(57)【要約】【課題】ロータ翼の熱媒体の流路内で熱媒体がショートパスしないようにするとともに、流路を流通する熱媒体の流速を上昇させることにより、冷却（又は加熱）効率を向上することができるようにした密閉式混練機を提供すること。【解決手段】ロータ軸３１の半径ＲＲとチャンバー１の内面半径ＲＣの比ＲＲ／ＲＣが０．６５以上（実施例においては、約０．７）、ロータ翼３２の径方向の高さＨＷとチャンバー１の内面半径ＲＣの比ＨＷ／ＲＣが０．３５以下（実施例においては、約０．３）であり、ロータ翼３２の熱媒体の流路４２をロータ翼３２の外形状と略相似形状をなす１本の流路で構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
混練材料を収納するチャンバーと、該チャンバーの上部を閉鎖する加圧蓋と、チャンバー内に取り付けられたロータ翼を有する一対のロータとを備え、該ロータのロータ軸及びロータ翼に熱媒体の流路を形成した密閉式混練機において、ロータ軸半径（ＲＲ）とチャンバー内面半径（ＲＣ）の比（ＲＲ／ＲＣ）が０．６５以上、ロータ翼の径方向の高さ（ＨＷ）とチャンバー内面半径（ＲＣ）の比（ＨＷ／ＲＣ）が０．３５以下であり、前記ロータ翼の熱媒体の流路をロータ翼の外形状と略相似形状をなす１本の流路で構成したことを特徴とする密閉式混練機。
【請求項２】
ロータ翼の断面積（ＡＷ）とロータ軸の断面積（ＡＲ）の比（ＡＷ／ＡＲ）が０．０２〜０．１２、ロータ翼に形成した熱媒体の流路の断面積（ＡＦ２）とロータ翼の断面積（ＡＷ）との比（ＡＦ２／ＡＷ）が０．１〜０．５であることを特徴とする請求項１記載の密閉式混練機。
【請求項３】
ロータ軸に形成した熱媒体の流路とロータ翼に形成した熱媒体の流路とを直列に接続し、ロータ軸に導入されたすべての熱媒体が、前記直列に接続されたロータ翼に形成した熱媒体の流路を流通するようにしたことを特徴とする請求項１又は２記載の密閉式混練機。
【請求項４】
ロータ軸に形成した熱媒体の流路を周方向に複数に分割し、該流路を直列に接続したことを特徴とする請求項１、２又は３記載の密閉式混練機。
【請求項５】
ロータ翼に形成した熱媒体の流路の断面積（ＡＦ２）とロータ軸に形成した熱媒体の１つの流路の断面積（ＡＦ１）との比（ＡＦ２／ＡＦ１）が０．２〜２．０であることを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の密閉式混練機。
【請求項６】
請求項１、２、３、４又は５記載の密閉式混練機を使用し、ゴムとフィラーの混練を行うことを特徴とするゴム材料の混練方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ゴム、プラスチック等の高粘度の材料の混練を行うための密閉式混練機及びゴム材料の混練方法に関し、特に、ロータのロータ軸及びロータ翼に熱媒体の流路を形成した密閉式混練機及びゴム材料の混練方法に関するものである。
ここで、「熱媒体」とは、冷却媒体のほか、加熱媒体を含み、媒体の状態も液体のほか、蒸気等の気体を含むものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ゴム、プラスチック等の高粘度の材料の混練を行うための密閉式混練機として、図６に示すように、混練材料を収納するチャンバー１と、このチャンバー１の上部を閉鎖する加圧蓋２と、チャンバー１内に回転可能に取り付けられたロータ翼３２を有する一対のロータ３とを備え、このロータ３のロータ軸３１及びロータ翼３２に冷却媒体の流路４１、４２をそれぞれ形成した密閉式混練機が実用化されている（例えば、特許文献１参照）。
この密閉式混練機は、ロータ３のロータ軸３１及びロータ翼３２に冷却媒体の流路４１、４２をそれぞれ形成しているため、ロータ３のロータ軸３１の表面が能率よく冷却されて混練材料の温度上昇が低く抑えられ、混練終了後に材料がロータ３に粘着することがなく、混練済の材料を容易に取り出すことができるという利点を有するものであった。
しかしながら、この密閉式混練機は、ロータ軸半径ＲＲとチャンバー内面半径ＲＣの比ＲＲ／ＲＣ及びロータ翼３２の径方向の高さＨＷとチャンバー内面半径ＲＣの比ＨＷ／ＲＣが共に０．５程度であり、ロータ軸３１と比較してロータ翼３２が大きなものとなる（１つのロータ翼の断面積ＡＷとロータ軸の断面積ＡＲの比ＡＷ／ＡＲが０．５〜０．７程度にもなる）ため（ここで、チャンバー内面半径ＲＣ、ロータ軸半径ＲＲ、ロータ翼３２の径方向の高さＨＷ、ロータ軸の断面積ＡＲ、ロータ翼の断面積ＡＷの意味については、図１及び図２参照）、ロータ翼３２の冷却媒体の流路４２の断面積もこれに合わせて大きくなり、流路４２内で冷却媒体がショートパスすることにより冷却効果に不均一が生じたり、流路４２を流通する冷却媒体の流速が低下することにより、材料を混練する際に最も発熱が起こりやすいロータ翼３２の外表面近傍域で、ロータ翼３２による冷却効果が得にくいため、混練効率が上がらず、高粘度の材料や発熱が起こりやすい材料の場合には、混練が十分に行えなかったり、混練終了後に材料がロータ３に粘着することによって混練済の材料を容易に取り出すことができなくなるという問題があった。
【０００３】
一方、図７に示すように、回転シャフト５１、７１と、回転シャフト５１、７１の外周に設けられたロータ本体５２、７２とを有する混練用ロータにおいて、ロータ本体５２、７２は、外表面に翼部５５、７５を形成し、かつ、外表面における少なくとも翼部５５、７５の形成部位に溝５６、７６を形成した内部部材５３、７３と、内部部材５３、７３の外表面に倣うようにこの外表面を覆う外部部材５４、７４とを備え、溝５６、７６と外部部材５４、７４とによって冷却媒体を流通させる通路空間を形成することにより、冷却媒体がショートパスすることを防止し、冷却効率を向上して混練に要する時間を短縮できるようにしたものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
しかしながら、この混練用ロータは、内部部材５３、７３と、外部部材５４、７４という２つの部材を必要とすることから、構造が複雑となり、装置の製造コストが上昇するという問題があった。
【特許文献１】特公平７−３０１号公報
【特許文献２】特開２００５−１４４７１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記従来の密閉式混練機の有する問題点に鑑み、ロータ翼の熱媒体の流路内で熱媒体がショートパスしないようにするとともに、流路を流通する熱媒体の流速を上昇させることにより、冷却（又は加熱）効率を向上することができるようにした密閉式混練機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明の密閉式混練機は、混練材料を収納するチャンバーと、該チャンバーの上部を閉鎖する加圧蓋と、チャンバー内に取り付けられたロータ翼を有する一対のロータとを備え、該ロータのロータ軸及びロータ翼に熱媒体の流路を形成した密閉式混練機において、ロータ軸半径ＲＲとチャンバー内面半径ＲＣの比ＲＲ／ＲＣが０．６５以上、ロータ翼の径方向の高さＨＷとチャンバー内面半径ＲＣの比ＨＷ／ＲＣが０．３５以下であり、前記ロータ翼の熱媒体の流路をロータ翼の外形状と略相似形状をなす１本の流路で構成したことを特徴とする。
【０００６】
この場合において、ロータ翼の断面積ＡＷとロータ軸の断面積ＡＲの比ＡＷ／ＡＲが０．０２〜０．１２、ロータ翼に形成した熱媒体の流路の断面積ＡＦ２とロータ翼の断面積ＡＷとの比ＡＦ２／ＡＷが０．１〜０．５となるようにすることができる。
【０００７】
また、ロータ翼に形成した熱媒体の流路を直列に接続し、ロータ軸に導入されたすべての熱媒体が、前記直列に接続されたロータ翼に形成した熱媒体の流路を流通するようにすることができる。
【０００８】
また、ロータ軸に形成した熱媒体の流路を周方向に複数に分割し、該流路を直列に接続することができる。
【０００９】
また、ロータ翼に形成した熱媒体の流路の断面積ＡＦ２とロータ軸に形成した熱媒体の１つの流路の断面積ＡＦ１との比ＡＦ２／ＡＦ１が０．２〜２．０となるようにすることができる。
【００１０】
さらに、上記密閉式混練機を使用し、ゴムとフィラーの混練を行うことができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の密閉式混練機によれば、混練材料を収納するチャンバーと、該チャンバーの上部を閉鎖する加圧蓋と、チャンバー内に取り付けられたロータ翼を有する一対のロータとを備え、該ロータのロータ軸及びロータ翼に熱媒体の流路を形成した密閉式混練機において、ロータ軸半径ＲＲとチャンバー内面半径ＲＣの比ＲＲ／ＲＣが０．６５以上、ロータ翼の径方向の高さＨＷとチャンバー内面半径ＲＣの比ＨＷ／ＲＣが０．３５以下であり、前記ロータ翼の熱媒体の流路をロータ翼の外形状と略相似形状をなす１本の流路で構成するようにしているので、ロータ軸と比較してロータ翼の断面積が小さくなるため、ロータ翼の肉厚を増大させることなく、ロータ翼の熱媒体の流路の断面積を小さくでき、ロータ翼の熱媒体の流路内で熱媒体がショートパスしないようにするとともに、流路を流通する熱媒体の流速を上昇させることができる。これにより、冷却（又は加熱）効率を向上することができ、特に、材料を混練する際に最も発熱が起こりやすいロータ翼の外表面近傍域で、ロータ翼による冷却効果が得やすくなるため、混練効率が向上し、高粘度の材料や発熱が起こりやすい材料の場合でも、混練を十分に行うことができ、また、混練終了後に材料がロータに粘着することがなく、混練済の材料を容易かつ確実に取り出すことができる。
【００１２】
また、ロータ翼の断面積ＡＷとロータ軸の断面積ＡＲの比ＡＷ／ＡＲが０．０２〜０．１２、ロータ翼に形成した熱媒体の流路の断面積ＡＦ２とロータ翼の断面積ＡＷとの比ＡＦ２／ＡＷが０．１〜０．５となるようにすることにより、ロータ翼の熱媒体の流路を流通する熱媒体の流速を一層上昇させるとともに、流路内で熱媒体の流速に不均一が生じないようにすることができる。
【００１３】
また、ロータ翼に形成した熱媒体の流路を直列に接続し、ロータ軸に導入されたすべての熱媒体が、前記直列に接続されたロータ翼に形成した熱媒体の流路を流通するようにすることにより、ロータ翼の熱媒体の流路を流通する熱媒体の流速を一層上昇させることができる。
【００１４】
また、ロータ軸に形成した熱媒体の流路を周方向に複数に分割し、該流路を直列に接続するようにすることにより、流路内で熱媒体の流速に不均一が生じないようにすることができ、材料の冷却（又は加熱）を一層均一に行うことができる。
【００１５】
また、ロータ翼に形成した熱媒体の流路の断面積ＡＦ２とロータ軸に形成した熱媒体の１つの流路の断面積ＡＦ１との比ＡＦ２／ＡＦ１が０．２〜２．０となるようにすることにより、ロータ軸に形成した熱媒体の流路とロータ翼に形成した熱媒体の流路を流通する熱媒体の流速を管理することによって、材料の冷却（又は加熱）状態を容易かつ高精度に制御することができる。
【００１６】
さらに、上記密閉式混練機を使用し、ゴムとフィラーの混練を行うことにより、高粘度で発熱が起こりやすいゴムとフィラーの混練を十分に行うことができ、これにより、分散性が向上した高品質のゴム材料を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の密閉式混練機の実施の形態を、図面に基づいて説明する。
【００１８】
図１〜図３に、本発明の密閉式混練機の一実施例を示す。
この密閉式混練機は、ゴム、プラスチック等の高粘度の材料の混練を行うためのもので、図１に示すように、混練材料を収納するチャンバー１と、このチャンバー１の上部を閉鎖する加圧蓋２と、チャンバー１内に回転可能に取り付けられたロータ翼３２を有する一対のロータ３とを備え、このロータ３のロータ軸３１及びロータ翼３２に熱媒体の流路４１、４２をそれぞれ形成するようにしている。
ここで、「熱媒体」には、冷却媒体のほか、加熱媒体を含み、媒体の状態も液体のほか、蒸気等の気体を含むが、本実施例においては、冷却媒体を用いる場合について説明する。
【００１９】
そして、この密閉式混練機においては、ロータ軸３１の半径ＲＲとチャンバー１の内面半径ＲＣの比ＲＲ／ＲＣが０．６５以上（本実施例においては、約０．７）、ロータ翼３２の径方向の高さＨＷとチャンバー１の内面半径ＲＣの比ＨＷ／ＲＣが０．３５以下（本実施例においては、約０．３）であり、ロータ翼３２の熱媒体の流路４２を、ロータ軸３１の外周面とロータ翼３２とによって区画するとともにロータ翼３２の外形状と略相似形状、具体的には、本実施例においては、断面略三角形状をなす１本の流路で構成するようにしている。
【００２０】
この密閉式混練機は、ロータ軸３１と比較してロータ翼３２の断面積が小さくなるため、ロータ翼３２の肉厚を増大させることなく、ロータ翼３２の熱媒体の流路４２の断面積を小さくでき、ロータ翼３２の熱媒体の流路４２内で熱媒体がショートパスしないようにするとともに、流路４２を流通する熱媒体の流速を上昇させることができる。
【００２１】
この場合において、図２に示すように、ロータ翼３２の断面積ＡＷとロータ軸３１の断面積ＡＲの比ＡＷ／ＡＲが０．０２〜０．１２、好ましくは、０．０４〜０．１０（本実施例においては、約０．０６）、ロータ翼３２に形成した熱媒体の流路４２の断面積ＡＦ２とロータ翼３２の断面積ＡＷとの比ＡＦ２／ＡＷが０．１〜０．５、好ましくは、０．２〜０．４（本実施例においては、約０．２）となるようにすることが好ましい。
これにより、ロータ翼３２の熱媒体の流路４２を流通する熱媒体の流速を一層上昇させるとともに、流路４２内で熱媒体の流速に不均一が生じないようにすることができる。
【００２２】
ところで、本実施例においては、図１（ａ）及び図１（ｃ１）に示すように、ロータ翼３２の熱媒体の流路４２を、ロータ軸３１の外周面とロータ翼３２とによって区画して形成するようにしたが、熱媒体の流路４２の形成方法はこれに限定されず、例えば、図１（ｃ２）に示すように、ロータ翼３２単独で区画した空間を熱媒体の流路４２とするようにしたり、図１（ｃ３）に示すように、ロータ翼３２と閉鎖板３２ａとによって区画した空間を熱媒体の流路４２とすることもできる。
【００２３】
また、本実施例においては、図３に示すように（ただし、図３は各流路を模式的に示したもので、実際には、ロータ軸３１に形成した熱媒体の流路４１は、図１に示すように、ロータ軸３１の軸表面の近傍域に熱媒体の流路４１を形成するようにしている。）、１個のロータ３を見たとき、そのロータ軸３１に備えた２個のロータ翼３２に形成した熱媒体の流路４２を、ロータ軸３１に形成した熱媒体の流路４１を介して直列に接続し、１個のロータ３のロータ軸３１に導入されたすべての熱媒体が、直列に接続されたロータ翼３２に形成した熱媒体の流路４２を順次流通するようにすることにより、ロータ翼３２の熱媒体の流量を確保し、流路４２を流通する熱媒体の流速を一層上昇させることができる。
なお、ロータ軸３１に備えるロータ翼３２の個数は、本実施例の２個に限定されず、１個又は３個以上とすることもできる。
【００２４】
ところで、ロータ軸３１に形成した熱媒体の流路４１は、図１に示すように、１つの流路で構成することもできるが、当該熱媒体の流路４１を周方向に複数に分割して形成し、分割して形成した各流路４１を直列に接続するようにすることもできる。
これにより、熱媒体の流路４１内で熱媒体の流速に不均一が生じないようにすることができ、材料の冷却を一層均一に行うことができる。
【００２５】
さらに、また、ロータ翼３２に形成した熱媒体の流路４２の断面積ＡＦ２とロータ軸３１に分割して形成した熱媒体の１つの流路４１の断面積ＡＦ１との比ＡＦ２／ＡＦ１が０．２〜２．０、好ましくは、０．３〜１．２、より好ましくは、０．４〜０．８となるようにすることもできる。
これにより、ロータ軸３１に形成した熱媒体の流路４１とロータ翼３２に形成した熱媒体の流路４１を流通する熱媒体の流速を管理することによって、材料の冷却状態を容易かつ高精度に制御することができる。
【００２６】
図４に、図１〜図３に記載した本発明の実施例の密閉式混練機（ＷＤ５５）と、図５に記載した密閉式混練機（Ｄ７５）（図６に記載した密閉式混練機と同様、ロータ軸半径ＲＲとチャンバー内面半径ＲＣの比ＲＲ／ＲＣ及びロータ翼３２の径方向の高さＨＷとチャンバー内面半径ＲＣの比ＨＷ／ＲＣが共に０．５程度、１つのロータ翼の断面積ＡＷとロータ軸の断面積ＡＲの比ＡＷ／ＡＲが０．５〜０．７程度に設定した密閉式混練機）とを使用し、ゴム（ＳＢＲ（スチレンブタジエンゴム））と補強用フィラーとしてのカーボンブラックの混練を行った結果を示す。
このロータの積算回転数と体積抵抗率の関係を示すグラフから明らかなように、本発明の実施例の密閉式混練機（ＷＤ５５）は、密閉式混練機（Ｄ７５）と比較して、同じ積算回転数の場合の体積抵抗率が大きく、本発明の実施例の密閉式混練機（ＷＤ５５）を使用することによって、高粘度で発熱が起こりやすいゴムとフィラーの混練を十分に行うことができること、そして、これにより、分散性が向上した高品質のゴム材料を得ることができることが確認できた。
ここで、ゴムと混練するフィラーとしては、カーボンブラックのほか、シリカ等のフィラーを挙げることができる。
【００２７】
以上、本発明の密閉式混練機について、その実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。
また、上記実施例においては、「熱媒体」として、冷却媒体を用いる場合について説明したが、「熱媒体」には、加熱媒体を用いることもでき（これにより、均一に加熱しながら材料の混練を行うことができる。）、また、媒体の状態も液体のほか、蒸気等の気体を用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明の密閉式混練機は、ロータ翼の熱媒体の流路を流通する熱媒体の流速を上昇させるとともに、流路内で熱媒体の流速に不均一が生じないようにすることにより、冷却（又は加熱）効率を向上することができることから、高粘度で発熱が起こりやすい材料の混練の用途に好適に用いることができるほか、冷却又は加熱を行いながらゴム、プラスチック等の材料を混練する用途に広く用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の密閉式混練機の一実施例を示し、（ａ）は正面断面図、（ｂ）はロータの説明図、（ｃ１）〜（ｃ３）はロータ翼に形成した熱媒体の流路の例を示す説明図である。
【図２】同ロータ軸の断面積、ロータ翼の断面積及びロータ翼に形成した熱媒体の流路の断面積を示す説明図である。
【図３】同ロータの熱媒体の流通経路を示す説明図である。
【図４】ロータの積算回転数と体積抵抗率の関係を示すグラフである。
【図５】比較例の密閉式混練機を示し、（ａ）は正面断面図、（ｂ）はロータの説明図である。
【図６】従来の密閉式混練機の説明図である。
【図７】従来の混練用ロータの説明図である。
【符号の説明】
【００３０】
１    チャンバー
２    加圧蓋
３    ロータ
３１  ロータ軸
３２  ロータ翼
４１  熱媒体の流路
４２  熱媒体の流路
【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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