JP5740126B2 - 攪拌装置 - Google Patents

Description

本発明は、たとえば軸封機構として攪拌容器の貫通孔と攪拌軸との間を封止するメカニカルシールを備えた攪拌装置に関する。

従来の攪拌装置には、たとえば特許文献１に開示されたメカニカルシールを備えたものがある。図５に一例として示すように、従来の攪拌装置Ｘは、貫通孔１００Ａを有する攪拌容器１００と、貫通孔１００Ａに挿通されて軸周りに回転する攪拌軸２００と、貫通孔１００Ａと攪拌軸２００との間を封止するメカニカルシール３００と、ケース４００とを備える。攪拌容器１００は、攪拌軸２００の軸線方向が鉛直方向に沿うように設置される。攪拌軸２００は、ベアリング２００Ａを介して筒状のケース４００の中心部に支持されている。ケース４００は、攪拌容器１００における貫通孔１００Ａの周縁部に固定されており、メカニカルシール３００全体を覆っている。ケース４００の外周面には、メカニカルシール３００の点検や調整を行うことができるように開口４００Ａが設けられている。

メカニカルシール３００は、主要な部品として、固定環３００Ａ、回転環３１０、摺動環３２０、およびスプリング３４０を有して構成されている。固定環３００Ａは、鉛直方向に垂直な環状の端面３００Ｃを有し、攪拌容器１００における貫通孔１００Ａの周縁部に固定されている。回転環３１０は、攪拌軸２００に固定され、この攪拌軸２００と一体に回転する。摺動環３２０は、回転環３１０に対して鉛直方向に変位可能に外嵌され、この回転環３１０と一体に回転するとともに、固定環３００Ａの端面３００Ｃに環状の摺接面３２０Ｂを沿わせて摺動する。スプリング３４０は、回転環３１０と摺動環３２０との間に複数設けられており、摺動環３２０に対して鉛直方向下向きに弾性付勢力を付与し、この摺動環３２０の摺接面３２０Ｂを固定環３００Ａの端面３００Ｃに圧接させる働きをもつ。固定環３００Ａ、回転環３１０、摺動環３２０、および攪拌軸２００は、貫通孔１００Ａに連通する空隙部Ｓ１を形成している。空隙部Ｓ１は、貫通孔１００Ａと攪拌軸２００との間を通じて攪拌容器１００の内部に連通している。

従来の攪拌装置Ｘにおいて、攪拌容器１００の内部に異種の液体あるいは液体と固体粉末といった攪拌すべき原材料を供給し、攪拌軸２００を回転させて液状の原材料を攪拌する際、空隙部Ｓ１には、貫通孔１００Ａと攪拌軸２００との間を通じて攪拌中の原材料が侵入する。端面３００Ｃと摺接面３２０Ｂとは、相対的に回転しながら互いに圧接した状態で摺動することにより、空隙部Ｓ１は、メカニカルシール３００の外部と隔てられるが、これら端面３００Ｃと摺接面３２０Ｂとのわずかな隙間には、空隙部Ｓ１に侵入した原材料の飛沫や蒸発成分が入り込む可能性がある。また、端面３００Ｃおよび摺接面３２０Ｂには、わずかながらも摩耗によるパーティクルが付着しているおそれがある。そのため、端面３００Ｃおよび摺接面３２０Ｂについては、滅菌を行う必要がある。滅菌は、たとえば高温の蒸気を攪拌容器１００の内部に充填し、この蒸気を空隙部Ｓ１に導いて端面３００Ｃおよび摺接面３２０Ｂを内側から加熱することにより行われる。

特開２００８−７５７８７号公報

しかしながら、上記従来の攪拌装置Ｘでは、端面３００Ｃから外方に延びる固定環３００Ａの外縁部や摺接面３２０Ｂに連続する摺動環３２０の外周面一部が外気にさらされた状態にある。そのため、空隙部Ｓ１に蒸気を導入して内側から加熱する方式の滅菌では、端面３００Ｃおよび摺接面３２０Ｂを所望とする滅菌温度まで昇温させることができず、あるいは滅菌温度に達するとしても比較的長い加熱時間を要することがあり、端面３００Ｃおよび摺接面３２０Ｂを適切かつ迅速に滅菌することができないおそれがあった。

本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、軸封機構の滅菌を適切かつ迅速に行うことができる攪拌装置を提供することをその課題としている。

上記課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。

本発明により提供される攪拌装置は、貫通孔を有する攪拌容器と、上記貫通孔に挿通されて軸周りに回転する攪拌軸と、上記貫通孔と上記攪拌軸との間を封止する軸封機構と、を備えた攪拌装置であって、上記軸封機構の外側には、加圧可能な空間部が設けられており、上記空間部は、上記軸封機構全体を覆って開口を有するケースと、このケースに対して上記開口を閉塞可能に支持されるカバーとにより構成され、上記カバーは、上記空間部に圧力媒体を導くための管用接続孔を周面一部に有して形成されており、上記ケースは、上記開口を周面一部に有して円筒状に形成されているとともに、上記攪拌容器における上記貫通孔の周縁部に固定され、上記攪拌軸を回転可能に支持する一方、上記カバーは、円筒状に形成されており、上記ケースに対して上記攪拌軸の軸線方向に変位可能に外嵌されていることを特徴としている。

好ましい実施の形態においては、上記ケースと上記カバーとの間には、環状の密封用部材が複数設けられており、上記管用接続孔は、上記カバーが上記開口を閉塞した状態において上記複数の密封用部材の間に位置する。

好ましい実施の形態においては、上記ケースには、ドレン孔が設けられている。

好ましい実施の形態においては、上記軸封機構は、上記攪拌容器における上記貫通孔の周縁部に固定される固定環と、上記攪拌軸と一体に回転する回転環と、上記回転環に対して上記攪拌軸の軸線方向に変位可能に支持され、上記固定環に対して摺接可能な摺動環と、上記摺動環を上記固定環に対して近接する方向に弾性的に付勢する弾性部材と、を有したメカニカルシールである。

好ましい実施の形態においては、上記軸封機構の滅菌時、上記攪拌容器の内部に蒸気が供給されるとともに、上記空間部に対して外部から蒸気が供給されるように構成されている。

このような構成では、軸封機構の滅菌時、攪拌容器の内部に蒸気を充填し、その蒸気を貫通孔と攪拌軸との隙間を通じて軸封機構の内側部分に導く一方、軸封機構の外側に形成された空間部にも外部から蒸気を供給することができる。これにより、本発明に係る攪拌装置によれば、軸封機構を内側だけでなく外側からも蒸気によって所望とする滅菌温度まで加熱することができ、軸封機構の滅菌を適切かつ迅速に行うことができる。

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。

本発明に係る攪拌装置の一実施形態を示す外観斜視図である。 図１に示す攪拌装置の要部断面図である。 図１に示す攪拌装置においてメカニカルシールを滅菌する際の状態を示す要部断面図である。 図１に示す攪拌装置においてメカニカルシールのメンテナンスを行う際の状態を示す要部断面図である。 従来の攪拌装置の一例を示す断面図である。

以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。

図１〜４は、本発明に係る攪拌装置の一実施形態を示している。本実施形態の攪拌装置Ａは、たとえば食品、医薬品、化粧品などの原材料を混合攪拌するためのものである。原材料は、たとえば異なる種類の液体と液体、あるいは粉体と液体といった組合せからなる。図１に示すように、攪拌装置Ａは、攪拌容器１、攪拌軸２、軸封機構としてのメカニカルシール３、ケース４、カバー５、および駆動機構６を備えている。

図１に示すように、攪拌容器１は、容器本体１０および上蓋１１からなる。容器本体１０の内部には、図示しない供給管により原材料が供給される。容器本体１０の上部は、上蓋１１により密閉される。図２に示すように、上蓋１１には、攪拌軸２を鉛直方向（同図における上下方向）に貫通させるための貫通孔１１Ａが設けられている。貫通孔１１Ａの周縁部には、メカニカルシール３を固定するための環状プレート１２が複数のボルトＢ１およびＯリングＲ１を介して固定されている。図２では、便宜上、１つのボルトＢ１のみを図示している。環状プレート１２は、貫通孔１１Ａに重なる孔１２Ａを有し、この孔１２Ａに攪拌軸２が鉛直方向に挿通される。孔１２Ａの内周面と攪拌軸２の外周面との間には、隙間ｇが形成される。環状プレート１２には、外部に通じるドレン孔１２Ｂが設けられている。ドレン孔１２Ｂは、原材料の攪拌時に閉状態とされる一方、後述するメカニカルシール３の滅菌終了後に開状態とされる。

図２に示すように、攪拌軸２は、貫通孔１１Ａおよび孔１２Ａに挿通されて鉛直方向の軸周りに回転可能である。攪拌軸２の下端部には、容器本体１０の内部において原材料を攪拌するための回転羽根が設けられている（図示略）。攪拌軸２の上端部は、上蓋１１の上方に突出している。

図２に示すように、メカニカルシール３は、貫通孔１１Ａと攪拌軸２との間に繋がる隙間ｇを封止するように構成されている。メカニカルシール３は、固定環３０、回転環３１、摺動環３２、ドライブカラー３３、および弾性部材としての複数のスプリング３４を有する。固定環３０、回転環３１、摺動環３２、および攪拌軸２は、環状の空隙部Ｓ１を形成している。空隙部Ｓ１は、隙間ｇを介して攪拌容器１の内部に連通している。

固定環３０は、外環部材３０ａと内環部材３０ｂとからなる。外環部材３０ａは、内環部材３０ｂに対して外嵌可能な環状の凹溝（符号略）を有する。内環部材３０ｂは、外環部材３０ａの凹溝に対応した環状の凸部（符号略）を有する。上記凹溝と凸部との間には、２つのＯリングＲ２が挟み込まれる。外環部材３０ａは、ＯリングＲ２を鉛直方向に圧縮変形しながら上記凹溝によって上記凸部を挟持するように、複数のボルトＢ２を介して環状プレート１２の上部に固定されている。これにより、外環部材３０ａおよび内環部材３０ｂは、ＯリングＲ２により気密封止されつつ一体となって環状プレート１２に固定される。内環部材３０ｂは、鉛直方向に対して垂直な環状の端面３０Ａを有する。なお、固定環は、１ピース構造のものであってもよい。

回転環３１は、攪拌軸２の軸径と略等しい内径をもち、この攪拌軸２に対して外嵌され、セットスクリューＰ１およびＯリングＲ３を介して攪拌軸２の外周面に固定されている。これにより、回転環３１は、ＯリングＲ３により気密封止されつつ攪拌軸２と一体になっている。回転環３１は、上側の大径部３１ａと下側の小径部３１ｂとを有する。大径部３１ａには、攪拌軸２の軸線方向（鉛直方向）に対して垂直にセットスクリューＰ１をねじ込むためのネジ孔３１Ａが設けられているとともに、鉛直方向に沿ってドライブピンＰ２を変位可能に保持するためのピン孔３１Ｂが設けられている。また、図示省略するが、大径部３１ａには、複数のスプリング３４を鉛直方向に沿って伸縮可能に保持するための凹入穴が設けられている。このような回転環３１は、固定環３０の端面３０Ａより上方に配置されており、この攪拌軸２と一体に回転する。

摺動環３２は、回転環３１における小径部３１ｂの外径と略等しい内径をもち、この小径部３１ｂに対して鉛直方向に変位可能とされ、ドライブピンＰ２およびＯリングＲ４を介して小径部３１ｂの外周面に外嵌されている。これにより、摺動環３２は、ＯリングＲ４により気密封止されつつ回転環３１と一体になっている。摺動環３２は、端面３０Ａに対向しつつこれに沿って摺動可能な環状の摺接面３２Ａを有する。摺接面３２Ａは、回転環３１の下端面よりも下方に配置される。これにより、空隙部Ｓ１は、環状プレート１２の上面一部、固定環３０（内環部材３０ｂ）の内周面、回転環３１の下端面、摺動環３２の内周面一部、および攪拌軸２の外周面一部によって囲われた空間をなす。

ドライブカラー３３は、筒状のケースであり、小径部３１ｂに対して鉛直方向に変位可能に外嵌されるとともに、摺動環３２の上端部から外周面一部を覆い、ストッパボルトＢ３を介して摺動環３２に対して相対回転不能に設けられている。ドライブカラー３３には、ドライブピンＰ２の先端部が締結固定される。これにより、回転環３１の回転に伴い、ドライブカラー３３および摺動環３２が一体に回転する。

スプリング３４は、大径部３１ａの凹入穴とドライブカラー３３との間に自然長より圧縮した状態で嵌装されている。これにより、スプリング３４は、ドライブカラー３３および摺動環３２に対して鉛直方向下向きの弾性付勢力を付与する。その結果、摺接面３２Ｂは、端面３０Ａに対して常に圧接させられた状態にある。なお、図２では、便宜上、１つのスプリング３４のみを図示している。

ケース４は、円筒状を呈しており、図２に示すように、メカニカルシール３全体を覆いつつ、環状プレート１２の周縁部に対して図示しないボルトおよびＯリングＲ５を介して固定されている。ケース４の外周面には、メカニカルシール３の点検や調整を行うことができるように開口４Ａが設けられている。ケース４の内部には、空隙部Ｓ１とは隔離された空間部Ｓ２が形成される。このような空間部Ｓ２に対し、固定環３０の端面３０Ａに連続する外表面や摺動環３２の外周面一部は、露出している。ケース４の下端部には、空間部Ｓ２から外部に通じるドレン孔４Ｂが設けられている。ドレン孔４Ｂは、原材料の攪拌時に閉状態とされる一方、後述するメカニカルシール３の滅菌終了後に開状態とされる。ケース４の上端側における円筒中心部には、ベアリング２０が内挿されており、このベアリング２０を介して回転可能に攪拌軸２の上端部が支持されている。図１に示すように、ケース４の上部には、駆動機構６が搭載されている。攪拌軸２の上端部は、駆動機構６に設けられた減速器６０を介して駆動モータ６１に連結されている。この駆動モータ６１の作動に伴い、攪拌軸２は、鉛直方向の軸周りに回転する。

図２に示すように、カバー５は、ケース４の外径と略等しい内径をもつ円筒状の部材であり、ケース４に対して鉛直方向に変位可能に外嵌され、ボルトＢ４および２個のＯリングＲ６を介してケース４の外周面に固定されている。２個のＯリングＲ６は、ケース４の開口４Ａに対して上下両側に位置する。これにより、開口４Ａは、カバー５によって密閉される。カバー５の周面一部には、開口４Ａを通じて空間部Ｓ２に連通し、蒸気などの圧力媒体を空間部Ｓ２に供給する図示しない供給管を接続するための管用接続孔５Ａが設けられている。管用接続孔５Ａは、鉛直方向において２個のＯリングＲ６の間に位置し、開口４Ａと対向するように配置される。なお、図２に示すように、カバー５の内周面とケース４の外周面との間に環状の隙間（符号略）が設けられる場合、この隙間を介して開口４Ａと管用接続孔５Ａとが連通するため、管用接続孔５Ａは、開口４Ａと対向しない位置に配置されていてもよい。

次に、上記攪拌装置Ａの動作について説明する。

原材料を攪拌する場合、攪拌容器１の内部に原材料が供給され、攪拌軸２が回転させられる。その際、図２に示すように、摺接面３２Ａは、スプリング３４の弾性付勢力により端面３０Ａに対して圧接させられ、この端面３０Ａに沿って摺動する。これにより、端面３０Ａおよび摺接面３２Ｂ間が封止され、空隙部Ｓ１は、空間部Ｓ２や外部に対して隔離された空間となる。したがって、貫通孔１１Ａ付近の攪拌軸２周りには、空隙部Ｓ１より外側の空間部Ｓ２や外部に原材料が漏れることがなく、原材料の漏れが十分防止される。

このとき、ドレン孔１２Ｂが閉状態とされた空隙部Ｓ１には、攪拌軸２と孔１２Ａとの隙間ｇから攪拌中の原材料の一部が飛沫や蒸発成分となって侵入し、さらにその原材料の一部が端面３０Ａと摺接面３２Ｂとのわずかな隙間に入り込む可能性がある。また、端面３０Ａおよび摺接面３２Ｂには、わずかながらも摩耗によるパーティクルが付着しているおそれがある。そのため、端面３０Ａおよび摺接面３２Ｂについては、定期的に滅菌が行われる。滅菌は、次のようにして行われる。

滅菌は、攪拌容器１の内部に１００℃以上の蒸気を供給するとともに、管用接続孔５Ａに供給管を接続して空間部Ｓ２にも蒸気を供給することにより行う。このとき、ドレン孔１２Ｂ，４Ｂは、閉状態とされている。これにより、図３に示すように、空隙部Ｓ１には、隙間ｇを通じて高圧・高温の蒸気が充填されるとともに、空間部Ｓ２にも、高圧・高温の蒸気が充填される。

空隙部Ｓ１に充填された蒸気は、この空隙部Ｓ１を形成する環状プレート１２の上面一部、固定環３０（内環部材３０ｂ）の内周面、回転環３１の下端面、摺動環３２の内周面一部、および攪拌軸２の外周面一部に触れ、固定環３０および摺動環３２を内側から加熱する。

一方、空間部Ｓ２に充填された蒸気は、固定環３０、回転環３１、およびドライブカラー３３の外表面、ならびに摺動環３２の外周面一部に触れ、固定環３０および摺動環３２を外側から加熱する。

互いに圧接した状態にある端面３０Ａおよび摺接面３２Ａは、蒸気に対して直接さらされないものの、空隙部Ｓ１および空間部Ｓ２といった内外両側の蒸気によって均等に加熱される。これにより、端面３０Ａおよび摺接面３２Ａは、所望とする滅菌温度まで速やかに温度上昇させられて滅菌される。滅菌温度は、たとえば飽和水蒸気圧が２気圧で略１２１℃となる。なお、このような蒸気を用いた滅菌時に攪拌軸２を回転させてもよい。そうした場合、相対的に回転しながら摺動する端面３０Ａと摺接面３２Ａとの間に蒸気が侵入しやすくなり、これら端面３０Ａおよび摺接面３２Ａの加熱を促進して滅菌をより速やかに行うことができる。

上記のようにしてメカニカルシール３の滅菌を終了すると、空隙部Ｓ１および空間部Ｓ２への蒸気の供給が停止させられ、空隙部Ｓ１および空間部Ｓ２は、大気圧まで減圧されるとともに冷却される。

そして、空隙部Ｓ１および空間部Ｓ２における蒸気は、復水作用により水となって空隙部Ｓ１および空間部Ｓ２に溜まる。このような空隙部Ｓ１および空間部Ｓ２に溜まった水は、ドレン孔１２Ｂ，４Ｂを開状態とすることにより、これらのドレン孔１２Ｂ，４Ｂを通じて外部に排出される。

一方、メカニカルシール３の点検や調整を行う場合、図４に示すように、ボルトＢ４（同図において図示略）を介したケース４およびカバー５の固定状態を解除することにより、ケース４に対してカバー５を上方に移動させ、開口４Ａを外部に露出した状態とすることができる。これにより、作業者は、開口４Ａを通してメカニカルシール３の点検や調整を行うことができる。

したがって、本実施形態の攪拌装置Ａによれば、攪拌容器１の内部に蒸気を供給しつつ空隙部Ｓ１に蒸気を充填するとともに、空間部Ｓ２にも蒸気を充填することができるので、端面３０Ａおよび摺接面３２Ａを内外両側の蒸気によって所望とする滅菌温度まで速やかに加熱し、端面３０Ａおよび摺接面３２Ａの滅菌を適切かつ迅速に行うことができる。

なお、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではない。

上記実施形態で示した構成は、あくまでも一例にすぎず、各請求項に記載した事項の範囲内における各部の変更は、すべて本発明の範囲に含まれる。

貫通孔と攪拌軸との間を封止するための軸封機構は、上記実施形態で示したメカニカルシールに限らず、たとえばオイルシール、ラビリンスシール、あるいはグランドパッキンを適用してもよい。

Ａ 攪拌装置
Ｒ１〜Ｒ６ Ｏリング（環状の密封用部材）
Ｓ１ 空隙部
Ｓ２ 空間部
１ 攪拌容器
１１Ａ 貫通孔
２ 攪拌軸
３ メカニカルシール（軸封機構）
３０ 固定環
３０Ａ 端面
３１ 回転環
３２ 摺動環
３２Ａ 摺接面
３４ スプリング（弾性部材）
Ｓ２ 空間部
４ ケース
４Ａ 開口
４Ｂ ドレン孔
５ カバー
５Ａ 管用接続孔

Claims (5)

1. 貫通孔を有する攪拌容器と、
   上記貫通孔に挿通されて軸周りに回転する攪拌軸と、
   上記貫通孔と上記攪拌軸との間を封止する軸封機構と、を備えた攪拌装置であって、
   上記軸封機構の外側には、加圧可能な空間部が設けられており、
   上記空間部は、上記軸封機構全体を覆って開口を有するケースと、このケースに対して上記開口を閉塞可能に支持されるカバーとにより構成され、
   上記カバーは、上記空間部に圧力媒体を導くための管用接続孔を周面一部に有して形成されており、
   上記ケースは、上記開口を周面一部に有して円筒状に形成されているとともに、上記攪拌容器における上記貫通孔の周縁部に固定され、上記攪拌軸を回転可能に支持する一方、上記カバーは、円筒状に形成されており、上記ケースに対して上記攪拌軸の軸線方向に変位可能に外嵌されていることを特徴とする、攪拌装置。
2. 上記ケースと上記カバーとの間には、環状の密封用部材が複数設けられており、上記管用接続孔は、上記カバーが上記開口を閉塞した状態において上記複数の密封用部材の間に位置する、請求項１に記載の攪拌装置。
3. 上記ケースには、ドレン孔が設けられている、請求項１または２に記載の攪拌装置。
4. 上記軸封機構は、
   上記攪拌容器における上記貫通孔の周縁部に固定される固定環と、
   上記攪拌軸と一体に回転する回転環と、
   上記回転環に対して上記攪拌軸の軸線方向に変位可能に支持され、上記固定環に対して摺接可能な摺動環と、
   上記摺動環を上記固定環に対して近接する方向に弾性的に付勢する弾性部材と、を有したメカニカルシールである、請求項１ないし３のいずれかに記載の攪拌装置。
5. 上記軸封機構の滅菌時、上記攪拌容器の内部に蒸気が供給されるとともに、上記空間部に対して外部から蒸気が供給されるように構成されている、請求項１ないし４のいずれかに記載の攪拌装置。

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