JP4373179B2 - 粉砕機 - Google Patents

Description

本発明はセパレータ及び粉砕機に関し、特に、インクや塗料の分散、セラミック、金属、無機物、有機物、磁性体、顔料、医薬品等の粉砕や分散等に有効なセパレータ及びメディア攪拌型湿式粉砕機に関するものである。

メディア攪拌型湿式粉砕機には種々のタイプのものがあり、例えば、両端が閉塞された筒状の粉砕容器と、粉砕容器内に設けられて粉砕容器内を内側室と外側室の２室に区画する円筒状のセパレータと、粉砕容器の内側室に回転可能に設けられる攪拌ロータとを備えたものが一般に知られている。

このような構成の粉砕機は、攪拌ロータを回転させて処理物を粉砕容器の内側室内に供給することにより、処理物が粉砕メディアと共に分散、攪拌されて、遠心力の作用によってセパレータ側に層状に押し付けられ、同時に攪拌ロータの回転力に引きずられて回転運動も行い、強力な剪断力が加えられ、処理物の粉砕、分散が行われる。この場合、遠心力の作用する方向と処理物の流れる方向とが同じであるため、無理なく均一な処理物の粉砕、分散が行われることになる（例えば、特許文献１参照。）。
特開平１０−２３０１８２号公報

しかしながら、上記のような構成の粉砕機にあっては、動力源の運動エネルギーを処理物の粉砕のために交換する効率は、各種のエネルギー変換効率に比べると未だ低いものであったため、エネルギー変換効率の高い粉砕機の開発が要望されていた。

従来の粉砕機でエネルギー変換効率及び粉砕効率を高めるため、粉砕機の周速をさらに高速にする、粉砕メディアを増量する等の方法が採られている。しかし、攪拌ロータの周速を高速にするほど、粉砕メディアに与える力は遠心力が主体となるため、粉砕メディア同士を密着させる圧力が異常に大きくなる。この結果、粉砕メディア同士が密圧状態となり、粉砕容器の内側室内で粉砕メディアがドーナツ状のブロックとなってしまう。このため、攪拌ロータと共に粉砕メディアも回転し、処理物の内側室内における分散、粉砕効率が動力を消費する割に著しく低下するブロッキング現象が生じてしまう。

本発明は上記のような従来の粉砕機のもつ問題点を解決したものであって、ブロッキング現象が生じることなくエネルギー変換効率及び粉砕効率を高めることができるセパレータ及び粉砕機を提供することを目的とするものである。

上記のような課題を解決するために、本発明の請求項１に係る粉砕機は、粉砕容器と、該粉砕容器内に設けられて粉砕容器内を内側室と外側室の２室に区画するとともに、両室間を連通する開口部を有するセパレータと、前記内側室内に回転可能に設けられる攪拌部材と、前記内側室内に処理物を供給するための供給口と、前記外側室から処理物を排出するための排出口とを具えた粉砕機であって、前記セパレータが、リングを複数枚重ね合わせてなり、それらのうちの少なくとも１枚のリングの内周面に少なくとも１個の突起を設けるとともに、隣接するリング間に前記開口部を形成した手段を採用している。

本発明は、上記のように構成したことにより、例えばセパレータを粉砕機に使用した場合、セパレータの内側室に面する部分に設けた少なくとも１個の突起が粉砕メディアに対してスパイクの働きをすることになるので、セパレータの内側室に面する部分で粉砕メディアにすべりが生じるのを抑制することができる。従って、粉砕メディアのブロック化を抑え、セパレータの磨耗を小さくするとともにブロッキング現象の発生も抑えることができるので、エネルギー変換効率及び粉砕効率を著しく高めることができる。

以下、図面に示すこの発明の実施の形態について説明する。
図１〜図４には、この発明によるセパレータ及び粉砕機の一実施の形態が示されていて、図１はセパレータ及び粉砕機の縦断面図、図２は図１に示すセパレータ及び攪拌部材の部分拡大平面図、図３は図２のＡ−Ａ断面図、図４は図２のＢ−Ｂ断面図である。

すなわち、この粉砕機１は、連続式のメディア攪拌型湿式粉砕機であって、両端が閉塞された筒状をなす粉砕容器２と、粉砕容器２の内部に回転可能に設けられる攪拌部材２１と、粉砕容器２の内部に設けられるセパレータ９とを備えている。

粉砕容器２は、一端が閉塞された筒状をなす容器本体３と、容器本体３の他端開口部を閉塞する円板状の蓋６とから構成されている。容器本体３の閉塞されている一端中央部には、容器本体３の内外を連通する筒状のボス４が一体に設けられ、このボス４の内側の部分に装着される軸受５によって攪拌部材２１が回転可能に支持されている。

粉砕容器２の内部には、筒状のセパレータ９が粉砕容器２と軸線をほぼ一致させた状態で設けられ、このセパレータ９によって粉砕容器２内は径方向に内側室１９と外側室２０の２室に区画されている。

蓋６の中央部には、内側室１９内外を連通する筒状の供給口７が一体に設けられ、この供給口７を介して内側室１９内にインク、塗料、セラミック、金属、無機物、有機物、磁性体、顔料、医薬品等の処理物が供給される。

容器本体３の筒状の部分には、外側室２０内外を連通する筒状の排出口８が一体に設けられ、この排出口８を介して内側室１９からセパレータ９の開口部１４を通過して外側室２０内に流出した処理物が粉砕容器２外に排出される。

粉砕容器２は、軸方向に短く形成されている。すなわち、Ｌ（軸方向の長さ）／Ｄ（直径）比が小さくなるように形成されている。この実施の形態においては、Ｌ／Ｄ比をＬ／Ｄ≦１．０としている。Ｌを小さくする場合にはＤを大きくすることにより内側室１９（粉砕領域）の容積を十分に確保することができ、所定の粉砕効率を得ることができるものである。

セパレータ９は、複数枚の環状のリング１１、１１……を重ね合わせて筒状の隔壁１０を形成するとともに、隔壁１０の外周側に支持軸１２を周方向に向かって所定の間隔ごとに複数本位置し、各支持軸１２に複数枚の環状のスペーサ１３、１３……を装着し、各スペーサ１３の一部を隣接するリング１１、１１間にそれぞれ介装させ、隣接するリング１１、１１間に隔壁１０の内外周面間を連通するスリット状の開口部１４を複数形成したものである。

セパレータ９の開口部１４の形状は、スリット状に限らず他の任意の形状としても良い。ここで、セパレータ９の開口部１４をスリット状としているのは、スペーサ１３の厚みを変更することによってスリット状の開口部１４の寸法を任意に変更できるからであり、処理物の粘度や粒状の性状、その他の処理条件によって適当にスペーサ１３の厚みを設定することができるからである。

セパレータ９の各リング１１は、断面が方形状（この実施の形態においては断面を四角形状としているがこれに限定するものではない）で環状をなすものであって、内側室１９に面する部分、すなわち内周面側に少なくとも１個（この実施の形態においては６個）の突起１１ａが一体に設けられ、外周面が円形状に形成されている。

そして、上記のような形状のリング１１を、各リング１１の内周面の各突起１１ａがそれぞれ同一垂直線上に位置するように複数枚重ね合わせることにより、内周面の同一垂直線上に同一形状の複数の突起１１ａ、１１ａ……が連続して位置する突起列を周方向に所定の間隔ごとに複数列（この実施の形態においては６列）設けた円筒状の隔壁１０が構成される。なお、この実施の形態においては、複数枚のリング１１の全てに突起１１ａを設けているが、必ずしも全てのリング１１に突起１１ａを設ける必要はなく、必要に応じて何れかのリング１１を選択して突起１１ａを設けるようにしても良い。

隔壁１０の上部及び下部にはそれぞれ環状のリング押え１５、１６が位置し、上部のリング押え１５に各支持軸１２の上端部を嵌合させ、下部のリング押え１６を挿通させたボルト１８を各支持軸１２の下端部に螺合させて所定のトルクで締め付けることにより、各リング１１と各スペーサ１３とを相互に密着させることができ、ユニット化したセパレータ９を構成することができる。

ユニット化したセパレータ９は、粉砕容器２内に一体的に着脱可能となるとともに、粉砕容器２内に装着したときに、蓋６の内面と容器本体３の底面との間で支持され、粉砕容器２内の所定の位置に保持される。

そして、上記のように構成したセパレータ９を粉砕容器２内に装着することにより、粉砕容器２内は、径方向に内側室１９と外側室２０の２室に区画され、内側室１９と外側室２０との間がセパレータ９の各開口部１４を介してそれぞれ相互に連通し、内側室１９内の処理物がセパレータ９の各開口部１４を介して外側室２０内に流出可能となる。この場合、内側室１９の外周部は、セパレータ９の複数の突起１１ａ、１１ａ……からなる突起列が複数位置する内周面で構成され、外側室２０の内周部は、セパレータ９の円形状の外周面で構成されることになる。

攪拌部材２１は、一端が閉塞された筒状をなすものであって、粉砕容器２の内側室１９内に回転可能に設けられている。攪拌部材２１の筒状の部分の外周側には、全周に渡って凹部２２、凸部２３が交互に設けられている。各凹部２２にはそこを内外に貫通する貫通孔２４が設けられ、この貫通孔２４を介して攪拌部材２１の径方向の内外間において処理物及び粉砕メディアが相互に流動する。

攪拌部材２１の閉塞されている一端には、そこを内外に貫通する複数の貫通孔２５が設けられている。この貫通孔２５は、攪拌部材２１の軸心を中心とするほぼ同心円上に所定の間隔で位置し、この貫通孔２５を介して攪拌部材２１の軸方向の内外間において処理物及び粉砕メディアが相互に流動する。

攪拌部材２１の閉塞されている一端中央部には筒状の突部２６が一体に設けられている。この突部２６の外周側は容器本体３のボス４内に装着されている軸受５の内周側に嵌合され、軸受５によって回転可能に支持されている。突部２６の内周側には軸受５によって回転可能に支持されている駆動軸２７の先端部が嵌合されている。攪拌部材２１は、攪拌部材２１の内面側からロックナットを兼用している分散部材２８を駆動軸２７の先端に螺合させて所定のトルクで締め付けることにより、駆動軸２７に一体に連結されている。

分散部材２８の頭部には全周に渡って凹部２９、凸部３０が交互に設けられ、この凹部２９、凸部３０により、供給口７から粉砕容器２の内側室１９内に供給された処理物、及び内側室１９内に位置する粉砕メディアが径方向の外方に分散される。

攪拌部材２１の周速は、通常８ｍ／ｓ〜１６ｍ／ｓである。周速は、大きい方が粉砕効率は良いが、より大きな動力が必要となる。したがって、最適周速は、粉砕の程度あるいは処理物により異なるので、処理条件により最適な周速を選択する必要がある。

処理物の滞留時間は、１〜３０秒／パスで処理している。滞留時間は、より短時間で処理した方が良いが、周速と同様、処理条件により最適な滞留時間を選択する必要がある。

粉砕メディアは、ジルコニアビーズ、スチールビーズ、セラミックビーズ、ガラスビーズなどがあり、メディア径の大きさは、０．１ｍｍ〜２ｍｍを使用している。充填量としては、粉砕容器２内の２０〜６０％としている。粉砕メディアは、小径のものほど、又充填量が多いほど、微粉砕は可能であるが、用途により粉砕の程度、処理物の形状、性状などが異なり、用途、処理物に対して最適なものを選択する必要がある。さらに材質についても同様の選択が必要である。

次に、前記に示すものの作用について説明する。
まず、図示しない駆動源を作動させて駆動軸２７を回転させると、駆動軸２７に連結されている攪拌部材２１が駆動軸２７と一体に回転するとともに、攪拌部材２１の中心部に位置している分散部材２８も攪拌部材２１と一体に回転する。

そして、処理物を供給口７から粉砕容器２の内側室１９の内部に供給すると、処理物は分散部材２８によって粉砕メディアとともに径方向の外方に分散されるとともに、攪拌部材２１によって攪拌される。

この場合、攪拌部材２１の筒状の部分には径方向内外に貫通する貫通孔２４が設けられているので、この貫通孔２４によって処理物及び粉砕メディアには遠心力が作用し、処理物及び粉砕メディアは貫通孔２４から攪拌部材２１の外周側に流動する。

そして、攪拌部材２１の外周側に流動した処理物および粉砕メディアは、攪拌部材２１の外周側において攪拌部材２１の凹部２２、凸部２３によって強力な剪断力が加えられて、攪拌部材２１の軸方向の一端方向又は他端方向に流動し、蓋６と攪拌部材２１との間の間隙を介して攪拌部材２１の内側に流動する。また一部は攪拌部材２１と容器本体３との間の間隙を通って貫通孔２５から攪拌部材２１の内側に流動し、このような一連の流れに沿って内側室１９の内部を循環する。

そして、このように処理物および粉砕メディアが内側室１９の内部を循環することにより、両者は全体が完全な混合状態となるとともに、処理物は徐々に細かく粉砕されて所定の粒度に達する。

そして、所定の粒度に達した処理物は、攪拌部材２１の外周側に流動した際にセパレータ９によって粉砕メディアと分離され、セパレータ９のスリット状の開口部１４内に流れ込み、そこを流れて外側室２０内に達し、外側室２０から排出口８を介して粉砕容器２の外部に排出されることになる。

攪拌部材２１の周速を更に加速した場合、内側室１９の内部を循環している粉砕メディアに加わる遠心力も増加し、セパレータ９内周面の磨耗程度によって、セパレータ９内周面と粉砕メディア間のすべりが増加しやすくなる。このすべりが増大すると、粉砕メディアのブロッキング現象となるが、本発明であるセパレータ９のリング１１に設けた突起１１ａは、ブロック化しかかった粉砕メディアとセパレータ９内周面のすべりに対し、すべりを抑制するスパイクのような作用をする。この作用によりブロック化しかかった粉砕メディアとセパレータ９内周面のすべりの増大は解消され、正常な粉砕メディアの動きとなる。

この結果、粉砕メディア及び処理物が粉砕容器２の内部の一部に片寄って運転に影響を与えたり、運転が困難となったりするようなことはなく、長期的に良好な運転特性が得られることになる。

図５には、この発明による粉砕機１を用いて構成したバッチ処理システム３１が示されている。すなわち、このバッチ処理システム３１は、前述した粉砕機１と、この粉砕機１に循環ライン３２を介して接続されるサービスタンク３３と、循環ライン３２の途中に設けられる循環ポンプ３４とを備えている。

このバッチ処理システム３１は、１回の粉砕では十分な粉砕ができないような場合に有効となり、特に、少量多品種の製品を生産する場合に有効となる。この場合、サービスタンク３３として移動可能なものを多数用い、それらを順次交換して使用することができる。また、製品の切り換えにより粉砕機１の内部を洗浄する必要がある場合には、洗剤などの洗浄液やリンス液を入れたサービスタンク３３を接続して運転することにより、粉砕機１の内部、粉砕メディア、循環ライン３２などを完全に洗浄することができる。

なお、前記の説明においては、本発明によるセパレータをメディア攪拌型湿式粉砕機に適用したが、その他の粉砕機、分散機に本発明によるセパレータを適用しても良いものであり、その場合にも同様の作用効果を奏するものである。

以下に、本発明による粉砕機の実施例について説明する。実施例では、前述したバッチ処理システムを使用し、前述した本発明によるセパレータを用いてテストを実施した。実施例と比較するために従来のセパレータを用いて同様の条件でテストを実施した。処理物のサンプリングは、循環ルートのホールディングタンク入口で行った。

粒径は、日機装（株）のマイクロトラックＭＫIIＤＲＡを用い、レーザー回析、光散乱法により計測した。
処理条件は、以下の通りとした。
＜粉砕機（ＳＣミル）＞
・製造：三井鉱山（株）型式 ＳＣ１００
・モーター容量：３．７ｋｗ、回転数：最大３６００ｒｐｍ、
・粉砕容器実容量：０．３０６リットル
・セパレータ間隔：０．１ｍｍ
＜粉砕メディア＞
・材質：ジルコニア、ボール径：０．３ｍｍ、嵩比重：３．８ｇ／ｃｍ^３
＜処理物＞
・重質炭酸カルシウムと水を重量比１：１で混合しスラリー状にしたもの
・炭酸カルシウムの平均粒径：５．５μｍ
実施例及び比較例のテスト条件を表１に示す。

事前準備として、電力動力盤に電力記録計（記録用チャート紙を備えたもの）をセットした。また、先に記載した重質炭酸カルシウムと水を重量比１：１で混合し、スラリーを作った。
＜実施例１＞
（１）ホールディングタンクに先に記載した重質炭酸カルシウムと水のスラリーを５．０ｋｇ入れる。
（２）ＳＣミル内部に本発明のセパレータを取り付ける。
（３）粉砕メディアとして、上記メディアを０．７２ｋｇＳＣミル内部に入れる。
（４）電力記録計を作動させる。
（５）ＳＣミルの回転数を２６４０ｒｐｍにセットする。
（６）ＳＣミルを起動させる。
（７）スラリー流量が５リットル／分になるようにバルブを調整する。
（８）１０分おきにホールディングタンクで粒度分析可能で計測に影響を与えない程度の量を採取する。
（９）また、同時に電力記録チャート紙に採取タイミングのマークを入れる。
（１０）スラリーの粘度が上がり、ＳＣミルの運転が不安定になってきたら、ホールディングタンクで粒度分析可能で計測に影響を与えない程度の量を採取する。
（１１）また、同時に電力記録チャート紙に採取タイミングのマークを入れ時間を記録する。
（１２）ＳＣミルを停止し、スラリーを取り除く。
＜実施例２＞
本発明によるセパレータ及び粉砕機を使用し、実施例１とほぼ同様の手順に従ってテストを実施した。異なる部分のみ以下に示す。
・粉砕メディアとして、上記メディアを０．９ｋｇＳＣミル内部に入れる。
＜比較例１＞
従来のセパレータを使用し、実施例１とほぼ同様の手順に従ってテストを実施した。異なる部分のみ以下に示す。
・ＳＣミル内部に従来のセパレータを取り付ける。
・粉砕メディアとして、上記メディアを０．７４ｋｇＳＣミル内部に入れる。
＜比較例２＞
従来のセパレータを使用し、実施例１とほぼ同様の手順に従ってテストを実施した。異なる部分のみ以下に示す。
・ＳＣミル内部に従来のセパレータを取り付ける。
・粉砕メディアとして、上記メディアを０．９３ｋｇＳＣミル内部に入れる。

上記の手順によりデータを取得した。その結果を表２、表３に示す。

上記の結果から、算出した比積算電力量をプロットしたグラフを図６に示す。
表３または図６より、粒度１μｍにおける比較で、例えば電力量または比積算電力量は実施例１と比較例１とでは明らかに実施例１が小さい。また、実施例２と比較例２でも、実施例２が小さい。このことは、本発明のセパレータを使用したほうがよりエネルギー効率が良いことを示している。
また、本発明によるセパレータの内側室側に設けた複数の突起により、粉砕メディアのセパレータ内側室側におけるすべりを抑制し、粉砕メディアのブロック化を抑えることにより、高い粉砕効率を実現したと考えられる。

本発明によるセパレータ及び粉砕機の一実施の形態を示した縦断面図である。 図１に示すセパレータ及び攪拌部材の部分拡大平面図である。 図２のＡ−Ａ断面図である。 図２のＢ−Ｂ断面図である。 本発明によるセパレータ及び粉砕機を用いて構成したバッチ処理システムの系統図である。 比積算電力量をプロットしたグラフである。

符号の説明

１ 粉砕機
２ 粉砕容器
３ 容器本体
４ ボス
５ 軸受
６ 蓋
７ 供給口
８ 排出口
９ セパレータ
１０ 隔壁
１１ リング
１１ａ 突起
１２ 支持軸
１３ スペーサ
１４ 開口部
１５、１６ リング押え
１８ ボルト
１９ 内側室
２０ 外側室
２１ 攪拌部材
２２、２９ 凹部
２３、３０ 凸部
２４、２５ 貫通孔
２６ 突部
２７ 駆動軸
２８ 分散部材
３１ バッチ処理システム
３２ 循環ライン
３３ サービスタンク
３４ 循環ポンプ

Claims (1)

1. 粉砕容器と、該粉砕容器内に設けられて粉砕容器内を内側室と外側室の２室に区画するとともに、両室間を連通する開口部を有するセパレータと、前記内側室内に回転可能に設けられる攪拌部材と、前記内側室内に処理物を供給するための供給口と、前記外側室から処理物を排出するための排出口とを具えた粉砕機であって、
   前記セパレータが、リングを複数枚重ね合わせてなり、それらのうちの少なくとも１枚のリングの内周面に少なくとも１個の突起を設けるとともに、隣接するリング間に前記開口部を形成したことを特徴とする粉砕機。
   

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