(57)【要約】【課題】優れた作業性を実現可能な湿式粉砕システム及び湿式粉砕方法を提供する。【解決手段】本発明の湿式粉砕システムは、粉砕室９ａ内で粉砕すべき処理物を水を含む液体とともに粉砕し、無数の粒子を有するスラリーとする回転湿式ボールミル１と、粉砕室９ａからスラリーを導出し、粉砕室９ａに循環させる循環路３と、循環路３に設けられ、スラリーの粉砕状態を検知する粉砕状態検知手段とを備えている。粉砕状態検知手段は、核磁気共鳴（ＮＭＲ）方式による粒子界面特性評価装置である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉砕室内で粉砕すべき処理物を水を含む液体とともに粉砕し、無数の粒子を有するスラリーとする湿式粉砕機と、
前記粉砕室から前記スラリーを導出し、前記粉砕室に循環させる循環路と、
前記循環路に設けられ、前記スラリーの粉砕状態を検知する粉砕状態検知手段とを備え、
前記粉砕状態検知手段は、核磁気共鳴（ＮＭＲ）方式による粒子界面特性評価装置であることを特徴とする湿式粉砕システム。
【請求項２】
前記粉砕状態検知手段で検知した前記粉砕状態に基づき、前記湿式粉砕機の稼働条件を変更する制御手段を備えている請求項１記載の湿式粉砕システム。
【請求項３】
湿式粉砕機の粉砕室内で粉砕すべき処理物を水を含む液体とともに粉砕し、無数の粒子を有するスラリーとする湿式粉砕工程と、
前記粉砕室から前記スラリーを導出し、核磁気共鳴（ＮＭＲ）方式による粒子界面特性評価装置により前記スラリーの粉砕状態を検知する粉砕状態検知工程と、
前記粉砕状態検知工程後の前記スラリーを前記粉砕室に循環させる循環工程とを備えていることを特徴とする湿式粉砕方法。
【請求項４】
前記粉砕状態検知工程中、前記湿式粉砕工程を継続する請求項３記載の湿式粉砕方法。
【請求項５】
前記粉砕状態検知工程で検知した前記粉砕状態に基づき、前記湿式粉砕工程の稼働条件を変更する請求項３又は４記載の湿式粉砕方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、湿式粉砕システムと、湿式粉砕方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、粉砕すべき処理物を水を含む液体とともに粉砕し、無数の粒子を有するスラリーとする場合、湿式ミル等の湿式粉砕機が用いられる。この湿式粉砕機では、粉砕室内に処理物が液体とともに投入され、これらを粉砕してスラリーとする湿式粉砕工程が行われる。粉砕室内にアルミナ等の無数のボールがともに投入される場合もある。
【０００３】
このスラリーは、各粒子が所望の粒径、粒形、粒度分布等を有するか否か等の粉砕状態が重要である。粉砕状態が所望の範囲内になければ、スラリーや各粒子を目的物にできなかったり、目的物を用いた製品の品質が損なわれることとなるからである。
【０００４】
このスラリーの粉砕状態を知るためには、一般的には、湿式粉砕機の稼働を経験により途中で止め、粉砕室内のスラリーをサンプリングし、確認することが行われる。粉砕状態の確認には、サンプリング後、スラリーの乾燥等のため、数十分要することが一般的である。確認後、未だ所望の粉砕状態になっていない場合には、再度、湿式粉砕機を稼働する。確認後、過度の粉砕状態になってしまっていた場合には、もはやそのスラリーは所望のものとされ難く、廃棄される場合もある。このため、作業者は、慎重に湿式粉砕機を稼働させつつ、たびたびサンプリング及び確認を行う。
【０００５】
このため、所望の粉砕状態のスラリーを得るためには、多くの経験と長時間の作業とが必要となっている。特に、無数のボールを用いた湿式ミルである湿式ボールミルを用いる場合には、スラリーの粘性や各ボールの径等の相違により、スラリーの粉砕状態が異なるものともなる。このため、作業者としては、より多くの経験と長時間の作業とが必要となる。
【０００６】
このため、例えば、特許文献１〜３に開示された湿式粉砕システムや湿式粉砕方法も提案されている。特許文献１の湿式粉砕システムは、湿式粉砕機の粉砕室からスラリーを導出し、粉砕室に循環させる循環路と、循環路に設けられ、スラリーの粉砕状態を検知する粉砕状態検知手段とを備えている。粉砕状態検知手段としては、粒度分布測定器やゼータ電位測定器が用いられている。また、特許文献２の湿式粉砕システムは、制御装置から入力する運転中の実測値と、あらかじめ記憶した制御基準曲線による目標値とを比較演算し、情報処理装置によって出力される作動信号によって湿式粉砕機を制御することとしている。さらに、特許文献３の湿式粉砕方法は、固有の定数等が異なる２種類の湿式粉砕機を用いつつ、一定の数式に基づいて、粒径、粉砕時間、ロータの周速度等を制御する。これらによれば、作業者の経験や長時間の検知を軽減でき、優れた作業性を実現できると思われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−２５９９４６号公報
【特許文献２】特開平７−１１６５４２号公報
【特許文献３】特開２００１−２５９４５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、上記従来の湿式粉砕システム等においても、未だ高い作業性が得られない。特に、特許文献２、３の湿式粉砕システム等では、予め多くの実験等を行わなければならず、多くの経験を行うこととさほど相違がない。
【０００９】
本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、優れた作業性を実現可能な湿式粉砕システム及び湿式粉砕方法を提供することを解決すべき課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
発明者らは、上記課題解決のために鋭意研究し、スラリー中のＨ+を観測すれば、各粒子の界面の情報により、スラリーの粉砕状態を早期に検知できることを発見し、本発明を完成するに至った。
【００１１】
本発明の湿式粉砕システムは、粉砕室内で粉砕すべき処理物を水を含む液体とともに粉砕し、無数の粒子を有するスラリーとする湿式粉砕機と、
前記粉砕室から前記スラリーを導出し、前記粉砕室に循環させる循環路と、
前記循環路に設けられ、前記スラリーの粉砕状態を検知する粉砕状態検知手段とを備え、
前記粉砕状態検知手段は、核磁気共鳴（ＮＭＲ）方式による粒子界面特性評価装置であることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の湿式粉砕方法は、湿式粉砕機の粉砕室内で粉砕すべき処理物を水を含む液体とともに粉砕し、無数の粒子を有するスラリーとする湿式粉砕工程と、
前記粉砕室から前記スラリーを導出し、核磁気共鳴（ＮＭＲ）方式による粒子界面特性評価装置により前記スラリーの粉砕状態を検知する粉砕状態検知工程と、
前記粉砕状態検知工程後の前記スラリーを前記粉砕室に循環させる循環工程とを備えていることを特徴とする。
【００１３】
本発明の湿式粉砕システム及び湿式粉砕方法では、核磁気共鳴（ＮＭＲ）方式による粒子界面特性評価装置により、スラリーの粉砕状態を検知する。発明者らの試験結果によれば、このＮＭＲ方式による粒子界面特性評価装置によれば、スラリー中のＨ+により、各粒子の界面の比表面積等の重要なパラメーターが得られる。しかも、計測時間は、２０〜３０秒程度／回である。このため、湿式粉砕機の稼働をほとんど止めることなく、粉砕室内のスラリーの現状の粉砕状態をほぼリアルタイムで知ることができる。
【００１４】
本発明の湿式粉砕方法では、粉砕状態検知工程中、湿式粉砕工程を継続することが好ましい。この場合、湿式粉砕工程を継続しながらスラリーの状態を監視できる。
【００１５】
本発明の湿式粉砕システムは、粉砕状態検知手段で検知した粉砕状態に基づき、湿式粉砕機の稼働条件を変更する制御手段を備えていることが好ましい。また、本発明の湿式粉砕方法は、粉砕状態検知工程で検知した粉砕状態に基づき、湿式粉砕工程の稼働条件を変更することが好ましい。これらの場合、例えば、湿式粉砕機の稼働速度を調整するなどの稼働条件の変更により、所望のスラリーや各粒子を短期間にかつ確実に得ることができる。
【００１６】
稼働条件としては、粉砕の際に投入するエネルギー量を例示できる。より具体的には、回転湿式ミルの回転速度、ボールの量や径や材質、ボールや処理物等の充填量、粉砕室の容積や形状等が稼働条件となり得る。また、稼働条件として、粉砕室内の雰囲気、温度、液体量等を例示することもできる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の湿式粉砕システム及び湿式粉砕方法によれば、優れた作業性を実現可能である。特に、本発明の湿式粉砕システム及び湿式粉砕方法によれば、予め多くの実験等を行う必要性が必ずしもないことから、少ロットのスラリーや各粒子の生産であっても、安価なコストで対応可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、実施例の湿式粉砕システムの模式側面図である。
【図２】図２は、実施例の湿式粉砕システムに係り、粒子界面特性評価装置の模式図である。
【図３】図３は、試験例１における粉砕時間と緩和率との関係を示すグラフである。
【図４】図４は、試験例２における粉砕時間と緩和率との関係を示すグラフである。
【図５】図５は、試験例１における粉砕時間と比表面積との関係を示すグラフである。
【図６】図６は、試験例２における粉砕時間と比表面積との関係を示すグラフである。
【図７】図７は、実施例の湿式粉砕方法を例示するタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を具体化した実施例を図面を参照しつつ説明する。
【００２０】
（実施例）
実施例の湿式粉砕システムは、図１に示すように、回転湿式ボールミル１と、循環路３と、評価装置５と、コンピュータ７とを備えている。
【００２１】
回転湿式ボールミル１は、水平な軸心Ｏと同心をなすドラム９を有している。ドラム９内には、アルミナ製の内壁により、粉砕室９ａが形成されている。粉砕室９ａ内には、無数のアルミナ製のボールが一定の充填率で投入されている。ドラム９は両端に回転軸９ｂ、９ｃを有し、回転軸９ｂ、９ｃが支持脚１１、１３によって支持されている。回転軸９ｃ側には変速機を内蔵したモータ１５が設けられており、ドラム９はモータ１５によって軸心Ｏ周りで回転可能とされている。回転湿式ボールミル１が湿式粉砕機に相当する。
【００２２】
回転軸９ｂは粉砕室９ａに連通するように中空とされており、回転軸９ｂ内には導出管１７ａ及び導入管１７ｂが挿入されている。導出管１７ａは、回転軸９ｂを通り、粉砕室９ａの下方に延びている。回転軸９ｂから延びた導出管１７ａはポンプ１９及びバルブ２１を介して評価装置５に接続されている。導入管１７ｂは評価装置５から回転軸９ｂ内に延びている。導出管１７ａ及び導入管１７ｂが循環路３に相当する。
【００２３】
評価装置５は米国のXigo Nanotools社製（販売元はXigo Nanotools Asia社）の「Acorn Flow」である。この評価装置５は、粒子表面に接触又は吸着している液体とバルク液（粒子表面と接触していない自由な状態の液体）とでは磁場の変化に対する応答が異なることに基づき、パルス核磁気共鳴（ＮＭＲ）方式で粒子界面の比表面積を評価可能である。評価装置５は、図２に示すように、対をなす磁石２３、２５を有している。磁石２３、２５間の試料室２７には磁石２３、２５によって磁界が生じるようになっている。この試料室２７には、グラディエントコイル（Gradient Coils）２９と、ＲＦコイル（RF Coil）３１とが配置されている。ＲＦコイル３１内には、導出管１７ａ及び導入管１７ｂと接続されるサンプルチューブ（Sample Tube）３３が配置されている。評価装置５が粉砕状態検知手段に相当する。
【００２４】
この評価装置５は、図１に示すように、コンピュータ７と接続されている。コンピュータ７は、評価装置５を制御するとともに、評価装置５が検知したスラリー中のＨ+に基づく出力信号により、スラリーに含まれる各粒子の緩和率Ｒｓｐ、ひいては比表面積Ｓを計算する。コンピュータ７はモータ１５にも接続されている。コンピュータ７が制御手段に相当する。
【００２５】
この湿式粉砕システムにより、湿式粉砕工程と、粉砕状態検知工程と、循環工程とを行う。湿式粉砕工程では、まず、回転湿式ボールミル１の粉砕室９ａ内に粉砕すべき処理物と、水を含む液体とを投入する。そして、特定の回転速度でドラム９を回転し、処理物を液体とともに粉砕し、無数の粒子を有するスラリーとする。
【００２６】
この間、ドラム９を回転させた状態のまま、ポンプ１９の吸引力により、粉砕室９ａ内のスラリーを導出管１７ａ内に導出し、評価装置５に供給する。また、ポンプ１９の排出力により、循環工程が行われる。この際、導入管１７ｂにより、評価装置６を経たスラリーを粉砕室９ａ内に循環する。そして、湿式粉砕工程を継続する。こうして、測定時以外は常にスラリーを循環させるのは、粒子の沈降による導出管１７ａ及び導入管１７ｂの閉塞防止のためである。
【００２７】
粉砕状態検知工程では、数分に一度、バルブ２１を閉じ、評価装置５が３０秒程度でスラリーの粉砕状態を検知する。測定中に循環を止めるのは評価装置５の特性上やむを得ない。ここで、この段階でスラリーが所望の粉砕状態になっておれば、ドラム９の回転及びポンプ１９の作動を停止して湿式粉砕工程及び循環工程を終了し、粉砕室９ａからスラリーが回収される。
【００２８】
スラリーが未だ所望の粉砕状態になっていなければ、バルブ２１を開け、ポンプ１９の排出力により、循環工程が行われる。そして、湿式粉砕工程を継続する。ここで、コンピュータ７は、粉砕状態検知工程で検知した粉砕状態に基づき、湿式粉砕工程の稼働条件を変更することもできる。こうして、この湿式粉砕方法では、ドラム９を停止させずに常にスラリーの状態を監視でき、適切なタイミングで次の条件に移行したり、粉砕を終了したりすることができる。
【００２９】
ガラス粉末を処理物とし、直径３０ｍｍのボールを採用した場合における粉砕時間（ｈｒ）と緩和率（Ｒｓｐ）との関係を図３に示す（試験例１）。また、同種の処理物について、直径１５ｍｍのボールを採用した場合における粉砕時間（ｈｒ）と緩和率（Ｒｓｐ）との関係を図４に示す（試験例２）。
【００３０】
一方、試験例１、２において、種々の粉砕時間で得られたスラリーについて、ＢＥＴと評価装置５とによる比表面積（ｍ2／ｇ）を求めた。試験例１の結果を図５に示し、試験例２の結果を図６に示す。図５及び図６により、評価装置５の結果はＢＥＴとほぼ一致することがわかる。
【００３１】
したがって、実施例の湿式粉砕システム及び湿式粉砕方法によれば、優れた作業性を実現可能であることがわかる。特に、この湿式粉砕システム及び湿式粉砕方法によれば、予め多くの実験等を行う必要性が必ずしもないことから、少ロットのスラリーや各粒子の生産であっても、安価なコストで対応可能である。
【００３２】
また、例えば、図７に示すように、粉砕初期では、第１粉砕条件Ｓ１により処理物の粉砕を行いつつ、スラリーの粉砕状態を緩和率Ｒｓｐや比表面積Ｓで検知し、その値がある一定値になれば、投入エネルギーがより多い第２粉砕条件Ｓ２に変更して粉砕効率を上げることができる。そして、第２粉砕条件Ｓ２により処理物の粉砕を行いつつ、スラリーの粉砕状態を緩和率Ｒｓｐや比表面積Ｓで検知し、その値がある一定値になれば、投入エネルギーがより少ない第３粉砕条件Ｓ３に変更して慎重な粉砕を行うことができる。
【００３３】
こうして、この湿式粉砕システム及び湿式粉砕方法によれば、所望のスラリーや各粒子を短期間にかつ確実に得ることができる。
【００３４】
以上において、本発明を実施例に即して説明したが、本発明は上記実施例に制限されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更して適用できることはいうまでもない。
【００３５】
例えば、湿式粉砕機としては、実施例の回転湿式ボールミルに限定されず、種々のものを採用することができる。また、循環路も、実施例の導出管及び導入管に限定されない。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明は、ナノテクノロジー、医薬品、化粧品、食品、電子材料、エネルギー、触媒、塗料・インク、ファインセラミックス、高分子等を含む広範囲の産業における製造プロセスや製品に利用可能である。
【符号の説明】
【００３７】
９ａ…粉砕室
１…湿式粉砕機（回転湿式ボールミル）
３…循環路（１７ａ…導出管、１７ｂ…導入管）
５…、粉砕状態検知手段、評価装置
７…制御手段（コンピュータ）
【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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【図７】
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