JP2021133291A - シール機構、および原料撹拌装置 - Google Patents

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【課題】シール部材および該シール部材が圧接されるシール面が摩耗によって変形しても、簡易な作業でシール性能を維持することが可能なシール機構を提供する。【解決手段】シール機構30は、原料を内部に収容し、回転する回転容器1と、該回転容器1の上部開口を塞ぐ蓋部材5との間の隙間をシールする。シール機構30は、蓋部材5に連結されたシール部材36と、回転容器1に連結されたシールリング33と、を備える。シールリング33は、シール部材36が圧接されるシール面33bを有している。【選択図】図3

Description

本発明は、原料を収容して回転する回転容器と、該回転容器の上部開口を塞ぐ蓋部材との間の隙間をシールするシール機構、および該シール機構を備えた原料撹拌装置に関する。
原料撹拌装置は、原料の造粒、コーティング、混合、混練、撹拌、および乾燥などの各種処理を行う装置であり、医薬品、化学薬品、食品、化粧品、ファインケミカル、鋳物、建築材料、塗料、およびダスト処理などの様々な産業分野で用いられている(例えば、特許文献1および特許文献2参照)。この原料撹拌装置は、軸線周りに回転駆動される回転容器と、該回転容器の上部開口を開閉する蓋部材と、回転容器と蓋部材との間の隙間をシールするシール機構と、を備えている。回転容器は、一般に、有底円筒形状を有している。原料撹拌装置で処理される原料は、回転容器の上部開口から該回転容器に投入され、その後、回転容器の上部開口が蓋部材により閉じられる。そして、回転容器を所定の回転速度で回転させることにより、上記各種処理が行われる。
シール機構は、各種処理を実行している間に、回転容器と蓋部材との間の隙間から原料が漏洩すること、および異物が回転容器内に外部から侵入することを防止する。このようなシール機構は、蓋部材の下面に連結されたシール部材を備えており、シール部材は、回転容器の内周面に所定の押圧力で押し付けられる。原料撹拌装置で各種処理を実行している間、原料が投入された回転容器は回転されるが、蓋部材、および蓋部材に連結されたシール部材は回転させない。以下では、シール部材が押し付けられる回転容器の内周面を「シール面」と称することがある。
なお、本明細書では、原料撹拌装置の回転容器に投入される材料を総称して、「原料」と称する。原料は、粉体、およびスラッジなどの固体材料であってもよいし、水およびオイルなどの液体材料であってもよいし、固定材料と液体材料との混合物であってもよい。さらに、原料撹拌装置では、複数の材料のそれぞれが所定の時間間隔を開けて回転容器に投入されることがある。例えば、固体材料を回転容器に投入して、該回転容器を回転させてから所定の時間が経過した後に、回転容器に液体材料を投入することがある。この場合、原料は、固体材料と液体材料である。また、本明細書では、各種処理を行った後で、回転容器から取り出される物体を総称して、「製品」と称する。
特開2013−17923号公報 特開2016−2536号公報
原料撹拌装置で、シール機構が適切なシール性能を発揮するためには、シール部材を適切な押圧力で回転容器のシール面に押し付ける必要がある。例えば、シール部材がリップシールである場合は、リップの先端を所定の押圧力で、回転容器のシール面に押し付ける必要がある。
原料撹拌装置の使用を継続していくにつれて、シール部材、および該シール部材が押圧される回転容器のシール面が摩耗により変形していく。一方で、蓋部材が回転容器の上部開口を塞いだときの該蓋部材の回転容器に対する位置(すなわち、シール部材の回転容器に対する位置)は一定である。したがって、原料撹拌装置の使用を継続していくにつれて、蓋部材が回転容器の上部開口を塞いだときにシール面に押圧されるシール部材の押圧力が徐々に小さくなり、その結果、シール機構のシール性能が徐々に低下していく。シール性能の低下は、回転容器からの原料の漏洩につながるため、原料撹拌装置の使用時間がある程度経過すると、シール部材および回転容器を交換しなければならない。
しかしながら、シール部材の交換は比較的簡易な作業である一方で、回転容器の交換は比較的大がかりな作業であり、原料撹拌装置のダウンタイムも大きくなる。また、回転容器は一般に高価な部材であり、回転容器の交換は原料撹拌装置のランニングコストを上昇させてしまう。
そこで、本発明は、シール部材および該シール部材が圧接されるシール面が摩耗によって変形しても、簡易な作業でシール性能を維持することが可能なシール機構を提供することを目的とする。また、本発明は、このようなシール機構を備えた原料撹拌装置を提供することを目的とする。
一態様では、原料を内部に収容し、回転する回転容器と、該回転容器の上部開口を塞ぐ蓋部材との間の隙間をシールするシール機構であって、前記蓋部材に連結されたシール部材と、前記回転容器に連結されたシールリングと、を備え、前記シールリングは、前記シール部材が圧接されるシール面を有していることを特徴とするシール機構が提供される。
一態様では、前記シール機構は、前記回転容器と前記シールリングとの間に挟まれる調整板をさらに備える。
一態様では、前記シール機構は、前記シールリングを前記回転容器に連結するための連結部材をさらに備える。
一態様では、前記シール面は、耐摩耗性および耐摩擦性を向上させる表面処理が施されている。
一態様では、原料を内部に収容し、回転する回転容器と、前記回転容器の上部開口を塞ぐ蓋部材と、上記シール機構と、を備え、前記シール機構によって、前記回転容器と前記蓋部材との間の隙間がシールされることを特徴とする原料撹拌装置が提供される。
本発明によれば、摩耗によって変形したシール部材および/またはシールリングを交換する簡易な作業だけで、所望のシール性能を維持することができる。さらに、回転容器は交換しないので、原料撹拌装置のランニングコストの上昇を抑制することができる。さらに、回転容器とシールリングとの間に調整板を挟むことができる。したがって、調整板を回転容器とシールリングとの間に挟むという簡易な操作だけで、シール部材をシールリングのシール面に押し付ける押圧力を自在に調整することができる。
図1は、一実施形態に係る原料撹拌装置の正面図である。 図2は、図1に示す原料撹拌装置の側面図である。 図3は、一実施形態に係るシール機構を説明するための概略断面図である。 図4は、図3に示すシール機構の変形例を示す概略断面図である。 図5は、図4に示す回転容器とシールリングとの間に挟まれた調整板を説明するための概略断面図である。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図1は、一実施形態に係る原料撹拌装置の正面図である。図2は、図1に示す原料撹拌装置の側面図である。図1および図2に示すように、原料撹拌装置は、原料を収容して回転する回転容器(混合パン)1と、回転容器1を回転させるための第1駆動装置(モータ)2と、回転容器1内の原料を撹拌するロータユニット3と、ロータユニット3を回転させるための第2駆動装置(モータ)4とを備えている。
本実施形態では、駆動装置2,4は制御装置(図示せず)に接続されており、制御装置はこれら駆動装置2,4の回転速度および回転方向を自在に制御するように構成されている。このような構成により、回転容器1およびロータユニット3をそれぞれ所望の回転速度および回転方向で独立して回転させることができる。
回転容器1は、有底円筒形状を有しており、カバー9の内部に回転可能に配置されている。本実施形態では、カバー9の上部には、蓋部材5が設けられており、該蓋部材5によって、回転容器1の上端に形成された開口が塞がれる。図1に示すように、蓋部材5は、原料を回転容器1に供給するための供給口5aを有している。原料は、供給口5aから直接回転容器1内に供給されてもよいし、供給口5aにシュート、ノズル、またはホッパーなどの原料供給設備(図示せず)を連結し、該原料供給設備および供給口5aを介して、回転容器1に供給されてもよい。製品を製造するときは、原料が投入された回転容器1とロータユニット3を回転させる。
なお、図1および図2に示した実施形態では、蓋部材5が図示しない駆動機構(例えば、エアシリンダ、油圧シリンダ、または電動シリンダ)により回転容器1の回転軸と平行な方向に上昇することで、カバー9および回転容器1の上部開口が開かれるようになっている。図示はしないが、蓋部材5が旋回軸を支点として回動することにより、カバー9および回転容器1の上部開口が開閉されてもよい。蓋部材5を上昇させて、回転容器1の上部開口が開かれたときに、原料を上部開口から回転容器1に投入してもよい。この場合、上記供給口5aを省略してもよい。回転容器1から製品を取り出すときは、蓋部材5を上昇させて、回転容器1の上部開口を開いてもよい。
蓋部材5は、回転容器1の上部開口を塞ぐ限り、該上部開口を開閉しなくてもよい。この場合、回転容器1の底壁または側壁に製品を回転容器1から取り出すための排出口(図示せず)が形成されてもよい。排出口が回転容器1に設けられる場合、原料撹拌装置は、排出口を開閉可能な排出口ゲートを有していてもよい。製品を回転容器1から取り出すときは、排出口ゲートを移動させて排出口を開く。さらに、原料撹拌装置は、排出口に連結可能な吸い出しラインを備えていてもよい。この場合、製品は、排出口に連結された吸い出しラインを介して回転容器1から吸い出される。
原料撹拌装置は、所定量の原料が投入され、蓋部材5で上部開口が塞がれた回転容器1を回転させ、同時に、ロータユニット3を回転容器1内で回転させることにより、原料の造粒、コーティング、混合、混練、撹拌、乾燥などの各種処理を実行する。原料の処理を実行している間、回転容器1およびロータユニット3が回転しても、蓋部材5は回転しない。
上記処理を実行している間に、回転容器1と蓋部材5との間の隙間から原料が漏洩することを防止するために、原料撹拌装置は、回転容器1と蓋部材5との間に配置されるシール機構を有している。このシール機構によって、回転容器1と蓋部材5との間の隙間がシールされる。
図3は、一実施形態に係るシール機構を説明するための概略断面図である。図3に示すシール機構30は、略環形状を有するシール部材36と、回転容器1の上端に連結されたシールリング33と、を備える。図3に示すシール機構30は、リップシール36を保持した状態で蓋部材5に固定されるホルダ39をさらに備えている。本実施形態では、ホルダ39は、円環形状を有している。リップシール36は、その内周面がホルダ39の外周面に接触した状態で、ねじなどの固定具(図示せず)を介してホルダ39に固定されている。
図3に示す例では、シール部材36は、回転容器1の上端に連結されたシールリング33に圧接されるリップ36aと、リップ36aが接続され、円環形状を有するリップシール本体36cとを有するリップシールである。以下の説明では、シール部材36をリップシール36と称して、シール機構30を説明するが、本実施形態のシール部材36は、回転容器1のシール面1aに圧接される限り、リップシールに限定されない。例えば、シール部材36は、リップが省略されて、環状のシール本体のみからなるリング状シール部材であってもよい。
リップシール36のリップ36aは、リップシール本体36cの下面からリップシール本体36cの全周にわたって延びている。したがって、蓋部材5が回転容器1の上部開口を塞ぐと、リップシール36は、蓋部材5と回転容器1との間の隙間を回転容器1の全周にわたってシールする。
リップシール(シール部材)36は、適切なシール性能を発揮可能なある程度弾性がある材料から選定される。このような材料は、例えば、合成ゴムである。リップシール36を構成する合成ゴムは、一般的なシール部材の材料として多用されている合成ゴムから選定されるのが好ましい。この理由は、リップシール36を安価に製造することができるからである。このような合成ゴムの例としては、ニトリルゴム(NBR)、クロロスルフォン化ポリエチレン(CSM)、エチレンプロピレンゴム(EPM、EPDM)、ポリウレタン(PU)、およびウレタンゴムなどが挙げられる。なお、リップシール36の材料は、適切な弾性を有している限り、合成ゴムに限定されない。例えば、リップシール36を樹脂から構成してもよい。
リップシール36を保持するホルダ39は、複数のねじ45によって蓋部材5に固定される。具体的には、ホルダ39は、ねじ45が係合するねじ孔39aを有しており、蓋部材5にはねじ孔39aに対応する位置に貫通孔が形成されている。ねじ45を蓋部材5の貫通孔に挿入した状態で、ねじ45をホルダ39のねじ孔39aに螺合させることにより、ホルダ39が蓋部材5に固定される。図3では、1つのねじ45とそのねじ孔39aのみが描かれているが、実際は、ホルダ39は、該ホルダ39の円周方向に等間隔で配置された複数のねじ孔39aを有している。したがって、ホルダ39は、複数のねじ45によって蓋部材5に固定される。蓋部材5が回転容器1の上部開口を塞ぐと、ホルダ39を介して蓋部材5に連結されたリップシール36の中心軸線は、回転容器1の中心軸線と一致する。
回転容器1は、その上端部に形成されたフランジ部1aを有している。シールリング33は、回転容器1のフランジ部1aに複数のねじ(連結部材)41によって連結される。より具体的には、回転容器1のフランジ部1aには、ねじ41が挿入される貫通孔1bが形成されており、シールリング33は、貫通孔1bに対応する位置に形成されたねじ孔33aを有している。ねじ孔33aは、シールリング33の下面から上面に向かって延びている。シールリング33をフランジ部1aの上面に載せた状態で、各ねじ41を貫通孔1bに通し、これらねじ41をねじ孔33aに螺合させることにより、シールリング33が回転容器1に連結される。図3では、1つのねじ41とそのねじ孔33aのみが描かれているが、実際は、シールリング33は、該シールリング33の円周方向に等間隔で配置された複数のねじ孔33aを有している。したがって、シールリング33aは、複数のねじ41によって回転容器1に連結される。複数のねじ41を用いてシールリング33を回転容器1に連結すると、シールリング33の中心軸線は、回転容器1の中心軸線に一致する。
本実施形態において、シールリング33を回転容器1に連結するための連結部材はねじ41であるが、連結部材はこの例に限定されない。例えば、連結部材は、回転容器1のフランジ部1aとシールリング33を挟むクリップであってもよい。
シールリング33は、蓋部材5が回転容器1の上部開口を塞いだときに、リップシール36のリッブ36aが圧接される上面33bを有しており、この上面33bが、リップ36aが所定の押圧力で押し付けられるシール面として機能する。以下では、シールリング33の上面33bを「シール面33b」と称する。リップシール36のリップ36aをシール面33bに所定の押圧力で押し付けることにより、回転容器1と蓋部材5との間の隙間から原料が漏洩することが防止される。
さらに、シール機構30は、シールリング33と回転容器1との間の隙間から原料が漏洩することを防止するために、シールリング33の下面と回転容器1のフランジ部1aの上面とで挟まれる容器シール部材40を有している。本実施形態では、容器シール部材40はoリングである。なお、容器シール部材40は、シールリング33と回転容器1との間の隙間から原料が漏洩することを防止可能である限り、oリングに限定されない。例えば、容器シール部材40は、樹脂製のシール板であってもよい。
図4は、図3に示すシール機構の変形例を示す概略断面図である。特に説明しない本実施形態の構成は、図3に示す実施形態の構成と同様であるため、同一又は相当する構成要素には同一の符号を付して、その重複する説明を省略する。
図4に示すシール機構30のリップシール(シール部材)36は、蓋部材5が回転容器1の上部開口を塞いだときに、回転容器1の上端に連結されたシールリング33に圧接される第1リップ36aおよび第2リップ36bと、リップシール本体36cと、を有するダブルリップシールである。リップシール36は、その上面がホルダ39の下面に接触した状態で、ねじなどの固定具(図示せず)を介してホルダ39に固定されている。第2リップ36bは、第1リップ36aの半径方向外側に配置される。リップシール本体36cは、円環形状を有しており、第1リップ36aおよび第2リップ36bは、リップシール本体36cの下面からリップシール本体36cの全周にわたって延びている。したがって、蓋部材5が回転容器1の上部開口を閉じると、リップシール36は、蓋部材5と回転容器1との間の隙間を回転容器1の全周にわたってシールする。
本実施形態では、第1リップ36aの基端部と第2リップ36bの基端部との間に、円環形状を有するブロック47が配置されている。ブロック47の内周面は、第1リップ36aの外周面に接触しており、ブロック47の外周面は、第2リップ36bの内周面に接触している。蓋部材5が回転容器1の上部開口を塞ぐと、第1リップ36aおよび第2リップ36bの先端は所定の押圧力で回転容器1の上端に連結されたシールリング33に押し付けられ、リップシール36の半径方向に変形する。一方で、ブロック47によって、第1リップ36aの基端部と第2リップ36bの基端部とがリップシール36の半径方向に変形するのが阻止される。一実施形態では、ブロック47を省略してもよい。
このように、リップシール36はダブルリップシールであってもよい。
図3および図4に示す実施形態では、摩耗によるリップシール(シール部材)36および/またはシールリング33の変形量が許容値を超えた場合に、該リップシール36および/またはシールリング33を新しいリップシールおよび/またはシールリングに交換する。リップシール36の交換は、非常に簡易な操作で行うことができる。具体的には、ねじ45とホルダ39のねじ孔39aとの螺合を解除して、摩耗したリップシール36とホルダ39を蓋部材5から取り外す。次いで、ホルダ39に新しいリップシールを取り付け、その後、ねじ45をホルダ39のねじ孔39aに螺合させる。同様に、シールリング33の交換も非常に簡易な操作で行うことができる。すなわち、ねじ41とシールリング33のねじ孔33aとの螺合を解除して、摩耗したシールリング33を回転容器1のフランジ部1aから取り外す。次いで、新しいシールリングを回転容器1のフランジ部1aに載せて、ねじ41をねじ孔33aに螺合させる。
これら簡易な作業だけで、リップシール36をシールリング33のシールリング33bに所定の押圧力で押し付けることができる。すなわち、所望のシール性能を維持することができる。さらに、回転容器1は交換しないので、原料撹拌装置のランニングコストの上昇を抑制することができる。
さらに、図3および図4に示すシール機構30では、回転容器1とシールリング33との間に調整板を挟むことができる。図5は、図4に示す回転容器とシールリングとの間に挟まれた調整板を説明するための概略断面図である。図示はしないが、図3に示すシール機構30でも、以下に説明する調整板を、回転容器1とシールリング33との間に挟むことができる。
図5に示すように、シール機構30は、回転容器1とシールリング33の間に挟まれた調整板46を有していてもよい。調整板46は、リップシール36に対するシールリング33の位置を調整する所謂「シム(shim)」として機能する。図5に示す調整板46は、円環形状を有している。さらに、調整板46は、ねじ41が通る貫通孔46aを有している。貫通孔46aは、回転容器1のフランジ部1aに形成された貫通孔1bに対応した位置に設けられている。すなわち、貫通孔46aは、シールリング33を回転容器1に連結するためのねじ41に対応して形成されている。
調整板46の厚さ(すなわち、シールリング33の中心軸線の延びる方向における調整板46の大きさ)を変更することにより、リップシール36に対するシールリング33の位置を変更することができる。このような調整板46を用いることにより、リップシール36がシールリング33に押し付けられる押圧力を自在に調整することができる。
例えば、調整板46の厚さを大きくすればするほど、リップシール36はシールリング33のシール面33bに大きめの押圧力で押し付けられる。したがって、摩耗によるリップシール(シール部材)36および/またはシールリング33の変形量に応じた厚さを有する調整板46を回転容器1とシールリング33との間に挟むことにより、リップシール36をシールリング33のシール面33bに所定の押圧力で押し付けることができる。
調整板46も簡易な作業で、原料撹拌装置に取り付けることができる。具体的には、ねじ41とシールリング33のねじ孔33aとの螺合を解除して、シールリング33を回転容器1から取り外す。次いで、調整板46を回転容器1のフランジ部1a上に載せ、調整板46の貫通孔46aをフランジ部1aに形成された貫通孔1bに合わせる。次いで、シールリング33を調整板46上に載せ、この状態で、ねじ41をねじ孔33aに螺合させる。これら簡易な作業で、調整板46を回転容器1の上面とシールリング33の下面との間に挟み込むことができる。すなわち、簡易な作業で、リップシール36をシールリング33のシール面33bに所定の押圧力で押し付けることができる。
本実施形態に係るシール機構30は、蓋部材5が回転容器1の上部開口を塞いだときに、リップシール36がシールリング33に押し付けられる押圧力を自在に調整することができる。したがって、本実施形態に係るシール機構30を備えた原料撹拌装置は、以下に説明する利点を有する。
一般に、回転容器1に投入される原料の性状(例えば、原料の比重、粒度、および含水率など)次第で、回転容器1から原料の漏洩を防止するために、リップシール(シール部材)36がシールリング33に押し付けられる押圧力が異なる。例えば、軽く、細かい粒子状の原料を回転容器1内で処理する場合は、原料は高い浮遊性を有するので、リップシール36をシールリング33のシール面33bに強く押し付ける必要がある。このような場合は、厚めの調整板46を回転容器1とシールリング33の間に挟めばよい。
これに対し、原料の浮遊性が低い場合は、リップシール36をシールリング33のシール面33bに強く押し付ける必要がない。このような場合は、薄めの調整板46を回転容器1とシールリング33の間に挟むか、または調整板46を省略すればよい。このように、調整板46の厚さを変更することで、浮遊性の異なる様々な原料の処理を一台の原料撹拌装置で実行することができる。
さらに、原料の浮遊性に応じてシールリング33のシール面33bに押し付けられるリップシール36の押圧力を調整できるので、リップシール36およびシールリング33の長寿命化が期待できる。より詳細に説明すると、従来のシール機構では、シール面に対するシール部材の押圧力を調整することができなかったため、シール面に対するシール部材の押圧力は浮遊性の高い原料を処理する場合を想定して設定されることがあった。この場合、低い浮遊性を有する原料を処理する場合であっても、シール部材はシール面に強く押し付けられるため、シール部材およびシール面の摩耗が速く進行する。
本実施形態に係るシール機構30によれば、低い浮遊性を有する原料を処理する場合は、シールリング33のシール面33bに対するリップシール36の押圧力を低く設定することができる。そのため、従来のシール機構と比較して、リップシール36およびシールリング33のシール面33bの摩耗の進行を抑制することができる。その結果、リップシール36およびシールリング33の長寿命化が期待できる。
リップシール36およびシールリング33の長寿命化を意図して、シールリング33のシール面33bに耐摩耗性および耐摩擦性を向上させる表面処理を施してもよい。このような表面処理の例としては、テフロン(登録商標)コーティング、フッ素コーティングなどのコーティング処理が挙げられる。
上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうる。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。
1 回転容器(混合パン)
2 第1駆動装置
3 ロータユニット
4 第2駆動装置
5 蓋部材
7 架台
9 カバー
30 シール機構
33 シールリング
36 リップシール(シール部材)
36a 第1リップ
36b 第2リップ
39 ホルダ
41 ねじ(連結部材)
45 ねじ
46 調整板
47 ブロック

Claims (5)

  1. 原料を内部に収容し、回転する回転容器と、該回転容器の上部開口を塞ぐ蓋部材との間の隙間をシールするシール機構であって、
    前記蓋部材に連結されたシール部材と、
    前記回転容器に連結されたシールリングと、を備え、
    前記シールリングは、前記シール部材が圧接されるシール面を有していることを特徴とするシール機構。
  2. 前記回転容器と前記シールリングとの間に挟まれる調整板をさらに備えたことを特徴とする請求項1に記載のシール機構。
  3. 前記シールリングを前記回転容器に連結するための連結部材をさらに備えたことを特徴とする請求項1または2に記載のシール機構。
  4. 前記シール面は、耐摩耗性および耐摩擦性を向上させる表面処理が施されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載のシール機構。
  5. 原料を内部に収容し、回転する回転容器と、
    前記回転容器の上部開口を塞ぐ蓋部材と、
    請求項1乃至4のいずれか一項に記載のシール機構と、を備え、
    前記シール機構によって、前記回転容器と前記蓋部材との間の隙間がシールされることを特徴とする原料撹拌装置。
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