JP7318936B2 - 撹拌機 - Google Patents

Description

本発明は、医薬品、化粧品、ファインケミカル、食品等の製造工程において、粘性の液体や粉体等の混合、乳化、分散、脱泡等の処理に使用される撹拌機に関する。

医薬品、化粧品、ファインケミカル、食品等の製造工程において、粘性の液体や粉体等の混合、乳化、分散、脱泡等の処理に使用される撹拌機として、被処理物を収容する撹拌槽と、上下方向に沿って延びる回転軸に設けられ、前記撹拌槽内の前記被処理物を撹拌する撹拌翼と、前記撹拌槽の底部かつ前記回転軸の下方に配置され、同心状に上下に配設されたステータ及びロータを有し、前記ロータの回転に伴い、前記被処理物の吸い込み・剪断・押し出しを行うホモジナイザとを備えるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１－３００２８０号公報

ところで、特許文献１に開示されているように、この種の撹拌機では、原料は、供給管内を圧送（空気輸送等）され、撹拌槽内へ供給される。そして、撹拌槽内へ供給された原料がホモジナイザに吸い込まれることにより、原料の撹拌槽内への供給が促進される。

ところが、実際には、この供給方法では、例えば、原料が撹拌槽内に供給された際に滞留等して原料の供給がスムーズに行われない場合があった。例えば、原料が粉体の場合、撹拌槽内に供給された際にダマを生じることがあった。そのため、撹拌槽内を真空ポンプで陰圧にすることにより、原料の撹拌槽内への供給を更に促進させることが行われていた。しかしながら、製造コスト削減の観点からは、真空ポンプを不要とすることが望ましい。

本発明は、上記事情に鑑み、撹拌機の撹拌槽への原料供給において、攪拌槽内を陰圧にすることなく、スムーズに原料を攪拌槽内に供給できるようにすることを技術的課題とする。

上記課題を解決するために創案された本発明に係る撹拌機は、被処理物を収容する撹拌槽と、上下方向に沿って延びる回転軸に設けられ、前記撹拌槽内の前記被処理物を撹拌する撹拌翼と、前記撹拌槽の底部かつ前記回転軸の下方に配置され、同心状に上下に配設されたステータ及びロータを有し、前記ロータの回転に伴い、前記被処理物の吸い込み・剪断・押し出しを行うホモジナイザとを備えた撹拌機において、前記被処理物の原料を供給する原料供給通路が、前記回転軸内に設けられており、前記原料供給通路の上方側の端部が、前記撹拌槽の外部に配置される原料投入部に連通し、前記原料供給通路の下方側の端部が、前記ホモジナイザの中心部に対向し、前記原料供給通路は、前記回転軸内に配設された管状体の内部空間で構成され、前記管状体は、前記回転軸に対して上下動可能であることを特徴とする。

この構成によれば、原料供給通路の下方側の端部が、ホモジナイザの中心部（ロータの回転軸線と交差する部位及びその周辺）に対向している。そして、原料供給通路が設けられている回転軸は、上下方向に沿って延びている。そのため、原料供給通路内の原料は、重力により原料供給通路内を下降することが可能である。原料供給通路内を下降した原料は、原料供給通路の下方側の端部から排出され、ホモジナイザの中心部の近傍に到達する。ホモジナイザの中心部は吸い込み力が特に強いので、ホモジナイザの中心部の近傍に到達した原料は、ホモジナイザのロータ回転に伴い、ホモジナイザの中心部からホモジナイザ内に吸い込まれる。従って、ホモジナイザと原料供給通路の間に原料が滞留することは無く、スムーズに原料を撹拌槽内に供給することが可能である。よって、撹拌槽に原料を供給する際に、撹拌槽内を陰圧にすることを不要にできる。すなわち、本発明に係る撹拌機によれば、撹拌機の撹拌槽への原料供給において、真空ポンプを不要とすることが可能である。

上記の構成において、前記原料供給通路が、前記回転軸内に配設された管状体の内部空間で構成されていてもよい。

この構成であれば、回転軸内に、原料供給通路を容易に設けることができる。

上記の構成において、前記管状体が、前記回転軸に対して上下動可能であってもよい。

この構成であれば、原料供給通路の下方側の端部と、ホモジナイザとの間の距離を調節することができる。

本発明によれば、撹拌機の撹拌槽への原料供給において、真空ポンプを不要とすることができる。

本発明の実施形態に係る撹拌機の概略縦断面図である。 撹拌機の撹拌槽の底部周辺の拡大縦断面図である。 ホモジナイザが下降した状態の撹拌機を示す概略縦断面図である。

図１は、本発明の実施形態に係る撹拌機の概略縦断面図であり、図２は、撹拌機の撹拌槽の底部周辺の拡大縦断面図である。この撹拌機１は、被処理物を収容する撹拌槽２と、上下方向に沿って延びる回転軸３に設けられ、撹拌槽２内の前記被処理物を撹拌する撹拌翼４と、撹拌槽２の底部２ａかつ回転軸３の下方に配置されたホモジナイザ５とを主要な構成要素として備える。

撹拌槽２の底部２ａと側部２ｂとの間には循環パイプ６が配設されている。撹拌槽２内には、内壁に固定されたバッフル７が配置されている。撹拌翼４は、回転軸３を介して、駆動モータ８に回転駆動される。

ホモジナイザ５は、同心状に上下に配設されたステータ９及びロータ１０を有し、ロータ１０の回転に伴い、前記被処理物の吸い込み・剪断・押し出しを行う。また、ホモジナイザ５は、図１に示す高さ位置と図３に示す高さ位置との間を、上下動可能である。

ステータ９は、下向きの櫛歯９ａと、櫛歯９ａの上端を連続させる環状部９ｂと、環状部９ｂの外周に設けられたフランジ部９ｃを一体に有する。ロータ１０は、上向きの櫛歯１０ａと、櫛歯１０ａの下端を連続させる円板部１０ｂと、円板部１０ｂの中央から下方に延びる軸部１０ｃを有する。

昇降部材１１の内部に回転駆動軸１２が回転自在に挿通されている。回転駆動軸１２の上端部にロータ１０の軸部１０ｃが挿入された状態で、ロータ１０が回転駆動軸１２に対して固定されている。ロータ１０は回転駆動軸１２と一体に高速回転する。ロータ１０の櫛歯１０ａとステータ９の櫛歯９ａが隙間を介して対向する状態で、ステータ９のフランジ部９ｃが昇降部材１１に固定されている。昇降部材１１と回転駆動軸１２とは一体的に上下動し、シリンダ等の適宜の手段によって上下駆動される。また、回転駆動軸１２には、その下方に配置されたモータ（不図示）から回転動力が入力される。

図１，２に示すように、ホモジナイザ５が上昇した状態でロータ１０が回転すると、ロータ１０の回転に伴い、撹拌槽２内の被処理物がホモジナイザ５の内部に吸い込まれ、さらに遠心力でロータ１０の櫛歯１０ａとステータ９の櫛歯９ａの間から押し出され、この時の両櫛歯９ａ，１０ａによる剪断作用で被処理物の混合、乳化、分散が促進される。ホモジナイザ５から押し出された被処理物は、撹拌槽２の底部２ａ外周側から上方に向かって流動し、撹拌翼４で撹拌されて、再びホモジナイザ５に吸い込まれる。

一方、図３に示すように、ホモジナイザ５が下降した状態でロータ１０が回転すると、ロータ１０の回転に伴い、被処理物の混合、乳化、分散が促進されると同時に、ホモジナイザ５から押し出された被処理物が、循環パイプ６を介して撹拌槽２の側部２ｂに戻される。撹拌槽２の側部２ｂに戻された被処理物は、撹拌翼４で撹拌されて、再びホモジナイザ５に吸い込まれる。あるいは、ホモジナイザ５から押し出された被処理物は、循環パイプ６の一部から分岐した排出管６ａから製品として排出される。

撹拌翼４の回転軸３には、原料供給管１３（管状体）が上下動可能に配設されている。被処理物の原料を供給する原料供給通路Ｒが、原料供給管１３の内部空間で構成されている。原料供給管１３の上方側の端部（上端部１３ａ）が、撹拌槽２の外部かつ上方に配置されたホッパ等の原料投入部１４に供給用バルブ１４ａを介して連通されている。換言すると、原料供給管１３の上端部１３ａは、上下方向に沿って延びる連通路Ｃで原料投入部１４に接続されており、連通路Ｃの途中に供給用バルブ１４ａが配設されている。原料供給管１３の下方側の端部（下端部１３ｂ）が、ホモジナイザ５に対し、隙間を介して対向している。なお、ホモジナイザ５のロータ１０と回転軸３は、同軸になるように配置されている。

詳述すると、回転軸３も管状体であり、その内部空間内に、回転軸３と同軸となるように原料供給管１３が配設されている。原料供給管１３は、回転軸３の内周の上側と下側に配設されているシール部３ａを介して回転軸３に支持されている。シール部３ａは、例えば合成樹脂等で形成されている。原料供給管１３は、シール部３ａの内周に対して摺動することにより、回転軸３に対して上下動することが可能である。原料供給管１３は、回転軸３に対し、シリンダ等の適宜の手段によって上下駆動される。原料供給管１３の上端部１３ａは、回転軸３の上端から突出しており、原料供給管１３の下端部１３ｂは、回転軸３の下端から突出している。なお、本実施形態では、原料供給管１３は、回転軸３と一体的に回転するが、例えば、原料供給管１３を転がり軸受等を介して回転軸３に取り付け、原料供給管１３が、回転軸３と異なる速度で回転、あるいは回転しないように構成してもよい。

原料供給管１３の下端部１３ｂの内径Ｄは、ロータ１０の最も内周側の櫛歯１０ａの内径ｄより小さい。内径ｄは、ステータ９の開口部９ｅの下端の径より小さい。原料供給管１３の下端面と、ロータ１０の最も内周側の櫛歯１０ａの上端面との回転軸３の中心軸線に沿った距離Ｌは、例えば２ｍｍ～２０ｍｍである。距離Ｌが２ｍｍより小さい場合、原料供給管１３の下端部１３ｂとステータ９との隙間が小さくなり、この隙間を介してロータ１０の最も内周側の櫛歯１０ａの内周へ流入する撹拌槽２内の空気（あるいは供給済みの原料や被処理物）が少なくなることに起因して、原料に対するロータ１０による吸引力が不十分になる可能性がある。距離Ｌが２０ｍｍより大きい場合、ロータ１０による吸引力が、原料供給管１３の下端部１３ｂから排出される原料に十分に及ばない可能性がある。

図３に示す状態になるようにホモジナイザ５を下降させる時は、ホモジナイザ５の下降量と下降量が同じになるように、原料供給管１３を下降させる。これにより、原料供給管１３の下端部１３ｂとホモジナイザ５との距離（距離Ｌ）が、ホモジナイザ５が上昇した状態（図１，２の状態）と同じとなる。

空の状態の撹拌槽２への原料の供給は、次のように行う。最初に、原料供給用バルブ１４ａを閉めた状態で、原料投入部１４に所定量の原料を投入する。次に、ホモジナイザ５のロータ１０を回転させる。すると、ロータ１０の回転に伴い、ホモジナイザ５が撹拌槽２内の空気の吸い込み・押し出しを行う。それから、原料供給用バルブ１４ａを開状態とする。すると、連通路Ｃは、上下方向に沿って延びているので、原料投入部１４内の原料は、この連通路Ｃ内を重力により下降し、上端部１３ａから原料供給管１３内に入る。原料供給管１３は上下方向に沿って延びているので、原料供給管１３内に入った原料は、重力により原料供給管１３内を下降し、原料供給管１３の下端部１３ｂから排出され、ホモジナイザ５近傍に到達する。このホモジナイザ５近傍に到達した原料は、ホモジナイザ５のロータ１０回転に伴い、ホモジナイザ５内に吸い込まれる。そして、所望量の原料が撹拌槽２内に供給されるまで、この状態を維持し、所望量の原料が撹拌槽２内に供給されたら、原料供給用バルブ１４ａを閉状態にする。その後、ホモジナイザ５のロータ１０の回転を停止する。

なお、ホモジナイザ５近傍に到達した原料がホモジナイザ５内に吸い込まれる際には、原料供給管１３の下端部１３ｂとステータ９との隙間を介してホモジナイザ５に吸い込まれる撹拌槽２内の空気（あるいは既に供給された原料）の流れも、ホモジナイザ５近傍に到達した原料のホモジナイザ５内への吸い込みに寄与する。

以上のように構成された撹拌機１では、原料供給管１３の下端部１３ｂが、ホモジナイザ５の中心部（ロータの回転軸線と交差する部位及びその周辺）に隙間を介して対向している。そして、原料供給管１３が設けられている回転軸３は、上下方向に沿って延びている。そのため、原料供給管１３内の原料は、重力により原料供給管１３内を下降することが可能である。原料供給管１３内を下降した原料は、原料供給管１３の下端部１３ｂから排出され、ホモジナイザ５の中心部の近傍に到達する。ホモジナイザの中心部は吸い込み力が特に強いので、ホモジナイザ５の中心部の近傍に到達した原料は、ホモジナイザ５のロータ１０回転に伴い、ホモジナイザの中心部からホモジナイザ５内に吸い込まれる。従って、ホモジナイザ５と原料供給管１３の間に原料が滞留することは無く、スムーズに原料を撹拌槽２内に供給することが可能である。よって、撹拌槽２に原料を供給する際に、撹拌槽２内を陰圧にすることを不要にできる。すなわち、本実施形態に係る撹拌機１によれば、撹拌機１の撹拌槽２への原料供給において、真空ポンプを不要とすることが可能である。

本発明は、上記実施形態に限定されるものでは無く、その技術的思想の範囲内で、様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態では、回転軸３に対し、原料供給管１３が上下動可能に配設されているが、図１，２の状態で、回転軸３に対して原料供給管１３が固定されていてもよい。この場合には、ホモジナイザ５が上昇した状態（図１，２の状態）で、原料を供給し、ホモジナイザ５が下降した状態（図３の状態）で原料を供給しないようにすればよい。

また、上記実施形態では、撹拌槽２の底部２ａと側部２ｂとの間には循環パイプ６が配設されていたが、循環パイプ６が配設されていなくてもよい。また、上記実施形態では、ホモジナイザ５は、上下動可能であったが、上下動可能でなくてもよい。

また、上記実施形態では、撹拌槽２への原料の供給の際に、連通路Ｃ及び原料供給管１３内で、原料が重力により下降していたが、原料が細かい粉体や粘性が強いもの等の場合、連通路Ｃ及び原料供給管１３内で原料を圧送（空気輸送等）してもよい。

また、上記実施形態では、原料供給通路Ｒを、原料供給管１３の内部空間で構成していたが、例えば、回転軸３の内部空間に原料供給管１３を配設せずに、原料供給通路Ｒを回転軸３の内部空間で構成してもよい。

１ 撹拌機
２ 撹拌槽
２ａ 底部
３ 回転軸
４ 撹拌翼
５ ホモジナイザ
９ ステータ
１０ ロータ
１３ 原料供給管（管状体）
１４ 原料投入部
Ｃ 連通路
Ｒ 原料供給通路

Claims (1)

1. 被処理物を収容する撹拌槽と、上下方向に沿って延びる回転軸に設けられ、前記撹拌槽内の前記被処理物を撹拌する撹拌翼と、前記撹拌槽の底部かつ前記回転軸の下方に配置され、同心状に上下に配設されたステータ及びロータを有し、前記ロータの回転に伴い、前記被処理物の吸い込み・剪断・押し出しを行うホモジナイザとを備えた撹拌機において、
   前記被処理物の原料を供給する原料供給通路が、前記回転軸内に設けられており、前記原料供給通路の上方側の端部が、前記撹拌槽の外部に配置される原料投入部に連通し、前記原料供給通路の下方側の端部が、前記ホモジナイザの中心部に対向し、
   前記原料供給通路は、前記回転軸内に配設された管状体の内部空間で構成され、前記管状体は、前記回転軸に対して上下動可能であることを特徴とする撹拌機。

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