JP4294134B2 - 押出機スクリュウをコーティングする方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の背景】
本発明は、機械的な作業によって混合／可塑化する装置および異なる材料、たとえば、ゴムを押出加工する装置に関する。本発明は、特に、少なくとも１つの回転部分と１つの静止部分との間の接触摩擦による摩耗に対する保護を確保するコーティング方法に関する。また、本発明は、突出部の少なくいくつかにこのコーティングを備えた押出機スクリュウに関する。
可塑化材料の放出開口に近接した押出加工ヘッドの突出部であるような混合・押出加工スクリュウのねじ山が、特に、本発明の目的である。前記の突出部は前記材料を排出する機能を有する。
本発明の応用領域は、ゴムについてばかりでなく、プラスチックおよびエラストマ組成物あるいは多少とも広範囲の機械的作業を経た後に混合、押出加工することのできる材料にも容易に敷衍し得る。
【０００２】
ゴム混合物の製法の分野においては、金属混合ロールからなる押出機が使われる。ここでは、適切な形状の１つ以上のねじ山によって囲まれているコアにより形成される少なくとも１つの金属スクリュウが回転する。
ねじ山というのは、ベース材料を混合／剪断して所与の輪郭のダイを通して混合物を押出加工することができるように意図した、コア上の任意の突出部を意味していることは了解されたい。
可塑化しようとしている材料は、前記機械の混合ロール内に導入され、各内部スクリュウの回転によって機械的な変形作業（主として、剪断）を受ける。各スクリュウおよび各ねじ山の寸法は、可塑化に必要な作業に依存する。作業が大きくなればなるだけ、コアの直径に対してスクリュウが長くなる。スクリュウの回転作用の下に、材料はかなりの機械的な抵抗を与える傾向がある。これがコアに多少ともかなりの曲げひずみを与え、コアがロールの内壁面と接触するようになる可能性がある。この接触により、スクリュウねじ山のクラウン部、すなわち混合ロールに最も接近して対向位置するねじ山の部分の摩耗が生じる。同じ現象は、押出機から可塑化された材料を押し出すようになった押出加工ヘッドの突出部にも生じる。
【０００３】
スクリュウねじ山の摩耗についてのこの問題は周知である。そして、静止部分とこすれる可動部分の寿命を低コストに維持しながら延ばすために、ねじ山のクラウン部分が金属合金ベースコーティングを備えており、その摩耗特性をねじ山を構成しているベース材料の摩耗特性以上に向上させる押出機スクリュウの使用が提案されている。たとえば、ステライト６またはステライト１２と呼ばれている合金が使用される。この合金の硬度および摩耗特徴により押出機スクリュウの寿命をかなり改良することが可能になる。
公知のコーティング方法は、溶接よって合金堆積部を作ることからなる。その場合、仕上げ作業が必要である。この仕上げ作業は、ねじ山表面を研削して所望の表面状態および寸法を得ることからなる。ここで、コーティングの高い硬度を考慮すると、その機械加工は特殊な工具を必要とし、その結果、研削作業がより難しくなることに注目されたい。
【０００４】
摩耗の見地から最高硬度の材料の堆積が好ましいことが経験からわかっているが、高い硬度のコーティングは、摩耗について非常に効果的であっても、たとえば、押出機で遭遇するような機械的剪断応力を受けたときに脆いという欠点を有する。いわゆるスケーリング現象が生じる。高い硬度のコーティングの表面に、応力が作用する表面に対してほぼ平行な平面においてひび割れが生じるという事実からなる。スケーリングは、コーティングに徐々に形成され、続いて、前記コーティングから断片が剥がれ落ちる。この断片というのが、規則的な摩耗によって通常形成される粒子のサイズよりかなり大きい材料片を意味していることは了解されたい。高い硬度の堆積層の弱化に続いて、コーティングから剥がれ落ちた断片は混合された材料内に見出される可能性があり、それが将来の使用時に前述の押し出された材料の性能に影響を及ぼす可能性のある比較的大形の異物の存在に結果する。このようなスケーリング現象の１つの結果は、押し出された材料における堆積断片の存在を回避するためにねじ山の表面状態をモニタする装置を備えることが必要となるということである。これは、もちろん、余分なコスト高を招く。さらに、コーティングされた部分を非常に頻繁に修復する必要がある。堆積層の復活または修復は、確かに実際的な作業であるが、それにもかかわらず、高い硬度のコーティング材料を適用する難しさは残る。
【０００５】
【発明の概要】
本発明の一態様によれば、コアの外壁面に対向する内壁面を有する中空のロールバレル内部に回転可能に装着するようになったコアの外壁面上の少なくとも１つの突出部のクラウン壁をコーティングするための方法が提案される。クラウン壁は、コアの外壁面の他の部位と比較して中空のロールバレルにできるだけ近接して位置しており、側壁によって限定されている。各々の前記側壁の各々と前記クラウン壁との交差部が、機械的作業によって可塑化することができる材料に切る（すなわち、剪断する）ようになった刃先を形成する。
本発明による、クラウン壁をコーティングする方法は、公知方法で通常得られる耐久性よりも向上した耐久性をクラウン壁に与えるものであり、以下の段階、すなわち、硬度Ｄ１の第１材料を、コーティングしようとしている各突出部のクラウン壁の少なくとも１つの刃先上にこれに近接して前記クラウン壁の幅のほんの一部にのみ堆積させる段階と、硬度Ｄ１よりも大きい硬度Ｄ２の第２材料を未コーティングのクラウン壁の残部に堆積させる段階と、先の段階で作った堆積層を研削してコア上の各突出部の輪郭および寸法を得る段階とを包含する。
【０００６】
クラウン壁の幅は、コーティングしようとしている部片の回転軸に対して平行な方向に測定した寸法である。
本発明による方法は、新しい部片の作成にも適用できるし、使用したために摩耗した後に混合部片または押出部片あるいはこれら両方を修復するのにも適用できる。
他の材料の硬度よりも低い高度の材料の堆積は、他の材料の堆積前あるいは堆積後に実施することができる。少なくとも１つの刃先上にそれに近接して堆積させられた材料は、たとえば、溶接ビードを堆積させることによって得られる金属材料である。
最適な性能を得るためには、コーティングを構成する硬度Ｄ２の第２材料が高い硬度のニッケルベース金属材料の中から、あるいは、高い硬度のセラミック材料の中から選んだ材料であることが有利である。
【０００７】
本発明は、また、中空のロールバレル内部に回転可能に装着するようになったコア上に少なくとも１つの突出部を包含する押出機スクリュウであって、可塑化すことができる材料を混合する作業ならびに前記材料の適切ないわゆる押出加工の作業を意図した押出機スクリュウにも係わる。突出部は、側壁によって限定されたクラウン壁を包含し、前記側壁の各々とクラウン壁の交差部が可塑化作業中に材料を切るようになった刃先を形成し、前記突出部は、コアの外壁面の他の部位と比べて、押出機ロールにできるだけ近接してそのクラウン部が位置するように設置されている。
それに加えて、コア上の少なくとも１つの突出部のクラウン壁は、その耐摩耗性を高めることによって前記突出部の寿命をかなり改善するようになったコーティングを備える。クラウン壁のコーティングは、前記クラウン壁上に並んで設置した少なくとも２つの材料からなり、これらの材料が異なる硬度Ｄ１、Ｄ２を有し、クラウン部分の高い剪断応力を受ける領域がより小さい硬度の材料でコーティングされると好ましい。
【０００８】
突出部のクラウン壁とこの突出部の側壁との交差によって形成される各刃先上にそれに近接して位置したコーティング材料は、刃先を覆っていないコーティング材料（単数または複数）の硬度よりも低い高度を有すると有利である。
クラウン壁の刃先上にそれに近接して設けたコーティング材料、可塑化しようとしているあるいは押出加工しようとしているまたはこれら両方を行おうとしている材料を剪断する作業を実施するが、他の前記クラウン壁の残部を覆うコーティング材料の硬度Ｄ２より少なくとも５ＨＲｃ低い高度Ｄ１を有すると好ましい。
本発明による方法によって得られるコーティングは、耐摩擦摩滅性をかなり改善することができ、なおかつ、普通のコーティングのスケーリング現象の出現を減らすことができる。
【０００９】
本発明によるコーティングの１つの利点は、たとえば、ニッケルベース材料の中からあるいはセラミック材料の中から選ぶことのできる、スケーリングのリスクを小さくするゾーンで非常に硬い材料を使用することができるので、コーティング材料の選択の可能性を広くすることができるということにある。
発明を理解する際の助けとなるほんの例示として考えるべき本発明の実施例を、以下、この明細書に添付した図面の助けによって説明する。
【００１０】
【好ましい実施例の説明】
本発明による押出機スクリュウ１のほんの一部が図１に示してある。前記スクリュウ１は、軸線ＸＸ’の細長いシリンダの形を有し、その外壁面３上に同じ軸線ＸＸ’まわりに螺旋状に巻いて設けたねじ山４を包含する金属コア２からなる。
ねじ山４は、コア２の外壁面３上に、２つの側壁５、６によって、そして、これら２つの側壁５、６間に位置するクラウン壁７によって構成される。図１に示す例において、ねじ山４のクラウン壁７は円筒形であり、コア２の外壁面３と同心である。クラウン壁７は、スクリュウ１が押出機の混合バレル内の所定位置にあるときに、この混合バレル（ここには示していない）の内壁面にできるだけ近接して位置するようになっている。
【００１１】
前記スクリュウ１のねじ山４の有効寿命を延ばすために、クラウン壁７（幅約１５ｍｍである）は、ほぼ１．５ｍｍ厚のコーティング層を備えており、本発明によれば、この層は、軸線ＸＸ’の方向に見て、ＸＸ’方向に並んで置かれた３つの部分によって形成される。第１の部分７１と第３の部分７３は、共に硬度Ｄ１の合金からなっており、ねじ山４の側壁５、６と前記クラウン壁７の交差によってそれぞれ決定される２つの刃先８、９に近接してねじ山４のクラウン壁７を覆っている。第２の部分７２は、硬度Ｄ１よりもかなり大きい硬度Ｄ２の第２金属合金からなり、刃先８、９間に位置したクラウン壁７の部分を覆っているが、第１の部分７１と第３の部分７３によっては覆われておらず、コーティングを形成している。
【００１２】
したがって、押出加工しようとしている材料の混合または押し出しあるいはこれら両方の作業から生じる強い剪断応力の下で接触摩耗およびスケーリング現象を防ぐ効果的なコーティングを備えたねじ山４を包含する押出機スクリュウ１が得られる。
硬度の差は少なくとも５ＨＲｃであると好ましい。効果的かつ耐久性のある保護を確保したコーティングを得るために、０．５ｍｍから４ｍｍまでの範囲にあるコーティング厚さが使用される。
図示の実施例の変形例においては、コーティング材料は、ニッケルベース合金（溶接特性および可鍛性、したがって、成型性の観点から有利である）であり、刃先近くの部分について、せいぜい５２ＨＲｃ（ロックウェル・スケールで測定）に等しい硬度を示し、コーティングの中間部分については、選んだ合金は６２ＨＲｃに近い硬度を有する。
【００１３】
図示実施例の別の有利な変形例においては、３０から６０％の範囲である可能性のある割合でタングステンを充填したニッケルベース合金の使用が提案されている。それにより、非常に大きい硬度（７０ＨＲｃを超えること）のタングステン充填材の存在による改善された耐摩耗性を示す複合材料を作ることができる。タングステン充填合金は、少なくともコーティングの中間部分に位置すると好ましい。
別の関心のあるコーティング変形例では、少なくとも前記コーティングの中間部分に対して、高い硬度、低摩擦係数を持つものとして知られるセラミックタイプの材料を使用している。この構成では、また、低摩耗率と共に、前記コーティングの厚みをかなり小さくすることも可能である。
【００１４】
先に述べたコーティングは、多少とも急速摩耗を受け、この摩耗をできるだけ遅らせるのにコーティングを使用する必要がある任意の部片に適用可能である。それによって、覆おうとしている壁面の少なくとも一部についてコーティング材料の選択が制限されることもない。
図２において、押出機スクリュウのねじ山７７のほんの一部が、前記ねじ山を支持しているスクリュウの回転軸線を含む平面に沿った横断面で示してある。図２のねじ山７７は、本方法の理解を容易にするために種々の段階を重ねて示したねじ山である。
湾曲部７７０は、ねじ山７７のクラウン壁の修復を必要とする前記ねじ山の摩耗後の、ねじ山７７のクラウン壁の輪郭に対応する。この摩耗形態では、いかなる亀裂もないかを検査するためにねじ山を前もって調べてから、前記ねじ山のクラウン表面を機械加工によってやや研削し、その後に、以下の本発明による方法の段階を適用する。
【００１５】
硬度Ｄ１の合金の第１ビード１１、第２ビード１３を摩耗したねじ山７７の刃先８８、９９上にそれに近接して堆積させる（前記ビードの輪郭７７１、７７２は、湾曲形態で部分的に点線で概略的に示してある）。
それから、硬度Ｄ２の第２の合金（硬度Ｄ２は硬度Ｄ１よりかなり大きい）を、２つのビード１１、１３で構成されるねじ山のクラウン部の中間部分１２上に堆積させる（この中間部分の外側輪郭７７３は点線で示してある）。
ねじ山７７の修復は、クラウン壁を研削すると共に、溶接部を作ることによって前記ねじ山にとって望ましい形状、寸法を得ることによって完了する（この最終形状の輪郭７７５は図２において実線で示してある）。
実際には、金属ビードは、普通、ＴIＧ（タングステン・不活性ガス）溶接あるいはＭIＧ（金属・不活性ガス）溶接ロボットまたはＰＴＡ（プラズマ転移アーク）溶接によって、ねじ山のクラウン部分に堆積される。後者の堆積層溶接法は、非常に純粋な合金を得ることを可能にすると共に、ねじ山を形成しているベース金属に導入される金属の希薄現象を制限することができる。
【００１６】
最後に、常に同じ方向に回転することを意図したスクリュウでは、可塑化を実行したり、可塑化材料の押し出しをしたりするために、スクリュウのクラウン部をその前刃先にのみ近接して、他方の刃先を含むクラウン部の残部へのコーティングよりも硬度が低いコーティングで覆えば充分であることがわかった。このような解決策は、幅の狭いスクリュウねじ山、すなわち、約１５ｍｍよりも小さい幅のねじ山の場合に特に価値がある。スクリュウの前刃先とは、押し出した材料の出口に最も近い刃先を意味しており、この刃先が可塑化しようとしている材料に剪断力の大部分を加えるということは了解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この図は、本発明によるコーティングで被覆したクラウン部上のねじ山を包含する押出機スクリュウの概略断面図である。
【図２】 この図は、本発明に従って修復している途中の押出機スクリュウのねじ山の断面図である。
【符号の説明】
１ 押出機スクリュウ
２ 金属コア
３ 外壁面
４ ねじ山
５ 側壁
６ 側壁
７ クラウン部分
８ 刃先
９ 刃先
７１ 第１部分
７２ 第２部分
７３ 第３部分
７７ ねじ山
７７０ 湾曲部
７７１ 輪郭
７７２ 輪郭
７７３ 外側輪郭
７７５ 輪郭

Claims (10)

1. 材料を可塑化または押出加工するようになったコア（２）の外壁面で突出している突出部をコーティングする方法であって、前記コア（２）が、その外壁面に対向する内壁面を備える中空のロールバレル内部に回転可能に装着するようになっており、前記突出部（４）が、側壁（５、６）によって限定されたクラウン壁（７）を包含し、前記側壁（５、６）の各々と前記クラウン壁（７）との交差部が、可塑化作業中に材料を切るようになった刃先（８、９）を形成しており、前記突出部（４）が、コアの外壁面の他の部位と比較して、そのクラウン壁（７）が中空のロールバレルにできる限り接近して位置するように設けてある方法において、
   硬度Ｄ１の第１材料を、コーティングしようとしている各突出部のクラウン部分の少なくとも１つの刃先（８、９）上およびこれに近接して前記クラウン壁（７）の幅のほんの一部にのみ堆積させる段階と、
   硬度Ｄ１よりも大きい硬度Ｄ２の第２材料を未コーティングのクラウン壁（７）の残部に堆積させる段階と、
   堆積層を研削してコア上の各突出部の輪郭および寸法を得る段階と、
   を包含することを特徴とする方法。
2. 請求項１に記載の方法において、硬度Ｄ２の材料が、ニッケルベース金属材料および高い硬度のセラミック材料からなるグループから選んだものであることを特徴とする方法。
3. 請求項２に記載の方法において、前記材料のうちの少なくとも１つの材料の堆積を溶接で行うことを特徴とする方法。
4. 材料を可塑化し、可塑化後に前記材料を押出加工するための中空のロールバレル内部に回転可能に装着するようになったコア（２）上で突出する少なくとも１つの突出部を有する押出機スクリュウ（１）であって、前記突出部（４）が、クラウン壁（７）およびこのクラウン壁と交差する側壁（５、６）を包含し、前記側壁の各々とクラウン壁（７）との交差部が可塑化中に材料を切る刃先（８、９）を形成し、前記突出部のクラウン壁（７）が、前記クラウン壁（７）上に並んで置かれた、異なった硬度Ｄ１、Ｄ２の少なくとも２つの材料のコーティングを備えており、より小さい硬度の材料が、前記刃先（８、９）の少なくとも１つ上に設置されることを特徴とする押出機スクリュウ（１）。
5. 請求項４に記載の押出機スクリュウ（１）において、突出部（４）のクラウン部（７）と前記突出部（４）の側壁（５、６）との交差部によって形成された刃先（８、９）のうちの少なくとも１つの刃先上およびこれに接近して設置したコーティング材料が第２コーティング材料の硬度Ｄ２より少なくとも５ＨＲｃ小さい硬度Ｄ１を有することを特徴とする押出機スクリュウ（１）。
6. 請求項４に記載の押出機スクリュウにおいて、各刃先（８、９）上およびこれに近接して設けたコーティング材料が、前記刃先間に位置するねじ山のクラウンの中間部分を覆っているコーティング材料の硬度Ｄ２より少なくとも５ＨＲｃ小さい硬度Ｄ１を有することを特徴とする押出機スクリュウ（１）。
7. 請求項５に記載の押出機スクリュウにおいて、少なくとも１つの刃先８、９）上にこれに近接して設けたコーティング材料が最高５２ＨＲｃに等しい硬度Ｄ１を有することを特徴とする押出機スクリュウ（１）。
8. 請求項４に記載の押出機スクリュウにおいて、コーティング材料の少なくとも１つがニッケルベース合金であることを特徴とする押出機スクリュウ（１）。
9. 請求項４に記載の押出機スクリュウにおいて、コーティング材料の少なくとも１つがタングステン充填ニッケルベース合金であることを特徴とする押出機スクリュウ（１）。
10. 請求項４に記載の押出機スクリュウにおいて、コーティング材料の少なくとも１つがセラミックタイプの材料であることを特徴とする押出機スクリュウ（１）。

Images