JP2020124652A

JP2020124652A - 振動撹拌装置

Info

Publication number: JP2020124652A
Application number: JP2019016941A
Authority: JP
Inventors: 裕治幸重; Yuji Yukishige
Original assignee: Meiku Co Ltd
Current assignee: Meiku Co Ltd
Priority date: 2019-02-01
Filing date: 2019-02-01
Publication date: 2020-08-20
Anticipated expiration: 2039-02-01
Also published as: JP6570003B1

Abstract

【課題】流体の撹拌状態に応じて運転を制御することができる振動撹拌装置を提供する。【解決手段】電動モータ３を有する振動発生装置２と、振動発生装置２からの振動が伝達される振動軸８と、振動軸８に固定されている振動羽根９と、電動モータ３の仕事率Ｐを算出する負荷検出装置１１と、電動モータ３を制御する制御装置１２と、具備する振動撹拌装置１であって、制御装置１２は、振動羽根９の空気中での共振周波数Ｒと撹拌する流体Ｌの物性とに基づいて定められる目標共振周波数Ｒｔの振動を振動発生装置２で発生させて流体Ｌ中の振動羽根９に伝達し、負荷検出装置１１が算出する電動モータ３の仕事率Ｐが所定の値に到達すると流体Ｌが振動羽根９によって特定の状態に撹拌されたと判断する。【選択図】図２

Description

本発明は、振動攪拌装置に関する。

従来、液体、粉末またはこれらの混合物である流体を混合、分散、反応、乳化等を行うために振動撹拌装置が用いられている。振動撹拌装置は、流体中において振動羽根を所定の周波数で振動させることで、三次元の乱流を発生させて流体を撹拌するものである。振動撹拌装置は、複数の振動羽根が設けられた振動軸が振動モータに接続されている。振動撹拌装置は、振動モータで発生させた所定の周波数の振動を振動軸に伝達し、振動羽根を共振させることで流体に乱流を発生させる。しかし、撹拌によって流体の粘度が変化した場合、所定の周波数の振動では振動羽根が共振しない場合があった。そこで、流体の粘度が変化しても振動羽根が共振するように振動の周波数を自動制御する振動装置が知られている。例えば特許文献１の如くである。

特許文献１に記載の振動装置（振動撹拌装置）は、振動羽根の状態を検出する電気的手段として振動モータの入力電流センサを備えている。振動装置の振動羽根の振幅の大きさは、入力電流の大きさに比例する。振動装置は、入力電流センサが検出する値が最大値になるように、インバータの周波数を制御する。このように構成することで、振動装置は、常に振動羽根先端の振幅が最大になるように制御することができる。しかし、特許文献１に記載の振動装置は、振動羽根の振動状態を最適にすることで振動装置の作業効率を高めているが、流体が所望する撹拌状態になるように制御するものではない。従って、特許文献１に記載の振動装置では、目視等による確認や撹拌時間によって流体の撹拌状態を判断するしかなく、流体が所望する状態に撹拌されているかどうか正確に判断できない点で不利であった。

特開２０００−１７６２７０号公報

本発明は、以上の如き状況を鑑みてなされたものであり、流体の撹拌状態に応じて運転を制御することができる振動撹拌装置の提供を目的とする。

即ち、第一の発明は、モータを有する振動発生装置と、前記振動発生装置からの振動が伝達される振動軸と、振動軸に固定されている振動羽根と、前記モータの仕事率を算出する負荷検出装置と、前記モータを制御する制御装置と、具備する振動撹拌装置であって、前記制御装置は、前記振動羽根の空気中での共振周波数と撹拌する流体の物性とに基づいて定められる目標共振周波数の振動を前記振動発生装置で発生させて前記流体中の前記振動羽根に伝達し、前記負荷検出装置が算出する前記モータの仕事率が所定の値に到達すると前記流体が前記振動羽根によって特定の状態に撹拌されたと判断するものである。

第二の発明は、前記制御装置は、前記目標共振周波数の振動を前記振動発生装置で発生させて前記流体中の前記振動羽根に伝達した状態で単位撹拌時間毎に測定した前記モータの仕事率と前記流体の粘度とから構成されるデータベースを有し、撹拌前の前記流体を撹拌する際、単位撹拌時間毎の前記モータの仕事率を測定し、前記データベースと比較することで前記流体の粘度を推定するものである。

第三の発明は、前記制御装置は、単位撹拌時間毎の前記モータの仕事率と前記データベースにおける対応する撹拌時間の仕事率とが一致していない場合、正常に撹拌されていないと判断するものである。

第四の発明は、前記振動軸にヒーターが設けられ、前記制御装置が、前記流体の撹拌時の温度に応じて、前記ヒーターによって前記振動軸を加熱するものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

第一の発明から第三の発明においては、流体の状態が振動羽根の振動周波数に影響を及ぼすため、振動羽根が共振している状態においてモータの仕事量が最大になる特性から、モータの仕事率Ｐを介して流体の状態が把握される。これにより、振動撹拌装置は、流体の撹拌状態に応じて運転を制御することができる。

第四の発明においては、振動軸および振動羽根の温度と流体との温度差による流体の撹拌状態の変動が抑制される。これにより、振動撹拌装置は、流体の撹拌状態に応じて運転を制御することができる。

振動撹拌装置の第一実施形態の構成を示す概略図。振動撹拌装置の制御構成を示すブロック図。流体の粘度と振動羽根の共振周波数との関係を表すグラフを示す図。振動羽根の振動周波数と電動モータの仕事率との関係を表すグラフを示す図。流体の粘度と電動モータの仕事率との関係を表すグラフを示す図。振動撹拌装置の第一実施形態における制御態様を表すフローチャートを示す図。撹拌時間と基準粘度および基準仕事率との関係を表すグラフを示す図。振動撹拌装置の第二実施形態における制御態様を表すグラフを示す図。振動撹拌装置の第三実施形態の構成を示す部分拡大断面図。

初めに、図１を用いて、本発明に係る振動撹拌装置の第一実施形態である振動撹拌装置１について説明する。

図１に示すように、振動撹拌装置１は、容器Ｃに貯溜される流体Ｌ（液体、気体、またはこれらの混合物等）を所定の撹拌状態まで撹拌する装置である。振動撹拌装置１は、流体Ｌが貯留されている容器Ｃの上部架台Ｃａに設けられている。振動撹拌装置１は、振動発生装置２、吸振台４、振動軸８、振動羽根９、負荷検出装置１１、インバータ１０、制御装置１２を備えている。

振動発生装置２は、任意の周波数の振動を発生させる装置である。振動発生装置２は、吸振台４に設けられている。振動発生装置２は、振動を発生させる電動モータ３を有している。電動モータ３には、インバータ１０で任意の周波数に変換された交流電流が入力される。振動発生装置２は、電動モータ３に任意の周波数の交流電流が入力されることで交流電流の周波数に基づく周波数の振動を発生させる。

吸振台４は、振動発生装置２を支持するとともに、振動発生装置２が発生させる振動の容器Ｃへの伝達を抑制する設置台である。吸振台４は、設置板５、複数の案内軸６および複数の圧縮バネ７を具備する。設置板５には、複数の案内軸６が板面に対して垂直になるように設けられている。案内軸６は、設置板５に対して軸方向に移動自在に支持されている。また、案内軸６には、設置板５に軸方向の力を加える圧縮バネ７が設けられている。案内軸６の一側端部は、容器Ｃの上部架台Ｃａに固定されている。これにより、吸振台４は、案内軸６の軸方向に移動自在に設けられている設置板５が圧縮バネ７によって支持される。設置板５には、振動発生装置２が設置されている。吸振台４は、振動を発生させている振動発生装置２自体の振動を圧縮バネ７の伸縮によって吸収する。

振動軸８は、振動を振動羽根９に伝達する部材である。振動軸８は、ステンレス等の耐食性が高い金属から形成されている。振動軸８は、振動発生装置２に接続され、振動発生装置２が発生させる任意の周波数の振動が伝達するように構成されている。振動軸８は、振動発生装置２から容器Ｃの内部に向かって延びるように配置されている。つまり、振動軸８は、容器Ｃ内に貯留されている流体Ｌに浸かるように配置されている。

振動羽根９は、流体Ｌを撹拌する部材である、振動羽根９は、ステンレス等の耐食性が高い金属から形成されている。振動羽根９は、略長方形状の板材から形成されている。振動羽根９は、振動軸８に固定されている。振動羽根９は、振動軸８の軸方向に対して板面が略垂直になるように配置されている。振動軸８には、撹拌する流体Ｌの量や撹拌時間に応じて複数の振動羽根９が所定の間隔で設けられている。振動羽根９は、振動軸８を介して振動発生装置２が発生させた任意の周波数の振動が伝達される。振動羽根９は、伝達される振動によって、固有の振動モードで振動する。なお、本実施形態において、振動羽根９の形状は略長方形状であるがこれに限定するものではなく、円形や多角形でもよい。また、振動羽根９は、固有の振動モードで振動するように振動軸８に固定されていればよい。

図２に示すように、インバータ１０は、交流電流の周波数を変更する装置である。インバータ１０には、交流電源が接続されている。また、インバータ１０は、振動発生装置２の電動モータ３に接続されている。インバータ１０は、交流電流の周波数を任意の周波数に変更して電動モータ３に供給する。インバータ１０は、制御装置１２と一体に構成されていてもよい。

負荷検出装置１１は、振動発生装置２の電動モータ３の負荷を検出する装置である。負荷検出装置１１は、電動モータ３とインバータ１０とを接続する電力線に接続されている。負荷検出装置１１は、電動モータ３にかかる電圧と電動モータ３に流れる電流と電動モータ３に供給される交流電流の力率を検出する。さらに、負荷検出装置１１は、検出した電圧、電流、力率から電動モータ３の仕事率Ｐをリアルタイムで算出することができる。負荷検出装置１１は、算出した電動モータ３の仕事率Ｐを制御装置１２に送信するように構成されている。

制御装置１２は、振動発生装置２を制御する装置である。制御装置１２は、実体的には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ等がバスで接続される構成であってもよく、あるいはワンチップのＬＳＩ等からなる構成であってもよい。制御装置１２は、振動発生装置２の電動モータ３等の動作を制御するために種々のプログラムや各流体における電動モータ３の仕事率Ｐと粘度Ｖの関係についてのデータが格納されている。

制御装置１２は、インバータ１０に接続され、インバータ１０に制御信号を伝達することができる。

制御装置１２は、負荷検出装置１１に接続され、負荷検出装置１１から電動モータ３の仕事率Ｐを取得することができる。

制御装置１２は、入力装置１３に接続され、入力装置１３から、撹拌する流体Ｌの物性、振動羽根９が流体Ｌ中で共振する周波数（以下、単に「共振周波数Ｒ」と記す）と流体Ｌの粘度Ｖとの関係、電動モータ３の仕事率Ｐと共振周波数Ｒとの関係および流体Ｌの目標粘度Ｖｔを取得することができる。

このように構成される振動撹拌装置１は、振動羽根９の空気中での共振周波数Ｒである基準共振周波数Ｒｂと流体Ｌの物性等に基づいて定められた共振周波数Ｒで振動羽根９が振動するように、制御装置１２からの制御信号によってインバータ１０を作動させる。振動発生装置２の電動モータ３は、インバータ１０から入力される任意の周波数の交流電流によって振動を発生させて、振動軸８を振動させる（図１黒塗矢印参照）。振動撹拌装置１は、振動発生装置２から容器Ｃに伝わる振動を吸振台４によって吸収しつつ、振動軸８を介して振動羽根９に振動を伝達する（図１二点鎖線参照）。振動撹拌装置１は、電動モータ３の仕事率Ｐを負荷検出装置１１で算出しつつ、振動羽根９を共振させて流体Ｌに三次元の乱流を発生させる。

次に、図３を用いて、振動羽根９の共振周波数Ｒと流体Ｌの粘度Ｖとの関係について説明する。

図３に示すように、振動羽根９の共振周波数Ｒは、振動羽根９に接触している流体Ｌの粘度Ｖによって変動する。流体Ｌの粘度Ｖが高くなることで振動羽根９の共振周波数Ｒは低くなり、流体Ｌの粘度Ｖが低くなることで振動羽根９の共振周波数Ｒは高くなる（基準共振周波数Ｒｂに近づく）。一方、流体Ｌは、複数種類の流体を撹拌することによる化学変化によって粘度Ｖが変動したり、一種類の流体を撹拌することで粘度Ｖが変動したりする（チキソトロピー・レオペクシー）。従って、振動撹拌装置１は、流体Ｌの粘度Ｖが変動することにより振動羽根９の共振周波数Ｒと振動発生装置２から伝達されている振動の周波数との差が小さくなると振動羽根９に共振が発生し、振動羽根９の共振周波数Ｒと振動発生装置２から伝達されている振動の周波数との差が大きくなると振動羽根９に共振が発生しない。

次に、図４を用いて、周波数と電動モータ３の仕事率Ｐとの関係について説明する。

図４に示すように、振動発生装置２の電動モータ３の仕事率Ｐは、振動軸８の振幅が一定の場合、振動羽根９が共振周波数Ｒで振動（共振）している状態において最大の仕事率Ｐである最大仕事率Ｐｍになる。電動モータ３の仕事率Ｐは、振動羽根９が単位時間当たりに外力（電動モータ３）から吸収するエネルギーにほぼ等しい。また、振動羽根９の振動時の振幅は、外力から吸収するエネルギーに比例して大きくなる。従って、電動モータ３の仕事率Ｐは、振動軸８の振幅が一定の場合、振動している振動羽根９の周波数が共振周波数Ｒに近づくにつれて増大し、共振時に最大仕事率Ｐｍとなる。

次に、図５を用いて、振動撹拌装置１の制御装置１２における流体Ｌの撹拌状態を表す粘度Ｖに基づく撹拌制御について説明する。なお、振動撹拌装置１の制御装置１２には、流体Ｌの物性、振動羽根９の共振周波数Ｒと流体Ｌの粘度Ｖとの関係（図３参照）についてのデータベースが格納されているものとする。

振動撹拌装置１の制御装置１２（図２参照）は、撹拌によって達成したい流体Ｌの粘度Ｖである目標粘度Ｖｔを入力装置１３（図２参照）から取得すると、目標粘度Ｖｔの流体Ｌ中における振動羽根９の共振周波数Ｒである目標共振周波数Ｒｔを算出する（図３参照）。制御装置１２は、振動発生装置２によって目標共振周波数Ｒｔの振動を発生させる。目標共振周波数Ｒｔの振動は、振動軸８を介して振動羽根９に伝達される。制御装置１２は、負荷検出装置１１によって振動発生装置２の電動モータ３の仕事率Ｐを単位撹拌時間毎に算出する。

図５に示すように、振動軸８の振幅が一定の場合、電動モータ３の仕事率Ｐは、流体Ｌの現在の粘度Ｖが目標粘度Ｖｔに近づくにつれて増大していく。振動羽根９は、流体Ｌの現在の粘度Ｖが目標粘度Ｖｔに一致すると、目標共振周波数Ｒｔで共振する。つまり、電動モータ３の仕事率Ｐは、流体Ｌの現在の粘度Ｖが目標粘度Ｖｔに一致した時点で共振する振動羽根９の影響により最大仕事率Ｐｍとなる。また、電動モータ３は、振動羽根９が共振している間、最大仕事率Ｐｍの状態で運転を継続する。従って、制御装置１２は、電動モータ３の仕事率Ｐの変動幅が所定値ΔＰ以下になった場合、電動モータ３の仕事率Ｐが最大仕事率Ｐｍに到達したと判断する。すなわち、制御装置１２は、流体Ｌの現在の粘度Ｖが目標粘度Ｖｔに到達し、特定の状態に撹拌されたと判断する。

図６に示すように、ステップＳ１１０において、振動撹拌装置１の制御装置１２は、入力装置１３から目標粘度Ｖｔを取得し、ステップをステップＳ１２０に移行させる。

ステップＳ１２０において、制御装置１２は、目標粘度Ｖｔから目標共振周波数Ｒｔを算出し、ステップをステップＳ１３０に移行させる。

ステップＳ１３０において、制御装置１２は、振動発生装置２によって目標共振周波数Ｒｔの振動を発生させる開始信号をインバータ１０に送信して、ステップをステップＳ１４０に移行させる。

ステップＳ１４０において、制御装置１２は、単位撹拌時間毎に負荷検出装置１１が算出した電動モータ３の仕事率Ｐを取得し、ステップをステップＳ１５０に移行させる。

ステップＳ１５０において、制御装置１２は、電動モータ３の仕事率Ｐの変動幅を算出し、ステップをステップＳ１６０に移行させる。

ステップＳ１６０において、制御装置１２は、仕事率Ｐの変動幅が所定値ΔＰ以下か否か判定する。
その結果、仕事率Ｐの変動幅が所定値ΔＰ以下の場合、制御装置１２はステップをステップＳ１７０に移行させる。
一方、仕事率Ｐの変動幅が所定値ΔＰよりも大きい場合、制御装置１２はステップをステップＳ１４０に移行させる。

ステップＳ１７０において、制御装置１２は、流体Ｌの現在の粘度Ｖが目標粘度Ｖｔに到達したと判断してインバータに振動を停止させる停止信号を送信し、ステップを終了する。

このように、振動撹拌装置１は、振動羽根９の基準共振周波数Ｒｂと撹拌する流体Ｌの量および流体Ｌの物性に基づいて、流体Ｌの目標粘度Ｖｔに対応する目標共振周波数Ｒｔで振動羽根９を振動させる。振動撹拌装置１は、電動モータ３の仕事率Ｐが最大仕事率Ｐｍになった時点で、流体Ｌが目標粘度Ｖｔになる特定の状態まで撹拌されたと判断する。このように、流体Ｌの状態を表す物性値である粘度Ｖが振動羽根９の共振周波数Ｒに影響を及ぼすため、電動モータ３の仕事率Ｐから流体Ｌの状態が把握される。これにより、振動撹拌装置１は、流体Ｌの撹拌状態に応じて運転を制御することができる。

なお、本実施形態において、振動撹拌装置１は、目標粘度Ｖｔにおける流体Ｌ中での振動羽根９の共振周波数Ｒを目標共振周波数Ｒｔとしているが、撹拌前の流体Ｌ中での振動羽根９の共振周波数Ｒの振動を目標共振周波数Ｒｔとしてもよい。つまり、振動撹拌装置１は、撹拌前の流体Ｌ中での目標共振周波数Ｒｔの振動を振動羽根９に伝達して、電動モータ３の仕事率Ｐが所定の仕事率Ｐ（目標仕事率）になった時点で流体Ｌが目標粘度Ｖｔになる特定の状態まで撹拌されたと判断する構成でもよい。

次に、図７と図８を用いて、本発明に係る振動撹拌装置の第二実施形態である振動撹拌装置１４について説明する。なお、以下の実施形態に係る振動撹拌装置１４は、図１から図６に示す振動撹拌装置１において、振動撹拌装置１に替えて適用されるものとして、その説明で用いた名称、図番、符号を用いることで、同じものを指すこととし、以下の実施形態において、既に説明した実施形態と同様の点に関してはその具体的説明を省略し、相違する部分を中心に説明する。

撹拌時間Ｔと流体Ｌの粘度Ｖの変動について説明する。

振動撹拌装置１４で撹拌される流体Ｌは、振動撹拌装置１４による撹拌時間Ｔの経過に伴って現在の粘度Ｖが変動する。また、振動撹拌装置１４は、流体Ｌの粘度Ｖの変動に伴って流体Ｌ中での振動羽根９の共振周波数Ｒが変動するので、振動軸８の振幅が一定の場合、撹拌時間Ｔの経過に伴って振動発生装置２の電動モータ３の仕事率Ｐが変動する。つまり、振動撹拌装置１４は、所定の条件において適切に流体Ｌを撹拌する場合、撹拌時間Ｔから流体Ｌの現在の粘度Ｖに対応する電動モータ３の仕事率Ｐが推定される。

図７に示すように、振動撹拌装置１４は、撹拌によって流体Ｌの粘度Ｖが安定した（変動しない）状態の粘度である安定粘度Ｖｓに到達するまでに必要な安定撹拌時間Ｔｓと、安定粘度Ｖｓの流体Ｌ中での振動羽根９の共振周波数Ｒである安定共振周波数Ｒｓと、安定共振周波数Ｒｓで振動羽根９を振動させた際の電動モータ３の最大仕事率Ｐｍと、を予め測定する。さらに、振動撹拌装置１４は、単位撹拌時間毎に安定共振周波数Ｒｓの振動を振動羽根９に伝達している際の電動モータ３の仕事率Ｐを予め測定した基準仕事率Ｐｏと、単位撹拌時間毎に流体Ｌの粘度Ｖを予め測定した基準粘度Ｖｏとをデータベースとして保持している。これにより、振動撹拌装置は、振動軸８の振幅が一定の場合、基準仕事率Ｐｏと基準粘度Ｖｏに基づいて、任意の撹拌時間Ｔにおける電動モータ３の仕事率Ｐから流体Ｌの粘度Ｖを推定することができる。つまり、振動撹拌装置１４は、流体Ｌを所定の条件で撹拌する場合、撹拌時間Ｔとその時点での電動モータ３の仕事率Ｐとデータベースの基準仕事率Ｐｏとを比較することで流体Ｌが推定される粘度Ｖに撹拌されているか判断することができる。

振動撹拌装置１４は、単位撹拌時間毎に電動モータ３の仕事率Ｐを測定する。振動撹拌装置１４は、任意の撹拌時間Ｔ１での電動モータ３の仕事率Ｐが、基準仕事率Ｐｏにおいて対応する撹拌時間Ｔでの仕事率Ｐ１を中心とする所定の範囲内（許容範囲内）に含まれている場合、流体Ｌが適切に撹拌されていると判断する。また、振動撹拌装置１４は、その時点での流体Ｌの粘度Ｖを基準粘度Ｖｏから粘度Ｖ１であると判断することができる。一方、振動撹拌装置１４は、任意の撹拌時間Ｔ１での電動モータ３の仕事率Ｐが基準仕事率Ｐｏにおいて対応する撹拌時間Ｔでの仕事率Ｐ１の許容範囲内に含まれていない仕事率Ｐ２である場合（黒点参照）、流体Ｌが適切に撹拌されていない、または、流体Ｌの物性（流体の混合割合や含有成分）が適正でないと判断する。

図８に示すように、ステップＳ２３０において、振動撹拌装置１４の制御装置１２は、振動発生装置２によって目標共振周波数Ｒｔの振動を発生させる開始信号をインバータ１０に送信するとともに、撹拌時間Ｔの測定を開始して、ステップをステップＳ１４０に移行させる。

ステップＳ１４０において、制御装置１２は、単位撹拌時間毎に負荷検出装置１１が算出した電動モータ３の仕事率Ｐを取得し、ステップをステップＳ２５０に移行させる。

ステップＳ２５０において、制御装置１２は、取得した仕事率Ｐが撹拌時間Ｔにおける基準仕事率Ｐｏを基準とする許容範囲内に含まれているか否か判定する。
その結果、取得した仕事率Ｐが撹拌時間Ｔにおける基準仕事率Ｐｏを基準とする許容範囲内に含まれている場合、制御装置１２はステップをステップＳ２６０に移行させる。
一方、取得した仕事率Ｐが撹拌時間Ｔにおける基準仕事率Ｐｏを基準とする許容範囲内に含まれていない場合、制御装置１２はステップをステップＳ２７０に移行させる。

ステップＳ２６０において、制御装置１２は、流体Ｌが正常に撹拌されていると判断し、取得した仕事率Ｐに対応する基準粘度Ｖｏを流体Ｌの撹拌時間Ｔにおける粘度Ｖと推定し、ステップをステップＳ１１０に移行させる。

ステップＳ２７０において、制御装置１２は、流体Ｌが正常に撹拌されていないと判断し、インバータ１０に停止信号を送信し、ステップを終了する。

このように、振動撹拌装置１４は、予め単位撹拌時間毎に測定した基準仕事率Ｐｏと基準粘度Ｖｏから構成されるデータベースに基づいて、撹拌時間Ｔと電動モータ３の仕事率Ｐとから流体Ｌの粘度Ｖを推定する。また、振動撹拌装置１４は、測定した仕事率Ｐと基準仕事率Ｐｏとの比較によって流体Ｌの状態を判断する。これにより、振動撹拌装置１４は、流体Ｌの撹拌状態に応じて運転を制御することができる。

次に、図９を用いて、本発明に係る振動撹拌装置の第三実施形態である振動撹拌装置１５について説明する。

図９に示すように、振動撹拌装置１５は、振動羽根９、振動軸１６を備えている。

振動軸１６は、振動を振動羽根９に伝達する部材である。振動軸１６は、ステンレス等の耐食性が高い金属から形成されている。振動軸１６は、有底中空状に形成されている。振動軸１６の内部には、カートリッジヒーターであるヒーター１７が設けられている（薄墨部分参照）。振動軸１６および振動軸１６に固定されている振動羽根９は、振動軸１６内のヒーター１７によって加熱されるように構成されている。本実施形態において、ヒーター１７は、カートリッジヒーターとして構成されているが、振動羽根９と振動軸１６とを加熱できるヒーターであれば特に限定しない。

このように構成することで、振動撹拌装置１５は、流体Ｌに接触している振動軸１６および振動羽根９の温度を流体Ｌの温度に応じた温度に調節することができる。例えば、流体Ｌが温度低下によって硬化する溶融金属や軟化状態の熱可塑性樹脂等である場合、振動撹拌装置１５は、振動軸１６と振動羽根９とを流体Ｌの溶融温度以上に加熱することで流体Ｌの硬化を防ぐことができる。つまり、振動撹拌装置１５で撹拌される流体Ｌは、振動軸１６および振動羽根９との温度差による撹拌状態の変動が抑制される。また、振動撹拌装置１５は、振動軸８および振動軸１６への流体Ｌの固着を防止することができる。これにより、振動撹拌装置１５は、流体Ｌの撹拌状態に応じて運転を制御することができる。

なお、上述の各実施形態において、振動撹拌装置１・１４・１５による撹拌には、単一種類の流体の撹拌だけでなく、複数種類の流体の撹拌や異なる相の流体の撹拌が含まれる。例えば、水分と油分を界面活性剤で乳化させるような、複数種類の流体同士の混合、溶融金属中に気体を混合するような、気相と液相とからなる流体同士の混合などが含まれる。

上述の実施形態は、代表的な形態を示したに過ぎず、一実施形態の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。

１振動撹拌装置
２振動発生装置
３電動モータ
８振動軸
９振動羽根
１１負荷算出装置
１２制御装置
Ｒｔ目標共振周波数
Ｐ仕事率

Claims

モータを有する振動発生装置と、前記振動発生装置からの振動が伝達される振動軸と、前記振動軸に固定されている振動羽根と、前記モータの仕事率を算出する負荷検出装置と、前記モータを制御する制御装置と、具備する振動撹拌装置であって、
前記制御装置は、前記振動羽根の空気中での共振周波数と撹拌する流体の物性とに基づいて定められる目標共振周波数の振動を前記振動発生装置で発生させて前記流体中の前記振動羽根に伝達し、前記負荷検出装置が算出する前記モータの仕事率が所定の値に到達すると前記流体が前記振動羽根によって特定の状態に撹拌されたと判断する振動撹拌装置。
前記制御装置は、前記目標共振周波数の振動を前記振動発生装置で発生させて前記流体中の前記振動羽根に伝達した状態で単位撹拌時間毎に測定した前記モータの仕事率と前記流体の粘度とから構成されるデータベースを有し、
撹拌前の前記流体を撹拌する際、単位撹拌時間毎の前記モータの仕事率を測定し、前記データベースと比較することで前記流体の粘度を推定する請求項１に記載の振動撹拌装置。
前記制御装置は、単位撹拌時間毎の前記モータの仕事率と前記データベースにおける対応する撹拌時間の仕事率とが一致していない場合、正常に撹拌されていないと判断する請求項２に記載の振動撹拌装置。
前記振動軸にヒーターが設けられ、
前記制御装置が、前記流体の撹拌時の温度に応じて、前記ヒーターによって前記振動軸を加熱する請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の振動撹拌装置。