(57)【要約】    【課題】  分散メジアによる目詰まりを生じることなく、微小粒径の分散メジアが使用可能で、しかも、洗浄時間を短縮し得る顔料分散用アニュラー型ビーズミルを提供する。    【解決手段】  顔料ペーストの供給路４及び排出路５が設けられ、周壁及び両側壁を有する円筒状のベセル２と、ベセル２内に収容されて該ベセル周壁との間に顔料分散を行うための環状隙間を形成するように配置された円筒状のローター３であって、ローター３の周壁に分散メジアの通過し得る循環用開口部３ａが形成されたローター３と、ローター３内に配置されるとともに、ベセル２の一方側壁を貫通する第１回転駆動軸１１に支持された分離スクリーン１０と、を有し、  第１回転駆動軸１１の内部に、分離スクリーン１０の内部に連通する排出路５を形成した。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
顔料ペーストの供給路及び排出路が設けられ、周壁及び両側壁を有する円筒状のベセルと、
前記ベセル内に収容されて該ベセル周壁との間に顔料分散を行うための環状隙間を形成するように配置された円筒状のローターであって、該ローターの周壁に分散メジアの通過し得る循環用開口部が形成された前記ローターと、
前記ローター内に配置されるとともに、前記ベセルの一方側壁を貫通する第１回転駆動軸に支持された分離スクリーンと、を有し、
前記第１回転駆動軸の内部には、前記分離スクリーンの内部に連通する前記排出路が形成されていることを特徴とするアニュラー型ビーズミル。
【請求項２】
前記前記ローターが、前記ベセルの他方側壁を貫通する第２回転駆動軸によって支持されてい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】
前記分離スクリーンの周囲を囲むように配置された遠心羽根が、前記第１回転駆動軸に支持されていることを特徴とする請求項１記載のアニュラー型ビーズミル。
【請求項４】
前記ローターが前記第１回転駆動軸に固定されていることを特徴とする請求項１記載のビーズミル。
【請求項５】
前記分離スクリーンの周囲を囲むように配置された遠心羽根が、前記ベセルの他方側壁を貫通する第３回転駆動軸によって支持されていることを特徴とする請求項４記載のビーズミル。
【請求項６】
請求項１〜５の何れかに記載のビーズミルと内部に平パドル翼を備える攪拌機とを循環用ポンプを介して循環ラインによって接続したことを特徴とする顔料分散システム。
【請求項７】
前記平パドル翼は、前記回転軸の底部から側方に延在する底部平パドル翼部と、該底部平パドル翼部の両側端上部から上方に伸びる矩形状をした上部平パドル翼部とを有することを特徴とする請求項６に記載の顔料分散システム。
【請求項８】
請求項６又は７に記載の顔料分散処理システムを用いた顔料分散方法であって、容量が３〜１０リットルの前記ビーズミルに粒径０．１〜０．３ｍｍの分散メジアを収容し、粘度０．３〜１０Ｐａ・ｓの顔料ペーストを、前記ビーズミル容量に応じて循環流量６００〜３０００ｋｇ／時として分散処理することを特徴とする顔料分散方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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、特に、塗料、インクの分散工程において分散されるべきペーストに配合（予備混合）されている顔料、即ち二次粒子からなる顔料の凝集体を一次粒子に解砕してペースト中に分散させ、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。
【背景技術】
【０００２】
従来のビーズミルにおいては、顔料を分散処理した顔料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古くから知られている。
【０００３】
また、これらのギャップセパレータや分離スクリーンに代えて遠心羽根を設け、遠心羽根によって分散メジアを排出路から遠ざけるように構成したアニュラー型ビーズミルが知られている（例えば、特許文献１等参照）。
【特許文献１】特開２００２−３０６９４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、より微細な顔料分散への要求が高まっている。より微細な顔料分散を得るには、ビーズミルに収容されている分散メジアの粒径をより小さくする方法と、ビーズミルを攪拌機と循環接続し、その循環流量を高める方法とが考えられる。
しかしながら、従来の分離スクリーンのみ或いはギャップセパレータのみを用いたビーズミルでは分散メジアの粒径を小さくするには限界がある。
【０００５】
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顔料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、インキ等の顔料ペーストでは、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ス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。
【０００６】
また、分離スクリーンは、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、構造粘性の大きい顔料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の問題も生じ易い。
【０００７】
さらに、上記従来のビーズミルを攪拌機と循環接続した場合、循環流量を高めると、分離スクリーン及びギャップセパレータに目詰まりを起こしてしまうという問題もあった。また、循環流量が少なくても、分散ペーストの粘度が高い場合には、前記目詰まりが生じるという問題がった。
【０００８】
一方、分離スクリーン及びギャップセパレータに代えて遠心分離装置を採用することにより上記問題を解消したアニュラー型ビーズミルが知られている（特許文献１参照）が、構造上、特に高粘度の顔料ペーストを処理した後の洗浄時間が長くなり、洗浄性にやや問題があった。
【０００９】
即ち、従来の遠心分離装置を採用したアニュラー型ビーズミルでは、図７に示すように、ベセル４０内で分散処理された顔料ペーストは、遠心分離装置４１を構成する回転羽根体の上部から、ローター４２の中空回転軸４２ａ内壁と回転駆動軸４１ａとの隙間Ｇ１を通り、中空回転軸４２ａに形成された通孔４２ｂを通って、更に、中空回転軸４２ａと外管４３との隙間Ｇ２を通って、排出路４４へ導かれる。
【００１０】
一般に、この種のビーズミルでは、色替え毎に、洗浄液又は洗浄水を通して洗浄するが、斯かる構成を有する従来のビーズミルでは、隙間Ｇ１、Ｇ２、特に隙間Ｇ１における通孔４２ａの上部、及び、Ｇ２における排出路４４の上部の隙間は、洗浄液又は洗浄水が行き届きにくいために洗浄性が良くなく、しかもこの隙間を構造上無くすことが技術的に困難であった。
【００１１】
そこで、本発明は、分散メジアによる目詰まりを生じることなく、微小粒径の分散メジアが使用可能で、しかも、洗浄時間を短縮し得る顔料分散用アニュラー型ビーズミルを提供することを目的とする。
【００１２】
また、本発明は、斯かるビーズミルを攪拌機と循環接続することにより、高粘度の顔料ペーストであっても大流量循環分散を可能とする顔料分散システム及び分散方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の上記目的は、顔料ペーストの供給路及び排出路が設けられ、周壁及び両側壁を有する円筒状のベセルと、前記ベセル内に収容されて該ベセル周壁との間に顔料分散を行うための環状隙間を形成するように配置された円筒状のローターであって、該ローターの周壁に分散メジアの通過し得る循環用開口部が形成された前記ローターと、前記ローター内に配置されるとともに、前記ベセルの一方側壁を貫通する第１回転駆動軸に支持された分離スクリーンと、を有し、  前記第１回転駆動軸の内部には、前記分離スクリーンの内部に連通する前記排出路が形成されていることを特徴とするアニュラー型ビーズミルによって達成される。
【００１４】
前記前記ローターは、前記ベセルの他方側壁を貫通する第２回転駆動軸によって支持することができる。この場合、前記分離スクリーンの周囲を囲むように配置された遠心羽根を、前記第１回転駆動軸に支持させることが好ましい。
また、前記ローターは、前記第１回転駆動軸に固定しても良い。この場合は、前記分離スクリーンの周囲を囲むように配置された遠心羽根を、前記ベセルの他方側壁を貫通する第３回転駆動軸によって支持させることが好ましい。
また、本発明の上記目的は、前記ビーズミルと内部に平パドル翼を備える攪拌機とを循環用ポンプを介して循環ラインによって接続したことを特徴とする顔料分散システムによっても達成される。前記平パドル翼は、前記回転軸の底部から側方に延在する底部平パドル翼部と、該底部平パドル翼部の両側端上部から上方に伸びる矩形状をした上部平パドル翼部とを有することが好ましい。
【００１５】
また、本発明の上記目的は、前記顔料分散処理システムを用いた顔料分散方法であって、容量が３〜１０リットルの前記ビーズミルに粒径０．１〜０．３ｍｍの分散メジアを収容し、粘度０．３〜１０Ｐａ・ｓの顔料ペーストを、前記ビーズミル容量に応じて循環流量６００〜３０００ｋｇ／時として分散処理することを特徴とする顔料分散方法によって達成される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、分離スクリーンを回転駆動させることにより、分離スクリーンの周囲にある顔料ペースト中の分散メジアが遠心力によって分離スクリーンから引き離されるように作用するので、従来の分離スクリーンやギャップセパレータのみのビーズミルに比べて、より小径の分散メジアであっても目詰まりすることがなく、しかも、従来のような洗浄水又は洗浄液の行き届きにくい箇所を無くすことができるので、洗浄性が良くなる。
【００１７】
また、分離スクリーンの周囲を囲む遠心羽根を設けることにより、前記遠心力が増し、分散メジアの分離スクリーンからの分離作用が増す。
【００１８】
更に、攪拌機と循環接続した場合においても、分離スクリーンの前記遠心力により、循環流量を高めても分散メジアを分離スクリーンに目詰まりさせることなく連続運転することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
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。なお、全図を通し、同様の構成部分には同符号を付し、重複説明を省略することがある。
【００２０】
先ず、本発明に係るビーズミルの第１実施形態について図１及び図２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II−II断面図である。
【００２１】
図１に示すように、ビーズミル１は、中心線が水平方向に向けられた円筒状のベセル２を備え、ベセル２内に円筒状のローター3が内装されている。ベセル２は、分散されるべきペーストを供給する供給路4が周壁上部に形成され、分散された顔料ペーストを排出する排出路５が側壁部に形成されている。
【００２２】
ベセル２の内周壁とローター3の外周壁との間には、顔料をペースト中に分散させるための環状隙間Ｘが形成されている。ローター3は、一端側を水平方向に延びる第２回転駆動軸６によって回動可能に支持されている。第２回転駆動軸６は、ベセル２の他方側壁を貫通し、メカニカルシール若しくは軸シール７と、ベアリング８とによって支持されている。第２回転駆動軸６の先端には、プーリー９が取り付けられており、図外の駆動モータとベルト接続されている。
【００２３】
ローター3は他端側が開口しており、その開口部から分離スクリーン１０が挿入されて配置されている。ローター3の周壁には、分散メジアの通過し得る循環用開口部３ａが形成され、循環用開口部３ａは、図示例では横方向に平行に延びる複数本のスリットによって形成されている。
【００２４】
ローター3の内側に配置された分離スクリーン１０は水平方向に延びる第１回転駆動軸１１によって支持されている。第１回転駆動軸１１は、ベセル２の一方側壁を貫通し、軸シール１２及びベアリング１３によって支持されている。第１回転駆動軸１１には、分離スクリーン１０の内部と連通する排出路５が形成されている。第１回転駆動軸１１には、プーリー１４が取り付けられており、プーリー１４は、図外の駆動モータとベルト接続されている。第１回転駆動軸１１にはロータリージョイント１５が取り付けられて、ロータリージョイント１５によって排出路５の出口が一定方向に向けられている。
【００２５】
ベセル２の一方側壁とローター3の開口端との間に隙間Ｙが形成されており、隙間Ｙによって環状間隙Ｘから分離スクリーン１０へ顔料ペーストが通じる流路が形成されている。
ベセル２には、冷却液循環路２ａが形成され、冷却液循環路２ａ内に冷却液供給部２ｂより冷却水等の冷却液が導入され、冷却液排出部２ｃより排出され、ベセル２内の温度上昇を防止するようになっている。
【００２６】
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。
【００２７】
分散されるべき顔料ペースト（顔料、ワニス、溶剤の予備混合物）は、図示しない攪拌機で攪拌された後、図外のポンプ作用で供給路4よりベセル２内に圧送される。ビーズミル１のベセル２内には、予め分散メジア（不図示）が収容されている。
【００２８】
顔料ペーストをビーズミル１に送る前記ポンプ作用により、供給路4から供給された顔料ペーストは、環状間隙Ｘ、間隙Ｙ、ローター3の内側を通り、分離スクリーン１０を通って排出路５から排出される。
【００２９】
顔料ペーストは、環状間隙Ｘから分離スクリーン１０に至る迄の間に、ローター3の回転により、分散メジアとともに攪拌され、分散メジアによって顔料の凝集体が一次粒子に分散される。ローター3の回転速度は、約１０００〜１６００ｒｐｍとすることができる。
また、分離スクリーン１０が回転駆動することにより、分離スクリーン１０の周囲に回転流を起こし、その回転流によって比重の大きい分散メジア（ジルコニアメジアで比重６．０）に遠心力を作用せしめ、分散メジアを分離スクリーン１０から遠ざける。遠心力を受けた分散メジアは、更に、ローター３の循環用間隙３ａを通過して環状間隙Ｘに戻され、これを繰り返し、循環する。一方、顔料ペーストは、上記ポンプにより圧送されているので、分離スクリーン１０を通って排出路５から排出される。なお、分離スクリーン１０の回転速度は、約１６００〜２０００ｒｐｍとすることができる。
【００３０】
上記の遠心分離作用により、分散メジアが分離スクリーン１０に目詰まりすることが防がれる。そのため、クリアランスが０．１ｍｍの分離スクリーン１０を使用して、直径０．１ｍｍの小径分散メジアを使用することが可能となる。このような小径分散メジアを使用することにより、従来達成し得なかった微細な顔料分散が可能となるのである。
【００３１】
また、分散ペーストが、例えば、５Ｐａ・ｓ程度の高粘度であっても、前記遠心分離作用により分散メジアが分離スクリーン１０から離反されるので、分離スクリーン１０が目詰まりすることなく、分散処理することができる。
【００３２】
上記のように、分散メジアは、環状隙間Ｘから分離スクリーン１０へ、顔料ペーストの流動とともに移動し、分離スクリーンによる回転羽根１０ｂにより循環用開口部３ａ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２内壁とローター3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剪断作用により一次粒子に分散される。
【００３３】
上記構成を有するビーズミル１は、供給路4から洗浄液又は洗浄水を圧入して排出路から排出することにより洗浄されるが、洗浄液又は洗浄水が従来のような隙間Ｇ１、Ｇ２（図７参照）を通過しないので、洗浄液が十分に行き届かない箇所を無くすことができ、洗浄性が向上する。
【００３４】
次に、本発明に係るビーズミルの第２実施形態について、図３及び図４を参照して説明する。図３はビーズミルの縦断面図を示し、図４は図３のＩＶ−ＩＶ断面図を示している。
【００３５】
第２実施形態のビーズミルは、分離スクリーンの周囲を囲む遠心羽根を備える点が第１実施形態と相違し、その他の構成は同様である。
【００３６】
図示例において遠心羽根２０は、第１回転駆動軸１１に固定されているが、分離スクリーン１０の両端金具１０ａに固定しても良い。
遠心羽根２０は、図４に示すように、分離スクリーン１０を囲む筒状部に横長のスリット２０ａを斜め径向きに形成することによって構成することができる。遠心羽根２０は、平羽根、矢羽根、捻り羽根等の種々の回転羽根を採用することができ、羽根の中心部において吸い込み、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。勿論、遠心羽根２０は、筒状部にスリットを形成するのではなく、羽根部品を個別に取り付けることによって形成しても良い。遠心羽根２０の羽根間の間隔は、分散メジアが通過するのに十分な幅（例えば２〜３ｍｍ）とされる。
【００３７】
遠心羽根２０は、環状間隙Ｘからローター3内に顔料ペーストと共に送られてくる分散メジア（不図示）に遠心力を付与する。従って、遠心羽根２０の前記遠心作用が分離スクリーン１０による前記遠心作用に付加されることにより、分散メジアの遠心分離作用がいっそう促進される。
【００３８】
次に、本発明に係るビーズミルの第３実施形態について図５を参照して説明する。図５は、第３実施形態のビーズミルの縦断面図を示している。
【００３９】
第３実施形態のビーズミルは、ローター３が第１回転駆動軸１１に固定され、遠心羽根２０がベセル３の他方側壁を貫通する第３回転駆動軸２５によって支持されており、供給路４の位置が一方側壁側に変更されている点が上記第２実施形態と相違し、その他の構成は、上記第２実施形態と同様である。
【００４０】
次に本発明に係る顔料分散システムの好ましい実施形態について説明する。本発明に係るビーズミルは、攪拌機と循環用ポンプを介して循環接続した顔料分散システムとすることにより、より高い分散効果を発揮することができる。以下に、顔料分散システムについて、図６を参照しつつ説明する。
【００４１】
顔料分散システムは、図６に示すように、ビーズミル１が循環用ポンプ３０を介して循環用配管３１により攪拌機３２と循環接続されている。ビーズミル１は、上記実施形態のものと同様の物を使用している。
【００４２】
攪拌機３２は、上部に処理液供給路３３を備え底部に処理液取出口３４を備え周囲が円筒状をした攪拌槽３５と、攪拌槽３５の内部に垂設された回転軸３６と、回転軸３６に取り付けられた平パドル翼３７と、を有している。処理液供給路３３は、ビーズミル１の排出路５と接続され、処理液取出口３４は、ビーズミル１の供給路4と接続されている。
【００４３】
平パドル翼３７は、回転軸３６の底部から側方に延在する底部平パドル翼部３７ａと、底部平パドル翼部３７ａの両側端上部から上方に伸びる矩形状をした上部平パドル翼部３７ｂとを有している。
【００４４】
攪拌機３２は、攪拌槽の内径（ａ）と底部平パドル翼部３７ａの翼径（ｂ）との寸法比（ｂ／ａ）を０．６〜０．９、好ましくは０．６〜０．８の範囲内となるように設計されている。寸法比（ｂ／ａ）が０．６未満になると、攪拌槽３５の内径に比して翼径が小さくなりすぎるために槽壁面に滞留する顔料ペーストが多くなり、一方、寸法比（ｂ／ａ）が０．９を超えると、攪拌槽３５の内径に比して翼径が大きくなり過ぎるために顔料ペーストの短絡が生じ易くなるからである。
【００４５】
平パドル翼４は、底部平パドル翼部３７ａの高さ（ｃ）と上部平パドル翼部３７ｂの高さ（ｄ）との寸法比（ｄ／ｃ）が１〜４、好ましくは１〜３の範囲内に設計されている。この高さの寸法比（ｄ／ｃ）が、１未満、つまり上部平パドル翼部３７ｂの高さ（ｄ）が底部平パドル翼部３７ａの高さ（ｃ）に比して低くなり過ぎると、攪拌時の所要動力が大きくなるため、製品のコストが高くなったり、顔料ペーストの短絡も起こり易くなるといった欠点があり、一方、寸法比（ｄ／ｃ）が４を超えると、つまり上部平パドル翼部３７ｂの高さ（ｄ）が底部平パドル翼部３７ａの高さ（ｃ）に比して高くなり過ぎると、槽内で顔料ペーストが均一に混合できないといった欠点があるからである。
【００４６】
上記構成を有する顔料分散システムによれば、分散メジアとして直径０．１ｍｍのジルコニアメジアを使用した場合、ビーズミル容量が３リットルの場合に顔料ペーストの粘度が約０．３〜１０Ｐａ・ｓ程度であれば、循環流量を約６００〜９００ｋｇ／時で分散することが好適である。
【００４７】
上記顔料分散システムにおいて粒径０．１〜０．３ｍｍの分散メジアを使用する場合、ビーズミル容量はせいぜい１０リットル迄であり、ビーズミルの容量が大きくなるにつれて顔料ペーストの循環流量も増やすことができる。ただし、循環流量は、遠心分離能力や循環ポンプ能力等との関係で、ビーズミルの容量に対して直線的な比例関係をもって増加させることはできず、０．１ｍｍの分散メジアを収容したビーズミルの容量が１０リットルの場合では、上記粘度（０．３〜１０Ｐａ・ｓ）の顔料ペーストに対し、循環流量を１５００ｋｇ／時〜３０００ｋｇ／時とするのが好適である。
【００４８】
循環流量は大きいほど好ましいが、顔料ペーストの粘度が１０Ｐａ・ｓを越えると粘性抵抗により遠心分離装置１０（図１参照）及び循環用ポンプ３０への負荷が大きくなるため、最小３リットル容量のビーズミルに対して循環流量を６００ｋｇ／時以上とすることが好ましく、粘度が０．３Ｐａ・ｓより小さい場合は、遠心分離装置１０への負担を考慮し、最大１０リットル容量のビーズミルに対して３０００ｋｇ／時以下とすることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明に係るビーズミルの第１実施形態を示す縦断面図である。
【図２】図１のII−II断面図である。
【図３】本発明に係るビーズミルの第２実施形態を示す縦断面図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ断面図である。
【図５】本発明に係るビーズミルの第３実施形態を示す縦断面図である。
【図６】本発明に係る顔料分散システムの好ましい実施形態を概略的に示すシステム図である。
【図７】従来のビーズミルを示し、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＩＶ−ＩＶ断面図である。
【符号の説明】
【００５０】
１  ビーズミル
２  ベセル
３  ローター
４  供給路
５  排出路
６  第２回転駆動軸
１１  第１回転駆動軸
１０  分離スクリーン
２０  遠心羽根
３２  攪拌機
３７  平パドル翼
３７ａ  底部平パドル翼部
３７ｂ  上部平パドル翼部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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