JP3980841B2 - バッチ式混練機とその混練ロータ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラスチックやゴム等の高分子材料を混練するための混練ロータとこれを有する混練機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の混練機として、ゴム練りに適した密閉型のバッチ式混練機（例えば、特公昭５８−４５６７号公報参照）が知られている。この混練機は、混練室内で異方向に回転する左右一対のロータでプラスチックやゴム等の被混練材料に強い剪断作用を加えて可塑化溶融するものであり、ゴム等の被混練材料に各種の充填剤や添加剤を効率よく練り込んで混合分散することで種々の品質のゴム製品を製造することができる。
【０００３】
図５は上記混練機に使用される混練ロータの一例を示しており、かかる混練ロータ４は、混練室の内面に対するチップクリアランスに被混練材料を通過させて同材料に剪断力を付与するための長翼２２と短翼２３を外周面に備えている。
この長翼２２と短翼２３は、混練室内で軸方向の材料流れ２４，２４’を発生させて被混練材料の混合度合いを高めるため、軸方向で互いに分断されかつ周方向にずれた位置に配置されているとともに、その捩じれ方向は互いに逆向きになっている。
【０００４】
そして、かかる従来の混練ロータ４では、図５（ｂ）（ｃ）に示すように、当該ロータ４をその軸心回りで平面状態に展開したときにおける各混練翼２２，２３の展開形状がすべて直線となるように設定され、その捩じれ角度θもすべて同じになっている。すなわち、各混練翼２２，２３の捩じれ角度θはその始点Ｐから終点Ｑに至る範囲ですべて一定不変になっている。
なお、図５において、符号ｒはロータの回転方向を示している（後述する実施形態の図面においても同様）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記した各混練翼２２，２３は、その軸方向に対する捩じれ角度θを大きくすると、軸方向への送り能力が改善されて被混練材料の混合度合いを高めることができ、逆に、その捩じれ角度θを小さくすると、チップクリアランスに対する被混練材料の通過量（以下、材料通過量という。）が増大して被混練材料の分散度合いを高めることができる。
しかるに、従来の混練ロータ４では、各混練翼２２，２３の捩じれ角度がその始点Ｐから終点Ｑに至る範囲ですべて一定不変になっているため、被混練材料の混合度合いと分散度合いのバランスを取るのが困難であり、これらの双方が両立した適切な混合分散制御を行い難いという欠点があった。
【０００６】
例えば、図５に示すバッチ式用の混練ロータ４において、長翼２２や短翼２３をその展開形状が直線のまま捩じれ角度θを大きくすれば、被混練材料の軸方向の材料流れ２４，２４’が大きくなって混合度合いを高めることができるが、この場合には、各翼２２，２３のチップクリアランスにおける材料通過量が減少して分散度合いが低減することになる。
また、逆に、長翼２２や短翼２３をその展開形状が直線のまま捩じれ角度θを小さくすれば、各翼２２，２３のチップクリアランスにおける材料通過量が増大して分散度合いを高めることができるが、この場合には、被混練材料の軸方向の材料流れ２４，２４’が小さくなって混合度合いが低減することになる。
【０００７】
本発明は、このような実情に鑑み、混練ロータによる被混練材料の混合と分散のバランスを効率よく取れるようにして、混合と分散の双方が両立した適切な混練制御を行えるようにすることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は次の技術的手段を講じた。
すなわち、本発明に係るバッチ式混練機の混練ロータは、混練翼頂部と混練室内面との間にチップクリアランスが形成されるように同混練室内に回転自在に挿通され、そのチップクリアランスに被混練材料を通過させて同材料に剪断力を付与する複数の混練翼を外周面に有するバッチ式混練機の混練ロータであって、前記複数の混練翼は、当該混練ロータをその軸心回りで平面状態に展開したときにおける始点から終点までの展開形状が実質的に非線形となる非線形翼と、その展開形状が線形でかつロータ軸心に対する捩じれ角度が１５〜３５度に設定されたその他の線形翼と、から構成されているとともに、ロータ長さの半分よりも長く被混練材料をロータ軸方向中央側へ流す方向に捩じれた一対の長翼を備えており、この一対の長翼は、ロータ軸方向一端側から同方向中央側に延びる線形翼よりなる第一長翼と、ロータ軸方向他端側から同方向中央側に延びかつその他端側に向かうほど捩じれ角度が漸増する非線形翼よりなる第二長翼と、から構成されている。
【０００９】
なお、線形翼の捩じれ角度を１５〜３５度に規定したのは、通常の線形翼の場合には、
その捩じれ角度が１５度未満になると被混練材料を軸方向に流す力が弱くなって適切な混合性能が得られなくなり、その捩じれ角度が３５度を超えると剪断力が弱くなって適切な分散性能が得られなくなることが、経験則によって知られているからである。
そして、本発明では、捩じれ角度が上記の範囲に設定された線形翼を設けた上で、更に、展開形状が実質的に非線形となる非線形翼を設けている。かかる非線形翼は、始点から終点までの展開形状が実質的に非線形になっているので、当該非線形翼におけるある部分での捩じれ角度を大きくして軸方向への材料の移動を増加させて混合度合いを高めつつ、その他の部分での捩じれ角度を小さくして分散度合いを高めるといったロータ翼形状の設定が可能である。
【００１０】
このため、かかる非線形翼を通常の線形翼と組み合わせることによって、線形翼だけで構成された混練ロータの場合に比べて、被混練材料の混合と分散のバランスをより効率よく取れるようになる。
前記バッチ式混練機の混練ロータは、被混練材料をロータ軸方向中央側へ流す方向に捩じれたロータ長さの半分よりも長い一対の長翼を備えており、当該一対の長翼は、ロータ軸方向一端側から同方向中央側に延びる線形翼よりなる第一長翼と、ロータ軸方向他端側から同方向中央側に延びかつその他端側に向かうほど捩じれ角度が漸増する非線形翼よりなる第二長翼と、から構成されている。
【００１１】
このように構成されているので、他端側に向かうほど捩じれ角度が漸増する非線形翼よりなる第二長翼により、ロータの他端側において被混練材料の軸方向流れを十分に生起させて混合度合いを高めつつ、捩じれ角度が１５〜３５度に設定された線形翼よりなる第一長翼により、被混練材料に十分な剪断力を付与して分散度合いを高めることができ、混合と分散の双方が両立した適切な混練制御が行えるようになる。
なお、この場合には、非線形翼よりなる第二長翼が他端側に向かうほど捩じれ角度が漸増しているので、チャンバと混練ロータとの間の軸受け部分のシール性能を改善できるという付加的効果も得られる。
【００１２】
また、本発明において、被混練材料をロータ軸方向中央側へ流す方向に捩じれたロータ長さの半分よりも短い第一短翼を設ける場合には、この第一短翼を、第一長翼のロータ回転方向後方に配置されかつ第一長翼と同じ向きに捩じれているロータ軸方向一端から同方向中央側に延びる線形翼より構成することが好ましい。
更に、本発明において、被混練材料をロータ軸方向中央側へ流す方向に捩じれたロータ長さの半分よりも短い第二短翼を設ける場合には、この第二短翼を、第二長翼のロータ回転方向後方に配置されかつ第二長翼と同じ向きに捩じれているロータ軸方向他端から同方向中央側に延びる線形翼より構成することが好ましい。
【００１３】
この場合、第一長翼の背面側に流れた被混練材料を第一短翼でロータ軸方向の中央側に押し戻すことができ、また、第二長翼の背面に流れた被混練材料は第二短翼でロータ軸方向の中央側に押し戻すことができるので、ロータ軸方向端部に被混練材料が滞留するのが有効に防止されて混合性能を向上できるとともに、各長翼の背面側に流れた被混練材料に対しても各短翼により確実に剪断力を付与できるので、分散性能を向上することができる。
また、本発明において、第一長翼のロータ軸方向中央側の先端を、第二長翼から１２０度以上離れた位置に配置し、或いは、第二長翼のロータ軸方向中央側の先端を、ロータ周方向において第一短翼の同側の先端と第一長翼との間のほぼ中央に位置するように配置するようにすれば、各混練翼間のスペースを十分大きくとることができ、被混練材料の軸方向流れが活発になって混合性能を向上することができる。
【００１４】
【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き説明する。
図１〜図３は本発明の第一の実施形態を示している。
このうち、図３は本発明の混練ロータを採用した密閉型のバッチ式混練機１の一例を示しており、このバッチ式混練機１は、断面めがね孔状の混練室２を有するチャンバー３と、混練室２内に回転自在に挿通された左右一対の混練ロータ４，４と、チャンバー３の上方開口部に立設したホッパー５付きの材料供給筒６と、この供給筒６内に上下動自在に挿通されたフローティングウェイト７と、を備えている。
【００１５】
材料供給筒６の上部には空圧シリンダ８が連結されていて、このシリンダ８内のピストン９は同シリンダ８の下蓋を気密に貫通するピストンロッド１０を介してフローティングウェイト７に連結されている。このため、空圧シリンダ８の上部を加圧してフローティングウェイト７を下降させることにより、ホッパー５から供給された材料供給筒７内の被混練材料をチャンバー３内に押し込めるようになっている。
チャンバー３の底部に設けた排出口はロータリアクチュエータにより開閉自在なドロップドア１１によって閉塞されており、このドロップドア１１を開放することにより、混練室２内で所定時間だけ混練された混練済み材料を機外に排出することができる。
【００１６】
図１は上記左右一対の混練ロータ４，４の平面図であり、図２（ａ）（ｂ）はそれらの各混練ロータ４，４をその軸心回りで平面状態に展開したときの展開図である。本実施形態の各混練ロータ４，４は、相対向内側部分が下方に移動するように互いに異なる方向（図１及び図２の矢印ｒ方向）に回転するようになっており、混練室２の内面に対するチップクリアランスに被混練材料を通過させて同材料に剪断力を付与するための複数の混練翼を備えている。
本実施形態の混練翼は、ロータ長さＬの半分よりも長い一対の長翼１２，１３と、ロータ長さＬの半分よりも短い一対の短翼１４，１５とから構成されている。この長翼１２，１３と短翼１４，１５は、軸方向の材料流れ１８を発生させて被混練材料の混合度合いを高めるため、軸方向で互いに分断されかつ周方向にずれた位置に配置されているとともに、一対の長翼１２，１３同士及び一対の短翼１４，１５同士の捩じれ方向は互いに逆向きになっている。
【００１７】
左右の混練ロータ４，４はその各翼１２〜１５の配置関係が図１の中央点Ｏに関して点対称となるように前後を入れ換えて配置されており、本実施形態の混練ロータ４，４は断面二条チップでかつ合計四翼のロータであることから、各混練翼１２〜１５はほぼ四分の一周分だけずれた周方向位置になるように配置されている。
短翼１４，１５は長翼１２，１３のほぼ０．１〜０．５倍の長さに設定することができる。もっとも、図示のロータでは、第一長翼１２の軸方向長さはロータ長さＬに対して０．７Ｌに設定され、第二長翼１３の軸方向長さは０．６５Ｌに設定されている。また、第一短翼１４の軸方向長さは０．３５Ｌに設定され、第二短翼１５の軸方向長さは０．３Ｌに設定されている。
【００１８】
図２（ａ）（ｂ）に示すように、上記長翼１２，１３及び短翼１４，１５よりなる混練翼のうち、第一長翼１２、第一短翼１４及び第二短翼１５については、混練ロータ４をその軸心回りで平面状態に展開したときにおける展開形状が線形となる通常の線形翼より構成され、この線形翼はロータ軸心に対する捩じれ角度θが１５〜３５度になるように設定されている。なお、図示のロータではθ＝２２度に設定されている。
これに対して、第二長翼１３は、混練ロータ４をその軸心回りで平面状態に展開したときにおける始点Ｐから終点Ｑまでの展開形状が実質的に非線形となる非線形翼より構成されている。本実施形態の第二長翼１３は、捩じれ角度がロータ軸方向端部側の始点Ｐから同方向中央部側の終点Ｑに向かうに従って次第に小さくなるように連続的に変化させることにより、その始点Ｐから終点Ｑまでの展開形状が非線形な湾曲形状となるように形成されている。
【００１９】
すなわち、図２（ａ）に示すように、第二長翼１３の始点側部分１６は、その始点Ｐと終点Ｑとを結んだ場合の仮想直線ＨＬの傾斜角度よりも大きくなっており、また、第二長翼１３の終点側部分１７は、その始点Ｐと終点Ｑとを結んだ場合の仮想直線ＨＬの傾斜角度よりも小さくなっている。
このため、第二長翼１２の始点側部分１６においては、仮想直線ＨＬに相当する展開形状を有する線形翼の場合に比べて捩じれ角度が大きくなっているので、その線形翼の場合よりも大きい材料流れ１８をこの部分１６でより強い流れを発生させることができ、被混練材料の混合度合いがより高められることになる。
【００２０】
他方、第二長翼１３の終点側部分１７においては、仮想直線ＨＬに相当する展開形状を有する線形翼の場合に比べて捩じれ角度が小さくなっているので、その線形翼の場合よりも大きいチップクリアランスでの材料通過量がこの部分１７で確保され、被混練材料の分散度合いがより高められることになる。
図２に示すように、本実施形態の混練ロータ４，４では、線形翼よりなる第一長翼１２は、ロータ軸心方向一端から同方向中央側に延びる線形翼より構成され、非線形翼よりなる第二長翼１３は、ロータ軸方向他端側から同方向中央側に延びかつその他端側に向かうほど捩じれ角度が漸増する非線形翼より構成されている。
【００２１】
また、第一短翼１４は、第一長翼１２のロータ回転方向後方に配置されかつ第一長翼１２と同じ向きに捩じれているロータ軸方向一端から同方向中央側に延びる線形翼より構成され、第二短翼１５は、第二長翼１３のロータ回転方向後方に配置されかつ第二長翼１３と同じ向きに捩じれているロータ軸方向他端側から同方向中央側に延びる線形翼より構成されている。
更に、本実施形態では、第一長翼１２のロータ軸方向中央側の先端は、第二長翼１３からのロータ周方向角度ｃが１２０度以上となる位置に配置されており、第二長翼１３の先端は、ロータ周方向において第一短翼１４の先端と第一長翼１２とのほぼ中央に位置するように配置されている。すなわち、図１（ｂ）における周方向角度ａと周方向角度ｂがほぼ同じになるように、第二長翼１３の先端の周方向位置が設定されている。
【００２２】
上記構成を有する本実施形態の混練ロータ４によれば、他端側に向かうほど捩じれ角度が漸増する非線形翼よりなる第二長翼１３の始端側部分１６により、被混練材料の軸方向流れ１８を十分に生起させて混合度合いを高めつつ、捩じれ角度が１５〜３５度に設定された線形翼よりなる第一長翼１２により、被混練材料に十分な剪断力を付与して分散度合いを高めることができ、混合と分散の双方が両立した適切な混練制御が行えるようになる。
また、第二長翼１３の終端側部分１７においては、被混練材料の分散能力も十分に発揮されるので、混練ロータ４，４の軸方向中央部では、第一長翼１２と第二長翼１３の双方によって十分な分散性能が確保されることになる。
【００２３】
なお、第二長翼１３の始点側部分１６によって軸方向中央側への材料流れ１８が増大されているので、被混練材料が混練室２の軸方向端面側に押し付けられるのが抑制され、チャンバー３と混練ロータ４との間の軸受け部分のシール性能を向上できるという付加的効果もある。
また、本実施形態の混練ロータ４，４では、第一長翼１２のロータ回転方向後方にそれと同じ向きに捩じれた第一短翼１４を配置し、かつ、第二長翼１３のロータ回転方向後方にそれと同じ向きに捩じれた第二短翼１５を配置しているので、第一長翼１２の背面側に流れた被混練材料を第一短翼１４でロータ軸心方向の中央側に押し戻すことができ、また、第二長翼１３の背面に流れた被混練材料は第二短翼１５でロータ軸方向の中央側に流すことができる。
【００２４】
従って、ロータ軸方向端部に被混練材料が滞留するのが有効に防止されて混合性能を向上できるとともに、各長翼１２，１３の背面側に流れた被混練材料に対しても各短翼１４，１５により確実に剪断力を付与できるので、分散性能を向上することができる。
更に、本実施形態の混練ロータ４，４では、第一長翼１２の先端を第二長翼１３から１２０度以上離れた位置に配置することにより、第二長翼１３のロータ回転方向前方側のスペースを十分に大きくとり、また、第二長翼１３の先端をロータ周方向において第一短翼１４の先端と第一長翼１２との間のほぼ中央に配置することにより、第一長翼１３のロータ回転方向前方側のスペースを十分に大きくとるようにしているので、被混練材料の軸方向流れが活発になって混合性能を向上することができる。
【００２５】
なお、図５に示す従来の混練ロータと図１に示す本発明の混練ロータを同じ条件で駆動し、両者の性能の差を実験で調査した。
その結果、本発明の混練ロータ（図１）は、従来の混練ロータ（図５）に比べて、分散性能が約１０％向上し、消費エネルギーを約５％低減でき、被混練材料の排出温度を約１０°Ｃ低減できることが判明した。
また、白色ゴムに青色粉を添加して、同一の条件で両ロータによる混合状況を調査したところ、従来の混練ロータでは青色粉がゴム全体に混合されず、白色ゴムの部分が多く検出されたのに対して、本発明のロータでは青色粉がゴム全体に混合され、白色ゴムの部分は殆どなくなった。
【００２６】
以上、本発明の各実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は例示的なものであって限定的なものではない。本発明の技術的範囲は冒頭の特許請求の範囲により決定され、その意味に入るすべての態様は本発明の範囲に含まれる。
例えば、混練ロータの混練翼の周方向の翼数は二翼に限らず三翼以上あってもよいし、軸方向に別れて配置される各混練翼は三種類以上あってもよい。また、本発明は噛み合い式の混練ロータにも接線式の混練ロータにも採用することができるし、一軸タイプの混練ロータにも採用することができる。
【００２７】
更に、上記各実施形態では、非線形翼（第二長翼１３）の捩じれ角度が軸方向のどの部分においても連続的に変化している場合（展開形状が湾曲する場合）を示したが、始点から終点までの展開形状が実質的に非線形と認められる翼である限り、その捩じれ角度は不連続的に変化していてもよい。
すなわち、本発明にいう「実質的に非線形」とは、始点と終点を有する単一の翼の展開形状が、その始点から終点に至る最短経路の直線から見て周方向に若干迂回した状態になっていることを意味し、その迂回経路は湾曲線であっても折れ線であってもよい。
【００２８】
図４は、本発明の変形例に係る混練ロータ４，４の展開形状を示している。
この変形例に係る混練ロータ４，４が図１及び図２に示す混練ロータ４，４と異なるところは、非線形翼である第二長翼１３，１３のロータ回転方向後側に位置するフライトが長翼（第三長翼１９，１９）よりなる点にあり、この第三長翼１９，１９は、ロータ４，４の第二長翼１３，１３とそれぞれ同じ向きに捩れておりかつロータ軸方向端部（図４（ａ）の左端、図４（ｂ）の右端）から同方向中央側に延びる線形翼よりなり、線形翼よりなる第一長翼１２，１２とほぼ同じ長さに形成されている。
【００２９】
従って、この変形例に係る混練ロータ４，４では、線形翼よりなる第一長翼１２及び第三長翼１９と非線形翼よりなる第二長翼１３の三つの長翼と、第一長翼１２のロータ回転方向後側に位置する一つの短翼１４を有している。
なお、この場合の混練ロータ４，４によれば、第二長翼１３のロータ回転方向後側に位置するフライトが上記第三長翼１９よりなるので、第二長翼１３の背面側に流れた被混練材料の一部をロータ軸心方向の中央側に押し戻すだけでなく、同被混練材料の一部を積極的に再混練することもでき、この点で、図１及び図２の混練ロータ４，４の場合よりも優れた分散性能を期待できる。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、通常の線形翼の他に非線形翼を設けたことによって混練ロータによる被混練材料の混合と分散のバランスを効率よく取れるようになるので、混合と分散の双方が両立した適切な混練制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るバッチ式混練機の左右一対の混練ロータの平面図である。
【図２】 （ａ）は左側の混練ロータの軸心回りの展開図であり、（ｂ）は右側の混練ロータの軸心回りの展開図である。
【図３】 本発明に係るバッチ式混練機の正面断面図である。
【図４】 本発明の混練ロータの変形例を示しており、（ａ）は左側の混練ロータの軸心回りの展開図であり、（ｂ）は右側の混練ロータの軸心回りの展開図である。
【図５】 （ａ）は従来のバッチ式混練機の左右一対の混練ロータの平面図であり、（ｂ）（ｃ）はその軸心回りの展開図である。
【符号の説明】
１ バッチ式混練機
２ 混練室
４ 混練ロータ
１２ 第一長翼（線形翼）
１３ 第二長翼（非線形翼）
１４ 第一短翼（線形翼）
１５ 第二短翼（線形翼）
１９ 第三長翼（線形翼）
Ｐ 始点
Ｑ 終点
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラスチックやゴム等の高分子材料を混練するための混練ロータとこれを有する混練機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の混練機として、ゴム練りに適した密閉型のバッチ式混練機（例えば、特公昭５８−４５６７号公報参照）が知られている。この混練機は、混練室内で異方向に回転する左右一対のロータでプラスチックやゴム等の被混練材料に強い剪断作用を加えて可塑化溶融するものであり、ゴム等の被混練材料に各種の充填剤や添加剤を効率よく練り込んで混合分散することで種々の品質のゴム製品を製造することができる。
【０００３】
図５は上記混練機に使用される混練ロータの一例を示しており、かかる混練ロータ４は、混練室の内面に対するチップクリアランスに被混練材料を通過させて同材料に剪断力を付与するための長翼２２と短翼２３を外周面に備えている。
この長翼２２と短翼２３は、混練室内で軸方向の材料流れ２４，２４’を発生させて被混練材料の混合度合いを高めるため、軸方向で互いに分断されかつ周方向にずれた位置に配置されているとともに、その捩じれ方向は互いに逆向きになっている。
【０００４】
そして、かかる従来の混練ロータ４では、図５（ｂ）（ｃ）に示すように、当該ロータ４をその軸心回りで平面状態に展開したときにおける各混練翼２２，２３の展開形状がすべて直線となるように設定され、その捩じれ角度θもすべて同じになっている。すなわち、各混練翼２２，２３の捩じれ角度θはその始点Ｐから終点Ｑに至る範囲ですべて一定不変になっている。
なお、図５において、符号ｒはロータの回転方向を示している（後述する実施形態の図面においても同様）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記した各混練翼２２，２３は、その軸方向に対する捩じれ角度θを大きくすると、軸方向への送り能力が改善されて被混練材料の混合度合いを高めることができ、逆に、その捩じれ角度θを小さくすると、チップクリアランスに対する被混練材料の通過量（以下、材料通過量という。）が増大して被混練材料の分散度合いを高めることができる。
しかるに、従来の混練ロータ４では、各混練翼２２，２３の捩じれ角度がその始点Ｐから終点Ｑに至る範囲ですべて一定不変になっているため、被混練材料の混合度合いと分散度合いのバランスを取るのが困難であり、これらの双方が両立した適切な混合分散制御を行い難いという欠点があった。
【０００６】
例えば、図５に示すバッチ式用の混練ロータ４において、長翼２２や短翼２３をその展開形状が直線のまま捩じれ角度θを大きくすれば、被混練材料の軸方向の材料流れ２４，２４’が大きくなって混合度合いを高めることができるが、この場合には、各翼２２，２３のチップクリアランスにおける材料通過量が減少して分散度合いが低減することになる。
また、逆に、長翼２２や短翼２３をその展開形状が直線のまま捩じれ角度θを小さくすれば、各翼２２，２３のチップクリアランスにおける材料通過量が増大して分散度合いを高めることができるが、この場合には、被混練材料の軸方向の材料流れ２４，２４’が小さくなって混合度合いが低減することになる。
【０００７】
本発明は、このような実情に鑑み、混練ロータによる被混練材料の混合と分散のバランスを効率よく取れるようにして、混合と分散の双方が両立した適切な混練制御を行えるようにすることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は次の技術的手段を講じた。
すなわち、本発明に係るバッチ式混練機の混練ロータは、混練翼頂部と混練室内面との間にチップクリアランスが形成されるように同混練室内に回転自在に挿通され、そのチップクリアランスに被混練材料を通過させて同材料に剪断力を付与する複数の混練翼を外周面に有するバッチ式混練機の混練ロータであって、前記複数の混練翼は、当該混練ロータをその軸心回りで平面状態に展開したときにおける始点から終点までの展開形状が実質的に非線形となる非線形翼と、その展開形状が線形でかつロータ軸心に対する捩じれ角度が１５〜３５度に設定されたその他の線形翼と、から構成されているとともに、ロータ長さの半分よりも長く被混練材料をロータ軸方向中央側へ流す方向に捩じれた一対の長翼を備えており、この一対の長翼は、ロータ軸方向一端側から同方向中央側に延びる線形翼よりなる第一長翼と、ロータ軸方向他端側から同方向中央側に延びかつその他端側に向かうほど捩じれ角度が漸増する非線形翼よりなる第二長翼と、から構成されている。
【０００９】
なお、線形翼の捩じれ角度を１５〜３５度に規定したのは、通常の線形翼の場合には、
その捩じれ角度が１５度未満になると被混練材料を軸方向に流す力が弱くなって適切な混合性能が得られなくなり、その捩じれ角度が３５度を超えると剪断力が弱くなって適切な分散性能が得られなくなることが、経験則によって知られているからである。
そして、本発明では、捩じれ角度が上記の範囲に設定された線形翼を設けた上で、更に、展開形状が実質的に非線形となる非線形翼を設けている。かかる非線形翼は、始点から終点までの展開形状が実質的に非線形になっているので、当該非線形翼におけるある部分での捩じれ角度を大きくして軸方向への材料の移動を増加させて混合度合いを高めつつ、その他の部分での捩じれ角度を小さくして分散度合いを高めるといったロータ翼形状の設定が可能である。
【００１０】
このため、かかる非線形翼を通常の線形翼と組み合わせることによって、線形翼だけで構成された混練ロータの場合に比べて、被混練材料の混合と分散のバランスをより効率よく取れるようになる。
前記バッチ式混練機の混練ロータは、被混練材料をロータ軸方向中央側へ流す方向に捩じれたロータ長さの半分よりも長い一対の長翼を備えており、当該一対の長翼は、ロータ軸方向一端側から同方向中央側に延びる線形翼よりなる第一長翼と、ロータ軸方向他端側から同方向中央側に延びかつその他端側に向かうほど捩じれ角度が漸増する非線形翼よりなる第二長翼と、から構成されている。
【００１１】
このように構成されているので、他端側に向かうほど捩じれ角度が漸増する非線形翼よりなる第二長翼により、ロータの他端側において被混練材料の軸方向流れを十分に生起させて混合度合いを高めつつ、捩じれ角度が１５〜３５度に設定された線形翼よりなる第一長翼により、被混練材料に十分な剪断力を付与して分散度合いを高めることができ、混合と分散の双方が両立した適切な混練制御が行えるようになる。
なお、この場合には、非線形翼よりなる第二長翼が他端側に向かうほど捩じれ角度が漸増しているので、チャンバと混練ロータとの間の軸受け部分のシール性能を改善できるという付加的効果も得られる。
【００１２】
また、本発明において、被混練材料をロータ軸方向中央側へ流す方向に捩じれたロータ長さの半分よりも短い第一短翼を設ける場合には、この第一短翼を、第一長翼のロータ回転方向後方に配置されかつ第一長翼と同じ向きに捩じれているロータ軸方向一端から同方向中央側に延びる線形翼より構成することが好ましい。
更に、本発明において、被混練材料をロータ軸方向中央側へ流す方向に捩じれたロータ長さの半分よりも短い第二短翼を設ける場合には、この第二短翼を、第二長翼のロータ回転方向後方に配置されかつ第二長翼と同じ向きに捩じれているロータ軸方向他端から同方向中央側に延びる線形翼より構成することが好ましい。
【００１３】
この場合、第一長翼の背面側に流れた被混練材料を第一短翼でロータ軸方向の中央側に押し戻すことができ、また、第二長翼の背面に流れた被混練材料は第二短翼でロータ軸方向の中央側に押し戻すことができるので、ロータ軸方向端部に被混練材料が滞留するのが有効に防止されて混合性能を向上できるとともに、各長翼の背面側に流れた被混練材料に対しても各短翼により確実に剪断力を付与できるので、分散性能を向上することができる。
また、本発明において、第一長翼のロータ軸方向中央側の先端を、第二長翼から１２０度以上離れた位置に配置し、或いは、第二長翼のロータ軸方向中央側の先端を、ロータ周方向において第一短翼の同側の先端と第一長翼との間のほぼ中央に位置するように配置するようにすれば、各混練翼間のスペースを十分大きくとることができ、被混練材料の軸方向流れが活発になって混合性能を向上することができる。
【００１４】
【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き説明する。
図１〜図３は本発明の第一の実施形態を示している。
このうち、図３は本発明の混練ロータを採用した密閉型のバッチ式混練機１の一例を示しており、このバッチ式混練機１は、断面めがね孔状の混練室２を有するチャンバー３と、混練室２内に回転自在に挿通された左右一対の混練ロータ４，４と、チャンバー３の上方開口部に立設したホッパー５付きの材料供給筒６と、この供給筒６内に上下動自在に挿通されたフローティングウェイト７と、を備えている。
【００１５】
材料供給筒６の上部には空圧シリンダ８が連結されていて、このシリンダ８内のピストン９は同シリンダ８の下蓋を気密に貫通するピストンロッド１０を介してフローティングウェイト７に連結されている。このため、空圧シリンダ８の上部を加圧してフローティングウェイト７を下降させることにより、ホッパー５から供給された材料供給筒７内の被混練材料をチャンバー３内に押し込めるようになっている。
チャンバー３の底部に設けた排出口はロータリアクチュエータにより開閉自在なドロップドア１１によって閉塞されており、このドロップドア１１を開放することにより、混練室２内で所定時間だけ混練された混練済み材料を機外に排出することができる。
【００１６】
図１は上記左右一対の混練ロータ４，４の平面図であり、図２（ａ）（ｂ）はそれらの各混練ロータ４，４をその軸心回りで平面状態に展開したときの展開図である。本実施形態の各混練ロータ４，４は、相対向内側部分が下方に移動するように互いに異なる方向（図１及び図２の矢印ｒ方向）に回転するようになっており、混練室２の内面に対するチップクリアランスに被混練材料を通過させて同材料に剪断力を付与するための複数の混練翼を備えている。
本実施形態の混練翼は、ロータ長さＬの半分よりも長い一対の長翼１２，１３と、ロータ長さＬの半分よりも短い一対の短翼１４，１５とから構成されている。この長翼１２，１３と短翼１４，１５は、軸方向の材料流れ１８を発生させて被混練材料の混合度合いを高めるため、軸方向で互いに分断されかつ周方向にずれた位置に配置されているとともに、一対の長翼１２，１３同士及び一対の短翼１４，１５同士の捩じれ方向は互いに逆向きになっている。
【００１７】
左右の混練ロータ４，４はその各翼１２〜１５の配置関係が図１の中央点Ｏに関して点対称となるように前後を入れ換えて配置されており、本実施形態の混練ロータ４，４は断面二条チップでかつ合計四翼のロータであることから、各混練翼１２〜１５はほぼ四分の一周分だけずれた周方向位置になるように配置されている。
短翼１４，１５は長翼１２，１３のほぼ０．１〜０．５倍の長さに設定することができる。もっとも、図示のロータでは、第一長翼１２の軸方向長さはロータ長さＬに対して０．７Ｌに設定され、第二長翼１３の軸方向長さは０．６５Ｌに設定されている。また、第一短翼１４の軸方向長さは０．３５Ｌに設定され、第二短翼１５の軸方向長さは０．３Ｌに設定されている。
【００１８】
図２（ａ）（ｂ）に示すように、上記長翼１２，１３及び短翼１４，１５よりなる混練翼のうち、第一長翼１２、第一短翼１４及び第二短翼１５については、混練ロータ４をその軸心回りで平面状態に展開したときにおける展開形状が線形となる通常の線形翼より構成され、この線形翼はロータ軸心に対する捩じれ角度θが１５〜３５度になるように設定されている。なお、図示のロータではθ＝２２度に設定されている。
これに対して、第二長翼１３は、混練ロータ４をその軸心回りで平面状態に展開したときにおける始点Ｐから終点Ｑまでの展開形状が実質的に非線形となる非線形翼より構成されている。本実施形態の第二長翼１３は、捩じれ角度がロータ軸方向端部側の始点Ｐから同方向中央部側の終点Ｑに向かうに従って次第に小さくなるように連続的に変化させることにより、その始点Ｐから終点Ｑまでの展開形状が非線形な湾曲形状となるように形成されている。
【００１９】
すなわち、図２（ａ）に示すように、第二長翼１３の始点側部分１６は、その始点Ｐと終点Ｑとを結んだ場合の仮想直線ＨＬの傾斜角度よりも大きくなっており、また、第二長翼１３の終点側部分１７は、その始点Ｐと終点Ｑとを結んだ場合の仮想直線ＨＬの傾斜角度よりも小さくなっている。
このため、第二長翼１２の始点側部分１６においては、仮想直線ＨＬに相当する展開形状を有する線形翼の場合に比べて捩じれ角度が大きくなっているので、その線形翼の場合よりも大きい材料流れ１８をこの部分１６でより強い流れを発生させることができ、被混練材料の混合度合いがより高められることになる。
【００２０】
他方、第二長翼１３の終点側部分１７においては、仮想直線ＨＬに相当する展開形状を有する線形翼の場合に比べて捩じれ角度が小さくなっているので、その線形翼の場合よりも大きいチップクリアランスでの材料通過量がこの部分１７で確保され、被混練材料の分散度合いがより高められることになる。
図２に示すように、本実施形態の混練ロータ４，４では、線形翼よりなる第一長翼１２は、ロータ軸心方向一端から同方向中央側に延びる線形翼より構成され、非線形翼よりなる第二長翼１３は、ロータ軸方向他端側から同方向中央側に延びかつその他端側に向かうほど捩じれ角度が漸増する非線形翼より構成されている。
【００２１】
また、第一短翼１４は、第一長翼１２のロータ回転方向後方に配置されかつ第一長翼１２と同じ向きに捩じれているロータ軸方向一端から同方向中央側に延びる線形翼より構成され、第二短翼１５は、第二長翼１３のロータ回転方向後方に配置されかつ第二長翼１３と同じ向きに捩じれているロータ軸方向他端側から同方向中央側に延びる線形翼より構成されている。
更に、本実施形態では、第一長翼１２のロータ軸方向中央側の先端は、第二長翼１３からのロータ周方向角度ｃが１２０度以上となる位置に配置されており、第二長翼１３の先端は、ロータ周方向において第一短翼１４の先端と第一長翼１２とのほぼ中央に位置するように配置されている。すなわち、図１（ｂ）における周方向角度ａと周方向角度ｂがほぼ同じになるように、第二長翼１３の先端の周方向位置が設定されている。
【００２２】
上記構成を有する本実施形態の混練ロータ４によれば、他端側に向かうほど捩じれ角度が漸増する非線形翼よりなる第二長翼１３の始端側部分１６により、被混練材料の軸方向流れ１８を十分に生起させて混合度合いを高めつつ、捩じれ角度が１５〜３５度に設定された線形翼よりなる第一長翼１２により、被混練材料に十分な剪断力を付与して分散度合いを高めることができ、混合と分散の双方が両立した適切な混練制御が行えるようになる。
また、第二長翼１３の終端側部分１７においては、被混練材料の分散能力も十分に発揮されるので、混練ロータ４，４の軸方向中央部では、第一長翼１２と第二長翼１３の双方によって十分な分散性能が確保されることになる。
【００２３】
なお、第二長翼１３の始点側部分１６によって軸方向中央側への材料流れ１８が増大されているので、被混練材料が混練室２の軸方向端面側に押し付けられるのが抑制され、チャンバー３と混練ロータ４との間の軸受け部分のシール性能を向上できるという付加的効果もある。
また、本実施形態の混練ロータ４，４では、第一長翼１２のロータ回転方向後方にそれと同じ向きに捩じれた第一短翼１４を配置し、かつ、第二長翼１３のロータ回転方向後方にそれと同じ向きに捩じれた第二短翼１５を配置しているので、第一長翼１２の背面側に流れた被混練材料を第一短翼１４でロータ軸心方向の中央側に押し戻すことができ、また、第二長翼１３の背面に流れた被混練材料は第二短翼１５でロータ軸方向の中央側に流すことができる。
【００２４】
従って、ロータ軸方向端部に被混練材料が滞留するのが有効に防止されて混合性能を向上できるとともに、各長翼１２，１３の背面側に流れた被混練材料に対しても各短翼１４，１５により確実に剪断力を付与できるので、分散性能を向上することができる。
更に、本実施形態の混練ロータ４，４では、第一長翼１２の先端を第二長翼１３から１２０度以上離れた位置に配置することにより、第二長翼１３のロータ回転方向前方側のスペースを十分に大きくとり、また、第二長翼１３の先端をロータ周方向において第一短翼１４の先端と第一長翼１２との間のほぼ中央に配置することにより、第一長翼１３のロータ回転方向前方側のスペースを十分に大きくとるようにしているので、被混練材料の軸方向流れが活発になって混合性能を向上することができる。
【００２５】
なお、図５に示す従来の混練ロータと図１に示す本発明の混練ロータを同じ条件で駆動し、両者の性能の差を実験で調査した。
その結果、本発明の混練ロータ（図１）は、従来の混練ロータ（図５）に比べて、分散性能が約１０％向上し、消費エネルギーを約５％低減でき、被混練材料の排出温度を約１０°Ｃ低減できることが判明した。
また、白色ゴムに青色粉を添加して、同一の条件で両ロータによる混合状況を調査したところ、従来の混練ロータでは青色粉がゴム全体に混合されず、白色ゴムの部分が多く検出されたのに対して、本発明のロータでは青色粉がゴム全体に混合され、白色ゴムの部分は殆どなくなった。
【００２６】
以上、本発明の各実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は例示的なものであって限定的なものではない。本発明の技術的範囲は冒頭の特許請求の範囲により決定され、その意味に入るすべての態様は本発明の範囲に含まれる。
例えば、混練ロータの混練翼の周方向の翼数は二翼に限らず三翼以上あってもよいし、軸方向に別れて配置される各混練翼は三種類以上あってもよい。また、本発明は噛み合い式の混練ロータにも接線式の混練ロータにも採用することができるし、一軸タイプの混練ロータにも採用することができる。
【００２７】
更に、上記各実施形態では、非線形翼（第二長翼１３）の捩じれ角度が軸方向のどの部分においても連続的に変化している場合（展開形状が湾曲する場合）を示したが、始点から終点までの展開形状が実質的に非線形と認められる翼である限り、その捩じれ角度は不連続的に変化していてもよい。
すなわち、本発明にいう「実質的に非線形」とは、始点と終点を有する単一の翼の展開形状が、その始点から終点に至る最短経路の直線から見て周方向に若干迂回した状態になっていることを意味し、その迂回経路は湾曲線であっても折れ線であってもよい。
【００２８】
図４は、本発明の変形例に係る混練ロータ４，４の展開形状を示している。
この変形例に係る混練ロータ４，４が図１及び図２に示す混練ロータ４，４と異なるところは、非線形翼である第二長翼１３，１３のロータ回転方向後側に位置するフライトが長翼（第三長翼１９，１９）よりなる点にあり、この第三長翼１９，１９は、ロータ４，４の第二長翼１３，１３とそれぞれ同じ向きに捩れておりかつロータ軸方向端部（図４（ａ）の左端、図４（ｂ）の右端）から同方向中央側に延びる線形翼よりなり、線形翼よりなる第一長翼１２，１２とほぼ同じ長さに形成されている。
【００２９】
従って、この変形例に係る混練ロータ４，４では、線形翼よりなる第一長翼１２及び第三長翼１９と非線形翼よりなる第二長翼１３の三つの長翼と、第一長翼１２のロータ回転方向後側に位置する一つの短翼１４を有している。
なお、この場合の混練ロータ４，４によれば、第二長翼１３のロータ回転方向後側に位置するフライトが上記第三長翼１９よりなるので、第二長翼１３の背面側に流れた被混練材料の一部をロータ軸心方向の中央側に押し戻すだけでなく、同被混練材料の一部を積極的に再混練することもでき、この点で、図１及び図２の混練ロータ４，４の場合よりも優れた分散性能を期待できる。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、通常の線形翼の他に非線形翼を設けたことによって混練ロータによる被混練材料の混合と分散のバランスを効率よく取れるようになるので、混合と分散の双方が両立した適切な混練制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るバッチ式混練機の左右一対の混練ロータの平面図である。
【図２】 （ａ）は左側の混練ロータの軸心回りの展開図であり、（ｂ）は右側の混練ロータの軸心回りの展開図である。
【図３】 本発明に係るバッチ式混練機の正面断面図である。
【図４】 本発明の混練ロータの変形例を示しており、（ａ）は左側の混練ロータの軸心回りの展開図であり、（ｂ）は右側の混練ロータの軸心回りの展開図である。
【図５】 （ａ）は従来のバッチ式混練機の左右一対の混練ロータの平面図であり、（ｂ）（ｃ）はその軸心回りの展開図である。
【符号の説明】
１ バッチ式混練機
２ 混練室
４ 混練ロータ
１２ 第一長翼（線形翼）
１３ 第二長翼（非線形翼）
１４ 第一短翼（線形翼）
１５ 第二短翼（線形翼）
１９ 第三長翼（線形翼）
Ｐ 始点
Ｑ 終点
Claims (7)
- 混練翼頂部と混練室内面との間にチップクリアランスが形成されるように同混練室内に回転自在に挿通され、そのチップクリアランスに被混練材料を通過させて同材料に剪断力を付与する複数の混練翼を外周面に有するバッチ式混練機の混練ロータにおいて、
前記複数の混練翼は、
当該混練ロータをその軸心回りで平面状態に展開したときにおける始点から終点までの展開形状が実質的に非線形となる非線形翼と、その展開形状が線形でかつロータ軸心に対する捩じれ角度が１５〜３５度に設定されたその他の線形翼と、から構成されているとともに、ロータ長さの半分よりも長く被混練材料をロータ軸方向中央側へ流す方向に捩じれた一対の長翼を備えており、
この一対の長翼は、
ロータ軸方向一端側から同方向中央側に延びる線形翼よりなる第一長翼と、
ロータ軸方向他端側から同方向中央側に延びかつその他端側に向かうほど捩じれ角度が漸増する非線形翼よりなる第二長翼と、から構成されている
ことを特徴とするバッチ式混練機の混練ロータ。 - 前記複数の混練翼は、ロータ長さの半分よりも短く被混練材料をロータ軸方向中央側へ流す方向に捩じれた第一短翼を備えており、
この第一短翼は、前記第一長翼のロータ回転方向後方に配置されかつロータ軸方向一端側から同方向中央側に延びる線形翼よりなる
請求項１に記載のバッチ式混練機の混練ロータ。 - 前記複数の混練翼は、ロータ長さの半分よりも短く被混練材料をロータ軸方向中央側へ流す方向に捩じれた第二短翼を備えており、
この第二短翼は、前記第二長翼のロータ回転方向後方に配置されかつロータ軸方向他端側から同方向中央側に延びる線形翼よりなる
請求項２に記載のバッチ式混練機の混練ロータ。 - 前記第一長翼のロータ軸方向中央側の先端が前記第二長翼からロータ周方向に１２０度以上離れた位置に配置されている
請求項１〜３のいずれか１項に記載のバッチ式混練機の混練ロータ。 - 前記第二長翼のロータ軸方向中央側の先端がロータ周方向において前記第一短翼の同側の先端と前記第一長翼との間のほぼ中央に位置するように配置されている
請求項２〜４のいずれか１項に記載のバッチ式混練機の混練ロータ。 - 混練翼頂部と混練室内面との間にチップクリアランスが形成されるように同混練室内に回転自在に挿通され、そのチップクリアランスに被混練材料を通過させて同材料に剪断力を付与する複数の混練翼を外周面に有するバッチ式混練機の混練ロータにおいて、
前記複数の混練翼は、ロータ長さの半分よりも長い次の各長翼を含む
ことを特徴とするバッチ式混練機の混練ロータ。
（ａ） 被混練材料をロータ軸方向中央側へ流す方向に捩れた状態でロータ軸方向一端側から同方向中央側に延びており、当該混練ロータをその軸心回りで平面状態に展開したときにおける始点から終点までの展開形状が線形となる線形翼よりなる第一長翼
（ｂ） 被混練材料をロータ軸方向中央側へ流す方向に捩れた状態でロータ軸方向他端側から同方向中央側に延びており、ロータ軸方向他端側に向かうほど捩じれ角度が漸増するとともに、当該混練ロータをその軸心回りで平面状態に展開したときにおける始点から終点までの展開形状が実質的に非線形となる非線形翼よりなる第二長翼 - チャンバーと、このチャンバーの混練室内に回転自在に挿通された混練翼を外周面に有する混練ロータと、を備えており、前記混練室の内面と前記混練翼の頂部との間で形成されるチップクリアランスに被混練材料を通過させて同材料に剪断力を付与するようにしたバッチ式混練機において、
前記混練ロータは請求項１〜６のいずれか１項に記載の混練ロータよりなる
ことを特徴とするバッチ式混練機。
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