JP2019005696A - メディア撹拌式粉砕機 - Google Patents

Abstract

【課題】メディアの分離機能を、向上させることができる構造を持つメディア撹拌式粉砕機の提供。【解決手段】ビーズ状粉砕メディア３０を収容した竪型円筒形の粉砕室１４を有する粉砕容器１２、粉砕室１４の下部で、粉砕室１４の軸心とほぼ同軸の回転軸を持つ撹拌部材２２、及び粉砕室１４内であ、撹拌部材２２の上方に設けた遠心式のメディア分離部材３２を備えたメディア撹拌式粉砕機で、メディア分離部材３２の周囲で回転する略円筒形の回転羽根４２を持ち、原料スラリー中の粉砕メディア３０をメディア分離部材３２から離間する様に作用する補助メディア分離部材４０を備え、回転羽根４２を撹拌部材２２と同軸に配置し、その下部でディスク状の支持部材で支持し、撹拌部材２２から、回転駆動軸２４を撹拌部材２２の回転軸と同軸に上方に延ばし、その上端を支持部材の中心に結合したメディア撹拌型粉砕機。【選択図】図１

Description

本発明は、メディア撹拌式粉砕機に関する。本発明のメディア撹拌式粉砕機は、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。

上記したようなナノ粒子は、凝集力が強く、合成製造直後に凝集体を作り、目的の機能を発揮できないので、分散する必要がある。この分散には、メディア撹拌式粉砕機を用いることが多々ある。メディア撹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、ナノ粒子は過敏なので、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、直径が０．０３〜０．１ｍｍ程度の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、スクリーンの目の開口面積も極端に小さくなるため、通過抵抗が極端に大きくなり、目詰まりし易くな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、竪型円筒形の粉砕室を有する粉砕容器を用いた場合のメディア撹拌式粉砕機の全体構造は、特開２０１０−２５３３３９公報に示されているようになる。

このような構造のメディア分離部材で、メディア分離部材をそのメディア分離機能に着目して、メディア撹拌式粉砕機の粉砕容器の構造等のファクターを種々変え、メディア分離機能を検討したところ、上記ファクターの違いにより、メディア分離部材のメディア分離機能が大きく変わることが判明した。

そこで、発明者らは、メディア撹拌式粉砕機のどのファクターがメディア分離部材のメディア分離機能に影響するのかを、更に鋭意検討したところ、この分離機能は、遠心式のメディア分離部材の周囲のメディアの濃度により大きく変わることを知見した。すなわち、発明者らは、メディア分離部材の周囲のメディアの濃度が低ければ低いほど、メディア分離部材の分離機能（メディアの分離率）が向上することを知見した。

本発明者らは、この知見に基づき、先に、特願２０１３−１１５１１７号（特開２０１４−１８７９７号）で、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撹拌式粉砕機を提供した。

この特願２０１３−１１５１１７号で提案されたメディア撹拌式粉砕機は、上部を閉鎖する端板を有し、ビーズ状粉砕・分散メディアを収容した竪型円筒形の粉砕室を有する粉砕容器、この粉砕容器に設けられた原料スラリー供給口、前記粉砕室の下部であって、該粉砕室の軸心とほぼ同軸の回転軸を持つ撹拌部材、および前記撹拌部材の上方に設けられた遠心式メディア分離部材を備えたメディア撹拌式粉砕機において、前記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るとともに、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ことを特徴とするメディア撹拌式粉砕機である。

このメディア撹拌式粉砕機によれば、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るとともに、粉砕室からメディア分離部材収容室へのメディアの流動を阻害するメディア流路規制手段を設けたことにより、粉砕室内のメディア濃度を確保し、原料の粉砕・分散機能を従来と同様に確保した状態で、粉砕室下部に設けた撹拌部材の作用により、粉砕室内を上昇する原料スラリーとメディアの混合物を再び撹拌部材方向に導き、フリーに流動するメディアを極力少なくすることで、メディアの流れに方向性を持たせフリーに流動するメディアを極力少なくし、これによって前記メディア分離部材収容室に飛翔するメディアの量を極力少なくして、メディア分離部材収容室内のメディア濃度を低下させることができるので、メディアの分離機能を飛躍的に向上させることができる。

特開２０１０−２５３３３９号公報

特開２０１４−１８７９７号公報

本発明は、メディアの分離機能を更に向上させることができる構造を持つメディア撹拌式粉砕機を提案することを課題とする。

上記課題は、下記の（１）〜（７）の構成の本発明のメディア撹拌型粉砕機により達成される。
（１）
ビーズ状粉砕メディアを収容した竪型円筒形の粉砕室を有する粉砕容器、前記粉砕室の下部であって、該粉砕室の軸心とほぼ同軸の回転軸を持つ撹拌部材、および前記粉砕室内であって、前記撹拌部材の上方に設けられた遠心式のメディア分離部材を備えたメディア撹拌式粉砕機において、前記メディア分離部材の周囲で回転する略円筒形の回転羽根を持ち、原料スラリー中の粉砕メディアを前記メディア分離部材から離間させるように作用する補助メディア分離部材を備えており、前記回転羽根を前記撹拌部材と同軸に配置するとともに、その下部でディスク状の支持部材で支持し、前記撹拌部材から、回転駆動軸を該撹拌部材の回転軸と同軸に上方に延ばし、その上端を前記支持部材の中心に結合したことを特徴とするメディア撹拌式粉砕機。
（２）
前記メディア分離部材の支持部材に、複数の連通孔を設けた前記（１）のメディア撹拌式粉砕機。
（３）
前記回転羽根は、周囲に間隔を置いて配置された複数の柱状部材を備えた前記（１）または（２）のメディア撹拌式粉砕機。
（４）
前記柱状部材は、外周側に底面を、内周側に長辺を有する断面三角形状のものである前記（３）のメディア撹拌式粉砕機。
（５）
前記回転羽根がセラミックス製である前記（１）〜（４）のいずれかのメディア撹拌式粉砕機。
（６）
前記回転羽根が樹脂製である前記（１）〜（５）のいずれかのメディア撹拌式粉砕機。
（７）
前記回転駆動軸と前記粉砕容器の周囲壁の間に、所定の高さの案内環を設けて、該案内環の外周壁と前記粉砕容器の内周壁の間を、粉砕メディアが分散した原料スラリーの流れの上昇通路とするとともに、前記案内環の内周壁と回転駆動軸の間を、前記原料スラリーの下降通路とした前記（１）〜（６）のいずれかのメディア撹拌式粉砕機。

本発明のメディア撹拌型粉砕機においては、上記したように、メディア分離部材の周囲に補助メディア分離部材を設けて、メディア分離部材の周囲の粉砕メディアの密度を極力小さくしたこと、および該補助メディア分離部材の作用により、粉砕メディアがメディア分離部材周囲に均一に分布するので、メディア分離部材のメディア分離機能が予想以上に極めて向上し、装置外に排出されてしまう粉砕メディアが殆ど無くなった。
これにより、改修された商品の後処理が極めて容易になるとともに、粉砕メディアが粉砕室内から排出されてしまわないので、補給の必要が極めて少なくなった。

本発明の実施態様によるメディア撹拌式粉砕機を示す断面図である。 図１のメディア撹拌式粉砕機に用いられる補助メディア分離部材の水平断面図である。 図１のメディア撹拌式粉砕機に用いられる補助メディア分離部材の垂直断面図である。 図１のメディア撹拌式粉砕機に用いられる案内環および整流手段を示す水平断面図である。 図４の案内環および整流手段を示す斜視図である。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明の実施の形態によるメディア撹拌式粉砕機について説明する。
図１は、本発明の実施の形態によるメディア撹拌式粉砕機１０を示すものであり、このメディア撹拌式粉砕機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、撹拌部材２２が回転自在に配置されている。撹拌部材２２は、羽根車であり、例えば、ハブ２２ａと、その周囲に固定配置された複数の羽根２２ｂで構成されている。

上記撹拌部材２２には、上端がこの撹拌部材２２のハブ２２ａに取り付けられ、そこから粉砕容器１２を軸方向下方に貫通して延びる撹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。

メディア撹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３０（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３０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。通常のメディア撹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８０％〜９０％であるので、本発明のメディア撹拌式粉砕機は、拘束力が小さくソフトな粉砕・分散が可能である。

上記撹拌部材２２の上方には、上記該撹拌部材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３０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は、内部に空間を有する筒状の本体３２ａを備えている。この本体３２ａには、複数の開孔が設けられ、そこから原料スラリーのみが上記本体内の空間に導入されるようになっている。このメディア分離部材３２は、上記撹拌部材２２と同軸に配置されている。このメディア分離部材３２には、中空の回転駆動軸３４が固定されている。この駆動軸３４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３４には、軸封３６（メカニカルシール等）が設けられている。また、この駆動軸３４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３８を形成している。

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１３（図示せず）が設けられており、粉砕室１４内を温調可能にしている。このジャケットには、下方部分に冷却水を導入するための冷却水入口、上方部分に冷却水を排出するための冷却水出口が設けられている。

本発明のメディア撹拌式粉砕機においては、上記撹拌部材２２は、周速５〜７０ｍ／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、１０〜２０ｍ／ｓの範囲の回転速度で駆動が可能である。

前記メディア分離部材３２の周囲には、粉砕メディアが該メディア分離部材３２に向かうのを防止するための補助メディア分離部材４０が設けられている。この補助メディア分離部材４０は、図２および図３に示されているように、前記メディア分離部材３２の周囲で、該メディア分離部材３２と同軸で回転する略円筒形の回転羽根４２を持ち、原料スラリー中の粉砕メディア３０を前記メディア分離部材３２から離間させるように作用する。前記略円筒形の回転羽根４２は、その下部でディスク状の支持部材４４で支持されている。

前記ディスク状の支持部材４４の周囲には、実質的に前記回転羽根４２の羽根部材を形成する水平断面形状が三角形の複数の柱状部材４２ａが等間隔で配置されている。これらの柱状部材４２ａの間は、開口４２ｂとなっている。また、前記支持部材４４にも、開口４４ａが形成さており、これらの開口４２ｂおよび開口４４ａを利用して、図１に示したような、回転羽根４２の内部空間を貫通する粉砕メディア３０の循環経路とされている。

前記撹拌部材２２のハブ２２ａからは、回転駆動軸４６が、該撹拌部材２２の回転軸と同軸に上方に延び、その上端は、前記支持部材４４の中心に結合されている。この構造により、補助メディア分離部材４０の駆動部の構造がシンプルとなる。

上記粉砕室１４内の下部であって、前記回転駆動軸４６の周囲には、案内環５０が配置されている。この案内環５０は、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し、粉砕室下方部分内方部１４ａは、粉砕メディアと原料スラリーの混合物の下降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１参照）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。

前記下降通路の水平断面積を、前記上昇通路の水平断面積より小さく設定する。これにより、前記上昇通路の上端を出た原料スラリーが、前記下降通路にけん引され易くし、粉砕メディアを撹拌部材側に有効に戻してやる。この目的で、前記回転駆動軸４６の直径を大きくするのも有効である。

前記案内環の高さは、粉砕室の高さの２／３〜１／２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。

前記案内環５０の内部には、下降通路である前記粉砕室下方部分内方部１４ａ内を流れる原料スラリーの流れを整流して、該流れの中の粉砕メディアの偏在を解決する整流手段７０を配置することが好ましい。この整流手段７０は、図５によく示したように、略十字を形成する整流板７２、７４、７６、７８で構成することが好ましい。

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２２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３０の回転流れに乗って撹拌部材２２の方向に下降移動されて、撹拌部材２２により撹拌混合される。このとき、スラリーとメディア３０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３０は、今度は粉砕室１４の内壁と案内環５０の間の上昇通路を上昇移動する流れ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、メディア分離部材３２の周辺に飛来したスラリー中の粉砕メディア３０は、前記補助メディア分離部材４０の遠心力の作用により、半径方向外方に付勢されるため、メディア分離部材３２の近傍における粉砕メディアの密度が低下するとともに、粉砕メディアの分布の均一化が図れ、メディア分離部材の分離作用が格段に向上する。

１０ メディア撹拌式粉砕機
１２ 粉砕容器
１４ 粉砕室
１６ 原料スラリー供給口
２２ 撹拌部材
２２ａ ハブ
２２ｂ 羽根
２４ 回転駆動軸
２５ 軸封
３０ 粉砕メディア
３２ メディア分離部材
３２ａ メディア分離部材の本体
３４ 回転駆動軸
３６ 軸封
３８ 原料出口
４０ 補助メディア分離部材
４２ 回転羽根
４２ａ 柱状部材
４２ｂ 開口
４６ 回転駆動軸
５０ 案内環
５２ 内周環板
５４ 外周環板
５６ 下環板
５８ 上環板
６０ａ パイプ
６０ｂ パイプ
７０ 整流手段
７２，７４、７６，７８ 整流板

Claims (7)

1. ビーズ状粉砕メディアを収容した竪型円筒形の粉砕室を有する粉砕容器、前記粉砕室の下部であって、該粉砕室の軸心とほぼ同軸の回転軸を持つ撹拌部材、および前記粉砕室内であって、前記撹拌部材の上方に設けられた遠心式のメディア分離部材を備えたメディア撹拌式粉砕機において、前記メディア分離部材の周囲で回転する略円筒形の回転羽根を持ち、原料スラリー中の粉砕メディアを前記メディア分離部材から離間させるように作用する補助メディア分離部材を備えており、前記回転羽根を前記撹拌部材と同軸に配置するとともに、その下部でディスク状の支持部材で支持し、前記撹拌部材から、回転駆動軸を該撹拌部材の回転軸と同軸に上方に延ばし、その上端を前記支持部材の中心に結合したことを特徴とするメディア撹拌式粉砕機。
2. 前記メディア分離部材の支持部材に、複数の連通孔を設けた請求項１のメディア撹拌式粉砕機。
3. 前記回転羽根は、周囲に間隔を置いて配置された複数の柱状部材を備えた請求項１または２のメディア撹拌式粉砕機。
4. 前記柱状部材は、外周側に底面を、内周側に長辺を有する断面三角形状のものである請求項３のメディア撹拌式粉砕機。
5. 前記回転羽根がセラミックス製である請求項１〜４のいずれかのメディア撹拌式粉砕機。
6. 前記回転羽根が樹脂製である請求項１〜５のいずれかのメディア撹拌式粉砕機。
7. 前記回転駆動軸と前記粉砕容器の周囲壁の間に、所定の高さの案内環を設けて、該案内環の外周壁と前記粉砕容器の内周壁の間を、粉砕メディアが分散した原料スラリーの流れの上昇通路とするとともに、前記案内環の内周壁と回転駆動軸の間を、前記原料スラリーの下降通路とした請求項１〜６のいずれかのメディア撹拌式粉砕機。