JP4938595B2 - メディア攪拌型湿式分散機 - Google Patents

Description

本発明は、連続的に分散処理を行うメディア攪拌型湿式分散機に関する。

湿式分散処理とは、スラリー中に含まれる固体粒子を微粉砕して、より細かい微粒子からなる分散液とする処理である。例えば、プリンター用インク、塗料、重合トナー、カラーレジスト、セラミックス微粒子、酸化チタン、金属粉末、医薬品等の広い分野においてよく行われている。すなわち、これらは無機質微粒子、有機質微粒子、無機有機複合微粒子又はこれらの混合物を含むスラリーである。

これらの処理に使用される分散機の一つとして、メディア攪拌型の分散機がある。この分散機は、容器内でスラリー状の処理液とメディアとを一緒に攪拌し、メディアの剪断力によって粒子を粉砕すると共に分散するものである。分散後の処理液は、容器内に設けられたセパレータによりメディアと分離されて容器外に排出される。セパレータとしては、ギャップタイプやスクリーンタイプ等の篩式のものが多く使用されている。

分散処理の性能は使用するメディアの直径に大きく影響され、メディアの直径が小さいほど、分散液中の微粒子径を小さくすることができるので、近年の傾向としては、メディアの直径を小さくする傾向にある。しかしながら、メディアの小径化に伴ってメディアが排出側へ押し付けられる偏析現象が問題となり、この問題を解決するためにＬ／Ｄ比が１未満のメディア攪拌型湿式分散機が特許文献１及び特許文献２に提案されている。

図７に示すように、これらの特許文献に記載されたメディア攪拌型湿式分散機１０１は、円筒状の容器１０２と、容器１０２内を径方向に内側室１２１と外側室１２２に区画すると共に両室間を連通する複数のスリット１３１が形成される筒状のセパレータ１０３と、容器１０２の一端を挿通して回転自在に設けられる回転軸１０４と、回転軸１０４に固定されて回転するロータ１０５と、容器１０２の他端に設けられ内側室内外を連通する処理物の供給口１０６と、容器１０２の外周に設けられ外側室内外を連通する処理物の排出口１０７を備えている。

ロータ１０５の形状は、図８及び図９に示すように、円筒状の攪拌部材１５１と円板状の保持部材１５２で構成され、攪拌部材１５１の外周面に複数の突起部１５３を備えている。そして、ロータ１０５が矢印の方向に回転するとき、突起部１５３の前面１５４が作用面となり、処理物及びメディアに対して周方向の力を作用するようになっている。ここで、作用面となる前面１５４は、軸線に平行となるように形成されている。また、円筒状の攪拌部材１５１は、隣り合う突起部１５３の間に貫通孔１５５を備えている。

そして、供給口１０６から容器１０２内に処理物を供給してロータ１０５を回転させると、処理物は内側室１２１内に位置しているメディアと共に攪拌されて粉砕処理及び分散処理を受け、容器１０２の中心から外方向に向かって流動し、セパレータ１０３のスリット１３１によってメディアが分離され、外側室１２２から排出口１０７を通って容器１０２外に排出される。

この分散機１０１は、Ｌ／Ｄ比を小さくすると共に、セパレータ１０３の表面積を大きくすることによってメディアの偏析を防止することができる。しかしながら、この分散機１０１は、ロータ１０５とセパレータ１０３との間に位置するメディアが、共回り（グループモーション）を起こすという問題がある。このため、ロータ１０５の周囲で発生すべきメディア間の剪断力が減少して処理効率の低下を招くという問題がある。また、セパレータ１０３の表面に接触するメディアの速度がロータ１０５の周速度に近い高速となって、セパレータ１０３の内面等が摩耗するという問題がある。
特開平１０−１５４１１号公報 特開２００５−１２５１９２号公報

本発明の目的は、円筒状の容器と、容器内を径方向に内側室と外側室に区画すると共に両室間を連通する複数のスリットが形成される筒状のセパレータと、容器の一端を挿通して回転自在に設けられる回転軸と、回転軸に固定されて回転するロータと、容器の他端に設けられ内側室内外を連通する処理物の供給口と、容器の外周に設けられ外側室内外を連通する処理物の排出口を備えるメディア攪拌型湿式分散機であって、メディアの偏析現象及びメディアの共回り現象を抑制することにより、分散処理効率を向上し、セパレータ等における摩耗を防止できる分散機を提供することである。

上記のような課題を解決するために、本発明の請求項１に係るメディア攪拌型湿式分散機は、円筒状の容器と、該容器内を径方向に内側室と外側室に区画すると共に両室間を連通する複数のスリットが形成される筒状のセパレータと、前記容器の一端を挿通して回転自在に設けられる回転軸と、前記回転軸に固定されて回転するロータと、前記容器の他端に設けられ前記内側室内外を連通する処理物の供給口と、前記容器の外周に設けられ前記外側室内外を連通する処理物の排出口を備えるメディア攪拌型湿式分散機において、前記ロータが、軸線の方向に複数のロータに分割され、かつ、前記複数の各ロータが、円筒状の攪拌部材と円板状の保持部材で構成され、前記攪拌部材及び前記保持部材にはそれぞれ複数の貫通孔が設けられ、前記攪拌部材が、その外周面に複数の突起部を備え、前記突起部の作用面が、軸線に対して所定の傾斜角度を備えている手段を採用している。

また、本発明の請求項２に係るメディア攪拌型湿式分散機は、請求項１に記載のメディア攪拌型湿式分散機において、前記傾斜角度が、３°以上であり４５°以下である手段を採用している。

また、本発明の請求項３に係るメディア攪拌型湿式分散機は、請求項１又は２に記載のメディア攪拌型湿式分散機において、前記攪拌部材の外周面の直径をｄとし、前記突起部の高さをｈとするとき、式１の関係がある手段を採用している。
ｄ／３０ ＜ ｈ ＜ ｄ／１０ …… 式１

また、本発明の請求項４に係るメディア攪拌型湿式分散機は、請求項１乃至３の何れか１項に記載のメディア攪拌型湿式分散機において、前記傾斜角度の向きが、メディアを前記一端側から遠ざけるように作用させる向きである手段を採用している。

また、本発明の請求項５に係るメディア攪拌型湿式分散機は、請求項１乃至４の何れか１項に記載のメディア攪拌型湿式分散機において、前記攪拌部材が、隣り合う前記突起部の間に前記貫通孔を備えている手段を採用している。

本発明のメディア攪拌型湿式分散機は、前記のような構成としたことにより、攪拌部材の外側において、突起部の傾斜角度により定まる方向に流れを発生させることになる。すなわち、攪拌部材の周辺に位置する処理物及びメディアは、円筒状の攪拌部材の内外において、軸線方向に向かって流れる循環流を形成することになる。

また、処理物及びメディアは、ロータの回転により遠心力を受け、攪拌部材に設けられた貫通孔を内側から外側に向かって流れる。そして、この流れは上記の循環流を促進することになる。

円筒状をなす攪拌部材の内外に、軸線方向の循環流を発生させることにより、攪拌部材の周辺にあるメディアは偏析現象及び共回りの問題が解消されることになる。この結果、本発明のメディア攪拌型湿式分散機は、効率の高い粉砕処理及び分散処理を行うことができる。また、共回りの解消により、セパレータ付近でのメディアの流速が遅くなり、セパレータ等の摩耗を抑制することができる。

以下、図１〜図６に示す本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明のメディア攪拌型湿式分散機の概略側面断面図、図２及び図３はロータの概略図である。

このメディア攪拌型湿式分散機１は、円筒状の容器２と、容器内２を径方向に内側室２１と外側室２２に区画すると共に両室間を連通する複数のスリット３１が形成される筒状のセパレータ３と、容器２の一端を挿通して回転自在に設けられる回転軸４と、回転軸４に固定されて回転するロータ５と、容器２の他端に設けられ内側室２１内外を連通する処理物の供給口６と、容器２の外周に設けられ外側室２２内外を連通する処理物の排出口７を備えている。

ロータ５は、円筒状の攪拌部材５１と円板状の保持部材５２で構成され、攪拌部材５１の外周面には複数の突起部５３を備えている。そして、ロータ５が矢印の方向に回転するとき、突起部５３の前面５４が作用面となり、処理物及びメディアに対して攪拌力を作用するようになっている。また、円筒状の攪拌部材５１は、隣り合う突起部５３の間に貫通孔５５を備えている。

本発明のメディア攪拌型湿式分散機１は、突起部５３の作用面となる前面５４が軸線に対して所定の傾斜角度θを備えていることを特徴としている。これによって、ロータ５を矢印の方向に回転すると、処理物及びメディアには、突起部５３の作用面により周方向の力と共に軸線方向の力が作用することになる。この結果、攪拌部材５１の周辺に位置する処理物及びメディアは、図６（Ａ）に矢印で示すように、攪拌部材５１の内外において、軸線方向に向かって流れる循環流を形成することになる。

傾斜角度θは、３°以上であり４５°以下であることが好ましく、５°以上であり３０°以下であることがより好ましい。傾斜角度θが３°未満では、軸線方向に作用する力が小さく、顕著な効果が認められない。また、４５°を超える場合は、本来必要な周方向に作用する力が小さくなり、分散処理の効率が低下することになる。

傾斜角度θの向きは、突起部５３をネジ山と看做したときに、ロータ５がその回転によって進む向きが、回転軸４が挿通されている容器２の一端側であることが好ましい。メディアは、処理物の供給口６を備える他端側では自由度があって動き易く、閉塞されている一端側の方では自由度がなくて動き難い。このため、突起部５３の作用面によって作用する軸線方向の力は、メディアを一端側から遠ざけるように作用させることが好ましいのである。

突起部５３の高さｈは、攪拌部材５１の外周面の直径ｄとの間に、次の式１に示す関係があることが好ましい。
ｄ／３０ ＜ ｈ ＜ ｄ／１０ …… 式１
高さｈがｄ／３０以下である場合には、処理物及びメディアに作用する攪拌力が小さくなって分散効率が低下する。また、高さｈがｄ／１０以上である場合には、メディアの共回りを起こし易くなって好ましくない。

円板状の保持部材５２には複数の貫通孔５６が設けられているので、処理物及びメディアは、攪拌部材５１の内側においても軸線方向に向かって容易に流動することが可能であり、上記の循環流を促進するようになっている。また、処理物及びメディアは、ロータ５の回転により遠心力を受け、攪拌部材５１に設けられた貫通孔５５を内側から外側に向かって流れる。この流れもまた、上記の循環流を促進することになる。

また、本発明のメディア攪拌型湿式分散機においては、ロータ５を軸線の方向に複数のロータ５に分割することができる。２個のロータ５に分割した例を図４に示し、３個のロータ５に分割した例を図５に示す。

本発明のメディア攪拌型湿式分散機は、攪拌部材５１の内外において、軸線方向に向かって流れる循環流を形成することにより、メディアの偏析現象及びメディアの共回り現象を解消している。ロータを２個以上に分割した場合も、図６の（Ｂ）及び（Ｃ）に矢印で示すように、各ロータ５の各攪拌部材５１の周囲に軸線方向の循環流を発生させることになり、各攪拌部材５１の周辺にあるメディアは偏析現象及び共回り現象を防止するので、容器２の全体においてもこれらの問題が解消されることになる。

このため、図７に示した従来のメディア攪拌型湿式分散機と比較して、分散の処理範囲を軸線方向に拡大することが可能であり、Ｌ／Ｄ比の大きなメディア攪拌型湿式分散機とすることが可能となる。この結果、処理能力の大きなメディア攪拌型湿式分散機とすることができるのである。

本発明のメディア攪拌型湿式分散機の実施の一例を示す概略断面図である。 図１に示すメディア攪拌型湿式分散機のロータを示す概略断面図である。 図２に示すロータの概略外形図である。 ロータが２個に分割された本発明のメディア攪拌型湿式分散機の一例を示す概略断面図である。 ロータが３個に分割された本発明のメディア攪拌型湿式分散機の一例を示す概略断面図である。 循環流の様子を示す説明図である。 従来のメディア攪拌型湿式分散機を示す概略断面図である。 図７に示すメディア攪拌型湿式分散機のロータを示す概略断面図である。 図８に示すロータの概略外形図である。

符号の説明

１、１０１ メディア攪拌型湿式分散機
２、１０２ 容器
３、１０３ セパレータ
４、１０４ 回転軸
５、１０５ ロータ
６、１０６ 供給口
７、１０７ 排出口
２１、１２１ 内側室
２２、１２２ 外側室
３１、１３１ スリット
５１、１５１ 攪拌部材
５２、１５２ 保持部材
５３、１５３ 突起部
５４、１５４ 前面
５５、５６、１５５ 貫通孔

Claims (5)

1. 円筒状の容器と、該容器内を径方向に内側室と外側室に区画すると共に両室間を連通する複数のスリットが形成される筒状のセパレータと、前記容器の一端を挿通して回転自在に設けられる回転軸と、前記回転軸に固定されて回転するロータと、前記容器の他端に設けられ前記内側室内外を連通する処理物の供給口と、前記容器の外周に設けられ前記外側室内外を連通する処理物の排出口を備えるメディア攪拌型湿式分散機において、
   前記ロータが、軸線の方向に複数のロータに分割され、かつ、
   前記複数の各ロータが、円筒状の攪拌部材と円板状の保持部材で構成され、
   前記攪拌部材及び前記保持部材にはそれぞれ複数の貫通孔が設けられ、
   前記攪拌部材が、その外周面に複数の突起部を備え、
   前記突起部の作用面が、軸線に対して所定の傾斜角度を備えていることを特徴とするメディア攪拌型湿式分散機。
2. 前記傾斜角度が、３°以上であり４５°以下であることを特徴とする請求項１に記載のメディア攪拌型湿式分散機。
3. 前記攪拌部材の外周面の直径をｄとし、前記突起部の高さをｈとするとき、式１の関係があることを特徴とする請求項１又は２に記載のメディア攪拌型湿式分散機。
   ｄ／３０ ＜ ｈ ＜ ｄ／１０ …… 式１
4. 前記傾斜角度の向きが、メディアを前記一端側から遠ざけるように作用させる向きであることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のメディア攪拌型湿式分散機。
5. 前記攪拌部材が、隣り合う前記突起部の間に前記貫通孔を備えていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載のメディア攪拌型湿式分散機。

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