JP2013252466A - メディア攪拌式粉砕機 - Google Patents

Abstract

【課題】粉砕・分散された原料（スラリー状）からのメディアの分離が極めて良好なメディア攪拌式粉砕機を提供する。
【解決手段】
本発明のメディア攪拌式粉砕機は、先端縮径部および基部拡径部を備えたほぼ円錐形状または円錐台形状のメディア分離部材本体を備え、このメディア分離部材本体には、前記先端縮径部近傍の少なくとも１つの入口部からその周壁に沿って前記基部拡径部の環状の出口部まで延びる前記混合物の移送通路が設けられており、前記入口部は、前記混合物を吸い込み、前記移送通路に流入させるための混合物吸い込み孔として作用するものであり、前記移送通路には、その環状の出口部近傍に、該環状の出口部に沿ってメディアのポンプ作用を行うための羽根部材が複数配列されており、更に前記移送通路の前記羽根が形成された部分より上流側で分岐した原料スラリー出口通路が設けられていることを特徴する。
【選択図】図３

Description

本発明は、メディア攪拌式粉砕機に関する。本発明のメディア攪拌式粉砕機は、インキ、塗料、顔料、セラミック、金属、無機物、誘電材、フェライト、トナー、ガラス、製紙用コーティングカラー、他ナノ粒子等の原料をビーズ状粉砕・分散メディアと混合して微細粒子に粉砕または分散するための使用に特に適しているが、これに限定されるものではない。

メディア攪拌式粉砕機において、ナノ粒子等の原料を粉砕物・分散する場合には、特開２０１０−２５３３３９号公報に示されているように、ビーズ状粉砕・分散メディアとしては、主にマイクロビーズが使用される。このようにマイクロビーズを使用する場合には、メディア分離部材としては、スクリーンタイプより、遠心式のものが採用される。その理由は、スクリーンタイプのメディア分離部材は、スクリーン目開きの厳密なる加工精度が必要で、技術的に困難、または出来てもコストがかかってしまい現実的ではない。さらに開口面積も極端に小さくなるなどの精密性が必要となったり、容易に目詰まりするという問題点があるが、遠心式のものはこのような問題点がないためである。

そして、遠心式メディア分離部材としては、一般に特開２００１−４６８９９号公報に示されているような構造のものが用いられている。

特開２０１０−２５３３３９号公報 特開２００１−４６８９９号公報

この特開２００１−４６８９９号公報に記載された遠心式メディア分離部材は、２枚の間隔を隔てられた円板と、これらの円板の間に挟まれた複数の回転羽根とを備えているものである。

上記した公開公報に記載された遠心式メディア分離部材は、その外周部分で流体（原料スラリーとメディアの混合物）に遠心式を与えある程度の分離効率を得ることができる。しかしながら、上記羽根部材の部分で渦が発生しやすく、乱れが生じやすいので、分離効率の向上が図りにくいという欠点がある。

本発明は、この欠点を解消し、粉砕・分散された原料（スラリー状）からのメディアの分離が極めて良好な遠心式メディア分離部材、およびこの遠心式メディア分離部材を備えたメディア攪拌式粉砕機を提供することを目的とするものである。

上記の課題は、下記（１）〜（８）の構成の本発明の遠心式メディア分離部材およびメディア攪拌式粉砕機によって解決される。
（１）
粉砕・分散メディアを用いるメディア攪拌式粉砕機のための遠心式メディア分離部材であって、遠心式メディア分離部材は先端縮径部および基部拡径部を備えたほぼ円錐形状または円錐台形状のメディア分離部材本体を備え、このメディア分離部材本体には、前記先端縮径部近傍の少なくとも１つの入口部からその周壁に沿って前記基部拡径部の環状の出口部まで延びる前記混合物の移送通路が設けられており、前記入口部は、前記混合物を吸い込み、前記移送通路に流入させるための混合物吸い込み孔として作用するものであり、前記移送通路には、その環状の出口部近傍に、該環状の出口部に沿ってメディアのポンプ作用を行うための羽根部材が複数配列されており、更に前記移送通路の前記羽根が形成された部分より上流側で分岐した原料スラリー出口通路が設けられていることを特徴とする遠心式メディア分離部材。
（２）
前記メディア分離部材本体は、ほぼ円錐形状または円錐台形状のメディア分離部材中心部材、および全体として中空円錐台形状で、周辺が前記メディア分離部材中心部材の周辺と間隔を隔てて配置されたメディア分離部材外側部材を備え、前記メディア分離部材中心部材の周辺とメディア分離部材外側部材の周辺の間の間隙によって前記移送通路が形成されている上記（１）の遠心式メディア分離部材。
（３）
前記メディア分離部材外側部材の先端が、前記メディア分離部材中心部材の先端部に固定されている上記（２）の遠心式メディア分離部材。
（４）
前記メディア分離部材外側部材の先端部材が、円形の先端端板とされており、この円形の先端端板に前記混合物吸い込み孔が形成されている上記（１）〜（３）のいずれかの遠心式メディア分離部材。
（５）
内部が竪型粉砕室となっている粉砕容器、およびこの粉砕室の内部下部に配置された撹拌部材を備えるメディア攪拌式粉砕機において、上記（１）〜（４）のいずれかに記載のメディア分離部材が、その先端縮径部を下にして、前記撹拌部材の上方に設けられていることを特徴とするメディア攪拌式粉砕機。
（６）
前記粉砕容器は、上部を閉鎖する端板を有し、該端板の中央に設けられ、前記粉砕室に開口した下面開口を持ち、前記メディア分離部材を収容したメディア分離部材収容室を有するメディア分離部材収容手段を備えている上記（５）のメディア攪拌式粉砕機。
（７）
前記端板の前記下面開口を取り囲み、前記粉砕室内の前記粉砕・分散メディアが前記分離部材収容室内に流れ込むのを規制するメディア流規制手段を設けた上記（６）のメディア攪拌式粉砕機。
（８）
前記メディア流規制手段が、前記攪拌部材の作用により、上昇してくる原料スラリーとビーズ状粉砕・分散メディアの混合物を下向きの流れに変える内部空間を有する下向きに先細の円錐台形状の案内部材として構成されている上記（７）のメディア攪拌式粉砕機。

本発明のメディア分離部材は、上記した構造であるので、該分離部材が回転すると、主として前記移送通路の出口近傍に設けた羽根部材のポンプ作用で、下方に位置する前記先端縮径部に設けた混合物吸込み口（入口部）からメディアを含んだ原料スラリーが吸い込まれ、前記移送通路を上昇する流れを作り、上方に位置する基部拡径部に設けた出口部から排出される。前記混合物の安定した流れが形成されるので、乱れのない場ができ、渦が発生しないので、分離効率が向上する。
また、遠心力がメディア分離部材の円錐２重の移送通路の内外で２箇所に発生するので、遠心力を有効に使える。また、移送通路の流れの慣性力も利用できる。

本発明の実施態様による遠心式メディア分離部材を組み込んだメディア攪拌式粉砕機を示す断面図である。 図１の線Ａ−Ａに沿う断面図である。 図１の遠心式メディア分離部材を示す拡大断面図である。 図３に示した遠心式メディア分離部材の底面図である。 図３の線Ｂ−Ｂに沿う断面図である。 本発明の他の実施態様による遠心式メディア分離部材を組み込んだメディア攪拌式粉砕機を示す断面図である。 図６の遠心式メディア分離部材を示す拡大断面図である。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明の実施形態によるメディア分離部材（後述する）を備えたメディア攪拌式粉砕機について説明する。
図１は、本発明の実施形態によるメディア攪拌式粉砕機１０を示すものであり、このメディア攪拌式粉砕機１０は、上部を閉鎖する端板１２ａを有する竪型円筒形の粉砕容器１２を備えている。この粉砕容器１２は、内部に円柱状の粉砕室１４を備えており、この粉砕室１４内にスラリー状の原料を導入するための原料スラリー供給口１６を有している。

上記粉砕容器１２の粉砕室１４の内部下部中央には、攪拌部材２２が回転自在に配置されている。攪拌部材２２は、羽根車であり、例えば、ボス２２ａの周囲に固定され、上下に間隔を置いて配置された一対の環状板２２ｂ，２２ｃとそれらの間に配置された複数の羽根２２ｄで構成されている。

上記攪拌部材２２には、上端がこの攪拌部材２２のハブ２２ａに取り付けられ、そこから粉砕容器１２およびこの粉砕容器１２の下部に取り付けられたフレーム１８を軸方向下方に貫通して延びる攪拌部材駆動軸である回転駆動軸２４が固定されている。この回転駆動軸２４は、その下方端部が、図示しない周知の駆動機構を介して駆動源に接続されており、図に矢印で示す方向に回転駆動される。この回転駆動軸２４の回転軸（回転軸線）は粉砕室１４の中心軸を通っていることが好ましい。なお、上記回転駆動軸２４には、軸封２５（メカニカルシール等）が設けられている。

メディア攪拌式粉砕機において周知のように、粉砕容器１２の内部には、ビーズ状の粉砕メディアＭ（なお、図においては極めて拡大して示した）が収納されている。この粉砕メディアＭは、その直径が０．０２〜２ｍｍのものを用いることができる。この粉砕メディアの総容積が、粉砕室の容積の３０％〜７５％である。通常のメディア攪拌式粉砕機においては、粉砕メディアの総容積が、粉砕室の容積の７５％〜９０％であるので、本発明のメディア攪拌式粉砕機は、拘束力が小さくソフトな粉砕・分散が可能である。

上記攪拌部材２２の上方には、上記該攪拌部材２２と軸方向に間隔をおいて対向して配置され、原料スラリー内に分散したメディアＭを該原料から分離するための遠心分離式メディア分離部材３２が設けられている。このメディア分離部材３２の構造については、後に詳細に説明する。このメディア分離部材３２は、上記攪拌部材２２と同軸に配置されていることが好ましいが、軸がずれていてもよい。このメディア分離部材３２には、中空の回転駆動軸３０が固定されている。この駆動軸３０は、上方に延び、その端部は、図示しない周知の駆動機構を介して駆動源に接続されており、図に矢印で示す方向に回転駆動される。なお、上記回転駆動軸３０には、軸封ＭＳ（メカニカルシール等）が設けられている。また、この駆動軸３０の中空部は、メディア分離部材３２の内部空間に連通し、原料スラリー出口３１を形成している。上記メディア分離部材としては、従来のスクリーンを用いることもできる。

粉砕容器１２の外周には、冷媒体または熱媒体（通常は冷媒体であって、冷却水）を通すためのジャケット４０が設けられており、粉砕室１４内を温調可能にしている。このジャケット４０には、下方部分に冷却水を導入するための冷却水入口４２、上方部分に冷却水を排出するための冷却水出口４６が設けられている。

粉砕容器１２は、上記端板１２ａを取り外すことにより、粉砕容器１２を開いて、容易にメンテナンスができるようになっている。

本発明のメディア攪拌式粉砕機においては、上記攪拌部材２２は、周速５〜３０ｍ／ｓの範囲の回転速度で駆動が可能であり、メディア分離部材３２は、５〜２０ｍ／ｓの範囲の回転速度で駆動が可能である。

上記粉砕室１４内の下部には、案内環５０が配置されている。内周環板５２、その外周方向に間隔を隔てた外周環板５４，下辺を構成する環状の下環板５６および上辺を構成する上環板５８から構成されており、内部は液密となっている。

この案内環５０は、前記粉砕室１４下方部分を半径方向に分割し、粉砕室下方部分内方部１４ａと環状の粉砕室下方部分外方部１４ｂとを構成する。前記粉砕室下方部分外方部１４ｂは、粉砕メディアと原料スラリーの混合物の上昇通路の機能を果たす。

前記案内環５０は、上記した構造であるので環状空間５０ａを有し、前記粉砕容器に取り付けられた複数のパイプ６０ａ、６０ｂ（図２参照）によって支えられ、該パイプ６０ａ、６０ｂを用いて前記環状空間に冷却水の通水排水が可能な構造である。従って、本発明の実施形態では、原料スラリーを粉砕容器１２内部からも冷却できる。

前記パイプ６０ａ、６０ｂは、図に示したように粉砕容器１２の上方から延び、下端で前記案内環５０を支持していることが好ましい。

前記案内環５０は、図に示したようにその下端が前記攪拌部材２２の上端以上にあり、そしてその上端が前記メディア分離部材３２の下端と下方に所定の間隔を隔てた位置にあることが好ましい。

前記案内環の外周壁と粉砕容器の内周壁の間の間隔は、１０〜５０ｍｍであることが好ましい。上記間隔が、上記の下限未満であると、メディアの動きを拘束しすぎであり、上限を越えると、自由度が増しすぎる。

前記案内環の高さは、粉砕室の高さの１／３〜１／２であることが好ましい。上記高さが、上記の下限未満であると、メディアの流れのコントロールが不十分になり、上限を越えると、メディアの流れのスムーズさが損なわれる。

前記端板１２ａの中央部は、図１に示したように周囲部分より厚くされた肉厚部７０（その厚さはメディア分離部材の高さ内外である）とされており、さらにその中央部には、貫孔７２が設けられている。この貫孔７２は、図１に示したように、メディア分離部材３２が回転自在に収容されている。すなわち、貫孔７２は、前記メディア分離部材３２を収容したメディア分離部材収容室となっており、肉厚部７０がメディア分離部材収容手段を構成している。メディア分離部材収容室を形成するには、端板１２ａ全体を肉厚部７０の厚みとしてもよいが、材料費がかかったり、装置の重量が大きくなったりするので、現実的ではない。

前記端板１２ａの下面中央部には、前記粉砕室１４内の前記粉砕・分散メディアＭが前記分離部材収容室内に流れ込むのを規制するメディア流規制手段８０が設けられている。このメディア流規制手段８０は、内部に、前記貫孔７２に連続した円柱状の空間８２を有し、下方に向かって先細となった円錐台形状の案内部材として構成されており、外周面が案内面８４とされている。このメディア流規制手段８０は、前記攪拌部材２２の作用により、上昇してくる原料スラリーとビーズ状粉砕・分散メディアの混合物を案内面８４に沿う下向きの流れに変える機能を有する。そして、この規制された原料スラリーとビーズ状粉砕・分散メディアの混合物の流れにより、粉砕室１４内でフリーに流動するメディアを極力することで、メディア分離部材３２の周りのメディアの濃度を下げたり、メディア分離部材に飛翔するメディアを制限し、メディア分離部材の分離能力を向上させる。

次に、図３以下を参照して、本発明の実施形態による遠心式メディア分離部材３２の構造について以下詳述する。

本遠心式メディア分離部材３２は、先端縮径部３４ａおよび基部拡径部３４ｂを備えたほぼ円錐形状または円錐台形状のメディア分離部材本体３４を備えている。上記基部拡径部３４ｂの中心に、上記駆動軸３０の下端が固定され、該駆動軸３０が回転することによって、メディア分離部材３２が回転するようになっている。上記メディア分離部材本体３４には、前記先端縮径部３４ａ近傍の少なくとも１つの入口部３５ａからその周壁に沿って前記基部拡径部３４ｂの環状の出口部３５ｂまで延びる前記混合物の移送通路３５が設けられている。前記入口部３５ａは、前記混合物を吸い込み、前記移送通路３５に流入させるための混合物吸い込み孔として作用する。前記移送通路３５には、その環状の出口部３５ｂ近傍に、該環状の出口部に沿ってメディアのポンプ作用を行うための羽根部材３７が複数配列されている。更に、前記移送通路３５の前記羽根部材３７が形成された部分より上流側には、そこから分岐した原料スラリー出口通路３９が設けられている。

前記メディア分離部材本体３４の前記基部拡径部３４ｂの内部には、ほぼ円盤状の空間である処理済み原料スラリー収集用空間４０が形成されており、この処理済み原料スラリー収集用空間４０には、前記原料スラリー出口通路３９および原料スラリー出口３１が連通されている。

前記メディア分離部材本体３４は、ほぼ円錐形状または円錐台形状のメディア分離部材中心部材４０、および全体として中空円錐台形状で、周辺が前記メディア分離部材中心部材４０の周辺と間隔を隔てて配置されたメディア分離部材外側部材４１を備え、前記メディア分離部材中心部材の周辺とメディア分離部材外側部材の周辺の間の間隙によって前記移送通路３５が形成されている。

本メディア分離部材本体３４の構造は、前記メディア分離部材外側部材４１の先端部が、前記メディア分離部材中心部材４０の先端部に固定されている構造となっていることが好ましい。

前記メディア分離部材外側部材４１の先端部は、図３および図４に示したように円形の先端端板４１ａとされており、この円形の先端端板５２に前記混合物吸い込み孔（入口部３５ａ）が形成されている。

作動においては、原料スラリー供給口１６から原料である被粉砕粒子を含む原料スラリーを粉砕室１４に導入しながら撹拌部材を回転駆動する。粉砕室１４内に導入されたスラリーは、粉砕室１４内にすでに形成されているスラリーとメディア２６の回転流れに乗って攪拌部材の方向に下降移動されて、攪拌部材により撹拌混合される。このとき、スラリーとメディア２６は、半径方向外方に粉砕容器１２の内壁まで移動され、この後撹拌混合された上記スラリーとメディア２６は、今度は粉砕室１４の内壁に沿う上昇流れｆとなり、そして上昇しきると、今度は下降する流れとなる。

このとき、一部のメディアがメディア分離部材収納室内に導かれるが、このメディアは、メディア分離部材収容室内で回転するメディア分離部材３２により次のようにして処理済み原料スラリーから分離され、再び粉砕室１４内に戻される。

すなわち、メディア分離部材３２が回転すると、メディア分離部材本体３４の前記基部拡径部３４ｂ側の前記移送通路３５の部分に設けた羽根部材３７によりポンプ作用が発生し。この主としてこのポンプ作用により、移送通路３５内のスラリー等を出口部３５ｂから外方に放出することとなり、この放出により、入口部３５ａには、吸引力（吸い込み力）が働いて、前記スラリー等に入口部３５ａからの流れが生ずるとともに、回転運動が与えられる。この回転運動により、大きくて重いメディアは半径方向外向きに付勢され、スラリーから分離される。この場合、被粉砕粒子のうち、粉砕が不十分で粒子サイズが大きいものもメディアと同様に挙動する。一方、十分に粉砕されて小さくて軽くなった粒子を含むスラリーは、原料スラリー出口通路３９、処理済み原料スラリー収集用空間４０および原料スラリー出口３１を介してメディア攪拌式粉砕機外部へ排出される。

本発明のメディア分離部材は上記した構造であるので、該メディア分離部材内部およびその周辺におけるメディア含有原料スラリーの流れが安定し、乱れの無い場が形成され、良好なメディア分離が可能となる。

また、本発明のメディア攪拌式粉砕機においては、上記したように、メディア分離部材を収容したメディア分離部材収容室を粉砕室と別個に設けた。これにより、このメディア分離部材収容室内に、メディアが入り込みまたは飛翔するのを極力防止し、これによりメディア分離部材収容室内のメディア濃度を低下させ、メディア分離部材によるメディアの分離機能を飛躍的に向上させた。

なお、図３等に示したメディア分離部材においては、メディア分離部材全体が回転する構造、すなわちメディア分離部材中心部材およびメディア分離部材外側部材が一緒になって回転する構造のものについて説明したが、図６および図７に示したように、メディア分離部材外側部材を固定しておき、メディア分離部材中心部材のみを回転する構造のものとしてもよい。

１０ メディア攪拌式粉砕機
１２ 粉砕容器
１４ 粉砕室
１６ 原料スラリー供給口
３０ 粉砕・分散メディア
３２ メディア分離部材
３３ 中空駆動軸
３４ メディア分離部材本体
３４ａ 先端縮径部
３４ｂ 基部拡径部
３５ 移送通路
３５ａ 入口部
３５ｂ 出口部
３６ 軸封
３７ 羽根部材
３９ 原料スラリー出口通路
４０ 処理済み原料スラリー収集用空間
４０ メディア分離部材中心部材
４１ メディア分離部材外側部材
７０ 肉厚部（メディア分離部材収容手段）
７２ 貫孔（メディア分離部材収容室）

Claims (8)

1. 粉砕・分散メディアを用いるメディア攪拌式粉砕機のための遠心式メディア分離部材であって、遠心式メディア分離部材は先端縮径部および基部拡径部を備えたほぼ円錐形状または円錐台形状のメディア分離部材本体を備え、このメディア分離部材本体には、前記先端縮径部近傍の少なくとも１つの入口部からその周壁に沿って前記基部拡径部の環状の出口部まで延びる前記混合物の移送通路が設けられており、前記入口部は、前記混合物を吸い込み、前記移送通路に流入させるための混合物吸い込み孔として作用するものであり、前記移送通路には、その環状の出口部近傍に、該環状の出口部に沿ってメディアのポンプ作用を行うための羽根部材が複数配列されており、更に前記移送通路の前記羽根が形成された部分より上流側で分岐した原料スラリー出口通路が設けられていることを特徴とする遠心式メディア分離部材。
2. 前記メディア分離部材本体は、ほぼ円錐形状または円錐台形状のメディア分離部材中心部材、および全体として中空円錐台形状で、周辺が前記メディア分離部材中心部材の周辺と間隔を隔てて配置されたメディア分離部材外側部材を備え、前記メディア分離部材中心部材の周辺とメディア分離部材外側部材の周辺の間の間隙によって前記移送通路が形成されている請求項１の遠心式メディア分離部材。
3. 前記メディア分離部材外側部材の先端が、前記メディア分離部材中心部材の先端部に固定されている請求項２の遠心式メディア分離部材。
4. 前記メディア分離部材外側部材の先端部材が、円形の先端端板とされており、この円形の先端端板に前記混合物吸い込み孔が形成されている請求項１〜３のいずれかの遠心式メディア分離部材。
5. 内部が竪型粉砕室となっている粉砕容器、およびこの粉砕室の内部下部に配置された撹拌部材を備えるメディア攪拌式粉砕機において、請求項１〜４のいずれかに記載のメディア分離部材が、その先端縮径部を下にして、前記撹拌部材の上方に設けられていることを特徴とするメディア攪拌式粉砕機。
6. 前記粉砕容器は、上部を閉鎖する端板を有し、該端板の中央に設けられ、前記粉砕室に開口した下面開口を持ち、前記メディア分離部材を収容したメディア分離部材収容室を有するメディア分離部材収容手段を備えている請求項５のメディア攪拌式粉砕機。
7. 前記端板の前記下面開口を取り囲み、前記粉砕室内の前記粉砕・分散メディアが前記分離部材収容室内に流れ込むのを規制するメディア流規制手段を設けた請求項６のメディア攪拌式粉砕機。
8. 前記メディア流規制手段が、前記攪拌部材の作用により、上昇してくる原料スラリーとビーズ状粉砕・分散メディアの混合物を下向きの流れに変える内部空間を有する下向きに先細の円錐台形状の案内部材として構成されている請求項７のメディア攪拌式粉砕機。

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