JP4741931B2 - 循環型メディア撹拌ミル - Google Patents

Description

本発明は、循環型メディア撹拌ミルに関する。本発明の循環型メディア撹拌ミルは、インキ、塗料、顔料、セラミック、金属、無機物、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。

従来のメディア撹拌ミルとしては、たとえば、特公平０２−１０６９９号に記載されたものが知られており、また、実際に使用されている。この公報に記載されたメディア撹拌ミルは、破砕媒体と破砕すべき材料とを少なくとも部分的に充填する破砕室と、破砕すべき材料のための導入口と、破砕された材料のための送出口とを有するミル本体と、前記破砕室の内側に内端を位置させた撹拌軸と、仕上がった粉砕した材料を前記送出口に向け前記破砕室の外に流出させるが前記破砕媒体は保持する分離装置とを備える撹拌ミルにおいて、前記撹拌軸の前記内端に開放するよう前記撹拌軸の一方の端部に形成した空所を設け、この空所に入った破砕媒体を前記撹拌軸の前記内端を経て前記破砕室に戻して流すよう前記内端から離間し前記空所の周りに分散する開口部を前記撹拌軸の端部に設け、前記分離装置を少なくとも実質的に前記空所の内側に配置した構成を有している。

このようなタイプのメディア撹拌ミルは、従来、ミル内に滞留する時間を重視しており、滞留時間が長く、ショートパスが無いように工夫、努力が行われてきた。そのため、上記公報の図１から明らかなように、ベッセル長さＬと直径Ｄの比Ｌ／Ｄが３〜４と大きくなり、処理物の粘度が高かったり、使用メディアが小さいとメディアが出口側に押し流されるため粉砕力が偏り、異常発熱や異常磨耗が発生し、時には過負荷を引き起こし運転不能になる不具合が生じるおそれがあった。この問題は、メディアが小さくなればなるほど顕著になる。
また、ショートパス防止や回転エネルギーを有効に使うことで、粉砕室を粉砕タンクの外周部分の環状隙間を利用するタイプの出現などがあるが、メディアの偏りは解決されていない。
特公平０２−１０６９９号

そこで、本発明は、粉砕力の均一な場の提供を行い、メディアの動きが良く、粉砕能力の向上・メディア分離能力の向上・より高速回転での能率向上の循環型メディア撹拌ミルを提供することを目的とする。

本発明の循環型メディア撹拌ミルは、筒状のベッセル、外周部に円筒壁を有し、一端がハブ部により閉鎖され、他端が開口した中空の筒状であり、前記ベッセル内に回転自在に配置された攪拌部材、この攪拌部材の円筒壁と前記ベッセルの内周壁の間に形成された粉砕室に入れられた粉砕メディア、前記攪拌部材の内部空間に、該攪拌部材と同軸に配置されたメディア分離部材、前記粉砕室に、被粉砕物を含む原料を導く原料入口路、前記粉砕室で処理され、前記攪拌部材とメディア分離部材の間に形成されたメディア分離室に導かれ、前記メディア分離部材により粉砕メディアが分離された原料を外部に導く原料出口路、および前記原料出口路と原料入口路を連通する循環経路を備え、前記ベッセル内部の空間であるベッセル室の長さをＬ１、直径をＤとしたとき、Ｌ１／Ｄが１以下、好ましくは０．３〜０．４であることを特徴とする。

本発明の循環型メディア撹拌ミルは、また、前記撹拌部材の円筒壁とハブ部に複数の開口部が設けられており、前記粉砕室とメディア分離室が連通されていることを特徴とする。前記撹拌部材に、前記筒状部の自由端からハブ部裏面に貫通する複数の斜孔が設けられていてもよい。
前記ベッセルが、円筒状のバレルと、このバレルの一端に固定された端板と、前記バレルの他端側に配置されたフレームとを備え、前記攪拌部材は、一端が該攪拌部材に固定された回転駆動軸により回転駆動されるようになっており、この回転駆動軸の他端側は、前記フレーム内を延びていることが好ましい。
前記メディア分離部材は、円筒形のスクリーンまたは羽根車として構成されることが好ましい。円筒形のスクリーンの場合、前記端板に取り付けられ、前記攪拌部材内の空間に延びるように構成することができ、このとき、原料出口路は上記ベッセルの端板側に設けられることが好ましい。メディア分離部材を羽根車とする場合も、原料出口路を端板側に設けることができる。
前記原料入口路の原料供給口は、前記撹拌部材の背面に位置していることが好ましい。前記ベッセルの筒状壁に内周上には、複数の邪魔板が設けられていることが好ましい。

そして、本発明の循環型メディア撹拌ミルにおいては、前記メディア分離室の長さをＬ２としたとき、Ｌ２／Ｌ１が０．４〜０．７であることが好ましい。また、前記粉砕室の環半径をｄ１、メディア分離室の環半径をｄ２としたとき、ｄ２／ｄ１が０．５〜２であることが好ましい。

本発明の循環型メディア撹拌ミルにおいては、上記したようにベッセル室の長さと直径の比を１以下としたことにより、軸方向への偏析が弱まり、メディアが偏りにくく、かつ、粉砕部分を外周側としメディア分離部分を内周側に配することによって分離部分にメディアが近づきにくい構造とした。また、前記撹拌部材の円筒壁とハブ部に複数の開口部が設けられており、前記粉砕室とメディア分離室が連通されているので、メディアの自由度が促進され、メディアや力の偏析がなくなる。特に、ハブ部に複数の開口を設けることにより、軸方向の自由度が促進される。
また、メディアの分離はスクリーンと遠心分離羽根方式が使用でき、高粘度対応と低粘度微小メディア対応を可能にした。さらに、粉砕室の内周上に複数の邪魔板を設けることにより、粉砕室周上のメディアのすべりを無くし、粉砕効率を向上させた。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明の実施形態による循環型メディア撹拌ミルについて説明する。
図１は、本発明の実施形態による循環型メディア撹拌ミル１０を示すものであり、このメディア撹拌ミル１０は、円筒形のバレル１２と、このバレル１２の一端に固定された端板１４と、他端に供給口フランジ１６を介して固定されたフレーム１８とから構成されたベッセル２０を備えている。このベッセル２０の内部は、密閉されたベッセル室Ｃ１とされている。本メディア撹拌ミル１０においては、上記ベッセル室Ｃ１の長さをＬ１、直径をＤとしたとき、Ｌ１／Ｄが１以下、好ましくは０．３〜０．４である。上記値が１を超える場合には、軸方向へのメディアの偏析が生じやすくなり、局部摩耗や異常発熱を生じ易くなる。換言すれば、上記値が１以下のとき、メディアの動きを分散状態にコントロールすることができる。

上記バレル１２の内部には、撹拌部材２２が回転自在に配置されている。撹拌部材２２は、外周部に円筒壁２２ａを有し、一端がハブ部２２ｂにより閉鎖され、他端に開口２２ｃが形成された中空の筒状であり、上記ハブ部２２ｂの中心には回転駆動軸２４が固定されている。この回転駆動軸２４は、フレーム１８を軸方向に貫通して延び、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。なお、上記回転駆動軸２４には、軸封２５（メカニカルシール等）が設けられていて、撹拌部材２２の円筒壁２２ａとベッセル１２の内周壁の間には、粉砕室Ｃ２が形成されている。供給口フランジ１６には、粉砕室Ｃ２（ベッセル室Ｃ１）にスラリー状の原料を導入するための原料入口路２８が形成されている。この原料入口路２８の粉砕室へ実際に原料を導入する原料供給口２８ａは、撹拌部材２２の背面、すなわちそのハブ部２２ｂの背面に位置していることが好ましい。メディア撹拌ミルにおいて周知のように、粉砕室Ｃ２内部には、ビーズ状の粉砕用メディア３０が収納されている。

撹拌部材２２の内部には、この撹拌部材の円筒壁２２ａと同軸に配置され、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と撹拌部材２２の円筒壁２２ａの間の空間をメディア分離室Ｃ３と称する。上記回転駆動軸２４は、その中空内部がメディア分離部材３２の内部空間に開口して、粉砕された原料スラリーをベッセル２０外部に排出する原料出口路２６を構成している。
上記メディア分離部材３２としては、図１に示したスクリーン方式ものや、図３に示した遠心分離羽根方式のもの（図３に符号４０で示した）が使用できる。スクリーン方式のものは、メディアの径が比較的大きく、原料の粘度が比較的大きい場合に適しており、一方、遠心分離羽根方式のものは、メディアの径が比較的小さく、原料の粘度が比較的小さい場合に適している。

スクリーン方式のメディア分離部材３２は、撹拌部材２２のハブ部２２ｂに対向して配置された端板３４を有し、このハブ部２２ｂと端板３４の間の外周縁部には、スクリーンセパレータ３６が配置されている。本例においては、メディア分離部材３２を撹拌部材２２に取り付けた構造のものに付いて示したが、図８に示したように、ベッセル２０の端板１４に取り付けられ、上記撹拌部材２２内の空間に延びる固定式の構造のものとすることもできる。このとき、原料出口路２６は、図８に示したように上記ベッセルの端板１４側に設けられる。一方、遠心分離羽根方式のメディア分離部材４０は、撹拌部材２２のハブ部２２ｂに対向して配置された端板４２を有し、このハブ部２２ｂと端板４２の間の外周縁部には、複数の羽根部材４４が周方向に等間隔で配置されている。上記羽根部材４４は、図４に示したように完全に放射状に配置してもよいし、図５に示したように傾斜して配置してもよい。遠心分離羽根方式のメディア分離部材４０の場合は、メディア分離部材４０は、撹拌部材２２に固定したままにしておいて、原料出口路２６を図９に示したように端板１４側に配置することができる。具体的には、端板４２の中央に円形の開口４２ａを設けるとともに、原料出口路２６を構成する導管２７を端板１４に取り付け、固定式とする。この導管２７は、上記回転駆動軸２４と同軸に設けられることが好ましく、その一端（内端）２７ａが端板４２に設けた開口４２ａを通って、メディア分離部材４０内の空間内に位置して、粉砕され、メディアが分離された原料スラリーを受け入れるようになっている。

上記撹拌部材２２の円筒壁２２ａには、図２に示されているように周方向に等間隔でメディア循環用の開口２２ｄが複数形成されている。この開口２２ｄは、撹拌部材２２の回転方向（矢印で示した）に対して、図２に示した方向に斜めに傾斜させることが好ましい。撹拌部材２２のハブ部２２ｂの周縁にも、図２に示されているように周方向に等間隔でメディア循環用の開口２２ｅが複数形成されている。これらのメディア循環用の開口により、メディア分離室Ｃ３と粉砕室Ｃ２が連通され、メディア３０は撹拌部材の内部空間から外部に向かって自由に移動でき、メディア３０の自由度が上がり効果的な動きができ粉砕効率が向上する。本発明においては、Ｌ１／Ｄを１以下としたので、上記したようにメディアおよび原料の分布が偏らず均一になるので、特にハブ部２２ｂに設けたメディア循環用の開口２２ｅより、メディアの循環が促進される。

上記したメディアの循環を更に促進する目的で、図６および図７に示したように、上記撹拌部材２２に、上記筒状部２２ａの自由端からハブ部２２ｂ裏面に貫通する複数の斜孔２２ｃが設けられていてもよい。図７から明瞭なように、斜孔２２ｃの斜めの向きは、１つ置きに変化させることが好ましい。本メディア撹拌ミル１０においては、Ｌ１／Ｄを１以下としたので、撹拌部材２２の回転速度を速くできる利点がある一方で、遠心力でメディア３０がベッセル２０に強く押し付けられメディアの動きが規制され、供回り現象を起こすおそれがあるが、上記の斜孔２２ｃを設けることで、メディアを軸方向に積極的に動かし、これを解消でき、より、高速で運転できる利点を有する。更に、図１、図３に示すようにベッセルに複数の邪魔板４６を配することで、ベッセル２０でのメディア３０の動きを規制できる。これによってこの部分でのすべりを最小限にし、メディア３０の混合状態での動きを作り出し、粉砕効率を向上させる。また、ベッセル２０の磨耗も最小限にできる効果があり、更に、高回転での運転が可能となる。

本メディア撹拌ミル１０においては、上記メディア分離室Ｃ３の長さをＬ２としたとき、Ｌ２／Ｌ１（ベッセル室Ｃ１の長さ）が０．４〜０．７であることが好ましい。 この値が上記の範囲を超えると、構造を保てず、未満であるとメディアの自由度が損なわれる。
本メディア撹拌ミル１０においては、上記粉砕室Ｃ２の環半径をｄ１、メディア分離室Ｃ３の環半径をｄ２としたとき、ｄ２／ｄ１が０．５〜２であることが好ましい。この値が上記の範囲を超えると、空間が無駄であり、未満であるとメディアの自由度が損なわれる。

図１０は、本発明のメディア撹拌ミル１０を使用する一態様を示す概略図であり、本メディア撹拌ミル１０は、循環系５０を介して、原料出口路２６と原料入口路２８を連通し、原料を循環させ、メディア撹拌ミル１０により徐々に粉砕・分散を行う循環型のものである。この循環系５０はパイプ５１を備え、メディア撹拌ミル１０の原料出口路２６は、このパイプ５１の一端に接続され、該パイプ５１の他端はスラリータンク５２の上部に開放されている。タンク５２の底部はパイプ５４によりポンプ５６を介して粉砕装置の原料入口路に接続される。スラリータンク５２内には、電動モータ５８により回転駆動される撹拌羽根６０が配置される。この配置により、スラリーは被粉砕粒子が所望の微細粒に粉砕されるまで、繰り返し本メディア撹拌ミル１０に通される。

作動においては、原料入口路２８から被粉砕粒子を含むスラリーである原料を導入しながら撹拌部材２２を回転駆動する。粉砕室Ｃ２内に導入されたスラリーは、メディア３０とともに撹拌され、粉砕室Ｃ２内で回転運動を生じる。この粉砕媒体の回転運動のため、粉砕室Ｃ２内においてはメディア撹拌ミルに周知の作用により、スラリー内の被粉砕粒子が粉砕ないしは分散される。スラリーは、メディア３０とともに主に撹拌部材２２の端部開口２２ｃから撹拌部材の中空内部すなわちメディア分離室Ｃ３に入る。ここで、スラリー及びメディアにはメディア分離部材により回転運動が与えられる。この回転運動により、比重の大きいメディアは半径方向外向きに付勢され、撹拌部材の円筒壁やハブ部に形成した循環用開口２２ｄ、２２ｅから粉砕室Ｃ２に戻される。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同様に挙動する。一方、十分に粉砕されて比重が小さくなった粒子を含むスラリーは、メディア分離部材内の空間に入り（スクリーン方式の場合には、スクリーンセパレータを介して、遠心分離羽根方式の場合には、羽根部材と羽根部材の空間を介して）、駆動軸の内部の原料出口路から排出される。この構成により、粒度分布幅の狭い粉砕を達成することが可能になる。

本発明の実施態様による循環型メディア撹拌ミルを示す断面図である。 図１に示した循環型メディア撹拌ミルに使用されている撹拌部材の断面図である。 図１に示した循環型メディア撹拌ミルのメディア分離部材を変更した例を示す断面図である。 図３に示したメディア分離部材の１例を示す断面図である。 図３に示したメディア分離部材の他の例を示す断面図である。 図３に示した循環型メディア撹拌ミルの撹拌部材を変更した例を示す断面図である。 図６に示した撹拌部材の正面図である。 図１に示した循環型メディア撹拌ミルのメディア分離部材および原料出口路の配置状態を変更した例を示す断面図である。 図３に示した循環型メディア撹拌ミルの原料出口路の配置状態を変更した例を示す断面図である。 本発明の実施の形態による循環型メディア撹拌ミルの一使用形態を示す概略図である。

１０ 循環型メディア撹拌ミル
１２ バレル
１４ 端板
１６ 供給口フランジ
１８ フレーム
２０ ベッセル
２２ 撹拌部材
２２ａ 円筒壁
２２ｂ ハブ部
２２ｃ 斜孔
２４ 回転駆動軸
２８ 原料入口路
３０ 粉砕用メディア
３２ メディア分離部材
３４ 端板
３６ スクリーンセパレータ
４０ メディア分離部材
４２ 端板
４４ 羽根部材
５０ 循環系
５１ パイプ
５２ タンク
５４ パイプ
５６ ポンプ
５８ 電動モータ
６０ 撹拌羽根

Claims (11)

1. 筒状のベッセル、外周部に円筒壁を有し、一端がハブ部により閉鎖され、他端が開口した中空の筒状であり、前記ベッセル内に回転自在に配置された撹拌部材、この撹拌部材の円筒壁と前記ベッセルの内周壁の間に形成された粉砕室に入れられた粉砕メディア、前記撹拌部材の内部空間に、該撹拌部材と同軸に配置されたメディア分離部材、前記粉砕室に、被粉砕物を含む原料を導く原料入口路、前記粉砕室で処理され、前記撹拌部材とメディア分離部材の間に形成されたメディア分離室に導かれ、前記メディア分離部材により粉砕メディアが分離された原料を外部に導く原料出口路、および前記原料出口路と原料入口路を連通する循環経路を備え、前記ベッセル内部の空間であるベッセル室の長さをＬ１、直径をＤとしたとき、Ｌ１／Ｄが１以下であり、前記撹拌部材の円筒壁には、その周方向に延びる複数の開口部と、その自由端からハブ部裏面に貫通する複数の斜孔が設けられているとともに、ハブ部に複数の開口部が設けられて、前記粉砕室とメディア分離室が連通されていることを特徴とする循環型メディア撹拌ミル。
2. 前記Ｌ１／Ｄが０．３〜０．４であることを特徴とする請求項１の循環型メディア撹拌ミル。
3. 前記ベッセルが、円筒状のバレルと、このバレルの一端に固定された端板と、前記バレルの他端側に配置されたフレームとを備え、前記撹拌部材は、一端が該撹拌部材に固定された回転駆動軸により回転駆動されるようになっており、この回転駆動軸の他端側は、前記フレーム内を延びている請求項１または２に記載の循環型メディア撹拌ミル。
4. 前記メディア分離部材が円筒形のスクリーンであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の循環型メディア撹拌ミル。
5. 前記メディア分離部材が円筒形のスクリーンであり、前記端板に取り付けられ、前記撹拌部材内の空間に延びており、前記原料出口路が前記端板側に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の循環型メディア撹拌ミル。
6. 前記メディア分離部材が羽根車であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の循環型メディア撹拌ミル。
7. 前記メディア分離部材が、前記撹拌部材に取り付けられた羽根車であり、前記原料出口路が前記端板側に設けられていることを特徴とする請求項６に記載の循環型メディア撹拌ミル。
8. 前記原料入口路の原料供給口が前記撹拌部材の背面に位置していることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の循環型メディア撹拌ミル。
9. 前記ベッセルの筒状壁に内周上に複数の邪魔板を設けたことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の循環型メディア撹拌ミル。
10. 前記メディア分離室の長さをＬ２としたとき、Ｌ２／Ｌ１が０．４〜０．７であることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の循環型メディア撹拌ミル。
11. 前記粉砕室の環半径をｄ１、メディア分離室の環半径をｄ２としたとき、ｄ２／ｄ１が０．５〜２であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の循環型メディア撹拌ミル。
    

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