スイングスター® の撹拌性能向上
Improvement in Agitation Performance of SWINGSTIR®

小川智宏＊Tomohiro Ogawa

半田裕利＊
Hirotoshi Handa

山本昌史＊＊
Masafumi Yamamoto

スイングスターは独自の旋回撹拌方式により，無摺動フレキシブルシールを採用したクリーン撹
拌機である。このたびユーザの撹拌性能向上のニーズに応えるため，新型の３枚テーパ翼を開発した。本稿では，３枚テーパ翼の撹拌性能，およびフレキシブルシールの洗浄性について紹介する。
Using an original swing-based mixing system, SWINGSTIR is a clean reactor which has a frictionless
ﬂexible seal. This time, a new type impeller“3-blades taper impeller”has been developed in response touser needs of improvement in agitation performance. This paper shows its agitation performance andcleanability of the ﬂexible seal.

Key Words：
撹拌性能Agitation performance

コ ン タ ミ レ スContamination-free

無摺動Frictionless

洗浄性

Cleanability【セールスポイント】
・撹拌性能を大幅に向上させた旋回式撹拌翼・無摺動フレキシブルシールによるクリーン撹拌機

まえがき

性を中心に紹介する。

スイングスターは非回転の旋回方式撹拌を行うことで，回転摺動部のない独自のフレキシブルシール

1.

1. 1

スイングスターの形状基本構造を採用した撹拌機であり，既報１） においてその構まず旋回撹拌方式を採用したスイングスターの基造，特長について詳述した。2012年６月に販売を開

本構造について説明する。スイングスター反応機の始して以来，とくに医薬，電子材料，ファインケミ

断面図を図１に示す。

カル分野で好評を頂いている。

動力は，減速機出力軸に取付けられた偏芯伝動軸

シンプルな扁平断面のビーバーテイル翼はマイルから軸受を介して撹拌軸に伝達され，この偏芯伝動ドな撹拌が可能で，洗浄性に優れた形状であるが，軸で回転運動から旋回運動へ変換される。さらに撹

さらに撹拌性能向上のニーズに応えるため，新型の拌軸は，旋回運動の支点となる球面軸受で支持さ３枚テーパ翼を開発し，2013年10月に開催された

れ，フレキシブルシールにて缶内外を隔てている。

INCHEM TOKYO 2013に出展した。本稿ではこの３フレキシブルシールの断面形状を図２に示す。フレ枚テーパ翼の撹拌性能，フレキシブルシールの洗浄

キシブルシールの内面は，耐食性に優れた PTFE でVol. 11 No. 1（2014 ／ 9）神鋼環境ソリューション技報

43

表１

スイングスタービーバーテイル翼と３枚テーパ翼との比較

ビーバーテイル翼

３枚テーパ翼パイプを扁平させた形状

上側の翼幅を小さくしたテーパ形状の３枚翼

標準撹拌動力（水ベース）

0.05 kW/m3

0.3 kW/m3

翼

グラスライニング，ステンレス鋼，その他特殊金属

形状材

質

旋回運動側フランジ
減速機補強繊維

偏芯伝動軸
撹拌軸

EPDM ゴム

球面軸受
フレキシブルシール

バッフル
固定側フランジ

内面 PTFE

３枚テーパ翼図２

フレキシブルシール

能を大幅に向上させた。また３枚テーパ翼はビーバーテイル翼と同様にグラスライニングの施工も可能である。
図１2.

スイングスター反応機

2. 1

３枚テーパ翼の撹拌性能
混合性能

撹拌性能を評価するため既報１） と同形状の槽内あり，その外面側には耐圧性を持たせるための補強

径

繊維，およびそれらの層間を EPDM ゴムで充填し，試験を実施した。実験は，ヨード澱粉の呈色をチオ

１）可とう性をもたせた構造である。
1. 2

400 mm のアクリル製可視槽を使用し，混合硫酸ナトリウムで還元脱色する脱色法を使用し，各３枚テーパ翼

装置の撹拌動力を同一にして混合時間を測定し比較

スイングスターの撹拌翼についてビーバーテイル翼と新型の３枚テーパ翼との比較を表１に示す。
ビーバーテイル翼はパイプを扁平させたシンプルした。ヨード溶液およびチオ硫酸ナトリウム溶液
は，内容液と同じ粘度に調整したものを用い，混合時間は，脱色過程の連続写真から決定した。

な形状であったが，新型の３枚テーパ翼は，軸に３枚テーパ翼の混合性能をオーバル３枚後退翼，テーパ形状の板翼を３枚取付けた形状とし，撹拌性および当社 GL 撹拌翼であるツインスターと比較し

44

神鋼環境ソリューション技報

Vol. 11 No. 1（2014 ／ 9）

た結果を写真１に示す。実験では液粘度0.001
液深は，ビーバーテイル翼よりも混合性能が大幅に向上し，1.25の条件にて脱色の速さを比較ツインスターよりもさらに優れた特性を有している。

した。３枚テーパ翼は，オーバル３枚後退翼に比べ2. 2

混合速度が1.5～２倍速く，ツインスターと同等である。

異相系撹拌特性異相系撹拌特性の評価のため固液系，液液系２種類の撹拌実験を実施した。

また様々な液粘度にて同様に混合試験を実施し，混合時間を

固液系撹拌特性は水に粒子濃度をかさ体積23 ％

線図で整理し，各撹拌翼ののイオン交換樹脂を投入し，それぞれの撹拌翼につそれと比較した結果を図３に示す。３枚テーパ翼はいて回転数を段階的に変化させて液表面近傍で粒子濃度を測定し，粒子の浮遊状態を比較した。

３枚後退翼

液液系撹拌特性は20vol ％のケロシン（密度790ツインスター スイングスター（３枚テーパ翼）

kg/m3）と水を撹拌槽に満たし，固液撹拌試験と同様にそれぞれの撹拌翼について回転数を変化させ，撹拌槽，鏡部 T.L. 近傍でケロシン濃度を測定して，START液滴の分散状態を観察比較した。
固液系，液液系それぞれの撹拌特性について，単位容積当たりの動力に対し，粒子濃度およびケロシ2.0sec.

ン濃度をプロットした結果を図４，５に示す。
３枚テーパ翼とビーバーテイル翼を比較すると，固液系撹拌，液液系撹拌ともに，翼の大型化により吐出が強化された３枚テーパ翼の方が低回転数で均2.5sec.

一浮遊および均一分散が可能な結果であるが，図1 000［−］

3.0sec.

100

3.5sec.
10
３枚後退翼
ツインスター
フルゾーン
スイングスター（ビーバーテイル翼）
スイングスター（３枚テーパ翼）

4.0sec.

μ ＝0.001

写真１1
1.E+00混合経過の比較
PV ＝0.3 kW/m3 H/D ＝1.25

図３1.E+03

1.E+04

1.E+05

Re 曲線

30 ％

25 ％

均一浮遊到達点

オイル濃度［vol ％］粒子濃度［vol ％］1.E+02

Re［−］

30 ％

20 ％
15 ％

TWINSTIR

３枚後退翼

SWINGSTIR（３枚テーパ翼，ビーバーテイル翼）

10 ％

25 ％
均一分散到達点

20 ％
15 ％

３枚後退翼

10 ％

TWINSTIR

SWINGSTIR（３枚テーパ翼，ビーバーテイル翼）

5％

5％
0％

1.E+01

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.50％
0.00

Pv［kW/m3］

図４0.100.15

0.20

0.250.30

Pv［kW/m3］

粒子均一浮遊に要する動力の比較

Vol. 11 No. 1（2014 ／ 9）

0.05

図５

神鋼環境ソリューション技報

液滴均一分散に要する動力の比較
45

４，５の様に横軸を単位容積当たりの動力とすると，であるから，同じ特性となる結果であった。またツインスターとオーバル３枚後退翼と比較すると，３枚テーパ翼，ビーバーテイル翼ともに低動力で均一粒子浮遊，均一液滴分散が可能である。
撹拌動力

2. 3
2. 3. 1

既報

この抗力撹拌動力理論１）ではビーバーテイル翼について旋回撹拌方式が通常の回転撹拌と同様に，動力数により発生するトルクは，

で 求 め ら れ， 撹 拌 動 力

はであるから，を用いて，動力を表すことができることを紹介したが，今回開発した３枚テーパ翼についても，同様に考えることができる。となる。上式は翼が１枚の場合であるが、上式の翼図６に示す３枚テーパ翼の撹拌動力について考える。
まず１枚の翼に着目し，斜線部に発生する抗力２）

投影幅の部分が，翼が３枚の場合には図７に示すように旋回方位位置によって変化する。

この３枚翼の投影幅を仮にとおくと，3は，抗力係数を，液密度を ［kg ⁄ m ］とするととなり，撹拌翼全体での撹拌動力
ここで，断面積，速度は，は，回転数とすると，ここで翼③，とすると

翼①w/2

旋回方向，

翼②

θ

2.5

翼①翼②翼③計l1l

φl2

翼投影幅（w/2）x2

1.51dl0.50060120180240300360

翼方位 θ［°］図６46

図７

旋回撹拌の動力神鋼環境ソリューション技報

３枚翼の投影幅Vol. 11 No. 1（2014 ／ 9）

となる。

蒸気で 1 hr 洗浄，またスプレー洗浄は缶内側撹拌

通常の回転撹拌による撹拌動力径（翼スパン）をは，代表とすると口下部よりスプレーノズルにて洗浄液を吹き付ける洗浄方法である。洗浄試験はスイングスターのフレキシブルシールと，比較のため代表的な回転型軸封であるドライシールについても実施した。
試験結果を表２に示す。ブラックライトによる写と動力数をもちいて表され，動力は， ， ，真において黄色に発色しているのが模擬汚れのリボに比例する。

フラビン試薬で，表の各シールの上段が撹拌軸，下３枚テーパ翼についても回転撹拌と同様に動力数段が撹拌口ノズルおよびフレキシブルシールを缶内を側から撮影した写真である。
回転型シールでは，焚上げ洗浄後ノズル内面と撹拌軸部の汚れはほとんど洗浄されておらず，スプレー洗浄後もノズルと撹拌軸の隙間が狭いため，洗とすることで，動力推算が可能である。

浄液がシール部まで届かず，汚れが十分に落としき2. 3. 2

れていない。このことから回転型シールではバッチ撹拌動力理論＝400 mm，２：１半楕円下鏡形状の円筒間の洗浄不良によるクロスコンタミが懸念される。

槽を用いて３枚テーパ翼の撹拌動力を測定した。測槽内径

対してフレキシブルシールはシール内径と撹拌軸

Re 線図として図８に示す。ここで，との隙間が広く，滞留部の無いシンプルな形状であ定結果をスイングスターの撹拌翼代表径は，旋回径と翼るため，焚上げ洗浄でほとんどの汚れが落ちてお幅（翼スパン）の両方を考慮に入れるため，翼旋回り，さらにスプレー洗浄を行うことで，より効果的投影直径の最大値とした。従来の回転型撹拌翼ではな洗浄が可能で，非常に優れた洗浄性を有している。

Re ＜102の層流域において･ Re が一定となるが，３枚テーパ翼についても同じ傾向が確認された。

3.

またフレキシブルシールは図９のようにモータおよび減速機を取外すことなく，簡単に取付け・取外

フレキシブルシールの洗浄性

シール部の洗浄性を評価するため，洗浄試験を実をエタノール水溶液に溶かし，シール部分に吹き付けた後，シール部の洗浄を実施し，ブラックライト

ツインスター
スイングスター（ビーバーテイル翼）
スイングスター（３枚テーパ翼）

10

焚 上 げ
洗 浄 後

スプレー
洗 浄 後

撹Np［−］

３枚後退翼

洗 浄 前

ノズル内面

フルゾーン

洗 浄 前

軸

100

ブラックライト写真拌た。焚上げ洗浄は缶内の洗浄液を加熱し発生させた部
位各シールの洗浄性撹

焚上げ洗浄とスプレー洗浄の２種類の方法で実施し回転型シール︵ドライシール︶にてその残存状況を観察した。洗浄方法としては，

表２
シール施した。実験は模擬の汚れとしてリボフラビン試薬

1.E+03

1.E+04

1.E+05Re［−］

図８

撹拌動力線図（Vol. 11 No. 1（2014 ／ 9）

1.E+06

シール内面

1.E+02軸

1.E+01拌

0.1
1.E+00フレキシブルシール

1Re 線図）神鋼環境ソリューション技報

47

+

図９

フレキシブルシールの分解方法
'1'2

表３

スイングスターの標準仕様（本体）

設計圧力F.V./0.10 MPa（圧送）設計温度－20 － ＋130 ℃

適用法規

消防法

材

図1₀

グラスライニング，ステンレス鋼，その他特殊質金属（フレキシブルシール接ガス部は PTFE）

スイングスター反応機の標準寸法【適用分野】
表４・コンタミレス，洗浄性が重視される医薬・電子材

スイングスター反応機の標準寸法

100
呼称容量［L］
500
本体内径 D1［mm］
600
外套内径 D2［mm］
1 900
全高 h［mm］
135
最高回転数［rpm］
モータ定格出力［kW］ 0.4

200
600
700
2 100
1350.4

300
700
800
2 300
1170.75

500
800
900
3 000
1030.75

料などのファインケミカル分野【標準仕様および参考寸法】
・スイングスターの標準仕様および参考寸法を表３，４，図1₀に示す。

むすび

本稿ではスイングスターの新型翼である３枚テーパ翼の撹拌性能，フレキシブルシールの洗浄性等にしが可能で，バッチ毎の洗浄確認や分解洗浄も容易ついて紹介した。スイングスターは，医薬，電子材な構造となっている。

料などの撹拌性能と同時にコンタミが問題となる分

4.

３枚テーパ翼スイングスターの特長と適用分野【形状】

野に採用実績が増えてきており，今後，ユーザ製品のさらなる高付加価値化に対する問題解決につながれば幸いである。
今後もユーザのニーズに応じた製品の開発，改良・旋回運動による撹拌で摺動部のないシール
・撹拌性能を大幅に向上させた３枚テーパ形状撹拌翼を行い，ユーザ各位の製品品質の向上，生産性の向【特長】

上に役立ちたいと考える。

・３枚テーパ翼は，ツインスター，３枚後退翼よりも優れた撹拌性能を有する。
・無摺動シールによりコンタミの心配が不要。
・フレキシブルシールは洗浄性が良好でクロスコンタミのリスクを大幅に低減することができる。
＊

プロセス機器事業部 技術部 開発グループ

48＊＊［参考文献］
１）小川智宏ほか：神鋼環境ソリューション技報 vol.9，No.2（2013），p.34
２）SHINJI NAGATA：MIXING Principles and applications（1975），p.8

プロセス機器事業部 技術部 GL 設計グループ

神鋼環境ソリューション技報

Vol. 11 No. 1（2014 ／ 9）