JP6892677B2

JP6892677B2 - 高剪断型分散機

Info

Publication number: JP6892677B2
Application number: JP2017003074A
Authority: JP
Inventors: 聖二長井
Original assignee: Inoue Mfg Inc
Current assignee: Inoue Mfg Inc
Priority date: 2017-01-12
Filing date: 2017-01-12
Publication date: 2021-06-23
Anticipated expiration: 2037-01-12
Also published as: JP2018111067A

Description

本発明は、化学、電気・電子、医療、食品、飼料、その他の各種分野で湿式分散処理装置として使用されている高剪断型分散機に関するものである。

固体/液体系処理材料中の固体粒子(粉体)を微粒子化し、液体中に分散するようにした高剪断型分散機が広く使用されており、例えば、単軸ミキサー、多軸ミキサー、プラネタリーミキサーその他の種々の回分式高剪断型分散機が知られている。これらのミキサーは、回転軸の下端に攪拌ブレードを設けて攪拌槽(タンク)内で自転させたり、攪拌ブレードを自転、公転させて攪拌槽内で遊星運動させるようにしたり、これらの複数の攪拌ブレードを組み合わせて多軸にしたり、種々に構成されている。上記高剪断型分散機、特に攪拌ブレードが遊星運動する多軸ミキサーにおいて、固体/液体系処理材料を混練・分散する際、タンクの開口部をフードで閉鎖して行う密閉型のミキサーでは、高速側の回転軸の軸支承部に問題を生じることがある。

図５は、従来の一例を示し、下端が攪拌槽内に延びる回転軸５０の上部にベアリングケース５１を設けてローラーベアリング５２を装着し該回転軸５０を回転自在に支持するとともに、高圧側(攪拌槽側)にオイルシール等のシール部(軸封部材)５３を設けてある。このように、攪拌槽の上方に回転軸のシール部がある分散機では、混練・分散処理するとき攪拌槽に供給した固体(粉体)が飛散して舞い上がり、その粉塵がシール部に侵入したり、分散処理されたスラリーを希釈する工程で希釈材を加えて攪拌する際に、スラリーが飛散してシール部に侵入し、摩擦・摩耗を招来することがある。さらに、混練・分散する際に生じる発熱によって体積膨張したり、粉体を仕込む際に攪拌槽の内部が外部よりも高圧になることにより、シール部を通過してベアリング部分まで粉塵の影響を及ぼすことがあり、軸支承部に設けたシール部等を早期に交換しなければならないことがあった。

軸封部材(シール部)に微粉末が浸入しないよう軸封部材より高圧側に、段階的に圧力降下を小さくしてもれ量を減少させる形式の非接触のシール装置であるラビリンスシールを設けた攪拌装置も知られている(例えば特許文献１参照)。特許文献１に記載の装置は、媒体分散法により分散媒体(ビーズ)を用いて微粉末を製造する縦型ビーズミルであるが、粉砕処理される懸濁液を収納する粉砕容器(攪拌槽)の上にサービス室を形成し、さらにその上に回転軸の周面との間に軸封部材を介装したシールブロックを設け、このシールブロックの軸封部材と上記サービス室の間にラビリンスシールを設けた装置が記載されている。

しかし、一般的に、ラビリンスシールは、一体型のカートリッジとして提供されているから、ラビリンスシールを回転軸の上部に取り付けるためには、回転軸の下部に付設してある攪拌ブレードを取り外し、その箇所を洗浄して回転軸の下端からラビリンスシールを差し込み、滑らすように持ち上げ、軸封部材の下部に装着するという作業が必要となる。そのような作業は、攪拌槽が小さく移動可能な小型の分散機(ミキサー)の場合にはそれほど面倒でもないが、大きくて固定式の攪拌槽を有する大型の分散機の場合には、作業者が攪拌槽の内部に入って上記作業をしなければならないことになる。また、空気よりも比重の大きい溶剤臭がする液体等を用いた処理の場合には、周囲に溶剤臭が滞留して作業環境が好ましくない環境になり、新鮮な空気との置換を行いながら作業しなければならない。

特開２０１４−１４４４１０公報（請求項５、段落００３７、図３）

本発明の解決課題は、軸封部材への微粉末の侵入を阻止してメンテナンス間隔を延長でき、着脱作業の環境を改善し、上記のような空気置換の前準備を不要とし、攪拌槽内に人が入って行う取り付け、交換作業を容易にしてメンテナンス時間を短縮し、攪拌槽外からの作業も可能とした高剪断型分散機を提供することである。

本発明によれば、下部に攪拌ブレードを有する回転軸を回転して攪拌槽内に収納した固体/液体系処理材料中の固体粒子を微粒子化し、液体中に分散するようにした高剪断型分散機において、回転軸は上部に設けた本体ケースに支承されて攪拌槽に向けて延び、該本体ケース内には回転軸を回転自在に保持するベアリングと、該ベアリングより攪拌槽側に軸封部材が設けられており、該軸封部材より攪拌槽側の本体ケースの端面側にはラビリンスシールが設けられ、該ラビリンスシールは、回転軸に固定され外周に突出する段状突起を設けて段状突起間に外周空間を形成したラビリンスケースと、上記外周空間に突出する舌片状突起を内周に形成したラビリンスキャップを具備し、該ラビリンスキャップは半径方向から本体ケースに着脱できるよう複数のキャップ部片に分割されていることを特徴とする高剪断型分散機が提供され、上記課題が解決される。

本発明において、上記ラビリンスキャップは半円弧状に２分割され、上記段状突起及び舌片状突起は、攪拌槽側に傾斜しており、上記本体ケースの端面には当接面が形成され、上記キャップ部片を連結して本体ケースに取り付けた際、各キャップ部片の舌片状突起が上記ラビリンスケースの外周空間に対向して位置するよう上記ラビリンスキャップに上記本体ケースの当接面に当接する当接面を設け、ラビリンスシールの内面にはダイアモンドライクカーボン(ＤＬＣ)等のコード層が設けられている上記高剪断型分散機が提供される。

本発明は上記のように構成され、高剪断型分散機において、回転軸の上部に設けた本体ケース内に、回転軸を回転自在に保持するベアリングと該ベアリングより攪拌槽側に軸封部材を設け、該軸封部材より攪拌槽側の本体ケースの端面に当接するようラビリンスシールを設け、該ラビリンスシールを、回転軸に固定され外周に突出する段状突起を設けて外周空間を形成したラビリンスケースと、内周に突出する舌片状突起を形成したラビリンスキャップで構成し、該ラビリンスキャップを、回転軸の半径方向から着脱できるよう複数のキャップ部片に分割したから、ラビリンスシールを回転軸の周囲に取付ける際、回転軸の半径方向からキャップ部片を連結してラビリンスキャップを構成し本体ケースに固定すれば、攪拌ブレード等を外さなくても軸封部材の攪拌槽側にラビリンスシールを設けることができ、取り付けが簡単である。この構成により、軸封部材やベアリング部分に微粉末が侵入しないようにできるので、摩擦・摩耗が防止され、長期にわたって分散機を運転することができる。また、ラビリンスシールを掃除する際は、本体ケースから取り外してキャップ部片に分解すれば、ラビリンスケースが現れるから、簡単に掃除することができる。また、本体ケースの端面側に当接面を設け、上記キャップ部片を連結して本体ケースに取り付けた際、各キャップ部片の舌片状突起が上記ラビリンスケースの外周空間に対向して位置するよう上記ラビリンスキャップに上記本体ケースの当接面に当接する当接面を設けると、ラビリンスシールと回転軸のセンタリングが自動的にセットされ、取付、調整作業が容易である。

また、上記ラビリンスケースの段状突起やラビリンスキャップの舌片状突起の先端を、攪拌槽側に少し下向きに傾斜して設けると、攪拌槽側(高圧側)から外周空間に流れ込む気流が攪拌槽側に向かい、微粉末が軸封部材方向に流れにくくなり、微粉末の侵入を一層阻止することができる。さらに、表面にダイアモンドライクカーボン(ＤＬＣ)等のコート層を設けておくと、表面が高硬度になって、低摩擦性、高潤滑性が得られ、微粉末が付着しにくく、コンタミも防止され、掃除も簡単になり、耐久性を増すことができる。

本発明の一実施例を示し、一部を断面した正面図。回転軸の支承部分を示す説明図。ラビリンスケースを示し、(Ａ)は断面図、(Ｂ)は平面図。ラビリンスリンスキャップを示し、(Ａ)は半断面図、(Ｂ)は平面図。従来の回転軸の支承部分の一例を示す説明図。

本発明による高剪断型分散機は、種々に構成されるが、図１にはその一実施例が示されている。図１を参照し、分散機は、本体１の上部に昇降シリンダー２で上下動する攪拌ヘッド３があり、該ヘッド３に設けたモーター４で駆動される回転軸５ａ、５ｂが攪拌槽６に向けて延びている。図に示す分散機は、３本の回転軸を有し、自転・公転する２本の低速用の回転軸５ｂに設けた捩れ枠型ブレード７(図１においては、煩瑣になるのを避けるため１本のみ図示)と、この自転・公転と同期しながら自転する高速用の回転軸５ａに設けた高速タービンブレード８を有する３軸の遊星運動回転する分散機であり、攪拌槽６内をデッドスペースなく均一に攪拌・混練・分散することができる。図１に示す攪拌槽６は、周囲にジャケット９を有し、攪拌時に上部をフード１０でカバーして内部を密閉した状態で処理できるようにしてあるが、フードを使用しない分散機や、攪拌ヘッド３の下部で攪拌槽６が昇降する形式の分散機、回転軸が１本若しくは２本以上の分散機、その他各種の分散機に適用することができる。

上記回転軸５ａの上部には、図１、図２に示すように、該回転軸を支承する円筒状の本体ケース１１が設けられている。図２において、本体ケース１１は、駆動部側に支持されたベアリングケース１２と、該ベアリングケース１２よりも攪拌槽６側(高圧側)にボルト１３で固定される軸封ケース１４で構成されている。上記ベアリングケース１２には回転軸５ａを回転自在に支持するローラーベアリング等のベアリング１５が設けられ、上記軸封ケース１４にはオイルシール等の軸封部材１６が収納され、該軸封ケース１４の攪拌槽側は、ボルト１７で該軸封ケース１４に固定される保持キャップ１８により覆われている。

上記本体ケース１１の攪拌槽側の端面、図２に示す実施例では保持キャップ１８の下面には当接面１９が形成され、該当接面１９に当接するようステンレス鋼等で形成されたラビリンスシール２０が設けられている。該ラビリンスシール２０は、回転軸５ａに固定され外周に環状に突出する段状突起２１を間隔を空けて設けて段状突起２１間に外周空間２２を形成したラビリンスケース２３と、内周に環状に突出する舌片状突起２４を間隔を空けて形成したラビリンスキャップ２５を具備している。

図２、図３を参照し、上記ラビリンスケース２３は、回転軸５ａの外周にねじ２６で固定されたスリーブ２７に嵌着できる内径のラビンスケース本体２８を有し、該ラビリンスケース本体２８に設けたねじ孔２９にねじ３０をねじ込んで上記スリーブ２７に固定される。上記ラビリンスケース本体２８の外周方向に延びる段状突起２１は、上平面３１がほぼ水平方向に延び、下平面３２は外周端が攪拌槽側に少し変位するように下向きに傾斜している。また、該下平面の外周端は、上記上平面の外周端よりも内方に位置し、それにより各外周端を結ぶ外周側面３３は、攪拌槽側に面してゆるやかに傾斜する斜面に形成されている。この構成により、攪拌槽側から流れ込んだ気流は上記傾斜面に当たって攪拌槽側に向かっても流れ、上記軸封部材１６側に流れにくくなる。

図２、図４を参照し、上記ラビリンスキャップ２５は、上記ラビリンスケース本体２８の外径よりも大きな内径の環状のラビリンスキャップ本体３４を有し、該ラビリンスキャップ本体３４の内周には、上記環状の舌片状突起２４が間隔を空けて突出し、図において上下方向に隣接する舌片状突起２４の間隔は、その間に上記ラビリンスケース２３の段状突起２１を受け入れることができる間隔に設けられている。ラビリンスキャップの中心方向に向かう舌片状突起２４の内方端は、基端から攪拌槽方向に向かって下向きに傾斜しており、攪拌槽側から流れ込む気流が舌片状突起２４に当って攪拌槽側に向かっても流れ、軸封部材１６側に流れにくくしている。

上記該ラビリンスキャップ本体３４は、回転軸５ａの半径方向、即ち上記ラビリンスケース２３に対して半径方向に着脱できるよう複数の、図に示す実施例では２つのキャップ部片３５に分割されている。該キャップ部片３５は半円弧状に形成され、対向する端面が分割面３６となっており、該分割面３６どうしを突き合わせ状態で、一方のキャップ部片の接線方向に設けた取付孔３７にねじ３８を挿入し、その先端を、他方のキャップ部片に形成したねじ孔３９にねじ着することにより連結される。また、各キャップ部片にはラビリンスキャップ２５の中心線に沿って延びる締着孔４０が設けられ、側面には、本体ケースの当接面に当接する当接面４１が形成されている。上記キャップ部片３５を組み合わせて連結した後、軸封部材１６の保持キャップ１８の下面に形成した当接面１９にラビリンスキャップ２５の当接面４１を密着し、締着孔４０にねじ４２を通して保持キャップ１８に形成したねじ孔４３にねじ着すると、上記舌片状突起２４は、自動的に上記ラビリンスケース２３の外周空間２２に対向して位置する。

上記ラビリンスシール２０の内側面は、好ましくはダイアモンドライクカーボン(ＤＬＫ)等によるコート層を設けてある。このようなコート層を設けると、表面が高硬度になり耐摩耗性、耐摩擦性が向上し、塵埃が付着しにくく、コンタミの問題も解消され、掃除も簡単になる。

上記の構成により、ラビリンスシール自体を回転軸５ａの半径方向に分割できるので、従来のように軸受や攪拌ブレード等の機械部品を分解することなく、３０分程度で容易に取り付けることができる。また、当接面を密着してねじ絞めするだけでラビリンスシール２０と回転軸５ａのセンタリングが自動的にセットされる。その上、段状突起２１と舌片状突起２４の先端を攪拌槽側(高圧)側に傾斜させることにより、軸封部材１６側への気流や粉塵の流入が減少し、漏れを極少に制限することにより環境・保全の問題が少なくなり、軸封部材の消費動力が単なるグランドパッキンと比べて少なくなり、省エネにも貢献し、撹拌機のランニングコストを大幅に削減することができる。さらに、上記のように迅速・簡単に取り付けできるから、メンテナンス時間を短縮し、高い信頼性によりメンテナンス間隔を延長することができる。

実際に、図１に示す構成の多軸ミキサーで攪拌槽の容量が１６００リットルの高剪断型撹拌機を用いて固体/液体系処理材料の混練・分散作業を行ったところ、従来の図５に示す構成の支承構造によると、約２０００時間毎にベアリング交換をしなければならなかったが、本発明による図２の構成の支承構造にすることにより６０００時間経過してもベアリング交換は必要なく、大幅なメンテナンス間隔の延長を行うことができた。

５ａ、５ｂ回転軸
６攪拌槽
１１本体ケース
１２ベアリングケース
１４軸封ケース
１６軸封部材
１８保持キャップ
１９、４１当接面
２０ラビリンスシール
２１段状突起
２２外周空間
２３ラビリンスケース
２４舌片状突起
２５ラビリンスキャップ
２７スリーブ
３４ラビリンスキャップ本体
３５キャップ部片

Claims

上部を本体ケースで支承した回転軸を攪拌槽に向けて延ばし、下部に設けた攪拌ブレードを攪拌槽内で回転して攪拌槽内に収納した固体/液体系処理材料中の固体粒子を微粒子化し、液体中に分散するようにした高剪断型分散機において、上記本体ケース内には回転軸を回転自在に保持するベアリングが設けられ、該ベアリングより攪拌槽側の本体ケース内には軸封部材が設けられており、該軸封部材より攪拌槽側の本体ケースの端面側にはラビリンスシールが設けられ、該ラビリンスシールは、回転軸に固定され外周に突出する段状突起を設けて段状突起間に外周空間を形成したラビリンスケースと、上記外周空間に突出する舌片状突起を内周に形成したラビリンスキャップを具備し、該ラビリンスキャップは半径方向から本体ケースに着脱できるよう複数のキャップ部片に分割され、上記段状突起及び舌片状突起は、攪拌槽側に傾斜していることを特徴とする高剪断型分散機。
上記段状突起は、上平面が水平方向に延び、下平面は外周端が攪拌槽側に変位するよう下向きに傾斜し、かつ下平面の外周端は上平面の外周端よりも内方に位置し、各外周端を結ぶ外周側面は攪拌槽側に傾斜する斜面に形成されている請求項１に記載の高剪断型分散機。
上記ラビリンスシールの内面には、ダイアモンドライクカーボン(ＤＬＣ)のコート層が設けられている請求項１又は２に記載の高剪断型分散機。