TWI531457B - 混煉用轉子及混煉機 - Google Patents

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田中一成
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Description

混煉用轉子及混煉機
本發明係關於將橡膠材料等施以混煉之混煉用轉子及混煉機，特別是關於其冷卻構造。
本申請是根據2011年12月6日於日本申請之特願2011-266825號主張優先權，並將其內容援用於此。
以往，所謂密閉混合機等的混煉機，是對橡膠等的材料賦予強力的剪切力而進行混煉，因此必須確保設置於混煉用轉子的外周之翼部的強度。此外，由於混煉時會發熱，為了抑制該發熱對材料造成的不良影響，必須具有充分的冷卻性能。於是，為了確保翼部的強度並提昇冷卻性能，將轉子軸和翼部個別地形成後進行組裝而成為所謂2件式構造，在翼部的嵌合部位形成有冷媒流路之混煉用轉子已被提出。在該2件式構造混煉用轉子的情況，雖然具有充分的冷卻能力，但必須經由嵌合步驟，而有成本增加的問題。
另一方面，不須嵌合步驟而將轉子軸和翼部一體地形成之所謂1件式構造的混煉用轉子，是將翼部內部以挖空的形狀藉由鑄造進行成型，在翼部內部具有讓冷媒流過的冷卻構造已被提出(例如參照專利文獻1)。
〔專利文獻1〕日本特開昭52-5395號公報
然而，上述1件式構造的混煉用轉子的情況，是在轉子內部形成沿轉子軸的軸線方向讓冷媒流過之冷媒流路，且必須另外設置從該冷媒流路往翼部內部讓冷媒流過之配管部，因此構造複雜而導致成本增加。再者，在翼部內部等之冷媒流路剖面積變大的部分，冷媒的流速降低而發生熱傳率降低，而有冷卻能力降低的問題。
本發明是有鑑於上述事情而開發完成的，是為了提供一種可抑制成本上昇並獲得充分的冷卻能力之混煉用轉子及混煉機。
為了解決上述問題而採用以下構造。
依據本發明的第1態樣，混煉用轉子，係具備：在外周面設有混煉用的翼部之管狀的轉子軸、插入該轉子軸之內插構件、以及設置在該內插構件的外周面和前述轉子軸的內周面之間而讓冷媒流通之冷媒流路；該冷媒流路設置成繞前述轉子軸之內周面的軸線周圍形成螺旋狀，前述冷媒流路，在前述軸線方向設有前述翼部的部分之流路剖面積形成為比其他部分的流路剖面積更小。
如此般在內插構件的外周面和轉子軸的內周面之間設 有形成為螺旋狀的冷媒流路，相較於習知2件式轉子那樣配置具有許多彎曲部之冷媒流路的情況，可改善壓力損失特性，利用較小流路剖面積可獲得同樣的冷媒流速，因此可獲得高熱傳率。如此可抑制成本上昇並獲得充分的冷卻能力。
依據此構造，使設有翼部的部分之冷媒流速增加，能謀求比其他部分的熱傳率更加提昇。因此，連離冷媒流路的距離較遠之翼部的前端部也能充分地冷卻。
依據本發明的第2態樣，上述混煉用轉子中，前述冷媒流路之設有前述翼部的部分當中，前述翼部的高度越高的部分形成為流路剖面積越小亦可。
依據此構造，由於能讓翼部高度高的部分之冷媒流速增加，可謀求離冷媒流路的距離較遠處之熱傳率提昇，而能防止翼部發生局部的高溫。
依據本發明的第3態樣，上述混煉用轉子中，在前述內插構件的外周面、或前述轉子軸的內周面，設有朝前述轉子軸的徑向延伸且繞前述軸線周圍形成螺旋狀之隔壁部，
前述冷媒流路是由前述隔壁部、和前述內插構件的外周面、和前述轉子軸的內周面所界定。
依據此構造，藉由在轉子軸的內側將內插構件插入，能繞轉子軸的軸線周圍形成螺旋狀的冷媒流路。因此可抑制組裝工作量的增加而抑制成本的增加。
依據本發明的第4態樣，上述混煉用轉子中，在前述 隔壁部和前述內插構件的外周面之間、或在前述隔壁部和前述轉子軸的內周面之間具有密封構件亦可。
依據此構造，可利用簡單的構造形成冷媒流路並使冷媒流路成為液密構造，而防止發生冷媒的近傳(short pass)所造成之熱傳率降低。
依據本發明的第5態樣，上述混煉用轉子中，前述密封構件是由彈性材料所構成亦可。
依據此構造，藉由在轉子軸的內部插入內插構件，密封構件在施工時一旦被壓扁後利用其彈性力而使形狀復原，能使隔壁部和密封構件密合而防止發生間隙。
依據本發明的第6態樣，混煉機係具備上述混煉用轉子。
依據此構造，在將橡膠材料等施以混煉時，藉由混煉用轉子可獲得充分的冷卻能力，因此能防止發熱導致對橡膠材料等造成不良影響。因此，可省略所謂再煉作業，亦即不須在即將讓橡膠材料等劣化的溫度使裝置暫時停止而將材料冷卻後再度進行混煉，能將作業時間大幅縮短。
依據上述混煉用轉子，在內插構件的外周面和轉子軸的內周面之間設有形成為螺旋狀之冷媒流路。如此，相較於習知2件式轉子那樣配置具有許多彎曲部之冷媒流路的情況，可改善壓力損失特性，利用較小流路剖面積可獲得同樣的冷媒流速，因此可獲得高熱傳率。如此可抑制成本 上昇並獲得充分的冷卻能力。
再者，依據上述混煉機，在將橡膠材料等施以混煉時，藉由混煉用轉子可獲得充分的冷卻能力，因此能防止發熱導致對橡膠材料等造成不良影響。因此，可省略所謂再煉作業，亦即不須在即將讓橡膠材料等劣化的溫度使裝置暫時停止而將材料冷卻後再度進行混煉，能將作業時間大幅縮短。
接下來，對於本發明的第一實施方式之混煉機1，參照圖式作說明。
第1圖係顯示本實施方式的混煉機1的概略構造之構造圖。
如第1圖所示般，混煉機1是在殼體2的內部具備混煉室3，在混煉室3的內部將一對混煉用轉子4,5呈平行地配置而構成所謂密閉式的混煉機。
一對的混煉用轉子4,5，藉由未圖示的驅動源而成為能互相朝相反方向旋轉。在混煉用轉子4,5各個的外表面，分別形成有朝向外側張出之翼部6,7。翼部6,7，例如相對於混煉用轉子4,5的軸線8,9形成螺旋狀地扭曲。該等翼部6,7配置成，通過混煉用轉子4,5的旋轉而能互相嚙合。
在混煉機1的上部設有：連通於混煉室3而用來投入橡膠原料等的混煉材料之料斗10、以及將投入該料斗10 後的混煉材料壓入混煉室3之浮動式撞錘11。另一方面，在混煉機1的底部，可開閉地安裝用來將混煉後的材料往外部取出之吊門12。
依據上述混煉機1的構造，透過料斗10投入後的混煉材料，藉由浮動式撞錘11壓入混煉室3內之後，利用在互相朝相反方向旋轉之混煉用轉子4,5間及在混煉用轉子4,5和混煉室3的內表面間發生的剪切作用而進行混煉。而且，混煉後的材料，藉由將設置於混煉室3底部之吊門12打開而朝混煉室3外取出。又一對的混煉用轉子4,5具有相同或類似的構造，因此在以下的說明中僅針對一方的混煉用轉子4作說明。
第2圖係混煉用轉子4的剖面圖，第3圖係第2圖的局部擴大圖。
如第2圖、第3圖所示般，混煉用轉子4具備：在外周面15設有翼部6之轉子軸16。該混煉用轉子4，翼部6和轉子軸16是藉由鑄造等而一體地形成，亦即形成為所謂金屬製的1件式構造。翼部6形成為在內部不存在空間之實心構造。
轉子軸16形成為圓管狀，在上述軸線9方向的一側是封閉的，另一側是開放的。在轉子軸16的內部，將金屬製的內插構件17插入，例如藉由壓入等安裝於轉子軸16。該內插構件17係具備：形成為圓管狀之管狀部18、以及形成於該管狀部18的外周面19之隔壁部20。隔壁部20，是從管狀部18的外周面19朝向轉子軸16的內周面 21突出，而朝轉子軸16的徑向延伸。管狀部18配置成，使其外周面19的軸線和轉子軸16之內周面21的軸線L重疊。
隔壁部20是繞管狀部18的外周面19周圍形成螺旋狀。換言之，上述隔壁部20是形成在內插構件17的外周面19和轉子軸16的內周面21之間，且繞軸線L周圍形成螺旋狀。而且，在軸線L方向相鄰接之隔壁部20彼此的間隔都成為既定的等間隔。又上述隔壁部20彼此的間隔，可依冷媒被壓送時的壓力和為了冷卻翼部6所需之冷媒流速來決定。
上述形成螺旋狀之隔壁部20的端部20a是藉由壓入等密合於轉子軸16的內周面21，因此藉由相對向之隔壁部20的對向面20b、和轉子軸16的內周面21、和管狀部18(內插構件17)的外周面19，界定出螺旋狀的冷媒流路25。
形成於轉子軸16的一側之縱壁26的內面27配置成與內插構件17的端部28分離。如此般將縱壁26的內面27和內插構件17的端部28分離而配置，能使內插構件17之管狀部18的內側空間29和上述螺旋狀的冷媒流路25連通。
在轉子軸16的另一側安裝旋轉接頭(未圖示)，該旋轉接頭是用來封閉轉子軸16的開口部30，並對於被旋轉的轉子軸16的內部進行冷媒的供應及排出。該旋轉接頭所供應的冷媒，朝內插構件17的管狀部18之內側空間 29流入(IN)，在轉子軸16的一側繞入外周側的螺旋狀的冷媒流路25，流過該螺旋狀的冷媒流路25之後，從螺旋狀的冷媒流路25之另一側透過旋轉接頭而往轉子軸16的外部排出(OUT)。
因此，依據上述第一實施方式的混煉用轉子4，由於在內插構件17的管狀部18的外周面19和轉子軸16的內周面21之間設有形成為螺旋狀之冷媒流路25，相較於習知2件式轉子那樣配置具有許多彎曲部之冷媒流路的情況，可改善冷媒流路25的壓力損失特性，利用較小流路剖面積可獲得同樣的冷媒流速，因此可獲得高熱傳率。結果可抑制成本上昇並獲得充分的冷卻能力。
此外，藉由在轉子軸16的內側將內插構件17插入，能形成繞內周面21的軸線L周圍之螺旋狀的冷媒流路25，因此可抑制組裝工作量的增加而抑制成本的增加。
再者，依據上述第一實施方式的混煉機1，在將橡膠原料等的混煉材料等施以混煉時，藉由混煉用轉子4可獲得充分的冷卻能力，因此能防止發熱導致對混煉材料造成不良影響。因此，可省略所謂再煉作業，亦即不須在即將讓混煉材料等劣化的溫度使裝置暫時停止而將混煉材料冷卻後再度進行混煉，能將作業時間大幅縮短。
接著，針對本發明的第二實施方式之混煉用轉子104，參照圖式作說明。又該第二實施方式的混煉用轉子104，是對於上述第一實施方式的混煉用轉子4，使在軸線L方向相鄰之隔壁部20彼此的間隔改變，因此對於與上 述第一實施方式相同的部分是賦予同一符號來作說明。
如第4圖、第5圖所示般，該實施方式的混煉用轉子104，與上述第一實施方式的混煉用轉子4同樣的具備：在外周面15一體地設有翼部6之轉子軸16。亦即，轉子軸16形成為大致管狀，其一側封閉、另一側開放。
在轉子軸16的內部將內插構件117插入。該內插構件117，與上述第一實施方式的內插構件17同樣的具備：形成為圓管狀的管狀部18、以及突出形成於該管狀部18的外周面19之隔壁部20。隔壁部20是從管狀部18外周面19朝向轉子軸16的內周面21突出，而朝轉子軸16的徑向延伸，成為繞管狀部18的外周面19周圍形成螺旋狀。
在軸線L方向上相鄰接之隔壁部20彼此的間隔，在軸線L方向形成有翼部6的部分(第5圖中以「A」表示)和未形成翼部6的部分(第5圖中以「B」表示)設定成不同的間隔P1,P2。更具體的說，在軸線L方向形成有翼部6的部分「A」之隔壁部20彼此的間隔P2，比在軸線L方向未形成翼部6的部分「B」之隔壁部20彼此的間隔P1形成為更窄。又在軸線L方向上形成有翼部6的部分「A」之範圍內，隔壁部20彼此的間隔P2均成為等間隔；同樣的，在軸線L方向上未形成翼部6的部分「B」之範圍內，隔壁部20彼此的間隔P1均成為等間隔。
在此，由於上述隔壁部20的高度尺寸均一，在軸線 L方向上相鄰之隔壁部20彼此的間隔越窄，冷媒流路25的剖面積越小。亦即，在軸線L方向上形成有翼部6的部分「A」之冷媒流路25的流路剖面積，比未形成翼部6的部分「B」之冷媒流路25的流路剖面積形成為更小。
因此，依據上述第二實施方式的混煉用轉子104，在軸線L方向上形成有翼部6的部分「A」之冷媒流路25的流路剖面積變小，因此設有該翼部6的部分「A」之冷媒流速增加，能謀求比其他部分「B」的熱傳率更加提昇。結果，連離冷媒流路25的距離較遠之翼部6的端部6a也能充分地冷卻。
又上述第二實施方式的混煉用轉子104的情況，在軸線L方向上形成有翼部6的部分「A」的範圍內，在軸線L方向上隔壁部20彼此的間隔P2雖是成為等間隔，但例如作為第二實施方式的變形例之第6圖所示般，對應於翼部6高度而讓隔壁部20的間隔P2改變亦可。更具體的說，在翼部6高度越高的部分，使隔壁部20彼此的間隔P2形成為越窄。
如此，能在翼部6高度高的部分使冷媒的流速增加，因此能謀求離冷媒流路25的距離較遠處之熱傳率提昇，可防止翼部6的端部6a等發生局部的高溫。
又第6圖所示的一例，在翼部6的最高部h形成最窄的間隔P2。
接下來，針對本發明的第三實施方式之混煉用轉子204，參照圖式作說明。又第三實施方式的混煉用轉子 204，對於上述第一實施方式的混煉用轉子4，僅隔壁部是形成於轉子軸16側這點不同，因此對於相同的部分賦予同一符號來作說明。
如第7圖所示般，本實施方式的混煉用轉子204，是在轉子軸216的內周面21，藉由切削等來形成朝向其徑向的內側延伸之隔壁部220。該隔壁部220，相對於軸線L形成螺旋狀。在轉子軸216的內部將圓管狀的內插構件217插入。該圓管狀的內插構件217之外徑，形成為與隔壁部220的端部220a側的內徑大致相同、或稍大。亦即，藉由將內插構件217插入轉子軸216，以圓管狀的內插構件217之外周面19密合於隔壁部220的端部220a的狀態，將內插構件217固定於轉子軸216。而且，藉由相對向的隔壁部220的內面220b、和轉子軸216的內周面21、和內插構件217的外周面19，界定出螺旋狀的冷媒流路25。又在內插構件217的內部形成有與冷媒流路25連通之內部空間229。
又在第7圖中，雖顯示在軸線L方向上相鄰之隔壁部220彼此的間隔成為等間隔的情況，但像第二實施方式那樣，使在軸線L方向上形成有翼部6的部分之間隔形成為較窄、或使翼部6高度越高的部分之間隔形成為越窄亦可。
因此，依據上述第三實施方式的混煉用轉子204，與上述第一實施方式同樣的，由於在內插構件217的外周面19和轉子軸216的內周面21之間設有形成螺旋狀之冷媒 流路25，相較於習知2件式轉子那樣配置具有許多彎曲部之冷媒流路的情況，可改善冷媒流路25的壓力損失特性，利用較小流路剖面積可獲得同樣的冷媒流速，因此可獲得高熱傳率。結果可抑制成本上昇並獲得充分的冷卻能力。
此外，藉由在轉子軸216的內側插入內插構件217，能繞轉子軸216的軸線L周圍形成螺旋狀的冷媒流路25，因此可抑制組裝工作量的增加而抑制成本增加。
接下來，對於本發明的第四實施方式之混煉用轉子304參照圖式作說明。又本第四實施方式的混煉用轉子304，對於上述第三實施方式的混煉用轉子204，僅在隔壁部220和內插構件217之間設有密封構件300這點不同，因此對於與第三實施方式相同的部分是賦予同一符號來作說明。
如第8圖所示般，圓管狀的內插構件217的外周面19，是藉由橡膠等的彈性優異的彈性材料構成之密封構件300所覆蓋。而且，密封構件300配置成被夾在隔壁部220的端部220a和內插構件217的外周面19之間。
在組裝此混煉用轉子304時，首先以覆蓋內插構件217的外周面19的方式安裝密封構件300，將安裝有該密封構件300之內插構件217藉由壓入等插入轉子軸216的內部。如此，密封構件300被隔壁部220的端部220a擠壓而發生彈性變形，藉此使隔壁部220的端部220a和密封構件300毫無間隙地密合。又內插構件217，是考慮密 封構件300的厚度，而形成為比第三實施方式的內插構件217更小徑。此外，密封構件300並不限定為片狀者，也能使用藉由塗布而使其硬化之液體形式。
因此，依據上述第四實施方式的混煉用轉子304，可利用簡單的構造形成冷媒流路25，並使冷媒流路25成為液密構造而防止發生冷媒的近傳。
再者，藉由插入內插構件217，密封構件300在施工時一旦被壓扁後利用其彈性力而使形狀復原，能使隔壁部220和密封構件300密合而防止發生間隙。
此外，當彈性材料的熱傳導性低的情況，密封構件300發揮隔熱材的作用，可避免從螺旋狀的冷媒流路25對於流過內插構件217的內部空間229之冷媒進行熱傳送，而防止流過內插構件217的內部之冷媒溫度上昇。
又本發明並不限定於上述各實施方式的構造，可在不脫離其要旨的範圍進行設計變更。
例如，在上述第四實施方式所說明的情況，是在轉子軸216的內周面21所形成之隔壁部220的端部220a和形成圓管狀之內插構件217之間配置密封構件300，但例如在第1圖所示的內插構件17的外周面19所形成之隔壁部20的端部20a和轉子軸16的內周面21之間配置密封構件300亦可。在此情況，較佳為使用熱傳導性高的彈性材料。
此外，在上述各實施方式所說明的情況，冷卻用的冷媒是供應給內側空間29,229，從配置於其外側之螺旋狀的 冷媒流路25往外部排出，但對於螺旋狀的冷媒流路25供應冷媒，而從內側空間29,229往外部排出亦可。此外，亦可構成為，讓從混煉用轉子4,104,204,304之長度方向的一側供應的冷媒從長度方向的另一側排出。
依據上述混煉用轉子，在內插構件的外周面和轉子軸的內周面之間設有形成螺旋狀的冷媒流路。藉此，相較於習知2件式轉子那樣配置具有許多彎曲部之冷媒流路的情況，可改善壓力損失特性，利用較小流路剖面積可獲得同樣的冷媒流速。因此，可獲得高熱傳率。因此，可抑制成本上昇並獲得充分的冷卻能力。
再者，依據上述混煉機，在將橡膠材料等實施混煉時，藉由混煉用轉子可獲得充分的冷卻能力，因此能防止發熱導致對橡膠材料等造成不良影響。因此，可省略所謂再煉作業，亦即不須在即將讓橡膠材料等劣化的溫度使裝置暫時停止而將材料冷卻後再度進行混煉，能將作業時間大幅縮短。
1‧‧‧混煉機
4,104,204,304‧‧‧混煉用轉子
6,7‧‧‧翼部
16,216‧‧‧轉子軸
17,117,217‧‧‧內插構件
19‧‧‧外周面
20,220‧‧‧隔壁部
21‧‧‧內周面
25‧‧‧冷媒流路
300‧‧‧密封構件
L‧‧‧軸線
第1圖係顯示本發明的第一實施方式之混煉機構造的縱剖面圖。
第2圖係顯示本發明的第一實施方式之混煉用轉子的縱剖面圖。
第3圖係第2圖的局部擴大圖。
第4圖係本發明的第二實施方式之相當於第2圖的縱 剖面圖。
第5圖係第4圖的局部擴大圖。
第6圖係本發明的第二實施方式的變形例之相當於第3圖的局部擴大圖。
第7圖係本發明的第三實施方式之相當於第3圖的局部擴大圖。
第8圖係本發明的第四實施方式之相當於第3圖的局部擴大圖。
4‧‧‧混煉用轉子
6‧‧‧翼部
15‧‧‧外周面
16‧‧‧轉子軸
17‧‧‧內插構件
18‧‧‧管狀部
19‧‧‧外周面
20‧‧‧隔壁部
20a‧‧‧端部
21‧‧‧內周面
25‧‧‧冷媒流路
26‧‧‧縱壁
27‧‧‧內面
28‧‧‧端部
29‧‧‧內側空間
30‧‧‧開口部
L‧‧‧軸線

Claims (6)

  1. 一種混煉用轉子，係具備：在外周面設有混煉用的翼部之管狀的轉子軸、插入該轉子軸之內插構件、以及設置在該內插構件的外周面和前述轉子軸的內周面之間而讓冷媒流通之冷媒流路；該冷媒流路設置成繞前述轉子軸之內周面的軸線周圍形成螺旋狀，前述冷媒流路，在前述軸線方向設有前述翼部的部分之流路剖面積形成為比其他部分的流路剖面積更小。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之混煉用轉子，其中，前述冷媒流路之設有前述翼部的部分當中，前述翼部的高度越高的部分形成為流路剖面積越小。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所述之混煉用轉子，其中，在前述內插構件的外周面、或前述轉子軸的內周面，設有朝前述轉子軸的徑向延伸且繞前述軸線周圍形成螺旋狀之隔壁部，前述冷媒流路是由前述隔壁部、和前述內插構件的外周面、和前述轉子軸的內周面所界定。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之混煉用轉子，其中，在前述隔壁部和前述內插構件的外周面之間、或在前述隔壁部和前述轉子軸的內周面之間具有密封構件。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之混煉用轉子，其中， 前述密封構件是由彈性材料所構成。
  6. 一種混煉機，其特徵在於，係具備申請專利範圍第1至5項中任一項所述之混煉用轉子。
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