特許 6707779 被処理物質の分散方法並びに分散装置並びにそれによって生成される被処理物質及び分散媒が混合した液体の生成方法

(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】6707779

(24)【登録日】2020年5月25日

(45)【発行日】2020年6月10日

(54)【発明の名称】被処理物質の分散方法並びに分散装置並びにそれによって生成される被処理物質及び分散媒が混合した液体の生成方法

(51)【国際特許分類】

   B01F 3/12 20060101AFI20200601BHJP

   B01F 5/16 20060101ALI20200601BHJP

   B01F 5/10 20060101ALI20200601BHJP

   B01J 19/08 20060101ALI20200601BHJP

【ＦＩ】

   B01F3/12

   B01F5/16

   B01F5/10

   B01J19/08 E

【請求項の数】5

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2016-574739(P2016-574739)

(86)(22)【出願日】2016年2月1日

(86)【国際出願番号】JP2016052860

(87)【国際公開番号】WO2016129431

(87)【国際公開日】20160818

【審査請求日】2017年7月3日

(31)【優先権主張番号】特願2015-25933(P2015-25933)

(32)【優先日】2015年2月13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

(73)【特許権者】

【識別番号】513099603

【氏名又は名称】公立大学法人兵庫県立大学

(73)【特許権者】

【識別番号】598033929

【氏名又は名称】株式会社栗田製作所

(73)【特許権者】

【識別番号】515040704

【氏名又は名称】株式会社大日製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100102211

【弁理士】

【氏名又は名称】森 治

(72)【発明者】

【氏名】浅見 圭一

(72)【発明者】

【氏名】岡 好浩

(72)【発明者】

【氏名】西村 芳実

(72)【発明者】

【氏名】橋本 智裕

(72)【発明者】

【氏名】米澤 勝彦

【審査官】 小久保 勝伊

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１６−０６４３９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−１６０１５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１０１１４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２２２１８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０３４９１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−００１８８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１４７３６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２５０１４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２００７２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００７−５３３４５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−０８１６７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 第５５回電池討論会 講演要旨集，２０１４年１１月１９日，５９頁

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ０１Ｆ １／００−１５／０６

Ｂ０１Ｊ １３／００、１９／０８

Ｃ０２Ｆ １／００−１／７８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転翼を回転させて被処理物質及び分散媒を混合するとともに、当該回転翼の回転により負圧状態を生成し、混合された混合液にキャビテーションを起こさせることにより、当該混合液中に気泡を発生させる工程と、
当該気泡を発生させた混合液を管路に導き、該管路内を下から上に流動させながら混合液の気泡領域中でプラズマ発生機構によりプラズマを発生させる工程と
を有することを特徴とする被処理物質の分散方法。

【請求項2】

被処理物質及び分散媒を撹拌、混合するとともに、回転により負圧状態を生成し、混合された混合液にキャビテーションを起こさせることにより、当該混合液中に気泡を発生させる回転翼と、
当該気泡を発生させた混合液を管路に導き、該管路内を下から上に流動させながら混合液の気泡領域中でプラズマを発生させるプラズマ発生機構と
を有することを特徴とする被処理物質の分散装置。

【請求項3】

前記プラズマ発生機構を、回転翼で気泡を発生させた混合液の吐出部に設けるようにしたことを特徴とする請求項２に記載の被処理物質の分散装置。

【請求項4】

前記プラズマ発生機構で処理した混合液を、循環流路を介して、回転翼に循環させるようにしたことを特徴とする請求項２又は３に記載の被処理物質の分散装置。

【請求項5】

請求項１に記載の被処理物質の分散方法によって、分散媒中に被処理物質が分散した液体を生成することを特徴とする被処理物質及び分散媒が混合した液体の生成方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、被処理物質の分散方法並びに分散装置並びにそれによって生成される被処理物質及び分散媒が混合した液体に関し、特に、被処理物質及び分散媒が混合した液体中に発生する気泡中でプラズマを発生させることによって被処理物質の分散を促進するようにした被処理物質の分散方法並びに分散装置並びにそれによって生成される被処理物質及び分散媒が混合した液体の生成方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、液体中に発生する気泡中でプラズマを発生させることによって被処理物質の改質処理等を行うようにした種々の液中プラズマ処理装置が提案されている（例えば、特許文献１〜２参照。）。

【0003】

また、回転翼の回転により生じる負圧吸引力によって被処理物質及び分散媒を負圧吸引し、該吸引した被処理物質及び分散媒を回転翼により撹拌、混合し、絞り流路を通過させることによりキャビテーションを起こさせる吸引撹拌ポンプを用いて被処理物質の分散処理を行うようにした分散装置が提案されている（例えば、特許文献３〜４参照。）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００４−１５２５２３号公報

【特許文献2】特開２００８−１７３５２１号公報

【特許文献3】特開２０１１−１８３２７０号公報

【特許文献4】特開２０１２−２００７２２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、従来の液中プラズマ処理装置は、実質的に密閉された容器内で被処理物質に対してプラズマ処理を行うものであり、また、分散装置は、単に、被処理物質及び分散媒の撹拌、混合を行うものであるため、いずれの装置も単独で用いた場合には、相互に親和性を有しない被処理物質及び分散媒（例えば、カーボン材料及び水。）を、分散剤を用いずに混合する（分散媒中に被処理物質を均一に分散させる）ことは困難であった。

【0006】

本発明は、上記従来の液中プラズマ処理装置及び分散装置の有する問題点に鑑み、単独の装置を用いて、相互に親和性を有しない被処理物質及び分散媒を、分散剤を用いずに混合することができるようにした分散方法並びに分散装置並びにそれによって生成される被処理物質及び分散媒が混合した液体の生成方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するため、本発明の被処理物質の分散方法は、被処理物質及び分散媒を回転翼により撹拌、混合することによって被処理物質及び分散媒が混合した液体中に発生する気泡中でプラズマ発生機構によりプラズマを発生させることによって被処理物質の分散を促進させるようにすることを特徴とする。

【0008】

この場合において、被処理物質及び分散媒を回転翼により撹拌、混合することによってキャビテーションを起こさせ、それによって被処理物質及び分散媒が混合した液体中に気泡を発生させるようにすることができる。

【0009】

また、減圧下で被処理物質及び分散媒を回転翼により撹拌、混合することによってキャビテーションを起こさせるようにすることができる。

【0010】

また、上記被処理物質の分散方法を実施するための本発明の被処理物質の分散装置は、回転翼の回転により生じる負圧吸引力によって被処理物質及び分散媒を負圧吸引し、該吸引した被処理物質及び分散媒を回転翼により撹拌、混合し、絞り流路を通過させることによりキャビテーションを起こさせる吸引撹拌ポンプと、キャビテーションによって被処理物質及び分散媒が混合した液体中に発生する気泡中でプラズマを発生させるプラズマ発生機構とを備えてなることを特徴とする。

【0011】

この場合において、プラズマ発生機構を、吸引撹拌ポンプの被処理物質及び分散媒が混合した液体の吐出部に接続するようにすることができる。

【0012】

また、吸引撹拌ポンプにより混合した被処理物質及び分散媒が混合した液体を、循環流路を介して、吸引撹拌ポンプに循環させるようにすることができる。

【0013】

また、本発明の被処理物質及び分散媒が混合した液体の生成方法は、上記の被処理物質の分散方法によって、被処理物質及び分散媒を撹拌、混合する際に、被処理物質及び分散媒が混合した液体中に発生する気泡中でプラズマを発生させることによって、被処理物質及び分散媒が混合した液体を生成することを特徴とする。

【0014】

この場合において、被処理物質がカーボン材料、分散媒が水からなること、あるいは、被処理物質が無機化合物、例えば、酸化チタン、酸化アルミニウム、炭酸カルシウム、窒化カリウム、窒化ホウ素及び二酸化ジルコニウムの１種又は２種以上、分散媒が水からなることができる。

【発明の効果】

【0015】

本発明の被処理物質の分散方法及び分散装置並びにそれによって生成される被処理物質及び分散媒が混合した液体の生成方法によれば、被処理物質及び分散媒を回転翼により撹拌、混合することによって被処理物質及び分散媒が混合した液体中に発生する気泡中で、特に、被処理物質及び分散媒を回転翼により撹拌、混合することによってキャビテーションを起こさせ、それによって被処理物質及び分散媒が混合した液体中に発生する気泡中でプラズマ発生機構によりプラズマを発生させることによって、液体中に水酸基や酸素ラジカル等を生じさせ、この水酸基や酸素ラジカル等が被処理物質の表面に付着することで被処理物質を分散媒に対して親和性を有するように改質して、単独の装置を用いて、相互に親和性を有しない被処理物質及び分散媒を、分散剤を用いずに混合する（分散媒中に被処理物質を均一に分散させる）ことができる。

【0016】

そして、減圧下で被処理物質及び分散媒を回転翼により撹拌、混合することによって、確実にキャビテーションを起こさせ、被処理物質及び分散媒が混合した液体中に気泡を発生させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の被処理物質の分散装置の一実施例を示し、（ａ）は概略構成図、（ｂ）はプラズマ発生機構の説明図である。

【図2】定量供給機構の要部を示す部分拡大断面図である。

【図3】図２のIII−III方向視の概略断面図である。

【図4】吸引混合部の概略構成を示す一部切欠き断面図である。

【図5】吸引撹拌ポンプの要部を示す部分拡大断面図である。

【図6】液中プラズマ処理を行った水の発光スペクトルの解析結果を示すグラフである。

【図7】被処理物質の分散状態の解析結果を示すグラフである。

【図8】被処理物質の分散状態を示す写真である。

【図9】被処理物質の分散状態を示すスラリーのせん断速度と粘度の関係を示すグラフである。

【図10】被処理物質の分散状態を示すスラリーのせん断速度とせん断応力の関係を示すグラフである。

【図11】被処理物質の分散状態を示すスラリーのせん断速度とせん断応力の関係を示すグラフである。

【図12】被処理物質の分散状態を示すスラリーに含まれる粒子の諸元値を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明の被処理物質の分散方法及び分散装置並びにそれによって生成される被処理物質及び分散媒が混合した液体の生成方法の実施の形態を、図面に基づいて説明する。

【0019】

図１〜図５に示すように、この被処理物質の分散装置は、被処理物質Ｐ（必要に応じて、任意の溶質を含む場合がある。）を定量供給する定量供給機構Ｘと、回転翼５１の回転により生じる負圧吸引力によって被処理物質Ｐ及び分散媒Ｒを負圧吸引し、吸引した被処理物質Ｐ及び分散媒Ｒを回転翼５１により撹拌、混合し、絞り流路Ｗを通過させることによりキャビテーションを起こさせる吸引撹拌ポンプ５０を主体とする吸引撹拌機構Ｙと、キャビテーションによって被処理物質Ｐ及び分散媒Ｒが混合した液体中に発生する気泡中でプラズマを発生させるプラズマ発生機構Ｚとを備えて構成されている。

【0020】

具体的には、図１に示すように、吸引撹拌機構Ｙは、被処理物質Ｐを定量供給する定量供給機構Ｘと、分散媒Ｒを定量供給する分散媒供給装置７０と、定量供給機構Ｘから定量供給される被処理物質Ｐと分散媒供給装置７０から定量供給される分散媒Ｒとを負圧吸引して撹拌、混合する吸引撹拌ポンプ５０と、キャビテーションによって吸引撹拌ポンプ５０から吐出された被処理物質Ｐが分散した分散媒Ｒ（混合液）中に発生する気泡中でプラズマを発生させるプラズマ発生機構Ｚと、その下流側で、完全に分散していない被処理物質Ｐを含む分散媒Ｒと被処理物質Ｐが略完全に分散した分散媒Ｒとを分離する分離装置８０とを備えて構成されている。

【0021】

定量供給機構Ｘは、吸引撹拌ポンプ５０に被処理物質Ｐを所定量ずつ定量供給する容積式の定量供給機構１を有する装置である。
具体的には、定量供給機構Ｘは、上部から下部へ向かうに連れて縮径する逆錐体形状に形成され、上部開口部２ａから受け入れた被処理物質Ｐを下部開口部２ｂから排出させるホッパ２と、ホッパ２内に配設された撹拌部材としての撹拌羽根３Ａにより、ホッパ２内の被処理物質Ｐを撹拌させる撹拌機構３と、受入空間４を画定するとともに、受入空間４において定量供給機構１から被処理物質Ｐを受け入れる被処理物質受部５と被処理物質受部５からの被処理物質Ｐを送出する被処理物質送出部６とを画定するケーシング７とを備える。
当該ケーシング７内には、下部開口部２ｂの下流側に接続された吸引撹拌ポンプ５０の負圧吸引によって、下部開口部２ｂから排出された被処理物質Ｐを吸引撹拌ポンプ５０に定量供給させる容積式の定量供給機構１と、定量供給機構１から定量供給される被処理物質Ｐを受け入れる受入空間４において、被処理物質受部５と被処理物質送出部６とに亘って回転自在に配設され、外周に螺旋状の翼部８を有するスクリュー９の回転により、被処理物質受部５に受け入れた被処理物質Ｐを被処理物質送出部６の被処理物質送出口７ｂを介して吸引撹拌ポンプ５０側に強制的に供給する強制供給機構１０とを備える。

【0022】

以下では、まず、定量供給機構Ｘについて説明し、次に吸引撹拌機構Ｙについて説明する。
なお、被処理物質Ｐとしては、被処理物質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、より具体的には、ＣＮＴ（カーボンナノチューブ）、アセチレン・ブラック等のカーボン材料を挙げることができ、その形態も、粉体状、粉粒体状、顆粒状、細粒状等を例示することができる。
また、被処理物質Ｐには、必要に応じて、任意の溶質、例えば、ＣＭＣ（カルボキシルメチルセルロース）等の増粘剤を含む場合がある。
また、分散媒Ｒとしては、被処理物質Ｐを分散させる分散媒（被処理物質Ｐと親和性を有しない物質でも可）であれば特に除外されるものではないが、例えば、液体や液状体の物資を用いることができる。
本実施形態においては、例えば、被処理物質ＰをＣＮＴ（カーボンナノチューブ）とＣＭＣ（カルボキシルメチルセルロース）の混合物とし、分散媒Ｒを水とした。

【0023】

〔定量供給機構Ｘ〕
ホッパ２は、図１〜図３に示すように、上部から下部へ向かうに連れて縮径する逆円錐形状に形成され、大気開放された上部開口部２ａから受け入れた被処理物質Ｐを貯留して、下部開口部２ｂから排出させることができるように構成されている。
上部開口部２ａ及び下部開口部２ｂの横断面形状（上面視）は円形状とされ、上部開口部２ａは下部開口部２ｂより大径に形成されている。
逆円錐形状の内側壁面２Ａの傾斜角度は水平面に対して略６０度とされる。
なお、上部開口部２ａを蓋体（図示せず）等により密閉する構成を採用することもできる。

【0024】

ホッパ２の内側壁面２Ａの下端部には、下部開口部２ｂが形成され、外側壁面２Ｂの下端部には、定量供給機構１との間に配設される導入部１１の上端部に形成された連結フランジ部１２と連結可能な連結フランジ部１３が形成されている。
なお、連結フランジ部１２と連結フランジ部１３とは、両連結フランジ部１２，１３をそれぞれ上下方向から挟持するブラケット（図示せず）により挟持固定されている。

【0025】

導入部１１は、ホッパ２の下部開口部２ｂとケーシング７の上部に形成された被処理物質供給口７ａとを連通する逆三角錐形状に形成されている。
逆三角錐形状の導入部１１の最下端には、ケーシング７の被処理物質供給口７ａと同形状のスリット状の開口が形成されている。
なお、逆三角錐形状の導入部１１は、図２の右側の壁面を底辺とし、当該底辺に接続する両辺を備えた概略二等辺三角形状に形成され、上記スリット状の開口は、両辺が交わる頂点から底辺の中間点に沿う向きに形成されている。
また、当該スリット状の開口の形状は、ホッパ２の大きさ、被処理物質Ｐの供給量、被処理物質Ｐの特性等に応じて適宜設定することができる。
なお、導入部１１とケーシング７は、ボルト（図示せず）により固定連結されている。

【0026】

撹拌機構３は、ホッパ２内の被処理物質Ｐを撹拌する撹拌羽根３Ａと、当該撹拌羽根３Ａをホッパ２の中心軸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２の上部開口部２ａにおける外側壁面２Ｂに固定する取付部材３Ｂと、羽根駆動モータＭ１の回転駆動力を撹拌羽根３Ａに伝動させる伝動部材３Ｃとを備えて構成される。

【0027】

撹拌羽根３Ａは、縦断面視で概略Ｌ字形状に形成された棒状部材であり、長手方向がホッパ２の内側壁面２Ａに沿う状態で、かつ、短手方向が中心軸と同軸となるように配設されている。
また、当該撹拌羽根３Ａ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２の内側壁面２Ａと略平行となるように配設されている。
これにより、撹拌羽根３Ａは、ホッパ２の内側壁面２Ａに沿って中心軸周りに回転可能に配設されている。

【0028】

ケーシング７は、図１〜図４に示すように、概略矩形状に形成され、導入部１１を介して水平方向に対して４５度傾斜した姿勢でホッパ２と接続されている。
ケーシング７の上面には、導入部１１のスリット状の開口に対応したスリット状の被処理物質供給口７ａが設けられ、ホッパ２の下部開口部２ｂからの被処理物質Ｐをケーシング７内に供給可能に構成されている。
ケーシング７の右側面下部には、定量供給機構１にて定量供給された被処理物質Ｐを、受入空間４を介して下流側の吸引撹拌機構Ｙ側に送出する被処理物質送出口７ｂが設けられている。
なお、ケーシング７の被処理物質送出口７ｂが形成される箇所には、後述するミキシングノズル５２（吸引混合部の一例）の連結フランジ部５２ａと連結可能な連結フランジ部７ｃが形成される。

【0029】

ケーシング７内において、被処理物質供給口７ａのすぐ下流側には、定量供給機構１が配設され、定量供給機構１のすぐ下流側には、受入空間４が形成される。
当該受入空間４は、上流側に形成される被処理物質受部５と下流側に形成される被処理物質送出部６とにより形成されている。
また、受入空間４は、被処理物質送出口７ｂを介して作用する負圧吸引力によって、被処理物質供給口７ａよりも低圧に維持される（例えば、−０．０９ＭＰａ程度。）。
すなわち、被処理物質送出口７ｂは、吸引撹拌機構Ｙの吸引撹拌ポンプ５０の一次側に接続されることによって、負圧吸引力が受入空間４に作用し被処理物質供給口７ａよりも低圧状態に維持されるようにしている。

【0030】

容積式の定量供給機構１は、ホッパ２の下部開口部２ｂから供給された被処理物質Ｐを、ケーシング７内において定量供給機構１の下流側に形成された受入空間４に所定量ずつ定量供給する機構である。
具体的には、定量供給機構１は、ケーシング７内の被処理物質供給口７ａのすぐ下流側で、回転自在に配設される計量回転体１４と、計量回転体１４を回転軸芯Ｓ周りで回転駆動させる計量回転体駆動モータＭ２とを備える。

【0031】

計量回転体１４は、図２及び図３に示すように、計量回転体駆動モータＭ２の駆動軸１５に配設した円盤部材１６に、この円盤部材１６の中心部を除いて放射状に複数（例えば、８枚。）の板状隔壁１４ａを等間隔に取り付けて構成され、周方向で等間隔に被処理物質収容室１４ｂを複数区画（例えば、８室。）形成するように構成されている。
被処理物質収容室１４ｂは、計量回転体１４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１４の中心部には開口閉鎖部材１４ｃが周方向に偏在して配設され、各被処理物質収容室１４ｂの中心部側の開口をその回転位相に応じて閉塞あるいは開放可能に構成されている。
なお、被処理物質Ｐの受入空間４側への供給量は、計量回転体１４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１４の回転数を変化させることで、調整できる。

【0032】

計量回転体１４の回転に伴って、各被処理物質収容室１４ｂが、受入空間４に開放される受入空間開放状態、受入空間４及び被処理物質供給口７ａと連通しない第１密閉状態、被処理物質供給口７ａに開放される供給口開放状態、被処理物質供給口７ａ及び受入空間４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。
この計量回転体１４の回転に伴って、各被処理物質収容室１４ｂの状態が負圧状態（例えば、−０．０９ＭＰａ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。
なお、計量回転体１４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７が形成されるとともに、計量回転体１４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１４ｃがケーシング７に固定して配設される。

【0033】

したがって、定量供給機構Ｘにおいては、基本的に、ホッパ２内に貯留された被処理物質Ｐは撹拌羽根３Ａにより撹拌されながら定量供給機構１に供給され、定量供給機構１によりホッパ２の下部開口部２ｂ、ケーシング７の受入空間４及び被処理物質送出口７ｂを介して吸引撹拌ポンプ５０に定量供給される。

【0034】

具体的に説明すると、定量供給機構１の被処理物質送出口７ｂの下流側に接続された吸引撹拌ポンプ５０からの負圧吸引力により、ケーシング７内における受入空間４の圧力が負圧状態（例えば、−０．０９ＭＰａ程度。）となる。
一方で、ホッパ２の上部開口部２ａは大気開放されているので、ホッパ２内は大気圧程度の状態となる。
受入空間４と計量回転体１４の隙間を介して連通する導入部１１の内部及び下部開口部２ｂ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。
この状態で、ホッパ２の内側壁面２Ａ及び下部開口部２ｂの近傍の被処理物質Ｐを、撹拌機構３の撹拌羽根３Ａにより撹拌することで、撹拌羽根３Ａによるせん断作用により解砕された被処理物質Ｐは下部開口部２ｂへ流下する。
当該被処理物質Ｐは、導入部１１を介して容積式の定量供給機構１の被処理物質供給口７ａから計量回転体１４の被処理物質収容室１４ｂに供給される。
被処理物質収容室１４ｂは、計量回転体駆動モータＭ２により回転させられ、被処理物質供給口７ａから供給された被処理物質Ｐを所定量ずつ受入空間４の被処理物質受部５に定量供給させる。

【0035】

強制供給機構１０は、図１〜図４に示すように、ケーシング７内において定量供給機構１から受入空間４に定量供給された被処理物質Ｐを、被処理物質送出口７ｂを介して下流側の吸引撹拌ポンプ５０（吸引撹拌機構Ｙ）に所定量ずつ強制的かつ連続的に定量供給する機構である。
具体的には、強制供給機構１０は、ケーシング７内の被処理物質受部５と被処理物質送出部６とに亘って回転自在に配設され、外周に螺旋状の翼部８を有するスクリュー９と、当該スクリュー９を回転軸芯Ｔ周りで回転駆動させるスクリュー駆動モータＭ３，Ｍ４とを備える。

【0036】

受入空間４は、図２及び図３に示すように、ケーシング７内において定量供給機構１の下流側に形成されており、当該受入空間４内の上流側領域を被処理物質受部５とし、下流側領域を被処理物質送出部６とするように、ケーシング７により画定されている。
被処理物質受部５は、上部に開口部を有する概略Ｕ字形状（横断面視）の長手筒状に形成され、被処理物質送出部６は、円形状（横断面視）の長手円筒状に形成されている。
また、被処理物質送出部６の内径が、被処理物質送出口７ｂ側に進むに連れて、大径スクリュー９Ａの翼部８ａの外径及び小径スクリュー９Ｂの翼部８ｂの外径に沿って順次縮径するように形成されている。

【0037】

スクリュー９は、螺旋状の翼部８ａを外周に有する大径スクリュー９Ａと、螺旋状の翼部８ｂを外周に有する小径スクリュー９Ｂとを同軸上に備えており、大径スクリュー９Ａは被処理物質受部５側に配設され、小径スクリュー９Ｂは被処理物質送出部６側に配置される。
また、小径スクリュー９Ｂの駆動軸１７を、大径スクリュー９Ａの円筒状の駆動軸１８内に内嵌することで２重軸として構成するとともに、小径スクリュー９Ｂの翼部８ｂが形成された部分を大径スクリュー９Ａの先端部１９から被処理物質送出口７ｂに亘って配置することにより、大径スクリュー９Ａと小径スクリュー９Ｂとを同軸上に配設し、それぞれ回転軸芯Ｔ周りで相対回転自在に構成されている。
したがって、大径スクリュー９Ａの回転により、大径スクリュー９Ａの外周に形成された螺旋状の翼部８ａ間の空間に収容された被処理物質Ｐを、大径スクリュー９Ａの先端部１９（被処理物質送出部６）にまで送出可能に構成される。
また、大径スクリュー９Ａの回転により被処理物質送出部６に送出された被処理物質Ｐは、大径スクリュー９Ａの先端部１９から被処理物質送出口７ｂに亘って同軸上に配置された小径スクリュー９Ｂの外周に形成された螺旋状の翼部８ｂ間の空間に収容され、小径スクリュー９Ｂが大径スクリュー９Ａと同一方向に回転することにより、当該小径スクリュー９Ｂの先端部（被処理物質送出口７ｂ）にまで、強制的、かつ、連続的に定量供給され、当該被処理物質送出口７ｂを介して吸引撹拌ポンプ５０側に送出される。
なお、両スクリュー９Ａ，９Ｂの回転軸芯Ｔと定量供給機構１の計量回転体１４の回転軸芯Ｓとは平行（図２に示す例では、水平方向に対して４５度傾斜する角度）に設定されている。

【0038】

また、小径スクリュー９Ｂは、大径スクリュー９Ａに内嵌された状態で、スクリュー駆動モータＭ３により回転軸芯Ｔ周りで独立に回転駆動可能に構成されている。
また、小径スクリュー９Ｂを内嵌した状態の大径スクリュー９Ａは、当該大径スクリュー９Ａの外周に一体形成された回転軸芯Ｔ周りで回転可能なプーリ２０と回転軸芯Ｕ周りで回転可能なプーリ２１とがタイミングベルト２２にて伝動連結された状態で、スクリュー駆動モータＭ４によりプーリ２１が回転駆動されることにより回転軸芯Ｔ周りで独立に回転駆動可能に構成されている。

【0039】

また、大径スクリュー９Ａ及び小径スクリュー９Ｂの回転数は、被処理物質送出部６において、大径スクリュー９Ａ及び小径スクリュー９Ｂのそれぞれが送出する被処理物質Ｐの単位時間当たりの容積が同じになるように設定されている。
この場合、大径スクリュー９Ａの翼部８ａの外径は、小径スクリュー９Ｂの翼部８ｂの外径の２倍程度の外径に形成され、駆動軸１７及び駆動軸１８に沿う方向における翼部８ａ間の距離、及び翼部８ｂ間の距離を勘案して、大径スクリュー９Ａと小径スクリュー９Ｂとの単位時間当たりの被処理物質の送出容積が同じになるように、大径スクリュー９Ａの回転数に対する小径スクリュー９Ｂの回転数が設定される。

【0040】

なお、本実施形態では、大径スクリュー９Ａの翼部８ａの外径が３４ｍｍ、駆動軸１８の外径が１８ｍｍ、小径スクリュー９Ｂの翼部８ｂの外径が１８ｍｍ、駆動軸１７の外径が６ｍｍ、被処理物質送出部６の最大内径が３５ｍｍ、最小内径が２２ｍｍに設定され、大径スクリュー９Ａの回転数に対して小径スクリュー９Ｂの回転数を２〜３倍の回転数に設定している。

【0041】

〔分散媒供給装置７０〕
分散媒供給装置７０は、図１及び図４に示すように、分散媒源７１からの分散媒Ｒを、吸引撹拌ポンプ５０のミキシングノズル５２に連続的に定量供給するように構成されている。
具体的には、分散媒供給装置７０は、分散媒Ｒを供給する分散媒源７１と、分散媒源７１からの分散媒Ｒの流量を設定量に調整する流量計及び流量調整バルブ（図示せず）と、設定量に調整された分散媒Ｒをミキシングノズル５２を介して吸引撹拌ポンプ５０内に供給する管路７２とを備えて構成されている。

【0042】

〔吸引撹拌機構Ｙ〕
図１〜図５に示すように、吸引撹拌機構Ｙは、定量供給機構Ｘから供給される被処理物質Ｐと、分散媒供給装置７０から供給される分散媒Ｒとを、吸引、撹拌、混合するためのもので、吸引撹拌ポンプ５０と、分離装置８０とを備えて構成されている。

【0043】

定量供給機構Ｘは、ケーシング７の被処理物質送出口７ｂが吸引撹拌ポンプ５０の一次側であるミキシングノズル５２（吸引混合部の一例）に接続される。

【0044】

吸引撹拌ポンプ５０は、図５に示すように、円筒部５３Ａと、円筒部５３Ａの前側（図５において左側）に配設された前面封止部５３Ｂと、円筒部５３Ａの後側（図５において右側）に配設された後面封止部５３Ｃとを備えた円筒状の本体ケーシング５３を備える。
本体ケーシング５３の内部において、ポンプ駆動モータＭ５の駆動軸５４に取り付けたロータ５５の外周部に複数の回転翼５１が突設され、ロータ５５とともに回転翼５１を翼室６６内で回転させる。
当該回転翼５１の回転により生じる負圧吸引力によって、第１吸入部５６から被処理物質Ｐ及び分散媒Ｒを第１導入室５７に吸引して撹拌し、翼室６６及びその外側に形成された吐出室６７を介して、吐出部５８から混合液を吐出させるように構成されている。
なお、第１吸入部５６は前面封止部５３Ｂに貫通形成され、吐出部５８は円筒部５３Ａに貫通形成される。

【0045】

吸引撹拌ポンプ５０の第１吸入部５６には、ケーシング７の被処理物質送出口７ｂと接続され受入空間４と連通する直管状のミキシングノズル５２が設けられ、被処理物質送出口７ｂから定量供給される被処理物質Ｐを分散媒供給装置７０から定量供給される分散媒Ｒと初期混合した後、第１吸入部５６内に導入可能に構成されている。
ミキシングノズル５２には、被処理物質送出口７ｂと第１吸入部５６との間に、吸引撹拌ポンプ５０の第１吸入部５６への被処理物質Ｐの供給を停止可能なシャッタバルブ５９（閉止手段）が配設されている。
また、ミキシングノズル５２におけるシャッタバルブ５９と第１吸入部５６との間には、分散媒供給装置７０の管路７２が接続されている。
この管路７２からの分散媒Ｒの噴出方向は、ミキシングノズル５２の横断面視で当該ミキシングノズル５２の接線方向と略平行に配設され、分散媒Ｒをミキシングノズル５２の内周面（図示せず）に沿って供給可能に構成されており、図４に示すように、当該分散媒Ｒは、ミキシングノズル５２内の内壁面に沿って螺旋状の軌跡を描きながら、吸引撹拌ポンプ５０側に負圧吸引される。
同時に、ケーシング７の被処理物質送出口７ｂを介して定量供給される被処理物質Ｐは、ミキシングノズル５２内を当該ミキシングノズル５２の筒軸芯に沿って直線的に吸引撹拌ポンプ５０側に負圧吸引される。
これにより、吸引撹拌ポンプ５０の第１吸入部５６からの負圧吸引力により、ミキシングノズル５２に分散媒供給装置７０の管路７２から分散媒Ｒを旋回させながら供給するとともに、定量供給機構１から被処理物質Ｐを定量供給することにより、被処理物質Ｐ及び分散媒Ｒの初期混合を良好に行った後、吸引撹拌ポンプ５０の第１吸入部５６から吸引して、被処理物質Ｐ及び分散媒Ｒの吸引撹拌ポンプ５０内における撹拌、混合が円滑に行われる。

【0046】

ロータ５５には、回転翼５１よりも内周側に、濾斗状の仕切板６０が複数のボス６０ａを介して駆動軸５４周りで回転可能に配設されている。
この仕切板６０は、第１吸入部５６から、ミキシングノズル５２において初期混合を行った被処理物質Ｐ及び分散媒Ｒが導入される第１導入室５７と、吐出部５８から吐出された混合液の一部が、後述する第２吸入部６１を介して循環し、導入される第２導入室６２とを区画するもので、この仕切板６０と前面封止部５３Ｂとの摺動部は、階段状のラビリンス構造となっている。

【0047】

吸引撹拌ポンプ５０の吐出部５８には、比重によって混合液を循環流路８１と排出流路８２とに分離して供給する分離装置８０における循環流路８１の一端が接続される。
循環流路８１の他端は、前面封止部５３Ｂに貫通形成された第２吸入部６１と接続される。
なお、当該第２吸入部６１には流入する混合液の流量を制限する絞り部６３が設けられている。

【0048】

前面封止部５３Ｂには、回転翼５１が回転する翼室６６の内周側で、翼室６６と第１導入室５７及び第２導入室６２との間に位置するように円筒状の第１ステータ６４を配設し、第１ステータ６４に形成した透孔６４ａ，６４ｂによって絞り流路Ｗを構成している。
第１導入室５７に対応する前面側には円形の透孔６４ａ、第２導入室６２に対応する後面側には長孔形の透孔６４ｂをそれぞれ形成されている。
なお、絞り流路Ｗは、透孔のほか、スリットやノズルによって構成することもできる。
また、後面封止部５３Ｃには、回転翼５１が回転する翼室６６の外周側で、翼室６６と吐出部５８を備えた吐出室６７との間に位置するように円筒状の第２ステータ６５を配設し、第２ステータ６５に形成した透孔６５ａ（スリット状の長孔）によって絞り流路Ｗを構成している。
これにより、混合液に対して、絞り流路Ｗの透孔６４ａ、６４ｂ、６５ａを通過する際に、回転翼５１によるせん断作用により、被処理物質Ｐと分散媒Ｒとの撹拌、混合を促進させることができる。

【0049】

ここで、回転翼５１が回転すると、第１導入室５７及び第２導入室６２から、翼室６６及び吐出室６７を介して、吐出部５８に被処理物質Ｐ及び分散媒Ｒの混合液が強制的に通流させられるが、第２吸入部６１を介して第２導入室６２に通流させられる混合液は、第２吸入部６１に設けられた絞り部６３を通過する際に流量が制限される。
この状態で、回転翼５１の回転が制御されて、第２導入室６２から吐出部５８に通流させられる混合液の流量（例えば、３０ｍ^３／Ｈｒ。）に対して、第２吸入部６１の絞り部６３を通流して第２導入室６２に流入する混合液の流量（例えば、１５ｍ^３／Ｈｒ。）が少なく設定されることにより、第１導入室５７及び第２導入室６２を負圧状態（−０．０９ＭＰａ程度）とすることが可能に構成されている。
したがって、回転翼５１が回転することにより、ミキシングノズル５２内、ケーシング７の受入空間４内を負圧状態（例えば、−０．０９ＭＰａ程度。）とすることが可能に構成されている。

【0050】

分離装置８０は、円筒状容器８３内において比重によって混合液を分離するように構成され、吸引撹拌ポンプ５０の吐出部５８から吐出された被処理物質Ｐが分散した分散媒Ｒ（混合液）のうち、完全に分散していない被処理物質Ｐを含む分散媒Ｒを循環流路８１に、被処理物質Ｐが略完全に分散した分散媒Ｒを排出流路８２にそれぞれ分離するように構成されている。
円筒状容器８３の下部に接続される循環流路８１の一端は、プラズマ発生機構Ｚを介して、吸引撹拌ポンプ５０の吐出部５８に接続され、他端は第２吸入部６１に接続される。
円筒状容器８３の上部に接続される排出流路８２は混合液（製品）の供給先８４に接続される。
なお、分離装置８０は、図示しないが、循環流路８１に連なる導入パイプを円筒状容器８３の底面から内部に突出して配設し、円筒状容器８３の上部に排出流路８２と連なる排出部を備えるとともに、下部に循環流路８１と連なる循環部を備え、導入パイプの吐出上端に、導入パイプから吐出される混合液の流れを旋回させる捻り板を配設して構成している。

【0051】

［液中プラズマ発生機構］
ところで、被処理物質Ｐ及び分散媒Ｒ並びに被処理物質Ｐが分散した分散媒Ｒ（混合液）のうち、完全に分散していない被処理物質Ｐを含む分散媒Ｒは、回転翼５１の内側と外側とに配設された第１ステータ６４の透孔６４ａ，６４ｂ及び第２ステータ６５に形成した透孔６５ａ（絞り流路Ｗ）を通過することによって、せん断作用を受けながら撹拌、混合され、吐出部５８から吐出される。この際、負圧状態の第１導入室５７、第２導入室６２を通って絞り流路Ｗを通過する混合液にキャビテーションを起こさせ、混合液に含まれる気泡の膨張とそれによって生じる衝撃により、分散を促進することができる。
そして、分離装置８０より上流側、すなわち、吸引撹拌ポンプ５０の吐出部５８と分離装置８０との間に、このキャビテーションによって被処理物質Ｐ及び分散媒Ｒが混合した混合液中に発生する気泡中でプラズマを発生させるプラズマ発生機構Ｚを設けるようにする。
プラズマ発生機構Ｚは、図１（ｂ）に示すように、吸引撹拌ポンプ５０の吐出部５８と分離装置８０に繋がる循環流路８１とを接続する管路９１と、銅、タングステン等の金属からなる電極９２と、電極９２間にパルス電圧を印加するための電源９３とで構成されている。

【0052】

このプラズマ発生機構Ｚは、電源９３によって電極９２の間にパルス電圧を印加することによって、キャビテーションにより発生した気泡と、電極９２の先端に電界を集中させることで、その近傍における被処理物質Ｐ及び分散媒Ｒが混合した混合液がジュール加熱され、沸騰気化させることにより発生する気泡とが、成長及び／又は集合することによって好適な大きさの気化泡領域が形成される。
絶縁性の気泡領域では、パルス電圧による高電圧絶縁破壊放電により気化物が電離（プラズマ化）して液中プラズマが発生する。
パルス電圧によって生起される放電はグロー放電であることが好ましく、低温での液中プラズマ処理を行うことができる。

【0053】

液中プラズマ処理により、混合液中に水酸基や酸素ラジカル等を生じさせ、この水酸基や酸素ラジカル等が被処理物質Ｐの表面に付着することで被処理物質Ｐを分散媒Ｒに対して親和性（具体的には、例えば、親水性。）を有するように改質して、相互に親和性を有しない被処理物質Ｐ及び分散媒Ｒを、分散剤を用いずに混合する（分散媒Ｒ中に被処理物質Ｐを均一に分散させる）ことができる。

【0054】

次に、この被処理物質の分散装置の動作について説明する。
まず、定量供給機構Ｘを停止し、シャッタバルブ５９を閉止してミキシングノズル５２を介する被処理物質Ｐの吸引を停止した状態で、分散媒供給装置７０から分散媒Ｒのみを供給しながら回転翼５１を回転させ、吸引撹拌ポンプ５０の運転を開始する。所定の運転時間が経過して、吸引撹拌ポンプ５０内が、負圧状態（例えば、−０．０９ＭＰａ程度の真空状態。）となると、シャッタバルブ５９を開放する。これによって、ミキシングノズル５２の内部、及びケーシング７の受入空間４を負圧状態（例えば、−０．０９ＭＰａ程度。）とし、導入部１１の内部及びホッパ２の下部開口部２ｂ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。

【0055】

そして、定量供給機構Ｘを作動させ、ホッパ２内に貯留された被処理物質Ｐを、撹拌羽根３Ａの撹拌作用及び吸引撹拌ポンプ５０の負圧吸引力により、ホッパ２の下部開口部２ｂから定量供給機構１に流下させる。この定量供給機構１では、上述のとおり、下部開口部２ｂから計量回転体１４に流下した被処理物質Ｐを、受入空間４の被処理物質受部５に所定量ずつ連続的に定量供給させる。
また、上記定量供給機構Ｘの作動により、強制供給機構１０も作動状態となり、被処理物質受部５に定量供給された被処理物質Ｐを、大径スクリュー９Ａの回転により被処理物質送出部６に送出するとともに、小径スクリュー９Ｂの回転により被処理物質送出部６から順次、被処理物質送出口７ｂを介してミキシングノズル５２内に強制的かつ連続的に定量供給される。なお、定量供給機構１から定量供給される被処理物質Ｐの量と強制供給機構１０によりミキシングノズル５２に定量供給される被処理物質Ｐの量は略同量となっている。一方で、吸引撹拌ポンプ５０の負圧吸引力により、分散媒供給装置７０の管路７２から分散媒Ｒが定量供給される。
これにより、ミキシングノズル５２内には、強制供給機構１０による強制押出し及び吸引撹拌ポンプ５０の負圧吸引力により、被処理物質Ｐ及び分散媒Ｒが常に定量供給され、当該ミキシングノズル５２において、初期混合を良好に行った後、吸引撹拌ポンプ５０内に供給することができる。

【0056】

この初期混合された被処理物質Ｐ及び分散媒Ｒは、吸引撹拌ポンプ５０の第１吸入部５６から第１導入室５７に導入され、回転翼５１の内側と外側とに配設された第１ステータ６４の透孔６４ａ及び第２ステータ６５に形成した透孔６５ａ（絞り流路Ｗ）を通過することによって、せん断作用を受けながら撹拌、混合され、吐出部５８から吐出される。この際、負圧状態の第１導入室５７、第２導入室６２を通って絞り流路Ｗを通過する混合液にキャビテーションを起こさせ、混合液に含まれる気泡の膨張とそれによって生じる衝撃により、分散を促進することができる。

【0057】

吐出部５８から吐出された被処理物質Ｐが分散した分散媒Ｒ（混合液）のうち、完全に分散していない被処理物質Ｐを含む分散媒Ｒは、循環流路８１を介して吸引撹拌ポンプ５０の第２吸入部６１から第２導入室６２に導入され、第１ステータ６４の透孔６４ｂ及び第２ステータ６５に形成した透孔６５ａ（絞り流路Ｗ）を通過することによって、せん断作用を受けながら撹拌、混合され、吐出部５８から吐出される。一方、被処理物質Ｐが略完全に分散した分散媒Ｒは、排出流路８２を介して供給先８４に供給される。

【0058】

この場合、被処理物質Ｐ及び分散媒Ｒの撹拌、混合が進むに連れて、吸引撹拌ポンプ５０の内部、特にミキシングノズル５２の内部において混合液の濃度や粘度が上昇すると、高濃度の混合液や高粘度の混合液が当該ミキシングノズル５２を閉塞して、吸引撹拌ポンプ５０からの負圧吸引力を受入空間４に対して作用させることが困難となることがあるが、このような場合であっても、受入空間４からは、強制供給機構１０による強制押出しにより被処理物質Ｐが強制的かつ連続的にミキシングノズル５２に定量供給されるので、吸引撹拌ポンプ５０内にも当該被処理物質Ｐが確実に定量供給される。
したがって、ミキシングノズル５２及び吸引撹拌ポンプ５０内への被処理物質Ｐの定量供給を常に安定した状態で行うことができ、吸引撹拌ポンプ５０内における混合液をより均一な分散状態とし、所望の濃度にまでより迅速に撹拌、混合できる。しかも、ミキシングノズル５２における閉塞等が発生しそうになった場合でも吸引撹拌ポンプ５０内への被処理物質Ｐの定量供給を継続して、当該吸引撹拌ポンプ５０内において、被処理物質Ｐと分散媒Ｒとを順次ムラなく均一に分散させながら、所望の濃度にまでより確実、かつ迅速に撹拌、混合することができる。

【0059】

そして、所定量の被処理物質Ｐの供給がなされたとき、シャッタバルブ５９を閉止して、被処理物質Ｐの負圧吸引を遮断する。また、所定量の分散媒Ｒの供給がなされたときは、分散媒供給装置７０の運転を停止する。その後、被処理物質Ｐが分散媒Ｒに完全に分散するまで吸引撹拌ポンプ５０の運転を継続する。

【0060】

ところで、この被処理物質の分散装置においては、分離装置８０より上流側、すなわち、吸引撹拌ポンプ５０の吐出部５８と分離装置８０との間に設けられたプラズマ発生機構Ｚにより、キャビテーションによって被処理物質Ｐ及び分散媒Ｒが混合した混合液中に発生する気泡中でプラズマを発生させ、液中プラズマ処理を行うようにしている。
この液中プラズマ処理により、混合液中に水酸基や酸素ラジカル等を生じさせ、この水酸基や酸素ラジカル等が被処理物質Ｐの表面に付着することで被処理物質Ｐを分散媒Ｒに対して親和性（具体的には、例えば、親水性。）を有するように改質して、相互に親和性を有しない被処理物質Ｐ及び分散媒Ｒを、分散剤を用いずに混合する（分散媒Ｒ中に被処理物質Ｐを均一に分散させる）ことができる。

【実施例】

【0061】

次に、被処理物質の分散装置の作用を確認するために、この被処理物質の分散装置を使用し、以下の条件で、水（分散媒Ｒ）を用いて液中プラズマ処理を行った。
その発光スペクトルの解析結果を図６に示す。

【0062】

〔実験条件〕
・プラズマ発光分光測定
測定器：plasma process monitor（C7460、HAMAMATSU社製）
露光時間：２０ｍｓ
積算回数：１００回
測定時間：２ｓ（＝２０ｍｓ×１００回）
・被処理物質の分散装置の運転条件
回転数：４８００ｒｐｍ（周波数：８０Ｈｚ、減圧：−０．０９２）
チラー水温：１０℃
分散媒：イオン交換水
分散媒の量：１Ｌ（空気混入あり）
・液中プラズマ処理の条件
電源電圧：１５０Ｖ
電源電流：４Ａ
周波数：４０ｋＨｚ
パルス幅：２．０
電極材料：銅
電極間距離：１．０ｍｍ
電極間電圧：１ｋＶ（ピーク値）
電極間電流：４Ａ（ピーク値）

【0063】

図６に示すように、プラズマ発生機構によりプラズマを発生させることによって、液体中に水酸基や酸素ラジカル等が生じることを確認した。

【0064】

次に、この被処理物質の分散装置を使用し、上記と同じ条件で、被処理物質ＰをＣＮＴ（カーボンナノチューブ）とＣＭＣ（カルボキシルメチルセルロース）の混合物とし、分散媒Ｒを水として、分散処理を行い、ドクター・ブレード法を用いて基板に塗布した。
被処理物質の分散状態の解析結果を図７に、被処理物質の分散状態の写真を図８に、それぞれ示す。
・ＣＮＴ／ＣＭＣサンプル
ＣＮＴ：ＣＭＣ＝７：５（重量比）
固形分濃度：２ｗｔ％
基板：Ａｌ集電体（粗化したもの）
塗布方法：ドクター・ブレード法
乾燥温度：７０℃

【0065】

図７に示すように、キャビテーション及び液中プラズマ処理なし（No treatment）、キャビテーションあり、液中プラズマ処理なし（w/o plasma）、キャビテーション、液中プラズマ処理あり（w/ plasma）の順に粒子径が減少し、均一な分散が行われることを確認した。

【0066】

また、図８に示すように、この被処理物質の分散装置を使用すること（キャビテーション、液中プラズマ処理あり（w/ plasma））によって、被処理物質Ｐの均一な分散を行うことができることを確認した。

【0067】

このため、この被処理物質の分散装置を使用して、ＣＮＴ（カーボンナノチューブ）とＣＭＣ（カルボキシルメチルセルロース）の混合物以外の被処理物質Ｐ、具体的には、被処理物質Ｐが無機化合物、例えば、酸化チタン、酸化アルミニウム、炭酸カルシウム、窒化カリウム、窒化ホウ素及び二酸化ジルコニウムの１種又は２種以上とし、分散媒Ｒを水として、分散処理を行うことができる。

【0068】

以下、その一例として、被処理物質Ｐが酸化チタン、窒化ホウ素、分散媒Ｒが水で行った実験について説明する。

【0069】

〔実験条件〕
・被処理物質の分散装置の運転条件
回転数：７２００ｒｐｍ
チラー水温及び水量：５℃、１４００Ｌ／ｈ
分散媒：イオン交換水
分散媒の量：６５０ｇ（酸化チタンの場合）、９０５ｇ（窒化ホウ素の場合）
循環時間：５分
・液中プラズマ処理の条件
電源電圧：２００Ｖ
周波数：６０ｋＨｚ（１．５μｓ）
電極材料：銅
電極間距離：２．０ｍｍ

【0070】

上記条件の下で、被処理物質Ｐが酸化チタン、分散媒Ｒが水で、液中プラズマ処理の有無（テスト（１）：あり、テスト（２）：なし）で実験を行った結果（酸化チタン濃度と、減圧度、ポンプ駆動モータＭ５の電流値及びスラリーの状態の関係）を表１に、得られたスラリーのせん断速度と粘度の関係を図９に示す。

【0071】

【表1】

【0072】

表１及び図９に示すように、液中プラズマ処理を行うことによって、液中プラズマ処理を行わない場合と比較して、被処理物質Ｐである酸化チタンの均一な分散が行われ、低粘度のスラリーが得られることを確認した。
ここで、テスト（１）で作成したスラリーは、２４時間経過後も沈殿せず、スラリーの状態を維持することを確認した。

【0073】

また、上記条件の下で、被処理物質Ｐが窒化ホウ素、分散媒Ｒが水で、液中プラズマ処理の有無で実験を行った結果（窒化ホウ素濃度と、減圧度、ポンプ駆動モータＭ５の電流値及びスラリーの状態の関係）を表２に、得られたスラリーのせん断速度とせん断応力の関係を図１０〜図１１に、得られたスラリーに含まれる窒化ホウ素粒子の諸元値を図１２に示す。

【0074】

【表2】

【0075】

表２及び図１０〜図１２に示すように、液中プラズマ処理を行うことによって、液中プラズマ処理を行わない場合と比較して、被処理物質Ｐである窒化ホウ素の均一な分散が行われ、ヒステリシスが小さくなることを確認した。

【0076】

〔別実施形態〕
（１）上記実施形態では、強制供給機構１０のスクリュー９として、大径のスクリュー９Ａ及び小径のスクリュー９Ｂを用いたが、被処理物質Ｐの物性等に応じてスクリュー９の数を適宜変更することが可能である。例えば、被処理物質送出部６の内径を大径、中径、小径のスクリュー９が配設可能に順次被処理物質送出口７ｂ側に縮径する構成を採用し、当該被処理物質送出部６に３つの大径、中径、小径のスクリューを同軸上に配設することもできる。

【0077】

（２）上記実施形態では、円筒状の被処理物質送出部６の内径を被処理物質送出口７ｂに近づくに連れて縮径するように構成したが、被処理物質送出部６にスクリュー９を配設することで被処理物質送出口７ｂに強制的かつ連続的に被処理物質Ｐを定量供給できる構成であれば、特にこの構成に限定されるものではない。例えば、被処理物質送出部６の内径を被処理物質受部５の内径と同程度、あるいは大きく形成することも可能である。
この場合、受入空間４に適切に負圧吸引力を作用させることができれば、被処理物質送出口７ｂの開口面積を、被処理物質受部５の内径と同程度、あるいは大きく形成することも可能である。

【0078】

（３）上記実施形態では、容積式の定量供給機構１として計量回転体１４を用いた構成を例示したが、特にこの構成に限定されるものではなく、例えば、ギアポンプを用いて、ホッパ２内の被処理物質Ｐを、下部開口部２ｂから下流側に定量供給することができる機構を採用することもできる。

【0079】

（４）上記実施形態では、吸引撹拌ポンプ５０にて撹拌、混合された混合液のうち、完全に分散していない被処理物質Ｐを含む分散媒Ｒを循環流路８１に、被処理物質Ｐが略完全に分散した分散媒Ｒを排出流路８２にそれぞれ分離する分離装置８０を設けたが、１バッチで、吸引撹拌ポンプ５０内で良好に撹拌、混合できる場合には、当該分離装置８０を省略することもできる。
また、分離装置８０において、循環流路８１にて混合液を順次循環させながら被処理物質Ｐと分散媒Ｒの撹拌、混合を実行する状態で、例えば、撹拌、混合が充分に進む前に所定量の分散媒Ｒの供給が終了した場合には、分離装置８０において完全に分散されたとして分離され、供給先８４に供給される混合液を、分散媒供給装置７０の管路７２を介して再度供給し、ミキシングノズル５２において被処理物質Ｐと再度混合する構成としてもよい。

【0080】

（５）上記実施形態では、被処理物質ＰとしてＣＮＴ（カーボンナノチューブ）とＣＭＣ（カルボキシルメチルセルロース）の混合物等を用いたが、必要に応じて、単一種類の被処理物質を用いたり、複数種類の被処理物質を混合した混合被処理物質を被処理物質Ｐとして用いることができる。
また、同様に、分散媒Ｒとして単一種類の水を用いたが、必要に応じて、複数種類の液体を混合した混合液体を分散媒Ｒとして用いることができる。

【0081】

（６）上記実施形態では、プラズマ発生機構Ｚを、分離装置８０より上流側、すなわち、吸引撹拌ポンプ５０の吐出部５８と分離装置８０との間に設けるようにしたが、プラズマ発生機構Ｚは、キャビテーションによって被処理物質Ｐ及び分散媒Ｒが混合した混合液中に気泡が発生している任意の領域に設けることができ、例えば、吸引撹拌ポンプ５０の吐出室６７内にプラズマ発生機構Ｚの電極を設置するようにすることもできる。

【0082】

以上、本発明の被処理物質の分散方法及び分散装置並びにそれによって生成された被処理物質及び分散媒が混合した液体について、その実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記実施形態に記載した構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。

【産業上の利用可能性】

【0083】

本発明の被処理物質の分散方法及び分散装置並びにそれによって生成された被処理物質及び分散媒が混合した液体は、単独の装置を用いて、相互に親和性を有しない被処理物質及び分散媒を、分散剤を用いずに混合することができる特性を有していることから、単独の装置を用いて、相互に親和性を有しない被処理物質及び分散媒を、分散剤を用いずに混合する（分散媒中に被処理物質を均一に分散させる）用途に好適に用いることができるほか、例えば、被処理物質の改質装置の用途にも用いることができる。

【符号の説明】

【0084】

Ｘ 定量供給機構
Ｙ 吸引撹拌機構
Ｚ プラズマ発生機構
Ｐ 被処理物質
Ｒ 分散媒
Ｔ 回転軸芯
１ 定量供給機構
４ 受入空間
５ 被処理物質受部
６ 被処理物質送出部
７ ケーシング
７ａ 被処理物質供給口
７ｂ 被処理物質送出口
８ 翼部
９ スクリュー
９Ａ 大径スクリュー
９Ｂ 小径スクリュー
１０ 強制供給機構
１７ 駆動軸
１８ 駆動軸
１９ 先端部
５０ 吸引撹拌ポンプ
５２ ミキシングノズル（吸引混合部）
９１ 管路
９２ 電極
９３ 電源

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】