JPH0824833B2 - 密閉式混合機及び該密閉式混合機に使用する非噛み合い４翼ロータ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、互いに逆方向に回転する２つの非噛み合い
型４翼ロータを収容できる形状の混合チャンバを備えた
バッチ式の強力密閉式混合機に関する。混合して均質の
マスとすべき原料のバッチは、垂直シュートを通して混
合チャンバ内に供給され、シュート内に設けられたラム
の圧力によって押し下げられる。ラムは油圧又は空気圧
によって駆動される。バッチの混合中にラムがその作動
位置まで押し下げられるとき、ラムの下面は混合チャン
バの上部を形成する。製造された均質混合物は、混合チ
ャンバの底部に設けられた排出開口部を通して混合チャ
ンバから取り出される。次いで、この排出開口部の扉が
閉じられ、原料の次のバッチをシュートを通して下方に
導入する準備が整えられる。

密封式バッチ混合機として、非噛み合いロータを備え
たもの、及び噛み合いロータを備えたものが幾つか設計
されている。噛み合いロータは、互いに同期関係をなし
て常に同一回転速度で駆動しなくてはならない。これに
対し非噛み合いロータは、同一回転速度で駆動してもよ
いし、異なる回転速度で回転させて、異なる混合及び練
り作用が得られるようにしてもよい。本発明は非噛み合
い型のロータに関する。本発明のロータの翼は全体とし
て螺旋（ヘリカル）状をなしており、以下に説明するよ
うに、これらの翼による種々の力強い動力学的協働相互
作用によって、強力な混合及び均質化効果をもたらすこ
とができる。かような非噛み合いロータを備えた密閉式
バッチ混合機については、本発明の背景情報として掲げ
る米国特許第1,200,070号、第3,610,585号及び第4,714,
350号に開示されている。

現在米国で商業的に使用されている、非噛み合いロー
タを備えたあらゆる密閉式バッチ混合機の大部分（多
分、95％以上）は、非同期的に作動されている。すなわ
ち、ロータは、「摩擦比」作動モードとも呼ばれる異な
る回転速度で駆動されている。例えば、典型的な非同期
作動により、一方のロータは、他方のロータが８回転す
るときに９回転するように、すなわち、９対８（1,125
対１）の「摩擦比」で駆動されるように構成されてい
る。

米国特許第4,714,350号には、比同期作動又は同期作
動のいずれの作動をも行うことができる性能が改善され
た新規な２翼非噛み合いロータが開示されている。従っ
てこれらの２翼ロータは、現在バッチ式混合機の圧倒的
大部分を占めている既存の非同期型密閉式バッチ混合機
に組み込んで改造し、同期型バッチ混合機として使用す
ることもできる。

米国特許第4,744,668号には、現在多数使用されてい
る非同期型バッチ混合機又は同期型バッチ混合機の両方
に使用できる高性能の新規な４翼及び３翼ロータが開示
されている。

特別なロータを好ましい位相角度関係に配向してお
き、これらを同期的に駆動することにより最適すなわち
好ましい結果が得られることが、米国特許4,714,350号
及び本願の両方において確認されている。米国特許第4,
714,350号には、好ましい位相角度関係は約180゜である
と特定されている。更には実験及び試験を行った結果、
180゜の位相角度で同期作動させることは、非噛み合い
型密閉式バッチ混合機にとっては最適な方法であること
が確認されており、本発明の新規なロータは、180゜の
最適位相角度で同期的に駆動される密閉式バッチ混合機
でゴム又はプラスチックを混合する場合に最適結果が得
られるものと考えられている。現在商業的に使用されて
いる密閉式バッチ混合機の圧倒的多数が非同期的に駆動
されるものであるという事実から、かような混合機を本
発明のロータを用いて同期作動するように改造すること
は、多くの場合に価値あるものとなるであろう。

従って本発明の目的は、密閉式バッチ混合機において
最適位相関係をなして同期駆動されるように構成された
最適の非噛み合い４翼ロータを提供することになる。こ
の最適位相関係とは、後で詳述するように、180゜の位
相角度である。

本発明の利点として、ロータが個々にバランスされる
という事実がある。このため、密閉式バッチ混合機の振
動を、全混合サイクルを通じて最小限にすることができ
る。

最適化されたこれらのロータの他の利点は、混合され
る材料に生じる、混合機の軸線方向に沿う平均剪断歪み
割合が各ロータについて等しくかつ両ロータについて等
しいことである。このように、各ロータの軸線方向長さ
に沿って、混合すべき材料に生じる平均剪断歪みを同一
にすることにより、混合チャンバの各キャビティ内で材
料に均一な剪断作用を作用することができかつ効率の良
い混合を行うことが可能になる。

本発明による最適化された４翼ロータにおいては、各
ロータに２つの長翼と２つの短翼とが設けられている。
第１長翼及び第１短翼は各ロータの第１端部が始端部に
なっており、第２長翼及び第２短翼は各ロータの第２端
部が始端部になっている。ねじれ角（helix angle）Ａ
は両ロータの全ての翼について同一である。このねじれ
角Ａは、約10〜50゜の範囲の値を有している。

全ての長翼についてその軸線方向長さl₁は同一であ
る。また、全ての短翼についてその軸線方向長さl₂は同
一である。

各ロータは、短翼の終端部と、回転方向に対して次に
連続する長翼（この長翼は、短翼の始端がある側とは反
対側のロータ端部に始端を有している）の終端部との間
において移行領域開口部を備えている。従って、各ロー
タには２つの移行領域開口部が存在し、４つの全ての移
行領域開口部は同一、すなわち、Q₁＝Q₂＝Q₃＝Q₄であ
る。

全ての長翼について軸線方向及び回転方向の力は同一
である。また、全ての短翼についても軸線方向及び回転
方向の力は同一である。各ロータの軸線方向の力はバラ
ンスしており、また、両ロータの回転方向及び軸線方向
の力もバランスしている。

本発明の上記及び他の特徴、目的及び利点は、本発明
の好ましい実施例を示す添付図面を参照して、従来技術
による或る典型的なロータ構造と対比しつつ説明する以
下の詳細な説明により、一層完全に理解できるであろ
う。

第１図には、バッチ型の強力密閉式混合機の全体が番
号20で示されている。この密閉式混合機20は、本発明を
具現化する１対の非噛み合いロータ21、22と、垂直方向
に往復運動できるラム24とを有しており、該ラム24は、
第１図に実線で示す上昇位置と、破線で示す下降した作
動位置24′との間で移動できるようになっている。この
ラム24は、混合すべき原料（ingredients）を混合チャ
ンバ26内に押込むのに使用される。矢印23、25で示すよ
うに、２つのロータ21、２が互いに平行に間隔を隔てた
水平軸線の回りで反対方向に回転するとき、これらのロ
ータに設けられた後述の翼により完全かつ強力に混合さ
れる、混合チャンバ26内の材料に作用する力は、ラムが
その作動位置24′にあるとき、該ラムに作用する。第１
図で見て左側のロータ21は時計回り方向に回転し、右側
のロータ22は反時計回り方向に回転する。混合チャンバ
26は、これらの２つのロータを収容できる形状を有して
おり、かつ全体として円筒状をなしている左側及び右側
のチャンバキャビティ27、28を有している。これらのチ
ャンバキャビティ27、28は、互いに連通して水平方向に
向かい合った関係をなして配置されている。混合チャン
バ26の中央領域29が、２つのロータ21、22の間に配置さ
れている。

混合すべき原料は、最初にホッパ30に導入され（この
とき、ラム24は上昇位置にある）、次いで、ホッパ30と
連通しているシュート32内に入り、混合チャンバ26の中
央領域29内に導かれる。次いでラム24を下降することに
より、原料が混合チャンバ26内に押し込まれ、混合チャ
ンバ26内に閉じ込められる。ラム24は、混合チャンバ26
の全体的ハウジング35の頂部に取り付けられた流体作動
型駆動シリンダ34によって作動される。流体シリンダ34
（該流体シリンダは、油圧又は空気圧により駆動され
る）は複動ピストン36を有しており、該複動ピストン36
は、ラム24を昇降させるべくラム24に連結されたピスト
ンロッド38を備えている。ラム24は、流体シリンダ34の
下端部39の下方でピストンロッド38の下端部に固定され
ている。所望の圧力に加圧された作動流体が、供給ライ
ン40を介して流体シリンダ34の上部に供給され、これに
より、ピストン36が下降した作動位置24′に押し下げら
れる。混合作業が完了した後には、供給ライン（第１図
には示されていない）を介してピストン36の下から流体
シリンダ34内に作動流体を供給することにより、ラム24
がその上昇位置まで後退される。

混合されて均質化された材料は、排出開口部を通して
混合チャンバ26の底部から排出される。通常、排出開口
部は扉42により閉鎖されており、扉42は、混合作業中は
ロック機構44により閉鎖位置に保持される。扉42は、例
えは、ヒンジ軸46の両端に取り付けられた１対の流体ト
ルクモータ（図示せず）によって揺動される。

第２図は、第１図の２−２線に沿って断面した、混合
機すなわち混合機構20の平面図である。ロータ21、22
は、駆動モータ50によって駆動されるギア機構48によ
り、互いに反対方向に回転される。このギア機構48は同
一の噛み合いギアを備えていて、両ロータ21、22を同一
速度すなわち同期速度で回転できるようになっている。
駆動モータ50は慣用的なモータでよいが、好ましくは、
混合チャンバ26内で混合すべき特定の原料の種類、該原
料の温度及び粘性状態、及びロータにより付与すべき所
望の混合能力等に基づいて、ロータの回転速度を変化で
きる速度制御手段を備えたものが良い。

各ロータの各端部に直接隣接した箇所には、混合チャ
ンバ26を密封するための慣用的なシーリングカラー54
（第２図）が配置されている。第３図に示すように、そ
れぞれのカラー54に隣接するロータの端部は、しばしば
「カラー端部」57、58と呼ばれている。

このような強力密閉式バッチ混合機20の構造に関する
更に詳細な情報は、米国特許第3,610,585号に示されて
いる。

第３図には左側ロータ21及び右側ロータ22が示されて
おり、各ロータは、それぞれのカラー端部57、58の間で
測定した長さ「Ｌ」を有している。駆動シャフト55又は
56に連結された側のカラー端部57はロータの「被駆動側
端部」と呼ばれ、他方のカラー端部58は「クーラント側
端部」又は「ウォータ側端部」と呼ばれる。ロータには
クーラント通路が設けてあり、これらのクーラント通路
には、駆動シャフト55、56とは反対側の端部からクーラ
ント（通常は水である）が供給される。各ロータは、直
径「Ｄ」の包絡面（envelope）を描く。従って、第４図
に示すように、各ロータの包絡面の展開した長さは、
「πＤ」となる。

ロータ21、22は、両カラー端部から始端している２つ
の長翼61、62を有している。本願における「…から始端
する」なる用語又はこれと同類の用語は、それぞれの螺
旋状の翼（翼先）61、62、63、64のリーディング側端部
が指定されたカラー端部に配置されていることを意味す
るものである。ロータの軸線が番号60で示してあり、ロ
ータの展開された包絡面の角度位置０゜、90゜、180
゜、270゜及び360゜は、ロータの軸線60の回りでの角度
位置である。０゜又は360゜の角度位置は、第３図及び
第４図に関して説明する便宜上規定したものであり、こ
の角度位置は、ロータ間の中央領域29に隣接するロータ
の包絡面の位置、すなわち２つのロータの軸線60を含む
水平面上に位置している。

第４図に示すように、ロータの長翼（長翼先）61、62
は、互いに180゜隔てた角度位置から始端しており、こ
れらの２つの長翼のねじれ角Ａは同一であって、10゜〜
50゜の角度範囲内にある。一方、短翼（短翼先）63、64
は、135゜と315゜の角度位置から始端している。すなわ
ち、短翼63、64は、ロータの同じ側の端部から始端して
いる長翼61、62から135゜の角度位置だけ遅れた位置か
ら始端している。用語「ねじれ角（helix angle）」
は、ロータの軸線60に関する翼（長翼及び短翼）の傾斜
を意味し、より正確には、ロータの軸線を含みかつ翼と
交差する平面に関する翼の傾斜を意味するものである。
２つの長翼61、62の軸線方向長さl₁は同一であり、２つ
の短翼63、64の軸線方向長さl₂も同一である。これらの
軸線方向長さl₁とl₂との和は、ロータの軸線方向長さ
「Ｌ」にほぼ等しい。従って、第１短翼63の終端部は、
第２長翼62の終端部とほぼ同じ軸線方向位置に位置して
いる。換言すれば、右側のロータ22については円周方向
の矢印Q₁で示し、左側のロータ21については円周方向の
矢印Q₄で示すように、第１短翼63の終端部は、第２長翼
62の終端部に対して円周方向に整合した位置にある。同
様に第２短翼64の終端部も、第１長翼61の終端部とほぼ
同じ軸線方向位置にある。従って、右側のロータ22につ
いては円周方向の矢印Q₂で示し、左側のロータ21につい
ては円周方向の矢印Q₃で示すように、第２短翼64の終端
部は、第１長翼61の終端部に対して円周方向に整合した
位置にある。

これらの、互いにロータの反対側の端部から始端して
いる短翼及び長翼の終端部同士の円周方向の間隔Q₁、
Q₂、Q₃及びQ₄は全て同一である。これらの等しい間隔
Q₁、Q₂、Q₃及びQ₄は、新規な移行領域開口部71、72、73
及び74を形成する。これらの移行領域開口部71、72、73
及び74も同一の大きさを有していて、混合すべき材料
が、それぞれの移行領域開口部を自由にかつ対称的に流
動することを可能にしている。

移行領域開口部71（Q₁）は、クーラント側端部58か
ら、ロータ長さＬの15〜30％の範囲内の位置に配置され
ている。同様に、他の移行領域開口部72（Q₂）も被駆動
側端部57から、ロータ長さＬの15〜30％の範囲内の位置
（すなわち、クーラント側端部58から、ロータ長さの85
〜70％の位置）に配置されている。他方のロータに関し
ても、移行領域開口部73（Q₃）及び74（Q₄）は、クーラ
ント側端部58から、ロータ長さの、それぞれ15〜30％及
び85〜70％の間の位置に配置されている。各ロータの長
翼の軸線方向長さは、0.70L〜0.85Lの範囲内にある。

第４図に示すように、２つのロータ21、22は、互いに
180゜の一定位相関係で配向された状態を保ち、矢印2
3、25で示す方向に同期駆動される。この180゜の位相関
係を説明するにあたり、右側ロータ22の180゜の位置
は、左側ロータ21の０゜位置と鏡像関係をなしているこ
とに注目すべきである。従って、右側ロータ22は、左側
ロータ21に対し、位相が180゜隔てて配向されており、
両ロータ21、22は、互いに180゜の位相関係をなしてい
るといえる。

次に、第５図の図式説明図に基づいて説明する。この
解析は、同期回転する２つのロータ間の相互作用を無視
した前提に立つものである。混合すべき材料に作用する
軸線方向の力F_1A及び回転方向の力F_1Rは、全ての長翼に
ついて同一であることに注目されたい。また、全ての短
翼について、軸線方向の力F_2A及び回転方向の力F_2Rは同
一である。従って、左側ロータ21の翼（短翼及び長翼）
についての軸線方向の力の和F_Aは、 F_A＝F_1A−F_1A＋F_2A−F_2A＝０ −（１） となり、これは、左側ロータについての軸線方向の力が
バランスしていることを意味するものである。

左側ロータ21の翼の回転方向の力の和F_Rは、 F_R＝2F_1R＋2F_2R −（２） となる。

同様に、右側ロータ22の翼についての軸線方向の力の
和F_Aは、 F_A＝F_1A−F_1A＋F_2A−F_2A＝０ −（３） となり、これは、右側ロータについての軸線方向の力が
バランスしていることを示すものである。

右側ロータ22の翼の回転方向の力の和F_Rは、 F_R＝−2F_1R−2F_2R −（４） となる。

従って、両ロータ21、22についての軸線方向の力和F_A
は、 F_A＝０＋０＝０ −（５） となり、これは、両ロータについて軸線方向の力がバラ
ンスしていることを示している。このように、各ロータ
について軸線方向の力が個々にバランスしていると同時
に両ロータについても軸線方向の力がバランスしている
ため、混合サイクル中に混合機に生じる振動及び応力を
最小限にすることができる。

両ロータについての回転方向の力の和F_Rは、 F_R＝2F_1R＋2F_2R−2F_1R−2F_2R＝０ −（６） となり、これは、両ロータついて回転方向の力が混合チ
ャンバ内でバランスしていて、混合サイクル中に混合機
20を円滑に運転できることを示している。

第6B図の表は、各翼のねじれ角が同一ではなく、かつ
角ロータの移行領域開口部が等しくない従来技術のロー
タについての表であるが、この表は、混合される材料に
生じる平均剪断歪み割合が、個々のロータの種々の部分
に沿って異なっていることを示している。

第6C図の表は、各翼の全てのねじれ角が同一であり、
かつ各ロータの全ての移行領域開口部Ｑが等しい本発明
の最適化されたロータについての表であるが、この表
は、混合される材料に生じる平均剪断歪み割合が、個々
のロータの種々の部分に沿って均一であることを示して
いる。

第7A図、第7B図、第7C図、第7D図及び第7D図に示す横
断面（これらの横断面は、それぞれロータのＥ−Ｅ部
分、Ｄ−Ｄ部分、Ｃ−Ｃ部分、Ｂ−Ｂ部分及びＡ−Ａ部
分の断面である）は、本発明の両ロータの新規な形状を
示すものである。ロータの内部でそれぞれの翼の近くに
は通路76が配置されている。これらの通路76は、液体ク
ーラント（通常は水）を循環させるためのものである。
これらのクーラント通路76はその横断面が弧状になって
いて、ロータの作業面とクーラント通路76との間に実質
的に均一なロータ壁を確保できるように構成されてい
る。また、これらの弧状のクーラント通路76は、個々の
クーラント通路76が関連する隣接翼から、ロータの回転
方向にオフセットして配置されている。このようにオフ
セットさせた理由は、各翼のトレーリング側表面に比
べ、リーディング側表面が、混合すべき材料に対して大
部分の仕事をするからである。

Ｄ−Ｄ部分は、それぞれのロータの被駆動側端部57か
ら、ロータの軸線方向長さＬの15〜30％の間にある軸線
方向位置の部分である。同様に、Ｂ−Ｂ部分は、それぞ
れのロータのクーラント側端部58から、ロータの軸線方
向長さＬの15〜30％の間にある軸線方向位置の部分であ
る。従ってこれらのＤ−Ｄ部分及びＢ−Ｂ部分は、それ
ぞれ、Q₂、Q₄及びQ₁、Q₃の４つの同一の移行領域開口部
を備えている。

第４図に示すように、それぞれの短翼は、該短翼が始
端している側とは反対側のロータ端部から始端している
それぞれの長翼の終端部に対して円周方向にほぼ整合し
ており、従って、４つの同一の移行領域開口部Q₁、Q₂、
Q₃及びQ₄が形成される。従って、これらの４つの同一の
移行領域開口部を備えた２つのＤ−Ｄ部分及び２つのＢ
−Ｂ部分においては、丸い頂部をもつ３ローブ型（thre
e−lobed）の全体として正三角形状の横断面形状を有し
ている。丸い３つの各頂部のリーディング側の面は、ト
レーリング側の面よりも丸くなっている。すなわち、リ
ーディング側の面を形成する曲率半径は、トレーリング
側の面を形成する曲率半径よりも平均的に小さくなって
いる。

第7B図及び第7D図に示す位置においては、右側ロータ
22の移行領域開口部Q₂は、左側ロータ21の長翼61に対面
しており、左側ロータ21の移行領域開口部Q₃は、右側ロ
ータ22の長翼61に対面している。同時に、移行領域開口
部Q₁及びQ₄は、それぞれ右側及び左側のチャンバキャビ
ティ28及び27（第１図）に対面している。

第８図のロータの展開図は、２つのロータのそれぞれ
の翼により練られかつ混合される材料のローリングバン
クの斜め方向に対称な流れパターンを示すものである。
各ロータ21、22に沿って、第１長翼61に沿って転がりか
つ流動する材料84のバンクは、第２長翼62に沿って転が
りかつ流動する材料85の斜めに反対方向のバンクと対称
的にバランスしている。同様に、第１短翼63に沿って転
がりかつ流動する材料86のバンクは、第２短翼64に沿っ
て転がりかつ流動する材料87の斜めに反対方向のバンク
と対称的にバランスしている。同一の移行領域開口部7
1、72、73及び74（それぞれ、Q₁、Q₂、Q₃及びQ₄）が設
けられているため、この斜め方向に対称的な流れ作用を
容易に生じさせることができ、この斜め方向に対称的な
流れ作用により、２つのロータが数回相対回転する比較
的短時間内に、均一な混合を達成することができる。

第10図は、天然ゴム配合物をワンステップ混合した場
合の引っ張り試験結果についての３つのプロットを示す
ものである。第１のプロット81は、各ロータの一端に始
端する２つの翼のねじれ角A₂が、他端に始端する２つの
翼のねじれ角A₁よりも８゜だけ大きく構成された２つの
４翼ロータ（第9A図）を用いて混合したときの、バッチ
重量が異なる５種類の配合物についての引っ張り試験結
果を結んだ曲線である。

第２のプロット82は、各ロータの一端に始端する２つ
の翼のねじれ角A₂が、他端に始端する２つの翼のねじれ
角A₁よりも４゜だけ大きく構成された２つの４翼ロータ
（第9B図）を用いて混合したときの、バッチ重量が異な
る５種類の天然ゴム配合物についての引っ張り試験結果
を結んだ曲線である。この曲線82は、曲線81よりもかな
り上方に位置しており、特に中間のバッチ重量をもつ混
合サンプルの場合に顕著である。

第３のプロットは、本発明による、最適にバランスし
た等しいねじれ角をもつロータを用いたときに期待され
る試験結果を推定したものである。

本発明の好ましい構成において、各ロータ21、22の４
つの翼のねじれ角「Ａ」は、約23〜35゜の範囲内にあ
り、最適なねじれ角「Ａ」の範囲は約27〜31゜である。

以上、本発明の好ましい実施例について詳細に説明し
たが、本発明の精神及び範囲から逸脱することなくし
て、２つのロータについて種々の修正及び変更を施し得
ることは理解されよう。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明を具現化した非噛み合いロータを備え
た密閉式バッチ混合機の一部を断面した側面図である。 第２図は、第１図の２−２線に沿って断面した拡大部分
平面図である。 第３図は、本発明を具現化した２つの４翼ロータを示す
拡大平面図である。 第４図は、第３図の２つの４翼ロータの展開図であっ
て、４つの螺旋翼が展開された状態を示し、ロータの包
絡面を展開したとき、螺旋翼は直線状で斜めに傾斜した
状態に表される。 第５図は、第３図及び第４図と同様な概略図であり、各
ロータがバランスしているときの軸線方向の力及び回転
方向の力を説明しかつ示すものである。 第6A図は、本発明による２つの４翼ロータを示す第３図
と同様な拡大平面図であり、ねじれ角が「Ａ」で、移行
領域開口部が「Ｑ」で示されている。 第6B図は、ねじれ角が同一でなくかつ移行領域開口部も
同一でない従来技術のロータで混合される材料に生じる
平均剪断歪み割合を示す表である。 第6C図は、全てのねじれ角が同一でかつ４つの移行領域
開口部「Ｑ」も同一である本発明のロータで混合される
材料に生じる平均剪断歪み割合を示す表である。 第７図は、本発明の２つのロータを示す第6A図と同様な
拡大平面図である。 第7A図、第7B図、第7C図、第7D図及び第7E図は、第７図
のそれぞれＥ−Ｅ平面、Ｄ−Ｄ平面、Ｃ−Ｃ平面、Ｂ−
Ｂ平面及びＡ−Ａ平面に沿うロータ軸線に垂直な横断面
を示すものである。 第８図は、第３図、第５図、第6A図及び第７図の２つの
ロータの包絡面の展開図であり、ロータ翼により混合さ
れるときの材料のローリングバンクにおける斜め方向に
対称な流れパターンを示すものである。 第9A図、第9B図及び第9C図は、１対のロータを示す３つ
の平面図であり、第9C図は、本発明による１対のロータ
を示し、第9B図は、ロータの一端に始端をもつ長翼及び
短翼のねじれ角と、他端に始端をもつ長翼及び短翼のね
じれ角とが４゜だけ異なっている点を除いて第9C図の本
発明によるロータと同様な１対のロータを示し、第9A図
は、ロータの一端に始端をもつ長翼及び短翼のねじれ角
と、他端に始端をもつ長翼及び短翼のねじれ角とが８゜
だけ異なっている点を除いて第9C図の本発明によるロー
タと同様な１対のロータを示すものである。 第10図は、第9A図及び第9B図のロータの試験結果、及び
第9C図のロータの見込み試験結果をプロットしたもので
ある。 20……密閉式バッチ混合機、 21、22……非噛み合いロータ、 24……ラム、26……混合チャンバ、 28……チャンバキャビティ、 29……中央領域、 57……カラー端部（被駆動側端部）、 58……カラー端部（クーラント側端部）、 61、62……長翼、63、64……短翼、 Ａ、A₁、A₂……ねじれ角、 Ｑ、Q₁、Q₂、Q₃、Q₄……移行領域開口部。

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１及び第２の非噛み合い４翼ロータ（2
   1、22）であって、各ロータが長さ「Ｌ」を有してお
   り、同期駆動手段（48、50）を備えた密閉式バッチ混合
   機（20）において両ロータ間に180゜の一定位相関係を
   なして同期回転するように最適化されており、前記第１
   及び第２の各ロータ（21、22）が、第１及び第２の長翼
   （61、62）と第１及び第２の短翼（63、64）とからなる
   全体として螺旋状をなす４つの翼（61、62、63、64）を
   備えている、第１及び第２の最適化された非噛み合いロ
   ータ（21、22）において、 前記各ロータ（21、22）の第１長翼（61）は、ロータ
   （21、22）の第１端（ロータ21については57、ロータ22
   については58）において、ロータ軸線（60）に対して約
   ０゜の角度位置で始端しており、かつロータ軸線（60）
   に対して約10゜〜約50゜の範囲内のねじれ角「Ａ」で配
   向された翼先を有しており、 前記各ロータ（21、22）の第２長翼（62）は、ロータ
   （21、22）の第２端（ロータ21については58、ロータ22
   については57）において、ロータ軸線（60）に対して約
   180゜の角度位置で始端しており、また該第２端から前
   記第１長翼（61）と同じ周回り方向に延び、かつロータ
   軸線（60）に対して前記第１長翼（61）のねじれ角
   「Ａ」に等しいねじれ角で配向されておりかつ前記第１
   長翼（61）と同じ軸線方向長さを有している翼先を有し
   ており、 前記各ロータ（21、22）の第１短翼（63）は、ロータ
   （21、22）の第１端（ロータ21については57、ロータ22
   については58）において、ロータ軸線（60）に対して約
   130゜〜約140゜の範囲内の角度位置で始端しており、か
   つロータ軸線（60）に対して前記ねじれ角「Ａ」に等し
   いねじれ角で配向された翼先を有しており、 前記各ロータ（21、22）の第２短翼（64）は、ロータ
   （21、22）の第２端（ロータ21については58、ロータ22
   については57）において、ロータ軸線（60）に対して約
   310゜〜約320゜の範囲内の角度位置で始端しており、ま
   た該第２端から前記第１短翼（63）と同じ周回り方向に
   延びかつロータ軸線（60）に対して前記ねじれ角「Ａ」
   に等しいねじれ角で配向されておりかつ前記第１短翼
   （63）と同じ軸線方向長さを有している翼先を有してお
   り、 前記第１及び第２のロータ（21、22）は、第１ロータ
   （21）の前記第１端（57）から、また第２ロータ（22）
   の前記第２端（57）からロータ長さ「Ｌ」の15％〜30％
   の間にある第１軸線方向位置において、丸い頂部を備え
   た全体として略正三角形状の３ローブ型の断面形状（Ｄ
   −Ｄ断面）を有しており、前記３つの丸い頂部の各々の
   リーディング側の面は、トレーリング側の面よりも丸く
   なっており、 前記第１及び第２のロータ（21、22）は第１ロータ（2
   1）の前記第２端（58）から、また前記第２ロータ（2
   2）の前記第１端（58）からロータ長さ「Ｌ」の15％〜3
   0％の間にありかつ前記第１ロータ（21）の前記第１端
   （57）から、また前記第２ロータ（22）の第２端（57）
   からの前記第１軸線方向位置と同じ距離だけ前記第１ロ
   ータ（21）の前記第２端（58）から、また前記第２ロー
   タ（22）の前記第１端（58）から隔てた位置にある第２
   軸線方向位置において、丸い頂部を備えた全体として略
   正三角形状の３ローブ型の断面形状（Ｂ−Ｂ断面）を有
   しており、前記３つの丸い頂部の各々のリーディング側
   の面は、トレーリング側の面よりも丸くなっており、 前記第１ロータ（21）の前記第１端（57）は、該第１端
   （57）が前記第２ロータ（22）の前記第２端（57）と向
   かい合う側に配置されるようにして、前記密閉式バッチ
   混合機（20）内に配向されていることを特徴とする第１
   及び第２の非噛み合い４翼ロータ。
2. 【請求項２】前記各ロータ（21、22）の前記第１短翼
   （63）が、前記第２長翼（62）の終端部に対してほぼ円
   周方向に整合している終端部に終端していて、各ロータ
   （21、22）において、同サイズの大きな第１移行領域開
   口部（Q₁、Q₄）を形成しており、 前記各ロータ（21、22）の前記第２短翼（64）が、前記
   第１長翼（61）の終端部に対してほぼ円周方向に整合し
   ている終端部に終端していて、各ロータ（21、22）にお
   いて、前記第１移行領域開口部（Q₁、Q₄）と同サイズで
   ありかつ互いに同サイズの大きな第２移行領域開口部
   （Q₂、Q₃）を形成しており、 前記大きな移行領域開口部（Q₁、Q₂、Q₃、Q₄）が、それ
   ぞれの前記３ローブ型断面形状に隣接していることを特
   徴とする請求項１に記載の非噛み合い４翼ロータ。
3. 【請求項３】前記各ロータ（21、22）の４つの全ての翼
   の前記ねじれ角「Ａ」が、約23゜〜約35゜の範囲内にあ
   ることを特徴とする請求項１に記載の非噛み合い４翼ロ
   ータ。
4. 【請求項４】前記各ロータ（21、22）の４つの全ての翼
   の前記ねじれ角「Ａ」が、約23゜〜約35゜の範囲内にあ
   ることを特徴とする請求項２に記載の非噛み合い４翼ロ
   ータ。
5. 【請求項５】前記各ロータ（21、22）の前記第１及び第
   ２の長翼（61、62）が、互いに等しい軸線方向長さを有
   しており、これらの長翼の軸線方向長さが、0.70L〜0.8
   5L（「Ｌ」は、ロータの軸線方向長さ）の範囲内にある
   ことを特徴とする請求項１に記載の非噛み合い４翼ロー
   タ。
6. 【請求項６】前記各ロータ（21、22）の前記第１及び第
   ２の長翼（61、62）が、互いに等しい軸線方向長さを有
   しており、これらの長翼の軸線方向長さが、0.70L〜0.8
   5L（「Ｌ」は、ロータの軸線方向長さ）の範囲内にある
   ことを特徴とする請求項２に記載の非噛み合い４翼ロー
   タ。
7. 【請求項７】前記各ロータ（21、22）の４つの全ての翼
   の前記ねじれ角「Ａ」が、約27゜〜約31゜の範囲内にあ
   ることを特徴とする請求項３に記載の非噛み合い４翼ロ
   ータ。
8. 【請求項８】前記各ロータ（21、22）の４つの全ての翼
   の前記ねじれ角「Ａ」が、約27゜〜約31゜の範囲内にあ
   ることを特徴とする請求項４に記載の非噛み合い４翼ロ
   ータ。
9. 【請求項９】第１及び第２の非噛み合い４翼ロータ（2
   1、22）であって、同期駆動手段（48、50）を備えた密
   閉式バッチ混合機（20）において両ロータ間に180゜の
   一定位相関係をなして同期回転するように最適化されて
   おり、前記第１及び第２の各ロータ（21、22）が、第１
   及び第２の長翼（61、62）と第１及び第２の短翼（63、
   64）とからなる全体として螺旋状をなす４つの翼（61、
   62、63、64）を備えている、第１及び第２の最適化され
   た非噛み合いロータ（21、22）において、 前記各ロータ（21、22）の第１長翼（61）は、ロータ
   （21、22）の第１端（ロータ21については57、ロータ22
   については58）において、ロータ軸線（60）に対して約
   ０゜の角度位置で始端しており、かつロータ軸線（60）
   に対して約10゜〜約50゜の範囲内のねじれ角「Ａ」で配
   向された翼先を有しており、 前記各ロータ（21、22）の第２長翼（62）は、ロータ
   （21、22）の第２端（ロータ21については58、ロータ22
   については57）において、ロータ軸線（60）に対して約
   180゜の角度位置で始端しており、また該第２端から前
   記第１長翼（61）と同じ周回り方向に延びかつロータ軸
   線（60）に対して前記第１長翼（61）のねじれ角「Ａ」
   に等しいねじれ角で配向されておりかつ前記第１長翼
   （61）と同じ軸線方向長さを有している翼先を有してお
   り、 前記各ロータ（21、22）の第１短翼（63）は、ロータ
   （21、22）の第１端（ロータ21については57、ロータ22
   については58）において、ロータ軸線（60）に対して約
   135゜の角度位置で始端しており、かつロータ軸線（6
   0）に対して前記ねじれ角「Ａ」に等しいねじれ角で配
   向された翼先を有しており、 前記各ロータ（21、22）の第２短翼（64）は、ロータ
   （21、22）の第２端（ロータ21については58、ロータ22
   については57）において、ロータ軸線（60）に対して約
   315゜の角度位置で始端しており、また該第２端から前
   記第１短翼（63）と同じ周回り方向に延びかつロータ軸
   線（60）に対して前記ねじれ角「Ａ」に等しいねじれ角
   で配向されておりかつ前記第１短翼（63）と同じ軸線方
   向長さを有している翼先を有しており、 前記各ロータ（21、22）の前記第１短翼（63）は、ロー
   タ（21、22）の前記第１端（ロータ21については57、ロ
   ータ22については58）からロータ長さ「Ｌ」の15％〜30
   ％の間にある軸線方向位置において終端しており、 前記各ロータ（21、22）の前記第２長翼（62）は、ロー
   タ（21、22）の前記第１端（ロータ21については57、ロ
   ータ22については58）からロータ長さ「Ｌ」の15％〜30
   ％の間にある軸線方向位置に終端しており、前記第２長
   翼（62）の前記終端部は、前記第１短翼（63）が終端し
   ている軸線方向位置に対してほぼ円周方向に整合してい
   て第１移行領域開口部（Q₁）を形成しており、 該第１移行領域開口部（Q₁）は、両ロータについて同一
   であり、 前記各ロータ（21、22）の前記第２短翼（64）は、ロー
   タ（21、22）の前記第２端（ロータ21については58、ロ
   ータ22については57）からロータ長さ「Ｌ」の15％〜30
   ％の間の軸線方向位置に終端しており、 前記各ロータ（21、22）の前記第１長翼（61）は、ロー
   タ（21、22）の前記第２端（ロータ21については58、ロ
   ータ22については57）からロータ長さ「Ｌ」の15％〜30
   ％の間にある軸線方向位置に終端しており、前記第１長
   翼（61）の前記終端部は、前記第２短翼（64）が終端し
   ている軸線方向位置に対してほぼ円周方向に整合してい
   て第２移行領域開口部（Q₂）を形成しており、 該第２の移行領域開口部（Q₂）は、両ロータについて同
   一でありかつ前記第１移行領域開口部（Q₁）と同一であ
   り、 前記第１ロータ（21）の前記第１端（57）は、該第１端
   （57）が前記第２ロータ（22）の前記第２端（57）と向
   かい合う側に配置されるようにして、前記密閉式バッチ
   混合機（20）内に配向されていることを特徴とする第１
   及び第２の非噛み合い４翼ロータ。
10. 【請求項１０】キャビティ（27、28）を備えた混合チャ
    ンバ（26）を形成するハウジング手段を有する密閉式混
    合機（20）であって、前記ハウジング手段が、平行な軸
    線（60）上に配置された互いに反対方向に回転する第１
    及び第２の非噛み合い翼型ロータ（21、22）を前記それ
    ぞれのキャビティ（27、28）内に収容できる形状を有し
    ており、前記キャビティ（27、28）が、前記両ロータ
    （21、22）の間に配置された混合チャンバ（26）の中央
    領域（29）と連通しており、前記混合チャンバ（26）が
    入口（32）及び出口（42）を備えており、前記密閉式混
    合機（20）が前記両ロータ（21、22）をそれぞれの軸線
    （60）の回りで互いに反対方向に回転させるための駆動
    手段（48、50）を備えており、前記第１及び第２のロー
    タ（21、22）の各々が、被駆動側端部（57）と、クーラ
    ント側端部（58）と、第１及び第２の長翼（61、62）及
    び第１及び第２の短翼（63、64）からなる全体として螺
    旋状をなす翼先を備えた４つの翼（61、62、63、64）と
    を有している密閉式混合機（20）において、 前記各ロータ（21、22）の第１長翼（61）は、ロータ
    （21、22）の第１端（ロータ21については57、ロータ22
    については58）において、ロータ軸線（60）に対して０
    ゜の角度位置で始端しており、かつロータ軸線（60）に
    対して約10゜〜約50゜の範囲内の第１ねじれ角「Ａ」で
    配向された翼先を有しており、前記第２長翼（62）は、
    ロータ（21、22）の第２端（ロータ21については58、ロ
    ータ22については57）において、ロータ軸線（60）に対
    して約180゜の角度位置で始端しており、また該第２端
    から前記第１長翼（61）と同じ周回り方向に延びかつロ
    ータ軸線（60）に対して前記第１ねじれ角に等しい第２
    ねじれ角「Ａ」で配向されており、前記第１短翼（63）
    は、前記第１長翼（61）が始端している側と同じ側のロ
    ータ（21、22）の端（ロータ21については57、ロータ22
    については58）において始端しており、該第１短翼（6
    3）は、ロータ（21、22）の前記第１端（ロータ21につ
    いては57、ロータ22については58）において、ロータ軸
    線（60）に対して約135゜の角度位置で始端しており、
    かつロータ軸線（60）に対して前記第１及び第２のねじ
    れ角に等しい第３のねじれ角「Ａ」で配向された翼先を
    有しており、前記第２短翼（64）は、該第２長翼（62）
    が始端している側と同じ側のロータ（21、22）の端（ロ
    ータ21については58、ロータ22については57）において
    始端しており、該第２短翼（64）は、ロータ（21、22）
    の前記第２端（ロータ21については58、ロータ22につい
    ては57）において、ロータ軸線（60）に対して約315゜
    の角度位置で始端しており、また該第２端から前記第１
    短翼（63）と同じ周回り方向に延びかつロータ軸線（6
    0）に対して前記第１、第２及び第３のねじれ角に等し
    い第４のねじれ角「Ａ」で配向された翼先を有してお
    り、前記各翼は、前記ロータ（21、22）のいずれか一方
    の端（57、58）から軸線方向に間隔を隔てた位置に終端
    しており、前記各ロータ（21、22）上での前記第１短翼
    （63）の終端部は、前記各ロータ（21、22）上での前記
    第２長翼（62）の終端部から、両ロータ（21、22）につ
    いて同一の第１移行領域開口部「Ｑ」だけ円周方向に間
    隔を隔てた位置にあり、前記各ロータ（21、22）上での
    前記第２短翼（64）の終端部は、前記各ロータ（21、2
    2）上での前記第１長翼（61）の終端部から、両ロータ
    （21、22）について同一の第２移行領域開口部「Ｑ」だ
    け円周方向に間隔を隔てた位置にあり、前記第１ロータ
    （21）の前記第１端（57）は、前記駆動手段（48、50）
    により駆動される被駆動側端部であり、前記第２ロータ
    （22）の前記第２端（57）は、前記駆動手段（48、50）
    により駆動される被駆動側端部であり、前記駆動手段
    （48、50）は、前記両ロータ（21、22）を互いに180゜
    の位相関係に配向した状態でそれぞれの軸線（60）の回
    りで同期的に回転させることを特徴とする密閉式混合
    機。
11. 【請求項１１】弧状の断面形状を有するクーラント通路
    （76）が、ロータ（21、22）内でそれぞれの翼先近くに
    配置されており、 前記クーラント通路（76）が、近接する翼のそれぞれの
    表面からほぼ均一な間隔を隔てて配置されていて、それ
    ぞれのクーラント通路（76）と近接するロータ翼との間
    に実質的に均一なロータ壁を形成していることを特徴と
    する請求項１に記載の非噛み合い４翼ロータ。
12. 【請求項１２】前記弧状のそれぞれのクーラント通路
    （76）が、近接する翼の翼先からロータ（21、22）の回
    転方向にオフセットしていて、前記翼のトレーリング側
    表面よりもリーディング側表面を一層冷却できるように
    構成されていることを特徴とする請求項11に記載の非噛
    み合い４翼ロータ。
13. 【請求項１３】前記ロータ（21、22）の長翼（61、62）
    の軸線方向長さと、短翼（63、64）の軸線方向長さとの
    和が、ロータ（21、22）の軸線方向長さ「Ｌ」にほぼ等
    しいことを特徴とする請求項１に記載の非噛み合い４翼
    ロータ。
14. 【請求項１４】前記ロータ（21、22）の長翼（61、62）
    の軸線方向長さと、短翼（63、64）の軸線方向長さとの
    和が、ロータ（21、22）の軸線方向長さ「Ｌ」にほぼ等
    しいことを特徴とする請求項９に記載の非噛み合い４翼
    ロータ。
15. 【請求項１５】前記第１及び第２のロータ（21、22）
    は、前記第１及び第２の移行領域開口部（Q₁、Q₂）の軸
    線方向位置において、丸い頂部を備えた全体として略正
    三角形状の３ローブ型の断面形状を有しており、前記３
    つの丸い頂部の各々のリーディング側の面は、トレーリ
    ング側の面よりも円くなっていることを特徴とする請求
    項９に記載の非噛み合い４翼ロータ。
16. 【請求項１６】前記第１及び第２のロータ（21、22）
    は、前記第１及び第２の移行領域開口部（Ｑ）の軸線方
    向位置において、丸い頂部を備えた全体として略正三角
    形状の３ローブ型の断面形状を有しており、前記３つの
    丸い頂部の各々のリーディング側の面は、トレーリング
    側の面よりも丸くなっており、 前記丸い方のリーディング側の面は、トレーリング側の
    面よりも平均的に小さな曲率半径を有していることを特
    徴とする請求項10に記載の非噛み合い４翼ロータ。