JP6365563B2

JP6365563B2 - 混練装置

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Publication number: JP6365563B2
Application number: JP2016025216A
Authority: JP
Inventors: 直哉梶田; 潤司淺野; 将太永嶋
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-04-06
Filing date: 2016-02-12
Publication date: 2018-08-01
Anticipated expiration: 2036-02-12
Also published as: JP2016195990A

Description

本発明は、鋳物砂などの混練に利用される混練装置に関するものである。

従来において、このような分野に関連する技術として特開平６−３１３７８号公報がある。この公報に記載された混練装置で混練を行うにあたって、外殻容器が上昇し、シュートを介して珪砂が外殻容器内に投入される。その後、外殻容器内に配置された撹拌翼を所定速度で回転させながら、規定量の硬化剤が外殻容器内に注入される。そして、撹拌翼を回転させながら珪砂と硬化剤とを混練する。混練した後、外殻容器は回転して投砂シュータに混練砂を投入し、投砂シュータから中子用金型内に混練砂は充填され、中子の成形が行われる。

特開平６−３１３７８号公報

しかしながら、前述した従来の混練装置に利用される撹拌翼は、鉛直方向に延在する回転軸線を中心に回転するので、混練砂が遠心力によって外殻容器の壁面に付着し易く、混練効率が悪い。

本発明は、混練の効率を高めるようにした混練装置を提供することを目的とする。

本発明は、混練釜内で撹拌子が回転することにより前記混練釜内で原料を混練する混練装置であって、
前記撹拌子は、水平方向に延在する前記撹拌子の回転軸線を中心に回転すると共に、前記混練釜内で前記撹拌子の回転軸線に平行に延在する複数本の撹拌ピンを有する。

この混練装置に適用される撹拌ピンは、水平方向に延在すると共に、水平方向に延在する撹拌子の回転軸線を中心に回転するので、原料が混練釜の内壁面で練り叩かれること、特に撹拌子の回転軸線より重力方向で上方の内壁面に付着した原料が自重によって撹拌ピン間の隙間から落下すること、とを繰り返すことができる。その結果、混練釜の内壁面に原料が付着し難く、混練の効率を高めることができる。

また、前記混練釜内には、前記混練釜に隣接する射出成形型に向かって、前記混練釜内の前記原料を水平方向に押し出す射出ピストンが配置され、
前記撹拌ピンが貫通する前記射出ピストンは、前記撹拌ピンに沿って前記混練釜内で水平方向に移動する。
このような構成を採用すると、混練釜を開放せずに原料を射出成形型内に直接射出させることができるので、原料が外気に触れにくく、原料の乾燥を抑制することができる。そして、成形時間の短縮をも可能にする。

また、前記射出ピストンには、前記混練釜の内壁面との間に配置されたシール部材が嵌め込まれており、
前記シール部材は、周方向で向かい合う端部同士が係合され、前記シール部材の端部は、前記混練釜における前記原料を混練する空間側に向かうに従って前記射出ピストンの回転方向と逆方向に傾斜するテーパー部を有する。
このような構成を採用すると、射出ピストンの外周面と混練釜の内壁面との間へ侵入しようとする原料は、射出ピストンの回転力とシール部材のテーパー部とにより、射出口側に押し戻される。よって、射出ピストンの外周面と混練釜の内壁面との間への原料の侵入を抑制することができる。そのため、射出ピストンの損傷を抑制することができる。

また、複数本からなる前記撹拌ピンは、前記撹拌子の回転軸線に対して直交する平面上で、回転中心を中心点として点対称をなすようにＳ字又は逆Ｓ字状に配列されている。
このような構成を採用すると、原料が混練釜内での練り叩きと自重落下とを容易に繰り返すことができ、Ｓ字又は逆Ｓ字配列は混練の効率化に適している。

また、前記撹拌ピンは、水平方向に延在する前記撹拌ピンの回転軸線を中心に自転する。
このような構成を採用すると、撹拌ピンの公転による遠心力で当該撹拌ピンに押し付けられる原料を、撹拌ピンの自転によって引き込んで自重落下させることができる。その結果、原料の混練効率を向上させて、原料の混練時間を短縮することができる。

本発明によれば、混練の効率を高めることができる。

本発明に係る混練装置の第１実施形態を示す断面図である。撹拌ピンの配列状態を示す断面図である。撹拌ピンによる混練状態を示す断面図である。射出成形型内に原料が充填された状態を示す断面図である。射出成形型から成形品を取り出した状態を示す断面図である。本発明に係る混練装置の第２実施形態を示す断面図である。本発明に係る混練装置の第３実施形態を示す断面図である。撹拌子の回転動作及び原料の混練状態を模式的に示す断面図である。本発明に係る混練装置の異なる形態を示す断面図である。本発明に係る混練装置の第４実施形態を示す断面図である。シール部材を模式的に示す斜視図である。図１０のXII部分の拡大図である。撹拌ピンの他の配列を示す断面図である。

以下、図面を参照しつつ本発明に係る混練装置の好適な実施形態について詳細に説明する。

［第１実施形態］
図１に示されるように、混練装置１は、人工砂と水ガラスと添加剤とを混練するためのものである。混練された原料Ｍにより無機中子の製造が行われる。混練装置１は、円筒状の混練釜２を有し、この混練釜２は、据付け台３上に固定されて水平方向に延在している。混練釜２の内部には撹拌子４が配置され、撹拌子４が回転することにより混練釜２内で原料Ｍを混練することができる。

撹拌子４は、水平方向に延在する撹拌子４の回転軸線Ｌ１を中心に回転すると共に、混練釜２内で水平に延在する複数本（例えば１０本）の撹拌ピン５と、撹拌ピン５の基端側に設けられた回転ベース６と、を備えている。回転ベース６には各撹拌ピン５が固定されると共に、外周にギア部６ａが形成されている。この回転ベース６は混練釜２の開口２ｃ側に配置されると共に、駆動歯車７に噛合している。この駆動歯車７はモータ８により回転して回転軸線Ｌ１を中心に回転ベース６を回転させる。

混練釜２内には、回転軸線Ｌ１に沿って水平方向に移動自在な円柱状の射出ピストン１０が配置されている。射出ピストン１０を撹拌ピン５が貫通している。従って、射出ピストン１０は、撹拌子４と一緒に回転することができ、撹拌子４に影響されずに混練釜２内で回転軸線Ｌ１方向に摺動することができる。

射出ピストン１０にはリニアアクチュエータ１１が取り付けられている。このリニアアクチュエータ１１は、回転軸線Ｌ１方向に延在するボールネジ軸１２と、ボールネジ軸１２に螺着されたボールナット１３と、ボールナット１３を回転させるギアドモータ１４とで構成されている。ボールネジ軸１２の先端は射出ピストン１０の回転を許容するように当該射出ピストン１０の中央に固定されている。ギアドモータ１４によってボールナット１３が回転すると、ボールネジ軸１２は回転軸線Ｌ１に沿って進退し、これに伴って、射出ピストン１０が回転軸線Ｌ１に沿って進退する。

据付け台３上には、混練装置１に隣接して射出成形型２０が配置されている。この射出成形型２０は、固定型としての下型２１と、可動型としての上型２２と、キャビティＣ内で形成された成形品２３（図５参照）を下型２１から外すために成形品２３を上方に押し上げるピストンシリンダ機構２４と、を備えている。そして、キャビティＣは、混練釜２に設けられた射出口２ａに流路２５を介して連通する。この射出口２ａは混練釜２の前端壁部２ｂの中央に設けられている。従って、リニアアクチュエータ１１によって水平方向に移動する射出ピストン１０の押し出しによって、射出口２ａから射出させた原料Ｍは、流路２５を通ってキャビティＣ内に直接充填される（図４参照）。

このような構成を採用すると、混練釜２を開放せずに原料Ｍを射出成形型２０内に直接射出させることができるので、原料Ｍが外気に触れにくく、原料Ｍの乾燥を抑制することができる。そして、成形時間の短縮をも可能にする。

図５に示されるように、キャビティＣ内に充填された原料Ｍの硬化後、上型２２が上昇して型開きが行われる。その後、ピストンシリンダ機構２４のピストン２４ａを上昇させて、成形品２３を上方に押し上げて、成形品２３を外部に取り出すことができる。

図２及び図３に示されるように、複数本からなる撹拌ピン５は、回転軸線Ｌ１に対して直交する平面上で、回転中心を中心点Ｐとして点対称をなすようにＳ字状又は逆Ｓ字状に配列されている。なお、この配列は、回転方向を左周りとした場合にはＳ字で、回転方向を右周りとした場合には逆Ｓ字である。また、複数本（本実施形態では１０本）の撹拌ピン５により一列のピン列Ｒを構成する。混練釜２と撹拌ピン５の間の隙間は数ｍｍ程度が好ましく、撹拌ピン５の直径は１０ｍｍ程度が好ましい。

撹拌ピン５が回転軸線Ｌ１を中心に回転（公転）することによる撹拌ピン５の回転により、巻き上げられた原料Ｍは自重で落下する。このとき、原料Ｍは、撹拌ピン５に当たりながら混練釜２の内壁面２ｄにまで落下する。落下した原料Ｍは混練釜２の内壁面２ｄと撹拌ピン５との間で図３に示されるように練り叩かれる。撹拌ピン５をこのような配列にすることで、原料Ｍが混練釜２内での練り叩きと自重落下とを容易に繰り返すことができ、混練の効率化を図ることができる。

この混練装置１に適用される撹拌ピン５は、回転軸線Ｌ１に平行で水平方向に延在すると共に、水平方向に延在する回転軸線Ｌ１を中心に回転するので、原料Ｍが混練釜２の内壁面２ｄで練り叩かれること、特に回転軸線Ｌ１より上方で混練釜２の内壁面２ｄに付着した原料Ｍが自重によって撹拌ピン５間の隙間から落下すること、とを繰り返すことができる。その結果、混練釜２の内壁面２ｄに原料が付着し難く、混練の効率を高めることができる。

［第２実施形態］
第２実施形態に係わる混練装置３０について説明するが、第１実施形態と同一又は同等な構成部分については、同一符号を付し、重複する説明は省略する。

図６に示されるように、混練装置３０は、人工砂と水ガラスと添加剤とを混練するためのものである。混練された原料Ｍにより無機中子の製造が行われる。混練装置３０は、円筒状の混練釜３２を有し、この混練釜３２は、据付け台３３上に固定されて水平方向に延在している。混練釜３２の内部には撹拌子４が配置され、撹拌子４が回転することにより混練釜３２の内壁面３２ｄとの協働で原料Ｍを混練することができる。

撹拌子４は、第１実施形態と同様に回転軸線Ｌ１に対して直交する平面上で、回転中心を中心点Ｐとして点対称をなすようにＳ字状又は逆Ｓ字状に配列された複数本の撹拌ピン５と、撹拌ピン５の基端側に設けられた回転ベース６と、を備えている。この回転ベース６は、モータ３８の駆動力により回転軸線Ｌ１を中心に回転する。

据付け台３３上には、混練装置３０に隣接して射出成形型２０が配置されている。この射出成形型２０のキャビティＣは、混練釜３２に設けられた排出口３２ａに流路３５を介して連通する。この排出口３２ａは混練釜３２の胴部３２ｂの最下位置に設けられている。この排出口３２ａには、シャッター３６が配置されている。シャッター３６を閉じることによって混練釜３２内で原料Ｍの混練を可能にし、シャッター３６を開くことによって混練後に流路３５内への原料Ｍを排出させることができる。

流路３５には、キャビティＣ内に原料Ｍを圧送するための圧送手段（例えばスクリューコンベア３７）が配置されている。このスクリューコンベア３７のモータ３９を駆動させることにより、射出成形型２０のキャビティＣ内に原料Ｍが圧送される。なお、スクリューコンベア３７に代えてダイアフラムポンプを利用してもよい。

［第３実施形態］
第３実施形態に係る混練装置について説明するが、第１実施形態と同一又は同等な構成部分については、同一符号を付し、重複する説明は省略する。但し、第２実施形態と略同様の構成としても実施可能である。

本実施形態の混練装置は、撹拌ピンが自転する構成とされている。図７に示されるように、混練装置４０は、図示を省略したモータによって回転ベース４１が回転し、回転ベース４１の回転に基づいて撹拌ピン４２が回転軸線Ｌ１を中心に公転すると共に、撹拌ピン４２の回転軸線Ｌ２を中心に自転する。ちなみに、図７は、撹拌子の構成を明確にするために、射出ピストン１０などを省略して簡略化している。ここで、本実施形態の撹拌ピン４２は、回転軸線Ｌ１を中心として撹拌子の回転方向に９０°間隔で配置されているが（図８参照）、撹拌ピン４２の配置は特に限定されない。

詳細には、混練装置４０は、回転ベース４１の回転駆動力を各々の撹拌ピン４２が自転するための駆動力として当該撹拌ピン４２に伝達する伝達部４３を備えている。例えば、伝達部４３は、内歯車４４及び歯車４５を備えている。

内歯車４４は、混練釜２の内壁面２ｄに設けられている。歯車４５は、内歯車４４に噛合しており、撹拌ピン４２の回転軸４２ａに固定されている。撹拌ピン４２の回転軸４２ａは、回転軸線Ｌ２に沿って延在し、当該回転軸線Ｌ２を中心に回転する。そして、撹拌ピン４２の回転軸４２ａは、回転ベース４１に回転可能に支持されている。

このような構成により、図示を省略したモータによって回転ベース４１を回転させると、内歯車４４に噛合する歯車４５が回転し、それに伴って撹拌ピン４２が回転軸線Ｌ２を中心に自転する。そのため、図８に示されるように、撹拌ピン４２の公転による遠心力で当該撹拌ピン４２に押し付けられる原料Ｍを、撹拌ピン４２の自転によって引き込んで自重落下させることができる。その結果、原料Ｍの混練効率を向上させて、原料Ｍの混練時間を短縮することができる。

なお、本実施形態では、内歯車４４及び歯車４５で伝達部４３を構成したが、この限りでない。例えば、歯車４５の代わりに、混練釜２の内壁面に接触する回転子を用いてもよい。この場合、内歯車４４は省略できる。

また、本実施形態では、伝達部４３を用いて積極的に撹拌ピン４３を回転させているが、図９に示されるように、伝達部４３を省略して、撹拌ピン４３が自由に自転する構成としてもよい。この場合、原料Ｍの流動に基づいて撹拌ピン４３が自転することになる。

［第４実施形態］
第４実施形態に係る混練装置について説明するが、第１実施形態などと同一又は同等な構成部分については、同一符号を付し、重複する説明は省略する。但し、第２実施形態と略同様の構成としても実施可能である。

本実施形態の混練装置は、射出ピストンの損傷を抑制できる構成とされている。図１０に示されるように、混練装置５０は、射出ピストン１０の外周面（即ち、混練釜２の内壁面２ｄと向かい合う面）に形成された溝部１０ａに嵌め込まれ、且つ混練釜２の内壁面２ｄとの間に配置されたシール部材５１を備えている。なお、図１０は、射出ピストン１０近傍の構成を明確にするために、リニアアクチュエータ１１などを省略して簡略化している。ここで、本実施形態の撹拌ピン５は、回転軸線Ｌ１を中心として撹拌子の回転方向に９０°間隔で配置されているが、撹拌ピン５の配置は特に限定されない。

図１１に示されるように、シール部材５１は、略円筒形を基本形態としており、例えば、フッ素樹脂シートを巻くことで形成されている。このようにフッ素樹脂シートを巻いてシール部材５１を形成することで、耐久性と交換性とを両立することができる。但し、シール部材５１の材料は、略円筒形に巻くことができるものであればよい。

そして、シール部材５１は、当該シール部材５１の周方向で分断されており、シール部材５１の周方向で向かい合う端部同士が係合可能な構成とされている。例えば、シール部材５１における一方の端部は、複数のテーパー部５１ａが連続する鋸歯形に形成されている。一方、シール部材５１における他方の端部は，シール部材５１における一方の端部と噛み合わせることができるように、複数のテーパー部５１ｂが連続する鋸歯形に形成されている。これらのテーバー部５１ａ及び５１ｂは、混練釜２における原料Ｍが混練される空間Ｓ１側に向かうに従って射出ピストン１０の回転方向と逆方向に傾斜する。

このような構成により、シール部材５１における一方の端部の山部と、シール部材５１における他方の端部の谷部と、が噛み合わされ、さらに、シール部材５１における一方の端部の谷部と、シール部材５１における他方の端部の山部と、が噛み合わされる。

図１２に示されるように、シール部材５１が、射出ピストン１０の溝部１０ａに嵌め込まれて混練釜２の内壁面２ｄとの間に配置され、且つシール部材５１の周方向で向かい合う端部同士が噛み合わされた状態で、シール部材５１の外周面が混練釜２の内壁面２ｄと接触して当該シール部材５１が縮径することによって復元力を発現し、シール部材５１の外周面が混練釜２の内壁面に押し付けられる。つまり、シール部材５１における周方向で向かい合う端部同士が噛み合わされた状態での外径は、混練釜２の内径より若干大きい。

ここで、上述のようにシール部材５１が射出ピストン１０の溝部１０ａに嵌め込まれた状態で、シール部材５１の内周面と射出ピストン１０における溝部１０ａの底面との間に、シール部材５１の撓みを許容するクリアランスが確保されているとよい。

このように射出ピストン１０の溝部１０ａにシール部材５１を嵌め込むことで、射出ピストン１０の外周面と混練釜２の内壁面２ｄとの間への原料Ｍの侵入を抑制することができる。そのため、射出ピストン１０の損傷を抑制することができる。

しかも、本実施形態のシール部材５１のテーバー部５１ａ及び５１ｂは、混練釜２における原料Ｍが混練される空間Ｓ１側に向かうに従って射出ピストン１０の回転方向と逆方向に傾斜する。そのため、射出ピストン１０が回転しつつ、水平方向に移動する際に、射出ピストン１０の外周面と混練釜２の内壁面２ｄとの間へ侵入しようとする原料Ｍは、射出ピストン１０の回転力とシール部材５１のテーパー部とにより、混練釜２の射出口２ａ側に押し戻される。よって、シール部材５１の係合部分から混練釜２における射出ピストン１０を挟んで空間Ｓ１に対して逆側の空間Ｓ２への原料Ｍの漏れを抑制することができる。

また、本実施形態のシール部材５１は、当該シール部材５１の復元力によって混練釜２の内壁面２ｄに押し付けられているので、射出ピストン１０の外周面と混練釜２の内壁面２ｄとの間への原料Ｍの侵入を一層、抑制することができる。このとき、シール部材５１と混練釜２の内壁面２ｄとの間に原料Ｍが侵入すると、シール部材５１が撓んで必要以上に逆らわないため、混練釜２の内壁面２ｄの損傷を抑制することができる。

本発明は、前述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、下記のような種々の変形が可能である。

例えば、前述した実施形態を組み合わせてもよい。

例えば、図１３（ａ）に示されるように、撹拌子６０は、２列のピン列Ｒ１，Ｒ２を有している。各ピン列Ｒ１，Ｒ２は、回転軸線Ｌ１に対して直交する平面上で、回転中心を中心点Ｐとして点対称をなすようにＳ字状又は逆Ｓ字状に配列された複数本（例えば１０本）の撹拌ピン５ａ，５ｂからなる。一方のピン列Ｒ１と他方のピン列Ｒ２は、混練釜２，３２の周方向において互いに等距離になるように配置されている。なお、ピン列Ｒ１，Ｒ２における撹拌ピン５ａ，５ｂの配列は、撹拌子６０の回転方向を左周りとした場合にはＳ字で、回転方向を右周りとした場合には逆Ｓ字である。

また、図１３（ｂ）に示されるように、撹拌子７０は、８列のピン列Ｒ３〜Ｒ１０を有している。各ピン列Ｒ３〜Ｒ１０は、複数（例えば３本）の撹拌ピン５ｃからなる。ピン列Ｒ３〜Ｒ１０は、回転軸線Ｌ１に対して直交する平面上で、撹拌子７０の回転方向において混練釜２，３２の内壁面２ｄ，３２ｄから徐々に離れるような形状を有している。このようなピン列Ｒ３〜Ｒ１０は、混練釜２，３２内で周方向に等間隔で配置されている。

混練の対象となる原料としては、コンクリートや製菓材料などがある。

１，３０，４０，５０…混練装置２，３２…混練釜４，４２，６０，７０…撹拌子５…撹拌ピン５ａ，５ｂ，５ｃ…撹拌ピン６，４１…回転ベース１０…射出ピストン２０…射出成形型４３…伝達部４４…内歯車４５…歯車５１…シール部材５１ａ，５１ｂ…テーバー部Ｌ１…撹拌子の回転軸線Ｌ２…撹拌ピンの回転軸線Ｍ…原料Ｒ，Ｒ１〜Ｒ１０…ピン列Ｐ…中心点

Claims

混練釜内で撹拌子が回転することにより前記混練釜内で原料を混練する混練装置であって、
前記撹拌子は、水平方向に延在する前記撹拌子の回転軸線を中心に回転すると共に、前記混練釜内で前記撹拌子の回転軸線に平行に延在する複数本の撹拌ピンを有し、
前記混練釜内には、前記混練釜に隣接する射出成形型に向かって、前記混練釜内の前記原料を水平方向に押し出す射出ピストンが配置され、
前記撹拌ピンが貫通する前記射出ピストンは、前記撹拌ピンに沿って前記混練釜内で水平方向に移動し、
前記射出ピストンには、前記混練釜の内壁面との間に配置されたシール部材が嵌め込まれており、
前記シール部材は、周方向で向かい合う端部同士が係合され、前記シール部材の端部は、前記混練釜における前記原料を混練する空間側に向かうに従って前記射出ピストンの回転方向と逆方向に傾斜するテーパー部を有する、
混練装置。
複数本からなる前記撹拌ピンは、前記撹拌子の回転軸線に対して直交する平面上で、回転中心を中心点として点対称をなすようにＳ字又は逆Ｓ字状に配列されている、
請求項１に記載の混練装置。
前記撹拌ピンは、水平方向に延在する前記撹拌ピンの回転軸線を中心に自転する、請求項１又は２に記載の混練装置。