JP6169207B1 - 攪拌用回転体および攪拌装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の攪拌用回転体に比較して、直径が小さく、液面が静かで空気を巻き込みにくく、沈殿物を吸い上げ、浮遊物を吸い込み、同径同回転速度での攪拌力が強く、精密に均一な攪拌で、洗浄性が良好で、小径にも大径にも低コストで製造可能な攪拌用回転体と、これを応用した小型で軽量、単純な構造の攪拌装置を提供する。【解決手段】回転軸に垂直な円盤状の本体と、前記本体の下側に放射状に設けられる複数の溝、または前記本体と放射状に設けられる複数の仕切り板で構成される流通路と、前記本体の下側中心部には溝または仕切り板が断絶している円形の空間を備え、前記本体の上部には回転軸と連結するための勘合穴、または軸部を備えることを特徴とする攪拌用回転体。【選択図】図１

Description

本発明は、流体を攪拌し、混合、分散、溶解の促進等を行うための攪拌用回転体および攪拌装置に関する。

従来、複数の流体を混合したり、流体中に添加した粉末等を均一に分散、溶解させたり、流体の温度を均一化する目的には、流体中で羽根車や、回転体に穴形状の流通路を有する攪拌用回転体を回転させるものがある（例えば、特許文献１参照）。

プロペラ式、パドル式、タービン式等に代表される羽根車は、回転軸に平行な一方向の軸流のため、高速回転させると空気を巻き込みやすいという問題があった。そのため、流体よりも比重の軽い浮遊物を吸い込みにくく、直径も小さくできず、攪拌槽内での専有面積が大きく、低回転速度高トルクのため、駆動装置も大きく重いものが多いという問題があった。

吸入口と吐出口がＬ字状に連結し、遠心力の半径方向の差によって流体を流通路に通して攪拌する攪拌用回転体では、沈殿物を吸い上げる上向きの軸流と、浮遊物を吸い込む下向きの二つの軸流を持ち、突起やエッジが少ないためにキャビテーションの抑制にも効果的で、小径化と高速回転にも効果的であったが、小径化する場合には流通路となる穴の直径が小さいために内部の洗浄性に問題があり、大型化する場合には構造的に質量が大きくなり、取り扱いや製造が困難という問題があった。

空気を巻き込まずに小径で攪拌用回転体を高速回転させることができれば、攪拌槽内での専有面積を小さくでき、密閉容器の充填口や、半蓋の攪拌機取付穴径も小さくできる。 同じ攪拌力でも攪拌用回転体の直径をより小さくすることが可能なため、低コストで小型軽量な攪拌装置とすることが可能である。

攪拌用回転体を軽量で単純な構造にできれば、容量の大きな攪拌槽にも、小型で軽量な取り扱いの簡単な攪拌機を提供できる。

攪拌用回転体について、深穴を用いない形状にできれば、製造上のバフ研磨や樹脂コーティングなどの表面処理の加工性も良く、使用後の洗浄性も大きく向上する。

特開２０１１−００５３４９号公報 特開２０１３−０７５２５１号公報 特開２０１５−１３６６８２号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の攪拌用回転体では、大型化するには体積および質量が大きく、製作や取り扱いが困難という問題があった。

また、質量が大きい場合には回転速度に比例して慣性モーメントも大きくなることから、ジャイロ効果により自転軸の方向を保つ性質が働くため、例えばハンドミキサでは自由な取り回しに障害があり、固定式の場合には振れ回り運動により装置全体に揺動を及ぼすために、より高速な回転が安全にできないという問題があった。

また、比較的小径の場合には、流通路となる深穴の直径が小さくなり、製造上のバフ研磨や樹脂コーティングなどの表面処理加工が著しく難しくなり、使用後の洗浄にも、時間や手間が掛かるという問題があった。

また、卓上用攪拌機などにおいては、攪拌用回転体を液中から取り出した際に、流通路の液切れが悪いという問題があった。

また、同じ直径で攪拌力を向上する目的で、吐出口の断面積を大きくするために吐出口径を大きくし、あるいは吐出口数を多くすると、吸入口が回転中心から外周側に寄ってしまうために、相対的に遠心力は弱まってしまうという問題があった。

特許文献２に記載の攪拌用回転体では、部材の一部に樹脂を採用する等により、ある程度の軽量化や大型化にも対応可能であるが、構造が複雑で製造コストが高いという問題があった。

特許文献３に記載の攪拌用回転体では、軽量化と大型化には効果があり、製缶加工により製造コストも低いという利点があるが、箱状構造のために内側の洗浄が困難という問題があった。

また、被攪拌流体が液体の場合には、浸漬させたときには内部に空気が溜まってしまい、空気の巻き込みを嫌う塗料などの攪拌用途には使えないという問題があった。

本発明は、斯かる実情に鑑みてなされたものであって、攪拌用回転体の抱える問題を改善し、より小型化、大型化に対応させ、製造コストを下げて効率的な攪拌を行うことが可能な攪拌用回転体及び攪拌装置を提供しようとするものである。

本発明は、回転軸に垂直な円盤状の本体と、前記本体の下側に放射状に設けられる複数の溝、または前記本体と放射状に設けられる複数の仕切り板で構成される流通路と、前記本体の下側中心部には溝または仕切り板が断絶している円形の空間を備え、前記本体の上部には回転軸と連結するための勘合穴、または軸部を備えることを特徴とする攪拌用回転体である。

放射状に設けられる溝や流通路は、中心から外周部に向かって直線形状であることを特徴とする。これにより製造コストが下がり、バフ研磨の作業性や洗浄性が良くなる。また回転の方向性を持たないために逆転させて旋回流を止めることや、撹拌効率を上げる使い方も可能となる。

放射状に設けられる溝や流通路の壁面は、円盤状の本体に対して垂直方向、すなわち回転軸と平行にすることが望ましい。これにより回転体から遠心力により接線方向に射出される流体は、回転軸に対して垂直平面での運動となり、液面の流動を押さえて空気の巻き込みを小さくできる。

放射状に設けられる溝の深さや仕切り板の高さは、円盤状の本体の半径に対して５０％から１００％の範囲であることが望ましい。これにより、遠心力により外周から射出される流体の流量と、円盤状の本体下部中心の空間から吸い上げられる流体のバランスが取れ、洗浄性や仕切り板の強度も得られ、製造上の加工性も良好となる。

放射状に設けられる複数の溝や仕切り板が断絶することにより形成される円盤状の本体下部中心の空間の半径は、前記本体の半径に対して４０％から６０％の範囲であることが望ましい。これにより、遠心力により外周から射出される流体の流量と、円盤状の本体下部中心の空間から吸い上げられる流体のバランスが取れる。

放射状に設けられる仕切り板は、円盤状の本体の外周部から、はみ出さないことが望ましい。はみ出した場合には、せん断力が大きくなり一定の目的には有効であるが、構造上の強度や、洗浄性、取り扱い時の安全性を損なう。

放射状に設けられる溝や流通路の数は、比較的小径の場合には少なく、大径の場合には多くすることを特徴とする。但し、３箇所以上１２箇所で奇数となることが望ましい。これにより洗浄が容易で高速回転時にも回転軸の振れを小さくして安定が得られる。

円盤状の本体上面は、円滑な平面又は円錐状であることを特徴とする。前記上面に突起や穴を有する場合には、回転軸近傍に強い旋回流や吸い込み流が発生し、渦流が成長して空気を巻き込んでしまうために好ましくない。

本発明はまた、比較的小径の場合には、金属や樹脂製の本体に、直接エンドミル加工等でＵ字形やコの字形の溝を切削加工することで、低コストで製作できることを特徴とする。

本発明はまた、比較的大径の場合には、金属製の円盤本体に仕切り板を垂直方向に溶接することで、低コストで製作できることを特徴とする。

本発明はまた、大量に製造する際には、樹脂材料での射出成形や金属材料での精密鋳造により、大幅な製造コストの低減が可能なことを特徴とする。

本発明はまた、前記溝形状の流通路を深く設計することや、前記仕切り板を高く設計することにより、攪拌用回転体の直径が同じでも、攪拌能力が大きくできることを特徴とする。

本発明はまた、プロペラ式のように、板金をプレス成形して羽根の形状を作る必要が無いために、金型の製作が必要なく、パドル式などのように、溶接する羽根を位置決め固定するための治具やゲージ類が必要なく、製作数が少量の場合にも、低コストで製作が可能であり、設計の自由度が高いことを特徴とする。

本発明はまた、穴形状の流通路を有する従来の攪拌用回転体に比較して、複合旋盤や横型マシニングセンタ、ＮＣ円テーブルなどの特殊な設備を必要とせず、一般的なＮＣ旋盤とマシニングセンタで製造可能なことを特徴とする。

本発明はまた、穴形状の流通路を有する従来の攪拌用回転体に比較して、前記本体の直径が比較的大きい場合においても深穴加工が不要で、加工精度が安定する上、穴径に応じた加工工具を必要とせず、結果的に低コストでの製造が可能なことを特徴とする。

本発明はまた、穴形状の流通路を有する従来の攪拌用回転体に比較して、前記本体の直径が比較的大きい場合においても溶接による製缶加工が可能な為、大型の製造設備を必要とせず、製造を可能とする直径が、大幅に拡大することを特徴とする。

本発明はまた、穴形状の流通路を有する従来の攪拌用回転体に比較して、穴が溝に変わったことにより、製造上のバフ研磨や樹脂コーティングなどの表面処理の加工性も大幅に改善され、製造コストが下がり、表面処理の品質が安定することを特徴とする。

本発明はまた、穴形状の流通路を有する従来の攪拌用回転体に比較して、前記本体の直径が同じ場合においても体積が小さく、結果的に軽量で、なおかつ攪拌用回転体を流体中に浸漬した際の液面高さの変化量が小さいことを特徴とする。

本発明はまた、穴形状の流通路を有する従来の攪拌用回転体に比較して、前記本体の直径が同じ場合においても軽量なため、より速い回転速度でも安定して使用できることを特徴とする。

本発明はまた、穴形状の流通路を有する従来の攪拌用回転体に比較して、ボスと回転軸の固定を止めねじ式とした場合には、攪拌容器に対する攪拌用回転体の攪拌深さ位置を調節できることを特徴とする。

本発明はまた、穴形状の流通路を有する従来の攪拌用回転体に比較して、ボスと回転軸の固定を溶接式とした場合には、隙間腐食や非攪拌物の付着と劣化対策などに効果的なことを特徴とする。

本発明はまた、穴形状の流通路を有する従来の攪拌用回転体に比較して、卓上用攪拌機などにおいては、攪拌用回転体を液中から取り出した際に、流通路の液切れが早いということを特徴とする。

本発明はまた、穴形状の流通路を有する従来の攪拌用回転体に比較して、固形物や流動性の低い被攪拌流体の場合にも穴詰まりによる攪拌力の低下の心配が無いということを特徴とする。

本発明はまた、穴形状の流通路を有する従来の攪拌用回転体に比較して、使用後の洗浄が簡単で、目視により確実に行えることを特徴とする。

本発明は、穴形状の流通路を有する従来の攪拌用回転体の持つ効率的な攪拌原理をそのままとして、より小型化、大型化に対応させ、製造コストを下げ、攪拌用回転体の抱える問題を改善して用途を大幅に拡大する効果がある。

本発明の攪拌用回転体の内、本体と回転軸との固定を溶接にて行う一実施例の構造を示す説明図であり、（ａ）図は平面図、（ｂ）図は正面図、（ｃ）図は底面図、（ｄ）図は断面図である。 本発明の攪拌用回転体の内、本体と回転軸との固定を止めねじの締め付けで行う一実施例の構造を示す説明図であり、（ａ）図は平面図、（ｂ）図は正面図、（ｃ）図は底面図、（ｄ）図は断面図である。 本発明の攪拌用回転体の内、仕切り板を本体に溶接してコの字形の流通路を設ける一実施例の構造を示す説明図であり、（ａ）図は平面図、（ｂ）図は正面図、（ｃ）図は底面図、（ｄ）図は断面図である。 本発明の攪拌装置の内、図１の攪拌用回転体を応用した卓上用攪拌装置の一実施例の構造を示す説明図であり、（ａ）図は平面図、（ｂ）図は正面図、（ｃ）図は側面図である。 本発明の攪拌装置の内、図３の攪拌用回転体を応用した攪拌槽懸架式攪拌装置の一実施例の構造を示す説明図であり、（ａ）図は攪拌装置の平面図、（ｂ）図は攪拌装置の正面図、（ｃ）図は操作盤の正面図、（ｄ）図は操作盤の側面図である。 本発明の攪拌用回転体における攪拌水流のイメージの説明図である。（ａ）図は攪拌用回転体と攪拌槽の平面図、（ｂ）図は攪拌装置と攪拌槽の正面図、矢線は各説明過程での水流の方向を示す。

本発明においては、回転軸に垂直な円盤状の本体と、前記本体の下側に放射状に設けられる複数の溝、または前記本体と放射状に設けられる複数の仕切り板で構成される流通路と、前記本体の下側中心部には溝または仕切り板が断絶している円形などの空間を備え、前記本体の上部には回転軸と連結するための勘合穴、または軸部を備える一体型の単純な形状である。

本発明の攪拌用回転体は、被攪拌流体に浸漬して軸心周りに回転する。放射状の溝または仕切り板の間を満たしていた流体は、攪拌用回転体の回転と共に回転する。流体には回転速度に比例して遠心力の作用が働くため、流体は最外周部から接線方向に向かって射出される。このとき本体中心部では射出された流体によって圧力が下がり、本体下側より、回転体の外の流体が連続的に吸い上げられる。

本体下側より吸い上げられた流体の流れは、螺旋状の流れとなり、細長く成長して竜巻流を形成し、槽底まで達して、比重の大きい被攪拌流体の沈殿物が連続的に吸い上げられて、効果的な攪拌が実現する。

本体の最外周部から接線方向に吐出された流体は、攪拌槽の槽壁に達し、槽壁が回転軸に平行な場合には、流体は上下方向に分かれ、下方向へ流れた流体は前記螺旋状の竜巻流とつながり、吸い上げの循環流を形成する。

また、本体の最外周部から接線方向に吐出された流体は、周囲に比較して流速が速いために、ベルヌーイの定理により、本体上側で中心近傍の水面から下方向に向かって吸い込み流が連続的に発生する。

前記槽壁で発生した上方向へ流れた流体は、前記水面から下方向への吸い込み流とつながり、比重の軽い浮遊物なども沈める吸い込みの循環流を形成する。ただしここで、回転速度が比較的速い場合には、旋回流によって、すり鉢状の渦流も発生するが、攪拌用回転体は下方向から吸い込むために、渦流は本体上面で成長が止まり、攪拌用回転体が空気を巻き込むまでには至らない。

つまり、本発明の攪拌用回転体を用いた攪拌では、沈殿物に対する吸い上げの循環流と、浮遊物に対する吸い込みの循環流という二つの循環流が形成され、二つの流れが攪拌用回転体近傍で出会うことにより、上下に分離している比重の異なる性質の被攪拌流体を、寄せて離す、という理想的な攪拌が可能となる。

従来の攪拌機では、高速回転により旋回流が大きくなると、上下に分離していた比重の異なる性質の被攪拌流体が、遠心分離の作用により、比重の軽い成分が中心方向に、比重の重い成分が外周方向に分離してしまうという問題があった。

本発明の攪拌用回転体は、吸い上げの循環流と、吸い込みの循環流のいずれもが外周から中心部に向かって寄せられ、本体外周部では射出流により離されるために、水平面で観察した場合にも、寄せて離す、という理想的な攪拌流が可能となる。

回せば混ざるという誤解が多い攪拌であるが、洗濯機が逆転することや、サイクロン掃除機がゴミを分離する仕組みを考えても、旋回流は攪拌には必ずしも必要な機能では無いことは明らかであり、むしろ遠心分離作用により均一化が阻害される。

沈殿物を吸い上げると同時に、浮遊物も吸い込み、寄せて離す、という攪拌流を実現する攪拌用回転体は、本発明により、高速回転化、小型化、大型化、軽量化、低コスト化、洗浄性の向上が実現することで、多くの産業において応用され、作業時間の短縮や被攪拌流体の品質向上、装置の簡素化に大きく貢献することが期待される。

図１は、本発明の攪拌用回転体の内、本体と回転軸との固定を溶接にて行う一実施例の構造を示す説明図であり、（ａ）図は攪拌用回転体の平面図、（ｂ）図は攪拌用回転体の正面図、（ｃ）図は攪拌用回転体の底面図、（ｄ）図は攪拌用回転体の回転軸に沿った断面図である。

これらの図に示すように、攪拌用回転体１０は、円盤（または円柱）と円錐を重ね合わせた形状を有する本体部１２を備えている。詳細には、本体部１２は、円盤形状部分の上面に円錐形状部分（「軸部」に対応）の底面を面の中心部が一致するように重ね合わせた形状となっており、円錐形状部分の底面の径は円盤形状部分の径よりも一周り小さく形成されている。

当該本体部１２の円錐形状部分の中央部には、鉛直方向に回転軸１１が埋め込まれている。回転軸１１は当該円錐形状部分の頂点から上方に伸びている。回転軸１１は本体部１２と接合部１９で差し込み溶接により固定されている。

図１に示す通り、本実施例の攪拌用回転体１０は、回転軸１１をモータの出力軸に取り付けて攪拌装置を構成する。

攪拌の際には、攪拌槽に入った被攪拌流体中に攪拌用回転体１０が浸漬される。円盤状の本体部１２の下側にはＵ字形の溝１３が放射状に配置されており、流通路を形成している。尚、Ｕ字形の溝１３は本体部１２の中心では円形の空間１４と連通している。

より詳細には、図１（ｃ）に示すように、本体部１２の下面には、複数の溝１３が本体部１２の中心から周囲へ向けて略平坦な底部を有して放射状に設けられている。本実施例１では、各溝１３は、下面中心部から外周まで直線状に延びるように設けられている。溝１３を本体部１２の側面からみると、図１（ｂ）に示すように下向きのＵ字型の断面形状となっており、本体部１２の下側の部分が開いている。すなわち、各溝１３は、本体部１２の下部へ開いた状態（開放状態）となるように形成されている。

また、溝１３の２つの側面は、それぞれ本体部１２の下面円盤面に対して垂直方向、すなわち回転軸１１と平行に形成されている。このように、溝１３の壁面を回転軸１１と平行に設けることで、攪拌用回転体１０から遠心力により円盤形状部分の接線方向に射出される流体は、回転軸１１に対して垂直平面での運動となり、液面の流動を押さえて空気の巻き込みを小さくすることができる。

また、溝１３を円盤形状部分の下面中心部から外周部に向かって直線状に延びるＵ字型の断面形状としたことにより、製造時における溝１３の形成が容易となるため、製造コストを抑えることができる。また、バフ研磨の作業性や洗浄性が良くなる。また回転の方向性を持たないため、逆転させて旋回流を止めることや、撹拌効率を上げる使い方も可能となる。

なお、溝１３の断面形状はＵ字型に限定されることはなく、例えばコの字型であってもよい。

溝１３の深さ（溝１３の回転軸１１方向の長さ）は、円盤形状部分の半径に対して５０％から１００％の範囲であることが望ましい。これにより、遠心力により溝１３を通じて円盤形状部分の外周（溝１３の外周側端部）から射出される流体の流量と、円盤形状部分下部中心の空間１４から吸い上げられる流体のバランスが取れ、洗浄性も得られ、製造上の加工性も良好となる。

なお、溝１３の深さをより深くすれば、攪拌用回転体１０の円盤形状部分の直径が同一であっても、攪拌能力を大きくすることができる。

本実施例では、溝１３は５つ設けられているが、円盤形状部分が比較的小径の場合にはより少なくし、大径の場合にはより多くすることが望ましい。但し、溝１３の数は３以上１２以下で奇数となることが望ましい。これにより洗浄が容易で高速回転時にも回転軸１１の振れを小さくして安定が得られる。

円盤形状部分の下側中心部には、下面に略円形の開口部を有する略円柱状の空間１４が形成されている。この空間１４の側面は各溝１３の内側端部と連通している。空間１４の高さ（回転軸１１方向の長さ）は、溝１３の高さと同一に形成されている。

この略円柱形状を有する空間１４の半径は、本体部１２の円盤形状部分の半径に対して４０％から６０％の範囲であることが望ましい。これにより、遠心力により溝１３を通じて円盤形状部分の外周から射出される流体の量と、空間１４から吸い上げられる流体の量とのバランスがより良くなる。

モータにより回転軸１１を回転させることによって、回転軸１１に溶接により固定された攪拌用回転体１０が回転する。このとき、Ｕ字形の溝１３を満たした流体１５も攪拌用回転体１０の回転と共に回転する。流体１５には回転速度に比例して遠心力が作用するため、流体１５は最外周部１６から接線方向１７に向かって吐出する。このとき本体中心部円形の空間１４では、吐出した流体１５によって圧力が下がり、本体下側１８より流体が連続的に吸い上げられる。

本実施例１は、本発明に係る攪拌用回転体のうち、直径５０ｍｍ未満の比較的小径なものを例としており、回転軸１１と本体部１２とは、接合部１９で差し込み溶接する構造である。腐食が危惧される隙間が無く、回転軸１１と攪拌用回転体が一体化しているため、洗浄が簡単で液切れが良いことを特徴とする。

本体部１２を大量に製造する際には、樹脂材料での射出成形や金属材料での精密鋳造を行うことにより、大幅な製造コストの低減が可能である。

なお、本実施例１では、本体部１２の上部を円錐形状としたが、これに限定されることはなく、上部も円盤形状であってもよい。ただし、本体部１２の上部は、突起や穴が設けられていない平坦な形状であることがより好ましい。本体部１２の上部に突起や穴を有する場合には、回転軸１１近傍に強い旋回流や吸い込み流が発生し、渦流が成長して空気を巻き込んでしまう場合があるからである。

また、空間１４の形状は、設ける溝１３の数や製造方法等に応じて適宜調整可能である。空間１４は、本体部１２の円盤形状部分の下面に開口部を有し、かつ周囲の各溝１３と連通するように設けられていればよく、例えば、空間１４の形状は角柱形状であってもよいし、横断面についても、例えば星型形状、十字形状、円形など種々の形状を採り得る。

図２は、本発明の攪拌用回転体の内、本体と回転軸との固定を止めねじの締め付けで行う一実施例の構造を示す説明図であり、（ａ）図は攪拌用回転体の平面図、（ｂ）図は攪拌用回転体の正面図、（ｃ）図は攪拌用回転体の底面図、（ｄ）図は攪拌用回転体の回転軸に沿った断面図である。これらの図に示すように、攪拌用回転体２０は、径の異なる円盤形状の部材を２つ重ね合わせた形状を有する本体部２２を備えている。

詳細には、本体部２２は、径の大きい円盤形状の部材の上に、径の小さい円盤形状部材を、円盤面の中心部が一致するように重ね合わせた形状となっている。本体部２２の中心部には鉛直方向に回転軸２１が貫通している。上部の円盤形状部分の側面には中心まで貫通する勘合穴が設けられており、回転軸２１は当該勘合穴に挿入された六角穴付き止めねじ２９によって本体部２２に固定されている。その他の構成及び効果は実施例１と同様である。

図２に示す通り、本実施例の攪拌用回転体２０は、回転軸２１をモータの出力軸に取り付けて攪拌装置を構成する。

攪拌の際には、攪拌槽に入った被攪拌流体中に攪拌用回転体２０が浸漬される。実施例１と同様に、円盤状の本体部２２の下側には図２（ａ）、（ｂ）に示すようにＵ字形の溝２３が放射状に配置されており、流通路を形成している。尚、Ｕ字形の溝２３は本体部２２の中心では円形の空間２４となっており、空間２４の中心部には回転軸２１が貫通する。

モータにより回転軸２１を回転させることによって、回転軸２１に固定された攪拌用回転体２０が回転する。このとき、Ｕ字形の溝２３を満たした流体２５も攪拌用回転体２０の回転と共に回転する。流体２５には回転速度に比例して遠心力が作用するため、流体２５は最外周部２６から接線方向２７に向かって吐出する。このとき本体中心部円形の空間２４では、吐出した流体２５によって圧力が下がり、本体下側２８より流体が連続的に吸い上げられる。

本実施例は、本発明の攪拌用回転体の内、直径５０ｍｍ以上１２０ｍｍ未満の汎用性の高いサイズを例としたもので、回転軸２１と本体部２２とは、六角穴付き止めねじ２９で締め付けて固定する構造である。

このように六角穴付き止めねじ２９を用いることで、回転軸２１に対して任意の軸方向の位置で攪拌用回転体２０を固定することができるため、攪拌槽の深さや容量、被攪拌流体の性質に応じた攪拌位置の調節が可能で、なおかつ、攪拌用回転体２０を上下逆転して固定することにより、流体の攪拌目的の他、液体中に強制的に空気を巻き込ませるエアレーションや、攪拌槽あるいは任意の部品の洗浄用途にも使えることを特徴とする。なお、六角穴付き止めねじ２９に限定されることはなく、他の種類のねじを用いてもよい。

図３は、本発明の攪拌用回転体のうち、本体と仕切り板を板金で製作し、溶接によって接合する製缶構造の一実施例の構造を示す説明図であり、（ａ）図は攪拌用回転体の平面図、（ｂ）図は攪拌用回転体の正面図、（ｃ）図は攪拌用回転体の底面図、（ｄ）図は攪拌用回転体の中心を通る縦断面図である。

これらの図に示すように、攪拌用回転体３０は、薄い板状の円盤形状部分と、当該円盤形状部分の上部に設けられ当該円盤よりも径の小さい円筒形状部分と、を有する本体部３２を備えている。

本体部３２は、円盤形状部分と円筒形状部分とを中心部が一致するように重ね合わせた形状となっている。上記した実施例２と同様に、本体部３２の中心部には鉛直方向に回転軸３１が貫通しており、回転軸３１は本体部３２に六角穴付き止めねじ３９で固定されている。なお、本体部３２の上部の形状は実施例１と同様に円錐形状であってもよい。

図３に示す通り、本実施例の攪拌用回転体３０は、回転軸３１をモータの出力軸に取り付けて攪拌装置を構成する。

攪拌の際には、攪拌槽に入った被攪拌流体中に攪拌用回転体３０が浸漬される。円盤状の本体部３２の下側には、複数の仕切り板３３が放射状に下垂されており、本体部３２の円盤形状部分と当該円盤形状部分の下面から直角に下垂する隣り合う２枚の仕切り板３３とによって、流体の流通方向に垂直の断面がコの字形の流通路を形成している。

仕切り板３３は、図３（ａ）に示すように攪拌用回転体３０を平面視した場合に、本体部３２の円盤の外周部からはみ出さずに外周部の端部と仕切り板３３の端部の位置が一致していることが望ましい。はみ出した場合には、せん断力が大きくなり一定の目的には有効であるが、構造上の強度や、洗浄性、取り扱い時の利便性が低下するからである。

好ましい仕切り板３３の高さや仕切り板３３の数（流通路の数）は、実施例１で説明した溝１３の深さや溝１３の数と同様である。

なお、仕切り板３３は本体部３２の中心では分断しており、その中心には空間３４が形成されており、空間３４の中心部には回転軸３１が貫通する。つまり、本体部３２の円盤形状部分の中心部の下方には、仕切り板３３は存在せず、回転軸３１とその周囲の空間３４とが存在する。好ましい空間３４の大きさは、上記した実施例１で説明した空間１４の大きさと同様である。

モータにより回転軸３１を回転させることによって、回転軸３１に固定された攪拌用回転体３０が回転する。このとき、コの字形の流通路を満たした流体３５も攪拌用回転体３０の回転と共に回転する。流体３５には回転速度に比例して遠心力が働くため、流体は最外周部３６から接線方向３７に向かって吐出する。このとき本体中心部の空間３４では、吐出した流体３５によって圧力が下がり、本体下側３８より流体が連続的に吸い上げられる。

本実施例は、本発明の攪拌用回転体の内、直径１２０ｍｍ以上の比較的大径を例としたもので、回転軸３１と本体部３２とは、実施例２と同様に六角穴付き止めねじ３９で締め付けて固定する構造である。したがって、実施例２と同様に、回転軸３１に対して任意の回転軸３１方向の位置で攪拌用回転体３０を固定することができるため、攪拌槽の深さや容量、被攪拌流体の性質に応じた攪拌位置の調節が可能で、なおかつ、攪拌用回転体３０を回転軸３１方向に上下複数固定することにより、１軸で直径方向の専有面積を大きくせずに攪拌力を向上させることができることを特徴とする。

また、実施例１、２と同様に、仕切り板３３を高くして流通路を通る流体を多くすることにより、攪拌用回転体３０の円盤形状部分の直径が同じでも、攪拌能力を大きくすることができる。

このように、本体部３２の直径が比較的大きい場合においても、円盤を金属製とし、当該円盤に仕切り板３３を垂直方向に溶接することができるため、大型の製造設備を必要とせず、低コストで製作できる。

図４は、本発明の攪拌装置のうち、図１の攪拌用回転体を応用した卓上用攪拌装置の一実施例の構造を示す説明図であり、（ａ）図は卓上用攪拌装置の平面図、（ｂ）図は正面図、（ｃ）図は側面図である。図４に示す通り、本実施例の攪拌用回転体４０は、回転軸４１をモータの出力軸に取り付けて攪拌装置を構成する。

攪拌用回転体４０は、穴形状の流通路を有する従来の攪拌用回転体同様に、粘性抵抗、圧力抵抗、造波抵抗が小さい特性を継承し、反動トルクが小さいことや、本発明により小径化して高速回転が可能なことから、ブラシレスＤＣモータ４２のように減速機を使わずに小型化軽量化が可能なため、フリーアーム４３のような簡単な固定でも使用できることを特徴とする。

攪拌容器を設置する際には、ハンドル４４を緩めることで、フリーアーム４３の間接４５、４６、４７の３ヶ所すべてが緩むため、簡単に設置作業が行えることを特徴とする。また、攪拌位置や角度の自由度が大きい為、様々な容器や容量に１台で対応できることを特徴とする。

攪拌する際には、一体化されたスピードコントロールドライバ４８によって、毎分１回転単位での回転速度設定が行える。また、ブラシレスＤＣモータ４２は、速度制御範囲が毎分８０〜４０００回転と広い上、低速から高速までトルクがほぼ一定であるため、容量変化の他、粘度が増しても回転速度を下げることにより、ある程度の攪拌が可能であることを特徴とする。

攪拌後の攪拌用回転体４０は、穴形状の流通路を有する従来の攪拌用回転体や羽根車に比べても液中から取り出した際の液切れが良く、直径も小さいために洗浄液や消毒液などの節約にも効果的で、流し台の近傍に設置した場合には、フリーアーム４３の自由度によって、攪拌用回転体を攪拌装置に取り付けたまま、水道栓の水流で直接的に洗浄できることを特徴とする。

図５は、本発明の攪拌装置のうち、図３の攪拌用回転体を応用した攪拌槽懸架式攪拌装置の一実施例の構造を示す説明図であり、（ａ）図は攪拌装置の平面図、（ｂ）図は攪拌装置の正面図、（ｃ）図は操作盤の正面図、（ｄ）図は操作盤の側面図である。図５に示す通り、本実施例の攪拌用回転体５０は、回転軸５１をモータの出力軸に取り付けて攪拌装置を構成する。

攪拌用回転体５０は、同径の穴形状の流通路を有する従来の攪拌用回転体に比較して、軽量で攪拌力も高いために、アルミフレーム５２にブラシレスＤＣモータ５３を固定しただけの簡単な構造で攪拌ができることを特徴とする。

攪拌容器に設置する際には、本図のように槽縁に攪拌装置を懸架するだけで、攪拌槽や門型フレーム等への固定は不要である。更には、単純な構造は軽量の上、部品点数も少なく、万一の部品落下に伴う異物混入などのリスクも軽減されることを特徴とする。

比較的攪拌槽の底が浅く、面積の広い矩形容器については、従来の攪拌機には攪拌が難しく、ハンドミキサや大きなヘラなどを用いて作業者が手動によって攪拌する例が多く、ハンドミキサの羽根車が樹脂製矩形容器の底や槽壁に万一接触した際には、異物混入や攪拌槽の破壊につながるリスクが大きいことが問題となっていた。

本発明の攪拌装置は軽量で単純構造なため、槽縁への載せ下ろしや攪拌位置の調整、更には原材料投入時には攪拌装置を端へずらしたりすることも可能である。また、攪拌する容量が多い場合や粘度が高い場合には、２台３台と並列に使用することを特徴とする。

図５（ｃ）図と（ｄ）図で表した操作盤５４は、スピードコントロールドライバ５５を２台収納する一実施例である。本図の、設置して攪拌する状態では、攪拌装置はＩＰ６６、操作盤はＩＰ５４の保護等級に準ずる防水性能を有するため、粉体材料や液体の飛散で攪拌機が汚れた場合などにおいては、噴流水を当てて攪拌装置全体を水洗いできることを特徴とする。

攪拌する際には、操作盤５４内に収納したスピードコントロールドライバ５５によって、毎分１回転単位での回転速度設定が行える。また、ブラシレスＤＣモータ５３は、速度制御範囲が毎分１６〜８００回転と広い上、低速から高速までトルクがほぼ一定であるため、容量変化の他、粘度が増しても回転速度を下げることによりある程度の攪拌が可能であることを特徴とする。

攪拌後の攪拌用回転体５０は、穴形状の流通路を有する従来の攪拌用回転体や羽根車に比べても液切れが良く、軽量なために取り外しも容易で、洗浄性が高いことを特徴とする。

攪拌後の攪拌装置は、モータコントロールケーブル５６の先端に備わる防水コネクタ５７によって簡単に取り外しが可能である。これにより操作盤とは分離することが出来て、壁に立てかけたり天井に吊したりといった、従来に無い収納方法が可能であることを特徴とする。

図６は、本発明の攪拌用回転体における攪拌水流のイメージの説明図である。（ａ）図は攪拌用回転体と攪拌槽の平面図、（ｂ）図は攪拌装置と攪拌槽の正面図、矢線は各説明過程での水流の方向を示す。

攪拌用回転体の回転により、攪拌用回転体の溝または仕切り板による流通路を満たしていた流体は、遠心力を生じて射出流１となる。この射出流１は槽壁に至って槽壁衝突流２となって、水面へ向かう水面上昇流８、槽底へ向かう槽壁下降流６とに分かれる。射出流１により攪拌用回転体の下部では流体の圧力が下がり、吸入流３を生じる。この吸入流３は竜巻流４を形成して槽底まで細長く成長する。槽底まで達した竜巻流４は、槽底螺旋流５を生じて沈殿物を槽中心に集め吸い上げる。ここで前記槽壁下降流６と槽底螺旋流５がつながり、槽底上昇流７を生じて連続した沈殿物を吸い上げる循環流となる。また、射出流１は、周囲の流れに対して流速が著しく速いために、ベルヌーイの定理により、その近傍の圧力が低くなって、射出流副流を形成する。この射出流副流は、水面下降流９を形成し、水面上昇流８とつながり、浮遊物を吸い込む循環流となる。旋回流が大きい場合においては、水面中心部にすり鉢状の渦流を生じるが、他の水流に比べて流速が遅いことと、攪拌用回転体は下方向から吸い上げる特性を持つことから、空気の巻き込みは生じにくい。これらにより、液面は静かで、沈殿物を吸い上げ、浮遊物を吸い込み、比重差の大きい流体においても、寄せて離す、という効果により、均一性の高い攪拌品質が短時間の攪拌で得られる。特に、空気を巻き込まずに浮遊物を吸い込む特性は、本発明の攪拌用回転体の大きな特徴で、従来の羽根車は単一の軸流による循環流のためにこのような攪拌特性は持たない。

本発明の攪拌用回転体および攪拌装置は、各種流体の攪拌分野において、装置の軽量化と高効率、高品質な攪拌をもたらす技術として、産業上の利用可能性がある。

１０、２０、３０、４０、５０・・・攪拌用回転体
１１、２１、３１、４１、５１・・・回転軸
１２、２２、３２・・・・・・・・・本体部
１３、２３・・・・・・・・・・・・溝
１４、２４、３４・・・・・・・・・空間
１５、２５、３５・・・・・・・・・流体
１６、２６、３６・・・・・・・・・最外周部
１７、２７、３７・・・・・・・・・接線方向
１８、２８、３８・・・・・・・・・本体下側
１９・・・・・・・・・・・・・・・接合部
２９、３９・・・・・・・・・・・・六角穴付き止めねじ
３３・・・・・・・・・・・・・・・仕切り板
４２、５３・・・・・・・・・・・・ブラシレスＤＣモータ
４３・・・・・・・・・・・・・・・フリーアーム
４４・・・・・・・・・・・・・・・ハンドル
４５、４６、４７・・・・・・・・・関節
４８、５５・・・・・・・・・・・・スピードコントロールドライバ
５２・・・・・・・・・・・・・・・アルミフレーム
５４・・・・・・・・・・・・・・・操作盤
５６・・・・・・・・・・・・・・・モータコントロールケーブル
５７・・・・・・・・・・・・・・・防水コネクタ

Claims (2)

1. 回転軸に垂直な円盤状の本体と、
   前記本体の下側に放射状に設けられ、当該下側に開いた複数の流通路と、
   前記本体の下側中心部に設けられて前記複数の流通路の各々と連通する空間と、
   を備え、
   前記本体は、その上部に前記回転軸と連結するための穴または軸部を備え、
   前記複数の流通路の各々は、前記本体の下部に設けられたＵ字型の断面形状の溝であり、
   前記複数の流通路の各々は、深さが前記本体の半径に対して５０〜１００％の範囲に設定され、前記本体の下側中心部から当該本体の外周部に向かって略平坦な底部を有して延びるように設けられており、かつ各々の壁面が前記回転軸と平行であり、
   前記空間は、半径が前記本体の半径に対して４０〜６０％の範囲に設定され、かつ、前記複数の流通路の各々と同一の高さに設定されており、
   前記本体を流体に浸漬して前記回転軸周りに回転させた際に、当該流体が前記複数の流通路から前記本体の最外周部の接線方向へ射出されるとともに前記本体の下側から前記空間に前記流体が連続的に吸い上げられ、当該吸い上げられた流体が螺旋状の流れを形成し、かつ、前記複数の流通路から射出された前記流体により前記本体の上側から下方向へ向かう吸い込み流が発生する、
   攪拌用回転体。
2. 容器に収容された流体を攪拌する装置であって、
   前記容器の上部に配設される攪拌駆動可能な攪拌軸と、
   前記攪拌軸に取り付けられる攪拌用回転体と、
   を備え、
   前記攪拌用回転体が、請求項１に記載の攪拌用回転体である、
   攪拌装置。

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