JPH0655268B2 - 密閉形混合機 - Google Patents

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或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同作用お
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。ロータは翼は一
般に螺旋状になっていて、後述のように翼の種々の力強
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3,610,585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１対の非噛み合い形２翼ロ
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。本発明の２翼ロータは、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も作動できるように構成
されている。

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１対の非噛み合
い形２翼ロータの作用効果、性能、混合物の生産性およ
び出力の均一性を向上させること、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（ｂ）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
合のいずれでもあっても、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２翼ロータは既
存のバッチ式密閉形混合機を改造することなく１対の新
規な２翼ロータを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
上の大型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
ッチの堆積を処理できること、（３）本発明の新規なロ
ータは、既存の混合機のサイズの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、等の特徴を有している。

本発明の目的の１つは、米国特許第4,456,381号明細書
に開示されている１対のロータに比べ、混合性能、混合
物の均質性および生産性の点で優れている１対の比噛み
合い形２翼ロータを提供することにある。この米国特許
第4,456,381号には、ロータの互に反対側の端部から創
成されている２つの長翼が設けられた１対のロータが開
示されている。これらの２つの長翼のねじれ角は１０°
〜４０°の範囲内にあり、ロータの軸線方向の全長に対
するこれらの長翼の軸線方向長さの比は0.６〜0.９の範
囲内にある。また、米国特許第4,456,381号明細書の第
１０図に示されているように、各長翼の全巻き角（ラッ
プ角）は１４°〜９0.６°の範囲内にある。更に、該米
国特許第4,456,381号に開示されたロータでは、すべて
の翼のねじれ角が同一であるため、混合室の中央部にお
いて互いに反対方向に回転する２つのロータが相互作用
するとき、一方のロータの翼片が他方のロータの翼片に
対し「ぬぐい去る」ように運動することは殆んどない。
従って、このようにすべての翼のねじれ角が同一である
という好ましくない関係に配置されているため、両ロー
タ間の相互作用領域の中央において原料が横方向に移動
することによる混合作用が妨げられ、均質な混合作用を
生じさせる効果に欠けるものとなっている。

米国特許第4,456,381号のロータでは、翼片の全巻き角
が９0.６°以下にあるため、翼片が混合室の中央領域に
滞在する時間は比較的短く、従って、混合サイクルの大
部分の間、比較的大量の原料を混合室の中央領域の近く
において比較的よどんだ状態で留まらせることになる。
混合室の中央領域近くに原料がよどんでしまうと、混合
作用を受けている原料のバッチの他の部分に比べて、熱
伝達および混合作用がかなり小さくなってしまう。

本発明の１つの特徴によれば、本明細書においてのべる
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対の比噛み合い形２翼ロータが提供され
る。これらの２翼ローラの各々は、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。各ロータの第１の長翼の翼片
は、２５°〜４５°の範囲内にある小さなねじれ角Ａ_１
を有する。また、この第１の長翼の翼片の全巻き角は８
０°〜１２０°の範囲内にある。更に、ロータの軸線方
向長さに対する第１の長翼の軸線方向長さの比は、0.６
０〜0.８５の範囲内にあり、第１の長翼の軸線方向長さ
は、後述のごとく、第２の長翼よりも長くなっている。

第２の長翼は、３５°〜５５°の範囲内の長いねじれ角
Ａ_２を有する。また、その全巻き角は９０°〜１２０°
の範囲内にあり、軸線方向長さの比は0.３５〜0.７５の
範囲内にある。

これらの第１および第２の長翼のねじれ角の角度差は５
°〜１５°の範囲内にある。ねじれ角にこのような角度
差を与えることによって、両長翼が互いに混合室の中央
領域に近付くときに、一方のロータの長翼が他方のロー
タの長翼に対して「ぬぐい去る」作用を生じさせる。米
国特許第4,456,381号明細書に開示のロータに比べ、本
発明によるロータでは２つの長翼の各々が互に異なるね
じれ角で傾斜しているため、図面を参照しつつ述べる以
下の記載から明らかになる多数の優れた長所を得ること
ができる。

本発明の目的および特徴は、従来技術によるロータ構造
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い
は、全図面に亘り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
形混合機の全体の番号２０で示してある。該密閉形混合
機２０には本発明の特徴を構成する比噛み合い形のロー
タ８１、８２が用いられている。またこの密閉形混合機
２０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８
１、８２（これらのロータ８１、８２は、矢印２３、２
５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８１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８２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８１、８２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２
７、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つのロータ８１、
８２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を上昇させておき、最初
にホッパ３０に導入され、該ホッパ３０と連通している
ショート３２を通って混合室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２
６内に押し込み、該混合室２６内に閉じ込める。ラム２
４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３
４は複動ピストン３６を有し、該複動ピストン３６はピ
ストンロッド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
置でピストンロッド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。

混合されかつ均質化された原料は、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
２４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４
２は、例えばヒンジ軸４６の両端に取付けられた１対の
流体トルクモータ（図示せず）により揺動されるように
なっている。

第２図の第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２翼ロータ４５１、５
２は従来技術によるロータであり、比較的長い２つの翼
の翼片が、上記米国特許第4,456,381号に開示されてい
るものと同様に、同一のねじれ角を有するものである。
この第２図は、既存する混合機２０に、従来技術による
ロータ５１、５２に代えて新規なロータ８１、８２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８１、８２は、以下に記載す
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５１、５２又はロータ８
１、８２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。

本発明者の見解としては、本発明の新規な２翼ロータ
は、以下に詳細に記載するような特別な位相関係をなし
て互に等速度で駆動させるのが最も望ましいと考える。

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図および第５図に示すように構成されていて、
しばしば「カラー端」と呼ばれている。

強力な混合を行なうためのバッチ式の密閉形混合機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５１、５
２のそれぞれの「カラー端」の間の長さ寸法は「Ｌ」で
ある。駆動軸５５又は５６に連結されたカラー端５７は
「被駆動側端部」すなわち「水冷端部」である。ロータ
５１、５２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「Ｄ」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。

従来技術による各ロータ５１、５２の２つの比較的長い
翼６１、６２は互に反対側のカラー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６１又は６２のリー
ディング側端部が、指定したカラー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６０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３６０°
は、各ロータの軸線６０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。

米国特許第4,456,381号明細書に開示された従来技術に
よる２翼ロータのパラメータを要約して、以下の表Ｉに
示す。

第３図，第４図，第５図および第５図に用いているロー
タの直径「Ｄ」は、翼の頂面から頂の頂面まで計測した
ロータの最大直径である。

本発明の目的は、従来技術の非噛み合い形２翼ロータの
欠点を低減しかつ２翼ロータによる混合性能を高め、混
合物の均質性および生産性を向上させることである。第
５図および第６図には、本発明を具体化する２翼ロータ
８１、８２が示してある。各ロータ８１、８２の比較的
長い翼９１、９２は、互に反対側のカラー端５７、５８
から創成されており、かつ、それぞれの創成端は１７６
°〜１８４°の範囲内の角度間隔だけ隔てて配置されて
いる。第１の翼の翼片９１は２５°〜４０°の範囲内の
ねじれ角Ａ_１で傾斜しており、８０°〜１１０°の範囲
内の全巻き角Ｔ_１を有している。また、その軸線方向の
長さ比、すなわち、ロータの軸線方向長さ「Ｌ」に対す
る翼の軸線方向長さ「ｌ」の比は、0.６〜0.８５の範囲
内にある。第２の翼の翼片９２は３５°〜５５°の範囲
内の大きなねじれ角Ａ_２で傾斜しており、９０°〜１２
０°の範囲内の大きな全巻き角Ｔ_２を有している。第１
および第２の翼のねじれ角Ａ_１とＡ_２との角度差は５°
〜１５°の範囲内にあり、従って、対向するロータの翼
が互に混合室の中央領域の近くを通過するときに「ぬぐ
い去る」作用を発生させることができる。符号「Ｈ_１」
および「Ｈ_２」はそれぞれの翼９１および９２の螺旋長
さであり、それぞれのｌ_１／cosＡ_１およびｌ_２／cosＡ
_２に等しい。

ロータの直径Ｄに対する長さＬの比が1.５８であるロー
タ用に形成されて混合室２６に使用するのに都合のよい
１対の好ましいロータ８１、８２のパラメータを要約し
て、下記の表IIに示す。

第７Ａ図、第７Ｂ図、第７Ｃ図、第７Ｄ図、第７Ｂ−１
図、第７Ｂ−２図、第７Ｂ−３図、第７Ｄ−１図、第７
Ｄ−２図および第７Ｄ−３図には、混合室２６の２つの
混合室キャビティ２７、２８内でロータ翼９１、９２に
より引き起こされる優れた協働混合作用が示されてい
る。これらの図面に示されたロータ間の位相関係は、最
適な位相関係（約１８０°）をなしている。位相関係
は、２つのロータの配向を設計する分野の技術者により
実際上の観点から設定され、ロータの冷却側端部５８か
ら創成される翼の創成端に定めた割出し刻印「Ｅ」（第
４図，第６図）を基準に設定される。

従って、第３図および第４図は２つのロータ５１、５２
が０°の位相角度関係にある場合を示すものであり、第
５図および第６図は２つのロータ８１、８２が１８０°
の位相角度関係にある場合を示すものである。第６図に
おいて、ロータ８２が現在の位置に停止しているものと
し、他のロータ８１の翼９２の刻印Ｅが９０°の線に一
致するように該ロータ８１を時計回り方向に回転させる
ものとすれば、両者の間の位相角度関係は９０°である
ということになる。

第７Ａ図および第７Ｂ図は、各ロータの第１の翼９１が
１８０°の位相関係をなして混合室２６の中央領域２９
に近付きつつあるときに生じる動力学的作用を示すもの
である。第７Ａ図における矢印は、混合作用を受けてい
る原料の流動方向を示すものである。一点鎖線Ｙで示す
部分から一点鎖線Ｗで示す部分にかけての領域内で、原
料は圧搾流形の混合作用を受ける。この圧搾流形混合作
用は、互に近付きつつある２つのロータの第１の翼９１
を示す第７Ｂ図から特に明瞭に理解できるであろう。ま
た、第７Ｂ−２図も第７Ｂ図と同様に、混合室内で互に
反対方向に回転する２つのロータの間にある原料に対し
互に近付きつつある２つのロータ翼９１が及ぼす圧搾流
形の動力学的作用を示している。

第７図において一点鎖線ＷとＶとの間の領域内では、第
１のロータ８１の第１の翼９１の被駆動側カラー端が原
料を下向きかつ内方に押し出すため（第７図のＷ−Ｖ領
域を示す第７Ｂ−１図を参照）、原料を横方向に拡散さ
せる混合作用が生じる。このため原料は、左側の混合室
キャビティ２７から右側の混合室キャビティ２８内に移
動し、かつこの間に、原料が軸線方向に沿って斜めに押
し出されかつローリングされる。このとき、第１のロー
タ８１の第１の翼９１の被駆動側カラー端がＷ−Ｖ領域
内において第２のロータ８２の第１の翼９１と向かい合
うことはない。なぜならば、このとき第２のロータ８２
の第１の翼９１のトレーリング側端部は第２のロータの
頂部に位置しているからである。

第７Ａ図に一点鎖線ＺとＹとで示す間の領域において
も、Ｗ−Ｖ領域と同様な横方向への拡散混合作用が生じ
るが、この横方向への拡散混合作用は、第７Ｂ−３図
（この第７Ｂ−３図は、第７Ａ図のＺ−Ｙ領域を示すも
のである）に示すように、Ｗ−Ｖ領域内における横方向
への拡散混合作用とは逆向きの態様で行なわれる。

第７図に一点鎖線ＹとＸとで示す間の領域においても、
幾分かの横方向に拡散する混合作用が生じる。同様に、
一点鎖線ＸとＷとで示す間の領域においても幾分かの横
方向に拡散する混合作用が生じるが、Ｘ−Ｗ領域内での
混合作用はＹ−Ｘ領域内での混合作用とは逆の態様で行
なわれる。

第７Ｂ−１図、第７Ｂ−２図および第７Ｂ−３図から、
原料には、該原料をラム２４から下方に引き下げ、かつ
原料を中央領域２９から引き下げるべく作用する強大な
「引き下げ」力が作用することが理解されよう。従っ
て、原料が混合室２６の中央領域２９内に居すわって残
留することはまずあり得ない。

第７Ｃ図および第７Ｄ図は、ロータが互に180°の位相
関係をなして配向されている各ロータの第２の翼９２
が、混合室２６の中央領域に近付きつつあるときにひき
起こされる動力学的作用を示すものである。第７Ｃ図に
おける矢印は、混合作用を受ける原料の流動方向を示す
ものである。一点鎖線Ｙ′で示す部分からＷ′で示す部
分にかけての領域内では、原料が、第７Ａ図に示した混
合作用とは逆の態様の圧搾流形混合作用を受ける。第７
Ｄ図は、２つのロータにおける互に近付きつつある第２
の翼９２を示すものである。第７Ｄ−２図は第７Ｄ図と
同様に、混合室２６の中央領域２９において、互に近付
きつつある第２の翼９２が原料に及ぼす圧搾流形の動力
学的作用を示すものである。これらの第２の翼９２のね
じれ角Ａ_２が、第１の翼９１のねじれ角Ａ_１よりもかな
り大きいことから、原料にはより大きな軸線方向の力成
分が作用し、この軸線方向の力によって、原料には第７
Ａ図に示す第１の翼９１によって与えられる斜め方向の
押し出し力よりも大きな角度で斜め方向に押し出され
る。従って、互に等しいねじれ角Ａ_１、Ａ_２をもつ従来
技術の２つのロータ５１、５２に比べ、より強力に混合
作用をランダム化することができる。

第７Ｃ図に一点鎖線Ｗ′とＶ′とで示す間の領域内にお
いては、第２のロータ８２の第２の翼９２の被駆動側カ
ラー端により原料と下向きかつ内方への押し出し力が作
用するため、原料を横方向に拡散させる混合作用がひき
起こされ、かつ、原料を右側の混合室キャビティ２８か
ら左側の混合室キャビティ２７に向って移動させる。こ
の間原料は、推力の軸線方向成分によって斜めに押し出
されかつローリングされる。第７Ｄ−１図は、この動力
学的作用が生じる状態を明瞭に示すための、第７Ｃ図に
おけるＷ′−Ｖ′領域を示すものである。第２のロータ
８２の第２の翼９２の被駆動側カラー端はＷ′−Ｖ′領
域内において第１のロータ８１の第２の翼９２の向かい
合うことはない。なぜならば、このとき第１のロータ８
１の第２の翼９２のトレーリング側端部は該第１のロー
タ８１の頂部に位置しているからである。

第７Ｃ図の一点鎖線Ｚ′とＹ′との間の領域において
は、Ｗ′−Ｖ′領域内において生じる横方向の拡散混合
作用と同じ形式の作用がひき起こされる。しかしこの混
合作用は、第７Ｃ図のＺ′−Ｙ′領域を示す第７Ｄ−３
図に明瞭に示すように、Ｗ′−Ｖ′領域内における横方
向の拡散混合作用とは逆に態様で行なわれる。

一点鎖線Ｙ′とＸ′との間の領域内においては、幾分か
の横方向拡散混合作用がひき起こされ、一点鎖線Ｘ′と
Ｗ′との間の領域内においては、Ｙ′−Ｘ′領域内にお
ける混合作用とが逆の態様で幾分かの横方向拡散混合作
用がひき起こされる。

第７Ｄ−１図、第７Ｄ−２図および第７Ｄ−３図からも
明らかなように、ラム２４の下方で混合室２６の中央領
域２９の近くに存在する原料には、別の強大な引き下げ
力が作用する。従って、原料が中央領域２９およびラム
２４の下に居すわって残留することがなくなる。

これらの第７Ａ図〜第７Ｄ図、第７Ｂ−１図〜第７Ｂ−
３図および第７Ｄ−１図〜第７Ｄ−３図からも明らかな
ように、１８０°の位相関係に配向されたこれらの２つ
のロータが互に同期して１回転する間に、上記の各混合
作用が２度ずつ行われる。従って、２つのロータが１回
転する間に、２回の強力な圧搾流混合作用および２回の
強力な引き下げ作用が行なわれることになる。すなわ
ち、各ロータが互に同期して１回転する間に、強力で好
ましい混合作用が２回ずつ連続的に行なわれることにな
る。

原料には、しばしば硬化剤又は加硫剤が添加されること
があるため、時として原料の最終混合物は、僅か４５秒
の全時間の間に混合機２０内で混合する必要があること
も考慮に入れるべきである。このために、混合作業中に
生じる発熱により原料の硬化や硫化が起こる前に、原料
を混合室から完全に排出することが要求される。ロータ
が約３２ＲＰＭの回転速度で回転されるものとすれば、
各ロータは４５秒間に２４回転するに過ぎない。前述の
ように両ロータが１８０°の最適位相関係をなして配向
されている場合には、上記強力で好ましい連続混合作用
がロータの１回転サイクル毎に２度ずつ生じるため、ロ
ータが２４回転する間にこのような強力な混合作用が全
体として４８回生じることになる。

米国特許第4,456,381号に係る特許は、ロータのこのよ
うな相互作用について何らの考慮もなされていない。従
って、従来技術のロータが８〜９の摩擦車比で回転され
るものとすると、互に対応する翼はロータがゆっくりと
した速度で８回転する毎に約１回〜２回だけ互に近付き
合うに過ぎない。

第８Ｂ図は、米国特許第4,456,381号に開示の翼が混合
室の中央領域２９に滞在する時間「ＤＬ」（第８Ａ図）
に比べ、本発明によるロータの翼の滞在時間「ＤＬ」の
方がはるかに長いことを示すものである。従って、本発
明によるロータを使用した場合には、混合作業中に混合
室２６の中央領域２９に到達する原料は、該中央領域２
９内に長時間滞在するロータの翼によって押し下げられ
かつ追い出されるため、中央領域２９内に居すわること
ができないのである。

第９Ａ−１図、第９Ｂ−１図、第９Ｃ−１図および第９
Ｄ−１図は、１８０°の最適位相関係をなして配向され
た２つのロータ８１、８２が同期的に回転している場合
の両ロータ８１、８２の連続位置を示す展開図であり、
第９Ａ−２図、第９Ｂ−２図、第９Ｃ−２図および第９
Ｄ−２図は、上記の第９Ａ−１図〜第９Ｄ−１図に示す
ロータの位置にそれぞれ対応する簡略化した正面図であ
る。これらの連続図は、第７図に関して説明したよう
に、ロータの１回転サイクル中に２回生じる強力な混合
作用を更に強調して示すものである。

第１０Ａ−１図、第１０Ｂ−１図および第１０Ｃ一１図
は、位相関係を特別に考慮して配向されていない米国特
許第4,456,381号に開示のロータの連続位置を示す展開
図であり、第１０Ａ−２図、第１０Ｂ−２図および第１
０Ｃ−２図は、上記第１０Ａ−Ｉ図〜第１０Ｃ−１図に
示す展開図にそれぞれ対応するものであり、ロータの１
回転サイクル中に１回だけ占めるとのできる両翼６１、
６２の位置を示すものである。

混合機の性能に及ぼす最適位相関係の重要性を強調する
ため、位相角度関係が影響を与える混合機の性能を判定
するための７つの基準を以下の表IVに示す。該表IVにお
いて用いられている１〜４の等級のうち、４が最良の等
級である。

ムーニー粘度のリダクション試験は、混合によって原料
の粘度がどれ程低下するか、および混合されたバッチの
種々の領域から採取した試料の間にどれ程の偏差が存在
するか（トルクの低下が大きくなると偏差は小さくな
る）を決定する試験であって、試験結果のよいもの程、
等級の値が大きくなる。

レオメータトルク試験は、バッチの全体に亘って硬化剤
および加硫剤がどれ程均一に分散されたかを決定する試
験であり、試料が硬化するとき又は加硫されるときに振
動トルク試験が行なわれる。硬化剤や加硫剤が均一に分
散される程、等級の値は大きくなる。

バッチ温度の標準偏差は、混合されたバッチの全体にお
ける種々の局所的領域を温度プローブでサンプリングし
たものである。種々の局所的領域がすべての同一温度で
ある場合には、混合されたバッチ全体の各局所の体積に
同量の混合エネルギが作用したことを意味する。種々の
サンプル温度における偏差が小さければ小さい程、優れ
ているといえる。比エネルギは、完全に混合されたバッ
チを得るために何キロワット時の電力が必要とされるか
を決定するものである。ロータの各１回転サイクル中に
２回の強力な連続混合作用が生じるものであるため、バ
ッチを完全に混合させるにはかなり大量のエネルギが消
費されるけれども、本発明によるロータの比エネルギ
は、比エネルギの値が最小である９０°の位相角度関係
のものに比べればよい結果が得られる。

第１１図は、表IVに示した０°，９０°，１３５°およ
び１８０°の４つの異なる位相角度関係について、バッ
チの重量に対する混合物の生産性の関係、およびバッチ
の重量に対する混合時間の関係をプロットしたグラフで
ある。

第１２図は、上記４つの異なる位相角度関係について、
バッチの重量に対するムーニーリダクションの関係、お
よびバッチの重量に対する標準偏差の関係をプロットし
たグラフである。

第１３図は、上記４つの異なる位相角度関係について、
バッチの重量に対する最大レオメータトルクの関係、お
よびバッチの重量に対する標準偏差の関係をプロットし
たグラフである。

第１４図は、上記４つの異なる位相角度関係について、
バッチの重量に対する平均排出温度の関係、およびバッ
チの重量に対する標準偏差の関係をプロットしたグラフ
である。

第１５図は、上記４つの異なる位相角度関係について、
バッチの重量に対する比エネルギ（１ポンド当りのキロ
ワット時）の関係、および動力消費量（キロワット時）
の関係をプロットしたグラフである。

本発明による新規なロータ８１、８２を混合機２０に装
着した場合には、混合室２６内に残される有効容積は僅
かに小さくなるが、従来の２翼ロータに比べて実際には
より多量の原料のバッチを混合室２６内に導入して混合
することができるため、新規な２翼ロータ８１、８２の
効率は従来の２翼ロータより高いものとなる。すなわ
ち、本発明の２翼ロータの方がより大きな「充填係数」
を有するものである。このように充填係数が大きいこと
および不良混合物が殆んど生産されないこと等の理由に
より、混合物の生産性を向上することができる。

従来技術にる２翼ロータ５１、５２と比較して、本発明
による新規な２翼ロータ８１、８２の利点を以下に要約
する。

【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２−２線に沿って断面
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２翼ロータ（この従来の２翼ロータ
は、各ロータの２つの長翼が同一のねじれ角を備えたも
のである）を示すものである。 第３図は、第２図に示す従来技術による２つの２翼ロー
タを示す拡大平面図である。 第４図は、第３図の２つのロータの翼を展開して示すも
のであり、この展開図において螺旋状の各翼が直線で対
角線方向に傾いているように示されている。 第５図は、本発明を具体化する１対の２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６図は、第５図の２翼ロータの展開図である。 第７Ａ図および第７Ｃ図は、第１図の２−２線に沿って
断面した平面図であり、本発明を具体化する２つの２翼
ロータが混合される原料に及ぼす相互作用を示すもので
ある。 第７Ｂ図および第７Ｄ図は、それぞれ第７Ａ図および第
７Ｃ図のＢ−Ｂ平面およびＤ−Ｄ平面に沿って断面した
平面図である。 第７Ｂ−１図、第７Ｂ−２図、第７Ｂ−３図、および第
７Ｄ−１図、第７Ｄ−２図、第７Ｄ−３図は、第７Ｂ図
および第７Ｄ図と同様な概略正面図であり、それぞれ、
第７Ａ図におけるＢ−１平面、Ｂ−２平面、Ｂ−３平面
および第７Ｃ図におけるＤ−１平面、Ｄ−２平面、Ｄ−
３平面に沿って断面したものである。 第８Ａ図は、第３図および第４図に示す従来技術による
１対のロータの翼が、混合室の中央領域に滞在する滞在
時間「ＤＬ」を示すものである。 第８Ｂ図は、第５図および第６図に示す本発明による１
対のロータの翼が、混合室の中央領域内により長時間滞
在する滞在時間「ＤＬ」を示すものである。 第９Ａ−１図、第９Ｂ−１図、第９Ｃ−１図および第９
Ｄ−１図は、本発明による１対のロータの翼が混合室の
中央領域に近付きつつあるときの両ロータ間の相互関係
を示す展開図である。 第９Ａ−２図、第９Ｂ−２図、第９Ｃ−２図および第９
Ｄ−２図は、混合室の中央領域を通る垂直平面に沿って
断面した第７Ｂ図および第７Ｄ図と同様な概略正面図で
あり、それぞれ第９Ａ−１図、第９Ｂ−１図、第９Ｃ−
１図および第９Ｄ−１図に対応するものである。 第１０Ａ−１図、第１０Ｂ−１図および第１０Ｃ−１図
は、米国特許第4,456,381号明細書に開示の２つのロー
タが、該明細書に開示のように等速度で回転するときの
両ロータ間の相互作用を示す展開図である。 第１０Ａ−２図、第１０Ｂ−２図および第１０Ｃ−２図
は、それぞれ第１０Ａ−１図、第１０Ｂ−１図および第
１０Ｃ−１図に対応するロータ位置を示す正面図であ
る。 第１１図、第１２図、第１３図、第１４図および第１５
図は、種々の位相角度関係をなして配向された２つのロ
ータが等速度（同期した速度）で回転されるときの種々
の混合性能に関してプロットしたグラフであり、１８０
°の位相角度関係が最適である理由を説明するものであ
る。 ２０…混合機、２６…混合室、 ２９…混合室の中央領域、 ８１、８２…本発明の２翼ロータ、 ９１、９２…本発明の２翼ロータの翼。

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】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、これらの軸線（６０）が水平方向
   に平行となるように収容できる混合室（２６）を形成す
   るハウジング手段（３５）を有し、該ハウジング手段
   （３５）が、前記２つの翼付きロータをそれぞれの軸線
   （６０）のまわりで回転させるための駆動手段（５５、
   ５６、４８、５０）と、原料を混合室（２６）内に導入
   するための入口と、原料を混合室から排出するための出
   口とを備えている密閉形混合機において、前記非噛み合
   い形の２翼ロータが第１および第２の非噛み合い形のロ
   ータ（８１、８２）からなり、該ロータ（８１、８２）
   の各々が第１および第２の翼を備えていて、各翼はほぼ
   螺旋状をなす翼片（９１、９２）からなり、各ロータの
   前記第１の翼は、ロータの軸線に対して０°の角度位置
   においてロータの第１の端部（５７又は５８）から創成
   されておりかつ約２５°〜約４０°の範囲内の第１のね
   じれ角度Ａ_１で傾斜した翼片（９１）であり、各ロータ
   の前記第２の翼は、ロータの軸線に対し約１７６°〜約
   １８４°の範囲内の角度位置においてロータの第２の端
   部（５８又は５７）から創成されておりかつ約３５°〜
   約５５°の範囲内の第２のねじれ角Ａ_２で傾斜した翼片
   （９２）であり、前記第１の翼の前記翼片（９１）が約
   ８０°〜約１１０°の範囲内の第１の全巻き角Ｔ_１を有
   し、前記第２の翼の前記翼片（９２）が約９０°〜約１
   ２０°の範囲内の第２の全巻き角Ｔ_２を有し、前記第２
   のねじれ角Ａ_２は前記第１のねじれ角Ａ_１より大きく、
   前記第１および第２のロータは、第１のロータの前記第
   １の端部を、第２のロータの前記第２の端部が配置され
   ているのと同じ混合室の端部に配置して、前記混合室内
   に設置されている、ことを特徴とする密閉形混合機。
2. 【請求項２】前記第２のねじれ角Ａ_２が、前記第１のね
   じれ角Ａ_１より少くとも約５°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. 【請求項３】前記第２のねじれ角Ａ_２が、前記第１のね
   じれ角Ａ_１より約５°〜約１５°の範囲内の角度差だけ
   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. 【請求項４】前記ロータの軸線方向長さＬと包絡外径Ｄ
   との間の比（Ｌ／Ｄ）が約1.４〜約2.１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３項のいず
   れか１項に記載の密閉形混合機。
5. 【請求項５】前記ロータの軸線方向長さＬに対する前記
   第１の翼の翼片（９１）の軸線方向長さの比（／Ｌ）
   が約0.６〜約0.８５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の翼の翼片（９２）の軸線
   方向長さに対する比（／Ｌ）が約0.３５〜約0.７５
   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４項のいずれか１項に記載の密閉形混合機。
6. 【請求項６】前記第１および第２のロータは、両ロータ
   の間に１８０°の位相角度関係をなして前記混合室内に
   設置されており、前記駆動手段（５５、５６、４８、５
   ０）は、前記両ロータを同期した速度で互に反対方向に
   回転させるように構成されていて、各ロータの１回転中
   に、混合室内において原料に圧搾流混合作用と引き下げ
   作用とを２度生じさせ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. 【請求項７】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、これらの軸線（６０）が水平方向
   に平行となるように収容できる混合室（２６）を形成す
   るハウジング手段（３５）を有し、該ハウジング手段
   （３５）が、前記２つの翼付きロータをそれぞれの軸線
   （６０）のまわりで回転させるための駆動手段（５５、
   ５６、４８、５０）と、原料を混合室（２６）内に導入
   するための入口と、原料を混合室から排出するための出
   口とを備えている密閉形混合機であって、前記非噛み合
   い形の２翼ロータが第１および第２の非噛み合い形のロ
   ータ（８１、８２）からなり、該ロータ（８１、８２）
   の各々が第１および第２の翼を備えていて、各翼はほぼ
   螺旋状をなす翼片（９１、９２）からなり、各ロータの
   前記第１の翼は、ロータの軸線に対して０°の角度位置
   においてロータの第１の端部（５７又は５８）から創成
   されておりかつ約２５°〜約４０°の範囲内の第１のね
   じれ角度Ａ_１で傾斜した翼片（９１）であり、各ロータ
   の記第２の翼は、ロータの軸線に対し約１７６°〜約１
   ８４°の範囲内の角度位置においてロータの第２の端部
   （５８又は５７）から創成されておりかつ約３５°〜約
   ５５°の範囲内の第２のねじれ角Ａ_２で傾斜した翼片
   （９２）であり、前記第１の翼の前記翼片（９１）が約
   ８０°〜約１１０°の範囲内の第１の全巻き角Ｔ_１を有
   し、前記第２の翼の前記翼片（９２）が約９０°〜約１
   ２０°の範囲内の第２の全巻き角Ｔ_２を有し、前記第２
   のねじれ角Ａ_２は前記第１のねじれ角Ａ_１より大きく、
   前記第１および第２のロータは、第１のロータの前記第
   １の端部を、第２のロータの前記第２の端部が配置され
   ているのと同じ混合室の端部に配置して、前記混合室内
   に設置されている、密閉形混合機の作動方法において、 前記第１のロータの前記第１の端部を前記第２のロータ
   の前記第２の端部が配置されている側と同じ側の混合室
   の端部に位置決めして、前記第１および第２のロータを
   混合室内に設置し、前記第１および第２ロータを約180
   °の位相角度関係をなして混合室内に配向し、両ロータ
   を同期した速度で互に逆方向に回転させるべく前記駆動
   手段を構成し、各ロータの１回転中に、混合室内におい
   て原料に圧搾流混合作用と引き下げ作用とを２度生じさ
   せることを特徴とする、密閉形混合機の作動方法。
8. 【請求項８】前記第２のねじれ角Ａ_２が、前記第１のね
   じれ角Ａ_１より少くとも約５°大きい、特許請求の範囲
   第７項に記載の密閉形混合機の作動方法。
9. 【請求項９】前記第２のねじれ角Ａ_２が、前記第１のね
   じれ角Ａ_１より約５°〜約１５°の範囲内の角度差だけ
   大きい、特許請求の範囲第８項に記載の密閉形混合機の
   作動方法。
10. 【請求項１０】前記ロータの軸線方向長さＬと包絡外径
    Ｄとの間の比（Ｌ／Ｄ）が約1.４〜約2.１の範囲内にあ
    る、特許請求の範囲第７項〜第９項のいずれか１項に記
    載の密閉形混合機の作動方法。
11. 【請求項１１】前記ロータの軸線方向長さＬに対する前
    記第１の翼の翼片（９１）の軸線方向長さの比（／
    Ｌ）が約0.６〜約0.８５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の翼の翼片（９２）の
    軸線方向長さに対する比（／Ｌ）が約0.３５〜約0.
    ７５の範囲内にある、特許請求の範囲第７項〜第１０項
    のいずれか１項の記載の密閉形混合機の作動方法。
12. 【請求項１２】前記第１および第２のロータは、両ロー
    タの間に１８０°の位相角度関係をなして前記混合室内
    に設置されており、前記駆動手段（５５、５６、４８、
    ５０）は、前記両ロータを同期した速度で互に反対方向
    に回転させるように構成されていて、各ロータの１回転
    中に、混合室内において原料に圧搾流混合作用と引き下
    げ作用とを２度生じさせる、特許請求の範囲第７項〜第
    １１項のいずれか１項に記載の密閉形混合機の作動方
    法。