WO2010082580A1

WO2010082580A1 - 混練ロータ、バッチ式混練機および材料混練方法

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Publication number: WO2010082580A1
Application number: PCT/JP2010/050267
Authority: WO
Inventors: 則文吉田; 正昭植村; 博美中野; 克信萩原; 公雄井上; 西田　美佳; 和久福谷
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2009-01-19
Filing date: 2010-01-13
Publication date: 2010-07-22
Anticipated expiration: 2011-07-19
Also published as: CA2742730A1; BRPI1006009B1; EP2380718A1; MX2011007659A; CN102282000B; JP4568785B2; US20110222364A1; BRPI1006009A2; TW201036777A; CA2742730C; CN102282000A; KR101284421B1; JP2010162511A; EP2380718A4; AR075030A1; EP2380718B1; RU2472616C1; US8926166B2; TWI453104B; ES2455243T3

Abstract

　被混練材料を高温状態で混練した場合において従来よりも良好な品質の混練物を得ることが可能な混練ロータ、バッチ式混練機及び材料混練方法を提供する。混練ロータは、バッチ式混練機のチャンバが有する混練室内に配置され、チップクリアランスを通過する被混練材料に複数の混練翼により剪断力を付与するロータ部を備え、前記複数の混練翼のうち第一長翼は、大チップクリアランス、中チップクリアランス及び小チップクリアランスの組合せからなる３段階の異なる大きさのチップクリアランスを前記混練室を形成する前記チャンバの内面との間で当該第一長翼の長手方向に並ぶように形成する頂部を有し、前記複数の混練翼のうち第二長翼、第一短翼及び第二短翼は、前記混練室を形成する前記チャンバの内面との間で前記小チップクリアランス以上で前記大チップクリアランス以下の大きさのチップクリアランスを形成する頂部をそれぞれ有する。

Description

混練ロータ、バッチ式混練機および材料混練方法

　本発明は、プラスチックやゴムなどの高分子材料を混練するための混練ロータ、バッチ式混練機および材料混練方法に関する。

　バッチ式混練機は、そのホッパ部を通じて混練室に投入されるとともに当該混練室に所定の圧力で封入されたゴムやプラスチックなどの高分子材料（被混練材料）を当該混練室内に設けられた一対の混練ロータにより混練し、その後、所望の混練状態となった混練物を外部に排出するという一連の動作によって、１バッチ分の混練物を製造する混練機である。ここで、バッチ式混練機を構成する部品のうち、混練ロータは被混練材料を混練するための主要な部品である。従来、例えば以下に示すような混練ロータに関する技術が提案されている。

　本出願人は、これまでに、軸心回りで平面状態に展開した場合に始点から終点までの展開形状が非線形となる非線形翼を備えた混練ロータを提案している（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載された混練ロータは、２枚の長翼と２枚の短翼とからなる計４枚の翼をもつ４翼ロータである。この混練ロータの４枚の翼のうち１枚は、上記した非線形翼（長翼）であり、残りの３枚は、その展開形状が線形となる線形翼である。特許文献１に記載された混練ロータでは、非線形翼を設けたことによって、被混練材料の混合と分散とのバランスを効率よく取れるようになり、その結果、被混練材料の混合と被混練材料中の所定の材料の分散の双方が両立した適切な混練制御を行うことができる。

　また、他の出願人により、異なる捩れ角度を有し、共に線形翼である２枚の長翼と、異なる捩れ角度を有し、共に線形翼である２枚の短翼とからなる計４枚の翼をもつ混練ロータも提案されている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２では、この混練ロータによると、良好な分配的および分散的混合を被混練材料に与えることができ、その結果、混練物の排出温度をより低い温度に抑えながら、より均質な混練物を得ることができる、と述べられている。

　しかしながら、特許文献１に記載された混練ロータを用いて、例えばシリカが多量に添加された（配合された）被混練材料を混練した場合、シリカの分散の指標であるΔＧ´値が良好な値とならなかった。ここで、ΔＧ´値とは、未加硫のゴム組成物の粘弾性特性から得られる貯蔵弾性率のうち前記ゴム組成物が小さな歪を生じた時の値と大きな歪を生じた時の値との差のことをいい、混練物の品質を判断するための指標である。ΔＧ´値が小さいほど、混練物の品質が良い。なお、シリカが配合された被混練材料の混練では、混練物の温度が例えば１４０℃～１６０℃の範囲において、シリカとゴムとを結合させるために配合されているシランカップリング剤がシリカと反応する。したがって、その反応を良好に発生させるためには、１４０℃～１６０℃程度の温度範囲で、シリカとシランカップリング剤とを十分均一に混練することが必要である。１４０℃～１６０℃程度の温度範囲での混練は、ゴム系組成物の混練において高温状態の混練に相当する。

　次に、特許文献２に記載された混練ロータは、その２枚の長翼の捩れ角度が互いに異なることを主な特徴としている。しかし、特許文献１に記載された非線形翼を有する混練ロータにおいても、その２枚の長翼のほとんどの部分において捩れ角度が相互に異なっている。すなわち、特許文献２に記載された混練ロータは、翼の構成・配置が特許文献１に記載された混練ロータと似ている。このため、たとえ特許文献２に記載された混練ロータを用いたとしても、シリカが多量に添加された被混練材料を高温状態で混練した場合に良好な混練物が得られるとは考え難い。

特許第３９８０８４１号公報特表２００４－５３０５４６号公報

　本発明の目的は、上述の問題を解決した混練ロータ、バッチ式混練機および材料混練方法を提供することである。

　本発明の別の目的は、被混練材料を高温状態で混練した場合において従来よりも良好な品質の混練物を得ることが可能な混練ロータ、バッチ式混練機および材料混練方法を提供することである。

　本発明の一局面に従う混練ロータは、バッチ式混練機のチャンバが有する混練室内に回転自在に挿通された混練ロータであって、複数の混練翼を外周面に有し、その混練翼の頂部と前記混練室を形成する前記チャンバの内面との間にチップクリアランスが形成されるように前記混練室内に配置され、前記チップクリアランスを通過する被混練材料に前記混練翼により剪断力を付与するロータ部を備え、前記複数の混練翼は、前記ロータ部の軸方向においてそのロータ部の長さの半分の長さよりも大きな長さを有し、前記ロータ部の軸回りの回転に伴って被混練材料を前記ロータ部の軸方向の中央側へ流すことが可能な方向で且つ互いに逆方向に捩れた第一長翼および第二長翼と、前記ロータ部の軸方向においてそのロータ部の長さの半分の長さよりも小さな長さを有し、前記ロータ部の軸回りの回転に伴って被混練材料を前記ロータ部の軸方向の中央側へ流すことが可能な方向で且つ互いに逆方向に捩れた第一短翼および第二短翼とを含み、前記第一短翼は、前記ロータ部の回転方向において前記第一長翼の後方に配置され、前記ロータ部を軸心回りに平面状態に展開した場合にそのロータ部の展開形状において当該ロータ部の軸方向の一端側から当該ロータ部の軸方向の中央側へ延びる展開形状を有する線形翼であり、前記第二短翼は、前記ロータ部の回転方向において前記第二長翼の後方に配置され、前記ロータ部の展開形状において前記ロータ部の軸方向の他端側から前記ロータ部の軸方向の中央側へ延びる展開形状を有する線形翼であり、前記第一長翼は、大チップクリアランスと、その大チップクリアランスよりも小さい中チップクリアランスと、その中チップクリアランスよりも小さい小チップクリアランスとの組合せからなる３段階の異なる大きさのチップクリアランスを前記混練室を形成する前記チャンバの内面との間で当該第一長翼の長手方向に並ぶように形成する頂部を有し、前記第二長翼、前記第一短翼および前記第二短翼は、前記混練室を形成する前記チャンバの内面との間で前記小チップクリアランス以上で前記大チップクリアランス以下の大きさのチップクリアランスを形成する頂部をそれぞれ有する。

本発明の一実施形態に係る混練ロータを備えたバッチ式混練機の正面断面図である。図１に示す混練ロータの正面図である。図２に示す混練ロータをＡ方向に見た矢視図である。図２に示す混練ロータのＢ方向に見た矢視図である。図１に示す混練ロータのうちのロータ部の軸心回りの展開図である。図５のＣ部の拡大図である。図２に示す本発明の一実施形態に係る混練ロータと比較例に係る混練ロータとによる被混練材料の混練結果を示すグラフである。

　以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。

　（バッチ式混練機の構成）
　図１を参照しつつ本発明の一実施形態に係る密閉式のバッチ式混練機（密閉型混練機とも称される）１について説明する。図１に示すように、本実施形態のバッチ式混練機１は、混練室２を有するチャンバ３と、左右一対の混練ロータ４，５と、ホッパ６付きの材料供給筒７と、フローティングウェイト８と、空圧シリンダ９と、ピストン１０と、ピストンロッド１１と、ドロップドア１２と、ロータリーアクチュエータとを備えている。

　混練室２は、縦断面（長手方向に直交する断面）において繭型の断面形状となるように形成されている。すなわち、混練室２は、略円形断面を有する左右一対の混練空間が径方向の一部において互いに重なるように繋ぎ合わされた形状に形成されている。前記各混練ロータ４，５は、混練室２の対応する混練空間内にそれぞれ挿通されている。この各混練ロータ４，５は、対応する混練空間内で各々の軸回りに回転自在に設けられている。また、チャンバ３の上部には、混練室２と当該チャンバ３の外部とを連通させる開口部が形成されている。材料供給筒７は、このチャンバ３の開口部に取り付けられるとともにチャンバ３上に立設されている。フローティングウェイト８は、材料供給筒７内に上下動自在に設けられている。

　空圧シリンダ９は、材料供給筒７の上部に結合されている。ピストン１０は、空圧シリンダ９内に上下動自在に設けられている。ピストンロッド１１は、シリンダ９の下蓋を貫通して上下に延びている。ピストンロッド１１がシリンダ９の下蓋を貫通する部分は、シリンダ９内が気密状態に保たれるように構成されている。このピストンロッド１１を介して、ピストン１０とフローティングウェイト８とが連結されている。このため、空圧シリンダ９内でピストン１０の上方に位置する空間を加圧すると、ピストン１０、ピストンロッド１１及びフローティングウェイト８が一体的に下降する。そして、下降するフローティングウェイト８により、ホッパ６を通じて材料供給筒７内に供給された被混練材料をチャンバ３内（混練室２内）に押し込むことが可能となっている。また、チャンバ３の底部には、排出口が設けられている。ドロップドア１２は、チャンバ３の底部に設けられており、前記排出口を開閉自在となっている。このドロップドア１２は、ロータリーアクチュエータによって駆動されて前記排出口を開閉する。そして、排出口を閉塞していたドロップドア１２を駆動させてその排出口を開放することにより、混練室２内で所定時間だけ混練された混練物（混練済み材料）を当該排出口を通じて機外に排出することができる。なお、本実施形態のバッチ式混練機１は、左右一対の混練ロータ４，５が相互に噛み合わない非噛み合い型の混練機である。

　（混練ロータ）
　次に、図１～図６を参照して、混練ロータ４，５の構成について説明する。

　混練ロータ４，５は、図１に示すように、チャンバ３の幅方向（図１における左右方向）に所定の間隔をあけて配設されている。そして、混練ロータ４，５は、チャンバ３の幅方向において相互に対向する部分が下方へ移動するように互いに異なる方向に回転するようになっている。混練ロータ４，５は、一体的に設けられたロータ部２０及び軸部２１をそれぞれ備えている。ロータ部２０は、混練ロータ４の軸方向の中間部位に配置されている。軸部２１は、ロータ部２０の軸方向の両端から延びており、ロータ部２０と同軸に配置されている。混練機１は、図略の駆動源を備えており、その駆動源から軸部２１に駆動力が供給されることによって混練ロータ４，５が各々の軸回りに回転するようになっている。

　ロータ部２０は、複数の混練翼１３～１６を外周面に有する。ロータ部２０は、混練翼１３～１６の頂部と混練室２の混練空間を形成するチャンバ３の内面との間に隙間（チップクリアランス）が形成されるように混練空間内に配置されている。そして、ロータ部２０は、その軸回りの回転に伴ってチップクリアランスを通過する被混練材料に混練翼１３～１６により剪断力を付与する。複数の混練翼１３～１６は、ロータ部２０の軸心に対して螺旋状に捩れている。ロータ部２０が軸回りに回転すると、このように混練翼１３～１６が捩れていることに起因して、被混練材料が混練翼１３～１６によりロータ部２０の軸方向に押される。その結果、ロータ部２０の軸方向への被混練材料の流れが生じる。また、両混練ロータ４，５のロータ部２０の回転に伴ってそれら両ロータ部２０間で被混練材料が移動し、それによって、被混練材料の均一性が向上するとともに分散作用も均一に進行していく。なお、前記チップクリアランスとは、混練翼１３～１６の先端面である頂部（チップ部）１３ａ～１６ａと、混練室２の対応する混練空間を形成するチャンバ３の内面との間の隙間のことをいう。ただし、チップ部の高さが周方向で変化している場合には、チップクリアランスは当該隙間の最も狭い部分とする。

　混練ロータ４，５の各ロータ部２０を軸心回りに平面状態に展開した場合の展開形状では、図５に示したように、混練ロータ４，５の各混練翼１３～１６は、中心点Ｏに対して相互に点対称となるように配置される。以下の説明においては、混練ロータ４，５の代表として一方の混練ロータ４について説明する。

　図２～図５に示したように、混練ロータ４は、そのロータ部２０に４枚の混練翼１３～１６を備えている。４枚の混練翼１３～１６は、ロータ部２０の軸方向Ｚにおいてそのロータ部２０の長さＷの半分の長さよりも大きな長さを有するように形成された第一長翼１３および第二長翼１４と、ロータ部２０の軸方向Ｚにおいてそのロータ部２０の長さＷの半分の長さよりも小さな長さを有するように形成された第一短翼１５および第二短翼１６とからなる。本実施形態では、第一長翼１３、第二長翼１４、第一短翼１５および第二短翼１６のロータ部２０の軸方向Ｚの長さは、ロータ部２０の長さＷに対して、０．７Ｗ、０．６５Ｗ、０．３５Ｗおよび０．３Ｗとされている。

　（第一長翼）
　第一長翼１３は、混練ロータ４において翼が形成される部分であるロータ部２０の軸方向Ｚの一端からロータ部２０の軸方向Ｚの中央側へ向かって延びている。また、第一長翼１３は、混練ロータ４のロータ部２０を軸心回りに平面状態に展開した場合にそのロータ部２０の展開形状において線形の展開形状を有する線形翼である。そして、第一長翼１３は、ロータ部２０の軸回りの回転に伴って被混練材料をロータ部２０の軸方向Ｚの中央側へ流すことが可能な方向に２２度の捩れ角度で捩れた螺旋状に形成されている。

　また、第一長翼１３の頂部は、ロータ部２０の軸方向Ｚの一端側からロータ部２０の軸方向Ｚの中央側へ向かって順に３段階に高くなるように形成されている。具体的には、この第一長翼１３の頂部は、低位チップ部１３ａと、その低位チップ部１３ａよりも高い中位チップ部１３ｂと、その中位チップ部１３ｂよりも高い高位チップ部１３ｃに区分される。これら低位チップ部１３ａ、中位チップ部１３ｂ、高位チップ部１３ｃは、ロータ部２０の軸方向Ｚの一端側からロータ部２０の軸方向Ｚの中央側へこの順番で配置されている。これにより、第一長翼１３の頂部と対向するチャンバ３の内面との間には、ロータ部２０の軸方向Ｚの一端側からロータ部２０の軸方向Ｚの中央側へ向かって、大チップクリアランスＬと、その大チップクリアランスＬよりも小さい中チップクリアランスＭと、その中チップクリアランスＭよりも小さい小チップクリアランスＳとが順番に形成され、それら大チップクリアランスＬ、中チップクリアランスＭ、小チップクリアランスＳは、第一長翼１３の長手方向に並ぶように配置される。すなわち、第一長翼１３の頂部と対向するチャンバ３の内面との間に３段階の異なる大きさのチップクリアランスが第一長翼１３の長手方向に並ぶように形成される。大チップクリアランスＬは、低位チップ部１３ａと対向するチャンバ３の内面との間に形成される。中チップクリアランスＭは、中位チップ部１３ｂと対向するチャンバ３の内面との間に形成される。小チップクリアランスＳは、高位チップ部１３ｃと対向するチャンバ３の内面との間に形成される。

　ここで、大チップクリアランスＬは、混練室２の混練空間の内径に対する比率が０．０２５０～０．１０００の範囲のチップクリアランスであり、中チップクリアランスＭは、同比率が０．０１００～０．０５００の範囲のチップクリアランスであり、小チップクリアランスＳは、同比率が０．００２５～０．０２５０の範囲のチップクリアランスである。

　図６に第一長翼１３の周りの被混練材料の流れを矢印で示したように、第一長翼１３の頂部を３段階の異なる高さにすることで、ロータ部２０の周方向への被混練材料の分配量（流量）、およびロータ部２０の軸方向Ｚへの被混練材料の流量が各チップ部１３ａ～１３ｃで変化する。その結果、混練室２内の被混練材料の流れが複雑になる。これにより、被混練材料の混練が促進される。また、各チップ部１３ａ～１３ｃによって被混練材料に付与される剪断力も異なってくるので、この点からも被混練材料の混練が促進される。

　また、小チップクリアランスＳを形成する高位チップ部１３ｃを、ロータ部２０の軸方向Ｚの中央側に配置することによって、被混練材料に付与する剪断力を確保することができるとともに、ロータ部２０の軸方向Ｚへの同材料の流動を確保することができる。また、高位チップ部１３ｃよりもロータ部２０の軸方向Ｚの一端側に配置した中位チップ部１３ｂ、低位チップ部１３ａは、中チップクリアランスＭ、大チップクリアランスＬを形成するので、これらのチップ部１３ｂ，１３ｃは、比較的小さい剪断力を被混練材料に付与する。このため、混練ロータ４の高速回転が可能となり、その結果、混練室２内における被混練材料の強力な流れ（ロータ部２０の周方向や軸方向の流れ）が確保される。このようにして、本実施形態の混練ロータ４では、被混練材料に付与する剪断力の確保と、被混練材料の分配性能（混練性能）の向上とが可能となる。

　また、低位チップ部１３ａにより形成される大チップクリアランスＬでは、ロータ部２０の周方向への被混練材料の流量が大となる一方、第一長翼１３の長手方向またはロータ部２０の軸方向Ｚへの被混練材料の流量が小となる。また、中位チップ部１３ｂにより形成される中チップクリアランスＭでは、ロータ部２０の周方向への被混練材料の流量が中となる一方、第一長翼１３の長手方向またはロータ部２０の軸方向Ｚへの被混練材料の流量が中となる。また、高位チップ部１３ｃにより形成される小チップクリアランスＳでは、ロータ部２０の周方向への被混練材料の流量が小となる一方、第一長翼１３の長手方向またはロータ部２０の軸方向Ｚへの被混練材料の流量が大となる。

　なお、各チップ部１３ａ～１３ｃは、それぞれ、その長手方向の全体に亘って一定の高さに形成されている。すなわち、第一長翼１３の頂部は、当該第一長翼１３の長手方向に水平に形成された各チップ部（各ランド部）からなる。換言すれば、第一長翼１３の頂部は、当該第一長翼１３の長手方向に水平な３段の階段状に形成されている。被混練材料の混練を十分に促進する観点からは、第一長翼１３を本実施形態のような階段状に形成することが好ましいが、必ずしもその必要はない。例えば、各チップ部（各ランド部）が第一長翼の長手方向又は第一長翼の回転方向に対して傾斜しているような形状に第一長翼の頂部が形成されていてもよい。

　（第一短翼）
　第一短翼１５は、ロータ部２０の軸方向Ｚの一端からロータ部２０の軸方向Ｚの中央側へ向かって延びている。また、第一短翼１５は、前記ロータ部２０の展開形状において線形の展開形状を有する線形翼である。そして、第一短翼１５は、ロータ部２０の軸回りの回転に伴って被混練材料をロータ部２０の軸方向Ｚの中央側へ流すことが可能な方向に２２度の捩れ角度で捩れた螺旋状に形成されている。また、第一短翼１５は、ロータ部２０の回転方向ｒにおいて第一長翼１３の後方に配置されている。具体的には、第一短翼１５は、ロータ部２０の軸方向Ｚの一端において第一長翼１３に対して位相差ａ＝１１７度だけずらして形成されている。

　また、第一短翼１５の頂部１５ａは、一定の高さとなるように形成されている。この第一短翼１５の頂部１５ａが対向するチャンバ３の内面との間に形成するチップクリアランスは、前記中チップクリアランスＭに相当する大きさとなっている。

　また、ロータ部２０の軸方向Ｚにおける第一短翼１５の長さ（０．３５Ｗ）は、同方向Ｚにおける第一長翼１３の低位チップ部１３ａの長さよりも大きい。これにより、第一長翼１３のうちロータ部２０の軸方向Ｚの一端近傍に位置する部分によってロータ部２０の周方向に分配された被混練材料が、第一短翼１５の頂部１５ａによって形成されるチップクリアランスを通じてロータ部２０の周方向へ単にショートパスするのを防ぐことができる。すなわち、本実施形態では、第一長翼１３のうちロータ部２０の軸方向Ｚの一端近傍に位置する部分によってロータ部２０の周方向に分配された被混練材料に対して、第一短翼１５により有効に剪断力を与えることができる。その結果、混練ロータ４の混練性能が向上する。

　（第二長翼）
　第二長翼１４は、ロータ部２０の軸方向Ｚの他端からロータ部２０の軸方向Ｚの中央側へ向かって延びている。また、第二長翼１４は、前記ロータ部２０の展開形状においてロータ部２０の軸方向Ｚの他端側からロータ部２０の軸方向Ｚの中央側へ向かうにつれて捩れ角度が漸減するような展開形状を有する非線形翼に形成されている。すなわち、第二長翼１４のうちロータ部２０の軸方向Ｚの他端側に位置する部分の傾斜角度は、当該第二長翼１４の始点Ｐと終点Ｑとを結んだ仮想直線ＨＬの傾斜角度よりも大きくなっている一方、第二長翼１４のうちロータ部２０の軸方向Ｚの中央側に位置する部分の傾斜角度は、仮想直線ＨＬの傾斜角度よりも小さくなっている。また、第二長翼１４は、ロータ部２０の軸回りの回転に伴って被混練材料をロータ部２０の軸方向Ｚの中央側へ流すことが可能な方向に捩れた螺旋状に形成されている。すなわち、第二長翼１４は、第一長翼１３とは逆方向に捩れている。また、第一短翼１５のうちロータ部２０の軸方向Ｚの中央側に位置する端部と、第二長翼１４のうちロータ部２０の軸方向Ｚの他端側に位置する端部との間の位相差ｂは、１２１．５度（約１２２度）である。

　本実施形態では、ロータ部２０の軸方向Ｚの他端側に位置する第二長翼１４の端部における捩れ角度は、約６０度となっている。混練室２のうちロータ部２０の軸方向Ｚの端部の周りに位置する領域では、被混練材料が流動しにくいが、ロータ部２０の前記他端における第二長翼１４の捩れ角度が約６０度になっていることによって、このロータ部２０の前記他端の周りにおける被混練材料の周方向への分配（流れ）を促進することができる。その結果、混練室２において被混練材料の一部が過度に温度上昇してその品質が低下することを防止できる。なお、ロータ部２０の前記他端における第二長翼１４の捩れ角度を４５度以上にすれば、被混練材料の周方向への分配（流れ）を促進することができる。また、第二長翼１４のうちロータ部２０の軸方向Ｚの中央側に位置する部分の捩れ角度は、第二長翼１４のうちロータ部２０の軸方向Ｚの他端側に位置する部分の捩れ角度よりも小さいので、ロータ部２０の軸方向Ｚの中央付近の周りにおいては、ロータ部２０の軸方向Ｚの他端付近の周りに比して、被混練材料の周方向への流量が少なくなる。その結果、ロータ部２０の前記中央付近において、被混練材料に付与される剪断力が高まるとともにロータ部２０の軸方向Ｚへの被混練材料の流れが促進される。

　また、第二長翼１４の頂部１４ａは、一定の高さとなるように形成されている。この第二長翼１４の頂部１４ａが対向するチャンバ３の内面との間に形成するチップクリアランスは、前記中チップクリアランスＭに相当する大きさとなっている。

　（第二短翼）
　第二短翼１６は、ロータ部２０の軸方向Ｚの他端からロータ部２０の軸方向Ｚの中央側へ向かって延びている。また、第二短翼１６は、前記ロータ部２０の展開形状において線形の展開形状を有する線形翼である。そして、第二短翼１６は、ロータ部２０の軸回りの回転に伴って被混練材料をロータ部２０の軸方向Ｚの中央側へ流すことが可能な方向に２２度の捩れ角度で捩れた螺旋状に形成されている。すなわち、第二短翼１６は、第一短翼１５とは逆方向に捩れている。また、第二短翼１６は、ロータ部２０の回転方向ｒにおいて第二長翼１４の後方に配置されている。具体的には、第二短翼１６は、ロータ部２０の軸方向Ｚの他端において第二長翼１４に対して位相差ｃ＝１６９．５度（約１７０度）だけずらして形成されている。

　また、第二短翼１６の頂部１６ａは、一定の高さとなるように形成されている。この第二短翼１６の頂部１６ａが対向するチャンバ３の内面との間に形成するチップクリアランスは、前記中チップクリアランスＭに相当する大きさとなっている。

　（バッチ式混練機１の動作（材料混練方法））
　図１を参照しつつ、バッチ式混練機１の動作について説明する。まず、チャンバ３にドロップドア１２を密接させた状態でフローティングウェイト８をチャンバ３から離隔させることによって、チャンバ３の上部の開口部を開放する。そして、ゴムにシリカおよびシランカップリング剤などを配合した被混練材料を材料供給筒７から前記開口部を通じてチャンバ３内（混練室２内）に装填した後、フローティングウエイト８をチャンバ３に密接させることによって被混練材料をチャンバ３内（混練室２内）に圧力を掛けて封入する。

　次に、混練ロータ４，５を互いに逆方向に回転させて被混練材料の混練を開始する。この際、両混練ロータ４，５のロータ部２０の混練翼１３～１６が被混練材料に剪断力を加えながらその被混練材料を分散させて同材料を混練する。そして、被混練材料が所望の混練状態となったら、ドロップドア１２をチャンバ３から離隔させてチャンバ３の底部の排出口を開放し、その排出口を通じて混練物（混練済み材料）を機外に排出する。

　（実験結果）
　次に、前記混練ロータ４，５を備えたバッチ式混練機１と比較例の混練ロータを備えたバッチ式混練機とを同じ条件で動作させて両者の性能の差を調査する実験を行った。この実験では、シリカをＰＨＲ８０となるように配合した被混練材料を用いた。ここで、ＰＨＲ（Parts　per　Hundred　Rubber）とは、ゴムの重量１００に対する各種配合剤の重量部のことをいう。図７は、本実施形態の混練ロータ４，５と比較例に係る混練ロータとによる混練結果を示すグラフである。表１に、実験で用いた被混練材料の配合内容を示す。

　Ｓ－ＳＢＲは、溶液重合スチレンブタジエンゴムである。ＢＲは、ブタジエンゴムである。また、比較例として用いた混練ロータ（バッチ式混練機）は、混練翼として１枚の非線形翼と３枚の線形翼とを有する本出願人の特許第３９８０８４１号公報に記載された混練ロータ（４）（バッチ式混練機（１））とした。図７中、実線が本実施形態の混練ロータ４，５を用いた場合の混練結果であり、点線が比較例の混練ロータを用いた場合の混練結果である。この図７では、ΔＧ´値をグラフの縦軸にとり、チャンバの排出口から排出された混練物の温度（排出温度）をグラフの横軸にとっている。

　図７から明らかなように、本実施形態の混練ロータ４，５を用いると、約１５０℃～約１６０℃の全ての温度範囲で、比較例の混練ロータを用いた場合に比して良好な品質の混練物を得ることができることが判る。また、排出温度が高くなるほど、本実施形態の混練ロータ４，５と比較例の混練ロータとの性能の差は広がっている。すなわち、シリカを多量に添加（配合）していることに起因して高い混練温度が必要となる被混練材料の混練において、本実施形態の混練ロータ４，５を用いれば、従来の混練ロータ（比較例の混練ロータ）を用いる場合よりも良好な品質の混練物を得ることができることが判明した。なお、比較例の混練ロータでは、排出温度を１５７℃以上にした場合、混練物に部分的な焼けが発生し、良好な混練物を得ることができなかった。

　本実施形態の混練ロータ４，５は、１枚の第一長翼１３の頂部が３段階の異なる大きさのチップクリアランスＬ，Ｍ，Ｓを当該第一長翼１３の長手方向に並ぶように形成するとともに、その他の３枚の混練翼１４～１６の頂部は、第一長翼１３の頂部のうち中位チップ部１３ｂが形成する中チップクリアランスＭに相当する大きさのチップクリアランスを形成する。このため、被混練材料に対して従来技術並みの剪断力を加えながら、混練室２内での被混練材料の流れを複雑にすることができる。その結果、本実施形態では、図７に示したように、被混練材料を高温状態で混練した場合において従来よりも良好な品質の混練物を得ることができる。

　また、本実施形態では、第一長翼１３の頂部のうちロータ部２０の軸方向Ｚの一端側に位置する低位チップ部１３ａが、小チップクリアランスＳよりも大きい大チップクリアランスＬをロータ部２０の軸方向Ｚの一端から最も近い位置に形成する。これにより、混練室２の混練空間のうちロータ部２０の軸方向Ｚの端部の周りに位置する、被混練材料が流動しにくい領域において、被混練材料の周方向の分配（流れ）を促進することができる。このため、被混練材料の一部が過度に温度上昇してその品質が低下することを防止できる。なお、第一長翼１３の頂部のうちロータ部２０の軸方向Ｚの一端側に位置するチップ部は、中チップクリアランスＭを形成する中位チップ部１３ｂであってもよい。

　また、本実施形態では、第一長翼１３の頂部のうちロータ部２０の軸方向Ｚの中央側に位置する高位チップ部１３ｃが、大チップクリアランスＬよりも小さい小チップクリアランスＳをロータ部２０の軸方向Ｚの中央から最も近い位置に形成する。これにより、ロータ部２０の軸方向Ｚの中央付近の周りの領域においてロータ部２０の軸方向Ｚの他端側への被混練材料の流動が促進される。これにより、ロータ部２０の回転方向ｒにおいて高位チップ部１３ｃの後方に配置され、ロータ部２０の軸方向Ｚの他端側から中央側へ向かって延びる第二長翼１４を広範囲に使って、前記高位チップ部１３ｃによりロータ部２０の他端側へ流動が促進された被混練材料に有効に剪断力を与えることができる。

　なお、第一長翼１３の頂部のうちロータ部２０の軸方向Ｚの中央側に位置するチップ部は、中チップクリアランスＭを形成する中位チップ部１３ｂであってもよい。しかしながら、より望ましい形態は、本実施形態のように、ロータ部２０の軸方向Ｚの一端側から中央側へ向かって、チップクリアランスＬ，Ｍ，Ｓの順にチップクリアランスが形成されるように第一長翼１３の頂部が形成されている形態である。本実施形態では、この構成によって、ロータ部２０の軸方向Ｚの中央部付近に高位チップ部あるいは高位チップ部と中位チップ部が位置することとなり、そのことに起因して、混練室２に圧入されて間もない被混練材料のロータ部２０による噛み込みを促進することができるという付加的効果が得られる。

　さらに、本実施形態では、第二長翼１４は、ロータ部２０の軸方向Ｚの他端側からロータ部２０の軸方向Ｚの中央側へ向かって捩れ角度が漸減する非線形翼に形成されているので、ロータ部２０の軸方向Ｚの中央側へ向かうにつれてロータ部２０の周方向への被混練材料の分配が促進される。また、本実施形態では、第一長翼１３、第一短翼１５、および第二短翼１６は、ロータ部２０の周方向への材料の分配とロータ部２０の軸方向Ｚへの材料の流動とのバランスがよい、２２度の捩れ角度となるように形成されている。このことにより、従来混練可能であった温度域（低温域）から従来十分な混練が難しかった高温域にまで混練可能な材料の温度域を広げることができ、その広範囲な材料の温度域において混練後の混練物の品質を向上することができる。

　以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々に変更して実施することが可能なものである。

　例えば、第一長翼１３の頂部は、ロータ部２０の軸方向Ｚの一端側からロータ部２０の軸方向Ｚの中央側へ向かって、チップクリアランスＬ，Ｍ，Ｓの順に３段階の異なる大きさのチップクリアランスを形成するような形状に形成されているが、第一長翼１３の頂部が形成するチップクリアランスの順序はこれに限られるものではない。例えば、第一長翼１３の頂部は、ロータ部２０の軸方向Ｚの一端側からロータ部２０の軸方向Ｚの中央側へ向かって、チップクリアランスＬ，Ｓ，Ｍの順、もしくは、チップクリアランスＭ，Ｌ，Ｓの順でチップクリアランスを形成してもよい。ロータ部２０の軸方向Ｚの一端側から１つ目（最初）に形成されるチップクリアランスがロータ部２０の軸方向Ｚの一端側から３つ目に形成されるチップクリアランス（ロータ部２０の軸方向Ｚの最も中央側に形成されるチップクリアランス）よりも小さくなるような３段階のチップクリアランスが形成されることが重要なのである。

　また、第一長翼１３以外の混練翼１４～１６のうち少なくとも１つの混練翼の頂部を、対向するチャンバ３の内面との間で複数段階のチップクリアランスを形成するような形状に形成してもよい。これにより、混練室内における被混練材料の流れを更に複雑にすることができる。また、第二長翼１４は、線形翼であってもよい。また、第二長翼１４は、非線形に形成された長翼で、且つ、その頂部が３段階のチップクリアランスを形成するような形状に形成されたものであってもよい。

　また、３枚の混練翼１４～１６の頂部が形成するチップクリアランスの大きさは、第一長翼１３の頂部が形成する小チップクリアランスＳ以上で大チップクリアランスＬ以下の大きさであればよい。大チップクリアランスＬよりも大きなチップクリアランスを形成するように混練翼１４～１６の頂部を形成すると、ロータ部２０の周方向への被混練材料のショートパス量が多くなりすぎ、その結果、被混練材料に対して適切な剪断力を加えることができなくなる。また、小チップクリアランスＳよりも小さなチップクリアランスを形成するように混練翼１４～１６の頂部を形成すると、被混練材料の分配性が悪化し、その結果、高温状態で被混練材料を混練した場合に良好な品質の混練物を得ることができなくなる。

　また、上記実施形態では、第二長翼１４を除く３枚の混練翼１３，１５，１６の捩れ角度を２２度としているが、当該捩れ角度は１５度～３５度の範囲内の角度であればよい。このように構成すれば、ロータ部２０の周方向への被混練材料の分配と、ロータ部２０の軸方向Ｚへの同材料の流動とのバランスを確保することができる。

　また、上記実施形態では、非噛み合い型（接線式）の混練ロータ（混練機）を例示したが、本発明は、一軸タイプの混練ロータ（混練機）にも適用することができる。

［実施の形態の概要］
　前記実施形態をまとめると、以下の通りである。

　すなわち、前記実施形態に係る混練ロータは、バッチ式混練機のチャンバが有する混練室内に回転自在に挿通された混練ロータであって、複数の混練翼を外周面に有し、その混練翼の頂部と前記混練室を形成する前記チャンバの内面との間にチップクリアランスが形成されるように前記混練室内に配置され、前記チップクリアランスを通過する被混練材料に前記混練翼により剪断力を付与するロータ部を備え、前記複数の混練翼は、前記ロータ部の軸方向においてそのロータ部の長さの半分の長さよりも大きな長さを有し、前記ロータ部の軸回りの回転に伴って被混練材料を前記ロータ部の軸方向の中央側へ流すことが可能な方向で且つ互いに逆方向に捩れた第一長翼および第二長翼と、前記ロータ部の軸方向においてそのロータ部の長さの半分の長さよりも小さな長さを有し、前記ロータ部の軸回りの回転に伴って被混練材料を前記ロータ部の軸方向の中央側へ流すことが可能な方向で且つ互いに逆方向に捩れた第一短翼および第二短翼とを含み、前記第一短翼は、前記ロータ部の回転方向において前記第一長翼の後方に配置され、前記ロータ部を軸心回りに平面状態に展開した場合にそのロータ部の展開形状において当該ロータ部の軸方向の一端側から当該ロータ部の軸方向の中央側へ延びる展開形状を有する線形翼であり、前記第二短翼は、前記ロータ部の回転方向において前記第二長翼の後方に配置され、前記ロータ部の展開形状において前記ロータ部の軸方向の他端側から前記ロータ部の軸方向の中央側へ延びる展開形状を有する線形翼であり、前記第一長翼は、大チップクリアランスと、その大チップクリアランスよりも小さい中チップクリアランスと、その中チップクリアランスよりも小さい小チップクリアランスとの組合せからなる３段階の異なる大きさのチップクリアランスを前記混練室を形成する前記チャンバの内面との間で当該第一長翼の長手方向に並ぶように形成する頂部を有し、前記第二長翼、前記第一短翼および前記第二短翼は、前記混練室を形成する前記チャンバの内面との間で前記小チップクリアランス以上で前記大チップクリアランス以下の大きさのチップクリアランスを形成する頂部をそれぞれ有する。

　この構成によると、１枚の長翼（第一長翼）の頂部が３段階の異なる大きさのチップクリアランスを当該長翼の長手方向に並ぶように形成するとともに、その他の混練翼の頂部は、上記長翼の頂部が形成する小チップクリアランス以上で大チップクリアランス以下の大きさのチップクリアランスを形成するので、被混練材料に対して従来技術並みの剪断力を加えながら、混練室内での被混練材料の流れを複雑にすることができる。すなわち、この構成では、従来技術並みの剪断力を被混練材料に加えつつ、同材料の分配を促進することができる。その結果、被混練材料を高温状態で混練した場合において従来よりも良好な品質の混練物を得ることができる。ここで、混練翼の頂部とは、混練翼のうち混練室を形成するチャンバの内面と対向する面に形成されたチップ部（ランド部ということもある）のことである。また、チップクリアランスとは、チップ部（混練翼の頂部）と混練室を形成するチャンバの内面との間の隙間のことである。

　なお、第一長翼を除く他の混練翼の頂部が対向するチャンバの内面との間に前記大チップクリアランスよりも大きなチップクリアランスを形成する場合には、ロータ部の周方向への被混練材料のショートパス量が多くなりすぎ、その結果、被混練材料に対して適切な剪断力を加えることができなくなる。また、上記他の混練翼の頂部が対向するチャンバの内面との間に前記小チップクリアランスよりも小さなチップクリアランスを形成する場合には、局部的な発熱が発生するとともに材料の分配性が悪化し、そのことに起因して、被混練材料を高温状態で混練する場合に良好な品質の混練物を得ることができなくなる。

　また、上記混練ロータにおいて、前記第一長翼の頂部は、前記３段階のチップクリアランスのうち前記小チップクリアランスよりも大きいチップクリアランスを前記ロータ部の軸方向の一端から最も近い位置に形成することが好ましい。

　混練室のうちロータ部の軸方向の端部の周りの領域では被混練材料が流動しにくいが、この構成によると、その領域において、被混練材料の周方向への分配（流れ）を促進することができる。このため、被混練材料の一部が過度に温度上昇してその品質が低下することを防止できる。

　さらに、上記混練ロータにおいて、前記第一長翼の頂部は、前記３段階のチップクリアランスのうち前記大チップクリアランスよりも小さいチップクリアランスを前記ロータ部の軸方向の中央から最も近い位置に形成することが好ましい。

　この構成によると、第一長翼のうちロータ部の軸方向の中央から最も近い部分の周りにおいて、ロータ部の軸方向の他端側への被混練材料の流動を確保することができる。このため、ロータ部の周方向において第一長翼から離間して配置された第二長翼を広範囲に使って、第一長翼により流動が促進された被混練材料に有効に剪断力を与えることができる。

　さらに、上記混練ロータにおいて、前記第一長翼の頂部は、前記ロータ部の軸方向の一端側から前記ロータ部の軸方向の中央側へ向かって、前記大チップクリアランス、前記中チップクリアランス、前記小チップクリアランスの順でチップクリアランスを形成することが好ましい。

　この構成によると、ロータ部の軸方向の中央側で比較的小さいチップクリアランスが形成されるため、混練室に圧入されて間もない被混練材料のロータ部による噛み込みを促進することができるとともに混練室内の被混練材料の流れをより活発にすることができる。

　さらに、上記混練ロータにおいて、前記第二長翼は、前記ロータ部の軸方向の他端側に位置する当該第二長翼の端部における捩れ角度が４５度以上となるように形成されていることが好ましい。

　この構成によると、混練室のうちロータ部の軸方向の端部の周りに位置する、被混練材料が流動しにくい領域において、被混練材料の周方向への分配（流れ）を促進することができる。このため、被混練材料の一部が過度に温度上昇してその品質が低下することを防止できる。

　さらに、上記混練ロータにおいて、前記ロータ部の軸方向における前記第一短翼の長さは、前記第一長翼の頂部のうち前記３段階のチップクリアランスの中で前記ロータ部の軸方向の一端の最も近くに位置するチップクリアランスを形成する部分の前記ロータ部の軸方向についての長さ以上であり、前記第一短翼の頂部は、前記第一長翼によって前記ロータ部の軸方向の一端の最も近くに形成されたチップクリアランス以下の大きさのチップクリアランスを前記チャンバの内面との間で形成することが好ましい。

　この構成によると、第一長翼のうちロータ部の軸方向の一端近傍に位置する部分によってロータ部の周方向に分配された被混練材料が、第一短翼の頂部によって形成されるチップクリアランスを通じてロータ部の周方向へ単にショートパスするのを防ぐことができる。すなわち、この構成では、第一長翼のうちロータ部の軸方向の一端近傍に位置する部分によってロータ部の周方向に分配された被混練材料に対して、第一短翼により有効に剪断力を与えることができる。その結果、被混練材料の混練効果を向上させることができる。

　さらに、上記混練ロータにおいて、前記第二長翼は、前記ロータ部の展開形状において、当該ロータ部の軸方向の他端側から当該ロータ部の軸方向の中央側へ向かうにつれて捩れ角度が漸減するような展開形状を有する非線形翼に形成されており、前記第一長翼、前記第一短翼および前記第二短翼は、捩れ角度が１５度以上３５度以下となるようにそれぞれ形成されていることが好ましい。

　この構成によると、第二長翼を用いて、ロータ部の周方向への被混練材料の分配を促進することができる。このため、従来混練可能であった低温域から従来十分な混練が難しかった高温域にまで混練可能な材料の温度域を広げることができ、その広範囲な材料の温度域において混練後の混練物の品質を向上することができる。

　さらに、上記混練ロータにおいて、前記第二長翼、前記第一短翼および前記第二短翼のうち少なくとも１つの混練翼の頂部は、前記大チップクリアランス、前記中チップクリアランスおよび前記小チップクリアランスを含む複数段階の異なる大きさのチップクリアランスをその混練翼の長手方向に並ぶように形成することが好ましい。

　また、前記実施形態に係るバッチ式混練機は、上記いずれかの構成の混練ロータを一対備え、それら両混練ロータが互いに噛み合わないように配置されている非噛み合い型のバッチ式混練機である。

　このバッチ式混練機によると、被混練材料を高温状態で混練した場合において従来よりも良好な品質の混練物を得ることができる。

　さらに、前記実施形態に係る材料混練方法は、上記のバッチ式混練機により、シリカおよびシランカップリング剤を配合した被混練材料を混練するものである。

　この構成によると、シリカが多量に添加された（配合された）被混練材料を混練することによって得られる混練物の品質を従来よりも向上させることができる。

Claims

　バッチ式混練機のチャンバが有する混練室内に回転自在に挿通された混練ロータであって、
　複数の混練翼を外周面に有し、その混練翼の頂部と前記混練室を形成する前記チャンバの内面との間にチップクリアランスが形成されるように前記混練室内に配置され、前記チップクリアランスを通過する被混練材料に前記混練翼により剪断力を付与するロータ部を備え、
　前記複数の混練翼は、前記ロータ部の軸方向においてそのロータ部の長さの半分の長さよりも大きな長さを有し、前記ロータ部の軸回りの回転に伴って被混練材料を前記ロータ部の軸方向の中央側へ流すことが可能な方向で且つ互いに逆方向に捩れた第一長翼および第二長翼と、前記ロータ部の軸方向においてそのロータ部の長さの半分の長さよりも小さな長さを有し、前記ロータ部の軸回りの回転に伴って被混練材料を前記ロータ部の軸方向の中央側へ流すことが可能な方向で且つ互いに逆方向に捩れた第一短翼および第二短翼とを含み、
　前記第一短翼は、前記ロータ部の回転方向において前記第一長翼の後方に配置され、前記ロータ部を軸心回りに平面状態に展開した場合にそのロータ部の展開形状において当該ロータ部の軸方向の一端側から当該ロータ部の軸方向の中央側へ延びる展開形状を有する線形翼であり、
　前記第二短翼は、前記ロータ部の回転方向において前記第二長翼の後方に配置され、前記ロータ部の展開形状において前記ロータ部の軸方向の他端側から前記ロータ部の軸方向の中央側へ延びる展開形状を有する線形翼であり、
　前記第一長翼は、大チップクリアランスと、その大チップクリアランスよりも小さい中チップクリアランスと、その中チップクリアランスよりも小さい小チップクリアランスとの組合せからなる３段階の異なる大きさのチップクリアランスを前記混練室を形成する前記チャンバの内面との間で当該第一長翼の長手方向に並ぶように形成する頂部を有し、
　前記第二長翼、前記第一短翼および前記第二短翼は、前記混練室を形成する前記チャンバの内面との間で前記小チップクリアランス以上で前記大チップクリアランス以下の大きさのチップクリアランスを形成する頂部をそれぞれ有する、混練ロータ。
　請求項１に記載の混練ロータにおいて、
　前記第一長翼の頂部は、前記３段階のチップクリアランスのうち前記小チップクリアランスよりも大きいチップクリアランスを前記ロータ部の軸方向の一端から最も近い位置に形成する、混練ロータ。
　請求項１に記載の混練ロータにおいて、
　前記第一長翼の頂部は、前記３段階のチップクリアランスのうち前記大チップクリアランスよりも小さいチップクリアランスを前記ロータ部の軸方向の中央から最も近い位置に形成する、混練ロータ。
　請求項１に記載の混練ロータにおいて、
　前記第一長翼の頂部は、前記ロータ部の軸方向の一端側から前記ロータ部の軸方向の中央側へ向かって、前記大チップクリアランス、前記中チップクリアランス、前記小チップクリアランスの順でチップクリアランスを形成する、混練ロータ。
　請求項１に記載の混練ロータにおいて、
　前記第二長翼は、前記ロータ部の軸方向の他端側に位置する当該第二長翼の端部における捩れ角度が４５度以上となるように形成されている、混練ロータ。
　請求項１に記載の混練ロータにおいて、
　前記ロータ部の軸方向における前記第一短翼の長さは、前記第一長翼の頂部のうち前記３段階のチップクリアランスの中で前記ロータ部の軸方向の一端の最も近くに位置するチップクリアランスを形成する部分の前記ロータ部の軸方向についての長さ以上であり、
　前記第一短翼の頂部は、前記第一長翼によって前記ロータ部の軸方向の一端の最も近くに形成されたチップクリアランス以下の大きさのチップクリアランスを前記チャンバの内面との間で形成する、混練ロータ。
　請求項１に記載の混練ロータにおいて、
　前記第二長翼は、前記ロータ部の展開形状において、当該ロータ部の軸方向の他端側から当該ロータ部の軸方向の中央側へ向かうにつれて捩れ角度が漸減するような展開形状を有する非線形翼に形成されており、
　前記第一長翼、前記第一短翼および前記第二短翼は、捩れ角度が１５度以上３５度以下となるようにそれぞれ形成されている、混練ロータ。
　請求項１に記載の混練ロータにおいて、
　前記第二長翼、前記第一短翼および前記第二短翼のうち少なくとも１つの混練翼の頂部は、前記大チップクリアランス、前記中チップクリアランスおよび前記小チップクリアランスを含む複数段階の異なる大きさのチップクリアランスをその混練翼の長手方向に並ぶように形成する、混練ロータ。
　請求項１～８のいずれか１項に記載の混練ロータを一対備え、それら両混練ロータが互いに噛み合わないように配置されている、非噛み合い型のバッチ式混練機。
　請求項９に記載のバッチ式混練機により、シリカおよびシランカップリング剤を配合した被混練材料を混練する、材料混練方法。