(57)【要約】      （修正有）【課題】粉体混合装置において、容器内部に発生する乱気流による粉体材料の上昇を抑制することで、羽根による粉体材料の取り込み回数を増加させ混合効率を良好なものとし、付着防止による歩留まりを向上させる。【解決手段】攪拌翼６が、軸方向上側に配置される上方翼７と、下方側に配置される下方翼８で構成され上下方向に対面して設けられる一対の翼を有し、対面する上方翼７と下方翼８の間隔が回転方向前方より後方が狭く設定され、上方翼７と下方翼８の半径方向の外方先端部分を結合する連結部９を備え、攪拌翼６の垂直断面が円環形状である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
略円筒容器の底部中心部位に備えられた回転軸へ放射状に設けられ、回転軸の回転により粉体材料を攪拌する攪拌翼を有する粉体材料の混合装置において、攪拌翼が、軸方向上側に配置される上方翼と、下方側に配置される下方翼で構成され上下方向に対面して設けられる一対の翼を有し、対面する上方翼と下方翼の間隔が回転方向前方より後方が狭く設定され、上方翼と下方翼の半径方向の外方先端部分を結合する連結部を備え、上方翼と下方翼との間に空間部を有し、攪拌翼の垂直断面が円環形状であることを特徴とする粉体材料の混合装置。
【請求項２】
前記上方翼と下方翼の夫々対向する面に傾斜を備えており、上方翼の傾斜面の傾斜角をθ１とし、下方翼の傾斜面の傾斜角をθ２としたとき、θ２≧θ１となることを特徴とする請求項１に記載の粉体材料の混合装置。
【請求項３】
前記上方翼と下方翼の傾斜面の傾斜角がθ２−θ１が０〜１０°となることを特徴とする請求項１に記載の粉体材料の混合装置。
【請求項４】
前記攪拌翼の回転方向の後方部が曲面で形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の粉体材料の混合装置。
【請求項５】
前記攪拌翼が、回転軸に固定される中央部と連結部の夫々対向する面に傾斜を備えており、対面する中央部と連結部の間隔が回転方向前方より後方が狭く設定されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の粉体材料の混合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の粉体材料同士を均一に混合する粉体混合装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
粉体混合装置としては、従来技術として、特許文献１（特開平５−９６５２７号公報）が知られている。
この粉体混合装置は、上下に配置した羽根を備え、羽根の回転により粉体材料同士を衝突させることにより、粉体材料を分散させ、均一化を図るものです。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−９６５２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年では、機能性粒子の素材開発に伴い、従来に無い粉体材料の産業界への活用が促進されている。
従来からの一般的な材料を用いる際には、高速撹拌ミキサの羽根先端の周速は４０ｍ／Ｓ付近までが主流であったが、（前述の特許文献１には、羽根先端の周速は毎分２〜７０ｍと記載があります）前記の機能性粒子の新素材では、１００ｍ／Ｓ程の粉体混合装置も開発されている。
また、新素材開発に使用する材料は高価な材料が多く、試験段階では特に小型装置（容器容量１〜１０Ｌ）が要求されている。
このような近年の要求に対し、従来の粉体混合装置には、以下のような課題が発生する。
粉体混合装置において、羽根先端周速を１００ｍ／Ｓとし、１０Ｌの容器容量であるとした場合には、羽根の回転には１００００ｒｐｍ程の回転数が必要となる。
このような超高速回転で羽根を回転させた場合、羽根の傾斜角度が大きいと、羽根の傾斜面への空気抵抗が大きくなり容器内部に乱気流が発生する。
【０００５】
この気流によって羽根に衝突した粉体材料は、容器内部を上昇してしまい、容器上方に設けられた蓋部に付着してしまう。このため、容器上部へ材料が残留し、混合工程において材料の歩留りを低下させる問題が生じてしまう。
そのため、容器自体の高さを大きくし容器の蓋部への付着を防止する必要が生じ、容器が材料容量よりも大型化してしまうことになる。
また、粉体材料が上昇してしまうため、羽根に衝突回数が減少してしまい混合効率が低下する。
したがって、本発明は、容器内部に発生する乱気流による粉体材料の上昇を抑制することで、羽根による粉体材料の衝突回数を増加させ混合効率を良好なものとし、付着防止による歩留まりを向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本発明は、略円筒容器の底部中心部位に備えられた回転軸へ放射状に設けられ、回転軸の回転により粉体材料を攪拌する攪拌翼を有する粉体材料の混合装置において、攪拌翼が、軸方向上側に配置される上方翼と、下方側に配置される下方翼で構成され上下方向に対面して設けられる一対の翼を有し、対面する上方翼と下方翼の間隔が回転方向前方より後方が狭く設定され、上方翼と下方翼の半径方向の外方先端部分を結合する連結部を備え、上方翼と下方翼との間に空間部を有し、攪拌翼の垂直断面が円環形状であることを特徴とする。
また、前記上方翼と下方翼の夫々対向する面に傾斜を備えており、上方翼の傾斜面の傾斜角をθ１とし、下方翼の傾斜面の傾斜角をθ２としたとき、θ２≧θ１となることを特徴とする。
【０００７】
また、前記上方翼と下方翼の傾斜面の傾斜角がθ２−θ１が０〜１０°となることを特徴とする。
また、前記攪拌翼の回転方向の後方部が曲面で形成されていることを特徴とする。
また、前記攪拌翼が、回転軸に固定される中央部と連結部の夫々対向する面に傾斜を備えており、対面する中央部と連結部の間隔が回転方向前方より後方が狭く設定されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、以下の効果を奏する。
今後、新素材開発のため、粉体材料のさらなる微粒子混合が要求され、さらなる高回転による高せん断処理が必要とされる。本発明による攪拌翼を環構造にすることにより、容器内への乱気流の発生が抑制され、粉体材料同士の衝突による効率的な粉体材料の均一化と分散化を行うことができる。
また、本発明による攪拌翼を環構造にすることにより、攪拌翼の剛性が強固なものとなり攪拌翼の回転数を高速化した場合の遠心力や材料から受ける力に薄肉で対応することが可能となるので、攪拌翼の傾斜角度が小さくなり、傾斜面で受ける粉体材料の当接による抵抗力を小さくし、上方への跳ね上げを抑え、気流を穏やかにすることができ、翼自体の寿命を延ばすことができる。
また、攪拌翼の回転方向の最端部位である後方部が曲面で形成されている。これは、攪拌翼の回転時に発生する気流において攪拌翼後方で渦の発生を抑制し、気流を穏やかにできる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係る体混合装置の全体を示す概略断面図である。
【図２】攪拌翼の斜視図である。
【図３】攪拌翼の傾斜角がθ２−θ１＝０°の場合の図１におけるＡ−Ａ矢視の混合作用説明図である。
【図４】攪拌翼の傾斜角がθ２＞θ１の場合の図１におけるＡ−Ａ矢視の混合作用説明図である。
【図５】図１におけるＢ−Ｂ矢視の混合作用説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
図１は、粉体混合装置の全体を示す概略断面図を示している。
図２は、攪拌翼の斜視図を示している。
図３は、攪拌翼の傾斜角がθ２−θ１＝０°の場合の図１におけるＡ−Ａ矢視の混合作用説明図を示している。
図４は、攪拌翼の傾斜角がθ２＞θ１の場合の図１におけるＡ−Ａ矢視の混合作用説明図を示している。
図５は、図１におけるＢ−Ｂ矢視の混合作用説明図を示している。
図１に示すように、粉体混合装置は、底面２へ平面を形成する略円筒形状である容器１を備え、容器１の底面２の中心部位へ回転軸３を有している。
容器１は、容器内方へ粉体材料を収容し攪拌する混合域を有し、上方には図示しない蓋部が、開閉自在に設けられ、粉体材料を上方より投入可能になされている。
回転軸３は、図示しないモーターなどの駆動源により回転自在に容器へ略垂直状に設けられており、容器内方に単体もしくは複数の羽根部４が交換可能になされて放射状に取り付けられている。
【００１１】
図２に示すように羽根部４は、回転軸３に固定される中央部５と、中央部５から略水平に突出して上下に２つの翼を設ける攪拌翼６を備えており、攪拌翼６は上方に配置される上方翼７と、下方に配置される下方翼８を有している。
上方翼７と下方翼８は、上下方向に対面されて設けられており、２つの翼の半径方向の外方先端部を上下に結合する連結部９が備えられている。
これにより、本発明の攪拌翼６は、上方翼７と下方翼８との間に空間部１０を有し、攪拌翼６の垂直断面が円環形状となる特徴を有する。
また、図２に示す羽根部４は、ひとつの中央部５から２つの攪拌翼６を一直線状に備えた例を示しているが、これに限らず、中央部５から１つの攪拌翼６を設けても良いし、十字状に４つの攪拌翼６や、より多数の攪拌翼６を設けても良い。
【００１２】
上方翼７は、下方翼８と対向する下面側へ上傾斜面１１を設けている。この上傾斜面１１は、攪拌翼６の回転方向の前方側から後方側へ向けて翼厚さが小さくなる傾斜を形成している。
また、下方翼８は、上方翼７と対向する上面側へ下傾斜面１２を設けている。この下傾斜面１２は、攪拌翼６の回転方向の前方側から後方側へ向けて翼厚さが小さくなる傾斜を形成している。
そのため、上方翼７と下方翼８との上下方向の間隔は、図３及び図４に示すように、攪拌翼６の回転方向の前方側が大きくなり、攪拌翼６の回転方向の後方側は小さくなるようになされ、上方翼７と下方翼８との上下方向の間隔が回転方向の前方側よりも、攪拌翼の回転方向の後方側が狭くなるように設定されている。
【００１３】
このときの上方翼７の上傾斜面１１の傾斜角度θ１と、下方翼８の下傾斜面１２の傾斜角度θ２は、θ２≧θ１の関係になされており、傾斜による気流の発生や粉体材料の移動方向をコントロールするようになされている。
また、上方翼７と下方翼８の傾斜面の傾斜角度θ１、θ２は小さく設定されており、望ましくは５〜２０°に設定されている。
上方翼７と下方翼８の半径方向の外方先端部分は、連結部９で結合されており、上下に立設された連結部９で結合されることで、上方翼７と下方翼８は先端部分が支持されない状態にならず、剛性を確保できる。
【００１４】
また、連結部９と中央部５には、図５に示すように、夫々対向する面へ傾斜が設けられている。連結部９側には連結部傾斜面１３が備えられ、中央部５側には中央部傾斜面１４が備えられ向かい合って設定されている。
この傾斜面により、連結部９と中央部５との左右方向の間隔を攪拌翼６の回転方向の前方側が大きくなり、攪拌翼６の回転方向の後方側は小さくなるようになされており、連結部９と中央部５との左右方向の間隔が回転方向の前方側よりも、攪拌翼６の回転方向の後方側が狭くなるように設定されている。
このときの中央部５の斜面の傾斜角度θ３と、連結部９の傾斜面の傾斜角度θ４は小さく設定されており、望ましくは５〜２０°に設定されている。
また、図３、図４、図５に示すように攪拌翼６の回転方向の最端部位である後方部１５が曲面で形成されている。これは、攪拌翼６の回転時に発生する気流において攪拌翼後方で渦の発生を抑制し、気流を穏やかにできる。
【００１５】
前述の構成の実施例による作用を以下に説明する。
容器１内へ粉体材料が投入された後に回転軸３を回転させて、粉体材料の混合を行なう。
容器１の容量は１０Ｌとし、このときの回転軸３の回転数は、１００００ｒｐｍ程度の超高速回転で回転し粉体を混合する。
回転により容器内の粉体材料は、円環形状になされた攪拌翼６の上方翼７と下方翼８との間の空間部１０へ取り込まれる。
取り込まれた粉体材料は、上下方向（垂直方向）においては、図２及び図３に示すように向かい合う上方翼７と下方翼８に形成された傾斜によって回転方向の後方へ発生する気流にのって送られる。また、左右方向（水平方向）においては、図５に示すように向かい合う連結部９と中央部５に形成された傾斜によって回転方向の後方へ発生する気流に沿って送られる。
【００１６】
したがって、向かい合う部位の傾斜角度を変化させることにより、気流の方向を変えることができる。
これにより、攪拌翼６の回転による容器内部に発生する気流をコントロールして、従来より問題となっていた乱気流の発生を抑え、粉体材料の予想外の過大な上昇を防ぐことができる。
粉体材料の上昇を抑制することで、攪拌翼による粉体材料の取り込み回数を増加させ、混合効率を良好なものとし、付着防止による歩留まりを向上させることが可能となる。
【００１７】
前述の上方翼７と下方翼８の傾斜角θ１、θ２において、図３に示すように上方翼７と下方翼８の間隔が回転方向の前方側よりも、攪拌翼６の回転方向の後方側が狭くなされており、θ１＝θ２の場合には、相対的に気流の流れは０°の方向（水平方向）となり、粉体材料は上昇することなく一箇所へ集められ衝突し、分散させられる。
また、図４に示すようにθ２＞θ１の場合には、気流の流れはθ２−θ１の角度で上昇される。これにより、粉体材料が上昇されて一箇所へ集められ衝突し、上方にて分散させられることとなる。
また、連結部９と中央部５の傾斜角θ３、θ４において、図５に示すように連結部９と中央部５との間隔が回転方向の前方側よりも、攪拌翼６の回転方向の後方側が狭くなされており、粉体材料が一箇所へ集められ衝突し、分散させられることとなる。
【００１８】
このように、攪拌翼６に形成された上方翼７と下方翼８及び連結部９と中央部５の傾斜によって発生する気流により、粉体材料が水平方向と垂直方向の２方向に渡って攪拌翼６の後方に集められる。
本発明では、水平方向と垂直方向の２方向に渡って気流を発生させることにより、粉体材料が攪拌翼６の通過後に一箇所へ集められ、粉体材料同士が集中的に衝突し、分散させられ、より効率良く粉体混合を行なうことができる。
また、夫々異なった傾斜角度を有する複数種類の羽根部４を準備し、交換可能とすることで、性状や物性の違う粉体材料に合わせた傾斜角度を持つ羽根部４を選択し、用いることができ、多種多様な粉体材料に対応できる混合装置を提供することが可能となる。
【００１９】
また、このような、超高速回転で攪拌翼６を回転すると、大きな遠心力が翼自体に作用する。さらに、粉体材料が翼へ当たる影響も小さくなく、粉体材料から受ける外力も大きくなる。
そのため翼の傾斜角を小さくし、粉体材料と当接する面積を狭くし、外力を軽減することが必要となる。しかしながら、翼の傾斜角を小さくする場合、翼の厚さが薄くなり強度不足により変形やたわみが生じるため翼の厚さを薄くして翼の傾斜角を小さくすることが困難となる。
【００２０】
また、翼の厚さを変えずに傾斜角を小さくした場合、翼の円周方向の幅を大きくする必要があり翼形状が大きくなる。
したがって、粉体混合装置において超高速回転を可能とするには、翼幅を変えず翼の傾斜角を小さくし、翼厚が薄くても強度が確保できる翼形状とする必要がある。
本発明は、この点を考慮し、上方翼７と下方翼８の半径方向の外方先端部分は、連結部９で結合されており、攪拌翼６の垂直断面を円環構造に形成して、翼の剛性を強固なものとしている。このため、超高速回転による変形やたわみが生じることなく、翼の厚さを薄くしたままで翼の傾斜角を小さくすることが可能となる。
【符号の説明】
【００２１】
１    容器
３    回転軸
５    中央部
６    攪拌翼
７    上方翼
８    下方翼
９    連結部
１０  空間部
１１  上傾斜面
１２  下傾斜面
１３  連結部傾斜面
１４  中央部傾斜面
１５  後方部
【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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