JP4766905B2 - パドル翼及び該パドル翼を備える攪拌装置 - Google Patents

Description

本発明は、パドル翼及び該パドル翼を備える攪拌装置に関する。

従来、特に高粘度塗料等の被処理液を攪拌する装置として、図５に示すように、攪拌槽１０の中心線上に回転駆動軸１１を有し、攪拌槽１０の内面に沿うアンカー形状をした低速回転用のアンカー翼１３と、アンカー翼１３の回転駆動軸１１と平行に延びる回転駆動軸１２を備え、周縁に突起状の剪断歯を備えた高速回転用のディスク型撹拌翼４と、を備える二軸攪拌装置が広く知られている。高速回転用のディスク型撹拌翼４は、高速ディゾルバー、高速ディスパーサー翼とも呼ばれる。

この種の二軸攪拌装置では、ディスク型撹拌翼４が高速回転して被処理液に対して剪断力と回転力とを与えるとともに、アンカー翼１３が弱い層流を発生させつつ攪拌タンク壁面を掻き取る。そのため、例えば、容量が１０ｔのタンクでは、ディスク型撹拌翼４が５００〜８００ｒｐｍの回転速度であるのに対し、アンカー翼１３は、５〜１０ｒｐｍ程度の回転速度である。

しかしながら、従来の二軸攪拌装置は、上記のようにアンカー翼は層流を発生させるが、主として壁面の塗料を掻き取る働きをさせるものであって攪拌を主目的とするものでなく、また、攪拌装置の構造上、ディスク型撹拌翼は、アンカー翼の回転駆動軸と攪拌槽の内壁との間に配置されるため、特に非ニュートン性流体を攪拌する場合に、例えばディスク型撹拌翼４が配置されていない領域（図５に符号Ｚで示す領域）やアンカー翼の中心部付近においてアンカー翼の回転駆動軸と非処理液が供回りする旋回流が発生する領域等では被処理液の循環流が生じていないデッドスペースとなって、不均一な混合をもたらす。

そこで本発明は、斯かるデッドスペースの発生を防止し、攪拌効率を向上させ得るパドル翼及び該パドル翼を備える攪拌装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、攪拌槽内に配置されるパドル翼であって、長翼と、該長翼と非直角な所望の交差角度で交差する短翼と、を備えるパドル翼、及び該パドル翼を備える攪拌装置を提供する。前記交差角度は、短翼と前記長翼の回転方向を向く面とのなす角（θ_ｃ２）が３０°〜６０°であることが好ましい。

前記短翼は、その端部に、該短翼と長翼との交差角の鋭角側から鈍角側に立ち上がる傾斜面が形成された傾斜部を備えることが好ましい。

傾斜部は、平板の短翼を折るようにして形成しても良いし、滑らかな曲面によって形成してもよい。折り曲げ形成した場合の傾斜面（平坦面）は、その傾斜角度が５〜３０°であることが好ましい。

前記長翼が描く円の直径（ｄ_ｃＬ）は攪拌槽の内径（Ｄ）に対して０．７Ｄ≦ｄ_ｃＬ≦０．９５Ｄであることが好ましい。また、前記短翼の傾斜部を除く部分が描く円の直径（ｄ_ｃＳ１）は０．３Ｄ≦ｄ_ｃＳ１≦０．５Ｄであることが好ましい。傾斜部の長さ（ｄ_ｃＳ２）は、０．０５Ｄ≦ｄ_ｃＳ２≦０．２Ｄであることが好ましい。

また、前記長翼及び短翼の高さ（ｂ）は、０．０２Ｄ≦ｂ≦０．２Ｄとすることが好ましい。パドル翼と攪拌槽の底面との間隙（Ｃ）は、０．００５Ｄ≦Ｃ≦０．０２Ｄとすることが好ましい。

前記パドル翼は、周囲に突起状の剪断歯を備える高速回転用ディスク型撹拌翼と組み合わせても良い。

本発明に斯かる攪拌装置は、塗料の調合工程において使用すると有利である。

本発明に係るパドル翼及び攪拌装置によれば、パドル翼が長翼と短翼とを非直角な所望交差角度で交差することにより、攪拌槽内の被攪拌塗料にデッドスペースが発生するのを抑制し、均等な攪拌を実現することが可能となる。

本発明に係る攪拌装置について、以下に図１〜３を参照して説明する。図１は中央縦断面図、図２は水平断面図、図３は要部斜視図である。なお、全図を通し、同様の構成部分には同符号を付した。

攪拌装置１は、攪拌槽２内にパドル翼３とディスク型撹拌翼４とを備えている。パドル翼３の回転駆動軸５は攪拌槽２のほぼ中心線上に延び、ディスク型撹拌翼４の回転駆動軸６は、攪拌槽２の中心線と平行に延びている。回転駆動軸５，６は、図外の駆動装置に連結される。

パドル翼３は、長翼３ａと、回転駆動軸５の軸線上で長翼３ａと非直角な所望の交差角度θ_Ｃ２で交差する短翼３ｂと、を備えている。図２に於いてパドル翼３は、時計回り方向に回転する。

攪拌槽２は円筒皿底又は丸底をしており、長翼３ａ及び短翼３ｂは、攪拌槽２の曲面によって形成されている底面に沿った形状とされている。攪拌槽２は、槽本体２ａと密閉可能な蓋体２ｂとからなる密閉容器として構成されている。

長翼３ａ及び短翼３ｂの交差角度θ_ｃ２は、長翼３ａの回転方向Ｘを向く面と短翼３ｂとのなす角（θ_ｃ２）が３０°〜６０°であることが好ましい。交差角度θ_ｃ２が３０°より小さいと、その鋭角に交差するパドル翼３の中心部において、攪拌流のデッドスペースが生じ易くなるからである。一方、交差角度θ_ｃ２が６０°を越えて直角に近づくにつれて、パドル翼３の中心部に生じるデッドスペースが拡大するからである。

短翼３ｂは、その端部に、非直角に交差する短翼３ｂと長翼３ａとの交差角の鋭角側から鈍角側に立ち上がる傾斜面が形成された傾斜部３ｂ_１を備えることが好ましい。傾斜部３ｂ_１は、パドル翼３が回転している時に、被処理液をパドル翼３の鈍角中心部に案内する作用を為す。

傾斜部３ｂ_１は、図２に示すように、平板の短翼を折ったような形状にして形成することができる。傾斜部３ｂ_１は平坦な傾斜面に限らず、滑らかな曲面からなる傾斜面を形成するように湾曲形成してもよい（図４参照）。

傾斜部３ｂ_１が平坦な傾斜面を有する場合、その傾斜角度θ_Ｃ３は５〜３０°であることが好ましい。この傾斜角度θ_Ｃ３が５°より小さいと、中心方向への流れができず、パドル翼３の中心部に攪拌流のデッドスペースが生じ易くなるからである。一方、傾斜角度θ_Ｃ３が３０°を越えると、パドル翼３付近の旋回流を阻害し、下向きの循環流が弱くなるため、攪拌性能が悪くなるからである。

傾斜部３ｂ１が図４に示す如く湾曲した傾斜面を有する場合も、平坦な傾斜面の場合と同様の理由から、自由端と湾曲基点とを結ぶ仮想線分が、短翼３ｂの傾斜部以外の部分に対して、５〜３０°の角度（θ_Ｃ４）を有していることが好ましい。

長翼３ａが描く円の直径（ｄ_ｃＬ）は攪拌槽の内径（Ｄ）に対して０．７Ｄ≦ｄ_ｃＬ≦０．９５Ｄであることが好ましい。直径ｄ_ｃＬが０．７Ｄより小さいと、長翼３ａが半径方向外側に被処理液を送り出すことによる吐出流が弱まり、攪拌槽２内を均一に攪拌するために底から周壁に沿って上昇して中心部を下降する循環流のような攪拌流を形成せず、特に構造粘性の高い流体への適用が困難となる。一方、直径ｄ_ｃＬが０．９５Ｄを越えると、攪拌槽２の内周壁とのクリアランスが狭くなり、前記吐出流による上昇流に対する抵抗となる。

短翼３ｂは、傾斜部が除く部分が描く円の直径（ｄ_ＣＳ１）が、０．３Ｄ≦ｄ_ＣＳ１≦０．５Ｄであることが好ましい。傾斜部を除く直径（ｄ_ｃＳ１）が０．３Ｄより小さいと、半径方向への吐出流が弱くなり、攪拌槽２上部に攪拌流のデッドスペースが生じ易くなるからである。一方、（ｄ_ｃＳ１）が０．５Ｄを越えると、パドル翼３の中心部付近、特に長翼と短翼とが鋭角に交差する中心部付近に、デッドスペースが生じ易くなるからである。

傾斜部３_ｂ１の長さ（ｄ_ｃＳ２）は、０．０５Ｄ≦ｄ_ｃＳ２≦０．２Ｄであることが好ましい。この長さ（ｄ_ｃＳ２）が０．０５Ｄより小さいと、中心方向への流れができず、パドル翼３の中心部に攪拌流のデッドスペースが生じ易くなるからであり、０．２Ｄを越えると、パドル翼３付近の旋回流を阻害し、循環流が弱くなるため、攪拌性能が悪くなるからである。

また、長翼３ａ及び短翼３ｂの高さ（ｂ）は、０．０２Ｄ≦ｂ≦０．２Ｄとすることが好ましい。この高さ（ｂ）が０．０２Ｄより小さいと、前記吐出流が弱くなり、攪拌槽２内を均一に攪拌混合できないからである。一方、高さ（ｂ）が０．２Ｄを越えると、長翼３ａと短翼３ｂとの間に攪拌流のデッドスペースが生じ易くなるからである。

パドル翼３と攪拌槽２の底面との間隙（Ｃ）は、０．００５Ｄ≦Ｃ≦０．０２Ｄとすることが好ましい。間隔（Ｃ）が０．００５Ｄより小さいと製作精度が要求されるため製造コストの上昇を招くからである。一方、間隔（Ｃ）が０．０２Ｄを越えると、被処理液に剪断力を作用せず、均一な攪拌混合が困難となる。

攪拌装置１は、パドル翼３に、独立駆動するディスク型撹拌翼４を組み合わせても良い。ディスク型撹拌翼４は、周囲に凹凸の剪断歯４ａが形成されたものを使用できる。ディスク型撹拌翼４が回転すると、この剪断歯４ａが被処理液に対して剪断力を付与するとともに、被処理液に与える回転力を増加させる。

ディスク型撹拌翼４の回転速度は被処理液の処理量によって変わるが、例えば、１０トン用攪拌槽では３００〜８００ｒｐｍである。パドル翼３の回転速度は、ディスク型撹拌翼４の回転速度の（１／３０）〜（１／１０）程度に設定することができる。

ディスク型撹拌翼４の直径（ｄ_ｈ）は、０．１Ｄ≦ｄ_ｈ≦０．４Ｄとすることが好ましい。直径（ｄ_ｈ）が０．１Ｄより小さいと剪断力が小さすぎて均質な混合が得られないからである。一方、直径（ｄ_ｈ）が０．４Ｄを越えると、ディスク型撹拌翼４が攪拌槽２の内周壁及び回転駆動軸５に接触する畏れがあるからである。

ディスク型撹拌翼４は種々公知形状のものを採用できるが、図示の例では、剪断歯４ａは、ディスク型撹拌翼４の周縁において回転駆動軸の軸線方向両側に突出する複数の突部によって形成されている。この場合、突部によって形成されている剪断歯４ａを含むディスク型撹拌翼４の高さ寸法（ｂ_ｈ）は、ディスク型撹拌翼４の直径（ｄ_ｈ）に対して、０．０５ｄ_ｈ≦ｂ_ｈ≦０．２ｄ_ｈとすることが好ましい。この高さ寸法（ｂ_ｈ）が０．０５ｄ_ｈより小さいと剪断力が得にくく、寸法（ｂ_ｈ）が０．２ｄ_ｈを越えると所要動力が過大となるからである。

また、ディスク型撹拌翼４の攪拌槽２底からの高さ位置（ｈ_ｈ）は、攪拌槽の内径（Ｄ）に対して、０．１５D≦ｈ_ｈ≦０．４５Dとすることが好ましい。この高さ位置（ｈ_ｈ）が０．１５Dより小さいと、パドル翼３に接触する畏れがあるからである。一方、高さ位置（ｈ_ｈ）が０．４５Dを越えると、少量で撹拌する場合にディスク型撹拌翼４が液中に浸漬されず槽内の塗料に分散力が働かないため、均一な混合ができないからである。

上記構成を備える攪拌装置によれば、非直角に交差させた長翼３ａと短翼３ｂからなるパドル翼３によって形成される大きな軸流が攪拌槽２の内部全体に循環流を生じさせるので、構造粘性の高い非ニュートン流体であっても、デッドスペースを生じることなく均一に攪拌することができる。高速回転用ディスク型撹拌翼４との組み合わせにより、循環流と高い剪断力が付加され、相互不溶の２液を攪拌し一方の液相を液滴として分散させる液液攪拌（液液微粒化）も可能となる。

本発明において、パドル翼３を長翼３ａと短翼３ｂとが非直角に交差する構成としたことにより、次のような作用効果もある。同じ長さの翼を直角に交差させたパドル翼を用いて高粘度の被処理液を攪拌しようとすると、回転軸の中心付近にある被処理液は攪拌されることなくパドル翼と供に回転する、いわゆる供回り現象を生じ、攪拌されないデッドスペースが回転軸中心付近に生じ得る。しかしながら、本発明に係るパドル翼３によれば、パドル翼３の回転駆動により、鈍角に交わる鈍角領域では被処理液が翼に沿って流れやすく、短翼３ｂと長翼３ａとが鋭角に交差する鋭角領域では広い鈍角領域から狭い鋭角領域へ被処理液が流れ込むことにより強い渦流が発生するため、パドル翼の中心付近即ち回転軸付近に被処理液の流れにデッドスペースが生じにくいと考えられる。

さらに、短翼３ｂを備え、短翼３ｂによる半径方向への吐出流により、攪拌槽２の底にある少量の被処理液をも攪拌することが可能となる。従って、他品種少量生産に対応し易い構造となる。また、調合工程では、高粘度の顔料ペーストを最初に投入し、徐々に溶媒を追加するが、短翼３ｂを備えることにより、調合工程の初期段階における高粘度状態でも効率よい攪拌が可能となる。さらに、比重が大きく沈殿速度の速い顔料が含まれた塗料等を攪拌する場合であっても、短翼３ｂの吐出流によって該顔料が攪拌槽底部に堆積するのを防止し得る。これらの作用効果は、短翼３ｂが攪拌槽２の丸底又は皿底に沿う形状、即ち、攪拌槽２の底形状として被処理液が底に溜まりやすい形状である場合に特に顕著となる。

また、パドル翼３とディスク型撹拌翼との組み合わせは、パドル翼３が循環翼として作用し、ディスク型撹拌翼４は剪断翼と循環翼との作用を為し、それぞれが独立に駆動する。したがって、パドル翼３による循環作用を利用すれば、ディスク型撹拌翼４による循環作用を弱めることが可能であり、それに伴って剪断作用も弱まる。すなわち、ディスク型撹拌翼４の剪断力を調節することが可能となる。

また、攪拌装置の洗浄においても、パドル翼３の短翼３ｂ及び長翼３ａによる吐出作用により、少量の洗浄液であっても攪拌装置内部の洗浄が可能となる。ディスク型撹拌翼４が配置されている場合も、短翼３ｂが洗浄液を半径方向に吐出してディスク型撹拌翼４の下方を洗浄し、長翼３ａの吐出作用により洗浄液を上方に巻き上げて、攪拌槽２の内壁、回転駆動軸５、６、及び、ディスク型撹拌翼４の上面を洗浄することができる。攪拌槽２が密閉可能な容器としておけば、密閉状態で内部を洗浄でき、洗浄液の溶剤が外部へ放散することもない。

さらに、本発明に係るパドル翼３は、攪拌中に被処理液に巻き込まれる気泡を被処理液から放出させる作用を有している。パドル翼３を低速回転（例えば、５〜３０ｒｐｍ）させると、被処理液内の気泡がパドル翼（特に短翼）の回転方向と反対側の面（特に、短翼３ｂの鋭角領域の面）を気泡が回転駆動軸５に向かって移動する現象が起こり、回転駆動軸５の中心部で気泡が成長し、成長した気泡が回転駆動軸５に沿って上昇し、被処理液外へ放出される。斯かる現象は、本発明に係るパドル翼３の特殊構造によって、パドル翼３の特に短翼の回転方向反対面に大きな負圧が生じるとともに、パドル翼３に沿って中心方向へ向く層流が生じることに起因するものと考えられる。このようにガスホールドアップ（ボイド率）を低下させることにより、均一な塗膜を得ることが可能となる。

本発明に係る攪拌装置の一実施形態を示す縦断面図である。 図１のII-II線に沿う水平断面図である。 図１のIII-III視に対応する攪拌装置の要部斜視図である。 本発明に係るパドル翼の他の実施形態を示す平面図である。 従来の二軸攪拌装置を示す縦断面図である。

符号の説明

１ 攪拌装置
２ 攪拌槽
３ パドル翼
４ ディスク型撹拌翼
５ 回転駆動軸
６ 回転駆動軸

Claims (9)

1. 攪拌槽と、回転駆動軸と、該攪拌槽内の底部に配置され前記回転駆動軸に固定されたパドル翼と、を有し、前記パドル翼は、長翼と、該長翼と非直角な所望の交差角度で交差する短翼と、を備え、
   前記パドル翼の回転駆動軸が前記攪拌槽の略中心線上を延び、該パドル翼の回転駆動軸と平行に延びる回転駆動軸に固定されその周縁に突起状剪断歯を有するディスク型撹拌翼を更に備えることを特徴とする攪拌装置。
2. 前記交差角度は、前記長翼の回転方向を向く面と前記短翼とのなす角（θ_ｃ２）が３０°〜６０°であることを特徴とする請求項１記載の攪拌装置。
3. 前記短翼は、その端部に、該短翼と長翼との交差角の鋭角側から鈍角側に立ち上がる傾斜面が形成された傾斜部を備えることを特徴とする請求項１記載の攪拌装置。
4. 前記長翼が描く円の直径（ｄ_ｃＬ）は攪拌槽の内径（Ｄ）に対して０．７Ｄ≦ｄ_ｃＬ≦０．９５Ｄであることを特徴とする請求項１記載の攪拌装置。
5. 前記短翼の傾斜部を除く部分が描く円の直径（ｄ_ｃＳ１）は、攪拌槽の内径（Ｄ）に対して０．３Ｄ≦ｄ_ｃＳ１≦０．５Ｄであることを特徴とする請求項３記載の攪拌装置。
6. 前記傾斜部の長さ（ｄ_ｃＳ２）が、攪拌槽の内径（Ｄ）に対して０．０５Ｄ≦ｄ_ｃＳ２≦０．２Ｄであることを特徴とする請求項３記載の攪拌装置。
7. 前記長翼及び短翼の高さ（ｂ）は、攪拌槽の内径（Ｄ）に対して０．０２Ｄ≦ｂ≦０．２Ｄであることを特徴とする請求項１記載の攪拌装置。
8. 前記パドル翼と前記攪拌槽の底面との間隙（Ｃ）は、攪拌槽の内径（Ｄ）に対して０．００５Ｄ≦Ｃ≦０．０２Ｄであることを特徴とする請求項１記載の攪拌装置。
9. 塗料調合用であることを特徴とする請求項１記載の攪拌装置。

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