JP2000271464A - プラネタリー撹拌混合機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 公転部材と撹拌軸を別々の駆動装置で回転
し、撹拌軸の自転数又は自公転比等が設定値になるよう
駆動装置の回転数を制御し、被撹拌物質の性質に応じた
撹拌性能の最適化を正確且つ容易に行う。ユーザーが特
異点を避けて撹拌するように対策を施す。 【解決手段】 フレーム１に回転可能に支持した公転部
材２と、公転部材の回転中心からオフセットして公転部
材に回転可能に支持した撹拌軸３と、フレームに設け、
公転部材を回転させる公転用駆動装置４と、フレームに
設け、伝動機構を介して撹拌軸を回転させる自転用駆動
装置８と、撹拌軸の自転数又はそれに関連する状態量が
設定値になるように公転用駆動装置及び自転用駆動装置
を制御する制御装置１２とを備えたプラネタリー撹拌混
合機。自公転比の設定値が整数とされたときに、警報を
発する警報装置２４又はその設定を無効とする補正装置
２５を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、フレームに対して
撹拌具が、その回転中心からオフセットして設けた軸の
まわりに回転する（以下、公転するという）と共に、自
ら回転する（以下、自転するという）ことにより、被撹
拌物質を撹拌するようにした撹拌混合機の技術分野に属
し、特に、撹拌具の自転及び公転をそれぞれ別々の駆動
装置により行わせるようにしたプラネタリー撹拌混合機
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のプラネタリー撹拌混合機
として、例えば図６に示すように、フレーム９１に公転
部材９２を回転可能に支持し、この公転部材９２に撹拌
軸９３を公転部材９２の回転中心からオフセットして回
転可能に支持し、フレーム９１に切った内歯ギヤ９４に
撹拌軸９３のギヤ９５を噛合し、公転部材９２をモータ
等の駆動装置（図示省略）により回転させることによ
り、撹拌軸９３に取り付けた撹拌具（図示省略）が容器
（図示省略）のなかで自転すると共に公転して、容器に
入れた被撹拌物質を撹拌し、これを混合するようにした
ものが知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
プラネタリー撹拌混合機を導入した場合、ユーザーによ
り、被撹拌物質に最適な運転状態を探る作業が進められ
る。その最適化の手法としては、例えば撹拌軸９３が公
転する回転数（以下、公転数という）及び撹拌軸９３が
自転する回転数（以下、自転数という）をそれぞれ変え
て探っていく方法と、自転数を公転数で割った比率（以
下、自公転比という）を変えて探っていく方法などがあ
る。しかし、このようなプラネタリー撹拌混合機では、
内歯ギヤ９４と撹拌軸９３のギヤ９５とのギヤ比から自
公転比が決定され、これが固定した値となる。また、公
転部材９２と撹拌軸９３の相対的な回転方向が固定され
ており、図の場合には軸方向にみて互いに逆向きにしか
回転しない。そのため、被撹拌物質の性質に応じて撹拌
性能を最適化することは難しい。

【０００４】そこで、撹拌軸と公転部材との間の連動関
係を断ち切ると共に、撹拌軸を自転用駆動装置により、
また公転部材を公転用駆動装置により別々に回転させる
ようにし、各駆動装置の回転数を適宜調整することによ
り、撹拌性能を最適化することが考えられる。

【０００５】その場合、自転数を変えて撹拌性能を最適
化する作業には次の問題がある。すなわち、撹拌軸の自
転数は、公転部材から観た回転数ではなくフレームから
観たときの回転数のことであるが、撹拌軸は公転部材に
その回転中心からオフセットして支持される関係上、公
転部材の回転数や回転方向の影響を受けて回転するの
で、自転数は自転用駆動装置の回転数と一致せず、とき
としてこれらの回転方向が逆になることさえある。一
方、撹拌性能の最適化はフレームに対して静止している
被撹拌物質を如何に撹拌できるかが問題となる。そのた
め、自転用駆動装置の回転数を目安にして被撹拌物質に
最適な運転状態を探っていっても、それは撹拌軸の自転
数を想定して専ら勘に頼って行う作業でしかなく、撹拌
性能を最適化するには困難な作業であり、また正確さに
欠けるものとなる。

【０００６】本発明はこのような点に着目してなされた
ものであり、その目的とするところは、公転部材と撹拌
軸を別々の駆動装置で回転させると共に、撹拌軸の自転
数又は自公転比等が設定値になるように駆動装置の回転
数を制御することにより、被撹拌物質の性質に応じた撹
拌性能の最適化を正確且つ容易に行えるようにすること
にある。

【０００７】ところで、従来のプラネタリー撹拌混合機
では容器のなかに撹拌具が通過しない領域ができて、被
混合物に混ぜむらが生じることがあった。このような特
異点で撹拌することを避けるため、発明者らは、設計段
階で内歯ギヤ９４や撹拌軸９３のギヤ９５の歯数を変え
て混合機の運転を繰り返し行い、撹拌具が容器のなかを
まんべんなく掻くように設定してから混合機を出荷する
ことを行ってきた。

【０００８】本発明は、自公転比を可変にできるように
したことに伴い、ユーザーがこのような特異点を避けて
撹拌するように対策を施して、被混合物に混ぜむらが生
じることを防止することを更なる目的としている。その
場合、発明者らは、このような特異点が、自転数を公転
数で割った比率である自公転比の設定値が整数となると
きであることを突き止めて対策を講じたものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１のプラネタリー撹拌混合機は、フレームに
回転可能に支持された公転部材と、公転部材の回転中心
からオフセットして公転部材に回転可能に支持された撹
拌軸と、フレームに設けられ、公転部材を回転させる公
転用駆動装置と、フレームに設けられ、伝動機構を介し
て撹拌軸を回転させる自転用駆動装置と、撹拌軸の自転
数又はそれに関連する状態量が設定値になるように公転
用駆動装置及び自転用駆動装置を制御する制御装置とを
備えたことを特徴としている。

【００１０】このプラネタリー撹拌混合機では、公転用
駆動装置が公転部材を回転させ、自転用駆動装置が撹拌
軸を回転させるが、撹拌軸が公転部材の回転中心からオ
フセットしているので、撹拌軸の自転数は自転用駆動装
置の回転数と一致しない。その場合、制御装置により撹
拌軸の自転数又はそれに関連する状態量が設定値になる
ように公転用駆動装置及び自転用駆動装置が制御される
ので、作業性を大幅に向上させながら、被撹拌物質の性
質に応じた撹拌性能の最適化が正確且つ容易に行われ
る。

【００１１】請求項２のプラネタリー撹拌混合機は、請
求項１記載のプラネタリー撹拌混合機において、自転数
を公転数で割った比率である自公転比の設定値が整数と
されたときに、警報を発する警報装置又はその設定を無
効とする補正装置を備えている。

【００１２】自公転比が整数であれば撹拌具は１公転ご
とに同じ軌跡を辿り、容器のなかに撹拌具が通過しない
領域ができる。しかし、請求項２のようにすれば、自公
転比の設定値が整数となることが避けられるので、容器
のなかで撹拌具は１公転ごとに軌跡を少しずつずらして
移動してゆき、容器のなかに撹拌具が通過しない領域が
できにくくなり、被混合物に混ぜむらが生じにくい。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１は第１実施形態に係るプラネ
タリー撹拌混合機を示す。

【００１４】図１において、１は作業場に設置された撹
拌混合機における板状のフレームであって、このフレー
ム１はほぼ水平に設置されており、そこには取付孔１ａ
が開口している。フレーム１の上には公転部材２が配さ
れ、例えば軸受け等によりフレーム１に対して回転可能
に支持されている。この公転部材２には、その回転中心
からオフセットして撹拌軸３が配され、例えば軸受け等
により回転可能に支持されている。図では２本の撹拌軸
３を設けているが、１本でも３本以上でもよい。この撹
拌軸３の先端には、被撹拌物質を撹拌するための例えば
板状の撹拌具３ａが設けられている。これも全ての撹拌
軸３に設ける必要はなく、１本でも２本以上でもよい。
公転部材２は、フレーム１に設けられたモータ等の公転
用駆動装置４により回転されることで公転するようにな
っている。図では公転用駆動装置４と公転部材２にプー
リ５、６をそれぞれ固定し、これらにベルト７を巻き掛
けることにより、公転用駆動装置４の回転を公転部材２
に伝えるようにしているが、このようなベルト伝動機構
に代えて歯車伝動機構その他の公知の機構を用いてもよ
い。撹拌軸３は、回転軸が公転部材２の回転中心と同軸
となるようフレーム１に設けられたモータ等の自転用駆
動装置８により回転されることで自転するようになって
いる。図では自転用駆動装置８の回転軸と撹拌軸３にギ
ヤ９、１０をそれぞれ固定し、これらを噛合させること
により、自転用駆動装置８の回転を撹拌軸３に伝えるよ
うにしているが、このような歯車伝動機構に代えてベル
ト伝動機構その他の公知の機構を用いてもよい。

【００１５】１１は上記フレーム１の下側に配置された
有底筒状の容器であって、この容器１１は、開口周縁に
形成されたフランジ部をフレーム１の取付孔１ａの周縁
に取り付けることにより、フレーム１に対して気密的に
取り付けられている。この容器１１は被撹拌物質の出し
入れを可能とするために中途部で上下に二分割できるよ
うになっている。

【００１６】図２に示すように、このプラネタリー撹拌
混合機は、撹拌軸３の自転数又はそれに関連する状態量
が設定値になるように公転用駆動装置４及び自転用駆動
装置８を制御する制御装置１２を備えている。ここで、
撹拌軸３の自転数に関連する状態量には、撹拌軸３の自
公転比が含まれる。図２に示すように、この制御装置１
２は、運転／停止指令を出す運転／停止スイッチ１３
と、回転モードを選択する回転モード選択手段１４と、
公転部材２の公転数を設定する公転数設定手段１５と、
撹拌軸３の自転数を設定する自転数設定手段１６と、こ
の撹拌軸３の自公転比を設定する回転比設定手段１７
と、変速を指示する変速指示手段１８を備えると共に、
公転用駆動装置４の回転数を検出する公転用検出手段１
９と、自転用駆動装置８の回転数を検出する自転用検出
手段２０と、これら各手段１３〜２０の信号を受けて演
算し、公転用駆動装置４及び自転用駆動装置８へ信号を
出す演算制御手段２１とを備えている。

【００１７】上記公転数設定手段１５、自転数設定手段
１６、回転比設定手段１７、及び変速指示手段１８とし
ては例えばロータリーエンコーダが用いられ、設定値に
応じた設定パルスが演算制御手段２１へ送られる。演算
制御手段２１から出力される速度指令の信号は、Ｄ−Ａ
変換器２２、２３でアナログ信号に変換されてから公転
用駆動装置４及び自転用駆動装置８のモータードライバ
ー４ａ、８ａへ送られる。さらに、公転用検出手段１９
及び自転用検出手段２０の出力信号はモータードライバ
ー４ａ、８ａへ送られて公転用駆動装置４及び自転用駆
動装置８が速度指令信号に応じた回転数になるようにフ
ィードバック制御されると共に、演算制御手段２１にも
送られて公転用駆動装置４及び自転用駆動装置８の回転
数計測に供される。

【００１８】演算制御手段２１では、公転数設定手段１
５及び自転数設定手段１６で設定された撹拌軸３の公転
数及び自転数から、これに対応する自転用駆動装置８の
回転数が求められ、その結果が速度指令の信号として自
転用駆動装置８に出力される。例えば、（自転用駆動装
置８の回転数）＝自転数±（公転数×Ｒ）となる。ここ
で、＋は公転部材２と撹拌軸３が平面視で逆回りのとき
であり、−は公転部材２と撹拌軸３が平面視で同方向に
回るときである。また、Ｒは回転軸と撹拌軸３のギヤ
９、１０の増速比である。なお、公転数設定手段１５で
設定された撹拌軸３の公転数は、そのまま速度指令の信
号として公転用駆動装置４に出力される。

【００１９】次に、演算制御手段２１による制御を具体
的に説明する。まず回転モード選択手段１４により、自
由回転モード、比率回転モード、補正回転モード、模擬
回転モードの４つの回転モードのなかから１つの回転モ
ードを選択し、次に公転数設定手段１５、自転数設定手
段１６、回転比設定手段１７、及び変速指示手段１８に
設定値を入力し、その後に運転／停止スイッチ１３をオ
ンにして運転指令を出し、公転用駆動装置４及び自転用
駆動装置８を稼働させると共に、演算制御手段２１によ
る制御を開始する。そして、作業終了時には運転／停止
スイッチ１３をオフにして運転指令を停止する。

【００２０】４つの回転モードのうち自由回転モード
は、公転部材２を設定した公転数で回転させ、また自転
数として設定した回転数をフレーム１からみた本来の自
転数ではなく自転用駆動装置８の回転数の設定値として
認識し、自転用駆動装置８をこの設定値になるように回
転させる制御を行うモードである。従って、撹拌軸３の
自転数は設定した回転数に加えて公転部材２の回転の影
響を受けたものとなる。すなわち、補正回転モードのよ
うな補正演算は行われない。これは主に回転数を調整す
ることで、最適な撹拌点を探すモードである。

【００２１】比率回転モードは、公転部材２及び撹拌軸
３を、設定した自公転比で回転させるモードであって、
演算制御手段２１により、回転比設定手段１７で設定さ
れた自公転比になるように公転用駆動装置４及び自転用
駆動装置８の回転数がフィードバック制御される。この
場合、変速指示手段１８の操作により、自公転比を設定
値に保ったままで自転数及び公転数を変速させることが
でき、被撹拌物質の性質に応じて最適な自公転比、さら
には自公転比と自転数及び公転数との組み合わせを探る
ことができる。

【００２２】補正回転モードは、公転部材２を設定した
公転数で回転させると共に撹拌軸３を設定した自転数で
回転させるモードであって、演算制御手段２１により、
公転数設定手段１５で設定された公転数になるように公
転用駆動装置４の回転数がフィードバック制御されると
共に、自転数設定手段１６で設定された自転数になるよ
うに自転用駆動装置８の回転数がフィードバック制御さ
れる。この場合、変速指示手段１８の操作により、自転
数及び／又は公転数を変速させることができ、被撹拌物
質の性質に応じて最適な自転数及び公転数の組み合わせ
を探ることができる。自転数をゼロに設定すると、撹拌
軸３が自転することなく公転するという運転が可能にな
る。

【００２３】模擬回転モードは、公転用駆動装置４から
公転部材２への増速比及び自転用駆動装置８から撹拌軸
３への増速比を変えた状態を再現するモードである。

【００２４】従って、上記第１実施形態においては、公
転用駆動装置４が公転部材２を回転させ、自転用駆動装
置８が撹拌軸３を回転させるが、撹拌軸３が公転部材２
の回転中心からオフセットしているので、撹拌軸３の自
転数は自転用駆動装置８の回転数と一致しない。その場
合、制御装置１２により、撹拌軸３の自転数又はそれに
関連する状態量が設定値になるように公転用駆動装置４
及び自転用駆動装置８が制御されるので、作業性を大幅
に向上させながら、被撹拌物質の性質に応じた撹拌性能
の最適化が正確且つ容易に行われる。

【００２５】次に、第２実施形態に係るプラネタリー撹
拌混合機を説明する。以下、符号を含めて第１実施形態
の説明をそのまま引用した上で、第１実施形態と構成の
異なる点のみ説明する。第２実施形態においては、図１
に表れるような機構的な構成は第１実施形態と同一であ
るが、制御装置１２の構成が異なる。図３に示すよう
に、第２実施形態のプラネタリー撹拌混合機は、自転数
を公転数で割った比率である自公転比の設定値が整数と
されたときに警報を発する警報装置２４と、自転数を公
転数で割った比率である自公転比の設定値が整数とされ
たときに、その設定を無効とする補正装置２５とを備え
ている。すなわち、演算制御手段２１の回転比設定手段
１７に入力された自公転比の設定値が整数であるときに
は、警報装置２４により警報を発すると共に、補正装置
２５により、その設定を無効とする信号を演算制御手段
２１に送る。なお、この実施形態では警報装置２４と補
正装置２５の両方を備えているが、本発明は警報装置２
４又は補正装置２５のいずれか一方のみを備えた実施形
態を含む。

【００２６】第２実施形態の作用を説明する。まず、図
５は、自公転比が整数となる特異点にあるときの撹拌具
３ａの一点Ａ（図１を参照）の軌跡を平面視で示してい
る。Ａ点は撹拌軸３から半径方向へオフセットしてお
り、撹拌具３ａの外周端に位置している。同図の（ａ）
は自転数と公転数が２対１であって自公転比が２のと
き、（ｂ）は自転数と公転数が３対１であって自公転比
が３のとき、（ｃ）は自転数と公転数が４対１であって
自公転比が４のときのＡ点の軌跡をそれぞれ例示してい
る。このように、Ａ点は１公転ごとに同じ軌跡を辿り、
容器１１のなかで菊花状の一連の軌跡の上をなぞり続け
る。そして、撹拌具３ａのＡ点よりもオフセット量が短
い部位（撹拌軸３とＡ点との間の部位）は、上記軌跡を
構成する閉曲線の内側を通過することになる。従って、
この軌跡の閉曲線の外側は撹拌具３ａが通過しない領域
となる。しかし、第２実施形態のように警報装置２４を
設ければ、ユーザーがこの警報を聞いて回転比設定手段
１７に異なる自公転比の設定値を再入力することになる
ので、自公転比の設定値が整数となることが未然に避け
られる。また、補正装置２５を設ければ、その整数の自
公転比の設定値が無効とされるので、このときもユーザ
ーが回転比設定手段１７に異なる自公転比の設定値を再
入力せざるを得なくなることから、自公転比の設定値が
整数となることが避けられる。これにより得られる作用
を自公転比４のときで説明すると、Ａ点は容器１１のな
かで、最初の１公転目では図４（ａ）に示すように図５
（ｃ）のときと同様の軌跡を描くが、２公転目に入ると
その軌跡は図４（ｂ）に破線で示すように、実線で示し
た１公転目よりも少しずれて描かれてゆく。そして公転
数が増せば増すほど軌跡がずれて重なることで密にな
り、容器１１のなかで撹拌具３ａが通過しない領域が減
ってゆく（図４（ｃ）を参照）。そのため、被混合物に
混ぜむらが生じにくくなって、被混合物を均一に混合す
ることができる。なお、この実施形態のように撹拌軸３
からＡ点とは反対側に同じ距離だけ半径方向へオフセッ
トしているＢ点（図１を参照）は、Ａ点と同じ軌跡の上
を時間をずらせてなぞり続けることになるので、以上の
動きが重なって行われることになる。

【００２７】上記実施形態では、公転用駆動装置４及び
自転用駆動装置８を閉ループ制御したが、例えばフィー
ドフォワード制御のように開ループ制御するようにして
もよい。また、撹拌軸３の自転数に関連する状態量に
は、撹拌軸３の自公転比の他にも例えば公転数と自転数
の差が含まれる。また、上記実施形態では制御装置によ
り撹拌軸の自転数又はそれに関連する状態量が設定値に
なるように公転用駆動装置及び自転用駆動装置を制御し
たが、本発明は、公転用駆動装置及び自転用駆動装置の
うち一方の駆動装置を所望の設定回転数に維持すると共
に撹拌軸の自転数又はそれに関連する状態量が設定値に
なるように他方の駆動装置を制御するようにした実施形
態を含む。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１のプラネ
タリー撹拌混合機によれば、撹拌軸と公転部材を別々の
駆動装置で回転させると共に、撹拌軸の自転数又は自公
転比等が設定値になるように公転用駆動装置及び自転用
駆動装置の回転数を制御したので、作業性を大幅に向上
させながら、被撹拌物質の性質に応じた撹拌性能の最適
化を正確且つ容易に行うことができる。

【００２９】請求項２のようにすれば、容器のなかで撹
拌具は１公転ごとに軌跡を少しずつずらして移動してゆ
くので、容器のなかに撹拌具が通過しない領域ができに
くく、被混合物に混ぜむらが生じにくくなって、被混合
物を均一に混合することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態のプラネタリー撹拌混合機を示す
縦断面図である。

【図２】第１実施形態の制御系の構成を示すブロック図
である。

【図３】第２実施形態の制御系の構成を示すブロック図
である。

【図４】第２実施形態における撹拌具の外周端の一点の
軌跡を示す説明図である。

【図５】特異点における撹拌具の外周端の一点の軌跡を
示す説明図である。

【図６】従来例を示す縦断面図である。

【符号の説明】

１ フレーム ２ 公転部材 ３ 撹拌軸 ４ 公転用駆動装置 ８ 自転用駆動装置 １２ 制御装置 ２４ 警報装置 ２５ 補正装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 フレームに回転可能に支持された公転部
   材と、公転部材の回転中心からオフセットして公転部材
   に回転可能に支持された撹拌軸と、フレームに設けら
   れ、公転部材を回転させる公転用駆動装置と、フレーム
   に設けられ、伝動機構を介して撹拌軸を回転させる自転
   用駆動装置と、撹拌軸の自転数又はそれに関連する状態
   量が設定値になるように公転用駆動装置及び自転用駆動
   装置を制御する制御装置とを備えたことを特徴とするプ
   ラネタリー撹拌混合機。
2. 【請求項２】 請求項１記載のプラネタリー撹拌混合機
   において、自転数を公転数で割った比率である自公転比
   の設定値が整数とされたときに、警報を発する警報装置
   又はその設定を無効とする補正装置を備えたプラネタリ
   ー撹拌混合機。