JP7651656B2 - 拡大部を有するバスケットを備える攪拌ミル - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念に係る拡大部を有するバスケットを備える攪拌ミルと、請求項９の上位概念に係る対応のバスケットに関する。

最初に、図１に基づいて攪拌ミルの基本原理を説明する。

図１は、水平攪拌シャフト３を備える攪拌ミル１を概略的に示す。粉砕容器16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ている粉砕体については省略してある。

攪拌ミル１の動作中、被粉砕材料は、攪拌ミル１の入口17を介して、粉砕容器16により包囲された粉砕チャンバ２内へ又は粉砕チャンバ２を通るようポンプで送られる。湿式粉砕の場合、被粉砕材料は、液体（主に水の形態）の懸濁液又は分散液及び固体である。他の場合、このような攪拌ミル１は、乾式粉砕に使用することもできる。この場合、例えば垂直シャフトを備える攪拌ミルとして設計することができ、この攪拌ミルを通って粉砕材料がガス状流体により主に下降流で運ばれる。

最も広範な態様において、本発明は、両方のタイプの攪拌ミルに関する。本発明の使用は、水平攪拌シャフト３を備える攪拌ミルの場合に特に好適である。

攪拌シャフト３に相対回転不可能に接続されると共に、粉砕ディスクとしても構成され、かつそのように称されることも多い粉砕部材５は、攪拌シャフト３の回転運動によって回転される。粉砕部材５を個々のピンの形態に構成することも本発明の一部として可能であり、以下において説明する。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102を介して電気モータ101によって駆動することができる。攪拌ミル１の駆動部は、粉砕容器16に隣接するハウジング103内に配置されることが多い。

粉砕部材５が回転することにより、粉砕チャンバ２内に位置すると共に、粉砕部材５の近傍に位置する粉砕体は、粉砕容器16の周方向に連行される。移動した粉砕体は、頂点領域に到達すると直ぐに、２個の粉砕部材５の間の中央領域において、再び攪拌シャフト３方向に逆流する。これにより、２個の粉砕部材５の間で粉砕体の循環運動が生じる。

粉砕チャンバ２を通って圧送された粉砕材料懸濁液における固体と粉砕体との間の衝突及びロールオーバーは、粉砕体の運動によって引き起こされる。これら衝突及びロールオーバーにより、粉砕材料懸濁液における固体から微粒子が分離し、従って攪拌ミル１の出口に到着する固体は、入口17に供給される固体よりも大幅に小さい。

粉砕体が粉砕チャンバ２から放出されないことを保証するために、スクリーン又は好適にはスプリット管８の形状のスクリーン（以下、代表的に「スプリット管」と称する）が出口７の前に取り付けられ及び／又は出口７によって支持されることが一般的である。このスプリット管８の周囲には、スプリット管８を包囲するバスケット６が配置されている。バスケットは、供給ポンプの圧力によってスプリット管方向に押圧される傾向のある粉砕体により、損傷を与える粉砕体圧力がスプリット管に及ぶのを防止するよう機能する。

ほとんどの場合、バスケット６は、出口７に面する攪拌シャフト３の自由端に相対回転不可能に取り付けられている。

周方向におけるバスケット６とスプリット管８との間の領域は、分離チャンバ15を形成している。なぜなら、被粉砕材料又は粉砕材料懸濁液は、この場所で粉砕体から分離され、最終的にスプリット管８及び出口７を介して攪拌ミル１から再び放出されるからである。

ただし、バスケット６は、原則的に、分離チャンバ15に入った粉砕体が、再び分離チャンバから出て粉砕チャンバ２内に戻ることができる場合にのみその機能を発揮することができる。なぜなら、そうでなければ、分離チャンバ15は直ぐに粉砕体で満たされ、それら粉砕体がスプリット管８を塞ぎ、場合によっては早期に摩耗させるからである。

このことを防ぐために、バスケット６には様々な開口14が設けられている。これら開口14により、粉砕体は、分離チャンバ15から粉砕チャンバ２内により容易に再び通過することができる。図２は、このように設計された攪拌ミルのバスケット６を示し、このバスケット６は、本発明に至るまで、比較対象として機能したものである。図２は、上述した粉砕容器16内における粉砕体及び／又は粉砕材料流を概略的に示す。図２に示すように、バスケット６は、好適には、やはりその外側ジャケット表面上において、バスケットと粉砕容器16の内壁との間の領域で粉砕体の運動又は旋回を引き起こす粉砕部材を支持している。粉砕体のこの旋回により、分離チャンバ15に位置する粉砕体が開口14を通って再び粉砕チャンバ内２に逃れやすくなる。

しかしながら、本発明者らは、図２に示すバスケット構造の場合においても、分離チャンバ15内に進入した粉砕体がスプリット管８に強固に付着し、スプリット管８を塞ぐか、又は不必要な摩耗を引き起こす傾向が依然として存在することを見出した。これらは両方とも、スプリット管８の分離効率に悪影響を及ぼす。この傾向は、図２におけるスプリット管８方向を指す矢印によって概略的に示唆されている。粉砕体は開口14を通って分離チャンバ15から放出することもできるが、粉砕体はむしろスプリット管８に向けて移動する傾向がある。

特許文献１（独国実用新案第202009011656号明細書）は湿式粉砕用の攪拌ミルに関し、この攪拌ミルは、駆動部から離れる側に向けて製品の流れ方向を変化させる部分と、180°だけ回転された粉砕容器と、外側から分解可能であると共に、周方向にスピンオフ・キャッチャを有する中央スプリット管と、粉砕チャンバと大気との間の１個のみのシールとを備える。

特許文献２（独国特許出願公開第10064828号明細書）には、攪拌ミルが記載され、この攪拌ミルは、撹拌機と、その撹拌機から半径方向に距離を置いて配置された粉砕容器とを備え、粉砕容器及び攪拌シャフトは、環状円筒形の粉砕チャンバを画定している。攪拌ミルは、粉砕容器内に配置されると共に粉砕補助体を保持する分離手段とを更に備え、粉砕手段は、回転ケージの一部である複数の管状スクリーンで構成されている。

独国実用新案第202009011656号明細書 独国特許出願公開第10064828号明細書

上述した背景事情に鑑み、本発明の課題は、スプリット管の分離性能を更に向上させることである。

本発明によれば、この課題は、第１主請求項の特徴によって解決される。

この目的のために、粉砕体を含む粉砕チャンバと、その粉砕チャンバ内にて水平攪拌シャフト軸線周りで回転する攪拌ミルが想定される。攪拌シャフトは、相対回転不可能に接続され、水平軸線方向において互いに間隔を置く幾つかの粉砕部材を支持している。これら粉砕部材は、好適には、粉砕ディスクの形状で形成されている。攪拌ミルの動作中、これら粉砕部材は、上述した粉砕体を移動させる。

出口側において、攪拌シャフトは、バスケットを有する。このことは、バスケットが好適には攪拌シャフトに直接的に追従し、この攪拌シャフトに直接的又は間接的に接続されていることを意味する。ただし、攪拌シャフト及びバスケットは、好適には、互いに一体的に形成されておらず、従って攪拌シャフト及びバスケットは２個の個別の部品であり、攪拌シャフトがバスケットの機能を直接的に担うことはない。更に、バスケットの長さは、好適には、攪拌シャフトの長さの最大で３分の１、特に好適には最大で４分の１である。

バスケットの外周には、好適には、付加的な粉砕部材がちりばめられている。上述したように、これにより、バスケットの外周と粉砕容器の内壁との間における半径方向円周領域において、付加的な粉砕効果を得ることができるだけではない。特にこれにより、分離チャンバから粉砕体が再び出ることを促進する粉砕体の旋回運動も生じる。バスケット上のこれら粉砕部材は、好適には、攪拌シャフトの粉砕部材のようには構成されていない。攪拌シャフトの粉砕部材が好適には粉砕ディスクの形状であるのに対して、バスケットの粉砕部材は好適にはピンの形状である。

意図された動作中、このバスケットは、少なくとも部分的に出口を包囲しており、また出口は、スプリット管を支持している。この場合、バスケットは、その全長にわたってスプリット管を包囲するのが好適である。これら実施形態の一部として、狭義の「スプリット管」は、好適には、様々なスリット及び／又は他の形状の開口を有する管のことであるが、広義の「スプリット管」という用語は、任意のタイプのスクリーン体を含む。

前の段落で既に述べたように、バスケットの包囲するような配置により、バスケットの内面と出口の外面又は出口によって支持されるスプリット管の外面との間に自由領域が形成される。この領域は、「分離チャンバ」と称される。

本発明に係る攪拌ミルは、上述したバスケットが、粉砕チャンバに面するその自由端領域において、拡大外径を有するセクションを備えることを特徴とする。この「拡大された外径」は、好適には、バスケットと一体的に構成された付加的なリングであり、このリングにより、バスケットの外径は部分的に拡大されるのに対して、バスケットにおける残りの領域の外径は本質的に一定のままである。ただし、より広義には、「拡大された外径」とは、拡大していく外径、即ち部分的に又はバスケットの全長にわたって増加するバスケットの外径のことを指す。これにより、バスケット全体又はバスケットの一部は、例えば、バスケットの自由端に向けて増加し、好適には、安定的に又は一定に増加する本質的に円錐台状の外径を有する。

これは、本発明者らの以下の洞察に基づいている。即ち、図２において、バスケットの自由前面の直ぐ後ろの入口領域では、分離チャンバに入るために流れが主に水平方向に生じるが、狭窄部が過度に顕著に形成されている。このことは、図２に示すバスケットが、その領域において、周方向に閉じられた環状構造を形成しているからである。

粉砕体は、理論的には狭窄部を流れるときにより大きな流速を達成しそれは実際に望ましいことではあるが、特に軸線方向に連行されると共に、バスケットから出るための選択肢が限られている。従って、粉砕体は、バスケット及び／又はスプリット管に衝突し、これにより大幅に減速されることが多い。更に、狭窄部は、しばしば極めて狭いので、粉砕体によっては、分離チャンバへの入口において、互いに衝突し、バスケット及び／又はスプリット管に衝突し、従って既に最初に運動エネルギーを失う。

粉砕体が最終的に開口の下方のスプリット管における外周面に到達しても、スプリット管の吸引を回避すると共に、開口を利用して粉砕チャンバ内に再び戻るための運動エネルギーが小さ過ぎることが多い。従って、粉砕体の一部が停止し、スプリット管の外周面上に堆積する。これにより、粉砕体の動態が更に低下する。不利な条件下であれば、スプリット管は、一定の動作時間後に塞がれる恐れがある。

上述した「粉砕チャンバ」とは、粉砕容器の内部において入口と出口との間にあり、粉砕体及び／又は粉砕材料又は粉砕材料懸濁液で充填され、かつバスケットに包囲されていないチャンバのことである。即ち、粉砕チャンバは、粉砕容器の内部から、その中を通過する内蔵構成要素及び分離チャンバを除いた部分のことである。

本発明に係る拡大外径は、バスケットの外側輪郭と粉砕容器の内側輪郭との間が狭くなるという効果を有する。このギャップの大部分においては乱流が生じるが、結果としては軸線方向に流れ、このギャップの狭窄部により、流速の増加及び又は乱流の増加がもたらされる。従って、粉砕体及び粉砕材料は、より大きな速度及び／又はより大きな乱流下で連行され、これによってより大きな運動エネルギーを得る。従って、粉砕体は、バスケットとスプリット管との間の分離チャンバ内により動的に又はより高速で流入し、これによりスプリット管が粉砕体に及ぼす吸引にもかかわらず、粉砕体は、スプリット管の表面に残留するよう、吸引されることがないか又は吸引の程度が低減される。実際、粉砕体は、吸引にますます耐えることができ、好適には上述したバスケットのキャビティを通って分離チャンバから粉砕チャンバ内に放出される。

バスケットの入口における粉砕体及び／又は被粉砕材料又は粉砕材料懸濁液の「蓄積」が低減され、粉砕体は、少なくとも部分的に、分離チャンバ内へ遥かに容易に、かつより大きな動態で進入することができる。そこにおいては望ましい流れが生じ、これにより粉砕体がむしろスプリット管から遠ざけられ、分離チャンバからスリットを通って再び粉砕チャンバ内により迅速に及び／又はより容易に放出される。これにより、粉砕体は、より迅速に及び／又はスプリット管にとってより有利に粉砕チャンバ内へ再びガイドされるので、スプリット管の閉塞及び／又は摩耗が低減される。粉砕体がスリットから直接的に入る領域（特に、バスケットの外周と粉砕容器の内壁との間の領域）においては、本質的に更なる乱流が生じ、周囲の粉砕体床が活性化される。

従って、一般に、攪拌ミルの粉砕効果が高まり、動作中にスプリット管が被る摩耗が低減され、更にスプリット管内又はスプリット管上に沈降する粉砕体が減少する。

このように、攪拌ミルは、バスケットの寿命が延びると共に、メンテナンスの手間が減りつつ、より大きなスループットで動作することができる。

本発明の有効性又は使用性が更に向上するよう設計するための多くの選択肢が存在する。

本発明の好適な一実施形態において、拡大外径を有する領域がバスケットの自由前端まで直接的に達している。これにより、増加した流速が再び直ぐに減少することはない。なぜなら、粉砕体は、好適にはこの増加した移動エネルギーを分離チャンバ領域まで維持するからである。

更に、拡大外径を有するセクションが、場合によってそのセクションにより形成される傾斜路の外側に本質的に又は好ましくは完全に滑らかなジャケット表面を有すれば特に好適であり、この場合にこの滑らかなジャケット表面は、ウェブ及び／又は開口によって交差され得る。

拡大外径を有するセクションが、場合によってそのセクションにより形成される傾斜路を含めて、攪拌シャフト軸線方向に沿い、バスケットの攪拌シャフト軸線方向における長さの45％～20％だけ、より好適には30％～25％だけを占めていることを特徴とすれば特に有利である。これにより、拡大外径の全体が、過度な絞り効果を生じさせ、従って粉砕体が以前よりも分離チャンバ内に動的に入ることを可能にする流れを形成するという目的が妨害されるほど、流れ抵抗が増加することが回避される。

拡大外径を有するセクションが、場合によってそのセクションにより形成される傾斜路の外側と、そのセクションにより支持される粉砕ピンの外側とに滑らかなジャケット表面を有すれば特に有利である。このことも、流れ抵抗を過度に増加させないことに役立つ。

拡大外径を有するセクションは、理想的にはその周方向のジャケット表面上において、粉砕部材、好適には粉砕ロッドの形状の粉砕部材、理想的には周方向に順次に配置された少なくとも１つの環状粉砕部材の形状の粉砕部材を支持している。このタイプの粉砕ロッドは、粉砕体が粉砕チャンバからより容易に再び脱出できるという意味で、粉砕体の動態を増加させることに寄与する。この場合、粉砕ロッドは、粉砕ディスクと比べて、やはり流れ抵抗を過度に増加させないという大きな利点を有する。

従来技術に係る攪拌ミルを示す側断面図である。 本出願人の考慮による開口を有するバスケットを備える攪拌ミルにおける粉砕容器を示す側断面図である。 本発明に係る例示的な第１実施形態のバスケットを示す側面図である。 図３における本発明に係る例示的な第１実施形態のバスケットを示す三次元図である。 本発明に係る例示的な第２実施形態のバスケットを示す側面図である。 図５における本発明に係る例示的な実施形態のバスケットを示す三次元図である。 本発明に係るバスケットの例示的な第３実施形態を攪拌ミルの粉砕容器と共に示す側断面図である。

最初に、図３及び図４は、本発明に係るバスケット６の好適かつ例示的な第１実施形態を異なる図で示す。

この場合、バスケット６の外周には、付加的な粉砕部材11が設けられ（ちりばめられ）、これら粉砕部材11は、バスケット６の外周にわたって規則的にピンの形状で攪拌シャフト軸線４と平行に延在する水平列をなすよう取り付けられている。

バスケット６は、上述したように、幾つかの開口14を備え、これら開口により、粉砕体を分離チャンバから粉砕チャンバ内へ放出することができる。図示のバスケット６の例示的な実施形態においては、拡大された外径を有する好適なセクション10を支持し、このセクション10は、バスケット６の自由端９に一体的に形成されると共に、バスケット６における自由端９の前側まで達している。この場合、拡大外径を有するセクション10は、好適には、傾斜路12を有し、この傾斜路は、部分的かつ本質的に一定であるバスケット６の外径から、部分的かつ本質的に一定であるセクション10の外径へ通じている。セクション10も、好適には、ピン又はロッドの形状の付加的な粉砕部材11を有する。バスケット６上における付加的な粉砕部材11の全ての自由端は、好適には、本質的に同じ直径で終端し、バスケットにおける上述した他のピンと整列すると共に、攪拌シャフト軸線４とほぼ平行に配置されている。

図５及び図６は、バスケット６の好適な第２実施形態を異なる図で示す。この場合、拡大外径を有するセクション10は、好適には、その自由端９に向けて連続的かつ部分的に拡大する外径を有する。

従って、図示の例示的な実施形態において、バスケット６は、（攪拌シャフト３用の固定スリーブなしで）部分的に円錐台状の外側形状を備える。この場合、バスケット６の外周には、やはり付加的な粉砕部材11が設けられ、これら粉砕部材11は、バスケット６の外周にわたって規則的にピンの形状で攪拌シャフト軸線４と平行に延在する水平列をなすよう取り付けられている。

バスケット６は、上述したように、幾つかの開口14を備え、これら開口を通して、粉砕体を分離チャンバから粉砕チャンバ内へ放出することができる。バスケット６上における付加的な粉砕部材11の全ての自由端は、好適には、図示の実施形態においても、本質的に同じ直径で終端し、バスケットにおける上述した他のピンと整列すると共に、攪拌シャフト軸線４とほぼ平行に配置されている。更に、これら付加的なピン又はロッド11は、好適には、ロッド11の長手方向軸線が攪拌シャフト軸線４と本質的に直交するよう配置されている。

最後に、図７は、バスケット６の好適な更なる実施形態を示し、この場合にバスケット６は、やはり拡大外径を有するセクション10を支持しているが、付加的な傾斜路12を備えない。

更に、図７は、攪拌ミル１における粉砕容器16内の流れ挙動を概略的に示しており、原則的には、上述した例示的な実施形態の全てを代表している。

ここでは先ず、図１及び図２を参照しつつ「背景技術」で説明した攪拌ミルの一般的な動作モードについて述べる。バスケット６領域に至るまでの基本的な機能及び流れ挙動はそれぞれ同じ又は同様であり、従って説明は省略する。

拡大外径を有するセクション10と粉砕容器16との間の半径方向ギャップにおける狭窄部により、（上述したように）流速が局所的に増加し及び／又は乱流が増加する。このことは、図７において、粉砕容器16の出口側における付加的な乱流（この乱流はいわば「９」を形成している）によって概略的に示唆されている。

これにより、粉砕体及び／又は粉砕材料懸濁液は、より容易に又はより動的に分離チャンバ15内に入ることができる。これにより、粉砕体がスクリーン／スプリット管の吸引を回避することができず、従ってスプリット管の外周面上に永久的又は長期的に蓄積し、スプリット管を塞ぐ傾向が低減される。その代わりに、粉砕体は、本発明に従ってより活発に形成される流れにより、分離チャンバ15から開口14を通って粉砕チャンバ２内へより迅速に再び放出される。このことは、図７において、開口14から粉砕チャンバ２内を指し示す付加的な矢印によって示唆されている。更に、バスケット６の外周と粉砕容器16の内壁との間の半径方向領域、好適には粉砕部材11の間において、より大きな流速及び／又は乱流により、一段と強化された流れも形成され、これにより周囲の粉砕体床も更に活性化される。このように、粉砕体は、むしろスプリット管８又はスプリット管を支持する出口７から遠ざけられるか又は分離チャンバ15から放出され、分離チャンバ15から放出された後に粉砕チャンバ２内で粉砕効果の増加をもたらす。

１ 攪拌ミル
２ 粉砕チャンバ
３ 攪拌シャフト
４ 攪拌シャフト軸線
５ 攪拌シャフトによって支持された粉砕部材
６ バスケット
７ 出口
８ スプリット管
９ バスケットの自由端
10 拡大された外径を有するセクション
11 バスケットによって支持された粉砕部材
12 傾斜路
13 割当てられていない
14 開口
15 分離チャンバ
16 粉砕容器
17 入口

101 電気モータ
102 ベルトドライブ
103 ハウジング

Claims (7)

1. 粉砕体を含む粉砕チャンバ（２）と、
   攪拌シャフト（３）であり、前記粉砕チャンバ（２）内にて水平攪拌シャフト軸線（４）周りで回転し、前記攪拌シャフト（３）に相対回転不可能に接続されると共に、水平軸線方向において互いに間隔を置きつつ前記粉砕体を移動させる幾つかの粉砕部材（５）を支持し、好適には粉砕ディスクを支持する、前記攪拌シャフト（３）と、
   を備え、
   前記攪拌シャフト（３）が、出口側において、バスケット（６）を有し、該バスケット（６）が、好適には、その外周に粉砕部材（11）を有すると共に、スプリット管を支持する出口（７）を包囲し、前記バスケット（６）が、その自由端（９）領域に、拡大された外径を有するセクション（10）を備える攪拌ミルにおいて、
   前記拡大された外径を有する前記セクション（10）が、前記バスケット（６）の前記自由端（９）から離れた側において、傾斜路（12）を形成し、該傾斜路（12）が、水平方向に対して斜めに延在すると共に、ウェブ及び／又は開口によって交差された滑らかなジャケット表面を有し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、前記拡大外径を有する前記セクション（10）が、前記バスケット（６）の前記自由端（９）に直接的に達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、前記拡大外径を有する前記セクション（10）が、場合によって前記セクション（10）により形成される傾斜路（12）を含めて、前記攪拌シャフト軸線（４）方向に沿い、前記バスケット（６）の前記攪拌シャフト軸線（４）方向における長さの45％～20％、より好適には長さの30％～25％を占めていることを特徴とする、攪拌ミル。
4. 請求項１又は２に記載の攪拌ミル（１）であって、前記拡大外径を有する前記セクション（10）が、場合によって前記セクション（10）により形成される前記傾斜路（12）の外側に滑らかなジャケット表面を有することを特徴とする、攪拌ミル。
5. 請求項１又は２に記載の攪拌ミル（１）であって、前記拡大外径を有するセクション（10）が、その周方向のジャケット表面上において、粉砕部材（11）、好適には粉砕ロッドの形状の粉砕部材、理想的には周方向に順次に配置された少なくとも１つの環状粉砕部材の形状の粉砕部材を支持していることを特徴とする、攪拌ミル。
6. 請求項５に記載の攪拌ミル（１）であって、攪拌シャフト（３）の粉砕部材（５）の自由端が、バスケット（６）に支持された残りの前記粉砕部材（11）と同じ直径で終端していることを特徴とする、攪拌ミル。
7. 交換部品として形成されたバスケット（６）であって、該バスケットが、好適にはねじ止めにより、攪拌シャフト（３）に後付けされ、好適にはその外周上に粉砕部材（11）が設けられ、更にスプリット管を支持する出口（７）を組み立て位置で包囲し、前記バスケット（６）が、その自由端（９）領域に、拡大された外径を有するセクション（10）を備え、
   前記拡大された外径を有する前記セクション（10）が、前記バスケット（６）の前記自由端（９）から離れた側において、傾斜路（12）を形成し、該傾斜路（12）が、水平方向に対して斜めに延在すると共に、ウェブ及び／又は開口によって交差された滑らかなジャケット表面を有していることを特徴とする、バスケット。