JP5692633B2 - 混練装置 - Google Patents

Description

本発明は、攪拌羽根を有する複数の回転軸を互いに平行に近接させて配した混練装置に関する。

混練装置は、液状や粉末状の被混練材料（以下、単に「材料」ともいう。）が供給されるケーシングの内部に、攪拌羽根を有する２本の回転軸を互いに平行に配し、これらの各回転軸を回転駆動することにより、ケーシングに供給された材料を各回転軸の攪拌羽根で混練するものが多い。

ところで、上記のような２軸式の混練装置では、通常、被混練材料を効率よく混練するために、両回転軸をその攪拌羽根の外周の軌道が軸方向に重なり合うように互いに接近させており、その２本の回転軸を１つのモータで同時に回転駆動できるように、入力が１軸で出力が２軸の特殊な減速機を使用している。しかし、その減速機は多数の歯車の組合せからなる複雑な構造のもので、両回転軸の位相を変える等、運転条件を変更する際には、減速機の歯車の組合せを変える作業に非常に手間がかかるという問題がある。

これに対して、２軸式混練装置において、各回転軸をそれぞれ互いに独立した２つのモータで駆動する構成とすることが提案されている（特許文献１参照。）。この提案によれば、上記のような特殊な減速機を不要とすることができ、構造の簡略化が図れるとともに、各モータの制御により両回転軸の位相差を調整したり逆転運転を行ったりする等、運転条件の変更が容易に行えるようになるとされている。また、各モータには高精度の制御が可能なＡＣサーボモータやＩＰＭモータ（磁石埋め込み型モータ）を用いることが好ましいとされている。

特開２００７−６９３７２号公報

ところで、上記特許文献１に記載された２軸式混練装置では、各モータとその駆動対象の回転軸とを減速機能のない歯車装置で連結している。これは、回転軸どうしの間隔が狭いため、各モータと回転軸との間に歯車装置を介在させて、各回転軸の延長線上から外れた位置にモータを配置することにより、各モータを互いに干渉することなく設置できるようにしたものと考えられる。

しかしながら、上記のような歯車装置を設けているために、各モータを高い精度で制御して運転条件（両回転軸の位相差等）を適切に設定しても、歯車装置のギアのバックラッシュによる回転軸の位相のずれが生じて、運転条件設定時の両回転軸の位相差を維持することができなくなり、必ずしも効率よく混練処理を行えないおそれがある。特に、逆転運転を行った場合は、回転軸の位相ずれが生じやすく、材料の混練度が低下しやすい。

そこで、本発明は、攪拌羽根を有する複数の回転軸を互いに平行に近接させて配した混練装置において、各回転軸の位相ずれを防止し、混練処理を効率よく行えるようにすることを課題とする。

上記の課題を解決するために、本発明では、被混練材料が供給されるケーシングの内部に、攪拌羽根を有する複数の回転軸を互いに平行に配し、これらの各回転軸をそれぞれ互いに独立した複数のモータで回転駆動するようにした混練装置において、前記複数のモータのうちの少なくとも１つのモータの軸心をそのモータが回転駆動する回転軸の軸心からずらし、この軸心をずらしたモータと回転軸とを、交差する２軸間の回転伝達が可能な回転伝達機構を用いて連結した構成を採用した。

すなわち、少なくとも１つのモータとそのモータが回転駆動する回転軸の軸心をずらし、その両者を交差する２軸間の回転伝達が可能な回転伝達機構で連結して、各モータを互いに干渉することなく設置できるようにしたのである。これにより、従来の減速機や歯車装置を不要とすることができ、構造の簡略化が図れるとともに、ギアのバックラッシュによる回転軸の位相ずれがなくなるので、運転条件設定時の両回転軸の位相差を維持して効率よく混練処理を行うことができる。

本発明は、前記複数の回転軸のうちの少なくとも２本を、その攪拌羽根の外周の軌道が軸方向で重なり合うものとした混練装置に対して、特に有効に適用できる。

上記の構成においては、前記複数のモータのすべてを、前記回転伝達機構を用いて前記回転軸と連結するようにしてもよい。

前記回転伝達機構としては等速ジョイントを採用することができる。そして、前記複数のモータのうちの少なくとも２つとそのモータが回転駆動する回転軸とを、前記等速ジョイントを用いて連結する場合は、その複数の等速ジョイントを軸方向にずらして配置することにより、等速ジョイントどうしの干渉を生じにくくすることができる。

また、前記等速ジョイントを潤滑槽内の潤滑材に浸漬するようにすれば、潤滑材を封入するためのブーツが不要となるので、等速ジョイントどうしの干渉を一層生じにくくできるし、連結する２軸の交差角度を大きくとれるようになり、モータ設置位置の自由度を広げることができる。

さらに、前記モータとしてサーボモータを採用すれば、高精度の制御が可能となり、一層効率よく混練処理を行えるようになる。

本発明の混練装置は、上述したように、少なくとも１つのモータとそのモータが回転駆動する回転軸とを、交差する２軸間の回転伝達が可能な回転伝達機構を用いて連結して、各モータを互いに干渉することなく設置できるようにしたものであるから、従来の減速機や歯車装置を組み込んだものに比べて、構造が簡単なうえ、ギアのバックラッシュによる回転軸の位相ずれがなく、効率よく混練処理を行うことができる。

ａは第１実施形態の混練装置の本体の縦断正面図、ｂはａのＩ−Ｉ線に沿った断面図 第１実施形態の混練装置の駆動部の横断平面図 図２の縦断正面図 ａは図２のモータ側の等速ジョイントの縦断正面図、ｂはａのIV−IV線に沿った断面図 図２の回転軸一端部付近を拡大して示す横断平面図 第２実施形態の混練装置の駆動部の横断平面図

以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。図１乃至図５は第１の実施形態を示す。この混練装置は、図１に示す本体１と図２および図３に示す駆動部２とからなる。

図１（ａ）、（ｂ）に示すように、前記本体１は、同径の２つの円が交差する断面形状を有する筒状のケーシング３の内部に、軸方向に沿って多数のパドル（攪拌羽根）４が設けられた２本の回転軸５ａ、５ｂを互いに平行に配したものである。

前記ケーシング３は、一端側上部に供給口３ａを、他端側下部に排出口３ｂをそれぞれ有し、両端を蓋部材３ｃ、３ｄで閉じられている。また、その供給口３ａと排出口３ｂを除く外周面に加熱・冷却用のジャケット６が設けられている。

前記２本の回転軸５ａ、５ｂは、そのパドル４の外周の軌道が軸方向に重なり合うように近接しており、それぞれの一端部をケーシング３一端側の蓋部材３ｃから突出させている。そのパドル４は、被混練材料を混練（攪拌）するとともに排出側へ送るもの、混練のみを行うもの、混練と逆送りを行うもの等、数種類がその機能に応じて軸方向の所定の位置に組み込まれている。なお、回転軸としては、このような数種類のパドルを組み込んだものに限らず、一種類のパドルを軸方向に間隔をおいて組み込んだものや、外周にスクリュ形の攪拌羽根が形成されたもの等も用いることができる。

そして、各回転軸５ａ、５ｂを回転駆動することにより、ケーシング３の供給口３ａから供給された被混練材料を各回転軸５ａ、５ｂのパドル４で混練しながらケーシング３の他端側へ送り、混練の完了した材料を排出口３ｂから排出するようになっている。

図２および図３に示すように、前記駆動部２は、前記本体１の２本の回転軸５ａ、５ｂをそれぞれ互いに独立した２つのモータ７ａ、７ｂで回転駆動するものである。これらの各モータ７ａ、７ｂには、サーボモータ、例えば一般的なＡＣサーボモータやＩＰＭモータ等が用いられる。

前記各モータ７ａ、７ｂは、その軸心が駆動対象の回転軸５ａ、５ｂの軸心と平行にずれた状態で基台８上に設置されている。そして、各モータ７ａ、７ｂと回転軸５ａ、５ｂとは、両者の軸心と交差する方向に延びる連結シャフト９と、交差する２軸間の回転伝達が可能な回転伝達機構である等速ジョイント１０、１１とにより連結されている。また、各等速ジョイント１０、１１は、隣り合うものどうしが軸方向にずれた位置に配されている。

前記モータ７ａ、７ｂ側の等速ジョイント１０は、一般的な構造のもので、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、一端にカップ部１２ａを有するアウターレース１２と、アウターレース１２のカップ部１２ａに一端部を挿入されるインナーヘッド１３と、アウターレース１２のカップ部１２ａ内周面の溝とインナーヘッド１３の一端部外周面の溝との間に組み込まれる複数のボール１４と、各ボール１４を保持するケージ１５とを備え、アウターレース１２が接続されるモータ７ａ、７ｂの出力軸とインナーヘッド１３が接続される連結シャフト９との間で回転伝達を行うようになっている。また、蛇腹状のブーツ１６がその両端部をアウターレース１２のカップ部１２ａとインナーヘッド１３に固定され、このブーツ１６の内側にグリース等の潤滑材（図示省略）が封入されている。

一方、前記回転軸５ａ、５ｂ側の等速ジョイント１１は、図２および図３に示すように、基台８上に設置した潤滑槽１７内の潤滑材１８に浸漬され、潤滑材封入用のブーツは有していない。このように等速ジョイント全体の外径を大きくするブーツをなくしたこと、および前述のように２つを軸方向にずらして配置したことにより、隣り合うものどうしを干渉することなく近接して設置することが可能となっている。その他の部分の構成はモータ７ａ、７ｂ側の等速ジョイント１０と同じであり、連結シャフト９と回転軸５ａ、５ｂとの間で回転伝達を行うようになっている。

また、前記基台８には、本体１と隣接する位置に、ケーシング３の一端側の蓋部材３ｃと凹凸嵌合する回転軸支持台１９が設置され、この回転軸支持台１９内に各回転軸５ａ、５ｂを回転自在に支持するベアリング２０が設けられている。

前記各ベアリング２０は、図５に示すように、３つのアンギュラ玉軸受を組み合わせて回転軸５ａ、５ｂに作用するスラスト力を負荷できるようにしたもので、隣り合うものどうしが互いに干渉しないように軸方向にずれた位置に配されている。

この混練装置は、上記の構成であり、２本の回転軸５ａ、５ｂが互いに近接するように配置されているが、各モータ７ａ、７ｂとその駆動対象の回転軸５ａ、５ｂとを、交差する２軸間の回転伝達が可能な等速ジョイント１０、１１を用いて連結して、各モータ７ａ、７ｂを互いに干渉することなく設置できるようにしたので、従来の減速機や歯車装置を組み込む必要がない。このため、従来よりもシンプルな構造とすることができるとともに、ギアのバックラッシュがないため、逆転運転等による回転軸５ａ、５ｂの位相ずれが生じにくく、運転条件設定時の両回転軸５ａ、５ｂの位相差を維持して効率よく混練処理を行うことができる。

また、前記モータ７ａ、７ｂにはサーボモータを用いているので、高精度の制御が可能である。例えば、ケーシング３内での材料の発熱を抑えながら混練度を向上させるために、運転中に回転数を変化させるパターンや逆転運転を行うパターンを組み込むことができる。また、両回転軸５ａ、５ｂの回転速度を異ならせたり、両回転軸５ａ、５ｂの位相差を任意に変更したりすることにより、材料の混練度向上やパドル４の局所熱劣化防止を図ることもできる。

なお、上述した第１の実施形態では、各モータ７ａ、７ｂと回転軸５ａ、５ｂとを連結するのにそれぞれ２つの等速ジョイント１０、１１を用いたが、各モータ７ａ、７ｂをその軸心が回転軸５ａ、５ｂの軸心と交差する方向にずれた状態で設置して、モータ７ａ、７ｂの出力軸と連結シャフト９とを直接に（等速ジョイント１０を介さずに）接続するようにしてもよい。

図６は第２の実施形態を示す。この実施形態では、第１実施形態の等速ジョイント１０、１１の代わりに、交差する２軸間の回転伝達が可能な回転伝達機構としてフレキシブルシャフト２１を採用している。各フレキシブルシャフト２１は、一端をモータ７ａ、７ｂの出力軸に直接に接続され、他端を回転軸５ａ、５ｂにキー結合した中間シャフト２２に接続されている。また、各フレキシブルシャフト２１の中央部および中間シャフト２２の中央部は、それぞれ基台８上に設置されたシャフト支持台２３、２４に回転自在に支持されている。

なお、前記回転伝達機構としては、軸方向寸法のコンパクト性、トルク伝達の効率、位相ずれの生じにくさの面から、第１実施形態のような等速ジョイントを用いることが望ましいが、コスト面等を考慮すれば、第２実施形態のようなフレキシブルシャフトのほか、ユニバーサルジョイント等も採用することができる。

また、上述した各実施形態では、各モータとその駆動対象の回転軸とを等速ジョイントまたはフレキシブルシャフトを用いて連結しているが、いずれか一方のモータのみを、交差する２軸間の回転伝達が可能な回転伝達機構を用いて回転軸と連結し、他方のモータはその駆動対象の回転軸と同一軸心上に配置するようにしてもよい。

また、本発明は、各実施形態のような連続式の混練装置だけでなく、バッチ式の混練装置にも適用できるし、連続式またはバッチ式の混練装置が回転軸とその駆動モータを３組以上備えている場合にも適用できる。

１ 本体
２ 駆動部
３ ケーシング
４ パドル（攪拌羽根）
５ａ、５ｂ 回転軸
７ａ、７ｂ モータ
８ 基台
９ 連結シャフト
１０、１１ 等速ジョイント
１７ 潤滑槽
１８ 潤滑材
１９ 回転軸支持台
２０ ベアリング
２１ フレキシブルシャフト
２２ 中間シャフト
２３、２４ シャフト支持台

Claims (3)

1. 被混練材料が供給されるケーシングの内部に、攪拌羽根を有する複数の回転軸を互いに平行に配し、これらの各回転軸をそれぞれ互いに独立した複数のモータで回転駆動するようにした混練装置において、前記複数のモータのうちの少なくとも２つのモータの軸心をそのモータが回転駆動する回転軸の軸心からずらし、この軸心をずらしたモータと回転軸とを、それぞれの軸心と交差する方向に延びる連結シャフトと、交差する２軸間の回転伝達が可能な等速ジョイントを用いて連結し、その複数の等速ジョイントを軸方向にずらして配置したことを特徴とする混練装置。
2. 前記等速ジョイントを潤滑槽内の潤滑材に浸漬したことを特徴とする請求項１に記載の混練装置。
3. 前記モータとしてサーボモータを採用したことを特徴とする請求項１または２に記載の混練装置。
   

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