JP2002001078A - 縦型混練装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 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。 【解決手段】 流動性のある被混練材料をその自重を利
用して複数の変形通路２２、２３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、複数の変形通路を有する装
置本体２０と、その装置本体２０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Ｈ
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Ｇと、そ
のゲートの開閉装置１０とを備える構成とした。

Description

【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、３
１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３
１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２
０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１０
４、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、１
０４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、１
０２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１０
１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、１
０２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２
１Ａ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２
２、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２
２ｂ、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、２３
ｂ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２
２、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２
２ａ、２３ａはＸ方向に長い長方形であり、入口部２２
ａ、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２
１Ａ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、２
１Ｂ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、２１
Ｂ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２
７ａ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２
６、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２２
ａ、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２
１Ａ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２
２、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２
３ａ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、２
３ｂ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２６
ａ、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及び図８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２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１０
１を外側から挟み付けて閉塞させる一対の挟み部材１０
２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１０
９、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１０
１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１
０７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１
０１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２
０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３０
１、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、３０
２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１
０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〜に対応する断面図、（ｆ）は（ａ）の
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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 内田 明 東京都千代田区富士見二丁目10番26号 前 田建設工業株式会社内 (72)発明者 宮田 雅章 東京都千代田区富士見二丁目10番26号 前 田建設工業株式会社内 (72)発明者 井川 慎一 東京都千代田区富士見二丁目10番26号 前 田建設工業株式会社内 (72)発明者 小嶋 和弘 東京都千代田区富士見二丁目10番26号 前 田建設工業株式会社内 Ｆターム(参考） 4G035 AB49 AC01 AE02 AE13 4G037 AA06 AA12 AA18 EA01

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【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ていることを特徴とする縦型混
   練装置。
2. 【請求項２】 前記ゲートの開閉装置は、前記ホッパー
   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前記ゲート
   の開閉又は開度調整を行うことを特徴とする、請求項１
   記載の縦型混練装置。
3. 【請求項３】 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又は２記載の縦型混練装
   置。
4. 【請求項４】 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
   持する構成としてあることを特徴とする、請求項１〜３
   の何れかに記載の縦型混練装置。
5. 【請求項５】 前記ゲートの開閉装置は、前記装置本体
   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を備えているこ
   とを特徴とする、請求項４に記載の縦型混練装置。
6. 【請求項６】 前記ゲートの開閉装置は、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、請求項４に記載の縦型混練装置。