JPH069816B2 - 可塑化可能な材料のための混合兼剪断ロールミル - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、特許請求の範囲１の上位概念による特徴を有
する可塑化可能な材料のための混合兼剪断ロールミルに
関する。

合成物質、ゴム、および他の可塑化可能な材料を連続的
に混合し、均質化し、可塑化しおよび移送するためのそ
のようなロールミルでは、材料がロールミルへの供給の
時点でのその粘性と無関係にロールミルにより徹底的に
かつ確実に加工されることが必要である。その場合、特
に両ロールに間の可塑化間隙における剪断圧力または混
練圧力を充分小さく保って、決められたロール直径に依
存して大きなロール長さを達成できるように確保しなけ
ればならない。

西独公開公報1679880から、少なくとも、供給端で始ま
る作用長さの主要部分にわたって一方のロールのウエブ
が他方のロールの溝に係合し、かつその上、ロールがウ
エブの三角形横断面の一種のねじ山を有することによ
り、これらのねじ山が、その場合も三角形である溝の間
で実質的に鋭い縁のみからなる混合兼剪断ロールミルが
知られている。

これらのロールには、ロールの輪郭の配置と形状によ
り、可塑化に必要な、混練を引き起こす剪断力が作用の
持続と作用方向に関して非常に均等でなければならな
い。なぜなら、ロール表面は、一方のロールのウエブが
他方のロールの溝に噛み合うため、一定の回転数比でし
か互いに回転できなからである。それ故、可塑性材料の
徹底的な仕上げならびに良好な混合および均質化を達成
できない。

DE-AS2110179から知られる他のロールミルでは、両方の
ロールの間隔がそれらの半径の和より大きいので、ロー
ルの間に可塑化間隙が形成されている。両方のロール
は、それらの外周にねじ状に走る溝がつけられ、これら
の溝は中間ウエブにより区画されている。溝と中間ウエ
ブはそこに直角な横断面を有する。

これらのロールミルが可塑化間隙で、加工すべき決めら
れた材料を比較的良好に混練しかつ混合することができ
ようとできまいと、この装置の使用は比較的高い粘性の
マスに制限される。低粘性材料または硬い材料粒子は可
塑化間隙に吸い込まれないかまたは部分的にしか吸い込
まれないので、そのようなマスの場合充分な加工が保証
されない。

EP-A-0148966から、両方のロールが内側と外側から温度
調整される混合兼剪断ロールミルが知られている。ロー
ルの外周に配置された鋭い縁の溝は、５°と４５°の間
の溝勾配を有することができる。

これらのロールミルも、一定の脆い硬さの材料にしか使
用できない。なぜなら、このロールミルは充分な間隙圧
力を生じ、かつそれによって溝による材料移送が狭く制
限されるからである。軟らかい可塑性材料には、このロ
ールミルは適さない。

さらに、DE-PS2356201により、ゴム、合成物質および同
様な可塑性マスを可塑化する装置が知られている。両方
のロールの上の溝幅が溝の深さの3.5倍から2.5倍であ
り、かつ中間ウエブの幅が溝幅の1.5倍から2.5倍であり
それらのロールが種々の速度で回転できる前記のロール
ミルの場合、溝と中間ウエブの勾配が１５°と７５°の
間、好ましくは４５°でることができる。さらに、そこ
では、両方のロールがロール毎に、異なる勾配の多数の
輪郭を有し、および／または異なる溝深さまたは溝幅を
有することができる。

このロールミルも、なお、互いに粘性の著しく異なる材
料を加工するための最適な解決ではない。特に、可塑化
間隙での材料移送が異なる材料の種類に対しなお確保さ
れず、かつ間隙圧力は特に４５°の好ましい勾配のとき
になお大きすぎるからなおさらである。

両ロールの直径対ロールの長さの比は、そのようなロー
ルミルの場合、そこの溝勾配に依り高くて１から５まで
であることができる。

本発明は、ロール過程において異なる種類の出発材料を
および／または全く異なる低粘性の状態の形から硬くて
脆い状態の形までの出発材料を徹底的にしかし慎重に剪
断することができ、かつそれにもかかわらず可塑化間隙
に確実に入ることが保証されるように、冒頭に述べた種
類のロールミルを改良することを課題の基礎とする。そ
の他、材料やロール過程においてロール表面の間で短時
間で徹底的に剪断され、溝で解放されかつかさばった状
態に再配置されなければならない。

この課題は、特許請求の範囲１の特色を示す特徴で解決
され、かつ下位の請求の範囲にはさらに続く特徴が請求
されている。

７５°より大きい溝勾配を有する、ロールに設けられた
溝により、加工すべき材料を材料供給側から可塑化間隙
に沿って材料取り出し側へ確実に移送することが実現さ
れる。その他、このようなロール上の溝の配置により、
硬い材料粒子の確実な剪断が確保されるだけではなく、
この配置により間隙圧力も、従ってロールの軸受負荷が
著しく減少することも確保される。この軸受負荷の減少
が生ずるのは、特に、硬い材料粒子が周知のロールミル
の場合のように比較的狭い可塑化間隙で一緒に押しつぶ
されるのではなく、これらの材料粒子が第一に隣接しか
相対する二つの溝の自由空間の中へわきにそれ、そして
そこで溝勾配お異なる周速度で駆動される両ロールに依
り、材料の移送方行にある溝の鋭い縁によって剪断様の
断片に軸方向に分割されることによる。

この比較的大きい溝勾配およびそのため減少される間隙
圧力のさらに続く進歩は、今やロールの長さをロールの
直径の二十倍まで増大できる可能性にある。そうするこ
とによって、比較的長い可塑化間隙において、できるだ
け大きな材料保護のためにわずかな間隙圧力によりなお
徹底的な混合を達成することができる。

可塑化可能な材料の加工をさらに増大させるには、特許
請求の範囲２の特色を示す部分の特徴およびこれに続く
下位の請求の範囲による有利な発展により、つぎのよう
に、すなわちロールに、ロール軸線に関して互いにこと
なる溝勾配を有する溝を互いに交差するように配置する
ことにより達成される。その場合、溝の間の中間ウエブ
が溝自体の幅の少なくとも二倍の幅を有するのが合目的
である。その場合、この配置では、７５°より大きい溝
勾配の溝が、５°と４５°の間の溝勾配の溝と共に少な
くとも一つのロールの上で互いに交差して設けられてい
る。そのとき、そうすることによって達成できる利点
は、特に小さい溝勾配を有する溝による比較的粗いまた
は硬い材料または双方の材料の確実な材料引き込みに
も、また比較的大きい溝勾配を有する溝による材料の確
実な移送にもある。

その他、そこでは、硬い材料粒子の確実な剪断と並ん
で、ロールに供給される種々の粘性の材料の最適な混
合、均質化および可塑化が達成される。

さらに、この発展した溝の配置の場合にも、比較的低い
間隙圧力が達成できるので、ここでもロールミルを１か
ら20までのロール直径対ロール長さの比で構成できるこ
とは有利である。

これらのおよび別の有利な特徴を有する実施例を図面に
示しかつ次に詳細に説明する。図面において、 第１図は軸方向に互いにずらされた両側のロール軸受を
有し、かつ両方のロールに大きな溝勾配の互いに逆方向
の溝を有するロール対の平面図を示し、第２図は第１図
による配置の可塑化間隙の範囲におけるロール対の部分
図を示し、第３図は互いに逆方向に配置された溝を有す
るロール対の平面図を示し、これらの溝が各ロールの上
に互いに異なる二つの溝勾配で互いに交差するように設
けられている。第４図は第３図による配置の可塑化間隙
の範囲におけるロール対の部分図を示し、第５図はハウ
ジング内のロール配置の部分断面図を示し、第６図は第
５図による配置の横断面図を示し、第７図は一方の側で
支承されている、ハウジングに配置されたロール対の縦
断面図を示し、第８図は第７図による配置の横断面図を
示し、第９図はハウジングにより密接しておおわれたロ
ール対の横断面図を示し、第１０図は第９図による配置
の可塑化間隙の範囲の縦断面図を示す。

第１図に大体しか示されてないロールミルは、本質的
に、軸平行に互いに配置されたロール１と２からなる。
両方のロール軸心５の間隔は、そこではロール１と２の
半径の和より大きく、これらのロールはそれら自体の間
にその全長にわたって可塑化間隙１６を形成する。両方
のロール１と２の円筒面７に溝３がつけられている。溝
３の溝勾配は、ロール軸線５に関して、そこでは７５°
より大きく、特に８０°より大きい。溝３の間に残って
いる中間ウエブ４は、少なくとも溝３の幅の二倍の幅が
ある。溝３は円筒面７への移行範囲で鋭い縁をもって形
成されている。

ロール１と２は別々であり、かつ特に互いに逆方向に駆
動される。各ロール１と２の回転数は、自由に調整可能
である。両方のロール１と２は、内側からまたは外側か
らまたはこれらの両方から、特に少なくとも二つの温度
領域でロール長さにわたって温度調節することができ
る。

７５°より大きい、ロール１と２の比較的大きい溝勾配
により、材料１８を移送方向１９に確実に移送すること
が保証される。さらに、この比較的大きい溝勾配によ
り、可塑化間隙１６における材料１８の徹底的な剪断が
達成される。第２図の図表的な図には、加工経過の部分
範囲を示してある。その場合、材料１８はいわゆる前方
ロール１の上にのみ存在する。いわゆる後方ロール２は
材料のないままである。

ロール２をロール１より速く回転させると、可塑化間隙
１６で剪断され、分割されそしてぐるりと回される材料
１８に向かって、ロール２の溝３の、材料１８の移送方
向１９に対して後方の縁２０が送り縁として、かつロー
ル１の前縁２１が保留縁として作用する。溝勾配が設け
られた場合に、可塑化間隙１６内の圧力は比較的わずか
のままである。なぜなら、材料１８の比較的硬い部分が
それぞれ可塑化間隙１６から二つの相対する隣合う溝３
の自由空間にわきへそれ、そしてそこで移送方向１９に
分けられるが、すでに可塑化された材料１８は溝３によ
り同じ方向１９にさらに引きずられて運ばれるからであ
る。

ロール１と２の周速度に差があると、加工工程において
ロール１と２の溝３の溝勾配に相対的な変化も生ずる。
この相対運動は、実質的に、移送方向１９に作用する付
加的な剪断力を発生させる。

第１図と第２図による実施の場合、特にそこでは細片状
の比較的硬い材料１８の比較的小部分だけを受け入れて
加工できるにすぎないから、そこでは比較的荒いピッチ
の溝３により制限される材料受け入れ量を改善するため
に、第３図およびこれに続く図面によれば、特に、前述
した材料受け入れ量の制限を有利な仕方で除く溝３の配
置が記載されている。

個々に、これを達成するには、ロール１と２に、ロール
軸線５に関して少なくとも二つの互いに異なる溝勾配を
有する溝３を互いに交差して配置すればよい。その場
合、溝３の間の中間ウエブ４を、同じ溝勾配を有する溝
３の幅の少なくとも二倍の幅に設定しなければならな
い。数字１６は、そこに材料１８が存在する可塑化間隙
を示し、かつ数字１９は、材料１８が動かされる移送方
向を示す。ロール軸線５に対し比較的平らに走る一方の
溝３の溝勾配は、５°と45°の角度の間に、特に５°と
30°の角度の間にかることができる。というのは、30°
〜45°の溝勾配では、比較的硬い材料１８をもはや受け
入れて細かく切れないし、また比較的軟らかな可塑性の
材料８を可塑化間隙１６に引き入れるのがますますむず
かしいからである。

ロール軸線５に対し比較的傾斜で走る他方の溝３の溝勾
配は、ロール軸線５に関して75°〜89°の角度の間に、
特に80°より大きい角度にあることができる。これらの
溝３により、材料供給側８から材料取り出し側９への確
実な材料移送を実現するだけではなく、比較的小さくて
かつ硬い材料粒子も、軟らかい可塑性の材料粒子も、第
１図と第２図の実施ですでに述べた確実な付加的な剪断
をすることも実現される。

その場合、材料のないロール２を、材料で覆われたロー
ル１より速く回転させると、材料１８が移送方行１９に
可塑化間隙１６でかつロール１の上で急速に移動する。
ロール２をロール１より遅く回転させると、材料１８が
特にロール１の溝３で比較的遅く移送され、または抑止
される。平らな溝勾配を有する溝３と急傾斜の溝勾配を
有する溝３の間の交換作用により、比較的大容積の材料
転移と種々の材料分割が保証される。いかなる場合に
も、比較的軟らかな可塑性の材料１８が確実に材料取り
出し側９へ移送される。なぜなら、材料送りのために、
比較的荒いピッチの溝３に大きい圧力結集は必要ではな
いからである。

互いに異なりかつ互いに交差する少なくとも二つの溝勾
配を有する溝３の配置により、ロール１と２の円筒面７
の作用強度が非常に増大することと、比較的硬い出発状
態の材料１８から比較的軟らかな可塑化間隙１８までの
このロールミルの使用幅が比較的大きくなることが実現
される。従って、そこでは、加工中、乾燥、重合または
温度変化により粘可塑性になる材料でも加工することが
できる。

第４図が直観的に示すように、材料粒子が比較的平らに
走る溝３から比較的急傾斜で走る溝３へ移り変わるの
で、そこでは材料の流れの種々の中断と方向転換が確保
される。ここでも達成可能な比較的低い間隙圧力によ
り、ロール直径対ロール長さの比が１対２０になること
ができる。この配置の別の利点は、ロール１の上の材料
１８の結合が比較的よいことであり、この結合は、そこ
で交差している溝勾配を有するロール表面の網状の輪郭
により達成される。その場合、比較的急勾配で走る溝３
の溝深さは、ロール１の上の比較的平らに走る溝３の溝
深さのほぼ50％から75％までの深さしかない。ロール１
のこの特別な形成により、材料層の下で比較的平らに走
る溝３には、排気するように作用する中空室が移送方向
に維持されたままである。

ロール２の上の溝３の形成は、ロール１の上の溝３の実
施と比較して異なることができる。従って、そこでは、
比較的平らに走る溝３は、比較的荒いピッチで走る溝３
の深さのほぼ50％から75％までの深さであることができ
る。

平らに走る溝３の間も急傾斜で走る溝３の間も中間ウエ
ブ４の幅は、ロール１と２の直径の応じて、各ロールに
ついて10と75mmの間になる。この値は、弱100から500mm
のロール直径を引き合いに出してある。互いに異なる溝
勾配の交差により形成された菱形の中間区分６としての
中間ウエブ４の円筒面に、面構造を設けることができ
る。

その他、平らに走る溝３も急傾斜で走る溝３も材料取り
出し側９へ向かって比較的平らに、ほぼ半分の深さまで
そうでなければ所定の深さで終わることができるように
する。材料取り出し９の側に、ここに述べた全てのロー
ルミルの実施の場合に溝のない円筒部分１０を設けるこ
とができる。この範囲において、ロール１と２の軸受１
１を軸方向に互いにずらして配置できる。

また、そのようなロールミルの実施の場合、個々の溝３
の寸法と配置を材料１８のその都度の特性とその特別な
加工に適合させることができることが考えられる。その
とき、特に溝３の横断面に段をつけることができる。そ
の他、ロール１と２の周速度はすでに従来技術から知ら
れているように互いに異なりかつ調整可能であるだけで
はなく、ロール１と２の回転数は加工工程中間欠的に可
変であることができる。

ロール１と２の前述した実施は、第５図から第１０図が
示しように、特に気密に閉鎖可能に覗き窓１３および／
または材料供給装置８と材料取り出し装置９が設けられ
たハウジング１２に配置できる。ハウジング１２は円筒
状の横断面を有し、かつ回転可能に、逆転可能に、独特
の特に調整可能な駆動部を備えることができる。その場
合、ハウジング１２の回転軸線１４はロール軸線５に対
し平行に走るようにかつ対称に配置できる。ハウジング
１２の内側外被面１５は、可塑化間隙１６ａまで各ロー
ル１と２に隣接することができる。可塑化間隙１６ａの
長さと厚さは、第７図と第８図が詳細に示すように、ロ
ール１と２の間に設けられた可塑化間隙１６の寸法に実
質的に対応する。またこれらの図面から、そこではロー
ル１と２がハウジングの外側に一方の側で支承されるこ
とが明らかである。８は材料供給装置を示し、かつ９は
同心に配置された材料取り出し装置を示し、これらは目
下の配置ではノズルとして形成できる。

特に第７図と第８図によるロールミルの実施によれば、
特にロール１と２の間の比較的狭い可塑化間隙１６の他
に、一方ではロール１と２の間の二つの別の間隙１６ａ
が、および他方ではロール１と２に密接して隣接した内
側外被面１５が効果的に配置されているから、特に低粘
性の材料１８を特に有利に加工できる。

さらに、この実施によれば、充満することまたは空にす
ることまたはこれらの両方が、詳細には示されてないゲ
ートを介してバッチ様に行われるときでも、内部で温度
調節されたロール１、２および／または真空のまたは溶
剤の雰囲気の下でハウジング１２の内部で連続的な混合
作動をすることができる。ロール１と２の軸受１１を直
接ハウジング１２の蓋２２に、必要な場合には軸方向に
ずらして配置することができる。

第９図と第１０図によるロールミルは、実質的に、可塑
化間隙１６まで互いに隣接してハウジング１２は配置さ
れたロール１と２からなる。ロール１と２は、この実施
でも特にハウジング１３の外側に一方の側で支承するこ
とができる。ハウジング１２は、両方のロール１と２を
可塑化間隙１６の両側の範囲まで比較的密接して覆って
おり、その場合ロール１、２の円筒面７に対する内側外
被面１５の間隔は、可塑化間隙の大きさに対応すること
ができる。８は材料供給装置を示し、かつ９はハウジン
グにおける特にノズル状の材料取り出し装置を示す。こ
のロールミルの実施は比較的頑丈であり、かつ厄介な均
等分散供給のために特に混練要素を必要としない。材料
１８がそこでは可塑化間隙１６で比較的薄い層で加工さ
れる。このロールミルは、自浄作用がある。ロール１、
２には、前述した溝３がつけられている。その場合、溝
３を材料供給装置８の範囲で比較的深く切りかつ材料取
り出し装置９の方向に平らに延びるようにまたはよりわ
ずかな深さに切って、ノズル状の材料取り出し装置９へ
の加工強さと圧力結集を増大させるようにする。

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】別々に自由に調整可能な、同じまたは異な
   る周速度で互いに逆方向に走りかつ温度調整される二つ
   のロール（１と２）を有し、これらのロールはそれらの
   間にその全長にわたって可塑化間隙（１６）を形成して
   おり、かつその円筒面（７）の上にロール軸線（５）に
   対し斜めに走る、鋭い縁の付いた溝（３）と中間ウエブ
   （４）が同じ方向にまたは逆方向に互いに相対して配置
   され、また種々の材料（１８）と添加物質に適している
   材料供給装置（８）と材料取り出し装置（９）を有す
   る、可塑化可能な材料のための混合兼剪断ロールミルに
   おいて、両方のロール（１と２）に、ロール軸線（５）
   に関して７５°より大きい溝勾配を有する溝（３）が配
   置され、溝（３）の間の中間ウエブ（４）が、溝（３）
   の幅の少なくとも二倍の幅を有し、ロール（１，２）の
   直径対ロール（１，２）の長さの比が１対１０より大き
   くかつ１対２０より小さいことを特徴とする混合兼剪断
   ロールミル。
2. 【請求項２】ロール（１，２）の少なくとも一つに、ロ
   ール軸線（５）に関して互いに異なる少なくとも二つの
   溝勾配を有する溝（３）が互いに交差して配置され、同
   じ溝勾配の溝（３）の間に、同じ溝勾配の溝（３）の幅
   の少なくとも二倍の幅を有する中間ウエブ（４）が設け
   られていることを特徴とする、請求の範囲１による混合
   兼剪断ロールミル。
3. 【請求項３】一方の溝勾配を有する溝（３）が、他方の
   溝勾配を有する溝（３）に対して逆方向に配置されてい
   ることを特徴とする、請求の範囲２による混合兼剪断ロ
   ールミル。
4. 【請求項４】一方の溝勾配を有する溝（３）が、他方の
   溝勾配を有する溝（３）に対して同じ方向に配置されて
   いることを特徴とする、請求の範囲２による混合兼剪断
   ロールミル。
5. 【請求項５】中間ウエブ（４）に、または交差する溝
   （３）により形成された、菱形の中間区分（６）に、ま
   たは両方に、円筒面（７）の上の面構造が設けられてい
   ることを特徴とする、請求の範囲１から４までのうちの
   一つによる混合兼剪断ロールミル。
6. 【請求項６】溝（３）の深さまたは幅または両方が溝勾
   配に依存していることを特徴とする、請求の範囲１から
   ５までによる混合兼剪断ロールミル。
7. 【請求項７】溝（３）の深さが、材料供給装置（８）の
   側から、溝のない円筒面部分（１０）が設けられている
   材料取り出し装置（９）の側に向かって、特に溝（３）
   の幅が変わらないときに、一部分でまたは円筒面部分
   （１０）の直径の寸法まで連続的に減らされることを特
   徴とする、請求の範囲１から５までによる混合兼剪断ロ
   ールミル。
8. 【請求項８】溝（３）が材料供給装置（８）の範囲で比
   較的深く切られ、かつ材料取り出し装置（９）に向かう
   方向に、よりわずかな深さに切られるかまたは平らに延
   びていることを特徴とする、請求の範囲１から６までに
   よる混合兼剪断ロールミル。
9. 【請求項９】ロール（１，２）の軸受（１１）が軸方向
   に互いにずらされて配置されていることを特徴とする、
   請求の範囲１から９までによる混合兼剪断ロールミル。
10. 【請求項１０】ロール（１，２）が一方の側で互いに支
    承されていることを特徴とする、請求の範囲１から９ま
    でによる混合兼剪断ロールミル。
11. 【請求項１１】材料取り出し装置（９）がノズルとして
    形成されていることを特徴とする、請求の範囲１から１
    ０までによる混合兼剪断ロールミル。