JP2804923B2 - 密閉型混練装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ゴム状物の混練に
適したバッチ式密閉型混練装置であって、生産性を向上
させたものに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般にタイヤ等に使用されるゴムは、生
ゴムと硫黄、カーボン、フィラー等の添加物とを均一に
混ぜたものである。この生ゴムと添加物との混合のため
に密閉型混練装置が使用され、この密閉型混練装置によ
って、ゴムの可塑度の低下とともに添加物の分散の均一
化が図られる。ところで、自動車のラジアルタイヤに用
いられるゴムは硬質であるため、通常のゴムに比較して
添加物の均一な分散が困難である。

【０００３】そこで、添加物の均一な分散ができる密閉
型混練装置として、特公昭５８−４５６７号公報、特公
昭５８−５０９４号公報に開示されるものが使用されて
いる。

【０００４】これら公報に開示される密閉型混練装置
は、断面まゆ型の密閉されたチャンバ内に一対の逆方向
回転のロータを非かみ合いで平行配置し、各ロータは円
周方向等角度で２個の長翼と同じく円周方向等角度で２
個の短翼とからなる合計４翼を有し、これら長翼と短翼
との翼長比や推力比等を適切に設定したものである。す
なわち、合計翼数を２翼から４翼に増やすことによっ
て、混練機能を向上させたものである。

【０００５】昨今、タイヤの品質向上のために、ゴムの
硬度がより高くなったり、混練による分散の程度がより
シビアに求められるようになってきた。すると、上述し
た４翼ロータでも所定の混練時間の間に添加物が均一に
分散せず、長時間の混練が必要になってきた。長時間混
練すると、混練されるゴムの温度が上昇し、加硫反応等
の変質が起きる。そのため、ゴムの温度がある程度まで
上昇すると、一旦ゴムをチャンバから取り出して冷却
し、冷却後のゴムを再度混練するという複数回練りを行
う必要があった。この複数回練りを行うと、密閉型混練
装置の単位時間当たりの生産性が大幅に低下する。

【０００６】このような複数回練りの回数を減じるまた
は、混練性能の向上のための密閉型混練装置として、特
開昭６３−４７１０７号公報（ＵＳＰ４８７１２５９）
に開示されるものが提案されている。この密閉型混練装
置は、断面まゆ型の密閉されたチャンバ内に一対の逆方
向回転のロータを平行配置し、各ロータは円周方向等角
度で３個の長翼とこの長翼と連続する３個の短翼とを有
し、ゴムの収容容積を増加させるために、各翼の回転方
向背面と各翼の半径方向外端における接線とがなす切り
込み角を４０度以上１４０度以下にしたものである。こ
の回転方向背面の反作用面に存在する切り込みでの材料
の滞留防止のために、一対のロータの中心軸は各翼が互
いにかみ合うように狭められ、長翼と短翼とは連続翼と
して形成されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た円周方向等角度で３個の長翼と切り込みを有するロー
タによる密閉型混練装置にあっては、ロータ中心軸間の
距離を短くして翼がかみ合うようにするため、チャンバ
内容積が減少し、切り込みによるゴム収容容積の増加も
限度があり、２個の長翼を有するものに比較してゴム収
容容積の減少は免れなかった。また、ゴム収容容積の減
少を少なくするために、切り込みを深くすると、この部
分でのゴムの滞留によって、フリーカーボンが生じやす
くなるという問題点もある。

【０００８】請求項１乃至３の発明は、従来の技術の有
するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、そ
の目的とするところは、円周方向等角度で３個の長翼を
有する一対のロータを非かみ合いで配設してゴム収容容
積が減少させることなく、均質な混練が得られる密閉型
混練装置を提供しようするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明のうち請求項１記載の発明は、断面まゆ型の密閉され
たチャンバを形成するケース部材と、前記チャンバ内に
平行配置され互いに逆方向回転する一対のロータとを備
えてなる密閉型混練装置において、各ロータは中心軸回
りに螺旋状に延びる長翼を円周方向等角度で３個有し、
各ロータの中心軸は前記長翼が互いにかみ合わない程度
に離され、長翼部分のロータ断面形状が下記（ａ）〜
（ｄ）の少なくとも一つに該当するようにしたものであ
る。 （ａ）前記ロータ断面形状が略三角形状になる。 （ｂ）前記ロータ断面形状のうち回転方向背面における
反作用面が翼のチップの端を始点とする直線を含む。 （ｃ）前記ロータ断面形状のうち回転方向背面が、一つ
の滑らかな凹近似又は凸近似又は直線近似の曲面で形成
され、前記ロータ断面形状の最大径をＤｒとし最小径を
Ｄｄとしたとき、０．５＜Ｄｄ／Ｄｒ＜０．７５の範囲
内に収まる。 （ｄ）前記ロータ断面形状のうち回転方向背面が、一つ
の滑らかな凹近似又は凸近似又は直線近似の曲面で形成
され、前記ロータ断面形状の最大径をＤｒとし最小径を
Ｄｄとしたとき、０．６＜Ｄｄ／Ｄｒ＜０．７０の範囲
内に収まる。

【００１０】長翼が３個になると、ロータの表面積が増
えるため、混練物が冷却され、混練時間を長くできる。
各ロータ中心軸が長翼がかみ合わない程度に離れている
と、チャンバ内容積が減少しない。非かみ合いロータで
あるが故に、ロータ断面形状のうち、翼のチップから見
てロータの回転方向にある作用面に十分な混練物を取り
込む必要があるが、この良好な取り込みのためにはロー
タ断面形状の特に回転方向背面（翼のチップから見てロ
ータの反回転方向にある面）における反作用面の形状が
重要である。この反作用面を普通の凸状にしたり、逆に
凹状にすると、作用面前方に取り込まれる混練物が減少
するということが実験的に確かめられた。具体的には、
前記した（ａ）〜（ｂ）の少なくとも一つを充足する比
較的平坦な反作用面とする必要がある。ここで、反作用
面とは、回転方向背面のうち、翼のチップの回転方向背
面側（反回転方向側）のチップ端と、このチップ端から
チップ間距離の１／２乃至９／１０だけ反回転方向に離
れた点との間に存在する面をいう。

【００１１】また請求項２記載の発明は、請求項１の発
明において、前記ロータが前記長翼部分のロータ断面形
状と同様の断面を持つ３個の短翼を有し、該長翼と前記
短翼とが不連続となったものである。

【００１２】長翼と短翼が不連続であると、チャンバ内
の軸方向の混練物の活発な流動が生じるため、分散度の
チャンバ内のばらつきが少なくなる。

【００１３】また請求項３記載の発明は、請求項２の発
明において、前記不連続翼のロータの不連続翼の長翼に
対する短翼の翼長比が０．１〜０．６７の範囲となった
ものである。

【００１４】不連続翼の長翼に対する短翼の翼長比が
０．１〜０．６７であると、チャンバ内の軸方向の流動
が確実に生じるため、分散度のチャンバ内における軸方
向のばらつきが少なくなる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の一例を図面
に基づいて説明する。図１は密閉型混練装置の要部断面
図、図２はロータの展開図である。

【００１６】図１において、ケース部材１は、フローテ
ィングウェイト１１及びドロップドア１２を有するケー
シング１３と、ケーシング１３の紙面厚み方向両端に設
けられる図示されないエンドプレートとからなる。この
ケース部材１の内部に図示のような断面まゆ型のチャン
バ２が形成される。このチャンバ２の断面まゆ型の形状
は、左室１４と右室１５と連通部分としてのブリッジ１
６とからなる。一対の左右のロータ３，４は中心軸１７
ａ，１７ｂで回転自在に軸支される。中心軸１７ａ，１
７ｂの間隔はロータ３，４の最大径Ｄｒより大きいた
め、ロータ３，４は非かみ合い状態で図示の矢印ａ，ｂ
のように互いに逆方向に回転する。ゴム状材料はフロー
ティングウェイト１１の押し込みによってチャンバ２内
に投入され、ロータ３，４による混練を経たのちドロッ
プドア１２を開けることによって排出される。

【００１７】図示のように、ロータ３，４は円周方向１
２０度等分配置の３個の長翼１８，１９，２０を有して
いる。各長翼１８，１９，２０の頂上はチャンバ２の内
壁と所定間隔を維持したチップ２１となっている。長翼
１８におけるチップ２１の端１８ａから長翼１９におけ
るチップ２１の端１９ａまでは、長翼１８のチップ２１
を基準とした時の回転方向背面２６であり、長翼１８の
チップ２１についての反作用面２２と、長翼１９のチッ
プ２１についての作用面２３に区分される。作用面２３
は混練物をチップ２１に導くための溜まり部分であり、
通常は凸曲面で形成される。反作用面２２はブリッジ１
６部分の混練物を作用面側に取り込む為に重要な役割を
果たす部分であり、長翼１８のチップ２１の端１８ａを
始点とする直線になっている。この反作用面２２は作用
面２３より長いため、ロータ３，４の全体が略三角形状
になっており、後述する図６の如き回転鋸歯形状や図７
の如きふっくら形状とは明瞭に区別される。

【００１８】図２はロータ３，４の展開形状を示してい
る。円周方向１２０度毎の長翼１８，１９，２０はロー
タ３，４の中心に向かって混練物を移動させるようにロ
ータ３，４の一方の軸方向端から傾斜角θで螺旋状に延
び、途中で途切れている。この途切れ部分１８ｂ，１９
ｂ，２０ｂの間からロータ３，４の他方の軸方向端に延
びる短翼３０，３１，３２が設けられている。長翼１
８，１９，２０と短翼３０，３１，３２が不連続である
ため、混練物は矢印ｃのようにロータ軸方向に蛇行しな
がら移動する。なお、長翼１８，１９，２０の途切れ部
分１８ｂ，１９ｂ，２０ｂと短翼３０，３１，３２の途
切れ部分３０ｂ，３１ｂ，３２ｂは円周方向一列に並ん
でいるが、二点鎖線のように短翼３０，３１，３２を延
ばしてオーバーラップ部分を作ると、このオーバーラッ
プ部分での翼の数が増えるため、混練機能がより増大す
る。なお、このオーバーラップ部分及び長短翼の途切れ
部分１８ｂ，１９ｂ，２０ｂ，３０ｂ，３１ｂ，３２ｂ
が周方向に並ぶ部分のロータ断面形状は６角形に近似す
る形状になる。すなわち、図１のロータ断面形状は長翼
１８，１９，２０や短翼３０，３１，３２だけの部分の
断面を示している。

【００１９】

【実施例】つぎに、図１で説明した密閉型混練装置の性
能に関する実験例を以下に説明する。図３の如き非かみ
合い６翼ロータ３，４の性能を図３の如き非かみ合い４
翼ロータ５１，５２と対比しつつ説明する。図３の如
く、実験に用いた非かみ合い４翼ロータ５１，５２は作
用面及び反作用面とも凸形状であり、全体として小判型
断面になっている。また実験には二次元試験機を用い、
同一の回転数、同一の投入材料量で、同一時間混練した
後の両者の材料温度を測定した。

【００２０】図３のグラフに示されるように、混練終了
時の材料温度は相当の開きがあり、６翼ロータ３，４の
ほうが４翼ロータ５１，５２より冷却能力が高いことが
判る。また、図４に示されるように、ムーニ粘度低下効
率で示される可塑化の程度も、６翼ロータ３，４のほう
が４翼ロータ５１，５２より高く、６翼ロータ３，４の
ほうが可塑面での混練機能に優れることが判る。

【００２１】更に、図２の如きロータによる三次元試験
で６翼ロータと４翼ロータを比較した。長短翼の円周方
向のずれ角α＝６０°、翼長比０．１の６翼ロータと、
長短翼の円周方向のずれ角α＝９０°、翼長比０．２の
４翼ロータとの分配性能を比較した一実験例が図５に示
される。図５によると、チャンバ内全体の分散度のばら
つきで示される分配性能も、６翼ロータのほうが４翼ロ
ータより高く、６翼ロータのほうが分配面における混練
機能に優れることが判る。

【００２２】つぎに、ロータの反作用面の形状が及ぼす
影響を図１のロータ形状と図６（第１比較例）及び図７
（第２比較例）のロータ形状とを対比しつつ説明する。
なお、実験には前述した二次元試験機を用いた。

【００２３】図６（第１比較例）のロータ６１，６２は
回転方向背面６７におけるチップの端からチップの端ま
でを、反作用面６３と作用面６４に略等分し、反作用面
６３を凹形状にし、作用面６４を凸形状にしたものであ
る。図７（第２比較例）のロータ７１，７２は回転方向
背面７６におけるチップの端からチップの端までを、反
作用面７３と作用面７４に略等分し、反作用面７３を凸
形状にし、作用面７４も凸形状にしたものである。

【００２４】図６（第１比較例）の凹形状の反作用面６
３となったロータ６１，６２では、ロータ６２の反作用
面のボイド６５とブリッジ１６付近のボイド６６のよう
に比較的大きなボイドが生じている。このことは、ブリ
ッジ１６付近から作用面に取り込まれる材料が減少する
ことを意味している。また、反作用面のボイド６５に起
因すると想定されるフリーカーボンの発生が確認され
た。

【００２５】図７（第２比較例）の凸形状の反作用面７
３となったロータ７１，７２では、ブリッジ１６付近の
ボイド７５のように比較的大きなボイドが生じている。
このことは、ブリッジ１６付近から作用面に取り込まれ
る材料が減少することを意味している。

【００２６】ところが、図１（本発明例）の直線による
反作用面２２となったロータ３，４では、ブリッジ１６
付近のボイド２５が生じるものの、その程度が図６（第
１比較例）や図７（第２比較例）ものに比較して少な
い。このことは、ブリッジ１６付近から作用面に取り込
まれる材料がそれほど減少しないことを意味している。
すなわち、ロータ３，４を非かみ合いにしても、ロータ
３，４の反作用面の形状を適切にすることで、かみ合い
状態に匹敵する作用面への材料の取り込みが確保でき
る。

【００２７】このことは、図８のロータ形状差に基づく
ムーニ粘度低下効率の差によって明確に示される。ムー
ニ粘度低下効率は、直線（本発明例）、凸形状（第２比
較例）、凹形状（第１比較例）の反作用面形状の順に良
くなっている。すなわち、回転方向背面における反作用
面形状を直線近似であってどちらかと言えば凸形状に近
い平坦なものにすると、作用面に取り込まれる材料が多
くなり、チップでの混練機会を増大させることができ
る。

【００２８】図１のロータの回転方向背面における反作
用面形状は直線であるか、又は、ロータ全体が略三角形
状になっている場合を説明した。要するに、ロータ断面
形状のうち回転方向背面における反作用面が、一つの滑
らかな凹近似又は凸近似又は直線近似の曲面で形成さ
れ、作用面の凸形状に滑らかにつなぐことが重要であ
る。このような観点から、種々の平坦度の反作用面を有
するロータ形状を検証した結果に以下に説明する。

【００２９】図９に示されるように、平坦度を規定する
のに、ロータ断面形状の最小径をＤｄとし最大径をＤｒ
としたときのＤｄ／Ｄｒの比率を用いた。図示例では、
一つの滑らかな凹近似又は凸近似又は直線近似の曲面で
回転方向背面が形成され、この回転方向背面のうち半分
以上且つ９／１０程度以内までが平坦度の高い反作用面
とし、残りを凸形状又は平坦な作用面としたものであ
る。この場合図示のように、０．５＜Ｄｄ／Ｄｒ＜０．
７５が許容範囲であり、図６や図７のものと明瞭の混練
度の差が生じる範囲である。ただし、０．６＜Ｄｄ／Ｄ
ｒ＜０．７０に抑え、できるだけ反作用面を直線に近づ
けることが好ましい。

【００３０】前述したテストは主として二次元テストの
結果によるものであるため、三次元形状によるテストで
翼の軸方向の影響を調べた結果を以下に説明する。図２
の如く長翼と短翼の不連続翼の場合の疑似材料の混練テ
ストの結果を連続翼（図２において、長翼の途切れ部分
１８ｂ，１９ｂ，２０ｂに短翼の３０ｂ，３１ｂ，３２
ｂを一致させたもの）と対比しつつ説明する。図１０は
６翼の連続又は不連続の結果を示し、図１１は４翼の連
続又は不連続の結果を示す。６翼又は４翼いずれの場合
も、不連続翼のほうが連続翼に比較してチャンバ内全体
の分散度のばらつきが少なくなっており、不連続翼のほ
うが連続翼より優れる。

【００３１】また、図２の如き不連続翼での長翼と短翼
の翼長比の影響を、図２の６翼ロータを使用し翼長比を
変化させた場合の疑似材料の混練テストの結果に基づき
図１２を用いて説明する。図１２において、翼長比が小
さいほうが良好な分配性能を有しているが、翼長比が
０．６７の場合でも使用可能な分配性能であり、翼長比
が０．１未満になると形態的にロータを製造することが
困難になるため、適正な翼長比は０．１〜０．６７の範
囲である。

【００３２】以上の実施例の説明により、本発明にかか
る断面形状の６翼長短翼不連続が優れるということが明
確になったが、６翼長短翼連続であっても４翼長短翼不
連続より優れ、本発明の範囲内であるのでこのことを図
１３及び図１４により説明する。まず、テストに用いた
６翼長短翼連続のロータ３′，４′の展開形状を図１３
により説明する。円周方向１２０度毎の連続翼１８′，
１９′，２０′はロータ３′，４′の内側に向かって混
練物を移動させるようにロータ３′，４′の一方の軸方
向端から傾斜角θで螺旋状に延び、途中部分１８ｂ′，
１９ｂ′，２０ｂ′で逆方向の傾斜角で螺旋状に延びて
端に至っている。傾斜角θの螺旋の部分が長翼であっ
て、逆方向螺旋の部分が短翼になっており、長短の翼長
比は図２と同様となっている。このような６翼長短連続
ロータと比較するため、４翼で長短不連続ロータを使用
した。この４翼長短不連続ロータは図２の長短翼の組が
一組減って二組になり、１８０°の位相差でもって二組
の長短翼を配設したものである。

【００３３】前述した４翼長短不連続ロータと６翼長短
翼連続ロータの場合のばらつきの程度を図１４で説明す
る。図１４で明瞭なように、４翼長短不連続ロータに比
較すると、６翼長短不連続ロータのみならず、６翼長短
連続ロータもすぐれた特性を有していることが判る。す
なわち、６翼であって図１の如き所定断面形状を有する
非噛み合いロータであることが重要であって、６翼長短
翼不連続又は６翼長短翼連続の差は最適な実施例と次善
の実施例という差にすぎない。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のうち請求
項１の発明は、非かみ合いで円周方向等角度で３個の長
翼を有し、この長翼の回転方向背面の反作用面の形状を
比較的平坦にすることによって、冷却能力が増加して混
練回数を減少し、チャンバ内有効容積の減少を極力少な
くしたので、従来の非かみ合い不連続４翼ロータや、切
り込み付きかみ合い連続３翼ロータによる混練装置に比
較して生産効率を向上させることができるという効果を
奏する。また、切り込み付きかみ合い連続３翼ロータで
生じやすい、フリーカーボンの出現を防止できるという
効果を奏する。

【００３５】請求項２の発明は、請求項１の効果に加え
て、長翼と短翼とが不連続であるため、チャンバ内の分
散度が均一になり、混練品質を向上させることができる
という効果を奏する。

【００３６】請求項３記載の発明は、請求項２の効果に
加えて、長翼と短翼が不連続であって、長短の翼長比が
０．１〜０．６７であるため、チャンバ内の特に軸方向
の分散度が均一になり、混練品質を更に向上させること
ができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の密閉型混練装置の要部断面図である。

【図２】本発明装置のロータの展開図である。

【図３】本発明装置のロータによる混練終了時材料温度
を示すグラフ図である。

【図４】本発明装置のロータによるムーニー粘度低下効
率を示すグラフ図である。

【図５】本発明装置のロータによるチャンバ内分散の程
度を示すグラフ図である。

【図６】第１比較例の密閉型混練装置の要部断面図であ
る。

【図７】第２比較例の密閉型混練装置の要部断面図であ
る。

【図８】本発明装置及び第１、第２比較例によるムーニ
ー粘度低下効率を示すグラフ図である。

【図９】本発明装置の他のロータ形状を示す図である。

【図１０】本発明装置のロータによるチャンバ内分散の
程度を示すグラフ図である。

【図１１】４翼のロータによるチャンバ内分散の程度を
示すグラフ図である。

【図１２】本発明装置の特に６翼長短不連続ロータによ
るチャンバ内分散の程度を示すグラフ図である。

【図１３】本発明装置の６翼長短連続ロータの展開図で
ある。

【図１４】本発明装置の６翼長短連続ロータと比較例の
４翼長短不連続によるチャンバ内分散の程度を示すグラ
フ図である。

【符号の説明】

１ ケース部材 ２ チャンバ ３，４ 一対のロータ １６ ブリッジ １７ａ，１７ｂ 中心軸 １８，１９，２０ 長翼 ２１ チップ ２２ 反作用面 ２３ 作用面 ２６ 回転方向背面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 黒川 好徳 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目３番１号 株式会社神戸製鋼所 高砂製作所内 (56)参考文献 特開 平５−278026（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B29B 7/18 - 7/20 B29B 7/46 - 7/48 B01F 7/08

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 断面まゆ型の密閉されたチャンバを形成
   するケース部材と、前記チャンバ内に平行配置され互い
   に逆方向に回転する一対のロータとを備えてなる密閉型
   混練装置において、各ロータは中心軸回りに螺旋状に延
   びる長翼を円周方向等角度で３個有し、各ロータの中心
   軸は前記長翼が互いにかみ合わない程度に離され、長翼
   部分のロータ断面形状が下記（ａ）〜（ｄ）の少なくと
   も一つに該当するようにしたことを特徴とする密閉型混
   練装置。 （ａ）前記ロータ断面形状が略三角形状になる。 （ｂ）前記ロータ断面形状のうち回転方向背面における
   反作用面が翼のチップの端を始点とする直線を含む。 （ｃ）前記ロータ断面形状のうち回転方向背面が、一つ
   の滑らかな凹近似又は凸近似又は直線近似の曲面で形成
   され、前記ロータ断面形状の最大径をＤｒとし最小径を
   Ｄｄとしたとき、０．５＜Ｄｄ／Ｄｒ＜０．７５の範囲
   内に収まる。 （ｄ）前記ロータ断面形状のうち回転方向背面が、一つ
   の滑らかな凹近似又は凸近似又は直線近似の曲面で形成
   され、前記ロータ断面形状の最大径をＤｒとし最小径を
   Ｄｄとしたとき、０．６＜Ｄｄ／Ｄｒ＜０．７０の範囲
   内に収まる。
2. 【請求項２】 前記ロータは前記長翼部分のロータ断面
   形状と同様の断面を持つ３個の短翼を有し、該長翼と前
   記短翼とが不連続である請求項１記載の密閉型混練装
   置。
3. 【請求項３】 前記ロータの不連続翼の長翼に対する短
   翼の翼長比が０．１〜０．６７の範囲である請求項２記
   載の密閉型混練装置。