(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器内に投入された固体粒子を該容器内にて下降及び上昇させて混合する粒子混合装置であって、
前記容器内下部の粒子を該容器内上部へ移動させる上昇手段と、
外形が筒状を成し前記容器内での粒子の下降及び／又は上昇方向の移動経路に筒軸が沿うように該容器内に設けられ筒内を通過する粒子を分流して螺旋状に進行するようにガイドする隔壁を備えたスタティックミキサーと、
を有することを特徴とする粒子混合装置。
【請求項２】
請求項１に於いて、
前段のスタティックミキサーの出口側の隔壁端面とその次段のスタティックミキサーの入口側の隔壁端面とが交叉する配置で、且つ、前段のスタティックミキサーの出口側の開口サイズよりその次段のスタティックミキサーの入口側の開口サイズの方が大きくなるように、前記スタティックミキサーを粒子の下降経路に沿って複数段に設けて成る、
ことを特徴とする粒子混合装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体粒子混合装置に関する。ここで、固体粒子とは、例えば樹脂粉末や樹脂ペレット、或いは相当直径が１５ｍｍ程度より小さくなるように粉砕されたリサイクルの樹脂片等をいう。また、相当直径とは、投影対象物の投影面積を円の面積に換算した場合に於ける当該円の直径をいう。
【０００２】
【従来の技術】
図４（ａ）は、組成分布のある樹脂ペレットを混合して均一化する従来の装置の一例を示す。図示の樹脂ペレット混合装置は、ホッパー１０１の上部から樹脂ペレットを投入した後、ホッパー１０１の下部から高圧空気を送り込む操作を間欠的に繰り返すことにより、ホッパー１０１内の樹脂ペレットを矢印の如く上方へ繰り返し吹き飛ばして混合する装置である。混合後、ホッパー１０１の下方のバルブを開くことにより、樹脂ペレットは下方へ抜き取られる。
図４（ｂ）は、組成分布のある樹脂ペレットを混合して均一化する従来の装置の他の一例を示す。図示の樹脂ペレット混合装置は、ホッパー１０２の上部から樹脂ペレットを投入した後、スクリューＳＣを回転（自転）させつつホッパー１０２の内壁に沿うように回転（公転）させることにより、ホッパー１０２内の樹脂ペレットを上下にかき混ぜて混合する装置である。混合後、ホッパー１０２の下方のバルブを開くことにより、樹脂ペレットは下方へ抜き取られる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
図４（ａ）の装置は、樹脂ペレットを高圧空気で上方へ吹き飛ばして混合する装置であるため、十分に混合されるまでに長時間を要するという問題がある。また、高圧空気を間欠的に送り込むための機構が必要であるが、そのような機構は高価であるばかりでなく、十分なメンテナンスが必要であるため、ランニングコストも高いという問題がある。さらに、高圧空気で樹脂ペレットを吹き飛ばす際に大きな騒音が発生するという問題もある。
図４（ｂ）の装置は、樹脂ペレットをスクリューで上下に循環させてかき混ぜる装置であるため、混合に長時間を要するという問題がある。また、一度に混合可能な樹脂ペレット量も比較的少量であるため、多量の樹脂ペレットの混合には適さないという問題もある。さらに、スクリューという駆動部を有するため、駆動機構等に故障が発生し易いという問題もある。
本発明は、多量の固体粒子を短時間で十分に混合でき、装置動作時の騒音も小さく、機構が簡易でメンテナンスの頻度も低くて足り、装置自体も低コストな粒子混合装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、容器内に投入された固体粒子を該容器内にて下降及び上昇させて混合する粒子混合装置であって、前記容器内下部の粒子を該容器内上部へ移動させる上昇手段と、外形が筒状を成し前記容器内での粒子の下降及び／又は上昇方向の移動経路に筒軸が沿うように該容器内に設けられ筒内を通過する粒子を分流して螺旋状に進行するようにガイドする隔壁を備えたスタティックミキサーと、を有することを特徴とする粒子混合装置である。
前記上昇手段は、特に限定されない。例えば、空気の圧力で粒子を容器内上部へ移動させる機構でもよく、スクリュー等の可動部を備えた駆動機構を用いて上昇させてもよい。好ましい上昇手段は、重力の作用で下降して前記容器内下部の所定部位に集まる粒子を空気圧の作用で上昇管内を上昇させる機構である。また、粒子を上昇させる機構は、容器内に単一の機構として設けてもよく、複数個の機構を設けてもよい。
前記スタティックミキサーは、筒軸が下降方向の経路に沿うように設けられてもよく、上昇方向の経路に沿うように設けられてもよい。また、下降方向と上昇方向の各経路に沿うように設けられてもよい。
スタティックミキサーの筒断面の形状は、例えば円形であるが、円形に限定されず、楕円形、多角形等であってもよい。要は、筒内を通過する粒子を隔壁により分流して螺旋状に進行するようにガイドできればよい。粒子を螺旋状に進行させ得るためには隔壁が筒方向に向けて捩じれる必要があるが、その捩じれ角度、つまり、筒の一端面から他端面に到るまでの間に隔壁が回転する角度は、例えば９０度や１８０度等であるが、これら以外の角度であってもよい。
スタティックミキサーを直列に複数段設ける際に於いて、前段のスタティックミキサーの出口側の隔壁端面とその次段のスタティックミキサーの入口側の隔壁端面とが交叉する配置で、且つ、前段のスタティックミキサーの出口側の開口サイズよりその次段のスタティックミキサーの入口側の開口サイズの方が大きくなるように、前記スタティックミキサーを粒子の下降経路に沿って複数段に設けることが望ましい。
【０００５】
本発明の粒子混合装置で混合可能な粒子のサイズは、粉末状態程度の微小なサイズ〜相当直径１５ｍｍ程度の範囲である。
また、本発明の粒子混合装置で混合可能な粒子は、例えば樹脂原料から新たに製造された樹脂ペレットや、樹脂成形品を上記のサイズまで粉砕したリサイクル用の粉砕片である。
なお、前記例示における樹脂としては、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂，ポリスチレン樹脂，アクリロニトリル−スチレン樹脂等の各種のスチレン系樹脂、ポリカーボネート樹脂，ポリエチレン，ポリプロピレン等のオレフィン系樹脂、ＰＡ６，ＰＡ６６，ＰＡ４６，ＰＡ１２等のポリアミド樹脂、ポリブチレンテレフタレート，ポリエチレンテレフタレート，ポリアクリレート等のポリエステル樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂，ポリアセタール，塩化ビニル樹脂，ポリスルフォン，ＰＰＳ，ポリエーテルスルフォン，エチレン−酢酸ビニル共重合体，エチレン−エチルアクリレート共重合体，ＥＶＯＨ，ポリアミド系エラストマー，ポリエステル系エラストマー，及びこれらが２種以上混合したアロイなどを例示することができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図３を参照して、本発明の実施の形態の粒子混合装置を説明する。図１（ａ）は粒子混合装置の上面模式図、図１（ｂ）は縦断面模式図である。図２はスタティックミキサーの機構の説明図であり、（ａ）は横たえた状態の縦断面図、（Ｘ）〜（Ｚ）は（ａ）内の対応する矢視の端面図である。図３はスタティックミキサーの配置の説明図であり、（ａ）は３段に設けられたスタティックミキサーの部分の拡大図、（Ｕ）と（Ｖ）は（ａ）内の対応する矢視の端面図である。
【０００７】
図示の粒子混合装置は、ホッパー（容器）１０内に投入された樹脂粒子を、重力の作用で下降させつつ３段のスタティックミキサーを通して混合してホッパー１０内の下部中央に集め、これを空気の圧力で上昇管３１を通して上方へ上昇させ、再び重力の作用で下降させつつ３段のスタティックミキサーを通して混合してホッパー１０内の下部中央に集め、これを再び空気の圧力で上昇管３１を通して上方へ上昇させるという操作を繰り返すことで、ホッパー１０内の樹脂粒子を速やかに、且つ、十分に混合する装置である。なお、上昇管３１の下部には、樹脂粒子を取り込むための開口３２が設けられている。混合が終了すると、ホッパー１０の下方のバルブが開かれて、樹脂粒子は、矢印（最下部の太矢印）の如く下方へ抜き取られて回収される。
【０００８】
図１に示すように、ホッパー１０の側壁１１の内側には、相互に９０度の間隔を空けて、内壁に沿うようにして、鉛直方向に３段に接続したスタティックミキサー２０（２０ａ〜２０ｃ）が各々設けられている。
各スタティックミキサー２０は、図２に示すように、外形が断面円形の筒状を成し、筒内には、該筒内を通過する樹脂粒子を２つに分流して螺旋状に進行するようにガイドする１枚の隔壁２２を備えている。この隔壁２２は、筒内を通過する樹脂粒子を螺旋状に進行させ得るように筒方向に向けて捩じれるように設けられており、その捩じれ角度、即ち、筒の一端面（入口側端面）から他端面（出口側端面）に到るまでの間に隔壁２２が捻られる角度は、図２の例では１８０度である。つまり、入口側端面から出口側端面に到るまでの間に半回転するように捻られて設けられている。この捩じり角度は１８０度に限定されず、例えば、９０度、２７０度、３６０度等でもよく、これら以外の角度であってもよい。隔壁２２が徐々に捻られている様子を示すために、図２（Ｘ）に入口側での隔壁の端面２２０を、図２（Ｙ）に筒中央部での隔壁の切断端面２２１を、図２（Ｚ）に出口側での隔壁の端面２２２を、それぞれ示す。
また、図示の例では、各スタティックミキサー２０の隔壁２２は曲面形状の１枚の板状部材であり、このため、樹脂粒子を２つに分流する作用を奏するのであるが、必ずしも１枚の板状部材である必要はなく、例えば、樹脂粒子を３つに分流する作用を奏する形状の部材（筒軸に直交する切断端面が筒軸から等角度で３つの半径方向に延びる形状の部材）であってもよく、４以上に分流する作用を奏する形状の部材であってもよい。
【０００９】
スタティックミキサー２０は、図１の例では３段に設けられており、且つ、各スタティックミキサーのサイズ（筒径）は、最上段のスタティックミキサー２０ａが最も小さく、下へ行くほど大きくなるように設けられている。つまり、下段側のスタティックミキサーの上部開口の一部が、その上段側のスタティックミキサーの下部開口と重ならず、ホッパー１０内の樹脂粒子を取り込み得るように設けられている。このため、上段側のスタティックミキサーの上部開口から流入できず、該上段側のスタティックミキサーの外部を下降する樹脂粒子の一部は、下段側のスタティックミキサーの上部開口の上段側との非重なり部分から、該下段側のスタティックミキサー内へ流入する。図１（ｂ）でスタティックミキサー２０ｂや２０ｃに流入する垂直下向きの矢印は、その様子を示す。なお、図１（ｂ）で下向きに交叉する矢印は、各スタティックミキサー２０（２０ａ〜２０ｂ）内を通過する樹脂粒子が螺旋状に下降する様子を示す。
スタティックミキサー２０は、また、上段側とその下段側とで、隔壁２２が交叉するように設けられている。即ち、図３に示すように、上段側のスタティックミキサー２０ａの出口側の隔壁端面２２２と、その下段側のスタティックミキサー２０ｂの入口側の隔壁端面２２０とが、相互に交叉する位置関係となるように設けられている。このため、上段側のスタティックミキサー２０ａへ流入する際に２つに分流された樹脂粒子は、次段（下段側）のスタティックミキサー２０ｂへ流入する際に更に２つに分流されることとなり、その結果、その時点では４つに分流されることになる。以下、スタティックミキサーの段数を経るにつれて分流数が増加して、十分に混合されることになる。
なお、図１の例ではスタティックミキサーの段数は３段であるが、３段に限定されない。２段でもよく、４段以上であってもよい。要は、スタティックミキサー内を通過する樹脂粒子を十分に且つ速やかに混合できればよい。
【００１０】
以上のように構成される粒子混合装置では、可動部の無いスタティックミキサーを通すことにより樹脂粒子を混合するため、故障が少なく、メンテナンスの手間も大幅に低減することができる。
また、樹脂粒子を上昇させるための空気の圧力も比較的低圧（０．３〜０．５ｋｇ／ｃｍ2 程度）で足りるため騒音も小さく、その機構も簡易にでき、機器やランニングコストも低価格とすることができる。
【００１１】
上述の例では、スタティックミキサー２０はホッパー１０の内壁に沿って設けられており、これにより、ホッパー１０内を下降する樹脂粒子を混合する機能を奏するのであるが、ホッパー１０の中央部に設けられていてもよく、内壁に沿う位置と中央部の双方に設けられていてもよい。また、ホッパー下部斜壁１２の内壁に沿うように設けられていてもよい。要は、ホッパー１０内を下降する樹脂粒子を混合する機能を奏し得ればよい。なお、スタティックミキサー２０がホッパー１０の中央部に設けられる場合、上昇管３１は他の部位、例えば、ホッパー１０の内壁に沿う位置等に設ける必要が生ずる。
また、上述の例では、スタティックミキサー２０はホッパー１０内を下降する樹脂粒子の経路に設けられているが、上昇管３１内に設けられてもよい。その場合には、上昇する樹脂粒子を混合する作用を奏することになる。なお、その場合には、樹脂粒子を上昇させるための空気の圧力としては、上述の例よりも若干高い圧力が必要となる。
また、上述の例では、スタティックミキサー２０は、ホッパー１０の内壁に沿う位置に相互に９０度の間隔を空けて等間隔に４組が設けられているが、１〜３組でもよく、５組以上でもよい。また、等間隔であることは必須ではなく、配置上の要請等に応じて適宜の間隔で配置してもよい。
また、上述の例では、上昇管３１としては、１本がホッパー１０の中央部に設けられているが、２本以上を適宜の位置に設けてもよい。
また、上述の例では、ホッパー１０は円筒形状の筒の下部に逆円錐台形状の筒か連続する形状であるが、上述の機能を阻害しないかぎり、ホッパーの形状は任意であり、適宜の形状を採用できる。
【００１２】
【発明の効果】
本発明では、容器内に投入された粒子を該容器内にて下降及び上昇させて混合する粒子混合装置を、前記容器内下部の粒子を該容器内上部へ移動させる上昇手段と、外形が筒状を成し前記容器内での粒子の下降及び／又は上昇方向の移動経路に筒軸が沿うように該容器内に設けられ筒内を通過する粒子を分流して螺旋状に進行するようにガイドする隔壁を備えたスタティックミキサーとを有するように構成したため、多量の粒子を短時間で十分に混合でき、装置動作時の騒音も小さく、機構が簡易でメンテナンスの頻度も低くて足り、装置自体も低コストな粒子混合装置を提供することができる。
また、前記スタティックミキサーにおいて、前段のスタティックミキサーの出口側の隔壁端面とその次段のスタティックミキサーの入口側の隔壁端面とが交叉する配置で、且つ、前段のスタティックミキサーの出口側の開口サイズよりその次段のスタティックミキサーの入口側の開口サイズの方が大きくなるように、前記スタティックミキサーを粒子の下降経路に沿って複数段に設けることによって、多量の粒子を短時間で十分に混合する作用を更に高めることができる。
さらに、前記の上昇手段を、粒子を空気圧の作用で上昇管内を上昇させる機構として構成することにより、該機構にスクリューのような可動部が存在しないこととなり、このため、メンテナンスの頻度を更に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態の粒子混合装置を模式的に示し、（ａ）は上面図、（ｂ）は縦断面図。
【図２】図１の粒子混合装置に用いられるスタティックミキサーを示し、（ａ）はスタティックミキサーを横たえた状態の縦断面図、（ｘ）と（ｙ）と（Ｚ）はそれぞれ（ａ）内のＸ視、Ｙ視、Ｚ視の端面図。
【図３】図１の粒子混合装置の要部を示し、（ａ）は３段に設けられたスタティックミキサーの部分の拡大図、（Ｕ）と（Ｖ）はそれぞれ（ａ）内のＵ視、Ｖ視の端面図。
【図４】従来の樹脂ペレット混合装置を模式的に示し、（ａ）は高圧空気で混合する装置の縦断面図、（ｂ）はスクリューで混合する装置の縦断面図。
【符号の説明】
１０  ホッパー（容器）
１１  ホッパー側壁
１２  ホッパー下部斜壁
１３  ホッパー下部側壁
２０  スタティックミキサー
２０ａ  スタティックミキサー（小サイズ）
２０ｂ  スタティックミキサー（中サイズ）
２０ｃ  スタティックミキサー（大サイズ）
２１  スタティックミキサーの筒体
２２  スタティックミキサーの隔壁
３１  上昇管
３２  上昇管下部
２２０  スタティックミキサーの入口側の隔壁端面
２２２  スタティックミキサーの出口側の隔壁端面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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