JP6360419B2 - ２本ロール型混練機 - Google Patents

Description

本発明は混練機に関し、特に、表面に溝を備える２本のロールによって連続的に樹脂等の混練処理を行う２本ロール型混練機に関する。

特許文献１及び特許文献２には、２本ロール型混練機に関する発明が記載されている。２本ロール型混練機１０は、図４（ａ）（ｂ）に示すように、２つの駆動源７１を備える基台７０の上部に、表面に溝２１を有する２本のロール２０が並置されている。各ロール２０は、その全表面を外気に曝すような状態で設けられている。運転の際に人が近づく側を前ロール２０ａ、奥側を後ロール２０ｂと称している。各ロール２０は、両端において回転軸３０が軸支され、駆動源７１によって駆動される。

図４（ｂ）に示すように、前ロール２０ａ及び後ロール２０ｂは、隙間ｓを隔てて横に並べられ、隙間ｓを挟む部分において、両ロール２０が上から下に向かって回転するようになっている。そして、両ロール２０は、相互に多少の速度差を持って回転されるので、隙間ｓの部分で処理物に剪断力を与えることができる。

処理物は、ロール２０の軸方向の、一方の側から供給され、前ロール２０ａの周囲に巻き付けられた状態で移動し、他方の側から排出される。処理物は、複数の材料を予め混合して一箇所から供給しても良いが、軸線方向の、複数の位置から順次異なる材料を供給することもできる。混練処理された処理物の排出方法としては、カッタによって帯状に切り出す方法や、ペレタイザによって粒状とする方法が用いられている。特許文献１には、２本ロール型混練機１０のペレタイザに関する発明が記載されている。

樹脂などの処理物を混練するために、前ロール２０ａ及び後ロール２０ｂは、それぞれ加熱又は冷却することが可能であり、それぞれの表面温度を調節することができるようになっている。また、多くの場合、前ロール２０ａ及び後ロール２０ｂは共に、それぞれの軸線方向に２つの温度領域を備えて、それぞれの温度領域について温度調節を行うようになっている。

図４（ｂ）（ｃ）に示すように、ロール２０はその両端部に中空の回転軸３０を備え、各回転軸３０は軸受８１によって支承されている。一方の側の回転軸３０は、駆動源７１からの回転力を受ける駆動軸３１である。また、各ロール２０は、その内部が軸線方向に２つに区画されて、２つの温度領域（領域Ａ及び領域Ｂ）が形成されている。各領域の内部には、それぞれ熱媒流体を流すための流路が形成されている。

熱媒流体を流すために、中空に形成された回転軸３０の端部に、ロータリージョイント８５が取り付けられている。すなわち、加熱油などの熱媒流体をロータリージョイント８５から供給して、一方の領域におけるロール２０の内部を流通させた後に、同じロータリージョイント８５から排出することができる。また、他方の領域についても同様に、反対側から、他の熱媒流体をロータリージョイント８５から供給・排出することができる。

処理物としては、例えばカラートナーの製造過程における混練処理のように、比較的低い温度で結着樹脂と着色材とを混練するような例が多く行われている。しかしながら、最近ではエンジニアリングプラスチックの分野において、高温での混練処理が要求されるようになっている。すなわち、フィラーの配合比が高く、融点の高いエンジニアリングプラスチック等の混練処理である。

ところが、現状の２本ロール型混練機１０では、３００℃以上の高温における混練処理が困難という問題を備えている。高温での混練処理は、ロータリージョイント８５から高温の熱媒流体を供給する。供給された熱媒流体は、回転軸３０及び軸受８１を経てロール２０内部を流通することになる。このため、回転軸３０を支承する軸受８１が高温に加熱されることになり、軸受８１における潤滑剤の耐熱が限度を超えることになる。

また、熱媒流体を用いる加熱方法は、２つのロータリージョイント８５によって２つの温度領域を形成することが限度であり、３つ以上の温度領域を形成することができないという問題を備えている。すなわち、ロール２０の軸線に沿って、きめの細かい温度制御を行うことができない。このため、効率的な混練処理を行うことが困難であり、処理量が低く抑えられてしまうという問題がある。

また、各ロール２０の表面温度を領域ごとに調節しなければならないのであるが、回転軸３０の内部が熱媒流体の流路として使用されるために、温度測定が困難という問題を備えている。例えば、ロール２０の表面近傍に熱電対を取り付けたとしても、回転軸３０にはリード線を通すことができない。このため、ロータリージョイント８５の入口又は出口において熱媒流体の温度を測定し、この値がロール２０の表面温度に近似するものとして温度調節を行っている。この結果、きめの細かい温度制御を行うことができず、処理温度に厳密性を欠く処理となっている。

特許文献３には、樹脂フィルム等を所定の温度で熱処理するための誘導発熱ローラ装置に関する発明が記載されている。図５（ａ）に示すように、誘導発熱ローラ装置９０は、ローラ９１の内部に、鉄心５１にコイル５５を巻回して形成した誘導発熱機構５０が設けられており、電線５６から、コイル５５に交流電源を接続することによってローラ９１に渦電流を発生させ、渦電流のジュール熱によってローラ９１を加熱することができる。

ローラ９１は、両端部に設けられる中空の回転軸３０が、軸受８１によって支承され、基台７０に対して回転自在となっている。誘導発熱機構５０は、両端部に設けられる中空の固定軸４０が、内部軸受８３によって回転軸３０内に支承されて、基台７０に対して非回転とすることができる。このため、回転するローラ９１の内部に、誘導発熱機構５０は静止状態で保持されている。

ローラ９１の表面温度は、表面近傍に取付けられた熱電対３５により測定され、そのリード線３６が、図５（ａ）（ｂ）に示す回転トランス６０に接続されている。回転トランス６０は、回転側コイル６１及び固定側コイル６２を備えて、回転軸３０と固定軸４０とを電気的に接続するものである。リード線３６で伝送された電気的信号は、回転トランス６０により固定軸４０側に転送され、リード線６６によって利用可能に取り出すことができる。

すなわち、測定された電圧信号は、回転トランス６０において周波数信号に変換され、回転側コイル６１から固定側コイル６２に転送され、固定側において再び電圧信号に変換されるので、通常の熱電対３５と同等に使用することができる。

特開平９−２６７３２８号公報 特開２００３−４７８３４号公報 特開２００３−１７８８６２号公報

この発明の目的は、特許文献１、２に記載された従来の２本ロール型混練機の技術に、特許文献３に記載された加熱技術を導入することにより、３００℃以上における混練処理が可能な２本ロール型混練機を提供することにある。また、ロール表面の温度調節を厳密に行うことができるとともに、３つ以上の温度領域を形成可能として、より効率的に混練処理を行うことが可能な２本ロール型混練機を提供することにある。

本発明の請求項１に係る２本ロール型混練機は、表面に溝を有する２本のロールを備え、連続的に混練処理を行う２本ロール型混練機において、前記ロールは、ロール本体の両端部に中空の回転軸を備えるとともに、内部に形成されるロール内室が各回転軸の回転軸内空間に連通され、前記ロール内室には筒状の鉄心が設けられ、前記鉄心は、両端部に中空の固定軸を備えるとともに、内部に形成される鉄心内室が各固定軸の固定軸内空間に連通され、前記両回転軸が基台との間に軸受を備えることにより、前記ロールが前記基台に対して回転可能に支承されるとともに、前記両固定軸が前記回転軸との間に内部軸受を備えることにより、前記鉄心が前記基台に対して静止状態に支承され、前記鉄心にはコイルが巻回され、前記コイルの電線は、前記鉄心内室から前記固定軸内空間を経て外部に導出され、前記電線から交流電圧をかけて前記コイルに磁気を発生させることにより、前記ロール本体に渦電流を発生させて加熱することが可能であり、前記ロール本体は表面近傍に熱電対を備え、前記回転軸は終端部に回転トランスを備え、前記熱電対のリード線は、前記回転軸を経由して前記回転トランスに導かれるとともに前記回転トランスから外部に導出され、かつ、前記２本のロールは、軸線に沿って区画される複数の温度領域を備え、前記温度領域ごとに前記２本のロールが前記コイル及び前記熱電対を備えて、温度調節を行う手段を採用している。

本発明の２本ロール型混練機は、上記の手段を採用したことにより、軸受の温度を低く保持することが可能である。したがって、３００℃以上における混練処理が可能となり、フィラーの配合比が高く、融点の高いエンジニアリングプラスチック等の混練処理を行うことができる。また、ロールは、軸線方向に複数の温度領域に区画されるとともに、３つ以上の温度領域に区画することができる。また、温度の測定は、ロールの表面近傍で熱電対を用いて行うことができる。したがって、緻密な温度管理が可能であり、効率的な混練処理を行うことができる。

本発明の２本ロール型混練機の概要を示し、（ａ）は全体の概略正面図であり、（ｂ）は２本のロールの概略外観図である。 本発明の２本ロール型混練機におけるロールの概要を示すための概略断面図であり、（ａ）は概略組立図、（ｂ）はロール本体の概略図、（ｃ）は鉄心及びコイルの概略図である。 本発明の温度制御に係る制御系統図である。 従来の２本ロール型混練機の概要を示し（ａ）は全体の概略正面図、（ｂ）は２本のロールの配置を示す概略平面図、（ｃ）はロールの概略外観図である。 従来の誘導発熱ローラ装置を示し、（ａ）は全体の概略断面図、（ｂ）は回転トランスの概略断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図１〜図３により説明する。本発明の２本ロール型混練機１０は、外観的には図４（ａ）で示した従来の２本ロール型混練機１０と同一視することができるので、便宜上、外観が同一として説明する。
すなわち、図１（ａ）に示すように、本発明の２本ロール型混練機１０は、２つの駆動源７１Ｌ、７１Ｒを備える基台７０の上部に、表面に溝２１を有する２本のロール２０が並置されている。運転の際に、人が近づく側を前ロール２０ａ、奥側を後ロール２０ｂとする。

図４（ｂ）と同様に、前ロール２０ａ及び後ロール２０ｂは、隙間ｓを隔てて横に並べられ、隙間ｓを挟む部分において、両ロール２０が上から下に向かって回転するようになっている。そして、両ロール２０は、相互に少し速度差を持って回転されるので、隙間ｓの部分で処理物に剪断力を与えることが可能であり、軸線方向の一方の側から他方の側に向かって処理物を流動させて、連続的に混練処理することができる。

図１（ｂ）は、本発明における両ロール２０の概要を示している。前ロール２０ａは、その両端部に中空の回転軸３０Ｌａ、３０Ｒａを備えている。そして、回転軸３０Ｌａ、３０Ｒａが、基台７０との間に軸受８１Ｌａ、８１Ｒａを備えることによって、前ロール２０ａが基台７０に対して回転可能に支承されている。一方の回転軸３０Ｌａは、駆動源７１Ｌからの回転力を受ける駆動軸３１ａである。また、回転軸３０Ｌａの終端部には回転トランス６０Ｌａが設けられ、回転軸３０Ｒａの終端部には回転トランス６０Ｒａが設けられている。

後ロール２０ｂは、その両端部に中空の回転軸３０Ｌｂ、３０Ｒｂを備えている。そして、回転軸３０Ｌｂ、３０Ｒｂが、基台７０との間に軸受８１Ｌｂ、８１Ｒｂを備えることにより、後ロール２０ｂが、基台７０に対して回転可能に支承されている。回転軸３０Ｒｂは、駆動源７１Ｒからの回転力を受ける駆動軸３１ｂである。また、回転軸３０Ｌｂの終端部には回転トランス６０Ｌｂが設けられ、回転軸３０Ｒｂの終端部には回転トランス６０Ｒｂが設けられている。

図２に、ロール２０の内部構造を、前ロール２０ａで示している。後ロール２０ｂについても全く同様に形成されている。図２（ａ）は全体を組み立てた後の状態を示し、図２（ｂ）はロール本体２２ａ及び回転軸３０Ｌａ、３０Ｒａを示し、図２（ｃ）は鉄心５１ａ及び固定軸４０Ｌａ、４０Ｒａを示している。

前ロール２０ａを形成するロール本体２２ａは、その両端部に中空の回転軸３０Ｌａ、３０Ｒａを同軸に備えている。ロール本体２２ａの内部には、ロール内室２３ａが形成され、両回転軸３０Ｌａ、３０Ｒａの内部には、それぞれ回転軸内空間３３Ｌａ、３３Ｒａが形成されている。そして、ロール内室２３ａは、両回転軸内空間３３Ｌａ、３３Ｒａに連通されている。

ロール内室２３ａには、ロール本体２２ａと同軸に、筒状の鉄心５１ａが設けられている。鉄心５１ａは、その両端部に中空の固定軸４０Ｌａ、４０Ｒａを同軸に備えている。鉄心５１ａの内部には、鉄心内室５３ａが形成され、固定軸４０Ｌａ、４０Ｒａの内部には、それぞれ固定軸内空間４３Ｌａ、４３Ｒａが形成されている。そして、鉄心内室５３ａは、両固定軸内空間４３Ｌａ、４３Ｒａに連通されている。

両固定軸４０Ｌａ、４０Ｒａは、それぞれ回転軸内空間３３Ｌａ、３３Ｒａに、同軸に位置されるとともに、回転軸３０Ｌａ、３０Ｒａとの間に内部軸受８３Ｌａ、８３Ｒａを備えることによって、鉄心５１ａが基台７０に対して静止状態で支承されている。

本発明の２本ロール型混練機１０は、２本のロール２０（前ロール２０ａ及び後ロール２０ｂ）が、軸線に沿って複数の温度領域に区画されることを特徴としている。例えば、図２（ａ）に示すように、前ロール２０ａが、３つの領域（領域Ａ、領域Ｂ、領域Ｃ）に区画されている場合には、後ロール２０ｂも、同様に３つの領域に区画されている。

そして、図２（ｂ）に示すように、ロール本体２２ａは、各領域において、表面近傍に熱電対３５Ａａ、３５Ｂａ、３５Ｃａを備え、各領域の前ロール２０ａの表面温度を測定することができる。各熱電対３５Ａａ、３５Ｂａ、３５Ｃａのリード線３６Ａａ、３６Ｂａ、３６Ｃａは、回転軸３０Ｌａ、３０Ｒａを経由して、回転軸３０Ｌａ、３０Ｒａの終端部に設けられている回転トランス６０Ｌａ、６０Ｒａに導かれる。そして、図１（ｂ）に示すように、回転トランス６０Ｌａ、６０Ｒａからリード線６６Ａａ、６６Ｂａ、６６Ｃａとして、外部に導出される。

また、図２（ｃ）に示すように、鉄心５１ａも軸線方向に３つの領域に区画され、それぞれの領域にコイル５５Ａａ、５５Ｂａ、５５Ｃａが設けられている。各コイル５５Ａａ、５５Ｂａ、５５Ｃａの電線５６Ａａ、５６Ｂａ、５６Ｃａは、鉄心内室５３ａから固定軸内空間４３Ｌａ、４３Ｒａを経由して外部に導出されている。

そして、各電線５６Ａａ、５６Ｂａ、５６Ｃａから交流電圧をかけて各コイル５５Ａａ、５５Ｂａ、５５Ｃａに磁気を発生させることにより、ロール本体２２ａの各領域において渦電流を発生させ、この電流によるジュール熱によってロール本体２２ａの各領域を加熱することができる。

したがって、各回転トランス６０Ｌａ、６０Ｒａから各リード線３６Ａａ、３６Ｂａ、３６Ｃａによって得られる、各熱電対３５Ａａ、３５Ｂａ、３５Ｃａからの温度信号に基づいて、各電線５６Ａａ、５６Ｂａ、５６Ｃａに供給される電力を調整することにより、各温度領域（領域Ａ、領域Ｂ、領域Ｃ）の温度を調節することができる。
また、後ロール２０ｂに関しても、全く同様にして温度調節を行うことができる。

図３により、温度調節について詳しく説明する。
本発明の２本ロール型混練機１０は、前ロール２０ａと後ロール２０ｂを備えている。前ロール２０ａは、コイル５５Ａａ、５５Ｂａ、５５Ｃａを備え、後ロール２０ｂは、コイル５５Ａｂ、５５Ｂｂ、５５Ｃｂを備えている。

前ロール２０ａのコイル５５Ａａ、５５Ｂａ、５５Ｃａには、制御システムからの電線５６Ａａ、５６Ｂａ、５６Ｃａによって交流電圧がかけられる。それぞれの電力は、熱電対３５Ａａ、３５Ｂａ、３５Ｃａから送られる温度信号によって、制御システムにおいて調整される。このとき、熱電対３５Ａａ、３５Ｂａ、３５Ｃａからのリード線３６Ａａ、３６Ｂａ、３６Ｃａは、回転トランス６０Ｌａ、６０Ｒａを経由して、リード線６６Ａａ、６６Ｂａ、６６Ｃａによって制御システムに導入される。

後ロール２０ｂのコイル５５Ａｂ、５５Ｂｂ、５５Ｃｂには、制御システムからの電線５６Ａｂ、５６Ｂｂ、５６Ｃｂによって交流電圧がかけられる。それぞれの電力は、熱電対３５Ａｂ、３５Ｂｂ、３５Ｃｂから送られる温度信号によって、制御システムにおいて調整される。このとき、熱電対３５Ａｂ、３５Ｂｂ、３５Ｃｂからのリード線３６Ａｂ、３６Ｂｂ、３６Ｃｂは、回転トランス６０Ｌｂ、６０Ｒｂを経由して、リード線６６Ａｂ、６６Ｂｂ、６６Ｃｂによって制御システムに導入される。

本発明の２本ロール型混練機１０は、その回転軸３０Ｌａ等が直接加熱されないので、軸受８１Ｌａ等を低い温度に抑えることができる。したがって、３００℃以上の高温における混練処理を行うことができる。また、軸方向に複数の温度領域を形成するとともに、各温度領域において正確な温度調節を行うことが可能であり、従来より厳密な処理を行うことが可能である。

このため、本発明の２本ロール型混練機１０は、マスターバッチを含むカラートナー、プラスチックマグネット等の永久磁石を含む磁性材料、ＰＰＳなどのスーパーエンプラ、ＦＲＴＰを含む繊維強化プラスチック、各種材料のマスターバッチ、フェノール樹脂成型材料及びエポキシ樹脂封止材などの熱硬化性樹脂、充填剤やガラス繊維又は木粉を用いたエンジニアリングプラスチックとする熱可塑性樹脂、粉体塗料、セラミックス、粉末冶金、ゴム、色鉛筆など、非常に広い材料分野において、実用的な混練機として使用することができる。

１０……２本ロール型混練機
２０……ロール
２１……溝
２２ａ……ロール本体
２３ａ……ロール内室
３０Ｌａ、３０Ｒａ、３０Ｌｂ、３０Ｒｂ……回転軸
３３Ｌａ、３３Ｒａ……回転軸内空間
３５Ａａ、３５Ｂａ、３５Ｃａ、３５Ａｂ、３５Ｂｂ、３５Ｃｂ……熱電対
３６Ａａ、３６Ｂａ、３６Ｃａ、３６Ａｂ、３６Ｂｂ、３６Ｃｂ……リード線
４０Ｌａ、４０Ｒａ……固定軸
４３Ｌａ、４３Ｒａ……固定軸内空間
５１ａ……鉄心
５３ａ……鉄心内室
５５Ａａ、５５Ｂａ、５５Ｃａ、５５Ａｂ、５５Ｂｂ、５５Ｃｂ……コイル
５６Ａａ、５６Ｂａ、５６Ｃａ、５６Ａｂ、５６Ｂｂ、５６Ｃｂ……電線
６０Ｌａ、６０Ｒａ、６０Ｌｂ、６０Ｒｂ……回転トランス
７０……基台
８１Ｌａ、８１Ｒａ、８１Ｌｂ、８１Ｒｂ……軸受
８３Ｌａ、８３Ｒａ……内部軸受

Claims (1)

1. 表面に溝を有する２本のロールを備え、連続的に混練処理を行う２本ロール型混練機において、
   前記ロールは、ロール本体の両端部に中空の回転軸を備えるとともに、内部に形成されるロール内室が各回転軸の回転軸内空間に連通され、
   前記ロール内室には筒状の鉄心が設けられ、
   前記鉄心は、両端部に中空の固定軸を備えるとともに、内部に形成される鉄心内室が各固定軸の固定軸内空間に連通され、
   前記両回転軸が基台との間に軸受を備えることにより、前記ロールが前記基台に対して回転可能に支承されるとともに、
   前記両固定軸が前記回転軸との間に内部軸受を備えることにより、前記鉄心が前記基台に対して静止状態に支承され、
   前記鉄心にはコイルが巻回され、前記コイルの電線は、前記鉄心内室から前記固定軸内空間を経て外部に導出され、
   前記電線から交流電圧をかけて前記コイルに磁気を発生させることにより、前記ロール本体に渦電流を発生させて加熱することが可能であり、
   前記ロール本体は表面近傍に熱電対を備え、前記回転軸は終端部に回転トランスを備え、
   前記熱電対のリード線は、前記回転軸を経由して前記回転トランスに導かれるとともに前記回転トランスから外部に導出され、
   かつ、前記２本のロールは、軸線に沿って区画される複数の温度領域を備え、
   前記温度領域ごとに前記２本のロールが前記コイル及び前記熱電対を備え、各電熱対からの温度信号に基づいて前記コイルに供給される電力をそれぞれ調整し、前記温度領域ごとの温度調節を行うことを特徴とする２本ロール型混練機。