JP5931597B2 - 撹拌装置 - Google Patents

Description

本発明は、主に医薬、化学分野の生産プロセスにおいて、液又はスラリーの混合、溶解、晶析、濃縮、スラリー懸濁及び気液接触等の撹拌処理に利用される撹拌装置に関するものであり、特に、撹拌軸にいわゆる首振り運動（味噌擂り運動、擂り粉木運動又は歳差運動とも称される）を行わせる撹拌装置に関するものである。

撹拌装置には、撹拌軸にいわゆる首振り運動を行わせることによって容器内の物質を撹拌するタイプのものがある（例えば、特許文献１及び２参照）。このタイプの撹拌装置においては、撹拌軸を積極的に自転させないので、精緻に構成された軸封装置が不要になる。以下、説明の便宜上、このタイプの撹拌装置を、自転する撹拌軸と軸封装置との間での摺動を無くし得るという利点に照らして、「無摺動型撹拌装置」と称する。

特許文献１に示すように、従来の無摺動型撹拌装置は、容器の概略中心線上に形成されて撹拌軸が挿通される軸挿通口と、一端部において容器に固定されて他端部において撹拌軸に固定される撓み保持部とを備える。撹拌軸の軸線は容器の中心線に対して傾斜している。撹拌軸の容器内方の端部には撹拌翼が設けられ、撹拌軸の容器外方の端部にはアクチュエータが連結される。

アクチュエータが動作すると、撹拌軸の容器外方の端部が、容器の中心線に直交する平面上で円周を描くようにして円運動を行う。当該円運動が行われると、撹拌軸は、軸線方向中間部を支点とする首振り運動を行う。つまり、撹拌軸は、当該支点を頂点として自身の軸線を母線とする円錐の側面をなでるようにして運動する。撹拌翼は、撹拌軸のこの運動に追従して容器内で回され、それにより容器内の物質が撹拌される。撓み保持部は、撹拌軸の首振り運動に応じて撓み変形可能になっている。これにより、撹拌軸の首振り運動が許容される。従来の無摺動型撹拌装置においては、撓み保持部に、両端を開放したベローズが適用される場合が多く、撹拌軸は当該ベローズに挿通される。

特許文献２に示すように、無摺動型撹拌装置が球面軸受を備えている場合がある。球面軸受の軸受中心は、容器の中心線と撹拌軸の軸線との交点に一致するように配置される。このように球面軸受を設けると、首振り運動の支点が軸受中心からズレにくくなり、撹拌軸の挙動が安定する。

実開昭６０−１１５５３２号公報 特開昭４８−２７３５７号公報

特許文献１の無摺動型撹拌装置のように、球面軸受を設けていなければ、首振り運動の支点の位置が安定しない。また、支点の位置が容器内部であるため、容器内に軸の接触による摩耗粉が混入する、腐食性雰囲気に耐えることが出来ない、容器内の圧力を封入する手段としてベロー、ダイヤフラムでは機械強度的に寿命が短いなどの問題点がある。

また、特許文献２の無摺動型撹拌装置においては、球面軸受が容器外側に配置されているが、撹拌軸のうち撓み保持部に固定される部分と離れている。このため、当該固定部分
が顕著な円運動を行い、容器の中心線に直交する平面上で大きな円周を描く。さらに、撓み保持部の上部が水平円運動をしていることから、撹拌軸と撓み保持部が一体ではなく当該固定部分にはジョイントが必要であると考えられ、すると、撓み保持部と軸の接点において、容器内を密封するために更にシール部材が必要となると考えられる。そして、撓み保持部は、この円運動を許容するために大きく撓まなくてはならない。したがって、撹拌装置が、撓み保持部を配置している箇所において大型のベローズが必要となり、耐圧、耐久性の面で安定的に運転することは困難であった。

そこで本発明は、軸受で支持された撹拌軸にいわゆる首振り運動を行わせるにあたり、撹拌装置の大型化を抑制し、撓み保持部の寿命を長くすることを目的としている。

本発明は上記目的を達成すべくなされたものであり、軸挿通口を有する容器本体と、前記軸挿通口に挿通される撹拌軸と、前記撹拌軸を支持する軸受部と、前記撹拌軸に前記軸受部の軸受中心を支点とした首振り運動を行わせるための駆動装置と、前記撹拌軸が挿通される中空空間を有し、一端部において前記容器本体に固定されて他端部において前記撹拌軸に固定され、前記首振り運動に応じて撓み変形可能な撓み保持部と、を備え、前記軸受部の前記軸受中心から前記撓み保持部の前記他端部に至るまでの前記撹拌軸の距離が、前記軸受部の前記軸受中心から前記駆動装置に至るまでの前記撹拌軸の距離よりも短い。

前記構成によれば、撓み保持部の他端部は撹拌軸の首振り運動に追従して撓み変形することを求められるところ、撹拌軸の軸受中心から撓み保持部の他端部に至るまでの撹拌軸の距離が、駆動装置に至るまでの距離よりも短くなっている。このため、撹拌軸の円運動が、撓み保持部に固定されている部分において小さくなる。したがって、撹拌軸が首振り運動を行っている間、撓み保持部の撓み変形量を小さくすることができるし、撓み保持部に作用する繰返し荷重を小さくすることができる。したがって、撓み保持部を配置した箇所をコンパクトにすることができ、また、撓み保持部の寿命を長くすることができる。

前記撹拌軸が、径方向に突出して前記撓み保持部の前記他端部に結合されるフランジを有し、前記撓み保持部の前記中空空間が、前記一端部において前記容器本体の内部空間と連通し且つ前記他端部において前記フランジにより密閉され、前記軸受部の前記軸受中心と前記撓み保持部の前記他端部が形成する面との距離が前記撓み保持部の内径の長さ以下となるように前記軸受部が設置されていてもよい。

前記構成によれば、軸受け部と撓み保持部端部との距離が撓み保持部の内径以下となっているので、撓み保持部の撓み変形量を好適に小さくできる。

前記軸受部の前記軸受中心と前記撓み保持部の中心との距離が前記撓み保持部の内径の長さ以下となるように前記軸受部が設置されていてもよい。

前記構成によれば、首振り運動の支点となる軸受中心が撓み保持部の中心の近くに配置されるので、撓み保持部全体の歪みを抑えることができ、撓み保持部の耐久性を向上させることができる。

前記軸受部の少なくとも一部が、前記フランジと重なるようにして又は接するようにして配置されていてもよい。

前記構成によれば、軸受部が、撓み保持部の中空空間を他端部において閉塞するフランジと重なるようにして又は接するようにして配置されているので、軸受中心を撓み保持部の他端部に好適に近づけることができる。よって、撓み保持部の撓み変形量を好適に小さくすることができる。

前記撓み保持部が、前記他端部において前記中空空間を開放する他端開口を有し、前記撹拌軸が、径方向に突出して前記撓み保持部の前記他端部に結合されるフランジを有し、前記フランジが、前記他端開口を通って前記中空空間内に入り込む凹部を有し、前記軸受部の少なくとも一部が、前記凹部に収容されてもよい。

前記構成によれば、他端開口がフランジにより閉塞される。軸受部は、フランジから見て撓み保持部の一端部と反対側に配置されることになるので、軸受部で発生する塵芥や軸受部に供給される潤滑剤が容器内の物質に混入するのを防ぐことができる。そして、撓み保持部の他端部が軸受中心と重なった状態で配置されると、撓み保持部の他端部の円運動が最も小さくなるので、できる限り軸受中心と撓み保持部の他端部を近づけることにより、撓み保持部の円周方向、垂直方向の変形を好適に小さくすることができる。前記構成によれば、軸受部の少なくとも一部が、中空空間内に入り込んだ凹部に収容されるので、軸受部が側断面視で撓み保持部の他側部と重なりやすくなる。したがって、軸受中心を撓み保持部の他側部に近接させることができるとともに、撓み保持部及び軸受部が、全体として撹拌軸の軸線方向にコンパクトになる。

前記駆動装置が、アクチュエータと、前記アクチュエータにより回転駆動される回転部材とを有し、前記回転部材が、前記撹拌軸の端部を嵌め込む軸固定孔を有し、前記軸固定孔の中心軸線が前記回転部材の回転軸線に対して傾斜し、且つ、前記軸固定孔の前記中心軸線と前記回転部材の前記回転軸線とが前記軸受中心を通過してもよい。

前記構成によれば、軸固定孔の中心軸線が撹拌軸の軸線と一致する。これにより、撹拌軸を回転部材に嵌め込めば、撹拌軸の首振り運動を実現することができる。

前記軸挿通口が前記容器本体の上部に形成され、前記撓み保持部の前記一端部は前記撓み保持部の下端部であり、前記撓み保持部の前記他端部は前記撓み保持部の上端部であり、前記撓み保持部の前記下端部が、前記軸挿通口が前記中空空間と連通するようにして前記容器本体の上部に外側から接続され、前記撹拌軸が、前記軸受部から前記中空空間及び前記軸挿通口を順に通過して前記容器本体の内部に至る下部と、前記軸受部から略上方に延びて前記駆動装置に連結される上部とを有し、前記駆動装置が動作すると、前記下部が前記軸受中心を支点にした首振り運動を行ってもよい。

前記構成によれば、撓み保持部及び軸受部が軸挿通口よりも上に配置され且つ容器本体の外に配置される。したがって、撓み保持部及び軸受部を容易に組み付けることができる。また、軸受中心から撹拌軸の下端部までの距離を長くすることができ、撹拌軸の下端部の円運動の半径を簡単に大きくすることができる。

前記撓み保持部が、弾性体からなり前記中空空間を形成する筒状部を有していてもよい。

前記構成によれば、中空空間を形成する筒状部が弾性体からなるので、撓み保持部が、撹拌軸の首振り運動に良好に追従して良好に撓み変形可能になる。

前記筒状部が、部分的に径方向に膨出した１〜３段の膨出部を有していてもよい。

前記構成によれば、膨出部を有しているので、撓み保持部の撓み変形可能量を大きくすることができる。なお、筒状部が弾性体であるし、撓み保持部の撓み変形量を上記のとおり小さくすることができるので、たった１〜３段の膨出部によっても撹拌軸の首振り運動に追従した撓み保持部の変形を実現することができる。

前記軸受部の前記軸受中心が、前記膨出部の最上端と最下端との間の高さ範囲に配置されていてもよい。

前記構成によれば、首振り運動の支点となる軸受中心が、変形しやすい膨出部の近くに配置されて、膨出部の付け根の折れ曲がり部分における応力集中が緩和され、撓み保持部の全体で動きを吸収しやすくなる。これにより撓み保持部の耐久性が向上する。

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、軸受で支持された撹拌軸にいわゆる首振り運動を行わせるにあたり、撹拌装置の大型化を抑制し、撓み保持部の寿命を長くすることができる。

本発明の第１実施形態に係る撹拌装置の側断面図である。 図１に示す撹拌装置の一部側断面図である。 図２に示す撓み保持部及び軸受部を示す側断面図である。 変形例に係る撓み保持部及び軸受部を示す側断面図である。 本発明の第２実施形態に係る撹拌装置の一部側断面図である。 本発明の第３実施形態に係る撹拌装置の撓み保持部及び軸受部を示す側断面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、全ての図を通じて同一又は相当する要素には同一の符号を付し、重複する詳細な説明を省略する。

図１は、本発明の第１実施形態に係る撹拌装置１の側断面図である。図１に示す撹拌装置１は、主に医薬、化学分野の生産プロセスにおいて、液又はスラリーの混合、溶解、晶析、濃縮、スラリー懸濁及び気液接触等の撹拌処理に用いられる。撹拌装置１の容器本体２は、概略円筒状に形成されており、容器本体２の軸線Ａは、上下方向に向けられている。容器本体２は、鏡状又は皿状の上壁３及び底壁４を有している。上壁３には、容器本体２の内部空間５内への原料投入、明かり窓、マンホール等のノズル６と、撹拌軸１０が挿通される軸挿通口７とが設けられている。底壁４には、撹拌軸１０を用いた撹拌によって得られた製品を内部空間５から排出するための排出口８が形成されている。なお、容器本体２の外面には外套９が接合されており、外套９の内面と容器本体２の外面との間に冷熱媒体を流通させることによって内部空間５の温度を管理可能になっている。

軸挿通口７は、平面視で略円形状に形成されており、軸挿通口７の中心線は、容器本体２の軸線Ａと一致している。軸挿通口７よりも上にはハウジング１１が設けられている。ハウジング１１は、容器本体２に固定され、概略筒状の外観を有し、撹拌軸１０のうち軸挿通口７を通って上に突出した部分を収容する。ハウジング１１の軸線は、容器本体２の軸線Ａと一致している。

ハウジング１１には、撹拌軸１０を支持する軸受部１２も収容されている。撹拌軸１０の軸線Ｂは、軸受部１２の軸受中心Ｃにおいて容器本体２の軸線Ａと交差し、容器本体２の軸線Ａに対して傾斜している。以下の説明では、撹拌軸１０のうち軸受中心Ｃよりも上方の部分を「上部１０ａ」、軸受中心Ｃよりも下方の部分を「下部１０ｂ」と称する。

ハウジング１１の上面には駆動装置１３が取り付けられている。駆動装置１３は、電気モータ等のアクチュエータ１４と、ハウジング１１の内上部で回転可能な回転部材１５とを有している。回転部材１５は、出力軸１５ａと、出力軸１５ａから半径方向に突出する突出部１５ｂとを有し、突出部１５ｂの下面側に撹拌軸１０の上端部が固定されている。本実施形態では、出力軸１５ａの軸線は、回転部材１５の回転軸線となるが、容器本体２の軸線Ａと一致している。ただし、回転部材１５の回転軸線は、容器本体２の軸線Ａと一致していなくてもよく、例えば、撹拌軸１０は、容器本体２の軸線Ａから偏心した開口（例えばノズル６）に挿通されていてもよい。

アクチュエータ１４が動作すると、回転部材１５が出力軸１５ａの軸線周りに回転駆動され、突出部１５ｂが周回する。これにより、撹拌軸１０の上端部が、容器本体２の軸線Ａに直交する平面上で当該軸線Ａを中心とした円周を描くように円運動を行う。すると、撹拌軸１０の上部１０ａ及び下部１０ｂは、軸受部１２の軸受中心Ｃを支点としていわゆる首振り運動を行う。すなわち、撹拌軸１０の上部１０ａが、軸受部１２の軸受中心Ｃを頂点として撹拌軸１０の軸線Ｂを母線とする逆円錐の側面を撫でるように運動し、撹拌軸１０の下部１０ｂも、軸受部１２の軸受中心Ｃを頂点として撹拌軸１０の軸線Ｂを母線とする円錐の側面を撫でるように運動する。なお、下部１０ｂにより仮想的に描かれる円錐
は、上部１０ａにより仮想的に描かれる逆円錐と相似である。

撹拌軸１０の下端部には撹拌翼１６が設けられており、撹拌翼１６は内部空間５に収容されている。撹拌軸１０が首振り運動を行うと、撹拌翼１６がこの首振り運動に追従して運動し、内部空間５内の物質が撹拌される。なお、撹拌翼１６は、パドル翼であっても軸をオーバル型にしたものでも良い。特に限定はしないが、軸線Ｂ上の撹拌軸１０の下端位置が槽径の概ね１／２程度を首振り運動する様に配置され、メンテナンスを考えた上で、軸挿通口７より出し入れしやすいものであることが好ましい。

図１中、参照符号１７は撓み保持部である。撓み保持部１７は、撹拌軸１０が挿通される中空空間１８を有している。また、撓み保持部１７は、一端部（本実施形態では下端部）において容器本体２に固定され、他端部（本実施形態では上端部）において撹拌軸１０に固定される。そして、撓み保持部１７は、撹拌軸１０の首振り運動に応じて撓み変形可能である。これにより、撹拌軸１０の首振り運動を許容しながら、撹拌軸１０が容器本体２に良好に保持される。

図２は、図１に示す撹拌装置１の一部側断面図である。図２に示すように、ハウジング１１は、下部ハウジング２０と、下部ハウジング２０の上に重ねられた上部ハウジング３０とを有している。下部ハウジング２０は、上下方向に延びる支持材２１と、支持材２１の下端に設けられたベース２２と、支持材２１の上端に設けられたフランジ２３と、支持材２１の内側に規定される内部領域２４とを有している。ベース２２及びフランジ２３は、支持材２１の外側に突出している。上部ハウジング３０も、下部ハウジング２０と同様、支持材３１、フランジ３２、ベース３３及び内部領域３４を有している。なお、支持材２１，３１は、筒体で構成されていてもよいし、間隔をおいて配置された複数本の鋼材で構成されていてもよく、この鋼材には鋼製アングル材を適用してもよい。

本実施形態では、下部ハウジング２０のベース２２は、容器本体２の外面から上方に突出したマウント部２ａに締結される。上部ハウジング３０のフランジ３２は、下部ハウジング２０のフランジ２３の上に設置されて当該フランジ２３に締結される。駆動装置１３は、上部ハウジング３０のベース３３の上に設置されて当該ベース３３に支持される。上部ハウジング３０のフランジ３２は、下部ハウジング２０のフランジ２３と共に、下部ハウジング２０の内部領域２４と上部ハウジング３０の内部領域３４との間に介在する中間フランジ２９を構成している。

回転部材１５は、上部ハウジング３０のベース３３を貫通して設けられ、上部ハウジング３０の内部領域３４に入り込んでいる。軸受部１２は、上部ハウジング３０のフランジ３２（中間フランジ２９）に取り付けられる。撓み保持部１７は、下部ハウジング２０のベース２３を貫通して設けられ、下部ハウジング２０の内部領域２４に入り込んでいる。

撹拌軸１０は、上部ハウジング３０の内部領域３４から、軸受部１２、下部ハウジング２０の内部領域２４、撓み保持部１７の中空空間１８及び軸挿通口７を通過し、容器本体２の内部空間５に至っている。撹拌軸１０の上部１０ａは、軸受部１２から略上方に延びて回転部材１５の突出部１５ｂに嵌め込まれ、内部空間３４に収容される。撹拌軸１０の下部１０ｂは、軸受部１２から略下方に延び、内部空間２４、中空空間１８及び軸挿通口７を通過して内部空間５に至る。以下、図２及び図３を参照しながら、撓み保持部１７及び軸受部１２の構造及び配置について説明する。

図３は、撓み保持部１７及び軸受部１２の構造を示す断面図である。図３に示すように、撓み保持部１７は、弾性体からなる筒状部４１と、筒状部４１の一端部（本実施形態では下端部）に設けられた一端フランジ４２と、筒状部４１の他端部（本実施形態では上端
部）に設けられた他端フランジ４３とを有する。筒状部４１は、外側から表面層４４、中間層４５及び内面層４６を有し、これら３つの層４４〜４６が筒状部４１の板厚方向に密着している。表面層４４及び中間層４５は、例えばエチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）で製造されるが他のゴム材料でも良く、表面層４４の第３成分が中間層４５の第３成分と異なっていてもよい。ゴム材は、必ずしも２層である必要はなく、単層であってもよい。内面層４６は、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の様な耐薬品性に優れた材料で製造される。一端フランジ４２及び他端フランジ４３は、例えば一般構造用の圧延鋼材によって製造される。

筒状部４１は、略円筒状の基本形状を有し、両端が開放された中空空間１８を形成している。一端フランジ４２及び他端フランジ４３は、中心に円形穴４２ａ，４３ａを有した円盤状に形成され、筒状部４１の軸線方向に離れて配置されている。筒状部４１の下端部は、一端フランジ４２の円形穴４２ａを抜けてから一端フランジ４２の端面へと折り返され、当該端面に接している。筒状部４１の上端部も、他端フランジ４３の円形穴４３ａを抜けてから他端フランジ４３の端面に折り返され、当該端面に接している。このようにして筒状部４１は、一端部及び他端部に、径方向外周側に突出した一対の突出部４７，４８を有し、各突出部４７，４８は、対応するフランジ４２，４３の端面に接触している。一端側の突出部４７は、中空空間１８の一端（本実施形態では下端）を開放する円形の一端開口１８ａを規定しており、他端側の突出部４８は、中空空間１８の他端（本実施形態では上端）を開放する円形の他端開口１８ｂを規定している。本実施形態では、突出部４７，４８が表面層４４、中間層４５及び内面層４６の３層で構成されて内面層４６が外に露出しているが、突出部４７，４８を構成する層の数は適宜変更可能である。突出部４７，４８は、外に露出した層（本実施形態では内面層４６）の表面が対応するフランジ４２，４３の端面よりも外側に位置するようにして、対応するフランジ４２，４３に装着される。

筒状部４１は、軸線方向中間部において径方向に膨出した膨出部４９を有している。膨出部４９は、略Ｕ字状の断面を有している。本実施形態では、１段の膨出部４９が筒状部４１に設けられているが、２段又は３段の膨出部４９が筒状部４１の軸線方向に並ぶようにして設けられていてもよい。

図２に戻り、一端フランジ４２は、軸挿通口７の上端に上から設置される。軸挿通口７には取付フランジ５１が取り付けられており、一端フランジ４２は、突出部４７よりも径方向外周側で挿し通されるボルトを用いて取付フランジ５１に結合される。これにより、撓み保持部１７の一端部（本実施形態では下端部）が、容器本体２に対して固定される。

下部ハウジング２０のベース２２は、軸挿通口７の上端よりも上方に配置されている。撓み保持部１７は、軸挿通口７の上端から上方に延び、下部ハウジング２０のベース２２を貫通して下部ハウジング２０の内部領域２４に入り込んでいる。また、撓み保持部１７が上記のように固定されると、軸挿通口７が一端開口１８ａと繋がり、その結果、容器本体２の内部空間５が軸挿通口７及び一端開口１８ａを介して撓み保持部１７の中空空間１８に連通する。なお、ハウジング１１は、軸受部１２を取り付ける中間フランジ２９が容器本体２の外側に配置され且つ容器本体２に固定されていると共に、駆動装置１３を固定可能な構造物であればどのような形状であってもよいしどのような部品を組み合わせてもよい。

撹拌軸１０の下部１０ｂには、フランジ５４が溶接されている。フランジ５４は、下部ハウジング２０の内部領域２４に収容され、撹拌軸１０から径方向に突出する。フランジ５４は、その径方向外周部において、他端フランジ４３の端面に上から設置され、突出部４８よりも径方向外周側で挿し通されるボルトを用いて他端フランジ４３に結合される。
これにより、撓み保持部１７の他端部（本実施形態では上端部）は、フランジ５４を介し、撹拌軸１０を固定する。なお、参照符号５３は、撹拌軸１０が上下方向に分割可能に構成されている場合において分割された２つの部分を結合するための継手であり、撹拌軸１０が上端から下端まで一体である場合は継手５３を省略可能である（図４参照）。

一端フランジ４２が取付フランジ５１に結合されると、突出部４７がボルト締付トルクに応じて上下方向に圧迫される。これにより、軸挿通口７及び中空空間１８が容器本体２の外部から密封される。また、フランジ５４が他端フランジ４３に結合されると、突出部４８がボルト締付トルクに応じて上下方向に圧迫される。これにより、撓み保持部１７が容器本体２を密閉する。このように、フランジ５４は、突出部４８と協働して撓み保持部１７の他端開口１８ｂを閉塞し、これにより、撓み保持部１７の中空空間１８、ひいては容器本体２の内部空間５が密閉される。

図３に戻り、本実施形態に係る軸受部１２には滑り球面軸受が適用されている。軸受部１２は、撹拌軸１０上に設けられて球面を有したインナボール（内輪）６１と、凹球面を有して内輪６１を滑動可能に受容するアウタレース（外輪）６２と、外輪６２を保持するホルダ６３とを有する。ホルダ６３は、筒状に形成され、その中心線が容器本体２の軸線Ａと一致するように配置されている。なお、ホルダ６３の中心線は容器本体２の軸線Ａに対して偏心していてもよい。ホルダ６３の上端には、軸受け押え６４が設けられており、軸受け押え６４は、上部ハウジング３０のフランジ３２に上から設置されてフランジ３２に締結されている。これにより、ホルダ６３及びこれに収容される内輪６１及び外輪６２が、容器本体２に対して上下方向に位置ズレするのを抑えることができる。なお、内輪６１の球面の中心が軸受中心Ｃである。

このように、軸受部１２は、上部ハウジング３０のフランジ３２（中間フランジ２９）に取り付けられている。つまり、軸受部１２は、容器本体２の内部空間５から隔絶されたスペースに配置される。したがって、軸受部１２で発生する塵芥や軸受部１２に供給される潤滑剤が、容器本体２の内部空間５に入り込んで内部空間５内の物質に混入するのを好適に防ぐことができる。

本実施形態では、継手５３が、軸受部１２を構成する内輪６１よりも下側に配置され、撓み保持部１７の中空空間１８内に収容されている。フランジ５４は、その径方向内周部に、他端開口１８ｂを通って中空空間１８に入り込んだ凹部５７を有している。

一方、ホルダ６３は、下部ハウジング２０の内部領域２４に入り込んでいる。更に、ホルダ６３は、フランジ５４の凹部５７内にも入り込んでいる。外輪６２は、このようなホルダ６３の内底部に保持され、内輪６１は当該外輪６２に受容される。したがって、軸受部１２の下部が、撓み保持部１７の他端フランジ４３と側断面視で重なるように配置され（図２参照）、これにより、軸受部１２の軸受中心Ｃが他端フランジ４３に近接し、軸受中心Ｃから他端フランジ４３に至るまでの撹拌軸１０の軸線方向の距離が、軸受中心Ｃから回転部材１５に至るまでの撹拌軸１０の軸線方向の距離よりも短くなっている。

図２に戻り、回転部材１５が回転駆動されると、軸受部１２の軸受中心Ｃが、撹拌軸１０の下部１０ｂの首振り運動の支点となる。このとき、撹拌軸１０の下部１０ｂは、容器本体２の軸線Ａに直交する平面（図２では、紙面左右方向に延びる直線で表すことができる）上で当該軸線Ａを中心とする円周を描くようにして円運動を行う。

撓み保持部１７の他端側は、撹拌軸１０に固定されているので、容器本体２に固定される一端部と比べて、撹拌軸１０の首振り運動に追従して大きく撓み変形することを求められる。一方、本実施形態においては、軸受中心Ｃが他端フランジ４３と近接し、軸受中心
Ｃから他端フランジ４３に至るまでの撹拌軸１０の距離が相対的に短い。したがって、撹拌軸１０は、撓み保持部１７に固定される部分（つまり、フランジ５４の周辺部分）において、殆ど円運動を行わない。このため、撹拌軸１０が首振り運動を行っている間、撓み保持部１７の撓み変形量を小さくすることができるし、撓み保持部１７に作用する繰返し荷重を小さくすることができる。したがって、撓み保持部１７が配置されている下部ハウジング２０の内部領域２４を径方向にコンパクトにすることができ、また、撓み保持部１７の寿命を長くすることができる。

本実施形態では、撓み保持部１７の他端開口１８ｂ（図３参照）を閉塞するフランジ５４の径方向内周部に撓み保持部１７の中空空間１８内に入り込む凹部５７を形成しており、軸受部１２の下部が当該凹部５７内に収容されている。したがって、軸受部１２の下部が他端フランジ４３と側断面視で重なるように配置されて軸受中心Ｃが撓み保持部１７の他端フランジ４３に良好に近接するし、軸受部１２及び撓み保持部１７の全体が撹拌軸１０の軸線方向又は容器本体２の軸線方向に小型化する（図２参照）。

撓み保持部１７は、筒状部４１の撓みによって変形する。筒状部４１は、弾性体からなるので、撹拌軸１０の首振り運動に良好に追従して撓むことができる。しかも、筒状部４１には、部分的に径方向に膨出する膨出部４９が設けられている。撹拌軸１０が首振り運動を行って他端フランジ４３がこれに追従すると、膨出部４９が軸線方向に拡がったり押し潰されたりし、それにより筒状部４１が全体として変形する。よって、筒状部４１が伸長したり収縮したりするのを抑えながら撓み保持部１７が撓み変形することができる。このため、撹拌軸１０の首振り運動を許容しながら撓み保持部１７の耐久性も好適に向上する。本実施形態では、膨出部４９が１段のみ設けられている。筒状部４１が弾性体からなるし、上記のとおり撓み保持部１７の撓み変形量を小さくすることができるので、膨出部４９を１段しか設けていなくても、撹拌軸１０の首振り運動に追従した撓み保持部１７の撓み変形を実現することができる。

回転部材１５は、突出部１５ｂの下面１５ｃに開放された断面円形状の軸固定孔１５ｄを有している。突出部１５ｂの下面１５ｃは、容器本体２の軸線Ａ（すなわち、出力軸１５ａの軸線）に直交する平面に対して傾斜しており、軸固定孔１５ｄの軸線は、容器本体２の軸線Ａに対して傾斜し、軸受中心Ｃを通過している。撹拌軸１０の上端部は、このような軸固定孔１５ｄ内に下から嵌め込まれている。すると、撹拌軸１０の上部１０ａが軸受部１２から軸固定孔１５ｄに向けて真っ直ぐ延び、軸固定孔１５ｄの軸線が撹拌軸１０の軸線Ｂと一致する。なお、回転部材１５の内部にはベアリングが設けられており、当該ベアリングが自動調芯型の場合、下面１５ｃは調芯可能角度分だけ出力軸１５ａの軸線に直交する平面から傾斜していてもよくなる。このように、本実施形態では、関節を簡素化し、軸受部１２を撓み保持部１７に近づけることで、上部ハウジング３０の内部領域を小さくすることができるとともに撓み保持部１７の変位が少なくても撹拌に十分な偏心角を取ることができる。

そして、軸挿通口７が容器本体２の上壁３に形成され、撓み保持部１７の一端フランジ４２が撓み保持部１７の下端部を成し、撓み保持部１７の他端フランジ４３が撓み保持部１７の上端部を成している。撓み保持部１７の一端フランジ４２は、軸挿通口７が中空空間１８と連通するようにして容器本体２に外上側から接続されている。すなわち、撓み保持部１７及び軸受部１２は、軸挿通口７よりも上に配置され、また、容器本体２の外に配置される。したがって、撓み保持部１７及び軸受部１２が容器本体２の内部に収容される場合と比べて、撓み保持部１７及び軸受部１２を簡単に組み付けることができる。

なお、容器内部の被処理物を十分に撹拌可能としつつ、撓み保持部１７の水平方向の移動量や突出部の収縮を押さえ、撓み保持部１７への負担を低減するといった観点から、軸
線Ａと軸線Ｂとで形成する角度は３度以上、１２度以下とすることが好ましい。液高さは槽径の１〜１．５程度とすることが多いので、３度以上の角度がなければ容器が不自然に胴長となり非効率な撹拌装置となる。また、十分に大きな円軌道を形成させようとすると、撹拌軸１０の長さを無駄に長くする必要がある。また、１２度以下でなければ撓み保持部１７の収縮または水平方向の移動量が大きくなり、撓み保持部１７に過大な負担がかかり、破損するおそれがある。

また、軸受部１２の中心位置Ｃと撓み保持部１７の他端部の上面部（突出部４８の上面部又は他端フランジ４３の上面部）が形成する面との距離が、撓み保持部１７の内径の長さ以下であることが好ましい。撓み保持部１７の内径が大きい場合、水平方向のズレに対する許容量が大きくなる一方、撓み保持部１７の内径が小さくなると、これに比例して水平方向のズレに対する許容量も小さくなる。そのため、撓み保持部１７の他端部の上面部が形成する面と軸受部１２との距離を上記の通り、撓み保持部１７の内径の長さ以下とすることで、撓み保持部１７の大きさに合わせて水平方向の移動量を抑制することができる。

上記のように撓み保持部１７の水平方向の移動量を小さくすることによっても撓み保持部１７への負担を低減し、破損することを抑制できる。

なお、撓み保持部１７の水平方向の移動量を低減する方法としては、軸受中心Ｃと撓み保持部１７の他端フランジ４３との間の距離を短くすることによって実現できる。

図５は、本発明の第２実施形態に係る撹拌装置２０１の一部側断面図である。第２実施形態は、ハウジング２１１の構造が第１実施形態と相違する。また、第２実施形態は、軸受部１２及び撓み保持部１７の構造及び機能については第１実施形態と概ね同一であるが、軸受部１２及び撓み保持部１７の配置が第１実施形態と相違する。以下、第１実施形態との相違点を中心にして第２実施形態に係る撹拌装置２０１について説明する。

図５に示すように、ハウジング２１１は、下部カバー２２０と、上部ハウジング２３０とを有している。上部ハウジング２３０は、容器本体２から立設する複数本の支柱用ボス２ａに締結された軸受用のベース２３２と、鋼材で構成されてベース２３２から立設する支持材２３１と、支持材２３１の上端に設けられた駆動装置用のベース２３３とを有している。駆動装置１３は、上部ハウジング２３０のベース２３３の上に設置されている。上部ハウジング２３０のベース２３２は、下部カバー２２０の内部領域２２４と上部ハウジング２３０の内部領域２３４との間に介在した中間フランジ２２９を構成している。

回転部材１５は、上部ハウジング２３０のベース２３３を貫通して上部ハウジング２３０の内部領域２３４に入り込んでいる。軸受部１２は、上部ハウジング２３０のベース２３２（中間フランジ２２９）に取り付けられている。撓み保持部１７の一端フランジ４２は、軸挿通口７の縁部の上端に上から設置され、当該縁部に締結される。これにより、容器本体２の内部空間５が、軸挿通口７及び一端開口１８ａを介して撓み保持部１７の中空空間１８に連通する。撹拌軸１０は、内部領域２３４、軸受部１２、内部領域２２４、中空空間１８及び軸挿通口７を通過して内部空間５内に至る。撹拌軸１０の軸線Ｂは、容器本体２の軸線Ａに傾斜し且つ軸受部１２の軸受中心Ｃを通過している。

撹拌軸１０には径方向に突出するフランジ２５４が設けられている。フランジ２５４は、内部領域２２４に収容されており、他端フランジ４３に上から設置されて他端フランジ４３に締結されている。このフランジ２５４により、撓み保持部１７の他端開口１８ｂが閉塞され、中空空間１８ひいては容器本体２の内部空間５が密閉される。

本実施形態に係る撓み保持部１７及びフランジ２５４は、第１実施形態と比べ、径方向に小型化されており、そのため、フランジ２５４には、軸受部１２を収容するために十分な径方向寸法を有した凹部が設けられていない。これは、軸挿通口７を大きくすれば、軸受部１２を撓み保持部１７内に配置できるが、撹拌槽の寸法が変更されるときには、全体の寸法が小型化していくほど撓み保持部１７が相対的に大きくなるため、槽径に対するバランスを考えた場合、フランジ２５４の直上に軸受部１２を持ってきた方がコンパクトになるし、上蓋３に取り付けるノズルも多くすることができる。

一方、軸受部１２の軸受押さえ６４は、上部ハウジング２３０の下端フランジ２３２に上から設置されて該下端フランジ２３２に締結されている。なお、上部ハウジング２３０の支持材２３１が、間隔をおいて配置された鋼材で構成されているため、上部ハウジング２３０の内側領域２３４に軸受部１２を横から入れることができるので有益である。

軸受部１２は、撓み保持部１７の他端フランジ４３と側断面視で重ねられてはいないものの、フランジ２５４と撹拌軸１０の軸線方向に接するようにして配置される。そして、このようなホルダ６３の内底部に外輪６２が保持され、該外輪６２に内輪６１が受容され、当該内輪６１の中心が軸受部１２の軸受中心Ｃとなっている。より具体的に言えば、本実施形態では、小型の反応容器においては、その容器の径に比例して撓み保持部１７の径が第１実施形態と比べて小さくなっている一方、第１実施形態と比較して軸径が極端に小さくなることはない。すなわち、撓み保持部１７内径に対して撹拌軸１０軸径の径比率が大きい。軸受部１２の内輪６１はホルダ６３の底部から下方に突出しており、当該内輪６１が、撹拌軸１０に溶接されるフランジ２５４と撹拌軸１０の軸線方向に撓みによる各部の干渉を避けた状態で最小寸法となっている。したがって、軸受中心Ｃを撓み保持部１７の他端フランジ４３に好適に近づけることができ、軸受部１２を撓み保持部１７に重ねなくとも撓みの許容量を超えない配置ができる。

図６は、本発明の第３実施形態に係る撹拌装置の撓み保持部及び軸受部を示す側断面図である。第３実施形態は、軸受部３１２及び撓み保持部１７の構造及び機能については第１実施形態の変形例（図４参照）と概ね同一であり、撓み保持部１７の配置についても第１実施形態の変形例と概ね同一である。一方、第３実施形態は、軸受部３１２の配置と、撹拌軸１０と撓み保持部１７との間に介在するフランジ及び凹部の構造とが、上記実施形態及びその変形例と相違している。以下、上記実施形態及びその変形例との相違点を中心にして、第３実施形態に係る撹拌装置３０１について説明する。

図６に示すように、本実施形態では、軸受部３１２の全部が、フランジ３５４の凹部３５７内に入り込んでいる。軸受部３１２の軸受中心Ｃは、上記実施形態及びその変形例と比べ、撓み保持部１７の中空空間１８のより奥まった箇所に配置されている。ただし、軸受中心Ｃは、撓み保持部１７の他端部（本実施形態では上端部）を基準にして駆動装置１３（図１及び図２参照）とは反対側（本実施形態では下側）に配置されている。このため、上記実施形態と同様、軸受中心Ｃから撓み保持部１７の他端部に至るまでの撹拌軸１０の距離Ｌ１が、軸受中心Ｃから駆動装置１３（図１及び図２参照）に至るまでの撹拌軸１０の距離（詳細図示を省略）よりも短い。また、軸受部３１２は、中空空間１８のより奥まった箇所に配置されているものの、上記実施形態と同様にして、軸受中心Ｃから撓み保持部１７の他端部（本実施形態では上端部）が形成する面との距離Ｌ１は、撓み保持部１７の内径（直径２Ｄ）以下となっている。

ところで、撓み保持部１７が膨出部４９を備えている場合、撓み保持部の可撓性が増すので撹拌軸１０の首振り運動が円滑に行われる。この場合、軸受中心Ｃが膨出部４９から離れていればいるほど、膨出部４９の振れ回りが大きくなってしまう。それにより、膨出部４９や、膨出部４９と筒状部４１との間の折れ曲がり部分の歪みが大きくなる。このため、撓み保持部１７が膨出部４９を備えている場合には、膨出部４９の歪みが極力小さくなるようにして撹拌軸１０の首振り運動を行わせることが好ましい。これを実現するためには、首振り運動の支点となる軸受中心Ｃを、膨出部４９のなるべく近くに配置することが好ましい。

そこで本実施形態では、軸受部３１２の軸受中心Ｃを、中空空間１８のより奥まった箇所に配置し、それにより膨出部４９に近づけている。このように軸受中心Ｃが膨出部４９に近づけられることにより、膨出部４９の付け根の折れ曲がり部分における応力集中が緩和され、撓み保持部１７の全体で動きを吸収しやすくなる。これにより撓み保持部１７の耐久性及び耐圧性が向上する。

これを具体化するため、フランジ３５４の凹部３５７は、他端開口１８ｂを通って撓み保持部１７の中心Ｏの付近に至るまで、中空空間１８の奥深くに入り込んでいる。なお、撓み保持部１７の中心Ｏは、撓み保持部１７の中心軸線上にあり且つ軸線方向において一端開口１８ａと他端開口１８ｂとのちょうど中間に位置する。このように凹部３５７が奥深くに入り込んでいるので、撹拌軸１０及びフランジ３５４の溶接部（図６中黒塗三角形参照）も撓み保持部１７の中心Ｃ近くに配置される。なお、凹部３５７は、撓み保持部１７と径方向に所定の隙間を空けている。

上記実施形態及びその変形例と同様、軸受部３１２は、撹拌軸１０上に設けられて球面を有した内輪６１と、凹球面を有して内輪６１を滑動可能に受容する外輪６２と、外輪６２を保持するホルダ３６３とを有する。ホルダ３６３は、筒状に形成され、上部ハウジング３０のフランジ３２から撓み保持部１７の一端部に向けて吊り下げられている。ホルダ３６３の軸線方向長さは、上記実施形態及びその変形例と比べて長大で、ホルダ３６３の下端部が撓み保持部１７の中心Ｏ付近に達しており、それによりホルダ３６３に受容された外輪６２と、外輪６２に受容された内輪６１とが撓み保持部１７の中心Ｏ付近に配置される。軸受押さえ３６４もホルダ３６３と同様にして軸線方向に長大であり、外輪６２は軸受押さえ３６４によってホルダ３６３にしっかりと保持される。これにより、軸受中心Ｃを撓み保持部１７の中心Ｏに近づけることができ、また軸受中心Ｃを膨出部４９に近づけることができる。

軸受中心Ｃと撓み保持部１７の中心Ｏとの距離Ｌ２は、撓み保持部１７の内径（直径２Ｄ）以下になっている。このようにして軸受中心Ｃが中心Ｏと近づいていれば、撓み保持部１７の全体的な歪みを効果的に抑えることができる。

特に本実施形態では、撓み保持部１７の軸線方向中間部に膨出部４９が設けられているので、軸受中心Ｃが中心Ｏに近づくと、軸受中心Ｃが膨出部４９に近づく。本実施形態においては軸受中心Ｃが、軸線方向において膨出部４９の最上端４９ａと最下端４９ｂとの間に配置されている。このようにして軸受中心Ｃが膨出部４９に近づけられると、膨出部４９の歪みを効果的に抑えることができ、それにより膨出部４９を備える撓み保持部の耐久性を向上させることができる。なお、２段以上の膨出部が軸線方向に並ぶようにして配置されている場合においては、軸受中心Ｃが、最上位に配置された膨出部の最上端と、最下位に配置された膨出部の最下端との間に配置されていればよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記構成は一例に過ぎず、本発明の範囲内で適宜変更可能である。

なお、本撹拌装置を耐腐食性やコンタミレスといったクリーン性が要求される用途に適用する場合、容器内面や撹拌翼及び撹拌軸、フランジ等の被処理物に接する可能性のある個所をグラスライニング処理又はＰＴＦＥライニング処理することが好ましい。また、この場合は撓み保持部他端フランジと接続するフランジと撹拌軸を一体化することが好ましく、もしくは継手５３部で分割できるようにしても良い。グラスライニング処理又はＰＴＦＥライニング処理を行うときには、撓み保持部の内面をＰＴＦＥ製とすることにより、撓み保持部における耐腐食性及びクリーン性を好適に確保可能になる。一方で、ＳＵＳ製、ＣＳ製等金属製、樹脂製等とする場合はこれに限定されず、撹拌軸において、フランジ部よりもより容器内面側（軸挿通口側）において、分割できる構造としても良い。このようにフランジ部で完全に容器内の空間を密閉可能とすると共に、撹拌軸を分割可能な構造とすることによって、メンテナンスが容易となる。

本発明は、軸受で支持された撹拌軸にいわゆる首振り運動を行わせるにあたって、撹拌装置の大型化を抑制し、軸が回転しないのでメカニカルシールを使わずに密閉構造とすることができ、撓み保持部の寿命を長くすることができるとの作用効果を奏し、撹拌軸にいわゆる首振り運動を行わせることで、メカニカルシールの摩耗粉、シーラントなどの異物を製品に混入させたくない撹拌装置に適用すると有益である。

１，２０１，３０１ 撹拌装置
２ 容器本体
３ 上壁
５ 内部空間
７ 軸挿通口
１０ 撹拌軸
１１，２１１ ハウジング
１２，３１２ 軸受部
１３ 駆動装置
１４ アクチュエータ
１５ 回転部材
１５ａ 出力軸
１５ｂ 突出部
１５ｃ 軸固定孔
１６ 撹拌翼
１７，１１７ 撓み保持部
１８，１１８ 内部空間
１８ａ，１１８ａ 一端開口
１８ｂ，１１８ｂ 他端開口
２０，２２０ 下部ハウジング
２４，２２４ 内部空間
２９，２２９ 中間フランジ
３０，２３０ 上部ハウジング
３４，２３４ 内部空間
４１，１４１ 筒状部
４２，１４２ 一端フランジ
４３，１４３ 他端フランジ
４９，１４９ 膨出部
５３ 継手
５４，２５４，３５４ フランジ
５７，３５７ 凹部
６１ 内輪
６２ 外輪
６３，３６３ ホルダ
Ａ （容器本体の）軸線
Ｂ （撹拌軸の）軸線
Ｃ 軸受中心

Claims (8)

1. 軸挿通口を有する容器本体と、
   前記軸挿通口に挿通される撹拌軸と、
   前記撹拌軸を支持する軸受部と、
   前記撹拌軸に前記軸受部の軸受中心を支点とした首振り運動を行わせるための駆動装置と、
   前記撹拌軸が挿通される中空空間を有し、一端部において前記容器本体に固定されて他端部において前記撹拌軸に固定され、前記首振り運動に応じて撓み変形可能な撓み保持部と、を備え、
   前記撓み保持部が、前記他端部において前記中空空間を開放する他端開口を有し、前記撹拌軸が、径方向に突出して前記撓み保持部の前記他端部に結合されるフランジを有し、前記撓み保持部の前記中空空間が、前記一端部において前記容器本体の内部空間と連通し且つ前記他端部において前記フランジにより密閉され、
   前記フランジが、前記他端開口を通って前記中空空間内に入り込む凹部を有し、前記軸受部の少なくとも一部が、前記凹部に収容されて前記フランジと側断面視で重なるように配置され、
   前記軸受部の前記軸受中心から前記撓み保持部の前記他端部に至るまでの前記撹拌軸の距離が、前記軸受部の前記軸受中心から前記駆動装置に至るまでの前記撹拌軸の距離よりも短い、撹拌装置。
2. 軸挿通口を有する容器本体と、
   前記軸挿通口に挿通される撹拌軸と、
   前記撹拌軸を支持する軸受部と、
   前記撹拌軸に前記軸受部の軸受中心を支点とした首振り運動を行わせるための駆動装置と、
   前記撹拌軸が挿通される中空空間を有し、一端部において前記容器本体に固定されて他端部において前記撹拌軸に固定され、前記首振り運動に応じて撓み変形可能な撓み保持部と、を備え、
   前記撓み保持部が、前記中空空間を形成する筒状部を有し、前記筒状部が、部分的に径方向に膨出した膨出部を有し、
   前記軸受部の前記軸受中心が、前記膨出部の最上端と最下端との間の高さ範囲に配置され、
   前記軸受部の前記軸受中心から前記撓み保持部の前記他端部に至るまでの前記撹拌軸の距離が、前記軸受部の前記軸受中心から前記駆動装置に至るまでの前記撹拌軸の距離よりも短い、撹拌装置。
3. 前記筒状部が、弾性体からなる、請求項２に記載の撹拌装置。
4. 前記筒状部が、１〜３段の前記膨出部を有する、請求項３に記載の撹拌装置。
5. 前記軸受部の前記軸受中心と前記撓み保持部の前記他端部が形成する面との距離が前記撓み保持部の内径の長さ以下となるように前記軸受部が設置されている、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の撹拌装置。
6. 前記軸受部の前記軸受中心と前記撓み保持部の中心との距離が前記撓み保持部の内径の長さ以下となるように前記軸受部が設置されている、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の撹拌装置。
7. 前記駆動装置が、アクチュエータと、前記アクチュエータにより回転駆動される回転部材とを有し、前記回転部材が、前記撹拌軸の端部を嵌め込んで固定する軸固定孔を有し、
   前記軸固定孔の中心軸線が前記回転部材の軸線に対して傾斜し、且つ、前記軸固定孔の前記中心軸線と前記回転部材の前記軸線とが前記軸受中心を通過する、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の撹拌装置。
8. 前記軸挿通口が前記容器本体の上部に形成され、前記撓み保持部の前記一端部は前記撓み保持部の下端部であり、前記撓み保持部の前記他端部は前記撓み保持部の上端部であり、
   前記撓み保持部の前記下端部が、前記軸挿通口が前記中空空間と連通するようにして前記容器本体の上部に外側から接続され、
   前記撹拌軸が、前記軸受部から前記中空空間及び前記軸挿通口を順に通過して前記容器本体の内部に至る下部と、前記軸受部から略上方に延びて前記駆動装置に連結される上部とを有し、前記駆動装置が動作すると、前記下部が前記軸受中心を支点にした首振り運動を行う、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の撹拌装置。

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