JPS6182829A - 密閉式混練機の混練方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、ゴム、プラスチック等を添加剤とともに混練
するに当って用いパッチ式パンハリミキサー等の密閉式
混練機において、混練行程の各過程に対応して最適の混
練内容が得られるようにした新しい混練技術の提供に関
する。

（従来技術） ゴム、プラスチック等の可塑性材料を必要な添加剤とと
もに混練する場合に用いられるバッチ式パンバリミキサ
ー等の密閉式混練機は、例示するまでもなく周知のもの
であるが、その機構と内容は次の通りである。第１図お
よび第６図において、ロータ１ａを備えた混練室１およ
びロータ２ａを備えた混練室２は、軸方向に平行に並設
されるとともに軸方向に沿う連通部３によって相互連通
状とされた密閉式のものであり、前記連通部３の上部に
は材料投入口４が押込部材である押込ラム５とともに形
成され、また下部には開閉自在の排出ドア６を備えた材
料排出ロアが形成される。このさいロータｌａ、　２ａ
には非噛合式と噛合式の両タイプが存在する。また排出
ドア６には左右の混練室１．２を分割するドアトップ８
が、連通部３内に突出状に形成され、このドアトップ８
の突出高さは経験的に決定されるが、従来は第３図に示
すように排出ドア６と一体的に形成され、決定された高
さは一定不変である。このような密閉式混練機による混
練材料は、以下のようにしてその混練が行なわれる。即
ち目的の混練材料（例えばゴムにカーボンプラツ゛り等
）を一括して材料投入口４より投入　゛し、押込ラム５
を下降させて材料を混練室１．２側へ押込み、ロータ１
ａ、’２ａを相反方向に回転させて゛その混練を開始す
るのであるが、その混練初期は、混練室１．２内で役人
材料の破砕、分砕が行なわれ゛る。このさい役人材料が
ゴム、プラスチック等の場合、役人材料は当初は室温状
態で高弾性体あるいは高粘性体であるために、過大な混
練トルクを発生し、この高いピークトルクに耐えるよう
にロータｌａ、　２ａの回転駆動源として高馬力のモニ
タを必要とし、また混練機の本体強度もこれに応じて高
める必要がある。更にこの混練初期には、ゴム、プラス
チック等の主材料の他に、低いカサ密度の各種添加剤も
一緒に投入しているため、見掛けの材料体積が大きく、
押込ラム５によって材料を混練室１．２へ押込むのに時
間が掛るとともに、混練初期における材料の破砕、分砕
状態並びに発熱状態および添加剤の主材料に対する混入
は一般的に不安定である。良好な混練を迅速に達成する
ためには、この混練初期における主材料と添加剤の充分
な混合（マクロ的分散）の早期完了が必要で、このため
には材料全体を左右の混練室１．２間で活発に移動させ
ることが望ましい。更に混練が進行すると、添加剤は主
材料中に完全に混入するため、材料体積は当然に減少す
る。この段階では材料の温度が高まって材料は流動状態
となり、添加剤は流動せん断下でその分散（ミクロ的分
散）が行なわれるが、材料体積が減少しているために、
材料は左右混練室１．２の中間の連通部３における排出
ドア６のドアトップ８上に滞溜気味となる。混練を促進
させるためには、この滞溜を抑制し、左右の混練室１．
２での有効な混練がされるように、材料充瞑体積を増加
させる必要がある。このような混練行程は一定の混練エ
ネルギーあるいは材料温度となった時点でストップし、
混練済み材料は排出ドア６の開放によって材料排出ロア
から排出されることになる。

（発明が解決しようとする問題点） 上記したような密閉式混練機における問題点は、既に述
べた混練過程において見られるように、混練初期におけ
る過大なピークトルクの発生、材料の破砕、分砕状態や
発熱状態および添加剤の主材に対する混入等にムラを生
じ易いこと、更には混練進行に伴って生じる材料の滞溜
による混練のエネルギー効率の低下、添加剤のミクロ分
散のムラ等であり、従来型式のものでは、混練室形状が
一定不変であるために、上記の問題点を解決することは
著しく困難である。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、上記した従来の密閉式混練機による問題点を
解決するために、左右の混練室形状を混練中に可変とす
ることによって、混練初期から終期に亘る混練行程に対
し、その混練過程番こ対応した適切な混練内容が得られ
るようにしたもので′あり、具体的には、それぞれロー
タを備えた混練室の一対が軸方向に平行かつ連１通状に
設けられ、該連通部の上部に材料投入口が押込部材とと
もに設けられるとともに下部に材料排出口が排出ドアと
ともに設けられる密閉式混練機によって目的材料の混練
を行なうに当り、前記排出ドアにおける連通部内に突出
するドアトップの高さを、混練過程に応じて変更しつつ
その混練を行なうことにある。

（作用） 本発明の技術的手段によ、れば、第１図および第２図に
示すように、左右の混練室１．２の連通部３における排
出ドア６において、その中央部分に位置しかつ連通部３
内に突出しているドアトップ８を、排出ドア６と別体に
形成し、例えば油圧シリンダ９ピストン１０等の昇降手
段によって、ドアトップ８を垂直昇降自在に排出ドア６
に設け、該ドアトップ８の連通部３内に突出する高さを
可変とすることにより、連通部３を含めて混練室形状を
可変とすることができ、これにより混練室内における混
練内容を、混練過程に応じて適切に変化させることが容
易に可能である。即ちドアトップ８の高さを変更するこ
とによって、ピークトルクの調整や混練の迅速化、更に
は効率的混練を行なうことができるのである。

第４図および第５図は、ドアトップ高さを低くすること
によって、ピークトルクを低下させることが可能である
ことを示した実験グラフ図であり、第１．２図で示した
ドアトップ高さ可変の実験用小型混練機による結果を示
し、第４図は役人材料形態としてプロ・ツク状のものを
用い、第５図は役人材料形態として小片状のものを用い
た場合で、両図において縦軸はピークトルク値、横軸は
ドアトップ８の高さ値をそれぞれ示しており、またマー
クＩはドアトップ８の上端形状が丸型のもの、マーク■
は上端形状が平型のもの、またマーク■は上端形状が角
型のものをそれぞれ示しているが、図で明らかなように
、何れもドアトップ８の高さ　。

を低くすることによって、ピークトルクを下げることが
可能である。またこの他に、ドアトップ８の高さを変え
ることによって、押込ラム５を最下限まで下降させる所
要時間や、混練初期における混練用主材料の粉砕状態、
添加剤の混入状態、また練り上がり材料粘度の１ハツチ
内−のバラツキ等が変化することも、同様の実験結果に
よってそれぞれ変化することが確認されたのである。従
ってドアトップ８の高さを可変とし、その混練過程に応
じてドアトップ８の高さを随時変えることによって、よ
り短時間で効率の高い混練内容を与えることが可能とな
るのである。例えば主材料であるゴムに添加剤としてカ
ーボンブラック等を混練する場合、通常第６図に示すよ
うな動力の経時変化を示す。図において縦軸は動力、横
軸は時間を示すが、材料投入に始まって、ゴム粉砕過程
が行なわれるとともにこれと並進して添加剤混入過程が
始まり、更に添加剤分散過程が続行して、一連の混練行
程が完成するのであり、動力の変化過程は前記混練行程
における各過程に対応している。

従って、先ずドアトップ８の高さを最下限に設定し、ゴ
ム、添加剤を材料投入口４へ投入し、押込ラム５を下降
させて材料を混練室１．２内に押込むのである。このさ
いドアトップ高さが低いために、低動カピークで混練が
開始される。また同時に混練室空間がより広いため、押
込ラム５の降下はドアトップ高さが高い時に比べより速
いとともに、左右混練室１．２間でゴム粉砕や添加剤の
活発な移動が良好に促進されるのである。かくしてゴム
の粉砕化並びに材料温度の昇温が進行し、動力がある程
度低下してくれば、ドアトップ８の高さを高め、この直
上の連通部３の空間をせばめて、左右混練室１．２内で
の添加剤の混入作用を強力に高めることができるのであ
る。また適度な時間を経過して後、再びドアトップ８を
下げ、連通部３の空間を広めて、左右混練室内の各材料
の移動を高めることにより、全体の混合を良好に促進さ
せることができる。これに続いて再びドアトップ８を上
げ、左右混練室１．２内での混入した添加剤の分散作用
をより高めることができるように、経時変化、動力変化
に即応して、混練の各過程に応じ、そのドアトップ８の
高さを適切に変化させて、目的材料の混練、混合の能率
向上とその内容の改善を図ることができ、従来技術にお
いて生じる混練上の問題点を解消させることができるの
である。

（実施例） 本発明の具体的実施例について説示する。第１．２図に
おいて、ロータｌａ、　２ａを具備した左右の混練室１
．２、材料投入口４押込ラム５は、従来の密閉式混練機
のそれと同一であるので説明は省略し、ドアトップ８の
必要構造についてのみ述べる。この図例では排出ドア６
内に油圧シリンダ９を設置し、該シリンダ９のピストン
１０に排出ドア６と別体に設けたドアトップ８の下部を
一体に形成または連結し、ドアトップ８を排出ドア６の
中央頂部に設けたガイド孔６ａにより、垂直昇降自在に
設けである。図例ではドアトップ８の上端は円弧面ある
いは半球面等の丸型としであるが、これは平坦な直線面
による平型でも、あるいは３角山形の角型としても同効
である。またドアトップ８の軸方向長さは排出ドア６の
長さ　（混練室奥行）と略同−の長さとすることが好ま
しい。即ち本発明による可変ドアトップ８は、ドアトッ
プ全長に対し部分的に設けることによってもそれなりの
効果はあるが、全長に亘るのが更に効果的である。その
理由は、ドアトップ８の高さを変更して、ドアトップ８
上の連通部３における材料滞留を抑制し、あるいは左右
混練室１．２間に亘る材料移動を促進したりするように
、混練中の材料移動に対するコントロール効果は、ドア
トップ８の上下方向移動長さおよび巾が大きい程増大す
るのであり、従ってその軸方向長さは可及的全長に亘る
ことが最良だからである。但し第７図に例示するように
、左右の混練室１．２における各ロータｌａ、　２ａが
長Ｈ１１短翼１２を対称に有し、役人材料を中央部へ集
める作用を行ない、ロータｌａ、　２ａ上における翼長
さにおいて、長翼１１の長さ１１と短翼１２の長さ１２
とが、２１／Ｌ条０．６〜０．７　＝２／３　、ｌ　２
　／　Ｌ条０．３〜０．４−１／３の関係となっている
時、中央部へ集められる材料の動きをコントロールする
ことも、本発明における可変ドアトップ８の効果でもあ
るので、このような場合、中央部にＬ　１／　Ｌ　＝１
／３１／３長さに可変ドアトップ８を設ければ、長短両
翼１１．１２による中央部へ材料を集める機能が限外あ
るいは促進され、本発明による混練内容のコントロール
効果を同様に期待できるもｐである。尚同図において矢
印は材料の動きを示したものである。

また本発明における可変ドアトップ８の構成は、既知の
連続混練機において用いるインサートとは全く別異のも
のであることを付言する。即ちＦＣＭタイプの連続混練
機においては、第８図に例示するように、一対のロータ
１３ａ、１４ａによる左右のチャンバ１３．１４間にお
いて、その混練部の中間上下にインサート１５．１５を
挿入して、混練効果を高めているが、両インサー日５．
１５の主たる作用効果は、左右のチャンバ１３．１４間
の連通部を、何等せん所作用を受けることなく軸方向へ
移動する材料（所謂ショートパス材料）を阻止するため
のものであって、両インサートは運転中は全く固定不動
のものであり、本発明のように左右混練室１．２間の材
料移動を、混練中にコントロールするものとは全く相違
する。尚同図において１３ｂ、１４ｂはロータ１３ａ、
１４ａに続く材料フィード用スクリュで、材料投入口は
この上部にあり、また１６は左右チャンバ１３．１４前
端の排出口を示している。

第１図において可変ドアトップ８の高さを変化させるに
当り、油圧シリンダ方式を示したが、この昇降機構とし
ては、第９図＾および第９図Ｂに例示するような機械式
手段を用いることもできる。

即ち両図に示すように、排出ドア６の中央頂部に開設し
たガイド孔６ａに続いてドア内部にスライドガイド室１
７を設け、前記ガイド孔６ａに昇降自在に挿設したドア
トップ８の基部８ａを前記スライドガイド室１７内に昇
降自在兼回動不可能に内嵌し、この基部８ａに形成した
ネジ孔１８を、スライドガイド室１７内に排出ドア６外
からモータ１９軸受２０を介して可回動に装設したネジ
軸２１を螺合させたものである。これによればネジ軸２
１の正逆回動に′より、ドアトップ８の基部８ａがスラ
イドガイド室１７内において上下することにより、ドア
トップ８はそのガイド孔６ａから連通部３内に突出する
高さＬを自在に変更できるものであり、ドアトップ８の
昇降手段は自由に設計可能である。

このドアトップ８を混練過程に対応して、その高さを変
更するに当っては、遠隔操作によって自動制御すること
になるが、その制御方式については各種のプログラムが
実施例として上げられるが、基本的には先に第６図にお
いて説示した縦軸に動力変化をとり、横軸に混練時間経
過をとる動力一時間チャートにおいて示される１バツチ
の混練行程を示す曲線図において、ある設定混練時間ｔ
ｉ以後において、設定動力ＰがＰｉになるとドアトップ
８の高さＬ（第９図Ａ参照）をＬｉｃｍに設定するよう
にするのである。但しｉはｉ＝ｌ〜ｎまでのｎ回、ドア
トップ８を上下する意味のものである。即ち具体的には
、材料投入時にはＬ＝０に設定（最下限位置）シて置き
、動力ＰがＰ２となり、混練時間がｔ２となった時、Ｌ
＝Ｏのドアトップを図示のようにＬ１位置から所定のＬ
２位置まで上昇させ、この状態で混練行程が動力Ｐ３、
時間ｔ３の位置となれば、Ｌ２の状態でＬ３までその状
態を保持しているドアトップ８をＬ３からＬ４のように
下降させ、このＬ４の状態を保持して混練行程が動力Ｐ
４、時間ｔ４となれば、ドアトップ８をＬｓからＬ６の
ように上昇させるように、動力変化と時間経過によって
その混練過程に対応したドアトップ８の上下が自動的に
得られることは明らかである。勿論プログラム設定条件
としては、動力のみでなく、例えばｌバッチの必要混練
時間ｔのみでもよく、あるいは混練材料温度Ｔによって
もよく、更にはロータ回転動力としてモータを用いる場
合、動力消費に伴なう積算電力ΣＰ等を用いることも可
能であり、第１１図は混練時間ｔのみを設定条件として
用い、時間ｔの経時変化に応じてドアトップ８の高さＬ
をＬ１〜Ｌ８のように自動的に上下変化させる場合を示
し、第１２図は混練時間ｔに伴なう材料温度Ｔの経時変
化に対応して、ドアトップ８の高さＬをＬ１〜”Ｌａの
ように自動的に上下変化させる場合を示している。また
上記例示した各設定条件を組合せてドアトップ８の高さ
Ｌを変化させるようにしても同効である。

第１３．１４図は前記した遠隔操作を実際的に行なうた
めのシステム例を示したものであり、第１３図に示すよ
うに演算ユニット２２に対し、例えば動力Ｐは、混練ロ
ータの回転動力源としてのモータ２３より電力計２４を
介し、また混練時間ｔはタイマー２５を介し、また材料
温度Ｔは混練室内に設けた温度センサ２６を介し、何れ
もパルス信号等として入力させ、ドアトップ８側には変
位計２７を配設してその上下変位を同様にユニット２２
に入力させ、各条件下におけるユニット２２による演算
結果はドアトップ上下用の出力としてサーボバルブ２８
側に送られ、ドアトップ上下用の油圧ユニット２９を作
動させ、プログラムに応じたドアトップ８の上下変化を
コントロールすることができ、また第１４図に示したも
のは、油圧システム回路の１例を示しており、設定条件
３０の組込まれた動力／変位演算回路３１に動力信号ｐ
　＋、時間信号ｔ゛、あるいは温度信号Ｔ゛を入力させ
、変位計２７によるドアトップ８の位置検索と相まって
、サーボアンプ３２を経由してサーボパルプ２８を介し
油圧ユニット２９を作動させるものであり、何れにもせ
よドアトップ８の遠隔操作による自動上下コントロール
（混練過程に応じての）は、既知の各種自動制御システ
ムを容易に採用できる。

以上に例示した各実施１４■によれば、既に作用の項に
おいて原則的に説示したように、密閉式混練機を用いて
、各種可塑材料の混練を行なうに当り、連通部３内に突
出するドアトップ８の高さＬを、１バツチの混練行程に
おいて、その各混練過程において必要とされる適切な混
練内容が得られるように上下調整し、これによって混練
初期におけるピークトルクの低下、低動力による混練起
動を容易とし、また混練の進行に伴なう主材料や添加剤
の活発な移動、あるいは抑制を、その混練過程に対応し
て正確容易に規制し、混練、混合の内容と効率の向上が
期待できることになる。　　　゛（発明の効果） 本発明によれば、バッチ式パンハリミキサー等の密閉式
混練機において各種材料と添加剤との混練作業を行なう
に当り、ドアトップを混練中に上下変化させてその混練
を行なうことにより、従来技術における問題点、即ち混
練初期における過大な混練トルクの要求、高いピークト
ルクに耐え得るための高馬力モータや混練機本体強度の
増強を回避でき、更には左右混練室間での主材料や添加
剤の活発な移動による混練初期における材料の破砕、分
砕状態や発熱状態、添加剤混入のムラをなくし、安定均
一な初期混練が得られる。このことは同時に初期混練に
おける材料と添加剤の充分な混合の早期完了により、良
好な混練を迅速に達成できることになるのである。更に
は混練の進行に伴ない、材料が連通部やドアトップ上に
滞留する現象も抑制することができ、滞留によって生じ
る混練のエネルギ効率の低下、添加剤分散ムラをなくす
ことができるのであり、しかもこれはドアトップ８の高
さを変化させ、混練室形状を可変とすることにより、何
れも確実容易に得られる点できわめて有利であり、しか
もこのドアトップ８の高さの変化は、混練主材料の粉砕
過程、添加剤の混入過程、混入された添加剤の分散過程
のそれぞれに対応して、その過程において必要なドアト
ップ８の高さを変化させることができ、適切な混練内容
を混練全行程に亘って与えることにより、混練の質的向
上が確保できるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例としての混練機縦断面図、第２図
は同ドアトップの斜面図、第３図は従来のドアトップ斜
面図、第４．５図は本発明による可変ドアトップとピー
クトルクの関係グラフ図、第６図は混練行程の動力一時
間チャート図、第７図は本発明による可変ドアトップ変
形実施例の説明図、第８図は連続混練機におけるインサ
ート説明図、第９図Ａ、第９図Ｂは本発明可変ドアトッ
プの昇降機構実施例の全体図および要部断面図、第１０
．１１．１２図は本発明によるドアトップ上下作動プロ
グラム実施例の各フローシート図、第１３′、１４図は
同遠隔操作システム各実施例のフローシート図である。 ｌａ、　２ａ−ロータ、１．２−・−混練室、３−・一
連通部、４−材料投入口、５−押込ラム、６−排出ドア
、７−材料排出口、８−・ドアトップ、９−油圧シリン
ダ、１０−　　ピストン、１８−　ネジ孔、２１−　ネ
ジ軸。 特　許　出　願　人　　株式会社神戸製鋼所（ＶＨ） 旨ドア７°慟【ム　（ｚｓ帆） ＠７０図 易７４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、それぞれロータを備えた混練室の一対が軸方向に平
   行かつ連通状に設けられ、該連通部の上部に材料投入口
   が押込部材とともに設けられるとともに下部に材料排出
   口が排出ドアとともに設けられる密閉式混練機によつて
   目的材料の混練を行なうに当り、前記排出ドアにおける
   連通部内に突出するドアトップの高さを、混練過程に応
   じて変更しつつその混練を行なうことを特徴とする密閉
   式混練機の混錬方法。