TWI792660B - 分散粉碎裝置 - Google Patents

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日商蘆澤精美技術股份有限公司
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Abstract

[課題]相較於以往之無介質分散粉碎裝置，可以更微細地分散或粉碎粒子。 [解決手段]本發明之分散粉碎裝置是藉由通過間隙時的剪切力來分散或粉碎粒子含有液中的粒子之裝置，並具備有罩殼、轉子、定子、葉輪及驅動機構。在定子與轉子之間設置有間隙。當轉子及葉輪藉由驅動機構而旋轉時，藉由葉輪的旋轉力而從罩殼的流入部流入之粒子含有液會通過間隙，且粒子含有液中的粒子藉由通過該間隙時之剪切力而被分散或粉碎。

Description

分散粉碎裝置
本發明是有關於一種對包含粒子之液體(以下稱為「粒子含有液」)中的粒子進行分散或粉碎之裝置(以下稱為「分散粉碎裝置」)，更詳細地說是有關於一種不使用珠粒等介質之無介質的分散粉碎裝置。
以往，作為將粒子含有液中的粒子分散或粉碎之無介質的分散粉碎裝置，已知有本案申請人在本案之前進行了申請之分散粉碎裝置(專利文獻1)。此分散粉碎裝置是構成為：藉由粒子含有液於通過形成於罩殼與轉子之間的間隙時所產生之剪切力來使該粒子含有液中的粒子分散或粉碎。
根據前述分散粉碎裝置，便不會產生如在使用介質的情況下的污染物，且可以用微米單位來分散或粉碎粒子。 先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本特許第6799865號公報
發明欲解決之課題
然而，為了將粒子含有液中的粒子微細地分散或粉碎，必須提高剪率(shear rate)(剪切速度)。在前述專利文獻1之分散粉碎裝置中，雖然可以藉由使轉子(旋轉體)高速旋轉來提高剪率，但若使轉子高速旋轉，粒子含有液會發熱，而有因為該熱引起材料劣化之疑慮。又，為了使轉子高速旋轉，需要較大的能量。因此，即使要讓轉子高速旋轉也會有極限，而難以將粒子微細化至如使用介質之分散粉碎裝置之尺寸。
本發明是有鑒於所述之情況而作成之發明，其解決課題在於提供一種分散粉碎裝置，相較於以往之無介質分散粉碎裝置，可以用較小的能量來提高剪率，並且可以比以往之無介質分散粉碎裝置更微細地分散或粉碎粒子。 用以解決課題之手段
本發明之分散粉碎裝置是藉由通過間隙時之剪切力來將粒子含有液中的粒子分散或粉碎之裝置，且具備有罩殼、配置於罩殼內之轉子、定子與葉輪(具備有葉片之旋轉體)、及使轉子與葉輪旋轉之驅動機構，前述罩殼具備有供粒子含有液流入之流入部、及供該粒子含有液流出之流出部。設成：於定子與轉子之間設有間隙，當轉子及葉輪藉由驅動機構而旋轉時，藉由葉輪的旋轉力而從流入部流入之粒子含有液會通過間隙，且粒子含有液中的粒子藉由通過該間隙時之剪切力而被分散或粉碎。 發明效果
本發明之分散粉碎裝置藉由設置在罩殼內之葉輪的作用，相較於以往之無介質分散粉碎裝置，可以用較小的能量來提高剪率，且相較於以往的無介質分散粉碎裝置，可以更微細地分散或粉碎粒子含有液中的粒子。
用以實施發明之形態
(實施形態) 參照圖式來說明本發明之分散粉碎裝置10的實施形態之一例。此實施形態之分散粉碎裝置10是組裝於如圖1所示之處理系統來使用之裝置。在處理系統中，雖然有循環式的處理系統與通過(pass)式的處理系統，但在此是以將分散粉碎裝置10組裝於循環式的處理系統之情況作為一例來說明。
作為一例，圖1所示之處理系統具備有：粒子含有液槽20，貯留處理對象即粒子含有液(漿料)；分散粉碎裝置10，對從粒子含有液槽20所供給之粒子含有液中的粒子進行分散或粉碎；與三通閥30，切換已通過分散粉碎裝置10之粒子含有液的流路。
粒子含有液槽20與分散粉碎裝置10是被第一流路31所連接，分散粉碎裝置10與三通閥30是被第二流路32所連接，三通閥30與粒子含有液槽20是被第三流路33所連接。在第一流路31設有用於開關第一流路31之閥35。閥35可以使用既有的自動閥等。
前述粒子含有液槽20是用於貯留處理對象即粒子含有液之容器。在此實施形態中，是使用夾套槽來作為粒子含有液槽20，前述夾套槽具備有攪拌槽21與裝設於攪拌槽21的外周之夾套(jacket)22。對粒子含有液槽20也可以使用此以外之構成。
前述攪拌槽21是用於貯留並攪拌粒子含有液之容器。此實施形態之攪拌槽21是上表面開口之有底圓筒狀，且底面設有將攪拌槽21內之粒子含有液朝外部排出之攪拌槽排出口21a。攪拌槽21的上表面開口部是設成可以用蓋子24來開關。
在前述攪拌槽21的內部設有對攪拌槽21內之粒子含有液進行攪拌之附葉片的攪拌棒23。攪拌棒23是設成藉由載置於蓋子24上之攪拌馬達M來旋轉，前述蓋子24會開關攪拌槽21的上表面開口部。在蓋子24設有可連接第三流路33的出口側之返回口24a，且通過第三流路33之粒子含有液會從返回口24a返回至攪拌槽21內。
前述夾套22是讓冷卻水循環之構成，前述冷卻水用於冷卻攪拌槽21內之粒子含有液。在夾套22的底面側設置有用於將冷卻水導入夾套22內之冷卻水導入口22a，且在側面設有用於將冷卻水排出至夾套22外之冷卻水排出口22b。圖示雖然省略，但於冷卻水導入口22a與冷卻水排出口22b設有具備有冷卻水導入路徑及冷卻水排出路徑之冷卻器(冷卻水循環裝置)，且是設成從該冷卻器所供給之冷卻水會在夾套22內循環。
前述分散粉碎裝置10是藉由粒子含有液通過間隙S(圖2)時之剪切力來將該粒子含有液中的粒子分散或粉碎之裝置。再者，「分散」意指讓粉體儘可能地成為單一粒子且均勻分布到流體或其他成分中、或一邊形成構造一邊分布到流體或其他成分中，「粉碎」意指用於弄碎物質而製造出粉體之操作。
如圖2所示，此實施形態之分散粉碎裝置10具備有罩殼11、外殼12、轉子13、葉輪14、驅動機構15、定子16與中間體17。
前述罩殼11是將粒子含有液槽20內之粒子含有液取入之殼體。已被取入到罩殼11內之粒子含有液中的粒子會在該罩殼11內被分散或粉碎。此實施形態之罩殼11具備有：供粒子含有液流入之管狀的流入部11a、可容置轉子13或葉輪14等之中空圓錐狀(喇叭狀)的容置部11b、與供粒子含有液流出之管狀的流出部11c。如圖3所示，流出部11c是設置在罩殼11的切線方向。
罩殼11的流入部11a、容置部11b及流出部11c在內部是連通的，且構成為從流入部11a流入之粒子含有液會通過容置部11b而從流出部11c流出至罩殼11外。在罩殼11的下擺側(罩殼11當中和流入部11a相反側之端部)設有向外伸出之下擺側凸緣11d。
前述外殼12是容置驅動機構15之殼體。此實施形態之外殼12具備有容置驅動機構15之殼身部12a、與從殼身部12a的端部向外伸出之圓盤狀的護緣部12b。在護緣部12b緊貼有後述之中間體17的向外突設部17c，且兩者已被第一固定具B1固定。
前述轉子13是直徑比外殼12的護緣部12b更小之圓盤狀構件。轉子13設置在驅動機構15的旋轉軸15a的前端側。在轉子13的前面側(流入部11a側)之面設置有斜流葉輪(斜流泵)來作為葉輪14。斜流葉輪是指所吐出的流會存在於以主軸的中心線為軸的圓錐面內之葉輪。
斜流葉輪會因為流量變多而引起壓力，所以會成為粒子含有液以高速且高壓的方式強制地通過間隙S之情形。藉由以斜流葉輪來提升流量，通過會變快，而可以抑制發熱。又，藉由以斜流葉輪來提升流量，循環通過次數會增加，而有變得容易將製品均質化之效果。
在葉輪14的前端側配置有按壓轉子13及葉輪14之按壓具18。按壓具18已和轉子13及葉輪14一起被第二固定具B2固定在旋轉軸15a的前端。葉輪14是設成：藉由後述之驅動機構15的旋轉軸15a的旋轉，而和轉子13及按壓具18一起朝和旋轉軸15a的旋轉方向相同的方向旋轉。
前述驅動機構15是用於使轉子13及葉輪14旋轉之機構。此實施形態之驅動機構15具備有未圖示之馬達與連結於該馬達之旋轉軸15a。在旋轉軸15a的外周設有防止粒子含有液的流出之機械密封19。
前述定子16是和轉子13以及葉輪14協同合作來作出粒子含有液之流動的構件。此實施形態之定子16是在中心部具備有容納葉輪14之開口的圓盤狀構件。定子16具備向外伸出之凸緣部16a，該凸緣部16a緊貼於後述之中間體17，且已被第三固定具B3所固定。
在定子16之轉子13側的面上，設置有和該轉子13相向之環狀的突條部16b，且在該突條部16b與轉子13之間確保有供粒子含有液通過之極小的間隙S。間隙S的尺寸可以設為100μm以下，較佳的是設為70μm以下，更佳的是設為30μm以下。
雖然已省略圖式，但也可以在構成間隙S之定子16的表面(與轉子13相向之面)設置凹凸狀的溝。藉由在定子16之表面設置溝，可以將粒子含有液中的粒子更微細地分散或粉碎。凹凸狀的溝也可以設置在和粒子含有液的通過方向成為平行之方向上，也可以設置在和該方向交叉之方向上。
前述中間體17是配置在罩殼11與定子16之間的構件。此實施形態的中間體17具備有：筒狀部17a，設置於覆蓋定子16、轉子13及葉輪14的外側之位置；向內突設部17b，在筒狀部17a的一端側向內突設；及向外突設部17c，在筒狀部17a的另一端側向外伸出。
在中間體17的向內突設部17b緊貼有定子16的凸緣部16a，且兩者已被第三固定具B3所固定。在中間體17的向外突設部17c緊貼有罩殼11的下擺側凸緣11d，且兩者已被第四固定具B4所固定。
在此實施形態中，是設成在定子16的凸緣部16a與中間體17的向內突設部17b之間，放入未圖示的填隙片(shim)(間隔件(spacer))。可以藉由在此部分放入填隙片，來調整轉子13與突條部16b之間的間隙S。
在前述中間體17的筒狀部17a中，在圓周方向上隔著間隔而設置有複數個開口17d。開口17d是設置在可以從外部目視辨識轉子13與定子16之間的間隙S的位置。在定子16的凸緣部16a與中間體17的向內突設部17b之間放入填隙片後，可以從該開口17d確認是否形成有轉子13與定子16之間的適當的寬度之間隙S。
開口17d的數量或大小可以任意地設定。開口17d只要是可以利用測隙規來進行確認之寬度(例如長20mm×寬20mm左右)以上即可。開口17d也兼作為粒子含有液的通道，因此愈寬愈好。較佳的是，在任意一種情況下都設置在可以目視辨識轉子13與定子16之間的間隙S的位置。再者，開口17d只要因應於需要而設置即可。
在此實施形態之處理系統中，是設為：粒子含有液槽20內之粒子含有液透過第一流路31流入分散粉碎裝置10內，在循環動作時，已通過分散粉碎裝置10之粒子含有液會依第二流路32-三通閥30-第三流路33之順序來通過，並返回到粒子含有液槽20內，而在排出時，則是通過第二流路32-三通閥30來朝第四流路34排出。
(動作) 接著，針對此實施形態之處理系統中的分散粉碎裝置10的動作來說明。當藉由驅動機構15的馬達來使旋轉軸15a旋轉，讓連結於旋轉軸15a之轉子13及葉輪14旋轉時，粒子含有液會從罩殼11的流入部11a流入。已流入之粒子含有液會移動至容置部11b並沿著藉由葉輪14所製作出之流路來通過極小之間隙S，且粒子含有液中的粒子藉由通過該間隙S時所產生的剪切力而被分散或粉碎。已通過間隙S之粒子含有液會從流出部11c往外部流出。
此實施形態之分散粉碎裝置10因為是組裝於循環式的處理系統，所以從流出部11c流出之粒子含有液會在通過第二流路32及三通閥30之後，通過第三流路33而再次返回到粒子含有液槽20(攪拌槽21)，之後，將在分散粉碎裝置10內的處理重複預定次數，而分散或粉碎成期望尺寸的粒子。
在此實施形態之分散粉碎裝置10中，並非只是單純將間隙S設得較窄，還設成藉由斜流葉輪之泵作用來讓粒子含有液以高速且高壓的方式強制地通過間隙S，因此雖為無介質，仍然可以期待獲得與使用了介質之分散粉碎裝置10同等以上的剪率，並且可以將粒子含有液中的粒子分散或粉碎成和使用了介質之分散粉碎裝置10同等的尺寸(奈米等級)。
在本發明之分散粉碎裝置10中，在例如將間隙S設為30μm、將轉子13之周速度設為30m/sec的情況下，除了可獲得相當於高壓均質機的剪率100萬/s左右外，還可以期待將高速旋轉所造成之發熱抑制到最小限度。
(其他的實施形態) 本發明之分散粉碎裝置並不限定於前述實施形態，可以在不變更其要旨的範圍內，進行構成的追加或省略、更換等之變更。
在前述實施形態中，雖然以將分散粉碎裝置10組裝到循環式的處理系統之情況作為一例，但本發明之分散粉碎裝置10也可以組裝到通過式的處理系統。
在前述實施形態中，雖然是以使用斜流葉輪來作為葉輪14之情況作為一例，但是葉輪14也可以使用斜流葉輪以外之葉輪，例如朝軸方向送出粒子含有液之軸流葉輪(軸流泵)。
在前述實施形態中，雖然是以將分散粉碎裝置10設為橫向來使用之情況作為一例，但本發明之分散粉碎裝置10也可以設為縱向來使用。 產業上之可利用性
本發明之分散粉碎裝置10可以使用於：電池材料或化妝品、食品、電子零件、塗料等中所使用之各種粒子含有液的分散或粉碎。
10:分散粉碎裝置 11:罩殼 11a:流入部 11b:容置部 11c:流出部 11d:下擺側凸緣 12:外殼 12a:殼身部 12b:護緣部 13:轉子 14:葉輪 15:驅動機構 15a:旋轉軸 16:定子 16a:凸緣部 16b:突條部 17:中間體 17a:筒狀部 17b:向內突設部 17c:向外突設部 17d:開口 18:按壓具 19:機械密封 20:粒子含有液槽 21:攪拌槽 21a:攪拌槽排出口 22:夾套 22a:冷卻水導入口 22b:冷卻水排出口 23:攪拌棒 24:蓋子 24a:返回口 30:三通閥 31:第一流路 32:第二流路 33:第三流路 34:第四流路 35:閥 B1:第一固定具 B2:第二固定具 B3:第三固定具 B4:第四固定具 M:攪拌馬達 S:間隙
圖1是組裝有本發明之分散粉碎裝置之循環式的處理系統的概要說明圖。 圖2是顯示本發明之分散粉碎裝置之內部構造的剖面圖。 圖3是顯示本發明之分散粉碎裝置之內部構造的剖面圖。
10:分散粉碎裝置
20:粒子含有液槽
21:攪拌槽
21a:攪拌槽排出口
22:夾套
22a:冷卻水導入口
22b:冷卻水排出口
23:攪拌棒
24:蓋子
24a:返回口
30:三通閥
31:第一流路
32:第二流路
33:第三流路
34:第四流路
35:閥
M:攪拌馬達

Claims (7)

  1. 一種分散粉碎裝置，是藉由通過間隙時的剪切力來將粒子含有液中的粒子分散或粉碎，前述分散粉碎裝置之特徵在於：具備：罩殼，具備有供前述粒子含有液流入之流入部、與供該粒子含有液流出之流出部；轉子、定子及葉輪，配置在前述罩殼內；及驅動機構，使前述轉子及前述葉輪旋轉，前述轉子設置於前述驅動機構之旋轉軸的前端側，前述葉輪設置於前述轉子的前面側，前述定子具備：容納前述葉輪的開口、及與前述轉子相向之環狀的突條部，前述葉輪以該葉輪之葉片之突設方向的前端與前述開口的內周面鄰接且相向的方式，配置於該開口的內側，前述葉輪藉由以該葉輪之前述葉片之突設方向的前端與前述開口的前述內周面鄰接且相向的狀態旋轉，作為斜流泵而發揮功能，在前述突條部與前述轉子之間設置有供前述粒子含有液通過的間隙，當前述轉子及前述葉輪藉由前述驅動機構而旋轉時，藉由該葉輪的泵作用而從前述流入部流入之前述粒子含有液會通過前述間隙，且前述粒子含有液中的粒子藉由通過該間隙時之剪切力而被分散或粉碎。
  2. 如請求項1之分散粉碎裝置，其中前述突條部與前述轉子之間的前述間隙為100μm以下。
  3. 如請求項1之分散粉碎裝置，其中前述突條部與前述轉子之間的前述間隙為70μm以下。
  4. 如請求項1之分散粉碎裝置，其中前述突條部與前述轉子之間的前述間隙為30μm以下。
  5. 如請求項1之分散粉碎裝置，其中在前述罩殼的內側且為前述轉子及前述定子的外側設置有中間體，前述中間體具備有可從外部目視辨識前述轉子及前述定子之間的前述間隙之開口。
  6. 如請求項1之分散粉碎裝置，其中前述流出部設置在前述罩殼的切線方向上。
  7. 一種處理系統，是粒子含有液之處理系統，其中具備：貯留粒子含有液之粒子含有液槽、及將從該粒子含有液槽供給之前述粒子含有液進行分散或粉碎的分散粉碎裝置，前述分散粉碎裝置是請求項1至6中任一項之分散粉碎裝置，前述粒子含有液槽與前述分散粉碎裝置是透過流路而連接，以使前述粒子含有液從前述粒子含有液槽供給至前述分散粉碎裝置之前述流入部，且已被該分散粉碎裝置分散或粉碎之前述粒子含有液從前述流出部回到該粒子含有液槽。
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