JP5912858B2 - メディア攪拌式粉砕機 - Google Patents

Description

本発明は、メディア攪拌式粉砕機に関する。本発明のメディア攪拌式粉砕機は、インキ、塗料、顔料、セラミック、金属、無機物、誘電材、フェライト、トナー、ガラス、製紙用コーティングカラー、他ナノ粒子等の原料をビーズ状粉砕・分散メディアと混合して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。

メディア攪拌式粉砕機において、ナノ粒子等の原料を粉砕物・分散する場合には、特開２０１０−２５３３３９に示されているように、ビーズ状粉砕・分散メディアとしては、主にマイクロビーズが使用される。

このようにマイクロビーズを使用する場合には、メディア分離部材としては、スクリーンタイプより、遠心式のものが採用される。その理由は、スクリーンタイプのメディア分離部材は、スクリーン目開きの厳密なる加工精度が必要で、技術的に困難、または出来てもコストがかかってしまい現実的ではない。さらに開口面積も極端に小さくなるなどの精密性が必要となったり、容易に目詰まりするという問題点があるが、遠心式のものはこのような問題点がないためである。

そして、竪型円筒形の粉砕室を有する粉砕容器を用いた場合のメディア攪拌式粉砕機の全体構造は、特開２０１０−２５３３３９公報に示されているようになる。

特開２０１０−２５３３３９公報

このような構造のメディア分離部材で、メディア分離部材をそのメディア分離機能に着目して、メディア攪拌式粉砕機の粉砕容器の構造等のファクターを種々変え、メディア分離機能を検討したところ、上記ファクターの違いにより、メディア分離部材のメディア分離機能が大きく変わることが判明した。
そこで、発明者らは、メディア攪拌式粉砕機のどのファクターがメディア分離部材のメディア分離機能に影響するのかを、更に鋭意検討したところ、この分離機能は、遠心式のメディア分離部材の周囲のメディアの濃度により大きく変わることを知見した。すなわち、発明者らは、メディア分離部材の周囲のメディアの濃度が低ければ低いほど、メディア分離部材の分離機能（メディアの分離率）が向上することを知見した。

本発明は、この知見に基づくもので、粉砕・分散された原料（スラリー状）からのメディアの分離が極めて良好なメディア攪拌式粉砕機を提供することを目的とするものである。

上記の課題は、下記（１）〜（９）の構成の本発明のメディア攪拌式粉砕機によって解決される。
（１）
上部を閉鎖する端板を有し、ビーズ状粉砕・分散メディアを収容した竪型円筒形の粉砕室を有する粉砕容器、この粉砕容器に設けられた原料スラリー供給口、前記粉砕室の下部であって、該粉砕室の軸心とほぼ同軸の回転軸を持つ攪拌部材、および前記攪拌部材の上方に設けられた遠心式メディア分離部材を備えたメディア攪拌式粉砕機において、前記端板の中央に設けられ、前記粉砕室に開口した下面開口を持ち、前記メディア分離部材を収容したメディア分離部材収容室を有するメディア分離部材収容手段を備えるとともに、前記端板の前記下面開口を取り囲み、前記粉砕室内の前記粉砕・分散メディアが前記分離部材収容室内に流れ込むのを規制するメディア流規制手段を設けたことを特徴とするメディア攪拌式粉砕機。
（２）
前記メディア流規制手段が、前記攪拌部材の作用により、上昇してくる原料スラリーとビーズ状粉砕・分散メディアの混合物を下向きの流れに変える内部空間を有する下向きに先細の円錐台形状の案内部材として構成されている上記（１）のメディア攪拌式粉砕機。
（３）
前記粉砕室下方部分を半径方向に分割し、粉砕室下方部分内方部と環状の粉砕室下方部分外方部とを構成する案内環を設け、前記粉砕室下方部分外方部を粉砕メディアと原料スラリーの混合物の上昇通路とするとともに、前記メディア流規制手段の内部空間に、該内部空間を介して粉砕室からメディア分離部材収容室内に流れ込む混合物の流れの乱れを防止するための整流手段を設けた上記（１）または（２）のメディア攪拌式粉砕機。
（４）
前記整流手段が、板状体を組み合わせて形成されたものである上記（３）のメディア攪拌式粉砕機。
（５）
上部を閉鎖する端板を有し、ビーズ状粉砕・分散メディアを収容した竪型円筒形の粉砕室を有する粉砕容器、この粉砕容器に設けられた原料スラリー供給口、前記粉砕室の下部であって、該粉砕室の軸心とほぼ同軸の回転軸を持つ攪拌部材、および前記攪拌部材の上方に設けられたメディア分離部材を備えたメディア攪拌式粉砕機において、前記端板の下面に配置され、前記メディア分離部材を収容したメディア分離部材収容室を有するメディア分離部材収容手段を備えるとともに、このメディア分離部材収容手段の外周面を、前記粉砕室内の前記粉砕・分散メディアが前記分離部材収容室内に流れ込むのを規制するメディア流規制手段としたことを特徴とするメディア攪拌式粉砕機。
（６）
前記メディア分離部材収容手段が、前記端板の下面中央部に配置され、円柱状の内部空間を有する下向きに先細の円錐台形状の部材により構成されており、該円錐台形状の部材の外周面が、前記攪拌部材の作用により、上昇してくる原料スラリーとビーズ状粉砕・分散メディアの混合物を下向きの流れに変える案内部材として構成されている（５）のメディア攪拌式粉砕機。
（７）
前記メディア分離部材収容手段の内周壁に少なくとも１つの突起を設けると共に、該突起に案内部材の周方向に延び、前記ビーズ状粉砕・分散メディアが流通する流通通路を設けた上記（１）〜（６）のいずれかのメディア攪拌式粉砕機。
（８）
前記突起が、前記メディア分離部材収容手段の内周壁に底辺を有する三角形形状である上記（７）のメディア攪拌式粉砕機。
（９）
前記流通通路が、前記メディア分離部材収容手段の三角形の基部に設けられている上記（８）のメディア攪拌式粉砕機。

本発明においては、上記したように、メディア分離部材を収容したメディア分離部材収容室を有するメディア分離部材収容手段を備えるとともに、粉砕室からメディア分離部材収容室へのメディアの流動を阻害するメディア流路規制手段を設けたことにより、粉砕室内のメディア濃度を確保し、原料の粉砕・分散機能を従来と同様に確保した状態で、粉砕室下部に設けた攪拌部材の作用により、粉砕室内を上昇する原料スラリーとメディアの混合物を再び攪拌部材方向に導き方向を持たせ、フリーに流動するメディアを極力少なくすることで、メディアの流れに方向性を持たせフリーに流動するメディアを極力少なくし、これによって前記メディア分離部材収容室に飛翔するメディアの量を極力少なくして、メディア分離部材収容室内のメディア濃度を低下させることができるので、メディアの分離機能を飛躍的に向上させることができる。
また、上記したようなメディア流路規制手段（案内部材）を設けたことにより、メディアの流れを規制することができるので、フリーで仕事をしないメディアが極少になり、かつメディア間の距離も短くなるので粉砕・分散効率が向上する。

本発明の実施態様によるメディア攪拌式粉砕機を示す断面図である。 図１の線Ａ−Ａに沿う断面図である。 メディア分離部材収容室内の水平断面図である。 図１の線Ｂ−Ｂに沿う断面図である。 本発明の他の実施態様によるメディア攪拌式粉砕機を示す断面図である。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明の実施の形態によるメディア攪拌式粉砕機について説明する。
図１は、本発明の実施の形態によるメディア攪拌式粉砕機１０を示すものであり、このメディア攪拌式粉砕機１０は、上部を閉鎖する端板１２ａを有する竪型円筒形の粉砕容器１２を備えている。この粉砕容器１２は、内部に円柱状の粉砕室１４を備えており、この粉砕室１４内にスラリー状の原料を導入するための原料スラリー供給口１６を有している。

上記粉砕容器１２の粉砕室１４の内部下部中央には、攪拌部材２２が回転自在に配置されている。攪拌部材２２は、羽根車であり、例えば、ボス２２ａの周囲に固定され、上下に間隔を置いて配置された一対の環状板２２ｂ，２２ｃとそれらの間に配置された複数の羽根２２ｄで構成されている。

上記攪拌部材２２には、上端がこの攪拌部材２２のハブ２２ａに取り付けられ、そこから粉砕容器１２およびこの粉砕容器１２の下部に取り付けられたフレーム１８を軸方向下方に貫通して延びる攪拌部材駆動軸である回転駆動軸２４が固定されている。この回転駆動軸２４は、その下方端部が、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。この回転駆動軸２４の回転軸（回転軸線）は粉砕室１４の中心軸を通っていることが好ましい。なお、上記回転駆動軸２４には、軸封２５（メカニカルシール等）が設けられている。

メディア攪拌式粉砕機において周知のように、粉砕容器１２の内部には、ビーズ状の粉砕メディア３０（なお、図においては極めて拡大して示した）が収納されている。この粉砕メディア３０は、その直径が０．０２〜２ｍｍのものを用いることができる。この粉砕メディアの総容積が、粉砕室の容積の３０％〜６０％である。通常のメディア攪拌式粉砕機においては、粉砕メディアの総容積が、粉砕室の容積の７５％〜９０％であるので、本発明のメディア攪拌式粉砕機は、拘束力が小さくソフトな粉砕・分散が可能である。

上記攪拌部材２２の上方には、上記該攪拌部材２２と軸方向に間隔をおいて対向して配置され、原料スラリー内に分散したメディア３０を該原料から分離するための遠心分離式メディア分離部材３２が設けられている。このメディア分離部材３２は、下部に内部に空間を有する筒状の本体を有するボス３２ａおよび該本体の下部を閉鎖する閉鎖板３２ｂを備えている。上記ボス３２ａの本体には、複数の開孔が設けられ、そこから原料スラリーのみが上記本体内の空間に導入されるようになっている。このメディア分離部材３２は、上記攪拌部材２２と同軸に配置されていることが好ましいが、軸がずれていてもよい。このメディア分離部材３２には、中空の回転駆動軸３４が固定されている。この駆動軸３４は、上方に延び、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３４には、軸封３６（メカニカルシール等）が設けられている。また、この駆動軸３４の中空部は、メディア分離部材３２の内部空間に連通し、原料スラリー出口３８を形成している。上記メディア分離部材としては、従来のスクリーンを用いることもできる。さらに、このメディア分離部材３２は、図示したように、２段の羽根車で構成することもできる。

粉砕容器１２の外周には、冷媒体または熱媒体（通常は冷媒体であって、冷却水）を通すためのジャケット４０が設けられており、粉砕室１４内を温調可能にしている。このジャケット４０には、下方部分に冷却水を導入するための冷却水入口４２、上方部分に冷却水を排出するための冷却水出口４６が設けられている。

粉砕容器１２は、上記端板１２ａを取り外すことにより、粉砕容器１２を開いて、容易にメンテナンスができるようになっている。

本発明のメディア攪拌式粉砕機においては、上記攪拌部材２２は、周速５〜３０ｍ／ｓの範囲の回転速度で駆動が可能であり、メディア分離部材３２は、１０〜２０ｍ／ｓの範囲の回転速度で駆動が可能である。

上記粉砕室１４内の下部には、案内環５０が配置されている。内周環板５２、その外周方向に間隔を隔てた外周環板５４，下辺を構成する環状の下環板５６および上辺を構成する上環板５８から構成されており、内部は液密となっている。

この案内環５０は、前記粉砕室１４下方部分を半径方向に分割し、粉砕室下方部分内方部１４ａと環状の粉砕室下方部分外方部１４ｂとを構成する。前記粉砕室下方部分外方部１４ｂは、粉砕メディアと原料スラリーの混合物の上昇通路の機能を果たす。

前記案内環５０は、上記した構造であるので環状空間５０ａを有し、前記粉砕容器に取り付けられた複数のパイプ６０ａ、６０ｂ（図２参照）によって支えられ、該パイプ６０ａ、６０ｂを用いて前記環状空間に冷却水の通水排水が可能な構造である。従って、本発明の実施形態では、原料スラリーを粉砕容器１２内部からも冷却できる。

前記パイプ６０ａ、６０ｂは、図に示したように粉砕容器１２の上方から延び、下端で前記案内環５０を支持していることが好ましい。

前記案内環５０は、図に示したようにその下端が前記攪拌部材２２の上端以上にあり、そしてその上端が前記メディア分離部材３２の下端と下方に所定の間隔を隔てた位置にあることが好ましい。

前記案内環の外周壁と粉砕容器の内周壁の間の間隔は、１０〜５０ｍｍであることが好ましい。上記間隔が、上記の下限未満であると、メディアの動きを拘束しすぎであり、上限を越えると、自由度が増しすぎる。

前記案内環の高さは、粉砕室の高さの１／３〜１／２であることが好ましい。上記高さが、上記の下限未満であると、メディアの流れのコントロールが不十分になり、上限を越えると、メディアの流れのスムーズさが損なわれる。

前記端板１２ａの中央部は、図１に示したように周囲部分より厚くされた肉厚部７０（メディア分離部材の高さより厚い）とされており、さらにその中央部には、貫孔７２が設けられている。この貫孔７２は、図１に示したように、メディア分離部材３２が回転自在に収容されている。すなわち、貫孔７２は、前記メディア分離部材３２を収容したメディア分離部材収容室となっており、肉厚部７０がメディア分離部材収容手段を構成している。メディア分離部材収容室を形成するには、端板１２ａ全体を肉厚部７０の厚みとしてもよいが、材料費がかかったり、装置の重量が大きくなったりするので、現実的ではない。

前記端板１２ａの下面中央部には、前記粉砕室１４内の前記粉砕・分散メディア３０が前記分離部材収容室内に流れ込むのを規制するメディア流規制手段８０が設けられている。このメディア流規制手段８０は、内部に、前記貫孔７２に連続した円筒状の空間８２を有し、下方に向かって先細となった円錐台形状の案内部材として構成されており、外周面が案内面８４とされている。このメディア流規制手段８０は、前記攪拌部材２２の作用により、上昇してくる原料スラリーとビーズ状粉砕・分散メディアの混合物を案内面８４に沿う下向きの流れに変える機能を有する。そして、この規制された原料スラリーとビーズ状粉砕・分散メディアの混合物の流れにより、粉砕室１４内でフリーに流動するメディアを極力することで、メディア分離部材３２の周りのメディアの濃度を下げたり、メディア分離部材に飛翔するメディアを制限し、メディア分離部材の分離能力を向上させる。
また、前記メディア流規制手段８０の内部空間には、該内部空間を介して粉砕室からメディア分離部材収容室内に流れ込む混合物の流れの乱れを防止するための整流手段９０（図４）を設けることが好ましい。この整流手段９０は、板状体を組み合わせて形成された十字状のものであることが好ましい。この整流手段９０を設けることにより、メディア分離部材収容室内の混合物の流れが整流され、メディア分離部材の機能がさらに向上する。

さらに、上記メディア分離部材収容手段（肉厚部７０）の内周面７４には、少なくとも１つ、好ましくは複数（図３参照）の流れ制御用突起７６が設けられている。

この流れ制御用突起７６は、図３に示されているように水平断面形状が内周面７４に底辺を有するほぼ三角形であり、その基部（底辺近傍）７６ａにメディア流通用の流通路７６ｂが形成されている。上記流れ制御用突起７６の三角形のメディア３０が流れ込む側の辺、すなわち向かい側辺７６ｃと前記内周面７４とのなす角αは、鋭角にされていることが好ましい。

角αを鋭角にすることにより、向かい側辺７６ｃによりメディアを上記メディア分離部材収容手段（肉厚部７０）の内周面７４方向、すなわちメディア分離部材３２から離れる方向に向け、メディア分離部材３２周囲のメディア濃度を下げ、メディア分離部材３２のメディア分離機能を向上させることが好ましい。

なお、上記のように角αを鋭角にすると、この角度部分にメディアが滞ってしまうが、本実施の形態においては、流れ制御用突起７６の三角形の基部部分に周方向に貫通したメディア通路７６ｄを設け、メディアをこのメディア通路７６ｄを通して、下流側に流すようにし、これによって、上記角度部分にメディアが滞ってしまうことを防止した。

なお、上記メディア通路７６ｄは、その形成位置を、流れ制御用突起７６の高さ位置で変化させてもよい。

上記した実施形態では、端板１２に肉厚部７０を設け、この肉厚部にメディア分離部材収容室を設けたが、図５に示したように、メディア流規制手段８０の内部をメディア分離部材収容室としてもよい。

換言すれば、前記端板の下面に配置され、前記メディア分離部材を収容したメディア分離部材収容室を有するメディア分離部材収容手段を備えるとともに、このメディア分離部材収容手段の外周面を、前記粉砕室内の前記粉砕・分散メディアが前記分離部材収容室内に流れ込むのを規制するメディア流規制手段としてもよい。

このとき、前記メディア分離部材収容手段は、前記端板の下面中央部に配置され、前記筒状の内部空間を有する下向きに先細の円錐台形状の部材により構成されており、該円錐台形状の部材の外周面が、前記攪拌部材の作用により、上昇してくる原料スラリーとビーズ状粉砕・分散メディアの混合物を下向きの流れに変える案内部材として構成されている。

この実施形態においても、上記実施形態と同様、前記メディア分離部材収容手段の内周壁に少なくとも１つの突起を設けると共に、該突起に案内部材の周方向に延び、前記ビーズ状粉砕・分散メディアが流通する流通通路を設け、メディアの外側への流れを作る。

作動においては、原料スラリー供給口１６から原料である被粉砕粒子を含む原料スラリーを粉砕室１４に導入しながら攪拌部材２２を回転駆動する。粉砕室１４内に導入されたスラリーは、粉砕室１４内にすでに形成されているスラリーとメディア３０の回転流れに乗って攪拌部材２２の方向に下降移動されて、攪拌部材２２により攪拌混合される。このとき、スラリーとメディア３０は、半径方向外方に粉砕容器１２の内壁まで移動され、この後、攪拌混合された上記スラリーとメディア３０は、今度は粉砕室１４の内壁と案内環５０の間の上昇通路を上昇移動する流れｆとなり、そして上昇しきると、今度は、メディア流規制手段８０の案内面８４の作用により下降する流れとなる。

このように、スラリーとメディア３０の流れを規制することにより、メディア分離部材収容室内に飛翔するメディアを極力少なくし、該メディア分離部材収容室内のメディア濃度をできるだけ下げて、メディア分離部材のメディア分離効率を向上させる。

なお、端板に設けられたメディア分離部材収容室内に流れ込んだスラリーとメディア３０の混合物には、メディア分離部材収容室内に収容されたメディア分離部材３２により回転運動が与えられる。この回転運動により、重量の重いメディアは半径方向外向きに付勢され、スラリーから分離される。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メディアと同様に挙動する。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、メディア分離部材３２の内部空間に入り、回転軸３４内部の原料出口３８を介してメディア攪拌式粉砕機外部へ排出される。この構成により、上記の整った流れ中に、原料粒子は、自由に運動する粉砕メディアの接触により良質な破砕、分散が行われ、その結果、高品質の製品がえられる。また、本発明のメディア攪拌式粉砕機によれば、上記の作用により、粒度分布幅の狭い粉砕を達成することが可能になる。また、粉砕メディアの量も少なくて済む。

また、本発明のメディア攪拌式粉砕機においては、上記流路を規制されたスラリーとメディア３０の混合物に従来フリーで仕事をしなかったメディアが伴われるようになるので、フリーのメディアが極小になり、仕事効率が向上する。

また、本発明のメディア攪拌式粉砕機においては、攪拌部材２２が、メディア分離部材３２から十分に離隔されているので、該メディア分離部材３２の干渉が極めて少ない。

１０ メディア攪拌式粉砕機
１２ 粉砕容器
１４ 粉砕室
１６ 原料スラリー供給口
１８ フレーム
２２ 攪拌部材
２４ 回転駆動軸
２５ 軸封
３０ 粉砕メディア
３２ メディア分離部材
３２ａ ハブ部
３２ｂ 閉鎖板
３４ 中空駆動軸
３６ 軸封
３８ 原料出口
４０ ジャケット
４０ａ 冷却水入口
４０ｂ 冷却水出口
５０ 案内環
５２ 内周環板
５４ 外周環板
５６ 下環板
５８ 上環板
６０ａ パイプ
６０ｂ パイプ
７０ 肉厚部（メディア分離部材収容手段）
７２ 貫孔（メディア分離部材収容室）
７４ メディア分離部材収容手段（肉厚部７０）の内周部
７６ 突起
８０ メディア流規制手段
８２ 円筒状の空間
８４ 案内面
９０ 整流手段

Claims (9)

1. 上部を閉鎖する端板を有し、ビーズ状粉砕・分散メディアを収容した竪型円筒形の粉砕室を有する粉砕容器、この粉砕容器に設けられた原料スラリー供給口、前記粉砕室の下部であって、該粉砕室の軸心とほぼ同軸の回転軸を持つ攪拌部材、および前記攪拌部材の上方に設けられた遠心式メディア分離部材を備えたメディア攪拌式粉砕機において、前記端板の中央に設けられ、前記粉砕室に開口した下面開口を持ち、前記メディア分離部材を収容したメディア分離部材収容室を有するメディア分離部材収容手段を備えるとともに、前記端板の前記下面開口を取り囲み、前記粉砕室内の前記粉砕・分散メディアが前記分離部材収容室内に流れ込むのを規制するメディア流規制手段を設けたことを特徴とするメディア攪拌式粉砕機。
2. 前記メディア流規制手段が、前記攪拌部材の作用により、上昇してくる原料スラリーとビーズ状粉砕・分散メディアの混合物を下向きの流れに変える内部空間を有する下向きに先細の円錐台形状の案内部材として構成されている請求項１のメディア攪拌式粉砕機。
3. 前記粉砕室下方部分を半径方向に分割し、粉砕室下方部分内方部と環状の粉砕室下方部分外方部とを構成する案内環を設け、前記粉砕室下方部分外方部を粉砕メディアと原料スラリーの混合物の上昇通路とするとともに、前記メディア流規制手段の内部空間に、該内部空間を介して粉砕室からメディア分離部材収容室内に流れ込む混合物の流れの乱れを防止するための整流手段を設けた請求項１または２のメディア攪拌式粉砕機。
4. 前記整流手段が、板状体を組み合わせて形成されたものである請求項３のメディア攪拌式粉砕機。
5. 上部を閉鎖する端板を有し、ビーズ状粉砕・分散メディアを収容した竪型円筒形の粉砕室を有する粉砕容器、この粉砕容器に設けられた原料スラリー供給口、前記粉砕室の下部であって、該粉砕室の軸心とほぼ同軸の回転軸を持つ攪拌部材、および前記攪拌部材の上方に設けられたメディア分離部材を備えたメディア攪拌式粉砕機において、前記端板の下面に配置され、前記メディア分離部材を収容したメディア分離部材収容室を有するメディア分離部材収容手段を備えるとともに、このメディア分離部材収容手段の外周面を、前記粉砕室内の前記粉砕・分散メディアが前記分離部材収容室内に流れ込むのを規制するメディア流規制手段としたことを特徴とするメディア攪拌式粉砕機。
6. 前記メディア分離部材収容手段が、前記端板の下面中央部に配置され、円柱状の内部空間を有する下向きに先細の円錐台形状の部材により構成されており、該円錐台形状の部材の外周面が、前記攪拌部材の作用により、上昇してくる原料スラリーとビーズ状粉砕・分散メディアの混合物を下向きの流れに変える案内部材として構成されている請求項５のメディア攪拌式粉砕機。
7. 前記メディア分離部材収容手段の内周壁に少なくとも１つの突起を設けると共に、該突起に案内部材の周方向に延び、前記ビーズ状粉砕・分散メディアが流通する流通通路を設けた請求項１〜６のいずれかのメディア攪拌式粉砕機。
8. 前記突起が、前記メディア分離部材収容手段の内周壁に底辺を有する三角形形状である請求項７のメディア攪拌式粉砕機。
9. 前記流通通路が、前記メディア分離部材収容手段の三角形の基部に設けられている請求項８のメディア攪拌式粉砕機。

Images