(57)【要約】【課題】化学、医療、電子、セラミックス、薬品、食品、飼料その他の各種製品の製造工程において使用されるプラネタリーミキサーであって、タンク内で枠型ブレードを遊星運動させ、固体/液体系の処理材料を混合、混練、捏和等行う際に、枠型ブレードの底辺部の両端角部やタンクの底面角部に材料が付着、固着しないようにする。【解決手段】枠型ブレード６はタンク７の内側面に沿って直線状に延びる縦辺部９と底面に沿って直線状に延びる底辺部１０を有する。該縦辺部９と底辺部１０はタンク７の底面角部に近接する位置で直交状態に連結され、該連結部の先端の両端角部１５は曲面に形成されている。タンク７の底面角部１４の全周も曲面に形成されている。ブレード６が回転すると、処理材料は、タンクの底面角部付近でもよどみなく流動し、均一な剪断速度、剪断応力が与えられて分散し、タンクやブレードへの付着、固着が防止される。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体/液体系の処理材料を、底面が平板状で内面が円筒状のタンク内で自転、公転する複数の枠型ブレードにより分散、混合、混練等するプラネタリーミキサーにおいて、上記枠型ブレードはタンクの内側面に沿って直線状に延びる縦辺部とタンクの底面に沿って直線状に延びる底辺部を有し、該縦辺部と底辺部はタンクの底面角部に近接する位置で直交状態に連結され、該連結部の先端の両端角部及びタンクの底面角部の全周には曲面が形成されていることを特徴とするプラネタリーミキサー
【請求項２】
上記枠型ブレードの縦辺部の外側面には幅狭のエッジ部が形成され、上記タンクの底面角部の曲面の半径は該エッジ幅の２〜４倍に形成されている請求項１に記載のプラネタリーミキサー。
【請求項３】
上記枠型ブレードの縦辺部の外側面には幅狭のエッジ部が形成され、上記タンクの底面角部の曲面の半径は該エッジ幅の３倍に形成されている請求項１に記載のプラネタリーミキサー。
【請求項４】
上記枠型ブレードの底辺部の両端角部及びタンクの底面角部の曲面の曲率半径は半径２ｍｍ(２Ｒ)〜１５ｍｍ(１５Ｒ) である請求項１に記載のプラネタリーミキサー。
【請求項５】
上記枠型ブレードの底辺部の両端角部及びタンクの底面角部の曲面の曲率半径は半径３ｍｍ(２Ｒ)〜１０ｍｍ(１０Ｒ) である請求項１に記載のプラネタリーミキサー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化学、医薬、電子、セラミックス、食品、飼料その他の各種分野で使用され、２本又は３本の枠型ブレードをタンク（容器、撹拌槽）内の全体にわたって遊星運動させることにより、固体/液体系処理材料を、混合、混練、捏和、分散処理等できるようにしたプラネタリーミキサーに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
固体/液体系の油性、水性に限定されない低粘度から高粘度（〜３，０００Ｐａ・ｓ）の処理材料の混合、混練、捏和、分散処理等の作業は、二軸ミキサー（例えば枠型ブレードを２本有するミキサー等）、三軸ミキサー（例えば枠型ブレードを３本有するミキサーや枠型ブレード２本とタービンブレード１本を組み合わせたミキサー等）、四軸ミキサー（例えば枠型ブレードとタービンブレードをそれぞれ２本有するミキサー）その他の複数の枠型ブレードがタンク内で全体にわたって運動するよう公転、自転するプラネタリーミキサーを用い、バッチ（回分）式に処理することが多い（例えば特許文献１、２参照）。
【０００３】
枠型ブレードによる混練作用は、ブレードの回転によりタンク内壁との間に流動した処理材料にズリ応力（剪断応力）を作用させて分散するが、この工程を詳述すると、あたかもロールミルの作用に似ている。すなわち、枠型ブレードの縦辺部の外側に形成されたエッジ部がタンク内壁に近接すると、タンク内壁との間に入り込んだ処理材料は、該エッジ部とタンク内壁間で圧縮され、次にブレードの回転により生じるズリ応力でタンク内壁間に存する処理材料は剪断され、最後に該エッジ部がタンク内壁から離れることにより処理材料は開放され膨張するから、この工程はロールミルによる分散作用と同じように、圧縮、剪断、開放、膨張の各工程を経て分散されていると考えられる。
【０００４】
上記枠型ブレードとタンクは、目的に応じて種々構成され、例えば、特許文献２に示されているプラネタリーミキサーでは、枠型ブレードの枠体は縦辺部の上方が直線状で下方は底部に向かって弧状に大きく湾曲し、この湾曲部が半円弧状の底辺部に一連に連結されている下半部弧状に形成され、この枠体内に板状の撹拌具が設けられている。また、タンクは円筒状の側壁を有しその底面を上記枠体の底辺部に対応して略椀状に湾曲させた形状である。このタンクの底部は、断面形状を見るとあたかも双胴式のニーダーのトロフの断面に似ているが、ニーダーの場合は、トロフが略箱状に形成され、ニーダーのブレード軸がトロフの底面に沿って水平方向に延び、ブレードの回転によりタンクの底部の大きな弧状面に向かって処理材料を流動させるように回転するから、ロールミルの作用と同じように、タンクの湾曲面とブレード間で処理材料を圧縮、剪断、開放して粘度の高い処理材料を効率よく混練することができる。一方、プラネタリーミキサーのブレードの場合、ブレード軸はタンクの底面に対しほぼ垂直方向に延びタンクの円周方向に回転するので、ブレードの湾曲部がタンクの底面の大きな湾曲面に沿って処理材料を流動させものではないから、該湾曲部から与えられる剪断力は材料に伝わりにくく、単位面積当たりの剪断力は大きくない。したがって、上記特許文献２に記載のように、ブレードの底部とタンクの角部に大きな湾曲部が形成されていると、タンクの全体にわたって処理材料に強力な剪断作用を与えて分散することがむずかしく、低粘度の処理材料を撹拌混合する目的で使用されることが多い。
【０００５】
一方、特許文献１にプラネタリーミキサーでは、円筒状の側壁を有するタンクに平板状の底板を設けてタンクの底面角部を直角に形成し、枠型ブレードは、タンクの側壁に沿って延びる直線状の縦辺部とその下方部分に直角に連結されタンクの底板に沿って延びる直線状の底辺部を有している。この場合には、枠型ブレードが回転した際、縦辺部の外側面に形成したエッジ面がタンクの内壁に近接して移動することにより、縦辺部のエッジ面とタンク内壁間に処理材料を流動させてズリ応力（剪断応力）を与えると共に底辺部とタンクの底面間でもブレードが自転、公転することにより底辺部とタンク底面間に入り込んだ処理材料に剪断応力を作用させて分散処理することができ、タンクの全体にわたって高粘度の処理材料を効率よく混練することができる。このような分散作用は、バッチ式の場合、枠型ブレードとタンク（撹拌槽）内壁間等で、材料に剪断応力を与える機会は非連続であり、枠型ブレードが遊星運動軌跡を持つ混練機では、該枠型ブレードが１回自転する毎に２回である。
【０００６】
上記のように、タンク内面とタンク底面との間でタンク全体として十分に混練作用を奏するためには、特許文献１に示すように、ブレードは直線状の縦辺部がタンクの底面に近接する位置まで延び、この縦辺部と底辺部の交点は直角に形成され、それに応じてタンクの底面の角部も直角に形成されていることが好ましい。しかし、そのような構成の場合、タンクの底面の直角の角部付近は流動性がよくないので、剪断速度や剪断応力が不均一になり、処理材料が角部等に集まりやすく、仕込み時の粉体や混練時の処理材料がこの角部に付着したり、固着したりすることがある。特に高粘度の処理材料等を強力に硬練りする場合には、タンクＴの底面角部やブレードＢの底辺部の内面にしばしば材料の付着が見られ(図５Ａ参照)、混練作業を中断して付着物Ｃを掻き落とす作業が必要になっていた。この掻き落としをせずに混練作業を続けると、硬練り後の希釈工程でブツやダマ（粉体の部分凝集）の発生原因となり易く、希釈途中にブツやダマが混入して品質不良を起こすことがあった。
【０００７】
このように、枠型ブレードの底辺部の両端角部やタンクの底面角部に材料が付着、固着すると、混練作業を中断してブレードやタンクの内面底部から付着物を掻き落とす作業が必要となるが、この掻き落とし作業は危険性を伴い、特にタンクの底面角部に付着、固着した材料は人手による作業が困難で面倒な作業であり、ブツやダマが含有する原因になりやすかった。また、このような掻き落とし作業を混練作業の途中でするために、混練作業を連続化することができなくなり、さらに作業中断に伴ってタンクを完全密閉することができないので、混練作業で揮発性有機溶剤を使用するような場合には、環境汚染の問題を生じるおそれもあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平９−２６７０３２公報（図面）
【特許文献２】特開２０００−２７１４６４号公報（図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の解決課題は、上記のように、底面全周に角部が形成されたタンク内で、縦辺、底辺がほぼ直線状の枠型ブレードを遊星運動させ、縦辺とタンクの内側面間、底辺とタンクの底面間で処理材料に剪断応力を作用させて混合、混練、捏和、分散等の処理を行うプラネタリーミキサーにおいて、材料が付着しやすいタンクの底面角部やブレードの底辺部の両端角部に材料が付着、固着しないようにし、作業途中での掻き落としを不要として安全性を高め、混練、捏和等の処理時間を短縮し、ブツやダマの発生もない生産性の向上したプラネタリーミキサーを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は上記のような実情に鑑み、タンクの底面角部の全周にわたって処理材料に均等な剪断速度で均等な剪断応力を与えることができるプラネタリーミキサーを提供することを目的としている。すなわち、本発明によれば、固体/液体系の処理材料を、底面が平板状で内面が円筒状のタンク内で自転、公転する複数の枠型ブレードにより分散、混合、混練等するプラネタリーミキサーにおいて、上記枠型ブレードはタンクの内側面に沿って直線状に延びる縦辺部とタンクの底面に沿って直線状に延びる底辺部を有し、該縦辺部と底辺部はタンクの底面角部に近接する位置で直交状態に連結され、該連結部の先端の両端角部及びタンクの底面角部の全周には曲面が形成されていることを特徴とするプラネタリーミキサーが提供され、上記課題を解決することができる。
【００１１】
さらに、本発明によれば、上記枠型ブレードの縦辺部の外側面には幅狭のエッジ部が形成され、上記タンクの底面角部の曲面の半径は該エッジ幅の約２〜４倍に形成され、好ましくは半径約２ｍｍ(２Ｒ)〜１５ｍｍ(１５Ｒ)、さらに好ましくは半径約３ｍｍ(３Ｒ)〜１０ｍｍ(１０Ｒ)に形成されている上記プラネタリーミキサーが提供される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は上記のように構成され、固体/液体系の処理材料を、底面が平板状で内面が円筒状のタンク内で自転、公転する複数の枠型ブレードにより分散、混合、混練等するプラネタリーミキサーにおいて、上記枠型ブレードはタンクの内側面に沿って直線状に延びる縦辺部とタンクの底面に沿って直線状に延びる底辺部を有し、該縦辺部と底辺部はタンクの底面角部に近接する位置で直交状態に連結され、該連結部の先端の両端角部及びタンクの底面角部の全周に曲面を形成したから、タンク内で枠型ブレードが公転、自転すると、枠型ブレードの縦辺部は外側面に形成したエッジ面がタンク内側面に近接して回転し、タンク内側面との間に流動した材料は、エッジ面とタンク内側面間に送り込まれて圧縮されると共に回転に伴うズリ応力（剪断応力）により混合、混練等され、その後縦辺部がタンク内側面から離れることにより膨張する。一方、上記底辺部とタンクの底面間に入り込んだ材料もほぼ同様にして混練、混合される。このような混練作用は、縦辺部、底辺部のほぼ全長にわたってタンク全体として行われるが、タンクの底面角部の全周には曲面を形成してあるので、タンクの底面角部の流動性が妨げられることがなく、全周にわたって処理材料に均等な剪断速度で均等な剪断応力を与えることができ、タンクの底面角部等に材料が付着、固着のおそれはない。したがって、従来のように、作業途中で付着、固着物をタンクの底面角部や枠型ブレードから掻き落とす作業が不要になり、安全であり、付着物等が落下してブツやダマになってペーストに混入するというようなことも解消され、短時間でブツやダマのない特性の優れたペーストを製造することができ、大幅な作業向上を図ることができる。また混合、混練等の処理中に掻き落とし作業をする必要がないから、タンクを密閉した状態で作業を連続化することができ、揮発性有機物を含む材料であっても、環境汚染の問題を生じることがなく、そのため希釈時にも流動性をよくすることができ、早期に均一化することができる。
【００１３】
この際、タンクの底面角部の曲面の曲率を半径約２ｍｍ(２Ｒ)〜１５ｍｍ(１５Ｒ)、好ましくは半径約３ｍｍ(３Ｒ)〜１０ｍｍ(１０Ｒ)にすると、効率よく混練作業ができる。すなわち、２ｍｍ未満に形成した場合、タンクの底面角部はほとんど直角に近くなり、剪断応力が角部の奥まで届きにくく、局部的に混練材料の付着、固着がみられることがある。また、底面角部の曲面の弧の長さは、曲面を円弧の一部と考えると、曲面の曲率を半径とする円の全周の４分の１の長さになるから、曲率半径が１５ｍｍを超えると、近接面はかなりの長さに広がる。そのため、ブレードの外側面に形成したエッジ部によりタンクの底面角部に集まった材料に作用される単位面積当たりの剪断応力が不足し、混練、分散不足を招来し、処理材料中にダマの混入がみられることがあり、品質上好ましくない。
【００１４】
さらに、実験によれば、上述した図５（Ａ）に示すように上記枠型ブレードの底辺部の両端角部及びタンクの底面角部のいずれにも曲面を設けないと、タンクの底面角部に材料が付着、固着しやすく、ブレード側だけに曲面を設けた場合（同図Ｂ）には、タンクの底面角部に付着が見られ、タンクの底面角部側だけに曲面を設けた場合（同図Ｃ）には、枠型ブレードに材料が付着、固着する現象が見られた。これらは、いずれの場合も、枠型ブレードの底辺部の両端とタンクの底面角部の間の間隔が変化し、均一な剪断速度で均一な剪断応力を材料に与えることができないので、付着、固着が生じたと考えられる。これに対し、図４に示すように、枠型ブレードの底辺部の両端角部とタンクの底面角部に小さな曲面を形成すると、両者間の間隔が一定になり、均一な剪断速度で均一な剪断応力を材料に与えることができ、その結果、ブレードにもタンクにも材料の付着、固着は見られず、良好な結果が得られた。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】プラネタリーミキサーの一部を断面した正面図。
【図２】枠型ブレードとタンクの関係を示す説明図。
【図３】本発明の枠型ブレードの一実施例を示す正面図。
【図４】本発明のタンクとブレードの一部を示す説明図。
【図５】ブレードとタンクの底面角部のいずれかに曲面を設けた場合の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明は、化学、医薬、電子、セラミックス、食品、飼料その他の各種製品の製造工程に使用することができ、プラネタリーミキサーの本体１は昇降シリンダー２により上下動する撹拌ヘッド３、または撹拌ヘッドを固定して昇降シリンダー（図示略）により上下動するタンク（容器、撹拌槽）７有し、該撹拌ヘッド上に設けた駆動モーター等の駆動手段４を介して複数本の撹拌軸５が公転、自転し、該撹拌軸５の下端に取り付けた枠型ブレード６が上記タンク７内で全体的に遊星運動するようにしてある。この枠型ブレード６は、撹拌軸５に連絡する上辺部８と、該上辺部に連絡される縦辺部９と、該縦辺部の下端に直交状態で連絡される底辺部１０を有する略矩形の枠型に形成され、上辺部８と底辺部１０が同一方向を向く図２に示すような枠型ブレードや、上辺部８と底辺部１０の方向が所定角度、例えば４５°、９０°相違している図３に示すような枠型捩れブレードが用いられ、図１に示す実施例では枠型捩れブレードが示されている。
【００１７】
上記タンク７は、図２に示すように、平板状の底面１１と円筒状の内側面１２を有する筒状体に形成され、その大きさは、例えば容量約０．２Ｌ程度の小さなものから約３４００Ｌ程度の大きなものまで各種のサイズのものが用意される
【００１８】
上記枠型ブレード６の縦辺部９は、タンク７の内側面１２に沿って直線状に形成されているが、捩れブレードの場合は下方に捩れながらタンク内側面に沿って延び、それぞれ外側面には幅狭のエッジ部１３が形成されている。縦辺部９の下部両端に連絡する底辺部１０はタンク７の底面１１に沿って直線状に形成されている。上記エッジ部１３の幅は、タンクの大きさや所要動力の関係もあるが、通常、約２ｍｍ〜６．５ｍｍ程度に形成されることが多い。
【００１９】
上記タンク７の底面角部１４及び枠型ブレード６の縦辺部９と底辺部１０が連絡する連絡部の先端である両端角部１５には、タンクの底面角部の全周で材料の流動を向上させると共にブレードの上記エッジ部から材料に十分な剪断力を与えることができるよう小さな曲面が形成されている。この曲面の曲率半径は、約２ｍｍ（２Ｒ）から１５ｍｍ（１５Ｒ）、好ましくは約３ｍｍ（３Ｒ）から１０ｍｍ（１０Ｒ）程度にすると均一な剪断応力を材料に与えることができ、良好な結果が得られた。また、実験によれば、ブレード６の上記エッジ部１３のエッジ幅の寸法にほぼ比例して曲率を大きく形成すると好結果が得られ、エッジ幅の約２〜４倍、好ましくは約３倍の曲率半径に形成すると最もよいことも判明した。なお、ブレード６の底辺部の両端角部１５とタンク７の底面角部１４に形成する上記曲面の曲率半径は、両者同じ寸法でもよいが、ブレードの駆動力に応じてタンクに設ける曲面とブレードの両端に設ける曲面の曲率を適宜変更し、例えばタンク側の曲率半径をブレード側の曲率半径よりも大きく形成することができる。
【００２０】
プラネタリーミキサーは、上述のように種々の用途で使用されるが、一般に、処理材料は、材料供給時にいわゆる「粉体混合」された後、粉、粒体に少量の液状成分を加えて粉、粒体の表面処理が行われる。この工程は、粉体混合であり、活性化された粉、粒体を不活性化し、凝集を解砕する工程である。次の工程では、更に少量の液状成分を加えて高粘度での高剪断作用により硬練りされ、最後に希釈され、ペースト状で取り出される。剪断応力は、材料粘度と剪断速度の積で表され、高粘度での硬練りは高剪断が得られることは知られているから、上記のように硬練りすることが好ましい。
【００２１】
上記のようにして材料はプラネタリーミキサーで硬練りされるが、混練時にペーストが発熱により特性劣化を生じないよう、回転速度を約０．５〜１．５ｍ/sec、温度は約６０℃以下の条件で運転することが好ましい。１．５ｍ/sec以上にすると、発熱が多くなり材料特性上、材料温度を６０℃以下に保つのが困難になるからである。
【００２２】
上記のような材料の粉体の仕込みから、希釈ペーストまでのプロセスを、株式会社井上製作所製タンク容量１５リットルの３軸プラネタリーミキサーに本発明の上記構成の枠型ブレード及びタンクを用いて処理したところ、タンクの底面角部付近でも均一の剪断速度で均一の剪断応力を材料に与えてブツやダマのないペーストが得られ、効率よく分散、混合、混練、捏和等することができた。また、材料は曲面状のブレード両端角部及びタンク底面角部に沿ってよどみを生じることなく流動し、この流動変形により従来のようなブレードの内側面やタンク底面角部への材料の付着、固着がなくなり、人手による掻き落とし作業が不要であった。
【符号の説明】
【００２３】
６    枠型ブレード
７    タンク
９    縦辺部
１０  底辺部
１１  底面
１２  内側面
１３  エッジ部
１４  タンクの底面角部
１５  ブレードの両端角部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2014012261.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成24年7月6日(2012.7.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項５】
上記枠型ブレードの底辺部の両端角部及びタンクの底面角部の曲面の曲率半径は半径３ｍｍ(３Ｒ)〜１０ｍｍ(１０Ｒ) である請求項１に記載のプラネタリーミキサー。