JP3135056B2 - 密閉型混練装置 - Google Patents

密閉型混練装置

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JP3135056B2 JP09190891A JP19089197A JP3135056B2 JP 3135056 B2 JP3135056 B2 JP 3135056B2 JP 09190891 A JP09190891 A JP 09190891A JP 19089197 A JP19089197 A JP 19089197A JP 3135056 B2 JP3135056 B2 JP 3135056B2
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    • B29B7/7495—Systems, i.e. flow charts or diagrams; Plants for mixing rubber

Description

【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、チャンバ内でロータを回転させ
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、長翼と短翼
からなる翼部が周方向に２以上形成されており、これら
長翼および短翼は、軸方向およ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の一つは、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、長翼
と短翼からなる翼部が周方向に２以上形成されており、
前記長翼は、軸方向およ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、前記短翼は、周方向に異なる
複数のチップクリアランスを出現させており、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の一
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。
【０００９】請求項３の発明は、請求項１又は２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
スのうちの一つは、前記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とともに、一部の混練対象物
に強い剪断力を付与するように、前記翼部の頂部を前記
チャンバ内壁面に近接することにより出現されることを
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】請求項４の発明は、請求項１又は２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
いることを特徴としている。これにより、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】請求項５の発明は、請求項１又は２記載の
密閉型混練装置であって、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０．０２５
０〜０．０７５の範囲内にあることを特徴とする。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６の発明は、請求項１ないし３の何
れか１項に記載の密閉型混練装置であって、前記翼部
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】請求項７の発明は、請求項６記載の密閉型
混練装置であって、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】請求項８の発明は、請求項１ないし３の何
れか１項に記載の密閉型混練装置であって、前記翼部
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。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
するもの限らず、滑らかな曲線で傾斜するものでもよ
い。
【００１５】請求項９の発明は、請求項１ないし３の何
れか１項に記載の密閉型混練装置であって、前記ロータ
の翼部を分割セグメントで構成している。これにより、
翼部の加工が簡単となり、翼部の設計の自由度が広が
る。分割の仕方は翼部全体に限らず、長翼部のみ分割構
成するようにしても良い。
【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４
ｂと、これらの混練室４ａ・４ｂを連通させる連通部４
ｃ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１
ａ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４
ａ・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７
ａ・７ｂ・７ｃおよび短翼８の各チップ８ａ・８ｂ・８
ｃ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４
ｃ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・４
ｂ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７
ａ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１
２の展開図に示される。大チップクリアランスＬは６ｍ
ｍ（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０．０
２３３）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０．００７
８）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（Ｃ
Ｖ６０）１００部に対して、カーボンブラック（ＳＡ
Ｆ）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／ｃｍ
2 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、混練物のムーニ粘度
がどう変化するかを測定した。ロータ回転数が６０ｒｐ
ｍ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。 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。 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。 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〜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、チャンバ内でロータ
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、
長翼と短翼からなる翼部が周方向に２以上形成されてお
り、これら長翼および短翼は、軸方向および周方向に異
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の一つは、前記チ
ャンバの内径に対する比率が０．００２５〜０．０２５
０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、長翼と短翼からなる翼部が周方向に２以上形
成されており、前記長翼は、軸方向および周方向に異な
る複数のチップクリアランスを出現させ、前記短翼は、
周方向に異なる複数のチップクリアランスを出現させて
おり、前記長翼の軸方向に異なる複数のチップクリアラ
ンスのうちの一つは、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少なくとも軸方
向に出現すると、チャンバ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
ができるという効果を奏する。
【００４６】請求項３の発明は、請求項１又は２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
スのうちの一つは、前記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とともに、掻き落とされずに
残る混練対象物に高い剪断力を付与するように、前記翼
部の頂部を前記チャンバ内壁面に近接することにより出
現される構成である。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大部分を掻き落とすた
め、付着膜の厚みが薄くなり、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とい
う効果を奏する。
【００４７】請求項４の発明は、請求項１又は２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
いる構成である。これにより、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という効果を奏す
る。
【００４８】請求項５の発明は、請求項１又は２記載の
密閉型混練装置であって、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０．０２５
０〜０．０７５の範囲内にある構成である。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
成できるという効果を奏する。
【００４９】請求項６〜８の発明は、請求項１ないし３
の何れか１項に記載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。
【００５０】請求項９の発明は、請求項１ないし３の何
れか１項に記載の密閉型混練装置であって、前記ロータ
の翼部を分割セグメントで構成している。これにより、
翼部の加工が簡単となり、翼部の設計の自由度が広がる
という効果を奏する。
【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
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高倉 功 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目３番１号 株式会社神戸製鋼所 高砂製作所内 (72)発明者 黒川 好徳 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目３番１号 株式会社神戸製鋼所 高砂製作所内 (56)参考文献 特開 平10−151334（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−47106（ＪＰ，Ａ) 実開 平５−93809（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B29B 7/00 - 7/94 B01F 7/00 - 7/32

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【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、長翼と短翼からなる翼部が周方向に２
    以上形成されており、これら長翼および短翼は、軸方向
    およ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
    の一つは、前記チャンバの内径に対する比率が０．００
    ２５〜０．０２５０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。
  2. 【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、長翼と短翼からなる翼部が周方向に２
    以上形成されており、前記長翼は、軸方向および周方向
    に異なる複数のチップクリアランスを出現させ、前記短
    翼は、周方向に異なる複数のチップクリアランスを出現
    させており、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
    うちの一つは、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。
  3. 【請求項３】 前記複数のチップクリアランスのうちの
    一つは、前記チャンバ内壁面に付着した混練対象物の表
    層を掻き落とすとともに、一部の混練対象物に強い剪断
    力を付与するように、前記翼部の頂部を前記チャンバ内
    壁面に近接することにより出現されることを特徴とする
    請求項１又は２記載の密閉型混練装置。
  4. 【請求項４】 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つを含んでいることを
    特徴とする請求項１又は２記載の密閉型混練装置。
  5. 【請求項５】 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０．００６
    ２５〜０．０１２５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は０．０２５０〜０．０７
    ５の範囲内にあることを特徴とする請求項１又は２記載
    の密閉型混練装置。
  6. 【請求項６】 前記翼部は、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ものであるこ
    とを特徴とする請求項１ないし３の何れか１項に記載の
    密閉型混練装置。
  7. 【請求項７】 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とを特徴とする請求項６記載
    の密閉型混練装置。
  8. 【請求項８】 前記翼部は、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
    ことを特徴とする請求項１ないし３の何れか１項に記載
    の密閉型混練装置。
  9. 【請求項９】 前記ローラの翼部を分割セグメントで構
    成したことを特徴とする請求項１ないし３の何れか１項
    に記載の密閉型混練装置。
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