JPS6258780B2

JPS6258780B2 -

Info

Publication number: JPS6258780B2
Application number: JP60091297A
Authority: JP
Inventors: Arumin Gaigeru
Original assignee: GEBURU BYUURAA AG
Current assignee: GEBURU BYUURAA AG
Priority date: 1977-04-29
Filing date: 1985-04-30
Publication date: 1987-12-08
Also published as: DE2813781A1; JPS60261554A; GB1597054A; DE2858218C2; CH618893A5; JPS6129780B2; NL7804409A; US4174074A; DE2813781C2; JPS53136762A

Description

【発明の詳細な説明】この発明は、液体中に懸濁する被粉砕材を連続
的に微粉砕して且つ分散させる高性能撹拌ボール
ミルに関する。該高性能撹拌ボールミルは半径方
向に外側に向つて突出する回転子撹拌部材を有す
る回転可能に配設された回転子と、半径方向に内
側に向つて突出する固定子撹拌部材を有する、前
記回転子を囲んで固定して配設された固定子と、
前記回転子と固定子の間に配設されていて少なく
とも一部分に粉砕体をつめてある粉砕室と、回転
子を冷却するための回転子冷却装置と固定子を冷
却するための固定子冷却装置とを有する。この種
の高性能撹拌ボールミルは特に食品工業、化学工
業及び染色工業における粘性、流動可能な物質の
選定のために使用される。このような高性能撹拌
ボールミルは知られており、一般に粉砕体がつめ
られていて、のちに固定子と称するたて型の粉砕
容器とこの粉砕容器中で回転する、好都合な形の
撹拌部材を有する回転子とから構成されている。
前記の撹拌部材はスチール、ガラス、陶土、セラ
ミツク或いは類似の材料でできている球形粉砕体
を回転させる。固定子と回転子との間に設けてあ
る粉砕室に同時に被粉砕材がポンプ供給される。
前記被粉砕体は回転する粉砕体充填による通過中
に剪断及び圧縮の負荷を受ける。前記の負荷は懸
濁液の固体粒子に大きな粉砕作業の影響を及ぼ
す。生成する摩擦熱は固定子と回転子の冷却によ
つて除かなければならない。

粉砕室の被粉砕材出口には、被粉砕材は通す
が、粉砕体は通さない分離装置を設けてある。

粉砕力は無論被粉砕材にのみ作用するのではな
く、粉砕体、撹拌部材、壁部のようなミルの活動
部分も消耗が激しい。従つて炭化タングステン或
いは類似の硬質金属のような極めて消耗しにくい
材料で粉砕体を作ることが提案されている。

しかしその場合には一方で、一般に固定子、回
転子及び撹拌部材を作る軟鋼は損耗が激しく、磨
滅し、流動材中に埋設された硬い粉砕体による永
久打撃応力を受けることを覚悟しなければならな
い。

細かさの程度に関して所望の粉砕能力を得るた
めに、即ち分散と装入性能を得るためには次のよ
うな多数の媒介変数が決定的要素となつている。
即ちミルの大きさの選定、粉砕体の充填管とボー
ルの直径、回転子の回転数、撹拌部材の形状と相
互間隔、粉砕容器内の被粉砕材料の圧力と滞留時
間等である。

今迄に知られているミル構造では壁部、撹拌部
材、粉砕体の消耗挙動によつて前記の決定的要素
の変更を任意に行なつて性能の改善を図ることに
も、ミルの寿命が短かすぎると不経済なのでこれ
を防止しようとすると限界がある。

前記の種類の高性能撹拌ボールミルの場合に
は、円筒状の撹拌回転子の直径を少なくとも固定
子直径の三分の一にすることによつて、できる限
り一様な速度と圧力を得るためにリング状の粉砕
室横断面を作ることが知られている。同時にこの
対策を通じて、冷却された回転子を介しての熱除
去のための冷却面の著しい改善も達成される（ド
イツ連邦共和国特許出願公告第1214516号公報、
同第1233237号公報、同公開第2443799号公報、ス
イス特許第459724号公報、同第400734号公報）。

回転子の運動エネルギーを粉砕体充填に伝達す
る撹拌部材は一般的に指形、翼形、歯形の工具と
して容易に交換できるように回転子にとり付けら
れる。

粉砕と分散の効果を改善するために固定子の内
壁部も類似の形状の工具を担持している。これら
の工具には、撹拌部材と充填された粉砕体との間
の相対的運動を促進するという課題がある。

さて、粉砕室内の相対的運動が強まると粉砕性
能が良くなるが、しかし同時に撹拌部材と壁部の
消耗と被粉砕材の熱も上ることが判つた。これに
よつて生産の経済性の限界と被粉砕材の最高許容
温度も屡々過剰になる。

この発明の目的は、粉砕の際及び新しい粉砕手
段をとりつける際に案内によつて常にこれ迄と同
じようにきちんとした心出しが行なわれるように
することにある。これは特に回転子（回転子が環
状要素から構成されていてもいなくても）には重
要なことである。何となればこのようにして回転
子をたとえば浄化の目的のためにとり外してまた
あらたにつけなおす場合には保持手段に対する心
出しが確保されるからである。

この目的は本発明によつて次のようにして達成
される。即ち、固定された支持手段、回転軸線の
周りに回転するように前記支持手段によつて回転
可能に支持された駆動軸端部、前記回転軸線の周
りに回転するように前記駆動軸端部に取り外し可
能に連設された回転子、前記支持手段に取り外し
可能に連設された固定子、前記回転子及び固定子
によつて限定され、粉砕ボールによつて少なくと
も部分的に満たされる粉砕室、前記被粉砕材を前
記粉砕室内に供給するための供給手段、前記粉砕
室内に前記粉砕ボールを保持するための保持手
段、前記回転軸線を囲み、かつ分散された被粉砕
材を含有する液体の通過を可能とするも、前記粉
砕ボールを保持しうる該粉砕ボールよりも小さな
開口部、前記支持手段と前記駆動軸端部の少なく
とも一方に配設され、前記取り外し可能な部材の
少なくとも一つを案内するための案内手段を備え
ることである。

従来は消耗性を低くするために主として建築用
鋼材が回転子及び固定子を作るのに利用された。
無論それらの材料には表面硬度の点で限界があつ
た。何となればそのような材料は従来の成形技術
に従つて削り出し加工可能で且つ部分的には溶接
可能でもなければならず、他方は摩擦力及び圧縮
力としてのみ長もちしなければならなかつたから
である。

この、加工性と要求の条件を回避するこの発明
による新規な応用技術と成形技術とによつて材料
の選択には大きな余裕が出来る。更に、回転子熱
を冷却手段に伝達する面を拡大するための冷却リ
ブの応用によつて大量の熱の排除が可能になるの
で、高価な材料が許容限界ぎりぎり迄負荷がかゝ
り、粉砕能力を著しく強化することができる。環
状部材がまた交換可能なので、過度の消耗を伴う
回転子過負荷の場合にも冷却ミルの操作準備の再
開の対策は簡単である。

この発明のこのようないくつかの特徴はいくつ
かの一連の変形例において得られるものである
が、そのうち最も重要なものを以下に掲げる。

好ましい一例では、鋳造回転子・撹拌部材を担
持する回転子・環状部材が円筒状回転子・案内管
上に並べられていて、回転子・冷却管路をその内
側面で限界にしている。やはり冷却手段逆もどり
管として役立つ中央案内管は引張緊張を受けてお
り、回転子・環状要素を圧縮するために必要な圧
縮力を供給する。言い換えると、回転子・環状部
材は引張ボルトによつて、回転子、案内管の両端
部にとり付けられた二つのフランジの間で圧縮さ
れる。引張ボルトは、接目圧の変更を最小限度に
した場合の回転子環の熱膨脹を吸収するために、
強い引張緊張を受けている。環状要素の相互突合
面はパツキング又はパツキング材料によつて冷却
材ろう出が防がれている。これらの面ははんだ付
けしても、又接着してもよい。

回転子案内管と回転子・環状要素の間に設けて
あつて冷却剤が貫流する環状室を区分けするため
にある回転子・冷却リブはらせん状にすることが
できるので、冷却の観点から見れば好都合な、ら
せん状に連続する回転子・冷却管路を構成する。
回転子・冷却リブは直接環状要素又は案内管と共
に鋳造するか或いは任意の横断面積の型鋼を環状
部材又は案内管に溶接することによつて、或いは
屑出し加工によつて形成することができる。

固定子はやはり環状部材で構成することができ
る。これらの環状部材は一つの外側案内管中に相
隣接して並んでいて、この管と半径方向リブと共
にらせん状の固定子・冷却管路を形成する。この
場合も環状部材は合目的に形成された鋳付けされ
た撹拌部材を担持していて、引張材によつて保た
れる。

回転子と固定子の環状要素への区分は、鋳付け
された撹拌部材を担持する環状要素が撹拌部材の
ない環状要素に交互に続くという風に行なうこと
ができる。これに従つて管状部材を担持する回転
子の環状要素に対して固定子の滑らかな環状要素
が設けてあり、又その逆になつている。消耗した
環状要素を交換する際にはこのようにして異なる
消耗度を良く計算に入れることができる。

この回転子構造のもう一つの利点は、回転子・
撹拌部材の異なる空間構成の可能性にある。従つ
て環状要素の簡単な相互捩れによつてたとえば相
互に互いちがいにするか、或いは回転子軸に平行
に一線上に並ぶかするように環状部材を配列する
ことができる。

このように構成されたこの発明の高性能撹拌ボ
ールミルは、鋳造方法又は研磨法でのみ作られる
撹拌部材を有する環状要素の製造のための極めて
硬い材料の選択を可能にする。

回転方向に見て前方の撹拌部材縁辺部は、連続
的反撥と粉砕体の変更とによつて特に強い疲労衝
撃応力に遭う。従つて公知の構造では、このよう
な撹拌部材は回転子シリンダーと固定子シリンダ
ーに組み込まれた交換可能な硬化スチールピンと
して形成される。この場合にも材料の硬度の選択
は固定と生成応力の加工性によつて制限されてい
た。

この発明の更に別の変形例は、環状要素に鋳付
けされた支持歯を有する撹拌部材を形成する。こ
の支持歯には回転方向に見て前方縁辺部に交換可
能な作動部材が固定されている。この作動部材の
材料は支持歯のそれより硬い。

交換可能な作動部材は横断面が円形又は他の形
状をしている、硬質材料製の一本の棒の形で支持
歯上に載置してあるか固定してあるのが良い。

硬質金属の公知の重い形状を考えて、棒状の作
動部材は特にろう付けされるか、接着されるか或
いは鋲どめされる。

支持歯には、圧縮応力に適した載置面を硬質金
属作動部材に提供して、脆くない材料から彎曲応
力の負荷を著しく除去するという課題がある。

引張応力はないので、特にはんだ付け結合及び
接着結合が適している。このようにして支持歯の
装着には、2300ビツカース迄の硬さを有する酸化
アルミニウム（Al₂O₃）或いは酸化第二ジルコン
（ZrO₂）のような酸化セラミツク材料も使用する
ことができる。結局酸化アルミニウムとタングス
テンカーバイトとのような焼結混合材料も作動部
材としての接着に使用することも考えられる。

支持歯の脚部では硬質金属工具がきくぎり式に
挿入される。このようにして、撹拌ピンと円筒状
の回転子面との間の載置間隙が粉砕体に洗われて
連続的に拡大されるという公知の構造の周知の不
利な現象が回避される。

粉砕過程のできる限り強力な冷却と関連して、
耐摩耗性の大きい材料が特に酸化セラミツク材料
もスチールより遥かに低い熱伝導率を有すること
が不利な作用をする。

このような事情には次のような場合に遭う。即
ち環状要素から冷却媒体に到る熱伝導面は回転子
側及び固定子側で半径方向リブの構造によつて拡
大される場合である。一方では作動部材と支持歯
の間の、またもう一方では支持歯と環状要素との
間の熱伝導面はやはり簡単な半径方向ピンの周知
の接触面より遥かに拡大してある。

今迄に知られている高性能撹拌ボールミルと比
較したこの発明の利点を要約すると次のようにな
る。即ち (a) 壁部部材、撹拌部材、作動要素を作つている
耐摩耗性の大きい硬質材料が使えること、 (b) 作動部材固定の確実さが大きいこと。固定手
段は主に圧縮応力にのみ遭うこと。

(c) 載置面の沈下による作動部材固定部倒かいの
危険がないこと。

(d) 環状部材の簡単で容易な交換。

(e) 作動部材から支持歯へ、支持歯から環状部材
へ、環状部材から冷却面への熱伝達が良好なこ
と。

(f) 環状部材取外後の冷却表面の機械的浄化の可
能性である。

実施例を示した図について詳しく説明する。

第１図に示した高性能撹拌ボールミルは外側へ
向つて突出する回転子・撹拌部材２を有する回転
可能に支承された回転子１と、内側に向つて突出
する固定子・撹拌部材４を有する、前記回転子１
を囲む固定配設された固定子３とから構成されて
いる。回転子１は回転子案内管５の上に、回転
子・撹拌部材２を担持する回転子・環状要素６を
並べている。前記回転子環状部材６は回転子・端
部片７とブツシユ８の間で圧縮されて駆動軸端部
９に押し付けられている。この目的に必要な圧縮
力はたとえば引張部材として形成されていて、駆
動軸端部９に固定的に結合された回転子・案内管
５によつて供給される。該案内管の端板１０は一
定数のねじ１１を介して回転子・端部片７に連結
されている。ねじ１１を引きしめることによつて
回転子案内管５は引張負荷を受けて、回転子・環
状要素６が圧縮される。ケーシングカバー１２は
下端部環１３を介して、鎖線で示したねじによつ
て固定子３に固定的に結合されている。回転子１
は上部軸受カバー１４に支承された駆動軸端部９
を介して、図示してないモータ・伝動装置・ユニ
ツトによつて回転させられる。上部軸受カバー１
４は上端部環１５を介して鎖線で示されたねじに
よつて固定子３に固定的に連結されている。

回転子１と固定子３の間には充填された粉砕ボ
ール（図示してない）を有する粉砕室１６があ
る。下部カバー１２は被粉砕材導入口１７を有す
る。回転子端部片７と、下部カバー１２・下端部
環１３間に固定配設された板１９の孔との間に合
目的々に形成されている分離用間隙１８は、粉砕
室１６の出口で粉砕ボールが出ないように、但し
被粉砕材は妨げられないで通過できるように働く
役割を有する。

粉砕室１６の上端部には分離装置２０が配設さ
れており、この分離装置を介して被粉砕材が分離
室２１内へ入れる。但し粉砕ボールは入れない。
前記分離室は上部軸受カバー１４に設けられた被
粉砕材用出口２２に連通している。

固定子３は固定子撹拌部材４を担持する交換可
能な固定子・環状要素２４を有する。これらの環
状要素は固定子案内管２３中に並べてある。該案
内管は端部にこれと固定的に結合されて半径方向
に外側へ向つて突出するフランジを有する。即ち
下部フランジ２５と上部フランジ２６である。固
定子・環状要素２４は下端部環１３と上端部環１
５との間に位置して、一方では下部フランジ２５
は下端部環１３と下部カバー１２とに、もう一方
では上部フランジ２６が上端部環１５と上部軸受
カバー１４とに、鎖線で示したねじで結合されて
いる。回転子及び固定子・環状要素は、第２図に
示したような周知の態様によつても多数の軸平行
なしめつけねじ１１１又は１４０によつてしめつ
けることが出来る。

回転子１の冷却に使われる回転子・冷却装置は
供給管路２７、回転子・冷却管路２８、これらの
冷却管路を連結する多数の連結管路２９、回転
子・冷却管路２８に接続された排出管路３０を有
する。回転子・冷却管路２８は回転子案内管５を
中心にらせん状に取り巻いており、一方では回転
子・環状要素６と共に鋳造された、半径方向に内
側に向つて突出するらせん状の回転子・冷却リブ
３１によつて、又もう一方では回転子・環状要素
６の内面によつて制限されている。排出管路３０
は回転子１の軸方向に中心を通つていて、駆動軸
端部９を突き抜けており、これに対して供給導管
２７は駆動軸端部９内で排出管路３０を囲む環状
管路となつている。

固定子３の冷却のために設けられた固定子・冷
却装置は上部フランジ２６に供給孔３２、下部フ
ランジ２５に排出孔３３、これに結合されて、固
定子・環状要素２４を中心にらせん状に経過する
固定子・冷却管路３４を有する。この固定子・冷
却管路は一方では固定子・環状要素２４と共に鋳
造されて、半径方向に外側へ向つて突出して、ら
せん状に経過する固定子・冷却リブ３５によつ
て、又もう一方では固定子・環状要素２４の外面
と固定子・案内管２３の内面とによつて限定され
ている。

処理される被粉砕材はポンプ圧を受けて被粉砕
材入口１７と分離間隙１８とを経て粉砕室１６の
中へ供給され、この中を垂直方向に分離装置２０
迄貫流して、分離室２１と出口２２を経てミルか
ら出て行く。

粉砕材の通過中その懸濁固体部分は活動する充
填粉砕体中で強い摩擦と剪断の応力に大きな速度
差で回転する粉砕ボールの間で遭う。粉砕ボール
の活動化には回転子１と共に回転する回転子・撹
拌部材２と対応する固定子側の固定子・撹拌部材
４が役立つ。

環状粉砕室１６を囲む環状要素６と２４は大き
い耐摩耗性の材料でできている。冷却リブ３１と
３５によつて冷却手段と回転子１又は固定子３と
の間の熱伝達面は拡大され、回転子冷却と固定子
冷却が大きい粉砕能力のために増大する熱と耐摩
耗性の大きい材料の伝熱能力の不良にも拘わらず
充分に行なわれる。環状要素６と２４は容易にと
りつけることができて且つ取外しも容易である。
環状部材は、冷却液が粉砕室１６の中へ出るのを
防ぐために、その端面の密封材料又ははんだ付け
によつて相互に密閉することができる。

第２図には環状要素１０６及び１２４と、案内
管１０５と１２３に沿うその案内の構成の他の例
を示してある。回転子・環状要素１０６は滑らか
な円筒状内面を有し、たとえば円形の横断面の、
らせん状に形成された回転子・冷却リブ１３１は
回転子・案内管１０５の上に載置されており、こ
れにはんだ付け又は溶接されていて、回転子・環
状要素１０６の隣接する面と共にらせん状の回転
子・冷却管路１２８を構成する。類似の態様で滑
らかな円筒状の外面と、たとえば矩形の横断面の
らせん状に形成された固定子・冷却リブ１３５は
固定子・案内管１２３中に装入されていて、これ
にはんだ付け又は溶接されており、固定子・環状
要素の隣接する面と共にらせん状の固定子・冷却
管路１３４を構成する。

無論回転子・冷却リブ１３１も矩形の横断面を
もち、固定子・冷却リブ１３５が円形又は他の任
意の、合目的々に選ばれた横断面を有することが
できて、且つ場合によつては当該案内管と共に一
片で形成することができる。更に第１図と第２図
に示した二つの変形例の場合にはらせん状の回転
子・冷却管路及び（或いは）固定子・冷却管路を
いくつか設けることができる。これの管路は多条
ねじの態様に形成してある。

第３図には固定子の別の変形例を示してある。
この例は支持能力のある片から構成された環状要
素２２４を有する。前記片はたとえばさびない、
耐摩耗性の材料を使つて砂鋳物式にできており、
その外面に鋳造されたらせん状の固定子・冷却リ
ブ２３５を有し、外側冷却ジヤケツト２２３に囲
まれている。環状要素２２４は冷却ジヤケツト２
２３で一本又は複数本のらせん状の固定子・冷却
管路２３４を囲んでおり、該管路は入口３２及び
出口３３と連通している。冷却ジヤケツト２２３
は環状要素２２４に両端面側で冷却剤が出ないよ
うに密封してはんだ付けされている。

環状要素２２４は、半径方向に内側に突出する
円筒状の撹拌棒２３６，２３７，２３８を備えて
いて、そのうち三つをそれぞれの固定方法で固定
したものを示してある。そして回転子・撹拌部材
（図示してない）間に夫々の平面に回転子軸に対
して直角方向に設けることができる。材料は機械
的に加工可能で、硬化可能で耐摩耗性の大きいス
チールを使うことができる。撹拌棒の収容のため
にこの例でも固定子・環状要素２２４にさら穴２
３９があつて、粉砕体と、被粉砕材の載置基礎面
の腐蝕作用による崩かいを防いでいる。撹拌棒２
３７はたとえば、おねじで固定子シリンダー２２
４にねじ込まれている。撹拌棒２３６はピン２４
０による固定方法を示している。前記ピンは固定
子シリンダーにねじ込まれている。結局結合は逆
にも外すことができる。即ちねじピン２４１が固
定子シリンダーに入つて溶接されており、撹拌棒
２３８は、めねじでねじどめされている。

場合によつては環状要素２２４は滑らかな外面
を有し、横断面が円形又は矩形の冷却リブ２３５
は冷却ジヤケツト２２３又は環状要素２２４には
んだ付け又は溶接することができる。これは既に
第２図の例で示した通りである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の第一実施形の回転子と固
定子とを有する高性能撹拌ボールミルの縦断面
図、第２図は第二実施形の縦断面図、第３図は撹
拌棒固定の変形例と共に示した第三実施形の固定
子の縦断面図である。図中符号、１……回転子、２……回転子・撹拌
部材、３……固定子、４……固定子・撹拌部材、
５，１０５……回転子・案内管、６，１０６……
回転子・環状要素、７……回転子・端部片、８…
…ブツシユ、９……駆動軸終端部、１０……端板
（案内管）、１１……ねじ、１２……下部カバー、
１３……下端部環、１４……上部軸受カバー、１
５……上端部環、１６……粉砕室、１７……入
口、１８……分離板、１９……板、２０……分離
装置、２１……分離室、２２……出口、２３，１
２３……固定子案内管、２４，１２４，２２４…
…固定子・環状要素、２５……下部フランジ、２
６……上部フランジ、２７……供給管路、２８，
１２８……回転子・供給管路、２９……結合管
路、３０……排出管路、３１，１３１……回転
子・冷却リブ、３２……供給孔、３３……排出
口、３４，１３４，２３４……固定子・冷却管
路、３５，１３５，２３５……固定子・冷却リ
ブ、１１１，１４０……締めねじ、２２３……外
側冷却ジヤケツト、２３６，２３７，２３８……
撹拌棒、２３９……さら穴、２４０，２４１……
ねじボルト。

Claims

【特許請求の範囲】１液体中の被粉砕材を連続的に微粉砕し、かつ
分散させる高性能撹拌ボールミルにおいて、固定
された支持手段１４、回転軸線の周りに回転する
ように前記支持手段１４によつて回転可能に支持
された駆動軸端部９、前記回転軸線の周りに回転
するように前記駆動軸端部９に取り外し可能に連
設された回転子１、前記支持手段１４に取り外し
可能に連設された固定子３、前記回転子１及び固
定子３によつて限定され、粉砕ボールによつて少
なくとも部分的に満たされる粉砕室１６、前記被
粉砕材を前記粉砕室１６内に供給するための供給
手段１７，１８、前記粉砕室１６内に前記粉砕ボ
ールを保持するための保持手段１９，２０、前記
回転軸線を囲み、かつ分散された被粉砕材を含有
する液体の通過を可能とするも、前記粉砕ボール
を保持しうる該粉砕ボールよりも小さな開口部１
８、前記支持手段１４と前記駆動軸端部９の少な
くとも一方に配設され、前記取り外し可能な部材
１，３の少なくとも一つを案内するための案内手
段５，２３；１０５，１２３を備えたことを特徴
とする高性能撹拌ボールミル。２案内手段５；１０５が少なくとも駆動軸端部
９に配設されている特許請求の範囲第１項に記載
の高性能撹拌ボールミル。３案内手段５，２３；１０５，１２３が固定子
３と回転子１の一方を同軸的に収納する管部材か
ら成る特許請求の範囲第１項に記載の高性能撹拌
ボールミル。４固定子３と回転子１の少なくとも一方が管部
材上に整列された複数の独立した環状要素６；１
０６または２４；１２４；２２４から成る特許請
求の範囲第３項に記載の高性能撹拌ボールミル。５取り外し可能な部材１，３に軸方向に圧力を
加えるため管部材５，２３；１０５，１２３に設
けられた締付け手段１１；１１１，１４０を具備
した特許請求の範囲第３項に記載の高性能撹拌ボ
ールミル。６締付け手段１１を定着するため、管部材５に
設けられた定着手段１０を具備した特許請求の範
囲第５項に記載の高性能撹拌ボールミル。７冷媒用の管路手段２８，３４；１２８，１３
４；２３４を具備し、該管路手段は管部材５，２
３；１０５，１２３によつて部分的に限定されて
いる特許請求の範囲第３項に記載の高性能撹拌ボ
ールミル。