(57)【要約】 【課題】  密閉加圧混練機において、混練時にブレードに作用する抵抗力を低減することにより消費電力の低減化を図る。【解決手段】  混練槽２内に互いに平行かつ回転自在に配設した２つのローター６ａ，６ｂの外周に、該ローター６ａ，６ｂの軸線方向の一端と他端とを起端部１８として螺旋方向に延び、終端部１９が該ローター６ａ，６ｂの中間位置を占める２つのブレード８ａ，８ｂをそれぞれ設け、これらのブレード８ａ，８ｂは、上記ローターの回転方向前方側に向けて滑らかな凸形に湾曲させ、該ブレード８ａ，８ｂの頂部に、上記起端部１８側から終端部１９側に向けて次第に幅が狭くなるランド２０を形成する。【選択図】        図２
2006116400.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
略Ｃ字形の部分円周面を２つ向かい合わせに連ねたような内周面形状を有していて、内部が互いに隣接しかつ連通する２つのローター室に区分されると共に、内底部における両ローター室の境界部分に山形に立ち上がった陵壁部を有し、かつ、軸線方向の両端部がそれぞれ槽端壁で塞がれている混練槽と、上記各ローター室内に回転自在なるように配設され、外周に複数のブレードを備えた２つの互いに平行するローターと、各ローターの両端から上記槽端壁を貫通して槽外に延出する小径の駆動軸とを有し、
上記ブレードは、ローターの軸線方向の一端側又は他端側を起端部として螺旋方向に延び、終端部が該ローターの中間位置を占めており、これらのブレードが、底部側から頂部側に向けて次第に幅狭となる山形の断面形状を有すると共に、その頂部に上記ローター室の内周面と相対するランドを有し、かつ、上記ローターの回転方向前方側に向けて滑らかな凸形に湾曲している、
ことを特徴とする密閉加圧混練機。
【請求項２】
上記陵壁部が、その頂部中央位置を混練槽の軸線方向に延びる稜線と、この稜線の両側にそれぞれ斜め下向きに傾斜するように形成された肩面と、これらの肩面と各ローター室の内周面とが連なる位置に形成された角部とを有し、上記ローターの回転時におけるランドと該角部との間の間隔が、ランドとローター室内周面との間の間隔よりも狭く形成されていることを特徴とする請求項１に記載の密閉加圧混練機。
【請求項３】
上記ランドの幅が、ブレードの起端部側から終端部側に向けて次第に狭くなっていることを特徴とする請求項１又は２に記載の密閉加圧混練機。
【請求項４】
上記各ブレードの起端部において、該起端部のローター回転方向後方側に位置する後側部分の端面を槽端壁に対して傾斜させることにより、これらの後側部分と槽端壁との間にローターの回転方向後方側に向けて次第に広がる間隙が形成されており、また、ローター回転方向前方側に位置する前側部分の端面は槽端壁と平行に形成されていて、この前側部分が槽端壁に近接した状態に配置されていることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の密閉加圧混練機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ゴム、プラスチック、セラミック等の混練材料を、密閉された混練槽内において、外周に複数のブレードを備えた２つのローターにより混練する密閉加圧混練機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の密閉加圧混練機として、従来より、特許文献１に記載されたようなものが知られている。この混練機は、混練槽の内部に、螺旋方向を向く２枚のブレードを外周に備えた２本のローターを水平かつ平行に配設し、該混練槽の中に混練材料を収容してこれらのローターを互いに逆方向、即ち上記ブレードが互いに噛み合いながら混練材料を巻き込む方向に回転させることにより、これらのブレードによって混練材料を混練するもので、タンジェンシャルロータータイプと称されている。
【０００３】
上記ブレードは、ローターの外周に螺旋に沿って真っ直ぐに形成されていて、これらのブレードによって混練材料が、ローターの軸線方向に交互に逆向きに押し動かされると共に、ブレードの先端面であるランドと槽内周壁との間に延伸させられながら練り込まれ、それらの協同作用によって混練が行われるものである。
【特許文献１】特開平９−３１３９１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、この種の混練機においては、一般に、混練材料としてゴムのような粘性の高いものを混練する場合に、上記ブレードに大きな抵抗力が作用するため、非常に多くの電力が消費されるという問題があった。
【０００５】
そこで本発明の目的は、上記混練機において、混練時にブレードに作用する抵抗力を低減することにより、混練速度を速めて混練時間の短縮化を図ると共に、消費電力の低減化を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の密閉加圧混練機は、略Ｃ字形の部分円周面を２つ向かい合わせに連ねたような内周面形状を有していて、内部が互いに隣接しかつ連通する２つのローター室に区分されると共に、内底部における両ローター室の境界部分に山形に立ち上がった陵壁部を有し、かつ、軸線方向の両端部がそれぞれ槽端壁で塞がれている混練槽と、上記各ローター室内に回転自在なるように配設され、外周に複数のブレードを備えた２つの互いに平行するローターと、各ローターの両端から上記槽端壁を貫通して槽外に延出する小径の駆動軸とを有し、上記ブレードは、ローターの軸線方向の一端側又は他端側を起端部として螺旋方向に延び、終端部が該ローターの中間位置を占めており、これらのブレードが、底部側から頂部側に向けて次第に幅狭となる山形の断面形状を有すると共に、その頂部に上記ローター室の内周面と相対するランドを有し、かつ、上記ローターの回転方向前方側に向けて滑らかな凸形に湾曲していることを特徴とするものである。
【０００７】
本発明においては、上記陵壁部が、その頂部中央位置を混練槽の軸線方向に延びる稜線と、この稜線の両側にそれぞれ斜め下向きに傾斜するように形成された肩面と、これらの肩面と各ローター室の内周面とが連なる位置に形成された角部とを有し、上記ローターの回転時におけるランドと該角部との間の間隔が、ランドとローター室内周面との間の間隔よりも狭められている。
【０００８】
また、本発明においては、上記ランドの幅が、ブレードの起端部側から終端部側に向けて次第に狭くなっている。
【０００９】
本発明において好ましくは、上記各ブレードの起端部において、該起端部のローター回転方向後方側に位置する後側部分の端面を槽端壁に対して傾斜させることにより、これらの後側部分と槽端壁との間にローターの回転方向後方側に向けて次第に広がる間隙が形成されており、また、ローター回転方向前方側に位置する前側部分の端面は槽端壁と平行に形成されていて、この前側部分が槽端壁に近接した状態に配置されていることである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ローターの外周の各ブレードが該ローターの回転方向前方側に向けて滑らかな凸形に湾曲しているので、該ブレードの回転により混練材料が混練槽の端部側からローター中央寄りの位置に円滑かつ迅速に流動し、十分に撹拌されると共に、その分散が促進されることとなり、その際各ブレード即ちローターに加わる抵抗力は小さく、従って、ゴムのような粘性の高い混練材料であっても少ない消費電力で効率よく迅速に混練することができる。
この場合、請求項２の発明のように、陵壁部の側面の角部の位置で、該角部とブレードのランドとの間の間隔を、該ランドと槽内周面との間の間隔よりも狭く形成しておくことにより、上記混練材料がランドと槽内周面との間の間隔内に練り込まれる際に、上記角部の位置で２本のローターが該混練材料を引っ張り合うことなく切断するため、該混練材料が上記間隔内に練り込まれる際の抵抗がより小さくなり、これによってブレードに作用する抵抗力が一層低減するため、更なる省電力化を実現することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明に係る密閉加圧混練機の好ましい実施形態について説明する。図１は混練機の主要な部分を、機体１の下端部に位置する混練槽２を断面にして示すものである。この混練槽２は、略Ｃ字形の部分円周面を２つ向かい合わせに連ねたような内周面形状を有していて、その内部が互いに隣接しかつ連通する２つのローター室３ａ，３ｂに区分されると共に、槽内底部における両ローター室３ａ，３ｂの内周面３ｃの境界部分に山形に立ち上がった陵壁部４が形成され、かつ、この混練槽２の軸線方向の両端部がそれぞれ槽端壁５（図２参照）で塞がれている。
【００１２】
上記ローター室３ａ，３ｂの内部には、図２からも明らかなように、螺旋方向に延びる複数のブレード８ａ，８ｂを外周に備えた第１及び第２の２つのローター６ａ，６ｂが、互いに平行かつ水平な中心軸線Ｌの回りに回転自在なるように配設されている。そして、各ローター６ａ，６ｂの軸線方向の一端側である第１端７ａと反対側の第２端７ｂには、該ローター６ａ，６ｂより小径の駆動軸９，９がそれぞれ連設され、この駆動軸９が、上記槽端壁５，５を貫通して槽外に延出し、図示しない軸受機構で回転自在に支持されると共に、歯車等からなる動力伝動機構を介して駆動源に連結され、これらの駆動源及び動力伝動機構により２つのローター６ａ，６ｂが、図１及び図２に矢印で示すように、互いに逆方向に同期しながら等速で駆動回転されるように構成されている。上記ローター６ａ，６ｂの第１端７ａ及び第２端７ｂは、該ローター６ａ，６ｂの中間部分よりやや大径のフランジ状に形成されているが、それらは同径であっても良い。
【００１３】
上記混練槽２の上端部分は、開閉自在の蓋体１２により形成されていて、この蓋体１２が、機体１の上部に設置された流体圧シリンダ１３のロッド１４の下端部に連結され、このロッド１４の上下動によって開閉するようになっている。そして、上記蓋体１２を開放した状態で、機体１の側面の投入口１６から混練材料を上記混練槽２内に投入したあと、該蓋体１２を閉じると共に、該蓋体１２で混練材料を加圧しながら、上記２つのローター６ａ，６ｂを図１及び図２に矢印で示す方向、すなわち、上記ブレード８ａ，８ｂが互いに噛み合いながら混練材料を巻き込む方向に回転させることにより、これらのブレード８ａ，８ｂによって混練材料を混練するものである。
従って上記流体圧シリンダ１３は、上記蓋体１２を開閉するための開閉機構と、該蓋体１２を介して上記混練材料を加圧するための加圧機構とを兼ねるものである。
【００１４】
上記各ローター６ａ，６ｂには、図３〜図５に一方のローター６ａで代表的に示すように、それぞれ２つのブレード８ａ，８ｂが設けられている。これらのブレード８ａ，８ｂは、ローター６ａの第１端７ａ側と第２端７ｂ側とにおける、円周方向の位相が互いに１８０°異なる位置をそれぞれの起端部１８とし、この起端部１８からローター６ａの外周面を螺旋方向に延伸し、終端部１９が該ローター６ａのほぼ中間位置を占めている。これらのブレード８ａ，８ｂは、その底部側から頂部側に向けて次第に幅狭となる山形の断面形状を有するもので、その頂部に、上記ローター室３の内周面３ｃと対応する曲面をなすランド２０を有し、このランド２０が、上記内周面３ｃとの間に一定の間隔Ｓａ（図８参照）を保った状態で回転するようになっている。他方のローター６ｂについても同様の構成である。
【００１５】
上記２つのブレード８ａ，８ｂの螺旋方向の長さは互いに同じではなく、若干異なっている。このうち長尺の第１ブレード８ａは、その終端部１９がローター６ａの軸線方向の中間点を若干通り過ぎた当たりの位置を占め、短尺の第２ブレード８ｂは、その終端部１９がローター６ａのほぼ中間点当たりの位置を占めている。これらのブレード８ａ，８ｂの螺旋角θ、即ち、起端部１８から終端部１９までのローター６ａの中心軸線の回りにおけるねじれの角度θは、大凡８０〜９０°程度である。
【００１６】
また、上記２つのローター６ａ，６ｂには、上記ブレード８ａ，８ｂが、互いに逆の位置関係を占めるように形成されている。即ち、第１ローター６ａにおいては、長尺の第１ブレード８ａが該ローター６ａの第１端７ａ側を起端部１８とすると共に、短尺の第２ブレード８ｂが第２端７ｂ側を起端部１８としてそれぞれ形成され、他方の第２ローター６ｂにおいては、長尺の第１ブレード８ａが該ローター６ｂの第２端７ｂ側を起端部１８とすると共に、短尺の第２ブレード８ｂが第１端７ａ側を起端部１８としてそれぞれ形成されている。そして、上記２つのローター６ａ，６ｂは、上記ブレード８ａ，８ｂが互いに９０°異なる位相で噛み合いながら同期的に回転するように関係付けられている。
【００１７】
上記各ブレード８ａ，８ｂは、一定の断面形状を保ったまま螺旋に沿って真っ直ぐに延びているのではなく、図６の展開図から分かるように、その全長に亘ってローター６ａ，６ｂの回転方向前方側に向けて滑らかな凸形に湾曲している。また、上記ランド２０の幅が、各ブレード８ａ，８ｂの起端部１８側から終端部１９側に向けて次第に狭くなっている。ただし、ブレード８ａ，８ｂの底部側の幅とブレード高さは、該ブレードの全長に亘ってほぼ一定である。従って、ローター６ａ，６ｂの軸線Ｌに対する各ブレード８ａ，８ｂの傾斜は該ブレード全体に亘って一定ではなく、起端部１８側で最も傾斜の度合いが小さく、終端部１９側に向かって徐々に増大していることになる。しかも、ランド２０の幅がブレード８ａ，８ｂの起端部１８側から終端部１９側に向けて次第に狭くなっているため、該ブレード８ａ，８ｂの側面の傾斜の度合いも、その終端部１９側に向けて次第に大きくなっている。
なお、上記ブレード８ａ，８ｂの起端部１８側でのランド幅Ｈａと終端部１９側でのランド幅Ｈｂとは、Ｈｂを１とした場合、Ｈａが１．５〜３程度であることが望ましい。
【００１８】
更に、図７に１つのローターで代表的に示すように、上記各ブレード８ａ，８ｂの起端部１８においては、該起端部１８のローター回転方向後方側に位置する後側部分１８ａの端面を、槽端壁５に対して傾斜する傾斜面１８ｃとすることにより、これらの後側部分１８ａと槽端壁５との間に、ローター６ａ，６ｂの回転方向後方側に向けて次第に広がる間隙２３が形成されており、また、上記起端部１８のローター回転方向前方側に位置する前側部分１８ｂの端面は、槽端壁５と平行に形成されていて、この前側部分１８ｂが槽端壁５に対し、ローターのスラスト移動量に相当する僅かな間隙Ｗｂを保有させて密に近接した状態に配置されている。この場合、上記間隙２３の最大幅Ｗａと上記間隙Ｗｂ及び前側部分１８ｂの前後幅Ｗｃとの関係は、例えば、Ｗａを５ｍｍとした場合、Ｗｂは１．５ｍｍ程度、Ｗｃは２〜３ｍｍ程度であることが望ましい。
【００１９】
各ブレード８ａ，８ｂの起端部１８側に上述したような形状及び向きの間隙２３を形成することにより、混練材料が該ブレード８ａ，８ｂの起端部１８と槽端壁５との間に残渣として滞留しにくくなるという利点がある。仮に、上記間隙２３内に混練材料が残渣として残留した場合でも、この間隙２３はローター６ａ，６ｂの回転方向後方側に向けて次第に広がっているため、その除去清掃を容易に行うことができ、この結果、異質の材料が次の混練工程に混入するのを確実に防ぐことができる。
【００２０】
上記混練槽２の両端の槽端壁５には、上記駆動軸９が貫通する孔の内周部分に、該駆動軸の回りを非接触状態で取り囲む円環状のシール部材２４が、槽端壁５に対して密なる状態に取り付けられている。これらのシール部材２４は、外周面が上記ローター６ａ，６ｂの第１端７ａ及び第２端７ｂの外周面と一致するように形成されていて、その軸線方向の端面が、これらの第１端７ａ及び第２端７ｂの端面に形成されたシール面２５に摺動自在に圧接している。シール部材２４をこのような態様で設けることにより、上記各ローター６ａ，６ｂと槽端壁５との間の間隙を完全に無くして混練槽外への混練材料の漏洩を確実に防止することができる。
【００２１】
また、混練槽２の内底部に形成された上記陵壁部４は、図８から分かるように、その頂部中央位置を混練槽２の軸線方向に延びる稜線２８と、該稜線２８の両側にそれぞれ斜め下向きに傾斜するように形成された平面からなる肩面２９，２９と、これらの肩面２９，２９と各ローター室３ａ，３ｂの内周面３ｃとが連なる位置に形成された角部３０，３０とを有している。そして、上記ローター６ａ，６ｂの回転時にランド２０と各角部３０との間に形成される間隔Ｓｂが、ランド２０と各ローター室３ａ，３ｂの内周面３ｃとの間に形成される間隔Ｓａより狭く設定されている。上記間隔ＳａとＳｂとの関係は、混練機の容量や混練材料等によって異なるが、一般的にはＳｂ＝Ｓａ／２程度であることが望ましい。
【００２２】
上記角部３０を陵壁部４に形成する方法としては、図示したように、側面３４をローター室３ａ，３ｂの内周面３ｃより曲率半径の小さい湾曲面に加工することによって角部３０を形成すると共に、上記稜線２８及び肩面２９を備えた超硬金属製のキャップ状部材３３を、陵壁部４の上端部に溶接等の固着手段で固着する方法がある。この場合、上記キャップ状部材３３の側面３４は予め上述した湾曲面に加工してあっても、陵壁部４に取り付けたあとそのように加工しても構わない。あるいは、上記稜線２８と肩面２９及び角部３０を有する陵壁部４全体を別部材として形成し、それを両ローター室３ａ，３ｂの境界部分に嵌め付けて溶接しても良い。
【００２３】
上記構成を有する混練機は、ゴムやプラスチックあるいはセラミック等の混練材料を上記混練槽２内に収容し、２つのローター６ａ，６ｂを図１及び図２に矢印で示す方向に回転させて混練するものである。このときのローターの回転速度は、混練機の規模や混練材料の種類等によって異なるが、通常は２０〜４０ｒｐｍ程度、高速ミキサーでは６０ｒｐｍ程度である。上記混練材料は、２つのローター６ａ，６ｂの外周のブレード８ａ，８ｂによって押圧され、該ローター６ａ，６ｂの軸線Ｌ方向に交互に逆向きに押し動かされると共に、両ローター６ａ，６ｂのブレード８ａ，８ｂで圧縮されたり、引っ張り合いされることによって引き延ばされたり、更には、各ブレード８ａ，８ｂのランド２０と槽内周面３ｃとの間の間隔Ｓａ内に練り込まれるといった作用を受けることにより、その混練が促進される。
【００２４】
この場合、上記各ブレード８ａ，８ｂがローター６ａ，６ｂの回転方向前方側に向けて滑らかな凸形に湾曲しているため、ローター６ａ，６ｂの軸線に対する該ブレード８ａ，８ｂの傾斜の度合いは、その起端部１８側で最も小さく、終端部１９側に向かって徐々に増大しており、従って、混練材料がローター６ａ，６ｂの一端側に移動していて、あるブレード８ａ，８ｂによる押圧が始まる初期段階では、傾斜が最も小さいブレード起端部１８によって混練材料が押圧されるが、このとき混練材料は反対側に向けて移動し易く且つ変形し易い状態にあるため、上記ブレード８ａ，８ｂに大きな抵抗力が作用することはない。
【００２５】
ローター６ａ，６ｂの回転と共に混練材料がブレード８ａ，８ｂに押圧されて該ローター６ａ，６ｂの他端側に向けて移動すると、該混練材料による抵抗力が増大して軸線方向の大きな押圧力が必要になるが、上記ブレード８ａ，８ｂの傾斜も次第に大きくなり、同じ回転力で軸線方向の大きな押圧力を発揮できるようになるため、該ブレード８ａ，８ｂ即ちローター６ａ，８ｂに加わる抵抗力が若干増大することはあっても、急激に増大することはない。この場合更に、ランド２０の幅が各ブレード８ａ，８ｂの起端部１８側から終端部１９側に向けて次第に狭く形成されることにより、該ブレード８ａ，８ｂの側面の傾斜も終端部１９側に向けて次第に大きくなっているから、この点も相俟って上述した効果が助長されることになる。
【００２６】
上述したブレード８ａ，８ｂの傾斜の増大による抵抗力の吸収作用は、混練材料がブレード８ａ，８ｂのランド２０と槽内周面３ｃとの間の間隔内に練り込まれる際にも同様に発揮される。この場合、混練材料は、上記陵壁部４の肩面２９で徐々に絞られながら上記角部３０を経て上記ランド２０と槽内周面３ｃとの間に練り込まれるが、この角部３０の位置でランド２０との間の間隔Ｓｂが狭くなっているため、この位置で混練材料が切断され、上記ランド２０と槽内周面３ｃとの間に２本のローラー６ａ，６ｂで引っ張り合いすることなく引き込まれ易くなり、この結果、上述した練り込み時の抵抗力がより一層軽減されることになる。
【００２７】
かくして、上記構成を有する混練機によれば、混練時に各ブレード８ａ，８ｂ即ちローター６ａ，６ｂに加わる抵抗力が小さいため、ゴムのような粘性の高い混練材料であっても、少ない消費電力で効率よく迅速に混練することができる。実験からは、一定のランド幅を有するブレードを螺旋方向に真っ直ぐに取り付けたローターを使用する場合に比べ、電力の節減率は大凡３０〜５０％に達することが予測される。
【００２８】
なお、上記実施例では、各ローターが２つのブレードを備えているが、ブレードの数は３つ又は４つであっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係る密閉加圧混練機の要部断面図である。
【図２】混練槽の内部構造を示す拡大断面図である。
【図３】ローターの構成を説明する図２の部分拡大図である。
【図４】ローターを軸線方向に見た側面図である。
【図５】図３におけるＡ−Ａ線での断面図である。
【図６】ローターを展開した平面図である。
【図７】図３の部分拡大図である。
【図８】図１の部分拡大図である。
【符号の説明】
【００３０】
２      混練槽
３ａ，３ｂ      ローター室
３ｃ      内周面
４      陵壁部
５      槽端壁
６ａ，６ｂ      ローター
８ａ，８ｂ      ブレード
９      駆動軸
１８      起端部
１８ａ      後側部分
１８ｂ      前側部分
１９      終端部
２０      ランド
２３      間隙
２８      稜線
２９      肩面
３０      角部
Ｓａ，Ｓｂ      間隔
Ｈａ，Ｈｂ      ランドの幅
Ｗａ      間隙の最大幅
【図１】
2006116400.tif 000003
【図２】
2006116400.tif 000004
【図３】
2006116400.tif 000005
【図４】
2006116400.tif 000006
【図５】
2006116400.tif 000007
【図６】
2006116400.tif 000008
【図７】
2006116400.tif 000009
【図８】
2006116400.tif 000010