特許 7454066 アジテータボールミル

(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】2024-03-12

(45)【発行日】2024-03-21

(54)【発明の名称】アジテータボールミル

(51)【国際特許分類】

   B02C 17/16 20060101AFI20240313BHJP

   B02C 17/18 20060101ALI20240313BHJP

【ＦＩ】

B02C17/16 B

B02C17/18 Z

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2022557820

(86)(22)【出願日】2021-03-26

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-05-24

(86)【国際出願番号】 EP2021057973

(87)【国際公開番号】W WO2021191430

(87)【国際公開日】2021-09-30

【審査請求日】2022-09-22

(31)【優先権主張番号】20166428.1

(32)【優先日】2020-03-27

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(73)【特許権者】

【識別番号】517338205

【氏名又は名称】ビューラー アーゲー

(74)【代理人】

【識別番号】110002848

【氏名又は名称】弁理士法人ＮＩＰ＆ＳＢＰＪ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ネイター、エドゥアルド

(72)【発明者】

【氏名】シュトルム、アヒム

(72)【発明者】

【氏名】リーヘ、アンドレアス

(72)【発明者】

【氏名】ヴェルスニク、トーマス

【審査官】山田 陸翠

(56)【参考文献】

【文献】特開平１０－０９９７０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－２５５５１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１８８３４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－１９７５２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０４－２１５８５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／１７０６６３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００６－３２０８９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】西独国特許出願公開第０２３２９９８７（ＤＥ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ０２Ｃ １７／００－１７／２４

Ｂ０２Ｃ １／００－ ７／１８

Ｂ０２Ｃ １５／００－１７／２４

Ｂ０１Ｆ ２７／００－２７／９６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

流動性の粉砕材料を処理するためのアジテータボールミルであって、
円筒状の外側ステータ（２）と、
共通の中心軸（５）の周りに回転可能に装着されており、かつ、円筒状のロータ（１）を有する、アジテータと、を備え、前記ロータ（１）は、前記外側ステータ（２）内に配置され、
前記ロータ（１）と前記外側ステータ（２）との間に粉砕チャンバ（４）が形成され、前記粉砕チャンバ（４）内に、供給チャネル（７）から排出チャネル（６）まで延びる通過流方向が規定され、
前記外側ステータ（２）と前記ロータ（１）との間の前記粉砕チャンバ（４）は一定の幅を有し、
前記粉砕チャンバ（４）は、粉砕要素で少なくとも部分的に充填されており、
前記外側ステータ（２）の方向に延びる複数のロータ粉砕ツール（１１）が前記ロータ（１）に取り付けられており、
前記粉砕チャンバ（４）内へある長さだけ半径方向に突出する複数の外側ステータ粉砕ツール（２１、２１１）が、前記外側ステータ（２）に取り付けられ、
前記外側ステータ粉砕ツール（２１、２１１）は、隣接して円周方向に互いからある距離に配置され、列を形成し、
これらの列は、前記中心軸に沿って前記外側ステータ（２）上で互いに平行に配置されており、
前記外側ステータ粉砕ツール（２１、２１１）が、第１の長さを有する複数の第１の外側ステータ粉砕ツール（２１）と、前記外側ステータ（２）の通過流方向における後方領域において、前記第１の外側ステータ粉砕ツール（２１）より大きい第２の長さを有する複数の第２の外側ステータ粉砕ツール（２１１）を有し、
前記複数の第１の外側ステータ粉砕ツール（２１）は、前記円周方向において同じ長さを有し、前記複数の第２の外側ステータ粉砕ツール（２１１）は、前記円周方向において同じ長さを有する、
アジテータボールミル。

【請求項2】

前記外側ステータ（２）は、前記円周方向に外側ステータ粉砕ツール（２１、２１１）の６～１２個の列を有し、かつ／又は前記中心軸（５）の方向に前記外側ステータ粉砕ツール（２１、２１１）の８～２０個の長手方向列を有する、請求項１に記載のアジテータボールミル。

【請求項3】

前記複数の第１の外側ステータ粉砕ツール（２１）の数に対する、前記複数の第２の外側ステータ粉砕ツール（２１１）の数の比率は、０．１～０．５である、請求項１又は２のいずれか一項に記載のアジテータボールミル。

【請求項4】

動作中の前記アジテータボールミルは、前記中心軸（５）が垂直に配向されるように配置され、前記粉砕チャンバ（４）内の前記通過流方向は、上部から底部まで延びる、請求項１～３のいずれか一項に記載のアジテータボールミル。

【請求項5】

前記複数の第２の前記外側ステータ粉砕ツール（２１１）の長さは、前記複数の第１の外側ステータ粉砕ツール（２１）の長さの１．５～２．５倍の長さである、請求項１～４のいずれか一項に記載のアジテータボールミル。

【請求項6】

前記複数の第１の外側ステータ粉砕ツール（２１）の長さは、５～２０ｍｍである、請求項１～５のいずれか一項に記載のアジテータボールミル。

【請求項7】

前記ロータ粉砕ツール（１１）は各々、同じ長さを有する、請求項１～６のいずれか一項に記載のアジテータボールミル。

【請求項8】

前記外側ステータ粉砕ツール（２１、２１１）及び／又は前記ロータ粉砕ツール（１１）は、ピンの形態で設計されている、請求項１～７のいずれか一項に記載のアジテータボールミル。

【請求項9】

前記ピンは、円筒形状を有し、前記長さは、少なくとも前記ピンの直径程度の大きさである、請求項８に記載のアジテータボールミル。

【請求項10】

前記ロータ（１）内に分離装置（３）が提供される、請求項１～９のいずれか一項に記載のアジテータボールミル。

【請求項11】

外側ステータ内径Ｄ２に対するロータ外径Ｄ１の比率について、以下の式が適用される、請求項１～１０のいずれか一項に記載のアジテータボールミル。
０．６≦Ｄ１／Ｄ２≦０．９５

【請求項12】

ロータ内径ｄ１に対する内側ステータ外径ｄ２２の比率について、以下の式が適用される、請求項１～１１のいずれか一項に記載のアジテータボールミル。
０．８≦ｄ２２／ｄ１≦０．９５

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、アジテータボールミル、特に、アジテータボールミル内の粉砕要素の改善された流動化及び分布が保証されるアジテータボールミルに関する。

【0002】

アジテータボールミル（Ｒｕｈｒｗｅｒｋｓｋｕｇｅｌｍｕｈｌｅ、又はＲＷＫＭ）の基本構造は、例えば、ＥＰ１９９２４１２Ｂ１から知られている。従来のアジテータボールミルの場合、粉砕要素は、流れやすい生成物のすすぎ中及び製造中に、重力によって粉砕チャンバの下方領域に凝集し、圧縮する可能性がある。これは、アジテータボールミル内の粉砕要素の好ましくない分布に起因する生成物の品質の低減又は処理時間の延長につながる可能性がある。

【0003】

アジテータボールミルはまた、例えば、文献ＤＥ４００８４７２Ａ１、ＤＥ１９６３８３５４Ａ１、及びＷＯ２００６／１１６３３８Ａ２から知られている。

【0004】

したがって、本開示の目的は、粘度が低く、かつ／又は粘着性がより低い流れやすい生成物の場合に、特にアジテータボールミル内の粉砕要素のより良好な分布によって、より低い電力消費を達成することである。本発明は、独立請求項１の特徴によって定義される。従属請求項は、好ましい実施形態を説明している。

【0005】

本開示は、円筒状の外側ステータと、共通の中心軸の周りに回転可能に装着されており、かつ、円筒状のロータを有する、アジテータと、を有する、流動性の粉砕材料を処理するためのアジテータミルを含む。ロータは、外側ステータ内に配置され、ロータと外側ステータとの間に粉砕チャンバが形成される。粉砕チャンバは、外側ステータとロータとの間に一定の幅を有する。粉砕材料を粉砕チャンバ内に誘導することができる供給チャネルは、粉砕チャンバの上流にある。更に、粉砕材料が粉砕チャンバから出ることができる排出チャネルが提供される。したがって、供給チャネル及び排出チャネルは、供給チャネルから排出チャネルまで延びる、粉砕チャンバを通る通過流方向を画定する。

【0006】

粉砕チャンバは、粉砕要素で少なくとも部分的に充填されている。更に、外側ステータの方向に半径方向に延びるロータ粉砕ツールがロータに取り付けられている。更に、粉砕チャンバ内へとある長さだけ半径方向に突出する複数の外側ステータ粉砕ツールが、外側ステータに取り付けられている。外側ステータ粉砕ツールは、隣接して円周方向に互いからある距離に配置され、列を形成する。これらの列は、中心軸に沿って外側ステータ上で互いに平行に配置されている。外側ステータ粉砕ツールはまた、長手方向列に、すなわち、円周方向に対して垂直に、かつ中心軸に沿って配置されている。

【0007】

したがって、外側ステータ粉砕ツールは、中心軸の方向に、すなわち、通過流方向に沿って長手方向列を形成し、また、それに対して垂直な列、すなわち、外側ステータの円周の周りに円形構成の列を形成する。

【0008】

粉砕チャンバの供給チャネルから離れる方向を向いた側において、外側ステータ粉砕ツールのうちの、少なくとも１つの列の、好ましくは３列の外側粉砕ツールは、残りの外側ステータ粉砕ツールよりも大きい半径方向長さを有する。言い換えれば、円周方向における（通過流方向で）少なくとも最後方の列（単数又は複数）の外側ステータ粉砕ツール、すなわち、供給チャネルから最も離れている外側ステータの周囲の円上にあるすべてのそれらの外側ステータ粉砕ツールは、したがって、他の外側ステータ粉砕ツールよりも大きい半径方向長さを有する。

【0009】

外側ステータは、好ましくは、円周方向に外側ステータ粉砕ツールの６～１２個の列を有し、かつ／又は外側ステータ粉砕ツールの８～２０個の長手方向列を有する。

【0010】

中心軸が垂直に配向され、粉砕チャンバ内の通過流方向が上部から底部まで延びるように動作中のアジテータミルが配置される一実施形態では、円周方向における下方の列、又は好ましくは３つの下方の列は、外側ステータ粉砕ツールを備えた列によりも大きい長さのものである。

【0011】

円周方向の各列の外側ステータ粉砕ツールは各々、同じ長さのものであり得る。より大きい長さを有する外側ステータ粉砕ツールの長さは、他の外側ステータ粉砕ツールの長さの１．５～２．５倍、好ましくは１．７５～２．２５倍、特に好ましくは２．０倍の長さであり得る。他の外側ステータ粉砕ツールの長さは、５～２０ｍｍ、好ましくは７～１５ｍｍであり得る。

【0012】

好ましくは、ロータ粉砕ツールは各々、同じ長さ、例えば、２０ｍｍ～４０ｍｍのものである。

【0013】

外側ステータ粉砕ツール及び／又はロータ粉砕ツールは、好ましくは、ピンの形態で設計されている。ピンは、好ましくは、円筒形状を有し、長さは、少なくともピンの直径程度の大きさである。

【0014】

ロータ内に分離装置を提供することができる。通過流方向において、流動性の粉砕材料を排出するための排出チャネルは、分離装置の下流に配置され得る。

【図面の簡単な説明】

【0015】

図１を参照して、本発明を更に説明する。

【図1】本発明の一例による、アジテータボールミルを通る断面を示す。

【0016】

以下で、図１による垂直アジテータボールミル（ＲＷＫＭ）、すなわち、動作中に、中心軸５が垂直に配向され、通過流方向が上部から底部に延びる好ましい実施形態によるアジテータボールミルに言及する。中心軸５に平行な方向は、軸方向と呼ばれる。しかしながら、本発明は、水平に又は斜めに配置されたアジテータボールミルにおいても使用され得る。

【0017】

図１に示したアジテータボールミルは、本質的に円筒形のロータ１を有するアジテータを有し、ロータ１は、外径Ｄ１及び内径ｄ１を有する。ロータ１は、中心軸５の周りに回転可能に装着されている。図示の実施形態によれば、これは垂直に配向されている。更に、アジテータボールミルは、外側ステータ直径Ｄ２を有する外側ステータ２を有し、外側ステータ２は、ロータ１を取り囲んでいる。特に、ロータ１に面している外側ステータ２の内壁は円筒状である。ロータ１及び外側ステータ２は、中心軸５と同軸である。更に、ロータ１は円筒状の外壁を有する。したがって、外側ステータ２とロータ１との間に、全高にわたって円周方向に同じ半径方向厚さを有する粉砕チャンバ４が形成される。したがって、粉砕チャンバ４は一定の環状寸法を有する。処理される粉砕材料は、供給チャネル７を介して粉砕チャンバ４に導入される。

【0018】

また、中心軸５と同軸で、アジテータボールミルは、内側ステータ外径ｄ２２を有する内側ステータ２２を有し、内側ステータ２２は、ロータ１の半径方向内側と共に、排出空間２３を形成する。排出空間２３は、図１ではロータ１の下に形成されている、チャネルを介して粉砕チャンバ４に接続されている。したがって、分散された生成物は、粉砕チャンバ４から流出して、チャネルを介して排出空間２３に入り、内側ステータ２２の上方に配置されている分離装置３に至る。分離装置３は、同伴され得る任意の粉砕要素を抑止するように設計されている。最終生成物を機械から排出する排出チャネル６は、分離装置３内で中央に位置する。

【0019】

粉砕チャンバ４内へと半径方向に突出するロータ粉砕ツール１１が、ロータ１の外壁に取り付けられている。粉砕チャンバ４内へと半径方向に突出する外側ステータ粉砕ツール２１、２１１が、外側ステータ２の内壁に取り付けられている。ツール１１、２１、２１１は、ロータ１が回転するときに、それらの間に適切な距離が生成されるようにオフセットして取り付けられている。

【0020】

ツール１１、２１、２１１は、好ましくは、ロータ１の円筒状の外壁上、又は外側ステータ２の円筒状の内壁上に、中心軸に平行な長手方向列で、すなわち垂直に、かつ円周方向に装着される。いずれの場合にも、ツール１１、２１、２１１は、好ましくは、長手方向及び／又は円周方向において、互いに等間隔に離間している。言い換えれば、ツール１１、２１、２１１は均一に分布している。ツール１１、２１、２１１の各長手方向列は、好ましくは、１列当たり６～２０個のツール１１、２１、２１１を有する。更に、１列のツール１１、２１、２１１当たり、好ましくは、６～１２個のツール１１、２１、２１１が円周方向に取り付けられている。しかしながら、本発明は、長手方向及び／又は円周方向におけるツール１１、２１、２１１の数に束縛されず、ステータツール及びロータツールを備える任意のアジテータボールミルに適用され得る。

【0021】

以下において、特に定義されない限り、「長さ」とは、ツール１１、２１、２１１の半径方向長さ、すなわち、ツール１１、２１、２１１が粉砕チャンバ４内へと半径方向に、すなわち、外側ステータ２の方向に、又はロータ１の方向に突出している長さを示す。ロータツール１１は、同じ長さのものである。ロータツール１１は、一般に、約２０ｍｍ～４０ｍｍの長さを有する。本発明によれば、外側ステータ粉砕ツール２１１は、外側ステータ２の、通過流方向における後方領域において、すなわち、図示の実施形態では、外側ステータの下方領域において、より大きい長さを有する（図１を参照）。後方領域は、粉砕チャンバ４と排出空間２３とを接続するチャネルに面している。ここで、円周方向の外側ステータ粉砕ツール２１、２１１の列は各々、同じ長さを有する。少なくとも、外側ステータ粉砕ツール２１１の図１の最も下方の（通過流方向において最も後方の）列、好ましくは最も下方の２列、特に好ましくは最も下方の３列は、残りの外側ステータ粉砕ツール２１によりも大きい長さを有する。垂直方向において、外側ステータ粉砕ツール２１１の２つ以上の列がより大きい長さを有する場合、これらの外側ステータ粉砕ツール２１１は、好ましくは同じ長さを有する。また、通過流方向において外側ステータ粉砕ツール２１、２１１の長さが徐々に増大することが有用であり得る。

【0022】

より大きい長さを有する外側ステータ粉砕ツール２１１の長さは、他の外側ステータ粉砕ツール２１の長さの１．５～２．５倍、好ましくは１．７５～２．２５倍、特に好ましくは２．０倍の長さであり得る。他の外側ステータ粉砕ツール２１の長さは、５～２０ｍｍ、好ましくは７～１５ｍｍであり得る。

【0023】

本発明の例示的実施形態によれば、外側ステータ内径Ｄ２に対するロータ外径Ｄ１の比率は、以下のように規定され、いずれの場合にも、直径は粉砕ツール１１、２１、２１１を考慮することなく測定される。
０．６≦Ｄ１／Ｄ２≦０．９５

【0024】

更に、この例によれば、ロータ内径ｄ１に対する内側ステータ外径ｄ２２の比率は、以下のように規定され、ｄ２２は、図１に示したピンを考慮することなく測定される。
０．８≦ｄ２２／ｄ１≦０．９５

【0025】

更に、一実施形態によれば、他の外側ステータ粉砕ツール２１の数に対する、より大きい長さを有する外側ステータ粉砕ツール２１１の数の比率は、０．１～０．５である。例えば、外側ステータ２は、より大きい長さを有する２つの外側ステータ粉砕ツール２１１と、８つの他の外側ステータ粉砕ツール２１とを有する。

【0026】

例として、粉砕チャンバ４の全高（外側ステータ２の長さ）に対する、より大きい長さを有する外側ステータ粉砕ツール２１１が粉砕チャンバ４内へと突出する高さの比率は、０．０５～０．３、好ましくは０．１～０．２である。

【0027】

より大きい長さを有する外側ステータ粉砕ツール２１１が粉砕チャンバ４内へと突出する高さは、軸方向に、すなわち、その長さにおいて、より大きい長さを有する外側ステータ粉砕ツール２１１が粉砕チャンバ内に配置されている粉砕チャンバ４の領域において、より大きい長さを有する外側ステータ粉砕ツール２１１が延びる長さとして理解されるべきである。言い換えれば、垂直アジテータミルの場合、これは、より長い外側ステータ粉砕ツール２１１によってカバーされている処理ゾーン（粉砕チャンバ４）の高さに対応する。

【0028】

粉砕チャンバ４内により大きい長さを有する外側ステータ粉砕ツール２１１が１５０ｍｍ延びており、粉砕チャンバの長さ又は外側ステータ２の長さ（処理ゾーン高さ）が５００ｍｍである例では、比率は０．３となる。

【0029】

外側ステータ内径Ｄ２に対する、外側ステータ粉砕ツール２１１が粉砕チャンバ４内に突出する長さの比率は、好ましくは０．０５～０．４、特に好ましくは０．２～０．３である。粉砕チャンバ４内により大きい長さを有する外側ステータ粉砕ツール２１１が１５０ｍｍ延びており、外側ステータ内径Ｄ２が５５０ｍｍである例では、比率は０．２７となる。

【0030】

アジテータボールミルにおいて、引き込み力に起因して、特に垂直アジテータボールミルの場合には、重力に起因して、通過流方向における後方領域において、粉砕動作又は分散動作中に粉砕要素の凝集が生じることがある。水平アジテータボールミル又は傾斜アジテータボールミルであっても、粉砕要素は、引き込み力に起因して、粉砕チャンバの一部に、特に通過流方向において下向きに凝集することがある。通過流方向における後方領域において、外側ステータ粉砕ツールが延在する結果、アジテータボールミル全体にわたる粉砕要素の流動化が改善される。機械の一部における粉砕要素の凝集が、効果的に防止され得る。しかしながら、動作中に粉砕要素の凝集が発生する場合、これは、外側ステータの下方領域においてより長いピンを使用することによって、顕著に緩められ、動き出すことができる。それによって、改善された粉砕結果又はより良好な粉砕結果が達成され、生成物の品質が増大する。特に、この構成は、粘度（靭性）が低く、かつ／又は粘着性がより低い流れやすい生成物の場合に、より低い電力消費を可能にする。

【0031】

更に、粉砕要素の凝集に起因して機械で発生する振動を低減することができる。

【0032】

本開示の粉砕ツールは、好ましくは接着される。これにより、動作中の加工に関連するミルの操作が防止される。ツールは、冷却面の低減を防止する接着剤結合によってステータに封止される。外側ステータのツールは、好ましくは、２つの異なる規定長さで提供される。したがって、軸方向のツール長さでは、１ステップしかない。これにより、更に、粉砕の期間全体にわたって一定の粉砕条件が保証される。

【0033】

本発明はまた、既存のアジテータボールミルに、特に、外側ステータ粉砕ツールが交換可能であるように設計されているアジテータボールミルに適用され得る。このようなアジテータボールミルをそれに応じて改造するために、供給チャネルから離れる方向を向いた円周方向における列の外側ステータ粉砕ツールは、対応してより大きい長さを有する外側ステータ粉砕ツールによって交換される。この場合、本発明によれば、所望の数の列の外側ステータ粉砕ツール、すなわち、少なくとも、通過流方向において最も後方にある列のツール、好ましくは、最も後方の３列のツールが交換される。

【0034】

本発明は、図面及び関連する説明によって詳細に例示され、説明されているが、この表現及びこの詳細な説明は、例証的かつ例示的なものとして理解されるべきであり、本発明を限定するものではない。以下の特許請求の範囲から逸脱することなく、当業者が変更及び修正を行い得ることが理解される。特に、本発明はまた、様々な態様及び／又は実施形態に関して上記で言及した、又は示した特徴の任意の組み合わせを有する実施形態を含む。

【0035】

本発明はまた、図面の個々の特徴が他の特徴に関連して示されている場合、かつ／又は上述されていない場合であっても、それらの個々の特徴を含む。

【0036】

更に、「を備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」及びその派生語は、他の要素又はステップを除外するものではない。同様に、不定冠詞、「ａ」又は「ａｎ」並びにそれらの派生語は、複数を除外するものではない。特許請求の範囲に列挙されているいくつかの特徴の機能は、１つのユニットによって満たされ得る。また、「実質的に（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ）」、「周囲に（ａｒｏｕｎｄ）」、「約（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ）」などの用語は、特性又は値と連携した、特に、正確に特性を又は正確に値を定義する。特許請求の範囲における参照符号のいずれも、特許請求の範囲を限定するものとして理解されるべきではない。

【符号の説明】

【0037】

１ ロータ
１１ ロータ粉砕ツール
２ 外側ステータ
２１ 外側ステータ粉砕ツール
２１１ より大きい長さを有する外側ステータ粉砕ツール
２２ 内側固定子
２３ 排出空間
３ 分離装置
４ 粉砕チャンバ
５ 中心軸
６ 排水チャネル
７ 供給チャネル
ｄ１ ロータ内径
Ｄ１ ロータ外径
Ｄ２ 外側ステータ内径
ｄ２２ 内側ステータ外径

【図1】