JP7082856B2 - 攪拌羽根および攪拌装置 - Google Patents

Description

本発明は、攪拌羽根および攪拌装置に関する。

液体または粉体と液体の混合体などの対象物体を分散および混合などの攪拌をするための装置として、攪拌羽根を有する攪拌装置が用いられている。特許文献１には、従来の攪拌羽根および攪拌装置の一例が開示されている。本文献に開示された構成においては、回転駆動される回転軸の先端に回転羽根が取り付けられている。回転羽根は、対象物体を収容した容器内において回転されることにより、対象物体の分散および混合などの攪拌を行う。

ここで、攪拌は、分散および混合を含む概念である。対象物体を分散するとは、化学的に１つの相となっている物質（たとえば液体）中において、他の物質（例えば液体または粉体）をミクロな状態で散在させる動作である。また、対象物体を混合するとは、容器に収容された対象物体がより均一な性状となるように容器内においてかき混ぜる動作である。攪拌装置における分散をより高度化するには、攪拌羽根による力をごく一部の対象物体に集中させることが重要であり、攪拌羽根のごく近傍に存在する領域において作用する場合が多い。一方、攪拌装置における混合をより高度化するには、攪拌羽根による力を容器内に収容された対象物体全体に作用させ、流動させることが重要である。このように、１つの攪拌羽根によって、分散と混合とを高度化することは、相反する挙動を両立させることが求められる。特に、対象物体の粘度が高くなるほど、分散と混合とを高度化することは困難である。

特開平１０－１８００７３号公報

本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、高粘度である対象物体の分散および混合の高度化を図ることが可能な攪拌羽根および攪拌装置を提供することをその課題とする。

本発明の第１の側面によって提供される攪拌羽根は、攪拌装置に取り付けられ、軸方向周りに回転させられる攪拌羽根であって、前記攪拌装置の回転軸に取り付けられる基部と、前記基部に対して放射状に取り付けられた複数の羽根部と、を備え、前記羽根部は、前記基部に繋がる根元部と、前記根元部に対して前記基部とは反対側に繋がる先端部と、を有する第１羽根部を含み、前記第1羽根部は、周方向と前記根元部とがなす角度である第１角度は、周方向前方に向かうほど軸方向一方側に位置するように傾いており、径方向と前記先端部とがなす角度である第３角度の絶対値は、６０°以上１００°以下であり、軸方向視において周方向と前記先端部とがなす角度である第４角度は、周方向前方に向かうほど径方向内方に位置するように傾く場合を正とした場合に、その絶対値が０°以上２５°以下であり、前記複数の羽根部は、隣接する２つの前記第１羽根部の間に配置された第２羽根部を含んでおり、前記第２羽根部は、その全体が平坦であり、且つ径方向となす角度である第５角度が、０°以上５０°以下であることを特徴とする。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記第１角度の絶対値は、５°以上５０°以下である。

本発明の好ましい実施の形態においては、径方向と前記根元部とがなす角度である第２角度の絶対値は、０°以上５０°以下である。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記複数の羽根部に含まれる前記第１羽根部同士は、互いの前記第２角度が等しく、且つ互いの前記第３角度が等しい。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記基部と前記根元部との境界である第１境界部が、軸方向視において径方向となす角度である第１副角度の絶対値は、２０°以上８０°以下であり、前記根元部と前記先端部との境界である第２境界部が、軸方向視において径方向となす角度である第２副角度の絶対値は、前記第１副角度よりも大きい。

本発明の第２の側面によって提供される攪拌装置は、攪拌対象物を収容する容器と、前記容器内に挿入される回転軸と、前記回転軸に取り付けられた本発明の第１の側面によって提供される攪拌羽根と、を備えることを特徴としている。

本発明によれば、高粘度である対象物体の分散および混合の高度化を図ることができる。

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。

本発明の第１実施形態に係る攪拌羽根を示す平面図である。 本発明の第１実施形態に係る攪拌羽根を示す正面図である。 図１のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿う断面図である。 図２のＩＶ－ＩＶ線に沿う断面図である。 本発明の第１実施形態に係る攪拌羽根を用いた攪拌装置を示す断面図である。 （ａ）は、本発明の第１実施形態に係る攪拌羽根の解析結果を示す速度勾配分布部であり、（ｂ）は、比較例の速度分布図である。 本発明の第１実施形態に係る攪拌羽根の第１変形例を示す断面図である。 本発明の第１実施形態に係る攪拌羽根の第２変形例を示す断面図である。 本発明の第１実施形態に係る攪拌羽根の第３変形例を示す断面図である。 本発明の第２実施形態に係る攪拌羽根を示す斜視図である。 本発明の第２実施形態に係る攪拌羽根を示す平面図である。 本発明の第２実施形態に係る攪拌羽根を示す正面図である。 図１１のＸＩＶ－ＸＩＶ線に沿う断面図である。 図１１のＸＶ－ＸＶ線に沿う断面図である。 本発明の第２実施形態に係る攪拌羽根の解析結果を示す速度勾配分布部である。 本発明の第２実施形態に係る攪拌羽根の比較例に係る攪拌羽根を示す斜視図である。 （ａ）～（ｃ）は、本発明の第２実施形態に係る攪拌羽根の変形例を示す要部断面図である。 本発明の第３実施形態に係る攪拌羽根を示す斜視図である。 本発明の第３実施形態に係る攪拌羽根を示す平面図である。 本発明の第３実施形態に係る攪拌羽根を示す正面図である。 図１９のＸＸＩ－ＸＸＩ線に沿う断面図である。 図１９のＸＸＩＩ－ＸＸＩＩ線に沿う断面図である。 本発明の第４実施形態に係る攪拌羽根を示す斜視図である。 本発明の第４実施形態に係る攪拌羽根を示す平面図である。 本発明の第４実施形態に係る攪拌羽根を示す正面図である。 図２４のＸＸＶＩ－ＸＸＶＩ線に沿う断面図である。 図２４のＸＸＶＩＩ－ＸＸＶＩＩ線に沿う断面図である。 本発明の第５実施形態に係る攪拌羽根を示す斜視図である。 撹拌対象物のフローパターンを示す図である。

以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。

以降の説明において、攪拌とは、分散および混合を含む概念である。対象物体を分散するとは、化学的に１つの相となっている物質（たとえば液体）中において、他の物質（例えば液体または粉体）をミクロな状態で散在させる動作をいう。また、対象物体を混合するとは、容器に収容された対象物体がより均一な性状となるように容器内においてかき混ぜる動作をいう。

本開示における「第１」、「第２」、「第３」等の用語は、単にラベルとして用いたものであり、必ずしもそれらの対象物に順列を付することを意図していない。

＜第１実施形態＞
図１～図５は、本発明の第１実施形態に係る攪拌羽根および攪拌装置を示している。本実施形態の攪拌羽根Ａ１は、基部１および複数の羽根部２を備えている。

図１は、攪拌羽根Ａ１を示す平面図である。図２は、攪拌羽根Ａ１を示す正面図である。図３は、図１のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿う断面図である。図４は、図２のＩＶ－ＩＶ線に沿う断面図である。図５は、攪拌羽根Ａ１を用いた攪拌装置Ｂ１を示す断面図である。周方向θは、攪拌羽根Ａ１が回転する方向であり、軸方向ｚおよび径方向ｒに対して、一般的に周方向と称される方向である。また、これらの図における矢印は、攪拌羽根Ａ１が回転する向きを示している。図５は、攪拌羽根Ａ１が回転することにより、対象物体Ｔが流動した状態を示している。

攪拌羽根Ａ１は、たとえば図５に示す攪拌装置Ｂ１に取り付けられるものである。攪拌装置Ｂ１は、容器８１、回転軸８２および駆動部８３を備えている。容器８１は、分散および混合の対象である対象物体Ｔを収容する。回転軸８２は、その先端に攪拌羽根Ａ１が取り付けられ、容器８１の対象物体Ｔ内に挿入される。駆動部８３は、回転軸８２を軸方向ｚ周りに回転させるものであり、たとえばモータを具備する。攪拌装置Ｂ１の他の構成要素としては、たとえば容器８１および駆動部８３を支持する筐体や、駆動部８３の駆動を制御する制御部等を適宜採用してもよい。対象物体Ｔの種類や性状は何ら限定されない。比較的高粘度である対象物体Ｔの例としては、ＣＭＣ（カルボキシメチルセルロース）、カルボキシビニルポリマー、キサンタンガム等を含む高粘度のスラリー状の液体や、カーボンブラックを含む高粘度のスラリー状の液体が挙げられる。

なお、攪拌羽根Ａ１が取り付けられる攪拌装置は、何ら限定されない。たとえば、容器８１の底部から、回転軸８２が上方に進入した構成であってもよい。この場合、攪拌羽根Ａ１は、回転軸８２の上端に取り付けられる。また、容器８１の底部には、たとえば軸シールを設けてもよい。また、攪拌装置Ｂ１の他の構成要素としては、たとえば容器８１および駆動部８３を支持する筐体や、駆動部８３の駆動を制御する制御部等を適宜採用してもよい。

攪拌羽根Ａ１の材質は、特に限定されず、金属や樹脂など対象物体Ｔの分散および混合に適した材質が適宜選択される。攪拌羽根Ａ１を構成する好ましい金属としては、たとえばステンレスが挙げられる。さらに、攪拌羽根Ａ１の表面の適所に、任意のコーティング等の表面加工を施してもよい。また、攪拌羽根Ａ１は、基部１および羽根部２が一体的に形成されたものであってもよいし、複数の部品が組み合わされた構成であってもよい。さらに、攪拌羽根Ａ１を攪拌装置Ｂ１の回転軸８２に取り付ける構造としては、種々の係合機構や締結機構などの取り付け機構が採用されてもよいし、回転軸８２と攪拌羽根Ａ１の少なくとも一部とが一体的に形成された構造であってもよい。

基部１は、複数の羽根部２を支持しており、回転軸８２に固定される部位である。基部１の形状および大きさは特に限定されない。本実施形態の基部１は、軸方向ｚを軸心とする円柱形状である。

複数の羽根部２は、基部１に対して放射状に取り付けられており、各々が周方向θに配列されている。複数の羽根部２の個数は、なんら限定されない。本実施形態においては、攪拌羽根Ａ１は、３つの羽根部２を備えた場合を例に説明する。３つの羽根部２は、等ピッチで配列されており、図示された例においては、当該ピッチは１２０°である。本実施形態においては、３つの羽根部２は、すべてが本発明における第１羽根部２Ａである。

羽根部２は、根元部２１および先端部２２を有する。根元部２１は基部１に繋がっており、基部１に対して軸方向ｚ上方に向けて斜めに延びている。先端部２２は、根元部２１に対して基部１とは反対側に繋がっており、図示された例においては、根元部２１から軸方向ｚ上方に延びている。なお、基部１、根元部２１および先端部２２は、単一の材料から一体的に形成されても良いし、互いを差し込み等の係合（嵌合）や溶接等の接合手法を用いて結合されていてもよい。

根元部２１は、内面２１１および外面２１２を有する。内面２１１は、径方向ｒにおいて内側を向く面である。外面２１２は、径方向ｒにおいて外側を向く面である。内面２１１および外面２１２の形状は特に限定されない。図示された例においては、内面２１１と外面２１２とは、互いに平行な略平面である。

先端部２２は、内面２２１および外面２２２を有する。内面２２１は、径方向ｒにおいて内側を向く面である。外面２２２は、径方向ｒにおいて外側を向く面である。内面２２１および外面２２２の形状は特に限定されない。図示された例においては、内面２１１と外面２２２とは、互いに平行な略平面である。

根元部２１および先端部２２の相対的な大きさは特に限定されない。図示された例においては、図３に示す断面における根元部２１の長さは、先端部２２の長さよりも長い。

本実施形態では、図２に示す第１角度α１を定義している。図中の一点鎖線は、周方向θに沿った直線である。第１角度α１は、周方向θと根元部２１（根元部２１の中心線）とがなす角度であり、周方向θにおける回転前方に向かうほど軸方向ｚ一方側（図中上側）に位置するように傾く場合を正とする。

本実施形態においては、第１角度α１は、５°以上５０°以下である。なお、本発明において、第１角度α１の絶対値は、５°以上５０°以下であることが好ましい。

また、本実施形態においては、図３に示す第２角度α２および第３角度α３を定義している。図中の水平な一点鎖線の直線は、径方向ｒに沿った直線である。根元部２１に沿って延びる一点鎖線の直線は、根元部２１の全体形状に基づく平均的な中心線である。図示された例においては、根元部２１は、図中斜めに延びる直線形状の断面を有している。このため、根元部２１の中心線は、内面２１１と外面２２２との間に位置する直線となっている。先端部２２に沿って延びる一点鎖線の直線は、先端部２２の全体形状に基づく平均的な中心線である。図示された例においては、先端部２２は、図中斜めに延びる直線形状の断面を有している。このため、先端部２２の中心線は、内面２２１と外面２２２との間に位置する直線となっている。なお、根元部２１および先端部２２がなだらかに屈曲したり湾曲したりした形状であっても、その全体形状に基づいて、幾何的に平均的な中心線が適宜決定されればよい。

第２角度α２は、径方向ｒと根元部２１（根元部２１の中心線）とがなす角度であり、径方向外側に位置するほど軸方向ｚ一方側（図中上側）に位置するように傾く場合を正とする。第２角度α２は、いわゆる仰角に相当する角度である。根元部２１が径方向ｒに対して平行である場合、第２角度α２は、０°である。第３角度α３は、根元部２１（根元部２１の中心線）と先端部２２（先端部２２の中心線）とがなす角度であり、径方向外側に位置するほど軸方向ｚ一方側（図中上側）に位置するように傾く場合を正とする。第３角度α３は、いわゆる仰角に相当する角度である。先端部２２が径方向ｒに対して平行である場合、第３角度α３は、０°である。

本実施形態においては、第２角度α２の絶対値は、０°以上５０°以下である。また、第３角度α３の絶対値は、６０°以上１００°以下である。

また、本実施形態においては、図４に示す第４角度α４を定義している。先端部２２に沿って延びる一点鎖線の直線は、先端部２２の全体形状に基づく平均的な中心線である。図示された例においては、２２は、図中斜めに延びる直線形状の断面を有している。このため、先端部２２の中心線は、内面２２１と外面２２２との間に位置する直線となっている。なお、先端部２２がなだらかに屈曲したり湾曲したりした形状であっても、その全体形状に基づいて、幾何的に平均的な中心線が適宜決定されればよい。

第４角度α４は、軸方向ｚ視において周方向θと先端部２２とがなす角度であり、周方向θにおける回転前方に向かうほど径方向ｒ内方に位置するように傾く場合を正とする。

本実施形態においては、第４角度α４の絶対値は、０°以上２５°以下である。

次に、攪拌羽根Ａ１および攪拌装置Ｂ１の作用について説明する。

本実施形態においては、羽根部２は、根元部２１および先端部２２を有する。根元部２１は、周方向θに対して第１角度α１が正の角度となるように傾いて設けられている。発明者の試験や解析によれは、この根元部２１を設けることにより、容器８１内において高粘度である対象物体Ｔの混合を効率よく促進するのに好ましいことが分かった。また、第３角度α３をなす先端部２２を設けることおよび、第４角度α４が上述した角度となるように設けられることにより、混合を促進しつつ、分散を促進することが可能であることがわかった。すなわち、発明者は、試験および解析の結果、高度な混合を達成しつつ、十分な分散を得るには、第１角度α１と第３角度α３および第４角度α４との関係が重要であることを見出した。

図６（ａ）は、攪拌羽根Ａ１の流体解析における表面近傍の速度勾配の分布を表している。特に、先端部２２において、速度勾配が高い領域が認められる。この速度勾配が高い領域がより広く、速度勾配の値が高いほど、先端部２２近傍において対象物体Ｔに生じるせん断応力を高めることが可能である。せん断応力を増大させることにより、高粘度である対象物体Ｔにおける分散を促進することができる。図６（ｂ）は、先端部２２を設けない場合の比較例を示している。この比較例Ｘにおいては、攪拌羽根Ａ１において先端部２２となっている部分が、根元部２１の一部として取り込まれていて、羽根部２の径方向ｒの大きさは、攪拌羽根Ａ1と同じになるよう短くしてある。この比較例Ｘの表面近傍の速度勾配の最高値は攪拌羽根Ａ1よりも低い。

また、種々の第１角度α１および第３角度α３の組合せについて、図６に示す速度勾配分布を求めた後に、その評価を行った結果、上述した高度な混合を達成しつつ、十分な分散を得るには、第３角度α３の絶対値が、６０°以上１００°以下であることが条件となることを見出した。また、このような良好な状態を得るためには、第４角度α４の絶対値が０°以上２５°以下であることが、条件となるという知見を得た。

特に、第３角度α３絶対値が、６０°以上１００°以下であると、先端部２２は、根元部２１よりも軸方向ｚに沿ってより起立した姿勢となっている。この先端部２２が、第４角度α４の絶対値が０°以上２５°以下となるように設定されている。これにより、攪拌羽根Ａ１が回転している状態において、先端部２２は、対象物体Ｔを掻き混ぜる挙動よりも、対象物体Ｔと擦れ合う（摩擦する）挙動が顕著となる。この結果、先端部２２の近傍における速度勾配をより高めることが可能であり、分散の促進を図ることができる。また、先端部２２が起立した姿勢であることにより、攪拌羽根Ａ１の最大外径が縮小される。これにより、攪拌羽根Ａ１を回転駆動するために要する駆動力を低下させることが可能であり、省エネルギー化を図ることができる。このように、攪拌羽根Ａ１によれば、高粘度である対象物体Ｔの分散および混合の高度化を図ることができる。

さらに、良好な速度勾配の分布を得るためには、第１角度α１は、５°以上５０°以下であることが好ましい。

図７～図２８は、本発明の変形例および他の実施形態を示している。なお、これらの図において、上記実施形態と同一または類似の要素には、上記実施形態と同一の符号を付している。

＜第１実施形態 第１変形例＞
図７は、攪拌羽根Ａ１の第１変形例を示している。本変形例の攪拌羽根Ａ１１は、第２角度α２および第３角度α３が、ともに負の値となっている。ただし、第２角度α２の絶対値は、０°以上５０°以下であり、第３角度α３の絶対値は、６０°以上１００°以下である。

＜第１実施形態 第２変形例＞
図８は、攪拌羽根Ａ１の第２変形例を示している。本変形例の攪拌羽根Ａ１１は、第２角度α２が正の値であり、第３角度α３が負の値となっている。ただし、第２角度α２の絶対値は、０°以上５０°以下であり、第３角度α３の絶対値は、６０°以上１００°以下である。

＜第１実施形態 第３変形例＞
図９は、攪拌羽根Ａ１の第２変形例を示している。本変形例の攪拌羽根Ａ１１は、第２角度α２が負の値であり、第３角度α３が正の値となっている。ただし、第２角度α２の絶対値は、０°以上５０°以下であり、第３角度α３の絶対値は、６０°以上１００°以下である。

攪拌羽根Ａ１１～攪拌羽根Ａ１３を用いて攪拌装置Ｂ１を構成した場合であっても、攪拌羽根Ａ１を用いた場合と同様に、上述した良好な混合および分散が得られた。

＜第２実施形態＞
図１０～図１４は、本発明の第２実施形態に係る攪拌羽根を示している。

図１０は、攪拌羽根Ａ２を示す斜視図である。図１１は、攪拌羽根Ａ２を示す平面図である。図１２は、攪拌羽根Ａ２を示す正面図である。図１３は、図１１のＸＩＶ－ＸＩＶ線に沿う断面図である。図１４は、図１１のＸＶ－ＸＶ線に沿う断面図である。

攪拌羽根Ａ２においては、攪拌羽根Ａ２を回転軸８２に取り付けるための構造として、基部１に取付孔１９が設けられている。攪拌羽根Ａ２の大きさは特に限定されず、本実施形態においては、攪拌羽根Ａ２の直径が、４０ｍｍ程度である。

本実施形態の基部１は、径方向ｒおよび周方向θに沿った形状であって軸方向ｚに対して直角である平板状である。また、図示された例においては、基部１は、軸方向ｚ視において略三角形状である。

基部１は、上面１１および下面１２を有する。上面１１は、基部１のうち軸方向ｚにおいて上方を向く面である。下面１２は、基部１のうち軸方向ｚにおいて下方を向く面である。

攪拌羽根Ａ２においては、基部１および羽根部２が一体的な金属板材料に切断加工および折り曲げ加工を施すことによって形成されている。このため、基部１と根元部２１との境界には、第１境界部２３が設けられており、根元部２１と先端部２２との境界には、第２境界部２４が設けられている。

本実施形態においても、第１角度α１、第２角度α２、第３角度α３および第４角度α４の大きさは、上述した攪拌羽根Ａ１における大きさと同様の大きさに設定される。

また、本実施形態では、図１１に示す第１副角度β１および第２副角度β２を定義している。図中、それぞれの羽根部２に沿って延びる一点鎖線の矢印線は、羽根部２が延びる方向（当該羽根部２が延びる方向に一致する径方向ｒ）である。第１境界部２３に沿って延びる一点鎖線の直線は、第１境界部２３の全体形状に基づく平均的な中心線である。図示された例においては、第１境界部２３は、直線形状の形状である。このため、第１境界部２３の中心線は、第１境界部２３の全体と重なる直線となっている。第２境界部２４に沿って延びる一点鎖線の直線は、第２境界部２４の全体形状に基づく平均的な中心線である。図示された例においては、第２境界部２４は、直線形状である。このため、第２境界部２４の中心線は、第２境界部２４の全体と重なる直線となっている。なお、第１境界部２３および第２境界部２４がなだらかに屈曲したり湾曲したりした形状であっても、その全体形状に基づいて、幾何的に平均的な中心線が適宜決定されればよい。

第１副角度β１は、軸方向ｚ視において径方向ｒ（一点鎖線の矢印線）と第１境界部２３（第１境界部２３の中心線）とがなす角度である。第１境界部２３が周方向θに沿っており径方向ｒに対して直角である場合、第１副角度β１は、９０°である。第２副角度β２は、軸方向ｚ視において径方向ｒ（一点鎖線の矢印線）と第２境界部２４（第２境界部２４の中心線）とがなす角度である。第２境界部２４が周方向θに沿っており径方向ｒに対して直角である場合、第２副角度β２は、９０°である。また、第１副角度β１および第２副角度β２は、軸方向ｚ視において第１境界部２３および第２境界部２４が軸方向ｚ（回転方向）後方に向かうほど径方向ｒ外方に位置するように傾いている場合に正の値をとり、逆の場合に負の値をとる。

本実施形態においては、第１副角度β１の絶対値は、２０°以上８０°以下である。また、第２副角度β２の絶対値は、第１副角度β１よりも大きい。

本実施形態によっても、図７に示した攪拌羽根Ａ１と同様の効果を奏し、高粘度である対象物体Ｔの分散および混合の高度化を図ることができる。

また、本実施形態において、第１副角度β１が、２０°以上８０°以下である場合、根元部２１が、軸方向ｚ視において周方向θ（回転方向）に対してねじれた姿勢となり、図１１から理解されるように、攪拌羽根Ａ２が回転すると、根元部２１が対象物体Ｔを周方向θ外方に押しやる格好となる。また、図１４から理解されるように、第２角度α１が設定されていることにより、攪拌羽根Ａ２が回転すると、根元部２１が対象物体Ｔを軸方向ｚ下方に押しやる格好となる。この結果、図５に示すように、攪拌羽根Ａ２の回転により、対象物体Ｔには、攪拌羽根Ａ２から容器８１の底部に向かって斜め下方に向かう流動が生じる。そして、これが容器８１の底部や側壁部に沿って進行することにより、容器８１内において対象物体Ｔが大きく流動する。この結果、対象物体Ｔの混合を促進することができる。

また、本実施形態においては、第２副角度β２の絶対値は、第１副角度β１よりも大きい。これにより、図１１から理解されるように、先端部２２は、根元部２１よりも周方向θに沿った姿勢となる。この結果、先端部２２は、根元部２１と比べて対象物体Ｔを押しやる（混合する）機能が小さく、対象物体Ｔとの擦れ合い（摩擦）が大きい部位となる。これは、先端部２２の近傍において対象物体Ｔの速度勾配（せん断応力）を向上させ、対象物体Ｔの分散を促進するのに好ましい。
また、先端部２２は、先端折り曲げにより羽根の速度の速い部分の面積が増す効果以上の分散力の向上効果を発現することが確認されている。具体的には、図１０に示す本実施形態の先端を折り曲げた攪拌羽根Ａ２と図１６に示す先端を折り曲げていない攪拌羽根Ａ２′の２つの攪拌羽根を用いて、実際に分散の試験を行った。攪拌羽根Ａ２と攪拌羽根Ａ２′の展開形状は同じで、先端を折り曲げているかいないかの違いだけである。攪拌羽根Ａ２′は先端を折り曲げていない分、攪拌羽根Ａ２より径方向の大きさｒは大きい。ここで、両者について、同じ回転速度で分散テストを行ったところ、対象物体Tに含まれる粒子の到達粒子径は攪拌羽根Ａ２と攪拌羽根Ａ２′ともほぼ同じであったが、攪拌に要したエネルギーは、攪拌羽根Ａ２より 攪拌羽根Ａ２′の方が約２割高かった。攪拌羽根Ａ２も攪拌羽根Ａ２′も展開形状が同じなので羽根の表面積は同じであり、同じ回転速度でテストを行ったため、羽根径の大きい攪拌羽根Ａ２′の方が羽根先端の速度が速い。一般に、羽根の速度が早いほど、攪拌エネルギーが高いほど、分散が早く進むことが知られているが、攪拌羽根Ａ２と攪拌羽根Ａ２′の到達粒子径はほぼ同じであった。羽根の先端を折り曲げると、同じ羽根径の先端を折り曲げていない羽根と比べて速度の速い部分の面積が広くなり、分散力の向上が期待できるが、この実験の結果から、先端を折り曲げることにより、単に羽根の速度と面積の効果以上の分散力の向上効果があることが確認できた。
なお、先端部２２の先端折り曲げによる上記分散力の向上効果は、本実施形態に限定されるものではなく、前述の第１実施形態及び後述の第３実施形態～第５実施形態の先端部２２においても同様に発現される。

＜第２実施形態 変形例＞
図１７の（ａ）～（ｃ）は、攪拌羽根Ａ２の変形例を示している。同図（ａ）に示す例においては、根元部２１および先端部２２の断面形状がそれぞれ湾曲している。根元部２１は、内面２１１側が凸となるように緩やかに湾曲している。先端部２２は、外面２２２側が凸となるように緩やかに湾曲している。このような例であっても、根元部２１および先端部２２のそれぞれの全体形状から、幾何学的な中心線として、図中の一点鎖線で示す中心線を設定可能であり、第２角度α２および第３角度α３をそれぞれ定義可能である。なお、根元部２１および先端部２２が湾曲する向きや程度は一例であり、それぞれが他の態様で湾曲していてもよい。

同図（ｂ）に示す例においては、内面２１１および外面２１２がそれぞれ厚さ方向の外方に湾曲している。言い換えると、根元部２１は、中央部分の厚さが相対的に厚い形状である。また、内面２２１および外面２２２は、それぞれが厚さ方向の内方に湾曲している。言い換えると、先端部２２は、中央部分の厚さが相対的に薄い形状である。このような例であっても、根元部２１および先端部２２のそれぞれの全体形状から、幾何学的な中心線として、図中の一点鎖線で示す中心線を設定可能であり、第２角度α２および第３角度α３をそれぞれ定義可能である。なお、内面２１１、外面２１２、内面２２１および外面２２２が湾曲する向きや程度は一例であり、それぞれが他の態様で湾曲していてもよい。

同図（ｃ）に示す例においては、基部１の断面形状が蛇行した形状である。基部１がこのような形状であっても、第２角度α２は、径方向ｒと根元部２１とがなす角度として定義される。また、基部１の形状は、上述した本願で意図した効果を奏する範囲において、様々な形状を採用可能である。これらの点は、攪拌羽根Ａ１および以降の実施形態においても同様である。

＜第３実施形態＞
図１８～図２２は、本発明の第３実施形態に係る攪拌羽根を示している。本実施形態の攪拌羽根Ａ３は、複数の羽根部２の構成が上述した実施形態と異なっている。

図１８は、攪拌羽根Ａ３を示す斜視図である。図１９は、攪拌羽根Ａ３を示す平面図である。図２０は、攪拌羽根Ａ３を示す正面図である。図２１は、図１９のＸＸI－ＸＸI線に沿う断面図である。図２２は、図１９のＸＸＩＩ－ＸＸＩＩ線に沿う断面図である。

攪拌羽根Ａ３は、４つの羽根部２を備えている。なお、以降に説明する攪拌羽根Ａ３の構成として、羽根部２の個数は４に限定されない。本実施形態で意図した構成に適した羽根部２の個数としては、４以上の偶数が挙げられる。複数の羽根部２は、２つの第１羽根部２Ａと２つの第１羽根部２Ｂとを含む。

第１羽根部２Ａおよび第１羽根部２Ｂは、それぞれ攪拌羽根Ａ２で説明したように根元部２１および先端部２２を有しており、第２角度α２、第３角度α３、第４角度α４、第１副角度β１および第２副角度β２がそれぞれ定義される。図１９に示すように、２つの第１羽根部２Ａと、２つの第１羽根部２Ｂとは、互いに交互に配置されている。すなわち、第１羽根部２Ａは隣り合う第１羽根部２Ｂの間に配置されており、第１羽根部２Ｂは隣り合う第１羽根部２Ａの間に配置されている。

図２１および図２２に示すように、第１羽根部２Ａの第２角度α２は、第１羽根部２Ｂの第２角度α２よりも大きい。これに対応して、第１羽根部２Ａの先端部２２の先端部分は、第１羽根部２Ｂの先端部２２の先端部分よりも、軸方向ｚにおいて上方に位置している。

本実施形態によっても、上述した攪拌羽根Ａ２と同様の効果が得られ、高粘度である対象物体Ｔの分散および混合の高度化を図ることができる。また、発明者の試験によると、互いの第２角度α２が異なる第１羽根部２Ａと第１羽根部２Ｂとを交互に配置することにより、対象物体Ｔの混合をより促進することが可能であるという知見が得られた。これにより、対象物体Ｔの攪拌に要する時間を短縮することができる。

＜第４実施形態＞
図２３～図２７は、本発明の第４実施形態に係る攪拌羽根を示している。本実施形態の攪拌羽根Ａ４は、複数の羽根部２の構成が上述した実施形態と異なっている。

図２３は、攪拌羽根Ａ４を示す斜視図である。図２４は、攪拌羽根Ａ４を示す平面図である。図２５は、攪拌羽根Ａ４を示す正面図である。図２６は、図２４のＸＶＩ－ＸＶＩ線に沿う断面図である。図２７は、図２４のＸＶＩＩ－ＸＶＩＩ線に沿う断面図である。

本実施形態の複数の羽根部２は、複数の第１羽根部２Ａおよび複数の第２羽根部２Ｃを含む。複数の第１羽根部２Ａおよび複数の第２羽根部２Ｃの個数は特に限定されず、図示された例においては、２つの第１羽根部２Ａと２つの第２羽根部２Ｃとが含まれている。なお、第１羽根部２Ａと第２羽根部２Ｃとの個数は、同数の偶数であることが好ましい。

第１羽根部２Ａは、上述した攪拌羽根Ａ２および攪拌羽根Ａ３における第１羽根部２Ａと同様の構成である。第２羽根部２Ｃは、境界部２５を介して基部１に繋がっており、全体が平坦な形状である。

図２４に示すように、軸方向ｚ視において境界部２５が径方向ｒとなす角度であるβ３は、たとえば第１羽根部２Ａの第１副角度β１と同じ角度に設定される。

図２７に示すように、第２羽根部２Ｃの全体形状に基づく平均的な中心線と径方向ｒとがなす角度を第５角度α５と定義する。第５角度α５は、たとえば第２角度α２と同じ角度範囲とされ、具体的にはたとえば第２角度α２と同じ角度に設定される。

本実施形態によっても、上述した攪拌羽根Ａ２と同様の効果が得られ、高粘度である対象物体Ｔの分散および混合の高度化を図ることができる。また、発明者の試験によると、４つの羽根部２が同じ角度および大きさの第１羽根部２Ａを含んでいる場合、特定の条件（対象物体Ｔの粘度や回転速度等）において、第１羽根部２Ａの先端部２２（たとえば内面２２１）近傍に泡が継続的に滞留する現象が生じた。これにより、分散能力の低下が確認された。これは、４つの第１羽根部２Ａの先端部２２が対象物体Ｔの同じ箇所を通過し続ける場合に、顕著である可能性が見出された。本実施形態によれば、第１羽根部２Ａの隣には第２羽根部２Ｃが配置されており、先端部２２が連続して存在する形態ではない。これにより、対象物体Ｔのある部分に着目すると、その部分をある先端部２２が通過すると、直後に当該先端部２２とは離れた位置を第２羽根部２Ｃの先端が通過する。これが交互に繰り返されることにより、先端部２２の近傍に存在する泡が、第２羽根部２Ｃの通過によって第２羽根部２Ｃ側に引き込まれるような挙動を呈する。この結果、先端部２２の近傍に泡が継続的に滞留する現象を抑制することが可能であり、分散能力の向上を図ることができる。

＜第５実施形態＞
図２８は、本発明の第５実施形態に係る攪拌羽根を示している。本実施形態の攪拌羽根Ａ５は、第１副角度β１、第２副角度β２、第３副角度β３が軸方向ｚ視において第１境界部２３、第２境界部２４、第３境界部２５が軸方向ｚ（回転方向）前方に向かうほど径方向ｒ外方に位置するように傾いており、負の値をとる。本実施形態の攪拌羽根Ａ５のその他の構成については、上述した第４実施形態に係る攪拌羽根Ａ４と同じである。

図２８は、攪拌羽根Ａ５を示す斜視図である。

本実施形態の複数の羽根部２は、複数の第１羽根部２Ａおよび複数の第２羽根部２Ｃを含む。複数の第１羽根部２Ａおよび複数の第２羽根部２Ｃの個数は特に限定されず、図示された例においては、２つの第１羽根部２Ａと２つの第２羽根部２Ｃとが含まれている。

本実施形態によっても、上述した攪拌羽根Ａ２と同様の効果が得られ、高粘度である対象物体Ｔの分散および混合の高度化を図ることができる。また、発明者の試験によると、分散力の向上と、高粘度物の流動に理想的なフローパターンの両立が可能となることが分かった。この点について、以下に詳述する。

すなわち、攪拌羽根の第1角度α1が正の値のとき、対象物体Ｔのフローパターンが図２９中の（１）に示すようになるが、対象物体Ｔの粘度が上がると、対象物体Ｔの液面の容器淵部分から流動が悪くなっていく。しかし攪拌羽根からの対象物体Ｔの吐出方向を斜め上方向にすると、同図中の（２）の様なフローパターンとなり液面の容器淵の流動性が向上することがわかった。また、液面では容器淵から中心方向へ向かう流れとなり、中心部から攪拌羽根へ向かって対象物体Ｔが引き込まれていくため、例えば、粉体等を対象物体Ｔに投入する際には容器淵に粉体等が付着しにくく、効率よく粉体を対象物体Ｔ内に引き込むことができる。
第1角度α1を負の値にすることで対象物体Ｔを斜め上方向へ吐出することができるが、分散力を向上する先端の折り曲げ部があると横方向への流れが強くなり、同図中の（３）の様なフローパターンになってしまい理想的な斜め上方向の流れとはならない。そこで、本実施形態の攪拌羽根Ａ５のように先端の折り曲げの無い第２羽根部２Ｃを設け、上方向への流れを強めて吐出方向を調整することにより、同図中の（２）の様に理想的なフローパターンを作ることができる。このように、先端を折り曲げて分散力を高めた第１羽根部２Ａと、吐出方向を調整する先端を折り曲げない第２羽根部２Ｃとの組み合わせにより、分散力の向上と、高粘度物の流動に理想的なフローパターンの両立が可能となる。

本発明に係る攪拌羽根および攪拌装置は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る攪拌羽根および攪拌装置の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。

Ａ１，Ａ１１，Ａ１３，Ａ２，Ａ２′,Ａ３，Ａ４，Ａ５：攪拌羽根
Ｂ１ ：攪拌装置
１ ：基部
２ ：羽根部
２Ａ ：第１羽根部
２Ｂ ：第１羽根部
２Ｃ ：第２羽根部
１１ ：上面
１２ ：下面
１９ ：取付孔
２１ ：根元部
２２ ：先端部
２３ ：第１境界部
２４ ：第２境界部
２５ ：第３境界部
８１ ：容器
８２ ：回転軸
８３ ：駆動部
２１１ ：内面
２１２ ：外面
２２１ ：内面
２２２ ：外面
α１ ：第１角度
α２ ：第２角度
α３ ：第３角度
α４ ：第４角度
α５ ：第５角度
β１ ：第１副角度
β２ ：第２副角度
β３ ：第３副角度
Ｔ ：対象物体
ｒ ：径方向
ｚ ：軸方向
θ ：周方向

Claims (6)

1. 攪拌装置に取り付けられ、軸方向周りに回転させられる攪拌羽根であって、
   前記攪拌装置の回転軸に取り付けられる基部と、
   前記基部に対して放射状に取り付けられた複数の羽根部と、を備え、
   前記羽根部は、前記基部に繋がる根元部と、前記根元部に対して前記基部とは反対側に繋がる先端部と、を有する第１羽根部を含み、
   前記第1羽根部は、
   周方向と前記根元部とがなす角度である第１角度は、周方向前方に向かうほど軸方向一方側に位置するように傾いており、
   径方向と前記先端部とがなす角度である第３角度の絶対値は、６０°以上１００°以下であり、
   軸方向視において周方向と前記先端部とがなす角度である第４角度は、周方向前方に向かうほど径方向内方に位置するように傾く場合を正とした場合に、その絶対値が０°以上２５°以下であり、
   前記複数の羽根部は、隣接する２つの前記第１羽根部の間に配置された第２羽根部を含んでおり、
   前記第２羽根部は、その全体が平坦であり、且つ径方向となす角度である第５角度が、０°以上５０°以下である
   ことを特徴とする、攪拌羽根。
2. 前記第１角度の絶対値は、５°以上５０°以下である、請求項１に記載の攪拌羽根。
3. 径方向と前記根元部とがなす角度である第２角度の絶対値は、０°以上５０°以下である、請求項２に記載の攪拌羽根。
4. 前記複数の羽根部に含まれる前記第１羽根部同士は、互いの前記第２角度が等しく、且つ互いの前記第３角度が等しい、請求項３に記載の攪拌羽根。
5. 前記基部と前記根元部との境界である第１境界部が、軸方向視において径方向となす角度である第１副角度の絶対値は、２０°以上８０°以下であり、
   前記根元部と前記先端部との境界である第２境界部が、軸方向視において径方向となす角度である第２副角度の絶対値は、前記第１副角度よりも大きい、請求項４に記載の攪拌羽根。
6. 攪拌対象物を収容する容器と、
   前記容器内に挿入される回転軸と、
   前記回転軸に取り付けられた請求項１ないし５のいずれかに記載の前記攪拌羽根と、
   を備えることを特徴とする、攪拌装置。
   

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