JP2019111501A

JP2019111501A - 混練装置

Info

Publication number: JP2019111501A
Application number: JP2017247751A
Authority: JP
Inventors: 亮菊池; Akira Kikuchi; 直哉梶田; Naoya Kajita
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-12-25
Filing date: 2017-12-25
Publication date: 2019-07-11
Anticipated expiration: 2037-12-25
Also published as: JP6627855B2

Abstract

【課題】混練効率を向上させること。
【解決手段】水平方向に延在する混練釜１１と、混練釜１１の中心軸を回転中心軸として２つの異なる同心円上に環状に配置された複数の混練棒１２と、回転中心軸を中心として混練棒１２を回転させる際に、混練棒１２に、低速回転と、低速回転より高速である回転と、を繰り返す間欠混練処理動作を実施させる動力部と、を備え、同心円上に環状に配置された混練棒１２のうち、外側に配置された外側混練棒１２ｂと、内側に配置された内側混練棒１２ａの配置は、回転中心軸に対して異なる角度オフセットで配置されているとともに、内側混練棒１２ａは、回転方向上方側に配置された外側混練棒１２ｂに対して所定のクリアランスを持って配置されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、混練装置に関する。

従来、このような分野の技術として、特開２０１７−１３１９１３号公報がある。この公報に記載された混練装置では、水平方向に回転する撹拌子内に撹拌ピンを設け、撹拌ピンを用いて撹拌子内の材料を巻き上げる。これにより混練装置は、撹拌子内において、材料を自重で落下させながら混練することができる。

特開２０１７−１３１９１３号公報

しかしながら、前述した従来の混練装置では、混練棒を動作させることによって材料に遠心力が加わり、材料同士の剥離が妨げられることがある。また、回転速度を低下させて遠心力の影響を低下させた場合であっても、材料同士が剥離しづらい場合がある。さらに、複数の混練棒を用いて混練を行う場合に、巻き上げた材料が落下する際に混練棒に衝突することで、材料へのエア混入が妨げられることがある。
本発明は、混練効率を向上させた混練装置を提供するものである。

本発明にかかる混練装置は、水平方向に延在する混練釜と、前記混練釜の中心軸を回転中心軸として２つの異なる同心円上に環状に配置された複数の混練棒と、前記回転中心軸を中心として前記混練棒を回転させる際に、前記混練棒に、低速回転と、前記低速回転より高速である回転と、を繰り返す間欠混練処理動作を実施させる動力部と、を備え、前記同心円上に環状に配置された混練棒のうち、外側に配置された外側混練棒と、内側に配置された内側混練棒の配置は、回転中心軸に対して異なる角度オフセットで配置されているとともに、前記内側混練棒は、回転方向上方側に配置された前記外側混練棒に対して所定のクリアランスを持って配置されている。
これにより、材料同士の剥離と、混練棒により巻き上げた材料の自重での落下を促進することができる。

これにより、混練効率を向上させることができる。

混練装置の外観の一例を示した図である。混練釜及びその内部を示す拡大断面図である。混練釜内の外側混練棒と内側混練棒の配置を底方向から示した模式図である。一連の混練動作の概略を示した図である。混練を行う際の混練棒の回転時間の推移の一例を示す図である。せん断力がかかる状態を示した図である。混練釜内における材料の動粘度の分布を示す図である。混練した材料による造形後の中子重量のばらつきを示す図である。混練を行う際の混練棒の回転時間の推移の他の一例を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１及び図２に示すように、混練装置１は、略円筒形状の混練釜１１と、混練釜１１内に配置された複数の混練棒１２と、混練釜１１の底側に配置された回転板部１３と、混練釜１１と混練棒１２を回転動作させる動力を発生する動力部と、を備える。

混練釜１１は、中空に形成されている内部において材料の混練を行う、両底部が閉塞された略円筒形状の釜である。混練釜１１は、軸方向が水平方向に延在するように配置されている。なお以下では、混練釜１１で混練される材料とは、砂とバインダーである。

複数の混練棒１２は、混練釜１１内において、混練釜１１の軸方向に対して平行に設けられている円柱状の棒である。また、複数の混練棒１２は、混練釜１１の中心軸である回転中心軸に対して、２つの異なる同心円上に環状に配置されている。言い換えると、複数の内側混練棒１２ａは内側の同心円上に配置されており、別の複数の外側混練棒１２ｂが外側の同心円上に配置されている。図３は、複数の混練棒１２が混練釜１１内に配置された状態で、外側混練棒１２ｂにより砂に遠心力が与えられている状態を、混練釜１１の底側から見た状態の一例を示した図である。

ここで、内側の同心円上に配置された内側混練棒１２ａと、外側の同心円上に配置された外側混練棒１２ｂは、回転中心軸に対して異なる角度オフセットの状態で配置されている。言い換えると、略円筒状の混練釜１１の内部を底方向から見た場合であって、外側混練棒１２ｂと回転中心軸との間を線分で結んだ場合に、内側混練棒１２ａは、その線分上とならないように配置されている。

さらに、内側混練棒１２ａは、回転板部１３が回転することによって内側混練棒１２ａと外側混練棒１２ｂが回転中心軸周りで回転する際に、回転方向上方側に位置する外側混練棒１２ｂとは所定の角度を持って配置されている。すなわち、内側混練棒１２ａは、回転方向上方側に配置される外側混練棒１２ｂとは、クリアランスを有する状態となるように配置されている。なお、所定の角度及びクリアランスは、混練釜１１において、外側混練棒１２ｂにより押し上げられた材料が、外側混練棒１２ｂの回転方向下流に近い位置に配置された内側混練棒１２ａに衝突しやすい位置であるとともに、衝突して巻き上がった材料が、十分なクリアランスによって落下しやすい状態であるように決定される。

例えば、内側混練棒１２ａ及び外側混練棒１２ｂは、混練釜１１内に各６本ずつ配置されている。また、内側混練棒１２ａとその回転方向上方に配置される外側混練棒１２ｂとの回転中心軸に対する角度差は３５°となるように配置されており、外側混練棒１２ｂとその回転方向上方に配置される内側混練棒１２ａとの回転中心軸に対する角度差は２５°となるように配置されている。なお、混練棒１２の径は、混練釜１１の径の１／２０程度の長さである。

回転板部１３には、混練棒１２の端部が連結されている。回転板部１３を回転中心軸周りで回転させることにより、内側混練棒１２ａと外側混練棒１２ｂを混練釜１１内で回動させる。

動力部（図示せず）は、回転板部１３を回転させるための動力を与える。ここで動力部は、混練釜１１の底部側であって、回転板部１３の近傍かつ外側に配置されているものとして説明する。例えば動力部にはモーターが利用されている。なお回転板部１３は、動力部からの動力の調整により、回転速度の調整が可能である。

次に、混練装置１を用いて混練を行う動作について、図４を用いて説明する。

最初に、混練釜１１内に材料として砂とバインダーを挿入しておく。ここで例えば、バインダーには、水ガラス、界面活性剤、水、が用いられる。

動力部を動作させることで回転板部１３を動作させ、砂をバインダーに包ませるように一体にする（ステップＳ１）。より具体的には、砂の周りには、界面活性剤により、水ガラスが含まれた水の層が形成された状態になる。

ここでステップＳ１において、図５に示すように、砂とバインダーを一体にする際には、動力部により混練棒１２を高速で回転動作（以下、高速回転）させる。これにより混練釜１１内では、十分な遠心力が発生し、砂と液体とが混ぜられる。

回転板部１３の回転速度を変化させ、混練中の材料に空気を取り込んで発砲させる（ステップＳ２）。例えば、図５に示すように、動力部により動力が供給されることにより、混練棒１２は中速と低速で回転する動作を繰り返す。なおこの動作を、間欠混練処理動作とする。

このステップＳ２において、混練棒１２は、ステップＳ１の高速回転に比べて低速である中速回転を行い、その後、この中速回転より低速である低速回転を行う。ここで、中速回転を実行している時間に比べて、低速回転を実行する時間を短く設定する。また、中速回転を所定の時間だけ実行した後に低速回転を所定の時間だけ行う動作を１セットとし、この中速回転と低速回転の動作を数セット繰り返す。このとき、混練釜１１内において、混練棒１２の回転速度が中速のときには砂に回転を与え、低速時には砂の落下を促す。

なおこのとき、内側混練棒１２ａと外側混練棒１２ｂが回転中心軸に対して異なる角度でオフセットした状態で配置されており、すなわち混練棒１２に位相差が設けられていることで、砂にせん断力を付与することができる。また同時に、混練中の砂を積極的に落下させることで、空気を巻き込んで発砲させている。

これにより、混練された材料は流体として動粘度保持され流動する状態となる（ステップＳ３）。その後、材料は混練釜１１から排出され、外部に設けられた金型等に供給される。

ここで、ステップＳ２において、砂にせん断力が与えられ、砂の剥離が進行する一例について説明する。

図６に示すように、外側混練棒１２ｂにより押し上げられる砂を砂２１、内側混練棒１２ａと砂２１との間に挟まれる砂を砂２２とする。ここで、砂２１は外側混練棒１２ｂにより押し上げられるため、Ａ方向の力が加えられている。砂２２は内側混練棒１２ａとの間で摩擦抵抗により、Ｂ方向への力を発生するとともに、回転によりＣ方向への力が発生する。また、砂２１には、砂２２との摩擦によりＣ’方向の力が発生する。これにより、砂２１及び砂２２のいずれにも自転が促され、せん弾力が発生し、砂同士の剥離が促進する。

なおこのとき、混練棒１２は砂２１及び砂２２と同時に動いていることから、砂は混練棒１２に対して相対速度が速い状態で動く必要がある。したがって、ステップＳ２において、混練棒１２に対する砂の速度が最適となるように、中速の速度設定を決定することが望ましい。また、砂の速度の最適値は、砂種によって異なる。

図７は、混練釜１１内の各場所で生成される材料の動粘度の分布を示した図である。図７における左側は動力部が設けられた底部から遠く、右側は動力部が設けられた底部に近い位置である。図７では、所定の砂の質量、混練時間、水分量とした場合に、いずれの場所についても動粘度が基準とする数値以下であるとともに、いずれの場所でも同様の動粘度となった結果の一例を示している。

さらに図８では、造形数に関わらず中子重量が所定のＸｇ以上であり、ばらつきが少ない状態で安定した状態が示されている。言い換えると、造形後の中子品質目標が達成されている状態を示している。

これにより、砂同士の剥離と、自重による落下によるエア混入を促進し、砂の動粘度を向上させ混練効率を向上させることができる。具体的には、外側混練棒により押し出された砂の一部が内側混練棒に衝突することで、砂が自転して剥離する。また、内側混練棒が外側混練棒の回転方向下流側に近い位置に配置されることから、砂の衝突を促進するとともに、混練棒同士の間に十分なクリアランスが設けられていることにより、衝突して巻き上がった砂が落下しやすいことで、エア混入が促進され、混練効率を向上させることができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、回転板部１３は一対の板であって、複数の混練棒１２の夫々の両端が連結されており、同時に回転するものであってもよい。また、混練釜１１の中心軸を、混練棒１２の回転中心軸として説明したが、混練釜１１の中心軸に略平行に設けた軸を回転中心軸としてもよい。また、混練棒１２の回転方向は、図３に示した方向ではなく、反対側に回転するものであってもよい。

また例えば、ステップＳ１及びステップＳ２において、図９に示すように、混練棒１２について、他の回転速度パターンを採用することができる。具体的には、ステップＳ１の高速回転と、ステップＳ２の中速回転の速度とが略同一の速度となるようにして混練を行うことができる。言い換えると、ステップＳ２の中速回転として動作させているときの速度を、ステップＳ１の高速回転の速度と同速度にする。

これにより、回転速度が高速である場合に、遠心力で砂とバインダーを一体化させるとともに砂に回転力を与え、回転速度が低速である場合に砂を落下させる。すなわち、高速回転と低速回転の２種類の回転速度の切り替えのみであっても、混練を実行できる。

１混練装置
１１混練釜
１２混練棒
１２ａ内側混練棒
１２ｂ外側混練棒
１３回転板部
２１砂
２２砂

Claims

水平方向に延在する混練釜と、
前記混練釜の中心軸を回転中心軸として２つの異なる同心円上に環状に配置された複数の混練棒と、
前記回転中心軸を中心として前記混練棒を回転させる際に、前記混練棒に、低速回転と、前記低速回転より高速である回転と、を繰り返す間欠混練処理動作を実施させる動力部と、を備え、
前記同心円上に環状に配置された混練棒のうち、外側に配置された外側混練棒と、内側に配置された内側混練棒の配置は、回転中心軸に対して異なる角度オフセットで配置されているとともに、前記内側混練棒は、回転方向上方側に配置された前記外側混練棒に対して所定のクリアランスを持って配置されている、
混練装置。