JP5139453B2 - 中空スクリュ軸およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、原料を移送しながら伝導加熱する間接加熱型の乾燥機や連続式蒸発機等に使用される中空スクリュ軸と、その製造方法に関する。

液状原料中の水分を蒸発させ固形分を粉状製品として回収したり、樹脂を溶剤で溶かした液状原料から溶剤と固形樹脂を回収したりしようとする場合、液状原料を伝導加熱により間接的に加熱する方式の装置が用いられることが多い。このような間接加熱型装置のうち、原料が供給されるケーシングに原料移送用のスクリュ軸を組み込んだタイプの装置には、熱交換面積を大きくとるために、ケーシングの外側に設けたジャケットの内部に熱媒体を通すだけでなく、スクリュ軸もその螺旋状の羽根の内側まで中空にして熱媒体を通すようにしたものがある。

ところが、上記のような中空スクリュ軸は、その製造方法により寸法が制約されたり、コストが高くなったりする難点がある。例えば、深絞り加工により製造する場合は（特許文献１参照。）、塑性変形しやすい材料を使用することになるが、材料の強度が低くなるため長尺のものを製造することが難しい。また、機械加工によって中空軸の外周に螺旋状羽根の側面を削り出し、羽根側面の上端に金属製帯板を巻き回して溶接する方法では（特許文献２参照。）、溶接後の外形仕上加工も必要であり、製造工程が多く高コストの部品となる。

一方、鋳造により製造する場合は（特許文献３参照。）、図６に示すように、軸方向断面で２分割された鋳型５１内に鋳物砂等で作製した中子５２、５３をセットして溶融金属を流し込み、冷却終了後に中子５２、５３を壊して鋳造された中空スクリュ軸５４を取り出し、その後必要に応じて外形仕上加工を施せばよいので、製造コストを低く抑えることができる。しかしながら、スクリュ軸５４の内周側にはその螺旋状羽根の形状と対応する凹凸形状が形成されているので、スクリュ軸５４が長尺になるほど、冷却後に壊した内周側の中子５３の断片がスクリュ軸５４の中空部に残ってスクリュ軸５４使用時にトラブルを生じやすくなる。また、一般に、中空長尺鋳物は、曲がりやうねりが大きくなりやすく、真直度確保のための仕上加工に手間がかかることがある。

特開２００６−２９９８１５号公報 特許第２７３８２９８号公報 特許第４３０８７４３号公報

本発明の課題は、安価で長尺に形成するのに適した中空スクリュ軸とその製造方法を提供することである。

上記の課題を解決するために、本発明の中空スクリュ軸は、外周側に螺旋状の羽根を有し、内周側に外周形状と対応する形状の中空部が形成された胴部と、この胴部の両端から軸方向に延びる軸部とからなる中空スクリュ軸において、前記胴部と軸部とを別体で形成して連結するようにし、前記胴部は複数のスクリュ部品を軸方向に連結したものとし、前記各スクリュ部品は鋳造と外形加工により形成されたものとした。

すなわち、螺旋状羽根と対応する形状の中空部を有する胴部を軸部と別体とし、その胴部を、鋳造と外形加工により形成された複数のスクリュ部品を軸方向に連結したものとすることにより、胴部の羽根の内側部分を機械加工することなく製造できるようにするとともに、各スクリュ部品の長さをその鋳造後の中空部から中子の断片を容易に除去できる寸法に設定して、胴部全体を長尺にしても中子断片の残存に起因するトラブルを生じることなく使用できるようにしたのである。

上記の構成において、前記各スクリュ部品が溶接により互いに連結されている場合は、そのスクリュ部品どうしの接合部の内周側に補強用の短管をスクリュ部品と同軸に配し、この短管をスクリュ部品と一体に溶接しておくことが望ましい。このようにすれば、胴部全体を長尺にした場合にも真直度を確保しやすくなる。

そして、本発明の中空スクリュ軸は、原料を移送しながら伝導加熱する間接加熱型装置に、一対で互いに噛み合って同一方向に回転するように組み込まれる場合に、その効果が大きい。すなわち、間接加熱型装置において、一対の同一形状のスクリュ軸を互いに噛み合って同一方向に回転するように組み込んで、両スクリュ軸が互いの羽根に付着した原料を掻き落とし合うようにする場合は、その一対のスクリュ軸に本発明の中空スクリュ軸を適用すれば、熱交換面積を大きくとれるし、各スクリュ軸が前述のように胴部内周側の機械加工なく低コストで製造できるうえ、その製造過程で使用する中子も同一形状とすることができるのでコスト削減効果が大きくなる。

また、本発明の中空スクリュ軸の製造方法は、上述した構成の中空スクリュ軸を製造する際に、前記スクリュ部品の内周形状を有する中間成形品を鋳造する工程と、前記各中間成形品および前記両軸部を連結して一体化する工程と、前記各中間成形品の外形を加工して前記螺旋状の羽根を形成し、各中間成形品を前記スクリュ部品となす工程とを含むようにしたものである。

ここで、前記中間成形品を鋳造する際に精密鋳造法を用いるようにすれば、鋳造欠陥が少なく修正等による歪が少ない中空スクリュ軸が得られる。

本発明の中空スクリュ軸は、上述したように、螺旋状羽根と対応する形状の中空部を有する胴部を、複数のスクリュ部品を軸方向に連結したものとし、そのスクリュ部品を鋳造と外形加工により形成されたものとしたので、胴部の羽根の内側部分を機械加工することなく安価に製造することができるうえ、長尺に形成してもトラブルのおそれが少なく安定して使用することができる。

また、本発明の中空スクリュ軸の製造方法は、上記構成の中空スクリュ軸を製造する際に、鋳造された中間成形品を連結した状態で外形加工してスクリュ部品とするので、各中間成形品をそれぞれ外形加工してスクリュ部品としてから連結する場合に比べて、作業効率の向上が図れる。

実施形態の中空スクリュ軸の縦断正面図 図１の中空スクリュ軸の製造方法の第１工程を説明する縦断正面図 同上の第２工程を説明する縦断正面図 図１の中空スクリュ軸を組み込んだスクリュ式蒸発機の一部切欠き正面図 図４のＶ−Ｖ線に沿った断面図 従来の中空スクリュ軸の鋳造方法の一例を示す縦断正面図

以下、図１乃至図５に基づき、本発明の実施形態を説明する。図１に示すように、この中空スクリュ軸１は、中空の胴部２と胴部２の両端から軸方向に延びる中空の軸部３、４とからなる。その胴部２は、外周側に螺旋状の羽根５を有し、内周側に外周形状と対応する形状の中空部６が形成されている。その胴部２と軸部３、４とは分割されており、さらに胴部２が軸方向に複数のスクリュ部品７に分割されている。そして、各スクリュ部品７および両軸部３、４が溶接により連結されて一体化されている。また、スクリュ部品７どうしの接合部の内周側には補強用の短管８が設けられている。その各短管８は、スクリュ部品７と同軸に配されてスクリュ部品７と一体に溶接されている。

この中空スクリュ軸１の製造方法は、まず、第１工程において、図２に示すように、スクリュ部品７の中間成形品７’を精密鋳造する。その鋳造方法は、軸方向断面で２分割された鋳型９内に予め鋳物砂等で作製した中子１０をセットして、鋳型９の湯口（図示省略）から鋳型９内に溶融金属を流し込み、冷却終了後に鋳型９を取り外して中子１０を壊し、壊した中子１０を鋳造された中間成形品７’の中空部から除去する。

ここで、前記鋳型９はその両端面に中子１０支持用の孔９ａがあけられた中空円筒体であり、中子１０は軸体の両端部に鋳型９の孔９ａに支持される軸部１０ａを有し、その両軸部１０ａ間にスクリュ部品７の中空部６の外形を有する胴部１０ｂが形成されている。この鋳型９と中子１０を用いて上記のように鋳造を行うことにより、内周側に螺旋状羽根５の形状と対応する凹凸形状が形成され、外周側は円筒面が形成された中間成形品７’が得られる。

第２工程では、図３に示すように、第１工程で鋳造された複数の中間成形品７’どうしを軸方向で突き合わせ、その突き合わせ部分を溶接して長尺とする。このときには、予め中間成形品７’どうしの突き合わせ部分の内周側に補強用の短管８を中間成形品７’と同軸に配しておき、この短管８も中間成形品７’と一体に溶接する。これにより、中間成形品７’を連結した長さ（胴部２全体の長さ）が長くなっても真直度を確保しやすくなる。その後、軸方向両端に配された中間成形品７’に別途製作した軸部３、４を溶接する。

そして、第３工程では、第２工程で一体化された複数の中間成形品７’の外形を加工して螺旋状羽根５を形成するとともに、両端の中間成形品７’と軸部３、４との接合部の外形加工を行う。これにより、図１に示したように、各中間成形品７’がそれぞれスクリュ部品７となり、長尺で中空の胴部２が複数のスクリュ部品７からなる中空スクリュ軸１が得られる。

この中空スクリュ軸１は、上記の構成であり、精密鋳造後に互いに溶接されて外形加工された複数のスクリュ部品７で胴部２を形成しているので、鋳造欠陥が少なく修正等による歪が少ないし、胴部２の螺旋状羽根５の内側部分を機械加工することなく安価に製造することができる。そのコスト削減効果は、スクリュ軸１が大型化するほど大きくなる。また、スクリュ部品７が短尺に形成され、その中間成形品７’を鋳造した際に中空部から中子１０の断片を容易に除去できるようになっているので、胴部２全体が長尺に形成されていても中子１０断片の残存に起因するトラブルのおそれがなく安定して使用できる。

図４および図５は、上述した実施形態の中空スクリュ軸１を組み込んだ間接加熱型のスクリュ式蒸発機を示す。このスクリュ式蒸発機は、溶媒中で重合される樹脂の合成反応後にその溶媒を分離除去する工程に用いられるもので、横長のケーシング１１に一対の同一形状の中空スクリュ軸１、１がケーシング１１を水平方向に貫通する姿勢で回転自在に取り付けられている。

前記ケーシング１１は、長手方向一端側の上部に供給口１１ａが、他端側の下部に排出口１１ｂが、他端側の上部に排気口１１ｃがそれぞれ設けられている。また、その底部および両側部は二重構造になっており、その外壁１１ｄと中間壁１１ｅとの間に保温材１２が充填され、内壁１１ｆと中間壁１１ｅとの間に水蒸気等の熱媒体が通されるようになっている。

前記一対の中空スクリュ軸１、１は、それぞれの一端の軸部３に駆動源（図示省略）から動力を伝達される動力伝達軸１３が取り付けられ、他端の軸部４にロータリジョイント１４と接続される中空連結軸１５が取り付けられている。また、互いの螺旋状羽根５、５が噛み合って同一方向に回転するように組み込まれて、互いの羽根５、５に付着した原料を掻き落とし合うセルフクリーニング機能が付与されている。

そして、ケーシング１１の内壁１１ｆと中間壁１１ｅとの間および各スクリュ軸１、１の内部に熱媒体を通し、両スクリュ軸１、１を同一方向に回転させると、ケーシング１１の供給口１１ａから供給された液状原料がスクリュ軸１、１でケーシング排出口１１ｂへ向けて移送される間に、液状原料中の溶媒がケーシング１１およびスクリュ軸１、１からの伝導加熱により蒸発して、液状原料中の樹脂がケーシング排出口１１ｂから排出され、蒸発した溶媒は排気口１１ｃから排出される。

このスクリュ式蒸発機は、上記の構成であり、一対の中空スクリュ軸１、１がセルフクリーニング機能を有しているため、ケーシング１１内で溶媒の分離除去が進んで樹脂濃度が上がるにつれて原料の粘度が上昇しても、原料がケーシング１１内に滞留するおそれがなく、安定した溶媒除去処理が行える。

また、各中空スクリュ軸１、１がそれぞれ前述のように低コストで製造できるうえ、その製造過程で使用する中子１０も同一形状とすることができるので、コスト削減効果が大きい。

１ 中空スクリュ軸
２ 胴部
３、４ 軸部
５ 螺旋状羽根
６ 中空部
７ スクリュ部品
７’ 中間成形品
８ 短管
９ 鋳型
１０ 中子
１１ ケーシング
１２ 保温材
１３ 動力伝達軸
１４ ロータリジョイント
１５ 中空連結軸

Claims (5)

1. 外周側に螺旋状の羽根を有し、内周側に外周形状と対応する形状の中空部が形成された胴部と、この胴部の両端から軸方向に延びる軸部とからなる中空スクリュ軸において、前記胴部と軸部とが別体で形成されて連結されており、前記胴部は複数のスクリュ部品を軸方向に連結したものであり、前記各スクリュ部品は鋳造と外形加工により形成されたものであることを特徴とする中空スクリュ軸。
2. 前記各スクリュ部品が溶接により互いに連結されており、そのスクリュ部品どうしの接合部の内周側にスクリュ部品と同軸に配された補強用の短管がスクリュ部品と一体に溶接されていることを特徴とする請求項１に記載の中空スクリュ軸。
3. 原料を移送しながら伝導加熱する間接加熱型装置に、一対で互いに噛み合って同一方向に回転するように組み込まれることを特徴とする請求項１または２に記載の中空スクリュ軸。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の中空スクリュ軸の製造方法において、前記スクリュ部品の内周形状を有する中間成形品を鋳造する工程と、前記各中間成形品および前記両軸部を連結して一体化する工程と、前記各中間成形品の外形を加工して前記螺旋状の羽根を形成し、各中間成形品を前記スクリュ部品となす工程とを含むことを特徴とする中空スクリュ軸の製造方法。
5. 前記中間成形品を鋳造する際に精密鋳造法を用いることを特徴とする請求項４に記載の中空スクリュ軸の製造方法。

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