JP6181603B2 - 原料攪拌装置 - Google Patents

Description

本発明は、粉体などの原料を攪拌する原料攪拌装置に関し、特に原料を内部に収容して回転する回転容器と、この回転容器の内部に配置されて回転することで原料を攪拌するロータユニットとを備える原料攪拌装置に関する。

図１３は、従来の原料攪拌装置の一例を示す図である。図１３に示すように、原料攪拌装置は、粉体などの原料を収容して回転する回転容器（混合パン）１０１と、回転容器１０１を回転させるための第１の駆動装置１０２と、回転容器１０１内の原料を撹拌するロータユニット１０３と、ロータユニット１０３を回転させるための第２の駆動装置１０４とを備えている。回転容器１０１は、ケーシング１０６内に回転可能に収容されている。回転容器１０１の上部は、旋回軸１０７を支点として回動する蓋部材１０５により開閉可能である。図１３では、蓋部材１０５を回動させることにより、回転容器１０１の開口部１０１ａが開口された状態を示している。ロータユニット１０３は、蓋部材１０５の下面に取り付けられている。蓋部材１０５を閉じることにより、ロータユニット１０３は、回転容器１０１内に配置されるようになっている。

なお、図示はしないが、駆動機構（例えば、エアシリンダまたは油圧シリンダ）を用いて、蓋部材１０５を回転容器１０１の回転軸と平行な方向に上昇させることで、回転容器１０１の開口部１０１ａを開口させてもよい。あるいは、蓋部材１０５を省略して、ケーシング１０６の上面を設け、当該ケーシング１０６の上面が回転容器１０１の上部を覆うように構成することもできる。ケーシング１０６に上面を設けた場合は、当該上面に、原料を回転容器１０１に供給するための供給口が設けられ、回転容器１０１とケーシング１０６とに原料を回転容器１０１から排出するための排出口が設けられる。

図１３に示されるように、回転容器１０１は、水平方向から傾斜している。この傾斜した回転容器１０１内に原料を投入し、蓋部材１０５を閉じて、第１の駆動装置１０２および第２の駆動装置１０４を駆動すると、回転容器１０１およびロータユニット１０３はそれぞれ回転し、回転容器１０１内の原料が攪拌される。原料を攪拌することにより、例えば、混合、混練、スラリー化といった複数の原料処理が連続して行われる。

回転容器１０１の傾斜角度には、原料処理の種類（例えば、混合、混練、スラリー化）および原料の性状などに応じた最適値が存在する。したがって、例えば、原料を混合、混練、およびスラリー化するといった一連の原料処理において、混合処理の最適傾斜角度、混練処理の最適傾斜角度、およびスラリー化処理の最適傾斜角度は、それぞれ異なる場合がある。特に、混合処理および混練処理の最適傾斜角度は、スラリー化処理の最適傾斜角度と異なることが多い。回転容器１０１を最適角度に傾斜させて原料処理を行うことで、原料が最適に混ぜ合わされて、高品質な最終製品を作り出すことが可能となる。そのため、原料処理の種類や原料の性状などに応じて、回転容器１０１を最適角度に傾斜させることが望まれている。

しかしながら、従来の原料攪拌装置では、回転容器１０１を最適角度に傾斜させるために、原料攪拌装置の運転を一旦停止させてから、回転容器１０１を収容するケーシング１０６の下部に台座等を挿入して、回転容器１０１の傾斜角度を変更していた。例えば、原料を混合および混練させた後で、一旦原料攪拌装置の運転を停止し、その後、台座等を挿入することで回転容器１０１の傾斜角度を変えて、原料のスラリー化を行う。この台座を挿入する作業は、重量物であるケーシング１０６を持ち上げなければならず、危険であり、かつ非効率であるという問題がある。また、例えば、混合、混練、およびスラリー化といった原料処理を連続して行う場合に、混合の後や混練の後に、ケーシング１０６の下部に台座を挿入する作業を行うには、ある程度の作業時間を必要とする。この作業時間の間に、吸湿や温度変化などの原因により回転が停止している回転容器１０１内の原料の性状が変化してしまう。このような性状変化は、最終的な製品品質に悪影響を及ぼすことがある。

ケーシング１０６の下部に台座等を挿入する代わりに、回転容器１０１の傾斜角度が異なる複数の原料攪拌装置を使用することも考えられる。例えば、図１３に示すような回転容器１０１が傾斜している原料撹拌装置を混合および混練用に使用し、この原料撹拌装置とは別の回転容器１０１が傾斜していない原料撹拌装置をスラリー化用に使用する。しかしながら、複数の原料攪拌装置を使用する場合、初期投資コストが増大すると共に、原料攪拌装置の設置面積も増大してしまうという問題がある。また、複数の原料攪拌装置を使用する場合であっても、異なる原料攪拌装置への原料の移し替えにある程度の作業時間が必要である。この移し替えにかかる作業時間の間に、吸湿や温度変化などの原因により回転が停止している回転容器１０１内の原料の性状が変化してしまう。移し替えにかかる作業時間をできるだけ短縮するために、複数の原料撹拌装置間で原料の搬送を自動で行う搬送装置を導入することも考えられる。しかしながら、この場合、制御が複雑となるだけでなく、搬送装置用の初期投資コストが必要となってしまう。また、搬送装置を使用したとしても、原料の搬送時間は必要であり、この搬送時間の間に、吸湿や温度変化などの原因により原料の性状が変化してしまう。

特開２０１３−１７９２３号公報

本発明は上述した問題点に鑑みてなされたもので、原料の性状変化を引き起こさずに、効率的で最適な攪拌処理が可能な原料攪拌装置を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するため、本発明の一態様は、複数の原料処理を連続して行う原料攪拌装置であって、原料を内部に収容し、回転する回転容器と、前記回転容器を回転させる第１の駆動装置と、前記回転容器の内部で回転し、前記原料を攪拌するロータユニットであって、前記回転容器の回転軸から偏心した位置に配置されるロータユニットと、前記ロータユニットを回転させる第２の駆動装置と、前記回転容器の傾斜角度を変更する傾動装置と、前記第１の駆動装置、前記第２の駆動装置、および前記傾動装置を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記複数の原料処理を連続して行っている間に、前記傾動装置を制御することにより、前記回転容器の傾斜角度を、前記複数の原料処理それぞれに応じた最適傾斜角度に自動的に変更し、前記制御装置は、前記最適傾斜角度、および前記回転容器の傾斜角度を前記最適傾斜角度に変更するタイミングを予め記憶していることを特徴とする原料攪拌装置である。

好ましい態様は、前記回転容器の前記最適傾斜角度は、前記回転容器が水平である状態を０度とした場合に、０度以上３０度以下の範囲内にあることを特徴とする。

本発明によれば、回転容器とロータユニットが回転している運転中に、制御装置が傾動装置を制御することにより、回転容器の傾斜角度を自動的に変えることができる。したがって、回転容器の傾斜角度を、混合、混練、およびスラリー化といった複数の原料処理に応じた最適な傾斜角度に自動で変化させることができる。その結果、回転容器を収容するケーシングを持ち上げて、台座等をケーシングの下に挿入する必要がなくなるので、危険で非効率な作業を行う必要がない。
また、本発明によれば、混合、混練、およびスラリー化といった、回転容器の最適傾斜角度が異なる複数の原料処理を１台の原料攪拌装置で行うことができる。したがって、初期投資コストを低減でき、原料攪拌装置の設置面積を必要最小限にとどめることができる。
また、本発明によれば、混合、混練、およびスラリー化といった複数の原料処理を、それぞれの原料処理における回転容器の最適傾斜角度で連続して行うことができる。その結果、製品品質に悪影響を及ぼす原料の性状変化を防ぐことができ、かつ処理時間を短縮することができる。

本発明の一実施形態に係る原料攪拌装置の正面図である。 図１に示す原料攪拌装置の側面図である。 原料攪拌装置の回転容器内部を示す斜視図である。 図３に示す回転容器内部を上から見た図である。 図５（ａ）はロータユニットの変形例を示す断面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）に示すロータユニットを上から見た図である。 図６（ａ）は回転容器の傾斜角度が０度のときの原料攪拌装置を示す図であり、図６（ｂ）は回転容器の傾斜角度が３０度のときの原料攪拌装置を示す図である。 図７（ａ）および図７（ｂ）は傾動装置の変形例を示す図である。 図８（ａ）および図８（ｂ）は傾動装置の他の変形例を示す図である。 図８（ｂ）のＡ線矢視図である。 図１０（ａ）および図１０（ｂ）は傾動装置のさらに他の変形例を示す図である。 本実施形態に係る原料攪拌装置を用いた一実験例を示す図である。 本実施形態に係る原料攪拌装置を用いた他の実験例を示す図である。 従来の原料攪拌装置の一例を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１から図１２において、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
図１は、本発明の一実施形態に係る原料攪拌装置の正面図である。図２は、図１に示す原料攪拌装置の側面図である。図１および図２に示すように、原料攪拌装置は、粉体などの原料を収容して回転する回転容器（混合パン）１と、回転容器１を回転させるための第１の駆動装置（モータ）２と、回転容器１内の原料を撹拌するロータユニット３と、ロータユニット３を回転させるための第２の駆動装置（モータ）４とを備えている。

回転容器１はケーシング９の内部に回転可能に配置されており、ケーシング９は蓋部材５により開閉可能になっている。蓋部材５には、原料を回転容器１に供給するための供給口５ａが形成されている。

なお、図１および図２に示した実施形態では、蓋部材５が図示しない駆動機構（例えば、エアシリンダまたは油圧シリンダ）により回転容器１の回転軸と平行な方向に上昇することで、ケーシング９が開口するようになっている。図示はしないが、蓋部材５が旋回軸を支点として回動することによりケーシング９が開閉されてもよい。あるいは、蓋部材５を省略して、ケーシング９の上面を設け、当該ケーシング９の上面が回転容器１の上部を覆うように構成することもできる。この場合、ケーシング９に、原料を回転容器１に供給するための供給口が設けられ、回転容器１とケーシング９とに、回転容器１から原料を排出するための排出口が設けられる。供給口および排出口には、蓋部材が設けられ、これら蓋部材は、原料を供給するかまたは排出するとき以外は閉じられる。

図２に示すように、ケーシング９は架台７の上に固定されており、架台７はベース８の上に固定されている。架台７の上面７ａは水平線Ｈに対して所定角度（図２に示した例では３０度）だけ傾斜しており、ケーシング９は架台７の上面７ａに固定されている。回転容器１を回転させるための第１の駆動装置２は、架台７内に収容されている。

図１および図２に示した実施形態では、ロータユニット３は、駆動力伝達機構１０により第２の駆動装置４に接続されている。第２の駆動装置４の駆動力は、駆動力伝達機構１０を介してロータユニット３に伝達される。より具体的には、駆動力伝達機構１０は、第２の駆動装置４の回転軸に取り付けられた第１のプーリ２５と、ロータユニット３のシャフト１１に取り付けられた第２のプーリ２６と、これらプーリ２５，２６の間に掛け渡されたベルト２７とを備えている。第２の駆動装置４の回転軸を回転させると、第１のプーリ２５が回転し、第１のプーリ２５の回転がベルト２７を介して第２のプーリ２６に伝えられ、第２のプーリ２６が回転する。第２のプーリ２６が回転すると、第２のプーリ２６に取り付けられたシャフト１１が回転し、その結果、ロータユニット３が回転するようになっている。第２の駆動装置４の回転軸を時計回り方向または反時計回り方向に回転させることにより、ロータユニット３を、時計回り方向または反時計回り方向に回転させることができる。回転容器１は、第１の駆動装置２によって回転され、ロータユニット３は第２の駆動装置４によって回転される。したがって、回転容器１およびロータユニット３をそれぞれ独立して回転させることができる。

なお、図示はしないが、駆動力伝達機構１０を、互いに噛み合う複数のギアを用いて構成することができる。この場合、第２の駆動装置４の回転軸にギアが取り付けられ、シャフト１１にギアが取り付けられる。第２の駆動装置４の回転軸に取り付けられたギアを、シャフト１１に取り付けられたギアに噛み合わせることで、駆動力伝達機構１０が構成される。第２の駆動装置４の回転軸に取り付けられたギアと、シャフト１１に取り付けられたギアとの間に、さらに別のギアを一枚または複数枚配置し、これらのギアを互いに噛み合わせてもよい。

図２に示すように、駆動装置２，４は制御装置４０に接続されており、制御装置４０はこれら駆動装置２，４の回転速度および回転方向を制御するように構成されている。回転容器１およびロータユニット３のそれぞれの回転速度および回転方向は、制御装置４０により自在に制御されるので、回転容器１内の原料を最適な状態で攪拌することができる。

図３は、原料攪拌装置の回転容器内部を示す斜視図である。図４は、図３に示す回転容器内部を上から見た図である。図３および図４に示すように、回転容器１は、回転容器１内の原料を攪拌するために、第１の駆動装置２によって所定方向（図示した例では、時計回り方向Ｂ1）に回転させられる。ロータユニット３は、回転容器１の中心軸線ＣＬ1より偏心した位置で中心軸線ＣＬ1と平行に配置される。ロータユニット３は、回転容器１の回転方向と同一方向または逆方向に回転させられる。より具体的には、ロータユニット３は、回転容器１の中心軸線ＣＬ１と平行な偏心軸線ＣＬ２を中心として回転する。原料攪拌装置では、所定量の原料が回転容器１内に収容される。この状態で、原料攪拌装置は、回転容器１とロータユニット３とを回転させ、混合、混練、およびスラリー化といった複数の原料処理を連続して実行する。

図３および図４に示すロータユニット３は、スター型ロータユニットと呼ばれる。ロータユニット３は、シャフト１１と、シャフト１１に取り付けられた複数の攪拌羽根１２とを備えている。複数の撹拌羽根１２は、シャフト１１の外周面から放射状に延びている。シャフト１１は、回転容器１の底面１ａの近傍まで延びている。ロータユニット３は、所定方向（図示した例では、反時計回り方向Ｂ２）に回転させられる。例えば、ロータユニット３は、回転容器１よりも速く回転する。

回転容器１の底面１ａ近傍まで延びるシャフト１１の下部には、回転容器１の底面１ａ上の原料を掻き取るための２つの掻き取り羽根１３が取り付けられている。掻き取り羽根１３も、撹拌羽根１２と同様に、シャフト１１から外方に放射状に延びる。これら掻き取り羽根１３は、シャフト１１を挟むように配置されている。しかしながら、掻き取り羽根１３の数および配置箇所はこの例に限定されない。シャフト１１および羽根１２，１３は、回転容器１と異なる所定の回転速度で、矢印Ｂ２に示すように平面視で反時計回り方向に回転する。

図３および図４に示すように、回転容器１内には、原料を混合するための混合部材１４が配置されている。混合部材１４は、回転容器１の内周面に近接して縦方向に延びる第１のスクレーパ１５と、第１のスクレーパ１５から横方向に延び、底面１ａに近接して配置された第２のスクレーパ１６とを備えている。さらに、混合部材１４は、スクレーパ１５，１６を支持する支持部材１７を備えている。支持部材１７は蓋部材５に固定されるので、回転容器１およびロータユニット３が回転しても、混合部材１４は、回転しない。

このように、本実施形態では、回転する回転容器１内に、回転するロータユニット３および回転しない混合部材１４を設け、さらに回転容器１を図２に示されるように傾斜させている。このように回転容器１を傾斜させると、回転している回転容器１内の原料は、その自重により下方に移動しようとする。そして、下方に移動した原料は、傾斜しているロータユニット３の回転によって斜め方向に移動させられる。また、混合部材１４の第１のスクレーパ１５が、回転容器１の内周面に付着した原料を掻き取り、第２のスクレーパ１６が、底面１ａ上の原料を掻き取るので、回転容器１内の原料は、同じところに留まることなく全体的に常に移動する。したがって、ロータユニット３および混合部材１４を内部に配置する回転容器１を傾斜させて、回転容器１とロータユニット３とを回転させると、原料の上下方向の動きと、斜め方向の動きとが混在するようになり、回転容器１内の原料は、三次元的に移動するようになる。その結果、原料が効率良く攪拌される。なお、回転容器１の傾斜角度には、原料処理の種類や原料の性状などに応じた最適値が存在する。また、回転容器１とロータユニット３の回転速度に関しても、原料処理の種類や原料の性状などに応じた最適値が存在する。これら傾斜角度と回転速度の最適値は、実験によって、予め決定しておくことができる。

回転容器１を傾斜させると、回転容器１内の原料がその自重により下方に移動し、さらに、ロータユニット３の回転により斜め方向に移動する。ここで、回転容器１を高速で回転させてしまうと、回転容器１内の原料が遠心力により回転容器１の内周面に押し付けられ、原料が効率的に回転容器１の下方に移動できない。したがって、回転容器１の回転速度は、回転容器１に収容される原料がその自重で下方に移動することができるように、比較的低速に設定される。ロータユニット３の回転速度は、回転容器１の回転速度よりも速く設定される。ただし、原料処理の種類や原料の性状に応じて、ロータユニット３の回転速度を、回転容器１の回転速度よりも低速に設定してもよい。

ロータユニット３のシャフト１１および混合部材１４の支持部材１７は、蓋部材５に取り付けられているため、蓋部材５が開かれると、ロータユニット３および混合部材１４は蓋部材５とともに回転容器１の上方まで移動する。

図５（ａ）はロータユニット３の変形例を示す断面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）に示すロータユニット３を上から見た図である。図３および図４に示すロータユニット３と同一の構成については、同一の符号を付して重複した説明を省略する。図５（ａ）および図５（ｂ）に示すロータユニット３はピン型ロータユニットと呼ばれる。

図５に示されるロータユニット３は、シャフト１１と、シャフト１１の下端に取り付けられた板体２２と、板体２２に取り付けられた少なくとも１本の棒状部材（本実施形態では、合計６本）２３とを備えている。板体２２は、放射状に延びる複数のアーム２８を有し、アーム２８のそれぞれに１本の棒状部材２３が配置されている。放射状に延びるアーム２８を有する板体２２とシャフト１１とは同軸状に配置され、シャフト１１および板体２２の接続部分にはテーパー部材２４がシャフト１１を取り囲むように取り付けられている。棒状部材２３は、板体２２から蓋部材５の方に向かって延びている。棒状部材２３の先端部は、当該棒状部材２３の先端にいくにしたがって棒状部材２３の中心に向かって窄まるテーパー形状を有している。

図２に示すように、原料攪拌装置は、回転容器１の傾斜角度を自在に変更する傾動装置３０をさらに備えている。図示した例の傾動装置３０は、ベース８を回動させるためのボールねじ３１と、ボールねじ３１を駆動する第３の駆動装置（モータ）３２とを備えている。ボールねじ３１は、第３の駆動装置３２により回転するねじ軸３３と、ねじ軸３３に螺合されたナット３４とを備えている。ねじ軸３３は、保持部材３６に回転可能に保持されている。保持部材３６は、第３の駆動装置３２も保持している。ナット３４は、ベース８の一端部に、第１のジョイント２９を介して連結されており、ナット３４はベース８に対して第１のジョイント２９を支点として回動可能になっている。ねじ軸３３が回転しても、ナット３４は回転しない。ベース８の他端部は、第２のジョイント３５を介してフレーム３７に連結されており、ベース８は、フレーム３７に対して第２のジョイント３５を支点として回動可能になっている。また、保持部材３６は、第３のジョイント３９を支点として、回動可能なようにフレーム３７に連結されている。

第３の駆動装置３２によりねじ軸３３が回転すると、ナット３４は、ねじ軸３３の延びる方向（すなわち、ねじ軸３３の長手方向であり、図２の矢印方向）に沿って移動する。ナット３４が移動すると、保持部材３６が第３のジョイント３９を支点として回動すると共に、ナット３４が連結されているベース８が第２のジョイント３５を支点として回動する。ベース８の回動に伴って、ベース８上に固定された架台７も第２のジョイント３５を支点として回動する。その結果、架台７上に配置される回転容器１の傾斜角度を変更することができる。

第１の駆動装置２および第２の駆動装置４と同様に、第３の駆動装置３２も制御装置４０に接続される（図２参照）。制御装置４０は、傾動装置３０を制御して回転容器１の傾斜角度を変更するように構成される。制御装置４０は、回転容器１および／またはロータユニット３が回転している運転中に、第３の駆動装置３２を駆動することによりベース８を傾動させて、回転容器１の傾斜角度を変更することができる。すなわち、混合、混練、およびスラリー化といった複数の原料処理を行う場合に、回転容器１の傾斜角度をこれら複数の原料処理それぞれの最適値に変更しながら、これら複数の原料処理を連続して行うことができる。なお、制御装置４０は、回転容器１およびロータユニット３が回転していないときであっても回転容器１の傾斜角度を変更することができる。

図６（ａ）は回転容器１の傾斜角度が０度のときの原料攪拌装置を示す図であり、図６（ｂ）は回転容器１の傾斜角度が３０度のときの原料攪拌装置を示す図である。図６（ａ）に示すように、回転容器１の底面１ａが水平線Ｈと平行である場合、回転容器１は、水平であり、回転容器１の傾斜角度は０度である。図６（ｂ）では、回転容器１の傾斜角度は３０度である。回転容器１の傾斜角度は０度以上３０度以下の範囲内であることが好ましい。これは、これまで蓄積した実験および経験から、様々な原料処理（例えば、混合、混練、スラリー化など）における回転容器１の最適傾斜角度は、０度から３０度の範囲内に収まることが解っているからである。したがって、回転容器１を０度以上３０度以下の範囲内で傾斜させることができれば、様々な種類の原料処理に対応することができる。ただし、回転容器１の傾斜角度はこの例に限定されない。例えば、原料処理の種類や原料の性状などに応じて、回転容器１の傾斜角度を３０度よりも大きくしてもよい。

上述したように、回転容器１を傾斜させて回転させることにより、回転容器１内の原料は、三次元的に回転容器１内を移動するようになる。その結果、原料が効率良く攪拌されるので、回転容器１を傾斜させることは、原料の混合や混練といった処理に適している。これに対し、例えば、回転容器１を傾斜させたまま、スラリー化された原料を攪拌すると、スラリー状になった原料が三次元的に攪拌されてしまう。その結果、回転容器１内でスラリー状になった原料が飛び散ってしまう。したがって、スラリー化された原料を攪拌する場合には、回転容器１の傾斜角度を０度に設定することが好ましい。

回転容器１の最適な傾斜角度は、混合、混練、およびスラリー化といった原料処理の種類、原料の性状、回転容器１の大きさ、およびロータユニット３の形状など様々な条件により異なる。この回転容器１の最適な傾斜角度は、予め実験により決定しておくことができる。決定された最適傾斜角度は、制御装置４０に記憶（格納）される。

混合、混練、およびスラリー化といった複数の原料処理を連続して処理する場合において、回転容器１の傾斜角度を変更するタイミングは予め実験により決定される。決定されたタイミングは、制御装置４０内に記憶（格納）される。また、混合、混練、およびスラリー化といった複数の原料処理を連続して処理する場合において、各原料処理における回転容器１およびロータユニット３の回転速度および回転方向も予め実験により決定される。これら回転速度および回転方向も、制御装置４０内に記憶（格納）される。

制御装置４０は、当該制御装置４０内に記憶された、回転容器１の傾斜角度、回転容器１の傾斜角度を変更するタイミング、回転容器１の回転速度および回転方向、およびロータユニット３の回転速度および回転方向などの運転情報に基づいて、原料攪拌装置を制御する。具体的には、原料の処理を開始してから所定時間が経過した後、制御装置４０は、回転容器１の回転速度および回転方向と、ロータユニット３の回転速度および回転方向とを自動的に変更すると共に、回転容器１の傾斜角度を所定の角度に自動的に変更する。ここで、「原料の処理の開始」は、「原料の一部または全部を回転容器１内に投入し、回転容器１および／またはロータユニット３を回転させたとき」である。

このように、本実施形態の原料攪拌装置によれば、回転容器１とロータユニット３が回転している運転中に、制御装置４０が傾動装置３０を制御することにより、回転容器１の傾斜角度を自動的に変更することができる。したがって、回転容器１の傾斜角度を、混合、混練、およびスラリー化といった複数の原料処理に応じた最適な傾斜角度に自動で変化させることができる。その結果、回転容器１を収容するケーシング９を持ち上げて、台座等をケーシング９の下に挿入する必要がなくなるので、危険で非効率な作業を行う必要がない。また、本実施形態の原料攪拌装置によれば、混合、混練、およびスラリー化といった、回転容器１の最適傾斜角度が異なる複数の原料処理を１台の原料攪拌装置で行うことができる。したがって、初期投資コストを低減でき、原料攪拌装置の設置面積を必要最小限にとどめることができる。さらに、本実施形態の原料攪拌装置によれば、混合、混練、およびスラリー化といった複数の原料処理を、それぞれの原料処理における回転容器１の最適傾斜角度で連続して行うことができる。その結果、製品品質に悪影響を及ぼす原料の性状変化を防ぐことができ、かつ処理時間を短縮することができる。

なお、上述した実施形態では、傾動装置３０としてボールねじ３１および第３の駆動装置３２を使用しているが、傾動装置３０はこの例に限定されない。以下、図７乃至図１０を参照して傾動装置３０の変形例を説明する。図７（ａ）および図７（ｂ）は、傾動装置３０の変形例を示す図である。図７（ａ）は、回転容器１の傾斜角度が０度のときの原料攪拌装置を示す図であり、図７（ｂ）は、回転容器１の傾斜角度が３０度のときの原料攪拌装置を示す図である。

図７（ａ）および図７（ｂ）に示すように、傾動装置３０は、ベース８を回動させるための回動機構５０と、回動機構５０を動作させるアクチュエータ５１とを備えている。回動機構５０は、アクチュエータ５１に接続されている。回動機構５０は、アクチュエータ５１により伸縮する伸縮装置５２と、伸縮装置５２に連結される連結部材５３とを備えている。伸縮装置５２として、例えば、エアシリンダまたは油圧シリンダを使用することができる。伸縮装置５２は、アクチュエータ５１（例えば、流体ポンプ）により伸縮するピストンロッド５２ａと、ピストンロッド５２ａを伸縮自在に収容するシリンダ５２ｂとを有している。伸縮装置５２のシリンダ５２ｂの一端は、回動軸５６に接続され、伸縮装置５２は、回動軸５６を支点として回動可能になっている。シリンダ５２ｂに収容されるピストンロッド５２ａの一端は、連結部材５３の一端に第１の連結軸５４を介して連結され、伸縮装置５２は、連結部材５３に対して回動可能になっている。連結部材５３の他端は、ベース８から突出する第２の連結軸５５に固定されている。したがって、連結部材５３は、ベース８に対して回動しない。第２の連結軸５５は、ベース８が第２の連結軸５５を支点としてフレーム３７に対して回動可能なように、フレーム３７に支持されている。したがって、連結部材５３とベース８とはフレーム３７に対して一体的に回動するようになっている。

制御装置４０は、アクチュエータ５１に接続されており、制御装置４０がアクチュエータ５１を制御することによって、回転容器１の傾斜角度が変更可能であるように構成されている。アクチュエータ５１によりピストンロッド５２ａが伸びると、伸縮装置５２が回動軸５６を支点として回動すると共に、連結部材５３およびベース８が第２の連結軸５５を支点として回動する。ベース８の回動に伴って、ベース８上に固定された架台７も回動する。その結果、架台７上に配置される回転容器１の傾斜角度を変更することができる。

図８（ａ）および図８（ｂ）は、傾動装置３０の他の変形例を示す図である。図８（ａ）は、回転容器１の傾斜角度が０度のときの原料攪拌装置を示す図であり、図８（ｂ）は回転容器１の傾斜角度が３０度のときの原料攪拌装置を示す図である。図９は、図８（ｂ）のＡ線矢視図である。図９では、駆動力伝達機構１０の図示を省略している。

本変形例では、傾動装置３０は、図９に示すように、同期して駆動される２つの電動機６０を備えている。電動機６０として、例えばＡＣサーボモータを使用することができる。これら電動機６０は、ベース８を挟むように対向して配置されていて、これら電動機６０の回転軸６１は共通である。すなわち、一方の電動機６０の回転軸６１は、他方の電動機６０の回転軸６１でもある。この回転軸６１は、ベース８内を貫通して延びており、ベース８とは一体的に構成されている。言い換えると、回転軸６１は、ベース８に固定されている。これら電動機６０は互いに同期して駆動するように構成されており、これら電動機６０を駆動すると、ベース８は回転軸６１と共に回転軸６１を支点として回動する。制御装置４０はこれら電動機６０に接続されており、電動機６０を制御して回転容器１の傾斜角度を変更するように構成されている。

図１０（ａ）および図１０（ｂ）は傾動装置３０のさらに他の変形例を示す図である。図１０（ａ）は回転容器１の傾斜角度が０度のときの原料攪拌装置を示す図であり、図１０（ｂ）は回転容器１の傾斜角度が３０度のときの原料攪拌装置を示す図である。本変形例では、傾動装置３０はリンク装置７０と、リンク装置７０を動作させるアクチュエータ７１とを備えている。リンク装置７０は、架台７が固定された第１のリンク部材７５と、第１のリンク部材７５の一端に連結された第２のリンク部材７６と、第１のリンク部材７５の他端に連結された第３のリンク部材７７と、これらリンク部材７６，７７に連結された第４のリンク部材７８とを備えている。

第１のリンク部材７５は、第４のジョイント８０を介して第２のリンク部材７６に連結されており、第１のリンク部材７５は、第２のリンク部材７６に対して第４のジョイント８０を中心にして回動可能になっている。また、第１のリンク部材７５は、第５のジョイント８１を介して第３のリンク部材７７に連結されており、第１のリンク部材７５は、第３のリンク部材７７に対して第５のジョイント８１を中心にして回動可能になっている。第２のリンク部材７６は第６のジョイント８２を介して第４のリンク部材７８に連結されており、第２のリンク部材７６は、第４のリンク部材７８に対して第６のジョイント８２を支点にして回動可能になっている。第３のリンク部材７７は、第７のジョイント８３を介して第４のリンク部材７８に連結されており、第３のリンク部材７７は、第４のリンク部材７８に対して第７のジョイント８３を支点にして回動可能になっている。図示しないが、第４のリンク部材７８はフレーム３７に固定されている。

リンク装置７０は、アクチュエータ７１により伸縮する伸縮装置９０をさらに備えている。伸縮装置９０として、例えば、エアシリンダまたは油圧シリンダを使用することができる。伸縮装置９０は、アクチュエータ７１に接続されている。伸縮装置９０は、アクチュエータ７１（例えば、流体ポンプ）により伸縮するピストンロッド９０ａと、ピストンロッド９０ａを伸縮自在に収容するシリンダ９０ｂとを有している。ピストンロッド９０ａの先端は、第５のジョイント８１に回動可能に連結されている。また、伸縮部材９０のシリンダ９０ｂの一端は、回動軸９１を介して第４のリンク部材７８に回動可能に固定されている。したがって、伸縮部材９０は、第４のリンク部材７８に対して回動軸９１を支点として回動可能に構成されている。

制御装置４０はアクチュエータ７１に接続されており、アクチュエータ７１を制御して回転容器１の傾斜角度が変更可能なように構成されている。アクチュエータ７１によりピストンロッド９０ａを伸ばすと、伸縮装置９０は、回動軸９１を支点として回動すると共に、第５のジョイント８１をリンク装置７０の外側に向かって押し上げようとする。第５のジョイント８１が押し上げられると、第４のリンク部材７８がフレーム３７に固定されているので、リンク部材７５，７６，７７はそれぞれジョイント８０，８１，８２，８３を支点として回動し、その結果、架台７上に配置される回転容器１の傾斜角度を変更することができる。第１のリンク部材７５が水平（第１のリンク部材７５の延びる方向が水平線Ｈと一致する）になると、回転容器１の傾斜角度は３０度になる。このようにして、回転容器１の傾斜角度を変更することができる。

図１１は、本実施形態に係る原料攪拌装置を用いた一実験例を示す図である。本実験例では、ロータユニット３として、図５に示されるピン型ロータユニットを使用している。原料としては、粘土原料、添加剤が使用され、さらに、所定のタイミングで原料の一部として水が添加される。まず、供給口５ａから粘土原料および添加剤を投入し、供給口５ａを閉じる。次に、ロータユニット３の撹拌羽根１２の最外周の周速が７．５[ｍ／ｓｅｃ]となり、回転容器１の内周面の周速が１．０[ｍ／ｓｅｃ]となるように、ロータユニット３および回転容器１を回転させ、回転容器１内の原料を均一に混合する。このときの回転容器１の傾斜角度は、３０度であり、ロータユニット３の回転方向は反時計回りであり、回転容器１の回転方向は時計回りである。

原料の処理を開始してから３０秒が経過したときに、水が回転容器１内に添加される。水が添加されるまでの原料の温度は１４℃であるが、水が投入された後、原料の温度は１５℃まで上昇した。

原料の処理を開始してから３分が経過したときに、ロータユニット３の周速は１４．０[ｍ／ｓｅｃ]まで加速され、回転容器１の傾斜角度は制御装置４０により０度に変更される。このとき、原料の温度は２１℃まで上昇した。原料の処理を開始してから１０分が経過したときに、ロータユニット３の回転方向を反時計回りから時計回りに変更する。このとき、原料の温度は３３℃まで上昇した。原料の処理を開始してから３０分が経過すると、原料はスラリー状に変化し、その温度は４２℃まで上昇した。このときの回転容器１の傾斜角度は０度であるので、スラリー化された原料の飛び散りを防止することができる。

原料の処理を開始してから４５分が経過したときに、原料の攪拌処理が終了する。原料はスラリー状から粉状に変化している。回転容器１の傾斜角度は、原料を取り出しやすいように再び３０度に変更され、ロータユニット３の周速は１．０[ｍ／ｓｅｃ]に減速される。ロータユニット３の回転方向は反時計回りに変更される。原料の温度は、４５℃まで上昇した。原料の処理後、原料は回転容器１から取り出される。

図１２は、本実施形態に係る原料攪拌装置を用いた他の実験例を示す図である。本実験例では、ロータユニット３として、図３および図４に示されるスター型ロータユニットを使用している。原料としては、顔料、溶剤、添加剤が使用され、さらに、所定のタイミングで原料の一部として水が添加される。まず、供給口５ａから顔料、溶剤、および添加剤を投入し、供給口５ａを閉じる。次に、ロータユニット３の撹拌羽根１２の最外周の周速が８．０[ｍ／ｓｅｃ]となり、回転容器１の内周面の周速が０．９[ｍ／ｓｅｃ]となるように、ロータユニット３および回転容器１を回転させ、回転容器１内の原料を均一に混合する。このときの回転容器１の傾斜角度は３０度であり、ロータユニット３の回転方向は反時計回りであり、回転容器１の回転方向は時計回りである。このときの原料の温度は１８℃である。

原料の処理を開始してから３０秒が経過したときに、ロータユニット３の周速は３．０[ｍ／ｓｅｃ]に減速され、ロータユニット３の回転方向は時計回りに変更される。原料の温度は１９℃まで上昇した。

原料の処理を開始してから８分が経過したときに、原料の温度は３０℃まで上昇した。原料の処理を開始してから１６分が経過したときに、ロータユニット３の周速は６．０[ｍ／ｓｅｃ]に加速され、原料の温度は３６℃まで上昇した。原料の処理を開始してから５０分が経過したときに、ロータユニット３の周速は３．０[ｍ／ｓｅｃ]に再び減速され、回転容器１の傾斜角度は０度に変更される。この状態で回転容器１内に水が徐々に添加される。水が添加されることにより、原料がスラリー化し始める。このように、回転容器１の傾斜角度が０度の状態で水が投入されるため、スラリー化した原料の飛び散りを防止することができる。原料の温度は６２℃まで上昇した。

原料の処理を開始してから８０分が経過したときに、ロータユニット３の周速は１．０[ｍ／ｓｅｃ]に減速される。これは、スラリー化された原料の飛び散りを防止するためである。このときの原料の温度は６６℃まで上昇される。原料の処理を開始してから１１０分が経過したときに、水の添加が停止される。原料の温度は５２℃まで低下した。そして、原料の処理を開始してから１２０分が経過したときに、原料の攪拌処理が終了する。回転容器１の傾斜角度は、原料を取り出しやすいように再び３０度に変更され、ロータユニット３の回転方向は反時計回りに変更される。原料の温度は４８℃まで低下した。原料の処理後、原料は回転容器１から取り出される。

これまで本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術思想の範囲内において、種々の異なる形態で実施されてよいことは勿論である。

１，１０１ 回転容器（混合パン）
１ａ 底面
２，１０２ 第１の駆動装置
３，１０３ ロータユニット
４，１０４ 第２の駆動装置
５，１０５ 蓋部材
５ａ 供給口
６ キャップ
７ 架台
７ａ 上面
８ ベース
９ ケーシング
１０ 駆動力伝達機構
１１ シャフト
１２ 攪拌羽根
１３ 掻き取り羽根
１４ 混合部材
１５ 第１のスクレ−パ
１６ 第２のスクレーパ
１７ 支持部材
２２ 板体
２３ 棒状部材
２４ テーパー部材
２５ 第１のプーリ
２６ 第２のプーリ
２７ ベルト
２８ アーム
２９ 第１のジョイント
３０ 傾動装置
３１ ボールねじ
３２ 第３の駆動装置
３３ ねじ軸
３４ ナット
３５ 第２のジョイント
３６ 保持部材
３７ フレーム
３９ 第３のジョイント
４０ 制御装置
５０ 回動機構
５１，７１ アクチュエータ
５２，９０ 伸縮装置
５２ａ，９０ａ ピストンロッド
５２ｂ，９０ｂ シリンダ
５３ 連結部材
５４ 第１の連結軸
５５ 第２の連結軸
５６ 回動軸
６０ 電動機
６１ 回転軸
７０ リンク装置
７５ 第１のリンク部材
７６ 第２のリンク部材
７７ 第３のリンク部材
７８ 第４のリンク部材
８０ 第４のジョイント
８１ 第５のジョイント
８２ 第６のジョイント
８３ 第７のジョイント
９１ 回動軸
１０１ａ 開口部
１０６ ケーシング
１０７ 旋回軸

Claims (2)

1. 複数の原料処理を連続して行う原料攪拌装置であって、
   原料を内部に収容し、回転する回転容器と、
   前記回転容器を回転させる第１の駆動装置と、
   前記回転容器の内部で回転し、前記原料を攪拌するロータユニットであって、前記回転容器の回転軸から偏心した位置に配置されるロータユニットと、
   前記ロータユニットを回転させる第２の駆動装置と、
   前記回転容器の傾斜角度を変更する傾動装置と、
   前記第１の駆動装置、前記第２の駆動装置、および前記傾動装置を制御する制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、前記複数の原料処理を連続して行っている間に、前記傾動装置を制御することにより、前記回転容器の傾斜角度を、前記複数の原料処理それぞれに応じた最適傾斜角度に自動的に変更し、
   前記制御装置は、前記最適傾斜角度、および前記回転容器の傾斜角度を前記最適傾斜角度に変更するタイミングを予め記憶していることを特徴とする原料攪拌装置。
2. 前記回転容器の前記最適傾斜角度は、前記回転容器が水平である状態を０度とした場合に、０度以上３０度以下の範囲内にあることを特徴とする請求項１に記載の原料攪拌装置。

Images