JPS62277135A - 撹拌装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ３、発明の詳細な説明 〔産業上の利用分野〕 この発明は、反応器やタンクなどの撹拌に用いられる撹
拌装置に関し、詳しくは磁力を利用し、機械的な結合に
よることなく撹拌子を回転駆動するようにした攪ｆ半装
置に関する。

〔従来の技術〕

磁力を利用し機械的な結合によることなく撹拌子を回転
駆動するようにした従来の撹拌装置を、第７図及び第８
図について説明する。

第７図は棒状のマグネット撹拌子を用いた撹拌装置の縦
断面図であって、否閉された容器の器壁の一部をなす隔
壁１の上方は容器の内側に相当し、ここに、マグネット
ｉ拌子２が収容されている。

一般に容器の内部には、外部からの汚染を妹う液体状の
薬品や中間製品が入れられて化学反応、溶解、晶析・混
合などさまざまな単位操作のための撹拌が行われている
ものである。マグネットａ拌子２は、棒状の永久磁石３
の全体をプラスチックの保＾層４によって被檀したもの
であって、棒状の永久磁石２の両端は異なる磁惚に着磁
されている。他方、隔壁１の外側（図の下方）には、モ
ータ５を取付けるためのフレーム６が隔壁１に固定され
、モータ５の７ラン：）７とフレーム６とが図示しない
ボルトナツトによって締結されている。

モータ５の主軸８には鉄製のヨーク９が固定され、さら
に、ヨーク９の隔壁ＩＫ面する側には偉状の永久磁石ｌ
Ｏが隔壁１と僅かな空間を介して固着されている。該駆
動側の棒状の永久磁石１０も両端が異なる磁極に着磁さ
れており、該駆動側の永久磁石１０と前記撹拌子の永久
磁石３とは、互いに異った磁極同士が引き合った状態で
隔壁１を介して対向している。

モータ５は図示しない制御部によって可変速運転される
ものであって、マグネット＆拌子が貝期して回転できる
ようＫなっている。従って、そ−タ５が付勢されると、
駆動側の永久磁石１０が回転され、この永久磁石１０の
磁力によって隔壁１の内側に収容されたマグネット撹拌
子２が同期して回転することになシ、マグネット撹拌子
２の周囲の液体はマグネット撹拌子２から遠心力を受け
て矢印Ａのような流れが生じ、容器内の液体は好適に撹
拌される。

なお、前記プラスチックの保裏層４は容器内の液体の性
状及び温度等を考慮して、必要に応じて、ポリプロピレ
ン・フッ素樹脂或いは耐食性合金等さまざまなものが適
宜選定されるものである。

第８図は、別の従来例を示す縦断面図であって、比較的
大きなり押装置として用いられているものである。図に
おいて、隔壁１の外部に固定された駆動＠構は前記第７
図の従来例とほぼ同じであるが、撹拌子２は、マグネッ
ト部１１とパドル部１２とが離れた位置に形成されてい
る。即ち、撹拌子２の駆動機構が固定されている側の端
部には環状のマグネット部１１が形成され、該マグネッ
ト部１１の上部の中心から上方に延在しているシャフト
１９の中間に、円板２０に複数枚のパドル２１が固定さ
れてなるパドル部１２が形成されている。

環状のマグネット部１１は環状の銅板１５の上面に同様
の環状の鉄板１６を固着し、さらに耐食材料であるステ
ンレス鋼の保腫層１７によって全体を被覆したものであ
って、その回転中心部は、隔壁１に固定されたラジアル
軸受としての丸棒１３に対応するジャーナル１４となっ
ている。

このマグネット部１１は、駆動側の永久磁石１０の回転
によって銅板１５にうず電流が生じて回転トルクが発生
するようにしたものであって、永久磁石１０の回転速度
とは同期しないものであるが、銅板１５のかわシに環状
の永久磁石を設けて、同期カップリングとして用いるこ
ともできる。なお、駆動側の永久磁石１０は、第９図に
示すように円板状のものに円周方向に交互に異なる磁惚
を着磁したものである。この編８図に示した撹拌装置は
、各器内の任意の位置にパドル部１２を形成できるので
所望の撹拌状態を得ることができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

撹拌操作に伴って、外部の異物が取扱い液中に混入して
汚染したシ、或いは有害な取扱い液が外部へ流出するこ
とは、前記のような磁力で撹拌を行う方式の撹拌装置に
よって防止できるものである。しかし、撹拌子は駆動機
構側の磁石に吸引されつつ回転するものであるから正常
な撹拌運転がなされてる場合には、撹拌子の端面と隔壁
１との間において摺擦が行われることになシ、撹拌子の
保１１＃４や隔％１から摩耗粉が発生して取扱い液中に
異物が混入することがある。特に、保岐層４にプラスチ
ックを用いている撹拌子にあっては、取扱い液に固形物
が含まれているだけでも保ｄ層４の表面が摩耗する。

従って、撹拌子自体が発生する摩耗粉によって取扱い液
が汚染されることになり、この摩耗粉の混入によって取
扱い液の品位が低下したり、後の工程においてさまざま
な障害を与えることになる。

そのため、医薬品や食品等の製造工程にあっては、この
ような摩耗粉を分離するだめの除去工程を別途設けるこ
ともある。しかし、スラリを取扱い液とする場合には摩
耗粉だけを選択的に除去することは困難であシ、品位の
低い製品を製造せざるを得ないこととなる。

本発明は、上記のような現状に鑑みてなされたものであ
って、磁気（７ｉｘｉ力）を利用して、機械的な結合に
よらず撹拌子を回転駆動するようにした位拌装置におい
て、撹拌子と隔壁との摺擦による奉耗粉の発生を極力抑
制するよつにした装置を提供することであシ、又、本発
明は、スラリ中においても摩耗することがなく、広範囲
の液体に対しても安定して使用可能な撹拌装置を提供す
ることを目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、隔壁の外側に固定された回転磁界を発生する
駆動機構と、該隔壁の内側に配置されて該駆動機構によ
って磁気的に回転されると共に該駆動機構とは回転力を
伝達するための機械的な結合がなされていない撹拌子と
を備えた撹拌装置において、該撹拌子と該隔壁との摺動
部をそれぞれ平滑な面にすると共にこれら二つの平滑な
面のいづれか一方の面に動圧発生用の溝を形成した撹拌
装置である。

本発明において、撹拌子を磁気的に回転させる原理とし
ては磁気的な吸引の他にヒステリシスやうず電流を利用
することもでき、又、摺動部における平滑な面の形状と
しては平面、球面、円錐面、円ｖＪ面など撹拌子の回転
軸を中心として回転した場合に得られる面の形状であれ
ばよい。さらに、動圧発生用の溝形状としてはスパイラ
ル状、ヘリングボーン状等公知の溝模様が利用できる。

〔作　用〕

本発明においては、撹拌子と隔壁との摺動部を構成する
撹拌子Ｉ１１の面と隔壁側の面とのいづれか一方の面に
スパイラル溝の模様やヘリングボーン状の模様などの動
圧発生用の溝が形成されているので、撹拌子が駆動機構
によって形成される回転磁界の影響を受けて回転する場
合、摺動部には動圧発生用の溝によって流体の膜が形成
され、撹拌子と隔壁とは実質的に互いに接触することな
く回転するものである。そして、この摺動部に形成され
た流体の膜の厚さは流体の粘性にもよるが、極めて博い
ものであるから、大粒径の固形物は、このすきまに流入
することはない。

〔実施例〕

以下、図面によって本発明の実施例を詳細に説明する。

第１図は、本発明の一実施例を示す撹拌装置の縦断面図
である。図において、隔壁１の下方は、一般には容器の
外部に対応する部分であって、前記第８図と同じ構成で
ある。即ち、タンクや反応容器などの壁面の一部をなす
隔壁１の外側にはモータ５を固定するためのフレーム６
が固定され、図示しない御制部から給電を受ける可変速
運転か可能なモータ５の７ランジ７が、フレーム６に固
定されている。モータ５の主軸８の先端部分には鉄製の
ヨーク９が固定され、さらにヨーク９の隔壁１に面する
側に円板状の永久磁石１０が固着されている。永久磁石
１０の表面（第１図においては上口〕には円周方向に異
なる磁極が交互に配列するように着磁されている（第９
図参照）。ここでモータ５が付勢されると永久磁石１０
が回転し、１！＃壁１と平行に回転する磁界が形成され
る。他方、隔壁ｌの上方は容器の内部に相当し、その表
面は平滑な平面２３となっている。この平？＃な面２３
のうねシは摺動部分全体に亘って５μｍ以内に仕上げら
れておシ、その面粗度は１μｍ以下となっている。

他方、隔壁１の上方、即ち、おｔ拌を受ける液体が収容
されている側に位置する撹拌子２についてみると、シャ
フト１９の中間にパドル部１２が設けられ、シャフト１
９の隔壁１側の端部にマグネット部１１が固定されて設
けられている。該マグネット部１１は、環状の銅板１５
とその上部に固着された環状の鉄板１６とをステンレス
鋼の保穫層１７によって被榎してうず電流によって回転
するようになしたものであって、下端面にはセラミック
ス製のスラスト板２４が固着されている。該スラスト板
２４の表面、即ち、下端の面は隔壁１と摺動する面であ
って、隔壁ｌの面と同程度の平滑な平面に仕上げられて
いるが、さらに、第２図に示したよりな動圧発生用のス
パイラル溝（黒塗シのスパイラル状の部分）２５が形成
されている。

第２図において白いスパイラル状の部分２６は平滑な平
面が残されている部分であってランドである。また、中
央は均圧部２７であってスパイラル溝２５と同じく溝部
分である。スパイラル溝２５のｒｋ深さは３〜５０μｍ
であって、平滑に仕上げられた面をショツトブラスト、
放電加工、或いはエツチングなどによって仕上げたもの
であ勺、２ンド２６よりもその表面は粗くなっているが
、この黒蜜りの溝部の表面が梨地状になっていても動圧
は発生する。なお、第２図のランド２６と梨地状の溝部
２５．２７とを全く反対にし、黒塗シの部分を平滑なラ
ンドとし、白い部分を溝部分としてもよい。図中、２８
は撹拌子２の回転方向であって、モータ５が付勢されて
永久砥石１０が矢印２８の方向に回転すると撹拌子２の
マグネット部１１にうず’１［６Ｌが発生し、同様に矢
印２８の方向にマグネット部１１、即ち撹拌子２が回転
することとなシ、パドル２１によって液体は矢印人の方
向に流動して撹拌が行われる。この際、撹拌子２はモー
タ５と永久磁石１０とを主たる構成とした駆動機構によ
って回転力を与えられるばかりでなく、永久磁石１０の
磁力に基づく吸引力や撹拌子２の自１によって隔壁１に
押し付けられることＫなるが、動圧発生用のスパイラル
＠２５によってセラミックスのスラスト板２４と隔壁１
との間には流体の潤滑膜が形成され、スラスト板２４と
隔壁１とは実質的に接触することなく相対運動を行うこ
とになシ、その結果、スラスト板２４と隔壁ｌとの摺擦
部分からの摩耗粉の発生はない。ここで、動圧発生用の
溝は隔壁１の側に形成することもでき、第１図の実施例
において、隔壁１側に形成する場合は、隔壁１の上方か
ら見た模様は第２図と同様なものとなり、撹拌子の回転
方向の矢印２８は反対向きとなる。

上記した第１図及び第２図に示した実施例においては、
撹拌子２と隔壁１とが非接触の状態で回転するばかりで
なく、撹拌子２と隔壁１との摺動部分における抵抗は極
めて小さくなるので、駆動機構がもつ磁気的な回転力を
有効に撹拌力に変換することができる。

なお、第１図において、うず電流を発生する銅板１５を
永久磁石に替えて、同期マグネットカップリングとして
用いることもでき、或いはヒステリシス材料に置換する
こともできる０さらに、駆動機構としては、永久磁石１
０を電磁石にすることもでき、或いは、同様の回転磁界
を発生するコイル群によって直接撹拌子を駆動するよう
にしてもよい。また、撹拌子２の回転速度を検出して、
所望の回転速度で運転するようにしてもよい。

第３図は、他の実施例を示す第１図と同様の図面であっ
て、隔壁１の上方にある撹拌子２においてＫ１図の環状
の銅板１５が環状の永久磁石２９に置換されたことだけ
が相違している。

即ち、第３図のマグネット部１１に埋設された永久磁石
２９は、その平面図が第４図に示されるように環状の平
板であって、円周方向に異なる磁極が交互に着磁されて
いる。なお、この場合の極数はム動機構側の永久磁石１
０の極数と一致している。また、スラスト板２４の表面
には第１図と同じく動圧発生用の溝が形成されている。

他方、隔壁ｌの下方の側について述べれば、フェライト
磁石からなる永久磁石１０の表面、即ち、隔壁１に対向
する面３０Ｆｉ平滑な平面に仕上げられており、また、
この永久磁石１０の表面３０に対向する隔壁１の表面３
１も、その裏面（？ｉ拌子２に対向する而）と同じく平
滑な平面に仕上げられ、さらに隔ｉ１の面３１の側に動
圧発生用の溝が形成されている。そして、ヨーク９とモ
ータ５の主軸８とは、モータ５の回転力だけを伝達する
よう【ピン３２によって連結されておシ、モータ５に永
久磁石１０によるスラスト力がかからないようになって
いる。同時に、永久磁石１０の表面３０は、モータ５の
主軸８には関係なく隔壁１の表面３１に平行に密層する
。

従って、モータ５が付勢されると、永久磁石１０と隔壁
１との摺動部分及びスラスト板２４と￥４ｆ１壁１との
摺動部分において流体の動圧が発生し、これらの摺動部
分における摺動抵抗は極めて小さくしかも、モータ５に
かかるスラスト荷重は姫減されさらに磁気ギャップが狭
くなる。

第５図及び第６図は本発明の別の実施例を示す図面であ
って、第５図は縦断面図、第６図は撹拌子の平面図であ
る。

壓５図において、タンクや反応器の器壁４０に貫通孔４
１を穿設し、駆＠機構４２を図示しないボルトによって
固定し、さらに器壁４０と駆動機構４２との装置は樹脂
４３を充填して密閉されている。駆動機構４２Ｖｉ、導
体コイルをプラスチックで被覆したシートコイルを多数
積層した固定子４４をカバー４５に固定し、さらにその
上部に撹拌子２の磁極を検出するためのセンサーが埋設
されたシート４６を固着し、最上部はセラミックスの平
板４７が固着されており、その制御部は図示していない
。ここで、セラミックスの平板４７は、前記実施例にお
ける隔壁１に対応するものであり、シートコイルを積層
してなる固定子４４で発生する回転磁界が撹拌子２側へ
透過しやすい材質のセラミックスが選定される。例えば
炭化ケイ素に多電のべＩＪ　リウム又はベリリウム化合
物が添加されたセラミックスが好適であるが、炭化ケイ
素、窒化ケイ素、アルミナなどであってもよい。

撹拌子２は、円板状のマグネット部１１の上面に撹拌翼
４８が形成されたものであって、マグネット部１１は円
板状のセラミックスのロータ４９に、永久磁石２９．鉄
板１６及び保践層１７を埋設するための凹部５０が形成
され、＠４８とロータ４９とはセラミックスによって一
体に形成されている。そして、ロータ４９の底面５１と
駆動機構４２側のセラミックスの平板４７の表面５２と
によって摺動部が形成されているが、これら二つの面５
１．５２は互いに平滑な平面に仕上げられ、そして、い
づれか一方の面に対して動圧発生用の溝が形成されてい
る。

動圧発生用の溝については、第２図に示したようなスパ
イラル状のものであって、溝深さ、面粗度、うねシにつ
いては前記実施例と同様である。

撹拌子２を上方からみた平面図が第６図であって、４枚
の撹拌翼４８が放射状に形成され、円形のロータ４９の
上面には、隣合った翼と翼との間に扇状の保糎層１７が
形成されている。該保権層１７の下方には、図示されて
いないが同様に扇状の鉄板１６と永久磁石２９とが埋設
されており、第６図においては便宜上、永久磁石２９の
着磁の状況を示している。保護層１７はプラスチックや
ステンレス鋼などの耐食性の材料が用いられるが、ロー
タ４９と同様にセラミックスを用いると耐摩耗性がさら
に向上する。

〔発明の効果〕

本発明は、撹拌子を磁気的に回転するようにした撹拌装
置において、撹拌子と隔壁との摺動部を形成する２つの
面を平滑にし、かつ、これら２つの面のいづれか一方の
面に動圧発生用の溝を形成したことにより、撹拌子が回
転すると動圧発生用の溝の作用によって摺動部に流体の
内滑膜が形成され、撹拌子と隔壁とは実質的に接触する
ことなく相対回転するので、撹拌子と隔壁との接触によ
る摩耗粉の発生がない。さらに、撹拌子が回転する場合
に隔壁と接触していないので、摺動部における損失が極
めて小さい。従って、軸貫通方式の撹拌装置に比べて回
転トルクが小さいこの種の撹拌装置において、駆動機構
が発生する磁力を有効に撹拌子の回転トルクに変換する
ことができ、強力な撹拌を行うことができる。

従って、本発明の撹拌装置によれば、撹拌子と隔壁との
摺擦による摩耗粉の発生がないので液体を汚染すること
がない。また、撹拌子と隔壁との摺動部は面接触である
ため、撹拌子が回転している状態においてはダンピング
効果によって安定した運転を行うことができる。

そして、本発明において摺動部を形成する２つの面をセ
ラミックスによって構成すれは、効果的に動圧を発生す
ることができ、しかも、耐摩耗性も優れているのでスラ
リであっても何ら問題なく撹拌できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施世ｊを示すｍ断面図、第２図は
摺動部の動圧発生用の溝の模式図、第３図は別の実施例
を示す縦断面図、第４図は第３図の撹拌子の永久磁石の
着磁の状況を示す模式図、第５図は別の実施例を示す縦
断面図、第６図は第５図の撹拌子の平面図、第７図及び
第８図は従来例の縦断面図、第９図は第８図の駆動機構
側のマグネットの着磁の状況を示す平面図である。 １・・・隔壁、　２・・・撹拌子、　５・・・モータ。 ８・・・主軸、　９・・・ヨーク、　１０・・・永久磁
石。 １１・・・マグネット部、　１２・・・パドル部。 １５・・・銅板、　１６・・・鉄板、　１７・・・保％
ｒ曽。 １９・・・シャフト、　２０・・・円板、　２１・・・
パドル。 ２３・・・摺動面（平面）、　２４・−・スラスト板。 ２５・・・スパイラル荷、　２６・・・ランド、　２７
・・・均圧部、　３０・・・平面、　３１・・・表面、
　４０・・・器壁、　４１・・・貫通孔、　４２・・・
駆動機構。 ４３・・・樹脂、　４４・・・固定子、　４５・・・カ
バー。 ４６・・・シート、　４７・・・平板、　４８・・・撹
拌Ｒ。 ４９・・・ロータ、　５０・・・凹部、　５１・・・底
面。 ５２・・・表面。 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 隔壁の外側に固定された回転磁界を発生する駆動機構と
   、該隔壁の内側に配置されて該駆動機構によつて磁気的
   に回転されると共に該駆動機構とは回転力を伝達するた
   めの機械的な結合がなされていない撹拌子とを備えた撹
   拌装置において、該撹拌子と該隔壁との摺動部をそれぞ
   れ平滑な面にすると共にこれら二つの平滑な面のいづれ
   か一方の面に動圧発生用の溝を形成したことを特徴とす
   る撹拌装置。