JP2002028514A - 粉砕機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 粉砕効率を高める。 【解決手段】 粉砕容器２内をセパレータ９によって内
側室１９と外側室２０に区画し、内側室１９内に攪拌部
材２１を回転可能に設ける。セパレータ９は、内周面が
多角形状で外周面が円形状に形成されるリング１１を複
数枚重ね合わせて隔壁１０を形成し、隔壁１０の外周側
に複数本の支持軸１２を位置し、各支持軸１２に複数枚
のスペーサ１３を装着し、各スペーサ１３の一部を隣接
するリング１１、１１間に介装させ、隣接するリング１
１、１１間で隔壁１０の内外を連通する複数の開口部１
４を形成したものである。内側室１９内に処理物を供給
し、攪拌部材２１を回転させると、処理物は粉砕メディ
アとともに攪拌され、粉砕される。処理物には攪拌部材
２１と内側室１９の多角形状の内周面との協働によって
強力な剪断力が加えられるので、粉砕効率が向上するこ
とになる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は粉砕機に関し、特
に、インクや塗料の分散、セラミック、金属、無機物、
有機物、磁性体、顔料、医薬品などの粉砕や分散などに
有効なメディア攪拌型湿式粉砕機に関するものである。

【０００２】

【従来技術およびその問題点】メディア攪拌型湿式粉砕
機には種々のタイプのものがあり、例えば、特開平１０
−２３０１８２号公報に記載されている粉砕機等が一般
に知られている。

【０００３】この粉砕機は、大流量の処理物を効率良く
粉砕する粉砕機であって、両端が閉塞された筒状をなす
粉砕容器と、粉砕容器内に設けられて粉砕容器内を内側
室と外側室の２室に区画する円筒状のセパレータと、粉
砕容器の内側室内に回転可能に設けられる攪拌部材とを
具えている。

【０００４】そして、攪拌部材を回転させて処理物を粉
砕容器の内側室内に供給すると、処理物は粉砕メディア
とともに分散、攪拌され、遠心力の作用によってセパレ
ータ側に層状に押し付けられ、同時に攪拌部材の回転力
に引きずられて回転運動も行い、強力な剪断力が加えら
れ、処理物の粉砕、分散が行われる。この場合、遠心力
の作用する方向と処理物の流れる方向とが同じであるた
め、無理なく均一な処理物の粉砕、分散が行われること
になる。

【０００５】しかしながら、上記のような構成の粉砕機
にあっても、動力源の運動エネルギーを処理物の粉砕の
ために交換する効率は、各種のエネルギー変換効率に比
べると未だ低いのが現状となっている。

【０００６】この発明は前記のような従来のもののもつ
問題点を解決したものであって、動力源の運動エネルギ
ーを処理物の粉砕のために交換する効率を著しく向上さ
せることができる粉砕機を提供することを目的とするも
のである。

【０００７】

【問題点を解決するための手段】上記のような問題点を
解決するためにこの発明は、粉砕容器と、該粉砕容器内
に設けられて粉砕容器内を内側室と外側室の２室に区画
するとともに、両室間を連通する開口部を有するセパレ
ータと、前記内側室内に回転可能に設けられる攪拌部材
と、前記内側室内に処理物を供給するための供給口と、
前記外側室から処理物を排出するための排出口とを具え
た粉砕機において、前記内側室を多角形状に形成した手
段を採用したものである。また、前記セパレータは、内
周面が多角形状に形成されるとともに、外周面が円形状
に形成されるリングを複数枚重ね合わせ、隣接するリン
グ間に内外周面間を連通する開口部を形成してなる手段
を採用したものである。

【０００８】

【作用】この発明は上記のような手段を採用したことに
より、攪拌部材を回転させて処理物を供給口から粉砕容
器の内側室内に供給すると、処理物は内側室内において
粉砕メディアとともに攪拌されて分散、粉砕される。こ
の場合、処理物及び粉砕メディアには攪拌部材の回転と
多角形状の内側室とによって強力な剪断力が加えられ
る。そして、処理物が所定の粒度に達すると、処理物は
セパレータによって粉砕メディアと分離され、セパレー
タの開口部内に流れ込み、そこを通過して外側室内に流
れ込み、外側室から排出口を介して粉砕容器外に排出さ
れることになる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図面に示すこの発明の実施
の形態について説明する。図１〜図５には、この発明に
よる粉砕機の一実施の形態が示されていて、この粉砕機
１は、連続式のメディア攪拌型湿式粉砕機であって、両
端が閉塞された筒状をなす粉砕容器２と、粉砕容器２の
内部に回転可能に設けられる攪拌部材２１と、粉砕容器
２の内部に設けられるセパレータ９とを具えている。

【００１０】粉砕容器２は、一端が閉塞された筒状をな
す容器本体３と、容器本体３の他端開口部を閉塞する円
板状の蓋６とから構成されるものであって、容器本体３
の閉塞されている一端中央部には容器本体３の内外を連
通する筒状のボス４が一体に設けられ、このボス４の内
側の部分に装着される軸受５によって攪拌部材２１が回
転可能に支持されるようになっている。

【００１１】粉砕容器２の内部には、筒状のセパレータ
９が粉砕容器２と軸線をほぼ一致させた状態で設けら
れ、このセパレータ９によって粉砕容器２内は径方向に
内側室１９と外側室２０の２室に区画されるようになっ
ている。

【００１２】蓋６の中央部には、内側室１９内外を連通
する筒状の供給口７が一体に設けられ、この供給口７を
介して内側室１９内にインク、塗料、セラミック、金
属、無機物、有機物、磁性体、顔料、医薬品等の処理物
が供給されるようになっている。

【００１３】容器本体３の筒状の部分には、外側室２０
内外を連通する筒状の排出口８が一体に設けられ、この
排出口８を介して内側室１９からセパレータ９の開口部
１４を通過して外側室２０内に流出した処理物が粉砕容
器２外に排出されるようになっている。

【００１４】粉砕容器２は、軸方向に短く形成されてい
る。すなわち、Ｌ（軸方向の長さ）／Ｄ（直径）比が小
さくなるように形成されている。この実施の形態におい
ては、Ｌ／Ｄ比をＬ／Ｄ≦１．０としている。Ｌを小さ
くする場合にはＤを大きくすることにより内側室１９
（粉砕領域）の容積を十分に確保することができ、所定
の粉砕効率を得ることができるものである。

【００１５】セパレータ９は、複数枚の環状のリング１
１、１１……を重ね合わせて筒状の隔壁１０を形成する
とともに、隔壁１０の外周側に支持軸１２を周方向に向
かって所定の間隔ごとに複数本位置し、各支持軸１２に
複数枚の環状のスペーサ１３、１３……を装着し、各ス
ペーサ１３の一部を隣接するリング１１、１１間にそれ
ぞれ介装させ、隣接するリング１１、１１間に隔壁１０
の内外周面間を連通するスリット状の開口部１４を複数
形成したものである。

【００１６】セパレータ９の開口部１４の形状は、スリ
ット状に限らず他の任意の形状としても良い。ここで、
セパレータ９の開口部１４をスリット状としているの
は、スペーサ１３の厚みを変更することによってスリッ
ト状の開口部１４の寸法を任意に変更できるからであ
り、処理物の粘度や粒状の性状、その他の処理条件によ
って適当にスペーサ１３の厚みを設定することができる
からである。

【００１７】セパレータ９の各リング１１は、断面が方
形状（この実施の形態においては断面を四角形状として
いるがこれに限定するものではない）で環状をなすもの
であって、内周面が多角形状（この実施の形態において
は正八角形状に形成しているがこれに限定するものでは
ない）に形成され、外周面が円形状に形成されている。

【００１８】そして、このような形状のリング１１を複
数枚、各リング１１の内周面の各頂角がそれぞれ同一垂
直線上に位置するように重ね合わせることで、内周面が
多角形状で外周面が円形状の隔壁１０を構成することが
できるものである。

【００１９】隔壁１０の上部及び下部にはそれぞれ環状
のリング押え１５、１６が位置し、上部のリング押え１
５に各支持軸１２の上端部を嵌合させ、下部のリング押
え１６を挿通させたボルト１８を各支持軸１２の下端部
に螺合させて所定のトルクで締め付けることにより、各
リング１１と各スペーサ１３とを相互に密着させること
ができ、ユニット化したセパレータ９を構成することが
できるものである。

【００２０】ユニット化したセパレータ９は、粉砕容器
２内に一体的に着脱可能となるとともに、粉砕容器２内
に装着したときに、蓋６の内面と容器本体３の底面との
間で支持され、粉砕容器２内の所定の位置に保持される
ものである。

【００２１】そして、上記のような構成のセパレータ９
を粉砕容器２内に装着することで、粉砕容器２内は、径
方向に内側室１９と外側室２０の２室に区画され、内側
室１９と外側室２０との間がセパレータ９の各開口部１
４を介してそれぞれ相互に連通し、内側室１９内の処理
物がセパレータ９の各開口部１４を介して外側室２０内
に流出可能となるものである。この場合、内側室１９
は、セパレータ９の隔壁の多角形状の内周面によって外
周部が多角形状に形成され、外側室２０は、セパレータ
９の円形状の外周面によって内周部が円形状に形成され
るものである。

【００２２】攪拌部材２１は、一端が閉塞された筒状を
なすものであって、粉砕容器２の内側室１９内に回転可
能に設けられるようになっている。攪拌部材２１の筒状
の部分の外周側には、全周に渡って凹部２２、凸部２３
が交互に設けられている。各凹部２２にはそこを内外に
貫通する貫通孔２４が設けられ、この貫通孔２４を介し
て攪拌部材２１の径方向の内外間において処理物及び粉
砕メディアが相互に流動するようになっている。

【００２３】攪拌部材２１の閉塞されている一端には、
そこを内外に貫通する複数の貫通孔２５が設けられてい
る。この貫通孔２５は、攪拌部材２１の軸心を中心とす
るほぼ同心円上に所定の間隔で位置し、この貫通孔２５
を介して攪拌部材２１の軸方向の内外間において処理物
及び粉砕メディアが相互に流動するようになっている。

【００２４】攪拌部材２１の閉塞されている一端中央部
には筒状の突部２６が一体に設けられている。この突部
２６の外周側は容器本体３のボス４内に装着されている
軸受５の内周側に嵌合され、軸受５によって回転可能に
支持されるようになっている。突部２６の内周側には軸
受５によって回転可能に支持されている駆動軸２７の先
端部が嵌合されている。攪拌部材２１は、攪拌部材２１
の内面側からロックナットを兼用している分散部材２８
を駆動軸２７の先端に螺合させて所定のトルクで締め付
けることで、駆動軸２７に一体に連結されるようになっ
ている。

【００２５】分散部材２８の頭部には全周に渡って凹部
２９、凸部３０が交互に設けられ、この凹部２９、凸部
３０により、供給口７から粉砕容器２の内側室１９内に
供給された処理物、及び内側室１９内に位置する粉砕メ
ディアが径方向の外方に分散されるものである。

【００２６】攪拌部材２１の周速は、通常８ｍ／ｓ〜１
６ｍ／ｓである。周速は、大きい方が粉砕効率は良い
が、より大きな動力が必要となる。したがって、最適周
速は、粉砕の程度あるいは処理物により異なるので、処
理条件により最適な周速を選択する必要がある。

【００２７】処理物の滞留時間は、１〜３０秒／パスで
処理している。滞留時間は、より短時間で処理した方が
良いが、周速と同様処理条件により、最適な滞留時間を
選択する必要がある。

【００２８】粉砕メディアは、ジルコニアビーズ、スチ
ールビーズ、セラミックビーズ、ガラスビーズなどがあ
り、メディア径の大きさは、０．１ｍｍ〜２ｍｍを使用
している。充填量としては、粉砕容器２内の２０〜６０
％としている。粉砕メディアは、小径のものほど、又充
填量が多いほど、微粉砕は可能であるが、用途により粉
砕の程度、処理物の形状、性状などが異なり、用途、処
理物に対して最適なものを選択する必要がある。さらに
材質についても同様の選択が必要である。

【００２９】次に、前記に示すものの作用について説明
する。まず、図示しない駆動源を作動させて駆動軸２７
を回転させると、駆動軸２７に連結されている攪拌部材
２１が駆動軸２７と一体に回転するとともに、攪拌部材
２１の中心部に位置している分散部材２８も攪拌部材２
１と一体に回転する。

【００３０】そして、処理物を供給口７から粉砕容器２
の内側室１９の内部に供給すると、処理物は分散部材２
８によって粉砕メディアとともに径方向の外方に分散さ
れるとともに、攪拌部材２１によって攪拌される。

【００３１】この場合、攪拌部材２１の筒状の部分には
径方向内外に貫通する貫通孔２４が設けられているの
で、この貫通孔２４によって処理物及び粉砕メディアに
は強力な遠心力が作用し、処理物及び粉砕メディアは貫
通孔２４から攪拌部材２１の外周側に流動する。

【００３２】そして、攪拌部材２１の外周側に流動した
処理物及び粉砕メディアは、攪拌部材２１の外周側にお
いて、攪拌部材２１の凹部２２、凸部２３、及び内側室
１９の多角形状の外周部（セパレータ９の多角形状の内
周面）によって強力な剪断力が加えられ、攪拌部材２１
の軸方向の一端方向又は他端方向に流動し、蓋６と攪拌
部材２１との間隙を介して攪拌部材２１の内側に流動す
る。また、一部は、攪拌部材２１と容器本体３との間隙
を通って攪拌部材２１の閉塞されている部分の貫通孔２
５から攪拌部材２１の内側に流動し、このような一連の
流れに沿って内側室１９の内部を循環することになる。

【００３３】そして、このように処理物および粉砕メデ
ィアが内側室１９の内部を循環することにより、両者は
全体が完全な混合状態となるとともに、処理物は徐々に
細かく粉砕されて所定の粒度に達する。

【００３４】そして、所定の粒度に達した処理物は、攪
拌部材２１の外周側に流動した際にセパレータ９によっ
て粉砕メディアと分離され、セパレータ９のスリット状
の開口部１４内に流れ込み、そこを流れて外側室２０内
に達し、外側室２０から排出口８を介して粉砕容器２の
外部に排出されることになる。

【００３５】上記のように構成したこの実施の形態によ
る粉砕機１にあっては、粉砕容器２のＬ／Ｄ比を小さく
（１．０以下）してあり、Ｌを小さくした分だけＤを大
きくしてあるので、内側室１９（粉砕領域）の容積を十
分に確保することができるとともに、強い遠心力を得る
ことができることになる。

【００３６】また、処理物と粉砕メディアとを分離する
セパレータ９は、複数のリング１１と複数のスペーサ１
３と複数の支持軸１２との組合せによって複数のスリッ
ト状の開口部１４を形成してユニット化し、このユニッ
ト化したセパレータ９を軸線をほぼ一致させた状態で粉
砕容器２の内部に設けるようにしたので、大流量の処理
物を処理するのに十分な有効面積を確保することができ
ることになる。したがって、処理物の流れがセパレータ
９によって制限されるようなことはなく、大流量の処理
物の処理にも十分に対応できることになる。

【００３７】さらに、攪拌部材２１の中央部に分散部材
２８を設けるとともに、攪拌部材２１の筒状の部分に径
方向内外を貫通する貫通孔２４、攪拌部材２１の閉塞さ
れている一端部に軸方向内外を貫通する貫通孔２５をそ
れぞれ設けたので、内側室１９の全体を使って処理物お
よび粉砕メディアを循環させることができる。したがっ
て、粉砕メディア及び処理物が粉砕容器２の内部の一部
に片寄って運転に影響を与えたり、運転が困難となった
りするようなことはなく、長期的に良好な運転特性が得
られることになる。

【００３８】さらに、粉砕メディアは、内側室１９の外
周部に位置するセパレータ９の内周面に沿って公転する
とともに自転し、この場合、セパレータ９の内周面は多
角形状に形成されているため、セパレータ９の内周面に
沿って公転している粉砕メディアの公転方向は常に変化
し、その変化に伴って粉砕メディアの自転は増加する。
したがって、粉砕メディアの公転方向の変化及び自転数
の増加が処理物への剪断作用を増幅し、処理物の粉砕効
率を大幅に向上させることができることになる。

【００３９】なお、前記の説明においては、セパレータ
９の隔壁１０を構成する複数のリング１１に同一形状
（正八角形状）のものを使用し、各リング１１の内周面
の各頂角が同一垂直線上に位置するように複数のリング
１１を重ね合わせて、セパレータ９の内周側に外周部が
正八角形状の内側室１９を形成したが、各リング１１の
内周面の頂角を周方向にずらすように複数のリング１１
を重ね合わせて、セパレータ９の内周側に内周面が螺旋
形状の内側室１９を形成してもよいものである。その場
合には、各リング１１の内周面の各頂角は同一垂直線上
からずれた位置に位置することになるので、内側室１９
の内周面を構成する頂角の数が増えるものである。すな
わち、内側室１９は、複数のリングの内周面の頂角の総
数と同数の頂角を有することになり、複雑な形状となる
ものである。さらに、図示はしないが、内周面の形状の
異なるリングを複数枚重ね合わせて、内側室１９の内周
面の頂角の数を増やし、内側室１９の形状を複雑なもの
にしても良いものであり、このような多角形状と言い難
い場合でも、リングの内周面に角があることにより、処
理物に強力な剪断力を加えることができるものである。

【００４０】図６には、この発明による粉砕機１を用い
て構成したバッチ処理システム３１が示されている。す
なわち、このバッチ処理システム３１は、前述した粉砕
機１と、この粉砕機１に循環ライン３２を介して接続さ
れるサービスタンク３３と、循環ライン３２の途中に設
けられる循環ポンプ３４とを具えている。

【００４１】このバッチ処理システム３１は、１回の粉
砕では十分な粉砕ができないような場合に有効となり、
特に、少量多品種の製品を生産する場合に有効となるも
のである。この場合、サービスタンク３３として移動可
能なものを多数用い、それらを順次交換して使用するこ
とができる。また、製品の切り換えにより粉砕機１の内
部を洗浄する必要がある場合には、洗剤などの洗浄液や
リンス液を入れたサービスタンク３３を接続して運転す
ることにより、粉砕機１の内部、粉砕メディア、循環ラ
イン３２などを完全に洗浄することができる。

【００４２】以下に、この発明による粉砕機の実施例に
ついて説明する。この実施例においては、正八角形状の
リングを使用したセパレータと、円形状のリングを使用
したセパレータとの比較テストを、前記のバッチ処理シ
ステム３１で実施した。処理物のサンプリングは、循環
ルートのホールディングタンク入口で行った。また、粒
径は、日機装（株）のマイクロトラックＭＫIIＤＲＡを
用い、レーザー回析、光散乱法により計測した。正八角
形状のリングを使用したセパレータと円形状のリングと
を使用したセパレータとの比較を図７に示す。処理条件
は、以下の通りとした。 粉砕機 モーター容量：１５ｋｗ、回転数：１２００ｒｐｍ、処
理流量：１５ｌ／ｍｉｎ粉砕容器：内径（Ｄ）２３０ｍ
ｍ、軸方向長さ（Ｌ）８６ｍｍ、容器容量 ２．７l 攪拌部材：内径２２０ｍｍ、軸方向長さ ７０ｍｍ 粉砕メディア 材質：ジルコニア、ボール径：０．３ｍｍ 処理物 炭酸カルシュウム１０ｋｇと水１０ｋｇ 炭酸カルシュウムの平均粒径：５．５μｍ 上記の処理条件により、処理物の平均粒径を１μｍまで
粉砕するために要した電力消費量を粉砕メディアの使用
量毎に測定した。その結果を図７に示す。この結果か
ら、円形状のリングによるセパレータに比較して多角形
状のリングによるセパレータは次のような優位性のある
ことがわかった。電力消費量が同じであれば、少ない粉
砕メディア量で良い。同じ粉砕メディア量であれば、電
力消費量は少ない。円形リング、多角形リングのどちら
でも、粉砕メディア量が多ければ多いほど、電力消費量
は少ないが、メディア量の増加に対する電力消費量の減
少率は、多角形リングは円形リングに比べて著しく、メ
ディア量が多ければ多いほど、円形リングの電力消費量
と多角形リングの電力消費量との差が大きくなる。以上
のことにより、多角形状のリングによるセパレータの方
がより少ない粉砕メディアで効率良く粉砕できることが
証明された。

【００４３】

【発明の効果】この発明は、前記のように構成したこと
により、以下のような効果を奏するものである。すなわ
ち、供給口から粉砕容器の内側室内へ処理物を供給し、
攪拌部材を回転させると、処理物は、内側室の内部に位
置する粉砕メディアとともに攪拌されて粉砕されること
になる。この場合、粉砕メディアは、内側室の外周部に
位置するセパレータの内周面に沿って公転するとともに
自転し、この場合、セパレータの内周面は多角形状に形
成されているため、セパレータ内周面に沿って公転して
いる粉砕メディアの公転方向は常に変化し、その変化に
伴って粉砕メディアの自転は増加する。したがって、粉
砕メディアの公転方向の変化及び自転数の増加が処理物
への剪断作用を増幅し、粉砕効率が向上することにな
る。さらに、セパレータの内周面が多角形状であるため
に処理物自体の回転方向の変化により生ずる剪断作用に
よっても、粉砕効率は向上することになる。このよう
に、セパレータの内周部を多角形状に形成することによ
り、相乗の効果が生まれ、処理物に作用する剪断作用は
著しく増加し、より一層の粉砕効率の向上に寄与するこ
とになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による粉砕機の一実施の形態を示した
縦断面図である。

【図２】図１に示すものの要部拡大図である。

【図３】セパレータの詳細図である。

【図４】図３のＡ−Ａ線断面図である。

【図５】図３のＢ−Ｂ線断面図である。

【図６】この発明による粉砕機を用いて構成したバッチ
処理システムの系統図である。

【図７】この発明による粉砕機と従来の粉砕機との性能
を比較した説明図である。

【符号の説明】

１……粉砕機 ２……粉砕容器 ３……容器本体 ４……ボス ５……軸受 ６……蓋 ７……供給口 ８……排出口 ９……セパレータ １０……隔壁 １１……リング １２……支持軸 １３……スペーサ １４……開口部 １５、１６……リング押え １８……ボルト １９……内側室 ２０……外側室 ２１……攪拌部材 ２２、２９……凹部 ２３、３０……凸部 ２４、２５……貫通孔 ２６……突部 ２７……駆動軸 ２８……分散部材 ３１……バッチ処理システム ３２……循環ライン ３３……サービスタンク ３４……循環ポンプ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 粉砕容器と、該粉砕容器内に設けられて
   粉砕容器内を内側室と外側室の２室に区画するととも
   に、両室間を連通する開口部を有するセパレータと、前
   記内側室内に回転可能に設けられる攪拌部材と、前記内
   側室内に処理物を供給するための供給口と、前記外側室
   から処理物を排出するための排出口とを具えた粉砕機に
   おいて、前記内側室を多角形状に形成したことを特徴と
   する粉砕機。
2. 【請求項２】 前記セパレータは、内周面が多角形状に
   形成されるとともに、外周面が円形状に形成されるリン
   グを複数枚重ね合わせ、隣接するリング間に内外周面間
   を連通する開口部を形成してなる請求項１に記載の粉砕
   機。