JP2003519569A - 改良されたディスクを有する微細媒体ミル - Google Patents

改良されたディスクを有する微細媒体ミル

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JP2003519569A
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アール. スニーリンガー,ジョン
マクニール,チャールズ
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プレミア ミル コーポレイション
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    • B01F27/11Stirrers characterised by the configuration of the stirrers
    • B01F27/115Stirrers characterised by the configuration of the stirrers comprising discs or disc-like elements essentially perpendicular to the stirrer shaft axis
    • B01F27/1152Stirrers characterised by the configuration of the stirrers comprising discs or disc-like elements essentially perpendicular to the stirrer shaft axis with separate elements other than discs fixed on the discs, e.g. vanes fixed on the discs
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Abstract

(57)【要約】 当該シャフト(24)におおむね垂直に結合された複数のすりつぶしディスク(22)を備える回転可能軸シャフト(24)を具備するアジテータが、前記シャフト(24)から放射状に外方向きに且つ前記ディスク(22)の外周縁から放射状に内方向きに間隔があけられて配置された軸方向に延びるピン(32)を備える少なくとも1つのすりつぶしディスク(22)を有して設けられる。前記ピン(32)は、次の隣接するディスク(22)上の平坦面と位置合わせされる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、キャリア媒体内の生成物を、すりつぶし媒体を用いて、すりつぶし
、すなわち粉砕するアジテータまたは媒体ミルに、とりわけ、拡張されたレベル
のすりつぶしすなわち粉砕能力を提供する改良されたディスク配列を有する改良
されたアジテータミルに向けられたものである。
【0002】
【背景技術】
アジテータミルは、概して、液体キャリア媒体内の、顔料のような、固体を分
散させるのに用いられる。分散は、液体内に分散されるように前記固体を離散さ
せまたは粉砕させるために、ディスクまたは放射状に延びるペグを回転させるの
に用いられるアジテータシャフトを含むアジテータミルのチェンバ内におけるす
りつぶしおよび混合によって実行される。前記シャフトは、通常は、モーターの
ような機械装置によって駆動される。シリカ等のような、すりつぶし媒体は、前
記アジテータミルチェンバ内に配置され、そして前記液体内に前記固体物質を分
散させるべく、前記ディスクまたは放射状に延びるペグとの関連で使用される。
前記固体と液体の前記すりつぶしと混合が完了した後、その混合物を前記すりつ
ぶし媒体から分離し、そしてそれから前記混合物をミリングチェンバから排出す
ることが必要である。
【0003】 一つのそのようなセパレータの構成が、本発明の譲り受け人に譲渡され、米国
特許第5,333,804号に記述されており、且つ充分に述べられたかのよう
に参照して組み込まれている。この特許は、それに対して本発明が改良された性
能を提供する従来既知のタイプのディスクミルを記述している。ミリングチェン
バ内に内方に向かって延びる固定されたピンの間の空間を移動するロータ上に配
置された軸方向に延びるピンを使用する既知のアジテータミルの例は、それもま
た充分に述べられたかのように参照して組み込まれている米国特許第4,620
,673号に示されている。前記2つのタイプのミル(ディスクミルおよび軸方
向に延びるピンのミル)は、実使用上は同様の性能を呈する。
【0004】 従来の既知のディスクミルにおいては、おおむね円形の混合ディスクが、駆動
シャフト上に取着されている。前記ディスクは、液体スラリーおよびすりつぶし
媒体のポンプ動作を増大させるために弓形のスロットが設けられていてもよい。
また、ポンプおよびミル内のすりつぶし媒体の衝撃の力を増大させるために、前
記ディスクの内側周縁から外側周縁に延びる放射状に延びるバンプを備える固体
ディスクを利用することも知られている。従来のミルは、前記アームの一面また
は両面から延びるピン形状のアクティベータエレメントを備える、アジテータシ
ャフトから放射状に延びる軸方向に且つ放射状に離間されたアームまたはブレー
ドをも利用している。
【0005】 例えば所望の範囲へ固体の粒子サイズを減小させるために要する時間を削減す
ることによりおよび/または既知の従来のミルに比較して減少された粒子サイズ
を生成するための能力を提供することにより、液体キャリア媒体内への固体の混
合または分散におけるミルの性能を改善するために改良されたディスク配列を備
えるアジテータミルを提供することは望ましいことであろう。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は、シャフトにおおむね垂直に結合された複数のすりつぶしディスクを
有する回転軸シャフトを備えるアジテータを提供する。少なくとも1つのすりつ
ぶしディスクは、前記シャフトから放射状に外方向きに且つディスクの周縁から
放射状に内方向きに離間されて放射状に延びるピンであって、次の隣接するディ
スク上の平滑面に対して位置合わせされたピンを有している。
【0007】 他の局面において、本発明は、ディスク周縁に近接して配置された少なくとも
1つの放射状に延びるピンを含むアジテータまたは微細媒体ミルに関連して使用
するために改良されたディスクを提供する。
【0008】 上述の概要並びに発明の好ましい実施形態の以下の詳細な記述は、添付図面に
関連させて読んだときによりよく理解されるであろう。発明を説明する目的で、
現時点で好ましい実施形態が図面に示されている。しかしながら、発明は、図示
された厳密な配置構成および手段には限定されない。
【0009】
【発明の実施の形態】
ある一定の用語を便宜上次の説明に使用するが、これに限定するのもではない
。語句、「右方」、「左方」、「下方」、「上方」は図中における方向を指し、
これが基準となる。語句「内方向に」および「外方向に」は、それぞれ本発明に
よる媒体ミルおよび/または改良ディスクの幾何学的中心に向かう方向、および
これから離れる方向並びにその指示されたパーツを示す。この用語は上述した特
定した語句、その派生語、および同様の意味を含む。本願において、語句、「a
」または「one」は、特に言及しない場合は、少なくとも一つを意味する。付
加的に、語句「すりつぶし」、「混合」、「粉砕」および「分散」は、単独で、
またミル内の媒体の処理を説明する組み合わせの両方で使用され、かつ、これら
の語句の一つまたはそれ以上の使用がこの種の処理の他の説明だけでなく他の用
語を含むことを意図している。語句「アジテータミル」および微細媒体ミル」は
、本発明が方向付けているミルのタイプを指示するのにも使用され、またいずれ
の用語の使用も両方を含むことを意図している。
【0010】 図1を参照して、本発明の好ましい実施形態によるアジテータミル10を示す
。このアジテータミル10は、内部ミリング室14を規定するハウジング12を
含んでいる。ハウジング12は第1端部16と第2端部18を含んでいる。ハウ
ジング12は図1において破断されていて、本発明による複数のアジテータディ
スク22がスペーサ20によって離間されているのを示している。ディスク22
とスペーサ20は、ハウジング12の第1端部16で回転可能に支持されたアジ
テータシャフト24上に配置されている。アジテータシャフト24は、本発明に
おいて詳細には示されていない電動機駆動システムによって所望の速度で回転さ
れるように駆動される。アジテータミル10の好ましい実施形態の残りの要素は
米国特許第5,333,804号に開示説明されており、完全な説明が必要なら
ば参照してここに組み込まれる。しかし、本発明によるディスク22は他のタイ
プのアジテータミルに関連して使用することができ、また開示説明された好まし
いアジテータミル10との併用に限定するものではないことをこの説明から当業
者にとって理解されるであろう。このアジテータミルは生成物インレット17と
生成物アウトレット19を含んでいる。セパレータ・スクリーン機構40が、す
りつぶし媒体が生成物の流れと一緒にアジテータミル10からの流出を回避する
するためにハウジング12の第2端部18に位置されている。
【0011】 アジテータシャフト24上のディスク22とスペーサ20の数と間隔は、粉砕
ないし分散される固体および分散された固体が混入した液体の粘性に依存して特
定適用例に応じて変更することができる。
【0012】 本発明の好ましい実施形態によるディスク22を図2から10に詳しく示す。
図2から4を参照して、好ましくは各ディスク22は、各ディスク22がアジテ
ータシャフト24と一緒に回転するようにアジテータシャフト24上に嵌合して
固定される中央開口部26を含んでいる。これはアジテータシャフト24上にフ
ラットを提供するとともに中央開口部26内に対応するフラットを提供すること
によって実行することができる。しかし、当業者は、所望によりセパレートノッ
チおよびキー機構のような他の手段がディスク22をアジテータシャフト24に
連結するのに利用できることを本願の説明から認識されるであろう。付加的に、
ディスクの外周面28は適用例に依存して種々の異なる形態とすることができる
。例えば、一つまたはそれ以上のフラットをディスク22の外周面28に設ける
ことができ、あるいは所望の混合特性に依存して歯状、波形状または他の形状の
ような他の形態をディスク22の外周面28に設けることができる。
【0013】 好ましくは、ディスク22は、混合作用を増大させるための複数の弓形開口部
またはスロット30が含まれている。好ましい実施形態において、四つの腎臓形
状スロット30が各ディスク22に設けられている。好ましくは、各スロット3
0の周縁は図2から4に示したように角度が付けられていて、ディスク22のポ
ンプ作用を高揚するようになっている。しかし、本願から当業者が認識できるこ
とは、開口部30の形状、サイズおよび形態は特定適用例に依存して変更可能な
ことである。
【0014】 図2から7に詳しく示したように、少なくとも一つのディスク22、また好ま
しくは各ディスク22は、このディスク22の周縁28に近接して配置された少
なくとも一つの軸方向延長ピン32を含んでいる。好ましい実施形態において、
二つのピン32がディスク22の各サイドに配置されており、ディスク22の第
1サイド34上の二つのピンはほぼ180°離間され、またディスク22の第2
サイド36上の二つのピン32もほぼ180°離間されるとともに第1サイド3
4上のピン32からオフセット90°である。好ましくは、ピン32はスロット
30間に配置されたディスク・セグメント内に位置され、かつ、スロットによっ
て規定された外側直径から半径方向外方にオフセットしているのが好ましい。
【0015】 好ましい実施形態において、ピン32はほぼ円筒形状であり、ディスク22内
の対応して配置されたねじ付き開口部に固定されている。取付ツールで係合する
ためにフラット33がピン32の対向サイドに設けられている。しかし、ピン3
2の形状は特定適用例に依存して変更できることが本願から当業者にとって理解
されるであろう。例えば、楕円形、四角形または他の断面形状を利用できる。付
加的に、ピン32の間隔および数は所望の混合作用の積極性に依存して変更する
ことができる。好ましくは、ピン32はツール・スチールから作ることができる
。当業者は、ピン32が多数の適切な方式で、例えば溶接、締り嵌め、据え込み
またはたの適切な方法で、あるいは機械仕上げ、鋳込み、または他の適切な形成
プロセスによってディスクと一体形成することによってディスク22に固定でき
るということを本願から理解できるであろう。ピン32は、これらがアジテータ
シャフト24と概して平行になるように軸方向に取り付けられる。
【0016】 すりつぶし中、適切な粉砕、混合および/または分散を達成するために、ピン
32のサイズおよび間隔は、利用されるミル10およびディスク22のサイズに
基づいたある一定基準に一致するのが好ましい。ディスク22はミルのサイズに
基づいた所定の外側直径を有している。弓形スロット30は、図2に示したスロ
ット内径KDLAを有している。好ましくは、ピン32は突出高さhがディスク
22の外側直径とKDLA間の差の8%から15%の範囲である。より好ましく
は、突出高さhはディスク22の外側直径とKDLA間の差の11%および12
%の間である。ピン32も突出高さhのほぼ90%から110%の範囲であり、
またより好ましくは突出高さの105%から107%の範囲である直径を有する
【0017】 ピン32は直径PCDLAを有するピン・サークル上に配置されるのが好まし
く、すなわち、ディスク22の外側直径の75%から90%の範囲に、より好ま
しくは最適の機能を達成するために、PCDLAがディスクの外側直径の85%
から87%の範囲にある。付加的に、図10に示すように、近接ディスク22間
の距離Sはピンの突出高さhの約210%から530%の範囲にある。
【0018】 約9.54インチの外側直径と4.44インチのKDLAを有するディスク2
2である一つの好ましい実施形態において、ピン32は突出高さが約0.59イ
ンチ、また直径が約5/8インチである。PCDLAは約8.2インチであり、
また近接するディスク22間の間隔は1.5から2インチの範囲である。当業者
は、上述した寸法は単なる例であることを意図しており、また他の寸法も利用で
きることが理解できるであろう。他の選択された寸法も適切な機能を達成するた
めに上述した基準と一致するのが好ましい。
【0019】 図1および図8から10に詳しく示したように、隣り合うディスク22上のピ
ンの配置を示す。本発明によれば、ディスク22上の少なくとも一つのピン32
は直近のまたは隣り合うディスク22上に滑らかな面となる相補位置に配置され
る。好ましい実施形態において、ピン32は各ディスク22の両面34、36か
ら延長しているが、本願から当業者が理解できることは、ピン32が所与のディ
スク22の一方の面34、36からのみ延長しており、またピン32の位置が直
近のディスクまたは隣り合うディスク22上の滑らかなエリアと一直線をなして
いることである。さらに直近のディスク22が、アジテータミル10内の全て他
のディスク22も多数のピン32を含んでいるように多数のピン32を含まない
ように設計することができる。しかし、好ましい実施形態において、各ディスク
22上のピン32は、各ディスク22の第1面34上のピン32が互いにほぼ一
直線をなしており、また各ディスクの第2面36上のピン32も図示したように
一直線をなしている。
【0020】 ピン32のユニークな位置付けが、アジテータミル10内の媒体/生成混合物
の通常の加速流れを介してピン32を強制することによって粉砕、混合および/
または分散能力の大きく高揚されたレベルとなる。強制作用が図12で図式的に
示したように平行ピン32の回りの生成物の流れを分割することになる。ピン3
2のないディスク2の従来技術による構成を図11に示すとともに、その速度プ
ロフィールはディスクの面で概して最高であり(長い矢印41によって表わされ
ているように)、またディスク間の中間のエリア内で最低である(最も短い矢印
42によって示されたように)。比較のために、図12に示した速度プロフィー
ルは、いかにしてピン32が生成物の流れをピン32の回りにそらし、流れプロ
フィールの低い速度要素をなくし、矢印43によって表わされた高い速度をもた
らすかを示している。この強制作用が概してフラットである第1および第2面3
4、36を横切る流れ中の***させることになり、またディスク面に向かう方向
およびこれから離れる方向のパルス状流れパターンとなる。この合成作用が、各
ピン32の回りを流れるにつれて媒体/生成混合物の速度を増大し、ディスク周
面28において通常得られる速度を超えた速度に増大する。この結果は、所与の
アジテータ・チップ速度で達成できる最大シェア・レベルで増大すると考えられ
、この速度は従来のディスク機構または同じ条件下で作動される公知の軸方向ピ
ン・アジテータ・システムによって達成可能な速度を超えている。
【0021】 アジテータミル10内に利用されたこのユニークなピン・ディスク22によっ
て得られた高い媒体/生成・シェア・レベルが、既存の従来のディスク・システ
ムと比較したときに、生成物の分散の率において相当な、かつ、実質的な増大と
なる。従来技術によるディスクと、本発明によるピン32を伴うディスク22の
二つの別々のテスト(22−1と22−2で示す)を比較した図13に示したテ
スト・データは、同様の処理条件下で作動された従来のディスクを有するアジテ
ータミル10で達成されたものから150〜300%の粉砕、混合および/また
は分散容量における増大を示している。図13に示したように、標準ディスクに
よる動作の10分後において、平均粉体は約4.7μmであった。比較において
、上述した本発明の好ましい実施形態によるピン32を有するディスク22によ
れば、10分後の粉体サイズは、テスト1で約1.8μmであり、テスト2で約
1.5μmであった。
【0022】 軸ピン3なしのディスクを使用する公知のアジテータミルにおいて、アジテー
タミルは、最高達成可能生成物分散を示す最大Qmax値に制限され、これは、
粉体サイズのさらなる縮小が達成できない点まで混合された後の最小粉体サイズ
によって表されたものである。これは図13の水平線によって表され、性能曲線
と概して漸近しており、最小の粉体サイズを指示している。本発明によるピン3
2を伴う改良されたディスク22を利用することにより、所与のアジテータミル
1に対するQmax値は変化し、かつ従来公知のミルに対して相当な改善となる
。これは本発明によるピン32を伴うディスク22を備えたアジテータミル10
が、同じ粉体サイズを生成するためにディスク22の形態から離れた機器となる
ような他の変更をせずに、高い動作効率を得ることができかつ、これまでに達成
されたよりも小さい粉体サイズを発生するように使用するができることを意味し
ている。
【0023】 本発明の好ましい実施形態を詳細に説明してきたが、当業者は他の構成および
手段も本発明の範囲と概念内で使用できることが理解できるであろう。ディスク
の周縁に近接して配置された軸方向延長ピンをユニークな配置と、ディスクの近
傍ないし隣りに滑らかな面を対面させることが従来の公知のシステムを超えるこ
の改良を提供されたと考えられる。ピン32を有する本発明によるディスク22
は、本発明によるディスク22で既存のディスクの一つまたはそれ以上を交換す
ることによって既存の機器を改造することもできる。従って、本発明は図示した
精密な構成に限定するものではなく、むしろ近接するまたは隣り合ったディスク
の滑らかな面に向かって延長する一つのディスク22上に軸方向に延長するピン
を利用するという一般的概念にある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1は、本発明の一つの好ましい実施形態に従って構成されたアジテータミル
の斜視図であり、そこでは、本発明に従って改良されたディスク構成を示すため
にケーシングが、部分的に切除されている。
【図2】 図2は、本発明に従って改良されたディスクの平面図である。
【図3】 図3は、図2における3−3線に沿った側面図である。
【図4】 図4は、図2における4−4線に沿った側面図である。
【図5】 図5は、本発明の好ましい実施形態に従ったディスクの上方斜視図である。
【図6】 図6は、本発明の好ましい実施形態に従ったディスクの側方斜視図である。
【図7】 図7は、本発明の好ましい実施形態に従ったディスクの側面立面図である。
【図8】 図8は、本発明の好ましい実施形態に従った2つのディスクの構成を示す上方
斜視図である。
【図9】 図9は、図8に示された本発明の好ましい実施形態に従った2つのディスクの
構成を示す側方斜視図である。
【図10】 図10は、図9に示された2つのディスクの側面立面図である。
【図11】 図11は、既知の従来技術のディスクを備える微細媒体ミルにおける速度プロ
ファイルを示す側面立面図である。
【図12】 図12は、本発明に従ったディスクによって生成される流れ妨害を説明する速
度プロファイルを示す側面立面図である。
【図13】 図13は、既知の従来技術のディスクと比較して本発明に従ったディスクによ
り提供される粒子サイズ低減の増加を説明するミリングディスク比較図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE,TR),OA(BF ,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW, ML,MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,G M,KE,LS,MW,MZ,SD,SL,SZ,TZ ,UG,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ, MD,RU,TJ,TM),AE,AG,AL,AM, AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BR,BY,C A,CH,CN,CR,CU,CZ,DE,DK,DM ,DZ,EE,ES,FI,GB,GD,GE,GH, GM,HR,HU,ID,IL,IN,IS,JP,K E,KG,KP,KR,KZ,LC,LK,LR,LS ,LT,LU,LV,MA,MD,MG,MK,MN, MW,MX,MZ,NO,NZ,PL,PT,RO,R U,SD,SE,SG,SI,SK,SL,TJ,TM ,TR,TT,TZ,UA,UG,US,UZ,VN, YU,ZA,ZW Fターム(参考) 4D063 FF14 FF35 FF37 GA05 GB07 GC05 GC14 GC17 GD24 GD27

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 当該シャフトにおおむね垂直に結合された複数のすりつぶし
    ディスクを備える回転可能軸シャフトと、前記シャフトから放射状に外方向きに
    且つ前記ディスクの外周縁から放射状に内方向きに間隔があけられて配置された
    軸方向に延びるピンを有し、次の隣接するディスク上の平坦面と位置合わせされ
    る少なくとも1つのすりつぶしディスクとを具備するアジテータミル。
  2. 【請求項2】 少なくとも1つのすりつぶしディスクは、複数の細長い弓形
    のスロットを含み、且つ前記軸方向に延びるピンは、前記スロットの間のディス
    クセグメント内に配置される請求項1に記載のアジテータミル。
  3. 【請求項3】 第1、第2、第3および第4の軸方向に延びるピンは、少な
    くとも1つのディスク上に配置され、前記第1および第2の軸方向に延びるピン
    は、前記少なくとも1つのディスクの第1の面から延び、そして前記第3および
    第4の軸方向に延びるピンは、前記少なくとも1つのディスクの第2の面から延
    びる請求項1に記載のアジテータミル。
  4. 【請求項4】 前記第1および第2の軸方向に延びるピンは、放射状にほぼ
    180°離間されて配置され、そして前記第3および第4の軸方向に延びるピン
    は、放射状にほぼ180°離間され、且つ前記第1および第2の軸方向に延びる
    ピンからほぼ90°だけオフセットされて配置される請求項3に記載のアジテー
    タミル。
  5. 【請求項5】 4つの細長い弓形のスロットをさらに備え、前記軸方向に延
    びるピンは、前記スロット間の放射状位置に配置される請求項4に記載のアジテ
    ータミル。
  6. 【請求項6】 前記ピンは、前記ディスクの外側直径と前記弓形スロットの
    内側直径の間の差の8%から15%の範囲内である突出高さを有する請求項5に
    記載のアジテータミル。
  7. 【請求項7】 前記ピンは、前記突出高さのほぼ90%から110%の範囲
    内である直径を有する請求項6に記載のアジテータミル。
  8. 【請求項8】 前記ピンは、前記ディスクの直径の75%から90%の範囲
    内である直径を有するピンサークル上に配置される請求項5に記載のアジテータ
    ミル。
  9. 【請求項9】 前記少なくとも1つのディスクと前記次の隣接するディスク
    との間の距離は、前記ピン突出高さのほぼ210%から530%の範囲内である
    請求項5に記載のアジテータミル。
  10. 【請求項10】 前記少なくとも1つの軸方向に延びるピンは、前記少なく
    とも1つのディスクの厚さの125%と300%の間の突出高さを有する請求項
    1に記載のアジテータミル。
  11. 【請求項11】 前記少なくとも1つの軸方向に延びるピンは、前記少なく
    とも1つのディスクへの取り付けのための第1のねじが形成された端部と、係合
    されるように適合された2つの対向する平坦部とを含む請求項1に記載のアジテ
    ータミル。
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