JP2680738B2 - 回転ケージ内に分離手段を有する攪拌ミル - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、粉砕容器と、その内部に回転可能に配置さ
れた撹拌軸とを具え、これらにより粉砕スペースを限定
し、さらに、粉砕すべき材料の入口と、撹拌軸の一部と
して撹拌軸と共に回転するケージと、ケージ内に配置さ
れた分離手段とを具え、該分離手段は、未処理の材料お
よび必要に応じて粉砕補助媒体を保持すると共に処理済
みの材料を材料出口まで流出可能とする構成とし、さら
に、粉砕スペースを、材料の入口に隣接して配置される
と共にその全長の少なくとも大部分に亘って軸線方向に
撹拌軸が配置された入口ゾーンと、入口ゾーンの軸線方
向に隣接してケージの周囲に配置された分離ゾーンとに
区分してなる撹拌ミルに関するものである。

上述した形式の既知の撹拌ミル（ヨーロッパ特許第01
46852B1号参照）において、分離ゾーンは、粉砕スペー
スの全長の最大25％に亘って延在する配置とされてお
り、その全長の少なくとも75％は入口ゾーンによって占
められている。分離手段の有効面積は、一般的には粉砕
スペースを限定する粉砕容器の内部面積の５〜10％とさ
れている。その結果、分離手段は、粉砕すべき材料の排
出を相当に阻害する。したがって、粉砕容器の軸線方向
における材料の流れの速度成分は比較的小さく、粉砕す
べき材料の各個別的粒子は材料入口と分離手段との間の
長い経路上で所望の寸法まで漸減される確率が高い。し
かし、既知のミルの所定の全体寸法に対して、単位時間
当たりの処理量は非常に高いとは言いがたい。これは、
撹拌ミルの粉砕スペースを通しての材料の単一処理では
所要の粉砕を十分に達成し得ないため、材料を吸引して
粉砕スペースに数回にわたり循環させる必要があるこ
と、または材料を供給容器および粉砕スペースの間で反
復的に往復吸引する必要があることから明らかである。

本発明の基盤をなす課題は、単位時間当りの粉砕性能
を大幅に向上することができ、粉砕すべき材料の特に均
一な粉砕処理を可能とする撹拌ミルを提案することにあ
る。

この課題を解決するために本発明は、冒頭に記載した
形式の撹拌ミルにおいて、分離ゾーンを粉砕スペースの
全長の40〜80％に亘って延在させると共に、分離手段の
有効面積を、粉砕スペースを限定する粉砕容器の内部面
積の少なくとも20％としたことを特徴とするものであ
る。

本明細書において、分離手段の有効面積とは、篩メッ
シュまたは分離リングの間に位置する環状ギャップが設
けられた分離手段の表面積を意味している。

本発明による撹拌ミルは、分離ゾーンが比較的長く、
分離手段の有効面積が比較的大きいことにより、比較的
急速に通過し得るものであり、したがって粉砕すべき材
料の各個別的粒子にとって粉砕スペースの１回の通過に
より粉砕される確率は非常に低い。したがって、材料の
個別的粒子は、統計平均的見地からは、所望の粒度まで
粉砕されるためには、前文に記載した既知の撹拌ミルに
おけるよりも遥かに頻繁に粉砕スペースを通過させる必
要がある。それにも拘わらず、本発明の撹拌ミルによれ
ば、前文に記載した既知の撹拌ミルにおけるよりも相当
に高い粉砕動力を達成し得るという、驚くべき効果が確
認されたのである。粉砕の一様性は更に高めることがで
きる。撹拌ミル内での個別的粒子の平均滞留時間が短い
ため、材料が過熱により損傷する危険は公知技術におけ
るよりも本質的に少ない。

以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて詳述す
る。第１図〜第11図の各図は、それぞれ撹拌ミルを縦断
面で示すものである。

図示の各撹拌ミルは、内部に撹拌軸12が同軸的に取付
けられた略円筒状の粉砕容器10と、粉砕すべき材料の入
口14と、分離手段16とを具え、分離手段の下流側に材料
の出口18を配置したものである。粉砕容器10と撹拌軸12
との間に粉砕室、すなわち粉砕スペース20を形成し、同
スペースは、図示の各撹拌ミルにおいては、入口ゾーン
22および分離ゾーン24を含むものとする。入口ゾーン22
は、材料の入口14を含むものとし（第１図および第７図
〜第11図）、または軸線方向で前記入口に接続する（第
２図〜第６図）。分離ゾーン24を軸線方向で入口ゾーン
22に接続するようケージ25の範囲に配置し、同ケージ
は、過半軸12上に形成し、かつ、少なくとも略円筒状を
なして分離手段16を包囲すると共に一端側で開放する構
成とする。なお、分離ゾーン24の長さは、ケージ25の長
さと一致させる。

分離手段16は複数の個別的な分離リングにより又は篩
メッシュにより構成し得るものであり、図示の全実施例
においては、少なくとも略円筒状に形成すると共に有効
長をケージ25の長さ、したがって分離ゾーン24の長さと
一致させる。図示の全実施例において、撹拌軸12の軸線
方向に測った分離手段16の長さを、粉砕スペース20の全
長の約1/2（第１図〜第８図、第10図および第11図）〜
約2/3（第９図）とする。処理量に対して決定的な役割
を演じる分離手段16の作動面の外径は、ケージ25の内径
より僅かに小さく設定する。分離手段16の作動面の長さ
および直径の積は、粉砕容器10の長さおよび内径の積の
約20〜25％とする。

第１図〜第５図および第７図〜第11図に示す撹拌ミル
は、撹拌軸12が水平に配置される横置き形式とする。こ
れに対して、第６図は縦置き形式とした撹拌ミルを示す
ものである。

第１図に示す撹拌ミルにおいて、材料の入口14を撹拌
軸12の孔により形成する。入口ゾーン22の開始部から端
末部に向かう領域では、撹拌軸12を小径とする：すなわ
ち、その外径を粉砕容器10の内径の約1/4〜1/3とする。
入口ゾーン22の端末部に向けて、撹拌軸12の外径を粉砕
容器10の内径の約2/3まで徐々に増加させる：撹拌軸12
は、その大径を分離ゾーン24において保持する構成とす
る。

入口ゾーン22内に配置される撹拌軸12の領域により撹
拌素子26を支持する：撹拌素子は、第１図の実施例で
は、粉砕容器10の円筒状内壁に向けて延在する長い半径
方向ピンにより形成する。分離ゾーン24内に配置される
撹拌軸12の領域におけるケージ25によっても撹拌素子28
を支持し、同撹拌素子は短い半径方向ピンにより形成す
る。第１図に示すように、粉砕スペース20は、粉砕すべ
き材料30および粉砕補助媒体32によって部分的に満た
す。

ケージ25は、第１図の実施例においては、軸線と平行
なスロット34を具え、かつ、材料の出口18と対向する端
部で開放する構成とする。分離手段16は、撹拌軸12と同
軸的に配置されて粉砕容器10に取付けられた円筒状の篩
により形成する。分離手段16と同軸をなす充填体36を同
手段の内部に配置し、この充填体は、分離手段16との間
に、材料の出口18に向けて拡大する比較的狭い環状スペ
ース38を残存させる配置とする。

粉砕すべき材料30は主として入口ゾーン22において処
理され、同入口ゾーンでは粉砕支援媒体、すなわち補助
媒体32が長い撹拌素子26により強力に活性化される。そ
れにも拘わらず、材料の入口14は、比較的十分な防護策
が講じられているため、高速運動を行う粉砕支援媒体32
と多数回の衝突を生じて急速に摩耗する虞れはない。分
離ゾーン24内における短い撹拌素子28は、実質的には、
粉砕支援媒体32の凝集を回避または解消する機能をもっ
ぱら発揮するものである。

粉砕支援媒体32と混合された材料30は、入口ゾーン22
から分離ゾーン24を経て流れ、撹拌軸12の開放端部を通
過してそのケージ25内に流入する。ケージからは、処理
された材料30は分離手段16および環状スペース38を通過
して材料出口18まで流れる。これとは対照的に、粉砕補
助媒体または粉砕支援媒体32はスロット34を経て外方に
向けて投射された後、そのサイクルを反復する。

第２図の実施例による撹拌ミルは、材料の入口14を粉
砕容器10の端部側に配置して粉砕スペース20内に直接開
口させた点で第１図に示したものと相違している。ま
た、粉砕容器10の入口ゾーン22内における円筒状内壁に
対向素子40を取付け、これら対向素子は半径方向ピンと
して形成して撹拌素子26の間で撹拌軸12の直前まで延在
させる。さらに、撹拌軸12には冷媒流路42を形成する：
この流路は、撹拌軸12の図面における左端の駆動側から
充填体36内まで延在させ、同充填在は、第２図の実施例
では撹拌軸12と一体的に形成し又は撹拌軸上に取付け
る。第２図の実施例における分離手段も篩で構成する
が、第１図におけるとは異なり、篩は、分離手段16を撹
拌軸12と共に回転させるよう、粉砕容器10の代わりに撹
拌軸12に取付ける。

第３図の実施例では、撹拌素子26を、入口ゾーン22に
おいて撹拌軸12に取付けられた円形または非円形のディ
スクにより形成する。分離手段16は、第１図におけると
同様に粉砕容器10に取付けるが、第３図の例では個別的
リングの間に半径方向のギャップを有するリング装置に
より形成する。分離ゾーン24では、撹拌軸12に撹拌素子
を設けない：しかし、分離手段16の周囲にケージ25を配
置したことに伴い、そのスロット34により、粉砕すべき
各種の材料に対して十分な運動を材料30および粉砕補助
媒体32に行わせることができる。

第４図に示す実施例は、特に、入口ゾーン22において
ディスク状撹拌素子26の間で固定対向素子40を撹拌容器
10に取付け、同対向素子を第２図におけると同様に半径
方向のピンにより形成した点で、第３図に示すものと相
違している。第４図に示すように、撹拌軸12に中実シャ
フトコア44を設け、このコア上にディスク状撹拌素子2
6、撹拌素子間に配置されるスペーサブッシュ46、並び
にケージ25を支持する中空軸部分48を取付ける。第４図
に示す撹拌軸12の外径輪郭形状は第３図に示すものと同
一とする。しかし、第４図の左側に位置するディスク状
撹拌素子26には、形状および配列がピン状の対向素子と
対応する半径方向スロット50を形成する。これらスロッ
トは、シャフトコア44を既に粉砕容器10内に組込んだ状
態で、または、シャフトコア44を第４図に示すように右
側から左側まで挿入するに先立って、撹拌素子26をシャ
フトコア44上に嵌合可能とするために必要とされるもの
である。

第１図〜第４図および第６図〜第11図に示す撹拌ミル
が粉砕補助媒体を使用して作動させることを意図したも
のであるのに対し、第５図に示す撹拌ミルは、歯付き分
散ディスクとして形成した撹拌素子26を設けて粉砕支援
媒体を使用しない作動を可能としたものである。分離手
段16は、第３図および第４図におけると同様に形成する
が、第５図の例では材料の粗粒子を保持すると共に処理
された材料のみを材料出口18に到達可能とする機能を発
揮するものである。

図示の全ての実施例において、撹拌軸12はカンチレバ
ー状に取付けられており、したがって軸受52および軸シ
ール54は図示のごとく粉砕容器10の一端部のみに配置さ
れている。この端部またはその近傍に通常の構成の駆動
装置を結合し、または結合可能とする。第１図〜第５図
および第７図〜第11図に示す各撹拌ミルにおいて、分離
手段16は、駆動装置およびマウントから離れた粉砕容器
10の半部内に配置する。

しかし、第６図に示す縦置き形式の撹拌ミルにおいて
は、分離手段16を、粉砕容器10を駆動装置側半部内に配
置すると共に、軸シール54に隣接する排出室56を介して
材料出口18に接続する。したがって、撹拌素子26は、撹
拌軸12の遊端またはその近傍に取付ける。

第７図に示す撹拌ミルにおいて、撹拌軸12は、入口ゾ
ーン22の開始部に至る軸受52および軸シール54の領域の
みにおいて小径とする。その直径は、粉砕容器10の内径
の約1/4〜1/3程度とする。軸シール54から軸線方向に僅
かに離れた位置で、撹拌軸12の一部を構成する円錐部分
58を開始させ、この円錐部分と、これに対応する円錐形
状に形成された粉砕容器10の内側端壁とにより円錐状の
摩擦ギャップ62を限定する。材料入口14を、軸シール54
に近接する円錐状摩擦ギャップ62の半径方向内側領域内
に開口させる。円錐状摩擦ギャップ62には略同一幅の円
筒状摩擦ギャップ64を接続し、この円筒状摩擦ギャップ
は入口ゾーン22の終端部まで延在させる。粉砕すべき材
料30は、摩擦ギャップ62,64を限定する粉砕容器および
撹拌軸の壁との摩擦により、当該摩擦ギャップ内で活性
化される。分離手段16の周囲における分離ゾーン24内
で、撹拌軸12の外径は、円錐部分58の最大径よりも若干
小さく設定する。

第８図の実施例は、撹拌軸12の外径が軸シール54から
僅かな軸線方向距離の範囲内で顕著に減少する点で、第
７図の例と対応するものである。入口ゾーン22の大部分
および分離ゾーン24の全部分に亘り、撹拌軸12の外径
は、粉砕容器10の内径の約2/3程度とする。入口ゾーン2
2および分離ゾーン24において、撹拌軸12には比較的短
い半径方向ピンよりなる撹拌素子26を設ける。しかし、
同様に短い半径方向ピンとして粉砕容器の内壁に取付け
られた対向素子40は、入口ゾーン22のみに配置する：こ
のような対向素子40は、分離手段16の周囲における分離
シリンダ24には配置されていない。

第９図に示す撹拌ミルは、円錐状部分58および粉砕容
器10の内側端壁60に計上において、第７図の例と対応す
るものである。すなわち、本例においても、円錐状摩擦
ギャップ62および円筒状摩擦ギャップ64を設ける。しか
し、円錐状部分58を軸線方向に狭いカラー66で終止させ
ると共に、その直後、すなわち第９図の右側にカラー66
よりも外径の小さいケージ25を接続することにより、円
筒状摩擦ギャップ64は非常に短いものとする。ケージ25
の長さ、したがって分離ゾーン24の長さは、粉砕スペー
ス20の長さの約3/4とする。ケージ25にピン状の撹拌素
子28を取付けると共に、これらに間で同様にピン状の対
向素子40を粉砕容器10に取付けて半径方向内側に向けて
突出させる。その結果、材料30および粉砕補助媒体32が
比較的強力に活性化される。しかし、このように活性化
された粉砕補助媒体32は、カラー66により確実に阻止さ
れて材料入口14の領域には到達しない。したがって、材
料入口は、特に効果的に摩耗から保護されるものであ
る。

第10図に示す実施例においては、ケージ25をその開放
遊端側から軸線方向に相互に接続する３領域、すなわち
開放ケージ端に近接する位置から開始すると共に軸線方
向と平行をなす半径方向連続スロット34が設けられた領
域66と、かかるスロットが全く設けられていない閉鎖中
央領域68と、開放ケージ端から離れた位置に配置される
と共に半径方向連続スロット34が設けられた領域70とに
区分する。第１図におけると同様に、ケージ25の閉鎖中
央領域68の長さは、分離ゾーン24の長さの約1/2とす
る。

第11図に示す実施例においては、ケージ25は、中央領
域68のみならず、開放ケージ端に隣接する領域において
も完全に閉鎖する。軸線方向と平行をなす半径方向連続
スロット34等の開口は、これらを通して粉砕支援媒体32
をケージ25から排出可能とするものであるが、開放ケー
ジ端から離れた領域70のみに配置すると共に、分離手段
16の端部領域72の周囲に延在させる。

第10図および第11図に示すケージ25の構成によれば、
比較的長く大面積の分離手段の周囲での流れの一様性を
向上し、これにより単位時間当たりの粉砕動力を更に増
大することが可能となる。材料30および粉砕支援媒体32
は、ケージの中央領域において半径方向への流れが阻止
される。その中央領域においては、ほぼ半径方向成分を
含まない流れのみを生じさせることができる。その結
果、分離手段16とケージ25の内壁との間の環状スペース
38内における閉塞を防止することができ、いかなる常用
作動条件下でも、分離手段に、その全長に亘って最高効
率を発揮させることが可能となるものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 実開 昭56−28756（ＪＰ，Ｕ) 特表 昭61−500715（ＪＰ，Ａ) 米国特許3172609（ＵＳ，Ａ)

Claims (13)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】粉砕容器（10）と、その内部に回転可能に
   配置された撹拌軸（12）とを具え、これらにより粉砕ス
   ペース（20）を限定し、さらに、粉砕すべき材料の入口
   （14）と、撹拌軸（12）の一部として撹拌軸と共に回転
   するケージ（25）と、ケージ（25）内に配置された分離
   手段（16）とを具え、該分離手段は、未処理の材料（3
   0）および必要に応じて粉砕補助媒体（32）を保持する
   と共に処理済みの材料（30）を材料出口（18）まで流出
   可能とする構成とし、さらに、粉砕スペース（20）を、
   材料の入口（14）に隣接して配置されると共にその全長
   の少なくとも大部分に亘って軸線方向に撹拌軸（12）が
   配置された入口ゾーン（22）と、入口ゾーン（22）の軸
   線方向に隣接してケージ（25）の周囲に配置された分離
   ゾーン（24）とに区分してなる撹拌ミルにおいて、前記
   分離ゾーン（24）を粉砕スペース（20）の全長の40〜80
   ％に亘って延在させると共に、前記分離手段（16）の有
   効面積を、粉砕スペース（20）を限定する粉砕容器（1
   0）の内部面積の少なくとも20％としたことを特徴とす
   る撹拌ミル。
2. 【請求項２】請求項１記載の撹拌ミルにおいて、前記分
   離手段（16）の有効面積を、粉砕スペース（20）を限定
   する粉砕容器（10）の内部面積の25〜50％としたことを
   特徴とする撹拌ミル。
3. 【請求項３】請求項１または２記載の撹拌ミルにおい
   て、前記粉砕容器（10）および撹拌軸（12）を、撹拌軸
   （12）の全駆動動力のうちの少なくとも90％が入口ゾー
   ン（22）内で、また最大10％が分離ゾーン（24）内で、
   粉砕すべき材料（30）に対して導入されるよう形成した
   ことを特徴とする撹拌ミル。
4. 【請求項４】請求項１〜３のいずれか一項に記載の撹拌
   ミルであって、撹拌軸（12）により撹拌素子（26）を支
   持すると共に、該撹拌素子に関連させて対向素子（40）
   を粉砕容器（10）に取付けたものにおいて、対向素子
   （40）をもっぱら入口ゾーン（22）内に配置したことを
   特徴とする撹拌ミル。
5. 【請求項５】請求項１〜３のいずれか一項に記載の撹拌
   ミルであって、撹拌軸（12）により撹拌素子（26）を支
   持するものにおいて、撹拌素子（26）をもっぱら入口ゾ
   ーン（22）内に配置したことを特徴とする撹拌ミル。
6. 【請求項６】請求項１〜５のいずれか一項に記載の撹拌
   ミルにおいて、材料入口（14）に近接する入口ゾーン
   （22）内における撹拌軸（12）の直径を、分離ゾーン
   （24）における直径よりも相当に小さく設定したことを
   特徴とする撹拌ミル。
7. 【請求項７】請求項６記載の撹拌ミルにおいて、前記撹
   拌軸（12）の直径を、入口ゾーン（22）の全長の少なく
   とも一部に亘り、入口ゾーン（22）における撹拌軸（1
   2）の最小直径の少なくとも２倍まで分離ゾーン（24）
   の方向に徐々に増加させたことを特徴とする撹拌ミル。
8. 【請求項８】請求項６または７記載の撹拌ミルにおい
   て、撹拌軸（12）には、入口ゾーン（22）内で平滑な円
   錐状部分（58）を設けたことを特徴とする撹拌ミル。
9. 【請求項９】請求項８記載の撹拌ミルにおいて、円錐状
   部分（58）は材料入口（14）に直接隣接させて配置した
   ことを特徴とする撹拌ミル。
10. 【請求項１０】請求項１〜９のいずれか一項に記載の撹
    拌ミルにおいて、撹拌軸（12）には、分離ゾーン（24）
    に近接する入口ゾーン（22）の端部領域で、ケージ（2
    5）の直径より大きな直径を有するカラー（66）を設け
    たことを特徴とする撹拌ミル。
11. 【請求項１１】請求項１〜10のいずれか一項に記載の撹
    拌ミルにおいて、ケージ（25）を中央領域（68）におい
    て閉鎖形状に形成し、該中央領域を分離ゾーン（24）の
    全長の少なくとも1/4に亘って延在させることを特徴と
    する撹拌ミル。
12. 【請求項１２】請求項11記載の撹拌ミルにおいて、ケー
    ジ（25）の閉鎖領域（68）を分離ゾーン（24）の全長の
    1/3〜2/3に亘って延在させることを特徴とする撹拌ミ
    ル。
13. 【請求項１３】請求項12記載の撹拌ミルにおいて、ケー
    ジ（25）を、もっぱらケージ（25）の開放端部から離れ
    た端部領域（72）の周囲で、半径方向外方に向けて開放
    した形状に形成したことを特徴とする撹拌ミル。