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(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】
(24)【登録日】2022-04-20
(45)【発行日】2022-04-28
(54)【発明の名称】攪拌装置
(51)【国際特許分類】
B01F 27/86 20220101AFI20220421BHJP
B01F 27/808 20220101ALI20220421BHJP
B01F 25/50 20220101ALI20220421BHJP
B01F 25/64 20220101ALI20220421BHJP
B01F 25/21 20220101ALI20220421BHJP
【ＦＩ】
B01F7/16 L
B01F7/16 E
B01F5/10
B01F5/16
B01F5/02 A
【請求項の数】
8
(21)【出願番号】P 2018032111
(22)【出願日】2018-02-26
(65)【公開番号】P2019147077
(43)【公開日】2019-09-05
【審査請求日】2020-12-23
(73)【特許権者】
【識別番号】000225016
【氏名又は名称】プライミクス株式会社
(72)【発明者】
【氏名】金澤 賢次郎
(72)【発明者】
【氏名】西川 宏
(72)【発明者】
【氏名】仁井 翔一
(72)【発明者】
【氏名】古市 尚
【審査官】塩谷 領大
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１３－０４７４０７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０７－０６００９３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－２４０７６７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００７－０２１３５７（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ０１Ｆ ２１／００－２５／９０
Ｂ０１Ｆ ２７／００－２７／９６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
容器内に攪拌羽根とバッフルを備える攪拌装置であって、前記攪拌羽根は、基部と、前記基部に対して前記軸方向一方側に位置し且つ回転方向に配列された複数の羽根部からなる羽根群と、を備えており、
前記羽根部は、径方向における内方端に繋がり且つ前記軸方向視において前記回転方向前方に凸である前方湾曲部を有し、
前記容器は、容器内壁の底部が漏斗状に傾斜した傾斜底部を有し、
前記バッフルは、前記容器の傾斜底部上において、前記複数枚のフィンがバッフルの中心部から外側に向けて放射状でかつ、前記攪拌羽根の回転方向と反対方向に湾曲又は屈曲するように配設され、
前記攪拌羽根と前記バッフルは、攪拌羽根の軸回転方向に対して対向しておらず、同心状の位置関係となるように配置され、
前記バッフルは、前記攪拌羽根の攪拌対象物の排出方向の延長線上に配置されており、
当該攪拌対象物が当該バッフルから排出される方向が、当該バッフルの中心部から外側に向かう方向である
ことを特徴とする攪拌装置。
【請求項2】
前記容器の底に攪拌対象物の排出口、前記容器の上部に攪拌対象物の吐出口を有し、前記排出口から吐出口に繋がる配管を経由して、攪拌対象物を循環させる外部循環手段を有することを特徴とする請求項１に記載の攪拌装置。
【請求項3】
前記外部循環手段は、攪拌対象物を排出口から吐出口へ移送手段を有することを特徴とする請求項２に記載の攪拌装置。
【請求項4】
前記移送手段は、高圧ポンプインペラーであることを特徴とする請求項３に記載の攪拌装置。
【請求項5】
前記吐出口には、シャワーノズルが配置されていることを特徴とする請求項２から４に記載の攪拌装置。
【請求項6】
前記羽根部は、前記前方湾曲部に対して前記径方向外方に繋がり且つ前記軸方向視において前記回転方向後方に凸である後方湾曲部を有していることを特徴とする請求項１から５に記載の攪拌装置。
【請求項7】
前記羽根部は、前記軸方向において前記基部から離間するほど前記回転方向前方に位置するように傾いていることを特徴とする請求項１から６に記載の攪拌装置。
【請求項8】
前記羽根部の前記軸方向に対する傾斜角度は、前記径方向内方に向かうほど大であることを特徴とする請求項１から７に記載の攪拌装置。【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、主に粉体溶解を行うための攪拌装置であって、医薬品、化粧品、食品、塗料、化学品等の製造に際して用いられる、原料粉末を液体に効率よく溶解させるための攪拌装置に関する。
【背景技術】
【0002】
攪拌機は、混合、分散、乳化、溶解、微粒化といった攪拌処理を製品の製造プロセスに含む分野、特に医薬品、化粧品、食品、塗料、化学品等の製造分野において幅広く利用されている。このうち、粉体等の溶解を伴う攪拌処理については、主に粉体溶解槽が用いられる。 粉体溶解を行うための攪拌装置としては、たとえば特許文献１に開示された攪拌装置がある（図１０）。
この攪拌装置は、粉体と溶媒が混合された液体を、攪拌装置が付設されたタンク内で処理を行いつつ、タンクの底から分散装置（粉砕装置）を経由して容器上部へと繋がるとタンク外循環経路通じて攪拌対象物を循環させることにより、タンクの攪拌対象物の上下が常時入れ替わるようにしながら粉体を溶解する方法を採用している。
この方法によると、ダマを形成し易い粉体の溶解（例えば水へのＰＶＡ粉体の溶解など）を行う場合においても、溶解所要時間短縮と溶解完了時の泡立ちを抑制し、かつ未溶解物の残留の無い溶解が可能になるとのことである。
この攪拌装置は、粉体と溶媒が混合された液体を、攪拌装置が付設されたタンク内で処理を行いつつ、タンクの底から分散装置（粉砕装置）を経由して容器上部へと繋がるとタンク外循環経路通じて攪拌対象物を循環させることにより、タンクの攪拌対象物の上下が常時入れ替わるようにしながら粉体を溶解する方法を採用している。
この方法によると、ダマを形成し易い粉体の溶解（例えば水へのＰＶＡ粉体の溶解など）を行う場合においても、溶解所要時間短縮と溶解完了時の泡立ちを抑制し、かつ未溶解物の残留の無い溶解が可能になるとのことである。
【0003】
しかしながら、特許文献１に開示された攪拌装置等において、溶媒中での粉体の分散をより高度化するには、攪拌羽根による力をごく一部の処理対象物に集中させることが重要である。
一方、攪拌装置における混合をより高度化するには、攪拌羽根による力を容器内に収容された処理対象物全体に作用させ、流動させることが重要である。このように、１つの攪拌羽根によって、分散と混合とを高度化することは、相反する挙動を両立させることが求められる。
特に、処理対象物の粘度が高くなるほど、分散と混合とを高度化することが困難となるといった課題が生じる。
一方、攪拌装置における混合をより高度化するには、攪拌羽根による力を容器内に収容された処理対象物全体に作用させ、流動させることが重要である。このように、１つの攪拌羽根によって、分散と混合とを高度化することは、相反する挙動を両立させることが求められる。
特に、処理対象物の粘度が高くなるほど、分散と混合とを高度化することが困難となるといった課題が生じる。
【0004】
この課題を解決する有効な手段として、本願の発明者は特許文献２に開示された攪拌装置を提案している（図１１）。
この攪拌装置に使用される攪拌羽根は、軸方向周りに回転させられる攪拌羽根であって、基部と、この基部に対して軸方向一方側に位置し且つ回転方向に配列された複数の羽根部からなる羽根群とを備えており、羽根部が径方向における内方端に繋がり且つ軸方向視において回転方向前方に凸である前方湾曲部を有している（図１２）。
この攪拌装置に使用される攪拌羽根は、軸方向周りに回転させられる攪拌羽根であって、基部と、この基部に対して軸方向一方側に位置し且つ回転方向に配列された複数の羽根部からなる羽根群とを備えており、羽根部が径方向における内方端に繋がり且つ軸方向視において回転方向前方に凸である前方湾曲部を有している（図１２）。
【0005】
特許文献２の攪拌羽根による混合の高度化の要因として、羽根部の前方湾曲部の寄与が挙げられる。発明者らが検証を行ったところ、前方湾曲部を回転方向前方に凸とすることで、内方端において処理対象物が強力に吸引され、吸引された処理対象物が径方向外方へとよりスムーズに移動しており、これが混合の高度化に寄与していることを確認している。
これにより、上記課題を解決することができ、例えば、溶媒の液面付近に浮遊して溶媒となじみ難い比重の小さい粉体を溶解する場合でも、粉末を容器の底付近まで吸い込みながら効率良く溶解処理を行う事ができる。
これにより、上記課題を解決することができ、例えば、溶媒の液面付近に浮遊して溶媒となじみ難い比重の小さい粉体を溶解する場合でも、粉末を容器の底付近まで吸い込みながら効率良く溶解処理を行う事ができる。
【0006】
このような特許文献２の攪拌羽根を溶解装置に適用して、図１３に示すように容器底付単軸複合ミキサーを構成することができる。容器底付単軸複合ミキサーは、攪拌羽根２０１と高圧ポンプインペラー２０２の異なる役割の回転体が容器底から突き出した回転軸２０３に固定されている。
このうち、混合羽根２０１が容器内の攪拌対象物Ｔを均一に混合する機能を有する一方、高圧ポンプインペラー２０２が攪拌対象物にせん断力を与えることによって分散、乳化、溶解、微粒化など各種攪拌操作を行う機能を有する。
また、高圧ポンプインペラー２０２は、高圧ポンプの機能も有しており、容器底の排出口２０４から攪拌対象物Ｔを吸い込み、容器外の配管２０５を経由して容器上部に移送して容器内の攪拌対象物Ｔを循環させる機能を有している。
また、容器底付単軸複合ミキサーは攪拌羽根２０１と高圧ポンプインペラー２０２が一つの駆動部に固定されていることから、それぞれ別の駆動部で構成した装置と比較して低コストで装置を製造できるメリットがある。
このうち、混合羽根２０１が容器内の攪拌対象物Ｔを均一に混合する機能を有する一方、高圧ポンプインペラー２０２が攪拌対象物にせん断力を与えることによって分散、乳化、溶解、微粒化など各種攪拌操作を行う機能を有する。
また、高圧ポンプインペラー２０２は、高圧ポンプの機能も有しており、容器底の排出口２０４から攪拌対象物Ｔを吸い込み、容器外の配管２０５を経由して容器上部に移送して容器内の攪拌対象物Ｔを循環させる機能を有している。
また、容器底付単軸複合ミキサーは攪拌羽根２０１と高圧ポンプインペラー２０２が一つの駆動部に固定されていることから、それぞれ別の駆動部で構成した装置と比較して低コストで装置を製造できるメリットがある。
【0007】
しかしながら、容器底付単軸複合ミキサーにおいて攪拌羽根２０１の周速を大きくして処理を行うと、攪拌対象物Ｔが容器内を高速で旋回流動して竜巻状のいわゆる空気吸い込み渦２０６が発生し、容器中心部分に攪拌対象物が存在しない空洞部が生じることがある（図１３）。
さらに、攪拌羽根２０１の周速が増大して空気吸い込み渦２０６が発達し、渦の下端が容器底の排出口２０４まで達すると、高圧ポンプインペラー２０２の収容室内に空気が吸い込まれるようになる。
これにより、高圧ポンプインペラー２０２のせん断力が低下して、攪拌対象物Ｔに対する分散、乳化、溶解、微粒化の作用が低下するという問題が生じる。
さらに、攪拌羽根２０１の周速が増大して空気吸い込み渦２０６が発達し、渦の下端が容器底の排出口２０４まで達すると、高圧ポンプインペラー２０２の収容室内に空気が吸い込まれるようになる。
これにより、高圧ポンプインペラー２０２のせん断力が低下して、攪拌対象物Ｔに対する分散、乳化、溶解、微粒化の作用が低下するという問題が生じる。
【0008】
空気吸い込み渦２０６の容器底の排出口２０４への到達を防止する手段としては、攪拌対象物Ｔの流動を部分的に減衰させる方法が考えられる。例えば、特許文献３に開示された攪拌装置（混合装置）では（図１４）、攪拌羽根（攪拌翼）に近接するように、図１５に示すようなバッフル（邪魔板）を容器内壁に配設することによって、攪拌対象物の流動を減衰させ、攪拌対象物への泡の混入等を抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0009】
【文献】特開２００６－２０５０７１号公報
【文献】国際公開第２０１７／２１２９３５号公報
【文献】特開２００７－１３６４３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
容器底付単軸複合ミキサーにおいて、攪拌羽根にバッフルを近接させる方法を採用すると、空気吸い込み渦が発達して、渦の下端が容器底の排出口まで達するといった問題は解決できる。しかしながら、攪拌対象物が強力に吸引されて径方向外方へとよりスムーズに移動し、混合の高度化を達成できるという特許文献２の攪拌羽根本来の効果が著しく減殺されることになる。
このため、容器底付単軸複合ミキサー合において、バッフルを配設する方法を採用することは、これまで不適であると考えられてきた。
このため、容器底付単軸複合ミキサー合において、バッフルを配設する方法を採用することは、これまで不適であると考えられてきた。
【課題を解決するための手段】
【0011】
本願発明者が上記課題について鋭意検討した結果、容器底付単軸複合ミキサーにおいて本来不適とされていたバッフルであっても、（１）攪拌羽根とバッフルの位置関係、（２）バッフルの形状、及び（３）バッフルの容器内での配置方法を見直すことによって、混合の高度化と分散、乳化、溶解、微粒化の作用の低下防止という相反する課題の解決のために有効に活用できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【0012】
具体的には、本発明の攪拌装置は、容器内に攪拌羽根とバッフルを備える攪拌装置であって、 前記攪拌羽根は、基部と、前記基部に対して前記軸方向一方側に位置し且つ回転方向に配列された複数の羽根部からなる羽根群と、を備えており、前記羽根部は、径方向における内方端に繋がり且つ前記軸方向視において前記回転方向前方に凸である前方湾曲部を有し、 前記容器は、容器内壁の底部が漏斗状に傾斜した傾斜底部を有し、 前記バッフルは、前記容器の傾斜底部上において、前記複数枚のフィンがバッフルの中心部から外側に向けて放射状でかつ、前記攪拌羽根の回転方向と反対方向に湾曲又は屈曲するように配設され、 前記攪拌羽根と前記バッフルは、攪拌羽根の軸回転方向に対して対向しておらず、同心状の位置関係となるように配置され、 前記バッフルは、前記攪拌羽根の攪拌対象物の排出方向の延長線上に配置されており、
当該攪拌対象物が当該バッフルから排出される方向が、当該バッフルの中心部から外側に向かう方向である（請求項１）。
当該攪拌対象物が当該バッフルから排出される方向が、当該バッフルの中心部から外側に向かう方向である（請求項１）。
【0013】
前記攪拌装置は、容器底に攪拌対象物の排出口、容器上部に攪拌対象物の吐出口を有し、前記排出口から吐出口に繋がる配管を経由して、攪拌対象物を循環させる外部循環手段を有することが好ましい（請求項２）。
また、前記外部循環手段は、攪拌対象物を排出口から吐出口へ移送手段を有することが好ましい（請求項３）。
また、前記移送手段は、高圧ポンプインペラーであることが好ましい（請求項４）。
さらに、前記吐出口には、シャワーノズルが配置されていることが好ましい（請求項５）
また、前記外部循環手段は、攪拌対象物を排出口から吐出口へ移送手段を有することが好ましい（請求項３）。
また、前記移送手段は、高圧ポンプインペラーであることが好ましい（請求項４）。
さらに、前記吐出口には、シャワーノズルが配置されていることが好ましい（請求項５）
【0014】
一方、前記羽根部は、前記前方湾曲部に対して前記径方向外方に繋がり且つ前記軸方向視において前記回転方向後方に凸である後方湾曲部を有していることが好ましい（請求項６）。
より好ましくは、前記羽根部は、前記軸方向において前記基部から離間するほど前記回転方向前方に位置するように傾いている（請求項７）。
さらに好ましくは、 前記羽根部の前記軸方向に対する傾斜角度は、前記径方向内方に向かうほど大である（請求項８）。
より好ましくは、前記羽根部は、前記軸方向において前記基部から離間するほど前記回転方向前方に位置するように傾いている（請求項７）。
さらに好ましくは、 前記羽根部の前記軸方向に対する傾斜角度は、前記径方向内方に向かうほど大である（請求項８）。
【発明の効果】
【0015】
上記本発明の構成によると、攪拌羽根によって生じる攪拌対象物の流れ成分が、攪拌羽根の軸回転方向と反対方向に旋回する流れ成分に変換され、攪拌羽根の軸回転方向と逆向きに旋回する空気吸い込み渦を生じさせることができる（図１）。
【0016】
具体的には、図１に示すように、攪拌羽根A2によって生じる攪拌対象物Ｔの流れ方向が、バッフルＡ１１及び容器Ａ１の傾斜部との相互作用によって、攪拌羽根Ａ２の回転方向と反対方向に流動する流れ成分Ｃに変換され、これにより攪拌羽根Ａ２の回転方向と反対方向に旋回する空気吸い込み渦Ｖを発生させる。
この攪拌羽根Ａ２の回転方向と反対方向の流動は、攪拌羽根Ａ２の近傍において生じている攪拌羽根Ａ２の回転方向と同方向の流動と攪拌羽根Ａ２の直上付近において合成される。このため、攪拌羽根Ａ２の回転方向と反対方向に旋回する空気吸い込み渦Ｖは、攪拌羽根の直上付近で消失し、容器の底にある第１排出口Ａ６まで到達しない。
この攪拌羽根Ａ２の回転方向と反対方向の流動は、攪拌羽根Ａ２の近傍において生じている攪拌羽根Ａ２の回転方向と同方向の流動と攪拌羽根Ａ２の直上付近において合成される。このため、攪拌羽根Ａ２の回転方向と反対方向に旋回する空気吸い込み渦Ｖは、攪拌羽根の直上付近で消失し、容器の底にある第１排出口Ａ６まで到達しない。
【0017】
これにより、高圧ポンプインペラーＡ４のせん断力が低下し、分散、乳化、溶解、微粒化の作用が低下するといった問題を回避することができる。
一方、攪拌羽根Ａ２の作用によって処理対象物Ｔが容器Ａ１の上方から攪拌羽根Ａ２に向けて強力に吸引され、攪拌羽根Ａ２の径方向外方へとスムーズに移動排出されることによって混合の高度化を達成できるという攪拌羽根Ａ２の本来の効果は、攪拌羽根Ａ２の回転方向と反対方向の旋回流動によって維持される。
以上のようにして、混合の高度化と分散、乳化、溶解、微粒化の作用の低下防止といった相反する課題を共に解決することができる。
一方、攪拌羽根Ａ２の作用によって処理対象物Ｔが容器Ａ１の上方から攪拌羽根Ａ２に向けて強力に吸引され、攪拌羽根Ａ２の径方向外方へとスムーズに移動排出されることによって混合の高度化を達成できるという攪拌羽根Ａ２の本来の効果は、攪拌羽根Ａ２の回転方向と反対方向の旋回流動によって維持される。
以上のようにして、混合の高度化と分散、乳化、溶解、微粒化の作用の低下防止といった相反する課題を共に解決することができる。
【0018】
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図1】本発明に係る攪拌装置の一実施形態を示す概略図である。
【図2】本発明に係る攪拌装置に使用する攪拌羽根を示す斜視図である。
【図3】本発明に係る攪拌装置に使用する攪拌羽根を示す正面図である。
【図4】本発明に係る攪拌装置に使用する攪拌羽根を示す平面図である。
【図5】本発明に係る攪拌装置に使用するバッフルを示す平面図である。
【図6】本発明に係る攪拌装置に使用するバッフルを示す正面図である。
【図7】本発明に係る攪拌装置に使用するバッフルの変形例を示す平面図である。
【図8】本発明に係る攪拌装置に使用する攪拌羽根及びバッフルを組み合わせた状態を示す平面図である。
【図9】本発明に係る攪拌装置に使用する攪拌羽根及びバッフルを組み合わせた状態を示す正面図である。
【図10】従来例に係る攪拌装置を示す概略図である。
【図11】従来例に係る攪拌装置を示す概略図である。
【図12】従来例に係る攪拌装置に使用する攪拌羽根を示す斜視図である。
【図13】従来例に係る攪拌装置を示す概略図である。
【図14】従来例に係る攪拌装置を示す概略図である。
【図15】従来例に係る攪拌装置に使用する攪拌羽根及びバッフルを示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0020】
以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。図１～９は、本発明に係る攪拌装置の一実施形態及び変形例を示している。
【0021】
図１に示す攪拌装置Aは、主に粉体溶解を行うための攪拌装置であって、医薬品、化粧品、食品、塗料、化学品等の製造に際して用いられる、原料粉末を液体に効率よく溶解させるための攪拌装置である。
【0022】
攪拌装置Aは、いわゆる容器底付単軸複合ミキサーであり、容器A１内に攪拌羽根A２が配置され、さらに容器A１の直下に配置される収容室A３の中には、高圧ポンプインペラーA４が配置されている。
混合羽根A１と高圧ポンプインペラーA２は、収容室A３を貫通して容器A１の底から容器内に向けて突き出す回転軸A５に固定されている。収容室A３と回転軸A５との間には、図示しない軸シールが設けられ、回転軸A５は、図示しないモーターに接続されている。攪拌羽根A２と高圧ポンプインペラーA４は、このモーターの駆動力によって図１中に図示する方向に一体となって回転する構造となっている。
なお、他の構成要素として、たとえば容器A１およびモーターを支持する筐体や、モーターの駆動を制御する制御部等を適宜採用してもよい。
混合羽根A１と高圧ポンプインペラーA２は、収容室A３を貫通して容器A１の底から容器内に向けて突き出す回転軸A５に固定されている。収容室A３と回転軸A５との間には、図示しない軸シールが設けられ、回転軸A５は、図示しないモーターに接続されている。攪拌羽根A２と高圧ポンプインペラーA４は、このモーターの駆動力によって図１中に図示する方向に一体となって回転する構造となっている。
なお、他の構成要素として、たとえば容器A１およびモーターを支持する筐体や、モーターの駆動を制御する制御部等を適宜採用してもよい。
【0023】
容器A１内に投入された攪拌対象物Tは、攪拌羽根A２の回転によって流動して均一に混合される。この混合羽根A２は、攪拌対象物に対して独特の流動を生じさせるものであり、その形態、機能については後で詳述する。
また、容器Ａ１の底部中央には第１排出口Ａ６が形成されており、容器A１と収容室A３は、第１排出口Ａ６を介して接続されている。これにより、高圧ポンプインペラーA４の吸引力によって、容器Ａ１内の攪拌対象物Tを収容室A３に移送することができる。収容室Ａ３に移送、収容された攪拌対象物Tは、高圧ポンプインペラーＡ２の回転によってせん断力が付加され、分散、乳化、溶解、微粒化など各種攪拌操作が行われる。
また、容器Ａ１の底部中央には第１排出口Ａ６が形成されており、容器A１と収容室A３は、第１排出口Ａ６を介して接続されている。これにより、高圧ポンプインペラーA４の吸引力によって、容器Ａ１内の攪拌対象物Tを収容室A３に移送することができる。収容室Ａ３に移送、収容された攪拌対象物Tは、高圧ポンプインペラーＡ２の回転によってせん断力が付加され、分散、乳化、溶解、微粒化など各種攪拌操作が行われる。
【0024】
収容室A３の側面には、第２排出口A７が形成されており、さらに第２排出口A７には、容器３の上部に向けて延びる配管A８が接続されている。
配管Ａ８の他端部分は、容器Ａ１の上部から容器３の内部に挿入されており、第１排出口Ａ６から第２排出口A７を経由して移送された攪拌対象物Tが、配管Ａ７の先端部分の吐出口Ａ９から容器Ａ１内に吐出されるようになっている。これにより、容器Ａ１内の攪拌対象部Tを常時循環させながら上記一連の処理を行うことができる。
配管Ａ８の他端部分は、容器Ａ１の上部から容器３の内部に挿入されており、第１排出口Ａ６から第２排出口A７を経由して移送された攪拌対象物Tが、配管Ａ７の先端部分の吐出口Ａ９から容器Ａ１内に吐出されるようになっている。これにより、容器Ａ１内の攪拌対象部Tを常時循環させながら上記一連の処理を行うことができる。
【0025】
容器A１の底部には、容器A１の側壁の下端部から容器中央に向けて漏斗状に傾斜した傾斜部A１０が形成されており、この傾斜部Ａ１０の表面に沿うようにバッフルA１１が配置されている。
このバッフルA１１は、攪拌羽根A２及び傾斜部A１０と連動して攪拌対象物Ｔに対して独特の流動Ｃを生じさせるものであり、その形態、機能については後で詳述する。
バッフルＡ１１と攪拌羽根A２は、回転軸A５を中心とする同心円状の位置関係となるように配置される。
また、バッフルＡ１１は、傾斜部Ａ１０の表面と攪拌羽根A２の間に介挿される形で配置されており、回転軸A５の径方向に対して攪拌羽根A２と対向していない。
これは、後で詳述するように、攪拌羽根A２の攪拌対象物の排出方向の延長線上に、バッフルＡ１１が配置されるようにするためである。
このバッフルA１１は、攪拌羽根A２及び傾斜部A１０と連動して攪拌対象物Ｔに対して独特の流動Ｃを生じさせるものであり、その形態、機能については後で詳述する。
バッフルＡ１１と攪拌羽根A２は、回転軸A５を中心とする同心円状の位置関係となるように配置される。
また、バッフルＡ１１は、傾斜部Ａ１０の表面と攪拌羽根A２の間に介挿される形で配置されており、回転軸A５の径方向に対して攪拌羽根A２と対向していない。
これは、後で詳述するように、攪拌羽根A２の攪拌対象物の排出方向の延長線上に、バッフルＡ１１が配置されるようにするためである。
【0026】
次に、攪拌羽根A２の形態、機能等について詳述する。
攪拌羽根A２は、図２～図４に示す形態を有している。図２は、攪拌羽根Ａ２を示す斜視図である。図３は、攪拌羽根Ａ２を示す正面である。図３は、図１および図２におけるｚ方向上側から見た攪拌羽根Ａ２を示す平面図である。回転方向θは、攪拌羽根Ａ２が回転する方向であり、軸方向ｚおよび径方向ｒに対して、一般的に周方向と称される方向である。また、これらの図における矢印は、攪拌羽根Ａ１が回転する向きを示している。
攪拌羽根A２は、図２～図４に示す形態を有している。図２は、攪拌羽根Ａ２を示す斜視図である。図３は、攪拌羽根Ａ２を示す正面である。図３は、図１および図２におけるｚ方向上側から見た攪拌羽根Ａ２を示す平面図である。回転方向θは、攪拌羽根Ａ２が回転する方向であり、軸方向ｚおよび径方向ｒに対して、一般的に周方向と称される方向である。また、これらの図における矢印は、攪拌羽根Ａ１が回転する向きを示している。
【0027】
攪拌羽根Ａ２の材質は、特に限定されず、金属や樹脂など攪拌対象物Tの分散および混合に適した材質が適宜選択される。攪拌羽根Ａ２を構成する好ましい金属としては、たとえばステンレスが挙げられる。また、攪拌羽根Ａ２は、基部１および羽根群２が一体的に形成されたものであってもよいし、複数の部品が組み合わされた構成であってもよい。さらに、攪拌羽根Ａ２を攪拌装置Ｂ１の回転軸Ａ５に取り付ける構造としては、種々の係合機構や締結機構などの取り付け機構が採用されてもよいし、回転軸Ａ５と攪拌羽根Ａ２の少なくとも一部とが一体的に形成された構造であってもよい。図２～図４においては、攪拌羽根Ａ２を回転軸A５に取り付けるための構造は、理解の便宜上省略している。攪拌羽根Ａ２の大きさは特に限定されず、本実施形態においては、攪拌羽根Ａ２の直径が、４０ｍｍ程度である。
【0028】
基部１は、羽根群２を支持しており、回転軸A５に固定される部位である。基部１の形状および大きさは特に限定されない。本実施形態の基部１は、軸方向ｚ視において円形状である。基部１は、外周端１０および傾斜面１１を有する。外周端１０は、径方向ｒにおいて最外方に位置する部位である。本実施形態においては、外周端１０は、基部１の軸方向ｚ下端に位置しており、軸方向ｚ視において円形である。傾斜面１１は、外周端１０に対して軸方向ｚ上側に設けられている。傾斜面１１は、軸方向ｚにおいて外周端１０に向かうほど径方向ｒ外方に位置するように傾斜している。図示された例においては、基部１全体が、円錐体とされており、傾斜面１１は、円錐体の側面によって構成されている。
【0029】
羽根群２は、基部１に対して軸方向ｚ一方側に位置し、且つ各々が回転方向θに配列された複数の羽根部２０からなる。本実施形態においては、羽根群２は、傾斜面１１に設けられている。図２に示すように、羽根群２を構成する複数の羽根部２０は、軸方向ｚにおける所定範囲に配置されている。
【0030】
羽根群２を構成する複数の羽根部２０の個数は特に限定されない。本実施形態においては、羽根群２を構成する複数の羽根部２０の個数は４つである。また、４つの羽根部２０は、等ピッチで配列されており、図示された例においては、当該ピッチは９０度である。
【0031】
羽根部２０は、内方端２１、外方端２２、根本端２３、先端２４、前方面２５、後方面２６、前方湾曲部２７および後方湾曲部２８を有する。内方端２１は、羽根部２０のうち径方向ｒにおいて最も内方に位置する端部である。本実施形態においては、複数の羽根部２０の内方端２１どうしは、回転方向θにおいて互いに離間している。外方端２２は、羽根部２０のうち径方向ｒにおいて最も外方に位置する端部である。図４に示すように、図示された例においては、外方端２２は、軸方向ｚ視において基部１の外周端１０と一致している。すなわち、基部１と羽根部２０とは、いずれかが径方向ｒ外方に突出する構成とはなっていない。ただし、羽根部２０が、基部１よりも径方向ｒ外方に突出する構成であってもよいし、基部１よりも径方向ｒ内方に退避した構成であってもよい。
【0032】
根本端２３は、羽根部２０が基部１に繋がる部位である。先端２４は、羽根部２０のうち根本端２３から軸方向ｚに位置する端部である。
【0033】
前方面２５は、羽根部２０のうち回転方向θ前方側の面である。後方面２６は、羽根部２０のうち回転方向θ後方側の面である。
【0034】
前方湾曲部２７は、内方端２１に繋がり且つ軸方向ｚ視において回転方向θ前方に凸である部位である。より具体的には、前方湾曲部２７は、前方湾曲部２７の径方向ｒ両端を結ぶ仮想直線よりも回転方向θ前方に凸である形状である。後方湾曲部２８は、前方湾曲部２７に対して径方向ｒ外方に繋がり且つ軸方向ｚ視において回転方向θ後方に凸である部位である。
より具体的には、後方湾曲部２８は、後方湾曲部２８の径方向ｒ両端を結ぶ仮想直線よりも回転方向θ後方に凸である形状である。図２および図４においては、前方湾曲部２７および後方湾曲部２８について、理解の便宜上一点鎖線の矢印によってそれぞれの範囲を示している。図示された例においては、先端２４は、羽根部２０のうち概ね前方湾曲部２７を構成する部分に設けられており、図４に示すように、軸方向ｚ視において回転方向θ前方に凸である形状となっている。また、根本端２３は、前方湾曲部２７および後方湾曲部２８を構成する部分の双方に設けられており、図４に示すように、軸方向ｚ視においてＳ字形状となっている。なお、前方湾曲部２７および後方湾曲部２８が設けられる範囲や、それぞれの湾曲度合い等は特に限定されない。
より具体的には、後方湾曲部２８は、後方湾曲部２８の径方向ｒ両端を結ぶ仮想直線よりも回転方向θ後方に凸である形状である。図２および図４においては、前方湾曲部２７および後方湾曲部２８について、理解の便宜上一点鎖線の矢印によってそれぞれの範囲を示している。図示された例においては、先端２４は、羽根部２０のうち概ね前方湾曲部２７を構成する部分に設けられており、図４に示すように、軸方向ｚ視において回転方向θ前方に凸である形状となっている。また、根本端２３は、前方湾曲部２７および後方湾曲部２８を構成する部分の双方に設けられており、図４に示すように、軸方向ｚ視においてＳ字形状となっている。なお、前方湾曲部２７および後方湾曲部２８が設けられる範囲や、それぞれの湾曲度合い等は特に限定されない。
【0035】
また、本実施形態においては、羽根部２０は、軸方向ｚにおいて基部１から離間するほど回転方向θ前方に位置するように傾いている。さらに、本実施形態においては、羽根部２０の軸方向ｚに対する傾斜角度は、径方向ｒ内方に向かうほど大である。より具体的には、図３に示すように、羽根部２０の内方端２１が軸方向ｚとなす角度である角度α１は、羽根部２０の外方端２２が軸方向ｚとなす角度である。角度α２よりも大である。言い換えると、前方湾曲部２７が軸方向ｚとなす角度は、後方湾曲部２８が軸方向ｚとなす角度よりも大である。
【0036】
攪拌羽根Ａ２が回転方向θに回転すると、攪拌対象物も回転方向θに沿う回転流れを生じる。また、攪拌羽根Ａ２の軸方向ｚ上方から、攪拌対象物Tが攪拌羽根Ａ２に吸い込まれる流動が生じる。そして、攪拌羽根Ａ２の軸方向ｚ下端（外周端１０付近）から、容器８１の底部に沿って径方向ｒ外方に向かう流動が生じる。
【0037】
攪拌羽根Ａ２による混合の高度化の要因として、まず、羽根部２０の前方湾曲部２７の寄与が挙げられる。発明者らの研究によれば、前方湾曲部２７を回転方向θ前方に凸とすることにより、内方端２１において攪拌対象物Tをより強力に吸引しつつ、吸引した攪拌対象物Tを径方向ｒ外方へとよりスムーズに移動させることが可能であるという知見が得られた。特に、図示された例においては、内方端２１における羽根部２０と回転方向θとがなす角度が相対的に小となっていることが、攪拌対象物をより強力に吸引するのに有利であることが判明した。また、図示された前方湾曲部２７においては、径方向ｒ外方に向かうほど羽根部２０と回転方向θとがなす角度が徐々に大きくなっていることが、吸引した攪拌対象物Tを径方向ｒ外方へとよりスムーズに移動させるのに有利であることが判明した。この強力な吸引とスムーズな移動は、攪拌対象物T全体の混合を生じさせる一因と考えられる。なお、攪拌羽根Ａ２の機能の詳細については、本願の発明者に係る先願のＰＣＴ／ＪＰ２０１７／０１９５４３の記載事項に基づいて把握することができる。
【0038】
また、攪拌羽根A２は、上述した形態以外にも、本願の発明者が開発した単一の金属板材料からなり、径方向中心に位置する基部および基部に繋がる複数の羽根要素を各々が有し、軸方向に積層された複数の板材を備え、羽根部は、軸方向に隣接する複数の板材の羽根要素同士が互いに接触または近接して構成された攪拌対象を流動させる羽根面を有する形態を使用することができる。
なお、上記他の形態の攪拌羽根を使用した攪拌装置の実施は、本願の発明者に係る先願の特願２０１７－２２５５３８の記載事項に基づいて行うことができる。
なお、上記他の形態の攪拌羽根を使用した攪拌装置の実施は、本願の発明者に係る先願の特願２０１７－２２５５３８の記載事項に基づいて行うことができる。
【0039】
【0040】
図５は、バッフルＡ１１を示す平面図である。図６は、バッフルＡ１１を示す側面図である。
バッフルＡ１１の材質は、特に限定されず、金属や樹脂など攪拌対象物Tの分散および混合に適した材質が適宜選択される。バッフルＡ１１を構成する好ましい金属としては、たとえばステンレスが挙げられる。
図５に示すようにバッフルＡ１１は、複数枚のフィン１０１で構成されている。フィン１０１は、平面方向視において中心部から中心軸の径方向に等間隔かつ放射状に形成されている。また各フィン１０１は、中心部から中心軸に対して径方向に反り返るように湾曲している。この湾曲の方向は、攪拌羽根A２の軸回転方向と反対方向に湾曲するように設定される。
また、図６に示すように、各フィン１０１は、側面方向視において中心部から中心軸方向に反り返るように湾曲している。この湾曲の形状は、バッフルＡ１１の底面が容器A１の内壁側の底部の漏斗状に傾斜した傾斜部Ａ１０の形状に沿うように設定される。
バッフルＡ１１の材質は、特に限定されず、金属や樹脂など攪拌対象物Tの分散および混合に適した材質が適宜選択される。バッフルＡ１１を構成する好ましい金属としては、たとえばステンレスが挙げられる。
図５に示すようにバッフルＡ１１は、複数枚のフィン１０１で構成されている。フィン１０１は、平面方向視において中心部から中心軸の径方向に等間隔かつ放射状に形成されている。また各フィン１０１は、中心部から中心軸に対して径方向に反り返るように湾曲している。この湾曲の方向は、攪拌羽根A２の軸回転方向と反対方向に湾曲するように設定される。
また、図６に示すように、各フィン１０１は、側面方向視において中心部から中心軸方向に反り返るように湾曲している。この湾曲の形状は、バッフルＡ１１の底面が容器A１の内壁側の底部の漏斗状に傾斜した傾斜部Ａ１０の形状に沿うように設定される。
【0041】
上述の例ではフィン１０１の本数が８本のバッフルＡ１１を示したが、これに限られるものではなく、必要に応じてフィン１０１の本数を増減することができる。また、上述の例では、フィン１０１の断面形状がU字状のバッフルＡ１１を示したが、これに限られるものではなく、フィン１０１の断面形状として三角形、四角形等、攪拌対象物Tの流れ成分を変換し得るものであれば特に制限されない。
【0042】
上記バッフルＡ１１は、フィンの形状が湾曲した例を示したが、図７に示すように、フィンの形状が屈曲したものを用いることもできる。図７に示した例では、フィンの中央部で屈曲した例を示したが、これに限られるものではなく、屈曲箇所は必要に応じて変更できる。
また、図７に示した例では、屈曲箇所の数がそれぞれのフィンで１か所となる例を示したが、これに限られるものではなく、屈曲箇所数は必要に応じて増加させることもできる。
また、図７に示した例では、屈曲箇所の数がそれぞれのフィンで１か所となる例を示したが、これに限られるものではなく、屈曲箇所数は必要に応じて増加させることもできる。
【0043】
【0044】
図８は、攪拌羽根A２とバッフルＡ１１を組み合わせた状態を示す平面図である。図９は、バッフルＡ１１を組み合わせた状態を示す正面図である。
図８に示すように、バッフルＡ１１は、容器A１の傾斜部Ａ１０の表面に回転軸A５と同心状の位置関係となるように固定される。 固定の手段は、螺子止め、嵌合、溶接等を採用できるが、これらに限定されない。
また、図９に示すように、容器A１の底から容器内に向けて突き出した回転軸A５が、バッフルＡ１１の中心部を貫通し、さらに回転軸A５の先端には、攪拌羽根A１が配置されている。
攪拌羽根A２とバッフルＡ１１は、回転軸A５の軸方向に対して所定の間隔を置いて配置されており、回転軸Ａ５の径方向に対して相互に対向しない位置関係となっている。これは、攪拌羽根A２から攪拌対象物が排出される方向の延長線上に、バッフルＡ１１が位置するように設定するためである。
図８に示すように、バッフルＡ１１は、容器A１の傾斜部Ａ１０の表面に回転軸A５と同心状の位置関係となるように固定される。 固定の手段は、螺子止め、嵌合、溶接等を採用できるが、これらに限定されない。
また、図９に示すように、容器A１の底から容器内に向けて突き出した回転軸A５が、バッフルＡ１１の中心部を貫通し、さらに回転軸A５の先端には、攪拌羽根A１が配置されている。
攪拌羽根A２とバッフルＡ１１は、回転軸A５の軸方向に対して所定の間隔を置いて配置されており、回転軸Ａ５の径方向に対して相互に対向しない位置関係となっている。これは、攪拌羽根A２から攪拌対象物が排出される方向の延長線上に、バッフルＡ１１が位置するように設定するためである。
【0045】
以上のような攪拌羽根A２、バッフルＡ１１及び容器Ａ１の傾斜部Ａ１０の位置関係の下、攪拌羽根Ａ２によって容器Ａ１の上方から強力に吸引され、攪拌羽根Ａ２の径方向ｒ外方へとよりスムーズに移動する攪拌対象物Tの流れ方向が、バッフルＡ１１及び容器Ａ１の傾斜部Ａ１０との相互作用によって変換される。 この変換について以下に詳述する。
まず、バッフルＡ１１を使用しない場合、攪拌羽根A２の周速を大きくして処理を行うと、攪拌対象物Tが攪拌羽根２０１の回転方向と同方向に容器内を流動して竜巻状のいわゆる空気吸い込み渦が発生し、容器中心部分において攪拌対象物Tが存在しない空洞部が生じる。
まず、バッフルＡ１１を使用しない場合、攪拌羽根A２の周速を大きくして処理を行うと、攪拌対象物Tが攪拌羽根２０１の回転方向と同方向に容器内を流動して竜巻状のいわゆる空気吸い込み渦が発生し、容器中心部分において攪拌対象物Tが存在しない空洞部が生じる。
【0046】
これに対し、図１に示すように、バッフルＡ１１を使用する場合、攪拌対象物Tの流れ方向が、バッフルＡ１１及び容器Ａ１の傾斜部Ａ１０との相互作用によって、攪拌羽根Ａ１０の回転方向と反対方向の流動に変換され、これにより攪拌羽根Ａ１０の回転方向と反対方向に旋回する空気吸い込み渦Vが発生する。
この攪拌羽根Ａ１０の回転方向と反対方向の流動は、攪拌羽根Ａ２の近傍において生じている攪拌羽根Ａ２の回転方向と同方向の流動と、攪拌羽根Ａ２の直上付近において合成される。このため、拌羽根Ａ２の回転方向と反対方向に旋回する空気吸い込み渦は、攪拌羽根Ａ２の直上付近で消失し、容器Ａ１の底にある第1排出口Ａ６まで到達しない。
これにより、空気吸い込み渦Ｖが容器Ａ１の底にある第1排出口Ａ６まで到達して、高圧ポンプインペラーＡ４のせん断力が低下し、分散、乳化、溶解、微粒化の作用が低下するといった問題を回避することができる。
この攪拌羽根Ａ１０の回転方向と反対方向の流動は、攪拌羽根Ａ２の近傍において生じている攪拌羽根Ａ２の回転方向と同方向の流動と、攪拌羽根Ａ２の直上付近において合成される。このため、拌羽根Ａ２の回転方向と反対方向に旋回する空気吸い込み渦は、攪拌羽根Ａ２の直上付近で消失し、容器Ａ１の底にある第1排出口Ａ６まで到達しない。
これにより、空気吸い込み渦Ｖが容器Ａ１の底にある第1排出口Ａ６まで到達して、高圧ポンプインペラーＡ４のせん断力が低下し、分散、乳化、溶解、微粒化の作用が低下するといった問題を回避することができる。
【0047】
一方、攪拌羽根Ａ２の作用によって処理対象物Ｔが容器上方から攪拌羽根A2に向けて強力に吸引され、攪拌羽根A2の径方向外方へとスムーズに移動排出されることによって、混合の高度化を達成できるという攪拌羽根Ａ２の本来の効果は、上記変換によって生じる攪拌羽根Ａ２の回転方向と反対方向の流動によって維持される。
以上のようにして、混合の高度化と分散、乳化、溶解、微粒化の作用の低下防止といった相反する課題を共に解決することができる。
以上のようにして、混合の高度化と分散、乳化、溶解、微粒化の作用の低下防止といった相反する課題を共に解決することができる。
【0048】
本発明に係る攪拌装置は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る攪拌装置の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。
【符号の説明】
【0049】
Ａ１ ：容器
Ａ２ ：攪拌羽根
Ａ３ ：収容室
Ａ４ ：高圧ポンプインペラー
Ａ５ ：回転軸
Ａ６ ：第１排出口
Ａ７ ：第２排出口
Ａ８ ：配管
Ａ９ ：吐出口
Ａ１０ ：傾斜部
Ａ１１ ：バッフル（邪魔板）
１ ：基部
２ ：羽根群
１０ ：外周端
１１ ：傾斜面
２０ ：羽根部
２１ ：内方端
２２ ：外方端
２３ ：根本端
２４ ：先端
２５ ：前方面
２６ ：後方面
２７ ：前方湾曲部
２８ ：後方湾曲部
ｒ ：径方向
ｚ ：軸方向
θ ：回転方向
α１，α２ ：角度
１０１ ：フィン
２０１ ：攪拌羽根
２０２ ：高圧ポンプインペラー
２０３ ：回転軸
２０４ ：排出口
２０５ ：配管
２０６ ：空気吸い込み渦
Ａ２ ：攪拌羽根
Ａ３ ：収容室
Ａ４ ：高圧ポンプインペラー
Ａ５ ：回転軸
Ａ６ ：第１排出口
Ａ７ ：第２排出口
Ａ８ ：配管
Ａ９ ：吐出口
Ａ１０ ：傾斜部
Ａ１１ ：バッフル（邪魔板）
１ ：基部
２ ：羽根群
１０ ：外周端
１１ ：傾斜面
２０ ：羽根部
２１ ：内方端
２２ ：外方端
２３ ：根本端
２４ ：先端
２５ ：前方面
２６ ：後方面
２７ ：前方湾曲部
２８ ：後方湾曲部
ｒ ：径方向
ｚ ：軸方向
θ ：回転方向
α１，α２ ：角度
１０１ ：フィン
２０１ ：攪拌羽根
２０２ ：高圧ポンプインペラー
２０３ ：回転軸
２０４ ：排出口
２０５ ：配管
２０６ ：空気吸い込み渦
【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】