JP3307682B2 - 材料粉砕用ボールミル - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、材料を微細粒に粉砕す
るための粉砕用ボールミルに関する。特に本発明は、円
筒形内面を有し該内面に半径方向内方に突出するベッセ
ルピンが多数植設されたベッセルと、該ベッセル内に同
軸に配置され半径方向外方に突出するロータピンが多数
植設されたロータとを備え、該ベッセル内には粉砕媒体
として固形粒が充填された形式の材料粉砕用ボールミル
に関する。

【０００２】

【従来技術】同軸に配置され、相対的に回転するベッセ
ルとロータとを備え、ベッセル内には粉砕媒体を充填
し、粉砕される材料スラリーを軸方向一端部から導入
し、他端部から取り出すようにした粉砕用ボールミル
は、セラミック材料の粉砕やインクおよびペンキ等の顔
料のビヒクルへの分散に広く使用されている。ベッセル
内には、ガラス粒または鋼粒などの固体粒からなる粉砕
媒体が充填され、ベッセルとロータとを相対的に回転さ
せることにより、該ベッセル内で該粉砕媒体が攪拌され
る。材料スラリー内の固形分は、攪拌される粉砕媒体の
間を流れる間に媒体間の摩擦作用により微細粒子に粉砕
される。

【０００３】粉砕媒体の攪拌効果を高めるために、ベッ
セルには内面から半径方向内方に突出するベッセルピン
が多数植設され、ロータには外面から半径方向外方に突
出するロータピンが多数植設される。十分に粉砕されて
いない固形粒子が取り出し口から流出しないようにする
ために、取り出し口には微細な網目をもったスクリーン
が配置される。

【０００４】近年は、材料の粉砕や分散で要求される粒
子径は益々小さくなる傾向があり、そのために、粉砕媒
体の粒径も小さくなっている。この傾向のために、最近
のボールミルでは被粉砕材料のスラリーと粉砕媒体との
分離が困難である。被粉砕材料のスラリーを粉砕媒体か
ら分離するためには、スクリーンの網目を十分に小さく
する、という手段が採用されており、さらにスクリーン
の摩耗を防止するために、該スクリーンを囲むようにオ
ーバーキャップを配置し、該オーバーキャップの回転力
により粉砕媒体に遠心力を与えてスクリーンから遠ざか
る方向に加速することにより、該粉砕媒体が直接スクリ
ーンに当たらないようにしている。この構成では、粉砕
媒体は、ベッセル内を軸方向に流動するスラリーの流れ
とともにベッセル端部に到達し、ベッセル端部において
半径方向内方に流動し、オーバーキャップにより与えら
れる遠心力で半径方向外方に流動する、という循環流と
なる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この種従来のボールミ
ルでは、粉砕処理量が少なく、粉砕コストが高くなり、
かつ粉砕できる限界粒子径も十分に小さくできない、と
いう問題がある。したがって、本発明は、従来のボール
ミルにおける上述の問題を解決し、限界粒子径を小さく
できるボールミルを提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明においては、材料スラリー取り出し口側のロ
ータ端部の半径方向外側縁から材料スラリー取り出し口
に最も近接するベッセルピンの根元を通る仮想線とロー
タの外面に沿った軸方向の線とのなす角である還流角を
１５度ないし６０度の範囲とする。

【０００７】

【作用】ベッセルの端板とロータ端部との間の回転軸に
沿った位置に材料スラリー取り出し口が設けられたボー
ルミルにおいては、ベッセル端板とロータ端部との間の
領域で粉砕媒体の循環流を生じる。また、粉砕媒体は、
ベッセル内を軸方向に流れる材料スラリーとともに、材
料スラリー導入口側から取り出し口側に向けて流動す
る。一般に、ベッセルの内面とロータの外面の間の環状
領域が粉砕室を構成し、この粉砕室では、材料スラリー
導入口側から取り出し口側に向けての粉砕媒体の動きは
半径方向外側部分で生じ、半径方向内側部分では、粉砕
媒体は逆方向に流動する。このようにして、ベッセル内
面とロータ外面との間の粉砕室にも粉砕媒体の循環流を
生じる。材料スラリーは、粉砕室内の粉砕媒体の循環流
を通り抜け、端部領域の循環流を通って取り出し口に向
けて流通し、粉砕媒体の間で摩擦作用を受け、微細粒子
に粉砕される。

【０００８】従来のボールミルの構造では、ベッセルピ
ンはベッセルの端部付近まで配置されており、還流角は
約１５０度程度であった。この構造では、ベッセル端板
とロータ端部との間の端部領域に生じる循環流がベッセ
ルピンにより制限され、この循環流の領域が小さくな
り、かつこの循環流内の粉砕媒体の動きが鈍くなる。そ
の影響で、材料スラリーの流れも均一でなくなり、ほぼ
静止状態にある粉砕媒体の間を抜け出る材料が増加する
ため、粉砕の効率が低下し、限界粒子径も大きくならざ
るを得なかった。また、この部分の循環流の動きはベッ
セルとロータとの間の粉砕室内の粉砕媒体の動きにも影
響して、粉砕効率を低下させる。

【０００９】本発明においては、ベッセルの材料スラリ
ー取り出し口側端部において、ベッセルピンを除去する
ことにより還流角を上述のような範囲に限定する。その
結果として、ベッセル端部における粉砕媒体の循環領域
が広がり、粉砕媒体の動きが活発になる。したがって、
静止状態の粉砕媒体が大幅に減少し、粉砕効率が飛躍的
に高められる。さらに、粉砕室内の粉砕媒体の動きも制
約されることがなくなり、粉砕効率が一層高められる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図について説明す
る。図１は、本発明が適用されるボールミルの一例を示
す断面図である。円筒形のベッセル１は、一端が端板２
により閉じられている。ベッセル１の内部には、ロータ
４が同軸に配置され、このロータ４は回転軸５まわりに
回転可能である。ロータ４の端部４ａと端板２との間に
は出口領域６が形成されている。ベッセル１の内面に
は、多数のベッセルピン３が半径方向内方に突出するよ
うに植設されている。ロータ４の外面には、回転軸５方
向にみてベッセルピン３と互い違いの位置において半径
方向外方に突出するようにロータピン７が植設されてい
る。出口領域６には、端板２からロータ４の方向に延び
るように、材料スラリー取り出し口を構成する円筒形の
スクリーン８が配置されている。このスクリーン８は、
図１に示すように、ロータ４の外面より半径方向内方
で、回転軸５に沿った位置に設けられる。ロータ４の出
口室６に面する端面には、スクリーン８を取り囲む円筒
形のオーバーキャップ９が取り付けられている。オーバ
ーキャップ９は、端板２側の端部が開口し、周面には複
数のスロット１０が形成されている。オーバーキャップ
９の外面にも、半径方向外方に突出するようにキャップ
ピン１１が植設されている。

【００１１】ベッセル１内にはガラス粒または鋼粒から
なる粉砕媒体が充填される。このボールミルには、端板
２とは反対側の端部に材料スラリー導入口（図示せず）
が形成され、粉砕される材料のスラリーは、この導入口
からベッセル１内に導入される。ロータ４は適当な駆動
装置により回転軸５まわりに回転駆動される。図示した
ボールミルの構造では、端板に最も近いベッセルピン３
ａの根元部３ｂとロータ４の端板２側の端面における半
径方向外側の縁部４ｂとを通る線１２ａが、ロータ４の
外面に沿った軸方向の線４ｃに対して形成する角、すな
わち還流角αは１５０度である。端から２番目のベッセ
ルピン３ｃについては、この還流角αは１２０度にな
る。端殻３番目のベッセルピン３ｄについては、還流角
は６０度になる。

【００１２】ロータ４を回転させながら材料スラリーを
導入口から導入すると、ベッセル１内の粉砕媒体が攪拌
される。材料スラリーは、ポンプにより導入口から圧送
されて、軸方向に流動する。粉砕媒体は、材料スラリー
の流れに随伴されて材料スラリー取り出し口を構成する
スクリーン８の方に移動する。この移動は、主としてベ
ッセル１の内面に沿った部位で生じる。ロータ４の外面
に沿った部位では、粉砕媒体は逆方向に移動する。この
ように、ベッセル１の内面とロータ４の外面との間に形
成される粉砕室１３には、材料スラリー導入口からベッ
セル１の内面に沿って出口室６の方向に向かい、次いで
ロータ４の外面に沿って逆方向に流れる循環流が生じ
る。また、出口室６内では、粉砕媒体は端板２に沿って
半径方向内方に流動し、オーバーキャップ９の端部開口
から該オーバーキャップ９の内部を通り、スロット１０
から半径方向外方に流動する。このように、出口室６内
では粉砕室１３内における循環流とは別の循環流を生じ
るが、この出口室６内の循環流はベッセルピン３ａ、３
ｃにより動きを妨げられて、循環領域が制限を受けるこ
とになる。

【００１３】本発明においては、端板２寄りのベッセル
ピン３ａ、３ｃを除去して還流角が６０度以下になるよ
うにする。また、還流角が１５度以下にならないように
ベッセルピン３の配置を定める。図２は、本発明の実施
例における粉砕媒体の循環流を示すものである。本実施
例においては、最も出口室６寄りのベッセルピンは３ｄ
で示されている。このベッセルピン３ｄは１５度ないし
６０度の範囲にある還流角αを形成する。

【００１４】粉砕室１３内においては、粉砕媒体は、ベ
ッセル１の内面に沿って矢印１４で示すように出口室６
の方向に流動し、ロータ４の縁部４ｂから端部のベッセ
ルピン３ｄの根元に至る仮想線１５の付近で矢印１６で
示すように流動方向を反転して、ロータ４の外面に沿っ
て逆方向に流動する。一方、出口室６内では、粉砕媒体
は、ベッセル１の内面に沿って端板２の方向に流動し、
端板２に沿って半径方向内方に移動してオーバーキャッ
プ９の端部開口から該オーバーキャップ９内に入り、ス
ロット１０から出てベッセル１の内面に向かう循環流を
矢印１６で示すように生じる。図２から明らかなよう
に、本発明のこの実施例では、出口室６に形成される粉
砕媒体の循環流の領域は大きなものとなる。したがっ
て、粉砕媒体の動きに対する制約がなく、粉砕媒体の動
きが活発になる。その結果、粉砕効率が向上し、限界粒
子径を小さくすることができる。 〔実験例〕ベッセル１の実容量が１５リットルのボール
ミルに粉砕媒体として直径１ｍｍのガラスビーズを容積
比で８５％充填し、ロータピン７の先端速度が7.5m/sec
になる速度で運転した。被粉砕物として平均粒子径23μ
のCaCO₃ の３０％固形分スラリーを毎分５リットルの流
量で導入口から導入した。還流角を種々変えて粉砕を行
い、平均粒径をマイクロトラックで測定した。その結果
を図３に示す。図３から知り得るように、還流角が１５
度ないし６０度の範囲で限界粒径が小さくなる。特に還
流角２０度ないし３０度の範囲が好ましいことが知られ
る。

【００１５】

【効果】本発明においては、ボールミルにおける還流角
が１５度ないし６０度の範囲になるようにすることによ
り、材料の粉砕に際しての限界粒径を小さくすることが
できる。また、粉砕粒径のばらつきも小さく抑えること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明が適用されるボールミルの一部を示
す断面図。

【図２】 本発明の一実施例を示すボールミルの一部
の断面図。

【図３】 本発明の実施例の実験結果を示す表。

【符号の説明】

１ ベッセル ２ 端板 ３ ベッセルピン ７ ロータピン ８ スクリーン ９ オーバーキャップ １０ スロット １１ キャップピン １３ 粉砕室 α 還流角

フロントページの続き (72)発明者 楠 眞澄 千葉県習志野市茜浜１丁目４番２号 ア シザワ株式会社内 (56)参考文献 特表 平３−503025（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B02C 17/00 - 17/24

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円筒形内面を有するベッセルと、前記ベ
   ッセル内に同軸に配置され前記ベッセルに対して回転可
   能なロータとを備え、前記ベッセルの内面には半径方向
   内方に突出するベッセルピンが植設され、前記ロータの
   外面には半径方向外方に突出するロータピンが植設さ
   れ、前記ベッセルの内部には固体粒からなる粉砕媒体が
   充填され、軸方向一端側には粉砕される材料スラリーを
   前記ベッセル内に導入する材料スラリー導入口が、他端
   側には粉砕された材料スラリーを取り出す材料スラリー
   取り出し口が形成され、前記材料スラリー取り出し口は
   前記ベッセルの端部に設けられた端板と前記ロータの端
   部との間において回転軸に沿った位置に設けられ、前記
   材料スラリー導入口から材料スラリーを導入し、材料ス
   ラリー取り出し口に向けて送りながら前記ロータを前記
   ベッセルに対して回転させることにより前記ベッセル内
   の前記粉砕媒体を攪拌し、前記粉砕媒体によって前記材
   料を粉砕するようになった材料粉砕用ボールミルにおい
   て、前記材料スラリー取り出し口側の前記ロータ端部の
   半径方向外側縁から前記材料スラリー取り出し口に最も
   近接する前記ベッセルピンの根元を通る仮想線と前記ロ
   ータの外面に沿った軸方向の線とのなす角である還流角
   を１５度ないし６０度の範囲とし、前記材料スラリー取
   り出し口は、前記ベッセルの端部に設けた前記端板と前
   記ロータの端部との間に配置されるスクリーンと、前記
   スクリーンを囲むように配置され前記ベッセルと前記ロ
   ータとの間の相対的回転に伴って回転するオーバーキャ
   ップとを備え、前記オーバーキャップにはスロットが形
   成されたことを特徴とする材料粉砕用ボールミル。
2. 【請求項２】 請求項1に記載したボールミルにおい
   て、前記オーバーキャップの外面に半径方向外方に突出
   するように複数のキャップピンが植設されたことを特徴
   とするボールミル。