JP5705715B2 - 混練用ロータ、および、混練機 - Google Patents

Description

この発明は、ゴム材料等を混練する混練用ロータ、および、混練機に関し、特にその冷却構造に係るものである。

従来、いわゆるインターナルミキサーなどの混練機にあっては、ゴム等の材料に強力なせん断力を与え、混練することから、混練用ロータの外周に設けられた翼部の強度を確保する必要があり、また、混練する際に発熱することから、この発熱による材料への悪影響を抑制するために十分な冷却性能が必要となる。そこで、翼部の強度を確保しつつ冷却性能を向上させるために、ロータ軸と、翼部とを個別に形成して組み立てる、いわゆる２ピース構造にして、翼部の嵌合部位に冷媒流路を形成した混練用ロータを備えたものがある。この２ピース構造の混練用ロータの場合、十分な冷却能力を有しているものの、嵌合工程が必要な分だけコストが増加してしまうという問題があった。
一方、嵌合工程を必要としないロータ軸と翼部とを一体的に形成する、いわゆる１ピース構造の混練用ロータにおいては、翼部内部をくりぬいた形状で鋳造によって成型し、翼部内部に冷媒を流過させる冷却構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開昭５２−５３９５号公報

しかしながら、上述した１ピース構造の混練用ロータの場合、ロータ内部に、ロータ軸の軸線方向に冷媒を流す冷媒流路を形成するとともに、この冷媒流路から翼部内部へ冷媒を流すための配管部を別途設置する必要があるため、構造が複雑化してコストが増加してしまう。さらに、翼部内部など、冷媒流路の断面積が大きくなる部分においては、冷媒の流速が低下することによる熱伝達率の低下が生じて、冷却能力が低下してしまうという課題がある。

この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、コスト上昇を抑制しつつ、十分な冷却能力を得ることができる混練用ロータ、および、混練機を提供するものである。

上記の課題を解決するために以下の構成を採用する。
この発明に係る混練用ロータは、外周面に混練用の翼部が設けられた管状のロータ軸と、
該ロータ軸に挿入された内挿部材と、
該内挿部材の外周面と前記ロータ軸の内周面との間に設けられ冷媒を流通する冷媒流路とを備え、
該冷媒流路は、前記ロータ軸の軸線周りに螺旋状に設けられ、前記冷媒流路は、前記軸線方向で前記翼部が設けられている部分の流路断面積が、他の部分の流路断面積よりも小さく形成されている。
このように内挿部材の外周面とロータ軸の内周面との間に螺旋状に形成された冷媒流路を設けることで、従来の２ピースロータのように曲げ部を多く有する冷媒流路を配置する場合に比べて圧力損失特性が改善し、小さい流路断面積で同様の冷媒流速を得られることから、高い熱伝達率を得られる。従って、コスト上昇を抑制しつつ十分な冷却能力を得ることができる。

さらに、翼部が設けられている部分における冷媒の流速が増加されて、他の部分よりもさらなる熱伝達率の向上を図ることができるため、冷媒流路からの距離が遠い翼部の先端部まで十分に冷却することができる。

さらに、この発明に係る混練用ロータは、上記混練用ロータにおいて、前記冷媒流路は、前記翼部が設けられている部分のうち、前記翼部の高さが高い部分ほど流路断面積が小さく形成されていてもよい。
このように構成することで、翼部の高さが高い部分ほど冷媒の流速を増加させることができるため、冷媒流路からの距離が遠いほど熱伝達率の向上を図り、翼部が部分的に高温になるのを防止することができる。

さらに、この発明に係る混練用ロータは、上記混練用ロータにおいて、前記内挿部材の外周面、又は、前記ロータ軸の内周面には、前記ロータ軸の径方向に延在し、前記軸線周りに螺旋状に形成された隔壁部が設けられ、
前記冷媒流路は、前記隔壁部と、前記内挿部材の外周面と、前記ロータ軸の内周面と、により画成されていてもよい。
このように構成することで、ロータ軸の内側に内挿部材を挿入することで、ロータ軸の軸線周りに螺旋状の冷媒流路を形成することができるため、組み立て工数の増加を抑制してコストの増加を抑制することができる。

さらに、この発明に係る混練用ロータは、上記混練用ロータにおいて、前記隔壁部と前記内挿部材の外周面との間、又は、前記隔壁部と前記ロータ軸の内周面との間にシール部材を備えるようにしてもよい。
このように構成することで、簡単な構造で冷媒流路を形成しつつ冷媒流路を液密構造として冷媒のショートパスによる熱伝達率の低下が発生するのを防止することができる。

さらに、この発明に係る混練用ロータは、上記混練用ロータにおいて、前記シール部材は、弾性材料からなるようにしてもよい。
このように構成することで、ロータ軸の内部に、内挿部材を挿入することで、シール部材が施工時に一旦押しつぶされた後にその弾性力により形状が復元するので、隔壁部とシール部材とが密着して隙間が発生するのを防止することができる。

さらに、この発明に係る混練機は、上記混練用ロータを備えていることを特徴としている。
このように構成することで、ゴム材料等を混練する際に、混練用ロータによって十分な冷却能力を得ることができるため、発熱によりゴム材料等に悪影響が及ぶのを防止できる。そのため、ゴム材料等を劣化させる直前の温度で装置を一時停止させて材料を冷やし再度混練を行ういわゆる再練作業を省略できるため、作業時間を大幅に短縮することができる。

この発明に係る混練用ロータによれば、内挿部材の外周面とロータ軸の内周面との間に螺旋状に形成された冷媒流路を設けることで、従来の２ピースロータのように曲げ部を多く有する冷媒流路を配置する場合に比べて圧力損失特性が改善し、小さい流路断面積で同様の冷媒流速を得られることから、高い熱伝達率を得られる。従って、コスト上昇を抑制しつつ十分な冷却能力を得ることができる。
さらに、この発明に係る混練機によれば、ゴム材料等を混練する際に、混練用ロータによって十分な冷却能力を得ることができるため、発熱によりゴム材料等に悪影響が及ぶのを防止でき、そのため、ゴム材料等を劣化させる直前の温度で装置を一時停止させて材料を冷やし再度混練を行ういわゆる再練作業を省略できるため、作業時間を大幅に短縮することができる。

この発明の第一実施形態における混練機の構成を示す縦断面図である。 この発明の第一実施形態における混練用ロータを示す縦断面図である。 図２の部分拡大図である。 この発明の第二実施形態における図２に相当する縦断面図である。 図４の部分拡大図である。 この発明の第二実施形態の変形例における図３に相当する部分拡大図である。 この発明の第三実施形態における図３に相当する部分拡大図である。 この発明の第四実施形態における図３に相当する部分拡大図である。

次に、この発明の第一実施形態における混練機１について図面を参照して説明する。
図１は、この実施形態の混練機１の概略構成を示す構成図である。
図１に示すように、混練機１は、ケーシング２の内部に混練室３を備え、混練室３の内部に、一対の混練用ロータ４，５が平行に配置された、いわゆる密閉式の混練機である。一対の混練用ロータ４，５は、図示しない駆動源により互いに逆方向に回転可能とされる。混練用ロータ４，５のそれぞれの外表面には、それぞれ外側に向かって張り出した翼部６，７が形成されている。翼部６，７は、例えば、混練用ロータ４，５の軸線８，９に対し螺旋状にねじれて形成される。これら翼部６，７は、混練用ロータ４，５の回転により互いにかみ合うように配置されている。

混練機１の上部には、混練室３に連通しゴム原料などの混練材料が投入されるホッパ１０と、このホッパ１０に投入された混練材料を混練室３へ圧入するフローティングウェイト１１とが設けられている。一方、混練機１の底部には、混練された材料を外部に取り出すためのドロップドア１２が開閉可能に取り付けられている。

上記混練機１の構成により、ホッパ１０を介して投入された混練材料は、フローティングウェイト１１によって混練室３内に圧入された後、互いに逆方向に回転する混練用ロータ４，５の間、および、混練用ロータ４，５と混練室３の内表面との間に発生するせん断作用によって混練される。そして、混練された材料は、混練室３の底部に設けられたドロップドア１２を開放することで混練室３外に取り出される。なお、一対の混練用ロータ４，５は、同一若しくは類似した構成を有しているため、以下の説明においては、一方の混練用ロータ４についてのみ説明する。

図２は、混練用ロータ４の断面図であり、図３は、図２の部分拡大図である。
図２、図３に示すように、混練用ロータ４は、外周面１５に翼部６が設けられたロータ軸１６を備えている。この混練用ロータ４は、翼部６とロータ軸１６とが、鋳造等により一体的に形成されたいわゆる金属製の１ピース構造で形成されている。翼部６は、内部に空間を有しない中実構造とされている。

ロータ軸１６は、上述した軸線９方向の一側が閉塞され、他側が開放された円管状に形成されている。ロータ軸１６の内部には、金属製の内挿部材１７が挿入されて、例えば、圧入等によりロータ軸１６に取り付けられている。この内挿部材１７は、円管状に形成された管状部１８と、この管状部１８の外周面１９に形成された隔壁部２０とを備えている。隔壁部２０は、管状部１８の外周面１９からロータ軸１６の内周面２１に向かって突出されることで、ロータ軸１６の径方向に延在されている。管状部１８は、その外周面１９の軸線と、ロータ軸１６の内周面２１の軸線Ｌとが重なるように配置されている。

隔壁部２０は、管状部１８の外周面１９の周りに螺旋状に形成されている。換言すれば、上記隔壁部２０は、内挿部材１７の外周面１９とロータ軸１６の内周面２１との間に形成され、且つ、軸線Ｌ周りに螺旋状に形成されている。そして、軸線Ｌ方向において互いに隣り合う隔壁部２０同士の間隔は、全て所定の等間隔とされている。なお、上記隔壁部２０同士の間隔は、冷媒が圧送される際の圧力と、翼部６の冷却に必要な冷媒の流速とによって決定することができる。

上述した螺旋状に形成された隔壁部２０の端部２０ａがロータ軸１６の内周面２１に対して圧入等により密着されるので、向かい合う隔壁部２０の対向面２０ｂと、ロータ軸１６の内周面２１と、管状部１８（内挿部材１７）の外周面１９とによって、螺旋状の冷媒流路２５が画成されている。

ロータ軸１６の一側に形成される縦壁２６の内面２７と、内挿部材１７の端部２８とは離間して配置される。このように縦壁２６の内面２７と内挿部材１７の端部２８とが離間されることによって、内挿部材１７の管状部１８の内側空間２９と、上述した螺旋状の冷媒流路２５とが連通されている。
ロータ軸１６の他側には、ロータ軸１６の開口部３０を閉塞すると共に、回転されるロータ軸１６の内部に対して冷媒の供給・排出を行うロータリーユニオン（図示せず）が取り付けられている。このロータリーユニオンから供給される冷媒は、内挿部材１７の管状部１８の内側空間２９に流れ込み（ＩＮ）、ロータ軸１６の一側において外周側の螺旋状の冷媒流路２５に回り込み、当該螺旋状の冷媒流路２５を流過した後に、螺旋状の冷媒流路２５の他側からロータリーユニオンを介して、ロータ軸１６の外部に排出（ＯＵＴ）される。

したがって、上述した第一実施形態の混練用ロータ４によれば、内挿部材１７の管状部１８の外周面１９と、ロータ軸１６の内周面２１との間に螺旋状に形成された冷媒流路２５を設けているので、従来の２ピースロータのように曲げ部を多く有する冷媒流路を配置する場合に比べて冷媒流路２５の圧力損失特性が改善し、小さい流路断面積で同様の冷媒流速を得られることから、高い熱伝達率を得られる。その結果、コスト上昇を抑制しつつ十分な冷却能力を得ることができる。

また、ロータ軸１６の内側に内挿部材１７を挿入することで、内周面２１の軸線Ｌ周りに螺旋状の冷媒流路２５を形成することができるため、組み立て工数の増加を抑制してコストの増加を抑制することができる。

さらに、上述した第一実施形態の混練機１によれば、ゴム原料等の混練材料を混練する際に、混練用ロータ４によって十分な冷却能力を得ることができるため、発熱により混練材料に悪影響が及ぶのを防止できる。そのため、混練材料を劣化させる直前の温度で装置を一時停止させて混練材料を冷やし再度混練を行ういわゆる再練作業を省略できるため、作業時間を大幅に短縮することができる。

次に、この発明の第二実施形態における混練用ロータ１０４について図面を参照して説明する。なお、この第二実施形態の混練用ロータ１０４は、上述した第一実施形態の混練用ロータ４に対して、軸線Ｌ方向で隣り合う隔壁部２０同士の間隔を変化させたものであるため、上述した第一実施形態と同一部分に同一符号を付して説明する。

図４、図５に示すように、この実施形態における混練用ロータ１０４は、上述した第一実施形態の混練用ロータ４と同様に、外周面１５に翼部６が一体的に設けられたロータ軸１６を備えている。すなわち、ロータ軸１６は、一側が閉塞され、他側が開放された略管状に形成されている。

ロータ軸１６の内部には、内挿部材１１７が挿入されている。この内挿部材１１７は、上述した第一実施形態の内挿部材１７と同様に、円管状に形成された管状部１８と、この管状部１８の外周面１９に突出形成された隔壁部２０とを備えている。隔壁部２０は、管状部１８の外周面１９からロータ軸１６の内周面２１に向かって突出されることで、ロータ軸１６の径方向に延在され、管状部１８の外周面１９の周りに螺旋状に形成されている。

軸線Ｌ方向において互いに隣り合う隔壁部２０同士の間隔は、軸線Ｌ方向で翼部６が形成されている部分（図５中、「Ａ」で示す）と、翼部６が形成されていない部分（図５中、「Ｂ」で示す）とで異なった間隔Ｐ１，Ｐ２に設定されている。より具体的には、軸線Ｌ方向で翼部６が形成されている部分「Ａ」における隔壁部２０同士の間隔Ｐ２は、軸線Ｌ方向で翼部６が形成されていない部分「Ｂ」における隔壁部２０同士の間隔Ｐ１よりも狭く形成されている。なお、軸線Ｌ方向で翼部６が形成されている部分「Ａ」の範囲内においては、隔壁部２０同士の間隔Ｐ２は全て等間隔とされ、同様に、軸線Ｌ方向で翼部６が形成されていない部分「Ｂ」の範囲内においては、隔壁部２０同士の間隔Ｐ１は等間隔とされている。

ここで、上述した隔壁部２０の高さ寸法は均一であるため、軸線Ｌ方向で隣り合う隔壁部２０同士の間隔が狭いほど、冷媒流路２５の断面積が小さくなる。つまり、軸線Ｌ方向で翼部６が形成されている部分「Ａ」における冷媒流路２５の流路断面積が、翼部６が形成されていない部分「Ｂ」における冷媒流路２５の流路断面積よりも小さく形成されることとなる。

したがって、上述した第二実施形態の混練用ロータ１０４によれば、軸線Ｌ方向で翼部６が形成されている部分「Ａ」における冷媒流路２５の流路断面積が小さくなるので、当該翼部６が設けられている部分「Ａ」における冷媒の流速が増加されて、他の部分「Ｂ」よりもさらなる熱伝達率の向上を図ることができる。その結果、冷媒流路２５からの距離が遠い翼部６の端部６ａまで十分に冷却することが可能となる。

なお、上述した第二実施形態の混練用ロータ１０４の場合、軸線Ｌ方向で翼部６が形成されている部分「Ａ」の範囲内では、軸線Ｌ方向における隔壁部２０同士の間隔Ｐ２を等間隔としていたが、例えば、第二実施形態の変形例として図６に示すように、翼部６の高さに応じて隔壁部２０の間隔Ｐ２を変化させるようにしてもよい。より具体的には、翼部６の高さが高い部分ほど、隔壁部２０同士の間隔Ｐ２を狭く形成するようにしてもよい。これにより、翼部６の高さが高い部分ほど冷媒の流速を増加させることができるため、冷媒流路２５からの距離が遠いほど熱伝達率の向上を図り、翼部６の端部６ａなどが部分的に高温になるのを防止することができる。なお、図６に示す一例は、翼部６の最高部ｈにおいて最も間隔Ｐ２が狭く形成されている。

次に、この発明の第三実施形態における混練用ロータ２０４について図面を参照して説明する。なお、この第三実施形態の混練用ロータ２０４は、上述した第一実施形態の混練用ロータ４に対して、隔壁部がロータ軸１６側に形成されている点でのみ相違するので、同一部分に同一符号を付して説明する。

図７に示すように、この実施形態における混練用ロータ２０４は、ロータ軸２１６の内周面２１に、その径方向の内側に向かって延在する隔壁部２２０が切削等により形成されている。この隔壁部２２０は、軸線Ｌに対して螺旋状に形成されている。ロータ軸２１６の内部には、円管状の内挿部材２１７が挿入されている。この円管状の内挿部材２１７の外径は、隔壁部２２０の端部２２０ａ側の内径と略同一、若しくは、やや大径に形成されている。つまり、内挿部材２１７がロータ軸２１６に挿入されることで、円管状の内挿部材２１７の外周面１９が、隔壁部２２０の端部２２０ａに密着された状態で、内挿部材２１７がロータ軸２１６に固定される。そして、向かい合う隔壁部２２０の内面２２０ｂと、ロータ軸２１６の内周面２１と、内挿部材２１７の外周面１９とによって、螺旋状の冷媒流路２５が画成される。なお、内挿部材２１７の内部には冷媒流路２５と連通する内部空間２２９が形成されている。

なお、図７においては、軸線Ｌ方向で隣り合う隔壁部２２０同士の間隔が等間隔の場合を示しているが、第二実施形態のように、軸線Ｌ方向で翼部６が形成されている部分の間隔を狭く形成したり、翼部６の高さが高いほど間隔を狭く形成したりしてもよい。

したがって、上述した第三実施形態の混練用ロータ２０４によれば、上述した第一実施形態と同様に、内挿部材２１７の外周面１９と、ロータ軸２１６の内周面２１との間に螺旋状に形成された冷媒流路２５を設けているので、従来の２ピースロータのように曲げ部を多く有する冷媒流路を配置する場合に比べて冷媒流路２５の圧力損失特性が改善し、小さい流路断面積で同様の冷媒流速を得られることから、高い熱伝達率を得られる。その結果、コスト上昇を抑制しつつ十分な冷却能力を得ることができる。

また、ロータ軸２１６の内側に内挿部材２１７を挿入することで、ロータ軸２１６の軸線Ｌ周りに螺旋状の冷媒流路２５を形成することができるため、組み立て工数の増加を抑制してコストの増加を抑制することができる。

次に、この発明の第四実施形態における混練用ロータ３０４について図面を参照して説明する。なお、この第四実施形態の混練用ロータ３０４は、上述した第三実施形態の混練用ロータ２０４に対して、隔壁部２２０と内挿部材２１７との間にシール部材３００が設けられている点でのみ相違するので、第三実施形態と同一部分に同一符号を付して説明する。

図８に示すように、円管状の内挿部材２１７は、ゴム等の弾性に優れた弾性材料からなるシール部材３００により外周面１９が覆われている。そして、シール部材３００は、隔壁部２２０の端部２２０ａと内挿部材２１７の外周面１９との間に、挟まれるようにして配置されている。

この混練用ロータ３０４を組み立てる際には、まず、内挿部材２１７の外周面１９を覆うようにシール部材３００を取り付けて、このシール部材３００が取り付けられた内挿部材２１７をロータ軸２１６の内部に圧入等により挿入する。すると、シール部材３００が、隔壁部２２０の端部２２０ａに押圧されて弾性変形し、隔壁部２２０の端部２２０ａとシール部材３００とが隙間なく密着されることとなる。なお、内挿部材２１７は、シール部材３００の厚さ分を考慮して、第三実施形態の内挿部材２１７よりも小径に形成されている。また、シール部材３００は、シート状のものに限られず、塗布することで硬化する液体タイプのものを用いてもよい。

したがって、上述した第四実施形態の混練用ロータ３０４によれば、簡単な構造で冷媒流路２５を形成しつつ冷媒流路２５を液密構造として冷媒のショートパスが発生するのを防止することができる。

さらに、内挿部材２１７を挿入することで、シール部材３００が施工時に一旦押しつぶされた後にその弾性力により形状が復元するので、隔壁部２２０とシール部材３００とが密着して隙間が発生するのを防止することができる。

また、弾性材料の熱伝導性能が低い場合には、シール部材３００が断熱材として機能し、螺旋状の冷媒流路２５から内挿部材２１７の内部空間２２９を流れる冷媒に熱伝達して内挿部材２１７の内部を流れる冷媒の温度が上昇してしまうのを防止することができる。

なお、この発明は上述した各実施形態の構成に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で設計変更可能である。
例えば、上述した第四実施形態では、ロータ軸２１６の内周面２１に形成された隔壁部２２０の端部２２０ａと円管状に形成された内挿部材２１７との間にシール部材３００を配置する場合について説明したが、例えば、図１に示す内挿部材１７の外周面１９に形成された隔壁部２０の端部２０ａと、ロータ軸１６の内周面２１との間にシール部材３００を配置するようにしてもよい。この場合、熱伝導性能の高い弾性材料を用いるのが好ましい。

また、上述した各実施形態では、冷却用の冷媒が、内側空間２９，２２９に供給され、その外側に配置される螺旋状の冷媒流路２５から外部に排出される場合について説明したが、螺旋状の冷媒流路２５に冷媒を供給して、内側空間２９，２２９から外部に排出されるようにしてもよい。また、混練用ロータ４，１０４，２０４，３０４の長手方向の一側から供給した冷媒を長手方向の他側から排出するように構成してもよい。

１ 混練機
４，１０４，２０４，３０４ 混練用ロータ
６，７ 翼部
１６，２１６ ロータ軸
１７，１１７，２１７ 内挿部材
１９ 外周面
２０，２２０ 隔壁部
２１ 内周面
２５ 冷媒流路
３００ シール部材
Ｌ 軸線

Claims (6)

1. 外周面に混練用の翼部が設けられた管状のロータ軸と、
   該ロータ軸に挿入された内挿部材と、
   該内挿部材の外周面と前記ロータ軸の内周面との間に設けられ、冷媒を流通する冷媒流路とを備え、
   該冷媒流路は、前記ロータ軸の内周面の軸線周りに螺旋状に設けられ、
   前記冷媒流路は、前記軸線方向で前記翼部が設けられている部分の流路断面積が、他の部分の流路断面積よりも小さく形成されている混練用ロータ。
2. 前記冷媒流路は、前記翼部が設けられている部分のうち、前記翼部の高さが高い部分ほど流路断面積が小さく形成されている請求項１に記載の混練用ロータ。
3. 前記内挿部材の外周面、又は、前記ロータ軸の内周面には、前記ロータ軸の径方向に延在し、前記軸線周りに螺旋状に形成された隔壁部が設けられ、
   前記冷媒流路は、前記隔壁部と、前記内挿部材の外周面と、前記ロータ軸の内周面と、により画成されている請求項１又は２に記載の混練用ロータ。
4. 前記隔壁部と前記内挿部材の外周面との間、又は、前記隔壁部と前記ロータ軸の内周面との間にシール部材を備える請求項３に記載の混練用ロータ。
5. 前記シール部材は、弾性材料からなる請求項４に記載の混練用ロータ。
6. 請求項１から５の何れか一項に記載の混練用ロータを備えることを特徴とする混練機。

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