JPH084112Y2 - 乾式微粉砕、分級装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は砕料を連続的に供給され
微粉を製品として回収する乾式微粉砕、分級装置に係
る。

【０００２】

【従来の技術】従来から乾態の砕料を連続的に供給され
粉砕，分級する乾式微粉砕、分級装置はいくつかの型式
の装置として提供され、各産業分野で広く使用されてき
た。例えば図５に示すように竪型ローラミルでは縦向き
円筒状のケーシング１０１の底部で水平に回転するテー
ブル１０２と回動可能に支持された複数のローラ１０３
とからなる粉砕部へ連続的に砕料を供給し、両者の間で
挾圧して粉砕し、底部から噴き上げる上昇気流に乗せて
ケーシング上部に具え付けた分級機１０４へ粉砕品を送
り込みケーシング内で分級を行う。分級機１０４は多数
の羽根を放射状に具えた回転ロータで形成し粗粉は遠心
力によって外周側へ跳ね飛ばし、微粉は空気の渦流によ
る向心力が勝ってロータ中心からケーシング外へ製品Ｆ
として排出回収をする。また、セメントクリンカーなど
の粉砕に広く使用される横型ボールミルでは、横向き円
筒状の回転ケーシング内で粉砕媒体（ボール）と砕料を
収容して粉砕し端部から排出した微粉をサイクロンにか
けて分級して製品を回収する。一方、竪型ミルで粉砕後
の微粉などの回収に改善を加えた従来技術も多く、たと
えば、特開平１−１２０９４９号公報は、竪型の粉砕筒
内で回転羽根を回転して装入された被砕物を相互間およ
び粉砕媒体間の摩砕作用によって粉砕し、その際に生じ
る超微粉を取り除いて摩砕効率を高めると共に、高純度
の生産粒状体を得ることを目的とする発明である。その
ために粉砕機の後段に所要粒度範囲の最大径以上の粉体
を補促する第一補促機と、最小粒径以上の粉体を補促す
る第二補促機を接続し、最後の集塵機に繋いで固気の分
離を行なう構成よりなっている。この結果、超微細粒子
を粉体筒内から誘導して集塵機で捕集するので粉砕効率
の低下がなく、製品への超微細粒子の混入もなくなった
と謳っている。

【０００３】ところが最近は各分野で使用される機能性
材料の開発研究が著しく進歩し、その原料として使用す
る各種材質の微粉もいままで以上に粒度が小さく、しか
もその粒度分布の幅が狭い優良な品質が求められるよう
になり、従来の微粉砕、分級装置ではこの要請に応えら
れなくなってきた。この課題解決のために開発されたの
が遊星ボールミルである。遊星ボールミルの一般構造は
主軸の回転を受けて公転する複数のミルポットを主軸の
周囲に均等（２ヶならば対称的に、３ヶ以上ならば主軸
から等距離放射状に）に配設し、該ミルポット自体も自
己の回転軸を中心に自転するものである。具体的には主
軸と共に回転するミルポットの外周に遊星歯車を周設
し、この遊星歯車と噛合する太陽歯車を別に回転または
停止させて、ポットを公転しつつ自転させる例などが典
型である。通常の転動式ボールミルは、粉砕媒体のボー
ルと砕料とが１本の転動する円筒内でカスケード運動を
起し、その重力落下による圧潰と摩滅によって粉砕させ
るものであるのに対し、遊星ボールミルは高速の公転，
自転運動による遠心力と、コリオリス力とが相乗的に働
いて粉砕速度を向上させ、かつ粒度分布の優れた微粉を
短時間に得ることができる。特に、高速回転による粉砕
力は抜群であり、例えば数ミリサイズの珪砂を投入し
て、僅か数分間稼動しただけで平均粒径が数ミクロンと
いう微粉を得ることができる。遊星ボールミルの一般的
な構成を提示した従来技術としては、特公昭３４−００
７４９３号公報などが見出され、現在広く知られている
原理、構成の基本要件を列挙した点で評価されるべき先
行技術の一つであると言える。なお、連続式遊星ボール
ミルの排出側管にバグフィルタが連接し、バグフィルタ
はターボブロワーに連接しているから、バグフィルタで
遊星ボールミルから排出された粉砕済みの粉体を回収
し、分離された空気だけがブロワーから放散するという
現在でも踏襲されている一般的な遊星ボールミルを具え
た粉砕装置の構成を開示している。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】ところで遊星ボールミ
ルがこのように強力な粉砕力を発揮して従来の粉砕機で
は到底得られなかった微粉を得ることができる反面、従
来はあまり問題とならなかった新しい障害が目立ちはじ
めた。それは砕料が急速に微粉化して数μｍ程度にまで
細かくなると、粉体表面が活性化し、さらに粉砕媒体か
らの力が加わって微粉化した砕料が微粉同士および粗粉
の表面に凝集し、見かけ上、逆に粗粉化する逆粉砕作用
が現れることである。一旦微粉が凝集してしまうとこれ
をほぐす(解砕)ことは容易でなくきわめて強い凝集力が
作用していることが判る。凝集力の強さを判断する一例
を図６によって説明すると、タルク原料（平均Ｘ₅₀＝
４．７μｍ）を２種類の分散条件で処理した場合、両条
件によって分散後の製品の粒度分布がどれだけ相違する
かを調べてみた。図の白丸で示した粒度分布は６０Ｗの
超音波バス（超音波振動）を３０秒間かけた粉末を示し
平均粒径は３．４μｍに分散されていた。また図の黒丸
で示した粒度分布は３００Ｗの超音波ホモジナイザで５
分間、強力に湿式分散した場合の粉末を示し平均粒径は
２．３μｍとかなり大きい差が認められる。ここに述べ
た前者（６０Ｗ超音波バス）の分散条件は通常流れ作業
中の微粉から定期的にサンプリングして粒度を測定する
場合に適用される標準処理であるが、図で見るとおり、
この試料として使ったタルク原料では分散条件によって
製品の粒度にかなり大きな差が現れており、６０Ｗ超音
波バスの分散作用ではまだ解砕されることなく残り、３
００Ｗ超音波ホモジナイザを長時間かけて辛うじて解砕
される凝集粗粉が多く含まれていることを証明してい
る。

【０００５】超微粉を急速に得られる遊星ボールミルに
おいて折角微粉化しながらその後凝集し、強い凝集力の
ため見かけ上粗粉と変らない状態となってしまうことは
遊星ボールミルの優秀な機能を著しく損うものである。
経験上、３００Ｗ超音波ホモジナイザによって分散しな
ければ解砕しないような逆粉砕現象の微粉は、たとえば
合成樹脂への練り込みのときでも分散せず粗いままの状
態で残るから粗粉としての価値しかなく超微粉としての
評価は与えられない。

【０００６】本考案は以上の課題を解決するために超微
粉が得られる粉砕装置と、逆粉砕現象を解砕して優秀な
品質を維持する分級装置を組み合せた装置の提供を目的
とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本考案に係る乾式微粉
砕、分級装置は、乾式の微粉砕のために主軸の回転を受
けて公転し、かつそれぞれが自己の回転軸を中心に自転
する複数のミルポットを主軸の周囲に均等に配設し、該
ミルポット内へ共に公転する供給部から供給される砕料
を粉砕する乾式連続遊星ボールミルを具え、該遊星ボー
ルミルの出口側へ前記遊星ボールミル独自の逆粉砕現象
による凝集粗粉を解砕分散する高速で回転するロータを
垂設した回転ロータ型分級機を連結し、該分級機の出口
側に粗粉回収装置，前記解砕分散後の微粉を含めた微粉
回収装置およびブロアを組み合せてなることによって前
記の課題を解決した。なお、具体的には微粉回収装置が
サイクロンによる微粉回収とバグフィルタによる超微粉
回収によって形成されていることが望ましい。

【０００８】

【作用】図１は本考案装置の作動の手順を示すフローチ
ャートである。図１において砕料は空気と共にフィ−ダ
とブロアによって乾式連続遊星ミルに供給、粉砕され
る。粉砕製品は回転ロ−タ型分級機へ空気輸送され、そ
こで粗粉と微粉に分級される。粗粉は回収装置で粗粉製
品として回収される。微粉はさらにサイクロンおよびバ
グフィルタなどの回収装置へ空気輸送され、そこで微粉
製品として補集・回収される。清浄空気だけが回収装置
を通過し、ブロアによって大気中に放出される。分級機
は回転ロータ型に限られるが、これは特殊円筒状または
円盤状の分級ロ−タを高速回転させる遠心力式風力分級
機の一型式である。帯板で作られた多数の羽根を放射状
に配列した円筒状籠型ロ−タを、高速回転させてできる
旋回気流の遠心力と吸引空気の向心力とのバランスによ
り分級粒度が決定される。粗粒子は遠心力が向心力にう
ち勝って分級室壁に沿って下降し、微粒子は逆に向心力
が遠心力にうち勝って羽根をよぎって内部に進み、排気
管を通って回収装置に集められている。

【０００９】回転ロータ型の分級機自体は新規な技術で
はなく、図５における竪型ローラミルにおいて分級機１
０４として図示しているとおり粉砕製品を粗粉と微粉と
に分休する目的で従来より使用されてきた。しかしなが
ら回転ロータ型の分級機が連続式遊星ボールミルと組み
合せられると、従来とは全く異なる新しい作用を生じ
る。すなわち、既に述べたとおり遊星ボールミルから連
続的に排出されてくる微粉は余りに超微粉化されたため
表面が活性化して凝集し、見かけ上粗粉の状態に逆粉砕
されることがあるが、分級ロータに凝集粗粉が直接衝突
して分散したり、ロータ内の渦流、乱流に乗って凝集粗
粉同士が衝突して相互に分散したりする作用が進行す
る。このような分散作用は超微粉の凝集体が混在する遊
星ボールミルからの流入粉末においてだけ見られる特別
の作用であり、回転ロータ型の分級は強力で効率の高い
分散機能も同時に兼ねているといえる。

【００１０】

【実施例】図２は本考案の実施例を示す縦断正面図であ
る。図に示すように乾式連続遊星ボールミル１の基本的
な構成は従来技術と同様、主軸１１はモータ１２の回転
を変速して受け複数個軸回りに均等に配設したミルポッ
ト１３を公転する。モータ１２によって回転する主軸１
１には太陽歯車１４を周設してミルポット１３の外周に
周設した遊星歯車１５と噛合してミルポット１３の自転
を作動しミルポットは高速で主軸の回りを公転しつつ自
らの中心軸を中心に自転もする。砕料Ｓはスクリューフ
ィーダ１６のホッパ１７へ投入されスクリューの回転に
乗せられて定量づつ主軸１１の軸心に穿った供給側軸孔
から供給パイプ１８を介して連続的にミルポット１３の
内部へ供給され、ミルポット内に装入されている粉砕媒
体の運動によって粉砕される。粉砕された微粉は出口側
軸孔１９から回転ロータ型分級機２へ連通する。分級機
２は縦向き円筒状のケーシング２１の下方から微粉を吸
引し上方へ誘導されてモータ２２によって高速回転する
ロータ２３へ誘引される。向心力の勝った微粉だけが分
級されて排出されるがこのとき先に述べたように逆粉砕
されて凝集した見かけ上の粗粉を解砕して再び微粉に戻
す。微粉はサイクロン３を通過するときに回収された微
粉Ｆ1 とさらにバグフィルタ４を通過するときに回収さ
れる超微粉Ｆ2 とに分けて製品となる。しかしこの分別
の必要のないときはバグフィルタだけの回収によって一
括製品としてもよい。分級機２で回収された粗粉Ｒはそ
のまま粗粉製品とする。最終的に清浄となった気流をブ
ロア５が吸引し大気中へ放出する。

【００１１】図３は、図１に示す連続遊星ボールミルの
遠心力が１６０Ｇ（地球上の重力加速度の１６０倍）、
回転ロータ型分級機のロータ径がφ１５０ｍｍ，ロータ
回転数が２２０Ｈｚ，風量が１．３６ｍ^３／分の条件で
運転したとき、得られる粗粉製品Ｒ，サイクロンから回
収した微粉製品Ｆ１，バグフィルタから回収した超微粉
製品Ｆ２についてそれぞれ６０Ｗ超音波バスの分散処理
を３０秒かけたもの（白丸）と、３００Ｗ超音波ホモジ
ナイザの分散処理を５分間かけたもの（黒丸）の粒度分
布を示したものである。図の向って右側からＲ１，Ｆ
１，Ｆ２の各製品特有の曲線を示し、白丸と黒丸が重な
って異なる分散処理をしてもその差は殆ど認められず、
この傾向は粒径が小さくても変らないので目的と完全に
合致している。たとえばどちらの分散条件でも、サイク
ロンから回収した微粉製品Ｆ１の平均径Ｘ_５０は０．９
７μｍ、バグフィルタから回収した微粉製品Ｆ２の平均
径Ｘ_５０は０．７６μｍおよび粗粉製品Ｒの平均径Ｘ
_５０は２．４３μｍであった。６０Ｗ超音波バスで３０
秒間湿式分散する分散条件は前述のとおり粒度測定時の
一般的な分散条件であるので、図１に示すバグフィルタ
およびサイクロンから得られる微粉製品と粗粉製品は逆
粉砕していないと評価できる。その他の実施例として図
４に示すように、粗粉をフィーダにフィードバックする
ことにより再粉砕し、微粉だけを製品として生産するこ
とができる。一方、遊星ボールミルの排出口から直接サ
ンプリングした粉砕済みの粉体の粒度分布と、ロータ式
分級機で分離した粗粉、同微粉の粒度分布をそれぞれ粒
径（μｍ）、累積、頻度によって記録した実験データも
ある。頻度とは一つ上の篩上とその次の篩上との差であ
り、その粒度間に留まる粒子の重量％である。この試験
において遊星ボールミルの出口から得られる粉体をロー
タ式分級機で分級すると、粗粉対微粉の割合は１：２．
５であったが、所望の粒度として粒径２．６３μｍまで
の微粉を製品適格と採るならば、回収微粉はほぼ８０％
の累積に及び、遊星ボールミル排出直後の同３６％から
粗粉側への流出分を差し引いた単純計算上の累積値４３
％より大幅に微細化していた。このことは粗粉、微粉の
分級後の前記回収割合から考えても、本考案におけるロ
ータ式分級機は他の形式の粉砕機における分級機とは全
くその機能を異とし、名前こそ通称のロータ式分級機と
そ のまま呼んではいるものの、実際は単に装入粉体を微
粉と粗粉に分離する機能よりは、凝集した見かけ上の粗
粉を解砕、分散することを主な使命とすることを如実に
証明している。

【００１２】

【考案の効果】本考案の乾式微粉砕、分級装置は粉砕能
力の卓拔した乾式連続遊星ボールミルを使用し、かつこ
の場合、処理物を数μｍ以下または１μｍ以下に粉砕す
る時にどうしても避けることのできなかった逆粉砕現象
を解消することが可能となり、いままで生産することが
困難で大きな動力が必要であった数μｍ以下または１μ
ｍ以下の粉体を効率良く生産することができる。この装
置が実地に採用されると、従来の微粉、分級装置では到
底得られなかった超微粉が容易に得られるので、各産業
分野における新しい材料、たとえば有効な機能性材料を
創造することができ、いろいろな分野ではかり知れない
貢献をすることも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案のフローチャートである。

【図２】本考案の実施例を示す縦断正面図である。

【図３】本考案の実施例の効果を例示する図表である。

【図４】本考案の別の実施例のフローチャートである。

【図５】従来技術の一つを例示する縦断正面図である。

【図６】別の従来技術における課題を示す図表である。

【符号の説明】

１ 乾式連続遊星ボールミル ２ 回転ロータ型分級機 ３ サイクロン ４ バグフィルタ ５ ブロア 11 主軸 12 モータ 13 ミルポット 14 太陽歯車 15 遊星歯車 21 ケーシング 22 モータ 23 ロータ

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 砕料の連続的供給を受け密閉空間内で粉
   砕し、粉砕後の砕料を分級して微粉を製品として回収す
   る乾式微粉砕、分級装置において、乾式の微粉砕のため
   に主軸の回転を受けて公転し、かつそれぞれが自己の回
   転軸を中心に自転する複数のミルポットを主軸の周囲に
   均等に配設し、該ミルポット内へ共に公転する供給部か
   ら供給される砕料を粉砕する乾式連続遊星ボールミルを
   具え、該遊星ボールミルの出口側へ前記遊星ボールミル
   独自の逆粉砕現象による凝集粗粉を解砕分散する高速で
   回転するロータを垂設した回転ロータ型分級機を連結
   し、該分級機の出口側に粗粉回収装置，前記解砕分散後
   の微粉を含めた微粉回収装置およびブロアを組み合せて
   なることを特徴とする乾式微粉砕、分級装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、微粉回収装置がサイ
   クロンによる微粉回収とバグフィルタによる超微粉回収
   によって形成されることを特徴とする乾式微粉砕、分級
   装置。