JP2544247B2 - 遠心流動粉砕装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は粉砕装置に関するものである。さらに詳しく
は、外周環および回転皿を備えており、装置内部に収容
した鋼球等の粉砕媒体を遠心流動させて原料の粉砕を行
なうようにした遠心流動粉砕装置に関するものである。

［従来の技術］ 粉砕装置は、チューブミル、竪型ミル等各種の形式の
ものがあるが、回転皿を上向きに設置し、この回転皿を
回転させることにより、内部に収容した鋼球等の粉砕媒
体（以下、ボールという。）を循環運動させて原料の粉
砕ならびに摩砕を行なうようにした竪型ボールミルと通
称されるものが知られている。

第５図（ａ）は従来の竪型ボールミルの構成の一例を
示す概略的な断面図である。符号100は回転皿であり、
この回転軸心が鉛直方向に設置され、駆動軸200によっ
てこの軸心回りに回転可能とされている。回転皿100は
ほぼ平面上の底面Ｂと、上方に向かって拡径する傾斜し
た側面Ａとを備えている。符号300は固定カバーであっ
て、リング形状をなし、その内面は半円形の断面形状と
されている。この第５図（ａ）の従来装置においては、
ボールは回転皿100の回転に伴って、底面Ｂから側面Ａ
を這い上り、次いで固定カバー300の下面に沿って中心
側に移動し、次いで固定カバー300から離脱して底面Ｂ
上に落下する。

第５図（ｂ）は従来の竪型ボールミルの他の構成例を
示す概略的な断面図である。この第５図（ｂ）の従来例
においては、回転皿400はその中央部に円錐形状部500を
有しており、固定カバー300の下面から離脱したボール
はこの円錐形状部500の側面Ｃに当った後、回転皿400の
底面Ｂに落下する。

ところが、第５図（ａ），（ｂ）に示すような竪型ボ
ールミルにおいて、粉砕作用は主として回転皿100,400
の側面Ａとボールとの摺動により行なわれる、いわゆる
摩砕方式である。この摺動には、ボールが側面Ａを這い
上る上下方向の摺動と、回転皿側面Ａの円周方向の速度
とボールの回転皿100または400軸心回りの円周方向速度
との速度差に起因する摺動の二つがある。

しかして、従来の竪型ボールミルにおいては、回転皿
100,400の側面Ａも回転皿400の一部をなしているから、
側面Ａはボールと同じ円周方向に回転することになる。
したがって、側面Ａとボールとの円周方向回転速度はそ
れ程大きなものとはならず、この円周方向速度差に起因
する粉砕ならびに摩砕作用は弱いものとなる。

また、回転皿100,400の回転によりボールには遠心力
が付与され、ボールはこの遠心力によって側面Ａを這い
上り、位置エネルギを得るようになる。しかしながら、
第５図の従来例では、このボールが得た位置エネルギ
は、ボールが固定カバー300下面から離脱して落下し底
面Ｂに当ったときに殆ど全てが消費されてしまい、粉砕
ならびに摩砕作用に利用することができない。第５図
（ｂ）の従来装置ならば、固定カバー300下面から落下
するボールは円錐形状部500の側面Ｃで跳ね返されてボ
ールに半径方向の力が付与されるから、ボールが得た位
置エネルギの幾らかは速度エネルギに変換され粉砕なら
びに摩砕作用に利用することが可能とされている。しか
しながら、ボールが側面Ｃで跳ね返されるので、衝突に
よるエネルギロスがかなり大きなものとなる。

このように、従来の竪型ボールミルと通称される粉砕
装置においては、粉砕ならびに摩砕作用が弱い、あるい
は装置に投入されたエネルギが粉砕ならびに摩砕作用以
外に消費され易く、エネルギ効率が低いなどの問題があ
った。

そこで、本出願人は、次のごとき回転皿および固定環
を有する遠心流動粉砕装置を特許出願した。（特願昭60
−265379号,60−266867号〜266872号,61−99745号
等）。

この回転皿は回転軸心が縦方向に向いていて、少なく
とも中央部分が下方に向かって拡径する皿面を有し、か
つ該皿面の縦断面が凹状に湾曲している形状の回転自在
な皿状のものである。

固定環は、少なくとも上部が上方に向かって縮径する
内壁面を有し、該内壁面の縦断面が凹状に湾曲している
形状であり、前記回転皿と同軸的に周設されて静止して
いる。

そして、遠心流動装置は、前記回転皿の皿面と固定環
の内壁面とが、回転皿と固定環との間の微小隙間を除い
て、連続的な円滑面に形成されている。

［発明が解決しようとする課題］ このような遠心流動装置においては、粉砕媒体である
ボールと粉砕原料とは回転皿の皿面と固定環の内壁面と
で囲まれる粉砕室内で、回転皿の回転速度よりも遅い速
度で円周方向に公転しながら、皿面と内壁面を循環する
上下方向の円運動をも合わせ行ない、これら２つの運動
を合成した縄を綯うような螺旋進行運動（この運動を遠
心流動と通称している。）と呼ばれる３次元運動の過程
で、各々個別に回転するボール間に挾まれて行なわれる
摩砕作用と原料とボールとの集合体（ボール群）の３次
元運動の壁面への摺動による粉砕作用により、効率良い
粉砕が実施され急速に粉砕が進行する。反面、過粉砕が
起りやすく、かつ、前述のボール群の中には大量の微粉
末が包含され、しかも、このボール群から微粉末が容易
に離脱しがたい傾向があるので折角の微粉末が互いに凝
集（アグロメレーション）を起こして造粒されるという
不都合が生じやすい。これが、また、過粉砕を助長する
という悪循環を起こす惧れがあった。

［課題を解決するための手段］ 上記の課題を解決するため、本発明の遠心流動粉砕装
置においては、 回転軸心が縦方向に向いていて、少なくとも中央部分
が下方に向かって拡径する皿面を有し、かつ該皿面の縦
断面が凹状に湾曲している形状の回転自在な円状の回転
皿と、少なくとも上部が上方に向かって縮径する内壁面
を有し、該内壁面の縦断面が凹状に湾曲している形状で
あり、前記回転皿と同軸的に周設されて静止している固
定環とを具備し、前記回転皿の皿面と固定環の内壁面と
が、回転皿と固定環との間の微小隙間を除いて、連続的
な円滑面に形成されている遠心流動粉砕装置において、
前記固定環の内壁面の鉛直方向または傾斜方向に沿設し
た鋼球またはセラミックボール等の粉砕媒体用の案内溝
を円周等間隔に複数個備え、該案内溝は底面およびその
両側の側壁とからなる断面が略コの字形の形状を有し、
該案内溝の始点では該底面および側面が前記固定環の内
壁面より外側へ埋没し、斜め上方へ行くに従って次第に
該底面が該内壁面に近接するとともに、該案内溝の終点
では該底面が該内壁面と合致するように構成し、該案内
面の始点に形成される壁面に、該固定環を貫通し、か
つ、該固定環の内壁面に沿って上方へ向かう気体の注入
孔を配設した構成とした。

［作用］ 本発明の遠心流動粉砕装置では、固定環の内壁面に斜
めに沿設された断面が略コの字形の案内溝を円周等間隔
に複数個配設し、この案内溝の下側の始点では案内溝が
内壁面よりも外側に埋没した構成となっているので、運
転中回転皿と固定環内壁面とで形成される粉砕室の中で
遠心流動しているボールと粉末とから構成されるボール
群は、この案内溝の始点に到達したとき主としてボール
と粗粒のみ遠心作用を受けて案内溝の中へ入り、質量や
比重の小さな粉末は注入孔や回転皿と固定環との隙間よ
り粉砕室へ流入し、粉砕装置の下流に設置された吸引フ
ァンの吸入力により流出する流体にエアスエプト（気流
搬送）される。この傾向は粉末の微粉度が小さいほど顕
著であるため、微粉末ほど容易にボール群より離脱し系
外へ排出される。一方、案内溝へ入ったボールや粗粒は
案内溝に落下し、案内溝に沿って運動し案内溝の終点で
ある案内溝の上端より、再び、回転皿へ向けて落下し、
粉砕作用を継続する。

［実施例］ 以下、図面に基づいて本発明の実施例について説明す
る。

第１図〜第４図は本発明の実施例に係り、第１図は全
体側面図、第２図は要部縦断面図、第３図は第２図III
−III視の概略平面図、第４図（ａ）は要部拡大縦断面
図、第４図（ｂ）は要部斜視図である。

図において、符号１は固定環、２は回転皿である。固
定環１は底面がプレート３で封じられたドラム状ケーシ
ング４の上側に固設され、該プレート３は脚柱５により
支承されている。回転皿２には支持ブロック６が固設さ
れ、該支持ブロック６はベアリング装置７を介して前記
プレート３に支持されている。すなわち、プレート３の
中央部分には開口８が穿設され、ベアリングハウジング
９のフランジ部10が該開口８の縁部に係止され、ボルト
11により固定されている。支持ブロック６の下側には駆
動軸12が連結されており、該駆動軸12は継手13を介して
減速機14の出力軸15に連結されている。符号17は駆動用
の可変速型のモータであり、減速機14に連結されてい
る。

回転皿２の上側には蓋部材18が取り付けられている。
該蓋部材18はその下端外周にフランジ19を備えており、
該フランジ19が固定環１の上端外周縁に突設されたフラ
ンジ20上に載置され、ボルト21により固定されている。
蓋部材18の中央には排出管22が設置され、該排出管22内
は固定環1,回転皿２および蓋部材18で囲まれる粉砕また
は改質のための室（以下、粉砕室という。）23内に連通
している。蓋部材18には投入管24が設けられており、該
投入管24内は粉砕室23内に連通している。

次に、第２図を参照して固定環１および回転皿２の構
成について詳細に説明する。

固定環１は軸心方向を鉛直方向にして設置された環形
状のものであり、高さ方向の中途部分（以下、中部とい
う。）1bが最も拡径している。固定環１は、該中部1bか
ら下方部分（以下、下部という。）1cが下方に向かって
わずかに縮径し、該中部から上方部分（以下、上部とい
う。）1aは上方に向かって縮径している。したがって、
該固定環１の内壁面1Aは下部1cから中部1bに向かってわ
ずかに拡径し、中部1bは略鉛直であり、中部1bから上部
1aに向かって縮径する形状であり、かつ該内壁面1Aは縦
断面が凹状に湾曲している。なお、固定環１の中部1bの
外周面にはフランジ25が突設され、該フランジ25がケー
シング３の上端外周に突設されたフランジ26に載置さ
れ、ボルト27により固定されている。

回転皿２の皿面2Aは、中央部分2aでは下方に向かって
拡径する形状であり、該中央部分にひき続く中間部分2b
では略々水平であり、該中間部分2bにひき続く外周部分
2cでは上方に向かって拡径する形状である。この皿面2A
は全体として凹状に湾曲しており、前記固定環１の内壁
面1Aと該皿面2Aとは固定環１と回転皿２との間の微小な
隙間29を除いて連続的な円滑面を形成している。

回転皿２の中央部分には尖頭のキャップ30が装着さ
れ、ボルト31により止め付けられている。回転皿２の中
央部分には軸孔32が穿設され、前記支持ブロック６の上
端が該軸孔32に嵌入されている。上記ボルト31の下端は
該支持ブロック６の上端に設けられたピース33に螺合さ
れている。

なお、図示はしないが、固定環１の内壁面1Aと回転皿
２の皿面2Aにはそれぞれライナが装着されている。

また、固定環１の内壁面1Aには下方から上方に向かっ
て回転方向に鉛直方向より傾角θだけ傾いた案内溝50が
円周等分に複数個（第１図〜第３図の実施例では４個）
配設されている。案内溝50は底面50aと底面50aに直交す
る両側の側壁50b,50bからなり略コの字形の形状をして
いる。そして、第１図〜第２図に示すように、底面50a
の深さＨは内蔵するボール径の３倍程度とし、底面50a
の内幅Ｗは深さＨの約２倍とする。そして、底面50aの
深さは最下端から上方に向かうに従って次第に小さくな
り、最上端では深さは０となり、固定環１の内壁面1Aと
一致するよう構成される。それゆえ、両側の側壁50bは
上方に向かうに従って順次内壁面1Aの内側に露出する。

なお、第４図（ａ），（ｂ）の実施例に示すように、
両側の側壁50bは内壁面1Aより内側に露出する部分を省
略して、溝のみとなっている。傾角θは０゜または５゜
〜30゜の範囲で選定するのが望ましい。また、案内溝50
の始点に形成される壁面50cには固定環１を貫通し、内
壁面1Aに沿って上方へ向かう空気の注入孔60が設けられ
ている。

前記プレート３には空気等の気体の導入口34が穿設さ
れ、配管35を介して気体をケーシング４内の気体室36に
導入可能としてある。したがって、注入孔60からも粉砕
室内へ気体が流入する。

また、前記排出管22にはバッグフィルタなどの粉体捕
集手段（図示略）が接続されている。

このように構成された遠心流動粉砕装置による難砕物
質からなる粉砕原料の粉砕工程について次に説明する。

予め、粉砕室23内には、例えば、球状のボールからな
る粉砕媒体が多数装入されている。まず、粉砕原料を投
入管24から装置内に投入する。回転皿２の回転に伴って
粉砕原料および粉砕媒体は固定環１の内壁面1Aと皿面2A
とを循環する円運動（矢印Ｓ）と、回転皿２の軸心回り
の公転運動との合成による縄を綯うような螺旋運動（遠
心流動）を行ない、その間で粉砕原料の摩砕または剥ぎ
取りを行なう。

すなわち、回転皿２を回転させると、粉砕媒体は遠心
力により外周方向に移動され、この速度エネルギによっ
て固定環１の内壁面1Aを這い上り、その這い上る力が重
力より小さくなった時点で該内壁面1Aから離れて回転皿
２の皿面2A上に落下する。皿面2A上に移動した粉砕媒体
はこの皿面2Aに沿って再び固定環１へ向けて移動され
る。

また、回転皿２を回転させると、粉砕媒体は回転皿２
の回転速度よりも遅い速度で円周方向に公転する。した
がって、粉砕媒体は、前述のように皿面2Aと内壁面1Aを
循環する上下方向の円運動Ｓの他に、回転皿２の軸心回
りを回転する公転運動をも行ない、これらの二つの運動
を合成した縄を綯うような螺旋進行運動（遠心流動）を
行なう。

このように、粉砕媒体は回転皿２の円周方向への運動
を維持しつつ内壁面1Aを這い上る運動を行なうのである
が、この内壁面1Aが固定されているとき、粉砕媒体の円
周方向速度（公転速度）および粉砕媒体の這い上り速度
との合成速度がそのまま内壁面1Aと粉砕媒体の速度差に
なる。したがって、粉砕媒体と内壁面1Aとの速度差は極
めて大きなものとなり、内壁面1A上を移動する際の粉砕
媒体の作用による摩砕作用は著しく強いものとなる。

さらに、内壁面1Aから離脱して皿面2A上に着床した粉
砕媒体は、この皿面2Aに沿って滑らかに転がり落ちるの
で、皿面2Aを転動降下する際の運動により、内壁面1Aを
駆け上る際に得た位置エネルギを半径方向への運動エネ
ルギに変換することができるから、粉砕媒体に一旦付与
されたエネルギをいたずらに消費することなく、剥離作
用に有効に利用することができる。さらに、皿面2Aに沿
って降下する際は、粉砕媒体はこの皿面2Aと摺動するか
ら、この降下運動中においても摩砕または剥離が行なわ
れる。

以上述べた粉砕室における粉砕作用（圧縮のほか摩
砕，剥離等も含む）は、比重が１よりはるかに大きい硬
質で、かつ、脆性のある材質、例えば、シリカ、アルミ
ナやセラミックスなど好適に実施されるが、反面、粉砕
効率が良すぎる点のデメリットとして、過粉砕が起こり
やすい。これは前述の螺旋進行運動（遠心流動）を行な
っているボール群から所要の粒度まで粉砕されている微
粉末が離脱しがたいためである。このようなボール群が
粉砕室での運動中に案内溝50の始点に達すると、第２図
の黒丸●で示すとおり、ボールや粗粒子は微粉末に比べ
て遠心作用が大きいので案内溝50の中へ落下し、以下底
面50aに沿って上昇し、案内溝50の最上端の終点近傍よ
り再び空中に放出されて回転皿２へ向かう。一方、微粉
末は注入孔60や隙間29より粉砕室を下部から上部へ向か
って流れる空気流に乗って粉砕装置外へ排出されるから
ボールや粗粒子と分離される。第２図の白丸○は案内溝
50aでなく内壁面1Aに沿うボール群である。

以上のようにして、その後の正常な螺旋進行運動が継
続されるなかで、効率良く微粉末は系外へ取り出され、
過粉砕が防止される。

以上のように粉砕が進行するが、粉砕が終了後の材料
の排出については、次のとおりである。すなわち、配管
35,気体室36および注入孔60および隙間29から粉砕室23
内に適当量の空気を導入しておき、前記したような遠心
流動粉砕を一定時間継続すると、粉砕原料が摩砕あるい
は剥ぎ取りにより剥離され、微粉末は空気とともに排出
管22から搬出される。なお、本発明の遠心流動粉砕装置
の頂部に分級機を設けて、所要の微粉末のみ排出させる
ようにしても良い。

なお、遠心流動粉砕している粉砕原料および粉砕媒体
中に隙間29から気体が吹き込まれるので、粉砕原料の微
粉末は直ちに気流搬送されて排出される。このため、一
旦剥離された微粉末が再び母体物質に付着することがな
い。

勿論、粉砕室23内への空気の導入は、配管35からの空
気の吹込みで行なう代りに排出管22からの吸引で行なう
こともできる。

このようにして、粉砕しにくい極軽品や難砕材質の粉
砕原料を確実に粉砕することができ、高純度の粉砕原料
を効率良く得ることができる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の遠心流動粉砕装置にお
いては、案内溝および注入孔の存在により、間欠的に粉
砕媒体と粉砕原料とから構成されるボール群の螺旋進行
運動を間欠的に破壊して、微粉末を速やかにボールや粗
粒と分離して系外へ持去ることができる。したがって、
過粉砕を防止し、かつ、微粉末の凝集を排除できるので
粉砕効率が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は本発明の実施例に係り、第１図は全体
側面図、第２図は要部縦断面図、第３図は第２図III−I
II視の概略平面図、第４図（ａ）は要部拡大縦断面図、
第４図（ｂ）は要部斜視図、第５図（ａ），（ｂ）はそ
れぞれ従来の粉砕装置の構成を示す概略的な断面図であ
る。 １……固定環、２……回転皿、 1A……内壁面、2A……皿面、 ３……プレート、４……ケーシング、 14……減速機、17……モータ、 18……蓋部材、22……排出管、 23……粉砕室、24……投入管、 29……隙間、50……案内溝、 50a……底面、50b……側壁、 50c……壁面、θ……案内溝の傾角、 Ｗ……案内溝の内幅、Ｈ……案内溝の深さ、 60……注入孔。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転軸心が縦方向に向いていて、少なくと
   も中央部分が下方に向かって拡径する皿面を有し、かつ
   該皿面の縦断面が凹状に湾曲している形状の回転自在な
   円状の回転皿と、 少なくとも上部が上方に向かって縮径する内壁面を有
   し、該内壁面の縦断面が凹状に湾曲している形状であ
   り、前記回転皿と同軸的に周設されて静止している固定
   環とを具備し、 前記回転皿の皿面と固定環の内壁面とが、回転皿と固定
   環との間の微小隙間を除いて、連続的な円滑面に形成さ
   れている遠心流動粉砕装置において、 前記固定環の内壁面の鉛直方向または傾斜方向に沿設し
   た鋼球またはセラミックボール等の粉砕媒体用の案内溝
   を円周等間隔に複数個備え、 該案内溝は底面およびその両側の側壁とからなる断面が
   略コの字形の形状を有し、該案内溝の始点では該底面お
   よび側面が前記固定環の内壁面より外側へ埋没し、斜め
   上方へ行くに従って次第に該底面が該内壁面に近接する
   とともに、該案内溝の終点では該底面が該内壁面と合致
   するように構成し、 該案内面の始点に形成される壁面に、該固定環を貫通
   し、かつ、該固定環の内壁面に沿って上方へ向かう気体
   の注入孔を配設した ことを特徴とする遠心流動粉砕装置。