JPH0435748A - 卓上型マルチボールミル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は少量用卓上型ボールミルに関し、さらに詳しく
は異なった多種類の原料粉体を遊星運動および振盪運動
の単独または同時制御によって均質にしかも短時間内で
攪拌、混合あるいは粉砕を可能ならしめることのできる
卓上型マルチボールミルに関するものである。

および案内ローラー（３）を有するミル架台（４）とか
ら構成される装置 置き型ボールミルが多く使用されてきた。この方式の原
理は第２図において原料粉体（８）と適当な大きさおよ
び硬さを有するボール（９）を任意の割合で混入したミ
ルポット（１）を駆動ローラー（２）とこれに平行な案
内ローラー（３）との間に載せて、モーター（５）から
駆動ベルト（６）、変速機（７）および駆動ローラー（
２）を介してミルポットが回転し、ポット内に入れた原
料粉体をボールの衝撃や摩潰作用により粉砕や混合、攪
拌を行い任意の粒径の微細粉末を得る方法である。この
方式の特徴は誰でも安全で容易に操作でき、しかも大量
の微細粉末を得るのには大変便利である。

〔従来の技術〕

従来石炭、コークス、鉱石、金属、薬品、顔料や染料な
どの粉砕、混合には第１図に示すような大容量のミルポ
ット（１）と駆動ローラー（２）〔発明が解決しようと
した問題点〕 しかしながら、上記ボールミルはミルポットやボールミ
ル架台が比較的大型で、一度に処理できる試料の数は一
台当たり５種類程度が限界であった。したがって異なっ
た微細粉末を数多く得るためには、設置台数か増えるた
め広い床面積を確保しなければならない問題点があった
。またボールミルから発生する振動や騒音等は他の作業
に著しい影響を及ほすばかりでなく、設置場所を十分に
考慮しなければならないので管理上どの場所でもよいと
いうわけにはゆかない問題もある。さらに何らかの理由
でミルポットが破損した場合には、有毒なガスか漏洩し
たり、逆に嫌気性ガスが紛れ込み微細粉末と激しく反応
して危険な状態も起こりうるか、常時監視するわけにも
ゆかず、隔離した部屋の確保も必要になる等多くの問題
を抱えている。さらにまた、原料粉体とボールのミルポ
ットに対する容積比やそれぞれの混合比率あるいは原料
粉体の粒度やボールのサイズ等の各要素を予め決めてか
ら運転しなければならないが、それらの最適条件を求め
ることは容易ではない。条件が明らかになっても、原料
粉体の粒度にばらつきがあったり、あるいは粒度か大き
過ぎた場合には、予めそれらの調整を施してからミルポ
ットに入れなければならない等の煩わしさがある。さら
にまた従来の平行ローラ一方式のボール架台に少量用小
型ミルポットを載せて運転した場合には、ポットが軽い
ことより振動で平行ロールから脱落したり、回転むらを
生じたりするだけでなく、複数のポットを同じ条件で粉
砕出来ないなどの欠点があった。

ところで近年、粉末冶金工業における金属微粒子、ハイ
テク研磨用超微細砥石、さらにはファインセラミックス
や超伝導体、各種センサ用微粉末等種々の新素材に関す
る研究や開発において、数〜数十グラムの少量のサンプ
ルを数多く使用することが多くなってきた。したがって
従来方式のボールミルではこれらの用途に十分対応しき
れないこ、とが悩みの種であった。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明はこのような点に鑑みてなされたもので、少量の
原料粉体１種若しくは最大２０種を個別に複数の小型ミ
ルポットに入れ遊星運動および振盪運動の単独または同
時制御により攪拌、混合および粉砕を同一条件で、しか
も比較的短時間で処理でき、さらに気密性と低騒音性に
優れた卓上型マルチボールミルを提供することを目的と
した。

そこで本発明者らは、上述の観点から多くの改良と工夫
を凝らし、使用上の簡便さを損なうことなく性能向上に
努めた結果、以下に述べる装置および方法により少量で
複数個の微細粉末を同じ条件でしかも同時に作製できる
ことが明らかになった。

すなわち本発明は、１個若しくは２個以上の少量用小型
ミルポットの両端にスプリング付き円柱状固定ピンを取
り付けて、これらを挿入した複数個の２重構造型円筒状
カートリッジ、該カートリッジを回転軸から離れた位置
に固定できるカートリッジ式試料ホルダーおよび偏心軸
可変の偏心ローラーを共用する平行駆動ローラーと該ホ
ルダーの横ずれ防止用ストッパーを具備した回転装置と
から構成された卓上型マルチボールミルである。

本発明は、従来方式ボールミルでは不可能であった少量
でしかも多種類の原料粉体を個々のミルポットに入れ、
これらを−括して攪拌、混合あるいは粉砕ができ、従来
のボールミルの構造とは全く異なった方式、いわゆるカ
ートリッジ式試料ホルダーを用いる新しい方式からなる
卓上型マルチボールミルを提供するものである。

つきに本発明の具体例について説明する。

第３図は、本発明の卓上型マルチボールミルの側面図で
ある。第４図は、本発明の２重構造型円筒状カートリッ
ジとカートリッジ式試料ホルダーの縦断面図（イ）〜（
ニ）およびカートリッジ固定用ディスクの平面図（ホ）
である。

まず本発明において使用する二重構造型円筒状カートリ
ッジ（２１）（以下、単にカートリッジと呼ぶ）は予め
準備した原料粉体とボールを密封した内容積１０〜５０
０ｃｃの少量用小型ミルポット（２２）の１〜５個の両
端に取り付けたスプリング付き円柱状固定ピン（２３）
によりカートリッジ固定用ディスク（２４）を介して回
転ディスク（１１）に装填される構造になっている。該
カートリッジの特徴は、従来のミルポットで問題化され
ている振動や騒音対策には極めて有効な方法であり、し
かも運転中に発生する有害ガスの漏洩や周辺への環境汚
染防止にも十分対応でき、安心して使用できる利点があ
る。

本発明のカートリッジ式試料ホルダーにはカートリッジ
が最大４個固定できるので、小型ミルポット（２２）の
総数は最大２０個までセット可能である。したがって、
原料粉体サンプル単独あるいは２０種類の異なった試料
でも同時にしかも同じ条件で攪拌、混合あるいは粉砕が
可能である。

一般に振動や騒音などは主としてミルポット内のボール
の衝撃音が外部に漏れることによって発生するが、この
他にもモーター（５）や回転ディスク（１１）と偏心軸
可変の偏心ローラーを共有する平行駆動ローラー（１４
）および偏心ローラー（１５）との摩擦に起因する振動
や騒音も無視できない。この問題を解決する方法として
は、本発明のカートリッジ式試料ホルダーの回転ディス
ク（１１）にオーリング（ｌＯ）を取り付けることでか
なり効果のあることが明らかになった。

ここで第４図におけるカートリッジ（２１）の装填およ
び取り外しの方法としては、種々の方法が考えられるが
、代表的なものとしてスプリング方式およびスクリュ一
方式について説明する。

まずスプリング方式の場合では、第４図において、カー
トリッジ固定用ディスク（２４）か中心に位置するガイ
ドピン（２６）とガイド溝（２９）に沿って左右に動か
すことかできる。またカートリッジはカートリッジ固定
用ディスクに開けられたカートリッジ固定穴（２８）に
挿入される。

いまカートリッジをカートリッジ式試料ホルダーに取り
付けた状態はカートリッジ固定用ディスクがスプリング
（２５）の押圧によって第４図（ロ）におけるＡＢおよ
びＣＤの位置にあることを示しており、激しい動きの稼
働中においてもカートリッジ固定穴によって簡単に脱落
しない構造を呈している。またカートリッジ固定用ディ
スクをＡ′Ｂ′およびＣ′Ｄ′の位置に移動することに
よってカートリッジを容易に取り外せることを示してい
る。ここでカートリッジ固定用ディスク（２４）は、カ
ートリッジ毎に分割した構造であっても何ら構わない。

要するにカートリッジの固定と着脱の機能性か含まれて
さえおれば本発明の特徴を損なうことにならないからで
ある。

一方スクリユ一方式の場合では、第４図（ニ）において
カートリッジ固定用ディスク（２４）の固定および移動
を確実にするために移動ねじ（２７）を取り付けた構造
を示している。この方式では移動ねじをまわすことによ
ってカートリッジ固定用ディスク（２４）が左右に移動
して、第４図（ロ）と同様にＡＢおよびＣＤの位置にお
いてカートリッジが装填された状態にあり、これとは逆
にＡ’　Ｂ’およびＣ’　Ｄ’の位置においてカートリ
ッジを容易に取り外せる状態にあることを示している。

つぎに本発明の卓上型マルチボールミルの使用法につい
て説明する。

まず攪拌、混合あるいは粉砕用原料粉体とボールのそれ
ぞれ任意の体積および個数を内容積１０〜５００ｃｃの
少量用小型ミルポット内に密封する。つぎにミルポット
をカートリッジに収納し、さらに該カートリッジをカー
トリッジ式試料ホルダーの回転軸から離れた位置にカー
トリッジ固定用ディスクを介して固定する。ついで該ホ
ルダーを２本の駆動兼偏心ローラー上に載せて回転させ
る。この場合、静止状態においては第５図（イ）（ａ）
に示すように原料粉体等はミルポット下部に位置するが
、回転が進むにつれて第５図（イ）（ｂ）、（イ）（Ｃ
）の順にカートリッジの位置が変化する。そしてカート
リッジ式試料ホルダー全体が回転数２０〜５００ｒｐｍ
の任意の速度で回転することにより適度の大きさの遠心
力（第５図（イ）の矢印）が原料粉体に加わることにな
る。原料粉体等はミルポット内壁に沿って回転ディスク
と異なった円運動を行う。これを「遊星運動」と呼ぶ。

したがってこの遊星運動によって原料粉体とボールとの
衝撃や摩潰作用が強く生ずる。さらにまた偏心位置が調
節可能な駆動兼偏心ローラーにより遊星運動を１回行う
毎に５回以下の上下振動を該ホルダーに付与して、第５
図（ロ）に示すような振盪（矢印）を発生させ原料粉体
等に落下や衝撃を加えることにより衝撃や摩潰作用か一
層増長する。

これを「振盪運動」と呼ぶ。この振盪幅は該ホルダー直
径の１７′８以下乃至１／２０以上が最も有効である。

なおまた上述の小型ミルポットおよび円筒状カートリッ
ジはそれぞれ１〜５個および１〜４本がセットできるの
で、最大２０種類までの原料粉体が適用可能である。し
たがって本発明の卓上型マルチボールミルによれば、異
なった多くのサンプルの場合でも同じ条件でしかも同時
に攪拌、混合あるいは粉砕を行い、非常に均質な微細粉
末が容易に得られるだけでなく、従来の蒸発法や化学的
な方法などでしか行えなかった粒径０．１μｍ以下の超
微粒子やコロイド粒子程度のものも本発明の機械的方法
によって製造できる可能性が極めて高い。

例えば、本発明の方法による酸化物高温超伝導体の微細
粉末は、超電導特性のばらつきがなくまた再現性がある
ことから、本発明の卓上型マルチボールミルは十分に満
足すべき性能を発揮するという結果か得られている。

つぎには本発明の卓上型マルチボールミルの実施例につ
いて述べる。

実験の方法としては、まず容量２５．４０．８０あるい
は５００ｃｃの透明スチロール製小型ミルポット内に直
径３ｍｍのジルコニヤ製ボールを２００個、６００個あ
るいは８００個と平均粒径１０μｍの酸化ビスマス（Ｂ
ｉ！Ｏｓ）　　１０　ｇを入れ、さらにエチルアルコー
ルを入れて密封する。この時溶液全体がミルポット容量
の６０％を占めるようにする。これらミルポット１５種
のサンプルについて各種条件下で約１０日間以下の稼働
実験を行った。その際の初期条件としては、カートリッ
ジ式試料ホルダーの回転数的ｔｏｏｒｐｍおよび振盪運
動を回転ディスク直径の１７１０に統一した。なお参考
実験として振盪運動を伴わない場合についても調べた。

また比較例の場合の実験に関しては、容量５００ｃｃの
市販ミルポットに本実施例で用いたものと同様の酸化ビ
スマスｌｏｇおよび直径２０ｍｍのジルコニヤ製ボール
６００個を入れて、全体がミルポットの容量の６０％を
占めるようにエチルアルコールをいれて調整した後、従
来の平行駆動ローラ一方式のボールミ第 表 は第１表に示したとおりである。

第 表 第６図は、実施例Ｎα５、Ｎα１４および比較例の平均
粒径りと稼働期間Ｔとの関係を示す。また第７図は、実
施例Ｎα５、Ｎｏ、８、Ｎｏ、１１、Ｎａ１４、Ｎｏ、
１６および比較例についてミルポットの容量をパラメー
ターとした場合の平均粒径りと稼働日数Ｔとの関係を示
す。第６図および第７図にみるように本発明の卓上型マ
ルチボールミル使用の実施例のいずれにおいてもＤが従
来方式による比較例の場合よりも短期間で粉砕される傾
向が見られる。例えば、第６図において、ｂが１μｍに
達するまでの稼働期間は４０ｃｃの小型ミルポットの場
合（実施例Ｎｏ、　５　）では２日程度しか要しないが
、５００ｃｃの大型ミルポットの場合（実施例Ｎｏ、Ｉ
４）では実施例Ｎ００５の約２倍の４日弱も要する。ま
た比較例においては８日間で１．６μｍにしか達し得な
いことか分かった。すなわち第７図から、ミルポットの
容量か小さいほど短期間で粉砕できることを示している
か、逆に容量か小さすぎても粉砕効果か薄れることか分
かる。

なお実施例Ｎｏ、　４について、種々の回転数における
ミルポット内の粉体の運動状況および攪拌、混合あるい
は粉砕の効果を調べた結果を第２表に示す。また本発明
における振盪運動が太きければ大きいほど攪拌、混合あ
るいは粉砕の効果が顕著であるけれども、ロ転ディスク
直径の１／８以上の振盪運動の場合では試料ホルダーか
脱落する恐れかあり、また■／２０以下では攪拌、混合
あるいは粉砕の効果も少ない。

要するに本発明の卓上マルチボールミルは、内容積１０
〜５００ｃｃの少量用小型ミルポット、二重橋造型円筒
上カートリッジ、カートリッジ式試料ホルダーならびに
偏心ローラーを共有する平行駆動ローラーを具備した回
転装置により遊星運動および振盪運動を単独または同時
に制御して比較的短期間で微細粉末を容易に製造できる
特長を有することが明らかになった。

〔作用〕

本発明の卓上型マルチボールミルは、従来のボールミル
におけるボールの衝撃や摩潰作用を一層促進して、短期
間内に均質な微細粉末を得られるように考案工夫された
ものである。本発明によれば、二重構造型円筒状カート
リッジ式試料ホルダーに装填した少量用小型ミルポット
内に入れたボールと原料粉体が、回転数２０〜５００ｒ
ｐｍで回転する該ホルダーによる遊星運動による作用、
ならびに偏心ローラーにて生ずる回転ディスク直径の１
７８以下乃至１／２０以上の振盪運動による作用によっ
て攪拌、混合あるいは粉砕され、粒径０．１〜１０μｍ
の微細粉末を手軽にしかも短期間で得ることができる。

また上記カートリッジ式試料ホルダーには、２０個以内
の少量用小型ミルポットが装填できるので、多数のサン
プルを同時に処理できる特長がある。さらにまた試料ホ
ルダーの重量がほぼ一定であることと回転ディスクに取
り付けたオーリングによって円滑な回転を行えることに
よって得られた微細粉末の粒径のばらつきが少なくかつ
運動効率に優れているのでランニングコストも従来のボ
ールミルに比べて格段に安価であるなどの特長がある。

さらにまた円筒形カートリッジは二重構造であるので、
振動や騒音が発生する問題も極めて少ない。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したように、本発明によれば従来の方式
に比べて原料粉体が少量でよく、しかも最大２０種類の
異なった原料粉末の攪拌、混合あるいは粉砕などの処理
が遊星運動および振盪運動の単独あるいは同時制御によ
り短時間で行えるので、金属超微粒子、電子材料、超電
導材料やファインセラミックス等の新素材の研究や開発
には極めて有効である。さらに本発明の卓上型マルチボ
ールミルは、気密性や遮音性に優れているので、設置場
所の制約を受けることがなく、箸理上極めて安全である
。さらにまた小型軽量であるために作業台上や狭い場所
にも容易に設置でき、また増設も非常に簡単である。

また本発明の卓上型マルチボールミルを大型化しても、
その優れた性能を損なうことがないので、安価で均質な
微細粉末を量産することも可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の平行ローラ一方式によるボールミルの
概略図を示す。 第２図は、第１図におけるミルポットの横断面図を示す
。 第３図は、本発明の卓上型マルチボールミルの側面図を
示す。 第４図（イ）および（ハ）は、本発明カートリッジ式試
料ホルダーの縦断面図を示し、同図（ロ）および（ニ）
は、カートリッジの着脱を示す説明図を示し、同図（ホ
）は、カートリッジ固定用ディスクの平面図を示す。 第５図（イ）（ロ）は、本発明のカートリッジ式試料ホ
ルダーの回転運動に伴う原料粉体とボールの遊星運動お
よび該ホルダーの振盪運動の状況を示す説明図である。 第６図は、実施例Ｎｏ、　５　、Ｎｏ、　１４および比
較例の平均粒径と稼働期間との関係を示す特性図であり
、第７図は、実施例Ｎｏ、　５　、Ｎｏ、　８　、Ｎｏ
、１１、Ｎａ１４および比較例についてミルポットの容
積をパラメーターとした場合の平均粒径と稼働期間との
関係を示す特性図である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）少量用小型ミルポット、該ポットを収納するため
   の気密性と遮音性に優れた２重構造型円筒状カートリッ
   ジ、該カートリッジを回転軸から離れた位置に固定して
   なるカートリッジ式試料ホルダーおよび該ホルダーを載
   荷して回転を容易ならしめるためのタイミングベルトと
   平行駆動ローラーとを具備した回転装置とを具え、任意
   の回転速度と遠心力を制御して得られる遊星運動に伴う
   ボールの衝撃や摩潰作用により原料粉体を撹拌、混合あ
   るいは粉砕し、比較的短時間にて粒径０．１〜１０μｍ
   の微細粉末を製造できることを特徴とした卓上型マルチ
   ボールミル。
2. （２）少量用小型ミルポット、該ポットを収納するため
   の気密性と遮音性に優れた２重構造型円筒状カートリッ
   ジ、該カートリッジを回転軸から離れた位置に固定して
   なるカートリッジ式試料ホルダーおよび該ホルダーを載
   荷して回転を容易ならしめる偏心軸可変の偏心ローラー
   を共有する平行駆動ローラーを具備した回転装置を具え
   、遊星運動および振盪運動を単独または同時に制御して
   原料粉体を攪拌、混合あるいは粉砕し、比較的短時間に
   て粒径０．１〜１０μｍの微細粉末を製造できることを
   特徴とした卓上型マルチボールミル。
3. （３）少量用小型ミルポット、該ミルポットの複数個を
   収容できる気密性と遮音性に優れた２重構造型円筒状カ
   ートリッジ、該カートリッジの複数本それぞれを２個の
   スプリング付円柱状固定ピンによりカートリッジ固定用
   ディスクの取り付け穴を介して回転ディスクの中心から
   離れた位置に固定し、円滑な回転を得るための滑り止め
   用オーリングを具備してなることを特徴とした特許請求
   の範囲第１項記載のカートリッジ式試料ホルダー。
4. （４）前記カートリッジ式試料ホルダーと回転数２０〜
   ５００ｒｐｍの回転により得られる遊星運動、および回
   転ディスク直径の１／８以下乃至１／２０以上の振盪運
   動を単独または同時に制御するための偏心軸可変の偏心
   ローラーを共有する平行駆動ローラー、回転を容易なら
   しめるためのタイミングベルトを具備してなることを特
   徴とした特許請求の範囲第１項乃至第３項の何れかに記
   載の回転装置。