JP6549460B2

JP6549460B2 - 撹拌機

Info

Publication number: JP6549460B2
Application number: JP2015202475A
Authority: JP
Inventors: 賢一関原; 幸雄阿部
Original assignee: Nippon Soda Co Ltd
Current assignee: Nippon Soda Co Ltd
Priority date: 2015-10-13
Filing date: 2015-10-13
Publication date: 2019-07-24
Anticipated expiration: 2035-10-13
Also published as: JP2017074543A

Description

本発明は、撹拌機に関する。

アルカリ金属分散体を製造する装置として、たとえば、分散槽が略縦型円筒状からなり、駆動軸に攪拌翼を装着している撹拌機を備え、分散質を分散槽内で液体の分散媒に加えて、前記攪拌翼の回転により分散体を製造する装置において、前記攪拌翼は、円板の外周囲にあって上向きと下向きとに交互に設けられている複数の剪断歯を有しているとともに、前記各剪断歯が攪拌翼の回転中心と同心円上に沿って設けられ、かつ前記剪断歯の両端面のうち、攪拌翼回転方向に位置した端面が攪拌翼の回転方向にほぼ垂直に交差する垂直面として形成されていることを特徴とする分散体の製造装置が知られている。（特許文献１を参照）。

特開２００６−２４７４５８号公報

特許文献１に記載されている撹拌機は、撹拌翼そのものに特徴があり、撹拌機の軸封部についての詳細の記載はない。アルカリ金属分散体等の酸素を嫌う化合物を取り扱う場合には、工業的には、メカニカルシール等を用いるのが一般的ではあるが、メカニカルシールは、高価であり、部品点数も多く、メンテナンス時の分解洗浄に手間がかかるという問題があった。
本発明は、安価で、構造が簡単であるにも関わらず、アルカリ金属分散体等の酸素を嫌う化合物を取り扱える撹拌機を提供する。以下本発明を具体的に示す。

（１）本発明の攪拌機は、撹拌槽と、撹拌翼と、撹拌軸と、前記撹拌軸を駆動するモータを具備した駆動部と、前記撹拌槽から突出した前記撹拌軸を収容する軸封部とを備えた撹拌機であって、前記軸封部内に、不活性ガスを流入させて１気圧以上の第１のガスバリア層を形成可能な微圧ガス空間が形成され、前記軸封部内であって前記微圧ガス空間よりも駆動部側に、不活性ガスを流入させて１気圧以上かつ前記微圧ガス空間よりも高圧な第２のガスバリア層を形成可能な低圧ガス空間が形成されている。

（２）本発明の前記不活性ガスを流入させる導入口と不活性ガスを排出する排出口とが、前記撹拌槽の上部に形成されていてもよい。

（３）本発明の前記軸封部内であって、前記低圧ガス空間よりも駆動部側に、外気と連通する通気孔が形成された外気室が設けられていてもよい。

（４）本発明の前記微圧ガス空間と前記低圧ガス空間とは、前記軸封部内に固定されたＯリングにより分割されていてもよい。

（５）本発明の前記Ｏリングの前記駆動部側に、前記Ｏリングに接しないようにＶパッキンが配置されていてもよい。

（６）本発明の前記軸封部は、前記駆動部と撹拌槽との間に亘って前記撹拌軸を覆っていてもよい。

（７）本発明の前記駆動部と前記撹拌軸とを連結する軸受及び軸継手が、前記駆動部と一体的に形成されて撹拌軸回転部を構成し、前記撹拌軸のために設けられた前記撹拌軸回転部の開口部がＶパッキンに覆われていてもよい。

（８）本発明の前記軸封部は、互いに連結可能な筒状体と前記撹拌槽に設けられた筒状の接続部とを備え、前記筒状体と前記接続部とは、ネジ嵌合していてもよい。

（９）本発明の前記撹拌槽が、容器部と蓋部とに分割可能であり、前記容器部に形成された開口部にはフランジが設けられ、前記蓋部には、前記容器部のフランジに重ね合わせられるフランジが設けられ、前記容器部と前記蓋部とは、前記フランジを重ね合わせて気密に緊締可能であってもよい。

（１０）本発明の前記撹拌翼が、ディゾルバーディスクであってもよい。

（１１）本発明の前記撹拌機が、アルカリ金属分散体の製造用であってもよい。

本発明の撹拌機は、シンプルな構成であるにも関わらず、酸素を嫌う試剤、生成物をも容易に取り扱うことができるという効果を奏する。

本発明である撹拌機の第１実施形態の模式図を示す。本発明である撹拌機の第２実施形態の模式図を示す。

以下、図面を参照して本発明の撹拌機の各実施形態を説明する。
図１に示すように、本発明の第１の実施形態の撹拌機１Ａは、駆動部２、撹拌機本体３、撹拌軸４、軸封部５Ａ、撹拌翼６及び撹拌槽７を主要な構成要素として備えている。
駆動部２とは、電動機、エアーモータ、油圧モータ等の原動機とギア減速、ベルト減速、機械式変速機等の減変速機等からなる部位を示す。
撹拌機本体３とは、駆動部２からの回転を撹拌軸４、撹拌翼６に伝え、円滑に運転できるよう支持する役目を持つものであり、具体的には、駆動部２と撹拌軸４とを連結する不図示の軸継手、軸受、支持架台、取付ベース等を備えている。

本実施形態では、駆動部２と撹拌機本体３とは一体的に設けられ、撹拌軸回転部８を構成している。従って、撹拌軸４の端部は、撹拌軸回転部８内に直接設置することができる。
撹拌軸４は、撹拌軸回転部８から突出し、軸封部５Ａ及び撹拌槽７内に挿入可能な長さを有する棒状の部材であり、先端に撹拌翼６を備えている。
撹拌軸４の材質及び軸径は、撹拌軸４に掛かるねじれや曲げに対する強度、回転数範囲等の点から適切に運転が可能な範囲であれば、特に制限されない。

撹拌翼６は、撹拌機１Ａの使用目的に応じて適宜選ぶことができ、具体的には、プロペラ、高吐出型プロペラ、パドル型、フラットパドル型、ディスク付タービン型、コーン型、表面曝気型、特殊パドル型、リボン・スクリュー型等を例示することができる。
アルカリ金属分散体を製造する場合には、撹拌翼６としては、ディスク付タービン型が好ましく、中でも、外周囲にあって上向きと下向きとに交互に設けられている複数の剪断
歯を有しているとともに、前記各剪断歯が撹拌翼６の回転中心と同心円上に沿って設けられ、かつ前記剪断歯の両端面のうち、撹拌翼６回転方向に位置した端面が撹拌翼６の回転方向にほぼ垂直に交差する垂直面として形成されているディゾルバーディスクが好ましい。

このようなディスクを用いることにより、撹拌槽７内のサンプル（撹拌対象物）Ｘに対流を起こし、回転するディスクの先端にサンプルＸに含まれた溶液中の凝集体を衝突させ、機械的に開砕し、より微細な分散体を製造することができる。

軸封部５Ａは、撹拌軸４を収容して支持するハウジングであり、筒状体１５Ａと撹拌槽７の開口部１０を囲んで撹拌槽７の上端に筒状に設けられた接続部１９とを連結させて形成されている。
筒状体１５Ａは、中心に撹拌軸４を貫通させた状態で、Ｏ（オー）リング１３等により撹拌軸４を支持している。本実施形態では、Ｏリング１３としてテフロン（登録商標）リングが用いられている。
筒状体１５Ａの一端５ｍは、接続部１９に嵌入されて固定されている。筒状体１５Ａの一端５ｍ側にはＯリング１３とＶパッキン１４が設けられている。
筒状体１５Ａの他端５ｎは、撹拌軸４を挿通させる挿通孔１１を形成して閉じられている。

軸封部５Ａの形状は特に制限されず、筒状であれば円筒形でも断面多角形の筒体であってもよい。
軸封部５Ａの材質は、外気と接触を遮断できるものであれば特に制限されず、具体的には、金属、プラスチック等を用いることができる。

上記のように形成された軸封部５Ａの内部は、軸方向に２室以上に分割されている。内部を分割する方法は特に制限されず、仕切りを設けてもよいし、図１に示すようにＯリング１３を固定することによるものであってもよい。
Ｏリング１３の内径は、撹拌軸４の軸径よりは大きければ特に制限されないが、撹拌軸４と接触しない範囲で、撹拌軸４の径となるべく近い範囲の大きさ、すなわち撹拌軸４との隙間ができるだけ小さくなる寸法であることが好ましい。

また、撹拌槽７の内容物またはその蒸気が外部に漏れるのを防止するために、Ｏリング１３等の仕切りの一端側又は両端側に適宜Ｖパッキン１４が設けられる。本実施形態では、内圧が急激に上昇した場合にシールが外れて減圧が可能なように、Ｏリング１３に対して圧がかかる方向に移動できる側、すなわち駆動部２側に設けられている。
Ｖパッキン１４の装着向きは、特に制限されないが、内圧が急激に上昇した場合に、容易にシールが外れるようにＶ字型に装着するのが好ましい。

筒状体１５Ａは、接続部１９の内部で開口部１０から所定寸法離間した位置まで挿入され、固定されている。筒状体１５Ａと接続部１９の基端部とは、Ｏリング１３及びＶパッキン１４により分割されている。接続部１９において筒状体１５Ａよりも基端側は、不活性ガスを流入させて１気圧以上の第１のガスバリア層を形成可能な微圧ガス空間２０を形成している。
微圧ガス空間２０を形成している接続部１９の周壁部には不活性ガスの導入口２１が形成されており、導入口２１が微圧ガス空間２０に連通している。

Ｏリング１３及びＶパッキン１４を間に挟んで微圧ガス空間２０と隣り合っている空間は、不活性ガスを流入させて１気圧以上かつ微圧ガス空間２０よりも高圧な第２のガスバリア層を形成可能な低圧ガス空間３０で、軸封部５Ａ内の駆動部２側に形成されている。
低圧ガス空間３０を形成している軸封部５Ａの周壁部には不活性ガスの導入口３１が形成されており、導入口３１が低圧ガス空間３０に連通している。

不活性ガスの圧力とは、各室内での圧力ではなく、不活性ガスボンベの出口圧力をいい、１気圧以上であれば特に制限はないが、各室とも１．０１〜２気圧の範囲が好ましく、さらに１．０５〜１．５気圧の範囲が好ましい。
微圧ガス空間２０の圧力は、１気圧以上であって、低圧ガス空間３０よりも小さい圧力であれば特に制限されない。微圧ガス空間２０と低圧ガス空間３０との圧力差は、１〜１００Ｐａの範囲が好ましく、さらに３〜５０Ｐａ、さらに６〜２０Ｐａ、さらに８〜１２Ｐａの範囲に設定されることが好ましい。

不活性ガスは、撹拌槽７中の物質に影響をしないものであれば、特に制限されないが、具体的には、窒素、アルゴンを例示することができる。

撹拌槽７は、サンプルＸを収容して封止する内部空間Ｓが形成された容器である。撹拌槽７を形成している壁部、本実施形態では上部１６には、撹拌軸４を挿通可能な開口部１０と不活性ガスや内容物の蒸気を排出する排出口１８が形成されている。排出口１８の先は、管を介して外気と接しても、管途中に還流管を設置してもよい。

以上の各構成の下に、撹拌機１Ａは、一端に撹拌軸回転部８を有し他端に撹拌翼６が設けられた撹拌軸４を、撹拌翼６が撹拌槽７の底部近傍に配置されるように撹拌槽７内に挿入している。そして、撹拌機１Ａは、撹拌槽７の開口部１０から突出した撹拌軸４を軸封部５Ａ内に挿通させて、Ｏリング１３を介して軸封部５Ａに固定するとともに、軸封部５Ａ内に不活性ガスによるバリアを形成可能な微圧ガス空間２０と低圧ガス空間３０とを形成した構成となっている。撹拌軸４は、軸封部５Ａと撹拌軸回転部８との間で一部露出し、軸封部５Ａから離間した位置で撹拌軸回転部８を保持している。

次に、本発明の撹拌機１Ａの使用方法について説明する。
まず、撹拌槽７内にサンプルＸを収容し、撹拌軸回転部８及び軸封部５Ａに固定された撹拌軸４を撹拌槽７内に挿入し、撹拌翼６をセットする。
導入口２１，３１から微圧ガス空間２０及び低圧ガス空間３０に１気圧以上の不活性ガスを流入する。低圧ガス空間３０は微圧ガス空間２０よりも高圧にする。駆動部２のモータを駆動させてサンプルＸの撹拌を開始する。

撹拌機１Ａにより撹拌を開始すると、サンプルＸによってはサンプルＸの一部が舞い上がったり、サンプルＸを構成する溶媒が蒸気となって上昇したりすることがある。
しかし、本発明の撹拌機１Ａは、微圧ガス空間２０に不活性ガスを流入させることにより微圧ガス空間２０が１気圧以上に設定されている。また、低圧ガス空間３０に不活性ガスを流入することにより、低圧ガス空間３０内が１気圧以上であって、微圧ガス空間２０よりも高圧に設定されている。その結果、気流が、低圧ガス空間３０から微圧ガス空間２０へ、そして微圧ガス空間２０から撹拌槽７内へと形成される。又は、低圧ガス空間３０から撹拌軸４を挿通させている挿通孔１１（すなわち外気）へ不活性ガスが流れる。

したがって、撹拌軸４と撹拌槽７の開口部１０との間には隙間が形成されているが、この隙間からサンプルＸが軸封部５Ａ内に流出してしまうことを防止することができる。

また、開口部１０において、撹拌槽７と撹拌軸４との間には隙間が形成されているため微圧ガス空間２０内にサンプルＸの一部が万一入ってしまった場合でも、さらに低圧ガス空間３０が設けられているので、外部にサンプルＸが漏洩することを阻止することができる。
したがって、本撹拌機１Ａは、軸封部５Ａ内の不活性ガスによるバリアを二重にしてサンプルＸの流出をより確実に防止することができるという効果を奏する。

サンプルＸによっては、撹拌槽７を高温に加熱してサンプルＸを高温にしつつ撹拌を行う必要がある。そのため、撹拌軸４を通じて駆動部２が高温化し、駆動部２がダメージを受けることがある。

しかし、本発明の撹拌機１Ａは、微圧ガス空間２０及び低圧ガス空間３０に不活性ガスを流入させることにより、撹拌軸４を冷却することができる。また、撹拌軸４が軸封部５Ａと撹拌軸回転部８との間で外気に露出しているので、撹拌軸４が軸封部５Ａと撹拌軸回転部８との間で放熱することができる。
したがって、本撹拌機１Ａは、撹拌軸４が高温化することにより駆動部２がダメージを受けることを効果的に防止することができるという効果を奏する。

また、軸封部５Ａは、挿通孔１１を通じて僅かに外気に連通しているが、本撹拌機１Ａは、これら微圧ガス空間２０の第１のガスバリア層と低圧ガス空間３０の第２のガスバリア層によって撹拌槽７内と外気とを遮断することができる。また、接続部１９と筒状体１５Ａとの間に僅かな隙間が形成されていたとしても、本撹拌機１Ａは、その隙間から外気が侵入することを防止することができる。
したがって、本撹拌機１Ａは、撹拌槽７内に外気が入ることを防止して、適切に撹拌を行うことができるという効果を奏する。

また更に、軸封部５Ａと撹拌軸回転部８とが分離しているので、サンプルＸを加熱することにより生じたサンプルＸの蒸気が万一軸封部５Ａ内に侵入することがあったとしても、蒸気を軸封部５Ａの挿通孔１１から外気に放出することができる。
したがって、サンプルＸの蒸気等が駆動部２内に侵入してモータ等にダメージを与えてしまうことを防止することができるという効果を奏する。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
本実施形態において、第１の実施形態と同一の構成については同一の符号を付してその説明を省略し、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。

第２の実施形態の撹拌機１Ｂの軸封部５Ｂは、撹拌槽７から突出している撹拌軸４の全体を覆っている。
具体的には、軸封部５Ｂは、撹拌槽７の上面から撹拌軸回転部８の下面に亘って設置されており、低圧ガス空間３０よりも上方に、更に外気を流入及び流出させることができる外気室３８を形成している。外気室３８と低圧ガス空間３０との間は、Ｏリング１３及びＶパッキン１４を挟んで分割されている。

外気室３８を形成している壁部には外気の導入及び／又は排出を行うことができる通気孔３５が複数形成されており、通気孔３５から外気が出入りできるようになっている。

その反面、撹拌槽７内と撹拌軸回転部８内とは、軸封部５Ｂにより連通することになるため、撹拌槽７で生じた溶媒等の蒸気が軸封部５Ｂを通じて駆動部２内部に侵入し、回転動作に影響を与え得るとも考えられる。
しかし、本撹拌機１Ｂは、微圧ガス空間２０と低圧ガス空間３０において第１のガスバリア層と第２のガスバリア層とを形成し、蒸気等のサンプルＸの侵入を防ぐとともに、外気室３８に通気孔３５を形成している。
この構成によって、撹拌槽７で発生する蒸気等の撹拌軸回転部８への侵入を効果的に防止し、駆動部２の動作に悪影響を及ぼさないようにしている。

Ｖパッキン１４は、撹拌軸回転部８の最下部の直近の位置に設けるのが蒸気の侵入を防ぐ観点で好ましい。尚、通気孔３５を形成する代わりに、ガスを撹拌槽７に戻す配管を設置してもよい。また、Ｖパッキン１４は、Ｏリング１３の近傍に設置するのが好ましいが、接触による摩耗を避けるために、Ｏリング１３には、接触しない位置が好ましい。

微圧ガス空間２０に不活性ガスを導入する導入口２１と不活性ガスを排出する排出口１８は、撹拌槽７の蓋部４０に形成されている。

導入口２１と排出口１８とは、蓋部４０の中央に形成された開口部１０を挟んで互いに対向する位置に形成されている。
この構成により、撹拌機１Ｂは、開口部１０において撹拌軸４の周囲に形成された隙間を介して撹拌槽７内の上部と通じている微圧ガス空間２０に不活性ガスによるバリアを形成している。

筒状体１５Ｂ及び接続部１９は共に円筒形となっており、本撹拌機１Ｂの筒状体１５Ｂは、接続部１９とのネジ嵌合により接続部１９に固定されている。
撹拌槽７に設けられた接続部１９と筒状体１５Ｂとは、ネジ嵌合していれば、どちらを内嵌させるものであっても構わない。本撹拌機１Ｂでは、筒状体１５Ｂを接続部１９に内嵌させる場合を例示している。この構成は、筒状体１５Ｂに低圧ガス空間３０と連通させる導入口３１を形成しやすい点で有利である。

このような構造にすることにより、本撹拌機１Ｂは、例えば、筒状体１５Ｂを回転することにより、撹拌翼６の上下位置を自由に調節することができる。また、螺合の具合によって、正確に撹拌翼６の位置を制御することができる、また、撹拌翼６の位置を固定するため、また、気密性を保つため、軸封部５Ｂには、ロックナット６０を設けるのが好ましい。

撹拌機１Ｂの撹拌槽７は、着脱容易な蓋部４０と容器部４１とを備えている。
蓋部４０は、外周部にフランジ４５を有している。容器部４１は、上端部に蓋部４０のフランジ４５に重ね合わせることができるフランジ４６を有している。
撹拌槽７は、蓋部４０のフランジ４５と容器部４１のフランジ４６とをこれらの間に不図示のパッキンを介装させて気密に重ね合わせた状態で、上下のフランジ４５，４６を挟み込んで締め付けることができる留め具５０によって緊締されている。

フランジ４５，４６は、テーパー状に形成し、傾斜の角度がフランジ４５，４６のテーパー角度より小さい留め具５０を用いることによりフランジ４５，４６と留め具５０との接点を抑え、熱を伝わりにくくしているとよい。
このように撹拌槽７が上下に分かれている場合には、撹拌槽７上部を回転することによっても撹拌翼６の位置を確認しながら容易に調節することができる。

以上のとおり、本発明の撹拌機の例として、第１の実施形態の撹拌機１Ａと第２の実施形態の撹拌機１Ｂを示したが、本発明の撹拌機の実施形態はこれらの撹拌機１Ａ，１Ｂに限定されるものではない。

具体的には、上記各実施形態において、駆動部２と撹拌機本体３とは、回転軸部として一体的に形成された例を説明したが、駆動部２と撹拌機本体３は、それぞれ別々に設置されていてもよい。
また、撹拌機１Ｂの撹拌槽７の蓋部４０のフランジ４５と容器部４１のフランジ４６とは、ボルトとナット等の一般的な固定具を挿通させて固定するものであってもよい。

また、必要に応じて、他の構成要素を含んでいてもよく、そのような構成要素として具体的には、原料の投入や、撹拌槽７内のメンテナンスのために設置されるマンホール、撹拌槽７内の溶液の加熱や冷却を行うジャケットやコイル等の伝熱装置、撹拌槽７内の溶液の排出に用いる排出弁、溶液の出入口用又は各種計測器取付用の各種ノズル類等を例示することができる。

また、撹拌機１Ａ，１Ｂは、縦型円筒状の撹拌機に適用した例であるが、本発明は、軸封部５Ａ（５Ｂ）内に、微圧ガス空間２０と低圧ガス空間３０とを形成し、不活性ガスによる第１のガスバリア層と第２のガスバリア層とを形成できるのであればどのような撹拌槽にも適用することができる。

１Ａ，１Ｂ撹拌機
２駆動部
４撹拌軸
５Ａ，５Ｂ軸封部
６撹拌翼
７撹拌槽
８撹拌軸回転部
１０開口部
１１挿通孔
１８排出口
２０微圧ガス空間
２１導入口
３０低圧ガス空間
３１導入口
３５通気孔
３８外気室
１３Ｏリング
１４Ｖパッキン
４０蓋部
４１容器部
４５，４６フランジ
５０留め具
６０ロックナット
Ｓ内部空間
Ｘサンプル（撹拌対象物）

Claims

撹拌槽と、撹拌翼と、撹拌軸と、前記撹拌軸を駆動するモータを具備した駆動部と、前記撹拌槽から突出した前記撹拌軸を収容する軸封部とを備えた撹拌機であって、
前記軸封部内に、不活性ガスを流入させて１気圧以上の第１のガスバリア層を形成可能な微圧ガス空間が形成され、
前記軸封部内であって前記微圧ガス空間よりも駆動部側に、不活性ガスを流入させて１気圧以上かつ前記微圧ガス空間よりも高圧な第２のガスバリア層を形成可能な低圧ガス空間が形成されている撹拌機。
前記不活性ガスを流入させる導入口と不活性ガスを排出する排出口とが、前記撹拌槽の上部に形成される請求項１に記載の撹拌機。
前記軸封部内であって、前記低圧ガス空間よりも駆動部側に、外気と連通する通気孔が形成された外気室が設けられている請求項１又は２に記載の撹拌機。
前記微圧ガス空間と前記低圧ガス空間とが、前記軸封部内に固定されたＯリングにより分割されている請求項１から３のいずれか一項に記載の撹拌機。
前記Ｏリングの前記駆動部側に、前記Ｏリングに接しないようにＶパッキンが配置されている請求項４に記載の撹拌機。
前記軸封部は、前記駆動部と撹拌槽との間に亘って前記撹拌軸を覆っている請求項１から５のいずれか一項に記載の撹拌機。
前記駆動部と前記撹拌軸とを連結する軸受及び軸継手が、前記駆動部と一体的に形成されて撹拌軸回転部を構成し、前記撹拌軸のために設けられた前記撹拌軸回転部の開口部がＶパッキンに覆われている請求項１から６のいずれか一項に記載の撹拌機。
前記軸封部は、互いに連結可能な筒状体と前記撹拌槽に設けられた筒状の接続部とを備え、
前記筒状体と前記接続部とは、ネジ嵌合している請求項１から７のいずれか一項に記載の撹拌機。
前記撹拌槽が、容器部と蓋部とに分割可能であり、
前記容器部に形成された開口部にはフランジが設けられ、
前記蓋部には、前記容器部のフランジに重ね合わせられるフランジが設けられ、
前記容器部と前記蓋部とは、前記フランジを重ね合わせて気密に緊締可能である請求項１から８のいずれか一項に記載の撹拌機。
前記撹拌翼が、ディゾルバーディスクである請求項１から９のいずれか一項に記載の撹拌機。
前記撹拌機が、アルカリ金属分散体の製造用である請求項１から１０のいずれか一項に記載の撹拌機。