JP2023039916A - 攪拌ミル - Google Patents

Abstract

【課題】攪拌ミルの効率を更に向上させる手段を提供する。【解決手段】本発明は、粉砕体を含む粉砕チャンバ（７）と、その粉砕チャンバ（７）内の水平軸線周りで回転する攪拌シャフト（３）とを備える攪拌ミル（１）に関し、攪拌シャフト（３）は、攪拌シャフト（３）に接続され、水平軸線方向に互いに離間し、粉砕体を移動させる複数の粉砕ディスク（８）を支持し、各粉砕ディスク（８）は、好適には、スリット又は開口を有する。本発明の攪拌ミル（１）は、隣接する粉砕ディスク（８）が、粉砕チャンバ長さ（b）及び半径方向粉砕チャンバ高さ（a）の比が２：３以上になるよう、また粉砕ディスク（８）の外側ジャケット面と粉砕チャンバ（７）を制限する粉砕容器（２）内壁との間の半径方向距離（c）が半径方向粉砕チャンバ高さ（a）の20％を超えるよう、攪拌シャフト（３）上に配置されていることを特徴とする。【選択図】図２

Description

本発明は、請求項１の上位概念に係る粉砕体を含む粉砕チャンバ、攪拌シャフト、及び攪拌体を備える攪拌ミルに関する。

攪拌ボールミルとも称される攪拌ミルの基本原理を、図１に基づいて先に説明する。図１は、水平方向における攪拌シャフト３を備える攪拌ミル１を概略的に示す。粉砕容器２内に配置されると共に、一般に鋼球又はセラミック球として構成される粉砕体については図示されていない。攪拌ミル１の動作時に、粉砕すべき材料は、攪拌ミルの入口５を介して、粉砕容器２により包囲された粉砕チャンバ７内に送り込まれるか又は粉砕チャンバ７を通るよう送られる。粉砕すべき材料は通常、水及び固体の懸濁液である。

粉砕ディスクとも称されることが多いと共に、攪拌シャフトに相対回転不可能に接続された攪拌体８は、攪拌シャフト３の回転運動によって回転される。攪拌シャフト３には、特に、攪拌体８のスペーサ及び攪拌シャフト３の保護として、スリーブ状の攪拌シャフトブッシュ12（明示せず）が攪拌体８の間に取り付けられていることが多い。

回転運動を生じさせるために、攪拌シャフト３は、例えばベルトドライブ10を介して、電気モータ９で駆動することができる。この場合、攪拌ミル１の駆動装置は、粉砕容器２に隣接するハウジング11内に配置されていることが多い。

粉砕チャンバ７内に配置されると共に、攪拌体８の近傍に位置する粉砕体は、攪拌体８の回転によって粉砕容器２方向に向けて移動する。各攪拌体８間の中央領域においては、移動した粉砕体が粉砕容器２から再び攪拌シャフト３方向に戻るよう移動する。これにより、２個の攪拌体８間において粉砕体の循環運動が生じる。

粉砕チャンバ７を通るよう送られた粉砕材料懸濁液中の固体と粉砕体との間の衝突は、粉砕体の移動によって生じる。これら衝突により、粉砕材料懸濁液中における固体から微粒子が剥落するため、攪拌ミル１の出口６に到達する固体は、入口５で供給された固体よりも最終的に大幅に小さい。

粉砕体が粉砕チャンバ７から出ないようにするために、例えばスクリーン又はフィルタの形態の分離システム４も出口６の上流に取り付けられている。

実際の使用を通じて、攪拌体の寸法及び／又は互いに対する位置のバリエーションが知られており、そのバリエーションの目的は攪拌ミルの効率を向上させることである。

例えば、特許文献１（欧州特許第2178643号明細書）において提案されている粉砕ディスクは、攪拌シャフトの軸線に対して30°～60°の角度で傾斜し、従って攪拌シャフトの軸線に対してほぼ垂直ではない。これにより、粉砕体の循環運動が改善されることが意図されている。

更に、特許文献２（独国特許出願公開第34341553号明細書_、Patent DE34341553A1）においては、粉砕ディスクを長くすることにより、粉砕容器内壁に対する粉砕ディスクの半径方向距離を最小化し、これにより粉砕ディスクが粉砕体の直径よりも小さくなることが提案されている。これにより、２個の粉砕ディスク間にそれぞれ形成される中央領域間で個々の粉砕体の移動が特に防止されることが意図されている。

しかしながら、上述した提案は、効率向上を所望の程度までもたらすものではない。一方では、粉砕体に関して生じた循環運動には改善の余地がある。他方では、構成要素によって占有されずに有効利用される粉砕チャンバは、粉砕ディスクの構造変更によって縮小する。これにより、粉砕チャンバ内で同時に粉砕すべき材料が少なくなり、攪拌ミルの効率に悪影響を及ぼす傾向がある。

欧州特許第2178643号明細書 独国特許出願公開第34341553号明細書

上述した背景事情に鑑み、本発明の課題は、攪拌ミルの効率を更に向上させる手段を提供することである。

本発明によれば、この課題は、主請求項の特徴によって解決される。

従って、粉砕体を含む粉砕チャンバと、その粉砕チャンバ内の水平軸線周りで回転する攪拌シャフトとを備える既知の攪拌ミルが提案される。攪拌シャフトは、攪拌シャフトに相対回転不可能に接続され、水平軸線方向に互いに離間し、一体的に又は幾つかの部分で構成される複数の粉砕ディスクを支持している。これら粉砕ディスクは、粉砕体の移動を誘発する。この点に関して可能な限り効果的であるために、各粉砕ディスクは、基本的に溝及び／又は連続するスリット又は開口を有する。本発明によれば、隣接する粉砕ディスクは、（上述した水平軸線に沿って軸線方向に測定した場合の）粉砕チャンバ長さb及び半径方向粉砕チャンバ高さaの比が２：３以上になるよう攪拌シャフト上に配置されることが想定されている。この対策は、従来の解決策の場合、軸線方向長さ単位ごとにあまりに多くの粉砕ディスクが繰り返し設置されていることのみならず、小さ過ぎるディスク距離が粉砕体の変動を予想よりも減少させるという系統的シミュレーションの一部として得られた知見を考慮している。

本発明に係るこれら対策は、粉砕ディスクの外側ジャケット面と粉砕チャンバを制限する粉砕容器内壁との間の半径方向距離cが半径方向粉砕チャンバ高さaの20％を超えるという更なる対策と共に効果を発揮する。粉砕ディスクが例えば溝、スリット又は平坦部を有するが故に、回転する周方向ジャケット面に沿って完全に円筒形でない場合、上述した比率は、円周の大部分に沿って維持され、理想的にはほぼ全周又は全周に沿って維持される。

系統的な寸法試験中に、粉砕チャンバ長さb及び粉砕チャンバ高さaの比が２：３以上であること、並びにそれに関連して従来の攪拌ミルと比べて２個の粉砕ディスク間の距離の増加により、粉砕ディスク間の中間スペースにおける粉砕体の変動が顕著に大きくなることが判明した。これは、隣接する２個の粉砕ディスク間における粉砕チャンバの容積増加が寄与していることは確実である。ただし、これだけが原因ではない。なぜなら、この効果は、特に、溝、スリット又は開口による粉砕ディスクの端面のプロファイリングと、粉砕容器の内面に対する粉砕ディスクの半径方向距離が大幅に増加することとの複合効果で生じるからである。

後者の半径方向距離の大幅な増加は、粉砕体の変動が粉砕ディスクを越えて大きくなり、従って粉砕ディスク間の中間スペースにおける粉砕体の変動も大きくなる。同時に、粉砕体、粉砕チャンバ内面、及び粉砕ディスク間の摩擦が増加するため、粉砕体は周方向にかなり離れた距離に亘って連行され、その後に粉砕チャンバを制限する２個の粉砕ディスク間の中央領域に落下して戻る。これにより、相乗効果が生じる。即ち、２個の粉砕ディスク間で拡大された粉砕チャンバにて粉砕体の可動性が向上し、粉砕体がより大きく移動させられることにより、粉砕体は粉砕チャンバにて新たに得られた自由度を実際に利用することになる。

粉砕ディスクが溝、スリット及び／又は開口を有することにより、同様の意味で更なる相乗的な改善が実現される。これにより、周方向における粉砕体の連行効果が更に改善される。ただし、場合によっては、粉砕体は更に、溝、スリット又は開口を通過する際に、攪拌シャフトの回転軸線に平行な方向にも衝撃を受ける。これにより、粉砕体は、２個の粉砕ディスクによって制限された粉砕チャンバの中心方向に再び移動し、全体としては、粉砕チャンバ内の循環が特に回転方向に対して横方向又は斜め方向にも大きくなる。

粉砕チャンバ高さaは、粉砕チャンバ７を制限する粉砕容器内壁と攪拌シャフト又は攪拌シャフトに取り付け可能な攪拌シャフトブッシュの最大包囲外径との間の測定値である。

粉砕チャンバ長さbは、隣接する２個の粉砕ディスク間の距離の測定値である。この場合、粉砕チャンバに向けられ、従って粉砕チャンバに広がる側のエッジの距離が使用される。

本発明の有効性又は有用性を更に改善するために、本発明を設計するための多くの選択肢が存在する。

一般的な攪拌ミルの構成及び接続部を示す略図である。 粉砕チャンバ高さa、粉砕チャンバ長さb、及び半径方向距離cが描かれた攪拌ミルの第１代替案を示す説明図である。 粉砕チャンバ高さa、粉砕チャンバ長さb、及び半径方向距離cが描かれた本発明に係る攪拌ミルの第２代替案を示す説明図である。 個々の粉砕チャンバ14を有する粉砕チャンバ７を分離システム４から画定するロータディスクの設計の選択肢を示す略図である。

図２は、重要ではないために点線で描かれた「ダミー」によってのみ表された攪拌シャフトブッシュ12を備える攪拌ミル１の第１代替案を示す。図２においては更に、粉砕容器２、攪拌シャフト３、分離システム４、入口５、出口６、粉砕ディスク８、及び攪拌シャフトの水平軸線13が表されている。粉砕チャンバ７は、粉砕容器の内部において、粉砕すべき材料が占有し得るスペース全体を表している。ただし、この場合に粉砕チャンバ14は、粉砕チャンバのサブカテゴリであり、点線で描かれている。図２においては更に、粉砕チャンバ高さa、粉砕チャンバ長さb、及び半径方向距離cが描かれている。

図２に明示されているように、攪拌シャフトは、分離システム４に面する端部においてロータディスク15を形成しており、そのロータディスクは、実際の粉砕チャンバを分離システムから画定している。この目的のために、ロータディスク15にはロータバー16が設けられており、これらロータバー16は、ロータディスクから基本的に指状に突出し、周方向に見て互いに離間し、更には互いの間にスリットを形成している。これらロータバーは、分離システム４上で係合し、全体として、分離システム４を収容するいわばキャビティを形成している。ロータディスク15は、有利には、ロータバー16の半径方向下方におけるスリット領域17までスリットすることができ、従ってその場合には、軸線方向に貫流可能であると共に、ロータバー16の半径方向下方にある実際のシャフトまで到達する開口も任意的に有することができる。ロータバー16を有するロータディスクのこの設計は、図２に概略的に示す。この設計は、粉砕体の可動性を高めるのに顕著な更なる貢献をもたらす。

これら全てにかかわらず、ロータディスク15は、粉砕ディスク８又は粉砕ディスクを形成するブレードなど個々の物体の仮想回転体よりも小さな直径を有すれば有利であり得る。

図３は、攪拌ミル１の第２代替案を示す。この場合、四角い形状の攪拌シャフトブッシュ12が使用されている。また、粉砕ディスクの形状は、図３の左側の断面図で確認することができる。攪拌ミルにおける他の構成は、第１代替案の構成に対応している。

図３においても、粉砕チャンバ高さa、粉砕チャンバ長さb、及び半径方向距離cが描かれている。

図３に示すように、各粉砕ディスクが複数のブレードで構成され、これらブレードが周方向に順次に回転整列するよう配置されると共に、周方向に連続するスリットによって互いに分離されている。この場合、粉砕体との寸法合わせが行われる。なぜなら、粉砕体が摩擦力及びセルフロック力にもかかわらず可動性を維持すると共に、ブレードをブロックしないよう、スリットの大きさ、粉砕体の大きさ、及び粉砕ディスクと粉砕容器内壁又は粉砕容器内周面との間の半径方向ギャップ距離をそれぞれ選択しなければならないからである。

１ 攪拌ミル
２ 粉砕容器
３ 攪拌シャフト
４ 分離システム
５ 入口
６ 出口
７ 粉砕チャンバ
８ 攪拌体又は攪拌ディスク
９ 電気モータ
10 ベルトドライブ
11 駆動ハウジング
12 攪拌シャフトブッシュ
13 攪拌シャフトの水平軸線
14 粉砕チャンバ
15 ロータディスク
16 ロータバー
17 スリット領域（軸線方向スリット）

ａ 長手軸線方向における粉砕チャンバ長さ
ｂ 半径方向における粉砕チャンバ高さ
ｃ 半径方向距離

Claims (5)

1. 粉砕体を含む粉砕チャンバ（７）と、前記粉砕チャンバ（７）内の水平軸線周りで回転する攪拌シャフト（３）とを備える攪拌ミル（１）であって、前記攪拌シャフト（３）は、前記攪拌シャフト（３）に接続され、水平軸線方向に互いに離間し、前記粉砕体を移動させる複数の粉砕ディスク（８）を支持する攪拌ミルにおいて、
   粉砕ディスク（８）は、好適には、スリット又は開口を有し、
   隣接する粉砕ディスク（８）は、粉砕チャンバ長さ（b）及び半径方向粉砕チャンバ高さ（a）の比が２：３以上になるよう、また前記粉砕ディスク（８）の外側ジャケット面と前記粉砕チャンバ（７）を制限する粉砕容器（２）内壁との間の半径方向距離（c）が前記半径方向粉砕チャンバ高さ（a）の20％を超えるよう、前記攪拌シャフト（３）上に配置されていることを特徴とする攪拌ミル。
2. 請求項１に記載の攪拌ミル（１）であって、前記粉砕ディスク（８）は、スリット及び／又は開口を有し、又は複数のブレードで構成され、該ブレードは、周方向に順次に回転整列するよう配置されると共に、周方向に互いに分離するよう位置していることを特徴とする攪拌ミル。
3. 請求項１又は２に記載の攪拌ミル（１）であって、前記攪拌シャフト（３）は、分離システム４に面する端部においてロータディスク（15）を形成し、該ロータディスク（15）は、前記実際の粉砕チャンバ（７）を前記分離システム（４）から実質的に画定すると共に、前記ロータディスクから突出し、周方向に見て互いに離間し、更には互いの間にスリットを形成するロータバー（16）を有することを特徴とする攪拌ミル。
4. 請求項３に記載の攪拌ミル（１）であって、前記ロータディスク（15）は、前記ロータバー（16）の半径方向下方における領域までスリットされていることを特徴とする攪拌ミル。
5. 請求項３又は４に記載の攪拌ミル（１）であって、前記ロータディスク（15）を通る貫流面は、好適には軸線方向に見て、前記ロータバー（16）によって周方向に包囲されたロータ内側に比べて、前記ロータバー（16）間の半径領域においてより大きいことを特徴とする攪拌ミル。

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