(57)【要約】【課題】混合性（溶解性）に優れる混合装置を提供する。【解決手段】固形分と液体を収容する撹拌槽、前記撹拌槽の内部にある撹拌翼、前記撹拌翼を回転するための駆動部材、及び前記駆動部材に接続し、前記駆動部材へ電流を印加する電源を具備する混合装置であって、前記電源は、前記駆動部材へ印加する電流の方向を変えることができ、前記駆動部材は、印加される電流の方向が変わることにより、前記撹拌翼の回転方向を変えることができる、混合装置。【選択図】図１
2016013511.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固形分と液体を収容する撹拌槽、
前記撹拌槽の内部にある撹拌翼、
前記撹拌翼を回転するための駆動部材、及び
前記駆動部材に接続し、前記駆動部材へ電流を印加する電源を具備する混合装置であって、
前記電源は、前記駆動部材へ印加する電流の方向を変えることができ、
前記駆動部材は、印加される電流の方向が変わることにより、前記撹拌翼の回転方向を変えることができる、混合装置。
【請求項２】
前記撹拌翼が、前記撹拌槽に固形分と液体を収容した場合に、前記撹拌翼の長手方向の軸が、前記液体の液面と略平行になるように設けられた請求項１に記載の混合装置。
【請求項３】
前記撹拌槽に固形分と液体を収容した場合に、前記撹拌翼の回転方向を変えることにより、前記固形分と液体の対流方向を変えることができる請求項１又は２に記載の混合装置。
【請求項４】
前記固形分の比重が１．１〜３．０である請求項１〜３のいずれかに記載の混合装置。
【請求項５】
感光性樹脂組成物を撹拌するために用いられる請求項１〜４のいずれかに記載の混合装置。
【請求項６】
撹拌槽に固形分と液体を収容し、
電源から駆動部材に電流を印加することにより、前記撹拌槽の中にある撹拌翼を回転して前記固形分と前記液体を撹拌しながら混合し、
前記電源によって前記駆動部材へ印加する電流の方向を変えることにより、前記撹拌翼の回転方向を変えて回転し、前記固形分と前記液体を撹拌しながら混合する混合方法。
【請求項７】
前記撹拌翼の回転方向が変わることにより、前記固形分と前記液体の対流方向が変わる請求項６に記載の混合方法。
【請求項８】
撹拌槽に固形分と液体を収容し、
電源から駆動部材に電流を印加することにより前記撹拌槽の中にある撹拌翼を回転して、前記固形分と前記液体を撹拌しながら混合する混合方法であって、
前記撹拌翼が回転することによって生じる前記固形分と前記液体の対流方向が、前記撹拌翼の回転中心部分において、前記撹拌槽の底面から前記液体の液面へ向かう方向である混合方法。
【請求項９】
前記液面の高さが、前記撹拌翼を停止した状態で、前記撹拌翼の最下部より高く、かつ前記撹拌翼の最上部より低い請求項８に記載の混合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、混合装置及び混合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ポリマー含有ワニス等の固形分と液体の混合物を製造する場合、混合装置内で固形分と液体、例えば樹脂、フィラ、溶剤等を撹拌して混合物を得る方法が一般的に行われている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−６２５８１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、従来の撹拌方式では溶解性不足に陥り、固形分が溶解せずに残存する場合があった。本発明の目的は、混合性（溶解性）に優れる混合装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者らは鋭意検討した結果、従来の撹拌方式では、対流が一定であることが原因で上記の問題が生じていることが分かった。そこで、対流の変化を及ぼす方法として、船舶のスクリュープロペラを参考にした。船舶のスクリュープロペラは、プロペラに備え付けられた撹拌翼のピッチ(角度)が可変化できるものであり、船舶の前進・後退に合わせピッチ角を調整することで対流を可変化できるものである。しかしながら、船舶のようにピッチを変更する方法を検討したが、船舶に比べ小型な撹拌機にピッチ可変化装置を搭載することは難しかった。
【０００６】
本発明者らはさらに検討した結果、従来の撹拌方式では、撹拌方向が一方向であることにも起因して上記の問題が生じていることが分かった。即ち、固形分が高比重物質であると底に沈殿しやすく、低比重物質であると液面に浮遊しやすいが、撹拌方向が一方向であると対流方向が一方向のみになり、固形分が局所的に留まって混合液に充分に取り込まれないため、溶解性が不足することを見出した。例えばポリマー含有ワニス（高比重物質）の場合、抜き出し検査では底に沈殿したポリマーが溶解残として排出されることがあった。
【０００７】
本発明者らは、ピッチ可変化装置等の大掛かりな装置を用いなくても、撹拌翼の回転方向及び混合物の対流方向を変えることができる装置によって溶解性を向上できることを見出し、本発明を完成した。
【０００８】
本発明によれば、以下の混合装置等が提供される。
１．固形分と液体を収容する撹拌槽、
前記撹拌槽の内部にある撹拌翼、
前記撹拌翼を回転するための駆動部材、及び
前記駆動部材に接続し、前記駆動部材へ電流を印加する電源を具備する混合装置であって、
前記電源は、前記駆動部材へ印加する電流の方向を変えることができ、
前記駆動部材は、印加される電流の方向が変わることにより、前記撹拌翼の回転方向を変えることができる、混合装置。
２．前記撹拌翼が、前記撹拌槽に固形分と液体を収容した場合に、前記撹拌翼の長手方向の軸が、前記液体の液面と略平行になるように設けられた１に記載の混合装置。
３．前記撹拌槽に固形分と液体を収容した場合に、前記撹拌翼の回転方向を変えることにより、前記固形分と前記液体の対流方向を変えることができる１又は２に記載の混合装置。
４．前記固形分の比重が１．１〜３．０である１〜３のいずれかに記載の混合装置。
５．感光性樹脂組成物を撹拌するために用いられる１〜４のいずれかに記載の混合装置。
６．撹拌槽に固形分と液体を収容し、
電源から駆動部材に電流を印加することにより、前記撹拌槽の中にある撹拌翼を回転して前記固形分と前記液体を撹拌しながら混合し、
前記電源によって前記駆動部材へ印加する電流の方向を変えることにより、前記撹拌翼の回転方向を変えて回転し、前記固形分と前記液体を撹拌しながら混合する混合方法。
７．前記撹拌翼の回転方向が変わることにより、前記固形分と前記液体の対流方向が変わる６に記載の混合方法。
８．撹拌槽に固形分と液体を収容し、
電源から駆動部材に電流を印加することにより前記撹拌槽の中にある撹拌翼を回転して、前記固形分と前記液体を撹拌しながら混合する混合方法であって、
前記撹拌翼が回転することによって生じる前記固形分と前記液体の対流方向が、前記撹拌翼の回転中心部分において、前記撹拌槽の底面から前記液体の液面へ向かう方向である混合方法。
９．前記液面の高さが、前記撹拌翼を停止した状態で、前記撹拌翼の最下部より高く、かつ前記撹拌翼の最上部より低い８に記載の混合方法。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、混合性（溶解性）に優れる混合装置が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の混合装置を示す概略図である。
【図２】本発明の混合装置の動作を示す概略図である。
【図３】本発明の混合装置を用いて低比重材料の混合を行った場合の概略図である。
【図４】本発明の混合装置を用いて高比重材料の混合を行った場合の概略図である。
【図５】本発明の第２の混合方法を用いて、仕込み量を低減して撹拌を行った場合の概略図である。
【図６】従来の混合方法によって、仕込み量を低減して撹拌を行った場合の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の混合装置は、固形分と液体を収容する撹拌槽、撹拌槽の内部にある撹拌翼、撹拌翼を回転するための駆動部材、及び駆動部材に接続し、駆動部材へ電流を印加する電源を具備する。
電源は、駆動部材へ印加する電流の方向を変えることができ、駆動部材は、印加される電流の方向が変わることにより撹拌翼の回転方向を変えることができる。
以下、図面を用いて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００１２】
本発明の混合装置の概略図を図１に示す。
混合装置１は、固形分と液体を収容する撹拌槽１０、撹拌槽１０の内部にある撹拌翼１２、撹拌翼１２に動力を伝える撹拌棒（シャフト）１４、撹拌翼１２を回転するための駆動部材２０、駆動部材２０に接続し、駆動部材２０へ電流を印加する電源３０、及び電源３０を制御する制御盤４０を具備する。
撹拌翼１２は、通常、撹拌槽１０に固形分と液体を収容した場合に、撹拌翼１２の長手方向の軸が液面と略平行になるように設ける。
【００１３】
尚、制御盤４０は電源３０の周波数や印加方向を制御するためのものであるが、電源３０により回転数や回転方向を制御できれば、制御盤４０は設けなくてもよい。また、例えば、駆動部材２０に撹拌翼１２を直接接続する場合や、撹拌翼１２を磁気等で駆動する場合、撹拌棒（シャフト）１４は設けなくてもよい。
【００１４】
撹拌槽１０、撹拌棒１４としては特に制限はなく、公知のものを用いることができる。駆動部材２０としては、回転数や回転方向を変更することができれば特に制限はない。例えばサイクロ減速機（住友重機械工業株式会社製）を用いることができる。
【００１５】
撹拌翼１２としては、固形分と液体を撹拌した場合に、撹拌翼の回転中心部分において、回転翼の回転面に対して垂直方向、即ち、撹拌槽の底面から液面へ向かう方向、又は液面から撹拌槽底面に向かう方向に対流を発生させることができ、かつ、その方向を変更できるものを用いる。このような撹拌翼により、対流方向の可変化（二方向化）が可能となる。
このような撹拌翼として、例えばプロペラ翼及びかい翼（パドル翼）を用いることができる。羽の傾斜角は、軸方向の対流を発生できれば特に制限はないが、通常３０〜６０°が好ましく、４０〜５０°がより好ましい。
【００１６】
電源３０としては、周波数や印加電流方向が可変なものであれば特に制限はない。例えば、インバータＦＲＥＱＲＯＬ−８００（三菱電機株式会社製）を用いることができる。
【００１７】
制御盤４０としては、電源３０の周波数や印加電流方向が可変なものであれば特に制限はない。例えば、ＰＬＣ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｌｏｇｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌｅｒ）及びＤＣＳ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）が挙げられる。制御盤４０を用いると、駆動部材２０への指令を制御盤からの指令に集約することができ、一元管理する点で好ましい。
【００１８】
次に、混合装置１の動作について図２を用いて説明する。
混合装置１によって固形分と液体を混合する場合、撹拌槽１０に固形分と液体を収容し、電源３０によって駆動部材２０に電流を印加して撹拌翼１２を駆動する。撹拌翼１２が回転することで固形分と液体に対流が生じ、これらが撹拌、混合される。尚、固形分は図示していない。
【００１９】
固形分等の対流方向は、撹拌翼１２の回転方向により変えることができる。例えば、シャフト１４と撹拌翼１２を矢印Ａの方向に回転した場合（正回転）、固形分等は矢印Ｂの方向、即ち、撹拌翼１２の回転中心部分において液面から底面に向かい、回転円周において底面から液面に向かう方向に対流する。また、シャフト１４と撹拌翼１２を矢印Ａと反対の方向に回転した場合（逆回転）、固形分等は矢印Ｂと反対の方向、即ち撹拌翼１２の回転中心部分において底面から液面に向かい、回転円周において液面から底面に向かう方向に対流する（図示せず）。
尚、「正回転」とは、固形分等が矢印Ｂの方向に対流するような撹拌翼の回転方向を言い、「逆回転」とは、その逆、即ち、固形分等が矢印Ｂと反対の方向に対流するような撹拌翼の回転方向を言う。
【００２０】
撹拌翼１２の回転方向は、電源３０によって又は制御盤４０で制御された電源３０によって適宜変更することができる。従って、固形分の比重等の混合条件に応じて適宜対流方向を決定することで、充分な撹拌、混合が可能となる。
【００２１】
次に、固形分として低比重材料を用いた場合と高比重材料を用いた場合の混合についてそれぞれ説明する。
まず、低比重材料を用いた場合について図３を用いて説明する。
溶媒が投入された撹拌槽１０に低比重材料（図中の白丸）を投入すると、比重差により低比重材料が溶媒の液面に浮遊する。この場合、撹拌翼１２の回転を正回転Ａとして方向Ｂの対流を発生させると好ましい。この対流により、液面に浮遊する低比重材料を底面方向へ運搬でき、効率的に混合を行うことができる。一方、撹拌翼１２を逆回転させると、撹拌翼１２の回転中心部から上昇する対流によって、液面に浮遊する低比重材料がそのまま液面に留まってしまい、溶液内部に誘導できず、撹拌・混合を充分に行えないおそれがある。
【００２２】
高比重材料を用いた場合について図４を用いて説明する。
溶媒が投入された撹拌槽１０に高比重材料（図中の黒丸）を投入すると、比重差により高比重材料は底面へ沈降しはじめ、一定時間が経過すると全て底面へ沈下する。この場合、撹拌翼１２の回転を逆回転Ｃとし、液面方向Ｄへの対流を発生させると好ましい。この対流により、底面に沈下した高比重材料を液面方向へ運搬でき、効率的に撹拌・混合することができる。一方、撹拌翼１２を正回転させると、底面へ沈下した高比重材料がそのまま底面に留まってしまい、溶液内部に誘導できず、撹拌・混合を効率的に行えないおそれがある。
【００２３】
また、高比重材料と低比重材料の両方を含む場合、正回転と逆回転を適宜繰り返すことにより、いずれの材料も充分に混合することができる（図示せず）。
【００２４】
本発明の混合装置は、撹拌方向を変えることにより固形分等の対流方向を自在に変更できる。そのため、材料の比重に応じて、対流方向を適宜選択・変更して、最適な条件で混合することができる。また、対流方向を繰り返し変更することで混合容器内をより乱流にすることができるため、高比重材料と低比重材料の両方を含む場合等であっても充分な混合が可能となる。
【００２５】
本発明の装置で混合する材料には特に制限はない。
低比重材料としては比重が０．７〜１．０のものが挙げられる。高比重材料としては比重が１．１〜３．０のものが挙げられ、１．２〜１．５のものが利用されることが多い。
これらの材料としては、炭酸カルシウム、アルミナ、酸化チタン、マイカ、炭酸アルミニウム、水酸化アルミニウム、ケイ酸マグネシウム、ケイ酸アルミニウム、シリカ、ガラス短繊維、ホウ酸アルミニウムウィスカ、炭化ケイ素ウィスカ等の無機充填材が挙げられる。
また、溶媒としては、ＮＭＰ（Ｎ−メチル−２−ピロリドン）、γ-ブチロラクトン等が挙げられる。
【００２６】
製造する混合物（組成物）としては、ポリマー含有ワニス、塗料、液状研磨剤、接着剤等が挙げられる。本発明の混合装置は、特にポリマー含有ワニスを製造する際に好適に用いることができる。
例えば混合物としてポリマー含有ワニス（感光性樹脂組成物）を製造する場合、溶媒のＮＭＰ（比重１．１）に対して、固形材料（比重２．１）等を用いてこれらを混合する。
【００２７】
次に、本発明の混合方法について説明する。
本発明の第１の混合方法は、撹拌槽に固形分と液体を収容し、電源から駆動部材に電流を印加することにより、撹拌槽の中にある撹拌翼を回転して固形分と液体を撹拌しながら混合し、電源によって駆動部材へ印加する電流の方向を変えることにより、撹拌翼の回転方向を変えて回転し、固形分と液体を撹拌しながら混合する。
第１の混合方法は、上記の本発明の混合装置を用いて行うことができる。各装置等の条件は上記と同じである。
【００２８】
本発明の第１の混合方法は、撹拌翼の回転方向の切り替えを行って対流方向を切り替えることを特徴とし、これにより残渣等の生じない充分な撹拌が可能となる。
【００２９】
回転方向の切り替えは１度のみでもよいし複数回行ってもよい。例えば１〜２回行う。また、各撹拌時間は、例えば１０〜３０分である。
撹拌翼の回転速度には特に制限はないが、通常、１００〜２００ｒｐｍが好ましく、１３０〜１７０ｒｐｍがより好ましい。
【００３０】
本発明の第２の混合方法は、撹拌槽に固形分と液体を収容し、電源から駆動部材に電流を印加することにより撹拌槽の中にある撹拌翼を回転（逆回転）して、固形分と液体を撹拌しながら混合する。
本方法において、撹拌翼が回転することによって生じる固形分と液体の対流方向は、撹拌翼の回転中心部分において、撹拌槽の底面から液体の液面へ向かう方向である。
【００３１】
第２の混合方法が第１の混合方法と異なる点は、逆回転を用いること、即ち、撹拌翼の回転中心部分において、撹拌槽の底面から液体の液面へ向かう方向の対流のみを用いることである。また、電源は印加電流可変のものに限定されず、公知のものを用いることができる。他の条件等は第１の混合方法と同じである。
【００３２】
第２の混合方法によれば、原料の仕込み量（最低仕込み量）を低減することができる。以下に説明するように、撹拌翼を停止した状態で、液面が撹拌翼の最下部に達していれば、液面が撹拌翼の最上部に達していなくても混合することができるからである。
図５に示すように、第２の混合方法において撹拌翼１２は逆回転するため（方向Ｃ）、回転中心において上昇方向Ｄの対流を発生する。この対流によって固形分等が液内部から液面方向に供給される結果、液面が上昇する。液面が上昇することで対流が確保されるため、充分な混合が可能となり、さらに撹拌翼１２への固形分の堆積も生じない。
【００３３】
液面の高さは、撹拌翼の最下部より上部であればよく、例えば撹拌翼下端から、撹拌翼下端から上部までの高さの１／４以上高く、１／２以上高いと好ましい。
【００３４】
従来の撹拌方式では、底面方向（正回転）の対流のみで混合操作を行っていたため、以下に説明するように、混合液が撹拌翼の上部まで達する必要がある。
底面方向の対流の場合、混合液を撹拌翼上部まで満たし、撹拌翼上部から底方向へ流れを形成しないと軸流が発生しないため、液面が羽上部に達しないと駆動部材は空回りしてしまう（図６）。また、材料を投入した際に撹拌翼上部へ堆積し、溶解不良を起こしてしまう。
【００３５】
バッチプロセス生産を進めるうえで、市場動向の影響により少量多品種生産が増加の傾向にある。本発明の第２の混合方法は、材料の最低仕込み量の低減が可能であるため、少量多品種生産に特に有用である。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明の混合装置によれば、ポリマー含有ワニス等の混合液を効率的に製造することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１  混合装置
１０  撹拌槽
１２  撹拌翼
１４  撹拌棒
２０  駆動部材
３０  電源
４０  制御盤
Ａ  回転方向（正回転）
Ｂ  対流方向
Ｃ  回転方向（逆回転）
Ｄ  対流方向
【図１】
2016013511.tif 000003
【図２】
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【図３】
2016013511.tif 000005
【図４】
2016013511.tif 000006
【図５】
2016013511.tif 000007
【図６】
2016013511.tif 000008