JP2005246316A - メディア攪拌型湿式粉砕機 - Google Patents

Abstract

【課題】処理物の粉砕、分散効率を高めることができるメディア攪拌型湿式粉砕機の提供。
【解決手段】粉砕室３内に遠心分離機構を有する遠心セパレータ２２を備えたメディア攪拌型湿式粉砕機１であって、粉砕室３に回転自在に挿通される中空状の主軸１９の下端部に遠心セパレータ２２が取り付けられる。遠心セパレータ２２は、上ロータ２３と下ロータ２６と、両ロータ２３、２６間の外周部に設けられる複数のブレード３０と、ブレード３０の外側の両ロータ２３、２６の外周部に設けられる攪拌部材３１とから構成される。攪拌部材３１は、環状の一対のリング３３、３４と、両リング３３、３４を連結する複数の攪拌羽根３２とから構成される。粉砕室３は、略球形状の空間に形成され、この粉砕室３の内壁面に少なくとも１つのバッフル３８が取り付けられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、メディア攪拌型湿式粉砕機に関し、特に、インクや塗料及び顔料の分散、セラミックスや新素材及び電子材料の粉砕や分散、金属や無機物の粉砕や分散、トナー等の粉砕や分散、さらに、医薬品の粉砕や分散などに有効なメディア攪拌型湿式粉砕機に関するものである。

メディア攪拌型湿式粉砕機の一例として、粉砕容器内に設けた攪拌部材により処理物と攪拌メディアを一緒に攪拌して処理物の粉砕を行い、粉砕後の処理物の流れの末端に設けたセパレータにより処理物と攪拌メディアを分離し、処理物のみを粉砕室内から排出するように構成したものが知られている。

このようなメディア攪拌型湿式粉砕機においては、攪拌メディアと処理物を分離するセパレータは欠かせないものとなっており、セパレータとしては、ギャップタイプやスクリーンタイプ等の機械的な分離機構を有するものが使用されている。

昨今、各分野で粉砕物の粒子径がｎｍ（ナノメーター）オーダーのニーズが高まっている。メディア攪拌型湿式粉砕機において、粉砕されたものの粒径は、実験的に攪拌メディア径に比例する。従って、処理物の粒径をｎｍオーダーまで小さくするためには、経験的に攪拌メディア径は０．１ｍｍ以下のものを必要とする。さらに、攪拌メディアに追従したセパレータが必要である。機械的な分離構造を有するセパレータでは、分離するための隙間の大きさは攪拌メディア径に比べて１／３以下のものを必要とする。

しかし、機械的な分離機構を有するセパレータでは、噛み込み、目詰まり等のトラブルが必ず付きまとい、安定した連続運転が脅かされるのが現状であった。このため、機械的な分離機構を有するセパレータを用いたメディア攪拌型湿式粉砕機においては、到底所望の処理量で所望の粒径の処理物を得ることは困難であった。

上記のような問題を解決したセパレータとして、二枚の円板を軸に一定の間隔を開けて並設し、両円板を螺旋状のブレードで連結してインベラの形態を採った遠心セパレータが開示されている（例えば、特許文献１参照。）。

しかし、メディア攪拌型湿式粉砕機において、処理物の粒径をｎｍオーダーまで粉砕するのに上記のような遠心セパレータを用いた場合、メディアの分離は良くなるものの、処理物の粒径をｎｍオーダーまで小さくするのに長時間を要し、ボール効率やエネルギー効率が悪化する問題が生じる。

このような問題に対処するため、粉砕容器を円筒形状に形成するとともに、Ｌ／Ｄ比（タンクの長さと径の比）を大きく設定し、メディアをできるだけ多く投入してメディアの拘束力を大きくし、粉砕力を強くし、能率アップを図る方法が採られている。この場合、回転数はできるだけ大きい方が良いものである。

しかし、上記のような構成のメディア攪拌型湿式粉砕機にあっては、メディアや処理物と攪拌部材との周速が同期した同伴現象（粉砕や分散が全くできなくなる現象）が生じるため、高速化には限界があった。
実開平４−６１６３５号

本発明は、上記のような従来の問題を解決したものであって、処理物の粒径をｎｍオーダーまで粉砕できるとともに、粉砕、分散効率を大幅に向上させることのできるメディア攪拌型湿式粉砕機を提供することを目的とする。

上記のような課題を解決するために、本発明の請求項１に係るメディア攪拌型湿式粉砕機は、内部に粉砕室が設けられる粉砕タンクと、該粉砕タンクに回転自在に取り付けられる中空状の主軸と、該主軸の前記粉砕室内に位置する部分に取り付けられる遠心セパレータとを備え、該遠心セパレータに前記主軸の中空部と前記粉砕室との間を連通する分離室が設けられるメディア攪拌型湿式粉砕機であって、前記遠心セパレータの外周部に、一対のリングと両リング間を連結する複数の攪拌羽根とからなる攪拌部材を一体に設けた手段を採用している。

また、本発明の請求項２に係るメディア攪拌型湿式粉砕機は、請求項１に記載のメディア攪拌型湿式粉砕機であって、前記粉砕室は、略球状をなしている手段を採用している。

さらに、本発明の請求項３に係るメディア攪拌型湿式粉砕機は、請求項１又は２に記載のメディア攪拌型湿式粉砕機であって、前記粉砕室の内面に、少なくとも１つのバッフルを設けた手段を採用している。

本発明は、前記のように構成して、遠心セパレータの外周部に攪拌部材を設けたことにより、粉砕室内で攪拌メディアと処理物とを効率良く攪拌して、処理物を粉砕することができる。また、粉砕室を略球形状に形成したことにより、粉砕室内において、攪拌メディアをスムーズに動くようにすることができるので、遠心セパレータの高速化を図ることができる。さらに、粉砕室の内面にバッフルを設けたことにより、遠心セパレータを高速化しても、攪拌メディアが同伴現象を起こすようなことはなく、粉砕、分散効率を大幅に高めることができる。

本発明のメディア攪拌型湿式粉砕機に使用される遠心分離機構を有する遠心セパレータ（以下、「遠心セパレータ」という。）は、その外周部に攪拌メディアを攪拌するための攪拌部材が設けられ、この攪拌部材は環状の一対のリングとそれらを連結する複数の攪拌羽根とによって構成される。

環状のリングは、液や粉を流動させることについては広く利用されているが、メディア攪拌型湿式粉砕機では使用されていない。一対の環状のリングは、攪拌羽根を挟んで対向して設けられる。両リングは攪拌羽根と一体構造となっている。また、両リングの内部には、遠心セパレータの回転の際に、攪拌メディアと粉砕されるべき処理物を外方に放出する遠心力を与えるブレードが同心円上に複数設けられている。

遠心セパレータが回転することにより、遠心セパレータと攪拌部材が一体に回転する。強力に回転する遠心セパレータのブレード、環状のリング、及び攪拌羽根によって、攪拌メディアと粉砕されるべき処理物に遠心力が与えられ、環状のリングと攪拌羽根の間を通って攪拌メディア及び粉砕されるべき処理物が外方に強力に放出される。

放出された攪拌メディア及び粉砕されるべき処理物は、粉砕室の内壁に沿って移動し内側に戻ってくる。このとき、リングの内側に吸い込み、外側に放出する循環流ができる。この循環流は、リングがないと弱くなる。この循環流により攪拌メディアと遠心セパレータの回転力に引き摺られた攪拌メディアの回転運動により粉砕されるべき処理物を攪拌し、粉砕されるべき処理物を粉砕する。

この粉砕と同時に、遠心セパレータの内部では、遠心力と遠心力の作用する方向と逆方向に流動する処理物の輸送流体による抗力とのバランスから、攪拌メディアと粉砕された処理物を力学的に分離する分離機能を持つ。すなわち、遠心セパレータは、粉砕、分離を一つの機構で行わせるという特徴を備えている。さらに、粉砕分離を一機構で処理することを可能にするために、処理物を輸送する流体の流れを攪拌部材で発生する遠心力の作用方向と逆方向にし、攪拌部材の外周側から中心部に向かわせ、回転軸内の中空部を通過させ、中空部に連結されている排出口ヘ到達させている。

遠心セパレータから外側の粉砕室の内壁に向かって放出される攪拌メディアと処理物を効率よく循環させるためには、粉砕室の形状を球状もしくは球状に近似した形状が好ましい。実施の形態では、粉砕タンクは、横向き円筒状をなすものの左右端開口部を半球状のもので閉塞したカプセル状に形成され、その内部にカプセル状の空間である粉砕室が形成される。

攪拌メディアと粉砕されるべき処理物は、強力に回転する遠心セパレータのブレードや環状のリングと攪拌羽根によって、粉砕室の内壁面に向かって強力に放出されるが、内壁面が曲面であることから、曲面に沿って移動することにより循環流を創り出しやすくしている。粉砕タンクを球形に近似した形状にしたことにより、攪拌メディアがよりスムーズに動くようになり、遠心セパレータの高速化を狙うことが可能となる。

しかし、攪拌メディアがよりスムーズに動くようになったことから、攪拌メディアや処理物と攪拌部材との周速が同期した同伴現象が生じやすくなる。そこで、この同伴現象を解決するため、粉砕室の内壁面の一部に少なくとも１つのバッフルを設け、攪拌メディアや処理物の遠心セパレータと同期した動きを粉砕室の内壁面で規制させている。即ち、遠心セパレータの高速化に伴い攪拌メディア及びスラリーが同伴現象を起こさないようにバッフルを付加して攪拌メディアの動きをコントロールすることにより、遠心セパレータを従来の限界を超えて高速化することができた。遠心セパレータ周速を１５ｍ／ｓ以上で攪拌メディアを同伴現象が生じることなく、メディア攪拌型湿式粉砕機を運転することができる。さらに、攪拌メディア径を０．１ｍｍ以下に小さくしても、遠心セパレータ周速を２０〜４０ｍ／ｓにして攪拌メディアを同伴現象が生じることなく、メディア攪拌型湿式粉砕機を運転することが可能となる。

バッフルの目的は、遠心セパレータの回転力に引き摺られた攪拌メディアの回転運動を規制することであり、遠心セパレータの環状のリング及び攪拌羽根の周辺で発生する循環流を規制してはならない。よって、バッフルの取り付け方向は、図１のように、バッフルのデフレクターが循環流を規制しないよう取り付けなければならない。

以下、図面に示す本発明の実施の形態について説明する。
図１及び図２には、本発明によるメディア攪拌型湿式粉砕機（以下、「粉砕機」という。）の一実施の形態が示されていて、図１は粉砕機の主要部の縦断面、図２は図１の遠心セパレータのＡ矢視図である。

すなわち、この粉砕機１は、内部に粉砕室３が設けられる粉砕タンク２と、粉砕タンク２の中心部に回転自在に設けられる主軸１９と、主軸１９の粉砕室３内に位置する部分に取り付けられる遠心セパレータ２２とを備えている。

粉砕タンク２は、横向き円筒状をなすものの左右端開口部を半球状のもので閉塞してカプセル状に形成したものであって、内部にカプセル状の空間である粉砕室３が設けられている。粉砕タンク２は、カプセル状に限らず、球形状、両端が閉塞された円筒状等としても良い。

粉砕タンク２は、下端が開口する半カプセル状の上粉砕タンク４と、上端が開口する半カプセル状の下粉砕タンク７の２つに分割され、両粉砕タンク４、７はボルト９によって分解、組立て可能に構成されている。

上粉砕タンク４の下端開口部には外方に張り出る環状のフランジ部５が一体に設けられ、下粉砕タンク７の上端開口部には外方に張り出る環状のフランジ部８が一体に設けられ、両フランジ部５、８を密着させた状態で両フランジ部５、８間をボルト９によって連結することにより、上下粉砕タンク４、７が一体に組み立てられる。

上粉砕タンク４の外周側には、上粉砕タンク４の半球状の部分を囲むように所定の間隔をおいて略円筒形状の上ジャケット板１０が一体に設けられ、この上ジャケット板１０によって上粉砕タンク４の外周側に密閉された空間である上ジャケット１１が形成される。上ジャケット板１０には、上ジャケット１１内外を貫通する冷却水の供給口１２と排出口１３とが設けられ、この供給口１２と排出口１３とを介して上ジャケット１１に冷却水が循環される。

下粉砕タンク７の外周側には、下粉砕タンク７の全体を囲むように所定の間隔をおいて略円筒形状の下ジャケット板１４が一体に設けられ、この下ジャケット板１４により下粉砕タンク７の外周側に密閉された空間である下ジャケット１５が形成される。下ジャケット板１４には、下ジャケット１５内外を貫通する冷却水の供給口１６と排出口１７とが設けられ、この供給口１６と排出口１７とを介して下ジャケット１５に冷却水が循環される。

上粉砕タンク４の上部中央部（円筒状の部分）には、上粉砕タンク４を上下方向に貫通する貫通孔６が設けられ、この貫通孔６の周縁部には筒状のケーシング１８が一体に立設され、このケーシング１８の中心部に主軸１９が回転自在に挿着されている。主軸１９の外周面とケーシング１８の内周面との間には環状の軸シール２１が介装され、この軸シール２１によって粉砕室３内が密閉されている。ケーシング１８の内径は上粉砕タンク４の円筒状の部分と略同一の長さに形成されている。

主軸１９は、中空状をなすものであって、下端部が粉砕室３内に挿入され、その粉砕室３内に挿入されている部分に遠心セパレータ２２が取り付けられている。主軸１９の上端部には、排出口（図示せず）を有するロータリージョイント（図示せず）等が取り付けられ、この排出口に主軸１９の中空部２０が連通している。主軸１９の上端部は、動力伝達手段（図示せず）を介して駆動源（図示せず）に連結され、駆動源の作動により動力伝達手段を介して回転駆動するように構成されている。なお、この実施の形態においては、主軸１９を縦軸（垂直方向を向く軸）として使用しているが、図示はしないが、主軸１９を横軸（水平方向を向く軸）として使用しても良い。

粉砕タンク２のケーシング１８に隣接する部分には、上ジャケット板１０及び上粉砕タンク４を貫通して粉砕室３内に連通する処理物供給口３６が設けられ、この処理物供給口３６を介して粉砕室３内にスラリー状の処理物が供給される。処理物供給口３６は、配管（図示せず）を介して供給ポンプ（図示せず）に接続され、供給ポンプの作動により配管を介して処理物供給口３６にスラリー状の処理物が供給される。

粉砕タンク２のケーシング１８に隣接する部分には、上ジャケット板１０及び上粉砕タンク４を貫通して粉砕室３内に連通する少なくとも１つのバッフル取付口３７が設けられ、このバッフル取付口３７を介して粉砕タンク３の内面にバッフル３８が固定されている。バッフル３８は、粉砕タンク２の内面に合致した曲率の湾曲板状に形成されるデフレクター３９と、デフレクター３９に一体に設けられる支持軸４０とからなり、支持軸４０をバッフル取付口３７内に挿通させることにより、粉砕タンク２の内面に固定される。支持軸４０とバッフル取付口３７の内面との間には、それらの間をシールする環状のＯリング４１が介装されている。

遠心セパレータ２２は、主軸１９の下端部に取り付けられる上ロータ２３と、上ロータ２３の下方に所定の間隔をおいて設けられるとともに、ボルト２８によって上ロータ２３に一体に連結される下ロータ２６と、主軸１９の中空部２０の下端部に取り付けられる金具２９と、上ロータ２３と下ロータ２６との間の外周部に周方向に向かって所定の間隔ごとに、かつ両ロータ２３、２６と交差するように一体に設けられる複数のブレード３０と、このブレード３０の外側の上ロータ２３及び下ロータ２６の外周側の部分に一体に設けられる攪拌部材３１とを備えている。

上ロータ２３は、主軸１９の下端部外周側に取り付けられる筒状の取付部２４と、取付部２４の下端部に一体に設けられるとともに、中心部に取付部２４の中空部に連通する貫通孔が設けられる円板状の本体部２５とから構成され、本体部２５が主軸１９の軸線と直交するように主軸１９の下端部に一体に取り付けられている。

下ロータ２６は、上ロータ２３の本体部２５と同一外径の円板状の本体部２７を有し、この本体部２７が上ロータ２３の本体部２５と上下方向に所定の間隔をおいて対向するように、上ロータ２３にボルト２８によって一体に連結されている。

上ロータ２３と下ロータ２６との間には、中心部が主軸１９の中空部２０の下端開口部に連通し、外周部が粉砕室３に連通する円板状の空間である分離室３５が設けられ、この分離室３５を介して粉砕室３内で粉砕された処理物が主軸１９の中空部２０に導かれる。

金具２９は、略筒状をなすものであって、下端部が主軸１９の下端面から分離室３５内に所定の長さ突出するように、上端部が主軸１９の中空部２０の下端部に嵌合されている。

ブレード３０は、図２に示すように、主軸１９の軸線を中心として放射状又は放射線に対して所定の角度なすように設けられる。好ましくは、回転方向にブレード３０と放射線とのなす角度、すなわち∠Ａが鋭角となるように設ける。このような角度でブレード３０を設けることにより、攪拌メディア４５が分離室３５から押し出されるようになる。

攪拌部材３１は、上ロータ２３及び下ロータ２６の外周面に周方向に向かって所定の間隔（９０°間隔）ごとに一体に設けられる外方に突出する複数（４枚）の板状の攪拌羽根３２と、この攪拌羽根３２の上面に主軸１９と同心円をなすように一体に設けられる環状の上リング３３と、この攪拌羽根３２の下面に主軸１９と同心円をなすように一体に設けられる環状の下リング３４とから構成されている。なお、攪拌羽根３２は、４枚に限らず、３枚以下、又は５枚以上としても良い。

そして、上記のように構成したこの実施の形態による粉砕機１の処理物供給口３６からスラリー流体をポンプ等の作動により粉砕室３内に押し込み、主軸１９と一体に遠心セパレータ２２を回転させると、遠心セパレータ２２のブレード３０、攪拌羽根３２、上リング３３、及び下リング３４によって攪拌メディア４５と粉砕されるべき処理物が遠心力を受ける。また、遠心セパレータ２２の回転力に引き摺られて攪拌メディア４５に回転運動が生じる。さらに、処理物を輸送してきた流体に循環流が生じる。

この場合、遠心セパレータ２２の回転数の増加に伴う周速の高速化により攪拌メディア４５に同伴現象が生じようとするが、粉砕室３内にはバッフル３８が設けられているので、このバッフル３８により遠心セパレータ２２の回転力に引き摺られた攪拌メディア４５の回転運動が規制され、同伴現象の発生が規制される。従って、攪拌メディア４５及び粉砕されるべき処理物（粗粒子）は、粉砕室３内、遠心セパレータ２２の攪拌羽根３２、又はブレード３０によって共に攪拌され、粗粒子に対する粉砕が行われる。この場合、遠心セパレータ２２の回転速度あるいはブレード３０の枚数は、粉砕される粒子の大きさを考慮して予め決定しておく。これにより、攪拌メディア４５は、流体による押し込み力に優る遠心力を受けるようになり、遠心セパレータ２２の上リング３３、下リング３４、又は粉砕室３内に滞留する。

一方、微粉砕粒子は、遠心力により押し込み力が優り、遠心セパレータ２２の分離室３５内にスラリー流体として押し込まれる。押し込まれたスラリー流体は、金具２９を経由して主軸１９の中空部２０に至り、中空部２０からロータリージョイント等の排出口に至る。

粉砕に際しては、衝突、摩擦等により発熱する。この発熱による粉砕室３内の温度上昇を抑えるために上ジャケット１１及び下ジャケット１５内に冷却水を供給し、粉砕室３内を冷却する。

本発明による粉砕機１は、上記のように構成したことにより、攪拌メディア４５と処理物は、遠心セパレータ２２の回転により遠心力が与えられると同時に、遠心セパレータ２２の回転力に引き摺られて攪拌メディア４５に回転運動が生じる。さらに、処理物を輸送してきた流体に循環流が生じる。遠心セパレータ２２の周速がより高速になっても、粉砕室３の内壁に設けたバッフル３８により、攪拌メディア４５と処理物の同伴現象が規制され、安定した高効率運転を実現できる。また、遠心セパレータ２２の作用により攪拌メディア４５と粉砕された処理物とが分離されることになる。従って、機械的な分離機構を有するセパレータのように、噛み込み、目詰まり等のトラブルが生じるようなことがなく、安定した連続運転が可能となる。また、粉砕物の粒子径がｎｍオーダーのニーズにも十分に対応することができる。

本発明によるメディア攪拌型湿式粉砕機の一実施の形態の主要部の縦断面図である。 図１のＡ矢視図である。

符号の説明

１ メディア攪拌型湿式粉砕機（粉砕機）
２ 粉砕タンク
３ 粉砕室
４ 上粉砕タンク
５、８ フランジ部
６ 貫通孔
７ 下粉砕タンク
９、２８ ボルト
１０ 上ジャケット板
１１ 上ジャケット
１２、１６ 供給口
１３、１７ 排出口
１４ 下ジャケット板
１５ 下ジャケット
１８ ケーシング
１９ 主軸
２０ 中空部
２１ 軸シール
２２ 遠心セパレータ
２３ 上ロータ
２４ 取付部
２５、２７ 本体部
２６ 下ロータ
２９ 金具
３０ ブレード
３１ 攪拌部材
３２ 攪拌羽根
３３ 上リング
３４ 下リング
３５ 分離室
３６ 処理物供給口
３７ バッフル取付口
３８ バッフル
３９ デフレクター
４０ 支持軸
４１ Ｏリング
４５ 攪拌メディア

Claims (3)

1. 内部に粉砕室が設けられる粉砕タンクと、該粉砕タンクに回転自在に取り付けられる中空状の主軸と、該主軸の前記粉砕室内に位置する部分に取り付けられる遠心セパレータとを備え、該遠心セパレータに前記主軸の中空部と前記粉砕室との間を連通する分離室が設けられるメディア攪拌型湿式粉砕機であって、
   前記遠心セパレータの外周部に、一対のリングと両リング間を連結する複数の攪拌羽根とからなる攪拌部材を一体に設けたことを特徴とするメディア攪拌型湿式粉砕機。
2. 前記粉砕室は、略球状をなしていることを特徴とする請求項１に記載のメディア攪拌型湿式粉砕機。
3. 前記粉砕室の内面に、少なくとも１つのバッフルを設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載のメディア攪拌型湿式粉砕機。

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