JP7488788B2 - 混練ロータ、混練機、ゴム材料の混練方法および混練ロータの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、ゴム材料の混練用の混練ロータ、これを備える混練機、この混練機を用いたゴム材料の混練方法、および混練ロータの製造方法に関する。
ゴム材料の混練機に用いられる混練ロータには、混練の際に粉体等の混練に比べて大きな負荷がかかるとともに、ゴム材料により混練ロータの表面が摩耗する。そのため、混練ロータには、例えば、軸部と混練翼とを有する基材に十分な強度を有する炭素鋼を用い、基材の表面に耐摩耗性を有する硬質クロムめっき層を形成したものが用いられる。例えば特許文献１には、ゴム混練機用ロータのメッキ施工方法が開示されている。
また、近年、シリカを大量に含むゴム材料の混練が要求されている。このようなゴム材料を混練した場合、シリカに含まれる水分によって酸性水溶液がゴム材料中に発生することがある。硬質クロムめっき層は多孔質であるため、混練時に硬質クロムめっき層に酸性水溶液が浸透する。基材を構成する炭素鋼は耐食性に劣ることから、硬質クロムめっき層に浸透した酸性水溶液が基材を腐食させるおそれがある。
そのため、基材の腐食を抑制する目的で、混練ロータの基材の表面に耐腐食性に優れたステライト（登録商標）を肉盛り溶接し、このステライトの表面に硬質クロムめっき層を形成することが、従来から行われている。
しかし、ステライトはコバルトを主成分とする高価な合金であり、また、コバルトは人体の健康に好ましくないという問題がある。そのため、ステライトの使用量を低減したいという要求がある。
本発明は、このような問題および要求に鑑みてなされたものであり、耐食性および耐摩耗性に優れるとともに、安価かつ安全な混練ロータを提供することを目的とする。また、この混練ロータを備える混練機、この混練機を用いたゴム材料の混練方法、およびこの混練ロータの製造方法を提供することを目的とする。
本発明者らは、種々検討した結果、上記目的は、以下の発明により達成されることを見出した。
本発明の一局面に係る混練ロータは、混練機用の混練ロータであって、前記混練ロータの基材は、炭素鋼または機械構造用合金鋼からなり、前記基材の表面の少なくとも一部にオーステナイト系ステンレス鋼からなる肉盛り層を有し、前記肉盛り層の表面の少なくとも一部に硬質クロムめっき層を有する。
また、本発明の他の局面に係る混練機は、ゴム材料を混練する混練機であって、上記の混練ロータを備える。
また、本発明の他の局面に係るゴム材料の混練方法は、上記の混練ロータを用いたゴム材料の混練方法であって、前記ゴム材料は、シリカとシランカップリング剤とを含み、前記流路に冷却液を流通させながら前記ゴム材料を混練する方法である。
また、本発明の他の局面に係る混練ロータの製造方法は、混練機用の混練ロータの製造方法であって、炭素鋼または機械構造用合金鋼からなる基材の表面に少なくとも一部にオーステナイト系ステンレス鋼からなる肉盛り層を溶接または溶着により形成し、前記肉盛り層の表面の少なくとも一部に、電気めっき法により厚さ２０μｍ以上、ビッカース硬さがＨｖ７５０以上の硬質クロムめっき層を形成する方法である。
本発明によれば、耐食性および耐摩耗性に優れるとともに、安価かつ安全な混練ロータを提供することができる。また、この混練ロータを備える混練機、この混練機を用いたゴム材料の混練方法、およびこの混練ロータの製造方法を提供することができる。
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、本発明の範囲はここで説明する実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を損なわない範囲で種々の変更をすることができる。
〈第１の実施形態〉
〈混練ロータ〉
図１は、本実施形態に係る混練ロータの部分断面図である。混練ロータ１は、混練機用の混練ロータであって、図１の断面部分に示すように、基材２と、基材２の表面の少なくとも一部に設けられた肉盛り層３と、肉盛り層３の表面の少なくとも一部に設けられた硬質クロムめっき層４と、を有する。
〈混練ロータ〉
図１は、本実施形態に係る混練ロータの部分断面図である。混練ロータ１は、混練機用の混練ロータであって、図１の断面部分に示すように、基材２と、基材２の表面の少なくとも一部に設けられた肉盛り層３と、肉盛り層３の表面の少なくとも一部に設けられた硬質クロムめっき層４と、を有する。
基材２は、炭素鋼または機械構造用合金鋼からなり、軸部１ａおよび混練翼１ｂを構成する部分を有する。基材２を構成する炭素鋼には、一般的な炭素鋼を使用できる。
炭素鋼および機械構造用合金鋼は、ステンレス鋼等の他の金属材料に比べて安価であり、かつ強度および靭性に優れている。ゴム材料の混練時には、粉体等の混練に比べて混練ロータ１に大きな力が加わる。しかし、基材２として炭素鋼を使用することにより、混練ロータ１のコストを抑制するとともに、ゴム材料の混練時に混練ロータ１が変形したり破損したりすることを抑制できる。
一般的な炭素鋼としては、例えばＪＩＳ Ｇ ４０５１：２０１６で規定されるＳ１０Ｃ～Ｓ５８Ｃを使用することができる。具体的には、質量％で、Ｃ（炭素）含有量が０．０８～０．６１％、Ｓｉ（ケイ素）含有量が０．１５～０．３５％、Ｍｎ（マンガン）含有量が０．３０～０．６０％（Ｃ含有量が０．０８～０．２８％の場合）または０．６０～０．９０％（Ｃ含有量が０．２５～０．６１％の場合）、Ｐ（リン）含有量が０．０３０％以下、Ｓ（硫黄）含有量が０．０３５％以下、Ｎｉ（ニッケル）含有量が０．２０％以下、Ｃｒ（クロム）含有量が０．２０％以下、Ｃｕ（銅）含有量が０．３０％以下、ＮｉとＣｒの合計含有量が０．３５％以下であり、残部がＦｅ（鉄）および不可避的不純物からなるものを使用することができる。ＪＩＳ Ｇ ４０５１：２０１６で規定される鋼種のうち、Ｓ４５ＣまたはＳ３５Ｃが好ましい。
本実施形態において、機械構造用合金鋼としては、ＪＩＳ Ｇ ４０５３：２０１６で規定される成分組成の合金鋼を使用することができる。具体的には、質量％で、Ｃ含有量が０．１３～０．４８％、Ｓｉ含有量が０．１５～０．３５％、Ｍｎ含有量が０．３０～１．００％、Ｐ含有量が０．０３０％以下、Ｓ含有量が０．０３０％以下、Ｎｉ含有量が０．２５％以下、Ｃｒ含有量が０．９０％～１．５０％、Ｍｏ（モリブデン）含有量が０．１５～０．３０％、Ｃｕ含有量が０．３０％以下であり、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる合金鋼（クロムモリブデン鋼）を使用することができ、例えばＳＣＭ４１５～ＳＣＭ４４５を使用することができる。また、質量％で、Ｃ含有量が０．１２～０．５０％、Ｓｉ含有量が０．１５～０．３５％、Ｍｎ含有量が０．３０～１．２０％、Ｐ含有量が０．０３０％以下、Ｓ含有量が０．０３０％以下、Ｎｉ含有量が０．４０～４．５０％、Ｃｒ含有量が０．４０％～３．５０％、Ｍｏ含有量が０．１５～０．７０％、Ｃｕ含有量が０．３０％以下であり、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる合金鋼（ニッケルクロムモリブデン鋼）を使用することができ、例えばＳＮＣＭ２２０～ＳＮＣＭ８１５を使用することができる。ＪＩＳ Ｇ ４０５３：２０１６で規定される鋼種のうち、ＳＣＭ４３５またはＳＣＭ４４０が好ましい。
肉盛り層３は、基材２の表面の少なくとも一部に設けられている。肉盛り層３は、基材２の表面のうち、ゴム原料の混練時に混練ロータ１がゴム原料に触れる部分に設けられていればよく、混練ロータ１の軸受けに接する部分には設けられていなくてもよい。なお、肉盛り層は、基材２の表面の全体に設けられていてもよい。
肉盛り層３は、例えば溶接または溶着により形成することができる。肉盛り層３の厚さは特に規定しないが、例えば１～１０ｍｍとすることができ、３～５ｍｍが好ましい。
肉盛り層３は、オーステナイト系ステンレス鋼からなる。これまで、オーステナイト系ステンレス鋼は炭素鋼等に比べて高価であるため、オーステナイト系ステンレス鋼を混練ロータに使用することは、一般には行われていなかった。オーステナイト系ステンレス鋼は炭素鋼に比べて耐食性に優れているため、肉盛り層３を設けることにより、混練ロータ１に耐食性を付与することができる。これにより、ゴム材料の混練時に、多孔質である硬質クロムめっき層４にゴム材料から発生した酸洗水溶液が浸透しても、肉盛り層３の腐食を抑制することができる。
オーステナイト系ステンレス鋼は、金属組織が常温でオーステナイト相である鋼材であればよく、例えば日本産業規格（ＪＩＳ）でオーステナイト系ステンレス鋼に分類されるＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０９Ｓ等を使用することができる。また、本発明者らが開発した、表１に示す成分組成を有するオーステナイト系ステンレス鋼（以下「鋼種ａ」ともいう。）は、耐食性だけでなく耐摩耗性にも優れており、好ましい。この鋼種ａのオーステナイト系ステンレス鋼を使用した場合、混練ロータ１の長期の使用により硬質クロムめっき層４が剥がれた場合であっても、混練ロータ１の耐摩耗性を維持することができる。
硬質クロムめっき層４は、肉盛り層３の表面の少なくとも一部に設けられている。硬質クロムめっき層４は、肉盛り層３の表面全体に設けることが最も好ましく、基材２の表面にも設けてもよい。硬質クロムめっき層４により、混練ロータ１に耐摩耗性を付与することができる。
硬質クロムめっき層４は、組成、厚さおよび形成方法等、特に限定されるものではない。硬質クロムめっき層４は、例えば電気めっき法により形成することができる。硬質クロムめっき層４の厚さは、０．１ｍｍ以上が好ましい。また、硬質クロムめっき層４の厚さは、０．３ｍｍ以下が好ましい。硬質クロムめっき層４のビッカース硬さは、Ｈｖ６００以上が好ましく、Ｈｖ７５０以上がより好ましい。また、硬質クロムめっき層４のビッカース硬さは、Ｈｖ１５００以下が好ましく、Ｈｖ１２００以下がより好ましい。
混練ロータ１は、例えば図１に示すように、軸部１ａと、軸部１ａの周面から軸部１ａの径方向に突出するように設けられた混練翼１ｂとを有するものとすることができる。本実施形態では、混練翼１ｂは、軸部１ａの周面に３つ設けられている。この場合、肉盛り層３は、チップ部１ｃを含む混練翼１ｂの表面と、軸部１ａの周面のうち混練翼１ｂが設けられている部分の周面と、に設けられていることが好ましい。
混練ロータ１は、図１に示すように、内部に冷却液が流通可能な流路５を有する。流路５は、軸部１ａを軸方向に貫通するように設けられている。流路５を設けることにより、混練中に混練ロータ１を冷却することかできるため、流路５を設けることが好ましいが、流路５は設けなくてもよい。
〈混練機〉
図２は、本実施形態に係る混練機の断面図である。混練機８０は、ゴム材料を混練する密閉式の混練機であり、二軸のバッチ式である。混練機８０は、ケーシング７０、一対の混練ロータ対１０、および材料供給筒７７を有する。一対の混練ロータ対１０は、２本の上述の混練ロータ１からなる。
図２は、本実施形態に係る混練機の断面図である。混練機８０は、ゴム材料を混練する密閉式の混練機であり、二軸のバッチ式である。混練機８０は、ケーシング７０、一対の混練ロータ対１０、および材料供給筒７７を有する。一対の混練ロータ対１０は、２本の上述の混練ロータ１からなる。
ケーシング７０は、混練機８０の本体部であり、金属材料からなる。ケーシング７０は、金属製の支持台７０ａによって支持されている。ケーシング７０の内部には、２つの混練室７０ｓが設けられている。それぞれの混練室７０ｓは、互いに平行に延びる円筒状に形成されている。
ケーシング７０の上部には、混練対象であるゴム材料を供給するための材料供給口７１が設けられ、材料供給筒７７と接続されている。ケーシング７０の下部には、混練された材料を排出するための材料排出口７２が設けられている。ケーシング７０の内部では、材料供給口７１、二つの混練室７０ｓ、および材料排出口７２が、互いに通じている。
２つの混練室７０ｓのそれぞれの内部には、混練ロータ１が１本ずつ配置されている。混練ロータ１は、それぞれ図示しないモータから動力を与えられ、それぞれ軸部１ａを中心として、互いに逆方向に回転する（図２中の矢印Ｆ、Ｆ′方向）。混練ロータ１の回転方向は、材料供給筒７７から混練室７０ｓに供給されたゴム材料を材料排出口７２に排出する方向である。
材料供給筒７７は、ケーシング７０の上部に鉛直方向に延びており、材料供給筒７７の内部空間は材料供給口７１に連続している。混練機８０は、材料供給筒７７の上部に、ゴム材料を外部から供給するためのホッパー７６が設けられている。
本実施形態に係る混練機８０は、耐食性および耐摩耗性に優れた混練ロータ１を備えるため、長期間にわたって安定してゴム材料の混練を行うことができる。
本実施形態に係る混練機８０は、図１に示す混練ロータ１を２本備え、それぞれ混練翼１ｂが互いに噛み合うように隣接して配置された噛合型ロータであるが、混練翼１ｂのチップ部１ｃが互いに接するように配置された接線型ロータとしてもよい。図１および図２に示す混練ロータ１において、混練翼１ｂのチップ部１ｃとは、外径の平坦部（混練翼１ｂの外周面における回転軸を中心とした同じ半径の円弧を構成する部分）をいう。本実施形態に係る混練機８０は、噛合型ロータおよび接線型ロータのいずれも使用できるため、様々なゴム材料の混練に対応することができる。
また、本実施形態に係る混練機８０は、バッチ式の混練機であるが、本実施形態に係る混練ロータ１は、連続式の混練機に使用してもよい。
〈ゴム材料の混練方法の混練方法〉
本実施形態に係る混練ロータを用いたゴム材料の混練方法について説明する。本実施形態に係る混練方法では、内部に冷却液が流通可能な流路５を有する混練ロータ１を用いる。混練ロータ１は、噛合型ロータであっても、接線型ロータであってもよい。
本実施形態に係る混練ロータを用いたゴム材料の混練方法について説明する。本実施形態に係る混練方法では、内部に冷却液が流通可能な流路５を有する混練ロータ１を用いる。混練ロータ１は、噛合型ロータであっても、接線型ロータであってもよい。
本実施形態に係るゴム材料の混練方法では、シランとシランカップリング剤を含むゴム材料を用い、流路５に冷却液を流通させながらこのゴム材料を混練する。
より具体的には、流路５を有する混練ロータ１を備える混練機８０を用い、混練機８０のホッパー７６からシランとシランカップリング剤を含むゴム材料を供給する。供給されたゴム材料は、材料供給筒７７を経て材料供給口７１から混練室７０ｓ内に供給され、流路５に冷却液を流通した状態で回転する混練ロータ１によって混練される。混練ロータ１で混練されたゴム材料は、材料排出口７２から下方に排出される。
本実施形態に係る混練方法では、シリカを含むゴム材料を混練するため、シリカに含まれる水分によって酸性水溶液がゴム材料中に発生することがある。しかし、この混練方法では、混練ロータ１を用いるため、クロムめっき層４にこの酸洗水溶液が浸透しても、肉盛り層３の腐食を抑制することができる。
また、本実施形態に係る混練方法では、流路５を流通する冷却液により混練ロータ１を冷却しながら混練を行うことができる。そのため、混練時におけるゴム材料および混練ロータ１の過熱による劣化を抑制することができる。過熱により混練ロータ１に劣化が生じる原因としては、混練ロータ１を構成する基材２、肉盛り層３および硬質クロムめっき層４の熱膨張率の違いにより、過熱状態ではこれら各部の間にひずみが生じることが挙げられる。
以上のことから、本実施形態に係る混練方法によれば、混練ロータ１の劣化を抑制し、長期間にわたって安定してゴム材料の混練を行うことができる。
〈混練ロータの製造方法〉
本実施形態に係る混練機８０用の混練ロータ１の製造方法について図１を用いて説明する。
本実施形態に係る混練機８０用の混練ロータ１の製造方法について図１を用いて説明する。
本実施形態に係る混練ロータ１の製造方法は、図１に示すように、炭素鋼または機械構造用合金鋼からなる基材２の表面に少なくとも一部にオーステナイト系ステンレス鋼からなる肉盛り層３を溶接または溶着により形成し、肉盛り層３の表面の少なくとも一部に、電気めっき法により厚さ２０μｍ以上、ビッカース硬さがＨｖ７５０以上の硬質クロムめっき層４を形成する方法である。この方法によれば、耐食性および耐摩耗性に優れた混練ロータ１を得ることができる。
〈第２の実施形態〉
〈混練ロータ〉
次に本発明の第２の実施形態について説明する。図３は、本実施形態に係る混練ロータの部分断面図である。図３では、図１に記載の構成要素と実質的に同一の構成要素には同一の符号を付し、以下ではその説明を省略する。
〈混練ロータ〉
次に本発明の第２の実施形態について説明する。図３は、本実施形態に係る混練ロータの部分断面図である。図３では、図１に記載の構成要素と実質的に同一の構成要素には同一の符号を付し、以下ではその説明を省略する。
本実施形態に係る混練ロータ１は、第１の実施形態に係る混練ロータと肉盛り層３の構成が異なり、この点以外は第１の実施形態に係る混練ロータ１と同様の構成である。本実施形態では、全体がオーステナイト系ステンレス鋼からなる第１の実施形態に係る混練ロータの肉盛り層３に代えて、肉盛り層３が、基材２の表面のうち混練翼１ｂの少なくともチップ部１ｃにステライトからなる第１の肉盛り層３ａを有し、チップ部１ｃを除く部分にオーステナイト系ステンレス鋼からなる第２の肉盛り層３ｂを有するものである。
本実施形態に係る第１の肉盛り層３ａと第２の肉盛り層３ｂとを合わせた肉盛り層３が設けられている基材２の表面の領域は、第１の実施形態に係る肉盛り層３と同様である。
ステライトは、耐食性に優れているため、ステライトからなる第１の肉盛り層３ａを設けることにより、混練ロータ１の耐食性をより向上させることができる。
第１の肉盛り層３ａは、混練翼１ｂのチップ部１ｃ以外に混練翼１ｂの側面１ｄにも設けられていることが好ましく、混練ロータ１が噛合型ロータである場合には、軸部１ａの周面のうち混練翼１ｂが設けられている部分にも設けられていることがより好ましい。
また、本実施形態に係る混練ロータ１では、肉盛り層３の全体をステライトとした場合に比べて、ステライトの使用量を低減することができる。オーステナイト系ステンレス鋼はステライトに比べて安価であるため、本実施形態に係る混練ロータ１は、肉盛り層３の全体をステライトからなるものとした場合に比べて、安価であり、より安全である。
図３に示す本実施形態に係る混練ロータ３も、内部に冷却液が流通可能な流路５を有するが、第１の実施形態に係る混練ロータと同様に、流路５は設けなくてもよい。また、本実施形態に係る混練ロータ３も、上述の第１の実施形態に係る混練機に適用することができる。
〈混練ロータの製造方法〉
本実施形態に係る混練ロータの製造方法は、第１の実施形態に係る混練ロータの製造方法において、図３に示すように、混練ロータ１の混練翼１ｂの少なくともチップ部１ｃの表面にステライトからなる第１の肉盛り層３ａを溶接または溶着により形成し、チップ部を除く部分にオーステナイト系ステンレス鋼からなる第２の肉盛り層３ｂを溶接または溶着により形成し、第２の肉盛り層３ｂまたは第１の肉盛り層３ａの少なくとも一部に上記硬質クロムめっき層４を形成する。この方法によれば、より耐食性に優れた混練ロータ１を得ることができる。
本実施形態に係る混練ロータの製造方法は、第１の実施形態に係る混練ロータの製造方法において、図３に示すように、混練ロータ１の混練翼１ｂの少なくともチップ部１ｃの表面にステライトからなる第１の肉盛り層３ａを溶接または溶着により形成し、チップ部を除く部分にオーステナイト系ステンレス鋼からなる第２の肉盛り層３ｂを溶接または溶着により形成し、第２の肉盛り層３ｂまたは第１の肉盛り層３ａの少なくとも一部に上記硬質クロムめっき層４を形成する。この方法によれば、より耐食性に優れた混練ロータ１を得ることができる。
本明細書は、上述したように様々な態様の技術を開示しているが、そのうち主な技術を以下にまとめる。
上述したように、本発明の一局面に係る混練ロータは、混練機用の混練ロータであって、前記混練ロータの基材は、炭素鋼または機械構造用合金鋼からなり、前記基材の表面の少なくとも一部にオーステナイト系ステンレス鋼からなる肉盛り層を有し、前記肉盛り層の表面の少なくとも一部に硬質クロムめっき層を有する。
この構成によれば、耐食性および耐摩耗性に優れるとともに、安価かつ安全な混練ロータを得ることができる。
上記構成の混練ロータにおいて、前記混練ロータが混練翼を有し、前記混練翼の少なくともチップ部にステライト（登録商標）からなる肉盛り層を有し、前記チップ部を除く部分に前記オーステナイト系ステンレス鋼からなる肉盛り層を有するものとしてもよい。
この構成によれば、より耐食性に優れた混練ロータを得ることができる。
上記構成の混練ロータにおいて、前記硬質クロムめっき層は、厚さ２０μｍ以上、ビッカース硬さＨｖ７５０以上であってもよい。
この構成によれば、より耐摩耗性に優れた混練ロータを得ることができる。
上記構成の混練ロータは、内部に冷却液が流通可能な流路を有してもよい。
この構成によれば、混練中に混練ロータを冷却することができる。
また、本発明の他の局面に係る混練機は、ゴム材料を混練する混練機であって、上記の混練ロータを備える。
この構成によれば、混練機は、耐食性および耐摩耗性に優れた上記の混練ロータを備えるため、長期間にわたって安定してゴム材料の混練を行うことができる。
上記構成の混練機において、前記混練ロータが噛合型ロータであってもよく、接線型ロータであってもよい。
この構成によれば、様々なゴム材料の混練に対応可能な混練機を得ることができる。
また、本発明の他の局面に係るゴム材料の混練方法は、上記の混練ロータを用いたゴム材料の混練方法であって、前記ゴム材料は、シリカとシランカップリング剤とを含み、前記流路に冷却液を流通させながら前記ゴム材料を混練する方法である。
この構成によれば、混練ロータの過熱による劣化を抑制することができ、長期間にわたって安定してゴム材料の混練を行うことができる。
また、本発明の他の局面に係る混練ロータの製造方法は、混練機用の混練ロータの製造方法であって、炭素鋼または機械構造用合金鋼からなる基材の表面に少なくとも一部にオーステナイト系ステンレス鋼からなる肉盛り層を溶接または溶着により形成し、前記肉盛り層の表面の少なくとも一部に、電気めっき法により厚さ２０μｍ以上、ビッカース硬さがＨｖ７５０以上の硬質クロムめっき層を形成する方法である。
この構成によれば、耐食性および耐摩耗性に優れた混練ロータを得ることができる。
上記構成の混練ロータの製造方法において、前記混練ロータが混練翼を有し、前記混練翼の少なくともチップ部の表面にステライト（登録商標）からなる肉盛り層を溶接または溶着により形成し、前記チップ部を除く部分に前記オーステナイト系ステンレス鋼からなる肉盛り層を溶接または溶着により形成し、前記オーステナイト系ステンレス鋼からなる肉盛り層または前記ステライトからなる肉盛り層の少なくとも一部に前記硬質クロムめっき層を形成してもよい。
この構成によれば、より耐食性に優れた混練ロータを得ることができる。
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は下記実施例によって制限されず、前記、後記の趣旨に適合し得る範囲で変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含有される。
実施例では、表２に示す化学成分組成（Ｎｏ．１～４）の鋼材および金属材料を用いて耐食試験および耐摩耗試験を行った。Ｎｏ．１およびＮｏ．２の鋼材は、オーステナイト系ステンレス鋼であり、上述の表１に示す鋼種ａに該当する本発明例である。Ｎｏ．３の鋼材はマルテンサイト系ステンレス鋼であり、本発明に対する比較例である。Ｎｏ．４の金属材料はコバルトを主成分とする合金（ステライト（登録商標））であり、本発明例である。表１に示す「０．００」は測定限界未満であったことを示す。表１には、各鋼材の硬度、引張強さ、伸びの値も記載した。なお、Ｎｏ．１の鋼材の硬度のうちＨＲＣ硬度の欄に記載の＊を付した値はＨＲＢ硬度である。
〈耐食試験〉
図４は、耐食試験に用いた装置の模式図である。図４に示すように、耐食試験装置５０は、温水５１を所定の温度に保った状態で収容する恒温水槽５２と、腐食液５３を収容する容器５４と、を備える。容器５４は温水５１に浸漬されており、腐食液５３は一定温度に保たれている。耐食試験では、ネット５５に包まれた試料５６を、吊り具５７で吊り下げ、容器５４に触れない状態で腐食液に所定時間浸漬した。試験条件は以下の通りとした。
図４は、耐食試験に用いた装置の模式図である。図４に示すように、耐食試験装置５０は、温水５１を所定の温度に保った状態で収容する恒温水槽５２と、腐食液５３を収容する容器５４と、を備える。容器５４は温水５１に浸漬されており、腐食液５３は一定温度に保たれている。耐食試験では、ネット５５に包まれた試料５６を、吊り具５７で吊り下げ、容器５４に触れない状態で腐食液に所定時間浸漬した。試験条件は以下の通りとした。
腐食液：ＨＣｌとＨ２ＳＯ４の混合液（水素イオン比１：１）
腐食液の水素イオン指数：ｐＨ２．０
腐食液温度：８０℃
浸漬時間：２４時間
耐食試験の結果を表３に示す。
腐食液の水素イオン指数：ｐＨ２．０
腐食液温度：８０℃
浸漬時間：２４時間
耐食試験の結果を表３に示す。
表３に示すように、本発明例のＮｏ．１、２の鋼材およびＮｏ．４の金属材料は、いずれも腐食速度が０．０１５ｍｍ／ｙ未満と良好な耐食性を有していた。比較例のＮｏ．３の鋼材では、腐食速度が１ｍｍ／ｙよりも大きく、耐食性に劣っていた。
〈耐摩耗試験〉
図５は、耐摩耗試験に用いた装置の模式図である。図５に示すように、耐摩耗試験装置６０は、直径２２０ｍｍのゴムホイール６１と、試験砂６３をゴムホイール６１と試験片６５との間に供給するホッパー６２と、を備える。試験片６５は、回転するゴムホイール６１の周面の略鉛直部分に押し当てられ、試験砂６３はゴムホイール６１と試験片６５の接触部分の上方から供給される。
図５は、耐摩耗試験に用いた装置の模式図である。図５に示すように、耐摩耗試験装置６０は、直径２２０ｍｍのゴムホイール６１と、試験砂６３をゴムホイール６１と試験片６５との間に供給するホッパー６２と、を備える。試験片６５は、回転するゴムホイール６１の周面の略鉛直部分に押し当てられ、試験砂６３はゴムホイール６１と試験片６５の接触部分の上方から供給される。
耐摩耗試験（土砂摩耗試験）は、ＡＳＴＭ Ｇ６５－００ｅ１に準拠して行った。試験条件は以下の通りとした。
試験力（試験片をゴムホイールに押し付ける力）：１３０Ｎ（１３．３ｋｇｆ）
ゴムホイールの回転速度：１４５ｒｐｍ
試験砂流量：３５０ｇ／ｍｉｎ
試験砂：珪砂６号
上記試験条件で、試験砂を供給しながら、回転するゴムホイールに試験片を押し付け、ゴムホイールの回転数が２０００回、４０００回、６０００回で試料の質量を測定し、初期状態での質量との差（摩耗減量）を算出した。耐摩耗試験は、Ｎｏ．１、３の鋼材およびＮｏ．４の金属材料について行った。
ゴムホイールの回転速度：１４５ｒｐｍ
試験砂流量：３５０ｇ／ｍｉｎ
試験砂：珪砂６号
上記試験条件で、試験砂を供給しながら、回転するゴムホイールに試験片を押し付け、ゴムホイールの回転数が２０００回、４０００回、６０００回で試料の質量を測定し、初期状態での質量との差（摩耗減量）を算出した。耐摩耗試験は、Ｎｏ．１、３の鋼材およびＮｏ．４の金属材料について行った。
耐摩耗試験の結果を表４に示す。
表４に示すように、Ｎｏ．１の鋼材およびＮｏ．３の鋼材は、いずれも回転数６０００回での摩耗減量が５ｇ以下と良好な耐摩耗性を有していた。Ｎｏ．４の金属材料は、回転数６０００回での摩耗減量が５ｇよりも大きく、Ｎｏ．１の鋼材に比べて耐摩耗性に劣っていた。
〈まとめ〉
以上の試験結果から、本発明例のＮｏ．１、２のオーステナイト系ステンレス鋼およびＮｏ．４のステライト（登録商標）は、いずれも同等の耐食性を有し、Ｎｏ．３のマルテンサイト系ステンレス鋼に比べて耐食性に優れていることがわかった。そのため、これらのオーステナイト系ステンレス鋼およびステライトを混練ロータの肉盛り層として使用し、肉盛り層の表面に硬質クロムめっき層を設けることにより、優れた耐食性および耐摩耗性を有する混練ロータを得ることができることがわかった。
以上の試験結果から、本発明例のＮｏ．１、２のオーステナイト系ステンレス鋼およびＮｏ．４のステライト（登録商標）は、いずれも同等の耐食性を有し、Ｎｏ．３のマルテンサイト系ステンレス鋼に比べて耐食性に優れていることがわかった。そのため、これらのオーステナイト系ステンレス鋼およびステライトを混練ロータの肉盛り層として使用し、肉盛り層の表面に硬質クロムめっき層を設けることにより、優れた耐食性および耐摩耗性を有する混練ロータを得ることができることがわかった。
さらに、Ｎｏ．１のオーステナイト系ステンレス鋼は、Ｎｏ．４のステライト（登録商標）に比べて耐摩耗性に優れていることがわかった。そのため、鋼種ａのオーステナイト系ステンレス鋼を混練ロータの肉盛り層として使用することにより、優れた耐食性を有し、かつ硬質クロムめっき層が剥がれた場合であっても耐摩耗性を維持することができる混練ロータを得ることができることがわかった。
１ 混練ロータ
１ｂ 混練翼
２ 基材
３ 肉盛り層
３ａ 第１の肉盛り層（ステライトからなる肉盛り層）
３ｂ 第２の肉盛り層（オーステナイト系ステンレス鋼からなる肉盛り層）
４ 硬質クロムめっき層
５ 流路
８０ 混練機
１ｂ 混練翼
２ 基材
３ 肉盛り層
３ａ 第１の肉盛り層（ステライトからなる肉盛り層）
３ｂ 第２の肉盛り層（オーステナイト系ステンレス鋼からなる肉盛り層）
４ 硬質クロムめっき層
５ 流路
８０ 混練機
Claims (10)
- 混練機用の混練ロータであって、
前記混練ロータの基材は、炭素鋼または機械構造用合金鋼からなり、
前記基材の表面の少なくとも一部にオーステナイト系ステンレス鋼からなる肉盛り層を有し、
前記肉盛り層の表面の少なくとも一部に硬質クロムめっき層を有する、混練ロータ。 - 前記混練ロータが混練翼を有し、
前記混練翼の少なくともチップ部にステライト（登録商標）からなる肉盛り層を有し、
前記チップ部を除く部分に前記オーステナイト系ステンレス鋼からなる肉盛り層を有する、請求項１に記載の混練ロータ。 - 前記硬質クロムめっき層は、厚さ２０μｍ以上、ビッカース硬さＨｖ７５０以上である、請求項１または請求項２に記載の混練ロータ。
- 前記混練ロータは、内部に冷却液が流通可能な流路を有する、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の混練ロータ。
- ゴム材料を混練する混練機であって、
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の混練ロータを備える混練機。 - 前記混練ロータが噛合型ロータである請求項５に記載の混練機。
- 前記混練ロータが接線型ロータである請求項５に記載の混練機。
- 請求項４に記載の混練ロータを用いたゴム材料の混練方法であって、
前記ゴム材料は、シリカとシランカップリング剤とを含み、
前記流路に冷却液を流通させながら前記ゴム材料を混練する、ゴム材料の混練方法。 - 混練機用の混練ロータの製造方法であって、
炭素鋼または機械構造用合金鋼からなる基材の表面に少なくとも一部にオーステナイト系ステンレス鋼からなる肉盛り層を溶接または溶着により形成し、
前記肉盛り層の表面の少なくとも一部に、電気めっき法により厚さ２０μｍ以上、ビッカース硬さがＨｖ７５０以上の硬質クロムめっき層を形成する、混練ロータの製造方法。 - 前記混練ロータが混練翼を有し、
前記混練翼の少なくともチップ部の表面にステライト（登録商標）からなる肉盛り層を溶接または溶着により形成し、
前記チップ部を除く部分に前記オーステナイト系ステンレス鋼からなる肉盛り層を溶接または溶着により形成し、
前記オーステナイト系ステンレス鋼からなる肉盛り層または前記ステライトからなる肉盛り層の少なくとも一部に前記硬質クロムめっき層を形成する、請求項９に記載の混練ロータの製造方法。
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