JP2022151041A - ミキサ及び被混合物の混合方法 - Google Patents

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Tetsuya Akiyama
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Abstract

Figure 2022151041000001
【課題】
優れたせん断作用を発揮することができ、被混合物を短時間で均質に混合することができるミキサを提供する。
【解決手段】
被混合物を入れるための混合槽10と、混合槽10内の被混合物を混合するための混合具20とを備えたミキサにおいて、前記混合具20を、回転中心線L回りに回転可能に構成された螺旋面状の外羽根21と、外羽根21の内側に配され、回転中心線L回りに外羽根とは独立して回転可能に構成された螺旋面状の内羽根22とを有するものとした。これにより、外羽根と内羽根とを相対的に回転させることができ、外羽根と、その内側に配された内羽根との間隙において優れたせん断作用を発揮することができる。したがって、被混合物を短時間で均質に混合することができる。
【選択図】 図1

Description

本発明は、被混合物を混合するためのミキサと、これを用いた被混合物の混合方法とに関する。
モルタルや、生コンクリートや、粉末のみで構成される被混合物等を混合するためのミキサとしては、これまでに各種のものが提案されている。
例えば、特許文献1の図1には、混合槽3と、その左右側壁を貫通する回転軸8、8’と、その軸心と平行に設けられ、回転自在に軸支された外側及び内側羽根支持材14a,14bと、両支持材各々に固定支持された外側及び内側リボン状螺旋羽根15a,15bとを備えたミキサ1が記載されている。
このミキサ1は、螺旋方向を互いに逆方向に形成した一対の外側リボン状螺旋羽根15aを、それぞれ外側羽根支持材14aの左右両端側から中央側に掛けて固定支持し、且つ、螺旋方向を互いに逆方向に形成した一対の内側リボン状螺旋羽根15bを、それぞれ内側羽根支持材14bの中央側から左右両端側に掛けて固定支持している。
特開2009-066537号公報
しかし、特許文献1に記載のミキサ1では、外側リボン状螺旋羽根15aと内側リボン状螺旋羽根15bとが共に回転軸8、8’に固定されており、外側リボン状螺旋羽根15aと内側リボン状螺旋羽根15bとの相対的な位置が変わらないため、得られるせん断作用が限定的であった。
本発明は、上記事情を鑑み、優れたせん断作用を発揮することができ、被混合物を短時間で均質に混合することができるミキサを提供する。また、このミキサを用いた被混合物の混合方法を提供することも本発明の目的である。
本発明の一態様によれば、ミキサが提供される。このミキサは、被混合物を入れるための混合槽と、混合槽内の被混合物を混合するための混合具とを備える。混合具は、回転中心線回りに回転可能に構成された螺旋面状の外羽根と、外羽根の内側に配され、回転中心線回りに外羽根とは独立して回転可能に構成された螺旋面状の内羽根とを有する。
本発明に係るミキサにおいては、外羽根と、その内側に配された内羽根との螺旋方向(螺旋の巻き方向)を同じとし、外羽根と、内羽根とを互いに逆向きに回転可能とすると好ましい。
また、本発明に係るミキサにおいては、外羽根を回転駆動するための外羽根駆動手段と、内羽根を回転駆動するための内羽根駆動手段とをそれぞれ備えることにより、外羽根の回転と内羽根の回転とを独立して制御できるようにすることも好ましい。
また、本発明に係るミキサにおいては、外羽根として、混合具における回転中心線方向一側に配された一側外羽根と、混合具における回転中心線方向他側に配され、一側外羽根とは逆の螺旋方向を有する他側外羽根とを有し、内羽根として、混合具における回転中心線方向一側に配された一側内羽根と、混合具における回転中心線方向他側に配され、一側内羽根とは逆の螺旋方向を有する他側内羽根とを有することも好ましい。
さらに、本発明に係るミキサにおいては、一側外羽根と他側外羽根とを連結する連結部を、回転中心線からずれた位置に設けることも好ましい。
本発明に係るミキサにおいては、混合具を1つだけ備えてもよい。また、混合具を複数個備えてもよい。
本発明に係るミキサにおいては、上記のように、外羽根と内羽根とを独立させているため、外羽根と内羽根とを相対的に回転させることができる。したがって、本発明のミキサを用いると、外羽根と、その内側に配された内羽根との間隙において優れたせん断作用を発揮することができ、被混合物を短時間で均質に混合することができる。
第1実施形態のミキサの斜視図である。 第1実施形態のミキサの平面図である。 第1実施形態のミキサを、図2におけるα-α面で切断して示した断面図である。 ミキサにおける外羽根駆動手段とその周辺部を、回転中心線を含む平面で切断して示した断面図である。 ミキサにおける内羽根駆動手段とその周辺部を、回転中心線を含む平面で切断して示した断面図である。 第2実施形態のミキサの斜視図である。 第2実施形態のミキサの平面図である。 第2実施形態のミキサを、図7におけるβ-β平面で切断して示した断面図である。
ミキサ10及びこれを用いた被混合物の混合方法の好適な実施形態について、図面を用いてより具体的に説明する。後掲する図1~3と図6~8には、x軸、y軸及びz軸を示している。x軸、y軸及びz軸の向きは、図1~3の間で一致させており、図6~8の間でも一致させている。以下においては、説明の便宜上、x軸方向正側を「右」、x軸方向負側を「左」、y軸方向正側を「後」、y軸方向負側を「前」、z軸方向正側を「上」、x軸方向負側を「下」と呼ぶことがある。
1.第1実施形態
図1,2は、それぞれ、第1実施形態のミキサの斜視図及び平面図である。図3は、第1実施形態のミキサを、図2におけるα-α面で切断して示した断面図である。第1実施形態のミキサは、図1に示すように、被混合物を入れるための混合槽10と、混合槽10内の被混合物を混合するための混合具20とを備えた一軸ミキサである。混合槽10の底部には、混合槽10内で混合を終えた被混合物を混合槽10外へ送出するための被混合物送出口(図示省略)が、開閉可能な状態で設けられている。
混合具20は、螺旋面状の外羽根21と、外羽根21の内側に配された螺旋面状の内羽根22とを有している。内羽根22の外径は、外羽根21の内径よりも小さく設定されている。外羽根21は、混合槽10の後壁部11の外側に配された外羽根駆動手段23によって、回転中心線L回りに回転駆動される。外羽根21の回転方向は、図1において矢印Dで示すように、前方(y軸方向負側)から見て反時計回り方向である。一方、内羽根22は、混合槽10の前壁部12の外側に配された内羽根駆動手段24によって、外羽根21と同一の回転中心線L回りに回転駆動される。内羽根22の回転方向は、矢印Dで示すように、前方から見て時計回り方向である。
すなわち、外羽根21と内羽根22とは、同一の回転中心線Lの回りを互いに逆方向に回転する。したがって、回転中に外羽根21と内羽根22とが接近する箇所(図2において符号Pで示す箇所)では、被混合物に対して互いに向かい合う力(被混合物を両側からはさみ切る力)が加えられ、強力なせん断作用が生じる。これにより、被混合物に含まれる微粒子の凝集体をバラバラに分散させることができ、被混合物を短時間で均質に混合することができる。
加えて、外羽根21と内羽根22とを別の駆動手段で駆動しているため、外羽根21の回転速度と内羽根22の回転速度とを独立に制御することができる。これにより、例えば、外羽根21と内羽根22との回転位相をずらすことで、外羽根21と内羽根22との接近箇所Pが特定の箇所だけに限定されない(外羽根21と内羽根22とが、互いの様々な箇所で接近する)ようにすることができる。このため、混合槽10内の様々な箇所でせん断作用を生じさせることができ、被混合物を短時間で効率よく混合することができる。この効果は、特に、例えば、生コンクリートにおける被混合物等(砂・水・セメント・骨材)を投入直後に顕著である。また、外羽根21と内羽根22との回転を独立して制御することより、被混合物の物性等に応じて、攪拌・混合及びせん断作用等の混合条件を調節しやすいという利点もある。
外羽根21と、その内側に配された内羽根22との間隙(外羽根21の内周面の回転軌跡が形成する円筒面と、内羽根22の外周面の回転軌跡が形成する円筒面との間隙のこと。以下同じ。)の幅W(図3)は、特に限定されない。ただし、幅Wを大きくしすぎると、外羽根21と内羽根22との間隙において得られるせん断作用を高めにくくなる。このため、幅Wは、150mm以下とすると好ましく、100mm以下とするとより好ましく、60mm以下とするとさらに好ましい。一方、幅Wを狭くしすぎると、外羽根21と内羽根22とが干渉するおそれがある。このため、幅Wは、通常5mm以上とされる。第1実施形態における幅Wは、50mm程度である。なお、ここで50mm程度とは、最大粗骨材径40mmを想定しているが、これに限らず、噛み込むような硬い材料を含まない場合は、せん断効果をさらに高めるために、幅Wをさらに狭めるようにしても良い。これらは一例であり、被混合物によって幅Wは適宜変更可能である。
ミキサは、外羽根21と内羽根22とを、それぞれ、螺旋方向(螺旋の巻き方向のこと。以下同じ。)の異なる一対の螺旋羽根で構成している。具体的には、外羽根21は、混合具20の一側(回転中心線L方向一側)に配され、螺旋方向がS巻きである一側外羽根21aと、混合具20の他側(回転中心線L方向他側)に配され、螺旋方向がZ巻きである他側外羽根21bとで構成されている。また、内羽根22は、混合具20の一側に配され、螺旋方向がS巻きである一側内羽根22aと、混合具20の他側に配され、螺旋方向がZ巻きである他側内羽根22bとで構成されている。一側外羽根21aと、その内側に配された一側内羽根22aとは同じ螺旋方向を有しており、他側外羽根21bと、その内側に配された他側内羽根22bとは同じ螺旋方向を有している。
この外羽根21を、前述したように矢印Dで示す方向に回転させ、内羽根22を、矢印Dで示す方向に回転させると、図2に示すように、被混合物を混合槽10内で循環移動させることができる。具体的には、一側外羽根21a及び他側外羽根21bは、同図において矢印Fで示すように、混合槽10内における回転中心線Lから遠い箇所の被混合物を、前後方向中央側に向かって送る。一方、一側内羽根22a及び他側内羽根22bは、矢印Fで示すように、混合槽10内における回転中心線Lに近い箇所の被混合物を、それぞれ、後側及び前側に向かって送る。その結果生じる被混合物の局所的な圧力差によって、矢印Fで示すように、回転中心線Lに近付く方向及び遠ざかる方向における被混合物の流れも生じる。これにより、混合槽10内で被混合物を循環移動させて、大きく練り混ぜることができる。加えて、逆行する被混合物の流れがぶつかる箇所では、せん断作用も生じる。したがって、被混合物をより短時間で均質に混合することができる。
なお、被混合物の種類や求められる混合条件等によっては、外羽根21の回転方向と内羽根22の回転方向とを同じにしてもよい。この場合には、外羽根21と、その内側に配された内羽根22との螺旋方向を逆方向とすると、先の説明と同様に被混合物を循環移動させることができるため好ましい。また、他の実施形態においては、外羽根21や内羽根22を、それぞれ、混合具20の一側から他側まで連続した1つの螺旋面状とすることもできる。
図4は、ミキサにおける外羽根駆動手段23とその周辺部を、回転中心線Lを含む平面で切断して示した断面図である。図5は、ミキサにおける内羽根駆動手段24とその周辺部を、回転中心線Lを含む平面で切断して示した断面図である。
内羽根22や外羽根21を支持する手段は、内羽根22と外羽根21とが互いに独立して回転できる状態を実現できれば、その具体的な態様を特に限定されない。内羽根22は、図1に示すように、後壁部11と前壁部12とを貫く内軸25に支持されている。内軸25の後端部及び前端部は、図4及び図5に示すように、いずれも、混合槽10の外側に設けられたベアリング27aによって軸支されている。
一方、外羽根21は、図1に示すように、その一端部(後端部)、具体的には一側外羽根21aの後端部を、混合槽10の後壁部11を貫く後側外軸26aに支持されており、その他端部(前端部)、具体的には他側外羽根21bの前端部を、混合槽10の前壁部12を貫く前側外軸26bに支持されている。後側外軸26aと前側外軸26bはいずれも、図4及び図5に示すように、筒状に形成され、その内部に内軸25を挿通させている。後側外軸26aの後端部と前側外軸26bの前端部はいずれも、混合槽10の外側に設けられたベアリング27bによって軸支されている。そして、一側外羽根21aの他端部と、他側外羽根21bの一端部とは、棒状の連結部21cによって連結されている。連結部21c(図1)は、回転中心線Lからずれた位置(回転中心線Lと重ならない位置)に設けられており、内軸25と干渉しない。
このように、外羽根21は、その一端部と他端部のみで支持手段(後側外軸26a及び前側外軸26b)に支持されている。これにより、外羽根21の支持手段と、内羽根22とが干渉しないようにすることができる。加えて、混合具20の構造をシンプルにすることができ、混合槽10内における被混合物の移動をしやすくすることや、混合具20の洗浄をしやすくすることもできる。
ただし、外羽根21が長手方向(y軸方向)に長い場合には、外羽根21の長手方向中央部分を内軸25に支持させることもできる。具体的には、内軸25の長手方向中央付近にベアリングを設けて、図1に示す例では連結部21cで連結していた一側外羽根21aの前端部と他側外羽根21bの後端部とを、例えば棒状の接続部等を介して前記ベアリングに支持させることができる。これにより、外羽根21の剛性を高めることができる。この効果は、外羽根21が長くなればなるほど、顕著に現れる。
相対的に回転する後側外軸26aと内軸25との間には、図4に示すように、隙間が設けられている。この隙間の前端部20aは、混合槽10の内側に配されているところ、混合槽10内の被混合物が前端部20aから入り込むと、後側外軸26aや内軸25を傷つけるおそれがある。このため、後側外軸26aと内軸25との間にエアシール構造を採用している。具体的には、内軸25の外周面に設けられたエア供給口28aを通じて、後側外軸26aと内軸25との間隙にエアAを供給するとともに、当該間隙におけるエア供給口28aよりも後側の空間28bに、グリースGを充填している。これにより、エアAが前端部20aから噴出するようにして、前端部20aに被混合物が入り込むことを防ぐことができる。
同様のエアシール構造は、前側外軸26bと内軸25との隙間の後端部20b(図5)でも採用している。ただし、エアAとは別の流路から供給されるエアA及びグリースGとは別の流路から供給されるグリースGを用いている。さらに、後側外軸26aの外周面と混合槽10の後壁部11との隙間10a(図4)においても、エアAとグリースGを用いたエアシール構造を採用しており、前側外軸26bの外周面と、混合槽10の前壁部12との隙間10b(図5)においても、エアAとグリースGを用いたエアシール構造を採用している。
外羽根21は、螺旋面状に形成されていれば、その具体的な形状を特に限定されない。外羽根21は、その螺旋中心が回転中心線Lと略一致する常螺旋状に形成されている。外羽根21の外周面の回転軌跡は、混合槽10の底壁部13の内壁に沿った略円筒状である。このため、混合が完了した被混合物を、混合槽10底部の被混合物送出口(図示省略)から排出する際には、外羽根21が、下壁部13の内壁に付着した被混合物を掻き取るスクレーパとしても機能する。内羽根22の具体的な形状も、特に限定されない。内羽根22は、外羽根21と同様、螺旋中心が回転中心線Lと略一致する常螺旋状に形成されている。外羽根21及び内羽根22を共に一重螺旋状としているが、外羽根21や内羽根22は、二重螺旋状やそれ以上の多重螺旋状とすることもできる。
以上で説明したミキサは、被混合物の種類を特に限定されない。被混合物としては、例えば、液体材料と固体(粉体又は粒体)材料とを含むものや、実質的に固体材料のみで構成されるものが挙げられる。より具体的には、モルタルや生コンクリート等の粘性材料や、食品用粉末やセラミックス原料粉末等の粉末材料等が例示される。ただし、被混合物に含まれる固体材料の粒径が大きすぎると、外羽根21と内羽根22との間に固体材料が挟まって外羽根21や内羽根22を傷つけるおそれがある。このため、被混合物に含まれる固体材料の最大粒径は、外羽根21と内羽根22との間隙の幅W(図3)よりも小さいことが好ましい。
2.第2実施形態
図6,7は、それぞれ、第2実施形態のミキサ10の斜視図及び平面図である。図8は、第2実施形態のミキサを、図7におけるβ-β平面で切断して示した断面図である。第2実施形態のミキサは、図6に示すように、被混合物を入れるための混合槽10と、混合槽10内の被混合物を混合するための第1混合具30及び第2混合具40とを備えた二軸ミキサである。第1混合具30と第2混合具40とは、左右方向(x軸方向)に所定間隔を隔てて配されている。
第1混合具30は、第1実施形態の混合具20と同様の構成を有している。具体的には、第1混合具30は、回転中心線L回りに回転する螺旋面状の第1外羽根31と、第1外羽根31の内側に配されて、回転中心線L回りに第1外羽根31とは独立して回転する螺旋面状の第1内羽根32とを有している。第1外羽根31は、螺旋方向がS巻きである第1一側外羽根31aと、螺旋方向がZ巻きである第1他側外羽根31bとで構成されており、第1内羽根32は、螺旋方向がS巻きである第1一側内羽根32aと、螺旋方向がZ巻きである第1他側内羽根32bとで構成されている。第1外羽根31の回転方向は、図6において矢印Dで示すように、前方(y軸方向負側)から見て反時計回り方向であり、第1内羽根32の回転方向は、矢印Dで示すように、前方から見て時計回り方向である。
一方、第2混合具40は、第1混合具30と基本的な構成は同じであるが、羽根の螺旋方向と回転方向が逆である。具体的には、第2混合具40は、回転中心線Lと略平行な回転中心線L回りに回転する螺旋面状の第2外羽根41と、第2外羽根41の内側に配されて、回転中心線L回りに第2外羽根41とは独立して回転する螺旋面状の第2内羽根42とを有している。第2外羽根41は、螺旋方向がZ巻きである第2一側外羽根41aと、螺旋方向がS巻きである第2他側外羽根41bとで構成されており、第2内羽根42は、螺旋方向がZ巻きである第2一側内羽根42aと、螺旋方向がS巻きである第2他側内羽根42bとで構成されている。第2外羽根41の回転方向は、図6において矢印Dで示すように、前方(y軸方向負側)から見て時計回り方向であり、第2内羽根42の回転方向は、矢印Dで示すように、前方から見て反時計回り方向である。
第1外羽根31と第1内羽根32との接近する箇所や、第2外羽根41と第2内羽根42との接近する箇所に加えて、第1外羽根31と第2内羽根42との接近する箇所(図7において符号Qで示す箇所)や、第1内羽根32と第2外羽根41との接近する箇所(図7において符号Qで示す箇所)においても、せん断作用が得られる。また、図7において矢印F~Fで示すように、混合槽10内において被混合物を複雑に循環移動させることができる。これにより、被混合物を短時間で効率よく混合することができる。
第1混合具30と第2混合具40とを、互いの回転軌跡(より具体的には、第1外羽根31の回転軌跡と第2外羽根41の回転軌跡)が重なり合う程度に近接させて配している。これにより、第1外羽根31と第2内羽根42との間や、第1内羽根32と第2外羽根41との間で得られるせん断作用をより強力にすることができる。ただし、この場合には、第1混合具30と第2混合具40との干渉を防ぐため、第1外羽根31の回転と第2外羽根41の回転とを同期させる必要がある。なお、他の実施形態においては、第1混合具30と第2混合具40とを、互いの回転軌跡が重ならない程度に距離を空けて配することもできる。
第1外羽根31と第2内羽根42との間隙(第1外羽根31の外周面の回転軌跡が形成する円筒面と、第2内羽根42の外周面の回転軌跡が形成する円筒面との間隙のうち、最も狭い箇所のこと。以下同じ。)の幅W(図8)は、特に限定されない。ただし、幅Wを大きくしすぎると、得られるせん断作用を高めにくくなる。このため、幅Wは、150mm以下とすると好ましく、100mm以下とするとより好ましく、60mm以下とするとさらに好ましい。一方、幅Wを狭くしすぎると、外羽根21と内羽根22とが干渉するおそれがある。このため、幅Wは、通常5mm以上とされる。幅Wは、50mm程度である。なお、ここで50mm程度とは、最大粗骨材径40mmを想定しているが、これに限らず、噛み込むような硬い材料を含まない場合は、せん断効果をさらに高めるために、幅Wをさらに狭めるようにしても良い。これらは一例であり、被混合物によって幅Wは適宜変更可能である。第1内羽根32と第2外羽根41との間隙(第1内羽根32の外周面の回転軌跡が形成する円筒面と、第2外羽根41の外周面の回転軌跡が形成する円筒面との間隙のうち、最も狭い箇所のこと。以下同じ。)の幅Wについても、幅Wと同様の構成を採用することができる。
以上で説明した構成以外の構成については、第1実施形態と同様のものを採用することができる。なお、第2実施形態のミキサは、混合具を2個備えた2軸ミキサであったが、他の実施形態においては、混合具を3個以上備えてもよい。
10 混合槽
20 混合具
21 外羽根
21a 一側外羽根
21b 他側外羽根
21c 連結部
22 内羽根
22a 一側内羽根
22b 他側内羽根
23 外羽根駆動手段
24 内羽根駆動手段
回転中心線
回転中心線

Claims (7)

  1. 被混合物を入れるための混合槽と、
    混合槽内の被混合物を混合するための混合具と
    を備えたミキサであって、
    前記混合具が、
    回転中心線回りに回転可能に構成された螺旋面状の外羽根と、
    外羽根の内側に配され、前記回転中心線回りに外羽根とは独立して回転可能に構成された螺旋面状の内羽根と
    を有するミキサ。
  2. 外羽根と、その内側に配された内羽根との螺旋方向が同じとされ、
    外羽根と、内羽根とが互いに逆向きに回転可能とされた
    請求項1記載のミキサ。
  3. 外羽根を回転駆動するための外羽根駆動手段と、
    内羽根を回転駆動するための内羽根駆動手段と
    をそれぞれ備えることにより、
    外羽根の回転と内羽根の回転とを独立して制御できるようにした
    請求項1又は2記載のミキサ。
  4. 外羽根として、
    前記混合具における前記回転中心線方向一側に配された一側外羽根と、
    前記混合具における前記回転中心線方向他側に配され、一側外羽根とは逆の螺旋方向を有する他側外羽根と
    を有し、
    内羽根として、
    前記混合具における前記回転中心線方向一側に配された一側内羽根と、
    前記混合具における前記回転中心線方向他側に配され、一側内羽根とは逆の螺旋方向を有する他側内羽根と
    を有する
    請求項1~3いずれか記載のミキサ。
  5. 一側外羽根と他側外羽根とを連結する連結部が、前記回転中心線からずれた位置に設けられた請求項4記載のミキサ。
  6. 前記混合具を複数個備えた請求項1~5いずれか記載のミキサ。
  7. 請求項1~6いずれか記載のミキサを用いて被混合物を混合する被混合物の混合方法。
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