(57)【要約】【課題】コストを抑制しながら、冷却効率向上を図ることのできる混練用ロータ及び混練機を提供する。【解決手段】管状の部材であって、内部に空間を有しない中実構造の混練用の翼部２２が外周面に設けられたロータ軸２７と、ロータ軸２７の内部に挿入され、内部に冷却媒体Ｃが流通してロータ軸２７を冷却する流通管２８を螺旋状に配設して形成されたヘリカルパイプ２９とを備え、ヘリカルパイプ２９は、ロータ軸２７の内周面に接触して配されていることを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
管状の部材であって外周面に混練用の翼部が設けられたロータ軸と、
前記ロータ軸の内部に挿入され、内部に冷却媒体が流通して前記ロータ軸を冷却する流通管を螺旋状に配設して形成されたヘリカルパイプとを備えることを特徴とする混練用ロータ。
【請求項２】
前記ヘリカルパイプは、前記ロータ軸の内周面に接触して配されていることを特徴とする請求項１に記載の混練用ロータ。
【請求項３】
前記ヘリカルパイプと前記ロータ軸の内周面との間には、充填材が充填されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の混練用ロータ。
【請求項４】
前記ヘリカルパイプを前記ロータ軸の内周面に付勢する付勢部材を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の混練用ロータ。
【請求項５】
前記付勢部材は、外周に向けて弾性反発力を蓄積した弾性部材であることを特徴とする請求項４に記載の混練用ロータ。
【請求項６】
前記付勢部材は、外周に向けて反発力を有する発泡部材であることを特徴とする請求項４に記載の混練用ロータ。
【請求項７】
前記ヘリカルパイプの前記流通管は、断面矩形状であることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の混練用ロータ。
【請求項８】
請求項１から７のいず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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ゴム材料等を混練する混練用ロータ及び混練用ロータを備える混錬機に関し、特に、その冷却構造に係る。
【背景技術】
【０００２】
従来、いわゆるインターナルミキサー等のゴム製造用の混練機においては、ゴム等の材料に強力なせん断力を与えて混練することから、混練に伴って発熱する。このような発熱によってゴムの温度が過大となると、ゴムの品質劣化が生じるため十分な冷却能力が必要となる。そして冷却能力が不足する場合には、混練の途中でゴムを外部に排出して冷却し、温度が低下した後に再度混練する必要が生じてしまうため、生産性に大きな影響を与えてしまう。
【０００３】
ここで、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を備えた混練機の一例が特許文献１に記載されている。
特許文献１の混練機は、冷却通路を形成したロータ本体と、ロータ本体の外周の軸方向にヘリカル状に形成した翼部とを有するロータ軸を備える混練用ロータを混合室内に収容している。
また、この混練機においては、ロータ本体に形成した冷却通路に収容したインナーパイプに、冷却通路と翼部の内側の空洞部（ジャケット）とが連通するように枝管が設けられており、冷却通路に送給した冷却媒体が、翼部の内側の空洞部に確実に導入されるようにして翼部の冷却効果の向上を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公昭５２−５３９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の混練機における混練用ロータは、冷却通路に送給した冷却媒体が、翼部の内側の空洞部に確実に導入されるようにして翼部の冷却効果の向上を図っているものの、翼部の空洞部においては、冷却媒体の流通路の断面積が大きくなってしまう。このため、流速が遅くなることを避けられず、熱伝達率が低下して十分な冷却効果が得られないおそれがあった。
ここで、ロータ本体と翼部とを別個の部品として製造し、ロータ本体に接する翼部の内面に冷却媒体用の流路を形成した後に両者を嵌合にて結合する２ピース構造の混練用ロータも一般に知られている。そしてこのような混練用ロータを採用することで、冷却能力の向上を図ることができるものの、この場合、嵌合工程に多大な作業時間を要すため、このような混練用ロータを備える混練機についても、やはりコスト面で不利となってしまう。
【０００６】
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、コストを抑制しながら、冷却効率向上を図ることのできる混練用ロータ及び混練機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る混練用ロータは、管状の部材であって外周面に混練用の翼部が設けられたロータ軸と、前記ロータ軸の内部に挿入され、内部に冷却媒体が流通して前記ロータ軸を冷却する流通管を螺旋状に配設して形成されたヘリカルパイプとを備えることを特徴とする。
【０００８】
このような構成によれば、冷却媒体の流路として、ロータ軸の内部に複雑なインナーパイプを設置する代わりに、ヘリカルパイプの流通管を挿入する。このため設置の際の加工が不要となり、コストを抑えることができる。また、ロータ軸の軸方向に向けて冷却媒体を単純に流通させる場合と比較して、ヘリカルパイプへ冷却媒体を流通させることによって、流路断面積を小さくすることが可能となり、冷却媒体の流速を増大させることによって熱伝達率の向上が可能となる。
【０００９】
また、前記ヘリカルパイプは、前記ロータ軸の内周面に接触して配されていてもよい。
【００１０】
このような構成によれば、ヘリカルパイプが確実にロータ軸の内周面に接触することで、翼部およびロータ軸のからの熱を効率よく回収できる。
【００１１】
さらに、前記ヘリカルパイプと前記ロータ軸の内周面との間には、充填材が充填されていてもよい。
【００１２】
このような構成によれば、ヘリカルパイプとロータ軸の内周面との間の間隙を充填材で埋めることが可能となり、接触熱抵抗を低減して冷却能力をさらに向上できる。
【００１３】
また、本発明に係る混練用ロータは、前記ヘリカルパイプを前記ロータ軸の内周面に付勢する付勢部材を備えていてもよい。
【００１４】
このような構成によれば、付勢部材がヘリカルパイプをロータ軸の内周面に付勢することによって、ヘリカルパイプとロータ軸の内周面との間の間隙を小さくすることができ、接触熱抵抗を低減して冷却能力の向上が可能となる。
【００１５】
さらに、前記付勢部材は、外周に向けて弾性反発力を蓄積した弾性部材であってもよい。
【００１６】
このような構成によれば、弾性部材がヘリカルパイプをロータ軸の内周面に付勢することによって、ヘリカルパイプの流通管とロータ軸の内周面との間の隙間を小さくすることができ、接触熱抵抗を低減して冷却能力を向上できる。
【００１７】
また、前記付勢部材は、外周に向けて反発力を有する発泡部材であってもよい。
【００１８】
このような構成によれば、発泡部材がヘリカルパイプをロータ軸の内周面に付勢することによって、ヘリカルパイプの流通管とロータ軸の内周面との間の隙間を小さくすることができ、接触熱抵抗を低減して冷却能力を向上できる。
【００１９】
さらに、前記ヘリカルパイプの前記流通管は、断面矩形状であってもよい。
【００２０】
このような構成によれば、ヘリカルパイプの流通管がロータ軸の内周面への面接触が可能となり、ヘリカルパイプの流通管とロータ軸の内周面との間の接触熱抵抗を低減して冷却能力を向上できる。
【００２１】
本発明に係る混練機は、上記の混練用ロータを備えていてもよい。
【００２２】
このような構成によれば、ヘリカルパイプによってコストを抑えながら、冷却媒体の流路断面積を小さくして冷却媒体の流速を増大させることが可能となる。従って、熱伝達率を向上でき、冷却効率向上を図ることが可能となる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係る混練用ロータ及び混練用によれば、冷却媒体の流通管をヘリカルパイプとすることによって、コストを抑制しながら、冷却効率向上を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係る第１実施形態の混練用ロータを備える混練機の縦断面図である。
【図２】本発明に係る第１実施形態の混練用ロータの縦断面図である。
【図３】本発明に係る第２実施形態の混練用ロータの要部縦断面図である。
【図４】本発明に係る第３実施形態の混練用ロータの要部横断面図である。
【図５】本発明に係る第４実施形態の混練用ロータの要部横断面図である。
【図６】本発明に係る第５実施形態の混練用ロータの要部縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明に係る複数の実施形態の混練用ロータ及び混練機について図面を参照して説明する。
（第１実施形態）
図１に示すように、本発明に係る第１実施形態の混練用ロータ２０，２１を備える混練機１０は、ケーシング１１の内部に混練室１２を形成している。
本実施形態の混練機１０は、混練室１２の内部に、一対の混練用ロータ２０，２１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２０，２１は、不図示のモータ等の駆動源により互いに逆方向に回転し、それぞれの外表面に、それぞれ外側に向かって張り出した翼部２２，２３を形成している。
翼部２２，２３は、例えば、混練用ロータ２０，２１の軸線２４，２５に対して螺旋状にねじれて形成されている。これら翼部２２，２３は、混練用ロータ２０，２１の回転により互いに噛み合うように配置されている。
【００２６】
混練機１０は、その上部に、混練室１２に連通してゴム原料などの混練材料が投入されるホッパ１３と、このホッパ１３に投入された混練材料を混練室１２へ圧入するフローティングウェイト１４とが設けられている。
また、混練機１０は、その底部に、混練された材料を外部に取り出すためのドロップドア１５を開閉可能に取り付けている。
【００２７】
混練機１０は、ホッパ１３を介して投入された混練材料を、フローティングウェイト１４によって混練室１２内に圧入する。
次に、互いに逆方向に回転する混練用ロータ２０，２１の噛み合い作用および混練用ロータ２０，２１と混練室１２の内表面との間に発生するせん断作用によって混練材料を混練する。
そして、混練機１０は、混練した材料を、混練室１２の底部に設けられたドロップドア１５を開放することにより混練室１２から外部へ取り出して他の工程に搬送する。
【００２８】
次に、混練用ロータ２０，２１の詳細構造について説明する。
なお、一対の混練用ロータ２０，２１は、いずれも同一構造であるために、ここでは、一方の混練用ロータ２０についてのみ説明を行い、他方の混練用ロータ２１の説明は省略する。
【００２９】
図２に示すように、混練用ロータ２０は、管状の部材であるロータ本体２６の外周面に混練用の翼部２２を設けたロータ軸２７を備えている。
また、混練用ロータ２０は、ロータ軸２７の内部に挿入し、内部に冷却媒体Ｃを流通してロータ軸２７を冷却する流通管２８を螺旋状に配設して形成したヘリカルパイプ２９を備えている。
流通管２８は、径方向の一方および他方が円形の断面形状に形成している。
ここで、混練用ロータ２０は、鋳造等により、翼部２２とロータ軸２７とを一体的に形成した、いわゆる金属製の１ピース構造で形成している。翼部２２は、内部に空間を有しない中実構造である。
【００３０】
また、混練用ロータ２０は、ロータ本体２６の軸線２４方向の一端部側に閉塞部３０を有するとともに、他端部に開口部３１を有するヘリカルパイプ収容部３２を備えている。
さらに、混練用ロータ２０は、ロータ本体２６のヘリカルパイプ収容部３２にヘリカルパイプ２９を収容している。
【００３１】
ヘリカルパイプ２９は、コイルばね形状の複数の流通管２８を有し、軸線２４の径方向中央部に、閉塞部３０側の流通管２８に連通接続した中央導入管３３を有するとともに、軸線２４の径方向外側に開口部３１側の流通管２８に連通接続した導出管３４を有している。
そして、ヘリカルパイプ２９は、中央導入管３３から閉塞部３０側の流通管２８に導入した冷却媒体Ｃを、複数の流通管２８内を流通させた後に、開口部３１側の流通管２８から導出管３４を通じて外部に導出する。
また、ヘリカルパイプ２９は、複数の流通管２８の外径寸法が、ヘリカルパイプ収容部３２の内径と略同一寸法であるために、複数の流通管２８がヘリカルパイプ収容部３２の内周面に接触した状態で挿入されている。
【００３２】
次に、混練用ロータ２０の作用について説明する。
互いに逆方向に回転する混練用ロータ２０（２１）の噛み合い作用および混練用ロータ２０（２１）と混練室１２の内表面との間に発生するせん断作用によって混練材料を混練する。
このとき、ヘリカルパイプ２９は、混練用ロータ２０とともに回転しており、中央導入管３３から閉塞部３０側の流通管２８に導入した冷却媒体Ｃを、開口部３１側の流通管２８から導出管３４を通じて流通している。
そのため、ヘリカルパイプ収容部３２に接触している流通管２８内を流通する冷却媒体Ｃにより、翼部２２およびロータ軸２７に生じた熱を回収して翼部２２およびロータ軸２７を冷却することが可能である。
【００３３】
このようにして、冷却媒体Ｃの流路として、ロータ軸２７の内部に複雑な流路形状を有するインナーパイプを設置する代わりに、ヘリカルパイプ２９を挿入することで、設置の際の加工が不要となり、コストを抑えることができる。
【００３４】
また、ロータ軸２７の軸線２４方向に向けて、冷却媒体Ｃを単純に流通させる場合と比較して、ヘリカルパイプ２９へ冷却媒体Ｃを流通させることによって、流路断面積を小さくすることが可能となり、冷却媒体の流速を増大させることができる。従って、熱伝達率の向上が可能となる。
【００３５】
以上、説明したように、第１実施形態の混練用ロータ２０によれば、ロータ軸２７のヘリカルパイプ収容部３２の内周面に接触する流通管２８を有するヘリカルパイプ２９を挿入することによって、コストを抑制しながら、熱伝達率を向上によって冷却効率を向上できる。
【００３６】
（第２実施形態）
次に、本発明に係る第２実施形態の混練用ロータ及び混練機について説明する。
なお、以下の各実施形態において、前述した第１実施形態と重複する構成要素や機能的に同様な構成要素については、図中に同一符号あるいは相当符号を付することによって説明を簡略化あるいは省略する。
【００３７】
図３に示すように、本発明に係る第２実施形態の混練機４０における混練用ロータ５０は、ヘリカルパイプ２９の流通管２８と、ロータ本体２６に形成したヘリカルパイプ収容部３２の内周面との間に充填材５１が充填されている。この充填材５１は、例えばシリコン等を原料とする放熱ゲルシートや、炭素繊維やカーボンナノチューブ等を含有する機能材であって、柔軟性を有する高熱伝導率材であることが好ましい。
【００３８】
また、充填材５１は、ヘリカルパイプ２９における流通管２８の外径寸法と同等寸法の螺旋の凹溝形状に形成したパイプ接触面５２を内周に有し、ヘリカルパイプ収容部３２の内径寸法と同等寸法のロータ軸接触面５３を外周に有する。
このため、充填材５１は、そのロータ軸接触面５３がヘリカルパイプ収容部３２の内周面に接触し、そのパイプ接触面５２がヘリカルパイプ２９の流通管２８に接触する。
そして、充填材５１は、ヘリカルパイプ２９と一体的にヘリカルパイプ収容部３２内で回転する。
【００３９】
第２実施形態の混練用ロータ５０によれば、ヘリカルパイプ２９の流通管２８と、ロータ軸２７のヘリカルパイプ収容部３２の内周面との間に充填材５１が充填されている。従って、ヘリカルパイプ収容部３２の内周面とヘリカルパイプ２９の流通管２８との間の間隙を埋めることで、接触熱抵抗を低減して冷却能力を向上できる。
【００４０】
（第３実施形態）
次に、本発明に係る第３実施形態の混練用ロータ及び混練機について説明する。
図４に示すように、本発明に係る第３実施形態の混練機６０に装備する混練用ロータ７０は、ヘリカルパイプ２９をロータ軸２７のヘリカルパイプ収容部３２の内周面に付勢する付勢部材である弾性部材７１を備えている。
弾性部材７１は、内径を小さくするように弾性変形した板ばねを円形に形成したばね部材であり、ヘリカルパイプ２９の流通管２８の内側に収容することにより、流通管２８をヘリカルパイプ収容部３２の内周面に外周側に向かって付勢力を付与するものである。
また、弾性部材７１は、ヘリカルパイプ２９の流通管２８をヘリカルパイプ収容部３２の内周面を押し付けた状態で、ヘリカルパイプ２９に一体的にヘリカルパイプ収容部３２内で回転する。
【００４１】
第３実施形態の混練用ロータ７０によれば、付勢部材である弾性部材７１がヘリカルパイプ２９の流通管２８をロータ軸２７のヘリカルパイプ収容部３２の内周面に付勢する。
従って、混練用ロータ７０によれば、ヘリカルパイプ２９の流通管２８と、ヘリカルパイプ収容部３２の内周面との間の間隙を小さくすることにより、接触熱抵抗を低減して冷却能力を向上できる。
【００４２】
また、混練用ロータ７０によれば、付勢部材である弾性部材７１は、ばね部材であるため、材料の入手および加工が容易であり、コスト面及び工数面で有利にできる。
【００４３】
（第４実施形態）
次に、本発明に係る第４実施形態の混練用ロータ及び混練機について説明する。
図５に示すように、本発明に係る第４実施形態の混練機８０に装備する混練用ロータ９０は、ヘリカルパイプ２９の流通管２８をロータ軸２７のヘリカルパイプ収容部３２の内周面に付勢する付勢部材である発泡部材９１を備えている。
発泡部材９１は、ロータ軸２７のヘリカルパイプ収容部３２内に充填された後に発泡することにより体積膨張し、この状態で硬化する発泡剤であり、このように膨張することで流通管２８をヘリカルパイプ収容部３２の内周面に付勢する。
なお、発泡部材９１は、硬化後に、体積を小さくするように変形させた状態でヘリカルパイプ収容部３２内に圧入してもよい。
発泡部材９１は、ヘリカルパイプ２９の流通管２８をヘリカルパイプ収容部３２の内周面に押し付けながら、ヘリカルパイプ２９に一体的にヘリカルパイプ収容部３２内で回転する。
【００４４】
第４実施形態の混練用ロータ９０によれば、発泡部材９１がヘリカルパイプ２９の流通管２８をロータ軸２７のヘリカルパイプ収容部３２の内周面に付勢する。
従って、混練用ロータ９０によれば、ヘリカルパイプ２９の流通管２８と、ヘリカルパイプ収容部３２の内周面との間の間隙を小さくすることにより、接触熱抵抗を低減して冷却能力を向上できる。
【００４５】
（第５実施形態）
次に、本発明に係る第５実施形態の混練用ロータ及び混練機について説明する。
図６に示すように、本発明に係る第５実施形態の混練機１００に装備する混練用ロータ１１０は、径方向の一方および他方が矩形の断面形状に形成した流通管１１２を有するヘリカルパイプ１１１を適用している。
ヘリカルパイプ１１１は、軸線２４の径方向中央部において、閉塞部３０側の流通管１１２に連通接続した中央導入管１１３を有する。
また、ヘリカルパイプ１１１は、複数の流通管１１２の外径寸法が、ヘリカルパイプ収容部３２の内径と略同一寸法であるために、ヘリカルパイプ収容部３２の内周面に面接触した状態で挿入されている。
【００４６】
第５実施形態の混練用ロータ１１０によれば、ヘリカルパイプ１１１の流通管１１２がヘリカルパイプ収容部３２の内周面に面接触して、伝熱面積を増大できる。従って、ヘリカルパイプ１１１の流通管１１２と、ヘリカルパイプ収容部３２の内周面との間の接触熱抵抗を低減して冷却能力を向上できる。
【００４７】
なお、本発明の混練用ロータ及び混練機は、前述した各実施形態に限定するものでなく、適宜な変形や改良等が可能である。
例えば、複数の上述の実施形態同士を組み合わせてもよく、具体的には、第２実施形態の充填材５１に、第３実施形態の弾性部材７１や第４実施形態の発泡部材９１を併用することが可能である。
【符号の説明】
【００４８】
１０，４０，６０，８０，１００…混練機  ２０，２１，５０，７０，９０，１１０…混練用ロータ  ２２，２３…翼部  ２７…ロータ軸  ２８，１１２…流通管  ２９，１１１…ヘリカルパイプ  ５１…充填材  ７１…弾性部材（付勢部材）  ９１…発泡部材（付勢部材）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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