(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉砕容器と、該粉砕容器内に設けられて粉砕容器内を内側室と外側室の２室に区画するとともに、両室間を連通する開口部を有するセパレータと、前記内側室内に回転可能に設けられる攪拌部材と、前記内側室内に処理物を供給するための供給口と、前記外側室から処理物を排出するための排出口とを具えた粉砕機において、
前記内側室が多角形状に形成されるとともに、
前記攪拌部材が筒状の部分を備え、この筒状の部分には径方向内外を貫通する貫通孔が設けられ、該貫通孔から処理物及び粉砕メディアが遠心力によって外周側に流動することを特徴とする粉砕機。
【請求項２】
前記セパレータは、内周面が多角形状に形成されるとともに、外周面が円形状に形成されるリングを複数枚重ね合わせ、隣接するリング間に内外周面間を連通する開口部を形成してなる請求項１に記載の粉砕機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は粉砕機に関し、特に、インクや塗料の分散、セラミック、金属、無機物、有機物、磁性体、顔料、医薬品などの粉砕や分散などに有効なメディア攪拌型湿式粉砕機に関するものである。
【０００２】
【従来技術およびその問題点】
メディア攪拌型湿式粉砕機には種々のタイプのものがあり、例えば、特開平１０−２３０１８２号公報に記載されている粉砕機等が一般に知られている。
【０００３】
この粉砕機は、大流量の処理物を効率良く粉砕する粉砕機であって、両端が閉塞された筒状をなす粉砕容器と、粉砕容器内に設けられて粉砕容器内を内側室と外側室の２室に区画する円筒状のセパレータと、粉砕容器の内側室内に回転可能に設けられる攪拌部材とを具えている。
【０００４】
そして、攪拌部材を回転させて処理物を粉砕容器の内側室内に供給すると、処理物は粉砕メディアとともに分散、攪拌され、遠心力の作用によってセパレータ側に層状に押し付けられ、同時に攪拌部材の回転力に引きずられて回転運動も行い、強力な剪断力が加えられ、処理物の粉砕、分散が行われる。この場合、遠心力の作用する方向と処理物の流れる方向とが同じであるため、無理なく均一な処理物の粉砕、分散が行われることになる。
【０００５】
しかしながら、上記のような構成の粉砕機にあっても、動力源の運動エネルギーを処理物の粉砕のために交換する効率は、各種のエネルギー変換効率に比べると未だ低いのが現状となっている。
【０００６】
この発明は前記のような従来のもののもつ問題点を解決したものであって、動力源の運動エネルギーを処理物の粉砕のために交換する効率を著しく向上させることができる粉砕機を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【問題点を解決するための手段】
上記のような問題点を解決するためにこの発明は、粉砕容器と、該粉砕容器内に設けられて粉砕容器内を内側室と外側室の２室に区画するとともに、両室間を連通する開口部を有するセパレータと、前記内側室内に回転可能に設けられる攪拌部材と、前記内側室内に処理物を供給するための供給口と、前記外側室から処理物を排出するための排出口とを具えた粉砕機において、前記内側室が多角形状に形成されるとともに、前記攪拌部材が筒状の部分を備え、この筒状の部分には径方向内外を貫通する貫通孔が設けられ、該貫通孔から処理物及び粉砕メディアが遠心力によって外周側に流動する手段を採用したものである。また、前記セパレータは、内周面が多角形状に形成されるとともに、外周面が円形状に形成されるリングを複数枚重ね合わせ、隣接するリング間に内外周面間を連通する開口部を形成してなる手段を採用したものである。
【０００８】
【作用】
この発明は上記のような手段を採用したことにより、攪拌部材を回転させて処理物を供給口から粉砕容器の内側室内に供給すると、処理物は内側室内において粉砕メディアとともに攪拌されて分散、粉砕される。この場合、処理物及び粉砕メディアには攪拌部材の回転と多角形状の内側室とによって強力な剪断力が加えられる。そして、処理物が所定の粒度に達すると、処理物はセパレータによって粉砕メディアと分離され、セパレータの開口部内に流れ込み、そこを通過して外側室内に流れ込み、外側室から排出口を介して粉砕容器外に排出されることになる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面に示すこの発明の実施の形態について説明する。
図１〜図５には、この発明による粉砕機の一実施の形態が示されていて、この粉砕機１は、連続式のメディア攪拌型湿式粉砕機であって、両端が閉塞された筒状をなす粉砕容器２と、粉砕容器２の内部に回転可能に設けられる攪拌部材２１と、粉砕容器２の内部に設けられるセパレータ９とを具えている。
【００１０】
粉砕容器２は、一端が閉塞された筒状をなす容器本体３と、容器本体３の他端開口部を閉塞する円板状の蓋６とから構成されるものであって、容器本体３の閉塞されている一端中央部には容器本体３の内外を連通する筒状のボス４が一体に設けられ、このボス４の内側の部分に装着される軸受５によって攪拌部材２１が回転可能に支持されるようになっている。
【００１１】
粉砕容器２の内部には、筒状のセパレータ９が粉砕容器２と軸線をほぼ一致させた状態で設けられ、このセパレータ９によって粉砕容器２内は径方向に内側室１９と外側室２０の２室に区画されるようになっている。
【００１２】
蓋６の中央部には、内側室１９内外を連通する筒状の供給口７が一体に設けられ、この供給口７を介して内側室１９内にインク、塗料、セラミック、金属、無機物、有機物、磁性体、顔料、医薬品等の処理物が供給されるようになっている。
【００１３】
容器本体３の筒状の部分には、外側室２０内外を連通する筒状の排出口８が一体に設けられ、この排出口８を介して内側室１９からセパレータ９の開口部１４を通過して外側室２０内に流出した処理物が粉砕容器２外に排出されるようになっている。
【００１４】
粉砕容器２は、軸方向に短く形成されている。すなわち、Ｌ（軸方向の長さ）／Ｄ（直径）比が小さくなるように形成されている。この実施の形態においては、Ｌ／Ｄ比をＬ／Ｄ≦１．０としている。Ｌを小さくする場合にはＤを大きくすることにより内側室１９（粉砕領域）の容積を十分に確保することができ、所定の粉砕効率を得ることができるものである。
【００１５】
セパレータ９は、複数枚の環状のリング１１、１１……を重ね合わせて筒状の隔壁１０を形成するとともに、隔壁１０の外周側に支持軸１２を周方向に向かって所定の間隔ごとに複数本位置し、各支持軸１２に複数枚の環状のスペーサ１３、１３……を装着し、各スペーサ１３の一部を隣接するリング１１、１１間にそれぞれ介装させ、隣接するリング１１、１１間に隔壁１０の内外周面間を連通するスリット状の開口部１４を複数形成したものである。
【００１６】
セパレータ９の開口部１４の形状は、スリット状に限らず他の任意の形状としても良い。ここで、セパレータ９の開口部１４をスリット状としているのは、スペーサ１３の厚みを変更することによってスリット状の開口部１４の寸法を任意に変更できるからであり、処理物の粘度や粒状の性状、その他の処理条件によって適当にスペーサ１３の厚みを設定することができるからである。
【００１７】
セパレータ９の各リング１１は、断面が方形状（この実施の形態においては断面を四角形状としているがこれに限定するものではない）で環状をなすものであって、内周面が多角形状（この実施の形態においては正八角形状に形成しているがこれに限定するものではない）に形成され、外周面が円形状に形成されている。
【００１８】
そして、このような形状のリング１１を複数枚、各リング１１の内周面の各頂角がそれぞれ同一垂直線上に位置するように重ね合わせることで、内周面が多角形状で外周面が円形状の隔壁１０を構成することができるものである。
【００１９】
隔壁１０の上部及び下部にはそれぞれ環状のリング押え１５、１６が位置し、上部のリング押え１５に各支持軸１２の上端部を嵌合させ、下部のリング押え１６を挿通させたボルト１８を各支持軸１２の下端部に螺合させて所定のトルクで締め付けることにより、各リング１１と各スペーサ１３とを相互に密着させることができ、ユニット化したセパレータ９を構成することができるものである。
【００２０】
ユニット化したセパレータ９は、粉砕容器２内に一体的に着脱可能となるとともに、粉砕容器２内に装着したときに、蓋６の内面と容器本体３の底面との間で支持され、粉砕容器２内の所定の位置に保持されるものである。
【００２１】
そして、上記のような構成のセパレータ９を粉砕容器２内に装着することで、粉砕容器２内は、径方向に内側室１９と外側室２０の２室に区画され、内側室１９と外側室２０との間がセパレータ９の各開口部１４を介してそれぞれ相互に連通し、内側室１９内の処理物がセパレータ９の各開口部１４を介して外側室２０内に流出可能となるものである。この場合、内側室１９は、セパレータ９の隔壁の多角形状の内周面によって外周部が多角形状に形成され、外側室２０は、セパレータ９の円形状の外周面によって内周部が円形状に形成されるものである。
【００２２】
攪拌部材２１は、一端が閉塞された筒状をなすものであって、粉砕容器２の内側室１９内に回転可能に設けられるようになっている。攪拌部材２１の筒状の部分の外周側には、全周に渡って凹部２２、凸部２３が交互に設けられている。各凹部２２にはそこを内外に貫通する貫通孔２４が設けられ、この貫通孔２４を介して攪拌部材２１の径方向の内外間において処理物及び粉砕メディアが相互に流動するようになっている。
【００２３】
攪拌部材２１の閉塞されている一端には、そこを内外に貫通する複数の貫通孔２５が設けられている。この貫通孔２５は、攪拌部材２１の軸心を中心とするほぼ同心円上に所定の間隔で位置し、この貫通孔２５を介して攪拌部材２１の軸方向の内外間において処理物及び粉砕メディアが相互に流動するようになっている。
【００２４】
攪拌部材２１の閉塞されている一端中央部には筒状の突部２６が一体に設けられている。この突部２６の外周側は容器本体３のボス４内に装着されている軸受５の内周側に嵌合され、軸受５によって回転可能に支持されるようになっている。突部２６の内周側には軸受５によって回転可能に支持されている駆動軸２７の先端部が嵌合されている。攪拌部材２１は、攪拌部材２１の内面側からロックナットを兼用している分散部材２８を駆動軸２７の先端に螺合させて所定のトルクで締め付けることで、駆動軸２７に一体に連結されるようになっている。
【００２５】
分散部材２８の頭部には全周に渡って凹部２９、凸部３０が交互に設けられ、この凹部２９、凸部３０により、供給口７から粉砕容器２の内側室１９内に供給された処理物、及び内側室１９内に位置する粉砕メディアが径方向の外方に分散されるものである。
【００２６】
攪拌部材２１の周速は、通常８ｍ／ｓ〜１６ｍ／ｓである。周速は、大きい方が粉砕効率は良いが、より大きな動力が必要となる。したがって、最適周速は、粉砕の程度あるいは処理物により異なるので、処理条件により最適な周速を選択する必要がある。
【００２７】
処理物の滞留時間は、１〜３０秒／パスで処理している。滞留時間は、より短時間で処理した方が良いが、周速と同様処理条件により、最適な滞留時間を選択する必要がある。
【００２８】
粉砕メディアは、ジルコニアビーズ、スチールビーズ、セラミックビーズ、ガラスビーズなどがあり、メディア径の大きさは、０．１ｍｍ〜２ｍｍを使用している。充填量としては、粉砕容器２内の２０〜６０％としている。粉砕メディアは、小径のものほど、又充填量が多いほど、微粉砕は可能であるが、用途により粉砕の程度、処理物の形状、性状などが異なり、用途、処理物に対して最適なものを選択する必要がある。さらに材質についても同様の選択が必要である。
【００２９】
次に、前記に示すものの作用について説明する。まず、図示しない駆動源を作動させて駆動軸２７を回転させると、駆動軸２７に連結されている攪拌部材２１が駆動軸２７と一体に回転するとともに、攪拌部材２１の中心部に位置している分散部材２８も攪拌部材２１と一体に回転する。
【００３０】
そして、処理物を供給口７から粉砕容器２の内側室１９の内部に供給すると、処理物は分散部材２８によって粉砕メディアとともに径方向の外方に分散されるとともに、攪拌部材２１によって攪拌される。
【００３１】
この場合、攪拌部材２１の筒状の部分には径方向内外に貫通する貫通孔２４が設けられているので、この貫通孔２４によって処理物及び粉砕メディアには強力な遠心力が作用し、処理物及び粉砕メディアは貫通孔２４から攪拌部材２１の外周側に流動する。
【００３２】
そして、攪拌部材２１の外周側に流動した処理物及び粉砕メディアは、攪拌部材２１の外周側において、攪拌部材２１の凹部２２、凸部２３、及び内側室１９の多角形状の外周部（セパレータ９の多角形状の内周面）によって強力な剪断力が加えられ、攪拌部材２１の軸方向の一端方向又は他端方向に流動し、蓋６と攪拌部材２１との間隙を介して攪拌部材２１の内側に流動する。また、一部は、攪拌部材２１と容器本体３との間隙を通って攪拌部材２１の閉塞されている部分の貫通孔２５から攪拌部材２１の内側に流動し、このような一連の流れに沿って内側室１９の内部を循環することになる。
【００３３】
そして、このように処理物および粉砕メディアが内側室１９の内部を循環することにより、両者は全体が完全な混合状態となるとともに、処理物は徐々に細かく粉砕されて所定の粒度に達する。
【００３４】
そして、所定の粒度に達した処理物は、攪拌部材２１の外周側に流動した際にセパレータ９によって粉砕メディアと分離され、セパレータ９のスリット状の開口部１４内に流れ込み、そこを流れて外側室２０内に達し、外側室２０から排出口８を介して粉砕容器２の外部に排出されることになる。
【００３５】
上記のように構成したこの実施の形態による粉砕機１にあっては、粉砕容器２のＬ／Ｄ比を小さく（１．０以下）してあり、Ｌを小さくした分だけＤを大きくしてあるので、内側室１９（粉砕領域）の容積を十分に確保することができるとともに、強い遠心力を得ることができることになる。
【００３６】
また、処理物と粉砕メディアとを分離するセパレータ９は、複数のリング１１と複数のスペーサ１３と複数の支持軸１２との組合せによって複数のスリット状の開口部１４を形成してユニット化し、このユニット化したセパレータ９を軸線をほぼ一致させた状態で粉砕容器２の内部に設けるようにしたので、大流量の処理物を処理するのに十分な有効面積を確保することができることになる。したがって、処理物の流れがセパレータ９によって制限されるようなことはなく、大流量の処理物の処理にも十分に対応できることになる。
【００３７】
さらに、攪拌部材２１の中央部に分散部材２８を設けるとともに、攪拌部材２１の筒状の部分に径方向内外を貫通する貫通孔２４、攪拌部材２１の閉塞されている一端部に軸方向内外を貫通する貫通孔２５をそれぞれ設けたので、内側室１９の全体を使って処理物および粉砕メディアを循環させることができる。したがって、粉砕メディア及び処理物が粉砕容器２の内部の一部に片寄って運転に影響を与えたり、運転が困難となったりするようなことはなく、長期的に良好な運転特性が得られることになる。
【００３８】
さらに、粉砕メディアは、内側室１９の外周部に位置するセパレータ９の内周面に沿って公転するとともに自転し、この場合、セパレータ９の内周面は多角形状に形成されているため、セパレータ９の内周面に沿って公転している粉砕メディアの公転方向は常に変化し、その変化に伴って粉砕メディアの自転は増加する。したがって、粉砕メディアの公転方向の変化及び自転数の増加が処理物への剪断作用を増幅し、処理物の粉砕効率を大幅に向上させることができることになる。
【００３９】
なお、前記の説明においては、セパレータ９の隔壁１０を構成する複数のリング１１に同一形状（正八角形状）のものを使用し、各リング１１の内周面の各頂角が同一垂直線上に位置するように複数のリング１１を重ね合わせて、セパレータ９の内周側に外周部が正八角形状の内側室１９を形成したが、各リング１１の内周面の頂角を周方向にずらすように複数のリング１１を重ね合わせて、セパレータ９の内周側に内周面が螺旋形状の内側室１９を形成してもよいものである。その場合には、各リング１１の内周面の各頂角は同一垂直線上からずれた位置に位置することになるので、内側室１９の内周面を構成する頂角の数が増えるものである。すなわち、内側室１９は、複数のリングの内周面の頂角の総数と同数の頂角を有することになり、複雑な形状となるものである。さらに、図示はしないが、内周面の形状の異なるリングを複数枚重ね合わせて、内側室１９の内周面の頂角の数を増やし、内側室１９の形状を複雑なものにしても良いものであり、このような多角形状と言い難い場合でも、リングの内周面に角があることにより、処理物に強力な剪断力を加えることができるものである。
【００４０】
図６には、この発明による粉砕機１を用いて構成したバッチ処理システム３１が示されている。すなわち、このバッチ処理システム３１は、前述した粉砕機１と、この粉砕機１に循環ライン３２を介して接続されるサービスタンク３３と、循環ライン３２の途中に設けられる循環ポンプ３４とを具えている。
【００４１】
このバッチ処理システム３１は、１回の粉砕では十分な粉砕ができないような場合に有効となり、特に、少量多品種の製品を生産する場合に有効となるものである。この場合、サービスタンク３３として移動可能なものを多数用い、それらを順次交換して使用することができる。また、製品の切り換えにより粉砕機１の内部を洗浄する必要がある場合には、洗剤などの洗浄液やリンス液を入れたサービスタンク３３を接続して運転することにより、粉砕機１の内部、粉砕メディア、循環ライン３２などを完全に洗浄することができる。
【００４２】
以下に、この発明による粉砕機の実施例について説明する。
この実施例においては、正八角形状のリングを使用したセパレータと、円形状のリングを使用したセパレータとの比較テストを、前記のバッチ処理システム３１で実施した。処理物のサンプリングは、循環ルートのホールディングタンク入口で行った。また、粒径は、日機装（株）のマイクロトラックＭＫIIＤＲＡを用い、レーザー回析、光散乱法により計測した。正八角形状のリングを使用したセパレータと円形状のリングとを使用したセパレータとの比較を図７に示す。
処理条件は、以下の通りとした。
粉砕機
モーター容量：１５ｋｗ、回転数：１２００ｒｐｍ、処理流量：１５ｌ／ｍｉｎ
粉砕容器：内径（Ｄ）２３０ｍｍ、軸方向長さ（Ｌ）８６ｍｍ、容器容量  ２．７l
攪拌部材：内径２２０ｍｍ、軸方向長さ  ７０ｍｍ
粉砕メディア
材質：ジルコニア、ボール径：０．３ｍｍ
処理物
炭酸カルシュウム１０ｋｇと水１０ｋｇ
炭酸カルシュウムの平均粒径：５．５μｍ
上記の処理条件により、処理物の平均粒径を１μｍまで粉砕するために要した電力消費量を粉砕メディアの使用量毎に測定した。その結果を図７に示す。この結果から、円形状のリングによるセパレータに比較して多角形状のリングによるセパレータは次のような優位性のあることがわかった。
電力消費量が同じであれば、少ない粉砕メディア量で良い。
同じ粉砕メディア量であれば、電力消費量は少ない。
円形リング、多角形リングのどちらでも、粉砕メディア量が多ければ多いほど、電力消費量は少ないが、メディア量の増加に対する電力消費量の減少率は、多角形リングは円形リングに比べて著しく、メディア量が多ければ多いほど、円形リングの電力消費量と多角形リングの電力消費量との差が大きくなる。
以上のことにより、多角形状のリングによるセパレータの方がより少ない粉砕メディアで効率良く粉砕できることが証明された。
【００４３】
【発明の効果】
この発明は、前記のように構成したことにより、以下のような効果を奏するものである。
すなわち、供給口から粉砕容器の内側室内へ処理物を供給し、攪拌部材を回転させると、処理物は、内側室の内部に位置する粉砕メディアとともに攪拌されて粉砕されることになる。この場合、粉砕メディアは、内側室の外周部に位置するセパレータの内周面に沿って公転するとともに自転し、この場合、セパレータの内周面は多角形状に形成されているため、セパレータ内周面に沿って公転している粉砕メディアの公転方向は常に変化し、その変化に伴って粉砕メディアの自転は増加する。したがって、粉砕メディアの公転方向の変化及び自転数の増加が処理物への剪断作用を増幅し、粉砕効率が向上することになる。
さらに、セパレータの内周面が多角形状であるために処理物自体の回転方向の変化により生ずる剪断作用によっても、粉砕効率は向上することになる。このように、セパレータの内周部を多角形状に形成することにより、相乗の効果が生まれ、処理物に作用する剪断作用は著しく増加し、より一層の粉砕効率の向上に寄与することになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による粉砕機の一実施の形態を示した縦断面図である。
【図２】図１に示すものの要部拡大図である。
【図３】セパレータの詳細図である。
【図４】図３のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】図３のＢ−Ｂ線断面図である。
【図６】この発明による粉砕機を用いて構成したバッチ処理システムの系統図である。
【図７】この発明による粉砕機と従来の粉砕機との性能を比較した説明図である。
【符号の説明】
１……粉砕機
２……粉砕容器
３……容器本体
４……ボス
５……軸受
６……蓋
７……供給口
８……排出口
９……セパレータ
１０……隔壁
１１……リング
１２……支持軸
１３……スペーサ
１４……開口部
１５、１６……リング押え
１８……ボルト
１９……内側室
２０……外側室
２１……攪拌部材
２２、２９……凹部
２３、３０……凸部
２４、２５……貫通孔
２６……突部
２７……駆動軸
２８……分散部材
３１……バッチ処理システム
３２……循環ライン
３３……サービスタンク
３４……循環ポンプ
【図１】
0004489256.tif 000002
【図２】
0004489256.tif 000003
【図３】
0004489256.tif 000004
【図４】
0004489256.tif 000005
【図５】
0004489256.tif 000006
【図６】
0004489256.tif 000007
【図７】
0004489256.tif 000008