JP4568785B2 - 混練ロータ - Google Patents

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Description

本発明は、プラスチックやゴムなどの高分子材料を混練するためのバッチ式混練機の混練ロータに関する。
バッチ式混練機は、そのホッパ部から投入されて混練室に圧入されたゴムやプラスチックなどの高分子材料（被混練材料）を当該混練室内に設けられた一対の混練ロータにより混練し、所望の混練状態となった混練物を外部に排出するという一連の動作により、１バッチ分の混練物を製造する混練機である。ここで、バッチ式混練機を構成する部品のうち、混練ロータは被混練材料を混練するための主要な部品である。従来、例えば以下に示すような混練ロータに関する技術が提案されている。
本出願人は、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非線形となる非線形翼を備えた混練ロータを提案している（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載された混練ロータは、長翼２枚、短翼２枚からなる計４枚の翼をもつ４翼ロータであり、上記した１枚の非線形翼（長翼）と、その展開形状が線形の３枚の線形翼とから構成されている。特許文献１に記載された混練ロータによると、非線形翼を設けたことによって、被混練材料の混合と分散と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。
また、他の出願人により、異なる捩れ角度を有する２枚の長翼（いずれも線形翼）と、２枚の短翼（いずれも線形翼）とからなる計４枚の翼をもつ混練ロータも提案されている（例えば、特許文献２参照）。この混練ロータによると、良好な分配的および分散的混合を被混練材料に与え、より低い排出温度でより均質な混練物を得ることができる、と称されている。
特許第３９８０８４１号公報 特表２００４−５３０５４６号公報
しかしながら、特許文献１に記載された混練ロータを用いて、例えばシリカを多量に添加した（配合した）被混練材料を混練した場合、シリカの分散の指標であるΔＧ‘値が良好な値とならなかった。ここで、ΔＧ‘値とは、未加硫ゴム組成物の粘弾性特性から得られる貯蔵弾性率の小変形の歪時と大変形歪時の差のことをいい、混練物の品質を判断するための指標である。ΔＧ‘値が小さいほど、混練物の品質が良い。なお、シリカを配合した被混練材料の混練では、混練物の温度が例えば１４０〜１６０℃の範囲で、シリカとゴムとを結合させるために配合されているシランカップリング剤がシリカと反応する。したがって、その反応を良好に発生させるためには、１４０〜１６０℃程度の温度範囲で、シリカとシランカップリング剤とを十分均一に混練することが必要である。１４０〜１６０℃程度の温度範囲での混練は、ゴム系組成物の混練において高温状態の混練に相当する。
次に、特許文献２に記載された混練ロータは、その２枚の長翼の捩れ角度が異なることを主な特徴としているが、特許文献１に記載された非線形翼を有する混練ロータにおいても、その２枚の長翼の捩れ角度は相互に異なっている部分がほとんどである。すなわち、特許文献２に記載された混練ロータは、翼の構成・配置が特許文献１に記載された混練ロータと似ており、たとえ特許文献２に記載された混練ロータを用いたとしても、シリカを多量に添加した被混練材料を高温状態で混練した場合に良好な混練物が得られるとは判断し難い。
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、被混練材料を高温状態で混練した場合において従来よりも良好な品質の混練物を得ることが可能な混練ロータを提供することである。
課題を解決するための手段及び効果
上記目的を達成するために本発明は、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く被混練材料をロータ軸方向中央側へ流す方向に且つ互いに逆方向に捩れた第一長翼および第二長翼と、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且つ互いに逆方向に捩れた第一短翼および第二短翼とからなり、前記第一短翼は、前記第一長翼のロータ回転方向後方に配置され、前記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ロータ軸方向一端側からロータ軸方向中央側へ延びる線形翼よりなり、前記第二短翼は、前記第二長翼のロータ回転方向後方に配置され、前記展開形状がロータ軸方向他端側からロータ軸方向中央側へ延びる線形翼よりなり、前記第一長翼は、大チップクリアランス、中チップクリアランス、および小チップクリアランスの組合せからなる３段階の異なるチップクリアランスが翼長手方向に沿って出現するように混練翼頂部が形成されており、前記第二長翼、前記第一短翼、および前記第二短翼は、前記大チップクリアランス以下で前記小チップクリアランス以上のチップクリアランスとなるように混練翼頂部が形成されている混練ロータを提供する。
この構成によると、１枚の長翼（第一長翼）について、３段階の異なるチップクリアランスが翼長手方向に沿って出現するように混練翼頂部が形成されるとともに、その他の混練翼については、上記長翼における大チップクリアランス以下で小チップクリアランス以上のチップクリアランスとなるように混練翼頂部が形成されることで、被混練材料に対して従来技術並みのせん断力を加えながら、混練室内での流れを複雑にすることができる。すなわち、従来技術並みのせん断力を被混練材料に加えつつ、同材料の分配を促進することができる。その結果、被混練材料を高温状態で混練した場合において従来よりも良好な品質の混練物を得ることができる。
ここで、混練翼頂部とは、混練室内面と対向する面に形成された混練翼のチップ部（ランド部ということもある）のことであり、また、チップクリアランスとは、チップ部（混練翼頂部）と混練室内面との隙間のことである。
なお、第一長翼を除く他の混練翼について、当該第一長翼における大チップクリアランスよりも大きなチップクリアランスを出現させるように混練翼頂部を形成すると、被混練材料の周方向のショートパス量が多くなりすぎて、被混練材料に対して適切なせん断力を加えることができなくなる。また、上記他の混練翼について、第一長翼における小チップクリアランスよりも小さなチップクリアランスを出現させるように混練翼頂部を形成すると、局部的な発熱が発生するとともに材料の分配性が悪化し、高温状態での混練での良好な品質の混練物を得ることができなくなる。
また本発明において、前記第一長翼は、前記小チップクリアランスよりも大きいチップクリアランスがロータ軸方向一端側に最初に出現するように混練翼頂部が形成されていることが好ましい。
この構成によると、被混練材料が流動しにくい混練室内のロータ端面側部において、材料の周方向の分配（流れ）を促進することができ、被混練材料の一部が過度に温度上昇してその品質が低下することを防止できる。
さらに本発明において、前記第一長翼は、前記大チップクリアランスよりも小さいチップクリアランスがロータ軸方向中央側に最初に出現するように混練翼頂部が形成されていることが好ましい。
この構成によると、第一長翼の最もロータ軸方向中央側においてロータ軸方向の材料の流動を確保することができ、周方向に続く第二長翼を広範囲に使って被混練材料にせん断力を与えることができる。
さらに本発明において、前記第一長翼は、ロータ軸方向一端側からロータ軸方向中央側へ向かって、前記大チップクリアランス、前記中チップクリアランス、前記小チップクリアランスの順にチップクリアランスが出現するように混練翼頂部が形成されていることが好ましい。
この構成によると、ロータの中央側で比較的に狭いチップクリアランスが出現するため、混練室に圧入されて間もない被混練材料の噛み込みを促進するとともに混練室内の被混練材料の流れをより活発にすることができる。
さらに本発明において、前記第二長翼は、ロータ軸方向他端側の端部における翼の捩れ角度が４５度以上となるように形成されていることが好ましい。
この構成によると、被混練材料が流動しにくい混練室内のロータ端面側部において、材料の周方向の分配（流れ）を促進することができ、被混練材料の一部が過度に温度上昇してその品質が低下することを防止できる。
さらに本発明において、前記第一短翼は、ロータ軸方向長さが、前記第一長翼のロータ軸方向一端側に最初に出現するチップクリアランスと対応する部分の混練翼頂部のロータ軸方向長さ以上、且つ、混練翼頂部が当該第一長翼のロータ軸方向一端側に最初に出現するチップクリアランス以下のチップクリアランスとなるように形成されていることが好ましい。
この構成によると、第一長翼のロータ軸方向一端側において周方向に分配された被混練材料に対して、周方向へたんにショートパスさせることなくせん断力を与えることができ、混練効果を向上させることができる。
さらに本発明において、前記第二長翼は、前記展開形状がロータ軸方向他端側からロータ軸方向中央側へ向かうにつれて捩れ角度が漸減する非線形翼に形成されており、前記第一長翼、前記第一短翼、および前記第二短翼は、捩れ角度が１５〜３５度となるように形成されていることが好ましい。
この構成によると、第二長翼において、周方向への被混練材料の分配を促進することができ、従来混練可能であった温度域（低温域）から、従来十分な混練が難しかった高温域まで広範囲に混練物の品質が向上する。
さらに本発明において、前記第二長翼、前記第一短翼、および前記第二短翼のうちの少なくとも１つの混練翼は、前記大チップクリアランス、前期中チップクリアランス、および前記小チップクリアランスの中から選ばれた組合せからなる複数段階の異なるチップクリアランスが翼長手方向に沿って出現するように混練翼頂部が形成されていることが好ましい。
また本発明は、その第２の態様によれば、前記の混練ロータを備えた非噛み合い型のバッチ式混練機を提供する。
このバッチ式混練機によると、被混練材料を高温状態で混練した場合において従来よりも良好な品質の混練物を得ることができる。
さらに本発明は、その第３の態様によれば、上記バッチ式混練機によりシリカおよびシランカップリング剤を配合した被混練材料を混練する材料混練方法を提供する。
この構成によると、シリカが多量に添加された（配合された）混練物の品質を従来よりも向上させることができる。
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る混練ロータ４・５（模式的に図示）を備えたバッチ式混練機（密閉型混練機とも称される）１の正面断面図である。
（バッチ式混練機の構成）
図１を参照しつつ本発明の一実施形態に係る密閉式のバッチ式混練機１について説明する。図１に示すように、本実施形態のバッチ式混練機１は、縦断面まゆ型形状に形成された混練室２を有するチャンバ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・５と、チャンバ３の上方開口部に立設したホッパ６付きの材料供給筒７と、この供給筒７内に上下動自在に挿通されたフローティングウェイト８と、を備えている。
材料供給筒７の上部には空圧シリンダ９が連結されていて、このシリンダ９内のピストン１０は同シリンダ９の下蓋を気密に貫通するピストンロッド１１を介してフローティングウェイト８に連結されている。このため、空圧シリンダ９の上部を加圧してフローティングウェイト８を下降させることにより、ホッパ６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３内に押し込めるようになっている。一方、チャンバ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１２によって閉塞されており、このドロップドア１２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物（混練済み材料）を機外に排出することができる。なお、バッチ式混練機１は、左右一対の混練ロータ４・５が相互に噛み合わない非噛み合い型の混練機である。
（混練ロータ）
図２は、図１に示す混練ロータ４の図であり、（ａ）、（ｂ）、および（ｃ）は、それぞれ、混練ロータの平面図、（ａ）のＡ−Ａ矢視図、および（ａ）のＢ−Ｂ矢視図である。また、図３は、図１に示す混練ロータ４・５の各ロータ部（ロータ）の軸心回りの展開図であり、図４は、図３のＣ部拡大図である。
混練ロータ４・５は、相互に対向するロータの内側部分が下方に移動するように互いに異なる方向に回転するようになっており（図１参照）、そのロータ部には、混練室２の内面との隙間（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せん断力を与えるための複数の混練翼１３〜１６を備えている。これら複数の混練翼１３〜１６は、ロータ軸心に対して螺旋状に捩られており、この捩れにより、被混練材料はロータ軸方向に押され、軸方向の流れが生じる。また、所定の間隔をあけて配置された混練ロータ４・５間の被混練材料の移動により、同材料の均一性が向上するとともに分散作用も均一に進行していく。なお、チップクリアランスとは、混練翼１３〜１６の先端面である混練翼頂部（チップ部）１３ａ〜１６ａと、混練室２の内面との隙間（チップ部の高さが周方向で変化している場合は、当該隙間の最も狭いものとする）のことをいう。
混練ロータ４・５の各ロータの軸心回りの展開図を図３に示したように、混練ロータ４・５の各混練翼１３〜１６は、中心点Ｏに対して相互に点対称となるように配置される。したがい、以下の説明においては、代表して混練ロータ４について説明することとする。
図２および図３に示したように、混練ロータ４は、そのロータに４枚の混練翼１３〜１６を備えている。４枚の混練翼１３〜１６は、ロータ軸方向Ｚの長さがロータ長さＷの半分よりも長くなるように形成された第一長翼１３および第二長翼１４と、ロータ軸方向Ｚの長さがロータ長さＷの半分よりも短くなるように形成された第一短翼１５および第二短翼１６とからなる。本実施形態では、第一長翼１３、第二長翼１４、第一短翼１５、および第二短翼１６のロータ軸方向Ｚの長さは、ロータ長さＷに対してそれぞれ、０．７Ｗ、０．６５Ｗ、０．３５Ｗ、および０．３Ｗとされている。
（第一長翼）
第一長翼１３は、混練ロータ４において翼が形成される部分であるロータ部（ロータ）のロータ軸方向Ｚ一端からロータ軸方向Ｚ中央側へ向かって形成されている。また、第一長翼１３は、混練ロータ４の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展開形状が線形であって、被混練材料をロータ軸方向Ｚ中央側へ流すように２２度の捩れ角度で螺旋状に形成されている。
また、第一長翼１３の混練翼頂部は、ロータ軸方向Ｚ一端側からロータ軸方向Ｚ中央側へ向かって順に３段階に高くなるように形成されており、ロータ軸方向Ｚ中央側へ向かって、低位チップ部１３ａ、中位チップ部１３ｂ、および高位チップ部１３ｃに区分される。これにより、ロータ軸方向Ｚ一端側からロータ軸方向Ｚ中央側へ向かって、大チップクリアランスＬ、中チップクリアランスＭ、小チップクリアランスＳの順に、３段階の異なる大きさのチップクリアランスが翼長手方向に沿って出現する。
ここで、大チップクリアランスＬ、中チップクリアランスＭ、および小チップクリアランスＳは、混練室２の内径に対する比率が、それぞれ、０．０２５０〜０．１０００、０．０１００〜０．０５００、および０．００２５〜０．０２５０の範囲のチップクリアランスである。混練室２の内径とは、縦断面まゆ型形状を構成する一部重ね合わせられた左右一対の円形断面部分の内径のことをいう。
図４に第一長翼１３まわりの被混練材料の流れを矢印で示したように、第一長翼１３の混練翼頂部を３段階の異なる高さにすることで、被混練材料の周方向への分配量（流量）、およびロータ軸方向Ｚへの流量が各チップ部１３ａ〜１３ｃで変化し、混練室２内の被混練材料の流れが複雑になる。これにより、被混練材料の混練が促進される。また、各チップ部１３ａ〜１３ｃで被混練材料に作用するせん断力も異なってくるので、この点からも被混練材料の混練が促進される。
小チップクリアランスＳを出現させる高位チップ部１３ｃを、ロータ軸方向Ｚ中央側に配置することで、被混練材料に付与するせん断力を確保するとともに、ロータ軸方向Ｚの同材料の流動を確保する。また、高位チップ部１３ｃよりもロータ軸方向Ｚ一端側に配置した中位チップ部１３ｂ、低位チップ部１３ａの中、大チップクリアランスＭ、Ｌによる比較的小さいせん断力により、混練ロータ４の高速回転が可能となり混練室２内の強力な流れ（周方向やロータ軸方向の流れ）が確保できる。このようにして、被混練材料に付与するせん断力の確保と、同材料の分配性能（混練性能）の向上とが可能となる。
低位チップ部１３ａにより出現する大チップクリアランスＬにより、周方向の流量が大となり、翼長手方向（またはロータ軸方向Ｚ）の流量が小となる。中位チップ部１３ｂにより出現する中チップクリアランスＭにより、周方向の流量が中となり、翼長手方向（またはロータ軸方向Ｚ）の流量が中となる。また、高位チップ部１３ｃにより出現する小チップクリアランスＳにより、周方向の流量が小となり、翼長手方向（またはロータ軸方向Ｚ）の流量が大となる。
なお、各チップ部１３ａ〜１３ｃは、それぞれのチップ部においては同じ高さに形成されている。すなわち、混練翼頂部は、各チップ部（各ランド部）が翼長手方向に水平な３段階の階段状に形成されている。被混練材料の混練を十分に促進する観点からは、各チップ部１３ａ〜１３ｃを本実施形態のような階段状に形成することが好ましいが、必ずしもその必要はない。例えば、各チップ部（各ランド部）が翼長手方向又は翼回転方向に傾斜した形状に混練翼頂部が形成されていてもよい。
（第一短翼）
第一短翼１５は、混練ロータ４において翼が形成される部分であるロータ部（ロータ）のロータ軸方向Ｚ一端からロータ軸方向Ｚ中央側へ向かって形成されている。また、第一短翼１５は、前記展開形状が線形であって、被混練材料をロータ軸方向Ｚ中央側へ流すように２２度の捩れ角度で螺旋状に形成されている。また、第一短翼１５は、第一長翼１３のロータ回転方向ｒ後方に形成されている。具体的には、第一長翼１３に対してロータ軸方向Ｚ一端において位相差ａ＝１１７度だけずらして形成されている。
また、第一短翼１５の混練翼頂部１５ａは一定の高さに形成されており、そのチップクリアランスは、中チップクリアランスＭに相当する大きさとされている。
また、第一短翼１５のロータ軸方向Ｚ長さ（０．３５Ｗ）は、第一長翼１３の低位チップ部１３ａのロータ軸方向Ｚ長さよりも長い。これにより、第一長翼１３のロータ軸方向Ｚ一端側において周方向に分配された被混練材料に対して、第一短翼１５において単に周方向へショートパスさせることなくせん断力を与えることができ、被混練材料の混練性能が向上する。
（第二長翼）
第二長翼１４は、混練ロータ４に翼が形成される部分のロータ軸方向Ｚ他端からロータ軸方向Ｚ中央側へ向かって形成されている。また、第二長翼１４は、前記展開形状がロータ軸方向Ｚ他端側からロータ軸方向Ｚ中央側へ向かうにつれて捩れ角度が漸減する非線形翼に形成されている。すなわち、第二長翼１４のロータ軸方向Ｚ他端側は、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、一方、ロータ軸方向Ｚ中央側は、仮想直線ＨＬの傾斜角度よりも小さくなっている。また、第二長翼１４は、被混練材料をロータ軸方向Ｚ中央側へ流すように螺旋状に形成されている。すなわち、第二長翼１４は、第一長翼１３とは逆方向に捩られて形成されている。第一短翼１５のロータ軸方向Ｚ中央側の端と、第二長翼１４のロータ軸方向Ｚ他端側の端との位相差ｂは１２１．５度（約１２２度）である。
本実施形態では、第二長翼１４のロータ軸方向Ｚ他端における捩れ角度は、約６０度とされている。これにより、被混練材料が流動しにくい混練室２内のロータ端面側部において、同材料の周方向の分配（流れ）を促進することができ、被混練材料の一部が過度に温度上昇してその品質が低下することを防止できる。なお、ロータ軸方向Ｚ他端側の端部における第二長翼１４の捩れ角度を４５度以上にすれば、被混練材料の周方向の分配（流れ）を促進することができる。第二長翼１４のロータ軸方向Ｚ中央側の捩れ角度は、ロータ軸方向Ｚ他端側の捩れ角度よりも小さいので、ロータ軸方向Ｚ中央側においては、ロータ軸方向Ｚ他端側に比して、周方向の流量が小となり、被混練材料に付与するせん断力が高まるとともにロータ軸方向Ｚへの流れが促進される。
また、第二長翼１４の混練翼頂部１４ａは一定の高さに形成されており、そのチップクリアランスは、中チップクリアランスＭに相当する大きさとされている。
（第二短翼）
第二短翼１６は、混練ロータ４に翼が形成される部分のロータ軸方向Ｚ他端からロータ軸方向Ｚ中央側へ向かって形成されている。また、第二短翼１６は、前記展開形状が線形であって、被混練材料をロータ軸方向Ｚ中央側へ流すように２２度の捩れ角度で螺旋状に形成されている。すなわち、第二短翼１６は、第一短翼１５とは逆方向に捩られて形成されている。また、第二短翼１６は、第二長翼１４のロータ回転方向ｒ後方に形成されている。具体的には、第二長翼１４に対してロータ軸方向Ｚ他端において位相差ｃ＝１６９．５度（約１７０度）だけずらして形成されている。
また、第二短翼１６の混練翼頂部１６ａは一定の高さに形成されており、そのチップクリアランスは、中チップクリアランスＭに相当する大きさとされている。
（バッチ式混練機１の動作（材料混練方法））
図１を参照しつつバッチ式混練機１の動作について説明する。まず、チャンバ３にドロップドア１２を密接させた状態でフローティングウェイト８をチャンバ３から離隔させることによって、チャンバ３の上面を開口する。そして、この開口から材料供給筒７を介してゴムにシリカおよびシランカップリング剤などを配合した被混練材料をチャンバ３内（混練室２内）に装填した後、フローティングウエイト８をチャンバ３に密接させて同材料をチャンバ３（混練室２）に圧入する。
次に、混練ロータ４・５を互いに逆方向に回転させて混練を開始し、被混練材料にせん断力を加えながら分散させて同材料を混練する。そして、被混練材料が所望の混練状態となったら、ドロップドア１２をチャンバ３から離隔させて混練物（混練済み材料）を機外に排出する。
（実験結果）
次に、混練ロータ４・５を備えたバッチ式混練機１と比較例の混練ロータを備えたバッチ式混練機とを同じ条件で動作させ両者の性能の差を調査した。被混練材料は、シリカをＰＨＲ７０〜９０となるよう多量に添加した（本実験例ではＰＨＲ８０となるように配合した）被混練材料を用いた。図５は、本実施形態の混練ロータ４・５と比較例に係る混練ロータとによる混練結果を示すグラフである。表１に、実験で用いた被混練材料の配合内容を示す。
Figure 0004568785
ここで、ＰＨＲ（Parts per hundred rubber）とは、ゴム重量１００ に対する各種配合剤の重量部のことをいう。Ｓ−ＳＢＲは、溶液重合スチレンブタジエンゴムである。ＢＲは、ブタジエンゴムである。また、比較例として用いた混練ロータ（バッチ式混練機）は、混練翼として１枚の非線形翼と３枚の線形翼とを有する本出願人の特許第３９８０８４１号公報に記載された混練ロータ（４）（バッチ式混練機（１））とした。図５中、実線が本実施形態の混練ロータ４・５を用いた場合の混練結果であり、点線が比較例の混練ロータを用いた場合の混練結果である。ΔＧ‘値をグラフの縦軸にとり、ドロップドアから排出された混練物の温度（排出温度）をグラフの横軸としている。
図５から明らかなように、本実施形態の混練ロータ４・５を用いると、比較例の混練ロータを用いた場合に比して、約１５０℃〜１６０℃の全ての温度範囲で良好な品質の混練物を得ることができている。また、排出温度が高くなるほど、本実施形態の混練ロータ４・５と比較例の混練ロータとの性能の差は広がっている。したがい、高い混練温度が必要となるシリカを多量に添加した（配合した）被混練材料の混練において、従来よりも良好な品質の混練物を得ることができた。なお、比較例の混練ロータでは、１５７℃以上の排出温度にした場合、混練物に部分的な焼けが発生し良好な混練物を得ることができなかった。
本実施形態の混練ロータ４・５は、１枚の第一長翼１３について、３段階の異なるチップクリアランスＬ・Ｍ・Ｓが翼長手方向に沿って出現するように混練翼頂部が形成されるとともに、その他の３枚の混練翼１４〜１６については、第一長翼１３における中チップクリアランスＭに相当するチップクリアランスとなるように混練翼頂部が形成されている。これにより、被混練材料に対して従来技術並みのせん断力を加えながら、混練室２内での流れを複雑にすることができる。その結果、図５で示したように、被混練材料を高温状態で混練した場合において従来よりも良好な品質の混練物を得ることができる。
また、第一長翼１３のロータ軸方向Ｚ一端側の混練翼頂部は、小チップクリアランスＳよりも大きい大チップクリアランスＬが出現するように低位チップ部１３ａが形成されている。これにより、被混練材料が流動しにくい混練室２内のロータ端面側部において、材料の周方向の分配（流れ）を促進することができ、被混練材料の一部が過度に温度上昇してその品質が低下することを防止できる。なお、第一長翼１３のロータ軸方向Ｚ一端側の混練翼頂部は、中チップクリアランスＭを出現させる中位チップ部１３ｂとされていてもよい。
また、第一長翼１３のロータ軸方向Ｚ中央側の混練翼頂部は、大チップクリアランスＬよりも小さい小チップクリアランスＳが出現するように高位チップ部１３ｃが形成されている。これにより、ロータ軸方向Ｚ中央側においては、ロータ軸方向Ｚ（ロータ軸方向Ｚ他端側へ）の被混練材料の流動が促進され、周方向に続く（ロータ回転方向ｒ後方に配置された）第二長翼１４を広範囲に使って被混練材料にせん断力を与えることができる。
なお、第一長翼１３のロータ軸方向Ｚ中央側の混練翼頂部は、中チップクリアランスＭを出現させる中位チップ部１３ｂとされていてもよい。しかしながら、より望ましい形態としては、本実施形態のように、ロータ軸方向Ｚ一端側からロータ軸方向Ｚ中央側へ向かって、チップクリアランスＬ・Ｍ・Ｓの順にチップクリアランスが出現するように第一長翼１３の混練翼頂部が形成されていることである。これにより、ロータの中央部付近に高位チップ部あるいは高位チップ部と中位チップ部が位置し、混練室２に圧入されて間もない被混練材料の噛み込みを促進することができるという付加的効果が得られる。
さらに、第二長翼１４は、ロータ軸方向Ｚ他端側からロータ軸方向Ｚ中央側へ向かうにつれて捩れ角度が漸減する非線形翼に形成されているので、ロータ軸方向Ｚ中央側へ向かうにつれて周方向への被混練材料の分配が促進される。また、第一長翼１３、第一短翼１５、および第二短翼１６は、周方向への材料の分配とロータ軸方向Ｚへの材料の流動とのバランスのよい、捩れ角度が２２度となるように形成されている。これらにより、従来混練可能であった温度域（低温域）から、従来十分な混練が難しかった高温域まで広範囲に混練物の品質がより向上する。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々に変更して実施することが可能なものである。
例えば、第一長翼１３の混練翼頂部は、ロータ軸方向Ｚ一端側からロータ軸方向Ｚ中央側へ向かって、チップクリアランスＬ・Ｍ・Ｓの順に３段階の異なる大きさのチップクリアランスが出現するように形成されているが、チップクリアランスの順序はこれに限られるものではない。例えば、ロータ軸方向Ｚ一端側からロータ軸方向Ｚ中央側へ向かって、チップクリアランスＬ・Ｓ・Ｍの順、Ｍ・Ｌ・Ｓの順であってもよい。ロータ軸方向Ｚ一端側から１つ目（最初）のチップクリアランスがロータ軸方向Ｚ一端側から３つ目（最も中央側）のチップクリアランスより低位となるような３段階のチップクリアランスが出現することが重要なのである。
また、第一長翼１３以外の混練翼１４〜１６の少なくとも１つに対して、複数段階のチップクリアランスが出現するようにそれらの混練翼頂部を形成してもよい。これにより、混練室内における被混練材料の流れを更に複雑にすることができる。また、第二長翼１４は線形翼であってもよい。また、非線形に形成された長翼に対して３段階のチップクリアランスが出現するように混練翼頂部を形成したものでもよい。
また、３枚の混練翼１４〜１６にチップクリアランスを出現させる翼の場合、そのチップクリアランスは、第一長翼１３における大チップクリアランスＬ以下、小チップクリアランスＳ以上であればよい。第一長翼１３における大チップクリアランスよりも大きなチップクリアランスを出現させるように混練翼１４〜１６の混練翼頂部を形成すると、被混練材料の周方向のショートパス量が多くなりすぎて、被混練材料に対して適切なせん断力を加えることができなくなる。また、第一長翼１３における小チップクリアランスよりも小さなチップクリアランスを出現させるように混練翼１４〜１６の混練翼頂部を形成すると、被混練材料の分配性が悪化し、高温状態での混練での良好な品質の混練物を得ることができなくなる。
また、上記実施形態では、第二長翼１４を除く３枚の混練翼１３・１５・１６の捩れ角度を２２度としているが、当該捩れ角度は１５〜３５度であればよい。これにより、周方向への被混練材料の分配と、ロータ軸方向Ｚへの同材料の流動とのバランスを確保することができる。
また、上記実施形態では、非噛み合い型（接線式）の混練ロータ（混練機）を例示したが、本発明は、一軸タイプの混練ロータ（混練機）にも適用することができる。
本発明の一実施形態に係る混練ロータを備えたバッチ式混練機の正面断面図である。 図１に示す混練ロータの図である。 図１に示す混練ロータのロータ部の軸心回りの展開図である。 図３のＣ部拡大図である。 図２に示す混練ロータと比較例に係る混練ロータとによる混練結果を示すグラフである。
１：バッチ式混練機
２：混練室
４、５：混練ロータ
１３ａ〜１３ｃ、１４ａ、１５ａ、１６ａ：混練翼頂部（チップ部）
１３：第一長翼
１４：第二長翼
１５：第一短翼
１６：第二短翼
Ｌ：大チップクリアランス
Ｍ：中チップクリアランス
Ｓ：小チップクリアランス
Ｗ：ロータ長さ
Ｚ：ロータ軸方向

Claims (5)

  1. 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く被混練材料をロータ軸方向中央側へ流す方向に且つ互いに逆方向に捩れた第一長翼および第二長翼と、
    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且つ互いに逆方向に捩れた第一短翼および第二短翼と、からなり、
    前記第一短翼は、前記第一長翼のロータ回転方向後方に配置され、前記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ロータ軸方向一端側からロータ軸方向中央側へ延びる線形翼よりなり、
    前記第二短翼は、前記第二長翼のロータ回転方向後方に配置され、前記展開形状がロータ軸方向他端側からロータ軸方向中央側へ延びる線形翼よりなり、
    前記第二長翼は、ロータ軸方向他端側の端部における翼の捩れ角度が４５度以上となるように形成されており、
    前記第一長翼は、１５〜３５度となる捩れ角度に形成されているとともに、混練室内径に対する比率が０．０２５０〜０．１０００となる大チップクリアランス、当該比率が０．０１００〜０．０５００となる中チップクリアランス、および当該比率が０．００２５〜０．０２５０となる小チップクリアランスの組合せからなる３段階の異なるチップクリアランスが翼長手方向に沿って出現するように混練翼頂部が形成されており、
    前記第二長翼、前記第一短翼、および前記第二短翼は、前記大チップクリアランス以下で前記小チップクリアランス以上のチップクリアランスとなるように混練翼頂部が形成されており、
    さらに、
    前記第一長翼は、ロータ軸方向一端側からロータ軸方向中央側へ向かって、前記大チップクリアランス、前記中チップクリアランス、前記小チップクリアランスの順、前記大チップクリアランス、前記小チップクリアランス、前記中チップクリアランスの順、または前記中チップクリアランス、前記大チップクリアランス、前記小チップクリアランスの順にチップクリアランスが出現するように混練翼頂部が形成されており、
    前記第一短翼は、ロータ軸方向長さが前記第一長翼のロータ軸方向一端側に最初に出現するチップクリアランスと対応する部分の混練翼頂部のロータ軸方向長さ以上、且つ、前記第一長翼のロータ軸方向一端側に最初に出現するチップクリアランス以下のチップクリアランスとなるように形成されていることを特徴とする、混練ロータ。
  2. 前記第一長翼は、ロータ軸方向一端側からロータ軸方向中央側へ向かって、前記大チップクリアランス、前記中チップクリアランス、前記小チップクリアランスの順にチップクリアランスが出現するように混練翼頂部が形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の混練ロータ。
  3. 前記第二長翼は、前記展開形状がロータ軸方向他端側からロータ軸方向中央側へ向かうにつれて捩れ角度が漸減する非線形翼に形成されており、
    前記第一短翼、および前記第二短翼は、捩れ角度が１５〜３５度となるように形成されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の混練ロータ。
  4. 請求項１〜３のいずれかに記載の混練ロータを備えた非噛み合い型のバッチ式混練機。
  5. 請求項４に記載のバッチ式混練機によりシリカおよびシランカップリング剤を配合した被混練材料を混練する材料混練方法。
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