JP2010099553A

JP2010099553A - プラネタリーミキサー

Info

Publication number: JP2010099553A
Application number: JP2008270824A
Authority: JP
Inventors: Yoshitaka Inoue; 芳隆井上; Yoshiteru Koreishi; 芳輝是石
Original assignee: Inoue Mfg Inc
Current assignee: Inoue Mfg Inc
Priority date: 2008-10-21
Filing date: 2008-10-21
Publication date: 2010-05-06
Also published as: KR101107138B1; CN101721940A; KR20100044068A

Abstract

【課題】インキ、塗料、セラミック、薬品、食品、電子材料その他の各種製品の製造工程において、タンク内面に付着残を生じることなく、処理時間を短縮し、良好に攪拌・混練できるようにしたプラネタリーミキサーを提供する。
【解決手段】タンク２内で公転・自転の回転方向を逆方向にして遊星運動する複数の枠型攪拌羽根３を設ける。この攪拌羽根の平面片側断面は、略断面６角形に形成され、平面片側断面の幅ｄが攪拌羽根の直径Ｄに対して０．１４５〜０．３、好ましくは０．１５〜０．２５の幅に形成されている。また、攪拌羽根の平面片側断面のエッジ部の幅ｂは、攪拌羽根の平面片側断面の厚さＷの４〜１５％、好ましくは６〜１２％であり、攪拌羽根の厚さＷは攪拌羽根の直径Ｄに対して０．２±０．０５の厚さに形成されてる。
【選択図】図４

Description

本発明はインキ、塗料、セラミック、薬品、食品、電子材料その他の各種工業材料の低粘度から高粘度（〜３０００Ｐａ・ｓ）の材料又は半固体状までの材料を、分散、攪拌、混練、捏和等する捏和型分散・混練機に関し、特に攪拌槽（タンク）内で攪拌羽根を公転、自転させて処理するようにしたプラネタリーミキサーに関するものである。

捏和型分散・混練機としては、従来、タンク内で公転、自転する（遊星運動）３つの攪拌羽根を具備し、この公転、自転の回転方向を逆方向にして処理材料に強力な剪断力を与え、分散、攪拌、混練、捏和等できるようにしたプラネタリーミキサーが広く用いられている（例えば特許文献１参照）。しかし、従来のプラネタリーミキサーは剪断力を主体にして処理しているので、満足すべき状態に処理できないこともあった。例えば、大きな粒子と小さな微粒子が混合してる混合粉などでは凝集を起こし易く、動力面でも問題を生じることがあった。さらに、充分な混練（硬練り）が不足し、処理時間もかかり、タンク内壁面や底部に未分散層の付着残があることは周知である。
特開２００６−１９２３８５号公報（段落００１１、図２）

本発明の解決課題は、上記のような分散、攪拌、混練等を行う際、高粘度又は半固体状の混練（硬練り）をすることで、タンク内壁面や底面に付着残のない均質な混練ができ、粉・粒体の凝集粒子まで解砕可能であり、さらに混練、捏和時間を短縮することができるプラネタリーミキサーを提供することである。

上記問題点を解決するため従来のタンク内で公転、自転の回転方向が逆方向である枠型攪拌羽根を有するプラネタリーミキサーについて検討したところ、従来の攪拌羽根では処理材料の接線方向への移動量が少なく、練り効果が不十分なものがあった。プラネタリーミキサーの枠型攪拌羽根として従来用いられているものは、両端を直線状の縦辺部で連結し上辺部と下辺部の角度が０度のストレートな枠型攪拌羽根や上辺部と下辺部が周方向に４５度若しくは９０度ずれた状態になるよう縦辺部が円周方向に捩れた形状の枠型捩れ攪拌羽根が知られている。この縦辺部の断面形状は、基辺の両側から外方に向かって並行して延びる側辺と、該側辺の先端から傾斜して延びる傾斜辺と、該傾斜辺の先端を結ぶエッジ辺を有する略断面６角形に形成されていることが多い。そして、該縦辺部の基辺からエッジ辺までの幅（平面片断面の幅）ｄは、枠型攪拌羽根の直径Ｄに対して０．０９〜０，１４４と比較的狭い幅に形成されているので、処理材料の移動量が少なくなることが分かった。一方、上記直径Ｄに対する幅ｄの割合が０．２５以上、特に０．３以上になると、材料の接線方向への移動量が多くなり、ともまわり現象を生じ、攪拌混練作用を確実に作用させることがむずかしく、処理時間が増加する傾向がみられた。

そこで、本発明によれば駆動軸に連絡する上辺部と下辺部の両端を縦辺部で連結した直径Ｄの枠型攪拌羽根を複数有し、該枠型攪拌羽根を攪拌槽（タンク）内で公転、自転の回転方向を逆方向にして遊星運動させ処理材料を攪拌、混練するようにしたプラネラリーミキサーにおいて、上記枠型攪拌羽根の縦辺部の断面形状は、基辺の両側から外方に向かって並行して延びる側辺と該側辺の先端から傾斜して延びる傾斜辺と該傾斜辺の先端を結ぶエッジ辺を有する略断面６角形であり、該縦辺部の基辺からエッジ辺までの幅（平面片断面の幅）ｄを攪拌羽根の上記直径Ｄに対して０．１４５〜０．３の幅に、好ましくは０．１５〜０．２５の幅に形成したことを特徴とするプラネタリーミキサーが提供され、上記課題を解決することができる。

さらに、上記攪拌羽根の縦辺部である平面片側断面形状が上述したような略断面６角形ではなく、図６に示すような断面４角形であると、縦辺部の機能は材料の移動が主体となり、タンク面との間に材料を送りこむ作用はあまり期待できない。そして、材料の食い込みを良くするためには、攪拌羽根とタンク内面との壁間クリアランスを大きくする必要があるが、そのように構成すると剪断力(ズリ)作用が不十分となり、結果として練り効果が低下する。

また、略断面６角形の攪拌羽根を有する上記プラネタリーミキサーにおいて、攪拌槽（タンク）の内面に最接近する上記枠型攪拌羽根のエッジ辺の幅ｂを上記基辺の厚さ（攪拌羽根の厚さ）Wの４％以下にすると、攪拌槽(タンク)内面にエッジ辺が最接近するとき、線接触に近い状態になり、材料の流動方向での圧縮・膨張作用が殆ど見られず、均質の混練に時間を要し、好ましくない。また、１６％以上の幅ｂにすると、タンク内面との近接面積が大きくなり、剪断力(ズリ)応力も大きくなるが、発熱と負荷動力のエネルギーも大きくなり、混練も好ましくない。

そこで、本発明によれば、上記プラネタリーミキサーにおいて、攪拌槽（タンク）の内面に最接近する上記枠型攪拌羽根のエッジ辺の幅ｂを、機械容量に応じて基辺の厚さ（攪拌羽根の厚さ）Wの４〜１５％、好ましくは６〜１２％の厚さとした上記プラネタリーミキサーが提供され、上記課題が解決される。この構成により、エッジ部とタンク内面間への材料の食い込みがよくなり、混練時間の短縮を図ることができ、圧縮効果による脱泡のため、材料密度の向上がみられた。

さらに、上記傾斜辺の前方角度（材料食い込み角度）及び後方角度（負圧角度）や該傾斜辺間の挟角（エッジ角度）も問題になり、このエッジ角度が８０°未満では処理材料の移動が主体になり、タンク壁面との間で生じる剪断力(ズリ)作用が少なくなる。また、１００°以上では、タンク壁面間への処理材料の食い込みが少なくなるので、混練・希釈時間が長くなり、好ましくない。

そこで、本発明によれば、上記プラネタリーミキサーにおいて、攪拌羽根の縦辺部（平面片側断面）のエッジ部を形成する傾斜辺とタンク内面の前方角度（材料食い込み角度）及び後方角度（負圧角度）を４０〜５０°とすると同時に、該傾斜辺間の挟角（エッジ角度）を８０〜１００°、好ましくは８５〜９０°とした上記プラネタリーミキサーが提供され、上記課題が解決される。エッジ角度をこのような角度に形成すると、エッジ辺とタンク内面間に処理材料が効率よく揉み込まれ、材料の流動方向で圧縮・膨張が効果的に繰り返され、短時間で処理することができる。

なお、従来、粘度の高い材料やダイラタンシーな材料の場合、攪拌、混練処理時に攪拌羽根同士の接触や攪拌羽根と撹拌槽（タンク）の内壁との接触が見られ、これに対応して材料を有機溶媒等を含む危険物処理材料にし、攪拌羽根も強度がアップする構造に形成されている。例えば、上辺部と下辺部側の縦辺部を、剛性を上げるためにテーパーさせたり、断面形状を変化させ、接触を防ぐようにした構造も知られている。従来、このような場合、上記基辺の厚さ（攪拌羽根の厚さ）Ｗは、攪拌羽根の直径Ｄに対して０．１２±０．０３(０．１１７〜０．１２３)の厚さに形成されているが、未だ攪拌羽根同士の接触や攪拌羽根と攪拌槽(タンク)内壁との接触が見られる。

このような場合に対応して、本発明によれば、上記プラネタリーミキサーにおいて、攪拌羽根の厚さ（基辺の厚さ）Wを攪拌羽根の直径Ｄに対して０．２±０．０５の厚さに形成にした上記プラネタリーミキサーが提供され、上記課題が解決される。

本発明は上記のように構成され、枠型撹拌羽根の片側断面の幅、すなわち縦辺部の基辺からエッジ辺までの幅ｄを攪拌羽根の直径Ｄに対して０．１４５〜０．３の幅に、好ましくは０．１５〜０．２５の幅に形成したので、ともまわり現象を生じることなく接線方向への処理材料の移動量を大きくでき、かつ材料をタンク壁との間に押し込んで圧縮させるとともにタンク中央部において攪拌羽根間で生じる圧縮作用により、コシの強いそば粉を練るような揉込み練りを効果的に行うことができ、従来の処理時間に比べて約１/２以下に時間を短縮することができた。

また、本発明の上記プラネタリーミキサーは上記のように構成され、攪拌槽（タンク）の内面に最接近する上記枠型攪拌羽根のエッジ辺の幅bを、機械容量により基辺の厚さWの４〜１５％、好ましくは６〜１２％としたので、タンク内面間への材料の食い込みがよく、混練時間の短縮を図ることができ、圧縮効果による脱泡のため、材料密度の向上がみられた。

さらに、上記プラネタリーミキサーにおいて、攪拌槽(タンク)が円形のため、ミクロ的に攪拌羽根の傾斜辺の前方角度と後方角度を４５°とし、エッジ角度を８０〜１００°、好ましくは８５〜９０°に形成すると、ローター(回転箱)の回転と攪拌羽根の回転比が約１：３のときの軌跡が、コシの強いそば粉を練るような好結果な揉込み練りを生み出すことができた。本発明によれば、上記のように枠型攪拌羽根の断面形状を設定することにより、固/液系処理材料を、高粘度又は半固体状の混練（硬練り）し、攪拌羽根の前方角度（材料食い込み角度）及び後方角度（負圧）での圧縮・膨張により、粉・粒体を少量の液状成分で表面コーティングし、容易な希釈ができ、混練・希釈が良好となり、時間短縮を図ることができた。

さらに、本発明によれば上記のように上記基辺の厚さ（攪拌羽根の厚さ）Ｗを、攪拌羽根の直径Ｄに対して０．２±０．０５(０・１５〜０・２５)の厚さとすることにより、強度がアップし、攪拌羽根同士の接触もなく、接触に伴うコンタミの発生もなく、良好な混練・捏和結果が得られた。

本発明は、インキ、塗料、セラミック、薬品、食品、電子材料その他の各種製品の製造工程に使用することができ、また枠型攪拌羽根として、上辺部と下辺部の角度のズレがなく両側を結ぶ縦辺部が直線状のストレートな枠型攪拌羽根に適用することもできるが、図に示す実施例においては、縦辺部が円周方向に捩じられた枠型捩り攪拌羽根が示されている。

図１に示すようにプラネタリーミキサーの本体１は、攪拌槽（タンク）２内に挿入される３本の攪拌羽根（ブレード）３を有し、各攪拌羽根は公知のようにモーター４や遊星歯車機構を介してタンク内で公転、自転の方向が逆方向になるよう遊星運動する。

上記攪拌羽根３は、駆動軸５に連絡する上辺部６と下方に位置する下辺部７の両側を円周方向に捩られた縦辺部８で連結した直径Dの該枠型捩れ形状に形成され、縦辺部８は上記上辺部６と下辺部７が45度若しくは90度ずれて位置するよう円周方向に捩じられている。そして、該攪拌羽根の平面片側断面の形状、すなわち上記縦辺部８の断面形状は、基辺９の両側から外方に向かって並行して延びる側辺１０と該側辺１０の先端から傾斜して延びる傾斜辺１１と該傾斜辺１１の先端を結ぶエッジ辺１２を有する略断面６角形に形成されている。該縦辺部の基辺９からエッジ辺１２までの幅（平面片断面の幅）ｄは、攪拌羽根の上記直径Ｄに対して０．１４５〜０．３の幅に、好ましくは０．１５〜０．２５の幅に形成されている。

また、上記エッジ辺１２の幅ｂは、上記基辺９の厚さ（攪拌羽根の厚さ）Ｗの４〜１５％好ましくは６〜１２％の幅に形成されている。図５に示すように上記傾斜辺１１の挟角（エッジ角度）θは８０〜１００°、好ましくは８５〜９０°に形成され、図５に示すように前方角度（材料食い込み角度）θ１および後方角度（負圧角度）θ２は４０〜５０°に形成されている。さらに、上記基辺９の厚さ（攪拌羽根の厚さ）Wは、攪拌羽根３の直径Ｄに対して０．２±０．０５の厚さに形成されている。

上記の数値範囲に対応する断面形状の攪拌羽根（実施例１，２）を形成し、範囲外の形状のもの（比較例１〜３）と比較したところ、下記の結果が得られた。

以上のように、本発明の実施例によれば、タンク内面に付着残を生じることなく、均一に攪拌・混練することができ、従来より短時間で、良好な結果が得られた。

本発明の一実施例を示し、一部を断面した正面図。攪拌羽根とタンクの関係を示す説明図。攪拌羽根の平面図。攪拌羽根の正面図および縦辺部の断面図。エッジ部とタンク内面の関係を示す説明図。攪拌羽根の平面片側断面形状を四角形とした場合のエッジ部とタンク内面の関係を示す想定参考図。

符号の説明

１本体
２攪拌槽（タンク）
３攪拌羽根
６上辺部
７下辺部
８縦辺部
９基辺
１０側辺
１１傾斜辺
１２エッジ辺

Claims

駆動軸に連絡する上辺部と下辺部の両端を縦辺部で連結した直径Ｄの枠型攪拌羽根を複数有し、該枠型攪拌羽根を攪拌槽（タンク）内で公転、自転の回転方向を逆方向にして遊星運動させ処理材料を攪拌、混練するようにしたプラネタリーミキサーにおいて、上記枠型攪拌羽根の縦辺部の断面形状は、基辺の両側から外方に向かって並行して延びる側辺と該側辺の先端から傾斜して延びる傾斜辺と該傾斜辺の先端を結ぶエッジ辺を有する略断面６角形であり、該縦辺部の基辺からエッジ辺までの幅（平面片側断面の幅）ｄを攪拌羽根の上記直径Ｄに対して０．１４５〜０．３の幅に形成したことを特徴とするプラネタリーミキサー。
駆動軸に連絡する上辺部と下辺部の両端を縦辺部で連結した直径Ｄの枠型攪拌羽根を複数有し、該枠型攪拌羽根を攪拌槽（タンク）内で公転、自転の回転方向を逆方向にして遊星運動させ処理材料を攪拌、混練するようにしたプラネタリーミキサーにおいて、上記枠型攪拌羽根の縦辺部の断面形状は、基辺の両側から外方に向かって並行して延びる側辺と該側辺の先端から傾斜して延びる傾斜辺と該傾斜辺の先端を結ぶエッジ辺を有する略断面６角形であり、上記縦辺部の基辺からエッジ辺までの幅（平面片側断面の幅）ｄを攪拌羽根の上記直径Ｄに対して０．１５〜０．２５の幅に形成したことを特徴とするプラネタリーミキサー。
攪拌槽（タンク）内面に最接近する上記エッジ辺の幅ｂは、上記基辺の厚さ（攪拌羽根の厚さ）Ｗの４〜１５％の幅である請求項１または２に記載のプラネタリーミキサー。
攪拌槽（タンク）内面に最接近する上記エッジ辺の幅ｂは、上記基辺の厚さ（攪拌羽根の厚さ）Ｗの６〜１２％の幅である請求項１または２に記載のプラネタリーミキサー。
攪拌槽（タンク）内面に対する上記傾斜辺の前方角度（材料食い込み角度）及び後方角度（負圧角度）は４０〜５０°であり、該傾斜辺間の挟角（エッジ角度）は80〜１００°である請求項１から４のいずれかに記載のプラネタリーミキサー。
攪拌槽（タンク）内面に対する上記傾斜辺の前方角度（材料食い込み角度）及び後方角度（負圧角度）は４０〜５０°であり、該傾斜辺間の挟角（エッジ角度）は8５〜９０°である請求項１から４のいずれかに記載のプラネタリーミキサー。
上記基辺の厚さ（攪拌羽根の厚さ）Ｗは、攪拌羽根の直径Ｄに対して０．２±０．０５の厚さである請求項１から６のいずれかに記載のプラネタリーミキサー。