KR101614646B1

KR101614646B1 - 분산·분쇄기

Info

Publication number: KR101614646B1
Application number: KR1020147032354A
Authority: KR
Inventors: 아키히코 마쯔모토; 입페이 무네오카; 신야 오다
Original assignee: 아사다텍코 가부시키가이샤
Priority date: 2012-04-23
Filing date: 2013-04-18
Publication date: 2016-04-21
Also published as: PL2842622T3; EP2842622A1; US9248419B2; JPWO2013161229A1; HUE036396T2; TW201404461A; EP2842622A4; KR20150016241A; CN104245108B; WO2013161229A1; CN104245108A; EP2842622B1; TWI519341B; US20150136888A1; JP5745689B2

Abstract

분산·분쇄 처리에 편차를 억제할 수 있고, 또한 피처리재에 안정된 전단력을 작용시킬 수 있으며, 더욱 효율적인 분산·분쇄를 가능하게 한다. 피처리재를 공급하는 공급부(10A); 피처리재를 분산 또는 분쇄 처리하는 처리부(10B); 및, 처리된 피처리재를 처리부(10B)로부터 배출하는 배출부(10C);를 구비하고, 처리부(10B)는 내부 공동(12d)을 갖는 스테이터(12b); 및 내부 공동(12d) 내에 축심 주변으로 회동하도록 마련된 로터(11b);를 구비하며, 로터(11b)의 외주면과, 이에 대면하는 스테이터(12b)의 내주면과의 틈(Gt)에서 피처리재를 처리하고, 스테이터(12b)의 내주면 및 로터(11b)의 외주면은 로터(11b)의 축심과 직교하는 단면에서 원형이고, 축심을 지나는 방향의 단면에서 직선형상이면서, 상기 틈(Gt)이 둘레방향 및 상기 축심방향에서 일정하다.

Description

분산·분쇄기{DISPERSION AND GRINDING MACHINE}

본 발명은 매체를 이용하지 않고 피(被)처리재를 분산 또는 분쇄 처리하는 분산·분쇄기에 관한 것이다.

상술한 분산 또는 분쇄 처리하는 기기로는 다양한 타입의 분산기가 개발되고 있다. 그 중 하나로 콜로이드 밀(colloid mill)계 분산기를 들 수 있다.

이 분산기는 상하 한 쌍의 원반형상 숫돌을 가지며, 이들의 축심(軸心;shaft center)을 일치시켜 상하의 숫돌을 상대적으로 회전시키고 있다. 이것에 의해, 중심 투입부에 공급된 입상물(피처리재)을, 그 숫돌들의 틈을 통해 외주(外周)측으로 토출하는 과정에서 미립화한다(예를 들면 특허문헌 1 참조).

그런데 특허문헌 1의 분산기의 경우에는 숫돌간의 틈에서 숫돌의 중심축에 가까운 부분과 외주부에 가까운 부분에서 주속도(周速度;peripheral velocity)에 차이가 있어, 중심축에 가까운 부분에서 피처리재에 작용하는 전단력이 외주부에 가까운 부분에서의 전단력보다 작다. 따라서, 전단력의 크기에 구배가 있는 전단력 분포 속을 피처리재가 이동하기 때문에, 피처리재가 이동하는 위치에 따라 상기 피처리재에 작용하는 전단력에 차이가 발생하여 분산 처리에 편차가 발생하기 쉽다는 단점이 있다.

또한 특허문헌 1의 분산기는 상하의 숫돌간의 틈(분산영역)에서 전단력 분포에 큰 구배가 있기 때문에, 피처리재에 비교적 안정된 전단력을 작용시키기 어렵고, 특히 상기 숫돌의 중심축측의 상기 틈에서 충분한 전단력을 작용시키기 어렵다는 과제도 있다. 아울러, 특허문헌 1의 분산기에서는 상측 숫돌의 하부면 및 하측 숫돌의 상부면이 평탄하지 않고 소정 경사를 가지고 형성되어 있어, 양 숫돌의 틈이 원주방향 및 직경방향으로 변화되기 때문에, 그 틈 안에 피처리재로서 유체가 존재할 경우, 공지인 뉴턴의 점성 식을 고려하면, 분산되는 피처리재의 점도도 변화되어 효율적으로 분산할 수 없다는 단점도 있다.

한편, 특허문헌 1의 분산기를 고체 분쇄에 이용할 경우에도 마찬가지 상황이 된다.

[선행기술문헌]

특허문헌 1: 일본국 공개특허공보 제2000-153167호

본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 분산 또는 분쇄 처리의 편차를 억제할 수 있고, 또한 피처리재에 안정된 전단력을 작용시킬 수 있으며, 나아가 효율적인 분산 또는 분쇄를 가능하게 하는 분산·분쇄기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 형태에 따른 분산·분쇄기는, 피처리재를 공급하는 공급부; 이 공급부에 의해 공급되는 피처리재를 분산 또는 분쇄 처리하는 처리부; 및 이 처리부에 의해 처리된 피처리재를 상기 처리부로부터 배출하는 배출부;를 구비하고, 상기 처리부는 내부 공동(cavity)을 가지는 스테이터(stator); 및 상기 내부 공동 내에 축심 주변으로 회동(回動)하도록 마련된 로터;를 구비하며, 상기 로터의 외주면과, 이것에 대면하는 상기 스테이터의 내주면(內周面)과의 틈에서 피처리재를 처리하고, 상기 스테이터의 내주면 및 상기 로터의 외주면(外周面)은, 상기 로터의 축심과 직교하는 단면(斷面)에서 원형이고, 상기 축심을 지나는 방향의 단면에서 직선형상이면서, 상기 스테이터 내주면과 상기 로터의 외주면과의 틈이 둘레방향 및 상기 축심방향에서 일정한 것을 특징으로 한다. 한편, 틈이 일정하다는 것은 대략 일정한 것도 포함되는 개념이다. 또한 「단면이 원형」은 진원형뿐만 아니라 대략 원형도 포함하는 개념이다.

상기 구성에 있어서, 스테이터의 내주면과 로터의 외주면 사이에서 피처리재를 분산 또는 분쇄(이하, 분산 또는 분쇄를 분산 등이라고 함)시킬 수 있다. 또한 스테이터와 로터와의 틈이 둘레방향 및 축심을 따른 방향에서 일정하게 형성되어 있으므로, 분산 등의 처리가 실시되는 피처리재의 점도를 종래에 비해 안정시킬 수 있어, 효율적인 분산 등이 가능하게 된다. 또한 스테이터의 내주 및 상기 로터의 외주가 모두 축심을 따른 방향의 단면에서 직선형상으로 형성되어 있으므로, 스테이터의 내주면 및 상기 로터의 외주면이 모두 이들의 축심에 대하여 평행할 때는 전단력의 크기에 구배가 없는 분포가 얻어진다. 또는 스테이터의 내주면 및 상기 로터의 외주면이 모두 축심에 대하여 기울었을 때는 전단력의 크기에 구배가 적은 전단력 분포가 얻어진다. 그리고 이러한 전단력 분포 속을 피처리재가 이동하기 때문에, 로터의 직경을 조정함으로써 분산 등에 있어서 처리 초기부터 원하는 전단력을 피처리재에 작용시킬 수 있고, 이로 인해 피처리재에 상기 처리 초기부터 안정된 전단력을 작용시킬 수 있다. 나아가, 피처리재가 이동하는 위치가 달라도, 받는 전단력의 차이를 억제하여 분산 등의 처리의 편차를 억제할 수 있다. 또한 공급부에 의해 피처리재를 처리부에 공급하고, 공급된 피처리재를 처리부가 처리하고, 배출부가 그 처리된 피처리재를 배출하므로 연속적으로 분산 등의 처리를 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 분산·분쇄기를 나타내는 정단면도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 분산·분쇄기의 주요부를 나타내는 정단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 분산·분쇄기의 주요부를 나타내는 정단면도이다.
도 4는 도 3의 IV-IV선을 따라 절단된 단면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 분산·분쇄기의 주요부를 나타내는 정단면도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 분산·분쇄기의 주요부를 나타내는 정단면도이다.

이하에 본 발명의 실시형태를 구체적으로 설명한다.

먼저, 분산 처리를 하는 경우를 예를 들어 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시형태에 따른 분산기를 나타내는 정단면도이고, 도 2는 그 주요부를 나타내는 정단면도이다. 여기서 분산이란, 서로 섞이지 않는 2개 이상의 물질 중 하나 이상이 미립자 상태로 되어 다른 물질 중에 균일하게 존재하는 것을 말하며, 분쇄란 고체를 잘게 부수는 것을 말한다.

이 분산기(1)는 기대(基臺;base)(2), 이 기대(2) 위에 배치된 분산기 본체(10), 분산기 본체(10)를 구동하는 구동 수단(20)을 구비한다. 분산기 본체(10)는 일측 단부(우측)로부터 순서대로 공급부(10A), 처리부(10B) 및 배출부(10C)를 가지며, 각 부(10A∼10C)는 로터(11a∼11c)와 스테이터(12a∼12c)를 포함한다. 한편, 본 실시형태에서 각 부(10A∼10C)의 로터(11a∼11c)는 회전축(21)의 외측에 마련된 것으로, 회전축(21)이 내측을 삽입 통과하는 중공(中空)형상으로 형성되어 있으며(도 2에서 파선으로 표시), 각 축심이 일치하도록 일체화되어, 단면이 환형상을 한 회전체(3)를 구성한다.

구동 수단(20)은 회전축(21)과, 이 회전축(21)을 회전 구동하는 회전 구동 수단(22)을 가진다.

회전 구동 수단(22)은 전동 모터(23)와, 이 전동 모터(23)의 출력축(23a)과 상기 회전축(21)에 걸친 이음매 없는 벨트(endless belt)(24)를 구비한다. 회전축(21)은 한 쌍의 베어링 부재(25a, 25b)에 의해 회동 가능하게 지지되어 있다.

공급부(10A)는 공급부용 로터(11a); 이 공급부용 로터(11a)를 둘러싸는 공급부용 스테이터(12a); 및 후술하는 실링(sealing) 부재(15);를 가지며, 공급부(10A)에 공급되는 피처리재의 공급압과, 후술하는 입구 로터(13a)의 회전에 의한 원심력으로 피처리재를 처리부(10B)에 공급한다. 한편, 상기 피처리재의 공급압은, 예를 들면 공급부용 스테이터(12a)에 마련된 공급구멍(14b)에 접속된 도시하지 않은 스크류 피더(screw feeder)나 송액(送液) 펌프 등으로 피처리재를 보냄으로써 발생한다. 한편, 피처리재를 스크류 피더나 송액 펌프 등으로 강제적으로 공급구멍(14b)에 보내는 것 뿐만 아니라, 자연낙하 등으로 공급하는 것이어도 된다. 이 경우 피처리재는 입구 로터(13a)의 회전에 의한 원심력으로 피처리재를 처리부(10B)에 공급한다. 따라서, 구체적으로 이 공급압은 예를 들면 0.0∼0.5MPa 사이에서 설정하도록 해도 된다.

공급부용 로터(11a)는 상기 회전축(21)의 외측에 장착된, 단면이 환형상인 입구 로터(13a)와, 마찬가지로 회전축(21)의 외측에 장착된 개략 원통형상의 통형상 부재(13c)를 가진다.

입구 로터(13a)의 내부직경은 일정하게 형성되고, 입구 로터(13a)의 외부직경은 우측(입구측)이 좌측(출구측)보다 직경이 작은 테이퍼형상으로 형성되어 있으며, 입구 로터(13a)의 우측 단면(端面)(13a1)에서의 외부직경은 회전축(21)보다 큰 직경으로 형성되어, 회전축(21)의 외주면에 대하여 단차부(段差部)(13a2)를 가진다(도 2 참조). 통형상 부재(13c)는 회전축(21)을 내측에 삽입한 상태로 장착되어 있으며, 통형상 부재(13c)의 외주면에는 상기 단차부(13a2)측의 단부(端部)에 환형상의 파임부(움푹 들어간 곳)(13c1)가 전체 둘레에 걸쳐 형성되어 있다. 이 파임부(13c1)의 바닥면과, 입구 로터(13a)에 있어서 우측 단면(13a1)의 외주 가장자리는 같은 반경으로 일치하고 있다. 즉, 파임부(13c1) 내측의 육부(肉部)의 두께 치수와, 상기 단차부(13a2)의 두께 치수는 일치하고 있다.

공급부용 스테이터(12a)는 블록형상의 스테이터 본체(14)를 구비하고, 이 스테이터 본체(14)의 중앙부에 좌우방향으로 연장되는 관통구멍(14a)이 마련됨과 아울러, 상하방향(회전축(21)의 직경방향)으로 연장되어 상기 관통구멍(14a)으로 연통(連通)되는 공급구멍(14b)이 마련되어 있다. 관통구멍(14a)에는 입구 로터(13a)와 통형상 부재(13c)가 삽입 통과된다. 또한 공급구멍(14b)은 피처리재를 투입하기 위한 구멍으로서, 상하방향(회전축(21)의 반경방향)으로 연장되어 있으며, 하측 개구는 상기 파임부(13c1)로 연통되어 있다.

상기 관통구멍(14a)의 내주면은 입구 로터(13a)에 대면하는 제1영역(14a1)과, 통형상 부재(13c)에 대면하는 제2영역(14a2)을 가진다. 공급부용 스테이터(12a)의 제1영역(14a1)이 마련된 부분은 입구 로터(13a)를 덮는 입구 스테이터(14c)를 구성한다.

상기 제1영역(14a1)은 입구 로터(13a)의 외주면과 동일한 테이퍼형상으로, 구체적으로는 우측(입구측)이 좌측(출구측)보다 작은 직경으로 형성되어 있다. 제1영역(14a1)과 입구 로터(13a)의 외주면 사이에는 피처리재를 이동시키기 위한 틈(Ga)이 원주방향 전역에 걸쳐 형성되어 있다. 한편, 상기 제2영역(14a2)은 일정한 내부직경으로 형성되어 있으며, 상기 통형상 부재(13c)의 외주면, 보다 상세하게는 상기 파임부(13c1)보다도 우측부분의 외주면과 닿아 있다.

공급부용 스테이터(12a) 및 통형상 부재(13c)의 우측에는 환상(環狀)의 실링 부재(15)가 마련되어 있다. 이 실링 부재(15)는 그 내측의 공동에 회전축(21)이 삽입 통과된 상태로 회전축(21)에 장착되어 있으며, 회전축(21)을 통해 공급부(10A)와 반대측으로 피처리재가 새는 것을 방지한다.

이러한 구성의 공급부(10A)에서는 공급구멍(14b)의 상기 하측 개구는 상기 파임부(13c1)에 연통되고, 공급구멍(14b)의 상측 개구로부터 피처리재가 투입된다. 이 공급구멍(14b)에 투입된 피처리재는 파임부(13c1)에 도입되고, 상기 틈(Ga)을 우측에서 좌측으로(처리부(10B)측으로) 보내진다. 이 피처리재의 이송은 입구 로터(13a)의 회전에 의해, 주속도가 느린 작은 직경측에서 주속도가 빠른 큰 직경측으로 향하도록 실시된다. 입구 로터(13a)의 외주면의 축심에 대한 기울기는 본 실시형태에서는 약 45도로 설정되어 있다. 한편, 이 기울기 각도는 일례이며, 다른 각도로 설정해도 된다. 또한 이 공급부(10A)의 틈(Ga)은 후술하는 처리부(10B)의 틈(Gt)보다 큰 치수로 설정된다.

처리부(10B)는 처리부용 로터(11b)와, 이 처리부용 로터(11b)를 둘러싸는 처리부용 스테이터(12b)를 구비한다. 처리부용 로터(11b)는 내측에 회전축(21)이 지나는 원통형상으로 형성되어 있다. 한편, 처리부용 스테이터(12b)는 그 처리부용 로터(11b)가 삽입되는 내부 공동(12d)을 가지는 원통형상으로 형성되어 있다. 처리부용 로터(11b)의 외주면과 처리부용 스테이터(12b)의 내주면 사이에는 틈(Gt)이 둘레방향의 전역에 걸쳐, 또 축심방향의 전역에 걸쳐 일정하게 마련되어 있다. 그 틈(Gt)은 후술하는 분산 또는 분쇄 처리를 실행하도록 기능한다. 한편, 처리부용 로터(11b)의 외부직경과 입구 로터(13a)의 좌측 단면(端面)의 외부직경은 동일값으로 되어 있다. 처리부용 로터(11b)의 외부직경으로는 예를 들면 10∼1000mm가 선정된다. 이 처리부용 로터(11b)의 외부직경(D)과 상기 로터(11b)의 길이(L)의 비율(L/D)은 예를 들면 0.04∼5.0 범위 내에서 설정하는 것이 바람직하고, 0.5∼2.0의 범위 내에서 설정하면 하기의 문제가 한층 개선되므로 더욱 바람직하다. 상기 비율(L/D)이 0.04보다 작으면, 외부직경에 대한 길이가 짧아져 피처리재에 대하여 적절한 시간, 적절한 전단력을 작용시키기 어려워지기 때문에 분산 효율이 저하된다. 한편, 상기 비율(L/D)이 5.0보다 크면, 틈(Gt)을 일정하게 유지하기 어렵고 내부 압력 손실이 높아지기 때문에 적절하게 분산 등을 할 수 없게 된다.

또한 상기 틈(Gt)은 10㎛∼1mm 범위 내의 값이 선택된다. 틈(Gt)을 10㎛ 이상으로 한정하는 이유는, 틈(Gt)이 10㎛ 미만이 되면 처리부용 로터(11b) 및 처리부용 스테이터(12b)가 이상 발열을 일으킬 우려가 있기 때문이다. 한편, 하한에 대해서는 이상 발열을 한층 더 확실하게 방지하는 관점에서 50㎛ 이상으로 설정하는 것이 더욱 좋다. 한편, 틈(Gt)이 1mm를 넘으면, 예를 들어 공지인 페트로프(Petroff)의 식에서 전단응력(τ)이 작아져서, 분산(또는 분쇄)을 원하는 수준까지 실시하기가 곤란해지기 때문이다. 한편, 페트로프의 식은 하기 (1)식과 같이 표현된다.

τ=ηU/c (단, η:점도, U:속도, c:틈(Gt))……(1)

상기 틈(Gt)에서의 전단속도는 예를 들면 3,000∼600,000(1/s)으로 설정하는 것이 바람직하고, 20,000∼500,000의 범위 내에서 설정하면 더욱 바람직하다. 구체적으로는, 상기 틈(Gt)에 대한 처리부용 로터(11b)의 회전속도를 설정함으로써 상기 전단속도를 설정한다. 전단속도를 상기 범위로 설정함으로써, 피처리재에 대하여 상기 처리 초기부터 안정된 전단력을 작용시킬 수 있어 분산 등의 처리를 안정적으로 실시할 수 있다.

또한 처리부용 로터(11b)의 외표면 및 처리부용 스테이터(12b)의 내표면은 모두 요철이 없는 매끄러운 표면으로 형성되어 있다. 보다 상세하게는, 처리부용 로터(11b)의 외표면 및 처리부용 스테이터(12b)의 내표면은 모두 축심을 지나는 종단면에서 축심과 평행한 직선으로, 축심을 수직으로 가로지르는 횡단면에서 원형으로 형성되어 있다. 이로 인해, 처리부용 로터(11b)와 처리부용 스테이터(12b) 사이의 전역에서 상기 틈(Gt)을 균일하게 할 수 있게 된다. 처리부용 로터(11b) 및 처리부용 스테이터(12b)의 반경은 분산의 처리속도를 좌우하고, 처리부용 로터(11b) 및 처리부용 스테이터(12b)의 축심방향의 길이는 분산 처리의 시간길이를 좌우한다. 이들 반경 및 축심방향의 길이는 피처리재의 종류, 최종 처리 수준 등에 대응해서 경험적으로 선택된다.

또한 처리부용 로터(11b) 및 처리부용 스테이터(12b)에는, 예를 들면 스테인레스강의 표면에 경질재료를 형성한 재질이 이용된다. 단, 처리부용 로터(11b) 및 처리부용 스테이터(12b)의 재료는 상기와 다른 것을 이용해도 된다. 한편, 상기 처리부용 스테이터(12b)에는 육부의 내부에 냉각수 통로(16)가 마련되고, 냉각수 통로(16)를 유통하는 냉각수에 의해 처리부용 스테이터(12b)가 냉각되도록 되어 있다. 한편, 도 2의 16b는 냉각수를 넣는 입구이고, 16c는 냉각수를 배출하는 출구이다.

배출부(10C)는 배출부용 로터(11c)와, 이 배출부용 로터(11c)를 둘러싸는 배출부용 스테이터(12c)를 구비하고, 피처리재의 이송방향(좌우방향)을 따라 상류측이 직경축소 가이드부(10C1)로, 하류측이 송출부(10C2)로서 구성되어 있다. 상기 직경축소 가이드부(10C1)는 배출측이 될수록 직경이 축소되어 있고, 처리부(10B)에 있어서 로터(11b)와 스테이터(12b) 사이에 끼인 통형상 공간에서 분산 처리된 피처리재를 스폿적으로 집중시키는 기능을 가진다. 이 직경축소 가이드부(10C1)는 후술하는 원추 로터(17) 및 이것을 둘러싸는 가이드 부재(30)를 포함하고 있다. 그 하류측의 송출부(10C2)는 피처리재를 강제적으로 보내는 부분이며, 후술하는 스크류 로터(18) 및 이것을 둘러싸는 출구 스테이터(31)를 포함하고 있다.

배출부용 로터(11c)는 회전축(21)이 함께 내측을 지나는 원추 로터(17)와 스크류 로터(18)를 가진다. 한편, 본 실시형태에서 회전축(21)은 원추 로터(17)나 스크류 로터(18)의 직경에 따라서 외부직경 치수를 축소시켰지만, 각 부(10A∼C)의 로터(11a∼c)의 내부직경을 고려하여 축방향을 따라 일정하게 해도 된다.

상기 원추 로터(17)는 그 외주면이 입구 로터(13a)와 반대형상인 테이퍼형상으로, 즉 우측이 좌측보다 큰 직경으로 형성되고, 내부직경을 일정하게 해서 형성된, 단면이 환형상인 것으로, 우측 단부의 외부직경은 처리부용 로터(11b)의 외부직경과 일치한다. 이 원추 로터(17)는 그 외주면이 입구 로터(13a)와 반대형상인 테이퍼형상으로 형성되어 있으므로, 좌측(출구측)으로 피처리재를 보내는 기능이 없기 때문에, 이 원추 로터(17)의 좌측 단부에 상기 스크류 로터(18)를 마련하고, 전술한 공급압과 입구 로터(13a)의 회전에 의한 원심력에 의해 원추 로터(17)까지 밀려 온 피처리재를 강제적으로 보내도록 하고 있다.

스크류 로터(18)는 좌측 배출 단부를 제외하고 내부에 상기 회전축(21)이 삽입 통과되며, 외주면이 원형을 한 봉형상 부재(18a)와, 이 봉형상 부재(18a)의 외주면에 스파이럴형상으로 마련된 핀(18b)을 구비한다. 그 핀(18b)은 스크류 로터(18)의 회전에 따라서 피처리재를 배출하는 형태로, 즉 핀(18b)을 스파이럴형상으로 감는 방향을 소정 방향으로 하도록 형성된다. 한편, 스크류 로터(18)는 회전축(21)에 직접 장착하는 구성이어도 되고, 혹은 회전축(21)과 동심(同心)형상으로 다른 방법에 의해 장착하는 구성 등이어도 된다.

배출부용 스테이터(12c)는 배출부용 로터(11c)의 외측을 둘러싸는 복수의 부재로 구성되어 있다. 보다 상세하게는, 배출부용 스테이터(12c)는 원추 로터(17)를 둘러싸고, 이 원추 로터(17)와 함께 상기 직경축소 가이드부(10C1)를 구성하는 가이드 부재(30); 스크류 로터(18)를 둘러싸고, 이 스크류 로터(18)와 함께 상기 송출부(10C2)를 구성하는 출구 스테이터(31); 및 이들 가이드 부재(30) 및 출구 스테이터(31)를 원하는 상태로 지지하는 지지부(10C3);를 구비한다. 상기 지지부(10C3)로는, 본 실시형태에서는 3개의 지지 부재(32, 33, 34)를 가지며, 지지 부재(32)는 가이드 부재(30)를 처리부용 스테이터(12b)측으로 꽉 누름과 아울러, 출구 스테이터(31)의 우측 단부를 구속한다. 지지 부재(33)는 출구 스테이터(31)의 좌측 단부를 구속하고, 지지 부재(34)는 지지 부재(33)를 지지한다. 한편, 지지부(10C3)는 2 또는 4 이상의 부재로 구성해도 되고, 혹은 일체형이어도 된다.

그리고 가이드 부재(30)의 내측에는, 원추 로터(17)가 내부에 삽입 통과되는 삽입통과구멍(30a)이 형성되고, 이 삽입통과구멍(30a)의 내주면은 원추 로터(17)의 외주면과 동일한 형상으로 형성되어 있다. 삽입통과구멍(30a)의 내주면과 원추 로터(17)의 외주면 사이에는 피처리재를 이동시키기 위한 틈(Gb)이 둘레방향 및 축심방향의 전역에 걸쳐 형성되어 있다. 이 틈(Gb)은 상기 처리부(10B)의 틈(Gt)보다 크게 설정된다. 이 틈(Gb)은 원추 로터(17)의 축심을 따른 방향에서 일정할 필요는 없고, 각 부에서 달라도 된다.

또한 출구 스테이터(31)의 내측에는 내부직경을 일정하게 하는 삽입통과구멍(31b)이 형성되고, 이 삽입통과구멍(31b)의 내측에는 스크류 로터(18)가 삽입 통과된다. 출구 스테이터(31)의 내부직경은 핀(18b)의 외부직경보다 큰 치수로 설정되어 있다. 출구 스테이터(31)에는 예를 들면 처리부용 스테이터(12b)와 동일한 재료나 다른 재료가 이용된다. 또한 스크류 로터(18)로는 사출 성형용 스크류 재료나 다른 재료가 이용된다.

상기 출구 스테이터(31)는 외측에 냉각 기구(35)가 마련되어 있다. 그 냉각 기구(35)는 출구 스테이터(31)의 외측에 마련되며, 출구 스테이터(31)와의 사이에서 냉각수 통로를 형성하는 원통형상의 통로형성 부재(36)와, 통로형성 부재(36)에 마련한 냉각수를 넣는 입구(36a)와, 통로형성 부재(36)에 마련한 냉각수를 내보내는 출구(36b)를 구비한다.

또, 최종단(最終段)의 지지 부재(34)의 내측에는 출구 스테이터(31)의 내부직경과 동일한 내부직경을 가지는 관통구멍(34a)이 형성되어 있다. 최종단의 지지 부재(34)의 좌측(타단측)에는 피처리재를 외부로 배출하기 위한 배출구(37)가 마련되어 있으며, 이 배출구(37)로부터 피처리재가 외부로 배출된다. 이 배출구(37)는 배출부(10C)를 구성한다.

이와 같이 구성된 본 실시형태에 따른 분산기(1)에 의한 분산 처리의 내용에 대해 설명한다.

전동 모터(23)를 작동시켜 회전축(21) 및 회전체(3)를 회전시킨다. 이 상태에서 공급구멍(14b)으로부터 피처리재를 공급한다. 공급된 피처리재는 공급구멍(14b)을 거쳐 파임부(13c1)에 보내진다. 그 후, 공급부(10A)를 구성하는 입구 로터(13a)의 회전 등에 의해, 입구 로터(13a)와 제1영역(14a1)과의 틈(Ga)을 이동하여 처리부(10B)로 보내진다.

처리부(10B)에 보내진 피처리재는 처리부용 로터(11b)의 외주면과 처리부용 스테이터(12b)의 내주면과의 상기 틈(Gt)을 이동하고, 그 이동시에 분산 처리가 실시된다. 이 때, 상술한 바와 같이, 처리부용 로터(11b) 및 처리부용 스테이터(12b)의 반경에 의해 분산의 처리속도가 좌우되고, 한편 처리부용 로터(11b) 및 처리부용 스테이터(12b)의 축심방향의 길이에 의해 분산 처리의 시간길이가 좌우된다.

처리부(10B)에서 분산 처리가 실시된 피처리재는 배출부(10C)의 배출구(37)로부터 외부로 배출된다.

이렇게 분산 처리가 실시되는 본 실시형태의 분산기(1)에서는 공급부(10A)에 의해 피처리재가 처리부(10B)로 보내지면, 처리부(10B)의 처리부용 스테이터(12b)의 내주면과 처리부용 로터(11b)의 외주면 사이의 틈(Gt)에서 피처리재가 분산 등의 처리가 실시된다. 또한 상기 틈(Gt)은 처리부용 로터(11b)의 둘레방향 및 축심을 따른 방향에서 일정하게 형성되어 있으므로, 분산 처리되는 피처리재의 점도가 안정되게 되어 효율적인 분산 처리가 가능하게 된다.

또한 본 실시형태에서는 처리부(10B)에서의 처리부용 스테이터(12b)의 내주 및 처리부용 로터(11b)의 외주가 모두 축심을 따라 직선으로 형성되어 있으므로, 전단력의 크기에 구배가 없는 전단력 분포가 얻어진다. 이러한 전단력 분포 속을 피처리재가 이동하기 때문에, 처리부용 로터(11b)의 직경을 조정함으로써 원하는 전단력을 피처리재에 작용시킬 수 있고, 이로 인해 피처리재에 안정된 전단력을 작용시킬 수 있다. 나아가, 처리부용 스테이터(12b)와 처리부용 로터(11b) 사이의 피처리재가 이동하는 위치가 달라도, 받는 전단력의 차이를 억제하여 분산 처리의 편차를 억제할 수 있다. 아울러, 공급부(10A)에 의해 피처리재를 처리부(10B)에 공급하고, 처리부(10B)가 피처리재를 처리하고, 배출부(10C)가 그 처리된 피처리재를 배출하므로 연속적으로 분산 처리를 실시할 수 있다. 또한 소정 생산량에 대한 소비 전력량을 억제할 수 있게 된다. 또한 회전체(3)를 스테이터(12a, 12b, 12c)로 둘러싸는 간단한 구성이므로, 유지 관리가 용이하고 또 초기 비용도 작게 할 수 있다.

또한 본 실시형태에서는 상술한 바와 같이 처리부(10B)에 있어서 처리부용 로터(11b)가 축심방향을 따라 외부직경을 일정하게 해서 형성되어 있으므로, 처리부(10B)의 입구측 끝에서 출구측 끝까지의 전역에 걸쳐 고효율의 처리가 가능하게 된다. 이에 반해, 특허문헌 1에 따른 경우에는 원반형상인 숫돌의 외주에 근접할수록 고효율의 분산 처리가 이루어지게 되어, 숫돌의 중앙에서 외주단까지의 사이에서 일정하게 고효율 처리를 하는 것은 불가능하다.

또한 본 실시형태에서 배출부(10C)는 스크류 로터(18)와, 이 스크류 로터(18)를 둘러싸는 출구 스테이터(31)를 구비하므로, 스크류 로터(18)가 처리부(10B)로 처리된 피처리재를 강제적으로 배출하게 되어, 처리부(10B)에서의 내부압력 상승을 방지할 수 있게 된다.

또한 본 실시형태에서는, 공급부(10A)는 공급부(10A)의 입구측보다 처리부(10B)측의 외주면이 직경이 큰 테이퍼형상의 입구 로터(13a)와, 이 입구 로터(13a)를 둘러싸는 입구 스테이터(14)를 구비하므로, 입구 로터(13a)의 외부직경과 입구 스테이터(14)의 내부직경이 모두 입구측보다 처리부측을 크게 하도록 형성되어 있으므로, 피처리재를 처리부(10B)측으로 빨아들이기 쉽게 할 수 있게 되어, 피처리재의 처리부(10B)로의 공급을 원활하게 할 수 있게 된다.

한편, 본 실시형태의 분산기(1)에서는 피처리재를 분쇄하는 분쇄기로서 이용할 수 있음은 물론이다.

또한 상술한 실시형태에서는 피처리재에 대해 명시하지 않았지만, 본 발명의 실시형태에서 분산 또는 분쇄 처리가 실행되는 피처리재로는 다음과 같은 것이 해당된다.

(가) 리튬 이온 등의 전지용 재료

(나) 액정 텔레비전 등의 FPD(플랫 패널 디스플레이)에 이용하는 컬러 필터, 반사 방지재 등의 도공 재료

(다) 콘덴서 등의 전자부품용 재료

(라) 도료, 잉크용 유기·무기 재료(안료)

(마) 그림물감용 유기·무기 재료(안료)

(바) 그 밖에 시장에서 유통되고 있는 유기·무기재료

여기서, 상기 (가)∼(바)의 피처리재에 대한 분산 처리는 액체와 액체의 혼합물, 1종류 이상의 액체와 1종류 이상의 고체의 혼합물, 고체와 고체의 혼합물 등을 대상으로 해서 실시된다. 이 때, 액체와 액체의 혼합물에서는 한쪽 액체를 다른 쪽 액체 중에 분산시키고, 1종류 이상의 액체와 1종류 이상의 고체의 혼합물에서는 고체를 액체 중에 분산시키고, 고체와 고체의 혼합물에서는 한쪽 고체를 다른 쪽 고체 중에 분산시키는 것이 해당된다. 또한 상기 (가)∼(바)의 피처리재에 대한 분쇄 처리는 1종류 이상의 액체와 1종류 이상의 고체의 혼합물, 1종류 이상의 고체 등을 대상으로 해서 실시되며, 이 때 고체를 분쇄하는 것이 해당된다.

또한 상술한 실시형태에서는 처리부(10B)의 처리부용 로터(11b)의 외표면 및 처리부용 스테이터(12b)의 내표면은 모두 요철이 없는 매끄러운 표면(종단면이 직선)으로 형성하였지만, 본 발명의 양태는 이에 한정되지 않으며, 처리부용 로터(11b)의 외표면 및 처리부용 스테이터(12b)의 내표면을 요철이 적은 매끄러운 표면(종단면이 직선형상)으로 형성해도 된다. 한편, 요철의 정도는 틈(Gt)의 변동에 따라 전단력이 크게 변화되며, 전단력이 작아질 때 분산이나 분쇄가 일어나기 어려워지지 않는 한도로 된다. 그리고 그 한도 내에서 처리부용 로터(11b)의 외표면 및 처리부용 스테이터(12b)의 내표면에 미소한 요철을 형성해도 된다. 그 요철의 형태로는, 예를 들면 오목부나 볼록부가 포인트적으로 형성된 것이나, 오목부나 볼록부가 나선형상이나 환형상 등의 라인형상으로 형성된 것이어도 된다.

또한 상술한 실시형태에서는 공급부(10A)로서 외주면이 테이퍼형상인 입구 로터(13a)와 이것에 대응하는 내면형상인 입구 스테이터(14)를 구비한 구성으로 되어 있지만, 본 발명의 양태는 이에 한정되지 않으며, 예를 들면 도 3 및 도 4에 도시한 구성으로 해도 된다. 도 3은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 분산기의 주요부를 나타내는 정단면도이고, 도 4는 도 3의 IV-IV선을 따라 자른 단면도이다. 한편, 도 3 및 도 4에서는 도 1 및 도 2와 입구측 및 출구측이 좌우 반대로 표시되어 있다.

이 분산기(1')에서는 공급부(10A')에서 배출부(10C')까지에 걸쳐 회전체(3A)가 일정한 직경으로 형성되고, 스테이터(5')도 거의 일정한 내부직경을 갖도록 형성되어 있다. 공급부(10A')는 회전체(3A)의 둘레면에, 회전체(3A)의 축심을 지나는 방향으로 마련한 공급구멍(14b')으로부터 피처리재가 공급되도록 구성되어 있다. 또한 배출부(10C')는 회전체(3A)가 존재하지 않고, 스테이터(5')만으로 구성되어 있으며, 스테이터(5')의 내주면이 배출측에 근접할수록 급격하게 직경이 축소되는 내부 공동을 가지는 구성으로 되어 있다. 단, 이 분산기(1')에서는 처리부(10B')에서의 피처리재의 이동을 가능하게 하기 위해, 공급부(10A')에 있어서 회전체(3A)측으로 피처리재를 밀도록 압력을 부여하거나, 혹은 도시하지 않은 스크류 피더나 송액 펌프 등으로 강제적으로 피처리재를 회전체(3A)측으로 보낼 필요가 있다. 상기 스크류 피더는 피처리재가 고체일 때 이용되고, 송액 펌프는 피처리재가 액체일 때 혹은 액체를 포함할 때 이용된다. 한편, 도 3의 21'은 회전축(21)에 상당한다.

또한 본 발명의 한 양태에서는 도 5에 도시한 바와 같이 공급부(10A")의 입구 로터(11a")의 외주면에 스파이럴형상의 핀(11a-1")을 마련해도 된다. 이렇게 했을 경우에는 핀(11a-1")의 회전에 의해 피처리재가 공급부(10A")에서 처리부(10B")로 강제적으로 공급되게 되므로, 처리부(10B")로 안정적인 공급이 가능하게 된다. 이 경우의 회전 구동 수단으로는 기존의 로터 회전 기구(이음매 없는 벨트(24), 전동 모터(23) 등)를 이용할 수 있다. 한편, 도 5에서는 외주면이 테이퍼형상인 입구 로터(11a")에 핀(11a-1")을 마련했지만, 본 발명의 양태는 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 상기 입구 로터(11a")보다 좌측이며 외부직경이 일정한 회전부(11a''') 외주면에 스파이럴형상의 핀(11a-1")을 마련해도 된다. 혹은 외주면이 테이퍼형상인 입구 로터(11a")와 외부직경이 일정한 회전부(11a''') 모두에 스파이럴형상의 핀(11a-1")을 마련해도 된다. 상기 회전부(11a''')는 입구 로터(11a")의 연장부여도 되고, 회전축(21)의 연장부여도 된다. 도 5의 3"은 회전체, 5"는 스테이터를 각각 나타낸다.

한편, 이음매 없는 벨트(24) 대신에 기어를 이용해도 된다. 이 경우, 전동 모터(23)의 출력축(23a)와 회전축(21) 사이에, 전달용인 복수의 기어로 이루어지는 기어 기구가 마련된다. 혹은 전동 모터(23)의 출력축(23a)과 회전축(21)을 커플링에 의해 직접 결합시키는 직결 타입으로 해도 된다.

또한 상술한 실시형태에서는, 처리부(10B)의 처리부용 로터(11b)는 외부직경이 일정한 것을 이용했지만, 본 발명의 형태는 이에 한정되지 않으며, 외부직경이 축심방향에 대하여 일정 비율로 변화되는 로터, 즉 외주면이 테이퍼형상인 로터를 이용해도 된다. 이 경우, 외주면이 테이퍼형상인 로터는 직경이 작은 쪽을 입구측에 배치해도 되고, 혹은 출구측에 배치해도 되지만, 외주면이 테이퍼형상인 로터에 있어서 외주면의 축심에 대한 기울기는 예를 들어 10도 이하가 바람직하다. 단, 처리부(10B)의 로터와 스테이터와의 틈(Gt)은 축심방향을 따라 일정하게 된다. 바꿔 말하면, 틈(Gt)이 축심방향을 따라 일정하면, 처리부(1B)에 있어서 스테이터의 내주 및 로터의 외주는 모두, 로터의 축심과 직교하는 단면이 원형이고, 축심을 따른 방향의 단면에서 직선형상으로 형성되어 있으면 된다. 이러한 외주면이 테이퍼형상인 로터를 이용할 경우에는 스테이터의 내주 및 로터의 외주가 모두 축심방향에 대하여 기울어져서, 전단력의 크기에 구배가 적은 전단력 분포가 얻어진다. 그리고 이러한 전단력 분포 속을 피처리재가 이동하기 때문에, 로터의 직경을 조정함으로써 원하는 전단력을 피처리재에 작용시킬 수 있고, 이로 인해 피처리재에 안정된 전단력을 작용시킬 수 있다.

또한 상술한 실시형태에서는 내부에 냉각수 통로(16)를 가지는 처리부용 스테이터(12b)를 구비하는 구성으로 하고, 처리부용 로터(11b)에서는 냉각하는 구성으로 하지는 않았지만, 본 발명의 형태는 이에 한정되지 않으며, 도 6에 도시한 바와 같이 처리부용 로터(11b)에서도 냉각하는 구성으로 해도 된다. 구체적으로는 처리부용 로터(11b)와 이것에 회전력을 부여하는 회전축(21)의 내부에 냉각수 통로(38)를 마련하고, 회전축(21)의 로터(11b)와 반대측의 단부에, 회전축(21)의 회전에 관계없이 일정한 자세를 유지하는 급배수 부재(39)를 마련함과 아울러, 그 급배수 부재(39)에 마련한 급수구(39d)로부터 냉각수를 냉각수 통로(38)에 공급하고, 급배수 부재(39)에 마련한 배수구(39e)로부터 냉각수 통로(38)의 냉각수를 배출하는 구성으로 해도 된다. 한편, 도 6은 도 3과 동일 부위에 동일 부호를 붙였다. 또한 본 발명의 한 형태로는 처리부용 스테이터(12b) 및 처리부용 로터(11b) 중 적어도 한쪽에서 냉각하는 기구를 생략해도 된다.

한편, 상술한 구체적 실시형태에는 이하의 구성을 가지는 발명의 형태가 주로 포함되어 있다.

본 발명의 한 양태에 따른 분산·분쇄기는 피처리재를 공급하는 공급부; 이 공급부에 의해 공급되는 피처리재를 분산 또는 분쇄 처리하는 처리부; 및, 이 처리부에 의해 처리된 피처리재를 상기 처리부로부터 배출하는 배출부;를 구비하고, 상기 처리부는 내부 공동을 가지는 스테이터; 및 상기 내부 공동 내에 축심 주변으로 회동하도록 마련된 로터;를 구비하며, 상기 로터의 외주면과, 이것에 대면하는 상기 스테이터의 내주면과의 틈에서 피처리재를 처리하고, 상기 스테이터의 내주면 및 상기 로터의 외주면은 상기 로터의 축심과 직교하는 단면에서 원형이고, 상기 축심을 지나는 방향의 단면에서 직선형상이면서, 상기 스테이터 내주면과 상기 로터의 외주면과의 틈이 둘레방향 및 상기 축심방향에서 일정한 것을 특징으로 한다.

이렇게 구성했을 경우에는 분산 등의 처리에 편차를 억제할 수 있고, 또 피처리재에 안정된 전단력을 작용시킬 수 있으며, 또한 효율적인 분산 등을 가능하게 할 수 있다.

이 구성에 있어서, 상기 처리부에 있어서 상기 로터의 외주면 및 상기 스테이터의 내주면이, 모두 매끄러운 표면으로 형성되는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 스테이터와 로터의 틈을 각 부위에서 보다 적절하게 균일하게 할 수 있다.

이 구성에 있어서, 상기 배출부는 상기 처리부에서 처리된 피처리재를 반송하는 스크류 로터와, 이 스크류 로터를 둘러싸는 출구 스테이터를 구비하도록 하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 스크류 로터가 처리부에서 처리된 피처리재를 강제적으로 배출하게 되므로, 처리부에서의 내부 압력 상승을 방지할 수 있게 된다.

이 구성에 있어서, 상기 공급부는 공급부 입구측보다 처리부측의 외주면이 직경이 큰 테이퍼형상의 입구 로터와, 이 입구 로터를 둘러싸는 입구 스테이터를 구비하도록 하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 입구 로터의 외부직경과 입구 스테이터의 내부직경이 모두 입구측보다 처리부측을 크게 하도록 형성되어 있으므로, 피처리재를 처리부측으로 빨아들이기 쉽게 할 수 있게 되어, 피처리재의 처리부로의 공급을 원활하게 할 수 있게 된다.

이 구성에 있어서, 상기 공급부는 입구 로터를 구비하고, 그 입구 로터의 외주면에 피처리재를 상기 처리부로 공급하기 위한 스파이럴형상의 핀이 마련되는 것이 바람직하다. 이 핀에 의해 피처리재를 처리부에 강제적으로 공급하게 되므로, 처리부로 안정된 공급이 가능하게 된다.

이 구성에 있어서, 상기 처리부에 있어서 상기 로터가 축심방향을 따라 외부직경을 일정하게 해서 형성되는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 처리부의 입구측으로부터 고효율의 처리가 가능하게 된다. 즉, 특허문헌 1의 경우에는 원반형상의 숫돌의 외주에 근접할수록 고효율의 분산 또는 분쇄의 처리가 실시되게 하지만, 이 경우에는 처리부의 입구측 끝에서 출구측 끝까지의 모든 영역에서 고효율의 분산 등의 처리가 실시되게 된다.

1: 분산기 2: 기대
3: 회전체
10: 분산기 본체 10A: 공급부
10B: 처리부 10C: 배출부
11a~11c: 로터 12a~12c: 스테이터
13a: 입구 로터 13c: 통형상 부재
14: 스테이터 본체 14a: 관통구멍
14b: 공급구멍 14c: 공급구멍
15: 실링부재 16: 냉각수 통로
17: 원추로터 18: 스크류 로터
18a: 봉형상 부재 18b: 핀
20: 구동수단 21: 회전축
22: 회전구동수단 23: 전동모터
23a: 출력축 24: 벨트
25a, 25b: 베어링 부재
30: 가이드부재 31: 출구 스테이터
32, 33, 34: 지지부재 35: 냉각기구
36: 통로형성 부재 37: 배출구
38: 냉각수 통로 39: 급배수 부재

Claims

피(被)처리재를 공급하는 공급부; 이 공급부에 의해 공급되는 피처리재를 분산 또는 분쇄 처리하는 처리부; 및 이 처리부에 의해 처리된 피처리재를 상기 처리부로부터 배출하는 배출부;를 구비하고,
상기 처리부는 내부 공동(cavity)을 가지는 스테이터(stator); 및 상기 내부 공동 내에 축심 주변으로 회동(回動)하도록 마련된 로터;를 구비하며, 상기 로터의 외주면(外周面)과, 이것에 대면하는 상기 스테이터의 내주면(內周面)과의 틈에서 피처리재를 처리하고,
상기 스테이터의 내주면 및 상기 로터의 외주면은, 상기 로터의 축심과 직교하는 단면(斷面)에서 원형이고, 상기 축심을 지나는 방향의 단면에서 직선형상이면서, 상기 스테이터 내주면과 상기 로터의 외주면과의 틈이 둘레방향 및 상기 축심방향에서 일정하게 되고,
상기 배출부는 상기 처리부에서 처리된 피처리재를 반송하는 스크류 로터와, 상기 스크류 로터를 둘러쌈과 함께 내부직경을 일정하게 하는 삽입통과구멍을 가진 출구 스테이터와, 상기 출구 스테이터를 지지함과 함께 피처리재를 외부로 배출하기 위한 배출구가 마련된 지지부재를 구비하고, 상기 스크류 로터는 그의 회전에 따라서 피처리재를 강제적으로 배출하는 형태인 핀이 마련되고, 상기 배출부는 상기 삽입통과구멍에서 상기 배출구에 이르기까지 동일한 직경으로 설정(設定)되는 것을 특징으로 하는 분산·분쇄기.
제1항에 있어서,
상기 처리부에 있어서 상기 로터의 외주면 및 상기 스테이터의 내주면이, 모두 매끄러운 표면으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 분산·분쇄기.
삭제
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 공급부는 공급부 입구측보다 처리부측의 외주면이 직경이 큰 테이퍼형상의 입구 로터; 및 이 입구 로터를 둘러싸는 입구 스테이터;를 구비하는 것을 특징으로 하는 분산·분쇄기.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 공급부는 입구 로터를 구비하고, 그 입구 로터의 외주면에 피처리재를 상기 처리부에 공급하기 위한 스파이럴형상의 핀이 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 분산·분쇄기.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 처리부에 있어서 상기 로터가 축심방향을 따라 외부직경을 일정하게 해서 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 분산·분쇄기.