(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原動機（１２）によって回転駆動される入力軸（１５）と、当該入力軸（１５）から減速歯車（２１）を介して回転力が伝達される第１出力軸（１７）と、当該第１出力軸（１７）から分配歯車（２７）を介して回転力が分配される第２出力軸（１８）とを備え、前記第１出力軸（１７）及び第２出力軸（１８）は、混練機本体（３）の一対のスクリュシャフト（２ａ，２ｂ）が継手（１６）を介して接続されるものであって、両出力軸（１７，１８）の回転力によって、混練機本体（３）に設けられた対の混練部（８）を、互いに異方向且つ両出力軸（１７，１８）間で下向きに回転駆動する二軸混練機の駆動装置において、
前記減速歯車（２１）は、前記入力軸（１５）及び第１出力軸（１７）にそれぞれ設けられて互いに噛合すると共に、前記分配歯車（２７）は、前記第１出力軸（１７）と第２出力軸（１８）とにそれぞれ設けられて互いに噛合しており、
前記第１出力軸（１７）の回転中心（Ｏ）をＸ−Ｙ座標系の原点とし、原点から前記第２出力軸（１８）の回転中心（Ｃ）側へ向かう向きをＸ軸の正方向とした際に、当該Ｘ軸に対して、前記第１出力軸（１７）の回転中心（Ｏ）と入力軸（１５）の回転中心（Ｇ）とを結ぶ直線のなす角度φが、０度〜９０度の範囲内に入るように、入力軸（１５）、第１出力軸（１７）及び第２出力軸（１８）が配置されていることを特徴とする二軸混練機の駆動装置。
【請求項２】
減速歯車（２１）同士の噛合いにより、第１出力軸（１７）側の減速歯車（２２ｂ，２３ｂ）に発生する歯車反力（Ｆｇ）が、その噛合位置における減速歯車（２１）の接線方向に対してなす角度をθｇとし、
分配歯車（２７）同士の噛合いにより、第１出力軸（１７）側の分配歯車（２７ａ）に発生する歯車反力（Ｆｃ）が、その噛合位置における分配歯車（２７）の接線方向に対してなす角度をθｃとしたときに、
前記角度φは、角度θｇと角度θｃの和と等しくされていることを特徴とする請求項１記載の二軸混練機の駆動装置。
【請求項３】
減速比の異なる複数の減速歯車対（２２，２３）を備え、それぞれの減速歯車対（２２，２３）の歯直角圧力角（α）及びねじれ角（β）が等しくされていることを特徴とする請求項１又は２に記載の二軸混練機の駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラスチック、ゴム等の混練に使用される異方向回転二軸混練機の駆動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の二軸混練機としては、図５に示すようなものがあり、この二軸混練機３１は、コンパクトドライブ方式と呼ばれるものであって、チャンバ内に左右一対のスクリュシャフト２ａ，２ｂを有する混練機本体３と、スクリュシャフト２ａ，２ｂを回転駆動させる駆動装置５とから構成されている。
【０００３】
混練機本体３のスクリュシャフト２ａ，２ｂには、被混練材のフィード部７，９と、一翼又は複翼を備えたロータ部８がそれぞれ設けられており、図示しない投入口から被混練材をフィード部７に供給すると、ロータ部８による強いせん断作用によって、溶融しながら混練される。
駆動装置５では、原動機１２からの回転力が継手１４を介して入力軸１５に伝達され、さらに、減速歯車２１を介して出力軸３２に伝達される。出力軸３２の回転力は、継手１６を介して一対のスクリュシャフト２ａ，２ｂの内の一方のスクリュシャフト２ａに伝達される。また、スクリュシャフト２ａ，ｂには、分配歯車３３ａ，３３ｂが設けられており、他方のスクリュシャフト２ｂにも均等に回転力が伝達される。
【０００４】
また、各スクリュシャフト２ａ，２ｂの両端は、軸受１０によって支持されており、分配歯車３３とロータ部８の中間部は、中間軸受３４によって支持されている。
スクリュシャフト２ａ，２ｂが、図のように回転すると、前記中間軸受３４と分配歯車３３ａ，３３ｂには、分配歯車３３ａ，３３ｂに発生する歯車反力Ｐ，Ｓによる荷重が加わる他、可塑化時にロータ部８に発生する大きな曲げ応力（ロータ部荷重）Ｗも加わる。
【０００５】
したがって、中間軸受３４と分配歯車３３ａ，３３ｂの設計には、歯車反力Ｐ，Ｓとロータ部荷重Ｗを考慮する必要がある。歯車反力Ｐ，Ｓは、歯車の歯直角圧力角とねじれ角とによって決まるが、ロータ部荷重Ｗは、樹脂の種類、処理量及びスクリュシャフト２ａ，２ｂの回転数等によって変化するため、発生するロータ部荷重Ｗを予め予測するのが困難である。このため、中間軸受３４及び分配歯車３３ａ，３３ｂの寿命が極端に短くなったり、過剰な寿命となったりする場合がある。
【０００６】
また、二軸混練機としては、図６に示すような、ユニドライブ方式と呼ばれるものもある。この二軸混練機４１は、分配歯車を混練機本体３側ではなく、駆動装置５側に設けて、駆動装置５の一対の出力軸１７，１８によって一対のスクリュシャフト２ａ，２ｂをそれぞれ回転駆動するものである。
この駆動装置５では、入力軸１５の回転力は、減速歯車２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂを介して第１出力軸１７に伝達され、さらに、分配歯車２７ａ，２７ｂを介して第２出力軸１８にも伝達される。各出力軸１７，１８は、継手１６を介して混練機本体１６のスクリュシャフト２ａ，２ｂにそれぞれ接続されている。
【０００７】
また、各軸１５，１７，１８は、入力軸１５、第１出力軸１７、第２出力軸１８の順に、回転中心が同一直線上に位置するように配置され、さらに、各軸１５，１７，１８の両端は、軸受１９によって支持されており、また、第１出力軸１７の減速歯車２３ｂと、分配歯車２７ａとの間には、中間軸受２９が設けられている。
【０００８】
このユニドライブ方式の混練機４１では、前記コンパクトドライブ方式と異なり，分配歯車が駆動装置５内に含まれるため、中間軸受２９や分配歯車２７では、ロータ部荷重Ｗを考慮する必要がない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記ユニドライブ方式の二軸混練機においては、各軸１５，１７，１８が上記のように配置されているため、以下のような問題がある。
すなわち、第１出力軸１７の中間軸受２９には、図６に示すように、減速歯車２３（２２）によって発生する歯車反力Ｆｇと、分配歯車２７で発生する歯車反力Ｆｃがほぼ同方向に作用するので、第１出力軸１７に大きな力がかかる。特に、中間軸受２９への荷重は、第１出力軸１７両端の軸受１９に比較して著しく大きなものとなり、中間軸受２９の寿命が短くなる。このため、軸受交換のためにラインを停止させる必要が頻繁に生じ、混練機の運転効率が低下する。
【００１０】
本発明は、このような実情に鑑み、歯車反力による第１出力軸への荷重を低減することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成すべく、以下の技術的手段を講じた。すなわち、本発明の特徴は、原動機によって回転駆動される入力軸と、当該入力軸から減速歯車を介して回転力が伝達される第１出力軸と、当該第１出力軸から分配歯車を介して回転力が分配される第２出力軸とを備え、両出力軸の回転力によって、混練機本体に設けられた対の混練部を互いに異方向に回転駆動する二軸混練機の駆動装置において、第１出力軸の回転中心と第２出力軸の回転中心とを結ぶ直線に対して、第１出力軸の回転中心と入力軸の回転中心とを結ぶ直線のなす角度が、−９０度〜９０度の範囲内に入るように前記入力軸、第１出力軸及び第２出力軸が配置されている点にある。
【００１２】
ここで、減速歯車や分配歯車によって発生する歯車反力Ｆは、歯車外周縁の歯車噛合位置における接線方向に作用する接線力Ｐと、歯車径内方向に作用する分離力Ｓとの合力として考えることができる。本発明は、より大きな分力である接線力Ｐに着目してなされたものであり、減速歯車によって生じる歯車反力Ｆｇの接線力Ｐｇが、分配歯車によって生じる歯車反力Ｆｃの接線力Ｐｃを大きくしないようにしたものである。
【００１３】
つまり、上記構成のように、第１出力軸の回転中心と第２出力軸の回転中心とを結ぶ直線と、第１出力軸と入力軸の回転中心とを結ぶ直線のなす角度φが、−９０度〜９０度の範囲内に入るようにすれば、接線力Ｐｇは、接線力Ｐｃと同方向に作用する成分を有しない。すなわち、接線力Ｐｇは、接線力Ｐｃをその接線方向へは大きくしないか、又は減少させる方向に作用する。
【００１４】
また、角度φとしては、０度から９０度の範囲内とすることが好ましい。
これは、接線力Ｐｇに加えて、減速歯車によって生じる歯車反力Ｆｇの分離力Ｓｇが接線力Ｐｃに与える影響をも考慮したものであって、角度φが０〜９０度の範囲内であれば、分離力Ｓｇも、接線力Ｐｃと同方向に作用する成分を有しない。すなわち、分離力Ｓｇは、接線力Ｐｃをその接線方向へは大きくしないか、又は減少させる方向に作用する。
【００１５】
さらに、減速歯車同士の噛合いにより、第１出力軸側の減速歯車に発生する歯車反力Ｆｇが、その噛合位置における減速歯車の接線方向に対してなす角度をθｇとし、分配歯車同士の噛合いにより、第１出力軸側の分配歯車に発生する歯車反力Ｆｃが、その噛合位置における分配歯車の接線方向に対してなす角度をθｃとしたときに、前記角度φを、角度θｇと角度θｃの和と等しくするのが好適である。
【００１６】
このような入力軸、第１出力軸、第２出力軸の配置を採用すると、減速歯車で発生する歯車反力Ｆｇと、分配歯車で発生する歯車反力Ｆｃとは、１８０度反対方向に作用することとなり、これらの歯車反力Ｆｇ，Ｆｃを最大限相殺することができる。
また、本発明の特徴は、減速比の異なる複数の減速歯車対を備え、それぞれの減速歯車対の歯直角圧力角及びねじれ角が等しくされている点にもある。
【００１７】
歯車反力の向きは、歯車の歯直角圧力角とねじれ角によって決まるため、それぞれの減速歯車対の歯直角圧力角及びねじれ角を共通化することにより、いずれの減速歯車対によって出力軸を駆動させても、歯車反力Ｆｇ，Ｆｃの相殺関係を一定に保つことができる。
【００１８】
【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、二軸混練機１を示している。この２軸混練機１は、チャンバ内に左右一対のスクリュシャフト２ａ，２ｂを有する混練機本体３と、スクリュシャフト２ａ，２ｂを回転駆動させる駆動装置５とから構成されている。
【００１９】
混練機本体３のスクリュシャフト２ａ，２ｂには、それぞれ第１フィード部７、ロータ部（混練部）８、第２フィード部９が軸方向に順番に設けられている。また、スクリュシャフト２ａ，２ｂの両端は、軸受１０によって回動自在に支持されている。
投入口（図示せず）から第１フィード部７に被混練材を投入すると、ロータ部９において、強いせん断作用により溶融しながら混練が行なわれる。
【００２０】
前記駆動装置５は、スクリュシャフト２ａ，２ｂを回転駆動させるためのものであって、モータ等の原動機１２と、減速部１３とから構成されている。減速部１３は、継手１４を介して原動機１２と接続された入力軸１５と、継手１６を介してスクリュシャフト２ａ，２ｂに接続された一対の出力軸１７，１８とを備えている。また、それぞれの軸１５，１７，１８の両端は、軸受１９によって回動自在に支持されている。
【００２１】
入力軸１５の回転は、はすば歯車からなる減速歯車２１によって、第１出力軸１７に伝動される。減速歯車２１としては、高速歯車対２２ａ，２２ｂと低速歯車対２３ａ，２３ｂとが設けられており、第１出力軸１７に設けられたスプライン式クラッチ２５によって、いずれかの歯車対２２，２３を選択可能とされ、回転数を二段に変化させることができる。
【００２２】
さらに、第１出力軸１７からは、はすば歯車からなる分配歯車２７ａ，２７ｂによって、第１出力軸１７と均等な回転力が第２出力軸１８に伝動され、両出力軸１７，１８の回転力が、一対のスクリュシャフト２ａ，２ｂを回転駆動させる。
また、第１出力軸１７は、両端の軸受１９の他、高速歯車２２ｂと分配歯車２７ａとの中間位置において中間軸受２９により支持されている。
【００２３】
図１に示すように、第１出力軸１７と第２出力軸１８とは、水平に並置されている。また、入力軸１５は、第２出力軸１８の上方に配置されている。すなわち、入力軸１５は、第１出力軸１７の回転中心Ｏと、第２出力軸１８の回転中心Ｃとを結ぶ直線と、第１出力軸１７の回転中心Ｏと入力軸１５の回転中心Ｇとを結ぶ直線とが、所定の角度φを有するように配置されている。
【００２４】
この角度φは、減速歯車２１の回転によって生じる歯車反力Ｆｇと分配歯車２７の回転によって生じる歯車反力Ｆｃを相殺させ、第１出力軸１７に作用する力を軽減し、中間軸受２９に発生する荷重を低減するように設定されている。
以下、中間軸受２９への荷重を最大限低減させる角度φの設定について説明する。
【００２５】
まず、図１に示すように、第１出力軸１７の回転中心Ｏを原点とし、原点Ｏと第２出力軸１８の回転中心Ｃとを結ぶ直線をＸ軸とし、このＸ軸と鉛直方向で直交する直線をＹ軸とする座標を考える。ただし、この座標系においては、原点ＯからＣへ向かう向きが正である。
ここで、第１出力軸１７側の減速歯車２２ｂ（２３ｂ）に発生する歯車反力Ｆｇは、減速歯車対２１の噛合位置において、図に示すように、減速歯車２１の噛合位置における接線方向から第１出力軸１７の回転中心Ｏ側へ角度θｇ程傾斜した方向に作用する。
【００２６】
また、第１出力軸１７側の分配歯車２７ａに発生する歯車反力Ｆｃは、分配歯車対２７の噛合位置において、図に示すように、分配歯車２７の噛合位置における接線方向から第１出力軸１７側の回転中心Ｏ側へ角度θｃ程傾斜した方向に作用する。
上記のような歯車反力Ｆｇ，Ｆｃが最大限相殺されるのは、両反力Ｆｇ，Ｆｃが１８０度反対方向に作用する場合である。両反力Ｆｇ，Ｆｃが反対方向を向くようにするには、
φ＝θｇ＋θｃ
となるように入力軸１５を両出力軸１７，１８に対して配置すればよい。
【００２７】
また、θｇとθｃは、以下のように求められる
歯車反力Ｆを、歯車噛合位置における歯車の接線方向成分（接線力）Ｐと、歯車径方向成分（分離力）Ｓとの合力として考える。また歯車の歯直角圧力角をα、はすば歯車のねじれ角をβ（平歯車の場合β＝０）とする。
この場合、歯車に発生する接線力Ｐと分離力Ｓとの間には、
Ｓ＝Ｐｔａｎα／ｃｏｓβ
の関係が成立する。したがって、接線力Ｐと分離力Ｓとの合力である歯車反力Ｆが接線力Ｐに対してなす角θは、
θ＝ａｒｃｔａｎ（Ｓ／Ｐ）＝ａｒｃｔａｎ（ｔａｎα／ｃｏｓβ）
となる。以上の式からθｇ，θｃをそれぞれ求めることができ、中間軸受２９に発生する荷重を最大限低減できる角度φが算出される。なお、図１に示すものでは、角度φは、約５３度に設定されている。
【００２８】
また、高速歯車対２２ａ，２２ｂの圧力角αと低速歯車対２３ａ，２３ｂの直角圧力角αとは互いに等しくされ、高速歯車対２２ａ，２２ｂのねじれ角βと低速歯車２３ａ，２３ｂのねじれ角βも互いに等しくされている。したがって、いずれの歯車対２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂで出力軸１７，１８が駆動されても、減速歯車対２１によって発生する歯車反力Ｆｇの向きは同じであり、分配歯車対２７によって発生する歯車反力Ｆｃと最大限相殺され、中間軸受２９に発生する荷重を常に最小とすることができる。
【００２９】
図４は、本発明の変形例を示しており、入力軸１５の配置、すなわち角度φを変えた場合の状態を示している。図において、各点Ｇ１〜Ｇ４は、角度φを変えた場合のそれぞれの入力軸１５の回転中心であり、点Ｇ１は角度φ＝−９０度の場合、点Ｇ２は角度φ＝−４５度の場合、点Ｇ３は角度φ＝０度の場合、点Ｇ４は角度φ＝９０度の場合である。
【００３０】
この変形例では、歯車反力Ｆの分力である接線力Ｐと分離力Ｓのうち、より大きな分力である接線力Ｐに着目して、第１出力軸１７側の減速歯車２２ｂ（２３ｂ）に発生した歯車反力Ｆｇの接線力Ｐｇが、第１出力軸側１７の分配歯車２７ａに発生した歯車反力Ｆｃの接線力Ｐｃをその接線方向に大きくしないように、入力軸１５を配置したものである。
【００３１】
つまり、例えば、入力軸１５の回転中心が点Ｇ１にある場合、歯車反力Ｆｇ１の接線力Ｐｇ１は、Ｘ軸負方向に作用し、第１出力軸１７側の分配歯車２７ａに発生する歯車反力Ｆｃの接線力Ｐｃ（Ｙ軸正方向）に対して直交する方向にあるから、接線力Ｐｃを分配歯車２７の接線方向（Ｙ軸正方向）に大きくするように作用することはない。これは、Ｇ１〜Ｇ４までの各点、すなわち、角度φが−９０度〜９０度の範囲内で成立する。図４に示すように、この範囲内では、接線力Ｐｇ１〜Ｐｇ４は、Ｙ軸正方向成分を有しないので、これらの接線力Ｐｇ１〜Ｐｇ４が接線力ＰｃをＹ軸正方向に大きくするように作用することはない。
【００３２】
なお、このように接線力Ｐｇが接線力Ｐｃを相殺する働きは、互いの向きが１８０度反対となる、点Ｇ３において最大となる。
また、入力軸１５の回転中心が点Ｇ３からＧ４の間にある場合、すなわち、角度φが、０〜９０度の範囲内にある場合には、減速歯車２１に発生する歯車反力Ｆｇの分離力ＳｇもＹ軸正方向成分を有しないので、これらの分離力Ｓｇ３，Ｓｇ４が接線力Ｐｃを軸正方向に大きくするように作用することはない。
【００３３】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、減速歯車や分配歯車として、はすば歯車ではなく平歯車を採用することができる。
また、出力軸１７，１８の配置についても、両軸の回転中心Ｏ，Ｃを結ぶ直線が上記実施の形態の如き水平のみならず垂直でも良いし、水平と垂直との間であっても良く、任意の配置とすることができる。すなわち、本発明は、任意に決定される両出力軸１７，１８の配置等にかかわらず、特許請求の範囲によって示され、その請求項の意味に入るすべての変形例を含むものである。
【００３４】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、第１出力軸への荷重を低減できるので装置の寿命を長くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】二軸混練機の駆動装置の正面図である。
【図２】二軸混練機の概略構成を示す平面図である。
【図３】二軸混練機の駆動装置の平面図である。
【図４】本発明の変形例を示す二軸混練機駆動装置の正面図である。
【図５】従来の二軸混練機の概略構成を示す平面図である。
【図６】従来の他の二軸混練機の概略構成を示す平面図である。
【符号の説明】
１  二軸混練機
２  スクリュシャフト
３  混練機本体
５  駆動装置
１５  入力軸
１７  第１出力軸
１８  第２出力軸
２１  減速歯車
２２  高速歯車
２３  低速歯車
２７  分配歯車
２９  中間軸受
【図１】
0003574302.tif 000002
【図２】
0003574302.tif 000003
【図３】
0003574302.tif 000004
【図４】
0003574302.tif 000005
【図５】
0003574302.tif 000006
【図６】
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