JP2790227B2 - 遠心流動粉砕装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，セラミックスや無機ま
たは有機化合物を微粉砕する粉砕装置に係り，さらに詳
しくは，回転皿および外周環を備えており，装置内部に
収納した鋼球またはセラミックスボール等の粉砕媒体を
遠心流動させることにより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。

【０００２】

【従来の技術】粉砕装置は，チューブミル，竪形ミルな
ど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，内部に収納し
た鋼球またはセラミックスボール等の粉砕媒体（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。

【０００３】古くから用いられているこの種の竪型ボー
ルミルにおいては，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（外周環）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，同６０−２６６
８６７〜２６６８７２号，同６１−９９７４５号，同６
１−２０７６０３号等）。

【０００４】図５はこれらの遠心流動粉砕装置の一例を
示しており、この回転皿６は回転軸芯が鉛直方向を向い
ており、下方に向かって拡径する円錐形状の皿面６ａを
有し、かつ該皿面６ａの縦断面が中央部から外周部にか
けて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。外周環７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６と同軸的に周設されて
静止している。そして、遠心流動粉砕装置１は、前記回
転皿６の皿面６ａと外周環７の内壁面とが、回転皿６と
外周環７との間の微小隙間１９を除いて、連続的な円滑
面に形成されている。

【０００５】符号８は粉砕装置の本体部分を覆うケーシ
ングであって，外周環７は連結部材９を介してケーシン
グ８の内面に取付けられている。符号１０は柱脚であっ
て，ベアリング１１を介して回転皿６を枢支している。
回転軸２は，減速機構等を介して電動機等の原動装置に
連結されている。ケーシング８の天井中央部分には原料
の投入管１２が設置されており，かつこの投入管１２を
取巻くようにダクト１３が設けられ，このダクト１３に
回転筒１４が接続されている。

【０００６】外周環７は，本実施例ではライナが内張り
されるとともに，その壁面を貫通するように多数のスリ
ットまたは小孔１５が穿設されている。外周環７外面の
底部とケーシング８内面との間には側部カバー１６が周
設されており，この側部カバー１６とケーシング８およ
び外周環７外面との間に空気導入室１７が区画形成さ
れ，空気導入管１８から空気が導入可能とされている。
なお，側部カバー１６の上端は外周環７の側部外面に封
着されている。

【０００７】一方，回転皿６の外周縁と外周環７の底部
内周縁との間には，最小ボール径の１０〜３０％のクリ
アランス１９があいており，底部カバー２０がこのクリ
アランス１９の下側を覆うように周設されている。な
お，本実施例では，側部カバー１６に透孔を開設する
か，あるいは空気導入管を接続するなどして，この底部
カバー２０内へも空気が導入可能とされている。底部カ
バー２０および前記空気導入室１７には，粉粒体の抜出
および搬送用の管路２１が接続され，この管路２１は投
入管１２へ粉粒体を返送可能に配設されている。また，
回転皿６の外周縁下側には，スクレーパ２２が固設さ
れ，底部カバー２０内に落下した粉粒体を抜出用の管路
２１の接続部へ向けて寄せ集めるよう構成されている。

【０００８】ケーシング８の上面部を被うように蓋体２
８が設けられている。この蓋体２８の頂部中央には前記
回転筒１４が挿入されており，ベアリング２９によって
これを枢支している。この回転筒１４は，例えばプーリ
２９ａおよびベルト２９ｂ等の適宜の動力伝達手段によ
って駆動装置（図示せず）に接続されている。なお，こ
の回転筒１４の上端とダクト１３の下端とは回転自在に
連結機構にて連結されている。

【０００９】而して，この回転筒１４の下端に分級機３
０が連設されている。本実施例において，分級機３０は
上下１対の回転円板３１，３２，該円板３１，３２の縁
部に挟設された第１の羽根３３，円板３１の縁部に立設
された第２の羽根３４，円板３２の縁部に垂設された第
３の羽根３５を備えている。また，分級機３０を取囲む
ように撹拌ブレード３６が設けられている。このブレー
ド３６は図示しないステーを介して円板３１，３２に連
結され，分級機３０とともに回転するようになってい
る。

【００１０】この分級機３０においては，粉砕物を含む
空気は，第３の羽根３５および撹拌ブレード３６によっ
て粒子が分散された後，第１の羽根３３で分級され，微
粉分は円板３１，３２間の中央に流入し，回転筒１４へ
抜き出される。一方，第１の羽根３３で分級された粗粉
は第２の羽根３４の循環ファン効果により蓋体２８の内
面に沿うように流れて粉砕室２７へ戻される。

【００１１】このように構成された粉砕装置において，
原料は投入管１２から粉砕室２７内に投入される。一
方，回転皿６の回転に伴って粉砕媒体（スチールボール
またはセラミックボール）は粉砕室２７内において，外
周環７と皿面６ａとを循環する円運動と，回転皿６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」を行ない，その間で原料の粉砕を行なう。また，
空気導入管１８から空気導入室１７および底部カバー２
０内に導入された空気は，クリアランス１９，スリット
または小孔１５を通って粉砕室２７内に流入し，粉砕に
よって生じた粉末を伴って分級機３０に到達し，分級作
用を受け，粗粉分は再度粉砕室２７に戻され，細粒分は
回転筒１４およびダクト１３を経て捕集手段へ送られ，
捕集機において捕集される。

【００１２】また，スリットまたは小孔１５あるいはク
リアランス１９を通って粉砕室２７から抜け出た粒子
は，管路２１および投入管１２により，粉砕室２７内に
戻される。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】以上説明したような図
８に示す従来の遠心流動粉砕装置においては，粉砕室２
７で粉砕された粉砕産物のうち微粉はクリアランス１９
より導入される気体に随伴して分級機３０まで搬送さ
れ，分級作用を受けて分級点以下の微粉のみ機外へ排出
され，捕集機によって回収され製品となる。このよう
に，従来の遠心流動粉砕装置では回転皿の中心軸をはじ
めとして，装置の中心軸は鉛直であり，回転皿の高速回
転によって装置内のボールは強い遠心力を受けて外周環
に強く押圧されながら外周環壁面を転動または滑動する
とともに，接触し合う各々のボール同志にもその速度差
に起因する摩擦力が働く。その結果，ボールとともに投
入された原料の微粉砕が効率良く実施され，粉末度の小
さい超微粉砕品を能率良く生産できる反面，ボールや外
周環ならびに回転皿の内張りライナの摩耗が大きく，コ
ンタミネーション（製品への摩耗部材の混入）が増加
し，純度の高い高品位の製品を得るための障害となって
いた。また，強い遠心力による遠心流動粉砕では生成し
た微粉同志が凝集し，見掛けの精粉平均粒子径が大きく
なるという欠点があった。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明の遠心流動粉砕装置においては、下方に向
かって拡径する円錐形状を有する皿面を有し、かつ、該
皿面の縦断面が中央部から外周部にかけて凹状に湾曲し
ている形状の回転自在な皿状の回転皿と、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た外周環とを具備し、前記回
転皿の皿面と該外周環の内壁面とが、回転皿と外周環と
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であって、該遠心流動粉砕装置を
載置して固設した共通台盤の下方に突出する支軸を設
け、該支軸を鉛直方向に対して斜めに嵌装する嵌合穴を
備えた鉛直軸を軸承し、該鉛直軸を竪軸回りに回転する
回転駆動手段を備えた構成とした。

【００１５】

【作用】本発明の遠心流動粉砕装置は，回転軸芯が鉛直
方向より傾いているので，回転皿の皿面および外周環内
壁面の回りで形成された粉砕室内を上下に循環流動し，
かつ，粉砕室を平面的に周回するボールおよび原料の粉
粒体は，回転軸芯が鉛直の従来の遠心流動粉砕装置のよ
うに，円周のどの断面においても均一な遠心流動状態を
保持するということはなく，傾斜した上昇側の粉砕室に
比べて下降側の粉砕室では原料が多いため，遠心力によ
る強制運動が弱められ遠心流動粉砕室用が抑制される。
その結果，ボールおよび原料粉を壁面に水平に強く押圧
しながら壁面に沿って移動させる遠心作用が従来のもの
に比べて低下し壁面の剥離作用が減少する。したがっ
て，コンタミネーションによる原料粉への摩耗粉の混入
が減少する。また，凝集した微粉原料が多くの原料の密
集している下降側の粉砕室へ移動したときには，従来装
置に見られる規則正しい強制流動が乱され，これらの多
くの原料へ衝突して凝集状態が破壊されるという解粉効
果が得られるので凝集が少なくなり，精粉の粉末度が下
がって高品質の製品が得られる。

【００１６】本発明の遠心流動粉砕装置は，粉砕室の中
心軸が高速で自転するとともに，低速で中心軸自身が歳
差運動（ジャイロ運動）をするので，粉砕室の上昇側と
下降側が時間の経過とともに入れ替わるから，遠心流動
粉砕作用が活発でその分摩耗の進行程度の早い上昇側の
摩耗による偏摩耗が回避できる。

【００１７】

【実施例】以下図面に基づいて本発明の実施例について
詳細について説明する。図１〜図４は本発明の実施例に
係り，図１は遠心流動粉砕装置の全体縦断面図，図２は
遠心流動粉砕装置の要部縦断面図，図３は運転時間と製
品中に混入するコンタミ量との相関曲線図，図４は製品
の平均粒径と運転時間との相関曲線図である。

【００１８】図１において，回転皿６は回転皿６の中心
下方に垂設される回転軸２およびカップリング２ａを介
して減速機２５の出力軸と連結され，可変速電動機２６
によって回転駆動される。一方，微小のクリアランス１
９を隔て回転皿６の周囲には柱脚２４，架台２３を介し
て外周環７が配設され，回転皿６と外周環７とで形成さ
れる空間である粉砕室２７では，従来技術で述べたよう
に構成され原料は粉砕媒体による遠心流動粉砕作用を受
け，微粉砕または超微粉砕される。外周環７の上部には
天板４０ａを有する帽子状の円筒管４０が載置され外周
環７に連結される。円筒管４０の中間には複数個の透孔
４４を有する水平円板からなる仕切板４２が固設され，
透孔４４にはバッグフィルタエレメント５０が仕切板４
２の下方に形成される分級室４７に突出垂下されるよう
に配設される。また，透孔４４の上方にはベンチュリ管
４６が設けられ，ベンチュリ管４６の上にはバッグフィ
ルタエレメント５０の内面へ圧縮エアを吹付けるための
圧縮エア供給管６０が機外から導かれ，吹出しノズル６
０ａがベンチュリ管４６に対向配置される。円筒管４０
の天板４０ａ中央には含塵ガスの排出管４８が設けられ
る。以上のように構成された可変速電動機２６，減速機
２５および柱脚２４は共通台盤７０の上面に固設され，
可動台盤１００の底面からは可動台盤１００に直角に支
軸１００ａが突出される。そして，固定台盤１３０にス
ラスト軸受１３４およびブッシュ１３２，ブッシュ１２
２を介して垂直に軸承される鉛直軸１１０の軸方向斜め
に設けられた嵌合穴１１０ａに支軸１００ａが嵌装さ
れ，キー１１２によって回り止めされる。鉛直軸１１０
の上半分の外周のボス１２０は，鉛直軸１１０ととも
に，かさ歯車１２４およびかさ歯車１４２の噛合を介し
て，軸受１５０に支承される駆動軸１４０およびＶプー
リ１６０の回転駆動により鉛直軸芯回りに回転駆動され
る。一方，遠心流動粉砕装置１の頂部にはサボート２０
０ａを介してパンタグラフ２００が取付けられ，鉛直軸
１１０の軸芯Ｚの延長上に配設され動力配線２２０に接
続する円環状のスリップリング２１０に常時スプリング
２００ｂの付勢力に接触し，パンタグラフ２００と電動
機２６との接続配線により稼動中回転する遠心流動粉砕
装置１の動力が確保される。本発明の遠心流動粉砕装置
１は間欠運転（バッチ操作）と連続運転がともに可能で
汎用性が広い。

【００１９】以上のように構成された本発明の作動につ
いて説明する。あらかじめ，粉砕室２７内には，たとえ
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，粉砕原料を図示しない投入管から装置内に投
入する。回転皿６の回転に伴って粉砕原料および粉砕媒
体は外周環７の内壁面７ａと皿面６ａとを循環する円運
動（矢印Ｓ）と，回転皿６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６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
外周環７の内壁面７ａを這い上がり，その這い上がる力
が重力より小さくなった時点で該内壁面７ａから離れて
回転皿６の皿面６ａ上に落下する。皿面６ａ上に移動し
た粉砕媒体はこの皿面６ａに沿って再び外周環７へ向け
て移動される。

【００２０】また，回転皿６を回転させると，粉砕媒体
は回転皿６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６ａ
と内壁面７ａを循環する上下方向の円運動Ｓの他に，回
転皿６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。

【００２１】このように，粉砕媒体は回転皿６の円周方
向への運動を維持しつつ内壁面７ａを這い上がる運動を
行なうのであるが，この内壁面７ａ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
体の這い上がり速度との合成速度がそのまま内壁面７ａ
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７ａとの速度差は極めて大きなものとなり，内壁面
７ａ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。

【００２２】さらに，内壁面７ａから離脱して皿面６ａ
上に着床した粉砕媒体は，この皿面６ａに沿って滑らか
に転がり落ちるので，皿面６ａを転動降下する際の運動
により，内壁面７ａを駆け上が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６ａに沿って降下する際は，粉砕媒体
はこの皿面６ａ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。

【００２３】以上述べた粉砕室２７内におけるボールお
よび原料の挙動は，回転軸芯が鉛直の従来型の遠心流動
粉砕装置においては，粉砕室２７の円周のどの個所にお
いてもほぼ均一に行なわれるが，回転軸芯が鉛直でない
傾斜型の本発明の装置においては，円周各断面の挙動は
均一でない。すなわち，図２に示すように，装置が傾斜
角θだけ鉛直より傾いているため，粉砕室２７内の原料
は円周均等に配分されておらず，ボールおよび原料を液
体と見做したときの仮想表面Ｘで示されるように，上昇
側（図２の左側）にくらべて下降側（図２の右側）の粉
砕室２７に多くボールおよび原料が偏在している。した
がって，この材料の偏りにより，前記した遠心流動（螺
旋進行運動）している上昇側のボールおよび原料が下降
側に到達した際，下降側に偏在した多くの材料へ衝突
し，今までの規則的な遠心流動運動が一部破壊され，今
までの遠心流動型の強制運動をする材料のほかに衝突後
自由運動をする材料とに分かれることになる。その後，
下降側の材料のうち上昇側へ向かった材料は回転皿回転
によって付与された遠心力によって再び遠心流動型の強
制運動を行なう。このように，本発明の装置では，従来
装置の如くすべて全周均等な強制運動でなく，強制運動
に自由運動を付加した運動となる。この自由運動の材料
は規則正しい強制運動（遠心流動運動）を乱し，強制運
動を減速させる。

【００２４】一方，前記したように，回転皿６の皿面６
ａや外周環７の内壁面７ａをボールや原料が流動する際
に，皿面６ａや内壁面７ａを摺動し剥離が起こる。それ
と同時にボール自体も表面が剥離される。これら剥離さ
れた微細な粒子が製品中へ混入し不純物として製品の品
質を劣化させる。これらの現象をコンタミネーションと
呼んでいる。

【００２５】ところが，本発明の装置では装置が傾斜
し，粉砕室の下降側で自由運動を付与し，その分強制運
動が減殺され，したがって全体として材料（ボールおよ
び原料）に働く遠心力が弱められる結果，表面剥離が僅
かでありコンタミネーションが減少する。図６はバッチ
操作（回分操作）におけるコンタミ量Ｍの試験結果を示
し，傾斜角θ＝１５°のテスト機で行なった結果，従来
型Ａ，傾斜型Ｂとも時間の経過とともに線型変化する
か，傾斜型においてはコンタミ量Ｍがほぼ半減してい
る。特に，セラミック製（たとえばジルコニア）のボー
ルや内張りライナを使用する装置においては，セラミッ
クス製の薄膜の表面層は内部に比べて硬く耐摩耗性が強
いので，剥離がこの表面層だけに留まる操業運転を行な
えば，一層コンタミネーション現象の低減を図ることが
できる。

【００２６】また，微粉砕された微粉は約５μｍ以下に
なると凝集を起こし易く，平均粒子径を増大させるとい
うマイナス面を粉砕に与えるが，本発明のように傾斜し
ている場合には，下降側へ突入した材料は偏在する多く
の材料へ衝突して解砕され，凝集状態を破壊する作用が
期待できる。これについても，バッチテストの結果，図
４に示すように，傾斜型では凝集の程度が低下し，平均
粒径の低減が見られた。

【００２７】傾斜型装置における強制運動と自由運動の
比率のコントロールは鉛直軸１１０の嵌合穴１１０ａの
傾斜角θの変更によって行ない，５°〜３０°の範囲で
傾斜角θを設定する。したがって，傾斜角θの異なる鉛
直軸１１０を数種類用意しておく。数値限定における下
限値５°は，これ以下では傾斜効果がほとんどないこと
からであり，逆に最大値３０°を越えると強制運動（遠
心流動運動）そのものが阻害され，本来意図した粉砕が
行なえなくなることが種々のテスト結果より判明した。
傾斜角θの望ましい範囲は１０°から２０°の範囲であ
る。

【００２８】本発明の装置は，強制運動がいくぶん抑制
されるので粉砕にとってはマイナスとなるが，特にコン
タミネーションを嫌う高純度の製品を要求される場合に
最適であり，凝集も少ないから，高純度で，かつ，超微
粉の製品を少量のみ得たいときには，バッチ運転では長
時間の運転で得られ，連続運転の場合には投入量（処理
量ｋｇ／ｈ）を少なくすることによって高純席，高品位
（超微粉品）の製品を得ることができる。

【００２９】また，本発明の実施例では，装置上部の分
級室に所望の製品粒度に合致する篩目を持つバッグフィ
ルタエレメントを装着し，含塵ガスはバッグフィルタを
通過しないと機外へ排出できないようになっているか
ら，製品中へ篩目以上の粗粉が混入することがない。し
たがって，製品への粗粉の混入を防止できる。また，逆
洗用の圧縮エア供給管を配設したので，運転中目詰まり
したバッグフィルタの篩目を清掃してバッグフィルタ外
表面に付着した粗粉を落下させ再粉砕させることができ
るので連続運転に支障がない。

【００３０】

【発明の効果】以上述べたように，本発明の遠心流動粉
砕装置は，コンタミネーションの少ない高純度の製品が
得られるほか，粉砕精粉の凝集の少ない微粉が得られ
る。したがって，特に製品粒度が小さく，かつ，高品質
の微粉砕品を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す遠心流動粉砕装置の全体
縦断面図である。

【図２】本発明の実施例を示す遠心流動粉砕装置の要部
縦断面図である。

【図３】遠心流動粉砕装置における運転時間と製品中に
混入するコンタミ量との相関曲線図である。

【図４】遠心流動粉砕装置による製品の平均粒径と運転
時間との相関曲線図である。

【図５】従来の遠心流動粉砕装置の要部縦断面図であ
る。

【符号の説明】

１ 遠心流動粉砕装置 ２ 回転軸 ６ 回転皿 ６ａ 皿面 ７ 外周環 ７ａ 内壁面 １８ 空気導入管 １９ クリアランス ２７ 粉砕室 ４０ 円筒管 ４０ａ 天板 ４０ｂ 円筒管 ４０ｃ 蓋 ４０ｄ 丁番 ４２ 仕切板 ４４ 透孔 ４６ ベンチュリ管 ４７ 分級室 ４８ 排出管 ５０ バッグフィルタエレメント ６０ 圧縮エア供給管 ６０ａ 吹出しノズル １００ 可動台盤 １００ａ 支軸 １１０ 鉛直軸 １１０ａ 嵌合穴 １１２ キー １２０ ボス １２２ ブッシュ １２４ かさ歯車 １３０ 固定台盤 １３２ ブッシュ １３４ スラスト軸受 １４０ 駆動軸 １４２ かさ歯車 １５０ 軸受 １６０ Ｖプーリ ２００ パンタグラフ ２００ａ サボート ２００ｂ スプリング ２１０ スリップリング ２２０ 動力配線 Ａ 従来型 Ｂ 傾斜型 Ｍ コンタミ量 Ｄｐ 平均粒径 Ｘ 仮想表面 θ 傾斜角 Ｚ 鉛直軸線

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下方へ向かって拡径する円錐形状を有す
   る皿面を有し、かつ、該皿面の縦断面が中央部から外周
   部にかけて凹状に湾曲している形状の回転自在な皿状の
   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た外周環と
   を具備し、 前記回転皿の皿面と該外周環の内壁面とが、回転皿と外
   周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であって、 該遠心流動粉砕装置を載置して固設した共通台盤の下方
   に突出する支軸を設け、該支軸を鉛直方向に対して斜め
   に嵌装する嵌合穴を備えた鉛直軸を軸承し、該鉛直軸を
   竪軸回りに回転する回転駆動手段を備えた遠心流動粉砕
   装置。