JPWO2017002905A1

JPWO2017002905A1 - 撹拌装置

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Publication number: JPWO2017002905A1
Application number: JP2017526426A
Authority: JP
Inventors: 昌二森永; 克英竹中; 慶治江崎; 哲也宮田; 宗司村上; 大亮杉舩
Original assignee: Izumi Food Machinery Co Ltd; Sumitomo Heavy Industries Process Equipment Co Ltd
Current assignee: Izumi Food Machinery Co Ltd; Sumitomo Heavy Industries Process Equipment Co Ltd
Priority date: 2015-07-01
Filing date: 2016-06-30
Publication date: 2018-04-19
Anticipated expiration: 2036-06-30
Also published as: JP6725504B2; US10478791B2; EP3318317A1; WO2017002905A1; TW201707776A; EP3318317A4; EP3318317B1; US20180178176A1; TWI678231B

Abstract

流動性を有する撹拌対象物を撹拌する撹拌装置であり、内周壁の横断面形状が円形である撹拌槽と、前記撹拌槽の内部に位置しており互いに独立して回転可能な少なくとも一つの流動翼及び少なくとも一つのせん断翼とを備え、前記流動翼及びせん断翼の回転中心は同心であり、前記流動翼は、前記撹拌槽の内周壁に沿って縦軸まわりに回転することで前記撹拌槽内に存在する、撹拌対象物に少なくとも下方に向かう流れを形成し、前記せん断翼は、撹拌対象物にせん断力を与えるもので、前記流動翼よりも前記撹拌槽の径内の位置であり、前記流動翼により形成された撹拌対象物の流れに接する位置に設けられた撹拌装置である。

Description

関連出願の相互参照

本願は、日本国特願２０１５−１３２８３０号に基づく優先権を主張し、引用によって本願明細書の記載に組み込まれる。

本発明は、流動性を有する撹拌対象物を撹拌するために用いられる撹拌装置に関するものである。

従来、撹拌装置として種々の構成を有するものが存在している。例えば特許文献１に記載された撹拌装置がある。この撹拌装置は、撹拌対象物を収容できる撹拌槽と、撹拌対象物に撹拌槽内での流動を生じさせるリボン状撹拌翼と、撹拌対象物をせん断する高速回転撹拌翼とを備える。

高速回転撹拌翼で撹拌対象物をせん断する際、せん断歯の周囲の撹拌対象物が吐き出される。その吐き出された撹拌対象物を補充するような量が十分に供給されないことにより、その吐き出された部分に周囲から撹拌対象物が流入しにくくなる場合がある。そうなると、せん断歯の周囲（または高速回転撹拌翼自体の周囲）に撹拌対象物の存在しない空間（空洞）ができてしまう。すると、せん断歯が撹拌対象物を捉えることができずに高速回転撹拌翼が空転し、撹拌対象物のせん断が困難になる現象が生じることがある。

この現象は、高速回転撹拌翼の回転速度が大きい場合に生じやすい。また、この現象は、回転速度を問わず、撹拌対象物が高粘度流体の場合、また、撹拌対象物が高チクソ性（クリーム状流体のように流れが伝播しにくい性質が大きいもの）の流体である場合に顕著に生じる。

ところが、特許文献１の考案では前記問題に全く着目されておらず、リボン状撹拌翼と高速回転撹拌翼とが有機的な関連なく、ばらばらに撹拌槽内に配置されている。このため、特許文献１に記載された撹拌装置は、せん断歯により吐き出された撹拌対象物を補充するような量が十分に供給される撹拌槽内での流動が生じにくいことにより、高速回転撹拌翼の周囲に空間が生じることでせん断が困難になるとの前記問題点を有したままとなっている。

日本国実開平５−８５４３３号公報

本発明は、撹拌対象物のせん断が困難になる現象が生じることを抑制した撹拌装置を提供することを課題とする。

本発明は、流動性を有する撹拌対象物を撹拌する撹拌装置であり、内周壁の横断面形状が円形である撹拌槽と、前記撹拌槽の内部に位置しており互いに独立して回転可能な少なくとも一つの流動翼及び少なくとも一つのせん断翼とを備え、前記流動翼及びせん断翼の回転中心は同心であり、前記流動翼は、前記撹拌槽の内周壁に沿って設けられ、縦軸まわりに回転することで撹拌槽内に存在する、撹拌対象物に少なくとも下方に向かう流れを形成し、前記せん断翼は、回転により撹拌対象物にせん断力を与えるもので、前記流動翼よりも前記撹拌槽の径内の位置であり、かつ、前記流動翼により形成された撹拌対象物の流れに接する位置に設けられた撹拌装置である。

また、前記撹拌槽は、筒状の直胴部と、前記直胴部の下方に連続し、下方に向かうにつれ小径となる絞り部とを有し、前記せん断翼は、前記撹拌槽の底部から、前記直胴部の内径を基準とした比率で１０〜３０％となる距離に配置されることができる。

また、前記流動翼としてリボン翼が用いられ、前記せん断翼としてディスパー翼が用いられたものとできる。

また、前記流動翼よりも前記撹拌槽の内部に位置する内部翼を更に備え、前記内部翼の回転中心は、前記流動翼及び前記せん断翼の回転中心と同心であるものとできる。

また、前記流動翼は上方に位置する上部翼と、前記上部翼の下方にて当該上部翼から連続する下部翼とを備えるものとできる。

また、前記撹拌槽の内周壁を介して、前記撹拌槽内に存在する撹拌対象物を加熱または冷却できる加熱・冷却部を更に備えることもできる。

また、前記流動翼と共に回転し、前記撹拌槽の内周壁の近傍に位置する撹拌対象物を移動させつつ回転するスクレーパを更に備えることもできる。

図１は、本発明の一実施形態に係る撹拌装置を示す縦断面図である。図２は、図１のＡ−Ａ矢視において流動翼のみを示した図である。図３は、同撹拌装置における撹拌対象物の流れを示す要部拡大図である。図４は、本発明の他の実施形態に係る撹拌装置における要部を示す縦断面図である。図５は、図４のＢ−Ｂ矢視における断面において、スクレーパの配置を示した概略図である。

以下、本発明の一実施形態に係る撹拌装置について説明する。本実施形態の撹拌装置１は、例えば乳化のために用いられる。乳化を行う場合の撹拌対象物としては、例えば化粧品や食品用の種々の素材を用いることができるが、これらに限られるものではない。撹拌対象物は流動性を有するものであって、流体（液体、気体）、及び、粒子状や粉末状とされた固体、そして、これらの混合物が例示できる。

本実施形態の撹拌装置１は、撹拌対象物を収容できる撹拌槽２内に流動翼３、せん断翼４、ゲート翼５を備えている。前記各翼は、撹拌槽２外に設けられたモータ等の駆動部により別個に駆動（多軸駆動）されることで、互いに独立して回転可能とされている。このため、撹拌対象物の性状に応じて適する回転数で回転させられる。撹拌装置１を乳化に用いる場合において、流動翼３は撹拌対象物を混合して乳化させ、液滴を形成する。せん断翼４は、乳化液中の液滴を小サイズに細分化する。流動翼３よりも撹拌槽２の内部に位置する内部翼としてのゲート翼５は、流動翼３による撹拌対象物の「供回り」を抑制する。このため、乳化を行う場合、撹拌対象物として高粘度液を用いた場合でも、乳化剤等を高粘度液中に積極的に混合する（練り込む）作用を奏することができるので、乳化を確実に行うことができる。

撹拌槽２は、内周壁２ａの横断面形状が円形とされた容器である。この撹拌槽２は上部が円筒状の直胴部２１とされ、下部が円錐台状の絞り部２２とされている。直胴部２１と絞り部２２とは、一体に形成されている。直胴部２１の内径は、上下方向で一定とされている。絞り部２２は、内径は下方に向かうにつれ小径となっている。このように撹拌槽２の内径を設定することにより、後述の流動翼３の回転により生じる撹拌対象物の下方へ向かう流れである誘導流Ｆ（図３参照）を撹拌槽２の内周壁２ａが阻害してしまうことを抑制できる。絞り部２２は、縦断面形状が半円形状や半楕円形状であってもよい。また、図１に示す撹拌槽２は上端部が開放されているが、上端部を閉鎖することもできる。撹拌槽２の外部には、加熱・冷却部としてのジャケット部２３が形成されており、このジャケット部２３に熱媒または冷媒を通すことで、撹拌槽２内に存在する撹拌対象物の加熱・除熱（冷却）が可能である。

流動翼３には、本実施形態ではリボン翼が用いられている。流動翼３は撹拌槽２の内周壁２ａに沿って設けられ、縦軸まわりに回転することで撹拌槽２内に存在する撹拌対象物に誘導流Ｆを形成する。この誘導流Ｆは、撹拌槽２内の全体を大きく流動する流れの一部となる。撹拌装置１を乳化に用いる場合、この誘導流Ｆにより撹拌対象物は混合されて乳化され、液滴が形成される。

本実施形態の流動翼３は、撹拌槽２の内周壁２ａに沿うように配置され、所定幅を有する２枚の流動翼本体３１，３１と、これら２枚の流動翼本体３１，３１を径内位置で支持する複数の支持棒３２…３２、及び、流動翼本体３１，３１を下方で連結支持する支持リング３３とを備える。各流動翼本体３１は湾曲帯状である。各流動翼本体３１は、上部翼３１１と下部翼３１２とを備える。上部翼３１１は直胴部２１の領域で平面視１８０°の範囲に設けられ、下部翼３１２は絞り部２２の領域で平面視略９０°の範囲に設けられる。２枚の流動翼本体３１，３１は、撹拌槽２の横断面中心を挟んで１８０°おきに回転対称に配置されている。

上部翼３１１は、撹拌槽２における直胴部２１の内周壁から一定距離をおいて配置され、周方向に一定の角度で傾斜しつつ上方から下方に延びている。直胴部２１において上部翼３１１が回転することで、上部翼３１１が撹拌対象物を掻き下げて、旋回しつつ下方に向かう誘導流Ｆを形成する。下部翼３１２は、撹拌槽２における絞り部２２の内周壁の面形状に略沿って位置している。下部翼３１２は図２に示すように、平面視にて、回転方向Ｒ３とは逆方向に膨出するよう湾曲した形状とされている。

上部翼３１１と下部翼３１２とは、図１に示す接合部３１３にて、各翼における面方向が屈曲する（または捻られる）ように接続されている。具体的には、図２に示すように、上部翼３１１を構成する帯状体の径内側端縁に、下部翼３１２を構成する帯状体の表面が当接した状態で、接合部３１３において溶接等によって接続されることで、上部翼３１１と下部翼３１２とが一体となっている。

絞り部２２において下部翼３１２が回転方向Ｒ３に回転することで、上部翼３１１により形成された旋回しつつ下方に向かう誘導流Ｆが、図３に示すように、径内方向に向かいつつ下方に向かうように、流れの向きが転換される。このため、誘導流Ｆをせん断翼４へと導くことができる。

各流動翼本体３１の下方を向いた面は、撹拌対象物を下方に押す作用を奏する部分である。よって、均一な誘導流Ｆを形成するため、各流動翼本体３１の下方を向いた面は、段差をできるだけ有さない湾曲面とすることが好ましい。そして、前記一定距離に関し、本実施形態における撹拌槽２の内周壁２ａと各流動翼本体３１との外周縁とは、水平距離にて、撹拌槽２における直胴部２１の内径に対する比率で１〜３％の距離がおかれているが、この距離は撹拌対象物の性状に応じて適宜設定できる。このように、各流動翼本体３１を撹拌槽２の内周壁２ａ近くに配置することで、各流動翼本体３１が、撹拌槽２の内周壁２ａに沿う撹拌対象物の誘導流Ｆを確実に形成できる。

また、各流動翼本体３１の幅寸法は、水平方向の寸法にて、撹拌槽２における直胴部２１の内径に対する比率で５〜２０％とされる。本実施形態では１０％である。このように幅寸法が設定されたことにより、各流動翼本体３１の内周縁よりも径内側に十分な空間を確保できるので、撹拌槽２内を循環する撹拌対象物の大きな流れが阻害されにくい。このため、例えば、ジャケット部２３に熱媒・冷媒を流すことで撹拌対象物を加熱・除熱（または冷却）しつつ撹拌する場合における加熱・除熱（冷却）性能に優れる。このため、撹拌装置１の大型化が可能である。また、撹拌槽２内中央に、撹拌対象物が付着し得る中心軸や中心翼が存在しないので、撹拌対象物（高粘度液等）の軸等への付着、撹拌槽２内での滞留をなくすことができる。なお、各流動翼本体３１の幅寸法は前記比率に限定されず、撹拌対象物の性状に応じて適宜設定できる。

流動翼３における流動翼本体３１，３１と支持棒３２…３２、流動翼本体３１，３１と支持リング３３の各々は溶接等により一体とされている。各支持棒３２は上下方向に延びる直棒体であり、上方と下方とで流動翼本体３１を固定している。各支持棒３２は、流動翼用駆動軸３４を介して、撹拌槽２の上方に設けられる流動翼用駆動部（図示しない）に接続されている。これにより、各支持棒３２を介して各流動翼本体３１を上下方向に延びる縦軸まわりに回転させることができる。一方、支持リング３３は、各流動翼本体３１の下端を固定する。この支持リング３３の内部を、上下方向に延びるせん断翼用駆動軸４３が通っている。図３に示すように、撹拌対象物の誘導流Ｆは、絞り部２２の底部からせん断翼用駆動軸４３の外周に沿って上昇し、せん断翼用駆動軸４３と支持リング３３との隙間を通って円板部４１に導かれる。

流動翼３は、平面視で反時計回り方向である回転方向Ｒ３に回転する。流動翼３の回転数はせん断翼４の回転数よりも低い。この回転により、各流動翼本体３１が撹拌対象物を下方に押し出す。このため、図３に示すように、撹拌槽２の内周壁２ａに沿って下方へ向かう誘導流Ｆが生じる。この下方へ向かう誘導流Ｆは、後述のように、撹拌対象物をせん断翼４に連続的に供給する流れである。また、撹拌槽２の内周壁２ａ近傍において下方へ向かう誘導流Ｆが常時存在し、撹拌対象物が撹拌槽２内で滞留しにくいことから、撹拌槽２の内周壁２ａへの撹拌対象物の付着を抑制できる。なお、撹拌槽２の内周壁２ａに撹拌対象物が付着してしまった場合でも、後述のようにスクレーパ６を設けることにより、撹拌対象物を内周壁２ａから除去できる。

せん断翼４は、回転により撹拌対象物にせん断力を与えるものである。撹拌装置１を乳化に用いる場合、このせん断力によって流動翼３により形成された液滴が分断されて細分化される。

このせん断翼４には、本実施形態ではディスパー翼が用いられている。本実施形態のディスパー翼は、図３に示すように、回転可能な円板部４１の外周縁に、円板部４１の面方向に交わる方向に延びる複数のせん断歯４２…４２を、周方向に間欠的に設けた翼である（図３では、左右端部に存在するせん断歯４２，４２のみを簡略的に示している）。各せん断歯４２は円板部４１の外周縁に沿って設けられる。また、円板部４１の外周縁の接線方向に対して傾斜して設けることにより、円板部４１の回転に伴い各せん断歯４２が撹拌対象物を径外方向への吐出流を形成するようにもできる。本実施形態のせん断歯４２…４２は、円板部４１を基準として表裏方向（上下方向）に均等に突出しているが、少なくとも下方に突出していればよいし、表方向に突出したせん断歯４２と裏方向に突出したせん断歯４２とを交互に配置することもできる。また、せん断歯４２，４２を円板部４１の外周縁以外に設けることもできる。

せん断翼４の直径は、撹拌槽２における直胴部２１の内径に対する比率で１０〜３０％とされる。このことにより、前記誘導流Ｆの上昇力が強い状態（上昇力が減衰していない状態）で撹拌対象物をせん断翼４に導くことができる。

このせん断翼４の回転により、各せん断歯４２が撹拌対象物に衝突する。この際に、各せん断歯４２における回転方向前縁部が撹拌対象物にせん断力を及ぼすことができる。つまり、各せん断歯４２の回転軌跡の周辺が高せん断場となる。

せん断翼４には、下方に延びるせん断翼用駆動軸４３が接続されている。なお、図示は省略しているが、撹拌槽２とせん断翼用駆動軸４３との間には、撹拌対象物が漏れないようにシールが施されている。せん断翼用駆動軸４３は、撹拌槽２の下方に設けられるせん断翼用駆動部（図示しない）に接続されている。これにより、せん断翼４を上下方向に延びる縦軸まわりに回転させることができる。

前述のように、流動翼３を回転させるための流動翼用駆動部（図示しない）は、撹拌槽２の上方に位置する。そして、せん断翼４を回転させるためのせん断翼用駆動部は、撹拌槽２の下方に位置する。このため、各駆動部と各翼とを連結する駆動軸３４，４３の軸長を小さくでき、軸にたわみやぶれが発生することを抑制できるので、駆動時の振動（共振）を抑制できる。特にせん断翼４については、せん断翼用駆動軸４３の軸長を小さくできるので高速回転が可能となる。また、前記振動によるせん断翼用駆動軸４３等の疲労破壊の発生を抑制できる。

せん断翼４は、撹拌槽２の底部からの寸法が、撹拌槽２における直胴部２１の内径の寸法より小さい寸法で設けられている。また、せん断翼４は、流動翼３よりも撹拌槽２の径内の位置であり、かつ、図３に示すように、流動翼３により形成された誘導流Ｆに接する位置、より具体的には誘導流Ｆの流れの強い位置に設けられている。このため、流動翼３が形成する撹拌対象物の誘導流Ｆが強い位置で確実にせん断翼４に達する。このため、流動翼３によりせん断翼４に撹拌対象物が連続的に供給される。具体的には、図３に示すように、誘導流Ｆがせん断翼４の内側から翼先端に位置するせん断歯４２…４２に達するため、流動翼３から高せん断場へと確実に撹拌対象物が供給される。よって、せん断翼４が回転しても従来のようにせん断翼４の周囲に空間ができにくく、高せん断場でのせん断翼４の空転を防止できる。よって、せん断翼４による撹拌対象物のせん断が確実になされる。

ここで、前述のように、流動翼３が回転することにより、撹拌対象物には、まず直胴部２１にて、撹拌槽２の内周壁２ａに沿う下方へ向かう誘導流Ｆが生じる。撹拌槽２の下部には絞り部２２が形成されており、かつ、この絞り部２２で流動翼３の下部翼３１２が回転するので、絞り部２２における誘導流Ｆは、図３に示すように、撹拌槽２の径内方向に向かいつつ下方に向かう流れに変わる。このため、誘導流Ｆは、絞り部２２の下端部中央に集中することになるので、絞り部２２の下端部中央では流れ方向が反転して上方に向かう流れに変わる。この上向きに転じた誘導流Ｆがせん断翼４（特にディスパー翼における円板部４１）に接することとなる。

このように、流動翼３及び撹拌槽２の内周壁２ａにより誘導流Ｆの方向を転換して、撹拌対象物を撹拌槽２内で回り込ませることで、せん断翼４に対して撹拌対象物を積極的に供給できる。乳化の場合、せん断翼４によるせん断によって油滴あるいは水滴を確実に細分化できる。

このように、流動翼３によるせん断翼４への撹拌対象物の供給は、せん断翼４の回転中心（縦軸）に近い位置になされることが好ましい。その理由は、各せん断歯４２による撹拌対象物の吐き出しにより、流動翼３により供給された撹拌対象物がせん断翼４に至るまでに跳ね返されてしまわないよう、各せん断歯４２から離れた位置に撹拌対象物を供給できるからである。これは特に、撹拌対象物が高チクソ性の流体の場合に有効である。

せん断翼４は、撹拌槽２の底部（本実施形態では底面２４）から、直胴部２１の内径を基準とした比率で１０〜３０％となる距離、好ましくは１５〜２５％となる距離に配置される。

ここで、日本国実開平５−８５４３３号公報に記載された高速回転撹拌翼は、当該公報で図示されているように、撹拌槽の底部から高い位置（攪拌槽の内径と略同寸法）に設けられている。当該公報に記載された撹拌装置では、リボン状撹拌翼で撹拌対象物を撹拌槽の下部に導いて、その後、撹拌対象物を上昇させたとしても、このように高速回転撹拌翼が撹拌槽の底部から離れた高い位置に設けられているので、高速回転撹拌翼に対して撹拌対象物の上昇力が弱い状態（上昇力が減衰した状態）で接触することになる。このことにより、高速回転撹拌翼で撹拌対象物をせん断する際、せん断歯により吐き出された撹拌対象物を補充できる十分な量の撹拌対象物が供給されないので、その押し出された部分に周囲から撹拌対象物が流入しにくくなる場合がある。そうなると、せん断歯の周囲（または高速回転撹拌翼自体の周囲）に撹拌対象物の存在しない空間（空洞）ができてしまい、せん断歯が撹拌対象物を捉えることができずに高速回転撹拌翼が空転し、撹拌対象物のせん断が困難になる現象が生じることがある。

これに対して本実施形態では、せん断翼４が撹拌槽２の底面２４から前述した距離に配置されるので、流動翼３の回転に伴う撹拌対象物の流れ、具体的には前述のように絞り部２２の下端部中央で上向きに転じた誘導流Ｆを上昇力が強い状態で確実にせん断翼４に接するようにできる。このため、せん断翼４による撹拌対象物のせん断が確実になされる。

ここで本実施形態では、流動翼３をリボン翼とし、せん断翼４をディスパー翼としている。よって、例えば乳化液中の液滴の細分化を行う目的に最も適した形状を有する翼からなる、流動翼３とせん断翼４の組み合わせを提供できる。

また、流動翼３の回転中心とせん断翼４の回転中心とは、いずれも撹拌槽２の横断面中心を通る。各翼の回転中心がずれている形態に比べると、本実施形態のように同心で構成することにより、各翼３，４の回転中心から撹拌槽２の内周壁２ａへの距離を均等にできる。このため、流動翼３からせん断翼４へ向かう撹拌対象物の誘導流Ｆが、撹拌槽２の周方向で均一になる。よって、せん断翼４にかかる水平荷重を減少させられるため、例えばせん断翼用駆動軸４３が破損することを抑制できる。

ゲート翼５は、枠状、具体的には、図示のように回転中心（縦軸）に対して対称形状である長方形枠状に形成されたゲート翼本体５１を備える。ゲート翼５は、流動翼３に対して逆方向に回転する、または、同方向へ回転する場合は異なる回転数で回転するよう構成されている。ゲート翼５を回転させるためのゲート翼用駆動部（図示しない）は撹拌槽２の上方に位置する。ゲート翼本体５１の上方に位置し、ゲート翼用駆動部に接続されるゲート翼用駆動軸５２と流動翼用駆動軸３４とは本実施形態では同心とされている。なお、ゲート翼用駆動部は流動翼用駆動部と兼ねることができる。この場合、減速機等を介して流動翼３とゲート翼５とで異なる回転数（または異なる回転方向）の駆動力を供給するよう構成される。

流動翼３とゲート翼５とが組み合わせられたことで、撹拌槽２内における、ゲート翼５の回転に伴う撹拌対象物の移動と流動翼３の回転に伴う撹拌対象物の移動とに差異が生じる。このため、撹拌槽２内で撹拌対象物が流動翼３と一致して動いてしまうような「供回り」を抑制でき、撹拌槽２内の全体で円滑に撹拌対象物を流動させられる。

なお、ゲート翼５は本発明において必須ではなく、設けないこともできる。ただし、ゲート翼５は前述のように「供回り」を抑制できるメリットを有することから、ゲート翼５を設ける方が好ましい。

以上のように構成された本実施形態の撹拌装置１により、流動翼３が形成する撹拌対象物の誘導流Ｆをせん断翼４に達せられるため、流動翼３からせん断翼４に連続的に撹拌対象物が供給される。このため、回転するせん断翼４の周囲に空間ができにくく、せん断翼４による撹拌対象物のせん断が確実になされる。従って本実施形態の撹拌装置１は、せん断翼４の回転速度を大きく設定する場合に適している。また、せん断翼４の回転数（または回転速度）を問わず、撹拌対象物が粘度１０００cP（１Pa・s）以上の高粘度流体の場合、また、撹拌対象物が高チクソ性の流体である場合に適している。粘度に関しては、特に、粘度１０万cP（１００Pa・s）以上の超高粘度流体）の場合に適している。

また、本実施形態の撹拌装置１を乳化に用いる場合においては、撹拌（乳化）対象物が高粘度流体であっても、サブミクロンクラス（直径１μm未満）の液滴を分散させることができる。このように本実施形態の撹拌装置１は、高いせん断処理の能力を奏することができるため、従来の撹拌装置よりも非常に優れたものである。

撹拌装置１には、図４または図５に示すように、複数のスクレーパ６…６を設けることもできる。各スクレーパ６は、流動翼３と共に回転することにより、撹拌槽２の内周壁２ａの近傍に位置する撹拌対象物を移動させることができるよう構成されている。本実施形態では、槽上部における直胴部２１の内周壁に対応して４個のスクレーパ６Ａ〜６Ｄが設けられ、槽下部における絞り部２２の内周壁に対応して１個のスクレーパ６Ｅが設けられている。

各スクレーパ６は、取付部６１と掻取部６２とを備える。取付部６１は流動翼３における流動翼本体３１以外の部分に取り付けられている。本実施形態では、直胴部２１の内周壁に対応したスクレーパ６Ａ〜６Ｄは支持棒３２に取り付けられ、絞り部２２の内周壁に対応したスクレーパ６Ｅは支持リング３３に固定されたブラケット３５に取り付けられている。本実施形態ではボルト止めによって取り付けられる。ただし、溶接等により、流動翼３に対して取付部６１が一体となるように固定することもできる。このように、取付部６１は流動翼本体３１以外であればいずれの部分に取り付けることも可能である。図４に示すように、スクレーパ６Ａ，６Ｂ，６Ｄにおける取付部６１、スクレーパ６Ｃにおける取付部６１、スクレーパ６Ｃにおける取付部６１、スクレーパ６Ｅにおける取付部６１の形状はそれぞれ異なっている。このように、流動翼３への取り付け位置に応じて取付部６１を適切な形態とできる。

また、複数のスクレーパ６…６における取付部６１…６１は、各スクレーパ６の取付部６１に取り付けられた掻取部６２の移動軌跡が重なり合わない位置に設けられている。これにより、撹拌槽２の内周壁２ａにおける広範囲につき、内周壁２ａの近傍に位置する撹拌対象物を移動させられる。

掻取部６２は取付部６１に取り付けられる。この掻取部６２は、固定部である取付部６１に対して遊びをもって取り付けられる可動部である。具体的には、直胴部２１の内周壁に対応したスクレーパ６Ａ〜６Ｄに関しては支持棒３２に対して掻取部６２が所定範囲内で回転可能とされ、絞り部２２の内周壁に対応したスクレーパ６Ｅに関してはブラケット３５に対して掻取部６２が所定範囲内で回転可能とされている。掻取部６２が取付部６１に対して遊びをもって（回転可能に）取り付けられることにより、内周壁２ａの断面形状が真円でない場合でも、内周壁２ａに対して掻取部６２を確実に追随させることができる。掻取部６２としては硬質材料を用いることもできるが、撹拌槽２の内周壁２ａの損傷を避けつつ、内周壁２ａに付着した撹拌対象物を確実に掻き取るためには、柔軟性のある材料を用いることが好ましい。本実施形態の掻取部６２は合成樹脂から形成されている。合成樹脂の組成は、撹拌対象物の物性や撹拌の際の温度に応じて適切なものを種々選択できる。

図５に示すように、掻取部６２は板状であって、撹拌槽２の内周壁２ａに相対する部分である先端部６２１が先細り形状とされている。掻取部６２は流動翼３の回転方向Ｒ３に対し、図示のように傾斜し、先端部６２１が回転先側を向くように設けられている。回転方向Ｒ３に対する掻取部６２の角度（具体的には、支持棒３２またはブラケット３５に対して掻取部６２が回転可能な前記所定範囲の角度）は、流動翼３（本実施形態では支持棒３２またはブラケット３５）への取付部６１の取り付け角度に応じて調整できる。掻取部６２の先端部６２１は、図４に示すように、流動翼３の回転していない状態では撹拌槽２の内周壁２ａからわずかに離れて位置している。流動翼３が回転することに伴い掻取部６２が撹拌対象物を押すと、撹拌対象物から抵抗力を受けることで、掻取部６２が流動翼３における取り付け箇所（支持棒３２またはブラケット３５）に対して回転する。この回転により、掻取部６２が撹拌槽２の内周壁２ａに接近するため、先端部６２１が撹拌槽２の内周壁２ａに当接する、または、僅かな隙間をもって接近する。この状態で掻取部６２が撹拌槽２の内周壁２ａの近傍に位置する撹拌対象物を移動させつつ、掻取部６２が流動翼３と共に回転することにより、内周壁２ａの近傍に位置する撹拌対象物を減少させられる。特に当接状態では、掻取部６２が撹拌槽２の内周壁２ａを擦りつつ流動翼３と共に回転することになるから、撹拌槽２の内周壁２ａに付着している撹拌対象物が確実に掻き取られる。

このように構成されたスクレーパ６を設けることにより、撹拌槽２の内周壁２ａに付着（または残留）した撹拌対象物を減少させられるので、内周壁２ａが露出された状態、または、内周壁２ａが撹拌対象物で僅かに覆われた状態とできる。このため、特に撹拌対象物が高粘度である場合に生じやすかった、撹拌槽２の内周壁２ａに厚く付着した撹拌対象物がジャケット部２３による撹拌槽２の内部への熱伝達を阻害してしまうことを抑制できる。よって、撹拌槽２の内部に位置する撹拌対象物の加熱・除熱（冷却）を効果的に行うことができる。また、スクレーパ６により撹拌槽２の内周壁２ａ近傍に撹拌対象物が滞留しにくくなるため、撹拌槽２の撹拌効率も向上できる。更に、掻き取られた撹拌対象物は撹拌槽２の内部に移動して流動翼３に導かれる。このため、流動翼３からせん断翼４へ向かう撹拌対象物の量を増やすことができる。

本発明に係る撹拌装置は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることができる。

例えば、流動翼３は前記実施形態ではリボン翼であったが、これに限定されない。流動翼３は、傾斜した１枚または複数の流動翼本体３１が撹拌槽２内に配置され、撹拌槽２内での各流動翼本体３１の移動（前記実施形態では回転）に伴い、撹拌対象物が下方に押されるよう構成されていればよく、種々の形態で実施できる。また、各流動翼本体３１は前記実施形態のように湾曲板（帯）状であっても、平板状であってもよい。

また、流動翼３としてリボン翼が用いられた場合、流動翼本体３１を前記実施形態のように上部翼３１１に関して配置範囲１８０°、下部翼３１２に関して配置範囲略９０°で２枚用いる構成に限定されない。流動翼本体３１の配置範囲につき９０°〜３６０°の任意の角度、また、流動翼本体３１の枚数につき１枚または３枚以上の任意の枚数に設定できる。

また、せん断翼４についても、前記実施形態のディスパー翼に限定されず、他の形状の翼であってもよい。例えば、ディスクタービン翼やパドル翼とすることもできる。

また、せん断翼４を上下多段に複数設けることもできる。この場合、各段のせん断翼４の形状を異なるものとすることもできる。また、流動翼３を複数設けることもできる。

また、前記実施形態のゲート翼５は、回転中心（縦軸）に対して対称形状である長方形枠状に形成されたゲート翼本体５１を備えていたが、ゲート翼本体５１の形状は特に限定されない。ゲート翼本体５１は、撹拌槽２内部における、流動翼３及びせん断翼４の回転中心（縦軸）の延長線上に位置する空間の少なくとも一部を囲むような形状であれば種々の形状とすることができる。よって例えば、ゲート翼本体５１を、前記長方形枠状を回転中心（縦軸）において半分に切断したような形状とすることもできるし、長方形以外の多角形枠状や楕円形枠状とすることもできる。

また、撹拌槽２内にバッフルを設けることもできる。このバッフルは、例えば棒状体や板状体からなり、撹拌槽内に不動に位置し、撹拌槽内を流動する撹拌対象物が衝突することで、撹拌対象物にせん断力を与えることができる。

また、本実施形態の撹拌装置１はバッチ処理を行うものであるが、これに限定されず、撹拌対象物を連続して撹拌槽内に供給することにより連続処理することもできる。

最後に、前述した実施形態に関してまとめて記載する。本実施形態は、流動性を有する撹拌対象物を撹拌する撹拌装置１であり、内周壁２ａの横断面形状が円形である撹拌槽２と、前記撹拌槽２の内部に位置しており互いに独立して回転可能な少なくとも一つの流動翼３及び少なくとも一つのせん断翼４とを備え、前記流動翼３及びせん断翼４の回転中心は同心であり、前記流動翼３は、前記撹拌槽２の内周壁２ａに沿って設けられ、縦軸まわりに回転することで撹拌槽２内に存在する、撹拌対象物に少なくとも下方に向かう流れを形成し、前記せん断翼４は、回転により撹拌対象物にせん断力を与えるもので、前記流動翼３よりも前記撹拌槽２の径内の位置であり、かつ、前記流動翼３により形成された撹拌対象物の流れに接する位置に設けられた撹拌装置１である。

この構成によると、流動翼３が形成する撹拌対象物の流れがせん断翼４に達するため、流動翼３からせん断翼４へと確実に撹拌対象物が供給される。このため、せん断翼４の回転速度が大きく設定された場合や、撹拌対象物が高粘度流体または高チクソ性の流体であっても、回転するせん断翼４の周囲に空間ができにくくなり、せん断翼４の空転を抑制できるので、せん断翼４による撹拌対象物のせん断が確実になされる。

また、前記撹拌槽２は、筒状の直胴部２１と、前記直胴部２１の下方に連続し、下方に向かうにつれ小径となる絞り部２２とを有し、前記せん断翼４は、前記撹拌槽２の底部から、前記直胴部２１の内径を基準とした比率で１０〜３０％となる距離に配置されることができる。

この構成によると、流動翼３の回転に伴う撹拌対象物の流れを確実にせん断翼４に接するようにできる。

また、前記流動翼３としてリボン翼が用いられ、前記せん断翼４としてディスパー翼が用いられたものとできる。

この構成によると、撹拌対象物の処理に最適な形状を有する翼からなる流動翼３とせん断翼４の組み合わせを提供できる。

また、前記流動翼３よりも前記撹拌槽２の内部に位置するゲート翼５を更に備え、前記ゲート翼５の回転中心は、前記流動翼３及び前記せん断翼４の回転中心と同心であるものとできる。

この構成によると、流動翼３とゲート翼５とが組み合わせられたことで、ゲート翼５の回転に伴う撹拌対象物の移動と流動翼３の回転に伴う撹拌対象物の移動とに差異を生じさせられる。このため、撹拌槽２内で撹拌対象物が流動翼３と一致して動いてしまうような「供回り」を抑制できる。よって、撹拌槽２内の全体で円滑に撹拌対象物を流動させられる。

また、前記流動翼３は上方に位置する上部翼３１１と、前記上部翼３１１の下方にて当該上部翼３１１から連続する下部翼３１２とを備えるものとできる。

この構成によると、下部翼３１２が回転することで、上部翼３１１により形成された旋回しつつ下方に向かう撹拌対象物の流れが、撹拌槽２の径内方向に向かいつつ下方に向かうように、流れの向きが転換される。このため、撹拌対象物の流れを確実にせん断翼４へと導くことができる。

また、前記撹拌槽２の内周壁２ａを介して、前記撹拌槽２内に存在する撹拌対象物を加熱または冷却できるジャケット部２３を更に備えることもできる。

この構成によると、ジャケット部２３に熱媒または冷媒を通すことで、撹拌槽２内に存在する撹拌対象物の加熱・除熱（冷却）が可能である。

また、前記流動翼３と共に回転し、前記撹拌槽２の内周壁２ａの近傍に位置する撹拌対象物を移動させつつ回転するスクレーパ６を更に備えることもできる。

この構成によると、撹拌槽２の内周壁２ａの近傍に位置する撹拌対象物を移動させることで、内周壁２ａの近傍に位置する撹拌対象物を減少させられるので、前記撹拌対象物がジャケット部２３による撹拌槽２の内部への熱伝達を阻害してしまうことを抑制できる。よって、撹拌槽２の内部に位置する撹拌対象物の加熱・冷却を効果的に行うことができる。

以上、本実施形態によると、せん断翼４による撹拌対象物のせん断が確実になされる。このため、せん断翼４の空転を抑制でき、撹拌対象物のせん断が困難になる現象が生じることを抑制できる。

１撹拌装置
２撹拌槽
２ａ撹拌槽の内周壁
２１直胴部
２２絞り部
２３加熱・冷却部、ジャケット部
２４底部、底面
３流動翼、リボン翼
３１１上部翼
３１２下部翼
４せん断翼、ディスパー翼
５内部翼、ゲート翼
６スクレーパ
Ｆ撹拌対象物の流れ、誘導流

Claims

流動性を有する撹拌対象物を撹拌する撹拌装置であり、
内周壁の横断面形状が円形である撹拌槽と、前記撹拌槽の内部に位置しており互いに独立して回転可能な少なくとも一つの流動翼及び少なくとも一つのせん断翼とを備え、
前記流動翼及びせん断翼の回転中心は同心であり、
前記流動翼は、前記撹拌槽の内周壁に沿って設けられ、縦軸まわりに回転することで前記撹拌槽内に存在する、撹拌対象物に少なくとも下方に向かう流れを形成し、
前記せん断翼は、回転により撹拌対象物にせん断力を与えるもので、前記流動翼よりも前記撹拌槽の径内の位置であり、かつ、前記流動翼により形成された撹拌対象物の流れに接する位置に設けられた撹拌装置。
前記撹拌槽は、筒状の直胴部と、前記直胴部の下方に連続し、下方に向かうにつれ小径となる絞り部とを有し、
前記せん断翼は、前記撹拌槽の底部から、前記直胴部の内径を基準とした比率で１０〜３０％となる距離に配置された、請求項１に記載の撹拌装置。
前記流動翼としてリボン翼が用いられ、前記せん断翼としてディスパー翼が用いられた、請求項１または２に記載の撹拌装置。
前記流動翼よりも前記撹拌槽の内部に位置する内部翼を更に備え、
前記内部翼の回転中心は、前記流動翼及び前記せん断翼の回転中心と同心である、請求項１〜３のいずれかに記載の撹拌装置。
前記流動翼は上方に位置する上部翼と、前記上部翼の下方にて当該上部翼から連続する下部翼とを備える、請求項１〜４のいずれかに記載の撹拌装置。
前記撹拌槽の内周壁を介して、前記撹拌槽内に存在する撹拌対象物を加熱または冷却できる加熱・冷却部を更に備える、請求項１〜５のいずれかに記載の撹拌装置。
前記流動翼と共に回転し、前記撹拌槽の内周壁の近傍に位置する撹拌対象物を移動させつつ回転するスクレーパを更に備える、請求項６に記載の撹拌装置。