(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
その内部にすりつぶし混練室が設けられているバレルと、
そのすりつぶし混練室への混練原料供給口と、
その供給口から横方向に離れて配置された混練原料排出口と、
その供給口から排出口に向かう方向に沿ってすりつぶし混練室に配置された互いに平行な２本の軸と、
両軸を互いに逆方向に回転駆動する手段と、
混練原料に供給口から排出口への推進力を付与するように各軸の外周に設けられた送りヘリカルギアとを備え、
一方の軸の各ヘリカルギアと他方の軸の各ヘリカルギアとは混練原料に含まれる微粒をすりつぶし可能なように互いに噛み合わされるすりつぶし混練装置において、
その排出口よりも供給口側におけるすりつぶし混練室の一部は、その互いに噛み合わされるヘリカルギアの配置されていない冷却領域とされ、
その冷却領域は、各軸の外周囲における円筒形の外周面と前記バレルの内周面との間の空間により構成され、
その混練原料の供給口から排出口への流動が、その冷却領域の下流において抑制されることを特徴とするすりつぶし混練装置。
【請求項２】
各軸の外周に円筒形スリーブが取り付けられ、そのスリーブの滑らかな外周面が前記冷却領域を構成する円筒形の外周面とされ、各スリーブは各軸に対し着脱可能とされている請求項１に記載のすりつぶし混練装置。
【請求項３】
そのスリーブの下流側端部の外周に環状突出部が形成され、その環状突出部により混練原料の供給口から排出口への流動が冷却領域の下流側端部において抑制される請求項１または２に記載のすりつぶし混練装置。
【請求項４】
混練原料に排出口から供給口への推進力を付与するように各軸の外周に設けられた戻しヘリカルギアを備え、各送りヘリカルギアによる全推進力は各戻しヘリカルギアによる全推進力よりも大きくされている請求項１〜３の何れかに記載のすりつぶし混練装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、例えば口紅等の化粧品、チョコレート等の食料品、樹脂製品や石鹸等の原料に含まれる微粒をすりつぶし可能なすりつぶし混練装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７に示す従来のローラー型混練装置１０１は、カバー１０３に内蔵された３本のローラー１０６と、そのローラー１０６間の混練部１０２への混練原料供給口１０４と、その供給口１０４から横方向に離れた位置に配置された混練原料排出口１０５と、各ローラー１０６を図中矢印で示すように隣接するもの同志を互いに逆方向に回転駆動する手段とを備え、それらローラー１０６は供給口１０４から排出口１０５に向かう方向に直角な横方向に沿って互いに平行に配置されている。図中破線矢印で示すように、その供給口１０４からすりつぶし混練部１０２に供給された混練原料は、各ローラー１０６間で圧縮力を受けつつ混練され、スクレーパー１０７により最下流のローラー１０６から掻き取られて排出口１０５から排出される。しかし、この従来のローラー型混練装置１０１においては、ローラー１０６間での混練原料とローラー１０６との接触面積が小さいためローラー１０６間においてすりつぶされる微粒が少なく、微粒のすりつぶしを充分に行なえないという問題がある。
【０００３】
また、混練原料に含まれる微粒をバレルに内蔵された断面凸レンズ状の回転パドルの間ですりつぶし可能なパドル型混練装置が提案されている（特開平１‐１９０８００号公報）。しかし、このパドル型混練装置においては、パドル間での混練原料とパドルとの接触面積が小さいためパドル間においてすりつぶされる微粒が少なく、また、バレルとパドルとの間をすり抜ける混練原料が多いため、やはり微粒のすりつぶしを充分に行なえないという問題がある。
【０００４】
また、互いに平行な横方向に並列する２本の軸を上下複数段に設け、各軸にダブルヘリカルギアを取り付け、各段における一方の軸のダブルヘリカルギアと他方の軸のダブルヘリカルギアとを噛み合わせ、各段における２本の軸を互いに逆方向に回転駆動し、混練原料を上方から下方へ流動させることで互いに噛み合うダブルヘリカルギアの歯の間で混練原料に含まれる微粒をすりつぶし可能ないわゆるギアコンパウンダーが混練装置として従来から用いられている。しかし、このギアコンパウンダーでは粘度の高い混練原料はヘリカルギアの歯面に付着し、混練原料の上方から下方への流動が阻害されるため、生産効率が低くなるという問題がある。
【０００５】
そこで、その内部にすりつぶし混練室が設けられているバレルと、そのすりつぶし混練室への混練原料供給口と、その供給口から横方向に離れた位置に配置された混練原料排出口と、その供給口から排出口に向かう方向に沿ってすりつぶし混練室に配置された互いに平行な２本の軸と、両軸を互いに逆方向に回転駆動する手段と、混練原料に供給口から排出口への推進力を付与するように各軸の外周に設けられた送りヘリカルギアとを備えるすりつぶし混練装置が提案されている（特公平６‐７９６６２号公報）。この従来のすりつぶし混練装置によれば、すりつぶし混練室において互いに噛み合わされるヘリカルギアの歯の間で混練原料に含まれる微粒を充分にすりつぶし、また、混練原料に排出口へ向かう推進力を付与することで生産効率を低下させることなく混練を行なうことができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、その従来のすりつぶし混練装置においては、互いに噛み合わされるヘリカルギアの回転により混練原料に大きな剪断エネルギーが付与されるため、混練原料の温度が発熱により大幅に上昇する。そのため、温度依存性のある物質を含む混練原料に悪影響を及ぼすという問題がある。例えば、温度上昇に伴い粘度の低下する混練原料では微粒のすりつぶし効果が低下するという問題がある。また、香料のように温度上昇に敏感に反応する物質を含む混練原料では品質が低下するという問題がある。また、すりつぶし混練装置から排出された混練原料の温度が上昇すると、次の工程に支障が生じる場合がある。例えば、次工程において混練原料を型打ちして所望形状に成形する場合、混練原料の温度が高いと粘度が低下して形状保持ができないため所望形状に成形できなくなる。さらに、混練原料の温度が高くなるにつれて粘度低下によりすりつぶしの効果を付与できなくなる。これを防止するため、その互いに噛み合わされるヘリカルギアの回転数を低くすると、生産性が低下し、さらにすりつぶし効果も低下するという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決することのできるすりつぶし混練装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、その内部にすりつぶし混練室が設けられているバレルと、そのすりつぶし混練室への混練原料供給口と、その供給口から横方向に離れて配置された混練原料排出口と、その供給口から排出口に向かう方向に沿ってすりつぶし混練室に配置された互いに平行な２本の軸と、両軸を互いに逆方向に回転駆動する手段と、混練原料に供給口から排出口への推進力を付与するように各軸の外周に設けられた送りヘリカルギアとを備え、一方の軸の各ヘリカルギアと他方の軸の各ヘリカルギアとは混練原料に含まれる微粒をすりつぶし可能なように互いに噛み合わされるすりつぶし混練装置において、その排出口よりも供給口側におけるすりつぶし混練室の一部は、その互いに噛み合わされるヘリカルギアの配置されていない冷却領域とされ、その冷却領域は、各軸の外周囲における円筒形の外周面と前記バレルの内周面との間の空間により構成され、その混練原料の供給口から排出口への流動が、その冷却領域の下流において抑制されることを特徴とする。
【０００９】
各軸の外周に円筒形スリーブが取り付けられ、そのスリーブの滑らかな外周面が前記冷却領域を構成する円筒形の外周面とされ、各スリーブは各軸に対し着脱可能とされているのが好ましい。
【００１０】
そのスリーブの下流側端部の外周に環状突出部が形成され、その環状突出部により混練原料の供給口から排出口への流動が冷却領域の下流側端部において抑制されるのが好ましい。
【００１１】
さらに、混練原料に排出口から供給口への推進力を付与するように各軸の外周に設けられた戻しヘリカルギアを備え、各送りヘリカルギアによる全推進力は各戻しヘリカルギアによる全推進力よりも大きくされているのが好ましい。
【００１２】
【発明の作用および効果】
本発明の構成によれば、すりつぶし混練室において互いに噛み合わされるヘリカルギアの歯の間で、混練原料に含まれる微粒を充分にすりつぶすことができる。
【００１３】
そして、ヘリカルギアにより大きな剪断エネルギーを付与された混練原料が発熱により温度上昇しても、そのヘリカルギアの配置されていない冷却領域を排出口よりも供給口側においてすりつぶし混練室に設けることで、その混練原料を排出するまでに冷却することができる。これにより、生産性を向上し、且つ、混練原料の温度を低下させ、温度依存性のある物質を含む混練原料への悪影響をなくすことができる。例えば、混練原料の粘度を大きくして微粒のすりつぶし効果や混練の均一性を向上することができる。この場合、冷却領域はすりつぶし混練室の上流〜中流に設けるのが好ましく、混練原料の温度が供給前から高温である場合は上流に設け、供給後に昇温する場合は中流に設けるのがよい。また、香料のように温度上昇に敏感に反応する物質への悪影響をなくして混練原料の品質を向上できる。この場合、冷却領域は混練室の上流〜下流の何れに設けてもよい。また、排出口から排出される混練原料の温度を低下させて粘度を大きくして形状保持ができ、次工程における型打ち等に支障が生じるのを防止できる。この場合、冷却領域は混練室の下流に設けるのが好ましい。さらに、混練原料の温度を装置内で低下させることで、より少ないギアで大きなすりつぶし効果を付与することができ、さらに装置をコンパクトにできる。
【００１４】
その冷却領域を各軸の外周に取り付けられるスリーブの滑らかな外周面とバレルの内周面との間の空間により構成し、そのスリーブを各軸の外周に着脱可能に取り付けることで、スリーブの交換によりスリーブの外周面とバレルの内周面との間の隙間寸法を変更し、その冷却領域における混練原料の滞留時間を任意に変化させ、冷却能力を制御することが可能になる。
【００１５】
また、そのスリーブの外周に、混練原料の供給口から排出口への流動を抑制可能な周方向に沿う環状突出部を形成することで、混練原料の冷却領域における滞留時間を長くして冷却効果を大きくすることができる。また、そのスリーブを各軸の外周に着脱可能に取り付けることで、スリーブの交換により環状突出部の突出寸法、形状、位置を変更し、その冷却領域における混練原料の滞留時間を任意に変化させ、冷却能力を制御することが可能になる。
【００１６】
さらに、戻しヘリカルギアにより部分的に混練原料に供給口へ向かう推進力を付与することで混練の均一化を図ることができ、全体として混練原料に排出口へ向かう推進力を付与することで効率良く混練を行うことができ、本発明をより有効なものにできる。
【００１７】
【実施例】
以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。
【００１８】
図１〜図３に示されるすりつぶし混練装置１はバレル２を備え、そのバレル２の内部にすりつぶし混練室３が設けられている。そのバレル２の上部に、そのすりつぶし混練室３への混練原料の供給口４が形成されている。その供給口４から横方向に離れた位置において、そのバレル２の下部に、そのすりつぶし混練室３からの混練原料の排出口５が形成されている。その排出口５の開口面積は、バレル２に取り付けられた可動プレート５ａにより変更可能とされている。
【００１９】
そのバレル２は、両端が開口する本体２ａと、この本体２ａの両端にボルトによって着脱可能に取り付けられた軸受けプレート２ｂ、２ｃとを有する。その軸受けプレート２ｂ、２ｃに回転可能に支持された互いに平行な横方向に並列する２本の軸６、７が、すりつぶし混練室３に供給口４から排出口５に向かう方向に沿って略水平に配置されている。なお、各軸６、７は軸受けプレート２ａ、２ｃに軸受８とシール部材９とを介して支持される。両軸６、７の各一端はバレル２の外部に突出し、各突出端に駆動ギア１０ａ、１０ｂ、１１ａ、１１ｂが取り付けられ、一方の軸６の突出端にカップリング１２を介してモータ１３の出力軸が接続される。そのモータ１３により一方の軸６が回転駆動され、その一方の軸６の回転は駆動ギア１０ａ、１０ｂ、１１ａ、１１ｂを介して他方の軸７に伝達される。これにより、両軸６、７は互いに逆方向に回転駆動される。
【００２０】
そのバレル２の外周は冷却ジャケット１４により覆われ、また、各軸６、７を貫通する冷却液通路（図示省略）が形成され、その冷却ジャケット１４および冷却液通路において水等が冷却液として流動することで、すりつぶし混練室３に供給される混練原料の冷却がなされる。
【００２１】
各軸６、７の外周に、複数の送りヘリカルギア１５ａ、１５ｂと複数の戻しヘリカルギア１６ａ、１６ｂとが設けられている。一方の軸６の各送りヘリカルギア１５ａと他方の軸７の各送りヘリカルギア１５ｂとが噛み合わされ、一方の軸６の各戻しヘリカルギア１６ａと他方の軸７の各戻しヘリカルギア１６ｂとが噛み合わされる。各ヘリカルギア１５ａ、１５ｂ、１６ａ、１６ｂの外周とバレル２の内周との間の隙間は僅かなものとされている。また、各ヘリカルギア１５ａ、１５ｂ、１６ａ、１６ｂは、相隣接するもの同志の歯溝が互いに通じるものとされている。
【００２２】
各送りヘリカルギア１５ａ、１５ｂの歯すじのねじれ方向は、前記モータ１３による各軸６、７の回転と同行回転することで、混練原料に供給口４から排出口５への推進力を付与するように設定されている。各戻しヘリカルギア１６ａ、１６ｂの歯すじのねじれ方向は、前記モータ１３による各軸６、７の回転と同行回転することで、混練原料に排出口５から供給口４への推進力を付与するように設定されている。
【００２３】
各ヘリカルギア１５ａ、１５ｂ、１６ａ、１６ｂ個々により混練原料に付与される推進力は相等しく、送りヘリカルギア１５ａ、１５ｂの総数は戻しヘリカルギア１６ａ、１６ｂの総数よりも多くされ、これにより、各送りヘリカルギアによる全推進力は各戻しヘリカルギアによる全推進力よりも大きくされている。なお、送りヘリカルギア１５ａ、１５ｂの総数と戻しヘリカルギア１６ａ、１６ｂの総数とを等しくし、送りヘリカルギア１５ａ、１５ｂの歯すじのねじれ角と戻しヘリカルギア１６ａ、１６ｂの歯すじのねじれ角とを相異なるものとしたり、あるいは、送りヘリカルギア１５ａ、１５ｂの軸方向寸法を戻しヘリカルギア１６ａ、１６ｂの軸方向寸法よりも大きくすることで、各送りヘリカルギアによる全推進力を各戻しヘリカルギアによる全推進力より大きくしてもよい。
【００２４】
その互いに噛み合わされる各ヘリカルギア１５ａ、１５ｂ、１６ａ、１６ｂは、前記排出口５よりも供給口４側におけるすりつぶし混練室３の中流領域と下流領域においては配置されていない。これにより、そのすりつぶし混練室３の中流領域と下流領域とが冷却領域２０ａ、２０ｂとされている。その冷却領域２０ａ、２０ｂは、各軸６、７の外周に取り付けられる複数の円筒形スリーブ２１の滑らかな外周面とバレル２の内周面との間の空間により構成されている。
【００２５】
各ヘリカルギア１５ａ、１５ｂ、１６ａ、１６ｂと各スリーブ２１とは、各軸６、７に抜き差し可能に嵌め合わされ、各軸６、７に対してキー２３を介して同行回転可能とされ、各軸６、７に形成された段差２２と各軸６、７に抜き差し可能に嵌め合わされたシャフト２４とで挟まれることで位置決めされている。なお、各シャフト２４は各軸６、７の一端にボルトによって着脱可能に取り付けられるプレート２５により抜け止めされている。これにより、各スリーブ２１は各軸６、７に対して着脱可能とされている。
【００２６】
そのすりつぶし混練室３において最も下流に位置するスリーブ２１の下流側端部の外周に、混練原料の供給口４から排出口５への流動を抑制可能な周方向に沿う環状突出部２６が、一体的に形成されている。
【００２７】
上記すりつぶし混練装置１によれば、供給口４からすりつぶし混練室３に供給された混練原料は、各ヘリカルギア１５ａ、１５ｂ、１６ａ、１６ｂの歯と歯の間の歯溝に入り込み、各軸６、７の回転により、その歯溝および各ヘリカルギア１５ａ、１５ｂ、１６ａ、１６ｂの外周とバレル２の内周との間の隙間において流動して混練される。その混練原料に各送りヘリカルギア１５ａ、１５ｂにより付与される推進力は、各戻しヘリカルギア１６ａ、１６ｂにより付与される推進力よりも大きいので、混練原料は流動が阻止されることなく効率良く混練される。また、その互いに噛み合わされるヘリカルギア１５ａ、１５ｂ、１６ａ、１６ｂの歯の間で、混練原料に含まれる微粒を充分にすりつぶすことができる。さらに、その送りヘリカルギア１５ａ、１５ｂと戻しヘリカルギア１６ａ、１６ｂとの境界近傍において、排出口５へ向かう推進力を付与された混練原料と供給口４へ向かう推進力を付与された混練原料とが互いに混じり合うため、混練の均一化を図ることができる。
【００２８】
そして、各ヘリカルギア１５ａ、１５ｂ、１６ａ、１６ｂにより大きな剪断エネルギーを付与されて発熱により温度上昇する混練原料を、各冷却領域２０ａ、２０ｂにおいて冷却することができる。上記実施例では、スリーブ２１との摩擦により混練原料がスリーブ２１の回転に伴い周方向に流動することで、冷却ジャケット１４および冷却液通路による冷却効果を大きくすることができる。これにより、生産性を向上し、且つ、混練原料の温度を低下させ、温度依存性のある物質を含む混練原料への悪影響をなくすことができる。例えば、中流域の冷却領域２０ａにより、上流域でのヘリカルギア１５ａ、１５ｂ、１６ａ、１６ｂによる混練によって温度上昇して粘度が低下した混練原料の粘度を大きくし、下流域のヘリカルギア１５ａ、１５ｂ、１６ａ、１６ｂによる微粒のすりつぶし効果や混練の均一性を向上したり、香料のように温度上昇に敏感に反応する物質への悪影響をなくして混練原料の品質を向上できる。また、下流域の冷却領域２０ｂにより、排出口５から排出される混練原料の温度を低下させて粘度を大きくし、次工程における型打ち等に支障が生じるのを防止できる。さらに、混練原料の温度を装置内で低下させることで、より少ないギアでより大きなすりつぶし効果を付与することができ、さらに装置をコンパクトにできる。また、スリーブ２１の外周に環状突出部２６を形成し、混練原料の供給口から排出口への流動を抑制することで、混練原料の冷却領域２０ｂにおける滞留時間を長くして冷却効果を大きくすることができる。また、そのスリーブ２１を各軸６、７の外周に着脱可能に取り付けることで、スリーブ２１の交換により環状突出部２６の突出寸法、形状、位置を変更し、混練原料の冷却領域２０ｂにおける滞留時間を任意に変化させ、冷却能力を制御することが可能になる。さらに、そのスリーブ２１の交換により、スリーブ２１の外周面とバレル２の内周面との間の隙間寸法ｔを変更し、混練原料の冷却領域２０ａ、２０ｂにおける滞留時間を任意に変化させ、冷却能力を制御することが可能になる。
【００２９】
図４は本発明の第１変形例を示す。上記実施例との相違は、すりつぶし混練室３における中流域においてのみ冷却領域２０ｃを設け、また、スリーブ２１の軸方向間中央に環状突出部２６′を形成した点にある。他は上記実施例と同様で同一部分は同一符号で示す。
【００３０】
図５は本発明の第２変形例を示す。上記実施例との相違は、すりつぶし混練室３における上流域においてのみ冷却領域２０ｄを設け、また、スリーブ２１に環状突出部を形成せず、さらに、最も下流に位置するスリーブ２１の下流側端部の外周に、下流に向かうに従い径外方向に向かうテーパ面３０を形成し、各ヘリカルギア１５ａ、１５ｂ、１６ａ、１６ｂの歯底径を各スリーブ２１の外径よりも大きくすると共にテーパ面３０の最大外径に等しくした点にある。他は上記実施例と同様で同一部分は同一符号で示す。そのテーパ面３０により、混練原料の冷却領域２０ｄから各ヘリカルギア１５ａ、１５ｂ、１６ａ、１６ｂの間への流動の円滑化が図られている。また、冷却領域２０ｄをすりつぶし混練室３における上流域に設けることで、混練原料の温度が供給前から高温である場合に効果的に冷却できる。
【００３１】
図６は本発明の第３変形例を示す。上記実施例との相違は、すりつぶし混練室３における下流域においてのみ冷却領域２０ｅを設け、また、スリーブ２１に環状突出部を形成していない点にある。他は上記実施例と同様で同一部分は同一符号で示す。
【００３２】
なお、本発明は上記実施例や変形例に限定されるものではない。例えば、冷却領域をすりつぶし混練室３における上流域と中流域とに設けたり、上流域と下流域とに設けたり、３つ以上の冷却領域を設けるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例のすりつぶし混練装置の平断面図
【図２】図１のＩＩ‐ＩＩ線に沿う断面図
【図３】図２のＩＩＩ‐ＩＩＩ線に沿う断面図
【図４】本発明の第１変形例のすりつぶし混練装置の平断面図
【図５】本発明の第２変形例のすりつぶし混練装置の縦断面図
【図６】本発明の第３変形例のすりつぶし混練装置の縦断面図
【図７】従来例の混練装置の構成説明図
【符号の説明】
１  すりつぶし混練装置
２  バレル
３  すりつぶし混練室
４  供給口
５  排出口
６、７  軸
１３  モータ
１５ａ、１５ｂ  送りヘリカルギア
１６ａ、１６ｂ  戻しヘリカルギア
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ  冷却領域
２１  スリーブ
２６、２６′  環状突出部
【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】
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