JP5492500B2 - 粉粒体混合機 - Google Patents

Description

本発明は、連続的に混合処理を行う粉粒体混合機に関する。

２以上の粉粒体を混合又は分散するような処理は、非常に多くの分野で行われている。例えば、プラスチックス、セラミックス、電子材料、トナー、磁性材料、ゴム、接着剤、顔料、塗料、医薬品、化粧品、食品、農薬、飼料、肥料、紙、リサイクル品等を取り扱う分野である。従来から、これらの処理対象物を扱う混合機として、竪型円筒状の混合容器に撹拌部材を設けた竪型の粉粒体混合機が多く使用されている。

例えば、特許文献１には、図７に示すような竪型の粉粒体混合機が記載されている。この粉粒体混合機１１０は、竪型円筒状の容器１２０内に、粉粒体に上昇流を生じさせる下羽根１３１と、粉粒体に下降流を生じさせる上羽根１３２を備えている。これらの羽根は、投入された粉粒体を周方向に回流させると共に、上昇流及び下降流からなる粉粒体の循環流動を形成し、完全混合状態とすることができる。また、これらの羽根を高速回転することにより、粉粒体相互に激しい剪断力を発生させ、高度の分散処理を行うことができる。そして、短時間に処理を完了することができる。

しかしながら、この粉粒体混合機１１０はバッチ処理の混合機であり、連続的な混合処理を行うことができない。すなわち、排出口１２２の下にスクリューフィーダ等の定量切出し機１９０を設けているので、混合処理を終えた後に処理物を定量排出することはできるのであるが、混合処理と定量排出とを同時に行うことは困難である。

特許文献２には、連続的な混合処理を行うための横型の粉粒体混合機が記載されている。図８に示すように、この粉粒体混合機２１０は、一端側に供給口２２１を、他端側に排出口２２２を備える横型筒状の容器２２０内に、相反方向に回転する２本の平行な回転軸２３０と、この回転軸２３０に設けられる複数の撹拌翼２３１を有している。

そして、供給口２２１から排出口２２２に向かって粉粒体を流しながら連続的な混合処理を行うことができる。また、排出口２２２の下位には定量切出し機２９０が設けられ、材料の切出し量を調整することができる。さらに、粉粒体の粉面を検出するレベル計を用いて、定量切出し機２９０の切出し量を調整し、容器２２０における粉粒体の滞留量を調整することも記載されている。

このような横型の粉粒体混合機２１０は、粉粒体の混合処理において連続的な処理が可能である点で竪型の粉粒体混合機１１０よりも優れている。しかしながら、処理性能の点では竪型の粉粒体混合機１１０よりも劣っている。例えば、プラスチック製品における高度の分散処理においては、竪型の粉粒体混合機１１０で得られるような分散性能を得ることができない。

その理由は、横型の粉粒体混合機２１０では、竪型の粉粒体混合機１１０におけるような粉粒体の循環流動を形成することができないためである。また、撹拌翼２３１を高速で回転しても、粉粒体相互に強い剪断力を発生させることが困難なためである。そして、投入された粉粒体が、供給口２２１から排出口２２２に向かってショートパスする確率が高いためである。

また、連続処理を行うプロセスにおいては、混合工程に続く後工程においても、混合処理後の粉粒体が定量供給されることを必要としている。しかしながら、定量切出し機２９０を滞留量の調整に用いると、処理物を安定して定量排出することは困難となる。すなわち、後工程に供給される粉粒体は、脈動的な流れで供給されることになり易く、安定して一定量を供給することは極めて困難となるのである。

特開２００４−２５５３４８号公報 特開２０００−２０２２６６号公報

本発明の課題は、連続処理に適した粉粒体混合機を提供することである。すなわち、竪型の粉粒体混合機に匹敵する混合及び分散性能を備え、かつ、安定して定量排出を行うことができる粉粒体混合機を提供することである。

上記のような課題を解決するために、本発明の請求項１に係る粉粒体混合機は、一端側に供給口を、他端側に排出口を備える横型筒状の容器、該容器内に回転自在に設けられる回転軸、及び該回転軸に設けられる複数の撹拌翼を有し、前記供給口から前記排出口に向かって粉粒体を流しながら撹拌混合する連続式の粉粒体混合機であって、前記容器内が仕切板によって複数の混合室に区画され、前記仕切板が前記回転軸を挿通するための開口を備えていると共に、隣り合う前記混合室が前記開口によって連通され、前記粉粒体が、前記撹拌翼の回転による遠心力によって周壁側に押し付けられて内側に粉面を形成するとともに、前記開口を溢流して移動する手段を採用している。

また、本発明の請求項２に係る粉粒体混合機は、請求項１に記載の粉粒体混合機において、前記撹拌翼の一部が、前記粉粒体を流れの方向に前進させる前進翼である手段を採用している。また、本発明の請求項３に係る粉粒体混合機は、請求項１又は２に記載の粉粒体混合機において、前記撹拌翼の一部が、前記粉粒体を流れとは逆の方向に後退させる後退翼である手段を採用している。

また、本発明の請求項４に係る粉粒体混合機は、請求項１乃至３の何れか１項に記載の粉粒体混合機において、隣り合う前記混合室がフランジにより相互に接続され、前記仕切板が前記フランジ間に挟持されている手段を採用している。また、本発明の請求項５に係る粉粒体混合機は、請求項１乃至４の何れか１項に記載の混合機において、前記撹拌翼の回転速度が、最外周で毎秒２０ｍ以上である手段を採用している。また、本発明の請求項６に係る粉粒体混合機は、請求項１乃至５の何れか１項に記載の粉粒体混合機において、前記容器が、前記一端側から前記他端側に向かって上昇する方向に傾斜している手段を採用している。

本発明の粉粒体混合機は、前記のような構成としたことにより、各混合室において粉粒体の循環流動を形成し、完全混合状態とすることができる。また、撹拌翼を高速回転することにより、粉粒体相互に強力な剪断力を発生させ、高度の分散処理を行うことができる。また、投入された粉粒体が、供給口から排出口に向かってショートパスする確率を極めて低くすることができる。さらに、容器内における粉粒体の滞留量を一定に保持すると共に、安定して定量排出を行うことができる。

本発明の粉粒体混合機の実施の一例で、混合室が４室である場合を示す概略縦断面図である。 図１の粉粒体混合機の概略横断面図である。 他の実施の一例を示す概略横断面図である。 撹拌翼及びスペーサーの構造例を示す概略図である。 混合室内の循環流を示す説明図である。 本発明の粉粒体混合機の実施の他の例で、混合室が４室である場合を示す概略縦断面図である。 従来の竪型の粉粒体混合機を示す概略図である。 従来の横型の粉粒体混合機を示す概略図である。

以下、図面に示す本発明の実施の形態について説明する。
図１及び図２には、本発明による粉粒体混合機の一実施形態が示されている。図１は全体の概略縦断面図、図２は概略横断面図である。

この粉粒体混合機１０は、一端側に供給口２１を、他端側に排出口２２を備える横型筒状の容器２０、容器２０内に回転自在に設けられる回転軸３０、及び回転軸３０に設けられる複数の撹拌翼３１を有しており、供給口２１から排出口２２に向かって粉粒体を流しながら、回転する撹拌翼３１によって撹拌混合する連続式の粉粒体混合機である。

容器２０は横型筒状であって、閉塞した一端側から回転軸３０が挿通されている。また、開放された他端側は、蓋板２４によって閉塞されている。そして、蓋板２４に排出口２２が設けられている。図２に示される容器２０の横断面は円形であるが、他の形状、例えば図３に示すように上部がフラットな筒状や、断面が楕円形の筒状とすることもできる。また、容器２０には、必要に応じて、清掃、点検、補修などの目的で、蓋付きの点検口を設けてもよい（図示せず）。

容器２０内は、仕切板４０によって複数の混合室５０に区画されている。すなわち、図１及び図２に示すように、隣り合う混合室５０はフランジ２３によって相互に接続され、仕切板４０はフランジ２３の間に挟持されて取り付けられている。なお、一つの仕切板４０は、必ずしも一枚の板材で形成される必要はなく、２以上に分割可能な板材で形成することもできる。

夫々の仕切板４０は、その中央部分に回転軸３０を挿通するための開口４１を備えている。したがって、隣り合う混合室５０は開口４１によって連通することになり、粉粒体は開口４１を流路として混合室５０間を移動することができる。開口４１の形状は、円形であることが望ましいが、楕円など他の形状とすることもできる。

撹拌翼３１は、図４に示すように、ボス部３２と翼部３３とで形成することが好ましい。そして、ボス部３２と略同一形状のスペーサー３４と組み合わせて使用することにより、回転軸３０に対して軸方向の位置決めをすることが好ましい。この場合、撹拌翼３１の外径は、開口４１の内径よりも大きくすることが必要であるために、粉粒体混合機１０の組立及び分解は少し煩雑となる。

上記のように、仕切板４０をフランジ２３の間に挟持する方法において、仕切板４０が一枚の板材で形成されている場合には、容器２０の組立と撹拌翼３１の組立とを並行して行うことにより、粉粒体混合機１０全体の組み立てを行うことができる。逆に、容器２０の分解と撹拌翼３１の分解とを並行して行うことにより、粉粒体混合機１０を分解することができる。仕切板４０が２以上に分割されている場合には、撹拌翼３１を組み立てた後に、容器２０の組み立てを行うことができる。

本発明の粉粒体混合機１０は、連続式の粉粒体混合機１０である。処理物としては、乾燥した粉粒体の他に、液体又はスラリー等を含んで湿った粉粒体を用いることができる。粉粒体は、供給口２１から連続的に供給され、排出口２２から連続的に排出することができる。各混合室５０において、粉粒体は撹拌翼３１の回転による遠心力によって周壁側に押し付けられて環状となり、内側に粉面を形成する。そして、粉面が開口４１に達すると、開口４１を溢流して下流側の混合室５０に移動することになる。

撹拌翼３１は、翼部３３に傾斜を設けることにより、粉粒体を流れの方向に前進させる前進翼、又は粉粒体を流れとは逆の方向に後退させる後退翼とすることができる。そして、前進翼と後退翼とを適宜組み合わせて使用することにより、混合室５０内に粉粒体の循環流動を形成して、混合室５０内を完全混合状態とすることができる。

通常、混合室５０の入口付近には前進翼を設けることが好ましい。これにより、図５に矢印で示すように、翼部３３付近で前進し、周壁付近で後退する粉粒体の循環流動を形成することができる。また、混合室５０の出口付近には後退翼を設けることが好ましい。これにより、図５に矢印で示すように、翼部３３付近で後退し、周壁付近で前進する粉粒体の循環流動を形成することができる。そして、これらの循環流動により、混合室５０内を完全混合状態とすることができる。

そして、撹拌翼３１を高速回転することにより、粉粒体相互間に激しい剪断力を発生させ、高度の分散処理を行うことができる。撹拌翼３１の回転速度は、最外周で毎秒２０ｍ以上とすることが好ましい。２０ｍ／ｓ未満では充分な分散処理ができない。２５ｍ／ｓ以上とすることがより好ましく、３０ｍ／ｓ以上とすることがさらに好ましい。このような回転速度とすることにより、プラスチック製品等における高度の分散処理を行うことができる。

粉粒体は、完全混合状態にある混合室５０の開口４１を溢流して流れるので、各混合室５０において、粉粒体は常に所定の滞留量となる。また、供給口２１から排出口２２に向かって、完全混合状態の複数の混合室５０を経由することになるので、ショートパスの確率が非常に低くなる。さらに、容器２０全体の滞留量が一定であるために、供給口２１から粉粒体を一定流量で投入すれば、排出される粉粒体も常に一定流量とすることができる。

図６には、本発明による粉粒体混合機の他の実施形態が示されている。この粉粒体混合機１１では、仕切板４０が筒状部４２と一体に形成されている。筒状部４２は、容器２０内に挿入可能となるようにその外周が形成され、仕切板４０が所定の位置となるようにその長さが形成されている。この場合、図１の粉粒体混合機１０におけるフランジ２３を省略することが可能となる。また、粉粒体混合機１０よりも、組立及び分解の作業を簡略化することができる。

容器２０は、必ずしも水平で使用するとは限らない。処理物や処理方法によっては、供給口２１から排出口２２に向かって、すなわち、一端側から他端側に向かって上昇する方向に傾斜を設けることが望ましい。例えば、流動性の高い粉粒体を処理する場合に、容器２０内の滞留時間が短くなり、容器２０内の滞留量が減少する傾向がある。このような場合に、容器２０に傾斜を設けることにより滞留量を増加し、処理時間を長くすることができる。

この傾斜は５〜３０度が好ましく、一定の角度で容器２０を固定してもよく、自由な角度に調節可能としてもよい。また、他端側を下向きにできるようにすることにより、連続混合処理を終えたときに、排出口２２を下向きにして、容器２０内の粉粒体を素早く排出することができる。

炭酸カルシウムと弁柄とを混合処理して、その分散性能を色差計を用いてＬａｂ系色度座標を測定することにより評価する試験を行った。色差計として、日本電色工業株式会社製、品番号ＺＥ−２０００を用いた。この方法では分散性が高くなると、Ｌ値は小さくなり、ａ、ｂ値は大きくなる。
試料としては、炭酸カルシウム（三協製粉株式会社製品番号＃１５０）１０ｋｇと、弁柄（戸田工業株式会社製品名唐錦）７５ｋｇとをプレミックスしたものを使用した。

粉粒体混合機は、図１に示した形状（混合室内径１２５ｍｍ、混合室長さ１８０ｍｍ）であり、撹拌翼（直径１１５ｍｍ）の回転速度は２１ｍ／ｓ（回転数３６００ｒｐｍ）とした。上記試料を毎時８．５ｋｇで供給したところ、粉粒体混合機における滞留量は約５００ｇであった。
試験の結果、Ｌ、ａ、ｂの値は、それぞれ７８．７、１１．６、７．９であった。

＜比較例１＞
実施例１で用いた粉粒体混合機から３枚の仕切板を取り除いたものを使用し、実施例１と同様にして試験を行った。
試験の結果、Ｌ、ａ、ｂの値は、それぞれ８２．２、９．５、５．６であった。

＜比較例２＞
図７に示す粉粒体混合機（容量１０リットル）に試料を２．６ｋｇ投入し、回転速度２０ｍ／ｓ（回転数１８００ｒｍｐ）で３分３０秒間処理する試験を行った。
試験の結果、Ｌ、ａ、ｂの値は、それぞれ７９．７、１１．２、６．９であった。

以上の結果、実施例１の試験は、仕切板を取り除いた比較例１よりも非常に良好な結果を示すとともに、従来の竪型バッチ式の粉粒体混合機を使用した比較例２の試験以上に良好な結果を示すことが確認された。したがって、本発明の粉粒体混合機は、連続処理に適した粉粒体混合機であると共に、従来の竪型の粉粒体混合機に匹敵する混合及び分散性能を備え、かつ、安定して定量排出を行うことができる。

１０、１１ 粉粒体混合機
２０ 容器
２１ 供給口
２２ 排出口
２３ フランジ
２４ 蓋板
３０ 回転軸
３１ 撹拌翼
３２ ボス部
３３ 翼部
３４ スペーサー
４０ 仕切板
４１ 開口
４２ 筒状部
５０ 混合室

Claims (6)

1. 一端側に供給口を、他端側に排出口を備える横型筒状の容器、該容器内に回転自在に設けられる回転軸、及び該回転軸に設けられる複数の撹拌翼を有し、前記供給口から前記排出口に向かって粉粒体を流しながら撹拌混合する連続式の粉粒体混合機であって、
   前記容器内が仕切板によって複数の混合室に区画され、前記仕切板が前記回転軸を挿通するための開口を備えていると共に、隣り合う前記混合室が前記開口によって連通され、
   前記粉粒体が、前記撹拌翼の回転による遠心力によって周壁側に押し付けられて内側に粉面を形成するとともに、前記開口を溢流して移動することを特徴とする粉粒体混合機。
2. 前記撹拌翼の一部が、前記粉粒体を流れの方向に前進させる前進翼であることを特徴とする請求項１に記載の粉粒体混合機。
3. 前記撹拌翼の一部が、前記粉粒体を流れとは逆の方向に後退させる後退翼であることを特徴とする請求項１又は２に記載の粉粒体混合機。
4. 隣り合う前記混合室がフランジにより相互に接続され、前記仕切板が前記フランジ間に挟持されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の粉粒体混合機。
5. 前記撹拌翼の回転速度が、最外周で毎秒２０ｍ以上であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の粉粒体混合機。
6. 前記容器が、前記一端側から前記他端側に向かって上昇する方向に傾斜していることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の粉粒体混合機。

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