JP4614553B2 - Rubber kneader seal structure - Google Patents
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Description
【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[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a seal structure of a rubber kneading apparatus for kneading rubber by a rotor rotating in the opposite direction.
[0002]
[Prior art]
Generally, in a rubber kneading apparatus that kneads rubber by a rotor that rotates in the opposite direction, in order to prevent leakage of carbon, rubber, etc. from the chamber to the outside and entry of dust, foreign matter, etc. from the outside into the chamber, Sealing mechanisms are provided for sealing between both ends of the rotor and the housing.
[0003]
Here, as such a sealing mechanism, for example, a first ring that is fitted to both ends of the rotor and rotates together with the rotor, and attached to the housing, and is in sliding contact with the first ring. The second ring that seals between both ends of the housing and the housing is known, but the sliding contact portion of the first and second rings is conventionally made of Co, typified by stellite. -Cr-W alloy was used.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in recent years, as the efficiency of rubber kneading work has increased, the rubber kneading apparatus has become larger and faster, so the surface pressure and sliding speed at the sliding contact portions of the first and second rings have increased. The first and second rings made of such a Co—Cr—W alloy have a problem that they are worn out at an early stage.
[0005]
An object of the present invention is to provide a seal structure for a rubber kneading apparatus capable of extending the life by reducing wear.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
Such a purpose includes a housing in which a chamber is formed, and a pair of rotors whose both ends are rotatably supported by the housing and kneading rubber in the chamber by a plurality of blades formed in the center. Provided in the rubber kneading apparatus, respectively fitted to the outer ends of both ends of the rotor, and rotated with the rotor, attached to the housing, and slidably contacted with the first ring, whereby both ends of the rotor and the housing In the seal structure of the rubber kneading apparatus having a second ring that seals between the first ring and the second ring, either one of the sliding contact portions of the first ring or the second ring is 1.0 to 3.8 wt% Fe, 7.5 to 39.0 wt% % Of W and 2.9 to 3.7% by weight of a Ni—Cr—B—Si alloy, and the other of the sliding contact portions of the first ring or the second ring is made 0.8 to 4.8% by weight of Fe. , 0.1-0 It can be achieved by comprising a Ni-Cr-B-Si alloy containing .9 wt% C and 2.0-2.8 wt% B.
[0007]
As described above, when the sliding contact portions of the first and second rings are made of a Ni—Cr—B—Si alloy containing B (boron), a high hardness boride, particularly boron, is formed in these sliding contact portions. Since chromium fluoride is dispersed and precipitated, wear resistance is improved. Here, when the weight percentage of B contained is a value within the above-described range, a member having a small B content is actively worn, and the wear of a member having a large B content is strongly reduced. Further, it is possible to effectively suppress the wear of the member having a low B content, thereby reducing the total wear amount of both members and extending the life.
[0008]
Moreover, if comprised as described in
Furthermore, if constituted as in
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 and 2, 11 is a rubber kneading device generally called a Banbury mixer. The
[0010]
[0011]
24 is a seal mechanism that is interposed between the
[0012]
Reference numeral 27 denotes a spring receiver fixed to the outer end of each
[0013]
The floating
[0014]
When the
[0015]
As a result, the
[0016]
For this reason, at least the sliding contact part of either the floating
[0017]
When at least the sliding contact portions of the floating
[0018]
Here, if the weight% of B contained is a value within the range as described above, the
[0019]
The floating
[0020]
Further, the difference in hardness between the Rockwell hardness HRc of the floating
[0021]
3 and 4 are views showing a second embodiment of the present invention. In this embodiment, a
[0022]
[0023]
41 is a hydraulic cylinder fixed to the radially outer end of the
[0024]
Further, the inner end portion in the radial direction of the
[0025]
As described above, when the
[0026]
In the first embodiment described above, the floating
[0027]
In the first embodiment described above, the entire floating
[0028]
【Example】
Next, test results will be described. First, at the start of the first test, all contained 11.5 wt% Cr, 14.0 wt% Si, 17.3 wt% W, 3.5 wt% Fe, and B 2.8, 2.9, 3.0, 3.4, 6 types of floating rings composed of nickel-based Ni-Cr-B-Si alloy containing 3.7 and 3.8 wt%, 12.5 wt% Cr, 4.0 wt% Si, 0.7 wt% C and 4.5 wt% Fe %, And a wear ring made of a nickel-based Ni—Cr—B—Si alloy containing 2.75% by weight of B was prepared.
[0029]
Next, such a floating ring and a wear ring were combined to form a seal mechanism, and such a seal mechanism was mounted on a large rubber kneader and operated at a normal operating rate for two years. Thereafter, the floating ring and wear ring were removed and the amount of wear was measured.
[0030]
The total wear amount is shown in Fig. 5. When the B weight% of the floating ring is less than 2.9%, the wear resistance of the floating ring and wear ring approximates each other. If the B weight% exceeds 3.7 (the management standard), while the B weight percentage exceeds 3.7, the wear resistance of the floating ring and wear ring will be too far away, so the wear ring will become abrupt and the total wear amount will be within the allowable range (control) The standard (3mm) is exceeded. For this reason, the weight percentage of B in a member for permanent use, here a floating ring, must be in the range of 2.9 to 3.7.
[0031]
Next, at the start of the second test, all contained 12.5 wt% Cr, 4.0 wt% Si, 0.7 wt% C, 4.5 wt% Fe, and B was 1.8, 2.0, 2.3, 2.75, respectively. , 2.8, 2.9 wt% nickel-based Ni-Cr-B-Si alloy wear ring, 11.5 wt% Cr, 14.0 wt% Si, 17.3 wt% W, 3.5 Fe A floating ring made of a nickel-based Ni—Cr—B—Si alloy containing 3.0% by weight of B and 3.0% by weight of B was prepared.
[0032]
Next, such a wear ring. Each of the floating rings was combined to form a seal mechanism, and such a seal mechanism was mounted on a large rubber kneader and operated at a normal operating rate for two years. Thereafter, the wear ring and the floating ring were removed and the amount of wear was measured.
[0033]
The total amount of wear is shown in Fig. 6. If the B weight% of the wear ring is less than 2.0%, the wear resistance of the floating ring and wear ring will be too far away, so the wear ring will be sudden and the total wear amount will be within the allowable range. If the B weight% exceeds 2.8, the wear resistance of the floating ring and wear ring approximates, and both wear out and the total wear amount is within the allowable range (control) The standard (3mm) is exceeded. For this reason, the weight percentage of B in the consumable part, here the wear ring, must be in the range of 2.0 to 2.8.
[0034]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to extend the life by reducing wear.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front sectional view of a rubber kneading apparatus showing a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a front sectional view of the vicinity of a seal mechanism.
FIG. 3 is a front sectional view in the vicinity of an end plate of a rubber kneading apparatus showing a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a front sectional view of the vicinity of a seal mechanism.
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the weight% of B and the total wear amount.
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the weight% of B and the total amount of wear.
[Explanation of symbols]
11 ...
16 ...
21 ...
31 ... The second ring
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