第一粉砕部のロータの供給口側の側面でも被処理物を粉砕することが可能になるため、効率的な粉砕が可能となり、製品能力を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明による粉砕装置を示す一部破断斜視図である。
【図２】本発明による粉砕装置の構成を示す断面図である。
【図３】ライナとケーシングのユニットを示す斜視図である。
【図４】ケーシングの別実施形態を示す斜視図である。
【図５】ロータとライナの凹凸部の形状を示す説明図である。
【図６】別の実施形態の粉砕装置を示す一部破断斜視図である。
【図７】別の実施形態の粉砕装置の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明の粉砕装置を図１および図２に沿って説明する。
粉砕装置１は概して円筒状の内面を備えたケーシング２を有する。ケーシング２は、複数の脚部２Ｓに支持された外筒部２ａと、外筒部２ａの内側に同心状に配置されたライナ２ｂと、ライナ２ｂによって囲まれた空間を両端で閉じる一対の側壁部２ｃ、２ｄとを有する。外筒部２ａとライナ２ｂの間は後述する冷媒や気体を流すための空間を構成している。
【００２６】
ライナ２ｂの内側には、一つのロータ２０が回転自在に支持されている。ライナ２ｂの内面には被処理物を粉砕するための凹凸部２Ｇが設けられている。ロータ２０はモータＭによって高速で矢印Ａ方向に回転駆動される。
【００２７】
ケーシング２の軸心Ｘ方向の一端には、原料と気体をともに受け入れる供給口３が設けられ、他端には粉砕された粉砕品を気体と共に排出するための排出口４が設けられている。供給口３は平面視において軸心Ｘから側方に変位した位置に設けられており、排出口４は平面視において軸心Ｘから供給口３とは反対側の側方に変位した位置に設けられている。供給口３及び排出口４は特にロータ２０の外周面に対する接線寄りに設けられている。
【００２８】
排出口４にはブロワ３０が接続されており、ブロワ３０と排出口４の間には粉砕された粉砕品を粒径範囲毎に回収するための分級機３１が介装されている。分級機３１とブロワ３０との間には微細な粉砕品を回収するための集塵機３２が介装されている。集塵機３２としては、一般にバグフィルタとよばれるものやサイクロンなどが好適に使用できる。
【００２９】
ブロワ３０によって形成された気流は、供給口３からライナ２ｂの内周面とロータ２０の外周面との間隙を経て、排出口４から排出され、集塵機３２を通過することで、被処理物をケーシング２内で供給口３から排出口４に向かって搬送し、最終的に集塵機３２に到達させる。なお、分級機３１は必要に応じて用いるものとし、分級機３１を用いることなく直接集塵機３２で粉砕品を全量回収するようにしてもよい。また、排出口４から排出された粉砕品を更なる微粉砕装置に供給して粉砕し、さらに細かい粉砕品を得ることもできる。
分級機３１で回収された分級粗粉砕品を粉砕装置１に戻して再粉砕し、集塵機３２で回収されたものを製品とすることも可能であり、あるいは、集塵機３２で回収された粉砕品をさらに別の分級機によって微細な粉砕品を除去したものを製品とすることもできる。
【００３０】
また、粉砕品のうち粒径の粗い粗粉と粒径の細かい微粉とを除去したものを製品とすることもできる。この場合、分級機３１として、例えば１台で粗粉と微粉とを除去できる分級機を用いて分級することが考えられる。また、別の方法としては、２台以上の分級機を用い、前段の分級機では粉砕品のうち粒径の粗い粗粉を取り除き、後段の分級機では前段の分級機から排出された粉砕品のうち粒径の細かい微粉を取り除くようにすることもできる。
【００３１】
分級機３１としては、例えば羽根車型分級機であるミクロンセパレータ、ターボプレックス、ＴＳＰセパレータ、ＴＴＳＰセパレータ（以上、ホソカワミクロン株式会社製）、エルボジェット（日鉄鉱業株式会社製）、サイクロン式セパレータ、振動篩などが好適に使用でき、これらは目的とする粉砕品の粒径によって適宜選択される。
【００３２】
なお、粉砕装置１内に導入される気体は、空気、二酸化炭素、窒素、アルゴンもしくはヘリウムまたはそれらの混合気体などが好適に使用できる。また、それらの気体は除湿機や加湿機などにより調湿したものを用いることもできる。
【００３３】
供給口３および排出口４には、それぞれ供給口３から導入される気体および排出口４から排出される気体の温度を測定するための温度センサ１２（１２ａ、１２ｂ）が取り付けられている。供給口３および排出口４に温度センサ１２を設けることで、ケーシング２内の温度を維持管理することができる。温度センサ１２は供給口３および排出口４だけでなく、軸心Ｘに沿ったケーシング２の複数箇所に設け、ライナ２ｂの凹凸部２Ｇと後述するロータ２０の粉砕刃との間に形成される粉砕ゾーンを直接測定するようにしてもよい。このようにすることで、より正確な温度管理が可能となる。
【００３４】
ケーシング２内の温度を維持管理する方法としては、例えば、排出口４に設けられた温度センサ１２ｂに上限温度を設定しておき、その上限温度を超えた場合には、供給口３から導入される冷却気体やライナ２ｂを冷却するための冷媒あるいはロータ２０を冷却するための冷媒の流量を増やしたり、冷媒の温度を下げて排出気体の温度が上限温度以下になるように制御する。また、別の制御方法としては、排出気体の温度が上限温度以上にならないように供給口３から導入される原料の供給速度を制御することも可能である。
なお、温度センサ１２としては公知のものを使用することができる。
【００３５】
（ロータの構成）
ロータ２０は、モータＭによって回転駆動されるシャフト２０Ｓと、シャフト２０Ｓに外嵌された複数の環状のロータピースとを有する。この実施形態では、ロータピースとしては、最も供給口３寄りに設けられ、後述するロータピース２０Ｐｂおよび２０Ｐｃよりもロータの直径が小さく、かつ軸心Ｘと交差する両端面が概して単純な平面で構成されたロータピース２０Ｐａと、軸心Ｘと交差する一方の面から外径の小さな小径円柱部２３が排出口４側に突出形成された１つのロータピース２０Ｐｂと、最も排出口４寄りに設けられ、軸心Ｘと交差する両端面が概して単純な平面で構成されたロータピース２０Ｐｃとから構成されている。なお、この実施形態では、ロータ２０を各ロータピースに分割して構成しているが、各ロータピースに分割せず一体物で構成してもよい。
【００３６】
ロータピース２０Ｐａの外周には粉砕刃として複数の円柱状のピンハンマ２０Ｇａが形成され、小径円柱部２３を除くロータピース２０Ｐｂの外周とロータピース２０Ｐｃの外周には粉砕刃として凹凸部２０Ｇｂが形成されている。すなわち、ロータ２０には、ロータピース２０Ｐａによる第一粉砕部と、ロータピース２０Ｐｂ、２０Ｐｃによる第二粉砕部が構成される。また、ロータピース２０Ｐｂとロータピース２０Ｐｃによって構成される第二粉砕部の凹凸部２０Ｇｂは、１つの環状の切り欠き部２４によって分割されていることになる。
【００３７】
上述したように、ロータピース２０Ｐａのロータの直径はロータピース２０Ｐｂのロータの直径よりも小さいため、ロータピース２０Ｐａとロータピース２０Ｐｂとの間には段差が形成されることになる。この段差は堰の役割をし、第一粉砕部で粉砕された被処理物のうち粒径の大きな粉体が容易に第二粉砕部へ移動しないようにしている。
【００３８】
ロータ２０のシャフト２０Ｓは、側壁部２ｃ、２ｄの中心に配置された一対のベアリング２２ａ、２２ｂを介して回転自在に支持されている。
【００３９】
ロータ２０の内部には、冷媒流路２１が密閉状に形成されている。冷媒流路２１は、第１ベアリング２２ａに支持されたシャフト２０Ｓの第１端部２０Ｓａから、ロータピース２０Ｐａ、２０Ｐｂ、２０Ｐｃの内部に形成された環状の冷媒流路２１を経て、第２ベアリング２２ｂに支持されたシャフト２０Ｓの第２端部２０Ｓｂまで延出されている。
【００４０】
冷媒流路２１は、それぞれのロータピース２０Ｐａ、２０Ｐｂ、２０Ｐｃの内部では円周状に延びる環状流路２１Ｒを形成しており、互いに隣接するロータピース２０Ｐａとロータピース２０Ｐｂ、ロータピース２０Ｐｂとロータピース２０Ｐｃの環状流路２１Ｒ同士はシャフト２０Ｓよりも僅かに径方向外側の位置で軸心Ｘと平行に延出された１本の冷媒流路２１によって接続されている。
【００４１】
第１端部２０Ｓａから冷媒流路２１に冷水などの冷媒を送り込み、第２端部２０Ｓｂから排出される暖められた冷媒を熱交換器３３で冷却して再び第１端部２０Ｓａに向けて送り出すポンプＰが設けられている。
【００４２】
なお、第一粉砕部のロータピース２０Ｐａの内部には必ずしも冷媒流路２１および環状流路２１Ｒを形成しなくともよく、第１端部２０Ｓａから冷媒流路２１を通して直接第二粉砕部のロータピース２０Ｐｂに冷媒を送り込むようにしてもよい。
【００４３】
ライナ２ｂ側の凹凸部２Ｇは、概してロータ２０の粉砕刃が位置する領域に設けられており、ライナ２ｂの最も供給口３寄りの位置と、ライナ２ｂの最も排出口４寄りの位置には、ロータ２０の粉砕刃もライナ２ｂの凹凸部２Ｇも存在しないバッファ空間Ｖ１、Ｖ２が設けられている。
【００４４】
（ライナの構成）
外筒部２ａとライナ２ｂの間の空間は、ライナ２ｂを冷水などの冷媒によって冷却するための第２の冷媒流路８を形成している。冷媒流路８は水平に延出された隔壁によって、周方向に並ぶ３領域に分割されている。冷媒流路８には、冷媒流路２１と共通のポンプＰおよび熱交換器３３を含む冷媒回路３４によって冷媒が循環される。
【００４５】
この実施形態では、ロータ２０内の冷媒流路２１とケーシング２内の冷媒流路８のいずれについても、冷媒が供給口３から排出口４に近づく向きに流されるようにポンプＰの向きおよび冷媒回路３４の配置を設定しているが、被処理物の特性や気体導入手段などの使用方法に応じて、冷媒が逆向きの流れとなる形態で実施してもよい。
【００４６】
ケーシング２とライナ２ｂは軸心Ｘに沿って並置された複数のブロックに区分することができ、さらにその１つのブロックを、図３に例示されるように、周方向にも複数の小ブロックに区分することができる。
図３の例では個々のブロックは周方向に沿って隣接並置される４つの小ブロックに区分することができ、個々の小ブロックは、函状のケーシング片９と、ケーシング片９の径方向内側に設けられた開口部９Ａを閉鎖するライナ片１０とで構成されている。
【００４７】
ケーシング片９の開口部９Ａは湾曲した短形状を呈し、開口部９Ａを構成する縁部の径方向内側を向いた端面に形成されたシール溝９Ｂには、環状の弾性シール１１が係入されている。
ライナ片１０は、ライナ片１０の４つのコーナーを含む６箇所に形成された貫通孔１０Ｈ、及び、ケーシング片９の貫通孔９Ｈを介して、ボルトとナットなどでケーシング片９に固定される。固定に際して、ボルトとナットを締め付けていくと、弾性シール１１がライナ片１０の滑らかな外周面に押し付けられることで、ケーシング片９の内部空間が密閉される。
【００４８】
個々のケーシング片９には、第２の冷媒流路８を構成する入力ポート２Ｐａと出力ポート２Ｐｂとが周方向に離間して配置されており、ライナ片１０の内周面には凹凸部２Ｇが一体的に加工形成されている。
第２の冷媒流路８はケーシング片９とライナ片１０とで囲まれた空間Ｓによって構成されているため、冷媒はライナ片１０の外周面と直に接触することで、ライナ２ｂの凹凸部２Ｇの付近に対しても高い冷却効果が得られる。
【００４９】
ケーシング片９とライナ片１０とで囲まれた空間Ｓの中で、冷媒が入力ポート２Ｐａから出力ポート２Ｐｂへと最短距離でショートカットする現象を防止する手段として、図４に例示するように、ケーシング片９の内周面に複数のフィン状の邪魔板９Ｓを設けてもよい。
【００５０】
図４に示す例では、ケーシング片９の内周面の周方向の内寸よりも短い２枚の邪魔板９Ｓが、円周方向に沿って延出し、かつ、軸心方向に互いに離間するように、かつ、一方の邪魔板９Ｓは周方向の一方側のみで流路を開放し、他方の邪魔板９Ｓは周方向の他方側のみで流路を開放するように配置されている。
【００５１】
このようにして邪魔板９Ｓによって長さの増大した流路の一端と他端に入力ポート２Ｐａと出力ポート２Ｐｂとが各々配置されている。以上の構成により、入力ポート２Ｐａから空間Ｓ内に流れ込んだ冷媒は空間Ｓ内の全体を隅々まで通過しながら出力ポート２Ｐｂから排出されるため、ライナ片１０の全面が冷媒によって均等に冷却され易くなる。
【００５２】
なお、ケーシング２やライナ２ｂは必ずしも分割構造とする必要はないが、上記のように分割構造とすることで、メンテナンスが容易となる。
【００５３】
（ロータ２０の粉砕刃およびライナ２ｂの凹凸部２Ｇの構成）
図１および図２には、ロータピース２０Ｐａのピンハンマ２０Ｇａを例示している。軸心Ｘに沿って互いに間隔をあけて並置されたピンハンマ２０Ｇａが、ロータピース２０Ｐａ全周にわたって形成されている状態を示している。また、円周方向に隣接するピンハンマ２０Ｇａ同士は、軸心Ｘ方向に位置をずらして形成されている。このように、円周方向に隣接するピンハンマ２０Ｇａ同士を軸心Ｘ方向に位置をずらして形成することで、供給口３から供給された被処理物がピンハンマ２０Ｇａに衝突する確率が高くなるため、粉砕されないままピンハンマ２０Ｇａ間をすり抜けて第二粉砕部へ移動することを防止できる。
【００５４】
ピンハンマ２０Ｇａのロータピース２０Ｐａへの取り付けは、ロータピース２０Ｐａの内側からピンハンマ２０Ｇａを嵌め込んで固定する方法や、溶接またはねじ込みによって固定する方法などが挙げられる。
【００５５】
ライナ２ｂの凹凸部２Ｇの凸部と、ロータピース２０Ｐａのピンハンマ２０Ｇａの先端との半径方向での間隙Ｄａの平均値は、例えば約１．５ｍｍに設定すればよく、ピンハンマ２０Ｇａの直径、数、長さは適宜変更可能である。また、ピンハンマの形状は円柱状に限らず、四角形や六角形などの角形状であってもよい。ピンハンマは、回転時の気体摩擦による発熱を小さくできるため、気流の温度上昇を小さくできる点で有効である。なお、被処理物が無機物や熱硬化性樹脂などの熱の影響を受けにくい物質の場合や、第一粉砕部において被処理物の冷却が十分できる場合、ハンマはピンハンマに限らずブロック状のハンマを用いることもできる。ハンマの材質は被処理物に合わせて適宜選定すればよい。
【００５６】
次に、凹凸部２Ｇ、２０Ｇｂについて述べる。
図５（ａ）（ｂ）は凹凸部２Ｇ、２０Ｇｂの断面形状を例示している。凹凸部２Ｇ、２０Ｇｂは、軸心Ｘに沿って平行に設けられている。図５（ａ）（ｂ）から理解されるように、ライナ２ｂ側の凹凸部２Ｇの凸部とロータ２０側の凹凸部２０Ｇｂの凸部とは、いずれも左右非対称の形状を備え、ロータ２０の回転方向（矢印Ａ）について、基本的に傾斜の緩やかな側が相対移動方向の前方となるように構成されている。
【００５７】
図５（ａ）に示されるライナ２ｂの凹凸部２Ｇの寸法の具体例は、Ｌｈ１：１．５ｍｍ、Ｌｃ１：０．３ｍｍ、Ｌｃ２：１．５５ｍｍ、Ｌｃ３：０．４５ｍｍである。また、ロータ２０の凹凸部２０Ｇｂの寸法の具体例は、Ｒｈ１：２．５ｍｍ、Ｒｃ１：０．３ｍｍ、Ｒｃ２：２．５ｍｍ、Ｒｃ３：０．６ｍｍである。
【００５８】
図５（ｂ）に示すライナ２ｂ側の凹凸部２Ｇでは、冷却効率を高めるなどの目的で、従来の凹凸部２Ｇのパターンを示す図５（ａ）に比べて、凹凸部２Ｇの数を半分に減らすことで、凹凸部２Ｇの凸部と、２０Ｇｂの凸部との間の間隙Ｄｂを変更することなく、両凹凸部２Ｇ、２０Ｇｂ間の空間体積を効果的に増大させている。
この場合の寸法の具体例は、Ｌｈ２：３．０ｍｍ、Ｌｃ４：２．６ｍｍである。
上記の特徴的な凹凸部２Ｇの構成を、ライナ２ｂ側の凹凸部２Ｇではなく、ロータ２０側の凹凸部２０Ｇｂに対して適用することも可能である。
【００５９】
上記の数値は一つの好適例に過ぎず、被処理物の物性や目標とする粉砕後の粒径などに応じて適宜変更される。さらに、凹部の断面形状を図５に示す短形ではなく内側に開いた円弧状など実質的にコーナー部のない湾曲状としてもよい。
【００６０】
ライナ２ｂの凹凸部２Ｇの凸部と、ロータピース２０Ｐｂ、２０Ｐｃの凹凸部２０Ｇｂの凸部との半径方向での間隙Ｄｂの軸心Ｘ方向の全長における平均値は、約０．８ｍｍ〜約５．０ｍｍの範囲で設定でき、通常は約１ｍｍ〜約２ｍｍ前後に設定される。間隙Ｄｂは、供給口３側から排出口４側に向けて次第に小さくなるようにすることも可能である。
【００６１】
一般的には、間隙Ｄａ、Ｄｂを狭くすれば得られる粉砕品の粒径は小さくなり、間隙Ｄａ、Ｄｂを広く設定すれば得られる粉砕品の粒径は大きくなる傾向にある。なお、上記数値範囲はあくまでも目安であり、被処理物の特性や目的の粒径などに応じて様々に変更して実施することができる。
【００６２】
また、ロータピース２０Ｐａのピンハンマ２０Ｇａと対向するライナ２ｂ内面には、凹凸部２Ｇを形成しないことも可能である。
ライナ２ｂの凹凸部２Ｇの凸部と、ロータピース２０Ｐａのピンハンマ２０Ｇａ先端との半径方向での間隙Ｄａ、ロータピース２０Ｐｂ、２０Ｐｃの凹凸部２０Ｇｂの凸部との半径方向での間隙Ｄｂの他、凹凸部の数、形状、凹部の深さなどをロータピース毎に変えることも可能である。
【００６３】
ライナ２ｂの内面の凹凸部２Ｇ、ロータピース２０Ｐａのピンハンマ２０Ｇａ、ロータピース２０Ｐｂ、２０Ｐｃの外周面の凹凸部２０Ｇｂは、磨耗性のある原料に対しても適応可能なように、ハードクロムメッキによって耐磨耗処理されている。ハードクロムメッキの他に耐磨耗処理の好適な例としては、炭化タングステン溶射、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウムまたは窒化珪素などのセラミックス溶射、その他カナック処理などが挙げられる。
また、ライナ２ｂやピンハンマ２０Ｇａ自体を、炭化タングステンなどの超硬合金や、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウムまたは窒化珪素などのセラミックスで作製することも可能である。
【００６４】
ロータ２０の表面およびライナ２ｂの表面を、例えばバフ研磨や電解研磨することもできる。これら表面研磨をすることで、ロータ２０の表面あるいはライナ２ｂの表面が平滑になるため、原料の付着が軽減され、洗浄しやすくなる。
なお、ロータ２０あるいはライナ２ｂの表面粗さの好適な一例として、算術平均粗さＲａ＝０．２μm〜６．３μm、より好ましくはＲａ＝０．２μm〜１．５μmとするのがよい。
【００６５】
（気体導入手段の構成）
粉砕装置１は、図６および図７に示すように、供給口３とは別の、軸心Ｘに沿った中間位置においてライナ２ｂの内部に気体を導入する気体導入手段を備えていてもよい。その場合、気体導入手段は、ロータピース２０Ｐａとロータピース２０Ｐｂとの境界に相当する位置と、軸心Ｘに沿った切り欠き部２４に相当する位置において、外筒部２ａとライナ２ｂの間の空間を円周状に仕切ることで形成した２つの環状の気体流路５ａ、５ｂと、この気体流路５ａ、５ｂと連通するように外筒部２ａの上下に設けた４つの気体供給函６（６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ）とを有し、気体流路５ａ、５ｂは、ライナ２ｂの一部を円周状に切り欠いた環状スリット７によってライナ２ｂの内部と連通するように設けられる。
供給口３寄りに位置する上下の２つの気体供給函６ａ、６ｂは共通の一方の気体流路５ａに連通し、同様に、排出口４寄りに位置する上下の２つの気体供給函６ｃ、６ｄは他方の気体流路５ｂに連通するように設けられる。
【００６６】
軸心Ｘを含む平面によってライナ２ｂを切った断面視において、環状スリット７は軸心Ｘの径方向に対して排出口４側に向けて傾斜して延びている。環状スリット７の傾斜角度は例えば１５°〜２０°とすればよい。
【００６７】
なお、環状スリット７は傾斜せずロータ２０径方向に向かって延びていてもよいし、あるいは逆方向に傾斜していてもよいが、被処理物が排出口４に向かって移動しながら進行する粉砕過程であることを考えると、排出口４側に向けて傾斜しているほうが望ましい。
【００６８】
前述のブロワ３０によって、供給口３以外に、４個の気体供給函６を介して環状スリット７からもライナ２ｂの内部に冷却気体が導入される。排出口４から排出される気体の量は、供給口３および４個の気体供給函６からライナ２ｂの内部に導入される気体の総量と一致する。４個の気体供給函６の各外端部には外気と連通する開口面積を調節可能な調整弁（図示省略）が設けられており、この調整弁の開度を調節することで、各気体供給函６から導入される気体の量を変更できる。また、調整弁の開度を調節することで、供給口３から導入される気体の量と、４個の気体供給函６から導入される気体の総量との比率も変更できる。
【００６９】
ただし、一般的な運転方法では、ライナ２ｂの内部に導入される気体の総量の約１／３が供給口３から導入され、同じく約１／３が供給口３寄りの気体供給函６ａ、６ｂから導入され、残りの約１／３が排出口４寄りの気体供給函６ｃ、６ｄから導入される。
【００７０】
このように、ケーシング２の途中からライナ２ｂ内部に気体を導入して凹凸部２Ｇと、ピンハンマ２０Ｇａおよび凹凸部２０Ｇｂとの間に気体を通流させることで、凹凸部２Ｇとピンハンマ２０Ｇａおよび凹凸部２０Ｇｂ付近を積極的に冷却することができ、軸心Ｘに沿って排出口４側に向かって温度が高くなることをさらに抑えることができる。
【００７１】
図６および図７では、第二粉砕部側での冷却気体の導入を切り欠き部２４に対向する箇所に設けているが、冷却気体の導入は必ずしも切り欠き部２４に対向する箇所からでなくてもケーシング２内の冷却効果を得ることはできる。しかし、ロータ２０の切り欠き部２４に対向する箇所から冷却気体を導入するほうが、切り欠き部２４付近の被処理物を積極的に冷却でき、さらに切り欠き部２４内で気流と被処理物を攪拌させることで、切り欠き部２４内の被処理物が切り欠き部２４に位置するロータ２０の端面を介してロータ２０内部の冷媒によって効果的に冷却されるため、望ましい実施形態である。
【００７２】
図７に示すように、ロータピース２０Ｐａの供給口３側の側面にピンハンマ２０Ｇａを設ける構成としてもよい。このような構成とすることで、ロータピース２０Ｐａの供給口３側の側面でも被処理物を粉砕することができ、生産性が向上する。
【００７３】
その他、ライナ２ｂ内面からシャフト２０Ｓの軸中心方向に向けて延びる環状の堰１３を、ロータピース２０Ｐａとロータピース２０Ｐｂとの間の位置および／または切り欠き部２４に対向する位置に設けてもよい。堰１３の高さ（ケーシング２内面からの突出寸法）は、被処理物の性質や運転条件に応じて適宜設定可能である。また、必要により堰１３の一部を切り欠いたり、あるいは複数の開孔を設けてもよい。そして、堰１３の断面形状については、短形状、三角形状または先端が排出口４側に向けて傾斜する形状に形成することができる。
なお、ライナ２ｂに環状スリット７が設けられている場合には、環状スリット７の位置から軸心Ｘ方向前後にずらして堰１３を設ければよい。
【００７４】
ロータピース２０Ｐａとロータピース２０Ｐｂとの間の位置に堰１３ａを設けた場合には、被処理物が過度に第二粉砕部へ流出することを防止できる。さらに、切り欠き部２４に対向する位置に堰１３ｂを設けた場合には、被処理物が過度にロータピース２０Ｐｃへ流出することを防止できるだけでなく、気流や被処理物が堰１３ｂによって切り欠き部２４へ導かれ、ロータピース２０Ｐｂ、２０Ｐｃの側面に接触し効果的に冷却されるという効果も得られる。
【００７５】
本発明による粉砕装置は、鉱物、食品、樹脂などの粉砕に好適に使用でき、特に熱によって変質し易い原料の粉砕に効果的である。そのような熱によって変質し易い原料の一つとして、トナー（コピー機やレーザプリンタで紙の着色に使われる微細な粉末状のインク）が挙げられる。以下に、トナーの製造工程について説明する。
【００７６】
トナーは原料である結着樹脂、着色剤、荷電制御剤を混合し、例えばエクストルーダのような混練機で溶融混練した後、冷却固化させ、これを粉砕および分級して所望の粒径範囲になったものを製品とする。以上が基本的なトナーの製造工程であるが、微粉砕から分級を経て製品化される間に更なる処理工程が入ることが多い。すなわち、粉砕後の微粉または分級後の微粉は、そのまま或いは球形化および／または表面改質された後で外添され製品となる。なお、粗粉砕と微粉砕との間の他、球形化、表面改質、および外添の前後に分級工程（粗粉分級または微粉分級）を入れることもある。
【００７７】
次に、粉砕工程と分級工程について説明する。粗粉砕したトナーは、微粉砕した後、分級機で粗粉と微粉とに分級する。ここで、微粉を製品とする場合は、粗粉は微粉砕機に戻して再度粉砕する。微粉砕機によっても、微粉が所定の粒径に達しない場合は、更なる微粉砕が可能な超微粉砕機により粉砕する。所定の粒径範囲の微粉を得るために、適切な分級機を使用して分級が行われる。分級後の微粉から所定の粒径範囲のものを得る場合は、さらに別の分級機で分級した後、所定粒径以下の微粉を除去し、残った微粉（中粉）を製品とする場合もある。
【００７８】
また、粉砕または分級によって得られたトナーに対して、さらに以下の表面処理工程を行なうこともある。すなわち、トナー粒子を球形化したり、粒子表面に他の微粒子を外添または埋め込んで表面改質させる。他の微粒子（外添剤）としては、シリカ、酸化チタン、ステアリン酸マグネシウムなどが挙げられる。通常、外添剤は最終製品化の手前の段階で行われるものであるが、場合によっては外添を分級や球形化の前後に入れることもある。例えば、球形化や表面処理の後に分級工程（粗粉分級または微粉分級）を入れることにも対応可能である。上記トナー製造工程における一通りの粉砕・分級工程以降については、各工程の順序の入れ替え、工程の追加あるいは省略なども、製品の目的や処理条件などに応じて適宜変更可能である。
【００７９】
以上のように、トナーを製造するための最も基本的なフローは、（原料）→（混合）→（冷却固化）→（粉砕／分級）→（製品）と表現できるが、（粉砕／分級）のより具体的な工程としての粗粉砕、微粉砕、超微粉砕、分級、表面処理、外添の各処理工程に使用可能な装置として、下記のようなものがある。
【００８０】
粗粉砕に用いられる装置として、ハンマミル、ピンミルなどがあり、その具体的な商品名の例として、パルペライザ（ホソカワミクロン株式会社製）、ＡＣＭパルペライザ（ホソカワミクロン株式会社製）、本発明の粉砕装置などが挙げられる。
【００８１】
微粉砕に用いられる装置として、ジェットミル（気流式粉砕機）、機械式粉砕機などがあり、具体的な商品名として、ＡＣＭパルペライザ（ホソカワミクロン株式会社製）、イノマイザ（ホソカワミクロン株式会社製）、グラシス（ホソカワミクロン株式会社製）、ターボミル（フロイント・ターボ株式会社製）、本発明の粉砕装置などが挙げられる。
【００８２】
超微粉砕に用いられる装置として、ジェットミル（気流式粉砕機）、機械式粉砕機などがあり、具体的な商品名の例として、ジェットミル（ホソカワミクロン株式会社製）、グラシス（ホソカワミクロン株式会社製）、ターボミル（フロイント・ターボ株式会社製）などが挙げられる。
【００８３】
分級に用いられる装置として、慣性気流式分級機、回転羽式分級機などがあり、具体的な商品名として、ターボプレックス（ホソカワミクロン株式会社製）、ＴＳＰセパレータ（ホソカワミクロン株式会社製）、ＴＴＳＰセパレータ（ホソカワミクロン株式会社製）、ターボクラシファイア（日清エンジニアリング株式会社製）、エルボジェット（日鉄鉱業株式会社製）などが挙げられる。
【００８４】
表面処理に用いられる装置として、球形化／表面改質装置、球形化装置、表面改質装置などがあり、具体的な商品名として、メカノフュージョン（ホソカワミクロン株式会社製）、ノビルタ（ホソカワミクロン株式会社製）、サイクロミックス（ホソカワミクロン株式会社製）、ファカルティ（ホソカワミクロン株式会社製）、ヘンシェルミキサ（日本コークス工業株式会社製）、コンポジ（日本コークス工業株式会社製）、メカノハイブリッド（日本コークス工業株式会社製）、熱球形化装置などが挙げられる。また、本発明の粉砕装置も粉砕刃の形状を適宜選択することによって、表面処理装置として使用することもできる。
【００８５】
外添に用いられる装置として外添剤混合機があり、具体的な商品名として、メカノフュージョン（ホソカワミクロン株式会社製）、ノビルタ（ホソカワミクロン株式会社製）、サイクロミックス（ホソカワミクロン株式会社製）、ファカルティ（ホソカワミクロン株式会社製）、ヘンシェルミキサ（日本コークス工業株式会社製）、コンポジ（日本コークス工業株式会社製）、メカノハイブリッド（日本コークス工業株式会社製）、などが挙げられる。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明は、鉱物、食品、樹脂の粗粉砕、中粉砕または微粉砕に好適に使用でき、その中でも特に熱の影響を受けやすい被処理物の粉砕に効果的である。
【符号の説明】
【００８７】
１ 粉砕装置
２ ケーシング
２ａ 外筒部
２ｂ ライナ
２ｃ 側壁部
２ｄ 側壁部
２Ｇ 凹凸部
２Ｐａ 入力ポート
２Ｐｂ 出力ポート
２Ｓ 脚部
３ 供給口
４ 排出口
５ 気体流路（気体導入手段、５ａ、５ｂ）
６ 気体供給函（６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ）
７ 環状スリット
８ 冷媒流路
９ ケーシング片
９Ａ 開口部
９Ｂ シール溝
９Ｈ 貫通孔
９Ｓ 邪魔板
１０ ライナ片
１０Ｈ 貫通孔
１１ 弾性シール
１２ 温度センサ（供給口３側温度センサ１２ａ、排出口４側温度センサ１２ｂ）
１３ 堰（１３ａ、１３ｂ）
２０ ロータ
２０Ｇａ ピンハンマ
２０Ｇｂ 凹凸部
２０Ｐａ ロータピース
２０Ｐｂ ロータピース
２０Ｐｃ ロータピース
２０Ｓ シャフト
２０Ｓａ 第１端部
２０Ｓｂ 第２端部
２１ 冷媒流路
２１Ｒ 環状流路
２２ａ 第一ベアリング
２２ｂ 第二ベアリング
２３ 小径円柱部
２４ 切り欠き部
３０ ブロワ
３１ 分級機
３２ 集塵機
３３ 熱交換器
３４ 冷媒回路
Ａ ロータ回転方向
Ｄａ 間隙
Ｄｂ 間隙
Ｍ モータ
Ｐ ポンプ
Ｘ 軸心
Ｖ１ バッファ空間
Ｖ２ バッファ空間
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状の内面を備えたケーシングと、
前記ケーシングの軸心周りで回転駆動されるロータと、
前記ケーシングの軸心方向の一端に設けた供給口から他端に設けた排出口に向かう粉体搬送用の気流を形成する気流形成手段とを備え、
前記ロータは、前記供給口側に面し外周に複数のハンマが取り付けられた第一粉砕部と、前記排出口側に面し外周に凹凸部が形成された第二粉砕部とを有し、少なくとも前記第二粉砕部のロータ内部には冷媒流路が形成されており、かつ前記第二粉砕部の凹凸部は前記ロータの周方向に沿って延出された環状の切り欠き部によって軸心方向に分割されていることを特徴とする粉砕装置。
【請求項２】
前記第一粉砕部のロータの直径を前記第二粉砕部のロータの直径よりも小さくし、前記第一粉砕部のロータと前記第二粉砕部のロータとの間に段差を形成させる請求項１に記載の粉砕装置。
【請求項３】
前記ケーシングの内部には、第二の冷媒流路が形成されている請求項１または請求項２に記載の粉砕装置。
【請求項４】
少なくとも前記第二粉砕部のロータと対向する前記ケーシングの内面には凹凸部が形成されている請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の粉砕装置。
【請求項５】
前記ハンマは、ピン状のハンマで構成されている請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の粉砕装置。
【請求項６】
前記ケーシングには、前記ケーシングの内部に気体を導入するための気体供給口が設けられている請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の粉砕装置。
【請求項７】
少なくとも前記ケーシング内面の前記第一粉砕部と前記第二粉砕部との間の位置に堰が設けられている請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の粉砕装置。
【請求項８】
前記第一粉砕部のロータの前記供給口側の側面にもハンマが形成されている請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の粉砕装置。
【請求項１】
円筒状の内面を備えたケーシングと、
前記ケーシングの軸心周りで回転駆動されるロータと、
前記ケーシングの軸心方向の一端に設けた供給口から他端に設けた排出口に向かう粉体搬送用の気流を形成する気流形成手段とを備え、
前記ロータは、前記供給口側に面し外周に複数のハンマが取り付けられた第一粉砕部と、前記排出口側に面し外周に凹凸部が形成された第二粉砕部とを有し、少なくとも前記第二粉砕部のロータ内部には冷媒流路が形成されており、かつ前記第二粉砕部の凹凸部は前記ロータの周方向に沿って延出された環状の切り欠き部によって軸心方向に分割されていることを特徴とする粉砕装置。
【請求項２】
前記第一粉砕部のロータの直径を前記第二粉砕部のロータの直径よりも小さくし、前記第一粉砕部のロータと前記第二粉砕部のロータとの間に段差を形成させる請求項１に記載の粉砕装置。
【請求項３】
前記ケーシングの内部には、第二の冷媒流路が形成されている請求項１または請求項２に記載の粉砕装置。
【請求項４】
少なくとも前記第二粉砕部のロータと対向する前記ケーシングの内面には凹凸部が形成されている請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の粉砕装置。
【請求項５】
前記ハンマは、ピン状のハンマで構成されている請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の粉砕装置。
【請求項６】
前記ケーシングには、前記ケーシングの内部に気体を導入するための気体供給口が設けられている請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の粉砕装置。
【請求項７】
少なくとも前記ケーシング内面の前記第一粉砕部と前記第二粉砕部との間の位置に堰が設けられている請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の粉砕装置。
【請求項８】
前記第一粉砕部のロータの前記供給口側の側面にもハンマが形成されている請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の粉砕装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−８６０２３（Ｐ２０１３−８６０２３Ａ）
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２８８１８（Ｐ２０１１−２２８８１８）
【出願日】平成２３年１０月１８日（２０１１．１０．１８）
【出願人】（０００１１３３５５）ホソカワミクロン株式会社 (43)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月１８日（２０１１．１０．１８）
【出願人】（０００１１３３５５）ホソカワミクロン株式会社 (43)
【Ｆターム（参考）】
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