(57)【要約】【課題】  材料の滞留及び偏流を防止し、圧縮・せん断を効率よく行い、配合剤の分散度を高め、均質な練り生地を得る。【解決手段】  密閉型混練機において、２本の各ロータ７に２条のノグ１０を互いに略１８０°離れた位相で配置するとともにロータ軸線方向に左右対称となる所定の捩り角度で螺旋状に形成し、各ノグ１０を、回転方向前側の端面１１はロータ７の端縁から略始まるが、回転方向後側の端面１２はロータ７の反対側の端縁に届かないで終わるように形成して、該届かない部位のロータ７上を材料通路２０とする。また、各ロータ７の一方のノグ１０の回転方向後側の端面１２と他方のノグ１０の回転方向前側の壁面１３との間に、相手側ロータ７のノグ１０が噛み合うようにする。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉されたチャンバーの内側で２本のロータが回転し、各ロータに突設したノグが噛み合う密閉型混練機において、
各ロータに２条のノグを互いに略１８０°離れた位相で配置するとともにロータ軸線方向に左右対称となる所定の捩り角度で螺旋状に形成し、各ノグを、回転方向前側の端面はロータの端縁から略始まるが、回転方向後側の端面はロータの反対側の端縁に届かないで終わるように形成して、該届かない部位のロータ上を材料通路としたことを特徴とする密閉型混練機。
【請求項２】
各ロータの一方のノグの回転方向後側の端面と他方のノグの回転方向前側の壁面との間に、相手側ロータのノグが噛み合うようにした請求項１記載の密閉型混練機。
【請求項３】
前記ノグの捩り角度を３５°〜５５°に設定した請求項１又は２記載の密閉型混練機。
【請求項４】
前記ノグの回転方向前側の壁面を傾斜角度が３５°〜５５°の材料喰込面とした請求項１〜３のいずれか一項に記載の密閉型混練機。
【請求項５】
前記ノグの頂面を段付き形状とした請求項１〜４のいずれか一項に記載の密閉型混練機。
【請求項６】
前記段付き形状は前記ノグの頂面の幅方向に延びる凹部を形成したことによるものである請求項５記載の密閉型混練機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、密閉されたチャンバーの内側でゴムやプラスチック等の材料を混練する密閉型混練機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、非噛み合い式の密閉型混練機が記載されている。この混練機は、図６に示すように、密閉されたチャンバー５１の内側に２本のロータ５２を設け、各ロータ５２に長短一対の翼５３を突設し、各ロータ５２を互いに逆方向へ回転し、翼５３の回転により材料Ｍを混練するように構成されている。また、特許文献２には、非噛み合い式の混練機において、翼の形状によりチャンバーとロータとの隙間（チップクリアランス）をロータ軸線方向に変化させる技術が記載されている。
【０００３】
特許文献３には、噛み合い式の混練機が記載されている。この混練機は、図７に示すように、２本のロータ５６に長さが異なる３つのノグ５７を突設し、そのうち一つのノグ５７をロータ５６の全長にわたって螺旋状に延びるように形成し、各ロータ５６を互いに逆方向へ回転し、ノグ５７の噛み合いにより材料を混練するように構成されている。
【特許文献１】特公平４−５５３６３号公報
【特許文献２】特開平１１−４８２３９号公報
【特許文献３】特表平１１−５０４５６６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、従来の非噛合い式混練機によると、図６（ａ）に示すように、材料Ｍがその種類によっては２本のロータ５２の間で翼５３が届かない部分Ｐ１に滞留することがあり、この部分の材料を充分に圧縮・せん断することができず、配合剤の分散度が低下する問題があった。これに対し、噛み合い式混練機は、２本のロータ５６の間を通過する材料Ｍをノグ５７の噛み合いにより繰り返し圧縮・せん断し、配合剤の分散度を高めることができる。
【０００５】
しかし、従来の噛み合い式混練機は、図７（ｂ）に示すように、最も長いノグ５７がロータ５６の全長に延びているため、材料Ｍがその種類によってはノグ５７の回転方向後端側の部分Ｐ２を十分に通過できず、ここに配合剤が未分散の状態で滞留することがあった。また、どちらのタイプの混練機も、一つのロータに長短複数の翼又はノグが設けられているので、材料が長い方の翼又はノグに沿ってロータ軸線方向の片側に偏流しやすく、配合剤の分配が不充分となり、練り生地の材質が不均一になるという問題点があった。
【０００６】
本発明の目的は、上記課題を解決し、材料の滞留及び偏流を防止し、圧縮・せん断を効率よく行い、配合剤の分散度を高め、均質な練り生地が得られる噛み合い式の密閉型混練機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明は、密閉されたチャンバーの内側で２本のロータが回転し、各ロータに突設したノグが噛み合う密閉型混練機において、各ロータに２条のノグを互いに略１８０°離れた位相で配置するとともにロータ軸線方向に左右対称となる所定の捩り角度で螺旋状に形成し、各ノグを、回転方向前側の端面はロータの端縁から略始まるが、回転方向後側の端面はロータの反対側の端縁に届かないで終わるように形成して、該届かない部位のロータ上を材料通路としたことを特徴とする。各ロータの一方のノグの回転方向後側の端面と他方のノグの回転方向前側の壁面との間に、相手側ロータのノグが噛み合うようにすることが好ましい。
【０００８】
ここで、密閉型混練機は、特定の用途に限定されず、例えば、ゴムやプラスチックの主体材料と配合剤（可塑剤、加硫剤、着色剤等）との混練り、或いは、主体材料単独の素練り（ゴムの可塑化練り等）に用いることができる。チャンバーの構造や容量、ロータの直径や長さ等の設計事項は、特に限定されず、材料の種類又はその混練条件に応じて適宜に決定できる。
【０００９】
ロータのノグ形状は材料の圧縮・せん断作用に大きな影響を及ぼす。本発明では、２条のノグがロータの軸線方向に左右対称となる所定の捩り角度で螺旋状に形成されているので、両ノグは、長さと幅が略等しく、向きが左右逆となる。このため、材料は、ロータの回転に伴い、チャンバーとロータとの間、及び２本のロータの間をそれぞれ左右均等に流れる。従って、材料がロータ軸線方向に均等な圧縮・せん断作用を受け、配合剤の分散が効率よく行われる。
【００１０】
また、各ノグを、回転方向前側の端面はロータの端縁から略始まるが、回転方向後側の端面はロータの反対側の端縁に届かないで終わるように形成して、該届かない部位のロータ上を材料通路としているので、ノグの回転方向後側の端部に材料が滞留しなくなる。しかも、各ロータの一方のノグの回転方向後側の端面と他方のノグの回転方向前側の壁面との間（前記材料通路を含む）に相手側ロータのノグが噛み合うと、材料の全量を残らず圧縮・せん断して、配合剤の未分散を確実に防止できる。
【００１１】
ノグ形状に関し、本発明はさらに有利な形状を以下に提案する。
（１）ノグの捩り角度を３５°〜５５°に設定する。捩り角度とは、ロータの端縁に直角な直線とノグとの間の角度である。捩り角度が３５°〜５５°、より好ましくは、４０°〜５０°の範囲であると、材料の軸方向移動量とノグ頂面通過量とがほぼ等しくなり、バランスのよい分散・分配機能が得られる。捩り角度が３５°未満になると、材料の軸方向移動量が減り、ノグ頂面通過量が増える。捩り角度が５５°を超えると、材料の軸方向移動量が増え、ノグ頂面通過量が減る。このため、どちらの場合も分散・分配機能のバランスが崩れる。
【００１２】
（２）ノグの回転方向前側の壁面を傾斜角度が３５°〜５５°の材料喰込面とする。傾斜角度とは、ロータの円筒面とノグの回転方向前側の壁面との間の角度であり、ノグが材料に喰い込む角度を意味する。この傾斜角度（喰込角度）が３５°〜５５°、より好ましくは、４０°〜５０°の範囲であると、材料が効率よく圧縮・せん断され、配合剤の分散が促進される。傾斜角度が３５°未満になると、材料に過大な圧縮・せん断応力が発生し、発熱により材質に悪影響を与える可能性がある。傾斜角度が５５°を超えると、圧縮・せん断作用が不充分となり、配合剤の分散不良が発生しやすい。
【００１３】
（３）ノグの頂面を段付き形状とする。段付き形状としては、特に限定されないが、ノグの頂面の幅方向に延びる（好ましくは複数の）凹部を形成したことによるものを例示できる。段付き形状にすれば、ノグの頂面を通過する材料の流れが変化するため、より多くの材料にせん断作用を与えて、配合剤の分散度を高めることができる。
【発明の効果】
【００１４】
従って、本発明に係る密閉型混練機によれば、材料の滞留及び偏流を防止し、圧縮・せん断を効率よく行い、配合剤の分散度を高め、均質な練り生地が得られるという優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に基づいて説明する。図１に示すように、この密閉型混練機は基台１の上にケーシング２を備え、ケーシング２によりチャンバー３が密閉された状態で設けられている。チャンバー３の上側には、材料を投入するホッパードア４と、材料をチャンバー３に押し込むウエイト５と、ウエイト５を昇降するシリンダー６とが配設されている。チャンバー３の内側には、材料を混練する２本のロータ７が設けられ、チャンバー３の下側に、混練後の練り生地を取り出すドロップドア８が設けられている。
【００１６】
図２，図３に示すように、２本のロータ７は平行に相対する状態でケーシング２に支持され、モータによりギヤ（図示略）を介して互いに逆方向へ回転される。各ロータ７の円柱面上には２条の螺旋状のノグ１０が突設され、ロータ７の回転に伴い、一方のロータ７のノグ１０が相手側ロータ７のノグ１０に噛み合うようになっている。そして、チャンバー３とロータ７との間におけるノグ１０の回転と、ロータ７同士の間におけるノグ１０の噛み合いとにより、材料Ｍが圧縮・せん断作用を受けて、主体材料中に配合剤が練り込まれる。
【００１７】
図４（ａ）にロータ７の円筒面を展開して示すように、２条のノグ１０は互いに１８０°離れた位相で配置されるとともにロータ軸線方向（図の左右方向）に左右対称となる所定の捩り角度で螺旋状に形成されている。詳しくは、同図において上側のノグ１０は、回転方向前側の端面１１はロータ７の右端縁から始まり、そこから４５°の捩り角度で回転方向後側へ延び、回転方向後側の端面１２はロータ７の左端縁に届かないで終わるように形成されており、該届かない部位のロータ７上が材料通路２０とされている。下側のノグ１０は、上側のノグ１０から１８０°離れた位相で配置されるとともに、回転方向前側の端面１１はロータ７の左端縁から始まり、そこから４５°の捩り角度で回転方向後側へ延び、回転方向後側の端面１２はロータ７の右端縁に届かないで終わるように形成されており、該届かない部位のロータ７上が材料通路２０とされている。そして、図４（ｂ）に示すように、上側のノグ１０の回転方向後側の端面１２と下側のノグ１０の回転方向前側の壁面１３との間に、相手側ロータ７のノグ１０が噛み合うようになっている。材料通路２０の幅は、特に限定されないが、前記のとおり相手側のノグ１０が噛み合える程度以上であれば好ましい。ノグ１０の長さは材料通路２０の幅を確保し得る最大値に設定されている。
【００１８】
また、ノグ１０の回転方向前側の壁面１３は、傾斜角度が４５°（図３参照）の材料喰込面となっている。ノグ１０の頂面１５は、該頂面１５の幅方向（長手方向と直角の向き）に延びる複数の凹部１６が形成されたことによる段付き形状となっている。凹部１６の深さは、特に限定されないが、チャンバー３の内面とノグ１０の頂面１５との隙間の半分程度（例えば、隙間が３ｍｍの場合に凹部１６の深さは１．５ｍｍ）が好ましい。ノグ１０同士の噛み合い隙間は、特に限定されないが、例えばチャンバー３とノグ１０との隙間と同じ程度（例えば３ｍｍ）でよい。なお、ノグ１０の回転方向後側の壁面１４は、干渉しない範囲で形状や傾斜角度等において特に限定されず、例えば曲面でも傾斜面でも直立面でもよい。
【００１９】
上記構成の密閉型混練機によれば、以下のような作用効果が得られる。
（イ）２条のノグ１０がロータ７の軸線方向に対称に形成されているので、ノグ１０の長さ幅が等しく、向きが左右逆となる。このため、材料Ｍは、チャンバー３とロータ７との間で、図４（ａ）に示すように、ノグ１０の頂面１５を左右均等な流量で通過し、ロータ７同士の間では、（ｂ）に示すように、規則的に向きを変えて左右均等に流れる。従って、材料Ｍの各部を均等に圧縮・せん断し、配合剤の分散を効率よく行うことができる。
【００２０】
（ロ）各ノグ１０の回転方向後側の端面１２はロータ７の端縁に届かないで終わるように形成されており、該届かない部位のロータ７上が材料通路２０とされているので、材料Ｍがノグ１０の回転方向後側の端部付近に滞留しなくなり、配合剤の未分散が発生しない。
（ハ）各ロータ７の一方のノグ１０の回転方向後側の端面１２と他方のノグ１０の回転方向前側の壁面１３との間（前記材料通路２０を含む）に、相手側ロータ７のノグ１０が噛み合うので、材料Ｍの全量を残らず圧縮・せん断し、配合剤の分散度を高めることができる。
【００２１】
（ニ）ノグ１０の捩り角度を４５°に設定したので、材料Ｍのロータ軸線方向における移動量とノグ１０の頂面１５における通過量とがほぼ等しくしなり、バランスのよい分散・分配機能が得られる。
（ホ）ノグ１０の回転方向前側の壁面１３を傾斜角度が４５°の材料喰込面としたので、図２（ｂ）に示すように、材料Ｍは、壁面１３の楔作用で圧縮された後、ノグ１０の頂面１５に導かれ、ノグ１０とチャンバー３との隙間で効率よくせん断される。この結果、特に、チャンバー３とロータ７との間における配合剤の分散を促進できる。
（ヘ）ノグ１０の頂面１５を凹部１６による段付き形状としたので、図４（ａ）に示すように、ノグ１０の頂面１５を通過する材料Ｍの流れに変化が生じる。従って、より多くの材料Ｍにせん断作用を与えて、配合剤の分散度を高めることができる。
【００２２】
図５に上記効果を確認するための実験結果を示した。ここで、本発明品とは、２つのノグ１０を備えた上記実施形態のロータ７による練り生地であり、従来品とは、３つのノグ５７（図７参照）を備えた従来のロータ５６による練り生地である。ロータ７，５６をチャンバー容量が１．３リットルの同じ混練機に交換して取り付け、この混練機をシリンダーのエア圧：０．４６ＭＰａ、チャンバーの温度：６０℃、ロータの回転数：３９ｒｐｍで運転した。材料は、主体材料にＥＰＤＭゴムを用い、配合剤にカーボン粉を用い、主体材料を素練りした後、配合剤を一括投入し、本発明品、従来品共に同じ時間で混練した。そして、材料の充填率を変え、複数の練り生地試料を取得し、各試料における配合剤の平均粒子径と生地の破断伸び率とを測定した。
【００２３】
図５（ａ）に示すように、配合剤（カーボン粉）の分散度合を示す平均粒子径は、本発明品が１０〜１２μｍであり、従来品が１８〜２０μｍであった。この結果から、本発明のノグ形状によれば、配合剤の分散度が従来の約２倍程度まで向上するという効果を確認できた。図５（ｂ）に示すように、配合剤の分配度合を示す破断伸び率は、本発明品が３００〜３２０％であり、従来品が２８０〜３１０％であった。この結果から、本発明のノグ形状によれば、配合剤の分配を充分に行い、従来品よりも均質な練り生地が得られるという効果を確認できた。
【００２４】
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のように、発明の趣旨から逸脱しない範囲で適宜変更して具体化することもできる。
（１）ノグ１０の捩り角度を４０°前後又は５０°前後に設定する。
（２）回転方向前側の壁面１３の傾斜角度を４０°前後又は５０°前後に設定する。
（３）ノグ１０の頂面１５の凹部１６を鋸歯形又は波形に形成する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施形態を示す密閉型混練機の全体図である。
【図２】図１の混練機のロータを示す断面図である。
【図３】図２のロータの正面図である。
【図４】図３のロータの展開図である。
【図５】本発明と従来の練り生地の物性値を比較する特性図である。
【図６】従来の非噛み合い式混練機のロータを示す概略図である。
【図７】従来の噛み合い式混練機のロータを示す概略図である。
【符号の説明】
【００２６】
３    チャンバー
７    ロータ
１０    ノグ
１１    回転方向前側の端面
１２    回転方向後側の端面
１３    回転方向前側の壁面
１４    回転方向後側の壁面
１５    頂面
１６    凹部
２０    材料通路
【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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