(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部にチャンバが形成されたハウジングと、両端部がハウジングに回転可能に支持され、中央部に形成された複数の翼によりチャンバ内のゴムを混練する一対のロータとを備えたゴム混練装置に設けられ、ロータの両端部外側にそれぞれ嵌合され、該ロータと共に回転する第１リングと、前記ハウジングに取り付けられ、前記第１リングに摺接することでロータの両端部とハウジングとの間をシールする第２リングとを有するゴム混練装置のシール構造において、前記第１リングまたは第２リングの摺接部のいずれか一方を、1.0〜3.8重量％のFe、 7.5〜39.0重量％のＷおよび 2.9〜 3.7重量％のＢを含むNi−Cr−Ｂ−Si合金から構成するとともに、前記第１リングまたは第２リングの摺接部の残り他方を、0.8〜4.8重量％のFe、0.1〜0.9重量％のＣおよび 2.0〜 2.8重量％のＢを含むNi−Cr−Ｂ−Si合金から構成したことを特徴とするゴム混練装置のシール構造。
【請求項２】
前記第１、第２リングを構成するNi−Cr−Ｂ−Si合金は、 8.0〜16.0重量％のCr、 2.0〜16.0重量％のSiを含むニッケルベース合金である請求項１記載のゴム混練装置のシール構造。
【請求項３】
前記第１リングのロックウェル硬度と第２リングのロックウェル硬度との硬度差を 5〜14度の範囲内とした請求項１記載のゴム混練装置のシール構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、逆方向に回転するロータによってゴムの混練を行うゴム混練装置のシール構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、逆方向に回転するロータによってゴムの混練を行うゴム混練装置には、チャンバから外部へのカーボン、ゴム等の漏洩および外部からチャンバ内への塵埃、異物等の侵入を防止するために、ロータの両端部とハウジングとの間をそれぞれシールするシール機構が設けられている。
【０００３】
ここで、このようなシール機構としては、例えば、ロータの両端部外側にそれぞれ嵌合され、該ロータと共に回転する第１リングと、前記ハウジングに取り付けられ、前記第１リングに摺接することでロータの両端部とハウジングとの間をシールする第２リングとを備えたものが知られているが、このような第１、第２リングの摺接部には、従来、ステライトに代表されるCo−Cr−Ｗ合金が用いられていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年、ゴム混練作業の高能率化に伴ってゴム混練装置が大型化、高速化したため、第１、第２リングの摺接部における面圧、摺接速度が高くなり、この結果、前述のようなCo−Cr−Ｗ合金からなる第１、第２リングでは早期に摩耗してしまうという問題点がある。
【０００５】
この発明は、摩耗を低減することで長寿命化を図ることができるゴム混練装置のシール構造を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このような目的は、内部にチャンバが形成されたハウジングと、両端部がハウジングに回転可能に支持され、中央部に形成された複数の翼によりチャンバ内のゴムを混練する一対のロータとを備えたゴム混練装置に設けられ、ロータの両端部外側にそれぞれ嵌合され、該ロータと共に回転する第１リングと、前記ハウジングに取り付けられ、前記第１リングに摺接することでロータの両端部とハウジングとの間をシールする第２リングとを有するゴム混練装置のシール構造において、前記第１リングまたは第２リングの摺接部のいずれか一方を、1.0〜3.8重量％のFe、 7.5〜39.0重量％のＷおよび 2.9〜 3.7重量％のＢを含むNi−Cr−Ｂ−Si合金から構成するとともに、前記第１リングまたは第２リングの摺接部の残り他方を、0.8〜4.8重量％のFe、0.1〜0.9重量％のＣおよび 2.0〜 2.8重量％のＢを含むNi−Cr−Ｂ−Si合金から構成することにより達成することができる。
【０００７】
前述のように第１、第２リングの摺接部をＢ（ボロン）が含まれているNi−Cr−Ｂ−Si合金から構成すると、これらの摺接部に高硬度のホウ化物、特にホウ化クロムが分散析出するため、耐摩耗性が良好となる。ここで、含まれているＢの重量％を前述のような範囲内の値とすると、Ｂ含有量の少ない部材を積極的に摩耗させてＢ含有量の多い部材の摩耗を強力に低減させつつ、該Ｂ含有量の少ない部材の摩耗も効果的に抑制することができ、これにより、両部材の合計摩耗量が低減し長寿命化を図ることができる。
【０００８】
また、請求項２に記載のように構成すれば、耐熱性、耐食性が良好となり、ゴム混練の際の厳しい使用環境にも十分耐えることができる。
さらに、請求項３に記載のように構成すれば、摩耗量をさらに低減させることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。
図１、２において、11は、一般にバンバリーミキサーと呼ばれているゴム混練装置であり、このゴム混練装置11は内部にゴムの混練を行う空間、即ちチャンバ12が形成された本体13を有する。また、この本体13の上端部には前記チャンバ12に連通する投入口14が形成され、この投入口14を通じて、未混練のゴムがチャンバ12に投入される。また、前記本体13の両側端にはそれぞれ端板15が固定されている。前述した本体13、端板15は全体として、ゴム混練装置11の固定ハウジング16を構成する。
【００１０】
19は互いに平行に延びる水平な一対のロータであり、これらのロータ19の中央部はチャンバ12内に位置し、また、その両端部は前記端板15にそれぞれ挿入されている。20は前記端板15とロータ19の両端部との間にそれぞれ介装された軸受であり、これらの軸受20によりロータ19の両端部はハウジング16に回転可能に支持される。これらロータ19の中央部外周にはそれぞれ複数の翼21が形成され、これらの翼21はロータ19同士で対称に配置され、あるいは、位相をずらして配置することで互いに噛み合っている。そして、前記ロータ19が図示していない駆動手段により逆方向に、即ち、一方が時計回りに、他方が反時計回りに駆動回転されると、チャンバ12内のゴムはこれら翼21により混練される。
【００１１】
24は前記ハウジング16、詳しくは端板15とロータ19の両端部との間にそれぞれ介装され、これらの間をシールするシール機構であり、これらのシール機構24はチャンバ12から外部へのカーボン、ゴム等の漏洩および外部からチャンバ12内への塵埃、異物等の侵入を防止する。各シール機構24はロータ19の両端部外側に嵌合固定された円筒状のカラー25を有し、これらのカラー25の外側には略円筒状をした第１リングとしてのフローティングリング26が軸方向に移動可能に嵌合されている。
【００１２】
27は各フローティングリング26の軸方向外側端に固定されたスプリング受けであり、これらのスプリング受け27には先端部がカラー25にねじ込み固定されたボルト28の後端部が摺動可能に挿入され、この結果、前記フローティングリング26はロータ19と共に回転することができる。29はボルト28を囲むよう設けられたバネ定数の小さなスプリングであり、これらのスプリング29はスプリング受け27とカラー25との間に介装され、フローティングリング26を弱い付勢力で軸方向外側に向かって付勢する。
【００１３】
前記フローティングリング26は軸方向外側部に小径部26ａが、また、軸方向内側部に大径部26ｂが形成され、これら小径部26ａと大径部26ｂとの境界には半径方向に延びる段差部26ｃが形成されている。31はハウジング16、詳しくは端板15の半径方向内端にそれぞれ取り付けられたリング状の第２リングとしてのウエアリングであり、これらのウエアリング31の軸方向内端面31ａは前記フローティングリング26の段差部26ｃに当接している。
【００１４】
このような状態で前記ロータ19が回転すると、フローティングリング26も共に回転するため、ウエアリング31の内端面31ａとフローティングリング26の段差部26ｃとが潤滑油を介して摺接し、これにより、ロータ19の両端部とハウジング16との間がシールされる。ここで、ゴムの混練時にはゴムが端板15とカラー25との間を通ってフローティングリング26の軸方向内端面まで達し、該フローティングリング26を軸方向外側に向かって大きな力で押圧する。
【００１５】
この結果、フローティングリング26の段差部26ｃとウエアリング31の内端面31ａとが高い面圧下で潤滑油を介して摺接、特に、近年、ゴム混練装置11が大型化するとともに、ロータ19の回転が高速化するに従い、前記段差部26ｃと内端面31ａとの面圧が高くなるともに、高速で摺接するようになり、これらフローティングリング26、ウエアリング31の摺接部が早期に摩耗するおそれがある。
【００１６】
このため、フローティングリング26またはウエアリング31のいずれか一方の少なくとも摺接部、この実施形態ではフローティングリング26の全体を、 2.9〜 3.7重量％のＢ（ボロン、ホウ素）を含むNi−Cr−Ｂ−Si合金（代表例としてはコルモノイ）から構成するとともに、前記フローティングリング26またはウエアリング31の残り他方の少なくとも摺接部、この実施形態ではウエアリング31の全体を 2.0〜 2.8重量％のＢを含むNi−Cr−Ｂ−Si合金から構成している。
【００１７】
このようにフローティングリング26、ウエアリング31の少なくとも摺接部をＢが含まれているNi−Cr−Ｂ−Si合金から構成すると、これらの摺接部に高硬度のホウ化物、特にホウ化クロムが分散析出するため、耐摩耗性が良好となる。
【００１８】
ここで、含まれているＢの重量％を前述のような範囲内の値とすると、Ｂ含有量の少ない消耗品としてのウエアリング31を積極的に摩耗させてＢ含有量の多いフローティングリング26の摩耗を強力に低減させ、これにより、フローティングリング26の実質的な永久使用を可能としつつ、該Ｂ含有量の少ない消耗品としてのウエアリング31の摩耗も効果的に抑制することができ、これにより、フローティングリング26、ウエアリング31の合計摩耗量が低減し長寿命化を図ることができる。
【００１９】
また、前述したフローティングリング26、ウエアリング31はゴム混練の際、厳しい使用環境にさらされるため、耐熱性、耐食性が良好なNi−Cr−Ｂ−Si合金、例えば、 8.0〜16.0重量％のCr、 2.0〜16.0重量％のSiを含むニッケルベース（残部がNiおよび不可避的不純物からなる）のNi−Cr−Ｂ−Si合金を使用することが好ましい。なお、この実施形態では、前述の性能をさらに向上させるため、Ｂ含有量の多い合金には、1.0〜3.8重量％のFe、 7.5〜39.0重量％のＷ（タングステン）をNiの代わりに含有させ、一方、Ｂ含有量の少ない合金には、0.8〜4.8重量％のFe、0.1〜0.9重量％のＣ（炭素）をNiの代わりに含有させている。
【００２０】
さらに、前記フローティングリング26のロックウェル硬度ＨRcとウエアリング31のロックウェル硬度ＨRcとの硬度差を 5〜14度の範囲内とすることが好ましい。その理由は、フローティングリング26、ウエアリング31の硬度差を前述の範囲内とすると、フローティングリング26、ウエアリング31の合計摩耗量をさらに低減させることができるからである。
【００２１】
図３、４はこの発明の第２実施形態を示す図である。この実施形態においては、第１リングとしてのウエアリング35がロータ19の両端部外側に嵌合されるととともに、ウエアリングカラー36、ウエアリングクランプ37によってロータ19の段差部19ａに押し付けられている。この結果、前記ウエアリング35はロータ19と共に回転することができる。
【００２２】
38は端板15の半径方向内端に取り付けられた第２リングとしての回転することのないグランドリングであり、これらのグランドリング38は軸方向に若干量移動可能である。39は半径方向に延びる伝達アームであり、これらの伝達アーム39の中央部には端板15にねじ込まれたボルト40が挿入されている。
【００２３】
41は伝達アーム39の半径方向外端部に固定された油圧シリンダであり、これらの油圧シリンダ41のピストンロッド42は前記端板15の半径方向外端部に固定されている。そして、これらの油圧シリンダ41が作動してピストンロッド42が突出すると、伝達アーム39はボルト40を中心として図３において反時計回りに揺動する。
【００２４】
また、前記伝達アーム39の半径方向内端部は二股に分かれるとともに、その半径方向内端は前記グランドリング38の軸方向外端面38ａに接触している。この結果、前述のように伝達アーム39が反時計回りに揺動すると、グランドリング38の軸方向内端面38ｂはウエアリング35の軸方向外端面35ａに強力に押し付けられる。このとき、ロータ19が回転していると、ウエアリング35とグランドリング38とは潤滑油を介して摺接し、これにより、ロータ19の両端部とハウジング16との間がシールされる。
【００２５】
そして、前述のようにウエアリング35とグランドリング38とが大きな面圧下で摺接していると、これらの摺接部が早期に摩耗するおそれがある。このため、ウエアリング35またはグランドリング38のいずれか一方の少なくとも摺接部、この実施形態ではグランドリング38の全体を、 2.9〜 3.7重量％のＢを含むNi−Cr−Ｂ−Si合金から構成するとともに、前記ウエアリング35またはグランドリング38の残り他方の少なくとも摺接部、この実施形態ではウエアリング35の全体を 2.0〜 2.8重量％のＢを含むNi−Cr−Ｂ−Si合金から構成している。
【００２６】
なお、前述の第１実施形態においては、フローティングリング26を 2.9〜 3.7重量％のＢを含むNi−Cr−Ｂ−Si合金から、一方、ウエアリング31を 2.0〜 2.8重量％のＢを含むNi−Cr−Ｂ−Si合金から構成したが、この発明においては、ウエアリングを 2.9〜 3.7重量％のＢを含むNi−Cr−Ｂ−Si合金から、一方、フローティングリングを 2.0〜 2.8重量％のＢを含むNi−Cr−Ｂ−Si合金から構成してもよい。
【００２７】
また、前述の第１実施形態においては、フローティングリング26、ウエアリング31全体を前述したNi−Cr−Ｂ−Si合金から構成したが、この発明においては、フローティングリング、ウエアリングの摺接部に前述したNi−Cr−Ｂ−Si合金から構成された摺接プレートを固定し、これら摺接プレート同士を摺接させるようにしてもよい。さらに、前述の第２実施形態においては、油圧シリンダ41からの力を伝達アーム39を介してグランドリング38に伝達し、該グランドリング38をウエアリング35に押し付けるようにしたが、この発明においては、他の形態の押圧機構によりグランドリングをウエアリングに押し付けるようにしてもよい。
【００２８】
【実施例】
次に、試験結果を説明する。まず、第１試験を開始するに当たって、いずれもがCrを11.5重量％、Siを14.0重量％、Ｗを17.3重量％、Feを 3.5重量％含むとともに、Ｂをそれぞれ2.8、2.9、3.0、3.4、3.7、3.8重量％含むニッケルベースのNi−Cr−Ｂ−Si合金から構成された６種類のフローティングリングと、Crを12.5重量％、Siを 4.0重量％、Ｃを 0.7重量％、Feを 4.5重量％、Ｂを2.75重量％含むニッケルベースのNi−Cr−Ｂ−Si合金から構成されたウエアリングを準備した。
【００２９】
次に、このようなフローティングリングとウエアリングをそれぞれ組み合わせてシール機構を構成するとともに、このようなシール機構を大型ゴム混練装置に装着し、２年間通常の稼働率で運転した。その後、前記フローティングリング、ウエアリングを取り外して摩耗量を測定した。
【００３０】
その合計摩耗量を図５に示すが、フローティングリングのＢ重量％が 2.9％未満となると、フローティングリング、ウエアリングの耐摩耗性が近似するため、両者が共に摩耗して合計摩耗量が許容範囲（管理基準）である 3mmを超え、一方、そのＢ重量％が 3.7を超えると、フローティングリング、ウエアリングの耐摩耗性が離れ過ぎるため、ウエアリングが急激にして合計摩耗量が許容範囲（管理基準）である 3mmを超えてしまうのである。このようなことから永久使用する部材、ここではフローティングリングにおけるＢの重量％は 2.9〜 3.7の範囲内でなければならない。
【００３１】
次に、第２試験を開始するに当たって、いずれもがCrを12.5重量％、Siを 4.0重量％、Ｃを 0.7重量％、Feを 4.5重量％含むとともに、Ｂをそれぞれ1.8、2.0、2.3、2.75、2.8、2.9重量％含むニッケルベースのNi−Cr−Ｂ−Si合金から構成された６種類のウエアリングと、Crを11.5重量％、Siを14.0重量％、Ｗを17.3重量％、Feを 3.5重量％、Ｂを 3.0重量％含むニッケルベースのNi−Cr−Ｂ−Si合金から構成されたフローティングリングを準備した。
【００３２】
次に、このようなウエアリング。フローティングリングをそれぞれ組み合わせてシール機構を構成するとともに、このようなシール機構を大型ゴム混練装置に装着し、２年間通常の稼働率で運転した。その後、前記ウエアリング、フローティングリングを取り外して摩耗量を測定した。
【００３３】
その合計摩耗量を図６に示すが、ウエアリングのＢ重量％が 2.0％未満となると、フローティングリング、ウエアリングの耐摩耗性が離れ過ぎるため、ウエアリングが急激にして合計摩耗量が許容範囲（管理基準）である 3mmを超え、一方、そのＢ重量％が 2.8を超えると、フローティングリング、ウエアリングの耐摩耗性が近似するため、両者が共に摩耗して合計摩耗量が許容範囲（管理基準）である 3mmを超えてしまうのである。このようなことから消耗品部材、ここではウエアリングにおけるＢの重量％は 2.0〜 2.8の範囲内でなければならない。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、摩耗を低減することで長寿命化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１実施形態を示すゴム混練装置の正面断面図である。
【図２】シール機構近傍の正面断面図である。
【図３】この発明の第２実施形態を示すゴム混練装置の端板近傍の正面断面図である。
【図４】シール機構近傍の正面断面図である。
【図５】Ｂの重量％と合計摩耗量との関係を示すグラフである。
【図６】Ｂの重量％と合計摩耗量との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
11…ゴム混練装置           12…チャンバ
16…ハウジング             19…ロータ
21…翼                     26…第１リング
31…第２リング
【図１】
0004614553.tif 000002
【図２】
0004614553.tif 000003
【図３】
0004614553.tif 000004
【図４】
0004614553.tif 000005
【図５】
0004614553.tif 000006
【図６】
0004614553.tif 000007