JP7531459B2

JP7531459B2 - 粉体混合機

Info

Publication number: JP7531459B2
Application number: JP2021111803A
Authority: JP
Inventors: 達也鈴木; 僚河内
Original assignee: Chuo Malleable Iron Co Ltd
Current assignee: Chuo Malleable Iron Co Ltd
Priority date: 2021-07-05
Filing date: 2021-07-05
Publication date: 2024-08-09
Anticipated expiration: 2041-07-05
Also published as: JP2023008327A

Description

本明細書の技術分野は、回転容器を備え、回転容器内で複数種類の粉体を混合する、粉体混合機に関する。

回転容器を備え、回転容器内で複数種類の粉体を混合する、粉体混合機として、従来、下記特許文献１において、回転容器の内周壁面に当接する撹拌翼を備える粉体混合機が知られている。この粉体混合機は、回転容器を回転させるとともに、回転容器に対して相対的に撹拌翼を回転させることによって、複数種類の粉体を均一に混合撹拌することができる。

特開２０１８－１８７５６６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の従来の回転容器を備える粉体混合機は、清掃する際に、回転容器と撹拌翼の両方を清掃する必要があり、さらに、清掃前後に、回転容器から撹拌翼を脱着する必要があり、清掃が煩雑であるという問題点があった。

本明細書の技術が解決しようとする課題は、上述の点に鑑みてなされたものであり、複数種類の粉体を均一に混合撹拌することができ、かつ、簡便に清掃することができる粉体混合機を提供することを目的とする。

本明細書の実施形態に係る粉体混合機は、粉体を収容し、周方向に回転し、上下方向を軸方向とする回転軸を有する、円筒状の回転容器を備える粉体混合機であって、
該回転容器の下方が閉塞され、該回転容器の内側の底壁面に、該底壁面の中心近傍から半径方向に形成された、傾斜角度の異なる２種以上の誘導面、を備えることを特徴とする。

本明細書の実施形態に係る粉体混合機によれば、円筒状の回転容器が上下方向を軸方向とする回転軸を有しているため、混合撹拌の際に、回転容器を回転させることによって、回転容器内の粉体は、遠心力によって半径方向に移動する。このとき、回転容器の底壁面に、傾斜した誘導面が備えられているため、混合撹拌される粉体は、誘導面に沿って半径方向に移動し、回転容器の側壁面を誘導面の傾斜方向に移動する。次々に移動する粉体によって、混合撹拌される粉体は、底壁面に押しやられるように、回転容器内を循環する。誘導面は傾斜角度の異なる２種以上が底壁面に備えられているため、混合撹拌される粉体は、傾斜角度の異なりによって、２以上の異なる撹拌によって撹拌される。２以上の異なる撹拌によって撹拌されるため、実施形態の粉体混合機は、粉体を複雑に撹拌することができ、結果、粉体を均一に混合撹拌することができる。また、実施形態の粉体混合機は、回転容器の回転によって、複数種類の粉体を均一に混合撹拌するものであり、粉体が接触する部位が回転容器の内壁のみであるため、簡便に清掃することができる。

ここで、上記粉体混合機において、前記誘導面と前記回転容器の内側の側壁面との交線を形成する角部が丸く面取りされて、面取り部が形成されているものとすることができる。

これによれば、半径方向に移動する粉体を面取り部によって誘導面から側壁面にスムーズに移動させることができるため、粉体をより均一に混合撹拌することができる。

また、上記粉体混合機において、前記傾斜角度が、水平面に対し、半径方向上側に０～２５°の範囲にあるものとすることができる。

これによれば、混合撹拌される粉体は、誘導面に沿って半径方向に移動するとともに上側にも移動し、回転容器の側壁面又は天壁面まで移動して底壁面に落下する循環を繰り返す。このため、より効率よく、複数種類の粉体を均一に混合撹拌することができる。

また、上記粉体混合機において、前記底壁面の中心の前記回転軸上に、前記回転容器の内側に突出した、円錐形状の中央突起物が形成されているものとすることができる。

これによれば、円錐形状の中央突起物によって、回転による遠心力が小さい回転軸周辺の粉体を半径方向に移動させることができるため、より効率よく、粉体を均一に混合撹拌することができる。

また、上記粉体混合機において、前記傾斜角度の異なる２種以上の前記誘導面を連接する連接面が備えられ、該誘導面と該連接面との交線を形成する角部が丸く面取りされて、面取り部が形成されているものとすることができる。

これによれば、混合撹拌時の粉体の動きを滑らかにするとともに、粉体混合機の清掃の際の作業性を向上させることができる。

本明細書の実施形態に係る粉体混合機によれば、粉体を均一に混合撹拌することができ、かつ、簡便に清掃することができる。

実施形態の粉体混合機の上側からの斜視図である。図１のII－II線位置の断面図である。図１のIII－III線位置の断面図であり、撹拌時の粉体の軌跡のイメージを共に示す図である。（Ａ）は図１のIVＡ－IVＡ線位置の断面斜視図、（Ｂ）は図４（Ａ）のIVＢ－IVＢ線位置の断面図である。図２のV－V線位置の断面図である。図２のVI－VI線位置の断面図である。図２のVII－VII線位置の断面図である。図２のVIII－VIII線位置の断面図である。図５～８を重ね合わせたイメージ図である。

以下、本明細書の実施形態に係る粉体混合機を図面に基づいて説明する。しかし、本明細書の技術は、これら実施形態に限定されるものではない。実施形態の粉体混合機は、図１に示すように、円筒状の回転容器１を備え、上下方向を軸方向とする回転軸ＲＡを有し、回転軸ＲＡを中心に回転することによって、粉体Ｐ（図３）を混合する。なお、本明細書において、粉体混合機の向きは、図１に示すように、天壁面２７を有する側を上とし、底壁面２１を有する側を下とする。図示で使用する、Ｕは上、Ｄは下を示す。回転方向は、粉体混合機を上から見た際の回転方向とする。また、粉体混合機の回転容器１の中を基準に、内側又は外側と表現することがある。

粉体混合機を形成する回転容器１は、ステンレス鋼で形成され、円筒状であり、下側は容器壁２によって閉塞され、上側は容器壁２によって開口部３を除いて閉塞され、内部が粉体Ｐを撹拌する場となる容器である。回転容器１の容器内側の直径と高さの比は、粉体Ｐの混合性に優れる、直径：高さ＝１０：７とした。具体的な大きさとしては、回転容器１の容器内側の直径は３０ｃｍ、高さは２１ｃｍとした。

回転容器１の底壁の容器壁２の中心の下側（外側）には、回転容器１を回転させる動力機（図示せず）と連結する基台（図示せず）が設けられている。回転容器１の天壁の容器壁２の中心周辺には、粉体を出し入れするための開口部３が設けられ、開口部３には、図示しない蓋が開口部３を開閉可能に取り付けられている。

回転容器１の内側の底壁面２１には、図２～４に示すように、回転軸ＲＡ上に、上側に突出し、回転軸ＲＡ上に頂部２５１を有する円錐形状の中央突起物２５と、中央突起物２５から半径方向に、異なる傾斜角度αを有する４種類の誘導面２２とが形成されている。また、底壁面２１には、隣り合う誘導面２２と誘導面２２とを連接する平面状の連接面２３と、誘導面２２と連接面２３との交線を形成する角部が丸く面取りされた面取り部２３６とが形成されている。角部が面取り部２３６によって丸く面取りされていることにより、混合撹拌時の粉体Ｐの動きを滑らかにするとともに、粉体混合機の清掃の際の作業性を向上させることができる。

図４～８に示すように、誘導面２２は半径方向外側の端部が側壁面２６と交差し、誘導面２２と側壁面２６との交線を形成する角部が角部の外側に丸く面取りされて、面取り部２２６が形成されている。これにより、遠心力によって半径方向外側に移動する粉体Ｐを誘導面２２から側壁面２６にスムーズに移動させることができる。

誘導面２２は、図５～９に示すように、４種類の傾斜角度αが設けられている。誘導面２２の傾斜角度αは、水平面（回転軸ＲＡに直交する面）から半径方向の上側への仰角であり、０°の誘導面２２１（図５）、５°の誘導面２２２（図６）、１０°の誘導面２２３（図７）、１５°の誘導面２２４（図８）、の４種類が設けられている。誘導面２２は、傾斜角度が異なることで、側壁面までの距離Ｌが異なり（図９、距離Ｌ１～Ｌ４）、０°の誘導面２２１の距離Ｌ１が最も短く、１５°の誘導面２２４の距離Ｌ４が最も長い。誘導面２２は、図２に示すように、底壁面２１に対して、周方向に３０°ごと、角度の異なる誘導面２２が設けられ、底壁面２１に、０°の誘導面２２１と、０°を超える傾斜角度（５°、１０°又は１５°）の誘導面（２２２、２２３又は２２４）とが交互に配置されている。具体的には、図２のV－V線から時計回り方向に、０°の誘導面２２１（図５）、１０°の誘導面２２３（図７）、０°の誘導面２２１（図５）、５°の誘導面２２２（図６）、０°の誘導面２２１（図５）、１５°の誘導面２２４（図８）、の順の半周分が設けられ、残りの半周分も同じ順序で設けられている。周方向に隣り合う誘導面２２に、傾斜角度α順などの規則性を持たせないことにより、粉体Ｐを複雑に撹拌させて、撹拌効率を上げるものである。

中央突起物２５は、円錐形状であり、底壁面２１の回転軸ＲＡ上に設けられ、上側に頂部２５１が突出している。中央突起物２５の裾部２５２の直径は、回転容器１の容器内側の直径の０．２５倍の長さであり、中央突起物２５の高さは、回転容器１の容器内側の高さの０．４倍の長さである。中央突起物２５は、回転による遠心力が小さい回転軸周辺の粉体Ｐを、半径方向に移動させることができるため、より効率よく、粉体を均一に混合撹拌することができる。中央突起物２５の裾部２５２と底壁面２１との交線を形成する角部は、丸く面取りされた面取り部２５６が形成されている。

次に、実施形態の粉体混合機を用いた粉体Ｐの混合方法について説明する。粉体Ｐには、紫外線反応硬化型樹脂の原材料粉末（紫外線反応硬化型樹脂Ａ、紫外線反応硬化型樹脂Ｂ、紫外線吸収剤、シリカ、着色顔料）を使用した。

紫外線反応硬化型樹脂の原材料粉末は、原材料粉末ごとに、開口部３から回転容器１内に投入させた。投入量は、ゆるく充填したかさ体積の量で、回転容器１の内容積の０．２５倍の容積の量（約３．５リットル（約１．７ｋｇ））とした。投入された原材料粉末（粉体Ｐ）は、回転容器１内の中央突起物２５によって、半径方向に移動させられ、回転による遠心力が小さい回転軸周辺に留まることが抑制される。

粉体Ｐの投入後に、回転容器１の開口部３を、図示しない蓋によって閉塞する。次に、動力機によって、回転容器１を回転させる。回転数は、６００ｒｐｍ（１０Ｈｚ）とした。

回転容器１が回転軸ＲＡを中心に回転することによって、回転容器１内の粉体Ｐは、遠心力により半径方向に飛ばされる。このとき、粉体Ｐは、４種類の傾斜角度αが設けられている誘導面２２の傾斜角度αの違い（０°の誘導面２２１（図５）、５°の誘導面２２２（図６）、１０°の誘導面２２３（図７）、１５°の誘導面２２４（図８））によって、側壁面２６を異なる高さまで上昇し、異なる撹拌によって撹拌される。側壁面２６までの距離Ｌが短い０°の誘導面２２１上を移動した粉体Ｐは、短い時間で側壁面２６に達して側壁面２６上を少し上方に移動して容器中央に向けて落下する。一方、側壁面２６までの距離Ｌが長い１５°の誘導面２２４上を移動した粉体Ｐは、少し長い時間で側壁面２６に達して側壁面２６上をより上まで移動して容器中央に向けて落下する（図３）。粉体Ｐは、異なる撹拌によって撹拌されながら、周方向に隣り合う誘導面２２の粉体Ｐと混ざりながら撹拌される。隣り合う誘導面２２の傾斜角度αが規則性を有していないため、粉体Ｐは、ランダムに混ざり、撹拌効率が高められる。

なお、実施形態の粉体混合機は、その構成を以下のような形態に変更しても実施することができる。

実施形態の粉体混合機では、回転容器１の材質にステンレス鋼を用いたが、回転容器１の材質は、粉体混合することによって摩耗が少ない材料であれば使用することができ、炭素工具鋼鋼材（ＪＩＳＧ４４０１：２００９）などの鋼材、焼成セラミックス材、なども使用することができる。

実施形態の粉体混合機では、回転容器１の容器内側の直径と高さの比は、粉体Ｐの混合性に優れる、直径：高さ＝１０：７としたが、回転容器１の容器内側の直径と高さの比は、直径：高さ＝１０：４～１０であれば、粉体Ｐの混合性に優れるものとすることができる。高さが直径１０に対して４未満である場合には、直径に対して高さが低く、効率よく粉体Ｐを混合することができないおそれがある。一方、高さが直径１０に対して１０を超える場合には、混合時に、粉体Ｐが側壁面２６の上側まで届かず、高さが過剰なものとなり、設備として無駄なものとなるおそれがある。別の実施形態として、回転容器１の容器内側の直径と高さの比は、直径：高さ＝１０：５～９とすることができ、さらに別の実施形態として、直径：高さ＝１０：６～８とすることができる。

実施形態の粉体混合機では、回転容器１の容器内側の直径は、３０ｃｍとしたが、回転容器１の容器内側の直径は、１０～１００ｃｍであれば、粉体Ｐの混合性に優れるものとすることができる。

実施形態の粉体混合機では、誘導面２２には傾斜角度αを４種類設けたが、傾斜角度αは２～８種類設けることにより、撹拌効率に優れるものとすることができる。傾斜角度αが２種類未満（つまり１種類）である場合には、十分な撹拌効率が得られないおそれがある。一方、８種類を超えると、誘導面２２を備える底壁面２１の加工が困難になり、粉体混合機の製造が困難になるおそれがある。別の実施形態として、誘導面２２の傾斜角度αは、３～５種類とすることができる。なお、誘導面２２は、底壁面２１の周方向に、連続的に変化する波型形状とすることもできる。

実施形態の粉体混合機では、誘導面２２の傾斜角度αは、０～１５°としたが、誘導面２２の傾斜角度αは、０～２５°であれば、撹拌効率に優れるものとすることができる。誘導面２２の傾斜角度αが０°未満である場合には、誘導面２２が半径方向に下側の俯角となり、撹拌時に、誘導面の外側端部に粉体Ｐが吹き溜まり、撹拌効率が劣るおそれがある。一方、誘導面２２の傾斜角度αが２５°を超えると、撹拌の遠心力によって、粉体Ｐが上方に十分に上昇しないおそれがある。別の実施形態として、誘導面２２の傾斜角度αは、０～２０°とすることができる。

実施形態の粉体混合機では、中央突起物２５の裾部２５２の直径は、回転容器１の容器内側の直径の０．２５倍の長さとしたが、回転容器１の容器内側の直径の０．０５～０．５倍の長さであれば、効率よく、粉体を均一に混合撹拌することができる。中央突起物２５の裾部２５２の直径が、回転容器１の容器内側の直径の０．０５倍未満である場合には、回転容器１の容器内側の直径に対して小さく、混合撹拌の効率を上げる効果が確認できないおそれがある。一方、０．５倍を超えると、相対的に底壁面２１の粉体Ｐの混合面積（誘導面２２の面積）が小さくなり、混合撹拌の効率が劣るおそれがある。別の実施形態として、中央突起物２５の裾部２５２の直径は、回転容器１の容器内側の直径の０．１５～０．３倍の長さとすることができる。

実施形態の粉体混合機では、中央突起物２５の高さは、回転容器１の容器内側の高さの０．４倍の長さとしたが、回転容器１の容器内側の高さの０．１～０．６倍の長さであれば、効率よく、粉体を均一に混合撹拌することができる。中央突起物２５の高さが、回転容器１の容器内側の高さの０．１倍未満である場合には、回転容器１の容器内側の高さに対して小さく、混合撹拌の効率を上げる効果が確認できないおそれがある。一方、０．６倍を超えると、回転容器１の容器内側の高さに対して大きく、清掃などのメンテナンス性が劣るおそれがある。別の実施形態として、中央突起物２５の高さは、回転容器１の容器内側の高さの０．２～０．５倍の長さとすることができる。

実施形態の粉体混合機では、混合する粉体Ｐとして、紫外線反応硬化型樹脂の原材料粉末を使用したが、粉体Ｐは、これに限定されるものではなく、積層造形や粉末冶金などに用いられる金属粉末、グラウト材などのセメント系材料、ファンデーションなどの化粧品、混合調味料やホットケーキミックスなどの食料品、粉末薬剤などの医薬品、などであっても使用することができる。

実施形態の粉体混合機では、粉体Ｐを混合する際の回転数は、６００ｒｐｍ（１０Ｈｚ）としたが、回転数は１８０～１８００ｒｐｍ（３～３０Ｈｚ）であれば、効率よく、粉体を均一に混合撹拌することができる。回転数が１８０ｒｐｍ（３Ｈｚ）未満である場合には、遠心力が弱く、十分に混合撹拌することができないおそれがある。一方、１８００ｒｐｍ（３０Ｈｚ）を超えると、十分に混合撹拌することができるものの、粉体混合機に対する負荷が過剰なものとなるおそれがある。別の実施形態として、粉体Ｐを混合する際の回転数は、３００～９００ｒｐｍ（５～１５Ｈｚ）とすることができる。

１…回転容器、２…容器壁、３…開口部、２１…底壁面、２２…誘導面、２３…連接面、２５…中央突起物、２６…側壁面、２７…天壁面、２２１…誘導面、２２２…誘導面、２２３…誘導面、２２４…誘導面、２２６…面取り部、２３６…面取り部、２５１…頂部、２５２…裾部、２５６…面取り部、Ｌ…距離、Ｐ…粉体、ＲＡ…回動軸、α…傾斜角度。

Claims

粉体を収容し、周方向に回転し、上下方向を軸方向とする回転軸を有する、円筒状の回転容器を備える粉体混合機であって、
該回転容器の下方が閉塞され、該回転容器の内側の底壁面に、該底壁面の中心近傍から半径方向に形成された、傾斜角度の異なる２種以上の誘導面を備え、
該誘導面と該回転容器の内側の側壁面との交線を形成する角部が丸く面取りされて、面取り部が形成されていることを特徴とする粉体混合機。
粉体を収容し、周方向に回転し、上下方向を軸方向とする回転軸を有する、円筒状の回転容器を備える粉体混合機であって、
該回転容器の下方が閉塞され、該回転容器の内側の底壁面に、該底壁面の中心近傍から半径方向に形成された、傾斜角度の異なる２種以上の誘導面を備え、
該傾斜角度が、水平面に対し、半径方向上側に０～２５°の範囲にあることを特徴とする粉体混合機。
粉体を収容し、周方向に回転し、上下方向を軸方向とする回転軸を有する、円筒状の回転容器を備える粉体混合機であって、
該回転容器の下方が閉塞され、該回転容器の内側の底壁面に、該底壁面の中心近傍から半径方向に形成された、傾斜角度の異なる２種以上の誘導面を備え、
該底壁面の中心の該回転軸上に、該回転容器の内側に突出した、円錐形状の中央突起物が形成されていることを特徴とする粉体混合機。
粉体を収容し、周方向に回転し、上下方向を軸方向とする回転軸を有する、円筒状の回転容器を備える粉体混合機であって、
該回転容器の下方が閉塞され、該回転容器の内側の底壁面に、該底壁面の中心近傍から半径方向に形成された、傾斜角度の異なる２種以上の誘導面を備え、
該傾斜角度の異なる２種以上の該誘導面を連接する連接面が備えられ、該誘導面と該連接面との交線を形成する角部が丸く面取りされて、面取り部が形成されていることを特徴とする粉体混合機。