特許 7158754 ジェットミル及びジェットミルの稼働方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-10-14

(45)【発行日】2022-10-24

(54)【発明の名称】ジェットミル及びジェットミルの稼働方法

(51)【国際特許分類】

   B02C 19/06 20060101AFI20221017BHJP

【ＦＩ】

B02C19/06 B

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2020172268

(22)【出願日】2020-10-13

(65)【公開番号】P2022063894

(43)【公開日】2022-04-25

【審査請求日】2021-11-02

(73)【特許権者】

【識別番号】591173855

【氏名又は名称】杉山重工株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100090239

【弁理士】

【氏名又は名称】三宅 始

(74)【代理人】

【識別番号】100100859

【弁理士】

【氏名又は名称】有賀 昌也

(72)【発明者】

【氏名】杉山 大介

【審査官】瀧 恭子

(56)【参考文献】

【文献】特開昭６３－３０２９６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－０７０８２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－０８３１０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－２００７２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０４５５３７０４（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ０２Ｃ １９／００－１９／２２

Ｂ０１Ｄ ４５／００－４５／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内部に断面形状が円形の粉砕室を区画形成するとともに、粉砕室に原料を投入する供給路と、粉砕室から原料を排出する排出路を設けた円盤状のミル本体と、粉砕室中に高圧ガスを噴射するノズルを備え、供給路から粉砕室に投入された原料を高圧ガスで加速して、原料粒子同士の衝突で粉砕し、粉砕された原料を排出路から粉砕室の外部へ排出するジェットミルであって、
ミル本体を水平に高速回転させる駆動軸をミル本体の外底部の中央に連結し、
ミル本体の上部に粉砕室の中央部に連通する短筒体を突出して設け、
粉砕室の内周面に溝を形成し、
短筒体に内筒と外筒を駆動軸の回転中心線と同心状に挿入し、
内筒を粉砕室に連通させて前記供給路とし、
粉砕室の内底部の中央に、ミル本体の回転に伴い、供給路から粉砕室に投入された原料を粉砕室の内周面へ飛ばすアクセレータを設け、
内筒の外周面と外筒の内周面でガス流路を区画形成し、
前記ノズルをガス流路に接続するとともに、高速ガスが前記溝に向けて噴射されるように配設し、
外筒の外周面と短筒体の内周面で前記排出路を区画形成したことを特徴とするジェットミル。

【請求項2】

前記溝が先細りの断面形状を有するリング状の溝であることを特徴とする請求項１に記載のジェットミル。

【請求項3】

前記リング状の溝がＶ字形の断面形状を有することを特徴とする請求項２に記載のジェットミル。

【請求項4】

略直角三角形の断面形状を有する先端部と先端部の底辺から連続する矩形の断面形状を有する基部からなる一対のリング状のセラミックス製のランナーを先端部の斜辺が対向するように合体させて前記Ｖ字形の断面形状を有するリング状の溝を形成し、
前記粉砕室の内周面にリング状の嵌合凹部を形成し、該嵌合凹部に合体した一対のセラミックス製のランナーを、クッション材を介して嵌着したことを特徴とする請求項３に記載のジェットミル。

【請求項5】

前記アクセレータとして平面視Ｓ字形の羽根を設けたことを特徴とする請求項１に記載のジェットミル。

【請求項6】

ミル本体を連続的に回転させるとともに、ノズルからの高圧ガスの噴射を停止して粉砕室に原料を投入する第１供給ステップと、ノズルからの高圧ガスの噴射を停止したまま原料の供給を停止する第２ステップと、原料の供給を停止したままノズルから高圧ガスを噴射する第３ステップを繰り返すことを特徴とする請求項１に記載のジェットミルの稼働方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はジェットミル及びジェットミルの稼働方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ジェットミルの一形式として、特開２００７－８３１０４号公報には、水平に設置した円盤状のミル本体を備えたジェットミルが開示されている。
このミル本体の内部には断面形状が円形の粉砕室が区画形成され、ミル本体の上部周縁部には粉砕室に原料を投入する供給路が形成されている。ミル本体の外周部には粉砕室の内部に向けて高圧ガスを噴出するノズルが設けられている。また、ミル本体の上部中央には粉砕室の中央部に連通し、粉砕室から粉砕した原料を排出する排出路が設けられている。

【0003】

このジェットミルによれば、供給路から粉砕室に投入された原料がノズルから噴射される高圧ガスで加速され、原料粒子同士の衝突で粉砕される。そして、粉砕された原料が排出路から粉砕室の外部へ排出される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００７－８３１０４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

この種のジェットミルにおいては、ノズルから噴出した高圧ガス流の分子が原料粒子に衝突し、高圧ガス流の分子がもつ運動エネルギーを原料粒子に与え、原料粒子同士の衝突擦過により原料の粉砕が行われる。

【0006】

上記した従来のジェットミルでは、粉砕室中に投入された原料にノズルから高速ガスが噴射されるとき、原料粒子は浮遊状態で高速ガス流に晒される。この状態では原料粒子は粉砕室中を動き回ることができるため、高速ガス流の運動エネルギーの多くが粉砕室中の気体温度の上昇に浪費され、粉砕エネルギーとして有効に利用されない。
また、原料粒子が粉砕室の内壁面に衝突して内壁面が摩耗し、原料中に不純物として混入するので、粉砕製品の品質が低下し、ジェットミルの耐久寿命も低下する。
本発明はかかる問題点に鑑み、粉砕効率及び耐久性に優れ、高品質の製品を製造できるジェットミル及びジェットミルの稼働法を提供することを目的する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

請求項１に記載の発明は、
内部に断面形状が円形の粉砕室を区画形成するとともに、粉砕室に原料を投入する供給路と、粉砕室から原料を排出する排出路を設けた円盤状のミル本体と、粉砕室中に高圧ガスを噴射するノズルを備え、供給路から粉砕室に投入された原料を高圧ガスで加速して、原料粒子同士の衝突で粉砕し、粉砕された原料を排出路から粉砕室の外部へ排出するジェットミルであって、
ミル本体を水平に高速回転させる駆動軸をミル本体の外底部の中央に連結し、
ミル本体の上部に粉砕室の中央部に連通する短筒体を突出して設け、
粉砕室の内周面に溝を形成し、
短筒体に内筒と外筒を駆動軸の回転中心線と同心状に挿入し、
内筒を粉砕室に連通させて前記供給路とし、
粉砕室の内底部の中央に、ミル本体の回転に伴い、供給路から粉砕室に投入された原料を粉砕室の内周面へ飛ばすアクセレータを設け、
内筒の外周面と外筒の内周面でガス流路を区画形成し、
前記ノズルをガス流路に接続するとともに、高速ガスが前記溝に向けて噴射されるように配設し、
外筒の外周面と短筒体の内周面で前記排出路を区画形成したことを特徴とする。

【0008】

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のジェットミルにおいて、
前記溝が先細りの断面形状を有するリング状の溝であることを特徴とする。

【0009】

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のジェットミルにおいて、
前記リング状の溝がＶ字形の断面形状を有することを特徴とする。

【0010】

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のジェットミルにおいて、
略直角三角形の断面形状を有する先端部と先端部の底辺から連続する矩形の断面形状を有する基部からなる一対のリング状のセラミックス製のランナーを先端部の斜辺が対向するように合体させて前記Ｖ字形の断面形状を有するリング状の溝を形成し、
前記粉砕室の内周面にリング状の嵌合凹部を形成し、該嵌合凹部に合体した一対のセラミックス製のランナーを、クッション材を介して嵌着したことを特徴とする。

【0011】

請求項５に記載の発明は、請求項１に記載のジェットミルにおいて、
前記アクセレータとして平面視Ｓ字形の羽根を設けたことを特徴とする。

【0012】

請求項６に記載の発明は、請求項１に記載のジェットミルの稼働方法であって、
ミル本体を連続的に回転させるとともに、ノズルからの高圧ガスの噴射を停止して粉砕室に原料を投入する第１供給ステップと、ノズルからの高圧ガスの噴射を停止したまま原料の供給を停止する第２ステップと、原料の供給を停止したままノズルから高圧ガスを噴射する第３ステップを繰り返すことを特徴とする。

【発明の効果】

【0013】

請求項１に記載のジェットミルによれば、ミル本体を高速で水平回転させながら、内筒から原料を粉砕室の中央部に投入すると、アクセレータによって原料が粉砕室の内周面へ飛ばされ、内周面に形成した溝に集積される。溝に集積した原料粒子は高速で水平回転するミル本体の遠心力によって溝内に高密度で密集し、ノズルから噴射される高圧ガスで粉砕され、粉砕された原料は質量が小さくなるので粉砕室で舞い上がり、舞い上がった微粉砕原料は、排出路に印加される負圧で吸引され粉砕室から排出される。
本発明によれば、溝に集積した原料粒子は高速で水平回転するミル本体の遠心力によって溝内に高密度で密集するので、ノズルから高圧ガスを噴射したとき、飛散したり、浮遊するのを抑制できる。そのため、高速ガスの運動エネルギーが効率的に粉砕エネルギーに転化され、高い粉砕効率を得ることができる。

【0014】

請求項２に記載の発明によれば、原料が先細りの先端部に集中して集積するので、遠心力によって、より高密度に集積される。そのため高速ガスの運動エネルギーを、より効率的に粉砕エネルギーに転化できる。

【0015】

請求項３に記載の発明によれば、Ｖ字形の先端部に高密度で原料が集積してデッドストック層と呼ばれるセルフライニング層が形成されるので、粉砕室の周壁の摩耗を抑制でき、粉砕室の耐久寿命が向上するとともに、摩耗により汚染物質が原料に混入するのを防止し、高品質の製品を得ることができる。

【0016】

請求項４に記載の発明によれば、クッション材を介してセラミックス製のランナーを嵌合凹部に嵌着したので、セラミックスランナーと嵌合凹部における熱膨張率の差に起因して生じる寸法誤差をクッション材で吸収できる。
しかして、本発明によれば、硬質なセラミックスランナーで断面形状がＶ字形のリング状の溝を形成するので、より一層、ジェットミルの耐久寿命と粉砕製品の品質が向上する。

【0017】

請求項５に記載の発明によれば、原料がＳ字形の羽根で粉砕室の内周面へ向けて飛ばされるので、内周面に形成した溝に速やかに集積され、粉砕効率が向上する。

【0018】

例えば、タングステン粒、鉄粒、銅粉等、比重の大きな原料の場合、投入された原料に高圧ガスを噴射したとき、比重が大きく重いので、遠心力によって直ぐ溝に集積され、高密度となる。
しかしながら、例えば、カーボン繊維、植物種子、医薬原料等、比重の小さい原料の場合、軽いため遠心力が作用しても溝に集積し難い。
請求項６に記載の発明によれば、第２ステップで、ノズルからの高圧ガスの噴射を停止したまま原料の供給を停止するので、この間に作用する遠心力によって原料を溝に集積させ、高密度化することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の実施例に係るジェットミルの主要部を示す縦断断面図である。

【図2】同ジェットミルのセラミックス製のランナーを示す斜視図である。

【図3】図２の３－３線から切断した断面図である。

【図4】同ジェットミルのアクセレータを示す斜視図である。

【図5】同アクセレータの平面図である。

【実施例】

【0020】

以下に本発明を図面に基づき説明する。図１には本発明の一実施例に係るジェットミル１０が示されている。当該ジェットミル１０は筒構造の第１ハウジング１１、第１ハウジング１１に載置した第２ハウジング１２及び第２ハウジング１２に載置した第３ハウジング１３を備えている。

【0021】

第１ハウジング１１の上部フランジ１１aと第２ハウジング１２の下部フランジ１２aがロアプレート１４を挟んでボルト１５で締め付けられている。このロアプレート１４には軸受ユニット１６がボルト１７，１８で固定され、軸受ユニット１６に内蔵された軸受１６aによって駆動軸１９がロアプレート１４に回転可能に取り付けられ、ロアプレート１４から垂下している。この駆動軸１９は図示略のモータに連結され、モータによって高速回転する。

【0022】

駆動軸１９の上端部にはミル本体２０の外底面がボルト２１で連結され、駆動軸１９によってミル本体２０水平に高速回転させることができる。
ミル本体２０は円盤状のアッパーケーシング２２とロアケーシング２３で構成されている。アッパーケーシング２２とロアケーシング２３がボルト２４で締め付けて合体され、内部に円形の粉砕室２０ａが区画形成されている。このアッパーケーシング２２の中央部には粉砕室２０ａに臨む開口２０ｂが形成されている。また、アッパーケーシング２２には粉砕室２０ａの中央部に連通する短筒体２５がボルト２６で固定され、粉砕室２０ａの開口２０ｂから上方に突出している。
粉砕室２０ａの内周面にはリング状の嵌合凹部２０ｃが形成され、嵌合凹部２０ｃに上下一対のアルミナ製のランナー２７，２８がゴム製のクッション材４４を介して嵌着されている。

【0023】

図２及び図３に示すように、各ランナー２７、２８はリング状に成型され、略直角三角形の断面形状を有する先端部２７ａ，２８ａと、先端部２７ａ，２８ａの底辺から連続する矩形の断面形状の基部２７ｂ，２８ｂから成る。両ランナー２７，２８は先端部２７ａ，２８ａの斜辺が対向するように合体され、これにより粉砕室２０ａの内周面にＶ字形の断面形状を有するリング状の溝２０ｄが形成されている。

【0024】

粉砕室２０ａの内底面の中央部にはアクセレータ２９が固設されている。図４及び図５に示すように、アクセレータ２９は駆動軸１９の上端部にネジ付けられ軸部２９ａと平面視がＳ字形の羽根２９ｂから構成され、駆動軸１９と一体に高速回転する。

【0025】

第２ハウジング１２の上部フランジ１２ｂにアッパープレート３０がボルト３１で固定され、アッパープレート３０に第３ハウジング１３の下部フランジ１３ａがボルト３２で固定されている。そして、第３ハウジング１３の上部フランジ１３ｂにカバープレート３３がボルト３４で固定されている。第３ハウジング１３の外周部には排出口３５が取り付けられている。

【0026】

カバープレート３３は中央部に開口３３ａが形成され、この開口３３ａに配管部材３６と筒部材３７が取り付けられている。配管部材３６は中央部に貫通穴３６ａが形成されるとともに、貫通穴３６ａの内周面にリング溝３６ｂが形成されている。またこのリング溝３６ｂに連通する接続口３６ｃが形成されている。筒部材３７はヘッド部３７ａとヘッド部３７ａから垂設した外筒３７ｂ及び内筒３７ｃから成る二重筒構造を有し、ヘッド部３７ａの外周面には、接続口３６ｃに連通するリング溝３７ｄが形成されている。接続口３６ｃは図示略のコンプレッサに接続され、コンプレッサから高圧ガスが供給される。

【0027】

配管部材３６は下端部がカバープレート３３の開口３３ａに嵌入され、嵌入した配管部材３６の貫通穴３６ａにＯリング３８を介して筒部材３７のヘッド部３７ａが嵌入され、配管部材３６と筒部材３７がブラケット３９とボルト４０でカバープレート３３に固定されている。配管部材３６のリング溝３６ｂと筒部材３７のリング溝３７ｄは連通し、外筒３７ｂと内筒３７ｃはアッパーケーシング２２の短筒体２５を通って粉砕室２０ａの中央部まで延びている外筒３７ｂの下端部にはリング状の溝２０ｄに向くようにノズル４１が取り付けられている。また、外筒３７ｂには予備のノズルを取り付けるための取付口がノズル４１の反対の位置に設けられ、栓４２で塞がれている。内筒３７ｃの上端部にはホッパ部材４３が接続されている。

【0028】

内筒３７ｃはホッパ部材４３から投入された原料を粉砕室２０ａへ供給する供給路１０ａとなる。また、内筒３７ｃの外周面と外筒３７ｂの内周面で、配管部材３６の接続口３６ｃから供給され、ノズル４１から噴出する高圧ガスのガス流路１０ｂが形成されている。さらにまた、外筒３７ｂの外周面と短筒体２５の内周面で、粉砕室２０ａで粉砕された原料を排出口３５から排出する排出路１０ｃが区画形成されている。

【0029】

本実施例に係るジェットミル１０の構造は以上の通りであって、ミル本体２０を高速で水平回転させながら、ホッパ部材４３から、内筒３７ｃで形成した供給路１０ａを通して原料を粉砕室２０ａの中央部に投入すると、アクセレータ２９によって原料が粉砕室２０ａの内周面へ飛ばされ、内周面に形成したリング状の溝２０ｄに集積される。

【0030】

リング状の溝２０ｄに集積した原料粒子は高速で水平回転するミル本体２０の遠心力によってリング状の溝２０ｄ内に高密度で密集し、ノズル４１から噴射される高圧ガスで粉砕される。粉砕された原料は質量が小さくなるので粉砕室２０ａで舞い上がり、舞い上がった微粉砕原料は、図示略の真空ポンプから排出路１０ｃに印加される負圧で吸引され粉砕室２０ａから排出口３５を通って排出される。

【0031】

本実施例に係るジェットミル１０によれば、リング状の溝２０ｄに集積した原料粒子は高速で水平回転するミル本体２０の遠心力によってリング状の溝２０ｄ内に高密度で密集するので、ノズル４１から高圧ガスを噴射したとき、飛散したり、浮遊するのを抑制できる。そのため、高速ガスの運動エネルギーが効率的に粉砕エネルギーに転化され、高い粉砕効率を得ることができる。

【0032】

ところで、例えば、タングステン粒、鉄粒、銅粉等、比重の大きな原料の場合、投入された原料に高圧ガスを噴射したとき、比重が大きく重いので、遠心力によって直ぐリング状の溝２０ｄに集積され、高密度となる。
しかしながら、例えば、カーボン繊維、植物種子、医薬原料等、比重の小さい原料の場合、軽いため遠心力が作用してもリング状の溝２０ｄに集積し難い。
そのような場合、表１に示すように、ミル本体２０を連続的に回転させるとともに、ノズル４１からの高圧ガスの噴射を停止（Ｔ４）して粉砕室２０ａに原料を投入（Ｔ１）する第１供給ステップ（Ｓ１））と、ノズル４１からの高圧ガスの噴射を停止（Ｔ４）したまま原料の供給を停止（Ｔ２）する第２ステップ（Ｓ２）と、原料の供給を停止（Ｔ２）したままノズル４１から高圧ガスを噴射（Ｔ３）する第３ステップ（Ｓ３）を繰り返す。
この作動ステップ（Ｓ１～Ｓ３）によれば、第２ステップ（Ｓ２）で、ノズル４１からの高圧ガスの噴射を停止したまま原料の供給を停止するので、この間に作用する遠心力によって原料をリング状の溝２０ｄに集積させ、高密度化することができる。
また、原料の硬さに応じて時間Ｔ１～Ｔ４を調整することにより、所望の製品粒度をえることができる。

【0033】

【表1】

【0034】

本実施例に係るジェットミル１０では、原料がＶ字形のリング溝２０ｄの先細りの先端部２７ａ，２８ａに集中して集積するので、遠心力によって、より高密度に集積される。そのため高速ガスの運動エネルギーを、より効率的に粉砕エネルギーに転化できる。
また、Ｖ字形の先端部２７ａ，２８ａに高密度で集積した原料は、デッドストック層と呼ばれるセルフライニング層となるので、粉砕室２０ａの周壁の摩耗を抑制でき、粉砕室２０ａの耐久寿命が向上するとともに、摩耗により汚染物質が原料に混入するのを防止し、高品質の製品を得ることができる。

【0035】

クッション材４４を介してセラミックス製のランナー２７，２８を嵌合凹部２０ｃに嵌着したので、セラミックスランナー２７，２８と嵌合凹部２０ｃにおける熱膨張率の差に起因して生じる寸法誤差をクッション材４４で吸収できる。
硬質なセラミックスランナー２７，２８で断面形状がＶ字形のリング状の溝２０ｄを形成するので、より一層、ジェットミル１０の耐久寿命と粉砕製品の品質が向上する。

【0036】

原料がＳ字形の羽根２９ｂで粉砕室２０ａの内周面へ向けて飛ばされるので、内周面に形成したリング状の溝２０ｄに速やかに集積され、粉砕効率が向上する。
なお、本実施例では、粉砕室２０ａの内周面にリング状の溝２０ｄを形成したが、内周面に垂直に溝を多数列設することもできる。

【符号の説明】

【0037】

１０…ジェットミル
１０ａ…供給路
１０ｂ…ガス流路
１０ｃ…排出路
１１…第１ハウジング
１２…第２ハウジング
１３…第３ハウジング
１４…ロアプレート
１６…軸受ユニット
１９…駆動軸
２０…ミル本体
２０ａ…粉砕室
２０ｂ…開口
２０ｃ…リング状の嵌合凹部
２０ｄ…リング状の溝
２２…アッパーケーシング
２３…ロアケーシング
２５…短筒体
２７，２８…ランナー
２７ａ，２８ａ…先端部
２７ｂ，２８ｂ…基部
２９…アクセレータ
２９ｂ…Ｓ字形の羽根
３０…アッパープレート
３３…カバープレート
３３ａ…開口
３５…排出口
３６…配管部材
３６ａ…貫通穴
３６ｂ…リング溝
３６ｃ…接続口
３７…筒部材
３７ａ…ヘッド部
３７ｂ…外筒
３７ｃ…内筒
３７ｄ…リング溝
３８…Ｏリング
３９…ブラケット
４１…ノズル
４２…栓
４３…ホッパ部材
４４…クッション材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】