JP5179832B2 - ジェットミル - Google Patents

Description

本発明は、高速気体旋回流が生成される円盤状の破砕室内に砕料を導入して微細化するジェットミルに関する。

砕料を高速の気体旋回体流によって粉砕・微細化するジェットミルは、たとえば農薬やトナー等のように熱に弱い粉体、セラミックスなどの硬質材料の粉体、あるいは金属粉体の生成等、多種多様の微粉体生成に用いることができる。

従来のジェットミルは、たとえば特許文献１に記載されているように、円盤状の破砕室の内周壁に沿って円陣状に配置された複数の気体噴射ノズルから高圧作動気体（空気または窒素等の適宜なガス）を噴射させることにより、その破砕室内に高速気体旋回流を生成させる。

この破砕室内に砕料を導入すると、砕料は高速旋回流に巻き込まれて粉砕・微細化される。微細化された粉体は破砕室中央部の上方に位置する微粉体排出口から取り出される。

国際特許公開：ＷＯ２００６／００６２９１Ａ１

上述したジェットミルにおいて粉砕能力を高めるためには、ノズルからの気体噴射速度を高める必要があり、この気体噴射速度を高めるためには作動気体の圧力を高める必要がある。

しかし、粉砕能力を高めようとすると、粉砕・微細化された粉体の粒度分布状態が不整（不揃い）になるといった問題を生じることが判明した。すなわち、図７の（ａ）に示すように、噴射圧力を上げて破砕能力を高めようとすると、粉体の粒度分布が曲線Ａの単一状態から曲線Ｂのスプリット状態に変化し、粒度が大きく異なる２種類の粉体（微粒と粗粒）が混じってしまうようになる。

たとえば、金属粉体やセラミック粉体においては、その粉体の粒度はできるだけ所定の範囲に揃っていることが望まれるが、上述した従来のジェットミルでは、粉砕能力と、その粉砕により得られる粉体の粒度分布状態を良好にすることとの両立が困難であり、粉砕能力を高めようとすると、粒度分布状態が不揃いになってしまうという問題があった。

このため、従来のジェットミルでは、そのジェットミルによる粉砕工程の後処理として、そのジェットミルで粉砕した粉体から所望の粒度範囲の粉体だけを選り分ける分級が不可欠であった。

そこで、本発明者らは、図８に示すように、第１と第２の２つの破砕室１２Ａ，１２Ｂを用い、第１の破砕室１２Ａで微細化（粉砕）処理した砕料を第２の破砕室１２Ｂで再度微細化処理する多段処理方式（カスケード）を試みた。

図８はその多段処理方式を実現するために製作したジェットミル１０１の概略断面図を示す。同図において、第１および第２の破砕室１２Ｂ，１２Ｂはそれぞれ円盤状に形成されるとともに、ケーシング１１の外側から装填された複数のノズル２１から噴射される作
動気体によって高速の気体旋回流が生成されるようになっている。

第１の破砕室１２Ａには、上記ノズル２１に加えて、外部から砕料を供給するための固気混合エゼクタノズル２０が設置されている。このエゼクタノズル２０は、ホッパー状の砕料供給部３２から供給された砕料を駆動ノズル３１から噴射される高速気体流と共に破砕室１２Ａ内に噴射・導入する。

各ノズル２０，２１はそれぞれ、高圧送気チューブ４１を介して高圧作動気体供給装置４０に連結されている。

第１の破砕室１２Ａで微粉化処理された砕料は、破砕室１２Ａの中央部上方に設けた排出口１４Ａから連結導管１５１を通って第２の破砕室１２Ｂ内に導かれ、そこで再度の微粉化処理が行われる。このような多段処理によって微細化された粉体は、第２の破砕室１２Ｂの中央部上方に設けた排出口１４Ｂから外部に取り出される。

上記のように、砕料の微細化を２つの破砕室１２Ａ，１２Ｂで段階的に行わせることにより、高速旋回流による微細化（粉砕）を行いながら、同時に分級も行うことができる。これにより、後処理としての分級の必要性またはその処理負担を軽減または不要にし、図７の（ｂ）に示すような粒度分布の微粉体が得ることが可能となる。

しかし、上述した多段処理方式においては、第１の破砕室１２Ａと第２の破砕室１２Ｂ間での流通制御が、微細化効率および微細化処理された粉体の品質に大きく影響することが判明した。

すなわち、第１の破砕室１２Ａで一次処理された砕料を第２の破砕室１２Ｂで二次処理するという多段処理を円滑かつ効率的に行わせるためには、第１の破砕室１２Ａと第２の破砕室１２Ｂ間にて何らかの流通制御を行う必要がある。

このため、図８に示したジェットミル１０１では、図９に部分拡大して示すように、第１の破砕室１２Ａの排出口１４Ａと第２の破砕室１２Ｂとの間に、円盤状の整流板１７２を介在させている。

整流板１７２は、破砕室１２Ｂのケーシング１１にステー部１７３で所定の流通間隙１８２を保持しながら固定されている。この流通間隙１８２によって破砕室１２Ａ，１２Ｂ間での過度の粉体移動が抑制されるようになっている。

しかし、上記構成には次のような問題のあることが判明した。
すなわち、破砕室１２Ａ，１２Ｂ内には高速の気体旋回流が生成されていて、砕料はその旋回流に巻き込まれる形で高速旋回させられることにより微細化（粉砕）される。この微細化は、破砕室１２Ａ，１２Ｂ内で高速旋回させられる粒体同士の衝突によるものであることが本発明者らによって確認されている。

その微細化を円滑かつ効率的に行わせるためには、破砕室１２Ａ，１２Ｂ内での高速の旋回流が、乱流を起こすことなく整流状態で生成される必要がある。ところが、上述したジェットミル１０１では、上記ステー部１７３がその高速旋回流の整流性を乱す阻害要因となり、これが微細化の円滑性および効率を阻害し、微細化処理された粉体の粒度品質を低下させる原因になることが判明した。

本発明は以上のような技術背景を鑑みたものであって、高速気体旋回流が生成される円盤状の破砕室内に砕料を導入して微細化を行うジェットミルにおいて、複数の破砕室によ
る段階的な微細化（破砕）処理を円滑かつ効率的に行わせ、最終的に得られる微粉体の粒度品質向上を可能にする技術を提供することにある。
本発明の上記以外の目的および構成については、本明細書の記述および添付図面からあ
きらかにする。

本発明が提供する解決手段は以下のとおりである。
（１）高速気体旋回流が生成される円盤状の破砕室内に砕料を導入して微細化するジェットミルであって、第１および第２の破砕室と、第１の破砕室と第２の破砕室を連通させる流通路と、この流通路の中心部に同心状に位置する軸部と、この軸部に支持されて上記流通路と上記第２の破砕室間に介在することにより環状の流通間隙を形成する流通制御体を備え、第１の破砕室で微細化処理された砕料を上記環状流通間隙から第２の破砕室に導入させて再度微細化処理することを特徴とするジェットミル。

（２）上記手段（１）において、上記軸部を軸方向に移動可能に設置することにより上記環状流通間隙の幅を可変調節させるようにしたことを特徴とするジェットミル。

（３）上記手段（１）または（２）において、上記流通制御体は、流通路側に向けて隆起する円錐テーパ部を有し、そのテーパ部の斜面と上記流通路の開口部との間に環状の流通間隙を形成することを特徴とするジェットミル。

（４）上記手段（１）〜（３）のいずれかにおいて、上記流通制御体は、上記流通路の開口部と上記第２の破砕室の間に介在するとともに、第２の破砕室側に向けて隆起する円錐テーパ部を有することを特徴とするジェットミル。

（５）上記手段（１）〜（４）のいずれかにおいて、上記軸部を軸方向に移動駆動する電動機構を備えたことを特徴とするジェットミル。

（６）上記手段（１）〜（５）のいずれかにおいて、３以上の破砕室を互いの中心部が一致するように配置するとともに上記流通路で順次連通させ、各破砕室間に上記流通制御体を介在させたことを特徴とするジェットミル。

（７）上記手段（１）〜（６）のいずれかにおいて、複数の破砕室を上下方向に重なるように配置し、最下部の破砕室に外部から砕料を供給するための固気混合エゼクタノズルを設置する一方、最上部の破砕室から最終的に微細化処理された粉体を取り出すことを特徴とするジェットミル。

高速気体旋回流が生成される円盤状の破砕室内に砕料を導入して微細化を行うジェットミルにおいて、複数の破砕室による段階的な微細化（破砕）処理を円滑かつ効率的に行わせ、最終的に得られる微粉体の粒度品質を向上させることが可能になる。
上記以外の作用／効果については、本明細書の記述および添付図面にてあきらかにする
。

図１は、本発明の第１実施形態をなすジェットミル１０の概要を示す要部断面図である。同図に示すジェットミル１０は、第１および第２の２つの破砕室１２Ａ，１２Ｂが上下に重なるように配置されている。

各破砕室１２Ａ，１２Ｂはそれぞれケーシング１１によって囲繞された円盤状空間部に
よって形成され、内周壁に沿って円陣状に配置された複数の気体噴射ノズル２１から高圧作動気体（空気または適宜なガス）を噴射させることにより、その破砕室１２Ａ，１２Ｂ内に高速気体旋回流が生成されるようになっている（図２参照）。

図２は第１の破砕室１２Ａの横断面を示すが、この第１の破砕室１２Ａには、図１に示すように、上記ノズル２１に加えて、外部から砕料を供給するための固気混合エゼクタノズル２０が設置されている。エゼクタノズル２０は、ホッパー状の砕料供給部３２から供給された砕料を駆動ノズル３１から噴射される高速気体流と共に破砕室１２Ａ内に噴射・導入する。

各ノズル２０，２１はそれぞれ、高圧送気チューブ４１を介して高圧作動気体供給装置４０に連結されている。高圧作動気体供給装置４０は、高圧ポンプから圧送される高圧作動気体を分配器（ディストリビュータ）４２および送気チューブ４１を介して各ノズル２０，２１に分配する。

第１の破砕室１２Ａに導入された砕料は、その破砕室１２Ａ内の高速気体旋回流に巻き込まれて高速旋回させられることにより微細化（粉砕）される。

第１の破砕室１２Ａで微粉化処理された砕料は、破砕室中央部状の排出口１４Ａから連結導管１５１を通って第２の破砕室１２Ｂ内に導かれ、そこで再度の微粉化処理が行われる。そして、第２の破砕室１２Ｂで再度微細化処理された粉体が、その破砕室１２Ｂの中央部に設けた排出口１４Ｂから外部に取り出される。

第１の破砕室１２Ａと第２の破砕室１２Ｂは、その中心部が連結導管１５１による流通路１５によって連通させられている。その流通路１５の中心部には軸部７１が貫通している。

軸部７１は円形断面を有する棒状の垂直シャフトであって、第１の破砕室１２Ａのケーシング１１外から第１の破砕室１２Ａの中心部を貫通して第２の破砕室１２Ｂの中央導入口付近に達するように設置されている。

この軸部７１は軸方向に移動可能に設置されている。また、その先端部には流通制御体１７が設けられている。

流通制御体１７は、図３および図４にその付近の断面を拡大して示すように、流通路１５と第２の破砕室１２Ｂ間に介在することにより環状の流通間隙１８１を形成する。

さらに、その流通制御体１７は、上下両方向すなわち流通路１５側と第２の破砕室１２Ｂ側の両方向にそれぞれ隆起する円錐テーパ部１７５，１７６を有する。

上記流通間隙１８１は、下側（流通路１５側）テーパ部１７５の斜面と流通路１５の開口部との間に形成されるが、この流通間隙１８１の幅ｈは軸部７１を移動させることにより任意に可変調節することができる。

一方、上側（第２の破砕室１２Ｂ側）テーパ部１７６は、破砕室１２Ｂ内にて水平な気体旋回流が円滑かつ安定に形成されやすくする誘導効果をもたらすことができる。

上述したジェットミル１０では、流通制御体１７が環状の流通間隙１８１を形成することにより、第１の破砕室１２Ａと第２の破砕室１２Ｂ間で流通制御が行われる。この流通制御により、第１の破砕室１２Ａで一次処理された砕料を第２の破砕室１２Ｂで二次処理
するという多段処理を円滑かつ効率的に行わせることができる。

上記流通制御を行う流通間隙１８１は、上記軸部７１に支持されている流通制御体１７により、継ぎ目のない環状に形成されている。

これにより、たとえば従来のステー部１７３（図９）のように高速旋回流の整流性を乱すことなく、砕料を第１の破砕室１２Ａから第２の破砕室１２Ｂへ適正流量で移行させて、段階的な微細化処理を円滑かつ効率的に行わせ、最終的に得られる微粉体の粒度品質を向上させることができる。

また、上記軸部７１を軸方向に移動可能に設置すれば、上記環状流通間隙１８１の幅ｈを可変調節することができ、これにより、砕料の種類や目的とする粒度状態等に応じた最適な粒度制御が可能になる。

この場合、上記軸部７１を軸方向に遠隔操作で移動駆動させる適宜の電動機構７２を備えれば、上記可変調節をジェットミルの運転中でも円滑に行うことができ、これにより、たとえば運転状況等に応じたきめ細かな条件設定が可能になって、さらに高品位の微粉体を得ることが可能になる。

また、上記流通制御体１７の下側（流通路１５側）に円錐テーパ部１７５を形成し、そのテーパ部１７５の斜面と流通路１５の開口部との間に環状の流通間隙１８１を形成させることにより、つまり流通間隙１８１を斜め方向に形成することにより（図４）、第１の破砕室１２Ａで一次処理された砕料を第２の破砕室１２Ｂで二次処理するという多段処理を一層円滑化かつ効率化させられることが判明した。

さらに、上記実施形態では、上記流通制御体１７の上側（第２の破砕室１２Ｂ側）にも円錐テーパ部１７６を形成しているが、これにより、破砕室１２Ｂ内にて水平な気体旋回流が円滑かつ安定に形成されやすくする導流効果を得ることができる。第１の破砕室１２Ａにも、その導流効果を得るために円錐コア部１７１が設けられている。

図５は、本発明の第２実施形態によるジェットミルの１０の概要を示す要部断面図である。上記第１の実施形態との相違に着目して説明すると、この第２の実施形態では、３つの破砕室１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃを順次多段接続している。

この場合、各破砕室１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃは、上記第１の実施形態と同様、互いの中心部が一致するように配置するとともに流通路１５で順次連通させ、各破砕室１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ間には流通制御体１７を設置する。流通制御体１７は共通の軸部７１に設けることで互いに連動移動させることができる。

図６は、本発明の第３実施形態によるジェットミルの１０の概要を示す要部断面図である。この第３の実施形態では、第２の実施形態よりもさらに多い５つの破砕室１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄ，１２Ｅを多段接続している。

このように段数の多い場合は、同図に示すように、各破砕室１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄ，１２Ｅをそれぞれ形成するケーシング１１を直接積層するようにしてもよい。

以上、本発明をその代表的な実施例に基づいて説明したが、本発明は上述した以外にも種々の態様が可能である。

高速気体旋回流が生成される円盤状の破砕室内に砕料を導入して微細化を行うジェットミルにおいて、複数の破砕室による段階的な微細化（破砕）処理を円滑かつ効率的に行わせ、最終的に得られる微粉体の粒度品質を向上させることができる。

本発明の第１実施形態をなすジェットミルの概要を示す要部断面図である。 第１の破砕室の横断面を示す図である。 図１のＡ−Ａ矢視部分の切断面図である。 流通制御体１７付近の横断面図である。 本発明の第２実施形態の概要を示す要部断面図である。 本発明の第３実施形態の概要を示す要部断面図である。 ジェットミルによって微細化（粉砕）処理された粉体の粒度分布状態を例示するグラフである。 本発明以前に検討されたジェットミルの概略構成を示す断面図である。 図８に示したジェットミルの要部（問題個所）を示す断面図である。

符号の説明

１０ ジェットミル（本発明）
１０１ ジェットミル（従来）
１１ ケーシング
１２Ａ〜１２Ｅ 破砕室
１４Ａ，１４Ｂ 排出口
１５ 流通路
１５１ 連結導管
１７ 流通制御体
１７１ 円錐コア部
１７５，１７６ 円錐テーパ部
１７２ 整流板
１７３ ステー部
１８１ 流通間隙（本発明）
ｈ 流通間隙１８１の幅
１８２ 流通間隙（従来）
２０ 固気混合エゼクタノズル
２１ 気体噴射ノズル
３１ 駆動ノズル
３２ 砕料供給部
４０ 高圧作動気体供給装置
４１ 高圧送気チューブ
４２ 分配器（ディストリビュータ）
７１ 軸部
７２ 電動機構

Claims (6)

1. 高速気体旋回流が生成される円盤状の破砕室内に砕料を導入して微細化するジェットミルであって、第１および第２の破砕室と、第１の破砕室と第２の破砕室を連通させる流通路と、この流通路の中心部に同心状に位置する軸部と、この軸部に支持されて上記流通路と上記第２の破砕室間に介在することにより環状の流通間隙を形成する流通制御体を備え、第１の破砕室で微細化処理された砕料を上記流通間隙から第２の破砕室に導入させて再度微細化処理するとともに、上記軸部を軸方向に移動可能に設置することにより上記流通間隙の幅を可変調節させるようにしたことを特徴とするジェットミル。
2. 請求項１において、上記流通制御体は、流通路側に向けて隆起する円錐テーパ部を有し、そのテーパ部の斜面と上記流通路の開口部との間に上記流通間隙を形成することを特徴とするジェットミル。
3. 請求項１または２において、上記流通制御体は、上記流通路の開口部と上記第２の破砕室の間に介在するとともに、第２の破砕室側に向けて隆起する円錐テーパ部を有することを特徴とするジェットミル。
4. 請求項１〜３のいずれかにおいて、上記軸部を軸方向に移動駆動する電動機構を備えたことを特徴とするジェットミル。
5. 請求項１〜４のいずれかにおいて、３以上の破砕室を互いの中心部が一致するように配置するとともに上記流通路で順次連通させ、各破砕室間に上記流通制御体を介在させたことを特徴とするジェットミル。
6. 請求項１〜５のいずれかにおいて、複数の破砕室を上下方向に重なるように配置し、最下部の破砕室に外部から砕料を供給するための固気混合エゼクタノズルを設置する一方、最上部の破砕室から最終的に微細化処理された粉体を取り出すことを特徴とするジェットミル。

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