JP5572400B2

JP5572400B2 - メディア攪拌型湿式粉砕機

Info

Publication number: JP5572400B2
Application number: JP2010010170A
Authority: JP
Inventors: 進郡司; 靖由関根
Original assignee: Nippon Coke and Engineering Co Ltd
Current assignee: Nippon Coke and Engineering Co Ltd
Priority date: 2010-01-20
Filing date: 2010-01-20
Publication date: 2014-08-13
Anticipated expiration: 2030-01-20
Also published as: JP2011147866A

Description

本発明はスラリー中の固体粒子を粉砕及び分散する粉砕機であって、特に処理物をメディアとともに攪拌して処理する横型の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、顔料、医薬品、磁性体、セラミック、金属等多くの分野において、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、横型円筒状の容器１２０と、容器１２０の一端（図において左端）を挿通して回転自在に設けられる回転軸１４０と、回転軸１４０に固定されて回転する複数の攪拌部材１３０と、容器１２０の他端部（図において右端部）に設けられるセパレータ１５０とを備えている。

攪拌部材１３０は円板状に形成され、容器１２０内に充填されるメディアをその両面で攪拌することができる。セパレータ１５０は、固定された環状板１５１と、この環状板１５１に近接して回転する回転円板１５２により形成され、環状板１５１と回転円板１５２との間に形成されるスリットを利用する回転式篩である。そして、容器１２０の一端側には処理物の供給口１２１を備え、容器１２０の他端側には処理物の排出口１２２を備えている。

供給口１２１から容器１２０内に導入された処理物は、容器１２０内を排出口１２２に向かって（図において左側から右側に向かって）流れ、メディアと共に攪拌部材１３０で攪拌されて粉砕処理を受ける。そして、容器１２０の他端部（図において右側）のセパレータ１５０によってメディアは容器１２０内に残され、処理物はセパレータ１５０のスリットを通過して排出口１２２から容器１２０の外へ排出される。

メディア攪拌型湿式粉砕機１１０は、容器１２０の直径Ｄに対する長さＬの比率（Ｌ／Ｄ比）が大きく形成されているために、処理物は容器１２０内をピストンフローに近い状態で流動することとなり、効率的な粉砕処理を行うことができる。

しかしながら、処理物が容器１２０の一端側から他端側に向かって流動するために、内部に充填されたメディアも一端側から他端側に向かって移動することになる。このため、メディアが排出口１２２のある他端側に片寄ってしまい、安定した運転ができなくなるという問題を起こしている。このメディアの片寄りの問題は、Ｌ／Ｄ比を大きくするほど著しくなる。

また、この型式のメディア攪拌型湿式粉砕機は、メディアの粒径が小さくなると、メディアによってセパレータが目詰まりするという問題を起こしている。このため、メディア攪拌型湿式粉砕機１１０では固定式篩のセパレータではなく回転式篩のセパレータ１５０を採用している。しかしながら、回転式篩のセパレータ１５０はコスト高になるとともに、容器１２０内の清掃、点検、保守等の作業を困難にしている。セパレータの目詰まりの問題は、メディアの片寄りの問題と同時に発生することが少なくない。

特許文献２には、Ｌ／Ｄ比を比較的小さくしてメディアの片寄りの問題を回避した粉砕機が記載されている。図６に示すように、このメディア攪拌型湿式粉砕機２１０は、横型円筒状の容器２２０を備えるとともに、容器２２０の一端（図において右端）を挿通して回転自在に設けられる第１の回転軸２４１と、容器２２０の他端（図において左端）を挿通して回転自在に設けられる第２の回転軸２４２を備えている。

第１の回転軸２４１には、１つの攪拌部材２３０が取付けられている。攪拌部材２３０は、筒状のロータ２６０と円板状の保持部材２７０とを備えており、ロータ２６０には内外を連通する複数の開口２６１が設けられている。そして、保持部材２７０は、ロータ２６０の一端側（図において右側）端部に設けられている。

ロータ２６０を回転させると、メディア及び処理物は、ロータ２６０の遠心力によって、開口２６１の内側から外側に向かって流れる。また、ロータ２６０の他端側（図において左側）は開放されているので、メディア及び処理物は、ロータ２６０の他端側で外側から内側に向かって流れる。

この結果、メディア及び処理物は、ロータ２６０の内外を循環して流動することになり、容器２２０内のほぼ全域に亘って循環流が形成される。容器２２０のＬ／Ｄは比較的小さく、メディアは容器２２０内を処理物とともに激しく循環流動して一箇所に停滞することがないので、メディアの片寄りの問題は解決されている。

第２の回転軸２４２にはセパレータ２５０が取付けられ、ロータ２６０の内側に位置している。第２の回転軸２４２は中空軸であり、これによってセパレータ２５０の内部が排出口２２２に連通している。このセパレータ２５０は、前述のセパレータ１５０とは構造が異なる回転式篩であり、その遠心力によってメディアを寄せ付けない構造となっている。また、篩面積を比較的大きくすることが可能である。これらの特徴によって、セパレータの目詰まりの問題が解決されている。

しかしながら、供給口２２１から容器２２０内に導入された処理物は、直ちに容器２２０内の循環流に合流する。また、循環流に含まれる処理物の一部は、ここから分離してセパレータ２５０を経由して排出口２２２から容器２２０の外へ排出される。すなわち、容器２２０の内部は循環流によって完全混合状態が形成されているので、メディア攪拌型湿式粉砕機２１０においては処理物のピストンフローを期待することはできず、この点において効率的な粉砕処理を行うことができない。

特開平１０−５５６３号公報特開２００６−７１２８号公報

本発明の課題は、Ｌ／Ｄ比の大きな容器を使用して処理物をピストンフローで流動させることが可能であり、効率的な粉砕処理を行うことができるメディア攪拌型湿式粉砕機を提供することである。同時に、メディアの片寄りの問題を起こすことがなく、セパレータの目詰まりの問題を起こすことがないメディア攪拌型湿式粉砕機を提供することである。

上記の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、横型円筒状の容器と、前記容器の一端を挿通して回転自在に設けられる回転軸と、前記回転軸に固定されて回転する複数の攪拌部材と、前記容器内の他端部に設けられるセパレータとを備え、処理物を前記一端側から前記他端側に向かって流すメディア攪拌型湿式粉砕機であって、前記攪拌部材が筒状のロータと保持部材とを備えてなり、前記ロータは、内外を連通する複数の開口を備えるとともに、外周面に複数の突起を備えてなり、該突起の作用面が軸線に対して所定の傾斜角度を備え、前記保持部材は、複数の連通孔を備える円板状に形成されるとともに前記ロータの一方の端部に設けられ、前記攪拌部材は、前記保持部材を前記一端側に向けて配置され、前記攪拌部材を回転させたときに前記各攪拌部材の前記保持部材を備える側において、前記メディアが前記ロータの外側を前記一端側に向かって進み、前記連通孔を前記他端側に向かって進み、前記開口を外側に向かって流れる循環流を形成する手段を採用している。

また、本発明の請求項２に係るメディア攪拌型湿式粉砕機は、請求項１に記載のメディア攪拌型湿式粉砕機において、前記傾斜角度が、１０°〜５０°である手段を採用している。

また、本発明の請求項３に係るメディア攪拌型湿式粉砕機は、請求項１又は２に記載のメディア攪拌型湿式粉砕機において、前記セパレータが、複数のスリットを備える筒状に形成されてな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、Ｌ／Ｄ比を大きくすることにより処理物をピストンフローに近い状態で流動させ、効率的な粉砕処理を行う粉砕機である。そして、ロータの外周面に設けられた突起の作用面が軸線に対して傾斜角度を備え、ロータを回転したときに、ロータの外側にあるメディアに対してセパレータから離れる方向に進める力が働くので、メディアの片寄りの問題を起こすことがない。

また、回転軸が複数の攪拌部材を備え、各攪拌部材を構成する各ロータが、内外を連通する複数の開口を備えることにより、各攪拌部材においてメディア及び処理物の循環流が形成される。このため、処理物は、各循環流では完全混合状態で粉砕処理を受けるとともに、容器全体では複数の循環流を順次経由して行くことになるので、ピストンフローに近い状態で流動することになる。この結果、効率的な粉砕処理を一層確実にすることができる。

同時に、このような流動状態は、メディアをセパレータから有効に遠ざけることができるので、セパレータの目詰まりの問題を起こすことがなく、セパレータを小型の固定式篩とすることが可能である。このため、粉砕機全体を簡略化して安価な粉砕機とすることが可能であり、さらに、清掃、点検、保守等を容易にできる粉砕機とすることが可能である。

本発明のメディア攪拌型湿式粉砕機の一例を示す概略断面図である。本発明で使用する攪拌部材を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。図２の攪拌部材を断面図で示し、（ａ）はＢ−Ｂ矢視断面図、（ｂ）はＣ−Ｃ矢視断面図である。メディア及び処理物の流動状態を示す説明図であり、（ａ）は攪拌部材がロータの開口や保持部材の連通孔を備えない場合、（ｂ）は攪拌部材が保持部材の連通孔を備える場合、（ｃ）は攪拌部材がロータの開口及び保持部材の連通孔を備える場合、（ｄ）は（ｃ）の場合における容器全体の流動状態である。従来のメディア攪拌型湿式粉砕機の一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の他の例を示す概略断面図である。

図１には本発明によるメディア攪拌型湿式粉砕機の一実施形態が示されている。メディア攪拌型湿式粉砕機１０は、横型円筒状の容器２０と、容器２０の一端を挿通して回転自在に設けられる回転軸４０と、回転軸４０に固定されて回転する複数の攪拌部材３０と、容器２０内の他端部に設けられるセパレータ５０を備えている。

容器２０の直径Ｄに対する長さＬの比率（Ｌ／Ｄ比）は、１以上とすることが好ましく、３以上とすることがより好ましい。そして、Ｌ／Ｄ比を大きくするとともに攪拌部材３０の数を増やすことによって、処理物の流れをピストンフローに近づけることができる。

回転軸４０は、容器２０の外部において軸受により回転自在に支持され、容器２０の一端側から容器２０内に挿通され、メカニカルシール２３によりシールされている。処理物の供給口２１は、回転軸４０が挿通されている容器２０の一端側に設けられ、セパレータ５０及び処理物の排出口２２は、容器２０の他端側に設けられている。処理物は、容器２０内を供給口２１から排出口２２に向かって（図１において左側から右側に向かって）流れる。

本発明のメディア攪拌型湿式粉砕機１０は、回転軸４０に複数の攪拌部材３０を備え、各攪拌部材３０は、筒状のロータ６０及び円板状の保持部材７０を備えている。攪拌部材３０は、スペーサー４５により位置決めされて、回転軸４０に取り付けられている。

図２及び図３は本発明における攪拌部材３０を示し、図２（ａ）は正面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ矢視における側面図、図３（ａ）は図２（ｂ）のＢ−Ｂ矢視における断面図、図３（ｂ）は図２（ａ）のＣ−Ｃ矢視における断面図である。

ロータ６０は、外周面に複数の突起６５を備えている。各突起６５は、ロータ６０の周方向に等間隔で配列され、ロータ６０の全長に亘って設けられている。そして、ロータ６０が矢印の方向に回転するとき、突起６５の前面６６が作用面となり、ロータ６０の外側にある処理物及びメディアに対して攪拌力を作用する。

本発明のメディア攪拌型湿式粉砕機１０は、突起６５の作用面（前面６６）が軸線に対して所定の傾斜角度θを備えている。このため、攪拌部材３０を回転させたときに、ロータ６０の外側にあるメディアに対して、周方向へ進む力が作用すると同時に、軸方向へ供給口２１に向かって進む力も作用させることができる。したがって、処理物とともに排出口２２へ向かって流動しようとするメディアに対して、供給口２１側に押し戻す力を加えることができる。

傾斜角度θは、１０°〜５０°の範囲であることが好ましく、２０°〜４０°の範囲がより好ましい。傾斜角度θが１０°未満では、メディアを供給口２１側に押し戻す力が不十分となり、６０°を超える場合には、本来のメディア攪拌に必要な周方向への力が不十分となるので好ましくない。

本発明のメディア攪拌型湿式粉砕機１０は、各攪拌部材３０の周りに処理物及びメディアの循環流を形成させることにより容器２０内に複数の循環流を形成させ、これによって、処理物をピストンフローに近い状態で流動させることができる。好ましい循環流を形成するために、各ロータ６０は内外を連通する複数の開口６１を備え、各保持部材７０は両側を連通する複数の連通孔７１を備えることが好ましい。

ロータ６０の形状は、周囲に形成される循環流を考慮して決定される。図３（ｂ）に示すように、ロータ６０の外径をｄ、長さをｍ、突起６５の高さをｈとするとき、長さｍは、０．３ｄより大きくｄより小さい値とすることが好ましい。また、高さｈは、０．０６ｄより大きく０．２５ｄよりも小さい値とすることが好ましい。

本発明の攪拌部材３０の周囲におけるメディア及び処理物の流動状態及び循環流について、図４により詳しく説明する。図４（ａ）は、ロータ６０が開口６１を備えておらず、保持部材７０が連通孔７１を備えていない場合を示す。処理物は、ロータ６０の外側で矢印Ｗの方向に流動し、他の流通路は形成されていない。

ロータ６０が回転すると、突起６５によって、ロータ６０の外側にあるメディア及び処理物には２方向の攪拌力が作用する。第１の攪拌力は、周方向に進む力であり、第２の攪拌力は、軸方向に供給口２１側に進む力である。これらの攪拌力はメディア及び処理物に作用するが、メディアは処理物中の粒子よりも粒径及び質量が大きいために、見掛け上は、メディアに選択的に作用する。

すなわち、第１の攪拌力によって、メディアは大きな遠心力を受け、容器２０の周壁付近に層状に集中する。同時に、第２の攪拌力によって、メディアは図に示す矢印Ｘの方向に進む力を受ける。この結果、処理物は矢印Ｗの方向に、メディアは矢印Ｘの方向に、と互いに逆方向へ進むことになる。すなわち、上記の突起６５を備える攪拌部材３０は、メディアと処理物とを分離するセパレータとして働くことになる。

図４（ｂ）は、保持部材７０が連通孔７１を備えている場合である。ロータ６０が回転すると２方向の攪拌力が作用し、ロータ６０の外側では第２の攪拌力によって、メディアに対して矢印Ｘの方向に力が働く。同時に、メディア及び処理物は、ロータ６０の内側では矢印Ｙの方向（矢印Ｘとは逆の方向）に流動することができる。このとき、メディアは、第１の攪拌力により周壁方向に集中し、連通孔７１をオーバーフローするような形で流れる。

矢印Ｘ及び矢印Ｙの流れにより、矢印Ｒ及び矢印Ｓの流れが誘導されてロータ６０の周りに循環流を生じるが、矢印Ｒ及び矢印Ｓの流れは比較的弱いので、処理物は矢印Ｙの流れによってショートパスする傾向がある。

図４（ｃ）は、保持部材７０が連通孔７１を備えるとともに、ロータ６０が開口６１を備えている場合である。ロータ６０の内外が開口６１によって連通するので、ロータ６０が回転すると、第１の攪拌力によって、ロータ６０の内側から外側に向かって強力な流れが生じる。このため、図４（ｂ）において矢印Ｙで示した内側の流れは、９０°向きを変えて、開口６１を通過する流れに変化する。

そして、図４（ｃ）に示すように、矢印Ｘ、矢印Ｒ、矢印Ｙの各流れによって強力な循環流Ｚが形成されることになる。図４（ｂ）における矢印Ｓの流れは、図４（ｃ）に示すように逆向きの流れに変化すると考えられる。各攪拌部材３０ごとに循環流Ｚを形成することにより、各攪拌部材３０で強力な攪拌処理が行われる。

図４（ｄ）は、容器２０全体に亘って、各攪拌部材３０に循環流Ｚが形成された状態を示している。供給口２１から容器２０内に導入された処理物は、複数の循環流Ｚを通過して排出口２２に到達することができる。各循環流Ｚでは、激しい攪拌によって完全混合状態となり、各循環流Ｚの間は一方向の流れと見なすことができる。

すなわち、処理物は、各循環流Ｚでメディアと共に強力に攪拌されて良好な粉砕処理を受けるとともに、供給口２１から排出口２２に向かって実質的にピストンフローで流動する。この相乗効果によって、効率的な粉砕処理が実施されることになる。

メディアは、絶えず供給口２１側へ進む強い力を受けるとともに、各循環流Ｚ内に集中することになる。したがって、メディアの片寄りの問題は発生せず、また、セパレータ５０の目詰まりの問題も発生しない。

このため、セパレータ５０には、小型の固定式篩を使用することができる。例えば、図１に示すセパレータ５０は、複数の薄いリング状板を、スペーサーを介して重ね合わせて固定したものであり、多数のスリットを備えた円筒状のセパレータ５０を形成することができる。このような固定式篩は、構造が簡単で安価に製作することができる。また、回転式篩の場合と異なり、メディア攪拌型湿式粉砕機１０の取扱いを非常に簡略化することができる。

固定式篩のセパレータ５０は、取り外し可能としておくことが好ましい。本発明のメディア攪拌型湿式粉砕機１０は、運転時に、セパレータ５０の周辺にメディアが殆ど存在しない状態となっているので、運転終了時には、メディアがセパレータ５０から離れた位置に静置された状態となる。このため、セパレータ５０を取り外したときに、その取付部からメディアが流出することがない。したがって、セパレータ５０の点検や洗浄を簡単に行うことができる。

なお、容器２０、回転軸４０、攪拌部材３０等の材質は、ステンレス鋼を用いることができるが、磨耗による処理物の汚染を防止するために、耐摩耗性に優れるセラミック、耐摩耗鋼、エンプラ、ウレタンゴム等の材質を用いることもできる。また、粉砕処理は大きな発熱を伴うので、必要に応じて、容器２０の外側にジャケットを設けて、冷却水による冷却が可能な構造とすることが好ましい。

回転軸４０の回転数は、攪拌部材３０の外周における周速度により定めることが好ましく、周速度が毎秒６〜１８ｍ程度とすることが好ましい。回転軸４０の駆動に必要な動力は処理物等によって変化するので、容器２０内に充填するメディア１ｋｇに対して０．１〜１．５ＫＷの範囲で使用できることが好ましい。

以上のように、本発明のメディア攪拌型湿式粉砕機１０は、従来の問題点を全て解決するとともに、効率的な粉砕処理を行うことができる。また、安価で保守点検等の容易な構造とすることができる。

１０、１１０、２１０メディア攪拌型湿式粉砕機
２０、１２０、２２０容器
２１、１２１、２２１供給口
２２、１２２、２２２排出口
２３メカニカルシール
３０、１３０、２３０攪拌部材
４０、１４０回転軸
４５スペーサー
５０、１５０、２５０セパレータ
６０、２６０ロータ
６１、２６１開口
６５突起
６６前面
７０、２７０保持部材
７１連通孔
１５１環状板
１５２回転円板
２４１第１の回転軸
２４２第２の回転軸

Claims

横型円筒状の容器と、前記容器の一端を挿通して回転自在に設けられる回転軸と、前記
回転軸に固定されて回転する複数の攪拌部材と、前記容器内の他端部に設けられるセパレ
ータとを備え、処理物を前記一端側から前記他端側に向かって流すメディア攪拌型湿式粉砕機であって、
前記攪拌部材が筒状のロータと保持部材とを備えてなり、
前記ロータは、内外を連通する複数の開口を備えるとともに、外周面に複数の突起を備えてなり、該突起の作用面が軸線に対して所定の傾斜角度を備え、
前記保持部材は、複数の連通孔を備える円板状に形成されるとともに前記ロータの一方の端部に設けられ、
前記攪拌部材は、前記保持部材を前記一端側に向けて配置され、
前記攪拌部材を回転させたときに前記各攪拌部材の前記保持部材を備える側において、前記メディアが前記ロータの外側を前記一端側に向かって進み、前記連通孔を前記他端側に向かって進み、前記開口を外側に向かって流れる循環流を形成することを特徴とするメディア攪拌型湿式粉砕機。
前記傾斜角度が、１０°〜５０°であることを特徴とする請求項１に記載のメディア攪
拌型湿式粉砕機。
前記セパレータが、複数のスリットを備える筒状に形成されてなることを特徴とする請
求項１又は２に記載のメディア攪拌型湿式粉砕機。