(57)【要約】【課題】簡単に内部に連続した流路を備えた螺旋羽根を有するスクリューシャフトを製造する。【解決手段】外周面に螺旋状に羽根側流路６ｂの一部を構成し、底面が外周面よりも半径方向内側に位置する凹溝９ａを有する断面円形の回転軸４を形成する。凹溝９ａを覆う螺旋羽根５を凹溝９ａに沿って形成し、内部に羽根側流路６ｂを形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシング内に架設される回転軸と、該回転軸の外周上に設けられた螺旋羽根とを備え、該回転軸及び螺旋羽根の少なくとも一部に熱媒体を流通させる連続した熱媒体流路が形成された、螺旋羽根を有するスクリューシャフトの製造方法において、
外周面に螺旋状に羽根側流路の一部を構成し、底面が外周面よりも半径方向内側に位置する凹溝を有する断面円形の回転軸を形成する軸形成工程と、
上記凹溝を覆う上記螺旋羽根を該凹溝に沿って形成し、内部に上記羽根側流路を形成する螺旋羽根形成工程とを含む
ことを特徴とする螺旋羽根を有するスクリューシャフトの製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の螺旋羽根を有するスクリューシャフトの製造方法において、
上記軸形成工程において、中央に上記凹溝が形成され、上記回転軸の外周面よりも高い一対の側壁を有する突条を形成し、
上記螺旋羽根形成工程において、上記突条の上端に蓋部材を設け、該蓋部材と上記一対の側壁と上記凹溝とで囲まれた上記羽根側流路を形成する
ことを特徴とする螺旋羽根を有するスクリューシャフトの製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の複数の螺旋羽根を有するスクリューシャフトと、
上記複数のスクリューシャフトが互いに平行に並ぶように該複数のスクリューシャフトの回転軸を回転可能に支持するケーシングと、
上記熱媒体を上記熱媒体流路に循環させる循環装置とを備えている
ことを特徴とする螺旋羽根を有するスクリューシャフトを備えた熱交換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、螺旋羽根を有するスクリューシャフトの製造方法及びそれを備えた熱交換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ケーシング内に一対のスクリューシャフトを平行に架設し、一対のスクリューシャフトを互いに反対方向に回転させて外周に設けた螺旋羽根を噛み合わせ、粉体、液体（スラリー状、粘性流体を含む）等の被混練材料を混練する混練機が知られている。
【０００３】
このような混練機のうち、スクリューシャフトの内部に熱媒体が流通する熱媒体流路を設けて被混練材料を加熱又は冷却しながら混練する熱交換装置が知られている。このような熱交換装置に利用される螺旋羽根を有するスクリューシャフト内の熱媒体流路は、螺旋羽根内に熱媒体流路を形成することで、熱交換の効率が向上する。
【０００４】
そこで、例えば、特許文献１の熱交換装置の製造方法では、回転軸と螺旋羽根の側面とを一体的に機械加工で削り出し、隣接する側面の頂面同士に跨がる金属製の帯板を巻き回して溶着することにより螺旋羽根を回転軸の外周に設けるようにしている。これにより、螺旋羽根に沿った熱媒体流路を形成することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許２７３８２９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の螺旋羽根を有するスクリューシャフトの製造方法では、螺旋羽根内の熱媒体流路の底面は、螺旋羽根間の外周面と同じ高さにある。このため、熱交換量を大きくしようとすると、螺旋羽根が大きくなり、スクリューシャフトを大型化せざるを得なかった。また、熱媒体の温度を上げたり、流速を上げて時間当たりの流量を増やしたりするのは、安全面や周辺装置の能力から限界がある。
【０００７】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、スクリューシャフトの熱媒体流路の断面積を容易に増やして効率よく熱交換できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、この発明では、螺旋羽根に沿って凹溝を設けるようにした。
【０００９】
具体的には、第１の発明では、ケーシング内に架設される回転軸と、該回転軸の外周上に設けられた螺旋羽根とを備え、該回転軸及び螺旋羽根の少なくとも一部に熱媒体を流通させる連続した熱媒体流路が形成された、螺旋羽根を有するスクリューシャフトの製造方法を前提とする。
【００１０】
上記製造方法は、
外周面に螺旋状に羽根側流路の一部を構成し、底面が外周面よりも半径方向内側に位置する凹溝を有する断面円形の回転軸を形成する軸形成工程と、
上記凹溝を覆う上記螺旋羽根を該凹溝に沿って形成し、内部に上記羽根側流路を形成する螺旋羽根形成工程とを含む構成とする。
【００１１】
上記の構成によると、底面が外周面よりも半径方向内側に位置する凹溝を凹陥させることで、容易かつ確実に大きな断面積の熱媒体流路を確保することができ、効率よく熱交換を行える。また、凹溝を螺旋羽根で覆うことにより、凹溝を設けたことによるスクリューシャフトの剛性の低下を防ぐことができる。
【００１２】
第２の発明では、第１の発明において、
上記軸形成工程において、中央に上記凹溝が形成され、上記回転軸の外周面よりも高い一対の側壁を有する突条を形成し、
上記螺旋羽根形成工程において、上記突条の上端に蓋部材を設け、該蓋部材と上記一対の側壁と上記凹溝とで囲まれた上記羽根側流路を形成する構成とする。
【００１３】
上記の構成によると、凹溝を塞ぐように突条に沿って蓋部材を貼り付けることにより、容易に断面積の大きい羽根側流路を形成することができる。
【００１４】
第３の発明では、第１又は第２の発明において、
上記複数のスクリューシャフトが互いに平行に並ぶように該複数のスクリューシャフトの回転軸を回転可能に支持するケーシングと、
上記熱媒体を上記熱媒体流路に循環させる循環装置とを備えている。
【００１５】
上記の構成によると、熱媒体流路の断面積の大きい螺旋羽根を有するスクリューシャフトを利用できるので、熱交換効率のよい熱交換装置が得られる。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明したように、本発明によれば、外周面に螺旋状に形成した底面が外周面よりも半径方向内側に位置する凹溝を覆って螺旋羽根を形成して内部に羽根側流路を形成するようにしたことにより、熱媒体流路の断面積を容易に増やして効率よく熱交換できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図２（ｂ）のＩ部周辺を螺旋羽根に沿って切断して示す拡大断面図である。
【図２】（ａ）が本発明の実施形態に係る熱交換装置を一部破断して示す側面図であり、（ｂ）は、スクリューシャフトを示す側面図である。
【図３】図１のIII−III線拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１９】
図２（ａ）に本発明の実施形態の螺旋羽根５を有するスクリューシャフト３が取り付けられた熱交換装置１の一部を破断して示す。この熱交換装置１は、筒状のケーシング２内に一対のスクリューシャフト３が架設されている。
【００２０】
ケーシング２は、上方に被混練材料となる粉体、液体（スラリー状、粘性流体を含む）等が投入される材料投入口２ａが形成されている。ケーシング２の下面には、材料排出口２ｂが形成され、混練後の材料が排出されるようになっている（白抜き矢印で材料の流れを示す）。ケーシング２には、ジャケット部２ｃが形成され、ケーシング２の外周に熱媒体を供給して熱交換可能となっている。
【００２１】
本実施形態では、一対のスクリューシャフト３が平行にケーシング２に架設され、異方向に回転させることで、それぞれの螺旋羽根５を噛み合わせながら被混練材料を混練するようになっている。本実施形態では、図２（ａ）に示す一方のスクリューシャフト３と、図２（ｂ）に示す他方のスクリューシャフト３とで螺旋羽根５の条数を同じとしているが、例えば、螺旋羽根５の条数を相違させ、一方のスクリューシャフト３が２条螺子であるのに対して、他方のスクリューシャフト３を１条螺子とすることで、他方のスクリューシャフト３の回転速度を２倍としてもよい。また、一対のスクリューシャフト３の螺旋羽根５の条数を１対３、２対３等としてもよい。
【００２２】
図１及び図２に示すように、それぞれのスクリューシャフト３は、円柱状の回転軸４の外周上に螺旋羽根５が螺旋状に形成されている。回転軸４及び螺旋羽根５の少なくとも一部に熱媒体として、温水、水蒸気、冷却水、油などを流通させる熱媒体流路６が形成されている。熱媒体流路６は、回転軸４の中心に軸方向に直線状に延びる軸側流路６ａと、この軸側流路６ａに半径方向に延びる連結路６ｃを介して連続し、螺旋羽根５に沿って延びる羽根側流路６ｂとを有する。図２に示すように、スクリューシャフト３の右側には、ロータリージョイント７が接続され、このロータリージョイント７が図示しない熱媒体の循環装置に接続されて熱媒体の導入及び排出が可能となっている。軸側流路６ａは、例えば図示しない中空のパイプをロータリージョイント７側の内部から挿通することで、１本の流路で熱媒体の導入と排出とが可能となっている。具体的には、ロータリージョイント７に供給された熱媒体は、図２の右側の軸側流路６ａのパイプ内を通って熱媒体が供給されて左側端部に至り、図１に示すように、連結路６ｃを通って半径方向外側に進み、螺旋羽根５内の羽根側流路６ｂを左側から右側に螺旋状に通過して軸側流路６ａのパイプの外周を通ってロータリージョイント７から排出されるようになっている。
【００２３】
図３に断面を示すように、回転軸４の外周には、対向する一対の側壁を有する突条９と、その底面が回転軸４の外周よりも低く凹陥された凹溝９ａとが形成されている。そして、突条９の上端に螺旋状に折り曲げられた、蓋部材としての帯板８を溶接することによって、螺旋羽根５が形成されている。溶接部１０によって螺旋羽根５は、密閉され、内部に羽根側流路６ｂが形成されている。図１に示すように、螺旋羽根５の一部は溶接肉盛１１によって回転方向に沿って滑らかな形状となるように成形されていてもよい。
【００２４】
次いで、本実施形態のスクリューシャフト３の製造方法について詳しく説明する。
【００２５】
まず、例えば炭素鋼、ステンレス鋼などの円柱状の棒鋼を用意する。そして、軸形成工程において、棒鋼の外周面を削って回転軸４を形成する。回転軸４の両端部の外径は、中間よりも小さな外径に切削してロータリージョイント７を接続したり、スプライン加工を施して図示しない回転装置に接続したりできるようにする。回転軸４の中心には、キリ孔等により、軸心に沿って直線状の軸側流路６ａを形成する。例えば図示しない適度な長さの円筒パイプをこの軸側流路６ａを構成するキリ孔に挿入することで、熱媒体の往路と復路とを形成する。この軸形成工程において、棒鋼を切削加工する際に螺旋羽根５に沿う一対の対向する突条９を形成する。このとき、突条９の中央に突条９に沿って凹溝９ａを回転軸４における露出した突条９間の外表面よりも低くなるように一体に形成しておく。旋盤などの機械加工により、正確な位置に精密に突条９及び凹溝９ａの加工を行うことができる。図１に拡大して示すように、例えば、軸側流路６ａの先端が凹溝９ａの一端に連続するように軸側流路６ａの先端を例えば２本の連結路６ｃで半径方向につなぐ。
【００２６】
次いで、螺旋羽根形成工程において、螺旋状に折り曲げられた帯板８を突条９の上端に溶接して貼り付ける。このとき、帯板８は、一対の突条９に沿って貼り付ければよいので、位置決めが容易である。図３に断面を示すように、帯板８を、一対の突条９の上端に沿って塞ぐように貼り付けて溶接する。さらに図１に示すように、帯板８の折り曲げ部分の滑らかさを保つために溶接肉盛１１を施した上で、表面を滑らかに仕上げる。
【００２７】
これにより、軸側流路６ａと羽根側流路６ｂとが連結された熱媒体流路６を有するスクリューシャフト３が形成される。
【００２８】
このように、凹溝９ａを凹陥させることで、容易かつ確実に大きな断面積の熱媒体流路６を確保することができる。また、凹溝９ａを設けることで、回転軸４の断面積が減ることとなるが、突条９の側壁及び帯板８による溶接構造により凹溝９ａが堅固に覆われるので、凹溝９ａを設けることによるスクリューシャフト３の剛性の低下を防ぐことができる。
【００２９】
一方、凹溝９ａを設けることで、その底面と軸側流路６ａとの間の間の距離が短くなるが、この部分は、外部から力が加わらず、破損の恐れはない。仮に腐食等により、両者が連通したとしても、同じ熱媒体が流通しているため機能上大きな問題がない。
【００３０】
このように断面積の広い羽根側流路６ｂを有するスクリューシャフト３を用いた熱交換装置１により極めて効率よく熱交換を行うことができる。
【００３１】
（その他の実施形態）
本発明は、上記実施形態について、以下のような構成としてもよい。
【００３２】
すなわち、上記実施形態では、一対のスクリューシャフト３を平行にケーシング２に架設して互いに向かい合う方向に回転させるようにしているが、いずれも同方向に回転させてもよい。
【００３３】
上記実施形態では、蓋部材は、鋼板を折り曲げた帯板８としたが、例えば、複数の鋳造品のブロックを突条９に沿って連続して貼り付けるように溶接するようにしてもよい。
【００３４】
なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物や用途の範囲を制限することを意図するものではない。
【符号の説明】
【００３５】
１      熱交換装置
２      ケーシング
２ａ    材料投入口
２ｂ    材料排出口
２ｃ    ジャケット部
３      スクリューシャフト
４      回転軸
５      螺旋羽根
６      熱媒体流路
６ａ    軸側流路
６ｂ    羽根側流路
６ｃ    連結路
７      ロータリージョイント
８      帯板（蓋部材）
９      突条
９ａ    凹溝
１０      溶接部
１１      溶接肉盛
【図１】
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【図２】
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【図３】
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