JP2005066542A - 高速攪拌型分散機 - Google Patents

Abstract

【課題】 低温での処理が要求される処理物に対しても、高速回転での処理が可能な高速攪拌型分散機を提供する。
【解決手段】 竪型処理槽２の槽底部５を垂直に貫く回転軸１９に攪拌羽根を設けた高速攪拌型分散機１において、処理槽２内の上部にガスと処理物とを分離するための筒状のスクリーン１４を備える。処理槽２内に導入されたガスは、攪拌部材２０によって攪拌される処理物と一旦は混ざり合うが、スクリーン１４によって処理物が分離され、ガスのみがガス排出口１２から排出される。低温での処理が要求される処理物に対しても、多量のガスを導入して直接冷却することにより、高速攪拌処理を行うことができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、粉体又は粒体等を高速で攪拌して混合、分散、表面改質、複合化等の処理を行う高速攪拌型分散機に関するものである。

従来、粉体又は粒体の混合、分散には、縦型円筒状の処理槽で構成される攪拌型混合機が使用されている。通常、その羽根の回転速度は、羽根先端の周速で３０ｍ／ｓ以下とすることが多く、普通の混合処理や、分散処理には十分であった。

ところが、最近では、粉砕や解砕を伴う高度で微細な分散処理や、粉体の表面処理、あるいは複合化処理等の要求が多くなり、これらの処理においては、羽根の回転速度を３０ｍ／ｓ以上に速くすることが要求されるようになった（例えば、特許文献１参照。）。

羽根の回転速度を高速とすることは、機械的にはそれほど困難な問題ではないが、処理の上では、温度の上昇が激しくなるという問題がある。すなわち処理物は、樹脂等のように、比較的低温で処理することを必要とするものが多いが、羽根の回転速度を速くすることにより攪拌熱が多量に発生し、処理物の温度上昇が避けられない。

処理物の温度上昇を防ぐ方法としては、一般に、処理槽の周囲にジャケットを設け、ジャケット内に冷却水等の冷却媒体を流通させることが多く行われている。しかしながら、羽根の高速化及び処理槽の大型化に伴って、通常のジャケット冷却では、十分に対応できない場合が多くなっている。

この様な場合の対策として、処理槽内に空気又は窒素などのガスを導入して、処理物を直接冷却する方法が採用されている。また、ガスの導入は、処理槽の底部から、軸シールを兼ねて行われることも少なくない。

しかしながら、処理槽内にガスを導入して直接冷却する方法においては、次のような問題がある。

処理槽内に導入されたガスは、処理槽の上部に設けられた排気ノズルから外部に排出されるが、ガス量が多くなるに従ってガスに伴って外部に排出される処理物も多くなる。また、排出ノズルの内面等に未分散の処理物が付着し、この付着物が落下して再度混入して不純物となり、処理物の品質が低下する。
特開平０８−１７３７８３号公報

本発明は、上記のような従来の問題を解決したものであって、処理槽内にガスを導入して直接冷却を行った場合に、ガス量が多くなるに従ってガスに伴って外部に排出される処理物が多くなるようなことがなく、また不純物が混入して処理物の品質を低下させるようなことがなく、低温での処理が要求される処理物に対しても、高速回転での処理が可能な高速攪拌型分散機を提供することを目的とするものである。

上記のような課題を解決するために、本発明の請求項１に係る高速攪拌型分散機は、竪型処理槽の槽底部を垂直に貫く回転軸に攪拌羽根を設けた高速攪拌型分散機において、前記処理槽内の上部にガスと処理物とを分離するための筒状のスクリーンを備え、該スクリーンを介して槽外にガスが排気される手段を採用している。

また、本発明の請求項２に係る高速攪拌型分散機は、請求項１に記載の高速攪拌型分散機において、前記攪拌羽根の回転速度が、羽根先端の周速度で３０ｍ／ｓ以上である手段を採用している。

さらに、本発明の請求項３に係る高速攪拌型分散機は、請求項１又は２に記載の高速攪拌型分散機において、前記筒状のスクリーンが、周壁にスリット状の開孔を有するものである手段を採用している。

さらに、本発明の請求項４に係る高速攪拌型分散機は、請求項１から３の何れかに記載の高速攪拌型分散機において、前記スリット状の開孔が、周壁の外側よりも内側に大きく開口している手段を採用している。

本発明は、前記のように構成したことにより、処理槽内に多量のガスを導入して直接冷却を行った場合においても、ガスに同伴する処理物の排出を抑制することができる。また、付着物の落下を実質的に無視できる程度にまで低減することができ、処理物の品質低下を防止することができる。従って、低温での処理が要求される処理物に対しても高速回転での処理が可能となり、粉砕や解砕を伴う高度で微細な分散処理や、粉体の表面処理、あるいは複合化処理等に対応することが可能となる。

以下、図面に示す本発明の実施の形態について説明する。
図１には、本発明による高速攪拌型分散機の一実施の形態が示されていて、この高速攪拌型分散機１は、処理槽２と、処理槽２の下部に設けられて処理物を高速で攪拌する攪拌部材２０とを備えている。

処理槽２は、上端が開口する半球状の下半部３と、下半部３の上端開口部に着脱可能に取り付けられる下端が開口する半球状の上半部６とからなる球状をなすものであって、下半部３の水平円板状の槽底部５に後述する攪拌部材２０が回転可能に設けられ、上半部６の上部を後述する筒状のスクリーン１４が垂直方向に挿通している。

下半部３の上端開口部及び上半部６の下端開口部には、それぞれフランジ４、７が一体に設けられ、このフランジ４、７間をボルト（図示せず）によって締結することにより、下半部３と上半部６とが一体に連結される。両フランジ４、７間には環状のＯリング８が介装され、このＯリング８によって両フランジ４、７間がシールされ、処理槽２の内部が密閉される。

処理槽２は、内壁９と外壁１０とからなる二重壁構造をなすものであって、両壁間９、１０にジャケット１１が形成され、このジャケット１１内に処理物を冷却するための冷却媒体が流通している。

処理槽２は、球状に限らず、円筒状等としても良い。処理槽２は、後述する攪拌部材２０の組立、分解、搬入、搬出が可能な構造、例えばノズルとしてマンホールを設けるような構造であれば特に分割構造にする必要はない。なお、図中、２９は処理物の排出口を示し、３１は邪魔板を示している。

下半部３の槽底部５の中心部には、攪拌部材２０の回転軸１９が垂直方向から回転可能に挿通し、この回転軸１９の下端部は動力伝達手段（図示せず）を介して機外の駆動装置（図示せず）に連結され、駆動装置の駆動により動力伝達手段を介して回転駆動するようになっている。

回転軸１９の処理槽２内に突出している上端部には、攪拌部材２０である台座２１、羽根板２２、及びリング２３がそれらの順に取り付けられ、その上に設けられた円筒状のボス２４及び円錐台状の押えナット２５により固定され、回転軸１９と一体に回転可能となっている。

槽底部５の回転軸１９の貫通部にはシールボックス２６が設けられ、このシールボックス２６内にはオイルシール２７が組み込まれ、回転軸１９の軸シールが行われている。

槽底部５にはガス導入口２８が設けられ、導入されたガスは、シールボックス２６上部の開口から吹き出されて、シールボックス２６と回転軸１９との間の隙間、及び槽底部５と攪拌部材２０の台座２１との間の隙間を通って処理槽２内に入り、これらの隙間に処理物が入らないように構成されている。

処理槽２の上部には、ガス排出口１２が設けられ、このガス排出口１２を上下方向から貫通してスクリーン１４が処理槽２内に挿入されている。

スクリーン１４は、上端が開放し下端が閉塞した筒状であり、処理槽２内に挿入される下部周壁の少なくとも一部に、ガス排出用の開孔が設けられている。

処理槽２内に導入されたガスは、攪拌部材２０によって攪拌される処理物と一旦は混ざり合うが、スクリーン１４によって処理物が分離され、ガスのみがガス排出口１２から排出される。

スクリーン１４は、点検や清掃等のために簡単に取り外しできることが好ましく、図に示すようにフェルール１５等によってガス排出口１２に取り付けられることが好ましい。

また、図に示すように、スクリーン１４の上端に通気フィルター１７を設け、ガスに同伴される僅かな微粉を捕集することが好ましい。

スクリーン１４を形成する材料としては、金属等の網状の濾過材、又はスリット状の開孔を備えた板状の濾過材、或いは、これらの濾過材の外表面をフィルター用のろ布で覆って目開きを小さくしたものを用いることができるが、中でも、スリット状の開孔を備えた板状の濾過材を単独で用いることが最も好ましい。

スリット状の開孔を備えたスクリーン１４は、幅の狭いスリットが緻密に形成されていることが好ましい。幅の狭いスリット状の開孔を緻密に設けることにより、ガスと処理物との分離性能が向上し、小さな圧力損失で多量のガスを排出することが可能となる。

このようなスクリーン１４は、例えばリング状の部材を一定の間隔で重ねて筒状に一体化することにより、部材間の各隙間をスリット状の開孔とすることができる。例えば、図２にその一例を示すように、リング状部材４１を一定の間隔で複数の固定棒４２に溶接して重ね合わせることにより、周方向のスリットを形成することができる。また、線状の素材をスパイラル状に巻き付けて筒状に形成することにより、同様にスリット状の開孔を得ることができる。

スクリーン１４を通過するガスは、筒状の周壁を外側から内側に向かって流れる。図２に示すように、形成するスリットの幅は、外側に狭く、内側で広い形状とすることが好ましい。ガスの流通方向に向かって、次第に開孔面積が広くなるように形成することにより、日詰まりを起こし難いスリットとすることができる。また、図２に示すように、リング状部材４１の直径を一定とし、かつその外表面を軸心に平行で滑らかな表面とすることにより、処理物が付着し難い形状とすることができる。スリットの幅は、最も狭い外表面側において、０．５ｍｍ以下が好ましく、０．３ｍｍ以下が特に好ましい。

スクリーン１４を設けることにより、ガスに同伴して流動する固形物は、筒状をなすスクリーン１４の外表面で捕捉されることになり、処理槽２外に排出される処理物を低減することができる。従って、低温での処理が要求される処理物に対しても、多量のガスを導入して直接冷却することにより、高速攪拌処理を行うことができる。

スクリーン１４の外表面は、攪拌部材２０の高速回転によって流動する処理物自身によって洗われることにより、処理物は殆ど付着しない。また、一度スクリーン１４を通過した処理物は、再び処理槽２へ戻ることはない。従って、未分散の処理物等が処理物に混入して品質が低下するような問題を起こすこともない。

＜実施例＞
図１に示す高速攪拌型分散機を用いて、黒トナーに少量のシリカを添加して分散するテストを、以下の条件で行った。
分散機仕様
処理槽 形状：球形
容量：２０リットル
内径：３５０ｍｍ
攪拌部材 形状：図１の形状
リング外径：２６０ｍｍ
スクリーン形状：図２に示すジョンソンスクリーン
外径：７４ｍｍ、長さ：１５０ｍｍ、
スリット幅：０．２ｍｍ
処理材料
黒トナー：２ｋｇ（平均粒径６．５μｍ）
シリカ：６０ｇ
処理条件
リング周速度：１００ｍ／ｓ
処理時間：５分間
冷却水温度：１７℃
冷却水流量：３０リットル／分
冷却空気量：０．８Ｎｍ^３／ｈ
試験の結果、ガスの排出に伴って機外に排出された処理物の量は、１分間に０．１ｇであった。また、スクリーンの表面における処理物の付着は見られなかった。これに対して、スクリーンを用いない場合には、１分間に１０ｇ以上であり、大きな改善がみられた。

本発明による高速攪拌型分散機の一実施の形態を示した概略断面図である。 スクリーンの一例を示した部分拡大図である。

符号の説明

１ 高速攪拌型分散機
２ 処理槽
３ 下半部
４、７ フランジ
５ 槽底部
６ 上半部
８ Ｏリング
９ 内壁
１０ 外壁
１１ ジャケット
１２ ガス排出口
１４ スクリーン
１５ フェルール
１７ 通気フィルター
１９ 回転軸
２０ 攪拌部材
２１ 台座
２２ 羽根板
２３ リング
２４ ボス
２５ 押えナット
２６ シールボックス
２７ オイルシール
２８ ガス導入口
２９ 排出口
３１ 邪魔板
４１ リング状部材
４２ 固定棒

Claims (4)

1. 竪型処理槽の槽底部を垂直に貫く回転軸に攪拌羽根を設けた高速攪拌型分散機において、前記処理槽内の上部にガスと処理物とを分離するための筒状のスクリーンを備え、該スクリーンを介して槽外にガスが排気されることを特徴とする高速攪拌型分散機。
2. 前記攪拌羽根の回転速度が、羽根先端の周速度で３０ｍ／ｓ以上である請求項１に記載の高速攪拌型分散機。
3. 前記筒状のスクリーンが、周壁にスリット状の開孔を有するものである請求項１又は２に記載の高速攪拌型分散機。
4. 前記スリット状の開孔が、周壁の外側よりも内側に大きく開口している請求項１から３の何れかに記載の高速攪拌型分散機。

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