JP4918272B2 - 循環型メディア撹拌ミル - Google Patents

Description

本発明は、循環型メディア撹拌ミルに関する。本発明の循環型メディア撹拌ミルは、インキ、塗料、顔料、セラミック、金属、無機物、フェライト、トナー、ガラス、製紙用コーティングカラー等の原料を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。

従来のメディア撹拌ミルとしては、たとえば、特公平０２−１０６９９号に記載されたものが知られており、また、実際に使用されている。この公報に記載されたメディア撹拌ミルは、破砕媒体と破砕すべき材料とを少なくとも部分的に充填する破砕室と、破砕すべき材料のための導入口と、破砕された材料のための送出口とを有するミル本体と、前記破砕室の内側に内端を位置させた撹拌軸と、仕上がった粉砕した材料を前記送出口に向け前記破砕室の外に流出させるが前記破砕媒体は保持する分離装置とを備える撹拌ミルにおいて、前記撹拌軸の前記内端に開放するよう前記撹拌軸の一方の端部に形成した空所を設け、この空所に入った破砕媒体を前記撹拌軸の前記内端を経て前記破砕室に戻して流すよう前記内端から離間し前記空所の周りに分散する開口部を前記撹拌軸の端部に設け、前記分離装置を少なくとも実質的に前記空所の内側に配置した構成を有している。

このようなタイプのメディア撹拌ミルは、従来、ミル内に滞留する時間を重視しており、滞留時間が長く、ショートパスが無いように工夫、努力が行われてきた。そのため、上記公報の図１から明らかなように、ベッセル長さＬと直径Ｄの比Ｌ／Ｄが３〜４と大きくなり、処理物の粘度が高かったり、使用メディアが小さいとメディアが出口側に押し流されるため粉砕力が偏り、異常発熱や異常磨耗が発生し、時には過負荷を引き起こし運転不能になる不具合が生じるおそれがあった。この問題は、メディアが小さくなればなるほど顕著になる。
このような問題を解消するため、特許第３４０００８７号公報に記載された微粉末粉砕用攪拌ミルが提案された。この微粉末粉砕用攪拌ミルは、筒状の容器と、前記容器内に同軸かつ回転自在に配置され周面に攪拌部材を設けた中空の攪拌軸とを備え、前記攪拌軸は一端が開口し他端が閉じており、前記容器には、軸方向一端部に隣接してスラリー入口が、他端部に隣接してスラリー出口がそれぞれ形成されており、前記容器の前記スラリー出口に隣接する前記中空の攪拌軸の開口した端部には媒体循環用入口が、前記スラリー入口に近い方の前記中空の攪拌軸の閉じた端部には媒体循環用出口がそれぞれ形成され、前記スラリー出口を囲んでスクリーンが設けられ、前記容器内面と前記攪拌軸の外面との間に形成される粉砕室に充填された粉砕媒体は前記スラリーの循環圧力により前記容器の軸方向に移動し前記攪拌軸の媒体循環用入口から前記攪拌軸内に入り前記攪拌軸の媒体循環用出口から前記粉砕室内に入る循環経路により前記容器内で循環するようになった攪拌ミルにおいて、前記攪拌軸は軸方向長さのほぼ全体にわたり中空空洞が形成されたコップ形状であり、前記攪拌軸の閉じた端部が前記容器の前記スラリー入口を有する前記一端部に隣接して配置され、前記攪拌軸内の媒体は、前記容器のスラリー入口付近において、該攪拌軸の閉じた端部に形成された前記媒体循環用出口から前記粉砕室に戻されるようになっており、前記攪拌軸には、前記媒体循環用出口に近接して該攪拌軸の回転に伴い前記攪拌軸内の媒体を前記容器内での軸方向循環運動させるためのポンプ作用を果たすポンプ手段を設けて、スラリーを前記媒体に同伴して流れさせるようにした構造を有している。この構造によれば、攪拌軸（攪拌部材）が一端が開放されたコップ状であることによるメディアの偏析をある程度解消することができるが、それにとどまるものである。
特公平０２−１０６９９号公報 特許第３４０００８７号公報

そこで、メディアの偏析がなく、メディアの動きが良く、粉砕・分散効率が向上した循環型メディア撹拌ミルを提供することを目的とする。

本発明の循環型メディア撹拌ミルは、筒状のベッセル、外周部に円筒壁を有し、一端がハブ部により閉鎖され、他端が閉鎖板により閉鎖された中空の筒状であり、前記ベッセル内に回転自在に配置された攪拌部材、この攪拌部材の円筒壁と前記ベッセルの内周壁の間に形成された粉砕室に入れられた粉砕メディア、前記攪拌部材の内部空間に、該攪拌部材と同軸に配置されたメディア分離部材、前記粉砕室に、被粉砕物を含む原料を導く原料入口路、および前記粉砕室で処理され、前記攪拌部材とメディア分離部材の間に形成されたメディア分離室に導かれ、前記メディア分離部材により粉砕メディアが分離された原料を外部に導く原料出口路を備え、前記ベッセル内部の空間であるベッセル室の長さをＬ、直径をＤとしたとき、Ｌ／Ｄが１以下であり、前記攪拌部材の円筒壁には、周方向に等間隔で複数の第１メディア循環用開口が形成されているとともに、前記攪拌部材のハブ部および閉鎖板には、それらの外縁部に周方向に等間隔で複数の第２および第３メディア循環用開口がそれぞれ形成され、前記攪拌部材は、前記閉鎖板が設けられたことによりその外縁部分が左右対称にされていることを特徴とする。なお、本発明においては、外縁部分が左右対称とは、ハブおよび閉鎖板に設けられた第２および第３メディア循環用開口の配置が左右対称であることまでは含まないものとする。すなわち、第２および第３メディア循環用開口の配置位置は、角度的にずれていてもよい。しかし、好ましくは、第２および第３メディア循環用開口も左右対称であることがよい。

前記Ｌ／Ｄの値は、０．３〜０．４であることが好ましい。前記ベッセルは、円筒状のバレルと、このバレルの一端に固定された第２端板と、前記バレルの他端側に配置されたフレームとを備え、前記攪拌部材は、一端が該攪拌部材に固定された回転駆動軸により回転駆動されるようになっており、この回転駆動軸の他端側は、前記フレーム内を延びていることが好ましい。
前記メディア分離部材は、羽根車であるか、円筒形のスクリーンであることが好ましい。前記原料出口路は、前記第２端板側に設けられていることが好ましい。この場合、前記メディア分離部材が円筒形のスクリーンのときは、前記第２端板に取り付けられ、前記攪拌部材内の空間に延びていることが好ましい。前記原料入口路の原料供給口は前記撹拌部材の背面に位置していることが好ましい。

前記攪拌部材のハブ部および閉鎖板に設けられた第２および第３メディア循環用開口は、前記メディア分離室への原料およびメディアの入り込みを容易にするため斜め孔で形成されていることが好ましい。
前記攪拌部材の円筒壁のメディア循環用開口に挟まれた部分である格子状部は、その断面形状が円筒壁の外周面を底辺とする略三角形である

本発明の循環型メディア撹拌ミルにおいては、上記したように攪拌部材の外縁部分を左右対称にすることにより、攪拌部材の左右方向に原料とメディアの流れが発生し、これにより、メディアの動きを活発化させ、粉砕・分散効率を向上させることができる。また、メディアの動きが活発になったことにより、粉砕室周上のメディアのすべりを少なくし、エネルギー効率を向上させることができる。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明の実施形態による循環型メディア撹拌ミルについて説明する。
図１は、本発明の実施形態による循環型メディア撹拌ミル１０を示すものであり、このメディア撹拌ミル１０は、円筒形のバレル１２と、このバレル１２の一端に固定された端板１４と、他端に供給口フランジ１６を介して固定されたフレーム１８とから構成されたベッセル２０を備えている。このベッセル２０の内部は、密閉されたベッセル室Ｃ１とされている。本メディア撹拌ミル１０においては、上記ベッセル室Ｃ１の長さをＬ、直径をＤとしたとき、Ｌ／Ｄが１以下、好ましくは０．３〜０．４である。上記値が１を超える場合には、軸方向へのメディアの偏析が生じやすくなり、局部摩耗や異常発熱を生じ易くなる。換言すれば、上記値が１以下のとき、メディアの動きを分散状態にコントロールすることができる。

上記バレル１２の内部には、攪拌部材２２が回転自在に配置されている。攪拌部材２２は、外周部に円筒壁２２ａを有し、一端がハブ部２２ｂにより閉鎖され、他端が閉鎖板２２ｃにより閉鎖された中空の筒状であり、上記ハブ部２２ｂの中心には回転駆動軸２４が固定されている。この回転駆動軸２４は、フレーム１８を軸方向に貫通して延び、その端部は、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。なお、上記回転駆動軸２４には、軸封２５（メカニカルシール等）が設けられていて、攪拌部材２２の円筒壁２２ａとベッセル２０の内周壁の間には、粉砕室Ｃ２が形成されている。供給口フランジ１６には、粉砕室Ｃ２（ベッセル室Ｃ１）にスラリー状の原料を導入するための原料入口路２８が形成されている。この原料入口路２８の粉砕室へ実際に原料を導入する原料供給口２８ａは、撹拌部材２２の背面、すなわちそのハブ部２２ｂの背面に位置していることが好ましい。メディア撹拌ミルにおいて周知のように、粉砕室Ｃ２内部には、ビーズ状の粉砕用メディア３０が収納されている。

攪拌部材２２の内部には、この攪拌部材の円筒壁２２ａと同軸に配置され、スラリー状の原料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と攪拌部材２２の円筒壁２２ａの間の空間をメディア分離室Ｃ３と称する。
上記メディア分離部材３２としては、図１に示した遠心分離羽根方式のものや、図示しないスクリーン方式が使用できる。遠心分離羽根方式のものは、メディアの径が比較的小さく、原料の粘度が比較的小さい場合に適しており、一方、スクリーン方式のものは、メディアの径が比較的大きく、原料の粘度が比較的大きい場合に適している。

遠心分離羽根方式のメディア分離部材３２は、攪拌部材２２のハブ部２２ｂおよび閉鎖板２２ｃ間に周方向（回転駆動軸２４に同軸）に等間隔で配置された複数の羽根部材４４を有している。上記羽根部材４４は、図２に示したように完全に放射状に配置してもよいし、図３に示したように傾斜して配置してもよい。
原料出口路２６は、図１に示したように端板１４側に配置されていることが好ましい。具体的には、閉鎖板２２ｃの中央に円形の開口２２ｄを設けるとともに、原料出口路２６を構成する導管２７を端板１４に取り付け、固定式とする。この導管２７は、上記回転駆動軸２４と同軸に設けられることが好ましく、その一端（内端）２７ａが閉鎖板２２ｃに設けた開口２２ｄを通って、メディア分離部材３２内の空間内に位置して、粉砕され、メディアが分離された原料スラリーを受け入れるようになっている。もちろん、原料出口路２６は、従来からあるように、回転駆動軸２４を管状として、その内部空間を使用するものであってもよい。

上記攪拌部材２２の円筒壁２２ａには、図４に示されているように周方向に等間隔でメディア循環用の開口２２ｄが複数形成されている。この開口２２ｄは、攪拌部材２２の回転方向（矢印で示した）に対して、図４に示した方向に斜めに傾斜させることが好ましい。攪拌部材２２のハブ部２２ｂおよび閉鎖板２２ｃの周縁にも、図１および図４に示されているように周方向に等間隔でメディア循環用の開口２２ｅおよび２２ｆが複数形成されている。これらのメディア循環用の開口２２ｅおよび２２ｆは、左右対称に設けられていることが好ましい。これらのメディア循環用の開口により、メディア分離室Ｃ３と粉砕室Ｃ２が連通され、原料とメディア３０は、開口２２ｅから攪拌部材２２内のメディア分離室Ｃ３内に入り、遠心力によりそこから開口２２ｄを通って、攪拌部材２２外に流れるという流れｆ１と、開口２２ｆから攪拌部材２２内のメディア分離室Ｃ３内に入り、遠心力によりそこから開口２２ｄを通って、攪拌部材２２外に流れるという流れｆ２とに乗り、攪拌部材について左右対称に循環される。このように本発明においては、攪拌部材２２のハブ部２２ｂおよび閉鎖板２２ｃの周縁に設けられたメディア循環用の開口２２ｅおよび２２ｆにより、原料およびメディア３０に軸方向の推力を与え、流れｆ１およびｆ２を活発化させることができる。また、本発明においては、Ｌ／Ｄを１以下としたことも相俟って、メディアが偏析することなくその循環が促進され、粉砕効率が向上する。

上記したメディアの循環を更に促進する目的で、メディア循環用の開口２２ｅおよび２２ｆは、攪拌部材２２の回転方向（矢印で示した）に対して、図５に示した方向に斜めに傾斜させることが好ましい。この開口２２ｅおよび２２ｆの傾斜により、原料およびメディア３０がより容易にメディア分離室Ｃ３に入り込み易くなり、循環が促進される。

従来のメディア撹拌ミルの攪拌部材１００の円筒壁１０２においては、メディア循環用開口１０４に挟まれた部分である格子状部１０６の断面形状が、図７に示したように略四角形であった。このため、図７に示したように、格子状部１０６の内周壁に主に原料が堆積して固着１０８してしまうことがあった。このように原料が固着してしまうと、攪拌部材がアンバランスになり、振動が発生してしまったり、次の作業のときに原料のコンタミが生じてしまうなどの問題があった。上記コンタミは、分解して完全に洗浄すれば解決できるが、そのためには大変な手間がかかっていた。
そこで、本実施の態様では、攪拌部材２２の円筒壁２２ａにおいては、メディア循環用開口２２ｄに挟まれた部分である格子状部２２ｇの断面形状を円筒壁の外周面を底辺とする略三角形とした。これにより、本格子状部２２ｇの内周壁は実質的に直線（ある程度の平面やアールであってもよい）であるので、ここに原料等が堆積し、固着することを防止できる。これにより、攪拌部材の振動や原料のコンタミが防止できる。

図６は、本発明のメディア撹拌ミル１０を使用する一態様を示す概略図であり、本メディア撹拌ミル１０は、循環系５０を介して、原料出口路２６と原料入口路２８を連通し、原料を循環させ、メディア撹拌ミル１０により徐々に粉砕・分散を行う循環型のものである。この循環系５０はパイプ５１を備え、メディア撹拌ミル１０の原料出口路２６は、このパイプ５１の一端に接続され、該パイプ５１の他端はスラリータンク５２の上部に開放されている。タンク５２の底部はパイプ５４によりポンプ５６を介して粉砕装置の原料入口路に接続される。スラリータンク５２内には、電動モータ５８により回転駆動される撹拌羽根６０が配置される。この配置により、スラリーは被粉砕粒子が所望の微細粒に粉砕されるまで、繰り返し本メディア撹拌ミル１０に通される。

作動においては、原料入口路２８から被粉砕粒子を含むスラリーである原料を導入しながら撹拌部材２２を回転駆動する。粉砕室Ｃ２内に導入されたスラリーは、メディア３０とともに撹拌され、粉砕室Ｃ２内で回転運動を生じる。この粉砕媒体の回転運動のため、粉砕室Ｃ２内においてはメディア撹拌ミルに周知の作用により、スラリー内の被粉砕粒子が粉砕ないしは分散される。スラリーは、メディア３０とともに主に撹拌部材２２のハブ部２２ｂおよび閉鎖板２２ｃのメディア循環用の開口２２ｅおよび２２ｆから撹拌部材の中空内部すなわちメディア分離室Ｃ３に入る。ここで、スラリー及びメディアにはメディア分離部材により回転運動が与えられる。この回転運動により、比重の大きいメディアは半径方向外向きに付勢され、撹拌部材の円筒壁に形成した循環用開口２２ｄから粉砕室Ｃ２に戻される。この場合、被粉砕粒子のうち、粉砕が不十分で粒子サイズが大きいものも同様に挙動する。すなわち、図１に示した流れｆ１およびｆ２として挙動する。一方、十分に粉砕されて質量が小さくなった粒子を含むスラリーは、羽根部材と羽根部材の間の空間を介してメディア分離部材内の空間に入り、原料出口路２６から排出される。この構成により、粒度分布幅の狭い粉砕を達成することが可能になる。

本発明の実施態様による循環型メディア撹拌ミルを示す断面図である。 図１に示した循環型メディア撹拌ミルに使用されているメディア分離部材の１例を示す断面図である。 図１に示したメディア分離部材の他の例を示す断面図である。 図１に示した循環型メディア撹拌ミルに使用されている攪拌部材の断面図である。 図４のＡ矢視断面図である。 本発明の実施の形態による循環型メディア撹拌ミルの一使用形態を示す概略図である。 従来の循環型メディア撹拌ミルに使用されている攪拌部材の図４と同様の断面図である。

符号の説明

１０ 循環型メディア撹拌ミル
１２ バレル
１４ 端板
１６ 供給口フランジ
１８ フレーム
２０ ベッセル
２２ 攪拌部材
２２ａ 円筒壁
２２ｂ ハブ部
２２ｃ 閉鎖板
２２ｄ メディア循環用開口
２２ｅ メディア循環用開口
２２ｆ メディア循環用開口
２２ｇ 格子状部
２４ 回転駆動軸
２６ 原料出口路
２８ 原料入口路
３０ 粉砕用メディア
３２ メディア分離部材
３４ 端板
４４ 羽根部材
５０ 循環系
５１ パイプ
５２ タンク
５４ パイプ
５６ ポンプ
５８ 電動モータ
６０ 攪拌羽根

Claims (7)

1. 筒状のベッセル、外周部に円筒壁を有し、一端がハブ部により閉鎖され、他端が閉鎖板により閉鎖された中空の筒状であり、前記ベッセル内に回転自在に配置された攪拌部材、この攪拌部材の円筒壁と前記ベッセルの内周壁の間に形成された粉砕室に入れられた粉砕メディア、前記攪拌部材の内部空間に、該攪拌部材と同軸に配置されたメディア分離部材、前記粉砕室に、被粉砕物を含む原料を導く原料入口路、および前記粉砕室で処理され、前記攪拌部材とメディア分離部材の間に形成されたメディア分離室に導かれ、前記メディア分離部材により粉砕メディアが分離された原料を外部に導く原料出口路を備え、
   前記ベッセル内部の空間であるベッセル室の長さをＬ、直径をＤとしたとき、Ｌ／Ｄが１以下であり、
   前記攪拌部材の円筒壁には、周方向に等間隔で複数の第１メディア循環用開口が形成されているとともに、前記攪拌部材のハブ部および閉鎖板には、それらの外縁部に周方向に等間隔で複数の第２および第３メディア循環用開口がそれぞれ形成され、前記攪拌部材は、前記閉鎖板が設けられたことによりその外縁部分が左右対称にされており、前記攪拌部材の円筒壁のメディア循環用開口に挟まれた部分である格子状部は、その断面形状が円筒壁の外周面を底辺とする略三角形であることを特徴とする循環型メディア撹拌ミル。
2. 前記Ｌ／Ｄが０．３〜０．４であることを特徴とする請求項１の循環型メディア攪拌ミル。
3. 前記メディア分離部材が羽根車であることを特徴とする請求項１または２に記載の循環型メディア撹拌ミル。
4. 前記メディア分離部材が、前記攪拌部材に取り付けられた羽根車であり、前記原料出口路が前記端板側に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の循環型メディア撹拌ミル。
5. 前記メディア分離部材が円筒形のスクリーンであることを特徴とする請求項１または２に記載の循環型メディア撹拌ミル。
6. 前記メディア分離部材が円筒形のスクリーンであり、前記端板に取り付けられ、前記攪拌部材内の空間に延びており、前記原料出口路が前記端板側に設けられていることを特徴とする請求項５に記載の循環型メディア撹拌ミル。
7. 前記攪拌部材のハブ部および閉鎖板に設けられた第２および第３メディア循環用開口が、前記メディア分離室への原料およびメディアの入り込みを容易にするため斜め孔で形成されている請求項１〜６のいずれかに記載の循環型メディア撹拌ミル。

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