(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内側表面を有する回転容器と、粒状物質を該容器へ供給するための供給物入口と、該容器を回転させるための回転駆動手段と、該粒状物質の層内に突入し該層内に剪断作用を誘起するように該層に接触する１つ又は複数の半径方向の部材を含む剪断誘起部材とを備えた粒状物質のための粉砕ミルであって、
前記回転駆動手段は、前記容器を、その全回転に亘って前記粒状物質を該容器の内側表面に圧接された層として保持するとともに、該粒状物質の層中に１つ又は複数の実質的にソリッド化されたソリッド化帯域を創生するのに十分に高い速度で、回転させるようになされていることを特徴とする粉砕ミル。
【請求項２】
前記回転駆動手段は、前記粒状物質の層に作用する重力の 少なくとも１００倍の力を誘起するのに十分な速度で前記容器を回転させるようになされていることを特徴とする請求項１に記載の粉砕ミル。
【請求項３】
前記剪断誘起部材は、前記粒状物質の層中に該剪断誘起部材と前記ソリッド化された帯域との間に位置する１つ又は複数の撹拌帯域を創生することを特徴とする請求項１に記載の粉砕ミル。
【請求項４】
ソリッド化帯域と撹拌帯域を交互に創生するように前記容器の軸方向に間隔を置いて複数の剪断誘起部材が配置されていることを特徴とする請求項３に記載の粉砕ミル。
【請求項５】
前記剪断誘起部材は、前記１つ又は複数の撹拌帯域を創生するように前記粒状物質の層内へ突入した半径方向の部材を含むことを特徴とする請求項３に記載の粉砕ミル。
【請求項６】
前記回転駆動手段は、前記１つ又は複数のソリッド化帯域を前記容器と一緒に回転させるのに十分な速度で前記容器を回転させるようになされていることを特徴とする請求項１に記載の粉砕ミル。
【請求項７】
前記回転駆動手段は、前記１つ又は複数のソリッド化帯域が前記容器と一緒に回転し、該ソリッド化帯域が前記剪断誘起部材と協同して前記剪断作用を誘起する働きをするのに十分な速度で前記容器を回転させるようになされていることを特徴とする請求項１に記載の粉砕ミル。
【請求項８】
前記剪断誘起部材は、非回転であることを特徴とする請求項１に記載の粉砕ミル。
【請求項９】
粒状物質を内側表面を有する容器へ供給し、該容器を、その全回転に亘って該粒状物質を該容器の内側表面に圧接保持された層として形成するのに十分に高い速度で回転させ、該層に剪断誘起部材を接触させて該層中に剪断を誘起させることから成る、粒状物質を粉砕する方法において、
前記容器を、その全回転に亘って該粒状物質を該容器の内側表面に圧接保持された層として形成するとともに、該粒状物質の層中に１つ又は複数の実質的にソリッド化されたソリッド化帯域を創生するのに十分に高い速度で、回転させることを特徴とする粉砕方法。
【請求項１０】
前記粒状物質の層に作用する重力の少なくとも１００倍の力を誘起するのに十分な速度で前記容器を回転させることを特徴とする請求項９に記載の粉砕方法。
【請求項１１】
前記剪断誘起部材は、前記粒状物質の層中に該剪断誘起部材と前記ソリッド化された帯域との間に位置する１つ又は複数の撹拌帯域を創生することを特徴とする請求項１０に記載の粉砕方法。
【請求項１２】
ソリッド化帯域と撹拌帯域を交互に創生するように複数の剪断誘起部材を前記容器の軸方向に間隔を置いて配置することを特徴とする請求項１１に記載の粉砕方法。
【請求項１３】
前記剪断誘起部材は、前記１つ又は複数の撹拌帯域を創生するように前記粒状物質の層内へ突入した半径方向の部材を含むことを特徴とする請求項１１に記載の粉砕方法。
【請求項１４】
前記１つ又は複数のソリッド化帯域を前記容器と一緒に回転させることを特徴とする請求項１１に記載の粉砕方法。
【請求項１５】
前記１つ又は複数のソリッド化帯域を前記容器と一緒に回転させ、該ソリッド化帯域を前記剪断誘起部材と協同して前記剪断作用を誘起するように働かせることを特徴とする請求項９に記載の粉砕方法。
【請求項１６】
前記剪断誘起部材を非回転とすることを特徴とする請求項９に記載の粉砕方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、セラミック、鉱石及び薬剤等の粒子を細砕又は粉砕するための回転粉砕ミル（グラインディングミル）に関する。
【０００２】
発明の背景
従来の回転粉砕ミル（以下、「回転ミル」又は「粉砕ミル」又は単に「ミル」とも称する）は、水平軸線の周りに回転される円筒形の回転ドラムを有し、その回転ドラムにスラリー又はパウダーのような粒状物質を供給するようになされている。ドラムの回転速度は、「臨界速度」（即ち、ミルのドラムの内側表面（内壁面）の物質をドラムの内壁面に３６０°接触させた状態で回転させる速度）の２分の１ないし４分の３の速度とされる。この回転速度（臨界速度の２分の１ないし４分の３の速度）は、「転動」作用をもたらし、供給物及び粉砕媒体（以下、単に「媒体」とも称する）を回転するドラムの内壁に沿って途中まで上昇させた後落下させ、供給物中の他の粒子に衝突させて粉砕する。このように、粒子のサイズリダクション（粒径減小即ち細砕）は、主として削摩又は磨砕と衝撃によって行われる。
【０００３】
従来の回転ミルでは、磨砕の細かさを高めるにつれてミルのエネルギー所要量が急激に増大する。この問題は、微細な磨砕又は粉砕を必要とする用途においては、粒状物質を撹拌して粒子を剪断し、粒子に低エネルギーの衝撃を多数回与える撹拌ミルを用いることによってある程度改善される。しかしながら、現在の撹拌ミルの用途は、供給物のサイズ（粒径）の上限と、超微細粉砕作業時のエネルギー伝達の非効率の両方によって課されるサイズリダクション率（粒径減小率、細砕率）の限界によって制約を受ける。このサイズリダクション率の制約と、超微細粉砕作業時におけるスループット（与えられた時間内に、あるいは与えられた割合でミル又はミルの一部を通過する鉱石や他の物質の量）（処理量）の制限、及び、粘着作用に起因する粉砕媒体と生成物との分離の困難さとが相俟って、この技術を適用しうる実用的な、かつ、経済的な範囲を制限する。
【０００４】
発明の概要
本発明の課題は、粉砕ミルの構造を改良することである。
【０００５】
この課題を解決するために、本発明は、その一側面においては、内側表面を有する回転容器と、粒状物質を該容器へ供給するための供給手段と、該容器を、その全回転３６０°に亘って粒状物質を該容器の内側表面に高い圧力で圧接された層として保持するように十分に高い速度で回転させるための回転手段と、該粒状物質の層内に剪断作用を誘起するように該層に接触する剪断誘起手段とを備えた粒状物質のための粉砕ミルを提供する。
【０００６】
非垂直ミル（竪型でない、水平即ち横型等のミル）においては、粒状物質が容器の内側表面に接触して回転する最低限の回転速度は、「臨界速度」と称されているが、本明細書では、この用語は、垂直ミル（竪型ミル）においても、非垂直ミルにおいても粒状物質を容器の全回転３６０°に亘って該容器の内側表面に圧接された層として保持する最低限の回転速度を意味するものとして用いられる。
【０００７】
本発明は、その他の側面においては、粒状物質を臨界速度より高い速度で回転されている容器へ供給して該粒状物質を該容器の内側表面に圧接保持された層として形成し、該層に接触する剪断誘起手段によって該層に剪断を誘起することを特徴とする粉砕方法を提供する。
【０００８】
前記剪断誘起手段は、前記容器内に該容器に対して回転するように取り付けることが好ましい。
【０００９】
本発明の第１実施形態においては、前記剪断誘起手段は、前記容器の回転方向に該容器とは異なる速度で回転させる。本発明の第２実施形態においては、前記剪断誘起手段は、前記容器に対して対向回転させる（容器の回転方向とは反対の方向に回転させる）。
【００１０】
あるいは別法として、前記剪断誘起手段は、非回転とし、前記容器との相対回転によって材料の層に剪断を誘起させるように構成することもできる。
【００１１】
又、ミルの回転速度は、臨界速度の少くとも３倍とすることが好ましく、より好ましくは臨界速度の少くとも１０倍とする。
【００１２】
好ましい具体例の説明
以下に、添付図を参照して本発明の実施形態を詳しく説明する。
図１に示された本発明の第１実施形態の粉砕ミルは、中心軸線１４の周りに回転するように軸受１２に支持された円筒形の外側ドラム（容器）１０を有する。ドラム１０は、その外表面に取り付けられたドラム駆動プーリ１６によって駆動される。ドラム１０の外表面には、ドラムの下に設けられた冷却水トラフ（溝槽）を潜るようになされた冷却フィン１８が設けられている。
【００１３】
流動可能な粒状物質の供給物、例えばスラリー又はパウダーは、供給物ホッパー２１から供給物入口２２を通してドラムの一端に導入され、ドラム内で半径方向外方へ放り投げられてドラムの内側表面に圧接された層２３を形成する。ドラム１０は、従来技術のミルの臨界速度以下での転動作動とは異なり、ミル装入物（ミルのドラム内に装入された供給物）全体を、粉砕媒体が用いられている場合は粉砕媒体をも一緒に、ドラムの内側表面にその全周に亘って接触させて回転させるように臨界速度より十分に高い速度で回転される。ミル装入物の層２３が高い遠心力によって圧縮されて高い圧力下に置かれるようにするために、ドラムの回転速度は、臨界速度の少くとも３倍とすることが好ましく、最も好ましくは臨界速度の少くとも１０倍とする。ミル装入物に与える圧縮力の度合は、外側ドラムの回転速度を変更することによって変えることができる。
【００１４】
装入物層２３は、ドラム内で中心軸２８に取り付けられた、ドラムと対向回転する剪断誘起部材２６のディスク又は指状突起２４によって動態化される（運動又は撹拌せしめられる）。中心軸２８は、軸受３０によって回転自在に支持されており、軸駆動プーリ３２によって駆動される。中心軸２８を貫通して冷却水通路２７が形成されている。
【００１５】
最大限の剪断作用を得るために、軸２８は、ドラム１０とは反対の方向に高速度で回転される。あるいは別法として、軸２８は、ドラムと同じ方向に、ドラムとは異なる速度で回転させてもよい。後者の構成の場合、回転重力加速度Ｇがゼロとなる「デッド」（不動）軌跡を装入物内に発生させないので、ミルの所要エネルギーを少なくする。
【００１６】
圧縮された装入物層２３中の粒子は、その圧縮された装入物層をかき分けて回転する突起２４の撹拌作用によって創生される激しい粒子間剪断応力及び、又は粒子対媒体間の剪断応力を受ける。装入物層２３の回転に起因する高い圧力が突起２４から装入物へのエネルギー伝達を促進し、従って、利用可能な投入エネルギーのうち破断促進応力として粒子に直接伝達される割合を増大させる。
【００１７】
圧縮された装入物（粒子）層２３に与える剪断作用は、それらの粒子の剪断による破断と削摩による破断の両方を促進し、ミル内（ドラム内）の全ての粒子のうち局部的応力印加と破断を同時に受ける粒子の個数を増大させるのに十分なエネルギーを与える。それによって最終的に得られる結果（正味結果）は、非常に微細な粒子の分散度を高めることであり、ミル内の粒子個数の増大率が高い数値であっても有効な破断作用を維持することができることである。
【００１８】
粒子は、削摩による破断に加えて、媒体の圧縮力と、ミル内の高められた「重力」作用に起因するソリッド（固体）粒子のバルク圧力によっても破断される。この圧縮力の大きさ及び粒子充填密度及び粒子／媒体充填密度は、変えることができる。より高い速度での衝撃に起因する粒子表面の粉砕及び摩滅による若干の破断も生じると考えられるが、その度合は削摩による破断よりは小さい。
【００１９】
ミルドラム１０の排出端３３には、ドラムの内側表面から半径方向内方に突出した環状の保持板３４が設けられている。重い媒体粒子は、それらに作用する遠心力が大きいので、保持板３４の内端より半径方向外方に保持され、従ってミル内に保持され、微細な生成物（粉砕された供給物）は新しく導入されてくる供給物によって押し退けられ、保持板３４の内端より半径方向内方へ押しやられて排出樋３６内へ排出される。
【００２０】
図２及び３は、非剪断部材を備えた、本発明の第２実施形態による垂直ミルを示す。
【００２１】
このミルの回転ドラム又は容器４０は、垂直軸線４２の周りに回転するように軸受４６を介してフレーム４４上に取り付けられており、ドラム駆動プーリ４８によって高速度で回転される。
【００２２】
作動開始時には、媒体ホッパー５０からボール弁５２を通して供給される「粉砕媒体と、供給物ポート５４を通して供給される供給物パウダー又はスラリーとの混合物がミルに装入される。この装入物は、静止供給管５５内を流下してドラム内に入る。装入物は、回転ドラムに取り付けられた供給インペラ５６によって回転運動を与えられ、ドラムの内側表面に圧接して保持された、高度に圧縮された層を形成する。
【００２３】
図２、３の実施形態においては、ドラム内の剪断誘起部材は、静止部材であり、固定軸６０に取り付けられた１つ又は複数の半径方向ディスク５８から成る。各ディスク５８は、装入物層の内側自由表面６３の領域に粉砕媒体を軸方向に通すための複数の孔６２を有しており、媒体をミル内からその排出端へ排出することができるようにする。ディスク５８の代わりに指状部材又は指状突起を用いた場合は、孔６２は必要ない。
【００２４】
最初の装入物を導入した後は、追加の粉砕媒体を加える必要はないが、供給物は連続した流れとして供給物ポート５４を通して供給される。このミルは、供給物の種類と、必要とされるサイズリダクション率（粒径減小率）によって異なるが、例えば５０〜９０％、通常は５５〜７５％の高いソリッド（固形分）含有量を有する供給物スラリーを受け入れるように構成されている。
【００２５】
装入物層中の粉砕媒体と比較的大きい粒子は、装入物に圧縮力が作用するためミル内を通って軸方向に移動せず、粒子の半径方向の移行が起こる。即ち、供給スラリーとして導入された比較的大きい粒子は、高い遠心力を受けて装入物中で半径方向外方へ移行し、図１を参照して上述した仕組みによって磨砕され破断される。粒子の粒径が小さくなるにつれて、比較的小さい粒子は半径方向内方へ移行し、装入物層の内側自由表面６３に到達する。内側自由表面６３は、ゼロ圧（ゲージ圧で）軌跡に相当する。
【００２６】
自由表面６３に到達した微小粒子は、ミル（ドラム）内を通って軸方向に移動し、ディスク５８の孔を通り、排出リング６４の半径方向内方を通って排出樋６６に入る。粒子を排出リング６４を通して自由に流下させるように静止軸６０にスクレーパブレード６８を付設することができる。
【００２７】
このミルを非常に高い回転速度で、好ましくは重力の少なくとも１００倍、例えば２００倍もの速度で動作させると、装入物中の剪断ディスク５８から遠い側の帯域は密集しソリッド化して（固体状態に密集して）固まり、単一物体として回転ドラムと一緒に回転する。この現象の発生は、上下に並ぶ順次の剪断ディスク５８の間及び剪断ディスク５８と回転ドラムの端面との間に装入物のソリッドな（固体状の）「デッド」帯域又はソリッド化帯域７０を創出するのに十分な間隔でそれらの剪断ディスク５８を互いに離隔させることによって助長することができる。図３に濃い陰影で示されるこれらのデッド帯域即ちソリッド化帯域（粒子同志が固まって動かない不動帯域）７０は、ドラムの内側壁から剪断ディスク５８に平行に半径方向内方へ延長したソリッドなディスクとして機能し、剪断ディスク５８に対して高い速度で回転する。これによって、各剪断ディスク５８に隣接した、図３に薄い陰影で示されている撹拌装入物領域即ち撹拌帯域７２（粒子同志が撹拌される帯域）内に極めて高い剪断速度を創生する一方で、ドラムの内側表面を過度の摩耗から防護する。
【００２８】
この撹拌帯域７２とデッド帯域７０とを交互に創生する現象を惹起するのに必要とされる剪断ディスク間の最小限の間隔は、用いられる回転速度及び装入物の種類によって異なるが、Ｇ力が極めて高く、装入物のソリッド含有分が高い場合は、５０ｍｍ程度の小さい間隔とすることができる。
【００２９】
図２、３の実施形態は、図１の実施形態に比べて、剪断誘起部材を駆動する必要がないので、動力所要量が少ないという利点を有する。図２、３の実施形態のミルの動力所要量は、その粉砕チャンバー（ドラム）の軸方向の長さを短くし、剪断ディスク５８の枚数を少なくするか、あるいは１枚だけにすることによって更に削減することができる。
【００３０】
本発明によれば、ミル内に高い「重力」環境が創生されるので、供給物の粒径の上限、サイズリダクション率、エネルギー効率及びスループットに関して在来の撹拌ミルによる粉砕の実用上の、かつ、経済的な限界を高めることができる。
【００３１】
以上、本発明を実施形態に関連して説明したが、本発明は、ここに例示した実施形態の構造及び形状に限定されるものではなく、いろいろな実施形態が可能であり、いろいろな変更及び改変を加えることができることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、本発明の粉砕ミルの第１実施形態の概略断面図である。
【図２】  図２は、本発明の粉砕ミルの第２実施形態の概略断面図である。
【図３】  図３は、図２の粉砕ミルの作動中の粉砕チャンバーの拡大断面図であり、チャンバー内に撹拌帯域とデッド（不動）帯域とが交互に創生される態様を示す。
【符号の説明】
１０  ドラム、容器
１２  軸受
１４  中心軸線
１６  ドラム駆動プーリ
２１  供給物ホッパー
２２  供給物入口
２３  装入物層
２４  指状突起
２６  剪断誘起部材
２８  中心軸
３０  軸受
３２  軸駆動プーリ
３３  排出端
３４  保持板
３６  排出樋
４０  回転ドラム、容器
４２  垂直軸線
４４  フレーム
４６  軸受
４８  ドラム駆動プーリ
５０  媒体ホッパー
５２  ボール弁
５４  供給物ポート
５５  静止供給管
５６  供給インペラ
５８  剪断ディスク、半径方向ディスク
６０  固定軸、静止軸
６２  孔
６３  内側自由表面
６４  排出リング、排出端
７０  ソリッド化帯域、デッド帯域
７２  撹拌帯域
【図１】
0004409759.tif 000002
【図２】
0004409759.tif 000003
【図３】
0004409759.tif 000004