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KR100265690B1 - ２축혼련기 - Google Patents

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KR100265690B1
KR100265690B1 KR1019970073627A KR19970073627A KR100265690B1 KR 100265690 B1 KR100265690 B1 KR 100265690B1 KR 1019970073627 A KR1019970073627 A KR 1019970073627A KR 19970073627 A KR19970073627 A KR 19970073627A KR 100265690 B1 KR100265690 B1 KR 100265690B1
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KR
South Korea
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kneading
segment
tip
tip clearance
chamber
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KR1019970073627A
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English (en)
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KR19980064617A (ko
Inventor
기미오 이노우에
가츠노리 다카하시
다츠야 다나카
마사히코 가시와
시게히로 가사이
요시노리 구로다
히데오 후나하시
야스아키 야마네
고이치 미야케
마사시 곤노
아키라 니시야마
Original Assignee
구마모토 마사히로
가부시키가이샤 고베 세이코쇼
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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

(과제) 로터세그먼트(1b)의 교환작업을 행하지 않더라도, 각 혼련조건의 혼련물을 양호하게 혼련 및 분산하여 소망의 혼련상태로 함과 동시에, 과잉한 온도상승을 방지한다.
(해결수단) 챔버(4)내에 좌우 한쌍으로 구비된 스크루 세트(1·1)를 챔버 중심으로 각각 회전시키면서 이들 스크루 세트(1·1)의 로터세그먼트(1b·1b)와 챔버(4) 내벽면과의 팁 클리어런스로 혼련대상물을 유동시킴과 동시에 전단력을 부여하여 분산시키므로서, 소망의 혼련상태의 혼련물로 한다. 각 로터세그먼트(1b)에는 세그먼트 중심과 챔버 중심과를 일치시켰을 때 적어도 원주방향으로 다른 복수의 팁 클리어런스를 출현시키도록, 세그먼트 중심에서 꼭지부까지의 거리가 다른 복수의 혼련날개(7)가 형성되어 있다.

Description

２축 혼련기{TWIN-SCREW KNEADING APPARATUS}
본 발명은 고무나 플라스틱 등의 혼련 재료를 혼련하는 2축 혼련기에 관한 것이다.
일반적으로, 2축 혼련기는 일방측에서 타방측에 연통된 챔버내에 로터세그먼트나 니딩디스크 세그먼트 등의 혼련 날개를 구비한 혼련 세그먼트를 포함하는 1쌍의 스크루 세트를 배치하고, 일방측의 투입구로부터 고무나 플라스틱 등의 혼련 재료를 투입하여 스크루 세트의 회전에 의하여 타방측에 반송하면서 혼련 세그먼트에 있어서 혼련함으로서, 소망의 혼련 상태의 혼련물을 형성하고, 타방측의 배출구로부터 외부에 배출한다라는 일련의 동작에 의하여 연속적으로 혼련물을 제조하도록 되어 있다.
그런데, 상기의 혼련은, 혼련 세그먼트의 회전력을 혼련물에의 전단력으로서 작용시키므로서 행해지고 있다. 그리고 전단력은 혼련 세그먼트와 챔버 내벽면과의 간극(팁 클리어런스)에 있어서 최대로 되고, 이 최대의 전단력은 팁 클리어런스가 감소함에 동반하여 증대하는 것이 알려져 있다. 따라서, 팁 클리어런스를 작게하면 큰 전단력에 의한 분산작용에 의하여 혼력을 촉진할 수 있는 것은 명백하지만, 팁 클리어런스가 작아지면 국소적인 높은 전단력이 혼련물에 부여되기 때문에 혼련물이 조기에 고온화하는 것으로 된다.
그래서, 예를들면, 고무 등의 허용온도가 낮은 혼련물을 제조하는 경우에는, 예를들면 혼련의 효율이 낮더라도 허용온도 이상의 승온이 생기지 않도록, 팁 클리어런스를 확대 경향으로 설정하는 대책이 채용되고 있다. 또 허용온도가 높은 혼련물을 제조하는 경우에는 혼련의 효율을 중시하여 큰 전단력이 얻어지도록 팁 클리어런스를 충분히 작게하는 대책이 채용되고 있다. 이와 같이, 종래의 연속식 혼련장치는, 혼련물의 종류나 점도 등의 혼련 조건에 따라 적당한 팁 클리어런스를 선택하여 이 팁 클리어런스를 혼련 세그먼트를 회전시키므로서 혼련하도록 되어 있다.
그러나, 상기 종래의 구성에서는, 팁 클리어런스가 특정의 혼련조건에 대하여서만 적당한 것이기 때문에 예를들면 혼련물의 종류가 전환되어 혼련조건이 변경되었을때에, 이 혼련조건에 대응한 팁 클리어런스로 되도록 혼련 세그먼트를 교환하지 않으면 팁 클리어런스가 과대 또는 과소로 되어 혼련이나 분산이 불충분으로 되거나 허용온도 이상의 승온이 생기거나 하는 좋지 않는 형편이 발생하는 것으로 된다.
따라서, 본 발명은 혼련 세그먼트의 교환작업을 행하지 않더라도, 각 혼련조건의 혼련물을 양호하게 혼련 및 분산하여 소망의 혼련상태로 할 수 있음과 동시에 과잉한 온도상승을 방지할 수 있는 2축 혼련기를 제공하려고 하는 것이다.
도 1은 스크루 세그먼트의 요부 정면도이다.
도 2는 연속식 혼련장치에 있어서 스크루 세트의 배치상태를 도시하는 설명도이고, (a)는 평면에서 본 상태, (b)는 정면에 본 상태이다.
도 3은 도 2에 있어서 A-A선에서 본 단면에 있어서 혼련 대상물을 혼련하는 상태를 도시하는 설명도이다.
도 4는 혼련 날개의 가공방법을 도시하는 설명도이다.
도 5는 혼련 날개의 가공방법을 도시하는 설명도이다.
도 6은 본 발명의 로터세그먼트에 있어서 혼련 대상물의 유동상태를 도시하는 설명도이다.
도 7은 종래의 로터세그먼트에 있어서 혼련 대상물의 유동상태를 도시하는 설명도이다.
도 8은 본 발명의 로터세그먼트에 있어서 혼련 대상물의 유동상태를 도시하는 설명도이다.
도 9는 본 발명의 로터세그먼트에 있어서 혼련 대상물의 유동상태를 도시하는 설명도이다.
도 10은 스크루 세그먼트의 요부 정면도이다.
도 11은 혼련 대상물을 혼련하는 상태를 도시하는 설명도이다.
도 12는 혼련 압출장치에 있어서 스크루 세트의 배치상태를 도시하는 설명도이다.
도 13은 스크루 세트의 전개도이다.
도 14는 고위 팁부에 의하여 로터세그먼트에 부착한 혼련 대상물을 긁어 떨어 뜨리는 상태를 도시하는 설명도이다.
도 15는 저위팁부에 의하여 로터세그먼트에 부착한 혼련 대상물을 긁어 떨어 뜨리는 상태를 도시하는 설명도이다.
"도면의 주요부분에 대한 부호의 설명"
1,21: 스크루세트 1a,21a: 스크루 세그먼트 1b,1b',21b:로터세그먼트
2,22: 배출부재 3,23: 케이스부재 4,24: 챔버
4a,24a: 제1혼련실 4b,24b: 제2혼련실 4c,24c: 연통부
7,27: 혼련날개 7a,27a: 고위팁부 7b,27b: 중위팁부
7c,27c: 저위팁부 27d: 원주면 31: 배럴
32: 투입호퍼 33: 벤트부재
상기 과제를 해결하기 위하여, 챔버내에 좌우 한쌍으로 구비한 스크루 세트를 챔버중심에서 각각 회전시키면서, 이들 스크루 세트의 혼련 세그먼트나 챔버 내벽면과의 팁 클리어런스로 혼련 대상물을 유동시킴과 동시에 전단력을 부여하여 분산시키므로서 소망의 혼련상태의 혼련물로 하는 2축 혼련기에 있어서, 챔버; 상기 챔버내에서 회전가능하게 장착된 제 1 스크루 세트와 제 2 스크루 세트; 각각의 제 1 및 제 2 스크루 세트에 형성된 적어도 하나의 혼련 세그먼트; 그리고 상기 적어도 하나의 혼련 세그먼트의 각각에 형성된 제 1 및 제 2 혼련날개; 로 구성되어 있으며, 상기 제 1 혼련날개는 상기 챔버의 내경에 대하여 상기 제 2 혼련날개의 팁 클리어런스보다 큰 팁 클리어런스를 가지고 있어서, 상기 적어도 하나의 혼련 세그먼트의 회전축이 상기 챔버의 챔버중심과 일치시켰을 때 적어도 원주방향으로 2개의 다른 팁 클리어런스를 형성하는 것을 특징으로 하고 있다.
이로서, 혼련날개에 의하여 출현된 다른 팁 클리어런스는, 적어도 상대적으로 작은 팁 클리어런스와 큰 클리어런스로 구분할 수가 있다. 그리고, 작은 팁 클리어런스에 있어서는, 이 팁 클리어런스의 전진측에 존재하는 혼련 대상물의 대부분을 축방향으로 유동시킴과 동시에, 일부를 통과시켜 큰 전단력에 의하여 분산을 행한다. 한편, 큰 팁 클리어런스에 있어서는, 전진측에 존재하는 혼련 대상물의 대부분을 통과시켜 원주방향의 유동을 촉진하여 혼련물에 균등한 전단 작용을 가함과 동시에, 작은 전단력에 의하여 승온을 방지한다. 이로서, 대소의 다른 팁 클리어런스가 적어도 원주방향으로 출현하면, 챔버내의 전체에 있어서 혼련 대상물이 불연속 및 활발히 유동하면서 큰 전단력에 의하여 분산됨과 동시에, 분산시의 고온화가 방지되는 것으로 된다. 따라서 종래와 같이 스크루 세트의 교환작업 등을 행하지 않더라도, 각종의 혼련조건의 혼련 대상물을 항상 소망의 혼련 대상의 혼련물로 할 수가 있다.
또, 혼련세그먼트의 세그먼트 중심과 혼련 날개의 꼭지부까지의 거리는, 혼련 날개의 꼭지부를 절삭함으로서 변경할 수가 있다. 따라서, 기존의 혼련세그먼트에 절삭가공을 실시함으로서, 소망의 팁 클리어런스를 출현시키는 혼련세그먼트를 구비한 스크루 세트를 얻을 수 있기 때문에 신규로 모든 혼련 세그먼트를 작성하는 경우 보다도 장치 코스트를 저감할 수 있다.
더욱이, 혼련날개가 팁 클리어런스와 1 대 1로 대응하고 있기 때문에, 각 팁 클리어런스의 변경 및 설정을 각 혼련날개를 조정함으로서 각각 독립하여 행할 수가 있다. 따라서, 예를들면 일본 특공평 1-14847호 공보로 공지의 모든 혼련날개와의 관계로부터 편심위치를 구하여 각 팁 클리어런스를 변경 및 설정하는 경우 보다도, 설계가 용이함과 동시에 팁 클리어런스의 변경 및 설정에 요하는 작업이 용이하다.
특히, 수지의 유동이나 전단 등의 혼련상태를 최적으로 하는 팁 클리어런스를 구하기 때문에 각종의 조합으로 이루어지는 팁 클리어런스로 혼련을 행하는 경우에 있어서, 편심에 의한 방법으로 각종 조합의 팁 클리어런스를 출현시키려 하면, 조합수 만큼 혼련 세그먼트를 준비할 필요가 있지만, 본 발명이면, 혼련날개의 꼭대기부를 순차 절삭함으로서, 조합수 보다도 적은 수량의 혼련 세그먼트로 최적의 팁 클리어런스의 조합을 구할 수가 있다. 또, 상기 공지기술에서는 편심에 의하여 팁 클리어런스를 형성하여 있기 때문에, 회전위치에 따라 그의 클리어런스 양이 변동하는데 대하여, 본 발명에서는, 하나의 팁 클리어런스에 대하여 본 경우, 항상(회전위치에 불구하고) 일정한 클리어런스 양이기 때문에, 균등한 전단력이 작용한다.
더욱더, 혼련날개가 원주방향으로 다른 3종류의 팁 클리어런스를 출현시키도록 구성되어 있는 것이 바람직하다. 즉 가장 팁 클리어런스가 작은 고위팁부와 가장 팁 클리어런스가 큰 저위팁부에 더하여, 고위팁부 및 저위팁부의 혼련물에 대한 전단력 및 유동을 조정할만한, 중간의 팁 클리어런스로 되게 하는 중위팁을 설치하는 것이 바람직하다.
가장 작은 팁 클리어런스가 내경을 1로할 때, 내경에 대하여 0.002∼0.02이고, 가장 큰 팁 클리어런스가 내경에 대하여 0.08∼0.2도 되도록 설정하는 것이 바람직하다. 고위팁부, 저위팁부, 중위팁부의 3종류의 팁 클리어런스를 설치하는 경우에는 가장 작은 팁 클리어런스가 내경에 대하여 0.002∼0.02이고 가장 큰 팁클리어런스가 내경에 대하여 0.08∼0.2이고, 중간의 팁 클리어런스가 내경에 대하여 0.02∼0.08이 되도록 설정하는 것이 바람직하다.
상기 혼련 세그먼트가 일체형의 로터 세그먼트이면 연속적인 절삭가공에 의하여 각종의 팁 클리어런스의 혼련날개를 용이하게 형성할 수가 있다.
상기 혼련 세그먼트가 분할형의 로터 세그먼트로 이루어지고, 분할된 개개의 로터 세그먼트마다 고유의 팁 클리어런스를 각종의 나선각도나 수량으로 출현하도록 혼련날개를 형성하여 두면, 각 로터 세그먼트의 조합에 의하여 각종의 팁 클리어런스를 출현시킬수가 있다.
상기 혼련 세그먼트가 복수의 분할형의 디스크 세그먼트로 이루어짐으로서, 복수의 디스크 세그먼트를 조합함으로써, 각종의 팁 클리어런스의 조합을 원주방향 및 축방향에 있어서 출현시킬 수가 있다.
상기 혼련 세그먼트가 일체형 또는 분할형의 로터 세그먼트와 분할형의 디스크 세그먼트와의 조합으로 이루어지므로서, 로터 세그먼트에 의하여 혼련성능을 크게설정한 후, 각종의 팁 클리어런스를 갖는 디스크 세그먼트을 조합함으로서, 혼련성능을 미조정할 수가 있다.
상기 혼련 세그먼트가 복수 군데에 설치되어 있으므로서, 혼련성능을 대폭 향상시킬수가 있다.
더욱이, 상기 양스크루 세트에 있어서 혼련 세그먼트의 혼련날개 끼리가 맞물러 있으므로서 스크루 세트간의 혼련 대상물의 이동이 촉진함으로서, 혼련성능을 한층 향상시킬 수가 있다.
더욱이, 맞물린 혼련날개 끼리로 혼련 세그먼트에 부착한 혼련 대상물을 긁어 떨어뜨리도록 상기 양스크루 세트를 동방향으로 회전시키므로서, 혼련 세그먼트에 부착한 혼련 대상물이 혼련 날개에 의하여 긁어 떨어지므로 혼련 세그먼트가 충분히 클리닝된 상태로 된다. 따라서, 다음회분의 혼련물의 생산이 개시되었을때에, 전회분의 혼련 대상물의 잔류량이 약간이기 때문에 생산상승시의 혼련물의 로스량을 저감할 수가 있다.
더욱이 상기 혼련 세그먼트에 있어서 혼련날개의 꼭지부간의 원주면이 맞물러진 혼련날개의 꼭지부에 접촉하도록 만곡하고 볼록하게 형성되어 있으므로, 혼련 세그먼트에 부착한 혼련 대상물을 혼련날개에 의하여 한층더 충분하게 긁어 떨어 뜨릴수가 있다.
(발명실시의 형태)
(실시형태 1)
본 발명의 실시형태를 도 1 내지 도 7에 의거하여 이하에 설명한다.
본 실시의 형태에 관한 2축 혼련기의 일종인 연속식 혼련장치는, 도 2(a), (b)에 도시하는 바와 같이, 한쌍의 스크루 세트(1·1)와, 이들의 스크루 세트(1·1)를 회전자유롭게 지지하는 케이스 부재(3)를 갖고 있다. 케이스부재(3)의 외면벽에는, 케이스부재(3)을 통하여 혼련물을 냉각하도록 도시하지 않는 냉각배관이 접합되어 있다. 한편, 케이스부재(3)의 내부에는 일방측(도면중 우측)에서 타방측(도면중 좌측)에 걸쳐서 연통된 챔버(4)가 형성되어 있다. 그리고, 케이스부재(3)의 일방측에는, 고무나 플라스틱 등의 혼련 재료를 챔버(4)에 공급하도록, 챔버(4)에 연통된 투입구(3a)가 형성되어 있다. 한편, 케이스부재(3)의 타방측에는 혼련물을 외부에 배출하는 배출부재(2·2)가 스크루 세트(1·1)에 대응하여 설치되어 있다.
상기 챔버(4)는 도 3에 도시하는 바와 같이 종단면이 누에고치형 형상으로 형성되어 있고, 1쌍의 제1혼련실(4a) 및 제2혼련실(4b)과, 이들 혼련실(4a·4b)을 연통시키는 연통부(4c)로부터 이루어져 있다. 이들의 제1 및 제2혼련실(4a·4b)에는 도 2(a)·(b)에 도시하는 바와 같이, 상술의 스크루 세트(1·1)가 각각 관통 삽입되어 있다.
양 스크루 세트(1·1)는 축심끼리가 평행으로 되도록 배치되어 있고, 케이스부재(3)의 외부에 있어서 도시하지 않는 구동기구에 연결되어, 그의 구동기구에 의하여 서로 역방향으로 회전구동 되도록 되어 있다. 구동기구에 의하여 양스크루 세트(1·1)의 회전중심(축심)은, 케이스부재(3)의 챔버중심에 일치되어 있다. 더욱이, 챔버중심이란, 챔버(4)의 혼련실(4a·4b)에 각각 존재하여 있고, 단면원호형상의 각 혼련실(4a·4b)의 벽면에서 등거리에 위치한 중심점의 것을 말한다.
상기의 각 스크루 세트(1·1)는 혼련재료를 타방측으로 밀어내는 스크루 세그먼트(1a)와, 혼련재료를 혼련하는 일체형의 로터세그먼트(1b)를 갖고 있다. 양 세그먼트(1a·1b)는 세그먼트 중심이 스크루 세트(1)의 회전중심(챔버중심)과 일치되어 있다. 더욱이, 스크루 세그먼트(1a)의 세그먼트중심이란, 동일 높이의 스크루 날개를 원주방향으로 형성하였을때에 이 스크루 날개의 꼭지부로부터 등거리에 위치한 중심점의 것을 의미한다. 또, 로터 세그먼트(1b)의 세그먼트 중심이란, 후술의 혼련날개(7)를 동일 높이로 원주방향으로 형성하였을때에 각 혼련날개(7)의 꼭지부로부터 등거리에 위치한 중심점의 것을 의미한다.
스크루 세그먼트(1a) 및 로터세그먼트(1b)는, 챔버(4)내에 수용되어 있다. 로터 세그먼트(1b)는 원주방향으로 120도 등분 배치된 3개의 혼련날개(7·7·7)를 갖고 있다. 각 혼련날개(7)는, 일방측에서 중간부에 걸쳐서 정방향으로 나선상으로 형성된 후, 중간부로부터 타방측에 걸쳐서 역방향으로 나선상으로 형성되어 있다.
상기의 혼련날개(7)는 도 1 및 도 3에 도시하는 바와 같이 정방향 및 역방향의 구간에 있어서 꼭지부의 팁이 고위팁부(7a)와 중위팁부(7b)와 저위팁부(7c)와의 어느것인가 2종류를 포함하도록 구분되어 있고, 원주방향으로 배치된 3개의 혼련날개(7·7·7) 전체로서는 고위팁부(7a)와 중위팁부(7b)와 저위팁부(7c)가 동일 단면상에 존재하도록 설정되어 있다.
상기의 팁부(7a·7b·7c)는, 로터 세그먼트(1b)의 세그먼트 중심과 챔버 중심이 일치하였을때에, 챔버(4)의 내벽면과의 간극인 팁 클리어런스를 이순서되로 크게 되도록 세그먼트 중심에서 팁부(7a·7b·7c)까지의 거리를 이순서되로 작게되도록 다르게 되게 하고 있다. 그리고, 일반으로 저점도의 재료나 미세한 필러, 안료 등을 분산하여 혼련물로 하는 경우에는 각 팁부(7a·7b·7c)가 전체적으로 작은 팁 클리어런스를 출현시키도록 설정된다. 한편, 고점도의 재료를 분산하여 혼련물로 하는 경우에는 각 팁부(7a·7b·7c)가 전체적으로 큰 팁 클리어런스를 출현시키도록 설정된다.
즉, 고위팁부(7a)는, 가장 작은 팁 클리어런스로 되도록 챔버(4)의 내벽면에 근접되어 있고, 내경(D)에 대하여 0.002∼0.06의 비율범위(바람직하게는 0.002∼0.02의 비율범위)의 팁 클리어런스를 출현시키도록 형성되어 있다. 더구나, 내경(D)에 대하여, 0.002∼0.06의 비율범위는 통상 사용되는 범위를 나타내고, 0.002∼0.02의 비율범위는, 표준적으로 사용되는 범위를 나타내다. 구체적으로는, 혼련실 (4a·4b)의 내경(D)이 50mm
Figure pat00002
일때에 0.1∼3.0mm(0.1∼1.0mm), 내경(2D)이 100m
Figure pat00003
일때에 0.2∼4.0mm(0.2∼2.0mm), 내경(3D)이 300mm
Figure pat00004
일때에 0.6∼18.0mm(0.6∼6.0mm)의 범위의 팁 클리어런스를 출현시키도록 고위팁부(7a)가 형성되어 있다. 이로서, 고위팁부(7a)는, 로터 세그먼트(1b)가 회전하였을때에 일부의 혼련물을 통과시켜 큰 전단력을 그의 혼련물에 부여함과 동시에, 챔버(4)의 내벽면에 부착한 혼련물의 표층을 긁어떨어뜨려 냉각효율을 향상시킬수 있다. 더욱이 이 고위팁부(7a)는 전진측에 위치하는 혼련물의 대부분을 축방향으로 유동시키는 것에 의해 축방향으로의 유동을 촉진함과 동시에, 제1혼련실(4a) 및 제2혼련실(4b) 사이에 있어서 유동도 촉진되도록 되어 있으므로, 혼련효율 및 분산효율을 향상시킬 수 있다.
일방, 저위팁부(7c)는 가장 큰 팁 클리어런스로 되도록 챔버(4)의 내벽면에서 충분히 이격되어 있고, 내경(D)에 대하여 0.02∼0.3의 비율범위(바람직하게는 0.08∼0.2의 비율범위)의 팁 클리어런스를 출현시키도록 형성되어 있다. 더욱이, 내경(D)에 대하여 0.02∼0.3의 비율범위는 통상 사용되는 범위를 나타내고, 0.08∼0.2의 비율범위는 표준적으로 사용되는 범위를 나타낸다. 구체적으로는, 혼련실(4a·4b)의 내경(D)이 50mm
Figure pat00005
일 때에 1.0∼15.0mm (4.0∼10.0mm), 내경(2D)이 100mm
Figure pat00006
일때에 2.0∼30.0mm (8.0∼20.0mm), 내경(3D)이 300mm
Figure pat00007
일때에 6.0∼90.0mm(24.0∼60.0mm)의 범위의 팁 클리어런스를 출현시키도록 중위팁부(7b)가 형성되어 있다. 이로서, 저위팁부(7c)는 로터 세그먼트(1b)가 회전하였을때에 팁 클리어런스에 있어서 혼련물에 작은 전단력을 더하여 그 혼련물의 통과량을 증가시켜 동일 혼련실(4a·4b)에 있어서 혼련물의 유동을 촉진하도록 되어 있음과 동시에, 국부적으로 큰 전단력의 부여를 방지하여 혼련물의 과잉한 승온을 억제하도록 되어 있다.
또, 중위팁부(7b)는, 고위팁부(7a) 및 저위팁부(7c)의 혼련물에 대한 전단력 및 유동을 조정하도록 고위팁부(7a)와 저위팁부(7c)와의 중간의 팁 클리어런스로 되도록 설정되어 있고, 내경(D)에 대하여 0.01∼0.12의 비율범위(바람직하게는 0.02∼0.08의 비율범위)의 팁 클리어런스를 출현시키도록 형성되어 있다. 더구나 내경(D)에 대하여 0.01∼0.12의 비율범위는, 통상 사용되는 범위를 나타내고, 0.02∼0.08의 비율범위는 표준적으로 사용되는 범위를 나타낸다. 구체적으로는 혼련실(4a·4b)의 내경(D)이 50mm
Figure pat00008
일때에 0.5∼6.0mm (1.0∼4.0mm), 내경(2D)이 100mm
Figure pat00009
일때에 1.0∼12.0mm (2.0∼8.0mm), 내경(3D)이 300mm
Figure pat00010
일때에 3.0∼36.0mm (6.0 ∼24.0mm)의 범위의 팁 클리어런스를 출현시키도록 중위팁부(7b)가 형성되어 있다.
그런데, 상기의 팁부(7a·7b·7c)의 가공방법으로서는 이하의 방법이 있다.
즉, 우선 세그먼트 중심에서 팁부(7a·7b·7c)까지의 거리가 동일하게되도록, 각 팁부(7a·7b·7c)의 혼련날개(7·7·7)를 동일높이 및 동일형상으로 형성한 스크루 세트(1)를 준비한다. 더욱이, 기존의 스크루 세트(1)를 사용하여도 좋다. 이후 도 4에 도시하는 바와 같이, 혼련날개(7)의 꼭대기부를 수평으로 절삭함으로서 절삭전의 랜드폭(L1) 보다도 확대한 랜드폭(L2)의 팁부로 하거나(제1의 가공방법), 도 5에 도시하는 바와같이, 혼련날개(7)의 측면을 절삭함으로서, 절삭전의 랜드폭(L1)과 동일한 랜드폭(L2)의 팁부로 한다(제2의 가공방법). 더구나 제2의 가공방법에 있어서는, 챔버 내벽면과의 챔버각이 변화하는 전진면을 절삭하는 방법과 챔버각이 변화하지 않는 후배면을 절삭하는 방법이 있다. 그리고, 혼련날개(7)를 연속하는 형상으로 하는 경우에는, 상술의 제1의 가공방법을 채용하는 편이 제작을 용이하게 행할 수가 있다. 또, 혼련날개(7)를 분할한 형상으로 하는 경우에는 제1의 가공방법 및 제2의 가공방법의 어느 것을 채용하더라도 용이하게 제작을 행할 수가 있다. 다만, 랜드폭이 혼련물의 온도나 필러의 분산등에 미치는 영향은 팁 클리어런스와 비교하여 작기 때문에 제1의 가공방법이 실용적이다.
상기의 구성에 있어서, 연속식 혼련장치의 동작에 대하여 설명한다.
우선, 도 2에 도시하는 바와 같이 스크루 세트(1·1)를 회전구동시키면서, 고무나 플라스틱, 충전제 등의 혼련재료를 투입구(3a)로부터 챔버(4)내에 연속적으로 공급한다. 또, 이공급에 전후하여, 케이스부재(3)의 외벽면에 접합된 냉각배관에 냉각수등의 냉각매체를 유동시켜, 케이스부재(3)를 통하여 챔버(4)내의 혼련재료를 냉각한다. 더구나 필러가 들어가는 경우와 같이 혼련재료의 구성이나 종류에 따라서는, 혼련재료를 가열시키기 때문에, 냉각배관에 열수나 증기등의 열매체를 유동시키는 경우도 있다.
챔버(4)내에 투입된 혼련재료는 스크루 세그먼트(1a·1a)의 회전에 동반하여 로터 세그먼트(1b·1b)방향으로 진행한다. 그리고, 로터 세그먼트(1b·1b)에 혼련재료가 도달하면 도 1에 도시하는 바와 같이, 각 로터 세그먼트(1b·1b)의 혼련날개(7·7·7)에 있어서 혼련이 개시된다.
즉, 도 3에 도시하는 바와 같이, 혼련날개(7)의 고위팁부(7a)에 있어서는, 작은 팁 클리어런스이기 때문에, 혼련재료 및 혼련물로 이루어지는 혼련 대상물의 팁 클리어런스의 통과량이 작은 것으로 되어 있다. 따라서, 고위팁부(7a)의 전진측에 존재하는 혼련 대상물은 축방향으로 대량으로 유동함으로서, 대부분이 축방향으로 인접하는 중위팁부(7b)의 전진측으로 이동하고, 일부가 팁 클리어런스를 통과한다. 그리고, 그의 일부의 혼련 대상물은, 작은 팁 클리어런스에 의한 큰 전단력이 부여되어 분산된다. 이 경우, 큰 전단력이 부여된 혼련 대상물은, 분산과 동시에 급격히 승온하는 것으로 되지만, 대부분의 혼련 대상물이 축방향으로 유동하기 때문에 혼련 대상물의 전체로서는 승온이 억제된 것으로 된다. 따라서, 혼련 대상물의 허용온도가 낮더라도, 큰 전단력에 의한 분산을 계속할 수가 있다.
또, 혼련날개(7)의 고위팁부(7a)는, 챔버(4)의 내벽면에 근접한 위치에서 이동하기 때문에, 챔버(4)의 내벽면에 부착한 혼련대상물의 표층을 긁어 떨어뜨리게 된다. 따라서, 유동하는 혼련 대상물에 대한 냉각배관에 의한 냉각효율이 향상하고, 혼련 대상물의 고온화를 한층 억제하는 것으로 된다. 더욱이, 혼련날개(7)의 고위팁부(7a)가 연통부(4c)를 이동할 때, 혼련대상물을 일방의 제1 또는 제2혼련실(4a·4b)로부터 타방의 제2 또는 제1혼련실(4b·4a)에 큰 가압력으로 밀어내기 때문에 제1 및 제2혼련실(4a·4b) 사이에 있어서 혼련대상물의 유동도 촉진하는 것으로 된다.
다음에, 혼련날개(7)의 저위팁부(7c)에 있어서는, 큰 팁 클리어런스이기 때문에, 혼련대상물의 팁 클리어런스의 통과량이 큰 것으로 되어 있다. 따라서, 저위팁부(7c)의 전진측에 존재하는 혼련대상물은 팁 클리어런스를 통과함으로서, 대부분이 원주방향으로 인접하는 중위팁부(7b)의 전진측으로 이동하고, 일부가 축방향으로 유동한다. 또, 혼련 대상물을 밀어내는 가압력이 작은 것이기 때문에, 연통부(4c)를 이동할때의 타방측의 제1 및 제2혼련실(4a·4b)에의 유동을 억제한다. 따라서, 저위팁부(7c)에 있어서는, 동일 혼련실(4a·4b)에 있어서 혼련 대상물의 유동을 촉진하고 있음과 동시에 이의 유동시에 있어서, 큰 팁 클리어런스가 혼련 대상물에의 전단력을 저감하고 있기 때문에 혼련 대상물의 과잉한 승온을 억제하고 있다.
다음에, 혼련 날개(7)의 중위팁부(7b)에 있어서는, 고위팁부(7a)와 저위팁부(7c)와의 중간의 팁 클리어런스로 되도록 설정되어 있기 때문에, 혼련대상물에 대한 전단력 및 유동을 조정하는 것으로 된다.
상기와 같이 하여 혼련 대상물이 혼련되면 도 6에 도시하는 바와 같이, 원주방향으로 혼련 대상물을 대량으로 유동시키는 제1혼련공간(10a)과 축방향으로 대량의 혼련 대상물을 유동시키면서 소량의 혼련 대상물을 큰 전단력에 의하여 분산시키는 제2혼련 공간(10b)과 이들의 중간적인 전단력을 부여하여 축방향 및 원주방향으로 유동시키는 제3혼련공간(10c)과를 원주방향 및 축방향으로 연속하여 갖는 상태로 된다. 따라서, 도 7에 도시하는 바와 같이 혼련날개(7)를 중위팁부(7b)만으로 구성한 종래의 경우와 비교하여 제1∼제3혼련공간(10a∼10c)에 있어서 혼련 대상물이 불연속 및 활발히 유동하면서 균등하게 분산하는 것으로 되기 때문에, 혼련대상물의 혼련 조건에 대응하여 팁 클리어런스를 변경시키지 않더라도 항상 양호한 혼련상태의 혼련물을 얻을 수 있다.
이상과 같이 본 실시형태의 연속식 혼련장치(2축 혼련기)는, 도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이 챔버(4)내에 좌우 1쌍으로 구비한 스크루 세트(1·1)를 챔버 중심으로 각각 회전시키면서 이들 스크루 세트(1·1)의 로터 세그먼트(1b·1b)(혼련 세그먼트)와 챔버(4) 내벽면과의 팁 클리어런스로 혼련 대상물을 유동시킴과 동시에 전단력을 부여하여 분산시키므로서, 소망의 혼련 상태의 혼련물로 하는 것으로, 하기의 구성을 갖고 있다.
즉, 연속식 혼련장치는, 로터 세그먼트(1b)의 세그먼트 중심과 챔버 중심과를 일치시켰을때에 적어도 원주방향으로 다른 복수의 팁 클리어런스를 출현시키도록 세그먼트 중심에서 꼭대기부까지의 다른 복수의 혼련날개(7)가 로터 세그먼트(1b)에 형성된 구성을 갖고 있다.
상기의 구성에 의하면, 혼련날개(7)에 의하여 출현된 다른 팁 클리어런스는, 적어도 상대적으로 작은 팁 클리어런스와 큰 팁 클리어런스로 구분할 수 있다. 그리고, 작은 팁 클리어런스에 있어서는, 이의 팁 클리어런스의 전진측에 존재하는 혼련 대상물의 대부분을 축방향으로 유동시킴과 동시에, 일부를 통과시켜 큰 전단력에 의하여 분산을 행한다. 한편, 큰 팁 클리어런스에 있어서는, 전진측에 존재하는 혼련 대상물의 대부분을 통과시켜 원주방향의 유동을 촉진하여 혼련물에 균등한 전단작용을 가함과 동시에, 작은 전단력에 의하여 승온을 방지한다. 이로서 대소의 다른 팁 클리어런스가 적어도 원주방향에 출현하면, 챔버(4)내의 전체에 있어서 혼련 대상물이 불연속 및 활발히 유동하면서 큰 전단력에 의하여 분산됨과 동시에, 분산시의 고온화가 방지되는 것으로 된다. 따라서, 종래와 같이 스크루 세트(1)의 교환작업등을 행하지 않더라도, 예를들면 카본 블랙등의 응집력이 강한 필러나 폴리머 겔 등의 혼련조건의 엄격한 혼련 대상물을 항상 소망의 혼련 상태의 혼련물로 할 수가 있다.
또 로터 세그먼트(1b)의 세그먼트 중심과 혼련날개(7)의 꼭대기부 까지의 거리는 혼련날개(7)의 꼭대기부를 절삭함으로서 변경할 수가 있다. 따라서 기존의 로터 세그먼트(1b)의 절삭가공을 실시함으로서, 소망의 팁 클리어런스를 출현시키는 로터 세그먼트(1b)를 구비한 스크루 세트(1)를 얻을 수 있기 때문에 신규로 모든 로터 세그먼트(1b)를 구비한 스크루 세트(1)를 작성하는 경우보다도 장치 코스트를 저감시킬수가 있다.
더욱이, 혼련날개(7)가 팁 클리어런스와 1 대 1로 대응하고 있기 때문에 각 팁 클리어런스의 변경 및 설정을 각 혼련날개(7)를 조정함으로서 각각 독립해서 행할 수가 있다. 따라서, 예를들면 일본 특공평 1-14847호 공보로 공지의 모든 혼련날개(7)와의 관계로부터 편심위치를 구하고, 각 팁 클리어런스를 변경 및 설정하는 경우보다도 설계가 용이함과 동시에, 팁 클리어런스의 변경 및 설정에 요하는 작업이 용이하다.
특히, 수지의 유동이나 전단등의 혼련상태를 최적으로 하는 팁 클리어런스를 구하기 위하여 각종의 조합으로 이루어지는 팁 클리어런스로 혼련을 행하는 경우에 있어서, 편심에 의한 방법으로 각종 조합의 팁 클리어런스를 출현시키려 하면, 조합수만큼 로터 세그먼트(1b)를 준비할 필요가 있지만, 본 발명이면 혼련날개(7)의 꼭대기부를 순차로 절삭함으로서 조합수 보다도 적은 수량의 로더 세그먼트(1b)로 최적의 팁 클리어런스의 조합을 구할 수가 있다. 또, 상술의 공지기술에서는 편심에 의하여 팁 클리어런스를 형성하고 있기 때문에, 회전위치에 따라 그의 클리어런스 양이 변동하는데 대하여, 본 구성에 의하면, 하나의 팁 클리어런스에 대하여 본 경우, 항상, (회전위치에 불구하고) 일정한 클리어런스량이기 때문에, 균등한 전단력을 작용시킬수가 있다.
더욱이, 본 실시형태에 있어서는, 일체형의 로터 세그먼트(1b)를 혼련 세그먼트로서 사용함으로서, 연속한 절삭가공에 의한 각종의 팁 클리어런스의 혼련날개를 용이하게 형성하는 것을 가능하게 하고 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 일체형의 로터 세그먼트(1b) 대신에, 도 10에 도시하는 바와 같이, 분할형의 로터 세그먼트(1b')를 조합시켜 혼련 세그먼트로 하여도 좋다. 그리고, 이경우에는 분할된 개개의 로터 세그먼트(1b')마다 고유의 팁 클리어런스를 각종의 나선각도나 수량등으로 출현하도록 혼련날개(7)를 형성하여 두면, 각 로터 세그먼트(1b')의 조합에 의하여 각종의 팁 클리어런스를 출현시키는 스크루 세트(1)를 얻을 수가 있다.
또, 혼련 세그먼트는, 복수의 분할형의 디스크 세그먼트로 이루어져 있어도 좋고, 이 경우에는, 복수의 디스크 세그먼트를 조합하므로서, 각종의 팁 클리어런스의 조합을 원주방향 및 축방향에 있어서 출현시킬 수가 있다. 더욱이, 혼련세그먼트는 일체형 또는 분할형의 로터 세그먼트와 분할형의 디스크 세그먼트와의 조합으로 이루어져도 좋고, 이 경우에는 로터 세그먼트(1b)에 의하여 혼련성능을 크게 설정한 후, 각종의 팁 클리어런스를 갖는 디스크 세그먼트를 조합함으로서, 혼련성능을 미조정할 수가 있다.
또, 본 실시형태에 있어서는, 스크루 세트(1)가 혼련 세그먼트인 로터 세그먼트(1b)를 한군데에 갖는 구성으로 되어 있지만, 복수군데에 갖는 구성이라도 좋다. 그리고, 이 경우에는 한군데에 로터세그먼트(1b)를 배치한 경우와 비교하여 혼련 성능을 대폭으로 향상시킬수가 있다. 더욱이, 스크루 세트(1·1)의 축심간 거리는 스크루 세트(1·1)간의 혼련 대상물의 이동을 촉진하여 혼련 성능을 한층더 향상시키도록, 혼련 날개끼리가 맞물리도록 설정되어 있는 것이 바람직하다. 더욱이, 이의 맞물림시에 있어서 스크루 세트(1·1)의 회전방향은 같은 방향 및 다른 방향의 어느 것도 좋다.
또, 본 실시형태에 있어서 연속식 혼련장치는, 2개의 병렬장치된 스크루 세트(1·1)로 혼련하는 구성으로 되어 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 1개의 스크루 세트(1)로 혼련하는 구성으로 되어 있어도 좋고, 혹은 3개 이상의 스크루 세트(1)로 혼련하는 구성이라도 좋다.
또, 본 실시형태에 있어서는, 원주방향의 3군데에 등분배치된 혼련날개(7)의 고위∼저위 팁부(7a∼7c)에서 3단계의 팁 클리어런스를 출현시키고 있지만, 2단계 이상의 다른 팁 클리어런스가 적어도 원주방향으로 출현하는 것이면, 혼련날개(7)의 배치나 수량, 나선각도등을 임의로 선택할 수가 있다.
구체적으로는 혼련날개(7)는, 원주방향의 2군데에 등분 배치된 구성이라도 좋고, 도 8에 도시하는 바와 같이, 정방향 및 역방향의 구간에 있어서 꼭지부의 팁이 고위∼저위 팁부(7a∼7c)의 어느 것엔가에 설정된 구성이라도 좋다. 더욱이, 도 9에 도시하는 바와 같이, 혼련날개(7)는, 정방향 및 역방향의 구간에 있어서 꼭지부의 팁부가 고위팁부(7a)와 중위팁부(7b)와 저위팁부(7c)와의 어느 것인가 2종류를 포함하도록 구분되어, 구분의 단부가 일치하지 않도록 구성되어 있어도 좋다.
또, 혼련날개(7)는, 0°의 나선각도로 직선상으로 형성되어 있어도 좋고, 큰 나선각도로 형성되어 있어도 좋다. 더욱이, 나선각도는 10°∼60°의 범위로 설정되어 있는 것이 바람직하다. 이는 나선각도를 작게하면, 축방향의 혼련대상물의 유동이 감소하여 팁 클리어런스의 통과량의 증가에 의하여 분산작용의 촉진이 도모되는데 대하여, 나선각도를 크게하면, 축방향의 유동의 증가에 의한 챔버(4)내의 혼합의 촉진이 도모된다. 그리고, 나선각도가 10°∼60°의 범위이면, 이들 양자의 특징을 동시에 인출할 수 있기 때문이다.
(실시형태 2)
다음에, 본발명을 2축 혼련기의 일종인 혼련 압출장치에 적용한 경우의 실시형태를 도 11 내지 도 15에 의거하여 이하에 설명한다.
본 실시형태에 관한 혼련압출장치는 도 12에 도시하는 바와 같이, 복수의 배럴(31)을 직렬로 연결함으로서 형성된 케이스부재(23)와, 케이스부재(23)에 회전자유롭게 지지된 한쌍의 스크루 세트(21)를 갖고 있다. 케이스부재(23)의 외면벽에는, 케이스부재(23)를 통하여 혼련물을 냉각하도록 도시하지 않는 냉각 배관이 접합되어 있다. 한편, 케이스부재(23)의 내부에는 일방측(도면중 우측)에서 타방측 (도면중 좌측)에 걸쳐서 연통된 챔버(24)가 형성되어 있다. 케이스부재(23)의 상면에는 고무나 플라스틱 등의 혼련재료를 챔버(24)에 공급하는 투입호퍼(32) 및 혼련중의 혼련물을 빼내는 복수의 벤트부재(33)가 일방측에서 타방측에 걸쳐서 설치되어 있다. 그리고, 케이스부재(23)의 타방단에는, 혼련물을 외부에 배출하는 도시하지 않는 다이헤드가 설치되어 있다.
상기의 챔버(24)는, 도 11에 도시하는 바와 같이 종단면이 누에고치형 형상으로 형성되어 있고 1쌍의 제1혼련실(24a) 및 제2혼련실(24b)과, 이들 혼련실(24a·24b)을 연통시키는 연통부(24c)로 이루어져 있다. 제1 및 제2혼련실(24a·24b)에는, 상술의 스크루 세트(21·21)가 각각 관통삽입되어 있다. 양 스크루 세트(21·21)는, 축심끼리가 평행으로 되도록 배치되어 있고, 도시하지 않는 구동기구에 의하여 동방향으로 회전구동되도록 되어 있다.
구동기구에 의한 양스크루세트(21·21)의 회전중심(축심)은, 케이스부재(23)의 챔버중심에 일치되어 있다. 더욱이, 챔버중심이란, 챔버(24)의 혼련실(24a·24b)에 각각 존재하여 있고, 단면 원호형상의 각 혼련실(24a·24b)의 벽면으로부터 등거리에 위치한 중심점을 말한다. 그리고, 각 스크루 세트(21·21)는, 도 13에 도시하는 바와 같이, 혼련재료를 타방측으로 밀어내는 스크루 세그먼트(21a)와, 혼련재료를 혼련하는 로터 세그먼트(21b)를 복수의 위치에 갖고 있다. 양 세그먼트(21a·21b)는, 세그먼트 중심이 스크루 세트(21)의 회전중심(챔버중심)과 일치되어 있다. 더욱이, 스크루 세그먼트(21a)의 세그먼트 중심이란, 동일 높이의 스크루 날개를 원주방향으로 형성하였을때에, 이 스크루 날개의 꼭지부로부터 등거리에 위치한 중심점을 말한다. 또 로터 세그먼트(21b)의 세그먼트 중심이란, 후술의 혼련날개(27)를 동일 높이로 원주방향으로 형성하였을때에, 각 혼련날개(27)의 꼭지부로부터 등거리에 위치한 중심점을 말한다.
상기의 각 스크루 세트(21·21)는 혼련재료를 타방측으로 밀어내는 스크루 세그먼트(21a)와, 혼련재료를 혼련하는 로터 세그먼트(21b)를 복수의 위치에 갖고 있다. 로터세그먼트(21b)는, 원주방향에 120도 등분배치된 3개의 혼련날개(27·27·27)를 갖고 있다. 각 혼련날개(27)는 일방측에서 중간부에 걸쳐서 정방향으로 나선상으로 형성된 후, 중간부로부터 타방측에 걸쳐서 역방향으로 나선상으로 형성되어 있다.
상기의 혼련날개(27)는, 도 11에도 도시하는 바와 같이, 정방향 및 역방향의 구간에 있어서 꼭지부의 팁이 고위팁부(27a)와 중위팁부(27b)와 저위팁부(27c)와의 어느것인가 2종류를 포함하도록 구분되어 있고, 원주방향으로 배치된 3개의 혼련날개(27·27·27) 전체로서는, 고위팁부(27a)와 중위팁부(27b)와 저위팁부(27c)가 동일 단면상에 존재하도록 설정되어 있다.
상기의 팁부(27a·27b·27c)는 로터 세그먼트(21b)의 세그먼트 중심과 챔버중심이 일치하였을때에 챔버(24)의 내벽면과의 간극인 팁 클리어런스를 이순서로 크게되도록, 세그먼트 중심에서 팁부(27a·27b·27c)까지의 거리를 이순서로 작게되도록 다르게 하고 있다. 그리고, 일반적으로 저점도의 재료나 미세한 필러, 안료등을 분산하여 혼련물로 하는 경우에는 각 팁부(27a·27b·27c)가 전체적으로 작은 팁 클리어런스를 출현시키도록 설정된다. 한편, 고점도의 재료를 분산하여 혼련물로 하는 경우에는, 각 팁부(27a·27b·27c)가 전체적으로 큰 팁 클리어런스를 출현시키도록 설정된다. 더구나, 각 팁부(27a·27b·27c)의 구체적인 수치범위는 실시형태 1과 동일하기 때문에, 그의 설명을 생략한다.
또, 로터세그먼트(21b·21b)는, 한쪽의 로터세그먼트(21b)의 원주면(27d)과 타방의 로터세그먼트(21b)의 각 팁부(27a∼27c)가 접촉하도록, 각 로터세그먼트(21b)에 있어서 꼭지부(팁부 27a∼27c)간의 원주면(27d)이 만곡 볼록 형상으로 형성되어 있다. 그리고, 이들 로터세그먼트(21b,21b)는 예를들면 도 14(a)∼(c)나 도 15(a)∼(c)에 도시하는 바와 같이, 맞물리면서 회전함으로서, 일방의 로터세그먼트(21b)의 고위팁부(27a)나 저위팁부(27c)가 타방의 로터세그먼트(21b)의 원주면(27d)의 전체에 걸쳐서 접촉하면서 이동하고, 이 원주면(27d)에 부착한 혼련재료 등을 긁어떨어뜨리도록 되어 있다.
상기의 구성에 있어서 혼련압출장치의 동작에 대하여 설명한다. 우선, 도 12에 도시하는 바와 같이 스크루 세트(21·21)를 회전구동시키면서 고무나 플라스틱, 충전제 등의 혼련재료를 투입호퍼(32)로부터 챔버(24)내에 연속적으로 공급한다. 또, 이공급에 전후하여 케이스부재(23)의 외벽면에 접합된 냉각배관에 냉각수 등의 냉각매체를 유동시켜, 케이스부재(23)를 통하여 챔버(24)내의 혼련재료를 냉각한다. 더구나, 필러가 들어가는 경우와 같이 혼련재료의 구성이나 종류에 따라서는, 혼련재료를 가열시키기 때문에, 냉각배관에 열수나 증기등의 열매체를 유동시키는 경우도 있다.
챔버(24)내에 투입된 혼련재료는, 스크루 세그먼트(21a·21a)의 회전에 동반하여 로터세그먼트(21b·21b) 방향으로 진행한다. 그리고 로터세그먼트(21b·21b)의 혼련날개(27·27·27)에 있어서 혼련이 개시된다.
즉, 도 13에 도시하는 바와 같이 혼련날개(27)의 고위팁부(27a)에 있어서는 작은 팁 클리어런스이기 때문에, 혼련재료 및 혼련물로 이루어지는 혼련 대상물의 팁 클리어런스의 통과량이 작은 것으로 되어 있다. 따라서, 고위팁부(27a)의 전진측에 존재하는 혼련대상물은, 축방향으로 대량 유동하므로서 대부분이 축방향으로 인접하는 중위팁부(27b)의 전진측으로 이동하고, 일부가 팁 클리어런스를 통과한다. 그리고, 이의 일부가 혼련대상물은 작은 팁 클리어런스에 의한 큰 전단력이 부여되어 분산된다. 이 경우, 큰 전단력이 부여된 혼련대상물은 분산과 동시에 급격히 승온하는 것으로 되지만, 대부분의 혼련대상물이 축방향으로 유동하기 때문에 혼련대상물의 전체로서는 승온이 억제된 것으로 된다. 따라서, 혼련대상물의 허용온도가 낮더라도, 큰 전단력에 의한 분산을 계속할 수가 있다.
또, 혼련날개(27)의 고위팁부(27a)는, 챔버(24)의 내벽면에 근접한 위치에서 이동하기 때문에, 챔버(24)의 내벽면에 부착한 혼련대상물의 표층을 긁어떨어뜨리는 것으로 된다. 따라서 유동하는 혼련대상물에 대한 냉각배관에 의한 냉각효율이 향상하고, 혼련대상물의 고온화를 한층 억제하는 것으로 되고, 혼련대상물의 변질등의 좋지 않는 형편이 방지된다. 더욱이, 혼련날개(27)의 고위팁부(27a)가 연통부(24c)로 이동할 때, 혼련대상물을 일방의 제1 또는 제2혼련실(24a·24b)로부터 타방의 제2 또는 제1혼련실(24b·24a)에 큰 가압력으로 밀어내기 때문에, 제1 및 제2혼련실(24a·24b) 사이에 있어서 혼련대상물의 유동은 촉진하는 것으로 된다.
다음에 혼련날개(27)의 저위팁부(27c)에 있어서는, 큰 팁 클리어런스이기 때문에 혼련대상물의 팁 클리어런스의 통과량이 큰 것으로 되어 있다. 따라서, 저위팁부(27c)의 전진측에 존재하는 혼련 대상물은, 팁 클리어런스를 통과함으로서, 대부분이 원주방향으로 인접하는 중립팁부(27b)의 전진측으로 이동하고, 일부가 축방향으로 유동한다. 또, 혼련대상물을 밀어내는 가압력이 작은 것이기 때문에, 연통부(24c)를 이동할때의 타방측의 제1 및 제2혼련실(24a·24b)에의 유동을 억제한다. 따라서, 저위팁부(27c)에 있어서, 동일 혼련실(24a·24b)에 있어서 혼련대상물의 유동을 촉진하고 있음과 동시에, 이 유동시에 있어서 큰 팁 클리어런스가 혼련대상물에의 전단력을 저감하고 있기 때문에 혼련대상물의 과잉한 승온을 억제하고 있다.
다음에, 혼련날개(27)의 중위팁부(27b)에 있어서는, 고위팁부(27a)와 저위팁부(27c)와의 중간의 팁 클리어런스로 되도록 설정되어 있기 때문에, 혼련 대상물에 대한 전단력 및 유동을 조정하는 것으로 된다.
상기와 같이 하여 혼련 대상물이 혼련되면, 원주방향으로 혼련대상물을 대량으로 통과시키는 제1혼련공간(30a)과, 축방향으로 대량의 혼련대상물을 유동시키면서 소량의 혼련대상물을 큰 전단력에 의하여 분산시키는 제2혼련공간(30b)과, 이들의 중간적인 전단력을 부여하여 축방향 및 원주방향으로 유동시키는 제3혼련공간(30c)과, 원주방향 및 축방향으로 연속하여 갖는 상태로 된다. 따라서, 혼련날개(27)를 중위팁부(27b)만으로 구성한 종래의 경우와 비교하여, 제1∼제3혼련공간 (30a∼30c)에 있어서 혼련대상물이 불연속 및 활발히 유동하면서 균등히 분산하는 것으로 되기 때문에 혼련대상물의 혼련조건에 대응하여 팁 클리어런스를 변경하지 않더라도, 항상 양호한 혼련상태의 혼련물을 얻을수가 있다. 그리고 이 혼련물이 도시하지 않는 다이헤드로부터 외부로 밀어내어진다.
다음에 혼련물의 품종을 전환하는 경우에는, 도 12에 도시하는 바와 같이 스크루 세트(21)의 회전을 유지한 상태로 투입호퍼(32)에의 혼련재료의 투입을 정지한다. 투입호퍼(32)부근의 혼련재료는, 스크루 세그먼트(21a)의 회전에 의하여 로터세그먼트(21b)에 반송된다. 그리고 로터세그먼트(21b)에 있어서는, 혼련날개(27)의 각 팁부(27a∼27c)에 의하여 혼련재료를 혼련하여 혼련대상물로 함과 동시에, 혼련날개(27)의 고위팁부(27a)에 의하여 챔버(24)의 내벽면에 부착한 혼련대상물의 표층을 긁어 떨어뜨리면서 배출구로 되는 다이헤드 방향으로 반송한다. 또 스크루 세트(21·21)끼리는 도 14(a)∼(c) 및 도 15(a)∼(c)에 도시하는 바와 같이 로터세그먼트(21b)의 원주면(27d)이 각팁부(27a∼27c)에 의하여 접촉되어 있기 때문에 원주면(27d)에 부착한 혼련 대상물이 각 팁부(27a∼27c)에 의하여 긁어떨어진다. 이로서, 스크루 세트(21)의 회전이 계속되면 로터 세그먼트(21b) 및 챔버(24)의 내벽면이 클리닝된 상태로 되고, 대부분의 혼련대상물이 외부로 배출된다. 이후, 다음회분의 혼련재료가 투입호퍼(32)로부터 투입되어 생산이 개시되었을때에, 전회분의 혼련대상물의 잔류량이 약간이기 때문에 생산 상승시의 혼련물의 로스량이 저감되는 것으로 된다.
이상과 같이 본 실시형태의 혼련 압출장치는, 도 11에 도시하는 바와 같이 챔버(24)내에서 1쌍의 로터 세그먼트(21b·21b)를 동방향으로 회전시키면서, 이들 로터 세그먼트(21b·21b)와 챔버(24)의 내벽면과의 팁 클리어런스로 혼련대상물을 유동시킴과 동시에 전단력을 부여하여 분산시키므로서, 소망의 혼련상태의 혼련물로 하는 것이다. 그리고, 각 로터세그먼트(21b·21b)는 스크루 세트(1)가 로터 세그먼트(21b)(혼련 세그먼트)의 세그먼트 중심과 챔버중심과를 일치시켰을때에, 적어도 원주방향으로 다른 복수의 팁 클리어런스를 출현시키는 것과 같이 세그먼트 중심으로부터 꼭지부까지의 거리가 다른 복수의 혼련날개(27)를 구비하여 로터 세그먼트(21b·21b)에 부착한 혼련 대상물을 혼련날개(27)의 고위∼저위팁부(27a∼27c)로 긁어 떨어지도록 맞물림된 구성으로 되어 있다.
더욱이, 본 실시형태에 있어서는, 2개의 로터세그먼트(21b·21b)를 구비한 경우에 대하여 설명하였지만, 3개이상 있어도 좋다. 또, 혼련날개(27)는 원주방향의 3군데에 형성된 것에 대하여 설명하였지만, 방향의 2군데 이상으로 형성되어 있으면 좋다. 또 본실시형태에 있어서는, 혼련압출장치를 사용하여 설명하였지만 연속식 혼련장치이라도 좋다. 더욱이, 로터세그먼트(21b)는 고위∼저위팁부(27a∼27c)를 갖는 혼련날개(27)을 구비함으로서, 3단계의 팁 클리어런스를 적어도 원주방향으로 출현시키고 있지만, 고위∼저위팁부(27a∼27c)의 어느것인가 2개의 혼련날개(27)를 구비함으로서, 2단계의 팁 클리어런스를 적어도 원주방향으로 출현시키도록 되어 있어도 좋다.
상기의 구성에 의하면, 혼련날개(27)가 고위팁부(27a)와 저위팁부(27c)와를 갖고 있기 때문에, 적어도 상대적으로 작은 팁 클리어런스와 큰 팁 클리어런스로 구분할 수가 있다. 그리고, 작은 팁 클리어런스에 있어서는, 이 팁 클리어린스의 전진측에 존재하는 혼련 대상물의 대부분을 축방향으로 유동시킴과 동시에, 일부를 통과시켜 큰 전단력에 의하여 분산을 행한다. 한편, 큰 팁 클리어런스에 있어서는, 전진측에 존재하는 혼련대상물의 대부분을 통과시켜 원주방향의 유동을 촉진함과동시에, 작은 전단력에 의하여 승온을 방지한다. 이로서 대소의 다른 팁 클리어런스가 적어도 원주방향으로 출현하면, 챔버(24)내의 전체에 있어서 혼련 대상물이 불연속 및 활발히 유동하면서 큰 전단력에 의하여 분산됨과 동시에, 분산시의 고온화가 방지되는 것으로 된다. 따라서 종래와 같이 스크루 세트(21)의 교환작업등을 행하지 않더라도, 예를들면 카본블랙 등의 응집력이 강한 필러나 폴리머 겔 등의 혼련조건이 엄격한 혼련 대상물을 항상 소망의 혼련상태의 혼련물로 할 수가 있다. 더욱이, 축방향으로도 다른 팁 클리어런스가 출현하도록 구성하면, 보다 균일한 혼련·분산이 완수된다.
또 로터 세그먼트(21b·21b)끼리가 맞물리면서 동방향으로 회전함으로서 적어도 혼련날개(27)에 부착한 혼련 대상물이 긁어떨어지기 때문에, 혼련날개(27)가 충분히 클리닝된 상태로 된다. 따라서, 다음회분의 혼련 재료의 생산이 개시되었을때에 전회분의 혼련 대상물의 잔류량이 약간이기 때문에, 생산상승시의 혼련물의 로스량이 작은 것으로 된다.
챔버내에 좌우 한쌍으로 구비한 스크루 세트를 챔버중심에서 각각 회전시키면서, 이들 스크루 세트의 혼련 세그먼트와 챔버 내벽면과의 팁 클리어런스로 혼련 대상물을 유동시킴과 동시에 전단력을 부여하여 분산시키므로서 소망의 혼련상태의 혼련물로 하는 2축 혼련기에 있어서 상기 혼련 세그먼트에는, 그 혼련 세그먼트의 세그먼트 중심과 상기 챔버 중심과를 일치시켰을 때 적어도 원주방향으로 다른 복수의 팁 클리어런스를 출현시키도록 상기 세그먼트 중심에서 꼭지부까지의 거리가 다른 복수의 혼련 날개가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
이로서, 혼련날개에 의하여 출현된 다른 팁 클리어런스는, 적어도 상대적으로 작은 팁 클리어런스와 큰 팁 클리어런스로 구분할 수가 있다. 그리고, 작은 팁 클리어런스에 있어서는, 이 팁 클리어런스의 전진측에 존재하는 혼련 대상물의 대부분을 축방향으로 유동시킴과 동시에, 일부를 통과시켜 큰 전단력에 의하여 분산을 행한다. 한편, 큰 팁 클리어런스에 있어서는, 전진측에 존재하는 혼련 대상물의 대부분을 통과시켜 원주방향의 유동을 촉진하여 혼련물에 균등한 전단 작용을 가함과 동시에, 작은 전단력에 의하여 승온을 방지한다. 이로서, 대소 다른 팁 클리어런스가 적어도 원주방향으로 출현하면, 챔버내의 전체에 있어서 혼련 대상물이 불연속 및 활발히 유동하면서 큰 전단력에 의하여 분산됨과 동시에, 분산시의 고온화가 방지되는 것으로 된다. 따라서 종래와 같이 스크루 세트의 교환작업 등을 행하지 않더라도, 각종의 혼련조건의 혼련 대상물을 항상 소망의 혼련 상태의 혼련물로 할 수가 있다.
또, 혼련세그먼트의 세그먼트 중심과 혼련 날개의 꼭지부까지의 거리는, 혼련 날개의 꼭지부를 절삭함으로서 변경할 수가 있다. 따라서, 기존의 혼련세그먼트에 절삭가공을 실시함으로서, 소망의 팁 클리어런스를 출현시키는 혼련세그먼트를 구비한 스크루 세트를 얻을 수 있기 때문에 신규로 모든 혼련 세그먼트를 작성하는 경우 보다도 장치 코스트를 저감할 수 있다.
더욱이, 혼련날개가 팁 클리어런스와 1 대 1로 대응하고 있기 때문에, 각 팁 클리어런스의 변경 및 설정을 각 혼련날개를 조정함으로서 각각 독립하여 행할 수가 있다. 따라서, 예를들면 일본 특공평 1-14847호 공보로 공지의 모든 혼련날개와의 관계로부터 편심위치를 구하여 각 팁 클리어런스를 변경 및 설정하는 경우 보다도, 설계가 용이함과 동시에 팁 클리어런스의 변경 및 설정에 요하는 작업이 용이하다.
특히, 수지의 유동이나 전단 등의 혼련상태를 최적으로 하는 팁 클리어런스를 구하기 때문에 각종의 조합으로 이루어지는 팁 클리어런스로 혼련을 행하는 경우에 있어서, 편심에 의한 방법으로 각종 조합의 팁 클리어런스를 출현시키려 하면, 조합수 만큼 혼련 세그먼트를 준비할 필요가 있지만, 본 발명이면, 혼련날개의 꼭대기부를 순차 절삭함으로서, 조합수 보다도 적은 수량의 혼련 세그먼트로 최적의 팁 클리어런스의 조합을 구할 수가 있다. 또, 상기 공지기술에서는 편심에 의하여 팁 클리어런스를 형성하여 있기 때문에, 회전위치에 따라 그의 클리어런스 양이 변동하는데 대하여, 본 발명에서는, 하나의 팁 클리어런스에 대하여 본 경우, 항상(회전위치에 불구하고) 일정한 클리어런스 양이기 때문에, 균등한 전단력이 작용한다. 더욱이, 혼련날개가 원주방향으로 다른 3종류의 팁 클리어런스를 출현시키도록 구성되어 있는 것이 바람직하다. 즉 가장 팁 클리어런스가 작은 고위팁부와 가장 팁 클리어런스가 큰 저위팁부에 더하여, 고위팁부 및 저위팁부의 혼련물에 대한 전단력 및 유동을 조정할만한, 중간팁 클리어런스로 되게 하는 중위팁을 설치하는 것이 바람직하다. 가장 작은 팁 클리어런스가 내경을 1로할 때, 내경에 대하여 0.002∼0.02이고, 가장 큰 팁 클리어런스가 내경에 대하여 0.08∼0.2 되도록 설정하는 것이 바람직하다. 고위팁부, 저위팁부, 중위팁부의 3종류의 팁 클리어런스를 설치하는 경우에는 가장 작은 팁 클리어런스가 내경에 대하여 0.002∼0.02이고, 가장 큰 팁 클리어런스가 내경에 대하여 0.08∼0.2이고 중간의 팁 클리어런스가 내경에 대하여 0.02∼0.08 되도록 설정하는 것이 바람직하다.
상기 혼련 세그먼트가 일체형의 로터 세그먼트이면 연속적인 절삭가공에 의하여 각종의 팁 클리어런스의 혼련날개를 용이하게 형성할 수가 있다.
상기 혼련 세그먼트가 분할형의 로더세그먼트로 이루어지고, 분할된 개개의 로터세그먼트마다 고유의 팁 클리어런스를 각종의 나선각도나 수량으로 출현하도록 혼련날개를 형성하여 두면, 각 로터세그먼트의 조합에 의하여 각종의 팁 클리어런스를 출현시킬수가 있다.
상기 혼련 세그먼트가 복수의 분할형의 디스크 세그먼트로 이루어짐으로서, 복수의 디스크 세그먼트를 조합함으로써, 각종의 팁 클리어런스의 조합을 원주방향 및 축방향에 있어서 출현시킬 수가 있다.
상기 혼련 세그먼트가 일체형 또는 분할형의 로터세그먼트와 분할형의 디스크 세그먼트와의 조합으로 이루어지므로서, 로터세그먼트에 의하여 혼련성능을 크게 설정한 후, 각종의 팁 클리어런스를 갖는 디스크 세그먼트을 조합함으로서, 혼련성능을 미조정할 수가 있다.
상기 혼련 세그먼트가 복수 군데에 설치되어 있으므로서, 혼련성능을 대폭 향상시킬수가 있다.
더욱이, 상기 양스크루 세트에 있어서 혼련 세그먼트의 혼련날개 끼리가 맞물러 있으므로서 스크루 세트간의 혼련 대상물의 이동이 촉진함으로서, 혼련성능을 한층 향상시킬수가 있다.
더욱이, 맞물린 혼련날개 끼리도 혼련 세그먼트에 부착한 혼련 대상물을 긁어 떨어뜨리도록 상기 양스크루 세트를 동방향으로 회전시키므로서, 혼련 세그먼트에 부착한 혼련 대상물이 혼련 날개에 의하여 긁어 떨어지므로 혼련 세그먼트가 충분히 클리닝된 상태로 된다. 따라서, 다음회분의 혼련물의 생산이 개시되었을때에, 전회분의 혼련 대상물의 잔류량이 약간이기 때문에 생산상승시의 혼련물의 로스량을 저감할 수가 있다라는 효과를 이룬다.
더욱이 상기 혼련 세그먼트에 있어서 혼련날개의 꼭지점부간의 원주면이 맞물러진 혼련날개의 꼭지부에 접촉하도록 만곡하고 볼록하게 형성되어 있으므로, 혼련 세그먼트에 부착한 혼련 대상물을 혼련날개에 의하여 한층더 충분하게 긁어 떨어 뜨릴수가 있다라는 효과를 이룬다.

Claims (12)

  1. 2축 혼련기에 있어서,
    챔버;
    상기 챔버내에서 회전가능하게 장착된 제 1 스크루 세트와 제 2 스크루 세트;
    각각의 제 1 및 제 2 스크루 세트에 형성된 적어도 하나의 혼련 세그먼트; 그리고
    상기 적어도 하나의 혼련 세그먼트의 각각에 형성된 제 1 및 제 2 혼련날개; 로 구성되어 있으며, 상기 제 1 혼련날개는 상기 챔버의 내경에 대하여 상기 제 2 혼련날개의 팁 클리어런스보다 큰 팁 클리어런스를 가지고 있어서, 상기 적어도 하나의 혼련 세그먼트의 회전축이 상기 챔버의 챔버중심과 일치시켰을 때 적어도 원주방향으로 2개의 다른 팁 클리어런스를 형성하는 것을 특징으로 하는 2축 혼련기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 혼련날개가 원주방향으로 다른 3종류의 팁 클리어런스를 출현시키도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 2축 혼련기.
  3. 제 1 항에 있어서, 가장 작은 팁 클리어런스가 내경이 1일 때, 내경에 대하여 0.002∼0.02이고, 가장 큰 팁 클리어런스가 내경에 대하여 0.08∼0.2인 것을 특징으로 하는 2축 혼련기.
  4. 제 2 항에 있어서, 가장 작은 팁 클리어런스가 내경이 1일 때, 내경에 대하여 0.002∼0.02이고, 가장 큰 팁 클리어런스가 내경에 대하여 0.08∼0.2이고, 중간의 팁 클리어런스가 내경에 대하여 0.02∼0.08인 것을 특징으로 하는 2축 혼련기.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 혼련 세그먼트가 일체형의 로터 세그먼트로 이루어지는 것을 특징으로 하는 2축 혼련기.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 혼련 세그먼트가 분할형의 로터 세그먼트로 이루어지는 것을 특징으로 하는 2축 혼련기.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 혼련 세그먼트가 복수의 분할형의 디스크 세그먼트로 이루어지는 것을 특징으로 하는 2축 혼련기.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 혼련 세그먼트가 일체형 또는 분할형의 로터 세그먼트와 분할형의 디스크 세그먼트와의 조합으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 2축 혼련기.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 혼련 세그먼트가 복수 군데에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 2축 혼련기.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 한쌍의 스크루 세트에 있어서 혼련날개끼리가 맞물려 있는 것을 특징으로 하는 2축 혼련기.
  11. 제 10 항에 있어서, 맞물린 혼련날개 끼리로 상기 혼련 세그먼트에 부착한 혼련 대상물을 긁어 떨어뜨리도록 상기 1쌍의 스크루 세트를 동방향으로 회전시키는 것을 특징으로 하는 2축 혼련기.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 혼련 세그먼트에 있어서 혼련날개의 꼭대기부 간의 원주면이 맞물린 혼련날개의 꼭대기부에 접촉하도록 만곡볼록 형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 2축 혼련기.
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