JPH08299833A - 衝突式気流粉砕機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 被粉砕物投入口より下流においても衝撃波の
発生を防止し、気体の流速を極端に減速することなく、
被粉砕物を衝突板で衝突せしめ、粉砕能力の向上した衝
突式気流粉砕機を提供すること。 【構成】 高速気体により被粉砕物を搬送加速するため
の加速管と、該加速管より噴出する被粉砕物を衝突力に
より粉砕するための衝突部材とを具備し、該衝突部材を
加速管出口に対向して粉砕室内に設けた衝突式気流粉砕
機において、該加速管は被粉砕物投入口、圧縮気体供給
部から被粉砕物投入口までの加速管形状が第１のスロー
ト部を持つラバールノズル部、被粉砕物投入口から加速
管出口に向かっての加速管形状が断面積一定である平行
ノズル部、および該平行ノズルに連なり断面積が小さく
なる先細ノズル部から構成されており加速管出口が第２
のスロート部となっていることを特徴とする衝突式気流
粉砕機。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はジェット気流（高圧気
体）を用いた衝突式気流粉砕機に関する。

【０００２】

【従来の技術】ジェット気流を用いた衝突式気流粉砕機
はジェット気流で被粉砕物を搬送加速して衝突部材に衝
突させ、その衝撃力により被粉砕物を粉砕するものであ
り、その詳細を図９に基づいて以下に説明する。

【０００３】圧縮気体供給ノズル２と加速管３を組み合
わせたノズル（いわゆるラバールノズル）に高圧気体を
導入することにより加速管内は超音速流となる。ここに
被粉砕物供給口１より被粉砕物を吸引することにより被
粉砕物に大きな運動エネルギーを与える。エネルギーを
与えられた被粉砕物は粉砕室５の中に設けられた衝突部
材４に衝突することによって粉砕される。

【０００４】このような従来の衝突式気流粉砕機では、
加速管３として通常のラバールノズルが使用されてい
る。高速空気力学的には被粉砕物投入口において超音速
流を実現するためにこのようなラバールノズルが必要で
ある。

【０００５】被粉砕物に効率的に大きな運動エネルギー
を与える為には被粉砕物投入口の位置で加速管内の気流
の速度が最大となることが望ましい。

【０００６】しかし被粉砕物投入口より下流においても
ラバール形状を維持すると、被粉砕物投入口の位置で最
大速度に達した気流はラバール形状の圧力増加について
ゆけず、衝撃波を発生して気流の速度が極端に遅くな
る。その結果、加速されるべき被粉砕物が思ったほど加
速されず、粉砕能力が悪くなるという問題が生じる。

【０００７】このような場合、被粉砕物投入口より下流
において加速管の断面積を一定として最大流速を加速管
出口まで維持する方法が考えられるが、この場合も加速
管出口やあるいは衝突板の手前で衝撃波が発生し気流の
速度が極端に遅くなる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記事情に鑑
みなされたものであり、被粉砕物投入口より下流におい
ても衝撃波の発生を防止し、気体の流速を極端に減速す
ることなく、被粉砕物を衝突板で衝突せしめ、粉砕能力
の向上した衝突式気流粉砕機を提供することを目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は高速気
体により被粉砕物を搬送加速するための加速管と、該加
速管より噴出する被粉砕物を衝突力により粉砕するため
の衝突部材とを具備し、該衝突部材を加速管出口に対向
して粉砕室内に設けた衝突式気流粉砕機において、該加
速管は被粉砕物投入口、圧縮気体供給部から被粉砕物投
入口までの加速管形状が第１のスロート部を持つラバー
ルノズル部、被粉砕物投入口から加速管出口に向かって
の断面積が一定である平行ノズル部、および該平行ノズ
ルに連なり断面積が小さくなる先細ノズル部から構成さ
れており、加速管出口が第２のスロート部となっている
ことを特徴とする衝突式気流粉砕機に関する。

【００１０】本発明に従い被粉砕物投入口から加速管出
口までの加速管を、断面積が一定である平行ノズル部と
断面積が小さくなる先細ノズル部とから構成することに
より、加速管内や粉砕室内において衝撃波の発生を防止
することができ、被粉砕物投入口での気流の速度が加速
管出口から衝突板に向かって極端に減速することがなく
なる。そのため衝突時の被粉砕物の持つ運動エネルギー
を従来の衝突式気流粉砕機より高めることができ、より
大きな粉砕能力を付与することが可能となる。

【００１１】以下、図面を用いて本発明を説明する。図
１に本発明の衝突式気流粉砕機の概略断面図を示す。

【００１２】圧縮空気供給ノズル２から高速気流が供給
される。高速気流は第１スロート部（断面Ａ_t1）を通過
し加速管３に供給される。本発明の加速管３は図２に示
したごとく圧縮空気が断熱膨張し流速が加速される拡が
り角θ₁のノズル部３'と、流速が一定となる断面積一定
の平行ノズル部９と、衝撃波を発生させることなく徐々
に流速を減速させる絞り角θ₂の先細ノズル部８から構
成される。

【００１３】図３に従来の加速管を示した。その加速管
は被粉砕物投入口１から加速管出口７に向けてのノズル
の拡がり角度がスロート部Ａ_t1から被粉砕物投入口１ま
でのノズルの拡がり角度と同じであり、本発明の加速管
が平行ノズル部９および第２のスロート部（断面積
Ａ_t2）を持つ点で大きく異なる。被粉砕物６は投入口１
より平行ノズル部９に供給される。本発明においては供
給された被粉砕物はノズル部９、８中を加速されて加速
管出口７から吐出され、衝突板４に衝突する。

【００１４】投入口１が設けられる位置は、被粉砕物に
最大の運動エネルギーを与えるようにノズル中の気流の
速度が最大となる位置と等しい。この気流の速度が最大
となる位置は、ノズル前後の圧力比とノズルの第１スロ
ート部断面積に対する任意の位置でのノズル部断面積の
大きさによって決定される。本発明において「投入口か
ら」とは、図２における投入口下流側ａから上流側ｂの
範囲であれば特に限定されず、好ましくは上流側ｂの位
置である。

【００１５】平行ノズル部は被粉砕物投入口から先細ノ
ズル部までの間の部分であり、その長さは被粉砕物が十
分に加速され気流中に一様に分散するために必要な長さ
と気流の管との摩擦による減速度合のバランスから最も
粉砕性が高くなるように設定される。

【００１６】先細ノズル部は平行ノズル部の後端から粉
砕室５に達するノズル先端の第２スロート部までをい
い、その長さは被粉砕物が管壁と極端に衝突しない程度
の絞り角で第２スロート部Ａ_t2の断面積が第１スロート
部Ａ_t1より小さくならない範囲で最も粉砕性が高くなる
ように決定される。このとき平行ノズル部の断面積Ａ_t3
はＡ_t2より大きく、Ａ_t1＜Ａ_t2＜Ａ_t3の関係を有する。

【００１７】拡がり角θ₁のノズル部３’、平行ノズル
部９、絞り角θ₂の先細ノズル部の断面形状は、すべて
の方向に一様な速度場を実現するために、好ましくは円
形であるが、被粉砕物投入口１での流速が出口７までの
間に極端に減速されない限り、楕円等の形状であっても
よい。ここで投入口１から出口７までの間に流速が極端
に減速されないとは、管との摩擦等による不可避的な減
速を意味するのではなく、ノズルの形状による極端な圧
力損失による減速を意味する。

【００１８】加速管３'の拡がり角θ₁は、圧縮空気が断
熱膨張して加速する際にできるだけ効率良く加速される
観点から４°〜８°、好ましくは５°〜７°である。平
行ノズル部は流速がほぼ一定となるレベルであれば少々
の平行からのずれは問題ない。先細ノズル部は被粉砕物
が管壁と極端に衝突しない程度の絞り角なら特に問題は
なく、第２スロート部の断面積Ａｔ₂が第１スロート部
の断面積Ａｔ₁より大きくなるように設定される。

【００１９】衝突部材４は図１中には平面的な形状を記
載したが、例えば実開平１−１４８７４０号公報、特開
平１−２５４２６６号公報、特開平５−３０９２８７号
公報に見られる図５に示したような形状４ａ、４ｂ、４
ｃであってもよく、本発明においては特に限定されるも
のではない。

【００２０】出口７から衝突部材４までの距離は、製造
しようとしている粉体の目標粒径に対して任意に変化さ
せればよく、本発明においては特に限定されるものでは
ない。

【００２１】上記した図１の粉砕機と分級機を組み合わ
せることにより所望の粒径を有する粉砕粒子を得ること
ができる。図４に粉砕機を使用した粉砕工程と分級機を
使用した分級工程を組み合わせた粉砕装置のフローチャ
ート図を示す。

【００２２】粉砕室からでた粉砕粒子は分級機に送られ
所望の粒径範囲内にある粒子を製品として取り出し、粗
粉砕粒子はさらに粉砕機に戻され、さらに粉砕、分級の
工程が繰り返される。

【００２３】本発明の粉砕機は粉砕能力に優れているの
で、所望の粒径に粉砕するまでの繰り返し粉砕回数を減
らすことができ、このことはさらに粉砕物の処理能力向
上につながる。

【００２４】衝突式気流粉砕機は、少なくとも結着樹脂
および着色剤を含有する混合物を溶融混練し、冷却した
溶融混練物を機械的衝撃式粉砕機により粗粉砕（または
中粉砕）した１０μｍ〜２０００μｍ粉砕物をさらに微
粉砕する工程において使用すると有用である。以下にこ
のような場合の実験結果の一例を示す。

【００２５】

【実施例１】 被粉砕粒子の調製 ・スチレン−ｎ−ブチルメタクリレート樹脂 １００重量部 （Ｔｍ：１３２℃、Ｔｇ：６０℃） ・ニグロシン系染料 ５重量部 （ニグロシンベースＥＸ；オリエント化学工業社製） ・低分子量ポリプロピレン ５重量部 （ビスコール５５０Ｐ；三洋化成工業社製） ・カーボンブラック １０重量部 （ＭＡ＃８；三菱化学工業社製）

【００２６】以上の材料をヘンシェルミキサーで混合
後、得られた混合物を連続押し出し混練機で混練した。
混練物を冷却後ハンマーミルで粗粉砕し、平均粒径２ｍ
ｍの粗粉砕粒子を得た。得られた粗粉砕粒子を機械式衝
撃粉砕機（クリプトロンＫＴＭＯ型；川崎重工業社製）
で粉砕し平均粒径１４μｍ〜２３μｍの被粉砕粒子を得
た。

【００２７】上記被粉砕粒子をさらに粉砕するに際して
ジェット粉砕機（ＩＤＳ−２型；日本ニューマチック工
業社製）を用いた。この時ノズルとしては、加速管３の
拡がり角度としてθ₁＝６°を有する図３に示す形態の
従来ノズル、および平行ノズルの先端部が絞り角θ₂＝
８°を有する図２に示す形態の本発明ノズルを用いた。
これらの具体的な寸法はＡ_t1＝２６．４２ｍｍ²、Ａ_t2
＝３８．４８ｍｍ²、平行ノズルの断面積７５．４３ｍ
ｍ²を採用した。また、それぞれのノズルに対して図１
および図５に示す衝突板４、４ａ、４ｂ、４ｃを用い
た。

【００２８】各衝突板の具体的寸法は以下の通りであ
る。 衝突板４：ｄ＝φ４６ｍｍ 衝突板４ａ：ｄ＝φ４６ｍｍ、ｈ＝２５ｍｍ、α＝５０° 衝突板４ｂ：ｄ＝φ４６ｍｍ、ｈ＝２５ｍｍ、α＝５０°、β＝２０° 衝突板４ｃ：ｄ＝φ４６ｍｍ、ｈ＝２５ｍｍ

【００２９】粉砕条件は処理量２Ｋｇ／ｈ、粉砕圧６.
５Ｋｇｆ／ｃｍ²Ｇにおいて、上記衝突板各々に対して
平均粒径１４μｍ、２０μｍの被粉砕物を採用した。

【００３０】粉砕能力は、ジェット粉砕機の分級器を取
りはずし、粒径１４μｍおよび２０μｍの被粉砕物をジ
ェット粉砕機に１回通した事によって得られる１回粉砕
完粒径を検討することにより評価した。

【００３１】結果を図６に示す。図６から本発明の平行
ノズルは従来ノズルと比較すると約１０％の粉砕能力の
向上が見られた。

【００３２】なお図６中、１回粉砕完粒径は、被粉砕物
をジェット粉砕機に１回通した後の粉砕物の粒径を意味
する。またＤｐ５０は、粉砕物の粒径分布を重量分布で
表わした場合の分布の５０％部分に相当する粒径を意味
する。

【００３３】さらに粉砕圧を３Ｋｇｆ／ｃｍ²Ｇ〜６．
５Ｋｇｆ／ｃｍ²Ｇに変化させた場合の粉砕能力を評価
した。この時のその他の粉砕条件は、衝突板４、フィー
ド量１０Ｋｇ／ｈに固定し、被粉砕物として粒径１４μ
ｍのものを採用した。結果を図８に示す。

【００３４】さらにフィード量を２Ｋｇ／ｈ〜３０Ｋｇ
／ｈに変化させた場合の粉砕能力を評価した。この時の
その他の粉砕条件は衝突板４、粉砕圧を６．５Ｋｇｆ／
ｃｍ²Ｇに固定し、被粉砕物として平均粒径１４μｍの
ものを用いた。結果を図７に示す。次に本発明の処理能
力向上の効果を示す実験結果の一例を示す。

【００３５】

【実施例２】 被粉砕粒子の調製 ・スチレン−ｎ−ブチルメタクリレート樹脂 １００重量部 （Ｔｍ：１３２℃、Ｔｇ：６０℃） ・ニグロシン系染料 ５重量部 （ニグロシンベースＥＸ；オリエント化学工業社製） ・低分子量ポリプロピレン ５重量部 （ビスコール５５０Ｐ；三洋化成工業社製） ・カーボンブラック １０重量部 （ＭＡ＃８；三菱化学工業社製）

【００３６】以上の材料をヘンシェルミキサーで混合
後、得られた混合物を連続押し出し混練機で混練した。
混練物を冷却後、ハンマーミルで粗粉砕し、平均粒径２
ｍｍの粗粉砕粒子を得た。

【００３７】上記被粉砕粒子をさらに粉砕するに際して
ジェットミル粉砕機(Ｉ−５型；日本ニューマチック工
業社製)を使用し、更にこのジェット粉砕機を所望の粒
径が得られる様に(ＤＳ−５型；日本ニューマチック工
業社製)の分級器と組み合わせた図４の粉砕フローを用
いた。この時ノズルとしては、加速管３の拡がり角度と
してθ₁＝６°を有する図３に示す形態の従来ノズルお
よび平行ノズルの先端部が絞り角θ₂＝８°を有する図
２に示す形態の本発明ノズルを用いた。これらの具体的
な寸法はＡ_t1＝６２.２ｍｍ²、Ａ_t2＝９０.６ｍｍ²、平
行ノズルの断面積１７５.６ｍｍ²を採用した。また衝突
板としては、図４に示す衝突板４（φ５８ｍｍ）を用い
た。

【００３８】処理能力は、所望の製品粒径を１２〜１４
μｍに固定、すなわち分級条件を一定とした時の粉体の
フィード量を検討することにより評価した。

【００３９】結果を表１に示す。表１から本発明のノズ
ルは従来ノズルと比較すると１５％程度の粉砕能力の向
上がみられた。

【００４０】

【表１】

【００４１】

【発明の効果】本発明の加速管を使用することにより、
加速管に衝撃波を発生させずかつ大きなエネルギーロス
を生ぜしめることなく気流を流すことができるので、衝
突時の粉砕物の持つ運動エネルギーを従来の衝突式気流
粉砕機より高めることがてき、そのためより大きな粉砕
能力を付与することができる。又、この大きな粉砕能力
により、この粉砕工程と分級工程を組み合わせた粉砕装
置において所望の粒径に粉砕するまでの繰り返し粉砕回
数を減らすことができ、粉砕物の処理能力が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の衝突式気流粉砕機の概略断面図であ
る。

【図２】 本発明の加速管の概略断面図である。

【図３】 従来の加速管の概略断面図である。

【図４】 本発明の衝突式気流粉砕機と分級機を組み合
わせたフローチャート図である。

【図５】 種々の形態の衝突板の概略断面図である。

【図６】 本発明の衝突式気流粉砕機の粉砕能力の評価
結果を示すグラフである。

【図７】 本発明の衝突式気流粉砕機の粉砕能力の評価
結果を示すグラフである。

【図８】 本発明の衝突式気流粉砕時の粉砕能力の評価
結果を示すグラフである。

【図９】 従来の衝突式気流粉砕機の概略断面図であ
る。

【符号の説明】

１：被粉砕物投入口、２：圧縮空気供給ノズル、３：加
速管、３’：加速部、４：衝突部材、５：粉砕室、６：
被粉砕物、７：加速管出口、８：先細ノズル部、９：平
行ノズル部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中村 寛 大阪府大阪市中央区安土町二丁目３番13号 大阪国際ビル ミノルタ株式会社内 (72)発明者 江田 正美 大阪府大阪市中央区安土町二丁目３番13号 大阪国際ビル ミノルタ株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高速気体により被粉砕物を搬送加速する
   ための加速管と、該加速管より噴出する被粉砕物を衝突
   力により粉砕するための衝突部材とを具備し、該衝突部
   材を加速管出口に対向して粉砕室内に設けた衝突式気流
   粉砕機において、該加速管は被粉砕物投入口、圧縮気体
   供給部から被粉砕物投入口までの加速管形状が第１のス
   ロート部を持つラバールノズル部、被粉砕物投入口から
   加速管出口に向かっての断面積が一定である平行ノズル
   部、および該平行ノズルに連なり断面積が小さくなる先
   細ノズル部から構成されており、加速管出口が第２のス
   ロート部となっていることを特徴とする衝突式気流粉砕
   機。
2. 【請求項２】 第１スロート部の断面積をＡ_t1、第２の
   スロート部の断面積をＡ_t2および平行ノズル部の断面積
   Ａ_t3としたとき、Ａ_t1＜Ａ_t2＜Ａ_t3の関係を有すること
   を特徴とする請求項１の衝突式気流粉砕機。