JP2000153520A5 - - Google Patents
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【発明の名称】密閉型混練装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】 ロータを回転させながら、チャンバ内壁面とロータとのチップクリアランスで混練対象物を流動させると共に剪断力を付与して分散させることによって、所望の混練状態の混練物とする密閉型混練装置において、
前記ロータには、長翼が周方向に２以上形成されており、
前記長翼は、少なくとも軸方向に異なる複数のチップクリアランスを出現させ、軸方向に異なる複数のチップクリアランスのうち一つは、前記チャンバの内径に対する比率が、０．００２５〜０．０２５０の範囲内の小チップクリアランス、０．０１００〜０．０５００の範囲内の中チップクリアランス、または、０．０２５０〜０．１０００の範囲内の大チップクリアランスであることを特徴とする密閉型混練装置。
【請求項２】ロータを回転させながら、チャンバ内壁面とロータとのチップクリアランスで混練対象物を流動させると共に剪断力を付与して分散させることによって、所望の混練状態の混練物とする密閉型混練装置において、
前記ロータには、少なくとも軸方向に異なる複数のチップクリアランスを出現させた長翼が形成されており、
前記長翼の軸方向に異なる複数のチップクリアランスのうち一つは、前記チャンバの内径に対する比率が、０．００２５〜０．０２５０の範囲内の小チップクリアランス、０．０１００〜０．０５００の範囲内の中チップクリアランス、または、０．０２５０〜０．１０００の範囲内の大チップクリアランスであることを特徴とする密閉型混練装置。
【請求項３】ロータを回転させながら、チャンバ内壁面とロータとのチップクリアランスで混練対象物を流動させると共に剪断力を付与して分散させることによって、所望の混練状態の混練物とする密閉型混練装置において、
前記ロータには、長翼が周方向に２以上形成されており、
前記長翼は、軸方向及び周方向に異なる複数のチップクリアランスを出現させ、軸方向に異なる複数のチップクリアランスのうち一つは、前記チャンバの内径に対する比率が、０．００２５〜０．０２５０の範囲内の小チップクリアランス、０．０１００〜０．０５００の範囲内の中チップクリアランス、または、０．０２５０〜０．１０００の範囲内の大チップクリアランスであることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、チャンバ内でロータを回転させることによりゴムやプラスチック等の混練材料を混練する密閉型混練装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
バッチ式の密閉型混練装置は、ゴムやプラスチック等の混練材料をフローティングウエイトによりチャンバ内に圧入した後、チャンバ内に設けられた一対のロータにより混練し、所望の混練状態の混練物となったときに、この混練物をチャンバ内からドロップドアを介して外部に排出するという一連の動作により１バッチ分の混練物を製造するようになっている。
【０００３】
ところで、上記の混練は、ロータの回転力を混練物への剪断力として作用させることにより行われている。そして、剪断力は、ロータとチャンバ内壁面との間隙（チップクリアランス）において最大となり、この最大の剪断力は、チップクリアランスが減少するのに伴って増大することが知られている。従って、チップクリアランスを小さくすれば、大きな剪断力による分散作用により混練を促進できることは明らかであるが、チップクリアランスが小さくなると、局所的な高い剪断力が混練物に付与されるため、混練物が早期に高温化することになる。
【０００４】
そこで、例えばゴム等の許容温度が低い混練物を製造する場合には、たとえ混練の効率が低くても許容温度以上の昇温が生じないように、チップクリアランスを拡大傾向に設定したり、或いは生産性は低下するがロータの回転数を小さくしたり、原料投入量を少なくする対策が採られている。また、許容温度が高い混練物を製造する場合には、混練の効率を重視して大きな剪断力が得られるようにチップクリアランスを十分に小さくしたり、ロータの回転数を大きくする対策が採られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の構成では、チップクリアランスが特定の混練条件に対してのみ適正なものであるため、例えば混練物の種類が切り替えられて混練条件が変更されたときに、この混練条件に対応したチップクリアランスとなるようにロータを取り替えなければ、チップクリアランスが過大または過小となって、混練や分散が不十分になったり、許容温度以上の昇温が生じたりするという不具合が発生することになる。しかしながら、混練条件に対応してロータを取り替えることは非実用的であり、実際には、許容温度以上の昇温が生じる場合には、回転数を下げたり、原料投入量を少なくする等、混練機が本来保有している処理能力を犠牲にして、得られる混練物の品質を確保するようにしている。
【０００６】
ところで、単に冷却効率を上げる場合には、特開昭６３−４７１０６号公報に開示のように、軸方向に延びる螺旋状の長翼を周方向に２本配設するとともに、この長翼の背面側にスクレーパを配設し、チャンバ内面に付着する層状の混練物を前記スクレーパで剥ぎ取ることにより、チャンバからの冷却効率を上げる密閉式混練装置を用いることができる。しかし、特開昭６３−４７１０６号公報に開示の密閉式混練装置において、特定のチップクリアランスを有して剪断機能を果たすのは長翼だけであり、スクレーパに剪断機能を持たせるという思想があるわけではなく、チップクリアランスの変更という意味では不十分である。また、非実用的なロータの取り替えでなく、混練条件に応じてチップクリアランスを任意に変更できるように、ロータの回転軸を移動可能にした密閉型混練装置が開発されているが、この場合には、回転軸を平行移動させるロータ移動機構の保守点検がその都度必要になり、段取時間が増大すると共に、点検作業が繁雑になるという新たな負担が発生することになる。
【０００７】
従って、本発明は、保守点検作業を必要とせず、且つ混練機の本来有する処理能力を減殺することなく、各混練条件の混練物を良好に混練および分散することができると共に、過剰な温度上昇を防止することができる密閉型混練装置を提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１の発明は、ロータを回転させながら、チャンバ内壁面とロータとのチップクリアランスで混練対象物を流動させると共に剪断力を付与して分散させることによって、所望の混練状態の混練物とする密閉型混練装置において、前記ロータには、長翼が周方向に２以上形成されており、前記長翼は、少なくとも軸方向に異なる複数のチップクリアランスを出現させ、軸方向に異なる複数のチップクリアランスのうち一つは、前記チャンバの内径に対する比率が、０．００２５〜０．０２５０の範囲内の小チップクリアランス、０．０１００〜０．０５００の範囲内の中チップクリアランス、または、０．０２５０〜０．１０００の範囲内の大チップクリアランスであることを特徴としている。請求項２の発明は、ロータを回転させながら、チャンバ内壁面とロータとのチップクリアランスで混練対象物を流動させると共に剪断力を付与して分散させることによって、所望の混練状態の混練物とする密閉型混練装置において、前記ロータには、少なくとも軸方向に異なる複数のチップクリアランスを出現させた長翼が形成されており、前記長翼の軸方向に異なる複数のチップクリアランスのうち一つは、前記チャンバの内径に対する比率が、０．００２５〜０．０２５０の範囲内の小チップクリアランス、０．０ １００〜０．０５００の範囲内の中チップクリアランス、または、０．０２５０〜０．１０００の範囲内の大チップクリアランスであることを特徴とする。これにより、翼部により出現された異なるチップクリアランスは、少なくとも相対的に小さなチップクリアランスと大きなチップクリアランスとに区分することができる。そして、小さなチップクリアランスにおいては、このチップクリアランスの前進側に存在する混練対象物の大部分を軸方向に流動させると共に、一部を通過させて大きな剪断力により分散を行う。一方、大きなチップクリアランスにおいては、前進側に存在する混練対象物の大部分を通過させて周方向の流動を促進して混練物に均等な剪断作用を加えると共に、小さな剪断力により昇温を防止する。これにより、大小の異なるチップクリアランスが少なくとも軸方向に出現すると、混練対象物の種類が変わっても確実に混練対象物に剪断力が作用して分散されると共に、分散時の高温化が防止されることになる。従って、従来のようにロータ移動機構の保守作業や混練機の処理能力を減殺するような運転を行わなくても、各種の混練対象物を常に所望の混練状態の混練物とすることができる。
【０００９】
請求項３の発明は、ロータを回転させながら、チャンバ内壁面とロータとのチップクリアランスで混練対象物を流動させると共に剪断力を付与して分散させることによって、所望の混練状態の混練物とする密閉型混練装置において、前記ロータには、長翼が周方向に２以上形成されており、前記長翼は、軸方向及び周方向に異なる複数のチップクリアランスを出現させ、軸方向に異なる複数のチップクリアランスのうち一つは、前記チャンバの内径に対する比率が、０．００２５〜０．０２５０の範囲内の小チップクリアランス、０．０１００〜０．０５００の範囲内の中チップクリアランス、または、０．０２５０〜０．１０００の範囲内の大チップクリアランスであることを特徴としている。これにより、チャンバ内壁面に近接された翼部が、ロータの回転に伴って定期的にチャンバ内壁面に付着した混練対象物の表層を掻き落とすため、チャンバ内壁面への付着膜が薄くなることから、チャンバを介して混練対象物を冷却する際の冷却効率を高めることができる。
【００１０】
尚、請求項１〜３記載の密閉型混練装置であって、前記複数のチップクリアランスは、小チップクリアランス、中チップクリアランス、大チップクリアランスのうち、少なくとも２つを含んでなり、前記チャンバの内径に対するチップクリアランスの比率が、小チップクリアランスでは０．００２５〜０．０２５０の範囲内にあり、中チップクリアランスでは０．０１００〜０．０５００の範囲内にあり、大チップクリアランスでは０．０２５０〜０．１０００の範囲内にあることにより、小チップクリアランスが所定範囲にあって、混練物に含まれる充填剤、添加剤の凝集体或いはゲルを破壊し、混練物中に分散させる機能を果たすことができるとともに、中チップクリアランスと大チップクリアランスも所定範囲にあって、混練物に均等な剪断仕事を加えることができる。
【００１１】
また、チャンバ内径に対するチップクリアランスの比率が、前記小チップクリアランスでは０．００６２５〜０．０１２５の範囲内にあり、前記中チップクリアランスでは０．０１２５〜０．０２５０の範囲内にあり、大チップクリアランスででは０．０２５０〜０．０７５の範囲内にあることが望ましい。これにより、凝集体或いはゲルの混練物中への分散と、混練物に均等な剪断仕事を加えることの両方が、バランス良く達成できる。
【００１２】
請求項１〜３記載の密閉型混練装置であって、前記長翼は、一つの翼に複数のチップクリアランスが段階状に形成された翼を含む。ここで、段階状とは直線で形成されたものに限らず、曲線を含む種々の線で段差や折れ曲がり点のような不連続部を有するように形成されたものをいう。
【００１３】
また、前記段階状を形成する複数のチップクリアランスのうち、少なくとも一つのチップクリアランスがテーパ状となっている。ここで、テーパ状とは、直線で傾斜するものに限らず、滑らかな曲線で全体として傾斜するものでもよい。
【００１４】
尚、請求項１〜３記載の密閉型混練装置であって、前記長翼は、一つの翼に複数のチップクリアランスがテーパ状に形成された翼を含むものであることが望ましい。ここで、テーパ状とは、一つの翼の複数のチップクリアランスが全体として連続的変化をなしているものをいう。この連続的変化は、直線で傾斜するものに限らず、滑らかな曲線で傾斜するものでもよい。
【００１５】
また、請求項１〜３記載の密閉型混練装置であって、前記ロータの長翼を分割セグメントで構成していることが望ましい。これにより、長翼の加工が簡単となり、長翼の設計の自由度が広がる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図１ないし図１０に基づいて以下に説明する。本実施の形態に係る密閉型混練装置は、図１に示すように、一対の第１ロータ１および第２ロータ２と、これらのロータ１・２を回転自在に支持するケース部材３とを有している。ケース部材３の外面壁には、ケース部材３を介して混練物を冷却するように図示しない冷却配管が接合されている。一方、ケース部材３の内部には、混練物を収容するチャンバ４が形成されている。チャンバ４は、図３に示すように、縦断面がまゆ型形状に形成されており、内径Ｄの円曲線を有する一対の第１混練室４ａおよび第２混練室４ｂと、これらの混練室４ａ・４ｂを連通させる連通部４ｃとからなっている。
【００１７】
上記のケース部材３の上側中央部には、ゴムやプラスチック等の混練材料をチャンバ４内に圧入するフローティングウエイト５が昇降可能に設けられている。一方、チャンバ４の下側中央部には、混練物を外部に排出するドロップドア６が設けられている。そして、これらのフローティングウエイト５およびドロップドア６は、混練時にケース部材３に密接することによって、チャンバ４の内壁面の一部を構成するようになっている。
【００１８】
上記の第１および第２混練室４ａ・４ｂには、図１に示すように、第１および第２ロータ１・２がそれぞれ貫挿されている。これらのロータ１・２は、軸心同士が平行となるように配置されており、図示しない駆動機構により逆方向に回転駆動されるようになっている。また、これらのロータ１・２は、後述するように長翼７および短翼８を有した同一形状に形成されており、長翼７および短翼８の配置が両ロータ１・２間で逆向きに配置されている。
【００１９】
上記の各ロータ１・２は、チャンバ４内に収容されたロータ混練部１ａ・２ａと、ロータ混練部１ａの両端に形成され、ケース部材３に回転自在に支持されたロータ支持部１ｂ・１ｂ・２ｂ・２ｂとを有している。ロータ混練部１ａ・２ａは、図２にも示すように、円周方向に１２０度等分配置され軸方向の延びる３個の長翼７・７・７と短翼８・８・８とを有している。各長翼７は、図１に示すように、チャンバ４の一方の壁面から他方の壁面側の途中までにかけて螺旋状に形成された送り翼となっている。一方、各短翼８は、長翼７の他方側に位置するように、長翼７・７同士の終端間からチャンバ４の他方の壁面までにかけて逆方向の螺旋状に形成された戻し翼となっている。
【００２０】
上記の長翼７は、頂部のチップが高位チップ部７ａと中位チップ部７ｂと低位チップ部７ｃとに区分され、軸方向に３種類の高さのチップ部が出現する。更に３個の長翼７・７・７の周方向にも３種類の高さのチップ部が交互に出現するようになっている。そして、各チップ部７ａ・７ｂ・７ｃは、チャンバ４の内壁面との間隙であるチップクリアランスが小チップクリアランス→中チップクリアランス→大チップクリアランスとこの順に大きくなるようにそれぞれ設定されている。
【００２１】
即ち、高位チップ部７ａは、最も小さなチップクリアランスとなるようにチャンバ４の内壁面に近接されており、ロータ１・２が回転したときに、大きな剪断力を混練物に付与して混練効率および分散効率を向上させるようになっていると共に、チャンバ４の内壁面に付着した混練物の表層を掻き落として冷却効率を向上させるようになっている。さらに、この高位チップ７ａは、前進側に位置する混練物の大部分を軸方向に流動させることにより軸方向の流動を促進すると共に、第１混練室４ａおよび第２混練室４ｂ間における流動も促進させるようになっている。
【００２２】
一方、低位チップ部７ｃは、最も大きなチップクリアランスとなるようにチャンバ４の内壁面から十分に離隔されており、ロータ１・２が回転したときに、チップクリアランスにおける混練物の通過量を増加させ、同一混練室４ａ・４ｂにおける混練物の流動を促進するようになっていると共に、局部的な大きな剪断力の付与を防止して混練物の過剰な昇温を抑制するようになっている。また、中位チップ部７ｂは、高位チップ部７ａと低位チップ部７ｃとの中間のチップクリアランスとなるように設定されており、高位チップ部７ａおよび低位チップ部７ｃの混練物に対する剪断力および流動を調整するようになっている。尚、この実施例では小チップクリアランス→中チップクリアランス→大チップクリアランスの順に設定しているが、これに限定されるものでなく、中→小→大，大→中→小，小→大→中の順でも良いこと勿論である。
【００２３】
また、長翼７の他方側に配置された短翼８・８・８は、図２に示すように、高位チップ８ａ、中位チップ８ｂ、および低位チップ８ｃを有するようにそれぞれ形成されている。そして、高位チップ８ａの短翼８は、上述の長翼７の高位チップ部７ａと同様に、最も小さなチップクリアランスとなるようにチャンバ４の内壁面に近接されており、混練物に対する大きな剪断力の付与と、チャンバ４の内壁面に付着した混練物の掻き落としと、軸方向および混練室４ａ・４ｂ間における流動の促進とを行うようになっている。また、低位チップ８ｃの短翼８は、上述の長翼７の低位チップ部７ｃと同様に、最も大きなチップクリアランスとなるようにチャンバ４の内壁面から十分に離隔されており、チップクリアランスにおける混練物の通過量の増加と、同一混練室４ａ・４ｂにおける混練物の流動の促進と、局部的な大きな剪断力の付与の防止とを行うようになっている。また、中位チップ８ｂの短翼８は、上述の長翼７の中位チップ部７ｂと同様に、高位チップ８ａと低位チップ８ｃとの中間のチップクリアランスとなるように設定されており、高位チップ８ａおよび低位チップ８ｃの短翼８による混練物に対する剪断力および流動を調整するようになっている。
【００２４】
上記の構成において、密閉型混練装置の動作について説明する。先ず、図３に示すように、ケース部材３にドロップドア６を密接させた状態でフローティングウエイト５をケース部材３から離隔させることによって、チャンバ４の上面を開口する。そして、この開口からゴムやプラスチック、充填剤等の混練材料をチャンバ４内に装填した後、フローティングウエイト５をケース部材３に密接させてチャンバ４の連通部４ｃに圧入する。また、この圧入に前後してケース部材３の外壁面に接合された冷却配管に冷却水等を流動させ、ケース部材３を介してチャンバ４内の混練材料を冷却する。尚、混練材料の構成や種類によっては、混練材料を加熱させるため、冷却配管に熱水や蒸気等の熱媒体を流動させても良い。
【００２５】
次に、各混練材料を剪断および分散しながら所望の混練状態の混練物となるように、第１および第２ロータ１・２を逆方向に回転させることにより混練を開始する。第１および第２ロータ１・２が回転すると、図３に示すように、長翼７の高位チップ部７ａおよび短翼８の高位チップ８ａが小さなチップクリアランスに設定されているため、例えばブロック状のゴムが混練材料として連通部４ｃに装填されていても、前述したようにこれらの混練材料が大きな食込み力により左右の第１および第２混練室４ａ・４ｂに移動する。従って、混練材料の形状やサイズが多種多様であっても、常に混練の開始から短時間のうちにチャンバ４内の全空間に混練材料を分散させることができる。
【００２６】
上記のようにして混練材料がチャンバ４内に分散されながら混練されると、長翼７の各チップ部７ａ・７ｂ・７ｃおよび短翼８の各チップ８ａ・８ｂ・８ｃがそれぞれ下記のように混練材料や混練物からなる混練対象物に対して作用する。
【００２７】
即ち、図４において、ハッチッング部は混練対象物の充填量を示し、ベクトルは混練対象物の流量と方向を示し、白抜き矢印は混練室４ａ，４ｂを連通する連通部４ｃにおける混練対象物の流れの方向と流量とを模式的に示す展開図である。本発明にかかる図４（ａ）では、長翼７の高位チップ部７ａおよび短翼８の高位チップ８ａにおいては、上述のように小さなチップクリアランスであるため、混練対象物のチップクリアランスの通過量が小さなものとなっている。従って、高位チップ部７ａおよび高位チップ８ａの前進側に存在する混練対象物は、軸方向に大量に流動することによって、大部分が軸方向に隣接する長翼７の中位チップ部７ｂや短翼８の中位チップ８ｂの前進側に移動し、一部がチップクリアランスを通過する。そして、この一部の混練対象物は、小さなチップクリアランスによる大きな剪断力が付与されて分散される。この際、大きな剪断力が付与された混練対象物は、分散と同時に急激に昇温することになるが、大部分混練対象物が軸方向に流動するため、混練対象物の全体としては昇温が抑制されたものとなる。従って、混練対象物の許容温度が低くても、大きな剪断力による分散を継続することができる。
【００２８】
また、長翼７の高位チップ部７ａおよび短翼８の高位チップ８ａは、チャンバ４の内壁面に近接した位置で移動するため、チャンバ４の内壁面に付着した混練対象物の表層を掻き落とすことになる。従って、チャンバ４の内壁面への付着膜の厚みが薄くなり、冷却配管によるチャンバ４を介した冷却効率が向上し、混練対象物の高温化を一層抑制することになる。さらに、長翼７の高位チップ部７ａおよび短翼８の高位チップ８ａが連通部４ｃを移動するとき、混練対象物を一方の第１または第２混練室４ａ・４ｂから他方の第２または第１混練室４ｂ・４ａに大きな押圧力で押し出すため、第１および第２混練室４ａ・４ｂ間における混練対象物の流動も促進することになる。
【００２９】
次に、長翼７の低位チップ部７ｃおよび短翼８の低位チップ８ｃにおいては、大きなチップクリアランスであるため、混練対象物のチップクリアランスの通過量が大きなものとなっている。従って、低位チップ部７ｃおよび低位チップ８ｃの前進側に存在する混練対象物は、チップクリアランスを通過して周方向に大量に流動することによって、大部分が周方向に隣接する長翼７の中位チップ部７ｂや短翼８の中位チップ８ｂの前進側に移動し、一部が軸方向に流動する。また、混練対象物を押し出す押圧力が小さなものであるため、連通部４ｃを移動する際の他方側の第１および第２混練室４ａ・４ｂへの流動を抑制する。従って、同一混練室４ａ・４ｂにおける混練物の流動を促進した状態になっていると共に、この流動時において、大きなチップクリアランスが混練対象物への剪断力を低減しているため、混練対象物の過剰な昇温を抑制するようにもなっている。
【００３０】
次に、長翼７の中位チップ部７ｂおよび短翼８の中位チップ８ｂにおいては、高位チップ部７ａと低位チップ部７ｃとの中間のチップクリアランスとなるように設定されているため、混練対象物に対する剪断力および流動を調整することになる。
【００３１】
上記のようにして混練対象物が混練されると、周方向に混練対象物を大量に流動させる第１混練空間１０ｃと、軸方向に大量の混練対象物を流動させながら少量の混練対象物を大きな剪断力により分散させる第２混練空間１０ａと、これらの中間的な剪断力を付与して軸方向および周方向に流動させる第３混練空間１０ｂとを周方向および軸方向に連続して有した状態となる。従って、図４（ａ）と対比される図４（ｂ）に示すように、長翼７および短翼８を中位チップ部７ｂおよび中位チップ８ｂで構成した従来の場合と比較すると、第１〜第３混練空間１０ａ〜１０ｃにおいて混練対象物が活発に流動しながら均等に分散することになるため、混練対象物の混練条件に対応してチップクリアランスを変更しなくても、或いは回転数変更や原料投入量を変更する等、本来混練機が保有している処理能力を犠牲にしなくても、常に良好な混練状態の混練物を得ることができる。
【００３２】
以上のように、本実施形態の密閉型混練装置は、図１に示すように、チャンバ４内で第１および第２ロータ１・２を回転させながら、チャンバ４の内壁面と第１および第２ロータ１・２とのチップクリアランスで混練対象物を流動させると共に剪断力を付与して分散させることによって、所望の混練状態の混練物とするものであり、第１および第２ロータ１・２には、軸方向および周方向に３段階の異なる複数のチップクリアランスを出現させるように、周方向の３か所に等分配置された長翼７および短翼８からなる翼部が形成された構成にされている。
【００３３】
上記の構成によれば、図４（ａ）に示すように、長翼７および短翼８により出現された３段階のチップクリアランスのうちの小さなチップクリアランスにおいては、このチップクリアランスの前進側に存在する混練対象物の大部分を軸方向に流動させると共に、一部を通過させて大きな剪断力により分散を行う。一方、大きなチップクリアランスにおいては、前進側に存在する混練対象物の大部分を通過させて周方向の流動を促進すると共に、小さな剪断力により昇温を防止する。これにより、大小の異なるチップクリアランスが周方向および軸方向に出現すると、チャンバ４内の全体において混練対象物が活発に流動しながら大きな剪断力により分散されると共に、分散時の高温化が防止されることになる。従って、従来のようにロータの移動機構の保守作業や混練機の処理能力を減殺するような運転を行わなくても、各種の混練条件の混練対象物を常に所望の混練状態の混練物とすることができる。
【００３４】
尚、本実施形態においては、第１および第２ロータ１・２からなる２本のロータが用いられているが、これに限定されるものではなく、１本のロータであっても良いし、或いは３本以上のロータであっても良い。また、本実施形態においては、周方向の３か所に等分配置された長翼７の高位〜低位チップ部７ａ〜７ｃと短翼８の高位〜低位チップ８ａ〜８ｃとで３段階のチップクリアランスを出現させているが、２段階以上の異なるチップクリアランスが少なくとも軸方向に出現するものであれば、短翼８の有無、長翼７および短翼８の配置や数量、螺旋角度、各チップクリアランスが存在するその翼部分の軸方向長さ、等を任意に選択することができる。
【００３５】
具体的には、長翼７のみからなる構成であっても良いし、図５（ａ）・（ｂ）に示すように、長翼７および短翼８が周方向の２か所に等分配置された構成あっても良い。また、図６および図７に示すように、長翼７および短翼８の端部同士が一致するように構成されていても良いし、図８に示すように、３段階のチップクリアランスとなる高位〜低位チップ部７ａ〜７ｂが長翼７に４区分して形成された構成であっても良い。さらに、図９に示すように、軸方向に同一のチップクリアランスを周方向に３段階で有するように、高位チップ部７ａのみからなる長翼７と、中位チップ部７ｂのみからなる長翼７と、低位チップ部７ｃのみからなる長翼７とが周方向に等分配置された構成であっても良い。尚、長翼７および短翼８におけるチップクリアランスの区分数は、製作を簡単に行えるように１０までの範囲であることが望ましい。
【００３６】
また、図１０に示すように、長翼７および短翼８は、大きな螺旋角度で形成されていても良い。尚 螺旋角度は、１０°〜６０°の範囲で設定されていることが望ましい。これは、螺旋角度を小さくすると、軸方向の混練対象物の流動が減少してチップクリアランスの通過量の増加により分散作用の促進が図れるのに対し、螺旋角度を大きくすると、軸方向の流動の増加によるチャンバ４内の混合の促進が図れる。そして、螺旋角度が１０°〜６０°の範囲であれば、これら両者の特徴を同時に引き出すことができるからである。
【００３７】
また、複数のチップクリアランスの出現の仕方は、大中小のチップクリアランスを直線で形成された段階状として出現させるものに限らない。例えば図２のロータ展開図において、長翼７を翼すくい面直交方向からみると、図１１（ａ）のように第１翼、第２翼、第３翼の３つのパターンとなっている。第１翼は、一つの翼に対して、大中小の順に複数のチップクリアランスを出現させている。第２翼は、一つの翼に対して、小大中の順に複数のチップクリアランスを出現させている。第３翼は、一つの翼に対して、中小大の順に複数のチップクリアランスを出現させている。
【００３８】
これらの複数のチップクリアランスは、図１１（ｂ）〜（ｅ）のように、テーパ状になったものを含んで形成することができる。図１１（ｂ）のものは、第１長翼は全体が直線となったテーパで形成されている。第２長翼及び第３長翼は、同じ傾きのテーパと段差の組み合わせになっている。図１１（ｃ）のものは、大チップクリアランスは直線のままにし、残りの中小チップクリアランスをテーパとしたものである。図１１（ｃ）において、中又は小チップクリアランスを直線のままにし、残りのチップクリアランスをテーパとしても良い。図１１（ｄ）のものは、段差ではなく折れ曲がり点を有するようにテーパを組み合わせたものである。図１１（ｅ）のものは、大中小チップクリアランスを僅かな段差で区別するとともにテーパにしたものである。このようなテーパとなったチップクリアランスは、翼部の全体、翼部を形成する翼のうち特定の翼、又は、特定の翼の複数のチップクリアランスの一部に採用できる。また、直線によるテーパに限らず、滑らかな曲線によるテーパ状とすることもできる。尚、折れ曲がり点や段差部コーナーには折損や欠けを防止する観点から面取り乃至Ｒを付すのが好ましい。
【００３９】
尚、上記ロータは一体鋳造或いは削り出しにて製作できるが、翼部全体或いは長翼部を複数に分割して構成する所謂分割セグメント方式とすることができる。この場合には、図１５に示すように各分割セグメントの位相をずらすことにより、混練対象物の流れが更に大きく変化し、混練対象物の混練度合が一層改善される。また、各分割セグメントの幅は均等でも不均等でも良く、翼の捻り角についても一定としても或いは変化させても良く、本願発明の技術的思想を逸脱しない範囲において自由に設計することができる。
【００４０】
【実施例】
以下、試験用の小型密閉式混練装置による混練テストの結果を説明する。用いた密閉式混練装置の混練室の容積は約４リットルであり、本発明例で用いたロータの翼配置と大中小チップクリアランスの配置は図１２の展開図に示される。大チップクリアランスＬは６ｍｍ（チャンバ内径１２８．６φｍｍに対する比率で０．０４６７）であり、中チップクリアランスＭは３ｍｍ（チャンバ内径１２８．６φｍｍに対する比率で０．０２３３）であり、小チップクリアランスＳは１ｍｍ（チャンバ内径１２８．６φｍｍに対する比率で０．００７８）である。比較例で用いたロータの翼配置は同じであるものの、チップクリアランスは全て３ｍｍである。
【００４１】
本発明例及び比較例ともに、天然ゴム（ＣＶ６０）１００部に対して、カーボンブラック（ＳＡＦ）を５０部添加したコンパウンドを混練試験に供した。また、混練室に対するコンパウンドの充填率はいずれも７０％であり、ラム圧力はいずれも５ｋｇｆ／ｃｍ２であり、チャンバを形成するケース部材及びロータに流される冷却水の温度もいずれも３０°Ｃである。
【００４２】
そして、混練時間の経過とともに、混練物の温度Ｔｄｉｓ（°Ｃ）と、混練物に加えられた機械的仕事量Ｅｓｐ（ＫＷｈ／ｋｇ）と、混練物のムーニー粘度がどう変化するかを測定した。ロータ回転数が６０ｒｐｍの場合が図１３に示され、ロータ回転数９０ｒｐｍの場合が図１４に示される。なお、Ｙは本発明例のロータを示し、Ｘは比較例のロータを示している。
【００４３】
図１３及び図１４によると、本発明例のロータＹと比較例のロータＸとの間につぎのような特性の違いが認められる。
１ 混練物に加えられる機械的エネルギーは、本発明例のロータＹが比較例のロータＸより大きい。
２ 混練物の温度は、本発明例のロータＹが比較例のロータＸより若干高くなっているが、ほぼ同等である。
３ 混練物のムーニー粘度は、本発明例のロータＹが比較例のロータＸより低くなっている。また、比較例のロータＸは時間の経過とともに、ムーニー粘度の低下の程度が少なくなっているが、本発明例のロータＹは時間の経過と共に略比例的に低下している。
【００４４】
以上の１〜３の特性差から、本発明例のロータＹは比較例のロータＸに比べて冷却能力が大きく、混練物に多くの機械的エネルギーを加えることができる。また、混練物の粘度は、加えられる機械的仕事量が大きいほど低下する程度が大きくなる傾向にあり、本発明例のロータＹは比較例のロータＸに比べて加工性に優れた混練物が得られることが判る。
【００４５】
【発明の効果】
請求項１の発明は、ロータを回転させながら、チャンバ内壁面とロータとのチップクリアランスで混練対象物を流動させると共に剪断力を付与して分散させることによって、所望の混練状態の混練物とする密閉型混練装置において、前記ロータには、長翼が周方向に２以上形成されており、前記長翼は、少なくとも軸方向に異なる複数のチップクリアランスを出現させ、軸方向に異なる複数のチップクリアランスのうち一つは、前記チャンバの内径に対する比率が、０．００２５〜０．０２５０の範囲内の小チップクリアランス、０．０１００〜０．０５００の範囲内の中チップクリアランス、または、０．０２５０〜０．１０００の範囲内の大チップクリアランスであることを特徴としている。請求項２の発明は、ロータを回転させながら、チャンバ内壁面とロータとのチップクリアランスで混練対象物を流動させると共に剪断力を付与して分散させることによって、所望の混練状態の混練物とする密閉型混練装置において、前記ロータには、少なくとも軸方向に異なる複数のチップクリアランスを出現させた長翼が形成されており、前記長翼の軸方向に異なる複数のチップクリアランスのうち一つは、前記チャンバの内径に対する比率が、０．００２５〜０．０２５０の範囲内の小チップクリアランス、０．０１００〜０．０５００の範囲内の中チップクリアランス、または、０．０２５０〜０．１０００の範囲内の大チップクリアランスであることを特徴としている。これにより、翼部により出現された異なるチップクリアランスは、少なくとも相対的に小さなチップクリアランスと大きなチップクリアランスとに区分することができる。そして、小さなチップクリアランスにおいては、このチップクリアランスの前進側に存在する混練対象物の大部分を軸方向に流動させると共に、一部を通過させて大きな剪断力により分散を行う。一方、大きなチップクリアランスにおいては、前進側に存在する混練対象物の大部分を通過させて周方向の流動を促進して混練物に均等な剪断作用を加えると共に、小さな剪断力により昇温を防止する。これにより、大小の異なるチップクリアランスが少なくとも軸方向に出現すると、混練対象物の種類が変わっても確実に混練対象物に剪断力が作用して分散されると共に、分散時の高温化が防止されることになる。従って、従来のようにロータ移動機構の保守作業や混練機の処理能力を減殺するような運転を行わなくても、各種の混練対象物を常に所望の混練状態の混練物とすることができる。
【００４６】
請求項３の発明は、ロータを回転させながら、チャンバ内壁面とロータとのチップクリアランスで混練対象物を流動させると共に剪断力を付与して分散させることによって、所 望の混練状態の混練物とする密閉型混練装置において、前記ロータには、長翼が周方向に２以上形成されており、前記長翼は、軸方向及び周方向に異なる複数のチップクリアランスを出現させ、軸方向に異なる複数のチップクリアランスのうち一つは、前記チャンバの内径に対する比率が、０．００２５〜０．０２５０の範囲内の小チップクリアランス、０．０１００〜０．０５００の範囲内の中チップクリアランス、または、０．０２５０〜０．１０００の範囲内の大チップクリアランスであることを特徴としている。これにより、チャンバ内壁面に近接された翼部が、ロータの回転に伴って定期的にチャンバ内壁面に付着した混練対象物の表層を掻き落とすため、チャンバ内壁面への付着膜が薄くなることから、チャンバを介して混練対象物を冷却する際の冷却効率を高めることができる。
【００４７】
請求項１〜３の密閉型混練装置の翼部の一つの翼に着目したときの、複数のチップクリアランスの出現形態の変形可能性を示す。一つの翼に例えば大チップクリアランス、中チップクリアランス、小チップクリアランスと変化させることに加えて、複数のチップクリアランスをテーパ状を有して形成したとしても、同等の混練効果が期待できる。またこのテーパ状チップクリアランスによって、混練対象物の流れを変えたり、ロータ加工し易いロータ形状も採用可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】密閉型混練装置におけるロータの正面図である。
【図２】ロータの展開図である。
【図３】混練対象物を混練する状態を示す説明図である。
【図４】混練対象物の流動状態を示す説明図であり、（ａ）は本発明の密閉型混練装置における流動状態、（ｂ）は従来の密閉型混練装置における流動状態である。
【図５】ロータの長翼および短翼の状態を示す説明図であり、（ａ）はロータを展開し
た状態、（ｂ）はロータを正面視した状態である。
【図６】ロータの展開図である。
【図７】ロータの展開図である。
【図８】ロータの展開図である。
【図９】ロータの展開図である。
【図１０】ロータの展開図である。
【図１１】一つの翼の複数のチップクリアランスの出現パターンを示す図である。
【図１２】実験に用いたロータの展開図である。
【図１３】本発明例のロータの６０ｒｐｍ時の特性を示すグラフ図である。
【図１４】本発明例のロータの９０ｒｐｍ時の特性を示すグラフ図である。
【図１５】分割タイプのロータの斜視図である。
【符号の説明】
１ 第１ロータ
１ａ ロータ混練部
１ｂ ロータ支持部
２ 第２ロータ
２ａ ロータ混練部
２ｂ ロータ支持部
３ ケース部材
４ チャンバ
４ａ 第１混練室
４ｂ 第２混練室
４ｃ 連通部
５ フローティングウエイト
６ ドロップドア
７ 長翼
７ａ 高位チップ部
７ｂ 中位チップ部
７ｃ 低位チップ部
８ 短翼
８ａ 高位チップ
８ｂ 中位チップ
８ｃ 低位チップ
１０ａ 第１混練空間
１０ｂ 第２混練空間
１０ｃ 第３混練空間
Ｌ 大チップクリアランス
Ｍ 中チップクリアランス
Ｓ 小チップクリアランス
【特許請求の範囲】
【請求項１】 ロータを回転させながら、チャンバ内壁面とロータとのチップクリアランスで混練対象物を流動させると共に剪断力を付与して分散させることによって、所望の混練状態の混練物とする密閉型混練装置において、
前記ロータには、長翼が周方向に２以上形成されており、
前記長翼は、少なくとも軸方向に異なる複数のチップクリアランスを出現させ、軸方向に異なる複数のチップクリアランスのうち一つは、前記チャンバの内径に対する比率が、０．００２５〜０．０２５０の範囲内の小チップクリアランス、０．０１００〜０．０５００の範囲内の中チップクリアランス、または、０．０２５０〜０．１０００の範囲内の大チップクリアランスであることを特徴とする密閉型混練装置。
【請求項２】ロータを回転させながら、チャンバ内壁面とロータとのチップクリアランスで混練対象物を流動させると共に剪断力を付与して分散させることによって、所望の混練状態の混練物とする密閉型混練装置において、
前記ロータには、少なくとも軸方向に異なる複数のチップクリアランスを出現させた長翼が形成されており、
前記長翼の軸方向に異なる複数のチップクリアランスのうち一つは、前記チャンバの内径に対する比率が、０．００２５〜０．０２５０の範囲内の小チップクリアランス、０．０１００〜０．０５００の範囲内の中チップクリアランス、または、０．０２５０〜０．１０００の範囲内の大チップクリアランスであることを特徴とする密閉型混練装置。
【請求項３】ロータを回転させながら、チャンバ内壁面とロータとのチップクリアランスで混練対象物を流動させると共に剪断力を付与して分散させることによって、所望の混練状態の混練物とする密閉型混練装置において、
前記ロータには、長翼が周方向に２以上形成されており、
前記長翼は、軸方向及び周方向に異なる複数のチップクリアランスを出現させ、軸方向に異なる複数のチップクリアランスのうち一つは、前記チャンバの内径に対する比率が、０．００２５〜０．０２５０の範囲内の小チップクリアランス、０．０１００〜０．０５００の範囲内の中チップクリアランス、または、０．０２５０〜０．１０００の範囲内の大チップクリアランスであることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、チャンバ内でロータを回転させることによりゴムやプラスチック等の混練材料を混練する密閉型混練装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
バッチ式の密閉型混練装置は、ゴムやプラスチック等の混練材料をフローティングウエイトによりチャンバ内に圧入した後、チャンバ内に設けられた一対のロータにより混練し、所望の混練状態の混練物となったときに、この混練物をチャンバ内からドロップドアを介して外部に排出するという一連の動作により１バッチ分の混練物を製造するようになっている。
【０００３】
ところで、上記の混練は、ロータの回転力を混練物への剪断力として作用させることにより行われている。そして、剪断力は、ロータとチャンバ内壁面との間隙（チップクリアランス）において最大となり、この最大の剪断力は、チップクリアランスが減少するのに伴って増大することが知られている。従って、チップクリアランスを小さくすれば、大きな剪断力による分散作用により混練を促進できることは明らかであるが、チップクリアランスが小さくなると、局所的な高い剪断力が混練物に付与されるため、混練物が早期に高温化することになる。
【０００４】
そこで、例えばゴム等の許容温度が低い混練物を製造する場合には、たとえ混練の効率が低くても許容温度以上の昇温が生じないように、チップクリアランスを拡大傾向に設定したり、或いは生産性は低下するがロータの回転数を小さくしたり、原料投入量を少なくする対策が採られている。また、許容温度が高い混練物を製造する場合には、混練の効率を重視して大きな剪断力が得られるようにチップクリアランスを十分に小さくしたり、ロータの回転数を大きくする対策が採られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の構成では、チップクリアランスが特定の混練条件に対してのみ適正なものであるため、例えば混練物の種類が切り替えられて混練条件が変更されたときに、この混練条件に対応したチップクリアランスとなるようにロータを取り替えなければ、チップクリアランスが過大または過小となって、混練や分散が不十分になったり、許容温度以上の昇温が生じたりするという不具合が発生することになる。しかしながら、混練条件に対応してロータを取り替えることは非実用的であり、実際には、許容温度以上の昇温が生じる場合には、回転数を下げたり、原料投入量を少なくする等、混練機が本来保有している処理能力を犠牲にして、得られる混練物の品質を確保するようにしている。
【０００６】
ところで、単に冷却効率を上げる場合には、特開昭６３−４７１０６号公報に開示のように、軸方向に延びる螺旋状の長翼を周方向に２本配設するとともに、この長翼の背面側にスクレーパを配設し、チャンバ内面に付着する層状の混練物を前記スクレーパで剥ぎ取ることにより、チャンバからの冷却効率を上げる密閉式混練装置を用いることができる。しかし、特開昭６３−４７１０６号公報に開示の密閉式混練装置において、特定のチップクリアランスを有して剪断機能を果たすのは長翼だけであり、スクレーパに剪断機能を持たせるという思想があるわけではなく、チップクリアランスの変更という意味では不十分である。また、非実用的なロータの取り替えでなく、混練条件に応じてチップクリアランスを任意に変更できるように、ロータの回転軸を移動可能にした密閉型混練装置が開発されているが、この場合には、回転軸を平行移動させるロータ移動機構の保守点検がその都度必要になり、段取時間が増大すると共に、点検作業が繁雑になるという新たな負担が発生することになる。
【０００７】
従って、本発明は、保守点検作業を必要とせず、且つ混練機の本来有する処理能力を減殺することなく、各混練条件の混練物を良好に混練および分散することができると共に、過剰な温度上昇を防止することができる密閉型混練装置を提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１の発明は、ロータを回転させながら、チャンバ内壁面とロータとのチップクリアランスで混練対象物を流動させると共に剪断力を付与して分散させることによって、所望の混練状態の混練物とする密閉型混練装置において、前記ロータには、長翼が周方向に２以上形成されており、前記長翼は、少なくとも軸方向に異なる複数のチップクリアランスを出現させ、軸方向に異なる複数のチップクリアランスのうち一つは、前記チャンバの内径に対する比率が、０．００２５〜０．０２５０の範囲内の小チップクリアランス、０．０１００〜０．０５００の範囲内の中チップクリアランス、または、０．０２５０〜０．１０００の範囲内の大チップクリアランスであることを特徴としている。請求項２の発明は、ロータを回転させながら、チャンバ内壁面とロータとのチップクリアランスで混練対象物を流動させると共に剪断力を付与して分散させることによって、所望の混練状態の混練物とする密閉型混練装置において、前記ロータには、少なくとも軸方向に異なる複数のチップクリアランスを出現させた長翼が形成されており、前記長翼の軸方向に異なる複数のチップクリアランスのうち一つは、前記チャンバの内径に対する比率が、０．００２５〜０．０２５０の範囲内の小チップクリアランス、０．０ １００〜０．０５００の範囲内の中チップクリアランス、または、０．０２５０〜０．１０００の範囲内の大チップクリアランスであることを特徴とする。これにより、翼部により出現された異なるチップクリアランスは、少なくとも相対的に小さなチップクリアランスと大きなチップクリアランスとに区分することができる。そして、小さなチップクリアランスにおいては、このチップクリアランスの前進側に存在する混練対象物の大部分を軸方向に流動させると共に、一部を通過させて大きな剪断力により分散を行う。一方、大きなチップクリアランスにおいては、前進側に存在する混練対象物の大部分を通過させて周方向の流動を促進して混練物に均等な剪断作用を加えると共に、小さな剪断力により昇温を防止する。これにより、大小の異なるチップクリアランスが少なくとも軸方向に出現すると、混練対象物の種類が変わっても確実に混練対象物に剪断力が作用して分散されると共に、分散時の高温化が防止されることになる。従って、従来のようにロータ移動機構の保守作業や混練機の処理能力を減殺するような運転を行わなくても、各種の混練対象物を常に所望の混練状態の混練物とすることができる。
【０００９】
請求項３の発明は、ロータを回転させながら、チャンバ内壁面とロータとのチップクリアランスで混練対象物を流動させると共に剪断力を付与して分散させることによって、所望の混練状態の混練物とする密閉型混練装置において、前記ロータには、長翼が周方向に２以上形成されており、前記長翼は、軸方向及び周方向に異なる複数のチップクリアランスを出現させ、軸方向に異なる複数のチップクリアランスのうち一つは、前記チャンバの内径に対する比率が、０．００２５〜０．０２５０の範囲内の小チップクリアランス、０．０１００〜０．０５００の範囲内の中チップクリアランス、または、０．０２５０〜０．１０００の範囲内の大チップクリアランスであることを特徴としている。これにより、チャンバ内壁面に近接された翼部が、ロータの回転に伴って定期的にチャンバ内壁面に付着した混練対象物の表層を掻き落とすため、チャンバ内壁面への付着膜が薄くなることから、チャンバを介して混練対象物を冷却する際の冷却効率を高めることができる。
【００１０】
尚、請求項１〜３記載の密閉型混練装置であって、前記複数のチップクリアランスは、小チップクリアランス、中チップクリアランス、大チップクリアランスのうち、少なくとも２つを含んでなり、前記チャンバの内径に対するチップクリアランスの比率が、小チップクリアランスでは０．００２５〜０．０２５０の範囲内にあり、中チップクリアランスでは０．０１００〜０．０５００の範囲内にあり、大チップクリアランスでは０．０２５０〜０．１０００の範囲内にあることにより、小チップクリアランスが所定範囲にあって、混練物に含まれる充填剤、添加剤の凝集体或いはゲルを破壊し、混練物中に分散させる機能を果たすことができるとともに、中チップクリアランスと大チップクリアランスも所定範囲にあって、混練物に均等な剪断仕事を加えることができる。
【００１１】
また、チャンバ内径に対するチップクリアランスの比率が、前記小チップクリアランスでは０．００６２５〜０．０１２５の範囲内にあり、前記中チップクリアランスでは０．０１２５〜０．０２５０の範囲内にあり、大チップクリアランスででは０．０２５０〜０．０７５の範囲内にあることが望ましい。これにより、凝集体或いはゲルの混練物中への分散と、混練物に均等な剪断仕事を加えることの両方が、バランス良く達成できる。
【００１２】
請求項１〜３記載の密閉型混練装置であって、前記長翼は、一つの翼に複数のチップクリアランスが段階状に形成された翼を含む。ここで、段階状とは直線で形成されたものに限らず、曲線を含む種々の線で段差や折れ曲がり点のような不連続部を有するように形成されたものをいう。
【００１３】
また、前記段階状を形成する複数のチップクリアランスのうち、少なくとも一つのチップクリアランスがテーパ状となっている。ここで、テーパ状とは、直線で傾斜するものに限らず、滑らかな曲線で全体として傾斜するものでもよい。
【００１４】
尚、請求項１〜３記載の密閉型混練装置であって、前記長翼は、一つの翼に複数のチップクリアランスがテーパ状に形成された翼を含むものであることが望ましい。ここで、テーパ状とは、一つの翼の複数のチップクリアランスが全体として連続的変化をなしているものをいう。この連続的変化は、直線で傾斜するものに限らず、滑らかな曲線で傾斜するものでもよい。
【００１５】
また、請求項１〜３記載の密閉型混練装置であって、前記ロータの長翼を分割セグメントで構成していることが望ましい。これにより、長翼の加工が簡単となり、長翼の設計の自由度が広がる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図１ないし図１０に基づいて以下に説明する。本実施の形態に係る密閉型混練装置は、図１に示すように、一対の第１ロータ１および第２ロータ２と、これらのロータ１・２を回転自在に支持するケース部材３とを有している。ケース部材３の外面壁には、ケース部材３を介して混練物を冷却するように図示しない冷却配管が接合されている。一方、ケース部材３の内部には、混練物を収容するチャンバ４が形成されている。チャンバ４は、図３に示すように、縦断面がまゆ型形状に形成されており、内径Ｄの円曲線を有する一対の第１混練室４ａおよび第２混練室４ｂと、これらの混練室４ａ・４ｂを連通させる連通部４ｃとからなっている。
【００１７】
上記のケース部材３の上側中央部には、ゴムやプラスチック等の混練材料をチャンバ４内に圧入するフローティングウエイト５が昇降可能に設けられている。一方、チャンバ４の下側中央部には、混練物を外部に排出するドロップドア６が設けられている。そして、これらのフローティングウエイト５およびドロップドア６は、混練時にケース部材３に密接することによって、チャンバ４の内壁面の一部を構成するようになっている。
【００１８】
上記の第１および第２混練室４ａ・４ｂには、図１に示すように、第１および第２ロータ１・２がそれぞれ貫挿されている。これらのロータ１・２は、軸心同士が平行となるように配置されており、図示しない駆動機構により逆方向に回転駆動されるようになっている。また、これらのロータ１・２は、後述するように長翼７および短翼８を有した同一形状に形成されており、長翼７および短翼８の配置が両ロータ１・２間で逆向きに配置されている。
【００１９】
上記の各ロータ１・２は、チャンバ４内に収容されたロータ混練部１ａ・２ａと、ロータ混練部１ａの両端に形成され、ケース部材３に回転自在に支持されたロータ支持部１ｂ・１ｂ・２ｂ・２ｂとを有している。ロータ混練部１ａ・２ａは、図２にも示すように、円周方向に１２０度等分配置され軸方向の延びる３個の長翼７・７・７と短翼８・８・８とを有している。各長翼７は、図１に示すように、チャンバ４の一方の壁面から他方の壁面側の途中までにかけて螺旋状に形成された送り翼となっている。一方、各短翼８は、長翼７の他方側に位置するように、長翼７・７同士の終端間からチャンバ４の他方の壁面までにかけて逆方向の螺旋状に形成された戻し翼となっている。
【００２０】
上記の長翼７は、頂部のチップが高位チップ部７ａと中位チップ部７ｂと低位チップ部７ｃとに区分され、軸方向に３種類の高さのチップ部が出現する。更に３個の長翼７・７・７の周方向にも３種類の高さのチップ部が交互に出現するようになっている。そして、各チップ部７ａ・７ｂ・７ｃは、チャンバ４の内壁面との間隙であるチップクリアランスが小チップクリアランス→中チップクリアランス→大チップクリアランスとこの順に大きくなるようにそれぞれ設定されている。
【００２１】
即ち、高位チップ部７ａは、最も小さなチップクリアランスとなるようにチャンバ４の内壁面に近接されており、ロータ１・２が回転したときに、大きな剪断力を混練物に付与して混練効率および分散効率を向上させるようになっていると共に、チャンバ４の内壁面に付着した混練物の表層を掻き落として冷却効率を向上させるようになっている。さらに、この高位チップ７ａは、前進側に位置する混練物の大部分を軸方向に流動させることにより軸方向の流動を促進すると共に、第１混練室４ａおよび第２混練室４ｂ間における流動も促進させるようになっている。
【００２２】
一方、低位チップ部７ｃは、最も大きなチップクリアランスとなるようにチャンバ４の内壁面から十分に離隔されており、ロータ１・２が回転したときに、チップクリアランスにおける混練物の通過量を増加させ、同一混練室４ａ・４ｂにおける混練物の流動を促進するようになっていると共に、局部的な大きな剪断力の付与を防止して混練物の過剰な昇温を抑制するようになっている。また、中位チップ部７ｂは、高位チップ部７ａと低位チップ部７ｃとの中間のチップクリアランスとなるように設定されており、高位チップ部７ａおよび低位チップ部７ｃの混練物に対する剪断力および流動を調整するようになっている。尚、この実施例では小チップクリアランス→中チップクリアランス→大チップクリアランスの順に設定しているが、これに限定されるものでなく、中→小→大，大→中→小，小→大→中の順でも良いこと勿論である。
【００２３】
また、長翼７の他方側に配置された短翼８・８・８は、図２に示すように、高位チップ８ａ、中位チップ８ｂ、および低位チップ８ｃを有するようにそれぞれ形成されている。そして、高位チップ８ａの短翼８は、上述の長翼７の高位チップ部７ａと同様に、最も小さなチップクリアランスとなるようにチャンバ４の内壁面に近接されており、混練物に対する大きな剪断力の付与と、チャンバ４の内壁面に付着した混練物の掻き落としと、軸方向および混練室４ａ・４ｂ間における流動の促進とを行うようになっている。また、低位チップ８ｃの短翼８は、上述の長翼７の低位チップ部７ｃと同様に、最も大きなチップクリアランスとなるようにチャンバ４の内壁面から十分に離隔されており、チップクリアランスにおける混練物の通過量の増加と、同一混練室４ａ・４ｂにおける混練物の流動の促進と、局部的な大きな剪断力の付与の防止とを行うようになっている。また、中位チップ８ｂの短翼８は、上述の長翼７の中位チップ部７ｂと同様に、高位チップ８ａと低位チップ８ｃとの中間のチップクリアランスとなるように設定されており、高位チップ８ａおよび低位チップ８ｃの短翼８による混練物に対する剪断力および流動を調整するようになっている。
【００２４】
上記の構成において、密閉型混練装置の動作について説明する。先ず、図３に示すように、ケース部材３にドロップドア６を密接させた状態でフローティングウエイト５をケース部材３から離隔させることによって、チャンバ４の上面を開口する。そして、この開口からゴムやプラスチック、充填剤等の混練材料をチャンバ４内に装填した後、フローティングウエイト５をケース部材３に密接させてチャンバ４の連通部４ｃに圧入する。また、この圧入に前後してケース部材３の外壁面に接合された冷却配管に冷却水等を流動させ、ケース部材３を介してチャンバ４内の混練材料を冷却する。尚、混練材料の構成や種類によっては、混練材料を加熱させるため、冷却配管に熱水や蒸気等の熱媒体を流動させても良い。
【００２５】
次に、各混練材料を剪断および分散しながら所望の混練状態の混練物となるように、第１および第２ロータ１・２を逆方向に回転させることにより混練を開始する。第１および第２ロータ１・２が回転すると、図３に示すように、長翼７の高位チップ部７ａおよび短翼８の高位チップ８ａが小さなチップクリアランスに設定されているため、例えばブロック状のゴムが混練材料として連通部４ｃに装填されていても、前述したようにこれらの混練材料が大きな食込み力により左右の第１および第２混練室４ａ・４ｂに移動する。従って、混練材料の形状やサイズが多種多様であっても、常に混練の開始から短時間のうちにチャンバ４内の全空間に混練材料を分散させることができる。
【００２６】
上記のようにして混練材料がチャンバ４内に分散されながら混練されると、長翼７の各チップ部７ａ・７ｂ・７ｃおよび短翼８の各チップ８ａ・８ｂ・８ｃがそれぞれ下記のように混練材料や混練物からなる混練対象物に対して作用する。
【００２７】
即ち、図４において、ハッチッング部は混練対象物の充填量を示し、ベクトルは混練対象物の流量と方向を示し、白抜き矢印は混練室４ａ，４ｂを連通する連通部４ｃにおける混練対象物の流れの方向と流量とを模式的に示す展開図である。本発明にかかる図４（ａ）では、長翼７の高位チップ部７ａおよび短翼８の高位チップ８ａにおいては、上述のように小さなチップクリアランスであるため、混練対象物のチップクリアランスの通過量が小さなものとなっている。従って、高位チップ部７ａおよび高位チップ８ａの前進側に存在する混練対象物は、軸方向に大量に流動することによって、大部分が軸方向に隣接する長翼７の中位チップ部７ｂや短翼８の中位チップ８ｂの前進側に移動し、一部がチップクリアランスを通過する。そして、この一部の混練対象物は、小さなチップクリアランスによる大きな剪断力が付与されて分散される。この際、大きな剪断力が付与された混練対象物は、分散と同時に急激に昇温することになるが、大部分混練対象物が軸方向に流動するため、混練対象物の全体としては昇温が抑制されたものとなる。従って、混練対象物の許容温度が低くても、大きな剪断力による分散を継続することができる。
【００２８】
また、長翼７の高位チップ部７ａおよび短翼８の高位チップ８ａは、チャンバ４の内壁面に近接した位置で移動するため、チャンバ４の内壁面に付着した混練対象物の表層を掻き落とすことになる。従って、チャンバ４の内壁面への付着膜の厚みが薄くなり、冷却配管によるチャンバ４を介した冷却効率が向上し、混練対象物の高温化を一層抑制することになる。さらに、長翼７の高位チップ部７ａおよび短翼８の高位チップ８ａが連通部４ｃを移動するとき、混練対象物を一方の第１または第２混練室４ａ・４ｂから他方の第２または第１混練室４ｂ・４ａに大きな押圧力で押し出すため、第１および第２混練室４ａ・４ｂ間における混練対象物の流動も促進することになる。
【００２９】
次に、長翼７の低位チップ部７ｃおよび短翼８の低位チップ８ｃにおいては、大きなチップクリアランスであるため、混練対象物のチップクリアランスの通過量が大きなものとなっている。従って、低位チップ部７ｃおよび低位チップ８ｃの前進側に存在する混練対象物は、チップクリアランスを通過して周方向に大量に流動することによって、大部分が周方向に隣接する長翼７の中位チップ部７ｂや短翼８の中位チップ８ｂの前進側に移動し、一部が軸方向に流動する。また、混練対象物を押し出す押圧力が小さなものであるため、連通部４ｃを移動する際の他方側の第１および第２混練室４ａ・４ｂへの流動を抑制する。従って、同一混練室４ａ・４ｂにおける混練物の流動を促進した状態になっていると共に、この流動時において、大きなチップクリアランスが混練対象物への剪断力を低減しているため、混練対象物の過剰な昇温を抑制するようにもなっている。
【００３０】
次に、長翼７の中位チップ部７ｂおよび短翼８の中位チップ８ｂにおいては、高位チップ部７ａと低位チップ部７ｃとの中間のチップクリアランスとなるように設定されているため、混練対象物に対する剪断力および流動を調整することになる。
【００３１】
上記のようにして混練対象物が混練されると、周方向に混練対象物を大量に流動させる第１混練空間１０ｃと、軸方向に大量の混練対象物を流動させながら少量の混練対象物を大きな剪断力により分散させる第２混練空間１０ａと、これらの中間的な剪断力を付与して軸方向および周方向に流動させる第３混練空間１０ｂとを周方向および軸方向に連続して有した状態となる。従って、図４（ａ）と対比される図４（ｂ）に示すように、長翼７および短翼８を中位チップ部７ｂおよび中位チップ８ｂで構成した従来の場合と比較すると、第１〜第３混練空間１０ａ〜１０ｃにおいて混練対象物が活発に流動しながら均等に分散することになるため、混練対象物の混練条件に対応してチップクリアランスを変更しなくても、或いは回転数変更や原料投入量を変更する等、本来混練機が保有している処理能力を犠牲にしなくても、常に良好な混練状態の混練物を得ることができる。
【００３２】
以上のように、本実施形態の密閉型混練装置は、図１に示すように、チャンバ４内で第１および第２ロータ１・２を回転させながら、チャンバ４の内壁面と第１および第２ロータ１・２とのチップクリアランスで混練対象物を流動させると共に剪断力を付与して分散させることによって、所望の混練状態の混練物とするものであり、第１および第２ロータ１・２には、軸方向および周方向に３段階の異なる複数のチップクリアランスを出現させるように、周方向の３か所に等分配置された長翼７および短翼８からなる翼部が形成された構成にされている。
【００３３】
上記の構成によれば、図４（ａ）に示すように、長翼７および短翼８により出現された３段階のチップクリアランスのうちの小さなチップクリアランスにおいては、このチップクリアランスの前進側に存在する混練対象物の大部分を軸方向に流動させると共に、一部を通過させて大きな剪断力により分散を行う。一方、大きなチップクリアランスにおいては、前進側に存在する混練対象物の大部分を通過させて周方向の流動を促進すると共に、小さな剪断力により昇温を防止する。これにより、大小の異なるチップクリアランスが周方向および軸方向に出現すると、チャンバ４内の全体において混練対象物が活発に流動しながら大きな剪断力により分散されると共に、分散時の高温化が防止されることになる。従って、従来のようにロータの移動機構の保守作業や混練機の処理能力を減殺するような運転を行わなくても、各種の混練条件の混練対象物を常に所望の混練状態の混練物とすることができる。
【００３４】
尚、本実施形態においては、第１および第２ロータ１・２からなる２本のロータが用いられているが、これに限定されるものではなく、１本のロータであっても良いし、或いは３本以上のロータであっても良い。また、本実施形態においては、周方向の３か所に等分配置された長翼７の高位〜低位チップ部７ａ〜７ｃと短翼８の高位〜低位チップ８ａ〜８ｃとで３段階のチップクリアランスを出現させているが、２段階以上の異なるチップクリアランスが少なくとも軸方向に出現するものであれば、短翼８の有無、長翼７および短翼８の配置や数量、螺旋角度、各チップクリアランスが存在するその翼部分の軸方向長さ、等を任意に選択することができる。
【００３５】
具体的には、長翼７のみからなる構成であっても良いし、図５（ａ）・（ｂ）に示すように、長翼７および短翼８が周方向の２か所に等分配置された構成あっても良い。また、図６および図７に示すように、長翼７および短翼８の端部同士が一致するように構成されていても良いし、図８に示すように、３段階のチップクリアランスとなる高位〜低位チップ部７ａ〜７ｂが長翼７に４区分して形成された構成であっても良い。さらに、図９に示すように、軸方向に同一のチップクリアランスを周方向に３段階で有するように、高位チップ部７ａのみからなる長翼７と、中位チップ部７ｂのみからなる長翼７と、低位チップ部７ｃのみからなる長翼７とが周方向に等分配置された構成であっても良い。尚、長翼７および短翼８におけるチップクリアランスの区分数は、製作を簡単に行えるように１０までの範囲であることが望ましい。
【００３６】
また、図１０に示すように、長翼７および短翼８は、大きな螺旋角度で形成されていても良い。尚 螺旋角度は、１０°〜６０°の範囲で設定されていることが望ましい。これは、螺旋角度を小さくすると、軸方向の混練対象物の流動が減少してチップクリアランスの通過量の増加により分散作用の促進が図れるのに対し、螺旋角度を大きくすると、軸方向の流動の増加によるチャンバ４内の混合の促進が図れる。そして、螺旋角度が１０°〜６０°の範囲であれば、これら両者の特徴を同時に引き出すことができるからである。
【００３７】
また、複数のチップクリアランスの出現の仕方は、大中小のチップクリアランスを直線で形成された段階状として出現させるものに限らない。例えば図２のロータ展開図において、長翼７を翼すくい面直交方向からみると、図１１（ａ）のように第１翼、第２翼、第３翼の３つのパターンとなっている。第１翼は、一つの翼に対して、大中小の順に複数のチップクリアランスを出現させている。第２翼は、一つの翼に対して、小大中の順に複数のチップクリアランスを出現させている。第３翼は、一つの翼に対して、中小大の順に複数のチップクリアランスを出現させている。
【００３８】
これらの複数のチップクリアランスは、図１１（ｂ）〜（ｅ）のように、テーパ状になったものを含んで形成することができる。図１１（ｂ）のものは、第１長翼は全体が直線となったテーパで形成されている。第２長翼及び第３長翼は、同じ傾きのテーパと段差の組み合わせになっている。図１１（ｃ）のものは、大チップクリアランスは直線のままにし、残りの中小チップクリアランスをテーパとしたものである。図１１（ｃ）において、中又は小チップクリアランスを直線のままにし、残りのチップクリアランスをテーパとしても良い。図１１（ｄ）のものは、段差ではなく折れ曲がり点を有するようにテーパを組み合わせたものである。図１１（ｅ）のものは、大中小チップクリアランスを僅かな段差で区別するとともにテーパにしたものである。このようなテーパとなったチップクリアランスは、翼部の全体、翼部を形成する翼のうち特定の翼、又は、特定の翼の複数のチップクリアランスの一部に採用できる。また、直線によるテーパに限らず、滑らかな曲線によるテーパ状とすることもできる。尚、折れ曲がり点や段差部コーナーには折損や欠けを防止する観点から面取り乃至Ｒを付すのが好ましい。
【００３９】
尚、上記ロータは一体鋳造或いは削り出しにて製作できるが、翼部全体或いは長翼部を複数に分割して構成する所謂分割セグメント方式とすることができる。この場合には、図１５に示すように各分割セグメントの位相をずらすことにより、混練対象物の流れが更に大きく変化し、混練対象物の混練度合が一層改善される。また、各分割セグメントの幅は均等でも不均等でも良く、翼の捻り角についても一定としても或いは変化させても良く、本願発明の技術的思想を逸脱しない範囲において自由に設計することができる。
【００４０】
【実施例】
以下、試験用の小型密閉式混練装置による混練テストの結果を説明する。用いた密閉式混練装置の混練室の容積は約４リットルであり、本発明例で用いたロータの翼配置と大中小チップクリアランスの配置は図１２の展開図に示される。大チップクリアランスＬは６ｍｍ（チャンバ内径１２８．６φｍｍに対する比率で０．０４６７）であり、中チップクリアランスＭは３ｍｍ（チャンバ内径１２８．６φｍｍに対する比率で０．０２３３）であり、小チップクリアランスＳは１ｍｍ（チャンバ内径１２８．６φｍｍに対する比率で０．００７８）である。比較例で用いたロータの翼配置は同じであるものの、チップクリアランスは全て３ｍｍである。
【００４１】
本発明例及び比較例ともに、天然ゴム（ＣＶ６０）１００部に対して、カーボンブラック（ＳＡＦ）を５０部添加したコンパウンドを混練試験に供した。また、混練室に対するコンパウンドの充填率はいずれも７０％であり、ラム圧力はいずれも５ｋｇｆ／ｃｍ２であり、チャンバを形成するケース部材及びロータに流される冷却水の温度もいずれも３０°Ｃである。
【００４２】
そして、混練時間の経過とともに、混練物の温度Ｔｄｉｓ（°Ｃ）と、混練物に加えられた機械的仕事量Ｅｓｐ（ＫＷｈ／ｋｇ）と、混練物のムーニー粘度がどう変化するかを測定した。ロータ回転数が６０ｒｐｍの場合が図１３に示され、ロータ回転数９０ｒｐｍの場合が図１４に示される。なお、Ｙは本発明例のロータを示し、Ｘは比較例のロータを示している。
【００４３】
図１３及び図１４によると、本発明例のロータＹと比較例のロータＸとの間につぎのような特性の違いが認められる。
１ 混練物に加えられる機械的エネルギーは、本発明例のロータＹが比較例のロータＸより大きい。
２ 混練物の温度は、本発明例のロータＹが比較例のロータＸより若干高くなっているが、ほぼ同等である。
３ 混練物のムーニー粘度は、本発明例のロータＹが比較例のロータＸより低くなっている。また、比較例のロータＸは時間の経過とともに、ムーニー粘度の低下の程度が少なくなっているが、本発明例のロータＹは時間の経過と共に略比例的に低下している。
【００４４】
以上の１〜３の特性差から、本発明例のロータＹは比較例のロータＸに比べて冷却能力が大きく、混練物に多くの機械的エネルギーを加えることができる。また、混練物の粘度は、加えられる機械的仕事量が大きいほど低下する程度が大きくなる傾向にあり、本発明例のロータＹは比較例のロータＸに比べて加工性に優れた混練物が得られることが判る。
【００４５】
【発明の効果】
請求項１の発明は、ロータを回転させながら、チャンバ内壁面とロータとのチップクリアランスで混練対象物を流動させると共に剪断力を付与して分散させることによって、所望の混練状態の混練物とする密閉型混練装置において、前記ロータには、長翼が周方向に２以上形成されており、前記長翼は、少なくとも軸方向に異なる複数のチップクリアランスを出現させ、軸方向に異なる複数のチップクリアランスのうち一つは、前記チャンバの内径に対する比率が、０．００２５〜０．０２５０の範囲内の小チップクリアランス、０．０１００〜０．０５００の範囲内の中チップクリアランス、または、０．０２５０〜０．１０００の範囲内の大チップクリアランスであることを特徴としている。請求項２の発明は、ロータを回転させながら、チャンバ内壁面とロータとのチップクリアランスで混練対象物を流動させると共に剪断力を付与して分散させることによって、所望の混練状態の混練物とする密閉型混練装置において、前記ロータには、少なくとも軸方向に異なる複数のチップクリアランスを出現させた長翼が形成されており、前記長翼の軸方向に異なる複数のチップクリアランスのうち一つは、前記チャンバの内径に対する比率が、０．００２５〜０．０２５０の範囲内の小チップクリアランス、０．０１００〜０．０５００の範囲内の中チップクリアランス、または、０．０２５０〜０．１０００の範囲内の大チップクリアランスであることを特徴としている。これにより、翼部により出現された異なるチップクリアランスは、少なくとも相対的に小さなチップクリアランスと大きなチップクリアランスとに区分することができる。そして、小さなチップクリアランスにおいては、このチップクリアランスの前進側に存在する混練対象物の大部分を軸方向に流動させると共に、一部を通過させて大きな剪断力により分散を行う。一方、大きなチップクリアランスにおいては、前進側に存在する混練対象物の大部分を通過させて周方向の流動を促進して混練物に均等な剪断作用を加えると共に、小さな剪断力により昇温を防止する。これにより、大小の異なるチップクリアランスが少なくとも軸方向に出現すると、混練対象物の種類が変わっても確実に混練対象物に剪断力が作用して分散されると共に、分散時の高温化が防止されることになる。従って、従来のようにロータ移動機構の保守作業や混練機の処理能力を減殺するような運転を行わなくても、各種の混練対象物を常に所望の混練状態の混練物とすることができる。
【００４６】
請求項３の発明は、ロータを回転させながら、チャンバ内壁面とロータとのチップクリアランスで混練対象物を流動させると共に剪断力を付与して分散させることによって、所 望の混練状態の混練物とする密閉型混練装置において、前記ロータには、長翼が周方向に２以上形成されており、前記長翼は、軸方向及び周方向に異なる複数のチップクリアランスを出現させ、軸方向に異なる複数のチップクリアランスのうち一つは、前記チャンバの内径に対する比率が、０．００２５〜０．０２５０の範囲内の小チップクリアランス、０．０１００〜０．０５００の範囲内の中チップクリアランス、または、０．０２５０〜０．１０００の範囲内の大チップクリアランスであることを特徴としている。これにより、チャンバ内壁面に近接された翼部が、ロータの回転に伴って定期的にチャンバ内壁面に付着した混練対象物の表層を掻き落とすため、チャンバ内壁面への付着膜が薄くなることから、チャンバを介して混練対象物を冷却する際の冷却効率を高めることができる。
【００４７】
請求項１〜３の密閉型混練装置の翼部の一つの翼に着目したときの、複数のチップクリアランスの出現形態の変形可能性を示す。一つの翼に例えば大チップクリアランス、中チップクリアランス、小チップクリアランスと変化させることに加えて、複数のチップクリアランスをテーパ状を有して形成したとしても、同等の混練効果が期待できる。またこのテーパ状チップクリアランスによって、混練対象物の流れを変えたり、ロータ加工し易いロータ形状も採用可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】密閉型混練装置におけるロータの正面図である。
【図２】ロータの展開図である。
【図３】混練対象物を混練する状態を示す説明図である。
【図４】混練対象物の流動状態を示す説明図であり、（ａ）は本発明の密閉型混練装置における流動状態、（ｂ）は従来の密閉型混練装置における流動状態である。
【図５】ロータの長翼および短翼の状態を示す説明図であり、（ａ）はロータを展開し
た状態、（ｂ）はロータを正面視した状態である。
【図６】ロータの展開図である。
【図７】ロータの展開図である。
【図８】ロータの展開図である。
【図９】ロータの展開図である。
【図１０】ロータの展開図である。
【図１１】一つの翼の複数のチップクリアランスの出現パターンを示す図である。
【図１２】実験に用いたロータの展開図である。
【図１３】本発明例のロータの６０ｒｐｍ時の特性を示すグラフ図である。
【図１４】本発明例のロータの９０ｒｐｍ時の特性を示すグラフ図である。
【図１５】分割タイプのロータの斜視図である。
【符号の説明】
１ 第１ロータ
１ａ ロータ混練部
１ｂ ロータ支持部
２ 第２ロータ
２ａ ロータ混練部
２ｂ ロータ支持部
３ ケース部材
４ チャンバ
４ａ 第１混練室
４ｂ 第２混練室
４ｃ 連通部
５ フローティングウエイト
６ ドロップドア
７ 長翼
７ａ 高位チップ部
７ｂ 中位チップ部
７ｃ 低位チップ部
８ 短翼
８ａ 高位チップ
８ｂ 中位チップ
８ｃ 低位チップ
１０ａ 第１混練空間
１０ｂ 第２混練空間
１０ｃ 第３混練空間
Ｌ 大チップクリアランス
Ｍ 中チップクリアランス
Ｓ 小チップクリアランス
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