JP5947773B2

JP5947773B2 - 撹拌装置

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Publication number: JP5947773B2
Application number: JP2013223387A
Authority: JP
Inventors: 智宏小川; 昌史山本
Original assignee: Kobelco Eco Solutions Co Ltd
Current assignee: Shinko Pantec Co Ltd
Priority date: 2013-10-28
Filing date: 2013-10-28
Publication date: 2016-07-06
Anticipated expiration: 2033-10-28
Also published as: JP2015085218A

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。

従来の撹拌装置において、撹拌軸の上半部分の所定部を支点として、撹拌槽内の撹拌軸の先端（下端）が円を描くように撹拌軸を旋回運動させるようにした撹拌装置が提案されている（例えば、特許文献１〜３参照）。

このように、撹拌軸の先端が円を描くように撹拌軸を旋回運動させることにより、優れた撹拌性能を得ることができる。

特開２０１３−８１９３０号公報実開昭６０−１１５５３２号公報特開昭４８−２７３５７号公報

上記従来の撹拌装置では、ある程度優れた撹拌性能を得ることはできるが、さらにより優れた撹拌性能を得ることが望まれている。

本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、撹拌軸の先端が円を描くように撹拌軸を旋回運動させる撹拌装置において、撹拌性能を向上させることができる撹拌装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明のある形態（aspect）に係る撹拌装置は、軸挿通口を有する撹拌槽と、先端が撹拌槽の内部に位置し、基端が前記撹拌槽の外部に位置するように、前記軸挿通口に挿通される撹拌軸と、前記撹拌軸の先端部に設けられた撹拌翼と、前記撹拌軸を支持する軸受部と、前記撹拌軸の基端に接続され、前記軸受部の軸受中心を支点として前記撹拌軸の先端が円を描くように前記撹拌軸に旋回運動を行わせるための駆動装置と、を備え、前記撹拌翼は、一方の側縁部が前記撹拌軸に固着され、前記撹拌軸を中心にして放射状に延びる２枚以上の板状の羽根部材からなり、前記羽根部材は、前記撹拌軸の軸方向に長い長板状であり、かつ、前記一方の側縁部と対向する他方の側縁部と前記撹拌軸の中心線との間隔が前記撹拌軸の先端から基端の方向へ向かうにつれて小さくなるように前記他方の側縁部が形成されている。

この構成によれば、混合完了時間を短縮し、撹拌性能を向上させることができる。

前記羽根部材の前記他方の側縁部が直線状に形成され、前記他方の側縁部に沿う直線と前記撹拌軸の中心線とのなす角度が、前記軸受部の軸受中心を通る鉛直線と前記撹拌軸の中心線とのなす角度以上であることが好ましい。

この構成によれば、撹拌槽の下部中央部分の撹拌が容易となり、撹拌性能をより向上させることができる。

前記撹拌軸が挿通される中空空間を有し、一端部が前記撹拌槽の前記軸挿通口に固定されて他端部が前記撹拌軸に固定され、前記撹拌軸の旋回運動に応じて撓み変形する筒状の撓み保持部をさらに備えていてもよい。

この構成によれば、撹拌槽内への異物の混入を防止できる。また、撹拌軸を低速度で旋回運動させても優れた撹拌性能が得られるので、撹拌軸を低速度で旋回運動させることにより撓み保持部の寿命を長くすることができる。

本発明は、以上に説明した構成を有し、撹拌軸の先端が円を描くように撹拌軸を旋回運動させる撹拌装置において、撹拌性能を向上させることができるという効果を奏する。

本発明の実施形態の一例の撹拌装置を正面から見た一部断面図である。図１に示す撹拌装置の上部部分の拡大図である。（ａ）は、図１に示す撹拌装置の翼付き撹拌軸の正面図であり、（ｂ）は、同翼付き撹拌軸を下方から見た図である。（ａ）、（ｂ）、（ｂ）、（ｄ）は、それぞれ実施例１、実施例２、比較例１、比較例２の場合の翼付き撹拌軸を上部及び正面から見た模式図である。実施例１、実施例２、比較例１、比較例２の場合の混合試験結果から導き出されたｎ・θｍ−Ｒｅ曲線を示すグラフである。本発明の実施形態の一例の撹拌装置と２つの比較例の撹拌装置とのそれぞれによる固液撹拌特性を示すグラフである。本発明の実施形態の一例の撹拌装置と２つの比較例の撹拌装置とのそれぞれによる液液撹拌特性を示すグラフである。図１に示す撹拌装置の翼付き撹拌軸のある態様を例示する図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は背面図、（ｃ）は平面図、（ｄ）は底面図、（ｅ）は左側面図、（ｆ）は右側面図、（ｇ）は斜視図、（ｈ）は（ｅ）のＡ−Ａ断面図である。図１に示す撹拌装置の翼付き撹拌軸の他の態様を例示する図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は背面図、（ｃ）は平面図、（ｄ）は底面図、（ｅ）は左側面図、（ｆ）は右側面図、（ｇ）は斜視図、（ｈ）は（ｅ）のＡ−Ａ断面図である。

以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図面を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。また、本発明は、以下の実施形態に限定されない。

（実施形態）
図１は、本発明の実施形態の一例の撹拌装置の断面図であり、図２は、図１に示す撹拌装置の上部部分の拡大図である。また、図３（ａ）は、図１に示す撹拌装置の翼付き撹拌軸の正面図であり、図３（ｂ）は、同翼付き撹拌軸を下方から見た図である。

この撹拌装置は、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。

この撹拌装置は、撹拌槽１と、撹拌軸８の先端部（下端部）に撹拌翼９が設けられた翼付き撹拌軸１０と、翼付き撹拌軸１０（撹拌軸８）の軸受部１２と、翼付き撹拌軸１０（撹拌軸８）に旋回運動を行わせるための駆動装置１３と、撓み保持部１６等を備えている。この撹拌装置は、翼付き撹拌軸１０（撹拌軸８）の上半部分の所定部分（軸受部１２の軸受中心Ｃ）を支点として、撹拌軸８の先端（下端）が円を描くように翼付き撹拌軸１０（撹拌軸８）に旋回運動を行わせるように構成されている。なお、翼付き撹拌軸１０は、羽根付き撹拌軸１０、軸付撹拌翼１０、または軸付撹拌羽根１０等と呼んでもよい。

撹拌槽１は、容器本体２と、容器本体２に複数個（図１では１個のみ図示）のクランプ２５によって固定された上蓋３とを備えている。容器本体２は、概略円筒状に形成され、かつ底壁を有している。上蓋３には、容器本体２内への原料投入等のための投入口６と、撹拌軸８が挿通される軸挿通口７とが設けられている。容器本体２の底壁には、撹拌によって得られた混合物を撹拌槽１内から排出するための排出口４が設けられている。この排出口４がバルブ（図示せず）によって閉じられた状態で投入口６からの原料投入等が行われる。撹拌槽１（容器本体２）の軸線Ａは、上下（鉛直）方向に向けられている。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、撹拌槽１の軸線Ａと一致している。なお、容器本体２の外面にはジャケット４０が接合されており、ジャケット４０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撹拌槽１内の温度を管理可能になっている。

また、撹拌槽１内にはバッフル５が設けられている。このバッフル５は適宜の取付手段（図示せず）によって上蓋３または容器本体２に取り付けられている。

撹拌槽１の上蓋３には、ハウジング１１が固定されている。ハウジング１１には、軸受部１２及び駆動装置１３が取り付けられる。ハウジング１１は、撹拌槽１の上蓋３から上方に突出したマウント部３ａに締結されたベース部材１１ａと、ベース部材１１ａ上に固定された上下方向に延びる支持部材１１ｂと、支持部材１１ｂの上端に固定された上板部材１１ｃと、支持部材１１ｂの中程に固定された取付部材１１ｄとを備えている。なお、支持部材１１ｂ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い。また、ベース部材１１ａとマウント部３ａとの締結箇所は、複数設けられていてもよい。

図２に示すように、ハウジング１１の中程の取付部材１１ｄには環状の取付部材２１が固定され、この取付部材２１と環状の取付部材２２との間に挟まれるようにして漏斗状の取付部材２３が固定されている。環状の取付部材２２は、二つ割構造になっており、ボルトを用いて取付部材２１に固定されている。そして、漏斗状の取付部材２３の下端に軸受部１２が固定されている。

軸受部１２は、内輪１２ａ及び外輪１２ｂを有する球面滑り軸受により構成されている。外輪１２ｂは、漏斗状の取付部材２３の下端に、同取付部材２３とその下の取付部材２４とによって挟持されて固定されている。撹拌軸８は、内輪１２ａの内部を挿通し、かつ、内輪１２ａによって支持されている。撹拌軸８の軸線Ｂは、軸受部１２の軸受中心Ｃにおいて撹拌槽１の軸線Ａと交差し、撹拌槽１の軸線Ａに対して傾斜角α（以下、「軸傾斜角α」という）をもって傾斜している。なお、内輪１２ａの中心が軸受中心Ｃである。

ハウジング１１の上板部材１１ｃ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、アクチュエータ１４により回転される回転部１５とを有している。回転部１５は、アクチュエータ１４の駆動軸に接続された回転軸１５ａと、回転軸１５ａに揺動軸１５ｄを中心として揺動自在に取り付けられた連結部材１５ｂと、連結部材１５ｂに固定された軸取付部１５ｃと、軸取付部１５ｃに回動自在に取付けられた連結軸１８とを有している。連結軸１８は、軸取付部１５ｃに備えられているベアリング２０によって、連結軸１８の中心軸を中心に回動可能である。

連結軸１８の下端部は撹拌軸８の上端部（基端部）と連結されている。ここで、連結軸１８と撹拌軸８とは、互いの中心軸線が一致するように連結されている。

図３に示すように、撹拌軸８の上端部には、穴８ａが設けられており、この穴８ａに連結軸１８の下端部が挿入される。そして、穴８ａの側方に設けられた小穴８ｂを介して止めねじ（図示せず）によって連結軸１８と撹拌軸８とが固定される。ここで、小穴８ｂを複数設け、各々の小穴８ｂを介して複数の止めねじ（図示せず）によって連結軸１８と撹拌軸８とを固定するようにしてもよい。

また、撹拌軸８には、軸受部１２の内輪１２ａの上端に接してスリーブ１９が取り付けられている。スリーブ１９は上部からベアリングナットで撹拌軸８に固定されている。これにより、軸受部１２の内輪１２ａが、スリーブ１９の下端と、撹拌軸８の段差部分との間に挟まれて固定されている。

ここでは、連結軸１８を回転部１５の一部として駆動装置１３に含めて説明しているが、連結軸１８を撹拌軸８の一部として考えてもよい。いずれにしても、撹拌軸８の基端が駆動装置１３に接続されることになる。

回転軸１５ａの軸線は、回転部１５の回転軸線となり、撹拌槽１の軸線Ａと一致している。回転軸１５ａが回転することにより、軸取付部１５ｃが回転し、それにより連結軸１８に固定された撹拌軸８が軸受部１２の軸受中心Ｃを支点として旋回運動する（詳細は後述する）。

また、ハウジング１１内には、撓み保持部１６が収容されている。撓み保持部１６は、撹拌軸８が挿通される中空空間１６ｓを有している。この撓み保持部１６は、その一端部（下端部）が撹拌槽１の軸挿通口７に固定され、他端部（上端部）が撹拌軸８に固定されている。そして、撓み保持部１６は、撹拌軸８の旋回運動に応じて撓み変形可能である。

この撓み保持部１６は、弾性体からなる筒状部３１と、筒状部３１の下端部に設けられた下部フランジ３２と、筒状部３１の上端部に設けられた上部フランジ３３とを有する。筒状部３１は、略円筒状の基本形状を有し、かつ、中央部が膨出して、両端が開放された中空空間１６ｓを形成している。この筒状部３１は、例えば、外側から表面層、中間層及び内面層を有し、これら３つの層が筒状部３１の板厚方向に密着している。表面層及び中間層は、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、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フッ素樹脂材料で製造される。下部フランジ３２及び上部フランジ３３は、中心に円形穴を有した環状部材であり、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３１の下端部は、下部フランジ３２の円形穴を抜けてから下部フランジ３２の端面（下面）へと折り返され、当該端面に固定されている。下部フランジ３２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３４が取り付けられており、下部フランジ３２は、二つ割構造になっており、ボルトを用いて取付フランジ３４に結合される。これにより、撓み保持部１６の下端部が、撹拌槽１の軸挿通口７に固定される。

筒状部３１の上端部も、上部フランジ３３の円形穴を抜けてから上部フランジ３３の端面（上面）へと折り返され、当該端面に固定されている。

図３に示すように、撹拌軸８の上端部より少し下の部分には、筒状の取付部８ｃが設けられ、その取付部８ｃの上部外周面に環状溝８ｄが形成されている。この環状溝８ｄにつば部材３５（図２）がはめ込まれる。

この際、筒状部３１の上端部分に、断面Ｌ字状の部材３８が配置され、その上に環状溝８ｄにはめ込まれるつば部材３５が配置され、その上に環状の取付部材３６が配置される。なお、部材３８と筒状部３１との間、及び、部材３８と撹拌軸８の取付部８ｃとの間は、それぞれＯリング（図示せず）によってシールされる。この状態で、上部フランジ３３の外周端部と環状の取付部材３６の外周端部とが締付けバンド３７によって挟持される。このようにして、撓み保持部１６の上端部が撹拌軸８に固定されている。なお、上部フランジ３３、つば部材３５及び取付部材３６は、それぞれ二つ割構造になっており、締付けバンド３７によって固定される。

なお、筒状部３１の下部フランジ３２の端面（下面）に出ている部分は、軸挿通口７の口部と下部フランジ３２とに挟まれて、上下方向に圧迫されている。また、筒状部３１の上部フランジ３３の端面（上面）上に出ている部分は、上部フランジ３３とつば部材３５との間に、緩衝部材３８とともに挟まれて圧迫されている。これにより、撹拌槽１の内部が密閉される。

この撹拌装置において、アクチュエータ１４が動作すると、回転部１５が回転軸１５ａの軸線周りに回転駆動され、軸取付部１５ｃが旋回する。これにより、撹拌軸８の上端（基端）が、撹拌槽１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８の下端（先端）も、撹拌槽１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。すなわち、撹拌軸８の軸受部１２より上部部分が、軸受部１２の軸受中心Ｃを頂点として撹拌軸８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８の軸受部１２より下部の部分も、軸受部１２の軸受中心Ｃを頂点として撹拌軸８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。この撹拌軸８とともに撹拌翼９も運動する。この運動を、ここでは撹拌軸８あるいは翼付き撹拌軸１０の旋回運動と言っている。すなわち、翼付き撹拌軸１０の旋回運動によって撹拌槽１内の物質が撹拌されて、混合される。本例では、軸受部１２は、撹拌槽１の軸挿通口７より上部（撹拌槽１の外部）に設けられており、撹拌軸８あるいは翼付き撹拌軸１０の旋回運動の支点となる軸受中心Ｃは、軸挿通口７より上部（撹拌槽１の外部）の撹拌軸８の所定部分となる。

なお、翼付き撹拌軸１０が上述のような旋回運動をできる構成であればよく、上述した構造、例えば、回転部１５の構造、軸受部１２の支持構造、撓み保持部１６の構造などは一例であり、適宜変更可能である。

例えば、容器本体２と上蓋３は本実施形態では別体で構成されているが、一体化されていても良い。この場合、軸挿通口７の開口を十分に大きくすれば良い。

また、本実施形態では駆動装置１３や取付部材２１を固定するハウジング１１が上蓋３に固定された構造となっているがこれに限定されず、駆動装置１３や取付部材２１等を固定するための部材を、装置（撹拌槽１）と独立して別体として構成しても良い。

更に、連結軸１８と撹拌軸８の接続構造も限定されずボルト止めやネジ止めといった通常の接続構造を採用しても良い。

本実施形態における主な特徴は、撹拌翼９の構成にある。撹拌翼９は、図３に示すように、撹拌軸８を中心に放射状に延びる板状の３枚の羽根部材９Ｂによって構成されている。３枚の羽根部材９Ｂは軸まわりに等しい角度φ１（＝１２０度）をあけて各々の一方の側縁部９Ｂ１が撹拌軸８に固着されている。各羽根部材９Ｂは、撹拌軸８の軸方向に長い長板状であり、一方の側縁部９Ｂ１に対向する他方の側縁部９Ｂ２と撹拌軸８の中心線（軸線Ｂ）との間隔が、撹拌軸８の先端から基端の方向へ向かうにつれて小さくなるように、他方の側縁部９Ｂ２を撹拌軸８の中心線（軸線Ｂ）に対して所定の角度β（以下、「傾斜角β」という）傾斜して構成されている。すなわち、他方の側縁部９Ｂ２が傾斜角βを有する逆テーパ形状になっている。

なお、上記では、撹拌翼９を３枚の羽根部材９Ｂによって構成しているが、２枚または４枚以上の羽根部材９Ｂを軸周りに等しい角度をあけて放射状に設けて構成してもよい。

ここで、図４（ａ）に示す逆テーパ形状を有する３枚の羽根部材９Ｂによって撹拌翼９を構成した場合（実施例１）と、図４（ｂ）に示す逆テーパ形状を有する４枚の羽根部材９Ｂによって撹拌翼９を構成した場合（実施例２）と、図４（ｃ）に示す長方形の４枚の羽根部材９Ｃによって撹拌翼を構成した場合（比較例１）と、図４（ｄ）に示すテーパ形状を有する４枚の羽根部材９Ｄによって撹拌翼を構成した場合（比較例２）とについて、それぞれ混合試験を行った。

図４（ａ）〜（ｄ）は、それぞれの場合の翼付き撹拌軸を上部及び正面から見た模式図である。図４（ａ）は実施例１の場合、図４（ｂ）は実施例２の場合、図４（ｃ）は比較例１の場合、図４（ｄ）は比較例２の場合の翼付き撹拌軸の模式図である。

図４（ａ）〜（ｄ）において、各羽根部材（９Ｂ，９Ｃ，９Ｄ）の高さｈを３００ｍｍ、各羽根部材（９Ｂ，９Ｃ，９Ｄ）の最下部の有効幅ｗを７０ｍｍとし、図４（ａ）、（ｂ）、（ｄ）において、傾斜角βを６．８度としている。図４（ａ）における隣り合う羽根部材（９Ｂ）のなす角度φ１は１２０度、図４（ｂ）〜（ｄ）における隣り合う羽根部材（９Ｂ，９Ｃ，９Ｄ）のなす角度φ２は９０度である。なお、羽根部材（９Ｂ，９Ｃ，９Ｄ）の最下部の有効幅ｗとは、撹拌軸８の軸中心（軸線Ｂ）と羽根部材（９Ｂ，９Ｃ，９Ｄ）の最下部の外側の端との距離のことである。

混合試験では、上記のように翼付き撹拌軸が異なる以外は同一条件で、被混合物としてデンプン水溶液にヨウ素を入れて着色し、これに先に添加したヨウ素と化学当量となるチオ硫酸ナトリウムを撹拌槽１に投入して、完全に脱色されるまでにかかる時間を混合完了時間として、この混合完了時間及び回転数等を測定した。このような測定を、単位体積当たりの動力（Ｐｖ）を変更して複数回行った。その試験結果から導き出されたｎ・θｍ−Ｒｅ曲線を図５に示している。

図５において、ｎは翼付き撹拌軸１０の単位時間当たりの回転数（旋回数）、θｍは混合完了時間、Ｒｅはレイノルズ数である。縦軸のｎ・θｍの値が小さいほど混合効率が良いことを示している。曲線Ｌ３１が実施例１の場合の結果、曲線Ｌ４１が実施例２の場合の結果、曲線Ｌ４２（細線）が比較例１の場合の結果、曲線Ｌ４３（破線）が比較例２の場合の結果である。

まず、実施例２と比較例１、２との結果を用いて、羽根の枚数が同じで、羽根の形状が相違する場合について検討する。実施例２の場合の曲線Ｌ４１は、比較例１、２の場合の曲線Ｌ４２、Ｌ４３と比べてｎ・θｍの値が小さくなっているため、実施例２は比較例１、２に比べて混合効率が非常に良いことがわかる。

つぎに、実施例１、２の結果を用いて３枚羽根の場合と４枚羽根の場合を検討する。実施例１の場合の曲線Ｌ３１は、実施例２の場合の曲線Ｌ４１と比べてｎ・θｍの値が若干大きくなっているため、実施例１は実施例２に比べて混合効率は若干劣るものの、比較例１、２に比べれば非常に良く、羽根の数を少なくして抵抗を抑えながらも優れた混合効率が得られていることがわかる。

なお、図５には示していないが、実施例１、２と同様の羽根部材９Ｂを撹拌軸８を挟んで対向して２枚設けた２枚羽根としても、優れた混合効率を得ることが可能である。

以上の混合試験結果からも明らかなように、本実施形態では、実施例１、２のような逆テーパ形状を有する羽根部材９Ｂを２枚以上備えた撹拌翼とすることにより、混合完了時間を短縮し、撹拌性能を向上させることができる。

また、本実施形態の撹拌装置において、羽根部材９Ｂの枚数のみを異ならせ、軸傾斜角α、羽根部材９Ｂの最下部の有効幅ｗ、高さｈ及び傾斜角β等の他の条件を同一にし、２枚羽根、３枚羽根及び４枚羽根の各々の場合について、同じ動力となるように回転数を調整して運転し、撹拌軸８にかかる負荷を調べる実験を行った。その結果、２枚羽根の場合に撹拌軸８にかかる最大負荷を１とした場合、３枚羽根と４枚羽根の場合には最大負荷はいずれも０．８程度となり、２枚羽根の場合に比べて小さくなった。なお、３枚羽根の場合と４枚羽根の場合とでは上記最大負荷に若干の差異が見られたが大きな差異は見られなかった。

このように、撹拌軸８への負荷の観点からは、２枚羽根よりも３枚羽根や４枚羽根をより好適に利用できる。これは、撹拌軸８が旋回運動することに起因するものと考える。特に２枚羽根の場合、羽根の受ける力が旋回する位置によって大きく異なり、結果的に撹拌軸８にかかる最大負荷が大きくなる。

また、本実施形態において、羽根部材９Ｂの寸法等について実験及び検討を行ったところ、次のような範囲が好ましいことがわかった。なお、３枚羽根の場合も４枚羽根の場合も同様である。図４（ａ）、（ｂ）のように、羽根部材９Ｂの最下部の有効幅をｗとし、高さをｈ、傾斜角をβとする。また、撹拌槽１の内径（直径）をＤとする。

ｗ／Ｄの好ましい範囲は、０＜ｗ／Ｄ＜０．４である。上記範囲の上限値を上まわると、撹拌翼９（羽根部材９Ｂ）が撹拌槽１の壁面やバッフル５と接触するのを避けるために撹拌翼９の旋回径（軸傾斜角α）を小さくする必要があり、その場合、十分な撹拌効果が得られない、という不都合が有る。

なお、羽根部材９Ｂの高さｈの大小については、撹拌の目的等により異なる。例えば、液面中心部に発生するボルテックスの下端（中心）よりも上に羽根部材９Ｂが露出するように高さｈを大きくすると後述の気液撹拌効率が良くなるので、気液撹拌したい場合は高さｈを大きくし、気液撹拌をさせたくない場合は高さｈを小さくすればよい。

また、傾斜角βの好ましい範囲は、０°＜β≦６０°である。この範囲の上限値を上まわると、翼の面積が小さくなり十分な撹拌効果が得られない、という不都合が有る。

さらに、傾斜角βは軸傾斜角α以上であること（β≧α）がより好ましい。傾斜角βが軸傾斜角αよりも小さくなると、ｎ・θｍ−Ｒｅ曲線が、図５の曲線Ｌ４２、Ｌ４３に近づいて、撹拌効率が悪くなるため好ましくない。

また、軸傾斜角αは、撹拌槽１の内径Ｄ及び高さ等によって異ならせてよいが、例えば、１〜１５度、好ましくは３度〜７度程度に設定されている。なお、旋回径（撹拌槽１の中心軸線Ａと撹拌軸８の中心軸線Ｂ上の軸先端部との距離の２倍）は、０．２Ｄ〜０．６Ｄが好ましく、０．３〜０．５Ｄとすることが更に好ましい。軸傾斜角αが大きすぎる場合、撓み保持部１６への負荷が高くなり、小さすぎる場合、混合効率が低くなるおそれがある。

また、本実施形態では、容器本体２及び上蓋３の内面と、翼付き撹拌軸１０の外面（表面）とが、グラスライニング処理されている。

また、図３（ｂ）からわかるように、各羽根部材９Ｂの外側の側縁部９Ｂ２が断面円弧状（アール）になっており、エッジがない。これにより、撹拌によって内容液に与えるせん断力が小さくなり、例えばスラリー液を撹拌する場合、固体粒子に与えるせん断力が小さくできるので、粒子の破壊を防ぐことができる、という効果がある。

なお、本実施形態においては、放射状に延びる２枚以上の羽根部材９Ｂを有する翼付き撹拌軸１０を備え、これを旋回運動させることにより、液面から下方に向けて液の吸い込み強度を強くすることができる。また液面中心部に大きなボルテックスを発生させることができる。これにより、気液の界面の面積が大きくなり、上部気体と下部液体の混合（気液撹拌）を効率良く行うことができるという効果がある。

なお、撹拌軸の軸線が鉛直方向に延びて、その軸線を撹拌軸の回転軸線として、撹拌軸を回転（自転）させる構成の撹拌装置（以下、「撹拌装置Ｘ」という）があるが、このような撹拌装置Ｘと、本実施形態の撹拌装置とでは、撹拌軸の運動が異なる。そのため、撹拌装置Ｘと、本実施形態の撹拌装置とに、同じ撹拌翼を用いたとしても、同様の効果は得られない（効果が異なる）。

次に、図１に示す３枚羽根を有する本実施形態の一例の撹拌装置（ｗ＝60mm, ｈ＝150mm,β＝6.8度, α＝6.8度）と、特開２００３−３３６３５号公報の図２に記載の撹拌翼（ｗ＝100mm（回転型翼の場合、通常はスパン（翼幅）ｄで表し、ｄ＝200ｍｍ）、ｈ＝60mm）を備えた撹拌装置Ｘ（これを「撹拌装置Ｘ１」とする）と、３枚後退翼（ｗ＝99mm（上記と同様にスパンｄ＝198ｍｍ）、ｈ＝27mm）を備えた撹拌装置Ｘ（これを「撹拌装置Ｘ２」とする）とを用いて、それぞれの固液撹拌特性と液液撹拌特性とを求めるためにそれぞれ試験を行った。図６に試験結果から導き出された固液撹拌特性を示し、図７に試験結果から導き出された液液撹拌特性を示す。

固液撹拌試験では撹拌槽内に水と平均粒子径0.6mmのイオン交換樹脂（比重1.10）を２３vol%入れて撹拌を開始し、回転数を変えながら液面付近にて粒子濃度（イオン交換樹脂濃度）を測定することによって混合性能を確認することができる。このとき、あらかじめ撹拌槽内に投入したイオン交換樹脂の計算で求められる平均濃度と測定点におけるイオン交換樹脂濃度がほぼ同一となった場合、均一浮遊されている（＝均一撹拌されている）といえる。

図６において、直線Ｌ６０は、均一浮遊到達点を示し、曲線Ｌ６１は、本実施形態の一例の撹拌装置を用いた場合の固液撹拌特性を示し、曲線Ｌ６２は、撹拌装置Ｘ１を用いた場合の固液撹拌特性を示し、曲線Ｌ６３は、撹拌装置Ｘ２を用いた場合の固液撹拌特性を示す。

この図６から、本実施形態の一例の撹拌装置を用いた場合の方が、撹拌装置Ｘ１、Ｘ２を用いた場合に比べ、小さなＰｖ（単位体積当たりの動力）で均一浮遊到達点に達することができ、固液撹拌特性に優れていることがわかる。

液液分散撹拌試験においては水と20vol%となる量のケロシン（比重0.8）を撹拌槽内に投入し、同様に撹拌を開始し、回転数を変えながら撹拌槽下部にてオイル濃度を測定することによって撹拌性能を確認することが出来る。このとき、あらかじめ撹拌槽内に投入したケロシンの計算で求められる平均濃度と測定点におけるケロシン濃度がほぼ同一となった場合、均一分散されている（＝均一撹拌されている）といえる。

図７において、直線Ｌ７０は、均一分散到達点を示し、曲線Ｌ７１は、本実施形態の一例の撹拌装置を用いた場合の液液撹拌特性を示し、曲線Ｌ７２は、撹拌装置Ｘ１を用いた場合の液液撹拌特性を示し、曲線Ｌ７３は、撹拌装置Ｘ２を用いた場合の液液撹拌特性を示す。

この図７から、本実施形態の一例の撹拌装置を用いた場合の方が、撹拌装置Ｘ１、Ｘ２を用いた場合に比べ、小さなＰｖ（単位体積当たりの動力）で均一分散到達点に達することができ、液液撹拌特性に優れていることがわかる。

図８は、図１に示す撹拌装置の翼付き撹拌軸のある態様を例示する図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は背面図、（ｃ）は平面図、（ｄ）は底面図、（ｅ）は左側面図、（ｆ）は右側面図、（ｇ）は斜視図、（ｈ）は（ｅ）のＡ−Ａ断面図である。図８では、翼付き撹拌軸の要部（意匠登録出願における部分意匠として意匠登録を受けようとする部分）を実線で表した。図８（ｅ）を含めて要部を特定している。また、図８に表された細線は、立体表面の形状を特定するためのものである。

また、図９は、図１に示す撹拌装置の翼付き撹拌軸の他の態様を例示する図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は背面図、（ｃ）は平面図、（ｄ）は底面図、（ｅ）は左側面図、（ｆ）は右側面図、（ｇ）は斜視図、（ｈ）は（ｅ）のＡ−Ａ断面図である。図９では、翼付き撹拌軸の要部（意匠登録出願における部分意匠として意匠登録を受けようとする部分）を実線で表した。図９（ｅ）を含めて要部を特定している。

本発明は、撹拌軸の先端が円を描くように撹拌軸を旋回運動させる撹拌装置において、撹拌性能を向上させることができる撹拌装置等として有用である。

１撹拌槽
７軸挿通口
８撹拌軸
９撹拌翼
９Ｂ羽根部材
９Ｂ１、９Ｂ２側縁部
１０翼付き撹拌軸
１２軸受部
１３駆動装置
１６撓み保持部

Claims

軸挿通口を有する撹拌槽と、
先端が撹拌槽の内部に位置し、基端が前記撹拌槽の外部に位置するように、前記軸挿通口に挿通される撹拌軸と、
前記撹拌軸の先端部に設けられた撹拌翼と、
前記撹拌軸を支持する軸受部と、
前記撹拌軸の基端に接続され、前記軸受部の軸受中心を支点として前記撹拌軸の先端が円を描くように前記撹拌軸に旋回運動を行わせるための駆動装置と、を備え、
前記撹拌翼は、一方の側縁部が前記撹拌軸に固着され、前記撹拌軸を中心にして放射状に延びる２枚以上の板状の羽根部材からなり、
前記羽根部材は、前記撹拌軸の軸方向に長い長板状であり、かつ、前記一方の側縁部と対向する他方の側縁部と前記撹拌軸の中心線との間隔が前記撹拌軸の先端から基端の方向へ向かうにつれて小さくなるように前記他方の側縁部が形成されている、撹拌装置。
前記羽根部材の前記他方の側縁部が直線状に形成され、前記他方の側縁部に沿う直線と前記撹拌軸の中心線とのなす角度が、前記軸受部の軸受中心を通る鉛直線と前記撹拌軸の中心線とのなす角度以上である、請求項１に記載の撹拌装置。
前記撹拌軸が挿通される中空空間を有し、一端部が前記撹拌槽の前記軸挿通口に固定されて他端部が前記撹拌軸に固定され、前記撹拌軸の旋回運動に応じて撓み変形する筒状の撓み保持部をさらに備えた、請求項１または２に記載の撹拌装置。