JPS63125307A - 密閉形混合機 - Google Patents

密閉形混合機

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JPS63125307A
JPS63125307A JP62259410A JP25941087A JPS63125307A JP S63125307 A JPS63125307 A JP S63125307A JP 62259410 A JP62259410 A JP 62259410A JP 25941087 A JP25941087 A JP 25941087A JP S63125307 A JPS63125307 A JP S63125307A
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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】 本発明は、互に反対方向に回転する非噛み合い形の2つ
の翼付きロータを収容すべく形成された混合室を備えた
、強力な混合作用を呈するバッチ式の密閉形混合機に関
する。均質な原料に混合すべき配合剤のバッチは、垂直
なシュートを通して混合室内に落下供給され、シュート
に設けたラムにより圧力で押出される。このラムは油圧
又は空気圧により駆動される。ラムは、バッチの混合を
行なう間その作動位置に押し下げられ、ラムの下面が混
合室の上方部分を形成するようになっている。得られた
均質な混合物は、混合室の底部に設けた排出開口部を通
して混合室から取出され、次いでこの排出開口部の扉を
閉じて配合物の次のバッチをシュートを通して導入する
準備を行なう。
バッチ式の密閉形混合機の成るものは非噛み合い形ロー
タを備えたものとして設計されており、他のものは噛み
合い形ロータを備えたものとして設計されている。噛み
合い形のロータは、常に両ロータを同期関係をなして互
に同一速度で回転させなければならないが、非噛み合い
形のロータは互に同一速度で回転させることもできるし
、あるいは異なる速度で回転させて異なる混合作用およ
び混練作用を行なわせることもできる。本発明は非噛み
合い形の混合機に関するものである。ロータの翼は一般
に螺旋状になっていて、後述のように翼の種〜の力強い
ダイナミックな作用が協働相互作用することによって、
強力な混合作用を生じさせかつ混合物を均質化するよう
に構成されている。非噛み合い形のロータを備えたバッ
チ式の密閉形混合機についてのより詳しい情報は、米国
特許第1,200.700号および第3,610,58
5号明細書に開示されており、これらの米国特許明細書
の開示内容を本発明の背景情報として本明細書に掲示し
ておく。
本発明は、新規な形状をもつ2つの非噛み合い形ロータ
を使用することによって、バッチ式の強力な密閉形混合
機の混合能力および混合物の生産性を向上させるもので
ある。本発明は4翼ロータおよび3gロータに関するも
のであり、本発明のロータは、混合能力および混合物の
生産性を高めることができるという利点に加え、強力な
ゴムやプラスチック材料を混合する場合に混合機が受け
る高トルク荷重状態の下での変形や応力に対してもきわ
めて優れた強度をもつものである。
本発明の目的は、互に反対方向に回転するロータの間に
新規な特徴をもつ一連のダイナミック(動力学的)な相
互作用を与えることによって、混合機の2つの非噛み合
い形のロータの作用効果および強度を向上させること、
並びに、2つのロータが(a)同期した速度(すなわち
同一速度)で回転される場合又は(bl非同期速度(す
なわち「摩擦車比」と呼ばれる幾分速度の異った不等速
度)で回転される場合のいずれであっても、ロータの作
用効果および強度の向上を図ることのできる混合機を提
供することにある。
本発明の上記目的は、本発明による新規なロータの体積
および外形を大形化させることなく達成しようとするも
のであり、本発明の新規なロータは次のような特徴を有
する。すなわち、(1)本発明の新規なロータは既存の
バッチ式密閉形混合機を改造することなくそのまま既存
の混合機の混合室内に組み込むことによって、既存の混
合機の性能を改善できること、(2)本発明の新規なロ
ータは、既存のロータ以上の大形になるものではなく、
従って混合室内に有効容積(「自由容積」)を確保でき
るため従前と変りないバッチの体積を処理できること、
(3)本発明の新規なロータは、現存の混合機のサイズ
と同じ混合室容積をもつ新形の密閉形混合機にも装着す
ることができ、強力なゴムやプラスチック材料を混合し
かつ均質化させるときに受ける強力な力に対してもきわ
めて優れた強度をもつものであること、および(4)こ
れらの特徴は、単に4Nロータだけでなく、3翼ロータ
についても得ることができること、等の特徴を有してい
る。
更に本発明によれば、2つのロータ室の軸線方向に沿う
各点において、バランスのとれた剪断混合作用を与える
ことができる。換言すれば、この剪断作用は混合室を通
ってロータの軸線に対し垂直な連続平面内でバランスが
とれたものである(すなわち、混合室の軸線方向長さに
沿って各ロータの軸線に対し垂直な平面から平面にかけ
て、均一な剪断作用を及ぼすことができるものである)
本発明の1つの特徴によれば、本明細吉において述べる
ようなバッチ式の強力混合作用を呈する密閉形混合機に
使用できる1対の非噛み合い形4翼ロータが提供される
。これらの4翼ロータの各々は、被駆動側端部と冷却側
端部、およびほぼ螺旋状をなす翼片からなる2つの長翼
と2つの短翼とで構成された4つの翼を備えている。長
翼は各ロータの互に反対側の端部から創成されている。
すなわち、長翼のリーディング側端部は、ロータの互に
反対側の端部に配置されておりかつロータの軸線のまわ
りで互に176°〜184゛の角度をなして傾斜してい
る。第1および第2の長久は、それぞれ25°〜45°
の範囲および29°〜50°の範囲内にあるねじれ角A
、およびA2で傾斜しており、かつ、それぞれ70°〜
110゜の範囲および80°〜120°の範囲内にある
全巻き角(ランプ角)T+ およびTzを有している。
両長翼のねじれ角A、とA2との角度差は約4°〜約1
0°であるのが望ましく、最適角度差は約7°〜約8°
である。また、これらの両長翼の螺旋長さH、およびI
(□はほぼ等しい。また、ロータの長さI−に対する第
1の長翼の軸線方向長さ21の比は、0.60〜0.8
5の範囲内にあり、同様に、ロータの長さしに対する第
2の長翼の軸線方向長さ12の比は、0.55〜0.8
0の範囲内にある。
一方、第1および第2の短翼は各ロータの互に反対方向
の端部から創成されており、各短翼はその創成点から互
に約180°の角度位置だけ隔って配置されている。ま
た、両短翼のリーディング側端部は、長翼(ロータの同
じ側の端部から創成している長翼)のリーディング側端
部の後方に131°〜139゛の範囲内の角度位置だけ
隔って配置されている。第1および第2の短翼のねじれ
角A3およびA4は、第1および第2の長翼(ロータの
同じ側の端部から創成している長翼)のねじれ角A、お
よびA2にそれぞれ等しい。短翼のこれらのねじれ角A
3およびA4は、それぞれ25゛〜45°の範囲内およ
び29°〜50°の範囲内にある。また、両短翼の全巻
き角T、およびT、は、20°〜30’の範囲内にあり
、螺旋長さH3およびH,はほぼ等しい。更に、ロータ
の長さしに対する第1の短翼の軸線方向長さl、の比は
0.10〜0.40の範囲内にあり、同じくロータの長
さI7に対する第2の短翼の軸線方向の長さl、の比は
0.10〜0.40の範囲内にある。
本発明の別の特徴によれば、非噛み合い形の新規な3翼
ロータが提供され、該3翼ロータの第1の長翼の翼片は
、25°〜45°の範囲内の第1のねじれ角A、と、7
0°〜110°の範囲内の第1の全巻き角T1とを有す
る。また、第2の長翼は、第1の長翼の創成点から約1
80°隔った位置においてロータの反対側の端部から創
成されており、かつ、30°〜50°の範囲内の第2の
ねじれ角A2と、80°〜120°の範囲内の第2の全
巻き角T2とを有している。第1のねじれ角A1と第2
のねじれ角A2との角度差は4°以上であり、好ましく
は4“〜8゛の範囲内にある。
ロータの長さしに対する第1の長翼の軸線方向長さl、
の比は0.60〜0.85であり、ロータの長さしに対
する第2の長翼の軸線方向長さ12の比は0.55〜0
.80である。1対の非噛み合い形3翼ロータの各々に
おける第3の翼は短翼であり、該短翼は、第1の長翼の
ねじれ角A、にほぼ等しいねしれ角A3を有している。
第3の入すなわち短翼の全巻き角T3は20゛〜50°
の範囲内にあり、かつ、ロータの長さしに対する短翼の
長さ13は0,20〜0.50の範囲内にある。
本発明の他の目的および特徴は、従来技術の典型的なロ
ータ構造と比較して述べる本発明の好ましい実施例につ
いての添付図面に基く以下の記載から明らかになるであ
ろう。尚、同一の機能および特徴をもつ構成要素につい
ては、同じ参照番号および記号を用いて説明されている
第1図には、強力な混合を行なうためのバッチ式の密閉
形混合機の全体を番号20で示しである。
該密閉形混合機20には本発明の特徴を構成する非噛み
合い形のロータ2l22が用いられている。またこの密
閉形混合機2oは垂直方向に往復運動することができる
ラム24を備えており、該ラム24は第1図に実線で示
す上昇位置と一点鎖線で示す下降位置(作動位置)24
′との間で移動することができる。このラム24は配合
剤を混合室26内に押し込んで混合させるためのもので
ある。混合すべき原料は、互に反対方向に回転する2つ
のロータ2L 22 (これらのa−り2l22は、矢
印23.25で示すように互に間隔を隔てた平行な水平
軸線のまわりで回転される)に設けた翼(この翼につい
ては後述する)により完全にかつ強力に混合されるため
、ラム24がその作動位置24′に位置するとき、該ラ
ム24には混合室26内で混合される原料からの力が作
用する。
第1図に示すように、左側のロータ21はその軸線のま
わりで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。混合室26はこれらの2つのロ
ータ2l22を収容できる形状をなしていて、左右の混
合室キャビティ27.28 (各キャビティはほぼ円筒
状をなしている)を有する。これらの混合室キャビティ
27・28は、各々の開放している部分が互に水平方向
に向かい合うように配置されている。2つのロー/’2
l22のほぼ中央には、混合室26の中央領域29が形
成されている。
混合すべき配合剤は、ラム24を上界させておき、Q 
初にホッパ30に導入され、該ホッパ3゜と連通してい
るシュート32を通って71L合室26の中央領域29
内に落下される。次いでラム24を下降して配合剤を混
合室26内に押し込み、該混合室26内に閉じ込める。
ラム24は、混合機20の全体的なハウジング35の頂
部に取付けられた流体作動形の駆動シリンダ34により
作動される。油圧又は空気圧により作動される駆動シリ
ンダ34は複動ピストン36を有し、該複動ピストン3
6はピストンロンド38を介してラム24に連結されて
いて、該ラム24を上昇および下降させるようになって
いる。ラム24は、駆動シリンダ34の下端部よりも下
方の位置でピストンロンド38の下端部に連結されてい
る。所望の圧力に加圧された作動流体が供給導管40を
介して駆動シリンダ34の上方部分に供給され、これに
よりピストン36従ってラム24をその作動位置に向っ
て下降させる。混合機20による混合作業が完了したな
らば、ピストン36の下方から供給導管(第1図には図
示せず)を介して作動流体がシリンダ34内に供給され
、ラム24をその上昇位置に戻すようになっている。
混合されかつ均一化された原料は、混合室26の底部に
設けた排出開口部から排出される。この排出開口部は扉
42によって通常閉鎖されており、混合作業を行なう間
は扉42がロック機構44により閉鎖位置に保持される
。ロック機構44により扉42が開放されるとき、該扉
42はヒンジ軸46のまわりで下方に揺動する。扉42
は、例えばヒンジ軸46の両端に取付けられた1対の流
体トルクモー多(図示せず)により揺動されるようにな
っている。
第2図は第1図の混合機を2−2線に沿って断面した平
面図である。但し、第2図に示すロータ5l52(各ロ
ータは4つの翼を備えた「4翼ロータ」である)は従来
技術によるロータである。
各ロータ5l52の4つの翼のうち、2つの長久は、第
2図に矢印および「長翼」として示すように、長翼の端
部(すなわちリーディング側端部)が各ロータの同じ側
の端部から創成されており、また、2つの短翼も各ロー
タの同じ側の端部(2つの長翼の端部が創成されている
側の端部とは反対側の端部)から創成されている。この
第2図は、現存する混合機20に、従来技術によるロー
タ5l52に代えて新規なロータ21,22を設置する
ことができることを強調して示すものである。また、こ
れらの新しいロータ2l22は、以下の記載する新しい
混合機20にも設置することができるものである。
第2図に示すように、ロータ5l52又はロータ2l2
2のいずれの場合でも、これらのロータは、駆動モータ
50により駆動される慣用的なギア機構48により互に
反対方向(第1図に矢印23.25で示す方向)に回転
される。ギア機構48は、これらのロータを同一速度す
なわち同期速度で回転させるべく、同じ噛み合いをする
ギアを備えている。別の構造として、このギア機構48
をピッチ円径の幾分異なるギアで構成し、両ロータを異
なる速度、例えば、9:8の速度比すなわち「摩擦車比
」と呼ばれる1、 125〜1の速度比で回転させるよ
うにしてもよい。駆動モータ50は慣用的なものでよい
が、混合室26内に供給すべき特別な配合剤の温度や粘
性状態に基いて、またロータにより付与される混合力の
大きさに基いてロータの回転速度を変えることができる
回転制御装置を備えたものとするのが望ましい。
各ロータの両端部に近接する位置には、混合室26を密
封するためのシーリングカラー54(第2図)が設けら
れている。それぞれのカラー54に隣接するロータの端
部は第3図に示すように構成されていて、しばしば「カ
ラ一端」と呼ばれている。
強力な混合を行なうためのバッチ弐の密閉形混合機20
の構造に関する更に詳細な情報は、参考文献として掲示
する前述の米国特許第3,610,585号明細書に開
示されている。
第3図に示すように、左側および右側のロータ5l52
のそれぞれの「カラ一端」の間の長さ寸法はrLJであ
る。駆動軸55又は56に連結されたカラ一端57はロ
ータの「被駆動側端部」であり、反対側のカラ一端58
は「冷却側端部」すなわち「水冷端部jである。ロータ
5l52には冷却剤の通路が設けてあり、冷却剤(通常
は水)が駆動軸55.56の側からこれらの冷却剤通路
内に供給される。各ロータの包絡外径はrDJであり、
従って第4図に示すように、各ロータの包絡外径の展開
した長さは「πD」となる。
従来技術によるロータ5l52の2つの長翼6l62は
同じ側のカラ一端57又は58から創成されており、ま
た2つの短翼63.64は、長翼が創成されている側の
カラ一端とは反対側のカラ一端から創成されている。こ
こに「・・・から創成」なる用語又はこれと同様な表現
は、それぞれの螺旋状の翼片6l62.63又は64の
リーディング側端部が、指定したカラ一端に位置してい
ることを意味するものである。各ロータの軸線を番号6
0で示してあり、ロータの展開図(第4図)における角
度位置0” 、90’ 、180”、270’および3
60°は、各ロータノ軸vA60のまわりの角度位置を
示すものである。第3図および第4図に関する説明の便
宜上、0°の角度位置すなわち360°の角度位置は、
2つのロータの軸線60を含む水平面上に位置しており
かつ中央領域29に隣接している各ロータの包絡外径の
位置を基準とするものである。
従来技術によるロータは、混合機のサイズが異なるにつ
れて幾何学的形状が僅かに変えられている。以下に図示
する従来技術のロータの形状は、1つの特定のサイズの
混合機に適用したものであるが、ロータ5l52の長さ
対直径比(L/D比)がl58であるすべてのサイズの
混合機に用いられる従来技術のロータについて典型的に
適用されるものである。
第4図に示すように、ロータの長翼の翼片6l62は角
度位置が180°隔てた位置に創成されており、かつ両
翼片6l62のねじれ角A1は同じ(30’)である。
ここで「ねじれ角」とは、ロータの軸線60に関する翼
片の傾斜角度を意味し、より厳密には、ロータの軸線を
含みかつ翼片と交差する平面に関する翼片の傾斜角度を
意味するものである。
長久の翼片61の軸線方向長さは[1にであり、x+/
l、の比は0,66である。また、この翼片6エの全巻
き角TIは70°である。他の長翼の翼片62の軸線方
向長さは「12」であり、12/Lの比は0.67であ
る。またこの翼片62の全巻き角T2は72°である。
短大の翼片63.64も角度位置が180°隔てた位置
に創成されており、また、この創成位置は、長翼6l6
2の創成位置から角度位置が90′隔てた所に位置して
いる。2つの短翼の翼片63.64のねじれ角A2は同
一(48’)である。これらの翼片63.64の軸線方
向長さはそれぞれ13.14であり、また!、/Lの比
およびl/Lの比はそれぞれ0.3l0.33である。
また、全巻き角T3、T4はそれぞれ65°、68°で
ある。
第5図は、従来技術のロータ5l52を備えた混合機2
0による混合作用および混合形式を示すものである。こ
の混合機20に用いられている原理は次の通りである。
+al  各ロータの長翼は、翼片と混合室キャビティ
27.28の壁面との間での剪断作用による混合(強力
混合、高剪断混合)と、翼片の運動の軸線方向成分によ
り原料を短翼に向って押し出し、混合室26の各混合室
キャビティ27.28内において短翼の端部で原料をぬ
ぐい去る作用とによって、混合作用の大部分が行なわれ
る。
fbl  長又は各混合室キャビティ内で分散混合(ブ
レンディング)を生じさせないように構成されており、
このため、従来技術のロータが、原料を一方の混合室キ
ャビティから他方の混合室キャビティに移送して充分な
分散混合を行なうように構成されている。
(e)  長翼のねじれ角は約30°であり、これによ
り上記のごとき原料の高剪断作用を行なうようになって
いるが、ねじれ角がこのように小さいと、混合室キャビ
ティ内で原料を充分に軸線方向に移動させることはでき
ない。実際に、長翼のねじれ角が小さいために原料の軸
流分散(ブレンディング)混合が妨げられている。
(dl  長翼の全巻き角は90°よりかなり小さいた
め、両ロータの軸線60により形成される水平平面にあ
る混合室26の中央領域29内に長翼が滞在する時間は
比較的短時間になってしまう。
このように長久の存在時間が短いと、全混合サイクルの
大部分に亘って、多■の原料が比較的分散されない状態
で混合室26の中央領域29に留められてしまう。
第5図において、ロータの包絡外径すなわち直径「D」
 (この直径rDJは、第3図、第4図、第5図、第6
図、第7図、第8図および第9図に用いられている)は
、翼片から翼片まで計測した最大直径を表わすものであ
る。
本発明の主目的は、従来技術の非噛み合い形ロータのも
つ欠点を低減しかつ新規なロータの有効性と強度を高め
ることにある。第6図および第7図は、本発明を具体化
した4翼ロータ8l82を示すものである。各ロータの
長翼9l92は、互に反対側のカラ一端57.58から
創成されており、両長翼9l92はその創成端が176
6〜184°の角度範囲の間隔を隔てて配置されている
。第1の長翼の翼片91は25°〜45″の角度範囲の
ねじれ角A、で傾斜しており、がっ、その全巻き角T1
は70°〜11o0の角度範囲内にある。第2の長翼の
翼片92は296〜50’の角度範囲のねじれ角A2で
傾斜しており、がっ、その全巻き角T2は80°〜12
o0の角度範囲内にある。両翼片9l92のねじれ角A
1と八2との間の角度差は約4°〜約10’の範囲にす
るのが望ましく、最も望ましい角度差は約6°〜約8°
である。これらの2つの翼片9192の螺旋長さH,、
H2はほぼ等しい。ロータの長さLに対する第1の長翼
の翼片91の軸線方向長さ11の比は、0.60〜0.
85の範囲内にある。同様に、ロータの長さしに対する
第2の長翼の翼片92の軸線方向長さβ2の比は、0.
55〜0.80の範囲内にある。
第1および第2の短翼の翼片93.94は、それぞれ1
310〜139’および311’〜319゜の角度位置
だけ隔った位置に創成されている。第1の短翼の翼片9
3のねじれ角A3は25°〜40°の範囲内にあり、第
2の短翼の翼片94のねじれ角A4は29°〜50°の
範囲内にある。
これらの翼片93.94の螺旋長さはほぼ等しい。
ロータの長さしに対する第1および第2の短翼の翼片9
3.94の軸線方向長さ!、および14は、共に0.1
0〜0.40の範囲内にある。第1の短翼の翼片93の
全巻き角T3は20°〜50″の範囲内にあり、第2の
短翼の翼片94の全巻き角′「4は20°〜50@の範
囲内にある。
第6図および第7図に示す新しいロータ8l82のパラ
メータの好ましい範囲を要約して、以下の表1に示す。
ロータの直径りに対する長さLの比がl58であるロー
タ用に形成された混合室26に使用するのに都合のよい
1対の好ましいロータのパラメータの例を下記の表■に
示す。
(7−タの直径りに対する長さLの比がl42であるロ
ータを用いる混合室26に使用するのに都合のよい1対
の好ましいロータのパラメータの例を下記の表+nに示
す。
■−第6゛°および 7゛の4 ロータ(L/D−1,
42)混合室26の2つの混合室キャビティ27.28
内で翼片9l92.93および94により行なわれる優
れた協ll]?H合作用を第10図に示す。
原料をtilll線方向に移動させかつ流動させて原料
のバンクにローリングを与えることにより、ブレンディ
ング(分散)混合作用100を顕しく向上させることが
できる。更に、混合室キャビティ内でロータの翼片の頂
部を1i11遇するときに生じる強力な混合作用(高剪
断混合作用)も行なわれる。大きなねじれ角A、を存す
る長久の翼片92は、原料に与える剪断作用は幾分小さ
いけれども、原料を軸線方向に強く押し出す作用をなす
。従来技術によるロータ5l52(第3図、第4図およ
び第5図)に比べ、これらの翼片92は原料に強力な軸
線方向のスラスト(推力)を付与し、これにより原料の
バンクを軸線方向にローリングさせかつ流動させて、軸
線方向におけるブレンディング(分散)混合作用を著し
く増大させることができる。異なるねじれ角At、Az
を有するそれぞれの長久の翼片9l92の前方において
は軸線方向の速度104.106が種々異っているため
、ローリングする原料のバンクにより生じるブレンディ
ング混合作用が具合良くランダムに行なわれる。この新
しいロータの長翼の翼片92は大きな全巻き角Tz(最
大120”)を有することがら、90°以下の比角的小
さな全巻き角を有する従来技術の長翼の翼片62(第3
図、第4図)に比べ、長翼の翼片92が混合室26の中
央領域29内に滞在する時間はかなり長くなる。これら
の長翼の翼片92が中央領域29内に長時間滞在するこ
とおよび軸線方向の推力が大きいことにより、軸線方向
への強力な分散混合作用によってかなり大量の原料をブ
レンドしかつ混合することが可能となる。また、これら
の翼片92の全巻き角T2が大きいことおよび混合室2
6の中央°領域29内での滞在時間が長いことによって
、中央領域29内に「居すわる」原料の体積を減少させ
ることができ、これにより、より大量の原料を混合室キ
ャビティ27又は28内に送り込んで増強された強力な
軸線方向の分散混合作用を及ぼすことができる。
小さなねじれ角A、を有する長翼の他の翼片91は、原
料を軸線方向に押し出す力は幾分率さいけれども高剪断
作用を呈することができるものである。小さなねじれ角
をもつこれらの翼片91の軸線方向の長さ11は、翼片
92の軸線方向長さ12よりも幾分長い。翼片91の軸
線方向長さ11が比較的長いため、これらの翼片91は
その創成端から他端近くまで成る程度の原料を推進させ
ることができ、これにより全体的な混合作用を向上させ
ることができる。
短翼の翼片93.94は、各ロータのチャンバ(混合室
キャビティ)の両端部において原料をぬぐい去りかつ番
号95.96 (第10図)で示すように、各ロータの
チャンバ内で僅かな圧搾法混合作用を生じさせる。
混合室26内に配置される2つのロータ8l82の被駆
動側端部57から創成されている翼片のねじれ角A、と
A2およびA、とA4は、同一角度ではない。このよう
にねじれ角を異ならせることによって、原料を一方の混
合室キャビティから他方の混合室キャビティに移動させ
る作用(横方向の混合作用)を向上させることができる
。なぜならば、ねじれ角が異なると、対向する翼片が直
接向かい合う位相対当関係が比較的早期に消失するため
、中央領域29に近付きかつ入ろうとする2つの対向す
る翼片が、それらの全螺旋長さに沿って互に向かい合う
位相対当関係がないからである。
第11A図〜第11F図は、原料を一方のロータキャビ
ティ (混合室キャビティ)から他方のロータキャビテ
ィ (混合室キャビティ)に移動させることにより横方
向の混合作用を向上させるべく作用するロータ翼の種々
の優れた関係を示すものである。
第11A図において、2つの長翼が中央領域29の互に
反対側の端部に入ろうとするとき、各翼片により原料が
一方の混合室キャビティから中央領域29を横切って他
方の混合室キャビティに押し出され、これにより、幾分
かの軸線方向圧搾法混合97に加え、横方向の混合作用
が生じる。
第11B図において、1つの長翼と1つの短翼とが中央
領域29の互に反対側の端部に入ろうとするとき、各翼
は原料を再び一方の混合室キャビティから中央領域を横
切って他方の混合室キャビティに押し出し、これにより
、短翼のトレーリング側端部を通るときの幾分かの軸線
方向圧搾法混合98に加え、横方向の混合作用を生じさ
せる。
第11C図において、1つの長翼と1つの短翼とが中央
領域29の同じ側の端部に入ろうとするとき、長翼によ
る押し出し作用によって、短翼のトレーリング側端部の
周囲での幾分かの圧搾流混合99に加え、一方の混合室
キャビイから他方の混合室キャビティへ向かう横方向の
混合作用が生じる。
第11D図において、2つの短翼が中央領域29の互に
反対側の端部に入ろうとするとき、各短翼が中央領域2
9を横切って原料を押し出し、横方向の混合作用を生じ
させる。
第11E図は、1つの長翼と1つの短翼とが中央領域2
9の反対側の端部に入る場合であるが、第11B図とは
長翼と短翼との関係が反対になっている状態を示すもの
である。従来技術によるロータ5l52(第3図、第4
図)では、長翼と短翼とが同時に中央領域の反対側の端
部に入ることは不可能であるため、第11B図および第
11E図は、従来のロータ5l52によっては決して得
ることのできない長翼と短翼との優れた相対関係を示す
ものであるといえる。
第11F図は第11A図〜第11E図と同様な部分的拡
大図であるが、第11F図は、対向する2つの長翼9l
92が同時に中央領域290同じ側の端部に入ろうとす
る状態を示すものであり、かような状態は従来技術のロ
ータ5l52では決して起こり得ないものである。軸線
方向の流れを長さの異なる点線の矢印10l102で示
すように、両翼のねじれ角を異ならせておくことによっ
て軸線方向の推力を異ならせることができ、このため、
中央領域29において原料を軸線方向に摺らせる新規な
剪断作用を生じさせることができる。
第11F図に示した状態とは反対の状態すなわち対向す
る2つの長翼が第11F図とは反対側の中央領域の端部
に入るときには、中央領域において原料を逆方向に摺ら
せる新規な剪断作用を住じさせることになる。
第11A図〜第11F図に示す種々の状態は、2つのロ
ータを不等速度で回転させることによって、自動的に様
々に変化させることができることに注目すべきである。
あるいは、以下に述べるように、両ロータの位相関係を
選定しておき、両ロータを等速度で回転させることによ
り、特定の位相関係を反復繰返すように選択することが
できる。
本発明を具体化する2つのロータ(第6図、第7図)に
よりひき起こされる新規な混合増強作用および各月の相
互作用について第10図に基いて説明したように、本発
明によれば、原料のバンクを軸線方向に前後にローリン
グさせて軸線方向の運動を与え、混合作用を受けている
原料を軸線方向に流動させることにより、新規な大量ブ
レンディング混合作用(分散混合作用)を生じさせるこ
とができる。各ロータの長翼の翼片9l92がロータの
反対側の端部57.58から創成されていることによっ
て、これらの翼片9l92は、各ン昆合室キャビティ2
7.28内において原料のバンクを軸線方向の一方向に
ローリングさせ、次いで逆の軸線方向にローリングさせ
ることができる(第5図参照)。更に、ローリング作用
を受ける原料のバンクは、番号104.106(第10
図)で示す部分において異なる角速度で推進されるため
、ランダムなブレンディング混合作用(分散混合作用)
100を生じさせることができる。
従って、この軸線方向の前後方向への分散混合作用によ
り、各混合室キャビティ27.28において原料は均一
にブレンドされることになる。
第5図に「ブレンディング(分散)が行なわれない混合
作用」と示す領域が存在する理由は、従来技術による4
翼ロータ5l52 (第3図、第4図)では、ロータの
両長翼6l62がロータの同一側のカラ一端から創成さ
れていないため、原料のバンクを軸線方向に前後にロー
リングさせることができないからである。
第1O図からも理解できるであろうが、このブレンディ
ング(分散)混合作用100 (第10図)と協働して
、2つの混合室キャビティ27.28の各々の軸線方向
長さに沿う各点において、バランスのとれた強力な高剪
断形の混合作用がひき起こされる。すなわち、本発明に
よれば長翼と短翼とが各ロータの各端部から創成されて
いるため、ロータの軸線60に対し垂直にとった各連続
平面において、各混合室キャビティ27.28の端部か
ら端部までバランスのとれた(かつ均一な)高剪断作用
を生じさせることができるのである。換言すれば、各ロ
ータの軸線方向の各半分部分は、強力な高剪断混合作用
をなすに際し、実質的に等しく作用するのである。
逆に従来技術のロータ5l52においては、2つのff
l翼6l62の両方共それぞれのロータにおける同じ側
のカラ一端から創成されているため、左側の混合室キャ
ビティ27内の従来技術のロータ51により、ロータの
被駆動側端部57に近い方の混合室キャビティの軸線方
向半分部分(この部分に2つの長翼が配置されている)
内において、強力な剪断作用のほとんどが発生され、一
方、右側の混合室キャビティ28内の従来技術のロータ
52により、ロータの冷却側端部58に近い方の混合室
キャビティの軸線方向半分部分(この部分に2つの長久
が配置されている)内において、強力な剪断作用のほと
んどが発生される。
従って、従来技術によるロータ5l52によってはバラ
ンスのとれた剪断作用を行なうことはできない。それぞ
れのロータに2つの長翼6l62が軸線方向にバランス
のとれた状態で配置されていないため、混合室26の軸
線方向長さに沿ってロータの軸線に対し垂直にとった平
面から平面にかけての剪断作用は均一に行なわれない。
各々の混合室キャビティ27.28内において原料のバ
ンクを前後にローリングすることによってひき起こされ
る新規な大量かつ均一のブレンディング(分散)混合作
用に加えて、更に、各混合室キャビティの端部から端部
まで軸線方向に沿って行なわれるバランスのとれたかつ
均一な強力高剪断混合作用に加えて、ロータが不等速度
で回転される場合には、第11B図、第11E図、第1
1F図および第11図Fとは逆の長翼配置の場合に示す
ように、ロータが混合室26の中央領域29に近付くと
きに1対のロータの間に新規な相互作用がひき起こされ
る。
これらの新規なロータ8l82が等速速度で回転される
場合には、両ロータ8l82の間に好ましい位相関係が
発生する。すなわち、この好ましい位相関係は第10図
および第11AID(更には第11 DtF>に示すよ
うに、2つの第1の長翼91が同時に中央領域29に近
付く関係である。
従って、他の2つの長翼92もまた、同時に中央領域2
9に近付くことになる。このため、長翼9l92の各回
転サイクル中に、中央領域29に近い位置に存在するす
べての原料は、互いに近付き合う両長翼91と91との
間および他の両長翼92と92との間において、圧搾液
混合作用に加えて2つの強力な横方向に移動する混合作
用を受けることになる。
第8図および第9図は新規な3翼ロータ81′、82′
を示すものであり、各3翼ロータは、それぞれのロータ
の反対側のカラ一端57.58から創成された長翼9l
92を備えている。また、一方のカラ一端57からは、
単一の短翼93が創成されている。短翼の数を1つ減ら
した理由は、混合室26内の自由容積(有効容積)を増
加させるためである。すなわち、これらの3翼ロータ8
1′、82′は、前述の4Rロータを設置するには狭過
ぎ、通常は2翼ロータが設置されるような混合室26内
にも設置できるものであり、このような狭い混合室26
に3翼ロータを設置することによって混合機20の全体
的性能および混合物の生産性を向上させようとするもの
である。
これらの新しい3翼ロータ81’、82′のパラメータ
の好ましい範囲を要約して、以下の表■に示す。
ロータの直径りに対す不長さしの比がl58であるロー
タ用に形成された混合室26に使用するのに都合のよい
1対の好ましいロータのパラメータの例を下記の表■に
示す。
L/D比が同一(1,58)である場合の、4翼ロータ
に関する前掲の表■と3翼ロータに関する上記表■とを
比較すると、3翼ロータにおいては、第2の短翼を省略
した分を補償するため、2つの長翼および1つの短翼の
全巻き角Tを、4翼ロータの場合よりも僅かに大きくし
てあり、これにより中央領域29内での有効滞在時間が
長くなるようにil、i成されていることが理解されよ
う。また、第1の長M91および短翼93のねじれ角A
に関しては、3翼ロ一タ6場合の方が4翼ロータの場合
よりも小さくしてあり、これにより、翼の頂面と混合室
の壁面との間で行なわれる強力な剪断分散作用を増大さ
せるように構成されている。
第12B図および第13図に示すように、新しい4翼ロ
ータ8l82および新しい3Rロータ81’、82’に
ついて、各2つのロータの全回転サイクルの一部として
それぞれの長翼が混合機26の中心線rCLjに滞在す
る滞在時間rD LJば、第12A図に示す従来技術の
4:Aロータ5l52に比べて著しく長くなっている。
新しい4翼ロータ8l82の滞在時間DLは33%も増
大しており、新しい3翼ロータ81′、82′の滞在時
間DLは実に42%も増大しているのである。
このように、混合機の中心線での滞在時間が増大すると
、2つの7昆合室キャビティ27.28内により大量の
原料を押し込むことができ、従って原料をこれらの混合
室キャビティ27.28内で前述のようにグイナミソク
に混合することができる。
本発明を具体化するこれらの新しいロータ8l82およ
び81′、82′は、以上述べた長所に加え下記に示す
利点を備えている。
(a)  軸線方向の混合作用および横方向の分散混合
作用が増強されるので、混合物(ハンチ)をより均質な
ものとすることができる。このため、混合されない部分
を含んだ混合物ができる可能性を最小限にすることがで
きる。
(bl  混合機の中央部に「居すわる」原料の体積を
増大できるので、翼の頂面とロータのキャビティ (混
合室キャビティ)の壁面との間で行なわれる分散混合作
用又は剪断混合作用を最大にすることができる。このた
め、粘性が無くなるまで迅速に混合することができかつ
迅速に混合物を均質化することができる。
(C)  本発明による新たなロータによれば、与えら
れたサイズの混合機における有効空間が幾分小さくなる
けれども、現行の混合機による混合時間および混合され
ない部分を含んだ混合物ができる可能性を最小限にする
ことができるので、混合物の生産性を高めることができ
る。
(d)  長翼がロータの強度を高めるように配置され
ているため、激しい荷重を受けるロータの疲労および破
壊応力を最小限にすることができる。
(81本発明によるロータは、4翼ロータであっても3
翼ロータであっても、摩擦車比(すなわち等速ギア構造
)で駆動できるため、現存する混合機を改造することな
くそのまま組み込むことができ、これにより従来の混合
機の性能および混合物の生産性を向上させることができ
る。
(fl  本発明による新しいロータの全巻き角を著し
く増大させて混合機の中央部に「居すわる」原料の体積
を減少させれば、一層良好な混合および熱伝達を行なう
ことができかつ原料を均一に加熱することができる。
(g)4翼ロータにおいては、長翼が中央領域の一端に
入ると同時に短翼が他端に入る新規な状況が起きるため
、新しい横方向の混合作用(キャビティからキャビティ
へと移動する混合作用)を生じさせることができる。
(hl  異なるねじれ角A+ 、A2をもつ2つの長
翼が、同時に中央領域の同じ側の端部に入る時、新規な
軸線方向の摺り剪断混合作用を生じさせることができる
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明を具体化する非噛み合いロータ形のバ
ッチ式の密閉形混合機を断面して示す端面図である。 第2図は、混合室を通る第1図の2−2kaに沿って断
面した拡大平面図であり、該第2図は特に従来技術によ
る1対の非噛み合い形4翼ロータ(この従来の4翼ロー
タは各ロータの同じ側の端部から創成された2つの長翼
と、各ロータの反対側の端部から創成された2つの短翼
とを備えたものである)を示すものである。 第3図は、第2図における従来の典型的な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つのロータの展開図であり、各ロ
ータの4つの翼を展開して示すものであり、展開図にお
いては螺旋状の各月が直線で対角線方向に傾いているよ
うに示されている。 第5図は、第2図の5−5線に沿う拡大断面図であり、
説明のために混合室を概略的に示すものである。 第6図は、本発明による2つの4翼ロータを示すもので
あり、第3図と同様な平面図である。 第7図は、第6図のロータの展開図である。 第8図は、本発明による2つの3翼ロータを示すもので
あり、第6図と同様な平面図である。 第9図は、第8図の3翼ロータの展開図である。 第10図は、第6図および第7図に示す本発明の新規な
ロータによって2つのロータキャビティ内に発生される
増強された軸線方向の混合作用を説明するための説明図
である。 第11図は、第6図および第7図に示す本発明の新規な
ロータの展開図を、第11A図〜第11F図の6つの連
続した状態で示すものであり、これらの6つの図面によ
って、本発明のロータにより発生される増強された横方
向の混合作用(キャビティからキャビティに向って移動
する方向の混合作用)を説明すべく、各ロータの6つの
異なる相対角度位置を示すものである。 第12A図および第12B図は、第6図および第7図に
示す本発明の新規な4翼ロータが混合室゛の中央部にお
いて長い滞在時間rDLJで滞在する状態を、第3図お
よび第4図の従来のロータと比較して示す説明図である
。 第13図は、第8図および第9図に示す本発明の新規な
3翼ロータの長い滞在時間rDLJを示す、第12A図
および第12B図と同様な説明図である。 20・・・・・・混合機、    26・・・・・・混
合室、29・・・・・・混合室の中央領域、 8l82・・・・・・本発明の4翼ロータ、81’、8
2’・・・・・・本発明の3翼ロータ、9l92・・・
・・・本発明のロータの長翼、93.94・・・・・・
本発明のロータの短翼。 沿   や   史 LJ−頃    頃 FIG、13 新3翼ロータ 1)L FIG、 12A 新4翼ロータ

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、互に反対方向に回転する非噛み合い形の第1および
    第2の翼付きロータ(81、82および81′、82′
    )を、これらの軸線(60)が水平かつ平行となるよう
    に収容するためのそれぞれのキャビティ(27、28)
    を備えた混合室(26)を形成するためのハウジング手
    段(35)と、前記第1および第2のロータをそれぞれ
    の軸線のまわりで互に反対方向(23、25)に回転さ
    せるための駆動手段(48、50)とを有する密閉形混
    合機であって、前記それぞれのキャビティが、前記第1
    および第2のロータの間に配置された前記混合室の中央
    領域(29)と連通しており、前記混合室が入口と出口
    とを備えており、前記第1および第2のロータの各々が
    、被駆動側端部(57)と、冷却側端部(58)と、第
    1および第2の長翼および少くとも1つの短翼とからな
    るほぼ螺旋状をなす少くとも3つの翼片(91、92、
    93、94又は91、92、93)とを備えている密閉
    形混合機において、 前記各ロータの前記第1の長翼が、前記ロータの軸線に
    対して0℃の角度をなしてロータの第1の端部(57又
    は58)から創成されており、かつ約25°〜約45°
    の範囲内にある第1のねじれ角A_1でロータの軸線に
    対して傾斜している翼片(91)を備えており、 前記各ロータの前記第2の長翼が、前記ロータの軸線に
    対して約176°〜約184°の範囲の角度をなしてロ
    ータの第2の端部(58又は57)から創成されており
    、かつ前記第1のねじれ角A_1よりも大きな第2のね
    じれ角A_2でロータの軸線に対して傾斜している翼片
    (92)を備えており、 前記短翼が、小さなねじれ角A_1をもつ前記第1の長
    翼が創成されている側と同じ側のロータの端部から創成
    されており、 前記短翼が、前記ロータの軸線に対して約 131°〜約139°の範囲の角度をなしてロータの前
    記第1の端部から創成されており、かつ約20°〜約5
    0°の範囲内にある第3のねじれ角A_3でロータの軸
    線に対して傾斜している翼片(93)を備えており、 前記第1のロータの前記第1の端部は、前記駆動手段に
    より駆動される被駆動端部であり、前記第2のロータの
    前記第2の端部は、前記駆動手段により駆動される被駆
    動端部であることを特徴とする密閉形混合機。 2、前記第2のねじれ角A_1が、前記第1のねじれ角
    A_1よりも約4°だけ大きいことを特徴とする特許請
    求の範囲第1項に記載の密閉形混合機。 3、前記第2のねじれ角A_2が、前記第1のねじれ角
    A_1よりも約4°〜約10°の範囲の角度だけ大きい
    ことを特徴とする特許請求の範囲第2項に記載の密閉形
    混合機。 4、前記短翼の翼片(93)の第3のねじれ角A_3が
    、前記第1のねじれ角A_1の±5°の範囲内の角度で
    あることを特徴とする特許請求の範囲第1項〜第3項の
    いずれか1項に記載の密閉形混合機。 5、前記第1のねじれ角A_1と前記第2のねじれ角A
    _2との間の角度差が約6°〜約8°の範囲内にあるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第2項〜第4項のいずれ
    か1項に記載の密閉形混合機。 6、前記第1の長翼の翼片(91)が、約70°〜約1
    10°の範囲内の全巻き角T_1を有することを特徴と
    する特許請求の範囲第1項〜第5項のいずれか1項に記
    載の密閉形混合機。 7、前記第2の長翼の翼片(92)が、約80°〜約1
    20°の範囲内の全巻き角T_2を有することを特徴と
    する特許請求の範囲第1項〜第6項のいずれか1項に又
    は2項以上に記載の密閉形混合機。 8、前記短翼の翼片(93)が、約20°〜約50°の
    範囲内の全巻き角T_3を有することを特徴とする特許
    請求の範囲第1項〜第7項のいずれか1項に又は2項以
    上に記載の密閉形混合機。 9、前記ロータの長さLに対する前記第1の長翼の翼片
    (91)の軸線方向長さl_1の比が約0.60〜約0
    .85の範囲内にあり、前記ロータの長さLに対する前
    記第2の長翼の翼片(92)の軸線方向長さl_2の比
    が約0.55〜0.80の範囲内にあることを特徴とす
    る特許請求の範囲第1項〜第8項のいずれか1項に又は
    2項以上に記載の密閉形混合機。 10、前記ロータの長さLに対する前記短翼の翼片(9
    3)の軸線方向長さl_3の比が約0.20〜約0.5
    0の範囲内にあることを特徴とする特許請求の範囲第1
    項〜第9項のいずれか1項に又は2項以上に記載の密閉
    形混合機。 11、第2の短翼を有し、該第2の短翼が、ロータの軸
    線に対して約311°〜約319°の範囲の角度をなし
    てロータの前記第2の端部から創成されており、かつ約
    29°〜約50°の範囲内の第4のねじれ角A_4でロ
    ータの軸線に対し傾斜しており、各ロータの前記第1お
    よび第2の長翼(91および92)は、これらの長翼が
    それぞれの混合室キャビティ(27および28)内で回
    転するとき、それぞれの混合室キャビティ(27および
    28)内における運動の軸線方向成分によって原料(1
    00)のバンクを前後にローリングさせることによって
    それぞれのキャビティ内で原料のブレンディング分散混
    合作用を生じさせることを特徴とする特許請求の範囲第
    1項〜第9項のいずれか1項に又は2項以上に記載の密
    閉形混合機。 12、前記各ロータの前記第1および第2の長翼(91
    、92)が、運動の軸線方向成分によって原料(100
    )のバンクを前後にローリングさせることによって、そ
    れぞれのキャビティ(27、28)内で原料のブレンデ
    ィング分散混合作用をランダムに生じさせることを特徴
    とする特許請求の範囲第1項〜第11項のいずれか1項
    又は2項以上に記載の密閉形混合機。 13、前記各ローラの前記第1および第2の長翼(91
    、92)が、原料(100)のバンクをそれぞれのキャ
    ビティ(27又は28)内で軸線方向の反対方向に異な
    る速度で前後にローリングし、前記異なるねじれ角(A
    _2およびA_1)により前記混合作用のランダム化お
    よびブレンディング混合作用を生じさせることを特徴と
    する特許請求の範囲第12項に記載の密閉形混合機。 14、前記第3のねじれ角A_1が前記第1のねじれ角
    A_1にほぼ等しく、前記第4のねじれ角A_4が前記
    第2のねじれ角A_2にほぼ等しいことを特徴とする特
    許請求の範囲第11項に記載の密閉形混合機。 15、前記第1の長翼の翼片(91)の螺旋長さが、前
    記第2の長翼の翼片(92)の螺旋長さの約95%〜約
    110%の範囲内にあることを特徴とする特許請求の範
    囲第1項〜第14項に記載の密閉形混合機。 16、前記第1の短翼の翼片が約20°〜約50°の範
    囲内の全巻き角T_3を有し、前記第2の短翼の翼片が
    約20°〜約50°の範囲内の全巻き角T_4を有する
    ことを特徴とする特許請求の範囲第11項又は第14項
    に記載の密閉形混合機。 17、前記第1および第2の短翼の螺旋長さはほぼ等し
    いことを特徴とする特許請求の範囲第11項、第14項
    又は第16項のいずれか1項に記載の密閉形混合機。 18、前記ロータの軸線方向長さLに対する前記第1の
    短翼の軸線方向長さl_3の比l_3/Lは約0.1〜
    約0.4の範囲内にあり、前記ロータの軸線方向長さL
    に対する前記第2の短翼の軸線方向長さl_4の比l_
    4/Lは約0.1〜約0.4の範囲内にあることを特徴
    とする特許請求の範囲第1項〜第9項および第11項〜
    第17項のいずれか1項に又は2項以上に記載の密閉形
    混合機。 19、前記2つの短翼のねじれ角(A_3およびA_4
    )は、約20°〜約50°の範囲内にあることを特徴と
    する特許請求の範囲第1項〜第9項および第11項〜第
    18項のいずれか1項又は2項以上に記載の密閉形混合
    機。
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