WO2013084962A1 - 混練用ロータ、および、混練機 - Google Patents

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kneading
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森　龍太郎
田中　一成
高司 森部
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三菱重工マシナリーテクノロジー株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a kneading rotor and a kneading machine for kneading rubber materials and the like, and particularly relates to a cooling structure thereof.
  • a refrigerant flow path for flowing a refrigerant in the axial direction of the rotor shaft is formed inside the rotor, and a pipe for flowing the refrigerant from the refrigerant flow path into the blade part Since it is necessary to install a part separately, a structure will become complicated and cost will increase. Furthermore, in a portion where the cross-sectional area of the refrigerant flow path is large, such as the inside of the wing part, there is a problem that the heat transfer rate is reduced due to the decrease in the flow rate of the refrigerant and the cooling capacity is reduced.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a kneading rotor and a kneading machine capable of obtaining a sufficient cooling capacity while suppressing an increase in cost.
  • the kneading rotor comprises a tubular rotor shaft provided with a kneading blade on the outer peripheral surface; An insertion member inserted into the rotor shaft; A refrigerant flow path that is provided between the outer peripheral surface of the insertion member and the inner peripheral surface of the rotor shaft and circulates the refrigerant, The refrigerant flow path is provided in a spiral shape around the axis of the rotor shaft.
  • the refrigerant flow channel formed in a spiral between the outer peripheral surface of the insertion member and the inner peripheral surface of the rotor shaft, the refrigerant flow channel having a large number of bent portions as in the conventional two-piece rotor Since the pressure loss characteristic is improved as compared with the case of arranging the same, and the same refrigerant flow velocity can be obtained with a small flow path cross-sectional area, a high heat transfer coefficient can be obtained. Therefore, sufficient cooling capacity can be obtained while suppressing an increase in cost.
  • the refrigerant flow path has a cross-sectional area of a portion where the wing portion is provided in the axial direction, and a flow passage cut-off of another portion. It may be formed smaller than the area.
  • the refrigerant flow path has a flow path cross-sectional area that is higher in a part where the blade part is higher in a part where the blade part is provided. It may be formed small.
  • the outer circumferential surface of the insertion member or the inner circumferential surface of the rotor shaft extends in the radial direction of the rotor shaft, and the axis line A partition wall formed spirally around is provided,
  • the refrigerant flow path may be defined by the partition wall, the outer peripheral surface of the insertion member, and the inner peripheral surface of the rotor shaft.
  • a seal is provided between the partition wall and the outer peripheral surface of the insertion member, or between the partition wall and the inner peripheral surface of the rotor shaft. You may make it provide a member. With this configuration, it is possible to prevent the heat transfer coefficient from being lowered due to the short path of the refrigerant by forming the refrigerant flow path with a simple structure and making the refrigerant flow path a liquid-tight structure.
  • the seal member in the kneading rotor, may be made of an elastic material.
  • the shape of the seal member is restored by its elastic force after being temporarily crushed during construction. It is possible to prevent the occurrence of a gap due to close contact.
  • a kneader includes the kneading rotor.
  • the refrigerant flow path formed in a spiral shape is provided between the outer peripheral surface of the insertion member and the inner peripheral surface of the rotor shaft.
  • the kneader described above when the rubber material or the like is kneaded, a sufficient cooling capacity can be obtained by the kneading rotor, so that it is possible to prevent the rubber material or the like from being adversely affected by heat generation. Therefore, a so-called re-kneading operation in which the apparatus is temporarily stopped at a temperature immediately before deterioration of the rubber material or the like to cool the material and knead again can be omitted, so that the working time can be greatly shortened.
  • FIG. 3 is a partially enlarged view of FIG. 2. It is a longitudinal cross-sectional view equivalent to FIG. 2 in 2nd embodiment of this invention. It is the elements on larger scale of FIG. It is the elements on larger scale equivalent to FIG. 3 in the modification of 2nd embodiment of this invention. It is the elements on larger scale equivalent to FIG. 3 in 3rd embodiment of this invention. It is the elements on larger scale equivalent to FIG. 3 in 4th embodiment of this invention.
  • FIG. 1 is a configuration diagram showing a schematic configuration of a kneading machine 1 of this embodiment.
  • the kneading machine 1 includes a kneading chamber 3 inside a casing 2, and a pair of kneading rotors 4, 5 are arranged in parallel inside the kneading chamber 3, so-called hermetic kneading. Machine.
  • the pair of kneading rotors 4 and 5 can be rotated in opposite directions by a drive source (not shown).
  • blade portions 6 and 7 projecting outward are formed on the outer surface of each of the kneading rotors 4 and 5.
  • the wing portions 6 and 7 are formed by, for example, spirally twisting the axes 8 and 9 of the kneading rotors 4 and 5. These blade portions 6 and 7 are arranged so as to mesh with each other by the rotation of the kneading rotors 4 and 5.
  • a hopper 10 that communicates with the kneading chamber 3 and into which a kneading material such as a rubber raw material is charged, and a floating weight 11 that press-fits the kneading material that has been put into the hopper 10 It has been.
  • a drop door 12 for taking out the kneaded material to the outside is attached to the bottom of the kneader 1 so as to be opened and closed.
  • the kneaded material introduced through the hopper 10 is pressed into the kneading chamber 3 by the floating weight 11, and then between the kneading rotors 4, 5 rotating in opposite directions, and The kneading is performed by a shearing action generated between the kneading rotors 4 and 5 and the inner surface of the kneading chamber 3.
  • the kneaded material is taken out of the kneading chamber 3 by opening the drop door 12 provided at the bottom of the kneading chamber 3. Since the pair of kneading rotors 4 and 5 have the same or similar configuration, only one kneading rotor 4 will be described in the following description.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the kneading rotor 4, and FIG. 3 is a partially enlarged view of FIG.
  • the kneading rotor 4 includes a rotor shaft 16 having an outer peripheral surface 15 provided with a blade portion 6.
  • the kneading rotor 4 has a so-called metal one-piece structure in which the blade portion 6 and the rotor shaft 16 are integrally formed by casting or the like.
  • the wing part 6 has a solid structure having no space inside.
  • the rotor shaft 16 is formed in a circular tube shape in which one side in the direction of the axis 9 is closed and the other side is opened.
  • a metal insertion member 17 is inserted into the rotor shaft 16 and attached to the rotor shaft 16 by, for example, press-fitting.
  • the insertion member 17 includes a tubular portion 18 formed in a circular tube shape and a partition wall portion 20 formed on the outer peripheral surface 19 of the tubular portion 18.
  • the partition wall portion 20 protrudes from the outer peripheral surface 19 of the tubular portion 18 toward the inner peripheral surface 21 of the rotor shaft 16 and extends in the radial direction of the rotor shaft 16.
  • the tubular portion 18 is arranged such that the axis of the outer peripheral surface 19 and the axis L of the inner peripheral surface 21 of the rotor shaft 16 overlap.
  • the partition wall portion 20 is formed in a spiral shape around the outer peripheral surface 19 of the tubular portion 18.
  • the partition wall portion 20 is formed between the outer peripheral surface 19 of the insertion member 17 and the inner peripheral surface 21 of the rotor shaft 16 and is formed in a spiral shape around the axis L.
  • the intervals between the partition walls 20 adjacent to each other in the direction of the axis L are all set to a predetermined equal interval.
  • interval of the said partition part 20 can be determined by the pressure at the time of a refrigerant
  • a spiral refrigerant flow path 25 is defined by the peripheral surface 21 and the outer peripheral surface 19 of the tubular portion 18 (insertion member 17).
  • the inner surface 27 of the vertical wall 26 formed on one side of the rotor shaft 16 and the end portion 28 of the insertion member 17 are spaced apart. As described above, the inner surface 27 of the vertical wall 26 and the end portion 28 of the insertion member 17 are arranged apart from each other, whereby the inner space 29 of the tubular portion 18 of the insertion member 17 and the spiral refrigerant flow described above.
  • the road 25 is in communication.
  • a rotary union (not shown) that closes the opening 30 of the rotor shaft 16 and supplies / discharges refrigerant to / from the rotating rotor shaft 16 is attached. Yes.
  • the refrigerant supplied from the rotary union flows into the inner space 29 of the tubular portion 18 of the insertion member 17 (IN), and flows into the spiral refrigerant flow path 25 on the outer peripheral side on one side of the rotor shaft 16, and the spiral. After flowing through the refrigerant coolant channel 25, it is discharged (OUT) from the other side of the spiral coolant channel 25 to the outside of the rotor shaft 16 through the rotary union.
  • the spiral refrigerant flow path 25 can be formed around the axis L of the inner peripheral surface 21, thereby suppressing an increase in assembly man-hours. An increase in cost can be suppressed.
  • a sufficient cooling capacity can be obtained by the kneading rotor 4, so that the kneaded material is adversely affected by heat generation. Can be prevented. Therefore, a so-called re-kneading operation in which the apparatus is temporarily stopped at a temperature immediately before deteriorating the kneaded material to cool the kneaded material and knead again can be omitted, so that the working time can be greatly shortened.
  • the kneading rotor 104 in the second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
  • the kneading rotor 104 of the second embodiment is obtained by changing the interval between the partition walls 20 adjacent in the axis L direction with respect to the kneading rotor 4 of the first embodiment described above.
  • the same reference numerals are given to the same parts as those in the first embodiment described above.
  • the kneading rotor 104 in this embodiment is a rotor in which the blade portion 6 is integrally provided on the outer peripheral surface 15 in the same manner as the kneading rotor 4 of the first embodiment described above.
  • a shaft 16 is provided. That is, the rotor shaft 16 is formed in a substantially tubular shape with one side closed and the other side opened.
  • the insertion member 117 is inserted into the rotor shaft 16.
  • the insertion member 117 includes a tubular portion 18 formed in a circular tube shape, and a partition wall portion 20 formed so as to protrude from the outer peripheral surface 19 of the tubular portion 18. It has.
  • the partition wall 20 protrudes from the outer peripheral surface 19 of the tubular portion 18 toward the inner peripheral surface 21 of the rotor shaft 16, thereby extending in the radial direction of the rotor shaft 16 and around the outer peripheral surface 19 of the tubular portion 18. It is formed in a spiral shape.
  • the interval between the partition walls 20 adjacent to each other in the direction of the axis L is such that the wings 6 are formed in the direction of the axis L (indicated by “A” in FIG. 5) and the wings 6 are not formed.
  • the intervals P1 and P2 are set differently (indicated by “B” in FIG. 5). More specifically, the interval P2 between the partition walls 20 in the portion “A” where the wings 6 are formed in the direction of the axis L is the partition wall in the portion “B” where the wings 6 are not formed in the direction of the axis L. It is formed narrower than the interval P1 between the portions 20.
  • the intervals P2 between the partition walls 20 are all equal, and similarly, the wings 6 are formed in the direction of the axis L.
  • the intervals P1 between the partition wall portions 20 are equal.
  • the cross-sectional area of the refrigerant flow path 25 becomes smaller as the interval between the partition wall portions 20 adjacent in the axis L direction is narrower. That is, the cross-sectional area of the refrigerant flow path 25 in the portion “A” where the blade portion 6 is formed in the direction of the axis L is the flow passage of the refrigerant flow passage 25 in the portion “B” where the blade portion 6 is not formed. It is formed smaller than the cross-sectional area.
  • the flow passage cross-sectional area of the refrigerant flow passage 25 in the portion “A” where the blade portion 6 is formed in the axis L direction is reduced.
  • the flow rate of the refrigerant in the portion “A” where the portion 6 is provided is increased, and the heat transfer coefficient can be further improved as compared with the other portion “B”.
  • the interval P2 between the partition walls 20 in the axis L direction is equal within the range of the portion “A” where the blades 6 are formed in the axis L direction.
  • the interval P ⁇ b> 2 of the partition wall portion 20 may be changed according to the height of the wing portion 6. More specifically, the interval P ⁇ b> 2 between the partition walls 20 may be formed narrower as the height of the wing 6 is higher.
  • the flow velocity of the refrigerant can be increased as the height of the blade 6 is higher, the heat transfer coefficient is improved as the distance from the refrigerant flow path 25 is longer, and the end 6a of the blade 6 and the like. Can be partially prevented from becoming hot.
  • the interval P ⁇ b> 2 is the narrowest at the highest part h of the wing part 6.
  • the kneading rotor 204 in the third embodiment of the present invention differs from the kneading rotor 4 of the first embodiment described above only in that the partition wall is formed on the rotor shaft 16 side. Are described with the same reference numerals.
  • a partition wall portion 220 extending inward in the radial direction is formed on the inner peripheral surface 21 of the rotor shaft 216 by cutting or the like.
  • the partition wall 220 is formed in a spiral shape with respect to the axis L.
  • a circular tubular insertion member 217 is inserted into the rotor shaft 216.
  • the outer diameter of the tubular insertion member 217 is formed to be substantially the same as or slightly larger than the inner diameter of the partition wall 220 on the end 220a side.
  • the insertion member 217 is in the state where the outer peripheral surface 19 of the tubular insertion member 217 is in close contact with the end 220 a of the partition wall 220.
  • a spiral refrigerant flow path 25 is defined by the inner surface 220 b of the partition wall 220 facing each other, the inner peripheral surface 21 of the rotor shaft 216, and the outer peripheral surface 19 of the insertion member 217.
  • An internal space 229 that communicates with the refrigerant flow path 25 is formed inside the insertion member 217.
  • FIG. 7 shows a case where the intervals between the partition walls 220 adjacent in the direction of the axis L are equal, but the wings 6 are formed in the direction of the axis L as in the second embodiment. You may form a space
  • a spiral is formed between the outer peripheral surface 19 of the insertion member 217 and the inner peripheral surface 21 of the rotor shaft 216, as in the first embodiment described above. Since the refrigerant flow path 25 formed in a shape is provided, the pressure loss characteristic of the refrigerant flow path 25 is improved as compared with the case where a refrigerant flow path having a large number of bent portions is disposed as in the conventional two-piece rotor, Since a similar refrigerant flow rate can be obtained with a small channel cross-sectional area, a high heat transfer coefficient can be obtained. As a result, a sufficient cooling capacity can be obtained while suppressing an increase in cost.
  • a kneading rotor 304 according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
  • the kneading rotor 304 according to the fourth embodiment is different from the kneading rotor 204 according to the third embodiment described above in that a seal member 300 is provided between the partition wall portion 220 and the insertion member 217. Therefore, the same reference numerals are given to the same parts as those in the third embodiment.
  • the outer peripheral surface 19 of the tubular insertion member 217 is covered with a seal member 300 made of an elastic material having excellent elasticity such as rubber.
  • the seal member 300 is disposed so as to be sandwiched between the end 220 a of the partition wall 220 and the outer peripheral surface 19 of the insertion member 217.
  • the seal member 300 When assembling the kneading rotor 304, first, the seal member 300 is attached so as to cover the outer peripheral surface 19 of the insert member 217, and the insert member 217 to which the seal member 300 is attached is attached to the interior of the rotor shaft 216. Insert it into the socket by press fitting. Then, the seal member 300 is pressed and elastically deformed by the end portion 220a of the partition wall 220, and the end 220a of the partition wall 220 and the seal member 300 are brought into close contact with each other without any gap.
  • the insertion member 217 is formed with a smaller diameter than the insertion member 217 of the third embodiment in consideration of the thickness of the seal member 300.
  • the seal member 300 is not limited to a sheet-like member, and a liquid type member that is cured by application may be used.
  • the refrigerant flow path 25 is formed with a simple structure, and the refrigerant flow path 25 is made liquid-tight to prevent the occurrence of a short path of the refrigerant. Can do.
  • the shape is restored by the elastic force after the seal member 300 is once crushed at the time of construction, so that the partition wall 220 and the seal member 300 are in close contact with each other to generate a gap. Can be prevented.
  • the seal member 300 functions as a heat insulator, and heat is transferred from the spiral refrigerant flow path 25 to the refrigerant flowing through the internal space 229 of the insertion member 217 to be inserted. It is possible to prevent the temperature of the refrigerant flowing inside the member 217 from increasing.
  • the seal member 300 is disposed between the end 220a of the partition wall 220 formed on the inner peripheral surface 21 of the rotor shaft 216 and the insertion member 217 formed in a circular tube shape.
  • the seal member 300 is disposed between the end portion 20a of the partition wall portion 20 formed on the outer peripheral surface 19 of the insertion member 17 and the inner peripheral surface 21 of the rotor shaft 16 shown in FIG. You may make it do. In this case, it is preferable to use an elastic material having a high thermal conductivity.
  • the cooling refrigerant is supplied to the inner spaces 29 and 229 and is discharged to the outside from the spiral refrigerant flow path 25 disposed outside the inner spaces 29 and 229 has been described.
  • the refrigerant may be supplied to the refrigerant flow path 25 and discharged from the inner spaces 29 and 229 to the outside.
  • the refrigerant supplied from one side in the longitudinal direction of the kneading rotors 4, 104, 204, 304 may be discharged from the other side in the longitudinal direction.
  • the refrigerant flow path formed in a spiral shape is provided between the outer peripheral surface of the insertion member and the inner peripheral surface of the rotor shaft.
  • the kneader described above when the rubber material or the like is kneaded, a sufficient cooling capacity can be obtained by the kneading rotor, so that it is possible to prevent the rubber material or the like from being adversely affected by heat generation. Therefore, a so-called re-kneading operation in which the apparatus is temporarily stopped at a temperature immediately before deterioration of the rubber material or the like to cool the material and knead again can be omitted, so that the working time can be greatly shortened.

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Abstract

　この混練用ロータは、外周面に混練用の翼部（６）が設けられた管状のロータ軸（１６）と、該ロータ軸（１６）に挿入された内挿部材（１８）と、該内挿部材（１８）の外周面（１９）とロータ軸（１６）の内周面（２１）との間に設けられ冷媒を流通する冷媒流路（２５）とを備える。該冷媒流路（２５）は、前記ロータ軸（１６）の内周面（２１）の軸線（Ｌ）周りに螺旋状に設けられている。

Description

混練用ロータ、および、混練機
　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。
　本願は、２０１１年１２月６日に、日本に出願された特願２０１１－２６６８２５号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　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る。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。
　本発明の第１の態様によれば、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。
　本発明の第２の態様によれば、上記混練用ロータにおいて、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てもよい。
　このように構成することで、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。このため、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。
　本発明の第３の態様によれば、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。
　本発明の第４の態様によれば、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。このため、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。
　本発明の第５の態様によれば、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。
　本発明の第６の態様によれば、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。
　本発明の第７の態様によれば、混練機は、上記混練用ロータを備えている。
　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。
　上記した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た。これにより、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。このため、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、上記した混練機によれば、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に向かって突出して、ロータ軸１６の径方向に延在している。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とが離間して配置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に向かって突出することで、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。
　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。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。
　上記した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た。これにより、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。このため、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、上記した混練機によれば、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。
　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 (7)

  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ている混練用ロータ。
  2. 　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請求項１に記載の混練用ロータ。
  3. 　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２に記載の混練用ロータ。
  4. 　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から３の何れか一項に記載の混練用ロータ。
  5. 　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４に記載の混練用ロータ。
  6. 　前記シール部材は、弾性材料からなる請求項５に記載の混練用ロータ。
  7. 　請求項１から６の何れか一項に記載の混練用ロータを備える混練機。
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