(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
凹凸のない内周面を備えた円筒孔状の内部空間を有するステータと、
回転軸に取り付けられ、前記ステータの前記内部空間内に回転自在に配置された、凹凸のない外周面を備える円筒状の単一のロータと、
互いに相似形状に形成された前記ステータの前記内周面と前記ロータの前記外周面との間に形成され、その内部には前記ステータ側及び前記ロータ側共に凹凸を有さない粉砕室と、を備え、
前記ロータを回転させつつ、前記粉砕室内にて、原料となる液状の被処理物と媒体ビーズを混合撹拌し、前記被処理物を所望の微細粒子に粉砕する湿式のビーズミルであって、
前記内部空間の軸方向一端側に開口し、前記粉砕室に対し前記被処理物を供給する原料供給管と、
前記内部空間の軸方向他端側に設けられ、前記被処理物と前記媒体ビーズとを分離するビーズ分離器と、
前記ビーズ分離器の後段に配置され、前記ビーズ分離器によって前記媒体ビーズと分離された前記被処理物を前記ステータの外部に排出する製品排出管と、を有し、
前記ステータは、前記一端側から前記他端側に向かって、その内径が拡径しており、
前記ロータは、前記ステータの前記内周面との間隔が略同一となるように、前記一端側から前記他端側に向かって、その外径が拡径しており、
前記ロータはさらに、撹拌力を増大させ、前記媒体ビーズが前記粉砕室内に集まり易くなるよう、原料供給側に位置する前記一端側の軸方向端面と、原料排出側に位置する前記他端側の軸方向端面のそれぞれに、軸方向に向かって突出する突起部を有し、
前記突起部は、前記回転軸から径方向外側に向かって、前記ロータの半径の１／２より外側の位置に円周方向に沿って複数個設けられ、
前記内部空間内において、前記ロータの前記軸方向端面のみに突起部が設けられ、前記ステータは、前記ロータの前記軸方向端面との対向面に突起部を有さないことを特徴とするビーズミル。
【請求項２】
請求項１記載のビーズミルにおいて、
前記突起部が、前記ロータの前記軸方向端面に突設された台状の羽根、又は、前記ロータの前記軸方向端面に取り付けられたピンであることを特徴とするビーズミル。
【請求項３】
請求項２記載のビーズミルにおいて、
前記ロータの原料供給側に位置する前記一端側の端面に配置された前記突起部と、前記ロータの原料排出側に位置する前記他端側の端面に配置された前記突起部が、共にピンであることを特徴とするビーズミル。
【請求項４】
請求項２記載のビーズミルであって、
前記ロータの原料供給側に位置する前記一端側の端面に配置された前記突起部が台状の羽根であり、前記ロータの原料排出側に位置する前記他端側の端面に配置された前記突起部がピンであることを特徴とするビーズミル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液状の被処理物を、湿式処理過程にてミクロンからナノサイズの微粒子に粉砕、分散するために用いられる湿式媒体撹拌ミル（ビーズミル）に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、各種インクや重合法トナー、塗料、顔料、感光剤、液晶カラーフィルター、電子材料、カーボンナノチューブ、各種植物用細胞、金属粉、無機物、有機物など、ファインケミカルの分野で各液状からペースト状までの原料の粉砕、分散には、回転ロータ等を用いた湿式の媒体撹拌ミル（ビーズミル）が用いられている。一般にビーズミルでは、ステータ内部にロータを設け、ロータとステータとの間に粉砕室となる粉砕室が形成される。粉砕室内には、液状原料と共にジルコニアビーズ等の媒体ビーズが供給される。粉砕室内に供給された媒体ビーズはロータ動作に伴って複雑な動きを示し、流動する媒体ビーズ間を液状原料が通過するとき、被処理原料粒子にずり応力や剪断力等が加わり、原料が粉砕、分散される。分散・微粉砕された被処理原料は、ビーズ分離器にて媒体メディアと分離され、スラリー状となった製品が製品排出口から機外へと排出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２２５５７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このようなビーズミルにおいては、粉砕室内に媒体ビーズが留まらずに流出すると効率の良い原料の粉砕、分散が行えない。その一方で、媒体ビーズが粉砕室内の一部に詰まってしまうと、原料の粉砕処理そのものに支障が生じる。このため、ビーズミルでは、粉砕室内の一部に媒体ビーズを詰まらせることなく、適量の媒体ビーズを粉砕室内に滞留させることが求められており、かかる要求をバランス良く満たし得る装置が求められていた。
【０００５】
本発明の目的は、適量の媒体ビーズを粉砕室内に送給・滞留させ、効率の良い粉砕、分散処理が可能なビーズミルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のビーズミルは、凹凸のない内周面を備えた円筒孔状の内部空間を有するステータと、回転軸に取り付けられ、前記ステータの前記内部空間内に回転自在に配置された、凹凸のない外周面を備える円筒状の単一のロータと、互いに相似形状に形成された前記ステータの前記内周面と前記ロータの前記外周面との間に形成され、その内部には前記ステータ側及び前記ロータ側共に凹凸を有さない粉砕室と、を備え、前記ロータを回転させつつ、前記粉砕室内にて、原料となる液状の被処理物と媒体ビーズを混合撹拌し、前記被処理物を所望の微細粒子に粉砕する湿式のビーズミルであって、前記内部空間の軸方向一端側に開口し、前記粉砕室に対し前記被処理物を供給する原料供給管と、前記内部空間の軸方向他端側に設けられ、前記被処理物と前記媒体ビーズとを分離するビーズ分離器と、前記ビーズ分離器の後段に配置され、前記ビーズ分離器によって前記媒体ビーズと分離された前記被処理物を前記ステータの外部に排出する製品排出管と、を有し、前記ステータは、前記一端側から前記他端側に向かって、その内径が拡径しており、前記ロータは、前記ステータの前記内周面との間隔が略同一となるように、前記一端側から前記他端側に向かって、その外径が拡径しており、前記ロータはさらに、撹拌力を増大させ、前記媒体ビーズが前記粉砕室内に集まり易くなるよう、原料供給側に位置する前記一端側の軸方向端面と、原料排出側に位置する前記他端側の軸方向端面のそれぞれに、軸方向に向かって突出する突起部を有し、前記突起部は、前記回転軸から径方向外側に向かって、前記ロータの半径の１／２より外側の位置に円周方向に沿って複数個設けられ、前記内部空間内において、前記ロータの前記軸方向端面のみに突起部が設けられ、前記ステータは、前記ロータの前記軸方向端面との対向面に突起部を有さないことを特徴とする。
【０００７】
本発明にあっては、ロータの原料供給側の端面と原料排出側の端面のそれぞれに、軸方向に向かって突出する突起部を設けることにより、媒体ビーズが粉砕室に集まり易くなる。このため、粉砕ゾーンである粉砕室に媒体ビーズが留まり、効率的な粉砕処理が可能となる。
【０００８】
また、前記ビーズミルにおいて、前記突起部を、前記回転軸から径方向外側に向かって、前記ロータの半径の１／２より外側の位置に配置することにより、ロータの回転を妨げることなく、粉砕効率を効果的に向上させることができる。
【０００９】
また、前記突起部が、前記ロータの前記軸方向端面に突設された台状の羽根、又は、前記ロータの前記軸方向端面に取り付けられたピンであっても良い。この場合、前記ロータの原料供給側に位置する前記一端側の端面に配置された前記突起部と、前記ロータの原料排出側に位置する前記他端側の端面に配置された前記突起部が共にピンであっても良い。また、前記ロータの原料供給側に位置する前記一端側の端面に配置された前記突起部が台状の羽根であり、前記ロータの原料排出側に位置する前記他端側の端面に配置された前記突起部がピンであっても良い。
【００１０】
さらに、前記ステータの内径が、前記一端側から前記他端側に向かって拡径し、前記ロータの外径が、前記ステータの内周面との間隔が略同一となるように、前記一端側から前記他端側に向かって拡径するようにしても良く、これにより、粉砕室内にさらに媒体ビーズが集まり易くなり、粉砕効率の向上が図られる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、媒体ビーズと液状の被処理物を粉砕室内にて撹拌・粉砕する湿式のビーズミルにて、ロータの原料供給側の端面と原料排出側の端面のそれぞれに、軸方向に向かって突出する突起部を設けたので、ロータによる撹拌力が増大し、媒体ビーズが粉砕室に集まり易くなり、より効率的な粉砕処理を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施の形態であるビーズミルの構成を示す説明図である。
【図２】（ａ）はロータの原料排出側に取り付けられるピンの構成を示す説明図、（ｂ）はロータの原料供給側に取り付けられるピンの構成を示す説明図である。
【図３】（ａ）はロータの原料排出側の端面図、（ｂ）はロータの原料供給側の端面図である。
【図４】（ａ）は撹拌羽根の構成を示す説明図、（ｂ）は撹拌羽根を用いた場合におけるロータの原料供給側の端面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の一実施の形態であるビーズミル１の構成を示す説明図である。本発明によるビーズミル１は湿式媒体撹拌ミルであり、ビーズミル１内では、液状原料（液状の被処理物：原料スラリー）と媒体ビーズが混合され、スラリー状の両者の混合物が撹拌処理される。ビーズミル内の液状原料は、媒体ビーズによるずり応力や剪断力によって、ミクロンオーダーやナノオーダーの微細粒子に粉砕・分散される。分散・微粉砕された液状原料は、ビーズ分離器にて媒体ビーズと分離され製品排出口から機外へと排出される。
【００１４】
図１に示すように、ビーズミル１は、フロントステータ３とリヤステータ４とから構成されたステータ内にロータ２を回転自在に配置した構造となっている。フロントステータ３の前部（図１において左側）には、フロントステータ３の開口部を覆うようにフロントプレート５が配されている。フロントプレート５は、フロントステータ３と共に、スタッドボルト６によってリヤステータ４に固定されている。
【００１５】
ロータ２は、ステータの中央に配置された回転軸７に固定されている。回転軸７の外周には、メカニカルシール８が配されている。回転軸７は水平方向に延伸しており、軸受によって回転自在に支持され、図示しないモータによって回転駆動される。回転軸７を軸受によって支持することにより、軸の振れ回りが抑えられ、メカニカルシール８のシール性が向上する。ロータ２は中空状となっており、前部（図１において左側）の中央には軸端円板９が取り付けられている。軸端円板９は、回転軸７の先端部にボルト１１によって固定されている。
【００１６】
ロータ２とフロントステータ３との間には、環状の粉砕室（粉砕ゾーン）１２が形成されている。ロータ２とフロントステータ３は同心状に設けられており、フロントステータ３の内周面とロータ２の外周面は相似形状となっている。ビーズミル１では、ロータ２の外周面とフロントステータ３の内周面との間隔、すなわち、ロータ２の外径とフロントステータ３の内径との差は略同一に形成されている。フロントステータ３の内周面は、ロータ２の最大直径部２ａに対向する部位が最大内径となっている。また、ロータ２の傾斜部２ｂに対向する部位は傾斜面に形成されている。ビーズミル１では、ロータ２やフロントステータ３、粉砕室１２の外径が、原料供給側（図１において右側）から排出側（同左側）に向かって拡径する構成となっている。
【００１７】
粉砕室１２の図中右端側には、リヤステータ４内に形成された原料供給路１３が開口している。原料供給路１３は、リヤステータ４に設けられた原料供給管１４内を通り、装置上端にて開口している。粉砕室１２の図中左端側には、ビーズ分離器１５が設けられている。ビーズ分離器１５は、媒体ビーズと液状原料とを分離するスクリーン１６と、分散・微粉砕された液状原料が排出される製品排出管１７とを備えている。粉砕室１２内にて粉砕処理を受けた液状原料は、スクリーン１６にて分離され、所望のサイズに粉砕された原料のみが製品排出管１７から機外へと排出される。
【００１８】
粉砕室１２内には、媒体メディア（微小ビーズ）が収容されている(図示省略)。この媒体メディアとして、例えば鋼球、セラミック、ガラスなどの材質で、直径１〜０.１ｍｍの微小ビーズが用いられる。このビーズは、フロントステータ３の前部側に設けられたビーズ投入口１８から、必要量（例えば、粉砕室容積の５０〜１００％ほど）が運転開始前に粉砕室１２内に投入充填される。なお、装置運転時には、ビーズ投入口１８はステータプラグ１９にて閉鎖される。
【００１９】
ここで、本発明によるビーズミル１では、ロータ２の軸方向両端面に、軸方向（回転軸７の延伸方向）に向かって突出する突起部がそれぞれ設けられている。すなわち、突起部として、ロータ２の前側（図１において左端側）にはピン２１、ロータ２の後側（図１において右端側）にはピン２２がそれぞれ設けられている。図２（ａ）はピン２１、図２（ｂ）はピン２２の構成を示す説明図、図３（ａ）はロータ２の前側（原料排出側）の端面図、図３（ｂ）はロータ２の後側（原料供給側）の端面図である。
【００２０】
図２（ａ）,（ｂ）に示すように、ピン２１,２２は円柱状であり、ロータ２の原料排出側の端面（以下、前端面と称する）２３、原料供給側の端面（以下、後端面と称する）２４にそれぞれボルト等で固定される。ビーズミル１では、ピン２１は、図３（ａ）に示すように、ロータ前端面２３に、円周方向に沿って等分に複数個（ここでは８個）設けられている。一方、ピン２２は、図３（ｂ）に示すように、ロータ後端面２４に、円周方向に沿って等分に複数個（ここでは８個）設けられている。
【００２１】
この場合、ピン２１とピン２２は、回転軸７から径方向外側に向かって、ロータ２の半径の１／２程度より外側の位置に配置されている。ピン２１とピン２２のような突起物は、それが半径全長に亘って存在すると、ロータ２の回転に対して大きな抵抗となる。このため、動力のロスが生じ、過剰な動力を必要としたり、同じ動力であればロータ２の回転が遅くなり粉砕効率が悪くなったりする。そこで、当該ビーズミル１では、大きな負荷となることなく、粉砕効率が向上し得る効果的な突起部の位置として、半径の１／２程度より外側を選択し、そこにピン２１やピン２２のような突起部を配置している。
【００２２】
また、ビーズミル１では、突起部としてピンを用いることにより、ロータ２の回転を妨げることなく、効率的にビーズを粉砕ゾーンに留めることができる。さらに、ピンは、ロータ２を製作するに際しての加工性にも優れており、大きなコストアップを招来することなく本発明をビーズミルに適用できる。
【００２３】
このようなビーズミル１においては、原料供給管１４から供給された液状原料（被処理物）は、粉砕室１２内にて媒体ビーズと混合撹拌され粉砕される。その際、本発明によるビーズミル１では、ロータ２の前端面２３と後端面２４にそれぞれ突起部が設けられているため、撹拌力が増大し、媒体ビーズが粉砕室１２に集まり易くなる。このため、粉砕ゾーンである粉砕室１２に媒体ビーズが留まり、効率的な粉砕処理が可能となる。発明者らの実験では、原料スラリーの粘度によらず、従来の装置に比して短時間で粉砕粒度を低下させることができた（２０分間の処理で従来の１／３程度の粉砕粒度が可能）。また、最終的な粉砕粒度も従来よりも小さくできた（４０分間の処理で従来の１／２以下）。［ビーズ：φ０.５mmジルコニア，原料スラリー：炭酸カルシウム（ｄ５０＝７μm程度）＋水］
【００２４】
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
例えば、前記実施形態では、ロータ外径が原料供給側から排出側に向かって拡径する構成のビーズミルに本発明を適用した例を示したが、これとは逆に、ロータ外径が原料供給側から排出側に向かって縮径する構成のビーズミルに本発明を適用することも可能である。なお、ロータ外径を原料供給側から排出側に向かって拡径させた方が、媒体ビーズが粉砕室に留まり易く、より効率の良い湿式粉砕処理が可能である。
【００２５】
また、前述の実施形態では、ピン２１を８個、ピン２２を８個配置した構成を示したが、突起部の個数はこれらには限定されず、処理対象や製品仕様、装置サイズ等によって適宜変更可能である。さらに、ロータ２の前端面２３と後端面２４のそれぞれの突起部がピンではなく、図４（ａ）に示したような台状の突起物（撹拌羽根）であっても良い。その場合、例えば、図４（ｂ）のように、後端面２４に台状の撹拌羽根２５（ここでは４個）、前端面２３にピンを配置するなど、一方の端面がピン、他方の端面が羽根であっても良い。なお、発明者らの実験では、原料供給側、原料排出側両方ともにピンを配する形態が最も処理効率が高く、この組み合わせがより好適である。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明によるビーズミルの処理対象は、前述の液状原料に限られず、具体的には、懸濁重合法トナー、乳化十合法トナー、インクジェットプリンター用インク、光ディスク用有機感光剤、複写機感光ドラム用有機感光体、インク顔料（オフセットインキ・グラビヤインキ・絶縁インキ・水生インキ・油性インキ・フレキソインキ）、ボールペン用インク（水性および油性）、光触媒用酸化チタン、フイルム用感光剤、タンタル（コンデンサ用原料）、ファンデーション原料、口紅・マニキュア用顔料、ＵＶカット用酸化チタン、および酸化亜鉛、塗料原料用顔料、液晶カラーフィルター、チョコレート、チタン酸バリウム、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸塩などの圧電セラミックス用）などにも適用可能である。
【符号の説明】
【００２７】
１    ビーズミル
２    ロータ
２ａ  最大直径部
２ｂ  傾斜部
３    フロントステータ
４    リヤステータ
５    フロントプレート
７    回転軸
８    メカニカルシール
１２    粉砕室
１４    原料供給管
１６    スクリーン
１７    製品排出管
１８    ビーズ投入口
１９    ステータプラグ
２１    ピン
２２    ピン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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