CN1745899B - 行星球磨机 - Google Patents

Abstract

本发明的课题在于提供一种可小型化、廉价化且粉碎效率优良的行星球磨机。作成为下述构造的行星球磨机(100)，即其具有：公转旋转臂(120)，以通过驱动力旋转的公转轴(111)为中心旋转；球磨罐(130)，经由从垂直向公转轴(111)侧倾斜的自转轴(131)自转自如地支承在公转旋转臂(120)上；外周罐承接器(142)，在公转轴(111)周围的全周范围内固定配置在公转旋转臂(120)的上方，与随着公转旋转臂(120)的旋转而公转的球磨罐(130)的外周面接触，使球磨罐(130)自转。

Description

行星球磨机

技术领域

本发明涉及通过使装有粉碎介质球和粉碎物的球磨罐边公转边自转来粉碎粉碎物的行星球磨机。

背景技术

以往，发表过下述行星球磨机：其将因自转、公转的行星运动而产生于自转旋转的球磨罐(粉碎容器)的公转离心加速度和自转离心加速度赋予球磨罐内的粉碎物和粉碎介质球，从而利用粉碎物与粉碎介质球激烈碰撞而引起的压缩、剪切来粉碎粉碎物。

图6表示例如特许文献1所述的行星球磨机的一般构造。该行星球磨机200的结构为：马达201的驱动力利用传动链条202向主轴(公转旋转轴)203传递，在从主轴203向放射方向延伸的上下各公转旋转臂204、205的前端，球磨罐206通过自转轴207而在上下旋转自如地安装到各公转旋转臂204、205上，并利用传动链条211连结不旋转地固定在与主轴203同一轴线上的太阳链轮209与固定在自转轴207上的行星链轮210。当使马达201旋转时，球磨罐206一边绕主轴203公转一边利用自转轴207的旋转而自转。

行星球磨机，其特征在于：利用高速的公转离心加速度和自转离心加速度的共同作用，而具有极优异的粉碎速度。

特许文献1：特许第2904399号

但是，现有的行星球磨机存在下面的问题。首先，图6所示的行星球磨机，作为使球磨罐产生自转的机构，使用的是链轮和传动链条，所以装置规模大。因此，希望使粉碎速度极高的行星球磨机如可用于实验之用的装置那样小型化、廉价化。

又，现在的行星球磨机，如图6所示，为自转轴207在垂直方向上与公转旋转轴203平行配置的构造。如图7所示，当自转轴是垂直方向时，在球磨罐206中的干式粉碎的初期，粗的粉碎物和粉碎介质球B一边流动一边碰撞而进行粉碎，但当粉碎进行而粒径变小时，从公转离心力强的部位(底部侧面)起按微细粒子、细粒子、稍微粗的粒子、粉碎介质球B的顺序、即以粒径从小到大的顺序开始堆积，粉碎介质球B逐渐变得只进行压缩运动即仅在堆积表面旋转，而利用流动运动进行的粉碎停止。因此，存在即使粉碎时间延长也不会变成微粒子、从而不适合获得微粒子且粉碎效率恶化的问题。

本发明是鉴于上述情况而作出的，目的在于提供可小型化、廉价化且粉碎效率优良的行星球磨机。

发明内容

本发明，为了达到上述目的，提供具有下述特征的行星球磨机，即、其具有：公转旋转臂，以通过驱动力旋转的公转轴为中心旋转；球磨罐，经由从垂直向前述公转轴侧倾斜的自转轴自转自如地支承在前述公转旋转臂上；外周罐承接器，在前述公转轴周围的全周范围内固定配置在前述公转旋转臂的上方，与随着前述公转旋转臂的旋转而公转的前述球磨罐的外周面接触，使前述球磨罐产生自转。

本发明的行星球磨机为下述构造，即公转的自转自如的球磨罐利用其离心力而与外周罐承接器接触从而产生球磨罐的自转运动。因此，构成不需要使球磨罐产生自转运动的大型的传动装置、而且由外周罐承接器承受球磨罐的离心力的构造，所以还可简化球磨罐的自转轴的轴支承件，从而可小型化、廉价化。

又，因为球磨罐的自转轴倾斜，以及可使外周罐承接器与球磨罐接触产生的球磨罐的自转转速大于公转转速，所以球磨罐内的粉碎介质球和粉碎物在向公转中心轴倾斜的球磨罐的内表面上产生旋风(龙卷风)运动的流动，即一边进行高速旋压一边向上跑，通过流动性良好的粉碎，粉碎效率极高。

又，本发明提供的行星球磨机，是在方案1所述的行星球磨机中，其特征在于：前述球磨罐的内底为凹陷的球面状的形状。

在本发明的行星球磨机中，通过设球磨罐的内底为凹陷的球面状的形状，而可容易在向公转中心轴倾斜的球磨罐的内表面上产生一边高速旋转一边向上跑的旋风(龙卷风)运动的流动，可提高粉碎效率。

又，本发明提供的行星球磨机，是在方案1或2所述的行星球磨机中，其特征在于：在前述球磨罐的内表面的侧壁上形成有凹处。

通过在球磨罐的内表面的侧壁上设置凹处，可将粉碎介质球的力集中到凹处，所以可提高粉碎效率。

又，本发明提供的行星球磨机，是在方案1～3中的任一项所述的行星球磨机中，其特征在于：前述外周罐承接器的接触前述球磨罐的部分具有脱离以前述公转轴为中心的公转轨道的形状，而且，前述自转轴相对于以前述公转轴为中心的放射方向摆动自如地支承在前述公转旋转臂上。

该构造使得球磨罐利用离心力而以一直接触在脱离公转轨道的形状的外周罐承接器上的状态进行摆头运动，所以在旋风运动上再加上摆头运动，从而通过流动性良好的粉碎，粉碎效率极高。

又，本发明提供的行星球磨机，是在方案1～4中的任一项所述的行星球磨机中，其特征在于：前述球磨罐的与前述外周罐承接器接触的外周面具有脱离(不同于)以自转轴为中心的圆形的形状，而且，前述自转轴相对于以前述公转轴为中心的放射方向摆动自如地支承在前述公转旋转臂上。

若使用具有脱离圆形的形状的外周面的球磨罐，则球磨罐利用与外周罐承接器的接触进行摆头运动，所以在旋风运动上再加上摆头运动，从而通过流动性良好的粉碎，粉碎效率极高。

又，本发明提供的行星球磨机，是在方案1～5中的任一项所述的行星球磨机中，其特征在于：前述自转轴从垂直方向倾斜的角度在15～40度的范围内。

通过使自转轴从垂直方向倾斜的角度在15～40度的范围内，可有效地产生旋风运动。

本发明的行星球磨机可小型化、廉价化且粉碎效率高。

附图说明

图1是表示本发明的行星球磨机的一实施方式的概略结构图。

图2是说明本发明的行星球磨机的粉碎机构的概念图。

图3(a)是表示将内底设为球面状的球磨罐的内部的概略的概念图，图3(b)是表示在内侧壁上设有凹部的球磨罐的内部的概略的概念图，图3(c)表示内置有多孔板的球磨罐的横截面的概略结构。

图4是设置有恒温装置的行星球磨机的概略结构图。

图5(a)是设置有摆动机构的行星球磨机的概略结构图，图5(b-1)是将外周罐承接器的形状设为椭圆轨道的示意图，图5(b-2)是将球磨罐的外周面设为椭圆时的示意图。

图6是现有的行星球磨机的概略结构图。

图7是表示利用现有的行星球磨机进行粉碎的问题的示意图。

具体实施方式

以下说明本发明的行星球磨机的实施方式，但本发明是不限于以下的实施方式的。

图1是表示本发明的行星球磨机的一实施方式的概略结构图。该行星球磨机100在架台101之上配置电动马达110作为驱动源，电动马达110的旋转轴111向铅直上方突出。旋转轴111作为以轴中心的公转中心112为中心旋转的公转轴而起作用。在旋转轴111上固定有从公转中心112向放射方向的水平方向延伸的公转旋转臂120的大致中心部。公转旋转臂120的两前端部形成以规定的倾斜角度从水平方向向上方折曲的倾斜支承部121。在该倾斜支承部121上，经由轴承132旋转(自转)自如地支承着固定在球磨罐130上的自转轴131。球磨罐130，是利用图未示的盖密封的有底圆筒形，在其外底面中央固定着与球磨罐130的中心轴同轴的自转轴131。自转轴131的旋转(自转)中心133从垂直方向以规定的倾斜角度向公转中心112侧倾斜，以便与公转中心112在球磨罐130上方交叉。球磨罐130经由从垂直向公转中心112侧倾斜的自转轴131而自转自如地支承在公转旋转臂120上。

在架台101的外周部，围绕电动马达110设置有沿着公转轨道的圆筒状的周壁140。在周壁140的上端缘上固定着环状的支承板141，支承板141的内周缘是与公转轨道大致一致的圆形。在支承板141的内周缘上安装有利用环状的弹性材料构成的外周罐承接器142。外周罐承接器142在旋转轴111的周围的全周范围内固定配置在公转旋转臂120的上方。外周罐承接器142的内周缘配置在下述位置上，即、位于随着公转旋转臂120的旋转而公转的球磨罐130的外周面所接触的公转轨道上，并从静止的球磨罐130的外周面稍微离开。作为构成外周罐承接器142的弹性材料，可使用硅橡胶、聚氨酯橡胶等合成橡胶或天然橡胶。

说明这样的行星球磨机100的动作。当使电动马达110驱动时，电动马达110的旋转轴111如图1所示那样旋转，随着旋转轴111的旋转，公转旋转臂120旋转。随着公转旋转臂120的旋转，球磨罐130以公转中心112为中心公转。由于球磨罐130的公转，在球磨罐130上产生从公转中心112朝向放射方向的公转加速度，在公转离心力的作用下，球磨罐130在离心方向上以轴承132松动的量向垂直方向立起，从而接触到外周罐承接器142。公转旋转的球磨罐130与外周罐承接器142接触，由此利用球磨罐130的外周面与外周罐承接器142的摩擦，球磨罐130以自转轴131的自转中心133为中心自转。

这样，球磨罐130，一边以公转中心112为中心进行公转运动一边以从垂直方向倾斜的自转中心133为中心自转运动，从而进行行星运动。在本发明的行星球磨机100中，自转转速由外周罐承接器142的与球磨罐130接触的内周缘直径、和球磨罐130的与外周罐承接器142接触的外周直径的比决定。具有下述特征：因为外周罐承接器142的内周缘直径比球磨罐130的外周直径大数倍，所以自转转速比公转转速大数倍。自转转速/公转转速之比是例如2～8倍左右。在现有的行星球磨机中，例如公转转速是2000rpm，自转转速是60rpm，自转转速比公转转速小很多。

图2是说明利用这样的行星运动的粉碎机构的概念图。球磨罐130，构成利用盖136密封有底圆筒状的罐主体135的上端开口部的构造。在本发明的行星球磨机100中，其特征在于：球磨罐130的自转轴131以倾斜角度θ的角度从垂直方向倾斜，并且自转数是公转数的数倍。粉碎时，在球磨罐130中封入粉碎介质球B和粉碎物P。

球磨罐130作公转运动，由此内部的粉碎物P和粉碎介质球B被以公转离心加速度强力推压在球磨罐130的内底面和内侧面上。当以球磨罐130的自转轴131的倾斜角度θ利用比公转旋转快数倍的自转运动施加自转离心加速度时，粉碎介质球B和粉碎物P在向公转中心112倾斜的球磨罐130的内表面上一边进行伴随着高速旋转的高速旋压一边向上跑，从而一边产生旋风(龙卷风)运动一边激烈碰撞。利用这样的旋风运动，粉碎物P和粉碎介质球B产生连续对流运动。粉碎物P，在粉碎介质球B的碰撞和高压缩作用下，发生剪切、粉碎、破碎、分散，变成微粉末。根据这样的粉碎机构，与没有倾斜角度θ的行星球磨机相比，通过流动性良好的粉碎而提高了粉碎效率。

又，通过具有倾斜角度θ，内部的粉碎物P和粉碎介质球B被推压在罐主体135的内底面侧，所以很少有上升到盖136的位置的情况。因此，粉体P不易从盖136漏出。

自转中心133从垂直方向倾斜的角度θ，没有特别限制，但从易产生旋风运动的角度出发，通过试验确认设为15～40度的范围，特别是设为20～35度的范围比较理想。如果是45度的中心倾斜角度，虽然原因不明，但确认难以产生旋风运动。

本发明的行星球磨机100，采用了利用公转离心力将公转的球磨罐130推压在固定的外周罐承接器142上的自转机构。而在自转机构上没有使用链轮和传动链条这样的传动机构，所以机构简化，可小型化、廉价化。并且是外周罐承接器142承受球磨罐130的公转离心力的构造，加在球磨罐130上的公转离心力分散在轴支承件的轴承132和外周罐承接器142上，所以轴支承件负荷轻，可简化轴支承件等机构，这点也有利于小型化、廉价化。又，由于可动部位少，所以也有利于维护。通过小型化，可配置在例如恒温槽或冷藏库中，从而可应对范围较广的粉碎物。

作为本发明的行星球磨机100的运转条件，可设为例如球磨罐的内容积是100～200ml，公转转速是100～2000rpm，自转转速是200～5000rpm的范围。在公转转速是666rpm、公转运动半径是126mm、自转转速是2000rpm(自转数/公转数＝3.0)、自转容器内径是42mm时，可以以公转加速度62G、自转加速度188G、合成加速度250G进行粉碎。

作为本发明的行星球磨机100的用途，可利用在例如电子材料、陶瓷、金属等的微粉碎，软组织等生物样品中的纤维的切断，土壤细菌DNA的提取前处理，食品、化妆品、医药品领域的乳化、分散，聚合调色剂的制造等干式粉碎、湿式粉碎两方面。

本发明的行星球磨机100，为了提高粉碎效率，可设计为各种形式。例如图3(a)所示的球磨罐130b，罐主体135b的内底形成为凹陷的球面状。当将球磨罐130b的内底面形成为球面状时，与平面状的内底面相比，粉碎介质球B和粉碎物P容易产生旋风(龙卷风)运动，即在向公转中心112倾斜的球磨罐130的内表面上一边进行伴随着高速自转的高速旋压一边向上跑。内底面的球面状的凹部，优选设为将球磨罐130b的内径作为直径的最大球面。

又，图3(b)所示的球磨罐130c，具有在内表面的侧壁上形成有凹处138的形状。通过在球磨罐130c的内表面的侧壁上设置凹处138，可将粉碎介质球B的力集中到凹处138上，所以可提高粉碎效率。凹处138的形状，如图3(b)所示，可设计为形成有倾斜面的算盘珠形状，所述倾斜面的内径从上方和下方向着中央的最大内径逐渐变大。也可在一个球磨罐130c中形成多个算盘珠形的形状。

又，图3(c)所示的球磨罐130d具有以下构造：取代粉碎介质球，将形成有粉体可通过的许多微细孔的冲孔金属或网眼(网孔)等的多孔板139沿轴向在大致直径方向上固定在球磨罐130d的内壁上，利用多孔板139在轴向上将球磨罐130d内部分割成2部分。在以高速自转的本发明的行星球磨机100中，与因公转离心力和自转离心力而大幅迟缓了的介质液或粉体相比，高速旋转的多孔板139的旋转速度要快得多，所以，粉体强制通过多孔板139。通过使其以5000次/分以上反复，不用说粉碎，还可促进固体物的分散或乳化。多孔板139使用具有耐流速或粉碎的强度的板。

粉碎介质球B进行的粉碎产生相当多的热，由于温度上升，不耐热的粉体可能会劣化。又，也存在必须低温粉碎的粉碎物。反之有时也一边加热一边粉碎。因此，有时必须加热或冷却本发明的行星球磨机100的球磨罐130。

图4是表示设置了可冷却或加热球磨罐的恒温装置的行星球磨机100b的一实施方式的概略结构图。该恒温装置150具有下述构造，即采用中空状的轴作为电动马达110b的旋转轴111b，并在该旋转轴111b的中空部151上连结从外部导入冷却或加热了的气体的导管152，且设有从旋转轴111b向球磨罐130吹出气体的吹出口153。通过将中空旋转轴111b设为送风的导管，从而使中空旋转轴111b上设置的吹出口153与球磨罐130一起旋转，所以可一直向球磨罐130吹出气体。又，可以以最短的距离使冷却或加热了的气体抵达球磨罐130。高度冷却时，可使用在以液氮作为介质冷却了的导管中通过了的气体。

图5是表示设有在公转中改变自转的倾斜角度θ、赋予球磨罐130摆头运动的摆动机构的行星球磨机100c的一实施方式的概略结构图，图5(a)的左侧和右侧是以90度的角度交叉的截面。即使在本发明的行星球磨机中，在干式粉碎的初期，也是粗的粉碎物和粉碎介质球一边流动一边碰撞而进行粉碎，但当粉碎进行而粒径变小时，从公转离心力强的部位(底部侧面)起按微细粒子、细粒子、稍微粗的粒子、球的顺序即从粒径从小到大的顺序开始堆积，球逐渐变得只进行压缩运动即仅在堆积表面上旋转，而利用流动运动进行的粉碎停止，从而也可能发生不能进一步变成微粒子的现象。为了防止这样的堆积、使流动性良好而提高粉碎效率，在球磨罐上设置摆动机构、赋予粉体与粉碎介质球角度变化是有效的。

图5(a)所示的行星球磨机100c，旋转自如地支承自转轴131的倾斜支承部121通过铰链122而相对于以公转中心112为中心的放射方向摆动自如地连结在公转旋转臂120上。又，外周罐承接器142b的接触球磨罐130的内周缘形成为脱离公转轨道的轨道的形状，所述外周罐承接器142b固定在支承板141b的内周缘上，所述支承板141b的内周缘是脱离公转轨道的形状。公转旋转的球磨罐130利用公转离心力而以铰链122为中心沿外周罐承接器142b的内周缘的轨道摆动。外周罐承接器142b的轨道的形状，可设计为例如图5(b-1)所示的椭圆轨道。椭圆轨道的最大直径与最小直径的差成为摆动(摆头)角度。例如在图5(a)的右侧所示的最小椭圆直径的地方，倾斜角度θ是45度，而图5(a)的左侧所示的最大椭圆直径的地方，倾斜角度θ是10度的椭圆轨道上，在从45度到10度的范围进行倾斜角度θ连续变化的摆动。自转与公转的旋转比，由外周罐承接器142b的内周缘的长度与接触的球磨罐130的圆周长度的比决定。根据图5(b-1)所示的外周罐承接器142b的椭圆轨道，公转旋转1圈摆动2次。

又，如图5(b-2)所示，也可采用通过将外周面设为椭圆的球磨罐130e而得的摆动机构。此时，可将外周罐承接器的形状设计为图5(b-2)所示的公转轨道的圆形轨道，也可设计为图5(b-1)所示的椭圆轨道。在使用将外周面设为椭圆的球磨罐130e时，1圈公转旋转的摆动数与自转数一样。又，摆动倾斜角度，在设为椭圆轨道的外周罐承接器142b时，由椭圆轨道的最小内径与最大内径、以及球磨罐130e的椭圆外周的最小外径与最大外径决定。

在上述说明中，球磨罐的数量在直径方向的公转旋转臂的两端是2个，但只要是从公转轴均等的放射方向即可，可设计3个以上。

又，也可在球磨罐的外周面上设置由弹性材料构成的防滑用带。

本发明的行星球磨机，可实现小型化、廉价化，并能够以高速微粉碎各种粉碎物，所以特别是可用于机械化学等的新功能材料的开发。

Claims (5)

1.一种行星球磨机，其特征在于，具有：公转旋转臂，以通过驱动力旋转的公转轴为中心旋转；球磨罐，经由从垂直向前述公转轴侧以规定的倾斜角度倾斜的自转轴自转自如地支承在前述公转旋转臂上；外周罐承接器，在前述公转轴周围的全周范围内固定配置在前述公转旋转臂的上方，与随着前述公转旋转臂的旋转而公转的前述球磨罐的外周面接触，使前述球磨罐产生自转，

前述球磨罐的内底为凹陷的球面状的形状，

前述球磨罐的自转转速比前述公转旋转臂的公转转速大，相对于前述球磨罐内的粉碎介质球和粉碎物赋予由前述公转旋转臂的旋转运动形成的公转离心加速度以及由前述公转离心加速度及以前述倾斜角度倾斜的前述球磨罐的自转运动形成的自转离心加速度，从而产生使粉碎介质球和粉碎物在前述球磨罐的倾斜的内表面上一边进行高速旋压一边向上跑的运动。

2.如权利要求1所述的行星球磨机，其特征在于：在前述球磨罐的内表面的侧壁上形成有凹处。

3.如权利要求1或2所述的行星球磨机，其特征在于：前述外周罐承接器的接触前述球磨罐的部分具有脱离以前述公转轴为中心的公转轨道的形状，而且，前述自转轴相对于以前述公转轴为中心的放射方向摆动自如地支承在前述公转旋转臂上。

4.如权利要求1至3中的任一项所述的行星球磨机，其特征在于：前述球磨罐的与前述外周罐承接器接触的外周面具有脱离以自转轴为中心的圆形的形状，而且，前述自转轴相对于以前述公转轴为中心的放射方向摆动自如地支承在前述公转旋转臂上。

5.如权利要求1至4中的任一项所述的行星球磨机，其特征在于：前述自转轴从垂直方向倾斜的角度在15-40度的范围内。

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