JP2023009496A - 粉体と液体との混合装置 - Google Patents

Abstract

【課題】粉体・液体を混合させる装置において、混合槽内周面に強固に付着することを未然に防止して、安定した製品を継続的に作製することができる粉体・液体混合装置を提供すること。【解決手段】回転盤１２に混合翼１３，１４と掻き取り翼１０とを設置し、回転盤１２を回転させることにより、混合翼１３，１４で粉体と液体とを攪拌して混合すると同時に、掻き取り翼１０で混合槽３の内周面をこすり、この内周面に付着した付着物を掻き落とす。このため、混合槽内周面に強固に付着することを防止する。【選択図】図１

Description

本発明は粉体と液体との混合装置に関するものである。

薬品、食品、化粧品、金属、プラスチック、セラミックス等の産業分野において、加工材料として粉体および液体の混合物を取扱うことは少なくない。このような混合物は、分散量、供給量、純度、などにおいて、より高速かつ連続性の高い混合技術が求められている。

これまで、このような粉体の連続混合装置として、粉体を加湿、スラリー化、懸濁化あるいは乳化させるような場合に、粉体と液体とを連続的に混合して定量供給することができる、粉体・液体連続混練装置が提案され、実用化されている。

特許文献１には、この種の連続混合装置として、基盤で覆われた混合室内に回転自在に配置された回転混合盤と、この回転混合盤に連続的に定量供給される粉体に対して液体を噴出するための複数の噴射ノズルと、前記回転混合盤の回転に伴って前記噴射ノズル口を横切るように配置された複数の上面スクレーパと、前記回転混合盤に設けられていて前記混合室の内周面に沿って旋回する側面スクレーパとを備えた構成からなる粉体・液体連続混合装置などがある。

すなわち、前記提案に係る粉体・液体連続混合装置は、基盤で覆われた混合室内で回転している回転混合盤に、連続的に定量供給される粉体に対して、複数の噴射ノズルから少量の液体を噴射させ、前記回転混合盤に設けられていてこの回転混合盤の回転に伴って前記噴射ノズル口を横切るように、しかも前記基盤の内周面に付着することのある粉体を掻き落すように配置された複数の上面スクレーパと、前記回転混合盤に設けられていて前記混合室の内周面に沿って旋回する側面スクレーパとにより、攪拌混合し、粉体を少量の液体で均一に混合することができることを特徴とするものである。

特許文献２には、特許文献１に係る混合装置において、回転軸の自由端部側に偏ってそれぞれに多大な負荷が掛かる複数の回転盤を取り付けることから、例えば高速回転時などにおいては、回転軸の先端部が軸振れを生じ、異常騒音の発生や内周面との接触による異常磨耗等を発生し、装置寿命を損なう点を改善している。

具体的には、上段の回転混合盤の外径を、下段の回転混合盤の外周に設けられる混合領域のほぼ半分程度となる小径位置に設定し、しかも上段の回転混合盤によって形成される粉体と液体の混合体を、前記回転混合盤の外周部から直ちに下段の回転混合盤の混合領域に供給されるよう構成することにより、複数の回転盤を同軸に結合した回転軸の高速回転に際して、その軸振れを防止することができると共に、各回転盤の結合部における粉体と液体との混合およびその移送ないし流動化を円滑にかつ効率良く達成するための複雑な装置構成を排除することが可能となり、従って装置構成が簡略化されかつコンパクト化されて製造コストを低減することができるばかりでなく、メンテナンスや運転に要するコストの低減も可能としている。

特許文献３には、粉体と液体との少量混合を可能とすると共に、これらの流動体の混合効率を高めることにより、撹拌混合室の容積を小容積化して装置全体の小型化を達成し、連続的に供給する液体と粉体との均一な混合を常に円滑に行い、混合製品としての歩留まりを十分に高めることができ、しかも取扱う粉体と液体および得られる製品に対する汎用
性を拡大することができる粉体と液体との連続混合装置が記載されている。

特公昭６３－４３１２７号公報 特開２００２－１９１９５３号公報 特開２０１３－８５９９７号公報

粉体・液体の混合物を作製する場合、混合する粉液比、投入量、投入速度、攪拌力、攪拌速度などの影響により混ざり具合が変化してしまうために、それら各条件を一定にすることが重要であり、さらには混合中に変動する混合槽内の温度、湿度を極力一定にすることも品質を保つためには非常に重要である。

しかしながら、粉体・液体の特性によっては、付着しやすい場合も少なくなく、特に混合槽内周面に付着した場合、付着物が増量し、スクレーパなどの回転物の抵抗となり、回転モータへの負荷が増大してしまう。

その際、回転しているスクレーパなどが堆積してくる付着物を押し固める役割となり、付着物は時間とともに固くなり、より回転モータへの負荷を増大させる原因となる。

さらには、付着物とスクレーパの接触により、摩擦熱が蓄積され、付着物の温度が昇温され、結果的に混合槽内の温度も変化することで、品質が安定しない課題がある。

特許文献１に記載の装置では、粉体・液体連続混合装置は、基盤で覆われた混合室内で回転している回転混合盤に、連続的に定量供給される粉体に対して、複数の噴射ノズルから少量の液体を噴射させ、内周面に付着することのある粉体を掻き落すように配置された複数の上面スクレーパと、内周面に沿って旋回する側面スクレーパとにより、攪拌混合し、粉体を少量の液体で均一に混合しているが、粉体・液体の特性によっては、スクレーパにより押し固められ、より強固に固化した固着物となってしまう。

特許文献２に記載の装置では、高速回転時などにおいては、回転軸の先端部が軸振れを生じ、異常騒音の発生や内周面との接触による異常磨耗等を発生し、装置寿命を損なう点を改善しているが、特許文献１同様に、内周面に沿って旋回する側面スクレーパとにより、攪拌混合し、粉体を少量の液体で均一に混合しているが、粉体・液体の特性によっては、スクレーパにより押し固められ、より強固な固着物となってしまう。

特許文献３に記載の装置では、流動体の混合効率を高めることにより、撹拌混合室の容積を小容積化して装置全体の小型化を達成し、連続的に供給する液体と粉体との均一な混合を常に円滑に行い、混合製品としての歩留まりを十分に高めるための装置となっているが、こちらも特許文献１、２同様に、内周面に沿って旋回する側面スクレーパとにより、攪拌混合し、粉体を少量の液体で均一に混合しているが、粉体・液体の特性によっては、スクレーパにより押し固められ、より強固な固着物となってしまう。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、粉体・液体を混合させる装置において、混合槽内周面に強固に付着することを未然に防止して、安定した製品を継続的に作製することができる粉体・液体混合装置を提供することを目的とする。

本発明は上記課題を解決するためになされたもので、本発明の態様に係る粉体と液体との混合装置は、混合槽と、粉体供給口と、液体供給口と、回転盤と、混合翼と、掻き取り翼とを有する粉体と液体との混合装置であって、
前記混合槽が円柱または上に開いた円錐状の内周面を一部として持っており、
前記粉体供給口が粉体を前記混合層に供給するものであり、
前記液体供給口が液体を前記混合層に供給するものであり、
前記回転盤は混合槽内部に配置されており、かつ、この回転盤は回転駆動軸に接続されてこの回転駆動軸を中心に回転可能に構成されており、
この回転盤には一つ以上の前記混合翼が設置されており、
また、この回転盤には回転盤の周囲に突出する一つ以上の前記掻き取り翼が設置されており、
前記掻き取り翼は混合槽の前記内周面に近接する位置に掻き取り部を有しており、
この掻き取り部は、前記回転盤の回転方向前方に位置する前面とその反対側に位置する後面とを有しており、これら前面と後面とは鋭角で交差してその間に鋭利な稜線を形成しており、この稜線が混合槽の前記内周面に近接していると共に、この稜線と前記回転盤の回転方向との間の角度が鋭角を構成していることを特徴とする。

上記態様の粉体と液体との混合装置は、前記回転盤を上下移動させる機構をさらに備えていても良い。

本発明の混合装置においては、一つ以上の掻き取り翼を回転盤に設置しており、しかも、この掻き取り翼の稜線が混合槽の内周面に近接していると共に、この稜線と前記回転盤の回転方向とが鋭角を構成しているため、回転盤の回転に伴ってこの掻き取り翼により混合槽内周面に付着した付着物を周期的に掻き取ることができる。このように付着物を周期的に掻き取るため、混合翼のみの時と同様な、掻き取り不足による、混合槽内周面の付着物と掻き取り翼との間に高い摩擦力が発生することや、摩擦熱が発生することを防止することができ、モータ負荷を増大させてしまうこともなく、安定した品質を確保することができる。このような掻き取り翼を付帯させることで、混合翼を回転させるためのモータへの負荷を低減し、かつ摩擦熱も抑制することができ、品質を安定させることができる。

なお、このように周期的に掻き取っても混合槽内周面に付着物が付着し、より強固な固着物となった場合には、回転盤を上下移動させる機構を設けて作動させることにより、前記掻き取り翼によってその固着物を掻き取ることができる。

図１は本発明の実施形態に係る、粉体・液体混合装置の概略正面図である。 図２は本発明の実施形態に係る、粉体・液体混合装置内の回転盤および掻き取り翼の上面図である。 図３は本発明の実施形態に係り、図３（ａ）は掻き取り翼の上面図、図３（ｂ）は掻き取り翼の右側面図、図３（ｃ）は掻き取り翼の左側面図、図３（ｄ）は掻き取り翼の正面図である。 図４は本発明の実施形態に係り、図４（ａ）は回転盤が最上部に移動したときの断面説明図、図４（ｂ）は回転盤が最下部に移動したときの断面説明図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態に係る粉体・液体混合装置を説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、本発明の実施形態の構成を説明するためのものであり、図示される各部の大きさや厚さや寸法等は、実際の粉体・液体混合装置およびそれを使用した混合物とは異なる場合がある。また、本発明の実施形態は、以下に記載する実施形態に限
定されるものではなく、当業者の知識に基づいて設計の変更などの変形を加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施形態も本発明の実施形態の範囲に含まれる。

図１は本発明の実施形態に係る、粉体・液体混合装置の概略正面図である。また、図２はその粉体・液体混合装置内の回転盤および掻き取り翼の上面図である。これらの図から分かるように、この粉体・液体混合装置１００は、混合槽３と、粉体供給口１と、液体供給口２と、回転盤１２と、混合翼１３，１４と、掻き取り翼１０とを備えて構成されている。また、これに加えて、この装置１００は、前記回転盤１２を上下移動させる機構を備えている。

まず、混合槽３は、これに供給された粉体と液体とを攪拌しながら混合するものである。この混合槽３は、円柱または上に開いた円錐状の内周面を一部として持つものである。この例では、混合槽３の内周面は、上部の内周面と下部の内周面とに分けられるが、いずれも上に開いた円錐状である。

この混合槽３に対して、粉体は粉体供給口１から供給され、液体は液体供給口２から供給される。そして、混合槽３の内部には、回転盤１２が配置されており、この回転盤１２に接続された回転駆動軸２１を中心に回転可能に構成されている。その回転盤１２の回転方法は、混合槽３内の回転盤１２と接続された回転駆動軸２１において、回転盤１２と反対側の混合槽３外の端部側にプーリ２２を接続し、そのプーリ２２とベルト２３でモータ３１と接続し、そのモータ３１を回転させることで回転盤１２を回転させる。なお、図示のように、回転駆動軸２１は鉛直方向に延びており、回転盤１２は水平方向に自転する。ベルト２３としては、平ベルト、丸ベルト、Ｖベルト、タイミングベルト等が使用できるが、後述するように回転盤１２を上下動させる際には、ベルト２３はプーリ２２の幅方向に移動するから、平ベルトおよび丸ベルトを使用することが好ましい。

ところで、この回転盤１２には、２種類の混合翼１３，１４と掻き取り翼１０とが設置されている。２種類の混合翼１３，１４は、いずれも、回転盤１２の回転に伴って、粉体と液体とを攪拌しながら混合するものであり、第１混合翼１３は回転盤１２の外周に飛び出すように設置されている。また、第２混合翼１４は回転盤１２の下に設置されている。これら混合翼１３，１４は、少なくとも１枚以上設置されていればよいが、回転盤１２の回転中におけるバランスを考慮して、左右対象に設置することが好ましい。また、第１混合翼１３と混合槽３の内周面とのクリアランス量は一般的には０．５ｍｍ～１．０ｍｍ程度が適当だが、粉体・液体の特性に合わせて調整することが望ましい。

一方、掻き取り翼１０は、回転盤１２の回転に伴って、混合槽３内周面に付着した付着物を周期的に掻き取るものである。この掻き取り翼１０は、具体的には、図３（ａ）～（ｄ）に示すような形状を有している。図３（ａ）は掻き取り翼の上面図、図３（ｂ）は掻き取り翼の右側面図、図３（ｃ）は掻き取り翼の左側面図、図３（ｄ）は掻き取り翼の正面図である。

すなわち、前記掻き取り翼１０は、混合槽３の内周面に近接する位置に掻き取り部１１を有しており、この掻き取り部１１は、回転盤１２の回転方向前方に位置する前面１１_１とその反対側に位置する後面１１_２とを有している。そして、これら前面１１_１と後面１１_２とは鋭利に交差して、その交差位置に稜線１１_１２を形成している。混合槽３内周面に付着した付着物は、この稜線１１_１２で掻き取られる。このため、この稜線１１_１２は混合槽３の前記内周面に近接している。稜線１１_１２は、その全長に渡って混合槽３の前記内周面に密着していることが望ましいが、例えば、稜線１１_１２がわずかな角度で前記内周面に交わっており、その先端が前記内周面に密着していてもよい。なお、稜線１１_１２と前記内周面とが交わる角度は、前記内周面と鉛直線との間の角度より小さいことが望ましい。

また、図３（ｄ）に示すように、この稜線１１_１２と前記回転盤１２の回転方向とが鋭角を構成している必要がある。このように稜線１１_１２と回転盤１２の回転方向とが鋭角を構成しているため、回転盤１２の回転に伴ってこの掻き取り部１１により混合槽内周面に付着した付着物を十分に掻き取ることができるのである。なお、稜線１１_１２と回転盤１２の回転方向との角度により掻き取り量が変化するために、角度については混合物の特性に合わせて決定することが望ましい。

次に、この粉体・液体混合装置１００は、前記回転盤１２を上下移動させる機構（図示せず）を備えている。この機構は、例えば、回転軸２１に設置した電動アクチュエータである。このほか、任意の機構であってよく、回転軸２１やプーリ２２を自然に移動させるものであっても良い。

図４は回転盤１２の上下動を説明するためのもので、図４（ａ）は回転盤１２が最上部に移動したときの断面説明図、図４（ｂ）は回転盤１２が最下部に移動したときの断面説明図である。これらの図から分かるように、回転盤１２の上下動により、ベルト２３はスライドして、プーリ２２の幅方向に移動する。回転盤１２の上下動可能な範囲はプーリ１２の幅およびベルト２３の幅により決定されるから、ベルト２３やプーリ１２の幅は混合槽の大きさに合わせて選定することが望ましい。

次に、この粉体・液体混合装置１００は次のように使用することができる。すなわち、まず、粉体を粉体供給口１から混合槽３へ供給し、液体を液体供給口２から混合槽３へ供給する。そして、モータ３１を起動して、ベルト２３及びプーリ２２を介して、回転盤１２を回転駆動軸２１の回りに回転させることにより、この回転盤１２に取り付けられた両混合翼１３，１４で粉体と液体とを攪拌して混合する。なお、この回転盤１２の回転に伴い、この回転盤１２に取り付けられた掻き取り翼１０も回転するから、その掻き取り部１１の稜線１１_１２で混合槽３の内周面がこすられ、この内周面に付着した付着物を掻き落とす。なお、混合槽３で混合された混合物は混合物排出口４より排出される。

このように、本発明の装置１００では、粉体と液体とを攪拌して混合すると同時に混合槽３の内周面に付着した付着物を掻き落とすことができるが、それにも拘わらず、長期間の使用によって、強固に固化した固着物が混合槽３の内周面に生じることがある。このような場合には、回転盤１２を上下移動させる前記機構を作動させて、回転盤１２を上下移動させながら回転させることにより、その掻き取り部１１の稜線１１_１２を混合槽３の内周面にこすりつけて、前記固着物を除去することができる。

１００：粉体・液体混合装置
１：粉体供給口 ２：液体供給口 ３：混合槽 ４：混合物排出口
１０：掻き取り翼 １１：掻き取り部 １１_１：前面 １１_２：後面 １１_１２：稜線
１２：回転盤
１３：第１混合翼 １４：第２混合翼
２１：回転駆動軸
２２：プーリ ２３：ベルト

Claims (2)

1. 混合槽と、粉体供給口と、液体供給口と、回転盤と、混合翼と、掻き取り翼とを有する粉体と液体との混合装置であって、
   前記混合槽が円柱または上に開いた円錐状の内周面を一部として持っており、
   前記粉体供給口が粉体を前記混合層に供給するものであり、
   前記液体供給口が液体を前記混合層に供給するものであり、
   前記回転盤は混合槽内部に配置されており、かつ、この回転盤は回転駆動軸に接続されてこの回転駆動軸を中心に回転可能に構成されており、
   この回転盤には一つ以上の前記混合翼が設置されており、
   また、この回転盤には回転盤の周囲に突出する一つ以上の前記掻き取り翼が設置されており、
   前記掻き取り翼は混合槽の前記内周面に近接する位置に掻き取り部を有しており、
   この掻き取り部は、前記回転盤の回転方向前方に位置する前面とその反対側に位置する後面とを有しており、これら前面と後面とは鋭角で交差してその間に鋭利な稜線を形成しており、この稜線が混合槽の前記内周面に近接していると共に、この稜線と前記回転盤の回転方向との間の角度が鋭角を構成していることを特徴とする粉体と液体との混合装置。
2. さらに、前記回転盤を上下移動させる機構を備えることを特徴とする請求項１に記載の混合装置。

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