JP6753505B2 - 混練方法 - Google Patents

Description

本発明は、混練方法に関する。

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。そのため、次なる中子ペーストの水分量は、残留している中子ペーストの水分量に応じて変動する。

本発明は、このような問題点に鑑みなされたものであり、水分量を所定の値とすることが可能な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ための一態様は、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、前記混練空間の前記射出成形型と反対側に設けられた投入口から固形材料が投入され、前記混練空間における前記中子ペーストの残量に応じて、前記射出成形型側に設けられたノズルから噴射される液体材料の量を調節し、投入された前記固形材料の量に応じて、前記投入口側に設けられたノズルから噴射される前記液体材料の量を調節する。

本発明に係る混練装置では、混練空間の射出成形型と反対側に設けられた投入口から固形材料が投入され、混練空間における中子ペーストの残量に応じて、射出成形型側に設けられたノズルから噴射される液体材料の量を調節する。さらに、投入された固形材料の量に応じて、投入口側に設けられたノズルから噴射される液体材料の量を調節する。したがて、残留している中子ペースト及び投入された固形材料のそれぞれに液体材料を適量噴射することができる。そのため、水分量を所定の値とすることができる。

本発明によれば、水分量を所定の値とすることが可能な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。 固形材料が投入された、混練装置の断面図である。 液体材料が投入された、混練装置の断面図である。

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、液体噴射機構５、射出ピストン６、及び制御機構１１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。中子材料は、混練空間２ａにおいて、混練される。中子材料は、図４に示す、固形材料８ａ及び液体材料８ｂである。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。図４に示す固形材料８ａは、投入口２ｂから混練空間２ａに投入される。固形材料８ａ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。固形材料８ａは、図４に示す液体材料８ｂと共に混練される。液体材料８ｂは、固形材料８ａのバインダーである。液体材料８ｂは、例えば、水ガラス及び水を含有する。

混練装置１には、図１に示すように、液体噴射機構５が設けられている。液体噴射機構５は、混練空間２ａに連通するノズル５ａ、５ｂを有する。液体噴射機構５は、液体材料８ｂを貯留する容器等に接続している。容器等に貯留されている液体材料８ｂは、ノズル５ａ、５ｂから噴射されて、混練空間２ａに投入される。

混練空間２ａに投入された固形材料８ａ及び液体材料８ｂは、混練空間２ａにおいて混練される。図１に示す中子ペースト７は、固形材料８ａ及び液体材料８ｂを混練して成るペーストである。中子ペースト７は、固形材料８ａ及び液体材料８ｂに加えて、添加剤を含有していてもよい。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。

混練装置１は、図１に示すように、制御機構１１を備えている。制御機構１１は、リニアアクチュエータ４及び液体噴射機構５を制御する。制御機構１１は、操作手段（不図示）によって制御動作の設定入力を行うことができる。詳細は後述するが、図１に示す例では、制御機構１１は、混練空間２ａにおける中子ペーストの残量を測定することができる。また、制御機構１１は、中子ペースト７の残量に応じて、ノズル５ａから噴射される液体材料８ｂの量を調節することができる。さらに、制御機構１１は、投入された固形材料８ａの量に応じて、ノズル５ｂから噴射される液体材料８ｂの量を調節することができる。

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。

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、固形材料が投入された、混練装置の断面図である。図４は、液体材料が投入された、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や固形材料８ａ、液体材料８ｂ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をキャビティに射出する際に、図１に示すように、射出口２ｃ側に位置している。射出ピストン６の位置は、混練空間２ａに残留している中子ペースト７の量に応じて変化する。制御機構１１は、射出時における射出ピストン６の位置を測定することによって、残留している中子ペースト７の量を測定することができる。

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、図２に示すように、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。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に残留している中子ペースト７は、乾燥する。すなわち、残留している中子ペースト７の水分量は、少ない。

次に、固形材料８ａを投入口２ｂから投入する。制御機構１１は、残留している中子ペースト７の量に応じて、投入する固形材料８ａの量を調節する。固形材料８ａは、図３に示すように、混練空間２ａの投入口２ｂ側に投入される。

固形材料８ａを投入した後に、液体材料８ｂを液体噴射機構５から投入する。液体噴射機構５は、ノズル５ａ、５ｂを有する。ノズル５ａ、５ｂは、液体材料８ｂを霧状に噴射することができる。ノズル５ａは、混練空間２ａの射出口側に設けられたノズルである。ノズル５ｂは、混練空間２ａの投入口側に設けられたノズルである。残留している中子ペースト７は、図３に示すように、混練空間２ａの射出口側に残留している。そこで、残留している中子ペースト７には、液体材料８ｂがノズル５ａから噴射される。一方、投入された固形材料８ａには、液体材料８ｂがノズル５ｂから噴射される。

ノズル５ａから噴射される液体材料８ｂの量は、残留している中子ペースト７の量に応じて決定される。また、ノズル５ｂから噴射される液体材料８ｂの量は、投入された固形材料８ａの量に応じて決定される。したがって、残留している中子ペースト７及び投入された固形材料８ａのそれぞれに、適量の液体材料８ｂを噴射することができる。このような構成によって、次なる中子ペーストの水分量を所定の値とすることができる。

図４に示した例では、制御機構１１を用いてノズル５ａ、５ｂから噴射される液体材料８ｂの量をいずれも決定する場合について説明した。しかしながら、ノズル５ａ、５ｂから噴射される液体材料８ｂの量は、手動で決定されてもよい。また、残留している中子ペースト７の量も、手動で測定されてもよい。

図４に示した例では２つのノズル５ａ、５ｂを有する液体噴射機構５を用いて液体材料８ｂを噴射している。そのため、単一のノズルを有する液体噴射機構を用いる場合に比較して、混練空間２ａにおいて液体材料８ｂを均一に噴射することができる。

ノズル５ａは、図４に示すように、残留している中子ペースト７の傾斜面に略垂直に液体材料８ｂを噴射することができる角度で配置されていることが好ましい。残留している中子ペースト７の傾斜面に略垂直に液体材料８ｂを噴射すると、液体材料８ｂは、残留している中子ペースト７の表面に、広く噴射される。したがって、液体材料８ｂの分布が、１箇所に集中しにくい。

また、ノズル５ｂは、図４に示すように、投入された固形材料８ａの傾斜面に略垂直に液体材料８ｂを噴射することができる角度で配置されていることが好ましい。投入された固形材料８ａの傾斜面に略垂直に液体材料８ｂを噴射すると、液体材料８ｂは、投入された固形材料８ａの表面に、広く噴射される。したがって、液体材料８ｂの分布が、１箇所に集中しにくい。

ノズル５ａ、５ｂを上記の角度で配置することによって、残留している中子ペースト７及び投入された固形材料８ａに、液体材料８ｂを広く噴射することができる。したがって、次なる中子ペーストの水分量のばらつきを、短い混練時間で抑制することができる。

図４に示す例では、液体噴射機構５が２つのノズル５ａ、５ｂを有する場合について説明した。しかしながら、液体噴射機構５が有するノズルの個数は、２以上であれば特に限定されない、液体噴射機構５は、例えば、３以上のノズルを有していてもよい。

ノズル５ａ、５ｂから噴射される液体材料８ｂの組成は同じであってもよいし、異なっていてもよい。例えば、残留している中子ペースト７の水分量に応じて、ノズル５ａから噴射される液体材料８ｂに含有される水の量を増量してもよい。

以上で説明した本実施の形態に係る発明により、水分量を所定の値とすることが可能な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
４ｃ ギアドモーター
５ 液体噴射機構
５ａ ノズル
５ｂ ノズル
６ 射出ピストン
７ 中子ペースト
８ａ 固形材料
８ｂ 液体材料
１１ 制御機構

Claims (4)

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攪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、
   固形材料と液体材料と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、前記固形材料を前記混練空間内に投入するための投入口と、
   を備える混練装置を用いた前記固形材料と前記液体材料との混練方法であって、
   前記撹拌子の回転軸が水平方向に平行な状態において、
   前記投入口から前記固形材料を投入し、
   第１ノズルから、前記混練空間における前記投入口よりも前記射出口に近い側に向けて前記液体材料を噴射し、
   第２ノズルから、前記混練空間における前記射出口よりも前記投入口に近い側に向けて前記液体材料を噴射する、
   混練方法。
2. 前記投入口からの前記固形材料の投入量に応じて、前記第２ノズルからの前記液体材料の噴射量を調節する、
   請求項１に記載の混練方法。
3. 前記中子ペーストの残留量に応じて、前記固形材料の投入量を調節する、
   請求項２に記載の混練方法。
4. 前記中子ペーストの残留量に応じて、前記第１ノズルからの前記液体材料の投入量を調節する、
   請求項１又は２に記載の混練方法。

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