JP5312641B1

JP5312641B1 - 撹拌装置の循環機構

Info

Publication number: JP5312641B1
Application number: JP2012116670A
Authority: JP
Inventors: 広治畑田; 真樹人金川; 正彦荒島
Original assignee: みづほ工業株式会社
Priority date: 2012-05-22
Filing date: 2012-05-22
Publication date: 2013-10-09
Anticipated expiration: 2032-05-22
Also published as: JP2013240767A

Abstract

【課題】簡素な構造で撹拌対象を撹拌および循環でき、その循環において撹拌対象をせん断することもしないこともできる循環機構を提供する。
【解決手段】撹拌槽底部の管状部材内に第１の羽根および第２の羽根を、該管状部材の上方に逆止弁をそれぞれ備え、管状部材下端側と撹拌槽上部を繋ぐ循環用配管および前記第１および第２の羽根を回転させる正逆回転可能な駆動手段を備えた循環機構であって、第１の羽根は、正逆いずれの回転時も撹拌槽下部から循環用配管へ撹拌対象を流し、第２の羽根は、正回転時は撹拌槽下部で上向きに撹拌対象を流して撹拌およびせん断し、逆回転時は下向きの流れを作って逆止弁で流路を遮断し、せん断を停止することを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、撹拌装置の循環機構に関する。

従来の撹拌装置の循環機構として、特許文献１に示されるような循環機構が開示されている。この循環機構１００は、図１０に示されるような溶解槽１０１の下部に液体導出口１０２を備え、一端が当該液体導出口１０２に接続され、他端が溶解槽１０１の上部に接続される配管１０３により撹拌対象となる溶媒と高分子粉末を循環させる。配管１０３には循環ポンプ１０４が配管１０３の途中に設けられており、その循環ポンプ１０４により溶解槽１０１の下部から溶解槽１０１の上部側に撹拌対象を循環させる構成となっており、溶解槽１０１に取り付けられ、モータ等の動力により回転する回転軸１０５回りに回転する撹拌翼１０６により溶解槽１０１内部を撹拌するとともに、撹拌対象を液体導出口１０２に誘導している。

また特許文献１には、配管１０３の他端側にスプレーノズル１０７を設け、溶解層１０１の下部から配管１０３を通して循環させた撹拌対象を、このノズル１０７から溶解槽１０１内の撹拌対象の液面にスプレーすることによってこの液面に浮遊する高分子粉末を撹拌対象内に沈ませ、溶媒への高分子粉末の溶解の促進を図るという方法が開示されている。

特開２００７−０２１３５７号公報

特許文献１に開示されているような撹拌装置では、撹拌対象中の粉体の溶解が充分でない場合、最終的に所望の撹拌状態および／または所望の濃度の溶解液が得られないばかりか、撹拌槽内部の撹拌翼による撹拌が充分でない場合、ママコの状態で撹拌対象中に存在する粉体が、撹拌翼に堆積したり装置内の撹拌対象の流路を詰まらせたりすることによって、撹拌装置の故障を引き起こすおそれがある。

前述のように特許文献１には、スプレーノズルを備えることにより、撹拌対象の粉末の溶解を促す方法が示されているが、あくまで撹拌対象の液面に浮遊する粉末を撹拌対象内に沈みこませる効果を期待したものであり、粉体の溶解に直接作用するものではなく、その一方でママコの状態で循環した粉体がスプレーノズルの吐出孔を詰まらせるおそれすらある。このため、撹拌過程、特に撹拌対象を、撹拌槽の下部側から上部側に循環させる配管の手前において撹拌対象にせん断力を加えてママコ状態の粉末を粉砕することが望まれる。しかしながら、撹拌対象にせん断力を加え続けるとその粘度は低下する傾向にあるため、単にせん断力を加える機能を備えるだけでは、最終的に粘度などの所望の物性を備えた所望の撹拌状態の溶解液が得られないおそれもある。

また、前述の特許文献１の循環機構では、撹拌対象を撹拌槽下部から撹拌槽上部に還流させる循環ポンプと、撹拌槽内の撹拌対象を撹拌槽下部に誘導する撹拌翼を回転させるモータのように、２つの動力源または１つの動力源からの動力の伝達および／または変換手段を必要とするため装置が複雑になり、装置の故障率やコストの増加に繋がることも考えられる。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、従来の循環機構より簡素な構造で撹拌対象を撹拌および循環でき、その循環において撹拌対象にせん断力を加えることも加えないことも可能な循環機構を提供することを目的とする。

本発明の循環機構は、撹拌対象を撹拌する撹拌槽の底部に設けられ、前記撹拌槽の底部側から前記撹拌槽の上部側に向かって延びる循環用配管により、前記撹拌槽内部の撹拌対象を前記撹拌槽の底部側から上部側に循環させる循環機構であって、前記循環機構が、該循環機構を駆動する駆動手段と、上端側が前記撹拌槽の底部から撹拌槽内部に向かって突出し、下端側が前記循環用配管に接続された、前記撹拌対象の流路を備えた管状部材と、前記駆動手段に連結され、前記管状部材の内部に延びる回転軸と、前記回転軸に取り付けられ、前記駆動手段の駆動時に循環用配管側に向かって撹拌対象を流動させる流れを発生させる、前記管状部材内の循環用配管側に設けられた第１の羽根と、前記回転軸に取り付けられ、前記駆動手段の駆動時に前記撹拌槽の底部側から上方に向かう流れまたは上方から底部側に向かう流れを発生させ得る、前記管状部材内の前記上端側に設けられた第２の羽根とを備え、前記管状部材が、上端において上端開口部を備え、前記第２の羽根と前記撹拌槽の底部との間における管状部材の側面に側面開口部を有し、前記管状部材の上端に、前記上端開口部を開閉する逆止弁が設けられ、前記駆動手段が、前記回転軸を正逆回転させることができ、前記回転軸が一方の方向に回転したときは、前記第１の羽根は、前記側面開口部から流入した撹拌対象を前記循環用配管側に流すとともに、前記第２の羽根は、前記側面開口部から流入した撹拌対象を前記上端開口部側に流して撹拌対象をせん断し、前記回転軸が前記一方の方向と逆方向に回転したときは、前記第１の羽根は、前記撹拌対象を前記循環用配管側に流すとともに、前記第２の羽根が、前記上端開口部側から前記循環用配管側への流れを生み出すことにより、前記逆止弁を閉じ、前記上端開口部を介した撹拌対象の流れを遮断することを特徴とする。

また、前記第１および第２の羽根の間に、前記管状部材に連通して設けられた、前記撹拌対象に加えられる粉体を供給する供給用配管が設けられることが好ましい。

またさらに、前記管状部材内の前記供給用配管が設けられた箇所において、前記回転軸に前記粉体をせん断する第３の羽根が設けられていることが好ましい。

また、前記駆動手段が正逆回転可能なモータであってもよい。

本発明によれば、撹拌槽の底部側から前記撹拌槽の上部側に向かって延びる循環用配管および上端側が前記撹拌槽の底部から撹拌槽内部に向かって突出し、下端側が循環用配管に接続された管状部材を備えることによって撹拌対象の循環経路を形成し、さらに、駆動手段、この駆動手段に連結されて前記管状部材の内部に延びる回転軸、および管状部材内の循環用配管側に回転軸に取り付けた第１の羽根を設けることによって、撹拌槽の底部側から循環用配管側に向かって撹拌対象を流動させる流れを発生させ、撹拌対象を循環させることができる。また、管状部材の上端に上端開口部を備え、さらに管状部材内の上端側に回転軸に取り付けた第２の羽根を設けることによって、駆動手段が一方の方向に駆動するときに撹拌槽の底部側から上方に向かった撹拌対象の流れを発生させ、これにより前記第２の羽根と前記撹拌槽の底部との間における管状部材の側面に備えた側面開口部から流入した撹拌対象を上端開口部側に流して撹拌でき、またそのときに、撹拌対象は第２の羽根のブレードの間を通るため、撹拌対象の中にママコ状態の粉体があれば、回転している第２の羽根のこのブレードでこれをせん断することもできる。また、１つの回転軸に第１および第２の羽根が取り付けられていることにより、１つの駆動手段で、撹拌対象の撹拌、循環、およびせん断をすることができる。

さらに、駆動手段が回転軸を逆回転させることができ、管状部材の上端に、撹拌対象の流れにより上端開口部を開閉できる逆止弁を設けているため、せん断をさせたくないときは、駆動手段を逆回転させて第２の羽根に管状部材の上端開口部側から循環用配管側への流れを生じさせ、逆止弁で管状部材の上端開口部を閉じ、上端開口部を介した撹拌対象の流れを遮断することによって撹拌対象のせん断をさせないようにでき、その一方で、第１の羽根は、回転方向に関わらず撹拌対象を循環用配管側に流すため、継続して撹拌対象を循環させることができる。

したがって、本発明の循環機構では、従来の循環機構より簡素な構造で、撹拌対象を撹拌および循環できるため、この装置を用いる工程の作業性が向上し、生産コストを抑えることができ、さらにその循環において撹拌対象にせん断を加えることも加えないこともできるため、粉体を撹拌対象に充分溶解させ、しかも所望の分散状態および粒子径を保ちながら、所望の物性が得られるまで循環および撹拌を継続することができる。

さらに、第１および第２の羽根の間に、撹拌対象に加えられる粉体を供給する供給用配管を管状部材に連通して設けることによって、この供給用配管から管状部材内の撹拌対象に粉体を供給すること、およびこの粉体が加わった撹拌対象を撹拌槽への流入前に第２の羽根でせん断すること、が可能となり、撹拌槽上部からの供給に比べて、この粉体が撹拌翼に堆積したり循環用配管などの撹拌対象の流路を詰まらせたりすることを防ぐことができる。

またさらに、管状部材内の供給用配管が設けられた箇所に、回転軸に取り付けて、供給された粉体をせん断する第３の羽根を設けることにより、粉体と撹拌対象の溶液との接触というママコが生じやすいときに撹拌対象をせん断することが可能になり、ママコの発生を効果的に防ぐことができる。

本発明の循環機構を説明するための概略図である。回転軸が一方の方向に回転しているときの本発明の循環機構の拡大図である。本発明の循環機構に用いられる第１の羽根の一例を示す平面図および断面図である。本発明の循環機構に用いられる第２の羽根の一例を示す図である。本発明の循環機構に用いられる逆止弁の一例を示す平面図である。回転軸が他方の方向に回転しているときの本発明の循環機構の拡大図である。本発明の他の実施形態の循環機構の拡大図である。本発明の他の実施形態の循環機構に用いられる第３の羽根の一例を示す図である。本発明の他の実施形態の循環機構の粉体供給方法を説明するための概略図である。従来の循環機構を説明するための図である。

以下、添付図面を参照し、本発明の循環機構を詳細に説明する。

図１は、本発明の循環機構を説明するための概略図である。図１に示されるように、本発明の循環機構１は、撹拌対象を収容する撹拌槽２、撹拌槽下部２Ｌに設けられた管状部材３、管状部材下端側３Ｌと撹拌槽上部２Ｕとを連通して繋ぐ循環用配管４を備えている。撹拌槽２、管状部材３および循環用配管４によって撹拌対象の循環経路を形成し、この循環機構１により、撹拌槽下部２Ｌ側から撹拌槽上部２Ｕ側に向かって、撹拌槽２内部の撹拌対象が流動するように構成されている。図１に示す撹拌装置Ｄにおいては、撹拌槽２内部に、シャフト１１周りに回転する撹拌翼１２が設けられ、撹拌槽２内部の撹拌対象を撹拌する。シャフト１１および撹拌翼１２等の撹拌槽２内部で撹拌対象を撹拌する構造については、特に限定されるものではなく、公知のシャフトや撹拌翼を用いることができ、撹拌槽２内でシャフト１１を撹拌槽２に対して移動可能に構成してもよい。循環用配管４は、液体等の撹拌対象を循環させることができる配管であれば、長さや材質等、その構造は特に限定されるものではない。また循環用配管４が接続される撹拌槽上部２Ｕとは、撹拌槽２の上面であってもよいし、側面であってもよいが、撹拌槽２に収容される撹拌対象の想定される液面の高さよりも上側で接続されることが望ましい。またこの接続位置は、図１に図示される位置に限定されるものではなく、また後述する図９に示されるように、撹拌槽２の上面または側面の複数個所に設けられてもよい。

なお、撹拌対象は特に限定されるものではなく、ある程度の粘性を備えたものまで含めた液状体と、粉状体または粒状体との撹拌および／または溶解を必要とするものであって、例えば、練りハミガキ、医療用のジェル状剤、または食品など、様々な物を対象とすることができる。

次に、図２を参照して本発明の循環機構１をさらに詳細に説明する。図２に示されるように、管状部材３は、上端側３Ｕの一部を撹拌槽２の底部からその内部上方に向かって突出して配置されており、管状部材３の上部全体が、撹拌槽２の底部を貫通するように設けられている。管状部材３は、上端側３Ｕが撹拌槽２の底部から撹拌槽２内部に向かって突出し、下端３Ｌ側が循環用配管４に接続されている。なお、本明細書において、「上端側」および「下端側」とは、管状部材３の上端、下端だけでなく、上端近傍の部位および下端近傍の部位を含む。管状部材３は、上端側において、管状部材３の上方に向かって開口し、撹拌槽２に連通する上端開口部３１と、撹拌槽２の底部から内部に突出した部分の側面に形成された撹拌槽２に連通する側面開口部３２とを備えている。また、管状部材３の下端側３Ｌには、循環用配管４と連通する連通口３３が形成されている。したがって、管状部材３の内部は、上端開口部３１および側面開口部３２により、撹拌槽２の内部と連通し、連通口３３により循環用配管４と連通し、後述する第１の羽根７および第２の羽根８の作用によって、側面開口部３２から入った撹拌対象が循環用配管４側に向かって流れる流路Ｐ１（図２参照）と、側面開口部３２から入った撹拌対象が環状部材３の上端開口部３１から排出されるように流れる流路Ｐ２（図２参照）とを有している。

図２に示すように、循環機構１はさらに、循環機構１を駆動し、管状部材３内に矢印Ａ１、Ａ２に沿った撹拌対象の流れを生み出す図１に示す駆動手段５、この駆動手段５に連結され、管状部材３の内部に延びる回転軸６、管状部材３の下端側３Ｌの内部に設けられ回転軸６に取り付けられた第１の羽根７、管状部材３の上端側３Ｕの内部に設けられ回転軸６に取り付けられた第２の羽根８、および管状部材３の上方に備えられた逆止弁９を備えている。

駆動手段５は、第１の羽根７および第２の羽根８を正逆いずれの方向にも回転させる駆動力を発生できるものであれば特に限定されないが、正逆回転可能なモータであればより好ましい。駆動手段５と回転軸６の結合は、ギアなどのトルク伝達手段を介してもよく、回転軸６と駆動手段５駆動軸を１つの軸上に位置させることができない場合は、ギアやベルトによる動力伝達手段を介して結合してもよい。

第１の羽根７は、管状部材３内部の、循環用配管４と管状部材３の接続部の手前に設けられ、管状部材３内部の上端開口部３１と側面開口部３２の間に第２の羽根８が設けられている。逆止弁９は、管状部材３の上端開口部３１の上方に上端開口部３１を塞ぐ位置と上端開口部３１を開放する位置との間で移動可能なように、逆止弁支持体１０に支持されている。管状部材３の内腔の断面形状は、特に限定されるものではなく、矩形や多角形でもよいが、内部に第１の羽根７や第２の羽根８といった回転体を備えるため円形が好ましい。

第１の羽根７は、回転軸６の回転に応じて回転し、その回転方向に関わらず、流路Ｐ１内を撹拌槽２から循環用配管４に向かう、図２の矢印Ａ１で示す方向の撹拌対象の流れを作りだす。第１の羽根７の形状は、この流れを作り出すことができれば特に限定されるものではないが、例えば図３（ａ）、（ｂ）に示される形状とすることができる。図３（ａ）、（ｂ）に示される第１の羽根７は、中央に回転軸６を通す孔を有する円盤状の底部７２、底部７２の孔の周縁から底部７２に対して垂直に立設し、回転軸６を通す挿通孔を有する円筒状の基部７１、およびこの底部７２の上表面（円筒状の基部７１が延びる方向）に、この上表面に対してほぼ垂直に上方に向けて、底部の中心から周縁部に向けて放射状の配置で立てられた複数のフィン７３から構成されている。回転軸６が回転すると、その上方に存在する撹拌対象をフィン７３で掻くことにより遠心力で撹拌対象を中心から外側に押し出すことによって上方の撹拌槽２から、管状部材７の側面に接続された循環用配管４への撹拌対象の流れを作り出すことができる。フィン７３は平板状で、かつ、底部７２の表面に対してほぼ垂直に立てられており、回転軸６がいずれの方向に回転しても同じ流れを作り出すことができる。フィン７３の直径方向の長さは特に限定されず、底部７２の直径方向の端部は、管状部材３の流路Ｐ１内に収まるのであれば、底部７２の端面の径方向外側または径方向内側のいずれに位置していてもよい。またフィン７３の上方の端部を基部７１の上面より高くしても低くしてもよい。さらに、基部７１、底部７２およびフィン７３のそれぞれが個別に作成されて組み合わされても、一体として形成されてもよい。

第２の羽根８は、回転軸６の回転に応じて回転し、回転軸６が一方の方向に回転するときは、流路Ｐ２内で、管状部材３の側面開口部３２から上端開口部３１へ向かう、図２の矢印Ａ２で示す撹拌対象の上向きの流れを作ると共に、それによって第２の羽根８の近傍を流動し、通過する撹拌対象をせん断する。また回転軸６が他方の方向に回転するときは、後述の通り、上端開口部３１から下方向に向かう流れを発生させる。

第２の羽根８は、前述の流れを作り出すことができれば特に限定されるものではないが、たとえば、図４に示されるような形状を採用することができる。図４に示される第２の羽根８は、回転軸６に取り付けられる略円筒状の基部８１と、当該基部８１の周囲に基部８１と一体的に設けられた基部８１よりも大径の略円筒状の第２の基部８２と、該第２の基部８２の外周に螺旋状に一体的に設けられるブレード８３とから構成されている。第２の羽根８が一方の方向（例えば図４において時計回りの方向）に回転すると、第２の羽根８のブレード８３により撹拌対象を図４中上方に向かって流動させる流れを作ることができ、他方の方向（例えば図４において時計回りと逆の方向）に回転すると、図４中下方に向かう撹拌対象の流れを作ることができる。第２の羽根８のブレード８３は、第２の基部８２の外周からの突出長さが、管状部材３の上端側３Ｕから下端側３Ｌに向かうにしたがって（すなわち、図４中上方から下方にいくにしたがって）、長くなるように構成されている。第２の羽根８は、側面から見た場合に、図２に示されるように、略逆台形形状となる向きに、管状部材３の上端開口部３１と側面開口部３２の間に配置される。したがって、前述の一方の方向に回転するときは、管状部材３の側面開口部３２から上端開口部３１に向かう流れを作り、撹拌対象を撹拌することができるとともに、ブレード８３の間を流動する撹拌対象をブレード８３でせん断することができ、前述の他の方向に回転するときは、管状部材３の上端開口部３１から下向きの流れを作り、後述するように逆止弁９とともに撹拌対象の流路Ｐ２内での流れを停止させることができる。第２の羽根８は、第２の羽根８が駆動され、一方の方向に回転したときと、逆方向に回転したときとで、逆向きの流れを作るような構造であればよい。すなわち、第２の羽根８は、図４に示される形状に限定されるものではなく、基部８１、第２の基部８２およびブレード８３は、それらの上面が同一面として揃っていても段差を有していてもよく、同様にそれらの下面が同一面として揃っていても段差を有していてもよい。また、基部８１、第２の基部８２およびブレード８３が、それぞれ個別に形成された後に組み合わされても、一体的に形成されてもよく、さらには、第２の基部８２を設けず基部８１に直接ブレード８３が設けられてもよい。また、螺旋状のブレード８３の長さ、ピッチ等は適宜変更することができる。

逆止弁９は、管状部材３の上端開口部３１の上方で、第２の羽根８が作り出す撹拌対象の流れによって逆止弁支持体１０に沿って上下に移動し、第２の羽根８が、前述の一方の方向に回転するときは、図２に示されるように、この上端開口部３１から上方に離れて位置しており、他方の方向に回転するときに、後述の図６に示されるように、下降して管状部材３の上面に当接し、上端開口部３１を塞ぐ。逆止弁９の形状は、この機能が得られれば特に限定されないが、例えば図５に示される形状、すなわち、単純な円盤状の板材とすることができる。本実施の形態の場合、逆止弁支持体１０は、管状部材３の上端面から管状部材３の軸方向に対して平行に延びる円柱状の部材であり、その円柱状の逆止弁支持体１０にガイドされて、第２の羽根８の回転方向にしたがって円盤状の板材である逆止弁９が上下する構成としている。図５に示すように、逆止弁９には、逆止弁支持体１０を挿通するための支持体用空孔９１および管状部材３から突出するボルト等の位置に対応する領域に追加空孔９２および中央空孔９３を有し、一方で上端開口部３１に対応する領域には、このような空孔が設けられておらず上端開口部３１を塞ぐことができるものであればよい。なお、管状部材３の上端開口部３１に対応する領域以外の領域に、１つまたは複数個の空孔をさらに設け、逆止弁９が開いているときに、撹拌対象の上方への移動をスムーズにして、撹拌対象の流動を促進することができる。

つぎに、図２および図６を参照して、本発明の循環機構１の作用について説明する。撹拌の初期段階など、図１に示す撹拌翼１２以外に撹拌槽２の底部においても撹拌対象にせん断力を加えたい場合、図２に示すように流路Ｐ２内を撹拌対象が流れるようにして、流路Ｐ２内で撹拌対象にせん断力を加えるとともに、流路Ｐ１、循環用配管４を介して撹拌対象を循環させる。すなわち、図１に示す駆動手段５により、第１の羽根７および第２の羽根８を一方の方向に回転させ、第１の羽根７により循環用配管４側への流れを作り出すとともに、第２の羽根８のブレード８３により撹拌対象を上側に送り出し、逆止弁９を押し出す方向の流れＡ２を作り出し、逆止弁９が逆止弁支持体１０に沿って上方に移動する。したがって、この流れＡ２により、逆止弁９が上方に移動することにより、上端開口部３１が開放し、撹拌対象の上方への流れが確保される。側面開口部３２から流入した撹拌対象の一部は、第２の羽根８のブレード８３によりせん断力が加えられ、微粒化を促進させることができる。

図２の状態で撹拌槽２の底部での撹拌および循環を続け、撹拌対象が充分に撹拌され、撹拌対象が所望の均質な分散状態および粒子径となった場合には、駆動手段５により第１の羽根７および第２の羽根８を図２での回転方向とは逆方向に回転させる。回転軸６が逆方向に回転すると、図２の状態とは逆に、第２の羽根８のブレード８３は、回転軸６の回転によって、第２の羽根８の上方から下方へ撹拌対象を吐き出すため、図６の矢印Ａ３に示す、管状部材３の上端開口部３１上方から下向きの流れを作り出す。この流れによって、逆止弁９が下降し、上端開口部３１を塞ぐため、上端開口部３１を介した撹拌対象の流れが遮断される。そのため、流路Ｐ２に沿った撹拌対象の流れが停止し、第２の羽根８のブレード８３の間を撹拌対象が流動しなくなり、撹拌対象が必要以上にせん断されないようにできる。一方で、第１の羽根７は、回転軸６が他方の方向に回転しても、図６の矢印Ａ４に示す、撹拌槽２から循環用配管４に向かう撹拌対象の流れを作るため、循環用配管４を通じた、図１に示す撹拌槽上部２Ｕへの循環および撹拌槽２内での撹拌翼１２による撹拌を継続させることができる。

したがって、本実施形態の循環機構によれば、所望の均質な分散状態および粒子径になるまでは、撹拌槽２の底部において、第２の羽根８により撹拌対象を撹拌し、せん断力を加えて、循環用配管４側に向かう撹拌対象中の微粒化を促進させることができるとともに、撹拌対象が所望の分散状態および粒子径に達したときなど、これ以上撹拌槽２の底部での第２の羽根８によるせん断を停止させたい場合には、第１の羽根７および第２の羽根８を逆回転させるだけで、それ以上のせん断を行わず、撹拌対象の所望の分散状態および粒子径を維持したまま、循環を継続させることができる。また、粘度を維持したまま循環を継続させることができるので、撹拌対象が変質してしまうといったこともない。さらに、図２および図６に示すように、撹拌槽２底部でせん断力を加えながら、撹拌対象を循環させる状態と、撹拌槽２底部でせん断力を加えずに撹拌対象を循環させる状態という２つの状態を、１つの駆動手段のみで、切り替えが可能であるため、操作が容易であるとともに、装置全体の構造を簡素化することができ、部品点数を減らすことができる。

つぎに、本発明の他の実施形態について説明する。撹拌装置Ｄ内の撹拌対象に粉体を新たに追加するときに、撹拌対象の溶液と馴染みにくい性質の粉体が凝集して塊となっている場合、撹拌槽２内の撹拌対象の液面の上方からこの粉体を供給するだけでは、撹拌対象の溶液と粉体が接触した際に、溶液がこの塊の内部に浸透せずにその表面だけが溶けて皮膜を形成し、ママコを生じやすいこととなる。

本発明の他の実施形態は、この問題に鑑みたものであり、図７および図８を用いて、その構成について説明する。図７に示すように、管状部材３内の第１の羽根７および第２の羽根８の間に管状部材３の流路Ｐ１に連通するように、撹拌対象に加えられる粉体を供給する供給用配管１７が接続されている。この供給用配管１７が接続された箇所の管状部材３の流路Ｐ１内に、供給された粉体をせん断する第３の羽根１８が、回転軸６に取り付けられて、設けられている。なお、図７および図８に示す実施形態においては、第１の羽根７、第２の羽根８、逆止弁９等、図１〜６に示す実施形態と共通する構成については、特に記載しない限り同じであるため、説明は省略する。

この構成では、後述の通り、撹拌槽２内を減圧し、粉体供給バルブ２１を開弁することにより、粉体が供給用配管１７から管状部材３内の流路Ｐ１内に供給され、流路Ｐ１内の撹拌対象に加えられるのとほぼ同時に、その箇所に設けられて回転している第３の羽根１８によってせん断される。ここで、粉体供給バルブ２１が開弁されていることによって粉体と共に空気も流入しているため、第１の羽根７の回転により作られていた下向きの撹拌対象の流れは停止しており、一方で、撹拌槽２内が減圧されているため、供給された粉体は、管状部材３内を、図７の矢印Ａ５で示すように上方に向かって流れ、上端側３Ｕの第２の羽根８でさらにせん断される。その後、粉体供給バルブ２１を閉弁すると、第１の羽根７の回転により作られる下向きの撹拌対象の流れにより、管状部材３の側面開口部３２から、管状部材の流路Ｐ１および循環用配管４を通って撹拌槽上部２Ｕに循環される。

したがって、図１〜図６に示した実施形態における効果に加え、第１の羽根７および第２の羽根８との間に供給用配管１７を設けることにより、撹拌槽２の上方から粉体が供給されないため、図１に示す撹拌翼１２などに粉体が堆積することがない。また、追加される粉体が塊となっている場合でも、撹拌槽２内の撹拌対象に加えられる前に、しかも管状部材３の流路Ｐ１に供給されるのとほぼ同時に第３の羽根１８によってせん断され、さらに第２の羽根８でもせん断されるため、ママコの発生が抑制される。

供給用配管１７は、例えば耐真空ホースなどを用いることもできるが、粉体を、後述の粉体容器１９から管状部材３に供給することができるものであれば、特に限定されるものではない。

第３の羽根１８は、回転軸６の回転に応じて回転し、供給用配管１７から供給された粉体を、粉体が管状部材３の流路Ｐ１内の撹拌対象に加わるときにせん断する。第３の羽根１８の形状は、例えば図８（ａ）および（ｂ）に示される形状とすることができる。図８（ａ）および（ｂ）に示される第３の羽根１８は、回転軸６に取り付けられる円柱状の本体１８１と、円柱状の本体１８１の周方向に同軸状に一回り大きく形成された円柱状の外周部１８４と、円柱状の本体１８１と外周部１８４とを連結する連結部１８５とを備えている。図８（ａ）に示すように、連結部１８５は本体１８１から等間隔に複数設けられており、連結部１８５と連結部１８５との間には、第３の羽根１８の回転軸方向に貫通する流動孔１８２が、流路Ｐ１内の撹拌対象が流れることができるように形成されている。また、流動孔１８２は、回転軸方向だけでなく、外周部１８４の側面を貫通し、供給用配管１７からの粉体を第３の羽根１８の内部に導入できるように構成されている。したがって、この図８（ａ）および（ｂ）に示す第３の羽根により、流路Ｐ１における撹拌対象の流動を阻害することなく、供給用配管１７から導入された粉体をせん断しながら、撹拌対象に加えることができる。また、この第３の羽根１８の流動孔１８２における外周部１８４の側面側を貫通する部分は、この第３の羽根１８が一方の方向に回転したときに先頭となる部分１８３が鋭角となるような形状に形成されている。この鋭角な先頭部１８３により、供給された粉体が第３の羽根１８の内部に導入されるのを促進することができ、効果的にせん断することができる。ただし供給された粉体をせん断できるものであれば、図８に示される形状に限定されるものではなく、少なくとも撹拌対象が流動する流動孔１８２に相当する空孔、および、回転したときに供給された粉体と接触してせん断力を加えることができる部分を有していればよい。

次に、図９を用いて、この構成における粉体の供給方法を説明する。図９に示されるように、供給される粉体は粉体容器１９に収容されており、この粉体を管状部材３に供給するため、管状部材３と粉体容器１９との間には、管状部材３に接続された耐真空ホースなどから構成される供給用配管１７が配設されている。供給用配管１７は、管状部材３と気密に固定され、粉体容器１９側には先細のノズルが設けられており、粉体容器１９内の粉体を、撹拌槽２の上部に設けられた吸出し口２０から撹拌槽２内の空気を吸い出し、撹拌槽２およびこれに連通する管状部材３内を負圧にすることにより吸引する。また、供給用配管１７には、粉体供給時に開弁され粉体供給時以外に閉弁される粉体供給バルブ２１が設けられている。この粉体供給バルブ２１は、開度を調整することにより供給される粉体の量を調節することもできるので、上部から投入するよりも正確に粉体の量を制御することができる。また、粉体供給時に管状部材３内が負圧になっているかを確認するための連成計２２が設けられている。循環用配管４には、循環用バルブ２３が設けられており、開弁、閉弁することにより、撹拌対象を循環させたり、循環を停止させたりすることができる。また、循環用配管４には圧力計２４が設けられており、管状部材３内の圧力を計測することができる。

さらに、循環用配管４と供給用配管１７とを連通して繋ぐ洗浄用配管２８が設けられており、洗浄用配管２８の循環用配管４側に循環側洗浄バルブ２５、洗浄用配管２８の供給用配管１７側に供給側洗浄バルブ２６が設けられ、さらに洗浄用配管２８は供給用配管１７側で分岐するように形成されており、その分岐した配管の先端に粉体容器側洗浄バルブ２７を備えている。供給用配管１７および粉体供給バルブ２１の一方または両方が詰まったときは、供給用配管１７の粉体容器１９側の先端を粉体容器側洗浄バルブ２７に接続し、循環側洗浄バルブ２５および粉体容器側洗浄バルブ２７を開弁し、供給側洗浄バルブ２６を閉弁することにより、循環用配管４内の液圧によって、撹拌対象を循環用配管４から洗浄用配管２８を経由して供給用配管１７および粉体供給バルブ２１に流すことができるため、別途の洗浄手段を用いることなく、供給用配管１７および粉体供給バルブ２１の詰まりを解消し、粉体供給経路を洗浄することができる。

上述の実施形態では、撹拌槽２に撹拌対象を入れた状態で駆動手段５を駆動し、回転軸６を一方の方向に回転させると、第１の羽根７および第２の羽根８もこの方向に回転し、第１の羽根７の作用で、撹拌槽２から、管状部材３の側面開口部３２、管状部材３の流路Ｐ１、循環用配管４、および撹拌槽上部２Ｕへと続く撹拌対象の流れが作られ、撹拌対象がその経路で循環し、その一方で、第２の羽根８の作用で、管状部材３の側面開口部３２から上端開口部３１への撹拌対象の流れが作られ、撹拌槽２内の撹拌対象を撹拌するとともに、その撹拌対象を第２の羽根８でせん断する。このせん断と撹拌により、撹拌対象の分散および微粒化が促進され、最終的に撹拌対象の所望の物性を得ることができるようになる。また、未溶融の粉体が撹拌翼１２に堆積したり攪拌装置Ｄ内の撹拌対象の流動経路を詰まらせたりすることによる撹拌装置Ｄの故障を防ぐことができる。さらに、１つの駆動手段５で上記作用が得られるため、撹拌装置Ｄの構造を簡素にでき、この装置を用いる工程の作業性が向上し、生産コストを抑制できる。

上述の実施形態では、撹拌対象が充分にせん断されれば、駆動手段５を他方の方向に回転させ、第２の羽根８を逆回転させることによって管状部材３の上端開口部３１から下向きの流れを作り出し、その流れによって逆止弁９を下降させて管状部材３の上端開口部３１を塞ぎ、第２の羽根８の周囲の撹拌対象の流動を遮断させ、これによって撹拌対象がせん断されないようにできる。一方で第１の羽根７の作用により、この回転方向でも変わり無く撹拌槽２から循環用配管４への流れが作られるため、せん断を停止した上で、循環および撹拌を継続させることができる。このため撹拌対象の粘度を維持しながら、所望の状態まで撹拌できる。

粉体の供給を撹拌槽の撹拌対象の液面上方から行うと、撹拌対象と粉体が接触した際に、撹拌対象の溶液がこの塊の内部に浸透せずにその表面だけが溶けて皮膜を形成してママコを生じやすい。本発明の他の実施形態では、撹拌槽２を減圧した上で、粉体供給バルブ２１を開弁し、管状部材３の第１の羽根７および第２の羽根８の間に設けられた供給用配管１７から粉体を供給する。粉体は、供給用配管１７が接続された箇所の管状部材３内の流路Ｐ１に設けられた第３の羽根１８でせん断される。ここで、粉体供給バルブ２１が開弁されていることによって粉体と共に空気も流入しているため、第１の羽根７の回転により作られていた下向きの撹拌対象の流れは停止しており、一方で、撹拌槽２が減圧されていることにより、粉体は管状部材３の流路Ｐ１内を上方に流動し、管状部材３の上端側３Ｕに設けられている第２の羽根８で再度せん断される。その後、粉体供給バルブ２１を閉弁すると、第１の羽根７によって作られる撹拌対象の下向きの流れによって、管状部材３の側面開口部３２から、管状部材３の流路Ｐ１、および循環用配管４を通って撹拌槽上部２Ｕに循環される。したがって、追加される粉体が撹拌槽２内の撹拌対象に加えられる前に、しかもママコとなりやすい撹拌対象との最初の接触とほぼ同時に第３の羽根１８によってせん断され、さらに第２の羽根８でもせん断されるため、ママコの発生を効果的に防止できる。

１、１００循環機構
２撹拌槽
２Ｌ撹拌槽下部
２Ｕ撹拌槽上部
３管状部材
３１上端開口部
３２側面開口部
３３連通口
３Ｌ管状部材下端側
３Ｕ管状部材上端側
４循環用配管
５駆動手段
６回転軸
７第１の羽根
７１基部
７２底部
７３フィン
８第２の羽根
８１基部
８２第２の基部
８３ブレード
９逆止弁
９１支持体用空孔
９２追加空孔
９３中央空孔
１０逆止弁支持体
１１シャフト
１２撹拌翼
１７供給用配管
１８第３の羽根
１８１本体
１８２流動孔
１８３先頭部
１８４外周部
１８５連結部
１９粉体容器
２０吸出し口
２１粉体供給バルブ
２２連成計
２３循環用バルブ
２４圧力計
２５循環側洗浄バルブ
２６供給側洗浄バルブ
２７粉体容器側洗浄バルブ
２８洗浄用配管
１０１溶解槽
１０２液体導出口
１０３配管
１０４循環ポンプ
１０５回転軸
１０６撹拌翼
１０７スプレーノズル
Ｄ撹拌装置
Ｐ１、Ｐ２流路

Claims

撹拌対象を撹拌する撹拌槽の底部に設けられ、前記撹拌槽の底部側から前記撹拌槽の上部側に向かって延びる循環用配管により、前記撹拌槽内部の撹拌対象を前記撹拌槽の底部側から上部側に循環させる循環機構であって、
前記循環機構が、
該循環機構を駆動する駆動手段と、
上端側が前記撹拌槽の底部から撹拌槽内部に向かって突出し、下端側が前記循環用配管に接続された、前記撹拌対象の流路を備えた管状部材と、
前記駆動手段に連結され、前記管状部材の内部に延びる回転軸と、
前記回転軸に取り付けられ、前記駆動手段の駆動時に循環用配管側に向かって撹拌対象を流動させる流れを発生させる、前記管状部材内部の循環用配管側に設けられた第１の羽根と、
前記回転軸に取り付けられ、前記駆動手段の駆動時に前記撹拌槽の底部側から上方に向かう流れを発生させ、または上方から底部側に向かう流れを発生させ得る、前記管状部材内の前記上端側に設けられた第２の羽根とを備え、
前記管状部材が、上端において上端開口部を備え、前記第２の羽根と前記撹拌槽の底部との間における管状部材の側面に側面開口部を有し、
前記管状部材の上端に、前記上端開口部を開閉する逆止弁が設けられ、
前記駆動手段が、前記回転軸を正逆回転させることができ、
前記回転軸が一方の方向に回転したときは、前記第１の羽根は、前記側面開口部から流入した撹拌対象を前記循環用配管側に流すとともに、前記第２の羽根は、前記側面開口部から流入した撹拌対象を前記上端開口部側に流して撹拌対象をせん断し、
前記回転軸が前記一方の方向と逆方向に回転したときは、前記第１の羽根は、前記撹拌対象を前記循環用配管側に流すとともに、前記第２の羽根が、前記上端開口部側から前記循環用配管側への流れを生み出すことにより、前記逆止弁を閉じ、前記上端開口部を介した撹拌対象の流れを遮断することを特徴とする循環機構。
前記第１および第２の羽根の間に、前記管状部材に連通して設けられた、前記撹拌対象に加えられる粉体を供給する供給用配管が設けられることを特徴とする請求項１記載の循環機構。
前記管状部材内の前記供給用配管が設けられた箇所において、前記回転軸に前記粉体をせん断する第３の羽根が設けられている請求項２記載の循環機構。
前記駆動手段が正逆回転可能なモータであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の循環機構。
前記第２の羽根が、前記回転軸の軸回りに螺旋状に形成された複数の羽根を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の循環機構。