(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パドル本体６の先端部１０に補強層１４を設けた混合・混練用のパドルにおいて、前記パドル本体６の先端部１０のフラットな面に、その上面が凹凸状を成す溶接下盛層１５を溶接により設け、その溶接下盛層１５の上面を覆うように溶接硬化肉盛層１６を設けて前記補強層１４を先細りに形成し、
前記溶接下盛層１５の幅が前記パドル本体６と前記補強層１４との境界面１７の幅よりも狭く形成され、前記溶接硬化肉盛層１６が前記溶接下盛層１５の両側の前記境界面１７を覆い、かつ、前記溶接下盛層１５の上面を覆うように形成され、前記溶接下盛層１５は、前記補強層１４の両側側面に沿って先細りに設けたことを特徴とする混合・混練用パドル。
【請求項２】
前記溶接下盛層１５を前記パドル本体６と同種材質で設けたことを特徴とする請求項１に記載の混合・混練用のパドル。
【請求項３】
前記パドル本体６が、その回転中心を通る面の両側において相互に膨出した円弧面９を有し、前記の補強層１４の両側に前記円弧面９に連続した補強層円弧面１３が形成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の混合・混練用のパドル。
【請求項４】
前記パドル本体６が、その回転中心の周りの３等配分位置に外方に膨出した円弧面を有し、各円弧面の端部間に形成される３箇所の前記補強層１４の両側に、前記の隣接円弧面９に連続した補強層円弧面１３が形成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の混合・混練用のパドル。
【請求項５】
前記パドル本体６とその先端部１０に設けた前記補強層１４が一定方向に捩じられた形状をなし、前記補強層１４の先端が一定のら旋上に存在することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の混合・混練用パドル。
【請求項６】
前記パドル本体６と前記溶接下盛層１５がステンレス鋼により形成され、前記溶接硬化肉盛層１６がタングステン炭化物系合金により形成されることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の混合・混練用パドル。
【請求項７】
パドル本体６の先端部１０に補強層１４を設けた混合・混練用のパドルにおいて、前記パドル本体６の先端部１０に溶接下盛層１５を設け、その溶接下盛層１５の上面を覆うように溶接硬化肉盛層１６を設けて前記補強層１４を形成した混合・混練用パドルの製造方法において、
混合・混練用パドル本体６を予熱し、その予熱下において前記パドル本体６の先端部１０に溶接により下盛層１５を設け、その後前記パドル本体を再予熱し、その再予熱下において前記下盛層１５上に溶接により硬化肉盛層１６を設け、その後前記パドル本体６を前記再予熱の温度よりも高い温度に再加熱し、その後徐冷することから成る混合・混練用パドルの製造方法。
【請求項８】
請求項１から６に記載の混合・混練用パドルの製造方法において、混合・混練用パドル本体６を予熱し、その予熱下において前記パドル本体６の先端部１０に溶接により下盛層１５を設け、その後前記パドル本体を再予熱し、その再予熱下において前記下盛層１５上に溶接により硬化肉盛層１６を設け、その後前記パドル本体６を前記再予熱の温度よりも高い温度に再加熱し、その後徐冷することから成る混合・混練用パドルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、石油化学や合成樹脂等の分野で使用される混合・混練装置のパドルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
混合・混練技術、及びその装置（以下、混合・混練機という）は、工業製品原料生産から一般消費材の原料や製品生産まで多岐にわたり利用されている。この混合・混練機の攪拌手段は、例えば図３に示すように、ケーシング１のトラフ２内に水平方向に配設された一対の平行な回転シャフト４にパドル５がいずれも取付け角度を４５度ずつ変えて組込まれており、左右一対のパドル５、５は、いずれも位相が９０度ずれてセットされている。また、ジャケット部３には熱媒体が流通可能となっている。
【０００３】
一対のパドル５、５は常に一方の先端が他方の円弧面をこするように近接して回転し、またトラフ２の内面とパドル５との隙間も小さいため、パドル５やトラフ２の内面に材料の付着が抑えられるセルフクリーニング作用を有し、さらに、パドル５とパドル５間、トラフ２の内面とパドル５間での剪断作用をも有する。
【０００４】
このような混合・混練機を用いて化学反応を伴う混合・混練処理を行う場合、混合・混練機内部で材料の状態が処理につれて変化し、初期の液状から高粘度液状を経て、粉状、粒状などの固体となる、一般に「相変化」と呼ばれる現象を生じる場合がある。このような「相変化」を生じる場合、材料は高粘度の液状又は固体へ変化する。前述のように、一対のパドル５、５は常に一方の先端が他方の円弧面をこするように近接して回転し、またトラフ２の内面とパドル５との隙間も小さいため、このように材料の粘度が増加すると、混合・混練機内部の、例えば、前記パドル５やトラフ２の内面が摩耗又は損傷を受けやすくなる。
【０００５】
従来、前述の混合・混練機パドル材質としては、炭素鋼鋳物、ステンレス鋼又はステンレス鋼鋳物、高クロム鋳鉄などが用いられている。特に、化学反応を伴う処理においては、パドル材質が炭素鋼であると、パドル５に生じる錆が材料内に混入して異物となること、また、化学薬品類にも耐食性が良好であるなどの理由で、パドル材質として、ステンレス鋼及びステンレス鋼鋳物が多く用いられている。
【０００６】
しかし、一般に、ステンレス鋼及びステンレス鋼鋳物は、耐摩耗性が低い。このため、図４（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）に示される略楕円形のパドル５や、図５（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）に示される略三角形のパドル５’において、いずれもパドル５、５’の特定箇所即ち先端部１０に摩耗又は損傷を生じる。
【０００７】
このため、耐摩耗性の向上又は改善を目的として、図６（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）に示すように、パドル５の摩耗又は損傷を生じる先端部に、耐摩耗性を有する異種材質部材であるセラミックスをろう付け処理により付加して補強層１１を形成したり、図７（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）に示すように、同様にパドル５’の摩耗又は損傷を生じる先端部に、耐摩耗性を有する異種材質部材である超硬合金チップを溝１２に嵌め込み、ろう付け処理により付加して補強層１１’を形成する特定箇所の修理が実施されていた。また、図６に示した形態と同様に、前記パドルの先端部にタングステン炭化物系合金の溶接硬化肉盛の補強層を形成するなどの特定箇所の修理も実施されていた。さらに、前記パドルの材質として、工具鋼や高クロム鋼など熱処理により高い表面硬度が得られる合金や析出硬化系ステンレス鋼等を用いるなどの対策も実施されていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の特定箇所修理の場合、ろう付け処理ではパドル本体と前記補強層との接合力や接合の耐久性が低く、接合部の剥離による前記補強層の離脱等が生じ、この離脱した補強層は製品の異物となるばかりではなく、混合・混練機の損傷原因となる場合がある。また、硬化肉盛溶接では、タングステン炭化物系合金のように肉盛に用いる高硬度の合金は一般に融点が高いために溶接熱が多く、また、前記パドル本体に直接溶接されるため、パドルの歪みの原因や硬化肉盛部の熱膨張・熱収縮による亀裂の原因となる。この亀裂は前記硬化肉盛部の剥離・離脱だけでなく、亀裂部への異物残留を生じる原因となる。
【０００９】
一方、パドル材質の選定を行う方法では、熱処理を前提として材質選定を行うためパドルの製作工程が煩雑になること、材料が高硬度となるために加工治工具の寿命が短くなることなど、製作コストが割高となり、また、特定材質素材の準備等の生産管理も煩雑となる欠点がある。
【００１０】
そこで、この発明の課題は、耐摩耗性に優れた前記パドルを低コストで実現するために、前記パドルの摩耗及び損傷を受けやすい先端部に形成する前記補強層の亀裂やパドル本体からの離脱を防止することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために、この発明は、パドル本体の先端部に補強層を設けた混合・混練用のパドルにおいて、前記パドル本体の先端部に溶接下盛層を設け、その溶接下盛層の上面を覆うように溶接硬化肉盛層を設けて前記補強層を形成したのである。
【００１２】
上記の構成により、溶接下盛層の表面は不規則な凹凸状であり、アンカー効果をも有するため、その上に形成される溶接硬化肉盛層と溶接下盛層との接合性が良好で、その接合部に剥離を生じて硬化肉盛溶接部の離脱を生じることはなくなる。また、高融点の溶接硬化肉盛用合金を直接パドル本体の先端部に溶接する場合に比べて溶接熱が少ないため、熱膨張や熱収縮によるパドル本体と溶接肉盛層との境界面での亀裂が生じにくく接合性が良好となり、パドル本体の歪みの問題も生じない。
【００１３】
また、前記溶接下盛層の幅を前記パドル本体と前記補強層との境界面の幅よりも狭く形成し、前記溶接硬化肉盛層を前記溶接下盛層の両側の前記境界面を覆い、かつ、前記溶接下盛層の上面を覆うように形成することが望ましい。
【００１４】
上記の構成により、溶接硬化肉盛層は、前記のパドル本体と補強層との境界面において溶接下盛層の両側にも形成されるため、前記補強層の全表層域が溶接硬化肉盛層で覆われることになり、補強層の耐摩耗性が向上して損傷が抑制される。
【００１５】
前記溶接下盛層を前記パドル本体と同種材質で設けることが望ましい。
【００１６】
溶接下盛層をパドル材質と同種材質とすることにより、下盛溶接に伴う熱膨張や熱収縮の差による溶接下盛層の亀裂を生じにくいことなど接合性がより良好となり、溶接下盛層がパドル本体から剥離することはなくなる。その結果、前記補強層のパドル本体からの剥離や離脱が防止される。
【００１７】
前記補強層はその両側に、回転中心を通る面の両側において相互に膨出した円弧面を有する前記パドル本体の前記円弧面に連続した補強層円弧面を形成することが望ましい。また、前記補強層はその両側に、回転中心の周りの３等配分位置に外方に膨出した円弧面を有する前記パドル本体の前記隣接円弧面に連続した補強層円弧面を形成することが望ましい。
【００１８】
これらの構成により、パドル本体の先端部に設けられる補強層は、いずれの場合もパドル本体と連続した補強層円弧面を有するため、パドルが混合・混練作用に優れ、かつ、その先端部の耐摩耗性が優れたものとなる。また、高硬度の仕上加工部分は補強層のみとなるために、加工費用も安価となる。
【００１９】
前記パドル本体とその先端部に設けた前記の補強層を一定方向に捩じられた形状とし、前記補強層の先端が一定のら旋上に存在するようにすることもできる。
【００２０】
このような構成により、上記の形状の複雑なパドルについても、前記補強層よりも硬度の低いパドル本体の形状付与及びその先端部に溶接による前記補強層の形成が容易となり、パドルが材料の混合・混練と送りの両方の機能に優れ、かつ、その先端部の耐摩耗性が優れたものとなる。
【００２１】
前記パドル本体と前記溶接下盛層をステンレス鋼により形成し、前記溶接硬化肉盛層がタングステン炭化物系合金により形成することが望ましい。
【００２２】
パドル本体及び溶接下盛層はステンレス鋼により形成されるため、耐食性が良好で、製品に異物を巻き込む原因となることはなくなる。また、溶接硬化肉盛層は高硬度の汎用合金であるタングステン炭化物系合金で形成されるため、耐摩耗性が極めて良好となる。
【００２３】
また、混合・混練用パドルの製造方法において、前記パドル本体を予熱し、その予熱下において前記パドル本体の先端部に溶接により下盛層を設け、その後前記パドル本体を再予熱し、その再予熱下において前記下盛層上に溶接により硬化肉盛層を設け、その後前記パドル本体を前記再予熱の温度よりも高い温度に再加熱し、その後徐冷する工程を採用したのである。
【００２４】
具体的には、溶接下盛層を設ける際のパドル本体の予熱温度は１００〜２００℃程度が望ましい。ステンレス系溶接材料によって溶接下盛層を設ける場合は、パドル本体の予熱はこの程度の温度範囲であれば、溶接熱による急激な温度上昇による熱膨張によって前記パドル本体に亀裂が発生することはないからである。
【００２５】
一方、タングステン炭化物系合金の溶接硬化肉盛層を設ける場合には、前記合金は前記ステンレス系溶接材料よりも高融点であるため、溶接熱も多く、従って、溶接熱による急激な温度上昇によるパドル本体の熱膨張による亀裂を防止するためには、パドル本体を４５０〜５５０℃程度の温度範囲に予熱することが必要である。
【００２６】
溶接硬化肉盛層付与後の再加熱温度をあまりに高くすると、パドル本体の耐蝕性や機械的性質に悪影響を及ぼす等の点で好ましくないことから、５５０〜６５０℃程度が望ましい。
【００２７】
このような方法により、溶接下盛層と溶接硬化肉盛層とからなる補強層とパドル本体との温度差を少なくした後に徐冷するため、熱収縮による溶接硬化肉盛層及び溶接下盛層の亀裂発生を従来に比べて著しく減少させることができる。また、亀裂の存在が主原因となって生じる前記補強層の剥離や離脱も防止でき、亀裂部への異物残留も防止される。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下にこの発明の実施の形態を添付の図１及び図２に基づいて説明する。
【００２９】
図１（ａ）及び（ｂ）に示す本発明の第１の実施形態のパドル５は、キー溝７を介して取付けられるボア８の回転中心を通る面の両側において相互に膨出した円弧面９を有するパドル本体６とその先端部に両側に前記円弧面に連続した補強層円弧面１３を形成した補強層１４からなる略楕円形の形状をしており、パドル本体６と補強層１４は、攪拌機能の他に送り機能をも持たせるため、前記補強層１４の先端が一つのら旋上に存在するように一定方向に捩じられて形成されている。
【００３０】
パドル本体６の先端部の補強層１４は、図１（ｃ）に示すように、ステンレス鋼からなる前記パドル本体６と同種のステンレス鋼からなる溶接下盛層１５とタングステン炭化物系合金からなる溶接硬化肉盛層１６から形成されている。溶接下盛層１５の幅は、パドル本体６と補強層１４との境界面１７の幅より狭く形成され、溶接硬化肉盛層１６は、溶接下盛層１５の両側の前記境界面１７を覆い、かつ、溶接下盛層１５の上面を覆うように形成されている。
【００３１】
溶接下盛層１５の表面は不規則な凹凸状であり、アンカー効果をも有するため、その上に形成される溶接硬化肉盛層１６との接合性が良好で、その接合部は剥離することなく、溶接硬化肉盛層１６が離脱することはなくなる。また、高融点のタングステン炭化物系合金からなる溶接硬化肉盛層１６を直接パドル本体６の先端部に溶接する場合に比べて溶接熱が少ないため、熱膨張や熱収縮による境界面１７での亀裂が生じにくく接合性が良好となり、パドル本体６の歪みの問題も生じない。
【００３２】
さらに、溶接下盛層１５はパドル本体６と同種材質であるため、溶接下盛層１５の溶接熱によるパドル本体６との熱膨張・熱収縮の差による溶接下盛層１５の亀裂を生じにくいことなど接合性が良好で、溶接下盛層１５がパドル本体６から剥離することはなくなる。
【００３３】
溶接硬化肉盛層１６は、溶接下盛層１５の上面を覆うとともに、溶接下盛層１５の両側のパドル本体６と補強層１４との境界面１７を覆うように形成されるため、前記境界面１７からの損傷も防止される。
【００３４】
図２（ａ）及び（ｂ）に示す本発明の第２の実施形態のパドル５’は、図１（ａ）の場合と同様に、キー溝７を介して取付けられボア８の回転中心の周りの３等配分位置に外方に膨出した円弧面９を有するパドル本体６と各円弧面９の端部間に形成された両側に前記円弧面９に連続した補強層円弧面１３を形成した補強層１４とからなる略三角形の形状をしており、前述と同様に、パドル本体６と補強層１４は、攪拌機能の他に送り機能をも持たせるため、前記補強層１４の先端が一つのら旋上に存在するように一定方向に捩じられて形成されている。
【００３５】
パドル本体６の先端部の補強層１４は、図２（ｃ）に示すように、ステンレス鋼からなる前記パドル本体６と同種のステンレス鋼からなる溶接下盛層１５とタングステン炭化物系合金からなる溶接硬化肉盛層１６から形成されている。溶接下盛層１５の幅は、パドル本体６と補強層１４との境界面１７の幅より狭く形成され、溶接硬化肉盛層１６は、溶接下盛層１５の両側の前記境界面１７を覆い、かつ、溶接下盛層１５の上面を覆うように形成されている。
【００３６】
この場合も、前述の理由により、溶接下盛層１５と溶接硬化肉盛層１６との接合性が良好で、溶接硬化肉盛層１６が離脱することはなくなり、また溶接下盛層１５の亀裂を生じにくいため、溶接下盛層１５がパドル本体６から剥離することはない。その結果、前記補強層のパドル本体からの剥離や離脱が防止される。さらに、前記境界面１７からの損傷も防止される。
【００３７】
図１及び図２に示す前記パドル本体６および溶接下盛層１５は、いずれもステンレス鋼で形成されているため、化学薬品類に対しても耐蝕性が良好で、製品に錆などの異物を巻込む懸念はなく、また、パドル本体６の耐久性も良好となる。溶接硬化肉盛層１６は高硬度のタングステン炭化物系合金で形成されるため、耐摩耗性が極めて良好で、パドル５、５’の先端部の摩耗及び損傷状況が著しく改善される。また、高硬度の仕上加工部分は補強層のみとなるために、加工費用も安価となる。
【００３８】
前記パドル本体６に用いるステンレス鋼としては、材質特性等からＳＵＳ６３０を使用した。また、これに相当するステンレス鋳鋼のＳＣＳを使用してもよい。溶接下盛層１５に用いるステンレス溶接材料はＳＵＳ３０９が望ましい。しかし、いずれの場合も、ステンレス鋼の中でこれらの合金に限定するものではない。
【００３９】
溶接硬化肉盛層１６に用いるタングステン炭化物系合金としては、タングステン炭化物−コバルト系合金即ち超硬合金が望ましい。また、ステライト系合金も用いることができる。
【００４０】
次に、パドル５、５’の製造方法において補強層１４の亀裂発生を防止するために採用した工程の例について説明する（図１及び図２参照）。
【００４１】
まず、パドル本体６を１５０℃程度に予熱し、その予熱下において、パドル本体６の先端部に溶接下盛層１５を設ける。その後、パドル本体６を５００℃程度に再予熱し、その再予熱下で溶接下盛層１５の両側の境界面１７を覆い、溶接下盛層１５の上面を覆うように、溶接硬化肉盛層１６を設け、その後、パドル本体６を前記再予熱温度よりも高い６００℃に再加熱して、パドル本体６と溶接下盛層１５と溶接硬化肉盛層１６とからなる補強層１４との温度差を小さくした後、パドル本体６及び補強層１４を例えばブランケット状の鉱物質断熱材（非アスベスト材）でくるんで常温近くまで徐冷を行う。その後、補強層部の外面形状仕上げを実施する。
【００４２】
このような熱処理方法によってパドル本体６の先端部に溶接下盛層１５を設けた場合の溶接硬化肉盛層１６の亀裂の発生の程度を着色浸透検査により調査した結果、従来よりも著しく発生頻度が減少していること及び亀裂の大きさも小さくなっていることが明確に確認された。
【００４３】
【発明の効果】
この発明によれば、混合・混練用パドルの摩耗や損傷を受けやすい先端部に補強層を形成するにあたり、パドル本体と同種合金で溶接下盛層を設け、その上面に溶接硬化肉盛層を設け、かつ、前記の溶接下盛層及び溶接硬化肉盛層付与の際のパドル本体の予熱温度及び冷却速度等を管理することにより、パドル本体と溶接下盛層、溶接下盛層と溶接硬化肉盛層との接合性が極めて良好となり、溶接硬化肉盛層の亀裂が従来に比べて極めて少なくなる。その結果、亀裂の存在が主原因となって生じる前記補強層の剥離や離脱を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）第１の実施形態の正面図
（ｂ）同上の側面図
（ｃ）同上の一部拡大正面図
【図２】（ａ）第２の実施形態の正面図
（ｂ）同上の側面図
（ｃ）同上の一部拡大正面図
【図３】従来の混合・混練機の断面図
【図４】（ａ）従来のパドルの正面図
（ｂ）同上の側面図
（ｃ）同上の一部拡大正面図
【図５】（ａ）従来のパドルの正面図
（ｂ）同上の側面図
（ｃ）同上の一部拡大正面図
【図６】（ａ）従来のパドルの正面図
（ｂ）同上の側面図
（ｃ）同上の一部拡大正面図
【図７】（ａ）従来のパドルの正面図
（ｂ）同上の側面図
（ｃ）同上の一部拡大正面図
【符号の説明】
１  ケーシング
２  トラフ
３  ジャケット部
４  回転シャフト
５、５’  パドル
６  パドル本体
７  キー溝
８  ボア
９  円弧面
１０  先端部
１１、１１’  補強層
１２  溝
１３  補強層円弧面
１４  補強層
１５  溶接下盛層
１６  溶接硬化肉盛層
１７  境界面
【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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【図７】
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