(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
撹拌される液体又は粉体、或いは溶液の流入口と流出口とを有し、内部に液体又は粉体、或いは溶液を流通させる円筒状の壁部と、壁部に螺旋状に固定されて内部に向かって突出する第１の螺旋羽根と、からなる導管と、  導管内に設けられ、導管の軸方向に振動可能に支持された軸部と、軸部に螺旋状に固定されて外部に向かって突出する第２の螺旋羽根と、からなる撹拌体と、  撹拌体の一端に連結されて撹拌体を軸方向に振動させる撹拌体振動源と、を備え、  第１の螺旋羽根及び第２の螺旋羽根は、一定の間隔を保ちながら同じ螺旋を描くように連続し、導管の径方向に沿って二重螺旋を形成し、第１の螺旋羽根の内端部には、液体又は粉体、或いは溶液が流通可能な開口部又は切込み部が設けられ、第２の螺旋羽根の外端部には、液体又は粉体、或いは溶液が流通可能な開口部又は切込み部が設けられ、第１の螺旋羽根の開口部又は切込み部と、第２の螺旋羽根の開口部又は切込み部とは重ね合わされて設置されないことを特徴とする振動撹拌装置。
【請求項２】
請求項１に記載の振動撹拌装置であって、軸部の一部を壁部に固定する連結部を備え、連結部により軸部の一部を壁部に固定することで、撹拌体と導管とを相互に同期して振動させることを特徴とする振動撹拌装置。
【請求項３】
請求項１に記載の振動撹拌装置であって、導管を軸方向に振動させる導管振動源をさらに備え、導管振動源を導管に連結させることで、撹拌体と導管とを相互に独立して振動させることを特徴とする振動撹拌装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の振動撹拌装置であって、導管の壁部の外周にはジャケットが設けられ、液体又は粉体、或いは溶液を冷却又は加熱可能な流通路が形成されるか、又は第１の螺旋羽根の断面内には液体又は粉体、或いは溶液を冷却又は加熱可能な流通路が形成されることを特徴とする振動撹拌装置。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動撹拌装置に係り、特に、液体又は粉体を均一に撹拌混合する、或いは均一な重合反応を促進する振動撹拌装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
粉体に液体を添加して混合する場合、液体に粉体を添加して混合する場合、又は粉体と液体とを同時に添加して混合する場合において、液体中に粉体の二次凝集粒を発生させないように液体中に粉体を分散させる技術が考案されている。また、液体の重合反応を促進させて均一な重合物を製造する技術が考案されている。
【０００３】
特許文献1には、撹拌混合装置及び撹拌混合方法が開示されている。ここでは、内部に流体が流通するケーシングの内部に設けられた流通路の仕切り板に１つ以上の孔が設けられることが記載されている（図７、図８参照）。この孔により仕切り板間に形成される撹拌室内の撹拌度合を他の撹拌室と異ならせることができる。さらに、撹拌羽根にも１つ以上の孔が設けられることが記載されている。この孔により、撹拌羽根において孔の形成された部分の振動可能範囲に位置する撹拌室内の撹拌度合を他の撹拌室と異ならせることができる。
【０００４】
特許文献２には、分子量分布の狭い、または低分子量の重合物を効率よく製造することが可能な撹拌重合装置及び重合方法が開示されている。ここでは、導管を多段に仕切る仕切り板に流体を流通させる流通孔が形成されている。そして、導管内に撹拌体を所定のモードで細動させ、撹拌羽根による流体の流れの分散合流の繰り返しと、撹拌羽根の細動による流体の振動により重合溶液を撹拌し、重合反応を促進させることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４３６６１２４号公報
【特許文献２】特許第４２７８２４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の振動撹拌装置及び撹拌混合方法では、液体又は粉体、或いは重合溶液を均一に撹拌混合する能力が十分ではなく、所望の撹拌混合効果が得られないか、或いは撹拌時間がかかり過ぎ不経済であるという問題があった。
【０００７】
また、上記撹拌混合能力の限界により、混合可能な粉体と液体との組み合わせ、或いは重合溶液の種類が限定されるという問題があった。また、上記撹拌混合能力を向上させ、撹拌混合或いは撹拌重合に要する時間を短縮するという要求があった。
【０００８】
本願の目的は、かかる課題を解決し、撹拌体の振動により内部の液体又は粉体、或いは重合溶液に渦流或いは乱流を発生させ、撹拌効率の高い撹拌混合或いは撹拌重合を可能とする振動撹拌装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明に係る振動撹拌装置は、撹拌される液体又は粉体、或いは溶液の流入口と流出口とを有し、内部に液体又は粉体、或いは溶液を流通させる円筒状の壁部と、壁部に螺旋状に固定されて内部に向かって突出する第１の螺旋羽根と、からなる導管と、導管内に設けられ、導管の軸方向に振動可能に支持された軸部と、軸部に螺旋状に固定されて外部に向かって突出する第２の螺旋羽根と、からなる撹拌体と、撹拌体の一端に連結されて撹拌体を軸方向に振動させる撹拌体振動源と、を備え、第１の螺旋羽根及び第２の螺旋羽根は、一定の間隔を保ちながら同じ螺旋を描くように連続し、導管の径方向に沿って二重螺旋を形成し、第１の螺旋羽根の内端部には、液体又は粉体、或いは溶液が流通可能な開口部又は切込み部が設けられ、第２の螺旋羽根の外端部には、液体又は粉体、或いは溶液が流通可能な開口部又は切込み部が設けられ、第１の螺旋羽根の開口部又は切込み部と、第２の螺旋羽根の開口部又は切込み部とは重ね合わされて設置されないことを特徴とする。
【００１０】
上記構成により、振動撹拌装置は液体又は粉体、或いは溶液が流通する導管内部に第１の螺旋羽根と第２の螺旋羽根とが二重螺旋を形成する。すなわち、従来液体又は粉体、或いは溶液が流通する流通路を仕切っていた仕切り板を改良して螺旋状の羽根とし、撹拌羽根と二重螺旋を形成するように配置したものである。そして、第１の螺旋羽根の内端部、及び第２の螺旋羽根の外端部であって、相互に重ね合わされない位置に開口部又は切込み部が設けられる。この構成で撹拌体を振動させることで、導管内部を流通する液体又は粉体、或いは溶液は、静止した第１の螺旋羽根の開口部又は切込み部、及び振動する第２の螺旋羽根の開口部又は切込み部周辺に生じる複雑な渦流或いは乱流により撹拌効率の高い撹拌混合或いは撹拌重合が可能となる。以下、この撹拌混合或いは撹拌重合を「第１の振動モードによる撹拌方法」と称する。
【００１１】
また、振動撹拌装置は、軸部の一部を壁部に固定する連結部を備え、連結部により軸部の一部を壁部に固定することで、撹拌体と導管とを相互に同期して振動させることが好ましい。これにより、撹拌体と導管とが双方とも同時に振動し、導管内部を流通する液体又は粉体、或いは溶液が、共に振動する第１の螺旋羽根の開口部又は切込み部、及び第２の螺旋羽根の開口部又は切込み部周辺に生じる複雑な渦流或いは乱流により撹拌効率の高い撹拌混合或いは撹拌重合が可能となる。以下、この撹拌混合或いは撹拌重合を「第２の振動モードによる撹拌方法」と称する。
【００１２】
また、振動撹拌装置は、導管を軸方向に振動させる導管振動源をさらに備え、導管振動源を導管に連結させることで、撹拌体と導管とを相互に独立して振動させることが好ましい。これにより、撹拌体と導管とが独立して振動し、導管内部を流通する液体又は粉体、或いは溶液が、相互に異なる振動数又は振幅により振動する第１の螺旋羽根の開口部又は切込み部、及び第２の螺旋羽根の開口部又は切込み部周辺に生じる複雑な渦流或いは乱流により撹拌効率の高い撹拌混合或いは撹拌重合が可能となる。以下、この撹拌混合或いは撹拌重合を「第３の振動モードによる撹拌方法」と称する。
【００１３】
さらに、振動撹拌装置は、導管の壁部の外周にはジャケットが設けられ、液体又は粉体、或いは溶液を冷却又は加熱可能な流通路が形成されるか、又は第１の螺旋羽根の断面内には液体又は粉体、或いは溶液を冷却又は加熱可能な流通路が形成されることが好ましい。これにより、重合反応の重合条件に応じて適切な温度設定を行うことができる。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように、本発明に係る振動撹拌装置によれば、撹拌体の振動により内部の液体又は粉体、或いは重合溶液に渦流或いは乱流を発生させ、撹拌効率の高い撹拌混合或いは撹拌重合を可能とする振動撹拌装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る振動撹拌装置の１つの実施形態の概略構成を示す断面図である。
【図２】第１螺旋羽根及び第２螺旋羽根による二重螺旋の構成を示す図1のＡ−Ａ断面図である。
【図３】第１螺旋羽根及び第２螺旋羽根に設けられる開口部の実施例を示す詳細断面図である。
【図４】第１螺旋羽根及び第２螺旋羽根に設けられる切込み部の実施例を示す詳細断面図である。
【図５】導管の壁部の外周に設けられる、溶液の加熱冷却方法の一つの実施例を示す断面図である。
【図６】第１螺旋羽根の断面内に設けられる、溶液の加熱冷却方法の一つの実施例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（振動撹拌装置の構成）
以下に、図面を用いて本発明に係る振動撹拌装置の実施形態につき、詳細に説明する。図１に、本発明に係る振動撹拌装置１の１つの実施形態の概略構成を示す。振動撹拌装置１は、導管２、撹拌体３、及び撹拌体振動源４から構成される。導管２は、内部に液体又は粉体、或いは重合溶液を流通させる円筒状の壁部５、及び壁部５に螺旋状に固定されて内部に向かって突出する第１螺旋羽根６からなる。ここで、以下、導管２の内部を流通して撹拌される「液体又は粉体、或いは重合溶液」を総称して「溶液等」と称する。撹拌体３は、導管２内に設けられ、導管２の軸方向に振動可能に支持された軸部７、及び軸部５に螺旋状に固定されて外部に向かって突出する第２螺旋羽根８からなる。そして、導管２は撹拌される溶液等の流入口１０と流出口１１とを有する。撹拌体振動源４は、撹拌体３の一端に連結されて撹拌体３を軸方向に振動させる。ここで、軸方向とは、撹拌体３の軸部５の軸方向をいう。
【００１７】
図２に、第１螺旋羽根６及び第２螺旋羽根８による二重螺旋の構成を示す。第１螺旋羽根６及び第２螺旋羽根８は、導管２の径方向に沿って二重螺旋を形成する。ここで、「導管２の径方向に沿った螺旋」とは、図１及び図４に示すように、一定の半径を有して導管２の外周上を螺旋状に連続する線と導管２の中心線とを結ぶように形成された螺旋羽根をいう。そして、第１螺旋羽根６と第２螺旋羽根８とは、一定の間隔を保ちながら、同じ螺旋を描くように連続する。すなわち、従来、溶液等が流通する流通路を仕切っていた仕切り板を改良して螺旋状の羽根とし、撹拌羽根と二重螺旋を形成するように配置したものである。
【００１８】
図３に、第１螺旋羽根６及び第２螺旋羽根８に設けられる開口部の実施例を示す。また、図４に、第１螺旋羽根６及び第２螺旋羽根８に設けられる切込み部１７，１８の実施例を示す。第１螺旋羽根６の内端部には、溶液等が流通可能な第１開口部１５又は切込み部１７が設けられ、第２螺旋羽根８の外端部には、溶液等が流通可能な第２開口部１６又は切込み部１８が設けられ、第１螺旋羽根６の第１開口部１５又は切込み部１７と、第２螺旋羽根８の第２開口部１６又は切込み部１８とは重ね合わされて設置されない。
【００１９】
図３及び図４では、第１開口部１５及び第２開口部１６は、円形の穴としているが、これに限らず、例えば三角形、四角形など他の形状でも良い。また、第１開口部１５及び第２開口部１６はそれぞれ第１螺旋羽根６の内端部、及び第２螺旋羽根８の外端部に設けられているが、この位置に限らず、例えば、第１螺旋羽根６の外端部、及び第２螺旋羽根８の内端部に設けられても良く、第１螺旋羽根６の第１開口部１５と、第２螺旋羽根８の第２開口部１６とが重ね合わされて設置されないことが条件となる。
【００２０】
図３及び図４では、切込み部１７及び１８は、長円形の切込みとしているが、これに限らず、例えば三角形、四角形など他の切込みの形状でも良い。また、切込み部１７，１８はそれぞれ第１螺旋羽根６の内端部、及び第２螺旋羽根８の外端部に設けられているが、この位置に限らず、例えば、第１螺旋羽根６の外端部、及び第２螺旋羽根８の内端部に設けられても良く、第１螺旋羽根６の切込み部１７と、第２螺旋羽根８の切込み部１８とが重ね合わされて設置されないことが条件となる。
【００２１】
（撹拌混合或いは撹拌重合の振動モード）
図１及び図２を用いて撹拌混合或いは撹拌重合の３つの振動モードによる撹拌方法を説明する。第１振動モードによる撹拌方法は、導管２を固定させ、撹拌体３のみを撹拌体振動源４により振動させるモードである。これにより、図２に示す導管２の軸方向振動（Ｚ１）が０となり、導管２が静止した状態で撹拌体３の軸方向振動（Ｚ２）が発生する。この振動モードにより、導管２内部を流通する溶液は、静止した第１螺旋羽根６の第１開口部１５又は第１切込み部１７、及び振動する第２螺旋羽根８の第２開口部１６又は第２切込み部１８周辺に生じる複雑な渦流或いは乱流により撹拌効率の高い撹拌混合或いは撹拌重合が可能となる。すなわち、静止した第１螺旋羽根６と第２螺旋羽根８との間に挟まれた溶液は上下動する第２螺旋羽根８，８´により抑え込み又は引き伸ばしを受け、第１開口部１５或いは第２開口部１６を通過する。この第１開口部１５と第２開口部１６とは、重ね合わされた位置にない。従って、溶液は、上下動する第２螺旋羽根８，８´による抑え込み又は引き伸ばしの際に複雑な渦流或いは乱流となって撹拌混合或いは撹拌重合される。
【００２２】
第２振動モードによる撹拌方法は、導管２と撹拌体３とを相互に同期して振動させるモードである。すなわち、図１に示す連結部９の連結ボルト２１を締結することで、軸部７が壁部５に固定され、導管２は撹拌体振動源４により振動する撹拌体３と同期して振動する。これにより、図２に示す導管２の軸方向振動（Ｚ１）、及び軸方向振動（Ｚ１）に同期した撹拌体３の軸方向振動（Ｚ２）が発生する。この振動モードにより、第１螺旋羽根６の第１開口部１５又は第１切込み部１７、及び第２螺旋羽根８の第２開口部１６又は第２切込み部１８との間に挟まれた溶液は、複雑な渦流或いは乱流により撹拌効率の高い撹拌混合或いは撹拌重合が可能となる。すなわち、第１螺旋羽根６と第２螺旋羽根８との間に挟まれた溶液は上下動する第１螺旋羽根６及び第２螺旋羽根８により慣性力を受け、第１開口部１５或いは第２開口部１６を通過する。この第１開口部１５と第２開口部１６とは、重ね合わされた位置にない。従って、溶液は、上下動する第１螺旋羽根６及び第２螺旋羽根８により第１開口部１５又は第２開口部１６野通過の際に複雑な渦流或いは乱流となって撹拌混合或いは撹拌重合される。
【００２３】
第３振動モードによる撹拌方法は、図１に示すように、導管２を軸方向に振動させる導管振動源１２を導管２に連結させることで、撹拌体振動源４に接続された撹拌体３と、導管振動源１２に接続された導管２とを相互に独立して振動させるモードである。これにより、図２に示す導管２の軸方向振動（Ｚ１）、及び撹拌体３の軸方向振動（Ｚ２）がそれぞれ独立して発生する。この振動モードにより、第１螺旋羽根６の第１開口部１５又は第１切込み部１７、及び第２螺旋羽根８の第２開口部１６又は第２切込み部１８との間に挟まれた溶液は、複雑な渦流或いは乱流により撹拌効率の高い撹拌混合或いは撹拌重合が可能となる。
【００２４】
（撹拌混合或いは撹拌重合の加熱冷却）
図５に、導管２の壁部５の外周に設けられる加熱冷却方法の一つの実施例を示す。導管２の壁部５の外周にはジャケット１３が設けられ、ジャケット１３内には溶液を冷却又は加熱可能な流通路１４ａが形成される。そして、流通路１４ａを流通する流体の流体流出入口１９が設けられるが、流体の流入口と流出口とをそれぞれ設けても良い。このように、ジャケット１３及び溶液を冷却又は加熱可能な流通路１４ａを設けることで、重合反応の重合条件に応じて適切な温度設定を行うことができる。例えば、アニオン重合やカチオン重合は、連鎖反応を考慮して通常低温で行われる。一方、ラジカル重合、乳化重合などは、重合開始を促進する場合には温度を上げ、重合が進行して連鎖反応に移行した場合、及び連鎖反応を終結させる場合には、重合温度を下げる必要がある。
【００２５】
図６に、第１螺旋羽根６の断面内に設けられる加熱冷却方法の一つの実施例を示す。第１螺旋羽根６の断面内には液体又は粉体を冷却又は加熱可能な流通路１４ｂが形成される。そして、流通路１４ｂを流通する流体の流体流出入口２０が設けられるが、流体の流入口と流出口とをそれぞれ設けても良い。この第１螺旋羽根６の断面内に設けられる流通路１４ｂは、図５に示す流通路１４ａと比較して簡易なディテールであり、撹拌重合が行われる第１螺旋羽根６及び第２螺旋羽根８により近接している。
【符号の説明】
【００２６】
１  振動撹拌装置、２  導管、３  撹拌体、４  撹拌体振動源、５  壁部、６  第１螺旋羽根、７  軸部、８，８´  第２螺旋羽根、９  連結部、１０  流入口、１１  流出口、１２  導管振動源、１３  ジャケット、１４ａ，１４ｂ  流通路、１５  第１開口部、１６  第２開口部、１７  第１切込み部、１８  第２切込み部、１９，２０  流体流出入口、  ２１  連結ボルト。
【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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