JP6734195B2 - 攪拌ボールミル - Google Patents

Description

発明の詳細な説明

本発明は、本願独立請求項に記載の攪拌ボールミルに関する。
一般的な種類の攪拌ボールミルは、例えば国際公開第２０１０／１１２２７４号に記載されている。この公報に記載の攪拌ボールミルは、円筒壁、ならびに投入口側端壁および排出口側端壁に囲まれる実質的に円筒形の粉砕室と、加速器とも呼ばれる外輪状攪拌子が粉砕室内で軸方向に互いに離間して設けられている、回転可能に取り付けられた攪拌器シャフトとを備える。投入口側端壁のそばに粉砕される材料および粉砕体を供給するための投入口が設けられ、排出口側端壁には粉砕済み材料を除去するための排出口が設けられる。排出口は粉砕体を押しとどめる分離スクリーンによって粉砕室から分離されている。作動中には、攪拌器シャフト、そして攪拌器シャフトと一体で回転するように攪拌器シャフトに連結された攪拌子が、外部モータにより回転される。同様の構造の攪拌ボールミルが、例えば欧州特許第０ ６２７ ２６２号、および欧州特許第２ ２７２ ５９１号に記載されている。

粉砕および／または分散プロセス中に、外輪状攪拌子を有するこうした攪拌ボールミルは粉砕体と、粉砕および／または分散中の材料とで形成された混合物の一部を半径方向外側に運搬し、その後すぐに混合物の少なくとも一部は攪拌器シャフトの方向に流れ、そこから攪拌子の搬送室内に吸い戻される。このプロセスは以下で粉砕体サイクルと呼ばれる。

このタイプの既知の攪拌ボールミルでは、ある構成において、粉砕または分散プロセス中に、半径方向外側に運搬された、粉砕体と、粉砕および／または分散中の材料とで形成された混合物の十分でない一部だけが攪拌器シャフトの方向に流れて、そこから攪拌子の搬送通路内に吸い戻されるという問題が起きる。これは特に、粉砕体の運動エネルギーが非常に大きいために、その慣性力が粉砕および／または分散中の材料の引張力より大きくなる場合に起きる。その場合、粉砕体と、粉砕および／または分散中の材料との間に分離が起こり、すなわち、粉砕および／または分散中の材料が意図された粉砕体サイクルに取り込まれる一方で、粉砕体の大多数が粉砕室の周辺部に向かって圧縮される。これにより起こり得る結果として、まず、それに続いて粉砕室に流れ込む製品が圧縮された粉砕体に集まり、その結果、圧縮力の影響で粉砕体の層が局所的に破れて開くまで粉砕室内の圧力が初めは上昇し、それから圧力は再び自然に下がる。このため、攪拌ボールミル内で振動が起こり得る。粉砕体が粉砕室の周辺部に向かって蓄積されることにより起こり得るさらなる結果は、準最適な粉砕結果である。

本発明の目的は、一般的な種類の攪拌ボールミルを、粉砕体が粉砕室の周辺部に蓄積され得ないように、または蓄積される程度が少なくとも大きく低減されるように、むしろ粉砕体ができるだけ完全に粉砕および／または分散中の材料によって運ばれ、それにより粉砕体サイクルに取り込まれるように改良することである。

本発明の根底にある課題は、本発明によれば、独立請求項に記載の特徴が規定する攪拌ボールミルによって解決される。さらなる有利な側面が、従属請求項に記載の特徴に見出されるであろう。

本発明の攪拌ボールミルは、粉砕室と、少なくとも一部が粉砕室内に突出し、かつ攪拌子が粉砕室内で軸方向に互いに離間して設けられている、回転可能に取り付けられた攪拌器シャフトと、粉砕される材料および粉砕体を供給するための投入口と、粉砕済み材料を除去するための排出口と、を備える。攪拌子はそれぞれ少なくとも１つの搬送室を有し、かつ粉砕または分散される材料と粉砕体とで構成される混合物を作動中に少なくとも１つの搬送室を通って外側に攪拌器シャフトから遠ざかる方向に運搬するように構成される。粉砕室には、攪拌器シャフトと一体で回転するように攪拌器シャフトに連結され、かつ作動中に混合物を攪拌子の側部に沿って、および／または攪拌子の間を攪拌器シャフトに向かって内側に運搬する、リターン搬送要素が設けられる。

この文脈で搬送室を「通って」という用語は、粉砕または分散中の材料が攪拌器シャフトから離れて搬送室内に運搬され、搬送室内で外側に向かって運搬され、そして外側で搬送室を再び出て運ばれることを意味する。リターン搬送要素は攪拌器シャフトに向かう内向きの流れ場を発生させる。流れ場は、粉砕および／または分散中の材料の引張力を増加させる。これらのリターン搬送要素に接触する粉砕体に、同様に攪拌器シャフトに向かう内向きの運動力が与えられる。両者は望ましい粉砕体サイクルの維持を助ける。

本発明の攪拌ボールミルの１つの側面では、リターン搬送要素は攪拌子の側部に設けられる。「側部に」とは、リターン搬送要素が、攪拌子の、攪拌器シャフトの回転軸方向を向く面に設けられる（したがって攪拌器シャフトの回転軸はこれらの面に垂直である）ことを意味し、例えば、リターン搬送要素は攪拌子の側部端面から突出する。本発明の攪拌ボールミルのさらなる側面では、リターン搬送要素は離間して攪拌子の側部に沿って、および／または攪拌子の間に設けられる。両側面とも、構造的観点からとりわけ有利である。

本発明の攪拌ボールミルのさらなる側面では、リターン搬送要素は攪拌器シャフトと一体で回転するように攪拌器シャフトに連結された少なくとも１つの独立した（好ましくはディスク形状の）キャリアの側部に設けられる。その結果、攪拌子およびリターン搬送要素を別々に最適化して製造することができる。

本発明の攪拌ボールミルのさらなる側面では、リターン搬送要素はリターン搬送羽根の形態である。
その場合、さらなる側面では、攪拌子は外輪の形態で、かつ外側から斜め内側に攪拌子の回転方向に傾斜した、好ましくは攪拌子の回転方向に湾曲するように構成された案内羽根を有してもよい。リターン搬送羽根は、斜め内側に、攪拌子の回転方向と反対に傾斜する。

本発明の攪拌ボールミルのさらなる側面では、リターン搬送羽根は、攪拌器シャフトと一体で回転するように攪拌器シャフトに連結された外輪の形態に構成された、少なくとも１つのリターン搬送装置に設けられる。

本発明の攪拌ボールミルのさらなる側面では、リターン搬送羽根は回転方向に湾曲するように構成されている。
その場合、リターン搬送羽根の曲率半径は、例えば攪拌子の外径の４０％から７０％としてもよい。

本発明の攪拌ボールミルのさらなる側面では、リターン搬送羽根はそれぞれ内側端部および外側端部を有し、内側端部において、リターン搬送羽根は各内側端部の位置において、周方向に角度を有し、その角度が５°から３０°の範囲内である。

本発明の攪拌ボールミルのさらなる側面では、攪拌器シャフトに設けられた攪拌子は単室攪拌子の形態、および／または２室攪拌子の形態であり、それぞれが同じ外径と、攪拌子の外径の１０％から２０％の範囲内である、単室攪拌子と隣接して設けられた単室攪拌子との間、または単室攪拌子と隣接して設けられた２室攪拌子との間の間隔と、攪拌子の外径の３０％から４０％の範囲内である、２室攪拌子と隣接して設けられた２室攪拌子との間の間隔と、を有する。その結果、粉砕体サイクルはさらに最適化される。

さらなる独立した発明概念において、本発明の攪拌ボールミルは、粉砕室と、少なくとも一部が粉砕室内に突出し、かつ攪拌子が粉砕室内で軸方向に互いに離間して設けられている、回転可能に取り付けられた攪拌器シャフトと、粉砕される材料および粉砕体を供給するための投入口と、粉砕済み材料を除去するための排出口とを備える。攪拌子はそれぞれ少なくとも１つの搬送室を有し、かつ粉砕または分散される材料と粉砕体とで構成される混合物を作動中に少なくとも１つの搬送室を通って外側に攪拌器シャフトから遠ざかる方向に運搬するように構成される。攪拌器シャフトに設けられた攪拌子は単室攪拌子の形態、および／または２室攪拌子の形態であり、それぞれが同じ外径と、攪拌子の外径の１０％から２０％の範囲内である、単室攪拌子と隣接して設けられた単室攪拌子との間、または単室攪拌子と隣接して設けられた２室攪拌子との間の間隔と、攪拌子の外径の３０％から４０％の範囲内である、２室攪拌子と隣接して設けられた２室攪拌子との間の間隔と、を有する。

この発明概念によると、粉砕室の周辺部で粉砕体が蓄積されるという、本発明の根底にある課題は、攪拌子の特別な相対配置によって解決され、その結果、粉砕体は粉砕および／または分散中の材料によって運ばれ、それにより粉砕体サイクルに取り込まれる。

以下のさらなる側面は、攪拌子間の特別な間隔を有する前述の発明概念と組み合わせて理解されるべきである。
１つの側面では、粉砕室には、攪拌器シャフトと一体で回転するように攪拌器シャフトに連結され、かつ作動中に混合物を攪拌子の側部に沿って、および／または攪拌子の間を攪拌器シャフトに向かって内側に運搬する、リターン搬送要素が設けられる。この追加のリターン搬送要素は、粉砕体サイクルのさらなる改良をもたらす。

さらなる側面では、リターン搬送要素は攪拌子の側部に設けられる。さらなる側面では、リターン搬送要素は離間して攪拌子の側部に沿って、および／または攪拌子の間に設けられる。

さらなる側面では、リターン搬送要素は攪拌器シャフトと一体で回転するように攪拌器シャフトに連結された少なくとも１つの独立した（好ましくはディスク形状の）キャリアの側部に設けられる。

さらなる側面では、リターン搬送要素はリターン搬送羽根の形態である。
さらなる側面では、攪拌子は外輪の形態であり、かつ外側から斜め内側に攪拌子の回転方向に傾斜した、好ましくは攪拌子の回転方向に湾曲するように構成された案内羽根を有する。リターン搬送羽根は、外側から斜め内側に、攪拌子の回転方向と反対に傾斜する。

さらなる側面では、リターン搬送羽根は、攪拌器シャフトと一体で回転するように攪拌器シャフトに連結された外輪の形態に構成された、少なくとも１つのリターン搬送装置に設けられる。

さらなる側面では、リターン搬送羽根は回転方向に湾曲するように構成されている。その場合、リターン搬送羽根の曲率半径は、例えば攪拌子の外径の４０％から７０％としてもよい。

さらなる側面では、リターン搬送羽根はそれぞれ内側端部および外側端部を有し、内側端部において、リターン搬送羽根は各内側端部の位置において、周方向に角度を有し、その角度が５°から３０°の範囲内である。

さらなる有利な側面が、図面を参照した本発明の攪拌ボールミルの例示的実施形態の以下の説明に見つけられるであろう。

本発明の攪拌ボールミルの第１の例示的実施形態の軸方向断面を表す。 ３つの加速器それぞれを斜視図に表す。 ３つの加速器それぞれを斜視図に表す。 ３つの加速器それぞれを斜視図に表す。 図１の攪拌ボールミルに使用される加速器の斜視図である。 攪拌ボールミルの種々の要素の相対的な位置を明確に表す概略図である。 本発明の攪拌ボールミルの第２の例示的実施形態の軸方向断面を表す。 図７の攪拌ボールミルの搬送ディスクの斜視図である。 本発明の攪拌ボールミルの第３の例示的実施形態の軸方向断面を表す。 図９の攪拌ボールミルの攪拌器シャフトに設けられた要素の斜視図である。 本発明の攪拌ボールミルの３つのさらなる例示的実施形態それぞれを軸方向断面図に表す。 本発明の攪拌ボールミルの３つのさらなる例示的実施形態それぞれを軸方向断面図に表す。 本発明の攪拌ボールミルの３つのさらなる例示的実施形態それぞれを軸方向断面図に表す。

以下の見解は、続く本明細書の説明に適用される。当該説明において、図面を分かりやすくするために図に参照符号を含めるが、これらについて当該説明の直接関連する部分では言及しない。当該説明の先行する部分または後続部分におけるこれら参照符号の説明が参照される。反対に、図面が複雑になりすぎるのを防ぐために、即座に理解するのに関連性が低い参照符号を全ての図に含めることはしない。その場合は他の図が参照される。さらに、「上流」および「下流」という用語は、攪拌ボールミルを通る粉砕中の材料の流れ、すなわち投入口から排出口への、一般的な方向に関連して理解されるべきである。以下に「攪拌子」として「加速器」について説明し、これら用語を同義に使用するが、原則として攪拌子は説明された加速器に限定されるものではない。

断面図である図１にて示されるように、本発明の攪拌ボールミルは、円筒壁２、ならびに投入口側端壁３および排出口側端壁４に囲まれる、実質的に円筒状の粉砕室１を備える。外側からまたは端壁に回転可能に取り付けられる攪拌器シャフト５であって、かつ３つの外輪状攪拌子または加速器１０，２０，３０が粉砕室１内で軸方向に互いに離間して設けられている攪拌器シャフト５が投入口側端壁３を貫通している。加速器１０，２０，３０は攪拌器シャフトと一体で回転するように攪拌器シャフトに連結され、作動中に攪拌器シャフトによって回転駆動される。投入口側端壁３のそばに粉砕される材料および粉砕体を供給するための投入口６が設けられ、排出口側端壁４には粉砕済み材料を除去するための排出口７が設けられる。排出口７は粉砕体を押しとどめる分離スクリーン８によって粉砕室１から分離されている。排出口側端壁４には粉砕室１の内部に通じる環状通路９がある。作動中には、攪拌器シャフト、そして攪拌器シャフトと一体で回転するように攪拌器シャフトに連結された攪拌子または加速器が、外部モータ（表示せず）により回転される。

３つの加速器１０，２０，３０の基本構造は、部分断面斜視図である図２から４で最もよく見て取れる。これらの図は本発明の必須要素を表してはおらず、それらについてはさらに後で説明する。

以下で単室加速器と呼ばれる加速器１０は平行な２枚の環状ディスク１１および１２を備え、それらの間に、回転方向Ｐにおいて、ディスクの外周から斜め内側にむけて延在する湾曲した案内羽根１４が設けられる。ディスク１２には、攪拌器シャフトの近くに一連の開口部１５が設けられ、開口部１５を通って粉砕される材料と粉砕体との混合物が加速器１０に入ることができる。開口部１５は攪拌器シャフトの軸に対し４０°から５０°の角度に向けてもよく、あるいは、スロット構造にしてもよい。ディスク１１は比較的に直径が大きい中央開口部１６（図１）を有する。中央開口部１６は同じ目的（混合物を加速器に入れる）を果たす。２枚の環状ディスク１１および１２は間に搬送室を規定し、案内羽根１４と共に単室外輪を形成する。単室外輪は、攪拌器シャフト５（図１）、そして加速器１０の回転方向Ｐへの回転時に、搬送室内にある粉砕される材料と粉砕体との混合物を外側に向け粉砕室１の周辺部（円筒壁２）に向かう方向に運搬する。

加速器２０は、２室加速器として構成される点において加速器１０と異なる。加速器２０は平行な３枚の環状ディスク２１，２２，２３を備え、それらの間に、回転方向Ｐにおいて、ディスクの外周から斜め内側にむけて延在する、湾曲した案内羽根２４が設けられる。中間ディスク２３は支持要素を形成し、攪拌器シャフト５と一体で回転するように攪拌器シャフト５に設けられる。中間ディスク２３にも、攪拌器シャフトのそばに一連の開口部２５が設けられ、粉砕される材料と粉砕体との混合物が開口部２５を通過することができる。開口部２５も攪拌器シャフトの軸に対し４０°から５０°の角度に向けてもよく、あるいは、スロット構造にしてもよい。２枚の外側ディスク２１および２２はそれぞれ、比較的に直径が大きい中央開口部２６を有する。中央開口部２６を通って粉砕される材料と粉砕体との混合物が加速器２０に入ることができる。３枚の環状ディスク２１，２２，２３は間に２つの搬送室を規定し、案内羽根２４と共に２室外輪を形成する。２室外輪は、攪拌器シャフト５（図１）、そして２室加速器２０の回転方向Ｐへの回転時に搬送室内にある粉砕される材料と粉砕体との混合物を外側に向け粉砕室１の周辺部（円筒壁２）に向かう方向に運搬する。

以下で２室端部加速器と呼ばれる加速器３０は、原則として２室加速器２０と同様に構成される。加速器３０は２枚の環状外側ディスク３１および３２、ならびに中間ディスク３３を備え、それらの間に、回転方向Ｐにおいて、ディスクの外周から斜め内側にむけて延在する、湾曲した案内羽根３４が設けられる。２室端部加速器３０は攪拌器シャフト５の自由端に取り付けられ、その中間ディスク３３は攪拌器シャフトの端部にネジ止めされる。あるいは、中間ディスク３３を加速器２０の中間ディスク２３と同様に構成し、攪拌器シャフトに取り付けることもできる。中間ディスク３３にも、攪拌器シャフトのそばに一連の開口部３５が設けられ、２枚の外側ディスク３１および３２はそれぞれ、比較的に直径が大きい中央開口部３６を有する。開口部３５も攪拌器シャフトの軸に対し４０°から５０°の角度に向けてもよく、あるいは、スロット構造にしてもよい。３枚のディスク３１，３２，３３も間に２つの搬送室を規定し、案内羽根３４と共に２室外輪を形成するが、中間ディスク３３と排出口７に面する外側ディスク３３との間の案内羽根は、中間ディスク３３ともう一方の外側ディスク３１との間の案内羽根より軸方向に幅が広い。２室端部加速器３０は、その幅広案内羽根が分離スクリーン８（図１）と重なる。

図１、ならびに図７および図１１から１３は、粉砕室１および加速器１０，２０，３０の一般的な寸法を表す。Ｄは粉砕室１またはその円筒壁２の内径を示す。寸法ｄ_ａは加速器１０，２０，３０の外径（通常全ての加速器で同じ）を示し、一般的には粉砕室の直径Ｄの７５％から９０％である。寸法ｄ_ｉは加速器１０，２０，３０の中央開口部１６，２６，３６の直径（通常全ての加速器で同じ）を示し、一般的には外径ｄ_ａの７０％から８０％である。寸法ｃ１，ｃ２，ｃ３は、軸方向に計測した加速器１０，２０，３０の全幅を示す。寸法ｋは、加速器１０，２０，３０の隣り合う２枚のディスク１１，１２または２１，２３、および、２３，２２または３１，３３の内側間隔が規定する、加速器１０，２０，３０の搬送室の幅を示し、一般的には外径ｄ_ａの５％から１５％である。寸法ａは、投入口側端壁３に最も近い加速器と端壁との軸方向の間隔を示し、一般的には外径ｄ_ａの１０％から１５％である。寸法ｂ１およびｂ２は、隣り合う２つの加速器間の軸方向の間隔を示す。加速器１０，２０，３０の間の間隔ｂ１およびｂ２を以下に詳細に説明する。

攪拌ボールミルの作動中に、粉砕または分散中の材料と粉砕体とで構成される混合物は加速器または攪拌子１０，２０，３０に、攪拌器シャフトに近い開口部１６，２６，３６をそれぞれ通って入り、その搬送室を通って外側に向かって加速器または攪拌子を出て粉砕室１の周辺領域、すなわち円筒壁に近い領域に運搬される。そこから混合物の一部は、上述の粉砕体サイクルにおいて加速器の側部に沿って、および加速器の間を流れて再び攪拌器シャフトに近い領域に流れ込み、そこから再び加速器に吸い込まれる。粉砕または分散された材料は粉砕室から排出口７を通って排出される。開口部１５，２５，３５は軸方向の粉砕体勾配を均等にするのに役立ち、作動中に粉砕体の一部は搬送室から搬送室へと下流に（投入口から排出口の方向に）運ばれる。開口部１５，２５，２５は傾いているために粉砕体を上流に運搬する能力を有し、その際に粉砕体勾配を均等にする。

構造と作動形態に関し、ここまでは本発明の攪拌ボールミルは例えば上述の国際公開第２０１０／１１２２７４ Ａ１号、欧州特許第０ ６２７ ２６２ Ｂ１号や、欧州特許第２ ２７２ ５９１ Ｂ１号が表す従来技術に対応する。それゆえ、当業者はこの点に関してさらなる説明を必要としない。

粉砕室の円筒壁に近い領域で粉砕体が圧縮するという、本発明の根底にある課題に対抗するために、第１の発明概念では、特殊なリターン搬送要素が粉砕室１に設けられる。リターン搬送要素は混合物を混合物に含まれる可能な限り全ての粉砕体と一緒に粉砕室の円筒壁に近い領域から攪拌器シャフトに近い領域に戻すことを確実にする。

図１の攪拌ボールミルの例示的実施形態では、これらのリターン搬送要素は加速器１０，２０，３０の外側ディスク１１または２１、および、２２または３１の一方または両方の側部に設けられ（攪拌器シャフトの回転軸方向に外側ディスク１１または２１の各側部端面から突出し）、本明細書において参照符号１７，２７，３７で示される。図１の加速器２０を分離して斜視図に表す図５の詳細図に、リターン搬送要素２７の形状および配列を明瞭に表す。

加速器２０の２枚の外側環状ディスク２１および２２のそれぞれに、加速器２０の回転方向Ｐに湾曲した、リターン搬送羽根２７の形態の４つのリターン搬送要素が設けられる。リターン搬送羽根２７は原則として加速器２０の案内羽根２４と同様に構成されるが、回転方向に対して反対向きに傾斜している。そのため、加速器２０の回転方向Ｐへの回転時に、逆方向の、いわゆる外側から内側へ攪拌器シャフトに向かう方向への搬送効果を生じさせる。加速器２０の片面あたりのリターン搬送羽根２７の数は４より小さくても大きくてもよく、例えば最大２０までであってもよい。

加速器１０および３０の場合、リターン搬送要素は同様にリターン搬送羽根１７および３７の形態にそれぞれ構成され、加速器２０と同様に設けられるが、本例示的実施形態では加速器１０または３０の片側にだけ設けられる。リターン搬送羽根の数は同様に４より小さくても大きくてもよく、また同様に例えば最大２０までであってもよい。

軸方向に計測したリターン搬送羽根１７，２７，３７の高さｈは、加速器１０，２０，３０（図１）の外径ｄ_ａのおよそ５％から１５％である。リターン搬送羽根１７，２７，３７の曲率半径ｒ_ｓは、加速器１０，２０，３０（図６）の外径ｄ_ａ（図１）のおよそ４０％から７０％であることが好ましい。リターン搬送羽根１７，２７，３７の内側端部２７ｉの位置における周方向ｔ_ｕとリターン搬送羽根の内側端部の接線ｔ_ｓとに囲まれた角度αは、およそ５°から３０°である（図６）。

リターン搬送羽根１７，２７，３７は、まず攪拌器シャフトに向かう内向きの流れ場を発生させる。流れ場は、粉砕および／または分散中の材料の引張力を増加させる。次に、これらのリターン搬送羽根に接触する粉砕体に、同様に攪拌器シャフトに向かう内向きの運動力が与えられる。両者は望ましい粉砕体サイクルの維持を助ける。

図７は本発明の攪拌ボールミルの第２の例示的実施形態を表す。図１の例示的実施形態との第１の相違点は、攪拌器シャフト５には、単室加速器１０に替えて更なる２室加速器２０が攪拌器シャフトに設けられることである。ただし、図１の例示的実施形態と異なり、ここではリターン搬送要素が攪拌子または加速器２０および３０に設けられずに独立したリターン搬送装置４０として形成され、どちらも好ましくは２つの加速器の中ほどに設けられる。

図８はこのリターン搬送装置４０の構造を斜視図に表す。リターン搬送装置４０はディスク形状のキャリア４１、およびキャリアのそれぞれの面に設けられた４枚のリターン搬送羽根４７を備える。キャリア４１は攪拌器シャフト５（図６）に設けられ、攪拌器シャフト５と一体で回転するように攪拌器シャフト５に連結される。さらに、キャリア４１は攪拌器シャフトに近い領域に一連の開口部４５を有し、開口部４５を通って粉砕される材料／粉砕体の混合物が流れることができる。開口部４５は攪拌器シャフトの軸に対して４０°から５０°の角度に向けてもよく、あるいは、スロット構造にしてもよい。リターン搬送羽根４７の配置、構造、および数は図５および図６について説明されたものと同じであり、そのためさらなる説明を必要としない。

説明した２つの例示的実施形態をある程度組み合わせて、１つ以上の独立したリターン搬送装置だけでなく、リターン搬送羽根を加速器に設けることも可能であると理解されるであろう。

図９および１０は本発明の攪拌ボールミルの第３の例示的実施形態を表す。図７の例示的実施形態にあるように、ここでは粉砕室１内で攪拌器シャフト５に、同様にいずれもリターン搬送羽根を有さない２つの２室加速器２０と１つの２室端部加速器３０とが設けられる。最初の２つの例示的実施形態とは異なり、この例示的実施形態では、２室外輪の形態のリターン搬送装置５０が３つの加速器のうちの隣り合う２つの加速器の間に設けられる。リターン搬送装置５０は原則として外輪状２室加速器２０と同様に構成される。したがって、リターン搬送装置５０は３枚の環状ディスク５１，５２，５３、およびそれらの間に斜め内側に傾斜した湾曲リターン搬送羽根５７を有する。しかし、リターン搬送羽根５７は加速器２０および３０の案内羽根２４および３４と反対向きに（すなわち、回転方向と反対に斜め内側に）傾斜している。そのため、回転方向は同じなので、反対方向への搬送効果が得られる。中間ディスク５３は攪拌器シャフト５と一体で回転するように攪拌器シャフト５に取り付けられ、一連の通路開口部（図示せず）を攪拌器シャフトに近い領域に有する。この開口部も攪拌器シャフトの軸に対して４０°から５０°の角度に向けてもよく、あるいは、スロット構造にしてもよい。２枚の外側ディスク５１および５２はそれぞれ、比較的直径の大きい中央開口部５６を有する。ディスク５１，５３およびディスク５２，５３は、いずれも間に搬送室、すなわち合計２つの搬送室を規定し、リターン搬送羽根５７と共に２室加速器２０に類似する２室外輪を形成するが、搬送方向は内側から外側ではなく、外側から内側である。原則として、リターン搬送装置５０を、向きが「反対に」攪拌器シャフト５に取り付けられた２室加速器２０として実施することもできる。リターン搬送羽根５７の形状、配置、および数に関して、当てはまる留意事項は、最初の２つの例示的実施形態について説明したものと同じである。

リターン搬送装置５０を各加速器の間に軸方向に加速器から離間して設けてもよい。あるいは、好ましくは隙間なしに加速器の間に設けてもよく、この場合は特にコンパクトな設計が得られる。原則として、加速器１０に類似する外輪状の単室リターン搬送装置を構成することも可能であると理解されるであろう。

図１１から１３は、本発明の攪拌ボールミルのさらなる３つの例示的実施形態を、それぞれ軸方向断面図に表す。３つの例示的実施形態はそれぞれ、円筒壁２、ならびに投入口側端壁３および排出口側端壁４に囲まれる、実質的に円筒形の粉砕室１を備える。外側からまたは端壁に回転可能に取り付けられ、かつ外輪状攪拌子または加速器が粉砕室内で軸方向に互いに離間して設けられている攪拌器シャフト５が投入口側端壁３を貫通している。加速器は攪拌器シャフトと一体で回転するように攪拌器シャフトに連結され、作動中に攪拌器シャフトによって回転駆動される。投入口側端壁３のそばに、粉砕される材料および粉砕体を供給するための投入口６が設けられ、排出口側端壁４には粉砕済み材料を除去するための排出口７が設けられる。排出口は粉砕体を押しとどめる分離スクリーン８によって粉砕室１から分離されている。排出口側端壁４には粉砕室１の内部に通じる環状通路９がある。

図１１の攪拌ボールミルは原則として図７の攪拌ボールミルに対応し、２つの２室加速器２０と１つの２室端部加速器３０とを備える。図１２の攪拌ボールミルは３つの単室加速器１０と１つの２室端部加速器３０とを備える。図１３の攪拌ボールミルは原則として図１の攪拌ボールミルに対応し、１つの単室加速器１０と１つの２室加速器２０と１つの２室端部加速器３０とを備える。加速器１０，２０，３０は図２から４について説明されたように構成され、そのためさらなる説明を必要としない。

図１，７、および９の例示的実施形態と異なり、図１１から１３の攪拌ボールミルの３つの例示的実施形態では、リターン搬送要素が存在しない。粉砕室の円筒壁に近い領域で粉砕体が圧縮するという課題は、これらの例示的実施形態では、第２の独立した発明概念に従って、粉砕体が粉砕および／または分散中の材料によって運ばれ、それにより粉砕体サイクル内に供給されるという構造条件を作り出すことにより解決される。これらの条件は、加速器内の搬送室幅ｋが規定する自由体積が、隣り合う２つの加速器間の間隔ｂ１またはｂ２が規定する体積に対して所定の比率であれば満たされる。選択される比率では、粉砕体が広がる距離が、粉砕体が途中で十分な運動エネルギーを失うのに十分な長さであり、そのため、その結果生じる慣性力が粉砕および／または分散中の材料の引張力より小さくなる。一方で、「沈静化距離」は粉砕および／または分散中の材料にかかる望ましい機械的集中応力を維持するために、運動エネルギーが十分に高いレベルを保つのに十分な短さになるように選択される。

加速器内の通路幅ｋが規定する自由体積と、隣り合う２つの加速器間の間隔が規定する体積との間の必要比率は、本発明では、加速器間の間隔ｂ１およびｂ２の特別な寸法によって実現される。

図１１の例示的実施形態では、２つの２室加速器２０間、および中間２室加速器２０と２室端部加速器３０との間の間隔ｂ２は、加速器２０および３０の外径ｄ_ａの３０％から４０%の範囲内である。

図１２の例示的実施形態では、２つの単室加速器１０間の間隔ｂ１、および第３の単室加速器１０と２室端部加速器３０との間の間隔ｂ１は、加速器１０および３０の外径ｄ_ａの１０％から２０％の範囲内である。

図１３の例示的実施形態では、単室加速器１０と隣接する２室加速器２０との間の間隔ｂ１は加速器１０，２０，３０の外径ｄ_ａの１０％から２０％の範囲内であり、２室加速器２０と２室端部加速器３０との間の間隔ｂ２は加速器１０，２０，３０の外径ｄ_ａの３０％から４０％の範囲内である。

一般的に、上述の条件を成立させるのに必要な、加速器内の搬送室幅ｋが規定する自由体積と、隣り合う２つの加速器間の間隔ｂ１およびｂ２が規定する体積との比率は、以下に規定する寸法によって達成される。

１．単室加速器１０と隣接する単室加速器１０との間、または単室加速器１０と隣接する２室加速器２０または３０との間の間隔ｂ１は、加速器の外径ｄ_ａの１０％から２０％の範囲内である。

２．隣り合う２つの２室加速器２０または３０の間の間隔ｂ２は、加速器の外径ｄ_ａの３０％から４０％の範囲内である。
加速器１０，２０，３０の間の間隔の上述した寸法は、有利には図１および７のリターン搬送要素を有する例示的実施形態においても使用されてよい。そうした可能な組み合わせを明らかにするために、間隔ｂ１およびｂ２を同様にこれらの図に示す。上記に規定した寸法に従って加速器間の間隔を最適に拡大することは、リターン搬送要素の使用と組み合わせて、粉砕体サイクルのさらなる改良につながる。

本発明を上記において例示的実施形態を参照して説明したが、本発明をこれらの例示的実施形態に限定する意図はない。それどころか、当業者は本発明の教えるところから離れることなく、多数の変形例を思い描くことができるであろう。例えば、それ自体に、またはその間にリターン搬送要素を備える、３つより多い攪拌子を粉砕室に設けることも可能である。よって保護範囲は以下の特許請求項により定義される。

Claims (10)

1. 攪拌ボールミルであって、
   粉砕室（１）と、少なくとも一部が前記粉砕室（１）内に突出し、かつ攪拌子（１０，２０，３０）が前記粉砕室（１）内で軸方向に互いに離間して設けられている、回転可能に取り付けられた攪拌器シャフト（５）と、粉砕される材料および粉砕体を供給するための投入口（６）と、粉砕済み材料を除去するための排出口（７）と、を有し、
   前記攪拌子（１０，２０，３０）はそれぞれ少なくとも１つの搬送室を有し、かつ粉砕または分散される材料と粉砕体とで構成される混合物を作動中に前記少なくとも１つの搬送室を通って外側に前記攪拌器シャフトから遠ざかる方向に運搬するように構成され、
   前記粉砕室（１）には、前記攪拌器シャフト（５）と一体で回転するように前記攪拌器シャフト（５）に連結され、かつ作動中に前記混合物を前記攪拌子（１０，２０，３０）の側部に沿って、および／または前記攪拌子（１０，２０，３０）の間を前記攪拌器シャフト（５）に向かって内側に運搬する、リターン搬送要素（１７，２７，３７；４７；５７）が設けられ、
   前記攪拌子（１０，２０，３０）は外輪の形態であり、かつ外側から斜め内側に前記攪拌子の回転方向に傾斜した案内羽根（１４，２４，３４）を有し、
   前記リターン搬送要素はリターン搬送羽根（１７，２７，３７；４７；５７）の形態であり、
   前記リターン搬送羽根（１７，２７，３７；４７；５７）は外側から斜め内側に前記攪拌子の前記回転の方向と反対に傾斜する、
   攪拌ボールミル。
2. 請求項１に記載の攪拌ボールミルであって、
   前記リターン搬送要素（１７，２７，３７）は前記攪拌子（１０，２０，３０）の側部に設けられる、
   攪拌ボールミル。
3. 請求項１又は２に記載の攪拌ボールミルであって、
   前記リターン搬送要素（４７）は離間して前記攪拌子（１０，２０，３０）の側部に沿って、および／または前記攪拌子（１０，２０，３０）の間に設けられる、
   攪拌ボールミル。
4. 請求項３に記載の攪拌ボールミルであって、
   前記リターン搬送要素（４７）は前記攪拌器シャフト（５）と一体で回転するように前記攪拌器シャフト（５）に連結された少なくとも１つの独立したキャリア（４１）の側部に設けられる、
   攪拌ボールミル。
5. 請求項１に記載の攪拌ボールミルであって、
   前記リターン搬送羽根（５７）は、前記攪拌器シャフト（５）と一体で回転するように前記攪拌器シャフト（５）に連結された外輪の形態に構成された少なくとも１つのリターン搬送装置（５０）に設けられる、
   攪拌ボールミル。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の攪拌ボールミルであって、
   前記リターン搬送羽根（１７，２７，３７；４７；５７）は前記回転方向に湾曲するように構成されている、
   攪拌ボールミル。
7. 請求項６に記載の攪拌ボールミルであって、
   前記攪拌子（１０，２０，３０）は外径（ｄａ）を有し、前記リターン搬送羽根（１７，２７，３７；４７；５７）の曲率半径は前記攪拌子（１０，２０，３０）の前記外径（ｄａ）の４０％から７０％である、
   攪拌ボールミル。
8. 請求項１から７のいずれか１項に記載の攪拌ボールミルであって、
   前記リターン搬送羽根（１７,２７,３７;４７;５７）はそれぞれ内側端部および外側端部を有し、
   前記内側端部（２７ｉ）において、前記リターン搬送羽根は前記各内側端部（２７ｉ）の位置における周方向（ｔｕ）との間に角度（α）を有し、前記角度が５°から３０°の範囲内である、
   攪拌ボールミル。
9. 請求項１から８のいずれか１項に記載の攪拌ボールミルであって、
   前記攪拌器シャフト（５）に設けられた前記攪拌子は単室攪拌子（１０）の形態、および／または２室攪拌子（２０,３０）の形態であり、それぞれが同じ外径（ｄａ）と、前記攪拌子の前記外径（ｄａ）の１０％から２０％の範囲内である、単室攪拌子（１０）と隣接して設けられた単室攪拌子との間、または単室攪拌子と隣接して設けられた２室攪拌子（１０，２０，３０）との間の間隔（ｂ１）と、前記攪拌子の前記外径（ｄａ）の３０％から４０％の範囲内である、２室攪拌子（２０,３０）と隣接して設けられた２室攪拌子（２０,３０）との間の間隔（ｂ２）と、を有する、
   攪拌ボールミル。
10. 請求項１に記載の攪拌ボールミルであって、
    前記案内羽根（１４，２４，３４）は、前記攪拌子（１０，２０，３０）の前記回転の方向に湾曲するように構成されている、
    攪拌ボールミル。

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