特開 2024-156513 混練パドル、混練装置、および混練パドルの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024156513

(43)【公開日】2024-11-06

(54)【発明の名称】混練パドル、混練装置、および混練パドルの製造方法

(51)【国際特許分類】

   B01F 27/053 20220101AFI20241029BHJP

   B01F 27/112 20220101ALI20241029BHJP

   B01F 27/702 20220101ALI20241029BHJP

   B01F 27/07 20220101ALI20241029BHJP

   B01F 27/50 20220101ALI20241029BHJP

【ＦＩ】

B01F27/053

B01F27/112

B01F27/702

B01F27/07

B01F27/50

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023071037

(22)【出願日】2023-04-24

(71)【出願人】

【識別番号】000142595

【氏名又は名称】株式会社栗本鐵工所

(74)【代理人】

【識別番号】110001586

【氏名又は名称】弁理士法人アイミー国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】大濱 徳也

(72)【発明者】

【氏名】藤井 淳

(72)【発明者】

【氏名】山崎 晃史

(72)【発明者】

【氏名】韓 昌和

(72)【発明者】

【氏名】小林 大介

(72)【発明者】

【氏名】福本 和典

【テーマコード（参考）】

4G078

【Ｆターム（参考）】

4G078AA09

4G078AA30

4G078AB20

4G078BA01

4G078BA07

4G078BA09

4G078CA01

4G078DA01

4G078DB10

(57)【要約】

【課題】金属コンタミを防止するとともに、高温の材料にも使用可能な混練パドルを提供すること。
【解決手段】混練パドル（５）は、混練装置のハウジング内に配置された回転シャフトに取り付けられるパドルであって、回転シャフトが挿通される挿通孔（１１）が設けられた本体部（１０）と、本体部の軸方向両端面の互いに対応する位置に設けられた一対の凸部（２０ａ，２０ｂ）とを一体に備えたセラミックス成形品からなる。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

混練装置のハウジング内に配置された回転シャフトに取り付けられるパドルであって、
前記回転シャフトが挿通される挿通孔が設けられた本体部と、前記本体部の軸方向両端面の互いに対応する位置に設けられた一対の凸部とを一体に備えたセラミックス成形品からなる、混練パドル。

【請求項2】

前記挿通孔を取り囲む前記本体部の内周面に、前記回転シャフトの外周面に設けられた断面矩形状のキーを受け入れる略Ｕ字状の溝部が設けられており、
前記溝部のコーナー部には丸みが付けられている、請求項１に記載の混練パドル。

【請求項3】

前記本体部は、軸方向に見て、前記挿通孔のｘ方向両側において相互に膨出した一対の円弧面と、前記挿通孔のｙ方向両側に位置し、前記一対の円弧面の周方向端部同士を接続する一対の先端面とを含み、
前記先端面の幅は、前記本体部のｘ方向長さの５％以上３０％以下である、請求項１に記載の混練パドル。

【請求項4】

請求項１～３のいずれかに記載の混練パドルが、２本の前記回転シャフトのそれぞれに軸方向位置が重なるように整列して配置されている、混練装置。

【請求項5】

混練装置のハウジング内に配置された回転シャフトに取り付けられる混練パドルの製造方法であって、
セラミックスを原材料とした円盤状部材から、挿通孔およびキー溝を有する平面視凸レンズ形状の本体部を形成するとともに、前記本体部の軸方向両端面の互いに対応する位置に一対の凸部を形成することにより、一次加工品を成形する成形工程と、
前記一次加工品を焼結する焼結工程と、
焼結後の前記一次加工品に対し、前記一対の凸部の両端面を研磨することにより二次加工品を成形する研磨工程とを含む、混練パドルの製造方法。

【請求項6】

前記成形工程は、前記キー溝のコーナー部に丸みを付ける工程を含む、請求項５に記載の混練パドルの製造工程。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、混練パドル、混練装置、および混練パドルの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

混練装置のハウジング内に配置された回転シャフトに取り付けられ、ハウジング内に投入された材料を撹拌する混練パドルは、耐熱性および強度の観点から、たとえばステンレス鋼などの金属によって形成されている。しかし、たとえば混練パドルのセルフクリーニング機能を有する２軸タイプの混練装置では、一方の回転シャフトに取り付けられた混練パドルの頂部（先端面）が、ハウジングの内面や他方の回転シャフトに取り付けられた混練パドルの円弧面（回転方向側面）に近接して通過するため、混練パドルの外周面に摩耗が生じるケースがある。その場合、混練材料に金属異物が混入し、金属コンタミが生じるおそれがある。

【0003】

従来は、たとえば特開２０１４－１２３４４号公報（特許文献１）に開示されているように、混練パドルの外周部に肉盛層（補強層）を設けることにより、混練パドルの摩耗を防止していた。

【0004】

また、特開２０２０－６３３８号公報（特許文献２）に開示されているように、混練パドルを樹脂成形品とする技術も従来から提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１４－１２３４４号公報

【特許文献2】特開２０２０－６３３８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１のように混練パドルの外周面に肉盛層を設けた場合でも、母体が金属を含むため、金属コンタミのリスクを完全に無くすことはできない。また、混練パドルの製造時には、肉盛のための製造工程が増えるというデメリットもある。

【0007】

特許文献２のように混練パドルを樹脂成形品とした場合、金属コンタミは生じないものの、金属に比べて耐熱性が低いため、高温の材料を対象とする混練装置には用いることができない。

【0008】

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、金属コンタミを防止するとともに、高温の材料にも使用可能な混練パドル、およびその製造方法を提供することである。

【0009】

また、このような混練パドルを備えた混練装置を提供することも、他の目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

この発明のある局面に従う混練パドルは、混練装置のハウジング内に配置された回転シャフトに取り付けられるパドルであって、回転シャフトが挿通される挿通孔が設けられた本体部と、本体部の軸方向両端面の互いに対応する位置に設けられた一対の凸部とを一体に備えたセラミックス成形品からなる。

【0011】

好ましくは、凸部は円環状であり、凸部の外周縁はテーパ形状を有している。

【0012】

好ましくは、挿通孔を取り囲む本体部の内周面に、回転シャフトの外周面に設けられた断面矩形状のキーを受け入れる略Ｕ字状の溝部が設けられており、溝部のコーナー部には丸みが付けられている。

【0013】

本体部は、軸方向に見て、挿通孔のｘ方向両側において相互に膨出した一対の円弧面と、挿通孔のｙ方向両側に位置し、一対の円弧面の周方向端部同士を接続する一対の先端面とを含む。好ましくは、先端面の幅は、本体部のｘ方向長さの５％以上３０％以下である。

【0014】

この発明の他の局面に従う混練装置において、上記混練パドルが、２本の回転シャフトのそれぞれに軸方向位置が重なるように整列して配置されている。

【0015】

この発明の他の局面に従う混練パドルの製造方法は、混練装置のハウジング内に配置された回転シャフトに取り付けられる混練パドルの製造方法であって、セラミックスを原材料とした円盤状部材から、挿通孔およびキー溝を有する平面視凸レンズ形状の本体部を形成するとともに、本体部の軸方向両端面の互いに対応する位置に一対の凸部を形成することにより、一次加工品を成形する成形工程と、一次加工品を焼結する焼結工程と、焼結後の一次加工品に対し、一対の凸部の両端面を研磨することにより二次加工品を成形する研磨工程とを含む。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、金属コンタミを防止することができる。また、本発明の混練パドルを高温の材料にも使用することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の実施の形態に係る混練装置の全体構成を示す断面図である。

【図2】本発明の実施の形態に係る混練装置における混練パドルの取り付け構造を示す断面図である。

【図3】本発明の実施の形態に係る混練パドルの正面図である。

【図4】図３のＩＶ方向から見た混練パドルの側面図である。

【図5】図３のＶ－Ｖ線に沿う混練パドルの断面図である。

【図6】発明の実施の形態に係る混練パドルにおけるキー溝（溝部）の形状および深さを示す模式図である。

【図7】発明の実施の形態に係る混練パドルにおけるキー溝（溝部）の形状および深さを示す模式図である。

【図8】公知の混練パドルを軸方向に見た正面図である。

【図9】図８のＩＸ－ＩＸ線に沿う公知の混練パドルの断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

【0019】

＜混練装置の全体構成例＞
図１および図２を参照して、本発明の実施形態に係る混練装置１の全体構成について説明する。図１は、混練装置１の全体構成を示す断面図である。図２は、混練装置１における混練パドル５の取り付け構造を示す断面図であり、図１のＩＩ－ＩＩ線に対応する。

【0020】

混練装置１は、高腐食環境下で複数種の原材料を混練し、たとえば電池などの製品の材料として用いられる混練物を作る。

【0021】

この混練装置１は、たとえば２連円筒形のハウジング２を備えており、内部に互いに平行な２本の回転シャフト３が配置されている。２本の回転シャフト３は同じ位置高さで水平に延びている。以下の説明において、回転シャフト３の軸線Ｏ方向を軸方向という。また、水平面上において軸方向に直交する方向を左右方向という。

【0022】

ハウジング２は、軸方向に長く、長手方向（筒軸方向）一方側の上端部に原材料の投入口２ａを有し、長手方向他方側の下端部に混練物の排出口２ｂを有している。また、ハウジング２の長手方向両端面には、軸受が組み込まれた軸受箱２ｃが取り付けられている。混練装置１は、原材料の供給と、原材料を混練した混練材料の排出とを連続的に行う連続式二軸混練装置である。

【0023】

ハウジング２のトラフ２ｄで区切られる混練室２ｅ内に、一対の回転シャフト３が配置されている。各回転シャフト３は、ハウジング２の両端面の軸受箱２ｃの軸受により回転可能に支持されており、図示しない駆動機構（たとえばモータ）により回転駆動される。一対の回転シャフト３は互いに同方向に回転駆動される。

【0024】

各回転シャフト３に、複数のスクリュ４及び複数の混練パドル５が軸方向に並んで取り付けられている。図２に示すように、回転シャフト３は真円状断面を有し、その外周面には軸方向に延びる断面矩形状のキー３ａが設けられている。スクリュ４および混練パドル５は、このキー３ａに嵌合するように取り付けられている。これにより、スクリュ４および混練パドル５は回転シャフト３と一体回転する。なお、混練室２ｅの外周を取り囲むジャケット２ｆ内には熱媒体等が流通可能となっている。

【0025】

回転シャフト３の作動時にハウジング２の投入口２ａから原材料が投入されると、原材料は混練パドル５により撹拌されながら、スクリュ４により軸方向他方側（排出口２ｂ側）に向けて送られる。ハウジング２内で撹拌されて生成された混練物は、排出口２ｂから排出される。

【0026】

一対の回転シャフト３の各々には、混練パドル５がいずれも取付け角度を例えば４５度ずつ変えて組み込まれている。対応する左右一対の混練パドル５は、いずれも位相が９０度ずれた状態で組み込まれている。また、一対の回転シャフト３のそれぞれに、互いの軸方向位置が一致するように混練パドル５が取り付けられている。つまり、ハウジング２内には、複数の混練パドル５が、２本の回転シャフト３のそれぞれに軸方向位置が重なるように整列して配置されている。

【0027】

左右に整列する一対の混練パドル５は、常に一方の先端面が他方の円弧面（回転方向側面）をこするように近接して回転し、またトラフ２ｄの内面と混練パドル５との隙間も小さいため、混練パドル５やトラフ２ｄの内面に対する材料の付着が抑えられる。このように、混練パドル５はセルフクリーニング作用を有している。さらに、左右の混練パドル５の間、トラフ２ｄの内面と混練パドル５間での剪断作用も有する。

【0028】

＜混練パドルの構成＞
（基本構成について）
図３～図５を参照して、本実施の形態における混練パドル５の基本構成について説明する。図３は、混練パドル５の正面図である。図４は、図３のＩＶ方向から見た混練パドル５の側面図である。図５は、図３のＶ－Ｖ線に沿う混練パドル５の断面図である。これらの図では、軸方向に見て（正面から見て）互いに直交する方向をｘ方向およびｙ方向として示し、軸方向をｚ方向として示している。

【0029】

本実施の形態の混練パドル５はセラミックス成形品である。セラミックスは、非金属・無機固体材料固体材料であり、特に、非金属元素からなる材料（例：シリコンやダイヤモンド）と、金属元素と非金属元素の組合せである無機化合物材料（酸化物、炭化物、窒化物など）とを表わす。混練パドル５の材料をセラミックスとすることにより、混練物への金属異物の混入を防止することができるので、一般的な金属製の混練パドルを用いる場合に比べて混練物の品質を向上させることができる。

【0030】

混練パドル５は、回転シャフト３が挿通される挿通孔１１が設けられた本体部１０と、本体部１０の軸方向両端面（正面１０ａおよび裏面１０ｂ）の互いに対応する位置に設けられた一対の凸部２０とを一体的に備えている。本体部１０は一定の厚み（Ｔ１）を有しており、挿通孔１１は、本体部１０を板厚方向（軸方向）に貫通する丸穴である。挿通孔１１の直径φは、回転シャフト３の径と略等しい（締め代分だけ若干大きい程度である）。なお、上述の図１では凸部２０の図示は省略している。

【0031】

本体部１０は、正面から見て（軸方向に見て）凸レンズ形状であり、挿通孔１１のｘ方向両側において相互に膨出した一対の円弧面１２ａ，１２ｂと、挿通孔１１のｙ方向両側に位置し、一対の円弧面１２ａ，１２ｂの周方向端部同士を接続する一対の先端面１３ａ，１３ｂとを含む。これらの円弧面１２ａ，１２ｂおよび先端面１３ａ，１３ｂは、本体部１０の外周面（側面）を構成している。

【0032】

本体部１０の正面１０ａおよび裏面１０ｂのそれぞれに、挿通孔１１１を取り囲むように凸部２０ａ，２０ｂが設けられている。本体部１０および凸部２０ａ，２０ｂは同一材料によって一体形成されている。凸部２０ａ，２０ｂの平面形状は、軸線Ｏを中心とする円環状である。凸部２０ａ，２０ｂの表面は軸方向に直交する互いに平行な平坦面であり、両者の表面積は等しい。なお、「等しい」とは、完全に一致する場合に限定されず、製造誤差を許容するものとする。正面１０ａのうち凸部２０ａを除く部分、および、裏面１０ｂのうち凸部２０ｂを除く部分もまた、軸方向に直交する互いに平行な平坦面である。

【0033】

挿通孔１１周りの部分（凸部２０ａ，２０ｂが設けられる部分）は、回転シャフト３を受け入れるボス部１５を構成する。ボス部１５の内周面に、挿通孔１１に連続する溝部（以下「キー溝」という）１４が設けられている。キー溝１４は挿通孔１１の周方向の一箇所を径方向外側に窪ませた凹部であり、回転シャフト３のキー３ａと嵌合する。キー溝１４は、正面の凸部２０ａ、本体部１０、および裏面の凸部２０ｂを貫通して奥行き方向に延びている。キー溝１４の形状については後述する。

【0034】

（凸部について）
本実施の形態における混練パドル５は、上述のように本体部１０の正面１０ａおよび裏面１０ｂの両方に凸部２０ａ，２０ｂを有している。ここで、本実施の形態の混練パドル５の対比例を図８および図９に示す。図８は、一般的な金属製の混練パドル１００の正面図であり、図３に対応する。図９は、図８のＩＸ－ＩＸ線に沿う混練パドル１００の断面図であり、図５に対応する。

【0035】

公知の混練パドル１００は、回転シャフト３が挿通される挿通孔１１１が設けられた本体部１１０と、本体部１１０の軸方向一方端面（たとえば正面１１０ａ）に設けられた凸部１２０とを一体的に備えている。本体部１１０の軸方向他方端面（たとえば裏面１１０ｂ）は凹凸の無い平坦面である。混練パドル１００の全体の厚みＴ１３は、本体部１１０の厚みＴ１１と凸部１２０の厚みＴ１２との合計値である。

【0036】

取り付け状態（使用状態）において、混練パドル１００の凸部１２０の表面は、軸方向一方側に隣接する他の混練パドル１００の裏面１１０ｂと近接または面接触する。この凸部１２０はスペーサとして機能し、これによって、左右方向に隣り合う２つの混練パドル１００の軸方向位置のずれを吸収するようにしている。具体的には、一方の回転シャフト３においてｎ番目に取り付けられた第１の混練パドル１００と他方の回転シャフト３において（ｎ－１）または（ｎ＋１）番目に取り付けられた第２の混練パドル１００との干渉を抑制している。

【0037】

一方、本実施の形態における混練パドル５は、本体部１０の正面１０ａおよび裏面１０ｂの両方に凸部２０ａ，２０ｂを有している。そのため、取り付け状態（使用状態）において、混練パドル５の正面の凸部２０ａは軸方向一方側に隣接する他の混練パドル５の裏面の凸部２０ｂと近接または面接触する。混練パドル５の裏面の凸部２０ｂは軸方向他方側に隣接する他の混練パドル５の正面の凸部２０ａと近接または面接触する。セラミックスは金属よりも強度が低いものの、凸部２０ａ，２０ｂ同士が接触する構成とすることにより、接触時の衝撃を緩和できる。また、軸方向に隣接する２つの混練パドル５の本体部１０間の間隔を、公知の混練パドル１００を用いる場合よりも大きくすることができる。その結果、セラミック製の混練パドル５が接触により破損する（割れる）リスクを軽減することができる。

【0038】

また、混練パドル５の軸方向両側に凸部２０ａ，２０ｂを設けることにより、左右方向に隣り合う２つの混練パドル５の軸方向位置が多少ずれたとしても、一方の回転シャフト３に取り付けられた第１の混練パドル５と、他方の回転シャフト３に取り付けられた第２の混練パドル５との接触を防止することができる。したがって、本実施の形態における混練パドル５は、２軸タイプの混練装置１に対しても適用することが可能である。

【0039】

凸部２０ａ，２０ｂの外周縁２１は、面取り加工されていることが望ましい。図５に示されるように、凸部２０ａ，２０ｂの外周縁２１はテーパ形状を有している。これにより、凸部２０ａ，２０ｂ同士が接触する際の衝撃を緩和することができる。外周縁２１の軸方向に対する勾配角度θは、３０度以上６０度以下であり、たとえば４５度程度である。外周縁２１は、凸部２０ａ，２０ｂの表面のリング幅が全周にわたって一定に（最大）となるように面取りされていることが望ましい。そのため、混練パドル５を正面から見た場合、凸部２０ａの表面の外周円（外周縁２１の径方向内側の小径円）が円弧面１２ａ，１２ｂに内接している。

【0040】

（本体部の寸法について）
図３および図８を参照して、混練パドル５の本体部１０のｘｙ方向の寸法について説明する。公知の混練パドル１００においては、ｙ方向長さ（縦幅）Ｌ１２がたとえば５０ｍｍ程度の場合、本体部１１０のｘ方向長さ（横幅）Ｌ１１を１とすると、ｙ方向長さ（縦幅）Ｌ１２は１．９以上である。また、混練パドル１００を収容するハウジング２（トラフ２ｄ）の円筒状内周面２ｇ（図１および図２参照）の直径とｙ方向長さＬ１２との差は僅差（１．０ｍｍ以下）である。

【0041】

これに対し、混練パドル５においては、本体部１０のｘ方向長さ（横幅）Ｌ１を１とすると、ｙ方向長さ（縦幅）Ｌ２がたとえば５０ｍｍ程度の場合、ｙ方向長さ（縦幅）Ｌ２はたとえば１．７以上１．９以下である。なお、ｘ方向長さは、軸線Ｏを通り一対の円弧面１２ａ，１２ｂを最短距離で結ぶ線分の長さに相当し、ｙ方向長さは、軸線Ｏを通り一対の先端面１３ａ，１３ｂを最短距離で結ぶ線分の長さに相当する。

【0042】

このように、本実施の形態における本体部１０のｙ方向長さＬ２は、公知の混練パドル１００の本体部１１０のｙ方向長さＬ１２よりも若干短い。混練パドル５を収容するハウジング２（トラフ２ｄ）の円筒状内周面２ｇ（図１および図２参照）の直径とｙ方向長さＬ２との差は、１．０ｍｍ以上３．０ｍｍ未満である。なお、上記縦横比は、ｙ方向長さがたとえば４０ｍｍ以上６０ｍｍ以下の混練パドルに対して有効である。

【0043】

このようにすることで、混練パドル５の本体部１０の先端面１３ａ，１３ｂがトラフ２ｄの内面や左右方向に隣接する他の混練パドル５の本体部１０の円弧面１２ａ，１２ｂと接触することを防止することができる。したがって、セラミック製の混練パドル５が接触により破損する（割れる）リスクを軽減することができる。

【0044】

混練パドル５のｙ方向長さＬ２を金属製の混練パドル１００のｙ方向長さＬ１２よりも短くする分、図４に示す混練パドル５の先端面１３ａ，１３ｂの幅Ｌ３は、金属製の混練パドル１００の先端面１１３ａ，１１３ｂの幅よりも大きい。混練パドル５の先端面１３ａ，１３ｂの幅Ｌ３は、混練パドル５のセルフクリーニング作用を考慮し、たとえば、ｘ方向長さＬ１の５％以上３０％以下の範囲で定められる。一例として、先端面１３ａ，１３ｂの幅Ｌ３は、ｘ方向長さＬ１の１０％以上２０％以下である。混練パドル５のｘ方向長さＬ１は、回転シャフト３の直径が一定であれば、ｙ方向長さＬ２の長短に関わらず、大きく変わらないことが多い。そのため、先端面１３ａ，１３ｂの幅Ｌ３の上記比率は、ｙ方向長さＬ２が２０ｍｍ以上９０ｍｍ以下の比較的小さい混練パドルにも、１００ｍｍ以上２００ｍｍ以下の比較的大きい混練パドルにも、当てはまる。

【0045】

図５および図９を参照して、混練パドル５の厚みについて説明する。混練パドル５の全体の厚みＴ４は、公知の混練パドル１００の全体の厚みＴ１３と同じであるが、本体部１０の厚みＴ１は、公知の混練パドル１００の本体部１１０の厚みＴ１１以下である。

【0046】

つまり、凸部２０ａ，２０ｂの厚み（本体部１０からの突出寸法）Ｔ２，Ｔ３の合算値は公知の混練パドル１００の凸部１２０の厚みＴ１２以上である。凸部２０ａ，２０ｂの厚みＴ２，Ｔ３は典型的には互いに等しい。凸部２０ａ，２０ｂの厚みＴ２，Ｔ３の合算値は、混練パドル５の全体の厚みＴ４の１／２０以上１／５以下であることが望ましく、たとえば厚みＴ４の１／１５以上１／１０以下である。

【0047】

このように、本実施の形態では本体部１０の厚みＴ１１を比較的小さくすることで、公知の混練パドル１００と同じ配列で、混練パドル５を回転シャフト３に組み込むことができる。

【0048】

（キー溝について）
図６を参照して、キー溝１４の形状について説明する。図６は、キー溝１４の形状を示す模式図であり、図３の一部（ＶＩ線で囲む部分）を拡大して示す。また、図６では、理解を容易にするために、キー溝１４に収容される回転シャフト３のキー３ａを示している。

【0049】

キー溝１４は、略Ｕ字状に形成され、底面１４ａ、両側面１４ｂ、および、底面１４ａと各側面１４ｂとの間のコーナー部１４ｃを有している。回転シャフト３のキー３ａの形状は矩形形状であり、キー溝１４に収容される部分の角部３ｃの形状は略直角形状である。これに対し、キー溝１４のコーナー部１４ｃには丸みが付けられている。つまり、コーナー部１４ｃの形状は、底面１４ａと側面１４ｂとを滑らかに接続する丸形状（Ｒ形状）である。

【0050】

図８に示す公知の混練パドル１００のキー溝１１４は、キー３ａの形状に対応した形状を有しており、キー溝１１４のコーナー部の形状は略直角形状である。キー溝１１４の幅Ｗ１は、回転シャフト３のキー３ａの幅と略等しい（締め代分だけ若干大きい程度である）。また、挿通孔１１１の内周面（周壁）を基準としたキー溝１１４の深さＤ１０は、回転シャフト３の外周面を基準としたキー３ａの突出寸法Ｄ１（図６）と略同じである。そのため、取り付け状態においてキー溝１１４は、底面および両側面の略全体がキー溝１１４に接触する。

【0051】

本実施の形態における混練パドル５のキー溝１４の幅Ｗ１は、公知の混練パドル１００と同様に、回転シャフト３のキー３ａの幅と略等しい。一方、キー溝１４の深さＤ２は、コーナー部１４ｃの分だけ、キー３ａの突出寸法Ｄ１より深い。そのため、取り付け状態においてキー溝１４は、両側面１４ｂにおいてのみキー３ａと接触し、底面１４ａはキー３ａから離間する。

【0052】

このように、公知の混練パドル１００よりもキー溝１４の深さＤ２を深くすることにより、キー溝１４の両側面１４ｂにおける接触面積を確保しつつ、キー３ａの角部３ｃがキー溝１４のコーナー部１４ｃに接触することを防止できるので、コーナー部１４ｃが損傷するリスクを低減できる。また、回転シャフト３のキー３ａを調整しなくても、本実施の形態の混練パドル５を回転シャフト３に組み付けることができるメリットもある。つまり、混練装置１のハウジング２および回転シャフト３を従来のまま利用することができる。

【0053】

なお、図７に示すキー溝１４Ａのように、キー溝１４Ａの深さＤ３を、公知の混練パドル１００のキー溝１１４の深さＤ１０と同様にし、その分、回転シャフト３のキー３ｂの突出寸法Ｄ４または回転シャフト３の径を小さくしてもよい。

【0054】

本実施の形態のキー溝１４の深さＤ２は、挿通孔１１の直径φを１とすると、たとえば０．０７～０．１１である。キー溝１４のコーナー部１４ｃは、挿通孔１１の直径φを１とすると、たとえば半径０．０１～０．１０程度の丸みを有している。具体的なコーナー部１４ｃの丸み半径は、たとえば０．１ｍｍ～５．０ｍｍであり、２．０ｍｍ以下であることが望ましい。

【0055】

なお、キー溝１４と挿通孔１１との交差部１４ｄもまた、丸みを有していてもよい。また、キー溝１４は複数設けられていてもよい。

【0056】

＜混練パドルの製造方法について＞
本実施の形態における混練パドル５は、主に、次の工程を経ることで製造可能である。

【0057】

（１）準備工程
原材料を準備する。原材料は、ファインセラミックスのうち酸化物に分類される材料が望ましく、その中でも「構造材料」として用いられるジルコニア、アルミナ、フォルスライト、ジルコン、ムライト、ステアタイト、コーディエライトのいずれかを用いることが望ましい。なお、ファインセラミックスのうち非酸化物に分類される窒化アルミニウム、窒化ケイ素、および炭化ケイ素、あるいは窒化チタンなどを用いることも可能である。

【0058】

原材料は、ジルコニア（二酸化ジルコニウム）を含有していることが望ましい。ジルコニアの含有率は１００％であってもよいし、他種の材料（たとえばアルミナ）を含んでいてもよい。ジルコニアは、セラミックスのなかで最も高い強度および靭性を有しているため、少なくとも２０％以上含むことが望ましい。ジルコニアの望ましい含有率については後述する。

【0059】

（２）成形工程
ジルコニアを含む原材料を元に、円盤状部材から混練パドル５の概略形状を有する一次加工品を成形する。この成形工程において、たとえば旋盤により挿通孔１１および凸部２０ａ，２０ｂ（ボス部１５）を形成するとともに、ボス部１５に連続する羽根部（円弧面１２ａ，１２ｂ）および先端面１３ａ，１３ｂをマシニング等により加工する。また、挿通孔１１に連なるキー溝１４を形成する。

【0060】

つまり、セラミックスを原材料とした円盤状部材から、挿通孔１１およびキー溝１４を有する平面視凸レンズ形状の本体部１０を形成するとともに、本体部１０の軸方向両端面の互いに対応する位置に一対の凸部２０ａ，２０ｂを形成することにより、一次加工品を成形する。

【0061】

成形工程においてキー溝１４を形成する際に、キー溝１４のコーナー部１４ｃのＲ加工（丸み加工）が行われる。つまり、成形工程は、キー溝１４のコーナー部１４ｃに丸みを付ける工程を含む。この段階におけるキー溝１４の丸み半径は、後の焼結工程での収縮を考慮し、完成品の丸みの半径（０．１ｍｍ～５．０ｍｍ）よりも大きい。一例として、ジルコニアの含有率が１００％の場合、焼結工程で半分位のサイズになることから、成形工程における丸み半径は、完成品の丸み半径の２倍程度としてもよい。

【0062】

（３）焼結工程
一次加工品を焼結（焼成）する。焼結工程は、所定の昇温速度で最高温度まで加熱する第１工程と、最高温度での加熱を所定の保持時間、継続する第２工程と、最高温度から所定の降温速度で成形体を冷却する第３工程とを含む。第１工程においてセラミックスの成形体を加熱すると、隣合う原料粒子が除々に接着し、粒子間のすき間が小さくなると同時に全体が収縮する。なお、最後の冷却工程においても原材料によっては収縮が起こる場合がある。焼結工程における昇温速度、最高温度、および保持時間などの条件は、試行錯誤により最適な条件が定められる。

【0063】

（４）研磨工程
焼結後の一次加工品に対し、一対の凸部２０ａ，２０ｂの両端面、キー溝１４の両側面１４ｂ、および挿通孔１１を研磨する。

【0064】

（５）焼き入れ工程
二次加工品を焼き入れし、完成品を得る。

【0065】

ジルコニアを含有する一次加工品は、研磨工程の前の焼結工程において大きく収縮する。焼結工程における上記条件は、熱収縮による破損が生じないように定められるが、成形工程においてキー溝１４のコーナー部１４ｃに丸みを付けず、コーナー部を直角形状とした場合、コーナー部に応力が集中し、コーナー部を起点に割れが生じことがある。これに対し、本実施の形態では、成形工程においてキー溝１４のコーナー部１４ｃに丸みが付けられているため、熱収縮時の応力集中の影響によりコーナー部１４ｃに割れが生じることを防止または抑制することができる。なお、キー溝１４の底面１４ａが緩やかな円弧状となるケースもある。

【0066】

このように焼結工程において一次加工品が熱収縮し、キー溝１４のコーナー部１４ｃに割れが生じやすくなることを考慮して、ジルコニアとアルミナなどの他種材料（ジルコニアよりも熱収縮率が低い材料）との含有比率を定めることが望ましい。なお、ジルコニアの含有率が低い場合は、焼結工程における熱収縮率を抑えることができるため、ジルコニアの含有率がたとえば８０％以下の場合には、コーナー部１４ｃを２ｍｍ以下と小さくできる。

【0067】

この場合、キー溝１４の底面１４ａにおいてもキー３ａと接触させることができるため、接触面積を増やすという観点では有利である。なお、回転シャフト３のキー３ａの角部３ｃも同様の丸形状とすることで、コーナー部１４ｃの丸みが比較的大きい形態においても、接触面積を増やすことが可能である（キー溝１４の底面１４ａにおいてもキー３ａと接触させることができる）ものの、回転シャフト３の加工は手間であり、望ましくない。

【0068】

上述のような焼結工程における熱収縮を考慮すると、ジルコニアの含有率を８０％以下とすることが望ましい。８０％を超えると、焼結工程の際の熱収縮を考慮してキー溝１４のコーナー部１４ｃの丸みを比較的大きくする必要があり、そうすると、（通常の）回転シャフト３のキー３ａとの接触面積が減る可能性があるからである。

【0069】

ジルコニアの含有率の下限値は上述のように２０％である。本実施の形態では、接触による衝撃を緩和するために、混練パドル５の軸方向両端面に凸部２０ａ，２０ｂを設けるとともに、混練パドル５のｙ方向長さを金属製の混練パドル１００のｙ方向長さよりも短くしている（先端面１３ａ，１３ｂの幅Ｌ３を比較的大きくしている）ことから、ジルコニアの含有率をこのような低い値にすることが可能である。

【0070】

なお、本実施の形態では、接触による衝撃を緩和するために混練パドル５の形状を工夫しているものの、混練パドルに求められる一定の強度を維持するために、ジルコニアの含有率は、５０％～８０％の範囲で定められることが望ましく、７０％～８０％の範囲で定められることがより望ましい。

【0071】

以上説明したように、本実施の形態における混練パドル５は、金属を含まず、セラミックス成形品のみからなるので、金属コンタミが発生しない。また、従来のように金属製の混練パドルに補強層を設ける必要がないので、混練パドル５の製造方法を簡素化することができる。また、セラミックス成形品は樹脂成形品よりも耐熱性が高いため、たとえば３００度以上の高温条件下においても、混練パドル５を用いることができる。

【0072】

また、上述のように混練パドル５の形状を工夫しているため、取り付け状態における混練パドル５の接触による破損を防止することができるので、本実施の形態における混練パドル５を金属製の混練パドル１００と同様に用いることが可能である。

【0073】

以上のように、本実施の形態によれば、高品質の混練パドル５を提供することができる。

【0074】

＜変形例＞
本実施の形態では、凸部２０ａ，２０ｂが挿通孔１１の周りに円環状に形成される例を示したが、このような例に限定されない。たとえば、凸部２０ａ，２０ｂは挿通孔１１から径方向外側に離れた位置（たとえばキー溝１４よりも外径側）に設けられていてもよい。また、凸部２０ａ，２０ｂの形状は、同じ形状であればよく、円環状でなくてもよい。

【0075】

また、本実施の形態では、２軸タイプの混練装置１を例に説明したが、本実施の形態における混練パドル５は１軸タイプの混練装置にも好適である。

【0076】

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0077】

１ 混練装置、２ ハウジング、３ 回転シャフト、３ａ，３ｂ キー、５，１００ 混練パドル、１０，１１０ 本体部、１１，１１１ 挿通孔、１４，１４Ａ，１１４ キー溝、２０ａ，２０ｂ，１２０ 凸部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】