特集：粉砕技術における新たな進展

メカニカルシール省略型ビーズミルの開発
株式会社広島メタル＆マシナリー 北川 章次、平田 大介、棗田 和之、千田 浩司
Akitsugu KITAGAWA, Daisuke HIRATA, Kazuyuki NATSUMEDA, Koji SENDA

Key Words: ビーズミル、シールレス構造、分散、粉砕、部材摩耗

1．はじめにビーズミルは、ミクロンからナノサイズの粒子

ᾮ㠃を含むスラリーの粉砕・分散処理に用いられる装㈓␃ᵴὶືᏳᐃ໬㒊ရ置であり、回転軸の密閉化のためにメカニカルシー
ルが採用されている。しかし、メカニカルシール

䝫䞁䝢䞁䜾䝸䞁䜾は、モノマー添加スラリーやナノ金属スラリーなὶືᏳᐃ໬㒊ရ

どでは損耗が激しく処理できない、もしくは、処䝇䝷䝸䞊ᢲ䛧㎸䜏᪉ྥ

理できたとしても短期間で故障するといった問題

図 1がある。さらに、医薬品などではメカニカルシー

シールレスビーズミルのメカニカルシール省略部の基本概念図

ルからのコンタミネーションを嫌うスラリーもあル内からのスラリー漏洩を防止でき、メカニカルるため、ビーズミルの適用範囲を狭める原因となっシールを省略することができる。ている。これらの問題を解決するため、当社ではただし、このような単純な構造ではミル内、おメカニカルシールを省略した「シールレスビーズよび貯留槽内のスラリー流れの変動によるビーズミル」の開発を行った。

流出やミル内でのビーズ偏在といった問題が生じる。その対策のため、流動安定化部品を設置して2．シールレスビーズミルの設計思想と構造いるが、その詳細は省略する。

2 1

ため、スリット式ビーズ分離方式のアペックスミ

設計思想

当社では、異なるビーズ径での処理に対応する

従来のビーズミルでは、スラリーをポンプで押ル（AM）と遠心式ビーズ分離方式のウルトラアし込むことでミル内が加圧されるため、回転軸とペックスミル（UAM）において、メカニカルシー固定部の間隙を密閉化し、ミル内からのスラリールを省略したシールレスビーズミルを開発した。

漏洩を防止する必要がある。そのため、回転軸にメカニカルシールを設置することで、ミル内を密2 2閉化している。

「シールレス・アペックスミル（SL‒AM）」は、

シールレス・アペックスミル

当社が開発したシールレスビーズミルでは、図 1

0．3 mm 以上の中径、および大径ビーズの使用をの基本概念図に示すように、回転軸と固定部の間想定したビーズミルであり、スリット式ビーズ分隙からのスラリー漏洩を防止するため、ビーズミ離装置を採用している。このビーズ分離装置はミル上部にスラリーを貯留する空間（貯留槽）を設ル底部にあり、ビーズ径に合わせてスリット幅を置した。さらに、回転軸にポンピングリングを設自動調整できる構造である。
SL‒AM の構造イメージ図を図 2に示す。なお、置することにより、貯留槽中のスラリーを回転軸と固定部の間隙に押し込むことで、ミル内を加圧する構造とした。この構造を採用することで、ミ70

スラリー流れを明確にするため、流動安定化部品の記載は省略した。SL‒AM 内のスラリーは、ミ（726）（70）

粉 体 技 術䝇䝷䝸䞊
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図 2䝇䝷䝸䞊ධཱྀ

シールレス・アペックスミルの構造イメージ図

ル上部の貯留槽からミル底部に下降し、ビーズ分

図 3

シールレス・ウルトラアペックスミルの構造イメージ図離装置でビーズと分離された後にミル外に排出さ存在するため、ポンピングリングでミル内を加圧するには、SL‒AM よりも複雑な構造が必要であれる。このスラリーの本来の流れとポンピングリる。それに対応するため、回転軸を中空軸とし、軸ングによるミル内へのスラリー押し込み流れが同内にビーズ分離後のスラリー上昇流を通過させる

じ方向であるため、比較的単純な構造の流動安定ことで、異なる方向の2つの流れを分離した。ただ化部品でも、回転軸と固定部の間隙からのスラし、この構造ではスラリーの押し込み圧力が低くリー漏洩を防止できる。
SL‒AM はサブミクロンからミクロンサイズのなり、ミル内の流れの変動影響を排除しづらいた粒子を製造することができるビーズミルである。ス
リット式ビーズ分離装置を採用しているため、低め、ビーズが漏洩しやすかった。これに対応するため、SL‒AM のものよりも複雑な構造の流動安速攪拌でもビーズ漏洩を防止できる特徴がある。

定化部品を設置しているが、その詳細は省略する。
SL‒UAM はナノからミクロンサイズの粒子を製低速回転することで、部材とビーズからの摩耗粉造することができるビーズミルである。遠心式ビーを抑制でき、医薬品粉砕などの低コンタミネーショ

ズ分離装置を採用していることで、0．1 mm の小1），2）ン処理に最適である。

径ビーズも使用できるため、スリット式では対応できないナノ粒子の製造も行うことができる。

2 3

シールレス・ウルトラアペックスミル「シールレス・ウルトラアペックスミル（SL‒UAM）」は0．
1〜0．5 mm の比較的小径のビーズ使3．試験結果用を想定したビーズミルであり、遠心式ビーズ分離装置を採用している。SL‒UAM では、回転停止性能確認試験では、医薬品原料であるフェニトイン粉砕を AM（メカニカルシール有）、SL‒AM時のビーズ漏洩防止対策として、ビーズ分離装置で、また、化粧品材料である酸化チタンの分散をUAM（メカニカルシール有）、SL‒UAM で行った。

をミル上部に設置している。
流動安定化部品の記載を省略した SL‒UAM の構造イメージ図を図 3に示す。SL‒UAM 内のスラ周速2 m／s で行い、酸化チタン分散は、0．1 mm

リーは、ミル底部からミル上部のビーズ分離装置ビーズを使用し、周速10 m／s で試験を行った。各へ上昇し、ビーズ分離装置でビーズと分離された粉砕・分散処理におけるメジアン径の経時変化を後に、貯留槽を経由してミル外に排出される。こ図 4、5に示す。いずれの場合でもメカニカルシーの結果、このスラリーの本来の流れとポンピングルの有無による粉砕・分散速度に差はなく、メカリングによるミル内へのスラリー押し込み流れが逆方向になっている。このように、SL‒UAM にはニカルシールを省略したことによる処理能力の低

2つの異なる方向のスラリーの流れが回転軸周辺に発したシールレスビーズミルは従来のビーズミル

Vol．13，No．9（2021）

フェニトイン粉砕は、0．3 mm ビーズを使用し、下は認められなかった。このように、本研究で開（727）
（71）

71

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写真 1

シールレスビーズミル外観写真㻶㻯㻐㻸㻤㻰

当社は、今後も湿式粉砕やナノ分散などの分野を中心に、ビーズミルの多様化するニーズに応え㻓㻑㻔るべく、更なる新機能の装置および処理技術の開発を行っていく所存である。

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引用文献
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図 5

ウルトラアペックスミルにおけるメカニカルシール有無での酸化チタン分散の処理速度比較

1） 茨城哲治、平田大介、田中宏典、落井裕也： シール装置省略型ビーズミルの開発とナノ薬剤粉砕への適応 、化学装置、11、p. 32（2020）2） 茨城哲治、平田大介、田中進也、千田浩司、山口と同等の微粒化能力があることが認められた。

郁： ビーズミルによる医薬向け超低コンタミのナノ結晶製造技術 、化学装置、7、p. 33（2021）

4．おわりに北川 章次㈱広島メタル＆マシナリー
ケムテック事業部 課長代理㈱広島メタル＆マシナリーでは、2020年に業界初のメカニカルシールを省略したシールレスビー〒737−0144 広島県呉市広白岳1丁目2番43号
TEL：0823−73−1135 FAX：0823−73−1182
E-mail ：a.kitagawa@hiroshimamm.com

ズミルを開発した。当社で開発したメカニカル
シール省略型ビーズミルの外観を写真 1に示す。
この開発により、従来はビーズミルで処理できなかったスラリーにも適応することができるうえに、 平田 大介
コンタミネーション抑制やメンテナンス負荷の大幅な低減などのメリットが享受できる。

同上

棗田 和之
同上

千田 浩司
同上

72（728）（72）

粉 体 技 術