JP2010264348A - スタティックミキサおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】円筒部材の内壁面と混合羽根部材の外側面とが隙間なく接合され且つ円筒部材の内表面および混合羽根の表面が滑らかなスタティックミキサおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】混合羽根部材１４および１５は、円筒部材１２の内壁面１８に対向する螺旋状且つ長手状の外側面２０と外側面２０の長手方向に沿って設けられた凹溝２２とを有し、凹溝２２内に金属粒子２５と共に充填されて溶融されたろう２４が内壁面１８と外側面２０の間の隙間ｓに浸み込み内壁面１８にろう付されているものであることから、隙間ｓを満たす必要以上の余剰ろうは凹溝２２内の金属粒子２５の間に溜め込まれるため、ろう剤( ろうペースト)の塗布量がばらついても、内壁面１８と外側面２０とが隙間なく接合され且つ流通させられる流動体が接触する円筒部材１２の内表面および混合羽根部材１４および１５の表面が滑らかなスタティックミキサ１０を得ることができる。
【選択図】図６

Description

本発明は、円筒部材の内部に複数の混合羽根部材を位置固定に備えて、その円筒部材の内部を流通させられる流動体を混合するスタティックミキサおよびその製造方法に関するものである。

円筒部材の内部に複数の混合羽根部材を位置固定に備えて、その円筒部材の内部を流通させられる流体、粉末などの流動体を混合するスタティックミキサ（静止型混合器）が知られている。たとえば、特許文献１に記載されたものがそれである。このスタティックミキサは、その使用の際には可動部を要さない。また、単に流体等を混合するだけでなく、均質化、ガス吸収、反応、希釈、混合、分散、加熱、熱交換などでも優れた効果が得られ、それらの工程がインラインで連続的に実施できるため、石油化学、繊維工業、食品工業、水処理業界、紙パルプ工業等の広い分野で利用されている。

前記円筒部材と前記混合羽根部材の固定には、その混合羽根部材の使用数が多くなるほど流路が複雑であり管の一端から他端まで見通すことができず、所要個所に接合用機材（固定用冶具）類が接近できないため溶接法が利用できず、通常は、ろう付（ろう付、ブレージング）法が使用されている。たとえば、特許文献２に記載されたものがそれであり、前記混合羽根部材の螺旋状且つ長手状の外側面全体と前記円筒部材の内壁面との接触部にペースト状金属ろうを塗布したのち、高温炉中で加熱溶融させ、混合羽根部材が円筒部材内にろう接着（ろう付）される。

この際、ろうの塗布には、理論必要量以上すなわち混合羽根部材の外側面と円筒部材の内壁面との間の隙間を満たすために必要な量以上のろうが使用される。ろう塗布量の不足は、スタティックミキサの強度不足、または前記円筒部材と前記混合羽根部材との未接合部にできる隙間によりたとえば混合されるはずの２種類以上の流体等がその隙間を通って通り抜けてしまうことから生じる混合不足などが生じたり、流体成分がその隙間内に残留したりするためである。

特開２００１−３５３４３１号公報 特開昭５０−１３２５６５号公報

ところが、過剰量のろうを使用すれば隙間のない接合が可能となる一方、塗布量の精度を厳密にしないと、接合個所周辺の前記円筒部材の内壁面や前記混合羽根部材の表面に余剰のろうが流れ出して固化してしまう。この溶融・固化したろうの表面は小さな凸凹を形成している粗面であるため、この部分で処理物である流体成分等が残留したりあるいは流動抵抗の増加や、乱流、偏流などの問題が発生する可能性があった。特に、スタティックミキサが食品等の衛生規格に準拠して製作される場合には処理物が直接接触する領域は通常バフ研磨加工による鏡面仕上げがなされているが、前記流れ出して固化したろうが粗面を形成するために、処理物がその粗面部分に残留し、それにより雑菌が繁殖する等の問題が考えられる。また、特に、化学薬品等を扱う場合には、前回の処理時の異物質がごくわずかに粗面部分に残留することによりそれが処理物の品質に大きく影響してしまうこともある。

本発明は以上の事情を背景としてなされたものであり、その目的とするところは、前記円筒部材の内壁面と前記混合羽根部材の外側面とが隙間なく接合され、且つ、内部の表面すなわち流通させられる流体が接触する前記円筒部材の内表面および前記混合羽根の表面が滑らかなスタティックミキサおよびその製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するための請求項１に係る発明は、(a) 円筒部材と板状部材の両端部が前記円筒部材の略軸心まわりに所定角度ずつ交互に逆まわりに捻られた形状を有する複数の混合羽根部材とを備え、相互に隣接する該板状部材の端縁の長手方向が相互に交差する状態で前記円筒部材の内部に位置固定に設けられたスタティックミキサであって、(b) 前記混合羽根部材は、前記円筒部材の内壁面に対向する螺旋状且つ長手状の外側面と該外側面の長手方向に沿って設けられた凹溝とを有し、(c) 該混合羽根部材は、該凹溝内に収容された金属粒子間に保持され且つ該金属粒子間から前記円筒部材の内壁面との間へ供給されたろうによって該円筒部材の内壁面にろう付されているものであることを特徴とする。

また、請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、前記金属粒子は、＃１００メッシュパスの粒度を有するものであることを特徴とする。

また、請求項３に係る発明は、請求項１または２に係る発明において、前記円筒部材および混合羽根と前記金属粒子はステンレス鋼製であり、前記ろうはニッケル基合金であることを特徴とする。

また、請求項４に係る発明は、請求項１に係る発明において、前記金属粒子は、前記混合羽根と前記円筒部材の内壁面との間の間隙よりも大きい径を有するものであることを特徴とする。

また、請求項５に係る発明は、請求項１乃至４のいずれか１に係る発明において、前記混合羽根部材の外側面の幅方向の側縁が面取りされていることを特徴とする。

また、請求項６に係る発明は、(a) 円筒部材と、板状部材の両端部が前記円筒部材の略軸心まわりに所定角度ずつ交互に逆まわりに捻られた形状を有する複数の混合羽根部材とを備え、相互に隣接する該板状部材の端縁の長手方向が相互に交差する状態で前記円筒部材の内部に位置固定に設けられたスタティックミキサの製造方法であって、(b) 螺旋状且つ長手状の外側面と該外側面の長手方向に沿って設けられた凹溝とを有する前記混合羽根部材の該凹溝内に、粉末状のろうと該ろうよりも融点が高い金属粒子とを含むろう剤を充填するろう充填工程と、(c) 前記粉末状のろうが前記金属粒子とともに前記凹溝内に充填された前記混合羽根部材が内部に配置された前記円筒部材を加熱することにより、該金属粒子間に保持され且つ該金属粒子間から前記円筒部材の内壁面との間へ供給されたろうによって該混合羽根部材を前記円筒部材の内壁面にろう付するろう付工程とを、含むことを特徴とする。

また、請求項７に係る発明は、請求項６に係る発明において、(d) 前記円筒部材および混合羽根と前記金属粒子はステンレス鋼製であり、(e) 前記ろう剤は、粉末状のニッケル基合金製のろうを１００重量部に対して、見掛比重２．０〜３．５、＃１００メッシュパスのステンレス鋼粉末を５〜２０重量部を含むものであることを特徴とする。

また、請求項８に係る発明は、請求項６または７に係る発明において、前記金属粒子は、前記混合羽根と前記円筒部材の内壁面との間の間隙よりも大きい径を有するものであることを特徴とする。

請求項１に係る発明のスタティックミキサによれば、前記混合羽根部材は、前記円筒部材の内壁面に対向する螺旋状且つ長手状の外側面とその外側面の長手方向に沿って設けられた凹溝とその凹溝内に収容されて溶融状態のろうを含浸によって蓄える金属粒子とを有し、その混合羽根部材は、その凹溝内に収容された金属粒子間に含浸により保持され且つその金属粒子間から前記円筒部材の内壁面との間へ供給されたろうによって該円筒部材の内壁面にろう付されていることから、前記円筒部材の内壁面と前記混合羽根部材の外側面の隙間を満たす必要以上の余剰ろうは前記凹溝内の金属粒子間に溜め込まれるため、ろう剤の塗布量がばらついても、前記円筒部材の内壁面と前記混合羽根部材の外側面とが隙間なく接合され、且つ、内部の表面すなわち流通させられる流体が接触する前記円筒部材の内表面および前記混合羽根部材の表面が滑らかなスタティックミキサを得ることができる。

また、請求項２に係る発明のスタティックミキサによれば、前記金属粒子は、＃１００メッシュパスの粒度を有するものであることから、前記円筒部材の内壁面( 内周面）と前記混合羽根部材の外側面の隙間から漏れ出ることが殆どできなくなる利点がある。

また、請求項３に係る発明のスタティックミキサによれば、前記円筒部材および混合羽根と前記金属粒子はステンレス鋼製であり、前記ろうはニッケル基合金であることから、円筒部材および混合羽根とが相互に好適に接合される。

また、請求項４に係る発明のスタティックミキサによれば、前記金属粒子は、前記混合羽根と前記円筒部材の内壁面との間の間隙よりも大きい径を有するものであることから、前記円筒部材の内壁面( 内周面）と前記混合羽根部材の外側面の隙間から出ることが殆どできなくなる利点がある。

また、請求項５に係る発明のスタティックミキサによれば、前記混合羽根部材の外側面の幅方向の側縁が面取りされていることから、前記円筒部材の内壁面と前記混合羽根部材の外側面の隙間を満たす必要以上の余剰ろうは、前記凹溝と上記面取りにより形成された面取り面の円筒部材の内壁面との間の空間とにそれぞれ溜め込まれるため、ろう剤の塗布量がばらついても、前記円筒部材の内壁面と前記混合羽根部材の外側面とが隙間なく接合され、且つ、内部の表面すなわち流通させられる流体が接触する前記円筒部材の内表面および前記混合羽根の表面が滑らかなスタティックミキサを得ることができる。

また、請求項６に係る発明のスタティックミキサの製造方法によれば、(b) 螺旋状且つ長手状の外側面と該外側面の長手方向に沿って設けられた凹溝とを有する前記混合羽根部材の該凹溝内に、粉末状のろうと該ろうよりも融点が高い金属粒子とを含むろう剤を充填するろう充填工程と、(c) 前記粉末状のろうが前記金属粒子とともに前記凹溝内に充填された前記混合羽根部材が内部に配置された前記円筒部材を加熱することにより、該金属粒子間に保持され且つ該金属粒子間から前記円筒部材の内壁面との間へ供給されたろうによって該混合羽根部材を前記円筒部材の内壁面にろう付するろう付工程とを、含むことから、前記円筒部材の内壁面と前記混合羽根部材の外側面の隙間を満たす必要以上の余剰ろうは前記凹溝内の金属粒子間に含浸されて溜め込まれるため、ろう剤の塗布量がばらついても、前記円筒部材の内壁面と前記混合羽根部材の外側面とが隙間なく接合され、且つ、内部の表面すなわち流通させられる流体が接触する前記円筒部材の内表面および前記混合羽根の表面が滑らかなスタティックミキサを得ることができる。

また、請求項７に係る発明のスタティックミキサの製造方法によれば、(d) 前記円筒部材および混合羽根と前記金属粒子はステンレス鋼製であり、(e) 前記ろう剤は、粉末状のニッケル基合金製のろうを１００重量部に対して、見掛比重２．０〜３．５、＃１００メッシュパスの粒度のステンレス鋼粉末を５〜２０重量部を含むものであることから、円筒部材および混合羽根とが相互に好適に接合されるとともに、前記円筒部材の内壁面( 内周面）と前記混合羽根部材の外側面の隙間から金属粒子が出ることができなくなる利点がある。

また、請求項８に係る発明は、前記金属粒子は、前記混合羽根と前記円筒部材の内壁面との間の間隙よりも大きい径を有するものであることから、前記円筒部材の内壁面( 内周面）と前記混合羽根部材の外側面の隙間から出ることができなくなる利点がある。

ここで、前記円筒部材や前記混合羽根部材に使用される材料は、特に限定されず、たとえば腐食性のある流体用であるか、衛生面重視の食品用であるか、高温あるいは低温の流体用であるか、または加熱あるいは冷却等の熱交換用であるか等の種々の目的や用途によって任意に選択可能であり、たとえば鉄、チタン、アルミニウム、銅およびそれらを含む合金、又はガラス、セラミックスなどが用いられる。なお、通常の使用用途では、金属製が好ましく、鉄鋼である炭素鋼やステンレス鋼等、あるいは非鉄金属である銅合金、アルミニウム合金等が広く用いられる。特に、衛生面重視の食品用や化学薬品である場合には、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ４１０、ＳＵＳ４４０などのステンレス鋼が好適に用いられる。

また、前記混合羽根部材の凹溝の形成時期は、その材料である前記板状部材が捻られる前であるか後であるかは特に限定されないが、機械加工がより容易であるという点から、好適には、該板状部材が捻られる前に形成される。その凹溝は、たとえばフライス盤によるエンドミル加工や形削り盤による切削加工、レーザ加工、サンドブラスト加工などの加工方法が適宜選択され形成される。

また、前記凹溝の深さは、使用するろうの形態にもよるが、たとえばろうが粒状ならばその最大粒径以上が好ましく、平均粒径が＃８０メッシュ程度なら通常０．２ｍｍ以上、好ましくは０．５〜１．０ｍｍ以上である。一方、ろうは比重が比較的高いこと、またろうの塗布された前記混合羽根部材が挿入された水平方向の前記円筒部材内では上記ろうが凹溝内において連続して存在することから、ろうが溶融後に前記円筒部材の内壁面との間で形成される表面張力が重力に負けて必要個所にろうが浸み込むことができなくなる場合があるため、１０ｍｍ以下が好ましい。

また、前記凹溝の幅は、ろうを効率よく内部に充填するには、０．３ｍｍ以上、好適には１．０ｍｍ以上であるが、前記混合羽根部材の厚みを超えることはない。

たとえば前記混合羽根部材の厚みｔが３．０ｍｍ程度ならば、その厚み方向中央部に幅１．０〜１．５ｍｍ程度すなわち１／３ｔ〜１／２ｔ程度、深さ１．０〜２．０ｍｍ程度であって、前記混合羽根部材の長手状の外側面に垂直な断面が半円や、三角形、矩形などの多角形となる凹溝が形成される。なお、好適には、前記凹溝の断面は、三角形あるいは多角形にて形成される。鋭角部を形成することにより強力な毛管現象が働き溶融したろうを多量に溜めておくことができるためである。

また、前記凹溝は、好適には、前記混合羽根部材の外側面の長手方向に連続してすなわち途切れ目なく形成されるが、所定長さたとえば１５ｍｍの複数の凹溝が所定間隔たとえば５ｍｍを隔てて前記外側面の長手方向に連なって形成されてもよい。また、前記凹溝の両端は、前記混合羽根部材の外側面の長手方向の端縁から２ｍｍ以上、好適には５ｍｍ以上内側に設けられる。

また、前記面取りによる前記外側面の幅方向の側縁の面取り面の形成時期は、その材料である前記板状部材が捻られる前であるか後であるかは特に限定されない。その面取り面は、たとえばフライス盤や研削盤やグラインダー等の工作機械や工作具が適宜選択され形成される。また、上記面取り面の形状は、前記外側面に垂直な断面において直線あるいはその断面内に曲率半径を有する円弧を含む形状に形成されるが、より好適には、上記円弧を含む形状に形成される。また、その面取り面の大きさは、使用するスタティックミキサの口径すなわち前記円筒部材の長手方向に垂直な方向での前記混合羽根部材の最大径により適宜設定される。上記面取り面の形状が直線から成る形状であれば、前記混合羽根部材の外側面に垂直な断面においてその外側面の幅方向寸法および垂直方向寸法が通常は０．１〜３．０ｍｍであり、好適には、０．３〜１．０ｍｍである。上記面取りの形状が円弧を含む形状であれば、上記曲率半径が通常は０．１〜３．０ｍｍであり、好適には、０．３〜１．０ｍｍである。上記数値がそれぞれ０．１ｍｍ未満および３．０ｍｍを超えると溶融したろうを溜める効果が乏しくなるため好ましくない。なお、上記面取り面は、必ずしも設けられなくてもよく、それでも一応の効果は得られる。

また、好適には、前記板状部材は、所定厚さの長方形または正方形の金属板が用いられる。上記所定厚さ（板厚）は、機械加工の作業性や、スタティックミキサの混合器としての性能、特に円筒断面積比率、エレメント強度、などにより最適値が適宜選択されるが、上記板状部材の厚み面には凹溝を形成する必要があるので、０．１ｍｍ以上、好適には１ｍｍ以上、一層好適には３ｍｍ以上に設定される。

また、前記混合羽根部材は、前記板状部材の両端部が前記円筒部材の略軸心まわりに所定角度ずつ交互に逆まわりに捻られて成るが、その所定角度は、前記捻られる軸である前記円筒部材の略軸心方向視にて、４５°以上、好適には略９０°、一層好適には略１８０°である。また、上記所定角度ずつ交互に逆まわりに捻られて成る前記混合羽根部材すなわち右捻り混合羽根部材および左捻り混合羽根部材は、それぞれ同じ角度ずつ逆まわりに捻られて成る。混合羽根部材の製造の詳細は、本発明と同一出願人に係る特許文献、特開平７−１７１３６６号に開示がなされている。

また、好適には、前記円筒部材は、前記混合羽根部材と同じ材質から成るが、これに限らず目的に合わせてそれと異なる材質の材料が用いられ得る。

また、前記円筒部材の内壁面と前記混合羽根部材の外側面との隙間ができるだけ狭くかつ所望の間隔（ギャップ）が維持されるために、前記円筒部材の内壁面および前記混合羽根部材の外側面は、径寸法の精度が高く且つ円筒部材の軸心方向において一様である、すなわち加工精度が高いことが好ましい。前記円筒部材の内壁面と前記混合羽根部材の外側面との隙間は、片側で０．０３ｍｍ〜２．０ｍｍ程度、好適には０．０５ｍｍ〜１．０ｍｍ、一層好適には０．０５ｍｍ〜０．１ｍｍである。上記隙間が０．０３ｍｍ未満の場合には、使用するろうによっては表面張力に基づく浸入力が不足して未含浸部分が残る、あるいは前記混合羽根部材を前記円筒部材に挿入する際に前記内壁面と前記外側面が干渉して挿入不可能となる等の可能性がある。一方、２．０ｍｍを超える場合には、流動性が高いろうが表面張力によって上記隙間内に保持されずにその隙間外に流出する等の接合不良が発生する可能性がある。

また、好適には、処理物である流体等と直接接触する部分である前記円筒部材の内壁面および混合羽根部材の表面は、バフ研磨加工等が為され滑らかにされる。

また、使用されるろうの種類には、限定がなく、前記円筒部材および前記混合羽根部材の材質が決まればほぼ一意的に定まる。たとえば、上記材質がＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６などのステンレス鋼の場合には、たとえば接合強度が高く耐食性に優れたＪＩＳ Ｚ３２６１−１９６４で規定される銀ろう（ＢＡｇ系）やＪＩＳ Ｚ３２６５−１９８６で規定されるニッケルろう（ＢＮｉ系）が好適に用いられる。ニッケル系ろうには、高強度で耐食性が高いが溶融時での流動特性のやや劣るＢＮｉ−１から流動性の優れた低融点のＢＮｉ−６まで規格があり、さらには、メーカー各社からその改良品種が市販され利用可能である。また、ろう付の接合箇所には、所定量のろうが一般に箔、棒、リング、シート、粉末などの形態で供給されるが、本発明の凹溝や外側面に塗布する手法では、好適には、加熱後に炭素などの固形物の残留のない有機高分子系結合剤と細粒状のろうと金属粒子と有機溶剤とを混合したペースト状のものである所謂ろうペースト（ろう剤）が用いられる。

また、環境に配慮し、ろうの加熱溶融処理すなわちろう付作業には、後工程の洗浄が不要な真空ろう付法が好適に利用される。

また、前記金属粒子は、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６等のオーステナイト系、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ４２０等のフェライト系、ＳＵＳ４１０等のマルテンサイト系のステンレス鋼が好適に用いられ、好ましくは前記円筒部材および前記混合羽根部材と同じ材質が用いられる。この金属粒子は、用いられるろうの溶融温度或いはろう付工程における作業温度において溶融せず合金化しない材質が選択され、好適にはろうの溶融温度よりも５０度以上高い融点と、冷却後に初期の形態を保持する安定性とを有し、ろうの溶融時の分離を抑制するためにろうとの間の比重差が２以内であるとよい。したがって、その条件を満たすものであれば、他の金属粒子、たとえばＣｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｏ粉またはそれらの合金から成る金属粒子であってもよい。

また、上記金属粒子は、粉体状のろうとおよび有機結合剤とともに混練されて所定の粘度のペースト状のろう剤が作成される。必要に応じて、粘度調整のために有機溶媒が用いられる。上記金属粒子は、その見掛比重すなわち嵩比重( ＪＩＳ Ｚ２５０４）が２．０〜３．５であるものが用いられる。この見掛比重が２．０未満では嵩が著しく大きく金属粒子間の空間が大き過ぎて溶融したろうを有効に保持できない。反対に見掛比重が３．５を越えると金属粒子間の空間が少なくなって溶融したろうを有効に保持できる量が少なくなるとともに、含まれる有機結合剤の分解時のガス放出が抑制される。さらに好ましくは上記金属粒子の見掛比重は２．４〜２．８の範囲であるとよい。ガスの放出が困難な場合には、ろう付のための加熱に際して粉体状のろうが飛散し、円筒部材の内壁面に凹凸が形成される。

また、上記金属粒子は、たとえばその粒径が２５０〜５μｍ、好適には１５０〜１０μｍであるものが用いられる。この粒径が２５０μｍを越えると所望の空間を取ることができず、ペースト状のろう剤の塗布性や流動性が低下し、作業性が得られ難くなる。５μｍ未満ではやはり空間がとれず、多量の添加が必要となる。好ましくは、粒度が＃１００メッシュ( ＪＩＳＺ８８０１−１９８２）パス、或いは１５０〜４５μｍであるものが用いられる。この金属粒子の形状は、球形粒子であってもよいが、好ましくは、不定形粒子たとえば針状、扁平状、たとえば水アトマイズ法または粉砕法により粒子化されたものが用いられる。

本発明の一実施例である一部を切り欠いたスタティックミキサの正面図である。 図１の右捻り混合羽根部材を示す正面図である。 図２の右捻り混合羽根部材の外側面に垂直方向の断面を示すIII-III 視断面図である。 図３のIV矢視部にあたる、右捻り混合羽根部材の外側面に垂直な方向の断面図である。 図１のスタティックミキサの長手方向に垂直な断面を示すV-V 視断面図である。 図５のVI矢視部にあたる、スタティックミキサの長手方向に垂直な断面図である。 図１のスタティックミキサの製造方法を説明する工程図である。 図７のスタティックミキサの製造工程のうち、混合羽根部材の製造工程を説明する図である。 混合羽根部材の凹溝内にろうペーストを充填した状態を示す断面図であって図６に対応する図である。 本発明の他の実施例のスタティックミキサを示す断面図であり、図４に対応する図である。 スタティックミキサの混合羽根部材のろう付において、９種類の割合のろうペーストを用いた場合のはみ出し量を評価する試験条件および評価結果を示す図表である。

以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の実施例において図は適宜簡略化或いは変形されており、各部の寸法比および形状等は必ずしも正確に描かれていない。

図１は、本発明の一実施例である一部を切り欠いたスタティックミキサ１０の正面図である。図１において、スタティックミキサ１０は、円筒部材１２と、その内部に隣接して配設された複数の右捻り混合羽根部材１４および左捻り混合羽根部材１５から成る混合羽根部材群１６とを備えている。円筒部材１２は、たとえばＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ４１０、ＳＵＳ４４０などのステンレス鋼から成る。大きさは用途に応じて適宜決定されるが、たとえば、長手方向の長さＬ１が４５０ｍｍ、軸心Ａ方向に直角な方向の外径Ｄ１が４５．０ｍｍ、内径ｄ１が３９．０ｍｍ、肉厚ｔ１が３ｍｍの円筒状を成すものである。上記内径ｄ１は、たとえば研磨加工等により加工精度が高くいわゆる幾何公差における円筒度が高い状態で得られている。よって、円筒部材１２は、軸心Ａ方向に略一様な形状であって、さらにはバフ研磨加工が為されたたとえば表面粗さＲａ０．４〜０．８程度の滑らかな内壁面１８を有する。

右捻り混合羽根部材１４および左捻り混合羽根部材１５は、たとえばＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ４１０、ＳＵＳ４４０等であるステンレス鋼の板状部材Ｐの両端部が円筒部材１２の軸心Ａ（と略一致する軸心Ｂ）まわりに略１８０°捻られた形状を有するものである。右捻り混合羽根部材１４は、図２に示されている上記捻られる方向が右回りのものであり、左捻り混合羽根部材１５は、上記捻られる方向が左回りのものである。大きさは用途に応じて円筒部材１２とともに適宜決定されるが、たとえば、上述の円筒部材１２の大きさに対して、軸心Ａ方向の長さＬ２が５５ｍｍ程度、軸心Ａの直角方向の最大径すなわち外径Ｄ２が３８．８ｍｍ程度、肉厚ｔ２が４ｍｍ程度である。上記外径Ｄ２は、たとえば研磨加工等により加工精度が高い状態で得られており、右捻り混合羽根部材１４および左捻り混合羽根部材１５と円筒部材１２の内壁面１８との隙間ｓは、片側で略０．１ｍｍである。

また、右捻り混合羽根部材１４および左捻り混合羽根部材１５は、円筒部材１２の内壁面１８に対向し軸心Ａ方向に略平行な円柱面の一部から成る螺旋状且つ長手状の外側面２０と、その外側面２０の長手方向に沿って設けられた凹溝２２とを有する。図３は、図２のIII −III 視断面図であり、図４は、図３のIV矢視部にあたる図である。ここで右捻り混合羽根部材１４と左捻り混合羽根部材１５とは、捻り方向は異なるが断面の形状は同様であるため、図３および図４は、右捻り混合羽根部材１４および左捻り混合羽根部材１５をそれぞれ示している。凹溝２２は、その両端が外側面２０の長手方向の端縁からたとえば７ｍｍ内側に位置し、図３および図４に示すように、外側面２０の幅方向中央部に外側面２０に垂直な断面において溝幅ｂが１．５ｍｍ程度、溝深さｈが１．５ｍｍ程度の正方形から成る形状が外側面２０の長手方向に連続させられて形成されている。また、外側面２０の幅方向の側縁には、その外側面２０に垂直な断面内に有する曲率半径ｒが０．５ｍｍの断面形状から成る曲面となるように面取された面取り面２３が形成されている。また、右捻り混合羽根部材１４および左捻り混合羽根部材１５は、外側面２０を除く面であってバフ研磨加工が為されたたとえば表面粗さＲａ０．４〜０．８程度の滑らかな表面を有する。

混合羽根部材群１６は、複数の右捻り混合羽根部材１４および左捻り混合羽根部材１５が軸心Ａ方向に互いの前記捻られる軸心である軸心Ｂが相互に略一致するように交互に、且つ、相互に隣接する右捻り混合羽根部材１４および左捻り混合羽根部材１５の端縁がその長手方向が相互に略９０°で交差する状態で溶接、嵌合等により相対回転不能にされたものである。

図５は図１のV −V 視断面図であり、図６は図５のVI矢視部にあたる図である。混合羽根部材群１６は、図５や図６に示すように、凹溝２２内に収容されて溶融されたろう２４がその表面張力に基づいて外側面２０と円筒部材１２の内壁面１８との間の隙間ｓ内に浸み込むことによりその円筒部材１２の内壁面１８にろう付されている。ろう２４は、接合強度が高く耐熱および耐食性に優れたＪＩＳ Ｚ３２６５−１９８６で規定されるニッケルろう（ＢＮｉ−２）である。加熱後に炭素などの固形物の残留のない有機高分子系結合剤たとえばアクリル樹脂と、たとえば＃１００メッシュ程度の細粒状のニッケルろう２４と、たとえば１５０〜５μｍの平均粒径、好適には＃１００メッシュ或いは１５０〜４５μｍ程度の平均粒径の細粒状の金属粒子２５と、有機溶剤たとえばトルエンとが混練され且つ所定の粘度に調整されたペースト状のろうペースト( ろう剤）が上記凹溝２２内に塗布或いは充填された後で複数の右捻り混合羽根部材１４および左捻り混合羽根部材１５が円筒部材１２内に装入され、加熱されることにより、有機成分が分解或いは気化し、ろう２４が溶融して固化して金属粒子２５間に保持されるとともに、一部が表面張力或いは毛管現象によって上記右捻り混合羽根部材１４および左捻り混合羽根部材１５の外側面２０の隙間ｓに引き込まれることにより、その隙間ｓ内がろう２４によって必要かつ十分に満たされたものである。上記金属粒子２５は、それらの間に溶融したろう２４を含浸させて蓄えることにより、溶融したろう２４を隙間ｓ内を満たす量は供給するが、余剰のろう２４を吸引することで、隙間ｓ内へ必要且つ十分に供給する機能を備えている。

以上のように構成された本実施例のスタティックミキサ１０によれば、右捻り混合羽根部材１４および左捻り混合羽根部材１５（混合羽根部材）は、円筒部材１２の内壁面１８に対向する螺旋状且つ長手状の外側面２０と、その外側面２０の長手方向に沿って設けられた凹溝２２と、その凹溝２２内に収容されて溶融したろう２４を含浸により蓄える金属粒子２５とを有し、その凹溝２２内の金属粒子２５に含浸により蓄えられた溶融状態のろう２４が毛管現象により円筒部材１２の内壁面１８との間の隙間内にその表面張力に基づいて浸み込むことによりその内壁面１８にろう付されているものである。このため、円筒部材１２の内壁面１８と右捻り混合羽根部材１４および左捻り混合羽根部材１５の外側面２０の隙間ｓを満たす必要以上の余剰ろうは凹溝２２の金属粒子２５に溜め込まれるため、円筒部材１２の内壁面１８と右捻り混合羽根部材１４および左捻り混合羽根部材１５の外側面２０とが隙間なく接合され、且つ、内部の表面すなわち流通させられる流体が接触する円筒部材１２の内表面および右捻り混合羽根部材１４および左捻り混合羽根部材１５の表面が滑らかなスタティックミキサ１０を得ることができる。

また、本実施例のスタティックミキサ１０によれば、金属粒子２５は、＃１００メッシュパスの粒度を有するものであることから、円筒部材１２の内壁面( 内周面）１８と混合羽根部材１４の外側面との間の隙間ｓから出ることができなくなる利点がある。

また、本実施例のスタティックミキサ１０によれば、円筒部材１２および混合羽根部材１４、１５と金属粒子２５とはステンレス鋼製であり、前記ろうはニッケル基合金であることから、円筒部材１２および混合羽根部材１４、１５とが相互に好適に接合される。

また、本実施例のスタティックミキサ１０によれば、金属粒子２５は、混合羽根部材１４、１５と円筒部材１２の内壁面１８との間の間隙ｓよりも大きい径を有するものであることから、その円筒部材１２の内壁面( 内周面）１８と混合羽根部材１４、１５の外側面の隙間ｓから出ることができない利点がある。

また、本実施例のスタティックミキサ１０によれば、右捻り混合羽根部材１４および左捻り混合羽根部材１５の外側面２０の幅方向の側縁が面取りされた面取り面２３を有することから、円筒部材１２の内壁面１８と右捻り混合羽根部材１４および左捻り混合羽根部材１５の外側面２０の隙間ｓを満たす必要以上の余剰ろうは、凹溝２２と面取りにより形成された面取り面２３の円筒部材１２の内壁面１８との間の空間とに溶融時の表面張力に基づいてそれぞれ溜め込まれる。このため、ろう剤( ろうペースト）の塗布量がばらついても、円筒部材１２の内壁面１８と右捻り混合羽根部材１４および左捻り混合羽根部材１５の外側面２０とが隙間なく接合され、且つ、内部の表面すなわち流通させられる流体が接触する円筒部材１２の内表面および右捻り混合羽根部材１４および左捻り混合羽根部材１５の表面が滑らかなスタティックミキサ１０を得ることができる。

図７は、上記スタティックミキサ１０の製造方法を説明するための工程図である。以下、この図７の工程図を参照して製造方法を説明する。

まず、図７の混合羽根製造工程Ｐ１においては、たとえば図８（ａ）に示すような、＃４００研磨剤によりバフ研磨加工が施されたたとえば表面粗さＲａ０．４〜０．８程度の滑らかな表面を有するたとえば長さＬ３が９０ｍｍ、幅が４０ｍｍ、厚みｔ２が４ｍｍのＳＵＳ３０４ステンレス鋼である板状部材Ｐに、たとえば図８（ｂ）に示すような、その長手方向に平行な一対の厚み面２６の幅方向および長手方向中央部にフライス盤で径１．５ｍｍの超硬エンドミルでたとえば幅１．５ｍｍ、深さ１．５ｍｍ、長さ６０ｍｍの凹溝２２を形成する。続いて、たとえば図８（ｃ）に示すように、図示しない捻り加工機を用いて凹溝２２が形成された板状部材Ｐの長手方向両端を把持して、その片端を板状部材Ｐの略重心を通る軸心Ｂの右まわりに略１８０°捻り、図示しない切断機で軸心Ｂ方向の長さを５５ｍｍに切断してたとえば図８（ｄ）に示されるような、右捻り混合羽根素材３０を製作する。また、右捻り混合羽根素材３０に対して上記捻り方向が左まわりであとの構成は同様の左捻り混合羽根素材３２も製作する。

続いて、たとえば図８（ｅ）に示すように、複数（本実施例では４つ）の右捻り混合羽根素材３０および複数（本実施例では４つ）の左捻り混合羽根素材３２をそれぞれの軸心Ｂが一直線上になるように交互に、且つ、相互に隣接する右捻り混合羽根素材３０および左捻り混合羽根素材３２の端面３４がその長手方向が相互に略９０°で交差する状態になるように溶接等により接合した混合羽根群素材３６を製作する。続いて、たとえば図８（ｆ）に示すように、上記混合羽根群素材３６を砥石３８、３９が装着されたセンタレスグラインダ４０で外径Ｄ２を３８．８ｍｍに研削し、螺旋状且つ長手状の外側面２０と、その外側面２０の長手方向に沿って設けられた凹溝２２とを有する複数の右捻り混合羽根部材１４および左捻り混合羽根部材１５が交互に連なった混合羽根部材群１６を製作する。続いて、外側面２０の幅方向の側縁に、その外側面２０に垂直な断面内に有する曲率半径ｒが１ｍｍの曲面から成る面取り面２３を形成しバフ研磨加工を施す。

次いで、図７の円筒部材製造工程Ｐ２においては、たとえば、長手方向の長さＬ１が４５０ｍｍ、軸心Ａ方向に直角な方向の外径Ｄ１が４５．０ｍｍ、内径ｄ１が３９．０ｍｍ、肉厚ｔ１が３．０ｍｍの円筒状のＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ４１０、ＳＵＳ４４０等のステンレス鋼（鋼管）であって、＃４００研磨剤によりバフ研磨加工が施されたたとえば表面粗さＲａ０．４〜０．８程度の滑らかな内壁面１８を有する円筒部材１２を製作する。

次いで、ろう調整工程Ｐ３においては、＃１００メッシュパスの粉末状のニッケル基合金製のろう( グレード：ＢＮｉ―２、商品名：ニクロブレーズ、＃ＬＭ、ウォールコルモノイ社製)が１００重量部と、見掛比重２．０〜３．５、平均粒径１５０〜５μｍのたとえばＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ４１０、ＳＵＳ４４０等のステンレス鋼粉末が５〜２０重量部と、たとえば固形物換算で３ｗｔ％のアクリル系樹脂( 有機結合剤）と、有機溶媒と、を混練してペースト状にしたものを、その有機溶媒の割合を調節してろう充填作業に適した所定の粘度に調整する。

次いで、ろう充填工程Ｐ４においては、混合羽根部材群１６を有機溶剤たとえばトルエン等で洗浄し乾燥した後、凹溝２２内に上記調整されたろうペーストをディスペンサ等を用いて塗布或いは充填する。なお、上記塗布する量は、理論必要量以上すなわち円筒部材１２とそれぞれの右捻り混合羽根部材１４および左捻り混合羽根部材１５の外側面２０との隙間ｓを満たすために必要な量以上のろう２４を含むペースト量を使用する。

次いで、ろう乾燥工程Ｐ５においては、上記凹溝２２に塗布されたろうペーストを乾燥炉等で乾燥し、凹溝２２より外方にある過剰なろうペーストをナイフ等で除去する。図９はこの状態を示している。なお、この時に凹溝２２内に残っているろう２４の量は、上記理論必要量以上である必要があり、好適には、凹溝２２の寸法の設計は、凹溝２２の容積が上記理論必要量の容積よりもやや大きくなるように設定されるので、凹溝２２内に面一となるようにろうペーストを充填すればよい。

次いで、ろう付工程Ｐ６においては、有機溶剤たとえばトルエン等で洗浄し乾燥され、上記ろうペーストが塗布された混合羽根部材群１６（混合羽根部材）が内部に配置された円筒部材１２を、たとえば０．００１Ｐａ、１０５０℃に設定された真空炉中で３０分間加熱してろう付を施すことによってスタティックミキサ１０が得られる。図６はこの状態を示している。溶融状態のろう２４は金属粒子２５の間に貯留され、表面張力或いは毛管現象によって金属粒子２５の間から引き出されたろう２４が右捻り混合羽根部材１４および左捻り混合羽根部材１５の外側面２０との隙間ｓを必要かつ十分に満たしている。

上述のような、螺旋状且つ長手状の外側面２０と、その外側面２０の長手方向に沿って設けられた凹溝２２とを有する右捻り混合羽根部材１４および左捻り混合羽根部材１５を製造する混合羽根製造工程Ｐ１と、凹溝２２内にろう２４を含んだろうペーストを充填するろう充填工程Ｐ４と、凹溝２２内に塗布されたろうペーストを乾燥するろう乾燥工程Ｐ５と、ろうペースト（ろう２４）が充填された右捻り混合羽根部材１４および左捻り混合羽根部材１５が内部に配置された円筒部材１２を加熱してろう付を施すろう付工程Ｐ６とを、含む本実施例のスタティックミキサ１０の製造方法によれば、円筒部材１２の内壁面１８と右捻り混合羽根部材１４および左捻り混合羽根部材１５の外側面２０の隙間ｓを満たす必要以上の余剰ろうは凹溝２２内の金属粒子２５間に溜め込まれるため、円筒部材１２の内壁面１８と右捻り混合羽根部材１４および左捻り混合羽根部材１５の外側面２０とが隙間なく接合され、且つ、内部の表面すなわち流通させられる流体が接触する円筒部材１２の内表面および右捻り混合羽根部材１４および左捻り混合羽根部材１５の表面が滑らかなスタティックミキサ１０を得ることができる。

次に、本発明の他の実施例について説明する。なお、以下の説明において、前述の実施例と重複する部分については、同一の符号を付してその説明を省略する。

図１０は、本発明の他の実施例の混合羽根部材４４、４６の構成例を説明するための前記図４に対応する図である。本実施例の右捻り混合羽根部材４４および左捻り混合羽根部材４６は、外側面２０の長手方向に沿って設けられた凹溝４８を有する。その凹溝４８は、図１０に示すように、外側面２０の幅方向中央部に外側面２０に垂直な断面において溝幅ｂが１．５ｍｍ、溝深さｈが略１．８ｍｍの三角形から成る形状が外側面２０の長手方向に連続させられて形成されている。また、外側面２０の幅方向の側縁がその外側面２０に垂直な断面において直線から成るよう面取されて成る面取り面５０を有する。上記面取り面５０は、外側面２０の幅方向の寸法ａ１が略０．５ｍｍであり、外側面２０の垂直方向の寸法ａ２が略０．５ｍｍである。

以上のように構成された本実施例の混合羽根部材４４、４６によれば、右捻り混合羽根部材４４および左捻り混合羽根部材４６（混合羽根部材）の外側面２０の幅方向の側縁が面取りされた面取り面５０を有することから、円筒部材１２の内壁面１８と右捻り混合羽根部材４４および左捻り混合羽根部材４６（混合羽根部材）の外側面２０の隙間ｓを満たす必要以上の余剰ろうは、凹溝４８内の金属粒子２５間と面取りにより形成された面取り面５０の円筒部材１２の内壁面１８との間の空間とに溶融時の表面張力に基づいてそれぞれ溜め込まれる。このため、ろう剤( ろうペースト）の塗布量がばらついても、円筒部材１２の内壁面１８と右捻り混合羽根部材４４および左捻り混合羽根部材４６の外側面２０とが隙間なく接合され、且つ、内部の表面すなわち流通させられる流体が接触する円筒部材１２の内表面および右捻り混合羽根部材４４および左捻り混合羽根部材４６の表面が滑らかなスタティックミキサ１０を得ることができる。また、特に、本実施例の凹溝４８は、鋭角部を有する三角形の断面を有するため溶融したろう２４の表面張力に基づくより強力な毛管現象が働き溶融したろう２４を多量に溜めておくことができるという利点がある。

以下において、前述の実施例のろうペースト中の金属粒子２５の作用を評価した評価試験を説明する。先ず、図１１に示すテストピースNo.1〜No.9を用意した。これらのテストピースNo.1〜No.9は、前述の円筒部材１２と同様の外径４５ｍｍφ×内径３９ｍｍφ×厚み３ｍｍｔのステンレス鋼管の内壁面と前述の右捻り混合羽根部材１４或いは左捻り混合羽根部材１５と同様の外径３８．８ｍｍφ×厚み４ｍｍｔのステンレス混合羽根部材( エレメント) とを、図１１に示す９種類の混合割合( 重量部) のろうペーストでろう付したときのろうの広がりを外観検査にて評価する試験を行った。上記混合羽根部材のろうペーストが塗布された凹溝の深さは１．５ｍｍである。上記混合羽根部材の凹溝内に充填されたろうは粒度＃１００メッシュのＪＩＳ規格のＢＮｉ−２（ＬＭ）であり、金属粒子ＤＡＰ３０４Ｌは＃１００メッシュパスの相対的に荒いステンレス鋼粒子であり、金属粒子ＤＡＰ３０４ＭＩＮＩは、３０μｍ以下の粒径範囲である相対的に細かなステンレス鋼粒子であり、バインダーはエポキシ樹脂である。次いで、上記の各テストピースNo.1〜No.9を、０．００１Ｐａ、１０５０℃に設定された真空炉中で３０分間加熱した。本試験では、上記ステンレス鋼管内にろう付された混合羽根部材( エレメント) の凹溝内からのろうの加熱後における広がり具合を評価した。

図１１の外観評価に示されるように、テストピースNo.1に示すように、金属粒子ＤＡＰ３０４Ｌおよび金属粒子ＤＡＰ３０４ＭＩＮＩのいずれも含まれていない場合には、評価結果はろうの流出が見られたことを示す※１という評価であった。５重量部および２０重量部の金属粒子ＤＡＰ３０４Ｌが含まれるテストピースNo.2およびテストピースNo.3と、５重量部および２０重量部の金属粒子ＤＡＰ３０４ＭＩＮＩが含まれるテストピースNo.6およびテストピースNo.7とは、ろうの流出がなく、且つステンレス鋼管の内壁面と混合羽根部材( エレメント) との間の隙間が十分に満たされた良好な状態であるという評価であった。３０重量部および４０重量部の金属粒子ＤＡＰ３０４Ｌが含まれるテストピースNo.4およびテストピースNo.5と、３０重量部および４０重量部の金属粒子ＤＡＰ３０４ＭＩＮＩが含まれるテストピースNo.8およびテストピースNo.9とは、ステンレス鋼管の内壁面と混合羽根部材( エレメント) との間の隙間がろうによって十分に満たされていないということを示す※２という評価であった。すなわち、金属粒子ＤＡＰ３０４Ｌおよび金属粒子ＤＡＰ３０４ＭＩＮＩのいずれにおいても、粉末状のニッケル基合金製のろうを１００重量部に対して、見掛比重２．０〜３．５、＃１００メッシュパスのステンレス鋼粉末を５〜２０重量部を含むろう剤を用いると、良好な結果が得られる。

以上、本発明の一実施例を図面を参照して詳細に説明したが、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、別の態様でも実施でき、その趣旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づいて種々変更、改良を加えた態様で実施することができる。

１０：スタティックミキサ
１２：円筒部材
１４、４４：右捻り混合羽根部材（混合羽根部材）
１５、４６：左捻り混合羽根部材（混合羽根部材）
１６：混合羽根部材群
１８：内壁面
２０：外側面
２２、４８：凹溝
２３、５０：面取り面
２４：ろう
２５：金属粒子
Ｐ４：ろう充填工程
Ｐ６：ろう付工程

Claims (8)

1. 円筒部材と、板状部材の両端部が前記円筒部材の略軸心まわりに所定角度ずつ交互に逆まわりに捻られた形状を有する複数の混合羽根部材とを備え、相互に隣接する該板状部材の端縁の長手方向が相互に交差する状態で前記円筒部材の内部に位置固定に設けられたスタティックミキサであって、
   前記混合羽根部材は、前記円筒部材の内壁面に対向する螺旋状且つ長手状の外側面と該外側面の長手方向に沿って設けられた凹溝とを有し、
   該混合羽根部材は、該凹溝内に収容された金属粒子間に保持され且つ該金属粒子間から前記円筒部材の内壁面との間へ供給されたろうによって該円筒部材の内壁面にろう付されているものであることを特徴とするスタティックミキサ。
2. 前記金属粒子は、＃１００メッシュパスの粒度を有するものである請求項１のスタティックミキサ。
3. 前記円筒部材および混合羽根と前記金属粒子はステンレス鋼製であり、前記ろうはニッケル基合金である請求項１または２のスタティックミキサ。
4. 前記金属粒子は、前記混合羽根と前記円筒部材の内壁面との間の間隙よりも大きい径を有するものである請求項１のスタティックミキサ。
5. 前記混合羽根部材の外側面の幅方向の側縁が面取りされていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１のスタティックミキサ。
6. 円筒部材と、板状部材の両端部が前記円筒部材の略軸心まわりに所定角度ずつ交互に逆まわりに捻られた形状を有する複数の混合羽根部材とを備え、相互に隣接する該板状部材の端縁の長手方向が相互に交差する状態で前記円筒部材の内部に位置固定に設けられたスタティックミキサの製造方法であって、
   螺旋状且つ長手状の外側面と該外側面の長手方向に沿って設けられた凹溝とを有する前記混合羽根部材の該凹溝内に、粉末状のろうと該ろうよりも融点が高い金属粒子とを含むろう剤を充填するろう充填工程と、
   前記粉末状のろうが前記金属粒子とともに前記凹溝内に充填された前記混合羽根部材が内部に配置された前記円筒部材を加熱することにより、該金属粒子間に保持され且つ該金属粒子間から前記円筒部材の内壁面との間へ供給されたろうによって該混合羽根部材を前記円筒部材の内壁面にろう付するろう付工程と
   を、含むことを特徴とするスタティックミキサの製造方法。
7. 前記円筒部材および混合羽根と前記金属粒子はステンレス鋼製であり、
   前記ろう剤は、粉末状のニッケル基合金製のろうを１００重量部に対して、見掛比重２．０〜３．５、＃１００メッシュパスのステンレス鋼粉末を５〜２０重量部を含むものである請求項６のスタティックミキサの製造方法。
8. 前記金属粒子は、前記混合羽根と前記円筒部材の内壁面との間の間隙よりも大きい径を有するものである請求項６または７のスタティックミキサの製造方法。

Images