JP2011206678A - 混合装置、グラデーション混合物及び混合物製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】混合物において全体的にも局所的にも混合精度を向上させること。
【解決手段】 第１被混合物と第２被混合物とを混合するための混合装置であって、第１分割流路と第２分割流路と少なくとも２つの混合流路と集約流路を備える。第１分割流路は、第１被混合物を投入する第１投入口と、第１投入口から投入された第１被混合物が分割されて排出される少なくとも２つの第１排出口とを備える。第２分割流路は、第２被混合物を投入する第２投入口と、第２投入口から投入された第２被混合物が分割されて排出される少なくとも２つの第２排出口と、を備える。混合流路は、第１排出口の１つ及び第２排出口の１つに連結され、第１排出口から排出された第１被混合物と第２排出口から排出された第２被混合物とを混合させて部分混合物を生成する。集約流路は、少なくとも２つの混合流路から排出された部分混合物同士を集約して混合物を生成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、粉粒体や液体等を混合する技術に関する。

現在、粉粒体や液体等の流体を混合する技術として様々なものが知られている。例えば、粉粒体を混合する場合に一般的に用いられる混合機としては、Ｖ型ベッセルやボールミルと呼ばれるものがある。或いは、液体を混合する場合には、容器内に貯留した液体内でプロペラを回転させるミキサーが知られている。

しかしながら、この種の混合機は、大量の流体を大まかに混ぜるのには適しているものの、局所的な混合比率の偏りを回避することができない。

一方、例えば、特許文献１には、生産ロット、取り扱いロットごとの特性のばらつきを無くすため、一旦、各ロットを数等分したのち、それらの一つずつを寄せ集めて少量ずつ混合していく多ロット部分混合方式について記載がある。そして、特許文献１の図１には、各ロットを数等分するための分割縮分器１、２、２'について開示がある。

このように、流路を繰り返し２分割する流路分割機構については、特許文献２にも開示がある。特許文献２では、複数種類の流体を小さな流れに分けてから混合させる構成となっている。

特開昭59-160521号公報（２頁右上欄２〜４行目、図１） 米国公開公報 US2003/0039169A1

しかしながら、上述した第１特許文献では、粉体の混合自体は従来型の混合機で行なっており、排出された１ロットの粉体が、混合機内で均一に混ざっていることは何ら保証されていない。そもそも、特許文献１の表１乃至表７でその効果について説明しているように、特許文献１は、異なるタイミングで各ロットを投入して積層させたのちに混合機に投入することによって、設備の小規模化、ロット間のバラツキの低下を図るものであるため、１ロット内で粉体を均一に混合しようとするものではない。

また、特許文献２でも、混合自体は、１箇所の大きな混合室（cylindrical mixing chamber 5）で行なっているため、やはり従来と同様に局所的な混合精度を担保できるものではなかった。

本発明は、上記従来技術の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、全体的にも局所的にも混合精度を向上させる技術を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係る装置は、
第１被混合物と第２被混合物とを混合するための混合装置であって、
前記第１被混合物を投入する第１投入口と、該第１投入口から投入された前記第１被混合物が分割されて排出される少なくとも２つの第１排出口と、を備えた第１分割流路と、
前記第２被混合物を投入する第２投入口と、該第２投入口から投入された前記第２被混合物が分割されて排出される少なくとも２つの第２排出口と、を備えた第２分割流路と、
前記第１排出口の１つ及び前記第２排出口の１つに連結され、前記第１排出口から排出された前記第１被混合物と前記第２排出口から排出された前記第２被混合物とを混合させて部分混合物を生成する少なくとも２つの混合流路と、
前記少なくとも２つの混合流路から排出された前記部分混合物同士を集約して混合物を生成する集約流路と、
を備えることを特徴とする。

上記目的を達成するため、本発明に係るグラデーション混合物は、上述の混合装置に対して投入される前記第１被混合物と前記第２被混合物の割合を徐々に変化させることにより生成されたことを特徴とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る方法は、第１被混合物と第２被混合物とを混合するための混合物製造方法であって、
投入した前記第１被混合物を第１分割流路によって分割して排出する第１分割工程と、
投入した前記第２被混合物を第２分割流路によって分割して排出する第２分割工程と、
前記第１分割流路で分割された前記第１被混合物と前記第２分割流路で分割された前記第２被混合物とを少なくとも２つの混合流路内で混合させつつ流動させて部分混合物を生成する混合工程と、
前記少なくとも２つの混合流路から排出された前記部分混合物同士を集約流路内で集約させつつ流動させて混合物を生成する集約工程と、
を含むことを特徴とする。

本発明によれば、混合物において全体的にも局所的にも混合精度を向上させることができる。

本発明の第１実施形態としての混合装置の全体構成を示す図である。 本発明の第１実施形態としての混合装置に含まれる分割ブロックの構成を示す図である。 本発明の第１実施形態としての混合装置に含まれる分割ブロックの構成を示す図である。 本発明の第１実施形態としての混合装置に含まれる分割ブロックの他の構成を示す図である。 本発明の第１実施形態としての混合装置に含まれる分割流路全体の構成を示す図である。 本発明の第１実施形態としての混合装置に含まれる混合集約ブロックの構成を示す図である。 本発明の第１実施形態としての混合装置に含まれる集約ブロックの構成を示す図である。 本発明の第２実施形態としての混合装置の全体構成を示す図である。 本発明の第３実施形態としての混合装置の全体構成を示す図である。 本発明の第４実施形態としての混合装置の全体構成を示す概略図である。 本発明の第４実施形態としての混合装置に含まれる混合流路の構成を示す図である。 本発明の第４実施形態としての混合装置に含まれる混合流路の他の構成を示す図である。 本発明の第４実施形態としての混合装置に含まれる混合流路の様々な構成を示す図である。 本発明の第４実施形態としての混合装置に含まれる集約流路の構成を示す図である。 本発明の第４実施形態としての混合装置の全体構成を示す断面図である。 本発明の第５実施形態としての混合装置の全体構成を示す概略図である。 本発明の第６実施形態としての混合装置の全体構成を示す概略図である。 本発明の第７実施形態としての混合装置の全体構成を示す概略図である。 本発明の第８実施形態としての混合装置の全体構成を示す概略図である。 本発明の第９実施形態としての混合装置の全体構成を示す概略図である。 本発明の第９実施形態としての混合装置に含まれる凝集流路の例を示す概略図である。 本発明の第１乃至第９実施形態としての混合装置の変形例を説明する図である。 本発明の第１乃至第９実施形態としての混合装置の変形例を説明する図である。 本発明の第１乃至第９実施形態としての混合装置の変形例を説明する図である。 本発明の第１乃至第９実施形態としての混合装置の変形例を説明する図である。 本発明の第１乃至第９実施形態としての混合装置を用いたグラデーション混合物の製造方法を説明する図である。 本発明の第１乃至第９実施形態としての混合装置を用いたグラデーション混合物の製造方法を説明する図である。 本発明の第１乃至第９実施形態としての混合装置を用いたグラデーション混合物の製造方法を説明する図である。

以下に、図面を参照して、本発明の実施の形態について例示的に詳しく説明する。ただし、以下の実施の形態に記載されている構成要素はあくまで例示であり、本発明の技術範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

（概要）
以下に説明する本発明の実施形態は、第１被混合物と第２被混合物とを混合するための混合装置に係るものである。この混合装置は、少なくとも、第１、第２分割流路、少なくとも２つの混合流路、及び集約流路を有する。これらのうち、第１分割流路は、第１被混合物を投入する第１投入口と、第１投入口から投入された第１被混合物が分割されて排出される少なくとも２つの第１排出口と、を備える。また、第２分割流路は、第２被混合物を投入する第２投入口と、第２投入口から投入された第２被混合物が分割されて排出される少なくとも２つの第２排出口と、を備える。更に、混合流路は、第１排出口の１つ及び第２排出口の１つに連結され、第１排出口から排出された第１被混合物と第２排出口から排出された第２被混合物とを混合させ混合物を生成する。一方、集約流路は、少なくとも２つの混合流路から排出された混合物同士を集める。つまり、本実施形態に係る混合装置は、分割流路、混合流路、集約流路の３段階の流路で構成され、流路分割によって被混合物を少量化し、少量化された２種の被混合物同士を混合流路内で混合し、更に複数の混合流路を合流させて混合物を生成する。

このように、分割流路を用いて被混合物を少量化し、少量化された被混合物同士を混合して混合物を生成し、生成した混合物を集約することにより、局所的な少量の混合物における混合比を担保しつつ、大量の混合物を得ることができる。つまり、全体的に見ても第１被混合物と第２被混合物とのモザイク模様になっており、かつ、どの一部を拡大してみても、第１被混合物と第２被混合物とのモザイク模様になっているような混合精度の高い混合物を得ることができる。

（第１実施形態）
［全体構成］
図１は、本発明の第１実施形態としての混合装置１の概略構成を示す図である。この混合装置１は、立体的に被混合物を混合させるためのブロック柱であり、分割ブロック１０１、分割ブロック１０２、混合集約ブロック２０１、集約ブロック２０２を含む。

それぞれのブロック内における、被混合物の概略的な流れについては、図１の立体混合ブロック柱１の右側に示されている。つまり、分割ブロック１０１内に投入された被混合物Ａ又は被混合物Ｂは、分割流路によって、２分割が２回繰り返され、４分割される。一方、分割ブロック１０２内でも、被混合物Ａ及び被混合物Ｂは、分割流路によって、２分割が２回繰り返され、４分割される。すなわち、分割ブロック１０１と分割ブロック１０２とからなる分割流路によって、被混合物Ａ及び被混合物Ｂは、それぞれ１６分割される。したがって、分割ブロック１０２の排出口は合計３２個設けられている。

分割ブロック１０１、１０２によって分割された被混合物は、次に、混合集約ブロック２０１に投入される。混合集約ブロック２０１では、まず、分割ブロック１０２の１の排出口から排出された被混合物Ａと分割ブロック１０２の他の排出口から排出された被混合物Ｂとを混合し、混合物を生成する。これらの被混合物は少量化されているため、被混合物Ａと第２被混合物Ｂとを流れの中で少量ずつ混合することができ局所的な混合比を担保できる。また、混合集約ブロック２０１では、流路の合流を行なうことにより、少量の混合物同士を流れの中で集約し、１つの流路内の混合物の流量を増やしていく。具体的には、図１の混合集約ブロック２０１では、３２個の投入口から投入された被混合物Ａ、Ｂを１６の混合流路内で混合し、その１６の混合流路を４つの流路に集約して、４つの排出口から、混合物Ａ＋Ｂを排出する。混合集約ブロック２０１から排出された混合物は、次に集約ブロック２０２に投入されて、４つの流路が１つの流路に集約される。最終的には、１つの排出口から混合物Ａ＋Ｂが排出される。

［分割ブロック１０１］
分割ブロック１０１の詳細構成について、図２を用いて説明する。図２に示すように、分割ブロック１０１は、被混合物Ａを分割するためのブロック１０１ａと、被混合物Ｂを分割するためのブロック１０１ｂと、ブロック１０１ａとブロック１０１ｂに狭持される境界板１０１ｃとの３つの部分を含む。ブロック１０１ａには、投入口１０１ａａと、分割流路１０１ａｂと、排出口１０１ａｃとを含む溝が形成されている。同様に、ブロック１０１ｂには、投入口１０１ｂａと、分割流路１０１ｂｂと、排出口１０１ｂｃとを含む溝が形成されている。溝は逆Ｙ字形状であり、１つの上流流路が２つの下流流路に接続される。これにより、流れてきた被混合物は、分岐にぶつかって、繰り返し２分割される。

分割流路１０１ｂｂは、２段階の２分割によって被混合物を４分割する形状となっているが、本発明はこれに限定されるものではなく、３段階以上の２分割で、２のｎ乗分割してもよい。例えば、５段階の分岐構造にすれば、３２分割を可能とする。また、ここで、境界板１０１ｃは、一定の厚さを有する板であるが、図２において、上側の板厚が厚く、下側が薄くなるような逆向きの台形形状であっても良い。その場合、投入口１０１ａａと、投入口１０１ｂａとを、境界板１０１ｃの厚みに対応する距離だけ離間させることができる。また、その場合、分割流路１０１ａｂと分割流路ｂｂは、垂直方向に対して傾きを有することになる。

ブロック１０１ａとブロック１０１ｂは、全く同じ形状であることが生産効率の面で望ましい。なお、これらの３つの部分は、必要に応じて流路の洗浄を行なうことができるように、例えばねじ止めなどの分解可能な方法で互いに固定される。

［分割ブロック１０２］
分割ブロック１０２の詳細構成について、図３を用いて説明する。図３に示すように、分割ブロック１０２は、被混合物Ａを分割するためのブロック１０２ｂ、１０２ｄ、１０２ｆ、１０２ｈと、被混合物Ｂを分割するためのブロック１０２ａ、１０２ｃ、１０２ｅ、１０２ｇと蓋１０２ｉとを含む。

図３の構成では、ブロック１０２ａ〜１０２ｈはそれぞれ同じ形状であり、投入口１０２ａａ〜１０２ｈａと、分割流路１０２ａｂ〜１０２ｈｂと、排出口１０２ａｃ〜１０２ｈｃとを含む溝が形成されている。投入口１０２ｂａ、１０２ｄａ、１０２ｆａ、１０２ｈａは、それぞれ、図２で示した４つの排出口１０１ａｃの何れか１つに接続され、投入口１０２ａａ、１０２ｃａ、１０２ｄａ、１０２ｇａは、それぞれ、図２で示した４つの排出口１０１ｂｃの何れか１つに接続されている。

なお、図１に示したように、分割ブロック１０１の排出口は、それぞれ境界板１０１ｃを挟んで両側にずれている。したがって、図３のブロック１０２ａ〜１０２ｈの投入口１０２ａａ〜１０２ｈａは、それぞれ幅が大きめに形成されており、分割ブロック１０１の排出口の位置ずれを吸収するように構成されている。一方、分割ブロック１０２の投入口１０２ａａ〜１０２ｈａを図４に示すように、分割ブロック１０１の排出口の位置に合わせて前後にずらしても良い。

［分割流路全体］
分割流路全体の構成を、図５に示す。図５のように、２つの投入口のそれぞれから投入された被混合物Ａ、Ｂは、２つの分割ブロック１０１、１０２を経てそれぞれ１６分割され、分割ブロック１０２の底面に設けられた３２個の排出口から排出される。被混合物Ａを排出するための４個１列の排出口と、被混合物Ｂを排出するための４個１列の排出口とが交互に、４列ずつ計８列設けられている。ここでは、流路長は、どの流路についても同一であり、かつ、流路抵抗は均一である。

なお、分割流路の各ブロックでは、それぞれ２分割×２回で４分割される構成としたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、各分割ブロックで、５段階分割、つまり、２の５乗＝３２分割する構成とすれば、分割流路において、３２×３２＝１０２４分割を実現できる。分割流路では流動性が高いほうがよく、塊にならないように高温乾燥環境を実現することが望ましい。ただし、被混合物Ａ、Ｂに対する分割数は同数であり、続く混合流路の投入口の数も、その分割数と同数である。

分割ブロック１０１内の分割流路及び分割ブロック１０２内の分割流路は、互いに所定の角度（ここでは直角）をなしている。このように、分割流路全体を、互いに所定の角度を為す少なくとも２つの平面状分割流路の組合せで構成することにより、流れの方向に垂直をなす面方向において小さなスペースで被混合物の少量分割を実現することができる。

［混合・集約ブロック２０１］
混合・集約ブロック２０１の詳細構成を図６に示す。混合・集約ブロック２０１は、分割された少量ずつの被混合物Ａと被混合物Ｂとを混合して、混合された混合物Ａ＋Ｂを徐々に集約する。図６のように、本実施形態での混合・集約ブロック２０１は、流路となる溝が形成された４つのブロック２０１ａ〜２０１ｄと、蓋２０１ｅとを含む。溝は、Ｙ字形状であり、２つの上流流路が１つの下流流路に流れ込む構成となっている。

ブロック２０１ａ〜２０１ｄのそれぞれは、投入口２０１ａａ〜２０１ｄａと、混合流路２０１ａｂ〜２０１ｄｂと、排出口２０１ａｃ〜２０１ｄｃを含む。各投入口２０１ａａ〜２０１ｄａは、分割流路における被混合物Ａの排出口の１つ及び被混合物Ｂの排出口の１つに連結されている。そして、混合流路では、分割ブロック１０２の排出口１０２ｂｃ、１０２ｄｃ、１０２ｆｃ、１０２ｈｃの何れか１つから排出された被混合物Ａと排出口１０２ａｃ、１０２ｃｃ、１０２ｄｃ、１０２ｇｃの何れか１つから排出された被混合物Ｂとを混合させて部分混合物を生成する。集約流路は、混合流路から排出された部分混合物同士を集約して混合物を生成する。１つのブロック２０１ａを例にとると、投入口２０１ａａから投入された被混合物Ａと被混合物Ｂとは、混合流路２０１ａｂで少量ずつ混合されて４つの流路にまとめられる。混合された混合物Ａ＋Ｂは下流の集約流路にて集約されて１つの排出口２０１ａｃから排出される。他のブロック２０１ｂ〜２０１ｄでも全く同じことが行なわれる。

［集約ブロック２０２］
集約ブロック２０２の詳細構成を図７に示す。図のように、集約ブロック２０２は、２つのブロック２０２ａ、２０２ｂを含む。ブロック２０２ｂにはその表面に集約流路としての溝が形成されている。溝は、Ｙ字形状であり、２つの上流流路が１つの下流流路に流れ込む構成となっている。これにより、４つの投入口から投入された混合物Ａ＋Ｂが１つに集約されて排出口から排出される。

混合・集約ブロック２０１内の集約流路及び集約ブロック２０２内の集約流路は、互いに直角をなしている。そのため、水平方向のサイズが小さくても、集約数を増やすことができる。小さなスペースで被混合物の混合を行なうことができる。

［混合ブロック２０３］
集約ブロック２０２の下流側には、混合物Ａ＋Ｂを収容する収容容器が設けられても良いし、或いは、点線で示すような混合物処理部２０３が設けられていても良い。混合物処理部２０３が行なう処理は、如何なる処理でも良い。例えば、排出された混合物に対して加熱処理、冷却処理、圧縮処理などを施すことが考えられる。

［本実施形態の効果］
以上のように、本実施形態に係る混合装置は、分割流路を用いて被混合物を少量化し、少量化された被混合物同士を混合して混合物を生成し、生成した混合物を集約する。これにより、少量の混合物における局所的な混合比を担保しつつ、全体としても混合精度の高い混合物を得ることができる。また、本混合装置によれば、量の異なる被混合物同士、形の異なる被混合物同士、大きさの異なる被混合物同士、或いは重さの異なる被混合物同士を高い混合精度で混合することができる。特に、立体的に被混合物を混合させるブロック柱によって混合を実現したので、省スペース化を図ることができる。

（第２実施形態）
図８は本発明の第２実施形態としての混合装置２を示す図である。第１実施形態の混合装置１と比較すると、混合・集約流路が、混合ブロック３０１及び集約ブロック３０２に分離されている点で、図１と異なる。その他の構成及び動作については、上記実施形態と同様であるため、ここでは同じ構成については同じ符号を付して、説明を省略する。

本実施形態では、混合流路３０１を集約流路３０２と切り離して、異なるブロックにすることにより、混合流路に対して特に有効な環境・条件と、集約流路に対して特に有効な環境・条件とを、それぞれ別々に制御できる。また、本実施形態では、集約ブロック３０２と集約ブロック２０２とに形成される流路としての溝の平面デザインを、共通化することができる。更に、集約流路とは切り離して混合流路のみを異なるデザインにすることができ、被混合物の性質や環境に合わせた混合装置を実現することができる。

（第３実施形態）
図９は本発明の第３実施形態としての混合装置３を示す図である。第２実施形態の混合装置２と比較すると、まず、被混合物が、Ａ，Ｂ，Ｃの３種類存在する点で異なる。３種類の被混合物から１つの混合物を生成するため、分割ブロック４０１は、３つのブロックと境界板とを含む。分割ブロック４０１により、被混合物Ａ，Ｂ，Ｃはそれぞれ４分割され、その後分割ブロック４０２において、それぞれ更に４分割される。これにより、被混合物Ａ、Ｂ、Ｃは、投入量に対して１６分割される。分割ブロック４０２は、蓋以外に、１２枚の溝付き板を含む。それぞれの板は、４分割流路としての溝が形成されている。

混合ブロック５０１では、被混合物Ａ，Ｂ，Ｃを少量ずつ混合する。混合ブロック５０１は蓋以外に１６枚の溝付き板を含むが、それぞれの溝付き板は、分割ブロック４０２の排出口の位置の並びに沿った面を有する必要があるため、その形状はまちまちである。

混合流路での混合によって生成された混合物Ａ＋Ｂ＋Ｃは、集約ブロック６０１、６０２によって最終的に１つの流れに集約され混合装置３から排出される。

本実施形態では、３種類の被混合物をそれぞれ分割して、その後、混合しているので、流路３０１を集約流路３０２と切り離して、異なるブロックにすることにより、混合流路に対して特に有効な環境・条件と、集約流路に対して特に有効な環境・条件とを、それぞれ別々に制御できる。また、本実施形態では、集約ブロック３０２と集約ブロック２０２とに形成される流路としての溝の平面デザインを、共通化することができる。更に、集約流路とは切り離して混合流路のみを異なるデザインにすることができ、被混合物の性質や環境に合わせた混合装置を実現することができる。

（第４実施形態）
図１０は、本発明の第４実施形態としての混合装置４を示す図である。この混合装置４は、図１に示した第１実施形態を単純化したものであり、被混合物Ａ用の分割流路としての分割ボード１００１と、被混合物Ｂ用の分割流路としての分割ボード１００２と、混合流路としての混合ボード１００３と、集約流路としての集約ボード１００４とを含む。

分割ボード１００１、１００２には、第１実施形態の分割ブロック１０１において説明したものと同様の分割流路が施されている。分割ボード１００１、１００２による分割数は同数であり、混合ボードの投入口の数も、その分割数と同数である。

分割ボード１００１、１００２は、それぞれ角度を変化させることが可能である。例えば比重の小さい被混合物に対しては、図中縦方向に分割ボード１００１、１００２を立てて、比重の大きい被混合物に対しては、図中横方向に分割ボード１００１、１００２を寝かせることが望ましい。これは、比重の小さい被混合物は、空気抵抗を受けて分割流路内で分散しやすいのに対して、比重の大きい被混合物は、分割流路内で遍在しやすいからである。分割ボード１００１、１００２を寝かせれば、被混合物が自重によって分割流路の壁面に接触したりぶつかったりする回数又は確率があがるため、比重の大きい被混合物が、分割流路内で偏って流れることを防止できる。一方、比重の小さな被混合物の場合、分割ボード１００１、１００２を寝かせると、流速が極端に小さくなる恐れがあるため、分割ボード１００１、１００２を立てることが好適である。つまり、分割ボード１００１と分割ボード１００２とは、左右対称配置でなくともよい。

分割流路１００１、１００２の各排出口に対して流量計（例えば本発明者が提案した特開２００４−１３８５７４号公報に開示の衝撃式流量計など）を配して、それぞれの排出量が望ましい量になるようにリアルタイムで角度調整を行なう角度調整機構を設けてもよい。なお、図１０では示されていないが、それぞれの分割ボード１００１、１００２には、蓋が設けられていても良い。

集約ボード１００４に設けられた流路形状は、図１４に示すように分割ボード１００１、１００２とほぼ同じ形状であって、向きを逆にしたものである。図１０、図１４では、分割ボード１００１、１００２が３段階に２分割して計８分割し、集約ボード１００４は、８流路を３段階に集約している。分割流路及び集約流路は、１つの板に対して切削によって形成した溝と蓋によって構成されてもよいし、１つの板に対して複数の仕切板を取り付けることによって流路を形成する構成でも良い。更には、パイプのような流路管をつなぎ合わせて形成された流路でも良い。

混合ボード１００３の詳細構成について、図１１に示す。混合ボード１００３は、分割流路における分割数に応じた仕切板１００３ａ〜ｇを備えた管状部材である。被混合物Ａ、Ｂが１つの開口部に飛び込む構成でも良いし、別体の仕切板１１０１を挿入することによって、混合ボード内で確実に被混合物Ａ、Ｂが混ざる構成にしてもよい。仕切板１１０１は、隣り合う分割流路から排出された被混合物が混合流路に投入される前に混ざることを防止する機能も有する。図１２に、図１１とは異なる流路形状を有する混合ボード１２０１を示す。この混合ボード１２０１は、図１１に示したものに比べて排出口が小さく形成されている。そのため、被混合物同士がぶつかり合う確率が高く、混合効果が高くなる。この混合ボード１２０１に対して、図１１に示す仕切り板１１０１を組み合わせても良い。

被混合物同士の混合効果を促進させる様々な機構について、図１３に示す。図１３（ａ）は、混合流路内で、被混合物Ａ、Ｂが、角度を付けてぶつかるように構成したものである。基本的に、混合を促進するには被混合物同士の流路同士（粉体であれば飛翔経路）が交差した方がよい。図１３（ｂ）、（ｃ）は、混合物Ａ、Ｂがぶつかる板や凸部を壁面から突出させて乱流を起こし、混合を促進させるものである。図１３（ｄ）は、混合流路全体を流路方向又は流路に垂直な方向に振動させて、流路内の被混合物が流路内で動き、結果として良く混ざるように構成したものである。

図１３（ｅ）は、混合流路内にエアーを送り込むことにより、乱流を起こし、混合を促進させるものである。ここで送り込む気体は、空気に限らず、被混合物の比重や性質に合わせて、窒素ガスやヘリウムガスなどを用いても良い。例えば、被混合物の比重が軽い場合には、やはり比重の軽いヘリウムガスを流入させて、流速を確保することが望ましい。或いは、空気と反応する粉体、例えば酸化しやすい金属などの場合にはアルゴンなどの不活性ガスを用いてもよい。

図１３（ｆ）〜（ｈ）は、磁界又は電界を生成して、粉体などの被混合物に力を加えるものである。例えば、図１３（ｆ）では、混合流路を挟む位置に配置された２つの電磁石に対し、交互に通電することにより、磁性体をなす被混合物を図中左右方向に動かすことができ、混合を促進させることができる。また同様に、図１３（ｇ）のように混合流路を挟む位置に配置された２つの電極に対して、交互に通電することにより、微細な被混合物を図中左右方向に電気泳動させることができ、混合を促進させることができる。さらには、図１３（ｈ）に示すように、電極又は電磁石を流路に沿って複数配置し、位相を変えて順次通電させることにより、流路中の被混合物を加速又は減速させることもでき、それによって、混合を促進させることができる。

図１５は、第４実施形態としての混合装置４の流路周りの構成を示す断面図である。図１５に示すように、混合装置４は、分割ボード１００１、１００２、混合ボード１００３、集約ボード１００４を支持する複数のブロックが配置されていても良い。その場合、図に示すように、分割ボード１００１、１００２の傾きを変えるためのブロック１５０１、１５０２、分割ボード１００１、１００２の蓋として機能するブロック１５０３が考えられる。また、混合ボード１００３、集約ボード１００４を左右から支持するブロック１５０４、混合ボード１００３、集約ボード１００４の長さに合わせて調整するためのブロック１５０５、１５０６を設けても良い。

［本実施形態の効果］
以上のように、本実施形態に係る混合装置によれば、分割流路を用いて被混合物を少量化し、少量化された被混合物同士を混合して混合物を生成し、生成した混合物を集約する。これにより、少量の混合物における局所的な混合比を担保しつつ、全体としても混合精度の高い混合物を得ることができる。また、本混合装置によれば、量の異なる被混合物同士、形の異なる被混合物同士、大きさの異なる被混合物同士、或いは重さの異なる被混合物同士を高い混合精度で混合することができる。特に、本実施形態では各流路を平面的に構成したので、より単純な構成で混合精度の高い混合装置を提供することができる。

（第５実施形態）
図１６を用いて、本発明の第５実施形態に係る混合装置５について説明する。本実施形態は、図１０に示した混合装置４を複数組み合わせて、３つ以上（ここでは４つ）の被混合物を混合させるものである。各混合装置の構成は同じであるため、同じ構成には同じ符号を付して説明を省略する。

図１６に示すように、混合装置５は、混合装置４１、４２、４３を組み合わせたものである。混合装置４１で生成された被混合物Ａ、Ｂの混合物Ａ＋Ｂと混合装置４２で生成された被混合物Ｃ、Ｄの混合物Ｃ＋Ｄとを、更に混合装置４３に投入して、混合物Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄを得る。

本実施形態によれば、４種類の被混合物を自由に精度良く混合させることができるという効果がある。

（第６実施形態）
図１７を用いて、本発明の第６実施形態に係る混合装置６について説明する。本実施形態は、図１０に示した混合装置４を複数組み合わせて、３つ以上（ここでは６つ）の被混合物を混合させるものである。各混合装置の構成は同じであるため、同じ構成には同じ符号を付して説明を省略する。

図１７に示すように、混合装置６は、混合装置４４〜４８を組み合わせたものである。混合装置４４で生成された被混合物Ａ、Ｂの混合物Ａ＋Ｂと混合装置４５で生成された被混合物Ｃ、Ｄの混合物Ｃ＋Ｄとを、更に混合装置４６に投入して、混合物Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄを得る。さらに、その混合物Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄと、混合装置４７で生成された被混合物Ｅ、Ｆの混合物Ｅ＋Ｆとを混合装置４８に投入して、混合物Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ＋Ｅ＋Ｆを得る。

本実施形態によれば、６種類の被混合物を精度良く混合させることができる。本実施形態を発展させれば、混合装置４を複数組み合わせることにより、２種類以上の如何なる数の被混合物であろうとも、精度良く混合することができる。

（第７実施形態）
図１８を用いて、本発明の第７実施形態に係る混合装置７について説明する。本実施形態は、図１０及び図１５に示した混合装置４に対して、被混合物Ｃ、Ｄ用の分割流路１８０１、１８０２を追加して、被混合物Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを混合させるものである。混合装置の他の構成は同じであるため、同じ構成には同じ符号を付して説明を省略する。

図１８に示すように、混合装置７では、混合流路１００３の１つの投入口に対して、４つの分割流路の排出口から同時に被混合物が流れ込む構成である。

本実施形態によれば、第５、第６実施形態に比べて、簡単かつ省スペースな構成で４種類の被混合物を精度良く混合させることができる。

（第８実施形態）
図１９を用いて、本発明の第８実施形態に係る混合装置８について説明する。本実施形態に係る混合装置８は、図１０及び図１５に示した混合装置４の、分割流路、混合流路、集約流路のそれぞれに、分割促進装置１９０１、混合促進装置１９０２、集約促進装置１９０３を設けたものである。混合装置の他の構成は上述の実施形態と同様であるため、同じ構成には同じ符号を付して説明を省略する。

例えば、分割促進装置１９０１としては、被混合物が粉体の場合、それらが塊にならないように、乾燥及び・又は除電する装置が考えられる。また、例えば混合促進装置１９０２としては、図１３を用いて説明したように、振動を加える装置、気体を送り込む装置、磁界や電界を生成する装置などが考えられる。更に、集約促進装置１９０３としては、混合物同士を、偏析が起こることなく集めるように、水やエタノール等の液体の蒸気を噴霧する装置、接着剤を噴霧する装置、溶融によって混合物同士の集約を促進する直接加熱装置、誘導加熱装置、凝固によって混合物同士の集約を促進する冷却装置が考えられる。その他にも、集約促進装置１９０３としては、帯電によって混合物同士の集約を促進する帯電装置などが考えられる。

ここでは、分割促進装置１９０１、混合促進装置１９０２、集約促進装置１９０３を、第４実施形態としての混合装置４と組み合わせたが、第１乃至第３実施形態として記載した混合装置１〜３と組み合わせても良いし、他の実施形態と組み合わせても良い。

本実施形態によれば、分割、混合、集約の各処理をより高精度、効果的に行なうことができ、最終的な混合の精度を一層向上させることができる。

（第９実施形態）
図２０を用いて、本発明の第９実施形態に係る混合装置９について説明する。本実施形態に係る混合装置９は、図１０及び図１５に示した混合装置４の混合流路としての混合ボード１００３と集約流路としての集約ボード１００４との間に、混合物の凝集を目的とする凝集流路としての凝集ボード２００１を設けたものである。混合装置の他の構成は上述の実施形態と同様であるため、同じ構成には同じ符号を付して説明を省略する。

凝集ボード２００１は、図１１〜１３で説明したような混合ボード１００３の各排出口から排出された、混合されたばかりの混合物に対して凝集処理を加え混合物の塊を生成するものである。具体的な凝集ボード２００１内の凝集流路の様々な構成例を図２１に示す。

図２１（ａ）の凝集流路では、混合物同士を、偏析が起こらないように凝集すべく、水やエタノール等の液体或いは接着剤を噴霧する。図２１（ｂ）の凝集流路では、静電気力やファンデルワールス力による凝集を助けるため、減圧して粒間の気体を減らす。これは特に被混合物が粒の小さな粉体であって、比重も小さい場合に有効である。図２１（ｃ）は帯電によって混合物同士を凝集させる電極及び帯電装置を用いる。図２１（ｄ）、（ｅ）は、溶融によって混合物同士の集約を促進すべく、加熱装置を用いて直接加熱又は誘導加熱を行なう。図２１（ｆ）の凝集流路では、凝固によって混合物同士の集約を促進すべく、冷却装置を用いる。

本実施形態によれば、混合後、集約の前に、凝集流路において集中的に凝集を行なうことにより、集約中の偏析を防止し、最終的な混合の精度を一層向上させることができる。なお、ここでの凝集処理として、いわゆる固結処理を利用しても良い。

（その他の実施形態）
上述の第１乃至第９実施形態に示した混合装置に対して、以下のような変形例を考えることができる。

［被混合物］
上記第１乃至第９実施形態では、混合対象となる物体を単に「被混合物」と称したが、実際には、被混合物には粉体、液体及び気体が含まれる。このうち、粉体としては、工業品、食品、医化学品が含まれる。工業品としての粉体には、カーボン、砂、セメント、硝子ビーズ、セラミックス、研磨剤、合成樹脂等の粉が含まれる。また、食品としての粉体には、小麦粉、コーヒー、乳製品、ビール酵母、香辛料、塩、砂糖、デンプン、その他調味料が含まれる。更に、医化学品としての粉体には、顆粒、化粧品、粉薬、飼料、洗剤、粉体塗料、ＤＮＡ、タンパク質などが含まれる。また液体や気体としても同様に、工業品、食品、医化学品が考えられる。例えば、上記の粉体が溶融した液体が含まれる。

［流路］
上記第１乃至第９実施形態では、分割流路、混合流路、集約流路の生成方法や形状について詳しくは言及していないが、流路は、ＮＣエンドミルで切削することによって成形した溝であっても、射出成形で製造した溝であってもよい。或いは板状部材に流路壁を接着することによって流路を形成しても良いし、パイプをつなげることで流路を形成してもよい。また、流路断面の形状としては、図２２（ａ）に示すような角を有する溝の他に、図２２（ｂ）のような角にアールを有する溝であってもよいし、更に、図２２（ｃ）のように底面が円弧状の溝であっても良い。図２２（ｂ）、（ｃ）のようにアールを有する溝であれば、流路の洗浄を容易に行なうことができるという効果がある。

分割流路、混合流路、集約流路において、投入口からの距離によらず、流路の総断面積を一定にすることは好適である。これにより、単位面積当たりに流れる被混合物の密度（流体圧力）を入口から出口まで一定にすることができ、流路中の位置に拘わらず、被混合物の挙動を一定にすることができる。

一方、被混合物が粉粒体であって、その粒子が直進運動を行なうと想定できる場合には、壁に当たる粒子の個数は断面積に反比例するため、壁に当たる粒子の数を一定にするため、断面の径に比例した流路長とすることが望ましい。つまり、混合流路では断面積が大きければ大きいほど、混合に長い流路とすることが好適である。粒子同士のぶつかり合いが多い方が良いため、２つ分割流路が混合流路の入口で交差する角度はある程度大きいほうがよい。特に被混合物の比重が大きい場合には、この交差角は大きい方が良い。逆に集約流路では粒子同士のぶつかり合いは少ない方が良く、そのため、集約の過程で流路同士が交わる角度は小さい方が良い。

一方、分割流路及び集約流路において、分岐した各ルートでの流路長はそれぞれ同じである方がよい。つまり、どの流路を経過するルートでも被混合物が流路内の壁面に接する長さが同じである方がよい。そうすれば、例え被混合物が粘性流体であっても、最初に投入して途中で分かれた被混合物は、理論上、同じタイミングで出口に達することになり、混合精度を制御しやすくなる。

第１乃至第９実施形態の何れかに記載の分割流路について、図２３のように、分割流路のそれぞれの分岐箇所に回動可能な分割量調整部２３０１〜２３０７を設けてもよい。分割量調整部２３０１〜２３０７は、角部を有する板状部材が軸を中心に図中左右に回動することによって、分岐箇所での分割割合を調整する。基本的には、分割後の被混合物が等しい流量になるように調整を行なうが、意図的に分割割合を変えても良い。分割流路の各排出口に流量センサを設置して被混合物の流量を測定することにより、それぞれの分割量調整部の回動方向及び角度を決定することができる。

例えば、図２３のように各排出口からの排出量をＤ１〜Ｄ８とすると、まず、Ｄ１＝Ｄ２、Ｄ３＝Ｄ４、Ｄ５＝Ｄ６、Ｄ７＝Ｄ８となるように分割量調整部２３０４〜２３０７のそれぞれの角度を決定する。次に、Ｄ１＋Ｄ２＝Ｄ３＋Ｄ４、Ｄ５＋Ｄ６＝Ｄ７＋Ｄ８となるように、分割量調整部２３０２、２３０３の角度を決定する。更に、Ｄ１＋Ｄ２＋Ｄ３＋Ｄ４＝Ｄ５＋Ｄ６＋Ｄ７＋Ｄ８となるように、分割量調整部２３０１の角度を決定する。このように下流側の分割量調整部から徐々に上流側の分割量調整部へと調整を繰り返すことにより、設置時、或いはリアルタイムに、全ての排出口からの排出量が等しくなるように制御することができる。

図１３（ｄ）でも、混合流路について説明したが、混合流路以外においても垂直往復振動又は水平往復振動又は水平円振動を加えることにより、壁面に付着した粉体を落とすことができるという効果がある。真空環境化において、凝集した粉体をバラバラにしてうまく分散させるためにも振動は有効である。更には、流体の壁面部材を弾性体で作って振動させればより効果的に壁面に付着した粉体等を落とすことができる。なお、流路内壁への粉体付着を防止するためには、流路表面を摩擦係数の小さい部材でコーティングすることも重要である。そのようなコーティングにより、流路内壁の耐摩耗性を向上させることもできる。例えば、分岐箇所のくさび状部分の上側のみ、摩擦係数を減らすコーティングすることも好適である。その部分が最も被混合物による衝突を受ける部分だからである。

［雰囲気］
上記第１乃至第９実施形態では、混合装置の雰囲気については詳しくは言及していないが、上述の混合装置は真空ポンプにより排気した減圧又は真空環境下で混合処理を行なうこともできる。又は、ボンベから所望のガスを導入してガス雰囲気下に混合装置全体を配置し、混合処理を行なわせてもよい。ここでガスとしては窒素、アルゴン、水蒸気など、対象に応じて選択すればよい。

被混合物の比重が非常に小さい場合、空気抵抗を過大に受けてしまって自重での流動速度が非常に小さい場合がある。この場合、装置全体を真空又は減圧環境下にして空気抵抗を抑えることが望ましい。真空又は減圧下では粒子が凝集してしまうという現象も起こりえるが、本発明によれば、分割流路の分岐箇所に、凝集した粒子群を衝突させて強制的に分割させることにより、減圧環境でも被混合物の少量化を図ることができる。

また、粘性流体同士を混合する場合、圧力を加えて押し込むことによって混合装置内を流動させることも可能である。その場合、第１乃至第９実施形態に記載した混合装置を上下逆に配して圧力をかけて下から上に吹き出させつつ混合を行なうことができる。また、混合装置を横向きに配して、横方向に流動させつつ混合させることもできる。

［回転機構の追加］
上述したように、被混合物の比重が非常に小さい場合、空気抵抗を過大に受けてしまい自重での流動速度が非常に小さくなる（ほとんど流動しない）場合がある。この場合、図２４、図２５のように、第１乃至第９実施形態の何れか１つに記載の混合装置を、投入口側を中心として回転させることにより、遠心力による流速の増加を実現することもできる。この時、このような混合装置と回転装置とを組み合わせた混合システム全体を真空又は減圧環境下にすれば更に被混合物の流動効果を高めることができる。

［リニアモータ機構の追加］
図１３（ｈ）に示したような、流路中の混合物を加速又は減速させるリニアモータ機構は、混合流路のみならず分割流路や集約流路に対しても有効である。流路の片側又は両側に、電極又は電磁石を所定間隔に複数並べ、それぞれの電極又は電磁石を、位相をずらして駆動させることにより移動電界又は移動磁界を生成して、電気泳動又は磁力によって被混合物を加速又は減速させる。

例えば１２０度ずつ位相がずれた三相交流を利用することでもこの機能を実現することができる。そのような構成により、流体抵抗を受けやすく、流れにくい被混合物又は混合物を所望の速度で流すことが可能となり、被混合物同士の高精度な混合を短時間に実現することが可能になる。このようなリニアモータの構成は、分割流路、混合流路、集約流路のそれぞれに追加してもよく、例えば、分割流路で加速し、混合流路で減速し、更に、集約流路で加速すれば、混合精度を保ちつつ、全体的な混合処理を高速化することが可能となる。

［特殊な混合物の製造方法］
図２６に示すように、図１０に示した混合装置４（分割ボード１００１、１００２を垂直にしたもの）を複数並べて、それぞれに投入する被混合物の割合を変えれば（ここでは混合物Ａ：混合物Ｂ＝１：９〜９：１）、グラデーションのある混合物を生成することができる。また、図２７に示すように、第１乃至第９実施形態の何れかに記載の混合装置に対して投入する被混合物の比率を時間的に変化させることにより、被混合物Ａ１００％から被混合物Ｂ１００％まで徐々に変化するグラデーション混合柱２７０１を生成することもできる。

さらには、図２８に示すように、混合装置から排出された混合物から柱状部材を生成するための生成装置２８０１においては、その壁面から吸引する構成になっているため、先に排出された混合物が壁面に張り付き、徐々にその内部を満たすように混合物が配置される。混合装置に対して投入する被混合物の比率を時間的に変化させて排出した、グラデーション混合物をこの生成装置２８０１に送り込むと、中心から外周に向けて被混合物の混合比率が徐々に変化するグラデーション混合柱２８０２を生成することができる。

このようにグラデーション混合物の生成により、異種材料の結合を行なうことが可能となる。例えば、金属とセラミックとの結合は非常に困難とされているが、上述のように、金属粉とセラミック粉とを混合してグラデーション混合柱を生成すれば、１本の棒状部材であって、一端から他端へ連続的に材質が変化する物体を作ることができる。

Claims (7)

1. 第１被混合物と第２被混合物とを混合するための混合装置であって、
   前記第１被混合物を投入する第１投入口と、該第１投入口から投入された前記第１被混合物が分割されて排出される少なくとも２つの第１排出口と、を備えた第１分割流路と、
   前記第２被混合物を投入する第２投入口と、該第２投入口から投入された前記第２被混合物が分割されて排出される少なくとも２つの第２排出口と、を備えた第２分割流路と、
   前記第１排出口の１つ及び前記第２排出口の１つに連結され、前記第１排出口から排出された前記第１被混合物と前記第２排出口から排出された前記第２被混合物とを混合させて部分混合物を生成する少なくとも２つの混合流路と、
   前記少なくとも２つの混合流路から排出された前記部分混合物同士を集約して混合物を生成する集約流路と、
   を備えることを特徴とする混合装置。
2. 前記第１分割流路は、前記第１投入口から前記第１排出口まで２分割を複数回繰り返すことによって前記第１被混合物を分割する多段階分割流路であり、
   前記第２分割流路は、前記第２投入口から前記第２排出口まで２分割を複数回繰り返すことによって前記第２被混合物を分割する多段階分割流路であることを特徴とする請求項１に記載の混合装置。
3. 前記集約流路は、前記少なくとも２つの混合流路に含まれる第１混合流路から排出された混合物と、前記少なくとも２つの混合流路に含まれる第２混合流路から排出された混合物とを段階的に集約することを特徴とする請求項１又は２に記載の混合装置。
4. 前記第１、第２分割流路、前記混合流路、及び前記集約流路のそれぞれは、表面に流路が形成された板状部材を組み合わせたブロックによって形成され、前記ブロックを組み合わせることで柱形状をなすことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の混合装置。
5. 前記混合流路から排出された混合物を凝集して前記集約流路に投入する凝集流路を更に備えたことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の混合装置。
6. 請求項１乃至５の何れか１項に記載の混合装置に対して投入される前記第１被混合物と前記第２被混合物の割合を徐々に変化させることにより生成されたことを特徴とするグラデーション混合物。
7. 第１被混合物と第２被混合物とを混合するための混合物製造方法であって、
   投入した前記第１被混合物を第１分割流路によって分割して排出する第１分割工程と、
   投入した前記第２被混合物を第２分割流路によって分割して排出する第２分割工程と、
   前記第１分割流路で分割された前記第１被混合物と前記第２分割流路で分割された前記第２被混合物とを少なくとも２つの混合流路内で混合させつつ流動させて部分混合物を生成する混合工程と、
   前記少なくとも２つの混合流路から排出された前記部分混合物同士を集約流路内で集約させつつ流動させて混合物を生成する集約工程と、
   を含むことを特徴とする混合物製造方法。