JP5061313B2 - 温調機能付き攪拌装置 - Google Patents

Description

本発明は、攪拌対象物の温調機能を備える攪拌装置に関し、特に攪拌容器自体を回転させ、その内壁とのせん断力をもって攪拌対象物の攪拌を行う装置に関する。

薬品や食品の製造に際しては、複数の材料を混合したり、粒状物を粉砕したりする作業を伴うことがあり、当該作業には攪拌装置が使用される。攪拌装置としては、攪拌対象物を投入した攪拌容器内に攪拌用のスクリューを挿入し、これを回転させて攪拌を実行する種類の装置と（例えば、特許文献１を参照）、攪拌容器内にはスクリューを挿入することなく、攪拌容器自体を回転させて容器内壁と攪拌対象物との間に生じるせん断力を用い攪拌を実行する種類の装置とがある（例えば、特許文献２、３を参照）。

上記２種類の攪拌装置の内でも、後者のせん断力を用い攪拌対象物を攪拌する攪拌装置では、前者のスクリューの回転により攪拌する攪拌装置に比べ、攪拌作業後における清掃の手間が少なく、また、スクリューの破損などに伴う異物の混入という問題を生じることもない。
ところで、攪拌作業に際しては、攪拌作業中における攪拌対象物の温度を制御することが必要な場合がある。例えば、食品の製造においては、攪拌対象物を加熱しながら攪拌することが必要となる場合がある。攪拌装置における加熱手段としては、上記スクリューを用い攪拌する種類の攪拌装置において、容器にヒータを内蔵したものが提案されている（例えば、特許文献４、５を参照）。この文献に提案の攪拌装置では、ヒータにより攪拌対象物を加熱することができ、当該状態を維持しながら攪拌作業を実施できる。
特許３０７２４６７号公報 特開２００５−０２８２９２号公報 特開２００７−０９８２９２号公報 特開２００１−１７８４２６号公報 特開２００６−３４６１１２号公報

しかしながら、攪拌容器の内壁とのせん断力を用い攪拌対象物を攪拌する攪拌装置では、攪拌容器自体が回転するため上記特許文献４、５で提案の技術を採用しても、ヒータへの給電手段を確保することが困難である。特に、攪拌効率の向上を図るために攪拌容器の回転数を上昇させようとするような場合には、給電手段の確保は非常に困難となる。また、攪拌対象物によっては加熱だけでなく、冷却が必要な場合もあるが、上記特許文献４、５では、攪拌対象物を冷却することはできない。

本発明は、上記問題を解決しようとなされたものであって、攪拌容器の内壁とのせん断力を用い攪拌対象物を攪拌することができ、攪拌中における攪拌対象物の温調を行なうことができる温調機能付き攪拌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、次の構成を採用することとする。
本発明に係る温調機能付き攪拌装置は、少なくとも駆動源と攪拌容器と加熱手段および冷却手段とを備える。駆動源は、回転駆動力を発生する。攪拌容器は、攪拌対象物を収納する収納空間を有するとともに、所要時間毎に回転方向を正逆切り換えながら駆動源が発生する回転駆動力を受けて自転する。冷却手段は、攪拌容器の外壁面に接触あるいは近接した状態で配置されており、加熱手段は、攪拌容器の外壁面に沿って配置されている。

ここで、攪拌容器は、その壁における少なくとも上記加熱手段が沿う部分に導電材料を含み、加熱手段は、磁場を形成し、攪拌容器の壁における前記導電材料を含む部分に渦電流を発生させることにより誘導加熱する。なお、攪拌容器の壁の少なくとも一部に含まれる導電材料としては、加熱手段からの磁界により高効率に渦電流が生じる材料を用いることが好ましい。即ち、加熱手段による誘導加熱のためには、鉄、鉄鋳物、鉄ホーロー、磁性ステンレス（壁の厚みによっては、非磁性ステンレス）などを上記導電材料として用いることが好ましい。

上記のように、本発明に係る温調機能付き攪拌装置では、攪拌容器の外壁面に接触あるいは近接した状態で冷却手段が備えられ、また、攪拌容器の外壁面に沿って近接した状態で加熱手段が備えらている。本発明に係る温調機能付き攪拌装置の加熱手段は、攪拌容器の壁を誘導加熱するものであって、発生した熱は攪拌容器の壁から攪拌対象物へと伝達される。よって、本発明に係る温調機能付き攪拌装置では、加熱手段を攪拌容器に直接配置しなくても、収納された攪拌対象物を高い効率で加熱することができ、給電手段などを考慮するときに，簡易な構成を採ることが可能である。

また、本発明に係る温調機能付き攪拌装置では、攪拌容器に対して冷却手段が付帯されている。冷却手段は、例えば、冷却媒体（冷却液や冷却ガスなど）を流通させることができるジャケットを備える手段や、ぺルチェ素子を用いる手段などを採用することができる。このように、本発明に係る温調機能付き攪拌装置では、加熱手段だけでなく冷却手段も備えるので、攪拌中における攪拌対象物を加熱・冷却することができる。

また、本発明に係る温調付き攪拌装置では、攪拌容器内にスクリューを挿入して攪拌を行うのではなく、攪拌容器自体を回転させて、その内壁面と攪拌対象物との間に発生するせん断力を用い攪拌を行う。よって、本発明に係る温調機能付き攪拌装置では、攪拌容器内にスクリューを挿入して攪拌する従来の装置に比べて、攪拌対象物の種類を変更する際などにおける清掃の手間を低減することができ、また、スクリューの破損などに起因する攪拌対象物への異物の混入という問題を生じることがない。

また、本発明に係る温調機能付き攪拌装置では、攪拌容器の回転方向を一定時間毎に正逆切り換えるので持続的に一方向に回転させる装置に比べて、高い攪拌効率を有する。これは、持続的に一方向に攪拌容器を回転させる装置では、回転動作を開始してから一定の時間においては、攪拌容器の内壁面と攪拌対象物との間に周速度の差異があり、両者の間にはせん断力が作用する。しかし、一定時間が経過した後には、有効なせん断力が働かず，攪拌効率が低下する。

これに対して、本発明に係る温調機能付き攪拌装置では、一定時間毎に攪拌容器の回転方向を正逆切り換えるので、攪拌容器の内壁面と攪拌対象物との間には絶えず有効なせん断力が作用し、高い効率での攪拌が可能である。
従って、本発明に係る温調機能付き攪拌装置では、攪拌容器の内壁とのせん断力を用い攪拌対象物を攪拌することができ、攪拌中における攪拌対象物の温調を行なうことができる。

なお、加熱手段を用い攪拌対象物を加熱する際には、冷却手段を併用することも可能ではあるが、加熱効率という観点から択一的な使用が望ましい。
上記本発明に係る温調機能付き攪拌装置では、次のようなバリエーションを採用することができる。
・ 上記本発明に係る温調機能付き攪拌装置では、冷却手段の具体的構成例として、攪拌容器の外壁に沿って形成されたジャケット部と、当該ジャケットと攪拌容器の外壁面との間を流通する冷却媒体とを含んだ構成を採用することができる。

・ 上記本発明に係る温調機能付き攪拌装置では、冷却手段におけるジャケット部として非磁性の樹脂材料からなる構成を採用し、加熱手段が、電磁コイルを含んで構成されているとともに、当該電磁コイルが冷却手段におけるジャケット部の外側面に密着した状態で配されている、という構成を採用することができる。
・ 上記本発明に係る温調機能付き攪拌装置では、攪拌容器の壁として、磁性ステンレスまたは非磁性ステンレスをベース材とし、当該ベース材の外壁面における加熱手段が沿う部分に鉄からなる層（酸化鉄、窒化鉄からなる層でもよい）が溶射または貼り付けにより形成されているという構成を採用することができる。

・ 上記本発明に係る温調機能付き攪拌装置では、攪拌容器の壁として、磁性ステンレスまたは非磁性ステンレスからなる第一の層と、鉄からなる第二の層とが収納空間側から順に積層されてなる多層構造のものを採用することができる。
・ 上記本発明に係る温調機能付き攪拌装置では、攪拌容器の壁における上記鉄（Ｆｅ）の外表面側にガラスまたはセラミックからなる皮膜が形成された構成を採用することができる。

・ 上記本発明に係る温調機能付き攪拌装置では、ジャケット部の外壁が、攪拌容器の外壁面に対して５［ｍｍ］以上２０［ｍｍ］以下の間隔をあけた状態で形成されている。即ち、冷却媒体の流通経路が、攪拌容器の外壁面に対する法線方向において、５［ｍｍ］以上２０［ｍｍ］以下に設定されている。これは、５［ｍｍ］未満の場合には、冷却効率が低くなり、逆に、２０［ｍｍ］よりも大きくなると、加熱手段の電磁コイルが攪拌容器の外壁面から遠くなりすぎて加熱効率が低下してしまうためである。

・ 上記本発明に係る温調機能付き攪拌装置では、攪拌容器がその収納空間として球形空間を有し、加熱手段が攪拌容器の回転赤道を含む部分を少なくとも誘導過熱する、という構成を採用することができる。これは、球形空間を有する攪拌容器では、回転の際に内部に収納された攪拌対象物は、遠心力により赤道付近に流動してから内部を循環する。そして、この赤道付近を加熱することで、攪拌対象物の温度分布をより均一化することができる。

・ 上記本発明に係る温調機能付き攪拌装置では、攪拌容器の収納空間に対して当該空間の内圧調整を行なう圧力調整手段が連結されている、という構成を採用することができる。
・ 上記本発明に係る温調機能付き攪拌装置では、さらに、制御部、差動部、制動部および回転方向切換部を備える構成を採用することができる。ここで、制御部は、攪拌容器の回転方向の正逆切り換え、および駆動源の駆動を制御し、差動部は、駆動源からの回転駆動力を、２本の回転軸に対して差動的に伝達する。また、制動部は、上記２本の回転軸のうちの少なくとも一方に接続され、制御部からの指示に基づき、その回転を停止させ、回転方向切換部は、制動部が接続された側の回転軸に接続され、制動部により回転が停止されている状態でその回転方向を正逆切り換えて出力軸に回転駆動力を伝達する。なお、攪拌容器は、上記出力軸に接続されており、制動部および回転方向切替部が２つづつある場合には、攪拌容器は回転方向切替部に連結されている各出力軸に対してそれぞれ接続されていることになる。

・ 上記本発明に係る温調機能付き攪拌装置では、上記差動部として、デファレンシャルギアを含む構成を採用することができる。

以下では、本発明を実施するための資料の形態について、図面を参酌しながら説明する。なお、以下の説明に係る実施の形態は、本発明の構成上の特徴および当該特徴的構成から奏される作用効果を分かりやすく説明するための一例として用いるものであって、本発明は、その技術的な本質的特徴部分を除き、以下の内容に何ら限定を受けるものではない。
［実施の形態］
１．温調機能付き攪拌装置１０００の全体構成
本実施の形態に係る温調機能付き攪拌装置（以下では、単に「攪拌装置」と記載する。）１０００の全体構成について、図１を用い説明する。

図１に示すように、本実施の形態に係る攪拌装置１０００は、回転駆動力を供給する駆動モータ１と、２つの攪拌容器３０ａ、３０ｂとを備える。駆動モータ１は、駆動軸２でデファレンシャルブロック３に接続されている。デファレンシャルブロック３からは、２本の回転軸１０ａ、１０ｂが延出されており、各々が回転方向切替ブロック１１ａ、１１ｂに接続されている。なお、本実施の形態に係る攪拌装置１０００では、駆動モータ１とデファレンシャルブロック３との間における回転駆動力の伝達経路中、具体的には、駆動軸２にフライホイール４１が取り付けられている。フライホイール４１については、後述する。なお、駆動モータ１には、インバータ制御方式のモータが用いられている。

各回転軸１０ａ、１０ｂは、回転方向切替ブロック１１ａ、１１ｂを突き抜ける状態で延設されており、各端部にブレーキブロック１２ａ、１２ｂが設けられている。各回転方向切替ブロック１１ａ、１１ｂからは、回転軸１５ａ、１５ｂが各々延出され、回転軸２９ａ、２９ｂなどを介して攪拌容器３０ａ、３０ｂに接続されている。
また、攪拌装置１０００には、その駆動制御を実行する制御ユニット４５を備える。制御ユニット４５は、その中の駆動データ保存部（図１では、図示を省略。）に複数の駆動データが保存されており、その中から選択された一の駆動データに基づいて駆動制御を実行する。具体的な駆動制御については、後述する。

デファレンシャルブロック３は、乗用車等の駆動系に用いられているのと同様の公知の構造を有するものであり，リングギア５、ケース６、ピニオンシャフト７、デファレンシャルピニオン８ａ、８ｂ、サイドギア９ａ、９ｂなどから構成されている。駆動モータ１からの駆動軸２には、その先端部分にドライブピニオン４が取り付けられており、リングギア５に噛合するようになっており、また、回転軸１０ａ、１０ｂは、各端がサイドギア９ａ、９ｂにそれぞれ接合されている。デファレンシャルブロック３は、駆動軸２からの駆動力を差動的に２本の回転軸１０ａ、１０ｂに伝達する。

回転方向切替ブロック１１ａ、１１ｂは、デファレンシャルブロック３に繋がる２本の回転軸１０ａ、１０ｂのそれぞれに接続されており、大径のギア１４ａ、１４ｂと、それより径の小さなギア１３ａ、１３ｂおよびギア１６ａ、１６ｂと、小径のギア１７ａ、１７ｂとを備える。また、ギア１６ａ、１６ｂを支持する回転軸１５ａ、１５ｂには、これらには直接接触しない状態で糸巻型のリング１８ａ、１８ｂが取り付けられており、各リング１８ａ、１８ｂには、電磁ソレノイド２０ａ、２０ｂに対し稼動シャフト２１ａ、２１ｂを介して接続された松葉状のレバー１９ａ、１９ｂが取り付けられた構成となっている。

ここで、レバー１９ａ、１９ｂの各々は、制御ユニット４５からの制御信号に基づく電磁ソレノイド２０ａ、２０ｂの駆動により、図１のＸ軸方向に移動可能となっており、当該移動に伴ってリング１８ａ、１８ｂを介してギア１６ａ、１６ｂを左右方向に移動させる。そして、回転方向切替ブロック１１ａ、１１ｂにおいては、この移動によってギア１６ａ、１６ｂがギア１４ａ、１４ｂあるいはギア１７ａ、１７ｂの一方に対し噛合することになる。

ギア１６ａ、１６ｂが接合されてなる回転軸１５ａ、１５ｂの各々の回転駆動力は、ギア２７ａ、２７ｂおよびギア２８ａ、２８ｂを介して、回転軸２９ａ、２９ｂに伝達される。そして、各回転軸２９ａ、２９ｂの先端部分には、攪拌容器３０ａ、３０ｂがそれぞれ接合されている。
ブレーキブロック１２ａ、１２ｂは、電磁ディスクブレーキであって、デファレンシャルブロック３から延びる各回転軸１０ａ、１０ｂの先端部分に設けられている。具体的には、電磁コイル２２ａ、２２ｂと、スプリング２３ａ、２３ｂと、ディスク２４ａ、２４ｂとパッド２５ａ、２５ｂと、コア２６ａ、２６ｂとから構成されている。ブレーキブロック１２ａ、１２ｂは、制御ユニット４５からの指示信号に基づき、交互に回転軸１０ａ、１０ｂの回転を停止させるものであって、制御ユニット４５からの制御信号に基づき電磁コイル２２ａ、２２ｂに電流が流されるとスプリング２３ａ、２３ｂの力に抗してディスク２４ａ、２４ｂがコア２６ａ、２６ｂの側に引き付けられ、ディスク２４ａ、２４ｂがパッド２５ａ、２５ｂから切り離されてブレーキ解除される。なお、電磁コイル２２ａ、２２ｂに電流が流されていない状態では、上記とは逆の作用を以ってブレーキがかかった状態となる。

本実施の形態に係る攪拌装置１０００においては、概略、例えば、外殻がステンレス（ＳＵＳ３０４など）からなる中空球体の攪拌容器３０ａ、３０ｂを採用している。そして、攪拌容器３０ａ、３０ｂには、上部開口を塞ぐ状態に投入口蓋３３ａ、３３ｂが取り付けられている。投入口蓋３３ａ、３３ｂは、開閉可能となっており、投入口蓋３３ａ、３３ｂが開状態のときに攪拌対象物の投入および取り出しが行われる。

本実施の形態に係る攪拌装置１０００では、攪拌容器３０ａ、３０ｂに対して、冷却ジャケット３１ａ、３１ｂおよびＩＨ（Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ Ｈｅａｔｉｎｇ；電磁誘導加熱）部３２ａ、３２ｂが付帯されている。また、投入口蓋３３ａ、３３ｂには、それぞれロータリージョイント３４ａ、３４ｂが取り付けられており、脱気チューブ３５ａ、３５ｂが攪拌容器３０ａ、３０ｂの収納空間（内方空間）と連通している。なお、脱気チューブ３５ａ、３５ｂには、それぞれ弁機構が接続されている（図示を省略）。

また、冷却ジャケット３１ａ、３１ｂには、冷却液流入パイプ３６ａ、３６ｂと冷却液流出パイプ３７ａ、３７ｂとが、それぞれジャケット内方に連通する状態で接続されている。
２．攪拌容器３０ａ、３０ｂの付帯設備
攪拌容器３０ａ、３０ｂの付帯設備について、図２および図３を用い説明する。なお、図２および図３では、攪拌装置１０００が備える２つの攪拌容器３０ａ、３０ｂの内の攪拌容器３０ａだけを示している。攪拌容器３０ｂとその付帯設備の関係についても同様の構成となっている。

図２（ａ）に示すように、中空球体である攪拌容器３０ａの外側を囲む状態で冷却ジャケット３１ａが配されている。攪拌容器３０ａの外壁面と冷却ジャケット３１ａとの空間は、シール３１１ａおよびシール３１２ａにより液密に封止されている。そして、攪拌容器３０ａの外壁面と冷却ジャケット３１ａとの間の空間は、冷却液６０で満たされている。冷却ジャケット３１ａは、絶縁性材料、例えば、ＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒｇｌａｓｓ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ；繊維強化プラスチック）などから構成されている。

なお、冷却ジャケット３１ａは、その外壁が攪拌容器３０ａの外壁面から略５［ｍｍ］離れた状態で形成されている。即ち、冷却液６０の流通経路として略５［ｍｍ］の隙間が確保されている。
冷却液６０は、冷却液流入パイプ３６ａ（図２（ａ）では図示を省略。）および冷却液流出パイプ３７ａを用い循環されるようになっている。本実施の形態では、冷却液６０として冷却水を用いており、攪拌容器３０ａの内方に収納された液状体５０の熱を、攪拌容器３０ａの壁を通して吸熱する。これにより、攪拌容器３０ａ内に収納された液状体５０の冷却がなされる。

また、本実施の形態に係る攪拌装置１０００では、攪拌容器３０ａに取り付けられた投入口蓋３３ａにロータリージョイント３４ａを介して脱気チューブ３５ａが接合されている。脱気チューブ３５ａは、ロータリージョイント３４ａにより、攪拌容器３０ａの回転によっても静止状態を維持する。
脱気チューブ３５ａが接続されている理由は、攪拌動作中におけるキャビテーションなどに起因するガスなどの発生を考慮したものである。即ち、攪拌装置１０００の攪拌動作においては、攪拌容器３０ａに収容された液状体５０に流動による圧力の不均一を生じ、ガスポケットが生じる。これを脱気するために脱気チューブ３５ａが接続されている。

次に、ＩＨ部３２ａについて、図２（ｂ）および図３を用い説明する。図３は、図２（ｂ）に示すＩＨ部３２ａをＸ−Ｚ平面に垂直な平面で切断したところを示す断面図である。
図２（ｂ）に示すように、ＩＨ部３２ａは、冷却ジャケット３１ａの外壁面に取り付けられており、内部にＩＨコイル３２１ａを備える。図３に示すように、ＩＨコイル３２１ａは、冷却ジャケット３１ａの外壁面に沿う形状を有する。即ち、ＩＨコイル３２１ａは、攪拌容器３０ａの外壁面にも沿う形状を有する。なお、図２（ｂ）では、ＩＨ部３２ａを一つだけ描いているが、紙面裏側に当る部分にも同じ構成のＩＨ部が形成されている。

なお、ＩＨ部３２ａ、３２ｂは、それぞれが攪拌容器３０ａ、３０ｂの回転赤道に対向する部分を含む状態に配置されている。これは、攪拌動作において、攪拌容器３０ａ、３０ｂの内部を攪拌対象物である液状体５０が循環するのであるが、遠心力を受けて回転赤道付近を通過することに着目したものである。即ち、ＩＨ部３２ａ、３２ｂを回転赤道に対向する部分を含む状態に配置することにより、液状体５０を均一に加熱することができる。

３．温調機能付き攪拌装置１０００の駆動方法
上記構成を有する攪拌装置１０００の駆動方法について、図４を用いて説明する。
図４において、Ａ部は攪拌容器３０ａの回転状況を、Ｂ部は攪拌容器３０ｂの回転状況を、Ｃ部はブレーキブロック１２ａに印加されるブレ−キ電圧を、Ｄ部はブレーキブロック１２ｂに印加されるブレーキ電圧を、Ｅ部およびＦ部は回転切換の電圧をそれぞれ示している。

図４に示すように、攪拌装置１０００の駆動においては、先ず、攪拌容器３０ａ、３０ｂに液状体５０を入れて投入口蓋３３ａ、３３ｂを閉める。次に、ユーザが装置の主電源スイッチ（図示を省略。）をオンにすると、駆動モータ１は停止したままの状態において、制御ユニット４５からブレーキブロック１２ａ、１２ｂに制御電圧が印加され、ブレーキブロック１２ａがオフ（ブレーキが解除された状態）、ブレーキブロック１２ｂがオン（ブレーキが掛かった状態）にされる。

上記状態において、ユーザは、装置に対して、駆動モードの選択した後にスタートスイッチ（図示を省略。）を押下する。スタートスイッチが押下されると、制御ユニット４５からは、駆動モータ１に対して動作開始信号が出力され、駆動モータ１が回転駆動を開始する。
図４に示すように、駆動モータ１が駆動を開始し始めた状態では、ブレーキブロック１２ｂのブレーキが掛かった状態となっているので、回転軸１０ｂは回転せず、回転軸１０ａのみが回転を開始し、回転方向切替ブロック１１ａにおけるギア１６ａ、および回転軸１５ａ、ギア２７ａ、２８ａを介して回転軸２９ａが回転し、図１における紙面向かって左側に配された攪拌容器３０ａが所定の回転数で回り始める（回転方向ｒｏｔ．２または回転方向ｒｏｔ．３）。

図４に示すように、攪拌装置１０００では、上記駆動状態を所定時間継続した後、タイミングｔ１において、制御ユニット４５からのブレーキ電圧が切り替わる。即ち、ブレーキブロック１２ａのブレーキが掛かり、ブレーキブロック１２ｂのブレーキが解除される。すると、図４のＡ部に示すように、タイミングｔ２で攪拌容器３０ａの回転が停止する。一方、図４のＢ部に示すように、タイミングｔ１で攪拌容器３０ｂが回転を開始し（図１の回転方向ｒｏｔ．４または回転方向ｒｏｔ．５）、タイミングｔ２で定常駆動状態に入る。図４のＥ部に示すように、タイミングｔ３において、制御ユニット４５の駆動処理部４５１から電磁ソレノイド２０ａに電圧が加えられて、ギア１６ａが右方向に移動しギア１７ａと噛合するようになって、攪拌容器３０ａが逆回転する準備が整う。図４のＣ部およびＤ部に示すように、タイミングｔ４において、ブレーキ電圧が切り替わり、攪拌容器３０ｂのブレーキが掛かり、タイミングｔ５において、攪拌容器３０ｂは回転停止状態となる。一方攪拌容器３０ａは、それまでとは逆方向の回転を開始し（図１のｒｏｔ．２からｒｏｔ．３へ、またはｒｏｔ．３からｒｏｔ．２へ）、タイミングｔ５で定常駆動状態に入る。図４のＦ部に示すように、タイミングｔ６において、制御ユニット４５からは、電磁ソレノイド２０ｂに対し電圧が印加され、ギア１６ｂが紙面の左側に滑ってギア１６ｂがギア１７ｂと噛合して、攪拌容器３０ｂが逆方向に回転する準備が整えられる。以下同様にしてタイミングｔ７、ｔ８で再び回転方向が切り替わる（図１のｒｏｔ．４からｒｏｔ．５へ、またはｒｏｔ．５からｒｏｔ．４へ）。なお、タイミングｔ３はタイミングｔ２とタイミングｔ４との間、タイミングｔ６はタイミングｔ５とタイミングｔ７との間であれば、図４に示したタイミングに制限されない。

４．温調機能付き攪拌装置１０００の優位性
本実施の形態に係る攪拌装置１０００では、攪拌容器３０ａ、３０ｂの外壁面に冷却手段の構成要素としての冷却ジャケット３１ａ、３１ｂが設けられ、各冷却ジャケット３１ａ、３１ｂの外側壁に加熱手段としてのＩＨ部３２ａ、３２ｂが設けられている。攪拌装置１０００では、ステンレス製の攪拌容器３０ａ、３０ｂの外殻において、ＩＨ部３２ａ、３２ｂが形成する磁場により渦電流を発生し、これにより誘導加熱される。これにより発生した熱は、攪拌容器３０ａ、３０ｂの外殻から攪拌対象物である液状体５０へと伝達される。よって、本実施の形態に係る攪拌装置１０００では、攪拌容器３０ａ、３０ｂに直接加熱手段を内蔵しなくても、収納された液状体５０を高効率に加熱することができる。

また、本実施の形態に係る攪拌装置１０００では、攪拌容器３０ａ、３０ｂに対して冷却手段の構成要素としての冷却ジャケット３１ａ、３１ｂが取り付けられている。冷却ジャケット３１ａ、３１ｂと攪拌容器３０ａ、３０ｂとの間には、冷却媒体としての冷却水６０が流通するようになっており、冷却ジャケット３１ａ、３１ｂと冷却水６０とを有し冷却手段が構成されている。このように、本実施の形態に係る攪拌装置１０００では、加熱手段だけでなく冷却手段も備えるので、攪拌中における液状体５０を加熱および冷却することができる。

また、本実施の形態に係る攪拌装置１０００では、攪拌容器３０ａ、３０ｂの内部にスクリューを備えず、攪拌容器３０ａ、３０ｂ自体の回転をもって、その内壁面と液状体５０との間に発生するせん断力を用い攪拌を行う。よって、攪拌装置１０００では、攪拌容器内にスクリューを挿入して攪拌する従来の装置に比べて、攪拌対象物の種類を変更する際などにおける清掃の手間を低減することができ、また、スクリューの破損などに起因する液状体５０など攪拌対象物への異物の混入という問題を生じることがない。

また、本実施の形態に係る攪拌装置１０００では、攪拌容器３０ａ、３０ｂの回転方向を一定時間毎に正逆切り換えるので（ｒｏｔ．２⇔ｒｏｔ．３、ｒｏｔ．４⇔ｒｏｔ．５）、持続的に一方向に回転させる装置に比べて、高い攪拌効率を有する。これは、持続的に一方向に攪拌容器を回転させる従来の装置では、回転動作を開始してから一定の時間においては、攪拌容器の内壁面と攪拌対象物との間に周速度の差異があり、両者の間にはせん断力が作用する。しかし、一定時間が経過した後には、有効なせん断力が働かず，攪拌効率が低下する。

これに対して、本実施の形態に係る攪拌装置１０００では、一定時間毎に攪拌容器３０ａ、３０ｂの回転方向を正逆切り換えるので、攪拌容器３０ａ、３０ｂの内壁面と攪拌対象物である液状体５０との間には絶えず有効なせん断力が作用し、高い効率での攪拌が可能である。
従って、本実施の形態に係る攪拌装置１０００では、攪拌容器３０ａ、３０ｂの内壁との間のせん断力を用い攪拌対象物である液状体５０を攪拌することができ、攪拌中における攪拌対象物の温調を行なうことができる。
［変形例１］
変形例１に係る攪拌装置の構成について、図５（ａ）を用い説明する。なお、変形例１に係る攪拌装置は、ＩＨ部の構成だけが上記実施の形態に係る攪拌装置１０００と相違するため、冷却ジャケット７１ａおよびＩＨ部７２ａだけを図５（ａ）に示し、以下で説明する。

図５（ａ）に示すように、本変形例１に係る攪拌装置の冷却ジャケット７１ａの外壁面には、合計８箇所のＩＨ部７２ａが取り付けられている。なお、図５（ａ）では、４つのＩＨ部７２ａだけを示しており、残りの４つのＩＨ部は、紙面裏側に同様の形態で設けられている。
各ＩＨ部７２ａには、ＩＨコイル７２１ａが内蔵されている。また、冷却ジャケット７１ａには、上記実施の形態に係る冷却ジャケット３１ａと同様に、冷却液流入パイプ７６ａと冷却液流出パイプ７７ａとが接続されている。

本変形例に係る攪拌装置では、ＩＨ部７２ａが８箇所設けられており、上記実施の形態に係る攪拌装置１０００に比べて、攪拌容器３０ａ、３０ｂに収納された攪拌対象物をより均一に加熱することができる。また、８つのＩＨ部７２ａ毎に加熱の制御を行うシステムを採用すれば、部分的な加熱も可能である。
なお、本変形例に係る攪拌装置でも、上記実施の形態に係る攪拌装置１０００が有する優位性をそのまま有する。
［変形例２］
次に、変形例２に係る攪拌装置について、図５（ｂ）を用い説明する。本変形例に係る攪拌装置は、攪拌容器８０ａの外殻の構成を除き、上記実施の形態に係る攪拌装置１０００と同様の構成を有する。このため、図５（ｂ）では、攪拌容器８０ａのみを示している。

図５（ｂ）に示すように、本変形例に係る攪拌容器８０ａは、その外殻８００ａが３層構造を有する。具体的には、攪拌容器８０ａの外殻８００ａは、ステンレス層８００ａと鉄層８０２ａとセラミック層８０３ａとを有する。外殻８００ａにおけるステンレス層８０１ａは、攪拌容器８０ａの内方に露出し、セラミック層８０３ａは、冷却ジャケットの冷却液に触れる状態となる。

なお、攪拌容器８０ａの外殻８００ａは、３層構造のクラッド板を用いることもできるし、ステンレス製の中空球体の外表面に鉄を溶射あるいは貼り付け、さらにその外表面にセラミック製の皮膜を形成することとしても構成することができる。
また、溶射法を用い鉄層８０２ａを形成する場合には、溶射条件により酸化鉄や窒化鉄を含むことにもなるが、本変形例では、これらも含み”鉄層８０２ａ”としている。

本変形例に係る攪拌容器８０ａでは、上記実施の形態に係る攪拌容器３０ａ、３０ｂと異なり、外殻８００ａを鉄層８０２ａを含む３層構造としている。このため、ステンレス製の攪拌容器３０ａ、３０ｂよりも誘導加熱の効率が高い。よって、本変形例に係る攪拌装置では、攪拌容器８０ａの外殻８００ａとＩＨコイルとの間隔を大きくとることができる。例えば、ステンレス製の攪拌容器３０ａ、３０ｂを用いる場合にはＩＨコイル３２ａ、３２ｂとの間隔を５［ｍｍ］程度しか確保できない場合には、他の条件を同一として鉄層８０２ａの層厚みを０．５［ｍｍ］程度とするとき、ＩＨコイルとの間隔を１５［ｍｍ］〜２０［ｍｍ］確保することができる。

従って、本変形例に係る攪拌装置では、上記実施の形態に係る攪拌装置１０００に比べて、冷却性能の向上を図ることが可能である。
なお、本変形例に係る攪拌装置でも、上記実施の形態に係る攪拌装置１０００が有する優位性をそのまま有する。
［その他の事項］
上記実施の形態および変形例１、２では、２つの攪拌容器３０ａ、３０ｂ、８０ａなどを備える構成を採用したが、攪拌容器の構成数は、必ずしも２つである必要はなく、１つであっても、逆に３つ以上であってもよい。攪拌容器の構成数に応じて、駆動系を適宜変更すればよい。

また、上記実施の形および変形例１、２では、攪拌容器３０ａ、３０ｂ、８０ａの回転方向を所要時間ごとに正逆切り換えるために、デファレンシャルブロック３と回転方向切替ブロック１１ａ、１１ｂとブレーキブロック１２ａ、１２ｂとを備える構成を採用した。このような構成を採用することにより、装置駆動中における駆動モータ１の回転方向を一方向に維持しながら、攪拌容器３０ａ、３０ｂ、８０ａの回転方向を所要時間ごとに正逆切り換えることが可能となるので、エネルギロスの低減という観点から望ましい。

しかしながら、本発明では、回転方向の切り替えに係る構成を上記実施の形態および変形例１、２の方法に限定されるものではない。例えば、多少エネルギロスは増加するものの、駆動モータ１の回転方向を所要時間ごとに正逆切り換えることとしてもよい。
また、図１などに示すように、実施の形態および変形例１、２に係る攪拌容器３０ａ、３０ｂ、８０ａについては、中空球体としたが、攪拌効率のより一層の向上を図るために、内壁に羽根やディンプルなどの凹凸を設けることとしてもよい。ただし、羽根を付ける場合には、その分だけ清掃に係る手間が増加する。

上記実施の形態および変形例に係る攪拌装置１０００、・・では、駆動軸２にフライホイール４１を取り付けて、ブレーキブロック１２ａ、１２ｂ作動の際の駆動モータ１への負荷を低減することとしたが、十分に大きなトルクを発生するモータなどの駆動源を採用する場合には、フライホイールを取り付けることは必須ではない。また、フライホイールの代わりにモータバイクで採用されることがあるバックトルクリミッタやビスカスカップリングなどを採用することもできる。

本発明に係る攪拌装置では、例えば、化粧クリームやリキッドファンデーションなどの粘性のある化粧品や、味噌やケチャップなどの食品等の製造に用いることができる。また、攪拌対象物は、液状体５０に限らず、例えば、ゲル状あるいはゾル状のものや、粉体物や、液体と固形物との混合物などに対しても上記同様の効果を奏することができる。
また、上記実施の形態および変形例１、２に係る攪拌装置１０００、・・では、攪拌のために攪拌容器３０ａ、３０ｂ、８０ａを備える構成としたが、一斗缶やドラム缶をそのまま攪拌容器として用いることもできる。ただし、ＩＨ部３２ａ、３２ｂ、７２ａが形成する磁場により誘導加熱される材質からなるものを使う必要がある。

また、上記実施の形態および変形例１、２では、制御特性などの観点から駆動モータ１を駆動源として採用したが、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン、さらにはガスタービンエンジンなどを採用することもできる。
また、上記実施の形態および変形例１、２では、冷却ジャケット３１ａ、３１ｂ、７１ａをＦＲＰからなるものとしたが、構成材料はこれに限定を受けるものではなく、ＩＨ部３２ａ、３２ｂ、７２ａが形成する磁場に影響を与えないものあれば用いることができる。

また、上記変形例２では、攪拌容器８０ａの外殻８００ａを３層構造としたが、４層以上の構造とすることもできるし、冷却媒体として水を用いない場合には、セラミックス層８０３ａを省略することもできる。あるいは、非磁性ステンレスを用いる場合でも、その厚みを十分に厚くすれば、上記同様に誘導加熱することができる。
また、上記実施の形態および変形例１、２では、冷却手段として冷却液（冷却水）６０を流す方法を採用したが、冷却媒体としては、水以外の液体や、ガスなどを採用することもできる。さらには、冷却手段としては、ぺルチェ素子やヒートパイプを用いることもできる。

また、図１に示すように、上記実施の形態および変形例１、２では、攪拌容器３０ａ、３０ｂ、８０ａの回転中心軸をＺ軸（鉛直軸）と合致するような構成としたが、必ずしもＺ軸に合致させる必要はなく、斜めあるいは水平（Ｘ軸あるいはＹ軸）となるようにすることもできる。このように回転中心軸を重力が作用するＺ軸と交差させることにより、攪拌対象物には遠心力と重力との合成された力が作用することになり、攪拌効率の向上を図ることができる。

また、上記実施の形態および変形例１、２では、脱気チューブ３５ａ、３５ｂを用いた脱気の実施タイミングについては特に限定していないが、攪拌容器３０ａ、３０ｂ、８０ａが回転している期間においては、ガスと一緒に攪拌対象物も吸出してしまうことも考えられる。このような事態を防止するには、攪拌容器３０ａ、３０ｂ、８０ａの回転が停止している間だけ脱気を行えばよい。即ち、上記実施の形態および変形例１、２に係る攪拌装置１０００、・・では、２つの攪拌容器の内の一方が回転している期間には、もう一方の攪拌容器は停止している。この停止している方の攪拌容器に対して脱気を行うことにすれば、攪拌対象物の吸出しを抑制することができる。

また、脱気チューブ３５ａ、３５ｂを用い、ガスなどを攪拌容器３０ａ、３０ｂ、８０ａの内方空間へ供給することにすれば、内圧を上昇させることができ、沸点の上昇を図ることもできる。
さらに、ＩＨ部３２ａ、３２ｂ、７２ａに備えられているＩＨコイル３２１ａ、３２１ｂ、７２１ａの形状については、円形の巻回形状に限定を受けるものではない。

本発明は、薬品や化粧品あるいは食品などの製造に用いられ、対象物の温調を行いながら高効率に攪拌が可能な温調機能付き攪拌装置を実現するのに有効である。

実施の形態に係る温調機能付き攪拌装置１０００の全体構成を示す模式平面図である。 （ａ）は、攪拌容器３０ａとこれに付帯する冷却ジャケット３１ａなどを示す模式平面図（一部断面図）であり、（ｂ）は、冷却ジャケット３１ａの外壁に取り付けられたＩＨ部３２ａの構成を示す模式平面図（一部切り欠き図）である。 冷却ジャケット３１ａに対するＩＨ部３２ａの取り付け形態を示す模式平面図（一部断面図）である。 温調機能付き攪拌装置１０００の駆動方法を示すタイミングチャートである。 （ａ）は、変形例１に係る温調機能付き攪拌装置における冷却ジャケット７１ａへのＩＨ部７２ａの取り付け形態を示す模式平面図であり、（ｂ）は、変形例２に係る温調機能付き攪拌装置が備える攪拌容器８０ａの構成を示す模式平面図（一部断面図）である。

符号の説明

１．駆動モータ
２．駆動軸
３．デファレンシャルブロック
１０ａ、１０ｂ．回転軸
１１ａ、１１ｂ．回転方向切替ブロック
１２ａ、１２ｂ．ブレーキブロック
２０ａ、２０ｂ．電磁ソレノイド
３０ａ、３０ｂ、８０ａ．攪拌容器
３１ａ、３１ｂ、７１ａ．冷却ジャケット
３２ａ、３２ｂ、７２ａ．ＩＨ部
３３ａ、３３ｂ．蓋
３４ａ、３４ｂ．ロータリージョイント
３５ａ、３５ｂ．脱気チューブ
３６ａ、３６ｂ、７６ａ、冷却液流入パイプ
３７ａ、３７ｂ、７７ａ．冷却液流出パイプ
３８ａ．フレーム
４１．フライホイール
４５．制御ユニット
５０．液状体
３１１ａ、３１２ａ．シール
３２１ａ、７２１ａ．ＩＨコイル
８００ａ．容器壁
８０１ａ．ステンレス層
８０２ａ．鉄層
８０３ａ．セラミック層
１０００．温調機能付き攪拌装置

Claims (11)

1. 回転駆動力を発生する駆動源と、
   攪拌対象物を収納する収納空間を有するとともに、所要時間毎に回転方向を正逆切り替えながら前記回転駆動力を受けて自転する攪拌容器と、
   前記攪拌容器の外壁面に接触した状態で配置されてなる冷却手段と、
   前記攪拌容器の外壁面に沿って配置されてなる加熱手段とを有し、
   前記攪拌容器は、その壁における少なくとも前記加熱手段が沿う部分に導電材料を含み、
   前記加熱手段は、磁場を形成し、前記攪拌容器の壁における前記導電材料を含む部分を誘導加熱し、
   前記冷却手段は、前記攪拌容器の外壁面に沿って形成されたジャケット部と、当該ジャケット部と前記攪拌容器の外壁面との間を流通する冷却溶媒とを含んで構成されており、
   前記冷却手段における前記ジャケット部は、非磁性の材料からなり、
   前記加熱手段は、電磁コイルを含んで構成されているとともに、当該電磁コイルは、前記冷却手段における前記ジャケット部の外壁面に密着した状態で配されている
   ことを特徴とする温調機能付き攪拌装置。
2. 前記冷却手段における前記ジャケット部は、非磁性の樹脂材料からなる
   ことを特徴とする請求項１に記載の温調機能付き攪拌装置。
3. 前記攪拌容器の壁は、磁性ステンレスまたは非磁性ステンレスをベース材とし、当該ベース材の外壁面における前記加熱手段が沿う部分に鉄からなる層が溶射または貼り付けにより形成されている
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の温調機能付き攪拌装置。
4. 前記攪拌容器の壁は、磁性ステンレスまたは非磁性ステンレスからなる第一の層と、鉄からなる第二の層とが、前記収納空間側から順に積層されてなる多層構造を有する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の温調機能付き攪拌装置。
5. 前記攪拌容器の壁は、外壁面側にガラスまたはセラミックからなる皮膜を有する
   ことを特徴とする請求項３または４に記載の温調機能付き攪拌装置。
6. 前記ジャケット部の外壁は、前記攪拌容器の外壁面に対して５ｍｍ以上２０ｍｍ以下の間隔をあけた状態で形成されている
   ことを特徴とする請求項１から５の何れかに記載の温調機能付き攪拌装置。
7. 前記攪拌容器は、その収納空間として球形空間を有し、
   前記加熱手段は、前記攪拌容器の回転赤道を含む部分を少なくとも誘導加熱する
   ことを特徴とする請求項１から６の何れかに記載の温調機能付き攪拌装置。
8. 前記攪拌容器の前記収納空間には、当該空間の内圧調整を行う圧力調整手段が連結されている
   ことを特徴とする請求項１から７の何れかに記載の温調機能付き攪拌装置。
9. 前記回転方向の正逆切り替え、および前記駆動源の駆動を制御する制御部と、
   前記駆動源からの回転駆動力を、２本の回転軸に対して差動的に伝達する差動部と、
   前記２本の回転軸のうちの少なくとも一方に接続され、前記制御部からの指示に基づき、その回転を停止させる制動部と、
   前記制動部が接続された回転軸に接続され、前記制動部により回転が停止されている状態でその回転方向を正逆切り替えて出力軸に回転駆動力を伝達する回転方向切替部とを有し、
   前記攪拌容器は、前記出力軸に接続されている
   ことを特徴とする請求項１から８の何れかに記載の温調機能付き攪拌装置。
10. 前記差動部は、デファレンシャルギアを含む構成である
    ことを特徴とする請求項９に記載の温調機能付き攪拌装置。
11. 前記駆動源と前記差動部との間の回転駆動力の伝達経路中には、駆動トルクの平滑化を図るトルク平滑部として、フライホイールまたはバックトルクリミッタまたはビスカスカップリングが介挿されている
    ことを特徴とする請求項９または１０に記載の温調機能付き攪拌装置。

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