(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流動性のある被混練材料をその自重を利用して２つの変形通路内を流下させることにより、被混練材料に圧縮力とせん断力を作用させて混練する縦型混練装置であって、
前記２つの変形通路を有する装置本体と、
その装置本体の上部に連結され、装置本体に供給すべき被混練材料を貯留可能なホッパーと、
前記装置本体の下部に装備され、前記装置本体から排出される混練済み材料の排出量調整機能を持つゲートと、
そのゲートの開閉装置と、を備え、
前記装置本体が、Ｘ方向に長い長方形状の２つの入口部が左右に並んで入口端を形成し、前記Ｘ方向に直交するＹ方向に長い長方形状の２つの出口部が上下に並んで出口端を形成し、さらに前記各入口部と前記各出口部とを、断面形状が長方形から正方形を介し再び長方形に連続的に変化する２つの前記変形通路でそれぞれ連通してなる２つのエレメントを直列に接続して構成される１組みを少なくとも備えて構成され、
この１組を構成する２つの前記エレメントの一方では、左側の前記入口部が上側の前記出口部に、また右側の前記入口部が下側の前記出口部にそれぞれ前記各変形通路により連通されているとすると、他方の前記エレメントでは、一方の前記エレメントの前記各入口部と前記各出口部との連通態様とは異にして左側の前記入口部が下側の前記出口部に、また右側の前記入口部が上側の前記出口部にそれぞれ前記各変形通路により連通され、
前記ゲートの開閉装置は、被混練材料が前記装置本体内に充満している状態において開状態を保持する構成であると共に、
前記装置本体の排出口に接続された弾力性をもつ筒状のチューブと、そのチューブを外側から挟み付けて閉塞させる一対の挟み部材と、その両挟み部材を互いに接近させる方向に付勢するウエイトとを備え、
そのウエイトは、被混練材料が装置本体内に充満している状態において前記チューブの閉塞状態が解除される重量に設定されていることを特徴とする縦型混練装置。
【請求項２】
被混練材料を前記ホッパーへ供給する材料供給手段と、前記ホッパー内における被混練材料のレベルを検出する第２検出手段とを備え、その第２検出手段の出力に基づいて前記材料供給手段の供給制御を行うことを特徴とする、請求項１に記載の縦型混練装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流動性のある被混練材料を、その自重を利用して断面形状の変化した変形通路内を通すことによって混練する縦型混練装置の技術に関し、特に、被混練材料自体の断面形状を変化させながら、被混練材料自体に圧縮力、せん断力を作用させ、合流と分割を繰り返すことによって混練する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
モルタルやコンクリート、土質材料、その他の混練を必要とする材料は、混練するほど好ましい性状あるいは良好な性質や物性を示すことが多く、したがって、そのような被混練材料の場合には、予め十分な混練作業を必要とする。
【０００３】
ところで、従来の混練方法について着目してみると、その混練方式によって腕型、カイ型、ロール型等のミキサー（混練装置）があり、これらは機械的に行うため、いずれも多量の材料を混練するのに適している。
【０００４】
しかし、こうした従来の混練装置では、その混練する材料によっては確かに有効ではあるが、混練に要するエネルギーや時間の観点から検討した場合、あまり効率的でないことが知られている。
【０００５】
例えば、赤尾洋二、新藤久和、アンへル・エルナンの研究報告である「混合システムの合成とその最適層形成」｛粉体工学会誌Ｖｏｌ．１９、Ｎｏ．１１（１９８２）｝には、最も早く完全混合状態に到達するような供給層（最適層）は、移動混合の基本モデルの折り重ね操作により得られる層状混合物、すなわち、圧縮して二分し、半分を上積みするという操作を繰り返して得られる層状混合物に対応していると記載されている。
【０００６】
その点、昔から行われている手法、例えば、手打ちうどんや手打ちそばなどのように、練り材料を圧縮して引き延ばし、それを折り返して積み重ね、さらに圧縮して引き延ばすという混練方法はきわめて効率的であることが理解できる。仮に、その折り返しと圧縮の工程を３０回行うとしたら、２の３０乗＝１０億回前後も混練したことに相当する。ここで、もし、圧縮する前に３層あるいは４層にした状態で圧縮する混練方法を行うとしたら、上記の例では２の３０乗に対応する数値が３の３０乗あるいは４の３０乗となり、さらに効率がよくなることが想定できる。
【０００７】
一方、前述のように、腕型、カイ型、ロール型等の従来から多用されているミキサー（混練装置）の場合、いずれも機械的に可動する部分が多いため、その分、摩耗や損傷も発生しやすい。さらに、装置自体も比較的高価になる。こうした点は、特に、被混練材料が例えばモルタルやコンクリ―トなどのように、細骨材や粗骨材等の粒子を含む場合に顕著である。
【０００８】
そこで、本出願人は、こうした問題点を考慮した技術として、特開平９−２５３４６７号公報に記載の混練方法及び混練装置の発明を既に提案した。これは、流動性のある被混練材料を、断面形状の変化した複数の変形通路内を通すことによって混練する技術である。
【０００９】
即ち、図１４に示すように、変形通路１、２の断面形状を入口から出口に向かって連続的に変化させた装置本体３０を用い、各変形通路１、２の入口から被混練材料を加圧して送り込むことによって、被混練材料を層状に重ね、その材料に圧縮力と剪断力を作用させ、その作用力で材料を圧延し、重ね、再度その材料に圧縮力と剪断力を作用させ、圧延、重ねを繰り返すことにより材料を練り混ぜる技術である。
【００１０】
ここで用いる装置本体は、変形通路１、２の方向に直列に接続される複数個のエレメント３１、３１からなり、各エレメント３１は並べて配置した複数の変形通路１、２を備え、それら各変形通路１、２の入口がエレメント３１の一端側に、出口がエレメント３１の他端側にあり、互いに隣り合う一方のエレメント３１の出口に対して他方のエレメント３１の入口が交差する形態で接続されていて、その接続部分で被混練材料の合流と分割を行う構成としている。この合流と分割は変形通路１、２間の仕切り３、４により行われる。
【００１１】
エレメント３１をｎ個接続することで、被混練材料は出口においては２のｎ乗に相当する層となり、上述したような混練効率が得られる。エレメント３１どうしの接続は、各エレメントの端部に設けたボルト孔ｆ１付のフランジＦを利用して接続される。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
このような混練技術を採用した場合、被混練材料自体の断面形状を変化させながら、圧縮力と剪断力を作用させて効率的に混練することができ、また、被混練材料の合流工程と分割工程を繰り返して混練することによって、混練のための効率化を大きく図ることができ、しかも、直接的な可動部分をなくして摩耗や損傷防止も併せて図ることができるという利点が得られる。
【００１３】
本出願の発明者等は、この混練技術のさらなる向上を図るために鋭意研究した結果、以下の（１）、（２）の点において、さらに解決すべき課題が残されていることを見い出した。
（１）  被混練材料を加圧して送り込む混練方法では、極めて良好な結果が得られるものの、被混合材料の自重を利用して混合する考え方、即ち、図１５（ａ）に示すように、装置本体３０を縦に配置し、被混合材料を自重により落下させて混合する方法を採用した場合、特に混合効率の点で問題が生じる。それは、被混合材料としてコンクリート用材料や土質材料等を投入すると、装置本体３０内を通過する際に、投入材料は各エレメント３１の変形通路１、２を上から下へ連続的に通過していくうちに、合流と分割を繰り返して練り混ぜられる。しかし、図１５（ｂ）〜（ｅ）に示す通り、＋、−領域部分を通過する材料は、エレメントの構造上、どうしてもこの部分をストレートに抜けてしまう現象が生じる。そのため、図１５（ｆ）に示すように、混合後の材料Ｃは＋、−部分に集中して二つに山積みされ更に、大径材料は山の裾部分に転出する現象が発生する傾向にあった。
【００１４】
（２）  こうした現象は、コンクリートを混練する場合にもほぼ同様に生じることが判った。即ち、単に縦型配置としただけでは、被混練材料に圧縮力と剪断力を作用させて効率よく混練するためには十分でないことが判った。したがって、このように自重利用の縦型配置とする場合には混練効率をさらに向上させ得る余地が残されていた。
【００１５】
（３）  混練効率や混練度を上げるには、エレメントを多数接続することで解決できるが、エレメントの接続数に比例して装置本体の長さ（高さ）が大きくなってしまうことである。そのため、装置本体の高さを可能な限り低く抑え、しかも同等以上の混練効率が得られる対策が必要である。
【００１６】
本発明は、以上のような点を考慮してなされたもので、自重を利用した縦型仕様とする場合の混練効率の向上を図り、しかも高さも充分に抑えることができる縦型混練装置を提供することを課題とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明は縦型混練装置であり、前述の技術的課題を解決するため以下のように構成されている。すなわち、本発明は、流動性のある被混練材料をその自重を利用して２つの変形通路内を流下させることにより、被混練材料に圧縮力とせん断力を作用させて混練する縦型混練装置であって、２つの変形通路を有する装置本体と、その装置本体の上部に連結され、装置本体に供給すべき被混練材料を貯留可能なホッパーと、装置本体の下部に装備され、装置本体から排出される混練済み材料の排出量調整機能を持つゲートと、そのゲートの開閉装置とを備え、装置本体が、Ｘ方向に長い長方形状の２つの入口部が左右に並んで入口端を形成し、Ｘ方向に直交するＹ方向に長い長方形状の２つの出口部が上下に並んで出口端を形成し、さらに各入口部と各出口部とを、断面形状が長方形から正方形を介し再び長方形に連続的に変化する２つの変形通路でそれぞれ連通してなる２つのエレメントを直列に接続して構成される１組みを少なくとも備えて構成され、この１組を構成する２つのエレメントの一方では、左側の前記入口部が上側の出口部に、また右側の入口部が下側の出口部にそれぞれ各変形通路により連通されているとすると、他方のエレメントでは、一方のエレメントの各入口部と各出口部との連通態様とは異にして左側の入口部が下側の出口部に、また右側の入口部が上側の出口部にそれぞれ各変形通路により連通されていることを特徴とする。
【００１８】
＜本発明における具体的構成＞
本発明の縦型混練装置は、前述した必須の構成要素からなるが、その構成要素が具体的に以下のような場合であっても成立する。その具体的構成要素とは、前記ゲートの開閉装置が、ホッパー内における被混練材料の貯留量を検出する第１検出手段を備え、その第１検出手段の出力に基づいてゲートの開閉又は開度調整を行うことを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の縦型混練装置では、被混練材料をホッパーへ供給する材料供給手段と、ホッパー内における被混練材料のレベルを検出する第２検出手段とを備え、その第２検出手段の出力に基づいて材料供給手段の供給制御を行うことを特徴とする。
【００２０】
更に、本発明の縦型混練装置では、ゲートの開閉装置は、被混練材料が装置本体内に充満している状態において開状態を保持する構成としてあることを特徴とする。この場合、ゲートの開閉装置を、装置本体の排出口に接続された弾力性を持つ筒状のチューブと、そのチューブを外側から挟み付けて閉塞させる一対の挟み部材と、その両挟み部材を互いに接近及び離間させる方向に相対移動させる開閉用シリンダとから構成することができる。
【００２１】
更にまた、本発明の縦型混練装置では、ゲートの開閉装置を、装置本体の排出口に接続された弾力性をもつ筒状のチューブと、そのチューブを外側から挟み付けて閉塞させる一対の挟み部材と、その両挟み部材を互いに接近させる方向に付勢するウエイトとから構成することもでき、その場合、そのウエイトは、被混練材料が装置本体内に充満している状態においてチューブの閉塞状態が解除される重量に設定することが好ましい。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の縦型混練装置を図に示される好適な実施の形態について更に詳細に説明する。
【００２３】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る縦型混練装置の要部を示す正面図であり、図２はその動作説明図である。図３は装置本体の構造を示す図で、種類の異なる２つのエレメントを接続した状態の斜視図である。図４は２つのエレメントを接続した状態における被混練材料の断面の変化態様をモデル図的に示す工程図である。図５及び図６は異種のエレメントの変形通路の状態をそれぞれ示す平面図である。
【００２４】
まず、図１に示す縦型混練装置の概略構成について説明すると、この例では、縦型配置とした装置本体２０と、その装置本体２０の上部に連結されたホッパーＨと、ホッパーＨに対して被混練材料を供給するためのベルトコンベアを用いた材料供給手段Ｋと、装置本体２０の下部に連結されたゲートＧとを備える。ゲートＧは、そのゲート用の開閉装置１０を備え、装置本体２０から排出される混練済み材料の排出量調整機能を持つ構成としている。
【００２５】
次いで、これらの詳細について説明する。ホッパーＨは、装置本体２０内を流下させるべき被混練材料を大量に貯留しておくことができる大きさを備えている。その理由は、ホッパーＨ内の被混練材料の重量を利用して、装置本体２０内を流下する被混練材料に圧力をかけて流下させることができるようにするためである。この点を考慮し、ホッパーＨは装置本体２０の上部に直接接続している。
【００２６】
ホッパーＨと装置本体２０との接続構造については、図１では特別に示していないが、相互に設けるフランジを利用する方法や溶接方法など、既存の接続方法を採用することができる。
【００２７】
ホッパーＨには、混練時においては常に一定量の被混練材料が貯留されている必要があるので、レベルセンサーからなる第１検出手段１１と第２検出手段１２とを装備している。第１検出手段１１は、ホッパーＨ内の被混練材料の貯留量を検出するためのものであり、その検出信号を制御盤１３を経由してゲートＧの開閉装置１０に出力し、ゲートＧの開度調整を行うように構成している。
【００２８】
第２検出手段１２は、ベルトコンベアを用いた材料供給手段Ｋから供給される被混練材料がホッパーＨからオーバーフローするのを制御するためのもので、ホッパーＨ内において所定の貯留量に達した場合に、その第１検出手段１２による検出信号を材料供給手段Ｋの制御系（図示せず）に出力し、材料供給ストップもしくは供給量を減らすことができるように構成している。
【００２９】
ゲートＧは、被混練材料が装置本体２０内に充満した状態を保持しつつ、混練済みの材料を排出させるためのもので、そのための開閉装置１０を備えている。即ち、この開閉装置１０は、被混練材料が装置本体２０内に充満している状態において開状態を保持する構成としている。
【００３０】
開閉装置１０の具体的構成については、装置本体２０の排出口２０１に接続された弾力性を持つ筒状のチューブ１０１と、そのチューブ１０１を外側から挟み付けて閉塞させる一対の挟み部材１０２、１０２と、その両挟み部材を互いに接近及び離間させる方向に相対移動させる開閉用シリンダ１０３、１０３とを備えている。
【００３１】
両挟み部材１０２、１０２は、リンク１０４、１０４の下端にそれぞれ設けられて支持されている。リンク１０４、１０４の上端は、排出口２０１を構成する口金部材に対しピン１０５、１０５をそれぞれ介してヒンジ結合されている。そして、リンク１０４、１０４に対してシリンダ１０３のロッド１０６の先端部がピン結合されている。これにより両挟み部材１０２、１０２は互いに接近及び離間する方向にのみ縦回動可能に構成されている。
【００３２】
チューブ１０１は、合成ゴム等の弾力性及び可撓性のある素材にて形成されている。チューブ１０１は、通常、その弾性力によって円形あるいは楕円形の筒状を保持している。しかし、図２に示すように、シリンダ１０３、１０３を作動させ、両挟み部材１０２、１０２を互いに接近する方向に移動させることによって、チューブ１０１はその両挟み部材１０２、１０２にて扁平に押しつぶされ、閉塞されるように設計してある。このチューブ１０１の内径、即ち下端開口の大きさは、装置本体２０の排出口２０１よりも小さく設定している。この理由は動作説明の欄で明らかになるように、被混練材料を装置本体２０内に充満させた状態で流下させるためのものである。
【００３３】
装置本体２０は、基本的には２種類のエレメント２１Ａ、２１Ｂを計６つ交互に縦方向に接続して構成されている。図５は、説明の便宜上、この２種類のエレメント２１Ａ、２１Ｂを接続した状態で示されている。
【００３４】
各エレメント２１Ａ、２１Ｂの具体的構成について説明すると、最初に一方の種類のエレメント２１Ａは、正方形をした両端部を備え、これら両端部には当該エレメントを相互に接続するためのフランジＦが形成されている。
【００３５】
このフランジＦ、Ｆには、複数のボルト穴ｆ１が形成され、隣接するエレメント同士はこのボルト穴ｆ１を利用して端部同士がボルト止めされて接続される。エレメント２１Ａは、同じ方向に並んで配置された２つの変形通路２２、２３を備えている。このエレメント２１Ａの一方の端部には、縦長の開口を左右に形成するように中央に仕切り壁２４が設けられている。
【００３６】
この縦長の左右の開口が２つの変形通路２２、２３の各入口部２２ａ、２３ａとなる。エレメント２１Ａの他方の端部には、横長の開口を上下に形成するように中央に仕切り壁２５が設けられている。この横長の上下の開口が２つの変形通路２２、２３の各出口部２２ｂ、２３ｂとなる。すなわち、エレメント２１Ａの入口側端部における仕切り壁２４と出口側端部における仕切り壁２５とは互いに９０度方向を異にして配置されている。
【００３７】
従って、変形通路２２、２３の２つの入口部２２ａ、２３ａの配列パターンは、長方形状の開口が左右に並んで形成され、また２つの出口部２２ｂ、２３ｂの配列パターンは、長方形状の開口が上下に並んで形成されている。変形通路２２、２３の具体的形状について説明すると、各変形通路２２、２３は、その断面形状が入口部２２ａ、２３ａから出口部２２ｂ、２３ｂに向かって連続的に変化している。
【００３８】
その変化の態様については、各変形通路２２、２３とも、任意の位置での断面積は入口部２２ａ、２３ａから出口部２２ｂ、２３ｂまで同じであり、断面の形状のみが連続的に変化している。つまり、入口部２２ａ、２３ａはＸ方向に長い長方形であり、入口部２２ａ、２３ａと出口部２２ｂ、２３ｂの中間部においてはその断面形状が正方形となり、出口部２２ｂ、２３ｂにおいてはＸ方向に対して直交するＹ方向に長い長方形になるように形成されている（図５参照）。そして、変形通路２２、２３の長さは同じである。
【００３９】
従って、各変形通路２２、２３を通る被混練材料は、その断面形状がＸ方向に長い長方形から徐々に正方形に変化させられ、そこから更にＹ方向に長い長方形に徐々に変化させられることになる。このエレメント２１Ａでは、図５で見て左側に位置する入口部２２ａと上方に位置する出口部２２ｂとが変形通路２２で連通し、右側に位置する入口部２３ａと下方に位置する出口部２３ｂとが変形通路２３で連通している。
【００４０】
次に、もう１つの種類のエレメント２１Ｂは、基本的には前述したエレメント２１Ａと同じであるが、このエレメント２１Ｂでは図５で見て左側に位置する入口部２６ａと下方に位置する出口部２６ｂとが変形通路２６で連通し、右側に位置する入口部２７ａと上方に位置する出口部２７ｂとが変形通路２７で連通している。すなわち、このエレメント２１Ｂは、エレメント２１Ａと各変形通路の各入口部と各出口部との連通態様を異にしている。
【００４１】
このような２種類のエレメント２１Ａ、２１Ｂを交互に接続した状態を示す図が図５である。すなわち、前述した２種類のエレメント２１Ａ、２１Ｂは、一方のエレメント２１Ａの出口側端部に他方のエレメント２１Ｂの入口側端部を、フランジＦ同士を密着させてボルトで接続される。
【００４２】
従って、２種類のエレメント２１Ａ、２１Ｂの接続部では、一方のエレメント２１Ａにおける変形通路２２の出口部２２ｂが、他方のエレメント２１Ｂにおける変形通路２６の入口部２６ａの半分と他の変形通路２７の入口部２７ａの半分とに連通し、また一方のエレメント２１Ａにおける変形通路２３の出口部２３ｂは、他方のエレメント２１Ｂにおける変形通路２６の入口部２６ａの残りの半分と他の変形通路２７の入口部２７ａの残りの半分とに連通することになる。
【００４３】
そのため、一方のエレメント２１Ａにおける各変形通路２２、２３を通過した被混練材料の半分づつが、他方のエレメント２１Ｂのそれぞれの変形通路２６、２７内に入ることにより実質的に合流することになり、しかし１つの変形通路を通った被混練材料についてみると２つのエレメントの接続部で半分づつに分割されることになる。
【００４４】
従って、２つのエレメント２１Ａ、２１Ｂの接続部である出口側端部と入口側端部とに形成されている各変形通路の各出口部と各入口部とが被混練材料の合流分割手段を構成することになる。このようなエレメント２１Ａ、２１Ｂを図１に示されるように交互に直列に接続すれば、それぞれの接続部に被混練材料の合流分割手段が構成されることになる。
【００４５】
このように構成した縦型混練装置の動作や操作方法等について、以下に説明する。材料供給手段Ｋにより搬送されてきた被混練材料、例えば骨材とモルタルは、その搬出端からホッパーＨ内に連続的に落される。骨材とモルタルは、材料供給手段ＫからホッパーＨ内に落ちる際に粗に混練され、その状態で装置本体２０の最初のエレメント２１Ａにおける２つの入口部２２ａ、２３ａから各変形通路２２、２３に入り、装置本体２０内を自重で落下（流下）することになるが、ゲートＧの制御盤１３により次のような制御が行われる。
【００４６】
まず、ホッパーＨ内に、所定量の被混練材料が貯留されていない状態では、これをレベルセンサ（第１検出手段）１１が検出し、その検出結果に基づいて、制御盤１３からシリンダー１０３、１０３の駆動系にゲートＧの閉信号が出力される。これにより、図２に示すようにチューブ１０１が押しつぶされてゲートＧが閉状態に保持される。
【００４７】
ホッパーＨ内の被混練材料が、レベルセンサ１１のレベルまで貯留されると、これをレベルセンサ１１が検出し、制御盤１３からゲートＧの開信号が出力される。これにより、ゲートＧが図１に示すように開状態となり、そのゲートＧから被混練材料が排出される。このとき、材料供給手段ＫからはホッパーＨに被混練材料が連続的に供給されている。
【００４８】
ホッパーＨ内への被混練材料の供給量が多く、レベルセンサ（第２検出手段）１２のレベルまで被混練材料が貯留されると、これをレベルセンサ１２が検出し、材料供給手段Ｋの駆動系に停止信号又はスローダウン信号を出力し、ホッパーＨから被混練材料が流出するのを防止する。
【００４９】
次に、この装置本体２０を通過する被混練材料（骨材とモルタル）の混練過程について、その工程図を示す図４を参照しながら以下に説明する。なお、この工程図は、エレメント２１Ａ、２１Ｂを２個（２段）接続した場合における被混練材料即ち骨材とモルタルとの変化態様を、各エレメント２１Ａ、２１Ｂの入口側端部、中間部、出口側端部の領域についてモデル図的に示している。
【００５０】
この図４から理解できるように、ホッパー１９に投入された被混練材料は、１段目のエレメント２１Ａにおける入口側端部で２つの変形通路２２、２３に入り、その流れは結果的にＡ、Ｂの二つに分割される。この分割された被混練材料の各流状体断面形状は共にＸ方向に長い長方形である。
【００５１】
次に、この１段目の中間部においては、被混練材料Ａ、Ｂの流状体断面形状は共に正方形に変化し、さらに、１段目の出口側端部においては、共に入口側の長手方向Ｘとは９０度異にするＹ方向に長い長方形に変化する。従って、被混練材料Ａ、Ｂの各流状体断面形状は、Ｘ方向に長い長方形→正方形→Ｙ方向に長い長方形、と変化する。
【００５２】
この変化する過程において、各変形通路２２、２３の内壁面によって連続的な圧縮作用を受けることになる。その結果、被混練材料の流状体自体に、特に断面の径方向についての連続的な対流現象が発生し、これにより第１次の混練作用が行われる。
【００５３】
次に、２段目のエレメント２１Ｂの入口側端部における仕切り壁２８は、１段目のエレメントの出口側端部の仕切り壁１５と直角に交差しているため、１段目のエレメント２１Ａの出口端部から出た被混練材料Ａ、Ｂは、図４に示されるようにそれぞれ左右に分割されてＡ／Ｂと、Ａ／Ｂとに分けられる。
【００５４】
そして、各変形通路２６、２７のそれぞれについて、被混練材料Ａ／Ｂが流れることになる。すなわち、２段目のエレメント２１Ｂの入口側端部では、被混練材料Ａ、Ｂの一部がそれぞれ各変形通路２６、２７内で合流し、各通路内の被混練材料における流状体断面形状は共にＸ方向に長い長方形となる。
【００５５】
次に、２段目の中間部においては、被混練材料Ａ／Ｂの流状体断面形状が全体として正方形状に変化させられ、そして出口側端部においては共にＹ方向に長い長方形に変化させられる。この２段目においても、被混練材料Ａ／Ｂは、Ｘ方向に長い長方形→正方形→Ｙ方向に長い長方形、と変化する。
【００５６】
そして、その変化過程において、各変形通路２６、２７の内壁面によって連続的な圧縮作用を受けることになる。その結果、被混練材料の流状体自体に、特に断面の内外方向について連続的な対流現象が発生し、これにより第２次の混練作用が行われる。
【００５７】
３段目については、特に図示していないが、３段目の入口側端部では、図４に示される２段目の出口側端部における最終の被混練材料に、仮想線Ｘ１を加えて示すように左右に分割され、Ａ／Ｂ／Ａ／Ｂのように合流する。以降は１段目、２段目と同様にして混練される。
【００５８】
こうして、被混練材料には圧縮力と剪断力が作用し、その作用力で材料を圧延し、重ね、再度その材料に圧縮力と剪断力を作用させ、圧縮、重ねを繰り返すことにより混練される。
【００５９】
こうした混練過程において、被混練材料は装置本体２０内を自重により流下しつつ混練されるが、その際に、ゲートＧにより排出口が絞られていること、及びホッパーＨ内に貯留されている被混練材料の重量に基づく加圧作用等により、装置本体２０内の被混練材料は加圧された状態で流下することになる。これにより、被混練材料は装置本体２０内に充満した状態で流下する。その結果、被混練材料には上記の圧縮力や剪断力が効果的に作用する。
【００６０】
この点、背景技術で説明したように、装置本体３０内を単に落下させる混練方法では、装置本体内を被混練材料が充満しない状態で流下するので、混練に必要な圧縮力や剪断力が被混練材料に作用しにくく、したがって混練よりも混合に適した方法と言える。それに対し、本実施の形態ではこうした問題を解決し、混練に適した技術として位置づけできる。勿論、粒状体や流動性材料を混合する場合にも利用することができる。そうした場合には、より効率的な混合を行うことができる。
【００６１】
ところで、本実施の形態では、前述したように種類の異なる２つのエレメント２１Ａ、２１Ｂを交互に接続しているが、その理由について説明する。図３に示されるエレメント２１Ａをその一方の端部から各変形通路内を覗くと、図５に示されるように影線を除いた部分が直通した即ちストレートな貫通路として見える。
【００６２】
これは、前述したように入口側端部における左側の入口部２２ａが出口側端部における上部の出口部２２ｂに連通し、入口側端部における右側の入口部２３ａが出口側端部における下部の出口部２３ｂに連通していることから、それらがそれぞれ部分的に重なる領域は入口部から出口部が直視できることは当然ではある。
【００６３】
とすると、エレメント２１Ａの長手方向から見たときに入口部２２ａ、２３ａと出口部２２ｂ、２３ｂとがそれぞれ部分的に重なる領域に存在する通路部分については、被混練材料の流状体が通路部分に充満することなく単に自重で落下する場合に限り、変形をほとんど与えることなく通過させることになる。そして、同じ形状のエレメント２１Ａを複数接続しても端部から変形通路を覗いたときの状態は図５に示された状態と全く変わらない。従って、同じ形状のエレメント１４を複数接続しても混練効果が期待できない場合も想定される。
【００６４】
他方、エレメント２１Ｂについては、前述のエレメント２１Ａの説明と同じ理屈により入口部２６ａ、２７ａと出口部２６ｂ、２７ｂとが重なる領域は図６に示される影線を除いた部分となる。これは、エレメント２１Ａとは異なって、入口側端部における左側の入口部２６ａが出口側端部における下部の出口部２６ｂに連通し、入口側端部における右側の入口部２７ａが出口側端部における上部の出口部２７ｂに連通していることから明らかである。
【００６５】
そこで、この２種類のエレメント２１Ａ、２１Ｂを図３に示されるように接続したとして、その入口側端部から変形通路を覗くと、図５と図６とを重ねたような状態となり、その結果入口部から出口部を直視することはできなくなる。ということは、入口部から入った被混練材料が、所謂ストレートに出口部に流れることはなくなり、その結果混練効果をより高めることになる。この点は、被混練材料が通路部分に充満しない状態での混練初期の自重による流下時において特に有効に作用する。
【００６６】
なお、前述した実施形態で用いたエレメントは、２つの変形通路２２、２３又は２６、２７を備えたものであったが、３以上の変形通路を備えるエレメントを接続して装置本体を構成することもできる。
【００６７】
（第２の実施形態）図７は、本発明の第２の実施形態に係る縦型混練装置の要部を示す正面図であり、図８はその動作説明図である。
【００６８】
この第２の実施形態では、ゲートＧの開閉装置が第１の実施形態と相違している。即ち、開閉装置１００は、装置本体２０の排出口２０１に接続された弾力性をもつ筒状のチューブ１０１と、そのチューブ１０１を外側から挟み付けて閉塞させる一対の挟み部材１０２とを備える点では、第１の実施形態と同様である。
【００６９】
しかし、ここでは、その両挟み部材１０２を互いに接近させる方向に付勢するウエイト１０７を備え、そのウエイト１０７は、被混練材料が装置本体２０内に充満している状態においてチューブ１０１の閉塞状態が解除される重量に設定されている。
【００７０】
具体的には、装置本体２０の排出口２０１を形成する口金部材に対して水平な支持部材１０８が固定され、その支持部材１０８の両端近くに一対のリンク１０９、１０９がピン１１０、１１０を介してそれぞれ縦回動自在に支持されている。そして、各リンク１０９、１０９の下端に両挟み部材１０２、１０２がそれぞれ固定され、各リンク１０９、１０９の上端にウエイト１０７、１０７がそれぞれ固定されている。
【００７１】
支持部材１０８の水平方向の長さは、チューブ１０１の外径寸法よりも十分に長く（２倍前後）、これにより両方のウエイト１０７、１０７はピン１１０よりも外側へ位置する形態となり、そのウエイトの重量によりリンクが傾き両挟み部材１０２、１０２がチューブ１０１の外面の対向する位置に接するように設定されている。
【００７２】
ウエイトの重量に基づく挟み部材１０２どうしがチューブ１０１を挟み付ける力と、チューブ１０１自体の弾力性に基づいてチューブ１０１が筒状を保持しようとする力との関係は、例えば次のように設定される。
【００７３】
通常時は、図８に示すように、ウエイト１０７の力が勝り、チューブ１０１を扁平に押しつぶして閉状態にする。さらに、装置本体２０内を被混練材料が単に自重で落下してくる状態から、装置本体２０内に被混練材料が充満する状態までは、ウエイト１０７の力が勝り、同様にチューブ１０１を閉状態にする。
【００７４】
そして、ホッパーＨ内に被混練材料が所定のレベルまで貯留された状態において初めてチューブ１０１が開きはじめ、混練済みの材料が排出され始めるように設定される。即ち、ホッパーＨ内の被混練材料の重量に基づいて、装置本体２０内を流下していく被混練材料に加圧作用が加わり、その加圧作用がある一定のレベルに達したときにのみ、ゲートＧが開くように設定している。これにより、第１の実施形態の場合と同様な混練作用が行われる。
【００７５】
ホッパーＨ内の被混練材料の貯留量が多くなるにしたがって、チューブ１０１の開度が大きくなり、レベルセンサー（第２の検出手段）１２のレベルに達するまでの間に、チューブ１０１は最大開度となる。
【００７６】
レベルセンサー１２に達すると、そのレベルセンサー１２による検出信号が図示しない制御盤に出力され、材料供給手段Ｋの材料供給制御が行われることは、第１の実施形態と同様である。
【００７７】
（第３の実施形態）
図９は、本発明で使用した場合に好適なエレメントの他の実施形態を示す正面図である。先の第１及び第２の実施形態ではエレメントの変形通路の断面形状について、その断面形状のみが変化し、断面積の大きさは同じである例を示したが、この実施形態では断面積も変化している例である。
【００７８】
即ち、この図９に示すエレメント２００は、変形通路２０１、２０２の断面積が、図１１の入口部と図１３の出口部との中間部において、図１２に示すようにほぼ半分の大きさに形成されている。具体的には、各変形通路２０１、２０２は、入口部分から中間部分に向かうに従いその断面積が順次小さくなり、中間部から出口部分に向かうに従いその断面積が順次大きくなっている。
【００７９】
このようなエレメントを用いて装置本体２０を構成した場合、混練効率がさらに向上する。その理由は、変形通路の中間部分において断面積が半分に縮小していることに伴う３次元的混練作用が生じるからである。
【００８０】
即ち、変形通路の断面積が中間部分に向かうに従い縮小しているで、被混練材料は共に対応する変形通路の内面全体からの圧縮作用を受ける。さらに、中間部分から出口に向かうに従い、断面積が次第に拡大しているので、被混練材料Ａには特に剪断力が作用し、断面形状が広がるように変化していく。したがって、これらの過程において、被混練材料には入口部から出口部の間で被混練材料の流下方向（変形通路の長手方向）にも圧縮力、剪断力が作用することになり、材料が３次元的に混練されるからである。２段目以降も同様な混練作用が生じる。
【００８１】
（第４の実施形態）
図１０は、本発明の第４の実施形態を示すエレメントの正面図である。この実施形態では、エレメント３００自体の長さを短くした例を示している。その他の基本的構成は上記の第３の実施形態で示したものと同じ構成としている。しかし、長さを短くした関係で、その長さに対する各変形通路３０１、３０２の断面形状の変化率が相違している。
【００８２】
即ち、具体的には各変形通路３０１、３０２の傾斜角が、長さを短くした分だけ大きくなっている。これは、各変形通路の入口部と出口部の断面形状及び断面積が同じである場合、エレメントの長さが短くなればそれに途中部分の断面形状及び断面積の変化態様も当然大きく変化することによる。
【００８３】
材料を自重により流下させるという観点からすれば、エレメント３００の長さを短くするには限度がある。その理由は、変形通路の内面の傾斜状態に着目した場合に理解できる。なぜなら、エレメントがあまりにも短いと、変形通路の内面の傾斜が緩慢になり過ぎる部分が形成され、被混練材料が円滑に流下しなくなるからである。その点、被混練材料に上から圧力をかけるようにすれば、傾斜が緩慢であっても問題ないが、好ましくは、３０度〜７０度の傾斜内に納めるのが良い。図１０においては、４５度前後の傾斜を付けた例を示している。
【００８４】
このように、エレメント３００の長さを短くした場合には、エレメントを多数接続して構成する装置本体２０の全体高さ寸法を低く押さえることができる利点があること、及び混練効率をさらに高めたい場合にエレメントをより多く接続することができる利点が得られる。
【００８５】
なお、以上の実施形態では、２つの変形通路を有するエレメントに対応させた例を示したが、３つ以上の変形通路を有するエレメントに対しても適用可能である。
【００８６】
【発明の効果】
以上のように、本発明の縦型混練装置によれば、流動性のある被混練材料をその自重を利用して２つの変形通路を備える２種類のエレメントを接続した１組みを少なくとも有する装置本体内を流下させ、装置本体から排出される混練済み材料をゲートの開閉により排出量の調整を行うようにしたことから、前述した独特な構造の装置本体が持つ機能を十分に発揮させて被混練材料に圧縮力とせん断力を極めて効率的に作用させて十分な練り混ぜをすることができ、その結果自重を利用した縦型仕様とする場合の混練効率の向上が図れ、しかも高さも充分に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る縦型混練装置の要部を示す正面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る縦型混練装置の動作説明のための部分正面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る縦型混練装置の装置本体の構造を示す部分斜視図である。
【図４】２つのエレメントを接続した状態における被混練材料の断面の変化態様をモデル図的に示す工程図である。
【図５】異種のエレメントの変形通路の状態をそれぞれ示す平面図である。
【図６】異種のエレメントの変形通路の状態をそれぞれ示す平面図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る縦型混練装置の全体構成を示す正面図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る縦型混練装置の動作説明のための部分正面図である。
【図９】本発明の第３の実施形態に係るエレメントの構成を示す正面図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係るエレメントの構成を示す正面図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態に係るエレメントの入口側の端部を示す正面図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態に係るエレメントの中間部を示す正面図である。
【図１３】本発明の第２の実施形態に係るエレメントの出口側の端部を示す正面図である。
【図１４】従来例に係るエレメントを２個接続した状態の装置本体の斜視図である。
【図１５】縦型混練装置とした場合の課題を説明するための図で、（ａ）は装置本体の正面図、（ｂ）〜（ｅ）は（ａ）の▲１▼〜▲４▼に対応する断面図、（ｆ）は（ａ）の▲５▼に対応する部分の平面図である。
【符号の説明】
１０、１００  開閉装置
１０１  チューブ
１０２  挟み部材
１０３  シリンダ
１０４  リンク
１０５  ピン
１０６  ロッド
１０７  ウエイト
１０８  支持部材
１０９  リンク
１１０  ピン
２０  装置本体
２１Ａ、２１Ｂ  エレメント
２２、２３  変形通路
２４、２５、２８、２９  仕切り壁
２２ａ、２３ａ  入口部
２２ｂ、２３ｂ  出口部
２００  エレメント
２０１、２０２  変形通路
２０３  仕切壁
３００  エレメント
３１０、３０２  変形通路
１、２  変形通路
３、４  仕切り
Ｓ    混練装置
Ｆ、ＦＦ  フランジ
３１  エレメント
Ｃ  混練済み材料
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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