(57)【要約】【課題】構造が簡単で且つ操作の容易な装置であって、流動性が悪く凝集性の高い粉体であっても一次粒子の粉砕を伴わずに凝集粒子のみを選択的に粉砕することにより粉体の均一混合が可能な粉体混合装置を提供する。【解決手段】粉体１が投入される丸底円筒容器２０と、丸底円筒容器２０内にその上部より挿入されて回転可能に支持される回転軸３０と、丸底円筒容器２０内において回転可能に回転軸３０に固定される回転翼４０と、を備え、丸底円筒容器２０内の粉体１を回転翼４０により混合する粉体混合装置１０であって、回転軸３０は、回転翼４０を回転させた状態で、回転翼４０を丸底円筒容器２０の上下方向に昇降可能に構成され、回転翼４０は、その回転径が、回転軸３０の回転により生じる遠心力により丸底円筒容器２０の内径以上に拡径するとともに、その回転形状を丸底円筒容器２０の形状に合わせて変化させながら回転可能に構成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉体が投入される混合槽と、前記混合槽内にその上部より挿入されて回転可能に支持される回転軸と、前記混合槽内において前記回転軸に固定される回転翼と、を備え、前記混合槽内の粉体を前記回転翼により混合する粉体混合装置であって、
前記回転軸は、前記回転翼を回転させた状態で、前記回転翼を前記混合槽の上下方向に昇降可能に構成され、
前記回転翼は、その回転径が、前記回転軸の回転により生じる遠心力により前記混合槽の内径以上に拡径するとともに、その回転形状を前記混合槽の形状に合わせて変化させながら回転可能に構成されること
を特徴とする粉体混合装置。
【請求項２】
前記回転翼は、柔軟性のある環状のワイヤにより形成されることを特徴とする請求項１に記載の粉体混合装置。
【請求項３】
前記回転翼は、その環状に曲げた少なくとも表面が樹脂により形成されることを特徴とする請求項２に記載の粉体混合装置。
【請求項４】
前記混合槽は、丸底円筒型の槽により形成されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の粉体混合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、混合槽内の粉体を混合する粉体混合装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の粉体混合装置は、粉体の混合方式の違いから大きく２方式に分けられる。第１の方式としては、Ｖ型混合機、或いはリボン若しくはパドルを用いた混合機及び流動層型混合機に代表される方式である（例えば、特許文献１）。この方式においては、粉体に対して比較的無理な力を加えずに粉体の混合を行うため、一次粒子の粉砕を伴わない。
【０００３】
第２の方式としては、高速流動型混合機、或いはボールミルに代表される方式である。この方式においては、回転翼或いはボールにより粉体に衝撃を与えることによって、凝集塊（ダマ）を効率良く粉砕できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２７６５９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記第１の方式は、流動性に優れる粉体の混合には有効であるが、流動性が悪く凝集性の高い粉体においては凝集塊が残り均一に混合できないという問題があった。
また、上記第２の方式は、上記のように凝集塊を効率良く粉砕できるが、同時に一次粒子も粉砕されるという問題があった。なお、ボールミルにおいては、一次粒子の粉砕防止の観点から樹脂被覆ボールを用いる方式が知られているが、ボールミルによる混合においては、混合工程終了後に粉体とボールとを分離する必要があるため、操作が煩雑になるという問題がある。
【０００６】
さらに、Ｖ型混合機、流動層型混合機、及びボールミルを除き、従来の粉体混合装置においては、装置可動部と容器内壁との間にクリアランスが設けられているため、流動性の悪い粉体では当該クリアランスがデッドスペースとなり充分に混合されないという問題もあった。また、回転翼を使用する装置において、回転軸の軸受けが混合する粉体の内部にある場合（例えば軸受けが混合槽底部にあるような場合）には、軸受けに粉体粒子が咬み込んで回転が阻害され、或いは軸受けから発生する異物が粉体中に混入するという問題もあった。
【０００７】
そこで、本発明は、構造が簡単で且つ操作の容易な装置であって、流動性が悪く凝集性の高い粉体であっても一次粒子の粉砕を伴わずに凝集粒子のみを選択的に粉砕することにより粉体の均一混合が可能な粉体混合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】
【０００８】
本発明の解決しようとする課題は以上であり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００９】
即ち、請求項１に係る粉体混合装置は、粉体が投入される混合槽と、前記混合槽内にその上部より挿入されて回転可能に支持される回転軸と、前記混合槽内において前記回転軸に固定される回転翼と、を備え、前記混合槽内の粉体を前記回転翼により混合する粉体混合装置であって、前記回転軸は、前記回転翼を回転させた状態で、前記回転翼を前記混合槽の上下方向に昇降可能に構成され、前記回転翼は、その回転径が、前記回転軸の回転により生じる遠心力により前記混合槽の内径以上に拡径するとともに、その回転形状を前記混合槽の形状に合わせて変化させながら回転可能に構成されるものである。
【００１０】
請求項２に係る粉体混合装置は、請求項１に係る粉体混合装置において、前記回転翼は、柔軟性のある環状のワイヤにより形成されるものである。
【００１１】
請求項３に係る粉体混合装置は、請求項２に係る粉体混合装置において、前記回転翼は、その環状に曲げた少なくとも表面が樹脂により形成されるものである。
【００１２】
請求項４に係る粉体混合装置は、請求項１から請求項３のいずれか１項に係る粉体混合装置において、前記混合槽は、丸底円筒型の槽により形成されるものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、流動性に乏しく凝集性の高い均一混合が困難な粉体であっても、簡単な装置構造且つ容易な操作により、一次粒子の粉砕を伴わずに粉体を均一に混合することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施例に係る粉体混合装置の全体構成を示す概略図である。
【図２】本発明の実施例に係る粉体混合装置の動作を示す図であり、（ａ）は、回転翼を丸底円筒容器の下部で動作させた場合、（ｂ）は、回転翼を図（ａ）より上方で動作させた場合、（ｃ）は、回転翼を図（ｂ）より上方で動作させた場合である。
【図３】（ａ）は、実施例１における粉体の混合状態を顕微鏡観察した際の混合粉の顕微鏡写真、（ｂ）は、比較例１における粉体の混合状態を顕微鏡観察した際の混合粉の顕微鏡写真、（ｃ）は、比較例２における粉体の混合状態を顕微鏡観察した際の混合粉の顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
まず、本発明の実施例に係る粉体混合装置１０の構成について図面に基づき説明する。
【００１６】
図１に示すように、粉体混合装置１０は、粉体１が投入される丸底円筒容器２０（「混合槽」の一例）と、丸底円筒容器２０内に回転可能に支持される回転軸３０と、丸底円筒容器２０内において回転軸３０の下端部に固定される回転翼４０と、を備え、丸底円筒容器２０内の粉体１を回転翼４０により混合するものである。粉体混合装置１０においては、丸底円筒容器２０に混合する粉体１を充填し、粉体１を充填した丸底円筒容器２０に回転翼４０を挿入し、挿入した回転翼４０を高速回転させつつ上下動させることにより粉体１の撹拌混合を行う。この時、回転翼４０は、回転軸３０の回転により生じる遠心力によってその回転径を拡径しながら回転する。
【００１７】
ここで、粉体混合装置１０の各構成について説明する。
【００１８】
図１に示すように、丸底円筒容器２０は、円筒状の容器であり、底部分が丸形に形成されている。丸底円筒容器２０の底部分を丸形に形成することで、拡径した回転翼４０と丸底円筒容器２０の底部分との間にクリアランスが生じ難くなる。そのため、拡径した回転翼４０と丸底円筒容器２０の底部分との間が、粉体１の混合時にデッドスペースとはならず、流動性の悪い粉体１であっても充分に混合することができる。
【００１９】
また、丸底円筒容器２０には、混合すべき粉体１が投入（充填）される。粉体１の丸底円筒容器２０への充填量は、嵩で丸底円筒容器２０の容積の５〜８０％であることが好ましい。５％未満、及び８０％を超える場合には、粉体１の混合が不十分となる。
【００２０】
回転軸３０は、その上端部が図示しないモータ（駆動手段）により回転可能に支持されるとともに、丸底円筒容器２０内を上下方向に移動可能に設けられる。そして、回転軸３０は、当該モータにより回転されるとともに、当該モータにより丸底円筒容器２０の上下方向に昇降される。また、回転軸３０は、丸底円筒容器２０の上部から挿入され、その回転可動部が上部片持ち式となっている。すなわち、回転軸３０の軸受けが、粉体の存在しない丸底円筒容器２０の上方のみ（丸底円筒容器２０の外部）に設置されるため、軸受けへの粉体粒子の咬み込みや、それに伴う回転阻害は起こらず、また、軸受けから発生した異物が丸底円筒容器２０内の粉体１に混入することもない。
【００２１】
回転翼４０は、回転軸３０の先端部に固定される撹拌翼である。回転翼４０は、複数本（図１においては２本）の環状のワイヤ４１により形成される。ワイヤ４１は、環状に曲げた少なくとも表面が樹脂により形成される柔軟性のあるワイヤである。ワイヤ４１の環状に曲げた少なくとも表面を樹脂で形成することで、ワイヤ４１を金属で形成した場合と比較して柔らかくなり、回転翼４０を高速で回転させた場合であっても一次粒子の破壊を伴わず選択的に凝集塊の解砕のみを行うことができる。
【００２２】
また、回転翼４０は、回転軸３０の回転に伴って回転するとともに、回転軸３０の回転により生じる遠心力によりワイヤ４１が広がり、その回転径が丸底円筒容器２０の径方向に拡径する。この時、回転翼４０の回転径ｒ１（広がったワイヤ４１の回転径）が丸底円筒容器２０の内径ｒ２以上に拡径することが好ましく、さらには、ｒ２≦ｒ１≦１．３×ｒ２の範囲で拡径することが好ましい。
【００２３】
また、ワイヤ４１のワイヤ径は、丸底円筒容器２０の内径に対して３〜２０％であることが好ましい。３％未満の場合には粉体１の混合が不十分となり、２０％を超える場合には、回転翼４０と粉体１の回転速度が近くなり、回転翼４０と粉体１との相対速度が低下して逆に混合効率が低下する。さらに、ワイヤ４１のワイヤ径が大きくなるとワイヤ４１の剛性が高くなり、遠心力による拡径が生じ難くなる。
【００２４】
さらに、回転翼４０を形成するワイヤ４１の本数は６本以下であることが好ましい。６本を超える場合には、回転翼４０と粉体１の回転速度が近くなり、回転翼４０と粉体１との相対速度が低下して逆に混合効率が低下する。なお、ワイヤ径の大きなワイヤ４１の内側にワイヤ径の小さいワイヤ４１を配置して形成した回転翼４０においては、回転翼４０を形成するワイヤ４１の本数を６本以上としても構わない。ただし、ワイヤ４１の本数を増やし過ぎると混合効率が低下するため、混合効率が低下しない程度の本数が上限となる。また、ワイヤ径の異なるワイヤ４１を多重にして回転翼４０を形成することにより、ワイヤ径の大きいワイヤ４１の内側の粉体１も撹拌することが可能となり、混合効率を向上させることができる。
【００２５】
さらにまた、回転翼４０の長さ（回転軸３０に取り付けた際の長さ方向の長さであって、遠心力による拡径前の長さ）は、丸底円筒容器２０の容器長の１０〜９０％であることが好ましい。１０％未満の場合には粉体１の混合が不十分となり、９０％を超える場合には、回転翼４０の上下動が困難となるため、粉体１の混合が不十分となる。
【００２６】
次に、粉体混合装置１０の動作について説明する。
【００２７】
図２に示すように、回転翼４０は、回転軸３０の回転に伴って回転する。これにより丸底円筒容器２０内の粉体１が混合される。この時、回転翼４０は、回転軸３０の回転による遠心力により、その回転径が拡径する。ここで、回転翼４０は、図２の点線部のように丸底円筒容器２０の径方向に拡径するが、丸底円筒容器２０の内径が回転翼４０の回転径より小さいため、その先端部分が丸底円筒容器２０の内壁に接触した状態で回転する。
【００２８】
さらに、回転翼４０は柔軟性のあるワイヤ４１で形成されているため、その回転形状を丸底円筒容器２０の形状に合わせて変化させながら（変形しながら）回転する。特に、図２（ａ）に示すように、回転翼４０が丸底円筒容器２０の下部（底部分）で回転する場合には、ワイヤ４１が丸底円筒容器２０の下部（底部分）の丸形形状に合わせて変形した状態で回転するため、回転翼４０と丸底円筒容器２０の底部分との間にクリアランスが生じ難くなる。
【００２９】
さらにまた、粉体１の凝集塊を解砕する際の回転翼４０の衝撃力は、回転翼４０（ワイヤ４１）の周速に関係する。一般的に、回転翼４０の周速は、「回転翼４０の回転径」と、「回転翼４０の回転速度」と、の積に比例する値となるが、粉体混合装置１０においては、遠心力により拡径したワイヤ４１が丸底円筒容器２０の内壁に接触するため、「丸底円筒容器２０の内径」と、「回転翼４０の回転速度」との積に比例する値となる。以上の点を踏まえ、回転翼４０の周速は、０．１〜１０ｍ／ｓｅｃとすることが好ましい。回転翼４０の周速が０．１ｍ／ｓｅｃ未満の場合には、粉体１に与える衝撃が不足し凝集塊を解砕できない。また、回転翼４０の周速が１０ｍ／ｓｅｃを超える場合には、丸底円筒容器２０の内壁とワイヤ４１の擦れが必要以上に激しくなり、発熱或いはワイヤ４１表面の樹脂の摩耗が激しくなり好ましくない。
【００３０】
さらにまた、粉体混合装置１０においては、粉体１を均一に混合するために必要な混合時間と回転翼４０の回転速度とは相互に依存するため、当該混合時間と当該回転速度との積として回転翼４０の回転数で制御すべきである。この点を踏まえ、回転翼４０の回転数は、２０００〜１０００００回であることが好ましい。回転翼４０の回転数が２０００回未満の場合には粉体１の混合が不十分であり、１０００００回を超える場合には既に粉体１の均一混合が終了しており、無駄な撹拌を行うことになる。なお、回転翼４０の回転速度は、回転翼４０の周速からの制約により決定される。
【００３１】
さらにまた、粉体混合装置１０は、回転翼４０を高速で回転させながら丸底円筒容器２０の上下方向に昇降させることにより粉体１の混合を行う。これにより、丸底円筒容器２０の全ての場所においてデッドスペースが生じず、丸底円筒容器２０内の粉体１を均一に混合することができる。
【実施例】
【００３２】
次に、本発明の実施例を説明する。なお、本発明は、以下の実施例に何ら限定されるものではない。
【００３３】
（実施例１）
回転軸３０は、直径３ｍｍ、長さ１２５ｍｍのアルミシャフトにより形成した。回転翼４０は、２本の環状のフッ素樹脂コーティングワイヤ（直径２．５ｍｍ、長さ１２０ｍｍ）により形成した。丸底円筒容器２０は、容量５０ｍｌ、内径３２ｍｍのネジ付き丸底試験管とした。回転軸３０を回転するモータは、回転数制御が可能な撹拌モータを用い、回転数８００ｒｐｍで混合を行った。混合を行う粉体１は、粉体Ａとして平均粒径５μｍの黒色のニッケル酸化物を、粉体ＢとしてＪＩＳ試験用粉体１の１７種（中位径の範囲１．９〜２．４μｍの重質炭酸カルシウム）をそれぞれ用いた。なお、粉体Ａ、粉体Ｂともに流動性に乏しい粉体である。そして、粉体Ａ７ｇと、粉体Ｂ３ｇとを丸底円筒容器２０に投入し、１０分間混合を行った。混合した粉体（混合粉）については、一定の高さで擦り切ったものを試料として顕微鏡観察を行った。
【００３４】
（比較例１）
実施例１と同様の粉体Ａ及び粉体Ｂを用いた。そして、粉体Ａ０．７ｇと、粉体Ｂ０．３ｇとをメノー乳鉢に投入し、乳棒により１０分間混合を行った。混合した粉体（混合粉）については、一定の高さで擦り切ったものを試料として顕微鏡観察を行った。
【００３５】
（比較例２）
実施例１と同様の粉体Ａ及び粉体Ｂを用いた。そして、粉体Ａ７ｇと、粉体Ｂ３ｇとを膨らませたビニール袋（１００ｍｍ×７０ｍｍ）に封入し、１０分間激しく震盪し混合（ビニール袋混合）を行った。混合した粉体（混合粉）については、一定の高さで擦り切ったものを試料として顕微鏡観察を行った。なお、このビニール袋による混合は、Ｖ型混合機、或いは流動層型混合機の混合状態を模擬化したものである。
【００３６】
図３（ａ）に示すように、実施例１においては、粉体混合装置１０によって１０分間粉体Ａ及び粉体Ｂを混合することにより、図３（ｂ）に示すメノー乳鉢で混合した場合（比較例１）と同等の良好な混合状態の粉体が得られた。一方、図３（ｃ）に示すように、比較例２においては、実施例１と同様の粉体（粉体Ａ及び粉体Ｂ）及び混合時間（１０分間）で混合を行ったが、凝集塊が多数生じ、実施例１及び比較例１と同等の良好な混合状態の粉体は得られなかった。
【００３７】
以上のように、粉体混合装置１０によると、流動性に乏しく凝集性の高い均一混合が困難な粉体１であっても、簡単な装置構造且つ容易な操作により、一次粒子の粉砕を伴わずに粉体１を均一に混合することができる。
【００３８】
なお、粉体混合装置１０においては、回転翼４０を環状のワイヤ４１により形成しているが、これに限定されるものではなく、その回転径が、回転軸３０の回転により生じる遠心力により丸底円筒容器２０の内径以上に拡径するとともに、その回転形状を丸底円筒容器２０の形状に合わせて変化させながら回転可能に構成されていれば、例えば、複数の線状のワイヤを延設した回転翼であっても構わない。
【符号の説明】
【００３９】
１      粉体
１０      粉体混合装置
２０      丸底円筒容器（混合槽）
３０      回転軸
４０      回転翼
４１      ワイヤ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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