(57)【要約】【課題】混練材料との接触面積を増大させ、混練材料を良好に冷却し得るロータ、およびかかるロータを有する混練機を提供する。【解決手段】  混練機１は、混練材料を収容する混練槽２と、混練槽２内に配置されたロータ３と、ロータ３内に配置され、ロータ３の温度を調整する冷却部とを有する。ロータ３は、円筒状のロータ軸３１と、ロータ軸３１から外方に突出して設けられたロータ翼３３とを備え、ロータ軸３１は、その外表面に複数の冷却用の凸部３４または凹部３５を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
混練材料を混練するのに使用されるロータであって、
ロータ軸と、
前記ロータ軸から外方に突出して設けられたロータ翼とを備え、
前記ロータ軸は、その外表面に複数の冷却用の凸部または凹部を有することを特徴とするロータ。
【請求項２】
前記ロータ軸の径方向において、前記複数の凸部の頂点と前記ロータ軸の中心軸との離間距離が等しい請求項１に記載のロータ。
【請求項３】
各前記凸部は、丸みを帯びた頂部を備える請求項２に記載のロータ。
【請求項４】
隣り合う前記凸部同士の境界部も丸みを帯びている請求項３に記載のロータ。
【請求項５】
前記ロータ軸の軸方向に直交する断面において、前記ロータ軸の前記外表面は、連続する波形状をなしている請求項１〜４のいずれか１項に記載のロータ。
【請求項６】
各前記凸部は、前記ロータ軸の軸方向に沿って配置されている請求項１〜５のいずれか１項に記載のロータ。
【請求項７】
各前記凸部は、前記ロータ軸の軸方向に対して傾斜した方向に沿って配置されている請求項１〜５のいずれか１項に記載のロータ。
【請求項８】
前記複数の凸部または凹部は、散在して配置されている請求項１〜５のいずれか１項に記載のロータ。
【請求項９】
前記ロータ軸の軸方向に直交する断面において、各前記凸部は、前記ロータ軸の回転方向前方側の第１傾斜面と後方側の第２傾斜面とを有し、前記第１傾斜面の曲率が前記第２傾斜面の曲率より小さい請求項１〜８のいずれか１項に記載のロータ。
【請求項１０】
前記ロータ翼も、その外表面に複数の凸部を有する請求項１〜９のいずれか１項に記載のロータ。
【請求項１１】
混練材料を収容する混練槽と、
前記混練槽内に配置された請求項１〜１０のいずれか１項に記載のロータとを有することを特徴とする混練機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータおよび混練機に関する。
【背景技術】
【０００２】
ゴム材料、プラスチック材料等の混練材料を混練する装置として混練機が知られている。従来の混練機において使用されるロータは、ロータ軸と、このロータ軸の表面に形成されたロータ翼と、ロータ内に設けられた冷却部とを有している（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−０１３４６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の混練機では、混練性能を高めようとすると冷却性能が不十分となるおそれがある。
本発明の目的は、混練材料との接触面積を増大させ、混練材料を良好に冷却し得るロータ、およびかかるロータを有する混練機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明のロータの一つの態様は、混練材料を混練するのに使用され、ロータ軸と、前記ロータ軸から外方に突出して設けられたロータ翼とを備え、前記ロータ軸は、その外表面に複数の冷却用の凸部または凹部を有する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の一つの態様によれば、混練材料を良好に冷却しつつ、混練材料を混練することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の混練機の一実施形態を示す断面図である。
【図２】図１に示す混練機の冷却水の循環経路を示す図である。
【図３】図１に示す混練機が備えるロータの平面図である。
【図４】図３中のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】ロータの他の第１構成例を示す平面図である。
【図６】ロータの他の第２構成例を示す平面図である。
【図７】ロータの他の第３構成例を示す平面図である。
【図８】ロータの他の第４構成例を示す断面図である。
【図９】ロータの他の構成の一部を拡大して示す断面図である。
【図１０】ロータの他の構成の一部を拡大して示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明のロータおよび混練機を添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の混練機の一実施形態を示す断面図、図２は、図１に示す混練機の冷却水の循環経路を示す図、図３は、図１に示す混練機が備えるロータの平面図、図４は、図３中のＡ−Ａ線断面図、図５〜図７は、それぞれロータの他の第１〜第３構成例を示す平面図、図８は、ロータの他の第４構成例を示す断面図である。
なお、以下では、説明の都合上、図１中の上側を「上」または「上方」、下側を「下」または「下方」と言う。
【０００９】
図１に示す混練機１は、ブタジエンゴムのようなゴム材料、ポリオレフィンのようなプラスチック材料等の高粘度の混練材料を混練する密閉式混練機である。この混練機１は、混練材料を収容する混練槽２と、混練槽２の上部開口部に上下方向に摺動可能に挿入される加圧蓋５と、混練槽２に収容された混練材料を混練する２本のロータ３、３とを備えている。
本実施形態では、混練槽２、加圧蓋５およびロータ３、３は、それぞれジャケット構造を有している。ジャケット構造のジャケット（流路）Ｊ１、Ｊ２、Ｊ３に、外部から冷却水を通過させることによって、混練材料が接触する伝熱面を介して、混練材料を冷却するように構成されている。
【００１０】
混練槽２は、側面および底面を形成する筒状壁部２ｃと、他の側面を形成する側壁部２ａおよび２ｂとを有し、これらの側壁部２ａ、２ｂおよび筒状壁部２ｃが外側壁部２ｅで覆われている。混練槽２は、上部開口部で開放しており、加圧蓋５が上方から挿入される。そして、側壁部２ａおよび２ｂと、筒状壁部２ｃと、加圧蓋５とにより、混練槽２の内部空間が画成されている。
ジャケットＪ１は、側壁部２ａ、２ｂおよび筒状壁部２ｃと、外側壁部２ｅとにより画成された空間であり、混練槽２の内部空間の外側に位置する。
【００１１】
加圧蓋５は、上下に移動可能な状態で混練槽２に対して配置される。加圧蓋５を上方に移動して、混練槽２の上部開口部を開放することにより、混練材料を混練槽２に投入することができる。その後、加圧蓋５を下方に移動させ、投入された混練材料を上方から加圧しながら、ロータ３を回転させることにより、混練材料を混練することができる。また、混練材料の混練終了後は、加圧蓋５を上方に移動させ、混練槽２の上部開口部を開放することにより、混練された混練材料を取り出すことができる。
ジャケットＪ２は、加圧蓋５の内部に形成された空間であり、混練材料を投入する内部空間側に偏在している。
【００１２】
混練槽２の内部空間は、図１に示すように、中心軸が平行な一対の円柱の空間を、その側部の一部が重なり合う状態で配置した形状をしている。そして、一対のロータ３が、その中心軸を円柱の空間の中心軸と一致した状態で、混練槽２の内部に回転可能に配置されている。
ロータ３は、円筒状のロータ軸３１と、ロータ軸３１から外方に（混練槽２に向かって）突出して設けられたロータ翼３３とを備えている。なお、ロータ翼３３は、対向する一対のロータ３同士の間で、相互に重なることがない接線方式とされている。
【００１３】
ジャケットＪ３は、ロータ３の内部に形成された空間であり、ロータ軸内流路Ｊ３１とロータ翼内流路Ｊ３２とを有している。ロータ軸内流路Ｊ３１は、ロータ３の中心軸に平行にロータ軸３１の表面近くに円筒状に形成されている。ロータ翼内流路Ｊ３３は、ロータ翼３３の内部に形成されている。ロータ軸内流路Ｊ３１およびロータ翼内流路Ｊ３２と、これらに通過される冷却水（冷媒）とにより、ロータ３内に配置された冷却部が構成されている。
【００１４】
また、混練槽２および加圧蓋５の上部には、加圧蓋５の上下方向の位置を検出する検出器６ａ、６ｂが配設されている。検出器６ａ、６ｂは、例えば、リニアスケール、光電管、リミットスイッチ等を含んで構成されている。
また、混練装置１は、混練作業中、加圧蓋５をロータ３、３側に押圧する加圧シリンダＳ、および、検出器６ａ、６ｂからの加圧蓋５の上下方向の位置データを受けるとともに、各部の動作を制御する制御機構７を備えている。
【００１５】
以上のような混練装置１では、まず、加圧蓋５を上方に移動して、混練槽２の上部開口部を開放することにより、混練材料を混練槽２に投入する。その後、加圧蓋５を下方に移動させ、上部開口部を閉鎖する。次いで、加圧シリンダＳによって加圧蓋５を下方に向かって押圧することで、投入された混練材料を上方から加圧する。この状態を維持しながら、ロータ３を回転させることにより、混練材料を混練する。
混練材料を混練する際、混練材料がせん断や変形等の作用を受けることで発熱するが、各ジャケットＪ１、Ｊ２、Ｊ３に冷却水を通過させることで、伝熱面２ｄおよびロータ３に混練材料が接触し、効率よく冷却される。
【００１６】
図２に示すように、各ジャケットＪ１、Ｊ２、Ｊ３には、冷却水供給管４１から、それぞれ流量制御アクチュエータＡ１、Ａ２、Ａ３によって水量を制御された冷却水が、供給口Ｊ１ａ、Ｊ２ａ、Ｊ３ａを介して送られる。
そして、ジャケットＪ１、Ｊ２、Ｊ３を通過する冷却水は、混練材料と接触する伝熱面２ｄを介して、混練材料から熱を奪い、排出口Ｊ１ｂ、Ｊ２ｂ、Ｊ３ｂを介して冷却水排出管４２に戻る。
その後、冷却水は、冷却装置（不図示）によって再び冷却され、冷却水供給管４１に送られ、循環するように構成されている。
【００１７】
流量制御アクチュエータＡ１、Ａ２、Ａ３は、冷却水供給管４１からの冷却水の量を制御できる機構であればよく、例えば、電磁弁等で構成することができる。
制御機構７は、検出器６ａ、６ｂからの加圧蓋５の上下方向の位置データを受け、流量制御アクチュエータＡ１、Ａ２、Ａ３を制御する。具体的には、制御機構７は、流量制御アクチュエータＡ１、Ａ２、Ａ３を制御して、加圧蓋５の上下方向の位置データに対応した水量の冷却水を、混練槽２、加圧蓋５およびロータ３の各ジャケットＪ１、Ｊ２、Ｊ３に通過させる。
この際、制御機構７は、供給する冷却水を、混練槽２、加圧蓋５およびロータ３の各ジャケットＪ１、Ｊ２、Ｊ３に、どのような割合で振り分けるかを制御する。また、この制御では、加圧蓋５のジャケットＪ２に通過させる冷却水の量の割合を、どのタイミングで増加させるかも、加圧蓋５の上下方向の位置によって制御する。
【００１８】
上述したように、ロータ３は、ロータ軸３１と、ロータ軸３１から外方に突出して設けられたロータ翼３３とを備えている。図３および図４に示すように、ロータ翼３３は、ロータ軸３１の外表面３２に、ロータ軸３１の各端部からほぼ中央にわたって螺旋状に形成されている。
さらに、本発明では、ロータ軸３１の外表面３２に、複数の冷却用の凸部３４が形成されている。換言すれば、凸部３４同士の間の部分が凹部３４２を構成していると捉えることもできる。かかる凸部３４を設けることにより、ロータ軸３１（ロータ３）の混練材料との接触面積を増大させることができ、冷却部による混練材料の冷却効率を向上させることができる。また、従来から使用される混練槽２内の容積を変更することなく、すなわち混練性能を確保した上で、混練材料の冷却性能を向上させることができる。
【００１９】
本実施形態では、各凸部３４は、図３に示すように、長尺状をなし、ロータ軸３１の軸方向に沿って配置されている。かかる構成により、ロータ軸３１と混練材料との接触面積を十分に大きくするとともに、混練材料を均一に混練することができる。
ここで、「長尺」とは、縦方向の長さが横方向の長さより大きいことを言う。したがって、「長尺状の凸部３４」とは、細長い凸部（すなわち凸条）である。
【００２０】
図４に示すように、各凸部３４は、頂部３４１を含む全体が丸みを帯びている。これにより、混練材料との接触面積が増大して、混練材料の冷却効率を向上させることができる。また、各凸部３４の幅（輪郭）Ｗが連続して変化するため、その外表面に大きな段差が生じず、よって混錬材料が付着（残留）し難い。
また、本実施形態では、隣り合う凸部３４同士の境界部（凹部３４２）も丸みを帯びている。これにより、ロータ軸３１の軸方向に直交する断面（図３中のＡ−Ａ線断面）において、ロータ軸３１の外表面３２は、連続する波形状をなしている。かかる構成により、隣り合う凸部３４同士の間に大きな段差が生じないので、混錬材料が付着し難い。よって混練材料を混練する際に、混練材料がロータ軸３１の外表面３２に固着し難くなる。このため、混練材料を均一に混練することができる。
【００２１】
また、ロータ軸３１の径方向において、複数の凸部３４の頂点とロータ軸３１の中心軸との離間距離（最大半径）Ｌ１がほぼ等しくなっている。また、隣り合う凸部３４同士の境界（凹部３４２の頂点）とロータ軸３１の中心軸との離間距離（最小半径）Ｌ２もほぼ等しくなっている。すなわち、複数の凸部３４の高さがほぼ等しくなっている。かかる構成により、ロータ軸３１の周方向において、混練槽２の内部空間の容積が急激に変化しないため、混練材料の混練状態が不均一になるのを防止することができる。
ロータ軸３１の最大直径（２×Ｌ１）を２００〜５００ｍｍ程度とした場合、各凸部３４は、好ましくは、幅Ｗが２０〜１００ｍｍ程度、高さＨが１０〜３０ｍｍ程度に設計される。
【００２２】
なお、複数の長尺状の凸部３４は、図３の構成では、ロータ軸３１の軸方向に沿って配置されているが、図５に示す構成のように、ロータ軸３１の中心軸に対して傾斜する方向に沿って（螺旋状に）配置してもよい。かかる構成によれば、混錬材料との接触面積をより増大させ、混錬材料の冷却効率をより向上させることができる。
また、図６および図７に示すように、複数のドーム状の凸部３４をロータ軸３１の外表面３２に散在させて配置してもよい。なお、図６では、凸部３４が周方向に沿って配置されており、図７では、凸部３４が周方向に対して傾斜する方向に沿って（螺旋状に）配置されている。かかる構成によっても、混練材料の冷却効率を高めることができる。この場合、隣り合う凸部３４同士の間の領域（境界部）は、平坦面で構成されてもよいし、湾曲凹面で構成されてもよい。
【００２３】
さらに、各凸部３４は、円盤状のプレートをロータ軸３１と同心的に配置することで形成することもできる。
また、ロータ軸３１の外表面３２には、冷却用の凸部３４に代えて、図８に示すように、冷却用の凹部３５を配置するようにしてもよい。かかる構成によっても、混錬材料の冷却効率を高めることができる。なお、凹部３５は、凸部３４で説明した形状を転写したような形状とすることができる。
【００２４】
ロータ３は、図９および図１０に示す構成とすることもできる。
図９および図１０は、それぞれロータの他の構成の一部を拡大して示す断面図（ロータ軸３１の軸方向に直交する断面を示す図）である。
図９に示すロータ３では、各凸部３４は、ロータ軸３１の回転方向前方側の第１傾斜面３４３と後方側の第２傾斜面３４４とを有している。そして、第１傾斜面３４３の曲率が第２傾斜面３４４の曲率より小さく設計されている。かかる構成により、混練材料がロータ軸３１の周方向に沿って移動し易く、すなわち混練槽２内で回転し易くなる。このため、混練材料の冷却効率を低下させることなく、混練材料の混練状態の均一性をより高めることができる。
図１０に示すロータ３では、ロータ軸３１に加えて、ロータ翼３３の外表面にも複数の凸部３３１が形成されている。かかる構成により、混練材料の冷却効率をより高めることができる。各凸部３３１の形状は、ロータ翼３３の長手方向に沿った長尺状であってもよく、ロータ翼３３の外表面に散在するドーム状であってもよい。
また、ロータ３内に配置された冷却部を備えることで、隣り合う凸部３４同士の境界部（凹部３４２）においてロータ軸３１が薄肉であるため、境界部と冷却部との距離が近くなる。これにより、境界部における冷却性能が向上し、さらなる冷却効率の向上を図ることができる。
【００２５】
以上、本発明のロータおよび混練機について説明したが、本発明は、前述した実施形態の構成に限定されない。
例えば、本発明のロータおよび混練機は、それぞれ前述した実施形態に構成において、他の任意の構成を追加してもよいし、同様の機能を発揮する任意の構成と置換されていてよい。
例えば、各凸部３４および各凸部３３１の外形状は、角張った形状であってもよい。
また、混練材料の種類によっては、各ジャケットＪ１、Ｊ２、Ｊ３には、冷却水に代えて温水を通過させるようにしてもよい。これにより、混練材料を加温しつつ、混練することができる。この場合も、ロータ３を上記構成とすれば、混練材料の加温効果を向上させることができる。
さらに、ローラ３の温度の調整は、ロータ３内への流体の通過に限らず、ヒータやペルチェ素子を配置することで行うようにしてもよい。
【符号の説明】
【００２６】
１            混練機
２            混練槽
２ａ、２ｂ    側壁部
２ｃ          筒状壁部
２ｄ          伝熱面
２ｅ          外側壁部
３            ロータ
３１          ロータ軸
３２          外表面
３３          ロータ翼
３４          凸部
３４１        頂部
３４２        凹部（境界部）
３４３        第１傾斜面
３４４        第２傾斜面
３５          凹部
４１          冷却水供給管
４２          冷却水排出管
５            加圧蓋
６ａ、６ｂ    検出器
７            制御機構
Ａ１、Ａ２、Ａ３  流量制御アクチュエータ
Ｊ１、Ｊ２、Ｊ３  ジャケット
Ｊ３１          ロータ軸内流路
Ｊ３３          ロータ翼内流路
Ｊ１ａ、Ｊ２ａ、Ｊ３ａ  供給口
Ｊ１ｂ、Ｊ２ｂ、Ｊ３ｂ  排出口
Ｓ            加圧シリンダ
Ｌ１、Ｌ２    離間距離
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2020157739.tif 000009
【図８】
2020157739.tif 000010
【図９】
2020157739.tif 000011
【図１０】
2020157739.tif 000012