(57)【要約】      （修正有）【課題】被粉砕材料中に含有される気体成分が、粉砕により粉砕室で発泡化し粉砕能力を低下させることのない、攪拌ボールミルを提供する。【解決手段】材料を微細に粉砕または分散させるための攪拌ボールミル１ｄは、粉砕体を収容するため、及び、粉砕または分散されるべき当該材料を収容するための、円筒状のまたは円錐状の粉砕室１０ｄを備える。攪拌ボールミルは、入口１１と、攪拌機１３ｄと、製品排出口１２とを備える。入口１１は、粉砕室の一方の端部に配置されている。攪拌機１３ｄは、軸方向において粉砕室内へと延在し攪拌手段１３１ｄを有する。製品排出口１２は、粉砕または分散された材料のための製品排出口であって、粉砕室の他方の端部に配置されている。粉砕室の排出端部における中央領域には気体排出口１４が配置されており、該気体排出口１４を介して粉砕体ではなく気体成分を粉砕室から排出させることができる。【選択図】図５
2011016128.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
材料を微細に粉砕するまたは分散させるための攪拌ボールミル（１；１ａ；１ｂ；１ｃ；１ｄ）であって、
粉砕体を収容するための、及び、粉砕または分散されるべき前記材料を収容するための、円筒状のまたは円錐状の粉砕室（１０；１０ａ；１０ｂ；１０ｃ；１０ｄ）と、
粉砕または分散されるべき前記材料の入口（１１）であって、前記粉砕室（１０；１０ａ；１０ｂ；１０ｃ；１０ｄ）の一方の端部に配置されている、入口（１１）と、
軸方向において前記粉砕室（１０；１０ａ；１０ｂ；１０ｃ；１０ｄ）内へと延在し、前記粉砕体、及び、粉砕または分散されるべき前記材料を、前記粉砕室（１０；１０ａ；１０ｂ；１０ｃ；１０ｄ）で移動させるための攪拌手段（１３１；１３１ａ；１３１ｂ；１３１ｃ；１３１ｄ）を有する、攪拌機（１３；１３ａ；１３ｂ；１３ｃ；１３ｄ）と、
前記粉砕または分散された材料の製品排出口（１２）であって、前記粉砕室（１０；１０ａ；１０ｂ；１０ｃ；１０ｄ）の他方の端部に配置されている、製品排出口（１２）と、を備え、
前記粉砕室（１０；１０ａ；１０ｂ；１０ｃ；１０ｄ）の前記排出端部における中央領域には、気体排出口（１４）が配置されており、該気体排出口（１４）を介して、粉砕体ではなく、気体成分が前記粉砕室（１０；１０ａ；１０ｂ；１０ｃ；１０ｄ）から排出され得ることを特徴とする、攪拌ボールミル。
【請求項２】
請求項１に記載の攪拌ボールミルであって、
前記気体排出口（１４）は、軸方向に延在する気体排出通路（１４０；１４０ａ；１４０ｂ；１４０ｃ；１４０ｄ）を備えることを特徴とする、攪拌ボールミル。
【請求項３】
請求項２に記載の攪拌ボールミルであって、
前記攪拌機（１３ａ）は、軸（１３０ａ）を有し、該軸に前記攪拌手段（１３１ａ）が固定されており、
軸方向に延在する前記気体排出通路（１４０ａ）は、前記軸（１３０ａ）を貫通していることを特徴とする、攪拌ボールミル。
【請求項４】
請求項２に記載の攪拌ボールミルであって、
軸方向に延在する前記気体排出通路（１４０；１４０ｂ；１４０ｃ;１４０ｄ）は、終端壁（１００；１００ｂ；１００ｃ;１００ｄ）を貫通して延在し、該終端壁（１００；１００ｂ；１００ｃ;１００ｄ）は、前記排出端部に配置され、前記円筒状のまたは円錐状の粉砕室（１０；１０ｂ；１０ｃ；１０ｄ）に連結する、終端壁であることを特徴とする攪拌ボールミル。
【請求項５】
請求項４に記載の攪拌ボールミルであって、
前記粉砕または分散された材料のための前記製品排出口も、同様に、前記排出端部側終端壁（１００；１００ｂ；１００ｃ;１００ｄ）の中央領域に配置されていることを特徴とする、攪拌ボールミル。
【請求項６】
請求項５に記載の攪拌ボールミルであって、
前記製品排出口は、製品排出通路（１２０ｂ；１２０ｃ；１２０ｄ）を備え、該製品排出通路は、前記排出端部側終端壁（１００；１００ｂ；１００ｃ；１００ｄ）を貫通して前記軸方向に延在していることを特徴とする、攪拌ボールミル。
【請求項７】
請求項６に記載の攪拌ボールミルであって、
前記製品排出通路（１２０ｃ；１２０ｄ）及び前記気体排出通路（１４０ｃ；１４０ｄ）は、互いに別体の排出通路として設計されていることを特徴とする、攪拌ボールミル。
【請求項８】
請求項６に記載の攪拌ボールミルであって、
前記気体排出通路（１４０ｂ）の出口は、前記製品排出通路（１２０ｂ）の出口の上流において、前記製品排出通路（１２０ｂ）へ開口していることを特徴とする攪拌ボールミル。
【請求項９】
請求項５から請求項８のいずれか１項に記載の攪拌ボールミルであって、
粉砕体を通過させない一方粉砕または分散された材料を通過させ得る分離手段（１５；１５０ｂ；１５０ｃ；１５０ｄ）が、前記製品排出口（１２）の上流、あるいは、前記製品排出通路（１２０ｂ；１２０ｃ；１２０ｄ）の上流に配置されており、それによって、前記粉砕または分散された材料は、前記分離手段（１５；１５０ｂ；１５０ｃ；１５０ｄ）を介して、実質的に径方向のみに通過することができ、その後、前記製品排出口（１２）あるいは前記製品排出通路（１２０ｂ；１２０ｃ；１２０ｄ）へと進入し得ることを特徴とする攪拌ボールミル。
【請求項１０】
請求項９に記載の攪拌ボールミルであって、
前記分離手段は、円筒状スクリーンカートリッジ（１５０ｂ；１５０ｃ；１５０ｄ）として設計されており、前記気体排出通路（１４０ｂ；１４０ｃ;１４０ｄ）は、前記スクリーンカートリッジ（１５０ｂ；１５０ｃ；１５０ｄ）の内部における中心を通って、軸方向に延在することを特徴とする攪拌ボールミル。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の攪拌ボールミルであって、
スクリーンが、前記気体排出口（１４）または前記気体排出通路（１４０；１４０ａ；１４０ｂ；１４０ｃ;１４０ｄ）の入口に配置されており、前記スクリーンは、少なくとも前記粉砕体を前記粉砕室（１０；１０ａ；１０ｂ；１０ｃ；１０ｄ）内で制止するように、設計されていることを特徴とする、攪拌ボールミル。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の攪拌ボールミルであって、
前記気体排出部（１２）の出口または前記気体排出通路（１２０ｄ）の出口が、真空容器（２）、および／または、真空ポンプ（３）、に接続されていることを特徴とする、攪拌ボールミル。
【請求項１３】
請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の攪拌ボールミルであって、
前記攪拌機（１３；１３ａ；１３ｂ；１３ｃ；１３ｄ）は、軸（１３０；１３０ａ；１３０ｂ；１３０ｃ；１３０ｄ）を有しており、該軸（１３０；１３０ａ；１３０ｂ；１３０ｃ；１３０ｄ）は、攪拌手段（１３１；１３１ａ；１３１ｂ；１３１ｃ；１３１ｄ）として、外輪、ディスク、あるいは、当該軸に固定されたピン、を備えることを特徴とする攪拌ボールミル。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、独立請求項に記載の攪拌ボールミルに関する。
攪拌ボールミルは、例えば、液相にある固体を粉砕あるいは分散させるために用いられ、具体的には、ナノテクノロジー製品のみならず、例えば、染料懸濁液、塗料、インク、農薬、充填剤懸濁液、化粧品、食品、医薬品、または、微生物に用いられる。
【０００２】
粉砕されるべきまたは液中で分散されるべき材料は、粉砕室の一方の端部に配置された入口を介して粉砕室へ導入され、この粉砕室において粉砕または分散される。この場合、材料は粉砕室内を徐々に移動し、粉砕または分散された材料は、まず分離手段を通って（例えば、動的な分離ギャップを通って、あるいは、溝付スクリーンを通って）、それから、入口の逆側に位置する端部に配置された出口を通って、排出され得る。攪拌ボールミルが作動中の場合は、バッチ操作と循環操作とは基本的に区別される。
【０００３】
バッチ操作中は、粉砕または分散されるべき材料は、攪拌ボールミルを通って第１の容器から第２の容器へと送り出される。粉砕または分散された製品の所望の微細度を達成するために、適切であれば、該製品を、もう一度第２の容器から汲み出して攪拌ボールミルを通してさらに別の容器等へと送り出す（多重パスバッチ操作）ことも可能である。
【０００４】
循環操作中は、粉砕または分散されるべき材料は、粉砕または分散された製品の所望の微細度が達成されるまで、容器から攪拌ボールミルへと送り出されて、再び当該容器へと送り戻される。このような攪拌ボールミルの基本的な機能は周知であり、例えば、欧州特許第０  ６２７  ２６２号あるいは独国特許２  ２１５  ７９０号に記載されている。
【０００５】
粉砕または分散された製品を粉砕体から分離するために、攪拌ボールミルは様々な分離技術を利用している。これらの技術の例は、回転子と固定子とを含む動的な分離ギャップや、例えば溝付スクリーンのようなスクリーンである。貫通通路の表面積が大きいため、スクリーンを用いてより高い処理能力を実現させることが、一般的に可能である。しかしながら、粉砕されるべき材料が粉砕室へ導入される前にガス抜きされていない場合には、気泡によって、溝付スクリーンの溝を通る貫通通路が塞がれることもある。また、気泡を含む空間を粉砕や分散のために使用できなくなり、気泡によって被膜が形成されたり、粉砕体、および／または、粉砕または分散されるべき材料が互いに固着したりする。これによって、粉砕容量が減少し、極端な場合には、攪拌ボールミルが停止してしまうこともある。材料に気泡が生じると、その気泡は、乱流及び粉砕体によってさらに細分化される。そのさらなる細分化によって、発泡が生じ、それゆえ、より顕著な場合には、スクリーンを塞いでしまうこともある。この場合、粉砕室の圧力が極度に上昇し、圧力が高くなり過ぎて、極端な場合には、攪拌ボールミルの作動を中断しなければならないこともある。
【０００６】
それゆえ、本発明の目的は、前述の問題が全く起こらないか、あるいは、少なくとも前述の問題がかなり低減される程度までに、上述のタイプの攪拌ボールミルを改善することである。
【０００７】
この目的は、本発明による、独立請求項に記載の機能を特徴とするような攪拌ボールミルによって達成される。本発明による攪拌ボールミルの有利な実施例は、従属請求項の主題を構成する。
【０００８】
具体的には、材料を微細に粉砕または分散するための本発明による攪拌ボールミルは、円筒状または円錐状の粉砕室を備える。粉砕室は、粉砕体を収容するためのものであって、また、粉砕または分散されるべき材料を収容するためのものである。攪拌ボールミルは、また、粉砕または分散されるべき材料のための入口を備える。入口は、粉砕室の一方の端部に配置されている。また、攪拌ボールミルは攪拌機を備える。攪拌機は、軸方向において粉砕室内に延在しており、攪拌手段を有する。攪拌手段によって、粉砕体、及び、粉砕または分散されるべき材料は、粉砕室において移動される。さらに、攪拌ボールミルは、粉砕または分散された材料の製品排出口を備える。排出口は、粉砕室の他方の端部に配置されている。粉砕室の排出端部における中央領域には、気体排出部が配置されており、気体排出部を介して、粉砕体ではなく、気体成分が排出され得る。
【０００９】
それゆえ、本発明は、粉砕室から気体成分を除去するための排出システムである。本発明において、攪拌手段を用いて攪拌機によって生じた遠心力は、気体成分を、具体的には気泡を、固体懸濁液から分離するために利用される。遠心力場では、固体懸濁液及び粉砕体は（気泡と比較して）高密度であるがゆえに、外側に遠心分離される。その一方で、気泡は、例えば空気泡は、中央領域（ほぼ中心）に滞留する。基本的に、攪拌機の攪拌手段の種類や形状に関わらず、このような分離が生じる。そのため、粉砕室の排出端部における中心に配置された気体排出部を通って、粉砕室から「気体が排出される」ことが可能である。この気体排出部の構成に応じて、粉砕体の流出を妨げるために、気体排出部にスクリーンを備えることが好ましい。
【００１０】
設計上様々な方法で気体を排出することが可能である。基本的に、排気孔を備えれば十分であるが、本発明による攪拌ボールミルの実施例においては、気体排出部は軸方向に延在する気体排出通路を備える。
【００１１】
本発明について多くの変形例が考えられる。従って、本発明による攪拌ボールミルの実施例において、攪拌機は軸を有している。この軸に、攪拌手段が固定されており、軸方向に延在する気体排出通路が、軸を貫通している。
【００１２】
本発明による攪拌ボールミルのほかの実施例においては、軸方向に延在する気体排出通路は、終端壁を貫通して延出する。終端壁は、排出端部に配置され、円筒状または円錐状の粉砕室に連結する。本変形例は、設計が容易であって、以下説明されるように、多くのさらなる変形例が可能である。
【００１３】
それゆえ、本発明による攪拌ボールミルの別の実施例においては、粉砕または分散された材料の製品排出口もまた、同様に、排出端部側終端壁の中央領域に配置され、本発明では排出端部側終端壁を通って軸方向に延在する製品排出通路を備える。この場合、製品排出通路及び気体排出通路を、それぞれ互いに別の排出通路として設計することも可能である。代替例として、気体排出通路の出口は、製品排出通路の出口より上流にある、製品排出通路へと、開口していてもよい。これによって、流出する製品に空気が混入され得るといった、一種のベンチュリ効果が達成され得る。
【００１４】
本発明による攪拌ボールミルのさらに別の実施例においては、粉砕体は通過させない一方粉砕または分散された材料を通過させることができる分離手段（例えば、溝付スクリーン）が、製品排出口の上流、あるいは、製品排出通路の上流に配置されている。それによって、粉砕または分散された材料は、分離手段を介して、実質的に径方向のみに通過可能であり、その後、製品排出口あるいは製品排出通路へと進入し得る。そのため、遠心力によって径方向外側に配置されている粉砕または分散された製品は、製品排出口の方向に沿って分離手段を介して径方向に還流されることができる。製品排出口は、排出端部側終端壁の中心に配置されている。本実施形態では、粉砕体は、分離手段によって制止される。その一方で、所望の仕様（粒子径）を有する粉砕または分散された製品は、分離手段（例えば、溝付スクリーン）を介して製品排出口の方向に流れ得る。この場合、分離手段は、円筒状スクリーンカートリッジとして設計されていてもよく、気体排出通路は、当該スクリーンカートリッジの内部における中心を通って、軸方向に延在している。円筒状スクリーンカートリッジは、必要に応じて、容易に、取り替えあるいは洗浄され得る。
【００１５】
本明細書の導入部で述べたように、攪拌ボールミルの実施例においては、スクリーンを、気体排出部または気体排出通路の入口に配置することも可能である。また、このスクリーンは、少なくとも粉砕体を粉砕室内で制止するように設計されている。
【００１６】
気体の排出を促進するために、気体排出部の出口または気体排出通路の出口が、真空容器に接続されていてもよい。当該真空容器に吸引された製品は、分離されて、別々に攪拌ボールミルの入口へと戻される。
【００１７】
上述のように、攪拌機の軸にある攪拌手段の種類や形状は、必要とされる目的に応じて最適に選択され得る。具体的には、攪拌機は、軸であって、攪拌手段として、外輪、ディスク、あるいは、当該軸に固定されたピン、を有する軸を備えていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明による攪拌ボールミルの、第１実施例を詳細に示す図である。
【図２】本発明による攪拌ボールミルの、第２実施例を詳細に示す図である。
【図３】本発明による攪拌ボールミルの、第３実施例を詳細に示す図である。
【図４】本発明による攪拌ボールミルの、第４実施例を詳細に示す図である。
【図５】気体排出通路に接続された真空容器を有する、本発明による攪拌ボールミルの第５実施例を詳細に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明による攪拌ボールミルのさらに有利な局面は、図面を参照しつつ、以下の実施例の説明から理解され得る。
図１は、本発明による攪拌ボールミル１の第１実施例の詳細（排出端部）を示す。本実施形態において、気体排出通路１４０は、粉砕室１０の排出端部側終端壁１００を貫通し引き出されている。別体の製品排出口または製品排出通路は、本実施例には図示されていない。ディスク形状に設計された攪拌手段１３１は、攪拌機１３の軸１３０に配置されている。
【００２０】
図２は、本発明による攪拌ボールミル１ａの第２実施例の詳細（排出端部）を示しており、攪拌ボールミル１ａは、攪拌機１３ａの軸１３０ａを軸方向に貫通する気体排出通路１４０ａを有する。本実施例では、気体排出通路１４０ａは、粉砕室１０ａの排出端部側終端壁１００ａを貫通して外側に引き出されるのではなく、攪拌機の軸１３０ａにおける外側に引き出される。本実施例の場合においても、攪拌手段１３１ａは、図１の実施例と同様に、ディスク形状に設計されている。
【００２１】
図３は、本発明による攪拌ボールミル１ｂの第３実施例の詳細（排出端部）を示しており、攪拌ボールミル１ｂは、粉砕室１０ｂと攪拌機１３ｂの軸１３０ｂとを備える。軸１３０ｂは攪拌手段１３１ｂを有し、攪拌手段１３１ｂは、外輪型の促進器として軸１３０ｂに配設されている。気体排出通路１４０ｂは、スクリーンカートリッジ１５０ｂの内部における中心を通り抜けているが、別体の気体排出通路１４０ｂとして粉砕室１０ｂの外へ引き出されているのではなく、出口端部側終端壁１００ｂの領域で製品排出通路１２０ｂへ向かって開口している。これによって、製品排出通路１２０ｂを通って送り出された固体懸濁液が、例えば気泡といった気体成分に混入するので、一種のベンチュリ効果を達成することができる。
【００２２】
図４は、本発明による攪拌ボールミル１ｃの第４実施例の詳細（排出端部）を示す。本実施形態においては、外輪型の撹拌手段１３１ｃ（促進器）に加えて、追加の撹拌手段１３１ｃが、攪拌機１３ｃの軸１３０ｃにおける端部領域に備えられていることがわかる。さらには、本実施例においては、気体排出通路１４０ｃは、スクリーンカートリッジ１５０ｃと、排出端部側終端壁１００ｃとをそれぞれ別に通って、粉砕室１０ｃから外へ引き出される。すなわち、図３に基づく実施例と対照的に、気体排出通路１４０ｃは、製品排出通路１２０ｃに向かって開口していない。
【００２３】
図５は、本発明による攪拌ボールミル１ｄの第５実施例の概略図を示しており、攪拌ボールミル１ｄは、真空容器２を有している。真空容器２は、攪拌ボールミル１ｄの気体排出通路１４０ｄに接続されている。本発明による攪拌ボールミル１ｄの第５の実施例は、また、円筒状の粉砕室１０ｄと、入口１１とを備える。入口１１は、粉砕室１０ｄの一方の端部に配置されており、例えば固体懸濁液のような、粉砕または分散されるべき材料に用いられることが意図される。粉砕または分散されるべき材料は、入口１１を介して粉砕室１０ｄへと供給され得る。粉砕室１０ｄは、作動中、（典型的には球状の）粉砕体（図示されていない）を有する。粉砕体は、例えば、セラミック材料や、高い耐磨耗性を有する材料から構成される。また、粉砕室１０ｄには、攪拌機１３ｄが配置されている。攪拌機１３ｄは、チャンバー軸、即ち回転軸１０１ｄに沿って回転し得るものであって、軸１３０ｄに固定された撹拌手段１３１ｄを有する。
【００２４】
さらに、図５に基づく攪拌ボールミル１ｄの実施例では、製品排出口１２が設けられている。製品排出口１２は、粉砕室１０ｄの他方の端部（排出端部）に配置されており、粉砕または分散された材料に使用されることが意図されている。製品排出口１２は、製品排出通路１２０ｄを有する。製品排出通路１２０ｄは、粉砕室１０ｄの排出端部側終端壁１００ｄを貫通して延在しているが、ここでは、一例として、湾曲した管として示されている。図５は、また、気体排出通路１４０ｄの形態で気体排出部１４を示す。気体排出通路１４０ｄは、粉砕室１０ｄの排出端部における中心に配置されており、ここでは、一例として、製品排出通路１２０ｄの形態の管とは別に、粉砕室１０ｄから外へ導かれている別体の管の形態で設計されている。
【００２５】
また、図５において、粉砕室１０ｄの排出端部の領域に、溝付スクリーン（図示されていない）を有する円筒状スクリーンカートリッジ１５０ｄの形態での分離手段１５が備えられていることがわかる。溝付スクリーンを通って、粉砕または分散された材料だけが実質的に径方向に（外側から内側へ）通過することが可能であり、それによって、当該材料が、製品排出通路１２０ｄへ送り入れられ得る。しかしながら、基本的に、粉砕あるいは分散された材料、及び、粉砕体は、例えば、分離ギャップを回転させる、または、他の好適な方法を用いる等によって、他の方法でも分離することが可能である。
【００２６】
図５に示される攪拌ボールミル１ｄの実施例においても、撹拌手段１３１ｄは外輪型の促進器として設計されているが、これは、粉砕体と、粉砕または分散されるべき材料とを、攪拌軸１３０ｄに対して径方向に推進させるためである。外輪型の撹拌手段１３１ｄ（促進器）が回転することによって、粉砕体は、遠心力を受けることとなり、この遠心力によって、粉砕体は径方向外側へ進められる。
【００２７】
本明細書の導入部で既に述べたように、材料中に気泡が発生すると、導入部で言及した問題（被膜が形成されること、及び、粉砕体、および／または、粉砕または分散されるべき材料が互いに粘着すること、粉砕容量が減少すること、攪拌ボールミルが停止する可能性があること、さらに著しく発泡すること、スクリーンが閉塞すること、粉砕室の圧力が上昇すること、作動が中断する可能性があること）を生じることがある。固体懸濁液の濃度は、他のいかなる気体成分、例えば気泡、の濃度よりも高いため、気泡は、粉砕室１０ｄの中央領域で集まってしまう。この気泡は、気体排出通路１４０ｄを通り外側方向へ放出され得る（送り出され得る）。気体排出通路１４０ｄも、同様に、排出端部における中心に（すなわち、中央の領域に）配置されており、それによって、泡の発生が避けられるか、あるいは、いずれにしてもかなり低減され得る。
【００２８】
気体排出通路１４０ｄは、粉砕室１０ｄの排出端部側終端壁を貫通している。気体排出通路１４０ｄの出口は、本実施例においては、既に上述した真空容器２と接続し、その真空容器２の一部は真空ポンプ３に接続されている。いかなる粉砕体も共に粉砕室１０ｄから流出できないようにするために、スクリーン（図示されていない）が、気体排出通路１４０ｄへの入口に配置されていてもよい。真空ポンプ３は、真空容器２において負圧を発生させる。その結果、気体成分は、気体排出通路１４０ｄを通って粉砕室１０ｄから放出される（送り出される）。気体排出通路１４０ｄは、スクリーンカートリッジ１５０ｄの内部における中心を通り、軸方向に延在している。微量の固体懸濁液もまた、負圧によって粉砕室から吸引されて抽出された場合には、当該微量の固体懸濁液は、真空容器２で分離された後、搬出ポンプ４によって、粉砕または分散された材料に供給される。粉砕または分散された材料は、可能であれば入口１１を介して、引き出され得るか、あるいは、粉砕室１０ｄ内へ（あるいは、混合容器へ）戻される（引き戻される）。
【００２９】
本発明は、攪拌ボールミルについての上述の実施例を参照して説明されてきたが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものとして理解されるべきではない。上述の攪拌ボールミルの種々の変形例及び改良例は、本発明の技術的教示から逸脱することなく、考えられ得る。そのごく一例として、言及しておくが、たとえ説明された実施例の全てに上述の気体排出通路が備えられていたとしても、必ずしも気体排出口が通路を備えていなければならないというわけではなく、気体排出口が出口開口として設計されることも基本的には可能である。本発明の範囲は、それゆえ、以下の請求項によって定義される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【外国語明細書】
1   Title of the Invention
Agitator ball mill
2   Detailed Description of Invention
The invention relates to an agitator ball mill according to the independent claim.
Agitator ball mills are used, for example, for comminuting or dispersing solids in a liquid phase, in particular for nanotechnology products, but also, for example, for dye suspensions, paints, inks, agrochemicals, filler suspensions, cosmetics, foods, pharmaceuticals or microorganisms.
The material which is to be ground, or dispersed in a liquid, is introduced into the grinding chamber through the inlet which is arranged at one end of the grinding chamber, and is ground or dispersed in this grinding chamber. The material here is moved gradually through the grinding chamber, whereupon the ground or dispersed material can be discharged out through a separating means, e.g. through a dynamic separating gap or through a slotted screen, and then through an outlet, which is arranged at the end located opposite the inlet. When the agitator ball mills are in operation, the basic distinction is drawn between batch operation and circulating operation.
During batch operation, the material which is to be ground or dispersed is pumped from a first vessel, through the agitator ball mill, into a second vessel. In order to achieve a desired degree of fineness of the ground or dispersed product, it is possible for the product, if appropriate, to be pumped once again from the second vessel, through the agitator ball mill, into a further vessel, and so on (multi-pass batch operation).
During circulating operation, the material which is to be ground or dispersed is pumped out of a vessel into the agitator ball mill and back again into the same vessel, until the desired degree of fineness of the ground or dispersed product has been achieved. The basic functioning of such agitator ball mills is known and described, for example, in EP 0 627 262 or DE2215790.
Agitator ball mills make use of various separating techniques in order to separate the ground or dispersed product from the grinding bodies. Examples of these techniques are dynamic separating gaps, which comprise a rotor and a stator, and screens, e.g. slotted screens. On account of the greater through-passage surface area, it is generally possible to realize a higher throughput by using screens. However, the through-passage through the slots of the slotted screens can be obstructed, inter alia, by gas bubbles if the material which is to be ground is not degassed prior to entrance into the grinding chamber. Moreover, the space which contains the gas bubbles is not available for grinding or dispersing, and gas bubbles can result in crust formation and in the sticking together of the grinding bodies and/or the material which is to be ground or dispersed. This results in a reduction in the grinding capacity and, in extreme cases, may lead to the agitator ball mill being blocked. When gas bubbles occur in the material, the bubbles are comminuted further by turbulence and grinding bodies, which may also result in foaming and thus in the screen being blocked to an even more pronounced extent. The pressure in the grinding chamber here can increase quite considerably and become so high that, in extreme cases, operation of the agitator ball mill has to be interrupted.
It is therefore an object of the invention to improve an agitator ball mill of the type mentioned to the extent where the aforementioned problems no longer occur or, at least, are vastly reduced.
This object is achieved according to the invention by an agitator ball mill as is characterized by the features of the independent claim. Advantageous exemplary embodiments of the agitator ball mill according to the invention form the subject matter of the dependent claims.
In particular the agitator ball mill according to the invention for finely grinding or dispersing a material has a cylindrical or conical grinding chamber for accommodating grinding bodies and for accommodating the material which is to be ground or dispersed. It also has an inlet for the material which is to be ground or dispersed, the inlet being arranged at one end of the grinding chamber, and an agitator, which extends in the axial direction into the grinding chamber and has agitating means by way of which the grinding bodies and the material which is to be ground or dispersed are moved in the grinding chamber. Finally, it has a product outlet for the ground or dispersed material, the outlet being arranged at the other end of the grinding chamber. Arranged in a central region at the outlet end of the grinding chamber is a gas outlet through which gaseous components, but not grinding bodies, can be discharged out.
The present invention is thus an venting system for removing gaseous components from the grinding chamber. The centrifugal force which is generated by the agitator, by way of its agitating means, is utilized here in order to separate the gaseous components, in particular gas bubbles, from a solids suspension. In the centrifugal force field, the solids suspension and the grinding bodies are centrifuged outwards on account of their higher density (in comparison with the gas bubbles), while the gas bubbles, e.g. air bubbles, remain in the central region (approximately in the centre). This separation takes place basically irrespective of the type and form of the agitating means of the agitator. It is thus possible for "gas to be vented" from the grinding chamber through the gas outlet arranged centrally at the outlet end of the grinding chamber. Depending on the configuration of this gas outlet, it is preferably possible for the gas outlet to be provided with a screen, in order to prevent grinding bodies from flowing out.
The venting of gas can be achieved in various ways in design terms. While it is basically sufficient to have an venting bore, the gas outlet comprises, in the case of an exemplary embodiment of the agitator ball mill according to the invention, a gas-outlet channel extending in the axial direction.
A number of variants are conceivable here. Thus, in the case of an exemplary embodiment of the agitator ball mill according to the invention, the agitator has a shaft, on which the agitating means are fixed, and the axially extending gas-outlet channel runs through the shaft.
In the case of a further exemplary embodiment of the agitator ball mill according to the invention, the axially extending gas-outlet channel extends through a terminating wall which is arranged at the outlet end and bounds the cylindrical or conical grinding chamber. This variant is straightforward in design terms and makes a number of further variants possible, as will be explained hereinbelow.
Thus, in the case of a further exemplary embodiment of the agitator ball mill according to the invention, the product outlet for the ground or dispersed material is likewise arranged in the central region of the outlet-end terminating wall, and comprises a product-outlet channel extending in the axial direction through the outlet-end terminating wall. It is possible here for the product-outlet channel and the gas-outlet channel to be designed as outlet channels which are separate from one another. As an alternative, the exit of the gas-outlet channel can open out into the product-outlet channel upstream of the exit of the product-outlet channel. This makes it possible to achieve a kind of Venturi effect, in that the air can be entrained by the outflowing product.
In the case of a further exemplary embodiment of the agitator ball mill according to the invention, a separating means (e.g. a slotted screen) which is permeable to the ground or dispersed material, but not to the grinding bodies, is arranged upstream of the product outlet, or upstream of the product-outlet channel, such that the ground or dispersed material can pass only essentially radially through the separating means and then into the product outlet or the product-outlet channel. The ground or dispersed product, which has been displaced radially outwards by the centrifugal force, can thus flow back radially through the separating means in the direction of the product outlet, which is arranged centrally in the outlet-end terminating wall. The grinding bodies here are restrained by the separating means, while the ground or dispersed product with the desired specifications (particle size) can flow through the separating means (e.g. the slotted screen) in the direction of the product outlet. The separating means here may be designed as a cylindrical screen cartridge, the gas-outlet channel running in the axial direction through the centre of the interior of the screen cartridge. The cylindrical screen cartridge can easily be exchanged or cleaned, should this be necessary.
As already mentioned in the introduction, it is possible, in the case of an exemplary embodiment of the agitator ball mill, for a screen to be arranged at the entrance to the gas outlet or the gas-outlet channel, and this screen is designed such that it restrains at least the grinding bodies in the grinding chamber.
In order to enhance the venting of gas, the exit of the gas outlet or of the gas-outlet channel may be connected to a vacuum vessel. The product taken in by the vacuum can be separated off and be returned separately to the inlet of the agitator ball mill.
As already mentioned, the type and form of agitating means on the shaft of the agitator can be selected optimally depending on the purpose for which they are required. In particular, the agitator may have a shaft which has paddle wheels, discs or pins fixed thereon as agitating means.
3   Brief description of the Drawings
Figure 1 shows a detail of a first exemplary embodiment of an agitator ball mill according to the invention,
Figure 2 shows a detail of a second exemplary embodiment of an agitator ball mill according to the invention, 
Figure 3 shows a detail of a third exemplary embodiment of the agitator ball mill according to the invention,
Figure 4 shows a detail of a fourth exemplary embodiment of the agitator ball mill according to the invention, and
Figure 5 shows a fifth exemplary embodiment of the agitator ball mill according to the invention, with a vacuum vessel connected to the gas-outlet channel.
4    Description of Embodiments
Further advantageous aspects of the agitator ball mill according to the invention can be gathered from the following description of exemplary embodiments, with the aid of the drawing.
Figure 1 illustrates a detail (outlet end) of a first exemplary embodiment of the agitator ball mill 1 according to the invention, in the case of which a gas-outlet channel 140 is led out through the outlet-end terminating wall 100 of the grinding chamber 10. The separate product outlet or product-outlet channel has not been illustrated for this exemplary embodiment. Agitating means 131 designed in the form of discs are arranged on the shaft 130 of the agitator 13.
Figure 2 shows a detail (outlet end) of a second exemplary embodiment of the agitator ball mill 1a according to the invention, with a gas-outlet channel140a running axially through the shaft130a of the agitator 13a. In the case of this exemplary embodiment, the gas-outlet channel 140a, rather than being led outwards through the outlet-end terminating wall 100a of the grinding chamber 10a, is led outwards in the shaft 130a of the agitator. It is also the case with this exemplary embodiment that the agitating means131a in a manner similar to the exemplary embodiment according to Figure 1 are designed in the form of discs.
Figure 3 shows a detail (outlet end) of a third exemplary embodiment of the agitator ball mill 1b according to the invention, with the grinding chamber10b and with the shaft 130b of the agitator 13b, the shaft having agitating means 131b in the form of paddle-wheel-like accelerators arranged on it. The gas-outlet channel 140b runs through the centre of the interior of a screen cartridge 150b, but, rather than being led out of the grinding chamber 10b as a separate gas-outlet channel 140b, opens out into the product-outlet channel 120b in the region of the exit-end terminating wall 100b. This makes it possible to achieve a kind of Venturi effect, because the gaseous components, e.g. gas bubbles, are entrained by the solids suspension pumped through the product-outlet channel 120b. 
Figure 4 shows a detail (outlet end) of a fourth exemplary embodiment of the agitator ball mill 1c according to the invention, in the case of which, in addition to the paddle-wheel-like agitating means 131c (accelerators), it is also possible to see an additional agitating means 131c in the region of the end of the shaft 130c of the agitator 13c. Moreover, in the case of this exemplary embodiment, the gas-outlet channel 140c is led out of the grinding chamber 10c separately through the screen cartridge 150c and through the outlet-end terminating wall 100c, that is to say - in contrast to the exemplary embodiment according to Figure 3 - it does not open out into the product-outlet channel 120c.
Figure 5 shows a schematic illustration of a fifth exemplary embodiment of the agitator ball mill 1d according to the invention, with a vacuum vessel 2 which is connected to the gas-outlet channel 140d of the agitator ball mill 1d. The fifth exemplary embodiment of the agitator ball mill 1d according to the invention, again, comprises a cylindrical grinding chamber 10d and an inlet 11, which is arranged at one end of the grinding chamber 10d and is intended for the material which is to be ground or dispersed e.g. a solids suspension. The material which is to be ground or dispersed can be fed to the grinding chamber 10d through the inlet 11. The grinding chamber 10d contains, during operation, the - typically spherical - grinding bodies (not illustrated), which consist, for example, of a ceramic material or of some other highly abrasion-resistant material. Also arranged in the grinding chamber 10d is the agitator 13d which can be rotated about the chamber axis, as axis of rotation101d, and has agitating means 131d fixed on its shaft 130d.
Furthermore, the exemplary embodiment of the agitator ball mill 1d according to Figure 5 has a product outlet 12, which is arranged at the other end (outlet end) of the grinding chamber 10d and is intended for the ground or dispersed material. The product outlet 12 comprises a product outlet channel120d which extends through the outlet-end terminating wall 100d of the grinding chamber 10d and in this case, by way of example, is in the form of a curved piece of tube. Figure 5 also shows a gas outlet 14 in the form of a gas-outlet channel 140d, which is arranged centrally at the outlet end of the grinding chamber 10d and in this case, by way of example, is designed in the form of a separate piece of tube which is led out of the grinding chamber 10d separately from the piece of tube in the form of the product-outlet channel 120d.
It is also possible to see in Figure 5, in the region of the outlet end of the grinding chamber 10d, a separating means 15 in the form of a cylindrical screen cartridge 150d with a slotted screen (not illustrated), through which the ground or dispersed material can pass only essentially radially (inwards from the outside), so that it can then pass into the product-outlet channel120d. It is basically also possible, however, for the ground or dispersed material and the grinding bodies to be separated in some other way, e.g. with the aid of rotating separating gaps or other suitable methods.
In the exemplary embodiment of the agitator ball mill 1d which is shown in Figure 5, the agitating means131d are designed, once again, in the form of paddle-wheel-like accelerators, in order to advance the grinding bodies, and the material which is to be ground or dispersed, radially in relation to the agitating shaft130d. The rotation of the paddle-wheel-like agitating means 131d (accelerators) causes the grinding bodies to be subjected to a centrifugal force which advances the grinding bodies radially outwards.
As already mentioned in the introduction, the occurrence of gas bubbles in the material may give rise to the problems mentioned in the introduction (crust formation and the grinding bodies, and/or the material which is to be ground or dispersed, sticking together, reduction in the grinding capacity, possible blockage of the agitator ball mill, even more pronounced foaming, screen blockage, increase in the pressure in the grinding chamber, possible interruption to operation). Since the density of the solids suspension is greater than the density of any gaseous components, e.g. gas bubbles, the gas bubbles collect in the central region of the grinding chamber 10d. These gas bubbles can then be vented (led out) in the outward direction through the gas-outlet channel 140d, which is likewise arranged centrally (that is to say in the region of the centre) at the outlet end, so that foaming can be either avoided or, at any rate, vastly reduced.
The exit of the gas-outlet channel 140d, which is led through the outlet-end terminating wall of the grinding chamber 10d is connected here to the vacuum vessel 2 which has already been mentioned above and, for its part, is connected to a vacuum pump 3. In order for it not to be possible for any grinding bodies to flow out of the grinding chamber 10d as well, a screen (not illustrated) may be arranged at the entrance to the gas-outlet channel 140d. The vacuum pump 3 generates negative pressure in the vacuum vessel 2, as a result of which the gaseous components are vented (led out) of the grinding chamber 10d through the gas-outlet channel140d, which runs in the axial direction through the centre of the interior of the screen cartridge150d. If small quantities of the solids suspension are also extracted by suction from the grinding chamber by negative pressure, they can be separated off in the vacuum vessel 2 and then fed, with the aid of the delivery pump 4, to the ground or dispersed material which can be either led out or returned (led back) again, possibly via the inlet 11, into the grinding chamber 10d (or to a mixing vessel).
The invention has been described with reference to the above exemplary embodiments of the agitator ball mill. However, the invention should not be understood as being limited to these exemplary embodiments. Rather, numerous modifications to, and variants of, such an agitator ball mill are conceivable without departing from the technical teaching of the invention. It should be mentioned, merely by way of example, that it is also basically possible for the gas outlet to be designed as an outlet opening, rather than it necessarily having to have a channel, even if the exemplary embodiments described all have such a gas-outlet channel. The scope is thus defined by the following Claims.
1.    Agitator ball mill (1; 1a; 1b; 1c; 1d) for finely grinding or dispersing a material, having a cylindrical or conical grinding chamber (10; 10a; 10b; 10c; 10d) for accommodating grinding bodies and for accommodating the material which is to be ground or dispersed, further having an inlet (11) for the material which is to be ground or dispersed, the inlet being arranged at one end of the grinding chamber (10; 10a; 10b; 10c; 10d), further having an agitator (13; 13a; 13b; 13c; 13d), which extends in the axial direction into the grinding chamber (10; 10a; 10b; 10c; 10d) and has agitating means (131; 131a; 131b; 131c; 131d) by way of which the grinding bodies and the material which is to be ground or dispersed are moved in the grinding chamber(10; 10a; 10b; 10c; 10d), and having a product outlet (12) for the ground or dispersed material, the product outlet being arranged at the other end of the grinding chamber (10; 10a; 10b; 10c; 10d), wherein arranged in the central region at the outlet end of the grinding chamber (10; 10a; 10b; 10c; 10d) is a gas outlet (14) through which gaseous components, but not grinding bodies, can be discharged out of the grinding chamber(10; 10a; 10b; 10c; 10d).
2.  Agitator ball mill according to claim 1, wherein the gas outlet (14) comprises a gas-outlet channel(140; 140a; 140b; 140c; 140d) extending in the axial direction.
3.  Agitator ball mill according to claim 2, wherein the agitator (13a) has a shaft (130a), on which the agitating means (131a) are fixed, and wherein the axially extending gas-outlet channel (140a) runs through the shaft (130a).
4.  Agitator ball mill according to claim 2, wherein the axially extending gas-outlet channel(140;140b;140c; 140d) extends through a terminating wall (100; 100b; 100c; 100d) which is arranged at the outlet end and bounds the cylindrical or conical grinding chamber (10; 10b; 10c; 10d).
5.  Agitator ball mill according to claim 4, wherein the product outlet for the ground or dispersed material is likewise arranged in the central region of the outlet-end terminating wall (100; 100b; 100c; 100d).
6.  Agitator ball mill according to claim 5, wherein the product outlet comprises a product-outlet channel (120b; 120c; 120d) extending in the axial direction through the outlet-end terminating wall(100;100b; 100c; 100d).
7.  Agitator ball mill according to claim 6, wherein the product-outlet channel (120c; 120d) and the gas-outlet channel (140c; 140d) are designed as outlet channels which are separate from one another.
8.  Agitator ball mill according to claim 6, wherein the exit of the gas-outlet channel (140b) opens out into the product-outlet channel (120b) upstream of the exit of the product-outlet channel (120b).
9.  Agitator ball mill according to any one of claims5 to 8, wherein a separating means (15; 150b; 150c; 150d) which is permeable to the ground or dispersed material, but not to the grinding bodies, is arranged upstream of the product outlet (12), or upstream of the product-outlet channel (120b; 120c; 120d) such that the ground or dispersed material can pass only essentially radially through the separating means (15; 150b; 150c; 150d) and then into the product outlet (12) or the product-outlet channel (120b; 120c; 120d).
10. Agitator ball mill according to claim 9, wherein the separating means is designed as a cylindrical screen cartridge (150b; 150c; 150d) and in which the gas-outlet channel (140b; 140c; 140d) runs in the axial direction through the centre of the interior of the screen cartridge (150b; 150c; 150d).
11. Agitator ball mill according to any one of the preceding claims, wherein at the entrance to the gas outlet (14) or the gas-outlet channel (140; 140a; 140b; 140c; 140d) a screen is arranged, which is designed such that it restrains at least the grinding bodies in the grinding chamber (10; 10a; 10b; 10c; 10d).
12. Agitator ball mill according to any one of the preceding claims, in which the exit of the gas outlet(12) or of the gas-outlet channel (120d) is connected to a vacuum vessel (2) and/or a vacuum pump (3).
13. Agitator ball mill according to any one of the preceding claims, in which the agitator(13; 13a; 13b; 13c; 13d) has a shaft (130;130a;130b;130c; 130d), which has paddle wheels, discs or pins fixed thereon as agitating means(131; 131a; 131b; 131c; 131d).
１  Abstract
An agitator ball mill (1; 1a; 1b; 1c; 1d) for finely grinding or dispersing material has a cylindrical or conical grinding chamber (10; 10a; 10b; 10c; 10d) for accommodating grinding bodies and for accommodating the material which is to be ground or dispersed. It also has an inlet (11), which is arranged at one end of the grinding chamber (10; 10a; 10b; 10c; 10d), an agitator (13; 13a; 13b; 13c; 13d), which extends in the axial direction into the grinding chamber (10; 10a; 10b; 10c; 10d) and has agitating means (131; 131a; 131b; 131c; 131d), and a product outlet (12) for the ground or dispersed material, the product outlet being arranged at the other end of the grinding chamber (10; 10a; 10b; 10c; 10d). Arranged in a central region at the outlet end of the grinding chamber(10;10a; 10b; 10c; 10d) is a gas outlet (14) through which gaseous components, but not grinding bodies, can be discharged out of the grinding chamber(10; 10a;10b; 10c; 10d).
2   Representative Drawing
Figure 1
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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