JP2009240887A

JP2009240887A - メディア混合式ミル

Info

Publication number: JP2009240887A
Application number: JP2008089308A
Authority: JP
Inventors: Tsuyoshi Ishikawa; 剛石川
Original assignee: Ashizawa Finetech Ltd
Current assignee: Ashizawa Finetech Ltd
Priority date: 2008-03-31
Filing date: 2008-03-31
Publication date: 2009-10-22
Anticipated expiration: 2028-03-31
Also published as: CN101549314A; EP2106859A3; EP2106859A2; US20090242673A1; TW200940173A; US7883041B2; JP5261002B2

Abstract

【課題】良質な粉砕、分散作用により、高品質の製品を得ることのできるメディア混合式ミルを提供する。
【解決手段】本発明のメディア混合式ミルは、原料入口を有し、球形の粉砕室を有する粉砕容器、前記粉砕室内であって前記粉砕容器の内壁近傍に回転自在に設置された攪拌部材、前記粉砕室内に入れられた粉砕メディア、および前記粉砕室内であって前記攪拌部材に対向して回転自在に配置された遠心分離式メディア分離材を備えていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、メディア混合式ミルに関する。本発明のメディア混合式ミルは、インキ、塗料、顔料、セラミック、金属、無機物、誘電材、フェライト、トナー、ガラス、製紙用コーティングカラー等の原料を粉砕メディアと混合して微細粒子に粉砕または分散するための使用に特に適しているが、これに限定されるものではない。

本発明のメディア混合式ミルはメディア攪拌ミルの一種であり、メディア攪拌ミルは、インクや塗料の分散、セラミックスの粉砕や分散、金属や無機物の粉砕や分散、医薬品の粉砕や分散等の微粉砕の分野でよく使用され、種々のタイプのものが既に知られている。

従来、メディア攪拌ミルは、粉砕容器内に設けた攪拌部材により処理物と粉砕メディアを一緒に攪拌して処理物の粉砕を行い、粉砕後の処理物の流れの末端に設けたセパレータにより処理物と粉砕メディアを分離し、処理物のみを粉砕タンク内から排出していた。

このようなメディア攪拌ミルにおいて、粉砕メディアと処理物を分離するセパレータは欠かせないものであり、セパレータとしては、ギャップタイプやスクリーンタイプ等の機械的な分離機構を有するものが使用されていた。

しかし、機械的な分離機構を有するセパレータでは、噛み込み、目詰まり等のトラブルが必ず付きまとい、安定した連続運転が脅かされるのが現状であった。

このようなセパレータの問題を解決するために、粉砕メディアと処理物に遠心力を与えて攪拌し粉砕すると同時に、この遠心力とこの遠心力の作用方向と逆方向に処理物を輸送する流体による抗力とのバランスにより、粉砕メディアと粉砕された処理物とを分離する攪拌分離部材を備えたメディア攪拌ミル（粉砕機）が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００３−１４４９５０号公報

しかし、上記のような構成のメディア攪拌ミル（粉砕機）にあっては、攪拌分離部材は、回転軸の軸線方向に所定の間隔をおいて対向する前円板と後円板と、周方向に向かって等間隔ごとに一体に設けられる両円板に交差する複数の羽根板とからなる複雑な構造のものであるため、高価なものであった。このため、処理物の種類によっては攪拌分離部材が著しく磨耗するため、攪拌分離部材の交換費用が嵩んでいた。さらに、処理物の多様化に対応させるため、粉砕タンクの内面形状を変更、調整可能な構造としているが、粉砕タンク内面の形状に対応した高価な攪拌分離部材を多数保有しておかなければならないため、費用が嵩んでいた。

そこで、噛み込み、目詰まり等のトラブルが生じることがなく、安定した粉砕と分離が可能であり、さらに、構造が簡単で安価な攪拌分離部材を備えたメディア攪拌ミルが特開２００５−１９９１２５号で提案された。

上記特開２００５−１９９１２５号公報で提案されたメディア攪拌ミルは、内部に粉砕メディアを収容する粉砕室が設けられる粉砕タンクと、該粉砕タンクに回転可能に設けられる回転軸と、該回転軸の前記粉砕室内に位置する部分に設けられて、回転軸と一体に回転可能な攪拌分離部材とを備えたメディア攪拌ミルであって、前記粉砕室の内壁面と前記攪拌部材の外周面とを、互いに合致する形状に形成するとともに、前記攪拌分離部材の外周面から攪拌部材の中心部に貫通し、その部分から前記回転軸の中心部を貫通して前記粉砕室外に連通する分離排出路と、前記攪拌部材の上下面間を前記回転軸の軸線方向に貫通して、前記粉砕室内の上部と下部との間を相互に連通する圧力緩和孔とを設けた手段を採用している。
特開２００５−１９９１２５号公報

しかしながら、前記のような構造のメディア攪拌ミルにあっては、遠心力が最大となる最大径部に粉砕メディアが密集しやすく、局所的となり、分散力、粉砕力が場所によってばらばらとなり、その差が大きい。そのため、原料の分散、粉砕が均一に行われず、高品質の製品を得ることが困難であるという問題がある。

そこで、本発明は、良質な粉砕、分散作用により、高品質の製品を得ることのできるメディア混合式ミルを提供することを目的とする。

上記目的は、下記（１）〜（９）の構成の本発明によるメディア混合式ミルによって達成される。
（１）原料入口を有し、球形の粉砕室を有する粉砕容器、前記粉砕室内であって前記粉砕容器の内壁近傍に回転自在に設置された攪拌部材、前記粉砕室内に入れられた粉砕メディア、および前記粉砕室内であって前記攪拌部材に対向して回転自在に配置された遠心分離式メディア分離材を備えていることを特徴とするメディア混合式ミル。
（２）前記メディア分離部材が球形な前記粉砕室の中央部近傍に配されていることを特徴とする前記（１）に記載のメディア混合式ミル。
（３）前記粉砕容器自体が球形であることを特徴とする前記（１）または（２）に記載のメディア混合式ミル。
（４）前記攪拌部材が、前記円形の粉砕室の中心を通る回転軸の周りに回転自在とされていることを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれかに記載のメディア混合式ミル。
（５）前記粉砕室の中心を通り、前記攪拌部材の前記回転軸と直交する面で、前記粉砕容器が２つに分割できることを特徴とする前記（４）に記載のメディア混合式ミル。
（６）前記粉砕容器の外周に冷媒体または熱媒体を通すためのジャケットを設け、粉砕室内を温調可能にしたことを特徴とする前記（１）〜（５）のいずれかに記載のメディア混合ミル。
（７）前記攪拌部材が５〜４０m/ｓの範囲の回転速度で駆動が可能であることを特徴とする前記（１）〜（６）のいずれかに記載のメディア混合式ミル。
（８）竪型であり、前記攪拌部材が前記粉砕室の下方に配され、前記メディア分離部材が前記粉砕室の上方に配されたことを特徴とする前記（１）〜（７）のいずれかに記載のメディア混合式ミル。
（９）一端に前記メディア分離部材が固定され、そこから前記粉砕室外に延びる中空のメディア分離部材駆動軸を備え、該メディア分離部材駆動軸の内部が原料出口となっていることを特徴とする前記（１）〜（８）のいずれかに記載のメディア混合式ミル。

本発明のメディア混合式ミルにおいては、上記したように、攪拌部材が粉砕室内であって粉砕容器の内壁近傍に設置（以下、攪拌部材は粉砕室の下部に設けられているものとして説明する）されているので、粉砕メディアは、攪拌部材が設けられた球形の粉砕室の下部から上部に移動し、そして下降して中央近傍のメディア分離部材で分離されて攪拌部材に戻る。したがって、原料は、自由度が大きく、長い距離移動混合する粉砕メディアの接触によって発生する剪断力で、粉砕、分散されるので、均一分散が可能となり、高品質な製品を得ることができる。
また、本発明のメディア混合式ミルにおいては、遠心力の大部分が粉砕メディアの運動力に変換されるので、粉砕容器の内壁付近をスムーズに上昇移動し、中央部から下降し攪拌部材に戻ることを繰り返すので、粉砕メディアの偏析が生じにくく、粉砕力、分散力が均一であるため、均一分散が可能となり、高品質な製品を得ることができる。
更にまた、本発明のメディア混合式ミルにおいては、粉砕メディアの自由度が大きく、エネルギーが分散しているので、局部発熱等がなく、攪拌部材の高周速回転運転ができるため、高性能の分散が可能である。である。
上記の作用から、本発明のメディア混合式ミルは、強い分散力を与えると変質してしまうおそれのある原料用として用いて好適である。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明の実施の形態によるメディア混合式ミルについて説明する。なお、以下の説明では、竪型のミルについて説明するが、本発明のミルは横型であってもよいことは勿論である。
図１は、本発明の実施の形態によるメディア混合式ミル１０を示すものであり、このメディア混合式ミル１０は、ほぼ球形の粉砕容器１２を備えている。この粉砕容器１２は、内部に球形の粉砕室１４を備えており、この粉砕室１４内にスラリー状の原料を導入するための原料入口１６を有している。なお、粉砕室１４さえ球形であれば、粉砕容器１２自体の形状はどのような形状であってもよいが、上記したように球形であることが好ましい。粉砕容器１２の下部中央には、円形の開口１２ａが設けられており（後に説明するジャケットにも同様の開口が設けられている）、この開口１２ａには、フレーム１８の上部中央の上方に突出したリング状部分１８ａが嵌合されている。一方、粉砕容器１２の上部中央には、円形の開口１２ｂが設けられており（後に説明するジャケットにも同様の開口が設けられている）、この開口１２ｂには、円筒状のケーシング２０が嵌合しており、このケーシング２０の下端は、粉砕室１４垂直に内部まで延びている。

上記粉砕容器１２の粉砕室１４の内部下部中央には、攪拌部材２２が回転自在に配置されている。攪拌部材２２は、従来の構造のものであってよいが、例えば、中心に配置されたハブ部２２ａ、該ハブ部２２ａから半径方向外方に所定長延びる延長部２２ｂ、および該延長部２２ｂの外周先端に支持されたほぼ歯車の歯の形をした攪拌部材主部２２ｃを一体に備えている。上記延長部２２ｂには、複数の開口２２ｄが設けられており、これらの複数の開口２２ｄは、複数の粉砕メディア循環用開口とされている。上記ハブ部２２ａには撹拌部材駆動軸である回転駆動軸２４が固定されている。この回転駆動軸２４は、上記フレーム１８を軸方向下方に貫通して延び、その端部は、図示しない周知の駆動機構を介して駆動源に接続されており、図に矢印で示す方向に回転駆動される。この回転駆動軸２４の回転軸（回転軸線）は球形の粉砕室１４の中心を通っていることが好ましい。なお、上記回転駆動軸２４には、軸封２５（メカニカルシール等）が設けられている。メディア混合式ミルにおいて周知のように、粉砕容器１２の内部には、ビーズ状の粉砕メディア３０（なお、図においては極めて拡大して示した）が収納されている。この粉砕メディア３０は、その直径が０．０２〜２ｍｍのものを用いることができる。

上記粉砕容器１２の粉砕室１４の内部上方であって粉砕室１４の中心部近傍には、上記該攪拌部材と軸方向に間隔をおいて対向して配置され、スラリー状の原料内に分散したメディア３０を該原料から分離するための遠心分離式メディア分離部材３２が設けられている。このメディア分離部材３２は、遠心羽根車式のものであって、上記該攪拌部材と同軸に配置されていることが好ましいが、軸がずれていてもよい。このメディア分離部材３２には、中空の回転駆動軸３４が固定されている。この駆動軸３４は、ケーシング２０を貫通して上方に延び、その端部は、図示しない周知の駆動機構を介して駆動源に接続されており、図に矢印で示す方向に回転駆動される。なお、上記回転駆動軸３４には、軸封３６（メカニカルシール等）が設けられている。また、この駆動軸３４の中空部は、メディア分離部材３２の内部空間に連通し、原料出口３８を形成している。

上記メディア分離部材３２は、ハブ部３２ａおよび閉鎖板３２ｂ間に周方向（回転駆動軸３４に同軸）に等間隔で配置された複数の羽根部材４４を有している（図２（Ａ）参照）。上記羽根部材４４は、上記図２（Ａ）に示したように完全に放射状に配置してもよいし、図２（Ｂ）に示したように傾斜して配置してもよい。上記羽根部材４４は、あるいは、図２（Ｃ）に示したように断面が内方に向かって徐々に細くなる４角形状のものであってもよい。

粉砕容器１２の外周には、冷媒体または熱媒体（通常は冷媒体であって、冷却水）を通すためのジャケット４０を設けられており、粉砕室１４内を温調可能にしている。このジャケット４０には、下方部分に冷却水を導入するための冷却水入口４２、上方部分に冷却水を排出するための冷却水出口４６が設けられている。

粉砕容器１２は、粉砕室１４の中心を通り、攪拌部材２２の回転軸（垂直軸）と直交する面で２つに分割できるようになっている。上記ジャケット４０も同様である。これにより、粉砕容器１２を開いて、容易にメンテナンスができるようになっている。

本発明のメディア混合式ミルにおいては、上記攪拌部材２２は、５〜４０ｍ／ｓの範囲の回転速度で駆動が可能であり、メディア分離部材３２は、１０〜２０ｍ／ｓの範囲の回転速度で駆動が可能である。

作動においては、原料入口１６から被粉砕粒子を含むスラリーである原料を粉砕室１４に導入しながら撹拌部材２２を回転駆動する。粉砕室１４内に導入されたスラリーは、粉砕室１４内にすでに形成されているスラリーとメディア３０の回転流れｆ１に乗って攪拌部材２２の方向に下降移動されて、攪拌部材２２により撹拌混合される。撹拌混合された上記スラリーとメディア３０は、今度は粉砕室１４の内壁付近を上昇移動する流れｆ２となり、そして上昇しきると、今度は先の流れｆ１となる。粉砕室１４中心付近やや上方において、スラリーおよびメディアにはメディア分離部材３２により回転運動が与えられる。この回転運動により、質量の大きいメディアは半径方向外向きに付勢され、スラリーから分離される。この場合、被粉砕粒子のうち、粉砕が不十分で粒子サイズが大きいものもメディアと同様に挙動する。一方、十分に粉砕されて質量が小さくなった粒子を含むスラリーは、メディア分離部材３２の内部空間に入り、回転軸３４内部の原料出口３８を介してメディア混合式ミル外部へ排出される。この構成により、流れｆ１，ｆ２中に、原料粒子は、自由に運動する粉砕メディアの接触により良質な破砕、分散が行われ、その結果、高品質の製品がえられる。また、本発明のメディア混合式ミルによれば、上記の作用により、粒度分布幅の狭い粉砕を達成することが可能になる。
なお、本発明のメディア混合式ミルにおいては、攪拌部材２２が、メディア分離部材３２から十分に離隔されているので、該メディア分離部材３２の干渉が極めて少ない。

本発明の実施態様によるメディア混合式ミルを示す断面図である。（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、それぞれ図１に示したメディア混合式ミルに使用されているメディア分離部材の羽根部材の例を示す断面図である。

符号の説明

１０メディア混合式ミル
１２粉砕容器
１２ａ開口
１２ｂ開口
１４粉砕室
１６原料入口
１８フレーム
１８ａリング状部分
２０ケーシング
２２攪拌部材
２２ａハブ部
２２ｂ延長部
２２ｃ攪拌部材主部
２２ｄ開口
２４回転駆動軸
２５軸封
３０粉砕メディア
３２メディア分離部材
３２ａハブ部
３２ｂ閉鎖板
３４中空駆動軸
３６軸封
３８原料出口
４０ジャケット
４０ａ冷却水入口
４０ｂ冷却水出口
４４羽根部材

Claims

原料入口を有し、球形の粉砕室を有する粉砕容器、前記粉砕室内であって前記粉砕容器の内壁近傍に回転自在に設置された攪拌部材、前記粉砕室内に入れられた粉砕メディア、および前記粉砕室内であって前記攪拌部材に対向して回転自在に配置された遠心分離式メディア分離材を備えていることを特徴とするメディア混合式ミル
前記メディア分離部材が球形な前記粉砕室の中央部近傍に配されていることを特徴とする請求項１に記載のメディア混合式ミル。
前記粉砕容器自体が球形であることを特徴とする請求項１または２に記載のメディア混合式ミル。
前記攪拌部材が、前記円形の粉砕室の中心を通る回転軸の周りに回転自在とされていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のメディア混合式ミル。
前記粉砕室の中心を通り、前記攪拌部材の前記回転軸と直交する面で、前記粉砕容器が２つに分割できることを特徴とする請求項４に記載のメディア混合式ミル。
前記粉砕容器の外周に冷媒体または熱媒体を通すためのジャケットを設け、粉砕室内を温調可能にしたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のメディア混合ミル。
前記攪拌部材が５〜４０m/ｓの範囲の回転速度で駆動が可能であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のメディア混合式ミル。
竪型であり、前記攪拌部材が前記粉砕室の下方に配され、前記メディア分離部材が前記粉砕室の上方に配されたことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のメディア混合式ミル。
一端に前記メディア分離部材が固定され、そこから前記粉砕室外に延びる中空のメディア分離部材駆動軸を備え、該メディア分離部材駆動軸の内部が原料出口となっていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のメディア混合式ミル。