混炼用转子、混炼机以及混炼用转子的制造方法
【专利摘要】该混炼用转子具备：转子轴（27），具有管形状；叶片部（22），设于所述转子轴（27）的外周面；以及填充体（36），设于所述叶片部（22）内部所形成的凹部（28），并且所述填充体（36）的材质的导热率比形成所述转子轴（27）和所述叶片部（22）的材质的导热率高。
【专利说明】混炼用转子、混炼机以及混炼用转子的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及对橡胶材料等进行混炼的混炼用转子、混炼机以及混炼用转子的制造方法，特别是涉及其冷却构造。本申请基于2012年I月25日在日本提出的日本特愿2012 —013222号而主张优先权，并将其内容引用于此。
【背景技术】
[0002]以往，在所谓的内搅拌机等橡胶制造用的混炼机中，对橡胶等材料施加强力的剪切力而进行混炼，因此与混炼相伴而发热。若因这种发热而使得橡胶的温度变得过大，则产生橡胶的品质劣化，因而需要充分的冷却能力。并且，在冷却能力不足的情况下，需要在混炼的中途将橡胶排出到外部而进行冷却，在温度降低后再度进行混炼，因此会对生产率产生较大的影响。
[0003]在此，在专利文献I中记载了具备将转子轴和叶片部一体地形成的、所谓的单体构造的混炼用转子的混炼机的一例。
[0004]专利文献I的混炼机将具有形成了冷却通路的转子轴和混炼用的叶片部的混炼用转子收容于混合室内。
[0005]另外，该混炼机中，在形成于转子轴内的冷却通路中所收容的内管中，以冷却通路和叶片部的内侧的空洞部(套管)连通的方式设置支管，使得搬运到冷却通路的冷却介质被切实地导入到叶片部的内侧的空洞部，从而实现叶片部的冷却效果的提高。
[0006]专利文献1:日本特公昭52 - 5395号公报
【发明内容】
[0007]发明要解决的问题
[0008]然而，专利文献I的混炼机中的混炼用转子中，虽然搬运到冷却通路中的冷却介质被切实地导入到叶片部的内侧的空洞部，从而实现叶片部的冷却效果的提高，但是在叶片部的空洞部中，冷却介质的流通路的截面积会变大。因此，存在无法避免流速变慢、热传递率降低从而无法得到充分的冷却效果的可能性。
[0009]在此，通常也公知有以下的两零件构造的混炼用转子:将转子轴和叶片部作为不同的元件而制造，在与转子轴相接的叶片部的内表面形成了冷却介质用的流路后，将转子轴和叶片部通过嵌合而结合。通过采用这种混炼用转子，能够实现冷却能力的提高。但是，该情况下，需要嵌合工序所涉及的较多的工序数。因此，即使对于具备这种混炼用转子的混炼机，在成本方面仍然不利。
[0010]本发明的目的在于提供能够在抑制成本的同时实现冷却效率提高的混炼用转子、混炼机以及混炼用转子的制造方法。
[0011]用于解决问题的方法
[0012]根据本发明的第一方式，混炼用转子具备:转子轴，具有管形状；叶片部，设于所述转子轴的外周面；以及填充体，设于所述叶片部内部所形成的凹部，并且所述填充体的材质的热导率比形成所述转子轴以及所述叶片部的材质的热导率高。
[0013]根据上述结构，与利用和叶片部相同的材质将叶片部内部形成为实心构造的情况相比，能够降低叶片部的热阻，并能够提高利用基于冷却介质的强制对流热传递对转子轴内表面进行冷却时的冷却效果。此外，与在凹部内不设置填充体而形成为中空构造从而利用基于冷却介质的强制对流热传递对凹部的内表面进行冷却的情况相比，能够防止与由冷却介质向凹部流通时产生的冷却介质的流路截面积增加所引起的流速减小相伴的热传递率的降低。另外，通过仅设置填充体来实现冷却效果的提高，不会引起大幅度的成本升高。
[0014]另外，上述混炼用转子也可以具备形成于所述填充体的内周面并向内周侧突出的翅片。
[0015]利用与这种叶片部的凹部热接触的填充体的翅片，在利用基于冷却介质的强制对流热传递进行冷却时，传热面积扩大，传热量增大，因此结果能够提高冷却效果。
[0016]另外，通过仅在填充体设置翅片，也不会大幅度地增大使冷却介质流通时的压力损失。
[0017]此外，根据本发明的第二方式，混炼机具备上述混炼用转子。
[0018]根据上述结构，在转子轴的叶片部所具有的凹部内，适用了设置有热导率比形成转子轴的材质的热导率高的高热导率部件的填充体的混炼用转子，从而能够在抑制成本的同时提高冷却效率。
[0019]另外，根据本发明的第三方式，混炼用转子的制造方法中，混炼用转子具有呈管状且在外周面设有混炼用的叶片部的转子轴，所述混炼用转子的制造方法包括以下工序:填充体形成工序，将由热导率比所述转子轴和叶片部的材质的热导率高的材质所形成的部件形成为预定的形状；填充体配置工序，在所述转子轴的设置叶片部的位置，在比所述叶片部的外周面靠所述转子轴的径向内侧的位置，将所述填充体形成工序中形成的填充体配置于所述转子轴的铸型内部；以及镶铸工序，在所述填充体配置工序中配置了所述填充体的状态下，向所述铸型中浇注所述转子轴的材料。
[0020]根据上述混炼用转子的制造方法，在预先形成了填充体的状态下，能够使用向转子轴的叶片部的径向内侧铸入填充体的方法即镶铸来制造混炼用转子。因此，无需实施复杂的制造工序就能够制造在抑制了成本的同时实现了冷却效率提高的混炼用转子。
[0021]根据本发明的第四方式，混炼用转子的制造方法中，所述混炼用转子具有呈管状且在外周面设有混炼用的叶片部的转子轴，所述混炼用转子的制造方法包括以下工序:转子轴制造工序，在设有所述叶片部的位置，以在所述转子轴的内侧形成凹部的方式制造所述转子轴；以及填充工序，将由热导率比所述转子轴以及所述叶片部的材质的热导率高的材质所形成的填充材料从所述转子轴的外侧填充到所述凹部而设置填充体。
[0022]根据上述混炼用转子的制造方法，通过从转子轴的外侧向凹部浇注填充材料，能够利用填充材料的自重切实地将填充材料填充到凹部而设置填充体。因此，无需实施复杂的制造工序就能够制造在抑制了成本的同时实现了冷却效率提高的混炼用转子。
[0023]发明效果
[0024]根据上述混炼用转子、混炼机以及混炼用转子的制造方法，通过在叶片部的凹部设置填充体，能够在抑制成本的同时实现冷却效率提高。【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1是具备本发明所涉及的第一实施方式的混炼用转子的混炼机的纵向剖视图。
[0026]图2是本发明所涉及的第一实施方式的混炼用转子的纵向剖视图。
[0027]图3是本发明所涉及的第二实施方式的混炼用转子的主要部分纵向剖视图。
[0028]图4是图3所示的混炼用转子的A — A剖视图。
[0029]图5是本发明所涉及的混炼用转子的制造方法的第一例中的第一工序的纵向剖视图。
[0030]图6是图5所示的混炼用转子的制造方法的第一例中的第三工序的纵向剖视图。
[0031]图7是本发明所涉及的混炼用转子的制造方法的第二例中的第一工序的纵向剖视图。
[0032]图8是图7所示的混炼用转子的制造方法的第二例中的第二工序的纵向剖视图。
[0033]图9是本发明所涉及的混炼用转子的制造方法的第三例中的第一工序的纵向剖视图。
[0034]图10是图9所示的混炼用转子的制造方法的第三例中的第二工序的纵向剖视图。【具体实施方式】
[0035]以下，参照附图，对本发明所涉及的多个实施方式的混炼用转子、混炼机以及混炼用转子的制造方法进行说明。
[0036](第一实施方式)
[0037]如图1所示，具备本发明所涉及的第一实施方式的混炼用转子20、21的混炼机10在壳体11的内部形成有混炼室12。
[0038]混炼机10是在混炼室12的内部平行地配置有一对混炼用转子20、21的、所谓的密闭式的混炼机。
[0039]一对混炼用转子20、21利用未图示的电动机等驱动源而彼此沿相反方向旋转，在各自的外表面形成有分别向外侧伸出的叶片部22、23。
[0040]叶片部22、23相对于混炼用转子20、21的轴线24、25扭曲成螺旋状而形成。这些叶片部22、23以利用混炼用转子20、21的旋转而相互啮合的方式配置。
[0041]此外，在混炼机10的上部设有:与混炼室12连通而供橡胶原料等混炼材料投入的料斗13 ;及将投入到该料斗13的混炼材料向混炼室12压入的浮动锤14。
[0042]另外，在混炼机10的底部，可开闭地安装有用于将混炼后的材料取出到外部的卸料门15。
[0043]混炼机10利用浮动锤14将经由料斗13而投入的混炼材料压入到混炼室12内。
[0044]接下来，利用彼此沿相反方向旋转的混炼用转子20、21的啮合作用以及在混炼用转子20、21和混炼室12的内表面之间产生的剪切作用而对混炼材料进行混炼。
[0045]并且，混炼机10通过将设于混炼室12的底部的卸料门15打开而将混炼后的材料从混炼室12向外部取出，从而向其它工序搬运。
[0046]接下来，对混炼用转子20、21的详细构造进行说明。
[0047]另外，一对混炼用转子20、21都是相同构造，因此，在此仅仅对一方的混炼用转子20进行说明，另一方的混炼用转子21的说明省略。[0048]如图2所示，混炼用转子20具有在内侧形成有空洞的管状的转子轴27和向转子轴27的外表面伸出的螺旋状的叶片部22。
[0049]在转子轴27的内表面，在叶片部22的里侧形成有沿轴线24形成为螺旋状的凹部28。
[0050]在此，混炼用转子20以利用铸造等而一体地形成了具有凹部28的叶片部22和转子轴27的、所谓的金属制单体构造而形成。
[0051]另外，混炼用转子20具有:封闭部29，设于轴线24方向的一端部并将所述一端部封闭；以及导管收容部31，设于轴线24方向的另一端部并具有与转子轴内侧的空洞连通的开口部30。
[0052]此外，混炼用转子20在导管收容部31收容有插入部件32。
[0053]插入部件32以在隔着间隙而远离封闭部29的位置配置前端开口部33的方式收容于导管收容部31内。
[0054]因此，从插入部件32的基端部所具有的冷却介质入口 34导入的冷却介质C从前端开口部33向与封闭部29之间流通，从前端开口部33与导管收容部31的内表面接触并且向冷却介质出口 35流通。
[0055]混炼用转子20具备填充体36，所述填充体36填充于转子轴27的叶片部22所具有的凹部28中，并由热导率比形成转子轴27的材质(例如铸铁等)的热导率高的材质形成。
[0056]填充体36例如由热导率为50W/m.K左右的碳素钢、170W/m.K的碳化硅、272W/m.K的氧化铍、237W/m.K的铝等高热导率部件形成。
[0057]另外，不言而喻，填充体36能够适当适用这些以外的优选的材质。
[0058]填充体36在其内周面具有与冷却介质C相接的冷却介质接触面37，在其外周面具有与叶片部22的凹部28相接的叶片部接触面38。
[0059]接下来，对混炼用转子20的作用进行说明。
[0060]利用彼此沿相反方向旋转的混炼用转子20 (21)的啮合作用以及在混炼用转子20
(21)和混炼室12的内表面之间产生的剪切作用对混炼材料进行混炼。
[0061]此时，插入部件32与混炼用转子20 —起旋转，从冷却介质入口 34导入的冷却介质C从前端开口部33与导管收容部31的内表面接触并且向冷却介质出口 35流通。
[0062]并且，冷却介质C与混炼用转子20的导管收容部31的内表面接触并且与填充体36的冷却介质接触面37接触。
[0063]如此，冷却介质C对保持从混炼用转子20的导管收容部31的内表面以及叶片部22的凹部28传递的热的填充体36进行基于强制对流热传递的冷却。
[0064]以上，如所说明的那样，根据第一实施方式的混炼用转子20，在转子轴27的叶片部22所具有的凹部28内，设置热导率比形成转子轴27的材质的热导率高的高热导率部件的填充体36。因此，根据混炼用转子20，与未设置凹部28的状态即利用与叶片部22相同材质的部件将叶片部22形成为实心构造的情况相比，能够降低叶片部22的热阻。并且，通过利用冷却介质C以强制对流对填充体36的冷却介质接触面37进行冷却，从而能够提高冷却效果。
[0065]此外，与在凹部28内不设置填充体36而形成为中空构造从而利用基于冷却介质C的强制对流热传递对凹部28进行冷却的情况相比，在冷却介质C向凹部28流通时，能够防止因流路的截面积增大而产生的冷却介质C的流速减小。在该方面中也能够提高冷却效
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[0066]根据第一实施方式的混炼机10，适用了以下的混炼用转子20:在转子轴27的叶片部22所具有的凹部28内设置了热导率比形成转子轴27的材质的热导率高的高热导率部件的填充体36。因此，能够在抑制成本的同时提高冷却效率。
[0067](第二实施方式)
[0068]接下来，对本发明所涉及的第二实施方式的混炼用转子50以及混炼机40进行说明。
[0069]另外，在以下的各实施方式中，对与上述的第一实施方式重复的结构要素、功能性同样的结构要素，在附图中标注相同附图标记或相当附图标记而将说明简化或省略。
[0070]如图3所示，本发明所涉及的第二实施方式的混炼机40所装备的混炼用转子50在填充体51的内周面具有向转子50的轴中心突出的多个翅片52。该多个翅片52与填充体51 —体地形成。
[0071]如图4所示，多个翅片52呈平板状，与轴线24方向相互平行地排列延伸。由此，具有扩大填充体51的表面积的功能。
[0072]多个翅片52也设于填充体51，从而使得与冷却介质C接触的填充体51的表面积(传热面积)扩大，在填充体51和冷却介质C之间的传热量增大，因此，结果是基于冷却介质C的冷却效率提高。
[0073]另外，作为多个翅片52的形状，除了图示那样的与轴线24方向平行的平板翅片夕卜，还列举出相对于轴线24方向保持角度的平板翅片、针状翅片等。
[0074]接下来，对混炼用转子50的作用进行说明。
[0075]混炼用转子50与旋转相伴，利用在与混炼室12的内表面之间产生的剪切作用，对混炼材料进行混炼，并从插入部件32的冷却介质入口 34导入冷却介质C。
[0076]冷却介质C从前端开口部33与导管收容部31的内表面热连接并且向冷却介质出口 35流通。
[0077]并且，冷却介质C与混炼用转子50的导管收容部31的内表面接触并且与和叶片部22的凹部28热连接的填充体51的多个翅片52接触。
[0078]此时，由于橡胶材料因剪切而在叶片部22发热，以及导热的热阻(基于厚度)较高，若沿轴长度方向观察，则叶片部22的局部温度比没有叶片部22的转子轴27的温度高。
[0079]因此，冷却介质C利用与叶片部22的凹部28热接触的填充体51的多个翅片52而使得传热面积扩大，传热量增大，因此结果能够提高冷却效果，能够增加冷却量。
[0080]根据第二实施方式的混炼用转子50，能够利用与叶片部22的凹部28热接触的填充体51的多个翅片52来提高冷却效果。因此，根据混炼用转子50，能够高效地进行冷却。
[0081]以上，参照附图，对本发明的第一实施方式以及第二实施方式进行了说明，但是具体的结构不限于该实施方式。例如，叶片部22也可以形成为沿转子轴27的轴线24方向隔开一定的间隔，并向转子轴27的外表面伸出。
[0082]接下来，对本发明所涉及的混炼用转子的制造方法的第一例进行说明。
[0083]另外，混炼用转子60为与第一实施方式的混炼用转子20、21大致相同的结构，使用铸型进行铸造。[0084]如图5所示，在混炼用转子60的制造方法的第一例中的第一工序(填充体形成工序)中，将由热导率比形成转子轴63的材质的热导率高的材质所形成的填充体65形成为与凹部62相同的形状。另外,该填充材料的熔点需要比形成转子轴63的材质的熔点高，例如，能够使用碳化硅、氧化铍等。
[0085]接下来，在第二工序(填充体配置工序)中，在转子轴63的外周面设置叶片部61的位置，在比所述叶片部61的外周面靠转子轴63的径向内侧的位置、即以收容于叶片部61的内周面所形成的凹部62的方式向转子轴63的上述铸型中的与凹部62对应的位置配置填充体65。
[0086]并且，如图6所示，将在第一工序中预先形成且在第二工序中配置于上述铸型的填充体65在第三工序(镶铸工序)中铸入到凹部62。S卩，向上述铸型中浇注转子轴63的材料，将填充体65镶铸于凹部62。
[0087]如此，能够得到如下的混炼用转子60:在转子轴63的叶片部61所具有的凹部62内设置有热导率比形成转子轴63的材质的热导率高的高热导率部件的填充体65。
[0088]根据混炼用转子60的制造方法的第一例，在预先形成了填充体65的状态下，能够使用向转子轴63的叶片部61的凹部62铸入填充体65的方法即镶铸来进行制造。因此，无需实施复杂的制造工序，也能够使用既存的铸型，从而能够在抑制成本的同时制造混炼用转子。
[0089]接下来，对本发明所涉及的混炼用转子的制造方法的第二例进行说明。
[0090]另外，混炼用转子70为与第一实施方式的混炼用转子20、21大致相同的结构。
[0091]如图7所示，在混炼用转子70的制造方法的第二例中的第一工序(转子轴制造工序)中，利用铸造等制造作为管状部件的转子轴73。在转子轴73设置向转子轴73的外表面伸出的叶片部71。在转子轴73的内表面，在叶片部71的里侧形成有凹部72。
[0092]此时，在与叶片部71相向的位置即转子轴73的径向上的与叶片部71相反的一侦牝同时形成将外部和凹部72连通并能够填充填充体75的填充孔76。
[0093]接下来，如图8所示，在第二工序(填充工序)中，从填充孔76向凹部72浇注热导率比形成叶片部71和转子轴73的材质的热导率高的材质的填充材料。另外,该填充材料的熔点需要比形成转子轴73的材质的熔点低，例如，能够使用铝等。
[0094]此时，将一方的填充孔76配置于上方，在从一方的填充孔76向配置于下方的一方的凹部72浇注填充材料后，利用一方的塞子77将一方的填充孔76焊接而将一方的填充孔76封闭。
[0095]接下来，将另一方的填充孔76配置于上方，在从另一方的填充孔76向配置于下方的另一方的凹部72浇注填充材料后，利用另一方的塞子77将另一方的填充孔76焊接而将另一方的填充孔76封闭。
[0096]利用该第二工序，能够得到如下的混炼用转子70:在叶片部71的凹部72内设置了热导率比形成叶片部71和转子轴73的材质的热导率高的高热导率部件的填充体75。
[0097]根据混炼用转子70的制造方法的第二例，在预定位置预先形成空洞状的凹部72，在与叶片部71相向的位置形成填充孔76。并且，从填充孔76浇注填充材料，从而将填充体75设置于凹部72。
[0098]在浇注填充材料时，从配置于上方的填充孔76向下方的凹部72浇注填充材料，从而能够利用填充材料的自重切实地将填充材料填充到凹部72而设置填充体75。因此，无需实施复杂的制造工序就能够制造在抑制了成本的同时实现了冷却效率提高的混炼用转子70。
[0099]接下来，对本发明所涉及的混炼用转子的制造方法的第三例进行说明。
[0100]另外，混炼用转子80为与第二实施方式的混炼用转子50大致相同的结构。
[0101]如图9所示，在混炼用转子80的制造方法的第三例中的第一工序(转子轴制造工序)中，利用铸造等制造作为管状部件的转子轴83。在转子轴83设置向转子轴83的外表面伸出的叶片部81。在转子轴83的内表面，在叶片部81的里侧形成有凹部82。[0102]此时，在叶片部81的一部分同时形成用于填充填充体84的填充孔85，在导管收容部31内收容圆柱形状的型芯87。填充孔85从叶片部81的外部与凹部82的内部连通。
[0103]接下来，如图10所示，在第二工序(填充工序)中，从填充孔85向凹部82浇注热导率比形成叶片部81和转子轴83的材质的热导率高的材质的填充材料。
[0104]此时，将一方的填充孔85配置于上方，在从一方的填充孔85向配置于上方的一方的凹部82浇注了填充材料后，利用一方的塞子88将一方的填充孔85焊接从而将一方的填充孔85封闭。
[0105]接下来，将另一方的填充孔85配置于上方，在从另一方的填充孔85向配置于上方的另一方的凹部82浇注了填充材料后，利用另一方的塞子88将另一方的填充孔85焊接从而将另一方的填充孔85封闭，除去型芯87。
[0106]利用该第二工序，能够得到如下的混炼用转子80:在转子轴83的叶片部81所具有的凹部82内设置了热导率比形成叶片部81和转子轴83的材质的热导率高的高热导率部件的填充体84。
[0107]根据混炼用转子80的制造方法的第三例，在预定位置预先形成空洞状的凹部82，在叶片部81形成填充孔85，在导管收容部31内收容型芯87。并且，从填充孔85浇注填充材料，从而将填充体84设置于凹部82，其后，将型芯87除去。
[0108]因此，根据混炼用转子的制造方法的第三例，能够利用填充材料的自重将填充材料切实地填充到凹部82而设置填充体84。因此，无需实施复杂的制造工序就能够制造在抑制了成本的同时实现了冷却效率提高的混炼用转子80。
[0109]另外，本发明的混炼用转子、混炼机以及混炼用转子的制造方法不限于上述的各实施方式，能够进行适当的变形、改良等。
[0110]例如,在利用第一例的制造方法制造第二实施方式的混炼用转子50时,在填充体51预先形成有多个翅片52的状态下，执行第三工序。
[0111]另外，在利用第二例以及第三例的制造方法制造第二实施方式的混炼用转子50时，以从导管收容部31的内表面向内周侧伸出的方式较多地填充填充材料。其后，通过机械加工等对该伸出了的量的填充材料的形状进行修整而形成多个翅片52。
[0112]工业实用性
[0113]根据该混炼用转子、混炼机以及混炼用转子的制造方法，通过在叶片部的凹部设置填充体，能够在抑制成本的同时实现冷却效率提高。
[0114]附图标记说明
[0115]10、40…混炼机[0116]20、21、50、60、70、80 …混炼用转子
[0117]22、23、61、71、81 …叶片部
[0118]27、63、73、83 …转子轴
[0119]28、62、72、82 …凹部
[0120]36、51、65、75、84 …填充体[0121 ] 52…翅片
【权利要求】
1.一种混炼用转子，具备: 转子轴，具有管形状； 叶片部，设于所述转子轴的外周面；以及 填充体，设于所述叶片部内部所形成的凹部，并且所述填充体的材质的热导率比形成所述转子轴和所述叶片部的材质的热导率高。
2.根据权利要求1所述的混炼用转子，具备形成于所述填充体的内周面并向内周侧突出的翅片。
3.一种混炼机，具备权利要求1或2所述的混炼用转子。
4.一种混炼用转子的制造方法，所述混炼用转子具有呈管状且在外周面设有混炼用的叶片部的转子轴，所述混炼用转子的制造方法包括以下工序: 填充体形成工序，将由热导率比所述转子轴和所述叶片部的材质的热导率高的材质所形成的部件形成为预定的形状； 填充体配置工序，在所述转子轴的设置叶片部的位置，在比所述叶片部的外周面靠所述转子轴的径向内侧的位置，将所述填充体形成工序中形成的填充体配置于所述转子轴的铸型内部；以及 镶铸工序，在所述填充体配置工序中配置了所述填充体的状态下，向所述铸型中浇注所述转子轴的材料。
5.一种混炼用转子的制造方法，所述混炼用转子具有呈管状且在外周面设有混炼用的叶片部的转子轴，所述混炼用转子的制造方法包括以下工序: 转子轴制造工序，在设有所述叶片部的位置，以在所述转子轴的内周面形成凹部的方式制造所述转子轴；以及 填充工序，将由热导率比所述转子轴和所述叶片部的材质的热导率高的材质所形成的填充材料从所述转子轴的外周侧填充于所述凹部而设置填充体。
【文档编号】B29B7/22GK103842064SQ201380003244
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2013年1月22日 优先权日:2012年1月25日
【发明者】森龙太郎, 田中一成, 森部高司 申请人:三菱重工机械科技株式会社