(57)【要約】【課題】従来の機械的粉砕機における急激な温度の上昇による粉体のパッキング現象を解消した遊星運動型ボールミル粉砕機を提供することを可能にする。【解決手段】遊星運動型ボールミル粉砕機において、ポット外側のジャケットに冷却水の循環路を設け、ポットを直接冷却することにより発熱を吸収する。また、ポット蓋の上に、温度センサーと送信ユニットからなる温度測定ユニットを設け、ポット内部の温度を直接測定し、その情報を外部制御回路に受信して、冷却水の温度と水量とを制御して、ポット内の温度を一定に保つことを可能とする。これらのことによりナノレベルの超微粒子を製造することが可能になった。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
遊星運動型ボールミルにおいて、ポットを収納するジャケットを内側ケースと外側ケースとから構成し、ジャケット内側ケースの開口から入り、ジャケット内側ケース壁とポット外側とを通り、ジャケット内側ケース壁とジャケット外側ケース壁とを通って、ジャケット外側ケースの開口から出て行く水の循環流路を設けたことを特徴とする水冷式遊星運動型ボールミル粉砕機。
【請求項２】
遊星運動型ボールミルにおいて、ポットを収納するジャケットを内側ケースと外側ケースとから構成し、ジャケット内側ケースの開口から入り、ジャケット内側ケース壁とポット外側とを通り、ジャケット内側ケース壁とジャケット外側ケース壁とを通って、ジャケット外側ケースの開口から出て行く水の循環流路を設け、ポット蓋に温度測定ユニットを設け、外部に設けた制御システムにより温度制御を行うことを特徴とする水冷式遊星運動型ボールミル粉砕機の温度制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、ナノレベルの超微粒子を製造するための水冷式遊星運動型ボールミル粉砕機に関する。さらに、その最適な温度制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、遊星型ボールミルは、粉砕、混合の方式として各種の分野で使用され、種々の改良がなされてきた。
例えば、粉砕室内で発生する熱の問題を解決するために、冷風により粉砕室内を冷やすことや、冷風により一定の温度を保つことが行われている。
また、逆に、ミルポットを直接または間接的に外部から熱を加えて温度制御することも提案されている（特開平６−４７３０４号）。遊星ボールミルを化学的な反応を伴う粉体処理をするときには、遊星ボールミルの発熱現象程度の発熱では反応促進には不十分なので、積極的に加熱するものである。このようなミルポットを直接的に加熱して温度制御する例を図５に示す。
【０００３】
さらに、遊星運動型ボールミル粉砕機全体を取り囲む密閉室を設け、密閉室内を特定の雰囲気に保つ雰囲気調整機能を備えることも提案されている（特開平６−１９０２９７号）。遊星ボールミルを従来の粉体粒径を小さくする単純な粉砕ではなく、メカノケミカル反応など化学的な反応を伴う分野に摘要した場合に、酸素による影響を排除するために、雰囲気を不活性ガス、還元性ガス等の雰囲気に調製するものである。このような雰囲気調整機能を備えたボールミルによる粉体処理装置を図６に示す。
【０００４】
しかし、現状では、機械的粉砕機を用いてセラミック等に使用されている原料（約１００ミクロン程度）を粉砕処理すると、約１ミクロン程度が限度になる。それ以上の超微粒子（ナノレベルの粒子）を作る場合には、化学反応による微粒子の生成方法が一般に行われている。化学反応による方法では、反応後の反応液の処理問題や、設備の巨大化により、粉体の価格が高くなってしまう。
これを従来型の機械的粉砕機を用いて超微粒子になるまで粉砕処理を行おうとすると、高エネルギーを与え、長時間の粉砕を行う必要があるが、この場合には、急激な温度の上昇により粉体のパッキング現象が起こり、超微粒子に粉砕することはできなかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記した機械的粉砕機におけるパッキング現象を解消した遊星運動型ボールミル粉砕機を提供することを課題とする。
さらに、その最適な温度制御方法にを提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、粉砕物と粉砕媒体とをポットに入れて蓋をし、ポットを公転する円盤上で自転させ、高エネルギーを与える超微粉砕装置において、ポットの外側に冷却目的のジャケットを設け、冷却水を循環させて発熱を吸収させることを最も主要な特徴とする。
さらに、ポットの蓋上部に温度センサーを設け、ポット内の温度を測定して、粉砕物の許容温度以下の温度に維持して、粉砕できるように温度制御を行うことを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明は、遊星運動型ボールミルにおいて、ポットを収納するジャケットを内側ケースと外側ケースとから構成し、ジャケット内側ケースの開口から入り、ジャケット内側ケース壁とポット外側とを通り、ジャケット内側ケース壁とジャケット外側ケース壁とを通って、ジャケット外側ケースの開口から出て行く水の循環流路を設けたことを特徴とする水冷式遊星運動型ボールミル粉砕機である。
さらに、遊星運動型ボールミルにおいて、ポットを収納するジャケットを内側ケースと外側ケースとから構成し、ジャケット内側ケースの開口から入り、ジャケット内側ケース壁とポット外側とを通り、ジャケット内側ケース壁とジャケット外側ケース壁とを通って、ジャケット外側ケースの開口から出て行く水の循環流路を設け、ポット蓋に温度測定ユニットを設け、外部に設けた制御システムにより温度制御を行うことを特徴とする水冷式遊星運動型ボールミル粉砕機の温度制御方法である。
【０００８】
【実施例１】
以下に、本発明の実施例１として水冷式遊星運動型ボールミル粉砕機について図面に基づき詳細に説明する。
図１は、本発明全体の説明図であり、図２はポットを直接に循環水で冷却する要部の拡大図である。
図面に基づいて詳述すると、以下のとおりである。
架台１下部にステーボルト２により固定されたモーターベース３に、モーター４を固定し、駆動ギアー５を設ける。この実施例１において、モーター４は２００Ｖ、０．４ＫＷのものであり、駆動ギアー５は鉄製である。
架台１上部の中心に主軸ベアリングケース６を固定し、その中に主軸７を収納し、その上端にＶプーリー８を固定する。
主軸７は、内径一定の中空構造であり、外径は取り付け部材に応じて変化する。主軸７には、ベアリングを挿入し、次いで主軸ディスタンスカラー９を挿入し、さらにベアリングを挿入して、これらを固定する。
主軸７の下部に平歯車１０を固定し、モーター４の駆動ギアー５と結合させる。この実施例１において、平歯車１０はナイロン製である。
【０００９】
主軸７の上部には回転ベース１１を固定する。
主軸の中心に内管１２を配置し、平歯車１０の下部にロータリージョイント取付座１３を固定し、その下にロータリージョイント１４および冷却水取入口１５を設ける。内管１２の下端は、ロータリージョイント１４の下端にある冷却水取入口１５に、ベアリングにより回転自在に取り付けられる。ロータリージョイント１４は、図示していないが、架台１に固定されている。
回転ベース１１の上に突き出た主軸７の上部に、フランジを有する上部冷却水戻り口ケース１６を固定し、その上に上部冷却水出口ケース１７を内管１２と共に固定する。
さらに、上部冷却水戻り口ケース１６のフランジの上に、回転ディスク用支持金具１８を固定し、回転ディスク１９を固定する。この実施例１において、回転ディスク１９の直径は、５００ｍｍである。
【００１０】
主軸７から等距離に設けた回転ベースの開口にベアリングケース２０をはめ込み固定し、ポット軸２１を挿入する。ポット軸２１は、内径一定の中空構造であり、外径は取り付け部材に応じて変化する。
ポット軸２１の中心にポット軸内管２７を配置し、ポット軸２１の下部には、Ｖプーリー２２を結合し、その下部にシールベアリングケース２３を設け、その下部にシールケース２４を固定し、さらに、その下に冷却水入り口ケース２５を固定する。ポット軸内管２７の下端は、シールケース２４の下部にある冷却水入り口ケース２５に、ベアリングにより回転自在に取り付けられる。シールベアリングケース２３、シールケース２４、および冷却水入り口ケース２５は、図示していないが、回転ベース１１に固定されている。
【００１１】
ポット軸２１の上部には、ポット軸２１の内径と同じ大きさの穴を設けたジャケット外側ケース２６を固定する。ポット軸２１の中空部に挿入されたポット軸内管２７は、底面中央部に穴を設けたジャケット内側ケース２８に結合する。
ポット２９には、ジャケット外側ケース２６上端に対応するポット下側フランジ３０と、ポット蓋３１に対応するポット上側フランジ３２とを設ける。この実施例１において、ポット２９の内容積は１リットルである。
ジャケット外側ケース２６とポット下側フランジ３０とをジャケット用フェルール３３で固定する。ポット上側フランジ２９とポット蓋２８とをポット用フェルール３４で固定する。
ポット蓋３１の上部には、温度センサー３５と送信ユニット３６からなる温度測定ユニットを固定する。
ジャケットとポットから粉砕筒を形成する。
【００１２】
外部に、タンク、冷却装置、ポンプＰ、アクチエータとしてのモーターＭにより制御される流量制御弁、レリーフ弁からなる冷却水循環装置を設ける。
そして、流量制御弁に水の配管を接続し、他端を粉砕筒の冷却水取入口１５に接続する。次いで、上部冷却水出口ケース１７の出口と、冷却水入り口ケース２５とを配管で接続する。シールケース２４の開口と、上部冷却水戻り口ケース１６の開口とを配管で接続する。ロータリージョイント１４の開口に配管を接続し、外部冷却水循環ケースのタンクに導く。水の配管は、図面においては、２点鎖線で示した。
このようにして、冷却水の循環流路を設けた。
【００１３】
【実施例２】
次に、本発明の実施例２として、水冷式遊星運動型ボールミル粉砕機の温度制御方法について図面に基づき詳細を説明する。
本発明に係る水冷式遊星運動型ボールミル粉砕機の水の流れを示す全体のフローを図３に示す。図４には水の流量制御による粉砕筒の温度制御フローチャートを示す。
前記したように、冷却水循環装置は、タンク、冷却装置、ポンプ、レリーフ弁、流量制御弁への水の出口、粉砕筒から戻ってくる水の入り口からなる。レリーフ弁は、ポンプの圧力が一定圧力以上になると水をタンクに戻す安全弁である。
冷却水の流量制御は、アクチエータによる流量制御弁の開閉により行う。
次いで、制御板は、受信ユニット、ＣＰＵ、変換器、インバーターからなる。
粉砕機の運転を始めると、ポット蓋３１上部の温度センサー３５を使用し、粉砕筒内の温度を測定する。
温度測定データは、アナログ若しくはデジタルデータの電圧にレベル変換され送信ユニット３６から送信される。
【００１４】
送信されたデータを制御盤の受信ユニットにより受信してＣＰＵにより比較して、そのデータをアクチエータ用データに変換して電気信号としてアクチエータに送る。それにより、粉砕筒への冷却水の流量が制御される。
図１の制御盤には図示していないが、図４に示すように粉砕筒の異常温度若しくは、設定温度以上になったときにモータを停止させることができる。
制御盤のインバータは、図１には図示していないが、モータ４を制御するものである。
ＣＰＵにおいては、閾値１及び２を設定し、閾値１とデータとを比較する比較器１と、閾値２とデータとを比較する比較器２とを設ける。
【００１５】
冷却水の流量制御方法のフローを図４にしめす。
温度センサーにより測定されたデータは、電圧レベルに変換され、制御盤に送られる。
閾値１より温度が高ければ粉砕筒モータを停止させる。
閾値２より大きければＳＴＥＰ値を上げて粉砕筒への冷却水を多くするように流量を上げる。
閾値２より小さければ、ＳＴＥＰ値を下げて粉砕筒への冷却水を少なくするように流量を下げる。
このような温度制御方法により、実施例１の装置を用いて、セラミックに使用されている約１５０ミクロンの原料を、約３０分から４０分間の粉砕処理時間で、約１５０ナノメートルの超微粒子を得ることができた。
【００１６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の水冷式遊星運動型ボールミル粉砕機、および、その温度制御方法は、（１）従来の粉砕機では、長時間の運転は不可能であったが、本発明では、ポットを冷却水により直接に冷却することにより、発熱を吸収して、長時間の運転が可能になる。
（２）そのために、超微粒子（ナノレベルの粒子）にまで粉砕が可能になった。（３）本発明は、ポットの内部の温度を直接測定し、外部温度制御回路により冷却水の温度と、水量とを制御し、ポット内の温度を一定に保つことができる。
（４）また、ポット内の温度を測定し、粉砕物の許容温度以下で粉砕できるような温度制御ができるので、熱に弱い材料や、温度に敏感な材料に対しても微粉砕することができ、色々な材料に対応できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る水冷式遊星運動型ボールミル粉砕機の全体を示す説明図である。
【図２】本発明に係る水冷式遊星運動型ボールミル粉砕機の要部を拡大した断面図である。
【図３】本発明に係る水冷式遊星運動型ボールミル粉砕機の温度制御方法に関する全体フローを示す説明図である。
【図４】本発明に係る水冷式遊星運動型ボールミル粉砕機の温度制御方法に関する水量制御のフローチャートである。
【図５】従来例に係るミルポットを直接的に加熱して温度制御する例の説明図である。
【図６】従来例に雰囲気調整機能を備えたボールミルによる粉体処理装置の説明図である。
【符号の説明】
１    架台
２    ステーボルト
３    モーターベース
４    モーター
５    駆動ギアー
６    主軸ベアリングケース
７    主軸
８    Ｖプーリー
９    主軸ディスタンスカラー
１０  平歯車
１１  回転ベース
１２  内管
１３  ロータリージョイント取付座
１４  ロータリージョイント
１５  冷却水取入口
１６  上部冷却水戻り口ケース
１７  上部冷却水出口ケース
１８  回転ディスク用支持金具
１９  回転ディスク
２０  ベアリングケース
２２  ポット軸
２３  シールベアリングケース
２４  シールケース
２５  冷却水入り口ケース
２６  ジャケット外側ケース
２７  ポット軸内管
２８  ジャケット内側ケース
２９  ポット
３０  ポット下側フランジ
３１  ポット蓋
３２  ポット上側フランジ
３３  ジャケット用フェルール
３４  ポット用フェルール
３５  温度センサー
３６  送信ユニット
【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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【図６】
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