JP6367304B2 - スクリュ軸 - Google Patents

Description

この発明は、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スクリュ軸に関する。

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を中空にして熱媒体を通すようにしたものがある。

この中空スクリュ軸において、出願人は、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り、前記胴部と軸部とを別体で形成して連結し、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スクリュ軸を提案した（特許文献１、請求項１、図１等参照）。

この中空スクリュ軸は、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、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。このため、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ものとなった。

特開２０１１−１４９２８６号公報

上記従来の中空スクリュ軸は、螺旋状羽根をなす胴部の製作コストの低減を図ることができたが、各スクリュ部品を溶接とスリーブでもって一体にして中空スクリュ軸を製作している。このため、この中空スクリュ軸は、羽根径が５００ｍｍを超えたり、全長８ｍを超えたりすることから、重量物となって、直線性（真直度）が容易に得られない、という問題がある。

この発明は、直線性を得られ易いスクリュ軸とすることを課題とする。

上記の課題を解決するために、この発明は、回転軸の外周に羽根を嵌め込み固定することとしたのである。一本の回転軸であれば、その回転軸の剛性を高めることは容易であって、回転軸の剛性が高まれば、直線性は担保し易いからである。
具体的には、軸方向の一端と他端で回転自在に支持される回転軸と、その回転軸の外周に一端側から他端側に向かって固定された軸方向に螺旋状の羽根と、を有するスクリュ軸であって、回転軸は、一端から螺旋状羽根の他端まで中空となって熱媒体供給路が形成されており、羽根は、その内部が中空となって一端から他端に至る螺旋状熱媒体通路を有し、回転軸の熱媒体供給路には一端からロータリージョイントが挿入されて、そのロータリージョイントの筒状シャフトが熱媒体の送り込み管となっているとともに、同ロータリージョイントの回転自在な筒状シール部材が水密に回転軸に支持されて、前記シャフトの外周面と熱媒体供給路内周面との間隙により熱媒体帰還路が形成されており、前記熱媒体供給路の他端は回転軸を貫通して前記羽根の螺旋状熱媒体通路の他端に連通し、螺旋状熱媒体通路の一端は回転軸を貫通して前記熱媒体帰還路に連通した構成を採用したのである。

このように構成すれば、熱媒体を、ロータリージョイントを介し熱媒体供給路の他端に至らせると、その熱媒体供給路の他端に至った熱媒体は、回転軸を貫通して前記羽根の螺旋状熱媒体通路の他端から一端に向かって流通し、その螺旋状熱媒体通路の一端から回転軸を貫通して前記熱媒体帰還路に流入した後、外部に導出される。この熱媒体の流通において、羽根を介してその外面に位置する物質が熱媒体によって加熱又は冷却される。

上記螺旋状羽根は、複数の羽根部品を上記軸方向に連結し、その連結した羽根の両端でもって押し付けて一体化したものとしたり、前記各羽根部品をその連結端面を溶接して一体化したりする。このとき、前記各羽根部品の連結部の内面にスリーブを嵌め、そのスリーブの内径を回転軸の外径より大きくしてスリーブ内面と回転軸外面の間に間隙を形成し、その間隙でもって隣接する羽根部品の中空部分を連通するようにすることができる。
このスクリュ軸は、例えば、原料を移送しながら伝熱加熱する間接加熱型装置に、一対で互いに噛み合って回転するように組み込むことができる。

この発明は、回転軸によって羽根を支えるようにしたので、直線性を得やすいものとなる。

この発明に係るスクリュ軸の一実施形態を組み込んだスクリュ式蒸発機の一部切欠き正面図 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図 同実施形態に係るスクリュ軸の概略断面図 図３の要部拡大図 同実施形態の羽根部品を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は左側面図、（ｃ）は右側面図、（ｄ）は断面図

この発明に係るスクリュ軸の一実施形態を図１〜図５に示し、この実施形態のスクリュ軸１０は、例えば、図１、２に示す、間接加熱型のスクリュ式蒸発機に採用される。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１に一対の同一形状のスクリュ軸１０、１０がケーシング１を水平方向に貫通する姿勢で回転自在に取り付けられる。

上記ケーシング１は、長手方向一端側（図１において左側）の上部に供給口２が、他端側の下部に排出口３が、他端側の上部に排気口４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１ａと中間壁１ｂとの間に保温材５が充填され、内壁１ｃと中間壁１ｂ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。

上記一対のスクリュ軸１０、１０は、軸部（回転軸）１１が軸方向の一端（図１において右端）と他端（同左端）で軸受６を介してケーシング（フレームＦ）１に回転自在に支持されている。そのスクリュ軸１０の他端の軸部に駆動源（図示省略）から動力を伝達される動力伝達軸７が取り付けられ、一端の軸部にロータリージョイント８と接続される中空連結軸９が取り付けられている。

スクリュ軸１０の回転軸１１は、その外周に一端側から他端側に向かって固定された軸方向に螺旋状の羽根２０を有する。回転軸１１は、一端（図１において右端）から螺旋状羽根２０の他端（同左端）まで中空となって熱媒体供給路１２が形成されている。この熱媒体供給路１２には一端からロータリージョイント１３が挿入されて、このロータリージョイント１３の筒状シャフト１３ａが熱媒体ａの送り込み管となっている。また、ロータリージョイント１３の筒状シール部材１３ｂが水密に回転軸１１にシャフト１３ａに対し回転自在に支持されて、シャフト１３ａの外周面と熱媒体供給路１２内周面との間隙により熱媒体帰還路１４が形成されている。なお、回転軸１１の熱媒体供給路１２は、軸部材の一端から切削によって形成する。

羽根２０は、図５に示す、回転軸１１と別部材の複数の羽根部品２１を軸方向に連結したものであり、その各羽根部品２１は、上記公報記載と同様の製造方法で作成し、まず、中間成形品を精密鋳造する。その鋳造方法は、軸方向断面で２分割された鋳型内に予め鋳物砂等で作製した中子をセットして、鋳型の湯口から鋳型内に鋳鋼等の溶融金属を流し込み、冷却終了後に鋳型を取り外して中子を壊し、壊した中子を鋳造された中間成形品の中空部から除去する。これにより、内周側に螺旋状羽根２０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が得られる。

この中間成形品の外形を切削により仕上げ加工して精度の高い螺旋形状として羽根部品２１を得る。内部の中空部は精度を要求されないため、鋳込み面（鋳肌）とする。中間成形品の外形も螺旋形状に鋳造で成形し、その後、切削によって仕上げ加工することもできる。
羽根部品２１は、胴部２１ａとその外周面の螺旋状突条２１ｂとから成り、その胴部２１ａの内面にキー溝２１ｃが形成されている。なお、羽根２０の両端の羽根部品２１、２１’はその形状が異なり、この実施形態では一端の羽根部品２１’が他とは逆方向の螺旋条突起２１ｂとなって、原料ｂを排出口３に送り戻す作用をする（図１参照）。

この羽根部品２１の所要数及び羽根部品２１’を回転軸１１に嵌め込んで連結し、その両端を止めリング１７によって押し付けて一体化する。このとき、対向する羽根部品２１の両連結端面には、一方にほぞ、他方にほぞ穴を形成し、ほぞをほぞ穴に嵌めることによって両羽根部品２１、２１’の一体化を強固とすることができる。
各羽根部品２１、２１’の連結部の内面にスリーブ２２を嵌める。このスリーブ２２の内径を回転軸１１の外径より大きく設定しているため、スリーブ２２内面と回転軸１１外面の間に間隙２３が形成され、その間隙２３でもって隣接する羽根部品の中空部分が連通する（図４参照）。このため、連結された羽根部品２１によって回転軸１１の外周に羽根２０の一端から他端に至る螺旋状の熱媒体通路１６が形成される。各羽根部品２１、２１’の回転軸１１への回転止めは上記キー溝２１ｃを介したキー止めとする。止めリング１７の周りはグランドパッキン２４を設ける。

このスクリュ軸１０は、上記熱媒体供給路１２の他端が回転軸１１を貫通（孔１２ａ）して羽根２０の螺旋状の熱媒体通路１６の他端に連通し、その螺旋状熱媒体通路１６の一端は回転軸１１を貫通（孔１６ａ）して前記熱媒体帰還路１４に連通している。この熱媒体帰還路１４はその一端から上記中空連結軸９及びロータリージョイント８に連通しており、そのロータリージョイント８の排出口１５から熱媒体ａは加熱装置（図示せず）に導かれ、その加熱装置によって再加熱されて原料ｂの加熱に使用される。

このスクリュ軸１０、１０をケーシング１内に装填した上記スクリュ式蒸発機は、ケーシング１の内壁１ｃと中間壁１ｂとの間および各スクリュ軸１０、１０の内部に熱媒体（水蒸気）ａを流通し、両スクリュ軸１０、１０を同一方向に回転させると、ケーシング１の供給口２から供給された液状原料ｂがスクリュ軸１０、１０でケーシング排出口３へ向けて移送される間に、液状原料ｂ中の溶媒がケーシング１およびスクリュ軸１０、１０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３から排出され、蒸発した溶媒は排気口４から排出される。
このとき、対のスクリュ軸１０、１０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１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ｂの粘度が上昇しても、原料ｂがケーシング１内に滞留するおそれがなく、安定した溶媒除去処理が行われる。

この実施形態は、各羽根部品２１、２１’を押し当てで一体化したが、各羽根部品２１、２１’の連結端部をシーム溶接等の溶接によって一体化しても良い。
また、熱媒体ａは加熱又は冷却を目的として熱を移動させるものであるから、上記実施形態は、原料ｂを加熱する場合であったが、熱媒体ａとして水等を使用して冷却する場合にも使用し得ることは言うまでもない。さらに、この発明は、蒸発機に限らず、乾燥機等の間接加熱型等や同冷却機等にも採用し得ることは勿論である。
このように、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。この発明の範囲は、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。

１ ケーシング
１ａ ケーシングの外壁
１ｂ 同中間壁
１ｃ 同内壁
２ 原料供給口
３ 排出口
４ 排気口
５ 保温材
１０ スクリュ軸
１１ スクリュ軸の回転軸
１２ 熱媒体供給路
１３ ロータリージョイント
１３ａ 熱媒体送り込み管（ロータリージョイントのシャフト）
１３ｂ ロータリージョイントのシール部材
１４ 熱媒体帰還路
１５ 熱媒体排出口
１６ 螺旋状熱媒体通路
２０ 螺旋状羽根
２１ 羽根部品
２１ａ 羽根部品の胴部
２１ｂ 羽根部品の螺旋状突条
２２ スリーブ
２３ 間隙

Claims (2)

1. 軸方向の一端と他端で回転自在に支持される回転軸（１１）と、その回転軸（１１）の外周に一端側から他端側に向かって固定された前記軸方向に螺旋状の回転軸（１１）と別部材の羽根（２０）と、を有するスクリュ軸（１０）であって、
   上記回転軸（１１）は、一端から上記螺旋状羽根（２０）の他端まで中空となって熱媒体供給路（１２）が形成されており、前記羽根（２０）は、その内部が中空となって一端から他端に至る螺旋状熱媒体通路（１６）を有し、
   上記螺旋状羽根（２０）は、複数の羽根部品（２１）を上記軸方向に連結し、その連結した羽根（２０）の両端でもって押し付けて一体化したものであり、
   上記各羽根部品（２１）の連結部の内面にスリーブ（２２）を嵌め、そのスリーブ（２２）の内径を回転軸（１１）の外径より大きくしてスリーブ（２２）内面と回転軸（１１）外面の間に間隙（２３）を形成し、その間隙（２３）でもって隣接する羽根部品（２１）の上記螺旋状熱媒体通路（１６）を形成する中空部分を連通しており、
   上記回転軸（１１）の熱媒体供給路（１２）には一端からロータリージョイント（１３）が挿入されて、そのロータリージョイント（１３）の筒状シャフト（１３ａ）が熱媒体（ａ）の送り込み管となっているとともに、同ロータリージョイント（１３）の回転自在な筒状シール部材（１３ｂ）が水密に回転軸（１１）に支持されて、前記シャフト（１３ａ）の外周面と熱媒体供給路（１２）内周面との間隙により熱媒体帰還路（１４）が形成されており、
   上記熱媒体供給路（１２）の他端は回転軸（１１）を貫通して前記羽根（２０）の螺旋状熱媒体通路（１６）の他端に連通し、螺旋状熱媒体通路（１６）の一端は回転軸（１１）を貫通して上記熱媒体帰還路（１４）に連通しており、
   上記熱媒体（ａ）を、上記ロータリージョイント（１３）を介し熱媒体供給路（１２）の他端に至らせ、その熱媒体供給路（１２）の他端に至った熱媒体（ａ）は、回転軸（１１）を貫通して前記羽根（２０）の螺旋状熱媒体通路（１６）の他端から一端に向かって流通し、その螺旋状熱媒体通路（１６）の一端から回転軸（１１）を貫通して上記熱媒体帰還路（１４）に流入した後、外部に導出されるスクリュ軸。
2. 原料（ｂ）を移送しながら伝熱加熱する間接加熱型装置に、一対で互いに噛み合って回転するように組み込まれる請求項１に記載のスクリュ軸。

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