JP2019505374A - Distributed processing system and distributed processing method - Google Patents
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Abstract
効率よく予備分散をしてナノ分散処理をする分散処理システム及び分散処理方法を提供する。スラリー状の混合物を分散する分散処理システム(100)は、ローター(2)と、ローター(2)に対向して配置されるステータ(3)との間に、混合物(4)を遠心力によって外周に向けて通過させることによって分散させる剪断式の第1分散装置(1)と、第1分散装置(1)で分散された混合物(4)を、混合物(4)内の固体粒子をナノレベルのサイズに微細化する第2分散装置(60)とを備える。
【選択図】 図1Provided are a distributed processing system and a distributed processing method for performing nano-dispersion processing by efficiently performing preliminary dispersion. In the dispersion processing system (100) for dispersing the slurry-like mixture, the mixture (4) is surrounded by the centrifugal force between the rotor (2) and the stator (3) disposed opposite to the rotor (2). A first dispersion device (1) of a shearing type that is dispersed by passing it toward the surface, and a mixture (4) dispersed by the first dispersion device (1), and solid particles in the mixture (4) And a second dispersion device (60) that is miniaturized to a size.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、スラリー状の混合物内の物質を分散させる分散処理システム及び分散処理方法に関する。 The present invention relates to a dispersion processing system and a dispersion processing method for dispersing substances in a slurry mixture.
従来、ビーズミル、ジェットミル、および高圧ホモジナイザー(ノズル式分散機)などでナノ分散をしようとした場合、数10〜数100μmの比較的大きな凝集粒子が含まれる原料をナノ分散用の装置条件で処理しようとすると、凝集粒子が分散できなかったり、詰りが生じたりして、処理効率が悪くなったりするという問題があった。 Conventionally, when nano-dispersion is attempted with a bead mill, jet mill, or high-pressure homogenizer (nozzle type disperser), raw materials containing relatively large aggregated particles of several tens to several hundreds of micrometers are processed under the conditions for nano-dispersion. When trying to do so, there is a problem that the agglomerated particles cannot be dispersed or clogging occurs, resulting in poor processing efficiency.
そこで、ナノ分散をする前に予備分散をして粉体、すなわち固体粒子の粒子径を数10μm以下にすることが行われているが、撹拌式の分散機で分散すると、分散力自体が弱いことに加え、分散ムラを生じやすい。また、従来のディスク型の分散機で分散すると、隙間が数100μmであり、粒子をこの隙間より微細化することは困難であった。そのために、これらの従来の分散機では、システム全体としての効率の向上は不十分であった。 Therefore, pre-dispersion is performed before nano-dispersion to reduce the particle size of the powder, that is, solid particles to several tens of μm or less. However, when dispersed with a stirring type disperser, the dispersion force itself is weak. In addition, dispersion unevenness is likely to occur. Further, when dispersed with a conventional disk type disperser, the gap is several hundred μm, and it is difficult to make the particles finer than the gap. Therefore, in these conventional dispersers, the efficiency of the entire system has not been improved sufficiently.
そこで、本発明の目的は、効率よく予備分散をしてナノ分散処理をする分散処理システム及び分散処理方法を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a distributed processing system and a distributed processing method for performing nano-dispersion processing by efficiently performing preliminary dispersion.
本発明の第1の態様のスラリー状の混合物を分散する分散処理システムは、たとえば図1に示すように、ローター2と、ローター2に対向して配置されるステータ3との間に、混合物4を遠心力によって外周に向けて通過させることによって分散させる剪断式の第1分散装置1と、第1分散装置1で分散された混合物4を、混合物4内の固体粒子をナノレベルのサイズに微細化する第2分散装置60とを備える。
The dispersion processing system for dispersing the slurry-like mixture according to the first aspect of the present invention includes, for example, a
このように構成すると、混合物原料中に含まれる比較的大きな凝集粒子が剪断式の第1分散装置により分散ムラなく小さな粒子に分散され、第2分散装置で効率よく固体粒子をナノレベルのサイズに微細化する分散処理システムとなる。なお、「分散」とは、スラリー中の粉末状の物質を微細化して均一に存在させることを意味するものとする。 With this configuration, relatively large agglomerated particles contained in the mixture raw material are dispersed into small particles without unevenness of dispersion by the shearing-type first dispersing device, and the solid particles are efficiently made into nano-level sizes by the second dispersing device. It becomes a distributed processing system to be miniaturized. Note that “dispersion” means that the powdery substance in the slurry is made fine and uniformly present.
本発明の第2の態様のスラリー状の混合物を分散する分散処理システムは、第1の態様の分散処理システムにおいて、たとえば図1および図3に示すように、第1分散装置1は、ローター2とステータ3との間を通過した混合物4を受ける容器11と、容器11の上部開口11aを閉塞するカバーユニット12と、カバーユニット12の下側に固定されるステータ3と、ステータ3の下面に対向するように設けられるローター2と、ローター2を回転させる回転軸13とを備え、ローター2及びステータ3の間の隙間が10μm以上1000μm以下である。このように構成すると、ローター2及びステータ3の間の隙間が10μm以上1000μm以下であるので、原料混合物中の凝集粒子は剪断式の第1分散装置により分散ムラなく小さな粒子に分散される。
The dispersion processing system for dispersing the slurry-like mixture according to the second aspect of the present invention is the same as the dispersion processing system according to the first aspect, as shown in FIGS. 1 and 3, for example. A
本発明の第3の態様のスラリー状の混合物を分散する分散処理システムは、第2の態様の分散処理システムにおいて、第2分散装置60は、ビーズミル、ジェットミル、および高圧ホモジナイザーのうちのいずれかの分散装置である。このように構成すると、第2分散装置として、汎用のビーズミル、ジェットミル、および高圧ホモジナイザーを用いて、効率よくナノ分散処理をできる分散処理システムとなる。
The dispersion processing system for dispersing the slurry-like mixture according to the third aspect of the present invention is the dispersion processing system according to the second aspect, wherein the
本発明の第4の態様のスラリー状の混合物を分散する分散処理システムは、第1乃至3のいずれかの態様の分散処理システムにおいて、第1分散装置1で分散処理する前の混合物内の固体粒子の平均粒径は、1μm以上1000μm以下であり、第2分散装置60で分散処理した後の混合物内の固体粒子の平均粒径は、1μm未満である。剪断式の第1分散装置により分散ムラなく小さな粒子に分散し、第2分散装置でナノ分散することにより、平均粒径で1〜1000μmの固体粒子を含む混合物を平均粒径で1μm未満の固体粒子を含む混合物に効率よく分散することができる。
The dispersion processing system for dispersing the slurry-like mixture according to the fourth aspect of the present invention is the dispersion processing system according to any one of the first to third aspects, wherein the solids in the mixture before being dispersed by the
本発明の第5の態様のスラリー状の混合物を分散する分散処理システムは、第1乃至3のいずれかの態様の分散処理システムにおいて、分散処理システム1で分散される混合物4は、粉体原料である、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、グラフェン、無機粉、金属あるいは金属酸化物の粉末、の中から選ばれる一または複数と、液体原料である、水、溶剤、樹脂の中から選ばれる一または複数との組み合わせである。粉体原料と液体原料とをナノ分散することにより、有用な混合物を得ることができる。
The dispersion processing system for dispersing the slurry mixture according to the fifth aspect of the present invention is the dispersion processing system according to any one of the first to third aspects, wherein the
本発明の第6の態様のスラリー状の混合物を分散する分散処理システムは、第4の態様の分散処理システムにおいて、たとえば図1に示すように、第1分散装置1に供給する混合物4を分散する粗分散装置110をさらに備え、粗分散装置110は、混合物4の原料である粉体Pと液体Lを混合する。粗分散装置で原料である粉体と液体とを混合して混合物を得て、第一分散機で混合物を剪断式に分散して、第2分散機でナノ分散するので、効率よく固体粒子をナノレベルのサイズに微細化する分散処理システムとなる。
The dispersion processing system for dispersing the slurry mixture according to the sixth aspect of the present invention is the same as the dispersion processing system according to the fourth aspect, in which the
本発明の第7の態様のスラリー状の混合物を分散する分散処理システムは、第6の態様の分散処理システムにおいて、たとえば図1および図2に示すように、粗分散装置110は、タービン型羽根114、ディスパー型羽根115、プロペラ型羽根116、アンカー型羽根113のいずれかを有する。このように構成すると、粗分散装置を簡単な構造とすることができる。
The dispersion processing system for dispersing the slurry mixture according to the seventh aspect of the present invention is the same as the dispersion processing system according to the sixth aspect, for example, as shown in FIGS. 114, a
本発明の第8の態様のスラリー状の混合物を分散する分散処理システムは、第6の態様の分散処理システムにおいて、粗分散装置110で分散された混合物4を、ローターと、該ローターに対向して配置されるステータとの間に、遠心力によって外周に向けて通過させることによって分散させ、分散した混合物を第1分散装置1に供給する第3の分散装置をさらに備える。このように構成すると、粗分散後に粗大な粒子が含まれていても、確実に予備分散して、効率よく固体粒子をナノレベルのサイズに微細化する分散処理システムとなる。
The dispersion processing system for dispersing the slurry-like mixture according to the eighth aspect of the present invention is the dispersion processing system according to the sixth aspect, wherein the
本発明の第9の態様のスラリー状の混合物を分散する分散処理システムは、第2または3の分散処理システムにおいて、たとえば図1、図3および図4に示すように、第1分散装置1は、カバーユニット12に設けられるとともに、ステータ3の上方側に位置し、回転軸13を回転可能に保持する軸受14と、回転軸13とローター2との間に着脱可能に設けられ、ローター2及びステータ3の間の隙間を調整するスペーサ部材15とを備え、ローター2は、スペーサ部材15が取り付けられた状態においては、ステータ3に対する軸方向の位置が固定されている。このように構成すると、スペーサ部材を厚みの異なるものと交換することで、容易にローター及びステータの間の隙間を調整することができる。
The dispersion processing system for dispersing the slurry mixture according to the ninth aspect of the present invention is the second or third dispersion processing system. For example, as shown in FIGS. , Provided on the
本発明の第10の態様のスラリー状の混合物を分散する分散処理システムは、第9の分散処理システムにおいて、たとえば図3および図4に示すように、カバーユニット12は、軸受14を保持する軸受保持部17と、軸受保持部17の下方側に設けられ、ステータ3を保持するステータ保持部18とを有し、軸受保持部17は、第2のスペーサ部材20を介してステータ保持部18に当接することでステータ保持部18の軸方向の位置を規制する位置決め規制部21を有し、第2のスペーサ部材20は、軸受保持部17とステータ保持部18との間に着脱可能に設けられ、軸方向の長さが異なる部品と交換されることで軸受保持部17に対するステータ3の軸方向の位置を調整し、ローター2の上面には、回転軸13の下端を挿入するための凹部22が設けられ、凹部22には、貫通孔が開口し、ローター2の凹部22に回転軸13の下端13aが挿入され、下端13aがスペーサ部材15を介して凹部22に当接した状態で、ローター2の下面側から締結部材23が取り付けられ、締結部材23は、その一部がローター2の貫通孔を貫通して回転軸13に取り付けられることで、スペーサ部材15を挟んだ状態で回転軸13及びローター2を締結し、ローター2の凹部22及び回転軸13の下端13aには、回転軸13の回転力をローター2に伝達するための複数のピン24が挿入され、複数のピン24は、円周方向に均等な間隔を有した位置に配置されており、スペーサ部材15には、締結部材23が挿通される第一挿通孔15aと、複数のピン24が挿通するため複数設けられる第二挿通孔15bとが形成されている。このように構成すると、第2のスペーサ部材について軸方向の長さが異なる部品と交換することで、ステータの軸方向の位置を容易に調整することができる。また、ローターの凹部に回転軸の下端を挿入し、複数のピンで回転軸の回転力をローターに伝達するので、ローターの回転力が確実に得られる。
The dispersion processing system for dispersing the slurry-like mixture according to the tenth aspect of the present invention is the same as the ninth dispersion processing system, for example, as shown in FIGS. It has a
本発明の第11の態様のスラリー状の混合物を分散する分散処理システムは、第10の分散処理システムにおいて、たとえば図1、図3および図4に示すように、ステータ3は、対向する平面において、ローター2より大きな形状に形成され、ステータ3には、ローター2と対向する面とは反対側の面に、冷却用の液体を流すための冷却用溝部26が形成され、冷却用溝部26は、ローター2より外側にも位置するよう形成され、冷却用溝部26には、半径方向に沿って形成される壁部27が設けられ、壁部27を挟むように冷却液供給口28及び冷却液排出口29が設けられ、冷却液供給口28から冷却用溝部26に供給された冷却用の液体が、冷却用溝部26において円周方向の一方向であって冷却用供給口28から壁部27が設けられていない方向に向けて流され、流された冷却用の液体が冷却液排出口29から排出され、ステータ3には、回転軸13を挿通する回転軸挿通孔31が設けられ、ステータ3の回転軸挿通孔31より外側の位置からステータ3及びローター2の間に混合物4が導かれる。このように構成すると、ステータを冷却液で確実に冷却することができるので、分散される混合物の発熱を抑えることができる。また、回転軸挿通孔より外側の位置からステータ及びローターの間に導かれた混合物は、遠心力により外側に導かれ、回転挿通孔に混合物が到達せず、密封装置を設ける必要がなくなる。
The dispersion processing system for dispersing the slurry mixture according to the eleventh aspect of the present invention is the tenth dispersion processing system. For example, as shown in FIGS. The
本発明の第12の態様のスラリー状の混合物を分散する分散処理システムは、第11の分散処理システムにおいて、たとえば図1、図3および図4に示すように、ステータ3には、回転軸挿通孔31より外側の位置に設けられる混合物供給用の貫通孔32が設けられ、ステータ保持部18には、混合物供給口33と、混合物供給口33からステータ3に設けられた混合物供給用の貫通孔32に連通する連通路34とが設けられ、混合物供給口33から供給される混合物4は、ステータ保持部18の連通路34及びステータ3の貫通孔32を介してステータ3及びローター2の間に導かれ、ステータ保持部18には、回転軸13を挿通する第2回転軸挿通孔36が設けられ、第2回転軸挿通孔36には、ラビリンス構造のシール部37が設けられ、ステータ保持部18内で且つ第2回転軸挿通孔36の上側と連通する空間38には、ステータ保持部18の外側からエアが供給され、容器11には、冷却機構41が設けられている。このように構成すると、混合物が、ステータ保持部の混合物供給口、連通路及びステータの貫通孔を介して導かれるので、確実にステータの回転軸挿通孔より外側の位置からステータ及びローターの間に導かれる。また、ステータ保持部に第2回転軸挿通孔が設けられ、第2回転軸挿通孔にはラビリンス構造のシール部が設けられ、第2回転軸挿通孔の上側と連通する空間にエアが供給されるので、高いシール性が得られる。さらに、容器に冷却機構が設けられるので、容器内の混合物を冷却することができる。
The dispersion processing system for dispersing the slurry-like mixture according to the twelfth aspect of the present invention is the same as that of the eleventh dispersion processing system, for example, as shown in FIGS. A through
本発明の第13の態様のスラリー状の混合物を分散する分散処理システムは、第12の分散処理システムにおいて、たとえば図6に示すように、容器11は、下方側に向かうにつれて断面積が小さくなる円錐状の壁面42を有し、容器11の下方端には、分散処理済みの混合物4を排出する排出口44が設けられ、容器11には、壁面42、43に付着したスラリー状の混合物4を掻き取る撹拌板82aが設けられる。このように構成すると、混合物の排出が促進され、歩留まりが向上する。
The dispersion processing system for dispersing the slurry-like mixture according to the thirteenth aspect of the present invention is the twelfth dispersion processing system. For example, as shown in FIG. The
本発明の第14の態様のスラリー状の混合物を分散する分散処理システムは、第13の分散処理システムにおいて、ローター2及びステータ3は、ステンレスにセラミクスが溶射されてなる。このように構成すると、ローター及びステータの寿命が延びると共に、金属コンタミネーションが防止される。
The dispersion processing system for dispersing a slurry mixture according to the fourteenth aspect of the present invention is the same as that of the thirteenth dispersion processing system, in which the
本発明の第15の態様のスラリー状の混合物を分散する分散処理方法は、たとえば図1に示すように、混合物4を、第1分散装置1のローター2と、ローター2に対向して配置されるステータ3との間に供給する工程と、混合物4を遠心力によってローター2とステータ3の間を外周に向けて通過させることによって、ローター2とステータ3との間で剪断式に分散させる工程と、第1分散装置1で分散された混合物4を、第2分散装置60に供給する工程と、第2分散装置60に供給された混合物4内の固体粒子を第2分散装置60でナノレベルのサイズに微細化する工程とを備える。
In the dispersion processing method for dispersing the slurry-like mixture of the fifteenth aspect of the present invention, for example, as shown in FIG. 1, the
このように構成すると、混合物原料中に含まれる比較的大きな凝集粒子が剪断式の第1分散装置により分散ムラなく小さな粒子に分散され、第2分散装置で効率よく固体粒子をナノレベルのサイズに微細化する分散処理方法となる。 With this configuration, relatively large agglomerated particles contained in the mixture raw material are dispersed into small particles without unevenness of dispersion by the shearing-type first dispersing device, and the solid particles are efficiently made into nano-level sizes by the second dispersing device. This is a dispersion processing method for miniaturization.
本発明は以下の詳細な説明により更に完全に理解できるであろう。しかしながら、詳細な説明および特定の実施例は、本発明の望ましい実施の形態であり、説明の目的のためにのみ記載されているものである。この詳細な説明から、種々の変更、改変が、当業者にとって明らかだからである。
出願人は、記載された実施の形態のいずれをも公衆に献上する意図はなく、開示された改変、代替案のうち、特許請求の範囲内に文言上含まれないかもしれないものも、均等論下での発明の一部とする。
本明細書あるいは請求の範囲の記載において、名詞及び同様な指示語の使用は、特に指示されない限り、または文脈によって明瞭に否定されない限り、単数および複数の両方を含むものと解釈すべきである。本明細書中で提供されたいずれの例示または例示的な用語(例えば、「等」)の使用も、単に本発明を説明し易くするという意図であるに過ぎず、特に請求の範囲に記載しない限り本発明の範囲に制限を加えるものではない。
The present invention will be more fully understood from the following detailed description. However, the detailed description and specific examples are preferred embodiments of the present invention and are described for illustrative purposes only. This is because various changes and modifications will be apparent to those skilled in the art from this detailed description.
The applicant does not intend to contribute any of the described embodiments to the public, and the disclosed modifications and alternatives that may not be included in the scope of the claims are equivalent. It is part of the invention under discussion.
In this specification or in the claims, the use of nouns and similar directives should be interpreted to include both the singular and the plural unless specifically stated otherwise or clearly denied by context. The use of any examples or exemplary terms provided herein (eg, “etc.”) is merely intended to facilitate the description of the invention and is not specifically recited in the claims. As long as it does not limit the scope of the present invention.
以下、図面を参照して本発明の例示の実施の形態について説明する。先ず、図1を参照して、分散処理システム100について説明する。分散処理システム100は、液体原料Lと粉体原料Pを混合してスラリー状の混合物4とする(「粗分散する」ともいう)粗分散装置110と、粗分散装置110から供給される混合物4を剪断式に予備分散する第1分散装置1と、第1分散装置1で予備分散された混合物4を、混合物4内の固体粒子をナノレベルのサイズに微細化(「ナノ分散」または「仕上げ分散」ともいう)する第2分散装置60と、第2分散装置60で分散された混合物4を貯留する貯留タンク120を備える。
Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. First, the distributed
なお、ナノレベルのサイズの固体粒子とは、平均粒径が1μm未満の粒子をいう。ナノレベルのサイズについての下限は、特に定めはないが、典型的には1nmである。平均粒径は、レーザー回折式粒度分布計(例えば島津製作所製SALD−2100)などで粒度分布を測定し、メディアン径を算定して求めることができる。 The nano-sized solid particles mean particles having an average particle size of less than 1 μm. The lower limit for the nano-level size is not particularly defined, but is typically 1 nm. The average particle size can be obtained by measuring the particle size distribution with a laser diffraction particle size distribution analyzer (for example, SALD-2100 manufactured by Shimadzu Corporation) and calculating the median diameter.
分散処理システム100はさらに、粗分散装置110から第1分散装置1に混合物4を送る配管130と、第1分散装置1から第2分散装置60に予備分散された混合物4を送る配管140と、第2分散装置60から貯留タンク120にナノ分散された混合物4を送る配管150とを備える。そして、配管130中にはポンプ132が、配管140中にはポンプ142が設置される。なお、第2分散装置60が大気解放式の場合には、配管150にもポンプが設置される。なお、ポンプ132を備えずに、重力で粗分散装置110から第1分散装置1に混合物4を送ってもよい。
The
粗分散装置110は、液体Lを供給する液体供給部111と、粉体Pを供給する粉体供給部112を有する。液体供給部111と粉体供給部112は公知の構造でよい。粗分散装置110には、供給された液体Lと粉体Pの混合を促進するため、回転軸117と、撹拌羽根113と、撹拌羽根113を回転軸117回りに回転させるモーターなどの駆動装置118を有する。撹拌羽根113と壁面との隙間が0〜20mm程度となるように、撹拌羽根113は形成されている。撹拌羽根113としては、金属又は金属に樹脂が取り付けられたものが使用される。金属に樹脂を取り付けることで、金属コンタミネーションが防止される。ここで、撹拌羽根113は、円周上の2箇所で掻き取るような形状とされているが、複数の板部材を組み合わせて撹拌羽根を3以上の複数個に増加させてもよいし、1個でもよい。なお、混合を促進するのは、撹拌羽根113を回転させる方法に限られず、他の公知の方法でもよい。
The
撹拌羽根113は、図1では、アンカー型として示されている。しかし撹拌羽根はアンカー型には限定されず、例えば、図2(a)に示すような、ディスクタービン型(disk turbine type impeller)等のタービン型羽根114であってもよい。撹拌羽根114は、粗分散装置110内の混合物4(最初は処理原料)に傾斜渦を発生させる。さらに、図2(b)に示すディスパー型(ディゾルバー型:dissolver type impeller)の撹拌羽根115や、図2(c)に示すプロペラ型(propeller)の撹拌羽根116であってもよい。このような撹拌羽根113、114、115、116で撹拌するので、粗分散装置110の構成は簡単なものとなる。
The
ここで、粉体Pとしては、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、グラフェン、アルミナ・シリカ等の無機粉、金属あるいは金属酸化物の粉末などが用いられる。複数の種類の粉末原料を用いてもよい。また、液体Lとしては、水、エタノール等の溶剤、樹脂などが用いられる。複数の種類の液体原料を用いてもよい。溶剤としては、エタノール以外に有機溶剤を用いてもよく、樹脂としては、たとえば熱硬化性樹脂が用いられる。たとえば、水とエタノール、エタノールと他の溶剤と樹脂、溶剤と樹脂などの組合せを用いてもよい。粉体Pと液体Lとの組合せに、特に制限はない。ナノレベルのサイズの粉体Pをこれらの液体Lに分散させることにより、たとえば、剛性や耐熱性の高い素材、絶縁性に優れたフィルム、電気特性に優れた電気・電子部品、化学特性(たとえば反応性)に優れた化学品、防食性に優れた塗料、屈折率の高いレンズなど、従来では得られなかった特性を有する製品が得られる。 Here, as the powder P, carbon black, carbon nanotubes, graphene, alumina / silica or other inorganic powder, metal or metal oxide powder, or the like is used. A plurality of types of powder raw materials may be used. As the liquid L, water, a solvent such as ethanol, a resin, or the like is used. A plurality of types of liquid raw materials may be used. As the solvent, an organic solvent other than ethanol may be used. As the resin, for example, a thermosetting resin is used. For example, a combination of water and ethanol, ethanol and other solvent and resin, or solvent and resin may be used. There is no particular limitation on the combination of the powder P and the liquid L. By dispersing nano-sized powder P in these liquids L, for example, materials with high rigidity and heat resistance, films with excellent insulation, electrical / electronic parts with excellent electrical properties, chemical properties (for example, Products having characteristics that have not been obtained so far, such as chemical products with excellent reactivity, paints with excellent anticorrosion properties, and lenses with a high refractive index, can be obtained.
第1分散装置1は、スラリー状の混合物4をローター2とステータ3の間に供給して、ローター2とステータ3で剪断式に分散させるものであるが、詳細は後述する。
The
第2分散装置60は、たとえば、ビーズミル、ジェットミル、高圧ホモジナイザーでなどの公知の分散装置でよい。混合物4が第1分散装置1で予備分散されることにより、凝集粒子が分解され、後述するように、混合物4には数10μm以下の小さな粒子しか含まれなくなる。よって、分散ムラが生じず、効率のよいナノ分散が行われる。なお、分散ムラが生じると、ビーズミルの場合はビーズより大きな凝集粒子が混入することによる分散不能の原因になる。ジェットミルや高圧ホモジナイザーの場合はノズルより大きな凝集粒子が混入することによる詰まりが生じ、分散不良や装置トラブルの原因になる。
The
貯留タンク120は、ナノ分散された混合物4の濃度ムラをなくすため、回転軸127と、撹拌羽根123と、撹拌羽根123を回転軸127回りに回転させるモーターなどの駆動装置128を有する。なお、撹拌するのは、撹拌羽根123を回転させる方法に限られず、他の公知の方法でもよい。粗分散装置110、連続的に処理される第1分散装置1および第2分散装置60で分散された混合物4は、全ての瞬間で常に同じ濃度や粒子分布になるとは限らないため、貯留タンク120で貯留される混合物4を撹拌して、均一な混合物4とするのがよい。また、貯留タンク120で混合物4を貯留することにより、固体粒子が沈降して濃度が不均一になることも、防止できる。ただし、貯留タンク120は、濃度や粒度分布が不均一でないことが確保されている場合は、撹拌手段を有していなくてもよい。なお、貯留タンク120に、真空ポンプ(不図示)を設け、配管140、150に開閉弁(不図示)を設けてもよい。真空ポンプと開閉弁とで、ナノ処理後の混合物4の脱泡が可能になる。開閉弁に換えて第1分散装置1にリップシール等の接触シールを設けて外気の混入を防止すれば、分散処理をしながらの脱泡が可能になる。
The
ここで図3〜図5を参照して、剪断式の第1分散装置1について説明する。第1分散装置1は、ローター2と、該ローター2に対向して配置されるステータ3とを備え、ローター2及びステータ3の間に、スラリー状又は液体状の混合物4を遠心力によって外周に向けて通過させる(外周に向けた方向に通過させる)ことによって予備分散させる。
Here, the shearing-type
第1分散装置1は、分散後の混合物4を受ける容器11と、容器11の上部開口11aを閉塞するカバーユニット12とを備える。例えば、カバーユニット12は、容器11の上部縁部11b及びカバーユニット12(後述のステータ保持部18)に形成されたボルト穴11c、18cにボルト11dが取り付けられることで、容器11に固定され、上部開口11aを閉塞する。
The
ステータ3は、カバーユニット12の下側(下面)に固定される。例えば、ステータ3は、ステータ3及びカバーユニット12(ステータ保持部18)に形成されたボルト穴3b、18bにボルト3aが取り付けられることで、固定される。ローター2は、ステータ3の下面に対向するように設けられる。
The
また、第1分散装置1は、ローター2を回転させる回転軸13と、回転軸13を回転可能に保持する軸受14とを備える。軸受14は、カバーユニット12に設けられ固定されるとともに、ステータ3の上方側に位置する。
Moreover, the
回転軸13の一端には、ローター2が取り付けられる。他端には、ステータ3より上側に設けられたモーター16の回転軸16aが接合部16bを介して取り付けられる。回転軸13は、モーター16により回転され、モーター16の回転力をローター2に伝達する。
The
また、第1分散装置1は、回転軸13とローター2との間に着脱可能に設けられるスペーサ部材15を備える(図4(c)、図4(e)等)。スペーサ部材15は、第1分散装置1、すなわち回転軸13の軸方向D1(図3(a)参照)の長さ(厚さ)が異なる部品と交換されることで、ローター2及びステータ3の間の隙間を調整する。すなわち、厚さが異なるスペーサ部材15が複数準備されており、この中から選択されたスペーサ部材15を取り付けることによりローター2及びステータ3の間の隙間を調整する。
Moreover, the 1st dispersion |
ローター2は、スペーサ部材15が取り付けられた状態においては、ステータ3に対する軸方向D1の位置が固定されている。すなわち、例えばローター2及びステータ3間の隙間を調整する手段としてバネ、ネジ等を用いることも考えられるが、ここで説明するスペーサ部材15を用いた場合には、使用時にはローター2の軸方向の位置が固定されるので、バネの振動、ネジの隙間等を考慮する必要がない。また、バネ、ネジを用いた場合は、精密な平行移動が困難である。これに対し、スペーサ部材15を用いる場合は、微細な調整を可能とする。
The
第1分散装置1は、上述の構成により高い精度の間隙の調整を実現する。また、第1分散装置1は、予定外の発熱で回転軸13が熱膨張した際にもローター2がステータ3から離れる方向に移動されるので、ローター2及びステータ3の接触を防止できる。また、接触しないまでも予定外に間隙が小さくなることによる過度な発熱を防止できる。さらに、軸受14がステータ3の上側にあるので、回転軸13をローター2の上側に配置させ、ローター2の下側に回転軸13を存在しなく(回転軸13がローター2から上側に向かって設けられるよう)できるので、分散処理後の混合物4が回転軸13や軸受14等に付着して、歩留まりが低下することを防止できる。すなわち、歩留まりを向上できる。
The
カバーユニット12は、軸受14を保持する軸受保持部17と、該軸受保持部17の下方側に設けられ、ステータ3を保持するステータ保持部18とを有する。軸受保持部17は、第2のスペーサ部材20を介してステータ保持部18に当接することでステータ保持部18の軸方向の位置を規制する位置決め規制部21を有する。例えば、軸受保持部17は、軸受保持部17及びステータ保持部18に形成されたボルト穴17e、18eにボルト17aが取り付けられることで、第2のスペーサ部材20を挟んだ状態で、ステータ保持部18と一体化される(図4(d)等)。第2のスペーサ部材20には、ボルト17aが挿通される挿通孔20aが設けられる。
The
第2のスペーサ部材20は、軸受保持部17とステータ保持部18との間に着脱可能に設けられ、軸方向D1の長さ(厚み)が異なる部品と交換されることで軸受保持部17に対するステータ3の軸方向D1の位置を調整する。すなわち、厚さが異なる第2のスペーサ部材20が複数準備されており、この中から選択された第2のスペーサ部材20を取り付けることにより、ステータ3の軸方向D1の位置を調整できる。
The
スペーサ部材(「第1のスペーサ部材」ともいう。)15と、第2のスペーサ部材20とをそれぞれの交換部品と交換することにより、ローター2及びステータ3の間隙のさらに微細な調整を実現する。すなわち、スペーサ部材15を厚みの大きなものに変更することは、ローター2及びステータ3間の間隙を大きくする方向に作用する。第2スペーサ部材20を厚みの大きなものに変更することは、ローター2及びステータ3間の間隙を小さくする方向に作用する。これらを組み合わせることにより、より微細な調整を実現する。尚、スペーサ部材15及び第2のスペーサ部材20は、それぞれ例えば、0.01mm〜0.50mm程度で、0.01mmずつ異なる厚みを有するものを複数用意しておき、混合物4の粘度や性質に合せて交換して取り付けることで、ローター2及びステータ3間の間隙を調整する。
By exchanging the spacer member (also referred to as “first spacer member”) 15 and the
第2のスペーサ部材20は、軸受保持部17に対するステータ保持部18の位置を調整することで、軸受保持部17を基準としたステータ3の位置、すなわちステータ3下面の位置を調整することができる。これにより、ステータ3の状態によらずステータ3下面の位置を一定に保持することができる。例えば、ステータ3を交換した際にもステータ3下面の位置を一定に保持できる。これにより、例えばステータ3下面の位置を所定の位置に保持することで、スペーサ部材15の厚みをローター2及びステータ3間の間隙と一致させることができ、ユーザーにとって分かり易い構成にできる。すなわち、所望の間隙にするためには、それと同じ厚さのスペーサ部材15を選択すればよいようにすることができる。間隙を管理して分散処理を行うユーザーの利便性を向上できる。
The
ローター2の上面には、回転軸13の下端13aを挿入するための凹部22が設けられる(図4(c)、図4(e)等)。ローター2には、凹部22に開口する貫通孔22aが形成される。ローター2の凹部22に回転軸13の下端13aが挿入され、下端13aがスペーサ部材15を介して凹部22に当接した状態で、ローター2の下面側から締結部材23が取り付けられる。締結部材23は、例えば取付け用のボルトであり、回転軸13の下端13aには、この締結部材23に対応する締結部13bとして雌ネジ部が形成されている。
A
締結部材23は、その一部がローター2の貫通孔22aを貫通して回転軸13に取り付けられることで、スペーサ部材15を挟んだ状態で回転軸13及びローター2を締結する。ローター2の凹部22及び回転軸13の下端13aには、回転軸13の回転力をローター2に伝達するための複数のピン24が挿入される。ローター2の凹部22及び回転軸13の下端13aには、このピン24を差し込むための孔が形成されている。
A part of the
複数のピン24は、円周方向に均等な間隔を有した位置に配置されており、回転軸13の回転力をローター2に伝達する機能を有する。スペーサ部材15には、締結部材23が挿通される第一挿通孔15aと、複数のピン24が挿通するため複数設けられる第二挿通孔15bとが形成されている。なお、ここでは、第二挿通孔15b及びピン24は、四個設けられているが、四個には限定されない。
The plurality of
スペーサ部材15を挟んだ状態で回転軸13及びローター2を締結部材23により締結していることから、ローター2のステータ3に対する軸方向の位置をより確実に固定できる。よって、ローター2及びステータ3間の間隙を適切な状態にすることを実現する。すなわち、上述したようなメリットを有するスペーサ部材15を適切に取り付けることを実現する。
Since the rotating
また、回転軸13からローター2に回転力を伝達するための機構として複数のピン24を用いていることから、キー溝及びキーなどからなる機構に比べて周方向のバランスをよくでき、すなわち、回転軸13及びローター2のバランスのよい回転を実現する。よって、ローター2及びステータ3間の分散力に部分による偏りが発生すること等を防止でき、すなわち、均一で適切な分散処理を実現する。また、偏りが発生することを防止できるので、間隙を小さくしても安定した分散処理を実現する。さらに、高速回転も可能になり適切な分散処理が実現する。
In addition, since a plurality of
ステータ3は、ローター2と対向する平面において、ローター2より大きな形状に形成される。すなわち、ステータ3は、軸方向D1に直交する平面内における形状が、ローター2より大きくなるように構成されている。ステータ3には、ローター2と対向する面(下面)とは反対側の面(上面)に、冷却用の液体を流すための冷却用溝部26が形成される。冷却用溝部26は、ローター2より外側にも位置するよう形成されている。
The
冷却用溝部26は、ローター2より外側に至る部分にまで形成されていることにより、ローター2の最も外周まで冷却することができる。すなわち、冷却用溝部26は、ローター2及びステータ3の分散領域全体を冷却することができる。よって、材料(分散する混合物4)の発熱を確実に抑えることができる。これにより分散する材料が変質することを防止でき、また、分散する材料が揮発して引火する可能性があるような材料の場合にも安全に分散することを実現する。尚、一般的に、ローター2及びステータ3は、対向する面内の大きさが同じ大きさに形成され、その場合には、最外周部の冷却が困難である。最外周部は、最も発熱量が多いため、ここで説明した冷却用溝部26は、優れた冷却効果を得ることができる。よって、適切な温度範囲で適切な分散処理を実現する。
The cooling
冷却用溝部26には、半径方向に沿って形成される壁部27が設けられる(図4(b)等)。また、冷却用溝部26には、壁部27を挟むような位置に冷却液供給口28及び冷却液排出口29が設けられる。冷却液供給口28から冷却用溝部26に供給された冷却用の液体が、冷却用溝部26において円周方向D2の一方向であって冷却用供給口28から壁部27が設けられていない方向D3に向けて流される。そして、流された冷却用の液体が冷却液排出口29から排出される。冷却用の液体は、例えば水である。
The cooling
冷却用溝部26において、冷却用供給口28から冷却用排出口29に向けて一方向に向くように冷却水が流されるように構成されているので、換言すると、冷却水が一方方向に流れるよう壁部27に仕切られているので、冷却水は、順次排出される。すなわち、一方向に流れるように構成されていない場合には、部分的に冷却水が滞留してしまい、冷却用溝部内で冷却水が入れ替わらない部分が発生し、冷却機能が劣化する可能性がある。これに対し、冷却用溝部26は、冷却水が順次入れ替わるよう構成されているので、常に高い冷却機能を有している。よって、適切な温度範囲で適切な分散処理を実現する。
In the cooling
尚、第1分散装置1を構成する冷却用溝部及びこれが設けられるステータ3は、上述した冷却用溝部26に限られるものではなく、例えば、図5に示すような冷却用溝部71、72を有するステータ76、77であってもよい。図5(a)は、ネジ部を避けて溝を可能な限り広く形成し、冷却効果を高める例である。図5(b)は、形成した溝部の底面にさらに細かい溝を形成し、冷却水の接触表面積を増やして冷却効果を高める例である。図5(c)は、図5(b)のA6−A6断面図であり、細かい溝である凹部72aの断面形状を例示するための図である。ステータ76、77は、冷却用溝部の構造を除いて、ステータ3と同様の構造と機能を有するので、同様の部分については説明を省略する。
The cooling groove portion constituting the
図5に示すように、冷却用溝部71、72は、冷却用溝部26と同様に、ローター2より大きな形状に形成されたステータ76、77の上面側に形成され、ローター2より外側に位置するよう形成されている。冷却用溝部71、72にも、壁部27と同様の、壁部73、74が設けられる。冷却用溝部26と同様の構成については、冷却用溝部26と同様の効果を有する。
As shown in FIG. 5, like the cooling
次に、冷却用溝部26と異なる構成について説明する。冷却用溝部71は、ステータ76の外周ぎりぎりまで拡大して設けられており、ボルト穴3bが形成される部分には、突起部71aが形成されている。外周方向に拡大した分だけ冷却効果が高くなる。また、冷却用溝部72は、その底部に、円周方向に形成される凹部72aが複数形成されている。凹部72aが形成されていることから冷却水とステータ77との熱交換量が増え冷却効果が高くなる。冷却用溝部71、72は、冷却用溝部26よりも高い冷却効果を有する。以上のように、冷却用溝部26に代えて、冷却用溝部71、72を有するステータを用いた場合にも、高い冷却機能を有し、適切な温度範囲で適切な分散処理を実現する。
Next, a configuration different from the cooling
ところで、ステータ3には、回転軸13を挿通する回転軸挿通孔31が設けられ、ステータ3の回転軸挿通孔31より外側の位置からステータ3及びローター2の間に混合物4が導かれる。
Incidentally, the
具体的に、ステータ3には、回転軸挿通孔31より外側の位置に設けられる混合物供給用の貫通孔32が設けられる。換言すると、貫通孔32は、回転軸挿通孔31に対して所定の距離を有した位置に設けられる。ステータ保持部18には、混合物供給口33と、該混合物供給口33からステータ3に設けられた混合物供給用の貫通孔32に連通する連通路34とが設けられる。混合物供給口33から供給される混合物4は、ステータ保持部18の連通路34及びステータ3の貫通孔32を介してステータ3及びローター2の間に導かれる。混合物供給口33の端部には、接合用のフランジ等が形成され、配管130が接続される。
Specifically, the
この構成により、混合物供給の際にローター2を回転させれば、貫通孔32に供給された混合物4が遠心力により外側に導かれるので、回転中心付近に混合物4が到達しない。よって、回転軸挿通孔(「第1回転軸挿通孔」ともいう)31及び後述の第2回転軸挿通孔36にメカニカルシール等の密封装置を設けることが不要となる。換言すると、貫通孔32は、遠心力により外側に導かれる混合物4が回転軸挿通孔31に流れない程度の距離を回転軸挿通孔31との間に有した位置に配置される。これにより装置構成を簡素にできる。シール部分の劣化による交換などを不要にできる。
With this configuration, if the
尚、ここで、混合物供給口33及び連通路34は、下側に行くにつれて半径方向の中心側に向けた方向D4に向くように傾斜して形成されているが、例えば、下側に行くにつれて接線方向D5、D6に向くように傾斜して形成されていてもよい。混合物供給口33及び連通路34は、連通路34がその下端において貫通孔32に接続される位置に形成される。これにより、貫通孔32をより回転軸挿通孔31に近づけることを可能とする。
Here, the
ステータ保持部18には、回転軸13を挿通する第2回転軸挿通孔36が設けられる。第2回転軸挿通孔36には、非接触シールであるラビリンス構造のシール部37が設けられる。ここでラビリンス構造とは、回転軸側(回転軸13)及び固定部側(ステータ保持部18)の一方若しくは両方に、一又は複数の凹部及び/又は凸部を形成することで、回転軸側と固定部側の間に凹凸の隙間を順次形成された構造であり、かかるラビリンス構造によりシール機能を発揮する。各凹部及び各凸部の寸法は、例えば、0.01〜3.00mm程度である。
The
ステータ保持部18内で且つ第2回転軸挿通孔36の上側と連通する空間38には、ステータ保持部18の外側からエアが供給される。ステータ保持部18の外側からエアを供給することによりエアパージシール機能を担うエアパージシール機構39が設けられる。エアパージシール機構39は、例えば、軸受保持部17及びステータ保持部18により形成された空間38と、軸受保持部17に設けられ、空間38及び外部を接続するパージ用通路39bと、パージ用通路39bの外部側に設けられパージ用の空気を供給するエア供給部39aとを有する。エアパージシール機構39は、矢印F1に示すように、エア供給部39aから供給した空気をパージ用通路39b、空間38を介して第2回転軸挿通孔36と回転軸31との隙間部分に供給する。この空気によりシール機能が生ずる。
Air is supplied from the outside of the
尚、ステータ保持部18の第2回転軸挿通孔36の外側には、ステータ3をステータ保持部18に取り付けるためのボルト3a用の取付け用の凹部18fが形成されている。また、凹部18fを形成することにより、第2回転軸挿通孔36を形成する内周部18gは、突出するような形状とされている。回転軸13は、ステータ保持部18の内周部18gの上方に突出するように形成された突出部13gを有している。矢印F1で示すように、エア供給部39aから供給された空気は、内周部18gと突出部13gとの間を通過して、第2回転軸挿通孔36と回転軸31との隙間部分に供給される。
A mounting
シール部37のラビリンス構造は、第2回転軸挿通孔36の軸封効果を高めることを実現し、エアパージシール機構39は、エアパージ機能により、回転軸挿通孔31及び第2回転軸挿通孔36の部分の軸封効果を高めることを実現する。上述のように、第1分散装置1では、混合物4を導く位置を工夫し、遠心力を利用していることから、ラビリンス構造及びエアパージ機能は、必ずしも設ける必要がない。しかし、少なくともいずれか一方を設けることで軸封効果を高めることを実現できるし、両方設けることでさらなる軸封効果を実現する。
The labyrinth structure of the
容器11は、下方側に向かうにつれて断面積が小さくなる円錐状の壁面42と、この円錐状の壁面42の上に位置する円筒状の壁面43と、円錐状の壁面42の下部に設けられる排出口44とを有する。排出口44は、容器11の下方端に設けられ、分散処理済みの混合物4を排出する。排出口44の端部には、接続用のフランジ等が形成され、配管140が接続される。分散処理後の混合物4が円錐状の壁面42を経由して排出されるため、内壁に付着して排出されない混合物4の量が激減する。よって歩留まりを向上して、適切な処理を実現する。尚、容器11には、真空ポンプを設けるようにしてもよく、そうすることで混合物4への空気の混入を低減できる。
The
容器11には、冷却機能を有する冷却機構41が設けられている。冷却機構41は、例えば、容器11の外側面である壁面42及び壁面43と、この外側にこの外側面(壁面42及び壁面43)を覆うように形成される空間形成部材45と、冷却媒体供給口46と、冷却媒体排出口47とを有する。空間形成部材45は、例えばジャケットとも呼ばれる部材であり、壁面42、43との間に、例えば冷却水などの冷却媒体を充填可能な空間48を形成する。
The
冷却媒体供給口46は、例えば空間形成部材45の側面下部に配置され、空間48に冷却水を供給する。冷却媒体排出口47は、例えば空間形成部材45の側面上部に配置され、空間48から冷却水を排出する。
The cooling
冷却機構41は、このような構成により、壁面42、43を介して容器11内部を冷却する機能を有する。冷却機構41は、分散処理済みの混合物4を冷却することを可能とする。また、混合物4に揮発しやすい材料を用いた場合には、揮発した材料を冷却されることにより液体に戻すことができる。冷却機構41の構成は、上記には限定されず、公知の構成でよい。
With such a configuration, the
尚、第1分散装置1を構成する容器は、上述した容器11に限られるものではなく、例えば図6に示すような容器81、86であってもよい。まず、図6(a)に示す容器81について説明する。容器81は、撹拌機構82を有することを除いて、上述した容器11と同様の構成と機能を有する。同様の部分については説明を省略する。
In addition, the container which comprises the 1st dispersion |
図6(a)の容器81は、壁面42、43と、排出口44とを有する。容器81には、冷却機構41が設けられている。この容器81には、撹拌機構82が設けられている。撹拌機構82は、壁面42、43の内面に付着したスラリー状の混合物4を掻き取る。掻き取られた混合物4は、付着していない混合物4と一緒に、排出口44から排出される。撹拌機構82は、壁面42、43に沿った形状に形成される撹拌板82aと、これを回転駆動するモーター82bとを有する。また、撹拌機構82は、回転軸82c、軸受82dも有する。撹拌板82aと壁面42、43との隙間が0〜20mm程度となるように、撹拌板82aは形成されている。撹拌板82aとしては、金属又は金属に樹脂が取り付けられたものが使用される。ここで、撹拌板82aは、円周状の2箇所で掻き取るような形状とされる2箇所の撹拌部82eを有するように構成しているが、複数の板部材を組み合わせて撹拌部を3以上の複数個に増加させてもよいし、1個でもよい。図6(a)の例では、回転軸82cを設ける必要性から排出口44には、接続用配管83が取り付けられ、これを介して配管140に接続される。分散処理後の混合物4が円錐状の壁面42を経由して排出されるため、内壁に付着して排出されない混合物4の量が激減し、さらに、撹拌板82aにより混合物4の排出が促進されるので、歩留まりが向上する。
A
次に、第1分散装置1を構成する容器のさらに他の例として、図6(b)に示す容器86について説明する。容器86は、分散処理された混合物4を貯留する処理後貯留タンクを兼ねている容器である。すなわち、容器86は、例えば、円筒形状の壁面86aを有するとともに、この下方に曲面状の底面部86bを有し、この底面部86bの下方端部に開閉弁86dを介して排出口86cが設けられている。
Next, a
図6(b)の容器86は、例えば、少量で且つ適切な分散処理が必要で且つ高価な混合物4を分散処理する場合には相性がよい。分散処理後に、ボルト11dを外すことにより、容器86をカバーユニット12やこれに取り付けられたローター2及びステータ3から外すことができる。これにより、他の構造の場合では第1分散装置の外壁に付着することになる混合物4も回収でき、歩留まりが向上する。尚、処理後貯留タンクを兼ねている容器86の形状は、これに限られるものではなく円錐状の壁面を有してもよく、また、大量の分散処理が可能なようにさらに大型のタンク形状であっても良く、さらに、大型で且つ例えば2分割できるような形状であってもよい。また、処理後貯留タンクを兼ねている容器に、冷却機構41を設けてもよい。
The
また、第1分散装置1を構成するローター2及びステータ3の材質として、例えば、日本工業規格(JIS)のSUS304、SUS316、SUS316L、SUS430等のステンレス鋼や、JISのS45C、S55C等の炭素鋼を用いてもよい。また、アルミナ、窒化ケイ素、ジルコニア、サイアロン、炭化ケイ素等のセラミクスや、JISのSKD、SKH等の工具鋼を用いてもよい。ステンレス等の金属材料にセラミクスが溶射(例えばアルミナ溶射、ジルコニア溶射)されたものを用いるようにしてもよい。セラミクスを用いたローラ及びステータや、金属材料にセラミクス部材が溶射されたローター及びステータを使うことで、寿命が延び、金属コンタミネーション(汚染)を防止できる。
Moreover, as materials of the
以上のような第1分散装置1を用いた予備分散方法では、この第1分散装置1のローター2及びステータ3の間に、混合物4を供給して遠心力によって外周に向けて通過させることにより分散する。第1分散装置1及び予備分散方法は、歩留まりが良く、分散力が高く、適切な温度範囲で分散処理を行うことを実現し、すなわち、適切な予備分散処理を実現する。また、この第1分散装置1及び予備分散方法は、分散処理後の清掃を行う際に、容器11とカバーユニット12とを分離することができるので、清掃が容易である。
In the preliminary dispersion method using the
これまで説明したように、第1分散装置1では、剪断式の分散を行うローター2とステータ3の間隔を微調整でき、その間隔を確実に固定することができる。さらに、ローター2をバランスよく回転して、均一な分散処理を実現できる。したがって、たとえば数100μm〜1000μmの粗大な粒子を含む粗分散された混合物4を、確実に予備分散することができる。
As described so far, in the
第1分散装置1では、ローター2とステータ3の間隔は、10μm以上1000μm以下とするのが好ましい。10μm未満では、分散時の発熱による熱膨張のために、ローター2とステータ3が接触し、破損を生じる可能性が高まる。1000μmを超えると固体粒子を小さくしにくくなる。ローター2とステータ3の間隔が10μm以上1000μm以下であると、装置破損のリスクを抑えながら、固体粒子のある程度の微細化を、たとえば平均粒径が数10μm以下になるまで、好ましくは10μm以下になるまで、効率よく行うことができる。
In the
なお、粗分散装置110と第1分散装置1との間に、剪断式の第3の分散装置(不図示)を備えてもよい。その場合には、たとえば、第3の分散装置では、ローターとステータの間隔を1000μmとして、混合物4中の固体粒子を100μm以下に分散し、第1分散装置1では、ローター2とステータ3の間隔を100μmとして、混合物4中の固体粒子を10μm以下に分散して、第2分散装置60に供給することができる。すなわち、たとえ粗分散装置110から供給される混合物4に粗大な固体粒子が含まれていても、確実に短時間で予備分散をすることができる。
A shear type third dispersing device (not shown) may be provided between the
さらに、第1分散装置1では、剪断式に混合物4を分散するので、均一に分散することができる。すなわち、ローター2とステータ3の間を混合物4が通過するので、全ての混合物4にローター2とステータ3の間の剪断力が作用する。よって、混合物4が受ける剪断力が局所的にばらつくこと(いわゆるショートパス)がなく、分散効率が高くなる。
Furthermore, in the 1st dispersion |
なお、第1分散装置として説明した図3〜図6に示す剪断式の分散装置1を、混合物4によっては、第2分散装置60としてナノ分散に用いることができる。すなわち、剪断式の分散装置1のローター2とステータ3の間隔を狭く設定して、ナノ分散用に用いる。第1分散装置としての剪断式の分散装置1と、この装置よりローター2とステータ3の間隔を狭くした第2分散装置としての剪断式の分散装置1とを備える分散処理システムは、効率よく予備分散をしてナノ分散処理をすることができる。
3 to 6 described as the first dispersion device can be used for nano-dispersion as the
次に、図7および図8を参照して、分散処理システム100の変形例を説明する。図7は、複数パスの分散処理に適した分散処理システム102を示す概略図である。分散処理システム102は、複合パスできる構成であることを除いて、上述したシステム100と同様の構成と機能を有する。
Next, a modified example of the distributed
図7に示す分散処理システム102は、粗分散装置110と、中間タンク112と、第1分散装置1と、第2分散装置60と、貯留タンク120とを備える。配管140のポンプ142の下流側から、配管134が、中間タンク112と粗分散装置110に接続する。また、中間タンク112から、配管136が配管130のポンプ132の上流側に接続する。よって、第1分散装置1で予備分散された混合物4を中間タンク112で貯留した後に、第1分散装置1に戻し、予備分散を繰り返すのに用いることができる。また、第1分散装置1で予備分散された混合物4を粗分散装置110に戻してもよい。すなわち、分散処理システム102によれば、予備分散を繰り返して、予備分散により粗大な粒子から、たとえば固体粒子の平均径を10μm以下にし易くすることができる。
The distributed
図8に示す分散処理システム104は、分散処理システム100と同様に、粗分散装置110と、第1分散装置1と、第2分散装置60と、貯留タンク120とを備える。なお、配管130にはポンプが設置されない。粗分散装置110には、コンプレッサ160が、流量調整弁162及びフィルタ164を介して接続されている。すなわち、粗分散装置110及びコンプレッサ160を接続する配管166に、流量調整弁162及びフィルタ164が設けられる。流量調整弁162は、コンプレッサ160から粗分散装置110に導かれる圧縮空気の流量を調整する。フィルタ164は、コンプレッサ160から粗分散装置110に導かれる圧縮空気中の不要物を取り除く。
Similar to the distributed
この分散処理システム104は、圧力を掛けないで粉体と液体を粗分散した後、コンプレッサ160及び流量調整弁162により処粗分散装置110内の混合物4に付与した圧力により、粗分散装置110から配管130を経由して第1分散装置1に混合物4を導く。
The
次に、分散処理システムの更に他の例として、図9に示す分散処理システム106を説明する。分散処理システム106は、液体になじみにくいために液体表面に浮いたり、ダマ(粉体が液体を吸って凝集し固まった大きな塊)になり混ざりにくくなる粉体を液体に混合する機能に優れた粗分散装置170を有することに特徴があり、図1の分散処理システム100の粗分散装置110に換えて粗分散装置170を備えることを除いて、分散処理システム100と同様の構成と機能を有する。同様の部分については説明を省略する。
Next, a distributed
粗分散装置170は、液体供給部111と粉体供給部112を有する。粗分散装置170は、撹拌羽根173と、撹拌羽根173に連結する回転軸177と、回転軸177を回転させるモーターなどの駆動装置178とを有する。回転軸177は、粗分散装置170の中心から偏心させられ(中央からずらした位置に配置され)、撹拌羽根173の回転により傾斜渦が発生する。尚、粗分散装置170は、例えば円筒状の側壁部と、湾曲形状の底面部とを有するが、これに限られるものではない。
The
粉体供給部112は、粉体原料Pを撹拌羽根173により発生された傾斜渦に投入する。粉体供給部112は、例えば振動式定量フィーダである。粉体供給部112としては、これに限られるものではなく、その他の振動式フィーダや、スクリュー式フィーダであってもよい。傾斜渦に投入された粉体は大きな塊になることが防止される。よって、固まることなく、粗分散装置170で分散される。また、撹拌羽根173を中央からずらした位置で回転させる構成とすることで、液体供給部111と粉体供給部112からの原料を投入するためのスペースを広く確保できる。また、上述の効果は、混合物4の配合割合の精度を高めるという利点も得られる。
The
以上説明したように、分散処理システム100、102、104、106によれば、第1分散装置1で混合物4を予備分散し、予備分散した混合物4を第2分散装置60でナノ分散するので、固体粒子をナノレベルのサイズに効率よく微細化することができる。
As described above, according to the distributed
以下に、明細書および図面で用いた主な符号をまとめて示す。
1 第1分散装置
2 ローター
3 ステータ
4 混合物
11 容器
11a 上部開口
12 カバーユニット
13 回転軸
13a 下端
14 軸受
15 スペーサ部材
15a 第一挿通孔
15b 第二挿通孔
17 軸受保持部
18 ステータ保持部
20 第2のスペーサ部材
21 位置決め規制部
22 凹部
23 締結部材
24 ピン
26 冷却用溝部
27 壁部
28 冷却液供給口
29 冷却液排出口
31 回転軸挿通孔
32 混合物供給用の貫通孔
33 混合物供給口
34 連通路
36 第2回転軸挿通孔
37 シール部
38 空間
41 冷却機構
44 排出口
60 第2分散装置
82 撹拌機構
82a 撹拌板
100、102、104、106 分散処理システム
110、170 粗分散装置
111 液体供給部
112 粉体供給部
113、114、115、173 撹拌羽根
117、177 回転軸
118、178 駆動装置
120 貯留タンク
130、140、150 配管
132、142 ポンプ
L 液体
P 粉体
Below, the main code | symbol used by the specification and drawing is shown collectively.
DESCRIPTION OF
Claims (15)
ローターと、該ローターに対向して配置されるステータとの間に、前記混合物を遠心力によって外周に向けて通過させることによって分散させる剪断式の第1分散装置と、
前記第1分散装置で分散された前記混合物を、前記混合物内の固体粒子をナノレベルのサイズに微細化する第2分散装置とを備える、
分散処理システム。 A dispersion processing system for dispersing a slurry-like mixture,
A shearing-type first dispersion device that disperses the mixture by passing the mixture toward the outer periphery by centrifugal force between the rotor and a stator disposed to face the rotor;
A second dispersion device for refining the mixture dispersed by the first dispersion device to a nano-level size of solid particles in the mixture;
Distributed processing system.
前記ローターと前記ステータとの間を通過した混合物を受ける容器と、
該容器の上部開口を閉塞するカバーユニットと、
該カバーユニットの下側に固定される前記ステータと、
該ステータの下面に対向するように設けられる前記ローターと、
該ローターを回転させる回転軸とを備え、
前記ローター及び前記ステータの間の隙間が10μm以上1000μm以下である、
請求項1記載の分散処理システム。 The first dispersing device includes:
A container for receiving the mixture that has passed between the rotor and the stator;
A cover unit for closing the upper opening of the container;
The stator fixed to the lower side of the cover unit;
The rotor provided to face the lower surface of the stator;
A rotating shaft for rotating the rotor,
The gap between the rotor and the stator is 10 μm or more and 1000 μm or less.
The distributed processing system according to claim 1.
請求項2記載の分散処理システム。 The second dispersion device is a dispersion device of any one of a bead mill, a jet mill, and a high-pressure homogenizer.
The distributed processing system according to claim 2.
前記第2分散装置で分散処理した後の混合物内の固体粒子の平均粒径は、1μm未満である、
請求項1乃至3のいずれかに記載の分散処理システム。 The average particle size of the solid particles in the mixture before being subjected to the dispersion treatment by the first dispersing device is 1 μm or more and 1000 μm or less,
The average particle size of the solid particles in the mixture after being dispersed by the second dispersion device is less than 1 μm.
The distributed processing system according to claim 1.
請求項1乃至3のいずれかに記載の分散処理システム。 The mixture dispersed in the dispersion treatment system is one or more selected from carbon black, carbon nanotubes, graphene, inorganic powder, metal or metal oxide powder, which are powder raw materials, and a liquid raw material. , A combination with one or more selected from among water, solvent and resin,
The distributed processing system according to claim 1.
前記粗分散装置は、前記混合物の原料である粉体と液体を混合する、
請求項4記載の分散処理システム。 A coarse dispersion device for dispersing the mixture supplied to the first dispersion device;
The coarse dispersion device mixes powder and liquid, which are raw materials of the mixture,
The distributed processing system according to claim 4.
請求項6記載の分散処理システム。 The coarse dispersion device has any of turbine type blades, disper type blades, propeller type blades, anchor type blades,
The distributed processing system according to claim 6.
請求項6に記載の分散処理システム。 The mixture dispersed by the coarse dispersion device is dispersed by passing the mixture toward the outer periphery by centrifugal force between the rotor and the stator disposed to face the rotor, and the dispersed mixture is the first mixture. A third dispersing device for supplying the dispersing device;
The distributed processing system according to claim 6.
前記カバーユニットに設けられるとともに、前記ステータの上方側に位置し、前記回転軸を回転可能に保持する軸受と、
前記回転軸と前記ローターとの間に着脱可能に設けられ、前記ローター及び前記ステータの間の隙間を調整するスペーサ部材とを備え、
前記ローターは、前記スペーサ部材が取り付けられた状態においては、前記ステータに対する軸方向の位置が固定されている、
請求項2または3記載の分散処理システム。 The first dispersing device includes:
A bearing that is provided on the cover unit and is positioned above the stator and rotatably holds the rotating shaft;
A spacer member that is detachably provided between the rotating shaft and the rotor, and adjusts a gap between the rotor and the stator;
In the state where the spacer member is attached to the rotor, the axial position with respect to the stator is fixed.
The distributed processing system according to claim 2 or 3.
該軸受保持部の下方側に設けられ、前記ステータを保持するステータ保持部とを有し、
前記軸受保持部は、第2のスペーサ部材を介して前記ステータ保持部に当接することで前記ステータ保持部の軸方向の位置を規制する位置決め規制部を有し、
前記第2のスペーサ部材は、前記軸受保持部と前記ステータ保持部との間に着脱可能に設けられ、軸方向の長さが異なる部品と交換されることで前記軸受保持部に対する前記ステータの軸方向の位置を調整し、
前記ローターの上面には、前記回転軸の下端を挿入するための凹部が設けられ、
前記凹部には、貫通孔が開口し、
前記ローターの前記凹部に前記回転軸の前記下端が挿入され、該下端が前記スペーサ部材を介して前記凹部に当接した状態で、前記ローターの下面側から締結部材が取り付けられ、
前記締結部材は、その一部が前記ローターの前記貫通孔を貫通して前記回転軸に取り付けられることで、前記スペーサ部材を挟んだ状態で前記回転軸及び前記ローターを締結し、
前記ローターの前記凹部及び前記回転軸の下端には、前記回転軸の回転力を前記ローターに伝達するための複数のピンが挿入され、
前記複数のピンは、円周方向に均等な間隔を有した位置に配置されており、
前記スペーサ部材には、前記締結部材が挿通される第一挿通孔と、前記複数のピンが挿通するため複数設けられる第二挿通孔とが形成されている、
請求項9記載の分散処理システム。 The cover unit includes a bearing holding portion that holds the bearing;
A stator holding part that is provided below the bearing holding part and holds the stator;
The bearing holding portion has a positioning restricting portion that restricts an axial position of the stator holding portion by contacting the stator holding portion via a second spacer member,
The second spacer member is detachably provided between the bearing holding portion and the stator holding portion, and is replaced with a component having a different axial length so that the shaft of the stator with respect to the bearing holding portion is exchanged. Adjust the direction position,
The upper surface of the rotor is provided with a recess for inserting the lower end of the rotating shaft,
A through hole is opened in the recess,
In the state where the lower end of the rotating shaft is inserted into the concave portion of the rotor, and the lower end is in contact with the concave portion via the spacer member, a fastening member is attached from the lower surface side of the rotor,
A part of the fastening member passes through the through hole of the rotor and is attached to the rotary shaft, thereby fastening the rotary shaft and the rotor with the spacer member interposed therebetween,
A plurality of pins for transmitting the rotational force of the rotating shaft to the rotor are inserted into the concave portion of the rotor and the lower end of the rotating shaft,
The plurality of pins are arranged at positions having an equal interval in the circumferential direction,
The spacer member is formed with a first insertion hole through which the fastening member is inserted, and a plurality of second insertion holes provided for the plurality of pins to be inserted.
The distributed processing system according to claim 9.
前記ステータには、前記ローターと対向する面とは反対側の面に、冷却用の液体を流すための冷却用溝部が形成され、
該冷却用溝部は、前記ローターより外側にも位置するよう形成され、
前記冷却用溝部には、半径方向に沿って形成される壁部が設けられ、
前記壁部を挟むように冷却液供給口及び冷却液排出口が設けられ、
前記冷却液供給口から前記冷却用溝部に供給された冷却用の液体が、前記冷却用溝部において円周方向の一方向であって前記冷却用供給口から前記壁部が設けられていない方向に向けて流され、流された冷却用の液体が前記冷却液排出口から排出され、
前記ステータには、前記回転軸を挿通する回転軸挿通孔が設けられ、前記ステータの前記回転軸挿通孔より外側の位置から前記ステータ及び前記ローターの間に混合物が導かれる、
請求項10記載の分散処理システム。 The stator is formed in a larger shape than the rotor in opposing planes,
The stator is formed with a cooling groove for flowing a cooling liquid on a surface opposite to the surface facing the rotor,
The cooling groove is formed so as to be located outside the rotor,
The cooling groove is provided with a wall formed along the radial direction,
A coolant supply port and a coolant discharge port are provided so as to sandwich the wall portion,
The cooling liquid supplied from the cooling liquid supply port to the cooling groove is in one direction in the circumferential direction of the cooling groove, and the wall is not provided from the cooling supply port. And the cooled cooling liquid is discharged from the cooling liquid discharge port,
The stator is provided with a rotation shaft insertion hole through which the rotation shaft is inserted, and a mixture is guided between the stator and the rotor from a position outside the rotation shaft insertion hole of the stator.
The distributed processing system according to claim 10.
前記ステータ保持部には、混合物供給口と、該混合物供給口から前記ステータに設けられた混合物供給用の前記貫通孔に連通する連通路とが設けられ、
前記混合物供給口から供給される混合物は、前記ステータ保持部の前記連通路及び前記ステータの前記貫通孔を介して前記ステータ及び前記ローターの間に導かれ、
前記ステータ保持部には、前記回転軸を挿通する第2回転軸挿通孔が設けられ、
該第2回転軸挿通孔には、ラビリンス構造のシール部が設けられ、
前記ステータ保持部内で且つ前記第2回転軸挿通孔の上側と連通する空間には、前記ステータ保持部の外側からエアが供給され、
前記容器には、冷却機構が設けられている、
請求項11記載の分散処理システム。 The stator is provided with a through hole for supplying a mixture provided at a position outside the rotation shaft insertion hole,
The stator holding portion is provided with a mixture supply port, and a communication path communicating from the mixture supply port to the through hole for supplying the mixture provided in the stator,
The mixture supplied from the mixture supply port is guided between the stator and the rotor via the communication path of the stator holding portion and the through hole of the stator.
The stator holding portion is provided with a second rotation shaft insertion hole for inserting the rotation shaft,
The second rotating shaft insertion hole is provided with a labyrinth structure seal portion,
Air is supplied from the outside of the stator holding portion to the space in the stator holding portion and communicating with the upper side of the second rotation shaft insertion hole,
The container is provided with a cooling mechanism,
The distributed processing system according to claim 11.
前記容器の下方端には、分散処理済みの混合物を排出する排出口が設けられ、
前記容器には、前記壁面に付着したスラリー状の混合物を掻き取る撹拌板が設けられる、
請求項12記載の分散処理システム。 The container has a conical wall whose cross-sectional area decreases toward the lower side,
The lower end of the container is provided with a discharge port for discharging the dispersion-treated mixture,
The container is provided with a stirring plate that scrapes off the slurry-like mixture adhering to the wall surface.
The distributed processing system according to claim 12.
請求項13記載の分散処理システム。 The rotor and the stator are formed by spraying ceramics on stainless steel.
The distributed processing system according to claim 13.
前記混合物を、第1分散装置のローターと、該ローターに対向して配置されるステータとの間に供給する工程と、
前記混合物を遠心力によって前記ローターと前記ステータの間を外周に向けて通過させることによって、前記ローターとステータとの間で剪断式に分散させる工程と、
前記第1分散装置で分散された前記混合物を、第2分散装置に供給する工程と、
前記第2分散装置に供給された前記混合物内の固体粒子を前記第2分散装置でナノレベルのサイズに微細化する工程とを備える、
分散処理方法。 A dispersion processing method for dispersing a slurry-like mixture,
Supplying the mixture between the rotor of the first dispersing device and a stator disposed opposite the rotor;
Dispersing the mixture in a shearing manner between the rotor and the stator by passing the mixture between the rotor and the stator toward the outer periphery by centrifugal force; and
Supplying the mixture dispersed in the first dispersing device to a second dispersing device;
A step of refining solid particles in the mixture supplied to the second dispersion device to a nano-level size by the second dispersion device.
Distributed processing method.
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