JP4795205B2 - ミキシングエレメント - Google Patents

Description

本発明は、それぞれ軸線方向に略１８０度捩られた形状を成す右巻きの螺旋状羽根と左巻きの螺旋状羽根とが軸線方向に交互に且つ隣接する螺旋状羽根の端部が略直交するように連設されてなり円筒状のケーシング内に固定されるスタティックミキサーのミキシングエレメントに関するものである。

一般的に、複数種類の流体を混合する際には、駆動部のない静止型の混合器であるスタティックミキサーが多用されており、このようなスタティックミキサーとしては、例えば円筒状のケーシングと、このケーシング内に固定されておりそれぞれ軸線方向に略１８０度捩られた形状を成す右巻きの螺旋状羽根と左巻きの螺旋状羽根とが軸線方向に交互に且つ隣接する螺旋状羽根の端部が略直交するように連設されてなるミキシングエレメントとで構成されたもの（例えば、特許文献１、２参照。）等が存在する。

このようなスタティックミキサーは、複数種類の流体をミキシングエレメントをがその円筒内に固定されたケーシングの一方の側より連続的に流入させると、次々と流入してくる複数種類の流体がケーシングの内周面とミキシングエレメントの複数の螺旋状羽根とで形成される空間内をケーシングの他方の側へと流れていく過程においてミキシングエレメントの複数の螺旋状羽根よる分割・転換・反転の作用により連続的に撹拌混合されることによって、ケーシングの一方の側から混合された複数種類の流体を吐出させるものであり、そしてこのようなスタティックミキサーにおいて、ミキシングエレメントの螺旋状羽根の数や直径等を変えることによって、粘性の低い流体同士や粘性の高い流体同士等の様々な種類の流体の混合に対応することができる。

しかしながら、このようなスタティックミキサーでは、ケーシングの一方の側より複数種類の流体をミキシングエレメントが固定されたケーシング内に連続的に流入させることによって駆動部等の手段を用いることなく複数種類の流体を混合するすることができるものの、最終的にケーシングの内周面とミキシングエレメントの複数の螺旋状羽根との間に形成される空間内に未混合の複数種類の流体が残留し無駄になってしまうという欠点があり、特に複数種類の流体が例えば歯科用接着剤を構成する高価な材料である場合には、その経済的損失も非常に大きいという欠点もあった。

そこで、前記の如くスタティックミキサーにおける未混合の複数種類の流体の残留量を減少させることを目的として、例えば長手方向軸の周りに対称的に螺旋状にねじられ、かつ対向する主要面によってきめられ、前記面は、前記軸に直交するバッフルの断面が凹状を呈するものであり、かつバッフルの第１端部から第２端部へかけて前記軸に沿って伸びており、前記主要面たる凹面は、バッフルを管状ハウジング内に配設した際、このハウジングと共に、バッフルのそれぞれの側に一つずつ、鋭角部のないほぼ卵形か楕円形の１対の通路を画定することができるようになっているミキシングエレメント（例えば、特許文献３参照。）等が開発された。

しかしながら、このようなミキシングエレメントでは、バッフル（即ち、螺旋状羽根）の第１端部から第２端部へかけて軸線方向沿って伸びる凹面を形成すると共に螺旋状羽根のそれぞれの側に鋭角部のないほぼ卵形か楕円形の１対の通路を画定することにより、螺旋状羽根のそれぞれの側がより鋭角となる場合、即ち従来のミキシングエレメントの螺旋状羽根と比して螺旋状羽根の軸線方向の長さを多少短くした場合においても従来のミキシングエレメントの螺旋状羽根と同等の混合効率を得ることができるものの、螺旋状羽根毎の混合効率自体は従来のミキシングエレメントの螺旋状羽根の混合効率と殆ど変らないという欠点があるだけでなく、結果的には従来のミキシングエレメントと同等の螺旋状羽根の数が必要であるから、従来のミキシングエレメントよりも大幅にその軸線方向の長さを短くすることができないので、その未混合の複数種類の流体の残留量を可級的に少なくすることができないという欠点があった。

米国特許第３９５３００２号明細書 米国特許第４４０８８９３号明細書 特許第２８９０３１４号公報

本発明は、前記従来技術の欠点を解消し、ケーシングの内周面とミキシングエレメントの複数の螺旋状羽根との間に形成される空間内に残留する未混合の複数種類の流体量を可級的に少なくすることができるミキシングエレメントを提供することを課題とする。

本発明者らは前記課題を解決すべく鋭意研究の結果、ミキシングエレメントの各螺旋状羽根のそれぞれの端部の直線状を成す側縁をこの側縁と軸線とに垂直な方向から見た際において、各螺旋状羽根のそれぞれの手前側側縁より奥側へ螺旋状に連続している部分であって外周と手前側側縁とにそれぞれ連続する４箇所の部位に、それぞれその手前側側縁上から手前側外周縁上の奥側に行くに従ってその幅が狭まるような形状の面と、この面より略垂直な方向に立ち上がる面とで区画された乱流発生部を形成すると共に、この螺旋状羽根の端部の各乱流発生部が位置する部位に対向する奥側側縁側に、ぞれぞれ乱流発生部に隣合う螺旋状面に沿う流体の流れを円滑に導くための切り欠かれた流入部を形成し、乱流発生部及び流入部の螺旋状羽根の端部に対する角度を、それぞれ流れてくる流体がそれぞれの面に沿って流れ易いような角度にすれば、一方の側の端部から流入してくる流体は乱流発生部に沿う流れとこの乱流発生部に隣合う螺旋状面に沿う流れとの２手に分割して流れると共に、この乱流発生部に沿う流れは手前側外周縁上の奥側に行くに従ってその流速が増し且つケーシングの内周面と衝突してその流れる方向が変向した状態で再びとこの乱流発生部に隣合う螺旋状面に沿う流れと衝突しながら合流することにより乱流が発生し、そして合流した流れは更に他方の側に形成された乱流発生部により再び乱流発生部に沿う流れとこの乱流発生部に隣合う螺旋状面に沿う流れとの２手に分割され乱流が発生した状態で他方の側の端部に連設された螺旋状羽根へ至ることによって、複数種類の流体を混合する効率が格段に向上させることができるから、従来のミキシングエレメントと比較してより少ない数の螺旋状羽根で複数種類の流体を混合することができるので、ミキシングエレメント全体の軸線方向の長さを格段に短くできることによりケーシングの内周面とミキシングエレメントの複数の螺旋状羽根とで形成される空間内に残留する未混合の複数種類の流体量を可級的に少なくすることができることを究明して本発明を完成したのである。

即ち本発明は、それぞれ軸線方向に略１８０度捩られた形状を成す右巻きの螺旋状羽根と左巻きの螺旋状羽根とが軸線方向に交互に且つ隣接する螺旋状羽根の端部が略直交するように連設されてなり円筒状のケーシング内に固定されるスタティックミキサーのミキシングエレメントであって、
前記各螺旋状羽根のそれぞれの端部の直線状を成す側縁を該側縁と軸線とに垂直な方向から見た際に、該各螺旋状羽根のそれぞれの手前側側縁より奥側へ螺旋状に連続している部分における外周と該手前側側縁とにそれぞれ連続する４箇所の部位であって、奥側に連続する側の手前側外周縁から始まり該螺旋状羽根の直径の１／８以上且つ１／２未満の距離で終わる該手前側側縁に位置する手前側端縁と、該手前側端縁の終端と該端部から該螺旋状羽根の軸線方向の長さの１／４以上且つ１／３未満の手前側外周縁上に位置する奥側端とを略直線状に結ぶ軸側の縁と、該手前側端縁の始端から始まり該軸側の縁の奥側端で終わる奥側に連続する側の外周面の手前側の縁とで囲まれている部位に、該螺旋状羽根の端部の側縁と平行な方向で且つ軸線とに垂直な方向から見た際に、奥側に連続する側の手前側外周縁か、該手前側端縁の始端と該軸側の縁の奥側端とを結ぶ直線か、又は奥側に連続する側の手前側外周縁と該手前側端縁の始端と該軸側の縁の奥側端とを結ぶ直線との間に位置し該手前側端縁の始端と該軸側の縁の奥側端とを結ぶ滑らかな曲線か、の延長面と、該延長面の軸側の縁から該延長面と略垂直な方向に立ち上がる立上り面とで区画された乱流発生部がそれぞれ形成されていると共に、
該螺旋状羽根の端部の各乱流発生部が位置する部位に対向する奥側側縁に、該端部平面に位置し奥側に連続する側の外周面から始まり該螺旋状羽根の直径の１／２未満の距離で終わり且つ該奥側側縁から該端部の厚さの１／２未満の該奥側側縁と平行な端部始縁から、該端部から該螺旋状羽根の軸線方向の長さの１／６未満の奥側に連続する側の奥側外周縁上から始まり該端部始縁と略同じ距離で終わり且つ該端部始縁と略平行で奥側螺旋状面に位置する奥側終縁に至る部位が切り欠かれた流入部がそれぞれ形成されており、
且つ該螺旋状羽根の各乱流発生部の奥側に連続する側の手前側の縁の手前側端縁の始端における接線と該螺旋状羽根の端部平面とで形成される角度、及び該螺旋状羽根の各流入部の奥側に連続する側の端部始縁の始端から始まり奥側終縁の始端で終わる各流入部の奥側の縁の端部始縁の始端における接線と該螺旋状羽根の端部平面とで形成される角度が１０度以上４５度以下となるように形成されていることを特徴とするミキシングエレメントである。

そして、このような本発明におけるミキシングエレメントにおいて、螺旋状羽根の各乱流発生部の立上り面の軸側の縁の反対側に位置し手前側端縁の終端から始まり奥側端で終わる螺旋状面側の縁の手前側端縁の終端における接線と螺旋状羽根の端部平面とで形成される角度が６０度以上９０度未満となるように形成されていれば、複数種類の流体を混合する効率を更に向上させることができて好ましいことも究明したのである。

本発明に係るミキシングエレメントは、前記の如き構成より成るものであるから、一方の側の端部から流入してくる流体は、初めに螺旋状羽根の端部により大きく２つの流れに分割された後に、それぞれの側に流れた流体は、更に乱流発生部に沿う流れとこの乱流発生部に隣合う螺旋状面に沿う流れとの２手に分割して流れるのであるが、この内の乱流発生部に隣合う螺旋状面に沿って流れようとする流体は、その一部が端部近傍から流入部に沿って円滑に乱流発生部に隣合う螺旋状面へ導かれた後に他の乱流発生部に隣合う螺旋状面に沿う流れと合流して螺旋状面に沿って流れるのに対し、一方乱流発生部に沿って流れようとする流体は、先ず乱流発生部の手前側端縁が端部の手前側側縁と奥側側縁との間ではなく端部の手前側側縁に位置するため、直接軸線方向へ流れることなく乱流発生部の手前側端縁から乱流発生部の延長面に沿って流れ、しかる後に乱流発生部の延長面がその手前側端縁から奥側端の一点に至るまでその幅を漸次狭められた形状を成すから、乱流発生部の手前側端縁から乱流発生部の延長面に沿って流れてくる流体は、奥側端に至る間にその流速を増すと共に、奥側端よりケーシングの内周面と衝突してその流れる方向が変向するので、このような流速が速く且つ流れる方向が変向された乱流発生部に沿う流れが、乱流発生部の奥側端近傍で再びこの乱流発生部に隣合う螺旋状面に沿う流れと合流しようとすると、乱流発生部に沿う流れとこの乱流発生部に隣合う螺旋状面に沿う流れとが衝突し大きな乱流を発生させることができるため、複数種類の流体を混合する効率が格段に向上させることができる。

そして、本発明に係るミキシングエレメントは、螺旋状羽根の各乱流発生部の奥側に連続する側の手前側の縁の手前側端縁の始端における接線と螺旋状羽根の端部平面とで形成される角度、及び螺旋状羽根の各流入部の奥側に連続する側の端部始縁の始端から始まり奥側終縁の始端で終わる各流入部の奥側の縁の端部始縁の始端における接線と螺旋状羽根の端部平面とで形成される角度が、それぞれ乱流発生部や流入部に沿って流れようとする流体がそれぞれの面に沿って流れ易い角度となっているから、乱流発生部に沿う流れとこの乱流発生部に隣合う螺旋状面に沿う流れとが乱流発生部の奥側端近傍で衝突した際に発生する乱流をより強くすることができるので、一方の側の端部から流入してくる流体の流速が比較的低い場合であっても、複数種類の流体を確実に効率よく混合することができる。

また、本発明に係るミキシングエレメントは、従来のものと比較してその各螺旋状羽根自体の複数種類の流体を混合する効率が格段に向上するから、従来のものよりもその螺旋状羽根の数を減らすことができるため、ミキシングエレメント全体の軸線方向の長さを格段に短くすることができるので、結果的にケーシングの内周面とミキシングエレメントの複数の螺旋状羽根との間に形成される空間内に残留する未混合の複数種類の流体量を可級的に少なくすることができ、そして特に複数種類の流体が例えば歯科用接着剤を構成する高価な材料である場合には、その経済的損失を格段に少なくすることができる。

そして、このような本発明におけるミキシングエレメントにおいて、螺旋状羽根の各乱流発生部の立上り面の軸側の縁の反対側に位置し手前側端縁の終端から始まり奥側端で終わる螺旋状面側の縁の手前側端縁の終端における接線と該螺旋状羽根の端部平面とで形成される角度が６０度以上９０度未満となるように形成されていれば、乱流発生部の延長面と端部平面とで形成される角度と、この乱流発生部の延長面に隣合う螺旋状面と端部平面とで形成される角度との角度差をより大きくすることができることにより、一方の側の端部から流入してくる流体を乱流発生部に沿う流れとこの乱流発生部に隣合う螺旋状面に沿う流れとの２つの流れにより効果的に分割することができるので、複数種類の流体を混合する効率を更に向上させることができて好ましい。

以下、図面により本発明に係るミキシングエレメントについて詳細に説明する。
図１は本発明に係るミキシングエレメントの１実施例を示す側面説明図、図２は本発明に係るミキシングエレメントの左巻きの螺旋状羽根の一例をその端部の側縁と軸線とに垂直な方向から見た側面説明図、図３は図２に示す左巻きの螺旋状羽根をその端部の側縁と平行な方向で且つ軸線とに垂直な方向から見た側面説明図、図４は図３における乱流発生部の手前側の縁の接線及び流入部の奥側の縁の接線と端部平面とで形成される角度について模式的に示す側面説明図、図５は図２に示す左巻きの螺旋状羽根を端部側から見た斜視説明図、図６は本発明に係るミキシングエレメントの左巻きの螺旋状羽根の乱流発生部における手前側の縁の位置関係について模式的に示す側面説明図、図７は本発明に係るミキシングエレメントにおける流体の流れについて模式的に示す側面説明図である。

図面中、１はそれぞれ軸線方向に略１８０度捩られた形状を成す右巻き及び左巻きの螺旋状羽根であり、図１に示す如くこの右巻きの螺旋状羽根１と左巻きの螺旋状羽根１とは軸線方向に交互に且つ隣接する螺旋状羽根１の端部1aが略直交するように連設されることによりスタティックミキサーのミキシングエレメントを構成する。

このミキシングエレメントを構成する螺旋状羽根１の数としては、最低限一対の右巻き及び左巻きの螺旋状羽根１，１があればよく、混合される複数種類の流体の粘性や性状、ケーシング内に流入してくる複数種類の流体の流速等の様々な条件に応じて適宜その数を増やせばよい。

そして、それぞれの螺旋状羽根１，１・・・同士を右巻きの螺旋状羽根１と左巻きの螺旋状羽根１とが軸線方向に交互に且つ隣接する螺旋状羽根１の端部1aが略直交するように連設してミキシングエレメントを構成する際には、図１に示す如く螺旋状羽根１の端部1aの平面同士が直接当接するように連設してもよく、図示しないが螺旋状羽根１の端部1aの平面同士間に円柱状や角柱状の接続体を介して連設してもよいが、少なくともそれぞれの螺旋状羽根１，１・・・の軸線が一直線上に一致するようにそれぞれの螺旋状羽根１，１・・・同士を連設する必要がある。

このミキシングエレメントを構成する各螺旋状羽根１には、図２に示す如く螺旋状羽根１のそれぞれの端部1a，1aの直線状を成す側縁をこの側縁と軸線とに垂直な方向から見た際に、螺旋状羽根１のそれぞれの手前側側縁1aL1より奥側へ螺旋状に連続している部分における外周と手前側側縁1aL1とにそれぞれ連続する４箇所の部位であって、奥側に連続する側の手前側外周縁1bR1から始まり螺旋状羽根１の直径の１／８以上且つ１／２未満の距離で終わる手前側側縁1aL1に位置する手前側端縁1cL1と、この手前側端縁1cL1の終端と該端部1aから螺旋状羽根１の軸線方向の長さの１／４以上且つ１／３未満の手前側外周縁1bR1上に位置する奥側端1cP1とを略直線状に結ぶ軸側の縁1cL2と、手前側端縁1cL1の始端から始まり軸側の縁1cL2の奥側端1cP1で終わる奥側に連続する側の外周面1bの手前側の縁1cR1とで囲まれている部位に、図３及び図４に示す如く螺旋状羽根１の端部1aの側縁と平行な方向で且つ軸線とに垂直な方向から見た際に、奥側に連続する側の手前側外周縁1bR1か、手前側端縁1cL1の始端と軸側の縁1cL2の奥側端1cP1とを結ぶ直線Ｌか、又は奥側に連続する側の手前側外周縁1bR1と手前側端縁1cL1の始端と軸側の縁1cL2の奥側端1cP1とを結ぶ直線Ｌとの間に位置し手前側端縁1cL1の始端と軸側の縁1cL2の奥側端1cP1とを結ぶ滑らかな曲線か、の延長面1caと、この延長面1caの軸側の縁1cL2からこの延長面1caと略垂直な方向に立ち上がる立上り面1cbとで区画された乱流発生部1cがそれぞれ形成されていると共に、それぞれのこの乱流発生部1cの手前側の縁1cR1と端部1a平面との位置関係は、図４に示す如く螺旋状羽根１の各乱流発生部1cの奥側に連続する側の手前側の縁1cR1の手前側端縁1cL1の始端における接線S1と螺旋状羽根１の端部1a平面とで形成される角度θ1が１０度以上４５度以下となるように形成されている。

この各螺旋状羽根１に形成されているそれぞれ延長面1caと立上り面1cbとで区画された４箇所の乱流発生部1cは、図７に示す如く一方の側の端部1aの一方の側へ流入してくる流体を乱流発生部1cに沿う流れとこの乱流発生部1cに隣合う螺旋状面に沿う流れとの２手に分割すると共に、この乱流発生部1cに沿って流れてくる流体を、その手前側端縁1cL1から奥側端1cP1の一点に至るまで漸次狭められた形状に沿わせることにより、その流速を増加させ且つ奥側端1cP1よりケーシングの内周面と衝突させてその流れる方向を変向させることによって、このような乱流発生部1cに沿って流れてくる流体がこの乱流発生部1cに隣合う螺旋状面に沿う流れと合流する際に、大きな乱流を発生させる役目を果たす。

ここで、この螺旋状羽根１の乱流発生部1cの手前側端縁1cL1が、図２に示す如く奥側に連続する側の手前側外周縁1bR1から始まり螺旋状羽根１の直径の１／８以上且つ１／２未満の距離で終わるような長さとなっているのは、その長さが螺旋状羽根１の直径の１／８未満であると、乱流発生部1cに沿う流れにより大きな乱流を発生させるための充分な流量を確保することができないからであり、一方その長さが螺旋状羽根１の直径の１／２以上であると、この乱流発生部1cに隣合う螺旋状面に沿う流れの流量を確保できないばかりか、この乱流発生部1cに隣合う螺旋状面に位置する流入部1dと干渉してしまうからであり、そしてこの手前側端縁1cL1が、図２に示す如く端部1aの手前側側縁1aL1に位置、即ち手前側端縁1cL1と同一線上に位置しているので、乱流発生部1cに沿って流れようとする流体は、直接軸線方向へ流れることなくこの手前側端縁1cL1から延長面1caと立上り面1cbとで区画された乱流発生部1cに沿って流れるのである。

また、この螺旋状羽根１の乱流発生部1cの奥側端1cP1が、図２及び図３に示す如く端部1aから螺旋状羽根１の軸線方向の長さの１／４以上且つ１／３未満の手前側外周縁1bR1上に位置するのは、その位置が端部1aから螺旋状羽根１の軸線方向の長さの１／４未満である場合には、乱流発生部1cに沿う流れにより大きな乱流を発生させるための充分な流量を確保することができないからであり、一方その位置が端部1aから螺旋状羽根１の軸線方向の長さの１／３以上である場合には、乱流発生部1cに沿う流れがケーシングの内周面と衝突し難く、流れる方向の変向させる作用が弱くなって充分な乱流を発生させることができないからである。

そして、この螺旋状羽根１の乱流発生部1cの手前側の縁1cR1は、図６に示す如く螺旋状羽根１の端部1aの側縁と平行な方向で且つ軸線とに垂直な方向から見た際に、奥側に連続する側の手前側外周縁1bR1（図６において上方側の破線）か、手前側端縁1cL1の始端と軸側の縁1cL2の奥側端1cP1とを結ぶ直線Ｌ（図６において下方側の破線）か、又は奥側に連続する側の手前側外周縁1bR1と手前側端縁1cL1の始端と軸側の縁1cL2の奥側端1cP1とを結ぶ直線Ｌとの間（図６において上方側の破線と下方側の破線との間）に位置し手前側端縁1cL1の始端と軸側の縁1cL2の奥側端1cP1とを結ぶ滑らかな曲線か、の形状を成しており、この手前側の縁1cR1の延長面1caとこの延長面1caの軸側の縁1cL2からこの延長面1caと略垂直な方向に立ち上がる立上り面1cbとで区画されることにより乱流発生部1cが形成されているので、この乱流発生部1cを区画する延長面1ca及び立上り面1cbによって乱流発生部1cに沿う流れが形成されるのである。

更に、図４に示す如く螺旋状羽根１の各乱流発生部1cの奥側に連続する側の手前側の縁1cR1の手前側端縁1cL1の始端における接線S1と螺旋状羽根１の端部1a平面とで形成される角度θ1が１０度以上４５度以下となるように形成されているのは、その角度θ1が１０度未満であると、一方の端部1a側から流れてくる流体が乱流発生部1cに沿い難く乱流を起こすための充分な流量を確保できないからであり、一方その角度θ1が４５度を超えると、この乱流発生部1cに沿って流れてくる流体が、乱流発生部1cの手前側端縁1cL1から奥側端1cP1の一点に至る過程において、乱流発生部1cに沿う流れの内、その一部が乱流発生部1cの手前側端縁1cL1から軸線方向へと逃げてしまうから、最終的に奥側端1cP1における流速が弱まって充分な乱流を起こすことができないからである。

一方、この螺旋状羽根１の端部1aの各乱流発生部1cが位置する部位に対向する奥側側縁1aL2には、図５に示す如く端部1a平面に位置し奥側に連続する側の外周面1bから始まり螺旋状羽根１の直径の１／２未満の距離で終わり且つ奥側側縁1aL2から端部1aの厚さの１／２未満の奥側側縁1aL2と平行な端部始縁1dL1から、端部1aから螺旋状羽根１の軸線方向の長さの１／６未満の奥側に連続する側の奥側外周縁1bR2上から始まり端部始縁1dL1と略同じ距離で終わり且つ端部始縁1dL1と略平行で奥側螺旋状面に位置する奥側終縁1dL2に至る部位が切り欠かれた流入部1dが、それぞれ乱流発生部1cと同様に計４箇所形成されていると共に、それぞれこの流入部1dにおける端部始縁1dL1の始端から始まり奥側終縁1dL2の始端で終わる奥側の縁1dR1と端部1a平面との位置関係は、図４に示す如く螺旋状羽根１の各流入部1dの奥側に連続する側の端部始縁1dL1の始端から始まり奥側終縁1dL2の始端で終わる各流入部1dの奥側の縁1dR1の端部始縁1dL1の始端における接線S2と螺旋状羽根１の端部1a平面とで形成される角度θ2が１０度以上４５度以下となるように形成されている。

この各螺旋状羽根１に形成されている４箇所の流入部1dは、図７に示す如く一方の端部から乱流発生部1cに隣合う螺旋状面に沿って流れようとする流体の一部を螺旋状面に沿うように円滑に導くと共に、一方の端部から乱流発生部1bに隣合う螺旋状面に沿うように流れる流体の流量を増加させて、乱流発生部1cに隣合う螺旋状面に沿う流れが乱流発生部1cの奥側端1cP1近傍で乱流発生部1cの沿う流れと衝突した際における複数種類の流体を効率的に混合するための充分な乱流を確保する役目を果たす。

この螺旋状羽根１の流入部1dの端部始縁1dL1が、図５に示す如く奥側に連続する側の外周面1bから始まり螺旋状羽根１の直径の１／２未満の距離で終わるのは、その長さが螺旋状羽根１の直径の１／２以上であると隣合う乱流発生部1cと干渉してしまうからであり、また端部1aの奥側側縁1aL2から端部1aの厚さの１／２未満であるのは、その厚さが１／２以上であると、その流入部1dが形成された端部1aの奥側側縁1aL2に対向するように形成された乱流発生部1cと干渉してしまうからであり、更に端部1aの奥側側縁1aL2と平行である理由としては螺旋状面に沿って流れようとする流体の一部を円滑に導くためである。

そして、この螺旋状羽根１の流入部1dの奥側終縁1dL2が、図５に示す如く端部1aから螺旋状羽根１の軸線方向の長さの１／６未満の奥側に連続する側の奥側外周縁1bR2上から始まるのは、その位置が端部1aから螺旋状羽根１の軸線方向の長さの１／６以上である場合には、この流入部1dに沿って流れる流体の流量が多くなり、乱流発生部1cの奥側端1cP1近傍で乱流発生部1cの沿う流れと衝突する流量が少なくなってしまうからである。

更に、図４に示す如く螺旋状羽根１の各流入部1dの奥側に連続する側の端部始縁1dL1の始端から始まり奥側終縁1dL2の始端で終わる各流入部1dの奥側の縁1dR1の端部始縁1dL1の始端における接線S2と螺旋状羽根１の端部1a平面とで形成される角度θ2が１０度以上４５度以下となるように形成されているのは、その角度が１０度未満であったり４５度を超えたりする場合には、流入部1dの奥側終縁1dL2における流入部1dと螺旋状面とが接する部位が大きく折曲したような形状となってしまうので、一方の端部から乱流発生部1cに隣合う螺旋状面に沿って流れようとする流体の一部を螺旋状面に沿うように円滑に導くことができなくなってしまうからである。

そして、このような構成の螺旋状羽根１において、更に図４に示す如く螺旋状羽根１の各乱流発生部1cの立上り面1cbの軸側の縁1cL2の反対側に位置し手前側端縁1cL1の終端から始まり奥側端1cP1で終わる螺旋状面側の縁1cR2の手前側端縁1cL1の終端における接線S3と螺旋状羽根１の端部1a平面とで形成される角度θ3が６０度以上９０度未満となるように形成されていれば、乱流発生部1cの延長面1caと端部1a平面とで形成される角度θ1と、この乱流発生部1cの延長面1caに隣合う螺旋状面と端部1a平面とで形成される角度θ3との角度差をより大きくすることができることにより、一方の側の端部1aから流入してくる流体を乱流発生部1cに沿う流れとこの乱流発生部1cに隣合う螺旋状面に沿う流れとの２つの流れにより効果的に分割することができるので、複数種類の流体を混合する効率を更に向上させることができて好ましい。

ここで、図４に示す如く螺旋状羽根１の各乱流発生部1cの立上り面1cbの軸側の縁1cL2の反対側に位置し手前側端縁1cL1の終端から始まり奥側端1cP1で終わる螺旋状面側の縁1cR2の手前側端縁1cL1の終端における接線S3と螺旋状羽根１の端部1a平面とで形成される角度θ3が、６０度以上９０度未満となるように形成されていることが好ましい理由としては、この角度θ3が６０度未満であると、乱流発生部1cの延長面1caと端部1a平面とで形成される角度θ1と、この乱流発生部1cの延長面1caに隣合う螺旋状面と端部1a平面とで形成される角度θ3との角度差を大きくすることができす、一方の側の端部1aから流入してくる流体を乱流発生部1cに沿う流れとこの乱流発生部1cに隣合う螺旋状面に沿う流れとの２つの流れにより効果的に分割することができないからであり、一方この角度θ3が９０度以上であると、一方の側の端部1aから流入してくる流体が乱流発生部1cに隣合う螺旋状面に沿って流れづらくなり乱流を起こすための充分な流量を確保することができないからである。

次に、このような構成の本発明に係るミキシングエレメントの作用について説明する。
初めに、円筒状のケーシング内に固定された本発明に係るミキシングエレメントに、複数種類の流体をケーシングの一方の側より連続的に流入させると、一方の側の端部1aから流入してくる流体は、先ず螺旋状羽根１の端部1aにより大きく２つの流れに分割（例えば、図５において端部1aの右側の空間と左側の空間の如く大きく分割）され後に、分割された２つ大きな流れはケーシングの内周面と螺旋状羽根１のそれぞれの螺旋状面との間に形成される２つの空間を経由し、他方の側の端部1aで再び合流するのである。

この際、螺旋状羽根１の端部1aにより大きく２つの流れに分割された後に、それぞれの側に流れた流体は、更に図７に示す如く螺旋状羽根１に形成された乱流発生部1cに沿う流れとこの乱流発生部1cに隣合う螺旋状面に沿う流れとの２手に分割（例えば、図７における上方側の螺旋状羽根１の下方側に示す矢印の如く２手に分割）して流れるのであるが、この内の乱流発生部1cに隣合う螺旋状面に沿って流れようとする流体は、その一部が端部1a近傍から流入部1dに沿って円滑に乱流発生部1bに隣合う螺旋状面へ導かれた後に、他の螺旋状面に沿う流れと合流して螺旋状面に沿って流れるのに対し、一方乱流発生部1cに沿って流れようとする流体は、先ず図２及び図３に示す如く乱流発生部1cの手前側端縁1cL1が端部1aの手前側側縁1aL1と奥側側縁1aL2との間ではなく端部1aの手前側側縁1aL1に位置するため、直接軸線方向へ流れることなく乱流発生部1cの手前側端縁1cL1から乱流発生部1cの延長面に沿って流れ、しかる後に乱流発生部1aの延長面がその手前側端縁1cL1から奥側端1cP1の一点に至るまでその幅を漸次狭められた形状を成すから、乱流発生部1cの手前側端縁1cL1から乱流発生部1cの延長面に沿って流れてくる流体は、奥側端に至る間にその流速を増すと共に、奥側端1cP1よりケーシングの内周面と衝突してその流れる方向が変向するのである。

そして、このように流速が速く且つ流れる方向が変向された乱流発生部1cに沿う流れは、図７に示す如く乱流発生部1cの奥側端1cP1近傍で再びこの乱流発生部1cに隣合う螺旋状面に沿う流れと合流するのであるが、この流速が速く且つ流れる方向が変向された乱流発生部1cに沿う流れがこの乱流発生部1cに隣合う螺旋状面に沿う流れと衝突し大きな乱流を発生させる。

しかして、乱流発生部1cの奥側端1cP1近傍で大きな乱流をを伴いながら再び乱流発生部1cに沿う流れとこの乱流発生部1cに隣合う螺旋状面に沿う流れとが合流すると、図７に示す如く他方側の端部1c近傍に形成された乱流発生部1cにより、更に再び乱流発生部1cに沿う流れとこの乱流発生部1cに隣合う螺旋状面に沿う流れとに分割（例えば、図７における上方側の螺旋状羽根１の上方側に示す矢印の如く２手に分割）されて他方の端部1aへと至るのであるが、このように２つの流れに分割された状態の流体が、更に次に連設された乱流発生部1cの一方の側の端部1aへと流入してくるから、更に複雑な流れが生じるのである。

このように本発明に係るミキシングエレメントでは、複数種類の流体が螺旋状羽根１の一方の端部1aから他方の端部1aへと流れてゆく過程において、先ず乱流発生部1cに隣合う螺旋状面に沿う流れとに分割された後に、乱流発生部1cの奥側端1cP1近傍で再び大きな乱流をを伴いながら合流し、しかる後に更に乱流発生部1cに沿う流れとこの乱流発生部1cに隣合う螺旋状面に沿う流れとに分割されて他方の端部1aへと至り、そして複雑な流れが生じた状態で次に連設された乱流発生部1cの一方の側の端部1aへと流入してくるから、従来のミキシングエレメントと比較してその各螺旋状羽根１自体の複数種類の流体を混合する効率を格段に向上させることができる。

かくして、本発明に係るミキシングエレメントは、従来のミキシングエレメントと比較してその各螺旋状羽根１自体の複数種類の流体を混合する効率が格段に向上するから、従来のミキシングエレメントよりもその螺旋状羽根１の数を減らすことができるため、ミキシングエレメント全体の軸線方向の長さを格段に短くすることができるので、結果的にケーシングの内周面とミキシングエレメントの複数の螺旋状羽根１との間に形成される空間内に残留する未混合の複数種類の流体量が可級的に少なくすることができ、そして特に複数種類の流体がそれぞれ歯科用印象材や歯科用接着剤等を構成する高価な材料である場合には、その経済的損失を格段に少なくすることができる。

本発明に係るミキシングエレメントの１実施例を示す側面説明図である。 本発明に係るミキシングエレメントの左巻きの螺旋状羽根の一例をその端部の側縁と軸線とに垂直な方向から見た側面説明図である。 図２に示す左巻きの螺旋状羽根をその端部の側縁と平行な方向で且つ軸線とに垂直な方向から見た側面説明図である。 図３における乱流発生部の手前側の縁の接線及び流入部の奥側の縁の接線と端部平面とで形成される角度について模式的に示す側面説明図である。 図２に示す左巻きの螺旋状羽根を端部側から見た斜視説明図である。 本発明に係るミキシングエレメントの左巻きの螺旋状羽根の乱流発生部における手前側の縁の位置関係について模式的に示す側面説明図である。 本発明に係るミキシングエレメントにおける流体の流れについて模式的に示す側面説明図である。

符号の説明

１ 螺旋状羽根
1a 端部
1aL1 手前側側縁
1aL2 奥側側縁
1b 奥側に連続する側の外周面
1bR1 手前側外周縁
1bR2 奥側外周縁
1c 乱流発生部
1ca 延長面
1cb 立上り面
1cL1 手前側端縁
1cP1 奥側端
1cL2 軸側の縁
1cR1 手前側の縁
1cR2 螺旋状面側の縁
1d 流入部
1dL1 端部始縁
1dL2 奥側終縁
1dR1 奥側の縁
Ｌ 手前側端縁の始端と軸側の縁の奥側端とを結ぶ直線
S1 手前側の縁の手前側端縁の始端における接線
θ1 接線S1と端部平面とで形成される角度
S2 奥側の縁の端部始縁の始端における接線
θ2 接線S2と端部平面とで形成される角度
S3 螺旋状面側の縁の手前側端縁の終端における接線
θ3 接線S3と端部平面とで形成される角度

Claims (2)

1. それぞれ軸線方向に略１８０度捩られた形状を成す右巻きの螺旋状羽根(１)と左巻きの螺旋状羽根(１)とが軸線方向に交互に且つ隣接する螺旋状羽根(１)の端部(1a)が略直交するように連設されてなり円筒状のケーシング内に固定されるスタティックミキサーのミキシングエレメントであって、
   前記各螺旋状羽根(１)のそれぞれの端部(1a，1a)の直線状を成す側縁を該側縁と軸線とに垂直な方向から見た際に、該各螺旋状羽根(１)のそれぞれの手前側側縁(1aL1)より奥側へ螺旋状に連続している部分における外周と該手前側側縁(1aL1)とにそれぞれ連続する４箇所の部位であって、奥側に連続する側の手前側外周縁(1bR1)から始まり該螺旋状羽根(１)の直径の１／８以上且つ１／２未満の距離で終わる該手前側側縁(1aL1)に位置する手前側端縁(1cL1)と、該手前側端縁(1cL1)の終端と該端部(1a)から該螺旋状羽根(１)の軸線方向の長さの１／４以上且つ１／３未満の手前側外周縁(1bR1)上に位置する奥側端(1cP1)とを略直線状に結ぶ軸側の縁(1cL2)と、該手前側端縁(1cL1)の始端から始まり該軸側の縁(1cL2)の奥側端(1cP1)で終わる奥側に連続する側の外周面(1b)の手前側の縁(1cR1)とで囲まれている部位に、該螺旋状羽根(１)の端部(1a)の側縁と平行な方向で且つ軸線とに垂直な方向から見た際に、奥側に連続する側の手前側外周縁(1bR1)か、該手前側端縁(1cL1)の始端と該軸側の縁(1cL2)の奥側端(1cP1)とを結ぶ直線(Ｌ)か、又は奥側に連続する側の手前側外周縁(1bR1)と該手前側端縁(1cL1)の始端と該軸側の縁(1cL2)の奥側端(1cP1)とを結ぶ直線(Ｌ)との間に位置し該手前側端縁(1cL1)の始端と該軸側の縁(1cL2)の奥側端(1cP1)とを結ぶ滑らかな曲線か、の延長面(1ca)と、該延長面(1ca)の軸側の縁(1cL2)から該延長面(1ca)と略垂直な方向に立ち上がる立上り面(1cb)とで区画された乱流発生部(1c)がそれぞれ形成されていると共に、
   該螺旋状羽根(１)の端部(1a)の各乱流発生部(1c)が位置する部位に対向する奥側側縁(1aL2)に、該端部(1a)平面に位置し奥側に連続する側の外周面(1b)から始まり該螺旋状羽根(１)の直径の１／２未満の距離で終わり且つ該奥側側縁(1aL2)から該端部(1a)の厚さの１／２未満の該奥側側縁(1aL2)と平行な端部始縁(1dL1)から、該端部(1a)から該螺旋状羽根(１)の軸線方向の長さの１／６未満の奥側に連続する側の奥側外周縁(1bR2)上から始まり該端部始縁(1dL1)と略同じ距離で終わり且つ該端部始縁(1dL1)と略平行で奥側螺旋状面に位置する奥側終縁(1dL2)に至る部位が切り欠かれた流入部(1d)がそれぞれ形成されており、
   且つ該螺旋状羽根(１)の各乱流発生部(1c)の奥側に連続する側の手前側の縁(1cR1)の手前側端縁(1cL1)の始端における接線(S1)と該螺旋状羽根(１)の端部(1a)平面とで形成される角度(θ1)、及び該螺旋状羽根(１)の各流入部(1d)の奥側に連続する側の端部始縁(1dL1)の始端から始まり奥側終縁(1dL2)の始端で終わる各流入部(1d)の奥側の縁(1dR1)の端部始縁(1dL1)の始端における接線(S2)と該螺旋状羽根(１)の端部(1a)平面とで形成される角度(θ2)が１０度以上４５度以下となるように形成されていることを特徴とするミキシングエレメント。
2. 螺旋状羽根(１)の各乱流発生部(1c)の立上り面(1cb)の軸側の縁(1cL2)の反対側に位置し手前側端縁(1cL1)の終端から始まり奥側端(1cP1)で終わる螺旋状面側の縁(1cR2)の手前側端縁(1cL1)の終端における接線(S3)と該螺旋状羽根(１)の端部(1a)平面とで形成される角度(θ3)が６０度以上９０度未満となるように形成されている請求項１に記載のミキシングエレメント。

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