JP3998353B2 - コロイドミル - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として、水性粉体塗料などの微粒化、あるいは、魚類、肉類、その他の食品などの微粒化、化粧料などの微粒化、その他、種々の産業において採用されるコロイドミルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のコロイドミルとしては、特開平５−１２３５９２号公報などに所載のものが知られており、ここでは、上下一対の円盤状の砥石を有し、その中心軸で、上下の砥石の相対的な回転（通常は、上側砥石が固定であり、下側砥石が手動あるいは動力で駆動される形態）により、中心投入部に供給された粒状物を、それら砥石の間隙を介して、外周側に吐出する過程で、微粒化する構成になっている。
【０００３】
特に、粒状物を破砕する機能は、粒状物導入用インペラによって、中心部から外周縁部に向けて、上下の砥石の対向する水平な環状周面の間隙に、前記粒状物を送り、擦り潰しする初期の段階で、その入口の傾斜面による粒状物の喰い込みによって達成される。この場合、傾斜面の勾配と、前記インペラの送りの圧力との関係で、破砕可能な粒径が定まる。一般に、粉体塗料などの硬質の粒状物については、粉砕間隙に対して、最大で、約１．５倍以下の粒状物でないと、喰い込みが円滑にできない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、可成り大きな粒径の粒状物（例えば、直径で２０００μｍ程度）から超微粒化（例えば、直径で２００μｍ程度）を達成しようとすると、従来のコロイドミルでは、上下の砥石間隙（粉砕間隙）を多段に切り換えて、可成りの時間を掛けて、目的の粒径まで、破砕しなければならない。因みに、上記事例では、２０００μｍ程度から２００μｍ程度にするには、６〜９回のパスが必要であり、その所要時間も、４５分〜６０分である。
【０００５】
本発明は、上記事情に基づいてなされたもので、その目的とするところは、一回のパスで、可成りの径まで破砕が可能で、パス回数を少なくでき、時間短縮が達成できる、効率のよいコロイドミルを提供するにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明では、上下一対の円盤状の砥石を有し、その中心軸で、上下の砥石の相対的な回転により、中心投入部に供給された粒状物を、それら砥石の間隙を介して、外周側に吐出する過程で、微粒化するためのコロイドミルにおいて、上側砥石は、その下面に、水平な外周縁部を残して、中心側から外周縁に向けて下向する傾斜面を形成しており、また、下側砥石は、その上面に、水平な外周縁部を残して、円周方向に段差を持って放射状に分割されると共に、中心から外周縁に向けて上向する多数の傾斜面を形成しており、両傾斜面の間隙が、中心側から外周縁に向けて狭くなるように、角度設定されていることを特徴とする。
【０００７】
この場合、発明の実施の形態として、前記段差部での下側砥石の隣接傾斜面は、鋸歯状に連続していること、前記両傾斜面の間隙は、粒状物を回転中心側から外周側に向けて移動する水平経路の間に形成されており、その間隙の回転中心側の粒状物導入部は、上側砥石と下側砥石との間に形成された粒状物通路に連通されていること、あるいは、前記粒状物通路を構成する上下の砥石の壁面は、截頭円錐台形であることが好ましい。
【０００８】
更に、本発明の実施の形態においては、前記粒状物通路の入口には、粒状物導入用インペラが回転駆動されるように設置されていること、前記粒状物は、水などの媒体を介して流動化されていること、前記上側砥石の傾斜面の勾配は、１／５０〜４／５０、好ましくは３／５０であり、また、前記下側砥石の傾斜面の勾配は、遠心方向に関して、１／１００〜４／１００、好ましくは２／１００〜３／１００であること、前記両砥石の水平外周縁部の間隙は、調整可能であることなどが好ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図１〜図４を参照して、具体的に説明する。このコロイドミル（破砕微粒化装置）は、上下一対の円盤状の砥石１、２を有し、その中心軸（スピンドルシャフト）３で、上下の砥石１、２の相対的な回転（上側砥石１が固定であり、下側砥石２が後述する動力で駆動される形態）により、中心投入部４に供給された粒状物を、それら砥石１、２の間隙５を介して、外周側に吐出する過程で、微粒化するものである。
【００１０】
そして、特に、本発明のコロイドミルにおいては、上側砥石１は、その下面に、水平な外周縁部１ａを残して、中心側から外周縁に向けて下向する傾斜面１ｂを形成しており、また、下側砥石２は、その上面に、水平な外周縁部２ａを残して、円周方向に段差６を持って放射状に分割されると共に、中心から外周縁に向けて上向する多数の傾斜面２ｂを形成しており、両傾斜面の間隙７が、中心側から外周縁に向けて狭くなるように、角度設定されている。なお、前述の間隙５は、この実施の形態では、間隙７および外周縁部１ａ、２ａの間隙で構成される。
【００１１】
なお、この実施の形態においては、段差６の部分での、下側砥石２の隣接傾斜面は、鋸歯状に連続しており（図２および図３を参照）、また、両傾斜面１ｂ、２ｂの間隙７は、粒状物を回転中心側から外周側に向けて移動する水平経路の間に形成されており、その間隙７の回転中心側の粒状物導入部７ａは、上側砥石１と下側砥石２との間に形成された粒状物通路８に連通されている。また、この実施の形態では、粒状物通路８を構成する上下の砥石の壁面１ｃ、２ｃは、截頭円錐台形である。
【００１２】
更に、本発明の実施の形態においては、粒状物通路８の入口には、粒状物導入用インペラ９が回転駆動されるように、中心軸３の上端に固定された状態で、設置されている。また、コロイドミルのハウジング１０の下端には、中心軸３の下端に形成したスプライン３ａに対して、カップリング１１を介して、軸方向摺動可能に接続される出力軸１２ａを有する駆動モータ１２が装備してあり、その駆動で中心軸３を介して、下側砥石２およびインペラ９を回転駆動するようになっている。
【００１３】
また、この実施の形態においては、粒状物は、水性粉体塗料であり、水などの媒体を介して流動化されている。なお、上側砥石１の傾斜面１ｂの勾配は、１／５０〜１／５、好ましくは３／５０であり、また、下側砥石２の傾斜面２ｂの勾配は、遠心方向に関して、１／１００〜４／１００、好ましくは２／１００〜３／１００である。
【００１４】
また、両砥石１、２の水平外周縁部１ａ、２ａの間隙は、調整可能であり、その具体的構成は、以下の通りである。即ち、カップリング１１の上側に位置して、中心軸３に対して、ベアリング１３を介し、筒軸１４が同心的で回転可能に支持されており、この筒軸１４は、その外周に形成した雄ネジ部１４ａを、ハウジング１０の中央に固定されたライナー１５のネジ部１５ａに螺合している。また、筒軸１４の下端にはギヤ１６が取り付けてあり、手動回転ハンドル１７で回転操作されるギヤ１８に噛み合わせてある。
【００１５】
なお、図中、符号１９は中心投入部４に粒状物Ｎを投入するためのホッパーであり、符号２０はコロイドミルによる破砕後の、微粒化された流動体の排出用シュートである。また、符号２１は下側砥石２を保持するために中心軸３に固定した台座であり、２２は上側砥石１をハウジング１０の上部に着脱自在に装着した蓋体１０ａにクランプするための固定部材である。更に、符号２３はコロイドミルの破砕部を冷却するためのジャケットで、ここに冷却水を誘導・循環することで、冷却機能を果たすのである。
【００１６】
このような構成では、上側砥石１に対して、下側砥石２が、駆動モータ１２の駆動で、その中心軸３を介して、相対的に回転駆動される際、ホッパー１９から中心投入部４に導入された粒状物（例えば、直径：５ｍｍの粉体塗料）が、インペラ９によって、コロイドミル内への、即ち、粒状物通路８への押し込み力を受け、傾斜面１ｂ、２ｂの間の間隙７にもたらされる。ここでは、間隙７の入口側、即ち、粒状物導入部７ａが拡がっているので、比較的大径でも、粒状物Ｎを間隙７内に誘導できる。
【００１７】
そして、粒状物が、傾斜面１ｂ、２ｂ間に挟まれた状態で、放射方向への押し込みを受けるが、この際に、段差６があるために、下側砥石２の回転方向への押し込みも半強制的に受けるので、間隙７を通過する過程で、可成りの小径までに破砕作用を受けることができる。換言すれば、粒状物Ｎが、コロイドミルの中心部から外周縁部へは、渦巻形に送りを受けることになり（図２および図３の矢印を参照）、破砕作用を受ける経路が大幅に増大する。即ち、傾斜面１ｂ、２ｂの勾配が可成りあっても、粒状物Ｎの喰い込みが充分に達成できるのである。そして、破砕された粒状物Ｎは、間隙７で設定された直径に微細化されて、上下砥石１、２の外周縁部１ａ、２ａからシュート２０に排出される。なお、間隙７の調整には、ハンドル１７を操作して、筒軸１４をライナー１５に対して螺動させることで行う。
【００１８】
本発明では、このようにして、パス回数を少なくても、可成りの大径から所望の小径まで、超微細化が達成できることになる。
【００１９】
【実施例】
（実施例１）
本発明を具体的に実施した事例を、以下に詳述する。ここで、上側砥石１は、ＳＵＳ＃３０４の材料（砥石粗さ：＃１２０）で作成され、直径Ｄ1 ：７０ｍｍ（下面の直径Ｄ2 は６３ｍｍ）、厚さＴ1 ：１２ｍｍの円盤状をなしており、その上面の中央には、粒状物の導入口（中心投入部４）が直径Ｄ3 ：２５ｍｍで開口されており、粒状物通路８（環状通路）の外周壁を構成するテーパー壁面８ａは、前記導入口から深さｄ1 ：９ｍｍ、下縁の直径Ｄ4 ：３０ｍｍになるように形成されている。また、上側砥石１の傾斜面１ｂを構成する部分（即ち、間隙７を構成する部分）は、前記下縁から半径方向に幅Ｗ1 ：１４ｍｍで上側砥石１の下面（深さｄ2 ：３ｍｍ）まで、環状に形成されている（約１／５の勾配になる）。更に、外周部１ａは、傾斜面１ｂに連続して、水平方向に、幅Ｗ2 ：２．５ｍｍで、その外周縁まで延びている。
【００２０】
また、下側砥石２は、同じく、ＳＵＳ＃３０４の材料（砥石粗さ：＃１２０）で作成され、直径Ｄ5 ：６３ｍｍ、厚さＴ2 ：１２ｍｍの円盤状をなしており、その中央には中心軸３を通す穴が形成され、その外周部２ａは、傾斜面２ｂの外縁までの幅Ｗ3 ：２．５ｍｍで水平に形成されており、また、傾斜面２ｂは、その外縁から中央に向けて、約１／３０の勾配で形成されている。
【００２１】
特に、本発明に係わる部分として、下側砥石２の傾斜面２ｂは、前記実施の形態のように、例えば、円周方向に１６分割されており、回転方向に鋸歯状となるような段差６が形成されている。
【００２２】
なお、下側砥石２の上面中央には、前記実施の形態で示した粒状物通路８の内周壁を構成する截頭円錐台の部材（図示せず）を中心軸３の上端で、インペラ９の下に別体で、あるいは、一体的に設けてある。
【００２３】
このような構成のコロイドミルの砥石１、２を用いて、以下のような工程で、水性粉体塗料の超微粒化を試みた。
（１）粉体ペレットを粒子径：３ｍｍ程度に粗粉砕して、樹脂粒子を作成する。
（２）添加剤を水に溶解して、そこに粗粉砕樹脂粒子を投入する。これは、直ちに沈殿した。
（３）上述のコロイドミルで、３段階（３パス）で間隙調整して、微粒化を達成した。
【００２４】
この微粒化の所要時間は、以下の通りである。なお、ここで、粉砕間隙（間隙５の水平部分＝外周縁部１ａ、２ａの間隙）をＣとし、時間をｔとすると、
（１）第１段階 Ｃ＝３００μｍ、ｔ＝５ｍｉｎ
（２）第２段階 Ｃ＝２００μｍ、ｔ＝５ｍｉｎ
（３）第３段階 Ｃ＝２００μｍ、ｔ＝４ｍｉｎ
（比較例１）
次に、本発明の実施例１との比較例として、図４に示す従来のコロイドミルの上下砥石１’および２’による微粒化の工程を、以下に説明する。先ず、その構成を具体的に述べると、上側砥石１’は、材質：ＣＭーＭ、直径Ｄ1 ：７０ｍｍ（下面の直径Ｄ2 は６３ｍｍ）、厚さＴ1 ：１２ｍｍの円盤状であり、また、直径Ｄ3 ：２５ｍｍ、深さｄ1 ：１２ｍｍ、直径Ｄ4 ：３５ｍｍ、幅Ｗ2 ：１４ｍｍである。
【００２５】
また、下側砥石２’は材質：ＣＭーＭ、直径Ｄ1 ：７０ｍｍ、厚さＴ1 ：１２ｍｍの円盤状であり、その上面中央には、截頭円錐台のガイド部材（頂部直径：１７ｍｍ、底部直径：３２ｍｍ、高さ：６ｍｍ）が設けてある。
【００２６】
而して、その製造工程は以下の通りである。
（１）粉体ペレットを粒子径：５μｍ以下まで乾式粉砕して、粉砕樹脂粒子を作成する。
（２）添加剤を水に溶解し、粉砕樹脂粒子を水中に分散して、二次凝集を解かすために、アトライザーなどで調粒する。
（３）また、真空脱泡し、塗料に流動性を付与する。
（４）後調整をする。
【００２７】
この過程での微粒化の所要時間は、以下の通りである。なお、ここで、粉砕間隙（幅Ｗ2 ：１４ｍｍの水平部分）をＣとし、時間をｔとすると、
（１）第１段階 Ｃ＝１５００μｍ、ｔ＝２ｍｉｎ（砥石＝＃８０）
（２）第２段階 Ｃ＝１０００μｍ、ｔ＝６ｍｉｎ（砥石＝＃８０）
（３）第３段階 Ｃ＝５００μｍ、ｔ＝７ｍｉｎ（砥石＝＃８０）
（４）第４段階 Ｃ＝３００μｍ、ｔ＝９ｍｉｎ（砥石＝＃８０）
（５）第５段階 Ｃ＝２５０μｍ、ｔ＝１０ｍｉｎ（砥石＝＃８０）
（６）第６段階 Ｃ＝２５０μｍ、ｔ＝１０ｍｉｎ（砥石＝＃１２０）
（７）第７段階 Ｃ＝２５０μｍ、ｔ＝７ｍｉｎ（砥石＝＃１２０）
（８）第８段階 Ｃ＝２５０μｍ、ｔ＝５ｍｉｎ（砥石＝＃１２０）
（９）第９段階 Ｃ＝２５０μｍ、ｔ＝４ｍｉｎ（砥石＝＃１２０）
なお、コロイドミルによるパスの回数は、上述のように９回であり、また、第２段階、第５段階、第８段階の各終了後に、それぞれ、ミルの分解洗浄を行う。また、砥石の交換（＃８０→＃１２０）がなされる。
【００２８】
（成果の比較）
従来のミルを用いた乾式粉砕とその後の処理においては、ミルでの間隙Ｃへの喰い込みに限界（間隙の２倍以下）があり、パス回数が多く、また、粉砕樹脂と水媒体の混合に労力を要し、クリーム状になり易く、微細空気を含み易いので、真空脱泡が必要であり、これにも労力が必要である。しかも、塗料の流動性が悪く、二次凝集し易く、経時的に粘度低下をもたらす欠点がある。
【００２９】
これに対して、本発明に係わるコロイドミルでは、砥石間への、粒状物の喰い込みが容易であり、一回のパスで可成り大幅な微粒化が達成できる（例えば、この実施例１によれば、直径：５ｍｍ程度の大きな粒子でも、０．２ｍｍ〜０．１ｍｍ程度に湿式粉砕される）。従って、パス回数を大幅に低減でき、所要時間も短縮される。また、間隙Ｃを通過する液体の量が多く確保できるので、粉砕時の摩擦熱を除去し易く、砥面での樹脂の付着を回避できる。
【００３０】
（実施例２）
本発明の実施の形態を、生産上のラインに載せて、使用する際の具体的な試案には、以下の寸法構成が望まれている。即ち、ここに挙げる実施例２では、上側砥石１が、ＳＵＳ＃３０４の材料（砥石粗さ：＃１２０）で作成され、直径Ｄ1 ：２００ｍｍ、厚さＴ1 ：３０ｍｍの円盤状をなしており、その上面の中央には、粒状物の導入口（中心投入部４）が直径Ｄ3 ：４０ｍｍで開口されており、粒状物通路８（環状通路）の外周壁を構成するテーパー壁面８ａは、前記導入口から深さｄ1 ：２７ｍｍ、下縁の直径Ｄ4 ：７０ｍｍになるように形成される。
【００３１】
また、上側砥石１の傾斜面１ｂを構成する部分（即ち、間隙７を構成する部分）は、前記下縁から半径方向に幅Ｗ1 ：５０ｍｍで上側砥石１の下面（深さｄ2 ：３ｍｍ）まで、環状に形成されている（約３／５０の勾配になる）。更に、外周部１ａは、傾斜面１ｂに連続して、水平方向に、幅Ｗ2 ：１５ｍｍで、その外周縁まで延びている。
【００３２】
また、下側砥石２は、同じく、ＳＵＳ＃３０４の材料（砥石粗さ：＃１２０）で作成され、直径Ｄ5 ：２００ｍｍ、厚さＴ2 ：３０ｍｍの円盤状をなしており、その中央には中心軸３を通す穴が形成され、その外周部２ａは、傾斜面２ｂの外縁までの幅Ｗ3 ：１５ｍｍで水平に形成されており、また、傾斜面２ｂは、その外縁から中央に向けて、約１／６０の勾配で形成される。
【００３３】
特に、本発明に係わる部分として、下側砥石２の傾斜面２ｂは、前記実施例１と同様に、例えば、円周方向に１６分割されており、回転方向に鋸歯状となるような段差６が形成される。
【００３４】
なお、以上の実施例において、仕上げ工程として、スーパーミルを用いて、与えられた微粒子（例えば、３０〜５μｍの直径の粒子）を全粒で５μｍ以下に粉砕（調整）するとよい。
【００３５】
（実施例３）
この実施例３は、水性粉体塗料の超微粒化を、具体的な素材について、本発明のコロイドミルを用いて、実施例１の３段階（パス）で行った事例である。ここでの塗料の配合を以下に示す。
（運転条件）
砥石（下側）の回転数 １０００〜４０００ ｒｐｍ
塗料の排出量 １０〜１５Ｌ／時間
粉砕間隙 （実施例１の通り）
【００３６】
【表１】
【００３７】
【発明の効果】
本発明は、以上詳述したように、上下一対の円盤状の砥石を有し、その中心軸で、上下の砥石の相対的な回転により、中心投入部に供給された粒状物を、それら砥石の間隙を介して、外周側に吐出する過程で、微粒化するためのコロイドミルにおいて、上側砥石は、その下面に、水平な外周縁部を残して、中心側から外周縁に向けて下向する傾斜面を形成しており、また、下側砥石は、その上面に、水平な外周縁部を残して、円周方向に段差を持って放射状に分割されると共に、中心から外周縁に向けて上向する多数の傾斜面を形成しており、両傾斜面の間隙が、中心側から外周縁に向けて狭くなるように、角度設定されていることを特徴とする。
【００３８】
従って、一回のパスで、可成りの径まで破砕が可能で、パス回数を少なくでき、時間短縮が達成できる、効率のよいコロイドミルを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態でのコロイドミルの縦断側面図である。
【図２】同じく、（ａ）〜（ｃ）で示す、要部（砥石）の拡大断面図、上側砥石の底面図、および下側砥石の上面図である。
【図３】同じく、（ａ）〜（ｃ）で示す、図２のＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線およびＣ−Ｃ線に沿った展開断面図である。
【図４】従来例の砥石の拡大断面図である。
【符号の説明】
１、２ 砥石
１ａ、２ａ 外周縁部
１ｂ、２ｂ 傾斜面
１ｃ、２ｃ 壁面
３ 中心軸
３ａ スプライン
４ 中心投入部
５ 間隙
６ 段差
７ 間隙
７ａ 粒状物導入部
８ 粒状物通路
９ インペラ
１０ ハウジング
１０ａ 蓋体
１１ カップリング
１２ 駆動モータ
１２ａ 出力軸
１３ ベアリング
１４ 筒軸
１５ ライナー
１５ａ ネジ部
１６ ギヤ
１７ ハンドル
１８ ギヤ
１９ ホッパー
２０ 排出シュート
２１ 台座
２２ 固定部材
２３ ジャケット
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として、水性粉体塗料などの微粒化、あるいは、魚類、肉類、その他の食品などの微粒化、化粧料などの微粒化、その他、種々の産業において採用されるコロイドミルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のコロイドミルとしては、特開平５−１２３５９２号公報などに所載のものが知られており、ここでは、上下一対の円盤状の砥石を有し、その中心軸で、上下の砥石の相対的な回転（通常は、上側砥石が固定であり、下側砥石が手動あるいは動力で駆動される形態）により、中心投入部に供給された粒状物を、それら砥石の間隙を介して、外周側に吐出する過程で、微粒化する構成になっている。
【０００３】
特に、粒状物を破砕する機能は、粒状物導入用インペラによって、中心部から外周縁部に向けて、上下の砥石の対向する水平な環状周面の間隙に、前記粒状物を送り、擦り潰しする初期の段階で、その入口の傾斜面による粒状物の喰い込みによって達成される。この場合、傾斜面の勾配と、前記インペラの送りの圧力との関係で、破砕可能な粒径が定まる。一般に、粉体塗料などの硬質の粒状物については、粉砕間隙に対して、最大で、約１．５倍以下の粒状物でないと、喰い込みが円滑にできない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、可成り大きな粒径の粒状物（例えば、直径で２０００μｍ程度）から超微粒化（例えば、直径で２００μｍ程度）を達成しようとすると、従来のコロイドミルでは、上下の砥石間隙（粉砕間隙）を多段に切り換えて、可成りの時間を掛けて、目的の粒径まで、破砕しなければならない。因みに、上記事例では、２０００μｍ程度から２００μｍ程度にするには、６〜９回のパスが必要であり、その所要時間も、４５分〜６０分である。
【０００５】
本発明は、上記事情に基づいてなされたもので、その目的とするところは、一回のパスで、可成りの径まで破砕が可能で、パス回数を少なくでき、時間短縮が達成できる、効率のよいコロイドミルを提供するにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明では、上下一対の円盤状の砥石を有し、その中心軸で、上下の砥石の相対的な回転により、中心投入部に供給された粒状物を、それら砥石の間隙を介して、外周側に吐出する過程で、微粒化するためのコロイドミルにおいて、上側砥石は、その下面に、水平な外周縁部を残して、中心側から外周縁に向けて下向する傾斜面を形成しており、また、下側砥石は、その上面に、水平な外周縁部を残して、円周方向に段差を持って放射状に分割されると共に、中心から外周縁に向けて上向する多数の傾斜面を形成しており、両傾斜面の間隙が、中心側から外周縁に向けて狭くなるように、角度設定されていることを特徴とする。
【０００７】
この場合、発明の実施の形態として、前記段差部での下側砥石の隣接傾斜面は、鋸歯状に連続していること、前記両傾斜面の間隙は、粒状物を回転中心側から外周側に向けて移動する水平経路の間に形成されており、その間隙の回転中心側の粒状物導入部は、上側砥石と下側砥石との間に形成された粒状物通路に連通されていること、あるいは、前記粒状物通路を構成する上下の砥石の壁面は、截頭円錐台形であることが好ましい。
【０００８】
更に、本発明の実施の形態においては、前記粒状物通路の入口には、粒状物導入用インペラが回転駆動されるように設置されていること、前記粒状物は、水などの媒体を介して流動化されていること、前記上側砥石の傾斜面の勾配は、１／５０〜４／５０、好ましくは３／５０であり、また、前記下側砥石の傾斜面の勾配は、遠心方向に関して、１／１００〜４／１００、好ましくは２／１００〜３／１００であること、前記両砥石の水平外周縁部の間隙は、調整可能であることなどが好ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図１〜図４を参照して、具体的に説明する。このコロイドミル（破砕微粒化装置）は、上下一対の円盤状の砥石１、２を有し、その中心軸（スピンドルシャフト）３で、上下の砥石１、２の相対的な回転（上側砥石１が固定であり、下側砥石２が後述する動力で駆動される形態）により、中心投入部４に供給された粒状物を、それら砥石１、２の間隙５を介して、外周側に吐出する過程で、微粒化するものである。
【００１０】
そして、特に、本発明のコロイドミルにおいては、上側砥石１は、その下面に、水平な外周縁部１ａを残して、中心側から外周縁に向けて下向する傾斜面１ｂを形成しており、また、下側砥石２は、その上面に、水平な外周縁部２ａを残して、円周方向に段差６を持って放射状に分割されると共に、中心から外周縁に向けて上向する多数の傾斜面２ｂを形成しており、両傾斜面の間隙７が、中心側から外周縁に向けて狭くなるように、角度設定されている。なお、前述の間隙５は、この実施の形態では、間隙７および外周縁部１ａ、２ａの間隙で構成される。
【００１１】
なお、この実施の形態においては、段差６の部分での、下側砥石２の隣接傾斜面は、鋸歯状に連続しており（図２および図３を参照）、また、両傾斜面１ｂ、２ｂの間隙７は、粒状物を回転中心側から外周側に向けて移動する水平経路の間に形成されており、その間隙７の回転中心側の粒状物導入部７ａは、上側砥石１と下側砥石２との間に形成された粒状物通路８に連通されている。また、この実施の形態では、粒状物通路８を構成する上下の砥石の壁面１ｃ、２ｃは、截頭円錐台形である。
【００１２】
更に、本発明の実施の形態においては、粒状物通路８の入口には、粒状物導入用インペラ９が回転駆動されるように、中心軸３の上端に固定された状態で、設置されている。また、コロイドミルのハウジング１０の下端には、中心軸３の下端に形成したスプライン３ａに対して、カップリング１１を介して、軸方向摺動可能に接続される出力軸１２ａを有する駆動モータ１２が装備してあり、その駆動で中心軸３を介して、下側砥石２およびインペラ９を回転駆動するようになっている。
【００１３】
また、この実施の形態においては、粒状物は、水性粉体塗料であり、水などの媒体を介して流動化されている。なお、上側砥石１の傾斜面１ｂの勾配は、１／５０〜１／５、好ましくは３／５０であり、また、下側砥石２の傾斜面２ｂの勾配は、遠心方向に関して、１／１００〜４／１００、好ましくは２／１００〜３／１００である。
【００１４】
また、両砥石１、２の水平外周縁部１ａ、２ａの間隙は、調整可能であり、その具体的構成は、以下の通りである。即ち、カップリング１１の上側に位置して、中心軸３に対して、ベアリング１３を介し、筒軸１４が同心的で回転可能に支持されており、この筒軸１４は、その外周に形成した雄ネジ部１４ａを、ハウジング１０の中央に固定されたライナー１５のネジ部１５ａに螺合している。また、筒軸１４の下端にはギヤ１６が取り付けてあり、手動回転ハンドル１７で回転操作されるギヤ１８に噛み合わせてある。
【００１５】
なお、図中、符号１９は中心投入部４に粒状物Ｎを投入するためのホッパーであり、符号２０はコロイドミルによる破砕後の、微粒化された流動体の排出用シュートである。また、符号２１は下側砥石２を保持するために中心軸３に固定した台座であり、２２は上側砥石１をハウジング１０の上部に着脱自在に装着した蓋体１０ａにクランプするための固定部材である。更に、符号２３はコロイドミルの破砕部を冷却するためのジャケットで、ここに冷却水を誘導・循環することで、冷却機能を果たすのである。
【００１６】
このような構成では、上側砥石１に対して、下側砥石２が、駆動モータ１２の駆動で、その中心軸３を介して、相対的に回転駆動される際、ホッパー１９から中心投入部４に導入された粒状物（例えば、直径：５ｍｍの粉体塗料）が、インペラ９によって、コロイドミル内への、即ち、粒状物通路８への押し込み力を受け、傾斜面１ｂ、２ｂの間の間隙７にもたらされる。ここでは、間隙７の入口側、即ち、粒状物導入部７ａが拡がっているので、比較的大径でも、粒状物Ｎを間隙７内に誘導できる。
【００１７】
そして、粒状物が、傾斜面１ｂ、２ｂ間に挟まれた状態で、放射方向への押し込みを受けるが、この際に、段差６があるために、下側砥石２の回転方向への押し込みも半強制的に受けるので、間隙７を通過する過程で、可成りの小径までに破砕作用を受けることができる。換言すれば、粒状物Ｎが、コロイドミルの中心部から外周縁部へは、渦巻形に送りを受けることになり（図２および図３の矢印を参照）、破砕作用を受ける経路が大幅に増大する。即ち、傾斜面１ｂ、２ｂの勾配が可成りあっても、粒状物Ｎの喰い込みが充分に達成できるのである。そして、破砕された粒状物Ｎは、間隙７で設定された直径に微細化されて、上下砥石１、２の外周縁部１ａ、２ａからシュート２０に排出される。なお、間隙７の調整には、ハンドル１７を操作して、筒軸１４をライナー１５に対して螺動させることで行う。
【００１８】
本発明では、このようにして、パス回数を少なくても、可成りの大径から所望の小径まで、超微細化が達成できることになる。
【００１９】
【実施例】
（実施例１）
本発明を具体的に実施した事例を、以下に詳述する。ここで、上側砥石１は、ＳＵＳ＃３０４の材料（砥石粗さ：＃１２０）で作成され、直径Ｄ1 ：７０ｍｍ（下面の直径Ｄ2 は６３ｍｍ）、厚さＴ1 ：１２ｍｍの円盤状をなしており、その上面の中央には、粒状物の導入口（中心投入部４）が直径Ｄ3 ：２５ｍｍで開口されており、粒状物通路８（環状通路）の外周壁を構成するテーパー壁面８ａは、前記導入口から深さｄ1 ：９ｍｍ、下縁の直径Ｄ4 ：３０ｍｍになるように形成されている。また、上側砥石１の傾斜面１ｂを構成する部分（即ち、間隙７を構成する部分）は、前記下縁から半径方向に幅Ｗ1 ：１４ｍｍで上側砥石１の下面（深さｄ2 ：３ｍｍ）まで、環状に形成されている（約１／５の勾配になる）。更に、外周部１ａは、傾斜面１ｂに連続して、水平方向に、幅Ｗ2 ：２．５ｍｍで、その外周縁まで延びている。
【００２０】
また、下側砥石２は、同じく、ＳＵＳ＃３０４の材料（砥石粗さ：＃１２０）で作成され、直径Ｄ5 ：６３ｍｍ、厚さＴ2 ：１２ｍｍの円盤状をなしており、その中央には中心軸３を通す穴が形成され、その外周部２ａは、傾斜面２ｂの外縁までの幅Ｗ3 ：２．５ｍｍで水平に形成されており、また、傾斜面２ｂは、その外縁から中央に向けて、約１／３０の勾配で形成されている。
【００２１】
特に、本発明に係わる部分として、下側砥石２の傾斜面２ｂは、前記実施の形態のように、例えば、円周方向に１６分割されており、回転方向に鋸歯状となるような段差６が形成されている。
【００２２】
なお、下側砥石２の上面中央には、前記実施の形態で示した粒状物通路８の内周壁を構成する截頭円錐台の部材（図示せず）を中心軸３の上端で、インペラ９の下に別体で、あるいは、一体的に設けてある。
【００２３】
このような構成のコロイドミルの砥石１、２を用いて、以下のような工程で、水性粉体塗料の超微粒化を試みた。
（１）粉体ペレットを粒子径：３ｍｍ程度に粗粉砕して、樹脂粒子を作成する。
（２）添加剤を水に溶解して、そこに粗粉砕樹脂粒子を投入する。これは、直ちに沈殿した。
（３）上述のコロイドミルで、３段階（３パス）で間隙調整して、微粒化を達成した。
【００２４】
この微粒化の所要時間は、以下の通りである。なお、ここで、粉砕間隙（間隙５の水平部分＝外周縁部１ａ、２ａの間隙）をＣとし、時間をｔとすると、
（１）第１段階 Ｃ＝３００μｍ、ｔ＝５ｍｉｎ
（２）第２段階 Ｃ＝２００μｍ、ｔ＝５ｍｉｎ
（３）第３段階 Ｃ＝２００μｍ、ｔ＝４ｍｉｎ
（比較例１）
次に、本発明の実施例１との比較例として、図４に示す従来のコロイドミルの上下砥石１’および２’による微粒化の工程を、以下に説明する。先ず、その構成を具体的に述べると、上側砥石１’は、材質：ＣＭーＭ、直径Ｄ1 ：７０ｍｍ（下面の直径Ｄ2 は６３ｍｍ）、厚さＴ1 ：１２ｍｍの円盤状であり、また、直径Ｄ3 ：２５ｍｍ、深さｄ1 ：１２ｍｍ、直径Ｄ4 ：３５ｍｍ、幅Ｗ2 ：１４ｍｍである。
【００２５】
また、下側砥石２’は材質：ＣＭーＭ、直径Ｄ1 ：７０ｍｍ、厚さＴ1 ：１２ｍｍの円盤状であり、その上面中央には、截頭円錐台のガイド部材（頂部直径：１７ｍｍ、底部直径：３２ｍｍ、高さ：６ｍｍ）が設けてある。
【００２６】
而して、その製造工程は以下の通りである。
（１）粉体ペレットを粒子径：５μｍ以下まで乾式粉砕して、粉砕樹脂粒子を作成する。
（２）添加剤を水に溶解し、粉砕樹脂粒子を水中に分散して、二次凝集を解かすために、アトライザーなどで調粒する。
（３）また、真空脱泡し、塗料に流動性を付与する。
（４）後調整をする。
【００２７】
この過程での微粒化の所要時間は、以下の通りである。なお、ここで、粉砕間隙（幅Ｗ2 ：１４ｍｍの水平部分）をＣとし、時間をｔとすると、
（１）第１段階 Ｃ＝１５００μｍ、ｔ＝２ｍｉｎ（砥石＝＃８０）
（２）第２段階 Ｃ＝１０００μｍ、ｔ＝６ｍｉｎ（砥石＝＃８０）
（３）第３段階 Ｃ＝５００μｍ、ｔ＝７ｍｉｎ（砥石＝＃８０）
（４）第４段階 Ｃ＝３００μｍ、ｔ＝９ｍｉｎ（砥石＝＃８０）
（５）第５段階 Ｃ＝２５０μｍ、ｔ＝１０ｍｉｎ（砥石＝＃８０）
（６）第６段階 Ｃ＝２５０μｍ、ｔ＝１０ｍｉｎ（砥石＝＃１２０）
（７）第７段階 Ｃ＝２５０μｍ、ｔ＝７ｍｉｎ（砥石＝＃１２０）
（８）第８段階 Ｃ＝２５０μｍ、ｔ＝５ｍｉｎ（砥石＝＃１２０）
（９）第９段階 Ｃ＝２５０μｍ、ｔ＝４ｍｉｎ（砥石＝＃１２０）
なお、コロイドミルによるパスの回数は、上述のように９回であり、また、第２段階、第５段階、第８段階の各終了後に、それぞれ、ミルの分解洗浄を行う。また、砥石の交換（＃８０→＃１２０）がなされる。
【００２８】
（成果の比較）
従来のミルを用いた乾式粉砕とその後の処理においては、ミルでの間隙Ｃへの喰い込みに限界（間隙の２倍以下）があり、パス回数が多く、また、粉砕樹脂と水媒体の混合に労力を要し、クリーム状になり易く、微細空気を含み易いので、真空脱泡が必要であり、これにも労力が必要である。しかも、塗料の流動性が悪く、二次凝集し易く、経時的に粘度低下をもたらす欠点がある。
【００２９】
これに対して、本発明に係わるコロイドミルでは、砥石間への、粒状物の喰い込みが容易であり、一回のパスで可成り大幅な微粒化が達成できる（例えば、この実施例１によれば、直径：５ｍｍ程度の大きな粒子でも、０．２ｍｍ〜０．１ｍｍ程度に湿式粉砕される）。従って、パス回数を大幅に低減でき、所要時間も短縮される。また、間隙Ｃを通過する液体の量が多く確保できるので、粉砕時の摩擦熱を除去し易く、砥面での樹脂の付着を回避できる。
【００３０】
（実施例２）
本発明の実施の形態を、生産上のラインに載せて、使用する際の具体的な試案には、以下の寸法構成が望まれている。即ち、ここに挙げる実施例２では、上側砥石１が、ＳＵＳ＃３０４の材料（砥石粗さ：＃１２０）で作成され、直径Ｄ1 ：２００ｍｍ、厚さＴ1 ：３０ｍｍの円盤状をなしており、その上面の中央には、粒状物の導入口（中心投入部４）が直径Ｄ3 ：４０ｍｍで開口されており、粒状物通路８（環状通路）の外周壁を構成するテーパー壁面８ａは、前記導入口から深さｄ1 ：２７ｍｍ、下縁の直径Ｄ4 ：７０ｍｍになるように形成される。
【００３１】
また、上側砥石１の傾斜面１ｂを構成する部分（即ち、間隙７を構成する部分）は、前記下縁から半径方向に幅Ｗ1 ：５０ｍｍで上側砥石１の下面（深さｄ2 ：３ｍｍ）まで、環状に形成されている（約３／５０の勾配になる）。更に、外周部１ａは、傾斜面１ｂに連続して、水平方向に、幅Ｗ2 ：１５ｍｍで、その外周縁まで延びている。
【００３２】
また、下側砥石２は、同じく、ＳＵＳ＃３０４の材料（砥石粗さ：＃１２０）で作成され、直径Ｄ5 ：２００ｍｍ、厚さＴ2 ：３０ｍｍの円盤状をなしており、その中央には中心軸３を通す穴が形成され、その外周部２ａは、傾斜面２ｂの外縁までの幅Ｗ3 ：１５ｍｍで水平に形成されており、また、傾斜面２ｂは、その外縁から中央に向けて、約１／６０の勾配で形成される。
【００３３】
特に、本発明に係わる部分として、下側砥石２の傾斜面２ｂは、前記実施例１と同様に、例えば、円周方向に１６分割されており、回転方向に鋸歯状となるような段差６が形成される。
【００３４】
なお、以上の実施例において、仕上げ工程として、スーパーミルを用いて、与えられた微粒子（例えば、３０〜５μｍの直径の粒子）を全粒で５μｍ以下に粉砕（調整）するとよい。
【００３５】
（実施例３）
この実施例３は、水性粉体塗料の超微粒化を、具体的な素材について、本発明のコロイドミルを用いて、実施例１の３段階（パス）で行った事例である。ここでの塗料の配合を以下に示す。
砥石（下側）の回転数 １０００〜４０００ ｒｐｍ
塗料の排出量 １０〜１５Ｌ／時間
粉砕間隙 （実施例１の通り）
【００３６】
【表１】
【発明の効果】
本発明は、以上詳述したように、上下一対の円盤状の砥石を有し、その中心軸で、上下の砥石の相対的な回転により、中心投入部に供給された粒状物を、それら砥石の間隙を介して、外周側に吐出する過程で、微粒化するためのコロイドミルにおいて、上側砥石は、その下面に、水平な外周縁部を残して、中心側から外周縁に向けて下向する傾斜面を形成しており、また、下側砥石は、その上面に、水平な外周縁部を残して、円周方向に段差を持って放射状に分割されると共に、中心から外周縁に向けて上向する多数の傾斜面を形成しており、両傾斜面の間隙が、中心側から外周縁に向けて狭くなるように、角度設定されていることを特徴とする。
【００３８】
従って、一回のパスで、可成りの径まで破砕が可能で、パス回数を少なくでき、時間短縮が達成できる、効率のよいコロイドミルを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態でのコロイドミルの縦断側面図である。
【図２】同じく、（ａ）〜（ｃ）で示す、要部（砥石）の拡大断面図、上側砥石の底面図、および下側砥石の上面図である。
【図３】同じく、（ａ）〜（ｃ）で示す、図２のＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線およびＣ−Ｃ線に沿った展開断面図である。
【図４】従来例の砥石の拡大断面図である。
【符号の説明】
１、２ 砥石
１ａ、２ａ 外周縁部
１ｂ、２ｂ 傾斜面
１ｃ、２ｃ 壁面
３ 中心軸
３ａ スプライン
４ 中心投入部
５ 間隙
６ 段差
７ 間隙
７ａ 粒状物導入部
８ 粒状物通路
９ インペラ
１０ ハウジング
１０ａ 蓋体
１１ カップリング
１２ 駆動モータ
１２ａ 出力軸
１３ ベアリング
１４ 筒軸
１５ ライナー
１５ａ ネジ部
１６ ギヤ
１７ ハンドル
１８ ギヤ
１９ ホッパー
２０ 排出シュート
２１ 台座
２２ 固定部材
２３ ジャケット
Claims (4)
- 上下一対の円盤状の砥石を有し、その中心軸で、上下の砥石の相対的な回転により、中心投入部に供給された粒状物を、それら砥石の間隙に形成される水平経路を介して、外周側に吐出する過程で、微粒化するためのコロイドミルにおいて、
上側砥石は、その下面に、水平な外周縁部と、該外周縁部の内側に位置し且つ中心側から外周縁に向けて下向する傾斜面と、該傾斜面の内側に位置し且つ中心側から外周縁に向けて下向する截頭円錐台形の壁面とを備えており、
下側砥石は、その上面に、水平な外周縁部と、該外周縁部の内側に位置し且つ円周方向に段差を持って放射状に分割され且つ中心側から外周縁に向けて上向する多数の傾斜面と、該傾斜面の内側に位置し且つ中心側から外周縁に向けて下向する截頭円錐台形の壁面とを備えており、
前記上側砥石の壁面と前記下側砥石の壁面との間に、前記中心投入部に供給された粒状物を前記水平経路へと移動させる粒状物通路が形成されており、
前記下側砥石の互いに隣接する傾斜面同士は鋸歯状に連続して前記段差を形成しており、
前記上側砥石の傾斜面の勾配は１／５０〜４／５０であり、前記下側砥石の傾斜面の勾配は遠心方向に関して１／１００〜４／１００であることを特徴とするコロイドミル。 - 前記粒状物通路の入口には、粒状物導入用インペラが回転駆動されるように設置されていることを特徴とする請求項１に記載のコロイドミル。
- 前記両砥石の水平外周縁部同士の間隙は、調整可能であることを特徴とする請求項１〜２の何れか一項に記載のコロイドミル。
- 前記粒状物は、水などの媒体を介して流動化されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載のコロイドミル。
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