JP5759423B2 - 混練パドル - Google Patents

Description

本発明は、石油化学、合成樹脂等の分野で使用される混練装置に使用される混練パドルに関し、特にその耐摩耗性の向上に関する。

従来より、剪断混練装置に使用される混練パドルには、被混練体を剪断することによる反力を受けるので、その反力による摩耗を防止するために硬化肉盛を施すことが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許３７２５７４５号公報

ところで、混練パドルの頂部以外の円弧部も頂部ほどではないが、摩耗が進むことが考えられる。この種の常に剪断しながら混練するセルフクリーニングタイプの混練パドルでは、その円弧部は、どの部分も一様に１周につき１回対応するパドルの頂部が近接して通過するため、硬化肉盛と母材との境界において摩耗が生じて溝が形成されることがあり、その摩耗を防止するには全周に硬化肉盛を施す必要があると考えられる。

しかしながら、通常、混練パドルの中心部には、回転軸が挿通される孔及びキー溝が設けられているので、全周肉盛すると、溶接による影響で割れが生じたり、残留応力等によって強度が低下したりするという問題がある。また、溶接にかかる手間を考えると、全周肉盛は現実的ではない。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、製造コストを抑えながら混練パドルの強度低下を招くことなく、その耐久性を向上させることにある。

上記の目的を達成するために、この発明では、溶接硬化肉盛を回転方向側の側面まで伸ばした。

具体的には、第１の発明では、
剪断混練装置の混練室内に互いに平行に配置される２本の回転軸に所定の位相差でそれぞれ配置され、該回転軸の軸方向から見て複数の円弧を重ねた形状を有し、複数の頂部が上記混練室内面及び対応する他の混練パドルの外周と近接して移動することにより、被混練材料を剪断しながら混練する混練パドルを対象とする。

そして、上記混練パドルでは、
上記パドル本体の頂部及び該頂部から回転方向側面に延びる所定範囲に溶接硬化肉盛層が形成されており、
上記所定範囲は、軸方向から見たときに回転方向前方側の頂点からの円弧面の長さをＬ１とし、上記溶接硬化肉盛層の回転方向側面の長さをＬ２とすると、０．３≦Ｌ２／Ｌ１≦０．６である。

上記の構成によると、必要最小限に溶接硬化肉盛層を設けているので、混練パドルの外周全体に肉盛を設ける場合に比べて製造コストが安く、溶接による過度の強度低下が避けられる上に、頂部だけの場合に比べて耐摩耗性が格段に向上する。Ｌ２／Ｌ１の値が０．３よりも小さいと、頂部だけ肉盛する場合と比べて補強の効果があまり発揮されず、０．６よりも大きくなると、溶接の収縮時に割れが生じたり、残留応力によって強度低下が発生したりする。

第２の発明では、第１の発明において、
中心に上記回転軸が挿通される軸挿通孔が形成され、上記肉盛を施す範囲は、該軸挿通孔から所定距離だけ離れており、
上記所定距離は、溶接の影響及び該溶接による残留応力による強度低下を回避可能な距離である。

上記の構成によると、溶接による影響で軸挿通孔周辺に割れが生じたり強度が低下したりするのを避けながら耐摩耗性を向上させることができる。所定距離は、軸挿通孔の内径等によって異なる。

以上説明したように、本発明によれば、０．３≦Ｌ２／Ｌ１≦０．６となるように、パドル本体の頂部及び頂部から回転方向側面に延びる範囲に溶接硬化肉盛層を形成したことにより、製造コストを抑えながら混練パドルの強度低下を招くことなく、その耐久性を向上させることができる。

本発明の実施形態に係る混練室に内蔵された混練パドル及びその周辺を示す断面図である。 混練パドルを示し、（ａ）が正面図で、（ｂ）が側面図である。 その他の実施形態に係る混練パドルを示す図２相当図である。 その他の実施形態に係る混練パドルを示す斜視図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

−混練パドルの構成−
図１に本発明の実施形態の混練パドル５を有する混練装置（全体図示省略）を示し、この混練装置は、工業製品原料生産から一般消費材の原料や製品生産まで多岐にわたり利用される。この混練装置の、ケーシング１のトラフ２で区切られる混練室２ａ内には、一対の平行な回転軸４が水平方向に配設されている。この一対の回転軸４には、混練パドル５がいずれも取付け角度を例えば４５度ずつ変えて組込まれている。対応する左右一対の混練パドル５は、いずれも位相が９０度ずれた状態で結合されている。なお、ジャケット３内には熱媒体が流通可能となっている。

一対の混練パドル５は、常に一方の先端（頂部１３）が他方の円弧面をこするように近接して回転し、またトラフ２の内面と混練パドル５との隙間も小さいため、混練パドル５やトラフ２の内面に材料の付着が抑えられるセルフクリーニング作用を有し、さらに、混練パドル５と対応する混練パドル５間、トラフ２の内面と混練パドル５間での剪断作用も有する。

図２に示すように、この混練パドル５は、中央にキー溝７を介して回転軸４が挿通される軸挿通孔８ａを有する円筒状のボス部８を有する。このボス部８と、ボス部８の回転中心を通る面の両側において相互に膨出した一対の円弧面９を有する膨出部とで軸方向から見て複数の円弧を重ねた略楕円形の形状のパドル本体６が構成されている。

パドル本体６の２つの頂部１３には、各頂部１３及びその回転方向側面１５に連続する溶接硬化肉盛層１６が形成されている。混練パドル５は、攪拌機能の他に送り機能をも持たせるため、上記溶接硬化肉盛層１６の先端が一つの螺旋上に存在するように一定方向に捩じられて形成されている。

詳しく説明すると、パドル本体６の頂部１３の溶接硬化肉盛層１６は、タングステン炭化物系合金からなる溶接硬化肉盛によって形成されている。この溶接硬化肉盛層１６は、パドル本体６の頂部１３だけでなく、この頂部１３から回転方向側面、すなわち被混練物を主として押しつける側の側面の所定範囲に形成されている。例えば、軸方向から見たときに回転方向前方側の頂点Ｐからの円弧面９の長さをＬ１とし、溶接硬化肉盛層１６の回転方向側面１５の長さをＬ２とすると、０．３≦Ｌ２／Ｌ１≦０．６とするのが望ましい。この値が０．３よりも小さいと、頂部１３だけ肉盛する場合と比べて補強の効果があまり発揮されず、０．６よりも大きくなると、溶接の収縮時に割れが生じたり、残留応力によって強度低下が発生したりする。この場合、肉盛を施す範囲は、軸挿通孔８ａから所定距離、すなわち、溶接の影響で割れが生じたり、残留応力等によって過度の強度低下が発生したりしない距離だけ離れている。この距離は、側面の円弧の大きさ及び幅、軸挿通孔８ａの内径、キー溝７の大きさ等によって異なる。

上記パドル本体６に用いるステンレス鋼としては、ＳＵＳ６３０が望ましいが、これに相当するステンレス鋳鋼のＳＣＳを使用してもよい。しかし、いずれの場合も、ステンレス鋼の中でこれらの合金に限定するものではない。

溶接硬化肉盛層１６に用いるタングステン炭化物系合金としては、タングステン炭化物−コバルト系合金すなわち超硬合金が望ましい。また、ステライト系合金も用いることができる。

−混練パドルの製造方法−
次に、混練パドル５の製造方法について簡単に説明する。

まず、パドル本体６を予熱し、その予熱下において、ガス溶接法にて溶接硬化肉盛層１６を設ける。上述したように、溶接硬化肉盛層１６は、頂部１３だけでなく、回転方向側面１５にも設ける。回転方向側面１５側の施工範囲は、上述したように、Ｌ２／Ｌ１が０．３以上０．６以下程度となるのが望ましい。また、例えば頂部１３の肉盛りの厚さを５ｍｍとすれば、側面の厚さは２ｍｍとすればよい。このように、溶接範囲を制限することで、混練パドル５の外周全体に溶接硬化肉盛層１６を設ける場合に比べて溶接工程及び機械加工工程が減り、格段に製造コストが安くなる。

次いで、パドル本体６及び溶接硬化肉盛層１６を例えばブランケット状の鉱物質断熱材（非アスベスト材）でくるんで常温近くまで徐冷を行う。

次いで、目視で割れ、欠肉等がないか検査する。

次いで、溶接硬化肉盛層１６の外面形状仕上げを実施し、混練パドルが完成する。

このような熱処理方法によって製造した混練パドル５の溶接硬化肉盛層１６の亀裂の発生の程度を着色浸透検査により調査した結果、割れは発見されなかった。

そしてこのように製造した複数の混練パドル５を一対の回転軸４にいずれも取付け角度を４５度ずつ変えて組込み、混練室２ａ内で実際に使用したところ、頂部１３のみに溶接硬化肉盛層１６を施した場合に約５０時間で発生していた境界面での溝が、約１００時間後も発生しなかった。つまり、溶接範囲を必要最小限とすることで、溶接による過度の強度低下を避けながら、耐摩耗性を格段に向上させることができることがわかった。

したがって、本実施形態に係る混練パドルによると、パドル本体６の頂部１３及び頂部１３から回転方向側面１５へ延びるＬ２の範囲にのみ溶接硬化肉盛層１６を形成したことにより、製造コストを抑えながら混練パドル５の強度低下を招くことなく、その耐久性を向上させることができる。

（その他の実施形態）
本発明は、上記実施形態について、以下のような構成としてもよい。

すなわち、図３（ａ）及び（ｂ）に示すような形状の混練パドル５’にも本発明が適用可能である。すなわち、この混練パドル５’は、略三角形のおにぎり型形状をしており、上記実施形態の図１（ａ）の場合と同様に、キー溝７を介して回転軸４が取付けられる軸挿通孔８ａが形成されたボス部８と、その回転中心の周りの３等配分位置に外方に膨出した３つの円弧面９が形成された膨出部とを有するパドル本体６を備えている。パドル本体６は、３つの頂部１３を有し、各頂部１３及び回転方向側面１５には、上記実施形態と同様に溶接硬化肉盛層１６が形成されている。パドル本体６と溶接硬化肉盛層１６は、攪拌機能の他に送り機能をも持たせるため、上記溶接硬化肉盛層１６の先端が一つの螺旋上に存在するように一定方向に捩じられて形成されている。この場合にも、上記実施形態と同様に回転方向側面１５の溶接硬化肉盛層１６の施行範囲は例えば０．３≦Ｌ２／Ｌ１≦０．６と制限するのが望ましい。

また、上記実施形態では、混練パドル５は、溶接硬化肉盛層１６の先端が一つの螺旋上に存在するように一定方向に捩じられて形成されているが、図４に示す混練パドル１０５のように、先端が軸方向に直線状に延びるようにパドル本体１０６を形成してもよい。詳しくは図示しないが、おにぎり型の混練パドル５’においても同様に先端が軸方向に直線状に延びていてもよい。

なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物や用途の範囲を制限することを意図するものではない。

以上説明したように、本発明は、石油化学、合成樹脂等の分野で使用される混練装置に使用される混練パドルについて有用である。

１ ケーシング
２ トラフ
２ａ 混練室
３ ジャケット
４ 回転軸
５ 混練パドル
５’ 混練パドル
６ パドル本体
７ キー溝
８ ボス部
８ａ 軸挿通孔
９ 円弧面
１３ 頂部
１５ 回転方向側面
１６ 溶接硬化肉盛層

Claims (2)

1. 剪断混練装置の混練室内に互いに平行に配置される２本の回転軸に所定の位相差でそれぞれ配置され、該回転軸の軸方向から見て複数の円弧を重ねた形状を有し、複数の頂部が上記混練室内面及び対応する他の混練パドルの外周と近接して移動することにより、被混練材料を剪断しながら混練する混練パドルであって、
   上記パドル本体の頂部及び該頂部から回転方向側面へ延びる所定範囲に溶接硬化肉盛層が形成されており、
   上記所定範囲は、軸方向から見たときに回転方向前方側の頂点からの円弧面の長さをＬ１とし、上記溶接硬化肉盛層の回転方向側面の長さをＬ２とすると、０．３≦Ｌ２／Ｌ１≦０．６である
   ことを特徴とする混練パドル。
2. 請求項１に記載の混練パドルにおいて、
   中心に上記回転軸が挿通される軸挿通孔が形成され、上記所定範囲は、該軸挿通孔から所定距離だけ離れており、
   上記所定距離は、溶接の影響及び該溶接による残留応力による強度低下を回避可能な距離である
   ことを特徴とする請求項１に記載の混練パドル。

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