JP5099517B2 - パテ混合方法 - Google Patents

Description

本発明は、内装工事や塗装工事等で下地調整のために用いられるパテの混合方法に関するものである。

従来より、建物の内装工事では、壁面の下地面を均一にするため下地面にパテ塗布が行われており、内装工事現場では、パテ混合装置により粉末状のパテと水を混合して、パテを流動性のあるクリーム状に練り上げてから壁面に塗布して、壁面の微妙な凹凸面を平坦な面に仕上げて、その上に壁紙が貼られている。また、市販されているパテは数十種類あり、それぞれ用途により選択して使用される。

以下パテ混合装置を用いてパテを練り上げる従来方法について説明する。まず練り上げる為の容器（一般にバケツ）の中に、適量の水を入れておき、その上に、所定量のパテ粉を入れる。この時、パテ粉は水の上に浮いた状態になっている。次に、パテ混合装置を起動させると、パテ混合装置は回転台に保持した容器を回転させ、パテと水に回転運動を与えながら、回転運動を与えると同時に、揺動アームを揺動させることにより、揺動アームに設けられた混合羽根によりパテと水を撹拌する。

撹拌直後ではパテと水が均一に攪拌されておらず、粉塊の状態で粘性の高い状態となっており、パテ混合装置の揺動アームを揺動させることによって粘性の高い攪拌開始時のパテの魂を砕き、又は、流動させて可能な限り均一に攪拌するという動作が要求される。一方、パテと水がある程度攪拌されてくると、水と混合されたパテは、粘性はある程度高いもののクリーム状になり揺動する混合羽根によって流動するようになる。この段階では、パテ混合装置には、回転運動しているパテと水の混合物を羽根によって大きく流動させる（練る）働きが要求される。

この様にパテ混合装置には、撹拌の前半の段階では、いかに早くパテの魂を砕くかという性能が要求され、後半の段階では、いかに大きくパテと水の混合物を流動させるかという性能が要求される。

また、撹拌が完了して練り上がった時のパテが、容器内側周壁に付着していたり、また容器中央部でもパテの量の多い所と少ない所（山と谷がありぐじゃぐじゃの状態）があれば、パテにエアが混入するエア噛み現象が発生するので、パテからエアを抜くためにパテ打ちしなければならず、この動作はパテの乾燥を促進し、また、容器内部でパテが短時間で固まるため好ましくない。（特許文献１参照）
また、高トルクのモーターを使用して、単位時間当たりの容器の回転と、揺動アームの揺動回数を増加させればパテの魂を早く砕くことができるが、パテ混合装置は内装施工現場へ持ち運んで使う装置であるので軽量でコンパクトであることが望ましく、そのため大きなモーターを使用することができず、またコンパクトで高トルクのモーターは高価であるので使用できないという事情がある。
特許第３７０２００２号公報

上記した特許文献１に記載された混合装置は、揺動アームを容器の回転運動と連動させ、回転運動の周期と揺動運動の周期を異なるようにすることで、被混合物を順次攪拌する装置が提案されているが、上記装置は、混合羽根の揺動運動は、その動作速度と方向がサインカーブを描いて変化する運動であるので、混合羽根は容器内壁面に点接触するだけで、また、混合羽根の運動が容器の回転運動とは異なる周期で行われることにより、撹拌されている途中のパテは、混合羽根の揺動によってぐじゃぐじゃに掻かかれ、かつ、混合羽根によって容器の内側周壁に押しつけられて、容器の内側周壁全周に渡って付着し、この様な状態で容器内に放置されたパテはパテにエア噛みが発生し、又乾燥し易く、作業者が壁にパテ塗り施工をしている途中でパテが固まってしまうという課題を有している。

また、作業者は、撹拌を終えた後の容器の内側周壁全周に渡って付着しているパテをへらを使って掻き落として、容器の中央部のパテと合わせて団子状にしておくという手間を要するという課題を有している。

また、これらの課題を解決するため、特許第３８０９８８５号において、容器が３回転する間に揺動アームが１往復だけ揺動し、かつ、１回転中は揺動アームが容器の内側周壁に当接して停止している状態とすることで、揺動アームが容器が１回転する間、混合羽根が容器内側周壁に当接する様にして、容器内側周壁に付着したパテを掻き落として容器中央部に戻して撹拌するようにした装置が提案されている。

しかし、上記装置においても、容器内で撹拌されているパテの撹拌性いわゆる掻き混ぜ度合い、単位時間当たりの、容器内のパテ魂を切る回数が少ないので、パテのエア噛みは抑えることができるものの、水とパテが混合し始めた時に粉魂が大きく堅くなるという特性を有するパテを混合する場合においては、パテ魂が大きくなってしまい、均一に練り上がるまでにやや時間を要するという課題を有していた。

本発明は、上記課題を解決するもので、常時定速で回転する混合容器と、混合容器内で揺動する混合羽根用揺動アームと、前記揺動アームを駆動する駆動歯車を備えたパテの混合方法において、混合容器を回転する歯車と、前記歯車と噛合し、揺動アームを駆動する駆動歯車を備え、揺動アームをクランク機構を介して駆動歯車に連設し、前記混合容器の回転周期と揺動アームの揺動周期を定める歯車比を２：３とし、混合容器の予め定められた回転角間は、揺動アームの回動を停止し、混合羽根が混合容器内面に接触するように構成し、混合容器が３回転する間に揺動アームが２往復するようにし、混合容器の１回目の回転で、混合羽根の端面が、混合容器の基点から内周面の１／４に接触し、２回目の回転で、前記１回目の回転の接触部から連続するように内周面の１/２に接触し、３回目の回転で、２回目の回転の接触部から連続する内周面の１／４に接触し、前記混合容器が３回転する間に、混合羽根の端面が混合容器内周面の全面に接触することを特徴とするパテ混合方法である。

本発明によると、混合容器の回転周期と混合羽根の揺動周期を定める歯車の比率を２：３とし、混合容器が３回転する間に混合羽根を２回揺動させ、かつ、容器が３回転する間に、羽根端面が混合容器内側に線接触して移動した距離の合計と、混合容器内側壁面円周とを等しくすることによって、撹拌途中で羽根端面が混合容器内側全面に接触してパテと水の混合物を掻き落とす作用をするので、従来技術が有していた、パテが容器内壁全周に渡ってパテが付着する課題を解決するとともに、特許第３８０９８８５号に記載された発明と比較しても、パテの攪拌性を向上するとともに、パテ混合時に粉塊が大きく堅くなる特性を有するパテを混合する場合においても短時間で均一に攪拌することができ、練り上がった時には、パテと水の混合物が混合容器内側に分厚く付着するような現象は生じない。

また、混合容器を３回転させる間に、混合羽根を２往復揺動させて混合羽根と混合容器内壁面によりパテと水を２回砕くので、撹拌の前半段階でパテと水がほとんど混ざっていない状態でパテの粉魂が大きな魂になる前に、素早く攪拌して、パテと水が混ざって流動性がある状態まで早くもっていくことができるので、混合時に堅くて大きいパテ魂が生じる特性を有するパテを撹拌する場合でも早く練り上げるためパテ塊の発生を防止することができる。

以下、図１〜６を参照して、本発明の実施例について説明する。

図において、１はパテ混合装置本体、２は先端に混合羽根３を設けた揺動アーム、４は後記する駆動用モーターの駆動軸に設けたピニオン８と噛合するフェイスギヤー、５は混合容器の回転台、６は混合容器である。混合容器６はパテ混合装置本体１に内蔵した平歯車１６の回転軸１８に軸支されて回転する前記回転台５に取設されている。また図２に示すように、ロッカーアーム１１の端部１１ａはフェイスギア４の軸１５と同軸上に固設され、ロッカーアーム１１の揺動を揺動軸１５に伝達する。揺動アーム２は端部の揺動軸１５が平歯車４、９と同軸上に設けられたロッカーアーム１１、連結ピン１２、連接棒１３を介して平歯車１０に連設して回転し、平歯車１０の回転により回動する構成となっている。また、連結ピン２０はロッカーアーム１１のクランク運動時に平歯車の回転中心を通るように設けられている。前記フェイスギヤー４に設けた揺動軸１５に固設された平歯車９、平歯車１０、および平歯車１６で駆動歯車機構を構成している。

また、１４は伝達歯車９と噛合する平歯車、１９は平歯車１４と２段歯車として構成され、平歯車１０と噛合する歯車で、モーターの回転を平歯車１６に減速して伝達する減速歯車である。

７は駆動用モーター、８は駆動用モーターにより回転するピニオンである。該駆動モーター７は装置本体部分１と分離可能で、装置本体１に装着されている。ピニオン８は装置本体１に設けたフェイスギヤと噛合し、モーターの回転を各平歯車に伝達する。

次に混合容器６の駆動伝達機構について説明する。

駆動用モーター７の駆動力が、モーター軸からピニオン８を介して平歯車４に伝達され、平歯車４に２段歯車として構成されている伝達平歯車９が回転し、これと噛み合っている平歯車１４が回転し、平歯車１４に２段歯車として構成されている伝達平歯車１９が回転し、平歯車１９と噛合する平歯車１０が回転して、平歯車１６が回転することによって、回転台５が回転し、混合容器６が所定の回転数で回転する。

次に本実施の形態の揺動クランク機構について説明する。

モーター駆動軸に設けたピニオン８、平歯車４，伝達平歯車９，平歯車１４、伝達平歯車１９を介して平歯車１０が回転すると、連結ピン２０、連接棒１３、ピン１２、および、ロッカーアーム１１からなるクランク機構により、揺動アーム２を一定のストロークで往復させる。この時、連結ピン２０は平歯車１０の回転に連動して円弧状の軌跡で揺動する。

本発明においては、連結ピン２０は円弧状の軌跡が平歯車１０の回転中心１７を通るようにロッカーアーム１１、連結ピン２０、連接棒１３が構成されており、図４に示すように、平歯車１０の回転により、ピン１２、平歯車１０の回転中心１７、ロッカーアーム１１の連結ピン２０が同一直線上に重なる２位置a、bが発生し、該a、b位置はロッカーアーム１１の回転運動の死点となる。

ピン１２が死点bに位置する時、連接棒１３、ロッカーアーム１１、連結ピン２０の中心cが平歯車１０の回転中心１７に略一致するように設定すると、死点bの近傍において平歯車１０が一定の回転角で回転する間、連結ピン２０の中心cは殆ど回動しない状態となる。

次に、平歯車１０が回転すると、連結ピン２０は平歯車１０の回転中心１７から離れて回動し、揺動アーム２を揺動する。

このように、本発明によれば平歯車１０、ピン１２、平歯車の回転中心１７、ロッカーアーム１１の連結ピン２０が同一直線上になることにより発生する死点bを中心とした平歯車１０の一定の回転角の範囲において、連結ピン２０が殆ど回動しない範囲を有する往復運動を形成することができる。この時の回転角は平歯車１０の中心１７と連接棒１３を連結するピン１２の距離rgと、連接棒１３上の２本のピン１２と１２の距離rc により決定される。

すなわち、距離rc ＝距離rg とすると、連接棒１３は平歯車１０の中心１７を中心として回転することになり、ロッカーアーム１１は回動しない。そこで、距離rc を距離rg に対して僅かに大きくすることにより、平歯車１０が回転すると、平歯車１０の死点bを中心とした一定の回転角の範囲においては、揺動アーム２は揺動せず、その後揺動アーム２の揺動を開始し、死点aで揺動方向を反転するという運動機構を形成することができる。

また、連結ピン２０が回動しない平歯車１０の回転角は、距離rc と距離rg の比によって決定され、連結ピン２０が回動しない平歯車１０の回転角度を１２０゜とすると、距離rc と距離rgの関係は、距離rg ＝０．９４５× 距離rcの関係式で求められる。そしてまた、距離rgが距離rcにより近い数値に設定することにより、連結ピン２０が回動しない平歯車１０の回転角、すなわち、混合羽根３が揺動せずに混合容器６の内壁に停止している混合容器６の回転角度を大きくすることができる。

また、揺動アーム２の揺動する角度は、連結ピン２０の中心ｃと連接棒１３を連結するピン１２の距離rcとロッカーアーム１１の両端の連結ピンc、d の中心距離reの比によって決められる。具体例を示すと、距離rc ＝３７ｍｍ、距離re＝１３１ｍｍの時、揺動アーム２の回動角は３１°となる。
また、距離rg ＝３５ｍｍ（すなわち距離rg ＝０．９４５×距離rc ）とした時、連結ピン２０が回動しない回転角は約１２０°となる。

そしてこの時、平歯車１０の歯数と平歯車１６の歯数を３：２とすることにより、混合容器６が３回転する間に混合羽根３は２回揺動する動作となり、歯数を３：２としているために、混合羽根３が混合容器６の内壁に停止している時の混合容器６の回転角は、連結ピン２０が回動しない回転角１２０゜の１．５倍の１８０゜（図６で攪拌羽根がＴの時間停止している時の混合容器６の回転角）となる。

上記の混合羽根３が混合容器６の内壁に停止している時の混合容器６の回転角を大きくするには、距離rgを距離rcにより近い数値にすること（すなわち係数０．９４５をより１に近い数値にすること）で可能である。

ただし、上記においてロッカーアーム１１は回動しないと記載したが、実際にはごく僅かに回動はしており、連結ピン２０が回動しない回転角の初めと終わり付近では僅かであるが混合羽根３は混合容器６の内壁から離れる動作となるが、混合羽根３は取付時に僅かガタを有しているためにパテ混合時には、そのガタ分だけ混合羽根３が混合するパテの抵抗によって混合容器６の内壁に押しつけられるため特に問題が生じることはない。また、ガタを有していない場合においても特に問題は生じない。

次に、混合容器６の回転と揺動アーム２の揺動の位置関係を図６に示す。図６のグラフの横軸は時間である。図６の上段の方形のグラフは容器の回転を示している（上向き下向きの方形で示しているが容器が正転／逆転するという意味ではなく、容器は常時反時計回りで回転している）。

図６の下段のサイン波に似たグラフは、揺動アーム２の動きを示している。サイン波形の頂点が欠けて平らになっている部分は、アーム揺動機構の死点の作用によって、混合羽根３の端面が一定の時間（一定の距離）だけ容器の内側周囲壁面に接触し続けていることを表している。

図６に示したように、混合容器６が３回転する間に、最初の回転で揺動アーム２はＴ／２の間停止し、１回目の揺動後にＴの間停止し、次の回転でＴ／２の間停止するという動作を同一の周期で２回行い、回転運動の周期と揺動運動の周期のずれが生じないように同一の周期となるように動作している。つまり混合羽根３は、混合容器６が３回転する間には、全部で２Ｔの時間だけ混合容器６の内壁に停止していることとなり、混合容器６の内壁全域を複数回に分けて停止するという動作を実現する。ただし、混合羽根３の停止をさらに大きくすることは先に説明したように距離rgを距離rcにより近い数値にすることにより変更することが可能である。

次に図５と図６を用いて、本パテ混合装置のパテを練り上げる動作を説明する。

図５の上段左は混合容器６の１回転目であり、上段中央は混合容器６の２回転目で、上段右は混合容器６の３回転目である。（下段左図参照）図の実線の曲線は、混合羽根３の混合容器６内面に接触する側の端面の軌跡を表している。混合容器６は反時計方向に回転している。（混合容器６の円周に沿って１から２４までの目盛数字を付しており、目盛１つ分は１５度である。）
混合容器６の１回目の回転では、混合羽根３の混合容器６内面に接触する側の端面（以下混合羽根端面という）は、図５（ａ）の混合容器６内面の基準点である▲の位置に接触している。

この状態から混合容器６が反時計方向に回転していくので、目盛り１から５までの間では混合羽根３端面は混合容器６内側に接触し続け、目盛り６から徐々に離れていき、混合羽根３端面と混合容器６内側に隙間ができる。（目盛り６の間はほぼ混合羽根３は混合容器６内側に近い位置にあるので約９０度停止した動きとなる。）
図６のグラフの点1)から2)への過程においては、撹拌の前半段階（パテと水がほとんど混ざっていなくパテ粉魂の状態）では、パテの一部は混合羽根３端面と混合容器６内側の間を通り抜け、混合羽根３にせきとめられているパテは混合羽根３に保持されて止まっている。撹拌の後半段階（パテと水が混ざって粘性はあるが流動性がある状態）では、水と混合されたパテは、一部は混合羽根３端面と混合容器６内側の間を通りぬけ、一部は揺動する混合羽根３によって容器の中央方向へ流動する。

２回転目の回転では、離れていた混合羽根３端面が目盛り７付近から再び混合容器６内側に接触していく。この状態の時、撹拌の前半段階（パテと水がほとんど混ざっていなくパテ粉魂の状態）では、パテ魂の 一部は混合羽根３端面と混合容器６内側の間を通り抜けようして詰まって止まっているパテ 魂を、容器と混合羽根３端面で挟み込んで塊を砕く。撹拌の後半段階（パテと水が混ざって粘性はあるが流動性がある状態）では、羽根端面 と混合容器６内側の間を通りぬけていた水と混合されたパテを混合羽根３でせきとめながら容器内周と混合羽根３端面で挟み込んで切る。

そして、図５（ｂ）に示すように目盛り７から１８まで、混合容器６内側に接触（１２目盛りで１８０度）を続けて、容器内側周囲壁面に付着している水と混合されたパテを混合羽根３で掻き落として容器の中央方向へ流動させる。そして、目盛り１９付近から混合羽根３端面は、２回目の揺動で再び容器内側周囲壁面から中央へ離れていき、隙間ができる。

３回転目の回転では、離れていた混合羽根３端面が目盛り１９付近から再び混合容器６内側に接触し、図５（ｃ）に示すように、目盛り２４まで接触（６目盛りで９０度）を続ける。

４回転目以後の回転では、１回転目と同じ軌跡（図５（ａ））をたどり、５回転目は２回転目（図５（ｂ））をたどり、６回転目は３回転目と同じ軌跡（図５（ｃ））をたどり、図５（ｅ）に示す軌跡を描き続ける。

図５の下段右に、混合羽根３の端面が混合容器６の内側で相対的に動いた軌跡が示されている。容器が３回転する間に（つまり、図６のグラフの1)から3)の間のサイン波の平らな部分（リンク機構の死点部））、羽根端面が混合容器６内側に接触して移動した距離の合計は（サイン波の平らな部分Ｔの合計は）、混合容器６内側の円周に等しいので、練り上がった時には、パテと水の混合物が混合容器６内側に分厚く付着していることはない。

また、混合羽根３が混合容器６内側に接触して停止しているために、パテをせき止めて流動を発生させることにより、攪拌羽根の揺動により発生した空間やパテ内に発生しているエア噛みを埋めるのでエア噛みを抑えたきめの細かなパテに混合することができる。

この様に本発明のパテ混合装置は、混合容器６を３回転させる間に混合羽根３を２往復揺動させるので、撹拌の前半段階で生じるパテと水がほとんど混ざっていないパテの粉魂を素早く砕くき、パテと水が混ざって流動性がある状態までもっていくことができるので、堅いパテ魂が生じ易いパテの場合でも早く練り上げることができる。

（ａ）本発明のパテ混合装置の側面（ｂ）平面図である。 本発明のパテ混合装置の本体内部の要部斜視図である。 揺動アームの揺動機構を示す平面図である。 揺動クランク運動説明図である。 攪拌羽根の運動軌跡説明図である。 混合容器の回転と攪拌羽根の動作関連図である。

符号の説明

１ 混合装置本体
２ 揺動アーム
３ 混合羽根
４ フェイスギヤー
５ 回転台
６ 混合容器
７ 駆動装置
８ ピニオン
９ 平歯車
１０ 平歯車
１１ ロッカーアーム
１２ ピン
１３ 連接棒
１４ 平歯車
１５ 揺動軸
１６ 平歯車
１７ 軸
１８ 混合容器回転軸
ａ 死点位置
ｂ 死点位置
ｃ 連結ピンの中心
ｄ 揺動アームの中心

Claims (2)

1. 常時定速で回転する混合容器と、混合容器内で揺動する混合羽根用揺動アームと、前記揺動アームを駆動する駆動歯車を備えたパテの混合方法において、混合容器を回転する歯車と、前記歯車と噛合し、揺動アームを駆動する駆動歯車を備え、揺動アームをクランク機構を介して駆動歯車に連設し、前記混合容器の回転周期と揺動アームの揺動周期を定める歯車比を２：３とし、混合容器の予め定められた回転角間は、揺動アームの回動を停止し、混合羽根が混合容器内面に接触するように構成し、混合容器が３回転する間に揺動アームが２往復するようにし、混合容器の１回目の回転で、混合羽根の端面が、混合容器の基点から内周面の１／４に接触し、２回目の回転で、前記１回目の回転の接触部から連続するように内周面の１/２に接触し、３回目の回転で、２回目の回転の接触部から連続する内周面の１／４に接触し、前記混合容器が３回転する間に、混合羽根の端面が混合容器内周面の全面に接触することを特徴とするパテ混合方法。
2. 前記混合容器が３回転する間に、混合羽根の端面が混合容器内面に接触した状態で、混合容器が回転した内周移動距離の合計が混合容器の内壁面距離に等しいことを特徴とする請求項１記載のパテ混合方法。

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