JP2014533784A - 機能部材の軸への接合方法 - Google Patents
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Abstract
機能部材（１４）を軸（１０）に接合する方法であって、（ａ）軸（１０）の一部を削り取ることにより、機能部材（１４）を受容する凸部（１２）を形成する工程、（ｂ）軸（１０）上の凸部（１２）に機能部材（１４）を溶接する工程、を含むことを特徴としている。
Description
本発明は、機能部材の軸への接合方法、本発明のより製造した軸並びに破砕機における軸の使用に関する。
例えば、混合機、混練機、撹拌機又は破砕機などの装置は、種々の機能部材が取付けられた軸を含んでいる。機能部材としては、例えば、棒、翼、アーム、フック、ジャーナル、螺旋バネ、パドル、刃又はスタッドなどである。軸に要求される役割に応じて、機能部材が選択される。
一般に、部品の大きさ及び複雑さによっては、機能部材と軸は１塊の素材から製造できない。従来は、適当な接合方法を用いて、機能部材を軸に接合していた。その方法は、例えば、圧入、半田付け及び溶接である。
圧入では、接合すべき２つの部材は、力を加えられて弾性変形し、互いに押圧される。摩擦力により部材の接合が外れるのを防いでいるが、十分な力を加えれば２つの部材に分離する。
半田付けでは、融けた半田により２つの部材が接合される。当然のことながら、半田の熔融温度は、接合すべき部材の熔融温度よりも低い。
溶接では、２つの部材はその熔融温度以上に加熱され、凝固により互いに固く接合される。時には、溶接の際に溶加材を投入することもある。２つの部材が融合することにより、強固に絡み合った接合となる。例えば、ガス溶接、アーク溶接又はミグ溶接など種々の技法により溶接が行われる。
溶接により機能部材と軸とが強固に絡み合った接合となるので、溶接は他の技法よりも好まれる。機能部材と軸を溶接により接合されるように、軸に機能部材を受容する溝が形成される。次いで、機能部材が溝に差し込まれ、その周りを廻る溶接継ぎ目により軸と接合される。この方法では、溝に差し込まれた部品の面には溶接継ぎ目が到達しないので、溝に差し込まれた面は軸とは接合されないとの問題がある。更に、溶接の度にいわゆる「冶金的な切り欠き」（ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｓｈｅ Ｋｅｒｂｅ）が生ずる。負荷を掛けると、冶金的な切り欠きから微小割れが形成されて、ついには破断する結果となる。この場合、冶金的な切り欠きが、溝により形成された切り欠きと重なることが問題となる。これらの溝の位置において、材料は強度が低下し、破断点となる可能性がある。構成部品の欠損及びその結果生産が停滞するので、機能部材と軸の間の溶接接合部の割れを防止する必要がある。
本発明の課題は、機能部材と軸の間の溶接による接合部の破断の危険を低下させ接合方法を提供することである。この場合、本来の切り欠きと冶金的な切り欠きが重なることを防ぐ必要がある。更に、破砕機に用いる棒を接合した頑丈な軸を提供することも本発明の課題である。
本発明の課題は、下記の工程を含む機能部材を軸に接合する方法により解決される。
（ａ）軸の一部を削り取ることにより、機能部材を受容する凸部を形成する工程
（ｂ）軸上の凸部に機能部材を溶接する工程
（ａ）軸の一部を削り取ることにより、機能部材を受容する凸部を形成する工程
（ｂ）軸上の凸部に機能部材を溶接する工程
上述の第１の工程（ａ）において、軸を次の溶接工程に向けて準備する。そのため、軸の一部を削り取ることにより、凸部が形成される。削り取りは、適当な周知の方法を用いて行われる。適当な方法には、例えばフライス加工、旋盤加工などの切削方法が含まれる。凸部を備えた軸を、例えば鋳造などの造形方法により形成することも可能である。更に、例えば鍛造などの凸部を形成する造形方法を用いてもよい。このようにして、個々の凸部及び軸が一塊の材料から製造される。これにより、凸部の溶接で生ずるような、冶金的な切り欠きの形成が避けられる。更に、軸の表面に溝を形成する必要がないので、軸の強度の低下が避けられる。
次の工程において、機能部材は軸上の凸部と溶接される。機能部材は、例えば棒、翼、アーム、フック、ジャーナル、螺旋バネ、パドル、刃又はスタッドなどである。ここでは、接合すべき部品の端面を互いに突き合わせた突合わせ接合として溶接が行われる。この場合、溶接中に形成される冶金的な切り欠きは、凸部と機能部材の間に位置し、軸の表面には現れない。従って、冶金的な切り欠きと所定の形状に形成された切り欠きが重なることが避けられる。生成された溶接継ぎ目への、接近がし易くなったことも利点である。凸部と機能部材との間の溶接継ぎ目へは、約１８０度の開口角度で接近できる。これに反して、軸の表面に直接に在る溶接継ぎ目への開口角度は約９０度しかない。
機能部材と軸上の凸部との溶接による接近の改善は、完全な接合を可能とする。ここでは、凸部と機能部材の互いに当接し合う部分が完全に溶接され、完全に融合した接合が生成される。これにより、機能部材に負荷が掛った状態において、機能部材が凸部と接合された面全体に、最適に力が分散される。
周知の適当な方法により、凸部と機能部材との間の溶接継ぎ目を形成できる。例えば、継ぎ目は、Ｘ状継ぎ目、二重Ｙ状継ぎ目、二重Ｕ状継ぎ目又は二重Ｖ状継ぎ目としてもよい。溶接による完全な接合としては、Ｘ字継ぎ目が好ましい。最適な継ぎ目を選択する基準は、機能部材及び／又は凸部の寸法である。継ぎ目を形成する前に、軸の凸部及び／又は機能部材を準備する。この場合、切り欠きの少ない、すなわち切り欠きを避けて、軸の凸部及び／又は機能部材を切込んで準備することが好ましい。この結果、割れの開始点が避けられる。
好適な実施態様では、超音波、Ｘ線、染料浸透及び／又は他の非破壊検査法を用いて、溶接後の溶接継ぎ目が検査される。これにより、溶接継ぎ目が要求される品質に生成されていることが保障できる。ここでも、溶接継ぎ目への接近し易さが積極的に作用する。
機能部材及び／又は軸を製造する材料の選択は、軸の耐久性に大きな影響を及ぼす。そのため、軸及び／又は機能部材は、二相鋼（Ｄｕｐｌｅｘｓｔａｈｌ）から製造されることが好ましい。二相鋼は、高強度であると同時に高延性であるとの特徴を備えている。これに相応しい鋼は、例えば、二相鋼１．４４６２、二相鋼１．４３６２又は他の高強度の溶接可能な鋼である。
軸と機能部材は、同じ材料からの製造が好ましい。特に、双方共に二相鋼からの製造が好ましい。
溶接継ぎ目の形成には、溶加材を用いてもよい。この場合、溶加材は軸及び／又は機能部材と同一の材料であることが好ましい。これから派生した好適な実施態様では、軸、機能部材並びに溶加材に同じ材料を用いることが好ましい。
上述の方法により生成された軸は、軸と一体的に形成され機能部材を溶接して取付ける凸部を備えている。機能部材により、軸が必要とする要求に適合できる。機能部材は、例えば、棒、翼、アーム、フック、ジャーナル、螺旋バネ、パドル、刃又はスタッドである。
既に記載した長所に基づき、軸及び／又は機能部材は、例えば、二相鋼１．４４６２又は二相鋼１．４３６２などの二相鋼からの製造が好ましい。
一実施態様では、軸と機能部材は同じ材料から製造される。
軸は、特に破砕機で用いられる。破砕すべき原料及びその原料を挽く、押し潰す、細断する、切り刻む、打ち砕く又は粉砕するかに応じて、それに適した機能部材が選択される。
本発明の方法により製造された機能部材が強固に取付けられた軸は、例えば、混合機、混練機、撹拌機又は破砕機など全ての装置への導入が可能である。
軸は、例えば、混合混練機及び十字翼破砕機など、特に超吸収剤を製造する装置への導入が好ましい。超吸収剤は、自重の何倍もの液体を取込める高分子である。超吸収剤は、一般には、例えば、おむつ、布地、種々の衛生用品などに用いられる粗粒の粉末である。特に、ポリ（メタ）アクリレートは、超吸収剤の一つである。
ポリ（メタ）アクリレートを製造するのに、原料であるモノマー溶液及び開始剤が混合混練機に投入される。このような、混合混練機は、例えば、２つの平行な回転軸を含んで構成され、回転軸の表面には周囲に混練棒が配置された円板を備えている。混合混練機により、原料が混ぜ合わされて、重合反応により、製品であるポリ（メタ）アクリレートが生成される。製品が混練され、最終的には砕かれて破砕される。
ポリ（メタ）アクリレートは、ゲルの様な固さを有する塊状で混合混練機から排出される。ゲル状の塊は、ゲルバンカーに到達し、そこから旋回ベルトを用いてベルト乾燥器へと搬送される。ベルト乾燥器により約２００℃において、ゲル状の塊から液体が分離される。最後に、乾燥されたポリ（メタ）アクリレート塊は、破砕機として作動する十字翼破砕機に到達する。
この十字翼破砕機は、多数の棒を備えた１つの軸を含んで構成される。この十字翼破砕機は、軸に備えられた棒以外に、これらの棒の間の空隙に入り込んで強固に取り付けられた多数の棒も備えている。破砕機に投入された、ポリ（メタ）アクリレート塊は、強固に取り付けられた多数の棒の上に落下してそこに留まる。上記塊は、軸と共に回転する棒により破砕される。
十字翼破砕機において粗く破砕されたポリ（メタ）アクリレートは、空気圧搬送システムによりミルに搬送される。ポリ（メタ）アクリレートは、このミルにおいて、粉末状の製品となるまで粉砕される。
破砕機において、ポリ（メタ）アクリレートを打ち砕くのには、機能部材としては、例えば棒が適している。棒は、その長さに比べて、厚みが薄く端面が小さな直方体状である。これらの棒は、その端面が軸の凸部に溶接により接合される。この場合、凸部の面と棒の端面を一致させてもよいが、実施態様によっては、機能部材の面を棒の端面より大きくすることも可能である。ポリ（メタ）アクリレートを破砕するように、棒を備えた軸が十字翼破砕機に装着される。十字翼破砕機には、軸に備えられた棒以外に、強固に取り付けられた多数の棒も備えられている。ポリ（メタ）アクリレートが十字翼破砕機に投入され、強固に取り付けられた多数の棒と軸に備えられた棒との間で打ち砕かれる。特に、本発明の溶接継ぎ目により、軸は高い信頼性及び耐用年数を備えるようになる。
以下図面を用いて本発明の詳細に説明する。
図１には、凸部を有する軸が該凸部に接合された機能部材と共に示されている。
図１には、円柱状の軸１０が図示されている。軸のそれぞれの端面には、軸と共に軸受に収納されるジャーナル１１が備えられている。複数の凸部１２が軸１０の外周面に分散して備えられている。凸部１２及び軸１０は１塊の材料から製造される。それぞれの凸部１２には、図１では実施例として棒１４として示された機能部材が取付けられる。棒１４は、直方体状であり、その長手方向が軸１０の中心軸に垂直に凸部１２上に配置されている。棒１４は、凸部１２に溶接される。溶接継ぎ目２０は、図２及び図３に詳細に示されている。
図２は、溶接継ぎ目により凸部に接合された機能部材の側方からの断面図である。
図２には、軸１０の一部を削り去って作り上げた凸部１２を示す。これにより、凸部１２と軸１０は一体的に仕上げられる。棒１４として図示された機能部材は、溶接継ぎ目２０により凸部１２に接合されている。図２では、棒１４を凸部１２と接合する溶接継ぎ目２０の実施態様はＸ状の継ぎ目として図示されている。継ぎ目をＸ状にするように、面１８を棒１４並びに面１６を凸部１２に切込んだ。溶接継ぎ目２０をこのように構成することにより、棒１４は凸部１２と完全に連結される。すなわち、棒１４の全体の断面が、凸部１２と融合して接合されることになる。この結果、負荷が掛ると最適な力の分散が得られる。別の実施態様では、機能部材又は棒１４の寸法に応じて、異なった形状の溶接継ぎ目２０を用いる。例えば、溶接継ぎ目２０を、Ｖ状、Ｕ状、二重Ｕ状又は二重Ｖ状としてもよい。
図３は、溶接継ぎ目２０により凸部１２に接合された棒１４の正面からの断面図である。
図３には、溶接継ぎ目２０により凸部１２に接合された棒１４として形成された機能部材を示す。凸部１２は軸１０の一部を削って作り上げたものである。これにより、凸部１２と軸１０は一体的に仕上げられる。図３から、棒１４及び凸部１２の双方の４面において、溶接継ぎ目が準備されることが判る。そのため、棒１４は切込み１８、凸部１２は切込み１６を備えている。図２に示すようなＸ状継ぎ目では、棒１４とは凸部１２と完全に融合して接合される。
図４は、ポリ（メタ）アクリレートの製造工程の模式図である。
図４から、ポリ（メタ）アクリレートの製造工程の流れが推察できる。ポリ（メタ）アクリレートを製造する原料３１が、混合混練機３０に投入される。混合混練機３０は、例えば、２つの平行な回転軸を含んで構成され、回転軸の表面には周囲に混練棒が配置された円板を備えている。重合反応において、ポリ（メタ）アクリレートが製品として生成され、ゲルの様な固さを有する塊状の製品が混合混練機３０から排出される。
ゲル状の塊は、ゲルバンカー３２に到達し、そこから旋回ベルト３４を用いてベルト乾燥器３６へと搬送される。ベルト乾燥器３６により約２００℃において、ゲル状の塊から液体が分離される。最後に、乾燥されたポリ（メタ）アクリレート塊は、破砕機として作動する十字翼破砕機に到達する。
この十字翼破砕機３８は、多数の棒１４を備えた１つの軸１０を含んで構成される。棒１４は、本発明の方法を用いて軸１０に溶接される。更に、この十字翼破砕機は、軸１０に備えられた棒１４の間の空隙に入り込んで強固に取り付けられた多数の棒も備えている。破砕機３８に投入された、ポリ（メタ）アクリレート塊は、強固に取り付けられた多数の棒の上に落下してそこに留まる。上記塊は、軸１０と共に回転する棒１４により破砕される。
十字翼破砕機３８において粗く破砕されたポリ（メタ）アクリレートは、空気圧搬送システム４０によりミル４２に搬送される。ポリ（メタ）アクリレートは、このミルにおいて、粉末状の製品４４となるまで粉砕される。
ポリ（メタ）アクリレートを製造する上述の実施態様以外に、本発明により製造された機能部材を備えた軸は、例えば、混合機、混練機、撹拌機又は破砕機など全ての装置に取付けることができる。ポリ（メタ）アクリレートの製造に際して、本発明の軸を混合混練機３０に取り付けてもよい。この場合、周囲に混練棒が配置された円板を機能部材として選択し、本発明の方法により軸に溶接される。
１０ 軸
１１ ジャーナル
１２ 凸部
１４ 機能部材（棒）
１６ 切込み（凸部側の溶接準備）
１８ 切込み（棒側の溶接準備）
２０ 溶接継ぎ目
３０ 混合混練機（反応混練機）
３１ 原料
３２ ゲルバンカー
３４ 旋回ベルト
３６ ベルト乾燥器
３８ 十字翼粉砕機
４０ 空気圧搬送システム
４２ ミル
４４ 製品
１１ ジャーナル
１２ 凸部
１４ 機能部材（棒）
１６ 切込み（凸部側の溶接準備）
１８ 切込み（棒側の溶接準備）
２０ 溶接継ぎ目
３０ 混合混練機（反応混練機）
３１ 原料
３２ ゲルバンカー
３４ 旋回ベルト
３６ ベルト乾燥器
３８ 十字翼粉砕機
４０ 空気圧搬送システム
４２ ミル
４４ 製品
Claims (15)
- 機能部材（１４）を軸（１０）に接合する方法であって、
（ａ）軸（１０）の一部を削り取ることにより、機能部材（１４）を受容する凸部（１２）を形成する工程、
（ｂ）軸（１０）上の凸部（１２）に機能部材（１４）を溶接する工程、
を含むことを特徴とする方法。 - 機能部材（１４）は軸（１０）上の凸部（１２）と完全に接合されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 軸（１０）の凸部（１２）及び／又は機能部材（１４）は、切り欠きの少ない切込みにより準備されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の方法。
- 機能部材（１４）と軸（１０）の凸部（１２）とは溶接により、Ｘ状継ぎ目、二重Ｕ状継ぎ目、二重Ｙ状継ぎ目又は二重Ｖ状継ぎ目により接合されることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の方法。
- 溶接後の溶接継ぎ目（２０）は、超音波、Ｘ線、染料浸透及び／又は他の非破壊検査法を用いて検査されることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の方法。
- 軸（１０）及び／又は機能部材（１４）は、二相鋼から製造されることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の方法。
- 軸（１０）及び／又は機能部材（１４）は、二相鋼１．４４６２、二相鋼１．４３６２又は他の高強度の溶接可能な鋼から製造されることを特徴とする請求項６に記載の方法。
- 軸（１０）及び機能部材（１４）は同じ材料から製造されることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の方法。
- 機能部材（１４）を軸（１０）の凸部（１２）に溶接する際に、好ましくは軸（１０）及び／又は機能部材（１４）と同一の材料である溶加材を用いることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の方法。
- 請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の方法により製造された機能部材（１４）を受容して溶接により接合される凸部（１２）を備えた軸（１０）であって、
凸部（１２）と軸（１０）とは一体的に形成されていることを特徴とする軸。 - 軸（１０）及び／又は機能部材（１４）は、二相鋼から製造されることを特徴とする請求項１０に記載の軸。
- 軸（１０）及び／又は機能部材（１４）は、二相鋼１．４４６２、二相鋼１．４３６２又は他の高強度の溶接可能な鋼から製造されることを特徴とする請求項１１に記載の軸。
- 軸（１０）及び機能部材（１４）は、同じ材料から製造されることを特徴とする請求項１０ないし請求項１２のいずれか１項に記載の軸。
- 請求項１０ないし請求項１３のいずれか１項に記載の軸（１０）の利用であって、破砕機（３８）に用いることを特徴とする軸の利用。
- 破砕機（３８）は、ポリ（メタ）アクリレート用の破砕機であることを特徴とする請求項１４に記載の軸の利用。
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