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技術 ミル式分散機とこれを用いた高粘度溶液中への固体微粒子の分散方法

出願人 信越ポリマー株式会社
発明者 竹島重明藤波直樹
出願日 1994年5月27日 (26年6ヶ月経過) 出願番号 1994-114848
公開日 1995年12月5日 (24年11ヶ月経過) 公開番号 1995-313862
状態 拒絶査定
技術分野 溶解、混合、フローミキサー 回転撹拌具形混合機
主要キーワード シャフトシールリング アンギュラ玉軸受け 間隙調整装置 下がり勾配 被圧力 間隙調整 ポテンシャルコア 面カット
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(1995年12月5日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (5)

目的

高粘度溶液中に固体微粒子を分散させる際に、比較的小さな駆動力で優れた品質にすることのできる、安価かつ小型化されたミル式分散機と、これを用いた高粘度溶液中への固体微粒子の分散方法を提供する。

構成

このミル式分散機は、円錐頂部に原料供給口13を、また底部に分散液吐出口14を有する円錐状中空容器3の中心部に、円錐状ロータ2を回転自在に装着したものであり、これを用いた高粘度溶液中への固体微粒子の分散方法は、ミル式分散機の原料供給口13より固体微粒子を添加した高粘度溶液を加圧供給し、円錐状ロータ2の回転および円錐状ロータ2の周側壁と円錐状中空容器3の内側壁との間隙を通過させて固体微粒子を高粘度溶液中に均一に分散させ、分散液吐出口より系外に排出することで行われる。

概要

背景

従来、インラインで高粘度の溶液中に固体微粒子を分散させるために、例えば界面活性剤等を用いる化学的エネルギー方式や、剪断力キャビテーション圧力変動衝突力ポテンシャルコアスリット)などを応用した機械的方式などの種々の方法がとられてきた。

概要

高粘度溶液中に固体微粒子を分散させる際に、比較的小さな駆動力で優れた品質にすることのできる、安価かつ小型化されたミル式分散機と、これを用いた高粘度溶液中への固体微粒子の分散方法を提供する。

このミル式分散機は、円錐頂部に原料供給口13を、また底部に分散液吐出口14を有する円錐状中空容器3の中心部に、円錐状ロータ2を回転自在に装着したものであり、これを用いた高粘度溶液中への固体微粒子の分散方法は、ミル式分散機の原料供給口13より固体微粒子を添加した高粘度溶液を加圧供給し、円錐状ロータ2の回転および円錐状ロータ2の周側壁と円錐状中空容器3の内側壁との間隙を通過させて固体微粒子を高粘度溶液中に均一に分散させ、分散液吐出口より系外に排出することで行われる。

目的

ところが、前者の化学的エネルギー方式は製品の品質を損ねる恐れがあり、また剪断力、衝突力、ポテンシャルコアなどを与える機械的方式は大駆動力を必要とした。さらにキャビテーションや圧力変動を与える機械的方式は、とくに高粘度溶液( 500cP以上からアスファルトエマルジョンの粘度まで、とくには 1,000cP以上)に不向きであった。したがって、本発明の目的は、高粘度溶液中に固体微粒子を分散させる際に、比較的小さな駆動力で、優れた品質の製品を得ることのできる、安価かつ小型化されたミル式分散機およびこれを用いた高粘度溶液中への固体微粒子の分散方法を提供するにある。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
0件

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請求項1

円錐頂部に原料供給口を、また底部に分散液吐出口を有する円錐状中空容器の中心部に、円錐状ロータを回転自在に装着したことを特徴とするミル式分散機

請求項2

請求項1記載のミル式分散機の原料供給口より固体微粒子を添加した高粘度溶液加圧供給し、円錐状ロータの回転および円錐状ロータの周側壁と円錐状中空容器の内側壁との間隙を通過させることによって、固体微粒子を高粘度溶液中に均一に分散させ、分散液吐出口より系外に排出することを特徴とする高粘度溶液中への固体微粒子の分散方法

技術分野

0001

本発明は、高粘度溶液中に固体微粒子を均一に分散させるのに有用なミル式分散機と、これを用いた高粘度溶液中への固体微粒子の分散方法に関する。

背景技術

0002

従来、インラインで高粘度の溶液中に固体微粒子を分散させるために、例えば界面活性剤等を用いる化学的エネルギー方式や、剪断力キャビテーション圧力変動衝突力ポテンシャルコアスリット)などを応用した機械的方式などの種々の方法がとられてきた。

発明が解決しようとする課題

0003

ところが、前者の化学的エネルギー方式は製品品質を損ねる恐れがあり、また剪断力、衝突力、ポテンシャルコアなどを与える機械的方式は大駆動力を必要とした。さらにキャビテーションや圧力変動を与える機械的方式は、とくに高粘度溶液( 500cP以上からアスファルトエマルジョンの粘度まで、とくには 1,000cP以上)に不向きであった。したがって、本発明の目的は、高粘度溶液中に固体微粒子を分散させる際に、比較的小さな駆動力で、優れた品質の製品を得ることのできる、安価かつ小型化されたミル式分散機およびこれを用いた高粘度溶液中への固体微粒子の分散方法を提供するにある。

課題を解決するための手段

0004

本発明者らは上記課題の解決のため、まず既存の剪断方式の一つであるミル式分散機に着目して検討を進めた。ミル式分散機は、図4に示すように、シャフトa、ロータb、ステータc、ベアリングd、メカニカルシールe、シールf、冷却フィンg、冷却水供給口h、間隙調整装置i、モータ入力軸jなどからなっていて、ステータc内でのロータbの回転により遠心作用水撃力を起こさせ、原料に衝撃を与えて分散させるもので、構造が簡単な反面、モータに 3,000〜20,000rpm もの高回転が要求される。またロータbとステータcとのそれぞれの接触面には回転方向に直交する方向に溝ないし溝模様を施すことで水撃力などの衝突力を増加させている。そこで、本発明者らはこの分散機を原料が間隙を通過しながら撹拌される構造とすることにより、モータが低回転(小出力)で済むように改善し、本発明に到達した。すなわち、本発明によるミル式分散機は、円錐頂部に原料供給口を、また底部に分散液吐出口を有する円錐状中空容器の中心部に、円錐状ロータを回転自在に装着したことを特徴とするものであり、これを用いた高粘度溶液中への固体微粒子の分散方法は、請求項1記載のミル式分散機の原料供給口より固体微粒子を添加した高粘度溶液を加圧供給し、円錐状ロータの回転および円錐状ロータの周側壁と円錐状中空容器の内側壁との間隙を通過させて、固体微粒子を高粘度溶液中に均一に分散させ、分散液吐出口より系外に排出することを特徴とするものである。

0005

以下、本発明を例示した図1図3により詳細に説明する。図1は本発明によるミル式分散機の一例を示す縦断面図、図2図1に示したミル式分散機の要部の分解縦断面図、図3は本発明のミル式分散機を用いた高粘度溶液中への固体微粒子の分散方法の一例を示す工程図である。本発明のミル式分散機は、図1図2に示すように、駆動軸1、円錐状ロータ2、円錐状中空容器(ステータ)3、ブロック4、カップリング5、モータ6、ベアリング7、基盤8、シール9、パッキン10、間隙調整用ねじ(狭める)11、間隙調整用ねじ(広げる)12、原料供給口13、分散液吐出口14、ボルト15などからなっている。駆動軸1は基盤8上に固設されたブロック4に、ベアリング7およびシール9を介して、回動自在に水平に配設されている。駆動軸1の基部はカップリング5を介してモータ6に連接され、先端部には円錐状ロータ2が先端部を包み込むような形でボルト15によりねじ止めされている。なお、駆動軸1の先端部の断面形状は円形でもよいが、四角形とすることで耐久性を一層向上させ駆動力を無駄なく伝達しボルト15が緩むのを防止することができる。円錐状中空容器3はその基縁16の内周壁をブロック4の周側壁17にパッキン10を介して嵌合・装着され、間隙調整用ねじ11および12によって軸方向に移動できるようになっている。なお、円錐状中空容器3の円錐頂部には原料供給口13が、また底部には分散液吐出口14が設けられている。

0006

円錐状ロータ2の周側壁は頂角θの大小によって円板状のものから錐針状のものまで任意に選択することができるが、一般に頂角θが大きくなると回転半径が大きくなるため、慣性重量が大きくなり大きな駆動力が必要になる。反対に頂角θが小さくなると遠心力を大きくするのが難しくなる。このため、頂角θは60°前後とするのが好ましい。円錐状ロータ2の周側壁の頂角θと円錐状中空容器3の内側壁の頂角φとの関係には、θ=φとθ>φの2種類があるが、擦り合わせる時間をより長くしたい場合にはθ=φを選ぶのがよい。円錐状ロータ2の周側面には溝や模様をつけてもよいが、特殊な加工をしなくても十分に良好な結果が得られるので平滑な面のままでもよい。

0007

ベアリング7としてはラジアル荷重、両方向のアキシアル荷重モーメント荷重などを負荷できるように適宜背面組み合わせ型のアンギュラ玉軸受けを選択するのが好ましい。シール9には駆動軸1からの被圧力流体漏れを防ぐためにメカニカルシールを用いるの一般的であるが、メカニカルシールは比較的高価で、かつ大きいので、安価かつ小型にするためにドイツ:メルケル社製のポリテトラフルオロエチレン製のものなどに採用されているシャフトシールリングを用いるのが好ましい。パッキン10には耐薬品性潤滑性などの観点から、テフロン製のOリングが好ましい。間隙調整用ねじ11、12は微調整用としてはピッチが小さいほど好ましいが、調整量の目視確認の容易なピッチが 0.5〜2mm、とくには 1.0± 0.2mmのボルトを用いるのが好ましい。ボルト15は、その頭に原料供給口13から入った原料が最初に衝突するため、掃除および分解組立のし易さを考えて、ボルト頭部円錐台状で、かつ二面カットとするのが好ましい。

0008

つぎに、本発明のミル式分散機を用いて高粘度溶液中への固体微粒子の分散を行う場合について、図3に示した工程図に基づいて説明する。原料は原料貯蔵タンク22よりポンプ等の輸送手段(図示せず)により一旦圧送タンク23に送り込まれた後、圧送タンク23内で撹拌されながら、加圧空気供給バルブ24からの2〜5kg/cm2の圧空によって押し出されて、バルブ25を経て本発明のミル式分散機21に送り込まれる。このミル式分散機21では、原料供給口13より機内に入った原料は、円錐状ロータ2の周側壁と円錐状中空容器3の内側壁との間隙(0〜2mmに調整可能)を通過し分散液吐出口14より印刷機26に送られる。この間隙を通過する際、原料は進行方向に対し直角方向に回転する円錐状ロータ2により撹拌され、通過距離が長くなり、かつ擦り合わせにより固体微粒子が団子状に固まるのを防止する。

0009

なお、原料供給口13より分散液吐出口14まで原料を送る力は、圧送タンク23へ送り込まれる圧空によるものだけからなっており、円錐状ロータ2の回転力はあまり関与していない。つまり、後方から入ってくる原料に押されて前進する訳で、より撹拌されることになる。これに加えて、円錐状ロータ2の周側壁と円錐状中空容器3の内側壁とが円錐状をしていて、しかも原料供給口13より分散液吐出口14に向かうにつれて(間隙は一定だが直径の増加により)間隙の断面積が大きくなる構造であることは、原料の滞留時間が分散液吐出口14に向かうにつれて長くなることであり、駆動軸1からの距離(円錐状中空容器3の内側壁の半径)も大きくなるので、回転速度(周速度)も速くなり、撹拌が進むことになる。また、原料供給口13より分散液吐出口14に向けて、円錐状中空容器3の内側壁が下がり勾配になっていて、その最下部に分散液吐出口14が設けられているので、原料の品種変更時の掃除が容易である。(これに対し、図4に示した従来機ではステータcの内面の傾斜が上り勾配の上、分散液吐出口が上部に設けられているので、分散機停止時に原料が機内にかなり残留していた。)

0010

つぎに、本発明の具体的態様を例示した図に基づいて説明する。図3に示す原料貯蔵タンク22に、粘度 2,900cPの合成ゴムからなる接着剤4kgと平均粒径60μm のカーボン粒子0.1kgとを投入し、ポンプ(図示せず)により容量4リットルの圧送タンク23に一旦送り込んだ後、圧送タンク23内で 50rpmで撹拌しながら4kg/cm2の圧空をかけて押し出し、ミル式分散機21に送り込んだ。ミル式分散機21ではモータ出力0.2kWで円錐状ロータ2を100rpmで回転させ、円錐状ロータ2の周側壁と円錐状中空容器3の内側壁との間隙を1mmとしたところ、分散液が分散液吐出口14より 40cc/分で排出されて印刷機26に送られた。この分散液を厚さ 0.3mm、大きさ 400× 400mmのPETフィルム面に厚さ10μm でベタ塗りしたが、微粒子の塊や縞模様を生ずることがなく、全く問題がなかった。図4に示した従来の装置は、寸法: 450× 950× 350mm、重さ: 150kg以上、出力:1〜 7.5kW、吐出量:50〜170cc/分のもので、価格が100万円以上したが、本発明の装置では、寸法: 150× 470× 155mm、重さ:23kg以上、出力: 0.2kW、吐出量: 40cc/分のもので、価格が17万円に過ぎなかった。しかも、本発明のものは、円錐状ロータの周側壁、円錐状中空容器の内側壁共、溝や模様を付けていないので、安価な上、掃除がし易い利点がある。

発明の効果

0011

以上のように、本発明によるミル式分散機は、安価な上、高粘度溶液中に固体微粒子を分散させる際に、比較的小さな駆動力で、優れた品質の製品を得ることができる。

図面の簡単な説明

0012

図1本発明のミル式分散機の一例を示す縦断正面図である。
図2図1に示したミル式分散機の要部の分解縦断面図である。
図3本発明のミル式分散機を用いた高粘度溶液中への固体微粒子の分散方法を示す工程図である。
図4従来の分散機を示す縦断正面図である。

--

0013

1…駆動軸、 2…円錐状ロータ、3…円錐状中空容器(ステータ)、 4…ブロック、5…カップリング、 6…モータ、7…ベアリング、 8…基盤、9…シール、 10…パッキン、11…間隙調整用ねじ(狭める)、 12…間隙調整用ねじ(広げる)、13…原料供給口、 14…分散液吐出口、15…ボルト、 16…基縁、17…周側壁、 21…本発明のミル式分散機、22…原料貯蔵タンク、 23…圧送タンク、24…加圧空気供給バルブ、 25…バルブ、26…印刷機。a…シャフト、 b…ロータ、c…ステータ、 d…ベアリング、e…メカニカルシール、 f…シール、g…冷却フィン、 h…冷却水、i…間隙調整装置、 j…モータ入力軸。

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