JP4902770B2 - 攪拌用回転体および攪拌装置 - Google Patents

Description

本発明は、液体その他の各種流体を攪拌し、混合、分散等を行うための攪拌用回転体および攪拌装置に関する。

従来、例えば２種類以上の流体を混合したり、流体中に添加した各種粉末等を均一に分散させたりする場合には、流体中で羽根車を回転させる攪拌機が使用されている。この羽根車には一般的にプロペラ翼やタービン翼が設けられており、回転することで流体を流動させて攪拌を行う。

このような攪拌機は、流体を収容するタンクに恒常的に設置されて使用されるものが多いが、この他にも、例えば塗料等を使用直前に現場で攪拌するためのハンディタイプのものがよく使用されている。このハンディタイプの攪拌機は、一般的にハンドドリル型の駆動装置の駆動軸の先端に羽根車を設けて構成されている。そして、使用者は、駆動装置を両手に持ち、先端の羽根車を塗料等の被攪拌物が収容された容器内に挿入して回転させ、攪拌を行う。

しかしながら、このハンディタイプの攪拌機では、鋭利な翼端を持つ羽根車を高速で回転させることから非常に危険であり、取扱に注意を要するという問題があった。また、突起の多い羽根車を容器にぶつけてしまった場合や、羽根車が疲労破壊を起こした場合に、羽根車の先端や容器の一部が欠けて、または削れて被攪拌物内に混入しやすいという問題があった。

また、羽根車は被攪拌物と衝突することによって被攪拌物を流動させるため、羽根車を備える攪拌機では、回転する羽根車を被攪拌物内に投入する際、または被攪拌物内で羽根車の回転を開始する際に、反動によって羽根車が振られやすいという問題があった。このため、使用者が攪拌機の操作になれていない場合には、羽根車を容器にぶつけたり、被攪拌物を容器外に飛散させたりといったような事態が頻発していた。

また、羽根車では、被攪拌物に沈降物が含まれるような場合に、羽根車を容器の底壁に接触させながら攪拌を行わなければ沈降物をうまく分散させることができないため、羽根車と容器の壁面の接触により発生する破片や削りカスが被攪拌物内に混入しやすいという問題があった。

また、羽根車を備える攪拌機では、被攪拌物内に混入された粉末粒子が羽根車との衝突により粉砕される場合があるという問題があった。このため、例えばメタリック塗料のように、混入された粉末粒子を微細化したくないような場合には、十分な攪拌を行うことが困難であった。

一方、プロペラ翼やタービン翼を使用するのではなく、外形が六角柱状の筒体から羽根車を構成すると共に、側面に複数の孔を設けた高粘性流体用ミキサー等も提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平５−１５４３６８号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の高粘性流体用ミキサーでは、羽根車の外形が六角柱状であり、主として羽根車の外壁を被攪拌物に衝突させることによって被攪拌物を流動させるものであるため、上述した回転開始時の反動の問題、および被攪拌物内の粉末粒子の粉砕の問題を解消するものではなかった。

また、側面の孔から被攪拌物を流出させるようにしているものの、側面の孔に対して羽根車内部の容積が大きいため、羽根車内部の流速が低く、長時間使用した場合に滞留物が羽根車の内側に付着して堆積し、攪拌能力が低下しやすいという問題があった。

また、従来の攪拌機は、容器内に貯留された被攪拌物を攪拌するに留まっており、外部から他の液体や気体等を被攪拌物内に導入しつつ攪拌を行うことについて考慮されたものはほとんどなかった。

本発明は、斯かる実情に鑑みてなされたものであって、用途を問わずに安全且つ効率的な攪拌を行うことが可能な攪拌用回転体および攪拌装置を提供しようとするものである。

（１）本発明は、回転軸を中心に回転する本体と、前記本体の表面に設けられる吸入口と、前記本体の表面に設けられる吐出口と、前記吸入口と前記吐出口を繋ぐ流通路と、を備え、前記本体には、前記本体を回転させる駆動軸が接続され、前記吸入口は、前記吐出口よりも前記回転軸に近い位置に配置され、前記吐出口は、前記吸入口よりも前記回転軸から遠心方向外側の位置に配置され、前記駆動軸は、自身に設けられた開口と前記流通路を繋ぐ軸部流通路を備え、
前記軸部流通路は、前記流通路における前記吸入口と前記吐出口の間に接続されることを特徴とする、攪拌用回転体である。

（２）本発明はまた、前記開口は、前記駆動軸における被攪拌物の外部に位置する部分に設けられることを特徴とする、上記（１）に記載の攪拌用回転体である。

（３）本発明はまた、前記開口は、前記駆動軸における被攪拌物の内部に位置する部分に設けられることを特徴とする、上記（１）に記載の攪拌用回転体である。

（４）本発明はまた、前記軸部流通路には、前記軸部流通路を介して前記流通路に流体または流体と固体の混合物を供給する供給装置が接続されることを特徴とする、上記（１）乃至（３）のいずれかに記載の攪拌用回転体である。

（５）本発明はまた、前記本体は、前記回転軸に垂直な断面が円形状に構成されることを特徴とする、上記（１）乃至（４）のいずれかに記載の攪拌用回転体である。

（６）本発明はまた、前記本体は、半球状または楕円体状に構成されることを特徴とする、上記（１）乃至（５）のいずれかに記載の攪拌用回転体である。

（７）本発明はまた、前記吐出口は、複数設けられ、前記吸入口は、前記複数の吐出口ごとに個別に設けられることを特徴とする、上記（１）乃至（６）のいずれかに記載の攪拌用回転体である。

（８）本発明はまた、前記吸入口は、前記駆動軸の反対側に設けられることを特徴とする、上記（１）乃至（７）のいずれかに記載の攪拌用回転体である。

（９）本発明はまた、前記吸入口は、前記回転軸の遠心方向外側に設けられることを特徴とする、上記（１）乃至（８）のいずれかに記載の攪拌用回転体である。

（１０）本発明はまた、１つの前記吐出口に対して複数の前記吸入口が設けられることを特徴とする、上記（１）乃至（９）のいずれかに記載の攪拌用回転体である。

（１１）本発明はまた、上記（１）乃至（１０）のいずれかに記載の攪拌用回転体を、前記回転軸方向に複数配置して構成されることを特徴とする、攪拌装置である。

本発明によれば、用途を問わずに安全且つ効率的な攪拌を行うことが可能という優れた効果を奏し得る。

（ａ）本発明の実施の形態に係る攪拌用回転体の平面図である。（ｂ）攪拌用回転体の正面図である。（ｃ）攪拌用回転体の底面図である。 攪拌用回転体の部分断面図である。 （ａ）攪拌用回転体の作動を示した平面図である。（ｂ）攪拌用回転体の作動を示した正面図である。 （ａ）および（ｂ）攪拌用回転体の使用例を示した概略図である。 （ａ）〜（ｃ）攪拌用回転体の使用例を示した部分断面図である。 （ａ）〜（ｃ）吸入口および吐出口の配設のその他の例を示した正面図である。 本体のその他の形状の例を示した正面図である。 本体のその他の形状の例を示した正面図である。 （ａ）〜（ｄ）接続口のその他の形態の例を示した断面図である。 本発明の実施の形態に係る攪拌装置の例を示した正面図である。

以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して説明する。

まず、本発明の実施の形態に係る攪拌用回転体１の構造について説明する。図１（ａ）は、攪拌用回転体１の平面図であり、同図（ｂ）は、攪拌用回転体１の正面図（側面図も同一）であり、同図（ｃ）は、攪拌用回転体１の底面図である。また、図２は、攪拌用回転体１の部分断面図である。これらの図に示されるように、攪拌用回転体１は、半球状の本体１０と、本体１０の表面に設けられた複数の吸入口１２と、本体１０の表面に設けられた複数の吐出口１４と、吸入口１２と吐出口１４を繋ぐように本体１０の内部に形成された流通路１６から構成されている。

本体１０は、この例では、球体を半分に分割した形状である半球状となっている。従って、本体１０の表面は、本体１０の中心軸Ｃに対して垂直な面である平面状の上面１０ａと、中心軸Ｃに対して傾斜した面である球面状の傾斜面１０ｂと、から構成されている。傾斜面１０ｂは、より詳細には、中心軸Ｃ方向の一方（図の下方）から他方（図の上方）に向けて漸次中心軸Ｃから遠ざかる面となっている。換言すると、本体１０は、中心軸Ｃ方向の厚みが半径方向外側に向けて漸次減少する形状となっている。

本体１０の上面１０ａの中心には、モータ等の駆動装置に繋がる駆動軸２０が接続される接続部１８が設けられている。従って、攪拌用回転体１は、本体１０の中心軸Ｃを回転軸として回転するように構成されている。なお、駆動軸２０と接続部１８の接続方法は、例えばネジや係合等、既知のいずれの方法であってもよい。

本実施形態では、本体１０を流通路１６以外の部分を中実に構成することで、本体１０の強度を高めるようにしている。本体１０を構成する材質は、特に限定されるものではなく、例えば金属やセラミックス、樹脂、ゴム、木材等、使用条件に応じた適宜の材質を採用することができる。本実施形態の本体１０は、シンプルで加工しやすい形態となっているため、製造方法に制限されることなく、多種多様な材質から本体１０を構成することが可能となっている。

また、本体１０をこのようにシンプルな形状に構成することより、回転軸に対する不釣合いの発生を少なくすることができる。このため、本実施形態では、不釣合いの発生しやすい羽根車等とは異なり、回転時の振動や振れ回り等を略解消することが可能となっている。

吸入口１２は、接続部１８の反対側である本体１０の先端部（傾斜面１０ｂの中心軸Ｃ側の部分）に設けられている。本実施形態では、４つの吸入口１２を、中心軸Ｃを中心とする円周上に等間隔で並べて配置すると共に中心軸Ｃと同一方向に形成している。吐出口１４は、本体１０の側面部（傾斜面１０ｂの上面１０ａ側の部分）に設けられている。すなわち、本実施形態では、４つの吐出口１４を、各吸入口１２よりも本体１０の中心軸Ｃから遠心方向（半径方向）外側となる位置（中心軸Ｃから中心軸Ｃに垂直な方向に離れた位置）にそれぞれ配置している。また、中心軸Ｃに対して直交する方向に吐出口１４を形成している。

流通路１６は、１つの吸入口１２と１つの吐出口１４を繋ぐ通路として形成されている。従って、本体１０の内部には、４つの流通路が形成されている。各流通路１６は、吸入口１２から中心軸Ｃ方向に沿って直進した後に直角に曲がり、本体１０の遠心方向に向けて直進して吐出口１４に到達するように形成されている。

本実施形態では、流通路１６をこのように構成することで、ドリルによる穴加工で容易に吸入口１２、吐出口１４および流通路１６を形成できるようにしている。具体的には、吸入口１２の位置から中心軸Ｃ方向に沿った穴加工、および吐出口１４の位置から中心軸Ｃに向けた穴加工によって容易に吸入口１２、吐出口１４および流通路１６を形成することができる。なお、本実施形態では、流通路１６の断面形状を円形に構成しているが、これに限定されるものではなく、例えば楕円形や多角形等、その他の断面形状としてもよい。

図２に示されるように、本体１０を回転駆動する駆動軸２０の内部には、軸方向（中心軸Ｃ方向）に伸びる軸部流通路２２が形成されている。そして駆動軸２０の先端には、軸部流通路２２を流通路１６に繋げるための開口である接続口２４が設けられ、駆動軸２０の側面の所定の位置には、軸部流通路２２を外部に繋げるための開口である外部開口２６が設けられている。

また、本体１０の中心部には、全ての流通路１６と繋がる空間である共通空間１６ａが形成されると共に、この共通空間１６ａに駆動軸２０先端の接続口２４が開口するようになっている。すなわち、接続部１８は、駆動軸２０の軸部流通路２２を共通空間１６ａに繋げるように構成されており、軸部流通路２２は、接続口２４および共通空間１６ａを介して全ての流通路１６と接続されている。

なお、本実施形態では、流通路１６の遠心方向に沿う部分を延長することで共通空間１６ａを形成しているが、本体１０の内部に円柱状や角柱状等の隔室を形成し、これに流通路１６を接続して共通空間１６ａとするようにしてもよい。

次に、攪拌用回転体１の作動について説明する。図３（ａ）は攪拌用回転体１の作動を示した平面図であり、同図（ｂ）は攪拌用回転体１の作動を示した正面図である。攪拌用回転体１は、流体である被攪拌物内において、駆動軸２０に駆動されて中心軸Ｃを中心に回転することにより、被攪拌物を攪拌する。

流体中に攪拌用回転体１を浸漬して回転させると、流通路１６内に進入した流体も攪拌用回転体１と共に回転することとなる。すると、流通路１６内の流体に遠心力が作用し、これらの図に示されるように、流通路１６内の流体は攪拌用回転体１の半径方向外側に向けて流動する。吐出口１４は、吸入口１２よりも本体１０の遠心方向外側に設けられているため、吐出口１４では吸入口１２よりも強い遠心力が働くこととなる。従って、流体は、攪拌用回転体１が回転している限り吸入口１２から吐出口１４に向けて流動する。すなわち、流通路１６内の流体が吐出口１４から噴出すると共に、外部の流体が吸入口１２から流通路１６内に吸引される。これにより、攪拌用回転体１の周囲の流体には、吐出口１４のある側面部から放射状に広がる流動と、吸入口１２のある攪拌用回転体１の先端部に向かう流動が発生することとなる。

また、流体中に攪拌用回転体１を浸漬して回転させると、攪拌用回転体１の表面近傍の流体が粘性の影響により攪拌用回転体１と共に回転することとなる。従って、攪拌用回転体１の表面近傍の流体にも遠心力が働き、これらの図に示されるように、表面近傍の流体は攪拌用回転体１の表面に沿って吐出口１４の近傍まで流動し、吐出口１４からの噴流の随伴流となる。

本実施形態では、本体１０を半球状に構成することにより、攪拌用回転体１の先端部近傍の流動を、側面部から放射状に広がる流動にスムーズに合流させることを可能としている。また、本体１０をこのような形状にすることで、攪拌用回転体１の先端部に向かう流動の一部を、傾斜面１０ｂに沿って吐出口１４近傍までスムーズに流動させて、側面部から放射状に広がる流動に合流させることを可能としている。この結果、攪拌用回転体１は、周囲の流体に強力な流動を発生させることが可能となるため、効率的な攪拌を行うことが可能となっている。

さらに、本実施形態では、軸部流通路２２の一端（接続口２４）を流通路に繋ぎ、他端（外部開口２６）を外部に繋ぐようにしているため、例えば気体や液体等の外部の他の流体を流通路１６に効率的に吸引することが可能となっている。具体的には、遠心方向外側へと向かう流通路１６内の流動により、中心部の共通空間１６ａに発生する負圧を利用することで、軸部流通路２２内の流体を強力に吸引することができる。そして、吸入口１２からの流体と軸部流通路２２からの流体を、負圧吸引により流通路１６内に発生する乱流によって混合しつつ、共に吐出口１４から噴出させることが可能となっている。

すなわち、本実施形態の攪拌用回転体１によれば、例えば攪拌用回転体１が浸漬された液体中に軸部流通路２２を通じて外部の気体を導入することで、液体中への気体の溶解や発泡を行ったり、攪拌用回転体１が浸漬された液体中に軸部流通路２２を通じて外部の別の液体を導入することで、複数の液体の混合を行ったり、といった混合攪拌作業を迅速且つ効率的に行うことが可能となっている。特に、液体中に外部の気体を導入する場合、負圧吸引による乱流によって外部の気体は細かい気泡に分割されるため、液体中への気体の溶解や発泡を効率的に行うだけではなく、液体中にマイクロバブルを発生させることも可能となっている。

図４（ａ）および（ｂ）は、攪拌用回転体１の使用例を示した概略図である。これらの図に示されるように、攪拌用回転体１は、モータ等の駆動装置３０に繋がる駆動軸２０に接続され、容器４０内に収容された流体である被攪拌物５０内に浸漬された状態で使用される。駆動装置３０は、容器４０や架台等に固定されるものであってもよいし、使用者が保持して操作するものであってもよい。

駆動装置３０によって攪拌用回転体１を回転させることにより、上述のように攪拌用回転体１の側面部から放射状に広がる流動、および攪拌用回転体１の先端部に向かう流動が発生する。これにより、同図（ａ）および（ｂ）に示されるように、被攪拌物５０内に複雑な循環流が発生し、この循環流により被攪拌物５０は十分に攪拌される。

容器４０の底に滞留している滞留物を分散させる場合には、攪拌用回転体１の先端部を容器４０の底に近づければよい。このようにすることで、吸入口１２から滞留物を吸い上げて吐出口１４から噴出し、滞留物を被攪拌物５０内に十分に分散させることができる。また、容器４０の角部に滞留している滞留物を分散させる場合には、攪拌用回転体１の先端部を容器４０の角部に近づければよい。本実施形態では、本体１０を半球状に構成しているため、狭隘な角部にも吸入口１２を十分に近づけることができる。

本実施形態では、本体１０を半球状に構成することにより、回転時に被攪拌物５０と衝突しないようにしているため、回転開始時の反動がほとんど生じないようになっている。また、羽根車等とは異なり、本体１０に鋭利な突起物を備えていないことから、攪拌用回転体１を容器４０の壁面にぶつけた場合にも攪拌用回転体１または容器４０が破損したり削れたりする可能性が低くなっている。このため、安心して攪拌用回転体１を容器４０の壁面に近づけることができ、容器４０の隅々まで十分に攪拌を行うことが可能であると共に、攪拌用回転体１または容器４０の破片や削りカス等が被攪拌物５０に混入し難いようになっている。

また、本実施形態では、攪拌用回転体１の先端部中心（回転軸である中心軸Ｃ）のやや外側に吸入口１２を配置することにより、攪拌用回転体１の先端部を容器４０の壁面に接触させた場合にも吸入口１２が塞がれないようにしている。このため、容器４０の壁面近くにおいても安定して攪拌用回転体１を操作することができる。

さらに、本実施形態では、駆動軸２０に流通路１６に繋がる軸部流通路２２を設けることにより、軸部流通路２２を介して被攪拌物５０中に気体や液体等の外部の流体を導入し、効率的な混合攪拌を行うことが可能となっている。図５（ａ）〜（ｃ）は、攪拌用回転体１の使用例を示した部分断面図である。

同図（ａ）は、駆動軸２０に設けられた外部開口２６を、被攪拌物５０の外部に開口するようにした例を示している。このように、外部開口２６を被攪拌物５０の外部と繋ぐようにすることで、被攪拌物５０の外部の気体（例えば空気）等を流通路１６に吸引し、流通路１６内で被攪拌物５０と混合しつつ吐出口１４から被攪拌物５０中へ噴出させることが可能となる。これにより、被攪拌物５０中への気体の溶解や発泡、マイクロバブルの発生等を効率的に行うことができる。

また、外部開口２６を被攪拌物５０とは別の液体中に開口させることにより、被攪拌物５０中に別の液体を混入させることができる。すなわち、二液混合をきわめて効率的に行うことができる。さらに、外部開口２６から液体または気体と共に粉体や粒体等の固体を導入するようにすれば、被攪拌物５０中に粉体等の固体を効率的に分散させることができる。従って、例えば養殖場等において、酸素を水中に溶解させると共に餌を供給するといった作業も可能となっている。

同図（ｂ）は、気体や液体等の流体、または流体と固体との混合物を供給する供給装置６０を、外部開口２６を介して軸部流通路２２に接続した例を示している。この例では、供給装置６０は、例えばポンプやコンプレッサ等であり、供給管６２およびロータリージョイント６４を介して外部開口２６に接続されている。

このように、軸部流通路２２に供給装置６０を接続することにより、気体や液体、またはこれらと粉体や粒体等の固体の混合物を流通路１６内に圧送することができるため、各種混合や分散をきわめて迅速に行うことが可能となる。また、供給装置６０からの供給量を制御することにより、混合度合いや混入させる気泡の大きさ等を適宜に調節することができる。

同図（ｃ）は、外部開口２６を被攪拌物５０内に開口するようにした例を示した図である。この例では、被攪拌物５０が外部開口２６から軸部流通路２２を通じて流通路１６内に強力に吸引されることとなるため、流通路１６内に滞留した空気等の気体を迅速に吐出口１４から排出することが可能となっている。

例えば、流通路１６に繋がる軸部流通路２２を駆動軸２０に設けていない場合、高粘度の被攪拌物５０を攪拌しようとする際に、流通路１６内の気体（流体中に浸漬する前に流通路１６内に存在していた空気等）をうまく排出することができず、吐出口１４から流体を噴出させることができないことがあったが、本実施形態によれば、このような不具合を解消することができる。

なお、同図（ｃ）に示す例では、本体１０の接続部１８に吸入口１２を設け（または、接続部１８を吸入口１２として機能させ）、この接続部１８の吸入口１２に軸部流通路２２を繋いだとみなすこともできる。従って、場合によっては、この軸部流通路２２に繋がる接続部１８の吸入口１２のみを本体１０に設けるようにしてもよい。すなわち、軸部流通路２２は、吸入口１２を介して流通路１６に繋がるものであってもよい。

なお、本実施形態では、外部開口２６を駆動軸２０の側面に設けているが、外部開口２６の位置はこれに限定されるものではなく、例えば駆動軸２０をパイプ状に構成し、接続口２４の反対側の端部に外部開口２６を設けるようにしてもよい。この場合、駆動軸２０と駆動装置３０を接続するカップリングに開口を設けたり、歯車等を利用して、駆動軸２０に対して駆動装置３０の軸心をずらしたりすればよい。また、駆動装置３０の軸を中空にして軸部流通路２２と繋げるようにしてもよいし、駆動装置３０の軸に軸部流通路２２、接続口２４および外部開口２６を設け、駆動軸２０として直接本体１０に接続するようにしてもよい。

また、本実施形態では、軸部流通路２２を全ての流通路１６に繋ぐようにしているが、軸部流通路２２を一部の流通路１６にのみ繋げるようにしてもよい。すなわち、一部の流通路１６とのみ繋がる共通空間１６ａを形成し、これに軸部流通路２２を繋げるようにしてもよい。

また、本実施形態では、吸入口１２の断面積（吸入口１２を通過する流れに垂直な断面積）と、吐出口１４の断面積（吐出口１４を通過する流れに垂直な断面積）を略同一にしているが、これに限定されるものではなく、攪拌用回転体１の用途等に応じて、これらの断面積を異ならせるようにしてもよい。但し、流体（被攪拌物）を流通路１６内で滞留させることなくスムーズに流動させ、効果的な攪拌能力を得るためには、吸入口１２の断面積（吸入口１２を通過する流れに垂直な断面積）と、吐出口１４の断面積（吐出口１４を通過する流れに垂直な断面積）との比が１／３〜３であることが望ましく、１／２〜２であればより望ましく、５／６〜１．２であることが特に望ましい。

また、本実施形態では、加工のしやすさから流通路１６を略直角に曲折する形状に構成しているが、これに限定されるものではなく、滑らかに湾曲した曲線状の通路として流通路１６を構成してもよいし、吸入口１２と吐出口１４を一直線状に繋ぐように流通路１６を構成してもよい。流通路１６をこのように構成することで、流通路１６内の流動抵抗を減少させることができるため、攪拌用回転体１が引き起こす流動をさらに強力にし、攪拌能力を向上させることができる。

また、吸入口１２に対して吐出口１４を回転方向にずらして配置し、流通路１６の吐出口１４へ繋がる部分を攪拌用回転体１の遠心方向に対して角度を有するように構成してもよい。また、吐出口１４を回転軸方向にずらして配置し、流通路１６の吐出口１４へ繋がる部分を本体１０の先端側（駆動軸２０の反対側）に向くように構成してもよいし、逆に駆動軸側に向くようにしてもよい。このようにして、吐出口１４からの噴出方向を適宜に設定することにより、効率的な攪拌に最も適した流動を得ることができる。

また、吸入口１２を駆動軸側（上面１０ａ）に設けるようにしてもよい。この場合、全ての吸入口１２を駆動軸側に設けるようにしてもよいし、また、複数の吸入口１２の一部を先端側に配置し、残りの一部を駆動軸側に配置するようにしてもよい。また、傾斜面１０ｂに吸入口１２を配置すると共に接続部１８を設け、上面１０ａが先端側となるようにしてもよい。このように、吸入口１２の配置を適宜に設定することで、用途に応じた最適な流動を発生させるようにすることができる。

また、複数の吐出口１４に対して１つの吸入口１２を設けるようにしてもよいし、１つの吐出口１４に対して複数の吸入口１２を設けるようにしてもよい。図６（ａ）〜（ｃ）は、吸入口１２および吐出口１４の配設のその他の例を示した正面図である。

同図（ａ）は、複数の吐出口１４に対して１つの吸入口１２を設け、流通路１６を１つの吸入口１２から複数の吐出口１４に分岐するように構成した例を示している。このように、複数の吐出口１４に対して共通する吸入口１２を設けるようにしてもよい。この場合、流通路１６の中心軸Ｃ方向に沿う共通部分を共通空間１６ａとすることができる。

同図（ｂ）および（ｃ）は、１つの吐出口１４に対して複数の吸入口１２を設けた例を示している。この場合、同図（ｂ）に示されるように、１つの吐出口１４に対して、先端側（駆動軸２０の反対側）および駆動軸側の両方に吸入口１２を設けるようにしてもよいし、先端側または駆動軸側の一方に複数の吸入口１２を設けるようにしてもよい。

また、１つの吐出口１４に繋がる複数の吸入口１２を、回転軸（中心軸Ｃ）からの遠心方向の距離がそれぞれ異なるように（オフセットさせて）配置するようにしてもよい。同図（ｃ）では、駆動軸側の吸入口１２が先端側の吸入口１２よりも中心軸Ｃから遠心方向外側に位置するように、１つの吐出口１４に繋がる２つの吸入口１２を互いにオフセットさせて配置している。

このように、複数の吸入口１２から流通路１６を合流させて１つの吐出口１４に繋がるようにした場合、例えば水と油の混合物のように完全に分離するような被攪拌物を攪拌して分散、乳化させるような場合に効果的である。特に、１つの吐出口１４に繋がる複数の吸入口１２を、回転軸（中心軸Ｃ）からの遠心方向の距離がそれぞれ異なるように（オフセットさせて）配置することにより、２つの吸入口１２における吸引力を異ならせることができるため、より複雑な流動を発生させて効率的に分散、乳化を行うことができる。

同図（ａ）〜（ｃ）に示す例においても、流体を流通路１６内で滞留させることなくスムーズに流動させ、効果的な攪拌能力を得るためには、複数の吐出口１４に対して１つの吸入口１２を設けた場合には、吸入口１２の断面積（吸入口１２を通過する流れに垂直な断面積）と、吐出口１４の断面積（吐出口１４を通過する流れに垂直な断面積）の総和との比が１／３〜３であることが望ましく、１／２〜２であればより望ましく、５／６〜１．２であることが特に望ましい。また、１つの吐出口１４に対して複数の吸入口１２を設けた場合には、吸入口１２の断面積（吸入口１２を通過する流れに垂直な断面積）の総和と、吐出口１４の断面積（吐出口１４を通過する流れに垂直な断面積）との比が１／３〜３であることが望ましく、１／２〜２であればより望ましく、５／６〜１．２であることが特に望ましい。

また、本実施形態では、本体１０を中実に構成しているが、これに限定されるものではなく、本体１０を中空に構成し、内部にパイプ状の流通路１６を設けるようにしてもよい。このようにした場合、本体１０を軽量に構成することができる。

また、本実施形態では、本体１０を半球状に構成しているが、これに限定されるものではなく、本体１０の形状はどのような形状であってもよい。図７および８は、本体１０のその他の形状の例を示した正面図である。

図７（ａ）は、本体１０を円柱状（円盤状）に構成した例を示している。この例では、吸入口１２を先端側の底面１０ｃに配置すると共に、吐出口１４を回転軸（中心軸Ｃ）に平行な側面１０ｄに配置している。なお、円柱状以外にも多角柱状に本体１０を構成するようにしてもよいし、円錐台状や多角錐台状、円錐状や多角錐状に本体１０を構成してもよい。

図７（ｂ）は、本体１０を、円柱（円盤）の先端側の底面１０ｃを球面状とした形状に構成した例を示している。このように、円柱や多角柱、円錐台や多角錐台の回転軸に直交する面の少なくとも一方を球面状や曲面状に構成するようにしてもよい。なお、球面状または曲面状とする面は、先端側および駆動軸側のいずれであってもよいし、両方であってもよい。また、この例では、回転軸に平行な側面１０ｄに吐出口１４を配置しているが、底面１０ｃに配置するようにしてもよい。

図８（ａ）は、本体１０を球状に構成した例を示しており、同図（ｂ）は、本体１０を平面視が円形状となる楕円体状に構成した例を示している。本体１０をこのような形状に構成することにより、本体１０表面近傍の流動をスムーズに吐出口１４からの噴流の随伴流とすることが可能となり、用途等によっては攪拌力および混合力をより向上させることが可能となる。特に、同図（ｂ）に示されるように、回転軸方向の厚みを全体的に薄くした方が、攪拌用回転体１から放射状に広がる流動をより強力にすることができる。

本体１０の形状は、上記に示した形状以外にも種々の形状を採用することができる。本体１０の形状は、例えば多角柱や多角錐等の複数の立体を組み合わせて構成される形状であってもよいし、例えば正多面体や半正多面体といった球に近い多面体であってもよい。また、本体１０の表面に複数の凸部や凹部を設けるようにしてもよい。

本体１０を適宜の凹凸を備えた形状に構成することで、攪拌用回転体１の周囲に適度な渦流を発生させることが可能となるため、攪拌力をさらに向上させることができる場合がある。さらに、本体１０の形状の設定に加えて、本体１０表面の粗さや、より細かい凹凸形状を適宜に設定することによって、攪拌用回転体１の周囲の流動をより精密に制御するようにしてもよい。また、本体１０の表面に各種の彩色を施して意匠性を向上させるようにしてもよい。

図９（ａ）〜（ｄ）は、接続口２４のその他の形態の例を示した断面図である。接続口２４の配置や形状を適宜に調整することで、被攪拌物中への外部の流体や固体等の混合度合いや気泡の発生状態等を調節することができる。

同図（ａ）は、駆動軸２０の先端を共通空間１６ａ内に突出させないようにした例を示している。このように、接続口２４を設けた駆動軸２０の先端の突出量を調整することによって、混合度合いや気泡の発生状態等を調節することができる。また同図（ｂ）は、駆動軸２０の先端に設けた接続口２４の大きさを小さくした例を示している。このように、接続口２４の大きさを調整することによっても、混合度合いや気泡の発生状態等を調節することができる。

同図（ｃ）および（ｄ）は、駆動軸２０の先端を共通空間１６ａの内壁に突き当てると共に、駆動軸２０の側面に接続口２４を設けた例を示している。このように軸方向に開口するのではなく、遠心方向に開口する接続口２４を設けるようにしてもよい。この場合、接続口２４の大きさだけではなく個数や配置を適宜に設定することにより、所望の混合度合いや気泡の発生状態を得ることが可能となる。

なお、接続口２４の形状は、特に限定されるものではなく、円形の他にも、例えば矩形状やスリット状等、種々の形状を採用することができる。また、接続口２４にメッシュ状の部材を設けるようにしてもよい。

次に、複数の攪拌用回転体１を連結して構成した攪拌装置２について説明する。図１０は、攪拌装置２の例を示した正面図であり、駆動軸２０を介して３つの攪拌用回転体１を連結した例を示している。このように、複数の攪拌用回転体１を回転軸方向に連結することで、攪拌能力および混合能力をさらに向上させることができる。特に、攪拌する流体の深さが深い場合に効果的である。

攪拌装置２では、例えば駆動軸２０を複数の攪拌用回転体１に貫通させると共に、駆動軸２０の側面に接続口２４を設けることによって、軸部流通路２２を全ての攪拌用回転体１の流通路１６に繋ぐことができる。なお、一部の攪拌用回転体１の流通路１６にのみ、軸部流通路２２を繋ぐようにしてもよいことはいうまでもない。

以上説明したように、本実施形態に係る攪拌用回転体１は、回転軸（中心軸Ｃ）を中心に回転する本体１０と、本体１０の表面に設けられる吸入口１２と、本体１０の表面に設けられる吐出口１４と、吸入口１２と吐出口１４を繋ぐ流通路１６と、を備え、本体１０には、本体１０を回転させる駆動軸２０が接続され、吸入口１２は、吐出口１４よりも回転軸に近い位置に配置され、吐出口１４は、吸入口１２よりも回転軸から遠心方向外側の位置に配置され、駆動軸２０は、自身に設けられた開口（外部開口２６）と流通路１６を繋ぐ軸部流通路２２を備えている。

このように構成することで、被攪拌物の外部の気体や液体、固体等を強力に流通路１６内に吸引して被攪拌物と共に吐出口１４から噴出することができるため、被攪拌物を効率的に攪拌すると共に、被攪拌物の外部の気体や液体、固体等を被攪拌物内に導入して混合攪拌することができる。また、軸部流通路２２を通じて被攪拌物を流通路１６に吸引することもできる。すなわち、従来にない多彩な態様で、且つ効率的に攪拌を行うことが可能となっている。

なお、開口（外部開口２６）は、駆動軸２０における被攪拌物の外部に位置する部分に設けるようにすることができる。この場合、被攪拌物の外部の気体や液体等を被攪拌物内に導入して混合攪拌することが可能であり、複数物質の混合、液体中への気体の溶解、発泡、および粉体や粒体等の固体の分散等を効率的に行うことができる。また、液体中にマイクロバブルを発生させることもできる。

また、開口（外部開口２６）は、駆動軸２０における被攪拌物の内部に位置する部分に設けるようにすることができる。この場合、軸部流通路２２を通じて流通路１６内に被攪拌物５０を強力に吸引することができるため、流通路１６内に滞留した空気等の気体を迅速に吐出口１４から排出することが可能となっている。これにより、流通路１６内に気体が滞留して攪拌力が低下するのを防止し、迅速且つ効率的な攪拌を行うことができる。

また、軸部流通路２２には、軸部流通路２２を介して流通路１６に流体または流体と固体の混合物を供給する供給装置６０が接続されるようにしてもよい。この場合、気体や液体、またはこれらと粉体や粒体との混合物を流通路１６内に圧送し、各種混合攪拌や分散をきわめて効率的に行うことができる。また、供給装置６０を制御することによって、混合度合いや分散度合い、発泡度合い等を適宜に調節することが可能となる。

また、本体１０は、回転軸に垂直な断面が円形状に構成されている。このため、回転開始時の反動をなくすと共に、被攪拌物を収容した容器等にぶつけた場合にも容器または攪拌用回転体１の破損や削れ等を生じにくくすることができる。さらに、回転軸に対する不釣合いの発生を少なくすることができるため、回転時の振動や振れ回り等を略解消することができる。この結果、用途を問わずに安全且つ効率的な攪拌を行うことが可能となっている。

また、本体１０は、半球状に構成されている。このため、被攪拌物に強力な流動を発生させることができると共に、例えば、容器の角部のような狭隘部分に吸入口１２を近づけて滞留物を吸引することができる。すなわち、容器内の隅々まで十分に攪拌を行うことができる。なお、本体１０は、楕円体状に構成されるものであってもよい。本体１０の形状は、回転軸方向の厚みを全体的に薄くした方が、攪拌用回転体１から放射状に広がる流動をより強力にし、攪拌能力および混合能力を向上させることができる。

また、吐出口１４は、複数設けられ、吸入口１２は、複数の吐出口１４ごとに個別に設けられている。このため、流通路１６内の流速を適宜の高い速度に維持することが可能となり、流通路１６内に滞留物が堆積し、攪拌能力が低下するのを防止することができる。

また、吸入口１２は、駆動軸２０の反対側に設けられている。これにより、容器の底の滞留物を吸い上げることが可能となるため、ムラのない確実な攪拌を行うことができる。また、被攪拌物の液面を乱すことなく、攪拌を行うことができる。

また、吸入口１２は、回転軸の遠心方向外側に設けられている。このため、本体１０の先端側中央に吸入口１２よりも突出した部分を設けることが可能となる。このようにすることで、攪拌用回転体１を容器の壁面に近づけた場合にも、攪拌用回転体１が壁面に吸い付いて吸入口１２が塞がれるような事態を回避することができる。これにより、攪拌用回転体１を手動操作する場合にも安定した攪拌を行うことができる。

また、１つの吐出口１４に対して複数の吸入口１２が設けられるようにすることもできる。このようにすることで、より複雑な流動を発生させることができるため、例えば水と油の混合物等を効率的に分散、乳化させるような場合に効果的である。特に、１つの吐出口１４に繋がる複数の吸入口１２を、回転軸からの遠心方向の距離がそれぞれ異なるように配置することにより、２つの吸入口１２における吸引力を異ならせることができるため、より複雑な流動を発生させて効率的に分散、乳化を行うことができる。

また、本実施形態に係る攪拌装置２は、攪拌用回転体１を、回転軸方向に複数配置して構成されている。このため、攪拌能力および混合能力をさらに高めることができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の攪拌用回転体および攪拌装置は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明の攪拌用回転体および攪拌装置は、各種流体の攪拌、または気泡混入の分野で利用することができる。

１ 攪拌用回転体
２ 攪拌装置
１０ 本体
１２ 吸入口
１３ 吸気口
１４ 吐出口
１６ 流通路
２０ 駆動軸
２２ 軸部流通路
２６ 外部開口
６０ 供給装置
Ｃ 中心軸

Claims (11)

1. 回転軸を中心に回転する本体と、
   前記本体の表面に設けられる吸入口と、
   前記本体の表面に設けられる吐出口と、
   前記吸入口と前記吐出口を繋ぐ流通路と、を備え、
   前記本体には、前記本体を回転させる駆動軸が接続され、
   前記吸入口は、前記吐出口よりも前記回転軸に近い位置に配置され、
   前記吐出口は、前記吸入口よりも前記回転軸から遠心方向外側の位置に配置され、
   前記駆動軸は、自身に設けられた開口と前記流通路を繋ぐ軸部流通路を備え、
   前記軸部流通路は、前記流通路における前記吸入口と前記吐出口の間に接続されることを特徴とする、
   攪拌用回転体。
2. 前記開口は、前記駆動軸における被攪拌物の外部に位置する部分に設けられることを特徴とする、
   請求項１に記載の攪拌用回転体。
3. 前記開口は、前記駆動軸における被攪拌物の内部に位置する部分に設けられることを特徴とする、
   請求項１に記載の攪拌用回転体。
4. 前記軸部流通路には、前記軸部流通路を介して前記流通路に流体または流体と固体の混合物を供給する供給装置が接続されることを特徴とする、
   請求項１乃至３のいずれかに記載の攪拌用回転体。
5. 前記本体は、前記回転軸に垂直な断面が円形状に構成されることを特徴とする、
   請求項１乃至４のいずれかに記載の攪拌用回転体。
6. 前記本体は、半球状または楕円体状に構成されることを特徴とする、
   請求項１乃至５のいずれかに記載の攪拌用回転体。
7. 前記吐出口は、複数設けられ、
   前記吸入口は、前記複数の吐出口ごとに個別に設けられることを特徴とする、
   請求項１乃至６のいずれかに記載の攪拌用回転体。
8. 前記吸入口は、前記駆動軸の反対側に設けられることを特徴とする、
   請求項１乃至７のいずれかに記載の攪拌用回転体。
9. 前記吸入口は、前記回転軸の遠心方向外側に設けられることを特徴とする、
   請求項１乃至８のいずれかに記載の攪拌用回転体。
10. １つの前記吐出口に対して複数の前記吸入口が設けられることを特徴とする、
    請求項１乃至９のいずれかに記載の攪拌用回転体。
11. 請求項１乃至１０のいずれかに記載の攪拌用回転体を、前記回転軸方向に複数配置して構成されることを特徴とする、
    攪拌装置。

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