JP2018126685A - 撹拌装置及び制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被撹拌物の種類の変更や工程内での被撹拌物の特性の変化に対しても、撹拌中の被撹拌物の飛散を安定して抑制できる撹拌装置を提供する。【解決手段】撹拌装置１は、容器２と、容器２内の被撹拌物Ｓを撹拌する撹拌部３と、被撹拌物Ｓの液面位置を測定する液面測定部４と、液面測定部４により測定される液面位置の情報に基づき被撹拌物Ｓの液面の波立ち強度を算出し、波立ち強度に基づき被撹拌物Ｓの波立ちを抑制するよう撹拌部３の回転数を制御する制御装置５と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、撹拌装置と、この撹拌装置を制御する制御装置に関する。

金属粉等を含有するスラリー（以下「被撹拌物」ともいう）を製造する場合、金属粉が溶媒に対して重いため、容器内の下方にプロペラ等の撹拌装置を取り付け、常時稼働させることで容器内のスラリーを均一化している（例えば特許文献１参照）。これらのスラリーを取り扱う製造工程では、スラリーを容器内よりポンプ等で次工程に送付する、あるいは、ある容器内にスラリーを蓄える等色々な状況がある。当然、容器内のスラリーの量は随時変化しており、場合によっては、スラリーの特性も変化している場合がある。

撹拌装置は、上記容器内の底部付近にプロペラ等を取付け常時回転させている。容器内のスラリーの量がプロペラを十分覆い隠す量であれば問題ないが、スラリーの量が減少するに従い、スラリーの液面は大きく波打ち、あるいは、遠心力により液面が低下してスラリーが飛散することがある。また、スラリーの種類によっては泡立ち現象が発生することもある。従来、波打ちや飛散はある程度発生するものとして、カバーや覆い等で飛散対策をしているが、飛散し付着した物の清掃を行ったり、のぞき窓などが設置できなかったりするなどの不具合があった。

そこで、従来、撹拌時のスラリーの飛散を抑制するために、液面センサ等を用いて液面の位置を測定し、スラリーの量に応じて撹拌装置の回転数を制御する方法が取られている。

特開２０１５−４２３８４号公報

しかしながら、上記のスラリーの液面高さに基づき撹拌装置の回転数を制御する手法の場合、同一の種類のスラリーに用いる場合には問題ないが、スラリーの種類が切り替わる場合や、工程中にスラリーの特性が変化する場合など、異なる特性のスラリーに用いる場合には、液面高さとスラリー飛散度合との関係が変わってしまうため、撹拌によるスラリーの飛散を十分に抑制することはできないという問題がある。

例えば、高圧のホモジナイザーを用いて金属粉等を微細化する工程に用いる受け払い容器に設置する撹拌装置の場合、受け払い容器内のスラリーは、ホモジナイザーにより粉砕され小さくなり、粘度が変化していく。通常、ホモジナイザーによる粉砕は、５回から３０回程度繰り返し行われることが多い。よって、その受け払い容器内のスラリーは、最初と最後では粒径に相違がありスラリーの特性も変化する。このようにスラリーの特性が変化する場合、上記の液面の高さによる回転数制御では、スラリーの特性変化に応じて撹拌装置の回転数を切り替える液面位置をその都度再設定しなければならなかった。また、追加の溶剤等を添加してスラリーの特性が変化する場合も同様であった。

そこで、被撹拌物の種類の変更や工程内での被撹拌物の特性の変化に対しても、撹拌中の被撹拌物の飛散を安定して抑制できる撹拌装置と、その制御装置を提供することが求められている。

本発明の実施形態の一観点に係る撹拌装置は、容器と、前記容器内の被撹拌物を撹拌する撹拌部と、前記被撹拌物の液面位置を測定する液面測定部と、前記液面測定部により測定される前記液面位置の情報に基づき前記被撹拌物の液面の波立ち強度を算出し、前記波立ち強度に基づき前記被撹拌物の波立ちを抑制するよう前記撹拌部の回転数を制御する制御装置と、を備える。

同様に、本発明の実施形態の一観点に係る制御装置は、容器と、前記容器内の被撹拌物を撹拌する撹拌部と、前記被撹拌物の液面位置を測定する液面測定部と、を備える撹拌装置の動作を制御する制御装置であって、前記液面測定部により測定される前記液面位置の情報に基づき前記被撹拌物の液面の波立ち強度を算出する演算部と、前記波立ち強度に基づき前記被撹拌物の波立ちを抑制するよう前記撹拌部の回転数を制御する制御部と、を有する。

本開示によれば、被撹拌物の種類の変更や工程内での被撹拌物の特性の変化に対しても、撹拌中の被撹拌物の飛散を安定して抑制できる撹拌装置と、その制御装置を提供することができる。

第１実施形態に係る撹拌装置の概略構成を示す図。 第１実施形態に係る撹拌装置により実施される撹拌部の回転数制御のフローチャート。 被撹拌物の波立ちの振幅の算出手法の一例を示す図。 第２実施形態に係る撹拌装置により実施される撹拌部の回転数制御のフローチャート。 被撹拌物の波立ち強度の算出手法の一例を示す図。 実施例の試験結果を示す図。

以下、添付図面を参照しながら実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

［第１実施形態］
図１〜図３を参照して第１実施形態を説明する。まず図１を参照して、第１実施形態に係る撹拌装置１の概略構成について説明する。図１に示す撹拌装置１は、液体原料などの被撹拌物（スラリー）を撹拌するための装置である。撹拌装置１は、例えば、ホモジナイザーを用いて金属粉等を微細化する工程に用いる受け払い容器として適用される。ここで、ホモジナイザーとは、原料を高圧もしくは超高圧に加圧し、オリフィスを抜ける際のせん断力を利用して粉砕、分散等を行う装置である。以下では、図１の上方及び下方を、それぞれ装置の上方及び下方として説明する。

図１に示すように、撹拌装置１は、容器２と、容器内にある被撹拌物Ｓを撹拌する撹拌部３と、容器内にある被撹拌物Ｓの液面の位置を測定する液面測定部４と、液面測定部４の検出値より撹拌部３の回転数を制御する制御装置５とを備える。

容器２は、被撹拌物Ｓを保持する容器である。被撹拌物Ｓは、特に限定はないが、金属粉やセラミック粉と溶剤を混合したスラリー等である。特に、金属粉等、溶剤に対して比重の大きいものについては、常時撹拌が必要である。容器２には、被撹拌物Ｓを排出する排出口２Ａと、被撹拌物Ｓを供給する供給口２Ｂとが設置されている。例えば、図１に示すように、排出口２Ａは容器２の下部に設けられ、供給口２Ｂは容器２の上部（好ましくは被撹拌物Ｓの液面より上方）に設けられる。容器２内では、供給口２Ｂより被撹拌物Ｓが供給されて、撹拌された後、撹拌された被撹拌物Ｓは排出口２Ａより排出される。このため、容器２内の被撹拌物Ｓの量は変化する。なお、容器２の供給口２Ｂまたは排出口２Ａは、複数であっても良い。容器２は、工程の間に被撹拌物Ｓを一時的に保管するための容器として用いても良いし、複数回同一の工程を繰り返し行うための保管容器として用いても良い。

また、容器２の上部には、被撹拌物Ｓが飛散しないように蓋部２Ｃが取り付けられている。この蓋部２Ｃには、例えばガラス製の透過性の窓部２Ｄが設けられている。

撹拌部３は、容器２内の被撹拌物Ｓを撹拌する機構である。撹拌部３の先端には、撹拌羽根３Ａが設置されている。撹拌羽根３Ａは、容器２内の被撹拌物Ｓと直接接触し、回転により被撹拌物Ｓを撹拌する。撹拌羽根３Ａの形状は特に限定はないが、プロペラ形状、枠形状等を用いる。撹拌羽根３Ａは、モーター等の駆動源と、駆動源から出力される動力を伝達する駆動軸とを含む駆動部３Ｂにより回転駆動される。また、撹拌羽根３Ａは、容器２の下部付近に配置される。容器内の被撹拌物Ｓの量が少なくなっても撹拌できるようにするためである。

液面測定部４は、容器２内に入っている被撹拌物Ｓの液面の位置を検出する。液面測定部４は、本実施形態では光学式センサである。液面測定部４が光学式センサであると、液面の上方に設置することができ、被撹拌物Ｓと直接接触する必要がないため、測定に被撹拌物の流動等の影響を受けることが少ない。また、光学式センサは、短時間で複数回の測定をすることが可能であり、高精度な測定が可能である。本実施形態では、液面測定部４は、容器２の外部上方、かつ、容器２の蓋部２Ｃの窓部２Ｄの直上に設置され、透過性の窓部２Ｄを介して容器２内の被撹拌物Ｓの液面を計測できるように設置されている。

なお、液面測定部４は、液面の高さ位置を測定できれば光学式センサ以外のものを用いることもできる。例えば超音波センサなど光以外の波を利用して液面との距離を検出する他のセンサを用いてもよいし、フロートスイッチや水圧センサなど被撹拌物Ｓに直接接触するものでもよい。

制御装置５は、撹拌部３の動作を制御する。特に本実施形態では、制御装置５は、液面測定部４により測定される被撹拌物Ｓの液面位置の情報に基づき、被撹拌物Ｓの液面の波立ち強度を算出し、波立ち強度に基づき被撹拌物Ｓの波立ちを抑制するよう撹拌部３の回転数を制御する。

制御装置５は、波立ち強度を算出する演算部５Ａと、撹拌部３を制御する制御部５Ｂとを有する。制御装置５は、より詳細には、演算部５Ａにより算出される被撹拌物Ｓの波立ち強度が大きいほど、撹拌部３の回転数を低減させ、これにより被撹拌物Ｓの波立ちを抑制できるよう構成されている。制御部５Ｂは、例えば撹拌部３の回転数を複数の設定速度に切り替えることができる。第１実施形態では、「波立ち強度」を示す具体的な情報として、被撹拌物Ｓの波立ちの振幅Ａを用いる。

制御装置５は、物理的には、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）及びＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）などを有するコンピュータである。制御装置５の演算部５Ａ及び制御部５Ｂの各機能の全部または一部は、ＲＯＭに保持されるアプリケーションプログラムをＲＡＭにロードしてＣＰＵで実行することによって、ＲＡＭやＲＯＭにおけるデータの読み出し及び書き込みを行うことで実現される。

次に図２及び図３を参照して、第１実施形態に係る撹拌装置１の動作について説明する。図２は、第１実施形態に係る撹拌装置１により実施される撹拌部３の回転数制御のフローチャートである。図３は、被撹拌物Ｓの波立ちの振幅Ａの算出手法の一例を示す図である。図２に示すフローチャートは、例えば所定時間ごとに定期的に実施される。以下、図２のフローチャートの手順に従って説明する。

ステップＳ１１では、液面測定部４により容器２内の被撹拌物Ｓの液面の位置が測定される。上述のように本実施形態では、液面測定部４は容器２の上方に設置される光学式センサである。液面測定部４は、例えば１秒間に１０回など、所定期間内で液面位置を複数回測定する。ステップＳ１１の処理が完了するとステップＳ１２に進む。

ステップＳ１２では、制御装置５の演算部５Ａにより、ステップＳ１１にて測定された複数の液面位置データを用いて、容器２内の被撹拌物Ｓの液面の波立ち振幅Ａが算出される。演算部５Ａは、例えば図３に示すように、液面測定部４により測定された所定期間の複数回の液面位置データのうち、最大値Ｘｍａｘと最小値Ｘｍｉｎとの差分を波立ち振幅Ａとして算出することができる。または、演算部５Ａは、複数回の液面位置データのバラツキ度合（例えば分散値）を波立ち振幅Ａとして算出することもできる。ステップＳ１２の処理が完了するとステップＳ１３に進む。

ステップＳ１３では、制御装置５の制御部５Ｂにより、ステップＳ１２にて算出された被撹拌物Ｓの波立ち振幅Ａが所定の閾値を超えているか否かが判定される。

ステップＳ１３にて振幅Ａが閾値より大きいと判定された場合には、波立ち強度が許容範囲を超えているため、ステップＳ１４にて撹拌部３の回転数が１段階低速に下げられ、波立ちが抑制される。なお、現在の回転数より低速側の設定が無く、現在の回転数が最も低速である場合には、撹拌部３の動作を停止してもよい。ステップＳ１４の処理が完了すると本制御フローを終了する。

一方、ステップＳ１３にて振幅Ａが閾値以下と判定された場合には、撹拌部３の現在の回転数を維持して本制御フローを終了する。

なお、撹拌部３の回転数制御が、上記のように多段階の切り替え式ではなく、インバーター等を使用して無段階で行う構成の場合には、上記のステップＳ１３，Ｓ１４の代わりに、波立ちの振幅Ａの大きさに応じて回転数を連続的に調整する構成とすることもできる。この場合、例えば振幅Ａが大きくなるに従い、回転数を下げる方向に制御する。

ここで、容器２内の被撹拌物Ｓの液面位置が、撹拌部３の撹拌羽根３Ａが液面から露出する程度まで減少した場合、撹拌部３の回転数を落としても被撹拌物Ｓが飛び跳ねる場合がある。このような状況を回避すべく、制御装置５は、図２のフローチャートで説明した処理に加えて、さらに、被撹拌物Ｓが撹拌部３の撹拌羽根３Ａが露出しない位置で撹拌の回転を止める制御を追加することもできる。例えば、液面測定部４の測定値の一定の期間の液面位置の平均値を用いることで、被測定物Ｓに波立ちがあったとしても液面位置を算出することができる。この平均値を使用することで、撹拌部の撹拌のＯＮ−ＯＦＦを管理する。例えば、平均値が所定値を下回ったときに、撹拌羽根３Ａが露出するまで被撹拌物Ｓが減少したと判定して、撹拌をＯＦＦ状態（撹拌部３停止）とする。なお、撹拌ＯＦＦとする被撹拌物Ｓの位置は、撹拌羽根３Ａの形状等により適宜設定することができる。

また、容器２内の被撹拌物Ｓの液面位置の高低、すなわち被撹拌物Ｓの量の大小に応じて、制御装置５が下げることができる撹拌部３の最低回転数を変更してもよい。例えば、被撹拌物Ｓの量が多い場合には、最低回転数を相対的に大きく設定することで、撹拌性能を確保できる。

なお、図２のフローチャートでは、被撹拌物Ｓの波立ち振幅Ａが閾値を超えたときに撹拌部３の回転数を１段階下げる構成のみを例示したが、これに加えて、振幅Ａが微小な状態、すなわち波立ちが小さい状態が継続しているときには、撹拌部３の回転数を１段階上げて高速に切り替える構成としてもよい。

次に、第１実施形態に係る撹拌装置１の効果について説明する。

まず図１に示す撹拌装置１の従来の制御手法とその問題点について説明する。図１の撹拌装置１では、容器２内の被撹拌物Ｓが排出口２Ａより排出され、また、供給口２Ｂから被撹拌物Ｓが容器２に注入されるため、容器２内の被撹拌物Ｓの液面位置は変動する。一般に、容器２内の被撹拌物Ｓの量が少なくなり、被撹拌物Ｓの液面が下がって撹拌部３の撹拌羽根３Ａに近くなるに従い、液面の波立ちが大きくなる。この波立ちを抑制すべく、従来、被撹拌物Ｓの液面が降下するに従い、制御装置５は、撹拌部３の撹拌羽根３Ａの回転数を下げる方向に制御していた。

ここで、撹拌装置１を、ホモジナイザーを用いて金属粉等を微細化する工程の受け払い容器に適用する場合、上述のとおり、ホモジナイザーによる粉砕は５回から３０回程度繰り返し行われ、容器２内のスラリー（被撹拌物Ｓ）の粒径は工程の最初と最後で変化してスラリーの特性も変化する。スラリーの特性が変化するとスラリーの粘度も変わるため、撹拌羽根３Ａと被撹拌物Ｓの液面との位置関係が同一であっても波立ちの挙動が異なるものとなる。例えば、工程が進んでスラリーの粘度が小さくなると波立ちが大きくなり、その反対に粘度が大きくなると波立ちが小さくなる傾向がある。

また、工程中における同一スラリーの特性変化の他にも、容器２に供給する被撹拌物Ｓの種類を変えた場合にも同様の傾向がある。例えば、容器２の供給口２Ｂが複数あり、粘度の違う別種の被撹拌物Ｓが容器２に供給されたり、排出口２Ａから排出された被撹拌物Ｓが加工されて再び供給口２Ｂより容器２に供給され、被撹拌物Ｓの特性に変化があったりした場合は、同じ液面高さであっても、波立ちの大きさが変わることがある。

このように、容器２内の被撹拌物Ｓの特性や種類などの変化によって、被撹拌物Ｓの波立ちの傾向が異なり、液面高さと撹拌による被撹拌物Ｓの飛散度合との関係が変わってしまうので、従来の液面高さに基づく撹拌部３の回転数制御では、撹拌中の被撹拌物Ｓの飛散を十分に抑制できない場合があった。

これに対して第１実施形態の撹拌装置１は、容器２と、容器２内の被撹拌物Ｓを撹拌する撹拌部３と、被撹拌物Ｓの液面位置を測定する液面測定部４と、液面測定部４により測定される液面位置の情報に基づき被撹拌物Ｓの液面の波立ち強度を算出し、波立ち強度に基づき被撹拌物Ｓの波立ちを抑制するよう撹拌部３の回転数を制御する制御装置５と、を備える。

同様に、第１実施形態に係る制御装置５は、容器２と、容器２内の被撹拌物Ｓを撹拌する撹拌部３と、被撹拌物Ｓの液面位置を測定する液面測定部４と、を備える撹拌装置１の動作を制御するものである。制御装置５は、液面測定部４により測定される液面位置の情報に基づき被撹拌物Ｓの液面の波立ち強度を算出する演算部５Ａと、波立ち強度に基づき被撹拌物Ｓの波立ちを抑制するよう撹拌部３の回転数を制御する制御部５Ｂと、を有する。

これらの構成により、容器２内の被撹拌物Ｓの撹拌による波立ち強度を判断基準として、波立ちを抑制するよう撹拌部３の回転数を制御するので、容器２内の被撹拌物Ｓの特性や種類などの変化によって、被撹拌物Ｓの波立ちの傾向が変動したとしても、撹拌部３の回転数を適切に設定することができ、撹拌中の被撹拌物Ｓの波立ちを確実に抑制できる。したがって、第１実施形態の撹拌装置１及び、この撹拌装置１の動作を制御する制御装置５は、被撹拌物Ｓの種類の変更や工程内での被撹拌物Ｓの特性の変化に対しても、撹拌中の被撹拌物Ｓの飛散を安定して抑制できる。さらに、被撹拌物Ｓの波立ちを抑制できると、被撹拌物Ｓの液面状態が安定するため、液面測定が容易且つ正確になる。

また、第１実施形態の撹拌装置１において、制御装置５は、波立ち強度が大きいほど撹拌部３の回転数を低減させる。この構成により、撹拌部３の回転数低減によって被撹拌物Ｓの波立ちが弱まるので、被撹拌物Ｓの波立ちをより一層確実に抑制できる。

また、第１実施形態の撹拌装置１において、回転数制御の判断基準として用いる被撹拌物Ｓの「波立ち強度」とは、被撹拌物Ｓの波立ちの振幅Ａである。振幅Ａは波立ち強度と密接に関連するので、振幅Ａを用いることで波立ち強度を的確に把握することができ、撹拌部３の回転数制御を高精度に行うことができる。

また、第１実施形態の撹拌装置１において、制御装置５は、液面測定部４により所定期間に複数回測定された液面位置の情報から最大値Ｘｍａｘと最小値Ｘｍｉｎとの差分を算出し、差分を被撹拌物Ｓの波立ちの振幅Ａとして用いる。この構成により、例えば液面位置の現在値と前回値との差分など波立ち振幅を瞬時値で算出する場合と比較して、算出する振幅Ａの時間推移を平滑化できるので、この振幅Ａに基づく撹拌部３の回転数制御の制度を向上できる。

また、第１実施形態の撹拌装置１において、液面測定部４は、被撹拌物Ｓの液面の上方から液面位置を測定する光学式センサである。この構成により、液面測定部４を被撹拌物Ｓと直接接触させる必要がなくなり、測定に被撹拌物Ｓの流動等の影響を受けることを回避できる。また、光学式センサは短時間で複数回の測定を行うことができるので、単位時間当たりの測定データ数を増やすことができ、高精度な測定が可能となる。

また、第１実施形態の撹拌装置１において、撹拌部３は、回転により被撹拌物Ｓを撹拌する撹拌羽根３Ａと、この撹拌羽根３Ａを回転駆動させる駆動部３Ｂと、を有する。この構成により、被撹拌物Ｓを効率良く容器２内で撹拌することができる。

［第２実施形態］
図４及び図５を参照して第２実施形態を説明する。第２実施形態は、制御装置５により実施される撹拌部３の回転数制御が第１実施形態と異なる。

第２実施形態では、制御装置５は、被撹拌物Ｓの液面位置が閾値より低くなったときに撹拌部３の回転数を低減させる第１制御を実施し、さらに、演算部５Ａにより算出された波立ち強度が大きいほど、この第１制御用の閾値を増大させる第２制御を行う。

第１制御は、例えば制御部５Ｂが第１実施形態と同様に撹拌部３の回転数を複数の設定速度に切り替えることができる構成の場合、液面位置が閾値より低くなったときに、撹拌部３の回転数を１段階低速側に切り替える。第２制御では、被撹拌物Ｓの波立ちが大きいほど、この閾値を増大させて、撹拌部３の回転数を低速に切り替えるタイミングを早め、これにより波立ちを迅速に低減できるよう構成されている。

図４は、第２実施形態に係る撹拌装置１により実施される撹拌部３の回転数制御のフローチャートである。図５は、被撹拌物Ｓの波立ち強度Ｒの算出手法の一例を示す図である。図４に示すフローチャートは、例えば所定時間ごとに定期的に実施される。図４のフローチャートの前提として、上述の第１制御は実行中であり、図４のフローチャートは第２制御の具体的な処理である。以下、図４のフローチャートの手順に従って説明する。

ステップＳ２１では、液面測定部４により容器２内の被撹拌物Ｓの液面の位置が、所定期間に複数回測定される。ステップＳ２１の処理が完了するとステップＳ２２に進む。

ステップＳ２２では、制御装置５の演算部５Ａにより、ステップＳ２１にて測定された複数の液面位置データが平均化されて、この平均値が容器２内の被撹拌物Ｓの液面位置Ｘとして算出される。演算部５Ａは、例えば液面測定部４により１秒間に１０回測定されたデータを平均化して、今回の液面位置Ｘとして算出する。ステップＳ２２の処理が完了するとステップＳ２３に進む。

ステップＳ２３では、演算部５Ａにより、ステップＳ２２にて算出された液面位置Ｘと、前回の制御フローで算出された液面位置の前回値との偏差ΔＸを用いて、最大値Ｒｍａｘまたは最小値Ｒｍｉｎが更新される。演算部５Ａは、偏差ΔＸが正値の場合、すなわち液面位置Ｘが前回値に対して増加しているときには、記憶されている最大値Ｒｍａｘと偏差ΔＸとを比較して、偏差ΔＸのほうが大きい場合に最大値Ｒｍａｘを更新する。また、演算部５Ａは、偏差ΔＸが負値の場合、すなわち液面位置Ｘが前回値に対して減少しているときには、記憶されている最小値Ｒｍｉｎと偏差ΔＸとを比較して、偏差ΔＸのほうが小さい場合に最小値Ｒｍｉｎを更新する。ステップＳ２３の処理が完了するとステップＳ２４に進む。

ステップＳ２４では、演算部５Ａにより、ステップＳ２３にて更新された最大値Ｒｍａｘ、最小値Ｒｍｉｎを用いて、容器２内の被撹拌物Ｓの液面の波立ち強度Ｒが算出される。演算部５Ａは、例えば下記の（１）式を用いて波立ち強度Ｒを算出する。
Ｒ＝｜Ｒｍａｘ｜＋｜Ｒｍｉｎ｜ ・・・（１）

第２実施形態で用いる波立ち強度Ｒとは、例えば図５に示すように、第１制御の実施中の過去の時間ステップの全体において、それぞれ発生タイミングの異なる、液面増加方向の最大揺れ幅（図５では時刻ｔ１の最大値Ｒｍａｘ）と、液面減少方向の最大揺れ幅（図５では時刻ｔ２の最小値Ｒｍｉｎ）との合計値である。第２実施形態で用いる波立ち強度Ｒは、被撹拌物Ｓの液面位置のばらつき度合とも表現できる。ステップＳ２４の処理が完了するとステップＳ２５に進む。

ステップＳ２５では、制御装置５の制御部５Ｂにより、ステップＳ２２にて算出された被撹拌物Ｓの液面位置Ｘが、下記の（２）式の条件を満たすか否かが判定される。
液面位置Ｘ＜閾値＋Ｒ／２ ・・・（２）
ここで（２）式右辺の第１項は、第１制御の閾値であり、第２項は、ステップＳ２４にて算出された被撹拌物Ｓの波立ち強度Ｒに基づく閾値の嵩上量である。波立ち強度Ｒが大きいほど、第１制御の閾値の嵩上量も増大し、撹拌部３の回転数を低速に切り替えるタイミングが早くなる。

ステップＳ２５にて液面位置Ｘが閾値＋Ｒ／２より小さいと判定された場合には、ステップＳ２６にて撹拌部３の回転数が１段階低速に下げられ、波立ちが抑制される。なお、現在の回転数より低速側の設定が無く、現在の回転数が最も低速である場合には、撹拌部３の動作を停止してもよい。ステップＳ２６の処理が完了すると本制御フローを終了する。

一方、ステップＳ２５にて液面位置Ｘが閾値＋Ｒ／２以上と判定された場合には、撹拌部３の現在の回転数を維持して本制御フローを終了する。

第２実施形態に係る撹拌装置１では、制御装置５は、被撹拌物Ｓの波立ち強度Ｒが大きくなるほど、（２）式に示す第１制御の閾値の嵩上量を増大させて、撹拌部３の回転数を低速に切り替えるタイミングを早めることができ、これにより被撹拌物Ｓの波立ちが大きい場合には迅速に波立ちを低減させることができる。すなわち、第２実施形態も、被撹拌物Ｓの波立ち強度に基づき被撹拌物Ｓの波立ちを抑制するよう撹拌部３の回転数を制御する、という第１実施形態と共通の特徴を備えるので、第１実施形態と同様に、撹拌中の被撹拌物Ｓの飛散を安定して抑制するという効果を奏することができる。

なお、ステップＳ２５の第１制御の閾値の嵩上量として、ステップＳ２４にて算出された被撹拌物Ｓの波立ち強度Ｒの代わりに、第１実施形態で用いた被撹拌物Ｓの液面の波立ち振幅Ａを用いることもできる。また、撹拌部３の回転数を切り替える閾値は、被撹拌物Ｓの液面位置の高低に応じて複数としてもよい。

また、第１制御は、上述の説明とは逆に、液面位置が閾値より高くなったときに、撹拌部３の回転数を１段階高速側に切り替えることもできる。この場合、第２制御では、被撹拌物Ｓの波立ちが大きいほど、この閾値を増大させて、撹拌部３の回転数を高速に切り替えるタイミングを遅らせて、これにより回転数を上げる前に波立ちを低減できるよう構成される。

以下、本発明を用いた実施例について説明する。本実施例の撹拌用の容器２は、金属製で大きさが内径５５０ｍｍ、高さが６００ｍｍの円柱状のものとした。この容器２には、上方側面に供給口２Ｂ、底面に排出口２Ａを設けた。また、上方には被撹拌物Ｓが飛散しないように蓋部２Ｃを設けた。本実施例で使用した被撹拌物Ｓは、Ｎｉ粉及び溶剤の混合物とした。被撹拌物Ｓの粘度は、１８．５Ｐａ・ｓであった。

撹拌部３の撹拌羽根３Ａは、プロペラ型の回転径が３００ｍｍの２枚羽とした。駆動部３Ｂの駆動源にはモーターを使用した。撹拌羽根３Ａは、容器２内部の下部、容器２の底面から１００ｍｍ程度の位置に設置した。

液面測定部４は光学式センサを用いた。光学式センサは、容器２の蓋部２Ｃに設けたガラス製の窓部２Ｄの上方に設置した。液面測定部４による測定は、１秒間に１０回測定するように設定した。また、撹拌部３のモーターの回転数制御は、２００ｒｐｍ（高速）、１５０ｒｐｍ（中速）、１００ｒｐｍ（低速）の３段階の切り替え式とした。

次に上記装置を使用し、被撹拌物Ｓの波立ちの状況と撹拌部３の回転数を確認するため以下の試験を行った。液面測定部４からの容器２内部の被撹拌物Ｓの液面までの距離を１秒間に１０回測定した。その１０個の測定値のうち最大値と最小値とを抽出し、これらの差分を算出して（最大値−最小値）、この値を当該測定値の組の最大高低差（ｍｍ）とした。すなわち、この最大高低差とは、第１実施形態の波立ち振幅Ａと同等のものである。この測定及び演算を、撹拌部３の回転数が２００、１５０、１００ｒｐｍとした条件でそれぞれ複数回行った。

図６は、実施例の試験結果を示す図である。図６の横軸は時間を示し、縦軸は被撹拌物Ｓの波立ちの最大高低差を示す。図６には、上記試験にて液面測定部４の１０個の測定値ごとに算出された各組の最大高低差がプロットされている。図６に示すように、撹拌部３の回転数が高速（２００ｒｐｍ）、及び、中速（１５０ｒｐｍ）のときには、最大高低差は概ね１００ｍｍ程度で大きく、かつ２０ｍｍ〜１２０ｍｍの範囲に分散してばらつきも大きい。つまり、回転数が高速及び中速のときには容器２内の被撹拌物Ｓの波立ちが強くなっている。

一方、撹拌部３の回転数が低速（１００ｒｐｍ）のときには、最大高低差は０〜２０ｍｍの範囲に収まっており、ばらつきも小さく安定して低い値を示している。したがって、この実施例により、容器２内の被撹拌物Ｓにおいて撹拌による波立ちが大きくなった場合でも、撹拌の回転数を下げることで被撹拌物Ｓの波立ちを確実に抑制できることが示された。また、撹拌の性能についても問題はなかった。

以上、具体例を参照しつつ本実施形態について説明した。しかし、本開示はこれらの具体例に限定されるものではない。これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、条件、形状などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。

１ 撹拌装置
２ 容器
３ 撹拌部
３Ａ 撹拌羽根
３Ｂ 駆動部
４ 液面測定部
５ 制御装置
５Ａ 演算部
５Ｂ 制御部
Ｓ 被撹拌物
Ｒ 波立ち強度
Ａ 波立ち振幅

Claims (8)

1. 容器と、
   前記容器内の被撹拌物を撹拌する撹拌部と、
   前記被撹拌物の液面位置を測定する液面測定部と、
   前記液面測定部により測定される前記液面位置の情報に基づき前記被撹拌物の液面の波立ち強度を算出し、前記波立ち強度に基づき前記被撹拌物の波立ちを抑制するよう前記撹拌部の回転数を制御する制御装置と、
   を備える撹拌装置。
2. 前記制御装置は、前記波立ち強度が大きいほど前記撹拌部の回転数を低減させる、
   請求項１に記載の撹拌装置。
3. 前記制御装置は、前記被撹拌物の液面位置が閾値より低くなったときに前記撹拌部の回転数を低減させるよう前記撹拌部を制御し、
   算出した前記波立ち強度が大きいほど前記閾値を増大させる、
   請求項１または２に記載の撹拌装置。
4. 前記波立ち強度は、前記被撹拌物の波立ちの振幅を含む、
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の撹拌装置。
5. 前記制御装置は、前記液面測定部により所定期間に複数回測定された前記液面位置の情報から最大値と最小値との差分を算出し、前記差分を前記被撹拌物の波立ちの振幅として用いる、
   請求項４に記載の撹拌装置。
6. 前記液面測定部は、前記被撹拌物の液面の上方から液面位置を測定する光学式センサである、
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の撹拌装置。
7. 前記撹拌部は、
   回転により前記被撹拌物を撹拌する撹拌羽根と、
   前記撹拌羽根を回転駆動させる駆動部と、
   を有する、
   請求項１〜６のいずれか１項に記載の撹拌装置。
8. 容器と、前記容器内の被撹拌物を撹拌する撹拌部と、前記被撹拌物の液面位置を測定する液面測定部と、を備える撹拌装置の動作を制御する制御装置であって、
   前記液面測定部により測定される前記液面位置の情報に基づき前記被撹拌物の液面の波立ち強度を算出する演算部と、
   前記波立ち強度に基づき前記被撹拌物の波立ちを抑制するよう前記撹拌部の回転数を制御する制御部と、
   を有する制御装置。

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