JP5875595B2 - 攪拌型ボールミルにおける分離ユニット用のダイナミック素子 - Google Patents

Description

本発明は，攪拌型ボールミル用のダイナミック素子を備える分離ユニットに関するものである。

ドイツ特許出願公開第102007043670号公報（特許文献１）は，円筒状の粉砕容器を備える攪拌型ボールミルを開示している。その粉砕容器内には，駆動部に連結した攪拌シャフトが配置されている。攪拌シャフトは，駆動エネルギの一部を，粉砕容器内にバラ詰めした粉砕補助体に伝達するものである。粉砕原料出口の上流側には，螺旋状の分離手段が配置されている。

ヨーロッパ特許出願公開第1468739号公報（特許文献２）は，粉砕体を収めるための円筒状又は円錐状の粉砕チャンバを備える水平攪拌型ボールミルを開示している。この攪拌型ボールミルは，原料を微粉砕及び超微粉砕するために継続的に動作するものである。この場合，粉砕チャンバの一端には，粉砕チャンバの内部空間に通じる原料入口が配置され，粉砕チャンバの他端には，内部空間から外部に通じる原料出口が配置されている。更に，複数個の攪拌部を有すると共に，チャンバ軸線に対して同軸状の攪拌器を設けている。原料出口の前には個別駆動される分離システムが配置され，この分離システムは，粉砕体を粉砕した原料から分離し，粉砕チャンバの内部空間内に戻すものである。分離システムは，チャンバ軸線に対して同軸状に配置されたディスクを有する分離部で構成する。各ディスク間には，ディスクの中心点周りに対称的に分布すると共に，ディスク外周から内方に通じる搬送要素又はブレード要素が配置されている。分離手段の動作に際しては，ブレード要素が原料・粉砕体の混合物に対して対向圧力を加えるため，遠心力及び異なる比重により，粉砕体が製品から分離して内部空間内に戻される。

ヨーロッパ特許第0627262号明細書（特許文献３）は，原料を微粉砕又は超微粉砕するために継続的に動作する攪拌型ボールミルを開示している。この攪拌型ボールミルは，粉砕体を収める円筒状又は円錐状の粉砕チャンバを備える。この場合，粉砕チャンバの一端には，粉砕チャンバの内部空間に通じる粉砕原料入口が配置され，粉砕チャンバの他端には，内部空間から外部に通じる粉砕原料出口が配置されている。更に，この場合の攪拌型ボールミルは，攪拌部及び粉砕チャンバ軸線に対して同軸状に動く攪拌器を備え，これにより粉砕体を動かすものである。攪拌部は，インペラ又はプロペラ状に形成され，かつ複数の搬送要素を有する。搬送要素の両側にディスクが配置され，これらディスクの１個は少なくとも１つの中央開口を有する。この中央開口により，粉砕体・被粉砕原料の混合物が流通可能とされている。攪拌部の構成及び寸法は，攪拌型ボールミルの動作に際して混合物の一部が，中央開口を有するディスクの外周から半径方向内方の中央開口に向けて逆流するように設定する。これにより，混合物が中央開口からディスク間の中間空間に逆流するので，粉砕チャンバの内部空間において粉砕体の均一な分布が軸線方向に維持される。

ドイツ特許出願公開第102007043670号公報 ヨーロッパ特許出願公開第1468739号公報 ヨーロッパ特許第0627262号明細書

本発明の課題は，攪拌型ボールミルからの粉砕補助体の流出を回避可能とした分離ユニットを提供することにある。

この課題は，請求項１に記載の特徴を含む攪拌型ボールミルにおける分離ユニットによって解決される。他の有利な特徴は，従属請求項に記載したとおりである。

本発明の他の課題は，攪拌型ボールミルから，粉砕補助体の流出を回避可能とした方法を提供することにある。

この課題は，請求項１１に記載の特徴を含む方法によって解決される。他の有利な特徴は，従属請求項に記載したとおりである。

本発明は，少なくとも１つの粉砕原料入口と，少なくとも１つの粉砕原料出口とを設けた円筒状の粉砕容器を備える粉砕容器を提供する。粉砕容器内には，駆動部に連結した攪拌シャフトが配置されている。この攪拌シャフトは，駆動部における駆動エネルギの一部を粉砕補助体に伝達するものである。これら粉砕補助体は，粉砕容器内にバラ詰めされている。更に，攪拌型ボールミルは，粉砕原料出口に設けられた分離ユニットを備え，この分離ユニットは，回転軸線周りに配置及び／又は回転するものである。分離ユニットは，少なくとも２個の要素で構成され，第１要素は，少なくとも１個の分離手段であり，第２要素は，原料に流動を生じさせるためのチャネル又はブレードが設けられているダイナミック素子とする。このダイナミック素子には，半径方向に延在するチャネル又はブレードを設ける。

攪拌型ボールミルの攪拌シャフトには，ケージを設けておく。分離ユニットのダイナミック素子は，粉砕容器の端部に対して，所定の間隔を置いて配置されている。ダイナミック素子及び端部の間隔は，0.5 mm〜30 mmの範囲で調整可能である。好適な実施形態において，この間隔は2 mm〜15 mmの範囲で可変とされていると共に，攪拌シャフトの軸線方向に調整可能とする。この間隔調整は，異なる大きさを有する粉砕補助体に適合させるために行うものである。

ダイナミック素子の表面及び粉砕容器の端部は，互いに円錐状に配置されている。ダイナミック素子の表面と回転軸線との間の角度，又は回転軸線と端部との間の角度は，5°〜85°とする。好適な実施形態において，この角度は15°〜80°とする。

攪拌シャフトの長さに対する分離ユニットの長さの比は，1:1.1〜1:2の範囲とする。分離ユニットの構成に応じて，この比は，1：1.3〜1：1.7の範囲としてもよい。

ケージの内径に対する分離ユニットの外径の比は，1:1.05〜1:2の範囲とする。更に，粉砕容器における端部の外径に対する分離ユニットの外径の比は，分離ユニットが機能する上で重要である。この比は1:1〜1:1.2の範囲とする。

ケージは，攪拌シャフトにより駆動可能とする。更に，個別の駆動部を設けることにより，分離ユニットの回転運動を生じさせることができる。分離ユニットについては各種の実施形態を採択することが可能である。例えば，分離ユニットは，シーブ，シーブカートリッジ又は螺旋状部として構成することができる。従来技術では，攪拌型ボールミル用として各種の分離手段が知られている。これら既知の分離手段も，本発明に係るダイナミック素子と組み合わせることが可能である。

更に，本発明は，本発明に係る分離ユニットを備える攪拌型ボールミルの駆動方法を提供する。この方法では，少なくとも２個の要素で構成される分離ユニットを使用し，この分離ユニットは少なくとも１個の分離手段を，原料に流動を生じさせるための少なくとも１個のダイナミック素子と組み合わせたものである。更に，粉砕容器内における分離ユニットの出口及び入口の間で原料を循環させる。この原料循環により，粉砕補助体がダイナミック素子及び粉砕容器の端部の間に形成される隙間に侵入することが回避される。分離ユニットの出口及び入口の間における流動は，ダイナミック素子によるものである。

分離手段及びダイナミック素子は，攪拌シャフトに対して何れも結合された状態で，又は分離された状態で個別的に駆動する。攪拌型ボールミル内で加工する原料に応じて，異なる駆動モードに調節することが有利な場合がある。即ち，攪拌シャフトを分離手段及びダイナミック素子とは異なる速度で回転させることが有利な場合がある。

循環流動による圧力は，分離ユニットの終端よりもケージへの移行領域においてより高い。ダイナミック素子の回転運動により，回転軸線から攪拌シャフトに向けた半径方向に原料の流動が生じる。

以下，本発明及びその利点を添付図面に示す実施形態について詳述する。図面における個別要素の寸法比は，必ずしも原寸比に対応するものではない。一部の形態は簡略化して示され，他の形態は明瞭性を高める見地から誇張して示されているからである。

図１は，螺旋状の分離ユニットを備える本発明の攪拌型ボールミルを示す説明図である。 図２は，主分離ユニットをシーブカートリッジとして構成した本発明の攪拌型ボールミルを示す説明図である。 図3a及び3bは，異なる分離ユニットにおける長さ及び直径の比を示す説明図である。 図４は，ダイナミック素子の基本的構成を示す説明図である。 図５は，ダイナミック素子の一実施例を示す略図である。 図６は，ダイナミック素子の他の実施例を示す略図である。

本発明において，構成又は機能が同一の要素は同一の参照符号を付して表わす。また，図面の明瞭性を高める見地から，参照符号は各図の説明に必要なものだけを示す。

図１は，分離ユニット30を備える本発明の攪拌型ボールミル20を示す。攪拌型ボールミル20は，粉砕原料入口24と，粉砕原料出口26とを設けた粉砕容器22を備えている。粉砕容器22の中央部には，攪拌シャフト28を配置する。攪拌シャフト28内には，分離手段30を配置する。攪拌シャフト28の分離ユニット30を包囲する部分は，ケージ44として構成されている。ケージ44に軸線方向の切欠45を設け，この軸線方向切欠45を通して粉砕補助体を粉砕容器22内に戻せる構成とされている。図１の実施形態において，分離ユニット30は，螺旋状に形成した分離手段31と，原料に流動を生じさせるためのダイナミック素子32とで構成されている。ダイナミック素子32は，粉砕容器22の端部27に対して間隔ａを置いて配置されている。間隔ａが画定する隙間42により，粉砕原料をダイナミック素子32及び端部27の間で流動可能とする。原料の流動は，回転軸線29周りでのダイナミック素子32の回転運動によって生じさせるものである。

図２は，分離ユニット30, 31をシーブ44又はシーブカートリッジ44として構成した本発明の攪拌型ボールミル20を示す説明図である。分離手段31は，原料を流動させるためのダイナミック素子32に連結されている。

図3a及び3bは，異なる分離手段における長さ及び直径の比を示す。図3aは長い分離手段31を備える攪拌型ボールミル20を示し，図3bは短い分離手段31を備える攪拌型ボールミル20を示す。

図3aの攪拌型ボールミル20では，攪拌シャフト28が分離手段30を包囲している。長さl'の分離手段31には，長さl"のダイナミック素子20が連結されている。この実施例においては，攪拌シャフト28の長さLが分離ユニット30の長さIよりも顕著に大きい。ダイナミック素子32及び端部27の間には，隙間42が形成されている。隙間42幅は間隔ａにより規定され，この間隔ａは，攪拌型ボールミル20の実施形態及び粉砕補助体（図示せず）の大きさに応じて変えることができる。分離ユニット30の機能にとって重要なのは，ダイナミック素子32及び端部27が，特定の間隔ａだけでなく特定の角度ｗを規定するよう互いに配置されることにある。更に，図示のとおり，攪拌シャフト28の内径Ｄは分離ユニット30の外径ｄよりも僅かに大きいが，端部27の外径d'は攪拌シャフト28の内径Ｄよりも顕著に小さい。

図3bは，分離ユニット30の長さ及びその構成要素も含めて図3aと同一である。分離ユニット30の長さｌは，分離手段31の長さl'及びダイナミック素子32の長さl"の和に相当する。ただし，図3bの実施形態において，攪拌シャフト28の長さＬは分離ユニット30の長さｌよりも短い。更に，この場合の攪拌シャフト28は，端部27を僅かにのみ覆う構成とする。

図４は，原料に流動を生じさせるためのダイナミック素子32の概略構造を示す。このダイナミック素子32は，回転軸線29周りに回転対称的に延在するよう形成されている。ダイナミック素子32の接触面36は，分離手段（図示せず）に取り付けた場合に作動的に連結されるものである。分離手段からの粉砕原料は，中央孔33を介して吸引された後，チャネル34を通過するよう半径方向外方，即ち流動方向37に放出される。ダイナミック素子32の作用面38に設けられた開口39により，粉砕原料がダイナミック素子32から流出可能である。図４に示すように，ダイナミック素子32の作用面38は円錐状に形成されている。更に，ダイナミック素子の断面は端部（図示せず）に向けて直径が減少している。

図５及び図６は，ダイナミック素子の実施例を示す略図である。図５は，ダイナミック素子32を正面から示す。この実施例では，原料に流動を生じさせるためのチャネル34が，中央孔33からダイナミック素子32の外方の作用面38に向けて円弧状に延在している。

図６は，ダイナミック素子32の他の実施例を示す。この場合にチャネル34は，中央孔33から作用面38に向けて半径方向外方に延在している。短チャネル35は，ダイナミック素子32の材料が中央孔33領域において覆う構成とする。ダイナミック素子32は円錐状の構成としているため，上述の短チャネル35は，接触面（図示せず）の近傍にのみ形成されている。

なお，上述した本発明の具体的な実施形態は，本発明を限定するものでないことは言うまでもない。

20 攪拌型ボールミル
22 粉砕容器
24 粉砕原料入口
26 粉砕原料出口
27 粉砕容器の端部
28 攪拌シャフト
29 回転軸線
30 分離ユニット
31 分離手段
32 ダイナミック素子
33 中央孔
34 チャネル
35 短チャネル
36 ダイナミック素子の接触面
37 流動方向
38 ダイナミック素子の作用面
39 開口
42 隙間
44 ケージ
45 切欠
ａ 間隔
ｗ 角度
Ｌ 攪拌軸の長さ
ｌ 分離ユニットの長さ
l' 分離手段の長さ
l" ダイナミック素子の長さ
Ｄ 攪拌軸の内径
ｄ 分離ユニットの外径
d" 端部の外径

Claims (15)

1. 少なくとも１つの粉砕原料入口（24）と，少なくとも１つの粉砕原料出口（26）とを設けた円筒状の粉砕容器（22）を備える攪拌型ボールミル（20）であって，粉砕容器（22）内に，駆動部に連結した攪拌シャフト（28）が配置され，該攪拌シャフト（28）により駆動エネルギの一部を，粉砕容器（22）内にバラ詰めされた粉砕補助体に伝達可能とし，更に，前記攪拌型ボールミルの粉砕原料出口（26）に分離ユニット（30）が配置され，該分離ユニット（30）が回転軸線（29）周りに回転する攪拌型ボールミルにおいて，前記分離ユニット（30）が少なくとも２つの要素で構成され，その第１要素は少なくとも１つの分離手段（31）であり，第２要素は，ダイナミック素子（32）であり，前記ダイナミック素子（32）には，原料が流入する孔（33）と，前記孔（33）に連通するとともに半径方向に延在して前記原料に流動を生じさせるチャネル（34）と，前記チャネル（34）に連通するとともに前記原料を前記ダイナミック素子（32）から流出させる開口（39）とを設け，
   前記ダイナミック素子（32）の前記孔（33）は前記分離手段（31）の前記粉砕原料出口（26）に連通し、前記ダイナミック素子（32）は前記分離ユニット（30）の出口と前記分離ユニット（30）の入口との間で前記原料を循環させるように構成され、
   前記ダイナミック素子（32）の作用面（38）及び前記粉砕容器（22）の端部（27）は，互いに円錐状に配置されていることを特徴とする攪拌型ボールミル。
2. 請求項１に記載の攪拌型ボールミル（20）であって，ダイナミック素子（32）は，粉砕容器（22）の端部（27）に対して所定の間隔（ａ）を置いて配置されていることを特徴とする攪拌型ボールミル。
3. 請求項２に記載の攪拌型ボールミル（20）であって，前記間隔（ａ）は，0.5mm〜30mm，好適には2mm〜15mmの範囲内で調整可能であることを特徴とする攪拌型ボールミル。
4. 請求項１〜３の何れか一項に記載の攪拌型ボールミル（20）であって，攪拌シャフトの長さ（L）に対する分離ユニット（30）の長さ（I）の比が1:1.1〜1:2，好適には1:1.3〜1:1.7の範囲内にあることを特徴とする攪拌型ボールミル。
5. 請求項１〜４の何れか一項に記載の攪拌型ボールミル（20）であって，ケージ（44）の内径（Ｄ）に対する分離ユニット（30）の外径（ｄ）の比が1:1.05〜1:2の範囲内にあることを特徴とする攪拌型ボールミル。
6. 請求項１〜５の何れか一項に記載の攪拌型ボールミル（20）であって，粉砕容器（22）の端部（27）の外径（d'）に対する分離ユニット（30）の外径（ｄ）の比が1:1〜1:1,2の範囲内にあることを特徴とする攪拌型ボールミル。
7. 請求項１〜６の何れか一項に記載の攪拌型ボールミル（20）であって，ケージ（44）は，攪拌シャフトにより駆動されることを特徴とする攪拌型ボールミル。
8. 請求請１〜７の何れか一項に記載の攪拌型ボールミル（20）であって，分離ユニット（30）の回転運動を生じさせるための更なる駆動部を備えることを特徴とする攪拌型ボールミル。
9. 請求項１〜８の何れか一項に記載の攪拌型ボールミル（20）であって，分離手段（31）がシーブ，シーブカートリッジ又は螺旋状部であることを特徴とする攪拌型ボールミル。
10. 請求項１〜９の何れか一項に記載の攪拌型ボールミル（20）を駆動するための方法であって，少なくとも２つの要素で構成される分離ユニット（30）を使用し，該分離ユニットにおける少なくとも１つの分離手段（31）を，原料に流動を生じさせるための少なくとも１個のダイナミック素子（32）と組み合わせ，更に，粉砕容器（22）内における分離ユニット（30）の出口及び入口の間で原料を循環させることを特徴とする方法。
11. 請求項１０に記載の方法であって，原料の前記循環により，粉砕補助体がダイナミック素子（32）と粉砕容器（22）の端部（27）との間に形成される隙間（42）に侵入するのを回避することを特徴とする方法。
12. 請求項１０又は１１に記載の方法であって，前記ダイナミック素子（32）により，分離手段（31）の入口及び出口の間での流動を生じさせることを特徴とする方法。
13. 請求項１０〜１２の何れか一項に記載の方法であって，分離手段（31）及びダイナミック素子（32）を，攪拌シャフト（28）に対して何れも結合された状態で，又は分離された状態で個別的に駆動することを特徴とする方法。
14. 請求項１３に記載の方法であって，循環流動の圧力を，分離手段（31）の終端よりもケージ（44）への移行領域においてより高くすることを特徴とする方法。
15. 請求項１０〜１４の何れか一項に記載の方法であって，前記ダイナミック素子（32）の回転運動により，半径方向において回転軸線（29）から攪拌シャフト（28）に向かう原料の流動を生じさせることを特徴とする方法。

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