JPH10230153A - 密閉型混練機のダストストップ装置 - Google Patents

密閉型混練機のダストストップ装置

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JPH10230153A
JPH10230153A JP9033482A JP3348297A JPH10230153A JP H10230153 A JPH10230153 A JP H10230153A JP 9033482 A JP9033482 A JP 9033482A JP 3348297 A JP3348297 A JP 3348297A JP H10230153 A JPH10230153 A JP H10230153A
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lubricating oil
ring
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則文 山田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 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。 【解決手段】 ロータ軸7と一体に回転するロータ側端
面リング9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の当接面との
間でダストストップを構成している。これらリング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ている。

Description

【発明の詳細な説明】
【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2−320
14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、ロータ軸と一体に回転する回転側シール
部材の当接面と、該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
構成した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。
【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PA
N(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2
1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2
0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1
0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・1
0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、ロータ軸と一体に回転する回
転側シール部材の当接面と、該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
パウンドで構成されている。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
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 黒川 好徳 兵庫県高砂市荒井町新浜2丁目3番1号 株式会社神戸製鋼所高砂製作所内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ロータ軸と一体に回転する回転側シール
    部材の当接面と、該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
    パウンドで構成したことを特徴とする密閉型混練機のダ
    ストストップ装置。
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