(57)【要約】【課題】媒体ビーズの偏りによる分散不足やビーズパッキング現象、ビーズと液状原料の分離を防止しつつ、機内の温度上昇を抑えて安定的な運転を可能とする。【解決手段】湿式媒体撹拌ミル１は、ベッセル１１と、回転軸１８及び回転ローター３４を有する。回転ローター３４は、ベッセル１１底部に配置され、ペグ４７を有する。ベッセル内壁１１ａには、ペグ４７に対向してペグ４８が設けられている。回転ローター３４の上方には、分級羽根３１が配置されている。回転ローター３４とベッセル内壁１１ａの間には粉砕室３５が、分級羽根３１とベッセル内壁１１ａの間には分級室３２が形成される。ベッセル１１下方から液状原料２を供給し、粉砕室３５にて液状原料２の粉砕、分散を行う。液状原料２と媒体ビーズ３は、分級羽根３１の遠心力によって押し戻されつつ、粉砕室３５に長時間滞留し粉砕、分散される。【選択図】図１
2012179535.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有底円筒形状に形成され、内部に媒体ビーズと液状原料が収容されるベッセルと、
前記ベッセル上方より該ベッセル内に延伸し、垂直方向に延びる回転軸と、
前記回転軸に取り付けられ、前記ベッセル内に配置される回転ローターと、を有する湿式媒体撹拌ミルであって、
前記ベッセルは、その下端部に、該ベッセル内部と連通し、前記液状原料が供給される原料供給口を有し、
前記回転ローターは、前記ベッセル底部の前記原料供給口上方に配置され、その外周には径方向に向かって突出する複数個のペグを有し、
前記ベッセルの内壁には、前記回転ローターの前記ペグに対向して配置され径方向に向かって突出する複数個のペグが設けられ、
前記ベッセル内の前記回転ローターの上方には、前記回転ローターと共に回転する分級羽根が配置され、該分級羽根は、垂直方向に延びる複数個の羽根と、該羽根の内側に形成された環状空間を有し、
前記回転ローターと前記内壁の間に、前記ペグにより、前記媒体ビーズと前記液状原料が混合され、前記液状原料が粉砕及び／又は分散される粉砕室を形成すると共に、
前記分級羽根と前記ベッセルの内壁の間に、該回転羽根の回転に伴う遠心力により、前記媒体ビーズが前記液状原料と分離されて流入する分級室を形成したことを特徴とする湿式媒体撹拌ミル。
【請求項２】
請求項１記載の撹拌媒体ミルにおいて、前記回転ローター外周に取り付けた前記ペグと前記ベッセルに取り付けたペグは、互いに干渉しないように軸方向にずらして交互に配置され、前記回転ローター側の前記ペグ先端の円周軌跡が、前記ベッセル側の前記ペグ先端の内周円内に入ることを特徴とする湿式媒体撹拌ミル。
【請求項３】
請求項２記載の撹拌媒体ミルにおいて、前記回転ローター側の前記ペグ先端の円周軌跡と、前記ベッセル側の前記ペグ先端の内周円との重合幅が、前記ベッセル内径に対して、２.５〜６.０％の範囲であることを特徴とする湿式媒体撹拌ミル。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１項に記載の撹拌媒体ミルにおいて、
前記分級羽根の上方には、前記環状空間と連通する上部空間が形成され、
前記上部空間は、前記液状原料は通過するが前記媒体ビーズは通過し得ないスクリーンによって、前記環状空間と直接連通する内部空間と、原料排出口と連通する外部空間に隔離されることを特徴とする湿式媒体撹拌ミル。
【請求項５】
請求項４記載の撹拌媒体ミルにおいて、
前記ベッセル上部に、上方に向かって突出する円筒部を備えた上部ヘッドを載置し、
円筒形状に形成した前記スクリーンを前記円筒部に配置し、前記円筒部内を前記内部空間と前記外部空間に区画し、
前記円筒部の内側に位置する前記内部空間から、前記円筒部の外周側に位置する前記外部空間に向かって前記液状原料を流通させ、前記原料排出口から当該湿式媒体撹拌ミル外へ排出させることを特徴とする湿式媒体撹拌ミル。
【請求項６】
請求項５記載の撹拌媒体ミルにおいて、前記円筒部は、前記回転軸が気密状態で上下方向に貫通することを特徴とする湿式媒体撹拌ミル。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか１項に記載の撹拌媒体ミルにおいて、前記回転軸内に冷媒が流通する冷媒通路を設けると共に、前記回転ローター内に前記冷媒通路と連通する冷媒室を設け、前記冷媒室に対し前記冷媒通路を介して冷媒を供給することを特徴とする湿式媒体撹拌ミル。
【請求項８】
請求項１〜７の何れか１項に記載の撹拌媒体ミルにおいて、前記粉砕室における前記ベッセルの内径Ｕと、前記回転ローターの外径ｄの比（ｄ／Ｕ）が、０.４≦（ｄ／Ｕ）≦０.６であることを特徴とする湿式媒体撹拌ミル。
【請求項９】
請求項１〜８の何れか１項に記載の撹拌媒体ミルにおいて、前記分級羽根の外径Ｇと、前記回転ローターの外径ｄと、前記回転ローターの前記ペグ先端の回転直径Ｄの関係が、Ｄ＞Ｇ＞ｄであることを特徴とする湿式媒体撹拌ミル。
【請求項１０】
請求項１〜９の何れか１項に記載の撹拌媒体ミルにおいて、前記分級羽根の軸方向高さＨと、前記回転ローターの軸方向長さＬとの関係が、１.０Ｌ≧Ｈ≧０.９Ｌであることを特徴とする湿式媒体撹拌ミル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種インク等の液状原料をミクロンからナノサイズの微粒子に粉砕、分散するために使用する、湿式媒体撹拌ミル（「ビーズミル」ともいう）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、有機物などの各液状原料の粉砕、分散には、回転ローター等を用いた湿式の媒体撹拌ミルが用いられている。媒体撹拌ミルでは、回転ローターとそれに対向するベッセル（ステーター）にペグを植えたり、ローターやステーターの表面に凹凸をつけたりすることにより、あるいは、撹拌ディスクを設けたりすることにより、各種液状原料をミクロンサイズやナノサイズの粒子に粉砕、分散している。
【０００３】
このような媒体撹拌ミルは、ローター・ステーター間など、原料液が流れる空間にジルコニアビーズ等の媒体ビーズを供給し、この媒体ビーズにより、被処理原料粒子にずり応力や剪断力を与えて原料の粉砕、分散を行う。この場合、原料液の流通空間には媒体ビーズが６０〜９０％の容積比率で供給され、流通空間内に供給された媒体ビーズは、ローター動作に伴って複雑な動きを示す。そして、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等が加わり、原料が粉砕、分散される。
【０００４】
近年、電子材料を中心にして、原料をナノサイズまで粉砕または分散する要求が多くなっている。そのため、媒体撹拌ミルに使用される媒体ビーズも０.３ｍｍ以下の大きさものが多くなり、特に、０.１ｍｍ以下の微細媒体ビーズの使用が増加している。このような微細媒体ビーズを使用すると、液状原料と媒体ビーズの接触頻度が飛躍的に高くなり、余り強力でない、つまりマイルドな、ずり応力、剪断力によっても、ナノサイズまでの粉砕、分散が可能となる。
【０００５】
一方、微細媒体ビーズを使う場合には、媒体撹拌ミルが持っている昔からの課題の解決が、より確実に求められる。つまり、媒体撹拌ミルでは、媒体ビーズが機械内部に容積比率で６０〜９０％も滞在し、液状原料の流れに同伴して移動するため、（１）媒体ビーズの偏りによる分散不足や、（２）ビーズパッキング現象、（３）ビーズと液状原料の分離、という３つの課題が従来より存在している。そして、微細媒体ビーズを用いた媒体撹拌ミルには、これらの課題をより確実に解決することが求められている。
【０００６】
ここで、前述の（１）,（２）の課題については、例えば、特許文献１のように、ベッセルの内径Ｕと長さＬ、による（Ｌ／Ｕ）比率を小さくすることにより、ビーズの偏りによるビーズパッキング現象や、分散性が不安定化する現象を防ぐ構成が提案されている。ここでは、ビーズパッキング現象等を防ぐと同時に、液状原料が機内を循環するような機構を設けることにより、液状原料のショートパスを防ぎ、分散性を確実にする方法が取られている。
【０００７】
次に、（３）の課題については、特許文献２のように、円盤同士を対向させると共に、一方を回転側、他方を固定側として、液状の原料により生じる流体境膜の影響を減少させた微小ギャップスクリーンを採用した構成や、特許文献３のように、スクリーンそのものを廃止し、遠心分離機構により、媒体ビーズのみを液状原料から分離して排出させる方法などが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−３４６６６７号公報
【特許文献２】特開平１０−０５５６３号公報
【特許文献３】特開２００６−２４７５５７号公報
【特許文献４】特開２００６−３２０８９８号公報
【特許文献５】特開２００８−１８３５１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記（１）,（２）の課題を解決するために、ベッセル内部において液状原料を確実に循環させるためには、特許文献４,５のように、ベッセルの構造や回転ローターの機構が複雑化するという問題があった。また、液状原料が機内を循環する装置では、原料が循環することにより、媒体ビーズ自体も循環し、ベッセル表面と媒体ビーズ、回転ローター表面と媒体ビーズの接触回数が増大する。このため、ベッセル表面と媒体ビーズとの間の相対速度も増大し、媒体撹拌ミルの欠点である、媒体ビーズの摩耗によるコンタミが生じるおそれがあるという問題があった。
【００１０】
一方、（３）の課題に関し、対向円盤を用いた装置では、０.１ｍｍの媒体ビーズを想定した場合、回転円盤と固定円盤による微小ギャップスクリーンのギャップ（間隙）を３０ミクロンから５０ミクロンに設定する必要がある。このため、円盤や装置各部の工作精度や組立精度として非常に高い水準が求められ、装置コストが増大するという問題があった。また、液状原料の通過量を確保し、機内の圧力上昇を防ぐため、ギャップスクリーンの通過断面積を増やすと共にスクリーンを多段に設ける場合があるが、この場合、ますます工作精度と組立精度に高い水準が求められる。
【００１１】
また、遠心分離機構を設けた装置では、回転羽根によって比重の大きい媒体ビーズを遠心力で飛ばし、液状原料は遠心力に逆らって、流れて排出される方式が一般的である。しかしながら、この方式を採用すると、０.１ｍｍ以下の微細な媒体ビーズを１００％確実に分離できず、僅かな量のビーズが製品に混入される場合が多々ある。特に、粘性が少々高くなると、遠心分離機能が低下して、排出原料に媒体ビーズが混入する。粉砕・分散等を行った後の最終製品は、１個の媒体ビーズが混入することも許容されないが、このように排出原料に媒体ビーズが混入するおそれがある場合、再度、排出された製品から媒体ビーズを分離する工程が必要となる。このため、媒体撹拌ミルの他に、媒体ビーズを確実に分離する設備がさらに必要となるという問題もあった。
【００１２】
本発明の目的は、（１）〜（３）の上記３つの課題を解決しつつ、機内の温度上昇を抑えて安定的な運転を可能とし、０.１ｍｍ以下の微細ビーズにも対応可能な湿式媒体撹拌ミルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の湿式媒体撹拌ミルは、有底円筒形状に形成され、内部に媒体ビーズと液状原料が収容されるベッセルと、前記ベッセル上方より該ベッセル内に延伸し、垂直方向に延びる回転軸と、前記回転軸に取り付けられ、前記ベッセル内に配置される回転ローターと、を有する湿式媒体撹拌ミルであって、前記ベッセルは、その下端部に、該ベッセル内部と連通し、前記液状原料が供給される原料供給口を有し、前記回転ローターは、前記ベッセル底部の前記原料供給口上方に配置され、その外周には径方向に向かって突出する複数個のペグを有し、前記ベッセルの内壁には、前記回転ローターの前記ペグに対向して配置され径方向に向かって突出する複数個のペグが設けられ、前記ベッセル内の前記回転ローターの上方には、前記回転ローターと共に回転する分級羽根が配置され、該分級羽根は、垂直方向に延びる複数個の羽根と、該羽根の内側に形成された環状空間を有し、前記回転ローターと前記内壁の間に、前記ペグにより、前記媒体ビーズと前記液状原料が混合され、前記液状原料が粉砕及び／又は分散される粉砕室を形成すると共に、前記分級羽根と前記ベッセルの内壁の間に、該回転羽根の回転に伴う遠心力により、前記媒体ビーズが前記液状原料と分離されて流入する分級室を形成したことを特徴とする。
【００１４】
本発明にあっては、湿式媒体撹拌ミルのベッセル下方から液状原料を供給し、ベッセル下方に配置した粉砕室にて媒体ビーズと液状原料を混合し、液状原料の粉砕、分散を行う。粉砕室の液状原料と媒体ビーズは、分級羽根の遠心力によって押し戻されつつ、粉砕室に滞留し粉砕、分散される。粉砕室から上昇した液状原料と媒体ビーズは、分級羽根によって液状原料と媒体ビーズに分離され、媒体ビーズは分級室に導入される。
【００１５】
前記撹拌媒体ミルにおいて、前記回転ローター外周に取り付けた前記ペグと前記ベッセルに取り付けたペグを、互いに干渉しないように軸方向にずらして交互に配置し、前記回転ローター側の前記ペグ先端の円周軌跡が、前記ベッセル側の前記ペグ先端の内周円内に入るようにしても良い。この場合、前記回転ローター側の前記ペグ先端の円周軌跡と、前記ベッセル側の前記ペグ先端の内周円との重合幅を、前記ベッセル内径に対して、２.５〜６.０％の範囲に設定しても良い。
【００１６】
前記分級羽根の上方に前記環状空間と連通する上部空間を形成し、前記上部空間を、前記液状原料は通過するが前記媒体ビーズは通過し得ないスクリーンによって、前記環状空間と直接連通する内部空間と、原料排出口と連通する外部空間に隔離しても良い。この場合、前記ベッセル上部に、上方に向かって突出する円筒部を備えた上部ヘッドを載置し、円筒形状に形成した前記スクリーンを前記円筒部に配置し、前記円筒部内を前記内部空間と前記外部空間に区画し、前記円筒部の内側に位置する前記内部空間から、前記円筒部の外周側に位置する前記外部空間に向かって前記液状原料を流通させ、前記原料排出口から当該湿式媒体撹拌ミル外へ排出させるようにしても良い。また、前記円筒部に、前記回転軸を気密状態で上下方向に貫通させても良い。さらに、前記回転軸内に冷媒が流通する冷媒通路を設けると共に、前記回転ローター内に前記冷媒通路と連通する冷媒室を設け、前記冷媒室に対し前記冷媒通路を介して冷媒を供給するようにしても良い。特に、前記上部ヘッドの前記円筒部に、前記回転軸を気密状態で上下方向に貫通させることにより、前記回転軸内に冷媒通路を設けることが容易となる。
【００１７】
一方、前記粉砕室における前記ベッセルの内径Ｕと、前記回転ローターの外径ｄの比（ｄ／Ｕ）を０.４≦（ｄ／Ｕ）≦０.６に設定しても良い。また、前記分級羽根の外径Ｇと、前記回転ローターの外径ｄと、前記回転ローターの前記ペグ先端の回転直径Ｄの関係を、Ｄ＞Ｇ＞ｄに設定しても良い。さらに、前記分級羽根の軸方向高さＨと、前記回転ローターの軸方向長さＬとの関係を１.０Ｌ≧Ｈ≧０.９Ｌに設定しても良い。発明者らの実験によれば、Ｈ／Ｌを０.９〜１.０に設定すると、液状原料の排出量や消費電力を安定的に維持できるが、Ｈ／Ｌを０.７に設定すると、流量が不安定となり、ビーズパッキング現象が生じやすく、消費動力も不安定となる。
【発明の効果】
【００１８】
湿式媒体撹拌ミルのベッセル下方から液状原料を供給し、ベッセル下方にペグを用いた粉砕室を配置し、その上方に分級羽根を用いた分級室を配置したので、液状原料と媒体ビーズを分級羽根の遠心力によって押し戻しつつ粉砕室に滞留させることが可能となる。このため、媒体ビーズがベッセル内で過剰に移動せず、また、液状原料のベッセル内の滞留時間も長くなるため、液状原料の粉砕、分散効果を向上させつつ、媒体ビーズの摩耗も抑えられる。
【００１９】
また、分級室に分級羽根を設け、その上方にスクリーンを設けることにより、スクリーンにおけるビーズ分離負荷を軽減しつつ、媒体ビーズを分級室とスクリーンの二段階にて液状原料から分離できるので、ビーズパッキング現象を抑えつつ、媒体ビーズを確実に分離することが可能となる。さらに、回転軸内に冷媒通路を設けて回転ローターを冷却することにより、機内の温度上昇を抑えることができ、温度条件に敏感な原料の処理も容易に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態である媒体撹拌ミルの断面構成を示す説明図である。
【図２】本発明の媒体撹拌ミルの一使用形態を示す概略説明図である。
【図３】図１に示す媒体撹拌ミルのＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図４】図１に示す媒体撹拌ミルのＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図５】図１に示す媒体撹拌ミルのＣ−Ｃ線に沿った断面図である。
【図６】分級羽根高さＨ＝９０（Ｈ／Ｌ＝０．９）の試験機において、回転ローターの内部を冷却した場合と、行わない場合との比較試験結果を示すグラフである。
【図７】電動機容量５.５ｋｗの試験機において、分級羽根外径Ｇの影響を調べた試験結果を示すグラフである。
【図８】本発明の変形例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態である媒体撹拌ミル１（以下、適宜、ミル１と略記する）の全体構成を示す説明図であり、当該ミルの断面構成を示している。また、図２は、本発明によるミル１の使用形態を示す概略説明図である。媒体撹拌ミル１はいわゆる湿式の撹拌ミルであり、ミル１内では、液状原料２と媒体ビーズ３が混合され、スラリー状となった両者の混合物が撹拌処理される。そして、媒体ビーズ３によるずり応力や剪断力によって、ミル１内の液状原料２が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。
【００２２】
図２に示すように、液状原料２は原料液タンク４に貯留されており、このタンク４内に滞留しながら撹拌機５によって常時撹拌されている。原料液タンク４内の液状原料２は、定量ポンプ６の吸引作用を受けてタンク４の下部から排出され、供給配管７を介して媒体撹拌ミル１に供給される。一方、媒体撹拌ミル１内にて粉砕、分散された液状原料２は、リターン配管８を介して、媒体撹拌ミル１から原料液タンク４に戻される。液状原料２は、原料液タンク４と媒体撹拌ミル１の間の循環を繰り返し、媒体撹拌ミル１にて何度も粉砕・分散作用を受けて、所望の製品となる。
【００２３】
媒体撹拌ミル１は、液状原料２が供給され、媒体ビーズ３によって粉砕・分散処理が行われるベッセル１１を備えている。ベッセル１１は、底部が円錐台形となった円筒形状となっており、内部には媒体ビーズ３が収容されている。ベッセル１１の底部中央には、液状原料２の原料供給口１２が設けられており、供給配管７と接続されている。ベッセル１１の上端側にはフランジ１３が取り付けられており、フランジ１３上には、円板状の上部ヘッド１４が取り付けられている。上部ヘッド１４の中央部には、円筒部１５が上方に向かって突出形成されている。円筒部１５の上端には、メカニカルシール１６が取り付けられている。
【００２４】
円筒部１５とメカニカルシール１６の中央には軸孔１７が開口しており、この軸孔１７には、回転軸１８が取り付けられている。回転軸１８は、軸受１９によって、軸受筒２０に回転自在に支持されている。軸受筒２０は、ブラケット２１によって適宜保持される。回転軸１８は中空状となっており、中央部には軸孔２２が長手方向（図中上下方向）に沿って貫通形成されている。軸孔２２には、冷媒通路として冷却水管２３が挿入されている。回転軸１８の上端部は、図示しない回転継手を経由して外部の固定管に接続されており、冷却水等の冷媒２４が冷却水管２３に供給される。軸孔２２と冷却水管２３との間は空隙となっており、冷媒２４のリターン流路２５となっている。すなわち、回転軸１８の内部は二重管構造となっており、冷却水管２３によって供給された冷媒２４がリターン流路２５から排出されるようになっている。
【００２５】
ベッセル１１の側壁もまた、ベッセル冷却用に二重構造となっている。ベッセル１１の外側には円筒状のジャケット２６が取り付けられており、ジャケット２６の内側には、冷却水等の冷媒が流通する冷媒流路２７が形成されている。ジャケット２６には、冷媒流路２７に冷媒を供給する冷媒供給口２８と、冷媒流路２７から冷媒を排出する冷媒排出口２９が設けられている。冷媒供給口２８と冷媒排出口２９は、図示しない冷媒供給系と接続されている。冷媒供給系から冷媒流路２７に適宜冷却水等を供給することにより、ベッセル１１は所望の温度条件にコントロールされる。
【００２６】
回転軸１８の下部には、分級羽根３１が取り付けられている。図１に示すように、分級羽根３１の外側には、ベッセル１１の内壁１１ａとの間に分級室３２が形成される。分級羽根３１は、シロッコファン状の多翼ファンであり、図１,４に示すように、円形の底板上に、複数の羽根３３を立設した構成となっている。回転軸１８の下端部にはさらに、円筒形状の回転ローター３４が取り付けられている。図１に示すように、回転ローター３４の外側には、ベッセル１１の内壁１１ａとの間に粉砕室３５が形成される。つまり、当該ミル１では、ベッセル１１内の上部に分級室３２、下部に粉砕室３５がそれぞれ形成されている。
【００２７】
分級羽根３１の中央ボス部とメカニカルシール１６の下端部との間には、円筒状のディスタンスカラー４１が取り付けられている。ディスタンスカラー４１は、回転軸１８に外挿された形で配されている。回転軸１８の下端部は中空状となっており、軸孔４２が形成されている。軸孔４２内には、上方から冷却水管２３が延伸しており、下端と上端にはそれぞれ、連通孔４４,４５が設けられている。軸孔４２には、冷却水管２３から冷媒２４が流入する。冷媒２４は、連通孔４４から回転ローター３４内の冷媒室４６に流入・充満し、回転ローター３４を冷却する。冷媒室４６内の冷媒２４は、連通孔４５から軸孔４２に入り、リターン流路２５を介して、装置外に排出される。
【００２８】
回転ローター３４の外周部には、複数のペグ４７が埋め込まれており、径方向に突出している。これに対し、回転ローター３４に対向するベッセル１１の内壁１１ａにも、複数個のペグ４８が径方向に突設されている。図３に示すように、回転ローター３４側のペグ４７とベッセル１１側のペグ４８は、互いに干渉しないように、軸方向にずらして交互に配置されている。ペグ４７先端の回転直径（ペグ４７先端径）Ｄは、ペグ４８の先端内径Ｐよりも若干小さくなっており、ペグ４７の円周軌跡が、ペグ４８先端の内周円内に入るように配置されている。つまり、両ペグ４７,４８は、その先端部同士が軸方向に僅かに重なり合う状態となっている。ミル１では、ベッセル１１の内径Ｕ（約１８０ｍｍ）に対し、この重合幅は約２.５〜６.０％程度に設定されている。
【００２９】
回転ローター３４側とベッセル１１側の両ペグ４７,４８は、両者が重なり合わないと、ペグによる粉砕・分散作用が不十分となる。その一方、両者の重合幅が大き過ぎると、液状原料２と媒体ビーズ３が過剰に接触し、媒体ビーズの摩耗によるコンタミが生じるおそれがある。そこで、本発明の発明者らは、試行錯誤の結果、上記の範囲内の重合幅に設定すると、ペグによる粉砕・分散作用とビーズ摩耗抑制のバランスが最も良いことを把握し、当該ミル１においても上記範囲に寸法を設定した。
【００３０】
また、回転ローター３４のローター外径ｄとベッセル１１の内径Ｕとの比（ｄ/Ｕ）は、０.４〜０.５の範囲に構成されている。さらに、ペグ４７先端径Ｄとローター外径ｄは、分級羽根３１の外径Ｇに対し、Ｄ≧Ｇ≫ｄの関係が成り立つように構成されている。加えて、回転ローター３４の高さＬは、分級羽根３１の高さＨに対し、Ｈ＝Ｌ、若しくは、Ｈ≧０.９×Ｌの関係となるように構築されている。
【００３１】
一方、図１に示すように、分級羽根３１の内部と回転軸１８の間には、比較的広い環状空間４９が形成されている。上部ヘッド１４の円筒部１５の内部には上部空間５１が形成されており、環状空間４９はこの上部空間５１と連通している。円筒部１５の内部には、円筒状のスクリーン５２が取り付けられており、上部空間５１は、スクリーン５２によって、内部空間５１ａと外部空間５１ｂに隔離されている。円筒部１５には、径方向に沿って原料排出口５３が形成されており、原料排出口５３は外部空間５１ｂに連通している。
【００３２】
スクリーン５２には、一般にウェッジワイヤーと言われる断面三角形状のワイヤーを円筒状に巻いたスクリーンが採用される。また、多孔質発泡金属板や、焼結金属板を使って、板厚の薄いもので高い開口率（７０〜８０％）のスクリーンを採用することも可能である。このようなスクリーンを採用することにより、スクリーン部分での圧力損失を低く抑えることができ、液状原料を支障なく通過させ、微細な１００ミクロン以下の媒体ビーズをスクリーン部分にて分離することも可能となる。
【００３３】
次に、本発明によるミル１による粉砕、分散処理について説明する。当該ミル１の処理対象となる液状原料２は、前述のように、各種インクや重合法トナー、塗料等が挙げられる。また、媒体ビーズ３には、ジルコニア等のセラミックや、ガラス、金属などの球状の粉砕媒体が使用される。ここではまず、原料液タンク４から、供給配管７を介して液状原料２が媒体撹拌ミル１に供給される。液状原料２は、原料供給口１２からベッセル１１内に供給される。ベッセル１１内には媒体ビーズ３が貯留されており、液状原料２は、ベッセル１１内にて媒体ビーズ３と混合される。
【００３４】
ベッセル１１内では、液状原料２はまず粉砕室３５に導入され、粉砕室３５の下方中心部から、回転ローター３４の外周に均一に分散されながら上昇していく。ここで、粉砕室３５では、ペグ４７,４８の動きに同伴して、媒体ビーズ３が回転ローター３４の周りを回転しつつ、ペグの作用によりランダムに回転し、その動きが過剰に規制されることなく、ベッセル１１と回転ローター３４の空間に滞留している。すなわち、ミル１では、ベッセル１１に循環経路がなく、媒体ビーズ３は回転ローター３４に同伴されて移動し、粉砕、分散作用を発揮する。よって、媒体ビーズ３は、粉砕室３５内を軸方向に上下に移動循環することがなく、滞留して粉砕・分散処理に当たる。従って、媒体ビーズ３と、回転ローター３４、ベッセル１１及びペグ４７,４８との間の過剰な接触機会がなくなり、媒体ビーズ３の過剰摩耗が抑えられる。
【００３５】
このように、媒体ビーズ３が粉砕室３５に滞留した状態で原料供給口１２から液状原料２を投入すると、回転ローター３４とベッセル１１の間の円筒状空間を液状原料２が均等に分散されながら上昇する。その際、液状原料２は、媒体ビーズ３同士の間を抜け、同時に剪断力とズリ応力が均一に与えられる。これにより、液状原料２は、短時間に均一に分散し、粉砕が進行する。その際、ミル１では、粉砕室３５内における媒体ビーズ３の流動空間が大きい一方で、媒体ビーズ３が過剰に運動しないため、媒体ビーズ３の運動エネルギーが液状原料２に効率良く伝達される。このため、多量の媒体ビーズ３自体が疑似一体化した半固形物のような状態になり、回転ローター３４に過剰なトルクが加わるいわゆるビーズパッキン現象が生じるのを抑えることができる。
【００３６】
粉砕室３５内にて、粉砕・分散された液状原料２は、ベッセル１１内を上昇し、分級室３２に流入しようとする。ところが、分級室３２では、分級羽根３１の回転作用による遠心力効果により、液状原料２と媒体ビーズ３は、粉砕室３５側に押し戻され、粉砕室３５にて更なる粉砕・分散処理を受ける。そして、粉砕室３５にて充分な滞在時間を経過した後、液状原料２は、分級羽根３１を抜けて環状空間４９に導入される。このように、本発明のミル１では、分級羽根３１によって発生する遠心力作用により、回転ローター３４とベッセル１１の間の円筒状粉砕空間に液状原料２が滞在する時間を長くすることが可能となる。
【００３７】
環状空間４９に導入された液状原料２と媒体ビーズ３のうち媒体ビーズ３は、分級羽根３１の遠心力作用により、分級室３２側に押し出される。一方、液状原料２は、環状空間４９から回転軸１８に沿って上昇し、上部ヘッド１４の内側に円筒状に取り付けられているスクリーン５２に到達する。この場合、ミル１では、分級羽根３１の遠心力を充分働かせるために、羽根内部の環状空間４９から充分な距離を置いたところにスクリーン５２を設けている。これにより、媒体ビーズ３が分級羽根３１により効果的に分離され、スクリーン５２の表面には媒体ビーズ３が近接しにくくなる。つまり、スクリーンが分級羽根の内側近傍に存在すると、スクリーンの抵抗による流速増加が生じ、分級羽根の遠心力が影響を受けるため、ミル１では、スクリーン５２を分級羽根３１から距離を離して配置している。その結果、多くの媒体ビーズ３は、分級羽根３１の遠心力作用により、分級室３２側に押し出され粉砕室３５側に戻される。但し、液状原料２の粘性が比較的高い場合には、粘性原料に同伴されて、媒体ビーズ３が環状空間４９から内部空間５１ａに流入する場合がある。しかしながら、かかる場合も、スクリーン５２によって媒体ビーズ３は完全に分離され、液状原料２に混入して機外に排出されることはない。
【００３８】
スクリーン５２に到達した液状原料２は、ここで媒体ビーズ３を完全に分離し、スクリーン５２外側の外部空間５１ｂに流入する。このように、当該ミル１では、媒体ビーズ３を分級羽根３１によって分離した後、さらに、スクリーン５２によって液状原料２と媒体ビーズ３を完全に分離する。その際、スクリーン５２には、分級羽根３１によって多くの媒体ビーズ３を分離した状態の液状原料２が流入する。このため、スクリーン５２における媒体ビーズ３の分離負荷が軽減され、スクリーン部分に媒体ビーズ３が溜まり、ビーズパッキング現象が生じてしまうのを抑えることが可能となる。また、媒体ビーズ３を、分級羽根３１とスクリーン５２の二段構えにて分離するため、例えば、０.１ｍｍ以下の微細ビーズも、ビーズパッキングを抑えつつ確実に分離でき、装置の汎用性向上が図られる。
【００３９】
ベッセル１１内で充分に粉砕・分散作用を受け、かつ、媒体ビーズ３が完全に分離された液状原料２は、外部空間５１ｂから、原料排出口５３を介して機外に排出される。原料排出口５３から排出された液状原料２は、リターン配管８を介して原料液タンク４に戻される。原料液タンク４に戻った液状原料２は、改めて供給配管７を介して媒体撹拌ミル１に供給され、繰り返し粉砕・分散処理が行われ、所望の粒径等を持つ製品が製造される。
【００４０】
このように、当該ミル１では、粉砕室３５に移動循環通路を設けず、分級羽根３１の遠心力作用により、液状原料２を粉砕室３５に長時間滞留させる構成としたので、ベッセル１１内では、液状原料２は粉砕分散作用をほぼ常時に受けている状態となる。従って、未粉砕物が原料排出口５３から出ていく確率が減少し、液状原料２の循環回数を減少させ、より短い時間で目的の粉砕または分散物を得ることが可能となる。これに対し、従来の循環型媒体撹拌ミルでは、多量の液状原料をミル内に投入し、目的の粒度または分散度を得るために、機械内部に循環機構を設け、液状原料を粉砕室部分に複数回通過させた後、排出する方式を取るため、装置構造が複雑化すると共に処理時間も長くなり、当該ミル１に比して、コスト的にも不利となる。
【００４１】
一方、本発明によるミル１では、ベッセル１１や回転ローター３４が冷却された状態で、前述のような粉砕・分散処理が実行される。すなわち、ベッセル１１は、ジャケット２６を用いた二重構造となっており、ジャケット２６内の冷媒流路２７に適宜冷媒を流通させることにより、ベッセル１１が冷却される。また、回転ローター３４は、回転軸１８を二重管構造とし、冷却水管２３とリターン流路２５により、回転ローター３４内に冷媒２４を循環させるようにしたので、ベッセル１１内の部材である回転ローター３４も冷却することができる。
【００４２】
従来の多量循環型媒体撹拌ミルでは、分級室内の回転軸中心部を環状通路とし、その中に液状原料を導入すると共に、軸の端部にローターリージョイント（回転継手）を設け、そこから液状原料を排出する方法を採用している。これは、従来型のミルは、媒体ビーズと液状原料の分級に分級羽根の遠心力を利用しており、媒体ビーズを分級室の外周側に寄せつつ、液状原料を媒体ビーズから分離させる構成を採っているため、液状原料を軸中心分から排出することが求められるためである。しかしながら、軸中心の環状通路に液状原料を通過させると、回転ローターを冷却するための冷媒を流通させる通路が確保できなくなり、冷却能力が著しく劣ってしまう。
【００４３】
これに対し、本発明のミル１は、回転軸１８を二重管構造とし、軸中心に冷媒を通す通路を確保している。このため、液状原料２と媒体ビーズ３を分級室３２の分級羽根３１にて分離し、分級羽根３１の中心部に液状原料２を導く構成でありながら、回転ローター３４の冷却を可能にしている。これにより、温度条件に敏感な原料であっても、適切な温度環境にて処理を行うことができ、製品品質も良好に確保される。なお、当該ミル１では、軸中心の環状通路に代えて、回転軸１８と分級羽根３１の間の環状空間４９から、上部空間５１、スクリーン５２、原料排出口５３に至る原料流通ルートを構成し、液状原料２をスムーズに排出している。
【実施例１】
【００４４】
本発明の媒体撹拌ミル１を用いて、炭酸カルシウム１０％水溶液を以下に示す方法で、粉砕、分散する試験を行い、その性能を比較した。
【００４５】
定量ポンプ６を起動後、媒体撹拌ミル１を起動し、循環系に液状原料が流れ出してから一定時間経過後に排出液を採取して粒度の測定を行った。粒度測定は、日機装株式会社製ナノトラックＵＰＡ-ＥＸを使用し、動的光散乱式により測定した。処理条件は、次の通りである。
媒体撹拌ミル      ベッセル容量：３リットル
ベッセル内径：Ｕ＝１７３ｍｍ
ベッセル側ペグの本数：４本×２段
回転ローター外径：ｄ＝１００ｍｍ
ローター側ペグの本数：４本×３段
回転ローター高さ：Ｌ＝１００
回転ローター回転数：１７８０ｒｐｍ
送液量            １０リットル／ｍｉｎ
媒体ビーズ充填率        ７３％
ジルコニアビーズ直径    ０.３ｍｍ
【００４６】
（実施例１）
上記条件下にて、分級羽根３１の高さＨを変更して実験を行った。
Ｈ／Ｌが１.０及び０.９の場合、排出量は安定し、消費動力も安定していた。
Ｈ／Ｌが０.７の場合、分級羽根３１によって液状原料や媒体ビーズを粉砕室側に押し戻す効果が少なくなった。また、流量が不安定となり、ビーズパッキング現象が生じやすく、消費動力が不安定となった。すなわち、Ｈ,Ｌを１.０Ｌ≧Ｈ≧０.９Ｌとすることにより、当該ミル１において、媒体ビーズ３の偏りによるビーズパッキング現象を抑えることが可能となる。
【００４７】
（実施例２）
上記条件下にて、分級羽根高さＨ＝９０（Ｈ／Ｌ＝０．９）の試験機において、回転ローター３４の内部を冷却した場合と、行わない場合との比較試験を行った（図６）。図６に示すように、回転ローター３４を冷却した場合の方が、原料の排出温度が明らかに低く、冷却構造の効果が確認できた。従って、当該ミル１は、温度条件に敏感な原料の処理に有効である。
【００４８】
（実施例３）
実施例２と同条件下、回転ローター３４側のペグ４７先端の回転直径Ｄを１４０ｍｍとした。電動機容量５.５ｋｗの試験機において、分級羽根外径Ｇの影響を調べ、以下のデーターを得た（図７）。図７に示すように、１００分経過時の液状原料の平均粒度は、Ｇが大きい方が小さいが（図７（ｂ））、その分、消費電力は高くなる（図７（ａ））。従って、粒度と消費電力のバランスを考えると、回転ローター３４のローター外径ｄより大きいが、１２０ｍｍ（つまり、１.２ｄ）より小さい方が好ましい。
【００４９】
本発明は前記実施形態や実施例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、前述の実施形態における各種寸法は一例であり、装置のサイズ等は、前述の関係を逸脱しない限り任意の寸法を採用することができる。また、前述のミル１において、媒体ビーズ３が０.２ｍｍ以下になると、分級羽根３１の遠心力の効果だけでは、媒体ビーズ３が液状原料から分離されずに、上部位置のスクリーン５２の内面まで達する場合がある。このため、図８の湿式媒体撹拌ミル６１のように、分級羽根３１の軸中心部分にスパイラルスクリュー６２を装備し、媒体ビーズ３を、スクリーン５２のある上部空間５１から分級羽根３１のある環状空間４９に向かって搬送しても良い。これにより、媒体ビーズ３が微小なものとなっても、スクリーン５２の内周表面に媒体ビーズ３が集中することを防止できる。
【符号の説明】
【００５０】
１    媒体撹拌ミル
２    液状原料
３    媒体ビーズ
４    原料液タンク
５    撹拌機
６    定量ポンプ
７    供給配管
８    リターン配管
１１    ベッセル
１１ａ  内壁
１２    原料供給口
１３    フランジ
１４    上部ヘッド
１５    円筒部
１６    メカニカルシール
１７    軸孔
１８    回転軸
１９    軸受
２０    軸受筒
２１    ブラケット
２２    軸孔
２３    冷却水管
２４    冷媒
２５    リターン流路
２６    ジャケット
２７    冷媒流路
２８    冷媒供給口
２９    冷媒排出口
３１    分級羽根
３２    分級室
３３    羽根
３４    回転ローター
３５    粉砕室
４１    ディスタンスカラー
４２    軸孔
４３    軸端円板
４４    連通孔
４５    連通孔
４６    冷媒室
４７    ペグ
４８    ペグ
４９    環状空間
５１    上部空間
５１ａ  内部空間
５１ｂ  外部空間
５２    スクリーン
５３    原料排出口
６１    湿式媒体撹拌ミル
６２    スパイラルスクリュー
Ｄ      回転ローター側ペグ先端径
Ｐ      ベッセル側ペグ先端内径
Ｕ      ベッセル内径
Ｇ      分級羽根外径
ｄ      回転ローター外径
【図１】
2012179535.tif 000003
【図２】
2012179535.tif 000004
【図３】
2012179535.tif 000005
【図４】
2012179535.tif 000006
【図５】
2012179535.tif 000007
【図６】
2012179535.tif 000008
【図７】
2012179535.tif 000009
【図８】
2012179535.tif 000010