JP2013154520A

JP2013154520A - ゴム攪拌装置におけるシール機構およびシール方法並びにゴム攪拌装置

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Publication number: JP2013154520A
Application number: JP2012015953A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Nakai; 裕樹仲井
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2012-01-27
Filing date: 2012-01-27
Publication date: 2013-08-15
Anticipated expiration: 2032-01-27
Also published as: JP5901981B2

Abstract

【課題】潤滑油の単位時間当たりの供給量を容易に低減させる。
【解決手段】シールリング31に形成された誘導通路92を通じてシール面53上で押圧力付与位置と軸方向に重なり合う重合領域90に潤滑油流を誘導するようにしたので、潤滑油の供給量を低減させても、重合領域90にはある程度まとまった量の潤滑油が最初に供給される。このため、重合領域90の接圧が他の領域より数倍高くても、該重合領域90における油膜切れは有効に阻止される。また、重合領域90間の他の領域に関しては、接圧が重合領域90よりかなり低いため、潤滑油がシール面53と摺接面54との間に拡散して均一厚さの油膜を形成することで有効に潤滑され、油膜切れが生じることはない。
【選択図】図６

Description

この発明は、ハウジングと、回転することで前記ハウジング内の攪拌室に投入された生ゴムを攪拌する攪拌体とを備えたゴム攪拌装置のハウジングと攪拌体との間をシールするシール機構およびシール方法並びにゴム攪拌装置に関する。

従来のゴム攪拌装置におけるシール機構およびシール方法としては、例えば以下の特許文献１に記載されているようなものが知られている。

特開２０１０−１６２６８９号公報

このものは、ハウジングと、回転することで前記ハウジング内のチャンバに投入された生ゴムを攪拌するロータとを備えたゴム攪拌装置のハウジングとロータとの間をシールするシール機構であって、前記ハウジングに軸方向の移動のみが許容されながら支持され、シール面がロータに固設された回転側シール部材の摺接面に摺接可能な固定側シール部材と、該固定側シール部材に対し周方向に半周離れた２箇所においてヨークピンにより軸方向内側に向かう押圧力を付与することで、該固定側シール部材のシール面を回転側シール部材の摺接面に押し付ける押圧力付与機構と、固定側シール部材に前記ヨークピンから周方向に離れた位置において形成され、前記固定側シール部材を軸方向に貫通することで前記シール面に潤滑油流を供給し、シール面と摺接面との間に拡散した実質上均一厚さの油膜を形成する複数の潤滑油路とを備えたものである。

そして、このようなものにおいては、ロータの回転に伴いチャンバから前記シール面、摺接面に向かって圧力の上昇した生ゴムが流動しながら繰り返し導かれるが、このような生ゴムは固定側シール部材のシール面が潤滑油の油膜を間に介在させながら回転側シール部材の摺接面に前述した押圧力付与機構によって前記生ゴムの圧力より高い接圧で摺接しているため、前記生ゴムの外部への漏洩が阻止されている。

ここで、近年、資源の有効活用の要請から、シール性能（生ゴムの漏洩阻止性能）を維持しつつ、前記シール面に供給される潤滑油の単位時間当たりの供給量を低減し、潤滑油の供給総量を低減させることが検討されたが、潤滑油の単位時間当たりの供給量を単純に低減させると、シール面と摺接面との間における潤滑油に油膜切れが発生し、この結果、シール面、摺接面同士が直接摺接して固定側、回転側シール部材が急速に摩耗するとともに、摩擦熱により温度が上昇して周囲に悪影響を及ぼしてしまうのである。このような事態に対処するため、本発明者は鋭意研究を行い、前記ヨークピンと軸方向に重なり合ったシール面上の重合領域における接圧が他の領域における接圧より数倍高く、この結果、潤滑油の単位時間当たりの供給量を単純に低減させた場合には、前記重合領域のみに油膜切れが生じ、重合領域以外の領域においては十分過ぎる厚さの油膜が存在していることを、換言すれば、従来においては接圧の高い重合領域において油膜切れが生じない程度に潤滑油を供給していたため、重合領域以外の他の領域では過剰な厚さの油膜が形成されていたことを知見した。

この発明は、前述の知見に基づきなされたもので、潤滑油の単位時間当たりの供給量を容易に低減させることができるゴム攪拌装置におけるシール機構およびシール方法並びにゴム攪拌装置を提供することを目的とする。

このような目的は、第１に、ハウジングと、回転することで前記ハウジング内の攪拌室に投入された生ゴムを攪拌する攪拌体とを備えたゴム攪拌装置のハウジングと攪拌体との間をシールするシール機構であって、前記ハウジングに軸方向の移動のみが許容されながら支持され、シール面が攪拌体の摺接面に摺接可能なシールリングと、該シールリングに対し周方向に離れた複数位置において軸方向内側に向かう押圧力を付与することで、該シールリングのシール面を攪拌体の摺接面に押し付け、攪拌されている生ゴムの漏洩を阻止する押圧機構と、シールリングに形成され、前記シール面上で前記押圧力付与位置と軸方向に重なり合う重合領域に潤滑油流を誘導する誘導通路とを備えたゴム攪拌装置におけるシール機構により、達成することができる。

第２に、ハウジングと、回転することで前記ハウジング内の攪拌室に投入された生ゴムを攪拌する攪拌体とを備えたゴム攪拌装置のハウジングと攪拌体との間をシールするシール方法であって、前記ハウジングに軸方向の移動のみが許容されながら支持されたシールリングに対し押圧機構から周方向に離れた複数位置において軸方向内側に向かう押圧力を付与し、該シールリングのシール面を攪拌体の摺接面に押し付けて摺接させることで、攪拌されている生ゴムの漏洩を阻止する工程と、シールリングに形成された誘導通路を通じて前記シール面上で前記押圧力付与位置と軸方向に重なり合う重合領域に潤滑油流を誘導し、重合領域における潤滑油の油膜切れを阻止する工程とを備えたゴム攪拌装置におけるシール方法により、達成することができる。

第３に、前述のようなシール機構をハウジングと攪拌体との間に設けたゴム攪拌装置により、達成することができる。

この発明においては、シールリングに形成された誘導通路を通じて前記シール面上で前記押圧力付与位置と軸方向に重なり合う重合領域に潤滑油流を誘導するようにしたので、潤滑油の単位時間当たりの供給量を低減させても、重合領域にはある程度まとまった量の潤滑油が最初に供給されることになり、この結果、重合領域の接圧が前述のように他の領域より数倍高くても、該重合領域における潤滑油の油膜切れは有効に阻止される。また、重合領域間の他の領域に関しては、接圧が重合領域よりかなり低いため、重合領域に供給された潤滑油がシール面と摺接面との間に拡散して実質上均一厚さの油膜を形成することで有効に潤滑され、油膜切れが生じることはない。この結果、シール面に対する単位時間当たりの潤滑油の供給量を容易に低減させることができる。

また、請求項２に記載のように構成すれば、誘導通路を簡単かつ安価に形成することができる。さらに、請求項３に記載のように構成すれば、貫通孔の内端開口からシール面に流出した潤滑油の一部を摺接面により回転方向に引き摺ることで、流れを加速しながら重合領域まで円滑に導くことができる。また、請求項４に記載のように構成すれば、シール面と摺接面との適切な接触面積を確保しながら、必要量の潤滑油流を重合領域に確実に導くことができる。さらに、請求項５に記載のように構成すれば、冷却ジャケットによる冷却が行われていない冷却ジャケット間のシールリングの部位を、誘導通路を流れる流れる潤滑油によって冷却し、前記冷却ジャケット間におけるシールリングの温度上昇を効果的に抑制することができる。

この発明の実施形態１を示す概略正面断面図である。押圧機構近傍の正面図である。図２のＩ−Ｉ矢視断面図である。シール機構近傍における図３と同様の断面図である。回転リングの一部拡大側面図である。シールリングの背面図である。エンドリングの正面図である。図４におけるロータのII−II矢視断面図である。図６のIII−III矢視断面図である。

以下、この発明の実施形態１を図面に基づいて説明する。
図１〜４において、11は生ゴムを攪拌するゴム攪拌装置、ここではバンバリーミキサー、ニーダ等の生ゴムと薬品等とを攪拌混練する混練装置（この実施形態ではバンバリーミキサー）であり、このゴム混練装置11は図示していないフレームに軸方向両端部が支持された一対の逆方向に回転する平行なロータ12と、前記フレームに固定され、これらロータ12の軸方向中央部が収納されたハウジング13とを有している。前記ハウジング13はハウジング本体18と、該ハウジング本体18に着脱可能に取り付けられた後述するエンドリング55とを有し、また、前記ハウジング本体18は、中空で軸方両端が開口したケーシング14と、該ケーシング14の軸方向両端開口をそれぞれ閉止する一対のサイドプレート15と、各サイドプレート15に固定され前記ロータ12が遊嵌された遊嵌孔16が形成されているエンドプレート17とを有している。

一方、各ロータ12は遊嵌孔16と同軸で該遊嵌孔16を貫通するロータ軸20と、前記ハウジング13内に設けられた攪拌室としての混練室21内における前記ロータ軸20の軸方向中央部外周に形成され、螺旋を描きながら突出する翼22とを有している。そして、前記ロータ12が図示していない駆動源により逆方向に回転すると、ハウジング13内の混練室21に投入された生ゴムは翼22によりロータ軸20間に引き込まれながら不規則に変形され徐々に攪拌、ここでは混練される。

また、前記ハウジング13の上側中央部には生ゴムを投入する投入口23が形成され、この投入口23には混練室21に投入された生ゴムを下方に向かって押し込むフローティングウェイト24が昇降可能に挿入されている。一方、前記ハウジング13の下側中央部には所望の混練状態となった生ゴムを外部に排出する排出口25が形成され、この排出口25はハウジング13に揺動可能に支持されたドロップドア26により混練時は閉止されているが、生ゴムが所望の混練状態となったときドロップドア26が下方に揺動することで開放され、該生ゴムを外部（下方）に排出する。なお、この発明においては、攪拌装置として生ゴムに対し熱入れ（可塑性の向上のみ）を行う、例えばスクリュー式の熱入れ機を用いてもよい。この場合には、一対のスクリューが攪拌体に相当する。

図２〜６において、30は前記ハウジング13、詳しくはエンドリング55と、後述する攪拌体46（ロータ軸20）との間に設置され、これらの間をシールする複数のシール機構であり、各シール機構30は混練室21から外部への薬品、ゴム等の漏洩および外部から混練室21内への塵埃、異物等の侵入を防止する。ここで、前記シール機構30は前記遊嵌孔16にエンドリング55を介して挿入された略円筒状のシールリング31を有し、各シールリング31内には前記ロータ軸20が遊嵌されている。

各シールリング31は周方向に複数個に分割、ここでは周方向に等長である２個の分割片31ａに分割され、これらの分割片31ａ同士は分割面に垂直に延びる複数の締結体、ここではボルト32により離脱可能に連結されている。また、各分割片31ａの大径である軸方向外側部には、外周において開口し周方向長が分割片31ａより短い周方向に延びる円周溝33が形成され、これら円周溝33の開口は分割片31ａの外周に固定されたカバープレート34により閉止されている。これにより、各シールリング31内には周方向に延びるとともに、周方向に離れた複数（２個）の冷却ジャケット35が形成される。前述のようにシールリング31が周方向に並べられた複数の分割片31ａから構成されているが、前記冷却ジャケット35は分割片31ａにそれぞれ１個形成されているため、分割片31ａと同数存在することになる。

ここで、一方の冷却ジャケット35の周方向一端部には供給配管37が、また、他方の冷却ジャケット35の周方向他端部には排出配管38がそれぞれ連結され、さらに、一方の冷却ジャケット35の周方向他端部と他方の冷却ジャケット35の周方向一端部とは連結配管39により互いに連結されている。そして、供給配管37を通じて一方の冷却ジャケット35に冷却水、冷却油等の冷却流体が冷却源から供給されると、該冷却流体は一方の冷却ジャケット35、連結配管39、他方の冷却ジャケット35内を通過した後、排出配管38を通じて図示していない排出源、例えばタンクに排出され、該冷却ジャケット35の周囲のシールリング31を冷却する。このように各シールリング31には、内部に冷却流体が給排されることで、該シールリング31を冷却する冷却ジャケット35が周方向に離れて複数形成されている。

42はシールリング31の混練室21に近接する軸方向内端部内に遊嵌された略円筒状のカラーであり、これらのカラー42はロータ軸20と一体的に矢印方向に回転することができ、また、これらカラー42の軸方向内端部外周には軸方向内側に向かうに従い半径方向内側に傾斜した截頭円錐状の傾斜面42ａが形成されている。これらカラー42の軸方向内側部の外側には該カラー42を半径方向外側から囲み、前記シールリング31の軸方向内端部と同一径であるリング状の回転リング43が設けられ、これら回転リング43の軸方向内端部内周には前記傾斜面42ａと同一勾配の截頭円錐状をした傾斜面43ａが形成されている。そして、前記回転リング43にはカラー42の軸方向内端部が傾斜面42ａと傾斜面43ａとが面接触した状態で挿入されている。また、前記カラー42および回転リング43の軸方向内端部はいずれもロータ12の翼22の軸方向両端面に形成された円周方向に延びる円周溝44に挿入されている。

47は前記カラー42より軸方向外側のロータ軸20に外嵌され、該ロータ軸20と一体回転するねじリングであり、これらのねじリング47には軸方向に延びる複数本の押圧ねじ48が螺合している。そして、これら押圧ねじ48をねじ込んでカラー42を軸方向内側に移動させると、傾斜面42ａ、43ａの楔作用により回転リング43は円周溝44の底壁（軸方向内側面）に押し付けられ、これにより、回転リング43はロータ12と一体回転できるよう着脱可能に取り付けられる。また、前記回転リング43のシールリング31に近接する軸方向外端部にはNi−Cr−Ｂ−Si合金（代表例としてはコルモノイ）等の耐摩耗性金属から構成された摺接層50が肉盛りにより設けられ、一方、シールリング31の回転リング43に近接する軸方向内端部にも同様の耐摩耗性金属から構成された摺接層51が肉盛りにより設けられている。

前述したロータ12、カラー42、ねじリング47、押圧ねじ48、回転リング43は全体として、逆方向に回転することでハウジング13内の混練室21に投入された生ゴムを混練(攪拌）する一対の攪拌体46を構成する。なお、この発明においては、前記回転リングをロータに一体形成することで攪拌体を構成するようにしてもよい。この場合には、前述したカラー42、ねじリング47、押圧ねじ48は不要となる。そして、前記シールリング31（摺接層51）の軸方向内端に形成されたシール面53は、攪拌体46の一部を構成する回転リング43（摺接層50）の軸方向外端に形成された摺接面54に、後述する押圧機構により押し付けられながら相対回転することで摺接し、これにより、攪拌されている生ゴムが混練室21から外部に漏洩する事態が阻止される。55は略円筒状のエンドリングであり、該エンドリング55は前記エンドプレート17の遊嵌孔16内に軸方向外側から挿入された後、複数のボルト56によりハウジング13の一部を構成するエンドプレート17に着脱可能に取り付けられている。

また、前記エンドリング55はシールリング31の軸方向内端部および回転リング43の軸方向外側部を半径方向外側から囲んでおり、該エンドリング55とシールリング31との間は該エンドリング55の内周に設置されたＯリング58によりシールされる一方、前記エンドリング55と回転リング43との間には間隙59が形成されている。また、エンドリング55の軸方向内端面とロータ12の翼22の軸方向外端面との間にも間隙60が形成されているが、これらの間隙60は前記間隙59に連通している。この結果、生ゴムの混練が進行して該生ゴムの可塑度が低下すると、該生ゴムはロータ12の翼22により間欠的に押されて間隙60、59を流動しながら次々と通過し、前記シール面53、摺接面54同士が摺接する摺接部まで到達することがある。このとき、前記シールリング31と回転リング43との接圧（摺接層51、50同士の接圧）が前記生ゴムの圧力より高いと、生ゴムはシールリング31を軸方向外側に押し返すことができない。この場合にはシール面53と摺接面54とは潤滑油の油膜を介して面接触を維持し、生ゴムが外部に漏洩することはない。

ここで、前記エンドリング55は図７に示すように、周方向に複数個に分割、ここでは周方向に等長である２個のリング片55ａに分割されているが、エンドリング55がボルト56によってエンドプレート17に取り付けられているときには、これらのリング片55ａの周方向両端面同士は面接触し１個の円筒体を構成している。なお、この発明においては、前記エンドリング55を周方向に３個以上に分割してもよい。このようにエンドリング55が周方向に複数分割可能であると、後述する螺旋溝に生ゴムが詰まって流動しなくなったり、あるいは、回転リング43とエンドリング55とが互いに直接接触して傷付け合っているような場合、エンドリング55を回転リング43に先立ち簡単に取り外すことができるため、回転リング43の交換を容易に行うことができる。

65は前記エンドプレート17に形成された複数のオイル通路であり、これらオイル通路65の軸方向外端に連結された供給配管66（図２参照）は図示していないプロセスオイルの供給源に接続され、一方、該オイル通路65の軸方向内端は前記間隙60に連通している。そして、これら供給配管66、オイル通路65を通じて供給源から混練室21に鉱油等からなるプロセスオイルが供給されと、該プロセスオイルは混練時における生ゴムを軟化させるとともに、その流動性を向上させる。67は各シール機構30に対応して設置されロータ12に平行に延びる流体シリンダであり、各流体シリンダ67のピストンロッド68の先端（軸方向内端）は、該ピストンロッド68と同軸で先端部（軸方向内端部）が前記サイドプレート15に形成された嵌入穴69に嵌入された受けロッド70の基端部（軸方向外端部）に挿入されている。そして、前記受けロッド70の軸方向外端部に設けられたフランジ部と嵌入穴69の底面との間にはスプリング71が介装されている。

72は半径方向に延びる複数（シール機構30と同数）のヨークであり、各ヨーク72の半径方向外端部は前記流体シリンダ67のシリンダケースに連結され、一方、該ヨーク72の半径方向内側部は図２に示すように、二股に分かれるとともに弧状に湾曲している。前記ヨーク72の半径方向内端部にはそれぞれ周方向に180度離れた軸方向に延びる複数（２個）のヨークピン73が固定され、これらのヨークピン73の軸方向内端部は前記シールリング31の軸方向外端面に形成されたピン穴74にそれぞれ挿入されている。また、前記ヨーク72の二股に分かれる部位、即ちヨーク72の半径方向中央部にはサイドプレート15に固定された軸方向に延びる支持ピン75の軸方向外端部が球面接触した状態で挿入され、この結果、前記ヨーク72は前記支持ピン75を中心として揺動することができる。

前述のようにヨーク72の半径方向外端部は流体シリンダ67、受けロッド70、スプリング71を介してサイドプレート15に連結され、また、その半径方向中央部は支持ピン75を介して同様にサイドプレート15に連結されており、さらに、ヨーク72の半径方向内端部に 180度離れて設けられた２個のヨークピン73はシールリング31のピン穴74にそれぞれ挿入されているため、該シールリング31は軸線回りの回転が阻止される一方、軸方向の移動のみが許容された状態でハウジング13に支持される。

そして、前記流体シリンダ67が作動してピストンロッド68が突出すると、ヨーク72は支持ピン75を中心として半径方向内端部が軸方向内側に移動するよう揺動し、これにより、シールリング31に所定の押付け力が付与され、前記摺接層50と摺接層51との接圧が、間隙59に侵入してきた生ゴムの圧力より高い値に保持される。前述した流体シリンダ67、受けロッド70、スプリング71、ヨーク72、ヨークピン73、支持ピン75は全体として、シールリング31に軸方向内側に向かう押圧力を付与することで、該シールリング31のシール面53を攪拌体46（回転リング43）の摺接面54に押付け、混練（攪拌）されている生ゴムの混練室21から外部への漏洩を阻止する押圧機構76を構成する。なお、この発明においては、前述した押圧機構として、圧縮スプリングおよび該圧縮スプリングの圧縮量を調節するねじ機構、シリンダ等を用いてもよい。

78は前記押圧機構76からシールリング31に押圧力が付与される押圧力付与位置、即ち、ヨークピン73の配置位置から周方向に離れた部位のシールリング31に形成され該シールリング31を軸方向に貫通する複数の貫通孔であり、これら貫通孔78の軸方向外端はそれぞれ供給配管79を介して図示していない潤滑油の供給源に接続されている。また、これら貫通孔78の軸方向内端は該シールリング31（摺接層51）のシール面53に開口しており、この結果、該貫通孔78を通じてシールリング31のシール面53、即ちシール面53と摺接面54との間に供給源から鉱油からなる潤滑油が供給され、シール面53と摺接面54との間に潤滑油の油膜を形成する。

ここで、前記摺接面54より軸方向内側、即ち混練室21側の攪拌体46、詳しくは回転リング43の外周面に螺旋溝82を形成している。このように摺接面54より軸方向内側の攪拌体46（回転リング43）の外周面に螺旋溝82を形成すれば、前述のように翼22に押されて圧力の上昇した生ゴムがハウジング13内の混練室21から間隙60、59を次々に通過しながらシール面53、摺接面54同士が摺接する摺接部に向かって流動したとき、この流動の途中に設けられた前記螺旋溝82から生ゴムに、流路断面積の急拡大による圧力損失に基づく抵抗が付与され、該生ゴムの圧力が低下する。

この結果、螺旋溝82より混練室21側では生ゴムの圧力に変化はないものの、螺旋溝82よりシール面53、摺接面54側においては前記抵抗により生ゴムの圧力が低下し、これにより、押圧機構76からシールリング31に付与される押圧力を低減してもシールリング31、回転リング43によるシール性を十分に維持することができる。そして、前述のように押圧機構76からシールリング31に付与される押圧力が低減すると、シール面53、摺接面54同士の接圧が低下し、これにより、貫通孔78を通じてシール面53に供給される潤滑油の単位時間当たりの供給量を問題なく容易に低減させることができる。

ここで、前記螺旋溝82は攪拌体46（回転リング43）の回転方向（矢印方向）前方に向かうに従い軸方向外側に向かって螺旋状に延びているため、前述のようにシール面53、摺接面54同士の摺接部に向かって流動し螺旋溝82により圧力が低下された生ゴムは、該攪拌体46（回転リング43）と共に回転する螺旋溝82の回転方向後側側壁から押し戻し力が付与され、前記混練室21に向かって押し戻される。このようにして一部の可塑化した生ゴムは間隙59、60内を流動しながらシール面53、摺接面54同士の摺接部と混練室21との間を繰り返し往復することになる。そして、前記螺旋溝82の条数は２または３（ここでは３）としており、回転リング43の外周に１周分だけ形成されている。この結果、回転リング43がロータ12と共に１回転すると、生ゴムはほぼ螺旋溝82のリード分、即ち３ピッチ分だけ混練室21側に押し戻される。このように螺旋溝82の条数を２または３とすれば、ゴム混練装置11の大型化を阻止しながら、生ゴムを有効に混練室21に向かって押し戻すことができる。

また、前記螺旋溝82の断面形状は、この実施形態では図４、５に示すように矩形としているが、三角形、Ｕ字形等であってもよい。また、前記螺旋溝82の断面積は 2.0〜6.0mm²の範囲が好ましい。その理由は、前記断面積が 2.0mm²未満であると、生ゴムの種類によっては十分な圧力低下を生じさせることが難しく、一方、6.0mm²を超えると、回転リング43の軸方向長が長くなってゴム混練装置11が大型化するおそれがあるからである。84は円周溝44より半径方向外側で前記翼22の軸方向外端面に形成された複数、ここでは前記螺旋溝82の条数と同数の傾斜溝であり、これらの傾斜溝84は周方向に等角度離れて形成されている（図８参照）。そして、これら傾斜溝84は半径方向に対して回転方向後側に向かうよう傾斜しており、この結果、前記間隙60に侵入した生ゴムは、ロータ12の矢印方向への回転時に、傾斜溝84の回転方向後側側壁の押されて半径方向外側に（混練室21に向かって）押し戻される。

このように傾斜溝84によって間隙60から生ゴムが半径方向外側に（混練室21に向かって）押し戻されるため、圧力の低下した生ゴムがロータ12の矢印方向への回転により混練室21にさらに強力に押し戻され、生ゴムを螺旋溝82から有効に排除することができる。しかも、前述のように翼22の軸方向外端面に複数の傾斜溝84を形成して生ゴムを混練室21に向かって押し戻すようにしたので、生ゴムの流動性が向上し、これにより、オイル通路65を通じて供給されるプロセスオイルの供給量を低減させることもできる。そして、この実施形態では前記傾斜溝84の半径方向内端を、対応する螺旋溝82の軸方向内端にそれぞれ連通させており、この結果、生ゴムはこれら螺旋溝82、傾斜溝84によって円滑に混練室21に押し戻される。

86はハウジング13、ここでは各エンドリング55に形成され半径方向内端が間隙59に連通する１個の貫通孔であり、これらハウジング13の貫通孔86には螺旋溝82とシール面53、摺接面54同士の摺接部との間で、ハウジング13（エンドリング55）と、攪拌体46（回転リング43）との間に位置する間隙59内の圧力を検出する圧力センサ87が設置され、これら圧力センサ87は前記間隙59における圧力を検出して検出結果を図示していない制御部に出力する。このような圧力センサ87を設ければ、シールリング31と回転リング43との間のシール性が低下して生ゴムが外部に漏洩しようとしたとき、該漏洩の予兆を検出することができ、生ゴムの漏洩を事前に容易に察知することができる。

また、前記押圧機構76からシールリング31に押圧力が付与される押圧力付与位置、即ち、ヨークピン73の配置位置と軸方向に重なり合ったシール面53上の重合領域90においては、押圧機構76による押圧力の影響を受けてシール面53、摺接面54同士の接圧が重合領域90以外の他の領域における接圧より数倍高くなり、この結果、貫通孔78から供給される潤滑油の単位時間当たりの供給量が少ないと、前記他の領域では過剰な厚さの油膜が形成されているにも拘わらず、前記重合領域90のみに潤滑油の油膜切れが生じてしまうのである。このような事態に対処するため、この実施形態においては、図２、４、６、９に示すように、前述した貫通孔78に加え、各シールリング31のシール面53に少なくとも貫通孔78の軸方向内端開口から前記重合領域90まで周方向に延びるとともに、回転リング43の摺接面54により蓋がされた複数の弧状溝91を形成したのである。

このように貫通孔78および弧状溝91からなる誘導通路92をシールリング31に形成することでシール面53上の重合領域90に潤滑油流を誘導するようにすれば、潤滑油の単位時間当たりの供給量を低減させても、重合領域90にはある程度まとまった量の潤滑油が最初に供給されることになり、この結果、重合領域90の接圧が前述のように他の領域より数倍高くても、該重合領域90における潤滑油の油膜切れを有効に阻止することができる。また、重合領域90間の他の領域に関しては、接圧が重合領域90よりかなり低いため、重合領域90に供給される潤滑油がシール面53と摺接面54との間に拡散して実質上均一厚さの油膜を形成することで有効に潤滑され、油膜切れが生じることはない。この結果、シール面53に対する単位時間当たりの潤滑油の供給量を容易に低減させることができる。

なお、この発明においては、前記シールリングを内筒と、該内筒の外側に、例えば焼きばめにより嵌合締結された外筒とから構成するとともに、前記内筒の外周に外端が内筒の軸方向外端に開口し、途中がクランク状に折れ曲がったり、あるいは、螺旋状に延在する一方、内端がシール面上の重合領域に開口する誘導通路（溝）を形成するようにしてもよいが、この実施形態のように誘導通路92を貫通孔78と弧状溝91とから構成するようにすれば、誘導通路92を簡単かつ安価に形成することができる。

ここで、各弧状溝91は前記貫通孔78の軸方向内端開口から攪拌体46の回転方向（図６の矢印方向）前方に向かって少なくとも重合領域90まで延びている。このようにすれば、貫通孔78の内端開口からシール面53に流出した潤滑油の一部を摺接面54により回転方向に引き摺ることで、流れを加速しながら重合領域90まで円滑に導くことができる。また、前述のように冷却ジャケット35はシールリング31に周方向に離れて複数形成されているが、この実施形態においては、前記弧状溝91が隣接する２つの冷却ジャケット35間を橋渡しするよう、換言すれば、各弧状溝91の周方向両端部が、隣接する冷却ジャケット35の弧状溝91に近接する側の周方向端部にそれぞれ重なり合うよう、回転方向にさらに延在させている。このように各弧状溝91を隣接する２つの冷却ジャケット35間を橋渡しするよう周方向に延在させれば、冷却ジャケット35による冷却が行われていない冷却ジャケット35間のシールリング31の部位を、弧状溝91を流れる潤滑油によって冷却し、前記冷却ジャケット35間におけるシールリング31の温度上昇を効果的に抑制することができる。

ここで、前述した各弧状溝91の半径方向溝幅Ｌはシール面53の半径方向幅Ｍの1/16〜3/16倍の範囲内であることが好ましい。その理由は、前記溝幅Ｌが幅Ｍの1/16倍未満であると、潤滑油の種類によっては必要量の潤滑油流を重合領域90に導くことができないことがあり、一方、3/16倍を超えると、シール面53と摺接面54との接触面積が減少して潤滑油の油膜切れが生じることがあるが、前述の範囲内とすれば、シール面53と摺接面54との適切な接触面積を確保しながら、必要量の潤滑油流を重合領域90に確実に導くことができるからである。また、前述した弧状溝91の断面形状は、この実施形態では、図９に示すように矩形としているが、三角形、Ｕ字形等であってもよい。

次に、前記実施形態１の作用について説明する。
前記ゴム混練装置11のハウジング13内に投入口23を通じて生ゴムが投入されると、駆動源により一対のロータ12が逆方向に回転し、これにより、前記投入された生ゴムはロータ12の翼22によりロータ軸20間に引き込まれながら不規則に変形されて徐々に攪拌、ここでは混練される。このとき、供給源から貫通孔78を通じてシール面53（シール面53と摺接面54との間）に潤滑油が供給され、前記シール面53と摺接面54との間に潤滑油の油膜を形成し、ロータ12の回転を円滑とする。そして、前記生ゴムの混練が進行して可塑度が低下すると、ロータ12の翼22により該生ゴムが間欠的に押されて間隙60、59を流動し、前記シール面53と摺接面54との摺接部まで到達することがある。

このとき、押圧機構76の流体シリンダ67が作動することで、ヨーク72が支持ピン75を中心として半径方向内端部が軸方向内側に移動するよう揺動し、これにより、押圧機構76からシールリング31に軸方向内側に向かう押圧力が付与され、シールリング31のシール面53が攪拌体46（回転リング43）の摺接面54に押し付けられながら摺接する。ここで、前記シールリング31と回転リング43との接圧を、前記間隙59に侵入してきた生ゴムの圧力より高い値に維持してやれば、前記攪拌（混練）されている生ゴムの外部への漏洩を阻止することができる。

このとき、前述のようにシールリング31にはシール面53上の重合領域90に潤滑油流を誘導する誘導通路92が形成されているため、他の領域より接圧が数倍高い重合領域90にはある程度まとまった量の潤滑油が該誘導通路92を通じて最初に誘導供給される。この結果、潤滑油の単位時間当たりの供給量を低減させても、該重合領域90における潤滑油の油膜切れを有効に阻止することができ、これにより、シール面53に対する単位時間当たりの潤滑油の供給量を容易に低減させることができる。なお、重合領域90間の他の領域に関しては、接圧が重合領域90よりかなり低いため、重合領域90に供給される潤滑油がシール面53と摺接面54との間に拡散して実質上均一厚さの油膜を形成することで有効に潤滑され、油膜切れが生じることはない。

この発明は、ハウジングと、ハウジング内の生ゴムを攪拌する攪拌体とを備えたゴム攪拌装置のハウジングと攪拌体との間をシールする産業分野に適用できる。

11…ゴム攪拌装置 13…ハウジング
21…攪拌室 30…シール機構
31…シールリング 35…冷却ジャケット
46…攪拌体 53…シール面
54…摺接面 76…押圧機構
78…貫通孔 90…重合領域
91…弧状溝 92…誘導通路
Ｌ…溝幅Ｍ…幅

Claims

ハウジングと、回転することで前記ハウジング内の攪拌室に投入された生ゴムを攪拌する攪拌体とを備えたゴム攪拌装置のハウジングと攪拌体との間をシールするシール機構であって、前記ハウジングに軸方向の移動のみが許容されながら支持され、シール面が攪拌体の摺接面に摺接可能なシールリングと、該シールリングに対し周方向に離れた複数位置において軸方向内側に向かう押圧力を付与することで、該シールリングのシール面を攪拌体の摺接面に押し付け、攪拌されている生ゴムの漏洩を阻止する押圧機構と、シールリングに形成され、前記シール面上で前記押圧力付与位置と軸方向に重なり合う重合領域に潤滑油流を誘導する誘導通路とを備えたことを特徴とするゴム攪拌装置におけるシール機構。
前記誘導通路は、前記押圧力付与位置から周方向に離れた部位のシールリングに形成され軸方向に貫通した貫通孔と、シールリングのシール面に形成され、少なくとも貫通孔の内端開口から重合領域まで周方向に延びる弧状溝とを有する請求項１記載のゴム攪拌装置におけるシール機構。
前記弧状溝は貫通孔の内端開口から攪拌体の回転方向前方に向かって延びている請求項２記載のゴム攪拌装置におけるシール機構。
前記弧状溝の溝幅はシール面の幅の1/16〜3/16倍の範囲内である請求項２または３記載のゴム攪拌装置におけるシール機構。
前記シールリング内に冷却流体を給排することで該シールリングを冷却する冷却ジャケットを周方向に離して複数形成する一方、前記弧状溝を隣接する２つの冷却ジャケット間を橋渡しするよう延在させた請求項２〜４のいずれか一項に記載のゴム攪拌装置におけるシール機構。
ハウジングと、回転することで前記ハウジング内の攪拌室に投入された生ゴムを攪拌する攪拌体とを備えたゴム攪拌装置のハウジングと攪拌体との間をシールするシール方法であって、前記ハウジングに軸方向の移動のみが許容されながら支持されたシールリングに対し押圧機構から周方向に離れた複数位置において軸方向内側に向かう押圧力を付与し、該シールリングのシール面を攪拌体の摺接面に押し付けて摺接させることで、攪拌されている生ゴムの漏洩を阻止する工程と、シールリングに形成された誘導通路を通じて前記シール面上で前記押圧力付与位置と軸方向に重なり合う重合領域に潤滑油流を誘導し、重合領域における潤滑油の油膜切れを阻止する工程とを備えたことを特徴とするゴム攪拌装置におけるシール方法。
前記請求項１〜５のいずれか一項に記載のシール機構をハウジングと攪拌体との間に設けたことを特徴とするゴム攪拌装置。