JPS6243731B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、縦型配置の粉砕タンクを備え、該タ
ンクが掻混機と共同して粉砕ボールを内包した環
状粉砕室を限定し、またその下端が供給口と結合
されている撹拌装置用ボールミルに関する。

撹拌装置用ボールミルはすでに数多くの実施に
おいて知られている。掻混機シヤフトがシヤフト
軸に斜に突出したロツドを撹拌要素として有する
先行タイプのものの他に、撹拌シヤフトが全高さ
にわたつて配分配置された円板状撹拌要素を担持
したものも公知である。環室粉砕器とも呼ばれる
最近公知の別タイプにあつては、掻混機は中空円
筒として構成された撹拌シヤフトを有している。
中空円筒のジヤケツト面に取付けられた撹拌ロツ
ドを補足する意味で、粉砕タンクはその内壁でや
はりロツドを担持しており、該ロツドは掻混機の
全高さにわたつて配分されたロツド列間で環状粉
砕室内に突出している（ドイツ特許明細書第
1233237号）。

公知の撹拌装置用ボールミルの掻混機要素は、
それがロツドとして構成されているかそれとも円
板として構成されているかには関係なく、掻混機
要素の範囲で層流がひき起こされる共通点を有し
ている。破砕効果が粉砕要素間の衝撃効果及び剪
断効果によつて成立するのかそれともたんに剪断
効果によつて成立するのかはなお議論の余地があ
るところであるが、公知の撹拌装置用ボールミル
では既粉砕材料が広い粉度分布を示している。既
粉砕材料の粉度分布が限定される、すなわち過大
粒子や微細粒子分が少なくなくてはならないケー
スはしばしば生じるのであるが、こうしたケース
では公知の撹拌装置用ボールミルで満足のゆく成
果を期待することができない。

公知の撹拌装置用ボールミルの更に別の本質的
に不利な点は、撹拌機関すなわち粉砕ボールと粉
砕タンクとの間に生じる摩耗が大きいという点で
ある。既粉砕材料の所望外の汚染は別として、こ
の摩耗はこの微粉砕機の高い運転費及び維持費を
生じさせる。最終的にはまた、微粉砕機の摩耗の
増加に拌なつて粉砕効果が低下する。

そこで本発明の目的は、粉砕ボールと粉砕タン
クとの間に生じる摩耗を減ずるとともに、環状粉
砕室での粉砕ボールの相対運動がほぼ一定となる
構成により粉砕材の狭い粒度分布を得る撹拌装置
用ボールミルを提供することにある。この場合、
粉砕作用は公知の撹拌装置用ボールミルの場合主
として個々の層流間の移行部で実現するという認
識から出発される。だが従来の微粉砕機にあつて
は、個々の移行ゾーンの半径方向の広がりの内部
での統一的な運動比すなわち粒子への統一的な荷
重が支配しているのでもなく、また極端な全高が
なければ十分な数の移行ゾーンを粉砕室の軸方向
広がりにもつてくることもできない。

本発明によると前記課題は、粉砕タンクの内面
及び掻混機のジヤケツト面がなんら突生部材を有
さず、粉砕室が掻混機の回転軸方向にわたつてほ
ぼ一定となる環状空隙室を形成することによつて
解決される。粉砕室の半径方向広がりがスリツト
にまで減じられている結果、定常タンク壁と回転
掻混機のジヤケツト面との間では粉砕ボールの運
動状態は種々ではあるが、本質的にほぼ一定な相
対運動比が生じる。それに応じて、粉砕室内で回
転しつつ上昇するフロールートを描いて進む粒子
はたえず本質的に同じ大きさの剪断応力を受ける
のであり、或る粒子のフロールートがタンク壁面
真近を通過するのかそれともロータジヤケツト真
近を通過するのかには影響されない。

粉砕材が同一な場合本発明による撹拌装置用ボ
ールミルから出てくる最終生産物の粒度は、粉砕
室内での材料滞留時間が本発明による微粉砕機の
場合従来のタイプの微粉砕機の場合より著しく短
いにもかかわらず、周知の撹拌装置用ボールミル
で粉砕した材料の場合よりかなり小さいことが判
明した。これは、環状空隙内に形成されて粒子に
荷重をかけたり粒子を粉砕したりする剪断流が環
状室に比較して環状空隙においてはタンク壁と掻
混機のジヤケツト面との間の間隙がより小さいた
めにより激しいということと関連していると思わ
れる。このことによつて、環状空隙として構成し
た粉砕室は従来の環状室形状の粉砕室の場合にお
けるよりも粒子粉砕がより迅速かつより完全にお
こなわれるのである。環状空隙内に存在する、タ
ンク壁と掻混機ジヤケツト面との間の安定した流
れ勾配が好適な粉砕作用に寄与する。環状空隙の
幅は、１方で粉砕材懸濁液の種類如何にそして他
方で粉砕ボールの大きさ如何に関係している。

粉砕室はなんら突出部材を内包してはいないの
であるから、該粉砕室内では相対的に秩序だつた
粉砕材懸濁液の流れが調整できるのであり、該懸
濁液内で粒子は出口に至るまでほぼ一定の空隙幅
の流れ進路を流過する。このことによつて粉砕材
料にとつては狭い滞留時間スペクトルが生じるの
であり、またこのことと関連して既粉砕材の限定
された粒度分布が生じる。

粉砕室を環状空隙として構成することによつて
粉砕室の容積は減少し、したがつてまたこの容積
をゆるやかに推積してみたす粉砕ボールの質量も
減少する。ボール質量を減らすことによつて、粉
砕運転中に粉砕ボールを加速するのに必要なエネ
ルギー消費も減らすことができる。他面、粉砕ボ
ールの容積減少はすべての粉砕ボールが活発に粉
砕過程に寄与するのであるから粉砕性能に不利に
作用することはない。

軸方向において隣接する粉砕ボールは本質的に
同一の周速を有しておりまた周速は半径方向にお
いては漸次的に変化するだけであるから、摩耗に
決定的な影響を有する隣接粉砕材の運動エネルギ
ーにおける差は小さい。だがそれと並んで、粉砕
タンク及び掻混機が環状空隙を限定する両面で示
す摩耗も減じられている。

粉砕ボールの相対運動の所望する著しい統一化
を粉砕材内で維持するため、優先的実施形態では
掻混機が供給口に隣り合わせてポンプ羽根車と結
合されている。このポンプ羽根車によつて、粉砕
材ないし粉砕材懸濁液は本質的に層状で螺旋形状
に推移する流れにおいて環状空隙内を搬送される
のであり、また粉砕ボール及び被磨砕粒子が掻混
機下に落下するのが妨げられている。

粉砕室を粉砕材が統一的に流れるために、か
つ、狭い滞留時間スペクトル並びに故障のない運
転のために、粉砕室が拡張収集室に直接つらなつ
ていること、すなわち粉砕室からの出口には粉砕
ボールをひき留めるための収縮部やフイルタなど
設けてない方が合目的であることが判明した。本
発明による撹拌装置用ボールミルを運転した諸経
験によつて、粉砕ボールが粉砕室から外に出るの
は微粉砕機の運転開始時を最高として大部分は均
衡状態が調整されるまでであることがわかつた。

本発明対象の実施例を図にもとづいて更に詳細
に説明する。

第１図にあらわした撹拌装置用ボールミルは縦
型配置の粉砕タンク１０を有しており、該タンク
内にはロータ１２が掻混機として回転自在に配置
されている。ロータ１２は中空円筒の形姿を有し
て中空軸１４によつて貫通されており、該中空軸
によつてロータは粉砕タンク１０の上部で図示省
略した仕方で浮動支承されている。ロータ１２の
ジヤケツト面３８と該面に相対する粉砕タンク１
０の円筒形内面との間には、図示省略したボール
を詰めた環状空隙１６が粉砕室として構成されて
いる。

粉砕タンク１０の底部１８は偏平でありまた中
央に供給口２０を有しており、該供給口は第１図
で図示省略したポンプの負荷を受けて粉砕材、粉
砕材懸濁液、ないし粉砕材を供給する液体を送り
込むのに使われる。粉砕器への粉砕材並びにボー
ルの装入は、−特に懸濁液として沈澱する傾向の
ある粉砕材の場合には−矢印方向２２に従つて上
から、中空軸１４を貫通する図示省略の縦管を通
しておこなうことができる。

下方に向いたロータ１２の下面４０はポンプ羽
根車として羽根２４を備えており、該羽根は半径
方向においてほぼ半径中心点からジヤケツト面に
至るまで、すなわち環状空隙１６に至るまで延び
ている。この羽根２４は自由噴流ポンプの羽根車
の場合と同様に配置されており、また粉砕材ない
し粉砕材懸濁液を供給口２０から環状空隙１６へ
と搬送するのに使われる。この場合に粉砕材にか
かる圧力によつて粉砕材は粉砕過程中環状空隙１
６の内部を収集室２６へと上方に搬送されるので
あり、粉砕材はロータ１２の上部では粉砕タンク
１０内の半径方向に配置された流出開口部（排出
口）２７から外に出ることができる。ポンプ羽根
車の作用を受けて粉砕ボールは浮遊式に環状空隙
１６内で保持されるのであり、被粉砕材がロータ
下面（底部）４０の下側に位置するスペース内に
落下することはない。必要ならば、粉砕ボールを
ひき留めるため環状空隙１６の出口と排出口２７
との間の収集室２６内に中空軸１４と同心なスク
リーンを取付けることもできる。図面（第１図）
から明らかなように、ロータ１２の円筒形外面、
すなわちジヤケツト面３８およびその上に設けら
れたコーテイング３９はなんら突出部材を有さ
ず、該面は円筒形状を保持する。

収集室２６は１方ではフランジ状にかぶせられ
た粉砕タンク１０の蓋２８によつてまた他方では
ロータ１２の上面３０によつて限定されてる。タ
ンクの蓋２８とロータ１２の上面３０とは凸面成
形してある。粉砕タンク１０は周辺部に冷却ジヤ
ケツト３２を有しており、該ジヤケツトはタンク
壁（タンクの内面）３４とで環状路３６を成して
おり、該環状路を冷却液が流過しうる。

ロータ１２のジヤケツト面３８及び底部（下
面）４０並びにタンク壁３４及びタンク底部１８
は、粉砕室の方を向いた側にプラスチツク製−例
えばポリウレタン−コーテイング３９を備えてい
る。ポリウレタンは特に酸化セラミツク材料より
成る粉砕ボールを用いた場合好適である。

粉砕室１６のスリツト幅は粉砕材ないし粉砕材
懸濁液（濃度ないし密度、粘度）如何に依存して
おり、また粉砕ボールの大きさ如何に依存してい
る。経験により、掻混機と容器壁との間で粉砕ボ
ールの秩序だつた運動を獲得するにはスリツト幅
が少なくとも粉砕ボールの直径の３倍はなくては
ならないことが示された。

さもない場合にはボールが少なくとも局部的に
動けなくなる危険が在り、ボールのほぼ一定な相
対運動がもはや保証しえなくなる。更に粉砕性能
はなかでも粉砕箇所の数如何に、すなわちボール
の数如何に依存している、したがつて高い粉砕性
能を達成するにはボールの数は多い方が望ましい
のであるが、スリツト幅と粉砕ボール直径との比
は約20の値を上回つてはならない。経験により、
この値を上回つた場合ボールの表面仕上如何に関
係して粉砕効率が低下することが示された。壁隣
接ゾーンに在るボールの相対運動は粉砕作用をひ
き起こすのに十分な程度以下に低下したり或いは
そこではボールがまつたく静止してしまうことが
確認できる。

実際においてはスリツト幅と粉砕ボール直径と
の比は著しく粉砕材懸濁液の特性によつて影響さ
れるしまた制限されている。粉砕材懸濁液と粉砕
ボールの材料並びに粉砕材の粒度との間の密度差
の影響を度外視するなら、懸濁液の粘度を増すに
つれてボールは径の大きなものを選ばねばならな
い。それ故スリツト幅はボール直径の10倍以内の
ものを選ぶのが有利であることが判明した。平均
的直径３mm、すなわちほぼ市販の最大直径のボー
ルを用いるなら、スリツト幅は最大50mmのものが
考慮される。

平均的粉砕ボール直径１mm以下だと操作上難点
を生じるのであり、また製造経費もスリツト幅が
小さくなるにつれてかさむのであるから、実際に
おいては最低６mmの幅の粉砕空隙が優先されてい
る。例えば、天然の炭酸カルシウムを水様懸濁液
−重量百分比99で５ミクロン以下そして重量百分
比50で１ミクロン以下の粒度に固体濃度72％の場
合−内で粉砕するにはスリツト幅が９mmなら平均
的粉砕ボール直径1.6mmが経済的粉砕運転という
点に関してきわめて有利であることが判明した。
この成果は掻混機・周速が18ｍ／秒の場合掻混機
直径200mmの微粉砕機においても掻混機直径1500
mmの微粉砕機においてもともに達成することがで
きる。前記２ツの事例においてエネルギー消費
は、約0.2KWh／Kg−最終生産物（固体）であつ
た。

脱凝集過程（Desagglomera lions−）及び分
散過程にさいしては12ｍ／秒以上の掻混機・周速
で処理されねばならないが、他方微粉砕は有利に
は16〜20ｍ／秒で実施することができる。だがこ
の場合、周速が約20ｍ／秒以上に上昇するにつれ
て同一の微粒度においては処理量をこれ以上高め
ることはできない。

分散助剤を添加するため粉砕タンク１０内で複
数個の閉鎖自在な開口部４２が粉砕完全高さにわ
たつて配分されてつらなつている。

第２図に示した撹拌装置用粉砕機は、タンク底
部４４及びロータ１２′の底部がタンク蓋２８及
びロータの上面３０と同様凸面形成されている点
で第１図に示した粉砕機と区別される。ロータ１
２′は第１図におけると同様図示省略した仕方で
中空軸を用いて浮動支承されている。供給口２０
はポンプ４８の圧力側と結合されている。第１図
とは異なつてロータ１２′の底部（下面）４６は
供給口を有しておらず、粉砕材懸濁液、液体ない
しボールの供給は供給口２０によつてのみおこな
われうる。だがまた、底部４６に第１図に類似し
て供給口を設けることも可能である。

環状空隙１６の幅が第１図、第２図にあらわし
た実施例では粉砕室全高さにわたつて一定不変で
あるが、他方第３図にあらわした実施例ではスリ
ツト１６′の幅は上に向かうにつれて、すなわち
搬送方向に進むにつれて減少していく。このスリ
ツト幅の減少は、ロータ１２″のジヤケツト面５
０が搬送方向を進むにつれて増大する直径を有し
ていることによつて生じる。粉砕室１６′の方を
向いた粉砕タンク１０″の内面もやはり搬送方向
を進むにつれて増大する直径を有しているが、し
かしその傾斜度はジヤケツト面５０の傾斜度より
小さい。

第１〜第３図にあらわした撹拌装置用ボールミ
ルは或る特定条件下では分離スクリーンを取付け
ることなくまた分離・環状空隙なしで運転するこ
とができる。粉砕ゾーンでの遠心加速が高いこと
及び軸方向加速をひき起こす危険のある部材が欠
落していることによつて、比重の重い粉砕ボール
は上方に流れる粉砕材懸濁液によつてその小部分
のみが押し流される。粉砕材と一緒に粉砕器から
出ていくボールの量は処理量（／分）、粉砕材
懸濁液の粘度及び比重如何に依存している。ボー
ルは粉砕器の外で分離選別機で粉砕材から分離さ
れ、次にまだ粉砕工程が続く場合懸濁液内にボー
ルが残存することのないようになされている。流
出した粉砕ボールの量や、場合によつてはまた消
耗したボールの量は、定期的に或いは連続的に補
充されねばならない。この場合の方策としては次
のようなものがある。

(a) 粉砕材懸濁液の流動密度が低く粉砕ボールの
比重が大きい場合タンク蓋２８内の図示省略し
た開口部を通して上から。

(b) ロータ１２の中空軸１４の縦管を通して。

(c) 隔膜ポンプを用いて粉砕材懸濁液と並行して
供給口２０へと。

本発明による撹拌装置用ボールミルは合目的に
粉砕ボールなしで起動される。粉砕ボールの付加
は粉砕機を回転させながらおこなわれる。だがま
た、本発明による撹拌装置用ボールミルは伝動装
置が通常設計ならこの種のあらゆる伝統的な粉砕
機に比較してボール質量が小さいので、ボールを
既に充填した場合でも粉砕機を起動させることが
たいてい可能であり、このことは特に運転中断時
に有利である。

第１図に示すように、図示省略した縦管と中空
軸１４との間の密閉は液圧式に液体洗浄によつて
おこなわれる。開口部４２（第１図）を通して供
給される分散助剤は、粉砕過程中に−特に大型粉
砕機において−所要の粘度を維持するため粉砕材
に供給されるポリアクリル酸エステル、ポリ燐酸
塩等々の表面活性物質である。このため噴射装置
を備えた計量圧力ポンプを用いることができる。

本発明によりポンプ羽根車は粉砕タンクの底部
と掻混機の下面との間に形成されたスリツト内に
配置されており、ポンプ羽根車の入口は図示され
ていない縦管或いは中空軸の底部ないし注ぎ口で
供給口と連絡しており、またポンプ羽根車の出口
に粉砕室が直接に接続しているのであつて、これ
らのことによつて粉砕材懸濁液は事実上無圧で粉
砕タンク内に導入されうる。それと同時に、特に
掻混機の直径が大きい場合かなりの軸力をそして
それによつて例えば掻混機軸受の許容外の応力を
ひき起こす危険のある超過圧力が掻混機の下面に
生じるのを回避することができる。本発明による
ポンプ羽根車の配置によつて供給口と該羽根車の
入口との間には吸引ゾーンが構成され、該ゾーン
内で懸濁液からの粒子の沈降が妨げられる。更
に、環状スリツト内への懸濁液の一様な分配及び
供給が保証されるのであり、このことはやはり掻
混機直径が大きい場合特別の重要性を有してい
る。これとの関連で、ポンプ羽根車の外径が掻混
機直径より本質的に小さくないなら、すなわち該
羽根車の出口が直接粉砕室ないし環状スリツトに
つらなつているなら有利である。

本発明による撹拌装置用ボールミルは経験によ
ると固形個別粒子を粉砕するという意味での本来
の粉砕において高い性能を示すばかりでなく、微
粒子状のだが湿潤しにくい或いは強く凝集した固
体を液体内で分散するさいにも高性能を示しても
いる。

本発明による撹拌装置用ボールミルの所与の使
用目的の場合、掻混機の周速は掻混機の直径によ
つて本質的に変わるべきではないであろう。それ
に従つて掻混機の回転速度を適合させること。

掻混機の高さは掻混機の直径の数倍弱、優先的
にはその１〜２倍であるべきである。

以上説明したことから明らかなように本発明の
ボールミルは、懸濁液とともに粉砕タンク下端の
供給口から供給される粉砕ボールは羽根車によつ
て粉砕室へ搬送される。

そして、粉砕タンクの内面と掻混機のジヤケツ
ト面に突出部材を有しないことから粉砕ボールの
流れがスムーズとなり粉砕室内での滞留がなくな
り粉砕ボールと粉砕タンクとの間に生じる摩耗を
減ずることとになる。しかも粉砕室の空隙を狭く
して掻混機の回転軸方向に沿つてその距離をほぼ
一定にしたので、粉砕ボールは、掻混機によつて
つぶされながら、その移動方向は懸濁液の流れに
沿つて下面から上面へとほぼ一定な相対運動によ
つて送られる。

したがつて粉砕室内で粉砕ボールがうず巻いた
りまた、突起物に防害されることもないので粉砕
室内での材料滞留時間が短縮され、しかも小さな
粉砕ボールとなり、粉砕材の狭い粒度分布を得る
ことができ、装置のメインテナンスを容易にし、
かつ寿命を伸ばすことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す撹拌装置用ボ
ールミルの縦断面図である。第２図は本発明の他
の実施例を示す撹拌装置用ボールミルの縦断面図
である。第３図は更に本発明の他の実施例を示す
撹拌装置用ボールミルの縦断面図である。 符号の説明、１０，１０′，１０″……粉砕タン
ク、１２，１２′，１２″……ロータ（掻混機）、
１４……中空軸、１６，１６′……環状空隙（粉
砕室）、１８……タンク底部、２０……供給口、
２２……矢印方向、２４……羽根（ポンプ羽根
車）、２７……排出口、３４……タンク壁（タン
ク内面）、３８……ジヤケツト面、３９……コー
テイング、４０，４６……下面、４２……開口
部、４４……底部（下面）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 縦型配置の粉砕タンクを備え、その内部に支
   承されて直立した回転軸の回りに回転する掻混機
   を配置し、前記粉砕タンクが掻混機と共同して粉
   砕ボールを内包した環状粉砕室を限定し、またそ
   の下端が懸濁液と粉砕ボールを供給するための供
   給口と連通されている撹拌装置用ボールミルにお
   いて、 前記粉砕タンク１０の内面３４及び前記掻混機
   １２のジヤケツト面３８がなんら突出部材を有さ
   ず、かつ前記粉砕室１６が前記内面３４とジヤケ
   ツト面３８間の距離を狭めるとともに、この距離
   が掻混機の回転軸方向にわたつてほぼ一定とする
   環状空隙室を形成してなり、さらに、 前記掻混機の下面４０，４６に取付けられ、こ
   の下面と粉砕タンクの底部１８との間で供給口か
   らの前記懸濁液と粉砕ボールを半径方向外方に搬
   送する羽根車２４を設け、この羽根車の入口を供
   給口２０と連絡させ、一方、羽根車の出口を粉砕
   室１６に連通させていることを特徴とする撹拌装
   置用ボールミル。 ２ 前記粉砕室１６の空隙幅が粉砕ボールの直径
   の５〜10倍であることを特徴とする、特許請求の
   範囲第１項に記載の撹拌装置用ボールミル。 ３ 前記粉砕室の空隙幅が６〜50mmの範囲である
   ことを特徴とする、特許請求の範囲第１項又は第
   ２項に記載の撹拌装置用ボールミル。 ４ 前記掻混機の周速が12ｍ／秒と20ｍ／秒の間
   であることを特徴とする、特許請求の範囲第１〜
   第３項のいずれか１項に記載の撹拌装置用ボール
   ミル。 ５ 前記空隙幅が粉砕室１６の全高さにわたつて
   一定不変であることを特徴とする、特許請求の範
   囲第１〜第４項のいずれか１項に記載の撹拌装置
   用ボールミル。 ６ 粉砕室１６を限定する面が少なくとも部分的
   にはポリウレタン−コーテイング３９によつて形
   成されていることを特徴とする、特許請求の範囲
   第１〜第５項のいずれか１項に記載の撹拌装置用
   ボールミル。 ７ 前記羽根車が掻混機１２の下面４０，４６に
   配置され回転軸１４の半径方向に延びた羽根２４
   によつて形成されていることを特徴とする、特許
   請求の範囲第６項に記載の撹拌装置用ボールミ
   ル。 ８ 粉砕タンク１０の上端に隣接する排出口２７
   が収集室２６を介して粉砕室１６と結合されてお
   り、粉砕室１６が直接に収集室２６へとつらなつ
   ていることを特徴とする、特許請求の範囲第１〜
   第７項のいずれか１項に記載の撹拌装置用ボール
   ミル。 ９ 供給口が、中空の回転軸１４及び掻混機１２
   を貫通した縦管の下端に設けられ、その上端に中
   空軸１４を介して浮動支承された掻混機１２を有
   する特許請求の範囲第１〜第８項のいずれか１項
   に記載の撹拌装置用ボールミル。 １０ 分散助剤を添加するため粉砕タンク１０
   は、該タンク内に粉砕室１６全高さにわたつて配
   分して注ぎ込む遮断自在式開口部４２を有する特
   許請求の範囲第１〜第９項のいずれか１項に記載
   の撹拌装置用ボールミル。