JPH0761435B2 - 回分式混練機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、材料の性状が液状又は
粘性物質又は粉末状である多種類の材料を主として均質
に混合・混練処理する回分式混練機に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の回分式混練機として、図１７のも
のを挙げることができる。これは、交差する円筒状の胴
体ａ内に同方向に回転するように配置された２組以上の
相互に係合するレンズ形パドルｂ，ｃを有し、このパド
ルｂ，ｃの回転により、胴体ａの内壁及び相互にパドル
ｂ，ｃの外面を掻きとるセルフクリーニング作用を行う
とともに隣り合うパドルｂ，ｃと胴体ａの内壁に挟まれ
た材料の占める面積の変化によって材料に対して、圧縮
と膨張を繰り返して混合・混練するものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ものは、次のような問題点がある。 （１）図１７において、両パドルｂ，ｃを矢印の方向
（同一方向）に同一回転させると、上側におけるパドル
ｂ，ｃと胴体ａで挟まれる材料が充満される空間（以
下、材料空間という）ｄの材料は左へ、材料空間ｅの材
料は左下へ向かい、すれ違いになる。つまり、材料空間
ｄの材料が追っても材料空間ｅの材料は逃げ勝手にな
る。同様に下側でも材料空間ｆの材料は右下へ、材料空
間ｇの材料は右へ向かい、すれ違いになる。このため、
効果的な練りが行われない。 （２）両パドルｂ，ｃは等速回転のため、両パドルが回
転を繰り返しても各材料空間内の材料は同じものが毎回
会合する可能性があり、この点でも混練が充分とはいえ
ない。 （３）材料空間の面積変化率が後述するごとく、小さい
ため、混練の不効率を招くこととなる。 （４）一対のパドルｂ，ｃはセルフクリーニング作用の
ため相接して回転するが、必ずとちらか一方のパドルの
先端は相手パドルに接するため、パドル外形上の他の点
に比べて摩耗が大きい。

【０００４】本発明は、前記従来の問題点を改良するた
めになしたものであり、セルフクリーニングとともに混
練効率の向上及びパドルの摩耗を低減することができる
回分式混練機を提供することを目的とするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の回分式混練機は、回転軸に直角な断面にお
ける一方のパドルの断面形状を、なだらかな曲線によっ
て、交互にかつ等しい角度を隔ててｎ（≧２，整数）組
の長径部と短径部からなる形状とし、さらに他方のパド
ルの断面形状を、前記回転軸を異なる方向に回転し、か
つその回転速度比を異なるものとするとともに前記一方
のパドルと共動回転して形成される外包絡線によって、
ｍ（≧２，かつｎ≠ｍ，整数）組の長径部と短径部から
なる形状としたことである。

【０００６】前記パドルとは、フラット，ヘリカル形の
パドルである。

【０００７】

【作用】前記回転軸を互いに異なる方向に回転すると、
一方のパドルと他方のパドルは、常に接線を共有する形
において、該両パドルの外周上の一点で相接する。従っ
て、パドル相互のセルフクリーニング作用が行われる。
また、一方のパドルと他方のパドルを互いに異なる方向
かつ異なる速度で回転すると、該両パドルは、一方のパ
ドルの長径部の頂部が他方のパドルの短径部の頂部と、
或いは一方のパドルの短径部の頂部が他方のパドルの長
径部の頂部と相接しながら回転する。この回転ととも
に、その途中で、それぞれのパドルとそれぞれの胴体に
より離れた状態で２つの材料空間（最大空間面積）が形
成される。つづいて、前記２つの材料空間は、順次向か
い合いながら重なっていき、ついには一方のパドルの長
径部の頂部部分と他方のパドルの短径部の頂部部分及び
他方の胴体の円とで形成される１つの狭い材料空間（最
小空間面積）に変化する。その後一旦狭められた材料空
間は次第に広くなっていき、再び前記した２つの材料空
間に別れるのである。

【０００８】そして、前記材料空間の変化とともに、２
つの材料空間内の材料は、両パドルの回転によって合流
し始めるとともに、逐次圧縮され、１つの狭い材料空間
にて大きく圧縮されるのである。しかも、２つの材料空
間内の材料は、向かい合いながら、１つの狭い材料空間
内に集合することから、確実に混ざり合い正面衝突する
機会が増え、均一に混ざり合うのである。

【０００９】また、一方のパドルの長径部と短径部の数
（ｎ組）と他方のパドルの長径部と短径部の数（ｍ組）
は等しくないから、両パドルの材料空間数も異なる。従
って、一度合流した材料が膨張しながら２つに分かれて
再度合流するときは、一方のパドルの材料空間内の材料
と他方のパドルの他の材料空間内の材料とが合流するこ
ととなって、更に効果的に混練されるのである。また、
前記２つの材料空間は、両パドルの回転に連れて（上部
にて）略横長向きとなり、その後、１つの狭い縦長向き
の材料空間に大きく形状変化し、この形状変化にともな
って、材料空間内の材料は圧縮とともに大巾に変形され
るのである。さらに、一方のパドルと他方のパドルの回
転速度が異なるため、パドル相互の接点は絶えず移動
し、該パドルの特定部分（特に先端部）同志の接触頻度
が少ないのである。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１〜図３において、１は上部に供給口２、下部
に排出口３を有する同径の２つの円が交叉する断面を持
った円筒状胴体で、この胴体の円内に平行に回転軸４，
５を設け、この回転軸４，５の軸方向に多数のパドル
６，７及び８，９を組み込んで一体にしたものである。
１０はモ―タで、減速機１１を介して回転軸４と接続す
る。なお、他方の回転軸５は図示省略したが、前記減速
機１１を経て連動される。１２は加熱・冷却用ジャケッ
トである。以上のようにして回分式混練機本体を構成す
る。

【００１１】次に、その詳細構造及び機能を述べる。Ｈ
₂ はフラットパドル６，７の組み合わせで、供給口２よ
り供給された材料（例えば粉粒体とバインダ―）を混練
・撹拌するが、該パドル自身は送る働きをしない。Ｈ
₁ 、Ｈ₃ はＨ₂ の両側に配設したヘリカルパドル８，９
の組み合わせで、混練するとともに、該パドルでパドル
６，７側に戻す働きをする。なお、回転軸４上の隣接す
るパドル６，８の組込み角度（θ）は、図２に示すよう
に６０°ずらして配設したが、必ずしもこれに限定され
るものではなく、任意の組込み角度にすることができ
る。

【００１２】次いで、パドル６，７の詳細を図４に示し
た一対のフラットパドルに基づいて述べる。（一方の）
パドル６は、その断面の形状をなだらかな曲線によっ
て、交互にかつ等しい角度を隔ててｎ＝２組の長径部と
短径部により形成すると、楕円となる。ここで、６ａ，
６ｂを長径部，短径部及び６ｃ，６ｄを長径部の頂部，
短径部の頂部とする。また、楕円パドル６の長径の半径
（長半径）をｒ₁ 、短径の半径（短半径）をｒ₂ 及び回
転軸４，５の軸間距離をＬとしたとき、理論上のＬはＬ
＝ｒ₁ ＋ｒ₂ である。（他方の）パドル７は、その断面
の外形を軸間距離Ｌ＝ｒ₁ ＋ｒ₂ 及び回転軸４，５の回
転速度をそれぞれｎ₁ ，ｍ₁ としたときの回転速度比を
ｎ₁ ：ｍ₁ ＝３：２とし、かつ異なる方向に回転しなが
ら、回転軸５と直交して回転軸５と共動して回転する平
面状に描かれた（パドル６の）外包絡線とすることによ
って、ｍ＝３組の長径部と短径部を有する３葉体とな
る。このパドル７の長径部（山部），短径部（谷部），
長径部の頂部及び短径部の頂部を７ａ，７ｂ，７ｃ及び
７ｄとし、長径部７ｃの半径（長半径）ｒ′₁ 、短径部
７ｂの半径（短半径）ｒ′₂ とする。

【００１３】したがって、パドル６，７は、図４のよう
にパドル６の短径部６ｂの頂部６ｄがパドル７の長径部
７ａの頂部７ｃと接した状態（実線参照）から、パドル
６が９０°回転すると、パドル６の長径部６ａの頂部６
ｃがパドル７の短径部７ｂの頂部７ｄと接した状態（二
点鎖線参照）となる。勿論、この間の回転中においても
パドル６とパドル７は外形の一点で接しながら、回転す
ることはいうまでもない。さらに、一対のパドル６，７
による混練状況を図５に基づいて説明する。パドル６，
７を前記のごとく設定した回転速度比で異なる方向に回
転させると、両パドルは当然のことながら、異なる回転
数で回転することとなる。この回転によって、軸直角断
面において、胴体１の内壁とパドル６，７により形成さ
れ、材料が保有される材料空間がパドル６，７の回転と
ともに移動する。その変化していく様子を断続的に示
す。説明の都合上、斜線で示した材料空間について述べ
ると、図５イに示すようにパドル６の材料空間Ａ₁ と、
パドル７の材料空間Ａ₂が各々離れた状態にある。ここ
での２つの材料空間は空間Ａ₁ ，Ａ₂ の和であり、最大
である。

【００１４】この状態からパドル６、７が所定角度回転
したときのパドル６の材料空間Ａ₁とパドル７の材料空
間Ａ₂ が移動した状態を図５ロに示す。ここでは材料空
間Ａ 1 はパドル７の長径部７ａにより少し減小してい
る。パドル６、７がさらに回転したときのパドル６の材
料空間Ａ₁ とパドル７の材料空間Ａ₂ が一部合流して移
動した状態を図５ハに示す。このとき材料空間Ａ₁，Ａ₂
はより減少している。パドル６、７がさらに回転した
とき（パドル６は図５イから１８０°、パドル７は１２
０°回転）のパドル６の材料空間Ａ₁ とパドル７の材料
空間Ａ₂ が完全に合流した状態を図５ニに示す。すなわ
ち、パドル６の長径部６ａ、パドル７の長径部７ａ、短
径部７ｂ及び胴体１により形成される材料空間Ａ₃ であ
り、この材料空間Ａ₃ は最小となる。このように、材料
空間（断面積）はパドル６，７の回転によって、Ａ₁ ＋
Ａ₂→Ａ₃ に変化する。ここで、各々の材料空間が占め
る断面積の変化を１断面に限定して算出した結果、最大
空間（図５イ参照）と最小空間（図５ニ参照）の断面積
変化率εは、ε＝Ａ₃ ／（Ａ₁ ＋Ａ₂ ）＝１／６となっ
た。これに対して、従来の同一方向、同一速度で回転す
る方式（図１８参照）の断面積変化率ε′は、ε′＝
Ａ′₃ ／（Ａ′₁ ＋Ａ′₂ ）＝１／1.５である。そこ
で、本発明のものと従来例のものを比較した断面積変化
率比Ｅを次に示す。 Ｅ＝ε／ε′＝(1／6)／(1／1.5)
＝１／４ 以上のように、本発明のものは、従来例のものに比べて
４倍増加した。

【００１５】このことによって、材料空間内の材料はそ
れだけ圧縮率が高まり、混練効果が良好となるととも
に、２つの材料空間の材料は向かい合いながら集合する
ことから、確実に合流して正面衝突する機会が増え、一
層混ぜ合わせ効果が高まる。また、パドル６，７の回転
とともに、２つの材料空間Ａ₁ ，Ａ₂ は、図５ロに示す
ごとく上部にて、略横長向きとなり、この向きから重な
っていき、順次狭くなるとともに図５ニのように略縦長
向きの１つの材料空間Ａ₃ に大きく形状変化（偏平）す
る。この変化に伴なって、材料空間内の材料は、大きい
圧縮率とともに大きく流動変形することとなって、顕著
な混練効果が生まれる。

【００１６】さらに、両パドル６，７が図５ニの状態か
ら矢印の方向に回転すると、図６及び図７に示すように
パドル６の長径部６ａの頂部６ｃがパドル７の短径部７
ｂの頂部７ｄに完全に嵌まり込む直前で、微小空間ｓが
形成される。このとき、両パドル６，７間の微小空間ｓ
における回転方向前方側の隙間をｓ₁ 、該後方側の隙間
をｓ₂ とすると、ｓ₁ ＜ｓ₂ となる。但し、隙間ｓ₁ は
接点であるから、零である。この状態から、両パドル
６，７の回転とともに接点ｓ₁ の上方への移動によっ
て、微小空間ｓ内の材料には、隙間ｓ₂ の方へ絞りだし
の作用が働いて、激しく移動する結果、大きい混練効果
が得られる。

【００１７】また、図８に示すようにパドル６の長径部
６ａの頂部曲面と胴体１の内壁とにより形成される角度
α₁ 及びパドル６の短径部６ｂの頂部曲面とパドル７の
長径部７ａの頂部曲面で形成される角度β₁ は何れも鋭
利である。これに対して、従来のものは、前記角度α
₁ ，β₁ と対応する角度を図１７に示すようにα′₁ ，
β′₁ としたとき、該角度α′₁ 及びβ′₁ の方が大き
い。従って、本発明のものは、従来のものに比べて、材
料に大なるクサビ（剪断）作用が発生することとなっ
て、練りが効果的に行われる。

【００１８】前記実施例では、一断面のパドル６，７に
ついて述べたが、図３に示すように隣接するパドル６，
７でも同様の現象が起きる。そして隣接するパドル６，
７の取付位相は前記したごとく、少しづつ異なるため、
材料空間の減少によって、材料が圧縮されれば、該材料
は隣りの材料空間との間で授受が行われ、結果的に材料
は矢印方向への移動が実現することとなる。

【００１９】図９は第２実施例で、パドル61の外形は、
２組の長径部61ａと低い山を有する２組の短径部61ｂを
持ったものであり、長径部61ａの半径（長半径）をｒ
₁ 、短径部61ｂの半径（短半径）をｒ₂ とする。一方、
パドル71は、パドル61，71の回転速度比ｎ₁ ：ｍ₁ ＝
３：２とし、前記実施例と同様の外包絡線によって、３
組の長径部71ａ及び短径部71ｂからなるクロ―バ形（３
葉体）となる。

【００２０】図１０は第３実施例で、パドル62の外形
は、120 °毎に３組の長径部（山部）62ａ及び短径部
（谷部）62ｂからなるクロ―バ形（３葉体）であり、長
径部62ａの半径（長半径）をｒ₁ 、短径部62ｂの半径
（短半径）をｒ₂ とする。一方、パドル72は、パドル6
2，72の回転速度比ｎ₁ ：ｍ₁ ＝４：３とし、前記実施
例と同様の外包絡線によって、９０°毎に４組の長径部
（山部）72ａ及び短径部（谷部）72ｂからなる糸巻形
（４葉体）となる。

【００２１】図１１は第４実施例で、前記図２の実施例
のパドル６，７の組み合わせに、さらにパドル６と同一
のパドル６を並列して３軸形としたものである。

【００２２】図１２は第５実施例で、パドル63の外径
は、４組の長径部63ａと短径部63ｂを有する糸巻形（４
葉体）であり、長径部63ａの半径（長半径）をｒ₁ 、短
径部63ｂの半径（短半径）をｒ₂ とする。一方、パドル
73は、パドル63の外径（長半径×２）に対し異なる外径
とするとともに、パドル63，73の回転速度比ｎ₁ ：ｍ₁
＝３：４とし、前記実施例と同様の外包絡線によって、
３組の長径部（山部）73ａ及び短径部（谷部）73ｂから
なるクロ―バ形（３葉体）となる。なお、このときの軸
間距離Ｌは、パドル63の長径部63ａ及び短径部63ｂの半
径をそれぞれｒ₁ ，ｒ₂ 、パドル73ａの長径部73ａおよ
び短径部73ｂの半径をそれぞれｒ′₁ ，ｒ′₂ としたと
き、Ｌ＝ｒ₂ ＋ｒ′₁である。

【００２３】図１３は第６実施例で、前記第５実施例の
パドル63，73の組み合わせに、さらにパドル73と同一の
パドル73を並列して３軸形としたものである。なお、前
記実施例における軸間距離Ｌは、Ｌ＝ｒ₁ ＋ｒ₂ 又はＬ
＝ｒ₂ ＋ｒ′ 1 としたが、実際の軸間距離は製作上の誤
差などを考慮して、該両パドル間に適宜の隙間を設ける
ためにやや長くする。

【００２４】図１４は第７実施例で、パドル64の外形
は、２組の長径部64ａと２組の短径部（浅い谷部）64ｂ
からなるまゆ形であり、長径部64ａの半径（長半径）を
ｒ₁ 、短径部64ｂの半径（短半径）をｒ₂ とする。一
方、パドル74は、パドル64，74の回転速度比ｎ₁ ：ｍ₁
＝３：２とし、前記第１実施例と同様の外包絡線によっ
て、３組の長径部74ａ及び短径部74ｂからなるクロ―バ
形（３葉体）となる。

【００２５】図１５は第８実施例で、パドル65の外形
は、120 °毎に３組の長径部（山部）65ａ及び短径部
（なだらかな曲線の谷部）65ｂからなるクロ―バ形（３
葉体）であり、長径部65ａの半径（長半径）をｒ₁ 、短
径部65ｂの半径（短半径）をｒ₂とする。一方、パドル7
5は、パドル65，75の回転速度比ｎ₁ ：ｍ₁ ＝４：３と
し、前記第１実施例と同様の外包絡線によって、９０°
毎に４組の長径部（巾広な山部）75ａ及び短径部（比較
的深い谷部）75ｂからなる糸巻形（４葉体）となる。

【００２６】図１６は第９実施例で、パドル66の外形
は、４組の長径部（とがった山部）66ａと短径部（なだ
らかな曲線の谷部）66ｂを有する糸巻形（４葉体）であ
り、長径部66ａの半径（長半径）をｒ₁ 、短径部66ｂの
半径（短半径）をｒ₂ とする。一方、パドル76は、パド
ル66，76の回転速度比ｎ₁ ：ｍ₁ ＝３：４とし、前記第
１実施例と同様の外包絡線によって、３組の長径部（大
きな山部）76ａ及び短径部（小さな谷部）76ｂからなる
クロ―バ形（３葉体）となる。さらに、前記実施例で
は、単に複数の原料を混合することについて述べたが、
蒸発や化学反応を伴なう混練を行うこともできる。

【００２７】

【発明の効果】本発明は、以上のように構成されている
ので、以下に示すような効果を奏する。一方のパドルと
他方のパドルは常に外周上の一点で相接しながら回転す
るので、パドル相互のセルフクリーニング作用が行われ
る。

【００２８】また、一方のパドルと他方のパドルは、一
方のパドルの長径部の頂部が他方のパドルの短径部の頂
部と、或いは一方のパドルの短径部の頂部が他方のパド
ルの長径部の頂部と相接しながら回転し、この回転とと
もに、形成される２つの材料空間は順次向かい合いなが
ら重なっていき、ついには一方のパドルの長径部の頂部
部分と他方のパドルの短径部の頂部部分及び他方の胴体
の円とで形成される１つの狭い材料空間に変化し、この
材料空間の変化とともに２つの材料空間内の材料は、合
流しながら逐次圧縮され、１つの狭い材料空間にて大き
く圧縮されるとともに向かい合いながら１つの狭い空間
内に集合することから、均一に混ざり合い、また、一方
のパドルの長径部と短径部の数（ｎ組）と他方のパドル
の長径部と短径部の数（ｍ組）は等しくないから、一度
合流した材料が再度合流するときは、一方のパドルの材
料空間内の材料と他方のパドルの他の材料空間内の材料
とが合流することとなって、確実に混練され、さらに、
２つの材料空間は両パドルの回転に連れて、略横長向き
から１つの狭い縦長向きの材料空間に大きく形状変化
し、大きく変形されるのである。このことによって、混
練効率を著しく向上することができる。

【００２９】さらに、一方のパドルと他方のパドルの回
転速度が異なるため、パドル相互の接点は、絶えず移動
するから、該パドルの特定部分（特に先端部）の摩耗が
少ない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における回分式混練機の縦断
面図。

【図２】図１のＩ―Ｉ線断面図。

【図３】実施例におけるパドルの組み合わせ状態を示す
部分斜視図。

【図４】実施例における一方のパドルの短径部の頂部と
他方のパドルの長径部の頂部が接した状態の説明図。

【図５】実施例におけるパドルの混練状態の各説明図。

【図６】実施例における一方のパドルの長径部と他方の
パドルの短径部が嵌まり込む直前の状態の説明図。

【図７】図６の部分拡大説明図。

【図８】実施例における一方のパドルの短径部の頂部と
他方のパドルの長径部の頂部が接した状態の拡大説明
図。

【図９】本発明における回分式混練機の他の実施例を示
す説明図。

【図１０】本発明における回分式混練機の他の実施例を
示す説明図。

【図１１】本発明における回分式混練機の他の実施例を
示す説明図。

【図１２】本発明における回分式混練機の他の実施例を
示す説明図。

【図１３】本発明における回分式混練機の他の実施例を
示す説明図。

【図１４】本発明における回分式混練機の他の実施例を
示す説明図。

【図１５】本発明における回分式混練機の他の実施例を
示す説明図。

【図１６】本発明における回分式混練機の他の実施例を
示す説明図。

【図１７】従来の混練機の要部縦断面図。

【図１８】従来の混練機における混練状態の各説明図。

【符号の説明】

４，５ 回転軸 ６ パドル ６ａ 長径部 ６ｂ 短径部 ７ パドル ７ａ 長径部 ７ｂ 短径部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 断面が交差する複数の円からなる胴体の
   該円内に、平行して該円と同数の回転軸を設け、該回転
   軸上に、互いに噛み合うとともに前記円内に接するパド
   ルを多数連ねた回分式混練機において、前記回転軸に直
   角な断面における一方のパドルの断面形状を、なだらか
   な曲線によって、交互にかつ等しい角度を隔ててｎ（≧
   ２，整数）組の長径部と短径部からなる形状とし、さら
   に他方のパドルの断面形状を、前記回転軸を異なる方向
   に回転し、かつその回転速度比を異なるものとするとと
   もに前記一方のパドルと共動回転して形成される外包絡
   線によって、ｍ（≧２，かつｎ≠ｍ，整数）組の長径部
   と短径部からなる形状としたことを特徴とする回分式混
   練機。