JP3620944B2 - 密閉型混練機のダストストップ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、混練物の漏洩を防止する密閉型混練機のダストストップ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
バッチ式の密閉型混練機は、通常、ゴムやプラスチック等の混練材料をフローティングウエイトにより混練室に圧入した後、混練室に設けられたロータにより混練し、所望の混練状態の混練物となったときに、この混練物を混練室からドロップドアを介して外部に排出するという一連の動作により１バッチ分の混練物を製造するようになっている。
【０００３】
ところで、上記の混練室は、一対のロータが回転自在に貫挿されるように、縦断面まゆ型形状の中空部を有したケーシングの両側面にフレーム板を接合することにより左右一対に形成されているが、混練時にロータを回転させることが必要であるため、外部に設けられたロータ駆動機構からの駆動力をロータに伝達させるように、ロータ端面に形成されたロータ軸をフレーム板を介して外部に突出させている。従って、混練室は、ロータとフレーム板との隙間を介して外部に連通された状態になるため、このような混練室を備えた密閉型混練機は、従来から、混練を行ったときに混練物が隙間から漏出しないように、混練物の漏出を防止する様々なダストストップ装置を備えている。
【０００４】
具体的には、フレーム板とロータ軸との間に固定側シール部材を設けると共に、ロータ端面に回転側シール部材を設け、これら両シール部材同士を摺動自在に圧接させた構成のダストストップ装置が搭載されていたり（実公昭６１−２９４６７号公報）、フレーム板およびロータ軸にエンドプレートおよびシールリングをそれぞれ取り付け、これらエンドプレートおよびシールリングの端面同士を摺動自在に圧接させた構成のダストストップ装置が搭載されている（特公平２−３２０１４号公報）。そして、これらのダストストップ装置は、摺動時における当接面間の摩擦力が大きいと、発熱や磨耗により装置寿命が短くなるため、当接面間に潤滑油を圧入したり、摺動する部分に自己潤滑性を有するセラミックスや焼結カーボン、砲金、合成樹脂等を用いることによって、摩擦力を低減して発熱や磨耗を防止するようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のように、当接面間に潤滑油を圧入して摩擦力を低減させる構成では、潤滑油を多量に供給しなければ、摩擦力を十分に低減させることができないため、多量の潤滑油を当接面間から装置外部に排出して垂れ流しながら回収することが必要となって作業環境の低下を招来するという問題がある。さらに、多量の潤滑油を用いると、当接面間から混練室への潤滑油の進入量も増加するため、混練物の品質を許容値以下に低下させて品質不良を生じさせたり、色物の混練物に色違いを生じさせるという問題もある。
【０００６】
一方、摺動する部分に自己潤滑性を有する材料を用いて摩擦力を低減させる構成の場合には、材料自体の摩擦力により装置寿命が決定されるため、材料の選定が極めて重要である。ところが、特公平２−３２０１４号公報に開示されているようなセラミックスや焼結カーボン、砲金、フェノール樹脂等の合成樹脂を材料としただけでは、摩擦力の低減が不十分となり易く、特に、２００リットル以上の大型の混練機のように当接面間の摺動速度が２ｍ／秒を越えるものでは、摩擦力の低減不足による発熱や磨耗が顕著に生じることになる。
【０００７】
従って、本発明は、潤滑油が混練物に混入することによる品質不良を防止することができると共に、当接面間の摺動速度を上昇させても摩擦により生じる発熱や磨耗を十分に抑制することができる密閉型混練機のダストストップ装置を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、混練室に貫挿されるロータのロータ端面に固設されて該ロータと一体に回転する回転側シール部材の当接面と、前記ロータのロータ軸を回転自在に貫挿するダストストップリングの端面に固設されると共に、前記回転側シール部材の当接面に対して圧接される固定側シール部材の当接面とを備え、両当接面の間でダストストップを構成する密閉型混練機のダストストップ装置であって、前記当接面の何れか一方をグラファイトおよび／または１／２インチ以下のカーボン短繊維を充填した樹脂コンパウンドで構成し、前記回転軸シール部材あるいは前記固定側シール部材は、前記樹脂コンパウンドで構成された当接面が少なくとも前記樹脂コンパウンドの膜からなっていることを特徴としている。これにより、固定側シール部材と回転側シール部材との当接面間の摩擦力が極めて低減したものになるため、潤滑油を用いずに当接面間の摺動速度を上昇させても、摩擦により生じる発熱や磨耗を十分に抑制することができる。従って、潤滑油を供給しない無潤滑運転が可能となり、摺動速度の上昇を伴う混練機の大型化を実現することができる。さらに、従来のような潤滑油を多量に用いて摩擦力を低減していた場合のように、多量の潤滑油が混練物に混入することによる品質不良や、潤滑油の漏出による作業環境の低下を防止することが可能になると共に、潤滑油のランニングコストおよび潤滑油用の給油機を削減することができる。
また、本発明における前記固定側シール部材を前記回転側シール部材に圧接するべく前記ダストストップリングを前記ロータ端面方向に付勢する押圧力付与機構を備えていることを特徴としている。また、本発明における前記押圧力付与機構は、前記ダストストップリングの回転を防止するよう構成されていることを特徴としている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図１ないし図６に基づいて以下に説明する。
本実施形態に係るダストストップ装置は、図４に示すように、密閉型混練機１に備えられている。密閉型混練機１は、一対のロータ２・２と、これらのロータ２・２を回転自在に収容する中空状のケーシング３とを有している。ケーシング３には、ケーシング３を介して混練物を冷却或いは昇温させる図示しない媒体流通機構が設けられている。一方、ケーシング３の内面壁は、縦断面まゆ型形状に形成されており、図１に示すように、ケーシング３の両側面にフレーム板８およびフレーム板８に面一状に固設されたエンドプレート１１が接合されることによって、左右一対の混練室４ａ・４ａからなるチャンバ４を形成するようになっている。
【００１０】
上記のケーシング３の上側中央部には、ゴムやプラスチック等の混練材料をチャンバ４に投入する投入口３ａが形成されている。投入口３ａには、チャンバ４に投入された混練材料を圧入するフローティングウエイト５が昇降可能に設けられている。一方、チャンバ４の下側中央部には、混練物を外部に排出するように、排出口３ｂが形成されていると共に、この排出口３ｂを開閉するドロップドア６が設けられている。そして、これらのフローティングウエイト５およびドロップドア６は、混練時にケーシング３に密接することによって、チャンバ４の内壁面の一部を構成するようになっている。
【００１１】
上記の混練室４ａ・４ａには、上述のロータ２・２がそれぞれ貫挿されている。各ロータ２・２は、図２にも示すように、両端部のロータ径がロータ端面２ｂで最大となるように拡大されており、ロータ端面２ｂの内周側には、ロータ径よりも小さなシャフト径のロータ軸７が突設されている。一方、ロータ端面２ｂの外周側には、２分割可能な環状のロータ側端面リング９が固設されている。そして、このロータ側端面リング９には、フレーム側端面リング１０が摺動自在に圧接されており、ロータ側端面リング９およびフレーム側端面リング１０の何れか一方は、グラファイトおよび／または１／２インチ以下のカーボン短繊維を熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂に充填した樹脂コンパウンドからなる材料で形成されている。尚、カーボン短繊維は、紡糸したＰＡＮ（ｐｏｌｙ ａｃｒｙｌｏｎｉｔｏｒｉｌｅ） 繊維等を炭素化することにより形成されていたり、ピッチを紡糸して炭素化することにより形成されている。
【００１２】
また、上記の材料で形成されていない他方側のリング９・１０は、硬質肉盛金属により形成されている。尚、他方側のリング９・１０に適用できる材料としては、各種鋼、銅合金の他、セラミックスや焼結カーボン等の油含浸していない材料、砲金や鋳鉄、焼結金属等の油含浸金属を挙げることができる。
【００１３】
上記のフレーム側端面リング１０は、フレーム板８側で固定されるように、ダストストップリング１２の一端面に固設されている。ダストストップリング１２は、図３に示すように、割れ線１２ａにおいて２分割可能な一対の半円リング１３・１３を接合することにより形成されており、リング内周側には、上述のロータ軸７が回転自在に貫挿されている。
【００１４】
上記のダストストップリング１２は、図２に示すように、混練物や潤滑油を外部に漏洩させないように、ロータ２側においてシールリング１４を介してエンドプレート１１に液密状態に嵌合されている。
【００１５】
さらに、ダストストップリング１２には、他方側において冷却水路１５が周方向に形成されていると共に、潤滑油路１７が軸方向に形成されている。そして、冷却水路１５および潤滑油路１７には、冷却水配管１６および潤滑油配管１８がそれぞれ接続されており、冷却水路１５は、冷却水配管１６を介して冷却水が流入されることによりダストストップリング１２を冷却するようになっている。一方、潤滑油路１７は、フレーム側端面リング１０の貫通穴１０ａに連通されており、潤滑油配管１８を介して潤滑油が流入されることによりフレーム側端面リング１０とロータ側端面リング９との当接面間に潤滑油を供給するようになっている。また、両リング１０・９の当接面間には、エンドプレート１１およびフレーム板８に形成されたプロセス油路１９が連通されており、プロセス油路１９は、チャンバ４内に混入しても混練物の品質に悪影響を及ぼさないプロセス油を当接面間に供給するようになっている。尚、プロセス油としては、主にアロマ系、ナフテン系等の鉱物油等を用いることができる。また、塩化ビニル等樹脂の混練の際には、プロセス油としてＤＯＰに代表される合成可塑剤が用いられる。更に、小型の混練機のように当接面間の摺動速度が低いものでは、プロセス油を必要としないものもあり、この場合には、プロセス通路１９が設けられていないこともある。
【００１６】
上記のように構成されたダストストップリング１２の外面には、図１に示すように、ヨークピン２１が係合されている。ヨークピン２１は、ヨーク２０の一端部に設けられており、ヨーク２０は、中心部においてフレーム板８に固設されたヨーク鋲２２により支持されている。そして、ヨーク２０の他端部には、押付力付与機構２３が設けられており、押付力付与機構２３は、ヨーク２０を介してヨークピン２１をダストストップリング１２に押し付けることによって、ダストストップリング１２の回転を防止するようになっていると共に、ダストストップリング１２を介して両リング９・１０を所定の押圧力で圧接させるようになっている。
【００１７】
上記の構成において、密閉型混練機１の動作を通じてダストストップ装置の動作を説明する。
【００１８】
先ず、押付力付与機構２３によりヨーク２０およびヨークピン２１を介してダストストップリング１２をロータ２方向に付勢し、フレーム側端面リング１０をロータ側端面リング９に所定の押圧力で圧接させる。この後、図４に示すように、ケーシング３にドロップドア６を密接させた状態でフローティングウエイト５をケーシング３から離隔させることによって、チャンバ４の上面を開口する。そして、この開口からゴムやプラスチック、充填剤等の混練材料をチャンバ４内に装填した後、フローティングウエイト５をケーシング３に密接させてチャンバ４に圧入する。また、この圧入に前後してケーシング３の外壁面に接合された冷却配管に冷却水を流動させ、ケーシング３を介してチャンバ４内の混練材料を冷却すると共に、図１および図２に示すように、冷却水路１５に冷却水等を流動させ、ダストストップリング１２を冷却する。尚、混練材料の構成や種類によっては、混練材料を加熱させるため、ケーシング３の冷却配管に熱水や蒸気等の熱媒体を流動させても良い。
【００１９】
次に、ロータ２・２を互いに逆方向に回転させながら各混練材料を投入し、剪断および分散しながら所望の混練状態の混練物となるように混練を開始する。各ロータ２・２が回転すると、ロータ側端面リング９がロータ２と共に回転するため、ロータ側端面リング９とフレーム側端面リング１０とがロータ２の回転数に応じた速度で摺動する。そして、押圧力に応じた摩擦力が両リング９・１０の当接面間に発生し、この摩擦力による両リング９・１０の発熱および磨耗が摺動速度に応じて促進される。ところが、両リング９・１０の何れか一方は、グラファイトおよび／または１／２以下のカーボン短繊維を充填した樹脂コンパウンドからなる材料で形成されており、両リング９・１０の当接面間における摩擦係数は、極めて小さな値になっている。これにより、両リング９・１０が大きな押圧力および摺動速度で圧接していても、当接面間に発生する摩擦力が極めて小さなものであるため、両リング９・１０の発熱および磨耗が僅かなものとなる。
【００２０】
また、プロセス油や潤滑油が僅かに混入しても品質的に問題を生じない混練物の場合には、ロータ２・２を回転させるときに、少量のプロセス油や潤滑油を両リング９・１０の当接面間に供給する。これにより、プロセス油や潤滑油の供給された両リング９・１０の当接面間が摩擦係数を一層低減させるため、両リング９・１０の押圧力および摺動速度を一層増大させても両リング９・１０の発熱および磨耗が極めて僅かになるため、生産性を一層向上させることが可能になる。
【００２１】
上記のようにして両リング９・１０を圧接させながらロータ２を回転させると、混練物がケーシング３やエンドプレート１１等で構成されるチャンバ４（混練室４ａ）の内壁面に押圧されることによって、図２に示すように、混練物の一部がロータ端面２ｂに設けられたロータ側端面リング９とエンドプレート１１との隙間に進入する。この際、ロータ側端面リング９には、上述のように所定の押圧力でフレーム側端面リング１０が圧接されており、エンドプレート１１には、ダストストップリング１２がシールリング１４を介して密接されている。従って、ロータ側端面リング９とエンドプレート１１との隙間が両リング９・１０の圧接とシールリング１４とで封止された状態になっているため、この隙間に混練物が進入しても外部に漏出することはなく、混練物は、チャンバ４内において良好な品質でもって混練されることになる。
【００２２】
以上のように、本実施形態のダストストップ装置は、ロータ軸７と一体に回転するロータ側端面リング９（回転側シール部材）の当接面と、この当接面に対して所定の押圧力で圧接されるフレーム側端面リング１０（固定側シール部材）の当接面との間でダストストップを構成しており、これらリング９・１０の何れか一方がグラファイトおよび／または１／２インチ以下のカーボン短繊維を充填した樹脂コンパウンドにより形成された構成にされている。
【００２３】
尚、本実施形態においては、グラファイトおよび／または１／２インチ以下のカーボン短繊維を充填した樹脂コンパウンドを用いて上記のリング９・１０全体を形成しているが、少なくともリング９・１０の当接面が樹脂コンパウンドであれば良い。即ち、リング９・１０は、金属等で形成されたリング本体と、リング本体の当接面側に取り換え可能に接合された樹脂コンパウンド膜とからなっていても良く、この場合には、リング９・１０の更新を樹脂コンパウンド膜の取り換えにより行うことができるため、樹脂コンパウンドの使用量を低減することができる。
【００２４】
そして、本実施形態の構成によれば、ダストストップを構成する両リング９・１０の当接面間の摩擦力が極めて低減したものになるため、潤滑油を用いずに当接面間の摺動速度を上昇させても、摩擦により生じる発熱や磨耗を十分に抑制することができる。これにより、潤滑油を供給しない無潤滑運転が可能となり、従来果たし得なかった摺動速度の大きな大型混練機でも無潤滑化を実現することができた。さらに、従来のような潤滑油を多量に用いて摩擦力を低減していた場合のように、多量の潤滑油が混練物に混入して例えば色物の混練物に色違い等の品質不良を生じさせたり、外部に漏出して作業環境を低下させることがないと共に、潤滑油のランニングコストおよび潤滑油用の給油機を削減することができる。
【００２５】
また、本実施形態においては、潤滑油とプロセス油とをリング９・１０の当接面間に供給可能な構成にされているが、これに限定されるものでもなく、潤滑油およびプロセス油が供給されない構成であっても良いし、潤滑油およびプロセス油の何れか一方のみが供給される構成であっても良い。そして、潤滑油を供給する構成であれば、既存の混練機のダストストップ装置に適用することができる。一方、プロセス油のみを供給する構成であれば、殊に大型機ではプロセス油がロータ端面でのヤケゴム防止用に必ず必要であるため、プロセス油を供給する注油機をヤケゴム防止用とリング９・１０の潤滑用とに共用することで装置コストを低減することができると共に、一般にプロセス油が潤滑油よりも安価であるため、ランニングコストを低減することができる。
【００２６】
次に、本実施形態のように両リング９・１０の何れか一方をグラファイトおよび／または１／２以下のカーボン短繊維を充填した樹脂コンパウンドからなる材料で形成すると、両リング９・１０の当接面間が極めて小さな摩擦係数および磨耗量になることを試験により確認した。
【００２７】
即ち、熱硬化性樹脂にカーボン長繊維（１インチ）を充填した樹脂コンパウンドからなる試験片Ａと、熱硬化性樹脂にグラファイトを充填した樹脂コンパウンドからなる試験片Ｂと、熱可塑性樹脂にカーボン短繊維を充填した樹脂コンパウンドからなる試験片Ｃとを用意した。尚、各試験片Ａ〜Ｃにおける充填率は、同一となるように調整されており、カーボン長繊維とカーボン短繊維とは、繊維長が異なるのみでその他の製法および繊維径は同一のものが使用されている。この後、各試験片Ａ〜Ｃを硬質肉盛金属からなる当接片に５ｋｇｆ／ｃｍ２ の押圧力で圧接し、無潤滑にて２．５ｍ／秒の速度で摺動させた。そして、この条件下における各試験片Ａ〜Ｃの挙動を観察すると共に、摩擦係数（μ）を測定し、さらに５時間が経過した後に、各試験片Ａ〜Ｃの磨耗量を測定した。
【００２８】
この結果、図５に示すように、カーボン短繊維およびグラファイトの樹脂コンパウンドからなる試験片Ｂ・Ｃの摩擦係数（μ）は、０．１６の小さな値を示すのに対し、カーボン長繊維の樹脂コンパウンドからなる試験片Ａの摩擦係数（μ）は、スティックスリップを生じて０．４５と０．２０との大きな値を交互に間欠的に示すという結果が得られた。これにより、カーボン短繊維やグラファイトの樹脂コンパウンドがカーボン長繊維の樹脂コンパウンドよりも小さな摩擦係数を示しているため、このようなカーボン短繊維やグラファイトの樹脂コンパウンドを用いることによって、ダストストップを構成する両リング９・１０の当接面間の摩擦力を十分に低減できることが確認された。
【００２９】
また、５時間経過後における試験片Ａ〜Ｃの磨耗量は、図６に示すように、試験片Ａが５５μｍ、試験片Ｂが８μｍ、および試験片Ｃが２２μｍになるという結果が得られた。これにより、試験片Ａと試験片Ｂ・Ｃとの試験結果の関係から、カーボン短繊維やグラファイトを用いた樹脂コンパウンド（試験片Ｂ・Ｃ）であれば、樹脂の種類（熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂）に拘わらずカーボン長繊維の樹脂コンパウンド（試験片Ａ）よりも磨耗量を大幅に低減できることが確認された。
【００３０】
また、図５に示すように、試験片Ｂおよび試験片Ｃの摩擦係数（μ）が共に０．１６と等しい値を示す一方、図６に示すように、試験片Ｂおよび試験片Ｃの磨耗量がそれぞれ８μｍおよび２２μｍと大きく異なった値を示すことから、熱硬化性樹脂にグラファイトを充填した樹脂コンパウンド（試験片Ｂ）の方が、熱可塑性樹脂にカーボン短繊維を充填した樹脂コンパウンド（試験片Ｃ）よりも耐磨耗性に優れていることが判明した。
【００３１】
尚、上記の試験片Ａ〜Ｃの他、焼結青銅合金および焼結カーボンの試験片をそれぞれ作成し、上述と同様の条件下で試験を行ったところ、焼結青銅合金の試験片は、５時間経過前に焼き付きを生じて試験結果を得られなかった。また、焼結カーボンの試験片は、５時間経過前に脆性破壊を生じて試験結果を得られなかった。
【００３２】
【発明の効果】
本発明は、混練室に貫挿されるロータのロータ端面に固設されて該ロータと一体に回転する回転側シール部材の当接面と、前記ロータのロータ軸を回転自在に貫挿するダストストップリングの端面に固設されると共に、前記回転側シール部材の当接面に対して圧接される固定側シール部材の当接面とを備え、両当接面の間でダストストップを構成する密閉型混練機のダストストップ装置であって、前記当接面の何れか一方をグラファイトおよび／または１／２インチ以下のカーボン短繊維を充填した樹脂コンパウンドで構成され、前記回転軸シール部材あるいは前記固定側シール部材は、前記樹脂コンパウンドで構成された当接面が少なくとも前記樹脂コンパウンドの膜からなっている。上記の構成によれば、固定側シール部材と回転側シール部材との当接面間の摩擦力が極めて低減したものになるため、潤滑油を用いずに当接面間の摺動速度を上昇させても、摩擦により生じる発熱や磨耗を十分に抑制することができる。これにより、潤滑油を供給しない無潤滑運転が可能となり、摺動速度の大きな大型の混練機での無潤滑化を実現することができる。さらに、従来のような潤滑油を多量に用いて摩擦力を低減していた場合のように、多量の潤滑油が混練物に混入することによる品質不良や、潤滑油の漏出による作業環境の低下を防止することが可能になると共に、潤滑油のランニングコストおよび潤滑油用の給油機を削減することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】ダストストップ装置の縦断面図である。
【図２】図１のダストストップ装置におけるＸ矢示部の拡大断面図である。
【図３】ダストストップリングの縦断面図である。
【図４】密閉型混練機の縦断面図である。
【図５】試験片Ａ〜Ｃと摩擦係数との関係を示すグラフである。
【図６】試験片Ａ〜Ｃと磨耗量との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 密閉型混練機
２ ロータ
２ｂ ロータ端面
３ ケーシング
４ チャンバ
４ａ 混練室
５ フローティングウエイト
６ ドロップドア
７ ロータ軸
８ フレーム板
９ ロータ側端面リング
１０ フレーム側端面リング
１１ エンドプレート
１２ ダストストップリング
１３ 半円リング
１４ シールリング
１５ 冷却水路
１７ 潤滑油路
１９ プロセス油路
２０ ヨーク
２３ 押付力付与機構
【発明の属する技術分野】
本発明は、混練物の漏洩を防止する密閉型混練機のダストストップ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
バッチ式の密閉型混練機は、通常、ゴムやプラスチック等の混練材料をフローティングウエイトにより混練室に圧入した後、混練室に設けられたロータにより混練し、所望の混練状態の混練物となったときに、この混練物を混練室からドロップドアを介して外部に排出するという一連の動作により１バッチ分の混練物を製造するようになっている。
【０００３】
ところで、上記の混練室は、一対のロータが回転自在に貫挿されるように、縦断面まゆ型形状の中空部を有したケーシングの両側面にフレーム板を接合することにより左右一対に形成されているが、混練時にロータを回転させることが必要であるため、外部に設けられたロータ駆動機構からの駆動力をロータに伝達させるように、ロータ端面に形成されたロータ軸をフレーム板を介して外部に突出させている。従って、混練室は、ロータとフレーム板との隙間を介して外部に連通された状態になるため、このような混練室を備えた密閉型混練機は、従来から、混練を行ったときに混練物が隙間から漏出しないように、混練物の漏出を防止する様々なダストストップ装置を備えている。
【０００４】
具体的には、フレーム板とロータ軸との間に固定側シール部材を設けると共に、ロータ端面に回転側シール部材を設け、これら両シール部材同士を摺動自在に圧接させた構成のダストストップ装置が搭載されていたり（実公昭６１−２９４６７号公報）、フレーム板およびロータ軸にエンドプレートおよびシールリングをそれぞれ取り付け、これらエンドプレートおよびシールリングの端面同士を摺動自在に圧接させた構成のダストストップ装置が搭載されている（特公平２−３２０１４号公報）。そして、これらのダストストップ装置は、摺動時における当接面間の摩擦力が大きいと、発熱や磨耗により装置寿命が短くなるため、当接面間に潤滑油を圧入したり、摺動する部分に自己潤滑性を有するセラミックスや焼結カーボン、砲金、合成樹脂等を用いることによって、摩擦力を低減して発熱や磨耗を防止するようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のように、当接面間に潤滑油を圧入して摩擦力を低減させる構成では、潤滑油を多量に供給しなければ、摩擦力を十分に低減させることができないため、多量の潤滑油を当接面間から装置外部に排出して垂れ流しながら回収することが必要となって作業環境の低下を招来するという問題がある。さらに、多量の潤滑油を用いると、当接面間から混練室への潤滑油の進入量も増加するため、混練物の品質を許容値以下に低下させて品質不良を生じさせたり、色物の混練物に色違いを生じさせるという問題もある。
【０００６】
一方、摺動する部分に自己潤滑性を有する材料を用いて摩擦力を低減させる構成の場合には、材料自体の摩擦力により装置寿命が決定されるため、材料の選定が極めて重要である。ところが、特公平２−３２０１４号公報に開示されているようなセラミックスや焼結カーボン、砲金、フェノール樹脂等の合成樹脂を材料としただけでは、摩擦力の低減が不十分となり易く、特に、２００リットル以上の大型の混練機のように当接面間の摺動速度が２ｍ／秒を越えるものでは、摩擦力の低減不足による発熱や磨耗が顕著に生じることになる。
【０００７】
従って、本発明は、潤滑油が混練物に混入することによる品質不良を防止することができると共に、当接面間の摺動速度を上昇させても摩擦により生じる発熱や磨耗を十分に抑制することができる密閉型混練機のダストストップ装置を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、混練室に貫挿されるロータのロータ端面に固設されて該ロータと一体に回転する回転側シール部材の当接面と、前記ロータのロータ軸を回転自在に貫挿するダストストップリングの端面に固設されると共に、前記回転側シール部材の当接面に対して圧接される固定側シール部材の当接面とを備え、両当接面の間でダストストップを構成する密閉型混練機のダストストップ装置であって、前記当接面の何れか一方をグラファイトおよび／または１／２インチ以下のカーボン短繊維を充填した樹脂コンパウンドで構成し、前記回転軸シール部材あるいは前記固定側シール部材は、前記樹脂コンパウンドで構成された当接面が少なくとも前記樹脂コンパウンドの膜からなっていることを特徴としている。これにより、固定側シール部材と回転側シール部材との当接面間の摩擦力が極めて低減したものになるため、潤滑油を用いずに当接面間の摺動速度を上昇させても、摩擦により生じる発熱や磨耗を十分に抑制することができる。従って、潤滑油を供給しない無潤滑運転が可能となり、摺動速度の上昇を伴う混練機の大型化を実現することができる。さらに、従来のような潤滑油を多量に用いて摩擦力を低減していた場合のように、多量の潤滑油が混練物に混入することによる品質不良や、潤滑油の漏出による作業環境の低下を防止することが可能になると共に、潤滑油のランニングコストおよび潤滑油用の給油機を削減することができる。
また、本発明における前記固定側シール部材を前記回転側シール部材に圧接するべく前記ダストストップリングを前記ロータ端面方向に付勢する押圧力付与機構を備えていることを特徴としている。また、本発明における前記押圧力付与機構は、前記ダストストップリングの回転を防止するよう構成されていることを特徴としている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図１ないし図６に基づいて以下に説明する。
本実施形態に係るダストストップ装置は、図４に示すように、密閉型混練機１に備えられている。密閉型混練機１は、一対のロータ２・２と、これらのロータ２・２を回転自在に収容する中空状のケーシング３とを有している。ケーシング３には、ケーシング３を介して混練物を冷却或いは昇温させる図示しない媒体流通機構が設けられている。一方、ケーシング３の内面壁は、縦断面まゆ型形状に形成されており、図１に示すように、ケーシング３の両側面にフレーム板８およびフレーム板８に面一状に固設されたエンドプレート１１が接合されることによって、左右一対の混練室４ａ・４ａからなるチャンバ４を形成するようになっている。
【００１０】
上記のケーシング３の上側中央部には、ゴムやプラスチック等の混練材料をチャンバ４に投入する投入口３ａが形成されている。投入口３ａには、チャンバ４に投入された混練材料を圧入するフローティングウエイト５が昇降可能に設けられている。一方、チャンバ４の下側中央部には、混練物を外部に排出するように、排出口３ｂが形成されていると共に、この排出口３ｂを開閉するドロップドア６が設けられている。そして、これらのフローティングウエイト５およびドロップドア６は、混練時にケーシング３に密接することによって、チャンバ４の内壁面の一部を構成するようになっている。
【００１１】
上記の混練室４ａ・４ａには、上述のロータ２・２がそれぞれ貫挿されている。各ロータ２・２は、図２にも示すように、両端部のロータ径がロータ端面２ｂで最大となるように拡大されており、ロータ端面２ｂの内周側には、ロータ径よりも小さなシャフト径のロータ軸７が突設されている。一方、ロータ端面２ｂの外周側には、２分割可能な環状のロータ側端面リング９が固設されている。そして、このロータ側端面リング９には、フレーム側端面リング１０が摺動自在に圧接されており、ロータ側端面リング９およびフレーム側端面リング１０の何れか一方は、グラファイトおよび／または１／２インチ以下のカーボン短繊維を熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂に充填した樹脂コンパウンドからなる材料で形成されている。尚、カーボン短繊維は、紡糸したＰＡＮ（ｐｏｌｙ ａｃｒｙｌｏｎｉｔｏｒｉｌｅ） 繊維等を炭素化することにより形成されていたり、ピッチを紡糸して炭素化することにより形成されている。
【００１２】
また、上記の材料で形成されていない他方側のリング９・１０は、硬質肉盛金属により形成されている。尚、他方側のリング９・１０に適用できる材料としては、各種鋼、銅合金の他、セラミックスや焼結カーボン等の油含浸していない材料、砲金や鋳鉄、焼結金属等の油含浸金属を挙げることができる。
【００１３】
上記のフレーム側端面リング１０は、フレーム板８側で固定されるように、ダストストップリング１２の一端面に固設されている。ダストストップリング１２は、図３に示すように、割れ線１２ａにおいて２分割可能な一対の半円リング１３・１３を接合することにより形成されており、リング内周側には、上述のロータ軸７が回転自在に貫挿されている。
【００１４】
上記のダストストップリング１２は、図２に示すように、混練物や潤滑油を外部に漏洩させないように、ロータ２側においてシールリング１４を介してエンドプレート１１に液密状態に嵌合されている。
【００１５】
さらに、ダストストップリング１２には、他方側において冷却水路１５が周方向に形成されていると共に、潤滑油路１７が軸方向に形成されている。そして、冷却水路１５および潤滑油路１７には、冷却水配管１６および潤滑油配管１８がそれぞれ接続されており、冷却水路１５は、冷却水配管１６を介して冷却水が流入されることによりダストストップリング１２を冷却するようになっている。一方、潤滑油路１７は、フレーム側端面リング１０の貫通穴１０ａに連通されており、潤滑油配管１８を介して潤滑油が流入されることによりフレーム側端面リング１０とロータ側端面リング９との当接面間に潤滑油を供給するようになっている。また、両リング１０・９の当接面間には、エンドプレート１１およびフレーム板８に形成されたプロセス油路１９が連通されており、プロセス油路１９は、チャンバ４内に混入しても混練物の品質に悪影響を及ぼさないプロセス油を当接面間に供給するようになっている。尚、プロセス油としては、主にアロマ系、ナフテン系等の鉱物油等を用いることができる。また、塩化ビニル等樹脂の混練の際には、プロセス油としてＤＯＰに代表される合成可塑剤が用いられる。更に、小型の混練機のように当接面間の摺動速度が低いものでは、プロセス油を必要としないものもあり、この場合には、プロセス通路１９が設けられていないこともある。
【００１６】
上記のように構成されたダストストップリング１２の外面には、図１に示すように、ヨークピン２１が係合されている。ヨークピン２１は、ヨーク２０の一端部に設けられており、ヨーク２０は、中心部においてフレーム板８に固設されたヨーク鋲２２により支持されている。そして、ヨーク２０の他端部には、押付力付与機構２３が設けられており、押付力付与機構２３は、ヨーク２０を介してヨークピン２１をダストストップリング１２に押し付けることによって、ダストストップリング１２の回転を防止するようになっていると共に、ダストストップリング１２を介して両リング９・１０を所定の押圧力で圧接させるようになっている。
【００１７】
上記の構成において、密閉型混練機１の動作を通じてダストストップ装置の動作を説明する。
【００１８】
先ず、押付力付与機構２３によりヨーク２０およびヨークピン２１を介してダストストップリング１２をロータ２方向に付勢し、フレーム側端面リング１０をロータ側端面リング９に所定の押圧力で圧接させる。この後、図４に示すように、ケーシング３にドロップドア６を密接させた状態でフローティングウエイト５をケーシング３から離隔させることによって、チャンバ４の上面を開口する。そして、この開口からゴムやプラスチック、充填剤等の混練材料をチャンバ４内に装填した後、フローティングウエイト５をケーシング３に密接させてチャンバ４に圧入する。また、この圧入に前後してケーシング３の外壁面に接合された冷却配管に冷却水を流動させ、ケーシング３を介してチャンバ４内の混練材料を冷却すると共に、図１および図２に示すように、冷却水路１５に冷却水等を流動させ、ダストストップリング１２を冷却する。尚、混練材料の構成や種類によっては、混練材料を加熱させるため、ケーシング３の冷却配管に熱水や蒸気等の熱媒体を流動させても良い。
【００１９】
次に、ロータ２・２を互いに逆方向に回転させながら各混練材料を投入し、剪断および分散しながら所望の混練状態の混練物となるように混練を開始する。各ロータ２・２が回転すると、ロータ側端面リング９がロータ２と共に回転するため、ロータ側端面リング９とフレーム側端面リング１０とがロータ２の回転数に応じた速度で摺動する。そして、押圧力に応じた摩擦力が両リング９・１０の当接面間に発生し、この摩擦力による両リング９・１０の発熱および磨耗が摺動速度に応じて促進される。ところが、両リング９・１０の何れか一方は、グラファイトおよび／または１／２以下のカーボン短繊維を充填した樹脂コンパウンドからなる材料で形成されており、両リング９・１０の当接面間における摩擦係数は、極めて小さな値になっている。これにより、両リング９・１０が大きな押圧力および摺動速度で圧接していても、当接面間に発生する摩擦力が極めて小さなものであるため、両リング９・１０の発熱および磨耗が僅かなものとなる。
【００２０】
また、プロセス油や潤滑油が僅かに混入しても品質的に問題を生じない混練物の場合には、ロータ２・２を回転させるときに、少量のプロセス油や潤滑油を両リング９・１０の当接面間に供給する。これにより、プロセス油や潤滑油の供給された両リング９・１０の当接面間が摩擦係数を一層低減させるため、両リング９・１０の押圧力および摺動速度を一層増大させても両リング９・１０の発熱および磨耗が極めて僅かになるため、生産性を一層向上させることが可能になる。
【００２１】
上記のようにして両リング９・１０を圧接させながらロータ２を回転させると、混練物がケーシング３やエンドプレート１１等で構成されるチャンバ４（混練室４ａ）の内壁面に押圧されることによって、図２に示すように、混練物の一部がロータ端面２ｂに設けられたロータ側端面リング９とエンドプレート１１との隙間に進入する。この際、ロータ側端面リング９には、上述のように所定の押圧力でフレーム側端面リング１０が圧接されており、エンドプレート１１には、ダストストップリング１２がシールリング１４を介して密接されている。従って、ロータ側端面リング９とエンドプレート１１との隙間が両リング９・１０の圧接とシールリング１４とで封止された状態になっているため、この隙間に混練物が進入しても外部に漏出することはなく、混練物は、チャンバ４内において良好な品質でもって混練されることになる。
【００２２】
以上のように、本実施形態のダストストップ装置は、ロータ軸７と一体に回転するロータ側端面リング９（回転側シール部材）の当接面と、この当接面に対して所定の押圧力で圧接されるフレーム側端面リング１０（固定側シール部材）の当接面との間でダストストップを構成しており、これらリング９・１０の何れか一方がグラファイトおよび／または１／２インチ以下のカーボン短繊維を充填した樹脂コンパウンドにより形成された構成にされている。
【００２３】
尚、本実施形態においては、グラファイトおよび／または１／２インチ以下のカーボン短繊維を充填した樹脂コンパウンドを用いて上記のリング９・１０全体を形成しているが、少なくともリング９・１０の当接面が樹脂コンパウンドであれば良い。即ち、リング９・１０は、金属等で形成されたリング本体と、リング本体の当接面側に取り換え可能に接合された樹脂コンパウンド膜とからなっていても良く、この場合には、リング９・１０の更新を樹脂コンパウンド膜の取り換えにより行うことができるため、樹脂コンパウンドの使用量を低減することができる。
【００２４】
そして、本実施形態の構成によれば、ダストストップを構成する両リング９・１０の当接面間の摩擦力が極めて低減したものになるため、潤滑油を用いずに当接面間の摺動速度を上昇させても、摩擦により生じる発熱や磨耗を十分に抑制することができる。これにより、潤滑油を供給しない無潤滑運転が可能となり、従来果たし得なかった摺動速度の大きな大型混練機でも無潤滑化を実現することができた。さらに、従来のような潤滑油を多量に用いて摩擦力を低減していた場合のように、多量の潤滑油が混練物に混入して例えば色物の混練物に色違い等の品質不良を生じさせたり、外部に漏出して作業環境を低下させることがないと共に、潤滑油のランニングコストおよび潤滑油用の給油機を削減することができる。
【００２５】
また、本実施形態においては、潤滑油とプロセス油とをリング９・１０の当接面間に供給可能な構成にされているが、これに限定されるものでもなく、潤滑油およびプロセス油が供給されない構成であっても良いし、潤滑油およびプロセス油の何れか一方のみが供給される構成であっても良い。そして、潤滑油を供給する構成であれば、既存の混練機のダストストップ装置に適用することができる。一方、プロセス油のみを供給する構成であれば、殊に大型機ではプロセス油がロータ端面でのヤケゴム防止用に必ず必要であるため、プロセス油を供給する注油機をヤケゴム防止用とリング９・１０の潤滑用とに共用することで装置コストを低減することができると共に、一般にプロセス油が潤滑油よりも安価であるため、ランニングコストを低減することができる。
【００２６】
次に、本実施形態のように両リング９・１０の何れか一方をグラファイトおよび／または１／２以下のカーボン短繊維を充填した樹脂コンパウンドからなる材料で形成すると、両リング９・１０の当接面間が極めて小さな摩擦係数および磨耗量になることを試験により確認した。
【００２７】
即ち、熱硬化性樹脂にカーボン長繊維（１インチ）を充填した樹脂コンパウンドからなる試験片Ａと、熱硬化性樹脂にグラファイトを充填した樹脂コンパウンドからなる試験片Ｂと、熱可塑性樹脂にカーボン短繊維を充填した樹脂コンパウンドからなる試験片Ｃとを用意した。尚、各試験片Ａ〜Ｃにおける充填率は、同一となるように調整されており、カーボン長繊維とカーボン短繊維とは、繊維長が異なるのみでその他の製法および繊維径は同一のものが使用されている。この後、各試験片Ａ〜Ｃを硬質肉盛金属からなる当接片に５ｋｇｆ／ｃｍ２ の押圧力で圧接し、無潤滑にて２．５ｍ／秒の速度で摺動させた。そして、この条件下における各試験片Ａ〜Ｃの挙動を観察すると共に、摩擦係数（μ）を測定し、さらに５時間が経過した後に、各試験片Ａ〜Ｃの磨耗量を測定した。
【００２８】
この結果、図５に示すように、カーボン短繊維およびグラファイトの樹脂コンパウンドからなる試験片Ｂ・Ｃの摩擦係数（μ）は、０．１６の小さな値を示すのに対し、カーボン長繊維の樹脂コンパウンドからなる試験片Ａの摩擦係数（μ）は、スティックスリップを生じて０．４５と０．２０との大きな値を交互に間欠的に示すという結果が得られた。これにより、カーボン短繊維やグラファイトの樹脂コンパウンドがカーボン長繊維の樹脂コンパウンドよりも小さな摩擦係数を示しているため、このようなカーボン短繊維やグラファイトの樹脂コンパウンドを用いることによって、ダストストップを構成する両リング９・１０の当接面間の摩擦力を十分に低減できることが確認された。
【００２９】
また、５時間経過後における試験片Ａ〜Ｃの磨耗量は、図６に示すように、試験片Ａが５５μｍ、試験片Ｂが８μｍ、および試験片Ｃが２２μｍになるという結果が得られた。これにより、試験片Ａと試験片Ｂ・Ｃとの試験結果の関係から、カーボン短繊維やグラファイトを用いた樹脂コンパウンド（試験片Ｂ・Ｃ）であれば、樹脂の種類（熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂）に拘わらずカーボン長繊維の樹脂コンパウンド（試験片Ａ）よりも磨耗量を大幅に低減できることが確認された。
【００３０】
また、図５に示すように、試験片Ｂおよび試験片Ｃの摩擦係数（μ）が共に０．１６と等しい値を示す一方、図６に示すように、試験片Ｂおよび試験片Ｃの磨耗量がそれぞれ８μｍおよび２２μｍと大きく異なった値を示すことから、熱硬化性樹脂にグラファイトを充填した樹脂コンパウンド（試験片Ｂ）の方が、熱可塑性樹脂にカーボン短繊維を充填した樹脂コンパウンド（試験片Ｃ）よりも耐磨耗性に優れていることが判明した。
【００３１】
尚、上記の試験片Ａ〜Ｃの他、焼結青銅合金および焼結カーボンの試験片をそれぞれ作成し、上述と同様の条件下で試験を行ったところ、焼結青銅合金の試験片は、５時間経過前に焼き付きを生じて試験結果を得られなかった。また、焼結カーボンの試験片は、５時間経過前に脆性破壊を生じて試験結果を得られなかった。
【００３２】
【発明の効果】
本発明は、混練室に貫挿されるロータのロータ端面に固設されて該ロータと一体に回転する回転側シール部材の当接面と、前記ロータのロータ軸を回転自在に貫挿するダストストップリングの端面に固設されると共に、前記回転側シール部材の当接面に対して圧接される固定側シール部材の当接面とを備え、両当接面の間でダストストップを構成する密閉型混練機のダストストップ装置であって、前記当接面の何れか一方をグラファイトおよび／または１／２インチ以下のカーボン短繊維を充填した樹脂コンパウンドで構成され、前記回転軸シール部材あるいは前記固定側シール部材は、前記樹脂コンパウンドで構成された当接面が少なくとも前記樹脂コンパウンドの膜からなっている。上記の構成によれば、固定側シール部材と回転側シール部材との当接面間の摩擦力が極めて低減したものになるため、潤滑油を用いずに当接面間の摺動速度を上昇させても、摩擦により生じる発熱や磨耗を十分に抑制することができる。これにより、潤滑油を供給しない無潤滑運転が可能となり、摺動速度の大きな大型の混練機での無潤滑化を実現することができる。さらに、従来のような潤滑油を多量に用いて摩擦力を低減していた場合のように、多量の潤滑油が混練物に混入することによる品質不良や、潤滑油の漏出による作業環境の低下を防止することが可能になると共に、潤滑油のランニングコストおよび潤滑油用の給油機を削減することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】ダストストップ装置の縦断面図である。
【図２】図１のダストストップ装置におけるＸ矢示部の拡大断面図である。
【図３】ダストストップリングの縦断面図である。
【図４】密閉型混練機の縦断面図である。
【図５】試験片Ａ〜Ｃと摩擦係数との関係を示すグラフである。
【図６】試験片Ａ〜Ｃと磨耗量との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 密閉型混練機
２ ロータ
２ｂ ロータ端面
３ ケーシング
４ チャンバ
４ａ 混練室
５ フローティングウエイト
６ ドロップドア
７ ロータ軸
８ フレーム板
９ ロータ側端面リング
１０ フレーム側端面リング
１１ エンドプレート
１２ ダストストップリング
１３ 半円リング
１４ シールリング
１５ 冷却水路
１７ 潤滑油路
１９ プロセス油路
２０ ヨーク
２３ 押付力付与機構
Claims (3)
- 混練室に貫挿されるロータのロータ端面に固設されて該ロータと一体に回転する回転側シール部材の当接面と、前記ロータのロータ軸を回転自在に貫挿するダストストップリングの端面に固設されると共に、前記回転側シール部材の当接面に対して圧接される固定側シール部材の当接面とを備え、両当接面の間でダストストップを構成する密閉型混練機のダストストップ装置であって、
前記当接面の何れか一方をグラファイトおよび／または１／２インチ以下のカーボン短繊維を充填した樹脂コンパウンドで構成し、
前記回転軸シール部材あるいは前記固定側シール部材は、前記樹脂コンパウンドで構成された当接面が少なくとも前記樹脂コンパウンドの膜からなっていることを特徴とする密閉型混練機のダストストップ装置。 - 前記固定側シール部材を前記回転側シール部材に圧接するべく前記ダストストップリングを前記ロータ端面方向に付勢する押圧力付与機構を備えていることを特徴とする請求項１に記載の密閉型混練機のダストストップ装置。
- 前記押圧力付与機構は、前記ダストストップリングの回転を防止するよう構成されていることを特徴とする請求項２に記載の密閉型混練機のダストストップ装置。
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