KR101704311B1 - 혼련 로터 및 혼련기 - Google Patents

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사야카 야마다
가즈오 야마구치
츠구시 후쿠이
요시노리 구로다
다카야 우다
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가부시키가이샤 고베 세이코쇼
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Abstract

본 발명의 혼련 로터(1)는, 수평 방향을 향하는 축심 주위로 회전 가능하게 배치됨과 함께, 재료를 혼련하는 혼련 플라이트(7)를, 축심 주위에 적어도 2개 이상 구비한다. 혼련 로터(1)의 축심과 수직한 단면에 있어서, 혼련 플라이트(7)는, 혼련 로터(1)가 회전하였을 때 재료에 대해 대향하는 작업면(9)을 구비하고 있다. 혼련 플라이트(7)의 작업면(9)에는, 작업면(9)의 일부가 직경 내측을 향해 오목하게 들어간 오목부(10)가 형성되어 있다.

Description

혼련 로터 및 혼련기 {KNEADING ROTOR AND KNEADING MACHINE}
본 발명은, 재료의 온도 상승을 억제하면서 혼련을 행할 수 있는 혼련 로터 및 혼련기에 관한 것이다.
일반적으로, 연속 혼련기나 압출기 등의 혼련기에서는, 배럴 내에 고분자 수지의 펠릿이나 분말상의 첨가물 등의 재료를 공급하고, 배럴 내에 삽입 관통된 한 쌍의 혼련 로터를 회전시킴으로써, 배럴 내의 재료의 혼련이 행해진다.
이 혼련 로터에는 재료를 혼련하는 혼련 플라이트가 축심 주위로 복수개 설치되어 있고, 혼련 로터를 회전시키면, 배럴 내의 재료가 혼련 플라이트에 의해 파열되도록 전단된다. 그로 인해, 혼련기의 혼련 로터에는, 재료를 전단하기에 적합한 단면 형상을 갖는 혼련 플라이트가 일반적으로 설치되어 있다.
예를 들어, 특허문헌 1의 도 4에는, 재료를 전단하기에 적합한 혼련 플라이트를 갖는 혼련 로터가 개시되어 있다. 또한, 이해를 용이하게 하기 위해, 특허문헌 1의 도 4에 나타내는 혼련 로터와 대략 동일한 형상을 갖는 혼련 로터를, 본 명세서의 도 2의 (b)에 종래예 1로서 도시한다.
도 2의 (b)에 도시하는 바와 같이, 특허문헌 1(종래예 1)의 혼련 로터는, 수평 방향을 향하는 축심 주위로 3개의 혼련 플라이트를 갖고 있고, 각각의 혼련 플라이트는 직경 외측을 향해 돌출되는 삼각 형상의 단면 형상을 갖는다. 이 혼련 플라이트의 돌출 단부는 팁부라 불리는 부분이며, 배럴의 내주면의 부근에 위치하고 있다. 그리고, 이 팁부와 배럴의 내주면의 사이에는 좁은 간극이 형성되어 있고, 이 간극에 재료를 도입함으로써, 재료에 전단력을 부여하는 기구로 되어 있다.
또한, 혼련 로터의 축심과 수직한 단면에 있어서, 혼련 플라이트는 팁부의 측방에 연속해서 연결되도록 경사진 면을 구비하고 있다. 이 경사진 면 중, 혼련 로터가 회전하였을 때 재료에 대해 대향하는 면이 작업면(Working face)으로 되어 있다.
일본 특허 공고 평6-41135호 공보(도 4 참조)
그런데, 상술한 특허문헌 1의 혼련 플라이트를 사용하여 재료를 혼련하는 경우에, 재료에 부여되는 전단력이 지나치게 커지면, 재료의 온도가 필요 이상으로 상승해 버리는 경우가 있다. 이 재료 온도의 상승은, 상술한 작업면의 경사 각도나 형상에 큰 영향을 받는다.
예를 들어, 특허문헌 1의 도 4에 도시되는 혼련 로터, 바꾸어 말하면 본 명세서의 도 2의 (b)에 도시하는 바와 같은 단면 형상을 구비하는 혼련 로터에서는, 작업면은, 도면 중에 동그라미 표시로 나타내어지는 바와 같이 직경 외측 방향을 향해 볼록 형상으로 되어 있다. 이 볼록 형상의 작업면은, 배럴의 내벽면에 대해 그다지 경사져 있지 않고, 혼련 플라이트의 표면으로부터 배럴의 내벽면까지의 거리가 비교적 짧다. 이러한 배럴의 내벽면까지의 거리가 작아지는 개소가 많은 혼련 플라이트를 사용한 경우, 배럴 내의 재료에는 전단 흐름이 지배적으로 발생하여, 재료에 막대한 전단력이 부여되게 된다. 따라서, 재료 온도의 상승을 피할 수 없게 된다.
또한, 재료 온도의 상승을 억제하기 위해, 이 혼련 로터의 작업면을 평탄하게 한 경우에는, 좌우의 혼련 로터가 지나치게 이격되어 재료의 혼련이 불충분해져, 재료 내에서의 국부적인 온도의 편차가 커져 버린다고 하는 문제가 새롭게 발생한다.
본 발명은, 상술한 문제에 비추어 이루어진 것이며, 재료에 대한 온도 상승 및 재료 내에서의 국부적인 온도의 편차를 확실하게 억제할 수 있는 혼련 로터 및 혼련기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 혼련 로터는 이하의 기술적 수단을 강구하고 있다.
즉, 본 발명의 혼련 로터는, 수평 방향을 향하는 축심 주위로 회전 가능하게 배치되고, 재료를 혼련하는 혼련 플라이트를 상기 축심 주위에 적어도 2개 이상 구비하는 혼련 로터이며, 상기 혼련 플라이트는, 상기 혼련 로터의 상기 축심과 수직한 단면에 있어서, 상기 혼련 로터가 회전하였을 때 재료에 대해 대향하는 작업면을 구비하고 있고, 상기 혼련 플라이트의 작업면에는, 상기 작업면의 일부가 직경 내측을 향해 오목하게 들어간 오목부가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 바람직하게는 상기 혼련 로터의 축심과 수직한 단면에 있어서, 서로 주위 방향으로 인접하는 혼련 플라이트끼리의 사이에는, 상기 혼련 플라이트의 표면의 일부가 직경 외측을 향해 돌출된 볼록부가 형성되어 있고, 상기 혼련 플라이트의 팁부와 상기 볼록부의 정상부 사이가 상기 오목부로 되어 있으면 된다.
또한, 바람직하게는 상기 볼록부의 외주면은, 상기 혼련 로터의 축심을 중심선으로 하는 원통면 형상으로 형성되어 있으면 된다.
또한, 바람직하게는 상기 혼련 로터의 축심으로부터 상기 볼록부의 정상부까지의 거리의 2배의 값이, 상기 혼련 로터의 축심으로부터 상기 혼련 플라이트의 팁부까지의 거리의 2배의 값의 0.6배 이상으로 되도록, 상기 볼록부가 형성되어 있으면 된다.
한편, 본 발명의 혼련기는, 상술한 혼련 로터와, 이 혼련 로터를 삽입 관통 가능한 원 관통 구멍을 관통 형상으로 갖는 배럴을 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 혼련 로터 및 혼련기에 의하면, 재료에 대한 온도 상승 및 재료 내에서의 국부적인 온도의 편차를 확실하게 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명에 관한 혼련기의 정면 단면도이다.
도 2의 (a)는 본 발명의 제1 실시 형태의 혼련 로터의 단면도이고, (b)는 종래예 1의 혼련 로터의 단면도이고, (c)는 종래예 2의 혼련 로터의 단면도이다.
도 3은 제1 실시 형태의 혼련 로터의 확대 단면도이다.
도 4는 ds/dr의 값이, 각각, (a) 0.72, (b) 0.60, (c) 0.55일 때의 혼련 로터의 단면 형상을 도시하는 도면이다. 또한, dr/db의 값은 모두 0.85이다.
도 5는 ds/dr의 값을 (a) 0.60, (b)0.55로 변화시켰을 때의 혼련 로터의 단면 형상을 도시하는 도면이다. 또한, dr/db의 값은 모두 0.98이다.
도 6은 1회전당 상승 온도에 미치는 영향을, 실시예와 종래예에서 비교한 도면으로, (a)는 dr/db의 값이 0.85일 때, (b)는 dr/db의 값이 0.98일 때의 결과를 나타낸다.
도 7은 재료 온도의 표준 편차에 미치는 영향을, 실시예와 종래예에서 비교한 도면으로, (a)는 dr/db의 값이 0.85일 때, (b)는 dr/db의 값이 0.98일 때의 결과를 나타낸다.
도 8은 제2 실시 형태의 혼련 로터의 단면도이다.
이하, 본 발명에 관한 혼련 로터(1) 및 이 혼련 로터(1)가 설치된 혼련기(2)의 실시 형태를, 도면에 기초하여 상세하게 설명한다.
(제1 실시 형태)
도 1은 제1 실시 형태의 혼련 로터(1)가 설치된 혼련기(2)[제1 실시 형태의 혼련기(2)]를 도시하고 있다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 제1 실시 형태의 혼련기(2)는 고분자 수지의 펠릿이나 분말상의 첨가물 등의 재료를 혼련하는 것이며, 재료를 혼련하는 혼련 로터(1)를 구비하고 있다. 제1 실시 형태에서는, 서로 이방향(異方向)으로 회전하는 혼련 로터(1)를 2축 구비한 이방향 회전형의 2축의 연속 혼련기를 예로 들어, 본 발명의 혼련기(2)를 설명하고 있다. 또한, 본 발명의 혼련기(2)로서는, 이방향 회전형의 2축 연속 혼련기 이외에도, 동방향(同方向) 회전형의 2축 연속 혼련기나, 2축의 압출기, 또는 뱃치식 혼련기 등을 사용할 수도 있다.
혼련기(2)는, 내부가 공동으로 된 배럴(3)과, 이 배럴(3)의 내부에 수용되는 좌우 1세트의 혼련 로터(1, 1)를 갖고 있다. 이 배럴(3)의 내부에는, 혼련 로터(1)를 수용 가능한 원 관통 구멍(4)이 평행하게 배열되어 2개 천공되어 있다. 2개의 원 관통 구멍(4, 4)은, 그 내벽면의 일부끼리가 서로 겹치도록 되어 있고, 한쪽의 원 관통 구멍(4)으로부터 다른 쪽으로 재료를 이동 가능하게 되어 있다. 이들 2개의 원 관통 구멍(4, 4) 각각에는 혼련 로터(1)가 1개씩 삽입 관통되어 있다. 이 혼련기(2)는 혼련 로터(1)를 합계 2축 갖는 2축 타입이다.
또한, 이후의 설명에 있어서, 도 1의 지면의 좌측을 혼련 로터(1) 및 혼련기(2)를 설명할 때의 상류측이라 칭하고, 지면의 우측을 하류측이라 칭한다. 또한, 도 1의 지면의 좌우 방향을 혼련 로터(1) 및 혼련기(2)를 설명할 때의 축방향이라 칭하고, 또한 축방향에 대해 수직한 방향을 축 수직 방향이라 칭한다. 또한, 축심을 기준으로 하여, 축심으로부터 멀어지는 방향을 직경 외측이라 칭하고, 또한 축심에 근접하는 방향을 직경 내측이라 칭한다.
도 1 및 도 2의 (a)에 도시하는 바와 같이, 배럴(3)은 수평 방향을 따라 긴 통 형상으로 형성되어 있다. 배럴(3)의 내부에는 상술한 바와 같이 2개의 원 관통 구멍(4, 4)이 평행하게 배열되어 상류로부터 하류(축방향)를 향하도록 형성되어 있다. 배럴(3)의 축방향의 중도측에는, 배럴(3) 내에 재료를 공급하는 호퍼(5)가 설치되어 있다.
원 관통 구멍(4)은, 배럴(3)의 내부를 수평 방향을 향해 도려냄으로써 형성된 대략 원통 형상의 가로 구멍이고, 그 축 수직 방향을 따른 단면은 대략 원형으로 되어 있다. 원 관통 구멍(4)은, 수평 방향으로 평행하게 배열되어 좌우 한 쌍 설치되어 있고, 그 내벽면의 일부가 서로 겹치는, 이른바 「안경 구멍 형상」으로 되어 있다.
혼련 로터(1)는, 배럴(3) 내에 공급된 재료를 혼련하는 것이며, 축방향을 따라 장척 형상으로 형성되어 있다. 혼련 로터(1)는 좌우 한 쌍으로 설치되어 있고, 상술한 한 쌍의 원 관통 구멍(4)에 각각 삽입 관통되도록 되어 있다. 이들 한 쌍의 혼련 로터(1) 중, 좌측의 혼련 로터(1)는 상류측으로부터 보았을 때에 시계 방향으로 회전하고 있고, 또한 우측의 혼련 로터(1)는 반시계 방향으로 회전하고 있다.
혼련 로터(1)는, 다양한 종류의 세그먼트를 축방향으로 조합함으로써 형성되어 있고, 축방향의 중도 부분에는 복수의 로터 세그먼트(6)(혼련용 세그먼트)가 설치되어 있다.
로터 세그먼트(6)는, 다양한 종류의 세그먼트 중에서도 특히 혼련에 적합한 것이다. 로터 세그먼트(6)는 축 수직 방향을 따른 단면이 변형된 삼각형과 같은 형상으로 형성되어 있고, 직경 외측을 향해 선단이 뾰족한 혼련 플라이트(7)를 축심 주위에 3개 갖고 있다. 이들 혼련 플라이트(7)는 뾰족한 선단에 배럴(3)의 내벽면과 대향하는 팁부(8)를 갖고 있다. 혼련 로터(1)가 회전하면, 각 혼련 플라이트(7)의 팁부(8)가 배럴(3)의 내벽면을 스치도록 회전하여, 배럴(3)의 내벽면에 부착된 재료를 남기지 않고 긁어내어 재료를 혼련할 수 있도록 되어 있다.
그런데, 상술한 혼련 로터(1)의 각 혼련 플라이트(7)에는, 혼련 로터(1)가 회전하였을 때 재료에 대향하도록 경사진 작업면(9)이 설치되어 있다. 작업면(9)은, 혼련 플라이트(7)의 팁부(8)에 대해 주위 방향으로 연속하도록 형성되어 있고, 도 2의 (a)∼도 2의 (c)의 좌측의 혼련 로터(1)의 경우라면 팁부(8)로부터 볼 때 시계 방향(회전 방향)에 인접하여 설치되어 있다. 이 작업면(9)은, 도 2의 (a)∼도 2의 (c)에 도시하는 바와 같이 다양한 형상이나 경사 각도를 구비할 수 있다.
예를 들어, 도 2의 (b)에 도시하는 종래예 1의 혼련 로터(101)에 있어서, 작업면(109)은 도면 중에 동그라미 표시로 나타나는 위치에, 배럴의 원 관통 구멍(104)의 내벽면에 대해 경사진 면으로서 형성되어 있다. 이 종래예 1의 작업면(109)은 직경 외측(외주측)을 향해 돌출되도록 만곡된 볼록면 형상으로 형성되어 있고, 배럴의 원 관통 구멍(104)의 내벽면에 대해 그다지 큰 경사 각도를 구비하고 있지 않다. 즉, 작업면(109)은 배럴의 원 관통 구멍(104)의 내벽면을 따르는 경사 각도로 되어 있다. 그러므로, 종래예 1의 혼련 로터(101)에서는, 작업면(109)이 배럴의 원 관통 구멍(104)의 내벽면측(직경 외측)을 향해 돌출되어 있는 분만큼, 작업면(109)과 배럴의 원 관통 구멍(104)의 내벽면 사이의 거리는 작게 되어 있다.
이와 같이 배럴의 원 관통 구멍(104)과 혼련 플라이트(107)의 표면의 거리가 작아지는 개소에서는, 배럴 내에서 혼련되는 재료에 전단력이 작용하기 쉬워지는 것이 알려져 있다. 즉, 종래예 1의 혼련 로터(101)를 사용한 경우에는, 혼련 플라이트(107)에 의해 전단 흐름이 지배적으로 발생되게 되어, 혼련이 진행되는 데 수반하여 혼련 재료의 온도 상승이 커져 버린다.
한편, 도 2의 (c)에 도시하는 종래예 2의 혼련 로터(201)에 있어서, 작업면(209)은 도면 중에 동그라미 표시로 나타내어지는 위치에, 배럴의 원 관통 구멍(204)의 내벽면에 대해 경사진 면으로서 형성되어 있다. 종래예 2의 작업면(209)이 종래예 1과 다른 점은, 종래예 2의 작업면(209)이 주위 방향으로 인접하는 2개의 혼련 플라이트(207)의 팁부(208) 사이를 최단으로 연결하는 평탄한 면 형상으로 형성되어 있는 점이다. 즉, 종래예 2의 작업면(209)은 종래예 1과 같이 직경 외측을 향해 돌출되는 일이 없고, 배럴의 원 관통 구멍(204)의 내벽면에 대해 큰 경사 각도를 구비하고 있다. 이와 같이, 작업면(209)이 큰 경사 각도를 구비하는 분만큼, 배럴의 원 관통 구멍(204)의 내벽면과 혼련 플라이트(207)의 표면의 거리가 작아지는 개소는 종래예 1보다 감소하고, 재료에 대해 부여되는 전단력도 종래예 1보다 작아진다. 따라서, 종래예 2의 혼련 로터(201)를 사용한 경우에는, 재료 온도의 상승을 억제할 수 있다.
그러나, 종래예 2의 혼련 로터(201)를 사용한 경우에는, 좌우의 혼련 로터(201) 사이에 형성되는 로터 간극(L2)이, 작업면(109)이 직경 외측을 향해 돌출되는 일이 없는 분만큼, 종래예 1의 좌우 혼련 로터(101) 사이에 형성되는 로터 간극(L1)에 비교하여 커진다. 이와 같이 좌우의 혼련 로터 사이에 형성되는 로터 간극이 넓어지면, 재료에 부여되는 전단력이 크게 변동되고, 재료 내에서의 국부적인 온도의 편차도 커져 버린다.
따라서, 본 발명의 혼련 로터(1)에서는, 도 2의 (a)에 도시하는 바와 같이, 혼련 플라이트(7)의 작업면(9)에, 이 작업면(9)의 일부가 직경 내측을 향해 오목하게 들어간 오목부(10)가 형성되어 있다. 이러한 오목부(10)를 작업면(9)에 형성하면, 오목부(10)가 형성되어 있는 분만큼 배럴(3)의 원 관통 구멍(4)의 내벽면과 혼련 플라이트(7)의 표면의 거리가 이격되고, 재료에 대해 부여되는 전단력을 작게 하여, 재료 온도의 상승을 억제할 수 있다. 또한, 오목부(10)가 형성된 장소 이외의 혼련 플라이트(7)의 표면을 직경 외측으로 돌출시킬 수도 있으므로, 좌우의 혼련 로터(1) 사이에 형성되는 로터 간극을 작게 할 수 있고, 재료 내에서의 국소적인 온도의 편차를 억제하는 것도 가능해진다.
구체적으로는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 제1 실시 형태의 혼련 로터(1)에는, 혼련 로터(1)의 축심과 수직한 단면에 있어서, 서로 주위 방향으로 인접하는 혼련 플라이트(7, 7)끼리의 사이에, 혼련 플라이트(7)의 표면의 일부가 직경 외측을 향해 돌출된 볼록부(11)가 형성되어 있다. 그리고, 이 볼록부(11)를 설치함으로써, 볼록부(11)와는 반대로 오목하게 들어가게 되는 혼련 플라이트(7)의 팁부(8)와 이 볼록부(11)의 정상부(11') 사이가, 상술한 오목부(10)로 되어 있다.
다음으로, 제1 실시 형태의 혼련 로터(1)의 혼련 플라이트(7)에 형성되는 작업면(9), 볼록부(11) 및 오목부(10)에 대해 더욱 상세하게 설명한다.
작업면(9)은, 도 3에 동그라미 표시로 나타내는 바와 같이, 혼련 로터(1)가 회전하였을 때 재료에 대향하도록 경사진 면이며, 팁부(8)에 대해 주위 방향으로 연속한 위치(인접한 위치)에 형성되어 있다. 이 작업면(9)은, 주위 방향에 대해 경사지도록 형성되어 있고, 혼련 로터(1)가 회전하면 배럴(3) 내의 재료가 접촉하도록 되어 있다.
볼록부(11)는, 상술한 바와 같이 혼련 플라이트(7)의 표면의 일부를 직경 외측을 향해 돌출시킨 것이며, 그 외주면은 혼련 로터(1)의 축심을 중심선으로 하는 원기둥 면 형상으로 형성되어 있다. 즉, 혼련 로터(1)의 축심과 수직한 단면에 있어서, 볼록부(11)는 혼련 로터(1)의 축심을 곡률 중심으로 하는 원호 형상이며, 주위 방향으로 인접하는 팁부(8)끼리의 사이를 연결하는 직선보다 직경 외측을 향해 돌출되도록 팽출되어 있다.
오목부(10)는, 상술한 볼록부(11)를 형성함으로써, 오목하게 들어간 형상으로 형성되어 있다. 오목부(10)는, 혼련 플라이트(7)의 팁부(8)와, 상술한 볼록부(11)의 정상부(11')(선단)를 연결하는 기준선 S(도면 중에 1점 쇄선으로 나타내는 직선)보다, 직경 내측을 향해 오목하게 되어 있다.
그런데, 상술한 바와 같이 팁부(8)의 사이에 볼록부(11)를 형성함으로써, 볼록하게 되어 있지 않은 부분을 오목부(10)로 하는 것으로 해도, 형성하는 볼록부(11)의 돌출량이 지나치게 작으면 충분히 오목하게 들어간 오목부(10)는 얻어지지 않게 된다. 그러므로, 볼록부(11)는 혼련 로터(1)의 축심으로부터 볼록부(11)의 정상부(11')까지의 거리의 2배의 값이, 혼련 로터(1)의 축심으로부터 혼련 플라이트(7)의 팁부(8)까지의 거리의 2배의 값의 0.6배 이상으로 되도록 형성되는 것이 바람직하다.
다음으로, 볼록부(11)의 돌출량, 바꾸어 말하면 혼련 로터(1)의 축심으로부터 볼록부(11)의 정상부(11')까지의 거리의 2배의 값에 대해 설명한다.
예를 들어, 배럴(3)의 내경, 즉 배럴(3)의 원 관통 구멍(4)의 내벽면의 직경을 db로 한다. 또한, 혼련 로터(1)의 최대 외경, 즉 혼련 로터(1)의 축심으로부터 팁부(8)(플라이트의 정상부)까지의 거리의 2배를 dr로 한다. 그리고, 이 db와 dr의 비(dr/db)가 0.85로 되는 혼련 로터(1)를 도 4의 (a)∼도 4의 (c)에 도시하는 바와 같이 3종류 생각한다.
도 4의 (a)에 도시하는 바와 같이, 볼록부(11)의 외경 ds가 혼련 로터(1)의 최대 외경 dr의 0.72배인 경우(ds/dr=0.72의 경우)는, 볼록부(11)와 팁부(8) 사이의 외형선은 명확하게 직경 내측을 향해 L자 형상으로 굴곡되어 있어, 명료하게 오목하게 들어간 오목부(10)가 확인된다.
그런데, 도 4의 (b)에 도시하는 바와 같이, 볼록부(11)의 외경 ds가 혼련 로터(1)의 최대 외경 dr의 0.6배(ds/dr=0.6)로 되면, 볼록부(11)와 팁부(8) 사이에 형성되는 오목부(10)는 매우 얕아, 확실한 오목 형상이라고 하기 어려운 상태로 된다.
그리고, 도 4의 (c)에 도시하는 바와 같이, 볼록부(11)의 외경 ds가 혼련 로터(1)의 최대 외경 dr의 0.55배(ds/dr=0.55)로 되면, 볼록부(11)와 팁부(8) 사이의 외형선은 직선적으로 되어, 오목부(10)는 거의 확인할 수 없게 된다.
상술한 도 4의 (a)∼도 4의 (c)에 도시하는 바와 같은 볼록부(11)의 외경 ds와 오목부(10)의 대응 관계는, 혼련 플라이트(7)의 팁부(8)와 배럴(3)의 내벽면 사이의 거리가 보다 작아져도, 바꾸어 말하면 db와 dr의 비(dr/db)가 0.98로 되는 혼련 로터(1)에 관해서도 성립된다.
예를 들어, 도 5의 (a)에 도시하는 바와 같이, db와 dr의 비(dr/db)가 0.98로 되는 혼련 로터(1)라도, 볼록부(11)의 외경 ds가 혼련 로터(1)의 최대 외경 dr의 0.6배인 경우(ds/dr=0.6인 경우)는, 볼록부(11)와 팁부(8) 사이에 명확하게 오목 형상의 개소가 있다. 즉, 명료한 오목부(10)가 확인된다.
그런데, 도 5의 (b)에 도시하는 바와 같이, 볼록부(11)의 외경 ds가 혼련 로터(1)의 최대 외경 dr의 0.55배(ds/dr=0.55)로 되면, 볼록부(11)와 팁부(8) 사이에 확인되는 형상이 오목 형상이라고는 할 수 없게 된다. 즉, 오목부(10)를 확인할 수 없게 된다.
다음으로, 상술한 도 4의 (a)∼도 4의 (c) 및 도 5의 (a), (b)의 혼련 로터(1)를 사용하여 혼련을 행하였을 때, 재료의 온도가 어느 정도 상승하는지, 및 재료 온도가 배럴(3) 내에서 어느 정도의 편차를 갖고 있는지를, 실험에 의해 확인하였다.
도 6의 (a), (b)는, 종래예 1, 2 및 실시예의 혼련 로터(1)를 1회전시켰을 때, 1회전당 재료가 어느 정도 온도 상승하는지를 계측한 결과를 나타낸다. 또한, 도 7의 (a), (b)는 재료 온도의 배럴(3) 내에서의 편차를, 계측 온도의 표준 편차로서 계측한 결과를 나타낸다. 또한, 도 6의 (a), 도 7의 (a)는 비(dr/db)가 0.85인 결과이고, 도 6의 (b), 도 7의 (b)는 비(dr/db)가 0.98인 결과이다.
도 6의 (a)를 보면, 종래예 2의 온도 상승이 0.5℃를 약간 초과하는 정도인 것에 비해, 종래예 1에서는 ds/dr이 0.55→0.6→0.72로 커짐에 따라, 온도 상승이 0.6℃∼0.7℃로 모두 크게 되어 있다. 이것에 비해, 실시예의 온도 상승은, ds/dr이 0.55→0.6→0.72로 커져도, 온도 상승은 0.5℃∼0.6℃로 작은 상태이며, 종래예 1의 온도 상승만큼 크게 되지는 않는다. 또한, 이 종래예 1에 있어서의 ds는, 혼련 로터(14)의 외형선에 내접하는 원의 반경을 나타낸 것이다.
또한, 도 7의 (a)를 보면, 종래예 2의 재료 중에서의 온도의 편차(계측 온도의 표준 편차)가 0.11도를 초과하는 것에 비해, 종래예 1의 편차는, ds/dr이 0.55→0.6→0.72로 커짐에 따라 편차가 0.09℃∼0.10℃로 모두 작게 되어 있다. 이것에 비해, 실시예는, ds/dr이 0.55에서는 온도의 편차가 0.11℃로 크지만, ds/dr이 0.6이나 0.72에서는, 온도의 편차가 0.085℃∼0.10℃로 되어 있어, 종래예 1보다 온도의 편차가 작게 되어 있다.
이 도 6의 (a) 및 도 7의 (a)의 결과로부터, 실시예의 혼련 로터(1)에서는, 재료에 대한 온도 상승과 재료 중에서의 온도의 편차를, 양쪽 모두 억제할 수 있다고 판단할 수 있다. 또한, 실시예 중에서도, ds/dr＝0.55의 결과에 비해, ds/dr이 0.6이나 0.72의 쪽이 온도 상승도 온도의 편차도 작게 되어 있다. 이것으로부터, ds/dr로서는, 0.6배 이상으로 하는 편이 좋다고 판단할 수도 있다.
또한, 상술한 비(dr/db)가 0.85인 결과와 마찬가지로, 도 6의 (b) 및 도 7의 (b)에 도시하는 비(dr/db)가 0.98인 결과에서도, 종래예 1이나 종래예 2의 결과로부터 실시예의 혼련 로터(1)의 쪽이, 재료에 대한 온도 상승이나 재료 중에서의 온도의 편차를 억제할 수 있다.
이상으로부터, 제1 실시 형태의 혼련 로터(1)를 사용함으로써 재료에 대한 온도 상승 및 재료 내에서의 국부적인 온도의 편차를 확실하게 억제할 수 있다고 판단된다.
(제2 실시 형태)
다음으로, 제2 실시 형태의 혼련 로터(1) 및 이 혼련 로터(1)가 설치된 혼련기(2)에 대해 설명한다.
도 8은 제2 실시 형태의 혼련 로터의 단면도를 도시한다. 제2 실시 형태의 혼련 로터(1)에서는, 혼련 로터(1)의 축심과 수직한 단면에 있어서, 제1 실시 형태와 같은 단순한 오목 형상의 작업면(9)과는 달리, 작업면(9)의 단면 형상이 물결 형상으로 되는 복잡한 요철을 구비하도록 작업면(9)이 형성된다. 즉, 제2 실시 형태의 혼련 플라이트(7)의 작업면(9)에는, 팁부(8)에 가까운 측에 설치되는 제1 볼록부(11a)와, 팁부(8)로부터 먼 측에 설치되는 제2 볼록부(11b)가 있다. 이들 제1 볼록부(11a)와 제2 볼록부(11b)의 사이가 오목부(10)로 되어 있다.
즉, 제2 실시 형태의 혼련 플라이트(7)의 작업면(9)은, 혼련 로터(1)의 축심과 수직한 단면에 있어서, 주위 방향으로 서로 인접하는 팁부(8)의 사이를 연결하는 기준선 P(도면 중의 1점 쇄선)보다 직경 외측을 향해 돌출되도록 팁부(8)의 근방에서 만곡되어 있다. 이 직경 외측을 향해 만곡된 부분이, 제1 볼록부(11a)이다. 이 제1 볼록부(11a)의 측방에는, 제1 볼록부(11a)보다 직경 외측으로 크게 돌출된 제2 볼록부(11b)가 형성되어 있고, 제1 볼록부(11a)와 제2 볼록부(11b) 사이에 설치되는 직경 내측을 향해 완만하게 오목하게 들어간 부분이 오목부(10)로 되어 있다.
이와 같이 작업면(9)을 복잡하게 만곡된 곡면 형상으로 형성한 경우에도, 작업면(9)에 직경 내측을 향해 오목하게 들어간 오목부(10)가 있으면, 재료에 대한 온도 상승 및 재료 내에서의 국부적인 온도의 편차를 억제하는 것이 가능해진다.
또한, 금회 개시된 실시 형태는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는 상기한 설명이 아닌 특허청구범위에 의해 나타내어지고, 특허청구범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다. 또한, 금회 개시된 실시 형태에 있어서, 명시적으로 개시되어 있지 않은 사항, 예를 들어 운전 조건이나 조업 조건, 각종 파라미터, 구성물의 치수, 중량, 체적 등은, 당업자가 통상 실시하는 범위를 일탈하는 것이 아니며, 통상의 당업자라면 용이하게 상정하는 것이 가능한 값이 채용되어 있다.
본 출원은 2012년 8월 21일에 출원된 일본 특허 출원(일본 특허 출원 제2012-182676)에 기초하는 것이며, 그 내용은 여기에 참조로서 포함된다.
1 : 혼련 로터
2 : 혼련기
3 : 배럴
4 : 원 관통 구멍
5 : 호퍼
6 : 로터 세그먼트
7 : 혼련 플라이트
8 : 팁부
9 : 작업면
10 : 오목부
11 : 볼록부
11' : 볼록부의 정상부
S : 기준선
P : 기준선
11a : 제1 볼록부
11b : 제2 볼록부

Claims (6)

  1. 수평 방향을 향하는 축심 주위로 회전 가능하게 배치되고, 재료를 혼련하는 혼련 플라이트를 상기 축심 주위로 적어도 2개 이상 구비하는 혼련 로터이며,
    상기 혼련 플라이트는, 상기 혼련 로터의 상기 축심과 수직한 단면에 있어서, 상기 혼련 플라이트의 선단에 설치된 팁부와, 상기 혼련 로터가 회전하였을 때 재료에 대해 대향하는 작업면을 구비하고 있고,
    상기 혼련 플라이트의 작업면에는, 상기 작업면의 일부가 직경 내측을 향해 오목하게 들어간 오목부가 형성되고,
    상기 작업면은 상기 혼련 로터의 상기 축심과 수직한 단면에 있어서, 주위 방향으로 서로 인접하는 상기 팁부의 사이를 연결하는 기준선보다 직경 외측을 향해 돌출되도록 만곡된 제1 볼록부와, 상기 기준선보다 직경 외측을 향해 돌출된 제2 볼록부를 구비하고 있고,
    상기 제1 볼록부와 상기 제2 볼록부 사이에 상기 오목부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 혼련 로터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 볼록부의 외주면은, 상기 혼련 로터의 축심을 중심선으로 하는 원통면 형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 혼련 로터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 혼련 로터의 축심으로부터 상기 제2 볼록부의 정상부까지의 거리의 2배의 값이, 상기 혼련 로터의 축심으로부터 상기 혼련 플라이트의 팁부까지의 거리의 2배의 값의 0.6배 이상으로 되도록, 상기 제2 볼록부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 혼련 로터.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 혼련 로터의 축심으로부터 상기 제2 볼록부의 정상부까지의 거리의 2배의 값이, 상기 혼련 로터의 축심으로부터 상기 혼련 플라이트의 팁부까지의 거리의 2배의 값의 0.6배 이상으로 되도록, 상기 제2 볼록부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 혼련 로터.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 혼련 로터와, 상기 혼련 로터를 삽입 관통 가능한 원 관통 구멍을 관통 형상으로 갖는 배럴을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는, 혼련기.
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