JP2013154600A - 混練ロータ、およびそれを備える密閉式混練機 - Google Patents

Abstract

【課題】混練品質を落とすことなく従来よりも生産性を高めることができる接線式の密閉式混練機用の混練ロータ、およびそれを備える密閉式混練機を提供すること。
【解決手段】ロータ回転外径Ｄｒよりもロータ軸心間距離が大きい密閉式混練機用の混練ロータである。この混練ロータは、冷却流路２２が内部に形成されたロータ軸部２０と、ロータ軸部２０の外周面に形成された混練翼部２１とを備えている。混練翼部２１は、少なくとも２つの長翼（１３、１４）を有し、長翼（１３、１４）のロータ軸方向の長さは、混練翼部２１のロータ軸方向の長さＬの０．６倍以上とされており、長翼（１３、１４）の食い込み角が３１度以下とされ、且つ、当該長翼のランド幅Ｗに対する中心角が７度以上とされている。
【選択図】図４

Description

本発明は、プラスチックやゴムなどの高分子材料を混練するための接線式の密閉式混練機用の混練ロータ、およびそれを備える密閉式混練機に関する。

従来の密閉式混練機では、混練物の生産性を高めることを狙って混練容量をなるべく大きく保ちたい場合には接線式のロータ（混練ロータ）が採用されている（例えば、特許文献１参照）。この接線式のロータを採用した従来の密閉式混練機においては、大きな比エネルギ（単位重量当りの混練エネルギ）を被混練材料に短時間で与えることが困難なため、被混練材料を所望の混練状態の混練物とするために混練時間を長くするといった手法が採られていた。

しかしながら、混練時間を長くするという方法では、混練時間の経過とともに被混練材料の温度が高くなっていく。他方で、被混練材料を劣化させない温度、被混練材料の所定の反応温度、といった温度の制限がある。このような事情から、従来の接線式ロータを用いた密閉式混練機においては、温度制限を超えないようにある時間からロータ回転数を低下させる必要が生じる場合があった。そのため、混練時間の延長・ロータ回転数の低下の影響で思うように生産性が高まらない、という問題が従来あった。

翼の形状や配置などを工夫して、特許文献１に記載のものよりも被混練材料の低温混練および混練品質向上を可能とした混練ロータも開発されているが（例えば、特許文献２参照）、生産性の面で改善の余地があった。

特公昭５８−４５６７号公報 特開２００２−１１３３６号公報

上記した従来の密閉式混練機において、単位重量当りのエネルギ投入量を増やすべく、チャンバに投入する被混練材料の重量を減らすことで大きな比エネルギを被混練材料に短時間で与えようとしても、チャンバ内部の充填率が低くなることが影響して、逆に、被混練材料にエネルギが掛かりにくくなる。このようなことから、混練時間をさほど短縮できないばかりか、１バッチ当りの投入する被混練材料の重量の減少と相まって、やはり思うように生産性が高まらない。

また、このような接線式の密閉式混練機においては、バッチ内の均質性を素早く高めて混練時間を短縮するために、ロータ軸方向の被混練材料の流れを活発にしようとロータ軸線方向に対する翼の捩れ角を大きくするような手法も採られてきた。しかしながら、捩れ角を大きくすると、翼の頂部（チップ部、ランド部とも言う）を乗り越えて翼の背面に流れる被混練材料が増えるため、ロータ軸方向の流れが改善する効果は見られるものの少なく（ロータ軸方向の流れはさほど大きくならない）、混練時間の大幅な改善は認められなかった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、混練品質を落とすことなく従来よりも生産性を高めることができる接線式の密閉式混練機用の混練ロータ、およびそれを備える密閉式混練機を提供することである。

本発明は、ロータ回転外径よりもロータ軸心間距離が大きい密閉式混練機用の混練ロータである。この混練ロータは、冷却流路が内部に形成されたロータ軸部と、前記ロータ軸部の外周面に形成された混練翼部と、を備え、前記混練翼部は少なくとも２つの長翼を有し、前記長翼のロータ軸方向の長さは、前記混練翼部のロータ軸方向の長さの０．６倍以上とされており、前記長翼の食い込み角が３１度以下とされ、且つ、当該長翼のランド幅に対する中心角が７度以上とされていることを特徴とする。

また、本発明は、一対の上記した混練ロータと、ロータ回転外径が互いに交差することのない状態で当該一対の混練ロータが内部に収容されるチャンバと、を備える密閉式混練機である。

本発明の混練ロータ、およびそれを備える密閉式混練機によれば、混練品質を落とすことなく従来よりも生産性を高めることができる。

本発明に係る混練ロータを備えた密閉式混練機の正面断面図である。 本発明の実施形態に係る混練ロータの説明図である。 図２に示した混練ロータの混練翼部の軸心回りの展開図である。 図２に示した混練ロータの混練翼部のうち長翼が形成された部分の一断面図である。 翼の背面側への被被混練材料の漏れ量とランド中心角との関係を示すグラフである。 ΔＧ‘値と混練時間との関係を示すグラフである。 ＣＶ値と混練時間との関係を示すグラフである。 被混練材料が過昇温となることなく被混練材料に高い比エネルギを与えることができ、且つより高い生産性を得ることができる混練ロータの形状を、ランド中心角および食い込み角の２つのパラメータについて従来技術比でまとめた図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明に係る混練ロータ（模式的に図示）を備えた密閉式混練機（バッチ式混練機とも呼ばれる）の正面断面図である。なお、本発明の混練ロータ・密閉式混練機は、混練中に反応を伴うような配合のゴムの混練に適しており、シリカを高い割合で配合するゴムの混練に特に適している。

（密閉式混練機の構成）
図１に示すように、密閉式混練機１は、縦断面まゆ型形状に形成された混練室２を有するチャンバ３と、混練室２内に回転自在に挿通された左右一対の混練ロータ４・５と、チャンバ３の上方開口部に立設したホッパ６付きの材料供給筒７と、この供給筒７内に上下動自在に挿通されたフローティングウェイト８と、を備えている。

材料供給筒７の上部には流体圧シリンダ（本実施形態においては空圧シリンダ９）が連結されていて、この空圧シリンダ９内のピストン１０は同シリンダ９の下蓋を気密に貫通するピストンロッド１１を介してフローティングウェイト８に連結されている。このため、空圧シリンダ９の上部を加圧してフローティングウェイト８を下降させることにより、ホッパ６から供給された材料供給筒７内の被混練材料をチャンバ３内に押し込めるようになっている。一方、チャンバ３の底部に設けた排出口はロータリアクチュエータにより開閉自在なドロップドア１２によって閉塞されており、このドロップドア１２を開放することにより、混練室２内で所定時間だけ混練された混練物（混練済み材料）を機外に排出することができる。

なお、密閉式混練機１は、対称形状で左右一対の混練ロータ４・５が相互に噛み合わない非噛み合い型の混練機である。すなわち、この密閉式混練機１のロータ軸心間距離Ｓは、ロータ回転外径Ｄｒ（図４参照）よりも大きい。換言すれば、左右一対の混練ロータ４・５のロータ回転外径Ｄｒは互いに交差することがない。

（第１実施形態の混練ロータ）
図１〜４を参照しつつ、本発明の第１実施形態に係る混練ロータについて説明する。なお、図２は、混練ロータ４の説明用の平面図である。

図２に示したように、混練ロータ４（５）は、冷却流路２２が内部に形成されたロータ軸部２０と、ロータ軸部２０の外周面に形成された混練翼部２１とを備えている。混練翼部２１のロータ軸方向の長さはＬとされている。混練ロータ４（５）には、冷却流路２２に対して冷却媒体を供給・排出するためのロータリージョイントが接続されている。冷却流路２２は、有底の断面円形の穴であり、混練ロータ４をそのロータ軸方向Ｚから見たときに、ロータ軸部２０の中心に設けられている。また、ロータの平面視において、冷却流路２２は、本実施形態のように混練翼部２１の少なくとも端から端までの長さを有するように設けられていることが好ましい。冷却流路２２には、冷却媒体として例えば水が供給され、供給された水は、冷却流路２２内を流れた後、外に出ていく。冷却流路２２に水などの冷却媒体を流すことで、混練翼部２１の温度が高温になることを防止でき、その結果、混練翼部２１に接触する被混練材料が劣化するような過昇温になることを防止できる。

混練ロータ４・５は、相互に対向するロータの内側部分が下方に移動するように互いに異なる方向に回転するようになっており（図１参照）、その混練翼部２１は、チャンバ３の内壁面（混練室２の内面）との隙間（チップクリアランス）に被混練材料を通過させて同材料にせん断力を与えることのできる複数の混練翼１３〜１６を備えている。これら複数の混練翼１３〜１６は、ロータ軸心に対して螺旋状に捩られており、この捩れにより、被混練材料はロータ軸方向に押され、軸方向の流れが生じる。また、所定の間隔をあけて配置された混練ロータ４・５間を被混練材料が移動する。なお、チップクリアランスとは、混練翼１３〜１６の先端面である混練翼頂部（チップ部、ランド部とも言う）１３ａ〜１６ａと、チャンバ３の内壁面（混練室２の内面）との隙間のことをいう。

なお、ロータ回転外径Ｄｒが互いに交差することがない（換言すれば、ロータ回転外径Ｄｒよりもロータ軸心間距離Ｓが大きい）混練機、およびその混練ロータのことを、それぞれ、接線式の混練機、接線式の混練ロータという。

混練ロータ４・５の各ロータの軸心回りの展開図を図３に示したように、本実施形態の混練ロータ４・５の各混練翼１３〜１６は、中心点Ｏに対して相互に点対称となるように配置される。したがい、以下の説明においては、代表して混練ロータ４について説明することとする。

図２および図３に示したように、混練ロータ４は、その混練翼部２１に４枚の混練翼１３〜１６を備えている。４枚の混練翼１３〜１６は、第一長翼１３、第二長翼１４、第一短翼１５、および第二短翼１６からなる。なお、混練翼部２１とは、混練ロータ４のうち混練翼１３〜１６が形成された部分全体のことをいう。本発明において、長翼とは、そのロータ軸方向の長さが混練翼部のロータ軸方向の長さの０．５倍を超えるものとし、短翼とは、そのロータ軸方向の長さが混練翼部のロータ軸方向の長さの０．５倍未満のものとする。

（第一長翼）
本実施形態においては、第一長翼１３は、混練ロータ４において翼が形成される部分である混練翼部２１のロータ軸方向Ｚ一端からロータ軸方向Ｚ中央側へ向かって形成されている。また、第一長翼１３は、混練翼部２１をその軸心回りで平面状態に展開したときにおける展開形状が線形であって、本実施形態では、被混練材料をロータ軸方向Ｚ中央側へ流すようにロータ軸線（ロータ軸方向Ｚ）に対して６０度の捩れ角で螺旋状に形成されている。なお、捩れ角が４０度未満であると、ロータ軸方向Ｚの被混練材料の流れが鈍化して混練物の均質性を高めるための混練時間が長くなるため、翼のロータ軸方向Ｚに対する捩れ角は４０度以上とされていることが好ましい（後述する、他の翼についても同様）。

なお、翼のロータ軸方向Ｚに対する捩れ角は、５０度以上６５度以下とされていることがより好ましい（後述する、他の翼についても同様）。捩れ角が５０度以上であると、ランド中心角を例えば７度以上とすることに起因する被混練材料の漏れ量を少なく制限できる効果（詳しくは後述する）と相まって、ロータ軸方向Ｚの被混練材料の流れを一層、活発化することができる。その結果、より短時間でチャンバ３内における被混練材料の均質性を高めることができる。ただし、捩れ角が６５度を超えると、混練初期段階においてチャンバ３内への被混練材料の取り込みが悪化する、という別の問題が生じやすくなるため、捩れ角は６５度以下とされていることが好ましい。

第一長翼１３のロータ軸方向Ｚの長さＬｗは、混練翼部２１のロータ軸方向Ｚの長さＬの０．５倍を超える長さとされる。本実施形態では、第一長翼１３のロータ軸方向Ｚの長さＬｗは、混練翼部２１のロータ軸方向Ｚの長さＬの０．７倍とされている。なお、ロータ軸方向Ｚの被混練材料の流れを活発化させるために、長翼のロータ軸方向Ｚの長さＬｗは、混練翼部２１のロータ軸方向Ｚの長さＬの０．６倍以上とされていることが好ましい（後述する、第二長翼についても同様）。長翼のロータ軸方向Ｚの長さＬｗが混練翼部２１の長さＬの０．６倍以上とされていることで、チャンバ３内における被混練材料の充填率が高まり、大きな比エネルギを被混練材料に短時間で与えやすくなる、という効果もある。

<食い込み角>
ここで、図４は、混練翼部２１の長翼が形成された部分のうちロータ軸方向Ｚに直交する方向の一断面図である。図４に示したように、第一長翼１３の食い込み角θ_１は１５度とされている。混練ロータ４を回転させたときの第一長翼１３のランド部１３ａ（混練翼頂部）が描く円を円Ｃとし、第一長翼１３のランド部１３ａと第一長翼１３の作用面１３ｂとの境を点Ａとすると、点Ａにおける円Ｃの接線と点Ａにおける作用面１３ｂの接線とのなす角が「食い込み角θ_１」である。

本発明において、この長翼の食い込み角θ_１は、３１度以下、さらには、１０度以上２１度以下とされていることが好ましい（後述する、他の翼についても同様）。長翼の食い込み角θ_１が３１度よりも大きいと、作用面１３ｂの表面積が小さくなり、被混練材料が過昇温になりやすくなる。被混練材料が過昇温になるのを防止するためにロータ回転数を低下させると混練時間が長くなり生産性が悪化する。したがって、長翼の食い込み角θ_１は３１度以下とされていることが好ましい。ただし、長翼の食い込み角θ_１が１０度よりも小さいと、ロータ軸方向Ｚの被混練材料の流れが鈍化しやすくなり、混練物の均質性を高めるための混練時間が長くなってしまう虞がでてくるため、長翼の食い込み角θ_１は１０度以上とされていることが好ましい。

また、食い込み角θ_１を２１度以下とすると、ランド中心角θ_２（詳しくは後述する）が７度以上４０度以下の全範囲において、被混練材料の冷却性がより高まる（図８参照）。冷却性が高まるとロータ回転数を上昇させることができるので、より生産性を向上させることができる。なお、構造面から食い込み角θ_１の上限は約５４度である。

<ランド幅に対する中心角>
本発明において、長翼のランド幅Ｗに対する中心角θ_２は７度以上とされていることが好ましい（後述する、他の翼についても同様）。本実施形態では、第一長翼１３（長翼）のランド幅Ｗの中心角は３０度とされている。本発明において、ランド幅Ｗとは、ランド部１３ａのロータ軸方向Ｚに直交する方向の幅であって、チャンバ３の内壁と平行な円弧部分の長さのことをいう（図３および図４にランド幅を図示）。そして、ランド幅Ｗに対する中心角θ_２（以下、ランド中心角θ_２と呼ぶ）とは、ロータ軸方向Ｚに直交する方向の断面におけるランド部１３ａの一端（点Ａ）と円Ｃの中心Ｏ（混練ロータ４の回転中心）とを結ぶ線と、ランド部１３ａの他端（点Ｂ）と円Ｃの中心Ｏ（混練ロータ４の回転中心）とを結ぶ線と、のなす角のことをいう。なお、点Ｂは、ランド部１３ａと第一長翼１３の翼背面１３ｃとの境である。

第一長翼１３（長翼）のランド中心角θ_２が７度以上とされていることで、被混練材料をチップクリアランスに積極的に通過させて混練する従来の接線式ロータにおける一般的な長翼（ランド中心角が２〜３度程度）と比較して、チップクリアランスを通過する被混練材料の量、すなわち、ランド部１３ａを乗り越えて長翼の背面側（翼背面１３ｃ側）に流れる被混練材料の量（漏れ量）を少なく制限することができ（ただし、比較対象同士のチップクリアランスは同一として比較した）、その結果、ロータ軸方向Ｚの被混練材料の流れが活発化するとともに、漏れ量が減って被混練材料の発熱量を抑さえることがきる。また、チャンバ３内の混練容量が従来よりも小さくなるため被混練材料の充填率が高まり、大きな比エネルギを被混練材料に短時間で与えやすくなる、という効果もある。

なお、ランド中心角θ_２が４０度より大きいと、被混練材料の漏れ量を少なく制限できる効果のさらなる向上は望めず、チャンバ３内の混練容量が相対的に減少するだけであるので、ランド中心角θ_２は４０度以下であることが好ましい（後述する、他の翼についても同様）。

また、本発明において、第一長翼１３（長翼）のランド部１３ａとチャンバ３の内壁面との間の隙間であるチップクリアランスの、チャンバ３の内径に対する比率（チップクリアランス比）は、０．００５以上０．０５以下とされている（後述する、他の翼についても同様）。チップクリアランス比が０．００５以上０．０５以下とされていることで、被混練材料の漏れ量を少なく制限でき、結果として、ロータ軸方向Ｚの被混練材料の流れが活発化する。

また、少なくとも長翼（１３、１４）は、チップクリアランスが翼の端から端まで一定となるように、ランド部（翼頂部）の高さが一定となっている。なお、本発明の範囲内においてチップクリアランス比が０．００５〜０．０５の範囲内であれば、ランド部（翼頂部）の高さを翼の端から端までの間で変化させてもよい。この場合、高さが最も高いランド部を除く他のランド部は、円弧状の面ではなく平坦面に形成してもよい。

（第二長翼）
本実施形態では、第二長翼１４の展開形状、ランド幅、捩れ角、長さ、食い込み角、ランド中心角などは、第一長翼１３と同じである。第一長翼１３と第二長翼１４とは配置のみが異なる。第二長翼１４は、第一長翼１３のロータ回転方向ｒ後方に配置されている。具体的には、第一長翼１３に対して位相差１８０度だけずらしてその後方に配置されている。

なお、長翼が１つだとチャンバ３内の混練容量が大きくて短時間で大きな比エネルギを被混練材料に与えることができないため、本発明においては少なくとも２つの長翼が必要となる。

（第一短翼）
本実施形態では、第一短翼１５は、混練翼部２１のロータ軸方向Ｚ他端からロータ軸方向Ｚ中央側へ向かって形成されている。また、第一短翼１５は、混練翼部２１をその軸心回りで平面状態に展開したときにおける展開形状が線形であって、被混練材料をロータ軸方向Ｚ中央側へ流すように５０度の捩れ角度で螺旋状に形成されている。すなわち、第一短翼１５は、長翼とは逆方向に捩られて形成されている。

本発明においては、短翼（１５）のロータ軸方向Ｚの長さは、長翼（１３、１４）のロータ軸方向Ｚの長さよりも短く、例えば、混練翼部（２１）のロータ軸方向Ｚの長さＬの０．４倍未満の長さとされることが好ましい。本実施形態では、第一短翼１５のロータ軸方向Ｚの長さは、混練翼部２１のロータ軸方向Ｚの長さＬの０．３倍とされている。なお、長翼（１３、１４）のロータ軸方向Ｚの長さと、短翼（１５、１６）ロータ軸方向Ｚの長さとの和が、混練翼部２１のロータ軸方向Ｚの長さＬと等しくされることが好ましい。

また、第一短翼１５の始点（第一短翼１５のうちロータ回転方向ｒ側の端点）は、第一長翼１３の始点（第一長翼１３のうちロータ回転方向ｒ側の端点）よりもロータ回転方向ｒ後方に位置する。なお、本実施形態における第一短翼１５のランド幅、食い込み角、ランド中心角などは、第一長翼１３と同じである。

（第二短翼）
本実施形態では、第二短翼１６の展開形状、ランド幅、捩れ角、長さ、食い込み角、ランド中心角などは、第一短翼１５と同じである。第一短翼１５と第二短翼１６とは配置のみが異なる。第二短翼１６は、第一短翼１５のロータ回転方向ｒ後方に配置されている。第一短翼１５に対して位相差１８０度だけずらしてその後方に配置されている。

（密閉式混練機の動作（材料混練方法））
図１を参照しつつ密閉式混練機１の動作について説明する。まず、チャンバ３にドロップドア１２を密接させた状態でフローティングウェイト８をチャンバ３から離隔させることによって、チャンバ３の上面を開口する。そして、この開口から材料供給筒７を介して被混練材料をチャンバ３内（混練室２内）に装填した後、フローティングウェイト８をチャンバ３に密接させて同材料をチャンバ３（混練室２）に圧入する。

次に、混練ロータ４・５を互いに逆方向に回転させて混練を開始し、被混練材料を混練する。そして、被混練材料が所望の混練状態となったら、ドロップドア１２をチャンバ３から離隔させて混練物（混練済み材料）を機外に排出する。

本発明は、従来の接線式の密閉式混機における、チップクリアランスに対して被混練材料を通過させて積極的にせん断力を与えて混練（分散混合）することに重点をおいていたことによる弊害に着目し、検討を重ねて成したものである。具体的には、チャンバ内の混練容量を従来よりも小さく制限するとともに被混練材料のランド部通過量（漏れ量）を少なく制限すれば、従来ほど積極的にせん断力を与えて混練することを行わずとも被混練材料に対して大きな比エネルギを短時間で与えることができるとともに（分散性が悪くなることはなく）、分配混合が促進されて被混練材料の均一性も向上し、結果として短時間で混練が完了するため、過昇温で材料劣化を生じることもなく且つ１バッチ当りの生産量の低下を混練時間の短縮で補うことができるという知見を得て、本発明は成されたものである。すなわち、本発明の混練ロータ、およびそれを備える密閉式混練機によれば、混練品質を落とすことなく従来よりも生産性を高めることができる。

（第２実施形態の混練ロータ）
次に、本発明の第２実施形態に係る混練ロータについて説明する。第１実施形態の混練ロータと第２実施形態の混練ロータとの相違点は、ランド中心角（ランド幅Ｗ）の大きさであり、その他の構成は、第１実施形態の混練ロータと第２実施形態の混練ロータとは同じである。第２実施形態の混練ロータの各翼のランド中心角はすべて１５度とされている。

（被混練材料の翼背面側への漏れ量の計算結果）
被混練材料の翼背面側への漏れ量を、ランド中心角を変化させて計算した。その計算結果を図５に示す。なお、図５のグラフにおいて縦軸にとった漏れ量（％）は、ランド中心角が２度（従来）の場合の漏れ量を１００％とした場合の比率である。図５からわかるように、ランド中心角を７度以上とすれば、漏れ量を約１／３以下に抑えることができる。一方、ランド中心角を４０度より大きくしても漏れ量のさらなる抑制効果はほとんど望めない。

（実験結果（１））
本発明に係る混練ロータを備えた密閉式混練機と比較例の混練ロータを備えた密閉式混練機とを同じ条件で動作させ両者の性能の差を調査した。被混練材料は、シリカをＰＨＲ７０〜９０となるよう多量に添加した（本実験例ではＰＨＲ８０となるように配合した）被混練材料を用いた。表１に、実験で用いた被混練材料の配合内容を示す。ＰＨＲ（Parts per hundred rubber）とは、ゴム重量１００ に対する各種配合剤の重量部のことをいう。

比較例として用いた混練ロータ（密閉式混練機）は、混練翼として１枚の非線形翼と３枚の線形翼とを有する本出願人の特開２００２−１１３３６号公報に記載された混練ロータ（４）（バッチ式混練機（１）（密閉式混練機））とした。なお、混練翼を変更している以外は、同条件にて混練した。混練ロータ（密閉式混練機）のサイズも当然同条件である。チャンバの内径は両方とも同じである。

図６に混練結果を示す。図６中、実線が第１実施形態の混練ロータを用いた場合の混練結果であり、点線が第２実施形態の混練ロータを用いた場合の混練結果であり、一点鎖線が比較例の混練ロータを用いた場合の混練結果である。図６は、ΔＧ‘値をグラフの縦軸にとり、混練時間をグラフの横軸としている。

ΔＧ‘値とは、未加硫ゴム組成物の粘弾性特性から得られる貯蔵弾性率の小変形の歪時と大変形歪時の差のことをいい、混練物の品質を判断するための指標（ここではシリカ分散の評価指標）である。ΔＧ‘値が小さいほど、混練物の品質が良いことを意味する。

また、図６に示した混練結果は、１００℃、０．５Ｈｚで、０．５６％（小変形時）から６０％（大変形時）のＧ‘（貯蔵弾性率）の歪依存性を、アルファテクノロジー社（Alpha Technologies Co．）のラバープロセシングアナライザー（Rubber Processing Analyzer）ＲＰＡ２０００で測定したものである。

図６からわかるように、本発明に係る混練ロータを用いた場合、従来の混練ロータに比して混練物の品質が大きく改善されている。

（実験結果（２））
シリカを配合した被混練材料の混練では、混練物の温度が例えば１４０〜１６０℃の範囲で、シリカとゴムとを結合させるために配合されているシランカップリング剤がシリカと反応する。したがって、その反応を良好に発生させるためには、１４０〜１６０℃程度の温度範囲で、シリカとシランカップリング剤とを十分均一に混練することが必要である。そこで、均一性を評価するために以下の混練試験を行った。

チャンバの内径を両方とも同じとした試験装置に、第１実施形態、第２実施形態、および比較例の混練ロータの三次元スケールモデルをそれぞれ組み込んで、所定の成分（ＣＭＣ（カルボキシ・メチル・セルロース）３０％水溶液に０．４％添加されたガラスビーズ）のＣＶ値がどのように変化するかを調査した。なお、この混練試験においても、混練翼を変更している以外は、すべて同条件とした。

三次元試験（混練試験）の結果を図７に示す。図７中、実線が第１実施形態の混練ロータを用いた場合の混練結果であり、点線が第２実施形態の混練ロータを用いた場合の混練結果であり、一点鎖線が比較例の混練ロータを用いた場合の混練結果である。図７は、ＣＶ値をグラフの縦軸にとり、混練時間をグラフの横軸としている。

ＣＶ値とは、被混練材料中における成分の均一性（分散度合い）を表す評価指標となる値である。ＣＶ値が小さいほど、被混練材料中における成分の分散が進行していること、換言すれば、被混練材料の混合が促進されていることとなり、混練物の品質が良いことを意味する。このＣＶ値は、以下の式（１）で求められる。

ＣＶ＝ρ／Ｍ ・・・式（１）
式（１）において、Ｍは、チャンバ内に収容された被混練材料中における成分（ガラスビーズ）の平均分率（一定量の被混練材料を１バッチ当り９箇所から採取し、各採集部分で計測したビーズ個数に基づくビーズの分率から平均分率を算出）である。また、ρは、チャンバ内に収容された被混練材料中における成分（ガラスビーズ）の分率の標準偏差である。

図６および図７の結果から、第１・第２実施形態の混練ロータを用いると、比較例（従来）の混練ロータを用いる場合よりも、分散性および均一性の何れもが向上することがわかる。また、同程度の分散性乃至は均一性の混練物を得ようとした場合の混練時間を比較すると、第１・第２実施形態の混練ロータは比較例（従来）の混練ロータよりも同程度の分散性乃至は均一性の混練物を短時間で得ることができ、すなわち、生産性も向上すことがわかる。

（ランド中心角および食い込み角について）
図８は、被混練材料が過昇温となることなく被混練材料に高い比エネルギを与えることができ、且つより高い生産性を得ることができる混練ロータの形状を、ランド中心角および食い込み角の２つのパラメータについて従来技術比でまとめた図である。

ここで、生産性を表す指標に関する以下の式（２）の計算結果が「１」よりも大きな値となるように、翼の食い込み角およびランド中心角の値が決定されていると混練物の生産性が従来よりも向上する。また、エネルギ指数を表す指標に関する以下の式（３）の計算結果が「１」よりも大きな値となるように、翼の食い込み角およびランド中心角の値が決定されていると被混練材料に対して従来よりも高い比エネルギを与えることができる。

また、冷却性を表す指標に関する以下の式（４）の計算結果が「１」よりも小さな値となるように、翼の食い込み角およびランド中心角の値が決定されていると被混練材料が過昇温となることを従来よりも防止できる。

生産性＝０．９２２７＋０．００６ｘ＋０．００４２ｙ−０．０００１ｘ^２＋０．０００２ｘｙ−０．０００２ｙ^２ ・・・式（２）
エネルギ指数＝１．６４５３−０．０３４２ｘ＋０．０３３ｙ＋０．０００３ｘ^２−７．８４４４×１０^−１８ｘｙ−３．１０９９×１０^−５ｙ^２ ・・・式（３）
冷却性＝０．６３０４＋０．０１０８ｘ＋０．００９２ｙ＋３．６９９５×１０−^５ｘ^２−２．８５５４×１０−^５ｘｙ−０．０００２ｙ^２ ・・・式（４）
ここで、ｘ：食い込み角（度）、ｙ：ランド中心角（度）

図８中、実線は、生産性を表す指標に関する式（２）の計算結果が「１」となる場合の食い込み角およびランド中心角の値を結んだ線である。また、一点鎖線は、生産性を表す指標に関する式（３）の計算結果が「１」となる場合の食い込み角およびランド中心角の値を結んだ線である。また、点線は、冷却性を表す指標に関する式（４）の計算結果が「１」となる場合の食い込み角およびランド中心角の値を結んだ線である。

なお、ここで比較対象とした従来技術は、前記した特開２００２−１１３３６号公報に記載されている混練ロータ（４）（バッチ式混練機（１））である。

式（２）〜（４）の全てについて、上記した条件を満たすように翼の食込み角とランド中心角を設定することで、条件変更することが望まれない他の条件を同条件とした場合に、従来技術（特開２００２−１１３３６号公報に記載されている混練ロータ（４））よりも過昇温となることなくより高い比エネルギを与えることができ且つより高い生産性を満足することができる混練ロータの形状を簡単に得ることができる。なお、図８中、ハッチングが施された領域は、式（２）〜（４）の全てについて上記した条件を満たすとともに、被混練材料の漏れ量が１／３以下となる領域である。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々に変更して実施することが可能なものである。例えば、上記の実施形態では、第一長翼と第二長翼の展開形状、ランド幅、捩れ角、長さ、食い込み角およびランド中心角などは実質的に同じとされているが、本発明はこれに限定されない。また、上記の実施形態では、長翼と短翼とで、ランド幅、食い込み角およびランド中心角などは同じとされているが、本発明はこれに限定されない。また、上記の実施形態における一対の混練ロータは、混練翼が実質的に同じ形状に形成されているが、実質的に異なる形状であってもよい。また、上記の実施形態における混練翼は、混練翼部をその軸心回りで平面状態に展開したときにおける展開形状が線形とされているが、本発明の混練翼（長翼乃至短翼）の展開形状は非線形であってもよい。

１：密閉式混練機
２：混練室
３：チャンバ
４、５：混練ロータ
１３：第一長翼
１３ａ：ランド部
１３ｂ：作用面
１３ｃ：翼背面
１４：第二長翼
１５：第一短翼
１６：第二短翼
２０：ロータ軸部
２１：混練翼部
２２：冷却流路
Ｌ：混練翼部のロータ軸方向長さ
Ｗ：ランド幅
Ｚ：ロータ軸方向

Claims (9)

1. ロータ回転外径よりもロータ軸心間距離が大きい密閉式混練機用の混練ロータにおいて、
   冷却流路が内部に形成されたロータ軸部と、
   前記ロータ軸部の外周面に形成された混練翼部と、
   を備え、
   前記混練翼部は少なくとも２つの長翼を有し、
   前記長翼のロータ軸方向の長さは、前記混練翼部のロータ軸方向の長さの０．６倍以上とされており、
   前記長翼の食い込み角が３１度以下とされ、且つ、当該長翼のランド幅に対する中心角が７度以上とされていることを特徴とする、混練ロータ。
2. 請求項１に記載の混練ロータにおいて、
   前記長翼のランド幅に対する中心角が４０度以下とされていることを特徴とする、混練ロータ。
3. 請求項１または２に記載の混練ロータにおいて、
   前記長翼の食い込み角が１０度以上２１度以下とされていることを特徴とする、混練ロータ。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の混練ロータにおいて、
   前記長翼のロータ軸線に対する捩れ角が４０度以上とされていることを特徴とする、混練ロータ。
5. 請求項４に記載の混練ロータにおいて、
   前記捩れ角が５０度以上６５度以下とされていることを特徴とする、混練ロータ。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の混練ロータにおいて、
   生産性およびエネルギ指数を表す指標に関する次式の計算結果がいずれも１より大きな値となるように、前記食い込み角および前記中心角が決定されていることを特徴とする、混練ロータ。
   生産性＝０．９２２７＋０．００６ｘ＋０．００４２ｙ−０．０００１ｘ^２＋０．０００２ｘｙ−０．０００２ｙ^２ ・・・式（１）
   エネルギ指数＝１．６４５３−０．０３４２ｘ＋０．０３３ｙ＋０．０００３ｘ^２−７．８４４４×１０^−１８ｘｙ−３．１０９９×１０^−５ｙ^２ ・・・式（２）
   ここで、ｘ：食い込み角（度）、ｙ：ランド幅に対する中心角（度）
7. 請求項６に記載の混練ロータにおいて、
   さらに、冷却性を表す指標に関する次式の計算結果が１より小さな値となるように、前記食い込み角および前記中心角が決定されていることを特徴とする、混練ロータ。
   冷却性＝０．６３０４＋０．０１０８ｘ＋０．００９２ｙ＋３．６９９５×１０−^５ｘ^２−２．８５５４×１０−^５ｘｙ−０．０００２ｙ^２ ・・・式（３）
   ここで、ｘ：食い込み角（度）、ｙ：ランド幅に対する中心角（度）
8. 請求項１〜７のいずれかに記載の一対の混練ロータと、
   ロータ回転外径が互いに交差することのない状態で前記一対の混練ロータが内部に収容されるチャンバと、
   を備える、密閉式混練機。
9. 請求項８に記載の密閉式混練機において、
   前記混練ロータの長翼のランド部と前記チャンバの内壁面との間の隙間であるチップクリアランスの、前記チャンバの内径に対する比率が、０．００５以上０．０５以下とされていることを特徴とする、密閉式混練機。