JP3995144B2 - 混練装置及び混練方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、各種材料を攪拌、混練して、生コンクリート等の混練物を製造する混練装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の混練装置としては、例えば特許第３００１３８７（特開平８−１５０３３０）号公報に示すものがある。この混練装置は、混練容器の中心に垂設した内側攪拌手段と、混練容器の内壁に沿って回転する外側攪拌手段と、外側攪拌手段とともに回転する整流板と、内側攪拌手段と外側攪拌手段を逆方向に回転させる駆動系からなっている。内側攪拌手段は、材料を上方及び外側に流動させ、外側攪拌手段は、材料を下方及び内側に流動させることで、材料を内側に流動させる整流板とともに材料が高圧状態で衝突する高圧帯を形成して、混練がなされるものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前述の従来の混練装置に対し、整流板を使わなくても高い圧力の高圧帯を形成して、攪拌効率を高めたいという要求がある。
【０００４】
本発明は、このような要求を考慮してなされたもので、整流板を使用しなくても攪拌効率の高い混練装置及び混練方法を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するため、本発明に係る混練装置は、次のような手段を採用する。
【０００６】
請求項１に記載の混練装置は、逆円錐台形もしくは半紡錘形を呈する下半部を備え材料が投入される混練容器と、混練容器の中心部で回転し材料を混練容器の外側及び上方に流動させる内側攪拌手段と、混練容器の内壁沿いで回転し材料を混練容器の内側へ流動させる外側攪拌手段とを備えたものであり、内側攪拌手段は、下部から上部に向かって半径が大きくなるスクリューを備え、かつ、当該スクリューの外径部を結ぶ線が水平線となす角度は、混練容器の下半部の傾斜角度と同じかこれより大きく、９０度より小さい範囲にあること、外側攪拌手段は、混練容器の高さ方向の一部分に材料を混練容器の内側へ流動させ、混練容器の内壁に沿った複数の攪拌羽根を備え、この攪拌羽根は混練容器の異なる高さで且つ混練容器の異なる円周位置に設けられていること、上記異なる高さに設けられた複数の攪拌羽根には、材料を混練容器の内側方向に押し出す斜面がそれぞれ形成され、かつ、上部の攪拌羽根になるにしたがって、材料を混練容器の内側へ流動させる流動能力が大きくなるように各攪拌羽根の斜面を大きく形成していることを特徴としている。
【０００７】
この手段では、内側攪拌手段と外側攪拌手段とにより形成される材料の高圧帯が、下部から上部に向かって半径が大きくなるスクリューにより、混練容器の上部においても高い圧力を維持するようになる。
また、スクリューの外径部を結ぶ線が水平線となす角度は、混練容器の下半部の傾斜角度と同じかこれより大きく、９０度より小さい範囲にあるので、スクリューと外側攪拌手段の隙間が適度に確保される。
さらに、混練容器の高さ方向の一部分に材料を混練容器の内側へ流動させ、混練容器の内壁に沿った複数の攪拌羽根を備え、この攪拌羽根は混練容器の異なる高さで且つ混練容器の異なる円周位置に設けられているので、複数の攪拌羽根の攪拌する半径の大きさ、及び、混練容器の高さ位置が異なり、上方の攪拌羽根で材料が内側に押し出されたのに続いて、下方の攪拌羽根で材料が内側に押し出され、順次位相をずらして流動、攪拌が行われるとともに、上部に向かって半径が大きくなるスクリューと組み合わされ、混練容器の上部においても高い圧力の高圧帯が維持される。なお、１つ１つの攪拌羽根は、短く形成される。
またさらに、異なる高さに設けられた複数の攪拌羽根には、材料を混練容器の内側方向に押し出す斜面がそれぞれ形成されており、上部の攪拌羽根になるにしたがって、材料を混練容器の内側へ流動させる流動能力が大きくなるように各攪拌羽根の斜面を大きく形成しているので、材料を攪拌する斜面が大きくなり、多くの材料を流動させるので、外側攪拌手段により形成される内側への流れは流量が大きくなる。
また、外側攪拌手段は内側攪拌手段との距離も近づくことになる。さらに、外側攪拌手段による回転方向の流れも大きな斜面で多くの材料を流動させて流量が大きくなる。したがって、混練容器の上部において、内側攪拌手段による外向きの流れと衝突して形成される高圧帯の圧力をより高めることができる。
【０００８】
請求項２に記載の混練装置は、請求項１記載した攪拌羽根は円周方向に等間隔に設けられていることを特徴としている。
この手段では、混練容器の内部の圧力がバランスされる。
【０００９】
また、請求項３に記載の混練装置は、請求項１又は２に記載した外側攪拌手段が、内側攪拌手段と同方向回転、逆方向回転で材料を混練容器の内側へ流動可能なように２つの斜面を備えている。この手段では、外側攪拌手段により両方の回転方向に材料を攪拌可能となる。
【００１０】
請求項４に記載の混練装置は、請求項１〜３のいずれか記載した外側攪拌手段の回転方向を内側攪拌手段と同方向回転、逆方向回転に切換可能とする回転方向切換手段を備えたことを特徴としている。
【００１１】
この手段では、外側攪拌手段が内側攪拌手段と同方向回転、逆方向回転に自在に切り換え可能となり、同方向回転では材料の流動速度が高められ、同方向回転から逆方向回転への切換により外側攪拌手段と材料との相対速度が高められる。
【００１２】
さらに、前述の課題を解決するため、本発明に係る混練方法は、次のような手段を採用する。
すなわち、請求項５に記載の混練方法は、請求項１〜４のいずれかに記載した外側攪拌手段を内側攪拌手段と同方向に所定時間回転させた後、外側攪拌手段を逆方向に所定時間回転させることを特徴としている。
【００１３】
この手段では、外側攪拌手段が内側攪拌手段と同方向回転の運転から逆方向回転の運転に切り換えられ、同方向回転で材料の流動速度が高められた後、同方向回転から逆方向回転への切換により外側攪拌手段と材料との相対速度が高められる。
【００１４】
請求項６に記載の混練方法は、請求項５に記載した外側攪拌手段の回転方向の切換を複数回繰り返すことを特徴とする。
この手段では、同方向回転で材料の流動速度が高められる運転状態と、逆方向回転への切換で外側攪拌手段と材料との相対速度が高められる運転状態が繰り返される。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る混練装置の実施の形態を図面に基いて説明する。
【００２６】
図１〜図６は、本発明に係る混練装置及び混練方法の実施の形態（１）を示すものである。
【００２７】
この実施の形態の混練装置１００は、生コンクリートの製造に必要なセメント、骨材、水などを混練材料Ｍとする混練装置として好適なものである。
【００２８】
混練装置１００は、混練容器４と、混練容器４の中心部に垂設されて回転する内側攪拌手段２と、内側攪拌手段２の外側に回転可能に設けられた外側攪拌手段３と、駆動手段５とから主に構成されている。
【００２９】
混練容器４は、上端に開口部を有するほぼ円筒状の上半部４１と、逆円錐台形もしくは半紡錘形を呈する有底筒状の下半部４２と、上端の開口部を閉塞し中央に軸孔４４を有する蓋体４３と、下部ないし底部の排出口４７を開閉可能なゲート４８とからなる。
【００３０】
蓋体４３には、その一部を開口して、ホッパ４６で囲った材料投入部４５が形成されている。また、ゲート４８は、混練容器４の内部から混練されたコンクリートなどを排出するものであり、手動またはエアシリンダ４９などの動力によって開閉可能となっている。
【００３１】
駆動手段５は、内側攪拌手段２を駆動する電動モータ等からなる駆動部５１と、外側攪拌手段３を駆動する電動モータ等からなる駆動部５２とから主に構成されている。また、駆動部５２には、歯車５３が連結され、歯車５３は歯車５４と噛み合っている。なお、外側攪拌手段３の駆動方法はこの歯車による方法に限られるものではなく、例えば、プーリーとベルトで駆動することもできる。
【００３２】
内側攪拌手段２は、混練容器４の中心に垂設され駆動部５１によって回転駆動される回転軸２２と、回転軸２２に固定される螺旋形のブレード２３とからなり、回転軸２２と螺旋形のブレード２３とでスクリュー２４が構成されている。また、ブレード２３は、２枚のブレード２３ａ、２３ｂが１８０度位相をずらせて回転軸２２に巻かれている（図２参照）。そして、このスクリュー２４は、混練容器４の下部の半径ｒ１に対し混練容器４の上部の半径ｒ２に示すように、下部から上部に向かってブレード２３の半径が徐々に大きくなるように形成されている。
【００３３】
このスクリュー２４の半径増大の程度は混練容器４の下半部４２の傾斜角度θ１に関係し、スクリュー２４の半径の増大によりスクリュー外径部２５を結ぶ線Ｌが水平線となす角度θ２は、混練容器４の下半部４２の傾斜角度θ１と同じかこれより大きく、９０度より小さい範囲としている。
【００３４】
このブレード２３の螺旋方向は上方から見て右巻上がり、すなわち、左ネジ方向としており、左回り（図１などの矢印Ｒ１方向）にスクリュー２４を回転させると、混練容器４内に投入される材料Ｍを上方及び外側へ流動させる推進力が与えられるようになっている。なお、スクリュー２４の螺旋方向は右ネジ方向としても構わない。
【００３５】
外側攪拌手段３は、内側攪拌手段２の回転軸２２に同軸に外装され駆動部５２によって（歯車５３、５４を介して）回転駆動される回転軸３２と、回転軸３２に固定されるフランジ３６と、フランジ３６から半径方向に延びるアーム３３と、アーム３３から混練容器４に垂設された支持部材３４と、支持部材３４に固定され混練容器４の内壁と僅かな隙間を保持したほぼ三角柱形の攪拌羽根３５とからなる。
【００３６】
なお、外側攪拌手段３の攪拌羽根３５は、混練容器４の高さ方向の一部分で材料Ｍを混練容器４の内側へ流動させるもので、攪拌羽根３５は異なる高さで且つ混練容器の異なる円周位置に複数、ここでは３個、円周方向に１２０度のほぼ等間隔に設けられている。
【００３７】
すなわち、攪拌羽根３５は、最下部を攪拌する攪拌羽根３５ａと、最上部を攪拌する攪拌羽根３５ｃと、その中間部を攪拌する攪拌羽根３５ｂとからなっており、各々の攪拌羽根３５は、高さ方向の位置が異なっているが一部は高さ方向で重なるように設けられている。なお、この実施の形態では、攪拌羽根３５ｃはアーム３３に直接連結されている。通常、外側攪拌手段３は、内側攪拌手段２の回転と逆方向に回転するように設定されており、これらの攪拌羽根３５は、図１などに示す回転方向Ｒ２に回転することで、斜面３５１が材料Ｍを混練容器４の内側方向へ押し出すことになり、材料Ｍを混練容器４の内側へ流動させる推進力が与えられるようになる。
【００３８】
なお、攪拌羽根３５は３個に限られるものではなく、混練装置の容量、大きさなどにより、適宜個数が選択されるものである。また、この実施の形態では、攪拌羽根３５は、内側攪拌手段２の回転と同方向にも攪拌可能なように斜面３５２を備えている。
【００３９】
このように構成された混練装置１００の作用を以下に説明する。
図３及び図４〜図６は、混練装置１００内部の材料の流れる方向を正面断面図及び平面断面図で示したものである。ここで、外側攪拌手段３は、混練容器４の高さ方向の異なる位置を異なる位相で（１２０度ずれて）攪拌しているが、図３では連続した攪拌羽根３５で示している。また、図４〜図６は、混練容器４の高さの異なる位置での断面図である。
【００４０】
内側攪拌手段２であるスクリュー２４のＲ１方向の回転によって、上向きの流れｆ１及び外向きの流れｆ２が形成される（図３参照）とともに、回転方向Ｒ１に流れｆ５が形成される（図４〜６参照）。また、外側攪拌手段３である攪拌羽根３５のＲ２方向の回転によって、内向きの流れｆ４が形成されるとともに、回転方向Ｒ２に流れｆ６が形成される。さらに、混練容器４の下半部４２の逆円錐台形もしくは半紡錘形の形状により、混練容器４の斜面に沿って材料の流れｆ３（スクリュー２４の上向きの流れｆ１にも引かれて）が形成される。
【００４１】
これらの流れが重なると、材料Ｍは混練容器４の中心部で上昇し、外周部付近で下降して再び中心部に環流する循環流（ｆ１、ｆ３）を生じる。さらに、外向きの流れｆ２と内向きの流れｆ４がスクリュー２４と攪拌羽根３５の間の空間で衝突し、また、回転方向の流れｆ５とｆ６が衝突して、材料Ｍが高圧状態となる高圧帯１が形成される。
【００４２】
この高圧帯１では、材料Ｍが強い圧縮力を受けながら、同時にその反作用（膨張力）が瞬間的、且つ、反復連続的に働くため、材料の粒子が衝突摩擦を繰り返すことになる。すなわち、高圧帯１では強い捩力、剪断力、加圧力などが作用することになる。その結果、材料の素材が異なる粒子においても、強制的に結合が行われ、緊密に混練されることになる。
【００４３】
この高圧帯１に生じる圧力ｐは、スクリュー２４のブレード２３と攪拌羽根３５との距離に大きく影響を受けると考えられる。すなわち、両ブレードの距離が大きくなるほど高圧帯１の圧力ｐが低下することになる。しかし、従来のようにスクリューの半径が一定の場合は、混練容器４の上部に行くほど攪拌羽根との距離が大きく離れすぎてしまい、高圧帯１の圧力ｐは、上部になるほど小さくなっていた。その対策として整流板を設けたりしていたが、このスクリュー２４のように、下部から上部に向かってブレード２３の半径をｒ１からｒ２のように徐々に大きくなるように形成することで、スクリュー２４のブレード２３と攪拌羽根３５との距離を変化させないように、またはこの距離の拡大を緩和し、混練容器４の高さ方向によって高圧帯１の圧力ｐがほぼ一定もしくは変化の少ないようにできる。言い換えれば、高圧帯１の圧力ｐが混練容器４の高さ方向によってほぼ一定もしくは変化の少ないように（混練容器の下部から上部に向かって減少しにくいように）内側攪拌手段２のスクリュー２４の半径を下部から上部に向かって大きくしている。
【００４４】
さらに、スクリュー２４のブレード２３の半径を混練容器４の上部に向かって大きくすることで、スクリュー２４の回転によるスクリュー外径部２５の周速度が大きくなり、スクリュー外径部２５から送り出される外向きの流れｆ２、及び、回転方向の流れｆ５は速度が高められ、高圧帯１の圧力ｐを高めることができる。
【００４５】
また、図６に示すように、各攪拌羽根３５ａ、３５ｂ、３５ｃの攪拌する半径の大きさ、及び、混練容器４の高さ位置が異なっているので、攪拌羽根３５ａで材料Ｍが内側に押し出されたのに続いて、攪拌羽根３５ｂで材料が内側に押し出され、さらに、攪拌羽根３５ｃが同様に作用するように、順次位相をずらして流動、攪拌が行われる。このように、混練容器４の異なる高さにおいて外側攪拌手段３による材料Ｍの流れが位相をずらして形成されるので、混練容器４の高さ方向に連続する攪拌羽根を有する従来の外側攪拌手段に比べ、外側攪拌手段３としての攪拌性能が高められる。そして、この外側攪拌手段３により流動する材料Ｍが、下部から上部に向かってブレード２３の半径が大きくなる内側攪拌手段２により流動する材料Ｍと衝突して高圧帯１を形成するので、高い圧力ｐの高圧帯１を形成する性能を維持して、且つ、材料Ｍの流動性を高めることが可能となっている。
【００４６】
これらにより、混練容器４の高さ方向の位置による圧力変化の少ない高圧帯１が形成されるので、従来のように整流板を設けなくても攪拌効率を高めることが可能となる。
【００４７】
この実施の形態によれば、内側攪拌手段２であるスクリュー２４と外側攪拌手段３である攪拌羽根３５により形成される材料Ｍの高圧帯１が、下部から上部に向かって半径が大きくなるスクリュー２４により、混練容器４の上部においても高い圧力を維持するようにしたので、整流板を使わずに攪拌効率を高められる。
【００４８】
また、各攪拌羽根３５ａ、３５ｂ、３５ｃの攪拌する半径方向の長さ、及び、半径の位置が異なっており、攪拌羽根３５ａで押し出しされた材料Ｍに続いて、攪拌羽根３５ｂ、攪拌羽根３５ｃで順次位相をずらして材料Ｍが押し出され、流動、攪拌が行われるので、材料Ｍの流動性が高められる。
【００４９】
また、攪拌羽根３５を３つに分けたので１つ１つを短くでき、攪拌羽根３５の駆動トルクを小さくできる。なお、攪拌羽根３５は円周方向にほぼ等間隔に設けられているので、混練容器４の内部の圧力がバランスされ、安定した運転状態を維持できる。
【００５０】
なお、この実施の形態ではブレード２３は１８０度位相をずらせた２枚ブレードとしたが、１枚のブレードが螺旋形に巻上がる１枚ブレードとしても構わない。また３枚以上のブレードとすることもできる。
【００５１】
また、必要に応じ、従来の特許第３００１３８７号公報に示されたような整流板を外側攪拌手段３と内側攪拌手段２との間で、外側攪拌手段３と同一回転するように回転軸３２に固定して設けることも可能である。混練容器４の大きさ（容量）によって、スクリュー２４が上部で大きくなりすぎてしまう場合には、整流板を併用することも有効である。これにより、スクリュー２４の半径を上部で拡大した際に、スクリュー２４の半径の増大を押さえることが可能である。
【００５２】
図７〜図１２は、本発明に係る混練装置の実施の形態（２）を示すものである。
【００５３】
この混練装置２００は、実施の形態（１）に対し、外側攪拌手段３を変更したものである。
【００５４】
この外側攪拌手段３は、上部の攪拌羽根３５になるにしたがって、攪拌羽根３５が有する流動能力を大きくしたものであり、具体的には、最下部の攪拌羽根３５ａの三角柱よりも中間部の攪拌羽根３５ｂの三角柱を大きくし、さらに中間部の攪拌羽根３５ｂの三角柱よりも最上部の攪拌羽根３５ｃの三角柱を大きくしている。
【００５５】
これにより、材料を攪拌する斜面３５１が大きくなり、多くの材料を流動させるので、外側攪拌手段３により形成される内側への流れｆ４は流量が大きくなる。また、外側攪拌手段３は内側攪拌手段２との距離も近づくことになる。さらに、図１０〜図１２に示すように、外側攪拌手段３による回転方向の流れｆ６も大きな斜面３５１で多くの材料を流動させて流量が大きくなる。したがって、混練容器４の上部において、内側攪拌手段２による外向きの流れｆ２と衝突して形成される高圧帯１の圧力をより高めることができる。
【００５６】
この実施の形態によれば、前述の実施の形態（１）と同様の作用、効果が奏されることに加えて、混練容器４の上部において形成される高圧帯１の圧力をより高めることができ、整流板を使わずに攪拌効率をさらに高められる。
【００５７】
図１３、図１４は、本発明に係る混練装置の実施の形態（３）及び混練方法の実施の形態を示すものである。
【００５８】
この混練装置３００は、実施の形態（１）に対し、外側攪拌手段３に回転方向切換手段５５を加えたものである。
【００５９】
回転方向切換手段５５は、外側攪拌手段３の回転方向を内側攪拌手段２の回転方向と同方向回転、逆方向回転に切り換え可能とするものである。具体的には、外側攪拌手段３の回転方向の切換を手動スイッチで駆動部５２に伝達するか、または、コンピュータでプログラムされた指令を駆動部５２に出力するものである。
【００６０】
なお、外側攪拌手段３の攪拌羽根３５は、内側攪拌手段２の回転方向と同方向回転、逆方向回転の両方の回転方向に対し傾斜した２つの斜面３５１、３５２を備えた三角柱形の部材であり、攪拌羽根３５は斜面３５１と斜面３５２が同じ形状の左右対称としているが、左右対称に限定されるものではなく、混練する材料や混練方法で最適な斜面３５１、３５２の角度や形状を選択可能である。
【００６１】
図１４は、この混練装置３００の運転方法を示すフローチャートであり、外側攪拌手段３の回転方向に関する制御方法を示している。従来は、実施の形態（１）で示したように、外側攪拌手段３は内側攪拌手段２と逆方向回転させて混練を行う（Ｒ１が左回転の場合、Ｒ２が右回転）が、ここでは、初めのステップ１（Ｓ１）で外側攪拌手段３を内側攪拌手段２と同方向回転させる（Ｒ１、Ｒ２ともに左回転）。こうすると、外側攪拌手段３の回転に材料Ｍが引きずられて、外側攪拌手段３を逆方向回転させた場合に比べ、材料全体を高速で回転させることが可能となる。すなわち、実施の形態（１）で示した流れｆ５の速度が大きなものとなる。
【００６２】
この状態を設定時間ｔ１だけ継続させ、材料Ｍの流れを安定化させる。そして、ステップ２（Ｓ２）で設定時間ｔ１を過ぎたと判断すれば、ステップ３（Ｓ３）で外側攪拌手段３を逆方向回転させる。ただし、外側攪拌手段３は同方向回転から瞬時に逆方向回転するわけではなく、一度停止してから逆方向回転させることになる。この同方向回転状態から逆方向回転状態に移行する速度は、混練装置３００の容量、駆動部５２の容量、材料の攪拌抵抗、スクリューの強度など、種々の要素に応じてできるだけ早く移行可能な速度が設定される。限界の速度以上に設定すると、各部に故障を生じる可能性があるためである。
【００６３】
このように、同方向回転から逆方向回転に移行させることで、高速で回転する材料に対し、外側攪拌手段３すなわち攪拌羽根３５により対向する流れｆ６（実施の形態（１）で説明した）を衝突させることができ、その衝突による高圧帯１の圧力ｐを従来より高い圧力にすることができる。その結果、従来以上に緊密に混練が行われることになり、攪拌効率を高めることが可能となる。
【００６４】
この逆方向回転の状態を設定時間ｔ２だけ継続させ、ステップ４（Ｓ４）で設定時間ｔ２を過ぎたと判断すれば、ステップ５（Ｓ５）に進む。ここでは、同方向回転の運転、逆方向回転の運転のパターンをｎ回繰り返したかを判断する。この同方向回転の運転、逆方向回転の運転のパターンを何回繰り返すかは材料Ｍの性状、製品に要求される品質レベル、混練装置３００の能力などで最適な回数が選択される。
【００６５】
なお、外側攪拌手段３を同方向回転、逆方向回転させることで、外側攪拌手段３すなわち攪拌羽根３５に材料が付着するのを防止でき、材料Ｍの付着による共回りをなくして、攪拌羽根３５後方の材料を混練に参加させ、攪拌効率をアップできる。また、攪拌羽根３５が軽くなるので、駆動部にかかる負荷を低減でき、消費電力が低減される。また、攪拌終了後、攪拌羽根３５への材料Ｍの付着が少ないので、次の材料を投入して混練する前の清掃も容易になる。
【００６６】
この実施の形態によれば、外側攪拌手段３が内側攪拌手段２と同方向回転、逆方向回転に自在に切り換え可能となり、同方向回転では材料Ｍの流動速度が高められ、同方向回転から逆方向回転への切換により外側攪拌手段３と材料Ｍとの相対速度が高められるので、材料Ｍの衝突による高圧帯１の圧力ｐをより高い圧力にすることができ、攪拌効率を高めることが可能となる。
【００６７】
また、実施の形態（１）で示したように、混練容器４の上部においても高圧帯１は高い圧力を維持するので、外側攪拌手段３の回転方向切換の効果がより大きくなる。
【００６８】
また、外側攪拌手段３を同方向回転、逆方向回転させることで、外側攪拌手段３すなわち攪拌羽根３５に材料が付着するのを防止でき、攪拌効率をアップできる。また、攪拌終了後、攪拌羽根３５への材料Ｍの付着が少ないので、次の材料を投入して混練する前の清掃も容易になる。
【００６９】
また、同方向回転で材料Ｍの流動速度が高められる運転状態と、逆方向回転への切換で外側攪拌手段３と材料Ｍとの相対速度が高められる運転状態が繰り返されるようにしたので、材料Ｍの性状、製品に要求される品質レベル、混練装置３００の能力などで最適な繰り返しの回数が選択可能となる。
【００７０】
なお、この混練装置３００に従来の特許第３００１３８７号公報に示されたような整流板を外側攪拌手段３と内側攪拌手段２との間で、外側攪拌手段３と同一回転するように回転軸３２に固定して設けることも可能である。これにより、整流板を設けた混練装置においても、材料の回転方向が変えられることで、より材料Ｍの流動を促すことが可能になる。
【００７１】
また、この実施の形態で示した混練方法を、スクリューの半径が一定の従来の混練装置に適用することも可能である。これにより、上述したように従来の混練装置の攪拌効率を高めることができる。
【００７２】
また、各実施の形態に示した以外に、材料Ｍを上述したように流動させるような内側攪拌手段２、外側攪拌手段３であれば、そのブレード形状を他の異なるブレード形状とすることも可能である。
【００７３】
また、各実施の形態は、コンクリートを製造するのに適した混練装置として説明したが、これに限定されるものではなく、他の各種材料、例えば生ゴミの混練などにも適用可能である。
【００７４】
【発明の効果】
以上のように本発明に係る混練装置は、内側攪拌手段であるスクリューと外側攪拌手段により形成される材料の高圧帯が、下部から上部に向かって半径が大きくなるスクリューにより、混練容器の上部においても高い圧力を維持するようにしたので、整流板を使用しなくても攪拌効率を高められるという効果がある。
また、スクリューの外径部を結ぶ線が水平線となす角度は、混練容器の下半部の傾斜角度と同じかこれより大きく、９０度より小さい範囲にあるので、スクリューと外側攪拌手段の隙間が適度に確保される。
さらに、混練容器の高さ方向の一部分に材料を混練容器の内側へ流動させ、混練容器の内壁に沿った複数の攪拌羽根を備え、この攪拌羽根は混練容器の異なる高さで且つ混練容器の異なる円周位置に設けられているので、複数の攪拌羽根の攪拌する半径の大きさ、及び、混練容器の高さ位置が異なり、上方の攪拌羽根で材料が内側に押し出されたのに続いて、下方の攪拌羽根で材料が内側に押し出され、順次位相をずらして流動、攪拌が行われるとともに、上部に向かって半径が大きくなるスクリューと組み合わされ、混練容器の上部においても高い圧力の高圧帯が維持される。なお、１つ１つの攪拌羽根は、短く形成される。
またさらに、異なる高さに設けられた複数の攪拌羽根には、材料を混練容器の内側方向に押し出す斜面がそれぞれ形成されており、上部の攪拌羽根になるにしたがって、材料を混練容器の内側へ流動させる流動能力が大きくなるように各攪拌羽根の斜面を大きく形成しているので、材料を攪拌する斜面が大きくなり、多くの材料を流動させるので、外側攪拌手段により形成される内側への流れは流量が大きくなる。
また、外側攪拌手段は内側攪拌手段との距離も近づくことになる。さらに、外側攪拌手段による回転方向の流れも大きな斜面で多くの材料を流動させて流量が大きくなる。したがって、混練容器の上部において、内側攪拌手段による外向きの流れと衝突して形成される高圧帯の圧力をより高めることができる。
【００７５】
また、本発明に係る混練方法は、外側攪拌手段が内側攪拌手段と同方向回転の運転から逆方向回転の運転に切り換えられ、同方向回転で材料の流動速度が高められた後、同方向回転から逆方向回転への切換により外側攪拌手段と材料との相対速度が高められるので、材料の衝突による高圧帯の圧力を高い圧力にすることができ、攪拌効率を高めることが可能となるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る混練装置の実施の形態（１）を示す斜視図である。
【図２】 本発明に係る混練装置の実施の形態（１）を示す正面断面図である。
【図３】 本発明に係る混練装置の実施の形態（１）の作用を示す正面断面図である。
【図４】 図２のＸ−Ｘ線断面図である。
【図５】 図２のＹ−Ｙ線断面図である。
【図６】 図２のＺ−Ｚ線断面図である。
【図７】 本発明に係る混練装置の実施の形態（２）を示す斜視図である。
【図８】 本発明に係る混練装置の実施の形態（２）を示す正面断面図である。
【図９】 本発明に係る混練装置の実施の形態（２）の作用を示す正面断面図である。
【図１０】 図８のＸ’−Ｘ’線断面図である。
【図１１】 図８のＹ’−Ｙ’線断面図である。
【図１２】 図８のＺ’−Ｚ’線断面図である。
【図１３】 本発明に係る混練装置の実施の形態（３）及び混練方法の実施の形態を示す正面断面図である。
【図１４】 本発明に係る混練装置の実施の形態（３）及び混練方法の実施の形態を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ 高圧帯
２ 内側攪拌手段
３ 外側攪拌手段
４ 混練容器
５ 駆動手段
２２ 回転軸
２３ ブレード
２４ スクリュー
２５ スクリュー外径部
３２ 回転軸
３３ アーム
３４ 支持部材
３５ 攪拌羽根
３６ フランジ
４１ 上半部
４２ 下半部
４４ 軸孔
４３ 蓋体
４５ 材料投入部
４６ ホッパ
４７ 排出口
４８ ゲート
４９ エアシリンダ
５１ 駆動部
５２ 駆動部
５３ 歯車
５４ 歯車
５５ 回転方向切換手段
１００ 混練装置
２００ 混練装置
３００ 混練装置
３５１ 斜面
３５２ 斜面
ｆ１、ｆ２、ｆ３ 流れ
ｆ４、ｆ５、ｆ６ 流れ
Ｒ１、Ｒ２ 回転方向
ｒ１、ｒ２ 半径
θ１、θ２ 角度
【産業上の利用分野】
本発明は、各種材料を攪拌、混練して、生コンクリート等の混練物を製造する混練装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の混練装置としては、例えば特許第３００１３８７（特開平８−１５０３３０）号公報に示すものがある。この混練装置は、混練容器の中心に垂設した内側攪拌手段と、混練容器の内壁に沿って回転する外側攪拌手段と、外側攪拌手段とともに回転する整流板と、内側攪拌手段と外側攪拌手段を逆方向に回転させる駆動系からなっている。内側攪拌手段は、材料を上方及び外側に流動させ、外側攪拌手段は、材料を下方及び内側に流動させることで、材料を内側に流動させる整流板とともに材料が高圧状態で衝突する高圧帯を形成して、混練がなされるものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前述の従来の混練装置に対し、整流板を使わなくても高い圧力の高圧帯を形成して、攪拌効率を高めたいという要求がある。
【０００４】
本発明は、このような要求を考慮してなされたもので、整流板を使用しなくても攪拌効率の高い混練装置及び混練方法を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するため、本発明に係る混練装置は、次のような手段を採用する。
【０００６】
請求項１に記載の混練装置は、逆円錐台形もしくは半紡錘形を呈する下半部を備え材料が投入される混練容器と、混練容器の中心部で回転し材料を混練容器の外側及び上方に流動させる内側攪拌手段と、混練容器の内壁沿いで回転し材料を混練容器の内側へ流動させる外側攪拌手段とを備えたものであり、内側攪拌手段は、下部から上部に向かって半径が大きくなるスクリューを備え、かつ、当該スクリューの外径部を結ぶ線が水平線となす角度は、混練容器の下半部の傾斜角度と同じかこれより大きく、９０度より小さい範囲にあること、外側攪拌手段は、混練容器の高さ方向の一部分に材料を混練容器の内側へ流動させ、混練容器の内壁に沿った複数の攪拌羽根を備え、この攪拌羽根は混練容器の異なる高さで且つ混練容器の異なる円周位置に設けられていること、上記異なる高さに設けられた複数の攪拌羽根には、材料を混練容器の内側方向に押し出す斜面がそれぞれ形成され、かつ、上部の攪拌羽根になるにしたがって、材料を混練容器の内側へ流動させる流動能力が大きくなるように各攪拌羽根の斜面を大きく形成していることを特徴としている。
【０００７】
この手段では、内側攪拌手段と外側攪拌手段とにより形成される材料の高圧帯が、下部から上部に向かって半径が大きくなるスクリューにより、混練容器の上部においても高い圧力を維持するようになる。
また、スクリューの外径部を結ぶ線が水平線となす角度は、混練容器の下半部の傾斜角度と同じかこれより大きく、９０度より小さい範囲にあるので、スクリューと外側攪拌手段の隙間が適度に確保される。
さらに、混練容器の高さ方向の一部分に材料を混練容器の内側へ流動させ、混練容器の内壁に沿った複数の攪拌羽根を備え、この攪拌羽根は混練容器の異なる高さで且つ混練容器の異なる円周位置に設けられているので、複数の攪拌羽根の攪拌する半径の大きさ、及び、混練容器の高さ位置が異なり、上方の攪拌羽根で材料が内側に押し出されたのに続いて、下方の攪拌羽根で材料が内側に押し出され、順次位相をずらして流動、攪拌が行われるとともに、上部に向かって半径が大きくなるスクリューと組み合わされ、混練容器の上部においても高い圧力の高圧帯が維持される。なお、１つ１つの攪拌羽根は、短く形成される。
またさらに、異なる高さに設けられた複数の攪拌羽根には、材料を混練容器の内側方向に押し出す斜面がそれぞれ形成されており、上部の攪拌羽根になるにしたがって、材料を混練容器の内側へ流動させる流動能力が大きくなるように各攪拌羽根の斜面を大きく形成しているので、材料を攪拌する斜面が大きくなり、多くの材料を流動させるので、外側攪拌手段により形成される内側への流れは流量が大きくなる。
また、外側攪拌手段は内側攪拌手段との距離も近づくことになる。さらに、外側攪拌手段による回転方向の流れも大きな斜面で多くの材料を流動させて流量が大きくなる。したがって、混練容器の上部において、内側攪拌手段による外向きの流れと衝突して形成される高圧帯の圧力をより高めることができる。
【０００８】
請求項２に記載の混練装置は、請求項１記載した攪拌羽根は円周方向に等間隔に設けられていることを特徴としている。
この手段では、混練容器の内部の圧力がバランスされる。
【０００９】
また、請求項３に記載の混練装置は、請求項１又は２に記載した外側攪拌手段が、内側攪拌手段と同方向回転、逆方向回転で材料を混練容器の内側へ流動可能なように２つの斜面を備えている。この手段では、外側攪拌手段により両方の回転方向に材料を攪拌可能となる。
【００１０】
請求項４に記載の混練装置は、請求項１〜３のいずれか記載した外側攪拌手段の回転方向を内側攪拌手段と同方向回転、逆方向回転に切換可能とする回転方向切換手段を備えたことを特徴としている。
【００１１】
この手段では、外側攪拌手段が内側攪拌手段と同方向回転、逆方向回転に自在に切り換え可能となり、同方向回転では材料の流動速度が高められ、同方向回転から逆方向回転への切換により外側攪拌手段と材料との相対速度が高められる。
【００１２】
さらに、前述の課題を解決するため、本発明に係る混練方法は、次のような手段を採用する。
すなわち、請求項５に記載の混練方法は、請求項１〜４のいずれかに記載した外側攪拌手段を内側攪拌手段と同方向に所定時間回転させた後、外側攪拌手段を逆方向に所定時間回転させることを特徴としている。
【００１３】
この手段では、外側攪拌手段が内側攪拌手段と同方向回転の運転から逆方向回転の運転に切り換えられ、同方向回転で材料の流動速度が高められた後、同方向回転から逆方向回転への切換により外側攪拌手段と材料との相対速度が高められる。
【００１４】
請求項６に記載の混練方法は、請求項５に記載した外側攪拌手段の回転方向の切換を複数回繰り返すことを特徴とする。
この手段では、同方向回転で材料の流動速度が高められる運転状態と、逆方向回転への切換で外側攪拌手段と材料との相対速度が高められる運転状態が繰り返される。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る混練装置の実施の形態を図面に基いて説明する。
【００２６】
図１〜図６は、本発明に係る混練装置及び混練方法の実施の形態（１）を示すものである。
【００２７】
この実施の形態の混練装置１００は、生コンクリートの製造に必要なセメント、骨材、水などを混練材料Ｍとする混練装置として好適なものである。
【００２８】
混練装置１００は、混練容器４と、混練容器４の中心部に垂設されて回転する内側攪拌手段２と、内側攪拌手段２の外側に回転可能に設けられた外側攪拌手段３と、駆動手段５とから主に構成されている。
【００２９】
混練容器４は、上端に開口部を有するほぼ円筒状の上半部４１と、逆円錐台形もしくは半紡錘形を呈する有底筒状の下半部４２と、上端の開口部を閉塞し中央に軸孔４４を有する蓋体４３と、下部ないし底部の排出口４７を開閉可能なゲート４８とからなる。
【００３０】
蓋体４３には、その一部を開口して、ホッパ４６で囲った材料投入部４５が形成されている。また、ゲート４８は、混練容器４の内部から混練されたコンクリートなどを排出するものであり、手動またはエアシリンダ４９などの動力によって開閉可能となっている。
【００３１】
駆動手段５は、内側攪拌手段２を駆動する電動モータ等からなる駆動部５１と、外側攪拌手段３を駆動する電動モータ等からなる駆動部５２とから主に構成されている。また、駆動部５２には、歯車５３が連結され、歯車５３は歯車５４と噛み合っている。なお、外側攪拌手段３の駆動方法はこの歯車による方法に限られるものではなく、例えば、プーリーとベルトで駆動することもできる。
【００３２】
内側攪拌手段２は、混練容器４の中心に垂設され駆動部５１によって回転駆動される回転軸２２と、回転軸２２に固定される螺旋形のブレード２３とからなり、回転軸２２と螺旋形のブレード２３とでスクリュー２４が構成されている。また、ブレード２３は、２枚のブレード２３ａ、２３ｂが１８０度位相をずらせて回転軸２２に巻かれている（図２参照）。そして、このスクリュー２４は、混練容器４の下部の半径ｒ１に対し混練容器４の上部の半径ｒ２に示すように、下部から上部に向かってブレード２３の半径が徐々に大きくなるように形成されている。
【００３３】
このスクリュー２４の半径増大の程度は混練容器４の下半部４２の傾斜角度θ１に関係し、スクリュー２４の半径の増大によりスクリュー外径部２５を結ぶ線Ｌが水平線となす角度θ２は、混練容器４の下半部４２の傾斜角度θ１と同じかこれより大きく、９０度より小さい範囲としている。
【００３４】
このブレード２３の螺旋方向は上方から見て右巻上がり、すなわち、左ネジ方向としており、左回り（図１などの矢印Ｒ１方向）にスクリュー２４を回転させると、混練容器４内に投入される材料Ｍを上方及び外側へ流動させる推進力が与えられるようになっている。なお、スクリュー２４の螺旋方向は右ネジ方向としても構わない。
【００３５】
外側攪拌手段３は、内側攪拌手段２の回転軸２２に同軸に外装され駆動部５２によって（歯車５３、５４を介して）回転駆動される回転軸３２と、回転軸３２に固定されるフランジ３６と、フランジ３６から半径方向に延びるアーム３３と、アーム３３から混練容器４に垂設された支持部材３４と、支持部材３４に固定され混練容器４の内壁と僅かな隙間を保持したほぼ三角柱形の攪拌羽根３５とからなる。
【００３６】
なお、外側攪拌手段３の攪拌羽根３５は、混練容器４の高さ方向の一部分で材料Ｍを混練容器４の内側へ流動させるもので、攪拌羽根３５は異なる高さで且つ混練容器の異なる円周位置に複数、ここでは３個、円周方向に１２０度のほぼ等間隔に設けられている。
【００３７】
すなわち、攪拌羽根３５は、最下部を攪拌する攪拌羽根３５ａと、最上部を攪拌する攪拌羽根３５ｃと、その中間部を攪拌する攪拌羽根３５ｂとからなっており、各々の攪拌羽根３５は、高さ方向の位置が異なっているが一部は高さ方向で重なるように設けられている。なお、この実施の形態では、攪拌羽根３５ｃはアーム３３に直接連結されている。通常、外側攪拌手段３は、内側攪拌手段２の回転と逆方向に回転するように設定されており、これらの攪拌羽根３５は、図１などに示す回転方向Ｒ２に回転することで、斜面３５１が材料Ｍを混練容器４の内側方向へ押し出すことになり、材料Ｍを混練容器４の内側へ流動させる推進力が与えられるようになる。
【００３８】
なお、攪拌羽根３５は３個に限られるものではなく、混練装置の容量、大きさなどにより、適宜個数が選択されるものである。また、この実施の形態では、攪拌羽根３５は、内側攪拌手段２の回転と同方向にも攪拌可能なように斜面３５２を備えている。
【００３９】
このように構成された混練装置１００の作用を以下に説明する。
図３及び図４〜図６は、混練装置１００内部の材料の流れる方向を正面断面図及び平面断面図で示したものである。ここで、外側攪拌手段３は、混練容器４の高さ方向の異なる位置を異なる位相で（１２０度ずれて）攪拌しているが、図３では連続した攪拌羽根３５で示している。また、図４〜図６は、混練容器４の高さの異なる位置での断面図である。
【００４０】
内側攪拌手段２であるスクリュー２４のＲ１方向の回転によって、上向きの流れｆ１及び外向きの流れｆ２が形成される（図３参照）とともに、回転方向Ｒ１に流れｆ５が形成される（図４〜６参照）。また、外側攪拌手段３である攪拌羽根３５のＲ２方向の回転によって、内向きの流れｆ４が形成されるとともに、回転方向Ｒ２に流れｆ６が形成される。さらに、混練容器４の下半部４２の逆円錐台形もしくは半紡錘形の形状により、混練容器４の斜面に沿って材料の流れｆ３（スクリュー２４の上向きの流れｆ１にも引かれて）が形成される。
【００４１】
これらの流れが重なると、材料Ｍは混練容器４の中心部で上昇し、外周部付近で下降して再び中心部に環流する循環流（ｆ１、ｆ３）を生じる。さらに、外向きの流れｆ２と内向きの流れｆ４がスクリュー２４と攪拌羽根３５の間の空間で衝突し、また、回転方向の流れｆ５とｆ６が衝突して、材料Ｍが高圧状態となる高圧帯１が形成される。
【００４２】
この高圧帯１では、材料Ｍが強い圧縮力を受けながら、同時にその反作用（膨張力）が瞬間的、且つ、反復連続的に働くため、材料の粒子が衝突摩擦を繰り返すことになる。すなわち、高圧帯１では強い捩力、剪断力、加圧力などが作用することになる。その結果、材料の素材が異なる粒子においても、強制的に結合が行われ、緊密に混練されることになる。
【００４３】
この高圧帯１に生じる圧力ｐは、スクリュー２４のブレード２３と攪拌羽根３５との距離に大きく影響を受けると考えられる。すなわち、両ブレードの距離が大きくなるほど高圧帯１の圧力ｐが低下することになる。しかし、従来のようにスクリューの半径が一定の場合は、混練容器４の上部に行くほど攪拌羽根との距離が大きく離れすぎてしまい、高圧帯１の圧力ｐは、上部になるほど小さくなっていた。その対策として整流板を設けたりしていたが、このスクリュー２４のように、下部から上部に向かってブレード２３の半径をｒ１からｒ２のように徐々に大きくなるように形成することで、スクリュー２４のブレード２３と攪拌羽根３５との距離を変化させないように、またはこの距離の拡大を緩和し、混練容器４の高さ方向によって高圧帯１の圧力ｐがほぼ一定もしくは変化の少ないようにできる。言い換えれば、高圧帯１の圧力ｐが混練容器４の高さ方向によってほぼ一定もしくは変化の少ないように（混練容器の下部から上部に向かって減少しにくいように）内側攪拌手段２のスクリュー２４の半径を下部から上部に向かって大きくしている。
【００４４】
さらに、スクリュー２４のブレード２３の半径を混練容器４の上部に向かって大きくすることで、スクリュー２４の回転によるスクリュー外径部２５の周速度が大きくなり、スクリュー外径部２５から送り出される外向きの流れｆ２、及び、回転方向の流れｆ５は速度が高められ、高圧帯１の圧力ｐを高めることができる。
【００４５】
また、図６に示すように、各攪拌羽根３５ａ、３５ｂ、３５ｃの攪拌する半径の大きさ、及び、混練容器４の高さ位置が異なっているので、攪拌羽根３５ａで材料Ｍが内側に押し出されたのに続いて、攪拌羽根３５ｂで材料が内側に押し出され、さらに、攪拌羽根３５ｃが同様に作用するように、順次位相をずらして流動、攪拌が行われる。このように、混練容器４の異なる高さにおいて外側攪拌手段３による材料Ｍの流れが位相をずらして形成されるので、混練容器４の高さ方向に連続する攪拌羽根を有する従来の外側攪拌手段に比べ、外側攪拌手段３としての攪拌性能が高められる。そして、この外側攪拌手段３により流動する材料Ｍが、下部から上部に向かってブレード２３の半径が大きくなる内側攪拌手段２により流動する材料Ｍと衝突して高圧帯１を形成するので、高い圧力ｐの高圧帯１を形成する性能を維持して、且つ、材料Ｍの流動性を高めることが可能となっている。
【００４６】
これらにより、混練容器４の高さ方向の位置による圧力変化の少ない高圧帯１が形成されるので、従来のように整流板を設けなくても攪拌効率を高めることが可能となる。
【００４７】
この実施の形態によれば、内側攪拌手段２であるスクリュー２４と外側攪拌手段３である攪拌羽根３５により形成される材料Ｍの高圧帯１が、下部から上部に向かって半径が大きくなるスクリュー２４により、混練容器４の上部においても高い圧力を維持するようにしたので、整流板を使わずに攪拌効率を高められる。
【００４８】
また、各攪拌羽根３５ａ、３５ｂ、３５ｃの攪拌する半径方向の長さ、及び、半径の位置が異なっており、攪拌羽根３５ａで押し出しされた材料Ｍに続いて、攪拌羽根３５ｂ、攪拌羽根３５ｃで順次位相をずらして材料Ｍが押し出され、流動、攪拌が行われるので、材料Ｍの流動性が高められる。
【００４９】
また、攪拌羽根３５を３つに分けたので１つ１つを短くでき、攪拌羽根３５の駆動トルクを小さくできる。なお、攪拌羽根３５は円周方向にほぼ等間隔に設けられているので、混練容器４の内部の圧力がバランスされ、安定した運転状態を維持できる。
【００５０】
なお、この実施の形態ではブレード２３は１８０度位相をずらせた２枚ブレードとしたが、１枚のブレードが螺旋形に巻上がる１枚ブレードとしても構わない。また３枚以上のブレードとすることもできる。
【００５１】
また、必要に応じ、従来の特許第３００１３８７号公報に示されたような整流板を外側攪拌手段３と内側攪拌手段２との間で、外側攪拌手段３と同一回転するように回転軸３２に固定して設けることも可能である。混練容器４の大きさ（容量）によって、スクリュー２４が上部で大きくなりすぎてしまう場合には、整流板を併用することも有効である。これにより、スクリュー２４の半径を上部で拡大した際に、スクリュー２４の半径の増大を押さえることが可能である。
【００５２】
図７〜図１２は、本発明に係る混練装置の実施の形態（２）を示すものである。
【００５３】
この混練装置２００は、実施の形態（１）に対し、外側攪拌手段３を変更したものである。
【００５４】
この外側攪拌手段３は、上部の攪拌羽根３５になるにしたがって、攪拌羽根３５が有する流動能力を大きくしたものであり、具体的には、最下部の攪拌羽根３５ａの三角柱よりも中間部の攪拌羽根３５ｂの三角柱を大きくし、さらに中間部の攪拌羽根３５ｂの三角柱よりも最上部の攪拌羽根３５ｃの三角柱を大きくしている。
【００５５】
これにより、材料を攪拌する斜面３５１が大きくなり、多くの材料を流動させるので、外側攪拌手段３により形成される内側への流れｆ４は流量が大きくなる。また、外側攪拌手段３は内側攪拌手段２との距離も近づくことになる。さらに、図１０〜図１２に示すように、外側攪拌手段３による回転方向の流れｆ６も大きな斜面３５１で多くの材料を流動させて流量が大きくなる。したがって、混練容器４の上部において、内側攪拌手段２による外向きの流れｆ２と衝突して形成される高圧帯１の圧力をより高めることができる。
【００５６】
この実施の形態によれば、前述の実施の形態（１）と同様の作用、効果が奏されることに加えて、混練容器４の上部において形成される高圧帯１の圧力をより高めることができ、整流板を使わずに攪拌効率をさらに高められる。
【００５７】
図１３、図１４は、本発明に係る混練装置の実施の形態（３）及び混練方法の実施の形態を示すものである。
【００５８】
この混練装置３００は、実施の形態（１）に対し、外側攪拌手段３に回転方向切換手段５５を加えたものである。
【００５９】
回転方向切換手段５５は、外側攪拌手段３の回転方向を内側攪拌手段２の回転方向と同方向回転、逆方向回転に切り換え可能とするものである。具体的には、外側攪拌手段３の回転方向の切換を手動スイッチで駆動部５２に伝達するか、または、コンピュータでプログラムされた指令を駆動部５２に出力するものである。
【００６０】
なお、外側攪拌手段３の攪拌羽根３５は、内側攪拌手段２の回転方向と同方向回転、逆方向回転の両方の回転方向に対し傾斜した２つの斜面３５１、３５２を備えた三角柱形の部材であり、攪拌羽根３５は斜面３５１と斜面３５２が同じ形状の左右対称としているが、左右対称に限定されるものではなく、混練する材料や混練方法で最適な斜面３５１、３５２の角度や形状を選択可能である。
【００６１】
図１４は、この混練装置３００の運転方法を示すフローチャートであり、外側攪拌手段３の回転方向に関する制御方法を示している。従来は、実施の形態（１）で示したように、外側攪拌手段３は内側攪拌手段２と逆方向回転させて混練を行う（Ｒ１が左回転の場合、Ｒ２が右回転）が、ここでは、初めのステップ１（Ｓ１）で外側攪拌手段３を内側攪拌手段２と同方向回転させる（Ｒ１、Ｒ２ともに左回転）。こうすると、外側攪拌手段３の回転に材料Ｍが引きずられて、外側攪拌手段３を逆方向回転させた場合に比べ、材料全体を高速で回転させることが可能となる。すなわち、実施の形態（１）で示した流れｆ５の速度が大きなものとなる。
【００６２】
この状態を設定時間ｔ１だけ継続させ、材料Ｍの流れを安定化させる。そして、ステップ２（Ｓ２）で設定時間ｔ１を過ぎたと判断すれば、ステップ３（Ｓ３）で外側攪拌手段３を逆方向回転させる。ただし、外側攪拌手段３は同方向回転から瞬時に逆方向回転するわけではなく、一度停止してから逆方向回転させることになる。この同方向回転状態から逆方向回転状態に移行する速度は、混練装置３００の容量、駆動部５２の容量、材料の攪拌抵抗、スクリューの強度など、種々の要素に応じてできるだけ早く移行可能な速度が設定される。限界の速度以上に設定すると、各部に故障を生じる可能性があるためである。
【００６３】
このように、同方向回転から逆方向回転に移行させることで、高速で回転する材料に対し、外側攪拌手段３すなわち攪拌羽根３５により対向する流れｆ６（実施の形態（１）で説明した）を衝突させることができ、その衝突による高圧帯１の圧力ｐを従来より高い圧力にすることができる。その結果、従来以上に緊密に混練が行われることになり、攪拌効率を高めることが可能となる。
【００６４】
この逆方向回転の状態を設定時間ｔ２だけ継続させ、ステップ４（Ｓ４）で設定時間ｔ２を過ぎたと判断すれば、ステップ５（Ｓ５）に進む。ここでは、同方向回転の運転、逆方向回転の運転のパターンをｎ回繰り返したかを判断する。この同方向回転の運転、逆方向回転の運転のパターンを何回繰り返すかは材料Ｍの性状、製品に要求される品質レベル、混練装置３００の能力などで最適な回数が選択される。
【００６５】
なお、外側攪拌手段３を同方向回転、逆方向回転させることで、外側攪拌手段３すなわち攪拌羽根３５に材料が付着するのを防止でき、材料Ｍの付着による共回りをなくして、攪拌羽根３５後方の材料を混練に参加させ、攪拌効率をアップできる。また、攪拌羽根３５が軽くなるので、駆動部にかかる負荷を低減でき、消費電力が低減される。また、攪拌終了後、攪拌羽根３５への材料Ｍの付着が少ないので、次の材料を投入して混練する前の清掃も容易になる。
【００６６】
この実施の形態によれば、外側攪拌手段３が内側攪拌手段２と同方向回転、逆方向回転に自在に切り換え可能となり、同方向回転では材料Ｍの流動速度が高められ、同方向回転から逆方向回転への切換により外側攪拌手段３と材料Ｍとの相対速度が高められるので、材料Ｍの衝突による高圧帯１の圧力ｐをより高い圧力にすることができ、攪拌効率を高めることが可能となる。
【００６７】
また、実施の形態（１）で示したように、混練容器４の上部においても高圧帯１は高い圧力を維持するので、外側攪拌手段３の回転方向切換の効果がより大きくなる。
【００６８】
また、外側攪拌手段３を同方向回転、逆方向回転させることで、外側攪拌手段３すなわち攪拌羽根３５に材料が付着するのを防止でき、攪拌効率をアップできる。また、攪拌終了後、攪拌羽根３５への材料Ｍの付着が少ないので、次の材料を投入して混練する前の清掃も容易になる。
【００６９】
また、同方向回転で材料Ｍの流動速度が高められる運転状態と、逆方向回転への切換で外側攪拌手段３と材料Ｍとの相対速度が高められる運転状態が繰り返されるようにしたので、材料Ｍの性状、製品に要求される品質レベル、混練装置３００の能力などで最適な繰り返しの回数が選択可能となる。
【００７０】
なお、この混練装置３００に従来の特許第３００１３８７号公報に示されたような整流板を外側攪拌手段３と内側攪拌手段２との間で、外側攪拌手段３と同一回転するように回転軸３２に固定して設けることも可能である。これにより、整流板を設けた混練装置においても、材料の回転方向が変えられることで、より材料Ｍの流動を促すことが可能になる。
【００７１】
また、この実施の形態で示した混練方法を、スクリューの半径が一定の従来の混練装置に適用することも可能である。これにより、上述したように従来の混練装置の攪拌効率を高めることができる。
【００７２】
また、各実施の形態に示した以外に、材料Ｍを上述したように流動させるような内側攪拌手段２、外側攪拌手段３であれば、そのブレード形状を他の異なるブレード形状とすることも可能である。
【００７３】
また、各実施の形態は、コンクリートを製造するのに適した混練装置として説明したが、これに限定されるものではなく、他の各種材料、例えば生ゴミの混練などにも適用可能である。
【００７４】
【発明の効果】
以上のように本発明に係る混練装置は、内側攪拌手段であるスクリューと外側攪拌手段により形成される材料の高圧帯が、下部から上部に向かって半径が大きくなるスクリューにより、混練容器の上部においても高い圧力を維持するようにしたので、整流板を使用しなくても攪拌効率を高められるという効果がある。
また、スクリューの外径部を結ぶ線が水平線となす角度は、混練容器の下半部の傾斜角度と同じかこれより大きく、９０度より小さい範囲にあるので、スクリューと外側攪拌手段の隙間が適度に確保される。
さらに、混練容器の高さ方向の一部分に材料を混練容器の内側へ流動させ、混練容器の内壁に沿った複数の攪拌羽根を備え、この攪拌羽根は混練容器の異なる高さで且つ混練容器の異なる円周位置に設けられているので、複数の攪拌羽根の攪拌する半径の大きさ、及び、混練容器の高さ位置が異なり、上方の攪拌羽根で材料が内側に押し出されたのに続いて、下方の攪拌羽根で材料が内側に押し出され、順次位相をずらして流動、攪拌が行われるとともに、上部に向かって半径が大きくなるスクリューと組み合わされ、混練容器の上部においても高い圧力の高圧帯が維持される。なお、１つ１つの攪拌羽根は、短く形成される。
またさらに、異なる高さに設けられた複数の攪拌羽根には、材料を混練容器の内側方向に押し出す斜面がそれぞれ形成されており、上部の攪拌羽根になるにしたがって、材料を混練容器の内側へ流動させる流動能力が大きくなるように各攪拌羽根の斜面を大きく形成しているので、材料を攪拌する斜面が大きくなり、多くの材料を流動させるので、外側攪拌手段により形成される内側への流れは流量が大きくなる。
また、外側攪拌手段は内側攪拌手段との距離も近づくことになる。さらに、外側攪拌手段による回転方向の流れも大きな斜面で多くの材料を流動させて流量が大きくなる。したがって、混練容器の上部において、内側攪拌手段による外向きの流れと衝突して形成される高圧帯の圧力をより高めることができる。
【００７５】
また、本発明に係る混練方法は、外側攪拌手段が内側攪拌手段と同方向回転の運転から逆方向回転の運転に切り換えられ、同方向回転で材料の流動速度が高められた後、同方向回転から逆方向回転への切換により外側攪拌手段と材料との相対速度が高められるので、材料の衝突による高圧帯の圧力を高い圧力にすることができ、攪拌効率を高めることが可能となるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る混練装置の実施の形態（１）を示す斜視図である。
【図２】 本発明に係る混練装置の実施の形態（１）を示す正面断面図である。
【図３】 本発明に係る混練装置の実施の形態（１）の作用を示す正面断面図である。
【図４】 図２のＸ−Ｘ線断面図である。
【図５】 図２のＹ−Ｙ線断面図である。
【図６】 図２のＺ−Ｚ線断面図である。
【図７】 本発明に係る混練装置の実施の形態（２）を示す斜視図である。
【図８】 本発明に係る混練装置の実施の形態（２）を示す正面断面図である。
【図９】 本発明に係る混練装置の実施の形態（２）の作用を示す正面断面図である。
【図１０】 図８のＸ’−Ｘ’線断面図である。
【図１１】 図８のＹ’−Ｙ’線断面図である。
【図１２】 図８のＺ’−Ｚ’線断面図である。
【図１３】 本発明に係る混練装置の実施の形態（３）及び混練方法の実施の形態を示す正面断面図である。
【図１４】 本発明に係る混練装置の実施の形態（３）及び混練方法の実施の形態を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ 高圧帯
２ 内側攪拌手段
３ 外側攪拌手段
４ 混練容器
５ 駆動手段
２２ 回転軸
２３ ブレード
２４ スクリュー
２５ スクリュー外径部
３２ 回転軸
３３ アーム
３４ 支持部材
３５ 攪拌羽根
３６ フランジ
４１ 上半部
４２ 下半部
４４ 軸孔
４３ 蓋体
４５ 材料投入部
４６ ホッパ
４７ 排出口
４８ ゲート
４９ エアシリンダ
５１ 駆動部
５２ 駆動部
５３ 歯車
５４ 歯車
５５ 回転方向切換手段
１００ 混練装置
２００ 混練装置
３００ 混練装置
３５１ 斜面
３５２ 斜面
ｆ１、ｆ２、ｆ３ 流れ
ｆ４、ｆ５、ｆ６ 流れ
Ｒ１、Ｒ２ 回転方向
ｒ１、ｒ２ 半径
θ１、θ２ 角度
Claims (6)
- 逆円錐台形もしくは半紡錘形を呈する下半部を備え材料が投入される混練容器と、混練容器の中心部で回転し材料を混練容器の外側及び上方に流動させる内側攪拌手段と、混練容器の内壁沿いで回転し材料を混練容器の内側へ流動させる外側攪拌手段とを備えた混練装置において、
内側攪拌手段は、下部から上部に向かって半径が大きくなるスクリューを備え、かつ、当該スクリューの外径部を結ぶ線が水平線となす角度は、混練容器の下半部の傾斜角度と同じかこれより大きく、９０度より小さい範囲にあること、
外側攪拌手段は、混練容器の高さ方向の一部分に材料を混練容器の内側へ流動させ、混練容器の内壁に沿った複数の攪拌羽根を備え、この攪拌羽根は混練容器の異なる高さで且つ混練容器の異なる円周位置に設けられていること、
上記異なる高さに設けられた複数の攪拌羽根には、材料を混練容器の内側方向に押し出す斜面がそれぞれ形成され、かつ、上部の攪拌羽根になるにしたがって、材料を混練容器の内側へ流動させる流動能力が大きくなるように各攪拌羽根の斜面を大きく形成していることを特徴とする混練装置。 - 攪拌羽根は円周方向に等間隔に設けられていることを特徴とする請求項１記載の混練装置。
- 外側攪拌手段は、内側攪拌手段と同方向回転、逆方向回転で材料を混練容器の内側へ流動可能なように２つの斜面を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の混練装置。
- 外側攪拌手段の回転方向を内側攪拌手段と同方向回転、逆方向回転に切換可能とする回転方向切換手段を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の混練装置。
- 請求項１〜４のいずれかに記載の混練装置を用いた混練方法であって、外側攪拌手段を内側攪拌手段と同方向に所定時間回転させた後、外側攪拌手段を逆方向に所定時間回転させることを特徴とする混練方法。
- 請求項５に記載の混練方法において、外側攪拌手段の回転方向の切換を複数回繰り返すことを特徴とする混練方法。
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