JP5406431B2 - メディア攪拌型湿式粉砕機 - Google Patents

Description

本発明は、連続的に粉砕・分散処理を行うメディア攪拌型湿式粉砕機に関し、特に、高性能で大型化に適したメディア攪拌型湿式粉砕機に関する。

メディア攪拌型湿式粉砕機は、インク、塗料、セラミック、金属、無機物、有機物、磁性体、顔料、医薬品等の分野において、粉砕処理や分散処理に広く用いられている。メディア攪拌型湿式粉砕機には多くの種類があるが、例えば、特許文献１又は特許文献２に記載された粉砕機が知られている。

図５に示すように、特許文献１に記載されたメディア攪拌型湿式粉砕機１１０は、円筒状の粉砕室を有する粉砕容器１２０内に、回転式攪拌部材１３０及びセパレータ１４０を備えている。粉砕容器１２０の形状は、軸線方向の長さＬが内径Ｄに比較して長く形成されている。そして、軸線方向の一方の側に処理物の供給口１５１を備え、他方の側にセパレータ１４０を備えている。

攪拌部材１３０は、粉砕容器１２０の中心部に回転可能に挿着される駆動軸１３１に、ディスク型の攪拌要素１３２が軸線方向に複数設けられて形成されている。セパレータ１４０は、固定された環状板１４１と、この環状板１４１に近接して回転する回転円板１４２により形成され、環状板１４１と回転円板１４２との間に形成されるスリットを利用する回転篩式のセパレータである。

粉砕処理は、粉砕容器１２０内に粉砕メディアを充填し、攪拌部材１３０を回転させるとともに、一方の側にある供給口１５１から処理物を供給する。処理物はメディアと共に攪拌されて粉砕処理され、他方の側にある排出口１５２に向かって流動する。排出口１５２の手前には、セパレータ１４０が設けられているので、メディアは粉砕容器１２０内に残され、処理物はスリットを通過して排出口１５２から粉砕容器１２０外へ排出される。

上記のように構成される粉砕機１１０は、Ｌ／Ｄ比が大きく形成されているために、処理物は粉砕容器１２０内においてピストンフローに近い状態で流動することになり、優れた粉砕効率が得られる。
しかしながら、Ｌ／Ｄ比が大きく、処理物が一方の側から他方の側に向かって流動するためにメディアが粉砕容器１２０の排出口１５２の側に片寄って、安定した運転ができないという問題点があり、最悪の場合には運転不能となることもある。そして、粉砕機を大型化するほどこの傾向が強くなるために、大量の処理ができないという問題点がある。

図６に示すように、特許文献２に記載されたメディア攪拌型湿式粉砕機２１０は、円筒状の粉砕室を有する粉砕容器２２０内に、回転式攪拌部材２３０及びセパレータ２４０を備えている。粉砕容器２２０の形状は、軸線方向の長さＬが内径Ｄに比較して短く形成されている。そして、軸線方向の一方の側に処理物の供給口２５１を備え、筒状部に処理物の排出口２５２を備えている。

攪拌部材２３０は、粉砕容器２２０の中心部に回転可能に挿着される駆動軸２３１に、ロータ型の攪拌要素２３２が１個設けられて形成されている。セパレータ２４０は、筒型篩式のセパレータであって攪拌部材２３０に対して外側に設けられ、粉砕容器２２０の内部を内外２室（内側室２２１と外側室２２２）に区画するように設けられている。したがって、処理物の供給口２５１は内側室２２１に、排出口２５２は外側室２２２に位置している。

粉砕処理は、粉砕容器２２０の内側室２２１内に粉砕メディアを充填し、攪拌部材２３０を回転させるとともに、供給口２５１から処理物を供給する。処理物はメディアと共に攪拌されて粉砕処理され、排出口２５２に向かって流動する。そして、セパレータ２４０によりメディアは内側室２２１内に残され、処理物は外側室２２２を経由して排出口２５２から粉砕容器２２０外へ排出される。

上記のように構成される粉砕機２１０は、Ｌ／Ｄ比が小さく形成されているために、粉砕室内を完全混合状態に近い状態とすることが可能であり、優れた粉砕効率が得られる。
しかしながら、粉砕容器２２０の内径Ｄが大きくなると、処理物の流動と攪拌部材２３０の遠心力によってメディアがセパレータ２４０の近傍に片寄って密集することになり、処理物の流動が妨げられて大量の処理ができないという問題点がある。また、粉砕容器２２０等の材質には、しばしばセラミックが使用されるために、製作上からも内径Ｄをあまり大きくできないという問題点がある。
特開平１０−５５６３号公報 特開２００５−１２５１９２号公報

そこで、本発明の目的とするところは、円筒状の粉砕室を有する粉砕容器内に回転式攪拌部材及びセパレータを備えた連続式のメディア攪拌型湿式粉砕機であって、大型化が可能であると共に優れた粉砕効率が得られ、安定した運転が可能な粉砕機を提供することである。さらに、製作上からも、何ら問題のない粉砕機を提供することである。

上記のような課題を解決するために、本発明の請求項１に係るメディア攪拌型湿式粉砕機は、円筒状の粉砕室を有する粉砕容器内に、回転式攪拌部材及び筒型篩式のセパレータを備えたメディア攪拌型湿式粉砕機であって、前記攪拌部材が軸線方向に複数のロータ型の攪拌要素を備え、前記セパレータが、前記攪拌部材に対して外側に設けられ、前記粉砕容器を軸線方向に２分するとき、その一方の側に処理物の供給口及び前記セパレータを備えている手段を採用している。

本発明のメディア攪拌型湿式粉砕機は、上記のような構成により従来の問題点を解消したものであり、大型化が可能な粉砕機である。そして、運転においても安定した連続運転が可能であり、優れた粉砕効率を得ることができる。

本発明者らは、円筒状の粉砕室を有する粉砕容器内に回転式攪拌部材を備えたメディア攪拌型湿式粉砕機において、メディアの片寄り防止と粉砕機の大型化について鋭意研究の結果、次の知見を得ることができた。
（１）粉砕容器のＬ／Ｄを大きくした場合でも、攪拌部材が軸線方向に複数の攪拌要素を備えることにより、完全混合状態に近い流動状態を得ることが可能であること。
（２）また、処理物の供給口とセパレータとを従来よりも近接した状態で位置させることにより、メディアの片寄り、密集を防止できること。
（３）したがって、これらを組み合わせることにより、粉砕機の大型化と運転の安定化を実現することができること。

本発明のメディア攪拌型湿式粉砕機は、粉砕容器が円筒状の粉砕室を有するものに限定される。円筒状の粉砕室とは断面が略円形であることを意味し、断面が多角形の粉砕室や、断面が環状の粉砕室を除く意味である。
攪拌部材を構成する攪拌要素としては、ピン型、パドル型、ディスク型、ロータ型等を使用することが可能であり、また、これらを組み合わせて使用することが可能である。各攪拌要素は、周囲の処理物及びメディアに対して、小ループの循環運動を引き起こすと共に、隣り合う小ループ間で相互に激しく混合するものが好ましい。これについて、図を用いて詳しく説明する。

図４（ａ）に示す攪拌部材３０は、駆動軸３１に複数の攪拌要素３２を備えており、各攪拌要素３２は、断面がＴ字型のロータ３３とその支持材３４とで形成されている。そして、ロータ３３及び支持材３４は、夫々図示しない複数の貫通孔を備えている。したがって、この攪拌部材３０を回転すると、ロータ３３の周囲には小ループｘで示される循環流動が発生する。同時に、支持材３４において軸線方向にｙで示される混合流動が発生する。この結果、隣り合う攪拌要素３２間には、軸線方向に矢印Ａで示される混合流動が発生し、粉砕容器２０内の全体を完全混合状態とすることができる。

図４（ｂ）に示す攪拌部材３０は、駆動軸３１に複数の攪拌要素３２を備えており、各攪拌要素３２は、断面がＬ字型のロータ３３とその支持材３４とで形成されている。そして、ロータ３３及び支持材３４は、夫々図示しない複数の貫通孔を備えている。したがって、この攪拌部材３０を回転すると、ロータ３３の周囲には小ループｘで示される循環流動が発生する。同時に、支持材３４において軸線方向にｙで示される循環流動が発生する。この結果、隣り合う攪拌要素３２間には、軸線方向に矢印Ｂで示される循環流動が発生し、粉砕容器２０内の全体を完全混合状態とすることができる。ここで、ロータ３３の断面が非対称なＬ字型であるために、隣り合う攪拌要素３２間には一層顕著な流れが発生する。

また、本発明は、処理物の供給口とセパレータとを従来よりも近接した状態で位置させることを特徴としている。すなわち、図４（ｃ）において、軸線上における処理物の供給口５１から前記セパレータ４０までの距離Ｍは、粉砕容器２０の長さＬの０．７倍以下が好ましく、０．５倍以下がより好ましい。なお、供給口５１又はセパレータ４０が軸線方向に幅を持つときは、Ｍの値は、その中心から測定するものとする。

粉砕容器２０内には処理物の供給口５１からセパレータ４０に向かうメインの流れＣが発生する。しかし、供給口５１とセパレータ４０とを近接させることにより、粉砕容器２０内には、このメインの流れに含まれない緩衝部Ｄが生ずることになる。そして、緩衝部Ｄの存在は、メインの流れＣによるメディアの拘束を弱めることになる。この結果、完全混合状態との相乗効果により、メディアの片寄り、密集を完全に防止することができる。

以下、本発明の実施の具体的な形態について詳しく説明する。図１は、本発明から除外した実施例を参考例として示す概略断面図である。この粉砕機１０ａは、円筒状の粉砕室を有し、比較的Ｌ／Ｄ比の大きな粉砕容器２０内に、回転式攪拌部材３０及びセパレータ４０を備えている。そして、粉砕容器２０を軸線方向に２分するとき、その一方の側に処理物の供給口５１、セパレータ４０及び排出口５２を備えている。

攪拌部材３０は、粉砕容器２０の中心部に回転可能に挿着される駆動軸３１に、貫通孔を設けたディスク型の攪拌要素３２が軸線方向に複数設けられて形成されており、粉砕容器２０内の全体を完全混合状態とすることができる。なお、攪拌要素３２はディスク型に限らず、他の型式とすることもできる。例えば、軸線方向への推進力に優れるパドル型や、ピン型、或いはこれらを組み合わせて使用することも可能である。

セパレータ４０は筒型篩式であり、粉砕容器２０の端部に設けられている。そして、攪拌部材３０に対して内側に設けられている。すなわち、セパレータ４０の外径は攪拌部材３０の外径よりも小さく形成されている。

粉砕処理は、粉砕容器２０内に粉砕メディアを充填し、攪拌部材３０を回転させるとともに、供給口５１から処理物を供給する。処理物はメディアと共に攪拌されて粉砕処理され、排出口５２に向かって流動する。排出口５２の手前には、セパレータ４０が設けられているので、メディアは粉砕容器２０内に残され、処理物はこれを通過して排出口５２から粉砕容器２０外へ排出される。

このように構成される粉砕機１０ａは、粉砕容器２０のＬ／Ｄ比が大きいが、軸線方向に混合流動を発生する複数の攪拌要素３２を備え、完全混合に近い流動状態を得ることができる。また、処理物の供給口５１とセパレータ４０とが近接した状態で位置しているので緩衝部Ｄを備え、メディアの片寄り及び密集を防止することができる。したがって、粉砕機の大型化と運転の安定化を実現することができる。

図２は、本発明の実施例を示す概略断面図である。この粉砕機１０ｂは、円筒状の粉砕室を有し、従来よりもＬ／Ｄ比の大きな円筒状の粉砕容器２０内に、回転式攪拌部材３０及びセパレータ４０を備えている。そして、粉砕容器２０を軸線方向に２分するとき、その一方の側に処理物の供給口５１及びセパレータ４０を備えている。

攪拌部材３０は、粉砕容器２０の中心部に回転可能に挿着される駆動軸３１に、Ｌ字型のロータを備えた攪拌要素３２が軸線方向に２個設けられて形成されている。攪拌要素３２の数は３個以上とすることも可能であり、その型式もＴ字型のロータや、複数の型式の組合せを使用することができる。

セパレータ４０は筒型篩式のセパレータであって、筒部材４１と共に攪拌部材３０に対して外側に設けられている。すなわち、セパレータ４０の外径は攪拌部材３０の外径よりも大きく形成され、粉砕容器２０の内部を内外２室（内側室２１と外側室２２）に区画するように設けられている。そして、処理物の供給口５１は内側室２１に、排出口５２は外側室２２に位置している。

粉砕処理は、粉砕容器２０内に粉砕メディアを充填し、攪拌部材３０を回転させるとともに、供給口５１から処理物を供給する。処理物はメディアと共に攪拌されて粉砕処理され、排出口５２に向かって流動する。そして、セパレータ４０によりメディアは内側室２１内に残され、処理物は外側室２２を経由して排出口５２から粉砕容器２０外へ排出される。

このように構成される粉砕機１０ｂは、従来の同型粉砕機よりも粉砕容器２０のＬ／Ｄ比が大きいが、軸線方向に混合流動を発生する複数の攪拌要素３２を備え、完全混合に近い流動状態を得ることができる。また、処理物の供給口５１とセパレータ４０とが近接した状態で位置しているので緩衝部Ｄを備え、メディアの片寄り及び密集を防止することができる。したがって、粉砕機の大型化と運転の安定化を実現することができる。

図３は、本発明から除外された実施例を参考例として示す概略断面図である。この粉砕機１０ｃは、円筒状の粉砕室を有する竪型の粉砕容器２０内に、回転式攪拌部材３０及びセパレータ４０を備えている。粉砕容器２０の上端側には、処理物の供給口５１が設けられており、同じ側に攪拌部材３０の駆動軸３１が設けられている。この駆動軸３１は中空状であり、処理物の排出口５２を兼用している。したがって、粉砕容器２０を軸線方向に２分するとき、その一方の側に処理物の供給口５１及びセパレータ４０を備えていることになる。

攪拌部材３０は、粉砕容器２０の中心部に回転可能に挿着される駆動軸３１に、Ｌ字型のロータを備えた攪拌要素３２が軸線方向に２個設けられて形成されている。攪拌要素３２の数は３個以上とすることも可能であり、その型式もＴ字型のロータや、複数の型式の組合せを使用することができる。

セパレータ４０は、遠心分離式のセパレータであり、駆動軸３１と一体に回転する回転翼４２を備えると共に、その内部が駆動軸３１の中空部と連通して形成されている。メディア及び大きな粒子は回転翼４２の遠心力によってセパレータ４０の内部に流入することができず、微粒子を含む処理物のみが流入することができる。

粉砕処理は、粉砕容器２０内に粉砕メディアを充填し、攪拌部材３０を回転させるとともに、供給口５１から処理物を供給する。処理物はメディアと共に攪拌されて粉砕処理され、排出口５２に向かって流動する。そして、セパレータ４０によりメディアは粉砕容器２０内に残され、処理物はセパレータ４０を経由して排出口５２から粉砕容器２０外へ排出される。

このように構成される粉砕機１０ｃは、従来の同型粉砕機よりも粉砕容器２０のＬ／Ｄ比が大きいが、軸線方向に混合流動を発生する複数の攪拌要素３２を備え、完全混合に近い流動状態を得ることができる。また、処理物の供給口５１とセパレータ４０とが近接した状態で位置しているので緩衝部Ｄを備え、メディアの片寄り及び密集を防止することができる。したがって、粉砕機の大型化と運転の安定化を実現することができる。

細部の形状選定について、例えばセパレータの径や軸方向の長さは、処理物や処理目的により最適化を図ることができる。内径と攪拌部材との隙間は処理物や処理目的により最適化を図ることができる。Ｌ／Ｄ比も処理物や処理目的により最適化を図ることができる。攪拌要素の数や、方式も処理物や処理目的により最適化を図ることができる。従って、細部の形状選定に関しては、本発明のメディア攪拌型湿式粉砕機における設計において容易に選定できる。
また、本発明のメディア攪拌型湿式粉砕機における材質選定についても、耐磨耗材質とか異物混入防止を図る材質とか断熱材質など処理物や処理目的により最適な材質を選定することができる。

本発明のメディア攪拌型湿式粉砕機の参考例として示す概略断面図である。 本発明のメディア攪拌型湿式粉砕機の実施例を示す概略断面図である。 本発明のメディア攪拌型湿式粉砕機の別の参考例として示す概略断面図である。 本発明のメディア攪拌型湿式粉砕機の粉砕容器内における混合状態及び緩衝部を示す概略説明図である。 従来のメディア攪拌型湿式粉砕機における第１の例を示す概略断面図である。 従来のメディア攪拌型湿式粉砕機における第２の例を示す概略断面図である。

符号の説明

１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１１０、２１０ メディア攪拌型湿式粉砕機
２０、１２０、２２０ 粉砕容器
２１、２２１ 内側室
２２、２２２ 外側室
３０、１３０、２３０ 攪拌部材
３１、１３１、２３１ 駆動軸
３２、１３２、２３２ 攪拌要素
３３ ロータ
３４ 支持材
４０、１４０、２４０ セパレータ
４１ 筒部材
４２ 回転翼
５１、１５１、２５１ 供給口
５２、１５２、２５２ 排出口
１４１ 環状板
１４２ 回転円板

Claims (1)

1. 円筒状の粉砕室を有する粉砕容器内に、回転式攪拌部材及び筒型篩式のセパレータを備えたメディア攪拌型湿式粉砕機であって、
   前記攪拌部材が軸線方向に複数のロータ型の攪拌要素を備え、
   前記セパレータが、前記攪拌部材に対して外側に設けられ、
   前記粉砕容器を軸線方向に２分するとき、その一方の側に処理物の供給口及び前記セパレータを備えていることを特徴とするメディア攪拌型湿式粉砕機。

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