JP7200449B2

JP7200449B2 - 加圧式攪拌装置及び加圧式攪拌方法

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Publication number: JP7200449B2
Application number: JP2018039161A
Authority: JP
Inventors: 忠元誠
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Priority date: 2018-03-05
Filing date: 2018-03-05
Publication date: 2023-01-10
Anticipated expiration: 2038-03-05
Also published as: JP2019150792A

Description

本発明は攪拌装置及び攪拌方法に関する技術である。

攪拌機として、縦型回転攪拌装置が広く普及している。従来の縦型回転攪拌装置においては多くの場合、蓋のないタンク、或は蓋のあるタンクの上にモータが縦方向、すなわち、シャフトの延伸方向が鉛直方向に沿った向きとなる姿勢で配置され、シャフトの先端に着装された攪拌ロータがタンク内の液体材料の中で回転して攪拌する構造が採用されている。

上記のような構造の縦型回転攪拌装置に関する技術を開示している特許文献として、例えば特許文献１がある。

特開平１１－０９０１９９号公報

上記のような構造の縦型回転攪拌装置による場合、タンクを液体材料で満たすと攪拌作業中に液体材料がタンクから溢れ出てしまう。従って、タンクを液体材料で満たすことはできず、攪拌作業中にタンク内の空気が液体材料に混入する恐れがある。また、バッチ式であるので、ライン式のような連続処理を行うことができない。

本発明は攪拌作業中に空気が液体材料に混入する恐れがなく、且つ、連続処理が可能な攪拌装置及び攪拌方法を提供する。

図１は本発明の一実施形態に係る加圧式攪拌装置１の構造を示した図である。加圧式攪拌装置１は、まず、外気に対し密閉されたタンク１０１と、タンク１０１を攪拌室Ｍと押し込み室Ｐに区分する排料ピストン１０２を備える。

攪拌室Ｍは液体材料に対する攪拌処理が行われる空間である。押し込み室Ｐは攪拌処理が行われる前の液体材料が一時的に流れ込む空間である。

攪拌室Ｍにおいて液体材料に対する攪拌処理が行われる間、押し込み室Ｐ及び押し込み室Ｐに未処理の液体材料を供給する経路を形成する給料バルブ１０３には、給料ポンプ１０４により加圧された未処理の液体材料が満たされる。排料ピストン１０２は、加圧された押し込み室Ｐ内の液体材料の力を受けて攪拌室Ｍに対し力を加える。そのため、攪拌室Ｍ内においては、加圧環境下で液体材料に対する攪拌処理が行われる。

タンク１０１の攪拌室Ｍ側には、攪拌処理の行われた液体材料を攪拌室Ｍから外部に排出する経路を形成する排料管１０５が設けられている。排料管１０５の排出口には、排出口を開閉する排料バルブ１０６が取り付けられている。上記の攪拌処理は、排料バルブ１０６が閉じられた状態で行われる。

攪拌室Ｍ内の液体材料に対する攪拌処理が完了し、排料バルブ１０６が開かれると、攪拌室Ｍ内の処理済みの液体材料は排料ピストン１０２に押されて排料管１０５から外部へ排出される。処理済みの液体材料が攪拌室Ｍから排出される間、排料ピストン１０２は図１における上方向へ移動し、この移動に伴い押し込み室Ｐに未処理の液体材料が流れ込む。

攪拌室Ｍ内の処理済みの液体材料が概ね排出されると、排料バルブ１０６が閉じられ、それから給料バルブ１０３が図１の上方向に移動する。この移動に伴い、押し込み室Ｐから攪拌室Ｍへ通じる液体材料の移動経路が生じ、攪拌室Ｍ内と押し込み室Ｐ内の圧力差により、排料ピストン１０２が下へ移動し、押し込み室Ｐ内の未処理の液体材料が攪拌室Ｍへと流れ込む。これにより、タンク１０１の密閉が保たれたまま、攪拌室Ｍに対する未処理の液体材料の供給が行われる。

攪拌室Ｍは外気に対し常時密閉されているため、攪拌室Ｍ内に空気が入らず、攪拌する液体材料に空気が混入する恐れがない。また、排料バルブ１０６の開閉と排料ピストン１０２の移動により連続処理を行うことができる。また、加圧されている状態の液体材料に対し、高速な攪拌処理が行われてもキャビテーションが発生しにくい。

本発明の一実施形態に係る加圧式攪拌装置の構造（攪拌工程中）を示す図。本発明の一実施形態に係る加圧式攪拌装置の構造（排料工程中）を示す図。本発明の一実施形態に係る加圧式攪拌装置の構造（給料工程中）を示す図。本発明の一変形例に係る加圧式攪拌装置の構造を示す図。本発明の一変形例に係る加圧式攪拌装置の構造を示す図。本発明の一変形例に係る加圧式攪拌装置の構造を示す図。本発明の一変形例に係る加圧式攪拌装置の構造を示す図。

以下に、本発明の一実施形態に係る加圧式攪拌装置１と、加圧式攪拌装置１を用いて行われる加圧式攪拌方法を説明する。図１、図２、図３はいずれも、加圧式攪拌装置１の構造を示している。ただし、図１は液体材料に対する攪拌処理を行う工程中の加圧式攪拌装置１を示し、図２は処理済みの液体材料を外部へ排出する工程中の加圧式攪拌装置１を示し、図３は未処理の液体材料を攪拌室Ｍへ供給する工程中の加圧式攪拌装置１を示している。

加圧式攪拌装置１は、既に説明したタンク１０１、排料ピストン１０２、給料ポンプ１０４、給料バルブ１０３、排料管１０５及び排料バルブ１０６に加え、モータ１０７と、モータ１０７の回転を伝達するシャフト１０８と、シャフト１０８の先端に取り付けられ、攪拌室Ｍ内の液体材料を攪拌する攪拌ロータ１０９と、シャフト１０８を収容するメカニカルシールケース１１０と、シャフト１０８の回転を許容しながらタンク１０１の密閉を保つメカニカルシール１１１を備える。

また、加圧式攪拌装置１は、排料ピストン１０２の押し込み室Ｐ側に連結され、排料ピストン１０２と共に図１乃至図３の上下方向に移動するピストン棒１１２を備える。ピストン棒１１２は管状部材であり、内側に給料バルブ１０３をスライド可能に収容している。また、ピストン棒１１２の排料ピストン１０２側の端部付近には、半径方向に側壁を貫くように１又は複数の貫通孔Ｑが開けられている。

ピストン棒１１２の内側に収容されている給料バルブ１０３は管状部材であり、排料ピストン１０２側の端面は円盤状の弁体１０３１で塞がれている。排料ピストン１０２には図１の上下方向に貫くように貫通孔Ｓが設けられており、弁体１０３１は貫通孔Ｓを塞ぐ役割を果たす。

給料バルブ１０３の弁体１０３１の近傍には、半径方向に側壁を貫くように１又は複数の貫通孔Ｒが開けられている。また、給料バルブ１０３は、少なくとも一部（例えば、図１の下側の端部）に、磁場内に置かれると磁力を生じ給料バルブ１０３を図１の上方向へ向かわせる磁性体を有している。

また、加圧式攪拌装置１は、給料バルブ１０３に対し図１の下方向に力を加える弾性体１１３（例えばバネ）と、弾性体１１３による下方向の力に抗って給料バルブ１０３を上方向に移動させるための磁場を生じるコイル１１４を備える。

コイル１１４に給電が行われると、コイル１１４が生じる磁場内に置かれる給料バルブ１０３は上方向の磁力を生じ、弾性体１１３の力に抗い上方向に移動する。その結果、弁体１０３１に塞がれていた排料ピストン１０２の貫通孔Ｓが開放され、押し込み室Ｐから貫通孔Ｑと貫通孔Ｒを通って給料バルブ１０３内の空間へと向かい、さらに給料バルブ１０３内の空間から貫通孔Ｒと貫通孔Ｓを通って攪拌室Ｍへと向かう、液体材料の流路が形成される（図３）。

また、加圧式攪拌装置１は、排料ピストン１０２の移動を許容しながら攪拌室Ｍと押し込み室Ｐの個別の密閉を保つシール１１５と、排料ピストン１０２の移動を許容しながらタンク１０１（押し込み室Ｐ）の密閉を保つシール１１６と、攪拌ロータ１０９の回転により流れる液体材料にぶつかり、液体材料の攪拌効率を高める部材であるステータ１１７を備える。

加圧式攪拌装置１により、下記の工程を備える加圧式攪拌方法が可能となる。

［攪拌工程］
攪拌室Ｍに収容されている液体材料に対し、加圧環境下で攪拌ロータ１０９の回転により攪拌処理を行う工程（図１）である。攪拌工程においては、排料バルブ１０６により排料管１０５の排出口が閉じられ、給料バルブ１０３により排料ピストン１０２の貫通孔Ｓが閉じられた状態で、給料ポンプ１０４とモータ１０７の運転が行われる。コイル１１４への給電は行われず、排料ピストン１０２の貫通孔Ｓは閉じられている。

その結果、排料ピストン１０２により加えられる力により攪拌室Ｍ内に加圧環境が生じ、その加圧環境下で攪拌ロータ１０９の回転による液体材料に対する攪拌処理が行われる。

［排料工程］
攪拌工程が完了した後、処理済みの液体材料を攪拌室Ｍから外部へ排出する工程（図２）である。排料工程においては、給料ポンプ１０４の運転は継続されている状態で、排料バルブ１０６が開かれる。コイル１１４への給電は行われず、排料ピストン１０２の貫通孔Ｓは閉じられている。

その結果、押し込み室Ｐに未処理の液体材料が流れ込むと同時に、排料ピストン１０２が上方向に移動し、処理済みの液体材料が排料ピストン１０２に押されて排料管１０５の排出口から外部へ排出される。その間、攪拌室Ｍは縮小すると共に、押し込み室Ｐは拡大する。排料ピストン１０２が上死点に到達すると、排料工程が完了する。

［給料工程］
排料工程が完了した後、未処理の液体材料を押し込み室Ｐから攪拌室Ｍへ供給する工程（図３）である。給料工程においては、排料バルブ１０６により排料管１０５の排出口が閉じられ、給料ポンプ１０４の運転が継続されている状態で、コイル１１４に対する給電が行われる。その結果、給料バルブ１０３が上方向に移動し、押し込み室Ｐから攪拌室Ｍへと液体材料が移動する経路が形成される。

攪拌室Ｍと押し込み室Ｐは連通しているため、それらの空間内の圧力は同じであるが、排料ピストン１０２が攪拌室Ｍに接する面積は、排料ピストン１０２が押し込み室Ｐに接する面積より大きい。従って、排料ピストン１０２は図３の上方向よりも下方向に大きな力を受け、下方向へと移動する。排料ピストン１０２の移動に伴い、押し込み室Ｐから攪拌室Ｍへ未処理の液体材料が供給される。その間、攪拌室Ｍは拡大すると共に、押し込み室Ｐは縮小する。排料ピストン１０２が下死点に到達すると、給料工程が完了する。

給料工程が完了すると、攪拌工程以降が繰り返される。

［変形例］
上述した実施形態は本発明の技術的思想の範囲内で様々に変形されてよい。以下にそれらの変形の例を示す。なお、以下の変形例の２以上が適宜組み合わされてもよい。

（１）上述した実施形態においては、排料ピストン１０２は給料ポンプ１０４により液体材料に加えられる力によってタンク１０１内を移動する。これに代えて、排料ピストン１０２に直接、外力を加えて排料ピストン１０２を移動させる構成が採用されてもよい。

図４はこの変形例に係る加圧式攪拌装置２の構造を示す図である。加圧式攪拌装置２は、例として、排料ピストン１０２を油圧により直接、移動させる構成を採用したものである。加圧式攪拌装置２は、ピストン棒１１２の外側に設けられた油圧ピストン２０１と、タンク１０１に設けられた油圧シリンダ２０２を備える。また、加圧式攪拌装置２は、給料バルブ１０３に代えて、ピストン棒１１２の吸入口を開閉する給料バルブ２０３を備える。

加圧式攪拌装置２を用いた加圧式攪拌方法は以下の工程を備える。なお、図４は攪拌工程における加圧式攪拌装置２を示している。

［攪拌工程］
排料バルブ１０６と給料バルブ２０３が閉じられた状態で、油圧シリンダ２０２のＡ側の駆動油に加圧しながら、モータ１０７を運転する。その結果、攪拌室Ｍ内に加圧環境が生じ、その加圧環境下で攪拌ロータ１０９の回転による液体材料に対する攪拌処理が行われる。

［排料工程］
給料バルブ２０３が閉じられ、排料バルブ１０６が開かれた状態で、油圧シリンダ２０２のＡ側の駆動油に加圧する。その結果、排料ピストン１０２が上方向に移動し、処理済みの液体材料が排料ピストン１０２に押されて排料管１０５の排出口から外部へ排出される。排料ピストン１０２が上死点に到達すると排料工程が完了する。

［給料工程］
排料バルブ１０６が閉じられ、給料バルブ２０３が開かれた状態で、油圧シリンダ２０２のＢ側の駆動油に加圧し、給料ポンプ１０４を運転する。その結果、排料ピストン１０２が下方向に移動し、給料バルブ１０３の吸入口から未処理の液体材料が攪拌室Ｍへと供給される。排料ピストン１０２が下死点に到達すると給料工程が完了する。

なお、この変形例において、油圧シリンダ２０２のＢ側の駆動油に対する加圧のみで排料ピストン１０２が下方向に移動し、給料バルブ１０３の吸入口から未処理の液体材料が攪拌室Ｍへと供給される場合、給料ポンプ１０４は無くてもよい。

この変形例において、排料ピストン１０２に直接外力を加える方法は、油圧を用いたものに限られない。例えば、円柱形状のピストン棒１１２の側面にねじ山を設け、このねじにねじ込んだナットを軸方向に移動できないように固定する。そしてナットを電動モータや油圧モータ等によって回転することにより、ピストン棒１１２を軸方向に移動させ、ピストン棒１１２に連結されている排料ピストン１０２を移動させてもよい。

（２）上述した図１乃至図４に示した加圧式攪拌装置の構造の細部は様々に変更されてよい。例えば、図５は図４に示した加圧式攪拌装置２の排料ピストン１０２の形状を変形させた例を示した図である。

（３）上述した実施形態において、加圧式攪拌装置１はタンク１０１の上にモータ１０７が配置され、シャフト１０８がモータ１０７から鉛直方向下向きに延伸する。本発明に係る加圧式攪拌装置のタンクは密閉されているため、その姿勢はこれに限られない。

図６は本変形例に係る加圧式攪拌装置３の構造を示した図である。加圧式攪拌装置３は、モータ１０７とタンク１０１が概ね水平方向に並んで配置され、シャフト１０８の延伸方向が水平方向に沿った方向となるような姿勢で使用される。また、加圧式攪拌装置３は、シャフト１０８の延伸方向が水平方向に沿った方向となる姿勢のモータ１０７を下方から支持するベース３０１を備える。このように、本発明に係る加圧式攪拌装置が横型として構成されてもよい。

図７は本変形例に係る他の例である加圧式攪拌装置４の構造を示した図である。加圧式攪拌装置４は、タンク１０１がモータ１０７の上に配置された状態で使用される。また、加圧式攪拌装置４は、シャフト１０８の延伸方向が上方向となる姿勢のモータ１０７を下方から支持するベース４０１を備える。このように、本発明に係る加圧式攪拌装置が倒立縦型として構成されてもよい。

（４）未処理の液体材料が攪拌室Ｍに供給される経路は排料ピストン１０２に連結された給料バルブ１０３に限られない。給料バルブ１０３に代えて、タンク１０１の攪拌室Ｍ側に未処理の液体材料を攪拌室Ｍに供給する経路を形成する給料管が設けられてもよい。

（５）攪拌ロータ１０９を回転させる駆動装置はモータに限られず、例えばエンジンであってもよい。

本発明は、空気混入の恐れがなく液体材料の攪拌を連続して行う手段を提供するため、産業上の利用可能がある点は明らかである。

１…加圧式攪拌装置、２…加圧式攪拌装置、３…加圧式攪拌装置、４…加圧式攪拌装置、１０１…タンク、１０２…排料ピストン、１０３…給料バルブ、１０４…給料ポンプ、１０５…排料管、１０６…排料バルブ、１０７…モータ、１０８…シャフト、１０９…攪拌ロータ、１１０…メカニカルシールケース、１１１…メカニカルシール、１１２…ピストン棒、１１３…弾性体、１１４…コイル、１１５…シール、１１６…シール、１１７…ステータ、２０１…油圧ピストン、２０２…油圧シリンダ、２０３…給料バルブ、３０１…ベース、４０１…ベース。

Claims

タンクと、
前記タンクに対し移動可能に配置され、前記タンクと共に外部に対し密閉された攪拌室を形成する排料ピストンと、
前記排料ピストンを移動させる移動機構と、
前記移動機構により前記攪拌室が拡大する方向に前記排料ピストンが移動する際、液体材料が外部から前記攪拌室へ流れ込む給料経路と、
前記給料経路を開閉する給料バルブと、
前記移動機構により前記攪拌室が縮小する方向に前記排料ピストンが移動する際、液体材料が前記攪拌室から外部へ流れ出す排料経路と、
前記排料経路を開閉する排料バルブと、
前記攪拌室内の液体材料を攪拌する攪拌ロータと
を備え、
前記排料バルブが閉じられ、前記給料バルブが開かれた状態で、前記移動機構により前記攪拌室が拡大する方向に前記排料ピストンを移動して、未処理の液体材料を前記攪拌室に供給し、
前記排料バルブと前記給料バルブが閉じられた状態で、前記移動機構により前記攪拌室内の液体材料に加圧しながら前記攪拌ロータで当該液体材料を攪拌し、
前記給料バルブが閉じられ、前記排料バルブが開かれた状態で、前記移動機構により前記攪拌室が縮小する方向に前記排料ピストンを移動して、処理済みの液体材料を前記攪拌室の外部へ排出する
加圧式攪拌装置。
前記移動機構は加圧した液体材料を供給する給料ポンプを備える
請求項１に記載の加圧式攪拌装置。
前記排料ピストンは前記タンク内の空間を前記攪拌室と押し込み室に区分し、
前記給料ポンプは前記押し込み室に対し加圧した液体材料を供給する
請求項２に記載の加圧式攪拌装置。
前記給料バルブは、前記給料ポンプにより供給される液体材料を前記押し込み室へ流入させる経路を形成する管状部を有し、
前記給料バルブは、前記押し込み室と前記攪拌室の間に液体材料の移動経路を形成する開位置と、当該移動経路を遮断する閉位置との間で移動する
請求項３に記載の加圧式攪拌装置。
前記排料ピストンの前記攪拌室に接する面積が、前記排料ピストンの前記押し込み室に接する面積より大きい
請求項４に記載の加圧式攪拌装置。
前記給料バルブは磁性材料を有し、
前記給料バルブに対し所定方向に力を加える弾性体と、
前記給料バルブが前記弾性体による力に抗って移動するように磁力を生じさせる磁場を発生させるコイルと
を備える請求項４又は５に記載の加圧式攪拌装置。
前記移動機構は、前記排料ピストンに力を加える油圧シリンダと油圧ピストンを備える
請求項１に記載の加圧式攪拌装置。
前記移動機構は、回転により前記排料ピストンに力を加えるネジ
を備える請求項１に記載の加圧式攪拌装置。
前記攪拌ロータの回転軸が水平方向に沿う方向となる姿勢で前記攪拌ロータを回転させる駆動装置を支持するベースを備える
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の加圧式攪拌装置。
前記攪拌ロータを回転させる駆動装置を備え、
前記タンクは前記駆動装置の上に配置され、
前記攪拌ロータの回転軸が鉛直方向に沿う方向となる姿勢で前記駆動装置を支持するベースを備える
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の加圧式攪拌装置。
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の加圧式攪拌装置を用いて液体材料に圧力を加えながら当該液体材料を攪拌する加圧式攪拌方法であって、
前記排料バルブが閉じられ、前記給料バルブが開かれた状態で、前記移動機構により前記攪拌室が拡大する方向に前記排料ピストンを移動して、未処理の液体材料を前記攪拌室に供給する給料工程と、
前記給料工程が完了した後、前記排料バルブと前記給料バルブが閉じられた状態で、前記移動機構により前記攪拌室内の液体材料に加圧しながら前記攪拌ロータで当該液体材料を攪拌する攪拌工程と、
前記攪拌工程が完了した後、前記給料バルブが閉じられ、前記排料バルブが開かれた状態で、前記移動機構により前記攪拌室が縮小する方向に前記排料ピストンを移動して、処理済みの液体材料を前記攪拌室の外部へ排出する排料工程と
を備え、
前記排料工程が完了した後、前記給料工程以降を繰り返す
加圧式攪拌方法。