(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
分散されるべきペーストを供給する供給口及び分散された分散ペーストを排出する排出口を有するベセルと、該ベセル内壁との間に分散を行うための環状隙間を形成するように前記ベセル内に配置した外周面が円筒状のローターとを有するアニュラー型のビーズミルであって、
前記環状隙間から前記ローターの内部を通り前記排出口に至る流路が形成され、
前記ローター内の前記流路の途中に、分散メジアを分散ペーストから遠心分離するための遠心分離装置を設け、
遠心分離した分散メジアを前記環状隙間に送り出すための循環用開口部が前記ローターに形成されていることを特徴とするビーズミル。
【請求項２】
前記遠心分離装置が、分散メジアの遠心分離を行う回転体を有し、該回転体が羽根車であることを特徴とする請求項１記載のビーズミル。
【請求項３】
前記遠心分離装置が、分散メジアの遠心分離を行う回転体を有し、該回転体が回転ディスクであることを特徴とする請求項１記載のビーズミル。
【請求項４】
前記ローターの回転駆動軸が中空軸とされるとともに、該中空軸に前記排出口に通じる排出開口部が形成されていることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のビーズミル。
【請求項５】
前記供給口が前記ベセルの一端側に配置され、前記ベセルの他端側であって、前記ローターの内側に配置された略円筒状のステーターを更に有し、該ステーターと前記ローターとの間に、前記流路の一部を構成する隙間が形成されていることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のビーズミル。
【請求項６】
前記ローターの前記中空軸内に、前記回転体の回転駆動軸が挿入され、前記ローターの前記中空軸内周壁と前記回転体の回転駆動軸との間に前記排出開口部に至る流路を構成する隙間が形成されていることを特徴とする請求項４又は５に記載のビーズミル。
【請求項７】
前記ローターの回転駆動軸と前記回転体の回転駆動軸とが同心状に配置されていることを特徴とする請求項６記載のビーズミル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、円筒状のローターを有するアニュラー型のビーズミルに係り、特に、水系塗料又は有機溶剤系塗料の分散工程において分散されるべきペーストに配合されている顔料、すなわち二次粒子からなる顔料の凝集体を一次粒子に分散して顔料が均一に分散された分散ペーストを得るためのビーズミルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のビーズミルにおいては、顔料を分散処理した分散ペーストと分散メジア（いわゆるビーズ）とを分離する機構として、ギャップセパレータ或いは分離スクリーンが一般に知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年、より微細な分散への要求が高まるなか、微小粒径の分散メジアが使用可能なビーズミルが要望されているが、スクリーン或いはギャップセパレータでは限界がある。
【０００４】
即ち、ローターとベセルに固定されたステーターとのクリアランスによって分散ペーストと分散メジアとを分離するギャップセパレータでは、ローターの回転軸が熱膨張により伸縮するため、クリアランスは０．１ｍｍが限界であり、従って、直径０．３ｍｍ〜０．５ｍｍの分散メジアが使用できる限界である。しかも、粘度の比較的高い塗料、インキ等の分散ペーストではギャップセパレータのローターとステーターとの間のクリアランを小さくすると圧力損失が大きくなるため直径０．５ｍｍのメジアが使用限界である。
【０００５】
また、スクリーンは、ギャップセパレータに比べて開口面積（総面積）が大きく採れるが、液の流動がギャップセパレータに比べて悪いため、クリアランスは０．１ｍｍ程度が限界であり、直径０．３ｍｍの分散メジアが限界である。特に、構造粘性の大きい分散ペーストでは圧力損失が大きくなる欠点がある。さらに、分散顔料による目詰まり、分散メジアによる摩耗等の問題も生じ易い。
【０００６】
そこで、本発明は、未分散顔料による目詰まりや分散メジアによる摩耗を生じることなく、微小粒径の分散メジアが使用可能な顔料分散用ビーズミルを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記目的は、分散されるべきペーストを供給する供給口及び分散された分散ペーストを排出する排出口を有するベセル、及び該ベセル内壁との間に分散を行うための環状隙間を形成するように前記ベセル内に配置した外周面が円筒状のローターを有するアニュラー型のビーズミルであって、 前記環状隙間から前記ローターの内部を通り前記排出口に至る流路が形成され、前記ローター内の前記流路の途中に、分散メジアを分散ペーストから遠心分離するための遠心分離装置を設け、遠心分離した分散メジアを前記環状隙間に送り出すための循環用開口部が前記ローターに形成されていることを特徴とするビーズミルにより達成される。
【０００８】
前記遠心分離装置が、分散メジアの遠心分離を行う回転体を有し、該回転体が羽根車であることが好ましい。
【０００９】
前記回転体は、前記羽根車に代えて、回転ディスクとしても良い。
【００１０】
前記ローターの回転駆動軸を中空軸とされるとともに、該中空軸に前記排出口に通じる排出開口部を形成することが好ましい。
【００１１】
前記供給口が前記ベセルの一端側に配置され、前記ベセルの他端側であって、前記ローターの内側に配置された略円筒状のステーターを更に有し、該ステーターと前記ローターとの間に、前記流路の一部を構成する隙間を形成することが好ましい。
【００１２】
前記ローターの中空軸内に、前記遠心分離装置の回転体の回転駆動軸を挿入し、前記ローターの前記中空軸内周壁と前記回転体の回転駆動軸との間に前記排出開口部に至る流路を構成する隙間を形成することが好ましい。
【００１３】
前記ローターの回転駆動軸と前記回転体の回転駆動軸とを同心状に配置することが好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明に係るビーズミルの好ましい実施形態について以下に図面を参照して説明する。図１はビーズミルの縦断面図、図２は図１のＡ−Ａ視断面図である。なお、全図を通し、同様の構成部分には同符号を付した。
【００１５】
図１，２に示すように、ビーズミル１は、供給口２が形成されたベセル３内に、外周面が円筒状のローター４が内装されている。ベセル３の内壁とローター４の外周壁との間には、顔料の分散を行うための環状隙間Ｘが形成されている。
【００１６】
ローター４の回転駆動軸４ａは中空軸となっており、該中空軸に排出開口部５が形成されている。回転駆動軸４ａの中空部４ｘからローター４の内部を通りローター４の底方に開口する流路６が形成されている。
【００１７】
ローター４内部には、流路６を流れてくる分散メジアを分散ペーストから遠心分離するための遠心分離装置７が配置されている。図示の例では、遠心分離装置７は、流路６を横切るようにして配置された羽根車８を採用している。遠心分離した分散メジアを環状隙間Ｘに送り出すため、羽根車８の周囲空間と環状隙間Ｘとを連通する循環用開口部９がローター４に形成されている。
【００１８】
羽根車８は、平羽根、矢羽根、捻り羽根等の種々の羽根を採用することができ、羽根の中心部において吸い上げ、周方向に押し出す作用、即ち遠心ポンプとしての作用を有する。羽根車８の回転駆動軸８ａは、ローター４の中空部４ｘ内に挿入されており、ローター４の回転駆動軸４ａから突出している。なお、図中１０、１１、１２は、シール部材である。
【００１９】
それぞれの回転駆動軸４ａ、８ａは、図示例では伝動機構１５を介して共通の駆動源Ｍに接続されているが、回転駆動軸４ａ、８ａの駆動源は、別々の駆動源に接続しても良い。伝動機構１５は、図示の例ではプーリー１５ａ〜１５ｄとプーリー１５ａ〜ｄに巻回されたプーリーベルト１５ｅ、１５ｆの組合せによる伝動機構であるが、歯車伝動機構等その他の公知の伝動機構を採用することができる。
【００２０】
流路６は、ローター４の底部から羽根車８の中心部、即ち羽根車８の吸い上げ作用を行う部分に通じている。環状隙間Ｘ、流路６、及び循環用開口部９によって、環状隙間Ｘから羽根車８の中心部に通じ且つ羽根車８の外周部を経て再び環状隙間Ｘに至る循環経路が構成されている。
【００２１】
ベセル３の内底部略中央にステーター２０を固定することができ、ステーター２０とローター４との間に形成された隙間によって流路が形成されている。ステータ２０は、羽根車８の回転による吸い込み作用の最も強い中心部に流路を形成するような形状とされ、それによって前記循環経路における分散メディア及び分散ペーストの循環をさらに強める働きがある。ステーター２０は、ローター４の内側とステーター２０の外壁との間の隙間によって速度差を与え、ローター４の外周と同様に分散を行う役割も果たす。ステーター２０は、図示の例では、上部が切頭円錐の円柱体で形成されているが、円錐形等の種々の形状のものを採用することができる。
【００２２】
ベセル３及びステーター２０の外周部には、ジャケット３０、３１が形成され、それぞれのジャケット３０、３１内に図外の給水口より冷却水が導入され、図外の排水口より排水され、ベセル３内の温度上昇を防止するようになっている。
【００２３】
上記ビーズミル１の幾何学的寸法比は、ベセル３の内径を１とすれば、
ベセル３の内空の高さＨ１は、１．０〜２．０
ステーター２０の外径Ｌ１は、０．５〜０．７
ローター４の外径Ｌ２は、０．９５〜０．９８
環状隙間Ｘの幅Ｘ１は、０．０２〜０．０５
ローター４とステーター２０との隙間Ｘ２は、０．０２〜０．０５
羽根車８に連通する部位の流路６の直径Ｌ３は、０．１〜０．３
羽根車８の直径Ｌ４は、０．６〜０．８
羽根車８の幅Ｈ２は、０．２〜０．３
ローター４の回転駆動軸４ａの内径Ｌ５は、０．３〜０．４
循環用開口部９の高さＨ３は、０．２５〜０．３５
循環用開口部９の幅Ｌ６は、０．０５〜０．１
の範囲にあることが好ましい。
【００２４】
また、羽根車８の回転数は、ローター４の回転数の１．５〜２．０倍の範囲が好適である。
【００２５】
上記構成を有するビーズミルの作用効果について以下に説明する。
【００２６】
分散されるべき前練りペースト（顔料、ワニス、溶剤の予備混合物）は、図外のポンプ作用で供給口２よりベセル３内に圧送される。分散メジア（図示せず）は、予めベセル３内に収容されている。前練りペーストを供給口２に圧送する送り量は、遠心分離装置を構成する羽根車８の遠心分離能力を大幅に上回らない範囲で適切に制御される。
【００２７】
ベセル３に圧送された前練りペーストは、分散メジアと共にローター４により攪拌されながら、ベセル３内壁とローター４外壁との環状隙間Ｘを下方に送られ、ローター４底部とベセル３底部の隙間を通って、ローター４内壁とステーター２０外壁との隙間を上昇する。そして、ローター４内部に配置された羽根車８の遠心ポンプ作用によりローター４の中心部から羽根車８に吸入される。
【００２８】
羽根車８に吸入された分散ペーストと分散メジアの混合物は、羽根車８及びその外側のローター４の回転による遠心力の作用を受け、比重差により分散メジアと分散ペーストとに分離される。比重の大きい分散メジアは、外周部に吐出され、ローター４に複数個形成された循環用開口部９より、ベセル３内壁とローター４外壁との環状隙間Ｘに戻される。そして再び前練りペーストと混合され、ベセル３内壁とローター４外壁との間の環状隙間Ｘを下降する。
【００２９】
このように、分散メジアは環状隙間Ｘからローター内部の流路６へ、分散ペーストの流動により移動し、羽根車８により循環用開口部９を通じて元に戻る循環を繰り返す。この間、ペースト中に配合された顔料の凝集粒子体（二次粒子）は、ベセル３内壁とローター４外壁との間の環状隙間Ｘにおいて分散メジアとの衝突により生じる強力な剪断作用により一次粒子に分散される。
【００３０】
羽根車８により分散メジアと分離された分散ペーストは、ローター４の回転駆動軸４ａの中空部４ｘと羽根車８の回転駆動軸８ａとの間の隙間を上昇し、ローター４の回転駆動軸４ａに形成された排出開口部５を通って、排出口３ａより排出される。
【００３１】
このように、分散ペーストと分散メジアとは、ローター４及びローター４に内蔵された羽根車８の回転により生ずる強力な遠心力の作用により、分散メジアと分散ペーストの比重差により分離される。従って、ギャップセパレーター或いはスクリーンのように分散メジアの粒径の数分の一のクリアランスを必要とせず、より小径の分散メジアが使用可能となる。
【００３２】
さらに、羽根車８のポンプ作用により、分散メジアが前記循環経路を循環するため、分散メジアによる分散ペーストの流動抵抗が全く生じない。
【００３３】
上記した実施形態は、本発明に係るビーズミルの一例であり、以下に説明するように種々の変更態様が有り得る。
【００３４】
羽根車８は、上記実施形態では１段のみ示したが２段以上設けてもよく、また、羽根車８の周囲に静止案内羽根を設けてタービン翼としても良い。さらに、遠心分離装置７として、羽根車８に代えて回転ディスク（図示せず）を採用することもできる。回転ディスクの場合は、羽根車に比べて吸引ポンプとしての作用は小さいが、分散メジアに遠心力を作用させる働きはある。また、ディスク状に限らず、球体、楕円球体、笠状体など、回転することによって分散メジアを遠心分離し得る種々の形状をした回転体を採用することもできる。
【００３５】
なお、遠心分離装置として、ローター４内に羽根車を固定或いは一体的に形成し、羽根車の回転駆動軸を省くことも可能である。この場合は、羽根車の回転数（回転速度）とローターの回転数が同じになり、遠心分離作用が減少するが、部品点数を削減することができる。
【００３６】
また、ローター４は、外周面に複数本のピン等の突起を形成し、攪拌効果を高めることも可能である。
【００３７】
さらに、羽根車８の回転駆動軸８ａは、下方に延ばしてベセル３の底から突き出すようにすることも可能である。
【００３８】
また、ビーズミル１は、調合タンク、前練り循環タンク等と組み合わせても良い。
【００３９】
【実施例】
図１に示したものと同等のビーズミル（実施装置）を作成し、市販のビーズミル（従来装置）との比較実験を行った。装置の概要は、以下の通りである。
実施装置
ローター４：  外径１４０ｍｍ×高さ１５０ｍｍ
羽根車８：  外径７５ｍｍ×高さ２０ｍｍ
ベセル３：内径１５０ｍｍ×高さ１７０ｍｍ
駆動モーターＭの出力：  ２．２ｋＷ
ローター４の回転数：  １５００ｒｐｍ
羽根車８の回転数：    ２５００ｒｐｍ
分散メジア：    ジルコニア、直径０．１ｍｍ、比重６．０
従来装置
従来装置は、本発明実施装置と同等の大きさ及びモーター出力を有する市販のアニュラー型ビーズミルを使用した。従来装置の分散メジアは、直径０．５ｍｍで材質はジルコニアを使用している。
【００４０】
上記２種類のビーズミルに分散メジアを１．５ｋｇ充填し、粘度０．５Ｐａ・ｓの塗料用顔料ペーストを分散した。図３に示すように、処理流量５００ｋｇ／ｈで攪拌機付きタンク５０とビーズミル１とを配管５１及びポンプ５２で連結し循環分散することにより、ビーズミル内の滞留時間と分散度（ヘイズ値）との関係を求めた。ヘイズ値は、ＪＩＳ  Ｋ  ７１０５に準拠しヘイズメータで測定した。滞留時間は、分散ペーストがビーズミルに供給されてから排出されるまでに要する時間であり、次式で表すことができる。
【００４１】
滞留時間＝｛（ビーズミル空間容量）／（処理流量）｝×パス回数
ここで、ビーズミル空間容量は、ビーズミルの容積から充填したビーズの体積を引いた値である。パス回数は、分散ペーストがビーズミルを通過する回数であり、分散ペーストの処理流量を測定することにより、１パス当たりの滞留時間が求まる。分散ペーストを、複数回、ビーズミルを通過させる場合は、パス回数を積算して滞留時間を算出する。
【００４２】
比較実験の結果、図４のグラフに示すように、従来の市販ビーズミルに比べて約１／５の滞留時間で分散できることが分かった。
【００４３】
このように本発明のビーズミルが従来のビーズミルに比べて飛躍的に分散性能が高いのは、ローターに内蔵された羽根車（遠心分離装置）により、直径０．１ｍｍのジルコニアメジアが使用可能になったこと、及び羽根車（遠心分離装置）のポンプ作用により、メジアがローターの外周部（環状隙間）と内周部との間でよく循環され、メジアの運動が促進されるためと考えられる。
【００４４】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明に係るビーズミルによれば、ローター外周とベセル内周で形成される環状隙間からローターの内部を通りベセルの排出口に至る流路を形成し、ローター内の前記流路の途中に遠心分離装置を設けて分散メジアを分散ペーストから遠心分離し、遠心分離した分散メジアをローターに形成した循環用開口部から前記環状隙間に送り出す構成としたので、未分散顔料による目詰まりや分散メジアによる摩耗を生じることなく、微小粒径の分散メジアを使用することができ、その結果、分散性能が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るビーズミルの好ましい実施形態を示す縦断面図である。
【図２】図２は、図１のＡ−Ａ視断面図である。
【図３】本発明に係るビーズミルと従来のビーズミルとの比較実験に使用した実験装置を示す概念図である。
【図４】図３の実験装置による実験結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１  ビーズミル
２  供給口
３  ベセル
４  ローター
５  排出開口部
６  流路
７  遠心分離装置
８  羽根車
９  循環用開口部
２０  ステーター
【図１】
0003718831.tif 000002
【図２】
0003718831.tif 000003
【図３】
0003718831.tif 000004
【図４】
0003718831.tif 000005