JPH035209B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用用分野） 本発明は、ゴム、プラスチツク等を添加剤とと
もに混練するに当つて用いバツチ式バンバリミキ
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、プラスチツ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ツチ式
バ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２
ａ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によつて相互連
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を備えた材料排出口７が形成される。
このさいロータ１ａ，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を分割するドアトツプ８が、連通
部３内に突出状に形成され、このドアトツプ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
ばゴムカーボンブラツク等）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１ａ，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内で投入材料
の破砕、分砕が行なわれる。このさい投入材料が
ゴム、プラスチツク等の場合、投入材料は当初は
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１ａ，２ａの回転駆
動源として高馬力のモータを必要とし、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、プラスチツク等の
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によつて材料を混練室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
度は高まつ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のドアトツプ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、
材料充填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
温度となつた時点でストツプし、混練済み材料は
排出ドア６の開放によつて材料排出口７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つ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つて、混練初期から終
期に亘る混練行程に対し、その混練過程に対応し
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ツプの高さを、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ツプ
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等の昇降手段によつて、ド
アトツプ８を垂直昇降自在に排出ドア６に設け、
該ドアトツプ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。即ちドアトツ
プ８の高さを変更することによつて、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、ドアトツプ高さを低く
することによつて、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図で示したドアトツプ高さ可変の実
験用小型混練機による結果を示し、第４図は投入
材料形態としてブロツク状のものを用い、第５図
は投入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
ドアトツプ８の高さ値をそれぞれ示しており、ま
たマークはドアトツプ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たい
るが、図で明らかなように、何れもドアトツプ８
の高さを低くすることによつて、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
ツプ８の高さを変えることによつて、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バツチ内のバラ
ツキ等が変化することも、同様の実験結果によつ
てそれぞれ変化することが確認されたのである。
従つてドアトツプ８の高さを可変とし、その混練
過程に応じてドアトツプ８の高さを随時変えるこ
とによつて、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ツク等を
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、材料投入に始まつて、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。

従つて、先ずドアトツプ８の高さを最下限に設
定し、ゴム、添加剤を材料投入口４を投入し、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。このさいドアトツプ高さが低いた
めに、低動力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
下はドアトツ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、ドアトツプ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、再びドアトツプ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
ツプ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、そのドアトツプ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１ａ，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、ドアトツプ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ツプ８の下部
を一体に形成または連結し、ドアトツプ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てある。図例ではドアトツプ
８の上端は円弧面あるいは半球面等の丸型をして
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
ドアトツプ８の軸方向長さは排出ドア６の長さ
（混練室奥行）と略同一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ツプ８は、ド
アトツプ全長に対し部分的に設けることによつて
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、ドアトツプ８の高さ
を変更して、ドアトツプ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
ツプ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、従つ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１ａ，２ａが長翼１１短翼１２を対称に
有し、投入材料を中央部へ集める作用を行ない、
ロータ１ａ，２ａ上における翼長さにおいて、長
翼１１の長さl₁と短翼１２の長さl₂とが、l₁／Ｌ
0.6〜0.7＝2/3、l₂／Ｌ0.3〜0.4＝1/3の関係と
なつている時、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
アトツプ８の効果でもあるので、このような場
合、中央部にL₁／Ｌ＝1/3以上の長さで可変ドア
トツプ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阻外あるいは促進さ
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のである。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ツプ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
よる左右のチヤンバ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、両インサート１
５，１５の主たる作用効果は、左右のチヤンバ１
３，１４間の連通部を、何等せん断作用を受ける
ことなく軸方向へ移動する材料（所謂シヨートパ
ス材料を阻止するためのものであつて、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に続く材料フイード用スクリユで、材料投
入口はこの上部にあり、また１６は左右チヤンバ
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ツプ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Ａ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１７を設け、前記ガイド孔６ａに
昇降自在に挿設したドアトツプ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２１の正逆回動により、ドアトツプ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、ドアトツプ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、ドアトツプ８の昇降手段は自由に
設計可能である。

このドアトツプ８を混練過程に対応して、その
高さを変更するに当つては、遠隔操作によつて自
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
力一時間チヤ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
ti以後において、設定動力ＰがPiになるとドアト
ツプ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＝１〜ｎまで
のｎ回、ドアトツプ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）して置き、動力ＰがP₂となり、
混練時間がt₂となつた時、Ｌ＝０のドアトツプを
図示のようにL₁位置から所定のL₂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
しているドアトツプ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
P₄、時間t₄となれば、ドアトツプ８をL₅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
よつてその混練過程に対応したドアトツプ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１バツチの必要混練時間ｔのみでもよく、
あるいは混練材料温度Ｔによつてもよく、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ツプ
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、ドアトツプ
８の高さＬをL₁〜L₈のように自動的に上下変化
させる場合を示している。また上記例示した各設
定条件を組合せてドアトツプ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ツト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、ドアトツプ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ツ
ト２２に入力させ、各条件下における温度センサ
２２による演算結果はドアトツプ上下用の出力と
してサーボバルブ２８側に送られ、ドアトツプ上
下用の油圧ユニツト２９を作動させ、プログラム
に応じたドアトツプ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によるドアトツプ８の位置検索
と相まつて、サーボアンプ３２を経由してサーボ
バルブ２８を介し油圧ユニツト２９を作動させる
ものであり、何れにもせよドアトツプ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例によれば、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ツプ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、これによつて混練初期にお
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、バツチ式バンバリミキサー等
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、ドアトツプを混練中に上
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ツプ上に滞留する
現象も抑制することができ、滞留によつて生じる
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
ツプ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、しかもこのドアトツプ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ツプ
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つ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図は同ドアトツプの斜面図、第３図は従
来のドアトツプ斜面図、第４，５図は本発明によ
る可変ドアトツ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ヤート図、
第７図は本発明による可変ドアトツプ変形実施例
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
トツ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
ツ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。 １ａ，２ａ……ロータ、１，２……混練室、３
……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……
ドアトツプ、９……油圧シリンダ、１０……ピス
トン、１８……ネジ孔、２１……ネジ軸。

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
   するドアトツプの高さを、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
   混練機の混練方法。