WO2010082391A1 - 撹拌装置及び撹拌方法 - Google Patents

Abstract

低粘度から高粘度までの広い粘度域の流体、チキソ性の高い流体を、撹拌槽内の全域に亘って速やかに、かつ均一に撹拌混合することができる撹拌装置及び撹拌方法を提供する。撹拌装置１において、最下段の上部撹拌翼（６ｃ）は、下部翼（５）と上下に隣接するように配置され、かつ、平面視したときに、最下段の上部撹拌翼（６ｃ）の下方端部と撹拌軸中心点とを結ぶ平面図上の直線が、下部翼（５）の翼径方向の中心線と所定の角度を持つように配置され、かつ、側面視したときに、最下段の上部撹拌翼下方端部を含む水平断面が、下部翼（５）の上方端部を含む水平断面よりも下側に位置するように配置されている。

Description

撹拌装置及び撹拌方法

本発明は、混合、溶解、晶析、反応、蒸留、脱泡、脱溶剤、乳化、粒子化等を目的とした撹拌処理用の撹拌装置に関する。

従来、撹拌装置の撹拌翼としては例えば、低～中粘度の流体を処理する目的では、タービン翼やパドル翼、プロペラ翼等の小型翼を多段で使用する例が多く、中～高粘度の流体を処理する目的では、アンカー翼や螺旋状リボン翼等が用いられることが多かった。

しかし、小型翼では、撹拌槽内に流れの境界線と呼ばれるものが発生しやすく、槽内全域に亘る上下循環流ができにくいばかりか、高粘度の流体を処理する際に混合不良を発生させやすいことが知られていた。また、アンカー翼やリボン翼では逆に、低粘度の流体を処理する際に、共回りによる混合不良を発生させることが知られていた。

特に、チキソ性の高い流体を撹拌する場合、小型翼では翼周辺にある流体だけが流動し、翼から離れた部分、すなわち、撹拌槽内壁付近や槽底部付近では流動性が失われてしまい、混合不良を起こすことが知られていた。また、アンカー翼やリボン翼のように、撹拌槽内壁に沿うように翼が設置されている撹拌翼では、槽壁付近及び槽底部での流動は確保できるが、逆に、撹拌槽中心部の流動性が失われてしまい、やはり混合不良を生じることが知られていた。

したがって例えば、撹拌槽内で処理物の粘度が大きく変化するような化学反応を行う場合やチキソ性の高い処理物を撹拌槽内で混合・反応する場合には、上記撹拌翼のいずれを用いても、混合不良・反応不良を起こすリスクが発生していた。

これに対し、図２９から図３１に示すように、撹拌軸２３の回転方向に対して上向き角度に傾斜させて設けた上部翼２４と垂直方向に（軸方向に沿って）設けた下部翼２５とを備える撹拌装置２１が提供されている（特許文献１参照）。

この撹拌装置の上部翼は、四半楕円形状に形成された第１の上部撹拌翼２６ａと第２の上部撹拌翼２６ｂとを、平行かつ第１の上部撹拌翼２６ａ下部と第２の上部撹拌翼２６ｂ上部とが重なるように配置して半楕円形の傾斜段差翼２４を構成し、かかる半楕円形の傾斜段差翼（第１の上部撹拌翼２６ａ及び第２の上部撹拌翼２６ｂ）２４を撹拌軸２３の回転方向に対して上向きに傾斜させ、かつ両側から挟むように固定することで構成されている。

一方、下部翼２５は、外周端が槽壁近傍まで延設された平板状で、その先端部（外周端部）が撹拌軸２３の回転方向に対して後退側（撹拌軸の回転方向と反対側）に屈曲している。

このような構成の撹拌翼では、撹拌軸２３が回転することによって、該撹拌軸２３上に設けた傾斜段差翼２４も共に回転する。その際、傾斜段差翼２４の上部付近（液面付近）に位置する槽内上部の流体が傾斜段差翼２４に沿って下方（底方向）に移動させられることにより、槽内上部の液が槽内下部（下部翼２５側）へ移動され、移動された液が下部翼２５により槽の径方向に吐出され、槽壁に衝突することで上昇して槽内で上下循環流動を形成し、高粘度から低粘度までの広い粘度域の流体（液）において、上下方向での撹拌混合が行われる。

また、図３２から図３４に示すように、撹拌軸３３に配設される上部翼３４と該上部翼の下端近傍から槽底面近傍まで垂下し、かつ撹拌軸から径方向に延設される平板状の下部撹拌翼３５とを備える撹拌装置であって、前記上部翼３４は、複数の上部撹拌翼が前記撹拌軸３３の周方向に沿って所定間隔に、かつ前記撹拌軸の回転方向に対して所定の上向き角度で傾斜して設けられることで構成される一組の上部撹拌翼３６を複数段備え、前記各段の対応する上部撹拌翼３６は、上段の上部撹拌翼と下段の上部撹拌翼とが、軸長方向において、前記上段の上部撹拌翼の下辺側から前記下段の上部撹拌翼の下辺側が見えるように重なる位置にそれぞれ配設されると共に、最上段の上部撹拌翼の上辺から最下段の上部撹拌翼の下辺までの、撹拌軸を中心とする回転方向に対する角度が１８０°より小さくなるように配設されることを特徴とする撹拌装置３１が提供されている（特許文献２参照）。

このような構成の撹拌翼では、前記撹拌軸３３を回転させると、前記上部翼３４によって槽上部の液が前記下部翼３５側（槽下部）へ移動される。その際に必要な前記撹拌軸３３の回転角度は、１８０°より小さい角度で良いことになる。すなわち、小さい回転角で槽上部の流体（液）を下部（底部）にまで一気に到達させることができる。

また、図３５から図３７に示すように、撹拌軸４３の回転方向に対して処理物を掻き上げる方向に傾斜したスクレーパを撹拌槽内壁側に有し、かつ、該スクレーパに連結し回転に伴って処理物を押し下げる方向に傾斜したパドルを有する上部翼（補助撹拌翼）４４と、該撹拌軸の最下段に設けた平板状の下部翼（主撹拌翼）４５とを備える撹拌装置４１が提供されている（特許文献３参照）。

この撹拌装置の上部翼４４は、複数段の上部撹拌翼、例えば図３５から図３７では、上段の上部撹拌翼４６ａ、中段の上部撹拌翼４６ｂ、下段の上部撹拌翼４６ｃから成り、撹拌槽内壁側には略Ｔ字形状に形成されたスクレーパが取り付けられている。槽内壁面と該スクレーパ外周部との間隙は小さくなるように設置されており、かつ、上下に隣接する下側に位置する上部撹拌翼の上端が、上段に隣接する上部撹拌翼の下端に対し、撹拌軸４３の回転方向とは反対方向に向かって位相のずれを生じるように配置されている。

一方、下部翼４５は、回転時に上昇流を生じるように、翼外周部と撹拌槽内壁面までの距離が離れ、かつ、撹拌軸の最下段に位置するように設置され、かつ、該下部翼上端が、上段に隣接する最下段の上部撹拌翼下端に対し、撹拌軸４３の回転方向とは反対方向に向かって位相のずれを生じるように配置されている。

このような構成の撹拌装置４１では、撹拌軸４３が回転することによって、該撹拌軸４３上に設置された上部翼４４および下部翼４５も回転する。その際、上部撹拌翼のスクレーパ部は、撹拌槽内壁付近の処理物を掻き上げるように上方に移動させ、かつ、撹拌槽中心付近の処理物を該スクレーパに連結された傾斜パドルが下部翼４５に向かい押し下げるように下方に移動させ、さらに撹拌槽底部付近に設けた下部翼４５が処理物を槽の径方向に吐出させることで上下循環流動を形成し、高粘度かつチキソ性の高い流体（液）を効率良く撹拌混合することができる。

特開平０９－７５６９９号公報 特開２００７－９０２６５公報 特開平０６－１７０２０２号公報

ところで、近年、化学工業製品に対する水性化や無溶剤化、低ＶＯＣ化などへの要求が高まっており、製造過程における中間体や製品の高粘度化が進んでいる。これに加え、高機能化や複合化への要求も高まってきていることから、撹拌槽内で製造される水性化製品は、製造過程に高粘度かつ高チキソ性を呈する流動状態を経る傾向にあり、高粘度でかつ高チキソ性を呈する流体の高効率撹拌、高粘度流体への粉体，固形分の分散混合、粘度の大きく異なる流体同士の撹拌混合や、撹拌槽内での液面変動および、高液深撹拌に柔軟に対応できる撹拌装置が求められている。

しかし、前記傾斜段差翼２４を備えた従来の撹拌装置２１では、液体同士の均一混合には有効であったが、前記傾斜段差翼２４の翼面積が大きいため、粉体等を液中に分散混合させる際に、傾斜段差翼２４上面に粉体等が付着し、混合が進まなくなるといった問題を有していた。粉体以外にも、撹拌槽内から被撹拌物（製品・中間体）を抜き出す際に、翼への付着分が多くなり、歩留まりが低下する、洗浄性が悪いといった問題があった。また、翼面積が大きいことは、高粘度流体を撹拌する際の所要動力の増大を招き、撹拌動力（電動機）にかける初期投資や運転コストの増大につながっていた。上部翼が半楕円形状の傾斜段差翼２４であるため、撹拌槽の内部を上から覗き込んだとき、槽底面、特に底排弁付近の状態を確認することが困難であり、内容物の排出確認や、メンテナンス面にも問題があった。さらに、傾斜段差翼２４の第１の上部撹拌翼２６ａ下部と第２の上部撹拌翼２６ｂ上部との重なり部分において、発生する吐出流（撹拌軸から撹拌槽壁面方向に向かってほぼ水平方向に吐出する流れ）が強いため、撹拌槽全域に亘る上下方向の循環流が分断されることがあり、均一混合に至るまでの時間を長時間化させる、液面位置によっては混合効率が大幅に低下するといった問題も有していた。

また、最上段の上部撹拌翼の上辺から最下段の上部撹拌翼の下辺までの、撹拌軸を中心とする回転方向に対する角度が１８０°より小さくなるように配設されることを特徴とする従来の撹拌装置３１においても、従来の撹拌装置２１と同様に、上部翼の翼面積が大きいことに起因する粉体付着、所要動力の増大、メンテナンス性の悪化など、複数の問題を有していた。また、従来の撹拌装置３１では、図３４に示すように上部撹拌翼３６ａ、３６ｂ、３６ｃが平面図上で密集した形に配置されているため、撹拌翼を回転させたときに上部翼付近にあった流体が、翼の動きと共に固体的な運動をしてしまう問題があった。特に、高粘度流体に低粘度流体を分散・混合させる場合などでその傾向は顕著であり、上記撹拌装置３１では、高機能製品や複合化製品の作り込みという要求に対し、十分に応えることができなかった。

さらに、図２９から３４に示した従来の撹拌装置２１，３１では、撹拌槽内壁面から撹拌翼外周部までの間隙が大きいため、高チキソ性流体を取り扱う工程においては、撹拌槽内壁面付近の流動状態が極端に悪化することが問題であった。

また、図３５から３７に示した、スクレーパを備えた従来の撹拌装置４１では、高粘度かつ高チキソ性を呈する流体を効率良く撹拌混合することはできるが、上下に多段配置された翼間に重なり部がない、すなわち、垂直方向に力の掛からない領域が存在するため、液面変動に弱いことが問題であった。溶剤希釈された、または、溶剤等の混入していない非水系の樹脂製品のように、均一系の流体（連続体）であれば問題は少ないが、水性化樹脂製品の多くは、本来水に溶解しないものを乳化分散させた不均一系の流体（不連続体）であるため、均一系の流体よりもチキソ性が強くなる傾向にあり、垂直方向に力の掛からない領域が存在することは、水性化製品を作り込む上で致命的な欠陥であった。特に滴下重合工程や転相乳化工程のように、処理液の量、すなわち液面位置と液粘度が撹拌槽内で大きく変動する工程では、混合不良に起因する反応不良や乳化物の粒子あれ、撹拌槽壁面へのゲル物の付着等、様々な不具合を発生することが懸念されていた。

そこで、本発明は、上記問題に鑑み、低粘度から高粘度までの広い粘度域の流体、チキソ性の高い流体、高粘度かつ高チキソ性の流体を、撹拌槽内の全域に亘って速やかに、かつ均一に撹拌混合することができ、さらに、粉体等の翼への付着による混合不良を低減させ、高粘度流体の撹拌時においても所要動力の増大を抑え、撹拌槽内での流体の粘度変化や液面位置の変動、異粘性流体の混合、高液深撹拌などに柔軟に対応でき、また、製品製造工程の液面変動と粘度変化に確実に対応できる撹拌装置及び撹拌方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決すべく、本発明に係る撹拌装置１は、撹拌槽と、撹拌軸と、該撹拌軸に固定された上部翼と下部翼とを備えた撹拌装置において、前記上部翼は、複数段に配置された上部撹拌翼で構成され、前記各上部撹拌翼は、平面視したときに、上部撹拌翼の翼両端部と撹拌軸中心点を結ぶ直線で囲まれた領域内であって回転方向前方側及び回転方向後方側に切り欠き部を有し、かつ、回転方向に対して上向き角度で傾斜して設けられ、かつ、上段に位置する上部撹拌翼が下段に隣接する上部撹拌翼とオーバーラップ部分を有するように回転方向に対し先行して配置され、かつ、側面視したときに、上段に位置する上部撹拌翼の下端を含む水平断面が、その下段に隣接する上部撹拌翼の上端を含む水平断面よりも下側に位置するように配置され、前記上部撹拌翼のうち最下段の上部撹拌翼は、前記下部翼と上下に隣接するように配置され、かつ、平面視したときに、最下段の上部撹拌翼の下方端部と前記撹拌軸中心点とを結ぶ平面図上の直線が、前記下部翼の翼径方向の中心線と所定の角度を持つように配置され、かつ、側面視したときに、最下段の上部撹拌翼下方端部を含む水平断面が、前記下部翼の上方端部を含む水平断面よりも下側に位置するように配置され、前記下部翼下方端部は、撹拌槽内底面に近接するように配置されている。

また上記課題を解決すべく、本発明に係る撹拌装置１１は、撹拌槽と、撹拌軸と、該撹拌軸に固定された上部翼と下部翼とを備えた撹拌装置において、前記上部翼は、複数段に配置された上部撹拌翼で構成され、該上部撹拌翼は、前記撹拌軸に接続された内翼部と、該内翼部の撹拌槽内壁側に連結された外翼部とで構成され、前記各上部撹拌翼の内翼部は、平面視したときに、該内翼部の翼両端部と撹拌軸中心点とを結ぶ直線で囲まれた領域内であって回転方向前方側及び回転方向後方側に切り欠き部を有し、かつ、回転方向に対して上向き角度で傾斜して設けられ、かつ、上段に位置する上部撹拌翼が下段に隣接する上部撹拌翼とオーバーラップ部分を有するように回転方向に対し先行して配置され、かつ、側面視したときに、上段に位置する上部撹拌翼の下端を含む水平断面が、その下段に隣接する上部撹拌翼の上端を含む水平断面よりも下側に位置するように配置され、前記各上部撹拌翼の外翼部は、平面視したときに、該外翼部の翼両端部と撹拌軸中心点とを結ぶ直線で囲まれた領域内であって前記内翼部の外周辺から撹拌槽内壁側の回転方向前方側及び回転方向後方側に切り欠き部を有し、かつ、回転方向に対して下向き角度で傾斜して設けられ、かつ、該上部撹拌翼外翼部の外周辺が撹拌槽内壁に沿うような形で近接するように配置され、前記上部撹拌翼のうち最下段の上部撹拌翼は、前記下部翼と上下に隣接するように配置され、かつ、平面視したときに、最下段の上部撹拌翼外翼部の下方端部と前記撹拌軸中心点とを結ぶ平面図上の直線が、前記下部翼の翼径方向の中心線と所定の角度を持つように配置され、かつ、側面視したときに、最下段の上部撹拌翼の下端を含む水平断面が、前記下部翼の上端を含む水平断面よりも下側に位置するように配置され、前記下部翼下方端部は、撹拌槽内底面に近接するように配置されている。

本発明に係る撹拌装置１は、撹拌翼の回転により発生する渦流と、該渦流とは逆方向に回転する小渦流を複数発生させ、かつ、従来の撹拌装置には見られない形状の下部翼の上方に湾曲部を持つ撹拌槽全域に亘る上下循環流を形成し、それらの相乗効果により、低粘度から高粘度までの幅広い粘度域の流体や、粘度の大きく異なる複数の流体を、速やかにかつ効率よく（低消費動力で）均一に混合することができ、加えて、粉体等の付着による混合不良のリスクを回避し、被撹拌物の翼への付着を低減させることにより歩留まりや洗浄性、メンテナンス性を改善させることができるようになる。

また、本発明に係る撹拌装置１１は、撹拌翼の回転により発生する渦流と、該渦流とは逆方向に回転する小渦流を複数発生させ、かつ、下部翼の上方に湾曲部を持つ撹拌槽全域に亘る上下循環流を形成し、上部撹拌翼外翼部における撹拌槽内壁面付近での流体の掻き取り・掻き上げ効果と、上部撹拌翼内翼部における撹拌槽中央部の流体の押し下げ効果と、内翼部と外翼部の連結部付近における吐出流の分割・反転・合流効果と、それらの相乗効果により、低粘度から高粘度までの幅広い粘度域の流体、チキソ性の高い流体、高粘度でかつ高チキソ性を呈する流体や、粘度の大きく異なる複数の流体同士を、速やかにかつ効率良く均一に混合することができるようになる。

本実施形態に係る撹拌装置１の正面図である。 同実施形態に係る撹拌装置１の側面図である。 同実施形態に係る撹拌装置１の平面図である。 本実施形態に係る撹拌装置１１の正面図である。 同実施形態に係る撹拌装置１１の側面図である。 同実施形態に係る撹拌装置１１の平面図である。 本実施形態に係る撹拌装置１の上部撹拌翼の基本構造平面概念図である。 その他の実施形態に係る撹拌装置１の上部撹拌翼平面概念図である。 その他の実施形態に係る撹拌装置１の上部撹拌翼平面概念図である。 その他の実施形態に係る撹拌装置１の上部撹拌翼平面概念図である。 その他の実施形態に係る撹拌装置１の上部撹拌翼平面概念図である。 その他の実施形態に係る撹拌装置１の上部撹拌翼平面概念図である。 その他の実施形態に係る撹拌装置１の上部撹拌翼平面概念図である。 本実施形態に係る撹拌装置１において、上下に隣接する上部撹拌翼間の位相差角度を説明するための平面概念図である。 本実施形態に係る撹拌装置１における上部撹拌翼の、撹拌軸の回転方向に対する上向き角度を説明するための上部撹拌翼の側面図である。 本実施形態に係る撹拌装置１における最下段の上部撹拌翼下端部と、下部翼上辺部との水平方向の間隔、位相差角度を説明するための平面図である。 本実施形態に係る撹拌装置１の、上部翼の作用により発生する小渦流を説明するための斜視概念図である。 本実施形態に係る撹拌装置１において、上部撹拌翼周辺の回り込み流れと、回り込み流れの速度差により発生する小渦流を説明するための平面概念図である。 本実施形態に係る撹拌装置１における、下部翼上辺部付近に大きな湾曲流れを持つ上下循環流を説明するための正面概念図である。 本実施形態に係る撹拌装置１１の上部撹拌翼の基本構造平面概念図である。 本実施形態に係る撹拌装置１１において、上下に隣接する上部撹拌翼間の位相差角度を説明するための平面概念図である。 本実施形態に係る撹拌装置１１における上部撹拌翼内翼部、外翼部の、撹拌軸の回転方向に対する上向き角度、下向き角度を説明するための上部撹拌翼の側面図である。 本実施形態に係る撹拌装置１１における最下段の上部撹拌翼の外翼部下端部と下部翼との位相差角度および、内翼部下端と下部翼との位相差角度を説明するための平面図である。 本実施形態に係る撹拌装置１１の上部撹拌翼内翼部の縦板部分にて発生する水平方向の回り込み流れと、該回り込み流れの合流と速度差により発生する撹拌軸の回転方向とは逆方向に回転する小渦流の流線を示した上部撹拌翼周辺の斜視概念図である。 本実施形態に係る撹拌装置１１における、下部翼上方に大きな湾曲部を持つ上下循環流を説明するための正面概念図である。 本実施形態に係る撹拌装置１１において、下部翼と最下段上部撹拌翼との位相差角度を好適な条件に調整し、下部翼上方に大きな湾曲部を持つ上下循環流を形成させ、これを着色実験により可視化した際の写真である。 本実施形態に係る撹拌装置１１において、下部翼と最下段上部撹拌翼との位相差角度を調整し、下部翼上方に大きな湾曲部を持たない上下循環流を形成させ、これを着色実験により可視化した際の写真である。 本実施形態に係る撹拌装置１１の上部撹拌翼の、内翼部と外翼部との連結部付近において発生する特殊な局所的循環流を説明するための側面概念図である。 従来の上部翼と下部翼とを備える撹拌装置の正面図である。 従来の上部翼と下部翼とを備える撹拌装置の側面図である。 従来の上部翼と下部翼とを備える撹拌装置の平面図である。 従来の上部翼と下部翼とを備える撹拌装置の正面図である。 従来の上部翼と下部翼とを備える撹拌装置の側面図である。 従来の上部翼と下部翼とを備える撹拌装置の平面図である。 従来の上部翼と下部翼とを備える撹拌装置の正面図である。 従来の上部翼と下部翼とを備える撹拌装置の側面図である。 従来の上部翼と下部翼とを備える撹拌装置の平面図である。

本発明に係る撹拌装置１は、撹拌槽と、撹拌軸と、該撹拌軸に固定された上部翼と下部翼とを備えた撹拌装置において、前記上部翼は、複数段に配置された上部撹拌翼で構成され、前記各上部撹拌翼は、平面視したときに、上部撹拌翼の翼両端部と撹拌軸中心点を結ぶ直線で囲まれた領域内であって回転方向前方側及び回転方向後方側に切り欠き部を有し、かつ、回転方向に対して上向き角度で傾斜して設けられ、かつ、上段に位置する上部撹拌翼が下段に隣接する上部撹拌翼とオーバーラップ部分を有するように回転方向に対し先行して配置され、かつ、側面視したときに、上段に位置する上部撹拌翼の下端を含む水平断面が、その下段に隣接する上部撹拌翼の上端を含む水平断面よりも下側に位置するように配置され、前記上部撹拌翼のうち最下段の上部撹拌翼は、前記下部翼と上下に隣接するように配置され、かつ、平面視したときに、最下段の上部撹拌翼の下方端部と前記撹拌軸中心点とを結ぶ平面図上の直線が、前記下部翼の翼径方向の中心線と所定の角度を持つように配置され、かつ、側面視したときに、最下段の上部撹拌翼下方端部を含む水平断面が、前記下部翼の上方端部を含む水平断面よりも下側に位置するように配置され、前記下部翼下方端部は、撹拌槽内底面に近接するように配置された形状とする。

上記構成とすることで、前記撹拌軸を回転させると、前記上部撹拌翼に設けた切り欠き部により、撹拌翼の回転方向とは逆方向に回転する小さな渦流（下降流）が、翼の回転方向に対し上部撹拌翼の後方に形成され、この小渦流が、撹拌翼が回転することにより形成される撹拌軸を中心に持つ翼の回転と同方向の大きな渦流（下降流）に乗り、自転しながら公転するような流れを形成する。

前記小渦流は、前記上部撹拌翼を撹拌槽内の上下方向に複数段配置した場合には、その各段の撹拌翼においてそれぞれ発生することになる。

前記小渦流は前記大渦流と異なり鉛直方向を向いておらず、小渦流の先端（下端）は、翼の回転に対し若干の遅れを持つ、すなわち、翼の回転方向に対しやや後方に傾斜した形状となっている。このため、上部撹拌翼を撹拌槽内に多段配置する場合には、上下に隣接する上段の上部撹拌翼を、その下側に隣接する上部撹拌翼よりも、翼の回転方向に対し前方に、所定の位相差角を持たせて配置し、かつ、上段に位置する上部撹拌翼の下端を含む水平断面が、その下側に隣接する上部撹拌翼の上端を含む水平断面よりも下側に位置するように配置することで、前記小渦流が上下方向に連結する形となる。これにより、撹拌槽の上部液面付近から、前記下部翼近傍に至る強力な下降流が形成されることになる。

この下降流は、上部翼から下部翼に受け渡されることになるがその際、下部翼上辺部と最下段の上部撹拌翼下端部とが、水平方向に十分な間隔を有するように配置されているため、下部翼上端部と最下段上部撹拌翼の下端部とにより形成される空間部分で一旦水平方向に引き伸ばされ、その後、下部翼に巻き付くように槽底面近傍まで引き込まれ、混合が促進されるとともに吐出流へと変換される。

下部翼が発生させる吐出流は、槽壁面に衝突することで上昇流に変換され、その後は前記上部翼の発生する吐出流に分断されることなく、撹拌槽上部液面近傍まで到達すると、液面付近で撹拌軸に向かう流れに変換され、最上段に位置する前記上部撹拌翼の作用により下降流へと変換される。

このように、上部翼により、自転しながら公転する小渦流に起因する強力な下降流を形成し、これを最下段の上部撹拌翼下端部と下部翼上端部とでつくる空間部にて、局所的に水平方向に湾曲させ、かつ強力で連続した上下循環流と成さしめることで、従来技術にない効率の良い撹拌混合が可能となる。

また、前記上部撹拌翼は、平面図上における撹拌軸中心点を原点ｇとし、翼の中心線（対称構造の翼であれば対称軸を、非対称なものは設計上中心線として定めた線）をｘ軸としたｘ－ｙ座標を仮定し、前記上部撹拌翼平面図上の外周部ｉを円弧（翼スパン円弧）と考え、翼外周ｉ上の上端部ｆ_ａ点および下端部ｆ_ｂ点と原点ｇとがなす角をθとした場合、３０°≦θ≦１５０°であることが好ましく、６０°≦θ≦１２０°であることがより好ましい。

上記構成とすることで、上部撹拌翼が作用する領域を、水平方向にも鉛直方向にも幅広く確保することができるようになり、強力な下降流を発生させられるようになる。

また、前記上部撹拌翼は、平面図上の翼外周ｉと角θとで規定される扇形の面積ｊに対する切り欠き部(または開口部)の総面積ｋの割合ｈが、０．０８≦ｈ≦０．５であることが好ましく、０．１≦ｈ≦０．３であることがより好ましい。

さらに、前記上部撹拌翼は、平面図のｘ－ｙ座標上で、切り欠き部上（下）端部ｂ_ａ（ｂ_ｂ）とｙ軸との平行距離ｓ_ａ（ｓ_ｂ）が、撹拌槽内径Ｄに対しｓ_ａ（ｓ_ｂ）≧０．１Ｄとなり、かつ、ｙ軸と平行な外周ｉとの接線と、切り欠き部上の上（下）端部ｂ_ａ（ｂ_ｂ）との距離ａ_ａ（ａ_ｂ）、すなわち上部撹拌翼の縦板部分の幅が、撹拌槽内径Ｄに対しａ_ａ（ａ_ｂ）≧０．０５Ｄであることが好ましい。

上記構成とすることで、前記撹拌軸の周辺に適度な空間が形成されるため、下降流の流路が翼自身に遮られる割合が少なくなり、上部翼の作用により発生した下降流が効率よく下部翼に向かい流動できるようになる。また、撹拌軸から離れた部位に上部翼の有効面を多く配置することで、強力な下降流（撹拌翼の回転方向と同方向の渦流）を発生させ、かつ、撹拌翼の回転方向とは逆方向に回転する小渦流（下降流）を発生させることができるようになる。撹拌軸の周辺に適度な空間を形成することで、前記上部翼が発生させる吐出流は相対的に弱くなり、上下循環流を分断するような流れを発生しなくなる。さらに、上部翼自身の面積が小さくなることから、粉体等を液中に混合する際に、翼上面に粉体等が付着し混合が進まなくなるといったリスクを低減できるようになる。また、翼への被撹拌物の付着が少なくなることから歩留まりや洗浄性が改善され、かつ、槽上部から槽底部の様子を確認しやすくなり、メンテナンス性が向上する、撹拌所要動力を低く抑えられるなどの効果が得られることになる。

また、前記上部翼は、互いに上下に隣接する上部撹拌翼のうち、下段に位置する上部撹拌翼平面図上のｘ軸と、上段に隣接する上部撹拌翼平面図上のｘ軸との位相差角ψが、下段上部撹拌翼ｘ軸から隣接する上段上部撹拌翼ｘ軸に対し、撹拌軸の回転方向に１０°≦ψ≦５０°であることが好ましく、１５°≦ψ≦４５°であることがより好ましい。

上記構成とすることで、上部撹拌翼の作用による発生する撹拌翼の回転方向とは逆方向に回転する前記小渦流（下降流）を、上部撹拌翼を上下多段配置した際に、最上段の上部撹拌翼から最下段の上部撹拌翼まで連続化させられるようになる。

また、前記上部撹拌翼の撹拌軸回転方向に対する所定の上向き角度ξは、３０°≦ξ≦６０°（より好ましくは３５．５６°≦ξ≦５４．４４°）であることが好ましい。

上記構成とすることで、上部撹拌翼の作用により効率よく前記小渦流（下降流）を発生させられるようになる。

また、前記上部翼は、互いに上下に隣接する上部撹拌翼間において、上段に位置する上部撹拌翼下端ｆ_ｂを含む水平断面Ｐｈｂが、下段に隣接する上部撹拌翼の上端ｆ_ａを含む水平断面Ｐｈｔよりも下側に位置し、このＰｈｂ－Ｐｈｔ面間距離Ｏｈｈが、撹拌槽内径に対し、０．００５Ｄ≦Ｏｈｈ≦０．３Ｄであることが好ましく、０．０１Ｄ≦Ｏｈｈ≦０．１５Ｄであることがより好ましい。

上記構成とすることで、上段に位置する上部撹拌翼の作用範囲が、その下段に隣接する上部撹拌翼の作用範囲にオーバーラップすることになるため、上段の上部撹拌翼により発生した下降流が途切れることなく、隣接する下段の上部撹拌翼に受け渡されるようになる。これにより、最上段の上部撹拌翼の上端付近（液面付近）から、最下段の上部撹拌翼の下端付近まで、連続した強力な下降流を形成できることになる。

また、前記上部翼の中で最下段に位置する上部撹拌翼下端ｆ_ｂを含む水平断面Ｐｈｂは、最下段の上部撹拌翼の下側に隣接する前記下部翼の上端を含む水平断面Ｐｂｔよりも下側に位置し、このＰｈｂ－Ｐｂｔ面間距離Ｏｈｂは、撹拌槽内径Ｄに対し、０．００５Ｄ≦Ｏｈｂ≦０．３Ｄであることが好ましく、０．０１Ｄ≦Ｏｈｂ≦０．１５Ｄであることがより好ましい。

さらに、前記下部翼は、平面図上に、前記撹拌軸の中心点を原点に持ち、撹拌軸から撹拌槽内壁面方向に延びる下部翼の中心線をｘ軸としたｘ－ｙ座標を置き、該ｘ－ｙ座標上に、前記下部翼と上下に隣接する前記最下段の上部撹拌翼を配置した際、撹拌軸中心点から、該最下段上部撹拌翼の切り欠き下端部ｂ_ｂに向けて引いた直線ｑとｘ軸とのなす角δが、ｘ軸からｙ軸に向かい翼の回転とは反対方向に６０°≦δ≦１１０°の範囲であることが好ましく、７０°≦δ≦１００°の範囲になるように配置することがより好ましい。

上記構成とすることで、上部翼により形成された下降流は、最下段の上部撹拌翼から下部翼に受け渡されることになるが、最下段の上部撹拌翼下端部が、下部翼上端部との間に空間を形成することになるため、下降流が下部翼に直接受け渡されるのではなく、上記空間部で一旦水平方向に引き伸ばされるような作用を受け、その後、下部翼に巻き付くような形で受け渡しが行われることになる。これにより、従来の撹拌装置２１や３１、４１とは異なる形状の、撹拌槽全域に亘る上下循環流が形成され、幅広い粘度領域に亘る高効率撹拌および、異粘性流体に対し効率の良い撹拌混合を行うことができるようになる。

また、前記下部翼は、幅広後退パドル翼であり、下部翼の翼径（翼スパン）ｄｂが撹拌槽内径Ｄに対し、０．４Ｄ≦ｄｂ≦０．８Ｄであることが好ましく、前記上部翼の翼径（翼スパン）ｄｈは、撹拌槽内径Ｄに対し、０．３５Ｄ≦ｄｈ≦０．７５Ｄであることが好ましく、０．４Ｄ≦ｄｈ≦０．７Ｄであることがより好ましい。

上記構成とすることで、下部翼、上部翼共に、撹拌槽内で流体に作用する領域を十分確保できるようになり、下部翼であれば槽壁に衝突し上昇流へと変換される強力な吐出流を、上部翼であれば槽上部液面付近から下部翼上端部付近に向かう強力な下降流を形成できるようになる。さらに、上記構成とすることで、撹拌槽壁面から翼外周部までの間に適度な空間を設けることができるため、下部翼により形成された上昇流の流路が十分に確保され、かつ、上部翼により発生する吐出流が下部翼により発生した上昇流を分断するリスクを低減できるようになる。

また、本発明に係る撹拌装置１１は、撹拌槽と、撹拌軸と、該撹拌軸に固定された上部翼と下部翼とを備えた撹拌装置において、前記上部翼は、複数段に配置された上部撹拌翼で構成され、該上部撹拌翼は、前記撹拌軸に接続された内翼部と、該内翼部の撹拌槽内壁側に連結された外翼部とで構成され、前記各上部撹拌翼の内翼部は、平面視したときに、該内翼部の翼両端部と撹拌軸中心点とを結ぶ直線で囲まれた領域内であって回転方向前方側及び回転方向後方側に切り欠き部を有し、かつ、回転方向に対して上向き角度で傾斜して設けられ、かつ、上段に位置する上部撹拌翼が下段に隣接する上部撹拌翼とオーバーラップ部分を有するように回転方向に対し先行して配置され、かつ、側面視したときに、上段に位置する上部撹拌翼の下端を含む水平断面が、その下段に隣接する上部撹拌翼の上端を含む水平断面よりも下側に位置するように配置され、前記各上部撹拌翼の外翼部は、平面視したときに、該外翼部の翼両端部と撹拌軸中心点とを結ぶ直線で囲まれた領域内であって前記内翼部の外周辺から撹拌槽内壁側の回転方向前方側及び回転方向後方側に切り欠き部を有し、かつ、回転方向に対して下向き角度で傾斜して設けられ、かつ、該上部撹拌翼外翼部の外周辺が撹拌槽内壁に沿うような形で近接するように配置され、前記上部撹拌翼のうち最下段の上部撹拌翼は、前記下部翼と上下に隣接するように配置され、かつ、平面視したときに、最下段の上部撹拌翼外翼部の下方端部と前記撹拌軸中心点とを結ぶ平面図上の直線が、前記下部翼の翼径方向の中心線と所定の角度を持つように配置され、かつ、側面視したときに、最下段の上部撹拌翼の下端を含む水平断面が、前記下部翼の上端を含む水平断面よりも下側に位置するように配置され、前記下部翼下方端部は、撹拌槽内底面に近接するように配置された形状とする。

すなわち、本発明に係る撹拌装置１１は、本発明に係る撹拌装置１を基本構造に持ち、撹拌装置１の各上部撹拌翼に外翼部を付加し、上部翼および下部翼の翼径、各翼間の位相差角度、上下方向のオーバーラップ量等を最適化し直した構造とする。

上記構成とすることで、前記撹拌軸を回転させると、前記上部撹拌翼の内翼部に設けた切り欠き部により、撹拌翼の回転方向とは逆方向に回転する小さな渦流（下降流）が、翼の回転方向に対し上部撹拌翼の後方に形成され、この小渦流が、撹拌翼が回転することにより形成される撹拌軸を中心に持つ翼の回転と同方向の大きな渦流（下降流）に乗り、自転しながら公転するような流れを形成する。

前記小渦流は、前記上部撹拌翼を撹拌槽内の上下方向に複数段配置した場合には、その各段の撹拌翼においてそれぞれ発生することになる。

前記小渦流は前記大渦流と異なり鉛直方向を向いておらず、小渦流の先端（下端）は、翼の回転に対し若干の遅れを持つ、すなわち、翼の回転方向に対しやや後方に傾斜した形状となっている。このため、上部撹拌翼を撹拌槽内に多段配置する場合には、上下に隣接する上段の上部撹拌翼を、その下側に隣接する上部撹拌翼よりも、翼の回転方向に対し前方に、所定の位相差角を持たせて配置し、かつ、上段に位置する上部撹拌翼の下端を含む水平断面が、その下側に隣接する上部撹拌翼の上端を含む水平断面よりも下側に位置するように配置することで、前記小渦流が上下方向に連結する形となる。これにより、撹拌槽の上部液面付近から、前記下部翼近傍に至る強力な下降流が形成されることになる。

この下降流は、上部翼から下部翼に受け渡されることになるがその際、下部翼上端部と最下段の上部撹拌翼内翼部の下端部とが、水平方向に十分な間隔を有するように配置されているため、下部翼上端部と最下段上部撹拌翼内翼部の下端部とにより形成される空間部分で一旦水平方向に引き伸ばされ、その後、下部翼に巻き付くように槽底面近傍まで引き込まれ、混合が促進されるとともに吐出流へと変換される。

下部翼が発生させる吐出流は、槽壁面に衝突することで上昇流に変換され、その後は前記上部撹拌翼の外翼部の作用により発生する上昇流と共に、撹拌槽上部液面近傍まで到達し、液面付近にて撹拌軸に向かう流れに変換され、最上段に位置する前記上部撹拌翼内翼部の作用により下降流へと変換される。

このように、上部翼により、自転しながら公転する小渦流に起因する強力な下降流を形成し、これを最下段の上部撹拌翼内翼部下端部と下部翼上端部とでつくる空間部にて、局所的に水平方向に湾曲させ、かつ、該下降流を下部翼にスムーズに受け渡し、下部翼の吐出流に起因する上昇流へと変換し、さらに前記上部撹拌翼外翼部の掻き上げ作用による上昇流と合流させて、強力で連続した上下循環流と成さしめることで、従来技術にない効率の良い撹拌混合が可能となる。

また、前記上部撹拌翼の内翼部は、平面図上の外周辺ｉ_１を円弧と考え、該内翼部外周辺ｉ_１上の上端および下端と撹拌軸中心点とのなす角をθ_１とした場合、６０°≦θ_１≦１２０°であることが好ましい（図２０参照）。

上記構成とすることで、上部撹拌翼内翼部が作用する領域を、水平方向にも鉛直方向にも幅広く確保することができるようになり、強力な下降流を発生させられるようになる。

また、前記上部撹拌翼の外翼部は、平面図上の外周辺ｉ_２を円弧と考え、該外翼部外周辺ｉ_２上の上端および下端と撹拌軸中心点とのなす角をθ_２とした場合、２５°≦θ_２≦５０°あることが好ましい。

さらに、前記上部撹拌翼の平面図において、内翼部縦板部分の幅ａ_１と外翼部縦板部分の幅ａ_２は、撹拌槽内径Ｄに対し０．０５Ｄ≦（ａ_２≦ａ_１）≦０．１５Ｄであることが好ましい。

上記構成とすることで、前記撹拌軸の周辺に適度な空間が形成されるため、下降流の流路が翼自身に遮られる割合が少なくなり、上部撹拌翼内翼部の作用により発生した下降流が効率よく下部翼に向かい流動できるようになる。また、撹拌軸から離れた位置に上部撹拌翼内翼部の有効面を多く配置することで、すなわち撹拌軸から離れた位置に該内翼部の縦板部分ｖ_１を配置することで、強力な下降流（撹拌翼の回転方向と同方向の渦流）を発生させ、かつ、撹拌翼の回転方向とは逆方向に回転する小渦流（下降流）をも発生させることができるようになる。一方で、該内翼部の撹拌槽内壁側に前記外翼部を連結することで、前記内翼部にて下降流を発生させると同時に該外翼部にて、槽壁面付近の流体を掻き取りつつ上昇流を発生させることができるようになる。さらに、該外翼部に設けた切り欠き部ｋ_２により、処理物に適度な剪断作用が与えられ、かつ、前記内翼部により発生する吐出流と該外翼部が発生させる上昇流とが、該外翼部縦板部分ｖ_２の撹拌軸側の辺（縦辺部）ｍ_２と内翼部外周辺ｉ_１との間に作られる空間部にて絡み合い、複雑な流れを形成することになる。あたかも、配管内に設置されたケニックスタイプ静止型混合機のエレメントにより流れが分割された後、反転・合流するように、前記上部撹拌翼の内翼部と外翼部の連結部分および該外翼部の切り欠き部周辺にて、流れの分割・反転・合流が起こり、処理物の混合を促進させることができるようになる。

また、前記上部翼は、互いに上下に隣接する上部撹拌翼のうち、下段に位置する上部撹拌翼の平面図上の中心線と、上段に隣接する上部撹拌翼の平面図上の中心線との位相差角ψが、下段の上部撹拌翼中心線から隣接する上段の上部撹拌翼中心線に向かい、撹拌軸の回転方向に１０°≦ψ≦５０°であることが好ましく、１５°≦ψ≦４５°であることがより好ましい（図２１参照）。

上記構成とすることで、上部撹拌翼内翼部の作用により発生する撹拌翼の回転方向とは逆方向に回転する前記小渦流（下降流）を、上部撹拌翼を上下多段配置した際に、最上段の上部撹拌翼から最下段の上部撹拌翼まで連続化させられるようになる。

また、前記上部撹拌翼内翼部の撹拌軸回転方向に対する所定の上向き角度ξ_１は、３０°≦ξ_１≦６０°であることが好ましく、また、前記上部撹拌翼外翼部の撹拌軸回転方向に対する所定の下向き角度ξ_２は、３０°≦ξ_２≦６０°であることが好ましい（図２２参照）。

上記構成とすることで、上部撹拌翼内翼部の作用により効率よく前記小渦流（下降流）を発生させられるようになり、かつ、外翼部の作用により同時に撹拌槽内壁付近に上昇流を効率良く発生させられるようになる。

また、前記上部撹拌翼の側面図において、内翼部の縦板部分の長さｔ_１と外翼部の縦板部分の長さｔ_２とは、ｔ_２≦ｔ_１であることが好ましい（図２２参照）。

上記構成とすることで、撹拌時に、該上部撹拌翼外翼部に掛かる流体からの抵抗を低めに抑えることができ、撹拌動力の増大を抑制することができるようになる。さらに、該外翼部が撹拌時に流体から受ける抵抗（斜め下向きの力）と、前記上部撹拌翼内翼部が撹拌時に流体から受ける抵抗（斜め上向きの力）とがバランスを取りやすくなるため、すなわち、前記上部撹拌翼がねじれの力を受け難くなるため、該上部撹拌翼の機械的強度を確保しやすくなる。

また、前記上部翼は、互いに上下に隣接する上部撹拌翼間において、上段に位置する上部撹拌翼下端を含む水平断面Ｐｃｂが、下段に隣接する上部撹拌翼の上端を含む水平断面Ｐｃｔよりも下側に位置し、このＰｃｂ－Ｐｃｔ面間距離Ｏｃｃが、撹拌槽内径Ｄに対し、０．００５Ｄ≦Ｏｃｃ≦０．３Ｄであることが好ましく、０．０１Ｄ≦Ｏｃｃ≦０．１５Ｄであることがより好ましい（図５参照）。

上記構成とすることで、上段に位置する上部撹拌翼内翼部の作用範囲が、その下段に隣接する上部撹拌翼内翼部の作用範囲にオーバーラップすることになるため、上段の上部撹拌翼内翼部により発生した下降流が途切れることなく、隣接する下段の上部撹拌翼内翼部に受け渡されるようになる。これにより、最上段の上部撹拌翼内翼部の上端付近（液面付近）から、最下段の上部撹拌翼内翼部の下端付近まで、連続した強力な下降流を形成できることになる。

また、前記上部翼の中で最下段に位置する上部撹拌翼の下端を含む水平断面Ｐｃｂは、最下段の上部撹拌翼の下側に隣接する前記下部翼の上端を含む水平断面Ｐｂｔよりも下側に位置し、このＰｃｂ－Ｐｂｔ面間距離Ｏｃｂは、撹拌槽内径Ｄに対し、０．００５Ｄ≦Ｏｃｂ≦０．３Ｄであることが好ましく、０．０１Ｄ≦Ｏｃｂ≦０．１５Ｄであることがより好ましい。

さらに、前記下部翼は、平面図上に、前記下部翼と上下に隣接する前記最下段の上部撹拌翼を配置した際、撹拌軸中心点から、該最下段上部撹拌翼外翼部の下端部に向けて引いた直線と、前記下部翼の平面図上の中心線とのなす角γが、該最下段上部撹拌翼外翼部の下端部から前記下部翼の平面図上の中心線に向かい、翼の回転とは反対方向に１０°≦γ≦１３０°の範囲であることが好ましく、９０°≦γ≦１２５°の範囲になるように配置することがより好ましい（図２３参照）。

上記構成とすることで、撹拌軸中心点から、該最下段上部撹拌翼内翼部の切り欠き下端部に向けて引いた直線と、前記下部翼の平面図上の中心線とのなす角δは、本発明に係る撹拌装置１の好適な範囲からは外れることになり、例えば上記γのより好適な範囲であれば、１１８°≦δ≦１５３°となる。この範囲であれば、下部翼上端部と最下段上部翼内翼部の下端部との間に十分な空間ができることになる。

上記構成とすることで、上部翼により形成された下降流は、最下段の上部撹拌翼から下部翼にスムーズに受け渡されるようになる。特に、より好適な範囲となるように最下段上部撹拌翼と下部翼とを配置した場合には、最下段上部撹拌翼内翼部の下端部と下部翼上端部との間に十分な空間が形成されることになるため、上記空間部で下降流に、水平方向に引き伸ばすような作用を与えることができるようになる。該下降流は引き伸ばし作用を受けた後、スムーズに、前記下部翼に巻き付くような形で受け渡しが行われ、これにより、従来の撹拌装置２１や３１，４１とは異なる形状の撹拌槽全域に亘る強力な上下循環流が形成され、幅広い粘度領域の流体および、チキソ性流体や、高粘度かつ高チキソ性を呈する流体、異粘性流体同士を、非常に効率良く撹拌混合できるようになる。

また、前記下部翼は、幅広後退パドル翼であり、下部翼の翼径（翼スパン）ｄｂが撹拌槽内径Ｄに対し、０．５Ｄ≦ｄｂ≦０．９Ｄであることが好ましく、前記上部翼の翼径（翼スパン）ｄｃは、撹拌槽内径Ｄに対し、０．７Ｄ≦ｄｃ≦１．０Ｄであることが好ましい。ここで、上部翼の翼径上限を１．０Ｄとしているのは、上部撹拌翼外翼部の外周辺をテフロン（登録商標）等のすべりの良い材質で加工し、撹拌槽内壁と密着させて、槽内壁に付着しやすい処理物を確実に掻き取り、流動させるようにすることを想定しているからである。

上記構成とすることで、下部翼、上部翼共に、撹拌槽内で流体に作用する領域を十分確保できるようになり、下部翼であれば槽壁に衝突し上昇流へと変換される強力な吐出流を、上部翼であればその内翼部が、槽上部液面付近から下部翼上端部付近に向かう強力な下降流を形成できるようになり、かつ、同時に上部撹拌翼外翼部により槽壁面付近の流体を掻き取りつつ上昇流を形成できるようになる。さらに、上記構成とすることで、下部翼が発生させた上昇流と上部撹拌翼外翼部が発生させた上昇流とを合流させ、強力な上昇流を形成すると共に、上部撹拌翼内翼部により発生する吐出流が上昇流を分断するリスクを低減できるようになる。

以下、本発明について、図を参照しながら更に詳細に説明する。図１から図３に示したように、撹拌装置１は、円筒形撹拌槽２の中心部に、撹拌軸３が回転可能に支持されている。撹拌軸３は、下端が槽底付近まで垂下されている。また、上端は、槽頂上部駆動装置（図示せず）にカップリング（図示せず）を介して接続されている。該撹拌軸３には、上部翼４と下部翼５が設けられている。

上部翼４は、一対の上部撹拌翼６，６が、撹拌軸３の中心線に沿って、一定間隔で複数段設けられることで構成されている。本実施形態においては、上段、中段、下段の三段に構成されている。上部翼４は本実施形態のように三段に限定されることなく、一段であっても二段であっても、また三段以上であっても良い。

上部撹拌翼６は、平板状の撹拌翼で、略Ｔ字形状に形成されている。図７に示したように、平面図における上部撹拌翼６の外周辺ｉは、撹拌軸中心点ｇを中心に持つ円弧となるように形成されている。この上部撹拌翼６，６は、撹拌軸３を両側から挟むように、かつ、撹拌軸３の回転方向（矢印α）に対して所定の上向き角度で傾斜させ、撹拌軸３に固定されている。図では撹拌軸３に、ボスを介する形で撹拌翼が取り付けられているが、ボスを介さず直接、撹拌翼を撹拌軸に設置しても良い。

本実施形態における上部撹拌翼６は平面図上で略Ｔ字形状をしているが、これに限定される必要はなく、図８から図１３に示したように、外周辺ｉの上端ｆ_ａ、下端ｆ_ｂと撹拌軸中心点ｇとの間に形成される扇形に対し、撹拌軸３に近い部分に、所定の割合の切り欠き部または開口部を持たせたような形状であればよい。

中段の上部撹拌翼６ｂは、上下に隣接する上段の上部撹拌翼６ａよりも、回転方向に対して後退側（矢印αの反対方向）に設けられている。また、下段の上部撹拌翼６ｃも同様に、上下に隣接する中段の上部撹拌翼６ｂよりも、回転方向に対して後退側に設けられている。中段上部撹拌翼６ｂ，６ｂ、下段上部撹拌翼６ｃ，６ｃも、上段上部撹拌翼６ａ，６ａと同様に、撹拌軸３を両側から挟むように、かつ、撹拌軸３の回転方向に対して所定の上向き角度で傾斜させ、撹拌軸３に固定されている。

図１から図３に示した本実施形態における上部撹拌翼６ａ，６ｂ，６ｃの、平面図上の撹拌軸中心点から外周辺ｉまでの距離は、下段よりも中段、中段よりも上段の方が小さくなっているが、これに限定される必要はなく、例えば全て同じ大きさであっても良い。

また、本実施形態における上部撹拌翼６ａ，６ｂ，６ｃはそれぞれ相似形となっているが、これに限定される必要はなく、形状が異なっていても良い。さらに、平面図上で対称軸を持つ構造でなくても良い。

本実施形態において、上段の上部撹拌翼６ａと中段の上部撹拌翼６ｂ、中段の上部撹拌翼６ｂと下段の上部撹拌翼６ｃとが、撹拌軸の回転方向に対してなす平面図上の取り付け角度ψ（図１４参照）は、対応する各段においてそれぞれ同じになっており、また、撹拌軸３の回転方向に対してなす上向き角度ξ（図１５参照）も、上、中、下段においてそれぞれ同じになっているが、これに限定される必要はなく、それぞれが異なる角度であっても良い。

下部撹拌翼５，５は、撹拌軸３に沿って設けられた平板状の撹拌翼で、その下辺部は、撹拌槽底面に沿うような形状で、槽底面に近接するように配置されており、また槽壁側は、撹拌軸３の回転方向に対して後退側に屈曲している。

下部撹拌翼５は、上下に隣接する下段上部撹拌翼６ｃの切り欠き下端部ｂ_ｂに対し、撹拌軸３の回転方向に先行するように配置されている。

図１に示すように、各段の上部撹拌翼同士および、下段の上部撹拌翼下端部と下部翼上端部とは、上下方向にオーバーラップを有するように配置されているが、それぞれのオーバーラップ量は同一である必要はなく、それぞれが異なる値であっても良い。一方で、図２に示すように、上下に隣接する翼同士が接触しないように設置する必要がある。特に、下段の上部撹拌翼６ｃ下端部（切り欠き下端部）ｂ_ｂと下段撹拌翼上辺部とは、図２に示すように十分な間隔を有するように設置されている。

本実施形態に係る撹拌装置は、以上の構成からなり、次に、本実施形態に係る撹拌装置の撹拌特性について、図１７から図１９に基づき説明する。

撹拌軸３を矢印α方向（図では上から見て時計回り）に回転させると、上部翼４および下部翼５も同方向に回転する。このとき、上段の上部撹拌翼６ａ，６ａは、撹拌槽上部液面付近の流体を、槽底方向に引き込むような流れを発生させる。上段の上部撹拌翼６ａは、流体を下方に押し下げる方向に撹拌軸３に対し傾斜しているため、上述のように撹拌槽内で下降流を発生させるが、上段の上部撹拌翼６ａ自身は撹拌軸３を回転軸にもつ回転体であるため、遠心力が作用し、同時に撹拌軸３から槽壁に向かうほぼ水平方向の吐出流や、撹拌翼の回転方向と同じ方向に回転するほぼ水平方向の旋回流も発生させている。

前記上段の上部撹拌翼６ａは、アルファベットのＴ字を９０°回転させた形をしているため、撹拌軸３に対し傾斜角ξだけねじれた位置に縦長の板状翼が設置された状態になっている。仮に、傾斜角ξが０°であれば、上記縦長翼部分は撹拌軸３に平行な位置関係となる。上記縦長翼部分は、その外周辺が、平面図上で円弧になるように設計されているため、回転軸３との接続部分から上に行くほど、また、下に行くほど細くなっている。このため、上記上部撹拌翼６ａが発生させる吐出流の強さは均一ではなく、回転軸３との接続部分から上下方向に離れるほど弱くなっている。

このような吐出流強度の分布は、中段の上部撹拌翼６ｂや下段の上部撹拌翼６ｃにおいても同様の傾向となっている。

ところで、先に述べたように、上段の上部撹拌翼６ａと中段の上部撹拌翼６ｂ、中段の上部撹拌翼６ｂと下段の上部撹拌翼６ｃとは、図１に示すように上下方向に重なり部を持っている。この上下の重なり部は、図２に示すように翼同士が接触するものではないが、上段上部撹拌翼６ａ下端部の吐出流の弱い部分を中段上部撹拌翼６ｂの上端部が、同じく弱い吐出流で補うような形になっている。中段上部撹拌翼６ｂ下端部と下段上部撹拌翼６ｃ上端部においても同様の関係になっている。また一方で、本実施形態における上部翼の翼径は、６ａ＜６ｂ＜６ｃとなっており、それぞれが発生する吐出流の強さもこの関係が成り立っている。これにより、上部翼４が発生させる吐出流は適度な分布を持ちつつも、撹拌槽の上方ほど弱くなるような配置になっている。

また、上段の上部撹拌翼６ａが回転する際には、撹拌軸３の回転方向、すなわち、翼の進行方向に対し前面に正圧が、背面に負圧が発生しており、この正圧部から負圧部に向かう回り込み流れも発生している。

上段の上部撹拌翼６ａの縦長翼部分に着目すると、翼外周辺部および撹拌軸側の縦辺部において水平方向の上記回り込み流れが発生しており、上記翼外周辺部と縦辺部の線速度の差（翼外周辺部のほうが回転中心から離れている分、線速度は大きくなる）から、縦長翼部の回転方向に対する背面には、撹拌軸の回転方向とは逆方向（本実施形態の場合には反時計回り）に回転する小渦流Ａが発生することになる。

上記現象を詳細に説明すると、図１８に示すように、上部撹拌翼外周辺部に発生する回り込み流れＥは、撹拌軸側の縦辺部にて発生する回り込み流れＦよりも強い流れとなり、上部撹拌翼の回転方向後方にてＥとＦが合流しようとする際、その速度差から渦流が発生することになるのである。

本実施形態では、縦長翼部の撹拌軸側の縦辺部が、撹拌軸３から適度な距離を保ち、かつ、上下方向に十分な長さを有しているため、撹拌軸側の縦辺部に生じる回り込み流れの作用により、発生した小渦流Ａは、撹拌槽壁面方向に移動し消失してしまうことなく、上段の上部撹拌翼６ａの回転に追随して自転しながら、撹拌軸３を中心とした公転軌道上を回転し続けることになる。

撹拌軸３が小渦流Ａの公転軸となるため、公転軸は鉛直方向を向いているが、自転軸は、公転軸に対し傾きを有することになる。自転軸の公転軸に対する傾きは、撹拌槽の上下方向に対して一定ではなく、上部翼が発生させる吐出流と下降流および回り込み流れの強度バランスにより適度な分布を持っていると言える。とはいえ基本的には自転軸は、撹拌軸３の回転方向に対して自転軸下側が後退したねじれの位置にあると言える。

一方、中段の上部撹拌翼６ｂおよび下段の上部撹拌翼６ｃの回転に伴っても同様に、上記の作用機構に基づく小渦流Ｂ、Ｃが、回転方向に対する翼の背面にそれぞれ発生している。

本実施形態における小渦流Ａ，Ｂ，Ｃの配列は、上部撹拌翼６ａ，６ｂ，６ｃの配列とほぼ同等である。すなわち、下に位置する小渦流ほど、撹拌軸３の回転方向から後退した位置にあることになる。また、小渦流の自転軸は先に述べたとおり、その下側が、撹拌軸３の回転方向に対し後退した方向を向いている。つまり、小渦流Ａの下端部は小渦流Ｂの上部に、小渦流Ｂの下端部は小渦流Ｃの上部に向かっており、その結果、小渦流に起因する下降流がＡからＣまで連続化することになる。

本実施形態では、上部撹拌翼６ａ，６ｂ，６ｃは、それぞれ２葉の撹拌翼が、撹拌軸３を両側から挟み込むような形に設置されているため、上記小渦流に起因し発生する上段の上部撹拌翼６ａから下段の上部撹拌翼６ｃに至る連続化した下降流は２組発生することになる。また、該撹拌槽内では、上部翼４の回転に伴い、上段の上部撹拌翼６ａから下段の上部撹拌翼６ｃに至る、撹拌軸３を中心軸とする下降流（回転方向と同方向の渦流）も発生している。すなわち本実施形態では、上記３組の下降流が撹拌槽内に形成されることになり、これにより従来の撹拌装置２１や３１，４１にはない強力な下降流が得られることになる。

また、回転方向と自転軸の異なる複数の下降流が形成されることから、単一の下降流では成し得ない混合性能が得られることになる。すなわち、流体が、撹拌槽上部液面付近から下部翼近傍まで移動する際にも水平方向の混合作用が働き、流体が撹拌翼の動きに追随して動く、いわゆる共回りによる混合不良の発生リスクを格段に小さくすることができるのである。

なお、図２９から図３１に示す従来の撹拌装置２１および、図３２から図３４に示す従来の撹拌装置３１においても、対応する上段の上部撹拌翼の最上端部においては、本実施例の小渦流Ａに近い形の小渦流が発生することもある。

しかしながら、従来の撹拌装置２１においては、上段の上部撹拌翼の撹拌軸とねじれの位置関係にある撹拌軸側の縦辺部が、撹拌軸の近傍に配置されているため、該縦辺部における回り込み流れの作用が非常に弱く、上段上部撹拌翼の最上端部において小渦流が発生したとしても、その小渦流は撹拌槽壁面方向に吐出されるような軌道をとることになる。したがって、小渦流に起因する撹拌槽の上方から下方に亘る連続した下降流が形成されることはない。

一方、図３２から図３４に示す従来の撹拌装置３１には、撹拌軸とねじれの位置関係にある縦辺部は存在しない。本実施例における上部撹拌翼の、撹拌軸とねじれの位置関係にある縦辺部に相当する部分を扇形の上辺および下辺と考えると、この部分においても回り込み流れは発生しており、上部撹拌翼外周辺において発生する回り込み流れとの速度差により発生する小渦流は、従来の撹拌装置３１においては、対応する上部撹拌翼の上端部および下端部においてのみ発生する可能性があると言える。

しかしながら、仮に上部撹拌翼上端部において回り込み流れに起因する小渦流が発生したとしても、扇形上辺により発生する回り込み流れは、上端部から下方に向かい小さくなっていくため、また、上辺部で生じた回り込み流れと外周辺部で生じた回り込み流れとの水平方向間隔が、上端部から下方に向かって開いていくことになるため、該上端部において発生した小渦流を下方に向かい維持することができないことになる。したがって、従来の撹拌装置３１においても、小渦流に起因する撹拌槽の上方から下方に亘る連続した下降流が形成されることはない。

さて、図１７から図１９に戻り、本実施形態に関する撹拌特性の説明を続けることにする。

上部翼４の作用により発生した複数の下降流は、本実施例では、下部撹拌翼５の上端部付近にて、その軌道が大きく湾曲することになる。これは、下段の上部撹拌翼６ｃの下端部が、下部撹拌翼上辺部から、水平方向に十分な間隔を有していることに起因する挙動である。

図２９から図３４に示す従来の撹拌装置２１や３１のように、最下段の上部撹拌翼の下端部が、下部撹拌翼の上辺部近傍にある場合、上部翼により形成される下降流（撹拌軸の回転方向と同方向の渦流）が、下部翼へスムーズに受け渡されるため、きれいな上下循環流が形成されることになる。しかしながら、上下循環流がきれいに整いすぎているため、水平方向の物質移動がなされにくくなり、かえって混合効率を低下させることになっている。

これに対し本実施形態では、下段の上部撹拌翼６ｃ下端部が、下部撹拌翼の上辺部からは水平方向に離れた位置にあるため、一見すると、下降流の下部翼への受け渡しがスムーズに行われにくい状態にあるといえる。とはいえ、これはあくまで撹拌軸３の回転と同方向の渦流に起因する下降流との関係における考察である。

本実施形態においては、前記のように、上部翼４の作用により、２種類の下降流が計３組発生しているため、この限りではない。特に本実施形態においては、撹拌軸とは逆回転の小渦流に起因する下降流が混合効率の向上に大きく寄与しているため、下降流の下部撹拌翼への受け渡しは、これら複数の下降流のバランスをとる必要がある。

本実施形態において下段の上部撹拌翼６ｃ下端部を、下部撹拌翼５の上辺部から水平方向に離れた位置に配置しているのはこのためであり、結果、小渦流に起因する下降流は、下部翼上部近傍にて一旦大きく水平方向に湾曲する軌道Ｈをとった後、下部撹拌翼５の回転方向に対する背面に形成される負圧部に受け渡されることになる。したがって、本実施例では、下部翼上辺部にて大きく水平方向に湾曲した特殊な形状の上下循環流Ｇ－Ｈ－Ｊ－Ｋ－Ｌが形成されることになる。

この水平湾曲部Ｈを持つ上下循環流は、従来の撹拌装置２１および３１に見られるような、略楕円軌道Ｌ_ｍ、Ｌ_ｎを持つきれいな上下循環流ではないが、上下方向の循環流に水平方向の混合作用が適度に組み合わされたものとなっているため、略楕円軌道の上下循環流と比べ、極めて高い混合特性を有するものとなるのである。

また、本実施形態において下部撹拌翼５，５が発生させる撹拌槽底部における吐出流Ｊは、撹拌槽の壁面に衝突すると向きを変え、撹拌槽壁面近傍を流路とする上昇流Ｋになる。

本実施形態において発生する下部撹拌翼上辺部における下降流の湾曲Ｈは、上記吐出流Ｊに起因する上昇流を阻害、分断することはない。また、上部翼４の各段の上部撹拌翼は、吐出流が強くなりすぎないように、翼面積を小さく抑えた構造になっている。このため、上記槽壁付近の上昇流Ｋは、上部撹拌翼の吐出流に分断されることなく撹拌槽上部液面付近まで到達することができる。

該上昇流は液面付近で、撹拌軸３に向かう流れＬとなり、上段の上部撹拌翼６ａの作用により、再び下降流Ｇへと向きを変える。

このようにして、本実施形態においては、撹拌槽上部液面付近から上部翼４の近傍を流路に持つ下降流Ｇが、下段の上部撹拌翼６ｃ下端部と下部撹拌翼５の上辺部との空間部において形成される湾曲流れＨを経て下部撹拌翼５に受け渡され、下部撹拌翼５の吐出流Ｊとなり、槽壁面に衝突して上昇流Ｊへと変化し、槽壁面近傍を流路に持つ上昇流Ｋとして撹拌槽上部液面付近に至り、液面付近で撹拌軸３方向への流れＬへと変化することで、撹拌槽全域に亘る上下の循環流を形成することになる。これにより、撹拌槽の全域において、非常に良好な撹拌特性を得ることができるようになる。

以上により、本実施形態に係る撹拌装置１においては、撹拌翼の回転により発生する渦流と、該渦流とは逆方向に回転する小渦流を複数発生させ、かつ、下部翼上辺部付近に大きな湾曲部を持つ撹拌槽全域に亘る上下循環流を形成し、それらの相乗効果により、低粘度から高粘度までの幅広い粘度域の流体や、粘度の大きく異なる複数の流体を、速やかにかつ効率よく（低消費動力で）均一に混合することができるようになる。

また、本発明に係る図４から図６に示した撹拌装置１１は、円筒形撹拌槽１２の中心部に、撹拌軸１３が回転可能に支持されている。撹拌軸１３は、下端が槽底付近まで垂下されている。また、上端は、槽頂上部駆動装置（図示せず）にカップリング（図示せず）を介して接続されている。該撹拌軸１３には、上部翼１４と下部翼１５が設けられている。

上部翼１４は、一対の上部撹拌翼１６，１６が、撹拌軸１３の中心線に沿って、一定間隔で複数段設けられることで構成されている。本実施形態においては、上段１６ａ、中段１６ｂ、下段１６ｃの三段に構成されている。上部翼１４は本実施形態のように三段に限定されることはなく、一段であっても二段であっても、また三段以上であっても良い。

上部撹拌翼１６は、平板状の撹拌翼で、略Ｔ字形状の内翼部１７と、同じく略Ｔ字形状の外翼部１８とで構成されている。また、該内翼部１７，外翼部１８は、縦板部分ｖ_１，ｖ_２と横板部分ｎ_１，ｎ_２とで構成されている。図２０に示したように、平面図における上部撹拌翼１６の内翼部１７の縦板部分外周辺ｉ_１と外翼部１８の縦板部分外周辺ｉ_２とは、撹拌軸中心点を中心に持つ円弧となるように形成されている。この上部撹拌翼１６，１６は、内翼部１７の横板部分ｎ_１にて撹拌軸１３を両側から挟むように、かつ、撹拌軸１３の回転方向（矢印α）に対して内翼部１７が所定の上向き角度と成るように傾斜させ、撹拌軸１３に固定されている。また外翼部１８は、その横板部分ｎ_２が内翼部の撹拌槽壁面側、すなわち縦板部分ｖ_１に、撹拌軸１３の回転方向αに対して所定の下向き角度と成るように傾斜させ連結されている。図では撹拌軸１３に内翼部の横板部分ｎ_１が、ボスを介する形で取り付けられているが、ボスを介さず直接、撹拌翼を撹拌軸に設置しても良い。

本実施形態における上部撹拌翼内翼部１７及び外翼部１８は平面図上で略Ｔ字形状をしているが、これに限定される必要はなく、外周辺ｉ_１、ｉ_２の上端および下端と撹拌軸中心点との間に形成される扇形に対し、撹拌軸１３の回転方向前方側及び後方側に切り欠き部または開口部を持たせたような形状であればよい。

中段の上部撹拌翼１６ｂは、上下に隣接する上段の上部撹拌翼１６ａよりも、回転方向に対して後退側（矢印αの反対方向）に設けられている。また、下段の上部撹拌翼１６ｃも同様に、上下に隣接する中段の上部撹拌翼１６ｂよりも、回転方向に対して後退側に設けられている。中段上部撹拌翼１６ｂ，１６ｂ、下段上部撹拌翼１６ｃ，１６ｃも、上段上部撹拌翼１６ａ，１６ａと同様に、撹拌軸１３を両側から挟むように、かつ、内翼部が撹拌軸１３の回転方向に対して所定の上向き角度で傾斜させ撹拌軸１３に、外翼部が撹拌軸１３の回転方向に対し所定の下向き角度で傾斜させ内翼部に固定されている。

図４から図６に示した本実施形態における上部撹拌翼１６ａ，１６ｂ，１６ｃの、平面図上の撹拌軸中心点から内翼部外周辺ｉ_１および外翼部外周辺ｉ_２までの距離は、各段にて同じになっているが、これに限定される必要はなく、例えば内翼部は上段、中段、下段と徐々に大きくなるように、一方外翼部は全て同じ大きさになるようにしても良い。

また、本実施形態における上部撹拌翼１６ａ，１６ｂ，１６ｃはそれぞれ相似形となっているが、これに限定される必要はなく、形状が異なっていても良い。さらに、平面図上で対称軸を持つ構造でなくても良い。

本実施形態において、上段の上部撹拌翼１６ａと中段の上部撹拌翼１６ｂ、中段の上部撹拌翼１６ｂと下段の上部撹拌翼１６ｃとが、撹拌軸の回転方向に対してなす平面図上の取り付け角度ψ（図２１参照）は、対応する各段においてそれぞれ同じになっており、また、撹拌軸１３の回転方向に対してなす上部撹拌翼内翼部の上向き角度ξ_１、上部撹拌翼外翼部の下向き角度ξ_２（図２２参照）も、上、中、下段においてそれぞれ同じになっているが、これに限定される必要はなく、それぞれが異なる角度であっても良い。

下部撹拌翼１５，１５は、撹拌軸１３に沿って設けられた平板状の撹拌翼で、その下辺部は、撹拌槽底面に沿うような形状で、槽底面に近接するように配置されており、また槽壁側は、撹拌軸１３の回転方向に対して後退側に屈曲している。

下部撹拌翼１５外周端上部は、上下に隣接する最下段上部撹拌翼１６ｃの外翼部下端に対し、近接しないように配置されている。

また、下部撹拌翼１５上端部と、上下に隣接する最下段上部撹拌翼１６ｃの内翼部下端部との間に十分な空間ができるように配置されている。

図４に示すように、各段の上部撹拌翼同士および、最下段の上部撹拌翼下端部と下部翼上端部とは、上下方向にオーバーラップを有するように配置されているが、それぞれのオーバーラップ量は同一である必要はなく、それぞれが異なる値であっても良い。一方で、図５、図６に示すように、上下に隣接する翼同士が接触しないように設置する必要がある。

本実施形態に係る撹拌装置１１は、以上の構成からなり、次に、本実施形態に係る撹拌装置の撹拌特性について、図２４から図２８に基づき説明する。

撹拌軸１３を矢印α方向（図では上から見て時計回り）に回転させると、上部翼１４および下部翼１５も同方向に回転する。このとき、上段上部撹拌翼１６ａ，１６ａの内翼部は、撹拌槽上部液面付近の流体を、槽底方向に引き込むような流れを発生させる。上段上部撹拌翼１６ａの内翼部は、流体を下方に押し下げる方向に撹拌軸１３に対し傾斜しているため、上述のように撹拌槽内で下降流を発生させるが、上段上部撹拌翼１６ａ自身は撹拌軸１３を回転軸にもつ回転体であるため、遠心力が作用し、同時に撹拌軸１３から撹拌槽内壁に向かうほぼ水平方向の吐出流や、撹拌翼の回転方向と同じ方向に回転するほぼ水平方向の旋回流も発生させている。

前記上段上部撹拌翼１６ａの内翼部は、アルファベットのＴ字を９０°回転させた形をしているため、撹拌軸１３に対し傾斜角ξ_１だけねじれた位置に縦長の板状翼（縦板部分ｖ_１）が設置された状態になっている。仮に、傾斜角ξ_１が０°であれば、前記内翼部の縦板部分ｖ_１は撹拌軸１３に平行な位置関係となる。該縦板部分ｖ_１は、その外周辺ｉ_１が、平面図上で円弧になるように設計されているため、撹拌軸１３との接続部分から上に行くほど、また、下に行くほど細くなっている。このため、上記上部撹拌翼１６ａの、特にその内翼部にて発生する吐出流の強さは均一ではなく、撹拌軸１３との接続部分、すなわち内翼部横板部分ｎ_１から上下方向に離れるほど弱くなっている。

このような吐出流強度の分布は、中段の上部撹拌翼１６ｂや下段の上部撹拌翼１６ｃにおいても同様の傾向となっている。

ところで、先に述べたように、上段の上部撹拌翼１６ａと中段の上部撹拌翼１６ｂ、中段の上部撹拌翼１６ｂと下段の上部撹拌翼１６ｃとは、図４に示すように内翼部が上下方向に重なり部を持っている。この上下の重なり部は、図５に示すように翼同士が接触するものではないが、上段上部撹拌翼１６ａの内翼部下端部の吐出流の弱い部分を中段上部撹拌翼１６ｂの内翼部上端部が、同じく弱い吐出流で補うような形になっている。中段上部撹拌翼１６ｂの内翼部下端部と下段上部撹拌翼１６ｃの内翼部上端部においても同様の関係になっている。

また、上段の上部撹拌翼１６ａが回転する際には、撹拌軸１３の回転方向、すなわち、翼の進行方向に対し前面に正圧が、背面に負圧が発生しており、この正圧部から負圧部に向かう水平方向の回り込み流れも発生している。

上段の上部撹拌翼１６ａの内翼部縦板部分ｖ_１に着目すると、内翼部縦板部分の外周辺ｉ_１および撹拌軸側の縦辺部ｍ_１において水平方向の上記回り込み流れが発生しており、上記内翼部の外周辺ｉ_１と縦辺部ｍ_１の線速度の差（翼外周辺部のほうが回転中心から離れている分、線速度は大きくなる）から、縦板部分ｖ_１の回転方向に対する背面には、撹拌軸の回転方向αとは逆方向β（本実施形態の場合には反時計回り）に回転する小渦流が発生することになる。

上記現象を図２４を用い詳細に説明すると、上部撹拌翼の内翼部外周辺ｉ_１に発生する回り込み流れＲ（内翼部の外側を通り内翼部背面方向に向かう流れ）は、撹拌軸側の縦辺部ｍ_１にて発生する回り込み流れＮ（内翼部の撹拌軸側縦辺部と撹拌軸との間隙を回り込み内翼部背面に向かう流れ）よりも強い流れとなり、上部撹拌翼の回転方向後方にて上記２つの流れが合流しようとする際、その速度差から小渦流Ｑが発生することになるのである。

上記小渦流Ｑには、上部撹拌翼内翼部の縦板部分にて発生するほぼ水平方向の回り込み流れＲ，Ｎの他に、内翼部縦板部分の回転方向前面正圧部にて回転方向に押し出されるほぼ水平方向の流れＴや、同じく該縦板部分の正圧部により回転方向前方に向かい押し下げられる流れＳとも合流し、強力な下降流となる。

本実施形態では、内翼部縦板部分ｖ_１の撹拌軸側の縦辺部ｍ_１が、撹拌軸１３から適度な距離を保ち、かつ、上下方向に十分な長さを有しているため、縦板部分にて生じる回り込み流れＲ，Ｎの作用により発生した小渦流Ｑは、撹拌槽壁面方向に移動し消失してしまうことなく、上段の上部撹拌翼１６ａの回転に追随して自転しながら、撹拌軸１３を中心とした公転軌道上を回転し続けることになる。

撹拌軸１３が小渦流Ｑの公転軸となるため、公転軸は鉛直方向を向いているが、自転軸は、公転軸に対し傾きを有することになる。自転軸の公転軸に対する傾きは、撹拌槽の上下方向に対して一定ではなく、上部撹拌翼の内翼部が発生させる吐出流と旋回流と下降流および回り込み流れの強度バランスと、外翼部が発生させる上昇流との強度バランスにより、適度な分布を持っていると言える。とはいえ基本的には自転軸は、撹拌軸１３の回転方向に対して自転軸下側がやや後退したねじれの位置にあると言える。

一方、中段の上部撹拌翼１６ｂおよび下段の上部撹拌翼１６ｃの回転に伴っても同様に、上記の作用機構に基づく小渦流が、回転方向に対する翼の背面にそれぞれ発生している。

本実施形態において上部撹拌翼の内翼部後方に発生する小渦流の配列は、上部撹拌翼１６ａ，１６ｂ，１６ｃの配列とほぼ同等と言える。すなわち、下に位置する小渦流ほど、撹拌軸１３の回転方向から後退した位置にあることになる。また、小渦流の自転軸は先に述べたとおり、その下側が、撹拌軸１３の回転方向に対しやや後退した方向を向いている。つまり、上段上部撹拌翼１６ａの内翼部の作用にて発生した小渦流の下端部は、中段上部撹拌翼１６ｂの内翼部の作用により発生した小渦流の上部に、同様に、中段上部撹拌翼１６ｂの内翼部により発生した小渦流の下端部は、下段上部撹拌翼１６ｃの内翼部により発生した小渦流の上部に向かっており、その結果、図２５に示すような、小渦流に起因する連続化した下降流Ｇが形成されることになる。

本実施形態では、上部撹拌翼１６ａ，１６ｂ，１６ｃは、それぞれ２葉の撹拌翼が、撹拌軸１３を両側から挟み込むような形に設置されているため、上記小渦流に起因し発生する上段の上部撹拌翼１６ａから下段の上部撹拌翼１６ｃに至る連続化した下降流Ｇは２組発生することになる。また、撹拌槽内では、上部翼１４の回転に伴い、上段の上部撹拌翼１６ａから下段の上部撹拌翼１６ｃに至る、撹拌軸１３を中心軸とする下降流（回転方向と同方向の渦流）も発生している。すなわち本実施形態では、上記３組の下降流（渦流）が撹拌槽内に形成されることになり、これにより、図２９から図３４や、図３５から図３７に示す従来の撹拌装置２１、３１、４１にはない強力な下降流が得られることになる。

また、回転方向と自転軸の異なる複数の渦流が形成されることから、単一の渦流では成し得ない混合性能が得られることになる。すなわち、流体が、撹拌槽上部液面付近から下部翼近傍まで移動する際にも水平方向の混合作用が働き、流体が撹拌翼の動きに追随して動く、いわゆる共回りによる混合不良の発生リスクを格段に小さくすることができるのである。

なお、図１から図３に示す撹拌装置１においても、上部翼４の作用により、撹拌軸３の回転と同方向で撹拌軸を中心とする渦流と、撹拌軸の回転方向とは逆方向に回転し、上部撹拌翼の回転方向後方側に発生する小渦流とが発生し、これら複数の渦流による撹拌槽の上方から下方に亘る連続した下降流が形成される。

さて、図２４から図２８に戻り、本実施形態に関する撹拌特性の説明を続けることにする。

上部翼１４の作用により発生した複数の下降流は、本実施例では、下部翼１５の上端部付近にて、その軌道が大きく湾曲することになる（図２５参照）。これは、最下段上部撹拌翼１６ｃの内翼部下端部を、下部翼上端部から水平方向に十分な間隔を持つように配置した際に見られる流動状態である。

最下段の上部撹拌翼１６ｃと下部翼１５との撹拌軸１３に対する位相差角度γ（図２３参照）をより好適な条件、例えば図２５に示した翼配置にすることで、図２６に示す写真のように、下部翼上方での下降流の湾曲部Ｈが、実験により明確に観察されている。すなわち、図２５と図２６は、同じ翼配置における上下循環流の状態を、図２５はイラストで、図２６は写真で示したものである。

これに対し全体混合性能を損なわない程度に下部翼１５と最下段上部撹拌翼１６ｃとの位相差角γを調整すると、図２７の写真に示したように、上部撹拌翼内翼部の作用により発生する小渦流の連続化に起因する下降流が、下部翼上方で水平方向に湾曲されることなく、下部翼に受け渡されることになる。一見すると、下降流の下部翼への受け渡しがよりスムーズに行われ、混合が促進されるように思われるが、そうとは限らない。きれいに整いすぎた上下循環流は、かえって水平方向の物質移動を妨げる結果となるため、図２５、図２６に示したように、上下方向の循環流の中に水平方向に大きく湾曲する部分を持つほうが、混合の促進には有利に作用すると言えるからである。もちろん、下降流の上部翼から下部翼への受け渡しがスムーズに行われることが前提であり、下降流に大きな湾曲部を持たせたことで、下降流の下部翼への受け渡しがかえって阻害されてしまっては本末転倒である。したがって、本実施形態の図２５、図２６のように、下降流が下部翼にスムーズに受け渡される状態にて下降流に湾曲部を持たせることが肝要となるのである。

また、本実施形態において下部撹拌翼１５，１５が発生させる撹拌槽底部における吐出流Ｊは、撹拌槽の壁面に衝突すると向きを変え、撹拌槽壁面近傍を流路とする上昇流Ｊになる。

最下段の上部撹拌翼１６ｃと下部翼１５との撹拌軸１３に対する位相差角度γが適切であれば、本実施形態において発生する下部翼上方における下降流の湾曲部Ｈは、上記吐出流Ｊに起因する上昇流Ｊを阻害、分断することはない。また、吐出流Ｊに起因する上昇流Ｊは、下段１６ｃ、中段１６ｂ、上段上部撹拌翼１６ａの外翼部の掻き上げ作用により、撹拌槽壁面付近で上方に向かい再加速されることになり、上昇流Ｋとして確実に撹拌槽上部の液面付近まで到達することになる。

該上昇流Ｋは液面付近で、撹拌軸１３に向かう流れＬとなり、上段上部撹拌翼１６ａの内翼部の作用により、再び下降流Ｇへと向きを変える。

このようにして、本実施形態においては、撹拌槽上部液面付近から上部翼１４の内翼部近傍を流路に持つ下降流Ｇが、下段上部撹拌翼１６ｃの内翼部下側と下部撹拌翼１５の上端部との空間部において形成される湾曲流れＨを経て下部撹拌翼１５に受け渡され、下部撹拌翼１５の吐出流Ｊとなり、槽壁面に衝突して上昇流Ｊへと変化し、上部撹拌翼外翼部の掻き上げ作用により再加速されつつ槽壁面近傍を流路に持つ上昇流Ｋとして撹拌槽上部液面付近に至り、液面付近で撹拌軸１３方向への流れＬへと変化することで、撹拌槽全域に亘る上下の循環流Ｌ－Ｇ－Ｈ－Ｊ－Ｋ－Ｌを形成することになる。これにより、撹拌槽の全域において、非常に良好な撹拌混合特性を得ることができるようになる。

さらに、本実施形態における上部撹拌翼の内翼部と外翼部との連結部付近では、内翼部が発生させる吐出流と下降流と、外翼部が発生させる上昇流、さらには内翼部・外翼部の縦板部分にて発生する回り込み流れとが複雑に交錯し、図２８に示すようなメビウスの輪のような局所的循環流Ｍも発生する。

上部翼内翼部にて発生する吐出流Ｊ_ｃは、該内翼部縦板部分の幅に応じた強度分布を持っている。すなわち、翼の中心から上端、下端に向かうほど、その強度は弱くなる。吐出流Ｊ_ｃは、内翼部と外翼部との連結部にて上下方向に分割されるが、その際、内翼部の作用範囲では下降流Ｕ_１，Ｕ_２，Ｕ_３の影響を受けることになる。分割された吐出流が内翼部の外側（槽内壁側）に移動すると、引き続き外翼部の作用領域に入ることになり、ここで外翼部が発生させている上昇流Ｋ_ｃの影響を受けることになる。これに加え、外翼部縦板部分の撹拌軸側縦辺部および、内翼部の外周辺にて発生している水平方向の回り込み流れ（いずれも図示せず）の影響も受けることになる。その結果吐出流Ｊ_ｃは、Ｊ_ｇ１，Ｊ_ｇ２のような局所的な小循環流となり、再び内翼部の作用領域側に折り返されることになる。また、外翼部の縦板部分が撹拌槽壁面付近の流体を上方に掻き上げようとする際、該外翼部縦板部分から撹拌軸側の切り欠き部ｋ_２（図２０参照）に流体がこぼれ落ちるような流れも発生している（図示せず）。外翼部の切り欠き部ｋ_２は、内翼部外周辺ｉ_１よりも撹拌槽内壁側に設けられていることから、外翼部縦板部分の縦辺部ｍ_２からこぼれ落ちるような流れは、内翼部外周辺ｉ_１よりも撹拌槽内壁側に発生し、かつ、外翼部の内翼部との連結部分における流体の掻き上げ作用と干渉し、さらに前記小循環流Ｊ_ｇ１，Ｊ_ｇ２と、内翼部の作用により発生する小渦流（図示せず）が干渉し、メビウスの輪のような特殊な局所的循環流Ｍが形成されることになる。

この特殊な局所的循環流Ｍや局所的小循環流Ｊ_ｇ１，Ｊ_ｇ２は、タービン翼等の小型翼に見られる強固な局所的循環流ではなく、特にＭは、ある周期で現れては消える、不安定なものである。この特殊な局所的循環流Ｍが発現することによって、全体循環流Ｌ－Ｇ－Ｈ－Ｊ－Ｋ－Ｌに水平方向の物質移動が適度な振動として加わり、撹拌混合効率をより一層高める効果が得られるのである。

以上により、本実施形態に係る撹拌装置１１においては、撹拌翼の回転により発生する渦流と、該渦流とは逆方向に回転する小渦流を複数発生させ、かつ、下部翼の上方に湾曲部を持つ撹拌槽全域に亘る上下循環流を形成し、上部撹拌翼外翼部における撹拌槽内壁面付近での流体の掻き取り・掻き上げ効果と、上部撹拌翼内翼部における撹拌槽中央部の流体の押し下げ効果と、内翼部と外翼部の連結部付近における吐出流の分割・反転・合流効果と、それらの相乗効果により、低粘度から高粘度までの幅広い粘度域の流体、チキソ性の高い流体、高粘度でかつ高チキソ性を呈する流体や、粘度の大きく異なる複数の流体同士を、速やかにかつ効率良く均一に混合することができるようになる。

（実施例１）
＜酸糖化法により製造された水あめ水溶液を用いたヨウ素還元法による消色実験＞
ヨウ素で着色した５Ｐａ・ｓの水あめ水溶液を、同じく水あめを用いて同粘度に調製したチオ硫酸ナトリウム溶液により脱色する実験において、完全にヨウ素の色が消失するまでの時間（完全混合時間）を測定した。内径φ１３０ｍｍのフラスコに２Ｌの上記着色水あめ水溶液を仕込み、図１から図３に示した本実施形態に係る撹拌装置１を設置し、撹拌動力が１．５ｋＷ／ｍ^３になるように回転数を調整した。この際、回転数は１５０ｒｐｍであった。撹拌中の水あめ水溶液中に、着色に使用したヨウ素の１．１当量に相当する上記チオ硫酸ナトリウム水あめ水溶液を投入し、ヨウ素の色が完全に消失するまでの時間を測定した。このとき、完全混合時間は、４．５分であった。

（比較例１）
図２９から図３１に示した従来技術の撹拌装置２１を用い、実施例１と同じ条件下で、水あめ水溶液を用いた消色実験を実施した。撹拌動力が１．５ｋＷ／ｍ^３となるように回転数を１４０ｒｐｍにして実験を行った結果、完全混合時間は２２分であった。

（実施例２）
＜麦芽還元法により製造された水あめ水溶液を用いたよう素還元法による消色実験＞
よう素で着色した５Ｐａ・ｓの水あめ水溶液を、同じく水あめを用いて同粘度に調製したチオ硫酸ナトリウム溶液により脱色する実験において、完全によう素の色が消失するまでの時間（完全混合時間）を測定した。内径φ１３０ｍｍのフラスコに２Ｌの上記着色水あめ水溶液を仕込み、実施例１にて使用した撹拌装置１を設置し、撹拌動力が１．５ｋＷ／ｍ^３となるように回転数を調整した。この際、回転数は１５０ｒｐｍであった。撹拌中の水あめ水溶液に、着色したヨウ素の１．１当量に相当する上記チオ硫酸ナトリウム水あめ水溶液を投入し、ヨウ素の色が完全に消失するまでの時間を測定した。このとき、完全混合時間は３３分であった。

（実施例３）
図４から図６に示した本実施形態に係る撹拌装置１１を用い、実施例２と同じ条件下で、水あめ水溶液を用いた消色実験を実施した。撹拌動力が１．５ｋＷ／ｍ^３になるように回転数を９０ｒｐｍにして実験を行った結果、完全混合時間は、６．５分であった。

（比較例２）
図２９から図３１に示した従来の撹拌装置２１を用い、実施例２と同じ条件下で、水あめ水溶液を用いた消色実験を実施した。撹拌動力が１．５ｋＷ／ｍ^３となるように回転数を１４０ｒｐｍにして実験を行った結果、１２０分以上経過しても、よう素の色が完全に消失しなかった。

（実施例４）
＜高粘度樹脂の溶剤希釈実験（異粘性流体の液液混合実験）＞
実施例１にて使用した撹拌装置１を用い、２５℃における粘度が１１０Ｐａ・ｓの高粘度ウレタン樹脂を、同じく２５℃における粘度が０．８ｍＰａ・ｓのＤＭＦ（Ｎ，Ｎ－ジメチルホルムアミド）で希釈する異粘性流体の混合実験を実施した。樹脂：溶剤の割合（重量比）を８３：１７とし、前記φ１３０ｍｍのフラスコを使用し、総液量が２Ｌとなるようにした。溶剤希釈前の初期の撹拌動力が３ｋＷ／ｍ^３となるように回転数を調整し、ここに所定量の溶剤を投入後、この溶剤と樹脂が完全に混合するまでの時間を測定した。撹拌回転数は４８ｒｐｍであり、樹脂と溶剤とが完全混合に至るまで一定の回転数とした。混合状態の判定は、溶液の液面に形成されるボルテックスの形状を観察することで行った。すなわち、混合が進んでおらず液面付近に溶剤が残っていれば、液面はほぼ水平になっており、逆に完全混合に達した後には、撹拌軸付近の液面が大きく窪む状態になるため、液面形状の観察により混合状態の判定ができた。なお、上記割合にて樹脂と溶剤とを完全混合した後の溶液粘度は３０Ｐａ・ｓであった。液面から溶剤がなくなり、十分にボルテックスが形成され、完全混合に達したと判断されるのに要した時間は、図１から図３に示した本実施形態に係る撹拌装置１では３７０秒であった。また、完全混合到達後の撹拌動力は、０．７５ｋＷ／ｍ^３であった。

（実施例５）
図４から図６に示した本発明に係る撹拌装置１１を用い、実施例４と同じ条件で高粘度樹脂の溶剤希釈実験を行った。溶剤希釈前の初期の撹拌動力が３ｋＷ／ｍ^３となるように回転数を調整し、ここに所定量の溶剤を投入後、この溶剤と樹脂が完全に混合するまでの時間を測定した。撹拌回転数は３２ｒｐｍであり、樹脂と溶剤とが完全混合に至るまで一定の回転数とした。液面から溶剤がなくなり、十分にボルテックスが形成され、完全混合に達したと判断されるのに要した時間は、図４から図６に示した本実施形態に係る撹拌装置１１では２７０秒であった。また、完全混合到達後の撹拌動力は、０．９２ｋＷ／ｍ^３であった。

（比較例３）
図２９から図３１に示した従来技術の撹拌装置２１を用い、実施例４と同じ条件下で高粘度樹脂の溶剤希釈実験を行った。初期撹拌動力が３ｋＷ／ｍ^３ となるように、回転数は４６ｒｐｍとした。実験の結果、従来の撹拌装置１１では完全混合までに１０７０秒を要した。また、完全混合後の撹拌動力は０．９６ｋＷ／ｍ^３であった。

本実施形態に係る撹拌装置１を用いることで、様々な工業製品の撹拌槽内での作り込みが可能となる。例えば、低粘度から高粘度までの様々な流動特性を持つ樹脂製品やその水分散体製品、顔料やインキ、医薬品や化粧品、食品など、撹拌槽内で流動させることができる工業製品であれば、いずれの製品においても高効率な撹拌混合が可能となり、生産効率の向上や、品質の安定化、高付加価値化などを可能とすることができる。特に、中粘度から高粘度で、従来技術では混合不良を生じやすかった工業製品に対しては、極めて高い撹拌特性を発揮し、一方で撹拌動力を低く抑えられることによる駆動装置(モーター)に係るイニシャルおよびランニングコストを低減させることが可能となる。さらに、翼面積を比較的小さく抑えたことから、洗浄性、メンテナンス性が従来技術に比べ大幅に改善され、製品歩留まりの向上や装置洗浄等に係るロスコストの削減を図ることが可能となる。

また、本実施形態に係る撹拌装置１１を用いることで、特に、中粘度から高粘度で、従来技術では混合不良を生じやすかった工業製品、チキソ性が高くかつ粘度も高い工業製品及びその中間体に対しては、極めて高い撹拌特性を発揮し、高効率な生産体制を確立することが可能となる。

１　撹拌装置
２　撹拌槽
３　撹拌軸
４　上部翼
５　下部翼
６　上部撹拌翼
６ａ　上段上部撹拌翼
６ｂ　中段上部撹拌翼
６ｃ　下段上部撹拌翼
１１　撹拌装置
１２　撹拌槽
１３　撹拌軸
１４　上部翼
１５　下部翼
１６　上部撹拌翼
１６ａ　上段上部撹拌翼
１６ｂ　中段上部撹拌翼
１６ｃ　下段上部撹拌翼
１７　上部撹拌翼内翼部
１８　上部撹拌翼外翼部
α　撹拌軸の回転方向（小渦流の公転方向）
β　小渦流の自転方向
γ　平面図上の撹拌軸中心点と最下段の上部撹拌翼１６ｃの外翼部下端とを結ぶ直線と、該上部撹拌翼外翼部下端が撹拌軸の回転方向と反対方向に向かい下部翼中心線となす角
δ　平面図上の下部翼中心線と直線ｑとの撹拌軸の回転とは逆方向になす角
θ　上部撹拌翼６の平面概念図上にて、翼外周部上端、下端と撹拌軸中心点とのなす角
θ_１　上部撹拌翼１６の平面概念図上にて、該上部撹拌翼内翼部の外周辺上端、下端と撹拌軸中心点とのなす角
θ_２　上部撹拌翼１６の平面概念図上にて、該上部撹拌翼外翼部の外周辺上端、下端と撹拌軸中心点とのなす角
ξ　上部撹拌翼６の撹拌軸の回転方向に対する上向き傾斜角
ξ_１　上部撹拌翼１６の内翼部の撹拌軸の回転方向に対する上向き傾斜角
ξ_２　上部撹拌翼１６の外翼部の撹拌軸の回転方向に対する下向き傾斜角
ψ　上下に隣接する上部撹拌翼中心線同士の位相差角
ａ　上部撹拌翼６の縦板部分の幅
ａ_１　上部撹拌翼１６の内翼部の縦板部分の幅
ａ_２　上部撹拌翼１６の外翼部の縦板部分の幅
ｂ_ａ，ｂ_ｂ　上部撹拌翼６の切り欠き部上、下端部
ｄ　翼径（翼スパン）
ｄｃ　上部翼１４の翼径
ｄｈ　上部翼４の翼径
ｄｂ　下部翼の翼径
ｆ_ａ，ｆ_ｂ　平面図上の上部撹拌翼６の外周部上、下端
ｇ　撹拌軸中心点
ｈ　上部撹拌翼６の平面概念図上における切り欠き部割合（ｈ＝ｋ÷ｊ）
ｉ　上部撹拌翼６の外周辺
ｉ_１　上部撹拌翼１６の内翼部の縦板部分外周辺
ｉ_２　上部撹拌翼１６の外翼部の縦板部分外周辺
ｊ　上部撹拌翼６の平面概念図上に仮想される扇形部の面積（ｊ＝π×ｒ×ｒ×θ÷３６０°）
ｋ　上部撹拌翼６の平面概念図上の切り欠き部総面積（ｋ＝ｋ_ａ＋ｋ_ｂ＋・・・）
ｋ_１　上部撹拌翼１６の平面概念図上の内翼部の切り欠き部
ｋ_２　上部撹拌翼１６の平面概念図上の外翼部の切り欠き部
ｍ_１　上部撹拌翼１６の内翼部の縦板部分の撹拌軸側の縦辺部
ｍ_２　上部撹拌翼１６の外翼部の縦板部分の撹拌軸側の縦辺部
ｈ_１　上部撹拌翼１６の内翼部の横板部分
ｈ_２　上部撹拌翼１６の外翼部の横板部分
ｑ　平面図において最下段の上部撹拌翼の下端部に向けて撹拌軸中心点から引いた直線
ｒ　上部撹拌翼６における翼スパン半径（ｒ＝０．５ｄｈ）
ｒ_１　上部撹拌翼１６の内翼部の翼スパン半径
ｒ_２　上部撹拌翼１６における翼スパン半径（ｒ_２＝０．５ｄｃ）
ｔ_１　上部撹拌翼１６の内翼部の縦板部分の長さ
ｔ_２　上部撹拌翼１６の外翼部の縦板部分の長さ
ｖ_１　上部撹拌翼１６の内翼部の縦板部分
ｖ_２　上部撹拌翼１６の外翼部の縦板部分
Ａ　上段の上部撹拌翼後方に形成される小渦流
Ｂ　中段の上部撹拌翼後方に形成される小渦流
Ｃ　下段の上部撹拌翼後方に形成される小渦流
Ｄ　撹拌槽内径
Ｅ　上部撹拌翼６の外周部の作用により発生する回り込み流れ
Ｆ　上部撹拌翼６の撹拌軸側の縦辺部の作用により発生する回り込み流れ
Ｇ　上部翼により形成される小渦流の連結に起因する下降流
Ｈ　湾曲流れ
Ｊ　下部翼の吐出流と、これが槽底面および壁面に衝突し形成される上昇流
Ｊ_ｃ　上部撹拌翼１６の内翼部の縦板部分付近の吐出流
Ｊ_ｇ１，Ｊ_ｇ２　上部撹拌翼１６の内翼部と外翼部との間隙にて形成される局所的循環流
Ｋ　槽壁付近の上昇流
Ｋ_ｃ　上部撹拌翼１６の外翼部の縦板部分付近の上昇流
Ｌ　液面付近の槽壁から撹拌軸方向に向かう流れ
Ｌ_ｍ，Ｌ_ｎ　略楕円形状の上下循環流
Ｍ　上部撹拌翼１６の内翼部と外翼部との連結部付近にて形成される特殊形状の局所的循環流
Ｎ　上部撹拌翼１６の内翼部の縦板部分において発生する撹拌軸側縦辺部の回り込み流れ
Ｑ　上部撹拌翼１６の内翼部の回転方向後方に発生する小渦流
Ｒ　上部撹拌翼１６の内翼部の縦板部分において発生する外周辺部の回り込み流れ
Ｓ　上部撹拌翼１６の内翼部の回転方向前面に発生している正圧部から回転方向前方に押し下げられる流れ
Ｔ　上部撹拌翼１６の内翼部の回転方向前面に発生している正圧部から回転方向前方に押し出される水平方向の流れ
Ｕ　上部撹拌翼１６の内翼部の背面に沿って流れる下降流
Ｖ　上部撹拌翼１６の内翼部の前面に沿って流れる下降流
Ｗ　回り込み流れＮ，Ｒおよび水平方向に押し出される流れＴが発生している仮想水平断面上に示した上部撹拌翼１６の内翼部の翼スパン
Ｘ　回り込み流れＮ，Ｒおよび水平方向に押し出される流れＴが発生している仮想水平断面上に示した撹拌槽内壁位置

Claims (6)

1. 撹拌槽と、撹拌軸と、該撹拌軸に固定された上部翼と下部翼とを備えた撹拌装置において、
   前記上部翼は、複数段に配置された上部撹拌翼で構成され、
   前記各上部撹拌翼は、平面視したときに、上部撹拌翼の翼両端部と撹拌軸中心点を結ぶ直線で囲まれた領域内であって回転方向前方側及び回転方向後方側に切り欠き部を有し、かつ、回転方向に対して上向き角度で傾斜して設けられ、かつ、上段に位置する上部撹拌翼が下段に隣接する上部撹拌翼とオーバーラップ部分を有するように回転方向に対し先行して配置され、かつ、側面視したときに、上段に位置する上部撹拌翼の下端を含む水平断面が、その下段に隣接する上部撹拌翼の上端を含む水平断面よりも下側に位置するように配置され、
   前記上部撹拌翼のうち最下段の上部撹拌翼は、前記下部翼と上下に隣接するように配置され、かつ、平面視したときに、最下段の上部撹拌翼の下方端部と前記撹拌軸中心点とを結ぶ平面図上の直線が、前記下部翼の翼径方向の中心線と所定の角度を持つように配置され、かつ、側面視したときに、最下段の上部撹拌翼の下方端部を含む水平断面が、前記下部翼の上方端部を含む水平断面よりも下側に位置するように配置され、
   前記下部翼下方端部は、撹拌槽内底面に近接するように配置されていること
   を特徴とする撹拌装置。
2. 前記下部翼が幅広後退パドル翼であり、
   前記下部翼の翼径ｄｂが撹拌槽内径Ｄに対し、０．４Ｄ≦ｄｂ≦０．８Ｄであり、
   前記最下段の上部撹拌翼の翼径ｄｈが撹拌槽内径Ｄに対し、０．３５Ｄ≦ｄｈ≦０．７５Ｄである請求項１に記載の撹拌装置。
3. 撹拌槽と、撹拌軸と、該撹拌軸に固定された上部翼と下部翼とを備えた撹拌装置において、
   前記上部翼は、複数段に配置された上部撹拌翼で構成され、
   該上部撹拌翼は、前記撹拌軸に接続された内翼部と、該内翼部の撹拌槽内壁側に連結された外翼部とで構成され、
   前記各上部撹拌翼の内翼部は、平面視したときに、該内翼部の翼両端部と撹拌軸中心点とを結ぶ直線で囲まれた領域内であって回転方向前方側及び回転方向後方側に切り欠き部を有し、かつ、回転方向に対して上向き角度で傾斜して設けられ、かつ、上段に位置する上部撹拌翼が下段に隣接する上部撹拌翼とオーバーラップ部分を有するように回転方向に対し先行して配置され、かつ、側面視したときに、上段に位置する上部撹拌翼の下端を含む水平断面が、その下段に隣接する上部撹拌翼の上端を含む水平断面よりも下側に位置するように配置され、
   前記各上部撹拌翼の外翼部は、平面視したときに、該外翼部の翼両端部と撹拌軸中心点とを結ぶ直線で囲まれた領域内であって前記内翼部の外周辺から撹拌槽内壁側の回転方向前方側及び回転方向後方側に切り欠き部を有し、かつ、回転方向に対して下向き角度で傾斜して設けられ、かつ、該上部撹拌翼外翼部の外周辺が撹拌槽内壁に沿うような形で近接するように配置され、
   前記上部撹拌翼のうち最下段の上部撹拌翼は、前記下部翼と上下に隣接するように配置され、かつ、平面視したときに、最下段の上部撹拌翼外翼部の下方端部と前記撹拌軸中心点とを結ぶ平面図上の直線が、前記下部翼の翼径方向の中心線と所定の角度を持つように配置され、かつ、側面視したときに、最下段の上部撹拌翼の下端を含む水平断面が、前記下部翼の上端を含む水平断面よりも下側に位置するように配置され、
   前記下部翼下方端部は、撹拌槽内底面に近接するように配置されていること
   を特徴とする撹拌装置。
4. 前記下部翼が幅広後退パドル翼であり、
   前記下部翼の翼径ｄｂが撹拌槽内径Ｄに対し、０．５Ｄ≦ｄｂ≦０．９Ｄであり、
   前記上部撹拌翼の翼径ｄｃが撹拌槽内径Ｄに対し、０．７Ｄ≦ｄｃ≦１．０Ｄである請求項３に記載の撹拌装置。
5. 撹拌槽と、撹拌軸と、該撹拌軸に固定された上部翼と下部翼とを備えた撹拌装置で被撹拌物を撹拌する撹拌方法において、
   前記上部翼は、複数段に配置された上部撹拌翼で構成し、
   前記各上部撹拌翼は、平面視したときに、上部撹拌翼の翼両端部と撹拌軸中心点を結ぶ直線で囲まれた領域内であって回転方向前方側及び回転方向後方側に切り欠き部を有し、かつ、回転方向に対して上向き角度で傾斜して設け、かつ、上段に位置する上部撹拌翼が下段に隣接する上部撹拌翼とオーバーラップ部分を有するように回転方向に対し先行して配置し、かつ、側面視したときに、上段に位置する上部撹拌翼の下端を含む水平断面が、その下段に隣接する上部撹拌翼の上端を含む水平断面よりも下側に位置するように配置し、
   前記上部撹拌翼のうち最下段の上部撹拌翼は、前記下部翼と上下に隣接するように配置し、かつ、平面視したときに、最下段の上部撹拌翼の下方端部と前記撹拌軸中心点とを結ぶ平面図上の直線が、前記下部翼の翼径方向の中心線と所定の角度を持つように配置し、かつ、側面視したときに、最下段の上部撹拌翼の下方端部を含む水平断面が、前記下部翼の上方端部を含む水平断面よりも下側に位置するように配置し、
   前記下部翼下方端部は、撹拌槽内底面に近接するように配置して撹拌すること
   を特徴とする撹拌方法。
6. 撹拌槽と、撹拌軸と、該撹拌軸に固定された上部翼と下部翼とを備えた撹拌装置で被撹拌物を撹拌する撹拌方法において、
   前記上部翼は、複数段に配置された上部撹拌翼で構成され、
   該上部撹拌翼は、前記撹拌軸に接続された内翼部と、該内翼部の撹拌槽内壁側に連結された外翼部とで構成され、
   前記各上部撹拌翼の内翼部は、平面視したときに、該内翼部の翼両端部と撹拌軸中心点とを結ぶ直線で囲まれた領域内であって回転方向前方側及び回転方向後方側に切り欠き部を有し、かつ、回転方向に対して上向き角度で傾斜して設けられ、かつ、上段に位置する上部撹拌翼が下段に隣接する上部撹拌翼とオーバーラップ部分を有するように回転方向に対し先行して配置され、かつ、側面視したときに、上段に位置する上部撹拌翼の下端を含む水平断面が、その下段に隣接する上部撹拌翼の上端を含む水平断面よりも下側に位置するように配置され、
   前記各上部撹拌翼の外翼部は、平面視したときに、該外翼部の翼両端部と撹拌軸中心点とを結ぶ直線で囲まれた領域内であって前記内翼部の外周辺から撹拌槽内壁側の回転方向前方側及び回転方向後方側に切り欠き部を有し、かつ、回転方向に対して下向き角度で傾斜して設けられ、かつ、該上部撹拌翼外翼部の外周辺が撹拌槽内壁に沿うような形で近接するように配置され、
   前記上部撹拌翼のうち最下段の上部撹拌翼は、前記下部翼と上下に隣接するように配置され、かつ、平面視したときに、最下段の上部撹拌翼外翼部の下方端部と前記撹拌軸中心点とを結ぶ平面図上の直線が、前記下部翼の翼径方向の中心線と所定の角度を持つように配置され、かつ、側面視したときに、最下段の上部撹拌翼の下端を含む水平断面が、前記下部翼の上端を含む水平断面よりも下側に位置するように配置され、
   前記下部翼下方端部は、撹拌槽内底面に近接するように配置して撹拌すること
   を特徴とする撹拌方法。

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