JPWO2013161229A1

JPWO2013161229A1 - 分散・粉砕機

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Publication number: JPWO2013161229A1
Application number: JP2014512334A
Authority: JP
Inventors: 明彦松本; 一平宗岡; 真也小田
Original assignee: 淺田鉄工株式会社
Priority date: 2012-04-23
Filing date: 2013-04-18
Publication date: 2015-12-21
Anticipated expiration: 2033-04-18
Also published as: PL2842622T3; EP2842622A1; KR101614646B1; US9248419B2; HUE036396T2; TW201404461A; EP2842622A4; KR20150016241A; CN104245108B; WO2013161229A1; CN104245108A; EP2842622B1; TWI519341B; US20150136888A1; JP5745689B2

Abstract

分散・粉砕の処理にバラツキを抑えることができ、また被処理材に安定した剪断力を作用させることができ、更に効率的な分散・粉砕を可能とする。被処理材を供給する供給部（１０Ａ）と、被処理材を分散または粉砕処理する処理部（１０Ｂ）と、処理された被処理材を処理部（１０Ｂ）から排出する排出部（１０Ｃ）とを備え、処理部（１０Ｂ）は、内部空洞（１２ｄ）を有するステータ（１２ｂ）と、内部空洞（１２ｄ）内に軸心回りに回動するように設けられたロータ（１１ｂ）とを具備し、ロータ（１１ｂ）の外周面と、これに対面するステータ（１２ｂ）の内周面との隙間（Ｇｔ）で被処理材を処理し、ステータ（１２ｂ）の内周面及びロータ（１１ｂ）の外周面は、ロータ（１１ｂ）の軸心と直交する断面において円形であり、軸心を通る方向の断面において直線状であり、かつ前記隙間（Ｇｔ）が周方向および前記軸心方向において一定である。

Description

本発明は、媒体を用いることなく被処理材を分散または粉砕処理する分散・粉砕機に関する。

上述の分散または粉砕処理する機器としては、種々のタイプの分散機が開発されている。その中の一つとして、コロイドミル系分散機が挙げられる。

この分散機は、上下一対の円盤状の砥石を有し、これらの軸心を一致させて上下の砥石を相対的に回転させている。これにより、中心投入部に供給された粒状物（被処理材）を、それら砥石の間隙を通じて外周側に吐出する過程で、微粒化する（例えば、特許文献１参照）。

ところで、特許文献１の分散機による場合には、砥石間の間隙において砥石の中心軸に近い部分と外周部に近い部分とで周速度に差があり、中心軸に近い部分で被処理材に作用する剪断力が外周部に近い部分での剪断力より小さい。したがって、剪断力の大きさに勾配がある剪断力分布の中を被処理材が移動するため、被処理材が移動する位置によって、当該被処理材に作用する剪断力に差が発生し、分散処理にバラツキが発生し易いという難点がある。

また、特許文献１の分散機では、上下の砥石間の間隙（分散領域）において剪断力分布に大きな勾配があるため、被処理材に比較的安定した剪断力を作用させ難く、特に前記砥石の中心軸側における前記間隙において十分なせん断力を作用させ難いという課題もある。加えて、特許文献１の分散機では、上側砥石の下面及び下側砥石の上面は、平坦でなく所定の傾斜を持って形成されていて、両砥石の間隙が円周方向および径方向に変化するため、その間隙中に被処理材としての流体が存在する場合、公知のニュートンの粘性の式を考慮すれば、分散される被処理材の粘度も変化し、効率的に分散できないという難点もある。

なお、特許文献１の分散機を固体の粉砕に用いる場合にも同様の状況になる。

特開２０００−１５３１６７号公報

本発明は、このような従来技術の課題を解決すべくなされたものであり、分散または粉砕の処理のバラツキを抑えることができ、また被処理材に安定した剪断力を作用させることができ、更に効率的な分散または粉砕を可能とする分散・粉砕機を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る分散・粉砕機は、被処理材を供給する供給部と、この供給部により供給される被処理材を分散または粉砕処理する処理部と、この処理部により処理された被処理材を前記処理部から排出する排出部とを備え、前記処理部は、内部空洞を有するステータと、前記内部空洞内に軸心回りに回動するように設けられたロータとを具備し、前記ロータの外周面と、これに対面する前記ステータの内周面との隙間で被処理材を処理し、前記ステータの内周面及び前記ロータの外周面は、前記ロータの軸心と直交する断面において円形であり、当該軸心を通る方向の断面において直線状であり、かつ前記ステータ内周面と前記ロータの外周面との隙間が周方向および前記軸心方向において一定であることを特徴とする。なお、隙間が一定とは、略一定も含まれる概念である。また、「断面が円形」には、真円形だけでなく、略円形も含む概念である。

上記の構成において、ステータの内周面とロータの外周面との間で被処理材を分散または粉砕（以下、分散または粉砕を分散等という）させることができる。また、ステータとロータとの隙間が周方向および軸心に沿った方向において一定に形成されているので、分散等の処理が行われる被処理材の粘度が従来のものに比べて安定させることができ、効率的な分散等が可能になる。また、ステータの内周及び前記ロータの外周が共に軸心に沿った方向の断面において直線状に形成されているので、ステータの内周面及び前記ロータの外周面が共にこれらの軸心に対して平行なときは剪断力の大きさに勾配の無い分布が得られる。またはステータの内周面及び前記ロータの外周面が共に軸心に対して傾いたときは剪断力の大きさに勾配の少ない剪断力分布が得られる。そして、このような剪断力分布の中を被処理材が移動するため、ロータの径を調整することにより分散等における処理の初期から所望の剪断力を被処理材に作用させることができ、これにより被処理材に当該処理の初期から安定した剪断力を作用させることができる。更には、被処理材が移動する位置が異なっていても、受ける剪断力の差を抑制し、分散等の処理のバラツキを抑えることができる。更に、供給部により被処理材を処理部に供給し、供給された被処理材を処理部が処理し、排出部がその処理された被処理材を排出するので、連続的に分散等の処理を行うことができる。

本発明の一実施形態に係る分散・粉砕機を示す正面断面図である。図１に示す分散・粉砕機の要部を示す正面断面図である。本発明の他の実施形態に係る分散・粉砕機の要部を示す正面断面図である。図３のＩＶ−ＩＶ線による断面図である。本発明の更に他の実施形態に係る分散・粉砕機の要部を示す正面断面図である。本発明の更に他の実施形態に係る分散・粉砕機の要部を示す正面断面図である。

以下に、本発明の実施形態を具体的に説明する。

まず、分散処理を行う場合を例に挙げて述べる。

図１は、本発明の一実施形態に係る分散機を示す正面断面図であり、図２はその要部を示す正面断面図である。ここで、分散とは、相互に相混じらない２つ以上の物質の１つ以上が、微粒子の状態で他の物質中に一様に存在することを言い、粉砕とは固体を細かく打ち砕くことを言う。

この分散機１は、基台２と、この基台２の上に配置された分散機本体１０と、分散機本体１０を駆動する駆動手段２０とを具備する。分散機本体１０は、一端側（右側）から順に、供給部１０Ａ、処理部１０Ｂおよび排出部１０Ｃを有し、各部１０Ａ〜１０Ｃはロータ１１ａ〜１１ｃと、ステータ１２ａ〜１２ｃとを含む。なお、本実施形態では、各部１０Ａ〜１０Ｃのロータ１１ａ〜１１ｃは、回転軸２１の外側に設けられたもので、回転軸２１が内側を挿通する中空状に形成されていて（図２に破線で表している）、各軸心が一致するように一体化され、断面が環状をした回転体３を構成する。

駆動手段２０は、回転軸２１と、この回転軸２１を回転駆動する回転駆動手段２２とを有する。

回転駆動手段２２は、電動モータ２３と、この電動モータ２３の出力軸２３ａと前記回転軸２１とに掛け渡した無端ベルト２４とを備える。回転軸２１は一対の軸受部材２５ａ、２５ｂにより回動可能に支持されている。

供給部１０Ａは、供給部用ロータ１１ａと、この供給部用ロータ１１ａを囲む供給部用ステータ１２ａと、後述するシール部材１５とを有し、供給部１０Ａに供給される被処理材の供給圧と、後述する入口ロータ１３ａの回転による遠心力とで被処理材を処理部１０Ｂに供給する。なお、前記被処理材の供給圧は、例えば供給部用ステータ１２ａに設けられた供給孔１４ｂに接続された図示しないスクリューフィーダや液送ポンプなどで被処理材を送ることで発生する。なお、被処理材をスクリューフィーダや液送ポンプなどで強制的に供給孔１４ｂに送り込むものだけでなく、自然落下等によって供給するものであっても良い。この場合は被処理材は入口ロータ１３ａの回転による遠心力で被処理材を処理部１０Ｂに供給する。したがって、具体的には、この供給圧は、例えば０．０〜０．５ＭＰａの間で設定するようにしてもよい。

供給部用ロータ１１ａは、前記回転軸２１の外側に取付けられた、断面環状の入口ロータ１３ａと、同じく回転軸２１の外側に取付けられた概略円筒状の筒状部材１３ｃとを有する。

入口ロータ１３ａの内径は一定に形成され、入口ロータ１３ａの外径は右側（入口側）が左側（出口側）よりも小径となったテーパ状に形成されており、入口ロータ１３ａの右側端面１３ａ１における外径は、回転軸２１よりも大径に形成され、回転軸２１の外周面に対して段差部１３ａ２を有する（図２参照）。筒状部材１３ｃは、回転軸２１を内側に挿入した状態で取付けられていて、筒状部材１３ｃの外周面には、前記段差部１３ａ２側の端部に環状の窪み１３ｃ１が全周にわたって形成されている。この窪み１３ｃ１の底面と、入口ロータ１３ａにおける右側端面１３ａ１の外周縁とは、同じ半径に一致させてある。つまり、窪み１３ｃ１の内側の肉部の厚み寸法と、前記段差部１３ａ２の厚み寸法とは、一致させてある。

供給部用ステータ１２ａは、ブロック状のステータ本体１４を備え、このステータ本体１４の中央部に左右方向に延びる貫通孔１４ａが設けられるとともに、上下方向（回転軸２１の径方向）に延び前記貫通孔１４ａに連通する供給孔１４ｂが設けられている。貫通孔１４ａには、入口ロータ１３ａと筒状部材１３ｃとが挿通される。また、供給孔１４ｂは、被処理材の投入のための孔であり、上下方向（回転軸２１の半径方向）に延びていて、下側開口は前記窪み１３ｃ１に連通している。

前記貫通孔１４ａの内周面は、入口ロータ１３ａに対面する第１領域１４ａ１と、筒状部材１３ｃに対面する第２領域１４ａ２とを有する。供給部用ステータ１２ａの第１領域１４ａ１が設けられた部分は、入口ロータ１３ａを覆う入口ステータ１４ｃを構成する。

前記第１領域１４ａ１は、入口ロータ１３ａの外周面と同様のテーパ状に、具体的には右側（入口側）が左側（出口側）よりも小径に形成されている。第１領域１４ａ１と入口ロータ１３ａの外周面との間には、被処理材を移動させるための隙間Ｇａが周方向の全域にわたり形成されている。一方、上記第２領域１４ａ２は、一定の内径に形成されていて、前記筒状部材１３ｃの外周面、より詳細には前記窪み１３ｃ１よりも右側部分の外周面と当接している。

供給部用ステータ１２ａ及び筒状部材１３ｃの右側には、円環状のシール部材１５が設けられている。このシール部材１５は、その内側の空洞に回転軸２１が挿通された状態で、回転軸２１に取付けられていて、回転軸２１を介して供給部１０Ａとは反対側へ被処理材が漏れるのを防止する。

この構成の供給部１０Ａにあっては、供給孔１４ｂの前記下側開口は前記窪み１３ｃ１に連通され、供給孔１４ｂの上側開口から被処理材が投入される。この供給孔１４ｂに投入された被処理材は、窪み１３ｃ１に導入され、前記隙間Ｇａを右側から左側へ（処理部１０Ｂ側へ）と送られる。この被処理材の送りは、入口ロータ１３ａの回転により、周速度が遅い小径側から周速度が速い大径側へ向くように行われる。入口ロータ１３ａの外周面の軸心に対する傾きは、本実施形態では約４５度に設定されている。なお、この傾き角度は一例であり、他の角度に設定してもよい。また、この供給部１０Ａの隙間Ｇａは、後述する処理部１０Ｂの隙間Ｇｔよりも大きい寸法に設定される。

処理部１０Ｂは、処理部用ロータ１１ｂと、この処理部用ロータ１１ｂを囲む処理部用ステータ１２ｂとを備える。処理部用ロータ１１ｂは、内側に回転軸２１が通る円筒状に形成されている。一方、処理部用ステータ１２ｂは、その処理部用ロータ１１ｂが挿入される内部空洞１２ｄを有する円筒状に形成されている。処理部用ロータ１１ｂの外周面と処理部用ステータ１２ｂの内周面との間には、隙間Ｇｔが周方向の全域にわたりかつ軸心方向の全域にわたって一定に設けられている。その隙間Ｇｔは、後述する分散または粉砕処理を実行するように機能する。なお、処理部用ロータ１１ｂの外径と入口ロータ１３ａの左側端面の外径とは同一値となっている。処理部用ロータ１１ｂの外径としては、例えば１０〜１０００ｍｍが選定される。この処理部用ロータ１１ｂの外径Ｄと当該ロータ１１ｂの長さＬの比率（Ｌ／Ｄ）としては、例えば０．０４〜５．０の範囲内で設定するのが好ましく、０．５〜２．０の範囲内で設定すると下記不具合が一層改善されるので更に好ましい。当該比率（Ｌ／Ｄ）が０．０４よりも小さいと、外径に対する長さが短くなり、被処理材に対して適切な時間、適切なせん断力を作用させ難くなるため、分散効率が低下する。一方、上記比率（Ｌ／Ｄ）が５．０よりも大きいと、隙間Ｇｔを一定に保ち難く、内部圧力損失が高まるため、適切に分散等することができなくなる。

また、前記隙間Ｇｔは、１０μｍ〜１ｍｍの範囲内の値が選ばれる。隙間Ｇｔを１０μｍ以上に限定する理由は、隙間Ｇｔが１０μｍ未満になると、処理部用ロータ１１ｂおよび処理部用ステータ１２ｂが異常発熱を起こす虞があるからである。なお、下限について、異常発熱を一層確実に防止する観点から５０μｍ以上に設定するのが更に良い。一方、隙間Ｇｔが１ｍｍを超えると、例えば公知のペトロフの式において剪断応力（τ）が小さくなって、分散（または粉砕）を所望のレベルまで行うことが困難になるからである。なお、ペトロフの式は、下記（１）式のように表される。

τ＝ηＵ／ｃ（但し、η：粘度、Ｕ：速度、ｃ：隙間Ｇｔ）・・・（１）

上記隙間Ｇｔにおける剪断速度は例えば３０００〜６０００００（１／ｓ）と設定するのが好ましく、２００００〜５０００００の範囲内で設定すると更に好ましい。具体的には、上記隙間Ｇｔに対する処理部用ロータ１１ｂの回転速度を設定することにより上記剪断速度を設定する。剪断速度を上記範囲に設定することにより、被処理材に対して当該処理の初期から安定したせん断力を作用させることができ、分散等の処理を安定して行うことができる。

また、処理部用ロータ１１ｂの外表面および処理部用ステータ１２ｂの内表面は、共に凹凸の無い滑らかな表面に形成されている。より詳細には、処理部用ロータ１１ｂの外表面および処理部用ステータ１２ｂの内表面は、共に軸心を通る縦断面において軸心と平行な直線で、かつ軸心を垂直に横切る横断面において円形に形成されている。これにより、処理部用ロータ１１ｂと処理部用ステータ１２ｂとの間の全域において、前記隙間Ｇｔを均一にすることが可能となる。処理部用ロータ１１ｂおよび処理部用ステータ１２ｂの半径は、分散の処理速度を左右し、処理部用ロータ１１ｂおよび処理部用ステータ１２ｂの軸心方向の長さは、分散処理の時間長さを左右する。これら半径及び軸心方向の長さは、被処理材の種類、最終処理レベルなどに対応して経験的に選択される。

また、処理部用ロータ１１ｂおよび処理部用ステータ１２ｂには、例えばステンレス鋼の表面に硬質材料を形成した材質が用いられる。但し、処理部用ロータ１１ｂ及び処理部用ステータ１２ｂの材料は、上記とは異なるものを用いてもよい。なお、上記処理部用ステータ１２ｂには、肉部の内部に冷却水通路１６が設けられ、冷却水通路１６を流通する冷却水により処理部用ステータ１２ｂが冷却されるようになっている。なお、図２中の１６ｂは冷却水を入れる入口で、１６ｃは冷却水を排出する出口である。

排出部１０Ｃは、排出部用ロータ１１ｃと、この排出部用ロータ１１ｃを囲む排出部用ステータ１２ｃとを備え、被処理材の送り方向（左右方向）に沿って上流側が縮径ガイド部１０Ｃ１として、下流側が送出し部１０Ｃ２として構成されている。上記縮径ガイド部１０Ｃ１は、排出側になる程に縮径していて、処理部１０Ｂにおいてロータ１１ｂとステータ１２ｂとで挟まれた筒状空間で分散処理された被処理材をスポット的に集中させる機能を有する。この縮径ガイド部１０Ｃ１は、後述する円錐ロータ１７及びこれを囲むガイド部材３０を含んでいる。その下流側の送出し部１０Ｃ２は、被処理材を強制的に送り出す部分であり、後述するスクリューロータ１８及びこれを囲む出口ステータ３１を含んでいる。

排出部用ロータ１１ｃは、回転軸２１が共に内側を通る円錐ロータ１７とスクリューロータ１８とを有する。なお、本実施形態では、回転軸２１は、円錐ロータ１７やスクリューロータ１８の径に応じて外径寸法を縮径させているが、各部１０Ａ〜Ｃのロータ１１ａ〜ｃの内径を考慮して軸方向に沿って一定にするものであっても良い。

上記円錐ロータ１７は、その外周面が入口ロータ１３ａとは逆形状のテーパ状に、つまり右側が左側よりも大径に形成され、内径を一定にして形成された断面環状のもので、右側端部の外径は処理部用ロータ１１ｂの外径と一致する。この円錐ロータ１７は、その外周面が入口ロータ１３ａとは逆形状のテーパ状に形成されているので、左側（出口側）へ被処理材を送る機能がないため、この円錐ロータ１７の左側端部に前記スクリューロータ１８を設け、前述の供給圧と入口ロータ１１ａの回転による遠心力により円錐ロータ１７まで押されてきた被処理材を強制的に送り出すようにしている。

スクリューロータ１８は、左側の排出端部を除いて内部に前記回転軸２１が挿通され、外周面が円形をした棒状部材１８ａと、この棒状部材１８ａの外周面にスパイラル状に設けられたフィン１８ｂとを備える。そのフィン１８ｂは、スクリューロータ１８の回転に応じて被処理材を排出する形態に、つまりフィン１８ｂをスパイラル状に巻く方向を所定方向にするように形成される。なお、スクリューロータ１８は、回転軸２１に直接取付ける構成でも、或いは回転軸２１と同心状に他の方法により取付ける構成等としてもよい。

排出部用ステータ１２ｃは、排出部用ロータ１１ｃの外側を囲む複数の部材により構成されている。より詳細には、排出部用ステータ１２ｃは、円錐ロータ１７を囲み、この円錐ロータ１７とともに前記縮径ガイド部１０Ｃ１を構成するガイド部材３０と、スクリューロータ１８を囲み、このスクリューロータ１８とともに前記送出し部１０Ｃ２を構成する出口ステータ３１と、これらガイド部材３０及び出口ステータ３１を所望の状態に保持する保持部１０Ｃ３とを備える。上記保持部１０Ｃ３としては、本実施形態では３つの保持部材３２、３３、３４とを有し、保持部材３２はガイド部材３０を処理部用ステータ１２ｂ側へ押し付けるとともに、出口ステータ３１の右端部を拘束する。保持部材３３は出口ステータ３１の左端部を拘束し、保持部材３４は保持部材３３を保持する。なお、保持部１０Ｃ３としては、２または４以上の部材で構成してもよく、或いは一体型のものでもよい。

そして、ガイド部材３０の内側には、円錐ロータ１７が内部に挿通される挿通孔３０ａが形成され、この挿通孔３０ａの内周面は、円錐ロータ１７の外周面と同様の形状に形成されている。挿通孔３０ａの内周面と円錐ロータ１７の外周面との間には、被処理材を移動させるための隙間Ｇｂが、周方向および軸心方向の全域にわたり形成されている。この隙間Ｇｂは、前記処理部１０Ｂの隙間Ｇｔよりも大きく設定される。この隙間Ｇｔは、円錐ロータ１７の軸心に沿った方向で一定である必要はなく、各部で異なっていてもよい。

また、出口ステータ３１の内側には内径を一定とする挿通孔３１ｂが形成され、この挿通孔３１ｂの内側にはスクリューロータ１８が挿通される。出口ステータ３１の内径は、フィン１８ｂの外径よりも大きい寸法に設定されている。出口ステータ３１には、例えば処理部用ステータ１２ｂと同じ材料や、他の材料が用いられる。また、スクリューロータ１８としては、射出成形用のスクリュー材料や他の材料が用いられる。

上記出口ステータ３１は、外側に冷却機構３５が設けられている。その冷却機構３５は、出口ステータ３１の外側に設けられ、出口ステータ３１との間で冷却水通路を形成する円筒状の通路形成部材３６と、通路形成部材３６に設けた、冷却水を入れる入口３６ａと、通路形成部材３６に設けた、冷却水を出す出口３６ｂとを備える。

更に、最終段の保持部材３４の内側には、出口ステータ３１の内径と同一の内径を有する貫通孔３４ａが形成されている。最終段の保持部材３４の左側（他端側）には、被処理材を外部へ排出するための排出口３７が設けられており、この排出口３７から被処理材が外部へ排出される。この排出口３７は、排出部１０Ｃを構成する。

このように構成された本実施形態に係る分散機１による分散処理の内容について説明する。

電動モータ２３を作動させ、回転軸２１及び回転体３を回転させる。この状態において、供給孔１４ｂから被処理材を供給する。供給された被処理材は、供給孔１４ｂを経て窪み１３ｃ１に送られる。その後、供給部１０Ａを構成する入口ロータ１３ａの回転などにより、入口ロータ１３ａと第１領域１４ａ１との隙間Ｇａを移動して処理部１０Ｂへ送られる。

処理部１０Ｂへ送られた被処理材は、処理部用ロータ１１ｂの外周面と処理部用ステータ１２ｂの内周面との前記隙間Ｇｔを移動し、その移動の際に分散処理が行われる。このとき、上述したように、処理部用ロータ１１ｂおよび処理部用ステータ１２ｂの半径により、分散の処理速度が左右され、一方処理部用ロータ１１ｂおよび処理部用ステータ１２ｂの軸心方向の長さにより分散処理の時間長さが左右される。

処理部１０Ｂで分散処理が行われた被処理材は、排出部１０Ｃの排出口３７から外部へ排出される。

このように分散処理が行われる本実施形態の分散機１にあっては、供給部１０Ａにより被処理材が処理部１０Ｂへ送られると、処理部１０Ｂの処理部用ステータ１２ｂの内周面と処理部用ロータ１１ｂの外周面との間の隙間Ｇｔで被処理材が分散等の処理が行われる。また、前記隙間Ｇｔは処理部用ロータ１１ｂの周方向および軸心に沿った方向において一定に形成されているので、分散処理される被処理材の粘度が安定になり、効率的な分散処理が可能になる。

また、本実施形態では、処理部１０Ｂにおける処理部用ステータ１２ｂの内周及び処理部用ロータ１１ｂの外周が共に軸心に沿って直線に形成されているので、剪断力の大きさに勾配が無い剪断力分布が得られる。このような剪断力分布の中を被処理材が移動するため、処理部用ロータ１１ｂの径を調整することにより所望の剪断力を被処理材に作用させることができ、これにより被処理材に安定した剪断力を作用させることができる。更には、処理部用ステータ１２ｂと処理部用ロータ１１ｂとの間の被処理材が移動する位置が異なっていても、受ける剪断力の差を抑制し、分散処理のバラツキを抑えることができる。更に加えて、供給部１０Ａにより被処理材を処理部１０Ｂに供給し、処理部１０Ｂが被処理材を処理し、排出部１０Ｃがその処理された被処理材を排出するので、連続的に分散処理を行うことができる。また、所定の生産量に対する消費電力量を抑制することが可能となる。更には、回転体３をステータ１２ａ、１２ｂ、１２ｃで囲む簡単な構成であるので、メンテナンスが容易であり、またイニシャルコストも小さくすることができる。

更に、本実施形態では、上述したように処理部１０Ｂにおける処理部用ロータ１１ｂが軸心方向に沿って外径を一定にして形成されているので、処理部１０Ｂの入側端から出側端までの全域にわたって高効率の処理が可能になる。これに対し、特許文献１による場合には、円盤状の砥石の外周に近づくほどに高効率の分散処理が行われることになり、砥石の中央から外周端までの間で一定して高効率の処理を行うことは不可能である。

更にまた、本実施形態では、排出部１０Ｃは、スクリューロータ１８と、このスクリューロータ１８を囲む出口ステータ３１とを具備するので、スクリューロータ１８が処理部１０Ｂで処理された被処理材を強制的に排出することになり、処理部１０Ｂでの内部圧力の上昇を防止することが可能になる。

更にまた、本実施形態では、供給部１０Ａは、供給部１０Ａの入側よりも処理部１０Ｂ側の外周面が大径となったテーパ状の入口ロータ１３ａと、この入口ロータ１３ａを囲む入口ステータ１４とを具備するので、入口ロータ１３ａの外径と入口ステータ１４の内径とが共に入口側よりも処理部側を大きくするように形成されているので、被処理材を処理部１０Ｂ側へ吸い込み易くすることが可能になり、被処理材の処理部１０Ｂへの供給を円滑に行わせることが可能になる。

なお、本実施形態の分散機１にあっては、被処理材を粉砕する粉砕機として用いることができるのは勿論である。

また、上述した実施形態では被処理材につき明言していないが、本発明の実施形態において分散または粉砕の処理が実行される被処理材としては、以下のようなものが該当する。

（ア）リチウムイオン等の電池用材料
（イ）液晶テレビ等のＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）に用いるカラーフィルタ、反射防止材等の塗工材料
（ウ）コンデンサーなどの電子部品用材料
（エ）塗料、インキ用有機・無機材料（顔料）
（オ）絵具用有機・無機材料（顔料）
（カ）その他、市場に流通している有機・無機材料

ここで、上記（ア）〜（カ）の被処理材に対する分散処理は、液体と液体との混合物、１種類以上の液体と１種類以上の固体との混合物、固体と固体との混合物などを対象として行われる。このとき、液体と液体との混合物では一方の液体を他方の液体中に分散させ、１種類以上の液体と１種類以上の固体との混合物では固体を液体中に分散させ、固体と固体との混合物では一方の固体を他方の固体中に分散させることが該当する。また、上記（ア）〜（カ）の被処理材に対する粉砕処理は、１種類以上の液体と１種類以上の固体との混合物、１種類以上の固体などを対象として行われ、このとき固体を粉砕することが該当する。

更にまた、上述した実施形態では、処理部１０Ｂの処理部用ロータ１１ｂの外表面および処理部用ステータ１２ｂの内表面は、共に凹凸の無い滑らかな表面（縦断面が直線）に形成しているが、本発明の態様としてはこれに限らず、処理部用ロータ１１ｂの外表面および処理部用ステータ１２ｂの内表面を凹凸の少ない滑らかな表面（縦断面が直線状）に形成してもよい。なお、凹凸の程度は、隙間Ｇｔの変動によって剪断力が大きく変化し、剪断力が小さくなるときに分散や粉砕が起こり難くならない限度とされる。そして、その限度内において、処理部用ロータ１１ｂの外表面および処理部用ステータ１２ｂの内表面に微小な凹凸を形成してもよい。その凹凸の形態としては、例えば凹部や凸部がポイント的に形成されたものや、凹部や凸部が螺旋状や環状などのライン状に形成されたものであってもよい。

更にまた、上述した実施形態では、供給部１０Ａとして外周面がテーパ状の入口ロータ１３ａとこれに対応する内面形状の入口ステータ１４とを備える構成となっているが、本発明の態様としてはこれに限らず、例えば図３及び図４に示す構成としてもよい。図３は本発明の他の実施形態に係る分散機の要部を示す正面断面図であり、図４は図３のＩＶ−ＩＶ線による断面図である。なお、図３及び図４では、図１及び図２とは入側及び出側が左右逆に表されている。

この分散機１′では、供給部１０Ａ′から排出部１０Ｃ′までにわたり回転体３Ａが一定の直径に形成され、ステータ５′もほぼ一定の内径を有するように形成されている。供給部１０Ａ′は、回転体３Ａの周面に、回転体３Ａの軸心を通る方向に設けた供給孔１４ｂ′から被処理材が供給されるように構成されている。また、排出部１０Ｃ′は、回転体３Ａが存在せずに、ステータ５′のみで構成されていて、ステータ５′の内周面が排出側に近づく程に急激に縮径する内部空洞を有する構成となっている。但し、この分散機１′では、処理部１０Ｂ′での被処理材の移動を可能とすべく、供給部１０Ａ′において回転体３Ａ側へ被処理材を押すように圧力を付与するか、或いは図示しないスクリューフィーダや液送ポンプなどで強制的に被処理材を回転体３Ａ側へ送り込むようにする必要がある。上記スクリューフィーダは被処理材が固体のときに用いられ、液送ポンプは被処理材が液体のとき或いは液体を含むときに用いられる。なお、図３中の２１′は回転軸２１に相当するものである。

更にまた、本発明の一態様にあっては、図５に示すように供給部１０Ａ″の入口ロータ１１ａ″の外周面にスパイラル状のフィン１１ａ−１″を設けるようにしてもよい。このようにした場合には、フィン１１ａ−１″の回転によって被処理材が供給部１０Ａ″から処理部１０Ｂ″へ強制的に供給されることになるので、処理部１０Ｂ″への安定供給が可能になる。この場合の回転駆動手段としては、既存のロータ回転機構（無端ベルト２４、電動モータ２３等）を用いることができる。なお、図５においては、外周面がテーパ状の入口ロータ１１ａ″にフィン１１ａ−１″を設けているが、本発明の態様としてはこれに限らない。例えば、前記入口ロータ１１ａ″よりも左側であって外径が一定の回転部１１ａ’’’外周面にスパイラル状のフィン１１ａ−１″を設けてもよい。或いは、外周面がテーパ状の入口ロータ１１ａ″と外径が一定の回転部１１ａ’’’の両方にスパイラル状のフィン１１ａ−１″を設けてもよい。上記回転部１１ａ’’’は、入口ロータ１１ａ″の延出部であっても、回転軸２１の延出部であってもよい。図５中の３″は回転体、５″はステータをそれぞれ示す。

なお、無端ベルト２４に代えて、ギアを用いてもよい。この場合、電動モータ２３の出力軸２３ａと回転軸２１との間に、伝達用の複数のギアからなるギア機構が設けられる。或いは、電動モータ２３の出力軸２３ａと回転軸２１とを、カップリングにより直接結合させる直結タイプとしてもよい。

更にまた、上述した実施形態では、処理部１０Ｂの処理部用ロータ１１ｂは外径が一定のものを用いているが、本発明の態様としてはこれに限らず、外径が軸心方向に対して一定比率で変化するロータ、つまり外周面がテーパ状のロータを用いてもよい。この場合、外周面がテーパ状のロータは、小径側を入口側に配しても、或いは出口側に配してもよいが、外周面がテーパ状のロータにおける外周面の軸心に対する傾きは、例えば１０度以下が好ましい。但し、処理部１０Ｂのロータとステータとの隙間Ｇｔは、軸心方向に沿って一定とされる。換言すると、隙間Ｇｔが軸心方向に沿って一定であれば、処理部１Ｂにおけるステータの内周及びロータの外周は共に、ロータの軸心と直交する断面が円形で、軸心に沿った方向の断面において直線状に形成されておればよい。このような外周面がテーパ状のロータを用いる場合には、ステータの内周及びロータの外周が共に軸心方向に対して傾き、剪断力の大きさに勾配の少ない剪断力分布が得られる。そして、このような剪断力分布の中を被処理材が移動するため、ロータの径を調整することにより所望の剪断力を被処理材に作用させることができ、これにより被処理材に安定した剪断力を作用させることができる。

更にまた、上述した実施形態では、内部に冷却水通路１６を有する処理部用ステータ１２ｂを備える構成とし、処理部用ロータ１１ｂにおいては冷却する構成とはしていないが、本発明の態様としてはこれに限らず、図６に示すように処理部用ロータ１１ｂにおいても冷却する構成としてもよい。具体的には、処理部用ロータ１１ｂとこれに回転力を与える回転軸２１との内部に冷却水通路３８を設け、回転軸２１のロータ１１ｂとは反対側の端部に、回転軸２１の回転に拘わらず一定の姿勢を維持する給排水部材３９を設けるとともに、その給排水部材３９に設けた給水口３９ｄから冷却水を冷却水通路３８に供給し、給排水部材３９に設けた排水口３９ｅから冷却水通路３８の冷却水を排出する構成としてもよい。なお、図６は、図３と同一箇所に同一符号を附している。また、本発明の一態様としては、処理部用ステータ１２ｂおよび処理部用ロータ１１ｂのうちの少なくとも一方において冷却する機構を省略してもよい。

なお、上述した具体的実施形態には以下の構成を有する発明の態様が主に含まれている。

本発明の一態様に係る分散・粉砕機は、被処理材を供給する供給部と、この供給部により供給される被処理材を分散または粉砕処理する処理部と、この処理部により処理された被処理材を前記処理部から排出する排出部とを備え、前記処理部は、内部空洞を有するステータと、前記内部空洞内に軸心回りに回動するように設けられたロータとを具備し、前記ロータの外周面と、これに対面する前記ステータの内周面との隙間で被処理材を処理し、前記ステータの内周面及び前記ロータの外周面は、前記ロータの軸心と直交する断面において円形であり、当該軸心を通る方向の断面において直線状であり、かつ前記ステータ内周面と前記ロータの外周面との隙間が周方向および前記軸心方向において一定であることを特徴とする。

このように構成した場合には、分散等の処理にバラツキを抑えることができ、また被処理材に安定した剪断力を作用させることができ、更に効率的な分散等を可能にできる。

この構成において、前記処理部における前記ロータの外周面および前記ステータの内周面が、共に滑らかな表面に形成されることが好ましい。これにより、ステータとロータとの隙間を各部位においてより適切に均一にできる。

この構成において、前記排出部は、前記処理部で処理された被処理材を搬送するスクリューロータと、このスクリューロータを囲む出口ステータとを具備するようにすることが好ましい。これにより、スクリューロータが処理部で処理された被処理材を強制的に排出することになるので、処理部での内部圧力の上昇を防止することが可能になる。

この構成において、前記供給部は、供給部入側よりも処理部側の外周面が大径となったテーパ状の入口ロータと、この入口ロータを囲む入口ステータとを具備するようにすることが好ましい。これにより、入口ロータの外径と入口ステータの内径とが共に入口側よりも処理部側を大きくするように形成されているので、被処理材を処理部側へ吸い込み易くすることが可能になり、被処理材の処理部への供給を円滑に行わせることが可能になる。

この構成において、前記供給部は、入口ロータを備え、その入口ロータの外周面に被処理材を前記処理部へ供給するためのスパイラル状のフィンが設けられることが好ましい。このフィンにより被処理材を処理部へ強制的に供給することになるので、処理部への安定供給が可能になる。

この構成において、前記処理部における前記ロータが軸心方向に沿って外径を一定にして形成されることが好ましい。これにより、処理部の入側から高効率の処理が可能になる。つまり、特許文献１による場合には、円盤状の砥石の外周に近づくほどに高効率の分散または粉砕の処理が行われることになるが、この場合には処理部の入側端から出側端までの全領域で高効率の分散等の処理が行われることになる。

本発明の一態様に係る分散・粉砕機は、被処理材を供給する供給部と、この供給部により供給される被処理材を分散または粉砕処理する処理部と、この処理部により処理された被処理材を前記処理部から排出する排出部とを備え、前記処理部は、内部空洞を有するステータと、前記内部空洞内に軸心回りに回動するように設けられたロータとを具備し、前記ロータの外周面と、これに対面する前記ステータの内周面との隙間で被処理材を処理し、前記ステータの内周面及び前記ロータの外周面は、前記ロータの軸心と直交する断面において円形であり、当該軸心を通る方向の断面において直線状であり、かつ前記ステータ内周面と前記ロータの外周面との隙間が周方向および前記軸心方向において一定であり、前記排出部は、前記処理部で処理された被処理材を搬送するスクリューロータと、このスクリューロータを囲む出口ステータとを具備し、上記スクリューロータは、その回転に応じて被処理材を強制的に排出する形態にフィンが設けられていることを特徴とする。なお、隙間が一定とは、略一定も含まれる概念である。また、「断面が円形」には、真円形だけでなく、略円形も含む概念である。

上記円錐ロータ１７は、その外周面が入口ロータ１３ａとは逆形状のテーパ状に、つまり右側が左側よりも大径に形成され、内径を一定にして形成された断面環状のもので、右側端部の外径は処理部用ロータ１１ｂの外径と一致する。この円錐ロータ１７は、その外周面が入口ロータ１３ａとは逆形状のテーパ状に形成されているので、左側（出口側）へ被処理材を送る機能がないため、この円錐ロータ１７の左側端部に前記スクリューロータ１８を設け、前述の供給圧と入口ロータ１３ａの回転による遠心力により円錐ロータ１７まで押されてきた被処理材を強制的に送り出すようにしている。

そして、ガイド部材３０の内側には、円錐ロータ１７が内部に挿通される挿通孔３０ａが形成され、この挿通孔３０ａの内周面は、円錐ロータ１７の外周面と同様の形状に形成されている。挿通孔３０ａの内周面と円錐ロータ１７の外周面との間には、被処理材を移動させるための隙間Ｇｂが、周方向および軸心方向の全域にわたり形成されている。この隙間Ｇｂは、前記処理部１０Ｂの隙間Ｇｔよりも大きく設定される。この隙間Ｇｂは、円錐ロータ１７の軸心に沿った方向で一定である必要はなく、各部で異なっていてもよい。

本発明の一態様に係る分散・粉砕機は、被処理材を供給する供給部と、この供給部により供給される被処理材を分散または粉砕処理する処理部と、この処理部により処理された被処理材を前記処理部から排出する排出部とを備え、前記処理部は、内部空洞を有するステータと、前記内部空洞内に軸心回りに回動するように設けられたロータとを具備し、前記ロータの外周面と、これに対面する前記ステータの内周面との隙間で被処理材を処理し、前記ステータの内周面及び前記ロータの外周面は、前記ロータの軸心と直交する断面において円形であり、当該軸心を通る方向の断面において直線状であり、かつ前記ステータ内周面と前記ロータの外周面との隙間が周方向および前記軸心方向において一定であり、前記排出部は、前記処理部で処理された被処理材を搬送するスクリューロータと、このスクリューロータを囲むとともに内径を一定とする挿通孔を有する出口ステータと、この出口ステータを保持するとともに被処理材を外部へ排出するための排出口が設けられた保持部とを具備し、上記スクリューロータは、その回転に応じて被処理材を強制的に排出する形態にフィンが設けられ、前記保持部の排出口は、前記出口ステータの挿通孔と同一径に設定されていることを特徴とする。なお、隙間が一定とは、略一定も含まれる概念である。また、「断面が円形」には、真円形だけでなく、略円形も含む概念である。

Claims

被処理材を供給する供給部と、この供給部により供給される被処理材を分散または粉砕処理する処理部と、この処理部により処理された被処理材を前記処理部から排出する排出部とを備え、
前記処理部は、内部空洞を有するステータと、前記内部空洞内に軸心回りに回動するように設けられたロータとを具備し、前記ロータの外周面と、これに対面する前記ステータの内周面との隙間で被処理材を処理し、
前記ステータの内周面及び前記ロータの外周面は、前記ロータの軸心と直交する断面において円形であり、当該軸心を通る方向の断面において直線状であり、かつ前記ステータ内周面と前記ロータの外周面との隙間が周方向および前記軸心方向において一定であることを特徴とする分散・粉砕機。
請求項１に記載の分散・粉砕機において、
前記処理部における前記ロータの外周面および前記ステータの内周面が、共に滑らかな表面に形成されていることを特徴とする分散・粉砕機。
請求項１または２に記載の分散・粉砕機において、
前記排出部は、前記処理部で処理された被処理材を搬送するスクリューロータと、このスクリューロータを囲む出口ステータとを具備することを特徴とする分散・粉砕機。
請求項１乃至３のいずれかに記載の分散・粉砕機において、
前記供給部は、供給部入側よりも処理部側の外周面が大径となったテーパ状の入口ロータと、この入口ロータを囲む入口ステータとを具備することを特徴とする分散・粉砕機。
請求項１乃至３のいずれかに記載の分散・粉砕機において、
前記供給部は、入口ロータを備え、その入口ロータの外周面に被処理材を前記処理部へ供給するためのスパイラル状のフィンが設けられていることを特徴とする分散・粉砕機。
請求項１乃至５のいずれかに記載の分散・粉砕機において、
前記処理部における前記ロータが軸心方向に沿って外径を一定にして形成されていることを特徴とする分散・粉砕機。