JPH0824834B2 - 混合装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は混合装置に関し、より詳細には、混合タンク
のような容器に収容されている、固体および気体を含む
液状媒体および液状懸濁媒体を混合するための装置に関
する。

本発明の主な特徴は、商業および工業上の用途、例え
ば、化学プロセス用の混合装置を提供することであり、
この混合装置では、液体の混合、固体懸濁液の混合、乳
化および曝気ならびに他の工業および商業用の混合操作
を行い、タンク内の混合装置は、繊維強化プラスチック
（FRP）とも呼ばれる繊維とプラスチックとの複合材料
で作られた羽根車を使用する。

かかる複合材料の軽量性および耐化学薬品性を利用す
るために、種々の製品、例えばパイプ、船体、タンクお
よび飛行機のプロペラは繊維強化プラスチックで構成さ
れてきたが、複合材料の望ましい特性から利益を得るこ
とができる商業用よび工業用として使用される実用的か
つ効率的な混合装置は、これまで満足すべきものが提供
されなかった。繊維プラスチック複合材料は、羽根車装
置に作用する反作用荷重に抗するという構造特性を有し
ていない。例えば、繊維プラスチック複合材料は、過度
に応力加えられると、破壊状態になる。過度の応力付加
は、構造体に作用する集中荷重から生ずる。金属を使用
する従来の羽根車材料の場合、このような集中荷重は、
局所的な歪硬化によって吸収される。しかし、繊維プラ
スチック複合材料の場合には、荷重は歪硬化によっては
吸収されず、簡単に破壊に至ってしまう。

かかる問題は、本発明において、幾つかの相互補足的
な方法で取り組まれてきた。ブレードの一定の形体、並
びに、ハブおよびシャフトの一定の形体と羽根車のシャ
フトへの取付け装置の使用より、羽根車に作用する反作
用荷重は、破壊に至らしめる応力上昇を生じさせないよ
うに、シャフトに伝達される。また、本発明のブレード
の形体の使用により、流れ場を実質的に軸線方向にし且
つブレード先端部での渦の発生を著しく減少させ、これ
により、圧送効率が向上することが分かった。かかる新
規に案出された羽根車装置の形体を繊維プラスチック複
合材料で構成することにより、羽根車装置の強度と剛性
が高められる。本発明による向上した構造特性および流
れ制御特性により、繊維プラスチック複合材料で製造さ
れた工業用および商業用混合装置の満足すべき実施が可
能になる。この混合装置は、軽量性のような材料性状に
より利益を得ることができる。これにより、シャフトの
限界速度に達することなしに、金属製のシャフトおよび
羽根車よりも、より高速で羽根車を回転させ、或いは、
シャフトがかなり長い場合であっても同じ速度で羽根車
を回転させることができる。かくして、同程度の容量の
金属製羽根車を使用するよりも、短時間で且つより効率
的に混合プロセスを実施することができ、これにより、
コストを低減することができる。

従って、本発明の主な目的は、構成部材を繊維プラス
チック複合材料で形成した、混合装置を提供することに
ある。

本発明の別な目的は、羽根車を繊維プラスチック複合
材料で製造する場合に、繊維プラスチック複合材料を破
壊に至らしめる応力の発生を回避するために、羽根車全
体にわたって、次いで羽根車からシャフトに反作用力を
伝達する、羽根車を備えた混合装置を提供することにあ
る。

本発明のさらに別な目的は、繊維強化プラスチックの
ような主として繊維プラスチック複合材料で繊維プラス
チック樹脂成形によって製造される、工業用および商業
用の混合プロセスに適した混合装置を提供することにあ
る。

簡単に言うと、容器内に収容されている液体又は液状
懸濁媒体を混合するための本発明による装置は、繊維プ
ラスチック複合材料製のシャフトと、複数のブレードを
備えた繊維プラスチック複合材料製の羽根車とを有する
羽根車装置を使用している。ブレードは、ハブのところ
に配置されている基部から、ブレードの外端のところの
先端部まで、延びている。羽根車は、工業用および商業
用の混合プロセスの使用に適した直径のものであるのが
よい。ブレードは、羽根車の回転時におけるブレードに
対する媒体の反作用荷重による曲げに抵抗するため、先
端部から基部に向かって曲げ剛性が増大している。ブレ
ードは好適には、そり、ねじれ（幾何学的角度）及び肉
厚を備えた空気力学的翼形形状を有しており、ブレード
のそり、ねじれ及び肉厚は、ブレードの基部から先端部
に向かって、ブレードの実質部分全体にわたって減少し
ている。ハブは、シャフトに設けられた取付け部に配置
されている。反作用荷重により生ずるシャフトの軸線方
向のスラスト（スラストとは、ブレードを介してシャフ
トに及ぼされる上向きの合力のことをいい、シャフト20
に圧縮力を及ぼす）および周方向のトルク（トルクと
は、物体をある軸のまわりに回転させるか又はねじる力
のことをいい、シャフト20にねじれ荷重を及ぼす）に抗
し、繊維プラスチック複合材料を破壊に至らしめる応力
の発生を回避するために、スラストおよびトルクをハブ
の取付け部全体にわたって伝達するように、ハブを取付
け部したがってシャフトに取付けて固定するための手段
が設けられている。好適には、高圧面と低圧面を有する
ブレードは、流れの場を制御するために、全体が低圧面
より上に延びているプロプレットをそれぞれ備えてい
る。プロプレットは、混合容器内の羽根車の流入流れを
実質的に軸線方向にし、流れ場を制御する。プロプレッ
トは又、ブレード先端部での渦の発生を打ち消し、流体
を圧送するのに必要なエネルギを減少させる。

第１図を参照すると、側壁14と底壁16とを備えたタン
ク10の形態の容器が示されている。タンク10の頂部は、
開放していても閉鎖していてもよい。タンク10には、混
合プロセスに応じて、液体又は液状懸濁液が充填され
る。タンク内の液体などの混合は、羽根車装置18によっ
て行われる。羽根車装置18は、シャフト20を有してお
り、シャフト20は、適当なモータによって伝動装置（歯
車駆動装置）を介して駆動され、混合プロセスに応じて
シャフトの回転速度が制御される。シャフト20には、羽
根車24が取付けられる取付け部22が設けられている。羽
根車24は、３つのブレード26、28、30と、これらのブレ
ードを取付け部22に固定するハブ32とを有する。ハブ32
は、各ブレードにそれぞれ対応した、３つの部分34、3
5、36（以下「ハブ部分」という）を有する。３つのハ
ブ部分のうち２つのハブ部分34、36が、第１図に示され
ている。ハブリング38、41がハブ部分34、35、36にねじ
係合し、これらのハブ部分をシャフトの取付け部22に固
定する。ブレードの先端には、プロプレット40、42、44
が取付けられている。

シャフト20と、取付け部22と、ブレード26、28、30、
ハブ32およびプロプレット40、42、44を備えた羽根車24
はすべて、繊維プラスチック複合材料（繊維強化プラス
チック（FRP）ともいう）で形成されている。羽根車24
と取付け部22を作るためには、圧縮成形または樹脂トラ
ンスファ成形を使用するのがよい。繊維強化プラスチッ
クの使用により、在来の金属製羽根車装置と比較して、
かなり軽量になった。かかる軽量化により、限界速度に
達する前の羽根車装置18の速度が向上し、これにより、
（軽量かつ安価な）高速低トルク型の歯車駆動装置又は
他の伝動装置の使用が可能になる。シャフトおよび羽根
車の軽量化により、シャフトを長くすることができ、こ
れにより、背の高いタンクに使用することができるとい
う利点を有する。

これらの利点はすべて、複合材料の上述の構造特性に
もかかわらず複合材料を使用することができる本発明の
構成のため、本発明によって得られる。複合材料は極限
強度および耐腐食性（耐化学薬品性）が高く、金属材料
と比較しても或る点では同等かそれ以上である一方、構
造剛性が小さい。また、複合材料には、特に局部荷重に
よって過度の応力が加えられると、急速な化学的浸食を
受けて破壊しやすい。このような過度の応力付加は局所
領域に応力上昇を引き起こし、この領域が広がって亀裂
および破壊の原因となる。

本発明によれば、羽根車装置18への荷重付加は、ブレ
ード26、28、30の形状、反作用荷重をシャフトに伝達す
るハブの形状、シャフトの拡大取付け部22、並びに、ブ
レード、ハブ、プロプレット、シャフトおよび取付け部
の内部構造形体によって、制御される。プロプレット4
0、42、44は、流れ場を制御するのを助ける。

ブレード（これらは同一である）のうちの代表的なブ
レード28が、第1A図、第２図、第2A図および第３図に示
されている。ブレード28は、ハブ部分36のところにある
基部46から先端部48まで延びている。ブレードは、前縁
部50および後縁部52を有する。シャフトの中心56から半
径方向に延びた線54は、羽根車24の回転時にブレードに
作用する反作用荷重がほぼ位置するようなブレードの軸
線である。線54は、第2A図に示されるように、ブレード
の横断面を通る中央線とブレードの前縁部50および後縁
部52を通る線との交点、すなわち、ブレードの弦58に沿
って測定すると、前縁部50からの弦の長さが40％で且つ
後縁部52からの弦の長さが60％のところに位置決めされ
ている。

ブレード28は、一定のそりをもつ空気力学的翼形形状
を有する。ブレードの幅（弦に沿った先端部と前縁部と
の間の長さ）は、ブレードの実質部分全体にわたって基
部46から先端部48に向かって減少している。ここで、ブ
レードの実質部分とは、第３図において、ブレードの軸
線54に沿ってX/D＝0.2の距離の箇所のところで終わる基
部分60と、ブレードの軸線54に沿ってX/D＝0.45の距離
の箇所から始まる先端部分62の始点との間の部分をい
う。この実質部分は、第1A図において、参照符号64で示
されている。なお、上述のX/Dにおいて、Ｄは羽根車の
直径であり、シャフトの中心56からプロプレット40の中
央線68まで、ブレードの軸線に沿って測定した距離の２
倍である。距離Ｘは、羽根車の直径Ｄによって決まる。
本発明による羽根車は、工業上および商業上の使用に適
するようにかなり大きい方がよい。例えば、羽根車の直
径は、２フィートから10フィートまで変化し得る。ま
た、ブレード26はねじれを有しており、このねじれは、
弦58とシャフト軸線と直交した平面との間の角度とし
て、測定される。このねじれは、基部分60および先端部
分62において実質的に不変である。また、このねじれ
は、ブレードの実質部分64全体にわたって基部から先端
部に向かって（羽根車のブレードの外側前方が）減少し
ている。

第12図、第13図および第14図は、肉厚、幅およびねじ
れの現時点での好適な変化をそれぞれ示している。基部
分と実質部分64との間、および、実質部分64と先端部分
62との間では、急激な変化はなく、滑らかな表面を呈し
ているのが分かる。かくして、肉厚の変化は、（X/D）
が0.1に略等しい位置まで基部分に向かって及ぶ。ブレ
ードの肉厚は実質部分64全体にわたって変化しており、
T/Dが、3.2％（ハブ近傍）〜1.26％（先端）の範囲にあ
る。なお、T/Dにおいて、Ｔは第２図において軸線54と
直角に測定したブレードの肉厚であり、Ｄは上述のよう
に羽根車の直径である。同様に、幅の変化は、X/Dが略
0.15のところで始まる。ブレードの幅は、C/Dが15.5％
（ハブ近傍）〜9.5％（先端）まで変化する。なお、C/D
において、Ｃは弦の長さであり、Ｄは羽根車の直径であ
る。ねじれは、実質部分64全体にわたって略13度変化す
る。羽根車装置に関しては、ブレードの角度と弦の長さ
との比率の分布は、あらゆる直径の羽根車に対して極め
て類似しているのがよい。ブレードの肉厚の比は、設計
荷重および許容たわみに応じて調整される。かかる肉厚
の比は、極端な場合、例えばかなり大きな直径の羽根車
の場合には、２倍までは増加させてもよい。

第３図に示されるように、ブレードの前縁部50は、実
質部分64および先端部分62においては僅かに（約4.5
度）後退しており、基部分60においてはブレードの軸線
54と略平行である。ブレードの後縁部52は、実質部分64
においては前進しており、先端部分62においては僅かに
（ブレードの軸線54に対して約4.5度）後退している。
かかる前進と後退により、第３図に示されるように、ブ
レードの軸線54は40％と60％の位置にそれぞれ維持され
る。ブレードの後縁部52は、基部分60においてはブレー
ドの軸線54と略平行である。

かかる構造形状により、先端部48と基部46との間で、
ブレードの曲げ剛性が増大する。かかる曲げ剛性の増大
は、反作用荷重により生ずる曲げに対する抵抗を高め
る。複合材料の剛性は鋼の剛性の３％〜15％であるのが
よく、典型的には6.7％である（曲げ係数は、複合材料
の2,000,000psiに対して、鋼は30,000,000psiであ
る）。かくして、かかるブレードの形状は、反作用荷重
のハブへの伝達を容易にし、かつ、ブレードの長さに沿
って（特に、ハブとブレードとの交差部において）局部
的な応力集中を最小にする剛性特性を得るのに重要であ
る。

ブレード28の剛性は、ブレードの内部構造によっても
高められる。ブレード28およびそのハブ部分36は好適に
は、圧縮成形又は樹脂トランスファ成形によって一体ユ
ニットとして成形される。樹脂トランスファ成形におい
ては、ブレード28およびそのハブ部分36の形状を有する
モールドを構成する。このモールドは、２つの部品を有
するのがよい。そのうちの一方には、フェルト状のガラ
ス繊維ストランドのベールを、この部品の底部に載せ
る。かかるベールは薄く、市販されているものである。
次いで、ベールを、ガラス繊維のチョップストランド又
はマットに織り込んだガラス繊維ロービングを含んだマ
ットで裏打ちする。かかる構造又はこれと同様な構造
は、腐食防止壁を構成する。次いで、主として一軸線方
向の連続ガラス繊維ストランドで構成される複数（例え
ば、３層）の構造層を、ストランドがブレードの軸線54
に沿って半径方向に延びるように配置する。マットおよ
び一軸層は、ブレードの基部分を越えて延び、次いで、
これらのマットおよび層をハブ部分の一端に向けて折
る。他の複数の一軸ガラス繊維層を使用し、これらの層
をハブ部分の反対側に向かって折る。樹脂をモールドに
注入するとき、第２群の一軸層間の関係を維持し且つこ
れらの層を移動しないようにするために、二軸層すなわ
ち織成体である幾つかの繊維材料層を挿入して肉厚の増
大したブレードの領域を満たし、かつ、ハブ部分を形成
する領域のモールドを満たす。ハブ部分の両端に向けて
上方および下方に折られた一軸層をさらに他のマットお
よびベールの層で被覆する。

一軸および二軸繊維並びにベールおよび他のマットを
含んだシートは、市販されてい。これらのシートを切断
して寸法決めし、モールドに挿入する。次いで、モール
ドを閉鎖して加熱する。次いで、熱硬化性樹脂を注入す
る。使用する樹脂は適当な添加剤（触媒）を加えたエポ
キシ、ポリエステル、又は好適にはビニルエステル樹脂
である。このような樹脂は、米国ミシガン州ミッドラン
ドのダウ・ケミカル社および他の会社から、登録商標
“Derakane"として販売されている。繊維材料層は、ブ
レードおよびハブ部分において、腐食防止壁と、構造剛
性および強度との両方をもたらす。ブレードおよびハブ
のその結果生ずる複合構造および形状は、剛性構造体と
なり、この剛性構造体は、荷重を受けると僅かに曲がる
が過度の応力集中を生じさせるようには著しくは曲がら
ない。ブレードの変位が設計荷重において羽根車の直径
の１％以下であるとき、この構造は十分に剛性である。
この羽根車の構造は、圧縮成形法によって製造される。
ここで詳述する方法および構造は、現時点において好適
である。

３つのハブ部分34、35、36は各々、取付け部22の周囲
において扇形部を占有しており、この扇形部の中心角は
好適には、120゜よりも僅かに小さく、例えば118゜であ
る。ブレードは図示したものよりも幅広でも幅狭でもよ
く、前記扇形部よりも大きくとも小さくともよい。ブレ
ードが基部においてより広い場合には、ブレードのハブ
部分に合致するように、かつ、ハブ部分に隣接したブレ
ードの縁部を越えるように内側に僅かに傾斜しているの
がよい。

ブレードは、低圧面を有しており、この低圧面は、横
断面が外側に凸状に湾曲した頂部平面である。ブレード
は又、低圧面の向かい側に高圧面を有する。液体又は液
状懸濁液は、高圧面よりも低圧面上をより長い距離流れ
なければならず、これにより、媒体に作用する揚力およ
び圧送力を発生させる。ブレードは第１図に示すように
取付けられており、下方圧送作用により、タンク10の底
部16に向かう軸線方向流を生じさせる。高圧面は、第2A
図では70、第７図では72で示されている。低圧面は第2A
図では74、第７図では76で示されている。第2A図は、ブ
レードの基部46における横断面の投影を示しており、第
７図は、ブレードの先端部48における横断面の投影を示
している。回転中の羽根車24に作用する主要な力は、シ
ャフトの軸線に対して20゜〜30゜の角度をなしており、
プロプレットの方向に作用する。これらの力は、（羽根
車を持ち上げるように作用する）スラスト成分とトルク
成分とに分解される。この流れの制御、従って、その結
果得られる作動効率の改良は、後述するように、ブレー
ドの圧力面に対するプロプレットの位置に決定的に依存
している。

ハブ部分に関しては、第２図、第2A図、第３図、第４
図および第５図を参照されたい。シャフトの取付け部22
には、３つのハブ部分34、35、36が取付けられ固定され
ている。これらのハブ部分は各々、中空円筒体の扇形部
に沿った中央部分80を有する。これらの部分は各々、内
面82と、ブレードの基部46が取付けられる外面とを有す
る。ブレードに加えられる反作用力により生ずるスラス
トとトルクの両方に抗して、ハブ部分をシャフトの取付
け部22に固定し、スラストとトルクを取付け部22に伝達
するために、内面82から軸線方向および半径方向に延び
た領域が設けられている。ハブ部分に設けられたこれら
の領域は、キー84とキー86である。これらのキー84、86
は、キー即ちハブからの突出部に集中荷重すなわち過剰
応力が作用するのを防ぐため、横断面が半円形である。
軸線方向のキーすなわち垂直なキー84はトルクに抵抗す
るので、トルクキーと呼ばれる。周方向のキーすなわち
水平なキー86はスラストに抵抗するので、スラストキー
と呼ばれる。

第3A図は、トルクキー84とスラストキー86の拡大横断
面を示している。トルクキー84は、第３図に示されるよ
うに、ブレードの軸線54の投影の中央に配置されてい
る。スラストキー86は、ブレードの軸線54の上方、好適
には図示されているようにブレードの低圧面の上方に配
置されている。スラストキー86は、ハブ32の上端に隣接
している。ハブ部分を連結させると、スラストキー86
は、ハブ部分の内面82と同一の円に沿うこととなる。ス
ラストキー86がブレードの軸線54の上方にあるので、反
作用荷重は、スラストキーを、取付け部22に設けられた
協同するスラストキー路から押し出そうとするのではな
く、スラストキー路に押し込もうとする。トルクキーお
よびスラストキーは、反作用荷重を取付け部22に伝達す
る。

第１図および第８図に示された取付け部22は、溝の形
態をなした複数の軸線方向領域を有しており、これらの
領域は、トルクに抵抗するキー路（以下「トルクキー
路」という）90を形成する。取付け部22は又、溝の形態
をなした１つ以上の軸線方向に間隔を隔てた領域を有し
ており、これらの領域は、スラストに抵抗するキー路
（以下「スラストキー路」という」92、94を形成する。
複数のスラストキーを使用することにより、羽根車24
を、シャフト20に沿って軸線方向に互いに間隔を隔てた
（即ち、タンク16の底部から間隔を隔てた）所定の距離
のところに配置することができる。羽根車の位置決めの
融通性をより増大させる必要がある場合には、取付け部
22を拡大して付加的なスラストキーを使用することもで
きる。ハブ部分を取り外したり他の部分と切り換えたり
することができることにより、シャフト20を交換せずに
羽根車を交換することができる。かくして、実施しよう
とする混合プロセスの要求を満たすために、より大きな
又はより小さな直径の羽根車を使用することができる。

ハブリング38、41をハブ部分の両端のところで領域9
6、98にねじ込むと、ハブ部分は固定される。領域96、9
8には各々、一条雌ねじ100が設けられており、雌ねじは
領域96、98を横切りハブ部分の中央領域80の両端にある
段部102、104までそれぞれ螺旋形になっている。ねじ10
0は同じ設計のものであるので、ハブリングを頂部領域
と底部領域との間で交換することができる。ハブリング
は、上部ハブリング38を示している第９図および第10図
にも示されている。ハブリングは、３つの雌ねじ部10
6、108、110を有するリングである。これらのねじは各
々、ハブ部分34、35、36のうちの異なる１つの雌ねじ10
0に係合する。ハブリングの領域96、98およびハブリン
グの内面は互いに合致するようにテーパしており、取付
け部22の直径およびハブ部分の肉厚の許容値の範囲内で
強固な締付け力を提供する。ハブリングを締付けると、
テーパ状接触面がハブリングとハブの部分との間に圧縮
力を加えて、ハブをシャフトに締付ける。トルクキー84
とトルクキー路90およびスラストキー86と所定のスラス
トキー路92又は94は互いに係合する。ハブリングに作用
する荷重は締付け荷重のみであり、ハブリングに加えら
れる反作用荷重は微小であるので、ハブリングはハブ部
分又は取付け部とのこれ以上の連結を必要としない。し
かしながら、ねじが緩まないようにするために、第10図
において参照符号112で示すように、ハブ部分うにピン
を挿入するための孔を設けるのが望ましい。

ブレードおよびハブ部分と同様に、ハブリングは、繊
維プラスチック複合材料で形成されている。ガラス繊維
シート層を螺旋状に巻いてハブリングの構造芯部を形成
しこれをモールドに装入し、このモールドに熱硬化性樹
脂を注入し、ブレードおよびハブに関連して述べたよう
な樹脂トランスファ成形により、ハブリングが成形され
る。或いは、樹脂繊維化合物の圧縮成形を使用してもよ
い。モールドからのハブリングの離型を容易にするため
に、ハブリングを回転させモールドから取り外してねじ
をモールドから離型するために、スパナ接近用のノッチ
114を設けるのがよい。

シャフト20は好適には、拡大した取付け部22を備えた
管であり、取付け部22は、シャフトの外径よりも大きな
直径のものである。シャフト20の上端は、取付け具120
によって、タンク10の頂部に設けられたモータおよび歯
車駆動装置のような伝動装置（図示せず）である羽根車
駆動装置に連結されている。

シャフト20は好適には、羽根車24と同じ材料、即ち、
繊維強化エポキシ、ポリエステルおよびビニルエステル
で作られる。シャフト20は、樹脂を一軸繊維のシートに
付けた後、このシートをマンドレルに巻き付けることに
よって製造される。シャフト20の軸線方向の剛性を最大
にするために、連続繊維の軸線方向配向が好ましい。幾
つかの層を使用してシャフトが形成される。ガラス繊維
フィラメントをガラス繊維シートにわたってマンドレル
のまわりに螺旋状に巻き付ける。多重巻きが使用され
る。トルクの伝達性を向上させ、かつ、シャフトのフー
プ強度を高めるために、巻付け角度は、シャフト軸に対
してかなり大きな角度、例えば50゜〜70゜であるのがよ
い。次いで、シャフトには一軸繊維層が形成される。さ
らに、取付け部を樹脂含浸ガラス繊維マットで所望の直
径に形成する。樹脂の硬化後、トルクキー路90およびス
ラストキー路92、94が取付け部に機械加工される。或い
は、予め構成したシャフト上に取付け部を成形してもよ
い。成形時に、トルクキー路およびスラストキー路を取
付け部に形成する。

特に第2A図および第８図で分かるように、トルクキー
84とスラストキー86は、各ハブ部分の内面に「十字」を
形成している。また、交差したトルクキー路90とスラス
トキー路92、94は、取付け部に軸線方向に間隔を隔てた
複数の「十字」を形成している。これらの十字形のキー
およびキー路により、荷重が取付け部全体にわたって伝
達され、ハブ部分34、35、36および取付け部22を構成し
ている繊維プラスチック複合材料に過大な応力が加えら
れるのを阻止する。

第4A図および第5A図を参照すると、第１図および前述
の図に示された羽根車24の場合におけるように、極めて
多数の羽根車位置が羽根車駆動シャフト132の取付け部1
30に設けられ、ハブ部分134、136、138がハブリング14
0、142によって取付け部に保持されている実施例が示さ
れている。ハブ部分の内面には、軸線方向と周方向の両
方に好適には正弦曲線状に起伏している突出部と溝が設
けられている。かくして、取付け部の外面およびハブ部
分の内面は、くぼんだように見える。これらのくぼみ
は、起伏の１サイクルによって各々分離された多数の位
置で相互に係合することができる。この際、シャフトの
軸線方向の極めて多数の位置に羽根車を設置してハブリ
ング140、142で固定することができる。トルクとスラス
トは、過度の応力を発生させることなしに、これらの起
伏に伝達される。ハブ即ち取付け部に過度の応力を付加
せず、これにより繊維プラスチック複合材料を破壊状態
に至らしめないでトルクとスラストの反作用荷重に抵抗
しながら、羽根車をシャフトの軸線方向に選択的に位置
決めするために、他の異なる配向のキーおよびキー路を
使用することができるのは分かるであろう。十字形のキ
ーおよびキー路の使用は好適であり、荷重伝達性と製造
容易性の両方の利点をもたらす。

中空の管状シャフトの使用は、羽根車の重量を軽くす
るので好ましい。混合される媒体は、シャフトの中央に
入らないことが望ましい。その目的のため、シャフト20
の下端にプラグ93を挿入するのが望ましい。

第11図を参照すると、シャフト150および取付け部152
の他の具体例が示されている。シャフト150は好適に
は、シャフト20と同様に繊維プラスチック複合材料製の
中空シャフトである。取付け部のシャフト重量を軽減す
るために、シャフト150に、シンタクチック発砲体層154
を形成するのがよい。これは、気泡を形成するためガラ
ス又はプラスチックの微小中空球を含有した発砲プラス
チック材料である。従って、シンタクチック発砲体は軽
量である。シンタクチック発砲体層154は、シャフトと
繊維プラスチック複合材料の外層156との間に挟んでも
よい。シャフト150のまわりにシンタクチック発砲体層1
54を挿入し、これをガラス繊維シート被覆することによ
って、取付け部全体を積層してもよい。次いで、取付け
部をモールドで成形し、これにより周方向の円形スラス
トキー路158、160並びにトルクキー路（その一方162を
第11図に示す）を形成する。

第２図、第３図、第６図および第７図を参照すると、
典型的なプロプレット40が示されている。プロプレット
40は、羽根車24の中への流れ（流入流れ）および羽根車
によって高圧面から遠去かる方へ圧送される流れを、実
質的に軸線方向に差し向ける。このような軸線方向の流
れが生ずると、ブレードに沿った流速分布が一層均一に
なり、圧送効率がより向上する。プロプレット40は又、
各ブレードの先端部48のところでの渦の発生を減少させ
る。プロプレット40は又、プロプレットを使用しないと
きよりも、圧送効率を向上させる（即ち、加えられた入
力に対して流れを大きくする）。

プロプレット40の利点を得るためには、プロプレット
40をブレードの低圧面の側より上方に取付けることが重
要であることが分かった。プロプレット40は、ブレード
の低圧面より下には少しも突出していないことが分かる
であろう。プロプレット40は、ブレードの低圧面より上
方に、ブレードの軸線54と略直交して突出している。プ
ロプレット40の高さは好適には、シャフトの軸線に向か
うプロプレットの突出が、ブレードの前縁部より上方に
延び且つ後縁部を越えて延びる程のものである。また、
プロプレットの幅は、流れ場の制御、渦の減少、および
所望の圧送効率の増大を得るのに重要である。プロプレ
ットは、取付け箇所において（平らな形状で）少なくと
もブレードと同じ位の幅であるべきであ。この目的のた
め、プロプレット40は、ブレードの先端部48のところで
ブレードの後縁部52を越えている。

また、プロプレット40は、中立揚力を有する空気力学
的翼形形状を有するものであることが重要である。換言
すれば、プロプレット40のそりは、プロプレットが位置
決めされている羽根車の半径におけるプロプレットの湾
曲に等しい。この目的のため、プロプレットの中央線68
は、中心がシャフトの軸線のところにある円の円周に沿
っている。

プロプレットの前縁部160は、好適には後退してい
る。後退角は、第７図に示されるように、ブレードの先
端部48のところでブレード28の弦に対して55度である。
プロプレットの後縁部162も、好適には後退している。
弦の投影に対する後退角は、81度である。プロプレット
の前縁部160から延びた線と、後縁部162から延びた線と
のなす角度は、好適には26度である。プロプレットの投
影領域は、ブレードの幅（羽根車の直径のほぼ10％）に
ほぼ等しい幅と高さを有する。プロプレットの縦横比
（先端部48のところでのブレードの弦に沿った幅と、プ
ロプレットの後縁部に沿った高さの比）は、ほぼ１対１
であるのが良い。

羽根車の直径を調節することができることは、本発明
の１つの特徴である。この特徴は、横断面およびねじれ
が不変である先端部分62を使用することによって得られ
る。羽根車は、先端部分62を短くして長さを調節するこ
とによって、所望の直径に合わせることができる。先端
部分62は、プロプレットの基部166のソケット164内に収
容される。ピン又はエポキシ、ウレタンのような接着剤
を使用してプロプレットを適当な箇所に接合することが
できる。

羽根車装置の残部のようなプロプレットは、繊維プラ
スチック複合材料で形成するのが望ましい。プロプレッ
トは好適には、ビニル樹脂を用いた樹脂トランスファ成
形によりマットおよび腐食防止壁ベールで包囲されたガ
ラス繊維シートの芯のまわりに成形される。プロプレッ
トは又、繊維およびプラスチック樹脂を含んだ成形材料
を圧縮成形することによって製造してもよい。

以上の説明より、羽根車装置を繊維プラスチック複合
材料で製造した混合装置が提供されることは明らかであ
ろう。本発明の範囲内において、装置の形体および装置
の製造に使用する材料を変更することは、当業者にとっ
ては容易であろう。従って、以上の説明は、限定的なも
のではなく、専ら例示的なものにすぎない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、タンクに収容されている本発明の混合装置の
羽根車およびシャフトの一部を示す部分切取り斜視図で
ある。第1A図は、第１図に示した羽根車のブレードのう
ちの１つの斜視図である。第２図は、羽根車のブレー
ド、ハブおよびプロプレットを含む羽根車の一部を背面
から（即ち、ブレードの後縁に向かって）見た背面図で
ある。第３図は、第２図に示したブレードの平面図であ
る。第2A図は、第２図および第３図に示したハブを第２
図の右側から見た端面図である。第3A図は、第2A図の線
3A−3Aに沿った、第２図、第2A図および第３図に示した
ハブの一部の拡大部分断面図である。第４図は、シャフ
トに取付けられた羽根車のハブおよびハブから延びるブ
レードを示した部分立面図である。第５図は、第４図の
線５−５に沿った断面の平面図である。第4A図および第
5A図はそれぞれ、本発明の他の実施例による羽根車をシ
ャフトに取付ける装置を示す部分断面立面図および第4A
図の線5A−5Aに沿う部分断面図である。第６図は、第３
図の線６−６に沿った、第２図および第３図に示す羽根
車のブレードの先端部とプロプレットの部分図である。
第７図は、第２図の線７−７に沿った、第２図および第
３図に示すプロプレットの端面図である。第８図は、第
１図に示すシャフトの立面図である。第９図は、一方の
ハブリングの平面図である。第10図は、第９図の線10−
10に沿った、第９図に示すハブリングの断面図である。
第11図は、本発明の別の実施例による、シャフトの一部
およびその取付け部の略断面図である。第12図、第13図
および第14図は、第１図、第1A図、第２図および第３図
に示された羽根車のブレードの肉厚、幅およびねじれの
好適な変化を示したグラフである。 10……タンク、18……羽根車装置 20……シャフト、22……取付け部 24……羽根車、26、28、30……ブレード 32……ハブ、40、42、44……プロプレット 38、41……ハブリング、34、35、36……ハブ部分

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】容器に収容された液体および液状懸濁媒体
   を混合するための装置であって、 繊維プラスチック複合材料製のシャフトと、 該シャフトに設けられた取付け部と、 該取付け部に配置された繊維プラスチック複合材料製の
   ハブ、および、ハブのところに配置された基部から先端
   部まで延びた繊維プラスチック複合材料製の複数のブレ
   ードを有する羽根車とを含み、前記ブレードは各々、羽
   根車が回転するとブレードに対する前記媒体の反作用荷
   重により生ずる曲げに抵抗するため、曲げ剛性が先端部
   から基部に向かって増大する空気力学的翼形形状を有し
   ており、 前記反作用荷重により生ずるシャフトの軸線方向のスラ
   ストおよび周方向のトルクに抗してハブを前記取付け部
   に固定し、かつ、スラストおよびトルクを前記取付け部
   に伝達するための、ハブを前記取付け部したがってシャ
   フトに取付ける取付け装置をさらに含み、該取付け装置
   は、前記取付け部の外面に形成された凹部又は凸部と、
   該凹部又は凸部に嵌合するようにハブの内面に形成され
   た凸部又は凹部とからなる、 ことを特徴とする混合装置。
2. 【請求項２】前記取付け部は、シャフトよりも大きな直
   径を有しており、少なくともハブの軸線方向長さと同じ
   距離軸線方向に延びていることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項に記載の混合装置。
3. 【請求項３】前記取付け装置は、スラストおよびトルク
   に抗して、シャフトの軸線方向に沿って間隔を隔てた複
   数の位置でハブを前記取付け部に固定することができる
   手段を有することを特徴とする特許請求の範囲第１項又
   は第２項に記載の混合装置。
4. 【請求項４】前記取付け装置は、少なくとも１つのスラ
   ストキーおよびスラストキー路と、少なくとも１つのト
   ルクキーおよびトルクキー路とを有しており、前記スラ
   ストキーとスラストキー路の一方は、シャフトの軸線と
   直交する平面内においてハブの内面に周方向に延びてお
   り、前記スラストキーとスラストキー路の他方は、取付
   け部においてシャフトの外面に周方向に延びており、前
   記トルクキーとトルクキー路の一方は、ハブの内面にシ
   ャフトの軸線方向に延びており、前記トルクキーとトル
   クキー路の他方は、取付け部においてシャフトの外面に
   軸線方向に延びていることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項乃至第３項のいずれか１つに記載の混合装置。
5. 【請求項５】ブレードは、そりとねじれを備えた空気力
   学的翼形形状を有しており、ブレードの肉厚は、ブレー
   ドの実質部分全体にわたってブレードの先端部に向かっ
   て減少しており、ブレードの幅、ねじれおよび横断面形
   状は、ブレードの先端から基部に向かって前記実質部分
   の端部まで延びているブレードの先端部分の長さを変え
   ることによってブレードの直径を調節することができる
   ように、前記先端部分全体にわたって不変であることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第４項のいずれか
   １つに記載の混合装置。
6. 【請求項６】前記ハブは、両端にねじを備えた複数の部
   分を有しており、前記部分の前記ねじに噛み合う雌ねじ
   が内面に設けられたハブリングを備えており、前記部分
   は、両端にねじ付きの環状領域を構成するように、シャ
   フトのまわりに配置されており、前記環状領域又はハブ
   リングの内面は、ハブリングにより前記複数の部分がシ
   ャフトに固定されるように、傾斜していることを特徴と
   している特許請求の範囲第１項乃至第５項のいずれか１
   つに記載の混合装置。
7. 【請求項７】ブレードの先端部には、中立揚力形状を備
   えたプロプレットが連絡されており、該プロプレットは
   各々、ブレードの高圧面から遠去かる方向にのみブレー
   ドを超えてシャフトの軸線方向に突出しており、プロプ
   レットは各々、空気力学的翼形形状を有することを特徴
   とする特許請求の範囲第１項乃至第６項のいずれか１つ
   に記載の混合装置。