JP2013252516A - 遠心機、及び処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化を可能にする遠心機を提供する。
【解決手段】遠心機１は、公転軸線Ｌ１を中心に回転可能な公転体２０と、公転体２０に保持されて、自転軸線Ｌ２を中心に回転可能な自転体３０と、自転体３０と共に回転して、被処理材料Ｍを収納する収納容器５０と、公転体２０と自転体３０とを回転させる収納容器５０と、を備え、自転体３０が、底部を有した筒状であり、収納容器５０を受け入れて支持する自転体本体３１を具備し、公転軸線Ｌ１に直交する仮想線Ｌ３が、自転体本体３１の底部の自転軸線Ｌ２と交差する地点と、自転体本体３１の側面部とを、公転軸線Ｌ１を介して結ぶ。
【選択図】図１

Description

本発明は、被処理材料を公転させながら自転させることによって処理する遠心機、及び処理方法に関する。

遠心機とは、遠心力等を利用して被処理材料を処理するものである。このうち、自転公転式の遠心機は、被処理材料を収納した収納容器を、公転させながら自転させることで、被処理材料を処理する。尚、以下では、「自転公転式の遠心機」を、単に「遠心機」という。

遠心機は、被処理材料の種々の処理に利用される。例えば、この遠心機は、被処理材料の撹拌処理と脱泡処理とを同時に行う撹拌脱泡装置として利用される（特許文献１参照）。又、この遠心機は、被処理材料を粉砕するボールミル（特許文献２参照）や、被処理材料を乳化する乳化装置（特許文献３参照）等として利用される。

特許第4084493号公報 特開2002-143706号公報 特開2010-194470号公報

ここで、遠心機には、小型化を求める要望が寄せられている。

本発明は、上記事情を鑑みなされたものであって、小型化を可能にする遠心機を提供することを目的とする。併せて、本発明は、省スペースにて被処理材料を処理できる処理方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の実施態様は、公転軸線を中心に回転可能な公転体と、前記公転体に保持されて、自転軸線を中心に回転可能な自転体と、前記自転体に具備されて、底部を有した筒状である自転体本体と、被処理材料を収納し、前記自転体本体に受け入れられて、前記自転体と共に回転する収納容器と、前記公転体と前記自転体とを回転させる駆動部と、を備え、前記駆動部が、前記公転体を回転させる駆動源と、前記自転軸線と同心に配置され、前記自転体本体の側面部の外周に設けられた第１当接部と、前記公転軸線と同心に配置され、周内に位置させた前記第１当接部と当接し、前記駆動源により前記公転体が回転する際に前記第１当接部との間で生ずる力をもって、前記自転体を回転させる第２当接部と、を含み、前記公転軸線に直交する仮想線が、前記自転体本体の底部と前記自転軸線との交点と、前記自転体本体の側面部とを、前記公転軸線を介して結ぶ遠心機を提供する。

尚、前記遠心機において、前記収納容器は、底部を有した筒状であり、前記公転軸線に直交する仮想線が、前記収納容器の底部と前記自転軸線との交点と、前記収納容器の側面部とを、前記公転軸線を介して結ぶものであってもよい。

又、前記遠心機において、前記公転体、及び前記自転体を含む領域を区画する減圧容器と、前記減圧容器を排気して減圧状態とする排気部とを備えてよい。

本発明の第２の実施態様は、上記何れかの遠心機を用いて、前記被処理材料の処理を行う処理方法を提供する。

第１の実施態様に係る遠心機は、公転軸線に直交する仮想線が、自転体本体の底部と自転軸線との交点と、自転体本体の側面部とを、公転軸線を介して結ぶ。これにより、この遠心機は、自転体本体が公転軸線を中心に回転する際に必要な領域を小さくできる。そのため、この遠心機は、従来の遠心機と比べて小型である。

第２の実施態様に係る処理方法は、上記何れかの遠心機を用いるので、小さなスペースで被処理材料を処理できる。

本実施の形態に係る遠心機の概略断面図。 遠心機の概略平面図。 遠心機のブロック図。

以下では、本発明を適用した実施の形態について、図面を参照して説明する。ただし、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではない。即ち、本発明は、以下に説明するすべての構成を有するものに限定されない。又、本発明は、以下に説明する構成を自由に組み合わせたものを含む。更に、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で、以下に説明する構成に変更を加えたものを含む。

（１）遠心機１の構成
以下においては、本実施の形態に係る遠心機１の構成について、図面を参照して説明する。遠心機１は、回転軸１０を備える。又、遠心機１は、回転軸１０に固定された公転体２０を備える。又、遠心機１は、公転体２０に取り付けられる自転体３０、及びバランス錘４０を備える。又、遠心機１は、自転体３０と共に回転する収納容器５０を備える。又、遠心機１は、公転体２０と自転体３０とを回転させる駆動部６０を備える。又、遠心機１は、公転体２０等を支持する支持部７０を備える。又、遠心機１は、公転体２０、及び自転体３０を含む領域を区画する減圧容器８０を備える。又、遠心機１は、減圧容器８０内を減圧するための排気部９０を備える。又、遠心機１は、駆動部６０、及び排気部９０等を制御する制御部１００を備える。

更に、遠心機１は、支持部７０を支持して、その振動を防止する防振ワイヤや防振バネ等の図示しない防振手段や、駆動部６０等を収納する図示しない筐体等を備えるように構成してもよい。この遠心機１は、収納容器５０を公転させながら自転させることによって、収納容器５０に収納された被処理材料Ｍを撹拌、脱泡、粉砕、乳化等するものである。

回転軸１０は、図１に示すように、仮想の直線である公転軸線Ｌ１を中心に回転するように構成される。この回転軸１０は、図示するように鉛直に伸びる公転軸線Ｌ１を中心に回転するように構成する。但し、変形例として、回転軸１０は、水平等に伸びる公転軸線Ｌ１を中心に回転するように構成することも想定され得る。

公転体２０は、図１に示すように、回転軸１０に固定されて、回転軸１０と共に公転軸線Ｌ１を中心に回転する。この公転体２０は、公転軸線Ｌ１を挟み一方側で、公転軸線Ｌ１に対し所定角度で傾斜して伸びて、自転体３０が取り付けられる第１アーム２２を備える。又、公転体２０は、公転軸線Ｌ１を挟み他方側で、公転軸線Ｌ１に対し直交する方向に伸びて、バランス錘４０が取り付けられる第２アーム２４を備える。

自転体３０は、図１に示すように、公転体２０を通る仮想の直線である自転軸線Ｌ２を中心に回転可能に構成される。この自転体３０は、有底で筒状（例えば、円筒状）に形成されて、図面上方側が開口する自転体本体３１を備える。又、自転体３０は、自転軸線Ｌ２と同心に、自転体本体３１の外周に固定される第１当接部３２を備える。更に、自転体３０は、自転体本体３１の底部に取り付けられ、ベアリング３４を介して第１アーム２２に回転可能に取り付けられる自転軸３６を備える。

尚、第１アーム２２は、公転軸線Ｌ１を挟み一方側で、公転軸線Ｌ１に対し所定角度で傾斜して伸びている。これにより、自転体３０は、回転中心である自転軸線Ｌ２が公転軸線Ｌ１に対し傾斜角度θで斜めに交差する。この傾斜角度θは、図示するように、３０度としてよい。但し、傾斜角度θは、これに限定されるものでない。

自転体本体３１は、収納容器５０を受け入れて支持する。この自転体本体３１は、底部と自転軸線Ｌ２との交点である点Ａが、公転軸線Ｌ１に対し直交する仮想の直線である仮想線Ｌ３上に位置する。又、自転体本体３１は、側面部が点Ｂにて仮想線Ｌ３と交差する。そして、自転体本体３１は、公転軸線Ｌ１が点Ａと点Ｂとの間を通過するように配置される。即ち、仮想線Ｌ３は、点Ａと点Ｂとを公転軸線Ｌ１を介して結ぶ状態になる。

第１当接部３２は、外周形状が真円となるように形成されている。この第１当接部３２は、ゴム等の弾性変形可能な材料により構成される。この第１当接部３２は、自転力付与部６２の構成要素でもある。

バランス錘４０は、公転体２０のバランスを保ち、遠心機１を安定して動作させる。このバランス錘４０は、図１に示すように、公転体２０の第２アーム２４に取り付けられる。尚、バランス錘４０は、公転体２０や公転軸線Ｌ１からの距離を適宜調整して、公転体２０のバランスを最適化できる図示しない調整機構を有するように構成してもよい。この場合において、バランス錘４０は、自転軸線Ｌ２に対して平行な方向（ここでいう、平行な方向とは、数学的に厳密なものに限定されることなく、厳密に平行な方向に対して、±２０度程度の範囲内で誤差を有する方向も含む。）に移動可能に、第２アームに取り付けることが効果的である。これは、自転体本体３１、第２アーム２４、及び基部６３にて区画される空間を有効に利用すると共に、公転体２０や公転軸線Ｌ１からバランス錘４０までの距離を変更できるためである。

収納容器５０は、図１に示すように、有底で筒状（例えば、円筒状）形成されて、被処理材料Ｍを収納可能な本体部５２を備える。又、収納容器５０は、本体部５２の開口した部分を封止する蓋部５４を備える。

本体部５２は、樹脂、金属、ガラス、ジルコニア等の材質により構成される。この本体部５２は、自転体３０の自転体本体３１に、その底部側から挿入される。これにより、本体部５２は、自転体本体３１に装着されて、自転体本体３１と共に、公転軸線Ｌ１を中心に公転、かつ、自転軸線Ｌ２を中心に自転できる。尚、本体部５２には、より確実に自転体本体３１と共に回転できるように、自転体本体３１に対し固定するための、図示しない公知の固定機構を設けてもよい。

又、本体部５２は、自転体本体３１に保持された際に、底部と自転軸線Ｌ２との交点である点Ｃが、公転軸線Ｌ１に対し直交する仮想の直線である仮想線Ｌ４上に位置する。又、本体部５２は、側面部が点Ｄにて仮想線Ｌ４と交差する。そして、本体部５２は、公転軸線Ｌ１が点Ｃと点Ｄとの間を通過するように配置される。即ち、仮想線Ｌ４は、点Ｃと点Ｄとを公転軸線Ｌ１を介して結ぶ状態になる。

蓋部５４は、本体部５２の開口した部分に、図示しないねじ機構等を利用して取り付けられる。この蓋部５４は、収納容器５０内を排気可能とするための貫通穴５６を有する。この貫通穴５６は、遠心機１による被処理材料Ｍの処理中に、被処理材料Ｍが収納容器５０より漏れないことを条件に、大きさ、位置、個数等を任意に設定してよい。

駆動部６０は、公転体２０と自転体３０とを回転させることで、収納容器５０を公転させながら自転させるものである。この駆動部６０は、図１に示すように、モータ（駆動源）６１と、自転力付与部６２とを備える。モータ６１は、支持部７０に固定される。このモータ６１は、回転軸１０に回転力を付与して公転体２０を回転させる。これにより、モータ６１は、公転軸線Ｌ１を中心に収納容器５０を公転させる。

自転力付与部６２は、支持部７０に固定された基部６３を備える。又、自転力付与部６２は、基部６３に形成され、第１当接部３２に当接する第２当接部６４を備える。この自転力付与部６２は、モータ６１により公転体２０を回転させた際に、当接している第１当接部３２と第２当接部６４との間に作用する摩擦力により、自転体３０を回転させる。これにより、自転力付与部６２は、自転軸線Ｌ２を中心に収納容器５０を自転させる。

基部６３は、筒状（例えば、図示するように円筒状）に形成された筒状部６３ａを備える。又、基部６３は、筒状部６３ａの一端から公転軸線Ｌ１方向に突出し、第２当接部６４を形成するための突出部６３ｂを備える。

筒状部６３ａは、他端が支持部７０に固定される。又、筒状部６３ａは、任意の位置に、内周側と外周側とを貫通する貫通穴６３ｃを有する。

第２当接部６４は、突出部６３ｂにより形成される貫通穴の内周面である。この第２当接部６４は、第１当接部３２を周内に位置させて、公転軸線Ｌ１と同心に配置される。又、第２当接部６４は、公転体２０側が大径となるようにテーパーが付けられている。これは、自転軸線Ｌ２と同心に配置される第１当接部３２の外周面と、面で当接できるようにするためである。

支持部７０は、図１に示すように、公転体２０等を支持する。この支持部７０は、回転軸１０を貫通させる貫通穴７２を具備する。

減圧容器８０は、図１、及び図２に示すように、駆動部６０の基部６３、支持部７０、及び蓋部８２により構成される。この減圧容器８０は、公転体２０、及び自転体３０を含む領域を区画する。又、減圧容器８０は、気密性を確保するため、基部６３の筒状部６３ａと支持部７０との間にシール部材８３ａを有する。更に、減圧容器８０は、同様の理由により、支持部７０の貫通穴７２と回転軸１０との間にシール部材８３ｂを有し、又、蓋部８２と基部６３の突出部６３ｂとの間にシール部材８３ｃを有する。これらにより、減圧容器８０は、図３に示す排気部９０により基部６３の貫通穴６３ｃを介して排気されることで、内部を減圧可能である。尚、シール部材８３ａ、８３ｂ、８３ｃは、Ｏリング等、公知のもので構成される。

蓋部８２は、有底で筒状（例えば、円筒状）に形成される。この蓋部８２は、基部６３の突出部６３ｂの支持部７０と反対側の面に、開口端を当接可能である。又、蓋部８２は、突出部６３ｂに開口端を当接させた状態において、第２当接部６４を覆うと共に、減圧容器８０の気密性を維持する。

又、蓋部８２は、移動機構８４と、当該移動機構８４に形成されたノブ８６とを備える。蓋部８２は、遠心機１の利用者（以下、単に「利用者」という。）がノブ８６を矢印Ｘ方向に移動させることで、突出部６３ｂと離反する方向に移動する。又、蓋部８２は、その後利用者が、ノブ８６を、仮想の直線である中心軸線Ｌを中心に矢印Ｙ方向に旋回させることで、自転体本体３１等と接触することなく、第２当接部６４を覆った状態を解消する。これにより、蓋部８２は、自転体本体３１への収納容器５０の装着、及びその取り外しを可能とする。

排気部９０は、図３に示すように減圧容器８０内を排気する。この排気部９０は、真空ポンプ９２を備える。又、排気部９０は、一端が基部６３の貫通穴６３ｃに、他端が真空ポンプ９２に接続される配管部９４を備える。更に、排気部９０は、図示しないバルブ、図示しない圧力計等を備えてよい。

制御部１００は、図３に示すように駆動部６０のモータ６１、及び排気部９０の真空ポンプ９２に、それらの動作を指示する。この制御部１００は、利用者が遠心機１の操作を行うための操作部１０２を備える。又、制御部１００は、操作部１０２から入力された情報等に基づき指示信号を作成して、モータ６１、及び真空ポンプ９２に送付する処理部１０４を備える。

（２）被処理材料Ｍ
本実施の形態に適用可能な被処理材料Ｍは、流体として挙動するものであればよい。この被処理材料Ｍは、組成や用途を特に限定されない。即ち、被処理材料Ｍとしては、流体成分（樹脂等）のみを含む材料や、流体成分のほかに粒状成分（粉状成分）を含む材料等を適用できる。例えば、被処理材料Ｍとしては、接着剤、シーラント剤、液晶材料、ＬＥＤの蛍光体と樹脂とを含む混合材料、半田ペースト、歯科用印象材料、歯科用セメント（穴埋め剤等）、液状の薬剤等の種々の材料を適用できる。又、被処理材料Ｍとしては、粒状（粉状）材料と、これを粉砕するためのメディア（例えばジルコニアボール）を適用可能である。更に、被処理材料Ｍとしては、乳化処理の対象となる材料を適用可能である。

（３）被処理材料Ｍの処理方法
本実施の形態における処理方法は、以下のとおりである。まず、利用者は、被処理材料Ｍを収納容器５０の本体部５２内に収納して、蓋部５４により封止する。続いて、利用者は、ノブ８６を操作して、減圧容器８０の蓋部８２が第２当接部６４を覆った状態を解消する。続いて、利用者は、収納容器５０を自転体本体３１へ装着する。続いて、利用者は、ノブ８６を操作して、蓋部８２により第２当接部６４を覆い、減圧容器８０の気密性を確保する。

続いて、利用者が制御部１００の操作部１０２を操作する。この操作により、制御部１００の処理部１０４は、駆動部６０のモータ６１、及び排気部９０の真空ポンプ９２に指示信号を送り、動作を開始させる。これにより、減圧容器８０内は排気されて減圧状態となる。又、収納容器５０は、公転軸線Ｌ１を中心に公転しつつ、自転軸線Ｌ２を中心に自転する。被処理材料Ｍは、この状態を所定時間維持することで処理される。

尚、被処理材料Ｍの処理が完了した後において、処理部１０４は、モータ６１、及び真空ポンプ９２に指示信号を送り、動作を終了させる。そして、利用者は、減圧容器８０の蓋部８２が第２当接部６４を覆った状態を解消する。これにより、利用者は、自転体本体３１から収納容器５０を取り外すことが可能になる。

（４）作用効果
以下では、本実施の形態における遠心機１が奏する作用効果を説明する。

遠心機１では、自転体３０の自転体本体３１が、底部と自転軸線Ｌ２との交点である点Ａを公転軸線Ｌ１に対し直交する仮想線Ｌ３上に位置させる。又、自転体本体３１は、側面部が点Ｂにて仮想線Ｌ３と交差する。そして、自転体本体３１は、点Ａと、点Ｂとの間に公転軸線Ｌ１を位置させる。以上により、遠心機１は、自転体本体３１が公転軸線Ｌ１を中心として回転する際に必要な領域を、小さくすることができる。そのため、遠心機１は、従来の遠心機に比べ小型である。

又、遠心機１では、収納容器５０の自転速度、及び公転速度の関係は、数式１にて表される。

ここで、収納容器５０の公転速度に対する自転速度は、被処理材料Ｍの処理内容により異なるが、概ね１．５倍以下にすることが好ましいという知見がある。更に、自転軸線Ｌ２の公転軸線Ｌ１に対する傾斜角度θは、被処理材料Ｍを対流させるために、ある程度大きくした方が好ましく、概ね２０度以上にした方が好ましいという知見がある。

遠心機１は、上記構成を有することにより、傾斜角度θをある程度大きくした場合においても、第１当接部３２の外周面の周長に対する第２当接部６４の内周面の周長を比較的短くすることができる。より具体的に、遠心機１は、図１に示すように、傾斜角度θを３０度とした際にも、公転速度に対する自転速度を１．５倍以下とすることができる。従って、遠心機１は、良好に被処理材料Ｍの処理を行うことができる。

又、遠心機１では、収納容器５０の本体部５２が、底部と自転軸線Ｌ２との交点である点Ｃを公転軸線Ｌ１に対し直交する仮想線Ｌ４上に位置させる。又、本体部５２は、側面部が点Ｄにて仮想線Ｌ４と交差する。そして、本体部５２は、点Ｃと、点Ｄとの間に公転軸線Ｌ１を位置させる。以上により、遠心機１では、効率的に収納容器５０を配置することができ、一層小型化できる。

又、遠心機１では、公転体２０、及び自転体３０を含む領域を区画する減圧容器８０と、減圧容器８０内を排気して減圧状態とする排気部９０とを備えている。又、遠心機１では、収納容器５０の蓋部５４に、貫通穴５６が設けられている。以上により、遠心機１では、被処理材料Ｍを減圧環境下にて処理できる。従って、遠心機１は、一層良好に、被処理材料Ｍを脱泡処理できる。

（５）変形例
遠心機１は、減圧環境下での被処理材料Ｍの処理が不要である場合に、排気部９０等を省略できる。

又、遠心機１は、図示しない歯車やプーリーを適宜配置する等、公知の他の構成により自転力付与部６２を実現することも想定され得る。

又、遠心機１は、支持部７０の貫通穴７２を省略して、減圧容器８０内外で回転軸１０を２つに分離してよい。この場合の遠心機１では、分離した２つの回転軸１０間で、図示しないマグネットカップリングを用いて回転力の伝達を行う。

１…遠心機、 １０…回転軸、 ２０…公転体、 ２２…第１アーム、 ２４…第２アーム、 ３０…自転体、 ３１…自転体本体、 ３２…第１当接部、 ３４…ベアリング、 ３６…自転軸、 ４０…バランス錘、 ５０…収納容器、 ５２…本体部、 ５４…蓋部、 ５６…貫通穴、 ６０…駆動部、 ６１…モータ、 ６２…自転力付与部、 ６３…基部、 ６３ａ…筒状部、 ６３ｂ…突出部、 ６３ｃ…貫通穴、 ６４…第２当接部、 ７０…支持部、 ７２…貫通穴、 ８０…減圧容器、 ８２…蓋部、 ８３ａ…シール部材、 ８３ｂ…シール部材、 ８３ｃ…シール部材、 ８４…移動機構、 ８６…ノブ、 ９０…排気部、 ９２…真空ポンプ、 ９４…配管部、 １００…制御部、 １０２…操作部、 １０４…処理部、 Ｌ…中心軸線、 Ｌ１…公転軸線、 Ｌ２…自転軸線、 Ｌ３…仮想線、 Ｌ４…仮想線、 Ｍ…被処理材料、 Ｘ…矢印、 Ｙ…矢印、 θ…傾斜角度

Claims (4)

1. 公転軸線を中心に回転可能な公転体と、
   前記公転体に保持されて、自転軸線を中心に回転可能な自転体と、
   前記自転体に具備されて、底部を有した筒状である自転体本体と、
   被処理材料を収納し、前記自転体本体に受け入れられて、前記自転体と共に回転する収納容器と、
   前記公転体と前記自転体とを回転させる駆動部と、
   を備え、
   前記駆動部が、
   前記公転体を回転させる駆動源と、
   前記自転軸線と同心に配置され、前記自転体本体の側面部の外周に設けられた第１当接部と、
   前記公転軸線と同心に配置され、周内に位置させた前記第１当接部と当接し、前記駆動源により前記公転体が回転する際に前記第１当接部との間で生ずる力をもって、前記自転体を回転させる第２当接部と、
   を含み、
   前記公転軸線に直交する仮想線が、
   前記自転体本体の底部と前記自転軸線との交点と、前記自転体本体の側面部とを、前記公転軸線を介して結ぶ遠心機。
2. 前記収納容器は、底部を有した筒状であり、
   前記公転軸線に直交する仮想線が、前記収納容器の底部と前記自転軸線との交点と、前記収納容器の側面部とを、前記公転軸線を介して結ぶ請求項１の遠心機。
3. 前記公転体、及び前記自転体を含む領域を区画する減圧容器と、
   前記減圧容器を排気して減圧状態とする排気部とを備える請求項１又は請求項２の遠心機。
4. 請求項１〜請求項３の何れかの遠心機を用いて、前記被処理材料の処理を行う処理方法。

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