JP6624236B2 - 混練装置 - Google Patents

Description

本発明は、混練装置に関する。

混練釜内の混練空間に配置された攪拌子を回転させることによって中子材料を混練する装置が知られている。
特許文献１には、攪拌子の回転軸に平行に配置される攪拌ピンと、攪拌ピンを貫通すると共に混練空間において射出口に向かって摺動することができる射出ピストンと、を備える混練装置が開示されている。

特開２０１６−１９５９９０号公報

発明者らは、混練装置に関し、以下の課題を見出した。
特許文献１に開示されている混練装置では、攪拌子を回転させることによって中子材料を混練する。混練された中子材料は、中子ペーストを構成する。中子ペーストは、射出ピストンを射出口に向かって摺動されることによって、射出成形型に充填される。充填された中子ペーストは、射出成形型において固化する。固化した中子ペーストは、中子を構成する。また、混練空間には、中子ペーストが射出された後に、次なる中子材料が投入される。

射出ピストンを射出口に向かって摺動する際に、中子ペーストの一部が、混練空間の射出口側に残留することがある。射出成形型は、中子ペーストが充填されると、加熱されるため、高温になる。混練空間の射出口は、射出成形型のキャビティに連通している。したがって、混練釜の射出口側端部は、射出成形型が加熱されると、高温になる。そのため、混練空間の射出口側に残留している中子ペーストは、高温になる。残留している中子ペーストは、高温になると、乾燥によって水分量が低下する。

残留している中子ペーストは、次なる中子材料と共に混練されて、次なる中子ペーストを構成する。残留している中子ペーストは、次なる中子材料に比較して水分量が少ない。水分量が異なる複数の材料を混練しているため、次なる中子ペーストの動粘度は、ばらつきやすい。残留している中子ペーストと次なる中子材料とを十分に混練することによって、次なる中子ペーストの動粘度のばらつきを抑制することができる。しかしながら、中子ペーストの動粘度のばらつきを抑制するためには、混練時間を長くする必要がある。

本発明は、このような問題点に鑑みなされたものであり、短い混練時間で中子ペーストの動粘度のばらつきを抑制することができる混練装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成する一態様は、混練釜に設けられた混練空間において回転軸中心に回転すると共に、前記回転軸平行に延設された攪拌ピンを有する攪拌子と、前記混練空間において混練された中子ペーストを前記混練釜に隣接する射出成形型に充填する射出ピストンと、を備える混練装置であって、次なる中子材料を混練するよりも前に、前記攪拌子を回転させることによって、前記混練空間の前記射出成形型側に残留している前記中子ペーストの少なくとも一部を前記次なる中子材料を投入する投入口側に移動させる。

本発明に係る混練装置では、次なる中子材料を混練するよりも前に、攪拌子を回転させることによって、混練空間の射出成形型側に残留している中子ペーストの少なくとも一部を前記次なる中子材料を投入する投入口側に移動させる。したがって、残留している中子ペースト及び次なる中子材料を、短時間で均一に混練することができる。そのため、短い混練時間で中子ペーストの動粘度のばらつきを抑制することができる。

本発明によれば、短い混練時間で中子ペーストの動粘度のばらつきを抑制することができる混練装置を提供することができる。

本実施の形態に係る混練装置の断面図である。 中子ペーストを射出した、混練装置の断面図である。 攪拌ピンが回転された、混練装置の断面図である。 次なる中子材料が投入された、混練装置の断面図である。 実施例に係る手順を示すフローチャートである。

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。

まず、図１を参照して、本実施の形態に係る混練装置の構成について説明する。混練装置１は、図１に示すように、混練釜２、攪拌子３、リニアアクチュエータ４、及び射出ピストン６を備える。なお、図１においては、中子ペースト７も図示している。また、図１において、一点鎖線は、攪拌子３の回転軸を表す。

なお、当然のことながら、図１及びその他の図面に示した右手系ｘｙｚ直交座標は、構成要素の位置関係を説明するための便宜的なものである。通常、ｚ軸正方向が鉛直上向き、ｘｙ平面が水平面であり、図面間で共通である。

混練釜２には、内部に混練空間２ａが設けられている。また、混練釜２には、投入口２ｂ及び射出口２ｃが設けられている。射出口２ｃは、射出成形型（不図示）のキャビティに連通している。中子材料は、投入口２ｂから混練空間２ａに投入される。投入された中子材料は、混練空間２ａにおいて混練される。混練された中子材料は、中子ペースト７を構成する。中子ペースト７は、射出口２ｃから射出されて、射出成形型のキャビティに充填される。

混練空間２ａには、図１に示すように、攪拌子３が配置されている。攪拌子３は、図１に示す回転軸を中心として回転することができる。攪拌子３は、攪拌ピン３ａと回転ベース３ｂとを備える。回転ベース３ｂは、回転軸に垂直に配置された円板状部材である。回転ベース３ｂの周縁部には、駆動歯車（不図示）が配置されている。駆動歯車は、回転ベース３ｂの縁部に噛み合わせられている。駆動歯車は、攪拌子用モーター（不図示）に接続されている。攪拌子用モーターが駆動すると、駆動歯車は、攪拌子３の回転軸中心に回転する。駆動歯車の回転に伴って、攪拌子３は、回転軸中心で回転する。

攪拌ピン３ａは、回転ベース３ｂの射出口２ｃ側の面から回転軸平行に延設されている。攪拌ピン３ａが配置される位置は、回転ベース３ｂの射出口２ｃ側の面であれば、特に限定されない。攪拌ピン３ａは、例えば、回転軸を中心として放射状に配置される。また、攪拌ピン３ａは、攪拌子３の回転軸を中心点として点対称になるようにＳ字状に配置されてもよい。攪拌ピン３ａの形状は、回転軸に平行に延設される柱状であれば、特に限定されない。攪拌ピン３ａは、例えば、断面円形状である。また、攪拌ピン３ａは、断面矩形状であってもよい。

混練釜２の射出口２ｃと反対側の端部には、図１に示すように、リニアアクチュエータ４が設置されている。リニアアクチュエータ４は、ボールナット４ａと、ボールねじ４ｂと、ギアドモーター４ｃと、を備える。ボールナット４ａは、ギアドモーター４ｃを駆動すると、回転軸を中心に回転する。ボールナット４ａの中心には、ボールねじ４ｂが貫通している。

ボールねじ４ｂの側面には、螺旋状の溝が設けられている。ボールねじ４ｂに設けられた溝は、ボールナット４ａと噛み合わされる。したがって、ギアドモーター４ｃの駆動によってボールナット４ａが回転することによって、ボールねじ４ｂを回転軸中心に回転させることができる。ボールねじ４ｂは、回転軸中心に回転されると、回転軸平行に進退する。

ボールねじ４ｂの射出口２ｃ側の端には、射出ピストン６が接続されている。図１に示す例では、射出ピストンの中央に回転可能なボールねじ４ｂが接続されている。つまり、ボールねじ４ｂは、射出ピストン６の回転を許容することができる。射出ピストン６は、混練釜２内周面、換言すると混練空間２ａ壁面に常に接している。したがって、射出ピストン６は、ボールねじ４ｂの進退に伴って、混練空間２ａ壁面を摺動する。

射出ピストン６には、図１に示すように、攪拌ピン３ａが貫通している。したがって、攪拌子３が回転すると、射出ピストン６は、攪拌ピン３ａと共に回転する。つまり、射出ピストン６は、攪拌子３の回転を妨げない。また、射出ピストン６は、攪拌子３に影響されずに回転軸平行に進退することができる。

混練装置１において中子材料を混練する際には、まず、射出ピストン６を投入口２ｂよりもリニアアクチュエータ４側に位置するように配置する。次に、投入口２ｂから中子材料を混練空間２ａに投入する。次に、攪拌子用モーターを駆動することによって、攪拌子３を回転する。混練空間２ａに投入された中子材料は、攪拌子３の回転によって混練される。

混練された中子材料は、中子ペースト７を構成する。中子材料は、固形材料及び液体材料である。固形材料は、鋳物砂である。鋳物砂は、例えば天然砂である。鋳物砂は、人工砂であってもよい。液体材料は、固形材料のバインダーである。液体材料は、例えば、水ガラスである。中子ペースト７は、中子材料に加えて、添加剤を含有していてもよい。

中子ペースト７を十分に混練した後、射出ピストン６を射出口２ｃに向かって摺動する。中子ペースト７は、射出ピストン６の摺動によって射出口２ｃから射出される。射出口２ｃから射出された中子ペースト７は、キャビティに充填される。キャビティに充填された中子ペースト７は、固化される。固化された中子ペースト７は、中子を構成する。本発明に係る混練装置を用いて製造された中子は、例えば、車載用エンジン部品の製造に使用される。

次に、図２〜４を参照して、本実施の形態に係る混練装置に次なる中子材料を投入する際の動作について説明する。図２は、中子ペーストを射出した、混練装置の断面図である。図３は、攪拌ピンが回転された、混練装置の断面図である。図４は、次なる中子材料が投入された、混練装置の断面図である。なお、図２〜４においては、中子ペースト７や次なる中子材料８も図示している。また、図２〜４に示す一点鎖線は、攪拌子３の回転軸を示す。

射出ピストン６は、十分量の中子ペースト７を射出した後に、リニアアクチュエータ４に向かって摺動する。そして、投入口２ｂよりもリニアアクチュエータ４側に位置するように配置される。中子ペースト７の一部は、図２に示すように、射出終了後であっても混練空間２ａの射出口２ｃ側に残留している。

キャビティに充填された中子ペースト７を固化する際に、射出成形型は加熱される。射出口２ｃは、キャビティに隣接している。したがって、射出成形型が加熱されると、混練空間２ａの射出口２ｃ側は、高温になる。そのため、混練空間２ａの射出口２ｃ側に残留している中子ペースト７は、乾燥する。

攪拌子３を回転させることによって、図３に示すように、残留している中子ペースト７の一部又は全てを混練空間２ａの投入口２ｂ側に移動させることができる。また、残留している中子ペースト７をほぐすことができる。中子ペースト７を投入口２ｂ側に移動させる際には、例えば、攪拌子３を混練時と反対回りに回転させる。

図３に示した例において攪拌子３は、混練時に中子ペースト７を回転軸に向かって寄せることができるように攪拌ピン３ａを配置されている。そこで、攪拌子３を混練時と反対回りに回転させることによって、中子ペースト７を混練空間２ａ壁面に向けて移動させることができる。

残留している中子ペースト７は、図４に示す次なる中子材料８と共に混練されて次なる中子ペーストを構成する。残留している中子ペースト７は、次なる中子材料８に比較して、水分量が少ない。したがって、次なる中子ペーストの動粘度を均一にするためには、残留している中子ペースト７と次なる中子材料８とを十分に混練する必要がある。

残留している中子ペースト７と次なる中子材料８とを混練する前に、攪拌子３の回転によって残留している中子ペースト７を投入口２ｂ側に移動させることによって、短時間の混練で次なる中子ペーストの動粘度を均一にすることができる。動粘度が均一な中子ペーストは、充填不良を起こしにくい。したがって、混練装置１を用いて製造された中子は、車載用エンジンの冷却回路等を精度良く造形することができる。

攪拌子３の回転による中子ペースト７の移動は、例えば、次なる中子材料８が投入される前に行われる。攪拌子３の回転による中子ペースト７の移動は、次なる中子材料８が投入した後に行われてもよい。また、次なる中子材料８を投入しつつ攪拌子３を回転させてもよい。

残留している中子ペースト７を移動する際の攪拌子３の回転速度は適宜決定される。例えば、次なる中子材料８を投入する前に残留している中子ペースト７を移動する場合、中子ペースト７を混練する際よりも速いスピードで攪拌子３を回転させる。また、次なる中子材料８を投入すると共に残留している中子ペースト７を移動する場合、中子ペースト７を混練する際よりも遅いスピードで攪拌子３を回転させる。上記で説明した構成によって、短い混練時間で中子ペーストの動粘度のばらつきを抑制することができる。

次に、図５及び表１〜２を参照して、本発明の実施例について説明する。図５は、実施例に係る手順を示すフローチャートである。表１は、本発明の実施例に係る手順を示す表である。表２は、本発明の実施例の動粘度を測定した結果を示す表である。

本発明の実施例では、図１に示すように、中子ペーストを射出終了した後に、第１の回転工程（ステップＳ１）を行った。第１の回転工程（ステップＳ１）を行う際には、攪拌子３を時計回りに２００ｒｐｍで２秒間回転させた。第１の回転工程（ステップＳ１）を行うことによって、混練空間２ａの射出口２ｃ側に残留している中子ペースト７を混練空間２ａの投入口２ｂ側に移動した。

次に、第１の材料投入工程（ステップＳ２）を行った。第１の材料投入工程（ステップＳ２）では、固形材料及び液体材料のいずれか一方を投入口２ｂから混練空間２ａに投入する。第１の材料投入工程（ステップＳ２）は、攪拌子３の回転を停止した状態、又は、攪拌子３を時計回りに１５ｒｐｍで回転させた状態で行った。

次に、第２の回転工程（ステップＳ３）を行った。第２の回転工程（ステップＳ３）を行う際には、攪拌子３を時計回りに２００ｒｐｍで２秒間回転させた。第２の回転工程（ステップＳ３）を行うことによって、混練空間２ａの射出口２ｃ側に残留している中子ペースト７を混練空間２ａの投入口２ｂ側に移動した。

次に、第２の材料投入工程（ステップＳ４）を行った。第２の材料投入工程（ステップＳ４）では、固形材料及び液体材料のうち、第１の材料投入工程（ステップＳ２）において投入されていない材料を投入口２ｂから混練空間２ａに投入する。第２の材料投入工程（ステップＳ４）は、攪拌子３の回転を停止した状態、又は、攪拌子３を時計回りに１５ｒｐｍで回転させた状態で行った。

次に、混練工程（ステップＳ５）を行った。混練工程（ステップＳ５）を行う際には、攪拌子３を反時計回りに１７０ｒｐｍで回転させた。混練工程（ステップＳ５）は、第１の回転工程（ステップＳ１）及び第２の回転工程（ステップＳ３）と合計して攪拌子３の回転時間が４４秒間となるように行った。

実施例１〜５においては、表１に示す条件で、第１の材料投入工程（ステップＳ２）及び第２の材料投入工程（ステップＳ４）を行った。実施例１〜５について動粘度を測定した結果を表２に示す。表２に示した数値は、「平均値±３σ」である。固形材料及び液体材料を投入する順番を変更すると、次なる中子ペーストの動粘度のばらつきが変化した。

表２に示すように、実施例１〜５のうち、実施例１の条件で混練を行った場合、次なる中子ペーストの動粘度のばらつきが最も抑制された。特に、実施例１の条件で、第１の回転工程（ステップＳ１）を行わず、かつ、第２の回転工程（ステップＳ３）を行った場合、次なる中子ペーストの動粘度のばらつきを最も抑制することができた。

以上で説明した本実施の形態に係る発明により、短い混練時間で中子ペーストの動粘度のばらつきを抑制することができる混練装置を提供することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。上記では、鋳造用中子ペーストを混練する技術に本発明を適用した場合について説明した。しかしながら、本発明は、装置内で材料を混練する混練装置であればどのような技術にも適用することができる。例えば本発明は、食品を混練する混練装置や、コンクリートを混練する混練装置に適用することができる。

１ 混練装置
２ 混練釜
２ａ 混練空間
２ｂ 投入口
２ｃ 射出口
３ 攪拌子
３ａ 攪拌ピン
３ｂ 回転ベース
４ リニアアクチュエータ
４ａ ボールナット
４ｂ ボールねじ
４ｃ ギアドモーター
６ 射出ピストン
７ 中子ペースト
８ 次なる中子材料

Claims (1)

1. 混練釜に設けられた混練空間において、水平方向に平行な回転軸を中心として回転すると共に、前記回転軸と平行に延設された撹拌ピンを有する撹拌子と、
   前記混練空間における前記撹拌子の延設方向の一端に設けられた射出口と、
   中子材料が前記撹拌子によって混練された中子ペーストを、前記射出口から射出成形型に充填する射出ピストンと、
   前記混練空間において前記射出口よりも前記撹拌子の延設方向の他端側に設けられており、前記中子材料を前記混練空間内に投入するための投入口と、
   前記撹拌子の動作を制御する制御部を備え、
   前記制御部は、
   前記中子ペーストを前記射出成形型へ充填した後、次なる中子材料を混練するよりも前に、前記回転軸が水平方向に平行な状態で前記撹拌子を回転させ、前記混練空間の前記射出口側に残留している前記中子ペーストの少なくとも一部を前記投入口側に移動させる、
   混練装置。

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