JP2008093534A - バッチ式振動ミル - Google Patents

Abstract

【課題】粉砕ドラムなどの激しく振動する構造体にバルブなどの機械構成部品を設ける必要がなく、シンプルな構造で、しかも、粉砕作用を受けない砕料を発生させることなく、連続式振動ミルと同程度の振動強度で砕料を粉砕することができるバッチ式振動ミルを実現できる排出機構を提供すること。
【解決手段】粉砕ドラム１内に粉砕媒体２と砕料を充填し、粉砕ドラム１を振動させて砕料のバッチ粉砕を行うバッチ式振動ミルにおいて、粉砕ドラム１の一端に空気取り入れ口１４を設け、他端にストレーナ５を介して粉砕ドラム１よりもドラム径の小さい排出ドラム１５を設け、排出ドラム１５にも粉砕ドラム１と同じ粉砕媒体２を充填し、排出ドラム１５に吸気ブロアーと連通する砕料排出口１７を設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は粉砕ドラム内に粉砕媒体と砕料を充填し、粉砕ドラムを振動させて砕料のバッチ粉砕を行うバッチ式振動ミルに関し、とくに粉砕された砕料の排出機構に関する。

砕料の粉砕を行う振動ミルは、基本的には図２に示すように、一般鋼・ステンレス鋼や磁器などによって作られた棒・ボールなどの粉砕媒体２を一定の割合で充填した円筒状の粉砕ドラム１と、この粉砕ドラム１を振動させるための振動発生機３と、これらを支持するコイルスプリングなどの支持ばね４により構成される。

このような構成において、粉砕媒体２を充填した粉砕ドラム１を振動発生機３によって円振動させると、粉砕媒体２は相互に激しくぶつかり合いながら、粉砕ドラム１内を公転する。そして、この粉砕ドラム１に砕料を充填すると、砕料は粉砕媒体２間で衝撃力を受けて粉砕されるとともに、粉砕媒体２の公転により撹拌作用を受け、流動化される。この原理で振動ミルは、砕料を高速で粉砕することができる。

この振動ミルは、その砕料の処理形態によって、図３に示すような連続式振動ミルと図４に示すようなバッチ式振動ミルとに大別される。前者は、砕料を連続的に供給・排出し、砕料が粉砕ドラム１内に滞留する間（比較的長い時間で、通常は１〜１０分程度）のみ粉砕作用を受ける。連続式振動ミルには、排出部に、粉砕媒体２と砕料を分離するためのストレーナ５が設置され、ストレーナ５の開口部は粉砕媒体２を通過させない大きさに設定されている。後者は、粉砕ドラム１に砕料を一定量充填し、一定時間（比較的長い時間で、数時間から数日に及ぶ場合もある）粉砕後、砕料を排出する。その排出機構の最も原始的なものは、粉砕完了後、粉砕媒体と砕料をともに粉砕ドラム１から排出し、スクリーン等を使用して、粉砕媒体と砕料を分離・回収するものである。

また、バッチ式振動ミルの排出機構としては、図５に示すようなものもある。この排出機構は図３に示した連続式振動ミルと同様の排出機構を利用したものである。図５の排出機構は、空気式シリンダーなどで移動する弁体６を備え、粉砕中は、砕料の排出を防止するため、弁体６をストレーナ５に密着させ閉止する。排出時は、砕料の排出を邪魔しないように弁体６を退避させ、ストレーナ５を開放する。しかし、この排出機構には次の問題点がある。

（１）排出時間が長い（排出速度が遅い）。例えば、充填した砕料の９５％を排出するために、粉砕ドラム容量が２０リットルの小形機でさえ、２０〜３０分以上かかる。そのため排出の始めと終わりでは、砕料の粒子サイズが異なってくる。また、砕料が残り少なくなっても、振動ミルを運転するため、粉砕媒体、粉砕ドラムの摩耗が進行し、砕料中に摩耗粉、摩耗片が混入する。すなわち、機械の摩耗が激しくなり、砕料の汚染原因となる。

（２）完全排出（砕料充填量の９９％以上）が困難である。

（３）弁体６を振動する粉砕ドラム１に取り付けるため、弁体６を頑丈な構造とする必要があり、その構造も複雑となる。そのため、弁体６の質量が大きくなり、この弁体６を含めて振動させるためには大きな振動力が必要となる。

これらの問題を解決するため、反転機構を有するバッチ式振動ミルが提案された。すなわち、図６に示すようにストレーナ５を粉砕媒体２の充填層の上方に設置し、さらにその上方に投入・排出口７を設け、粉砕ドラム１の中心にドラム回転軸８を設けた構造である。 この図６に示すバッチ式振動ミルでは、投入・排出口７から粉砕ドラム１に砕料を投入し、一定の時間粉砕を行う。粉砕完了後、ドラム回転軸８を回転させ、図６（ｃ）に示すように粉砕ドラム１を上下反転させる。この状態で、投入・排出口７を開き、粉砕ドラム１に粉砕時と同様の振動を与える。すると、振動により流動化された砕料は、スムーズに排出される。具体的には、砕料の９９％以上を３分以内に排出可能である。しかし、この排出機構には次の問題点がある。

（１）構造が複雑である。そのため、コストが高くなり、かつメンテナンスに多くの時間と労力を必要とする。

（２）複雑な回転駆動機械を保護するため、振動強度Ｇが制限される。具体的な例では、ある炭化物を粉砕する場合、振動強度Ｇ＝７．７Ｇでは４５分で粉砕できるが、振動強度Ｇ＝５．５Ｇに制限されると粉砕時間が２７０分必要となる、このように振動強度Ｇに制限があると、本来の粉砕能力が制約を受けることとなる。

次に、これらの問題点を解決するため、図７に示すように、ストレーナ５部分から、吸気ブロワー９で吸引する排出機構が提案された。この排出機構では、ストレーナ５部分と吸気ブロワー９との間の配管１０の途中にバグフィルター１１を設け、このバグフィルター１１によって砕料を回収する。ただし、この排出機構では、吸引排出時以外に配管１０にストレーナ５を通過して砕料が出てくるのを防止するため、バルブ１２を必要とする。したがって、次の問題を生じる。

（１）ストレーナ５とバルブ１２の間に空間部Ｂが必ず生じる。この空間部Ｂに砕料の未粉砕粒子が混入するので、砕料の一部が粉砕作用を受けない。

（２）バルブ１２を開閉するため、空気式シリンダーや電動アクチュエータなどの機構が必要であり、トラブルが生じやすい。

このような問題点のない排出機構として、図８に示すように、粉砕ドラム１内の粉砕媒体２の充填層上部に空気を流すことで、砕料を排出する機構が知られている。図８において、粉砕ドラム１内を粉砕媒体２が公転することで、粉砕ドラム１内が撹拌される。この撹拌作用により、粉砕された砕料は、粉砕媒体２の充填層上部に浮き上がる。この浮き上がった砕料を空気流に乗せて排出する。この排出機構では、粉砕媒体２の公転速度により撹拌力が左右される。公転速度は粉砕ドラム１の直径が大きくなると小さくなる。

したがって、粉砕ドラム１の直径がおよそφ２５０〜φ３００ｍｍまでは、粉砕媒体２の公転速度が比較的速いため、スムーズに排出することができるが（排出時間：３〜５分）、粉砕ドラム１の直径がφ４００ｍｍ以上となると、粉砕媒体２の公転速度が低下し、排出速度が著しく低下する（２５〜３０分以上必要）、という問題がある。

この問題を解決するため、図８（ｂ）に示すように、Ａｉｒガイド板１３を粉砕ドラム１内に設置し、このＡｉｒガイド板１３に沿って空気を導入し、粉砕媒体２の充填層底部より、空気力で砕料を上部に巻き上げようとする試みが報告されている（非特許文献１参照）。しかし、この排出機構には、次の問題がある。

すなわち、粉砕ドラム１内は粉砕媒体２により激しい衝撃力を受け、粉砕ドラム１の内壁は摩耗する。したがって、粉砕ドラム１の内壁は耐摩耗材でライニングを施す必要がある。このため、粉砕ドラム１の内壁部分には、極めてシンプルで頑丈な構造が求められる。 このような部分に、図８（ｂ）に示すようなＡｉｒガイド板１３を設置することは、上述の使用環境を考慮すると、実用に適しがたい。
第７回化学工学講演会講演録 Ｖｏｌ７．１９８０．３ 佐々木 徳康

本発明が解決しようとする課題は、粉砕ドラムなどの激しく振動する構造体にバルブなどの機械構成部品を設ける必要がなく、シンプルな構造で、しかも、粉砕作用を受けない砕料を発生させることなく、連続式振動ミルと同程度の振動強度で砕料を粉砕することができるバッチ式振動ミルを実現できる排出機構を提供することにある。

本発明のバッチ式振動ミルは、粉砕ドラム内に粉砕媒体と砕料を充填し、粉砕ドラムを振動させて砕料のバッチ粉砕を行うバッチ式振動ミルにおいて、粉砕ドラムの一端に空気取り入れ口を設け、他端にストレーナを介して粉砕ドラムよりもドラム径の小さい排出ドラムを設け、排出ドラムにも粉砕ドラムと同じ粉砕媒体を充填し、排出ドラムに吸気ブロアーと連通する砕料排出口を設けたことを特徴とするものである。

このように本発明では、排出ドラムにも粉砕媒体を充填する。したがって、排出ドラム内の砕料も粉砕ドラムと同様の粉砕作用を受ける。これによって、粉砕ドラムに供給された砕料を１００％粉砕することができる。また、排出ドラムは、粉砕ドラムよりもドラム径が小さいため、粉砕媒体の公転速度が速く、砕料排出口から吸引することで、排出ドラム内の砕料をスムーズに排出することができる。その結果、排出時には、排出ドラム内に砕料があまり滞留せず、粉砕ドラム内の砕料は連続式振動ミルと同様にストレーナをスムーズに通過することができる。

本発明において、排出ドラムのドラム径は、２５０〜３００ｍｍとすることが好ましい。また、砕料排出口は、排出ドラムの上部又は側壁部に設けることが好ましい。側壁部に設ける場合は、その上部に設けることがより好ましい。

また、排出ドラムの内面下端（底部）は、粉砕ドラムの内面下端（底部）より下方に位置するように設置することが好ましい。このように、排出ドラムの底部をずらすことで、粉砕ドラム内の砕料を抵抗なく排出ドラムに排出することができる。

さらに、粉砕ドラムの排出ドラムと反対側の側壁部の下部には圧縮空気供給口を設けることが好ましい。粉砕ドラム内の砕料が排出ドラムにほぼ排出されると、排出ドラムと反対側の側壁部の下部付近に滞留する砕料は排出ドラム側に移動しにくくなる。したがって、排出が完了する前に、圧縮空気供給口より例えば数分間のみ圧縮空気を供給することで、砕料の排出をよりスムーズに行うことができる。

また、通常、砕料排出口と吸気ブロアーとをつなぐ配管との接続は、砕料排出口側の振動を吸収するためにフレキシブルジョイントを介して行われる。ただし、本発明においては砕料排出口からの吸引排出時の負圧によってフレキシブルジョイントが変形し閉塞してしまうおそれがある。そのため、本発明ではフレキシブルジョイント内にレジューサを挿入することによって、砕料排出口からの吸引排出時の負圧によってフレキシブルジョイントが変形したとしてもレジューサの開口によって定量の砕料を吸引排出できるようにすることが好ましい。なお、レジューサとしては、例えばＪＩＳ Ｂ ２３１１の付表４に記載されている同心の１形を使用する。

本発明によれば、バッチ式振動ミルの構造をシンプルにでき、しかも、粉砕作用を受けない砕料が発生することなく、連続式振動ミルと同程度の振動強度で砕料を粉砕することができる。

図１は、本発明のバッチ式振動ミルの一実施形態を示し、（ａ）はその断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。

粉砕ドラム１のドラム径はＤであり、その内部には粉砕媒体２を充填している。また、粉砕ドラム１の一端側の上部には空気取り入れ口１４を設け、他端側の側壁には部分的にストレーナ５を設け、このストレーナ５を介して排出ドラム１５を設けている。ストレーナ５の開口部は粉砕媒体２を通過させない大きさに設定している。また、粉砕ドラム１の排出ドラム１５と反対側の側壁部の下部には圧縮空気供給口１６を設けている。なお、空気取り入れ口１４は砕料の投入口としても機能し、砕料の受け入れ側には、フレキシブルジョイント２０を設けている。このフレキシブルジョイント２０は、空気取り入れ口１４の上方に固設している砕料供給口（図示せず）と空気取り入れ口１４とを接続するためのもので、このフレキシブルジョイント２０によって空気取り入れ口１４側の振動を吸収するようにしている。

排出ドラム１５のドラム径はｄであり、粉砕ドラム１のドラム径Ｄよりも小さくしている。この排出ドラム１５にも粉砕ドラムと同じ粉砕媒体２を充填している。また、図１中のＡ部に示すように、排出ドラム１５の内面下端（底部）は、粉砕ドラム１の内面下端（底部）より下方に位置するようにしている。さらに、排出ドラム１５の上部には、砕料排出口１７を設けている。この砕料排出口１７は、フレキシブルジョイント１８、レジューサ１９及び配管１０を介して吸気ブロアー９と連通している。フレキシブルジョイント１８は、砕料排出口１７側の振動を吸収するために設けており、レジューサ１９は、後述する砕料排出口１７からの吸引排出時の負圧によってフレキシブルジョイント１８が変形したとしても定量の砕料を吸引排出できるように、小径部を先端にしてフレキシブルジョイント１８内に挿入している。また、配管１０の途中には砕料回収のためにバグフィルター１１を設けている。

以上の構成において、粉砕ドラム１内に空気取り入れ口１４から砕料を充填し、粉砕ドラム１及び排出ドラム１５を図示しない振動発生機によって振動させて砕料のバッチ粉砕を行う。この粉砕は、おもに粉砕ドラム１内で実施されるが、一部は排出ドラム１５内でも実施される。

所定時間の粉砕が終了すると、吸引ブロアー９を作動させる。これによって、粉砕ドラム１及び排出ドラム１５内の粉砕媒体２の充填層上部に空気の流れが生じる。すなわち、空気が空気取り入れ口１４から粉砕ドラム１内に導入され、その空気は、粉砕ドラム１内の粉砕媒体２の充填層上部及び排出ドラム１５内の粉砕媒体２の充填層上部を通って砕料排出口１７から排出される。このとき、粉砕ドラム１及び排出ドラム１５内を粉砕媒体２が公転することで、粉砕ドラム１及び排出ドラム１５内が撹拌され、この撹拌作用により、粉砕された砕料は、粉砕媒体２の充填層上部に浮き上がり、浮き上がった砕料は空気流に乗って砕料排出口１７から排出される。なお、この排出工程の後半においては、圧縮空気供給口１６より圧縮空気を供給し、砕料の排出をスムーズに行うようにする。

砕料排出口１７から排出された砕料は、バグフィルター１１にて回収される。砕料の排出が終了したら、吸引ブロアー９を停止し、粉砕ドラム１内に次の砕料を充填し、粉砕する。

なお、本発明のバッチ式振動ミルでは、吸引排出時間が短く、粉砕時間が長いため、１セットのバグフィルターと吸気ブロワーで、複数台のバッチ式振動ミルの吸引排出をまかなうことが可能である。

図１に示すバッチ式振動ミルを使用して鉱石の粉砕を実施した。

振動ドラム１はドラム径Ｄ＝５４０ｍｍ×長さＬ＝１９８０ｍｍの円筒状とし、排出ドラム１５はドラム径ｄ＝２５０ｍｍ×長さｌ＝２５０ｍｍの円筒状とした。振動ドラム１及び排出ドラム１５に印加する振動の振幅は９ｍｍ、振動数は１４．６Ｈｚとした。振動ドラム１及び排出ドラム１５に充填する粉砕媒体２としては直径１２ｍｍの球状の粉砕媒体を使用し、その充填率は、粉砕ドラム１、排出ドラム１５ともに８０％とした。

この条件の下で、１バッチあたりの砕料の充填量を３０ｋｇとし、４５分間粉砕した。そして、粉砕終了後、吸気ブロアー９の風量を４ｍ^３／ｍｉｎとして吸引排出したところ、排出時間約３分〜５分で、充填量の９９％以上の砕料を排出できた。

また、この排出工程の後半において、圧縮空気供給口１６より０．２ＭＰａの圧縮空気を２Ｎｍ^３／ｍｉｎの流量で供給したところ、さらに短時間での排出が可能となった。

なお、この吸引排出時の空気取り入れ口１４部分と砕料排出口１７部分との間の圧力損失は０．２５ｋＰａ程度であり、粉砕媒体２の振動による流動化で空気が流れやすくなり圧損も小さくすることができた。

本発明は、鉱石、触媒、各種の炭化物、セラミックス原料など、粒子の粉砕分野に好適に適用することができる。

本発明のバッチ式振動ミルの一実施形態を示し、（ａ）はその断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 振動ミルの基本構成を示す断面図である。 従来の連続式振動ミルの排出機構を示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。 従来のバッチ式振動ミルの排出機構を示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。 ストレーナによる排出機構を備えた従来のバッチ式振動ミルを示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ断面図である。 反転による排出機構を備えた従来のバッチ式振動ミルを示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は（ａ）のＥ−Ｅ断面図、（ｃ）は反転時のＥ−Ｅ断面図である。 吸引による排出機構を備えた従来のバッチ式振動ミルを示す断面図である。 空気流による排出機構を備えた従来のバッチ式振動ミルを示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は（ａ）のＦ−Ｆ断面図である。

符号の説明

１ 粉砕ドラム
２ 粉砕媒体
３ 振動発生機
４ 支持ばね
５ ストレーナ
６ 弁体
７ 投入・排出口
８ ドラム回転軸
９ 吸気ブロワー
１０ 配管
１１ バグフィルター
１２ バルブ
１３ Ａｉｒガイド板
１４ 空気取り入れ口
１４ フレキシブルジョイント
１５ 排出ドラム
１６ 圧縮空気供給口
１７ 砕料排出口
１８ フレキシブルジョイント
１９ レジューサ
２０ フレキシブルジョイント

Claims (4)

1. 粉砕ドラム内に粉砕媒体と砕料を充填し、粉砕ドラムを振動させて砕料のバッチ粉砕を行うバッチ式振動ミルにおいて、
   粉砕ドラムの一端に空気取り入れ口を設け、他端にストレーナを介して粉砕ドラムよりもドラム径の小さい排出ドラムを設け、排出ドラムにも粉砕ドラムと同じ粉砕媒体を充填し、排出ドラムに吸気ブロアーと連通する砕料排出口を設けたことを特徴とするバッチ式振動ミル。
2. 排出ドラムの内面下端が粉砕ドラムの内面下端より下方に位置する請求項１に記載のバッチ式振動ミル。
3. 粉砕ドラムの排出ドラムと反対側の側壁部の下部に圧縮空気供給口を設けた請求項１又は２に記載のバッチ式振動ミル。
4. 砕料排出口の排出側に設けたフレキシブルジョイント内にレジューサを挿入した請求項１〜３のいずれかに記載のバッチ式振動ミル。

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