JP2002525200A - マルチバレルメディアミルおよび破砕方法 - Google Patents

マルチバレルメディアミルおよび破砕方法

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JP2002525200A
JP2002525200A JP2000572021A JP2000572021A JP2002525200A JP 2002525200 A JP2002525200 A JP 2002525200A JP 2000572021 A JP2000572021 A JP 2000572021A JP 2000572021 A JP2000572021 A JP 2000572021A JP 2002525200 A JP2002525200 A JP 2002525200A
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ビル・エイチ・ランネ
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ビル・エイチ・ランネ
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    • B02CCRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C17/00Disintegrating by tumbling mills, i.e. mills having a container charged with the material to be disintegrated with or without special disintegrating members such as pebbles or balls
    • B02C17/16Mills in which a fixed container houses stirring means tumbling the charge
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  • Food Science & Technology (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 メディアミルのための多重バレル室に関する。メディアミルは、顔料用の色素、コーティング、インク生産物及び他の色素媒介流体を破砕し分散させるため、並びに、他の微粒子構成物を破砕し分散させるため使用される。より詳しくは、各バレル部分内に細長い回転可能なシャフト(30,32,34)を含む3つのバレル破砕室(20)が開示される。各シャフトは隣接するディスク列と重なり合うディスク列を備える。各シャフトを回転させるため好ましくは独立に制御される可変速度の双方向性モータの利用は、衝撃、タック剪断及びスラリー破砕が一つのメディアミルで達成されることを可能にする。達成される破砕効率は、従来のメディアミルのそれを遥かに超える。メディアミルの破砕ディスクも開示される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 技術分野 本発明は、全体として、メディアミル(media mill)、より具体的
には、多数バレル破砕室に関する。
【0002】 背景技術 一世紀以上に亙り(1825年から1950年)、「ボールミル(Ball
Mills)」は、塗装のための顔料、コーティング剤、インク及びその他の顔
料担体流体を破砕し且つ分散するために使用されている。ボールミルは、鋼、石
又はセラミックボールを使用する。ボールミルの幾つかの不利益な点は、長時間
の分散時間を必要とし、洗浄が容易ではなく、また、広いスペースを占めること
である。ボールミルは、全体として、後年代の破砕ミルよりも遥かに大形である
のみならず、ボールミルは、全体的に、垂直型の形態は水平型の形態よりも構造
体の下方に、より広い床スペースを必要とするために、水平の形態に支持されて
いる。より「現代的な」関心事は環境であり、ボールミルは、重大な騒音公害の
問題を生じさせる。これは主として、「ボール」がミルの周りに張り出し、また
、大形の回転機械が必要とされるからである。
【0003】 1950年代後半に、最初の「メディアミル」が開発された。「サンドミル」
又は「サンド破砕機」としても公知のメディアミルは、20乃至40メッシュの
オタワ型サンド(Ottawa type sand)程度の極めて小さい直径
の破砕媒体すなわち破砕用のメディアを使用する。このことは、ボールミルにて
有効に使用することができない、より広い単位当たり表面積を使用できるという
利点がある。基本的なメディアミル構造体は、その中央部に回転シャフトを有す
る垂直シリンダと、シャフトにおける2つ以上の平坦なインペラと、粉砕加工領
域を通じて且つ放出スクリーンから予め混合した顔料担体流体ペーストを付勢し
て砂を保持する、底部に設けられたポンプとから成っている。流体は、ドラム内
に放出され又は更なる加工のため圧送される。
【0004】 単一シリンダミルにおいて、破砕は殆んど混合体のシリンダ壁に対する衝撃力
及び流体層の間の速度差に起因する剪断力によって行われる。分散は、大部分、
シリンダ内で積重なる旋回流により行われる。インペラを回転させると、その表
面付近の砂−ペースト混合体は、より遠くの層よりもより速く回転する。インペ
ラの頂側部に最も近い層はシャフト領域から引き離され、シャフトが回転すると
きに発生される遠心力によりシリンダ壁に向けて押し付けられる。次に、これら
の層は、シリンダ壁の側部に沿って上方に付勢される。これと同時に、インペラ
の底側部に最も近い層は、また、シャフト領域から引き離され且つシリンダ壁に
向けて押し付けられる。インペラの頂側部に最も近い層と異なり、インペラの底
側部に最も近い層はシリンダの壁の下方に付勢される。このように、1つのイン
ペラの頂側部と隣接するインペラの底側部との間の領域内にて流体層が衝突し且
つシャフト領域に向けて後方に付勢される。その結果、反時計回り方向に渦巻く
層となる、すなわちインペラの頂側部付近の反時計回り方向の旋回流及びインペ
ラの底側部付近の時計回り方向の旋回流が生ずる。
【0005】 砂−ペーストの密度は入念に調節しなければならない。流体−ペーストは、イ
ンペラにより駆動するのに十分粘性でなければならないが、過剰な粘度は砂の動
き及び破砕作用を低下させる。粘度が低い場合、不十分な循環、砂の横滑り及び
インペラの磨耗を生ずる。この機械は、その機械の全体に溶剤を流すことにより
洗浄することができる。しかし、砂のコストは比較的安価であるため廃棄されの
で、かかる媒質(メディア)から洗浄困難な色を洗浄することを避けられない。
ペーストからミルへの連続的な流れを保証すべく十分なプレミキサを使用すれば
、砂破砕機は連続的な自動作動に使用することができる。
【0006】 標準的な単一シリンダは、標準的なボールミルに優る顕著な改良であり且つ殆
んどの目的にとって十分であるが、欠点を有する。粉砕時間は、特に大径の微粒
子の場合、長くなる可能性がある。例えば、炭素黒のような幾つかの材料は、鋼
製のボールミルを使用して破砕することができる。鋼製のボールミルは、上述し
た不利益のため、今日の環境に許容可能な粉砕方法ではない。更に、砂ミルにて
使用される標準的なギアポンプは、媒質がポンプの歯車及びポンプ装置に入り込
んだならば、著しく磨耗する可能性がある。
【0007】 標準的なメディアミルに優る改良された破砕効率を有する改良された分散室を
開発するならば有益であろう。 分散/破砕が容易でない顔料のサイクル時間を短くし又はメディアミルにて従
来破砕することができなかった微粒子を破砕する室が提供し得るならば、既存の
分散室に優る顕著な改良となるであろう。
【0008】 発明の開示 本発明はメディアミルに関する。より具体的には、本発明は、微粒子物質の流
体顔料担体を破砕し且つ分散するメディアミルに関する。本発明は、衝撃破砕、
タック(tack)剪断破砕及びスラリー破砕を行うことのできるメディアミル
を提供する。本発明の1つの実施の形態は、多数バレル破砕室を備えている。1
つの特別な実施の形態は、3つのバレル破砕室を備えており、回転可能なシャフ
トが各バレル部分内で長さ方向に取り付けられている。ディスク列が回転可能な
シャフトの各々に固着されている。
【0009】 シャフトが回転すると、微粒子物質が衝撃力を加え且つバレル部分の間の境界
面に沿って混合する。シャフトの回転速度及び方向を変化させることにより、衝
撃破砕又はタック剪断破砕又はスラリー破砕を行うためにこの単一メディアミル
を使用することができる。更に、回転可能なシャフトの無限の回転速度を制御す
ることを通じて正確な品質管理を実現することができる。
【0010】 本発明のその他の実施の形態は、放出スクリーン、インペラ、冷却ジャケット
の独得の設計を含む。 本発明は、また、衝撃破砕、タック剪断破砕又はスラリー破砕を実現するため
に微粒子物質を推進する多岐に亙る方法を教示する。
【0011】 従って、本発明の1つの目的は、より効率的なメディアミルを提供することで
ある。 本発明の別の目的は、多数バレルメディアミルを利用することにより一層の高
効率を実現することである。
【0012】 本発明の別の目的は、微粒子物質がシャフトの回転により推進され且つ相互に
混合される多数シャフト装置を介してより高効率を実現することである。 本発明の別の目的は、タック剪断破砕、衝撃破砕及びスラリー破砕を行うこと
のできる単一メディアミルを提供することである。
【0013】 本発明の別の目的は、破砕室の内部にて発生される旋回流がより少ないメディ
アミルを提供することである。 本発明の別の目的は、破砕される製品に対し、正確な制御を実現する手段を提
供することである。
【0014】 本発明の別の目的は、蛍光から及び結晶状構造を有するその他の顔料担体から
より濃い色を実現する方法及び装置を提供することである。 本発明の別の実施の形態は、始動を行うため、過剰な出力のモータを必要とせ
ずに混合体をタック破砕することのできるメディアミルを提供することである。
【0015】 本発明の別の目的は、シャフトを反対方向に回転させることにより混合体をタ
ック破砕するとき、始動動力を提供することである。 本発明の別の目的は、バレルがより磨耗し難いメディアミルを提供することで
ある。
【0016】 本発明の別の目的は、より環境に配慮した破砕方法を提供することである。 本発明の更に別の目的は、従来のメディアミルよりも無駄な溶剤の発生量が著
しく少ないメディアミルを利用することにより、環境により配慮した破砕を実現
することである。
【0017】 本発明の更に別の目的は、従来のメディアミルよりも騒音の発生量が著しく少
ないメディアミルを利用することにより、この環境により配慮した破砕を実現す
ることである。
【0018】 本発明の別の目的は、従来のメディアミルよりも経済的に作動するメディアミ
ルを提供することである。 本発明のその他の目的及び有利な点は、好ましい実施の形態を示す以下の説明
及び添付図面から当業者に明らかになるであろう。
【0019】 発明を実施する最良の形態 本発明は、メディアミルに関するものである。より具体的には、本発明は、塗
料、コーティング剤、インク及びその他の流体顔料担体用の微粒子物質及び顔料
を破砕し且つ分散するメディアミルに関するものである。本発明は、タック剪断
破砕、スラリー破砕及び衝撃破砕を含む。本発明は、同様の部品を同様の参照番
号及び符号で表示する添付図面を参照することにより、最も良く理解されよう。
【0020】 本発明は、メディアミル10を含む。図1に図示したメディアミル10はベー
ス12を備えている。典型的に、ベース12は取付けベース14を有する。メデ
ィアミル10は、ベース12により支持された破砕室20を更に備えている。破
砕室20の切欠き図が図2に図示されている。破砕室20は、流体的に接続した
3つのバレル22を有する。3つのバレル22は、多分、図3に最も良く図示さ
れていよう。3つのバレル22は、全体として、第一の外側バレル24と、第二
の外側バレル28と、第一の内側バレル26とを含む。
【0021】 メディアミル10は、各バレル内で長さ方向に作用可能に配置された回転可能
なシャフトを更に備えている。これは、第一の外側バレル24内で長さ方向に配
置された回転可能なシャフト30と、第一の内側バレル26内で長さ方向に配置
された回転可能なシャフト32と、第二の外側バレル28内で長さ方向に配置さ
れた回転可能なシャフト34とを図示する、図2に多分、最も良く図示されてい
よう。複数のディスクがシャフトの各々に取り付けられている、図2及び図5に
は、シャフト30に取り付けられた複数のディスク又はディスク列36と、回転
可能なシャフト32に取り付けられたディスク列38と、回転可能なシャフト3
4に取り付けられたディスク列40とが図示されている。これらのディスク列は
、個別のディスク42を備えている。
【0022】 メディアミル10は、シャフト24、26、28を駆動する動力手段44を更
に備えている。該動力手段は、図1に図示したモータ46のような従来の駆動手
段を備えている。1つの実施の形態において、モータ46は、第一のシャフトに
接続された第一のモータ48を備えている。
【0023】 別の実施の形態において、第二のモータ50は、他の回転可能なシャフトの1
つに接続されている。第三のモータ52は、他の回転可能なシャフトの1つ、す
なわち残るシャフトに接続されている。1つの実施の形態において、これらのモ
ータは液圧モータを含む。別の実施の形態において、これらのモータは2方向で
あり、可変速度制御装置を含む。
【0024】 図2には、モータを取り付けることのできるモータ取付け部54が図示されて
いる。回転可能なシャフトは、その双方を図2に図示した上側ベアリングプレー
ト56及び下側ベアリングプレート58により支持することができる。上側ベア
リングプレートは、回転可能なシャフトが内部で回転する複数の上側ベアリング
ケース60を支持している。下側ベアリングプレート58は、回転可能なシャフ
トが内部で回転する複数の下側ベアリングケース62を支持している。
【0025】 本発明の1つの好ましい実施の形態が図10に図示されている。図10には、
バレル22の平面図が図示されている。バレル22は、第一の外側バレル24と
、第二の外側バレル28と、第一の内側バレル26とを備えている。バレルの各
々は、それぞれ円形の断面64、68、66を有する。第一の外側バレルの断面
64は、第一の内側バレル断面66と交差し、第二の外側バレルの断面68は第
一のバレル断面66と交差する。これは重なり合った破線で示してある。
【0026】 メディアミル10の1つの実施の形態において、第一の外側バレル24内に配
置された第一の外側シャフト30に取り付けたディスク36は、第一の内側バレ
ル26内に配置されたシャフト32に取り付けたディスク38に部分的に重なり
且つ該ディスク38に対して介在されている。これは、図2、図5a及び図5b
に図示されている。第二の外側バレル28内に配置されたシャフト34に取り付
けたディスク40は、第一の内側バレル26内に配置されたシャフト32に取り
付けたディスク38に部分的に重なり且つ該ディスク38に対して介在されてい
る。典型的に、第一の外側バレル24、第一の内側バレル26、第二の外側バレ
ル28は、その中心軸線が共通の平面内に位置するように配置されている。図1
0を参照。
【0027】 本発明の1つの実施の形態において、第一の内側バレル26内の回転可能なシ
ャフト32は、2つの外側バレル24、28内でそれぞれ回転可能なシャフト3
0、34よりも回転速度が遅い。その結果、微粒子物質が上方タック(tack
up)される。このことは、図6に最も良く図示されており、流れ矢印134
、136、138は、製品の流れ及びメディアの流れを示す。シャフトの回転方
向は、丸の矢印140、142、144で示してある。2つの外側シャフト30
、34よりも中央シャフト32の下側の丸の矢印が少ないことは、中央シャフト
が2つの外側シャフトよりも回転速度が遅いことを示す。
【0028】 図7には、バレル部分すなわち破砕室20の切欠き図が図示されている。図7
には、下方タック(tack down)作動モードにおけるタック剪断過程が
図示されている。下方タック過程に対し、中央心シャフト32は、外側シャフト
30、34と同一方向に回転するが、該中央シャフト32は外側シャフトよりも
高速度にて回転する。このことは、図7にて図示した多数の回転速度矢印142
で示してある。流れ矢印134、136、138はメディアの方向を示す。より
速く且つより遅い回転速度は、典型的に、中央シャフト32に接続された第一の
モータ48を使用して実現され、第一のモータ48は、可変速度制御装置を備え
ている。その他の実施の形態において、第一及び第二の外側シャフトにそれぞれ
接続された第二及び第三のモータ50、52は、それぞれ同様に可変速度制御装
置を備えている。好ましくは、該可変速度制御装置は無限の制御調節機能を備え
るようにする。
【0029】 タッキングは、基本的に、回転するディスク間の速度差が全体として引張り力
を通じて、粉砕される物質の分子構造体を延伸させる過程である。これは、結晶
構造体に特に当て嵌まる。結晶構造体が延伸すれば、より濃い色となる。
【0030】 上方タック(tacking up)は、好ましくは、外側ディスクが内側デ
ィスクより高速で回転する過程である。内側ディスクを去る微粒子物質は高速の
外側ディスクにより吸引される。一組の内側ディスクと比較して二組の外側ディ
スクを使用することにより、内側ディスクよりも外側ディスクの表面積がより大
きくなる。このことは、分子構造体がより広い表面積に亙って撒き拡げられるた
め、延伸効果又は引張り効果を生ずる。
【0031】 このように、内側ディスクが外側ディスクよりも高速度で回転する過程である
下方タック(tacking down)もまた延伸効果を生じさせる。しかし
、形成される剪断力は、速度差がタック作用に寄与するタック過程にて発生する
力よりも小さい。
【0032】 相対的な回転速度を変化させる能力は、破砕すべき製品に適合するように破砕
過程を調節する上で特に有用である。 剪断破砕は、タッキングと同時に行われる。剪断破砕は、所定の微粒子物質の
全体として両側部に対し全体として対向する方向に作用する力ベクトルに起因す
る。その結果、微粒子物質の分子マトリックスが剪断される。簡略化した二次元
的な実施例は、四角の対向する隅部を有し且つ側部を直線状に保ちつつ、これら
隅部を引き離すことを含む。その結果、共通の基部にて接続された菱形又は二等
辺三角形に類似した形状の剪断四角部となる。
【0033】 タック破砕に対する剪断破砕の比は、シャフトの相対的速度の関数である。同
様に、衝撃破砕、タック剪断破砕、及びスラリー破砕の比又は破砕ファクタは、
ディスクの回転の関数である。それに伴う破砕比は、破砕ファクタとも称される
【0034】 水系製品のような低粘度製品の結果、例えば、樹脂及びエポキシのような高粘
度製品の場合よりも所定の一組の回転速度に対する剪断力はより大きくなる。 スラリー破砕は、単に1つの型式の混合過程又は攪拌過程にしか過ぎない。図
8には、バレル部分20の切欠き図及びスラリー過程が図示されている。このス
ラリー過程は中央シャフト32を反対方向に回転させることで実現される。この
ことは、双方向制御装置を備える第一のモータ48を使用して実現される。この
場合、モータ46を交換せずに同一のシャフト32を2つの外側シャフト30、
34と同一の方向に回転させることができるため、この双方向制御装置は、有用
である。共通の回転は、図9に図示されている。図9には、共通の方向に回転す
るシャフトを典型的に使用する衝撃過程が図示されている。
【0035】 本発明の1つの実施の形態において、メディアミルは、バレル内に配置された
シャフトと互いに独立的にバレル内に配置された回転可能な第一のシャフトを駆
動すべく、本明細書にてモータ46と称する独立的な駆動手段46を備える動力
手段44を含む。このように、回転シャフト30、32、34の何れかの1つは
、その他の2つのシャフトと独立的に回転させるこができる。好ましくは、独立
的な駆動手段は、双方向可変速度モータを備えている。
【0036】 1つの実施の形態において、メディアミル10は、微粒子物質をタッキング(
tacking)するタッキング手段を備える動力手段44を含む。典型的に、
タッキング手段は、双方向可変速度制御装置を備えている。このタッキングは、
タック剪断破砕と称される剪断破砕の1つの形態を形成する。しかし、これらシ
ャフトの1つ、好ましくは、中央シャフトは、外側シャフト30、34に対し高
速度又は低速度で回転させるため微粒子物質のタッキングが実現される。このタ
ッキング手段は、双方向機能又は可変速度制御装置の何れも含む必要はない。
【0037】 好ましくは、メディアミル10は、3%以上のタック剪断破砕ファクタにてタ
ック剪断破砕を行うべくタック剪断破砕手段を更に備えている。この場合、この
ことは、中央シャフトが外側シャフトよりもより高速度又は低速度で回転するこ
とを許容する任意の従来の方法にて行うことができる。タック剪断破砕の有利な
点は、結晶構造を有する微粒子物質を延伸させる点である。その理由は、結晶構
造体を延伸することの有利な点は、結晶構造体が分解されるときよりも濃い色、
すなわち単により深い色調ではなく、濃さが増した色となる点である。結晶構造
体は、典型的に、衝撃又はスラリー破砕過程の間に分解される。この形態のタッ
ク破砕は、特に、ある結晶構造体を有する蛍光(すなわち、蛍光色顔料)に関係
する。
【0038】 破砕率ファクタは、1つの型式の破砕と別型式の破砕との比である。本明細書
に記載されたように、3つのバレル、3つのシャフトの設計を利用することによ
り、これら3つの全てが全体として同時に実現される。相対比すなわち、破砕フ
ァクタは、相対的速度を調整することで調節される。このように、異なる破砕条
件を必要とする異なる製品に対応することができる。
【0039】 このように、好ましくは、メディアミル10は、第一のシャフト26を2つの
方向に駆動する双方向駆動手段を更に備える独立的な駆動手段58を含む。典型
的に、駆動手段は、第一のシャフト32に接続された双方向モータである。
【0040】 メディアミル10の1つの実施の形態は、中央バレル26を備える3つのバレ
ルを有し、第一のシャフト32が双方向モータ48に接続され、第一のシャフト
32が中央バレル26内に配置されたものである。
【0041】 本発明の1つの実施の形態が、メディアミル10は、入口70及び出口72を
有する破砕室20を更に備えている。図2及び図3に図示した入口70は、下側
供給部分すなわち下側供給装置74を備えている。供給装置74は、破砕室20
の入口70と流体的に接続している。放出スクリーン76は、破砕室20の出口
72と流体的に接続している。放出スクリーンは、図1に図示されており、放出
室76の分解図が図4に図示されている。
【0042】 1つの実施の形態において、放出スクリーン76は、破砕室20の出口72に
近接する前側プレート78を備えている。前側プレート78は、破砕室20の出
口72と流体的に接続した開口部80を画成する。放出スクリーン76は、前側
プレート開口部80と流体的に接続した開口部84を画成する放出プレート82
を更に備えている。破砕室20の放出プレート82と出口72との間に前側プレ
ート78が配置されている。出口72は、図4に最も良く図示されている(放出
開口部84は図1に図示されている)。放出スクリーン76は、前側プレート7
8と、開口部80と、放出プレート開口部84との間に配置されたスクリーン8
6を更に備えている。この状態は図4に図示されている。また図4には、放出ス
クリーン86と前側放出プレート82との間に配置された放出プレート取付け部
88が図示されている。図4に図示した実施の形態において、放出開口部84は
、前側プレート開口部80よりも小さい。
【0043】 本発明の1つの実施の形態において、メディアミル10は、密封プレート90
を含む破砕室20を備えている。この状態は、図4の分解図及び図2の切欠き図
に図示されている。回転可能なシャフト30、32、34は、密封プレート90
を通って伸びる。同様に、放出スクリーン92に対する頂部フランジが図2に図
示されている。該頂部フランジは、密封プレートとバレル部分20との間に配置
されている。本発明の1つの実施の形態は、複数の密封ハウジング96、98、
100を備えている。密封ハウジングは、それぞれ1つはシャフトのそれぞれ1
つを取り巻き、それぞれの密封ハウジングは密封プレート90に取り付けられ又
は当接する。図2において、密封ハウジング96は、第一の外側回転シャフト3
0を取り巻いている。該密封ハウジング98は、第一の内側回転シャフト32を
取り巻き、密封ハウジング100は、第二の外側回転シャフト34を取り巻いて
いる。複数のシール102、104、106がシャフト30、32、34をそれ
ぞれ取り巻いている。このように、シールのそれぞれ1つがそれぞれのシャフト
を取り巻き且つそれぞれのシャフトとそれぞれの密封ハウジングとの間に配置さ
れている。
【0044】 説明の目的のため、図2に図示したシールは、密封ハウジング内に着座してい
ない。作用を説明すると、シールは密封ハウジング内に着座し、好ましくは、第
二のシールは、第一のシールの頂部に休止する。本発明の1つの実施の形態にお
いて、密封ハウジングの各々は、青銅材料から成っており、シールの各々は、炭
素材料を含む。好ましくは、シールは炭素繊維複合体から出来ている。
【0045】 本発明の1つの実施の形態において、メディアミル10は、供給ポート108
を有する供給装置74を備えている。この実施の形態は図3に図示されている。
図3に図示した実施の形態において、供給装置は、下方供給装置である。供給ポ
ート108は、破砕部材20又はバレル室20と流体的に接続している。1つの
実施の形態において、供給スクリーン110と称されるスクリーン110が供給
ポートと破砕室20との間に配置されている。1つの実施の形態における供給ポ
ート108は、3つのバレル24、26、28とそれぞれ流体的に接続した3つ
のバレル開口部118、120、122を備えている。この状態は、多分、図5
aに最も良く図示されてよう。
【0046】 1つの実施の形態におけるメディアミル10は、破砕室20の周りに水冷却ジ
ャケット126を更に備えている。この形態は、図2及び図3に詳しく図示され
ている。水冷却ジャケットはバレル20又は破砕室20から分離されている。バ
レル22と、水冷却ジャケット126の内壁との間の組織間空隙もまた水保持室
127と称される。図5a参照。水保持室127は、破砕室を冷却し且つ加熱す
るため、水、油又はその他の物質で充填することができる。このため、水冷却室
は減衰装置で且つ増強装置でもある。その内容を参考として引用し本明細書に含
めた、1998年3月16日付けのラン・ビー・エッチ(Ranne,B.H.
)らによる、「塗料、コーティング剤、インクその他の流体顔料担体用の粒子物
質及び顔料を破砕し且つ分散する二重バレルメディアミル(Double Ba
rrele Media Mill For Grinding And Di
spersing Particulate Matter And Pigm
ent For Paint,Coatings,Ink And Other
Fluid Pigment Vehicles)」という名称の米国特許出
願第09/039,716号に、水冷却ジャケット126がより詳細に記載され
ている。
【0047】 本発明の一実施例は、メディアミル10を備えており、該メディアミル10は
、ベース12と;該ベース12によって支持された破砕室20と;該破砕室20
内に配置された複数の回転可能なシャフト30,32および34と、を含む。複
数のシャフト30,32,34は、中央シャフト32と、第1の外側シャフト3
0と、第2の外側シャフト34とを含む。複数のディスク36,38および40
が、それぞれ各シャフトに沿って互いに間隔をおかれるように配置されている。
中央シャフト32に沿って互いに間隔をおかれて配置されたディスク38は、二
つの外側シャフト30,34に沿って互いに間隔をおかれるように配置されたデ
ィスク36および40と部分的に重なり合っている。メディアミル10はさらに
、各シャフト30,32,34を他のシャフトとは独立して回転させるための駆
動手段46を含んでいる。駆動手段46は、それぞれのシャフトに連結されてい
る。一実施例において、駆動手段46は、各シャフトに連結された、可変速度双
方向モータ48を含んでいる。
【0048】 一実施例においては、破砕室20は、中央バレル26と、二つの外側バレル2
4および28とを含んでいる。各バレルは、円形横断面64,66および68を
有している。図10を参照されたい。中央バレル26の横断面66は、二つの外
側バレル24および28の横断面64および66と交差している。中央シャフト
32は、中央バレル26内に配置されており、二つの外側シャフト30および3
4は、二つの外側バレル24および28内にそれぞれ配置されている。メディア
ミル10は、破砕室20と流体連通している放出スクリーン76をさらに含んで
いてもよい。メディアミル10はまた、破砕室20の回りにウォーター冷却ジャ
ケット126を備えるようにしてもよい。
【0049】 本発明のもう一つの実施例は、メディアミル10とともに使用するための室2
0である。室20は、第1のバレル部分24と;第2のバレル部分26と;第3
のバレル部分28とを含み;第2のバレル部分26は、第1および第3のバレル
部分24および28と流体連通している。各バレル部分は、典型的には、円形の
横断面64,66,68を有しており、第2のバレルの横断面66は、第1およ
び第3のバレルの横断面64および68と交差している。望ましくは、各バレル
部分は共通の平面内に配置されている。図10を参照されたい。
【0050】 本発明の室20はまた、各バレル部分内に配置されたシャフトと;各シャフト
に沿って互いに間隔をおかれた複数のディスクとを含んでいてもよい。図2を参
照されたい。室20はさらに、バレル部分の一つと流体連通する放出スクリーン
76を含んでいてもよい。望ましくは、放出スクリーン76はバレル部分のすべ
と流体連通しているものとする。
【0051】 本発明の装置をこれまで垂直型のメディアミルに関連して説明してきた。この
垂直型のメディアミルにおいては、微粒子物質が全体として下方部分へと供給さ
れ、破砕され、スラリー状にされ、剪断され、間切られ、または、衝撃を与えら
れ、そして頂部から放出されるようになっている。しかしながら、他の種々の変
形例が使用可能であることは当業者に明らかである。例えば、メディアミルを水
平型としてもよい。所望であれば、入口と出口とを操作上便利なように互いに距
離をおいてもよい。各シャフトの中央軸線を共通の平面内に含めなくてもよい。
各ディスクを同じ大きさにしなくてもよい。その他の変更例および実施例が本願
による開示から明らかとなろう。
【0052】 本発明はさらに、微粒子物質を混合する方法にも関する。該混合方法は、第1
の外側室部分24と、第2の外側室部分28と、中央室部分26とを有する室2
0を備えたミル10を提供することを含む。この方法はさらに、微粒子物質を第
1の外側室部分24から中央室部分26へと向けて推進させることと;微粒子物
質を第2の外側室部分28から中央室部分26へと向けて推進させることと;微
粒子物質を中央室部分から第1の外側室部分24および第2の外側室部分28へ
と向けて推進させることとを含む。これらは次のようにして行われるべきである
。すなわち、中央室部分からの微粒子物質は、第1の外側室部分24と中央室部
分26との間の第1の外側境界域128にて、第1の外側室部分24からの微粒
子物質と相互に混合される;中央室部分26からの微粒子物質は、第2の外側室
部分28と中央室部分26との間の第2の境界域130にて、第2の外側室部分
28からの微粒子物質と相互に混合される。微粒子物質の流れは、図6ないし図
9に最も良く示され、境界域については図10に最も良く示されている。
【0053】 第1の外側室部分での微粒子物質の流れは、矢印134で示す。中央室部分で
の微粒子物質の流れは、矢印136で示し、第2の外側室部分での微粒子物質の
流れは矢印138で示す。回転速度の方向を示す矢印140,142および14
4が図6、図7、図8および図9に示されている。速度方向が2本の矢印で示さ
れているのは、1本の矢印で示されている場合よりも、速度が速いことを意味す
る。回転方向は矢印の頭部で示される。
【0054】 図6はタック剪断の工程を示す。中央室部分の微粒子物質136は、外側室部
分の微粒子物質134および138と同じ方向に回転せしめられるが、速度はよ
り遅い。その結果、上方タックすなわちタッキングアップ(tacking u
p mode)モードになる。
【0055】 図7は、下方タックすなわちタッキングダウン(tacking down)
工程を示す。中央室部分の微粒子物質136は、外側室部分の微粒子物質134
および138よりも速い速度で回転せしめられる。
【0056】 図8において、中央室部分における微粒子物質136は、外側室部分における
微粒子物質134および138に対して反対方向に回転せしめられている。これ
により、破砕におけるスラリー化処理が行われる。
【0057】 図9は、衝撃破砕処理を示す。この処理では、3つの部分すべてにおける微粒
子物質が同じ方向に同じ速度で回転せしめられている。 この発明の方法においては、前述した「推進させる」段階が、各室部分におけ
る微粒子物質を該各室部分の軸線の回りに回転せしめることを含む。図6ないし
図9においては、垂直軸線の回りを微粒子物質が回転せしめられる。別の方法に
おいては、回転させる段階が、中央室部分26内の微粒子物質136を、第1の
室部分の回転140に対して共通の方向142に回転させることを含む。この態
様は図9に示されており、残りのシャフトを同様に回転させることにより、衝撃
破砕工程が行われる。本発明のもう一つの方法においては、回転させる段階が、
中央室部分26内の微粒子物質136を、第1の室部分24内で回転せしめられ
る微粒子物質134に対して反対(逆)方向に回転させることを含む。図8は、
かかる方法の一例を示す。この例は、各シャフトの速度および方向が適切に調整
されたとき、スラリー化破砕処理を行うことができる。
【0058】 本発明のある方法においては、回転させる段階は、第2の外側室部分28内の
微粒子物質138を、もう一つの外側室部分である第1の外側室部分24内の微
粒子物質を回転させる得度140と等しい速度144で回転させることを含む。
この方法は図7に示されており、これにより、下方タック工程が得られる。この
作用モードは、図8にも示されている。しかしながら、図8の例はスラリー化破
砕工程である。なぜならば、中央シャフトが図7における中央シャフトとは異な
る回転をするからである。この作用モードは、図6ないし図9を通して一貫して
いる。中央室部分内の微粒子物質の速度をどのように変えるか、また、中央室部
分内の微粒子物質をどの方向に回転させるか、によって、破砕工程をスラリー化
以外のものにすることができる。
【0059】 本発明のもう一つの方法においては、回転させる段階が、中央室部分26にお
ける微粒子物質136を、第1の外側室部分24における微粒子物質が回転せし
められるときの速度140よりも遅い速度142で回転させることを含む。これ
は図6における状態と似ている。もう一つの方法は、中央室部分26における微
粒子物質136を、第1の外側室部分24における微粒子物質134が回転せし
められるときの速度140よりも速い速度142で回転させることを含む。これ
は図7の状態に似ている。本発明の一つの方法は、中央室部分26における微粒
子物質136を、第1の外側室部分24内の微粒子物質134が回転せしめられ
るときと共通の、すなわち同じ方向142で回転させることを含む。
【0060】 回転の方向および速度を選択することについて例示としての説明をしてきたが
、種々の組み合わせを行うことにより、多くの作用モードが得られることが当業
者に理解されるであろう。本発明は、かかる例によって限定されることを意図し
ていない。特定の破砕を行う要求に応じて、パラメータを変化させることができ
る。本発明は、これらの要求に応じた装置およびこれらの要求を満たす方法を教
示して提供するものである。
【0061】 本発明のもう一つの方法はさらに、微粒子物質のタック剪断による破砕の段階
を含んでいる。タック剪断による破砕の段階はさらに、結晶構造を伸ばすことを
含む。これは、結晶構造が破壊されるのではなく、伸ばされるので、色彩の深み
を大きく増すことができる一つの方法となる。
【0062】 本発明はまた、連続流れモードに利用することもできる。これは3つのタイプ
の破砕態様、すなわち衝撃、スラリー化、およびタック剪断を含む。3つのバレ
ルミルの作動メカニズムは、望ましくは、3つの個別に動力を与えられるシャフ
トを含むものとする。シャフトの長手方向に沿って、特別に設計された鋳造ステ
ンレス鋼、または合金のディスクの列が取り付けられている。これらのディスク
の列は、隣接して一部重なり合うディスクと互い違いに配列される。各シャフト
は、液圧モータによって個別に動力を与えられる。外側シャフトの速度および回
転速度は、いくつかの実施例では同じであるが、速度に関してはゼロrpmから
そのモータの上限まで無限に制御することができる。回転方向も同時に変更する
ことができる。中央シャフトは、外側シャフトから独立して制御することができ
る。速度制御は、望ましくは、動力源およびその方向の回転の限度内において、
無限であることが好ましく、回転方向も反転させることができる。
【0063】 中央バレルとそれに付随するディスク列とを加えることにより得られる可能性
は、現存する単一バレルミルまたは2バレルミルに比べて3バレルミルを見事に
際だたせる。中央シャフトまたは別のシャフトのメカニズム動作を制御できるよ
うにすることによって、一つのマルチバレルミルで3つの破砕工程のすべてを行
うことができるのである。
【0064】 連続速度制御機構を有する連続可変速度双方向モータを利用した種々の組み合
わせにより、ひとつの破砕工程または3つのすべての破砕工程内において数多く
の態様の置き換えができる。衝撃破砕工程を行うためには、3つのシャフトのす
べての回転方向を時計方向または反時計方向にする。これが衝撃破砕工程の標準
モードである。典型的には、衝撃破砕工程では、3つのすべてのシャフトが同じ
速度で回転されよう。この作動は、最大の衝撃と破砕をもたらし、その程度は、
3つのシャフトすべての速度を同時に調節することにより制御される。3つのシ
ャフトすべてを同じ方向に回転させることにより、いかなる渦流(ボルテックス
)も排除され、それにより、従来のメディアミルと比較して、消費されるエネル
ギのかなり多くの割合が実稼働に振り向けられることになる。
【0065】 このことは、特別に設計されたディスクをディスク列にして配列することによ
り増進される。ディスクは、ポッド(pod)と、タービンまたはポンプにおけ
るインペラと同様の働きをするベーン(vane)とによって設計されている。
ディスクは、ミル内にポンピング作用をもたらして、生産物を迅速に且つ全体的
に分散物にする助けとなる。ベーンおよびポッドに面取りを施すことにより、さ
らなるポンピング作用がもたらされ、生産物およびメディアを、シャフト組立体
の指向性回転軸線に沿って複数の方向へと推進させる。シャフトの単指向性回転
を組み合わせ且つディスクをユニークな設計にすることにより、流体の力学的作
用および機構的作用が増大し、バレルの磨耗が軽減される。
【0066】 スラリー化破砕は、中央シャフトを二つの外側シャフトに対してその回転方向
を逆転させることにより行われる。最大のスラリー化破砕を生じさせるためには
、3つのシャフトすべてを同じ速度で回転させるべきである。対向する回転流に
より作り出される、ディスクの流体力学的メカニカル作用が組み合わされること
により、メディアおよび生産物(ここでは微粒子物質と呼んでいる)はミル室す
なわち破砕室の内部で「撹拌」され、一様に分散される。スラリー化破砕の速度
および量は、シャフトの回転速度を調節する(望ましくは同時に)ことにより変
化させることができる。単バレルミルまたは2バレルミルでスラリー化破砕を行
うことに比べ、3バレルミルを使用する方が、生産物の品質と分散における端の
一様性とが著しく向上する。これには、第3のバレルとそれに付随するディスク
列とによる対向回転力によって作り出されるユニークな流体力学的効果が貢献す
ること大である。
【0067】 3バレルミルは、顕著なタック破砕作用を行う点でユニークである。この顕著
な作用は、単バレルミルまたは2バレルミルでは実行不可能である。それは従来
、典型的にはローラミルや種々のニーダ(捏和)ミルに委託されていたものであ
る。それでもなお、破砕の3つのタイプすべてを効率よく実施できるものは従来
なかった。また、3バレル垂直ミルの設計および形状により、従来のタック剪断
破砕に比べ、その効率利得は対数的に向上した。
【0068】 タック剪断破砕を効果的にするために、すべてのシャフトは同じ方向に回転せ
しめられる。しかしながら、外側シャフトまたは中央シャフトの速度は、必要と
される剪断、タック破砕の程度に依存して変化させることができる。これらのシ
ャフトの速度を変化させることにより、所望の精度で上方タックさせたり下方タ
ックさせたりすることができる。最大の剪断を得るためには、中央シャフトを外
側シャフトよりも遅い速度で回転させる。この作用モードによりもたらされる差
違は、流体力学上、シャフトが速く回転するほど生産物も速く回転し、それによ
って、タッキング作用を伴う最大の剪断破砕が生じ、上方タックの基準を満足さ
せることを物語っている。逆に、中央シャフトを他の2つのシャフトより速い速
度で回転させることにより、ミルは下方タックの作用を行うことができる。外側
シャフトと中央シャフトとの間の速度比を最大限に制御することができるように
したことにより、破砕比すなわち破砕の程度と破砕の品質とを非常に精確に制御
しやすくなった。
【0069】 第3のシャフトを独立して動力を与えられるようにしたことにより、ミルは、
中央シャフトが反対方向に回転する状態で作業を開始することができる。これに
より、室内のメディアおよび生産物の慣性にうち勝つために、出力の大きなモー
タを使用する必要がなくなる。この特徴は、処理される生産物が粘性の高いもの
であるときにミルを始動させる際に特に有用である。
【0070】 典型的な微粒子物質としては、コーティング剤、顔料、分散物、染料濃縮物、
サーマルインク、布用および皮革用染料、磁気コーティング剤、接着剤、通常プ
ラスチック、無機質トナー、薬およびハイテクノロジーセラミックスなどが含ま
れる。このミルはまた、カーボンブラックを破砕することもできる。このミルは
、結晶構造を有する生産物を延伸させるのに良く適している。
【0071】 第3のバレルを、関連する装置(シャフト、ディスク、および独立して作動可
能な可変速度双方向液圧動力ユニット)に付加して具体化したことにより、産業
界の歴史において比類無き革新的なメディア破砕ミルへの、革新的なアプローチ
をつけることができた。その時々の技術を利用することにより、使用者は、3つ
のタイプの破砕(衝撃、スラリー化、タック剪断)の組み合わせを効果的に行う
ために、2またはそれ以上の装置を必要としていた。3バレルメディアミルは、
その必要をなくした。なぜなら、一つの機械でこれらの破砕方法を効率良く且つ
効果的に行えるようになるからである。
【0072】
【表1】
【0073】 (2つの外側バレルの構成及び作用) 外側の2つのシャフト及びディスクは、双方向性の可変速度油圧ユニットによ
って各々独立に付勢される。2つの外側シャフトに対する速度及び方向の制御は
、同時に作用し、両者とも同時刻で同じ速度及び方向で駆動する。これらのシャ
フトの回転方向は逆転することができる。2つの外側シャフトの可変速度制御は
、低速及び高速のいずれも可能である。外側シャフトの高速度は、生産物に最大
の衝撃を与える。逆に、ゆっくりとした速度は、最小の衝撃を提供し、最適なス
ラリー破砕を提供する。 (内側バレルの構成及び作用) 内側シャフトは、2つの外側シャフトから独立に付勢され、制御される。この
ユニットは、中央シャフトが外側シャフトとは反対の回転方向で開始される状態
で始動されることができ、始動のための余剰パワーの必要性を減少させる。この
モードでユニットを作動させることは、2%の衝撃因子を与える。かくして、衝
撃破砕は、約2%にまで減少され、破砕の残りの98%がスラリー及びタック剪
断を含んだ状態となる。最適な衝撃作用のため、全てのシャフトは、同速度で同
方向に駆動する。中央シャフトに亘る可変速度制御は、タック剪断破砕への衝撃
量を制御する。
【0074】 中央シャフトが外側シャフトよりゆっくりと回転しているとき、材料は、外側
シャフトへとタックしていき、即ち、上方タック(tack up)する。逆に
、中央シャフトの回転速度が外側シャフトの回転速度より速いとき、材料は、外
側シャフトからタックしていき、即ち、下方タック(tack down)する
。下方タックすることは、より多くのタック剪断を生産物に分与する。
【0075】 速度及び回転に関する設定は、衝撃、スラリー若しくはタック剪断、或いは、
それらの任意の組み合わせのいずれであろうとも各々の顔料型式に対して決定さ
れ、個別的に処理することができる。全体的に閉じられた容器は、溶媒の損失に
起因して粘性耐久性を減少させる。また、有意に少なくて済む溶媒が必要とされ
るので、実質的な量のお金が蓄えられる。これは、生成される溶媒浪費量も減少
させる。
【0076】 ディスク又はインペラーについてのより詳しい説明は以下の通りである。この
とき図11乃至21を参照すべきである。これらの図は、メディアミルディスク
として示されたディスクアレイ38のためのディスク36、又は、単なるディス
ク150の実施例を示している。
【0077】 メディアミルシャフト上に取り付けられるようになった、メディアミルディス
ク150の一実施例は、内側直径154、内側直径152より大きい外側直径1
56、第1の端部158、第2の端部160、及び、第1の端部158と第2の
端部160との間の長さ162を有するハブ152を備え、内側直径154はメ
ディアミルのシャフト上に取り付けるようになっている。典型的には、図示しな
いロールピンが、取り付け孔192を通して挿入される。第1の端部に対応する
ものとして方向「アップ」及び第2の端部に対応するものとして「ダウン」を定
義すると便利である。これは、ディスクを使用することができる方位を制限する
ことを意図するものではない。
【0078】 ディスク150は、ハブの第2の端部160からある距離だけ下方に離れた平
坦なディスクブレード164も備えている。好ましくは、ハブ152は平坦ディ
スクブレード164に垂直である。平坦ディスクブレード164は、第1の表面
166及び該第1の表面166から間隔を隔てた第2の表面168を備えている
。これは、平坦ディスクブレード164の厚さを画定する。第1の表面166は
第2の表面168よりハブ152に近接して配置されている。平坦ディスクブレ
ード164は、内側チャムファー170及び外側チャムファー172も備えてい
る。
【0079】 ディスク150は、ハブ152から平坦ディスクブレード164へと、下方に
且つ径方向に角度をなして延びる、複数の等間隔ベーン176、178、180
も備えている。
【0080】 好ましくは、平坦ディスクブレードは、第1の表面166及び第2の表面16
8の回りに間隔を隔てた複数の隆起ポッド174を備える。各々のベーンは、夫
々の隆起ポッド182、184及び186を備える。これらのベーン及びポッド
は典型的には風上側のチャムファー188及び風下側のチャムファー190を各
々備える。風上側のチャムファー188及び風下側のチャムファー190は図2
0に最も良く示されている。ベーンは、典型的に、回転方向に対応して風上側表
面及び風下側表面を有する。流体の中へと回転する表面は風上側であり、これに
対して、反対側の表面は風下側である。ベーンの下方向への角度は、6.25イ
ンチディスク150では、垂直軸に関して典型的に26度であり、4インチディ
スク151では、23.5度である。特定のサイズを持つディスクに示された特
徴は、必ずしもそのサイズのディスクに独自のものとは限らない。
【0081】 これらのディスクは、典型的に、ステンレス鋼から鋳造され、28%のクロム
を利用するインベストメント鋳造法を用いることができる。クロムは実質的な硬
度を追加する。硬化されたステンレス鋼440Cが、汚染の無い作動環境を提供
すること、及び、ディスクの寿命及び耐久性を非常に強化することの両方のため
用いられた。類似のディスクが多重バレルメディアミル内でテストされてきた。
典型的には、6 1/2インチのディスクが8インチバレルで使用され、4 1/2イン
チのディスクが6 1/2インチのバレルで使用されよう。しかしながら、これらの
ディスは、流体のダイナミックスへ実質的な変化をもたらすことなく、直径にし
て12インチまでの様々なサイズに鋳造することができる。平坦ディスクブレー
ドの厚さは、典型的には、6.25インチディスク及び4.5インチディスクに
対して0.375インチである。平坦ディスクブレードの頂部及び底部上の隆起
ポッドの表面位置の間の厚さは、典型的には、0.625インチである。
【0082】 これらのディスクは、主要には多重バレルミルで使用するため開発されてきた
。しかし、他の用途も、一般にメディアミルを周知した人にとっては明らかであ
ろう。ディスクは、これらのミルの全体プロセスの効率に重要な役割を果たし、
全プロセスの重要な部分である。ポッドディスクは、この特定の設計及び作用機
構を手段として提供する市場には現在のところ存在しないと信じられている。
【0083】 これらのディスクは、互いの上に積み重ねられ、シャフトに固定されるように
設計される。好ましくは、ディスク列を通してシャフトのどこも露出されないま
まのがよい。これは、容易な清掃を可能にし、引き続いて起こる異なる材料の束
における汚染を無くす。ディスクの設計に着目すると、その構成はインペラ−に
幾分類似している。ディスク150は、それが回転(200)するとき、未加工
の材料及び破砕媒質204の両方に、ポンプ機構202の作用を分与する。図1
9を見よ。未加工の生産物202がミルの中に機械的にポンプ流入される(20
2)とき、ディスクの作用は、このポンプ流入作用を物理的に増加させるため役
立つ。ポンプ作用により引き起こされる生産物及び媒質206の合成した流れが
、平坦ディスクブレード164に平行に示されている。ディスク150は、典型
的に、その頂部の上に別のディスクが積み重ねられ、これによって、当該流れは
外側に且つブレード163の間に入る。
【0084】 ポッドは、好ましくは、6 1/2インチディスク上に3/16インチほど隆起さ
れ、4 1/2インチディスク上に1/8インチほど隆起されるのがよい。隆起ポッ
ドは、このポンプ作用202を更に促進し、打撃作用208(図20を見よ)を
生成するため、平坦ディスクブレードの頂部及び底部の両方の上に設けられる。
ディスク列の結果として生じる運動力は、生産物の最大の分散を生成する。引き
続く衝撃の破砕用途にも非常に有益であろう。
【0085】 スラリー破砕用途では、生産物の分散は、作用機構がより均一、一定で予測可
能であるので、更に首尾一貫したものとなる。ディスクの使用は、フリッティン
グ(flitting)及びラットホールディング(rat-holding)が無くなるように、
多重バレルミルに機械的作用を分与する。
【0086】 ディスクは、非常に大きな対称性をなしている。このことは、該ディスクに固
有の効率を損失させることなく、いずれか一方向(時計方向又は反時計方向)に
ディスクを回転させることを容易にする。この能力は、多重バレルミル、特に3
バレルメディアミルに追加された機能を提供する。3バレルミルでは、ディスク
は、シャフトのうち一つ、典型的には中央シャフトに対し逆に(逆さまに)取り
付けることができる。中央シャフトの速度を独立に調整することによって、生産
物を全く容易に上方タックさせ、或いは、下方タックさせることができる。これ
までのところ、このプロセスは、典型的に、厳密であり、非常に時間を浪費して
いた。ディスクによる追加のポンプ作用は、適切に構成された3バレルミル内で
、当該プロセスを、非常に効果的且つ効率的に促進させる。
【0087】 ディスクが、各々の列に、一つだけにしろ又は多数にしろ、積み上げられると
き、該ディスクは、シャフトに沿って隣接するディスクのポッド及びベーンの間
に2/8インチのクリアランスを残すように設計される。この間隔は、生産物及
びメディアの運動及び消費の仕方で最適な性能を提供する効果的なアプローチと
して選択された。ベーン、隆起ポッド及びチャムファーを備えるディスクの表面
積を増加させることは、本願発明者が通じているいかなる先行技術よりも、実際
の破砕プロセスにより多くの作用エネルギーを転移させる。
【0088】 隆起ポッド及びベーンは、非常に顕著に異なるチャムファーを備えて設計され
てきた。幅広いチャムファーは、生産物及びメディアを多方向210に推進させ
、スタック内で生産物及びメディアは、ミル機構というよりそれ自身の上に衝撃
を引き起こす。この作用は、多重バレルミル内のバレル磨耗を事実上無くす一方
で、より効率的で優れた破砕品質をもたらす。これは、多重バレルミルの形態、
及び、連係されたディスク列を備えた3つのシャフトを同方向に回転させること
によって結果的に生じる固有の流体ダイナミックスに部分的に起因している。ポ
ッド及びベーンを利用する独自の設計は、生産物及びメディアへのポンプ作用を
増加させ、最適のエネルギー対仕事比率を達成することを容易にする。ポッド及
びベーンは、生産物及びメディアへの「衝突」及び推進を提供し、生産物の分散
及び密度、並びに、作動の効率を非常に向上させる。ポッド及びベーンに関する
独自のチャムファー設計は、表面積を増大させ、生産物及びメディアの多方向の
運動を提供する。
【0089】 また、バレルの磨耗は、多重バレルミルにおいて事実上無くなった。これは、
衝撃作用が流体の間にあるためバレルへの衝撃が減少したからである。典型的な
破砕ポッドを使用した典型的な単一バレルは、破砕作業の約3000時間毎に、
新しい表面の形成、或いは、取り替えを必要とする。本文中で説明したようなデ
ィスクを利用した多重バレル破砕は、バレルのメンテナンス間にあるその長い時
間の少なくとも10倍までバレルの持ちを引き上げる。典型的に、3mmのステ
ンレス鋼のショットが使用される。しかし、他のメディアが、特定の破砕及び生
産物の要求に対してしばしば使用される。インペラーの間のディスクブレードは
、ディスク、ショット及び他の性能に関する要求に応じて、典型的に3/8イン
チ乃至5/16インチの間隔に隔てられる。
【0090】 かくして、新規で有用な多重バレルメディアミル及び破砕方法について本発明
の特定の実施形態で説明されたが、それらへの参照は、請求の範囲の記載を除い
て本発明の範囲に制限を加えるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明のメディアミルの斜視図である。
【図2】 本発明の破砕室の切欠き斜視図である。3つの回転可能なシャフトに取り付け
られた3つのディスク列が図示されている。シャフトが破砕室内で長さ方向に取
り付けられている。
【図3】 破砕室の部分分解斜視図である。
【図4】 放出スクリーン部分の部分分解斜視図である。
【図5】 5aは、バレル部分内部におけるシャフト及びディスク列を示す一部切欠いた
部分正面図である。 5bは、図5aに図示したバレルの斜視図である。
【図6】 タック剪断破砕過程を図示するバレル部分の切欠き図である。製品及びメディ
アの流れ矢印は上方タック作動モードを示す。
【図7】 下方タック作動モードを実現し得るようにシャフトを回転させるタック剪断破
砕過程を示すバレル部分の切欠き図である。製品及びメディアの流れる方向は図
6と比較のために示してある。
【図8】 スラリー破砕作動モードを示すバレル部分の切欠き図である。
【図9】 衝撃破砕作動モードを示すバレル部分の切欠き図である。
【図10】 中心軸線が共通の平面内で整合された円形の断面である、中心軸線及び交点を
有する3つのバレルを備える破砕室の平面図である。
【図11】 典型的なディスクの斜視図である。
【図12】 図11に図示したディスクの断面図である。
【図13】 図11に図示したディスクの平面図である。
【図14】 図11に図示したディスクの立面側面図である。
【図15】 図13の線A−Aに沿ったディスクの立面側面図である。
【図16】 典型的なディスクの別の実施の形態の平面図である。
【図17】 図16に図示したディスクの立面側面図である。
【図18】 図16の線A−Aに沿ったディスクの立面側面図である。
【図19】 ディスクの圧送動作及びこれに伴うメディア及び製品の流れの拡大図である。
【図20】 角度羽根及び突起又は脚に起因してインペラにおける衝突又は衝撃が増大する
一例としての位置を示す図である。
【図21】 面取り加工部及び羽根が互いに相違する角度であることに起因する多数方向流
れ又は衝撃力の図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) B02C 23/16 B02C 23/16

Claims (44)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 メディアミルであって、 ベースと、 前記ベースにより支持された破砕室であって、流体連通する3つのバレルを備
    える、前記破砕室と、 各々のバレル内に細長く作動可能にに配置された回転可能なシャフトと、 各々の前記シャフトに取り付けられた複数のディスクと、 前記シャフトを駆動するための動力手段と、 を含み、 前記3つのバレルは、第1の外側バレル、第2の外側バレル及び第1の内側バ
    レルを含み、各々のバレルは円形断面を備え、前記第1の外側バレルの断面は、
    第1の内側バレルの断面と交差し、前記第2の外側バレルの断面は、第1の内側
    バレルの断面と交差し、 前記第1の外側バレル内に配置されたシャフトに取り付けられたディスクは、
    前記第1の内側バレル内に配置されたシャフトに取り付けられたディスクと部分
    的に重なり合い、且つ、該ディスクの間に介入され、 前記第2の外側バレル内に配置されたシャフトに取り付けられたディスクは、
    前記第1の内側バレル内に配置されたシャフトに取り付けられたディスクと部分
    的に重なり合い、且つ、該ディスクの間に介入される、前記メディアミル。
  2. 【請求項2】 前記第1の外側バレル、第1の内側バレル及び第2の外側バ
    レルは、共通の平面内に存在する、請求項1に記載のメディアミル。
  3. 【請求項3】 前記第1の内側バレル内の回転可能なシャフトは、2つの外
    側バレル内の回転可能なシャフトよりもゆっくりと回転され、微粒子構成物が上
    方タックする、請求項1に記載のメディアミル。
  4. 【請求項4】 前記第1の内側バレル内の回転可能なシャフトは、2つの外
    側内の回転可能なシャフトに対して逆方向に回転される、請求項1に記載のメデ
    ィアミル。
  5. 【請求項5】 前記動力手段は、前記バレル内に配置されたシャフトのうち
    第1のシャフトを、前記バレル内に配置されたシャフトのうち別のシャフトと独
    立に駆動するための独立の駆動手段を含む、請求項1に記載のメディアミル。
  6. 【請求項6】 前記動力手段は、微粒子構成物をタッキングするためのタッ
    キング手段を含む、請求項5に記載のメディアミル。
  7. 【請求項7】 3%のタック剪断破砕因子を超えてタック剪断破砕を実行す
    るためのタック剪断破砕手段を更に含む、請求項6に記載のメディアミル。
  8. 【請求項8】 前記独立の駆動手段は、前記第1のシャフトを双方向で駆動
    するための双方向性の駆動手段を更に含む、請求項5に記載のメディアミル。
  9. 【請求項9】 前記動力手段は、前記シャフトのうち第1のシャフトに接続
    された第1の双方向性モータを備える、請求項1に記載のメディアミル。
  10. 【請求項10】 前記第1の双方向性モータは、可変速度制御手段を備える
    、請求項9に記載のメディアミル。
  11. 【請求項11】 前記第1の双方向性モータに接続された前記第1のシャフ
    トは、内側バレル内に配置されている、請求項10に記載のメディアミル。
  12. 【請求項12】 前記内側バレル内に配置された前記第1のシャフトは、他
    のバレル内に配置されたシャフトシャフトとは独立に駆動される能力を備える、
    請求項11に記載のメディアミル。
  13. 【請求項13】 前記動力手段は、前記シャフトの一つに接続された可変速
    度モータを備える、請求項1に記載のメディアミル。
  14. 【請求項14】 入口及び出口を備える破砕室と、 前記破砕室の入口と流体連通する供給システムと、 前記破砕室の出口と流体連通する吐出スクリーンと、 を更に含む、請求項1に記載のメディアミル。
  15. 【請求項15】 前記吐出スクリーンは、 前記破砕室の出口近傍にあるフロントプレートであって、前記破砕室の出口と
    流体連通する開口を該フロントプレート内に画成する、前記フロントプレートと
    、 前記フロントプレートの開口と流体連通する開口を画成する吐出プレートであ
    って、該フロントプレートは該吐出プレートと前記破砕室の出口との間に配置さ
    れている、前記吐出プレートと、 前記フロントプレートの開口及び前記吐出プレートの開口の間に配置されたス
    クリーンと、 を含む、請求項14に記載のメディアミル。
  16. 【請求項16】 前記吐出プレートの開口は、前記フロントプレートの開口
    より小さい、請求項15に記載のメディアミル。
  17. 【請求項17】 前記破砕室は、 前記シャフトが通って延びるところのシールプレートと、 複数のシールハウジングであって、該シールハウジングの各々は、前記シャフ
    トの各々を取り巻き、各々のシールハウジングは前記シールプレートに取り付け
    られている、前記複数のシールハウジングと、 複数のシールであって、該シールの各々は前記シャフトの各々を取り巻き、各
    シャフト及び各シールハウジングの間に配置されている、前記複数のシールと、 を更に含む、請求項1に記載のメディアミル。
  18. 【請求項18】 各々のシールハウジングはブロンズ材料でできており、各
    々のシールは炭素材料を含む、請求項17に記載のメディアミル。
  19. 【請求項19】 前記破砕室と流体連通する供給ポートを備える供給システ
    ムと、 前記供給ポート及び前記破砕室の間に配置されたスクリーンと、を更に含む、
    請求項1に記載のメディアミル。
  20. 【請求項20】 前記供給ポートは、前記3つのバレルと各々流体連通する
    3つのバレル開口を含む、請求項19に記載のメディアミル。
  21. 【請求項21】 前記破砕室の回りに水冷ジャケットを更に含む、請求項1
    に記載のメディアミル。
  22. 【請求項22】 ミル内に収容された材料のスラリー破砕、衝撃破砕及びタ
    ック破砕及びタック剪断破砕の可変比率を選択的に提供するためのメディアミル
    であって、 ベースと、 前記ベースにより支持された破砕室と、 前記破砕室に細長く配置された複数の回転可能なシャフトであって、中央シャ
    フト、第1の外側シャフト及び第2の外側シャフトを含む、前記複数のシャフト
    と、 各々のシャフトに沿って間隔を隔てて配置された複数のディスクであて、前記
    中央シャフトに沿って間隔を隔てて配置されたディスクは、2つの外側シャフト
    に沿って間隔を隔てて配置されたディスクと部分的に重なり合う、前記複数のデ
    ィスクと、 前記外側シャフトとは独立に前記中央シャフトを回転させるための駆動手段で
    あって、該駆動手段は、前記ミル内に収容された材料のタック剪断破砕の度合い
    を制御するため、外側シャフトの回転速度に対する中央シャフトの回転速度を変
    えることができるように、該シャフトに接続される、前記駆動手段と、 を含む、メディアミル。
  23. 【請求項23】 前記駆動手段は、各々のシャフトに接続された可変速度の
    双方向性モータである、請求項22に記載のメディアミル。
  24. 【請求項24】 前記破砕室は、中央バレル及び2つの外側バレルを含み、
    各々のバレルは円形断面を備え、前記中央バレルの断面は前記2つの外側バレル
    の断面と交差し、前記中央シャフトは前記中央バレル内に配置され、前記2つの
    外側シャフトは前記2つの外側バレル内に各々配置される、請求項22に記載の
    メディアミル。
  25. 【請求項25】 前記破砕室と流体連通する吐出スクリーンを更に含む、請
    求項22に記載のメディアミル。
  26. 【請求項26】 前記破砕室の回りに水冷ジャケットを更に含む、請求項2
    2に記載のメディアミル。
  27. 【請求項27】 メディアミルで使用するための室であって、該室は、該室
    内の流体媒介される微粒子構成物を破砕し分散するように特に構成され、該室は
    、 第1のバレル部分と、 第2のバレル部分と、 第3のバレル部分と、 を含み、 前記第2のバレル部分は前記第1及び第3のバレル部分と流体連通し、各々の
    バレル部分は断面積を有する円形断面を備え、前記第2のバレル部分の断面積は
    前記第1及び第3のバレル部分の断面積と少なくとも部分的に重なり合う、前記
    室。
  28. 【請求項28】 各々のバレル部分は中央軸を有し、該中央軸は共通の平面
    内に位置決めされている、請求項27に記載の室。
  29. 【請求項29】 各々のバレル部分内に配置されたシャフトと、 各々のシャフトに沿って間隔を隔てられて配置された複数のディスクと、 を更に含む、請求項28に記載の室。
  30. 【請求項30】 前記バレル部分の一つと流体連通する吐出スクリーンを更
    に含む、請求項27に記載の室。
  31. 【請求項31】 微粒子構成物を混合する方法であって、 第1の外側室部分、第2の外側室部分及び中央室部分を有する室を備えるミル
    を用意し、 前記第1の外側室部分から前記中央室部分に向かって微粒子構成物を推進させ
    、 前記第2の外側室部分から前記中央室部分に向かって微粒子構成物を推進させ
    、 前記中央室部分から前記第1の外側室部分及び第2の外側室部分に向かって微
    粒子構成物を推進させ、前記中央室部分からの微粒子構成物が、前記第1の外側
    室部分及び該中央室部分の間の第1の外側境界で、該第1の外側室部分からの微
    粒子構成物と混ざり合い、及び、前記中央室部分からの微粒子構成物が、前記第
    2の外側室部分及び該中央室部分の間の第2の外側境界で、該第2の外側室部分
    からの微粒子構成物と混ざり合うようにした、各工程を含む、方法。
  32. 【請求項32】 前記推進工程は、各々の室部分内の微粒子構成物を、各室
    部分の軸の回りに回転させる回転工程である、請求項31に記載の方法。
  33. 【請求項33】 前記回転工程は、前記中央室部分内の微粒子構成物を、第
    1の室部分の回転方向に対して共通の方向に回転させる工程である、請求項32
    に記載の方法。
  34. 【請求項34】 前記回転工程は、前記中央室部分内の微粒子構成物を、前
    記室部分のうち第1の部分内で回転される微粒子構成物に対して、逆方向に回転
    させる工程である、請求項32に記載の方法。
  35. 【請求項35】 前記回転工程は、前記第2の室部分内の微粒子構成物を、
    前記室部分のうちもう一つのものである第1の室部分の微粒子構成物の回転速度
    と等しい速度の率で回転させる工程である、請求項32に記載の方法。
  36. 【請求項36】 前記回転工程は、前記中央室部分内の微粒子構成物を、第
    1の室部分内の微粒子構成物が回転される速度の率よりゆっくりとした速度の率
    で回転させる工程である、請求項32に記載の方法。
  37. 【請求項37】 前記回転工程は、前記中央室部分内の微粒子構成物を、第
    1の室部分内の微粒子構成物が回転される速度の率より高い速度の率で回転させ
    る工程である、請求項32に記載の方法。
  38. 【請求項38】 前記回転工程は、前記中央室部分内の微粒子構成物を、前
    記室部分のうち第1の部分内で回転される微粒子構成物に対して共通の回転方向
    に回転させる工程である、請求項37に記載の方法。
  39. 【請求項39】 前記回転工程は、前記中央室部分内の微粒子構成物を、前
    記室部分のうち第1の部分内で微粒子構成物が回転される方向に対して、逆方向
    に回転させる工程である、請求項37に記載の方法。
  40. 【請求項40】 前記回転工程は、前記中央室部分内の微粒子構成物を、前
    記第1の外側部分内の微粒子構成物が回転される速度の率より高い速度の率で回
    転させる工程である、請求項32に記載の方法。
  41. 【請求項41】 微粒子構成物をタック剪断破砕する工程を更に含む、請求
    項32に記載の方法。
  42. 【請求項42】 前記タック剪断破砕工程は、前記微粒子構成物の結晶構造
    を伸張させる工程である、請求項41に記載の方法。
  43. 【請求項43】 前記微粒子構成物の結晶構造を伸張させる工程は、破壊さ
    れた結晶構造を有する色より更に深い色を達成する工程である、請求項42に記
    載の方法。
  44. 【請求項44】 メディアミルのシャフト上に取り付けるようになったメデ
    ィアミル用のディスクであって、該ディスクは、 内径、該内径より大きい外径、第1の端部、第2の端部、及び、該第1の端部
    及び第2の端部間の長さを有するハブであって、該内径は前記メディアミルのシ
    ャフト上に取り付けられるように形成される、前記ハブと、 前記ハブの前記第2の端部からある距離だけ離れて隔てられた平坦ディスクブ
    レードであって、該ハブは該平坦ディスクブレードに対し垂直であり、該平坦デ
    ィスクブレードは、第1の表面及び該第1の表面から間隔を隔てられた第2の表
    面を備え、該第1の表面は該第2の表面より前記ハブに近い、前記平坦ディスク
    ブレードと、 前記ハブから前記平坦ディスクブレードまで角度をなして径方向に延びる複数
    の等間隔ベーンと、 を含む、前記ディスク。
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