CN103958042A - 行星式混合机 - Google Patents

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Abstract

一种行星式混合机，使用于化学、医疗、电子、陶瓷、药品、食品、饲料等其他各种制品的制造工序中，在使框型搅拌叶片在罐内进行行星运动而对固体/液体类的处理材料进行搅拌、混合、捏炼、捏合等时，避免材料附着于框型搅拌叶片的纵边部。框型搅拌叶片(20)的纵边部(22)以从罐内壁远离的一侧的内方前端(27)之间的间隔宽而罐内壁侧的外方前端(28)之间的相对间隔窄的方式构成为下述截面形状，该截面形状具有朝向罐内壁倾斜的两个倾斜面(25、26)、将该倾斜面的外方前端(28)之间连结的边缘面(29)、将上述倾斜面的内方前端(27)之间连结的弧状的内侧面(30)。由于纵边部的内侧面(30)形成为弧状，因而由于材料的流动而不停滞，防止附着、粘着。

Description

行星式混合机
技术领域
本发明涉及一种行星式混合机，使用于化学、医药、电子、陶瓷、食品、饲料等其他各种领域，通过使形成为框型的搅拌叶片(框型叶片)在罐(容器、搅拌槽)内进行行星运动，能够对固体/液体类处理材料进行搅拌、混合、捏炼、捏合处理等。
背景技术
用于对固体/液体类的不限于油性、水性的从低粘度到高粘度(～3,000Pa·ｓ)的处理材料进行搅拌、混合、捏炼、捏合等的处理作业多使用双轴混合机(例如具有两支框型搅拌叶片的混合机等)、三轴混合机(例如具有三支框型搅拌叶片的混合机或将两支框型搅拌叶片和一支涡轮叶片组合的混合机等)、四轴混合机(例如分别具有两支框型搅拌叶片和两支涡轮叶片的混合机)等其他的行星式混合机，如图4所示，使多个框型搅拌叶片1以在罐2内遍及整体地运动的方式公转、自转而成批(分批)式地进行处理。作为框型搅拌叶片，通常，由截面大致三角形(例如参照专利文献1)或截面大致六边形(例如参照专利文献2)的杆材形成为具有纵边部3和横边部4的大致矩形的框型，并构成为由纵边部3的倾斜面5、6形成的边缘面(锐角部分)7从搅拌叶片的中心观察朝向外侧。而且，在使框型搅拌叶片旋转时，使得该纵边部3的边缘面7向罐2的内壁接近地移动，在边缘面与罐内壁之间对处理材料施加剪应力(剪切应力)而进行捏炼作业等处理。因此，在成批式的情况下，在框型搅拌叶片与罐(搅拌槽)内壁之间对材料施加剪应力的时机是不连续的，在框型搅拌叶片具有行星运动轨迹的捏炼机中，该框型搅拌叶片每自转一次，时机为两次。
如果观察在上述框型搅拌叶片的纵边部的周边或罐内壁间流动的装料时的粉体或捏炼时的材料的流动，则如图5所示，首先，框型搅拌叶片1的纵边部3向图5的箭头8方向(圆周方向)移动时，罐内的材料的一部分被相对于纵边部3的移动方向位于前面侧的前方侧面9按压而沿着与该侧面邻接的前面侧的前方倾斜面5向外侧方向(半径方向)流动。流动到该倾斜面5的前端的材料进入与罐2的内壁的间隙10，在罐内壁与边缘面之间被压缩的同时伴随旋转而被施加剪应力，被搅拌、混合、捏炼、捏合等。关于通过了该搅拌叶片的前端与罐内壁的间隙10的材料，压缩被释放而沿着相对于移动方向后面侧的后方倾斜面6膨胀。
另一方面，碰到上述前方侧面9而未向上述罐的内壁方向(半径方向)流动的材料从纵边部3的前方侧面9向内方(后方)的内侧面11方向弯曲而沿圆周方向(切线方向)流动，此时发现在上述前方侧面9、内侧面11及后方侧面12产生材料的附着(粘着)物13的现象。尤其是，框型搅拌叶片1，由于如上述那样使纵边部3以由倾斜面5、6形成的边缘面(锐角部分)7朝向外侧方向的方式形成为截面大致三角形状或截面大致六边形状，因而内侧面11成为平坦的平面部分，该内侧面11的两端经由与上述前方侧面9和后方侧面12成直角的角部而接连设置。因此，伴随沿上述圆周方向(切线方向)流动的材料的流动而产生朝向平坦的平面方向的负压或滞留现象，其结果是，如图5所示的那样材料容易成为被向该内侧面11或后方侧面12的角部方向吸引而附着的倾向。
如此材料附着(粘着)于框型搅拌叶片时，需要中断捏炼作业而将附着物13刮去的作业，但该刮去作业是伴有危险性的作业。并且，若不进行这样的刮去作业，则不能均匀地进行处理，尤其是，在经过将材料硬揉后进行稀释的工序的处理方法的情况下，容易成为麻点或结块的主要原因，结块等可能在稀释途中混入而引起品质不良。而且，为了如上述那样在作业的途中进行刮去作业，不能使作业连续化。并且，由于作业中不能将罐密闭，因而在使用挥发性有机溶剂那样的情况下，溶剂可能扩散而产生环境污染的问题。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本实公昭45-27504公报(实用新型注册权利要求书、图4)；
专利文献2：日本特开2010-99553号公报。
发明内容
发明要解决的问题
本发明的解决课题为提供一种行星式混合机，如上述那样使框型搅拌叶片(框型叶片)在罐内进行行星运动而进行分散、搅拌、混合、捏炼、捏合等处理，在该行星式混合机中，避免材料附着、粘着于材料容易附着的框型搅拌叶片的框体的内侧面，不需要在作业途中的刮去，缩短捏炼、捏合等的处理时间，也不会产生麻点或结块。
用于解决问题的手段
为了解决上述问题点，在本发明中，具有如上述那样形成向罐内壁方向倾斜的倾斜面的截面形状的纵边部的框型搅拌叶片中，使框型搅拌叶片的框体的内侧面形成为材料平滑地流动的形状，使材料产生流动变化而能够防止材料向搅拌叶片的附着、粘着。
根据本发明，提供一种行星式混合机，能够解决上述课题：通过在罐内自转、公转的多个搅拌叶片对固体/液体类的处理材料进行分散、搅拌、捏炼等，其特征在于，上述搅拌叶片为由纵边部和横边部形成框体的框型搅拌叶片，使上述纵边部以从罐内壁远离的一侧的内方前端之间的间隔宽而罐内壁侧的外方前端之间的相对间隔窄的方式构成为下述截面形状，该截面形状具有朝向罐内壁倾斜的两个倾斜面、将该倾斜面的外方前端之间连结的边缘面、将上述倾斜面的内方前端之间连结的弧状的内侧面。
而且，上述框型搅拌叶片的纵边部的宽度与材料在罐内的圆周方向(切线方向)的流动关系较大，纵边部的宽度过窄时，材料的移动量变少，过宽时材料的圆周方向的移动量过多而引起材料与框型搅拌叶片一起旋转。其结果是，不能可靠地使搅拌捏炼作业作用于材料，不能缩短捏炼时间。
因此，根据本发明，提供一种行星式混合机，在上述行星式混合机中，使框型搅拌叶片的纵边部的从边缘面到内侧面的宽度d相对于框型搅拌叶片的直径D而形成为0.145～0.3的宽度，能够可靠地搅拌、捏炼材料。
并且，上述框型搅拌叶片的纵边部的边缘面为最接近罐内壁时在与罐内壁之间压缩材料且使剪应力作用的部分，该宽度窄至成为线状的程度时，几乎看不到材料在流动方向的压缩、膨胀作用，均匀的捏炼花费处理时间。另一方面，该宽度过宽时，与罐内壁的接近面积变大，剪应力也变大，但发热变大且需要大的负载动力，捏炼也不优选。
因此，根据本发明，提供上述行星式混合机，在上述行星式混合机中，使框型搅拌叶片的纵边部的边缘面的宽度b形成为上述倾斜面的内方前端之间的宽度W的4～15%，能够以短时间高效地进行搅拌、捏炼作业。
在上述行星式混合机中，框型搅拌叶片的纵边部的前方倾斜面的倾斜角度(材料陷入角度)θ1或后方倾斜面的倾斜角度(负压角度)θ2、两个倾斜面的外方前端之间的夹角(边缘角度)θ也重要，在边缘角度θ小于80°的情况下，材料的圆周方向的移动成为主体，在与罐内壁之间产生的剪应力变少。另一方面，在为100°以上的情况下，朝向与罐内壁之间的材料的陷入变少，捏炼时间花费较长。
因此，根据本发明，提供上述行星式混合机，在上述行星式混合机中，使上述倾斜面的外方前端之间的夹角θ为80～100°，使各倾斜面的外方前端相对于罐内壁倾斜的倾斜角度为40～50°，能够高效地将材料揉入，在材料的流动方向上有效地重复压缩、膨胀，以短时间进行处理。
此外，在上述行星式混合机中，框型搅拌叶片的纵边部的厚度(宽度)相对于搅拌叶片的直径过大时，在粘度高的材料或膨胀性的材料的情况下，搅拌、捏炼处理时发现搅拌叶片彼此的接触、搅拌叶片与罐内壁的接触。因此，根据本发明，提供上述行星式混合机，在上述行星式混合机中，使上述框型搅拌叶片的纵边部的倾斜面的内方前端之间的宽度(厚度)W相对于框型搅拌叶片的直径D而形成为0.2±0.05的宽度(厚度)，使搅拌叶片彼此不干涉。
发明效果
本发明如上述那样构成，在通过在罐内自转、公转的多个搅拌叶片对固体/液体类的处理材料进行分散、搅拌、捏炼等的行星式混合机中，上述搅拌叶片为由纵边部和横边部形成框体的框型搅拌叶片，使上述纵边部以从罐内壁远离的一侧的内方前端之间的间隔宽而罐内壁侧的外方前端之间的相对间隔窄的方式构成为下述截面形状，该截面形状具有朝向罐内壁倾斜的两个倾斜面、将该倾斜面的外方前端之间连结的边缘面、将上述倾斜面的内方前端之间连结的弧状的内侧面，因此使框型搅拌叶片在罐内公转、自转时，框型搅拌叶片的纵边部以边缘面向罐内壁接近的方式旋转，沿着前方倾斜面向罐内壁侧方向流动的材料被送入边缘面与罐内壁之间而被压缩的同时由伴随旋转的剪应力搅拌、捏炼等，然后，沿着后方倾斜面膨胀。另一方面，虽然从上述前方倾斜面的内方前端向框型搅拌叶片的框体的内方(后方)流动的材料朝向将倾斜面的内方前端之间连接的内侧面，但该内侧面形成为弧状，因此不产生停滞地流动，沿着该内侧面引起流动变形，能够不产生材料如以往那样附着、粘着于内侧面、前方倾斜面、后方倾斜面的现象。因此，无需如以往那样在作业途中将附着、粘着物从搅拌叶片刮去的作业，是安全的，也消除了附着物等落下而成为麻点或结块混入膏体那样的问题，能够以短时间制造无麻点或结块的特性的优异的膏体，能够实现大幅度的作业提高。并且无需在搅拌、捏炼等处理中进行刮去作业，因此能够在将罐密闭的状态下使作业连续化，即便是包含挥发性有机物的材料，也不会产生环境污染的问题，因此在稀释时也能够使流动性良好，能够在早期实现均一化。
并且，在本发明的上述行星式混合机中，使框型搅拌叶片的纵边部的从边缘面到内侧面的宽度d相对于框型搅拌叶片的直径D而形成为0.145～0.3的宽度、特别优选0.15～0.25的宽度时，材料不会与框型搅拌叶片一起旋转而能够可靠地向圆周方向(切线方向)流动，能够通过上述纵边部的前方倾斜面将材料准确地送入与罐内壁之间而高效地进行搅拌、捏炼等的作用。
而且，在上述行星式混合机中，使框型搅拌叶片的纵边部的边缘面的宽度b形成为上述倾斜面的内方前端之间的宽度W的4～15%、优选6～12%的宽度时，能够使材料在流动方向的边缘面与罐内壁之间的压缩、膨胀作用可靠地作用。由此，能够以短时间进行均匀的捏炼作业，材料的发热也少，也不需要较大的负载动力，能够经济地进行处理。并且，使框型搅拌叶片的上述倾斜面的外方前端之间的夹角(边缘角)为80～100°、优选85～90°，并使倾斜面相对于罐内壁的倾斜角度形成为40～50°时，能够使材料可靠地陷入罐内壁与边缘面之间而进行高粘度或半固体状的捏炼(硬揉)。而且，通过基于前方倾斜面及后方倾斜面的压缩、膨胀作用，从而能够以少量的液状成分对粉粒体进行表面涂层，捏炼、稀释变得良好，能够缩短作业时间。
而且，根据本发明，通过如上述那样使上述框型搅拌叶片的纵边部的倾斜面的内方前端之间的宽度W相对于框型搅拌叶片的直径D而形成为0.2±0.05的宽度，强度提高，没有搅拌叶片彼此的接触，也没有伴随接触的污染的产生，获得良好的结果。
附图说明
图1是表示本发明的一实施例、对一部分进行剖视的主视图。
图2是本发明的框型搅拌叶片的主视图和其纵边部的说明图。
图3是表示本发明的框型搅拌叶片的纵边部的作用的说明图。
图4是表示行星式混合机的构成的说明图。
图5是表示以往的框型搅拌叶片的纵边部的作用的截面图。
具体实施方式
本发明能够在化学、医药、电子、陶瓷、食品、饲料等其他各种制品的制造工序中使用，行星式混合机的主体15具有通过升降缸16而上下运动的搅拌头17，多支搅拌轴19经由在该搅拌头17上设置的驱动电机18等驱动单元而公转、自转，在该搅拌轴的下端安装的框型搅拌叶片(框型叶片)20在罐(容器、搅拌槽)21内整体地进行行星运动。该框型搅拌叶片20形成为具有纵边部22和横边部23的大致矩形的框型，可使用位于上边的横边部和位于下边的横边部朝向同一方向的图4所示的那种框型搅拌叶片、或上边和下边的方向为规定角度、例如相差45°、90°的框型扭曲搅拌叶片，在图1所示的实施例中示出了框型扭曲搅拌叶片。
如图2所示，上述框型搅拌叶片20在框体的上部具有与搅拌轴19连结的连接筒部24，上方的横边部23接连设置于该连接筒部24，纵边部22的上端接连设置于该横边部的外方端，该纵边部22扭曲的同时向下方延伸，在该纵边部22的下端接连设置有向方向与上述上方的横边部相差90°的方向延伸的下方的横边部23。
如图2所示，上述框型搅拌叶片20的纵边部22的截面形状具有相对的前方倾斜面25和后方倾斜面26，该倾斜面25、26以框体的内侧即从罐21的内壁远离的一侧的内方前端27之间的相对间隔宽而罐内壁侧的外方前端28之间的相对间隔窄的方式朝向罐内壁倾斜。该外方前端28之间由边缘面29连结，该边缘面29在框型搅拌叶片旋转时向罐21的内壁接近的同时通过。在上述内方前端27之间接连设置有内侧面30，但该内侧面30形成为弧状。作为该弧状面，在图2所示的实施例中，如图3所示，形成为以将内方前端27之间连结的线与通过上述边缘面29的中心的中心线的交点为中心的圆弧，但也能够形成为在上述中心线上中心存在于比上述交点更靠边缘面方向处的圆弧，或椭圆等其他适宜的平滑的曲面。
并且，上述框型搅拌叶片的纵边部22的从边缘面29到内侧面30的外侧缘的宽度d相对于框型搅拌叶片20的直径D而形成为约0.145～0.3的宽度、特别优选约0.15～0.25的宽度。上述边缘面29的宽度b形成为上述内方前端27之间的宽度(厚度)W的约4～15%的宽度(厚度)、优选约6～12%的宽度(厚度)。上述倾斜面25、26的夹角(边缘角度)θ形成为约80～100°、优选约85～90°，前方倾斜面25的倾斜角度(材料陷入角度)θ1及后方倾斜面26的倾斜角度(负压角度)θ2形成为约40～50°。而且，上述内方前端27之间的宽度(厚度)W相对于框形搅拌叶片20的直径D而形成为约0.2±0.05的宽度(厚度)。
行星式混合机如上述那样用于各种用途，通常，对于处理材料，在材料供给时进行所述“粉体混合”后，向粉粒体添加少量的液状成分而进行粉粒体的表面处理。该工序是粉体混合且使活性化的粉粒体不活性化并将凝集粉碎的工序。在接下来的工序中，进一步添加少量的液状成分，通过高粘度下的高剪切作用而硬揉，最后稀释，形成为膏体状而取出。剪切应力由材料粘度与剪切速度的积表示，已知高粘度下的硬揉可获得高剪切，因此优选如上述那样进行硬揉。
如上述那样材料由行星式混合机硬揉，但为了避免捏炼时膏体因发热而产生特性劣化，优选在旋转速度为约0.5～1.5ｍ/sec、温度为约60℃以下的条件下进行运转。这是因为1.5ｍ/sec以上时，发热变多，在材料特性上，难以将材料温度保持为60℃以下。
在株式会社井上制作所制罐容量15升的三轴行星式混合机中使用本发明的上述框型搅拌叶片来处理上述那样的从材料的粉体装料到稀释膏体为止的过程时，如图3所示，框型搅拌叶片20自转、公转时，边缘面29每向罐21的内壁接近而从搅拌叶片的前方倾斜面25向边缘面29方向流动的材料进入边缘面29与罐21的内壁之间的间隙31而被压缩、剪切，然后，在后方倾斜面26膨胀，从而高效地分散、混合、捏炼、捏合等。另一方面，从框型搅拌叶片的前方倾斜面25向框体的内侧流动的材料沿弧状的内侧面30不产生停滞地流动，该流动变形使得以往那样的材料向框体的内侧面等的附着、粘着消失，不需要基于人工的刮去作业。
标号说明
15　主体
20　框型搅拌叶片
21　罐
22　纵边部
23　横边部
25　前方倾斜面
26　后方倾斜面
27　内方前端
28　外方前端
29　边缘面
30　内侧面

Claims (6)

1. 一种行星式混合机，通过在罐内自转、公转的多个框型搅拌叶片而对固体/液体类的处理材料进行分散、搅拌、捏炼等，其特征在于，
上述框型搅拌叶片为由纵边部和横片部形成框体的框型搅拌叶片，使上述纵边部以从罐内壁远离的一侧的内方前端之间的间隔宽而罐内壁侧的外方前端之间的相对间隔窄的方式构成为下述截面形状，该截面形状具有朝向罐内壁倾斜的两个倾斜面、将该倾斜面的外方前端之间连结的边缘面、将上述倾斜面的内方前端之间连结的弧状的内侧面。
2. 根据权利要求1所述的行星式混合机，其中，
上述内侧面形成为在通过边缘面的中心的中心线状上具有中心的圆弧。
3. 根据权利要求1所述的行星式混合机，其中，
从上述边缘面到内侧面的宽度d相对于上述框型搅拌叶片的直径D而为0.145～0.3的宽度。
4. 根据权利要求1所述的行星式混合机，其中，
上述边缘面的宽度b为上述倾斜面的内方前端之间的宽度W的4～15%。
5. 根据权利要求1所述的行星式混合机，其中，
上述倾斜面的外方前端之间的夹角为80～100°，该倾斜面的外方前端相对于罐内壁倾斜的倾斜角度为40～50°。
6. 根据权利要求1所述的行星式混合机，其中，
上述倾斜面的内方前端之间的宽度W相对于框型搅拌叶片的直径D而为0.2±0.05的宽度。
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