JPS584567B2 - 混練捏和装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、いわゆるインターナルミキサにおいて、材料
の種類に拘らず充分な混練が行なわれる混練捏和装置に
関するものである。

インターナルミキサはゴムやプラスチックの混練に適し
たバッチ式混練機であり、とくにゴムの素練り、カーボ
ンマスターバッチ練りあるいは通常プロ練りと称される
加硫剤の練り込みに適したミキサーとして、タイヤ製造
などのゴム工業にとって欠かせない機械盤備である。

従来のインターナルミキサは、第１〜３図に示すように
チャンバ１内に一対の逆方向に回転する並列のロータ２
，３を配置してなり、各々のロータには長翼４および短
翼５を各１枚設け、これらの翼はロータの軸周りに螺旋
状に延び、かつその巻き方向は長翼と短翼とで逆方向に
なっている。

そして図示しないホッパから投入された材料はロ−タの
喰込み作用用およびフローチングウェイトの押込み作用
によって供給口１６から混練室７内に圧入され、ここで
ロータによりローリング作用をうけた後ロータの羽根先
端とケーシング内壁との間（チップクリアランス６）で
すりつぶされながら通過し、ロータの軸方向に送られる
。

この作用は長翼および短翼のそれぞれで行なわれ、両翼
は巻方向が逆であるために材料は各ロータについて端部
から中央部に移送され、混練された材料はチャンバの下
部からとり出す。

また第４〜６図に示すように、各ロータに長翼と短翼と
を各２枚、合計４枚の翼を備えたいわゆる４翼ロータが
ある。

この構成でも作用はほぼ同じであるが、２翼ロータに比
較して２倍のチップを有するために添加剤のミクロ分散
が進み、混練能率が高いのが一般的である。

一方、均一な混合物を得るためには、ミクロな分散が行
なわれると共に混練物のどの部分を取っても、添加した
薬品や添加剤の濃度が一定であり、また混練物の濃度が
一定になるように均一に混ぜ合わせる、いわゆるマクロ
な分散作用も重要である。

例えばタイヤ製造業のプロ練り工程で加硫剤の均一な混
合が行なわれないと最終製品の物性にバラッキが生じ、
一定品質のタイヤを製造することが困難になる。

とくに最近のタイヤは高速走行時の安全性を高めるため
にタイヤ中にスチールコードを配したスチールラジアル
タイヤの比率が増加しているが、このスチールラジアル
タイヤ用のゴムとしては従来のタイヤ用ゴムよりもはる
かに硬質で、均一な混合、分散が困難な材料が使用され
る傾向にある。

そのため従来のインターナルミキサでは混練機の強度が
不足したり、薬品の均一分散性が不足するなどの問題を
起こすケースがある。

本発明はこのような点に鑑み、インターナルミキサの混
練においてミキサ中の材料の動きに着目し、材料の種類
に拘らずマクロ的にも充分な混合が行なえる混練捏和装
置を得ることを目的とするものである。

インターナルミキサのロータは前記第１〜６図に示すよ
うに、螺旋状の翼査宥し、材料をロータの軸方向に送る
ようにしている。

従って混練室の内部での材料の動きはロータの軸方向の
流れとロー夕を収容する左右の群練室相互間の流れに分
けられる。

均一な混練物を得るには上記軸方向の流れおよび混練室
相互間の流れを活発にし、混練室内で材料の滞留がおこ
らないようにする必要かある。

４翼ロータを備えたインターナルミキサ（内容積２３６
ｌ）で硬質ゴムのプロ練りを行なったところ、ある種の
ゴムでは薬品の分散が著しく不均一になり、２翼ロータ
のものと比較すると添加剤の均一分散が著しく劣ること
が判明した。

そこでこの理由を解明するためにモデル試験機を製作し
、ミキサ内部における材料の流れの状態を観察した。

なお、モデル試験機のバレルはアクリル樹脂製とし、内
部における材料の流れを直接観察できる構造とした。

また分散の良し悪しを定量的に評価するため、着色した
プラスチックビーズ（ポリスチレン）を一定量添加し、
混練後一定のサンプルに含まれるビーズ数を繰返し（ｎ
回）測定してビーズ数のバラツキ（σｎ−１）で表示し
た、モデル試験機は内容積１７ｌのインターナルミキサ
と同一寸法とし、また実用ミキサ中の硬質ゴムと類似し
た流れ挙動を示す材料としてＣＭＣ（カルボキシメチル
セルロース）の３０％水溶液が適シていることを発見し
、これを使用した。

上記モデル試験機によって２翼ロータおよび４翼ロータ
によるモデル物質の混練実験を行なった結果は第７図イ
，ロに示すとおりであり、イは混練時間４０秒、ロは混
練時間６０秒の場合のビーズのバラツキ状況を示してい
る。

２翼ロータの場合１１は４翼ロータの場合１２に比較し
て充填率（混練室空間に占める材料の体積比率）が０．
４〜１．０の広い範囲にわたってビーズの分散が良好で
あり、また混練時間が短かくても均一な分散が進むが、
４翼ロータでは充填率が高くなると著しく分散が悪くな
り、また混練時間を延ばしても分散は改善されない。

４翼ロータがこのように分散の悪い理由は、１本のロー
タに２枚の長翼と２枚の短翼が各々材料を中央部へ押す
方向に捩られているために、ロータの長翼と短翼が接す
る中央部では各々の翼端は第６図に示すように９０°ず
つ位相をずらし、材料の流れをよくするように配置され
ているが、長翼によってロータ軸の一端から中央部へ押
し流された材料は長翼の端部をはずれた後にミキサの他
の端にまで十分移動する余裕もなく、長翼とは反対の方
向に捩られた短翼によって再び長翼の方向に押戻されて
ロータの中央部で押合った状態となり、このため均一な
混合をするために必要な材料の軸方向に流れが不足する
ことが明らかになった。

これに対して２翼ロークの場合には第１図に示すように
長翼の端部と短翼の端部がロータの中央部で一部重なる
ように配置されているが、長翼によってロータ軸の中央
部の方向に流された材料は長翼の端部で解放されると短
翼の裏側の空間に流れ込み、再び長翼の部分に押し流さ
れる。

従って材料の動き自体は４翼ロータと同様であるが、長
翼と短翼は各個しかなく、こめため材料の移動する空間
が多く、軸方向の流れが大きくなって混練物の均一な混
合が進むことが判明した。

４翼ロータはこのような材料の流れ不足にともなう不均
一な混練については、デビット・ゼットタイソン等か特
公昭４２−２７０３２号公報において提案している。

即ち、長翼および短翼の断面形状をロータの中心寄りの
端部においてロータの膨らみを減らし、断面積を減少さ
せることによって材料の流れを改善し、均一分散を図っ
ている。

そこで本発明者はこれを実施して硬質ゴムの混練を行な
ってみたが、硬質ゴムに対しては十分な効果は発揮せず
、実用的には不満足な結果しか得られなかった。

そこで本発明者は、硬質ゴムと類似した挙動をするＣＭ
Ｃ水溶液を用い、かつ４翼ロータのもつ混練効率の高い
ことを生かすべく、翼形状について種々研究を重ねた。

まずモデル試験機で材料の流れを検討し、すぐれた成果
を示したロータ形状について小型インターナルミキサ（
内容積４．３ｌ）で効果を確認の上実用ミキサ（内容積
２３６ｌ）にスケールアップし、実用性能を確認した。

４翼ロータの分散が悪い理由は、材料の軸方向流れが悪
いことに起因するので、まず軸方向流れを改善するため
に、モデル試験機で翼の捩じれ角や断面形状は従来の標
準的なロータと同じ値に固定し、短翼と長翼の長さの比
（翼長比）Ｌｓ＜Ｌｌを変化させて、ＣＭＣ中へのプラ
スチックビーズの均一分散に及ぼす影善を調べた。

その結果、第８図に示す構成において翼長比を一定値以
下にすると混練物中のプラスチックビーズのバラツキが
減少し、均一性が格段に向上することが判明した。

すなわち、短翼と長翼の各々軸方向の長さの比率を変え
ることによって混合物の均一性が著しく向上し、従来の
標準的な翼長比０．４９では到底達し得ないような良好
な分散性をもつ４翼ロータが製作できることが明らかに
なった。

なお、従来例として示した第品の構成では翼長比は０．
５０、第４図の構成では翼長比は０．５８であり、従来
のこの種ロータではいずれも翼長比は０．５程度に設定
されている。

第９図はビーズのバラツキと翼長比との関係を示し、１
４は混練時間４０秒、１５は６０秒の場合の特性を示し
ていや。

この図からも明らかなように翼長比が０．４を樽えると
バラツキが急激に大きくなり、翼長比が小さくなるほど
分散が良好に行なわれることがわかる。

なお、均一分散を達成するためには短翼の長さを０とし
、連続した長翼のみで構成されるロータが望ましいが亘
翼のみからなるロータでは、材料の混練時にロータが受
けるスラスト荷重が過大となり、またミキサの側壁に材
料を強く圧縮する作用が働いて局部的な加熱を起こすな
どの欠点かある。

この様な欠点を生じさせないようにするには、翼長比を
０．１以上にする必要があることが実験で確認ざれた。

そこで翼長比を０．４〜０．１、好ましくは０．３〜０
．１５の範囲で設定する。

すなわち、本発明はケ−シングとエンドフレームにより
密閉されたミキシングチャンバ内に一対の逆方向に回転
する並列のロータが配置されてなる混練捏和装置であっ
て、各ロータは一対の長翼と短翼とを有し、これらの翼
はロータの中心線周りに螺旋状に伸びており、かつその
螺旋の巻き方向は長翼と短翼とが逆方向で一方のロータ
の長翼と他方のロータの長翼とは同一方向であり長短両
翼のロータ軸方向の長さを、長翼に対する短翼の翼長比
が０．４〜０．１の範囲になるように設定したものであ
る。

また、本発明でのロータの形状は、第８図に示すように
、長翼４と短翼５とが各ロータにそれぞれ一対形成され
、各翼４，５はロータの中心線周りに螺旋状に形成され
ている。

各翼の横断面形状は第４〜６図に示すものと同様である
が翼長比が従来と異なり、０．４〜０．１の範囲に設定
している。

第８図の例ではＬｓ／Ｌｌは約０．３１である。

翼長比が０．４の場合のモデル物質による混練実験の結
果は第７図の曲線３で示すようになり、従来の２翼ロー
タに匹敵する良好な結果を示す。

（実施例） 内容積２３６ｌのイシターナルミキサに翼長比（Ｌｓ／
Ｌｌ）が０．４９の標準的なロータと翼長比が０．２３
の本願のロータを用い、天然ゴムの素練りおよび加硫剤
を分散させるプロ練り試験を実施した。

その結果は第表に示すとおりであり、プロ練りにおいて
薬品分散性がすぐれているとされる２翼ロータと比較し
ても本願ロータはさらに均一な薬品の分散が達成されて
いることがわかる。

以上説明したように、本発明はロータの翼の改良によっ
てマクロ的およびミクロ的な混練が良好に行なわれるよ
うにしたものであり、プロ練りのみならず素練り、カー
ボンマスターバッチ練りなど他のゴム混練にもすぐれた
効果を発揮できるものである。

また上記実施例では４翼の例についてのみ示したが、２
翼その他の翼数を採用してもよいことは勿論である。

また本願では、材料の流れがよいために、上記特公昭４
２−２７０３２号公報に記載のロータのように中心部を
痩せさせる必要がないので、強度面ですぐれ、耐久性に
富むという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のインターナルミキサのロータの平面図、
第２図および第８図は第１図の■−■線および■−■線
断面図、第４図は従来の他のロータの平面図、第５図お
よび第６図は第４図のＶ −Ｖ線およびＶＩ−ＶＩ線断
面図、第７図イ，口は本発明および従来の装置による混
線状態の対比特性図、第８図は本発明のロータの平面図
、第９図はロータの翼長比と混練状態との関係図である
。 ２，３……ロータ、４……長翼、５……短翼、６……チ
ップクリアランス、１３，１４，１５……本願の特性曲
線、Ｌｌ……長翼の長さ、Ｌｓ……短翼の長さ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ケーシングとエンドフレームにより働閉されたミキ
   シングチャンバ内に一対の逆方向に回転する並列のロー
   タが配置されてなる混練捏和装置であって、各ロータは
   一対の長翼と妬翼とを有し、これらの翼はロータめ中心
   線周りに螺旋状に延びており、からその螺旋の巻方向は
   長翼と短翼とが逆方向で一方のロータの長翼と他方のロ
   ータの長翼とは同一方向であり、長短両翼のロータ軸方
   向め長さを、長翼に対する短翼の翼長比が０．４〜０．
   １め範囲になるように設定したことを特徴とする混練捏
   和装置。 ２特許請求の範囲第１項において、長翼に対する短翼の
   翼長比を０．３〜０．１５の範囲に設定したことを特徴
   とする混練捏和装置。