について説明する。

粉砕操作の実際

媒体撹拌型乾式粉砕機の技術動向
関根
1．はじめに気体中で行う乾式粉砕は一般的に数μm が限界であり，数百 nm 以下の微粒化を行うためには液体中で行う湿式粉砕の方が有利であることは古くから知られている1）。しかし，
Yasuyoshi SEKINE；*

日本コークス工業（株） 化工機事業部
栃木工場 粉体技術センター開発 Gr〒328 8503 栃木市国府町 1
TEL：0282 28 1161
E mail：yasekine@n-coke.com

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靖由＊

乾燥を要する場合，そのコストやエネルギーは大きな割合を占めてしまう。よって乾式粉砕で微粉が得られれば工程を減らすことができ，経済的，かつ省エネルギーで，地球環境にやさしい粉砕方法になる。乾式粉砕機の中でも媒体撹拌型乾式粉砕機
は，媒体（以下，粉砕ボール）を強制的に撹拌することにより，強いエネルギーを砕料に与えられる。その結果，メカノケミカル反応やメカニカルアロイング処理も可能になる。
本稿では当社機器を例にあげて媒体
撹拌型乾式粉砕機の歴史と処理事例

2. 日本コークス工業の媒体撹
拌型乾式粉砕機の歴史（図 1）
媒体撹拌型粉砕機はアジテータによって粉砕ボールを強制的に撹拌する方式であり，1940 年代に米国のUnion Process 社で開発された湿式アトライタが始まりである。ボール
ミルでは利用が難しかったφ3〜10mm の粉砕ボールでも効率的に粉砕が可能となり，ボールミルに比べ効率が非常に良いことから広く普及した2）。日本では三井三池製作所（現
日本コークス工業）が 1960 年に技術導入を行っている。
1970 年代に入りアトライタを乾式粉砕用に改良すると粉砕ばかりでなく，メカノケミカル反応やメカニカルアロイングによるアモルファス合金の形成などにも利用されるようになり3），媒体撹拌型乾式粉砕機の化学装置

3．媒体撹拌型乾式粉砕機の処理例
媒体撹拌型乾式粉砕機は 2 項の通り回分式（アトライタ，アルケミ），連続式（ダイナミックミル），分級機内蔵式（ファインミル）があり，ユーザーの要求に応じて使い分けている。以下に処理事例を紹介する。
3‑1．ダイナミックミルによる抹茶の連続製造5）
健康志向の高まりから，和菓子フレーバーなどに利用される抹茶の需要が増えてきているが茶臼での粉砕
2017 年 6 月号

ガスシール
Gas seal

原料投入口

粉砕タンク
Grinding tank

スクリーン

アーム

連続化

アジテー
ターアーム
Agitatorarm

排出スクリーン
Discharge
screen微アトライタ冷却ジャケット

処理物吐出口ダイナミックミル

粒化

メカノケミカル
原料供給

分級ロータ

排出
冷却水OUT

アジテータ
アーム
粉砕メディア
二次エア供給冷却水IN
軸シール兼キャリエア

アルケミ

図116ファインミル

日本コークス工業の媒体撹拌型乾式粉砕機

茶臼粉砕品（d50＝6.58μm）
粉砕機粉砕品（d50＝6.5μm）

14
12
頻度［％］

用途が広がった。
その後，連続式粉砕の要望が高まり，1983 年にダイナミックミルを開発した。当初はフェライトなどの電子部品機器材料の粉砕などに利用され，大量生産を求められていることから大型機（タンク容量：380L）が多く使用されていた。近年では食品，電池材料，高機能電子部品材料など，高付加価値で少量多品種のニーズの増加により，清掃性も重視されることから中型機（タンク容量：25〜100L）が増えている。
2000 年代になると高精度化の要求が進み，シャープな粒度分布，高純度，さらなる微粒化が求められるようになってきた。
これに対応するため，分級機内
蔵 型 の フ ァ イ ン ミ ル4）を 2002年に開発した。分級機を内蔵することにより，微粒子を連続で生産することができるようになった。
2010 年代になると二次電池
金属負極材原料をメカニカルアロイングで生産できることが確認され，乾式アトライタで工業化された。しかし，生産性が悪く効率向上が求められた。そこで，粉砕ボールや比重の大きい砕料の挙動を検討し，改善したアルケミを 2015 年に開発した。 その結果，アトライタと比較して大幅な時間短縮が可能となった。

10864茶臼粉砕品

200.1110100

粒子径［μm］

図2

茶臼粉砕品とダイナミックミル粉砕品の粒子径分布の比較

図 3（右） SEM 写真による粒子形状の比較

は効率が悪く，抹茶を大量生産できる粉砕機が求められていた。そこで，ダイナミックミルで抹茶に必要とされる処理を実現できるか確認した。
図 2 に示すように粒子径分布は茶臼の粉砕品とほぼ同等となった。また，粒子形状も図 3 のように茶臼に近い形が実現できている。さらに粉砕品の動摩擦係数を測定したところ，ダイナミックミル粉砕品

茶臼粉砕品が 0.450 に対して，ダイナミックミル粉砕品は 0.471 であり，ほぼ同じ数値であった。この結果より茶臼粉砕品に近い質感が再現できていると考えられる。また，生産量
は 茶 臼 1 台 あ た り 40〜50g/hr 程 度であるが， タンク容量が 25L のダイナミックミルでは 10kg/hr になり，高品質な抹茶を低コストで大量生産
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金属の粉砕140

AL1型アルケミ

120

MA1D型アトライタ

粒子径 d50〔μm1008060

1/4の時間で処理が完了40
目標粒子径200図4

鉛ガラスの粉砕品できるようになった。
3‑2．ファインミルによる高機能原料の粉砕
粉砕効率向上やコンタミネーションの削減を考えると，目標粒子径に達した微粉をいかに素早く粉砕タンク内から排出できるかが重要になる。
ファインミルでは下部の粉砕タンクに粉砕ボールを入れ，アジテータによって砕料と粉砕ボールを撹拌して粉砕を行う。粉砕タンク下部よりキャリアエアーを入れることで，微粉は上昇し分級部に運ばれる。分級部
では目標粒子径に達した粒子のみが系外に排出され，それより大きな粒子は再度，粉砕部に戻されて再粉砕される。
例として，ファインミルで粉砕した鉛ガラス（図 4）を確認すると，粒子径が揃った綺麗な粉砕品となっており，平均粒子径は 1.56μm となった。
ファインミルはプラズマディスプ
レイのパネルに誘電体として使用されているガラス粉の微粉砕用として多く採用された。透明なパネル用で，かつ数十μm の誘電体層を形成させる必要があるため，高純度で粒度分布がシャープな粉体が求められた。
現在でもファインミルは同様な要求の電子部品用途に採用されている。
3‑3． アルケミによる金属粉砕，およびメカニカルアロイング
アトライタによるメカニカルアロ
イングは，比重差や融点差が大きい原料による高機能特殊合金を製造す
560100図5200

処理時間〔min300400

アトライタとアルケミの比較

機械自身の性能だけでなく，処理することができる。しかし，処理時間るときのノウハウも必要になってくが長くコストがかかりすぎることでる。また，それらを実験データだけ工業化が難しい。その要因の一つとで蓄積していくのも難しい面がある。
して比重の大きい金属は粉砕室の底
将来はシミュレーションを活用した部に偏り易く，金属粒子に効率的に処理技術ソフトの開発といったテーエネルギーを与えることが難しい。
マにも取り組む必要があると考えてまた，粉砕ボールにかかるエネルギいる。
ーが上下方向で不均一であることも乾燥工程を省くことでのコスト削効率悪化の要因である。そのため処減，省エネルギー，また，メカノケ
理時間を短縮するには，粉砕ボールミカル反応やメカニカルアロイングと金属粒子の動きを改善することがによる高機能性材料の開発などにも重要になる。そこで，縦型のアトラ貢献できる媒体撹拌型乾式粉砕機は，イタに対して，横型にすることによ重要な技術として今後も幅広い分野って，粉砕ボールと金属粒子の動きでの活躍が期待できる。今回，誌面を改善できると考え，アルケミを開の関係上，機器の構造や用途などを発した。
運転条件（タンク容量，回転速度， 詳しく紹介することができなかった。
本稿で乾式粉砕に関心を持たれたらボール充填率，投入原料量）を同じ
当社ホームページとして運転を行ったところ，図 5 に（http://www.nc-kakouki.co.jp/） に詳示すようにアルケミは初期の早い段階で扁平化が進み粉砕が進行したが， しく掲載しているので参照していただけたらと思う。
アトライタは扁平化までの速度が遅く粉砕に移行するまでに多くの時間を要した。この結果よりアルケミはアトライタより 4 倍の粉砕能力があり，粉砕ボールと金属粒子の動きが改善されてエネルギーがアトライタに比べ有効に利用できていることが判明した。メカニカルアロイングでも同等の結果が得られており，幅広い分野での工業化の可能性が示されている。

4．終わりに
乾式粉砕は湿式粉砕に比べて微粒化が非常に難しく，ハンドリングや温度コントロールの点でも課題は多い。そのため，乾式粉砕を行うには〈参 考 文 献〉
1 ）長谷川政裕，粉砕助剤，先端粉砕技術と応用，p.43‑53（2005）
2 ）関根靖由，粉砕・分散・混合が行われる実験機の開発，粉体工学会
誌，Vol.53，No.2，p.85‑89（2016）3 ）橋本等，粉砕とメカニカルアロイ
ング，先端粉砕技術と応用，p.102‑109（2005）
4 ）郡司進，最新のビーズミルについて， 顔 料，Vol.51，No.2，p.13‑20（2007）
5 ）岩本玄徳，杉本剛，抹茶の今を支える新製法， 化学工学， 第 80 巻
第 11 号，p.737‑740（2016）
化学装置