JP4195614B2

JP4195614B2 - バッチ式密閉式混合機中で改良された分散的及び分配的混合を提供する為の同調駆動用四つ羽根非かみ合いローター

Info

Publication number: JP4195614B2
Application number: JP2002587089A
Authority: JP
Inventors: レフテリスバルサミス，; フランクボルゼンスキー，; ロバートワグナー，; ウォルターラペスキー，; ハンスバウルメイスター，
Original assignee: ファレルコーポレイション
Priority date: 2001-05-04
Filing date: 2002-02-28
Publication date: 2008-12-10
Anticipated expiration: 2022-02-28
Also published as: BR0206152A; RU2281153C2; AU2002245544B2; CN1231289C; US20020163852A1; CZ20031324A3; DE60220396D1; CA2428700A1; PL200416B1; BR0206152B1; JP2004530546A; PL362303A1; CA2428700C; ES2284842T3; KR20040012693A; WO2002089964A1; TWI227682B; DE60220396T2; CZ299856B6; KR100684633B1

Description

本発明は二つの逆回転する噛みあわない四つ羽根ローターを有しているバッチ式密閉式混合機（internal batch mixing machine）の為の改良されたローターに関する。本発明の四つ羽根ローターはバッチ式混合機（ミキサー）中で物質の改良された分散的及び分配的混合を与えるものである。また本発明は、本発明の二つの新規な４つ羽根ローターを用いるバッチ式混合機、及び改良された４つ羽根ローターを有しているそのようなバッチ式混合機を用いる改良されたバッチ式混合にも関している。

本発明は、二つの逆回転する噛みあわない羽根付きのローターを中に有するように形成された混合チャンバを有しているバッチ型の強力な密閉式混合機（インターナルミキサー）に関している。均質なひとかたまりの物質へと混合されるべき成分のバッチは、垂直のシュートを通じて下の混合チャンバ中に仕込まれ、そしてシュート中に位置しているラムによる圧力下で押し下げられる。このラムは油圧又は空気圧によって駆動される。ラムの下面は、バッチの混合の間その作動位置に降ろされているときは、混合チャンバ（混合室）の上部を形成している。生じる均質の混合物はその混合チャンバからチャンバの底の排出開口を通じて除去され、次にこの開口と連携するドアが閉鎖されて、シュートを通じて下に導入されるべき次のバッチの成分の為の準備が整う。

ある種のバッチ式密閉式混合機はかみ合いのないローターを有するように設計され、また他のものはかみ合いローターを有する。かみ合いローターは常に同調された関係で同じ回転スピードで駆動されなければならず、非かみ合いローターは同じ回転スピードで駆動されることも又は異なる混合及び混練効果を達成するために異なる回転スピードで駆動されることもあり得る。本発明は非かみ合い型のものに関している。ローターの羽根はほぼ螺旋形を有しており、そしてこれらは後で記載されるようなそれらの種々の強制的な動的効果の協力的相互作用によって、非常に強い混合及び均質化を生じる。そのようなバッチ式密閉式混合機についての更なる情報は、非かみ合い型ローターを有するものについては本願譲受人のプレデセッサーに譲渡されている米国特許第１,２００,０７０号及び第３,６１０,５８５号を、そして最近の米国特許第４,７４４,６６８号及び第４,８３４,５４３号を参照することができ、これらの特許の開示は背景の情報として参照により本発明細書に含められる。

非かみ合いローターを有しているアメリカ合衆国で今日商業的に使用されている全てのバッチ式密閉式混合機の大多数は非同調的に運転され、即ちローターが異なる回転速度で駆動されており、これらはしばしば「摩擦比」運転モードと呼ばれている。例えば典型的な非同調運転は一方のローターの８回転に対し他方のローターが９回転する。即ち「摩擦比」９対８又は１．１２５対１である。

１９８８年５月１７日に発行された米国特許第４,７４４,６６８号に於いて、現時点で数がより多い非同調バッチミキサーか又は同調バッチミキサーかのいずかに使用するように適合された性能が向上した新規な４つ羽根の及び３つ羽根のローターが記載されている。

米国特許第４,８３４,５４３号は、バッチ式混合機中で使用される二つのローターのそれぞれが、二つのローターのそれぞれ上に二つの長い羽根と二つの短い羽根を有している、一定の１８０度の位相角度に於いて同調されたスピードで駆動されるべき４つ羽根の非かみ合いローターを記載している。

米国特許第４,７４４,６６８号と第４,８３４,５４３号の両方に於いては、好ましい位相角度の関係に向かせながら特定のローターを同調的に駆動させることによって最適の又は好ましい結果が達成されるということが認識されている。この特許は好ましい位相角度の関係が約１８０度であると特定している。
米国特許第１,２００,０７０号米国特許第３,６１０,５８５号米国特許第４,７４４,６６８号米国特許第４,８３４,５４３号

同調的な回転のバッチ式密閉式混合機で使用されることがこれまで提案されてきた４つ羽根の非かみ合い（タンジェンシャル）ローターは、混合チャンバ中に於いてローターによって生じる強力な剪断力の為に主としてミクロ分散的（強力な）混合を促進する形式のもののいずれかであった。分散的混合に於いてはこの高剪断力は混合される物質のバッチ中に急速に破壊される塊を生じていた。また、非かみ合いローターは、優れた分散的混合特性と共に、高い充填係数（フィルファクター）及び短い仕込み及び搬出時間を提供するという性質も有している。しかしながらそのような非かみ合いローターは、混合されるべき物質の本質的に等しく良好な分配的（広範囲の）混合を提供しない。またそのような非かみ合いローターの使用は混合されるべき物質中に望ましくない温度上昇を生じることによって特徴づけられ得る。

一方かみ合いローターを用いるこれまでの混合機はより良い熱伝導特性を有し、より良い混合バッチに対する熱制御を有している。又非かみ合いローターを用いる混合機とは対照的に、かみ合いローターを用いる混合機は二つのローター間のニップ領域中に高い長手方向の変形を発揮して良好な流れの分割を生じ、従って良好な分配的混合を生じる。対照的に非かみ合いローターを用いる混合機では、この領域に穏やかな流れの分割しか生じず、従って一般に本質的に同等の分配的混合を生じない。従ってバッチ混合に於いて使用するローターについては混合されるべき物質のバッチの加工に於ける良好な分散的及び良好な分配的混合の両方を同時に生じ、それによってかみ合いローターと非かみ合いローターの両方の利点を得る必要性が存在するのである。

本発明は各々のローターの羽根が特定の機能を行う新規な４つ羽根のローター設計を提供し、そして混合するバッチの良好な分散的混合も良好な分配的混合も生じ良好なプロセス温度の制御を生じるために混合機中の同調的な駆動ローターとしてそれらのローターを使用することを提供し、それによって混合機（ミキサー）の混合チャンバのより良い利用を提供してより熱的及び組成的に均質な混合生成物を生じるものである。本発明のローターに於いて羽根の或るものは主として分散的混合を促進し、そして羽根の或るものは主としてバッチ中の分配的混合を促進する。

本発明の更に別の特徴は、混合機中で新規なローターを使用することが、混合機中の二つのローターの間の相互作用窓(windows of interaction)中で、ある流れパターンを強化し、そしてその混合機の一方のローターのチャンバと他方のローターのチャンバの間でより効率的な物質の交換を生じる、ということである。この機能は一部には、殆ど常時ローターの羽根が二つのローターの間の相互作用窓中に存在するように実質的な螺旋長さを有している羽根を有するローターによって達成される。この事は二つのローターの間の相互作用窓中の流れパターンに影響を与える上で大きな柔軟性を許容する。

本発明の別の特徴は、本発明の羽根の設計及び混合機中のローターの適切なアライメントを通じて、混合チャンバ内の実質的にどんなよどみの可能性も除去できるという能力にある。本発明の更に別の特徴は用いられるロータースピードと共に本発明の新規な羽根付きローターの幾何学的な形態の為に混合サイクルの間、混合強度を変化させることができる能力があることである。

同調的な駆動手段を有している強力なバッチ式密閉式混合機中の同一の４つ羽根の非かみ合いローターを有する非かみ合い同調回転の為の本発明の４つ羽根ローターは、軸及びローターの第一の末端からローターの反対側の第二の末端までの軸長さを有し、そして第一及び第二の長い羽根と第一及び第二の短い羽根を含めた概して螺旋形の形態の４つの羽根を有しているローターからなる。第一の長い羽根は、ローターの軸に対し角度（ローターの軸を回る角度）が約０度の位置でローターの第一の末端から始まって、ローターの軸に対し約４５度と６０度の間の螺旋角度に向けられた羽根先端を有し、そしてローターの軸長さの約６０％と約８０％の間の軸長さを有している。第一の長い羽根は約２５度〜６０度のアプローチ角度を有している。ローター上の第二の長い羽根は、ローターの軸に対し角度（ローターの軸を回る角度）が約２２０度〜約２４０度の位置でローターの第二の末端から始まっており、ローターの軸に対し約２０度と４０度の間の螺旋角度に向付けられた羽根の先端を有し、そしてローターの軸長さの約６０％と８０％の間の軸長さを有している。第二の長い羽根は約１５度〜２５度の間のアプローチ角度を有している。第一及び第二の長い羽根の各々の羽根の先端は羽根の螺旋角度（方向）に対し直角に測定されるある幅を有しており、第一の長い羽根の先端の幅は第二の長い羽根の先端の幅よりも少なくとも５０％そして約１００％まで広い。ローターの第一の短い羽根は、ローターの軸に対し角度（ローターの軸を回る角度）が約１７０度〜約１９０度の範囲の位置でローターの第一の末端から始まっていて、ローターの軸に対し約２５〜６０度の範囲の螺旋角度に向けられた羽根先端を有し、そして好ましくは本質的に第一の長いローター（羽根）の羽根先端の螺旋角度と等しいものであり、そしてローターの軸長さの約１０％と３０％の間の軸長さを有している。ローター上の第二の短い羽根は、ローターの軸に対し角度（ローターの軸を回る角度）が約３５０〜約２０度の範囲の位置でローターの第二の末端で始まっており、ローターの軸に対し約２５〜６０度の範囲の螺旋角度に向付けられている羽根先端を有し、そして好ましくは第二の長いローター（羽根）の羽根先端の螺旋角度に本質的に等しいものであり、そしてローターの軸長さの約１０％と３０％の間の軸長さを有している。第一と第二の長い羽根及び第一と第二の短い羽根のそれぞれはローターの軸から本質的に等しい半径方向の距離にそれらの羽根先端を有している。

これらのローターの二つが同調的に運転されるバッチ式混合機（ミキサー）中に取り付けられた時に、これらのローターはその混合機の混合チャンバ中で以下のように配置（向き決め）がされる。即ち第一のローターの第一の長い羽根の螺旋状の羽根先端のリーディングエッジ（回転方向で一番先端の縁）は、第一のローターのカラー位置にあるようにされているが、その第一のローターのカラーは、第二のローターの第一の長い羽根の螺旋状の羽根先端のリーディングエッジ（回転方向で一番先端の縁）が位置している第二のローターのカラーとは混合チャンバの反対の側に存在する。更に二つのローターは混合チャンバ中で以下のように配置される。即ちそれらが非かみ合い状態で対向回転している間に、第二のローターの第一の長い羽根の螺旋状の羽根先端のリーディングエッジが、二つのローターの間の相互作用窓を通って回転している第一のローターの第一の長い羽根の螺旋状の羽根先端のリーディングエッジを９０度〜１８０度、好ましくは約９０度だけ後を追って（遅れて）回転するように配置される。この約９０度（違い）での配置に於いて、そして二つのローターの羽根のねじり角度の結果として、各ローターの羽根は隣接するローターの処理表面の効果的なワイピング（拭い）を提供し、従ってそれらの表面上での効果的な物質のリニューアル（入れ替え）を提供する。二つのローター上の大きな羽根と小さな羽根は二つのローターの間の空間中で混合機（ミキサー）の全体領域を本質的に完全にワイプする（拭う）ので、従って分配的混合の更なる強化を確実にする。９０度より大きく１８０度までの差の前に述べたローターのアライメント（回転方向の向き決め）の他の角度での配置は、混合プロセスの他の面、例えば混合機の物質の取り込みや混合機からの物質の排出等を促進するために用いることができる。そのような二つのローター上にある第一の長い羽根たちの螺旋状の羽根先端のリーディングエッジ開始点がより大きい角度（差）で配置されている場合に於いては、二つのローターの間により広いオープンスペースが一つの或る角度位置でもたらされ、続いて他方のローター羽根たちが二つのローターの相互作用窓をクロスしたときにそれらのローター羽根たちによるその領域の完全なスイープ（掃き）が起こる。

本発明は添付された図面に示されるように図解されるが本発明はこれに限定されるものではない。

図１に示されるように、全体を２０で示され、本発明を用いる一対の非かみ合いローター２１及び２２を有益に使用することが出来るバッチ型の非常に強力な密閉式混合機は、図１に示される上昇位置と点線の輪郭（アウトライン）で示される下げられた作動位置２４’の間で移動できる垂直に往復運動できるラム２４を含んでいる。このラム２４は、下で混合チャンバ２６中に混合される成分を移動させるのに使用される。その作動位置２４’に於いて、間隔をおいた平行水平軸の回りを矢印２３及び２５に示されるよう回転する二つの互いに逆回転しているローター２１と２２上で後で記載される羽根によって混合チャンバ２６中の物質が十分かつ強力に混合されている間に、ラムは混合チャンバ２６中の物質によって及ぼされる力に対抗する。図１で見て左側のローター２１はその軸の回りを時計回り方向に回転され、右のローター２２は反時計回り方向に回転される。混合チャンバ２６はこれら二つのローターを収容する形状をしており、それぞれほぼ円筒形である左と右のチャンバのキャビティー（空所）２７及び２８を含んでいる。これらのチャンバキャビティーは互いにむかって開放状の、水平に向かい合った関係で位置している。二つのローター２１と２２の間にほぼ位置するものと定義される混合チャンバ２６の中央領域２９が存在する。

ホッパー３０と連絡していて下の混合チャンバ２６の中央領域２９につながっているシュート３２に成分が入ることが出来るように、ラム２４が上昇している間に、混合されるべき成分は最初にホッパー３０に導入される。次にこのラムは成分を混合チャンバに押し下げるためにそしてそれらをその中に保持するために下げられる。このラムは混合機２０の上を覆っているハウジング３５の頂部に取り付けられた流体作動で駆動されるシリンダー３４によって操作されるように示されている。流体シリンダー３４は油圧又は空気圧のシリンダーであり得るが、これはラムを上げ下げする為のラム２４に連結されたピストンロッド３８を有している複動（ダブルアクティング）ピストン３６を含有している。ラムはシリンダー３４の底末端３９の下のピストンロッド３８の下端に固定される。所望の圧力下の作動流体が供給管４０を通してシリンダー３４の上部に注入され、ピストン３６を下げられた作動位置２４’に下向きに押し下げる。混合操作が完了した後に、図１に示されない供給管を通してピストン３６の下のシリンダー３４中に注入される作動流体によってその上昇位置に再度ラムは引き上げられる。

混合されそして均質化された物質はロック機構４４によって混合操作の間、閉鎖位置に保持されていたドア４２によって通常は閉じられる排出開口を通じて混合チャンバ２６の底から排出される。ロック機構４４によって開放された時にドア４２はヒンジシャフト４６の回りを下方に振り下げられる。このドアは例えば図示されていないヒンジシャフト４６の両端に取り付けられた一対の油圧トルクモーターによって回転して振られることができる。

図２は図１の線分２−２に沿った混合機２０の平面の断面図である。ローター２１と２２は駆動モーター５０によって駆動されるギア機構４８により反対方向２３，２５に回転される。このギア機構４８は同じ即ち同調的なスピードでローターを駆動するための同一のかみ合い歯車からなるものである。駆動モーター５０は慣用の形態のものでありえ、そして、混合チャンバ２６中の特定の成分に依存して、そしてそれらの温度及び粘性の状態に依存して、そしてローターによって伝えられるべき混合力の望まれる速度に依存して、所望によりローターの回転スピードを変更するための速度制御手段を含むことが好ましい。

混合チャンバ２６の密封のため、各ローターの各末端の直ぐ近くに位置する慣用の密封カラー５４（図２）が存在する。それぞれのカラー５４に隣接したローターの末端は「カラー末端」と呼ばれることも多い。

図２に於いて左と右のローター２１と２２はそれぞれのカラー末端５７及び５８の間で測定されるローターの軸長さ「Ｌ」をそれぞれ有するものとして示されている。ドライブシャフト５５又は５６に連結されているカラー末端５７はローターの「駆動末端」であり、他方のカラー末端５８は「冷媒（クーラント）末端」又は「水末端」である。ローターは冷媒（クーラント）の通路を含有し、通常は水である冷媒（クーラント）は駆動シャフト５５及び５６の位置とは反対の末端に於いてこれらの通路中に流入される。（回転したとき羽根の）先端（が描く軌跡としての仮想円筒又はその）直径と定義されるローターエンベロープはそれぞれ図３に示される直径「Ｄ」を有している。従って図５で示される各ローターエンベロープの展開された長さは「πＤ」である。図３は本発明のローターの記載に関連して使用される用語を説明している。

図４、４Ａ、４Ｂ及び５を参照すると、本発明のローターの一具体例が図解されている。このローターは相対するカラー末端から始まっている二つの長い羽根６１及び６２を有している。「〜から始まっている」という用語又はこれに類する言葉はそれぞれの螺旋形の羽根の先端６１又は６２の前端（先導端）が指定されたカラー末端に位置付けられていることを意味している。ローターの軸は６０で示され、展開されたローターエンベロープの角度位置０度、９０度、１８０度、２７０度及び３６０度がローター軸の回りの角度の位置である。図４、４Ａ、４Ｂ及び５を参照する説明の便宜上０度又は３６０度の角度位置は中心領域２９に隣接したローターエンベロープ上の位置であって二つのローター軸６０を含んだ水平面上にあると定義される。またこの平面は二つのローターの間の相互作用窓と以後呼ばれるものである。同様にローターはまた相対するカラー末端から始まる二つの短い羽根６３及び６４を有している。

本発明の図解されたローターのレイアウトの展開されたエンベロープが図５に示される。この図に於いてローターの羽根はそれぞれの羽根先端の中心線によって描かれており、羽根先端の幅が部分的に図解されている。ローター２１に於いては第一の長い羽根６１はローターの軸に対して約０度の角度位置でローターの一方の軸末端から始まり螺旋角度５０度を有している。第一の長い羽根の軸長Ｌ_１はローターの軸長Ｌの７３．３％である。この羽根先端の幅はＷ_１である。この羽根の幅は羽根の螺旋角度（の方向）に対し法線方向又は直角に測定される。第二の長い羽根６２はローターの軸に対し約２３０度の角度位置で反対側のローター軸末端から始まっており、螺旋角度３３度を有している。この第二の長い羽根の軸方向長さＬ_２はローター軸長Ｌの７３．３％である。この羽根の羽根先端の幅はＷ_２である。幅Ｗ_１は、幅Ｗ_２よりも５５％大きい。第一の短い羽根６３は第一の長い羽根６１と同じローターの軸の末端から始まっているが、ローター軸に対する（ローター軸を中心に回る）角度が１８０度の位置で始まり螺旋角度５０度を有している。この第一の短い羽根の軸方向長さＬ_３はローター軸長Ｌの２０％である。この羽根の先端の幅はＷ_３である。第二の短い羽根６４は第二の長い羽根６２と同じローターの軸の末端から始まっているがローターの軸に対する（ローター軸を中心に回る）角度位置５度を有し、そして螺旋角度３３度を有している。この羽根の先端幅はＷ_４である。幅Ｗ_３は幅Ｗ_４よりも５５％大きい。

図４、４Ａ及び４Ｂはローターの二つが図１に記載されるような強力なバッチ式密閉式混合機中で用いられた時の羽根の相対的な方向を図解している。そのようなバッチ式混合機中の徹底的な混合を制御する一つの手段は、混合機の一つのチャンバから混合機の他のチャンバへの物質交換がされるように予め決められた形態でローター間の相互作用窓を各ローターの羽根が交差するように、相手に対して互いにローターの羽根が方向付けられていることを通じて行われるものである。比較的大きな螺旋角度とねじりとを有し、又、軸方向の長さＬ_１を有しているローター２１及び２２の各々の第一の長い羽根６１は、二つのローター間の相互作用窓のスイーピング（掃くように物質を流すこと）を提供する。これらの流れパターンは更に、各ローターの回転の全期間にわたって二つのローターの間の相互作用窓中にローターの羽根が常に存在するように設計されている第二の長い羽根６２と二つの短い羽根６３及び６４によって更に強められる。好ましいローターの方向付けは、第二のローター２２の第二の長い羽根６２の開始点７２が相互作用窓中へ０度〜２５度の範囲の角度だけ入ったときにローター間の相互作用窓に第一のローター２１の第一の長い羽根６１の開始点７１が侵入するものである。この配置に於いてそして二つのローター羽根の螺旋角度の結果として、各ローターの羽根は隣接するローターの処理表面の効果的なワイピング（拭うこと）を提供し、これらの表面中で効果的な物質のリニューアル（入れ替え）を提供する。二つのローターの長い及び短いローター羽根は本質的に完全に二つのローター間の空間中の混合機の全領域を完全にワイプし、従って徹底的な混合の更なる強化を確保する。更に一つのローター２１の第一の長い羽根の開始点７１の相互作用窓への侵入が９０から１８０度だけ角度が違う位置において第二のローター２２の第一の長い羽根６１の開始点７３の侵入に先行（トレール付け）することが望まれる。しかしながら混合機からの物質の取り込みや混合機からの物質の排出等の混合プロセスの他の面を促進するであろう他のローターのアライメントが可能であることが認められるであろう。

本発明のローター中で、第一の長い羽根６１の螺旋角度は、ローター羽根先端のクリアランス（間隙）を越えて通過する、そして軸方向に於けるローター羽根長さＬ_１に沿って通過する物質の量を釣りあわせるように選択される。この第一の長い羽根に対する螺旋角度４５度〜６０度は、強化された徹底的な混合及び物質温度調節のために、ローター羽根６１の前において蓄積された物質の５０％を越えるものが軸方向に流れるように強制されることを確実にする。ローター羽根６１の前で蓄積する残りの物質はローター羽根先端を越えて円周方向に徐々に流れる。これに対しローターの螺旋角度の適切な選択は、半径方向及び軸方向の物質の流れの適切な割合を確保し、ローター長さの６０〜８０％のローター羽根ツイスト長さ又はそれに相当する軸方向の長さが軸方向の物質の流れの程度を制御する。従って本発明のローターは、第一の長いローター羽根６１の前方に蓄積した物質のかなりの割合が混合チャンバの大部分を横断するということを確実にするものである。

ローター軸に対するローターの第二の長い羽根６２の２２０度〜２４０度の角度位置に於ける配置が、一方のローター羽根から他方のローター羽根に物質が自由に移される事を可能とする。この羽根に対する螺旋角度２０度〜４０度は実質的な量の物質が確実にローター羽根の先端と混合チャンバの内側ハウジングの内壁の間のローター半径方向の隙間中で流れるようにするものである。

分散的混合は、物質を繰り返し有限の時間にわたって制御された応力にかけることによって達成される。ローター羽根と内部ハウジングの壁との間の半径方向の隙間を通って流れる物質にかかる応力水準に影響する設計パラメーターのなかには、優勢な剪断速度及び物質の粘度がある。後者は処理される物質の分子構造と処理温度の性質である。本発明のローターはこの温度を効果的に制御する有効な手段を提供するものである。応力水準は剪断速度と温度に依存する。だが、ローターの羽根の先端とチャンバの壁の表面の間の半径方向の隙間中に流される物質の量は、先端の隙間とローターの羽根の作業表面中のアプローチ角度の関数である。本発明に於いてローターの設計パラメーターはこの混合機の区域を通過する物質の量に対する有効な制御を可能とする。

混合強度を制御する本発明のローターで用いられる別の手段は、各々の羽根に望まれる処理動作に従ってローターの羽根先端の幅を選択することを通じて行われる。二つの長い羽根及び／又は二つの短い羽根に対し等しい羽根先端幅を用いることもできるが、第一の長い羽根６１の羽根幅が第二の長い羽根６２の羽根幅よりも少なくとも５０％大きく約１００％まで大きいのが好ましい。同様に第一の短い羽根６３の羽根幅が第二の短い羽根６４の羽根幅よりも少なくとも５０％大きいのが好ましい。又第一の短い羽根６３の幅が第一の長い羽根６１の幅に等しいこと、そして第二の短い羽根６４の幅が第二の長い羽根６２の幅に等しいことが望まれる事もわかった。物質の剪断の結果として混合の持続の長さはローターの羽根先端の幅の増加と共に増加するからより大きな羽根幅は混合の強さを増加させる。望まれるならば、ローター羽根の開始点からローター羽根の終点までローター羽根の幅を線形的に変化させて各ローター羽根の混合特性を更に最適化してもよい。

本発明のローターの短い羽根６３及び６４はローターの羽根の開始点から物質が拡散するように、従って混合機チャンバの末端プレートから拡散するように作用する。これらの羽根は物質を末端プレートから拡散させ、そして比較的物質の流れが悪い区域で滞流の可能性を除去し、即ち二つのローター末端に於ける領域に物質が入り得る量を減少させ、それによってこれらの領域に於いて経験される摩耗を減少させる。羽根の開始点の角度位置と羽根の軸方向の長さは前記の目的を達成するために選択され、一方混合機の周囲に沿って及び軸方向の長さに沿って物質が自由に途切れなく流れることを可能とする。

本発明のローターの別の特徴はローター羽根に対する異なるアプローチ角度である。アプローチ角度とは、チャンバの内壁に対する接線と、ローターの羽根先端の付近のローター作業面に対する接線によって形成される角度である。このローターの（羽根）先端の付近に形成される「楔」の領域は羽根先端を越える物質の適切な流れを確保する。第一の長いローター６１についてアプローチ角度が２５度と６０度の間で変化し、そして主として周囲の物質の流れよりも軸方向の物質の流れを促進する。第二の長い羽根６２のアプローチ角度は１５度と２５度の間で変化し、ローター羽根の楔領域中に捕らえられた物質の大部分が確実にローターの羽根先端とチャンバの内壁によって形成される半径方向の隙間を通ってローター羽根を越えて強制的に押しやられるようにする。本発明の好ましい具体例中で第一の短い羽根６３のアプローチ角度は少なくとも５度、好ましくは５度〜１５度第二の短い羽根６４のアプローチ角度よりも大きい。従って第一の短い羽根は主として分配的混合を促進し、第二の短い羽根は主として分散的混合を促進する。

また、本発明のローターの別の特徴に於いて、軸方向に又は各羽根先端を越える円周方向に流れ得る物質の量に影響を与える為に、二つの長い羽根６１及び６２のアプローチ角度は二つの長いローター羽根の長手方向に沿って変化させることができる。例えば第一の長いローター羽根６１のアプローチ角度はローター上の羽根の開始点に於ける最少６０度から、ローター上の羽根の最終点に於ける２５度まで変化し得る。そして第二の長い羽根６２については開始点に於けるアプローチ角度２５度から終点に於けるアプローチ角度１５度まで変化させることができる。一般に第一の長い羽根６１のアプローチ角度は第二の長い羽根６２のアプローチ角度よりも少なくとも５度好ましくは５〜１５度大きいであろう。適当なアプローチ角度の適正な選択は、それらのローター羽根の各々の分配的混合特性と分散的混合特性の間の釣り合いをさせる更なる手段を可能とし、それによってそれらを用いるシステムの釣り合いの手段を可能とする。

本発明のローターはそれらを用いる密閉式強力混合機に於ける生産性の増加を生じる。更にそれらは又短期間でより均質（uniformityとhomogeneity）な生成物を生じる。先行技術のローターで得られる結果と比較して本発明のローターでは一般に少なくとも２０％以上の生産性の増加が得られる。これらのローターはバッチ式混合機の減少したサイクル時間を得ることを可能とし又処理された物質の排出温度の有意義な減少を可能とする。

以上により本発明がある種の具体例で説明されてきたが、それに対する変更及び修正が開示された発明の精神と範囲から逸れることなしになされることが認められるであろう。

図１は混合機の一部が切り取られて示されている本発明のローターを用いるためのバッチ式密閉式混合機の正面図である。図２は混合チャンバを通る図１の線２−２に沿った拡大平面の断面図である。図３は本願で用いられるローターのプロフィールの用語の意味を示す為の略図である。図４は混合機は示していないが混合機中で向きが決められている本発明の二つの４つ羽根ローターの平面図である。図４Ａは図４の矢印Ａの方向から見た図４のローターの側面図である。図４Ｂは図４の矢印Ｂの方向から見た図４のローターの側面図である。図５は本発明のローターを図解し説明する目的の為、本発明の展開されたローターの略図を示し、図中展開された形に於いてローターの螺旋形の羽根は直線の対角線方向に向けられている直線としてみえ、羽根先端の中心線を表わしている。

Claims

ローター軸とローター第一末端から反対側のローター第二末端までの軸方向長さとを有し、第一及び第二の長い羽根と第一及び第二の短い羽根を含めたほぼ螺旋形の複数の羽根を有している、強力バッチ式密閉式混合機に於いて使用するための４つ羽根ローターに於いて、
該第一の長い羽根は、ローター軸に対する角度（ローター軸を回る角度）が０度の位置に於いて該ローター第一末端から始まり、該ローター軸に対し螺旋角度が４５度と６０度の間である方向の羽根先端を有し、該ローターの該軸方向長さの６０％〜８０％の間の軸方向の長さを有し、そして２５度〜６０度の範囲のアプローチ角度を有しており、
該ローター上の該第二の長い羽根は、該ローター軸に対する角度（ローターの軸を回る角度）が２２０度〜２４０度の位置に於いて該ローター第二末端から始まり、該ローター軸に対し螺旋角度が２０度と４０度の間である方向の羽根先端を有し、該ローターの軸方向長さの６０％〜８０％の間の軸方向の長さを有し、そして１５度〜２５度の間のアプローチ角度を有しているが、ただし第一の長い羽根のアプローチ角度は第二の長い羽根のアプローチ角度よりも少なくとも５度だけは大きいことを条件とし、
該第一及び第二の長い羽根の各々の羽根先端は羽根の該螺旋角度方向に対し直角に測定される幅を有しており、その幅は第二の長い羽根の先端の幅よりも第一の長い羽根の先端の幅のほうが少なくとも５０％広いものであり、
該ローター上の該第一の短い羽根は、該ローター軸に対する角度（ローターの軸を回る角度）が１７０度〜１９０度の範囲の位置に於いて該ローターの第一末端から始まり、該ローター軸に対し螺旋角度が２５度〜６０度の範囲である方向の羽根先端を有し、そして該ローターの軸方向長さの１０％と３０％の間の軸方向長さを有しており、
該ローター上の該第二の短い羽根は、該ローター軸に対する角度（ローターの軸を回る角度）が３５０度〜２０度の範囲の位置に於いて該ローターの第二末端から始まり、該ローター軸に対し螺旋角度が２５度〜６０度の範囲である方向の羽根先端を有し、そして該ローターの軸方向長さの１０％と３０％の間の軸方向長さを有しており、そして、
該第一及び第二の長い羽根、及び該第一及び第二の短い羽根のそれぞれが該ローター軸から等しい半径方向距離にある羽根先端を有していることを特徴とする４つ羽根ローター。
第一の長い羽根のアプローチ角度が第二の長い羽根のアプローチ角度よりも５度〜２５度だけ大きい請求項１に記載の４つ羽根ローター。
第一の短い羽根のアプローチ角度が２５度〜４０度の間であり、第二の短い羽根のアプローチ角度が１５度と２５度の間であるが、但し第一の短い羽根のアプローチ角度は第二の短い羽根のアプローチ角度よりも少なくとも５度だけは大きい請求項１に記載の４つ羽根ローター。
第一の短い羽根のアプローチ角度が２５度〜４０度の間であり、第二の短い羽根のアプローチ角度が１５度と２５度の間であるが、但し第一の短い羽根のアプローチ角度が第二の短い羽根のアプローチ角度よりも５度〜１５度だけは大きい請求項３に記載の４つ羽根ローター。
第一の短い羽根のアプローチ角度が第一の長い羽根のアプローチ角度と同じであり、そして第二の短い羽根のアプローチ角度が第二の長い羽根のアプローチ角度と同じアプローチ角度である請求項４に記載の４つ羽根ローター。
第一の長い羽根のアプローチ角度と第一の短い羽根のアプローチ角度がそれぞれ２９度であり、第二の長い羽根のアプローチ角度と第二の短い羽根のアプローチ角度がそれぞれ１９度である請求項５に記載の４つ羽根ローター。
第一の長い羽根と第一の短い羽根の螺旋角度がそれぞれ５０度であり、第二の長い羽根と第二の短い羽根の螺旋角度がそれぞれ３３度である請求項１に記載の４つ羽根ローター。
第一の長い羽根と第一の短い羽根の螺旋角度がそれぞれ５０度であり、第二の長い羽根と第二の短い羽根の螺旋角度がそれぞれ３３度である請求項６に記載の４つ羽根ローター。
第一及び第二の短い羽根の羽根先端のそれぞれがある幅を有し、その第一の短い羽根の羽根先端の幅がその第二の短い羽根の羽根先端の幅よりも少なくとも５０％広い請求項１に記載の４つ羽根ローター。
第一の長い羽根の羽根先端の幅が第二の長い羽根の羽根先端の幅よりも６４％広く、第一の短い羽根の羽根先端の幅が第二の短い羽根の羽根先端の幅よりも６４％広く、第一の短い羽根の羽根先端の幅が第一の長い羽根の羽根先端の幅と等しく、そして第二の短い羽根の羽根先端の幅が第二の長い羽根の羽根先端の幅と等しい請求項９に記載の４つ羽根ローター。
第一及び第二の短い羽根の羽根先端のそれぞれがある幅を有し、その幅は羽根の螺旋角度方向に対し直角に測定されたものであり、第一の短い羽根の羽根先端の幅が第二の短い羽根の羽根先端の幅よりも少なくとも５０％広い請求項８に記載の４つ羽根ローター。
第一の長い羽根の羽根先端の幅が第二の長い羽根の羽根先端の幅よりも６４％広く、第一の短い羽根の羽根先端の幅が第二の短い羽根の羽根先端の幅よりも６４％広く、第一の短い羽根の羽根先端の幅が第一の長い羽根の羽根先端の幅に等しく、そして第二の短い羽根の羽根先端の幅が第二の長い羽根の羽根先端の幅に等しい請求項１１に記載の４つ羽根ローター。
ローター軸に対する角度（ローター軸を回る角度）が、第二の長い羽根が２３０度の位置で始まり、第一の短い羽根が１８０度の位置で始まり、そして第二の短い羽根が５度の位置で始まる請求項１に記載の４つ羽根ローター。
ローター軸に対する角度（ローター軸を回る角度）が、第二の長い羽根が２３０度の位置で始まり、第一の短い羽根が１８０度の位置で始まり、そして第二の短い羽根が５度の位置で始まる請求項８に記載の４つ羽根ローター。
ローター軸に対する角度（ローター軸を回る角度）が、第二の長い羽根が２３０度の位置で始まり、第一の短い羽根が１８０度の位置で始まり、そして第二の短い羽根が５度の位置で始まる請求項１０に記載の４つ羽根ローター。
ローター軸に対する角度（ローター軸を回る角度）が、第二の長い羽根が２３０度の位置で始まり、第一の短い羽根が１８０度の位置で始まり、そして第二の短い羽根が５度の位置で始まる請求項１２に記載の４つ羽根ローター。
平行軸上の噛みあわない逆回転する第一及び第二の羽根付ローターをそれぞれの空所中に収容している、該空所を有する混合チャンバを形成しているハウジングを含み、
該ローター間にほぼ位置している混合チャンバ中心領域と該空所が連絡して該二つのローター間の相互作用窓を提供しており、
各ローターは駆動末端と反対側の冷媒末端とを有し、該各ローターの該駆動末端は該空所中で互いに隣接している、
バッチ式密閉式混合機に於いて、
該二つのローターのそれぞれが請求項１のローターからなること、及び
第一のローターの第一の長い羽根が第一のローターの駆動末端で始まり、そして第二のローターの第一の長い羽根が第二のローターの冷媒末端で始まるように、それぞれの空所中で該ローターの向きが決められていること、
からなるバッチ式密閉式混合機。
一方のローターの第一の長い羽根の開始点がローター間の相互作用窓へ侵入する場合に、９０度から１８０度の角度で、他方のローターの第一の長い羽根の開始点が侵入する後を追うように該ローターが該混合機中に配置されている請求項１７に記載の混合機。
第一のローターの第一の長い羽根の開始点がローター間の相互作用窓へ侵入する場合に、その配置が第二のローター２２の第２の長い羽根６２の開始点が相互作用窓へ侵入する角度から０度〜２５度の範囲であるように、該混合機内でそれらのローターが配置されている請求項１７に記載の混合機。
平行軸上の噛みあわない逆回転する第一及び第二の羽根付ローターをそれぞれの空所中に収容している、該空所を有する混合チャンバを形成しているハウジングを含み、
該ローター間にほぼ位置している混合チャンバ中心領域と該空所が連絡して該二つのローター間の相互作用窓を提供しており、
各ローターは駆動末端と反対側の冷媒末端とを有し、該各ローターの該駆動末端は該空所中で互いに隣接している、
バッチ式密閉式混合機に於いて、
該二つのローターのそれぞれが請求項２のローターからなること、及び
該第一のローターの第一の長い羽根が該第一のローターの駆動末端で始まり、該第二のローターの第一の長い羽根が該第二のローターの冷媒末端で始まるようにそれぞれの空所中で該ローターの向きが決められていること、
からなるバッチ式密閉式混合機。
平行軸上の噛みあわない逆回転する第一及び第二の羽根付ローターをそれぞれの空所中に収容している、該空所を有する混合チャンバを形成しているハウジングを含み、
該ローター間にほぼ位置している混合チャンバ中心領域と該空所が連絡して該二つのローター間の相互作用窓を提供しており、
各ローターは駆動末端と反対側の冷媒末端とを有し、該各ローターの該駆動末端は該空所中で互いに隣接している、
バッチ式密閉式混合機に於いて、
該二つのローターのそれぞれが請求項３のローターからなること、及び
該第一のローターの第一の長い羽根が該第一のローターの駆動末端で始まり、該第二のローターの第一の長い羽根が該第二のローターの冷媒末端で始まるようにそれぞれの空所中で該ローターの向きが決められていること、
からなるバッチ式密閉式混合機。
平行軸上の噛みあわない逆回転する第一及び第二の羽根付ローターをそれぞれの空所中に収容している、該空所を有する混合チャンバを形成しているハウジングを含み、
該ローター間にほぼ位置している混合チャンバ中心領域と該空所が連絡して該二つのローター間の相互作用窓を提供しており、
各ローターは駆動末端と反対側の冷媒末端とを有し、該各ローターの該駆動末端は該空所中で互いに隣接している、
バッチ式密閉式混合機に於いて、
該二つのローターのそれぞれが請求項４に記載のローターからなること、及び
該第一のローターの第一の長い羽根が該第一のローターの駆動末端で始まり、該第二のローターの第一の長い羽根が該第二のローターの冷媒末端で始まるようにそれぞれの空所中で該ローターの向きが決められていること、
からなるバッチ式密閉式混合機。
平行軸上の噛みあわない逆回転する第一及び第二の羽根付ローターをそれぞれの空所中に収容している、該空所を有する混合チャンバを形成しているハウジングを含み、
該ローター間にほぼ位置している混合チャンバ中心領域と該空所が連絡して該二つのローター間の相互作用窓を提供しており、
各ローターは駆動末端と反対側の冷媒末端とを有し、該各ローターの該駆動末端は該空所中で互いに隣接している、
バッチ式密閉式混合機に於いて、
該二つのローターのそれぞれが請求項５に記載のローターからなること、及び
該第一のローターの第一の長い羽根が該第一のローターの駆動末端で始まり、該第二のローターの第一の長い羽根が該第二のローターの冷媒末端で始まるようにそれぞれの空所中で該ローターの向きが決められていること、
からなるバッチ式密閉式混合機。
平行軸上の噛みあわない逆回転する第一及び第二の羽根付ローターをそれぞれの空所中に収容している、該空所を有する混合チャンバを形成しているハウジングを含み、
該ローター間にほぼ位置している混合チャンバ中心領域と該空所が連絡して該二つのローター間の相互作用窓を提供しており、
各ローターは駆動末端と反対側の冷媒末端とを有し、該各ローターの該駆動末端は該空所中で互いに隣接している、
バッチ式密閉式混合機に於いて、
該二つのローターのそれぞれが請求項６に記載のローターからなること、及び
該第一のローターの第一の長い羽根が該第一のローターの駆動末端で始まり、該第二のローターの第一の長い羽根が該第二のローターの冷媒末端で始まるようにそれぞれの空所中で該ローターの向きが決められていること、
からなるバッチ式密閉式混合機。
平行軸上の噛みあわない逆回転する第一及び第二の羽根付ローターをそれぞれの空所中に収容している、該空所を有する混合チャンバを形成しているハウジングを含み、
該ローター間にほぼ位置している混合チャンバ中心領域と該空所が連絡して該二つのローター間の相互作用窓を提供しており、
各ローターは駆動末端と反対側の冷媒末端とを有し、該各ローターの該駆動末端は該空所中で互いに隣接している、
バッチ式密閉式混合機に於いて、
該二つのローターのそれぞれが請求項７に記載のローターからなること、及び
該第一のローターの第一の長い羽根が該第一のローターの駆動末端で始まり、該第二のローターの第一の長い羽根が該第二のローターの冷媒末端で始まるようにそれぞれの空所中で該ローターの向きが決められていること、
からなるバッチ式密閉式混合機。
平行軸上の噛みあわない逆回転する第一及び第二の羽根付ローターをそれぞれの空所中に収容している、該空所を有する混合チャンバを形成しているハウジングを含み、
該ローター間にほぼ位置している混合チャンバ中心領域と該空所が連絡して該二つのローター間の相互作用窓を提供しており、
各ローターは駆動末端と反対側の冷媒末端とを有し、該各ローターの該駆動末端は該空所中で互いに隣接している、
バッチ式密閉式混合機に於いて、
該二つのローターのそれぞれが請求項８に記載のローターからなること、及び
該第一のローターの第一の長い羽根が該第一のローターの駆動末端で始まり、該第二のローターの第一の長い羽根が該第二のローターの冷媒末端で始まるようにそれぞれの空所中で該ローターの向きが決められていること、
からなるバッチ式密閉式混合機。
平行軸上の噛みあわない逆回転する第一及び第二の羽根付ローターをそれぞれの空所中に収容している、該空所を有する混合チャンバを形成しているハウジングを含み、
該ローター間にほぼ位置している混合チャンバ中心領域と該空所が連絡して該二つのローター間の相互作用窓を提供しており、
各ローターは駆動末端と反対側の冷媒末端とを有し、該各ローターの該駆動末端は該空所中で互いに隣接している、
バッチ式密閉式混合機に於いて、
該二つのローターのそれぞれが請求項９に記載のローターからなること、及び
該第一のローターの第一の長い羽根が該第一のローターの駆動末端で始まり、該第二のローターの第一の長い羽根が該第二のローターの冷媒末端で始まるようにそれぞれの空所中で該ローターの向きが決められていること、
からなるバッチ式密閉式混合機。
平行軸上の噛みあわない逆回転する第一及び第二の羽根付ローターをそれぞれの空所中に収容している、該空所を有する混合チャンバを形成しているハウジングを含み、
該ローター間にほぼ位置している混合チャンバ中心領域と該空所が連絡して該二つのローター間の相互作用窓を提供しており、
各ローターは駆動末端と反対側の冷媒末端とを有し、該各ローターの該駆動末端は該空所中で互いに隣接している、
バッチ式密閉式混合機に於いて、
該二つのローターのそれぞれが請求項１０に記載のローターからなること、及び
該第一のローターの第一の長い羽根が該第一のローターの駆動末端で始まり、該第二のローターの第一の長い羽根が該第二のローターの冷媒末端で始まるようにそれぞれの空所中で該ローターの向きが決められていること、
からなるバッチ式密閉式混合機。
平行軸上の噛みあわない逆回転する第一及び第二の羽根付ローターをそれぞれの空所中に収容している、該空所を有する混合チャンバを形成しているハウジングを含み、
該ローター間にほぼ位置している混合チャンバ中心領域と該空所が連絡して該二つのローター間の相互作用窓を提供しており、
各ローターは駆動末端と反対側の冷媒末端とを有し、該各ローターの該駆動末端は該空所中で互いに隣接している、
バッチ式密閉式混合機に於いて、
該二つのローターのそれぞれが請求項１１に記載のローターからなること、及び
該第一のローターの第一の長い羽根が該第一のローターの駆動末端で始まり、該第二のローターの第一の長い羽根が該第二のローターの冷媒末端で始まるようにそれぞれの空所中で該ローターの向きが決められていること、
からなるバッチ式密閉式混合機。
平行軸上の噛みあわない逆回転する第一及び第二の羽根付ローターをそれぞれの空所中に収容している、該空所を有する混合チャンバを形成しているハウジングを含み、
該ローター間にほぼ位置している混合チャンバ中心領域と該空所が連絡して該二つのローター間の相互作用窓を提供しており、
各ローターは駆動末端と反対側の冷媒末端とを有し、該各ローターの該駆動末端は該空所中で互いに隣接している、
バッチ式密閉式混合機に於いて、
該二つのローターのそれぞれが請求項１２に記載のローターからなること、及び
該第一のローターの第一の長い羽根が該第一のローターの駆動末端で始まり、該第二のローターの第一の長い羽根が該第二のローターの冷媒末端で始まるようにそれぞれの空所中で該ローターの向きが決められていること、
からなるバッチ式密閉式混合機。
平行軸上の噛みあわない逆回転する第一及び第二の羽根付ローターをそれぞれの空所中に収容している、該空所を有する混合チャンバを形成しているハウジングを含み、
該ローター間にほぼ位置している混合チャンバ中心領域と該空所が連絡して該二つのローター間の相互作用窓を提供しており、
各ローターは駆動末端と反対側の冷媒末端とを有し、該各ローターの該駆動末端は該空所中で互いに隣接している、
バッチ式密閉式混合機に於いて、
該二つのローターのそれぞれが請求項１３に記載のローターからなること、及び
該第一のローターの第一の長い羽根が該第一のローターの駆動末端で始まり、該第二のローターの第一の長い羽根が該第二のローターの冷媒末端で始まるようにそれぞれの空所中で該ローターの向きが決められていること、
からなるバッチ式密閉式混合機。
平行軸上の噛みあわない逆回転する第一及び第二の羽根付ローターをそれぞれの空所中に収容している、該空所を有する混合チャンバを形成しているハウジングを含み、
該ローター間にほぼ位置している混合チャンバ中心領域と該空所が連絡して該二つのローター間の相互作用窓を提供しており、
各ローターは駆動末端と反対側の冷媒末端とを有し、該各ローターの該駆動末端は該空所中で互いに隣接している、
バッチ式密閉式混合機に於いて、
該二つのローターのそれぞれが請求項１４に記載のローターからなること、及び
該第一のローターの第一の長い羽根が該第一のローターの駆動末端で始まり、該第二のローターの第一の長い羽根が該第二のローターの冷媒末端で始まるようにそれぞれの空所中で該ローターの向きが決められていること、
からなるバッチ式密閉式混合機。
平行軸上の噛みあわない逆回転する第一及び第二の羽根付ローターをそれぞれの空所中に収容している、該空所を有する混合チャンバを形成しているハウジングを含み、
該ローター間にほぼ位置している混合チャンバ中心領域と該空所が連絡して該二つのローター間の相互作用窓を提供しており、
各ローターは駆動末端と反対側の冷媒末端とを有し、該各ローターの該駆動末端は該空所中で互いに隣接している、
バッチ式密閉式混合機に於いて、
該二つのローターのそれぞれが請求項１５に記載のローターからなること、及び
該第一のローターの第一の長い羽根が該第一のローターの駆動末端で始まり、該第二のローターの第一の長い羽根が該第二のローターの冷媒末端で始まるようにそれぞれの空所中で該ローターの向きが決められていること、
からなるバッチ式密閉式混合機。
平行軸上の噛みあわない逆回転する第一及び第二の羽根付ローターをそれぞれの空所中に収容している、該空所を有する混合チャンバを形成しているハウジングを含み、
該ローター間にほぼ位置している混合チャンバ中心領域と該空所が連絡して該二つのローター間の相互作用窓を提供しており、
各ローターは駆動末端と反対側の冷媒末端とを有し、該各ローターの該駆動末端は該空所中で互いに隣接している、
バッチ式密閉式混合機に於いて、
該二つのローターのそれぞれが請求項１６に記載のローターからなること、及び
該第一のローターの第一の長い羽根が該第一のローターの駆動末端で始まり、該第二のローターの第一の長い羽根が該第二のローターの冷媒末端で始まるようにそれぞれの空所中で該ローターの向きが決められていること、
からなるバッチ式密閉式混合機。