ビーズ分離：ギャップセパレーター
ビーズミルの粉砕効率を左右する要素の１つがビーズの分離性能です。
ビーズ分離機構を大別すると、以下のようになります。
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今回は ２．ギャップセパレータータイプ について述べたいと思います。
ギャップセパレータータイプ
ギャップセパレータータイプは竪型ビーズミル、横型ビーズミルの双方に回転ロータータイプ、多層アニュラープレート（環状円盤）タイプがあります。
回転ロータータイプ
ギャップセパレーターは竪型ミル(a)、横型ミル(b)のような方法でいずれにも採用されています。回転ロータータイプには、撹拌機構の主軸を利用して、回転ローターを設けて固定ステーターとの間にギャップを設ける方法と、撹拌機構とは異なる動力により、撹拌機構の主軸と別駆動の回転ローターを設けて、固定ステーターとの間にギャップを設ける方法がある。
ギャップセパレーターのギャップはおおむね50μmから30μmとして、このギャップによってビーズとスラリーを分離します。ギャップセパレーターのギャップは、ビーズの噛み込みによる破損防止から、最小ビーズ径に対して1/3のギャップが望ましいとされています。
以下にギャップ間隔と分離できるビーズ粒径の限界を示します。
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| 撹拌機構の主軸利用したギャップセパレーター(NVM型) | 撹拌機構と別駆動の回転ローター(UVM型） | ||
|---|---|---|---|
| 粉砕室容量 | 10L以下の中・小型機 | 10L以上の中型・大型生産機 | - |
| ギャップ間隔の限界 | 100μm程度 | 150μm | 60μm |
| 分離できるビーズ粒径の限界 | 0.3mmφ | 0.45mmφ | 0.15mmφ |
撹拌機構と別駆動のローターは、低速回転が可能であることから、60μmのギャップ間隔とすることができます。60μmのギャップ間隔であっても、ローターの回転によって流体の境膜が掻き取られることから、高粘度流体でも問題なく通過します。
撹拌主軸取り付けローター、別駆動ローターのどちらも大型機になると、構造的にギャップの径が小さくなり、スラリー通過面積が狭くなることから、小型機に対して吐出流量が著しく減少するので、高粘度スラリーや、大量吐出量については慎重に検討しなければいけません。
回転体と流体境膜
ミル容量とギャップセパレーターの断面積比率多層アニュラープレート
多層アニュラープレートタイプは、図(a)のように10～20枚前後のアニュラープレート（環状円盤）を組み合わせた物で、連続式ビーズミル、バッチ式のバスケットミルに採用されています。
それぞれのアニュラープレートの間には、100～600μmのギャップを設けて、ビーズとスラリーを分離します。アニュラープレートのギャップを20～30μmにすると、静止しているギャップ面には図(b)のように流体の境膜があることから、境膜の抵抗によって清水のような低粘度流体でも通過できません。多層アニュラープレートのギャップセパレーターで分離できるビーズは0.15mmφが限界です。
(a)多層アニュラープレート
(b)アニュラープレートの流体境膜前後の記事はこちら
ビーズ分離それぞれのメリットデメリットはこちら
＜引用・参考文献＞
中山勉：「超微粒子・ナノ粒子をつくる ビーズミル」,工業調査会
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