JP6842486B2 - 分散及び粉砕機 - Google Patents

Description

本発明は、被分散及び被粉砕物を加えた流体において、分散及び粉砕する分散及び粉砕機にかかる発明である。

従来より、医薬品や顔料に加え、希少金属粉等の粒子を微細化するための、分散及び粉砕が求められてきた。特に希少金属粉に至っては、従来よりも、より細かい２０μｍ以下の分散、粉砕精度が求められている。この２０μｍ以下の分散、粉砕精度を達成するものとして特許文献１に記載の磨砕機が提案されている。

特開２００４−１５４６３５号公報

特許文献１に記載の発明は、回転する研磨部材の回転中心から被処理物を搬送する流体を供給して外側に排出するものであって、研磨部材の一方が他方に対して接近、離反可能に配設し、付勢機構により微小間隔に維持することを特徴としている。しかし、動圧発生機構により動圧を加えられた流体を供給した場合、常にローターを押し下げる方向に力が作用するため、付勢力との均衡により微小間隔を維持することは困難であった。

そこで、流体の供給による動圧を利用しつつ、適切に微小間隔を維持する分散粉砕機が望まれていた。

本発明の分散粉砕機は、被処理流体の微細粉体を少なくとも１μｍ以下の微細粒子径に分散及び粉砕する分散粉砕機であって、前記分散粉砕機を密閉するケースと、該ケース内に所定圧力を有する被処理流体を導入する導入口と、該導入口に形成される導入路の導入方向に対向する表面に対向面を有し、前記導入方向を軸方向として回転処理する回転処理体と、前記導入路から連続して前記回転処理体の裏面側となる処理路に通じる流路と、前記回転処理体の裏面側となる処理路に隣接し、前記回転処理体と対向する位置に固定して配置される固定処理体と、前記被処理流体を前記処理路で分散及び粉砕して前記ケースから排出する排出口と、を有することを特徴とする。

また、回転処理体は、表面に対向面が形成される所定の長手方向長さを有する本体部と、該本体部の対向面を含む表面部分を外周端から連続して外周方向に突出して形成される広狭部とからなり、処理路は、広狭部の裏面側に形成されることが好ましい。

また、前記被処理流体のケース内の流路は、前記導入路から前記回転処理体の対向面に沿って外方に向かう対向面路と、該対向面路から下方に傾斜する傾斜面路と、該傾斜面路から前記回転処理体の周縁に沿って垂下する垂下面路と、該垂下面路から回転処理体の軸方向に形成する処理路とからなり、導入路から処理路にかけて漸次に流路径が小さくなることが好ましい。

また、固定処理体は、深さを１０μｍ以下とする複数の溝部と前記回転処理体と１０μｍ以下で隣接する隣接部と交互に連続して形成することが好ましい。

請求項１に記載の発明により、回転処理体と固定処理体とのズリ応力により微細化をすることができる。特に、微細化にあたり、被処理流体の導入路に対向する対向面を有するため、回転処理体が導入路の導入方向に向けて微細に押し出されてしまうが、処理路を回転処理体の裏面側に形成することにより、この圧力を利用して隙間、クリアランスを維持することが可能になる。

請求項２に記載の発明により、請求項１の効果に加え、略茸型の形態となって外周を経由して処理路では外方から内方に向けた流入方向となる。これにより回転する回転処理体の遠心力に抗って処理路で処理することとなり、処理路への流入量を調整し、円満な微細処理を可能にすることができる。

請求項３に記載の発明により、流路が暫時的に狭くなることから、処理路への流入量を調整し、円満な微細処理をすることができる。

請求項４に記載の内容により、１０μｍ以下の溝を配置することにより、回転処理体が導入方向への押出がなされたとしても、固定処理体の表面に近接した状態となり、溝による微細処理が可能になる。

本発明の実施形態に係る分散粉砕装置の全体断面図である。 図１の流路を示す一部拡大断面図である。 図１の処理路を示す拡大概念図である。 固定処理体の一例を示す正面図である。

本発明の分散粉砕装置の実施形態について、図面に基づいて説明する。本実施例に関し、図１の導入路Ｒ１側を上側、排出路Ｒ７側を下側として説明するが、本発明の実施形態の上下方向を限定するものではない。

本発明の分散粉砕装置１は、医薬品、界面活性剤、顔料、酸化物や金属粉等の粒子を微細化することを目的とするものであって、特にコンタミと呼ばれる不純物が付着しないように、メディアレスにより希少金属を微細化することに適している。本発明の分散粉砕装置１は希少金属等を少量処理し、少なくとも１μｍ以下の微細粒子に処理するためのものである。後述する処理路Ｒ５において、回転処理体１１の処理面１３と固定処理体２１の処理面（表面２２と溝２３）との隙間（クリアランス）を狭め、ずり応力を与えることで微細化するものである（図３参照）。

本発明の分散粉砕対象は流体であって、３乃至２０Ｌ／Ｈの処理量であり、比較的少数の流体を処理するものである。また、適正粘度は１万ｃｐ乃至５万ｃｐ程度であり、比較的高い粘度の流体に対しても処理が可能になる。

図１に示すように、本発明の分散粉砕装置１は、上方に導入口２を有し、側方に排出口３を有し、導入口２と排出口３との間を流路Ｒ１乃至Ｒ７が形成されている（図２参照）。流路の周囲は複数に分割されたケース４、４によりケーシングされており、完全に密閉される。

分散粉砕装置１には、その内部にローターと呼ばれる回転処理体１１が本体１１ａ内の軸１２により回転可能に配置されている。本説明において、回転処理体１１の上下方向の導入口２側を表面側とし、排出口３側を裏面側として説明している。回転処理体１１は、円筒状の本体１１ａの上表面であって導入口２と対向する位置となる対向面１２ａを有し、この対向面１２ａの外周方向に傘状に広がる広狭部１１ｂ、１１ｂを有する。図１は断面図であるため、回転処理体１１は上側を幅広くした謂わば茸型の形状となる。

図１、２に示すように、対向面１２ａは導入口２から被処理流体Ｓが導入された状態で、導入路Ｒ１の導入方向に対向して、被処理流体Ｓの流入圧力が付加されるように抗う位置にある。対向面１２ａの形態は、導入方向に直交するように正対することが好ましいが、厳密な垂直面でなく湾曲等の形態を有していてもよく、両側に流れやすくするために、中央位置に凸を形成するものであってもよい。対向面１２ａは、所定の広さを有する。この広さは、本実施形態では導入口２の直径に比して約８倍程度の直径を有し、後述する対向面路Ｒ２の幅は導入路Ｒ１の３分の１程度である。そのため、被処理流体Ｓが導入路Ｒ１より導入され、対向面１２ａに接触し、対向面路Ｒ２を通過する際に回転処理体１１に対し、導入方向に所定の圧力をかけることとなる。

広狭部１１ｂ、１１ｂは、本体１１ａ及び対向面１２ａよりも外周側、外方に位置するもので、その上面は対向面１２ａの外周側端から連続して下方に傾斜する第一の傾斜面１２ｂ、１２ｂを有し、第一の傾斜面１２ｂ、１２ｂの外周側端から下方に垂下する垂下面１２ｃ、１２ｃ、垂下面１２ｃ、１２ｃの下端から本体１１ａ側に向かう処理面１３、１３を有する。

処理面１３、１３は対向面１２ａを表面としたときに裏面側となる。対向面１２ａと処理面１３、１３とは表面と裏面の関係となるが、被処理流体Ｓの圧力により回転処理体１１が微細に導入方向に押されたときに、処理路を狭める方向になるようにしたものである。そのため、処理面１３、１３の裏面とは対向面１２ａに厳密に正対する必要はない。

ケース４、４は、回転処理体１１との間に所定の間隔を保持して流路を形成している。導入口２から被処理流体Ｓを導入する導入路Ｒ１と、導入路Ｒ１から対向面１２ａにあたり外周側に向かう対向面路Ｒ２、対向面路Ｒ２から下方に傾斜する第一の傾斜面１２ｂに沿った第一の傾斜路Ｒ３（傾斜面路）、第一の傾斜路Ｒ３から垂下面１２ｃに沿った垂下面路Ｒ４、垂下面路Ｒ４から処理面１３に沿った処理路Ｒ５を有する。

処理面１３の内側端及び処理路Ｒ５からの下流側は、さらに本体１１ａ側に傾斜する第二の傾斜面１４及び第二の傾斜路Ｒ６が形成され、側方に形成される排出口３に形成される排出路Ｒ７から排出される。本実施形態の排出口３は側方に形成されるものであるが、下方に形成されてもよく、本実施形態に限定されない。排出口３は、処理路Ｒ５において微細化処理された後に排出する位置にあればよい。

導入路Ｒ１、対向面路Ｒ２、第一の傾斜路Ｒ３、垂下面路Ｒ４、処理路Ｒ５は、この順に沿って、その幅（回転処理体１１からケース４までの高さ）が狭くなり、流路径が狭くなる。漸次的に流路径が狭くなることにより、処理路Ｒ５に流入する被処理流体Ｓの量を調整し、微小間隔となる処理を円満に行うことを可能にしている。例えば、導入路Ｒ１は２０００μｍ程度、対向面路Ｒ２は１５００μｍ程度、第一の傾斜路Ｒ３は１５００〜１２００μｍ程度、垂下面路Ｒ４は１０００μｍ程度となり、処理路Ｒ５が後述のとおり１０〜２０μｍの隙間が形成される。

処理路Ｒ５は、回転処理体１１の広狭部１１ｂ、１１ｂの下側であって、固定処理体２１、２１との間となる。微小間隔となるため、図３には概念図として示している。流路としては、ケース４、４側から回転処理体１１の本体部１１ａ側（回転軸側）に向かって、言い換えると回転処理体１１の裏面側で外方から内方に向かう方向に形成している。この処理路Ｒ５が外方から内方に向かう方向に形成することにより、回転処理体１１の遠心力に抗って処理路で処理することとなり、被処理流体Ｓの処理量を調整し、微細処理を円満に行うことが可能になる。

固定処理体２１は、図４に示すように、処理路Ｒ５の下方に固定的に配置されるリング体である。固定処理体２１は処理路Ｒ５に隣接し、回転処理体１１の広狭部１１ｂ、１１ｂに対向して固定配置される。これは広狭部１１ｂ、１１ｂの固定処理体２１側の面と、固定処理体２１の広狭部１１ｂ、１１ｂ側の面とが相対立するように配置される。固定処理体２１の処理路Ｒ５側の面は、表面２２、２２と複数の溝２３、２３とが連続して形成され、リングの中心側は傾斜する傾斜面２４を形成し、排出し易くしている。溝２３、２３は、リング体の中心方向から放射状になるように形成されており、本実施形態では８つを等間隔に形成されている。溝２３、２３の深さは、表面２２、２２から１０μｍ低く形成されている。固定処理体２１は、図４に示す実施形態に限定されず、溝の本数や溝の形態は適宜変更し得る。

固定処理体２１は、ケースに固定され、ベアリングを介して調整可能にしている。回転処理体２１の表面２２、２２が回転処理体１１の広狭部１１ｂ、１１ｂの裏面（下面）側となる処理面１３、１３と１０μｍの間隔で配置されている。これにより、回転処理体１１が被処理流体Ｓにより、導入方向に押圧する圧力が加えられ、回転処理体１１が導入方向に微細に動く可能性がある。このときに、固定処理体２１の表面２２、２２と処理面１３、１３との間に流体の薄い皮膜が形成された状態で、回転処理体１１が回転する。この場合には、固定処理体２１の１０μｍの溝２３、２３により、微細処理物の分散及び粉砕が可能になる。

ここで、回転処理体１１の外径の周速度と処理路Ｒ５の幅（固定処理体２１と処理面１３との長さ）との関係による処理後の平均粒子径（μｍ）は表１のとおりとなった。

表１によると、処理路Ｒ５において、１０乃至２０μｍの幅を有する場合、回転処理体１１の周速度を１５乃至２０ｍ／ｓとすると、０．１乃至０．３μｍの平均粒子径となり、一定の微細粒子径を分散、粉砕することが可能になった。

本実施形態の分散粉砕装置１を用いた微細粒子の製造方法について説明する。例えば希少金属の粒子を含む流体を３乃至２０Ｌ／Ｈの処理ペースで導入口２から流入させる。このとき、分散粉砕装置１と別のポンプ等の圧力付加手段を用いて所定の圧力をかけて流入させる。

回転処理体１１は軸１２により回転し、回転処理体１１外径の周速度を２０乃至２５ｍ/ｓとする。これにより流路において内方から外方にかけて所定の遠心力が作用する。この状態で被処理流体Ｓが導入路Ｒ１を経由して流入し、対向面１２ａにあたり、対向面路Ｒ２に沿って、第一の傾斜路Ｒ３、垂下面路Ｒ４へと進む。そして、処理路Ｒ５において、回転処理体１１の外方から内方に向けて進む。このとき回転処理体１１の遠心力に抗って処理路Ｒ５に流入することから、被処理流体Ｓを調整することができる。

処理路Ｒ５では回転する回転処理体１１の処理面１３と固定処理体２１とのズリ応力により微細処理が可能になる。処理面１３と固定処理体２１の表面２２との隙間は１０μｍに調整して固定する。固定処理体２１には深さ１０μｍの溝２３、２３が形成されることで、溝２３、２３においては２０μｍの隙間が形成される。これにより、回転処理体１１の導入方向への押付があったとしても、少なくとも１０μｍの隙間を確保することができ、表１で判明したとおり０．１乃至０．３μｍの平均粒子径となる微細処理が可能になる。そして、処理路Ｒ５から第二の傾斜路Ｒ６及び排出路Ｒ７を通じて微細処理された流体が排出される。

１…分散粉砕装置、２…導入口、３…排出口、４…ケース、１１ａ…本体部、１１ｂ…広狭部、１２ａ…対向面、１２ｂ…第一の傾斜面（傾斜面）、１２ｃ…垂下面、１３…処理面、１４…第二の傾斜面、２１…固定処理体、２２…表面、２３…溝、２４…傾斜面

Claims (4)

1. 被処理流体の微細粉体を少なくとも１μｍ以下の微細粒子径に分散及び粉砕する分散粉砕機であって、
   前記分散粉砕機を密閉するケースと、
   該ケース内に所定圧力を有する被処理流体を導入する導入口と、
   該導入口に形成される導入路の導入方向に対向する表面に対向面を有し、前記導入方向を軸方向として回転処理する回転処理体と、
   前記導入路から連続して前記回転処理体の裏面側となる処理路に通じる流路と、
   前記回転処理体の裏面側となる処理路に隣接し、前記回転処理体と対向する位置に固定して配置される固定処理体と、
   前記被処理流体を前記処理路で分散及び粉砕して前記ケースから排出する排出口と、を有することを特徴とする分散粉砕装置。
2. 回転処理体は、表面に対向面が形成される所定の長手方向長さを有する本体部と、該本体部の対向面を含む表面部分を外周端から連続して外周方向に突出して形成される広狭部とからなり、
   処理路は、広狭部の裏面側に形成されることを特徴とする請求項１に記載の分散粉砕装置。
3. 前記被処理流体のケース内の流路は、前記導入路から前記回転処理体の対向面に沿って外方に向かう対向面路と、該対向面路から下方に傾斜する傾斜面路と、該傾斜面路から前記回転処理体の周縁に沿って垂下する垂下面路と、該垂下面路から回転処理体の軸方向に形成する処理路とからなり、
   導入路から処理路にかけて漸次に流路径が小さくなることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の分散粉砕装置。
4. 固定処理体は、深さを１０μｍ以下とする複数の溝部と前記回転処理体と１０μｍ以下で隣接する隣接部と交互に連続して形成することを特徴とする請求項１、２または３のいずれかに記載の分散粉砕装置。

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