JPH0448491B2

JPH0448491B2 -

Info

Publication number: JPH0448491B2
Application number: JP62024943A
Authority: JP
Inventors: Aruberusu Augusuto
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-02-06
Filing date: 1987-02-06
Publication date: 1992-08-06
Also published as: US4773762A; JPS62254828A; EP0231398A1; ATE37158T1; DE3660711D1; EP0231398B1

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、種々の周速で互いに反対方向に回転
する調温された２つのロールを有し、そのロール
筒長さがロール直径の４倍以上であり、そのロー
ル上にはロール軸線に対して鋭角に縁の尖つた溝
が互いに反対方向に設けられており、その際ロー
ル周辺上の溝の数と、溝の深さとが、ロール軸線
に沿つて材料供給部を有する軸受側からロール中
央まで増加し、そしてそこから材料排出部を有す
る軸受側まで再び減少し、ロール間〓に沿つて軸
線方向に変動可能で、色々な種類の材料及び添加
物に適した材料供給装置と材料排出装置とが設け
られている、可塑化可能な材料用の混合および剪
断ロールミルに関する。

特開昭60−202723号公報から、違つた周速で反
対方向に回転する調温される２本のロールを備え
た可塑化可能な材料用の連続式混合および剪断ロ
ールミルであつて、そのロール筒長さがロール直
径の４倍以上であり、そのロール上にはロール軸
線に対して鋭角に縁の尖つた溝が互いに反対方向
に設けられており、その際溝の数がロール軸線に
沿つて材料供給部を有する軸受側からロール中央
まで増加し、そしてそこから材料排出部を有する
軸受側まで再び減少し、ロール間〓に沿つて軸線
方向に変動可能で、色々な種類の材料及び添加物
に適した材料供給装置と材料排出装置とが設けら
れている、可塑化可能な材料用の混合および剪断
ロールミルが知られている。

本発明は、材料に最適な剪断力作用が得られる
ように、特開昭60−202723号公報で知られた連続
式混合および剪断ロールミルを更に発展させるこ
とを課題とするものである。

この課題は、特許請求の範囲第１項の特徴事項
によつて解決される。種々の実験で、処理すべき
材料の溶融状態が非常に違つていることが分かつ
た。

それに対応して各材料に対して、固体状、可塑
状又は液体状という種々の状態形において、それ
ぞれ材料には最適の溝形状、最適の温度及び最適
の剪断力作用がある。

両ロールの回転数比が、材料が供給側から排出
側まで移動する間、材料の種類に応じて所定の時
間リズムで且つ一方のロールが他方のロールより
速く回転し、次いで速さが逆となつて回転する様
な所定の比で周期的に変動される。

従つて両ロールの摩擦比が、材料の可塑化状態
に合わせて、短いリズムでロールの回転数変化を
制御することにより周期的に著しく変化される様
に成されている。

特に有利には処理時間の間、材料粒子が例えば
60秒〜250秒の間に供給側から排出側に移動する。
回転数状態は両ロールに対して周期的に例えば５
〜50秒の時間リズムで５：１〜１：５の比で変動
される。

それに応じて材料微粒子はその途上で混練膨張
部内及びロール上で何回も付加的に著しく変化す
る剪断力に曝される。

外面的にはこの手段の作用を、剪断間〓におけ
る材料混練部の大きさが変化すること及び回転方
向が変わることで見分ける。

更に別の特に有利な実施形態では両方の剪断ロ
ールは材料の通路に沿つて種々の調温領域が設け
られる。比較的小さな機械ではロールのロール筒
長さに沿つて少なくとも２つ、ロールが比較的大
きい（約1500mmのロール筒長さ以上の）場合には
少なくとも３つの違つた温度領域があるようにす
るのが有利である。これら温度領域は色々と調温
された液体を個別に供給したり排出したりするこ
とによつて得られる。

次に図示の実施例に基づいて本発明を詳細に説
明することにする。

第１図に示す様に、材料８．３の供給側２．１
でロール部分は、処理すべき材料８．３がロール
３１の表面に付着するように加熱される。

第１図で供給側２．１のロール部分は導管１．
１１及び１．１２によつて調温される。殆どいつ
もこの部分は中央領域２．２及び領域２．３と
２．４よりも本質的に高く加熱される必要があ
る。

多くの場合赤外線照射装置１．１３を有する保
護加熱部で供給材料８．３の加熱を強化すること
が有利である。

中央領域２．２のロール部分で２，３の粘性の
ある可塑材料８．３の場合、剪断力により著しい
摩擦熱が生じるが、この熱はコントロールされる
必要がある。このために供給及び排出導管１．２
１及び１．２２を有する内側の第２の調温領域
と、外側の保護加熱１．２３とが設けられてい
る。

領域２．３の第３のロール部分には多くの場
合、導管を介して第３の温度領域１．３１及び
１．３２が内部の熱を取り出し、外部から送風機
冷却１．３３が取り付けられることにより材料温
度が低下するよう制御される。

例えば粉末状態又は顆粒状態から溶融される熱
可塑性材料の場合に、両剪断ロールの溝形状を著
しく違つたものにするのが有利であることが分か
つた。

材料で被われた（材料の巻き付いた）一方のロ
ール３１には溝３５が設けられ、その形状は第２
ａ図が示す如くロール筒長さに沿つて著しく異な
つている。

材料供給部２．１の範囲で、溝３５は0.5〜20
mm、特に有利には５mmの深さで、１〜40mm、特に
有利には10mmの幅にする。

ロール筒長さの約35％〜40％程となる中央領域
２．２では、溝３５の深さが連続的に材料供給領
域2.1のほぼ半分の値に、特に有利には累進的ウ
オームの場合の如く2.0〜2.5mmの深さに減少され
る。この場合有利なように非常に粘性のある２，
３の材料にあつては溝３５の数は材料の運びを改
良するため２倍としうる。

ロール筒長さの約25％〜30％程となる均質化領
域２．３の第３のロール部分では材料８．３の均
質化及びまま冷却が行われる。溝３５の深さは累
進的な中央領域２．２の終わりから溝の終わりま
で一定に先に延ばされる。

第３及び第４のロール部分、即ち均質化領域
２．３及び排出領域２．４における材料の冷却は
ロール３１，３２に粘着する傾向を下げる。比較
的低温では付加的に材料強度が増す。

これによりストリツプとして材料８．３を取り
出すことが容易となり、顆粒化する場合顆粒粒子
の粘着が阻止される。

排出領域２．４はより目的に合うよう約10％〜
15％のロール筒長さで両ロール３１，３２上に溝
３５及び３６が無く構成される。

溝３５及び表面に充分な材料付着が生ずるよう
に、供給領域２．１における材料温度がまだ充分
高くない限り、より高い溶融及び軟化領域での材
料８．３で時としてワークロール３１上に可塑性
材料の被覆が生ずることは色々と問題を起こすこ
とが実験で明らかになつた。付着する可塑性の材
料層にのみ剪断力により付加的な摩擦熱が導入さ
れる。この場合プラスチツク層を相互に摩擦する
ことによつて、金属表面に対してプラスチツクを
摩擦する時よりも何倍も高いエネルギー発生が得
られる。

この観察からロール３１の供給及び混合領域に
おいて第３図が示すように、斜め溝３５の間の平
らなウエブ面３８には小さな窪みとして多数の袋
孔３．１が設けられる。

0.5〜10mmの深ささ、特に１〜2.5mmの深さの孔
の小さな円筒形部分は傾斜のゆるやかな孔底３．
３（例えば120゜又は孔底３．３のそれに応じたゆ
るやかな丸味）へと移行する。

孔径は、全体の深さが約２〜３mm時、２〜20
mm、特に3.5〜５mmとする。

孔深さに対する孔径の比は、一方では材料８．
３が幾らか長い滞留時間によつて袋孔３．１内に
材料８．３が一時的に付着又は溶融し始め、他方
では対抗ロール３２によつて孔の内容物を交換す
るため新しく冷たい材料８．３が充分中に押し込
まれる様に、寸法付けられている。

袋孔３．１を設けることは機械的にからみ合う
ことによつてロール３１に材料被覆の付着するの
を改良し、付加的に熱交換面を形成する。

ロール３１と３２の混練間〓３７に袋孔３．１
が廻つて来た時に、この領域での間〓圧力は完全
に盛り上がる。この理由は閉じた系内では圧力除
勢は起こり得ないからである。第３ａ図が示す様
に、孔底３．３では場所的に摩擦により導入され
る剪断エネルギー及び渦巻運動がそれ相応に大き
くなる。

困難を伴う場合には上記した種の袋孔３．１を
材料のないロール３２のウエブ表面３８に設ける
ことも意味がある。しかしながらこの袋孔は同じ
孔径の場合に、ワークロール３１上の袋孔３．１
の高々半分の深さにしても良い。そうするとこの
袋孔はロール３１上に大部分の材料付着が行われ
なくなることはない。

剪断ロールシステムは、材料が載ることが無く
剪断間〓又はロール間〓３７を形成する、反対方
向に駆動される同様に溝を設けたロール３２での
み機能する。

対抗ロール３２にある溝３６の課題は、材料で
被われた第一のロール３１の外側層に剪断力を加
え、この層に新しい材料８．３を入れ、そして材
料混練部に沿つて材料剪断力を発生させることで
ある。

この対抗ロール３２の溝３６の深さは材料に被
われた第一のロール３１におけるよりも非常に浅
く保たれる。この溝の深さは、ワーク又はロール
間〓３７の約半分、例えば１〜３mmになつてい
る。対抗ロール３２の溝付けは供給領域２．１か
らある深さの排出領域２．４での平らな出口まで
行われる。

この溝３６を利用して付加材料８．３はロール
間〓３７内に引き込まれ、そこで内部的に可塑性
材料８．３と混合され、乃至は可塑性の材料層
８．３にめり込まれる。両ロール３１と３２が反
対方向に駆動され、また反対方向の溝角度を有し
ている時に、溝角度上でこの溝３６は材料を混練
するように働き、ワークロール３１上を前方の排
出側２．４の方向に移動させる。

種々の実験は別の特に有利な構成を導入する結
果となつた。それは第４図に示す様に、混合作用
を強化するためロール３２上で反対ピツチを有す
る領域的な溝部分４．２が設けられるものであ
る。逆ピツチの溝付けは、第４ａ図に示す様に、
ロール間〓３７に対して場所的に垂直で反対方向
に回転する混練渦流４．ｂを発生する。

逆ピツチの領域は比較的短い時にのみ許され
る。というのはさもないと混練又はロール間〓３
７での全体の材料の運びは排出領域２．４の方向
に停止してしまうからである。

概ねロール３２には少なくとも２個所の逆送り
領域４．１と４．２が設けられ、これら領域はし
かしながらロール径の0.25〜１倍の長さしか持つ
ていない方が良く、少なくとも１〜２倍のロール
径長さのよりきつい送りピツチを有する中間に位
置した部分を有する必要がある。

第５図ではロール３２には２個所の比較的大き
な対抗送り部分４．３を備えている。ロール３１
が材料８．３で被われている一方、点ＡとＢの所
にそれぞれ液体、例えばゴム処理の時の油又は液
体状の安定剤を混練又はロール間〓３７のＢに流
入させる。両ロール３１と３２が回転する限り、
液体は反対方向の溝ピツチを通つて互いに送ら
れ、直角方向の材料渦巻を介して処理すべき材料
８．３に達する。

こうして間〓３７には２個所の液体の山が維持
されうるもので、これらの山はかからり高く、そ
の為に溢れた液体は側方にロール３１，３２を越
えて移動し、差を測つて吸収された液体量を検出
することが出来る。

上記と違つたステツプから、ロール３１と３２
を最適にするために構造をより発展させることが
行われ、この構造というのは第６図に示す様に、
種々の材料のために溝を切つた色々な套体セグメ
ント４．１，４．２，４．３，４．４を弾力的に
並べることによつて最適な溝形状を試すことが出
来る。

この例において調温されたロール芯体上には軸
方向に種々の套体セグメント４．１，４．２，
４．３，４．４が並べられ、試され、その際第６
ａ図から明らかな様に、ロール３１と３２には任
意に異なるセグメントを装備することが出来る。

材料排出（取り出し）部２．４のために、ロー
ル筒長さの約10％を有する平らなロール部分２．
４での溝３５，３６は徐々に終わる。引き続く第
７図〜第９ａ図に示す様に、この範囲で処理材料
８．３の取り出しが行われる。

第７図に示す様に、ストリツプ７．１としての
材料の取り出しがストリツプ切断ロール７で行わ
れる。この切断ロール７には丸形カツター７．６
が設けられ、そして歯車対７．２でロール３１か
ら幾らか大きな速度で駆動される（約５％〜10％
回転速度が速い）。丸形カツター７．６の数に応
じて幾つかのストリツプ７．１が作られ、これら
は取り出しブロツク７．３及びカツターロールを
有する横切断装置７．４でサイコロ状顆粒７．５
に細断される。

更に別の時に有利な第８図及び第８ａ図による
実施形態で、ロール３１の可塑性の材料層に対し
て、駆動される中空シリンダー８．１が押圧され
る。シリンダー８．１の外套周辺部は多数の孔
８．２を含み、この孔を通つて可塑性の材料８．
３が孔の開いている内部空間に貫通押圧される。
そこに冷却されたナイフ８．４があり、そのナイ
フは貫通して押し出された棒状部分を円筒形顆粒
８．５として切断する。中空シリンダー８．１及
びその中にある顆粒材料を冷却するために、外側
の套体は水又は別の冷却媒体で満たされた皿体
８．６を通つて回転する。

別の変形例では第９図及び第９ａ図に詳しく示
す様に、ロール３１から粘性のある可塑性で非常
に付着し易い材料８．３の取り出しは取り出し及
び成形ウオーム９．０で行われる。このウオーム
は外側からその適合したシリンダー開口９．１で
もつて材料に被われたロール３１に対して僅かの
距離で垂直に配設される。回転するウオーム９．
０のウエブ９．３は可塑性の材料８．３を平らな
ロール部分２．４で下方へはぎ取り、それを成形
網９．４へ供給する。そこで材料は次に周知の顆
粒−又は輪郭付け装置で更に処理される。

次にここに述べた種の装置でどの様に処理材料
がより良く混練されるかを、特に第１図から第６
ａ図により説明することにする。この作動は原理
的に同一である。

材料がロールの供給部２．１に供給されると、
この領域の温度は比較的高く、粉末状又は顆粒状
の材料が溶融する。その時には一方のロール３１
の方が他方のロール３２よりも回転数が高いため
に、溶融した材料８．３はロール３１の方に巻き
付く。主として溝３５に沿つて材料８．３が中央
領域２．２、均質化領域２．３及び排出領域２．
４へと送られる。その間材料８．３３が最も混合
及び剪断力を受けるのは、ローール間〓３７の所
である。ここでの作用をより多く受ける様に、ロ
ール３１とロール３２の速度とが次第に等しくな
り、続いて逆にロール３２の方がロール３１より
も速く回転するようにする。材料８．３がロール
３１からロール３２へと移ろうとする時に、今と
逆の速度で両ロールが回転する。こうしてロール
間〓３７には常により多くの材料が集まり、混練
がより良く行われる様にロールの回転数比が制御
される。材料やロールの大きさ及び処理温度にも
よるが、60秒〜250秒の間に供給領域２．１から
排出領域２．４に混練されながら移動する間に、
両ロールは５〜50秒の時間リズムで回転数比５：
１〜１：５で周期的に変動させる。それによりロ
ール３１上に巻きついた材料８．３は常に最上の
剪断力を受けながら排出領域２．４へと移動する
ことになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は連続式混合および剪断ロールミルの調
温されたロール対を通る縦断面図であり、第２図
は材料で被われた１つのロールを有するロール対
の端面側での正面図であり、第２ａ図は第２図に
よるロール対への平面図であり、第３図は複数の
袋孔を設けたロールを有するロール対の平面図で
あり、第３ａ図は第３図によるロール対を通るロ
ーあ間〓の範囲おける部分断面図であり、第４図
は材料で被われたロールを有するロール対の端面
側での正面図であり、第４ａ図は逆ピツチのある
領域的な溝部分を有する第４図によるロール対の
平面図であり、第５図は材料で被われた１つのロ
ールを有するロール対の端面側での正面図であ
り、第５ａ図は１つのロールに２つの対抗供給部
分を有する第５図によるロール対の平面図であ
り、第６図は種々の材料の為の、両方のロールに
弾力的に並べられた種々の溝を付けた外套部分を
有するロール対の平面図であり、第６ａ図は第６
図によるロール３２を通る縦断面図であり、第７
図は、サイコロ状顆粒を製造する為の横切断装置
を有するそこで働くストリツプ切断ロールのある
排出領域の範囲でのロール対部分への平面図であ
り、第７ａ図は第７図による装置の側面図であ
り、第８図はシリンダー顆粒を製造する為のそこ
で働くよう配設された排出領域でのロール対部分
の平面図であり、第８ａ図は第８図による装置の
側面図であり、第９図は、顆粒を製造する為のそ
こに働くよう設けた取り出し及び成形ウオームを
有する取り出し領域の範囲でのウオーム対部分へ
の平面図であり、第９ａ図は第９図による装置の
部分的に切つた側面図である。図中参照番号、２．１……ロール部分（材料供
給部）、２．２……ロール部分（中央領域）、２．
３……ロール部分（均質化領域）、２．４……ロ
ール部分（材料排出部）、１．１１，１．１２；
１．２１，１．２２；１．３１，１．３２……内
部調温手段、１．１３，１．２３……照射（赤外
線）加熱装置、１．３３……送風機冷却、３１，
３２……ロール、３５……ロール３１上の溝、３
６……ロール３２上の溝、８．３……材料、３．
１……袋孔、３７……ロール間〓、３８……ロー
ルの平らなウエブ面、４．１，４．２，４．３，
４．４……套体セグメント、４．１，４．２……
短い反対送り領域、７……取り出し（ストリツプ
切断）ロール、７．１……ストリツプ、７．４…
…横切断装置、７．５……サイコロ状顆粒、７．
６……丸刃形ナイフ、８．１……顆粒用シリンダ
ー、８．２……穿孔、８．４……切断用ナイフ、
８．５……円筒状顆粒、９．０……ウオーム、
９．１……ウオームシリンダー、９．４……成形
装置。

Claims

【特許請求の範囲】１種々の周速で互いに反対方向に回転する調温
された２つのロール３１，３２を有し、そのロー
ル筒長さがロール直径の４倍以上であり、そのロ
ール上にはロール軸線に対して鋭角に縁の尖つた
溝３５，３６が互いに反対方向に設けられてお
り、その際ロール周辺上の溝３５，３６の数と、
溝３５，３６の深さとが、ロール軸線に沿つて材
料供給部２．１を有する軸受側からロール中央ま
で増加し、そしてそこから材料排出部２．４を有
する軸受側まで再び減少し、ロール間〓３７に沿
つて軸線方向に変動可能で、色々な種類の材料及
び添加物に適した材料供給装置と材料排出装置と
が設けられている、可塑化可能な材料用の混合お
よび剪断ロールミルにおいて、両ロール３１，３
２の回転数比が、材料が供給側から排出側まで材
料を処理しながら移動する間、材料の種類に応じ
て所定の時間リズムで且つ一方のロール３１が他
方のロール３２より速く回転し、次いで速さが逆
となつて回転する様な所定の比で周期的に変動さ
れることを特徴とする連続式混合および剪断ロー
ルミル。２両ロール３１，３２の回転数比が５〜50秒の
時間リズムで最大５対１から最大１対５の比で周
期的に変動されることを特徴とする特許請求の範
囲第１項に記載の連続式混合および剪断ロールミ
ル。３材料８．３の溶融状態に合わせて両ロール３
１，３２が、内部調温手段１．１１，１．１２，
１．２１，１．２２，１．３１，１．３２及び外
側の照射加熱装置１．１３，１．２３を介して、
ロール３１，３２のロール筒長さに沿つて異なる
高さの温度に調温されていることを特徴とする特
許請求の範囲第１項又は第２項に記載の連続式混
合および剪断ロールミル。４材料で被われた一方のロール３１はそのロー
ル筒長さに渡り次の様な溝形状を有しているこ
と、即ちロール筒長さの約30％を有する材料供給
部２．１ではロール３１の方の溝３５は特に深く
切られており、ロール筒長さの約35％を有する中
央領域２．２では溝３５は累進的に均質化領域
２．３の平らな溝深さへと−ほぼ半分の値へと−
減少されており、ロール筒長さの約25％を有する
均質化領域２．３に続く材料の排出領域２．４で
は両ロール３１，３２は約10％のロール筒長さに
溝３５，３６が無い様な形状を有していることを
特徴とする特許請求の範囲第１項から第３項のう
ちの１項に記載の連続式混合および剪断ロールミ
ル。５溝３５，３６の間の平らなウエブ面３８には
特に材料で被われた一方のロール３１上に、材料
供給領域２．１と中央領域２．２に多数の平らな
袋孔３．１が設けられていることを特徴とする特
許請求の範囲第１項から第４項のうちの１項に記
載の連続式混合および剪断ロールミル。６他方のロール３２には、強い送り作用を有す
る中間形成された部分間にロール直径の0.25〜１
倍の長さの１つ乃至は幾つかの短い反対送り領域
４．１，４．２が設けられていることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項から第５項のうちの１項
に記載の連続式混合および剪断ロールミル。７一方のロール３１及び他方のロール３２のた
めに、調温されたロール芯体上にそれぞれ軸方向
に套体セグメント４．１，４，２，４．３，４．
４が並んでおり、これらは長さ、溝深さ及び溝ピ
ツチが異なつて形成されていることを特徴とする
特許請求の範囲第１項から第６項のうちの１項に
記載の連続式混合および剪断ロールミル。８排出領域２．４にストリツプ形状に到着する
材料８．３は、対抗して配置され駆動される冷却
された取り出しロール７によつて引き取られ、こ
の取り出しロールは、それが同じく一緒に駆動さ
れる切断ロール装置用の対抗支持体として役立つ
様に形成されており、丸刃形ナイフ７．６が材料
８．３を幅の狭い長手ストリツプ７．１に分割
し、これらストリツプ７．１が横切断装置７．４
によつて後続してサイコロ状顆粒７．５に細かく
切断されることを特徴とする特許請求の範囲第１
項から第７項のうちの１項に記載の連続式混合お
よび剪断ロールミル。９排出領域２．４に到着する材料８．３が、対
抗して配置され付加的に冷却された顆粒用シリン
ダー８．１を用いて円筒形外筒にある穿孔８．２
を通して押圧され、内側で切断用ナイフ８．４に
より円筒状顆粒８．５へと切断されることを特徴
とする特許請求の範囲第１項から第７項のうちの
１項に記載の連続式混合および剪断ロールミル。１０排出領域２．４に到着する材料８．３が回
転するウオーム９．０により取り出され、ウオー
ムシリンダー９．１に移行され、そこで成形装置
９．４を通して押し出され、ウオーム９．０とウ
オームシリンダー９．１が外側から一方のロール
３１に対して垂直に配置されていることを特徴と
する特許請求の範囲第１項から第７項のうちの１
項に記載の連続式混合および剪断ロールミル。