(57)【要約】【課題】  簡易な形状の部材から構成されているにもかかわらず、流体に流動を発生させて、攪拌等を効率的に行うことが可能であるとともに、流動状態や剪断状態を容易に変更可能な流動発生装置を提供する。【解決手段】  回転軸１１と、回転軸１１の回転によって流体に流動を発生させる少なくとも２枚の平板状の攪拌板とを備え、前記攪拌板のうち少なくとも１枚（攪拌板１３）は、板面を貫通する複数の貫通孔１５を有しており、前記攪拌板間の間隔Ｈと前記攪拌板の外接円の直径Ｄとは、Ｈ≦Ｄの関係を満たしていることを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と、前記回転軸の回転によって流体に流動を発生させる少なくとも２枚の平板状の攪拌板とを備え、
前記攪拌板のうち少なくとも１枚は、板面を貫通する複数の貫通孔を有しており、
前記攪拌板間の間隔Ｈと前記攪拌板の外接円の直径Ｄとは、Ｈ≦Ｄの関係を満たしていることを特徴とする流動発生装置。
【請求項２】
前記複数の貫通孔は、回転中心からの距離が不規則となるように配置されていることを特徴とする、請求項１記載の流動発生装置。
【請求項３】
前記少なくとも２枚の攪拌板が、異径の攪拌板を含むことを特徴とする、請求項１または２記載の流動発生装置。
【請求項４】
前記少なくとも２枚の攪拌板が、軟質の材料からなる攪拌板を含むことを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の流動発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流動発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
流動を発生させて流体を攪拌する装置としては、攪拌槽内の流体中に撹拌翼を配置し、この攪拌翼を回転させて流体を攪拌するものがある。攪拌翼としては、回転方向に対して角度を有するように曲げ加工したインペラを設けて、剪断作用によって高い攪拌効率を得るものが用いられている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−３３２５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、攪拌翼の形状が複雑になると、攪拌装置の洗浄が煩雑になってしまう。また、インペラによる流体抵抗が大きい場合には、駆動時の消費電力が大きくなってしまう。また、剪断力の作用によって、液体の物性を変化させてしまうこともあり、粘性流体の場合には、均一な攪拌を行うことが困難であった。
【０００５】
そこで、本発明は、簡易な形状の部材から構成されているにもかかわらず、流体に流動を発生させて、攪拌等を効率的に行うことが可能であるとともに、流動状態や剪断状態を容易に変更可能な流動発生装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するために、本発明の流動発生装置は、
回転軸と、前記回転軸の回転によって流体に流動を発生させる少なくとも２枚の平板状の攪拌板とを備え、
前記攪拌板のうち少なくとも１枚は、板面を貫通する複数の貫通孔を有しており、
前記攪拌板間の間隔Ｈと前記攪拌板の外接円の直径Ｄとは、Ｈ≦Ｄの関係を満たしていることを特徴とする。
【０００７】
前記複数の貫通孔は、回転中心からの距離が不規則となるように配置されていることが好ましい。
【０００８】
また、前記少なくとも２枚の攪拌板が、異径の攪拌板を含むことが好ましい。また、前記少なくとも２枚の攪拌板が、軟質の材料からなる攪拌板を含むことが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によると、簡易な形状の部材から構成されているにもかかわらず、流体に流動を発生させて、攪拌等を効率的に行うことが可能であるとともに、流動状態や剪断状態を容易に変更可能な流動発生装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態に係る流動発生装置１００を示す図である。図１（ａ）は、流動発生装置１００の上側からの斜視図、図１（ｂ）は、流動発生装置１００の下側からの斜視図である。
【図２】図２は、攪拌板１３の回転時における流体の流動の様子を示す模式図である。図２（ａ）は、攪拌板１３の面上での流体の流動の様子を示す模式図である。図２（ｂ）は、流動発生装置の側面方向から見た流体の流動の様子を示す模式図である。
【図３】図３は、本発明の第１の実施形態に係る流動発生装置における、位置による流動の強さを説明する図である。
【図４】図４（ａ）は、本発明の第２の実施形態に係る流動発生装置２００Ａの側面図である。図４（ｂ）および（ｃ）は、第２の実施形態の変形例に係る流動発生装置２００Ｂおよび流動発生装置２００Ｃの側面図である。
【図５】図５（ａ）は、本発明の第３の実施形態に係る流動発生装置３００の側面図である。図５（ｂ）は、本発明の第４の実施形態に係る流動発生装置４００の側面図である。図５（ｃ）は、本発明の第５の実施形態に係る流動発生装置５００の側面図である。図５（ｄ）は、本発明の第６の実施形態に係る流動発生装置６００の側面図である。図５（ｅは、本発明の第７の実施形態に係る流動発生装置７００の側面図である。
【図６】図６は、本発明の第８の実施形態に係る流動発生装置を側面方向から見た回転時の流体の流動の様子を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の流動発生装置について、例をあげて説明する。ただし、本発明は、以下の例に限定および制限されない。なお、以下で参照する図面は、模式的に記載されたものであり、図面に描画された物体の寸法の比率などは、現実の物体の寸法の比率などとは異なる場合がある。図面相互間においても、物体の寸法比率等が異なる場合がある。
【００１２】
（第１の実施形態）
図１に、本発明の第１の実施形態に係る流動発生装置１００を示す。図１（ａ）は、流動発生装置１００の上側からの斜視図であり、図１（ｂ）は、流動発生装置１００の下側からの斜視図である。
【００１３】
図示のように、本発明の第１の実施形態に係る流動発生装置１００は、６枚の攪拌板１３は、回転軸１１の回転によって流体に流動を発生させる。攪拌板１３は、板面を貫通する複数の貫通孔１５を有している。そして、攪拌板１３間の間隔Ｈと攪拌板１３の外接円の直径Ｄとは、Ｈ≦Ｄの関係を満たしている。本実施形態においては、攪拌板１３は円形であるので、直径Ｄは攪拌板１３の直径と一致する。攪拌板１３は円形に限定されるものではなく、多角形、楕円形等の形状であってもよい。
【００１４】
本実施形態においては、６枚の攪拌板１３の中心の貫通孔に回転軸１１を挿通し、攪拌板１３は回転軸１１に等間隔に固定されている。
【００１５】
図２は、攪拌板１３の回転時における流体の流動の様子を示す模式図である。図２（ａ）は、攪拌板１３の面上での流体の流動の様子を示す模式図である。図２（ｂ）は、流動発生装置の側面方向から見た流体の流動の様子を示す模式図である。
【００１６】
回転軸１１の回転に伴い攪拌板１３が回転すると、攪拌板１３の外周に行くほど時間単位の移動距離は大きくなる。すなわち、外周ほど回転速度が速くなるので、外周ほど流体の面接触抵抗が大きくなる。そのため、攪拌板１３の回転軸１１付近の領域では流体の流速が低くなり、回転軸１１から離れた領域すなわち攪拌板１３の外周付近の領域では流体の流速が高くなる。複数の攪拌板１３間に発生する隙間が生む流体との接触抵抗差によって、図２（ｂ）に示すような流体の流れが発生するので、インペラを設けることなく攪拌が可能となる。
【００１７】
本発明は、複数の攪拌板間の隙間で作用する流体の接触抵抗差を利用して、攪拌板の面全体で流動を起こすという作用を有している。本実施形態では、攪拌板１３は６枚であるが、これに限定されるものではなく、少なくとも２枚あればよい。
【００１８】
本発明において、攪拌板は、金属、樹脂、ゴム等の材質からなる平板を用いることができる。また、フィルム等の材料を用いることもできる。流体中での回転によって、しなりが生じるような軟質の材料であると、振動パルスを発生させることができるため、より複雑な流動を生じさせることができる。また、攪拌板の表面にエンボス加工を施したり、突起物を配設したり、あるいは、攪拌板を波形状の平板とすることで、流動や剪断力を調整することもできる。
【００１９】
複数の貫通孔１５の位置は、同心円状に配置してもよく、不規則に配置してもよいが、本実施形態では、回転中心からの距離が不規則となるように配置されている。このように回転中心からの距離が不規則になるように貫通孔を配置することで、より複雑な流動を作ることができる。また、複数の攪拌板は、同じ位置に貫通孔を有する攪拌板を用いてもよいし、異なる位置に貫通孔を有する攪拌板を組み合わせて用いてもよい。同じ位置に貫通孔１５を有する複数の攪拌板１３を用いる場合であっても、攪拌板１３を回転軸１１に固定する際に、貫通孔１５の位置を揃える場合とずらす場合とで、剪断力が変動し、流動の状態を変えることができる。一般的には、貫通孔の位置を揃えたほうが、剪断力は低くなる。また、本実施形態では、すべての攪拌板に貫通孔が設けられているが、攪拌板のうち少なくとも１枚に貫通孔を有していればよく、貫通孔を有していない攪拌板を組み合わせて用いてもよい。
【００２０】
一枚の攪拌板に設けられる貫通孔の数や大きさ、および形状は、任意に設定することができる。例えば、直径が１００ｍｍ程度の円形の攪拌板を用いる場合、貫通孔の大きさは１ｍｍ〜２０ｍｍ程度、貫通孔の数は、攪拌板の面積に対しての開口率が１〜８０％の範囲内程度となるような個数を設ければよい。
【００２１】
攪拌板の外接円の直径Ｄは、流動発生の対象となる流体の粘度等の物性や、体積に応じて設定すればよい。例えば、体積が１０リットル程度の水であれば、直径４０ｍｍ程度である。このときの回転数は、１００ｒｐｍ以上とすることが好ましい。なお、攪拌板の板厚は、０．１ｍｍ〜４ｍｍ程度であることが好ましい。
【００２２】
図２（ｂ）に示す流体の流れは、攪拌板１３間の間隔Ｈが広すぎると発生しにくくなる。そのため、本発明においては、攪拌板間の間隔Ｈと前記攪拌板の外接円の直径Ｄとは、Ｈ≦Ｄの関係を満たすことが必要である。攪拌板間の間隔Ｈは、流動を発生させる対象となる流体の粘度や密度、２液混合等の複数種類の液体を混合する場合には各液体の比重、固形物を液体中で攪拌混合する場合には固形物の大きさ等によって調整することが好ましい。
【００２３】
図３には、本実施形態の流動発生装置１００のように、すべての攪拌板が同じ径である場合の、位置による流動の強さを示す。図中で、流動の強さについて、強い部分は「Ｓ」、弱い部分は「Ｗ」、中間部分は「Ｍ」の符号で示している。連結固定された攪拌板１３の中央に行くにしたがい攪拌板１３に設けられた貫通孔の流体流量が減衰するため、中心部分の方が流速が小さく、流動の強さが弱い。
【００２４】
本発明の流動発生装置は、流体として液体、気体のどちらにも流動を発生させることが可能であり、様々な流体の攪拌などに好適に用いることができる。貫通孔を攪拌板に設け、流体を通過させることで乱流状態を形成しやすくし、接触抵抗を増幅させ、より流動速度に変化を与えることができる。粘度の高い流体は層流になりやすいため、攪拌に必要な流動を多く必要とするが、貫通孔による乱流作用の増幅効果で、同じ回転数で流動（攪拌力）の向上が可能である。貫通孔の大きさ、貫通孔の配置位置、攪拌板間の間隔、回転速度を変えることで、流動状態や剪断状態を容易に変更可能であり、さらに、簡易な形状の部材から構成されているので、軽量化が可能であり、保全性や洗浄性の点からも好ましい。また、本発明の流動発生装置は、回転動作時の抵抗負荷が少ないため、回転にモーターを用いる場合には、モーターへの負荷を軽減させることができ、消費電力も少なく動作させることができる。
【００２５】
（第２の実施形態）
図４（ａ）に、本発明の第２の実施形態に係る流動発生装置２００Ａを示す。図４（ａ）は、流動発生装置２００Ａの側面図であり、回転時の流体の攪拌板の位置による流動の強さも合わせて示している。流動発生装置２００Ａは、６枚の攪拌板の径を調整することによって、流動の強さが略同一になるように設計したものである。本実施形態では、中央２枚の攪拌板２３Ａの径が最も大きく、その外側の２枚の攪拌板２３Ｂの径は攪拌板２３Ａの径より小さく、さらにその外側の２枚の攪拌板２３Ｃの径は最も小さくなっている。なお、攪拌板２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃは、いずれも、板面を貫通する複数の貫通孔（図示せず）を有している。
【００２６】
図４（ｂ）は、第２の実施形態の変形例に係る流動発生装置２００Ｂを示す側面図である。本変形例は、中央２枚の攪拌板２３Ａの径を流動発生装置２００Ａよりも大きくし、最も外側の２枚の攪拌板２３Ｃの径を流動発生装置２００Ａよりも小さくしたものである。このように攪拌板の径を調整することで、実施形態１とは逆に、中心部分の流動の強さを強く、端部に向かうにつれて弱くすることもできる。
【００２７】
図４（ｃ）は、第２の実施形態の他の変形例に係る流動発生装置２００Ｃを示す側面図である。本変形例は、最も外側の２枚の攪拌板２３Ｃの径を流動発生装置１００と同じにし、その内側の攪拌板２３Ｂの径を攪拌板２３Ｃの径より小さく、中央２枚の攪拌板２３Ａの径を最も小さくしたものである。このように攪拌板の径を調整することで、実施形態１での流動の強弱差を、さらに大きくすることができる。
【００２８】
以上のように、異径の攪拌板を組み合わせて用いることによって、流体の流動の強さや流動状態を変化させることができる。
【００２９】
（第３の実施形態）
図５（ａ）に、本発明の第３の実施形態に係る流動発生装置３００の側面図を示す。流動発生装置３００は、回転軸１１と、３枚の平板状の攪拌板３３を備えている。攪拌板３３は、板面を貫通する複数の貫通孔（図示せず）を有している。流動発生装置３００は、第１の実施形態に係る流動発生装置１００に比べて、攪拌板間の間隔Ｈが広くなっている。攪拌板間の間隔Ｈが広くなると、流動による抵抗が小さくなり、同じ回転数でも流体に生じる流動は弱くなる。これとは逆に、攪拌板の枚数を多くすると、流動を強く発生させることができる。
【００３０】
（第４の実施形態）
図５（ｂ）に、本発明の第４の実施形態に係る流動発生装置４００の側面図を示す。流動発生装置４００は、回転軸１１と、６枚の平板状の攪拌板４３を備えており、回転軸１１を貫通させる貫通孔が、攪拌板４３の中心から偏った位置となっている。攪拌板４３は、板面を貫通する複数の貫通孔（図示せず）を有している。本実施形態では、６枚の攪拌板４３が交互になるように回転軸１１に固定されている。この態様では、１枚１枚の攪拌板が小さくても、回転径は大きくすることができる。回転速度は、回転半径に比例するので、偏心の攪拌板を用いると、見かけ上の回転速度を速くすることができる。また、複数の攪拌板が交互になるように回転軸に固定されることで、波動状の流動を生み出すことができ、より強くかつ複雑な、混合により適した流動とすることができる。
【００３１】
（第５の実施形態）
図５（ｃ）に、本発明の第５の実施形態に係る流動発生装置５００の側面図を示す。本実施形態においては、２枚の平板状の攪拌板５３の中心の貫通孔に回転軸５１を挿通し、攪拌板５３は回転軸５１の所定範囲内で可動となっている。攪拌板５３は、板面を貫通する複数の貫通孔（図示せず）を有している。この流動発生装置５００を流体内で回転させると、攪拌板５３は、周囲の流動等の影響で、図中の両矢印の範囲内で上下にスライド移動する。攪拌板がスライドすることにより、流れの強弱が不均一になり、乱流を生じさせ、複雑な流動を発生させ液体を混合させるのに有利に働く。
【００３２】
（第６の実施形態）
図５（ｄ）に、本発明の第６の実施形態に係る流動発生装置６００の側面図を示す。流動発生装置６００は、回転軸６１と、６枚の平板状の攪拌板６３（板面を貫通する複数の貫通孔（図示せず）を有している）を備えており、攪拌板６３は、回転面に対して傾きθを持って固定されている。傾きθの大きさを変えることで、流動状態を変えることが可能である。
【００３３】
（第７の実施形態）
図５（ｅ）に、本発明の第７の実施形態に係る流動発生装置７００の側面図を示す。流動発生装置７００は、回転軸７１と、４枚の平板状の攪拌板１３と、２枚の曲面を有している攪拌板７３を備えている。攪拌板７３は、攪拌板１３の外側に配置されており、その曲面の方向は回転軸７１から離れるにつれて広がる方向となるように固定されている。このように、攪拌板の形状を変えることで、流動状態を変えることが可能である。本実施形態では、曲面を有している攪拌板７３は攪拌板１３の外側に配置されているが、曲面を有している攪拌板は、必ずしも両端（外側）に配置しなくてもよい
【００３４】
（第８の実施形態）
図６は、本発明の第８の実施形態に係る流動発生装置を側面方向から見た回転時の流体の流動の様子を示す模式図である。本実施形態の流動発生装置は、貫通孔を有している平板状の攪拌板１３と、貫通孔を有していない平板状の攪拌板８３を備えている。図６（ａ）および（ｂ）の態様では、攪拌板は合計３枚あり、２枚が貫通孔を有している攪拌板１３、１枚が貫通孔を有していない攪拌板８３である。図６（ａ）の態様では、貫通孔を有していない攪拌板８３は、攪拌板１３の下部に配置されている。図６（ｂ）の態様では、貫通孔を有していない攪拌板８３は、攪拌板１３の上部に配置されている。図６（ｃ）の態様では、攪拌板は合計５枚あり、４枚が貫通孔を有している攪拌板１３、１枚が貫通孔を有していない攪拌板８３である。貫通孔を有していない攪拌板８３は、５枚の攪拌板の中央部に配置されている。なお、貫通孔を有していない攪拌板８３の配置の位置は、中央部に限定されず、他の位置に配置してもよい。これらの態様のように、貫通孔を有している平板状の攪拌板１３に加え、貫通孔を有していない攪拌板８３を設けることによって、流体の流動の状態を変化させることができる。
【００３５】
以上のように、本発明によれば、簡易な形状の部材から構成されているにもかかわらず、流体に流動を発生させて、攪拌等を効率的に行うことが可能であるとともに、流動状態や剪断状態を容易に変更可能な流動発生装置が得られる。本発明の流動発生装置は、上記で説明した具体例で記載されたもののみに限定されるものではなく、これらの具体例の態様を組合せたもの等、種々の態様が可能である。本発明の流動発生装置は、例えば、液体や気体の攪拌装置として用いることができ、特に高粘度の流体に適用した場合であっても、回転時の抵抗が小さいにもかかわらず、流動を発生させて効果的な攪拌が可能となる。
【符号の説明】
【００３６】
１００、２００Ａ，２００Ｂ、２００Ｃ、３００、４００、５００、６００、７００  流動発生装置
１１、５１、６１，７１  回転軸
１３、２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ、３３、４３、５３、６３  攪拌板
１５  貫通孔
７３  曲面を有している攪拌板
８３  貫通孔を有していない攪拌板
【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】
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【図６】
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