(57)【要約】【課題】  ゴム等の被混練材料に対する冷却効率を向上して混練時間を短縮する。【解決手段】  回転シャフト51,71と、回転シャフト51,71の外周に嵌合固定され、外表面に混練用の翼部を備えるとともに、回転シャフト51,71に接する内周面に外表面に向かって拡がるディスク状の溝部57a,77aをシャフト51,71の軸線方向に複数配列形成したロータ本体52,72とを有し、各ディスク状溝部52a,72aに冷却媒体を流通させるように構成された混練用ロータにおいて、各ディスク状溝部57a,77a内に、ディスク状溝部57a,77aの底部からロータ本体52,72の内周面に向かって伸び、ロータ本体52,72よりも熱伝導率の高い中子58,78を配設し、この中子58,78によってディスク状溝部57a,77aの深さを実質的に減少させる。【選択図】    図１
2006026991.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転シャフトと、当該回転シャフトの外周に嵌合固定されたロータ本体とを有する混練用ロータであって、
前記ロータ本体は、外表面に混練用の翼部を形成するとともに、前記回転シャフトに接する内周面から前記外表面に向かって拡がるディスク状の溝部を前記シャフトの軸線方向に複数配列形成して、前記各ディスク状溝部に冷却媒体を流通させるように構成され、
前記各ディスク状溝部内に、当該ディスク状溝部の底部から前記ロータ本体の内周面に向かって伸び、前記ロータ本体よりも熱伝導率の高い中子を配設し、当該中子によって前記ディスク状溝部の深さを実質的に減少させたことを特徴とする混練用ロータ。
【請求項２】
回転シャフトと、当該回転シャフトの外周に嵌合固定されたロータ本体とを有する混練用ロータであって、
前記ロータ本体は、外表面に混練用の翼部を形成するとともに、前記回転シャフトに接する内周面から前記外表面に向かって拡がるディスク状の溝部を前記シャフトの軸線方向に複数配列形成して、前記各ディスク状溝部に冷却媒体を流通させるように構成され、
前記各ディスク状溝部内に、当該ディスク状溝部の底部から前記ロータ本体の内周面に向かって伸び、前記ロータ本体よりも熱伝導率の高い第１の中子を配設すると共に、
前記各ディスク状溝部内に、前記ロータ本体の内周面から外表面に向かって伸びる第２の中子を配設し、
前記第１の中子及び第２の中子によって前記ディスク状溝部の深さを実質的に減少させたことを特徴とする混練用ロータ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載する混錬用ロータにおいて、
前記実質的に深さを減少させたディスク状溝部における断面積は、前記冷却媒体の流れ方向に全体に亘ってほぼ等しいことを特徴とする混錬用ロータ。
【請求項４】
請求項１又は２に記載する混錬用ロータにおいて、
前記実質的に深さを減少させたディスク状溝部における断面積は、前記冷却媒体の流れ方向に沿って、比較的冷却を必要とする部分で小さくなり、比較的冷却を必要としない部分で大きくなっていることを特徴とする混錬用ロータ。
【請求項５】
請求項２に記載する混錬用ロータにおいて、
前記実質的に深さを減少させたディスク状溝部における断面積は、前記冷却媒体の流れ方向に全体に亘ってほぼ等しく、
前記ディスク状溝部の底部から前記ロータ本体の内周面に向かって伸びる第１の中子の厚さは、前記冷却媒体の流れ方向に沿って、比較的冷却を必要とする部分で薄くなり、比較的冷却を必要としない部分で厚くなっていることを特徴とする混錬用ロータ。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載する混練用ロータにおいて、
バッチ式の混練機の混練用ロータに適用したことを特徴とする混練用ロータ。
【請求項７】
請求項１ないし５のいずれかに記載する混練用ロータにおいて、
２軸混練押出機の混練用ロータに適用したことを特徴とする混練用ロータ。
【請求項８】
請求項１ないし５のいずれかに記載する混練用ロータにおいて、
１軸混練押出機の混練用ロータに適用したことを特徴とする混練用ロータ。
【請求項９】
請求項７または８に記載する混練用ロータにおいて、
前記混練用の翼部として、少なくとも１つの長翼部を備え、前記シャフトの軸線に対する前記長翼部の捩じれ角を３５°〜５５°に設定したことを特徴とする混練用ロータ。
【請求項１０】
請求項７または８に記載する混練用ロータにおいて、
前記混練用の翼部として、長翼部である第１翼部と、短翼部である第２翼部および第３翼部を備え、前記シャフトの軸線に対する前記第１翼部の捩じれ角および前記軸線に対する前記第２翼部、第３翼部の少なくとも一方の捩じれ角を３５°〜５５°に設定したことを特徴とする混練用ロータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、混練機、混練押出機等の混練機械に適用される混練用ロータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１４は、従来の密閉式（バッチ式）混練機を示す概略断面構造図である。同図に示すように、ケーシング１００内には混練室１０１が形成され、この混練室１０１内に一対のロータ１０２，１０３が平行に配置されている。ロータ１０２（１０３）は、回転シャフト１０２ａ(１０３ａ)の外周にロータ本体１０２ｂ（１０３ｂ）を嵌合固定してなる。
【０００３】
ホッパ１０４を介して投入された混練材料は、フローティングウエイト１０５によって混練室１０１内に圧入された後、互いに逆方向に回転するロータ本体１０２ｂ，１０３ｂの噛み合い作用および当該ロータ本体１０２ｂ，１０３ｂと混練室１０１の内表面との間に発生するせん断作用によって混練される。そして、混練された材料は、混練室１０１の底部に設けられたドロップドア１０６を開くことによって混練室１０１外に取り出される。
【０００４】
図１５は、従来の混練用ロータが適用された混練機の要部を示す概略断面構造図である。一般に、ゴム等の混練材料を混練する際には多量の熱が発生する。そこで、同図に示すように、上記ロータ本体１０２ｂ，１０３ｂの内部に、水等の冷却媒体を流通させる冷却水路１０２ｄ（１０３ｄ）を設け、冷却するようにしている。回転シャフト１０２ａ，１０３ａに設けられたジャケット１０２ｃ，１０３ｃは、上記冷却媒体を給排するためのものである（例えば、特許文献１を参照。）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１５０４２８号公報
【特許文献２】特開平５−２６１７２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の混練用ロータ１０２，１０３における冷却水路１０２ｄ（１０３ｄ）は、最も冷却性能を必要とする翼部において、翼先端まで冷却するために翼内部１０２ｅ（１０３ｅ）が広くなった構造となっている。
【０００７】
しかしながら、翼内部１０２ｅ（１０３ｅ）を広い構造とすることにより、逆に翼内部１０２ｅ（１０３ｅ）を流れる冷却水の流速が遅くなり、混練材料に接触する外表面部の冷却効率が良好でなく、そのため、混練材料に対する冷却能力が低いという問題点を有する。
【０００８】
そこで、現状の混練作業では、混練中の混練材料の温度を監視して、その温度が混練材料を劣化させる前の所定の温度（例えば、ゴムにおいては約１５０℃）まで上昇した時点で混練機から混練材料から排出し、その材料を冷却した後、再び混練機に投入するという作業を適数回繰り返すようにしている。
【０００９】
上記のような再練（リミル）作業は、多大の時間を要するので、タイヤ等の製品の生産性を低下させる要因になる。このため、混練材料に対する冷却能力の高い混練用ロータが要望されている。
【００１０】
本発明は、上記状況に鑑みてなされたものであり、ゴム等の混練材料に対する冷却効率を向上させ、混練に要する時間を短縮することができる混練用ロータを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決する本発明に係る混練用ロータは、
回転シャフトと、当該回転シャフトの外周に嵌合固定されたロータ本体とを有する混練用ロータであって、
前記ロータ本体は、外表面に混練用の翼部を形成するとともに、前記回転シャフトに接する内周面から前記外表面に向かって拡がるディスク状の溝部を前記シャフトの軸線方向に複数配列形成して、前記各ディスク状溝部に冷却媒体を流通させるように構成され、
前記各ディスク状溝部内に、当該ディスク状溝部の底部から前記ロータ本体の内周面に向かって伸び、前記ロータ本体よりも熱伝導率の高い中子を配設し、当該中子によって前記ディスク状溝部の深さを実質的に減少させたことを特徴とする混練用ロータである。
【００１２】
中子によってディスク状溝部の深さを実質的に減少させ、冷却媒体の流速を高めて、冷却効率を上昇させることができる。更に、中子を翼内部に設けることで、翼部の混錬圧力に対する剛性を高めることができる。
【００１３】
上記課題を解決する本発明に係る他の混練用ロータは、
回転シャフトと、当該回転シャフトの外周に嵌合固定されたロータ本体とを有する混練用ロータであって、
前記ロータ本体は、外表面に混練用の翼部を形成するとともに、前記回転シャフトに接する内周面から前記外表面に向かって拡がるディスク状の溝部を前記シャフトの軸線方向に複数配列形成して、前記各ディスク状溝部に冷却媒体を流通させるように構成され、
前記各ディスク状溝部内に、当該ディスク状溝部の底部から前記ロータ本体の内周面に向かって伸び、前記ロータ本体よりも熱伝導率の高い第１の中子を配設すると共に、
前記各ディスク状溝部内に、前記ロータ本体の内周面から外表面に向かって伸びる第２の中子を配設し、
前記第１の中子及び第２の中子によって前記ディスク状溝部の深さを実質的に減少させたことを特徴とする混練用ロータである。
【００１４】
中子によってディスク状溝部の深さを実質的に減少させ、冷却媒体の流速を高めると共に、冷却媒体の通路をより混錬ロータの外表面に近くすることで、より冷却効率を上昇させることができる。更に、第１の中子を翼内部に設けることで、翼部の混錬圧力に対する剛性を高めることができる。
【００１５】
また、上記混練用ロータにおいて、
前記実質的に深さを減少させたディスク状溝部における断面積は、前記冷却媒体の流れ方向に全体に亘ってほぼ等しいことを特徴とする混錬用ロータである。
【００１６】
冷却媒体の通路断面積を等しくすることで、流速を一定にして均一な冷却機構とすることができる。
【００１７】
また、上記混練用ロータにおいて、
前記実質的に深さを減少させたディスク状溝部における断面積は、前記冷却媒体の流れ方向に沿って、比較的冷却を必要とする部分で小さくなり、比較的冷却を必要としない部分で大きくなっていることを特徴とする混錬用ロータである。
【００１８】
冷却媒体の通路の断面積を変化させて、冷却媒体の流速を変化させることにより、混錬ロータの表面における複雑な温度分布に対応した冷却機構とすることができる。
【００１９】
また、上記混練用ロータにおいて、
前記実質的に深さを減少させたディスク状溝部における断面積は、前記冷却媒体の流れ方向に全体に亘ってほぼ等しく、
前記ディスク状溝部の底部から前記ロータ本体の内周面に向かって伸びる第１の中子の厚さは、前記冷却媒体の流れ方向に沿って、比較的冷却を必要とする部分で薄くなり、比較的冷却を必要としない部分で厚くなっていることを特徴とする混錬用ロータである。
【００２０】
冷却媒体の通路の断面積を一定とする一方、冷却媒体の通路を設ける位置を混錬ロータの外表面に近くしたり、外表面から遠くしたりすることにより、混錬ロータの表面における複雑な温度分布に対応した冷却機構とすることができる。
【００２１】
また、上記混練用ロータにおいて、
バッチ式の混練機の混練用ロータに適用したことを特徴とする混練用ロータである。
【００２２】
また、上記混練用ロータにおいて、
２軸混練押出機の混練用ロータに適用したことを特徴とする混練用ロータである。
【００２３】
また、上記混練用ロータにおいて、
１軸混練押出機の混練用ロータに適用したことを特徴とする混練用ロータである。
【００２４】
また、上記混練用ロータにおいて、
前記混練用の翼部として、少なくとも１つの長翼部を備え、前記シャフトの軸線に対する前記長翼部の捩じれ角を３５°〜５５°に設定したことを特徴とする混練用ロータである。
【００２５】
また、上記混練用ロータにおいて、
前記混練用の翼部として、長翼部である第１翼部と、短翼部である第２翼部および第３翼部を備え、前記シャフトの軸線に対する前記第１翼部の捩じれ角および前記軸線に対する前記第２翼部、第３翼部の少なくとも一方の捩じれ角を３５°〜５５°に設定したことを特徴とする混練用ロータである。
【発明の効果】
【００２６】
上記本発明に係る混錬ロータによれば、中子によってディスク状溝部の深さを実質的に減少させ、冷却媒体の流速を高めて、冷却効率を向上させることができる。更に、中子を翼内部に設けることで、翼部の混錬圧力に対する剛性を高めることができる。また、冷却媒体の通路断面積を等しくすることで、流速を一定にして均一な冷却機構とすることができる。
【００２７】
また、冷却媒体の通路の断面積を変化させて、冷却媒体の流速を変化させたり、冷却媒体の通路の断面積を一定とする一方、冷却媒体の通路を設ける位置を混錬ロータの外表面に近くしたり、外表面から遠くしたりすることにより、混錬ロータの表面における複雑な温度分布に対応した冷却機構とすることができる。
【００２８】
したがって、バッチ式の混練機や２軸もしくは１軸混練押出機に用いる混練用ロータとして最適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
＜第１の実施形態＞
以下、本発明の第１の実施形態を図面に基づいて例示的に説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る混練用ロータが適用されたバッチ式の混練機Ｍの要部を示す概略断面構造図である。図２は、本実施形態に係る混練用ロータの概略外観図である。図３は、本実施形態に係る混練用ロータを回転シャフトの軸線を含む面で断面した概略断面構造図である。
【００３０】
図１に示すように、混練機Ｍは、ケーシング１内に形成された混練室３内に一対の混練用ロータ５，７を配設してある。図２に示すように、ロータ５，７は平行に配列され、図示していない駆動手段によって互いに逆方向に等速回転される。
【００３１】
混練用ロータ５，７は、同一もしくは類似した構成を有する。そこで、以下においては、主としてロータ５の構成および作用について説明する。なお、図３においては、ロータ７の構成要素の符号をカッコ内に記してある。
【００３２】
図３において、混練用ロータ５の軸線に沿った断面を示すように、回転シャフト５１と、焼きばめ等の手段によりシャフト５１の外周に嵌合固定されたロータ本体５２とから構成されている。
【００３３】
回転シャフト５１は、水等の冷却媒体を循環させるための通路５３〜５６を内部に備えている。通路５３は、回転シャフト５１の軸線に沿って形成され、その先端が閉止されている。また、通路５４は、通路５３内に同軸状に形成され、その先端は通路５３の先端近傍において開放されている。一方、通路５５および通路５６は、通路５３から上記ロータ本体５２の一端部および他端部に向かって延設されている。
【００３４】
ロータ本体５２およびロータ本体７２は、それぞれ外表面に複数の翼部５９ａ，５９ｂ・・・および翼部７９ａ，７９ｂ・・・を有し、混練時には翼部５９ａ，５９ｂ・・・と翼部７９ａ，７９ｂ・・・とが噛み合う。このロータ本体５２の外表面は、耐摩耗性および耐食性を向上するために、Ｃｒメッキ等の処理が施される。なお、ステライトを肉盛した後にＣｒメッキ等の処理を施しても良い。
【００３５】
一方、ロータ本体５２には、シャフト５１の外周面に接する内周面に上記冷却媒体を通すための一連の溝５７が形成され、この溝５７の一端および他端はそれぞれ上記通路５５および５６に連通している。
【００３６】
上記溝５７は、ロータ本体５２の長手方向に並列する多数のディスク状溝部５７ａを連接することによってスパイラル状に構成されている。個々のディスク状溝部５７ａは、ロータ本体５２の外表面に近接した部位まで延びるようにその深さが設定されている。
【００３７】
したがって、ディスク状溝部５７ａは、ロータ本体５２の翼部形成側に位置した部位の深さが翼部非形成側に位置した部位の深さよりも大きくなっている。なお、各ディスク状溝部５７ａの内周面は、溝５７の底部を構成することになる。
【００３８】
上記ディスク状溝部５７ａ内には中子５８が挿入されている。この中子５８は、ディスク状溝部５７ａ内に嵌合や金属接合(溶接他)等の手段で固定され、中子５８の外側周面がディスク状溝部５７ａの内周面（溝５７の底面）に当接するように、また、当該中子５８の内側周面がシャフト５１の外周面に対向するように形成されている。
【００３９】
また、シャフト５１の外周面とディスク状溝部５７ａの深さの小さな部位の内周面とによって挟まれて形成された空間と、シャフト５１の外周面とディスク状溝部５７ａの深さの大きな部位の内周面とによって挟まれて形成された空間とが、大差のない断面積を有する空間となるように、ディスク状溝部５７ａの深さによって異なる大きさの中子５８が埋め込まれ、固定されている。
【００４０】
すなわち、中子５８がディスク状溝部５７ａ内に埋め込まれ、固定されることにより、深さの異なる各ディスク状溝部５７ａの深さが実質的に同じとなり、同じ断面積の冷却媒体の通路となると共に、当該通路は、シャフト５１の外周面に沿ってスパイラル状に形成されることになる。このように、中子５８は、実質的にディスク状溝部５７ａの深さを減少させる手段として機能する。
【００４１】
中子５８を形成する材料としては、ロータ本体５２を形成する材料よりも熱伝導率の高い材料であることが好ましい。例えば、ロータ本体５２が鉄系材料である場合には、１００℃における熱伝導率は約７２Ｗ／ｍ・Ｋであるため、中子５８を形成する材料として、銅（３９５Ｗ／ｍ・Ｋ）、アルミニウム（２４０Ｗ／ｍ・Ｋ）、銀（４２２Ｗ／ｍ・Ｋ）、金（３１３Ｗ／ｍ・Ｋ）、マグネシウム（１５４Ｗ／ｍ・Ｋ）、タングステン（１６３Ｗ／ｍ・Ｋ）、ベリリウム（１６８Ｗ／ｍ・Ｋ）、イリジウム（１４５Ｗ／ｍ・Ｋ）、モリブデン（１３５Ｗ／ｍ・Ｋ）、亜鉛（１１２Ｗ／ｍ・Ｋ）等が挙げられる。なお、熱伝導率が高ければ、合金でもよい。
【００４２】
中子５８を形成する材料としては、熱伝導率がロータ本体５２を形成する材料とほぼ同等または若干低い材料であってもよい場合がある。これは、下記詳細に説明するように、本実施形態での冷却媒体の流通速度、特に翼部における流通速度が改善されているため、冷却効率が向上しているからである。例えば、翼部の剛性を高めつつ従来とほぼ同等の冷却効率を維持したい場合等に有用である。
【００４３】
次に、上記混練用ロータ５，７の作用について説明する。図１に示す混練機Ｍの混練室３に投入された被混練材料、例えば原料ゴムおよび配合剤（カーボンブラック、シリカ、オイル、薬品等）は、各混練用ロータ５，７のロータ本体５２，７２相互の噛合い作用および当該ロータ本体５２，７２と混練室３の内表面との間に発生するせん断作用によって混練される。
【００４４】
混練中においては、ケーシング１に設けられた冷却通路９（図１を参照。）に水等の加圧冷却媒体が流通されるとともに、図３に示した通路５４に同様の冷却媒体が送り込まれる。通路５４に送り込まれた冷却媒体は、それぞれ通路５３に流入した後、通路５５を通ってロータ本体５２の溝５７の一端部に流入する。
【００４５】
この溝５７に流入した冷却媒体は、各ディスク状溝部５７ａを順次通過することになる。このとき、ディスク状溝部５７ａにおける深さの大きな部位では、当該ディスク状溝部５７ａ内の中子５８の内側周面とシャフト５１の外周面とによって挟まれた狭い断面積の通路を冷却媒体が流通する。更に、当該中子５８は上述する熱伝導率の高い材料で形成されている。このため、この深さの大きな部位においてもロータ本体５２の表層部が効率よく冷却される。
【００４６】
すなわち、もし、中子５８が存在しない場合には、ディスク状溝部５７ａにおける深さの大きな部位の媒体通路断面積が大きくなるので、当該部位での冷却媒体の流速が他の部位よりも低くなる。しかし、中子５８を備える混練用ロータ５によれば、ディスク状溝部５７ａの深さの大きな部位においても、冷却媒体を高速で流通させ、かつ熱伝導率の高い材料で形成された中子５８を介して冷媒熱を効率よく翼部に伝達させることができるので、上記深さの大きな部位におけるロータ本体５２の表層部、つまり、最も冷却を必要とする翼部の冷却効率が向上する。
【００４７】
中子７８を設けた他方の混練用ロータ７においても、ディスク状溝部７７ａにおける深さの大きな部位での冷却媒体の流通速度が高められ、かつ熱伝導率の高い材料で形成された中子７８を介して冷媒熱を効率よく翼部に伝達させることができるので、当該部位におけるロータ本体７２の表層部の冷却効率が向上することになる。
【００４８】
実験によれば、従来の混錬ロータに対して本実施形態にかかる混錬ロータは、最も冷却を必要とする翼部の冷却効率が約６０％向上（冷却性能が１．６倍）し、ロータ全周（翼部及び翼部が設けられていない部分からなる一周に亘る）の冷却効率は約２０％向上することが分かった。かくして、混練用ロータ５，７を適用した混練機Ｍによれば、ゴムに対する冷却能力を向上して、低温混練することが可能になる。
【００４９】
中子５８，７８により実質的に深さを減少させたディスク状溝部５７ａ，７７ａにおける断面積を、冷却媒体の流れ方向に全体に亘ってほぼ等しくすると、冷却媒体の流速がいずれの部分においても一定となり、冷却機能を均一にすることができる。
【００５０】
一方、中子５８，７８により実質的に深さを減少させたディスク状溝部５７ａ，７７ａにおける断面積を、中子５８，７８の大きさを変化させることにより、冷却媒体の流れ方向に沿って、比較的冷却を必要とする部分で小さくすると共に、比較的冷却を必要としない部分で大きくすることで、複雑な温度分布にあわせた冷却機構とすることができる。
【００５１】
＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態を図面に基づいて例示的に説明する。図４は、第２の実施形態に係る混練用ロータが適用された混練機の要部を示す概略断面構造図である。同図に示すように、本実施形態では、第１の実施形態と比較して、中子が異なり、このため、冷却媒体の通路の形状が異なっている。したがって、同じ機能を有する部材には同じ符号を付し、重複する説明は省略する。
【００５２】
第２の実施形態では、ディスク状溝部５７ａ内には、第１の中子である中子６０及び第２の中子である中子６１が挿入されている。この中子６０及び中子６１は、ディスク状溝部５７ａ内に嵌合や金属接合(溶接他)等の手段で固定されている。
【００５３】
中子６０は、その内側周面が中子６１の外側周面に対向するように、また、当該中子６０の外側周面がディスク状溝部５７ａの内周面（溝５７の底部）に当接するように形成されている。更に、中子６１の外側周面が中子６０の内側周面に対向するように、また、当該中子６１の内側周面がシャフト５１の外周面に当接するように形成されている。
【００５４】
また、中子６０の内側周面と中子６１の外側周面とによって挟まれて形成された空間が、ディスク状溝部５７ａの深さの小さな部位における当該空間と、ディスク状溝部５７ａの深さの大きな部位における当該空間とで、大差のない断面積を有する空間となるように、中子６０の大きさを一定とする一方、ディスク状溝部５７ａの深さによって異なる大きさの中子６１が埋め込まれ、固定されている。
【００５５】
すなわち、中子６０及び中子６１がディスク状溝部５７ａ内に埋め込まれ、固定されることにより、深さの異なる各ディスク状溝部５７ａの深さが実質的に同じとなり、同じ断面積の冷却媒体の通路となると共に、当該通路は、シャフト５１の外周面に沿ってスパイラル状に形成されることになる。このように、中子６０及び中子６１は、実質的にディスク状溝部５７ａの深さを減少させる手段として機能する。
【００５６】
中子６０は、第１の実施形態における中子５８と同じ、上述する熱伝導率の高い材料で形成する。一方、中子６１については、どのような材料で形成してもよく、例えばシャフト５１やロータ本体５２を形成する材料で形成してもよい。
【００５７】
中子６０及び中子６１を備える混練用ロータ５によれば、ディスク状溝部５７ａの深さの大きな部位においても、冷却媒体を高速で流通させ、かつ熱伝導率の高い材料で形成された中子６１を介して冷媒熱を効率よく翼部に伝達させることができるので、上記深さの大きな部位におけるロータ本体５２の表層部、つまり、最も冷却を必要とする翼部の冷却効率が向上する。
【００５８】
更に、第１の実施形態に係る冷却媒体の通路よりも、第２の実施形態に係る冷却媒体の通路の方が、よりロータ本体５２の表層部に近いため翼部の冷却効率が高く、また、従来の中子を設けない翼部構造の強度よりも、第２の実施形態に係る翼部構造の強度の方が、翼内部を中子６０で支持した分、混練圧力に対する強度を向上させることができる。
【００５９】
混練用ロータ５，７にかかる混練圧力に対する中子６０の役割について、更に説明する。図４には、ディスク状溝部５７ａの内周面とロータ本体５２の外表面との間の距離ｄが示されている。
【００６０】
この距離ｄは、ロータ本体５２の熱抵抗を低減する上で、換言すれば、当該ロータ本体５２の熱伝導率を向上する上で、できるだけ小さい方が望ましい。しかしながら、この距離ｄは、ロータ本体５２の強度等の観点から、むやみに小さくすることはできない。
【００６１】
そこで、本実施形態では、中子６０を設けることにより、ロータ本体５２に強度を付与すると共に、単にロータ本体５２の肉厚（距離ｄ）を大きくする（中子６０の代わりに、当該中子部分にロータ本体５２を形成する部材を割り当てる。）よりも熱伝導率を向上させている。
【００６２】
かくして、本実施形態に係る混練用ロータ５，７を適用した混練機Ｍによれば、ゴムに対する冷却能力を更に向上させ、低温混練することが可能になる。更に、混練圧力に対するロータ本体５２の翼部の強度を向上させることができる。
【００６３】
なお、本実施形態では、冷却媒体の通路を、ディスク状溝部５７ａの深さの小さな部位と大きな部位とで、大差のない断面積を有するように、中子６０の大きさを一定とする一方、ディスク状溝部５７ａの深さによって異なる大きさの中子６１を埋め込んで対応しているが、中子６０の大きさを変化させたり、中子６０及び中子６１の両方を変化させたりして対応してもよい。
【００６４】
この場合には、中子６０の厚さにより熱通過率を変化させることができるため、複雑な形状の翼部で生じる複雑な温度分布に対応することができる。例えば、翼部において比較的高温となる部分では、中子６０を薄くして熱通過率を大きくしたり、比較的低温となる部分では、中子６０を厚くして熱通過率を小さくしたりする。
【００６５】
＜本発明に係る混練用ロータの応用形態１＞
図５は、本発明に係る混練用ロータが適用された２軸混練押出機の概略内部平面図である。同図に示すように、２軸混練押出機ＭＰは、平行する一対の回転シャフト１１，１１を有する。各回転シャフト１１は、一端部がスクリューフィン１３と共に押出ロータ１５を、中間部がロータ本体１７と共に混練用ロータ１９を、他端部がその周囲に設けられたスクリューフィン２１と共に押出ロータ２３をそれぞれ構成している。
【００６６】
混練ロータ１９は、ロータ本体１７の外表面の構成が上記各実施形態に示した混練ロータ５，７のそれと異なることを除き、当該混練ロータ５，７と同様の構成を有する。すなわち、図示を省略するが、ロータ１９のロータ本体１７は、上記各実施形態における中子５８（７８）又は中子６０，６１（８０，８１）に対応した中子、ならびに当該中子に対応する複数のディスク状溝部５７ａ（７７ａ）からなる溝５７（７７）に対応した冷却用溝を備えている。また、図示を省略するが、シャフト１１には、上記各実施形態における通路５３〜５６（７３〜７６）に対応した通路を設けてある（図３を参照。）。
【００６７】
図６は、図５に示す混練用ロータの概略外観図である。同図に示すように、上記ロータ本体１７は、中央部に配設された長翼部たる第１翼部１７１と、第１翼部１７１の両側に配設された短翼部たる第２翼部１７２および第３翼部１７３とを有する。
【００６８】
図７は、図５に示す混練用ロータのロータ本体の展開図である。同図に示すように、第１翼部１７１は、シャフト１１（図６，７には示されていない）の軸線に対する捩じれ角θ1が３５°〜５５°に設定され、かつ同図における左方の端からロータ本体１７の左端に至る軸方向距離と、右方の端からロータ本体１７の右端に至る軸方向距離とが等しくなるように形成されている。
【００６９】
一方、第２翼部１７２および第３翼部１７３は、前者の始点がロータ本体１７の左端に位置し、後者の始点がロータ本体１７の右端に位置するように、かつ、それぞれがシャフト１１の軸線に対して所定の角度を持つように設けられている。
【００７０】
対向する一対のロータ本体１７は、互いに１８０°の位相差をもって配置され、それらの回転時には、一方のロータ本体１７の第１翼部１７１が他方のロータ本体１７の第２翼部１７２および第３翼部１７３の間をそれらと噛み合いながら通過していく。なお、図中の矢印１７４は、ロータ本体１７の回転方向を示す。
【００７１】
図５に示す２軸混練押出機ＭＰにおいて、相対向する押出ロータ１５は、図示していないホッパから投入された被混練材料を下流方向に搬送して、相対向する混練ロータ１９に供給する。各混練ロータ１９は、図６，７に示した上述する翼部１７１〜１７３の噛み合いによって、また、この翼部１７１〜１７３とケーシング２５との間に発生するせん断力によって被混練材料を混練する。そして、各混練ロータ１９の下流側に位置する各押出しロータ２３によって混練済みの材料が次工程に搬出される。
【００７２】
前述したように、各混練ロータ１９は、上記各実施形態に係る各混練ロータ５，７に準じた構成を有するので、被混練材料に対し極めて高い冷却能力を示す。また、各混練ロータ１９は、図７に示す第１翼部１７１の捩じれ角θ1を３５°〜５５°に設定してあるので、被混練材料の温度上昇を一層抑制することができる。以下、その理由について説明する。
【００７３】
図８は、図７に示す混練用ロータの軸方向流動性を確認するための実験結果を示すグラフである。このグラフにおいて、横軸は第１翼部１７１の捩じれ角θ１、縦軸は軸方向圧力勾配である。
【００７４】
同図から明らかなように、捩じれ角θ１が４５°のとき最大の圧力勾配が得られ、このときに被混練材料の軸方向流れが最も良好となり、配合剤の混合および分散性も最も良好になる。そして、捩じれ角θ１＝３５°〜５５°では、必要なせん断力を維持した状態で良好な軸方向流動性が確保されることになる。このような良好な軸方向流動性が確保されれば、被混練材料の温度上昇が抑制されることになる。
【００７５】
なお、第２翼部１７２と第３翼部１７３の少なくとも一方の捩じれ角を第１翼部１７１の捩じれ角θ１と同様に３５°〜５５°に設定しても良い。図９は、図７に示す第２翼部の捩じれ角を第１翼部の捩じれ角と同じ３５°〜５５°に設定した場合の作用を確認するための実験結果を示すグラフである。
【００７６】
この実験では、実機を模擬した押出混練機にＣＭＣ（カルボキシル・メチル・セルロース）水溶液を充填する一方、着色ガラスビーズを被混練物として投入し、その混合度を計測するようにした。同図において、横軸は捩じれ角θ１、θ２を、縦軸は均一混合に要した積算回転数をそれぞれ示している。積算回転数は、小さい程、混練が短時間で終了することを意味する。
【００７７】
同図によれば、捩じれ角θ１、θ２が４５．０°近傍の値で小さくなっていることが分かる。この場合、ロータ容積が若干減少し、混練容積が増加する。したがって、第１翼部１７１、第２翼部１７２の捩じれ角θ１、θ２を共に３５°〜５５°に設定することにより、容積効率、空隙容積が増加し、これは２軸混練押出機の生産性および混練性の向上ならびに軽量化をもたらす。
【００７８】
もちろん、第３翼部１７３の捩じれ角を第１翼部１７１の捩じれ角θ１と一致させてもよく、また、第２翼部１７２と第３翼部１７３の双方の捩じれ角を第１翼部１７１の捩じれ角θ１と一致させてもよい。
【００７９】
なお、以上では、長翼部が１枚で短翼部が２枚の場合について説明したが、翼部の枚数はこれに限定されるものではない。例えば、長翼部のみを１枚以上設けるようにしてもよく、また、２以上の長翼部と３以上の短翼部を設けるようにしてもよい。
【００８０】
＜本発明に係る混練用ロータの応用形態２＞
図１０は、本発明に係る混練用ロータが適用された１軸混練押出機の概略内部平面図である。同図に示す１軸混練押出機ＭＰ'と、図４に示す２軸混練押出機ＭＰとは、軸数と、前者のケーシング２５'の幅が後者のケーシング２５の幅よりも狭く設定されている点を除き同等の構成を有する。そこで、両者の対応する要素には、共通の符合を付してある。
【００８１】
この１軸混練押出機ＭＰ'の混練ロータ１９は、ロータ本体の翼部とケーシング２５'の内面との間に発生するせん断力によって被混練材料を混練する。
【００８２】
＜本発明に係る混練用ロータの応用形態３＞
図１１は、上記各実施形態に係るバッチ式混練機をマスター練とファイナル練の双方に適用した混練システムを示す概略構成図である。この混練システムでは、まず混練機Ｍ１を用いて原料ゴムと配合剤が混練（マスター練）される。混練機Ｍ１は、上記各実施形態に示した中子５８（７８）又は中子６０，６１（８０，８１）の作用によって混練材料に対する冷却能力に優れるので、従来の混練機のような再練（リミル）操作が不要になるか、もしくは、再練の回数を減少することができる。
【００８３】
混練機Ｍ１においては、ゴムと配合剤の分散がほぼ終了するＢＩＴ（Carbon Black incorporate time）に達した時点で被混練材料が排出される。排出された被混練材料は、アンダーミキサ２９によって冷却かつシート化された後、加硫剤とともに混練機Ｍ２に投入されて混練（ファイナル練）される。そして、ファイナル練が終了して混練機Ｍ２から取り出されたゴム材料は、アンダーミキサ３１によって冷却かつシート化され、タイヤ等のゴム製品の材料として使用される。
【００８４】
上記するように、この製造システムによれば、再練操作が不要になるか、もしくは、再練の回数が減少するので、混練作業に要する時間を短縮して生産性を向上することができる。
【００８５】
＜本発明に係る混練用ロータの応用形態４＞
図１２は、上記各実施形態に係るバッチ式混練機Ｍをマスター練に適用し、図５に示した２軸混練押出機ＭＰもしくは図１０に示した１軸混練押出機ＭＰ’をファイナル練に適用した混練システムを示す概略構成図である。
【００８６】
この混練システムは、混練機Ｍによってマスター練を行い、マスター練を終了した材料をアンダーミキサ２９によって冷却かつシート化する工程において、図１１に示すシステムと共通している。
【００８７】
アンダーミキサ２９によってシート化されたゴム材料は、加硫剤とともに２軸混練押出機ＭＰに投入されて押出、混練（ファイナル練）、冷却および押出の各処理を施された後、シート化されることになる。
【００８８】
２軸混練押出機ＭＰもしくは１軸混練押出機ＭＰ'は、図５、図１０に示す混練ロータ１９が上記各実施形態に係る混練機Ｍの混練ロータ５，７（図１，４を参照。）と同様の冷却機能を有する。したがって、このシステムでは、上述するようにファイナル練を２軸混練押出機ＭＰもしくは１軸混練押出機ＭＰ'で連続的に実行して生産性を一層向上することができる。
【００８９】
＜本発明に係る混練用ロータの応用形態５＞
図１３は、図５に示した２軸混練押出機ＭＰもしくは図１０に示した１軸混練押出機ＭＰ’をマスター練およびファイナル練の双方に使用した混練システムを示す概略構成図である。
【００９０】
このシステムでは、まず、２軸混練押出機ＭＰ１もしくは１軸混練押出機ＭＰ１'によって原料ゴムと配合剤が連続的に混練（マスター練）されかつ押し出され、このマスター練されたゴム材料が加硫剤と共に２軸混練押出機ＭＰ２もしくは１軸混練押出機ＭＰ２'によって連続的に混練（ファイナル練）されかつ押し出される。
【００９１】
このようにこのシステムによれば、マスター練からファイナル練までが連続化されるので、図１２に示したシステムよりも生産性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】第１の実施形態に係る混練用ロータが適用された混練機の要部を示す概略断面構造図である。
【図２】第１の実施形態に係る混練用ロータの概略外観図である。
【図３】第１の実施形態に係る混練用ロータを回転シャフトの軸線を含む面で断面した概略断面構造図である。
【図４】第２の実施形態に係る混練用ロータが適用された混練機の要部を示す概略断面構造図である。
【図５】本発明に係る混練用ロータが適用された２軸混練押出機の概略内部平面図である。
【図６】図５に示す混練用ロータの概略外観図である。
【図７】図５に示す混練用ロータのロータ本体の展開図である。
【図８】図７に示す混練用ロータの軸方向流動性を確認するための実験結果を示すグラフである。
【図９】図７に示す第２翼部の捩じれ角を第１翼部の捩じれ角と同じ３５°〜５５°に設定した場合の作用を確認するための実験結果を示すグラフである。
【図１０】本発明に係る混練用ロータが適用された１軸混練押出機の概略内部平面図である。
【図１１】バッチ式混練機をマスター練とファイナル練の双方に適用した混練システムを示す概略構成図である。
【図１２】バッチ式混練機をマスター練に適用し、２軸混練押出機もしくは１軸混練押出機をファイナル練に適用した混練システムを示す概略構成図である。
【図１３】２軸混練押出機もしくは１軸混練押出機をマスター練およびファイナル練の双方に使用した混練システムを示す概略構成図である。
【図１４】従来の密閉式（バッチ式）混練機を示す概略断面構造図である。
【図１５】従来の混練用ロータが適用された混練機の要部を示す概略断面構造図である。
【符号の説明】
【００９３】
Ｍ，Ｍ１，Ｍ２  バッチ式混練機
１  ケーシング
３  混練室
５，７  混練用ロータ
５１，７１  回転シャフト
５２，７２  ロータ本体
５３〜５６，７３〜７６  通路
５７，７７  溝
５７ａ，７７ａ  ディスク状溝部
５８，７８  中子
６０，８０  中子
６１，８１  中子
ＭＰ，ＭＰ１，ＭＰ２  ２軸混練押出機
ＭＰ'，ＭＰ１'，ＭＰ２'  １軸混練押出機
１１  回転シャフト
１５，２３  押出ロータ
１７  ロータ本体
１９  混練用ロータ
１７１〜１７３  翼部
２９，３１  アンダーミキサ
【図１】
2006026991.tif 000003
【図２】
2006026991.tif 000004
【図３】
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【図４】
2006026991.tif 000006
【図５】
2006026991.tif 000007
【図６】
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【図７】
2006026991.tif 000009
【図８】
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【図９】
2006026991.tif 000011
【図１０】
2006026991.tif 000012
【図１１】
2006026991.tif 000013
【図１２】
2006026991.tif 000014
【図１３】
2006026991.tif 000015
【図１４】
2006026991.tif 000016
【図１５】
2006026991.tif 000017