JP5085929B2 - 粉粒体混合装置 - Google Patents

Description

本発明は粉粒体混合装置に係わり、詳しくは、パドルによって粉粒体の混合処理を実行する粉粒体混合装置に関する。

本出願人は、特許文献１、２に示す通り、粉粒体混合装置のシングルパドル、ダブルパドルの構造を提案している。特許文献１、２に記載されている通り、粉粒体混合装置は、円筒形状のドラムを備え、回転軸の半径方向に突出するパドルアーム及びパドルアームに取り付けられた攪拌ブレードにて構成されるパドルを備えている。このパドルが回転軸の軸線方向にわたって複数本設置されている。ダブルパドルの場合は、パドルアームの半径方向の内側に設けられ粉粒体の攪拌を行う攪拌ブレードと、パドルアームの半径方向の外側に設けられ粉粒体の攪拌を行うとともに粉粒体を粉粒体排出口へ誘導する誘導ブレードとを同軸に備えたものである。

特開２００２−３３６６７０号公報 特開２００２−３３８０５６号公報

しかしながら、ドラムは円筒形であり、複数のパドルの攪拌ブレード端面は同様の形状であるため単調な混合流となり、混合流域の拡大が困難であるという問題、混合時間が長くなり、茶葉などの混合物にダメージが生じるという問題、比重差・粒度差の大きい粉粒体の混合への対応が狭くなるという問題、がある。また、ドラムの両端部において、実際には攪拌ブレード先端とドラム内面とのクリアランスを無くすことはできないためデッドスペースができ粉粒体が重力により滞留しやすくなる。これにより、ドラム両端の角部底部への残留混合物や汚染問題が生じるという問題、ドラム両端の角部底部での水切れが悪く清掃や水洗いが困難であるという問題、排出時間が長いという問題が生じていた。

上記課題を解決するため、請求項１の発明は、円筒状のドラムと粉粒体混合室とを備える本体部と、前記粉粒体混合室に水平方向に配置され、前記本体部に回転可能に支持された回転軸と、該回転軸の半径方向に突出するパドルアームと該パドルアームに取り付けられた攪拌ブレードで構成されるパドルを備え、該パドルは前記回転軸の軸線方向に沿って複数本が間隔をあけて設置された粉粒体混合装置において、前記ドラムが中央部と該中央部と接続し横方向に広がる側部とを備え、前記側部の下面の半径が前記軸線方向の内側から外側に向かって減少するように設定され、前記パドルが前記中央部に対応する一対の第一パドルと、側部に対応する一対の第二パドルを備え、前記第一パドルのパドルアームの半径方向の長さが、前記第二パドルのパドルアームの半径方向の長さよりも大きく設定され、前記第一パドルのパドルアームの一方は前記回転軸の第一位置に固定され、他方は前記回転軸の第二位置に固定され、前記第一位置と第二位置が前記回転軸について対称位置に配置されることにより、その延出方向が相互に１８０°相違し、前記第二パドルのパドルアームの一方は前記回転軸の第三位置に固定され、他方は前記回転軸の第四位置に固定され、前記第三位置と第四位置が前記回転軸について対称位置に配置されることにより、その延出方向が相互に１８０°相違し、前記第一パドルのパドルアームと、前記第二パドルのパドルアームの延出方向が相互に９０°相違し、前記撹拌ブレードは、ハンマー形状の薄板であり、所定の長さを有し、自由端部の幅よりもベース部の幅が狭く設定され、前記回転軸の軸線方向に対して鋭角をなし、前記鋭角は、前記回転軸の回転に伴い、粉粒体を中央部に掻き寄せるように設定されることを特徴とする粉粒体混合装置である。

請求項１の発明によれば、以下の効果がある。
（１）ドラムの両端部に剪頭円錐形の傾斜面を形成したことによる傾斜部での粉粒体の重力崩壊に加え、内側と外側のパドルの半径方向全長の違いによるパドル周速の差異によって、粉粒体の三次元カオス的な混合流が機内全域に亘って形成され、混合流域が広くなる。
（２）混合時間が短縮できる。例えば、わずか２〜５分（種類により１〜３分）という所要混合時間である。
（３）茶葉など混合物のダメージが極めて少ない。
（４）回転軸の正転、逆転で異なる粉粒体混合流を得ることで、多様の混合流が得られ、比重差・粒度差の大きい粉粒体の混合においても広範囲な対応が可能である。
（５）残留混合物や汚染が少なく清掃性や水洗いに適する。
（６）混合物の排出時間が短縮できる。

以下、本発明の実施形態である粉体混合装置１について図１〜図９を参照して説明する。粉体混合装置１は、円筒状のドラム２と粉体混合室３とを備える混合器４と、粉体混合室３に水平方向に配置され、混合器４に回転可能に支持された回転軸５と、回転軸５の半径方向に突出する４本のアーム６ａ〜６ｄと４本のアーム６ａ〜６ｄにそれぞれ取り付けられた攪拌ブレード７ａ〜７ｄで構成される第１パドル８ａ〜第４パドル８ｄと、を備えている。第１パドル８ａ〜第４パドル８ｄは回転軸５の軸線方向Ｘに沿って４本が設置されたものである。ドラム２の中央部２０を円筒形とする。側部２１が中央部２０の両側に接続される。この側部２１を下面２２と垂直面２３とから構成し、回転軸５が軸となる剪頭円錐形とする。下面２２に対応して設置される２本の第１パドル８ａ及び第４パドル８ｄのそれぞれの攪拌ブレード７ａ及び７ｄの駆動側端面７ｅ及び従動側端面７ｆを下面２２の傾斜に合わせた傾斜とする。下面２２の上部にアール（丸み）を設けてもよい。以下、詳細に説明する。

回転軸５の正転回転は、粉体が内側（中央部）に移動するように回転するものである。そのように第１パドル８ａ〜第４パドル８ｄが回転軸５に取り付けられている。

回転軸５の外径面には、第１パドル８ａ〜第４パドル８ｄが回転軸５の長さ方向に所定間隔又は適宜間隔で回転軸５の半径方向（回転軸の軸方向と直交する方向）に突出するように取り付けられている。アーム６ａ〜６ｄは、回転軸５に直交して配置され、回転軸５の貫通孔（図示略）を貫通し回転軸５に固定されている。攪拌ブレード７ａ〜７ｄは、撞木鮫の頭、或いは金鎚の頭の形状に形成された薄板であり、横幅は概ね一定にされていて、その基部は先端部よりも幅が狭くなっていて、対応するアーム６ａ〜６ｄの先端部に固定されている。アーム６ａ〜６ｄは攪拌ブレード７ａ〜７ｄの中央部付近まで延び出している。回転軸５の駆動側端部に第１パドル８ａが取り付けられ、この第１パドル８ａに対して第２パドル８ｂが駆動側から見て時計方向に９０度の角度差で回転軸５に取り付けられ、この第２パドル８ｂに対して第３パドル８ｃが駆動側から見て時計方向に１８０度の角度差で取り付けられ、この第３パドル８ｃに対して、従動側端部に第４パドル８ｄが反時計方向に９０度の角度差で取り付けられている。第１パドル８ａに対して第４パドル８ｄが１８０度の角度をなすように取り付けられている。なお、粉体の種類、ドラム２の容量等により、パドルの本数或いは形状は適宜変更される。また、攪拌ブレード７ａ〜７ｄは、軸線方向に対して、所定角度（ここでは４５°）に傾斜して配置されている。

図１（ｂ）に示す通り正面から見ると、回転軸５の両端部にある第１パドル８ａと第４パドル８ｄは傾斜して配置されていて、同様に、回転軸５の中間部にある第２パドル８ｂと第３パドル８ｃは回転軸５の軸方向に対して駆動側に所定角度（図では４５度）傾斜して配置されている。

図３（ａ）に示す通り、第１パドル８ａ（第４パドル８ｄ）は、その外側（図では上部）の端面７ｅ（７ｆ）の接線Ｔ₁と水平基準線Ｓとのなす角度がθ₁（図では２０度）をなし、内側端面７ｇの接線Ｔ₂と水平基準線Ｓとのなす角度がθ₂（図では１３度）をなしている。前記の角度は、θ₁＞θ₂に設定されている。回転軸５の軸中心から攪拌ブレード７ａ（７ｄ）の先端部までの長さが、最大値と最小値とで、それぞれ、Ｐ₁、Ｐ₂に設定されている。アーム６ａ（６ｄ）の長さはＬ₁に設定されている。

一方、第２パドル８ｂおよび第３パドル８ｃは、図３（ｂ）に示す通り、片側の外側端面の傾斜がやや深くなっているが、略対称の形状である。第２パドル８ｂ（第３パドル８ｃ）は、回転軸５の軸中心から攪拌ブレード７ｂ（７ｃ）の先端部までの長さが、最大値と最小値とでそれぞれ、Ｐ₃、Ｐ₄に設定されている。アーム６ｂ（６ｃ）の長さはＬ₂に設定されている。

第１パドル８ａ（第４パドル８ｄ）と第２パドル８ｂ（第３パドル８ｃ）とを対比すると、アームの長さがＬ₂＞Ｌ₁に設定され、半径方向全長Ｐ₁、Ｐ₂の平均値は、半径方向全長Ｐ₃、Ｐ₄の平均値に対して、相対的に小さく設定されている。このため、半径方向全長の大きさの相違によって、その周端の周速が相違する。即ち、半径方向全長の大きい攪拌ブレード７ｂ（７ｃ）の周端は周速が速くなり、逆に、半径方向全長の小さい攪拌ブレード７ａ（７ｄ）の周端は、周速が遅くなる。このような半径方向全長の相違によって、独創的なカオス的な混合流が生じる。本実施形態では２種類のパドルの構造をこのように設定することが特徴である。

攪拌ブレード７ａ〜７ｄは攪拌効率を高めるために、その主面の方向は、正転回転の場合に、粉体がドラム２の中央部に向かって掻き出されるように方向が設定されている。本実施形態では正転の一方向回転で構成し、逆転しない構成である。

次に粉体混合装置１のその他構成について説明すると、図７〜図９に示す通り、ドラム２の上部に上部ハウジング４０を接続し、この上部ハウジング４０の上面に第１受入部４１及び第２受入部４２、正面と背面に点検扉４３ａ及び点検扉４３ｂ、左側面に制御装置４４を備えている。ドラム２、上部ハウジング４０は連続して構成されている。ドラム２の底面には排出ゲート４５が取り付けられ、制御装置４４によって開閉自在になっている。また、ドラム２は、左右側面中心部に回転軸５を回転自在に水平方向に軸着し支持する駆動側ベアリングユニット４６ａ及び従動側ベアリングユニット４６ｂを備えている。駆動側ベアリングユニット４６ａの外部には、モータ４７が横方向に連結されており、回転軸５を回転駆動するように構成されている。ドラム２は架台４８で支持されている。

次に、本実施形態の粉体混合装置１の特徴的な動作について説明する。特徴的な動作以外の詳細な動作は特許文献１を参照されたい。この粉体混合装置１は、バッチ式でパン製造工場あるいは製麺工場等の食品用原料粉体等の各種粉体を混合するものである。粉体混合装置１が工場内に設置されると、第１受入部４１又は第２受入部２から粉粒体を投入する。ロータリーバルブ（図示略）等を排出ゲート４５に取り付け、空気輸送ラインのエアー供給源を接続する。粉体混合装置１を商用電源に接続する。

第１受入部４１又は第２受入部４２から原料粉が投入されると、原料粉は粉体混合室３へ落下する。パドルスイッチ（図示略）を押すと、制御装置４４が、モータ４７に駆動信号を出力し、モータ４７が始動し、駆動側ベアリングユニット４６ａを介して連結されている回転軸５が回転を始め、これにより、粉体混合室３の内部の第１パドル８ａ〜第４パドル８ｄが回転して粉体の攪拌運転が開始されると、攪拌ブレード７ａ〜７ｄが、山状に堆積されている原料粉の嵩を崩すように攪拌して、粉体混合室３の内部の粉体が流動状態になる。この攪拌運転を繰り返しながら粉体混合室３の内部に原料粉を供給すると、原料粉は、粉体混合室３の隅々まで流動されて混合有効空間を増加させた状態となる。回転軸５が正転回転中、攪拌ブレード７ａ〜７ｄは粉体が中心に向かって流動するように回転する。また下面２２が傾斜し、これに対応する攪拌ブレード７ａ及び７ｄの半径方向全長Ｐ₁、Ｐ₂と、攪拌ブレード７ｂ及び７ｃの半径方向全長Ｐ₃、Ｐ₄のそれぞれの相違により周端の周速が相違するので、粉体混合室３の粉体は三次元カオス的な複雑な動きを呈し、また、駆動側端面７ｅ、従動側端面７ｆの上部にある粉体が常に重力で崩壊し、中央部へ移動しようとする。攪拌ブレード７ａ、攪拌ブレード７ｄが上部にあるときでも、重力崩壊が起こるので、粉体の駆動側端面７ｅ、従動側端面７ｆへの堆積がほとんどない。これにより、粉体混合室３の内部は、粉体の堆積が生ずることがない。したがって、粉体は一層、流動化し易くなり、短時間で均一に混合するようになる。

混合処理が終了し、サーバースイッチ（図示略）がＯＮになると、制御装置４４が排出ゲート４５に駆動信号を出力し、排出ゲート４５が開放されるとともに、ロータリーバルブ（図示略）に駆動信号を出力して搬送運転を開始する。さらに、ブロースイッチ（図示略）がＯＮになったことで、制御装置４４は、空気供給源（図示略）に駆動信号を出力して、空気輸送運転を開始する。これにより、粉体混合室３の底部にある粉体は、開放された排出ゲート４５を経て、下流の粉体処理セクションに空気輸送される。この際、粉体混合室３の内部に供給されている原料粉は、第１パドル８ａ〜第４パドル８ｄによって攪拌され、回転軸５の正転回転によって、粉体混合室３の内壁面を外側から内側に移送され、また、下面２２により、粉体が斜め方向内側に重力崩壊して内側に移送されるので、排出効率が格段に高まる。

なお、混合の開始時から回転軸５が正転回転し、混合後も、回転軸５が正転することで粉体を排出するが、正転、逆転いずれも採用してもよい（図４（ａ）（ｂ）参照）。また、正転と逆転の両方を採用してもよい。たとえば、逆転回転からスタートし、最後に正転回転で排出するようにしてもよい。

以上説明した本実施形態の粉体混合装置１によれば、以下の効果を奏する。
（１）ドラム２の両端部に下面２２を形成したことによる下面２２での粉体の重力崩壊に加え、第１パドル８ａ及び第４パドル８ｄの第２パドル８ｂ及び第３パドル８ｃに対する半径方向全長の違いによるパドルの周速に差異が生じることによって、粉体の三次元カオス的な混合流が粉体混合装置１内全域に亘って形成され、混合流域が広くなる。
（２）粉体混合装置１による粉体の混合時間が短縮できる。例えば、わずか２〜５分（種類により１〜３分）という所要混合時間である。
（３）粉体が茶葉などの混合物の場合、ダメージが極めて少ない。
（４）回転軸５の正転、逆転で異なる粉体混合流を得ることで、多様の混合流が得られ、比重差・粒度差の大きい粉体の混合においても広範囲な対応が可能である。
（５）下面２２により粉体の残留混合物や汚染が少なく、下面２２の傾斜により、清掃性や水洗性が高まる。なお、パドルの本数が少ないほど清掃或いは水洗が容易である。
（６）下面２２により混合物の排出時間を短縮できる。
（７）第１パドル８ａ〜第４パドル８ｄは攪拌動作と排出動作とを兼用でき、しかも、下面２２は攪拌時も排出時も作用するので、作動効率が高い。

なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲において、改変等を加えることが出来るものであり、それらの改変、均等物等も本発明の技術的範囲に含まれることとなる。

上記変更形態の例を説明する。上記実施形態では正転回転の一方向回転で設定したが、逆転回転も適宜採用することも可能である（図４（ｂ）参照）。正転回転が外側から内側に向かって粉体が掻きだされるように設定される場合であるならば、逆転回転の場合は反対に内側から外側に向かって粉体が掻きだされるように設定される。なお、空気輸送により粉粒体を輸送し供給する場合には、上流側の空気輸送ラインと連通させ、粉体と気体とを分離するフィルタを設ければよい。

（ａ）は本発明実施形態の粉体混合装置の回転軸に取り付けられたパドルの右側面図、（ｂ）は同正面図である。 同パドルの平面図である。 （ａ）は同第１、第４パドルの正面図、（ｂ）は同第２、第３パドルの正面図である。 （ａ）同装置の正転時の側部下部での粉体流れ方向の一例を示す正面図、（ｂ）は同装置の逆転時の側部下部での粉体流れ方向の一例を示す正面図である。 同装置の正転時の混合流の流れ方向の一例を示す右側面図である。 （ａ）は同装置の実機の写真撮影図、（ｂ）は混合の様子を示す斜視図である。 同装置の外観平面図である。 同装置の外観正面図である。 同装置の外観左側面図である。

符号の説明

１…粉体混合装置 ２…ドラム ２０…中央部 ２１…側部 ２２…下面
２３…垂直面 ３…粉体混合室 ４…混合器 ４０…上部ハウジング
４１…第１受入部 ４２…第２受入部 ４３ａ…点検扉 ４３ｂ…点検扉
４４…制御装置 ４５…排出ゲート
４６ａ…駆動側ベアリングユニット ４６ｂ…従動側ベアリングユニット
４７…モータ ４８…架台 ５…回転軸 ６ａ〜６ｄ…アーム
７ａ〜７ｄ…攪拌ブレード ７ｅ…駆動側端面 ７ｆ…従動側端面
８ａ…第１パドル ８ｂ…第２パドル ８ｃ…第３パドル ８ｄ…第４パドル

Claims (1)

1. 円筒状のドラムと粉粒体混合室とを備える本体部と、
   前記粉粒体混合室に水平方向に配置され、前記本体部に回転可能に支持された回転軸と、
   該回転軸の半径方向に突出するパドルアームと該パドルアームに取り付けられた攪拌ブレードで構成されるパドルを備え、該パドルは前記回転軸の軸線方向に沿って複数本が間隔をあけて設置された粉粒体混合装置において、
   前記ドラムが中央部と該中央部と接続し横方向に広がる側部とを備え、
   前記側部の下面の半径が前記軸線方向の内側から外側に向かって減少するように設定され、
   前記パドルが前記中央部に対応する一対の第一パドルと、側部に対応する一対の第二パドルを備え、
   前記第一パドルのパドルアームの半径方向の長さが、前記第二パドルのパドルアームの半径方向の長さよりも大きく設定され、
   前記第一パドルのパドルアームの一方は前記回転軸の第一位置に固定され、他方は前記回転軸の第二位置に固定され、前記第一位置と第二位置が前記回転軸について対称位置に配置されることにより、その延出方向が相互に１８０°相違し、
   前記第二パドルのパドルアームの一方は前記回転軸の第三位置に固定され、他方は前記回転軸の第四位置に固定され、前記第三位置と第四位置が前記回転軸について対称位置に配置されることにより、その延出方向が相互に１８０°相違し、
   前記第一パドルのパドルアームと、前記第二パドルのパドルアームの延出方向が相互に９０°相違し、
   前記撹拌ブレードは、ハンマー形状の薄板であり、所定の長さを有し、自由端部の幅よりもベース部の幅が狭く設定され、前記回転軸の軸線方向に対して鋭角をなし、前記鋭角は、前記回転軸の回転に伴い、粉粒体を中央部に掻き寄せるように設定されることを特徴とする粉粒体混合装置。