JP2020116548A - メディア攪拌式分散・粉砕機 - Google Patents

Abstract

【課題】粉砕室内部に設けた案内環の構造により、粉砕メディアの増量及び回転数の増大を伴わず、粉砕能力を向上可能なメディア攪拌式分散・粉砕機の提供。【解決手段】上部を閉鎖する端板１２ａ、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、原料スラリー供給口１６、粉砕室下部に設けた撹拌部材２２、及び粉砕室内の撹拌部材上方に設けたメディア分離部材３２を備え、粉砕室内に、撹拌部材からメディア分離部材に渡って延び、粉砕室を半径方向に分割し、粉砕室内方部分と環状の粉砕室外方部分とを構成する案内環５０を設け、原料スラリーと粉砕メディアの混合物の流れを制御するとともに、上昇通路の少なくとも一部の半径方向の幅を上方に向かって徐々に小さくしたメディア攪拌式分散・粉砕機。【選択図】図１

Description

本発明は、メディア攪拌式分散・粉砕機に関する。本発明のメディア攪拌式分散・粉砕機は、インキ、塗料、顔料、分散染料、セラミック、炭酸カルシウム、無機物全般、誘電材、電子材料、カーボンナノチューブ、フェライト、電池材、トナー、ガラス、製紙用コーティングカラー、ポリマー、他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。

メディア攪拌式分散・粉砕機としては、特開２００５−１９９１２５号公報で提案されたメディア攪拌ミルが知られている。

上記特開２００５−１９９１２５号公報で提案されたメディア攪拌ミルは、上部を閉鎖する端板を有し、内部に粉砕メディアを収容する粉砕室が設けられる粉砕タンクと、該粉砕タンクに回転可能に設けられる回転軸と、該回転軸の前記粉砕室内に位置する部分に設けられて、回転軸と一体に回転可能な攪拌分離部材とを備えたメディア攪拌ミルであって、前記粉砕室の内壁面と前記攪拌部材の外周面とを、互いに合致する形状に形成するとともに、前記攪拌分離部材の外周面から攪拌部材の中心部に貫通し、その部分から前記回転軸の中心部を貫通して前記粉砕室外に連通する分離排出路と、前記攪拌部材の上下面間を前記回転軸の軸線方向に貫通して、前記粉砕室内の上部と下部との間を相互に連通する圧力緩和孔とを設けたことを特徴とするものである。

しかしながら、前記のような構造のメディア攪拌ミルにあっては、遠心力が最大となる最大径部に粉砕メディアが密集しやすく、局所的となり、分散力、粉砕力が場所によってばらばらとなり、その差が大きい。そのため、原料の分散、粉砕が均一に行われず、高品質の製品を得ることが困難であるという問題がある。

そこで、本願出願人は、日本国特願２００９−１０３５２９号（特開２０１０−２５３３３９号）にて、良質な粉砕、分散作用により、高品質の製品を得ることのできるメディア攪拌式分散・粉砕機を提案した。

この特許願で提案されたメディア攪拌式分散・粉砕機は、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、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、および前記粉砕室内であって、前記撹拌部材の上方に設けられたメディア分離部材を備えたメディア攪拌式分散・粉砕機において、前記粉砕室下方部分を半径方向に分割し、粉砕室下方部分内方部と環状の粉砕室下方部分外方部とを構成する案内環を設け、前記粉砕室下方部分外方部を粉砕メディアと原料スラリーの混合物の上昇通路としたことを特徴とするものである。

この日本国特願２００９−１０３５２９号で提案されたメディア攪拌式分散・粉砕機においては、上記したように、粉砕室内に案内環を設置したことにより、粉砕メディアと原料スラリーの混合物が、円周方向に移動する流れ、すなわち一次流れと、粉砕室の半径方向外方に粉砕容器の内壁に向かって移動し、続いて案内環と粉砕容器の間の上昇通路を上昇し、ついで中央部から案内環の内部を通って下降し攪拌部材に戻る運動を規則的に繰返すことができる流れ、すなわち二次流れとの混合流れ、すなわち螺旋流とすることができることから、粉砕室に対するビーズの容積割合が少なくても粉砕メディアの偏析がある程度抑えられ、粉砕・分散効率を向上できる。

しかしながら、この特許出願で提案されたメディア攪拌式分散・粉砕機の方式では、ソフトな剪断力で分散は良好なものが出来るが、粉砕能力が小さく、粉砕を伴うものへの処理は、粉砕メディアの量を多くしたり、回転数を大きくしたりして対応しているが、限界がある。

特開２００５−１９９１２５号公報 特開２０１０−２５３３３９号公報

そこで、本発明は、前記案内環の構造に工夫を加えることにより、粉砕メディアを増量および回転数の増大を伴うことなく、粉砕能力を向上させることができるメディア攪拌式分散・粉砕機を提供することを目的とするものである。

上記課題は、下記（１）〜（５）の構成の本発明のメディア攪拌式分散・粉砕機によって達成される。
（１）
上部を閉鎖する端板を有し、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、この粉砕容器に設けられた原料スラリー供給口、前記粉砕室の下部に設けられた撹拌部材、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メディア分離部材を備え、前記粉砕室内に、下部の前記撹拌部材から上部の前記メディア分離部材に渡って延び、前記粉砕室を半径方向に分割し、粉砕室内方部分と環状の粉砕室外方部分とを構成する案内環を設け、原料スラリーと粉砕メディアの混合物の流れを、粉砕室の周方向への一次流れと、前記案内環を中心として、前記粉砕室下方部分外方部を上昇通路とし、粉砕室下方部分内方部を下降通路とする循環流路を流れる二次流れが混合した螺旋流とするとともに、前記上昇通路の少なくとも一部の半径方向の幅を上方に向かって徐々に小さくしたことを特徴とするメディア攪拌式分散・粉砕機。
（２）
前記撹拌部材が、軸流回転羽根または斜流回転羽根で構成されている前記（１）のメディア攪拌式分散・粉砕機。
（３）
前記案内環の外壁が、上方に向かって広がった構造となっている前記（１）または（２）のメディア攪拌式分散・粉砕機。
（４）
前記案内環の外壁が、曲線的に広がった構造となっている前記（３）のメディア攪拌式分散・粉砕機。
（５）
前記案内環の外壁が、直線的に広がった構造となっている前記（３）のメディア攪拌式分散・粉砕機。

以上説明したように、メディア攪拌式分散・粉砕機によれば、上昇通路の半径方向の幅を上方に向かって（原料スラリーの流れの方向に向かって）徐々に小さくしたことにより、粉砕メディアが分散した原料スラリーの流れを加速することにより、充分に粉砕されずに大きいままの原料と粉砕メディアの相対速度を大きくすることにより、粉砕メディアの剪断力を大きくするとともに、原料スラリーの通路の断面積を下流に向かって小さくして、シェアレートを大きくし、これによって粉砕能力を改善した。

本発明の実施態様によるメディア攪拌式分散・粉砕機を示す断面図である。

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攪拌式分散・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攪拌式分散・粉砕機１０を示すものであり、このメディア攪拌式分散・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・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およびフレーム（図示せず）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（メカニカルシール等）が設けられている。
前記攪拌部材２２は、上記した遠心羽根すなわち軸流羽根の他、斜流羽根の構造であっても良い。

メディア攪拌式分散・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は、粉砕室の容積の３０％〜７５％である。通常のメディア攪拌式分散・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分散・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。

上記粉砕容器１２の粉砕室１４の内部上方であって粉砕室１４の中心部近傍には、上記該攪拌部材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、下部に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。

メディア分離部材としては、図に示したようなスクリーンタイプのものの他、回転遠心式のものであってもよい。

メディア分離部材３２の内部空間には、原料スラリー排出通路３８が連通しており、この排出通路３８を介して、メディア分離部材で粉砕メディアが分離された原料スラリー（製品スラリー）が装置外部に排出される。

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（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。

本発明のメディア攪拌式分散・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、１０〜２０ｍ／ｓの範囲の回転速度で駆動が可能である。

上記粉砕室１４内には、前記撹拌部材２２の外周に連続して、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の所定の高さ部分を半径方向に分割し、粉砕室内方部分１４ａと環状の粉砕室外方部分１４ｂとを構成する。前記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し、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。したがって、粉砕メディアと原料スラリーの混合物の流れは、粉砕室１４内部において、円周方向に移動する流れ、すなわち一次流れと、粉砕室の半径方向外方に粉砕容器の内壁に向かって移動し、続いて案内環と粉砕容器の間の上昇通路を上昇し、ついで中央部から案内環の内部を通って下降し攪拌部材に戻る運動を規則的に繰返すことができる流れ、すなわち二次流れとの混合流れ、すなわち螺旋流となる。

前記案内環５０は、上記した構造であるので内部に環状空間を有し、前記粉砕容器に取り付けられた複数のパイプ６０によって支えられ、該パイプ６０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６０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撹拌部材２２の外周に連続して垂直に上方に延び、そしてその上端が前記メディア分離部材３２以上に位置することが好ましい。

前記上方の端版の下面中央部は、下方に向かって先細となった円錐台形状の案内部材７０として構成されており、外周面が案内面７２とされている。この案内部材７０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メディアの混合物を案内面７２に沿う下向きの流れに変え、混合物の流動の不安定要素を排除する機能をも有する。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規制することで、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。

前記案内環５０の前記外周環板５４の上下方向の少なくとも一部（図では、中央部の構造を示した）は、下側から上方側に向かって拡径されて（したがって、その部分では、案内環は、逆円錐台とされている）、粉砕容器１２の周壁との間隔が上方（スラリーの流れの方向）に向かって徐々に狭くされ、これによって、前記上昇通路１４ｂの少なくとも一部の半径方向の幅を上方に向かって徐々に小さくし、すなわち、前記上昇通路１４ｂの少なくとも一部の水平断面積を上方に向かって徐々に小さくし、断面積変化部１４ｃとしている。
以上により、この断面積変化部１４ｃを流れる原料スラリーの流速において、上部の流速Ｖ２が下部の流速Ｖ１より大きく（Ｖ２＞Ｖ１）されている。
前記断面積変化部１４ｃにおける最小面積部の面積は、最大面積部のそれの５０％〜８０％であることが好ましい。上記最小面積部の面積が、上記の下限未満であると、ビーズ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。
以上により、粉砕メディア３０が分散した原料スラリーの流速は、前記上昇通路１４ｂにおいて上方に行くにつれて（下流に行くにつれて）大きくなる。

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粉砕メディア３０の回転流れに乗って攪拌部材２２の方向に下降移動されて、攪拌部材２２により撹拌混合される。この後、粉砕メディア３０が分散した原料スラリーは、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１４ｂを上昇移動する流れｆとなる。

このとき、前記流れｆは、断面積変化部１４ｃにおいて、加速されるとともに、粉砕メディア間の距離が小さくなり、これによってシェアレートが大きくなり、粉砕能力を高めることが可能となった。
その後、流れｆは、上昇しきると、今度は先の下降する流れとなる。

１０ メディア攪拌式分散・粉砕機
１２ 粉砕容器
１２ａ 端板
１４ 粉砕室
１４ｃ 断面積変化部
１６ 原料スラリー供給口
２２ 攪拌部材
２４ 回転駆動軸
３０ 粉砕メディア
３２ メディア分離部材
５０ 案内環
５２ 内周環板
５４ 外周環板
５６ 下環板
５８ 上環板

Claims (5)

1. 上部を閉鎖する端板を有し、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、この粉砕容器に設けられた原料スラリー供給口、前記粉砕室の下部に設けられた撹拌部材、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メディア分離部材を備え、前記粉砕室内に、下部の前記撹拌部材から上部の前記メディア分離部材に渡って延び、前記粉砕室を半径方向に分割し、粉砕室内方部分と環状の粉砕室外方部分とを構成する案内環を設け、原料スラリーと粉砕メディアの混合物の流れを、粉砕室の周方向への一次流れと、前記案内環を中心として、前記粉砕室下方部分外方部を上昇通路とし、粉砕室下方部分内方部を下降通路とする循環流路を流れる二次流れが混合した螺旋流とするとともに、前記上昇通路の少なくとも一部の半径方向の幅を上方に向かって徐々に小さくしたことを特徴とするメディア攪拌式分散・粉砕機。
2. 前記撹拌部材が、軸流回転羽根または斜流回転羽根で構成されている請求項１のメディア攪拌式分散・粉砕機。
3. 前記案内環の外壁が、上方に向かって広がった構造となっている請求項１または２のメディア攪拌式分散・粉砕機。
4. 前記案内環の外壁が、曲線的に広がった構造となっている請求項３のメディア攪拌式分散・粉砕機。
5. 前記案内環の外壁が、直線的に広がった構造となっている請求項３のメディア攪拌式分散・粉砕機。

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