(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディスク外周部にディスク外周円より内側部分からディスク回転方向において下流側へ延びてディスク外周円に開口する切り欠き溝を有するとともに該切り欠き溝より半径方向内側部分に複数のメディア通過用貫通孔を有し、前記切り欠き溝の個数はディスク外径〔ｍｍ〕の１／１５〜１／２５（但し少数点以下切り捨ての整数）であり、但し該計算結果最大個数が４個以下のときは５個として、少なくとも５個としてあるメディア攪拌型ミル用の攪拌ディスク。
【請求項２】
前記切り欠き溝及び貫通孔がそれぞれ等間隔で設けてある請求項１記載の攪拌ディスク。
【請求項３】
前記貫通孔の個数が前記切り欠き溝数の半数である請求項１又は２記載の攪拌用ディスク。
【請求項４】
前記貫通孔の中心を結ぶ円の直径がディスク外径の１／３〜２／３の範囲にある請求項１、２又は３記載の攪拌用ディスク。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の攪拌ディスクを攪拌用部材として備えているメディア攪拌型ミル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はサンドミル等と通称されているメディア攪拌型ミルのための攪拌ディスク及び該ディスクを攪拌用部材として備えたメディア攪拌型ミルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
メディア攪拌型ミルは、攪拌ディスクのような攪拌用部材を内蔵した容器内にメディア（攪拌用ビーズ）を入れておき、該容器内へ被処理流体（通常はスラリー）を圧送して該攪拌用部材の回転によりメディア及び被処理流体を攪拌しつつ攪拌後の被処理流体をセパレータを通してメディアから分離しつつ流出させるものである。被処理流体は攪拌用部材の回転により運動するメディアの接触や衝突により分散、粉砕等の処理を受ける。
【０００３】
このメディア攪拌型ミルは、塗料、印刷インキ等の分散処理の他、各種セラミック、製紙用塗工材、薬品、食品等の分野で分散、微細砕、微細混合、粒子表面改質等の処理に広く利用されている。
かかるメディア攪拌型ミルでは、攪拌用部材の形状等がミルの性能に大きく影響することが知られている。
【０００４】
従来、このミルで使用されている攪拌用部材には図９（Ａ）から（Ｌ）に例示するものがある。すなわち図９において、
図（Ａ）から（Ｃ）に示すように、ディスク外周部にディスク外周円より内側部分からディスク回転方向において下流側へ延びてディスク外周円に開口する切り欠き溝９１、９２、９３を複数有するディスク型のもの（図中矢印はディスク回転方向）、
図（Ｄ）や（Ｅ）に示すように、複数の円形孔９４や円弧状の孔９５を設けたディスク型のもの、
図（Ｆ）に示すように、三日月形状の孔９６を設けたディスク型のもので、複数枚が偏心軸９６１に螺旋状配置で装着されるもの、
図（Ｇ）に示すように外周面から複数の攪拌用ピン９７１を放射状に突出させたピン付きリング型のもの（なお図中、９７２は回転軸）、
図（Ｈ）に示すように、容器内中央部の空洞化を防ぐための円筒体又は円柱体９８１の外周面に攪拌用ピン９８２を複数突設したもの、
図（Ｉ）に示すように、両面の適当な位置に攪拌用ピン９９１を立設すると共に孔９９２を設けたディスク型のもの、
図（Ｊ１）（攪拌用部材の正面図）及び図（Ｊ２）（同部材の断面図）に示すように、平板型の孔あきリング９０１に重ねて回転軸に嵌めるボス部９０２を配置し、両者を連結部材９０３により数カ所で連結したもの、
図（Ｋ）示すように、中央軸１０１の周囲に螺旋板１０２を周設したもの、
図（Ｌ）に示すように、外周部を段部１０３を有するように切り欠いたディスク型のものである。
【０００５】
このようにメディア攪拌型ミルで使用される攪拌用部材には種々のタイプのものがあるが、これらは、ミルにおける攪拌用部材に要求されるつぎのような特性を目指して工夫され、提案されたものである。
▲１▼  メディアを速く動かす。
▲２▼  メディアをランダムに動かす。
【０００６】
▲３▼  メディアを容器内に均一に分散させる（容器の被処理流体出口に偏らない）。
▲４▼  容器内でメディアを適度に循環させ、いわゆるショートパス（ある位置かある位置へ短絡的に動くこと）を発生させない。
▲５▼  メディアの被処理流体からの分離を容易化する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来型の攪拌用部材はいずれも次のような問題がある。
すなわち、メディア攪拌型ミルでは、既述のとおり、被処理流体が容器内へポンプ等により圧送されるのであるが、このとき、前記いずれの従来型攪拌用部材についても、それを搭載したミルでは、被処理流体が高粘性のものであったり、被処理流体圧送量が多かったり、その両者であったりすると、容器内部のメディアが容器出口の方へ押しやられて偏在し、これによりメディアの運動量が低下してメディアに要求される分散、粉砕等の能力が低下するばかりか、被処理流体の容器内通過抵抗が増大し、最悪の場合はミル通過が不可能になることもある。
【０００８】
また、従来のメディア攪拌型ミルでは、スケールアップ（処理量増大のためのミルの大型化）の際、主要部は略相似形で大型化させることが多く、特に攪拌用部材は、通常、その形状が変更されることはない。また、メディア攪拌型ミルでは、攪拌用部材の回転速度は、メディアの摩耗を抑制するために、攪拌用部材の外周速度を基準に定められ、これはスケールアップに際しても同様であり、通常、変更されることはない。
【０００９】
これらにより、ミル容量が大きくなればなるほど、容器内部のメディアの運動量が低下し、ひいてはメディアに要求される分散、粉砕等の能力が低下し、処理に長時間を要する。
そこで本発明は、被処理流体が高粘性のものであったり、被処理流体圧送量が多かったり、その両者であったりするときでも、メディアをミル容器内部で従来より均一に分散させ、メディアの十分な運動量を確保して所望の処理を行うことができるとともに被処理流体のミル通過に支障がなく、また、スケールアップに際してもメディアの十分な運動量を確保して所望の処理を行うことができるメディア攪拌型ミル用の攪拌ディスク、並びにかかるディスクを備えたメディア攪拌型ミルを提供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者は前記課題を解決するため研究を重ねた結果、攪拌用部材としてディスク外周部にディスク外周円より内側部分からディスク回転方向において下流側へ延びてディスク外周円に開口する切り欠き溝を有する攪拌ディスクを採用し、さらに、該ディスクに複数のメディア通過用貫通孔を併設し、該切り欠き溝の数を図９（Ａ）や（Ｂ）に示されるような従来攪拌ディスクにおける切り欠き溝の数より、ディスク外径が同じであるときでも、より多くすることで、メディアの容器出口への偏在を抑制し、メディアの十分な運動量を確保できることを見いだし、また、スケールアップに際しては、ディスク外周速度を変更しないときでも、前記切り欠き溝の数、或いはさらに前記メディア通過用貫通孔の数を増やせば、メディアの運動量確保に支障がないことを見いだした。
【００１１】
本発明はかかる知見に基づき、ディスク外周部にディスク外周円より内側部分からディスク回転方向において下流側へ延びてディスク外周円に開口する切り欠き溝を有するとともに該切り欠き溝より半径方向内側部分に複数のメディア通過用貫通孔を有し、前記切り欠き溝の個数はディスク外径〔ｍｍ〕の１／１５〜１／２５（但し少数点以下切り捨ての整数）であり、但し該計算結果最大個数が４個以下のときは５個として、少なくとも５個としてあるメディア攪拌型ミル用の攪拌ディスク、並びにかかるディスクを備えたメディア攪拌型ミルを提供するものである。
【００１２】
本発明に係る攪拌ディスク及びこれを備えたメディア攪拌型ミルによると、その攪拌ディスクが上記のとおり特定のものであり、それはディスク外周部にメディアの通過を許す切り欠き溝を有し、且つ、その数を従来ディスクより多くしてあり、また、複数のメディア通過用貫通孔を形成してあるので、ミル容器に圧送されてくる被処理流体が高粘性のものであったり、被処理流体圧送量が多かったり、その両者であったりするときでも、ミル容器内のメディアは適度の循環運動をして容器の被処理流体出口へ偏在することが抑制され、容器内に均一的に分散し、また、メディアが容器内に分散されるため被処理流体のミル通過も容易となり、さらに、前記切り欠き溝の数は従来ディスクより多くしてあり、これによりメディアの運動量を大きくでき、前記メディアの円滑にして適度の循環運動が達成されることと相まって目的とする処理が達成される。
【００１３】
またスケールアップに際しても、前記切り欠き溝の個数がディスク外径〔ｍｍ〕の１／１５〜１／２５（但し少数点以下切り捨ての整数）である関係から、そのスケールアップの程度に応じて前記切り欠き溝数が増やされるので、また、前記メディア通過用貫通孔の数を適宜増やすことができるので、ディスク外周速度を変更しないときでも、メディアの運動量確保に支障がなく、目的とする処理が達成される。
【００１４】
前記切り欠き溝及びメディア通過用貫通孔は、それには限定されないが、メディアをミル容器内にできるだけ均一に循環させ、分散させるために、それぞれ等間隔で設けてあることが望ましい。
以下、個々の部分について図１を参照して説明する。
前記切り欠き溝Ｘの数ｎは、多いほど粉砕能力等が上がると考えられるが、多すぎるとディスク強度が低下し、また、摩耗により寿命が短くなるので、上述のとおり、ディスク外径Ｄ１〔ｍｍ〕の１／１５〜１／２５（但し少数点以下切り捨ての整数）程度がよい。それには限定されないが、普通には、このディスク外径Ｄ１〔ｍｍ〕の１／１５〜１／２５（但し少数点以下切り捨ての整数）の切り欠き溝数ｎは、一般に採用される攪拌ディスクのうち１２５ｍｍ以上の外径を有するものに適している。
【００１５】
ディスク外径Ｄ１がミルの攪拌ディスクの外径として一般に採用されているもののうち１８５〔ｍｍ〕程度以上のサイズのディスクについては、１／２０〜１／２５（但し少数点以下切り捨ての整数）程度がより好ましく、さらには１／２３（但し少数点以下切り捨ての整数）又はそれより一つ多いか又は少ない数が好ましい。勿論、ディスク外径Ｄ１がミルの攪拌ディスクの外径として一般に採用されている１２６〔ｍｍ〕程度の小さいものであるときでも、この範囲を採用してもよい。但し、ディスクの粉砕能力等を向上させるために、ディスク外径にかかわらず、切り欠き溝Ｘの数は５個以上が好ましい。
【００１６】
また、前記切り欠き溝Ｘの幅Ｗ（溝幅が次第に拡がっているときはディスク外周円上の溝開口から溝深さの２／３程度入り込んだ位置での溝幅）は、メディアがそこを無理なく流通できる幅が望ましいが、大きすぎるとショートパスが発生する恐れがあるので、それには限定されないが、ディスク外径Ｄ１の４〜６％程度、より好ましくは、約５％程度がよい。また、使用メディアの最大径の３〜４倍程度以上、より好ましくは４倍程度以上がよい。通常、粒径１〜１．５〔ｍｍ〕程度のメディアを使用することが多いから、この場合は、大きい方を考慮にいれて１．５〔ｍｍ〕の３〜４倍以上、好ましくは４倍（６ｍｍ）以上がよい。なお、切り欠き溝の幅Ｗもディスク外径Ｄ１が増加するとそれに応じて拡げることが望ましい。
【００１７】
切り欠き溝Ｘの深さについては、前記のメディア通過用貫通孔との干渉を避けるように定めればよいが、切り欠き溝Ｘの底部の中心Ｏｘを結ぶ円の直径Ｄ２でみて、該Ｄ２がディスク外径Ｄ１の６５〜９５％程度、より好ましくは７５〜９０％程度、例えば８１〜８３％程度がよい。
また、メディア通過用貫通孔Ｙの個数Ｎについては、多すぎるとディスク強度が低下し、少なすぎるとメディアの出口側への偏りが発生することもあるので、それには限定されないが、代表的には、前記切り欠き溝数ｎの半数、又はそれより一つ多いか、一つ少ない個数が考えられる。
【００１８】
貫通孔Ｙのサイズについては、メディアがそこを無理なく流通できるサイズが望ましいが、大きすぎるとディスク強度低下やショートパス発生の恐れがあるので、孔Ｙの開口面積の合計がディスク面積の１／８〜１／１２程度、より好ましくは１／１０程度に抑えるのがよい。
前記貫通孔を設ける位置については、孔の大きさ、切り欠き溝Ｘの溝深さを考慮して定めればよいが、代表的には、それには限定されないが、貫通孔の中心Ｏｙを結ぶ円の直径Ｄ３でみて、ディスク外径Ｄ１の１／３〜２／３の範囲、さらに好ましくはディスク外径Ｄ１の０．４５〜０．５５倍程度、例えば０．５倍程度でよい。
【００１９】
ディスクの厚さｔについては、強度、摩耗による寿命、重量等を考慮して定めればよいが、薄すぎると強度低下や短命化を招き、厚すぎると軸シャフトへの負担が増し、振動や軸破損を招くので、それには限定されないが、例えばディスク外径Ｄ１の１／２０〜１／２５程度がよい。
以上を考慮して好ましい攪拌用ディスクの１例を挙げると、次のものである。
【００２０】
Ｄ２：約０．８２×Ｄ１
Ｄ３：約０．５×Ｄ１
ｄ  ：約Ｄ１×√（１／１０Ｎ）
ｎ  ：約Ｄ１〔ｍｍ〕×１／２３（但し整数値を選択する）
Ｎ  ：約０．５×ｎ
Ｗ  ：約０．０５×Ｄ１
ｔ  ：約Ｄ１×１／２３
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図２は本発明に係る攪拌ディスクを備えたメディア攪拌型ミルの１例の概略断面図である。
このミルは、浅田鉄工株式会社製のサンドミル（NANO GRAINMILL NM-G5M)において攪拌ディスクを本発明のものに代えたものであり、密閉円筒形のミル容器１内に攪拌ディスク２を取り付けたシャフト３を設けてある。
【００２２】
シャフト３は容器１の一側壁１１に設けた孔１１１に遊嵌されて容器１内に挿入されており、容器１から出ている部分で図示しない軸受け装置により回転可能に片持ち支持され、図示しないモータにより回転駆動できるようになっている。
前記の一側壁１１の孔１１１の周囲部分外面には、シャフト３に外嵌された被処理流体流出室４が容器１外から液密に被着されており、該室４のシャフト３に嵌合している部分には被処理流体の漏洩を防止する軸シール４１が装着されている。前記の一側壁１１の孔１１１の周囲部分内面には、容器１内においてシャフト３に嵌装されたギャップセパレータ５が臨んでいる。該孔１１１の周囲部分内面とセパレータ５との間隙は、容器内のメディア（図示省略）は通過できないが、被処理流体は通過できる大きさに設定されている。
【００２３】
被処理流体流出室４には被処理流体流出管６が接続さており、容器１の反対側の側壁１２には被処理流体導入管７が接続されている。導入管７には被処理流体圧送用の図示しないポンプが接続され、これにより容器１内に被処理流体を圧送できる。
また、容器１は水冷ジャケット８に覆われており、このジャケットには冷却水入口８１から冷却水を導入して冷却水出口８２から流出させることができ、これにより容器１及びその内蔵物を冷却できる。
【００２４】
攪拌ディスク２は、シャフト１に等間隔で７枚嵌着されている。
この例では、容器内のシャフト長手方向の寸法Ｌ＝３７０ mm 、容器内径Ｄｗ＝１５０ミリ、シャフト径Ｄｄ＝３６ mm 、攪拌ディスク外径Ｄ１＝１２６ mm 、隣り合う攪拌ディスク間隔ｓ＝４３ mm である。
攪拌ディスク２は、図３に示すように、ディスク外周部２１にディスク外周円Ｃ１より内側部分からディスク回転方向αにおいて下流側へ延びてディスク外周円Ｃ１に開口する複数の切り欠き溝２２を有するとともに該切り欠き溝より半径方向内側部分に複数のメディア通過用貫通孔２３を有している。
【００２５】
切り欠き溝２２及びメディア通過用貫通孔２３はそれぞれ等間隔で設けられている。
切り欠き溝２２は８個、貫通孔２３は４個設けてある。
このディスク２の各部の寸方等を纏めて示すと次のとおりである。次表において、Ｄ１はディスク外径Ｄ１、Ｄ２は切り欠き溝の底部の中心Ｏｘを結ぶ円の直径、Ｄ３は貫通孔の中心Ｏｙを結ぶ円の直径、ｄはメディア通過用貫通孔径、ｎは切り欠き溝数、Ｎはメディア通過用貫通孔数、Ｗは切り欠き溝幅、ｔはディスク厚さである。
【００２６】
また、次表における数値は前述の好ましい条件
Ｄ２：約０．８２×Ｄ１，        Ｄ３：約０．５×Ｄ１，
ｄ：約Ｄ１×√（１／１０Ｎ），  ｎ：約Ｄ１×１／２３（但し整数値）
Ｎ：約０．５×ｎ，              Ｗ：約０．０５×Ｄ１，
ｔ：約Ｄ１×１／２３  を満たしている。
【００２７】
なお、ディスク外径Ｄ１については、実際には他のものも使用されるで、それらについても上記好ましい条件下における数値を併せて示す。
0003830194.tif 000002
ディスク外径Ｄ１＝２６０ mm のものについては図４に示してある。
【００２８】
以上説明した図２のミルによると、攪拌用部材として上記のとおり特定の攪拌ディスク２を採用しており、それはディスク外周部２１にメディアの通過を許す切り欠き溝２２を有し、且つ、その数は同じディスク外径の従来ディスクにおける切り欠き溝数４より多く８個であり、また、切り欠き溝を設けたタイプの従来ディスクでは無かったメディア通過用貫通孔２３を４個形成してあるので、ミル容器１に圧送されてくる被処理流体が高粘性のものであったり、被処理流体圧送量が多かったり、その両者であったりするときでも、ミル容器１内のメディアは適度の循環運動をして容器１の被処理流体出口（セパレータ５のある部分）に偏在することが抑制され、容器１内に均一的に分散し、また、メディアが容器１内に分散されるため被処理流体のミル通過も容易となり、さらに、前記切り欠き溝２２の数は従来ディスクより多くしてあり、これによりメディアの運動量を大きくでき、前記メディアの円滑にして適度の循環運動が達成されることと相まって目的とする処理が達成される。
【００２９】
またスケールアップに際しても、前記表に掲記したとおり、攪拌ディスクの外周部の切り欠き溝の個数及びメディア通過用貫通孔の個数が増やされるので、ディスク外周速度を変更しないときでも、メディアの運動量確保に支障がなく、目的とする処理が達成される。
次に、本発明に係る図２に示すメディア攪拌型ミルによる処理、攪拌ディスクに従来タイプのものを用い、それ以外は本発明のミルと同構造のミルによる処理のそれぞれにおける、被処理流体中の分散粒子径のパス回数（ミルに同じ被処理流体を繰り返し通過させる回数）に応じた変化、及び処理量（圧送する被処理流体の量）に応じたミル容器内圧の変化について実験を行った結果を示す。
【００３０】
なお、採用した従来型の攪拌ディスクは図５のものであり、切り欠き溝２２０は４個だけである。各部の寸法等は、Ｄ１＝１２６ mm 、Ｄ２＝７５ mm 、Ｗ＝５ mm 、ｔ＝６ mm であり、本発明に係るディスクにおけるメディア通過用貫通孔は設けられていない。
図６は被処理流体中の分散粒子径のパス回数に応じた変化を示しているが、実験条件は次のとおりである。なお、図６において分散粒子径Ｄ50とは、いわゆる５０％粒径（全体の５０％がその値にある粒径）であり、株式会社堀場製作所製のレーザ式粒度分布測定装置ＬＡ−７００で測定したものである。
【００３１】
実験条件：
攪拌ディスク周速度        １０ｍ／秒
使用メディア              ジルコンビーズ（粒径０．６〜０．８ mm ）
メディアの容器１内充填率  ８０％
被処理流体                炭酸カルシウム：水＝１：９（重量比）のスラリー
スラリー圧送量            １．２リットル／分
また、図７は本発明ミルにおける処理量に応じたミル容器内圧の変化を、図８は従来型ミルにおける処理量に応じたミル容器内圧の変化をそれぞれ示しているが、実験条件は次のとおりである。
【００３２】
実験条件：
攪拌ディスク周速度        １０ｍ／秒
使用メディア              ジルコンビーズ（粒径０．６ mm ）
メディアの容器１内充填率  ８５％
被処理流体                溶解ワニス
冷却水温度                １０℃
冷却水流量                １０リットル／分
図６に示す実験結果からわかるように、従来型ディスクを用いた従来ミルによるよりも、本発明に係るディスクを採用したミルの方が、同じパス回数でも、細かく分散処理できることがわかる。
【００３３】
また、図７及び図８に示す実験結果より、従来型ディスクを用いた従来ミルによると、処理量が増加するに従いミル容器内圧が上昇すると、被処理流体の容器出口温度が上昇し、容器出口温度上昇により被処理流体の容器出口粘度が低下することがわかる。これは、処理量が増加するに従い、メディアが容器出口に偏在して被処理流体のミル通過抵抗が増すためと考えられる。
【００３４】
一方、本発明に係るディスクを採用したミルでは、処理量が増加してミル容器内圧が上昇しても、被処理流体の容器出口温度及び被処理流体の容器出口粘度が一定化していることがわかる。これは、処理量が増加しても、メディアが容器内に適度に循環して分散し、被処理流体のミル通過抵抗も被処理流体の通過を無理なく許す程度のものに抑制され、これらにより処理状態が安定しているためと考えられる。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によると、被処理流体が高粘性のものであったり、被処理流体圧送量が多かったり、その両者であったりするときでも、メディアをミル容器内部で従来より均一に分散させ、メディアの十分な運動量を確保して所望の処理を行うことができるとともに被処理流体のミル通過に支障がなく、また、スケールアップに際してもメディアの十分な運動量を確保して所望の処理を行うことができるメディア攪拌型ミル用の攪拌ディスク、並びにかかるディスクを備えたメディア攪拌型ミルを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るメディア攪拌型ミルにおける攪拌ディスクの各部寸法の説明図である。
【図２】本発明に係るメディア攪拌型ミルの概略断面図である。
【図３】本発明に係る攪拌ディスクの１例の正面図である。
【図４】本発明に係る攪拌ディスクの他の例の正面図である。
【図５】比較実験に用いた従来型攪拌ディスクの正面図である。
【図６】パス回数に応じた分散粒子径の変化状態を調べた実験結果を示す図である。
【図７】本発明に係るミルにおける処理量増加に伴う被処理流体の出口温度及び出口粘度の変化を調べた実験結果を示す図である。
【図８】従来型ミルにおける処理量増加に伴う被処理流体の出口温度及び出口粘度の変化を調べた実験結果を示す図である。
【図９】図（Ａ）から図（Ｌ）のそれぞれはメディア攪拌型ミルに使用する従来型の攪拌用部材を示す図である。
【符号の説明】
１  ミル容器
１１  容器１の一側壁
１１１  側壁１１の孔
１２  容器１の反対側の側壁
２  攪拌ディスク
２１  ディスク２の外周部
２２  ディスク２外周部の切り欠き溝
２３  ディスク２のメディア通過用貫通孔
Ｄ１  ディスク２の外径
３  シャフト
４  スラリー流出室
４１  軸シール
５  ギャップセパレータ
６  スラリー流出管
７  スラリー導入管
８  水冷ジャケット
８１  冷却水入口
８２  冷却水出口
【図１】
0003830194.tif 000003
【図２】
0003830194.tif 000004
【図３】
0003830194.tif 000005
【図４】
0003830194.tif 000006
【図５】
0003830194.tif 000007
【図６】
0003830194.tif 000008
【図７】
0003830194.tif 000009
【図８】
0003830194.tif 000010
【図９】
0003830194.tif 000011