(57)【要約】【課題】  滑りやすい処理物や大きな粒を含む材料であっても、大きな処理量を安定して得ることができ、均一で安定した性状の混練物を得ることができる。【解決手段】互いに逆方向に回転するとともに、ロール軸４、１３が互いに平行であり、かつ表面温度をそれぞれ調節可能な２本のロール３、１２を有し、両ロール３、１２の一端から連続的に処理物を供給し、他端から排出する連続式２本ロール型混練機において、両ロール３、１２の表面にスパイラル状の凹凸部５、１４を設け、一方のロール３の凸部８と他方のロール１２の凹部１５とを互いに噛み合わせた状態で近接させ、少なくとも一方のロール３の凸部８がロール軸４、１３に平行な頂部幅を有するとともに、他方のロール１２の凹部１５がロール軸４、１３に平行な底部幅を有し、かつ、頂部幅を有する頂部表面の少なくとも一部にロール軸４、１３に平行な溝２７、２８を有する。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに逆方向に回転するとともに、ロール軸が互いに平行であり、かつ表面温度をそれぞれ調節可能な２本のロールを有し、前記両ロールの一端から連続的に処理物を供給し、他端から排出する連続式２本ロール型混練機において、
前記両ロールの表面にスパイラル状の凹凸を設け、一方のロールの凸部と他方のロールの凹部とを互いに噛み合わせた状態で近接させ、少なくとも前記一方のロールの凸部がロール軸に平行な頂部幅を有するとともに、前記他方のロールの凹部がロール軸に平行な底部幅を有し、かつ、前記頂部幅を有する頂部表面の少なくとも一部に、ロール軸に平行な溝を有することを特徴とする混練機。
【請求項２】
前記溝の幅が１〜２０ｍｍである請求項１に記載の混練機。
【請求項３】
前記溝の深さが０．５〜１０ｍｍである請求項１又は２に記載の混練機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、混練機に関し、特に、処理物の連続処理が可能な連続式２本ロール型混練機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の連続式２本ロール型混練機の一例を図８に示す。
すなわち、この混練機は、円筒形の２本のロール３、１２を、適当な間隙を設けて平行に配置したものであって、両ロール３、１２の回転方向は逆方向となっており、両ロール３、１２は間隙部において上から下方向に回転するように構成されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
各ロール３、１２の長さは直径の２倍以上に設定され、両ロール３、１２の一端から処理物を供給し、他端から排出することにより、連続的な混練処理を行うことができる。
【０００４】
処理物の搬送性を良くするために、両ロール３、１２の表面には逆方向に走るスパイラル状の凹凸部５、１４が設けられ、一方のロール３の凸部８と他方のロール１２の凹部１５とを互いに噛み合わせた状態で近接させている。
【０００５】
少なくとも一方のロール３、１２は、その凸部８、１７がロール軸４、１３に平行な頂部幅を有しており、他方のロール１２、３の凹部１５、６がロール軸１３、４に平行な底部幅を有している。混練作用は、両ロール３、１２が近接する間隙部（ニップ部ともいう）において行われ、主に凹凸部５、１４を形成する軸に平行な面で行われる。処理物の混練効果を良くするために、両ロール３、１２の直径を変えて、異なる周速度で回転するようにし、間隙部において処理物に剪断力が与えられる。
【０００６】
供給された処理物４０は、図７に示すように、バンク部Ｘからニップ部Ｙに引き込まれ、一方のロール３の外表面に巻き付いた状態で処理される。通常、操作する側の前ロール３に処理物４０を巻き付かせる。一般に、処理物は周速度の速い側のロールに巻き付き易く、また温度が高い方のロールに巻き付き易い性質があるので、両ロール３、１２の周速度および温度を調整することにより、これを行うことができる。
【０００７】
各ロール３、１２の内部には加熱媒体又は冷却媒体用の流路１０、１９が設けられ、この流路１０、１９により各ロール３、１２を加熱又は冷却することができる。通常、各ロール３、１２には、加熱媒体又は冷却媒体用の流路１０、１９が供給側から排出側までの間に１個又は複数個設けられ、これらの流路内に異なる温度の加熱媒体又は冷却媒体を流通させることにより、細かい温度制御をすることができる。
【０００８】
上記のような連続式２本ロール型の混練機は次のような特徴を備えている。
（１）強力な剪断力、圧縮力による大きな混練作用が働く。
（２）比較的低温で処理できる。
（３）揮発分の除去が容易である。
（４）混練状態を容易に確認できる。
（５）洗浄が容易で多品種、小ロット生産に適している。
【０００９】
しかしながら、上記のようなスパイラル状の凹凸部５、１４を有する２本ロール３、１２を用いた混練機は、処理物によって搬送量が大きく異なり、処理物によっては大きな処理量を安定して得ることが困難である。搬送性の悪い処理物としては、例えば、ワックスを含んだカラートナー、潤滑剤を含むマスターバッチ、難燃剤を含む樹脂等である。これらの処理物は、処理量を増加すると、両ロール３、１２の表面上で滑りを生じてロール３、１２の間隙に食い込まれず、処理量を増加させることができない、或いは一方のロール３の外表面に巻き付かせることができない等の問題がある。また、供給材料が大きな粒を含む場合も、大きな粒が両ロール３、１２の表面上で滑りを生じてショートパスし、均一な混練物を安定して得ることができない。
【特許文献１】特開２００３−４７８３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記のような従来のもののもつ問題を解決したものであって、滑りやすい処理物や大きな粒を含む材料であっても、大きな処理量を安定して得ることができるとともに、均一で安定した性状の混練物を得ることができる混練機を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記のような課題を解決するために、本発明の請求項１に係る混練機は、互いに逆方向に回転するとともに、ロール軸が互いに平行であり、かつ表面温度をそれぞれ調節可能な２本のロールを有し、前記両ロールの一端から連続的に処理物を供給し、他端から排出する連続式２本ロール型混練機において、前記両ロールの表面にスパイラル状の凹凸を設け、一方のロールの凸部と他方のロールの凹部とを互いに噛み合わせた状態で近接させ、少なくとも前記一方のロールの凸部がロール軸に平行な頂部幅を有するとともに、前記他方のロールの凹部がロール軸に平行な底部幅を有し、かつ、前記頂部幅を有する頂部表面の少なくとも一部に、ロール軸に平行な溝を有する手段を採用している。
また、本発明の請求項２に係る混練機は、請求項１に記載の混練機において、前記溝の幅が１〜２０ｍｍである手段を採用している。
さらに、本発明の請求項３に係る混練機は、請求項１又は２に記載の混練機において、前記溝の深さが０．５〜１０ｍｍである手段を採用している。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、前記のように構成したことにより、処理物の滑りを抑制し、処理量を増加させることができる。すなわち、供給された滑り易い処理物は、凸部に形成された軸方向の溝により捕捉されるので、両ロールの表面上で滑りを生じることなく、ロールの間隙に食い込まれることになり、この結果、処理量を増加させることができる。また、供給される大きな粒を含む処置物であっても、ショートパスを起こすことなく、均一で安定した性状の混練物を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
図１〜図６には、本発明による混練機の一実施の形態が示されていて、この混練機１は連続式２本ロール型混練機であって、前ロール３と後ロール１２の２本のロールを有している。
【００１４】
図１及び図２に示すように、両ロール３、１２は、互いに平行をなすように、かつ回転自在にそれぞれ軸受２１、２１を介して機械本体２に取り付けられている。前ロール３は駆動源２３に連結され、駆動源２３が作動することにより回転し、前ロール３とギアー等からなる伝達部材２２を介して連結されている後ロール１２が回転する。前ロール３と後ロール１２は、伝達部材２２の介在により逆向きに回転する。なお、前ロール３と後ロール１２とをそれぞれ独立した駆動源に連結し、両駆動源の作動によりそれぞれ逆方向に回転させるように構成しても良い。
【００１５】
図２に示すように、両ロール３、１２の内部には、それぞれ加熱媒体又は冷却媒体の流路１０、１９が設けられ、この流路１０、１９に加熱媒体又は冷却媒体を流通させることで、両ロール３、１２を加熱又は冷却することができる。流路１０、１９は、両ロール３、１２の供給側から排出側までの間にそれぞれ１個又は複数個設けられ、この流路１０、１９に異なる温度の加熱媒体又は冷却媒体を流通させることで、細かい温度制御ができる。なお、図中１１、２０は、加熱媒体又は冷却媒体の供給排出部である。
【００１６】
図２に示すように、前ロール３及び後ロール１２は、その表面に互いに逆向きのスパイラル状の凹凸部５、１４がそれぞれ設けられ、前ロール３の凸部８と後ロール１２の凹部１５、及び前ロール３の凹部６と後ロール１２の凸部１７とがそれぞれ互いに噛み合っている。従って、必然的に両ロール３、１２の凸部８、１７のピッチ間隔は等しくなり、また両ロール３、１２の回転数も等しくなる。但し、両ロール３、１２の直径は任意に決めることができ、通常は、前ロール３の直径を後ロール１２の直径よりも大きくしている。すなわち、前ロール３の周速度を後ロール１２の周速度よりも大きくすることによって、処理物が前ロール３の外表面に巻き付くようにするとともに、周速度の差によって処理物に剪断力が与えられるようにしている。
【００１７】
前ロール３の外表面に巻き付いた処理物は、スパイラル状の凹凸部５、１４が互いに噛み合って回転することにより、両ロール３、１２の材料供給部２４から排出口２５に向かって進行する。処理物は、スパイラルの進行速度に比例した速度で進行するので、処理量は前ロール３の外表面に巻き付いた処理物の厚み、前ロール３の直径、及び回転数にほぼ比例することになる。
【００１８】
スパイラル状の凹凸部５、１４は１条ネジであっても良いし、２条以上の多条ネジであっても良い。多条ネジとすることにより、処理量を大きくすることができる。両ロール３、１２の処理物の排出口２５に取出し装置２６を取り付け、混練物をペレット等に成形して取り出すことができる。
【００１９】
図４〜図６に示すように、少なくとも一方のロール３、１２は、その凸部８、１７の頂部にロール軸４、１３に平行な頂部幅９、１８を有するとともに、他方のロール１２、３は、その凹部１５、６の底部にロール軸１３、４に平行な底部幅１６、７を有する。したがって、両ロール３、１２間にロール軸４、１３に平行な間隙が形成される。具体的には、両ロール３、１２の軸線に平行な断面において、両ロール３、１２の凹凸部５、１４の形状を台形又は矩形に形成する。三角形や円弧形等を除いた形状である。
【００２０】
混練操作は、一般に処理物に大きな剪断力を与えなければならない。剪断力は、ニップ部の間隙で与えられ、両ロール３、１２の表面における速度差が大きいほど、また間隙が狭いほど大きな剪断力が得られる。このため、両ロール３、１２間に形成されるロール軸４、１３に平行な間隙、すなわち、頂部幅９、１８と底部幅１６、７とによって形成される間隙は、０．０５ｍｍ単位で調節できることが好ましい。
【００２１】
図２及び図３に示すように、本発明のロール３、１２は、頂部幅９、１８を有する凸部８、１７の頂部表面の少なくとも一部に、ロール軸４、１３に平行な溝２７、２８を有している。溝２７、２８の断面形状としては、例えばＵ字形等であり、処理物の噛み込みを良くするためには、溝２７、２８の切口がエッジを形成する形状であることが好ましい。また、処理後の清掃を簡単にするために、溝２７、２８の幅はその深さよりも大きいことが好ましく、底部は丸みを持っていることが好ましい。
【００２２】
一つの溝２７、２８について、その幅や深さは必ずしも一定である必要はなく、また、長さについても、必ずしも頂部幅９、１８の全長にわたる必要はない。しかし、ロール製作の上からも、また処理後の清掃の上からも、溝２７、２８の構造は簡単であることが好ましいので、溝２７、２８の幅及び深さは一定とすることが好ましく、その長さも頂部幅９、１８の全長にわたることが好ましい。
【００２３】
溝２７、２８の具体的な寸法は、処理物の形状や滑り易さ等によるが、粒子径又は粒子の厚みが１０ｍｍ以下の場合、溝２７、２８の幅は１〜２０ｍｍが好ましく、深さは０．５〜１０ｍｍが好ましい。溝２７、２８の寸法が小さい場合には、溝２７、２８を設ける効果が十分に得られず、また、大きい場合には、溝２７、２８の部分が原因となって混練効果が低下することになる。
【００２４】
溝２７、２８の数は、凸部８、１７の１ピッチに対して８〜２４程度設けることが好ましく、相隣る溝の間隔は、１０〜８０ｍｍとすることが好ましい。溝２７、２８の数が少ない場合には、溝２７、２８を設ける効果が十分には得られず、また、数が多い場合には、溝２７、２８の部分が原因となって混練効果が低下することになる。
【００２５】
凹凸部５、１４は、両ロール３、１２の材料供給部２４から排出口２５に至る全範囲に連続して設けられている。これに対して溝２７、２８は、材料供給部２４の側に、凹凸部５、１４が設けられている範囲の１／４〜１／２の範囲で設けられることが好ましい。この範囲が短い場合には、溝２７、２８を設ける効果が十分に得られず、また、範囲が長い場合には、溝２７、２８の部分が原因となって混練効果が低下することになる。
【００２６】
本発明の混練機１は、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、セラミックス、各種材料マスターバッチ（カラートナー用、樹脂と安定剤等の添加剤、ゴム用添加剤）、粉末冶金、磁性材料（プラスチック磁石等の永久磁石を含む）、黒及びカラートナー、インキ、コンパウンド、粉体塗料、天然あるいは合成ゴム、接着剤、鉛筆芯（黒芯、ポリマー芯）、電池材料等の混練に用いることができる。特に摩擦係数の小さい材料に有効である。
【実施例】
【００２７】
次の材料を三井ヘンシェルミキサーで混合して、試験用材料とした。
不蝕和ポリエステル樹脂  ：  １０      ｋｇ
フタロシアニンブルー    ：    ０．５  ｋｇ
カルナウバワックス      ：    ０．７  ｋｇ
ベンジル酸ホウ素錯体    ：    ０．１５ｋｇ
サルチル酸クロム錯体    ：    ０．１５ｋｇ
上記の試料を、本発明の混練機を用いて混練処理したところ、３ｋｇ／ｈ以上の処理量で処理することが可能であった。
【００２８】
混練機の仕様及び設定条件は以下のとおりであった。
前ロール                後ロール
スパイラル数          １                      １
ロール径              １１２ｍｍ              ９２ｍｍ
凸部高さ              ４．３ｍｍ              ４．３ｍｍ
凸部断面形状          台形                    台形
スパイラルピッチ      ４２ｍｍ                ４２ｍｍ
凸部頂部幅            ２２ｍｍ                １４ｍｍ
凹部底部幅            １８ｍｍ                ２６ｍｍ
溝数／ピッチ          １８                    １８
溝幅                    ３ｍｍ                  ３ｍｍ
溝深さ                  １ｍｍ                  １ｍｍ
ロール間隙                        ０．１ｍｍ
回転数                ７５／ｍｉｎ            ７５／ｍｉｎ
ロール温度  供給側    ９０℃                  １７℃
排出側    ５０℃                  １７℃
【００２９】
比較のために、実施例と同じ試料を、溝を持たない従来の混練機を用いて混練処理したところ、０．５ｋｇ／ｈ以上の処理量でオーバーフローを起こし、処理することが不可能であった。
混練機の仕様及び設定条件は以下のとおりであった。
前ロール                後ロール
スパイラル数          １                      １
ロール径              １１２ｍｍ              ９２ｍｍ
凸部高さ              ４．３ｍｍ              ４．３ｍｍ
凸部断面形状          台形                    台形
スパイラルピッチ      ４２ｍｍ                ４２ｍｍ
凸部頂部幅            ２２ｍｍ                １４ｍｍ
凹部底部幅            １８ｍｍ                ２６ｍｍ
ロール間隙                        ０．１ｍｍ
回転数                ７５／ｍｉｎ            ７５／ｍｉｎ
ロール温度  供給側    ９０℃                  １７℃
排出側    ５０℃                  １７℃
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明による混練機の一実施の形態の全体を示した正面図である。
【図２】図１に示す前ロール及び後ロールの平面図である。
【図３】図２の前ロール及び後ロールの断面図である。
【図４】図２の部分拡大説明図である。
【図５】前ロール及び後ロールの凹凸部の他例を示した説明図である。
【図６】前ロール及び後ロールの凹凸部の他例を示した説明図である。
【図７】前ロール及び後ロールと処理物との関係を示した説明図である。
【図８】従来の混練機の一例を示したものであって、前ロール及び後ロールの平面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  混練機
２  機械本体
３  前ロール
４、１３  ロール軸
５、１４  凹凸部
６、１５  凹部
７、１６  底部幅
８、１７  凸部
９、１８  頂部幅
１０、１９  流路
１１、２０  供給排出部
１２  後ロール
２１  軸受
２２  伝達部材
２３  駆動源
２４  材料供給部
２５  排出口
２６  取出し装置
２７、２８  溝  
４０  処理物
Ｘ  バンク部
Ｙ  ニップ部
【図１】
2005103495.tif 000003
【図２】
2005103495.tif 000004
【図３】
2005103495.tif 000005
【図４】
2005103495.tif 000006
【図５】
2005103495.tif 000007
【図６】
2005103495.tif 000008
【図７】
2005103495.tif 000009
【図８】
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