JP7030340B2

JP7030340B2 - 容器回転式混合装置用パドル

Info

Publication number: JP7030340B2
Application number: JP2019037676A
Authority: JP
Inventors: 議博森川; 禎人加藤
Original assignee: NIPPON SOSEY KOGYO CO.,LTD.
Current assignee: NIPPON SOSEY KOGYO CO.,LTD.
Priority date: 2019-03-01
Filing date: 2019-03-01
Publication date: 2022-03-07
Anticipated expiration: 2039-03-01
Also published as: TW202033270A; TWI732297B; JP2020138181A

Description

特許法第３０条第２項適用化学工学論文集，４４巻，５号，第２９２～２９７頁，公益社団法人化学工学会，発行日：２０１８年９月２０日

本発明は、容器を回転させて該容器内の混合対象物を混合する装置用のパドルに関する。

従来、かかる容器回転式混合装置用パドルにあっては、金属製で、図７に示す様に、容器ａ外に配置されるアーム部ｂと、該アーム部ｂの先端に一体形成した、容器ａ内に配置されるパドル部ｃとを有し、該パドル部ｃは、水平部位ｄと、該水平部位ｄの両端部より上方突出した垂直部位ｅ、ｅ′と、水平部位ｄの中央より上方突出した、アーム部ｂへの連結軸部ｆとを有し、水平部位ｄの下面及び垂直部位ｅ、ｅ′の外側面にゴム製のワイパーｇ、ｈ、ｈ′を設け、混合装置ｍにターンテーブルｔ上に設置した容器ａ内にパドル部ｃを収容し、ターンテーブルｔにより容器ａを回転させることで、パドル部ｃにより容器ａ内の混合対象物ｗを混練可能にしたものが見受けられる（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６-２０４９８０号公報

しかし、上記従来技術の山の字形パドルでは、混合対象物ｗが高粘性流体の場合、垂直部位ｅ、ｅ′の上端より内方且つ上方のリング状の領域ｓ（図７のクロスハッチングで示された領域）が流動しないことが明らかとなったため、この非流動領域の発生により高粘性流体を均一に混練出来ないなど、解決せねばならない課題があった。

本発明は、上記従来技術に基づく、山の字形パドルでは高粘性流体を均一に混練出来ない課題に鑑み、容器外に配置されるアーム部と、該アーム部の先端に一体形成した、前記容器内に配置されるパドル部とを有し、該パドル部は、水平部位と、該水平部位の両端部より上方突出した垂直部位と、水平部位の中央より上方突出した、前記アーム部への連結軸部とを有し、前記垂直部位の少なくともどちらか一方の上端に内方突出部を設け、前記水平部位の下面を凸曲面としていることによって、非流動領域に該当する領域の混合対象物を内方突出部位で混合可能にして、上記課題を解決する。

要するに本発明は、前記容器外に配置されるアーム部と、該アーム部の先端に一体形成した、前記容器内に配置されるパドル部とを有し、該パドル部は、水平部位と、該水平部位の両端部より上方突出した垂直部位と、水平部位の中央より上方突出した、前記アーム部への連結軸部とを有し、前記垂直部位の少なくともどちらか一方の上端に内方突出部を設けたので、該内方突出部位により非流動領域に該当する領域の混合対象物を、他領域の混合対象物と混合することが出来るため、容器内の混合対象物を均一に混合することが出来る。
前記垂直部位の一方を高くし、前記垂直部位の他方に前記内方突出部を設けたので、他方の垂直部位より上方の混合対象物を一方の垂直部位で混合することが出来るため、容器内の混合対象物を更に均一に混合することが出来る。

前記水平部位の下面を凸曲面としたので、水平部位下部の角部分の面積が広く且つ下向きに成ることから、混合対象物における容器下部の領域を流動化させることが出来るため、混合性能の更なる向上を図ることが出来る。

前記連結軸部を、幅が広く両側部に両刃状のエッジ部を形成した柱状体としたので、容器内を流動する混合対象物が、連結軸部の一方のエッジ部で分流して、連結軸部の正背面に沿って流れ、他方のエッジ部を経て合流するため、他方のエッジ部より下流側の混合対象物の合流部位に溝が発生しないため、混合対象物への気泡の混入を防止することが出来る。

前記アーム部及びパドル部をプラスチックで一体成形したので、軽量化を図ることが出来ると共に、水平部位の下面及び垂直部位の外側面にゴム製のワイパーを設けなくても、そのままで容器内面に損傷を与えない様にすることが出来る等その実用的効果甚だ大である。

本発明に係る容器回転式混合装置用パドルの正面図である。図１のＸ－Ｘ断面の拡大図である。図１のＹ－Ｙ断面の拡大図である。図１のパドルを取り付けた容器回転式混合装置の平面図である。図４の容器回転式混合装置の一部断面正面図である。パドルが収容された容器の使用状態での水平断面図である。従来の容器回転式混合装置の一部断面正面図である。

本発明に係る容器回転式混合装置用パドルは、容器Ａ外に配置されるアーム部１と、該アーム部１の先端に一体形成した、容器Ａ内に配置されるパドル部２とを有し、該パドル部２は、水平部位３と、該水平部位３の両端部より上方突出した垂直部位４、５と、水平部位３の中央より上方突出した、アーム部１への連結軸部６とを有し、垂直部位４、５の少なくともどちらか一方の上端に内方突出部７を設けている。

具体的に説明すると、この容器回転式混合装置用パドルは、プラスチック製、望ましくはグラスファイバー等の繊維を加えた繊維強化プラスチック製の一体成形品で、図１～３に示す様に、アーム部１及びパドル部２で構成され、他方の垂直部位５に内方突出部７が形成されている。

アーム部１は支柱部位８の上端に水平部位９を突設した略逆Ｌ字形状とし、支柱部位８の下方部位を丸棒形状の差込み部10としている。

パドル部２は、一方の垂直部位４を他方の垂直部位５より高くし、連結軸部６は幅が広く、両側部に両刃状のエッジ部11、11a を形成した柱状体とし、具体的には、水平断面形状が偏平六角形の柱状体で、エッジ部11、11a 以外の４箇所の角部にＲ面を面取り形成している。
又、水平部位３の下面、垂直部位４、５の外側面を凸曲面12、13、14とし、水平部位３の上面、垂直部位４、５の内側面に両刃状のエッジ部を形成し、具体的には、断面形状をティアドロップ形状としている。

尚、図面上、水平部位３のおける他方の垂直部位５側の部位の厚さが、一方の垂直部位４側の部位より薄くなっているが、同厚であっても良い。

そして、図４、５に示す様に、混合装置Ｍにおける差込み穴Ｈにアーム部１の差込み部10を挿入すると共に、ターンテーブルＴ上に設置した容器Ａ内にパドル部２を収容し、ターンテーブルＴにより容器Ａを回転させることで、図６に示す様に、混合対象物Ｗに押されてパドル部２が容器Ａに当たるまで移動しこの状態のまま混合対象物Ｗを混合し、パドル部２により容器Ａ内の高粘性流体である混合対象物Ｗ（例えば、シーリング材）を混合するが、内方突出部７により混合対象物Ｗの非流動領域がなくなって、混合対象物Ｗが均一に混合される。

又、本発明に係る容器回転式混合装置用パドルをプラスチック製とすることで、容器Ａにパドル部２があたっても、容器Ａに傷は付かず、水平部位３の下面、垂直部位４、５の外側面を凸曲面12、13、14とすることで、容器Ａ内面に対する摩擦抵抗が軽減される。

実験１
掻き取り効果を持つ、連結軸部を長方形の板型とした従来型パドルを使用し、混合対象物は、塑性流体のモデル液として4ｗt％ＣＶＰ水溶液を用い、容器回転式混合装置により、容器の回転数を４５ｒｐｍ、正転反転のインターバルを３０ｓとして、脱色法により混合過程を可視化した結果、容器中央或いは容器底付近に非流動領域を形成することが明らかになった。

実験２
本発明に係るパドルの試作品１の性能を確認するために混合可視化実験を行った。
容器Ａの径を１２０ｍｍとし、試作品１の翼径を１１５ｍｍ、一方の垂直部位４の高さを８５ｍｍ、他方の垂直部位５の高さを６０ｍｍとして、水平部位３の下面が容器の底にほぼ接触するように設置した。
混合対象物は、ＣＶＰ水溶液より降伏値が大きいデンプンのりを用い、容器回転式混合装置により、容器の回転数を４５ｒｐｍ、正転反転のインターバルを３０ｓとし、試作品の混合過程の可視化および混合時間は、脱色法で観察・測定した。

定性的な観察ではあるが、約６００ｓで脱色は略完了し、容器Ａの壁の上部にまだ脱色されていない薄い膜が観察されるが、これは他方の垂直部位５の高さが低いため、従来型パドルよりも掻き取り効果が若干弱くなったためと考えられる。
しかしながら、従来型パドルでは混合に約９００ｓ要したことから、たとえ他方の垂直部位５の高さが低くても、混合性能が向上したと考えられる。
また試作品が液面に露出する部分を減らすことができることから気泡の混入を防止できると考えられる。

実験３
本発明に係るパドルの試作品２の実液による実験を行った。
容器Ａの径を２１０ｍｍとし、試作品２は、破損を防ぐためにＧＦＲＰ製とし、翼径は、パドルが撓った時に容器Ａの壁と接するよう２０５ｍｍとし、一方の垂直部位４の高さを１５０ｍｍ、他方の垂直部位５の高さを１１０ｍｍとして、水平部位３の下面を容器Ａの底にほぼ接触するように設置した。
混合対象物Ｗは、建築現場で使用される降伏値が大きいポリウレタン系シーリング材（横浜ゴム株式会社、商品名：ＨａｍａｔｉｔｅＳＣ－ＰＵ２ＮＢ）を用い、重量比で主剤（白色）１０に対して硬化剤（透明）１の割合で２液を混合して全体量を６Ｌとし、容器回転式混合装置により、容器の回転数を４５ｒｐｍ、正転反転のインターバルを３０ｓとし、混合過程を視覚的に観察するため、また混合時間の測定のために黒色のトレーサーを液自由表面に添加した。

定性的な観察ではあるが、約３００ｓでポリウレタン系シーリング材の混合が完了したと判断した。
白色の主剤と透明の硬化剤は均質に混合され、ｌ日後には硬化した（混合が十分でない場合は硬化しない）。
又、見かけ粘度が高い混合対象物Ｗを、正逆反転機構を持つ容器回転式混合装置を用いて混合すると、シャフトを中心に設置したとしても、混合対象物Ｗから応力を受け、パドルがしなる様子が観察された。
この効果により、偏心撹拌（図６参照）の効果が加わり、容器Ａ内の流れがより非定常な流れになったため、混合が促進したと考えられる。
シーリング材は品質品位の向上のため気泡の混入防止が求められており、硬化後のシーリング材を、缶ごと垂直に切断した断面を観察すると、従来型パドルでの断面に対し、試作品２での断面の方が気泡の混入が非常に少なく、気泡混入の防止が十分にできていると考えられる。

従って、従来型パドルで観察された非流動領域を解消するための本発明に係るパドルの最適条件は、下記（１）～（６）を備えたものとなる。
（１）連結軸部６を板型とする。
（２）容器中央部の非流動領域を解消するため、他方の垂直部位５のドーナツリングの発生する位置に内方突出部位７を形成して、片右非対称な形状とする。
（３）掻き取り効果をより大きくするため、水平部位３の縦幅、垂直部位４、５及び連結軸部６の横幅を広くし、連結軸部６の両側面にエッジ部11、11a を、水平部位３及び垂直部位４、５の内側面にエッジ部を形成する。
（４）容器Ａ下部の非流動領域を解消するため、水平部位３及び垂直部位４、５の外側面を凸曲面12、13、14として、水平部位３下部の角部分の面積を広くする。
（５）非定常な操作が混合操作に有効であるため、３０ｓごとに正逆反転機構を持つ容器回転式混合装置を採用する。
（６）混合後の混合対象物Ｗの製品品位を向上させるために気泡の混入を可能な限り最小限にすべく、他方の垂直部位５の高さを、先端が液面より低くなる様に設定する。

１アーム部
２パドル部
３水平部位
４、５垂直部位
６連結軸部
７内方突出部
11、11a エッジ部
12 凸曲面
Ａ容器

Claims

ターンテーブル上に載置した容器を回転させて、該容器内の混合対象物を混合する容器回転式混合装置用のパドルであって、
前記容器外に配置されるアーム部と、該アーム部の先端に一体形成した、前記容器内に配置されるパドル部とを有し、該パドル部は、水平部位と、該水平部位の両端部より上方突出した垂直部位と、水平部位の中央より上方突出した、前記アーム部への連結軸部とを有し、前記垂直部位の少なくともどちらか一方の上端に内方突出部を設け、前記水平部位の下面を凸曲面としたことを特徴とする容器回転式混合装置用パドル。
前記垂直部位の一方を高くし、前記垂直部位の他方に前記内方突出部を設けたことを特徴とする請求項１記載の容器回転式混合装置用パドル。
前記連結軸部を、幅が広く両側部に両刃状のエッジ部を形成した柱状体としたことを特徴とする請求項１又は２記載の容器回転式混合装置用パドル。
前記アーム部及びパドル部をプラスチックで一体成形したことを特徴とする請求項１、２又は３記載の容器回転式混合装置用パドル。