JPWO2014102906A1 - 攪拌処理装置及び処理方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、流体の性状に関わらず、良好な流体の処理を実現する攪拌処理装置及び処理方法の提供を図ることを課題とする。攪拌羽根２２と、スクリーン２３とを備えた攪拌室１８とを備え、攪拌室１８が処理を予定する流体内に配された状態で、スクリーン２３と攪拌羽根２２とが相対的に回転することによって、流体に対してせん断力を加える処理をなす攪拌処理装置である。攪拌室１８は、流体を外部から内部へ吸入する吸入口２４と、流体を内部から外部へ吐出する吐出口２５とを、上下に備える。吸入口２４と吐出口２５との間に流体の流れを規制する抑制体３１を設ける。抑制体３１は、例えば筒状をなすことで、吸入流２６と、吐出流２７との間に介在し、両者の干渉を抑制する。

Description

本発明は、攪拌処理装置及び処理方法、特に攪拌室を流体中に浸漬して同流体に対してせん断力を加える処理装置及び処理方法に関するものである。

本発明者は、攪拌室を流体中に浸漬して同流体に対してせん断力を加える処理装置に関して、特許文献１、２の攪拌処理装置を開発した。また、特許文献３のように、この装置を用いて、トナーを製造する方法が種々提案されている。

この攪拌処理装置は、処理を予定する流体内に配される撹拌室と、前記撹拌室内に配置された回転羽根とを備え、前記撹拌室は、前記回転羽根の回転によって前記流体を外部から内部へ吸入する吸入口と、前記回転羽根の回転によって前記流体を内部から外部へ吐出する吐出口とを、前記回転羽根の軸方向へ隣り合う位置に備えるものである。そして、前記回転羽根が、撹拌室の内部にて高速回転することにより、前記流体に対してせん断力を加える処理をなす。特に、スクリーンは前記回転羽根の回転方向と逆方向に高速回転することにより、前記回転羽根との間で前記流体への前記せん断力が加えられるため、流体に対して、乳化、分散或いは混合等の処理を行うことができる。

ところが、設計者の予定する処理能力が得られない場合があった。その原因を本発明者が検討したところ、外部から前記吸入口への前記流体の流れである吸入流と、前記吐出口から外部に吐出した前記流体の流れである吐出流とが、互いに干渉する場合があり、その結果、前記吸入口への前記吸入流の流れが阻害され、攪拌室内に十分な量の流体が導入されない場合があることが判明した。特に、粘度の高い流体にあっては、この傾向が顕著に現れるものであり、吸引口の周辺に空洞化が生ずる場合もあった。

また、特許文献３にあっては、流体の撹拌室への導入方向と攪拌羽根の回転軸とのなす角と、撹拌室からの排出方向と攪拌羽根の回転軸とのなす角との差が、±２５度の範囲内とすることが提案されている。このように、両角度を変更した場合、流体の粘度に関わらず、吸入流と吐出流とが干渉する場合もあり得る。

特開平４−１１４７２４号公報 特開平４−１１４７２５号公報 特開２０１１−１２３２３６号公報

上記の事情に鑑み、本発明は、流体の性状に関わらず、良好な流体の処理を実現する攪拌処理装置及び処理方法の提供を課題とする。

本発明は、高速回転する攪拌羽根と、前記攪拌羽根を囲うように設けられたスクリーンとを備えた攪拌室とを備え、前記攪拌室が処理を予定する流体内に配された状態で、前記スクリーンと前記攪拌羽根との少なくとも何れか一方が回転することによって、前記スクリーンと前記攪拌羽根とが相対的回転をなし前記流体に対してせん断力を加える処理をなす攪拌処理装置において、前記撹拌室は、前記流体を外部から内部へ吸入する吸入口と、前記相対的回転によって前記流体を内部から外部へ吐出する吐出口とを、前記相対的回転の回転軸方向に異なる位置に備え、前記吸入口と前記吐出口との間に前記流体の流れを規制する抑制体を備え、前記抑制体は、外部から前記吸入口への前記流体の流れである吸入流と、前記吐出口から外部に吐出した前記流体の流れである吐出流との間に介在し、前記吸入流と前記吐出流との干渉を抑制するものであることを特徴とする攪拌処理装置を提供する。

また、本発明は、前記抑制体は、その先端側が前記攪拌室の外側に突出するものであるものとして実施することができる。

また、本発明は、前記抑制体は、基端側から前記先端側に向かうに従って、前記相対的回転の回転軸方向において前記吐出口から遠ざかるものであるものとして実施することができる。

また、本発明は、前記抑制体は、周方向に連続するものであるものとして実施することができる。

また、本発明は、前記抑制体は、筒状をなしており、前記先端側が、前記吸入口を越えて、前記相対的回転の回転軸方向において前記吐出口から遠ざかるものであるものとして実施することができる。

また、本発明は、回転することによって前記流体を導くための導入フィンを備え、前記相対的回転の回転軸方向において、前記抑制体の先端側の端部が、前記吸入口に最も近い前記導入フィンの端部よりも、前記吸入口から遠い位置にあるものとして実施することができる。

また、本発明は、撹拌室と、前記撹拌室内に配置された攪拌羽根とを備え、前記撹拌室は、吸入口と、吐出口とを、前記攪拌羽根の軸方向へ隣り合う位置に備えると共に、複数のスリットを有するスクリーンを備えた攪拌装置を用いて、流体の攪拌を行う処理方法において、前記攪拌室を、流体内に配置し、前記スクリーンと前記攪拌羽根との少なくとも何れか一方を回転させて、前記スクリーンと前記攪拌羽根とに相対的回転を行なわせることにより、前記流体を前記攪拌室の外部から内部へ吸入すると共に、前記流体を前記吐出口から外部へ吐出する流体移動工程と、前記流体移動工程中の前記相対的回転により、前記攪拌羽根と前記スクリーンとの間で前記流体に対してせん断力を加えるせん断処理工程とを備え、外部から前記吸入口への前記流体の流れである吸入流と、前記吐出口から外部に吐出した前記流体の流れである吐出流との間に、前記流体の流れを規制する抑制体を配置し、前記吸入流と前記吐出流との干渉を抑制することを特徴とする攪拌処理方法を提供する。

また、本発明は、前記攪拌装置は、回転することによって前記流体を導くための導入フィンを備え、前記抑制体によって、前記導入フィンの回転による前記流体の導入流を、前記吸入口に案内させるものとして実施することができる

また、本発明は、前記流体がトナーの原料組成物を含むものとして実施することができる。

本発明は、流体の性状に関わらず、良好な流体の処理を実現する攪拌処理装置及び攪拌処理方法を提供することができたものである。

本願発明の一実施の形態に係る攪拌処理装置の構造説明図。 （Ａ）同攪拌処理装置の要部拡大断面図、（Ｂ）同Ｂ−Ｂ線断面における駆動説明図。 （Ａ）同攪拌処理装置の分解説明図、（Ｂ）同断面における分解説明図。 （Ａ）本願発明の他の実施の形態に係る攪拌処理装置の構造説明図、（Ｂ）同攪拌処理装置の抑制体の変更例を示す平面図、（Ｃ）同攪拌処理装置の抑制体のさらに他の変更例を示す平面図。 本願発明のさらに他の実施の形態に係る攪拌処理装置の構造説明図。 本願発明のさらにまた他の実施の形態に係る攪拌処理装置の構造説明図。

以下、図面に基づき本発明の実施の形態を説明する。

図１〜図３は、本願発明の第１の実施の形態に係るもので、この実施の形態に係る攪拌処理装置は、処理を予定する流体を収納した処理槽１１内に、攪拌室１８が配置されて、流体の攪拌処理を行なうものである。この処理槽１１は、開口した上端に蓋体１２が着脱可能に配置されている。なお、以下の説明において、上下左右は相対的な位置を示すに止まり、絶対的な位置を特定するものではない。

攪拌室１８は、この例では上部に吸入室１９を備え、下部にせん断室２０を備える。両者の間は隔壁２１で区画されているが、隔壁２１の中央には開口を有しており、吸入室１９とせん断室２０との間は充分に流体の導通が可能である。なお、隔壁２１を設ける必要は必ずしもなく、吸入室１９とせん断室２０とを厳密に区分せずに実施することもできる。

吸入室１９には少なくとも１つの吸入口２４を備え、せん断室２０には少なくとも１つの吐出口２５を備える。この例では、せん断室２０の外壁がスクリーン２３によって構成されており、スクリーン２３に設けられたスリットが前記の吐出口２５を構成するが、スクリーン２３の外側に別個の壁部材を設けて、この壁部材に吐出口２５を形成するようにしてもよい。

この攪拌室１８は、その内部、特にこの例ではせん断室２０の内部に、高速回転する攪拌羽根２２を備えるものであり、この攪拌羽根２２とは逆方向に回転するスクリーン２３との間で、流体に対してせん断力が加えられる（図２（Ｂ）参照）。これにより、攪拌羽根２２とスクリーン２３の内壁との相対的な回転数を上げることが可能となり、攪拌羽根２２自身の回転数をキャビテーションが発生する限度まで高めた後にも、スクリーン２３を逆方向に回転させることにより、キャビテーションを発生させない状態で攪拌羽根２２とスクリーン２３の内壁との相対的な回転数を多くし、せん断強さ、エネルギー量、通過回数ひいては処理能力を高めることが可能となる。

ここで、回転駆動系について説明しておくと、攪拌羽根２２は第１軸１３によって回転するものであり、スクリーン２３は第２軸１４によって逆方向に回転する。第１軸１３と第２軸１４とは共に上下方向に伸びるものである。第２軸１４は中空筒状の軸をとなっており、この第２軸１４の内部に第１軸１３が回転可能に挿通されている。第１軸１３と第２軸１４とは、蓋体１２の上部に設けられた電動機等の回転駆動源（図示せず）によって回転する。両者の回転数はインバータ等によって可変に制御できるものであることが好ましい。これらの回転数は流体のせん断処理をなし得る範囲で適宜変更して実施することができる。
第２軸１４の下端には、上記の攪拌室１８が設けられており、吸入室１９、せん断室２０、スクリーン２３が一体となって回転する。

図１、図２（Ａ）に示すように、第２軸１４における攪拌室１８より上方の部分には、導入フィン１６を設けて実施することができるが、図３に示すように、導入フィン１６を設けずに実施することも可能である。この導入フィン１６は第２軸１４の外周において螺旋状に形成されたものであり、第２軸１４と共に回転することによって、処理槽１１の上方の流体を、下方に送る誘導流２８を発生させる。さらにこの例では、循環フィン１７が設けられている。この循環フィン１７は、導入フィン１６の外側に設けられたものであり、第２軸１４、導入フィン１６と共に回転する。この循環フィン１７は、導入フィン１６とは逆方向に螺旋状に伸びるものであり、処理槽１１内の流体を下方から上方に送る循環流２９を発生させる。これらの誘導流２８と循環流２９とによって、処理槽１１内の流体は上下に循環を繰り返し、その繰り返しの中で、攪拌室１８による前記のせん断処理がなされるものである。

このせん断処理に際しては、攪拌羽根２２がスクリーン２３と逆方向に回転することによって、流体が吸入口２４から攪拌室１８内に吸入される（吸入流２６）と共に、吐出口２５から攪拌室１８の外側に吐出される（吐出流２７）。吸入口２４から内部に入った吸入流２６は、一端吸入室１９に入って、隔壁２１の中央に設けられた開口から下方のせん断室２０内に吸引される。せん断室２０内では、前述の攪拌羽根２２とスクリーン２３との間で、せん断処理がなされて、処理済の流体が吐出口２５から吐出されるものである。

以上の作用は、先行技術文献１〜３における装置においても同様であり、これらの先行技術文献を含む従来のこの種の攪拌処理装置におけるものと同様の変更を加えて、本発明も実施することができる。

本発明は、上記の装置において、せん断処理の前後の吸入流２６と吐出流２７との干渉を抑制することを特徴とする。
具体的には、上方に配置された吸入口２４と、これと回転軸方向（以下、単に回転軸方向という時には第１軸１３の回転軸方向を意味する）に隣合う下方に吐出口２５との間に、抑制体３１を形成する。この例における抑制体３１は、上方に先端開口３４を有する筒状をなしており、その基端側３２が吸入口２４と吐出口２５との間の攪拌室１８の外壁に固定されている。そして、先端側３３が攪拌室１８の外側に突出しているものである。より具体的には、外方向に向かうに従って、回転軸方向における下方の吐出口２５から、上方に遠ざかるものである。従って、この例における抑制体３１は、上方の先端側３３に向かうに従って、径が大きくなる略逆円錐台形状の筒状をなしている。特に、この例では、抑制体３１の先端側３３は、前記吸入口を越えて、上方に伸びている。他方、前述の導入フィン１６は第２軸１４の回りに上方から下方に螺旋状に伸びており、その先端（下端）は、吸入口２４付近にまで達している。その結果、導入フィン１６の下端側は筒状の抑制体３１の先端開口３４から、抑制体３１の内部に入り込んでいる。言い換えれば、回転軸方向において、抑制体３１の先端側３３の端部（上端）は、導入フィン１６の先端側（下端側）の端部よりも、上方に位置している。これによって、導入フィン１６による誘導流２８は、筒状の抑制体３１内に導入され、吐出流２７からの干渉を受けることなく、円滑に吸入口２４内に吸入される。そのため、流体の粘度が高い場合にあっても、流体は、良好な吸入流２６となって、吸入口２４から吸入され、前記のせん断処理が良好に継続的に行なわれる。

なお、この例にあっては、抑制体３１は攪拌室１８と共に高速で回転しているが、回転軸方向に交わる断面における抑制体３１の形状を円形とすることによって、その回転が流体の流れに対して与える影響は殆ど無いが、断面を多角形状などの円形以外の形状にて実施することを妨げるものではない。

次に、図４を参照して、抑制体３１の変形例について説明する。なお、以下の説明においても攪拌処理装置の基本的な構造や作用は同一であり、異なる部分を中心に説明するが、説明のない点については、前記の実施の形態の説明がそのまま適用されるものとする。

図４（Ａ）は、抑制体３１の上端の先端開口３４が、吸入口２４の上端と略同じ高さに達するまでで止めたものであり、抑制体３１は、吸入流２６を、吐出流２７からの干渉を避けつつ、吸入口２４へ案内するものである。
本発明の抑制体３１は、周方向に連続していることが望ましいが、図４（Ｂ）に示すように、平面視複数の抑制体３１に分割することもできる。

さらに、本発明の抑制体３１は、回転軸方向において基端側３２から先端側３３に向かうに従って、下方（吐出口２５の方向）に伸びるようにして実施することもできるが、回転軸方向には変化のない平板状のものとして実施することも可能である（図４（Ｃ）参照）。

図５は、さらに他の例を示すであり、この例においては、筒状の抑制体３１の外側に補助翼３５を設けた例である。この補助翼３５は、抑制体３１と共に回転することによって、処理槽１１内部（特に、底部付近）の流体を、上方に移動させつつ、攪拌する作用を果たすものである。この補助翼３５は、１枚でも実施することができるが、複数枚設けることが好ましい。

また、先の例では、攪拌処理装置は処理槽１１の流体中に浸漬された状態のままで、それ全体が移動するものではなかったが、この図５の例では、攪拌処理装置が、処理槽１１内を移動するものである。具体的には、第１軸１３及び第２軸１４とその駆動手段を、処理槽１１の上方の回転体３６に搭載し、この回転体３６を第３軸１５によって回転させることによって、処理槽１１内を周回するようにしたものである。

図６は、さらにまた他の例を示すであり、この例においては、スクリーン２３を回転させる第２軸１４の回転駆動手段を、処理槽１１の底部に設けたものである。そして、第２軸１４を底部から上方に貫通させて、下方からスクリーン２３を支持しつつ回転させるものである。他方、攪拌羽根２２を回転させる第１軸１３は、先の例と同様、処理槽１１の上方に伸びて、上方に設けられた回転駆動手段によって回転させられる。その際、吸入口２４を備えた吸入室１９は、回転させられることなく、攪拌羽根２２とスクリーン２３とが互いに逆方向に回転するに止まる。従って、抑制体３１を、吸入室１９側に固定した場合には、回転しないものとして実施することができ、スクリーン２３側に固定した場合には、回転するものとして実施することができる。

以上、本発明は種々変更して実施することができるものであり、この例では、吸入口２４と吐出口２５との角度を、吸入口２４については上向きに、吐出口２５について下向きに、それぞれ傾斜させて設けることによって、吸入流２６は上から斜め下方に導入され、吐出流２７は抑制体の下から斜め下方に吐出させるようにしているが、これらの角度は種々変更して実施することができる。例えば、両者を、略水平（回転軸方向と略直交する方向）に向けて実施することもでき、この場合にあっても、抑制体３１を吸入口２４と吐出口２５との間に配置することで、吸入流２６と吐出流２７との干渉を抑制することができる。また、上記の例では抑制体３１を攪拌室１８に支持させたが、第２軸１４に支持させることもでき、処理槽１１や蓋体１２に支持させることもできる。また、前記各実施の形態では、攪拌羽根２２とスクリーン２３とを互いに逆方向に回転させたが、両者のうち、いずれか一方のみを回転させるものであってもよい。言い換えれば、攪拌羽根２２とスクリーン２３とに相対的回転を行なわせて、これによって流体にせん断力を付与できるものであればよい。

処理の対象となる流体は、トナー粒子等の合成樹脂や金属の粒子を含む液体の他、粒子を含まない液体、油分と水分などの２種の流体等々、乳化、分散或いは混合処理が必要な種々の流体に対して用いることができる。

１１ 処理槽
１３ 第１軸
１４ 第２軸
１５ 第３軸
１６ 導入フィン
１７ 循環フィン
１８ 攪拌室
１９ 吸入室
２０ せん断室
２２ 攪拌羽根
２３ スクリーン
２４ 吸入口
２５ 吐出口
２６ 吸入流
２７ 吐出流
２８ 誘導流
２９ 循環流
３１ 抑制体
３２ 基端側
３３ 先端側
３５ 補助翼

Claims (9)

1. 高速回転する攪拌羽根と、前記攪拌羽根を囲うように設けられたスクリーンとを備えた攪拌室とを備え、
   前記攪拌室が処理を予定する流体内に配された状態で、前記スクリーンと前記攪拌羽根との少なくとも何れか一方が回転することによって、前記スクリーンと前記攪拌羽根とが相対的回転をなし前記流体に対してせん断力を加える処理をなす攪拌処理装置において、
   前記撹拌室は、前記流体を外部から内部へ吸入する吸入口と、前記相対的回転によって前記流体を内部から外部へ吐出する吐出口とを、前記相対的回転の回転軸方向に異なる位置に備え、
   前記吸入口と前記吐出口との間に前記流体の流れを規制する抑制体を備え、
   前記抑制体は、外部から前記吸入口への前記流体の流れである吸入流と、前記吐出口から外部に吐出した前記流体の流れである吐出流との間に介在し、前記吸入流と前記吐出流との干渉を抑制するものであることを特徴とする攪拌処理装置。
2. 前記抑制体は、その先端側が前記攪拌室の外側に突出するものであることを特徴とする請求項１記載の攪拌処理装置。
3. 前記抑制体は、基端側から前記先端側に向かうに従って、前記相対的回転の回転軸方向において前記吐出口から遠ざかるものであることを特徴とする請求項２記載の攪拌処理装置。
4. 前記抑制体は、周方向に連続するものであることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の攪拌処理装置。
5. 前記抑制体は、筒状をなしており、
   前記先端側が、前記吸入口を越えて、前記相対的回転の回転軸方向において前記吐出口から遠ざかるものであることを特徴とする請求項３記載の攪拌処理装置。
6. 回転することによって前記流体を導くための導入フィンを備え、
   前記相対的回転の回転軸方向において、前記抑制体の先端側の端部が、前記吸入口に最も近い前記導入フィンの端部よりも、前記吸入口から遠い位置にあることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の攪拌処理装置。
7. 撹拌室と、前記撹拌室内に配置された攪拌羽根とを備え、
   前記撹拌室は、吸入口と、吐出口とを、前記攪拌羽根の軸方向へ隣り合う位置に備えると共に、複数のスリットを有するスクリーンを備えた攪拌装置を用いて、流体の攪拌を行う処理方法において、
   前記攪拌室を、流体内に配置し、
   前記スクリーンと前記攪拌羽根との少なくとも何れか一方を回転させて、前記スクリーンと前記攪拌羽根とに相対的回転を行なわせることにより、前記流体を前記攪拌室の外部から内部へ吸入すると共に、前記流体を前記吐出口から外部へ吐出する流体移動工程と、
   前記流体移動工程中の前記相対的回転により、前記攪拌羽根と前記スクリーンとの間で前記流体に対してせん断力を加えるせん断処理工程とを備え、
   外部から前記吸入口への前記流体の流れである吸入流と、前記吐出口から外部に吐出した前記流体の流れである吐出流との間に、前記流体の流れを規制する抑制体を配置し、前記吸入流と前記吐出流との干渉を抑制することを特徴とする攪拌処理方法。
8. 前記攪拌装置は、回転することによって前記流体を導くための導入フィンを備え、
   前記抑制体によって、前記導入フィンの回転による前記流体の導入流を、前記吸入口に案内させることを特徴とする請求項７記載の攪拌処理方法。
9. 前記流体がトナーの原料組成物を含むことを特徴とする請求項７又は８記載の攪拌処理方法。

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