(57)【要約】【課題】  粉砕後の被粉砕物の粒径の変動を抑制できる粉砕装置を提供する。【解決手段】  被粉砕物と粉砕用媒体との混合物を撹拌して、前記被粉砕物を粉砕するための粉砕装置であって、容器と、前記容器内に配置された回転軸体と、前記回転軸体の回転にともなって前記容器内を移動することで、前記容器内に配置される前記粉砕用媒体と前記被粉砕体との混合物を撹拌する、前記回転軸体に固定された撹拌部材と、を備え、前記容器の内壁面の少なくとも一部を、前記容器の径方向に沿って移動させる移動機構と、を有することを特徴とする粉砕装置。【選択図】図１
2011194324.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被粉砕物と粉砕用媒体との混合物を撹拌して、前記被粉砕物を粉砕するための粉砕装置であって、
容器と、
前記容器内に配置された回転軸体と、
前記回転軸体の回転にともなって前記容器内を移動することで、前記容器内に配置される前記粉砕用媒体と前記被粉砕体との混合物を撹拌する、前記回転軸体に固定された撹拌部材と、を備え、
前記容器の内壁面の少なくとも一部を移動させ、前記内壁面の少なくとも一部と前記回転軸体の軸心との距離を変化させる移動機構と、を有することを特徴とする粉砕装置。
【請求項２】
前記容器は、
前記被粉砕物の供給口と、
前記回転軸体の軸方向に沿って前記供給口と離間した位置に設けられた、前記被粉砕物の排出口と、
を備えることを特徴とする請求項１記載の粉砕装置。
【請求項３】
前記移動機構が移動させる前記内壁面は、
前記供給口よりも前記排出口により近いことを特徴とする請求項２記載の粉砕装置。
【請求項４】
前記排出口に対し、前記供給口がより鉛直下側に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の粉砕装置。
【請求項５】
前記容器は、対向する２つの固定内壁面を備え、
前記移動機構が、前記２つの固定内壁面の間隙に配置された、前記固定内壁面に沿って移動可能な可動内壁面と、前記可動内壁面を移動させる移動手段と、を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の粉砕装置。
【請求項６】
前記粉砕用媒体が、粉砕用ボール部材であり、
前記被粉砕物が、セラミック粉体であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の粉砕装置。
【請求項７】
前記容器の内壁面が、セラミックスを主成分とすることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の粉砕装置。
【請求項８】
前記撹拌部材が、セラミックスを主成分とすることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の粉砕装置。
【請求項９】
前記容器の内壁にかかる圧力を検出する圧力計測部と、
前記圧力計測部による計測結果に応じて、前記移動機構による前記内壁面の移動状態を制御する調整手段と、を備えることを特徴とする粉砕装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粉砕装置およびこれを用いた粉砕方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
粉体の粒径を調整する装置の一例として、例えばセラミックスの原料となるセラミックス粉末の粉体の大きさ（粒径）を調整する際に用いる粉砕装置が、下記特許文献１に記載されている。
【０００３】
図１０は、下記特許文献１に記載の粉砕装置１００について示す概略断面図である。粉砕装置１００は、セラミックビーズなどの粉砕用媒体が内部に配置された容器１０１と、容器１０１に配置された回転軸体１０２と、回転軸体１０２に固定された撹拌部材１０４と、を有する。
【０００４】
粉砕装置１００では、粉砕用媒体が内部に配置された容器１０１内に、例えばスラリーにセラミック粉体を混合させた流動体を供給しつつ、回転軸体１０２を回転させて撹拌部材１０４を回転させる。粉砕装置１００では、この回転によって、粉体用媒体と被粉砕物との衝突を生じさせることで被粉砕物を粉砕し、所望の大きさの被粉砕物を得ている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０６−１４２４８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
かかる粉砕装置では、粉砕処理工程において、粉砕装置１００の容器の内壁１０１ａ、粉砕用媒体、撹拌用部材１０４などが、被粉砕物と強い圧力で接触する。このため、かかる粉砕装置１００では、上記内壁１０１ａや粉砕用媒体や撹拌部材１０４などが、被処理工程の時間経過とともに摩耗し、容器１０１内部の空間の大きさが漸増してくる。
【０００７】
このように、粉砕装置１００のような従来の粉砕装置では、粉砕処理工程の時間経過とともに摩耗が進行する。このため、粉砕処理工程の時間経過とともに、容器内部の空間が変形し、内部の空間の大きさが大きくなり、これにともなって上記流動体にかかる圧力は漸減し、被粉砕物に印加される機械的エネルギーが時間経過にともなって小さくなる。このような特許文献１に記載されているような従来の粉砕装置では、被粉砕物を連続して粉砕した際、粉砕後の被粉砕物の粒径、例えば平均粒径が、粉砕時間の経過と共に変動するという問題があった。
【０００８】
本発明はこの問題に鑑み、粉砕後の被粉砕物の粒径の変動を抑制できる粉砕装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明は、被粉砕物と粉砕用媒体との混合物を撹拌して、前記被粉砕物を粉砕するための粉砕装置であって、容器と、前記容器内に配置された回転軸体と、前記回転軸体の回転にともなって前記容器内を移動することで、前記容器内に配置される前記粉砕用媒体と前記被粉砕体との混合物を撹拌する、前記回転軸体に固定された撹拌部材と、を備え、前記容器の内壁面の少なくとも一部を移動させ、前記内壁面の少なくとも一部と前記回転軸体の軸心との距離を変化させる移動機構と、を有することを特徴
とする粉砕装置を提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、粉砕後の被粉砕物の粒径の変動を抑制でき、長時間にわたって安定した粒径の被粉砕物を得ることができる。また、粉砕装置において、摩耗にともなう部材の交換頻度を低減させ、長期間にわたって安定した性能で粉砕処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】（ａ）は本発明の一実施形態に係る粉砕装置の断面図、（ｂ）は（ａ）の粉砕装置の一部を示す斜視図である。
【図２】（ａ）は本発明の一実施形態に係る粉砕装置を回転軸方向から見たときに移動機構を有する部分の断面図、（ｂ）は移動機構を有しない部分の断面図である。
【図３】（ａ）は本発明の一実施形態に係る粉砕装置の一部を切り出して観察したときの斜視図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面図、（ｃ）は（ｂ）の内壁を移動させた状態を示す断面図である。
【図４】（ａ）は本発明の他の実施形態に係る粉砕装置の一部を切り出して観察したときの斜視図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ断面図、（ｃ）は（ｂ）の内壁を移動させた状態を示す断面図である。
【図５】本発明の他の実施形態に係る粉砕装置の一部を切り出して観察したときの斜視図、（ｂ）は（ａ）のＥ−Ｅ断面図である。
【図６】本発明の他の実施形態に係る粉砕装置の断面である。
【図７】（ａ）は本発明の一実施形態に係る粉砕装置に用いられる撹拌部材の斜視図、（ｂ）は（ａ）の平面図、（ｃ）は（ａ）の断面図である。（ｄ）は本発明の一実施形態に係る粉砕装置に用いられる撹拌部材の斜視図、（ｅ）は（ｄ）の平面図、（ｆ）は（ｅ）の断面図である。
【図８】（ａ）は本発明の一実施形態に係る粉砕装置に用いられる撹拌部材の斜視図、（ｂ）は（ａ）の平面図、（ｃ）は（ａ）の断面図である。（ｄ）は本発明の一実施形態に係る粉砕装置に用いられる撹拌部材の斜視図、（ｅ）は（ｄ）の平面図、（ｆ）は（ｅ）の断面図である。
【図９】（ａ）は本発明の一実施形態に係る粉砕装置に用いられる撹拌部材の斜視図、（ｂ）は（ａ）の平面図、（ｃ）は（ａ）の断面図である。（ｄ）は本発明の一実施形態に係る粉砕装置に用いられる撹拌部材の斜視図、（ｅ）は（ｄ）の平面図、（ｆ）は（ｅ）の断面図である。
【図１０】従来の粉砕装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施形態に係る粉砕装置およびこれを用いた粉砕方法について説明する。
【００１３】
図１〜３は、それぞれ本発明の一実施形態に係る粉砕装置４０について説明する図である。図１（ａ）は粉砕装置４０の概略断面図、図１（ｂ）は（ａ）の粉砕装置の一部を示す概略斜視図である。また、図２（ａ）は、粉砕装置４０の一部（後述する移動機構に対応する部分）の断面図であり、図２（ｂ）は粉砕装置４０の他の部の断面図である。また、図３（ａ）は、粉砕装置４０の一部を切り出して観察した概略斜視図であり、（ｂ）および（ｃ）は(ａ)のＣ−Ｃ断面図である。
【００１４】
粉砕装置４０は、容器２と、容器２内で回転する回転軸体４と、回転軸体４の長手方向に沿って配置され、かつ回転軸体４に固定された複数の撹拌部材６と、被粉砕物を容器２内に供給するための供給口１０ａと、被粉砕物を容器２から排出するための排出口１０ｂと、後述する移動機構３４と、を備えている。
【００１５】
容器２内には、粉砕用媒体８が収納されている。粉砕用媒体８は、例えばセラミック製のボールからなる。セラミック製のボールの材質は、アルミナ、ジルコニア、窒化珪素であることが好ましい。ボールの大きさは、例えば平均で外径が０．２〜３０ｍｍとすればよい。
【００１６】
容器２は、それぞれが容器２の内壁面を構成する、固定壁１４、１４ａと可動壁１６とを有する。移動機構３４の一部である可動壁１６は、回転軸体４に近づく方向（第１方向Ｄ１）および回転軸体４から離れる方向（第２方向Ｄ２）に移動可能である。可動壁１６の外側には支持壁１４ａがある。支持壁１４ａは固定壁１４に固定されている。移動機構３４は、支持壁１４ａに設置された、例えばモータとボールネジ等とを備える公知の移動機構に、可動壁１６が取り付けられた構成とされている。可動壁１６と固定壁１４は、両者の間の気密が保たれるよう当接されている。容器２の固定壁１４および可動壁１６は、樹脂、金属、セラミックスなど、その主成分については特に限定されない。耐摩耗性を向上させる観点では、容器２の内壁面は、耐摩耗性に優れたセラミックからなることが特に好ましい。
【００１７】
また、容器２の可動壁１６には、例えば圧電素子等を用いた公知の圧力センサ２２が取り付けられている。圧力センサ２２は、可動壁１６が容器２の内側から受ける圧力の大きさを検出する。圧力センサ２２および上述の移動機構は、図示しない制御装置と接続されている。この制御装置は、圧力センサ２２が検出した情報を時系列で受け取り、受け取った情報に応じて、移動機構の動作を制御する。
【００１８】
回転軸体４は図示しないモータと接続されており、モータ３０によって回転軸体４の軸心Ｃ回りに回転可能な構成とされている。回転軸体４の材質は、金属、セラミックなど特に限定されないが、耐摩耗性の観点ではセラミックスを主成分とすることが好ましい。
【００１９】
撹拌部材６は、回転軸体４と接合し、回転軸体４の回転にともなって容器２内部を移動する。撹拌部材６は、回転軸体４が挿通された軸孔３２を備えた板状部材であり、この板状部材の表面には凸部２４が設けられている。
【００２０】
粉砕装置４０は、例えば以下のように使用される。 容器２内に、例えば直径１ｍｍの
アルミナ製のボールからなる粉砕用媒体８を７５０ｇ充填し、回転軸体４を例えば２０００ｒｐｍで回転させた状態で、平均粒径１０μｍのアルミナ粉末（被粉砕物）を水に分散させたスラリーを、供給口１０ａから供給して排出口１０ｂから排出させる。容器２内では、被粉砕物（アルミナ粉末）と粉砕用媒体８とがスラリーに混合された流動体が、供給口１０ａの側から排出口１０ｂの側に向かって移動する。粉砕装置４０では、供給口１０ａから導入されたスラリーが排出口１０ｂから排出されるまでの間に、この流動体が撹拌部材６によって撹拌され、主に粉砕用媒体８と被粉砕物とが衝突することで、被粉砕物が粉砕されて、この被粉砕物の粒径が調整される。
【００２１】
本発明の一実施形態である粉砕装置４０は、容器２の内壁面の少なくとも一部と回転軸体４の軸心との距離を変化させる移動機構３４を備えている。粉砕装置４０では、移動機構３４によって、容器２の内壁面の一部を構成する壁面を備える可動壁１６が、容器２の径方向に沿って移動可能とされている。
【００２２】
移動機構３４は、容器２の内壁の一部を構成する可動壁１６を、回転軸体４に近づく方向（第１方向）、および離れる方向（第２方向）へ、移動可能な構成とされている。
【００２３】
移動機構３４によって可動壁１６の位置を調整することで、この可動壁１６に対応する
部位における容器２の断面積、ひいてはこの部位における、容器２内部の容積を調整することができる。
【００２４】
例えば、可動壁１６の内壁面が、他の部位の内壁面の位置と略一致した状態で、粉砕処理が開始された場合、粉砕処理の開始時点において、可動壁１６の位置は図３(ａ)に示す位置に設定されている。粉砕処理時間の経過にともなって、容器２の可動壁１６、回転軸体４、撹拌部材６が摩耗すると、容器２の内部空間の大きさが漸増し、容器２内に供給した流動体（スラリー、被粉砕物、粉砕用媒体８の混合物）にかかる圧力の大きさが小さくなる。この場合、容器２の内壁面にかかる圧力も小さくなり、可動壁１６に設けられている圧力センサ２２によって検出される圧力の大きさも小さくなる。上述の制御装置は、この圧力の変動を検知すると、可動壁１６の内面にかかる圧力が大きくなる方向、すなわち上記第１方向に沿って可動壁１６を移動させる（図３（ｃ））。これにより、流動体にかかる圧力を上昇させて、粉砕処理の経過にともなう内部圧力の減少を抑制し、すなわち、被粉砕物に加わる粉砕エネルギーの減少を抑制し、長時間の粉砕処理時間全体にわたって、粉砕粒径の変動を小さく抑制することができる。
【００２５】
また、粉砕装置４０では、部材が摩耗しても可動壁の位置調整によって、容器内の流動体にかかる圧力の大きさを調整できる。このため、摩耗にともなって容器内の空間の大きさが変動した場合でも、部材を交換することなく、可動壁の位置を調整することで、流動体にかかる圧力の大きさを調整することができる。このように粉砕装置４０では、摩耗にともなう部材の交換頻度を低減させ、長期間にわたって安定した性能で粉砕処理を行うことができる。
【００２６】
なお、粉砕処理においては、内壁が被粉砕物から受ける圧力が時間と共に減少するのみに限らず、反対に、粉砕中にスラリーの粘度が上昇すると、可動壁１６が粉砕溶媒帯および被粉砕物から受ける圧力が上昇して、粉砕粒径が小さくなることもある。粉砕装置４０では、この場合にも、可動壁１６を第２方向Ｄ２へ移動させることにより、粉砕粒径が小さく変化することを回避することができる。粉砕装置４０は、圧力センサ２２が検知する圧力が一定となるように可動壁１６の位置を調整することで、被粉砕物の粉砕粒径の経時変化が抑制される。
【００２７】
図１（ａ）に示したように、供給口１０ａは回転軸体４の長手方向の一方側に設けられ、排出口１０ｂは長手方向の他方側に設けられていることが好ましい。この構造を選択することによって、被粉砕物が長手方向の一方側から他方側までの長い距離を移動しながら粉砕されるので、被粉砕物を効率良く、小さい粒径に粉砕することができる。
【００２８】
可動壁１６は、図１、３に示したように、供給口１０ａよりも排出口１０ｂ側により近い位置に配置されている。容器２内部の流動体は、一般的に供給口１０ａ側よりも排出口１０ｂ側で大きな圧力（ひいては大きな粉砕エネルギー）を受ける。このため、排出口１０ｂ側に近い位置に移動機構３４を有すると、被粉砕物が受ける粉砕エネルギーの大きさを効率よく調整することができる。これによって、被粉砕物の粉砕粒径の変動を効率よく抑制できる。
【００２９】
なお、粉砕処理装置では、供給口１０ａが重力方向、排出口１０ｂが重力と反対方向に形成されていることが好ましい。被粉砕物は供給口１０ａ側よりも排出口１０ｂ側で大きな粉砕エネルギーを受けるため、供給口１０ａ側にある被粉砕物の粉砕効率を上げることができれば、被粉砕物はさらに効率良く粉砕される。供給口１０ａを重力方向、排出口１０ｂを重力と反対方向に形成することによって、被粉砕物が受ける粉砕エネルギーが増えるので、粉砕粒径を小さくしつつ粉砕粒径の変動をさらに抑制することができる。
【００３０】
また、図４および図５は、本発明の他の実施形態について示す図である。図４および図５では、図１〜３に示す実施形態と同様の構成については、図１〜３と同一の符号を付して示している。図４および図５（ａ）は、粉砕装置の一部を切り出して観察した概略斜視図であり、（ｂ）および（ｃ）は(ａ)の断面図である。粉砕装置は、図４のように内面の全体が一体的に可動するように構成されていてもよい。また図５のように、複数の可動壁１６が組み合わされており、各部分の可動壁１６が独立して移動可能形成されていても良い。図５のように可動壁１６が複数に分割されていると可動壁１６が受ける圧力をそれぞれの可動壁毎にコントロールでき、より高い精度で粉砕粒径を調整、管理することができる。可動壁１６が図４のように一体的に形成されている場合は、それぞれの可動壁の間の段差が形成されにくくなるので、この段差が摩耗することで発生する不純物混入が減少する。不純物を低減させたい場合、図４の構成が好適に用いられる。
【００３１】
なお、固定壁１４の形状は、図２および図３に示す形態に限定されず、例えば図６に示すように部分的に曲面形状とし、断面が略円周状をなすように構成してもよい。この場合、撹拌部材６の回転に伴って、粉砕用媒体８が容器２内で回転し易くなるので、粉砕効率が向上する。容器２の内壁の形状についても、特に限定されない。
【００３２】
図７は、粉砕装置４０が備える撹拌部材６を説明する図である。（ａ）は第１の板状体３６の斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は断面図である。また、（ｄ）は第２の板状体３８の斜視図、（ｅ）は平面図、（ｆ）は断面図である。
【００３３】
粉砕装置４０の撹拌部材６は板状体からなり、回転軸体４の長手方向と撹拌部材６の主面方向が略直交する構造を有する粉砕装置であって、撹拌部材６は、主面１８ａ、１８ｂの少なくとも一方に複数の突起（凸部２４）を有し、撹拌部材６は、回転軸体４側と撹拌部材６の外周側との間に複数の貫通孔２０が形成された第１の板状体３６と、貫通孔が形成されていない第２の板状体３８と、を有することが好ましい。被粉砕物の供給量が一定の場合に、被粉砕物が１０ａ供給口から排出口１０ｂへ移動する経路が長い程、被粉砕物に効率よく粉砕エネルギーを伝えることができ、被粉砕物の粉砕粒径は小さくなる。例えば、回転軸体４に、第１の板状体３６と、第２の板状体３８とを交互に取り付けた場合など、第１の板状体３６の貫通孔２０を通過した流動体が、第２の板状体の外周を周り込むように移動し、また次の第１の板状体３６の貫通孔２０を通過するように移動する、比較的経路の長い流れが生じる。これにより、被粉砕物の粉砕粒径の変動を抑制したまま、粉砕粒径を小さくすることができる。
【００３４】
この撹拌部材６はセラミック体からなることが好ましい。撹拌部材６は、粉砕用媒体８および被粉砕物と強い力で接触するため、摩耗し易い。撹拌部材６の摩耗を抑制すれば、被粉砕物が受ける粉砕エネルギーの低下を抑制することができる。このため、撹拌部材６を、耐摩耗性に優れたセラミック体により構成することによって、被粉砕物の粉砕粒径の変動をさらに抑制することができる。
【００３５】
なお、撹拌部材の形状は特に限定されず、例えば図８に示すように、一方面のみに突起を設けた構成であてもよいし、図９に示すように、突起の数を４つ以外としてもよく、突起の数についても特に限定されない。また、図９（ａ）〜（ｃ）に示すように、長円形状の貫通孔を備える構成であってもよく、貫通孔の形状についても特に限定されない。
【００３６】
なお、粉砕装置を用いた粉砕方法では、粉砕装置４０を用いて粉砕された被粉砕物を再度記供給口１０ａへ供給することが好ましい。特に、被粉砕物が粉砕されにくい材質の場合、粉砕された被粉砕物を再度供給口１０ａへ供給し、繰り返して粉砕すれば、所望の粉砕粒径に粉砕することが容易である。この粉砕方法によれば、被粉砕物の被粉砕物の粉砕粒径を一旦測定し、所望の粉砕粒径になるまで、粉砕を断続的または連続的に繰り返すこ
とができるので、高い精度で粉砕粒径を制御することができる。
【実施例】
【００３７】
（実験例１：内壁固定、１，０００ｇ）
図1に示す湿式粉砕装置において、容器２内に、直径１ｍｍのアルミナ製の粉砕用媒体
を７５０ｇ充填し、回転軸体４を２０００ｒｐｍで回転させた状態で、平均粒径１０μｍのアルミナ粉末を水に分散させたスラリー１２０ｍｌ／分の流量で、アルミナ粉末換算で１０００ｇを1回通過させた。その結果、粉砕後の平均粒径は３μｍであった。なお、容
器２の大きさは、内径８４ｍｍ、長さ１２０ｍｍとした。撹拌部材６は、厚みが８ｍｍ、外径７０ｍｍでアルミナ焼結体とした。図９に示す第１板状体３６、第２板状体３８を交互に配置した。
【００３８】
（実験例２：内壁固定、１０，０００ｇ）
実施例1と同じ条件で、アルミナ粉末換算で１００００ｇを容器２内を通過させて粉砕
した。粉砕開始始めの１０００ｇの粉砕粒径は、平均粒子３μｍであったが、最後の１０００ｇの平均粒子径は３．８μｍと大きくなった。
【００３９】
（実験例３：内壁部分移動、１０，０００ｇ）
参考例２の条件において、粉砕途中、アルミナ粉末換算で約半分の約５０００ｇを粉砕した直後に可動壁１６を第１方向Ｄ１へ２０μｍ移動させた。その結果、その後、粉砕終了までアルミナ粉末の平均粒径は３．１μｍと一定であった。
【００４０】
（実験例４：内壁全体移動、１０，０００ｇ）
可動壁１６の構造を図４の構造にした以外は実施例１と同じ条件で粉砕した。可動壁１６を第１方向Ｄ１に３０μｍ移動させた。その結果、アルミナ粉末換算で粉砕の終了前の１０００ｇの平均粒子径は３．０μｍであった。
【００４１】
実験の結果、容器の内壁を移動させた場合、粉砕処理における粒径の変動が抑制できることが確認できた。
【符号の説明】
【００４２】
２  容器
４  回転軸体
６  撹拌部材
８  粉砕用媒体
１０ａ  供給口
１０ｂ  排出口
１２  移動機構
１４  固定壁
１６  可動壁
１８ａ、１８ｂ：主面
２０  貫通孔
２２  圧力センサ
２４  凸部
３０  モータ
４０  粉砕装置
【図１】
2011194324.tif 000003
【図２】
2011194324.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2011194324.tif 000007
【図６】
2011194324.tif 000008
【図７】
2011194324.tif 000009
【図８】
2011194324.tif 000010
【図９】
2011194324.tif 000011
【図１０】
2011194324.tif 000012