JP4153307B2 - ダイナミック・ミキサー - Google Patents

Description

本発明は、体積の比率が異なる少なくとも２種類のペースト成分を混合するためのダイナミック・ミキサーであって、体積の割合がより大きいペースト成分用の遅延チャンバを有するハウジングを具備するミキサーに関する。このミキサーは、特に、比較的粘度の高い、例えば８００Ｐａｓよりも大きいペースト成分を混合するのに適している。

ＤＥ ２９８ １８ ４９９ Ｕは、遅延チャンバを備えた、体積の割合が異なる成分からペーストを生成するミキサーを開示する。遅延チャンバは、入口開口部からミキサー要素までの通路を延ばし、長手方向軸の周りの曲線に沿って走るバイパスチャネルを形成する。このミキサーは、ＥＰ ０ ４９２ ４１２ Ａ１に開示されたダイナミック・ミキサーのさらなる展開を構成する。

ダイナミック・ミキサーとは対照的に、スタティック・ミキサーと呼ばれる公知のミキサーは可動部分を持たない。このタイプのミキサーは、比較的濃度が薄い物質の混合や放出にのみ適している。ＥＰ ０ ８８５ ６５１ Ａ１、 ＥＰ ０ ６６４ １５３ Ａ１またはＥＰ ０ ５８４ ４２８ Ａ１を参照。

混合されるべき成分を旋回させるダイナミック・ミキサーと区別されるように、スタティックまたはフローミキサー内では、流体の分割を繰り返すことによって混合が実行される。

全長が短くなることに関わる理由で、遅延チャンバを用いる混合の場合、ミキサーの長手方向に入っていく流入ペースト成分が約９０゜まで規則的に偏向されるように構成されるのが好ましい。実際、遅延セクションは、ゆえに、回転可能に取り付けられた混合要素に対して横方向に配置される。ＥＰ １ ０９９ ４７０ Ａ１を参照。

遅延セクションの端部において、ペースト成分は、混合チャンバ内に真直ぐに流入するか、またはペースト成分の流れ方向をもう一度変化させられるように、ペースト成分が約９０゜までオフセットして混合チャンバに入るかのいずれかである。

この場合、遅延チャンバは、１つの出口を有して一方向にのみ延びることもできるしと、２つの出口を有してこれに対応するよう二方向に延びることもできる。

成分の全ペースト流を偏向させると、ペースト内に非常に高い摩擦損失が生じ、これにより流動抵抗も著しく増加する。したがってデリバリ・ピストンを介してペーストに伝達されるペーストを運ぶのに必要な力は、急激に上昇する。

ゆえに、従来から知られているダイナミック・ミキサーは、平均的な粘度を有し、沈殿せずにそのままでいられるペーストを混合するためにのみ使用することが可能である。このようなペーストは通常、２００〜８００Ｐａｓの粘度を有する。

しかし、まさに、沈殿しないでそのままでいられる能力が高く、粘度の高いペーストであり、一の成分がかなりの割合で先に進む傾向があるので、遅延チャンバを省くことはできない。

本発明の主目的は、ゆえに、特に高粘度のペーストを混合する改良ミキサーを提供することである。

この目的は、請求項に記載のダイナミック・ミキサーおよび方法を提供することで達成される。

用語「具備する」または「含む」は、特徴の完全な列挙を意味するものではない。請求項において、用語「１つの」、特徴を説明する前に使用される場合、上記特徴が複数である場合を除外するものではなく、「少なくとも１つの」という意味で使用される。

意外にも、遅延チャンバ内に、流れ方向において、ペースト流を停止すなわち終端させる境界壁に対して後方に開口部を設けると、ペースト成分が未混合状態でミキサーから確実に出ないようにする、すなわち混合チャンバ内への流入を確実に遅延されるというこのチャンバの機能が持続されることが示された。

境界壁は、遅延チャンバの構成部分であり、遅延チャンバに開口する入口開口部から最も遠い位置に規則的に配置される。遅延チャンバは、通常環状部分として構成され、ミキサーの長手方向軸の周りの曲線に沿って配備されるので、境界壁は、実施形態に応じて平面または曲面となる、上記環状部分の端面となる。

本発明において、遅延チャンバの境界壁は、入ってくるペースト成分が、ミキサー流入後に実質的に偏向されることなく実質的に直接衝突するような、入口開口部に面した位置に配置されるバッフル表面ではない。

意外にも、ペースト成分が事実上の混合チャンバに流入する前に、まず遅延チャンバがほぼ完全に充填されることが示された。これは、遅延チャンバが充填されるまでペーストが混合チャンバに流入するのを妨げる回転混合ブレードによって生成される流動抵抗によって説明がされる。

遅延チャンバから混合チャンバに至る開口部が境界壁に対して後方の位置に設けられることは、開口部の配置に応じて、遅延チャンバが充填された後にペースト成分が僅かしか偏向されないので、混合装置によって加える必要のある輸送力が減少することを意味する。

遅延チャンバに流入するペースト成分は、それが流入するとき、最初に約９０゜まで偏向され、実質的に混合チャンバに達することなく遅延チャンバを充填する。この場合、混合チャンバは未だ充填されていないので、この場合に加える輸送力は比較的重要ではない。

しかし、一旦、ペースト流が境界壁に到達すると、静的圧力が高まり、後方に設けられた開口部を経て混合チャンバにペースト成分を到達させる効果を有する。

混合装置によって加える必要のある輸送力は、境界壁から開口部までの距離が増加するにつれて減少するので、高粘度の素材でも本発明によるミキサーで動的に混合される。

本発明によるミキサーは、体積の割合がより大きい成分について、混合装置、挿入カートリッジおよびミキサーを具備するシステムの機械的過負荷を起こすことなく、８００Ｐａｓよりもかなり高い粘度を有するペーストを準備することができる。

粘度は、例えば、ブルックフィールドＤＶ ＩＩＩレオメータ（スピンドルＨＢ ５、バー幅１５．５ｍｍ、速度５ｒｐｍ、始動後２０ｓの読み取り）を用いて決定しても良い。

実際には、その粘度は以下の方法で決定される。

スイッチをオンにし、調整した後、レオメータに測定スピンドルＨＢ５（バー幅＝１５．５ｍｍ）を装備する。測定されるべき、体積の割合がより大きいペーストを最初に約４０秒間手で練り、次いでできるだけ泡が生じないように測定カップに投入する。筒状プラスチックバッグ内に包装された素材を、市販の混合装置（例えば、３Ｍ ＥＳＰＥ ＡＧ社のＰｅｎｔａｍｉｘ（登録商標）２）から直に測定カップに投入する。充填レベルは少なくとも３０ｍｍである。

速やかに、充填済み測定カップをカップ保持スタンドに配置し、測定スピンドルをペースト内の中心に下降させる。次ぎに試験を開始する。ディスプレイにｍＰａｓ単位で表示される測定値を測定開始から２０秒後に読み取る。

測定中には決して測定カップがスピンドルの回転によって共に動かないように注意が必要である。

本発明において用語「開口部」は、入口開口部と出口開口部との両方を意味するものと解する。これは、混合される物質が流れる方向であるかまたは圧迫される方向であるかに依存する。

ミキサーは通常では２つの入口開口部と１つのみの出口開口部とを有する。

円形、楕円形開口部および／または腎臓形または鎌形の開口部、特に丸みを付けた縁部やコーナを有する開口部が好都合である。

このタイプの形状は、通常ではダイナミック・ミキサーの中心に配置される駆動シャフト用収容開口部の周囲に、入口開口部の最適な配置が実現される。さらに、この形状により、入口開口部のために利用できる、ダイナミック・ミキサーの実質的に表面全体の利用が可能となる。

本発明による装置は、少なくとも２個の開口部を有するのが好ましいが、３または４個であっても良い。

これらの開口部は、通常では、駆動シャフト用の開口部の周囲に対称的に配置される。

ダイナミック・ミキサーの形態の、本発明による装置は、通常では、少なくとも３つの構成要素、特に、入口開口部、および駆動シャフト用の保持開口部が導入される基板と、基板に回転可能に取り付けられ、混合ブレードがそれに嵌合するロータと、駆動シャフトだけでなくロータが内部で回転するハウジングをも収容する成形溝とを具備する。

駆動シャフト用の溝の形状は、混合を開始するのに十分な力が駆動シャフトから混合ブレードに伝達されるという前提の下に、任意の所望形状とされる。

複数の縁部を有する開口部が、駆動シャフトからロータにトルクを伝達するのに有利であることが分かっている。駆動シャフト用の成形溝は、好ましくは三角形、長方形、正方形、五角形、六角形、七角形、八角形であるか、または複数の縁部を備えた他の幾何学形状を有する。

混合要素は、回転可能に取り付けられるミキサーの一部であって、混合ブレードを有し、ミキサーシャフトで駆動されるものを意味すると解釈すべきである。

本発明おいて遅延チャンバは、ペースト成分が混合チャンバに流入する前に通過しなければならないチャンバまたはバイパスチャネルを意味すると解釈すべきである。遅延チャンバは、通常ではミキサーの入口開口部と重なる１つの入口開口部と、混合チャンバに開口する少なくとも１つの出口開口部とを有する。

遅延チャンバの形状は、基本的に任意の所望形状である。ミキサーの長手方向軸の周りの曲線に沿って延びる形状は、ミキサーの全長を短くするために有利であることが分かっている。遅延チャンバは、０゜より大きく、１８０゜未満の角度範囲、より好ましくは９０゜から１８０゜未満の範囲にわたって延びる環状セグメントの形態を有するのが好ましい。

遅延チャンバは、特に、ペースト成分の流れ方向に配置された境界壁を有し、そこでペースト成分が停滞する。本発明によれば、遅延チャンバはまた、混合チャンバへと開口し、境界壁に対して後方に配置される少なくとも１つの開口部を有する。

本発明において用語「後方に」は、開口部が境界壁に直接接触せず、境界壁から離れて配置される構造を意味すると解釈すべきである。

遅延チャンバが混合チャンバにこの１つの開口部しか持たない場合、これは、停滞したペースト成分が、境界壁が位置するポイントではなく、流れ方向において境界壁に対して後方のポイントでしか、混合チャンバに到達しないという効果を有する。この開口部は、境界壁に対して周囲方向に沿って後方に設けられることが好ましく、特にミキサー軸をその中心として９０゜〜１８０゜の範囲の角度だけ後方とされるのが好ましい。

体積割合がより大きいペースト成分は、ゆえに通常では最初に長手方向軸の周りの曲線形状内に案内され、そこの境界壁で停滞し、混合要素の領域内で体積割合がより小さいペースト成分と接触状態となるだけである。

遅延チャンバが充填されると、体積割合がより大きいペースト成分は、直ちにミキサーに流入するが、該ペースト成分は混合チャンバに入る前に、その進行方向に対して９０゜未満、好ましくは４５゜未満にたった１回しか偏向されない。

このように、高粘度の、特に、例えば８００Ｐａｓよりも高い粘度を有するペーストを放出するのに必要な力の低減が達成される。

遅延チャンバの混合チャンバに対する容積の比率は、通常では１：１〜１：２０の範囲内、好ましくは１：３〜１：５の範囲内である。遅延チャンバは通常、０．１〜１０ｍｌの範囲、好ましくは０．３〜２ｍｌの範囲の絶対容積を有する。遅延チャンバの容積は、遅延チャンバに開口する入口開口部の領域をも含む。混合チャンバの容積は、ミキサーのハウジングによって提供される総容積から、遅延チャンバの容積と混合スクリューが占める体積を引いた差となる。

その比率がこの範囲外にある場合、規則的に一方のペースト成分の遅延が不十分となるか、またはミキサーが、ペーストの望ましくない大量廃棄に結びつく、過大な死容積を有することとなる。

混合チャンバに開口する開口部の形状は、原則として任意の所望形状である。基本的に、円形、長方形および三角形状の開口部が適している。開口面積は通常では、数ｍｍ^２程度、好ましくは１〜１００ｍｍ^２である。

好ましい実施形態では、遅延チャンバは、混合チャンバ内に開口する複数の開口部、特に２個または３個の開口部を有する。この場合、さらなる開口部を、境界壁の領域内に直接、または境界壁に隣接して配置することもできる。

境界壁の領域内に直接配置される混合チャンバ内への開口部は、遅延されるペースト成分の流入によって遅延チャンバ内で圧縮される空気を混合チャンバ内に確実に逃がすことができる場合に有利となる。これは、混合されるペースト内に空気を全く含有させないことができる場合に特に有利である。ペーストが歯科用成形複合物である場合、混合ペースト内に空気が含有すると、通常、その混合ペーストを使用して取られる咬合印象の品質低下に繋がる。

遅延チャンバはミキサー内に対称的または非対称的に配置できる。それは一方の周囲方向だけでなく、両方の周囲方向にも延長できる。

さらなる好ましい実施形態では、遅延チャンバ内の後方開口部は、少なくとも１点において、それが遅延チャンバへの入口開口部と向かい合うように配置される。混合チャンバ内に開口する遅延チャンバ内の開口部は、入口開口部に対して半分ずれているのが好ましい。この実施形態では、ペースト成分の一部が遅延チャンバ内で先に停滞することなく混合チャンバに直接到達することが、ゆえに理論的に可能となる。但し、特に高粘度ペーストの場合、これは通常では起こらないが、遅延チャンバが最初に充填されることが意外にも分かっている。

遅延チャンバ内への一方のペースト成分の流れ方向の偏向に影響を与えるために、バッフル表面が遅延チャンバへの入口開口部に面するように配置すると有利となり、該バッフル表面はペースト成分が、遅延チャンバに偏向されないまま混合チャンバに入ってしまうのを防ぐ。このバッフル表面は通常、混合チャンバ内に開口する遅延チャンバの開口部が、流れ方向に見て、入口開口部に対して横方向に若干はずれるように配置される場合、自動的に生じる。

特に好ましい実施形態では、混合チャンバ内に開口する開口面積の約５０％は、入口開口部と向かい合っている。このような配置によって、ペースト流の偏向の結果として生じる摩擦力を前処理チャンバの機能を損なうことなく最小限に抑えることができる。

混合ブレードの回転速度および／または混合される成分の粘度に応じて、バッフル表面の存在が絶対不可欠ではなくなることもある。回転ブレードで生成される流動抵抗は、ペースト成分が混合チャンバ内の他のペースト成分と混合され放出される前に、それを遅延チャンバに流入させるために十分なものである。

体積割合が高い方のペースト成分用の入口開口部の面積と、混合済みペースト用のミキサーの出口開口部の面積との比率は通常では１：１〜１：５の範囲にある。この比率と異なると、特に高粘度のペーストを混合する場合、生じる摩擦損失の結果と不利になることがわかっている。

ミキサーを製造できる適切な素材は、金属、ガラスおよび／またはプラスチックを含み、なかでもプラスチックが好ましい。

適切なプラスチックは、例えば、弾性率が２００〜３，０００Ｎ／ｍｍ^２、および／または破断時の伸び率が１５〜２００％であるものである。

ミキサーに適切な素材は、ＰＡ、ＰＥ、ＯＰＰ、ＰＰ、ＰＴＦＥ、ＰＣ、ＰＳおよび／またはＰＯＭを含む。これらの素材を繊維補強および／または充填形態でも使用できる。

適切な繊維および充填剤は、ガラスファイバ／粒子や炭素繊維／粒子を含む。

ミキサーおよび／またはカートリッジフロントの適切な製造方法として、例えば、射出成形法、必要に応じて２成分射出成形法を挙げることができる。しかし、素材の除去による製造も考えられる。

本発明によるミキサーは、全ての技術範囲において使用でき、特に高粘度、糊状および／または半流動体の化合物の混合に使用に適する。

一般に、保管時には少なくとも２種類の成分として別々に保存され、使用前に混合されなければならない物質を含むと理解される。

以下の物、接着剤、目地材、コーティングが、例として挙げられる。

本発明によるミキサーは、好ましくは歯科領域で使用される。本発明による装置は、例えば、電気駆動されるピストンによって適切なカートリッジに挿入される、チューブ状プラスチックバッグから押し出される高粘度成形材料を混合するのに適している。チューブ状プラスチックバッグを使用しないで直接材料が充填される適切なカートリッジからの材料の放出も、想定されており、可能性がある。

例として列挙される材料は、シリコンゴム、ポリエーテル、ポリエーテルシリコーン、エポキシ樹脂およびポリウレタンである。

本発明の主題は、ダイナミック・ミキサーと、ミキサーをその上に設置できるか、またはミキサーを取り付けることができる電気作動式混合装置の組合せでもある。適切な混合装置は、ミキサーシャフトと１つまたはそれ以上のデリバリ・ピストンとを有する。

混合装置、カートリッジ、筒状プラスチックバッグまたはミキサーへの機械的損傷もなく有効な混合結果を達成するために、ピストンを介して混合されるペーストに伝達される輸送力は、約４，０００Ｎの大きさを大きく超えるべきではないことが分かっている。

適切な混合装置は、例えば、ＥＰ ０ ５４１ ９７２ Ａに記述されている。

本発明の主題は、異なる体積比を有する少なくとも２種類のペースト成分を混合する方法でもある。

ここでは、その方法は、以下のステップ：
ａ）好ましくはカートリッジ様の容器であって、適切な場合はチューブ状のプラスチックバッグが挿入される容器から、少なくとも２種類のペースト成分ＡおよびＢを放出するステップと、
ｂ）容器に連結されるダイナミック・ミキサーに成分ＡおよびＢを導入するステップと、
ｃ）ダイナミック・ミキサーを使用して成分ＡおよびＢを混合するステップと、
ｄ）ミキサーからＡおよびＢの混合物を放出するステップと、
を含む。

使用したミキサーは、混合チャンバと、混合チャンバの上流に配置された遅延チャンバとを有し、該遅延チャンバは流れ方向のペースト流を停止させる境界壁を有する。

ミキサーに入る体積の割合がより大きいペースト成分Ａは、遅延チャンバを満たし、そこにある境界壁で停滞してから、ペースト成分Ｂと混合され、ミキサーから放出される。

好ましい例証的実施形態を図面を用いて以下で説明する。

図１によるミキサーは、従来技術から公知である。２つの入口開口部２および３を有する基板１と、出口開口部４および混合要素６を有するハウジング９とを有する。混合要素６は混合ブレード７を備えている。遅延チャンバ１０はミキサーの長手方向軸の周りの曲線に沿って延び、境界壁１４で遮断される。境界壁１４の直ぐ近くに、ペースト成分Ａ用の開口部１２があり、これは混合チャンバに開口している。低体積比を有するペースト成分Ｂは、開口部１１を経て混合チャンバに開口している。

ペースト成分Ａは最初に面１および１５に沿って案内されて流れ、該面に対して横断方向に配置された境界壁１４で停止される。遅延チャンバから混合チャンバへの成分Ａの出口用の開口部１３は、境界壁１４から、成分Ａの最初のペーストの流れ方向に対して後方に一定の距離をおいてバッフル板１５に配置される。

図２は、本発明によるミキサーの一実施形態の展開図を示す。ミキサーは、図１で示されたミキサーと実質的に同じ要素を有する。しかし、それに加えて、本発明によるミキサーは、境界壁１４に対して後方に設けられる開口部１３を有する。境界壁１４に直接接触する開口部１２はオプションである。遅延チャンバ１０は、好ましくはミキサーの長手方向軸の周りの曲線に沿って延び、特に、境界壁１４、基板１の下側、入口開口部２と反対に位置するバッフル板１５および円形セグメント状要素１６で形成される。

図３では、図２によるミキサーが異なる透視図で示される。特に、基板１に一体成形される２種類のペースト成分ＡおよびＢのための２つの入口開口部２および３、混合スクリュー６と、混合スクリュー６用の駆動シャフトと係合できる６角形状溝８とのための収容開口部５を見ることもできる。

図４は、図２および３によりミキサーの入口領域についての断面図を示す。特に２種類のペースト成分ＡおよびＢのフローダクトを見ることもできる。ペースト成分Ｂは、開口部３を経てミキサーに入り、実質的に偏向もなく、混合ブレード７が内部で回転する混合チャンバ内に開口部１１を経て通過する。

ペースト成分Ａは、開口部２を経てミキサーに入り、バッフル板１５に衝突し、そこで約９０゜まで偏向され、円形セグメント状（空白）に沿う遅延チャンバ内に導かれる。ペースト流は、境界壁１４で停止され、停滞した空気を開口部１２を経て逃がすことができる。遅延チャンバが充填されると直ちにペースト成分Ａを開口部１２、特に境界壁に対してセットバックした開口部１３を介して混合チャンバに入れることができる。

ＤＥ ２９８ １８ ４９９ Ｕによるミキサーの展開図を示す。 本発明によるミキサーの展開図を示す。 図２の本発明によるミキサーの展開背面図を示す。 ミキサーの入口領域についての断面図を示す。

Claims (11)

1. ＡがＢよりも高い体積比を有する少なくとも２種類のペースト成分ＡおよびＢを混合するダイナミック・ミキサーであって、
   Ａ用（２）およびＢ用（３）の少なくとも２つの入口開口部と、少なくとも１つの出口開口部（４）とを備え、混合要素（６）が混合チャンバ内に回転可能に取り付けられるハウジング（９）を具備し、
   前記ハウジング（９）は、流れ方向においてペースト流を止める境界壁（１４）と、混合チャンバに開口する少なくとも１つの開口部（１３）とを有する少なくとも１つの遅延チャンバ（１０）を有し、
   この少なくとも１つの開口部は境界壁に対して後方に位置している、ダイナミック・ミキサー。
2. 前記少なくとも１つの開口部（１３）が、少なくとも１点においてＡ用の入口開口部（２）と向かい合っている、請求項１に記載のミキサー。
3. 前記少なくとも１つの遅延チャンバ（１０）が、混合チャンバに開口するさらなる開口部（１２）を有する、請求項１または２に記載のミキサー。
4. 前記遅延チャンバの容積と前記混合チャンバの容積との比が、１：１〜１：２０の範囲にある、請求項１〜３のいずれか一項に記載のミキサー。
5. Ａ用の入口開口部の面積と出口開口部の面積との比が、１：１〜１：５の範囲にある、請求項１〜４のいずれか一項に記載のミキサー。
6. 体積比が１：２〜１：１０の範囲にある少なくとも２種類のペースト成分を混合するための、請求項１〜５のいずれか一項に記載のミキサーの使用。
7. 体積比が高いほうのペーストが、少なくとも８００Ｐａｓの粘度を有する、請求項６に記載のミキサーの使用。
8. 請求項１〜５のいずれか一項に記載のミキサーと、ミキサーを設置できる混合装置との組合せであって、ミキサーと、ペーストを運ぶ輸送装置を有する混合装置とは、混合装置が加えなければならない輸送力が４，０００Ｎを超えないように互いに調整される、組合せ。
9. ＡがＢよりも高い体積比を有する少なくとも２種類のペースト成分ＡおよびＢを混合する方法であって、
   ａ）デリバリ・ピストンを使用することによって容器からＡおよびＢを放出するステップと、
   ｂ）混合チャンバと、流れ方向においてペースト流を止める境界壁を具備する遅延チャンバとを有し、容器に連結可能なダイナミック・ミキサーにＡおよびＢを導入するステップと、
   ｃ）ダイナミック・ミキサーを使用してＡおよびＢを混合するステップと、
   ｄ）ミキサーからＡおよびＢの混合物を放出するステップと、を含み、
   Ａは、Ｂと混合され、放出される前に遅延チャンバに導かれ、そこで停滞し、境界壁に対して後方に位置する開口部を経て遅延チャンバから混合チャンバに達することができる、方法。
10. ペースト成分Ａは、混合チャンバに達する前にミキサー内で９０゜まで偏向されない、請求項９に記載の方法。
11. ペースト成分Ａは、遅延チャンバの充填後にもはや実質的に偏向されない、請求項９または１０に記載の方法。

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