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ビーズミルの分類~撹拌構造とベッセルの向き、ビーズ分離方式~

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ビーズミルの分類~撹拌構造とベッセルの向き、ビーズ分離方式~
ビーズミルは、攪拌構造(アジテーター)を高速回転することにより、運動エネルギーを得たビーズがスラリー中の砕料粒子を捕捉し、粉砕・分散する装置になります。今回は攪拌構造(アジテーター)の形状による粉砕・分散力の違い、ベッセル(粉砕室)の向きによる操作性、分離方式それぞれのメリットデメリットをご紹介致します。

ビーズミルの撹拌構造(アジテーター)の形状

攪拌構造とは、ベッセル(粉砕室)内に充填されたビーズとスラリー中の砕料粒子を攪拌する部分です。攪拌されたビーズが砕料粒子に作用し、ずり応力、せん断応力、摩擦力、衝撃力、またはビーズとビーズの間に生まれる流体力によって粒子が粉砕・分散されます。攪拌構造には様々な形状があり、粉砕力・分散力に差が出てきます。
弊社のビーズミルNVMはディスク型ですが、その他にもピンカウンター・ピン型、アニュラーギャップ型と呼ばれる攪拌構造があります。以下攪拌構造の違いによる特徴をまとめました。

攪拌構造 ディスク型 ピン型 アニュラ―型
 図 ディスク型 ピン型 アニュラ―型
特徴
  • 形状が自由自在
  • 摩耗した部分のみの交換が可能
  • 大型化が容易
  • ディスク型よりも粉砕力が強い
  • ピンとピンを狭めることで粉砕エリアを狭くでき、強い粉砕が可能
  • ピン(突起物)の摩耗で粉砕性能に変化がある。
  • ディスク、ピン型よりも粉砕力が強い
  • ローターとベッセル(容器)の隙間が一様に狭く、強い粉砕力を得られる。
  • 他と比べ発熱、摩耗が著しく多い。
  • ローターが大きくセラミックコストが他と比べ高い

ピン型は、ディスク型と比較するとエネルギー密度が高い、つまり粉砕力が強いという特長があります。それに伴い発熱と摩耗は多くなります。
アニュラーギャップ型は、更にエネルギー密度が高くなるため、ディスク型、ピン型よりも発熱・摩耗が多くなります。スケールアップが難しいという通説もあります。処理が行われるのは、ローターの外側で、大型機でも外側でのみ処理が行われるというイメージです。つまり、良い結果をもたらす領域の体積が稼ぎづらいので、スケールアップ性が高くないと言われています。発熱の制御もスケールアップすればするほど難易度も増します。ローターが大型化する傾向もあるので、セラミックで作っているとコストが上がる、というデメリットもあります。

ベッセル(粉砕室)の向きについて

ベッセルとは、ビーズが充填される場所です。ベッセルの向きには竪型と横型があります。
竪型と横型、それぞれの特徴を以下にまとめました。
 
構造 竪型 横型
ビーズミル(竪型) ビーズミル(横型)
特徴
  • ベッセル、アジテーターの取り外しに工夫が必要
  • ビーズ自重により高い粉砕力が得られる。
  • アジテーターの回転、流量によりビーズの挙動が制御しやすい
  • ビーズ交換が容易
  • ベッセル、アジテーターの取り外しが容易
  • ビーズ自重の影響が少なく充填率を高めやすい。
  • スラリー入口に逆止弁が不要
当社機種 Neo-アルファミル
サンドグラインダー
イージーナノ
ニュービスコミル
スタートラボ

ビーズとスラリーの分離方式

ビーズミルには、ビーズとスラリーを分離するビーズ分離機構があります。分離方式は、種類がありギャップセパレーターやスクリーンの隙間、または遠心分離を利用してビーズをベッセル(粉砕室)外に出さないような工夫をしています。

ビーズを分離するタイミングは、ビーズミルの運転方式が「連続式」か「バッチ式」かで変わります。ビーズミルにポンプでスラリーを連続的に送りこむ「連続式」では、処理をしながらビーズとスラリーを分離し砕料粒子を得ることができます。それぞれの分離方式により対応するビーズ径や粘度、詰まり難いといった特徴があり、適切に選定する必要があります。「バッチ式」では、ビーズミル運転終了後に別工程で回収するので連続式よりも簡便にビーズ分離を行うことができます。

分離方式によって、処理が可能な粘度やビーズ径が決まっています。以下の表に特徴と対応ビーズ径、メリットデメリットをまとめました。

構造 ビーズ分離方式
【参考AIMEX機】
概略図 対応ビーズ径目安 長所 短所
連続式

竪型
or
横型
ギャップセパレーター
ビスコミルNVM
 ギャップセパレーター φ0.3~2.0mm ・高粘度対応
・確実なビーズ分離
・目詰まりなし
・最大吐出量はスクリーンに劣る
・小径ビーズ不可
遠心分離
Neo-アルファミル
遠心分離 φ0.03~0.3mm ・小径ビーズ対応
・目詰まりなし
・ビーズ流出リスク
スクリーン スクリーン式 φ0.1~2.0mm ・幅広いビーズ径に対応
・開口面積大=大吐出
・確実なビーズ分離
・スクリーン目詰まり
・スクリーンは金属製
バッチ式 底部スクリーン
or
別工程分離
イージーナノ
別工程分離 ~φ2.0mm ・処理ムラが少
・条件出しが容易
・メンテナンスが容易
・トラブル率圧倒的に低い
・生産効率低

各ビーズ分離方式にはメリットデメリットがありますが、一番の違いは「使用できるビーズ径の目安」です。

そのため、アイメックスでは、トラブルが少ない「バッチ式」を使用してビーズ径等の選定をし、そこから「連続式」のビーズ分離方式を選定するという流れを推奨しています。



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