特許 6687422 分散システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6687422

(24)【登録日】2020年4月6日

(45)【発行日】2020年4月22日

(54)【発明の名称】分散システム

(51)【国際特許分類】

   B01F 7/00 20060101AFI20200413BHJP

   B01F 7/08 20060101ALI20200413BHJP

   B01F 15/04 20060101ALI20200413BHJP

   B01F 3/12 20060101ALI20200413BHJP

   B01J 13/00 20060101ALI20200413BHJP

   B01F 15/02 20060101ALI20200413BHJP

   B01F 3/04 20060101ALI20200413BHJP

【ＦＩ】

   B01F7/00 B

   B01F7/08 D

   B01F15/04 D

   B01F3/12

   B01J13/00 C

   B01F15/02 C

   B01F3/04 Z

【請求項の数】11

【全頁数】24

(21)【出願番号】特願2016-38035(P2016-38035)

(22)【出願日】2016年2月29日

(65)【公開番号】特開2017-35679(P2017-35679A)

(43)【公開日】2017年2月16日

【審査請求日】2019年2月19日

(31)【優先権主張番号】特願2015-156392(P2015-156392)

(32)【優先日】2015年8月6日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000229047

【氏名又は名称】日本スピンドル製造株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001818

【氏名又は名称】特許業務法人Ｒ＆Ｃ

(72)【発明者】

【氏名】浅見 圭一

【審査官】 高橋 成典

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−２５０１４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０７−０３１１７５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００１−１０４８８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００７／０９７００４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／０２０８５４４（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ０１Ｆ １／００ − ５／２６

７／００ − ７／３２

１５／００ − １５／０６

Ｂ０１Ｄ １３／００

Ｂ０２Ｃ １３／００ − １３／３１

１８／００ − １８／３８

１９／００ − ２５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

吸引ポンプ機構部を備え、前記吸引ポンプ機構部に分散質と液相分散媒との混合流体を通過させる分散システムであって、
前記吸引ポンプ機構部は、
翼室と、
前記翼室の外壁部に形成され、前記混合流体が排出される吐出流路へとつながる開口からなる吐出口と、
所定の回転軸を中心として回転駆動されて前記翼室の内部を移動する複数の回転翼とを有しており、
前記複数の回転翼の前記翼室の内部における移動により、前記複数の回転翼と前記外壁部とにより区画された複数の流体空間が回転移動して、前記吐出口と連通した際に前記流体空間から前記吐出口へ前記混合流体を排出するものであり、
前記所定の回転軸が延びる方向視において、前記翼室と前記吐出流路とをつなぐ前記吐出口である前記翼室の外壁部の開口は、少なくとも前記複数の回転翼の回転方向に関して下流側の部位に面取りが施されている分散システム。

【請求項2】

前記吸引ポンプ機構部の運転を制御する制御部が、前記流体空間が前記吐出流路と連通した際の前記吐出流路における混合流体の圧力が前記液相分散媒の飽和蒸気圧以下となるように前記複数の回転翼の回転数を設定する請求項１に記載の分散システム。

【請求項3】

前記外壁部の開口に施された面取りは、半径が２ｍｍ以上のＲ面取りである請求項１又は２に記載の分散システム。

【請求項4】

前記複数の回転翼のそれぞれは、前記所定の回転軸が延びる方向視において、前記翼室の外壁部に向かうに連れて、前記複数の回転翼の回転方向に対して下流側から上流側に向かって傾斜するように設けられており、かつ、前記複数の回転翼の前記外壁部側の端部のうち回転方向に対して上流側に面取りが施されている請求項１から３のいずれか一項に記載の分散システム。

【請求項5】

吸引ポンプ機構部を備え、前記吸引ポンプ機構部に分散質と液相分散媒との混合流体を通過させる分散システムであって、
前記吸引ポンプ機構部は、
翼室と、
前記翼室の外壁部に形成され、前記混合流体が排出される吐出流路へとつながる開口からなる吐出口と、
所定の回転軸を中心として回転駆動されて前記翼室の内部を移動する複数の回転翼とを有しており、
前記複数の回転翼の前記翼室の内部における移動により、前記複数の回転翼と前記外壁部とにより区画された複数の流体空間が回転移動して、前記吐出口と連通した際に前記流体空間から前記吐出口へ前記混合流体を排出するものであり、
前記複数の回転翼のそれぞれは、前記所定の回転軸が延びる方向視において、前記翼室の外壁部に向かうに連れて、前記複数の回転翼の回転方向に対して下流側から上流側に向かって傾斜するように設けられており、かつ、前記複数の回転翼の前記外壁部側の端部のうち回転方向に対して上流側に面取りが施されている分散システム。

【請求項6】

前記吸引ポンプ機構部の運転を制御する制御部が、前記流体空間が前記吐出流路と連通した際の前記吐出流路における混合流体の圧力が前記液相分散媒の飽和蒸気圧以下となるように前記複数の回転翼の回転数を設定する請求項５に記載の分散システム。

【請求項7】

前記複数の回転翼に施された面取りは、半径が２ｍｍ以上のＲ面取りである請求項４から６のいずれか一項に記載の分散システム。

【請求項8】

前記吐出流路が、円筒状である前記外壁部の接線方向に沿って延びる請求項１から７のいずれか一項に記載の分散システム。

【請求項9】

前記複数の回転翼のそれぞれは、前記所定の回転軸が延びる方向視において、前記翼室の外壁部に向かうに連れて、前記複数の回転翼の回転方向に対して下流側から上流側に向かって傾斜するように設けられており、前記複数の回転翼が前記翼室の外壁部に向かうに連れて傾斜する傾斜角度と前記複数の回転翼の移動方向とのなす角が１０°以上８０°以下である請求項１から８のいずれか一項に記載の分散システム。

【請求項10】

前記複数の回転翼のそれぞれは、前記所定の回転軸が延びる方向視において、前記翼室の外壁部に向かうに連れて、前記複数の回転翼の回転方向に対して下流側から上流側に向かって傾斜するように設けられており、前記複数の回転翼が前記翼室の外壁部に向かうに連れて傾斜する傾斜角度と前記複数の回転翼の移動方向とのなす角が０°より大きく３１°以下である請求項１から８のいずれか一項に記載の分散システム。

【請求項11】

前記所定の回転軸の延びる方向に沿って順に、前記吸引ポンプ機構部に対して固定された前壁部と、モータにより前記所定の回転軸を中心として回転駆動されるロータとが設けられており、前記混合流体が供給される導入室は、前記前壁部と前記ロータとの間に形成されており、
前記ロータの外周部に前記複数の回転翼が配置され、
前記前壁部が、前記ロータの前記所定の回転軸に直交し、かつ前記ロータに対向する平滑な平面である第１対向面を有し、
前記ロータが、前記ロータの前記所定の回転軸に直交し、かつ前記第１対向面に対向する平滑な平面である第２対向面を有し、
前記第１対向面と前記第２対向面との間の空間は、前記導入室の一部を形成している、請求項１から１０のいずれか一項に記載の分散システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、遠心式の吸引ポンプ機構部を備え、吸引ポンプ機構部に分散質と液相分散媒との混合流体を通過させ、液相分散媒に分散質を分散させたゾルを生成する分散システムに関する。

【背景技術】

【0002】

液相分散媒に対し固相分散質（分散質の一例）を分散させてなるスラリー（ゾルの一例）は、リチウムイオン二次電池や電気二重層キャパシタ等の電極やセパレータ、塗料、トナー、研磨剤等の用途に多く利用される。一方、液相分散媒に対し液相分散質（分散質の一例）を分散させてなるエマルジョン（ゾルの一例）は、食品、シート材、エマルジョン燃料等に利用される。
このようなゾルにおいて、液相分散媒中への分散質の分散が不十分であると、その性能低下につながる場合があり、特に、二次電池電極として利用する場合には、サイクル特性の低下につながる。
ちなみに、液相分散媒としては、例えば、水等の溶媒が挙げられ、分散質としては粉体等の固相分散質や油等の液相分散質が挙げられる。
なお、粉体としては、粉体であれば特に除外されるものではないが、例えば、電池電極材料等の化学原料、脱脂粉乳や小麦粉等の食品原料、医薬原料等であって、顆粒、粉体、細粒等の粉体（これら粉体の混合物を含む）を例示することができる。粉体には、粉粒体も含まれる。

【0003】

従来、液相分散媒に対し分散質を分散させたゾル（分散液）を生成する分散システムとして、流体が供給される導入室と、導入室の外周側に配置され複数の絞り透孔を周方向に並べて備えた円筒状のステータと、ステータの外周側に形成された吐出部に通じる環状の翼室と、翼室で回転駆動可能な回転翼とを、本体ケーシング内に配置し、回転翼の回転駆動により、導入室から絞り透孔を通じて翼室に流体を吸引し、翼室から吐出部に流体を吐出する遠心式の吸引ポンプ機構部を備えたものが知られている（例えば、特許文献１〜４参照）。

【0004】

この種の分散システムは、液相分散媒と分散質との混合流体を導入室に供給して回転翼を回転駆動させる状態で、吸引ポンプ機構部に混合流体を通過させることで、混合流体に対し回転翼によるせん断力及び衝撃力が与えられ、混合流体に含まれる分散質の凝集物（いわゆるダマ）が適度に解砕されるので、適切に液相分散媒中に分散質を分散させることができるとされる。
また、この種の分散システムでは、翼室において高速で回転駆動する回転翼の背面部で急激な圧力低下が生じるため、絞り透孔を通過して回転翼の背面部付近に存在する混合流体に局所沸騰（キャビテーション）を起こさせ、この混合流体に含まれる気泡の消滅による生じる衝撃により、分散質の凝集物（ダマ）が良好に解砕され、液相分散媒中での分散質の分散を促進させることができるとされる。

【0005】

特に特許文献４の分散システムでは、導入室の入口部に絞り部を設けるとともに、導入室の下流側（外周側）にステータの絞り透孔を設け、回転翼の回転数を適当に設定することにより、翼室内の全周にわたって液相分散媒の気化による微細気泡を発生させる。これにより、分散質の分散をさらに促進できるとされる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００７−２１６１７２号公報

【特許文献2】特開２００６−２８１０１７号公報

【特許文献3】国際公開第２０１０／１４０５１６号

【特許文献4】特開２０１２−２５０１４５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら液相分散媒に分散質を分散させてゾルを生成する分散システムは、上述の通り多くの用途に用いられているため、生成するゾルをさらに高品質にすること、また分散システムでのゾルの生成効率をさらに高めることが、継続的に求められている。

【0008】

本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、高品質のゾルを高効率に生成することができる分散システムを提供する点にある。

【0009】

上記目的を達成するための本発明に係る分散システムは、
吸引ポンプ機構部を備え、前記吸引ポンプ機構部に分散質と液相分散媒との混合流体を通過させる分散システムであって、
前記吸引ポンプ機構部は、
翼室と、
前記翼室の外壁部に形成され、前記混合流体が排出される吐出流路へとつながる開口からなる吐出口と、
所定の回転軸を中心として回転駆動されて前記翼室の内部を移動する複数の回転翼とを有しており、
前記複数の回転翼の前記翼室の内部における移動により、前記複数の回転翼と前記外壁部とにより区画された複数の流体空間が回転移動して、前記吐出口と連通した際に前記流体空間から前記吐出口へ前記混合流体を排出するものであり、
前記所定の回転軸が延びる方向視において、前記翼室と前記吐出流路とをつなぐ前記吐出口である前記翼室の外壁部の開口は、少なくとも前記複数の回転翼の回転方向に関して下流側の部位に面取りが施されている点にある。

【0010】

翼室の外壁部の開口の下流側の部位に面取りが施されず尖っていると、流体空間から吐出流路にかけての領域に鋭利な箇所が存在することになる。そうすると、流体空間から吐出流路への混合流体の流線が乱され、流速が低下してしまう。上記特徴構成によれば、翼室の外壁部の開口の下流側の部位に面取りが施されているから、混合流体の流線の乱れが抑制され、流体空間から吐出流路への混合流体の流入がさらにスムースになる。これにより混合流体の流速が増加するので、より効率的に微細気泡を発生させることができ、生成するゾルの品質をさらに向上させることができる。

【0011】

本発明に係る分散システムの更なる特徴構成は、前記吸引ポンプ機構部の運転を制御する制御部が、前記流体空間が前記吐出流路と連通した際の前記吐出流路における混合流体の圧力が前記液相分散媒の飽和蒸気圧以下となるように前記複数の回転翼の回転数を設定する点にある。

【0012】

発明者らは従来技術とは視点を変えて、生成されたゾルの単なる取出し口としか扱われていなかった吐出流路に着目した。そして、回転する流体空間では混合流体の圧力が高まっていること、流体空間が吐出口と連通した際に混合流体の流速が高まり、混合流体の圧力が急激に低下することを見いだして本発明を完成させた。
すなわち上記の特徴構成によれば、流体空間が回転移動することで混合流体を吸引し、その吸引力と遠心力により流体空間の内部の圧力が高まる。そして流通空間が吐出口と連通した際に混合流体を排出するので、混合流体が吐出口へと高い流速で一気に流れ込み、混合流体の圧力が低下する。ここで制御部が、その際の混合流体の圧力が液相分散媒の飽和蒸気圧以下となるように回転翼の回転数を設定し、その回転数で回転翼を回転させるので、吐出流路における少なくとも吐出口を通過した直後の領域が、液相分散媒の微細気泡が多数発生した微細気泡領域として形成される。これにより、吐出流路において、分散質の凝集体に浸透した液相分散媒が発泡することで凝集体の解砕が促進され、液相分散媒中での分散媒の分散が良好な、高品質のゾル（分散液）を生成することができる。

【0013】

この点について、図１１および図１２に基づいて説明を加える。これらの図は、本体ケーシングを透明の樹脂で構成し、吸引ポンプ機構部内に流体としての水を通過させて、吐出流路（１２ａ）および吐出口（１２ｂ）を観察した状態を示している。徐々に回転翼の回転数を増加させて、吐出流路での減圧沸騰による気泡の発生状態を確認した。図１１の状態よりも低い回転数では、気泡の発生は見られなかったが、図１１の回転数では、吐出口を通過した直後の領域に微細な気泡が発生して白い靄のように見えている。さらに回転数を上昇させた図１２の状態では、白い靄が濃く広くなっており、さらに多数の気泡が発生し、微細気泡領域が大きくなっている。これは、回転翼の回転数を増加させるにつれて、前記流体空間（Ｓ）が前記吐出流路（１２ａ）と連通した際の混合流体の圧力が低下し、水の飽和蒸気圧（２５℃の場合、３．１６９ｋＰａ）を下回って、減圧沸騰が発生したことを示している。このように発明者らは、従来考慮されていなかった吐出流路での混合に着目し、混合流体の圧力が液相分散媒の飽和蒸気圧以下となるように回転翼の回転数を設定し、その回転数で回転翼を回転させることで、吐出流路における少なくとも吐出口を通過した直後の領域が、液相分散媒の微細気泡が多数発生した微細気泡領域として形成されることを見いだし、本発明を完成したのである。

【0014】

本発明に係る分散システムの更なる特徴構成は、前記外壁部の開口に施された面取りは、半径が２ｍｍ以上のＲ面取りである点にある。

【0015】

上記の特徴構成によれば、半径が２ｍｍ以上のＲ面取りとすることにより、流体空間から吐出流路への混合流体の流入がさらにスムースになり、より効率的に微細気泡を発生させることができ、生成するゾルの品質をさらに向上させることができる。

【0016】

本発明に係る分散システムの更なる特徴構成は、前記複数の回転翼のそれぞれは、前記所定の回転軸が延びる方向視において、前記翼室の外壁部に向かうに連れて、前記複数の回転翼の回転方向に対して下流側から上流側に向かって傾斜するように設けられており、かつ、前記複数の回転翼の前記外壁部側の端部のうち回転方向に対して上流側に面取りが施されている点にある。
回転翼の前記外壁部側の端部のうち回転方向に対して上流側に面取りが施されず尖っていると、流体空間から吐出流路にかけての領域に鋭利な箇所が存在することになる。そうすると、流体空間から吐出流路への混合流体の流線が乱され、流速が低下してしまう。上記特徴構成によれば、回転翼の前記外壁部側の端部のうち回転方向に対して上流側に面取りが施されているから、混合流体の流線の乱れが抑制され、流体空間から吐出流路への混合流体の流入がさらにスムースになる。これにより混合流体の流速が増加するので、より効率的に微細気泡を発生させることができ、生成するゾルの品質をさらに向上させることができる。

【0017】

上記目的を達成するための本発明に係る分散システムは、
吸引ポンプ機構部を備え、前記吸引ポンプ機構部に分散質と液相分散媒との混合流体を通過させる分散システムであって、
前記吸引ポンプ機構部は、
翼室と、
前記翼室の外壁部に形成され、前記混合流体が排出される吐出流路へとつながる開口からなる吐出口と、
所定の回転軸を中心として回転駆動されて前記翼室の内部を移動する複数の回転翼とを有しており、
前記複数の回転翼の前記翼室の内部における移動により、前記複数の回転翼と前記外壁部とにより区画された複数の流体空間が回転移動して、前記吐出口と連通した際に前記流体空間から前記吐出口へ前記混合流体を排出するものであり、
前記複数の回転翼のそれぞれは、前記所定の回転軸が延びる方向視において、前記翼室の外壁部に向かうに連れて、前記複数の回転翼の回転方向に対して下流側から上流側に向かって傾斜するように設けられており、かつ、前記複数の回転翼の前記外壁部側の端部のうち回転方向に対して上流側に面取りが施されている点にある。

【0018】

回転翼の前記外壁部側の端部のうち回転方向に対して上流側に面取りが施されず尖っていると、流体空間から吐出流路にかけての領域に鋭利な箇所が存在することになる。そうすると、流体空間から吐出流路への混合流体の流線が乱され、流速が低下してしまう。上記特徴構成によれば、回転翼の前記外壁部側の端部のうち回転方向に対して上流側に面取りが施されているから、混合流体の流線の乱れが抑制され、流体空間から吐出流路への混合流体の流入がさらにスムースになる。これにより混合流体の流速が増加するので、より効率的に微細気泡を発生させることができ、生成するゾルの品質をさらに向上させることができる。

【0019】

本発明に係る分散システムの更なる特徴構成は、前記吸引ポンプ機構部の運転を制御する制御部が、前記流体空間が前記吐出流路と連通した際の前記吐出流路における混合流体の圧力が前記液相分散媒の飽和蒸気圧以下となるように前記複数の回転翼の回転数を設定する点にある。

【0020】

上記の特徴構成によれば、流体空間が回転移動することで混合流体を吸引し、その吸引力と遠心力により流体空間の内部の圧力が高まる。そして流通空間が吐出口と連通した際に混合流体を排出するので、混合流体が吐出口へと高い流速で一気に流れ込み、混合流体の圧力が低下する。ここで制御部が、その際の混合流体の圧力が液相分散媒の飽和蒸気圧以下となるように回転翼の回転数を設定し、その回転数で回転翼を回転させるので、吐出流路における少なくとも吐出口を通過した直後の領域が、液相分散媒の微細気泡が多数発生した微細気泡領域として形成される。これにより、吐出流路において、分散質の凝集体に浸透した液相分散媒が発泡することで凝集体の解砕が促進され、液相分散媒中での分散媒の分散が良好な、高品質のゾル（分散液）を生成することができる。

【0021】

本発明に係る分散システムの更なる特徴構成は、前記複数の回転翼に施された面取りは、半径が２ｍｍ以上のＲ面取りである点にある。

【0022】

上記の特徴構成によれば、半径が２ｍｍ以上のＲ面取りとすることにより、流体空間から吐出流路への混合流体の流入がさらにスムースになり、より効率的に微細気泡を発生させることができ、生成するゾルの品質をさらに向上させることができる。

【0023】

本発明に係る分散システムの更なる特徴構成は、前記吐出流路が、円筒状である前記外壁部の接線方向に沿って延びる点にある。

【0024】

上記特徴構成によれば、流体空間の移動方向である外壁部の接線方向に沿って吐出流路が延びるから、流体空間から吐出流路への混合流体の流入がさらにスムースになる。これにより混合流体の流速が増加するので、より効率的に微細気泡を発生させることができ、生成するゾルの品質をさらに向上させることができる。

【0025】

本発明に係る分散システムの更なる特徴構成は、前記複数の回転翼のそれぞれは、前記所定の回転軸が延びる方向視において、前記翼室の外壁部に向かうに連れて、前記複数の回転翼の回転方向に対して下流側から上流側に向かって傾斜するように設けられており、前記複数の回転翼が前記翼室の外壁部に向かうに連れて傾斜する傾斜角度と前記複数の回転翼の移動方向とのなす角が１０°以上８０°以下である点にある。
上記の特徴構成によれば、回転翼が回転方向に対して傾いて設けられ、回転翼が翼室の外壁部に向かうに連れて傾斜する傾斜角度と前記回転翼の移動方向とのなす角が１０°以上８０°以下とされているので、流体空間への混合流体の吸引力を確保しつつ、流体空間から吐出流路への混合流体の流出をスムースにできる。したがって、より効率的に微細気泡を発生させることができ、生成するゾルの品質をさらに向上させることができる。

【0026】

本発明に係る分散システムの更なる特徴構成は、前記複数の回転翼のそれぞれは、前記所定の回転軸が延びる方向視において、前記翼室の外壁部に向かうに連れて、前記複数の回転翼の回転方向に対して下流側から上流側に向かって傾斜するように設けられており、前記回転翼が前記複数の翼室の外壁部に向かうに連れて傾斜する傾斜角度と前記複数の回転翼の移動方向とのなす角が０°より大きく３１°以下である点にある。
発明者らは回転翼の角度の最適値を調べる実験を行い、回転翼が翼室の外壁部に向かうに連れて傾斜する傾斜角度と前記回転翼の移動方向とのなす角が０°より大きく３１°以下である場合が好適であることを見出した。この角度範囲であれば、導入室から流体空間にかけての空間内の混合流体の圧力を低くして減圧沸騰を発生し易くするとともに、吸引ポンプ機構部の吸引・吐出能力の低下を抑制することができ好適である。

【0027】

本発明に係る分散システムの更なる特徴構成は、
前記所定の回転軸の延びる方向に沿って順に、前記吸引ポンプ機構部に対して固定された前壁部と、モータにより前記所定の回転軸を中心として回転駆動されるロータとが設けられており、前記混合流体が供給される導入室は、前記前壁部と前記ロータとの間に形成されており、
前記ロータの外周部に前記複数の回転翼が配置され、
前記前壁部が、前記ロータの前記所定の回転軸に直交し、かつ前記ロータに対向する平滑な平面である第１対向面を有し、
前記ロータが、前記ロータの前記所定の回転軸に直交し、かつ前記第１対向面に対向する平滑な平面である第２対向面を有し、
前記第１対向面と前記第２対向面との間の空間は、前記導入室の一部を形成している点にある。

【0028】

上記の特徴構成によれば、導入室が前壁部とロータとの間に形成されて、平滑な平面である第１対向面と第２対向面との間に挟まれることになるので、導入室における混合流体の流れが更にスムースになる。これにより混合流体の流速が増加するので、より効率的に微細気泡を発生させることができ、生成するゾルの品質をさらに向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0029】

【図1】遠心式の吸引ポンプ機構部を備えた分散システムの概略構成図

【図2】定量供給装置の要部を示す縦断面図

【図3】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ方向視での断面図

【図4】遠心式の吸引ポンプ機構部の縦断側面図

【図5】図４のＶ−Ｖ方向視での断面図

【図6】本体ケーシングの前壁部、ステータ、区画板及びロータの組付構成を示す分解斜視図

【図7】区画板の概略構成図

【図8】回転翼が回転する翼室内を本体ケーシングの前側から観察した写真

【図9】回転翼が回転する翼室内を本体ケーシングの前側から観察した写真

【図10】第２実施形態にかかる吸引ポンプ機構部の、図５と同じ視点による断面図

【図11】回転翼が回転する翼室内を本体ケーシングの前側から観察した写真

【図12】回転翼が回転する翼室内を本体ケーシングの前側から観察した写真

【図13】混合流体の流速のシミュレーション結果

【図14】混合流体の流速のシミュレーション結果

【図15】遠心式の吸引ポンプ機構部の縦断側面図

【図16】混合流体の圧力のシミュレーション結果

【発明を実施するための形態】

【0030】

＜第１実施形態＞
以下、図面に基づいて、第１実施形態に係る分散システムを説明する。
図１は本発明に係る遠心式の吸引ポンプ機構部Ｙを備えた分散システム１００を示す。この分散システム１００は、分散質として粉体Ｐを用い、液相分散媒として溶媒Ｒを用いて、粉体Ｐを溶媒Ｒに溶解させてゾルとしてのスラリーＦを生成するものである。
本実施形態においては、例えば、粉体Ｐ（固相分散質）としてＣＭＣ（カルボキシルメチルセルロース）を用い、溶媒Ｒ（液相分散媒）として水を用いた。

【0031】

図１に示すように、分散システム１００は、粉体Ｐを定量供給する定量供給装置Ｘと、溶媒Ｒを定量供給する溶媒供給部５０と、定量供給装置Ｘから定量供給される粉体Ｐと溶媒供給部５０から定量供給される溶媒Ｒとを負圧吸引して分散混合する吸引ポンプ機構部Ｙと、吸引ポンプ機構部Ｙから吐出されたスラリーＦから、完全に溶解していない粉体Ｐを含む溶媒Ｒ（以下、未溶解スラリーＦｒ）を吸引ポンプ機構部Ｙに循環供給する再循環機構部７０等を備えて構成されている。

【0032】

〔定量供給装置〕
図１に示すように、定量供給装置Ｘは、上部開口部３１ａから受け入れた粉体Ｐを下部開口部３１ｂから排出させるホッパ３１と、ホッパ３１内の粉体Ｐを攪拌する攪拌機構３２と、ホッパ３１の上部開口部３１ａが大気開放された状態で、下部開口部３１ｂの下流側に接続された吸引ポンプ機構部Ｙの吸引により下部開口部３１ｂに作用する負圧吸引力によって、下部開口部３１ｂから排出された粉体Ｐを吸引ポンプ機構部Ｙに定量供給する容積式の定量供給部４０とを備えて構成されている。

【0033】

ホッパ３１は、上部から下部へ向かうに連れて縮径する逆円錐形状に構成され、その中心軸Ａ１が鉛直方向に沿う姿勢で配設されている。そのホッパ３１の上部開口部３１ａ及び下部開口部３１ｂ夫々の横断面形状は、図１の上下方向視で、中心軸Ａ１を中心とする円形状とされ、又、ホッパ３１における逆円錐形状の内側壁面の傾斜角度は、水平面に対して略６０度とされる。

【0034】

攪拌機構３２は、ホッパ３１内に配設されて、ホッパ３１内の粉体Ｐを攪拌する攪拌羽根３２Ａと、当該攪拌羽根３２Ａをホッパ３１の中心軸Ａ１周りに回転させる羽根駆動モータＭ１と、羽根駆動モータＭ１をホッパ３１の上部開口部３１ａの上方に位置させて支持する取付部材３２Ｂと、羽根駆動モータＭ１の回転駆動力を攪拌羽根３２Ａに伝動させる伝動部材３２Ｃとを備えて構成される。

【0035】

攪拌羽根３２Ａは、棒状部材を概略Ｖ字形状に屈曲して構成され、その一方の辺部がホッパ３１の内側壁面に沿う状態で、他方の辺部の端部がホッパ３１の中心軸Ａ１と同軸で回転自在に枢支されて配設されている。また、当該攪拌羽根３２Ａは、横断面形状が三角形に形成されており、三角形の一辺を形成する面がホッパ３１の内側壁面と略平行となるように配設されている。これにより、攪拌羽根３２Ａは、ホッパ３１の内側壁面に沿って中心軸Ａ１周りに回転可能に配設されている。

【0036】

図１〜図３に示すように、容積式の定量供給部４０は、ホッパ３１の下部開口部３１ｂから供給される粉体Ｐを下流側の吸引ポンプ機構部Ｙに所定量ずつ定量供給する機構である。
具体的には、ホッパ３１の下部開口部３１ｂに接続される導入部４１と、供給口４３ａ及び排出口４３ｂを備えたケーシング４３と、ケーシング４３内に回転可能に配設された計量回転体４４と、計量回転体４４を回転駆動する計量回転体駆動モータＭ２とを備えて構成される。

【0037】

導入部４１は、ホッパ３１の下部開口部３１ｂとケーシング４３の上部に形成された供給口４３ａとを連通する筒状に形成され、最下端には、ケーシング４３の供給口４３ａと同形状のスリット状の開口が形成されている。この導入部４１は、ケーシング４３の供給口４３ａ側ほど細くなる先細り状に形成されている。当該スリット状の開口の形状は、ホッパ３１の大きさ、粉体Ｐの供給量、粉体Ｐの特性等に応じて適宜設定することができるが、例えば、スリット状の開口の長さ方向の寸法を２０〜１００ｍｍ程度、幅方向の寸法を１〜５ｍｍ程度に設定するようにする。

【0038】

ケーシング４３は、概略直方体形状に形成され、水平方向（図１の左右方向）に対して４５度傾斜した姿勢で、導入部４１を介してホッパ３１に接続されている。
図２及び図３に示すように、ケーシング４３の上面には、導入部４１のスリット状の開口に対応したスリット状の供給口４３ａが設けられ、ホッパ３１の下部開口部３１ｂからの粉体Ｐをケーシング４３内に供給可能に構成されている。傾斜状に配置されたケーシング４３の下方側の側面（図２において右側面）の下部には、計量回転体４４にて定量供給された粉体Ｐを膨張室４７を介して下流側の吸引ポンプ機構部Ｙに排出する排出口４３ｂが設けられ、その排出口４３ｂには、粉体排出管４５が接続されている。当該膨張室４７は、供給口４３ａから計量回転体４４の粉体収容室４４ｂに供給された粉体Ｐが定量供給されるケーシング４３内の位置に設けられ、排出口４３ｂから作用する負圧吸引力によって、供給口４３ａよりも低圧に維持される（例えば、−０、０６ＭＰａ程度）。すなわち、排出口４３ｂは、吸引ポンプ機構部Ｙの一次側に接続されることによって、負圧吸引力が膨張室４７に作用し供給口４３ｂよりも低圧状態に維持されるようにしている。計量回転体４４の回転に伴って、各粉体収容室４４ｂの状態が負圧状態（例えば、−０、０６ＭＰａ程度）と当該負圧状態よりも高圧の状態に変化するように構成されている。

【0039】

計量回転体４４は、計量回転体駆動モータＭ２の駆動軸４８に配設した円盤部材４９に、複数（例えば、８枚）の板状隔壁４４ａを円盤部材４９の中心部を除いて放射状に等間隔に取り付けて構成され、周方向で等間隔に粉体収容室４４ｂを複数区画（例えば、８室）形成するように構成されている。粉体収容室４４ｂは、計量回転体４４の外周面及び中心部において開口するように構成されている。計量回転体４４の中心部には、開口閉鎖部材４２が周方向に偏在して固定状に配設され、各粉体収容室４４ｂの中心部側の開口をその回転位相に応じて閉塞或いは開放可能に構成されている。なお、粉体Ｐの供給量は、計量回転体４４を回転駆動する計量回転体駆動モータＭ２による計量回転体４４の回転数を変化させることで、調整できる。

【0040】

計量回転体４４の回転に伴って、各粉体収容室４４ｂが、膨張室４７に開放される膨張室開放状態、膨張室４７及び供給口４３ａと連通しない第１密閉状態、供給口４３ａに開放される供給口開放状態、供給口４３ａ及び膨張室４７と連通しない第２密閉状態の順で、その状態が繰り返して変化するように構成されている。なお、計量回転体４４の外周面側の開口が第１密閉状態及び第２密閉状態において閉鎖されるようにケーシング４３が形成されるとともに、計量回転体４４の中心部側の開口が第１密閉状態、供給口開放状態及び第２密閉状態において閉鎖されるように、開口閉鎖部材４２がケーシング４３に固定して配設される。

【0041】

従って、定量供給装置Ｘにおいては、ホッパ３１内に貯留された粉体Ｐが攪拌羽根３２Ａにより攪拌されながら定量供給部４０に供給され、定量供給部４０により、粉体Ｐが排出口４３ｂから粉体排出管４５を通して吸引ポンプ機構部Ｙに定量供給される。

【0042】

具体的に説明すると、定量供給部４０の排出口４３ｂの下流側に接続された吸引ポンプ機構部Ｙからの負圧吸引力により、ケーシング４３内における膨張室４７の圧力が負圧状態（例えば、−０、０６ＭＰａ程度）となる。一方で、ホッパ３１の上部開口部３１ａは大気開放されているので、ホッパ３１内は大気圧程度の状態となる。膨張室４７と計量回転体４４の隙間を介して連通する導入部４１の内部及び下部開口部３１ｂの近傍は、上記負圧状態と大気圧状態との間の圧力状態となる。

【0043】

この状態で、ホッパ３１の内壁面及び下部開口部３１ｂの近傍の粉体Ｐが、攪拌機構３２の攪拌羽根３２Ａにより攪拌されることで、攪拌羽根３２Ａによるせん断作用によりホッパ３１内の粉体Ｐが解砕され、一方、計量回転体４４は計量回転体駆動モータＭ２により回転させられることで、空の粉体収容室４４ｂが次々と供給口４３ａに連通する状態となる。そして、ホッパ３１内の粉体Ｐは下部開口部３１ｂから導入部４１を流下し、次々と供給口４３ａに連通する状態となる計量回転体４４の粉体収容室４４ｂに所定量ずつ収容されて、その粉体収容室４４ｂに収容された粉体Ｐは膨張室４７に流下し、排出口４３ｂから排出される。従って、定量供給装置Ｘにより、粉体Ｐを粉体排出管４５を通して所定量ずつ連続して吸引ポンプ機構部Ｙの供給口１１に定量供給することができる。

【0044】

図１に示すように、粉体排出管４５には、吸引ポンプ機構部Ｙの供給口１１への粉体Ｐの供給を停止可能なシャッタバルブ４６が配設されている。

【0045】

〔溶媒供給部〕
図１に示すように、溶媒供給部５０は、溶媒源５１からの溶媒Ｒを、設定流量で吸引ポンプ機構部Ｙの供給口１１に連続的に供給するように構成されている。
具体的には、溶媒供給部５０は、溶媒Ｒを送出する溶媒源５１と、溶媒源５１から溶媒Ｒが送出される溶媒供給管５２と、溶媒源５１から溶媒供給管５２に送出される溶媒Ｒの流量を設定流量に調整する流量調整バルブ（図示せず）と、設定流量に調整された溶媒Ｒを定量供給部４０から定量供給される粉体Ｐに混合して供給口１１に供給するミキシング機構６０とを備えて構成されている。

【0046】

図４に示すように、ミキシング機構６０は、粉体排出管４５と溶媒供給管５２とを供給口１１に連通接続するミキシング部材６１を備えて構成されている。
このミキシング部材６１は、円筒状の供給口１１よりも小径に構成されて、供給口１１との間に環状のスリット６３を形成すべく供給口１１に挿入状態で配設される筒状部６２、及び、環状のスリット６３に全周にわたって連通する状態で供給口１１の外周部に環状流路６４を形成する環状流路形成部６５を備えて構成されている。
ミキシング部材６１には、粉体排出管４５が筒状部６２に連通する状態で接続されると共に、溶媒供給管５２が環状流路６４に対して溶媒Ｒを接線方向に供給するように接続される。
粉体排出管４５、ミキシング部材６１の筒状部６２及び供給口１１は、それらの軸心Ａ２を供給方向が下向きとなる傾斜姿勢（水平面（図１の左右方向）に対する角度が４５度程度）となるように傾斜させて配置されている。

【0047】

つまり、定量供給部４０の排出口４３ｂから粉体排出管４５に排出された粉体Ｐは、ミキシング部材６１の筒状部６２を通して軸心Ａ２に沿って供給口１１に導入される。一方、溶媒Ｒは、環状流路６４に接線方向から供給されるので、環状流路６４の内周側に形成される環状のスリット６３を介して、切れ目のない中空円筒状の渦流の状態で供給口１１に供給される。
従って、円筒状の供給口１１により、粉体Ｐと溶媒Ｒとが均等に予備混合され、その予備混合物Ｆｐが吸引ポンプ機構部Ｙの供給室１３内に吸引導入される。

【0048】

〔吸引ポンプ機構部〕
図１、図４〜図７に基づいて、吸引ポンプ機構部Ｙについて説明を加える。
図４に示すように、吸引ポンプ機構部Ｙは、両端開口が前壁部２と後壁部３とで閉じられた円筒状の外周壁部４を備えた本体ケーシング１を備え、その本体ケーシング１の内部に同心状で回転駆動自在に設けられたロータ５と、その本体ケーシング１の内部に同心状で前壁部２に固定配設された円筒状のステータ７と、ロータ５を回転駆動するポンプ駆動モータＭ３等を備えて構成されている。

【0049】

図５にも示すように、ロータ５の径方向の外方側には、複数の回転翼６が、前壁部２側である前方側（図４の左側）に突出し且つ周方向に等間隔で並ぶ状態でロータ５と一体的に備えられている。
円筒状のステータ７には、複数の透孔７ａ，７ｂが周方向に夫々並べて備えられ、そのステータ７が、ロータ５の前方側（図４の左側）で且つ回転翼６の径方向の内側に位置させて前壁部２に固定配設されて、そのステータ７と本体ケーシング１の外周壁部４との間に、回転翼６が周回する環状の翼室８が形成される。

【0050】

図４〜図６に示すように、ミキシング機構６０にて粉体Ｐと溶媒Ｒとが予備混合された予備混合物Ｆｐを回転翼６の回転により本体ケーシング１の内部に吸引導入する供給口１１が、前壁部２の中心軸（本体ケーシング１の軸心Ａ３）よりも外周側に偏移した位置に設けられている。
図４、図６に示すように、ケーシング１の前壁部２の内面に環状溝１０が形成され、環状溝１０と連通する状態で供給口１１が設けられている。
図４及び図５に示すように、粉体Ｐと溶媒Ｒとが混合されて生成されたスラリーＦを吐出する円筒状の吐出部１２が、本体ケーシング１の円筒状の外周壁部４の周方向における１箇所に、その外周壁部４の接線方向に延びて設けられている。吐出部１２の内部のスラリーＦの流路である吐出流路１２ａと、翼室８とが、吐出口１２ｂにおいて連通している。吐出流路１２ａは、外周壁部４の接線方向に延びて設けられている。吐出口１２ｂは、外周壁部４に設けられた楕円状の開口である。吐出口１２ｂの周囲の部位であって、吐出流路１２ａと翼室８とが接続されている部位である周状接続部位Ｃは、上流側部位Ｃ１と下流側部位Ｃ２とを有する。上流側部位Ｃ１は、周状接続部位Ｃにおける、後述する回転翼６の回転方向に関して前側の部位である。下流側部位Ｃ２は、周状接続部位Ｃにおける、後述する回転翼６の回転方向に関して後側の部位である。下流側部位Ｃ２には、Ｒ面取りが施されている。Ｒ面取りの半径は２ｍｍ以上が好適である。

【0051】

図１及び図４に示すように、この実施形態では、吐出部１２から吐出されたスラリーＦは、吐出路１８を通して再循環機構部７０に供給され、その再循環機構部７０の分離部７１にて気泡が分離された未溶解スラリーＦｒを、循環路１６を介して本体ケーシング１内に循環供給する導入口１７が本体ケーシング１の前壁部２の中央部（軸心Ａ３と同心状）に設けられている。
又、図４〜図６に示すように、ステータ７の内周側を前壁部２側の供給室１３とロータ５側の導入室１４とに区画する区画板１５が、ロータ５の前方側に当該ロータ５と一体回転する状態で設けられると共に、区画板１５の前壁部２側に掻出翼９が設けられている。掻出翼９は、同心状に、周方向において均等間隔で複数（図６では、４つ）備えられ、各掻出翼９がその先端部９Ｔを環状溝１０内に進入した状態でロータ５と一体的に周回可能に配設されている。

【0052】

供給室１３及び導入室１４は、ステータ７の複数の透孔７ａ，７ｂを介して翼室８と連通されるように構成され、供給口１１が供給室１３に連通し、導入口１７が導入室１４に連通するように構成されている。
具体的には、供給室１３と翼室８とは、ステータ７における供給室１３に臨む部分に周方向に等間隔で配設された複数の供給室側透孔７ａにて連通され、導入室１４と翼室８とは、ステータ７における導入室１４に臨む部分に周方向に等間隔で配設された複数の導入室側透孔７ｂにて連通されている。

【0053】

吸引ポンプ機構部Ｙの各部について、説明を加える。
図４に示すように、ロータ５は、その前面が概ね円錐台状に膨出する形状に構成されると共に、その外周側に、複数の回転翼６が前方に突出する状態で等間隔に並べて設けられている。なお、図５では、周方向に等間隔に１０個の回転翼６が配設されている。また、この回転翼６は、内周側から外周側に向かうに連れて、回転方向後方に傾斜するようにロータ５の外周側から内周側に突出形成されている。回転翼６と回転翼６の移動方向（回転方向）とのなす角は、１０°以上８０°以下とすると好適である。本実施形態では、３０°とされている（図５参照）。回転翼６の先端部の内径は、ステータ７の外径よりも若干大径に形成されている。回転翼６の外周壁部４側の端部６ｂには、面取りが施されている。詳しくは、端部６ｂにおける回転翼６の回転方向の後側の部位に、Ｒ面取りが施されている。Ｒ面取りの半径は２ｍｍ以上が好適である。
このロータ５が、本体ケーシング１内において本体ケーシング１と同心状に位置する状態で、後壁部３を貫通して本体ケーシング１内に挿入されたポンプ駆動モータＭ３の駆動軸１９に連結されて、そのポンプ駆動モータＭ３により回転駆動される。
このロータ５が、その軸心方向視（図５に示すような図４のＶ−Ｖ方向視）において回転翼６の先端部が前側となる向きに回転駆動されることにより、回転翼６の回転方向の後側となる面（背面）６ａには、いわゆる局所沸騰（キャビテーション）が発生するように構成されている。

【0054】

図４、図６及び図７に示すように、区画板１５は、ステータ７の内径よりも僅かに小さい外径を有する概ね漏斗状に構成されている。この漏斗状の区画板１５は、具体的には、その中央部に、頂部が円筒状に突出する筒状摺接部１５ａにて開口された漏斗状部１５ｂを備えると共に、その漏斗状部１５ｂの外周部に、前面及び後面共に本体ケーシング１の軸心Ａ３に直交する状態となる環状平板部１５ｃを備える形状に構成されている。
そして、図４及び図５に示すように、この区画板１５が、頂部の筒状摺接部１５ａが本体ケーシング１の前壁部２側を向く姿勢で、周方向に等間隔を隔てた複数箇所（この実施形態では、４箇所）に配設された間隔保持部材２０を介して、ロータ５の前面の取付部５ａに取り付けられる。

【0055】

図５及び図７（ｃ）に示すように、区画板１５を複数箇所夫々で間隔保持部材２０を介してロータ５に取り付ける際には、攪拌羽根２１が、本体ケーシング１の後壁部３側に向く姿勢で区画板１５に一体的に組み付けられ、ロータ５が回転駆動されると、４枚の攪拌羽根２１がロータ５と一体的に回転するように構成されている。

【0056】

図４及び図６に示すように、この実施形態では、円筒状の導入口１７が、本体ケーシング１と同心状で、その本体ケーシング１の前壁部２の中心部に設けられている。この導入口１７には、循環路１６の内径よりも小径で、区画板１５の筒状摺接部１５ａよりも小径となり流路面積が小さな絞り部１４ａが形成されている。ロータ５の回転翼６が回転することにより、吐出部１２を介してスラリーＦが吐出され、導入口１７の絞り部１４ａを介して未溶解スラリーＦｒが導入されることになるので、吸引ポンプ機構部Ｙ内が減圧される。

【0057】

図４〜図６に示すように、供給口１１は、その本体ケーシング１内に開口する開口部（入口部）が、環状溝１０における周方向の一部を内部に含む状態で、本体ケーシング１内に対する導入口１７の開口部の横側方に位置するように、前壁部２に設けられている。又、供給口１１は、平面視（図１及び図４の上下方向視）において軸心Ａ２が本体ケーシング１の軸心Ａ３と平行となり、且つ、ケーシング１の軸心Ａ３に直交する水平方向視（図１及び図４の紙面表裏方向視）において、軸心Ａ２が本体ケーシング１の前壁部２に近付くほど本体ケーシング１の軸心Ａ３に近づく下向きの傾斜姿勢で、本体ケーシング１の前壁部２に設けられている。ちなみに、供給口１１の水平方向（図１及び図４の左右方向）に対する下向きの傾斜角度は、上述したように４５度程度である。

【0058】

図４及び図６に示すように、ステータ７は、本体ケーシング１の前壁部２の内面（ロータ５に対向する面）に取り付けられて、本体ケーシング１の前壁部２とステータ７とが一体となるように固定されている。ステータ７において、供給室１３に臨む部分に配設された複数の供給室側透孔７ａは、概略円形状に形成され、供給室１３の流路面積よりも複数の供給室側透孔７ａの合計流路面積が小さくなるように設定されており、また、導入室１４に臨む部分に配設された複数の導入室側透孔７ｂは、概略楕円形状に形成され、導入室１４の流路面積よりも複数の供給室側透孔７ｂの合計流路面積が小さくなるように設定されている。ロータ５の回転翼６が回転することにより、吐出部１２を介してスラリーＦが吐出され、供給室１３の供給室側透孔７ａを介して予備混合物Ｆｐが供給されるとともに、導入口１７を介して未溶解スラリーＦｒが導入されることになるので、吸引ポンプ機構部Ｙ内が減圧される。

【0059】

図６及び図７に示すように、この実施形態では、各掻出翼９が棒状に形成され、ロータ５の径方向視（図７（ｂ）の紙面表裏方向視）で、当該棒状の掻出翼９の先端側ほど前壁部２側に位置し、且つ、ロータ５の軸心方向視（図７（ａ）の紙面表裏方向視）で、当該棒状の掻出翼９の先端側ほどロータ５の径方向内方側に位置する傾斜姿勢で、当該棒状の掻出翼９の基端部９Ｂがロータ５と一体回転するように固定され、ロータ５が、その軸心方向視（図７（ａ）の紙面表裏方向視）において掻出翼９の先端が前側となる向き（図４〜図７において矢印にて示す向き）に回転駆動される。

【0060】

図５〜図７に基づいて、掻出翼９について説明を加える。
掻出翼９は、区画板１５に固定される基端部９Ｂ、供給室１３に露呈する状態となる中間部９Ｍ、環状溝１０に嵌め込まれる（即ち、進入する）状態となる先端部９Ｔを基端から先端に向けて一連に備えた棒状に構成されている。

【0061】

図５、図６、図７（ｂ）に示すように、掻出翼９の基端部９Ｂは、概ね矩形板状に構成されている。
図５、図６、図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、掻出翼９の中間部９Ｍは、横断面形状が概ね三角形状になる概ね三角柱状に構成されている（特に、図５参照）。そして、掻出翼９が上述の如き傾斜姿勢で設けられることにより、三角柱状の中間部９Ｍの三側面のうちのロータ５の回転方向前側を向く一側面９ｍ（以下、放散面と記載する場合がある）は、ロータ５の回転方向前側に向けて傾斜する前下がり状で、しかも、ロータ５の径方向に対して径方向外方側に向く（以下、斜め外向きと記載する場合がある）ように構成されている（特に、図６、図７参照）。

【0062】

つまり、棒状の掻出翼９が、上述の如き傾斜姿勢で設けられることにより、掻出翼９のうち供給室１３に露呈する中間部９Ｍが環状溝１０に嵌め込まれる先端部９Ｔよりもロータ５の径方向外方に位置し、しかも、その中間部９Ｍの回転方向前側を向く放散面９ｍが、ロータ５の回転方向前側に向けて傾斜する前下がり状で、しかも、ロータ５の径方向に対して斜め外向きに傾斜している。これにより、掻出翼９の先端部９Ｔにより環状溝１０から掻き出された予備混合物Ｆｐは、掻出翼９の中間部９Ｍの放散面９ｍにより、供給室１３内においてロータ５の径方向外方側に向けて流動するように案内される。

【0063】

図６、図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、掻出翼９の先端部９Ｔは、横断面形状が概ね矩形状になる概ね四角柱状であり、ロータ５の軸心方向視（図７（ａ）の紙面表裏方向視）において、四側面のうちのロータ５の径方向外方側に向く外向き側面９ｏが環状溝１０の内面における径方向内方側を向く内向き内面に沿い、且つ、四側面のうちのロータ５の径方向内方側に内向き側面９ｉが環状溝１０の内面における径方向外方側を向く外向き内面に沿う状態となる弧状に構成されている。
又、四角柱状の先端部９Ｔの四側面のうちの、ロータ５の回転方向前側を向く掻き出し面９ｆは、ロータ５の回転方向前側に向けて傾斜する前下がり状で、しかも、ロータ５の径方向に対して径方向外方側に向く（以下、斜め外向きと記載する場合がある）になるように構成されている。
これにより、掻出翼９の先端部９Ｔにより環状溝１０から掻き出された予備混合物Ｆｐは、掻出翼９の先端部９Ｔの掻き出し面９ｆにより、ロータ５の径方向外方側に向けて供給室１３内に放出されることになる。
更に、掻出翼９の先端部９Ｔの先端面９ｔは、その先端部９Ｔが環状溝１０に嵌め込まれた状態で環状溝１０の底面と平行になるように構成されている。

【0064】

また、ロータ５が、その軸心方向視（図７（ａ）の紙面表裏方向視）において掻出翼９の先端が前側となる向きに回転駆動されると、掻出翼９の基端部９Ｂ、中間部９Ｍ、先端部９Ｔそれぞれに、回転方向の後側となる面（背面）９ａが形成される。この背面９ａには、掻出翼９が回転することにより、いわゆる局所沸騰（キャビテーション）が発生するように構成されている。

【0065】

上述のような形状に構成された４個の掻出翼９が、上述の如き傾斜姿勢で、中心角で９０度ずつ間隔を隔てて周方向に並べた形態で、夫々、基端部９Ｂを区画板１５の環状平板部１５ｃに固定して設けられている。

【0066】

図４に示すように、掻出翼９が設けられた区画板１５が、間隔保持部材２０によりロータ５の前面と間隔を隔てた状態でロータ５の前面の取付部５ａに取り付けられ、このロータ５が、区画板１５の筒状摺接部１５ａが導入口１７に摺接回転可能に嵌めこまれた状態で、本体ケーシング１内に配設される。
すると、ロータ５の膨出状の前面と区画板１５の後面との間に、本体ケーシング１の前壁部２側ほど小径となる先細り状の導入室１４が形成され、導入口１７が区画板１５の筒状摺接部１５ａを介して導入室１４に連通するように構成されている。
又、本体ケーシング１の前壁部２と区画板１５の前面との間に、供給口１１に連通する環状の供給室１３が形成される。

【0067】

そして、ロータ５が回転駆動されると、筒状摺接部１５ａが導入口１７に摺接する状態で、区画板１５がロータ５と一体的に回転することになり、ロータ５及び区画板１５が回転する状態でも、導入口１７が区画板１５の筒状摺接部１５ａを介して導入室１４に連通する状態が維持されるように構成されている。

【0068】

〔再循環機構部〕
再循環機構部（分離部の一例）７０は、円筒状容器７１内において比重によって溶解液を分離するように構成され、図１に示すように、吸引ポンプ機構部Ｙの吐出部１２から吐出路１８を通して供給されるスラリーＦから、完全に溶解していない粉体Ｐを含む可能性がある状態の未溶解スラリーＦｒを循環路１６に、粉体Ｐが略完全に溶解した状態のスラリーＦを排出路２２にそれぞれ分離するように構成されている。吐出路１８及び循環路１６は、夫々、円筒状容器７１の下部に接続され、排出路２２は、円筒状容器７１の上部とスラリーＦの供給先８０とに接続される。
ここで、再循環機構部７０は、図示しないが、吐出路１８が接続される導入パイプを円筒状容器７１の底面から内部に突出して配設し、円筒状容器７１の上部に排出路２２に接続される排出部を備えるとともに、下部に循環路１６に接続される循環部を備え、導入パイプの吐出上端に、導入パイプから吐出されるスラリーＦの流れを旋回させる捻り板を配設して構成されている。これにより、スラリーＦ内から溶媒Ｒの気泡を分離して、循環路１６に循環供給される未溶解スラリーＦｒから溶媒Ｒの気泡を分離した状態で導入室１４内に供給することができる。

【0069】

〔制御部〕
分散システム１００に備えられる制御部は、図示しないが、ＣＰＵや記憶部等を備えた公知の演算処理装置からなり、分散システム１００を構成する定量供給装置Ｘ、吸引ポンプ機構部Ｙ、溶媒供給部５０等の各機器の運転を制御可能に構成されている。
特に、制御部は、ロータ５（回転翼６）の回転数を制御可能に構成され、ステータ７の供給室側透孔７ａ及び導入室側透孔７ｂ（絞り透孔）の出口領域の圧力が当該出口領域の全周に亘って溶媒Ｒの飽和蒸気圧（２５℃の水の場合、３．１６９ｋＰａ）以下となるように回転翼６の回転数を設定し、当該設定された回転数で回転翼６を回転することで、少なくともステータ７の供給室側透孔７ａ及び導入室側透孔７ｂを通過した直後の翼室８内の領域を、翼室８内の全周に亘って連続して、溶媒Ｒの微細気泡（マイクロバブル）が多数発生した微細気泡領域として形成させることができるように構成されている。
また制御部は、流体空間Ｓが吐出流路１２ａと連通した際の吐出流路１２ａにおける混合流体の圧力が溶媒Ｒの飽和蒸気圧（２５℃の水の場合、３．１６９ｋＰａ）以下となるように回転翼６の回転数を設定し、当該設定された回転数で回転翼６を回転することで、吐出流路１２ａにおける少なくとも吐出口１２ｂを通過した直後の領域が、溶媒Ｒの微細気泡（マイクロバブル）が多数発生した微細気泡領域として形成させることができるように構成されている。

【0070】

〔分散システムの動作〕
次に、この分散システム１００の動作について説明する。
まず、定量供給装置Ｘを停止し、シャッタバルブ４６を閉止して粉体排出管４５を介する粉体Ｐの吸引を停止した状態で、溶媒供給部５０から溶媒Ｒのみを供給しながらロータ５を回転させ、吸引ポンプ機構部Ｙの運転を開始する。所定の運転時間が経過して、吸引ポンプ機構部Ｙ内が、負圧状態（例えば、−０．０６ＭＰａ程度の真空状態）となると、シャッタバルブ４６を開放する。これによって、定量供給装置Ｘの膨張室４７を負圧状態（−０．０６ＭＰａ程度）とし、導入部４１の内部及びホッパ３１の下部開口部３１ｂ近傍を当該負圧状態と大気圧状態との間の圧力状態にする。

【0071】

そして、定量供給装置Ｘを作動させ、ホッパ３１内に貯留された粉体Ｐを、攪拌羽根３２Ａの攪拌作用及び吸引ポンプ機構部Ｙの負圧吸引力により、ホッパ３１の下部開口部３１ｂから定量供給部４０の膨張室４７を介してミキシング機構６０のミキシング部材６１に所定量ずつ連続的に定量供給する。並行して、溶媒供給部５０を作動させ、吸引ポンプ機構部Ｙの負圧吸引力により、溶媒Ｒをミキシング機構６０のミキシング部材６１に所定量ずつ連続的に定量供給する。
ミキシング機構６０のミキシング部材６１からは、粉体Ｐがミキシング部材６１の筒状部６２を通して供給口１１に供給されると共に、溶媒Ｒが、環状のスリット６３を通して切れ目のない中空円筒状の渦流の状態で供給口１１に供給され、供給口１１により、粉体Ｐと溶媒Ｒとが予備混合され、その予備混合物Ｆｐが環状溝１０に導入される。

【0072】

ロータ５が回転駆動されて、そのロータ５と一体的に区画板１５が回転すると、その区画板１５に同心状に設けられた掻出翼９が、環状溝１０に先端部９Ｔが嵌め込まれた状態で周回する。
すると、図４及び図５において実線矢印にて示すように、供給口１１を流動して環状溝１０に導入された予備混合物Ｆｐは、環状溝１０に嵌め込まれて周回する掻出翼９の先端部９Ｔにより掻き出され、その掻き出された予備混合物Ｆｐは、概略的には、供給室１３内を区画板１５における漏斗状部１５ｂの前面と環状平板部１５ｃの前面とに沿いながらロータ５の回転方向に流動し、更に、ステータ７の供給室側透孔７ａを通過して翼室８に流入し、その翼室８内をロータ５の回転方向に流動して、吐出部１２から吐出される。

【0073】

環状溝１０に導入された予備混合物Ｆｐは、掻出翼９の先端部９Ｔにより掻き出されるときに、せん断作用を受ける。この場合、掻出翼９の先端部９Ｔの外向き側面９ｏと内側の環状溝１０の内向き内面との間、及び、掻出翼９の先端部９Ｔの内向き側面９ｉと内側の環状溝１０の外向き内面との間においてせん断作用が働く。同時に、掻出翼９の回転方向背面側の背面９ａにおいては、掻出翼９が回転することにより、いわゆる局所沸騰（キャビテーション）が発生する。また、ステータ７の供給室側透孔７ａを通過する際に、せん断作用が働く。
つまり、供給室１３内の予備混合物Ｆｐにせん断力を作用させるとともに、局所沸騰を発生させることができるので、掻き出される予備混合物Ｆｐは、掻出翼９及び供給室側透孔７ａからせん断作用を受けて混合されるとともに、掻出翼９の背面９ａに発生する局所沸騰（キャビテーション）により、溶媒Ｒに対する粉体Ｐの分散がより良好に行われることとなる。よって、このような予備混合物Ｆｐを供給することができ、翼室８内において溶媒Ｒに対する粉体Ｐの良好な分散を期待することができる。

【0074】

吐出部１２から吐出されたスラリーＦは、吐出路１８を通して再循環機構部７０に供給され、再循環機構部７０において、完全に溶解していない粉体Ｐを含む状態の未溶解スラリーＦｒと、粉体Ｐが略完全に溶解した状態のスラリーＦとに分離されるとともに、溶媒Ｒの気泡が分離されて、未溶解スラリーＦｒは循環路１６を通して再び吸引ポンプ機構部Ｙの導入口１７に供給され、スラリーＦは排出路２２を通して供給先８０に供給される。

【0075】

未溶解スラリーＦｒは、導入口１７の絞り部１４ａを介して流量が制限された状態で導入室１４内に導入される。その導入室１４内においては、回転する複数の攪拌羽根２１によりせん断作用を受けて、更に細かく解砕され、更に、導入室側透孔７ｂの通過の際にもせん断作用を受けて解砕される。この際には、導入室側透孔７ｂを介して流量が制限された状態で翼室８に導入される。そして、翼室８内をロータ５の回転方向に流動して、吐出部１２から吐出される。

【0076】

ここで、制御部により、ステータ７の供給室側透孔７ａ及び導入室側透孔７ｂの出口領域である翼室８内の圧力がその全周に亘って溶媒Ｒの飽和蒸気圧以下となるように回転翼６の回転数が設定され、当該設定された回転数で回転翼６を回転させる。
これにより、回転翼６の回転数設定により、当該出口領域である翼室８内の圧力は、その全周に亘って溶媒Ｒの飽和蒸気圧（２５℃の水の場合、３．１６９ｋＰａ）以下となるから、少なくともステータ７の供給室側透孔７ａ及び導入室側透孔７ｂを通過した直後の翼室８内の領域では、溶媒Ｒの気化による微細気泡（マイクロバブル）の発生が促進され、当該領域が、翼室８内の全周に亘って連続して微細気泡が多数発生した微細気泡領域として形成される状態となる。
よって、翼室８内の全周に亘って、粉体Ｐの凝集物（いわゆるダマ）に浸透した溶媒Ｒが発泡することで当該凝集物の解砕が促進され、さらに、その発生した微細気泡が翼室８において加圧され消滅する際の衝撃力によりさらに粉体Ｐの分散が促進されることになり、結果、翼室８内の全周に存在するスラリーＦのほぼ全体に亘って、溶媒Ｒ中での粉体Ｐの分散が良好な高品質のスラリーＦを生成することができる。

【0077】

上述した分散システムの動作に関して、翼室８内の予備混合物Ｆｐおよび未溶解スラリーＦｒの挙動についてさらに説明する。上述したように、翼室８には、ステータ７の供給室側透孔７ａを通過して予備混合物Ｆｐが流入し、導入室側透孔７ｂを通って未溶解スラリーＦｒが流入する。

【0078】

図５に示すように、翼室８内には１０枚の回転翼６が配置されている。翼室８には、等間隔に配置された２枚の回転翼６と、ステータ７と、外周壁部４とによって区画された１０個の流体空間Ｓが形成されている。回転翼６の翼室８の内部における移動（回転）により、複数の流体空間Ｓが軸心Ａ３を中心に回転移動して、供給室１３から供給室側透孔７ａを通じて流体空間Ｓに予備混合物Ｆｐを吸引し、導入室１４から導入側透孔７ａを通じて流体空間Ｓに未溶解スラリーＦｒを吸引する。回転翼６の回転とともに流体空間Ｓも回転しているから、遠心力と上述の吸引力とによって、流体空間Ｓの内部の圧力は高められる。そして流体空間Ｓが吐出口１２ｂと連通した際に、流体空間Ｓから吐出口１２ｂへ混合流体（未溶解スラリーＦｒと予備混合物Ｆｐ）が排出される。

【0079】

ここで制御部により、流体空間Ｓが吐出流路１２ａと連通した際の吐出流路１２ａにおける混合流体の圧力が溶媒Ｒの飽和蒸気圧以下となるように回転翼６の回転数が設定され、当該設定された回転数で回転翼６を回転させる。
これにより、回転翼６の回転数設定により、吐出流路１２ａにおける少なくとも吐出口１２ｂを通過した直後の領域の圧力は、溶媒Ｒの飽和蒸気圧（２５℃の水の場合、３．１６９ｋＰａ）以下となるから、吐出流路１２ａにおける少なくとも吐出口１２ｂを通過した直後の領域では、溶媒Ｒの気化による微細気泡（マイクロバブル）の発生が促進され、当該領域が、微細気泡が多数発生した微細気泡領域として形成される状態となる。
よって、吐出流路１２ａにおいて、粉体Ｐの凝集物（いわゆるダマ）に浸透した溶媒Ｒが発泡することで当該凝集物の解砕が促進され、溶媒Ｒ中での粉体Ｐの分散が良好な高品質のスラリーＦを生成することができる。

【0080】

次に、図８および図９に基づいて、第１実施形態の構成を採用して、ロータ５（回転翼６）の回転数を適切に制御した場合における微細気泡の発生の実証試験結果について説明する。

【0081】

これらの図は、本体ケーシング１を透明の樹脂で構成し、吸引ポンプ機構部Ｙ内に流体としての水を通過させて、吐出流路１２ａおよび吐出口１２ｂを観察した状態を示している。徐々に回転翼６の回転数を増加させて、吐出流路１２ａでの減圧沸騰による気泡の発生状態を確認した。図８の状態よりも低い回転数では、気泡の発生は見られなかった。図８の回転数（１８００ｒｐｍ）では、吐出口１２ｂを通過した直後の領域から、吐出流路１２ａにかけて微細な気泡が発生して、白い靄や泡のように見えている。さらに回転数を上昇させた図９の状態（３６００ｒｐｍ）では、白い靄がさらに濃く細かくなっており、さらに多数の気泡が発生し、微細気泡領域が大きくなっている。これは、回転翼の回転数を増加させるにつれて、前記流体空間（Ｓ）が前記吐出流路（１２ａ）と連通した際の混合流体の圧力が低下し、水の飽和蒸気圧（２５℃の場合、３．１６９ｋＰａ）を下回って、減圧沸騰が発生したことを示している。

【0082】

＜第２実施形態＞
上述の第１実施形態では、周状接続部位Ｃの下流側部位Ｃ２に、Ｒ面取りが施されていた。また、回転翼６の外周壁部４側の端部６ｂには、Ｒ面取りが施されていた。図１０に示すように第２実施形態では、上述のＲ面取りは設けられず、下流側部位Ｃ２および回転翼６の端部６ｂは尖った形状となっている。

【0083】

次に、図１１および図１２に基づいて、第２実施形態の構成を採用して、ロータ５（回転翼６）の回転数を適切に制御した場合における微細気泡の発生の実証試験結果について説明する。図１１の状態よりも低い回転数では、気泡の発生は見られなかった。図１１の回転数（２４００ｒｐｍ）では、吐出口１２ｂを通過した直後の領域に、わずかに白い靄や泡のような領域が発生している。さらに回転数を上昇させた図１２の状態（３６００ｒｐｍ）では、白い靄の領域が吐出口１２ｂを通過した直後の領域から吐出流路１２ａにかけて発生している（微細気泡領域）これは、回転翼の回転数を増加させるにつれて、前記流体空間（Ｓ）が前記吐出流路（１２ａ）と連通した際の混合流体の圧力が低下し、水の飽和蒸気圧（２５℃の場合、３．１６９ｋＰａ）を下回って、減圧沸騰が発生したことを示している。

【0084】

Ｒ面取りを有する第１実施形態では回転数１８００ｒｐｍ（図８）でかなり広い微細気泡領域が発生していたが、Ｒ面取りを有さない第２実施形態では回転数を２４００ｒｐｍまで高めないと微細気泡領域が発生しなかった。以上の実験結果から、周状接続部位Ｃの下流側部位Ｃ２のＲ面取り、および回転翼６の外周壁部４側の端部６ｂのＲ面取りの効果が示されている。

【0085】

図１３および図１４は、流体空間Ｓと吐出流路１２ａにおける混合流体の流速のシミュレーション結果である。図１３に示すＲ面取りを有さない第２実施形態では、吐出流路１２ａの中央付近に黒い領域（流速の低い領域）が存在している。吐出口１２ｂを通過した直後の領域も、回転翼６の回転方向の上流側（図面中右側）を除き、黒い領域となっている。

【0086】

一方、図１３に示すＲ面取りを有する第１実施形態では、図１２に比べて、吐出流路１２ａの内部に白い領域（流速の速い領域）が増加している。吐出口１２ｂを通過した直後の領域も、図１２に比べて、白い領域が増加している。これは、周状接続部位Ｃの下流側部位Ｃ２にＲ面取りが施され、回転翼６の外周壁部４側の端部６ｂにＲ面取りが施されたことにより、流体空間Ｓから吐出流路１２ａへの混合流体の流れがスムーズになったことを示している。

【0087】

＜第３実施形態＞
上述の実施形態では、ロータ５に区画板１５が取り付けられ、区画板１５に掻出翼９が設けられた。そしてこれらが一体で回転し、掻出翼１５が予備混合物Ｆｐを環状溝１０から掻き出して混合を促進していた。第３実施形態では、ローター５に区画板１５、掻出翼９、間隔保持部材２０が設けられず、ケーシング１の前壁部２の内面の環状溝１０も設けられない。代わりに第３実施形態では、導入室１４が、吸引ポンプ機構部Ｙに対して固定された前壁部２と、モータＭ３により回転駆動されるロータ５との間に形成され、ロータ５の外周部に回転翼６が配置され、前壁部２が、ロータ５の回転軸に直交し、かつロータ５に対向する平滑な平面である第１対向面Ｄ１を有し、ロータ５が、ロータ５の回転軸Ａ３に直交し、かつ第１対向面Ｄ１に対向する平滑な平面である第２対向面Ｄ２を有して構成される。

【0088】

詳しくは図１５に示すように、ケーシング１の前壁部２の内面の、ステータ７の内側の領域が、平滑な平面（第１対向面Ｄ１）として形成されている。第１対向面Ｄ１は、軸心Ａ３に平行な方向から見て、供給口１１と接続する部位を除き、中空の円盤状に形成されている。第１対向面Ｄ１は、軸心Ａ３に直交する平面であり、ロータ５と対向して配置されている。

【0089】

ロータ５の前壁部２の側の表面の、回転翼６の内側の領域が、平滑な平面（第２対向面Ｄ２）として形成されている。第２対向面Ｄ２は、軸心Ａ３に平行な方向から見て、中空の円盤状に形成されている。第２対向面Ｄ２は、軸心Ａ３に直交する平面であり、第１対向面Ｄ１と対向して配置されている。

【0090】

以上の様に構成された前壁部２とロータ５との間に、導入室１４が形成されている。本実施形態では区画板１５が設けられないため、前壁部２とロータ５とが直接対向しており、前壁部２とロータ５との間の空間は一繋がりの空間として形成されている。これにより、導入室１４が前壁部２とロータ５との間に形成されて、平滑な平面である第１対向面Ｄ１と第２対向面Ｄ２との間に挟まれることになる。よって導入室２における混合流体の流れが更にスムースになる。これにより混合流体の流速が増加するので、より効率的に微細気泡を発生させることができ、生成するゾルの品質をさらに向上させることができる。

【0091】

なお第１対向面Ｄ１と第２対向面Ｄ２との「平滑」とは、溝、穴、波形や羽根等の構造が設けられていない面であることを意味し、通常の機械加工で「平面」として形成している面であればこれに該当する。表面荒さを特に小さくした、例えば鏡面仕上げやヘアライン仕上げであることを要さない。

【0092】

＜回転翼の角度と混合流体の圧力との関係＞
回転翼６の角度を様々に変更した構造モデルを用いて、シミュレーションにより、導入室１４および流体空間Ｓにおける混合流体の圧力を計算した。構造モデルは回転翼６の角度以外は上述の流速シミュレーションと同様とし、計算はロータ５の回転数を３６００ｒｐｍとする条件にて行った。

【0093】

結果を図１６のグラフに示す。縦軸は、導入室１４および流体空間Ｓにおける混合流体の圧力の最小値である。横軸は、回転翼６の角度、すなわち回転翼６と回転翼６の移動方向（回転方向）とのなす角である。回転翼６の角度が０°のとき、回転翼６と回転方向とが平行であり、角度が９０°のとき、回転翼６はロータ５の直径方向に一致する方向に配置される。

【0094】

図１６のグラフに示される通り、回転翼６の角度が変わると、混合流体の圧力は周期的に変動する。角度が０°から９０°付近までの範囲では、混合流体の圧力が低く（０．４Ｍｐａ以下）となり、減圧沸騰が生じやすくなる。しかしながら、３１°から９０°の角度では圧力が低すぎて、吸引ポンプ機構部Ｙのポンプとしての吸引・吐出の能力が低くなる欠点が生じるおそれがある。したがって、回転翼６の好ましい角度は、０°より大きく３１°以下である。

【0095】

＜別実施形態＞
上述の実施形態では、周状接続部位Ｃの下流側部位Ｃ２と、回転翼６の外周壁部４側の端部６ｂの回転方向の後側の部位との両方にＲ面取りが施されたが、一方だけにＲ面取りを施してもよい。その場合でも、流体空間Ｓから吐出流路１２ａへの混合流体の流れをスムースにする効果があると考えられる。また、Ｒ面取りの代わりにＣ面取りを施してもよい。面取りを施す部位としても、他の形態が考えられる。例えば、周状接続部位Ｃの下流側部位Ｃ２だけでなく、上流側部位Ｃ１にも面取りを施してもよいし、周状接続部位Ｃの全体に面取りを施してもよい。回転翼６の端部６ｂの回転方向の後側の部位だけでなく、前側の部位に施してもよいし、回転方向の前側の部位に面取りを施してもよい。

【0096】

なお上述の実施形態（他の実施形態を含む、以下同じ）で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能であり、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。

【符号の説明】

【0097】

１ ：本体ケーシング（吸引ポンプ機構部）
４ ：外周壁部
６ ：回転翼
６ｂ ：端部
７ ：ステータ
７ａ ：透孔（供給室側透孔）
７ｂ ：透孔（導入室側透孔）
８ ：翼室
１２ａ ：吐出流路
１２ｂ ：吐出口
１４ ：導入室
１００ ：分散システム
Ｃ ：周状接続部位
Ｃ２ ：下流側部位
Ｄ１ ：第１対向面
Ｄ２ ：第２対向面
Ｆ ：スラリー（ゾル）
Ｆｐ ：予備混合物
Ｆｒ ：未溶解スラリー（ゾルの一部）
Ｐ ：粉体（分散質）
Ｒ ：溶媒（液相分散媒）
Ｓ ：流体空間
Ｙ ：吸引ポンプ機構部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】