JP7442758B1 - 攪拌装置 - Google Patents

Abstract

薄膜旋回型の攪拌装置であって、筒状部の側面は、筒状部の周方向に帯状に区画され、内外方向に貫通する複数の孔が形成された第一領域と、筒状部の周方向に帯状に区画され、内外方向に貫通する複数の孔が前記第一領域の開口率より小さくなるように形成され、又は無孔とされた第二領域で構成されている。第一領域は、筒状部の高さ方向の中央を含む部分に配置され、第二領域は、第一領域の上端から筒状部の上端及び第一領域の下端から筒状部の下端まで配置されている。第一領域の幅をＷｐとし、回転部材の全高をＨとするとき、０＜Ｗｐ＜０．５Ｈの関係を満たす。

Description

本発明は、乳化及び分散処理を行うための攪拌装置であって、例えば、導電材を含むスラリーの製造等に用いられる装置に関する。

ポータブル電子機器用電源のほか、電気自動車用電源、風力・太陽光発電設備によって発電された電力の蓄積等、リチウムイオン二次電池や燃料電池に代表される電池需要は、今後増大することが予測される。また、電池自体の小型化、軽量化、安全性といった特性の一層の向上だけでなく、これら特性を備えた電池を効率的かつ低コストで生産することが要請されている。

この課題を解決する有効な手段として、特許文献１に開示された高速攪拌機が提案されている。この高速攪拌機は、円筒状の攪拌槽内に回転軸を同心に設け、攪拌槽よりわずかに小径の回転羽根を該回転軸に取付け、回転羽根の高速回転により被処理液を攪拌槽の内面に薄膜円筒状に拡げながら攪拌する高速攪拌機であって、当該回転羽根は、円筒体に半径方向の小孔を多数貫通して設けた多孔円筒部を外周側に備えるというものである。この高速攪拌機によると、円筒体に多数の小孔を穿設した簡単な構造で、すぐれた攪拌作用を奏させることができる効果がある。また被処理液に対して衝突する面がないので、固体成分を含有する液を処理しても摩耗が少なく、回転羽根の金属成分が被処理液中に混入するおそれが少ない利点がある。

また、特許文献２に開示された攪拌装置システムは、特許文献１の高速攪拌機を使用するものであり、この攪拌装置システムを用いて電池電極用塗料を製造すると、電池の安全性を高度に維持しつつ、電池の高性能化に適した電極用塗料を効率的に製造することができるという利点がある。

特開平１１－３４７３８８号公報 国際公開第２０１０／０１８７７１号公報

近年、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）等の線状カーボンを電池や樹脂等への添加剤等として適用することが試みられている。一般に、ＣＮＴ等の線状カーボンは、従来のカーボン材料に比べて比表面積が大きい等、優れた特性を有するため、リチウムイオン二次電池の導電性材料の一部をＣＮＴ等に置換えて使用すると、その性能を向上させることが期待できる。しかし、ＣＮＴ等の線状カーボンは、比表面積が大きいこと等に起因して凝集力が強く、均一に混合、分散されたスラリーを作製することが困難である。この問題を解決するために本発明の発明者らが鋭意検討したところ、回転羽根（回転部材）の多孔円筒部（筒状部）の半径方向に多数貫通して設けた小孔の配置等を見直すことにより、上記課題を解決できることを見出した。

具体的には、本発明の攪拌装置は、容器と、この容器の内壁面のわずかに内側で高速回転する回転部材とを備え、前記回転部材による遠心力によって前記回転部材と前記内壁面との間に膜状に存在させた攪拌対象を攪拌する攪拌装置であって、前記回転部材は、前記容器の内壁面に対してわずかな隙間を介して位置する筒状部有し、前記筒状部の側面は、前記筒状部の周方向に帯状に区画され、内外方向に貫通する複数の孔が形成された第一領域と、前記筒状部の周方向に帯状に区画され、内外方向に貫通する複数の孔が前記第一領域の開口率より小さくなるように形成された第二領域で構成され、前記第一領域は、前記筒状部の高さ方向の中央を含む部分に配置され、前記第二領域は、前記第一領域の上端から前記筒状部の上端及び前記第一領域の下端から前記筒状部の下端まで配置され、前記第一領域の幅をＷｐとし、前記回転部材の全高をＨとするとき、０＜Ｗｐ＜０．５Ｈの関係を満たすことを特徴とする。

好ましくは、前記攪拌装置は、前記第一領域の内外方向に貫通する複数の孔の開口率をＰ１とし、前記第二領域の内外方向に貫通する複数の孔の開口率をＰ２とするとき、
０≦Ｐ２／Ｐ１＜０．５、かつＰ１＞０
の関係を満たすことを特徴とする。

また、前記攪拌装置においては、前記第一領域の内外方向に貫通する複数の孔は、個々の孔の内方向の開口面積が、外方向の開口面積より大きいことが好ましく、前記第一領域の内外方向に貫通する複数の孔は、個々の孔の内方向の開口数が、外方向の開口数より多いことが好ましく、前記第一領域の内外方向に貫通する複数の孔は、個々の孔の貫通経路が前記筒状部内で分岐していることが好ましい。

さらに、前記回転部材は、前記筒状部の内側に、当該回転部材の回転軸と直交する水平部を有し、前記筒状部の内空間は、当該水平部によって上部空間と下部空間に区画されていることが好ましい。

前記第一領域の内外方向に貫通する複数の孔は、個々の孔の貫通経路が前記筒状部内で分岐しており、個々の孔の内方向の開口が前記上部空間及び前記下部空間にそれぞれ配置されていることが好ましく、前記第一領域の内外方向に貫通する複数の孔は、内方向の開口が前記上部空間に配置された孔と、内方向の開口が前記下部空間に配置された孔とが、前記筒状部の周方向に対して交互に並ぶように配列していることが好ましい。

一般に、容器と、この容器の内壁面のわずかに内側で高速回転する回転部材とを備え、回転部材による遠心力によって回転部材と内壁面との間に膜状に存在させた攪拌対象を攪拌する攪拌装置（薄膜旋回型攪拌装置）においては、容器の底部に設けられた供給口から容器内に供給された攪拌対象が、高速で回転する回転部材の筒状部の内周面及び外周面に連れられて容器内を高速で旋回する。このとき、回転部材の筒状部の内側に存在する攪拌対象は、回転部材の回転によって付加される遠心力の作用によって、回転部材の筒状部に形成された内外方向に貫通する複数の孔から容器と回転部材との間（クリアランス部）に供給される。さらに、クリアランス部に供給された攪拌対象は、容器の内面に密着し、薄膜状となって旋回する。これにより、容器と回転部材との間に供給されて薄膜状となった攪拌対象は、回転部材の表面側と容器の内面側との間で旋回の速度差が生じ、これに起因するせん断力を受けて攪拌される。

ここで、上述のように、回転部材の筒状部の側面が、筒状部の周方向に帯状に区画され、内外方向に貫通する複数の孔が形成された第一領域と、筒状部の周方向に帯状に区画され、内外方向に貫通する複数の孔が第一領域の開口率より小さくなるように形成された第二領域で構成され、第一領域が前記筒状部の高さ方向の中央を含む部分に配置され、第二領域が、第一領域の上端から筒状部の上端及び第一領域の下端から筒状部の下端まで配置され、第一領域の幅をＷｐとし、回転部材の全高をＨとするとき、
０＜Ｗｐ＜０．５Ｈ
の関係を満たすと、回転部材によって付加される遠心力によって、回転部材の筒状部の内側からクリアランス部に供給される攪拌対象が、回転部材の筒状部の側面の内外方向に貫通する複数の孔の内、筒状部の高さ方向の中央を含む部分に配置される第一領域に形成される孔から集中的に供給されることになる。これにより、クリアランス部においては、回転部材の筒状部の第一領域と対向する部分に存在する攪拌対象の圧力が、第二領域と対向する部分に存在する攪拌対象の圧力に比べて高くなるため、攪拌対象が旋回しながら、筒状部の高さ方向の中央から筒状部の上端及び下端方向に向けて移動する流れが生じる。これにより、回転部材の筒状部の内側とクリアランス部との間で行われる攪拌対象の循環が促進され、攪拌対象に対する処理効率が向上する。また、クリアランス部においては、回転部材の外側と容器の内面側との間で旋回の速度差が生じることによって、攪拌対象と容器の内面及び回転部材との間で大きな摩擦が生じ、高温の熱が発生するが、上述のように回転部材の筒状部の内側とクリアランス部との間で行われる攪拌対象の循環が促進されると、クリアランス部での攪拌対象の滞留時間が減少し、攪拌対象の温度上昇が抑制される。

また、一般に、薄膜旋回型攪拌装置においては、回転部材の筒状部に形成された内外方向に貫通する複数の孔の開口率は、攪拌対象に対して付加されるせん断力及び回転部材の筒状部の内側からクリアランス部への攪拌対象の供給速度に影響する。具体的には、筒状部に形成された内外方向に貫通する複数の孔の開口率が小さくなると、筒状部と攪拌対象と接触面積が大きくなる分、攪拌対象に対して付加されるせん断力も大きくなるのに対し、孔の開口率が大きくなると、筒状部と攪拌対象と接触面積が小さくなる分、攪拌対象に対して付加されるせん断力も小さくなる。一方、筒状部に形成された内外方向に貫通する複数の孔の開口率が小さくなると、回転部材の筒状部の内側からクリアランス部への攪拌対象の供給速度が小さくなるのに対し、孔の開口率が大きくなると、攪拌対象の供給速度が大きくなる。以上のように、攪拌対象に対して付加されるせん断力と回転部材の筒状部の内側からクリアランス部への攪拌対象の供給速度は、トレードオフの関係にある。

ここで、上述のように、前記第一領域の複数の孔の開口率をＰ１とし、前記第二領域の複数の孔の開口率をＰ２とするとき、
０≦Ｐ２／Ｐ１＜０．５、かつＰ１＞０
の関係を満たすように、複数の孔の開口率の小さい第二領域を配置していると、第二領域に対向するクリアランス部に存在する攪拌対象に対して大きなせん断力を付加して、十分な攪拌処理を行うことができる。一方、第二領域においては、複数の孔の開口率が小さく、回転部材の筒状部の内側からクリアランス部への攪拌対象の供給速度が小さくなるが、この点については、上述の通り、クリアランス部においては、回転部材の筒状部の第一領域と対向する部分に存在する攪拌対象の圧力が、第二領域と対向する部分に存在する攪拌対象の圧力に比べて高くなるため、攪拌対象が旋回しながら筒状部の高さ方向の中央から筒状部の上端及び下端方向に向けて移動する流れが生じることによりカバーされる。すなわち、回転部材の筒状部の高さ方向の中央を含む部分に配置される第一領域に形成される孔から集中的にクリアランス部に供給された攪拌対象が、筒状部の上端及び下端方向に向けて移動する攪拌対象の流れによって、第二領域と対向するクリアランス部に供給されることによってカバーされる。

また、本発明の攪拌装置においては、回転部材の筒状部の第一領域の内外方向に貫通する複数の孔は、個々の孔の内方向の開口面積が、外方向の開口面積より大きくなっているので、回転部材の筒状部の内側からクリアランス部への攪拌対象の供給を促進し、クリアランス部における回転部材の筒状部の第一領域と対向する部分に存在する攪拌対象の圧力をより高めることができ、これにより攪拌対象が旋回しながら筒状部の高さ方向の中央から筒状部の上端及び下端方向に向けて移動する流れを促進する。この結果、回転部材の筒状部の内側とクリアランス部との間で行われる攪拌対象の循環がより促進され、上述した、攪拌対象に対する処理効率が向上する効果、攪拌対象の温度上昇が抑制される効果及び攪拌対象に対して大きなせん断力を付加して、十分な攪拌処理を行うことができる効果をより高めることができる。

回転部材の筒状部の第一領域の内外方向に貫通する複数の孔について、個々の孔の内方向の開口面積を外方向の開口面積より大きくする方法としては、個々の孔の内方向の開口数を外方向の開口数より多くすることが好ましく、より具体的には、個々の孔の貫通経路を回転部材の筒状部内で分岐させることが好ましい。

また、本発明の攪拌装置においては、回転部材は、筒状部の内側に回転部材の回転軸と直交する水平部を有し、筒状部の内空間は、水平部によって上部空間と下部空間に区画されていることが好ましい。このように、筒状部の内空間が、水平部によって上部空間と下部空間に区画されていると、回転部材の内側とクリアランス部との間で行われる攪拌対象の循環が、より確実に行われるようになり、上述した攪拌対象に対する処理効率が向上する効果、攪拌対象の温度上昇が抑制される効果及び攪拌対象に対して大きなせん断力を付加して、十分な攪拌処理を行うことができる効果を、より確実に発現させることができるようになる。

このとき、第一領域の内外方向に貫通する複数の孔は、
（１）個々の孔の貫通経路が筒状部内で分岐しており、個々の孔の内方向の開口が上部空間及び下部空間にそれぞれ配置されている、又は、
（２）内方向の開口が上部空間に配置された孔と、内方向の開口が下部空間に配置された孔とが、筒状部の周方向に対して交互に並ぶように配列している、
という構成にすれば、上部空間及び下部空間にそれぞれ存在する攪拌対象が、第一領域に形成される孔からクリアランス部に集中的に供給される際に、相互に混合されるようになる。これにより、回転部材の筒状部の内側とクリアランス部との間で行われる攪拌対象の循環が、上部空間側と下部空間側で分断された形で行われることを回避でき、上部空間側と下部空間で循環する攪拌対象が適度に入れ替わるような形で、回転部材の筒状部の内側とクリアランス部との間で行われる攪拌対象の循環を行うことができるようになる。これにより、上述した攪拌対象に対する処理効率が向上する効果、攪拌対象の温度上昇が抑制される効果及び攪拌対象に対して大きなせん断力を付加して、十分な攪拌処理を行うことができる効果をより確実に発現させることができるようになる。

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。

本発明に係る攪拌装置を示す構成図である。 本発明に係る攪拌装置を示す断面図である。 本発明の実施例１に係る回転部材を示す図である。 本発明の実施例１に係る回転部材を使用したときの攪拌対象の流動状態を示す模式図である。 本発明の実施例２に係る回転部材を示す図である。 本発明の実施例２に係る回転部材を示す断面図である。 本発明の実施例３に係る回転部材を示す図である。 本発明の実施例３に係る回転部材を示す断面図である。 本発明の実施例４に係る回転部材を示す図である。 本発明の実施例４に係る回転部材を示す断面図である。 比較例に係る回転部材を示す図である。 比較例に係る回転部材を使用したときの攪拌対象の流動状態を示す模式図である。

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。図１及び図２に示すように、攪拌装置１は、円筒状の容器２と、この容器２の底面を含む外周面に冷却水を供給かつ排出する水冷配管６が接続された外層４と、容器２の内面２２とわずかの間隙ｓを有して容器２と同心にて高速回転可能な回転部材８００（８１０、８２０、８３０）と、この回転部材８００を端部に支持して正逆高速回転駆動可能なシャフト１０と、堰板１２を介して容器２の上部に設けられ製品を排出する排出管１３を有する上部容器１４と、この上部容器１４を密閉する蓋１６とを備え、容器２の底部に原料の供給をする供給管１７、１８が弁１９、２０を介して設けられている。なお、図１又は図２では、回転部材８００の筒状部（後述）の内外方向に貫通する複数の孔、蓋、弁などを便宜上、省略している。図２に示すように、容器２の内径をＤとし、筒状部の外径をφとすると、上記隙間ｓ＝（Ｄ－φ）／２の関係がある。

上部容器１４は、図２に示すように、その周面に冷却水が供給される冷却水室１５を備えている。堰板１２は、被処理液（攪拌対象）が流出管１３から排出可能なように、開口部１１を有する。

また、回転部材８００は、周速１０～５０ｍ／ｓｅｃの高速度で駆動されるようになっている。さらに、攪拌装置１は、容器２、上部容器１４、蓋１６及びシャフト１０をガスケットで気密シールし、バルブを介して真空排気装置を設ければ真空排気可能にすることもできる。

次に本実施形態に係る高速攪拌装置の動作について説明する。図２を参照して、先ず、被処理液の条件設定のために、容器２を密閉する堰板１２を設置する。次に、容器２内に所定量の被処理液Ｌを供給管１７、１８から導入する。次いで、図示しないモーターに接続されたシャフト１０が高速回転駆動して回転部材８００が高速回転する。

このとき、被処理液Ｌは、回転部材８００の高速回転によって円周方向に付勢されて回転する。この回転によって生じる遠心力によって、被処理液Ｌは容器２の内面に厚さｔの薄膜円筒状となって旋回する。さらに、攪拌後の被処理液Ｌは、堰板１２を越えて連続的に上部容器１４に流入し、流出管１３から容器２の外に排出される。

次に、本発明の攪拌装置及び比較例の攪拌装置に使用する回転部材の詳細について説明する。

（実施例１）
図３は実施例１の回転部材８００を示している。図３（ａ）は回転部材８００の断面図であり、図３（ｂ）のＡ－Ａにおける断面を示している。図３（ｂ）は回転部材８００の上面図である。図３（ｃ）は回転部材８００の側面図である。回転部材８００は、図３に示すように、筒状部８０１を有し、筒状部８０１の側面には、図３（ｃ）中の一点鎖線で示すように、筒状部の周方向に帯状に区画され、筒状部８０１の内外方向に貫通する複数の孔８０２が形成された第一領域８０３が設けられている。また、第一領域８０３は、筒状部８０１の高さ方向の中央を含むようにして設けられている。第一領域８０３の上端は、筒状部８０１の側面上に配列した複数の孔８０２の開口縁の上側の接線（図３（ｃ）中の上側の一点鎖線）で規定される一方、第一領域８０３の下端は、筒状部８０１の側面上に配列した複数の孔８０２の開口縁の下側の接線（図３（ｃ）中の下側の一点鎖線）で規定される。第一領域８０３の幅Ｗｐは、上記複数の孔８０２の開口縁の上側の接線と下側の接線の間隔で規定される。第一領域８０３内では、隣接する複数の孔８０２同士の間隔及び、複数の孔８０２が配列する列の間隔は一様となっている。また、本実施例では、第一領域８０３内で、複数の孔８０２が１列に配列した例を示したが、必要に応じて２列以上とすることも許容される。この場合、第一領域８０３の上端は、複数の孔８０２の最上列の開口縁の上側の接線で規定される一方、第一領域８０３の下端は、複数の孔８０２の最下列の開口縁の下側の接線で規定される。

図３（ｃ）に示すように、筒状部８０１の側面には、第一領域８０３の上端（上側の接線）から筒状部８０１の側面の上端までと、第一領域８０３の下端（下側の接線）から筒状部８０１の側面の下端まで、第二領域８０４が配置されている。第二領域８０４では、内外方向に貫通する複数の孔８０２の開口率が、第一領域８０３の開口率より小さくなるように複数の孔８０２が形成され、図３に示した例では、無開口（開口率＝０）としているが、これに限られるものではない。なお、開口率Ｐは、
Ｐ＝Ｓ１／Ｓ２
Ｓ１：対象領域（第一領域又は第二領域）の複数の孔の開口面積の総和
Ｓ２：対象領域（第一領域又は第二領域）の面積の総和
によって規定される。また、本実施例では、上方側及び下方側の第二領域８０４の開口率Ｐは同一に設定されているが、必要に応じて異ならせることも許容される。

第二領域８０４の幅Ｗｎは、第一領域８０３の上端（複数の孔８０２の開口縁の上側の接線）と筒状部８０１の側面の上端までの幅Ｗｎ１と、第一領域８０３の下端（複数の孔８０２の開口縁の下側の接線）と筒状部８０１の側面の下端までの幅Ｗｎ２との和（Ｗｎ＝Ｗｎ１＋Ｗｎ２）によって規定される。また、回転部材の全高Ｈは、筒状部８０１の側面の高さで規定され、
Ｈ＝Ｗｐ＋Ｗｎ
の関係を満たす。

ここで、第一領域の幅Ｗｐは、
０＜Ｗｐ＜０．５Ｈ
の関係を満たす。なお、本実施例では、上方側及び下方側の第二領域８０４の幅Ｗｎ１，Ｗｎ２は同一に設定されているが、必要に応じて異ならせることも許容される。

以上の回転部材８００の構成であると、回転部材８００によって付加される遠心力によって、回転部材８００の筒状部８０１の内側からクリアランス部（段落００１２参照）に供給される攪拌対象が、回転部材８００の筒状部８０１の複数の孔８０２の内、筒状部８０１の高さ方向の中央を含む部分に配置される第一領域８０３に形成される孔８０２から集中的に供給されることになる。これにより、クリアランス部においては、筒状部８０１の第一領域８０３と対向する部分に存在する攪拌対象の圧力が、第二領域８０４と対向する部分に存在する攪拌対象の圧力に比べて高くなるため、攪拌対象が旋回しながら、図４に示すように、筒状部８０１の高さ方向の中央から筒状部８０１の上端及び下端方向に向けて移動する流れが生じる。これにより、図４に示す回転部材８００の内側とクリアランス部との間で行われる攪拌対象の循環が促進され、攪拌対象に対する処理効率が向上する。

一般に、クリアランス部においては、回転部材８００側と容器２の内面側との間で攪拌対象の旋回速度に差が生じることによって、攪拌対象と回転部材８００及び容器２の内面との間で大きな摩擦が生じ、高温の熱が発生する。このため、上述のように回転部材８００の筒状部８０１の内側とクリアランス部との間で行われる攪拌対象の循環が促進されると、クリアランス部での攪拌対象の滞留時間が減少するとともに、図４に示すように、相対的に温度の高い攪拌対象Fhと相対的に温度の低い攪拌対象Fｌが入れ替わるような形の流れが生じるため、攪拌対象の温度上昇が抑制される。

第一領域の幅Ｗｐは、
好ましくは、０＜Ｗｐ＜０．３Ｈ
より好ましくは、０＜Ｗｐ＜０．２Ｈ
さらに好ましくは、０＜Ｗｐ＜０．１Ｈ
の関係を満たすと、上述の攪拌対象に対す処理効率が向上する効果及び攪拌対象の温度上昇が抑制される効果がより高められる。一方、第一領域の幅Ｗｐが過剰に小さくなると、第一領域８０３に形成される孔８０２からクリアランス部への攪拌対象の供給が阻害されるので、第一領域の幅Ｗｐは、
好ましくは、Ｗｐ＞０．０１Ｈ
より好ましくは、Ｗｐ＞０．０２Ｈ
さらに好ましくは、Ｗｐ＞０．０３Ｈ
の関係を満たすことが望ましい。

また一般に、薄膜旋回型攪拌装置においては、筒状部８０１に形成された複数の孔８０２の開口率Ｐは、攪拌対象に対して付加されるせん断力及び回転部材の内側からクリアランス部への攪拌対象の供給速度に影響する。具体的には、筒状部８０１に形成された複数の孔８０２の開口率Ｐが小さくなると、筒状部８０２と攪拌対象と接触面積が大きくなる分、攪拌対象に対して付加されるせん断力も大きくなるのに対し、孔の開口率Ｐが大きくなると、筒状部８０１と攪拌対象と接触面積が小さくなる分、攪拌対象に対して付加されるせん断力も小さくなる。一方、筒状部８０１に形成された複数の孔８０２の開口率Ｐが小さくなると、回転部材８００の筒状部８０１の内側からクリアランス部への攪拌対象の供給速度が小さくなるのに対し、孔の開口率が大きくなると、攪拌対象の供給速度が大きくなる。以上のように、攪拌対象に対して付加されるせん断力と回転部材８００の筒状部８０１の内側からクリアランス部への攪拌対象の供給速度は、トレードオフの関係にある。このため、本実施例では、第一領域８０３の複数の孔８０２の開口率をＰ１とし、第二領域８０４の複数の孔８０２の開口率をＰ２とするとき、
０≦Ｐ２／Ｐ１＜０．５、かつＰ１＞０
の関係を満たすように設定している。このように、複数の孔８０２の開口率の小さい第二領域８０４を配置していると、第二領域８０４に対向するクリアランス部に存在する攪拌対象に対して大きなせん断力を付加して、十分な攪拌処理を行うことができる。

一方、第二領域８０４においては、複数の孔８０２の開口率が小さく、回転部材８００の筒状部８０１の内側からクリアランス部への攪拌対象の供給速度が小さくなるが、この点については、上述の通り、クリアランス部においては、回転部材８００の筒状部８０１の第一領域８０３と対向する部分に存在する攪拌対象の圧力が、第二領域８０４と対向する部分に存在する攪拌対象の圧力に比べて高くなるため、攪拌対象が旋回しながら、図４に示すように、筒状部８０１の高さ方向の中央から筒状部８０１の上端及び下端方向に向けてそれぞれ移動する流れが生じることによりカバーされる。すなわち、回転部材８００の筒状部８０１の高さ方向の中央を含む部分に配置される第一領域８０３に形成される孔８０２から集中的にクリアランス部に供給された攪拌対象が、筒状部８０１の上端及び下端方向に向けてそれぞれ移動する流れによって、第二領域８０４と対向するクリアランス分に供給されることによってカバーされる。

また、本実施例においては、回転部材８００の筒状部８０１の第一領域８０３の内外方向に貫通する複数の孔８０２は、個々の孔の内方向の開口面積が、外方向の開口面積より大きくなっているので（図３（ａ）参照）、回転部材８００の筒状部８０１内側からクリアランス部への攪拌対象の供給を促進し、クリアランス部における回転部材８００の筒状部８０１の第一領域８０３と対向する部分に存在する攪拌対象の圧力をより高めることができるようになる。これにより、攪拌対象が旋回しながら筒状部８０１の高さ方向の中央から筒状部の上端及び下端方向に向けて移動する流れが促進される。この結果、回転部材８００の筒状部８０１の内側とクリアランス部との間で行われる攪拌対象の循環がより促進され、上述した、攪拌対象に対する処理効率が向上する効果、攪拌対象の温度上昇が抑制される効果及び攪拌対象に対して大きなせん断力を付加して十分な攪拌処理を行うことができる効果をより高めることができる。なお、上記本発明の効果より高めるために、第一領域８０３と第二領域８０４の複数の孔８０２の開口率を、
好ましくは、０≦Ｐ２／Ｐ１＜０．２５、かつＰ１＞０
より好ましくは、０≦Ｐ２／Ｐ１＜０．１、かつＰ１＞０
さらに好ましくは、０≦Ｐ２／Ｐ１＜０．０５、かつＰ１＞０
の関係を満たすように設定することが望ましい。

回転部材８００の第一領域８０３の内外方向に貫通する複数の孔８０２について、個々の孔の内方向の開口面積が、外方向の開口面積より大きくする方法として、本実施例では、個々の孔の内方向の開口数が、外方向の開口数より多くなるようにしている。具体的には、当該個々の孔は、貫通経路８０５が筒状部８０１の内部で分岐しており、内方向の開口数が２である一方、外方向の開口数が１となっている。

また、本実施例においては、回転部材８００は、筒状部８０１の内側に、回転部材８００の回転軸と直交する水平部８０６を有し、筒状部８０１の内空間は、水平部８０６によって上部空間８０７と下部空間８０８に区画されている。上述のように、筒状部８０１の内空間が、水平部８０６によって上部空間と下部空間に区画されていると、回転部材８００の筒状部８０１の内側とクリアランス部との間で行われる攪拌対象の循環がより確実に行われるようになり、上述した攪拌対象にする処理効率が向上する効果、攪拌対象の温度上昇が抑制される効果及び攪拌対象に対して大きなせん断力を付加して十分な攪拌処理を行うことができる効果をより確実に発現させることができるようになる。なお、水平部８０６による上部空間８０７と下部空間８０８の区画は、上部空間８０７と下部空間８０８が隔絶されて、水平部８０６を経由した撹拌対象の流通が遮断されていることが好ましい。なお、図示の例では、水平部８０６は、シャフト１０と当接するボス２８を含んでいる。

また、本実施例においては、第一領域８０３の内外方向に貫通する複数の孔８０２の内方向の開口が、上部空間８０７及び下部空間８０８にそれぞれ配置されていて、これら２つの内方向の開口と外方向の１つの開口を繋ぐ開口貫通経路８０５が筒状部８０１の内部で結合している。このため、上部空間及び下部空間にそれぞれ存在する攪拌対象が、第一領域に形成される孔からクリアランス部に供給される際に、相互に混合されるようにすることができる。これにより、回転部材８００の筒状部８０１の内側とクリアランス部との間で行われる攪拌対象の循環が、上部空間８０７側と下部空間８０８側で分断された形で行われることを回避することができるとともに、上部空間側８０７と下部空間８０８で循環する攪拌対象が適度に入れ替わるような形で、回転部材の内側とクリアランス部との間で行われる攪拌対象の循環を行うことができるようになる。この結果、上述した、攪拌対象に対する処理効率が向上する効果、攪拌対象の温度上昇が抑制される効果及び攪拌対象に対して大きなせん断力を付加して十分な攪拌処理を行うことができる効果をより確実に発現させることができるようになる。

（実施例２）
図５は実施例２の回転部材８１０を示している。図５（ａ）は回転部材８１０の断面図であり、図５（ｂ）のＡ－Ａにおける断面を示している。図５（ｂ）は回転部材８１０の上面図である。図５（ｃ）は回転部材８１０の側面図である。また、図６は回転部材８１０の断面図であり、図５（ｂ）のＢ－Ｂにおける断面を示している。

回転部材８１０は、第一領域８０３の内外方向に貫通する複数の孔８０２の構造及び配列が実施例１の回転部材８００と異なる以外、実施例１の回転部材８００と同じである。具体的には、回転部材８１０は、複数の孔８０２の内方向の開口が上部空間８０７及び下部空間８０８にそれぞれ配置されているが、貫通経路８０５が筒状部８０１の内部で結合しておらず、内方向の開口と外方向の開口が一対一に繋がっている。また、複数の孔８０２の内方向の開口は、筒状部８０１の傾斜部８１１上で斜めに開口するように設けられており、これにより個々の孔８０２の内方向の開口面積が、外方向の開口面積より大きくなっている。さらに、図５（ｃ）に示すように、内外方向に貫通する複数の孔８０２が、内方向の開口が上部空間８０７に配置された孔と、内方向の開口が下部空間８０８に配置された孔とが、筒状部８０１の周方向に対して交互に並ぶように配列している。以上の構成により、上述した、攪拌対象に対する処理効率が向上する効果、攪拌対象の温度上昇が抑制される効果及び攪拌対象に対して大きなせん断力を付加して十分な攪拌処理を行うことができる効果を発現させることができるようになる。

（実施例３）
図７は実施例３の回転部材８２０を示している。図７（ａ）は回転部材８２０の断面図であり、図７（ｂ）のＡ－Ａにおける断面を示している。図７（ｂ）は回転部材８２０の上面図である。図７（ｃ）は回転部材８２０の側面図である。また、図８は回転部材８２０の断面図であり、図７（ｂ）のＢ－Ｂにおける断面を示している。

回転部材８２０は、第一領域８０３の内外方向に貫通する複数の孔８０２の構造及び配列が実施例２の回転部材８１０と異なる以外、実施例２の回転部材８１０と同じである。具体的には、複数の孔８０２の内方向の開口と外方向の開口を繋ぐ貫通経路８０５が、筒状部８０１内を斜めに貫通していて、図７（ｃ）に示すように、内外方向に貫通する複数の孔８０２が、内方向の開口が上部空間８０７に配置された孔と、内方向の開口が下部空間８０８に配置された孔とが、筒状部８０１の周方向に対して同一線上で交互に並ぶように配置されている。以上の構成により、上述した、攪拌対象に対する処理効率が向上する効果、攪拌対象の温度上昇が抑制される効果及び攪拌対象に対して大きなせん断力を付加して十分な攪拌処理を行うことができる効果を発現させることができるようになる。

（実施例４）
図９は実施例４の回転部材８３０を示している。図９（ａ）は回転部材８３０の断面図であり、図９（ｂ）のＡ－Ａにおける断面を示している。図９（ｂ）は回転部材８３０の上面図である。図９（ｃ）は回転部材８３０の側面図である。実施例４は、容器と、この容器の内壁面のわずかに内側で高速回転する回転部材とを備え、回転部材による遠心力によって回転部材と内壁面との間に膜状に存在させた攪拌対象を攪拌する攪拌装置であって、回転部材は、容器の内壁面に対してわずかな隙間を介して位置する筒状部を有するとともに、筒状部の内側に回転部材の回転軸と直交する水平部を有しており、筒状部の内空間は、水平部によって上部空間と下部空間に区画されており、筒状部の上部空間に対向する側面及び下部空間に対向する側面は、それぞれ、筒状部の周方向に帯状に区画され、内外方向に貫通する複数の孔が形成された第一領域と、筒状部の周方向に帯状に区画され、内外方向に貫通する複数の孔が第一領域の開口率より小さくなるように形成され、又は無孔とされた第二領域で構成され、第一領域は、筒状部の上部空間の側面及び下部空間の側面の水平部側にそれぞれ配置され、第二領域は、筒状部の上部空間の側面の前記第一領域の上端から筒状部の上端及び筒状部の下部空間の側面の前記第一領域の下端から筒状部の下端までそれぞれ配置され、第一領域に形成され複数の孔は、筒状部の周方向の３列以下の列上に配列していることを特徴とする攪拌装置である。

図１０は回転部材８３０の断面図であり、図９（ｂ）のＢ－Ｂにおける断面を示している。回転部材８３０は、図９に示すように、筒状部８０１を有し、筒状部８０１の内側に、回転部材８３０の回転軸と直交する水平部８０６を有し、筒状部８０１の内空間は、水平部８０６によって上部空間８０７と下部空間８０８に区画されている。回転部材８３０の筒状部８０１の側面には、図９（ｃ）中の一点鎖線で示すように、筒状部の周方向に帯状に区画され、筒状部８０１の内外方向に貫通する複数の孔８０２が形成された第一領域８０３が設けられている。第一領域８０３は、筒状部８０１の上部空間８０７の側面及び下部空間８０８の側面の水平部側（筒状部８０１の高さ方向の中央側）にそれぞれ配置されている。

筒状部８０１の上部空間８０７の側面における第一領域８０３の上端は、筒状部８０１の側面上に配列した複数の孔８０２の開口縁の上側の接線（図９（ｃ）中の上側の一点鎖線）で規定される一方、第一領域８０３の下端は、水平部８０６の上部空間８０７側の面を基準とする高さ位置（図９（ｃ）中の下側の一点鎖線）で規定される。筒状部８０１の上部空間８０７の側面における第一領域８０３の幅Ｗｐ１は、上記複数の孔８０２の開口縁の上側の接線と水平部８０６の上部空間８０７側の面を基準とする高さ位置の間隔で規定される。第一領域８０３内では、隣接する複数の孔８０２同士の間隔及び、複数の孔８０２が配列する列の間隔は一様となっている。

筒状部８０１の下部空間８０８の側面における第一領域８０３の下端は、筒状部８０１の側面上に配列した複数の孔８０２の開口縁の下側の接線（図９（ｃ）中の下側の一点鎖線）で規定される一方、第一領域８０３の上端は、水平部８０６の下部空間８０８側の面を基準とする高さ位置（図９（ｃ）中上側の一点鎖線）で規定される。筒状部８０１の下部空間８０８の側面における第一領域８０３の幅Ｗｐ２は、上記複数の孔８０２の開口縁の上側の接線と水平部８０６の部空間８０７側の面を基準とする高さ位置の間隔で規定される。第一領域８０３内では、隣接する複数の孔８０２同士の間隔及び、複数の孔８０２が配列する列の間隔は一様となっている。なお、本実施例では、筒状部８０１の上部空間８０７の側面及び下部空間８０８の側面の第一領域８０３の幅Ｗｐ１，Ｗｐ２は同一に設定されているが、必要に応じて異ならせることも許容される。また、本実施例では、第一領域８０３内で、複数の孔８０２が１列に配列した例を示したが、必要に応じて２列以上とすることも許容される。この場合、第一領域８０３の上端は、複数の孔８０２の最上列の開口縁の上側の接線で規定される一方、第一領域８０３の下端は、複数の孔８０２の最下列の開口縁の下側の接線で規定される。

図９（ｃ）に示すように、筒状部８０１の側面には、上部空間８０７の側面における第一領域８０３の上端から筒状部８０１の側面の上端までと、下部空間８０８の側面における第一領域８０３の下端から筒状部８０１の側面の下端まで、それぞれ第二領域８０４が配置されている。第二領域８０４では、内外方向に貫通する複数の孔８０２の開口率が、第一孔形成形成領域８０３の開口率より小さくなるように複数の孔８０２が形成され、図３に示した例では、無開口（開口率＝０）としているが、これに限られるものではない。なお、開口率Ｐは、
Ｐ＝Ｓ１／Ｓ２
Ｓ１：対象領域（第一領域又は第二領域）の複数の孔の開口面積の総和
Ｓ２：対象領域（第一領域又は第二領域）の面積の総和
によって規定される。また、本実施例では、筒状部８０１の上部空間８０７の側面及び下部空間８０８の側面の第一領域８０３及び第二領域８０４の開口率Ｐは同一に設定されているが、必要に応じて異ならせることも許容される。

第二領域８０４の幅は、上部空間８０７の側面における第一領域８０３の上端（複数の孔８０２の最上列の開口縁の上側の接線）と筒状部８０１の側面の上端までの幅Ｗｎ１、又は下部空間８０８の側面における第一領域８０３の下端（複数の孔８０２の最下列の開口縁の下側の接線）と筒状部８０１の側面の下端までの幅Ｗｎ２によって、それぞれ規定される。なお、本実施例では、筒状部８０１の上部空間８０７の側面及び下部空間８０８の側面の第二領域８０４の幅Ｗｎ１，Ｗｎ２は同一に設定されているが、必要に応じて異ならせることも許容される。また、本実施例では、各第一領域８０３内で、複数の孔８０２が１列に配列した例を示したが、必要に応じて２列以上とすることも許容され、３列以下の列上に配列していれば良い。好ましくは、第一領域８０３に形成され複数の孔が、筒状部８０１の周方向の２列以下の列上に配列していることが好ましく、より好ましくは１列上に配列していることが好ましい。

（比較例）
図１１は比較例の回転部材８を示している。図１１（ａ）は回転部材８の断面図であり、図１１（ｂ）のＡ－Ａにおける断面を示している。図１１（ｂ）は回転部材８の上面図である。図１１（ｃ）は回転部材８の側面図である。回転部材８は、回転部材８の筒状部２４の側面が、第一領域と第２孔形成領域に区画されておらず、筒状部２４の高さ方向の中央を含む部分を除き、筒状部２４の側面のほぼ全体に亘って内外方向に貫通する複数の孔３０が形成されている。また、回転部材８は、水平部２６に貫通孔３２形成されており、上部空間８１と下部空間８２が連通している。なお、この比較例は、本発明に対する先行技術ではないことに留意されたい。

回転部材８によると、回転部材８の筒状部２４の内側からクリアランス部に供給される攪拌対象が、筒状部２４の側面のほぼ全体に亘って内外方向に貫通する複数の孔３０から比較的均等に供給される。このため、本比較例では、実施例のように攪拌対象が旋回しながら筒状部の高さ方向の中央から筒状部の上端及び下端方向に向けて移動する流れが促進されず、図１２に示すように、クリアランス部において乱流が生じる。これにより、本比較例では、攪拌対象にする処理効率が向上する効果、攪拌対象の温度上昇が抑制される効果及び攪拌対象に対して大きなせん断力を付加して十分な攪拌処理を行うことができる効果を十分に発現させることができない。

本発明に係る攪拌装置は、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。

１ 攪拌装置
２ 容器
４ 外層
６ 水冷配管
８、８００、８１０、８２０ 回転部材
１０ シャフト
１２ 堰板
１３ 排出管
１４ 上部容器
１６ 蓋
１７、１８ 供給管
１９、２０ 弁
２２ 容器内面
２４、８０１ 筒状部
２６、８０６ 水平部
２８ ボス
３０ 小孔
３２ 貫通孔
８１、８０７ 上部空間
８２、８０８ 下部空間
８０３ 第一領域
８０４ 第二領域
８０５ 貫通経路
８１１ 傾斜部

Claims (8)

1. 容器と、この容器の内壁面のわずかに内側で高速回転する回転部材とを備え、前記回転部材による遠心力によって前記回転部材と前記内壁面との間に膜状に存在させた攪拌対象を攪拌する攪拌装置であって、
   前記回転部材は、
   前記容器の内壁面に対してわずかな隙間を介して位置する筒状部を有し、
   前記筒状部の側面は、
   前記筒状部の周方向に帯状に区画され、内外方向に貫通する複数の孔が形成された第一領域と、
   前記筒状部の周方向に帯状に区画され、内外方向に貫通する複数の孔が前記第一領域の開口率より小さくなるように形成され、又は無孔とされた第二領域で構成され、
   前記第一領域は、前記筒状部の高さ方向の中央を含む部分に配置され、
   前記第二領域は、前記第一領域の上端から前記筒状部の上端及び前記第一領域の下端から前記筒状部の下端まで配置され、
   前記第一領域の上端から下端までの幅をＷｐとし、前記筒状部の全高をＨとするとき、
   ０＜Ｗｐ＜０．５Ｈ
   の関係を満たすことを特徴とする攪拌装置。
2. 前記第一領域の開口率をＰ１とし、前記第二領域の開口率をＰ２とするとき、
   ０≦Ｐ２／Ｐ１＜０．５、かつＰ１＞０
   の関係を満たすことを特徴とする請求項１に記載の攪拌装置。
3. 前記第一領域の内外方向に貫通する複数の孔は、個々の孔の内方向の開口面積が、外方向の開口面積より大きいことを特徴とする請求項１に記載の攪拌装置。
4. 前記第一領域の内外方向に貫通する複数の孔は、個々の孔の内方向の開口数が、外方向の開口数より多いことを特徴とする請求項１に記載の攪拌装置。
5. 前記第一領域の内外方向に貫通する複数の孔は、個々の孔の貫通経路が前記筒状部内で分岐していることを特徴とする請求項４に記載の攪拌装置。
6. 前記回転部材は、前記筒状部の内側に当該回転部材の回転軸と直交する水平部を有し、前記筒状部の内空間は、当該水平部によって上部空間と下部空間に区画されていることを特徴とする請求項１に記載の攪拌装置。
7. 前記第一領域の内外方向に貫通する複数の孔は、個々の孔の貫通経路が前記筒状部内で分岐しており、
   個々の孔の内方向の開口が前記上部空間及び前記下部空間にそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項６に記載の攪拌装置。
8. 前記第一領域の内外方向に貫通する複数の孔は、内方向の開口が前記上部空間に配置された孔と、内方向の開口が前記下部空間に配置された孔とが、前記筒状部の周方向に対して交互に並ぶように配列していることを特徴とする請求項６に記載の攪拌装置。

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