JP6534482B2 - 二軸式分散機 - Google Patents

Description

本発明は、塗料、インキ、レジストインキ、封止材（ＬＥＤ、半導体などに使用する接着剤）、ハンダペースト、ＰＤＰ用ペーストなど、高粘度製品まで対応するメディア型の二軸式分散機に関する。

従来、分散機には様々なタイプがある。例えば、数個のローラーで分散対象物をずりせん断するローラー型の分散機、圧縮気体により粒子同士を衝突させて分散する分散機、外周にピンや突片を具備する複数の円盤や円筒状のアジテーターを回転させて分散する回転型の分散機、多数のメディアを入れてこれらの衝突やせん断力により分散するメディア型の分散機などである。

メディア型の分散機の１つとして、ビーズを用いて分散対象物を分散させる分散機が知られている。このような分散機としては、例えば、塗料・インキを製造する顔料分散工程において、高粘度ペースト中の顔料が均一分散されるようにした分散機が提案されている。この分散機は、ベセルに回転可能に支持されるロータが略円筒状にされ、その内側に傾斜板を備え前記ベセルに固定されるスクリューが挿入され、前記ロータの回転により軸方向の流れを生じさせ、その流れによって円筒状ロータの内側と外側との間でメディア（ビーズ）を循環させるものである（例えば、特許文献１参照）。

特許第３７３９１３８号公報

上記した特許文献１の発明では、傾斜板を備えるスクリューが固定されているため、高粘度ペースト中の顔料を均一に分散しようとしても、ロータが低回転で回転する場合など、メディアの循環流が悪くなり、メディアの偏りなどにより継続運転ができない場合がある。

具体的には、メディアと分散対象物とを分離するセパレータ付近などにメディアが貯まって排出されず、メディアの循環が悪くなり、メディアパッキングなどを引き起こし、内圧上昇や温度上昇の要因となる。また、高粘度や高流量で分散対象物を分散する場合も、分散対象物の流動が悪くなり、メディアの偏りが生じ、均一に分散されない場合や、メディアの偏りが原因でベゼル内圧が上昇して運転ができない場合がある。

本発明は、攪拌ロータの回転速度や分散対象物の粘度に依存せず、メディアの循環流を安定的に確保できる二軸式分散機を提供することを目的とする。

本発明に係る一の態様の二軸分散機は、ベセルと、前記ベセル内に配置されるスクリューと、前記ベセル内に前記スクリューと同軸状に前記スクリューの周囲を取り囲むように配置される筒形の攪拌ロータと、前記攪拌ロータに連結されるロータシャフトと、前記ロータシャフトを回転駆動する第１の駆動手段と、を備え、前記スクリューに連結されるスクリューシャフトと、前記スクリューシャフトを回転駆動する第２の駆動手段と、を更に備え、前記ベセル内に充填されたメディアを前記攪拌ロータの内部と外部との間で循環させて、分散対象物を分散するものであり、前記攪拌ロータは、冷却水が、第１冷却水入口から前記ロータシャフトを経て前記攪拌ロータ内に流入して前記攪拌ロータ内で循環し、循環後前記ロータシャフトを経て前記第１冷却水入口と並んでいる第１冷却水出口から排出される第１冷却水流路を有し、前記スクリューは、冷却水が、第２冷却水入口から前記スクリューシャフトを経て前記スクリュー内に流入して前記スクリュー内を循環し、循環後前記スクリューシャフトを経て前記第２冷却水入口と並んでいる第２冷却水出口から排出される第２冷却水流路を有することを特徴とする。

このようにすれば、攪拌ロータの回転速度や分散させる分散対象物の粘度や供給量に依存せず、メディアの循環流を安定化でき、分散対象物が高粘度或いは高流量であっても、メディアを偏在させることなく、均一に分散することが可能である。また、第１及び第２冷却水流路によって攪拌ロータ及びスクリューの過熱が抑制される。

また、この二軸式分散機は、前記スクリューと、該スクリューを覆う前記攪拌ロータとの間にクリアランスを有し、前記攪拌ロータと、該攪拌ロータを覆う前記ベセルとの間にクリアランスを有し、前記スクリューと前記攪拌ロータの回転により、該スクリューと該攪拌ロータの間、及び、該攪拌ロータと該ベセルの間を、前記メディアが循環流通する。このようにすれば、分散対象物が、攪拌ロータとベセルの間で、メディアが偏在することなく分散が促進され、均一に分散される。

また、この二軸式分散機は、前記攪拌ロータは、周壁を構成する筒状部と、前記筒状部の一端を閉じ前記ロータシャフトが連結される肩部と、を有し、前記肩部に、前記攪拌ロータの内部と外部とを連通する開口が形成され、前記スクリューは、前記スクリューシャフトが連結される本体部と、前記本体部の外周に螺旋状に設けられた羽根と、を有し、前記スクリューの回転により、前記メディアが前記開口を通じて、前記攪拌ロータの内部と外部との間を循環する。このようにすれば、スクリューの回転により、メディアが攪拌ロータの内部と外部との間を確実に循環することになり、分散対象物が安定して分散される。

また、この二軸式分散機は、前記メディアと前記分散対象物の混合物が前記攪拌ロータと前記ベセルとの間を流通した後に、前記分散対象物を前記メディアから分離させる分離機構を更に備える。前記分離機構は軸方向に対して水平方式であっても、垂直方式であってもよい。このようにすれば、分散後の分散対象物のみを得ることができる。

これらの場合、前記第１の駆動手段と前記第２の駆動手段は、対向二軸型或いは同心二軸型のいずれかを備える。このようにすれば、設置場所に応じて対応できる。

また、この二軸式分散機は、前記第１の駆動手段と前記第２の駆動手段が、互いに同方向或いは異方向で回転させ、回転数を制御可能である。このようにすれば、分散対象物の粘度や供給量に依存することなく、分散対象物に応じた分散が可能となる。

さらに、前記スクリューシャフトには、半径方向外方に前記攪拌ロータを越えるまで延び前記攪拌ロータの外周面と前記ベセルの内周面との間に前記メディアを案内する案内板部が設けられている、ことが望ましい。このようにすれば、案内板部によって、前記メディアが、攪拌ロータと、ベセルとの間に案内され、スムーズな流れが実現される。

本発明は、攪拌ロータの回転速度や分散させる分散対象物の粘度に依存せず、メディアの循環の流れを安定化できるので、高粘度の分散対象物であっても、メディアを偏在させることなく、分散することが可能である。

本発明の一実施の形態である二軸式分散機の説明図である。 メディアの流れを示す二軸式分散機の要部拡大図である。 スクリューを回転する場合と，回転しない場合とについて比較試験の結果を示す図である。 別の実施の形態を示す図１と同様の図である。

（１．二軸式分散機の構造）
以下、本発明に係る一実施形態の二軸式分散機について説明するが、本発明は下記実施形態に限定されるものではない。また、本実施形態は、一例として、塗料製造工程の顔料分散工程において、高粘度ペースト中の顔料に適用した場合について説明する。図１は
、本実施形態の二軸式分散機の説明図である。図２は、メディアの流れを示す二軸式分散機の要部拡大図である。

本実施形態の二軸式分散機１は、図１に示すように、ベセル１１と、ペースト入口１２と、スクリュー１３と、筒形の攪拌ロータ１４と、ペースト出口１５とを主要な構成として備える。また、ベセル１１内には、多数のメディアが充填されている。本実施形態では、メディアの一例として、ビーズを用いている。ビーズは、分散対象物よりも、比重及び径が大きいビーズが用いられている。なお、このビーズは、分散対象物の種類、粒子の硬さ、粒子径、投入されるペースト（原料ペースト）の粘度や比重等に応じて、適宜選択する。

ペースト入口１２は、ベセル１１内に高粘度ペーストを供給するための投入口であり、ペースト出口１５は、ベセル１１内から分散された高粘度ペーストを排出するための排出口である。スクリュー１３は、筒状の本体部の外周に螺旋状の羽根が連続して設けられており、ベセル１１内に回転可能に配置されている。攪拌ロータ１４は、ベセル１１内にスクリュー１３を取り囲んで配置され、スクリュー１３と同軸の回転軸回りに回転可能にベセル１１に支持されている。

また、分散された高粘度ペーストをメディアから分離する分離機構として、ギャップセパレータＧがベセル１１とペースト出口１５との間に配置されている。なお、ギャップセパレータＧは分離機構の一例であり、分離機構は、メディアから分散された高粘度ペーストを分離することができるものであれば、スクリーン機構や遠心分離機構であってもよい。また、前記分離機構は軸方向に対して水平方式であっても、垂直方式であってもよい。

筒形の攪拌ロータ１４は、筒状部１４ａと、筒状部１４ａの一端を閉じる肩部１４ｂとを有し、肩部１４ｂがロータシャフト１６に連結され、ロータシャフト１６を介して、ベセル１１の外部から第１の駆動手段（図示せず）によって回転駆動される。つまりロータシャフト１６の端部に設けられた駆動プーリ２１（第１の駆動手段）が連係されている。ロータシャフト１６は、シール材２２を介して延びており、これによって、ベセル１１の外部と内部との密封性が維持される。ここで、ベルト駆動であるため、駆動プーリ２１を用いているが、駆動ギヤや駆動スプロケットとすることも可能である。また、ロータシャフト１６にモータの軸をカップリングで直接連結して、ダイレクト駆動にすることもできる。

攪拌ロータ１４は、筒状部１４ａの開放側から、スクリュー１３に連結されたスクリューシャフト１７が、ロータシャフト１６は反対方向に延びるように突出している。攪拌ロータ１４は、スクリュー１３及びスクリューシャフト１７と同軸上で、スクリュー１３の周囲を取り囲むように配置されている。

スクリューシャフト１７には、モータ２３（第２の駆動手段）が連結され、モータ２３によってベセル１１の外部から回転駆動される。スクリューシャフト１７は、シール材２４を介して延びており、これによって、ベセル１１の外部と内部との密封性が維持される。モータ２３は、駆動プーリ２１とは独立しており、攪拌ロータ１４の回転とは独立して、スクリュー１３の回転を制御する。ここで、前記第１及び第２の駆動手段は、対向二軸型としても同心二軸型としてもよい。また、前記第１及び第２の駆動手段は、互いに同方向或いは異方向で回転させ、回転数を制御可能である。

ベセル１１は、ベセルジャケット１１ａを備え、ベセル１１の内部空間の例えば３０〜９５％を占めるように、粒子状の分散媒体であるメディアが充填されている。

攪拌ロータ１４の肩部１４ｂにはメディア循環用の複数の循環孔１４ｄ（開孔）が設けられている。攪拌ロータ１４の外周には、メディアの運動を促進し分散効率を高めるために複数のピン１８が設けられ、それに関連してベセル１１の内周にも複数のピン１９が設
けられている。
（２．二軸式分散機の動作）
続いて、二軸式分散機１の動作について説明する。ペースト入口１２から、ベセル１１内部に、分散された高粘度ペーストが投入され、スクリュー１３および攪拌ロータ１４が回転されると、攪拌ロータ１４とスクリュー１３との回転によって、メディアとペーストとの混合物の軸方向の流れが生じる。これにより、攪拌ロータ１４の外部から、循環孔１４ｄを経て、攪拌ロータ１４の内部に戻り、再び外部に出るという、メディアの循環流が発生する。

ペースト入口１２から送り込まれた高粘度ペーストはメディアと共に、攪拌ロータ１４の外部を、開放側から肩部１４ｂ側に流れ、その際、ピン１８，１９により分散作用を受けて、攪拌ロータ１４の肩部１４ｂに前記混合物が達する。

そして、分散された高粘度ペーストは、肩部１４ｂに対応して配置されているギャップセパレータＧによって、ペーストがメディアから分離させられる。メディアから分離されたペーストはペースト出口１５を経て受けタンク（図示せず）に送られる。残りのペーストとメディアとの混合物は、攪拌ロータ１４の内部を通って再び循環する。

このように、ベセル１１内においてはメディアが循環するため、高粘度の分散ペーストにおいても、メディアの偏在が発生せず、効率よく顔料を分散せしめることができる。

攪拌ロータ１４を回転駆動する第１の駆動手段とは別の、第２の駆動手段にてスクリュー１３を回転駆動するようにしているので、攪拌ロータ１４の回転速度や製品の粘度に依存せず、メディアを循環させることができる。また、スクリュー１３の回転速度を任意に設定できるので、回転速度を変化させることで、再始動性の改善、分散力の制御が可能となる。

つまり、スクリュー１３が全く回転しない構造であると、攪拌ロータ１４の低回転時にはメディアが攪拌ロータ１４の内部と外部との間で循環しない場合がある。スクリュー１３が回転すると、スクリュー１３によってメディアを送るので、メディアを攪拌ロータ１４の内部から外部に送り出し、無理なく循環流を生じさせることができる。また、再始動時には、高粘度ペーストの粘度が上がって、攪拌ロータ１４が回転不能となったり、メディアが流動しなくなったりする場合もあるが、そのような場合にも、スクリュー１３を回転させれば、固まっているメディアを強制的に流動させることができる。
（３．比較試験）
スクリューを回転する場合と、スクリューを固定した場合とについて、比較試験（ベセル内圧力と送液量との関係についての試験）を行った。試験条件は、次の通りである。
−試料−
オフセットインキ（黒）
粘度Ｂ型粘度計 1,000Pa・s（Ｌ４ロータ0.3rpm,1min,50℃）
−分散機仕様−
１．ミル容量：440 cc
２．使用メディア径：φ1.0 mm
３．メディア充填率：70 %
４．攪拌ロータ周速：6 m/s
５．スクリュ−回転速度：固定0 rpm、回転2500 rpm
６．送液量：90〜340 g/min
−試験結果−
図３に示す通りである。ベセル内圧力を0.4 MPaで比較すると、スクリューを固定した場合、送液量310 g/minに対して、スクリューを2500 rpmで回転させた場合、送液量は340 g/minとなり、約10 %送液量を増やせることがわかる。これは、スクリューを回転させることでメディアの循環流が向上するので、ベセル内圧力が低圧で運転が可能となることが推測される。

また、スクリューを回転する場合はスクリューを固定する場合よりも、同じ送液量であっても圧力が低くなっている。これは、メディアがギャップセパレータ付近に偏在すると圧力が大きくなるので、スクリューを回転すると、固定する場合よりもメディアの偏在が生じにくくなっている、と推測される。メディアの偏在は、分散対象物の均一な分散の妨げるなど分散性能に影響するものであるので、この試験結果からスクリューを回転すれば、スクリューを固定した場合よりも分散性能が向上する、といえる。
（４．その他の実施形態）
以上のとおり、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。

(i)ベセル１１だけでなく、スクリュー１３や攪拌ロータ１４にも、過熱を回避するために、例えば図４に示すように、第１冷却水流路（攪拌ロータ）３１、第２冷却水流路（スクリュー）３２を設けることも可能である。第１冷却水流路（攪拌ロータ）３１は、冷却水が、第１冷却水入口（攪拌ロータ）３１ａからロータシャフト１６を経て攪拌ロータ１４内に流入して攪拌ロータ１４内を循環し、循環後ロータシャフト１６を経て第１冷却水入口（攪拌ロータ）３１ａと並んでいる第１冷却水出口（攪拌ロータ）（図示せず）から排出されるようになっている。第２冷却水流路（スクリュー）３２は、冷却水が、第２冷却水入口（スクリュー）３２ａからスクリューシャフト１７を経てスクリュー１３内に流入してスクリュー１３内を循環し、スクリューシャフト１７を経て第２冷却水入口（スクリュー）３２ａと並んでいる第２冷却水出口（スクリュー）（図示せず）から排出されるようになっている。なお、図４に示す形態では、ベセル１１にも第３冷却水流路（ベセル）３３（図１に示すベセルジャケット１１ａに対応）が設けられている。第３冷却水流路（ベセル）３３は、冷却水が、第３冷却水入口（ベセル）３３ａからベセルジャケット１１ａに流入してベセルジャケット１１ａ内を循環し、第３冷却水出口（ベセル）３３ｂから排出されるようになっている。

(ii)ペースト入口１２から送り込まれる、分散された高粘度ペーストが、攪拌ロータ１２の内周面とスクリュー１３との間ではなく、攪拌ロータ１４の外周面とベセル１１の内周面との間にスムーズに流れるように、図４に示すように、スクリューシャフト１７に案内板部４１を設けることができる。案内板部４１は、半径方向外方に攪拌ロータ１４を越えるまで延びている。このようにすれば、ペースト入口１２からの高粘度ペーストの流れが、案内板部４１に衝突することにより、高粘度ペーストの流れの方向が強制的に変えられ、攪拌ロータ１４の外周面とベセル１１の内周面との間に流れるように案内される。

(iii)上記した実施形態では、高粘度ペースト中の顔料を分散する例について説明したが、顔料以外の高粘度の分散対象物に適用してもよく、また、分散対象物の粉砕目的に適用することもできる。また、上記した実施形態では、攪拌ロータの回転軸が水平方向に配設される横型の分散機について説明したが、回転軸が垂直方向に沿って配設される縦型の分散機に適用することも可能である。

１ 二軸式分散機
１１ ベセル
１１ａ ベセルジャケット
１２ ペースト入口
１３ スクリュー
１４ 攪拌ロータ
１４ａ 筒状部
１４ｂ 肩部
１４ｄ 循環孔
１５ ペースト出口
１６ ロータシャフト
１７ スクリューシャフト
１８，１９ ピン
２１ 駆動プーリ
２２ シ−ル材
２３ モータ
２４ シール材
３１ 第１冷却水流路（攪拌ロータ）
３１ａ 第１冷却水入口（攪拌ロータ）
３２ 第２冷却水流路（スクリュー）
３２ａ 第２冷却水入口（スクリュー）
３３ 第３冷却水流路（ベセル）
３３ａ 第３冷却水入口（ベセル）
３３ｂ 第３冷却水出口（ベセル）
４１ 案内板部
Ｇ ギャップセパレータ

Claims (7)

1. ベセルと、
   前記ベセル内に配置されるスクリューと、
   前記ベセル内に前記スクリューと同軸状に前記スクリューの周囲を取り囲むように配置される筒形の攪拌ロータと、
   前記攪拌ロータに連結されるロータシャフトと、
   前記ロータシャフトを回転駆動する第１の駆動手段と、を備え、
   前記スクリューに連結されるスクリューシャフトと、前記スクリューシャフトを回転駆動する第２の駆動手段と、を更に備え、前記ベセル内に充填されたメディアを前記攪拌ロータの内部と外部との間で循環させて、分散対象物を分散するものであり、
   前記攪拌ロータは、冷却水が、第１冷却水入口から前記ロータシャフトを経て前記攪拌ロータ内に流入して前記攪拌ロータ内で循環し、循環後前記ロータシャフトを経て前記第１冷却水入口と並んでいる第１冷却水出口から排出される第１冷却水流路を有し前記スクリューは、冷却水が、第２冷却水入口から前記スクリューシャフトを経て前記スクリュー内に流入して前記スクリュー内を循環し、循環後前記スクリューシャフトを経て前記第２冷却水入口と並んでいる第２冷却水出口から排出される第２冷却水流路を有することを特徴とする、
   二軸式分散機。
2. 前記スクリューと、該スクリューを覆う前記攪拌ロータとの間にクリアランスを有し、
   前記攪拌ロータと、該攪拌ロータを覆う前記ベセルとの間にクリアランスを有し、
   前記スクリューと前記攪拌ロータの回転により、該スクリューと該攪拌ロータの間、及び、該攪拌ロータと該ベセルの間を、前記メディアが循環流通する、
   請求項１に記載の二軸式分散機。
3. 前記攪拌ロータは、周壁を構成する筒状部と、前記筒状部の一端を閉じ前記ロータシャフトが連結される肩部と、を有し、
   前記肩部に、前記攪拌ロータの内部と外部とを連通する開口が形成され、
   前記スクリューは、前記スクリューシャフトが連結される本体部と、前記本体部の外周に螺旋状に設けられた羽根と、を有し、
   前記スクリューの回転により、前記メディアが前記開口を通じて、前記攪拌ロータの内部と外部との間を循環する、
   請求項１又は２に記載の二軸式分散機。
4. 前記メディアと前記分散対象物の混合物が、前記攪拌ロータと前記ベセルとの間を流通した外部から後に、前記分散対象物を前記メディアから分離させる分離機構を更に備える、
   請求項１乃至３のいずれか１項に記載の二軸式分散機。
5. 前記第１の駆動手段と前記第２の駆動手段は、対向二軸型或いは同心二軸型のいずれかを備える、
   請求項１に記載の二軸式分散機。
6. 前記第１の駆動手段と前記第２の駆動手段は、互いに同方向或いは異方向で回転させ、回転数を制御可能である、
   請求項１乃至５のいずれか１項に記載の二軸式分散機。
7. 前記スクリューシャフトには、半径方向外方に前記攪拌ロータを越えるまで延び前記攪拌ロータの外周面と前記ベセルの内周面との間に前記メディアを案内する案内板部が設けられている、
   請求項１乃至６いずれか１項に記載の二軸式分散機。

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