(57)【要約】  効率よく予備分散をしてナノ分散処理をする分散処理システム及び分散処理方法を提供する。スラリー状の混合物を分散する分散処理システム（１００）は、ローター（２）と、ローター（２）に対向して配置されるステータ（３）との間に、混合物（４）を遠心力によって外周に向けて通過させることによって分散させる剪断式の第１分散装置（１）と、第１分散装置（１）で分散された混合物（４）を、混合物（４）内の固体粒子をナノレベルのサイズに微細化する第２分散装置（６０）とを備える。【選択図】    図１
2019505374.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スラリー状の混合物を分散する分散処理システムであって、
ローターと、該ローターに対向して配置されるステータとの間に、前記混合物を遠心力によって外周に向けて通過させることによって分散させる剪断式の第１分散装置と、
前記第１分散装置で分散された前記混合物を、前記混合物内の固体粒子をナノレベルのサイズに微細化する第２分散装置とを備える、
分散処理システム。
【請求項２】
前記第１分散装置は、
前記ローターと前記ステータとの間を通過した混合物を受ける容器と、
該容器の上部開口を閉塞するカバーユニットと、
該カバーユニットの下側に固定される前記ステータと、
該ステータの下面に対向するように設けられる前記ローターと、
該ローターを回転させる回転軸とを備え、
前記ローター及び前記ステータの間の隙間が１０μｍ以上１０００μｍ以下である、
請求項１記載の分散処理システム。
【請求項３】
前記第２分散装置は、ビーズミル、ジェットミル、および高圧ホモジナイザーのうちのいずれかの分散装置である、
請求項２記載の分散処理システム。
【請求項４】
前記第１分散装置で分散処理する前の混合物内の固体粒子の平均粒径は、１μｍ以上１０００μｍ以下であり、
前記第２分散装置で分散処理した後の混合物内の固体粒子の平均粒径は、１μｍ未満である、
請求項１乃至３のいずれかに記載の分散処理システム。
【請求項５】
前記分散処理システムで分散される混合物は、粉体原料である、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、グラフェン、無機粉、金属あるいは金属酸化物の粉末、の中から選ばれる一または複数と、液体原料である、水、溶剤、樹脂の中から選ばれる一または複数との組み合わせである、
請求項１乃至３のいずれかに記載の分散処理システム。
【請求項６】
前記第１分散装置に供給する前記混合物を分散する粗分散装置をさらに備え、
前記粗分散装置は、前記混合物の原料である粉体と液体を混合する、
請求項４記載の分散処理システム。
【請求項７】
前記粗分散装置は、タービン型羽根、ディスパー型羽根、プロペラ型羽根、アンカー型羽根のいずれかを有する、
請求項６記載の分散処理システム。
【請求項８】
前記粗分散装置で分散された混合物を、ローターと、該ローターに対向して配置されるステータとの間に、遠心力によって外周に向けて通過させることによって分散させ、分散した混合物を前記第１分散装置に供給する第３の分散装置をさらに備える、
請求項６に記載の分散処理システム。
【請求項９】
前記第１分散装置は、
前記カバーユニットに設けられるとともに、前記ステータの上方側に位置し、前記回転軸を回転可能に保持する軸受と、
前記回転軸と前記ローターとの間に着脱可能に設けられ、前記ローター及び前記ステータの間の隙間を調整するスペーサ部材とを備え、
前記ローターは、前記スペーサ部材が取り付けられた状態においては、前記ステータに対する軸方向の位置が固定されている、
請求項２または３記載の分散処理システム。
【請求項１０】
前記カバーユニットは、前記軸受を保持する軸受保持部と、
該軸受保持部の下方側に設けられ、前記ステータを保持するステータ保持部とを有し、
前記軸受保持部は、第２のスペーサ部材を介して前記ステータ保持部に当接することで前記ステータ保持部の軸方向の位置を規制する位置決め規制部を有し、
前記第２のスペーサ部材は、前記軸受保持部と前記ステータ保持部との間に着脱可能に設けられ、軸方向の長さが異なる部品と交換されることで前記軸受保持部に対する前記ステータの軸方向の位置を調整し、
前記ローターの上面には、前記回転軸の下端を挿入するための凹部が設けられ、
前記凹部には、貫通孔が開口し、
前記ローターの前記凹部に前記回転軸の前記下端が挿入され、該下端が前記スペーサ部材を介して前記凹部に当接した状態で、前記ローターの下面側から締結部材が取り付けられ、
前記締結部材は、その一部が前記ローターの前記貫通孔を貫通して前記回転軸に取り付けられることで、前記スペーサ部材を挟んだ状態で前記回転軸及び前記ローターを締結し、
前記ローターの前記凹部及び前記回転軸の下端には、前記回転軸の回転力を前記ローターに伝達するための複数のピンが挿入され、
前記複数のピンは、円周方向に均等な間隔を有した位置に配置されており、
前記スペーサ部材には、前記締結部材が挿通される第一挿通孔と、前記複数のピンが挿通するため複数設けられる第二挿通孔とが形成されている、
請求項９記載の分散処理システム。
【請求項１１】
前記ステータは、対向する平面において、前記ローターより大きな形状に形成され、
前記ステータには、前記ローターと対向する面とは反対側の面に、冷却用の液体を流すための冷却用溝部が形成され、
該冷却用溝部は、前記ローターより外側にも位置するよう形成され、
前記冷却用溝部には、半径方向に沿って形成される壁部が設けられ、
前記壁部を挟むように冷却液供給口及び冷却液排出口が設けられ、
前記冷却液供給口から前記冷却用溝部に供給された冷却用の液体が、前記冷却用溝部において円周方向の一方向であって前記冷却用供給口から前記壁部が設けられていない方向に向けて流され、流された冷却用の液体が前記冷却液排出口から排出され、
前記ステータには、前記回転軸を挿通する回転軸挿通孔が設けられ、前記ステータの前記回転軸挿通孔より外側の位置から前記ステータ及び前記ローターの間に混合物が導かれる、
請求項１０記載の分散処理システム。
【請求項１２】
前記ステータには、前記回転軸挿通孔より外側の位置に設けられる混合物供給用の貫通孔が設けられ、
前記ステータ保持部には、混合物供給口と、該混合物供給口から前記ステータに設けられた混合物供給用の前記貫通孔に連通する連通路とが設けられ、
前記混合物供給口から供給される混合物は、前記ステータ保持部の前記連通路及び前記ステータの前記貫通孔を介して前記ステータ及び前記ローターの間に導かれ、
前記ステータ保持部には、前記回転軸を挿通する第２回転軸挿通孔が設けられ、
該第２回転軸挿通孔には、ラビリンス構造のシール部が設けられ、
前記ステータ保持部内で且つ前記第２回転軸挿通孔の上側と連通する空間には、前記ステータ保持部の外側からエアが供給され、
前記容器には、冷却機構が設けられている、
請求項１１記載の分散処理システム。
【請求項１３】
前記容器は、下方側に向かうにつれて断面積が小さくなる円錐状の壁面を有し、
前記容器の下方端には、分散処理済みの混合物を排出する排出口が設けられ、
前記容器には、前記壁面に付着したスラリー状の混合物を掻き取る撹拌板が設けられる、
請求項１２記載の分散処理システム。
【請求項１４】
前記ローター及び前記ステータは、ステンレスにセラミクスが溶射されてなる、
請求項１３記載の分散処理システム。
【請求項１５】
スラリー状の混合物を分散する分散処理方法であって、
前記混合物を、第１分散装置のローターと、該ローターに対向して配置されるステータとの間に供給する工程と、
前記混合物を遠心力によって前記ローターと前記ステータの間を外周に向けて通過させることによって、前記ローターとステータとの間で剪断式に分散させる工程と、
前記第１分散装置で分散された前記混合物を、第２分散装置に供給する工程と、
前記第２分散装置に供給された前記混合物内の固体粒子を前記第２分散装置でナノレベルのサイズに微細化する工程とを備える、
分散処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スラリー状の混合物内の物質を分散させる分散処理システム及び分散処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ビーズミル、ジェットミル、および高圧ホモジナイザー（ノズル式分散機）などでナノ分散をしようとした場合、数１０〜数１００μｍの比較的大きな凝集粒子が含まれる原料をナノ分散用の装置条件で処理しようとすると、凝集粒子が分散できなかったり、詰りが生じたりして、処理効率が悪くなったりするという問題があった。
【０００３】
そこで、ナノ分散をする前に予備分散をして粉体、すなわち固体粒子の粒子径を数１０μｍ以下にすることが行われているが、撹拌式の分散機で分散すると、分散力自体が弱いことに加え、分散ムラを生じやすい。また、従来のディスク型の分散機で分散すると、隙間が数１００μｍであり、粒子をこの隙間より微細化することは困難であった。そのために、これらの従来の分散機では、システム全体としての効率の向上は不十分であった。
【０００４】
そこで、本発明の目的は、効率よく予備分散をしてナノ分散処理をする分散処理システム及び分散処理方法を提供することにある。
【発明の開示】
【０００５】
本発明の第１の態様のスラリー状の混合物を分散する分散処理システムは、たとえば図１に示すように、ローター２と、ローター２に対向して配置されるステータ３との間に、混合物４を遠心力によって外周に向けて通過させることによって分散させる剪断式の第１分散装置１と、第１分散装置１で分散された混合物４を、混合物４内の固体粒子をナノレベルのサイズに微細化する第２分散装置６０とを備える。
【０００６】
このように構成すると、混合物原料中に含まれる比較的大きな凝集粒子が剪断式の第１分散装置により分散ムラなく小さな粒子に分散され、第２分散装置で効率よく固体粒子をナノレベルのサイズに微細化する分散処理システムとなる。なお、「分散」とは、スラリー中の粉末状の物質を微細化して均一に存在させることを意味するものとする。
【０００７】
本発明の第２の態様のスラリー状の混合物を分散する分散処理システムは、第１の態様の分散処理システムにおいて、たとえば図１および図３に示すように、第１分散装置１は、ローター２とステータ３との間を通過した混合物４を受ける容器１１と、容器１１の上部開口１１ａを閉塞するカバーユニット１２と、カバーユニット１２の下側に固定されるステータ３と、ステータ３の下面に対向するように設けられるローター２と、ローター２を回転させる回転軸１３とを備え、ローター２及びステータ３の間の隙間が１０μｍ以上１０００μｍ以下である。このように構成すると、ローター２及びステータ３の間の隙間が１０μｍ以上１０００μｍ以下であるので、原料混合物中の凝集粒子は剪断式の第１分散装置により分散ムラなく小さな粒子に分散される。
【０００８】
本発明の第３の態様のスラリー状の混合物を分散する分散処理システムは、第２の態様の分散処理システムにおいて、第２分散装置６０は、ビーズミル、ジェットミル、および高圧ホモジナイザーのうちのいずれかの分散装置である。このように構成すると、第２分散装置として、汎用のビーズミル、ジェットミル、および高圧ホモジナイザーを用いて、効率よくナノ分散処理をできる分散処理システムとなる。
【０００９】
本発明の第４の態様のスラリー状の混合物を分散する分散処理システムは、第１乃至３のいずれかの態様の分散処理システムにおいて、第１分散装置１で分散処理する前の混合物内の固体粒子の平均粒径は、１μｍ以上１０００μｍ以下であり、第２分散装置６０で分散処理した後の混合物内の固体粒子の平均粒径は、１μｍ未満である。剪断式の第１分散装置により分散ムラなく小さな粒子に分散し、第２分散装置でナノ分散することにより、平均粒径で１〜１０００μｍの固体粒子を含む混合物を平均粒径で１μｍ未満の固体粒子を含む混合物に効率よく分散することができる。
【００１０】
本発明の第５の態様のスラリー状の混合物を分散する分散処理システムは、第１乃至３のいずれかの態様の分散処理システムにおいて、分散処理システム１で分散される混合物４は、粉体原料である、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、グラフェン、無機粉、金属あるいは金属酸化物の粉末、の中から選ばれる一または複数と、液体原料である、水、溶剤、樹脂の中から選ばれる一または複数との組み合わせである。粉体原料と液体原料とをナノ分散することにより、有用な混合物を得ることができる。
【００１１】
本発明の第６の態様のスラリー状の混合物を分散する分散処理システムは、第４の態様の分散処理システムにおいて、たとえば図１に示すように、第１分散装置１に供給する混合物４を分散する粗分散装置１１０をさらに備え、粗分散装置１１０は、混合物４の原料である粉体Ｐと液体Ｌを混合する。粗分散装置で原料である粉体と液体とを混合して混合物を得て、第一分散機で混合物を剪断式に分散して、第２分散機でナノ分散するので、効率よく固体粒子をナノレベルのサイズに微細化する分散処理システムとなる。
【００１２】
本発明の第７の態様のスラリー状の混合物を分散する分散処理システムは、第６の態様の分散処理システムにおいて、たとえば図１および図２に示すように、粗分散装置１１０は、タービン型羽根１１４、ディスパー型羽根１１５、プロペラ型羽根１１６、アンカー型羽根１１３のいずれかを有する。このように構成すると、粗分散装置を簡単な構造とすることができる。
【００１３】
本発明の第８の態様のスラリー状の混合物を分散する分散処理システムは、第６の態様の分散処理システムにおいて、粗分散装置１１０で分散された混合物４を、ローターと、該ローターに対向して配置されるステータとの間に、遠心力によって外周に向けて通過させることによって分散させ、分散した混合物を第１分散装置１に供給する第３の分散装置をさらに備える。このように構成すると、粗分散後に粗大な粒子が含まれていても、確実に予備分散して、効率よく固体粒子をナノレベルのサイズに微細化する分散処理システムとなる。
【００１４】
本発明の第９の態様のスラリー状の混合物を分散する分散処理システムは、第２または３の分散処理システムにおいて、たとえば図１、図３および図４に示すように、第１分散装置１は、カバーユニット１２に設けられるとともに、ステータ３の上方側に位置し、回転軸１３を回転可能に保持する軸受１４と、回転軸１３とローター２との間に着脱可能に設けられ、ローター２及びステータ３の間の隙間を調整するスペーサ部材１５とを備え、ローター２は、スペーサ部材１５が取り付けられた状態においては、ステータ３に対する軸方向の位置が固定されている。このように構成すると、スペーサ部材を厚みの異なるものと交換することで、容易にローター及びステータの間の隙間を調整することができる。
【００１５】
本発明の第１０の態様のスラリー状の混合物を分散する分散処理システムは、第９の分散処理システムにおいて、たとえば図３および図４に示すように、カバーユニット１２は、軸受１４を保持する軸受保持部１７と、軸受保持部１７の下方側に設けられ、ステータ３を保持するステータ保持部１８とを有し、軸受保持部１７は、第２のスペーサ部材２０を介してステータ保持部１８に当接することでステータ保持部１８の軸方向の位置を規制する位置決め規制部２１を有し、第２のスペーサ部材２０は、軸受保持部１７とステータ保持部１８との間に着脱可能に設けられ、軸方向の長さが異なる部品と交換されることで軸受保持部１７に対するステータ３の軸方向の位置を調整し、ローター２の上面には、回転軸１３の下端を挿入するための凹部２２が設けられ、凹部２２には、貫通孔が開口し、ローター２の凹部２２に回転軸１３の下端１３ａが挿入され、下端１３ａがスペーサ部材１５を介して凹部２２に当接した状態で、ローター２の下面側から締結部材２３が取り付けられ、締結部材２３は、その一部がローター２の貫通孔を貫通して回転軸１３に取り付けられることで、スペーサ部材１５を挟んだ状態で回転軸１３及びローター２を締結し、ローター２の凹部２２及び回転軸１３の下端１３ａには、回転軸１３の回転力をローター２に伝達するための複数のピン２４が挿入され、複数のピン２４は、円周方向に均等な間隔を有した位置に配置されており、スペーサ部材１５には、締結部材２３が挿通される第一挿通孔１５ａと、複数のピン２４が挿通するため複数設けられる第二挿通孔１５ｂとが形成されている。このように構成すると、第２のスペーサ部材について軸方向の長さが異なる部品と交換することで、ステータの軸方向の位置を容易に調整することができる。また、ローターの凹部に回転軸の下端を挿入し、複数のピンで回転軸の回転力をローターに伝達するので、ローターの回転力が確実に得られる。
【００１６】
本発明の第１１の態様のスラリー状の混合物を分散する分散処理システムは、第１０の分散処理システムにおいて、たとえば図１、図３および図４に示すように、ステータ３は、対向する平面において、ローター２より大きな形状に形成され、ステータ３には、ローター２と対向する面とは反対側の面に、冷却用の液体を流すための冷却用溝部２６が形成され、冷却用溝部２６は、ローター２より外側にも位置するよう形成され、冷却用溝部２６には、半径方向に沿って形成される壁部２７が設けられ、壁部２７を挟むように冷却液供給口２８及び冷却液排出口２９が設けられ、冷却液供給口２８から冷却用溝部２６に供給された冷却用の液体が、冷却用溝部２６において円周方向の一方向であって冷却用供給口２８から壁部２７が設けられていない方向に向けて流され、流された冷却用の液体が冷却液排出口２９から排出され、ステータ３には、回転軸１３を挿通する回転軸挿通孔３１が設けられ、ステータ３の回転軸挿通孔３１より外側の位置からステータ３及びローター２の間に混合物４が導かれる。このように構成すると、ステータを冷却液で確実に冷却することができるので、分散される混合物の発熱を抑えることができる。また、回転軸挿通孔より外側の位置からステータ及びローターの間に導かれた混合物は、遠心力により外側に導かれ、回転挿通孔に混合物が到達せず、密封装置を設ける必要がなくなる。
【００１７】
本発明の第１２の態様のスラリー状の混合物を分散する分散処理システムは、第１１の分散処理システムにおいて、たとえば図１、図３および図４に示すように、ステータ３には、回転軸挿通孔３１より外側の位置に設けられる混合物供給用の貫通孔３２が設けられ、ステータ保持部１８には、混合物供給口３３と、混合物供給口３３からステータ３に設けられた混合物供給用の貫通孔３２に連通する連通路３４とが設けられ、混合物供給口３３から供給される混合物４は、ステータ保持部１８の連通路３４及びステータ３の貫通孔３２を介してステータ３及びローター２の間に導かれ、ステータ保持部１８には、回転軸１３を挿通する第２回転軸挿通孔３６が設けられ、第２回転軸挿通孔３６には、ラビリンス構造のシール部３７が設けられ、ステータ保持部１８内で且つ第２回転軸挿通孔３６の上側と連通する空間３８には、ステータ保持部１８の外側からエアが供給され、容器１１には、冷却機構４１が設けられている。このように構成すると、混合物が、ステータ保持部の混合物供給口、連通路及びステータの貫通孔を介して導かれるので、確実にステータの回転軸挿通孔より外側の位置からステータ及びローターの間に導かれる。また、ステータ保持部に第２回転軸挿通孔が設けられ、第２回転軸挿通孔にはラビリンス構造のシール部が設けられ、第２回転軸挿通孔の上側と連通する空間にエアが供給されるので、高いシール性が得られる。さらに、容器に冷却機構が設けられるので、容器内の混合物を冷却することができる。
【００１８】
本発明の第１３の態様のスラリー状の混合物を分散する分散処理システムは、第１２の分散処理システムにおいて、たとえば図６に示すように、容器１１は、下方側に向かうにつれて断面積が小さくなる円錐状の壁面４２を有し、容器１１の下方端には、分散処理済みの混合物４を排出する排出口４４が設けられ、容器１１には、壁面４２、４３に付着したスラリー状の混合物４を掻き取る撹拌板８２ａが設けられる。このように構成すると、混合物の排出が促進され、歩留まりが向上する。
【００１９】
本発明の第１４の態様のスラリー状の混合物を分散する分散処理システムは、第１３の分散処理システムにおいて、ローター２及びステータ３は、ステンレスにセラミクスが溶射されてなる。このように構成すると、ローター及びステータの寿命が延びると共に、金属コンタミネーションが防止される。
【００２０】
本発明の第１５の態様のスラリー状の混合物を分散する分散処理方法は、たとえば図１に示すように、混合物４を、第１分散装置１のローター２と、ローター２に対向して配置されるステータ３との間に供給する工程と、混合物４を遠心力によってローター２とステータ３の間を外周に向けて通過させることによって、ローター２とステータ３との間で剪断式に分散させる工程と、第１分散装置１で分散された混合物４を、第２分散装置６０に供給する工程と、第２分散装置６０に供給された混合物４内の固体粒子を第２分散装置６０でナノレベルのサイズに微細化する工程とを備える。
【００２１】
このように構成すると、混合物原料中に含まれる比較的大きな凝集粒子が剪断式の第１分散装置により分散ムラなく小さな粒子に分散され、第２分散装置で効率よく固体粒子をナノレベルのサイズに微細化する分散処理方法となる。
【００２２】
本発明は以下の詳細な説明により更に完全に理解できるであろう。しかしながら、詳細な説明および特定の実施例は、本発明の望ましい実施の形態であり、説明の目的のためにのみ記載されているものである。この詳細な説明から、種々の変更、改変が、当業者にとって明らかだからである。
出願人は、記載された実施の形態のいずれをも公衆に献上する意図はなく、開示された改変、代替案のうち、特許請求の範囲内に文言上含まれないかもしれないものも、均等論下での発明の一部とする。
本明細書あるいは請求の範囲の記載において、名詞及び同様な指示語の使用は、特に指示されない限り、または文脈によって明瞭に否定されない限り、単数および複数の両方を含むものと解釈すべきである。本明細書中で提供されたいずれの例示または例示的な用語（例えば、「等」）の使用も、単に本発明を説明し易くするという意図であるに過ぎず、特に請求の範囲に記載しない限り本発明の範囲に制限を加えるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明による分散処理システムの概略を示す一部断面図である。
【図２】粗分散装置に用いられるのに適した撹拌羽根の例を示す図である。（ａ）は、ディスクタービン型の撹拌羽根を示す斜視図である。（ｂ）は、ディゾルバー型（ディスパー型）の撹拌羽根を示す斜視図である。（ｃ）は、プロペラ型の撹拌羽根を示す斜視図である。
【図３】第１分散装置の概略を示す断面図である。（ａ）は、図４に示すＡ１−Ａ１断面を示す図である。（ｂ）は、図４に示す、Ａ２−Ａ２断面及びＡ３−Ａ３断面を示す図で下部を省略してある。
【図４】図３の第１分散装置の詳細を説明するための図である。（ａ）は、図３に示すＡ４−Ａ４矢視断面図である。（ｂ）は、図３に示すＡ５−Ａ５断面を示す図である。（ｃ）は、スペーサ部材、第２回転軸挿通孔に設けられるラビリンス構造のシール部、及びエアパージシール機構を説明するための要部拡大図である。（ｄ）は、第２のスペーサ部材を説明するための要部拡大図である。（ｅ）は、回転軸とローターの締結による一体化及びスペーサ部材を説明するための要部拡大図である。（ｆ）は、スペーサ部材の平面図である。
【図５】図３の第１分散装置を構成する冷却用溝部及びこれが設けられるステータの他の例を説明するための図である。（ａ）は、図３の第１分散装置に用いることができるステータの他の例を示す図であり、図４（ｂ）と同じ位置の断面図である。（ｂ）は、図３の第１分散装置に用いることができるステータの更に他の例を示す図であり、図４（ｂ）と同じ位置の断面図である。（ｃ）は、図５（ｂ）のＡ６−Ａ６断面を示す図である。
【図６】図３の第１分散装置を構成する容器の他の例を説明するための図である。（ａ）は、撹拌板を有する容器に換えた場合を示す図である。（ｂ）は、処理後貯留タンクを兼ねる容器に換えた場合を示す図である。
【図７】分散処理システムの他の例を示す概略図であり、複数パスの分散処理に適した分散処理システムを示す概略図である。
【図８】分散処理システムのさらに他の例を示す概略図であり、エア圧力を混合物の供給に用いた分散処理システムを示す概略図である。
【図９】分散処理システムのさらに他の例を示す概略図であり、粗分散機能が強化された分散処理システムを示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照して本発明の例示の実施の形態について説明する。先ず、図１を参照して、分散処理システム１００について説明する。分散処理システム１００は、液体原料Ｌと粉体原料Ｐを混合してスラリー状の混合物４とする（「粗分散する」ともいう）粗分散装置１１０と、粗分散装置１１０から供給される混合物４を剪断式に予備分散する第１分散装置１と、第１分散装置１で予備分散された混合物４を、混合物４内の固体粒子をナノレベルのサイズに微細化（「ナノ分散」または「仕上げ分散」ともいう）する第２分散装置６０と、第２分散装置６０で分散された混合物４を貯留する貯留タンク１２０を備える。
【００２５】
なお、ナノレベルのサイズの固体粒子とは、平均粒径が１μｍ未満の粒子をいう。ナノレベルのサイズについての下限は、特に定めはないが、典型的には１ｎｍである。平均粒径は、レーザー回折式粒度分布計（例えば島津製作所製ＳＡＬＤ−２１００）などで粒度分布を測定し、メディアン径を算定して求めることができる。
【００２６】
分散処理システム１００はさらに、粗分散装置１１０から第１分散装置１に混合物４を送る配管１３０と、第１分散装置１から第２分散装置６０に予備分散された混合物４を送る配管１４０と、第２分散装置６０から貯留タンク１２０にナノ分散された混合物４を送る配管１５０とを備える。そして、配管１３０中にはポンプ１３２が、配管１４０中にはポンプ１４２が設置される。なお、第２分散装置６０が大気解放式の場合には、配管１５０にもポンプが設置される。なお、ポンプ１３２を備えずに、重力で粗分散装置１１０から第１分散装置１に混合物４を送ってもよい。
【００２７】
粗分散装置１１０は、液体Ｌを供給する液体供給部１１１と、粉体Ｐを供給する粉体供給部１１２を有する。液体供給部１１１と粉体供給部１１２は公知の構造でよい。粗分散装置１１０には、供給された液体Ｌと粉体Ｐの混合を促進するため、回転軸１１７と、撹拌羽根１１３と、撹拌羽根１１３を回転軸１１７回りに回転させるモーターなどの駆動装置１１８を有する。撹拌羽根１１３と壁面との隙間が０〜２０ｍｍ程度となるように、撹拌羽根１１３は形成されている。撹拌羽根１１３としては、金属又は金属に樹脂が取り付けられたものが使用される。金属に樹脂を取り付けることで、金属コンタミネーションが防止される。ここで、撹拌羽根１１３は、円周上の２箇所で掻き取るような形状とされているが、複数の板部材を組み合わせて撹拌羽根を３以上の複数個に増加させてもよいし、１個でもよい。なお、混合を促進するのは、撹拌羽根１１３を回転させる方法に限られず、他の公知の方法でもよい。
【００２８】
撹拌羽根１１３は、図１では、アンカー型として示されている。しかし撹拌羽根はアンカー型には限定されず、例えば、図２（ａ）に示すような、ディスクタービン型（disk turbine type impeller）等のタービン型羽根１１４であってもよい。撹拌羽根１１４は、粗分散装置１１０内の混合物４（最初は処理原料）に傾斜渦を発生させる。さらに、図２（ｂ）に示すディスパー型(ディゾルバー型：dissolver type impeller)の撹拌羽根１１５や、図２（ｃ）に示すプロペラ型（propeller）の撹拌羽根１１６であってもよい。このような撹拌羽根１１３、１１４、１１５、１１６で撹拌するので、粗分散装置１１０の構成は簡単なものとなる。
【００２９】
ここで、粉体Ｐとしては、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、グラフェン、アルミナ・シリカ等の無機粉、金属あるいは金属酸化物の粉末などが用いられる。複数の種類の粉末原料を用いてもよい。また、液体Ｌとしては、水、エタノール等の溶剤、樹脂などが用いられる。複数の種類の液体原料を用いてもよい。溶剤としては、エタノール以外に有機溶剤を用いてもよく、樹脂としては、たとえば熱硬化性樹脂が用いられる。たとえば、水とエタノール、エタノールと他の溶剤と樹脂、溶剤と樹脂などの組合せを用いてもよい。粉体Ｐと液体Ｌとの組合せに、特に制限はない。ナノレベルのサイズの粉体Ｐをこれらの液体Ｌに分散させることにより、たとえば、剛性や耐熱性の高い素材、絶縁性に優れたフィルム、電気特性に優れた電気・電子部品、化学特性（たとえば反応性）に優れた化学品、防食性に優れた塗料、屈折率の高いレンズなど、従来では得られなかった特性を有する製品が得られる。
【００３０】
第１分散装置１は、スラリー状の混合物４をローター２とステータ３の間に供給して、ローター２とステータ３で剪断式に分散させるものであるが、詳細は後述する。
【００３１】
第２分散装置６０は、たとえば、ビーズミル、ジェットミル、高圧ホモジナイザーでなどの公知の分散装置でよい。混合物４が第１分散装置１で予備分散されることにより、凝集粒子が分解され、後述するように、混合物４には数１０μｍ以下の小さな粒子しか含まれなくなる。よって、分散ムラが生じず、効率のよいナノ分散が行われる。なお、分散ムラが生じると、ビーズミルの場合はビーズより大きな凝集粒子が混入することによる分散不能の原因になる。ジェットミルや高圧ホモジナイザーの場合はノズルより大きな凝集粒子が混入することによる詰まりが生じ、分散不良や装置トラブルの原因になる。
【００３２】
貯留タンク１２０は、ナノ分散された混合物４の濃度ムラをなくすため、回転軸１２７と、撹拌羽根１２３と、撹拌羽根１２３を回転軸１２７回りに回転させるモーターなどの駆動装置１２８を有する。なお、撹拌するのは、撹拌羽根１２３を回転させる方法に限られず、他の公知の方法でもよい。粗分散装置１１０、連続的に処理される第１分散装置１および第２分散装置６０で分散された混合物４は、全ての瞬間で常に同じ濃度や粒子分布になるとは限らないため、貯留タンク１２０で貯留される混合物４を撹拌して、均一な混合物４とするのがよい。また、貯留タンク１２０で混合物４を貯留することにより、固体粒子が沈降して濃度が不均一になることも、防止できる。ただし、貯留タンク１２０は、濃度や粒度分布が不均一でないことが確保されている場合は、撹拌手段を有していなくてもよい。なお、貯留タンク１２０に、真空ポンプ（不図示）を設け、配管１４０、１５０に開閉弁（不図示）を設けてもよい。真空ポンプと開閉弁とで、ナノ処理後の混合物４の脱泡が可能になる。開閉弁に換えて第１分散装置１にリップシール等の接触シールを設けて外気の混入を防止すれば、分散処理をしながらの脱泡が可能になる。
【００３３】
ここで図３〜図５を参照して、剪断式の第１分散装置１について説明する。第１分散装置１は、ローター２と、該ローター２に対向して配置されるステータ３とを備え、ローター２及びステータ３の間に、スラリー状又は液体状の混合物４を遠心力によって外周に向けて通過させる（外周に向けた方向に通過させる）ことによって予備分散させる。
【００３４】
第１分散装置１は、分散後の混合物４を受ける容器１１と、容器１１の上部開口１１ａを閉塞するカバーユニット１２とを備える。例えば、カバーユニット１２は、容器１１の上部縁部１１ｂ及びカバーユニット１２（後述のステータ保持部１８）に形成されたボルト穴１１ｃ、１８ｃにボルト１１ｄが取り付けられることで、容器１１に固定され、上部開口１１ａを閉塞する。
【００３５】
ステータ３は、カバーユニット１２の下側（下面）に固定される。例えば、ステータ３は、ステータ３及びカバーユニット１２（ステータ保持部１８）に形成されたボルト穴３ｂ、１８ｂにボルト３ａが取り付けられることで、固定される。ローター２は、ステータ３の下面に対向するように設けられる。
【００３６】
また、第１分散装置１は、ローター２を回転させる回転軸１３と、回転軸１３を回転可能に保持する軸受１４とを備える。軸受１４は、カバーユニット１２に設けられ固定されるとともに、ステータ３の上方側に位置する。
【００３７】
回転軸１３の一端には、ローター２が取り付けられる。他端には、ステータ３より上側に設けられたモーター１６の回転軸１６ａが接合部１６ｂを介して取り付けられる。回転軸１３は、モーター１６により回転され、モーター１６の回転力をローター２に伝達する。
【００３８】
また、第１分散装置１は、回転軸１３とローター２との間に着脱可能に設けられるスペーサ部材１５を備える（図４（ｃ）、図４（ｅ）等）。スペーサ部材１５は、第１分散装置１、すなわち回転軸１３の軸方向Ｄ１（図３（ａ）参照）の長さ（厚さ）が異なる部品と交換されることで、ローター２及びステータ３の間の隙間を調整する。すなわち、厚さが異なるスペーサ部材１５が複数準備されており、この中から選択されたスペーサ部材１５を取り付けることによりローター２及びステータ３の間の隙間を調整する。
【００３９】
ローター２は、スペーサ部材１５が取り付けられた状態においては、ステータ３に対する軸方向Ｄ１の位置が固定されている。すなわち、例えばローター２及びステータ３間の隙間を調整する手段としてバネ、ネジ等を用いることも考えられるが、ここで説明するスペーサ部材１５を用いた場合には、使用時にはローター２の軸方向の位置が固定されるので、バネの振動、ネジの隙間等を考慮する必要がない。また、バネ、ネジを用いた場合は、精密な平行移動が困難である。これに対し、スペーサ部材１５を用いる場合は、微細な調整を可能とする。
【００４０】
第１分散装置１は、上述の構成により高い精度の間隙の調整を実現する。また、第１分散装置１は、予定外の発熱で回転軸１３が熱膨張した際にもローター２がステータ３から離れる方向に移動されるので、ローター２及びステータ３の接触を防止できる。また、接触しないまでも予定外に間隙が小さくなることによる過度な発熱を防止できる。さらに、軸受１４がステータ３の上側にあるので、回転軸１３をローター２の上側に配置させ、ローター２の下側に回転軸１３を存在しなく（回転軸１３がローター２から上側に向かって設けられるよう）できるので、分散処理後の混合物４が回転軸１３や軸受１４等に付着して、歩留まりが低下することを防止できる。すなわち、歩留まりを向上できる。
【００４１】
カバーユニット１２は、軸受１４を保持する軸受保持部１７と、該軸受保持部１７の下方側に設けられ、ステータ３を保持するステータ保持部１８とを有する。軸受保持部１７は、第２のスペーサ部材２０を介してステータ保持部１８に当接することでステータ保持部１８の軸方向の位置を規制する位置決め規制部２１を有する。例えば、軸受保持部１７は、軸受保持部１７及びステータ保持部１８に形成されたボルト穴１７ｅ、１８ｅにボルト１７ａが取り付けられることで、第２のスペーサ部材２０を挟んだ状態で、ステータ保持部１８と一体化される（図４（ｄ）等）。第２のスペーサ部材２０には、ボルト１７ａが挿通される挿通孔２０ａが設けられる。
【００４２】
第２のスペーサ部材２０は、軸受保持部１７とステータ保持部１８との間に着脱可能に設けられ、軸方向Ｄ１の長さ（厚み）が異なる部品と交換されることで軸受保持部１７に対するステータ３の軸方向Ｄ１の位置を調整する。すなわち、厚さが異なる第２のスペーサ部材２０が複数準備されており、この中から選択された第２のスペーサ部材２０を取り付けることにより、ステータ３の軸方向Ｄ１の位置を調整できる。
【００４３】
スペーサ部材（「第１のスペーサ部材」ともいう。）１５と、第２のスペーサ部材２０とをそれぞれの交換部品と交換することにより、ローター２及びステータ３の間隙のさらに微細な調整を実現する。すなわち、スペーサ部材１５を厚みの大きなものに変更することは、ローター２及びステータ３間の間隙を大きくする方向に作用する。第２スペーサ部材２０を厚みの大きなものに変更することは、ローター２及びステータ３間の間隙を小さくする方向に作用する。これらを組み合わせることにより、より微細な調整を実現する。尚、スペーサ部材１５及び第２のスペーサ部材２０は、それぞれ例えば、０．０１ｍｍ〜０．５０ｍｍ程度で、０．０１ｍｍずつ異なる厚みを有するものを複数用意しておき、混合物４の粘度や性質に合せて交換して取り付けることで、ローター２及びステータ３間の間隙を調整する。
【００４４】
第２のスペーサ部材２０は、軸受保持部１７に対するステータ保持部１８の位置を調整することで、軸受保持部１７を基準としたステータ３の位置、すなわちステータ３下面の位置を調整することができる。これにより、ステータ３の状態によらずステータ３下面の位置を一定に保持することができる。例えば、ステータ３を交換した際にもステータ３下面の位置を一定に保持できる。これにより、例えばステータ３下面の位置を所定の位置に保持することで、スペーサ部材１５の厚みをローター２及びステータ３間の間隙と一致させることができ、ユーザーにとって分かり易い構成にできる。すなわち、所望の間隙にするためには、それと同じ厚さのスペーサ部材１５を選択すればよいようにすることができる。間隙を管理して分散処理を行うユーザーの利便性を向上できる。
【００４５】
ローター２の上面には、回転軸１３の下端１３ａを挿入するための凹部２２が設けられる（図４（ｃ）、図４（ｅ）等）。ローター２には、凹部２２に開口する貫通孔２２ａが形成される。ローター２の凹部２２に回転軸１３の下端１３ａが挿入され、下端１３ａがスペーサ部材１５を介して凹部２２に当接した状態で、ローター２の下面側から締結部材２３が取り付けられる。締結部材２３は、例えば取付け用のボルトであり、回転軸１３の下端１３ａには、この締結部材２３に対応する締結部１３ｂとして雌ネジ部が形成されている。
【００４６】
締結部材２３は、その一部がローター２の貫通孔２２ａを貫通して回転軸１３に取り付けられることで、スペーサ部材１５を挟んだ状態で回転軸１３及びローター２を締結する。ローター２の凹部２２及び回転軸１３の下端１３ａには、回転軸１３の回転力をローター２に伝達するための複数のピン２４が挿入される。ローター２の凹部２２及び回転軸１３の下端１３ａには、このピン２４を差し込むための孔が形成されている。
【００４７】
複数のピン２４は、円周方向に均等な間隔を有した位置に配置されており、回転軸１３の回転力をローター２に伝達する機能を有する。スペーサ部材１５には、締結部材２３が挿通される第一挿通孔１５ａと、複数のピン２４が挿通するため複数設けられる第二挿通孔１５ｂとが形成されている。なお、ここでは、第二挿通孔１５ｂ及びピン２４は、四個設けられているが、四個には限定されない。
【００４８】
スペーサ部材１５を挟んだ状態で回転軸１３及びローター２を締結部材２３により締結していることから、ローター２のステータ３に対する軸方向の位置をより確実に固定できる。よって、ローター２及びステータ３間の間隙を適切な状態にすることを実現する。すなわち、上述したようなメリットを有するスペーサ部材１５を適切に取り付けることを実現する。
【００４９】
また、回転軸１３からローター２に回転力を伝達するための機構として複数のピン２４を用いていることから、キー溝及びキーなどからなる機構に比べて周方向のバランスをよくでき、すなわち、回転軸１３及びローター２のバランスのよい回転を実現する。よって、ローター２及びステータ３間の分散力に部分による偏りが発生すること等を防止でき、すなわち、均一で適切な分散処理を実現する。また、偏りが発生することを防止できるので、間隙を小さくしても安定した分散処理を実現する。さらに、高速回転も可能になり適切な分散処理が実現する。
【００５０】
ステータ３は、ローター２と対向する平面において、ローター２より大きな形状に形成される。すなわち、ステータ３は、軸方向Ｄ１に直交する平面内における形状が、ローター２より大きくなるように構成されている。ステータ３には、ローター２と対向する面（下面）とは反対側の面（上面）に、冷却用の液体を流すための冷却用溝部２６が形成される。冷却用溝部２６は、ローター２より外側にも位置するよう形成されている。
【００５１】
冷却用溝部２６は、ローター２より外側に至る部分にまで形成されていることにより、ローター２の最も外周まで冷却することができる。すなわち、冷却用溝部２６は、ローター２及びステータ３の分散領域全体を冷却することができる。よって、材料（分散する混合物４）の発熱を確実に抑えることができる。これにより分散する材料が変質することを防止でき、また、分散する材料が揮発して引火する可能性があるような材料の場合にも安全に分散することを実現する。尚、一般的に、ローター２及びステータ３は、対向する面内の大きさが同じ大きさに形成され、その場合には、最外周部の冷却が困難である。最外周部は、最も発熱量が多いため、ここで説明した冷却用溝部２６は、優れた冷却効果を得ることができる。よって、適切な温度範囲で適切な分散処理を実現する。
【００５２】
冷却用溝部２６には、半径方向に沿って形成される壁部２７が設けられる（図４（ｂ）等）。また、冷却用溝部２６には、壁部２７を挟むような位置に冷却液供給口２８及び冷却液排出口２９が設けられる。冷却液供給口２８から冷却用溝部２６に供給された冷却用の液体が、冷却用溝部２６において円周方向Ｄ２の一方向であって冷却用供給口２８から壁部２７が設けられていない方向Ｄ３に向けて流される。そして、流された冷却用の液体が冷却液排出口２９から排出される。冷却用の液体は、例えば水である。
【００５３】
冷却用溝部２６において、冷却用供給口２８から冷却用排出口２９に向けて一方向に向くように冷却水が流されるように構成されているので、換言すると、冷却水が一方方向に流れるよう壁部２７に仕切られているので、冷却水は、順次排出される。すなわち、一方向に流れるように構成されていない場合には、部分的に冷却水が滞留してしまい、冷却用溝部内で冷却水が入れ替わらない部分が発生し、冷却機能が劣化する可能性がある。これに対し、冷却用溝部２６は、冷却水が順次入れ替わるよう構成されているので、常に高い冷却機能を有している。よって、適切な温度範囲で適切な分散処理を実現する。
【００５４】
尚、第１分散装置１を構成する冷却用溝部及びこれが設けられるステータ３は、上述した冷却用溝部２６に限られるものではなく、例えば、図５に示すような冷却用溝部７１、７２を有するステータ７６、７７であってもよい。図５（ａ）は、ネジ部を避けて溝を可能な限り広く形成し、冷却効果を高める例である。図５（ｂ）は、形成した溝部の底面にさらに細かい溝を形成し、冷却水の接触表面積を増やして冷却効果を高める例である。図５（ｃ）は、図５（ｂ）のＡ６−Ａ６断面図であり、細かい溝である凹部７２ａの断面形状を例示するための図である。ステータ７６、７７は、冷却用溝部の構造を除いて、ステータ３と同様の構造と機能を有するので、同様の部分については説明を省略する。
【００５５】
図５に示すように、冷却用溝部７１、７２は、冷却用溝部２６と同様に、ローター２より大きな形状に形成されたステータ７６、７７の上面側に形成され、ローター２より外側に位置するよう形成されている。冷却用溝部７１、７２にも、壁部２７と同様の、壁部７３、７４が設けられる。冷却用溝部２６と同様の構成については、冷却用溝部２６と同様の効果を有する。
【００５６】
次に、冷却用溝部２６と異なる構成について説明する。冷却用溝部７１は、ステータ７６の外周ぎりぎりまで拡大して設けられており、ボルト穴３ｂが形成される部分には、突起部７１ａが形成されている。外周方向に拡大した分だけ冷却効果が高くなる。また、冷却用溝部７２は、その底部に、円周方向に形成される凹部７２ａが複数形成されている。凹部７２ａが形成されていることから冷却水とステータ７７との熱交換量が増え冷却効果が高くなる。冷却用溝部７１、７２は、冷却用溝部２６よりも高い冷却効果を有する。以上のように、冷却用溝部２６に代えて、冷却用溝部７１、７２を有するステータを用いた場合にも、高い冷却機能を有し、適切な温度範囲で適切な分散処理を実現する。
【００５７】
ところで、ステータ３には、回転軸１３を挿通する回転軸挿通孔３１が設けられ、ステータ３の回転軸挿通孔３１より外側の位置からステータ３及びローター２の間に混合物４が導かれる。
【００５８】
具体的に、ステータ３には、回転軸挿通孔３１より外側の位置に設けられる混合物供給用の貫通孔３２が設けられる。換言すると、貫通孔３２は、回転軸挿通孔３１に対して所定の距離を有した位置に設けられる。ステータ保持部１８には、混合物供給口３３と、該混合物供給口３３からステータ３に設けられた混合物供給用の貫通孔３２に連通する連通路３４とが設けられる。混合物供給口３３から供給される混合物４は、ステータ保持部１８の連通路３４及びステータ３の貫通孔３２を介してステータ３及びローター２の間に導かれる。混合物供給口３３の端部には、接合用のフランジ等が形成され、配管１３０が接続される。
【００５９】
この構成により、混合物供給の際にローター２を回転させれば、貫通孔３２に供給された混合物４が遠心力により外側に導かれるので、回転中心付近に混合物４が到達しない。よって、回転軸挿通孔（「第１回転軸挿通孔」ともいう）３１及び後述の第２回転軸挿通孔３６にメカニカルシール等の密封装置を設けることが不要となる。換言すると、貫通孔３２は、遠心力により外側に導かれる混合物４が回転軸挿通孔３１に流れない程度の距離を回転軸挿通孔３１との間に有した位置に配置される。これにより装置構成を簡素にできる。シール部分の劣化による交換などを不要にできる。
【００６０】
尚、ここで、混合物供給口３３及び連通路３４は、下側に行くにつれて半径方向の中心側に向けた方向Ｄ４に向くように傾斜して形成されているが、例えば、下側に行くにつれて接線方向Ｄ５、Ｄ６に向くように傾斜して形成されていてもよい。混合物供給口３３及び連通路３４は、連通路３４がその下端において貫通孔３２に接続される位置に形成される。これにより、貫通孔３２をより回転軸挿通孔３１に近づけることを可能とする。
【００６１】
ステータ保持部１８には、回転軸１３を挿通する第２回転軸挿通孔３６が設けられる。第２回転軸挿通孔３６には、非接触シールであるラビリンス構造のシール部３７が設けられる。ここでラビリンス構造とは、回転軸側（回転軸１３）及び固定部側（ステータ保持部１８）の一方若しくは両方に、一又は複数の凹部及び／又は凸部を形成することで、回転軸側と固定部側の間に凹凸の隙間を順次形成された構造であり、かかるラビリンス構造によりシール機能を発揮する。各凹部及び各凸部の寸法は、例えば、０．０１〜３．００ｍｍ程度である。
【００６２】
ステータ保持部１８内で且つ第２回転軸挿通孔３６の上側と連通する空間３８には、ステータ保持部１８の外側からエアが供給される。ステータ保持部１８の外側からエアを供給することによりエアパージシール機能を担うエアパージシール機構３９が設けられる。エアパージシール機構３９は、例えば、軸受保持部１７及びステータ保持部１８により形成された空間３８と、軸受保持部１７に設けられ、空間３８及び外部を接続するパージ用通路３９ｂと、パージ用通路３９ｂの外部側に設けられパージ用の空気を供給するエア供給部３９ａとを有する。エアパージシール機構３９は、矢印Ｆ１に示すように、エア供給部３９ａから供給した空気をパージ用通路３９ｂ、空間３８を介して第２回転軸挿通孔３６と回転軸３１との隙間部分に供給する。この空気によりシール機能が生ずる。
【００６３】
尚、ステータ保持部１８の第２回転軸挿通孔３６の外側には、ステータ３をステータ保持部１８に取り付けるためのボルト３ａ用の取付け用の凹部１８ｆが形成されている。また、凹部１８ｆを形成することにより、第２回転軸挿通孔３６を形成する内周部１８ｇは、突出するような形状とされている。回転軸１３は、ステータ保持部１８の内周部１８ｇの上方に突出するように形成された突出部１３ｇを有している。矢印Ｆ１で示すように、エア供給部３９ａから供給された空気は、内周部１８ｇと突出部１３ｇとの間を通過して、第２回転軸挿通孔３６と回転軸３１との隙間部分に供給される。
【００６４】
シール部３７のラビリンス構造は、第２回転軸挿通孔３６の軸封効果を高めることを実現し、エアパージシール機構３９は、エアパージ機能により、回転軸挿通孔３１及び第２回転軸挿通孔３６の部分の軸封効果を高めることを実現する。上述のように、第１分散装置１では、混合物４を導く位置を工夫し、遠心力を利用していることから、ラビリンス構造及びエアパージ機能は、必ずしも設ける必要がない。しかし、少なくともいずれか一方を設けることで軸封効果を高めることを実現できるし、両方設けることでさらなる軸封効果を実現する。
【００６５】
容器１１は、下方側に向かうにつれて断面積が小さくなる円錐状の壁面４２と、この円錐状の壁面４２の上に位置する円筒状の壁面４３と、円錐状の壁面４２の下部に設けられる排出口４４とを有する。排出口４４は、容器１１の下方端に設けられ、分散処理済みの混合物４を排出する。排出口４４の端部には、接続用のフランジ等が形成され、配管１４０が接続される。分散処理後の混合物４が円錐状の壁面４２を経由して排出されるため、内壁に付着して排出されない混合物４の量が激減する。よって歩留まりを向上して、適切な処理を実現する。尚、容器１１には、真空ポンプを設けるようにしてもよく、そうすることで混合物４への空気の混入を低減できる。
【００６６】
容器１１には、冷却機能を有する冷却機構４１が設けられている。冷却機構４１は、例えば、容器１１の外側面である壁面４２及び壁面４３と、この外側にこの外側面（壁面４２及び壁面４３）を覆うように形成される空間形成部材４５と、冷却媒体供給口４６と、冷却媒体排出口４７とを有する。空間形成部材４５は、例えばジャケットとも呼ばれる部材であり、壁面４２、４３との間に、例えば冷却水などの冷却媒体を充填可能な空間４８を形成する。
【００６７】
冷却媒体供給口４６は、例えば空間形成部材４５の側面下部に配置され、空間４８に冷却水を供給する。冷却媒体排出口４７は、例えば空間形成部材４５の側面上部に配置され、空間４８から冷却水を排出する。
【００６８】
冷却機構４１は、このような構成により、壁面４２、４３を介して容器１１内部を冷却する機能を有する。冷却機構４１は、分散処理済みの混合物４を冷却することを可能とする。また、混合物４に揮発しやすい材料を用いた場合には、揮発した材料を冷却されることにより液体に戻すことができる。冷却機構４１の構成は、上記には限定されず、公知の構成でよい。
【００６９】
尚、第１分散装置１を構成する容器は、上述した容器１１に限られるものではなく、例えば図６に示すような容器８１、８６であってもよい。まず、図６（ａ）に示す容器８１について説明する。容器８１は、撹拌機構８２を有することを除いて、上述した容器１１と同様の構成と機能を有する。同様の部分については説明を省略する。
【００７０】
図６（ａ）の容器８１は、壁面４２、４３と、排出口４４とを有する。容器８１には、冷却機構４１が設けられている。この容器８１には、撹拌機構８２が設けられている。撹拌機構８２は、壁面４２、４３の内面に付着したスラリー状の混合物４を掻き取る。掻き取られた混合物４は、付着していない混合物４と一緒に、排出口４４から排出される。撹拌機構８２は、壁面４２、４３に沿った形状に形成される撹拌板８２ａと、これを回転駆動するモーター８２ｂとを有する。また、撹拌機構８２は、回転軸８２ｃ、軸受８２ｄも有する。撹拌板８２ａと壁面４２、４３との隙間が０〜２０ｍｍ程度となるように、撹拌板８２ａは形成されている。撹拌板８２ａとしては、金属又は金属に樹脂が取り付けられたものが使用される。ここで、撹拌板８２ａは、円周状の２箇所で掻き取るような形状とされる２箇所の撹拌部８２ｅを有するように構成しているが、複数の板部材を組み合わせて撹拌部を３以上の複数個に増加させてもよいし、１個でもよい。図６（ａ）の例では、回転軸８２ｃを設ける必要性から排出口４４には、接続用配管８３が取り付けられ、これを介して配管１４０に接続される。分散処理後の混合物４が円錐状の壁面４２を経由して排出されるため、内壁に付着して排出されない混合物４の量が激減し、さらに、撹拌板８２ａにより混合物４の排出が促進されるので、歩留まりが向上する。
【００７１】
次に、第１分散装置１を構成する容器のさらに他の例として、図６（ｂ）に示す容器８６について説明する。容器８６は、分散処理された混合物４を貯留する処理後貯留タンクを兼ねている容器である。すなわち、容器８６は、例えば、円筒形状の壁面８６ａを有するとともに、この下方に曲面状の底面部８６ｂを有し、この底面部８６ｂの下方端部に開閉弁８６ｄを介して排出口８６ｃが設けられている。
【００７２】
図６（ｂ）の容器８６は、例えば、少量で且つ適切な分散処理が必要で且つ高価な混合物４を分散処理する場合には相性がよい。分散処理後に、ボルト１１ｄを外すことにより、容器８６をカバーユニット１２やこれに取り付けられたローター２及びステータ３から外すことができる。これにより、他の構造の場合では第１分散装置の外壁に付着することになる混合物４も回収でき、歩留まりが向上する。尚、処理後貯留タンクを兼ねている容器８６の形状は、これに限られるものではなく円錐状の壁面を有してもよく、また、大量の分散処理が可能なようにさらに大型のタンク形状であっても良く、さらに、大型で且つ例えば２分割できるような形状であってもよい。また、処理後貯留タンクを兼ねている容器に、冷却機構４１を設けてもよい。
【００７３】
また、第１分散装置１を構成するローター２及びステータ３の材質として、例えば、日本工業規格（ＪＩＳ）のＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌ、ＳＵＳ４３０等のステンレス鋼や、ＪＩＳのＳ４５Ｃ、Ｓ５５Ｃ等の炭素鋼を用いてもよい。また、アルミナ、窒化ケイ素、ジルコニア、サイアロン、炭化ケイ素等のセラミクスや、ＪＩＳのＳＫＤ、ＳＫＨ等の工具鋼を用いてもよい。ステンレス等の金属材料にセラミクスが溶射（例えばアルミナ溶射、ジルコニア溶射）されたものを用いるようにしてもよい。セラミクスを用いたローラ及びステータや、金属材料にセラミクス部材が溶射されたローター及びステータを使うことで、寿命が延び、金属コンタミネーション（汚染）を防止できる。
【００７４】
以上のような第１分散装置１を用いた予備分散方法では、この第１分散装置１のローター２及びステータ３の間に、混合物４を供給して遠心力によって外周に向けて通過させることにより分散する。第１分散装置１及び予備分散方法は、歩留まりが良く、分散力が高く、適切な温度範囲で分散処理を行うことを実現し、すなわち、適切な予備分散処理を実現する。また、この第１分散装置１及び予備分散方法は、分散処理後の清掃を行う際に、容器１１とカバーユニット１２とを分離することができるので、清掃が容易である。
【００７５】
これまで説明したように、第１分散装置１では、剪断式の分散を行うローター２とステータ３の間隔を微調整でき、その間隔を確実に固定することができる。さらに、ローター２をバランスよく回転して、均一な分散処理を実現できる。したがって、たとえば数１００μｍ〜１０００μｍの粗大な粒子を含む粗分散された混合物４を、確実に予備分散することができる。
【００７６】
第１分散装置１では、ローター２とステータ３の間隔は、１０μｍ以上１０００μｍ以下とするのが好ましい。１０μｍ未満では、分散時の発熱による熱膨張のために、ローター２とステータ３が接触し、破損を生じる可能性が高まる。１０００μｍを超えると固体粒子を小さくしにくくなる。ローター２とステータ３の間隔が１０μｍ以上１０００μｍ以下であると、装置破損のリスクを抑えながら、固体粒子のある程度の微細化を、たとえば平均粒径が数１０μｍ以下になるまで、好ましくは１０μｍ以下になるまで、効率よく行うことができる。
【００７７】
なお、粗分散装置１１０と第１分散装置１との間に、剪断式の第３の分散装置（不図示）を備えてもよい。その場合には、たとえば、第３の分散装置では、ローターとステータの間隔を１０００μｍとして、混合物４中の固体粒子を１００μｍ以下に分散し、第１分散装置１では、ローター２とステータ３の間隔を１００μｍとして、混合物４中の固体粒子を１０μｍ以下に分散して、第２分散装置６０に供給することができる。すなわち、たとえ粗分散装置１１０から供給される混合物４に粗大な固体粒子が含まれていても、確実に短時間で予備分散をすることができる。
【００７８】
さらに、第１分散装置１では、剪断式に混合物４を分散するので、均一に分散することができる。すなわち、ローター２とステータ３の間を混合物４が通過するので、全ての混合物４にローター２とステータ３の間の剪断力が作用する。よって、混合物４が受ける剪断力が局所的にばらつくこと（いわゆるショートパス）がなく、分散効率が高くなる。
【００７９】
なお、第１分散装置として説明した図３〜図６に示す剪断式の分散装置１を、混合物４によっては、第２分散装置６０としてナノ分散に用いることができる。すなわち、剪断式の分散装置１のローター２とステータ３の間隔を狭く設定して、ナノ分散用に用いる。第１分散装置としての剪断式の分散装置１と、この装置よりローター２とステータ３の間隔を狭くした第２分散装置としての剪断式の分散装置１とを備える分散処理システムは、効率よく予備分散をしてナノ分散処理をすることができる。
【００８０】
次に、図７および図８を参照して、分散処理システム１００の変形例を説明する。図７は、複数パスの分散処理に適した分散処理システム１０２を示す概略図である。分散処理システム１０２は、複合パスできる構成であることを除いて、上述したシステム１００と同様の構成と機能を有する。
【００８１】
図７に示す分散処理システム１０２は、粗分散装置１１０と、中間タンク１１２と、第１分散装置１と、第２分散装置６０と、貯留タンク１２０とを備える。配管１４０のポンプ１４２の下流側から、配管１３４が、中間タンク１１２と粗分散装置１１０に接続する。また、中間タンク１１２から、配管１３６が配管１３０のポンプ１３２の上流側に接続する。よって、第１分散装置１で予備分散された混合物４を中間タンク１１２で貯留した後に、第１分散装置１に戻し、予備分散を繰り返すのに用いることができる。また、第１分散装置１で予備分散された混合物４を粗分散装置１１０に戻してもよい。すなわち、分散処理システム１０２によれば、予備分散を繰り返して、予備分散により粗大な粒子から、たとえば固体粒子の平均径を１０μｍ以下にし易くすることができる。
【００８２】
図８に示す分散処理システム１０４は、分散処理システム１００と同様に、粗分散装置１１０と、第１分散装置１と、第２分散装置６０と、貯留タンク１２０とを備える。なお、配管１３０にはポンプが設置されない。粗分散装置１１０には、コンプレッサ１６０が、流量調整弁１６２及びフィルタ１６４を介して接続されている。すなわち、粗分散装置１１０及びコンプレッサ１６０を接続する配管１６６に、流量調整弁１６２及びフィルタ１６４が設けられる。流量調整弁１６２は、コンプレッサ１６０から粗分散装置１１０に導かれる圧縮空気の流量を調整する。フィルタ１６４は、コンプレッサ１６０から粗分散装置１１０に導かれる圧縮空気中の不要物を取り除く。
【００８３】
この分散処理システム１０４は、圧力を掛けないで粉体と液体を粗分散した後、コンプレッサ１６０及び流量調整弁１６２により処粗分散装置１１０内の混合物４に付与した圧力により、粗分散装置１１０から配管１３０を経由して第１分散装置１に混合物４を導く。
【００８４】
次に、分散処理システムの更に他の例として、図９に示す分散処理システム１０６を説明する。分散処理システム１０６は、液体になじみにくいために液体表面に浮いたり、ダマ（粉体が液体を吸って凝集し固まった大きな塊）になり混ざりにくくなる粉体を液体に混合する機能に優れた粗分散装置１７０を有することに特徴があり、図１の分散処理システム１００の粗分散装置１１０に換えて粗分散装置１７０を備えることを除いて、分散処理システム１００と同様の構成と機能を有する。同様の部分については説明を省略する。
【００８５】
粗分散装置１７０は、液体供給部１１１と粉体供給部１１２を有する。粗分散装置１７０は、撹拌羽根１７３と、撹拌羽根１７３に連結する回転軸１７７と、回転軸１７７を回転させるモーターなどの駆動装置１７８とを有する。回転軸１７７は、粗分散装置１７０の中心から偏心させられ（中央からずらした位置に配置され）、撹拌羽根１７３の回転により傾斜渦が発生する。尚、粗分散装置１７０は、例えば円筒状の側壁部と、湾曲形状の底面部とを有するが、これに限られるものではない。
【００８６】
粉体供給部１１２は、粉体原料Ｐを撹拌羽根１７３により発生された傾斜渦に投入する。粉体供給部１１２は、例えば振動式定量フィーダである。粉体供給部１１２としては、これに限られるものではなく、その他の振動式フィーダや、スクリュー式フィーダであってもよい。傾斜渦に投入された粉体は大きな塊になることが防止される。よって、固まることなく、粗分散装置１７０で分散される。また、撹拌羽根１７３を中央からずらした位置で回転させる構成とすることで、液体供給部１１１と粉体供給部１１２からの原料を投入するためのスペースを広く確保できる。また、上述の効果は、混合物４の配合割合の精度を高めるという利点も得られる。
【００８７】
以上説明したように、分散処理システム１００、１０２、１０４、１０６によれば、第１分散装置１で混合物４を予備分散し、予備分散した混合物４を第２分散装置６０でナノ分散するので、固体粒子をナノレベルのサイズに効率よく微細化することができる。
【符号の説明】
【００８８】
以下に、明細書および図面で用いた主な符号をまとめて示す。
１  第１分散装置
２  ローター
３  ステータ
４  混合物
１１  容器
１１ａ  上部開口
１２  カバーユニット
１３  回転軸
１３ａ  下端
１４  軸受
１５  スペーサ部材
１５ａ  第一挿通孔
１５ｂ  第二挿通孔
１７  軸受保持部
１８  ステータ保持部
２０  第２のスペーサ部材
２１  位置決め規制部
２２  凹部
２３  締結部材
２４  ピン
２６  冷却用溝部
２７  壁部
２８  冷却液供給口
２９  冷却液排出口
３１  回転軸挿通孔
３２  混合物供給用の貫通孔
３３  混合物供給口
３４  連通路
３６  第２回転軸挿通孔
３７  シール部
３８  空間
４１  冷却機構
４４  排出口
６０  第２分散装置
８２  撹拌機構
８２ａ  撹拌板
１００、１０２、１０４、１０６  分散処理システム
１１０、１７０  粗分散装置
１１１  液体供給部
１１２  粉体供給部
１１３、１１４、１１５、１７３  撹拌羽根
１１７、１７７  回転軸
１１８、１７８  駆動装置
１２０  貯留タンク
１３０、１４０、１５０  配管
１３２、１４２  ポンプ
Ｌ  液体
Ｐ  粉体
【図１】
2019505374.tif 000003
【図２】
2019505374.tif 000004
【図３】
2019505374.tif 000005
【図４】
2019505374.tif 000006
【図５】
2019505374.tif 000007
【図６】
2019505374.tif 000008
【図７】
2019505374.tif 000009
【図８】
2019505374.tif 000010
【図９】
2019505374.tif 000011
【国際調査報告】
2019505374.tif 000012
2019505374.tif 000013