JP6155157B2 - 攪拌装置 - Google Patents

Description

本発明は、食材を攪拌するため等に供される攪拌装置に関する。

従来の攪拌装置としては、例えば特許文献１に記載された攪拌装置がある。この攪拌装置の構造は、底部が半球状の円筒状容器内に、容器上方から斜めに挿入した斜軸攪拌機において、斜軸の下端に軸心の延長線方向に円環状の攪拌子フレームを固定し、このフレームの下部を円筒状容器の底部に近接させて沿わせている。攪拌子フレーム内には、斜軸軸心の延長線と交差する複数本の丸パイプ、平鋼板などからなる攪拌棒が、相互間隔を設けて架設されている。更に、円環状の攪拌子フレームに槽壁(半球部)を掻取る掻取羽根を複数取り付けている。

この攪拌装置により、食品のような被攪拌物を低速で効率よく攪拌、混合でき、食品加工の加熱撹拌機として広く使用されている。

しかしながら、以下のような問題がある。

(1) 味噌のようなペースト状のものを液中に混合分散する場合、ペーストに流動性が少ない場合(＝硬い場合)、分散が不十分(＝ペーストの残存)となる。

(2) ペースト状物、粉などを分散混同する場合、撹拌機/撹拌翼の中で被撹拌液との相対運動が少ない部位（液との動的接触が弱い箇所、例えば、撹拌機の回転軸芯に位置する撹拌子の部分、撹拌子が液に対し直角に運動する部分、液流が直接接触しない撹拌子の裏面等、撹拌子と供回りを起こす部分）に被分散物が付着し、その一部が分散混合されず残留する。

(3) 小麦粉等の粉を液に分散する場合、分散が不十分でダマが出来る事がある。

(4) 流動性の乏しい食材を混合する場合、撹拌機と共にとも回りして、食材間の混合が不十分となる場合がある。

(5) 被撹拌物が高速の撹拌で変質するような場合、あるいは固形物の保形性が要求される場合、必要とされる混合が得られない場合がある。例えば液中に固体粒子を分散させる場合で、固体粒子の比重が液と異なり、沈降性又は浮上性を持つ場合、浮力、沈降力に打ち勝つ混合が必要であるが、粒子の性質上撹拌機の先端速度に制限があるような場合で、回転数を上げずに混合力を高める必要がある。

特開平９−３０８５７４号公報

解決しようとする問題点は、液状体に対するペースト状物、粉などを分散混合、固形物の保形性が要求される場合の混合が不十分となる点である。

本発明は、液状体に対するペースト状物、粉などを分散混合、固形物の保形成が要求される場合の混合を円滑に行なわせることを可能とするため、底部が半球状で胴部が円筒の攪拌容器と、この攪拌容器に対し上部から挿入して傾斜配置され攪拌駆動可能な攪拌軸と、この攪拌軸の下部に上部が取り付けられ前記底部に沿って近接配置された環状の攪拌子と、この攪拌子の回転軸芯を挟む両側部の少なくとも一方から回転軸芯方向で該回転軸芯からオフセットした位置へ向かって延設された攪拌バーとを備え、前記環状の攪拌子を外側攪拌子とし、この外側攪拌子の内側に交差配置され同回転軸芯で一体回転可能に取り付けられ回転軸芯方向に長い長環状の内側攪拌子を備え、前記攪拌バーは、前記外側攪拌子と内側攪拌子との間を結合することを特徴とする。

本発明の攪拌装置は、上記構成であるから、液状体に対するペースト状物、粉などを分散混合、固形物の保形性が要求される場合の混合を円滑に行わせることができる。

攪拌装置を一部省略し攪拌部を中心に示す概略図である。（実施例１） 攪拌部の上面図である。（実施例１）

液状体に対するペースト状物、粉などを分散混合、固形物の保形性が要求される場合の混合を円滑に行わせるという目的を、攪拌子と、この攪拌子の回転軸芯を挟む両側部の少なくとも一方から回転軸芯方向で該回転軸芯からオフセットした位置へ向かって延設された攪拌バーとを備えたことで実現した。

図１は、攪拌装置を一部省略し攪拌子を中心に示す概略図、図２は、攪拌子の上面図である。なお、図１では、主要な部分として攪拌部を中心に示し、攪拌軸を駆動する駆動モータ等は省略している。

図１、図２のように、攪拌装置１は、例えば食材を攪拌調理するものであり、攪拌容器としての加熱釜３と、攪拌部５とを備えている。

加熱釜３は円筒状の胴部７と、半球状の底部９とが一体に構成された構造であり、食材を投入して調理するための調理容器を構成する。加熱釜３の底部９側の外面周囲には、例えばジャケットが閉断面で設けられてもよい。ジャケットには、外部から加熱用の蒸気が給排される。ジャケットを設けずに電気、電磁、あるいはガス等によって底部９を加熱する構成にすることもできる。加熱構造を省略し、単なる調理容器として構成することもできる。この加熱釜３は、例えば脚などを介してベースに支持されている。

加熱釜３の上端には、蓋体が開閉可能に取りつけられる。

攪拌部５は、攪拌軸１３に取り付けられた攪拌子として、外側攪拌子１５及び内側攪拌子１７を備えている。

攪拌軸１３は、加熱釜３に対し上部から挿入して傾斜配置され、加熱釜３外で上端に結合された図示しない電動モータ及びギヤボックスなどにより構成された駆動部により攪拌駆動可能となっている。

外側攪拌子１５は、丸パイプにより略円環状に形成され、上部が攪拌軸５の下部に固定して取り付けられている。外側攪拌子１５の下部は、加熱釜３の底部９に近接し、外側攪拌子１５の曲率中心が底部９の曲率中心にほぼ一致するように底部９に沿って近接配置されている。外側攪拌子１５の下端１５ａ、１５ｂは、相互に離間しており、下端１５ａは、攪拌軸１５の回転軸芯Ｃに近接配置され、下端１５ｂは、回転軸芯Ｃから若干離れている。下端１５ａの先端には、温度センサ１６が取り付けられ、回転中心側の温度を検出できるようになっている。

下端１５ａ、１５ｂ間は、アーチ状の補強部１８により結合されている。下端１５ａには、第１のアーム部２１が取り付けられ、下端１５ｂには、第２のアーム部２３が取り付けられている。第１、第のアーム部２１、２３は、湾曲形成され、第１のアーム部２１は、外側攪拌子１５の底部側での攪拌作用の死角が無いようにしている。

外側攪拌子１５には、複数の掻取羽根２５・・・（図では１個のみ示す。）が所定間隔で規定位置に取り付けられている。掻取羽根２５・・・は、攪拌軸１３を介した外側攪拌子１５の旋回回転により底部９内面を掻き取り摺動する。

内側攪拌子１７は、外側攪拌子１５同様に丸パイプで形成され、外側攪拌子１５の内側に交差配置され同回転軸芯で一体回転可能に取り付けられ回転軸芯Ｃ方向に長い長環状に形成されている。この内側攪拌子１７の長環状は、楕円形状に近く、上部が攪拌軸１３の下端部に結合され、下端が補強部１８に結合されている。内側攪拌子１７の長環状は、楕円形状に限らず、矩形、菱形など、攪拌の目的により種々選択することができる。

前記回転軸芯Ｃを挟んで両側に、外側攪拌子１５と内側攪拌子１７との間を結合する攪拌バーとして直状のシャーリングバー２７、２９がそれぞれ相互間隔を置いて平行に複数本設けられている。この結合により、シャーリングバー２７、２９は、攪拌子の回転軸芯を挟む両側部から回転軸芯方向で該回転軸芯からオフセットした位置へ向かって延設された構成となる。但し、攪拌バーは、攪拌子の回転軸芯を挟む両側部の少なくとも一方から延設されれば良く、シャーリングバー２７、２９は、一方のみ設ける構成にすることもできる。また、直状に限らず、波状、或いは長さ方向で太い細い等の変化を持つ断面形状等に形成することもできる。

これらシャーリングバー２７、２９は、回転軸芯方向で段違いに配置されている。またシャーリングバー２７、２９は、回転軸芯Ｃ方向で内側攪拌子１７側が低くなるように若干傾斜して配置され、正転時は回転軸芯Ｃ方向での高位側となる外側攪拌子１５側での部分が回転先行することで食材等を加熱釜３の底部９方向へ流動させ、逆転時は回転軸芯Ｃ方向での低位側となる内側攪拌子１７側での部分が回転先行することで食材等を加熱釜３の上部方向へ流動させる傾向となるように攪拌する。

シャーリングバー２７、２９での結合により攪拌部５は、撹拌翼としての機械的強度を保持する。

さらに述べると、攪拌部５の回転軸芯Ｃは、図示しない駆動部の駆動軸の延長方向にあり、加熱釜３に対し斜めの角度にセットされている。加熱釜３の垂直軸心に対し、２０°〜４０°好ましくは３０°程度傾斜させてある。

外側攪拌子１５及び内側攪拌子１７の二重リングは中心線が斜軸の攪拌軸１３軸芯の延長上にあり、それぞれのリングを含む面の相互交差角が設定されている。回転軸芯Ｃ方向の上面から見た図２のように、外側攪拌子１５及び内側攪拌子１７の交差角は６０°〜１５０°好ましくは１１０°度程度である。内側攪拌子１７及びシャーリングバー２７、２９は、外側攪拌子１５の内径側で、回転軸芯Ｃ方向の上面から見た図２のように、逆Ｚ字状に配置されている。

後述するが外側攪拌子１５及び内側攪拌子１７を繋いでいる部分としての補強部１８は、この部位への食材の付着等が問題となる場合は設置しない。補強部１８は、製作上ある方が製造容易となる。

内側攪拌子１７の幅は好ましくは加熱釜３の底部９の半球部の径の３割程度以上のサイズとする(7割から2割)。シャーリングバー２７、２９が撹拌機能の中心であり、内側攪拌子１７は一部又は全部を省く事も可能である。

シャーリングバー２７，２９と回転軸芯Ｃとは、上記のような配置結合構造により空間的にねじれの位置にあるが、回転軸芯Ｃに直交する面に対するシャーリングバー２７、２９の相互角度は、若干の鋭角か鈍角となる。

外側攪拌子１５及び内側攪拌子１７を適当な間隔でシャーリングバー２７、２９により繋ぐので、この角度は鋭角(上側)から鈍角(下側)に変化する。角度を持った方が直角の場合に比べシャーリングバー２７，２９の運動(移動)軌跡の範囲が広くなり、若干混合効果が高まり好ましい。

即ち、回転軸芯Cに直交する面上にシャーリングバーがある場合、その回転軌跡は直交面上にある。一方、直交面に対し角度を持つ場合、回転軌跡は円錐台の側面となり軸方向に広がりを持ち、軸方向の混合に寄与する。

［撹拌機能］
攪拌装置１の攪拌部５の回転により問題を改善/解決できた。攪拌部5の正回転と逆回転とを適当な頻度で繰り返すとさらによい。

（１）撹拌軸上の混合/付着問題の解消
上記問題点で説明したように、回転運動において運動量の低い回転軸芯Ｃにセンターシャフト等があると、この部位に被撹拌物が絡み付き(付着し)、液中に分散されない混合不良が起こる。例えば、従来技術のサークル羽根において、シャーリングバーが撹拌軸の軸線と交差する部分に付着問題が起こる。

本発明実施例の撹拌装置１は、通常の撹拌装置には存在するセンターシャフトが無く、回転軸芯Ｃの位置に撹拌翼等の物体もないので、問題は回避された。

（２）撹拌翼表面で液との相対運動が低い箇所の付着問題の解消
従来のサークル羽根においては、シャーリングバーは回転の軸心を通り、回転により、流体はシャリングバーの面に対し垂直方向の力を受ける。その結果流体はシャーリングバーによるせん断混合とシャーリングバーの回転方向と同方向の流れが付与される。

しかし、シャーリングバー表面は液に対し垂直に運動するので、表面近傍は、液流がなくバーに固定しており、この部分に粉体等の物質が付着すると、その地点に留まり、分散されない問題が発生する。

一方、本願発明実施例では、回転の軸心はシャーリングバー２７、２９と交差せず、シャーリングバー２７、２９は、その近くの流体に対し、直角ではなく、角度を持って運動するので、せん断混合効果と共にバーに沿った方向に流れを形作る。シャリンバー２７、２９表面に定まった方向に流れが生じ、その部分への付着が防止される。

（３） 混合性の改善
従来のサークル羽根の場合、シャーリングバーは回転の軸心を通り、流体はシャリングバーの面に対し垂直方向の力を受ける。その結果、流体にはシャーリングバーによるせん断混合とシャーリングバーの回転方向と同方向の流れが付与される。回転方向と同方向の流れは、いわゆる撹拌部との共回りであり、流体内の混合に乏しい流れである。

一方、本願発明実施例のシャーリングバー２７、２９は、その近くの流体に対し、直角ではなく、角度を持って運動するので、せん断混合効果と共にバーに沿った方向に流れを形作る効果を与える。

このバーに沿った方向に流れを形作る効果が従来にはない、非常に重要な効果である。シャ−リングバー２７、２９によるせん断混合の効果はバー近傍の液流れの乱れによる混合効果であるが、シャーリングバー２７、２９により流体に与えられた運動エネルギーの大部分は混合により消失する。

一方、シャーリングバー２７、２９により方向付けられた流れは、運動エネルギーの消失が少なく、シャーリングバー２７、２９よりかなり離れた所までその影響が及ぶ。

加熱釜３の混合力は、局所的な混合と槽全体の循環混合との組み合わせの概念で示される。即ち、局所的に混合力があり、その局所的部分の混合は強くとも、槽の循環流が弱いと材料の入れ替わりが弱く、目的とする混合は得られない。

沈降性のある物質、流動性の乏しい物質、粘度の高い物質の撹拌混合は局所的な部分混合に加えて、槽全体に及ぶ液流による混合が必要で、この槽内の材料を全体として循環する効果が非常に有効である。

この循環による混合効果は、シャーリングバーの回転(移動)方向に対する角度、形状（平板、棒状、流路表面積、長さなど）により調整できる。

（４）槽内の液循環による混合の説明
この撹拌装置１は、攪拌部５が斜めに槽内に設置されているので、底部９の半球部分を周回運動する掻取羽根２５・・・は、底部９の器壁を摺動する一方、槽上部の直胴部分である胴部７の器壁では、液中を移動する。この掻取羽根２５・・・の撹拌効果を加熱釜３の槽下部の半球部分と槽上部の直胴部分に分けて説明する。

先ず、槽下部の半球部分については、撹拌部５を回転させると、槽壁面にある被撹拌物が掻取羽根２５・・・により、掬い取られ、外側攪拌子１５内側方向へと移動する。

このような動きの中で被撹拌物はシャ−リングバー２７、２９の旋回面に位置する被撹拌物と共に、シャーリングバー２７、２９により引き裂かれ、せん断混合を受けると共に、流れは、シャーリングバー２７、２９に沿って方向付けられ、槽外周部から中心部方向へ流れ込む。

一方、外側攪拌子１５、掻取羽根２５・・・の裏側は、回転により周囲の被撹拌物を吸引するので、中心部方向に向かった流れは、慣性のため大きくＵターンする形で掻取羽根２５・・・の裏側に向かって流れる。このようにして、掻取羽根２５・・・、外側攪拌子１５、シャーリングバー２７、２９等の(回転運動の)前方にある被撹拌物が、外側攪拌子１５を通り、シャーリングバー２７、２９により混合され方向づけられたのち、慣性により徐々に方向を変え、中心方向から槽壁の掻取羽根２５・・・の裏側に向かう循環が起きて槽内の被撹拌物が流動し全体としての混合が促進される。

次に槽上部の直胴部分について説明する。

槽上側の胴部７部分に掻取羽根２５・・・が位置する場合、槽壁との間が開いている。掻取羽根２５・・・の回転により、羽根回転の前方にある被撹拌物(流体)は押しのけられるが、外側攪拌子１５のリング内、外に２分されて流れ、内側の流れは同様にシャーリングバー２７、２９により混合と方向づけがなされる。

しかし、槽壁がある底部９場合に比べ流体量が減少し弱く、外側攪拌子１５のリング内側の流れ、外側の流れ共に、時間が経過し慣性が弱まるに従い、反転し掻取羽根２５・・・裏面へと向かう。

更に、この場合、掻取羽根２５・・・回転運動の軸芯と槽幾何形状の軸芯が異なるので、被撹拌物の回転軸芯Ｃを中心とした旋回運動は槽璧部からの抵抗を受け、胴部７での混合が促進される。

先に説明したように、流動性の乏しい物質、粘度の高い物質の撹拌混合は局所的な部分混合に加えて、槽全体の流れによる混合が必要であり、掻取羽根２５・・・の回転により起こされシャーリングバー２７、２９により方向付けされる槽全体に流れる流れとシャーリングバー２７、２９によるせん断混合の組み合わせは、これに適した混合機構である。

（５）周期的な正転と逆回転の繰り返しによる混合撹拌効果
撹拌部５を一旦停止後、逆回転させると、材料の流れ方向と掻取羽根２５・・・の運動方向とが同方向から反対方向となる。回転方向の変更は材料に強い混合効果を与え、一定方向では得られない撹拌強度を与え、液中への粉体の分散などで、より均一な分散が可能となる。

更に、材料の流れ方向が大きく変化するので、混合が加速され混合時間も大幅に短縮される。

上記の効果に加え、本機特有の効果がある。

逆回転する事により、材料の流れが反対になり、中心部にある被撹拌物がシャーリングバー２７、２９に沿って加熱釜３壁面に流れ込む。この動きを更に攪拌部５の回転軸芯Ｃが斜めにセットされていることにより、3次元的な撹拌になり、正回転と逆回転を適当な頻度で繰り返す事により、極めて効率の良い混合が得られ、作業短縮になる。

（６）シャーリングバー２７、２９の回転運動は、回転軸芯Ｃに対し斜き(面)を形成し円(周回)運動を行ない、固形の被撹拌物は、シャーリングバー２７、２９の斜面に沿った流れ(込み撹拌になり)による混合がなされ、従来型撹拌子による対向流れによるせん断撹拌と比較し、被撹拌物中の固体へのダメージが極めて小さく、保形性を保つことができ、撹拌による固形物の物性変化を解消できた。

（７）内側攪拌子の内側
内側攪拌子１７の内側は、撹拌翼を設置しても、軸芯からの距離が短いため翼の移動速度が遅く、混合の効果が期待できないだけでなく、粉、ペーストなどの被分散物が付着する恐れがある。そこで、内側攪拌子の内側は空間とし、槽内の液流動に従って流れ(入れ替わり)混合するようにする。

内側攪拌子のリングの回転運動による撹拌効果はせん断効果、材料に旋回運動を与える効果があり、有用であるが、このリングの幅が狭くなると、前述のように移動速度が遅くなり、撹拌効果が小さくなると共に付着等の恐れが出てくる。

そこで、前記したように、幅の制限及び場合によっては設置不要となる。

（８）内外輪の交差角
外側攪拌子１５及び内側攪拌子１７のリング間を結ぶシャーリングバー２７、２９は、外内側攪拌子１５、１７間にある流体に対し、バー２７、２９の長さ方向と直角ではなく、角度を持って運動するので、せん断混合効果と共にバー２７、２９に沿った方向に流れを形作る効果とを与える。

しかし、回転軸芯Ｃに近づくとバー２７、２９の移動速度が遅く、混合力が少なくなり、付着の恐れが出るので上記のように、外側攪拌子１５及び内側攪拌子１７の交差角が180度を除外して決定された。シャーリングバー２７、２９が長い程、効果が高いので６０°〜１５０°程度が適当である。

このような撹拌の機能により、問題点の改善/解消が出来た。

［その他］
攪拌装置１が攪拌する被攪拌物は、食材に限らず、医薬、建築資材等攪拌を要するものに適用することができる。

１ 攪拌装置
３ 加熱釜（攪拌容器）
５ 攪拌部
７ 胴部
９ 底部
１３ 攪拌軸
１５ 外側攪拌子（攪拌子）
１７ 内側攪拌子（攪拌子
２７、２９ シャーリングバー（攪拌バー）
１３ 攪拌軸

Claims (4)

1. 底部が半球状で胴部が円筒の攪拌容器と、
   この攪拌容器に対し上部から挿入して傾斜配置され攪拌駆動可能な攪拌軸と、
   この攪拌軸の下部に上部が取り付けられ前記底部に沿って近接配置された環状の攪拌子と、
   この攪拌子の回転軸芯を挟む両側部の少なくとも一方から回転軸芯方向で該回転軸芯からオフセットした位置へ向かって延設された攪拌バーと、を備え、
   前記環状の攪拌子を外側攪拌子とし、
   この外側攪拌子の内側に交差配置され同回転軸芯で一体回転可能に取り付けられ回転軸芯方向に長い長環状の内側攪拌子を備え、
   前記攪拌バーは、前記外側攪拌子と内側攪拌子との間を結合する、
   ことを特徴とする攪拌装置。
2. 請求項１記載の攪拌装置であって、
   前記攪拌バーは、相互間隔を置いて複数本備えられた、
   ことを特徴とする攪拌装置。
3. 請求項１又は２記載の攪拌装置であって、
   前記攪拌バーは、前記回転軸芯を挟む両側で前記外側攪拌子と内側攪拌子との間を結合するように配置され、
   前記回転軸芯を挟む両側の攪拌バーは、前記回転軸芯方向で段違いに配置された、
   ことを特徴とする攪拌装置。
4. 請求項1〜３の何れか1項記載の攪拌装置であって、
   前記攪拌子に、前記攪拌容器の内面が構成する槽壁を掻取る掻取羽根を取り付けた、
   ことを特徴とする攪拌装置。

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