JP7459731B2 - 分散装置及び分散処理システム並びに分散処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、スラリー状又は液体状の混合物内の物質を分散させる分散装置及び分散処理システム並びに分散処理方法に関する。

従来、高速回転するローターと回転しないステータとの間の狭い間隙に、複数の液体又はスラリーを通過させ、高速回転により発生する高い剪断力で複数の液体又はスラリー中の粉末状の物質を連続的に分散する装置が知られている。ここで、「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、若しくはスラリー中の粉末状の物質を均一に存在させること、又は複数の液体を均一に混合することを意味する。

下記特許文献１には、上記構成の装置が具体的に開示されている。ここに開示された装置は、ローターの外周面を囲むように容器の側壁部が設けられており、ローターとステータとの間の間隙で分散化された混合物は、前記間隙から前記外周面と前記側壁部との間に形成された排出空間を通って下方へ流動落下するように設計されている。

特許第５７６８９４６号公報

上記特許文献１記載の装置では、分散処理された混合物がローターとステータとの間の間隙から容器の側壁部へ向けて放出されるが、この混合物の粘度が高い場合には、該混合物が下方へ流動落下することなく、側壁部内面に付着してその場に留まることがあり、分散後の混合物を所定の貯留タンク等にスムーズに移送できないという問題があった。また、特に混合物の流動性が低い場合は、処理後の混合物が排出空間で留まるため、ローターとステータ間に供給される混合物がローターの回転軸側に逆流し、
ローターの軸受を損傷させてしまうという問題があった。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、分散処理後の混合物をスムーズに排出させ、混合物の逆流等の生じない分散装置及び分散処理システム並びに分散処理方法を提供することを課題としている。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明は、スラリー状又は液体状の混合物を供給して、これを分散させ、分散処理後の前記混合物を流動させて排出する剪断式の分散装置であって、上下方向の軸線を中心として回転自在に支持された回転軸と、固定されたステータと、該ステータの下面に対向するように配置され、前記回転軸に固定されて該回転軸により回転駆動されるローターと、該ローターの外周面との間に、分散処理後の前記混合物を下方へ流動させる排出空間を形成し、該外周面を囲むように配置された環状壁と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、ローターの外周面を囲むように環状壁が配置されているので、ローターの回転により混合物に加わる遠心力と排出空間の重力とにより、混合物には、ローターの中心から外側の排出空間に向けて連続的に流動する力が働く。従って、分散処理された混合物を滞留することなく流動させることができる。

本発明の一態様においては、前記ローターの外周面には、溝が設けられている。
この一態様によれば、ローターの外周面に混合物の流動を促進する溝が設けられているので、ローターとステータとの間隙から放出される混合物が溝に案内されて排出空間内をスムーズに移動する。この結果、間隙内に供給される混合物が回転軸方向へ逆流することがない。

本発明の一態様においては、前記溝は、前記外周面を周回する螺旋溝である。
この一態様によれば、混合物が螺旋溝に案内されて排出空間内をスムーズに移動する。

本発明の一態様においては、前記ローターの下方に前記環状壁と対向するように設けられ、前記排出空間を下方へ延長するガイド部材と、を備えている。
この一態様によれば、排出空間を下方へ延長するガイド部材を備えているので、分散処理後の混合物を確実に下方へ導くことができる。

本発明の一態様においては、一部を前記環状壁で構成され、分散処理後の前記混合物を受ける容器と、を備え、前記排出空間の下方に設けられ、前記分散処理後の前記混合物を送り出す排出管と、該排出管内の前記混合物を負圧吸引して前記容器の外部へ送り出す吸引機構とを備えている。
この一態様によれば、排出空間から排出管内に導入された混合物が、吸引機構により次のステージへ送り出される。

本発明の一態様においては、前記環状壁の外周面側には、前記排出空間内の前記混合物を冷却する冷却ジャケットが設けられている。
この一態様によれば、排出空間内を移動する混合物は、環状壁を介して冷却ジャケットにより冷却される。

本発明の一態様においては、前記ステータには、前記ローター上面に開口端を臨ませて混合物供給口が設けられ、前記間隙内における前記開口端と前記回転軸との間には、前記ローターと前記ステータとのいずれか一方に基部が固定され、他方に先端部が弾性的に当接するシール部材が設けられている。
この一態様によれば、間隙内で混合物が回転軸方向へ逆流しようとしても、シール部材が物理的に逆流を阻止する。

本発明は、上述の分散装置からなる第１分散装置を備えた分散処理システムであって、前記第１分散装置と、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、分散処理前又は中間分散処理された前記混合物を一時貯留する循環タンクと、分散処理後の前記混合物を貯留する貯蔵タンクと、前記混合物を前記循環タンクから前記第１分散装置へ移送し、更に第１分散装置から前記循環タンクへ移送する第１循環管路と、前記混合物を前記循環タンクから前記第２分散装置へ移送し、更に第２分散装置から前記循環タンクへ移送する第２循環管路と、前記第１循環管路及び前記第２循環管路と前記貯蔵タンクとの間に設けられた出力管路と、前記第１循環管路及び前記第２循環管路内の前記混合物を圧送するポンプと、前記第１循環管路、前記第２循環管路、及び前記出力管路の前記混合物の流動を制御するシステム制御装置と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、混合物を第１分散装置と循環タンクとの間で循環させる第１循環管路と、第２分散装置と循環タンクとの間で循環させる第２循環管路とを備えているので混合物を効率よく分散処理することができる。

本発明の一態様においては、前記第２分散装置は、超音波分散機、ビーズミル、ジェットミル、及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。
この一態様によれば、第２分散装置として適したものを選択できる。

本発明の一態様においては、前記循環タンクと並列に設けられ、前記システム制御装置によって前記第１循環管路、又は前記第２循環管路との前記混合物の循環を制御される供給タンクと、を備える。
この一態様によれば、前記循環タンクと並列に、前記第１循環管路、又は前記第２循環管路との前記混合物の循環を行う供給タンクを備えているので、混合物を逐次供給して連続的に分散処理を行うことができる。

本発明は、スラリー状又は液体状の混合物を分散する分散処理方法であって、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し、前記混合物を遠心力により前記ローターと前記ステータとの間を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こと、この第１分散装置で分散させることを１回行う、又は複数回繰り返すこと、前記混合物を第２分散装置に供給し、第２分散装置に供給された前記混合物内の固体粒子を該第２分散装置でナノレベルのサイズに微細化すること、この第２分散装置で微細化することを１回行う、又は複数回繰り返すこと、第１の分散装置での分散処理と第２の分散装置での分散処理を、組み合わせて行うこと、を含む。

本発明によれば、混合物を第１分散装置と第２分散装置とで組み合わせて分散処理を行うので混合物を効率よく分散処理することができる。

本発明によれば、分散処理後の混合物をスムーズに排出させることができ、混合物の逆流等を防止することができる。

本発明の一実施形態として示した分散装置の要部縦断面図である。 本発明による分散装置のシール部材の拡大断面図である。 本発明の別の実施形態として示した分散装置の要部縦断面図である。 本発明による分散装置のローターの一例を示す側面図である。 本発明による分散装置のローターの別の例を示す側面図である。 本発明の一実施形態として示した分散処理システムの概略構成図である。 本発明の変形例として示した分散処理システムの概略構成図である。 本発明による分散処理システムで実験を行った際のグラフである。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態である分散装置の要部を示す図である。
図に示す分散装置１は、回転駆動されるローター２と、該ローター２の上面に対向して配置されるステータ３とを備えており、ローター２とステータ３との間の間隙４にスラリー状又は液体状の混合物５を供給し、該混合物５を遠心力によりローター２の外周方向へ通過させることによって分散させる剪断式の分散装置である。

図において符号６は、分散後の混合物５を受ける容器である。容器６は、容器本体７と、容器本体７の上部外方に張り出すように設けられた張り出し壁部８とを備えている。容器６の上方には、カバーユニット９が配設されている。カバーユニット９は、軸受保持部材１０とステータ保持部材１１とを備えている。軸受保持部材１０は、筒状に形成されたものであって、その下部に外方に張り出す環状凸部１２を有し、その中心孔１３内には軸受１４が固定されている。
軸受１４は、下端に外方へ張り出すフランジ部１４ａを有し、フランジ部１４ａがボルト１５により軸受保持部１０に固定されている。軸受１４には、ローター２を回転駆動するための回転軸１６が、上下方向の軸線を中心として回転自在に支承されている。回転軸１６は、図示しないモータ及び減速機構によって回転駆動される。

ステータ保持部材１１は、その中心部に回転軸配置孔２１を有するとともに回転軸配置孔２１の上部に係合凹所２２を有し、その下端部外周に外方へ突出する環状凸部２３を有する。また、このステータ保持部材１１には、混合物５を間隙４に供給するための供給通路２４が形成されている。このステータ保持部材１１には、軸受保持部材１０が固定されている。すなわち、軸受保持部材１０の下端部が係合凹所２２内に嵌入され、軸受保持部材１０の環状凸部１２がボルト２５によりステータ保持部材１１に固定されている。
この場合、軸受保持部材１０の下端面と係合凹所２２の底面との間にはエアー導入空間２６が形成されている。また、ステータ保持部材１１には、供給通路２４に連通するように混合物供給管２７が固定されている。混合物供給管２７には、図示しない混合部供給源から混合物５が供給される。

ステータ保持部材１１の下面側にはステータ３が配置されている。ステータ３は、円盤状に形成されたものであって、その中心部に回転軸挿通孔３１を有し、回転軸挿通孔３１から一定寸法半径方向外方へ離間した位置に上下方向に貫通する混合物供給口３２を有し、さらにステータ３の下面に回転軸挿通孔３１を囲む環状溝３３を有する。
混合物供給口３２の開口端３２ａは、間隙４及びローター２の上面２ａに臨んで位置している。環状溝３３は、開口端３２ａと回転軸挿通孔３１との間に位置している。また、混合物供給口３２の内面には第１の凹所３４が形成され、回転軸挿通孔３１の内面には第２の凹所３５が形成されている。

このステータ３は、回転軸挿通孔３１内に回転軸１６を挿通した状態で、かつ、その上面をステータ保持部材１１の下面に当接させた状態で該ステータ保持部材１１に保持されている。この場合、ステータ３は、容器６の張り出し壁部８上に配置された第１の拘束部材３６と、該拘束部材３６をステータ保持部材１１の環状凸部２３に固定するボルト３７と、第１の拘束部材３６と張り出し壁部８とを拘束する第２の拘束部材３８とによってステータ保持部材１１に保持される。
上記のようにステータ保持部材１１に保持されたステータ３は、回転軸１６の周りの定位置に固定された状態となっている。また、ステータ３の混合物供給口３２は、ステータ保持部材１１の供給通路２４と連通するように位置している。

上記の構成において、エアー導入空間２６には、図示しないエアー供給源から加圧されたエアーが供給されるようになっている。エアー導入空間２６に導入されたエアーは、回転軸１６の外周面と回転軸配置孔２１の内面との間、及び回転軸１６の外周面と回転軸挿通孔３１の内面との間に形成されている微小な空間３９を通って、回転軸１６側からローター２とステータ３との間の間隙４に導かれる。このように回転軸１６側から間隙４内へ加圧されたエアーを供給する構成はエアパージシール機構４０を構成している。
また、混合物供給管２７には、図示しない混合物供給源から混合物５が供給されるようになっている。混合物供給管２７に供給された混合物５は、供給通路２４を通って混合物供給口３２に到り、混合物供給口３２からローター２とステータ３との間の間隙４内に供給される。

ステータ３の下面に設けられた環状溝３３内には、ローター２との間の間隙４をシールするシール部材４１が設けられている。シール部材４１は、エラストマー等の弾性材料から形成されたものであって、環状溝３３内に固定されるように環状に形成されている。シール部材４１の環状に延在する一部の形状が図２に示されている。
図２に示すようにシール部材４１は、環状溝３３内に固定される断面略矩形の基部４２と、該基部４２から拡径しつつ斜め下方に延出するリップ４３とを備えている。リップ４３は、適度に弾性変形できるように薄厚であり、基部４２から先端部に行くに従い厚みが小となるように形成され、先端部がローター２の上面２ａに弾性的に当接する。
シール部材４１が間隙４内に設けられている位置は、環状溝３３の位置からして、混合物供給口３２の開口端３２ａと回転軸１６との間である。かくしてシール部材４１は、間隙４内をローター２の半径方向外方と半径方向内方とに仕切る。

ステータ３の第１の凹所３４内には第１の圧力センサー４５が設けられており、第２の凹所３５内には第２の圧力センサー４６が設けられている。
第１の圧力センサー４５は、シール部材４１を基準として、ローター２の半径方向外方側に供給される間隙４内の混合物５の供給圧力Ｐ１を検出するものである。第２の圧力センサー４６は、シール部材４１を基準として、ローター２の半径方向内方側に供給される間隙４内のエアーの圧力を検出するものである。これら第１、第２の圧力センサー４５，４６の出力は制御装置４８に送られるようになっている。
制御装置４８は、混合物５の供給量の制御、その他装置各部の制御を行うほか、第１、第２の圧力センサー４５，４６の出力に基づいて、間隙４内に供給されるエアーの圧力を制御する。

ローター２は、円盤状に形成されたものであって、その中心部に貫通孔５１を有し、貫通孔５１の上部には係合凹所５２が形成されている。係合凹所５２の底面には、複数の係合穴５３が形成されている。
また、ローター２の外周面１００には、図４（又は図５）に示すように溝１０１（１０２）が設けられている。溝１０１（１０２）は、詳細は後述するが、分散処理後の混合物の流動を促進するために設けられたものである。図４、図５は、溝の形態例を示す図である。
図４に示す溝１０１は、ローター２の外周面１００を周回するように設けられた螺旋溝である。図５に示す溝１０２は、外周面１００に、ローター２の中心軸線に対して傾斜する溝１０２ａを複数等間隔環状配置して設けたものである。溝１０１、溝１０２は共に、ローター２の回転により混合物５が下方に向かう推進力を受けるように設けられる。

また、ローター２の底面には、その外周部に環状の溝５４が形成されている。
このローター２は、係合凹所５２内に回転軸１６の下端部を嵌入し、その上面２ａをステータ３の下面に対向させて回転軸１６に固定されている。固定は、係合穴５３と回転軸１６の下面に形成された係合穴５５との間に係合ピン５６を挿入し、ローター２の下面側から貫通孔５１内にボルト５７を挿入し、このボルト５７を回転軸１６の下面に形成された雌ねじ穴５８にねじ込んで締め付けることによりなされている。
上記の構成において、ローター２、ステータ３間の間隙の寸法は、図示しない調整機構により調整できるようなっており、分散後の混合物に含まれる粒子の径に応じて調整できるようになっている。

容器６は、ローター２の外周面を囲むように設けられた環状壁６１と、環状壁６１の下面を閉塞する底壁部６２とを備えている。ローター２の外周面と環状壁６１との間は、分散処理後の混合物５が流動落下する排出空間１０３とされており、流動落下に適切な間隔が開けられている。この場合、排出空間１０３の環状壁６１とローター２の外周面との間の寸法は、混合物５が各所に付着するのを防止してスムーズに流動するように、１ｍｍから５ｍｍ程度とされている。
環状壁６１の下端部と底壁部６２の外周縁との交差部には上方から落下する分散後の混合物５を排出する排出機構６３が設けられている。排出機構６３は、混合物５を排出する排出管６４と、排出管６４内の混合物５を負圧吸引する吸引機構６５とを備えている。図１には１つの排出管６４と吸引機構６５の一部のみが示されているが、分散装置１はこれらの構成体が底壁部６２の外周部に複数設けられていて、混合物５が複数の上記構成体から容器６の外部へ排出されるように構成されていても良い。

容器６の内部には、ローター２の下方に環状壁６１と対向するように設けられ、排出空間１０３を下方へ延長するガイド部材６６が設けられている。このガイド部材６６は、間隙４から流動落下する混合物５を排出管６４に導くように設けられている。ガイド部材６６は、環状に形成された部材であって、環状壁６１に対する間隔がローター２と同じようにとれるよう形成されたものである。
ガイド部材６６の上面には環状凸部６７が形成されており、この環状凸部６７はローター２の下面に形成された溝５４内に位置している。この構成により、間隙４から流動落下する混合物５は、容器６の中央部側に流動することなく、スムーズに排出管６４に導かれる。

また、図１において符号６８は冷却装置である。冷却装置６８は、冷却装置本体１０５と、環状壁６１の外周面側に、該環状壁６１を囲むように設けれた冷却ジャケット１０６を備えておいる。この冷却装置６８は、冷却装置本体１０５と冷却ジャケット１０６との間で、冷却装置本体１０５で冷却した冷却水が循環し、環状壁６１を介して排出空間１０３を流動落下する混合物５を冷却する。
なお、ステータ３の上面に形成された溝１０７にも冷却水が供給されるようになっており、ローター２の外周部側の間隙４内を移動する混合物も冷却されるようになっている。

次に、上記のように構成された分散装置１について、混合物５を分散処理する場合の動作について説明する。
分散装置１の起動に際しては、予めローター２とステータ３との間の間隙４の寸法、ローター２の回転数、エアパージシール機構４０により供給するエアー圧力の大きさ、混合物４の時間当たりの供給量等を設定しておく。
そして、制御装置４８を操作して分散装置１を起動すると、図示しないモータが回転して回転軸１６が回転し、ローター２が回転駆動される。ローター２が回転すると、ステータ３に設けたシール部材４１のリップ４３がローター２の上面２ａに当接しつつ同上面を相対的に摺動する。したがって、シール部材４１は、ローター２が回転した状態において、間隙４を、このシール部材４１を基準としてローター２の半径方向外方と半径方向内方、すなわち回転軸１６方向とに仕切ることになる。

一方、エアパージシール機構４０が起動してエアー導入空間２６内に加圧されたエアーが導入され、このエアーが回転軸１６の外周面と、軸受保持部材１０の回転軸配置孔２１の内面及びステータ３の回転軸挿通孔３１の内面との間の空間３９を通り、回転軸１６側からローター２とステータ３との間の間隙４に供給される。
また、制御装置４８は、図示しない混合物供給源から混合物５を混合物供給管２７に供給する。混合物５は、供給通路２４を通って混合物供給口３２に供給され、この混合物供給口３２からローター２とステータ３との間の間隙４に供給される。

間隙４に供給された混合物５は、ローター２の回転により遠心力によってローター２の半径方向外方に移動し、この移動の際狭い間隙４内で分散される。分散処理された混合物５は、間隙４の外周端から放出されて容器６の環状壁６１に衝突し、その後ローター２の外周面１００と環状壁６１との間の排出空間１０３を通り、更にガイド部材６６と環状壁６１との間の排出空間１０３を通って排出管６４内に導入される。
上記のように混合物５が間隙４から排出空間１０３内に移動した際には、混合物５の容器６の底壁部６２に向かう移動がローター２の外周面１００に設けられた溝１０１（図４）又は１０２（図５）によって促進される。したがって、混合物５は排出空間１０３内に留まることがなく、スムーズに下方へ流動する。この場合、溝の形態としては、例として図４、図５に示す形態を挙げたが、この形態は混合物５の粘度等の性状によって選択される。
また、間隙４内を移動する混合物５は、摩擦熱によって高温となるが、間隙４内においてはステータ３の溝１０７内を通る冷却水により冷却される。さらに、排出空間１０３内を流動する混合物５は、冷却ジャケット１０６内を流通する冷却水によって冷却される。そして、排出管６４内に導入された混合物５は、吸引機構６５により容器６の外部へ送りだされ、次のステージへ送られる。

また、混合物５は、間隙４の外周端から放出される際、あるいは容器６の環状壁６１に衝突した際に、細かなミスト状になるものも存在する。排出空間１０３が広い場合は、この空間を浮遊している間にミストが混合物５が流れている壁面以外に付着し、液分が乾燥して固形分のみが残り、それが成長して異物となることがあるが、排出空間１０３が狭いことにより、容器６の環状壁６１に沿って流れている液状の膜と接触し、液状の膜に取り込まれて素早く元のスラリーに戻るため、この問題が防止される。

上記の動作において、間隙４内に供給される混合物５の供給圧力Ｐ１によっては、混合物供給口３２から間隙４内に供給された混合物５がローター２の半径方向内方、すなわち回転軸１６方向へ移動することがある。この分散装置１においては、間隙４内にシール部材４１が設けられているので、間隙４内の混合物５が回転軸１６方向に逆流しても、混合物５はシール部材４１に移動を阻止されて回転軸１６側に到ることはない。
したがって、混合物５が回転軸１６側に逆流し、空間３９を経て軸受１４に侵入することがなく、常に軸受１４の機能を確保してローター２の正常回転を維持することができる。

一方、この分散装置１においては、装置の運転時に回転軸１６側からエアーが間隙４内に供給されている。この際間隙４内のエアーは、シール部材４１で遮断されるので、混合物５が供給されている領域に侵入することがない。
したがって、エアーが混合物５に触れて混合物５が乾燥することがない。また、エアーが混合物５に混入するのを防止することができる。

ここで、間隙４内の混合物５の供給圧力Ｐ１とエアー圧力Ｐ２とに一定の値以上の差が生じると、シール部材４１のリップ４３が変形してシール部材４１の両側間に隙間が生じ、混合物５の逆流等が生じる惧れがある。しかし、この分散装置１においては、制御装置４８が第１、第２の圧力センサー４５、４６の出力に基づいて圧力Ｐ１、Ｐ２が均衡するように制御する。したがって、リップ４３の変形が防止され上記逆流等の問題が生じない。
また、間隙４がシール部材４１によって物理的に遮断されているので、混合物５の乾燥、混合物５へのエアーの混入を考慮することなくエアーの圧力を従来より高めることができ、したがってシール効果が高い状態で混合物５の供給量を増やすことが可能となり、装置の生産性を高めることができる。

上述したように、この分散装置１においては、ローター２の外周面１００を囲むように環状壁６１が配置され、排出空間１０３が形成されている。混合物５には、ローター２の回転による遠心力と、排出空間１０３の重力とが加わっており、混合物５には、ローター２の中心から外側の排出空間１０３に向けて連続的に流動する力が働く。従って、分散処理された混合物５を滞留することなく流動させることができる。すなわち、混合物５の排出は重力とロータ２の回転による遠心力により促進されている。

また、混合物５がローター２とステータ３との間隙４からローター２の外周面１００側の排出空間１０３に移動した際に、ローター２の外周面１００に設けた溝１０１（又は１０２）によって、混合物５の容器６の底壁部６２に向かう流動が促進されるので、排出空間１０３内で留まることがなく、混合物５の流動がスムーズになされる。したがって、混合物が排出空間１０３内で詰まることがないので、混合物供給口３２から間隙４内に供給された混合物５の分散がスムーズに行われ、混合物５が回転軸１６側へ逆流することがない。

また、仮に混合物供給口３２から供給した混合物５が間隙４内で逆流し、回転軸１６側へ向かおうとしても、シール部材４１によって回転軸１６側への移動が阻止され、回転軸１６側へ移動することがない。
したがって、この分散装置１においては、混合物５の間隙４内での逆流を確実に防止することができる。
また、排出空間１０３から排出管６４内に導入した混合物５を吸引機構６５で吸引するようにしたから、排出管６４内に導入した混合物５を次のステージへスムーズに送ることができる。
また、間隙４内及び排出空間１０３の分散中及び分散後の混合物５を冷却するようにしたので、混合物５の高温による劣化を防ぐことができる。

上記の実施の形態では、シール部材として、弾性材料から形成され、基部４１とリップ４３とを備えたものを用いているが、このシール部材は他の材料、構成からなるものでもよい。
例えば、各種のグランドパッキンの構成を採用することができ、繊維糸を編み込んだブレードパッキンとすることもできる。

図３は、本発明の別の実施形態を示す図である。この実施形態が上記の実施形態と異なる点は、シール部材４１を上記の実施形態のようにステータ３側に設けるのではなく、ローター２側に設けたことであり、その他の構成は上記の実施形態と同一である。
すなわち、この実施形態では、ローター２の上面２ａに、貫通孔５１の軸線を中心とする環状溝３３Ａが形成されており、この環状溝３３Ａにはシール部材４１Ａの基部４２Ａが固定されている。シール部材４１Ａは、上記の実施形態のシール部材４１と同一構成であり、そのリップ４３Ａの先端部はステータ３の下面に当接している。この実施形態においては、装置を起動させてローター２が回転すると、シール部材４１Ａがステータ３の下面を摺動する。
この実施形態においても、シール部材４１Ａが間隙４内を仕切るので、上記の実施形態と同様の作用、効果を得ることができる。

次に、本発明による分散処理システムについて説明する。
図６は、本発明の一実施形態として示した分散処理システムの概略構成図である。
図６に示す分散処理システム２００は、前述した分散装置１を第１分散装置１として構成要素とする。
すなわち、分散処理システム２００は、第１分散装置１と、混合物５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２０１と、分散処理前又は中間分散処理された前記混合物５を一時貯留する循環タンク２０３と、分散処理後の前記混合物５を貯留する貯蔵タンク２０５と、前記混合物を前記循環タンク２０３から前記第１分散装置１へ移送し、更に第１分散装置１から前記循環タンク２０３へ移送する第１循環管路ｕと、前記混合物５を前記循環タンク２０３から前記第２分散装置２０１へ移送し、更に第２分散装置２０１から前記循環タンク２０３へ移送する第２循環管路ｖと、前記第１循環管路ｕ及び前記第２循環管路ｖと前記貯蔵タンク２０５との間に設けられた出力管路ｗと、前記循環タンク２０３と並列に設けられる供給タンク２２１と、前記第１循環管路ｕ及び前記第２循環管路ｖ内の前記混合物５を圧送するポンプ２０７、２０９と、前記第１循環管路ｕ、前記第２循環管路ｖ、及び前記出力管路ｗの前記混合物５の流動を制御するシステム制御装置２１０と、を備えている。

ここで、中間分散処理された混合物とは、少なくとも１回は、第１分散処理装置１又は第２分散処理装置２０１によって分散処理された混合物５のことであり、後述する複数回の分散処理における中途の処理状態にある混合物５のことである。

前記第１循環管路ｕにおいて、循環タンク２０３から第１分散装置１へ至る管路の間には、弁２１１、ポンプ２０７、弁２１３がこの順に介装されている。第１分散装置１から循環タンク２０３に至る管路の間には、弁２１５、ポンプ２０９、弁２１７、弁２１９がこの順に介装されている。前記第２循環管路ｖにおいて、循環タンク２０３から第２分散装置２０１へ至る管路の間には、弁２１１、ポンプ２０７、弁２１３がこの順に介装されている。第２分散装置２０１から循環タンク２０３に至る管路の間には、弁２１５、ポンプ２０９、弁２１７、弁２１９がこの順に設けられている。すなわち、第１循環管路ｕと第２循環管路ｖは、システム制御装置２１０の制御によて、弁２１３と弁２１５の流動経路を切り替えることによって実装されている。

前記第１循環管路ｕ及び前記第２循環管路ｖから前記貯蔵タンク２０５に至る管路の間には、弁２１７が設けられており、前記第１循環管路ｕ及び前記第２循環管路ｖと出力管路ｗの間の流動経路を、システム循環装置２１０に制御される弁２１７によって切り替えるように実装されている。

供給タンク２２１は、前記第１循環管路ｕ及び前記第２循環管路ｖに対して、循環タンク２０３と並列に設けられている。循環タンク２０３、又は供給タンク２２１への混合物５の流入は、弁２１９の流動経路を切り替えることによって行われる。循環タンク２０３、又は供給タンク２２１からの混合物５の流出は、弁２１１の流動経路を切り替えることによって行われる。弁２１１、２１９は、システム制御装置２１０によってその流動経路を切り替えるように制御されている。

前記第２分散装置は、超音波分散機、ビーズミル、ジェットミル、及び高圧ホモジナイザーのうちのいずれかの分散装置を選択できる。これらの分散装置によれば、混合物５内の個体粒子のサイズを１ｎｍから１，０００ｎｍ程度まで微細化することが可能である。本実施形態においては、第２分散装置として超音波分散機を採用する。また、システム制御装置は、上述したように弁２１１、２１３、２１５、２１７、２１９の流動経路の切り替えに加えて、第１分散装置、第２分散装置、ポンプ２０７、２０９の駆動を制御し、分散処理システム２００において混合物５の分散処理を制御する。

次に、このように構成された分散処理システム２００の動作について説明する。
（１）混合物の供給
分散処理システム２００が稼働すると、まず供給タンク２２１から１バッチ分の処理に供される混合物５が弁２１１を経て第１循環管路ｕに供給される。

（２）第１循環管路ｕにおける処理
供給タンク２２１から第１循環管路ｕに供給された混合物５は、第１分散装置１によって分散処理が行われ、第１循環管路ｕの経路を経て循環タンク２０３に貯留される。ここで、第１分散装置において複数回の分散処理を行う場合は、混合物５は、循環タンク２０３から弁２１１を経て第１循環管路ｕに流入され、再び第１分散装置１によって分散処理される。複数回の処理は、このように、混合物５を、循環タンク２０３と第１循環管路ｕとの間で還流させることによって行われる。

（３）第２循環管路ｖにおける処理
第１循環管路における分散処理が終了すると、システム制御装置２１０は、弁２１３、弁２１５の流動経路を切り替えて第２循環管路ｖを設定する。混合物５は、今度は循環タンク２０３から、第２循環管路ｖに供給され、第２分散装置２０１によって分散処理が行われる。第２分散装置２０１による分散処理の済んだ混合物５は、第２循環管路ｖの経路を経て循環タンク２０３に貯留される。ここで、第２分散装置により複数回の分散処理を行う場合は、混合物５は、循環タンク２０３から弁２１１を経て第２循環管路ｖに流入され、再び第２分散装置２０１によって分散処理される。複数回の処理は、このように、混合物５を、循環タンク２０３と第２循環管路ｖとの間で還流させることによって行われる。

（４）分散処理済混合物の回収
第１循環管路ｕ、及び第２循環管路ｖの分散処理が終了すると、システム制御装置２１０は、混合物５が、第１循環管路ｕ、及び第２循環管路ｖから出力管路ｗへ流動するように弁２１７の流動経路を切り替える。分散処理が終了した混合物５は、第１循環管路ｕ、及び第２循環管路ｖから弁２１７、出力管路ｗを経て貯留タンク２０５に回収される。
分散処理された混合物５が、貯留タンク２０５に回収されたのち、分散処理システム２００は、（１）の動作に戻り、（１）から（４）の分散処理の工程を繰り返し、分散処理が継続的に行われる。

本実施形態における分散処理システム２００は、第１循環管路ｕと第２循環管路ｖを備えて、混合物５をそれぞれの循環管路ｕ、ｖに還流させる。混合物５は、それぞれの循環管路ｕ、ｖに設けられた第１分散装置１と第２分散装置２０１において、分散処理を複数回繰り返して混合物５を処理するので、混合物５の分散処理を効率よく行い分散処理の処理時間を短縮し、且つ所望の性状の混合物を得ることができる。
また、循環タンク２０３と並列に設けられる供給タンク２２１を備えているので、所望の量の混合物５を供給タンク２２１から逐次循環タンク２０３と循環管路ｕ、ｖとに供給、循環させて混合物５を分散処理するので、連続的に混合物５を分散処理でき、混合物５の分散処理のスループットを向上することができる。

次に、図７を参照して、本実施形態における分散処理システム２００の変形例を説明する。本変形例における分散処理システム３００が、実施形態における分散処理システム２００と異なる点は、第１分散装置１と第２分散装置２０１とが、循環タンク２０３と供給タンク２２１の上方に設けられる点と、貯留タンク２０５に至る出力管路ｗがポンプ２０７から弁２１３の間に弁３０３を介して接続される点、及び弁２１５から弁２１９に至る管路において、ポンプ２０９と弁２１７が除かれた点である。その他の同じ作用効果を有する構成要素については、同じ符号を付しその説明を省略する。

本変形例においては、第１分散装置１と第２分散装置２０１とが、循環タンク２０３と供給タンク２２１の上方に設けられるので、混合物５は、重力の作用により第１分散装置１、及び第２分散装置２０１から循環タンク２０３、供給タンク２２１へ管路を通過して自然に流動するので、図６における分散処理システム２００のポンプ２０９が必要なくなる。したがって、実施形態における分散処理システム２００の作用効果に加えて、装置構成の要素を減じた分散処理システム３００を構成することができる。

図８は、本発明による分散処理システムで実験を行った際のグラフである。このグラフを参照して本発明の効果について説明する。図８のグラフは、縦軸が粒子サイズ、横軸が処理時間を表しており、それぞれ記号ａ～ｅの点のプロットは、分散処理の回数に対して粒子サイズがどれくらい小さくなるかを表している。記号ａ～ｅの条件を以下にまとめる。

ａ：第２分散装置のみ複数回の分散処理
ｂ：第１分散装置１回処理後、第２分散装置複数回の分散処理
ｃ：第１分散装置３回処理後、第２分散装置複数回の分散処理
ｄ：第１分散装置７回処理後、第２分散装置複数回の分散処理
ｅ：第１分散装置のみ複数回の分散処理

図８における破線Ｌは、所望の粒子サイズＬを表している。ａのプロットに示すように第２分散装置のみ複数回の処理では所望のサイズＬに至るまで時間がかかってしまうことがわかる。また、プロットｅに示すように、第１分散装置のみ複数回の処理では、粒子サイズが急激に小さくなるが、所望の粒子サイズＬには至らないことがわかる。また、プロットｂ、ｃ、ｄは、第１分散装置の処理がそれぞれ１回、３回、７回と第２分散装置複数回の処理の組み合わせであるが、図からわかるようにプロットｄの分散処理が所望の粒子サイズに至る時間が一番短く効率が良いことがわかる。
したがって、第１の分散装置と第２の分散装置の処理を適宜組み合わせて処理対象の混合物に対して最適な処理の組み合わせを設定することによって分散処理の効率を向上させることができる。

上述の実施形態、実験例では、第１分散装置の処理の後に第２分散装置の処理を組み合わせることについて記載したが、これに限定されない。例えば、第２分散装置の処理を先行させてもよいし、第１分散装置の後に第２分散装置、そのあとに第１分散装置というように順番に繰り返してもよい。すなわち、処理対象の混合物の性状と所望の性状を考慮して、１回又は複数回の第１分散装置と第１分散装置の処理を任意に組み合わせて設定してよい。また、上述の実施形態における、第１循環管路ｕ、及び第２循環管路ｖにおける分散処理は、循環タンク２０３との間で行われているが、これに限定されず、弁２１９、２１１の流動経路を制御することによって、供給タンク２２１と循環管路ｕ、ｖとの間で混合物５を還流させて分散処理を行ってもよい。この循環管路ｕ、ｖに対する貯留、循環対象タンクである、循環タンク２０３と供給タンク２２１との切り替えは、処理状況に応じて交互に切り替えるなど任意の順序、組み合わせで適宜制御するようにしてよい。

１ 分散装置（第１分散装置）
２ ローター
２ａ ローターの上面
３ ステータ
４ 間隙
５ 混合物
１６ 回転軸
３２ 混合物供給口
３２ａ 開口端
４１ シール部材
４２ 基部
４３ リップ（先端部）
６１ 環状壁
６４ 排出管
６５ 吸引機構
１００ ローターの外周面
１０１、１０２、１０２ａ ローターの溝
１０３ 排出空間
１０６ 冷却ジャケット
２０１ 第２分散装置
２０３ 循環タンク
２０５ 貯蔵タンク
２０７、２０９ ポンプ
２１０ システム制御装置
２２１ 供給タンク
ｕ 第１循環管路
ｖ 第２循環管路
ｗ 出力管路

Claims (10)

1. スラリー状又は液体状の混合物を供給して、これを分散させ、分散処理後の前記混合物を流動させて排出する剪断式の分散装置であって、
   上下方向の軸線を中心として回転自在に支持された回転軸と、
   前記回転軸に固定されて該回転軸により回転駆動されるローターと、
   前記回転軸を貫通させる孔を有し、前記ローターとの間に前記混合物を分散させる間隙が形成されるように、前記ローターの上面に対向して配置されたステータと、
   該ローターの外周面との間に、分散処理後の前記混合物を下方へ流動させる排出空間を形成し、該外周面を囲むように配置された環状壁と、
   を備え、
   前記ローターの外周面は、前記ローターの回転により前記混合物が下方に向かう推進力を受けるように設けられた溝を有している、分散装置。
2. 前記溝は、前記外周面を周回する螺旋溝である、請求項１記載の分散装置。
3. 前記ローターの下方に前記環状壁と対向するように設けられ、前記排出空間を下方へ延長するガイド部材と、を備える請求項１又は２記載の分散装置。
4. 一部を前記環状壁で構成され、分散処理後の前記混合物を受ける容器と、を備え、
   前記排出空間の下方に設けられ、前記分散処理後の前記混合物を送り出す排出管と、該排出管内の前記混合物を負圧吸引して前記容器の外部へ送り出す吸引機構とを備えている、請求項１から３のいずれか１項記載の分散装置。
5. 前記環状壁の外周面側には、前記排出空間内の前記混合物を冷却する冷却ジャケットが設けられている、請求項１から４のいずれか１項記載の分散装置。
6. 前記ステータには、前記ローター上面に開口端を臨ませて混合物供給口が設けられ、前記間隙内における前記開口端と前記回転軸との間には、前記ローターと前記ステータとのいずれか一方に基部が固定され、他方に先端部が弾性的に当接するシール部材が設けられている、請求項１から５のいずれか１項記載の分散装置。
7. 請求項１から６のいずれか１項記載の分散装置からなる第１分散装置と、
   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、
   分散処理前又は中間分散処理された前記混合物を一時貯留する循環タンクと、
   分散処理後の前記混合物を貯留する貯蔵タンクと、
   前記混合物を前記循環タンクから前記第１分散装置へ移送し、更に第１分散装置から前記循環タンクへ移送する第１循環管路と、
   前記混合物を前記循環タンクから前記第２分散装置へ移送し、更に第２分散装置から前記循環タンクへ移送する第２循環管路と、
   前記第１循環管路及び前記第２循環管路と前記貯蔵タンクとの間に設けられた出力管路と、
   前記第１循環管路及び前記第２循環管路内の前記混合物を圧送するポンプと、
   前記第１循環管路、前記第２循環管路、及び前記出力管路の前記混合物の流動を制御するシステム制御装置と、
   を備えた分散処理システム。
8. 前記第２分散装置は、超音波分散機、ビーズミル、ジェットミル、及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、
   請求項７記載の分散処理システム。
9. 前記循環タンクと並列に設けられ、前記システム制御装置によって前記第１循環管路、又は前記第２循環管路との前記混合物の循環を制御される供給タンクと、
   を備える請求項７又は８記載の分散処理システム。
10. スラリー状又は液体状の混合物を分散する分散処理方法であって、
    前記混合物を、請求項１から６のいずれか１項記載の分散装置からなる第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し、前記混合物を遠心力により前記ローターと前記ステータとの間を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こと、
    この第１分散装置で分散させることを１回行う、又は複数回繰り返すこと、
    前記混合物を第２分散装置に供給し、第２分散装置に供給された前記混合物内の固体粒子を該第２分散装置でナノレベルのサイズに微細化すること、
    この第２分散装置で微細化することを１回行う、又は複数回繰り返すこと、
    第１の分散装置での分散処理と第２の分散装置での分散処理を、組み合わせて行うこと、
    を含む分散処理方法。

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