JP6262980B2 - メディア撹拌型湿式粉砕機 - Google Patents

Description

本発明は、連続的に粉砕・分散処理を行うメディア撹拌型湿式粉砕機に関する。

スラリー中に含まれる固体粒子を微粉砕して、より細かい微粒子からなる分散液とする処理を、湿式粉砕処理と称する。また、容器内でスラリー状の処理液とメディアとを一緒に撹拌して、メディアの剪断力によって粒子を微粉砕する粉砕処理機を、メディア撹拌型湿式粉砕機と称する。

粉砕処理された処理液は、容器内に設けられたセパレータによって、メディアから分離され、容器外に排出される。セパレータとしては、ギャップタイプやスクリーンタイプなどの篩式のものが多く使用されている。特許文献１には、スクリーンタイプのセパレータを用いるメディア撹拌型湿式粉砕機が記載されている。

図５（ａ）に示すように、特許文献１に示されたメディア撹拌型湿式粉砕機１１０は、円筒状の容器１２０と、容器１２０内を径方向に内側室１２１と外側室１２２に区画する筒状でスクリーンタイプのセパレータ１３０と、容器１２０の一端を挿通して内側室１２１内に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ロータ１５０を備えている。容器１２０の他端には、内側室１２１の内外を連通する処理物の供給口１６０を備え、容器１２０の外周部には、外側室１２２の内外を連通する処理物の排出口１７０を備えている。

図５（ｂ）に示すように、容器１２０の内側室１２１には、矢印の方向に流れる循環流が発生する。これは、処理物及びメディアが、ロータ１５０の回転に伴って、周方向に向かう力のみならず、径方向に向かう力や軸方向に向かう力を受けるためである。

ロータ１５０は、図６（ａ）（ｂ）に示すように、円筒状の撹拌部材１５１と、円板状の保持部材１５２を備えている。また、撹拌部材１５１の外周面には、複数の突起部１５３を備え、隣り合う突起部１５３の間には貫通孔１５５を備えている。ロータ１５０が矢印の方向に回転すると、処理物及びメディアは、突起部１５３の前面１５４によって回転力を受けるとともに、貫通孔１５５の近傍において強い遠心力を受ける。すなわち、処理物及びメディアは、遠心力により個々の貫通孔１５５を内側から外側に向かって流れるので、個々の貫通孔１５５ごとに循環流を生じることになる。

メディア撹拌型湿式粉砕機１１０は、図６（ｂ）に示すように、突起部１５３の作用面となる前面１５４が、軸線に対して平行ではなく、所定の傾斜角度θを備えていることを特徴としている。このため、処理物及びメディアには、突起部１５３の作用面によって、周方向に向かう力とともに軸線方向に向かう力が作用することになる。そして、撹拌部材１５１の外側を容器１２０の一端側から他端側に向かって流れ、撹拌部材１５１の内側を容器１２０の他端側から一端側に向かって流れ、内側室１２１の全体に亘る循環流が発生することになる。

このメディア撹拌型湿式粉砕機１１０は、循環流の発生によって容器内が良く撹拌されるので、排出口の近傍にメディアが偏在する問題や、メディアがロータと一体化して回転する問題が解消されたと記載されている。

また、このような問題の解消によって複数のロータを備えることが可能となり、容器の大型化を可能にしたことが記載されている。そして、図５（ｂ）に示すように、ロータを複数とした場合の循環流も記載されている。

しかしながら、このようなメディア撹拌型湿式粉砕機を用いて種々の分散液を処理した結果、必ずしも常に、良好な粉砕処理が得られるとは限らず、さらなる研究を必要とすることが判明した。

特開２００９−５６３９３号公報

本発明者らは、上記の課題について鋭意研究の結果、上記ロータの構造は、処理物及びメディアについて、流れの自由度が比較的小さく、特に回転軸が挿通される容器の一端側において循環流が弱くなることが判明した。そして、流れの自由度を大きくすべく研究を続けた結果、容器の全体に亘る強い循環流の発生に成功し、良好な粉砕結果が得られる本発明を完成させるに至った。

本発明の請求項１に係るメディア撹拌型湿式粉砕機は、円筒状の容器と、該容器内を径方向に内側室と外側室に区画するセパレータと、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ロータとを備えるとともに、前記容器の他端には前記内側室内外を連通する処理物の供給口を備え、前記容器の外周には前記外側室内外を連通する処理物の排出口を備えるメディア撹拌型湿式粉砕機であって、前記ロータは、円筒状の撹拌部材と円板状の保持部材を備え、前記撹拌部材は、その外周面に複数の突起部を備えるとともに、その内外を連通する複数の貫通孔を備え、前記突起部の作用面となる前面は、軸線に平行ではなく２０〜５０°の範囲で傾斜し、前記複数の突起部の一部は、前記前面を前記容器の一端側に向けて傾斜することにより、前記処理物及び前記メディアに対して前記容器の前記一端側に向かう力を作用し、前記複数の突起部の他の一部は、前記前面を前記容器の他端側に向けて傾斜することにより、前記処理物及び前記メディアに対して前記容器の前記他端側に向かう力を作用する手段を採用している。

また、本発明の請求項２に係るメディア撹拌型湿式粉砕機は、請求項１に記載のメディア撹拌型湿式粉砕機であって、前記処理物及び前記メディアに対して、前記容器の一端側に向かう力を作用する前記突起部と、前記容器の他端側に向かう力を作用する前記突起部が、前記撹拌部材の円周上に沿って、交互に配置されている手段を採用している。

また、本発明の請求項３に係るメディア撹拌型湿式粉砕機は、請求項１に記載のメディア撹拌型湿式粉砕機であって、前記処理物及び前記メディアに対して、前記容器の一端側に向かう力を作用する前記突起部が前記撹拌部材の前記一端側に配置され、前記容器の他端側に向かう力を作用する前記突起部が前記撹拌部材の前記他端側に配置されている手段を採用している。

また、本発明の請求項４に係るメディア撹拌型湿式粉砕機は、請求項１乃至３の何れか１項に記載のメディア撹拌型湿式粉砕機であって、前記ロータが、複数個設けられている手段を採用している。

本発明のメディア撹拌型湿式粉砕機は、上記の手段を採用したことにより、処理物及びメディアについて流れの自由度が大きくなり、各貫通孔に強い循環流を発生させ、内側室内の全体に亘って強く撹拌することができる。この結果、安定して良好な粉砕処理をすることができる。また、メディアの偏析現象及びメディアの共回り現象などの不都合を防止することができる。さらに、複数のロータを備えることが可能であり、大型化することができる。

本発明のメディア撹拌型湿式粉砕機の一例を示し、（ａ）は概略断面図であり、（ｂ）は循環流を示す説明図である。 図１のメディア撹拌型湿式粉砕機におけるロータを示し、（ａ）は概略正面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視概略側面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ矢視概略断面図である。 本発明のメディア撹拌型湿式粉砕機の他の例を示し、（ａ）は概略断面図であり、（ｂ）は循環流を示す説明図である。 図３のメディア撹拌型湿式粉砕機におけるロータを示し、（ａ）は概略正面図であり、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ矢視概略側面図、（ｃ）は（ａ）のＤ−Ｄ矢視概略断面図である。 従来のメディア撹拌型湿式粉砕機を示し、（ａ）は概略断面図であり、（ｂ）は循環流を示す説明図である。 図５のメディア撹拌型湿式粉砕機におけるロータを示し、（ａ）は概略断面図であり、（ｂ）は概略外形図である。

本発明のメディア撹拌型湿式粉砕機の一例を図１及び図２に示す。図１（ａ）は、本発明のメディア撹拌型湿式粉砕機１０の概略断面図である。
メディア攪拌型湿式粉砕機１０は、円筒状の容器２０と、容器２０内を径方向に内側室２１と外側室２２に区画する筒状のセパレータ３０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ロータ５０を備えるとともに、容器２０の他端には内側室２１の内外を連通する処理物の供給口６０を備え、容器２０の外周には外側室２２の内外を連通する処理物の排出口７０を備えている。
セパレータ３０は、従来のメディア撹拌型湿式粉砕機１１０と同じく、多くのスリット３１を備えるスクリーンタイプである。

図１（ｂ）に示すように、容器２０の内側室２１内には、矢印のように流れる強い循環流が発生する。これは、ロータ５０の回転によって、処理物及びメディアが、好ましい力の作用を受けるためである。そして、内側室２１内の全体に亘って処理物及びメディアが激しく撹拌されることにより、効率の高い粉砕処理を安定して行うことができる。

図２によりロータ５０の構造について説明する。（ａ）は概略正面図、（ｂ）はＡ−Ａ矢視による概略側面図、（ｃ）はＢ−Ｂ矢視による概略断面図である。
ロータ５０は、円筒状の撹拌部材５１と円板状の保持部材５２を備えている。撹拌部材５１に対する保持部材５２の位置は、軸線方向の一端側に設けられているが、適宜な位置に配置することができる。また、保持部材５２には、適宜貫通孔５６が設けられており、処理物及びメディアは軸方向に流動することができる。なお、ロータ５０を回転軸４０に固定するボス部については、通常の技術を用いることができる。

撹拌部材５１の外周面には複数の突起部５３を備えている。そして、ロータ５０が矢印の方向に向かって回転するとき、突起部５３の前面５４が作用面となり、処理物及びメディアに対して撹拌力を作用するようになっている。また、円筒状の撹拌部材５１は、隣り合う突起部５３の間に貫通孔５５を備えている。

本発明のメディア撹拌型湿式粉砕機１０は、複数の突起部５３の一部が、処理物及びメディアに対して、容器２０の一端側に向かう力を作用するとともに、複数の突起部５３の他の一部が、処理物及びメディアに対して、容器２０の他端側に向かう力を作用することを特徴としている。すなわち、従来のメディア撹拌型湿式粉砕機１１０では、容器１２０の他端側に向かう力のみを作用していたのであるが、本発明のメディア撹拌型湿式粉砕機１０では、両端の側に向かう力を作用するようにしたものである。これによって、一端側に向かう流れと他端側に向かう流れが均等に強力となり、貫通孔５５における流れが強力となって、図１（ｂ）に示すように内側室２１内の全体に亘る強い循環流を発生させることができる。

図２（ｂ）では、処理物及びメディアに対して、容器２０の一端側に向かう力を作用する突起部５３を突起部５３ａと記載し、容器２０の他端側に向かう力を作用する突起部５３を突起部５３ｂと記載している。そして、突起部５３ａと突起部５３ｂが、撹拌部材５１の円周上に沿って、交互に配置されていることを示している。

本発明のメディア撹拌型湿式粉砕機１０は、ロータ５０に関して多くのバリエーションを備えている。
例えば、ロータ５０の突起部５３は、ロータ５０の略全幅に亘る長さを備えているが、長さを短くすることや分割することが可能である。また、突起部５３ａと突起部５３ｂとが、撹拌部材５１の円周上に沿って、交互に規則的に配置されているが、突起部５３ａ又は突起部５３ｂが複数個連続する配置とすることも可能である。また、突起部５３ａと突起部５３ｂとは、対称的な同じ傾斜となっているが、互いに異なる傾斜とすることも可能である。さらに、突起部５３と貫通孔５５が、撹拌部材５１の円周上に沿って、交互に一定の間隔で配置されているが、他の配置とすることも可能である。

突起部５３の軸線に対する角度は、１０〜６０°の範囲で効果があると考えられるが、２０〜５０°の範囲が実用的で好ましい。また、突起部５３の高さは、突起部５３を含まない撹拌部材５１の直径に対して、３０分の１から１０分の１程度が好ましい。

次に、本発明のメディア撹拌型湿式粉砕機の他の例を図３及び図４に示す。
図３（ａ）は、本発明のメディア撹拌型湿式粉砕機１１の概略断面図であって、前述のロータ５０よりも幅の広いロータ８０を備えている。このため、容器２０は、軸線方向に長い形状となっているが、それ以外の構成はメディア撹拌型湿式粉砕機１０と同様であるので、同じ符号を用いて説明する。

メディア撹拌型湿式粉砕機１１は、円筒状の容器２０と、容器２０内を径方向に内側室２１と外側室２２に区画する筒状のセパレータ３０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ロータ８０を備えるとともに、容器２０の他端には内側室２１の内外を連通する処理物の供給口６０を備え、容器２０の外周には外側室２２の内外を連通する処理物の排出口７０を備えている。セパレータ３０は、多くのスリット３１を備えるスクリーンタイプである。

図３（ｂ）に示すように、容器２０の内側室２１内には、矢印のように流れる強い循環流が発生する。これは、ロータ８０の回転によって、処理物及びメディアが、好ましい力の作用を受けるためである。そして、内側室２１内の全体に亘って処理物及びメディアが激しく撹拌されることにより、効率の高い粉砕処理を安定して行うことができる。

図４によりロータ８０の構造について説明する。（ａ）は概略正面図、（ｂ）はＣ−Ｃ矢視による概略側面図、（ｃ）はＤ−Ｄ矢視による概略断面図である。
ロータ８０は、円筒状の撹拌部材８１と円板状の保持部材８２を備えている。撹拌部材８１に対する保持部材８２の位置は、軸線方向の中央部に設けられているが、適宜な位置に配置することができる。また、保持部材８２には、適宜貫通孔８６が設けられており、処理物及びメディアは軸方向に流動することができる。なお、ロータ８０を回転軸４０に固定するボス部については、通常の技術を用いることができる。

撹拌部材８１の外周面には複数の突起部８３を備えている。そして、ロータ８０が矢印の方向に向かって回転するとき、突起部８３の前面８４が作用面となり、処理物及びメディアに対して撹拌力を作用するようになっている。また、円筒状の撹拌部材８１は、周方向に隣り合う突起部８３の間に、貫通孔８５を備えている。

メディア撹拌型湿式粉砕機１１も、メディア撹拌型湿式粉砕機１０と同様に、複数の突起部８３の一部が、処理物及びメディアに対して、容器２０の一端側に向かう力を作用するとともに、複数の突起部８３の他の一部が、処理物及びメディアに対して、容器２０の他端側に向かう力を作用することを特徴としている。これによって、一端側に向かう流れと他端側に向かう流れが均等に強力となり、各貫通孔８５における流れが強力となって、図３（ｂ）に示すように、内側室２１内の全体に亘る強い循環流を発生させることができる。

図４（ｂ）では、処理物及びメディアに対して、容器２０の一端側に向かう力を作用する突起部８３を突起部８３ａと記載し、容器２０の他端側に向かう力を作用する突起部８３を突起部８３ｂと記載している。突起部８３ａは、撹拌部材８１の一端側に配置され、突起部８３ｂは、撹拌部材８１の他端側に配置されている。

ロータ８０に関しても、多くのバリエーションが存在する。例えば、突起部８３ａと突起部８３ｂが、撹拌部材８１の中央で一体となっているが、突起部８３ａと突起部８３ｂとの相互の位置を周方向にずらすことも可能であり、円周上に沿って突起部８３ａと突起部８３ｂとを交互に配置することもできる。この場合、貫通孔８５の周方向位置についても、突起部８３ａの側と突起部８３ｂの側とでずらすことが好ましい。また、この場合に、突起部８３ａ及び突起部８３ｂの長さを、図示したものよりも長くしたり短くしたり変化させることもできる。

突起部８３の軸線に対する角度は、１０〜６０°の範囲で効果があると考えられるが、２０〜５０°の範囲が実用的で好ましい。また、突起部８３の高さは、突起部８３を含まない撹拌部材８１の直径に対して、３０分の１から１０分の１程度が好ましい。

本発明のメディア撹拌型湿式粉砕機１０、１１において示した各ロータ５０、８０は、強力な循環流を発生させることができるので、容器２０内に複数個設けることができる。これによって、軸線方向に長い容器２０とすることが可能であり、容易に大型化することができる。

１０、１１……メディア撹拌型湿式粉砕機
２０……容器
２１……内側室
２２……外側室
３０……セパレータ
４０……回転軸
５０、８０……ロータ
５１、８１……撹拌部材
５２、８２……保持部材
５３、８３……突起部
５４、８４……前面
５５、８５……貫通孔
６０……供給口
７０……排出口

Claims (4)

1. 円筒状の容器と、該容器内を径方向に内側室と外側室に区画するセパレータと、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ロータとを備えるとともに、前記容器の他端には前記内側室内外を連通する処理物の供給口を備え、前記容器の外周には前記外側室内外を連通する処理物の排出口を備えるメディア撹拌型湿式粉砕機であって、
   前記ロータは、円筒状の撹拌部材と円板状の保持部材を備え、
   前記撹拌部材は、その外周面に複数の突起部を備えるとともに、その内外を連通する複数の貫通孔を備え、
   前記突起部の作用面となる前面は、軸線に平行ではなく２０〜５０°の範囲で傾斜し、
   前記複数の突起部の一部は、前記前面を前記容器の一端側に向けて傾斜することにより、前記処理物及び前記メディアに対して前記容器の前記一端側に向かう力を作用し、
   前記複数の突起部の他の一部は、前記前面を前記容器の他端側に向けて傾斜することにより、前記処理物及び前記メディアに対して前記容器の前記他端側に向かう力を作用することを特徴とするメディア撹拌型湿式粉砕機。
2. 前記処理物及び前記メディアに対して、前記容器の一端側に向かう力を作用する前記突起部と、前記容器の他端側に向かう力を作用する前記突起部が、前記撹拌部材の円周上に沿って、交互に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のメディア撹拌型湿式粉砕機。
3. 前記処理物及び前記メディアに対して、前記容器の一端側に向かう力を作用する前記突起部が前記撹拌部材の前記一端側に配置され、前記容器の他端側に向かう力を作用する前記突起部が前記撹拌部材の前記他端側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のメディア撹拌型湿式粉砕機。
4. 前記ロータが、複数個設けられていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のメディア撹拌型湿式粉砕機。