KR101156343B1 - 내부 혼합기의 더스트 시일 구조체 - Google Patents

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요시카즈 니시하라
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미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
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Abstract

내부에 구획 형성된 혼합실을 갖는 케이싱과, 상기 혼합실 내에서 회전하여 상기 혼합실 내에 충전된 혼합물을 혼합하는 로터를 포함하는 내부 혼합기(internal mixer)의 더스트 시일 구조체(dust seal structure)는, 상기 로터의 로터 샤프트에 끼워맞춤되고 상기 로터 샤프트가 통과하는 상기 케이싱의 개구부의 주연(周緣)에 장착된 링형상의 실린더를 포함하고, 상기 실린더는 상기 케이싱의 개구부의 주연에 위치되고, 상기 로터 샤프트에 끼워맞춤된 링형상의 밀봉 부재를 상기 로터 샤프트의 방향으로 가압하여 상기 혼합실로부터의 상기 혼합물의 누설을 저지하도록 구성된다.

Description

내부 혼합기의 더스트 시일 구조체{DUST SEAL STRUCTURE OF INTERNAL MIXER}
본 발명은 혼합물의 누설을 방지하는 내부 혼합기(internal mixer)의 더스트 시일 구조체(dust seal structure)에 관한 것이다.
배치 타입(batch type)의 내부 혼합기는 보통 고무 또는 플라스틱과 같은 다양한 혼합 재료를 플로팅 웨이트(floating weight)에 의해 혼합실 안에 공급하고, 그 다음에 혼합실 안에 마련된 혼합 로터에 의해 혼합 재료를 혼합하며, 지정된 혼합 동작 후에 드롭 도어(drop door)를 통해 혼합물을 혼합실로부터 외부로 배출하는 것을 포함하는 일련의 동작에 의해 1 배치분의 혼합물을 제조하도록 설계된다.
그러한 혼합기에서, 로터의 로터 샤프트는 혼합실을 관통하도록 배치된다. 따라서, 혼합실의 내용물이 혼합실의 단부로부터 외부로 누설되지 않도록 로터 샤프트 및 로터의 단부면 상에 누설 방지 수단을 마련하는 것이 필요하다.
따라서, 예를 들어 도 11에 도시된 바와 같이 종래의 장치에 따르면, 링형상의 더스트 시일(dust seal)(100)이 프레스 피팅(press fitting)(102)을 통해 스프 링(101)의 스프링력에 의해 로터(103)의 단부면에 항상 가압되고, 이것에 의해 혼합실 내에서 혼합되는 물질[이하, 혼합물(W)로 언급될 수 있음]이 외부로 누설되는 것을 방지한다(특허문헌 1 참조).
도 12a 및 도 12b에 도시된 바와 같이 다른 종래의 장치가 있고, 이 장치는 더스트 스톱 링(dust stop ring)(104)을 요크(yoke)(105)를 통해 유압 실린더(106)에 의해 로터(107)의 단부면에 항상 가압하고, 이것에 의해 혼합실 내의 혼합물이 외부로 누설되는 것을 방지한다(특허문헌 2 참조).
특허문헌 1 : 일본 특허 공개 공보 제 2002-18263 호
특허문헌 2 : 일본 특허 등록 공보 제 3620944 호
그러나, 도 11에 도시된 장치에 의하면, 링형상의 더스트 시일(100)이 마모되었을 때, 원주방향으로 몇몇 위치에 마련된 스프링(101)을 조정함으로써 적절한 밀봉력을 유지할 필요가 있다. 이것은 정비성에 관한 문제를 내포한다. 반면, 도 12a 및 도 12b에 도시된 장치에 의하면, 유압 실린더(106)의 유압 압력이 요크(105)를 통해 더스트 스톱 링(104)의 원주방향으로 두 위치로 전달된다. 따라서, 더스트 스톱 링(104)의 밀봉력 및/또는 압력은 원주방향으로 불균일해지고, 이것은 밀봉성에 관한 문제를 야기한다.
따라서, 본 발명의 목적은 원주방향으로 균일한 밀봉 압력을 제공하여, 만족스러운 밀봉성 및 우수한 정비성을 얻을 수 있는 내부 혼합기의 더스트 시일 구조체를 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 내부에 구획 형성된 혼합실을 갖는 케이싱과, 상기 혼합실 내에서 회전하여 상기 혼합실 내에 충전된 혼합물을 혼합하는 로터를 포함하는 내부 혼합기(internal mixer)의 더스트 시일 구조체(dust seal structure)에 있어서, 상기 더스트 시일 구조체는, 상기 로터의 로터 샤프트에 끼워맞춤되고 상기 로터 샤프트가 통과하는 상기 케이싱의 개구부의 주연(周緣)에 장착된 링형상의 실린더를 포함하고, 상기 실린더는 상기 케이싱의 개구부의 주연에 위치되고, 상기 로터 샤프트에 끼워맞춤된 링형상의 밀봉 부재를 상기 로터 샤프트의 방향으로 가압하여 상기 혼합실로부터의 상기 혼합물의 누설을 저지하도록 구성된 내부 혼합기의 더스트 시일 구조체를 제공한다.
상기 밀봉 부재는, 상기 케이싱의 개구부의 주면(周面)과 밀접하여 내부 끼워맞춤되고 상기 로터의 단부면에 접촉하는 밀봉면을 가질 수 있다.
상기 밀봉 부재는 상기 케이싱의 개구부 안에서 상기 로터 샤프트의 방향으로 이동가능한 링형상의 프레스 피팅(press fitting)을 통해 상기 실린더에 의해 가압될 수 있다.
상기 밀봉 부재는, 상기 로터 샤프트에 고정 설치되고 상기 로터의 단부면과 대향하는 측 상에 밀봉면을 갖는 회전 밀봉 부재와, 상기 실린더에 연결되어 상기 로터 샤프트의 샤프트 단부를 향해 가압되고, 상기 회전 밀봉 부재의 밀봉면과 접촉하는 밀봉면, 및 상기 케이싱의 개구부의 주면과 슬라이딩 접촉하는 관형상부를 갖는 고정 밀봉 부재를 포함할 수 있고, 상기 밀봉 부재는 상기 로터 샤프트의 외주면측과 상기 관형상부의 내주면 사이의 갭(gap)을 밀봉할 수 있다.
상기 회전 밀봉 부재는, 상기 고정 밀봉 부재의 관형상부 안에 삽입되고 상기 로터 샤프트에 끼워맞춤된 슬리브 상에 고정 설치될 수 있다.
상기 실린더는 유체압 실린더(hydraulic cylinder)일 수 있다.
상기 실린더는 공기 스프링 실린더(pneumatic suspension cylinder)일 수 있다.
상기 실린더는 상기 로터 샤프트의 원주방향으로 복수의 세그먼트(segment)로 분할가능하게 형성될 수 있고, 상기 세그먼트 안에 서로 독립적으로 구획 형성된 하나 이상의 실린더실에 수용된 피스톤부를 가질 수 있다.
본 발명에 관한 내부 혼합기의 전술된 더스트 시일 구조체에 따르면, 링형상의 밀봉 부재는 링형상의 실린더에 의해 가압된다. 따라서, 밀봉 부재의 원주방향으로 균일한 밀봉 압력이 얻어지고, 이것은 향상된 밀봉성으로 귀착된다. 또한, 정비 작업은 실린더의 압력 관리만을 포함하기 때문에 쉽다. 또한, 실린더는 로터 샤프트의 원주방향으로 복수의 세그먼트로 분할가능하게 형성된다. 이것은 실린더의 장착 및 교체를 용이하게 하고, 정비성을 추가로 향상시킨다.
이하에, 본 발명에 따른 내부 혼합기(internal mixer)의 더스트 시일 구조체(dust seal structure)가 실시예에 의해 첨부 도면을 참고하여 상세하게 설명될 것이다.
[실시예 1]
도 1은 본 발명의 실시예 1을 도시하는 더스트 시일 구조체의 사시 단면도이다. 도 10은 내부 혼합기의 주요부의 정면 단면도이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 내부 혼합기의 케이싱(10), 플로팅 웨이트(floating weight)(11) 및 드롭 도어(drop door)(12)는 단면이 안경 형상인 혼합실(13)을 형성한다.
2개의 로터(14)가 혼합실(13) 내에 서로 평행하게 배치되고, 로터 샤프트(15)의 단부에 설치된 구동 장치(모터, 동력 전달 기어 등)(도시되지 않음)에 의해 서로 상이한 방향으로 회전된다. 반경방향으로 일부 돌출하는 블레이드부(16)가 로터(14)에 형성되고, 혼합실(13)의 내벽은 회전될 때 블레이드부(16)의 궤적에 대응하는 만곡면을 갖는다.
본 발명의 혼합기에서, 승강가능한 플로팅 웨이트(11)가 상승된 상태에서, 고무 또는 플라스틱과 같은 원료 및 약품과 같은 첨가제가 호퍼(hopper)(17)의 입구(18)를 통해 혼합실(13) 내로 투입된다. 다음에, 플로팅 웨이트(11)가 하강하여 혼합물을 가압한다. 이 상태에서, 로터(14)는 회전되고, 혼합물은 로터(14)들 사이에 물려 넣어지고, 혼합실 내에서 혼합된다. 마침내, 혼합물은 케이싱(10) 하부의 드롭 도어(12)를 개방함으로써 외부로 배출된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 밀봉 부재(12)가 로터 샤프트(15)가 통과하여 삽입되는 케이싱(10)의 개구부(20) 내에 위치된 상태에서, 원주방향으로 2개로 분할 등이 된 링형상의 밀봉 부재(21)가 로터 샤프트(15) 위에 헐겁게 끼워진다. 밀봉 부재(21)는 로터(14)의 단부면과 접촉하는 밀봉면(21a)과, 케이싱(10)의 개구부(20)의 원주면과 접촉하는 밀봉면(21b)을 갖는다.
또한, 밀봉 부재(21)는 플랜지 형성된 관형상의 프레스 피팅(press fitting)(22)을 통해 케이싱(10)의 개구부(20)의 주연(周緣)에 장착된 링형상의 실린더(23)에 의해 (로터 샤트프의 방향으로) 로터(14)의 단부면을 향해 가압된다. 따라서, 밀봉 부재(21)는 그 밀봉면(21a)이 압력 하에서 로터(14)의 단부면과 접촉한다.
실린더(23)는 유체압 실린더(hydraulic cylinder)이다. 그것의 헤드부(24a)는 복수의 볼트(25)에 의해 원주방향으로 케이싱(10)의 외벽면에 고정되고, 헤드부(24a)의 실린더실 안에 수용되고 로터 샤프트의 방향으로 이동가능한 그것의 피스톤부(24b)는 프레스 피팅(22)의 플랜지부에 연결된다.
이상의 구성 때문에, 작동유 등이 링형상의 실린더실에 공급될 때, 유사한 링형상의 피스톤부(24b)는 배압 하에서 로터(14)의 단부면을 향해 이동된다. 따라서, 링형상의 밀봉 부재(21)는 프레스 피팅(22)을 통해 로터(14)의 단부면을 향해 가압되고, 그것의 밀봉면(21a)은 압력 하에서 로터(14)의 단부면과 접촉한다. 따라서, 혼합물(W)이 전술된 혼합실(13)로부터 밀봉 영역을 통해 외부로 누설되는 것이 방지된다.
이때, 배압은 링형상의 피스톤부(24b)에 원주방향으로 균일하게 작용한다. 따라서, 유사한 링형상의 밀봉 부재(21)의 밀봉면(21a)에서 원주방향으로 균일한 밀봉 압력이 얻어져 밀봉성을 향상시킨다. 또한, 정비 작업은 실린더(23)의 실린더실에 공급된 작동유 등의 압력 관리만을 포함하기 때문에 쉽다.
[실시예 2]
도 2는 본 발명의 실시예 2를 도시하는 더스트 시일 구조체의 측단면도이다. 도 3은 실린더의 정면도이다. 도 4a는 도 3의 선 A-A를 따라 취한 단면도이다. 도 4b는 도 3의 선 A-A를 따라 취한 단면도로서, 피스톤부의 밀봉 부재가 변경된 도면이다. 도 5는 실린더의 변형예를 도시하는 정면도이다.
본 실시예는 실시예 1의 더스트 시일 구조체에 있어서, 슬리브(sleeve)(26)를 통해 로터 샤프트(15)에 고정 설치되고 로터(14)의 단부면과 대향하는 측 상에 밀봉면(27a)을 갖는 링형상의 회전 밀봉 부재(27)와, 링형상의 실린더(23A)에 연결되고 로터 샤프트(15)의 샤프트 단부 방향으로 가압되며 회전 밀봉 부재(27)의 밀봉면(27a)과 접촉하는 밀봉면(28a)을 구비하며 케이싱(10)의 개구부(20)의 주면(周面)과 슬라이딩 접촉하는 관형상부(28b)를 갖는 링형상의 고정 밀봉 부재(28)가 마 련된 예이다. 회전 밀봉 부재(27) 및 고정 밀봉 부재(28)는 바람직하게 원주방향으로 2개로 분할된다.
본 실시예에서, 또한 실런더(23A)는 유체압 실린더를 포함한다. 나중에 설명될 그것의 피스톤부(24b1, 24b2)는 케이싱(10)의 외벽면에 고정되고, 그것의 헤드부(24a1, 24a2)는 실린더실에 공급된 작동유의 압력 하에서 로터 샤프트 방향으로 이동가능한 방식으로 고정 밀봉 부재(28)에 연결된다. 실시예 1에서와 같이, 헤드부(24a1, 24a2)는 고정이고, 피스톤부(24b1, 24b2)는 이동가능할 수 있다.
회전 밀봉 부재(27)의 밀봉면(27a) 및 고정 밀봉 부재(28)의 밀봉면(28a)은 경화 처리를 위해 코팅 또는 오버레잉(overlaying)에 의해 모재(base material) 위에 적용될 수 있거나, 또는 모재에 별도의 부재를 페스팅(pasting)함으로써 적용될 수 있다. 도 2에서, 밀봉 부재(29)는 개구부(20)의 주면(周面)과 관형상부(28b) 사이에서 작용하고, 키이(key)(33)는 고정 밀봉 부재(28)를 위해 작동한다.
도 3, 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 실린더(23A)는 헤드부(24a1, 24a2)로서 로터 샤프트(15)의 원주방향으로 둘로 분할가능하도록 형성된 전체 헤드부를 갖고, 이 분할 헤드부 내에 독립적으로 구획 형성된 실린더실에 수용된 피스톤부(24b1, 24b2)를 갖는다. 피스톤부(24b1, 24b2)를 위한 밀봉 부재로서, O링(31a)이 사용될 수 있거나(도 4a 참조), 패킹(packing)(31b)이 사용될 수 있다(도 4b 참조).
도 5에 도시된 바와 같이, 또한 복수의 타원형 또는 원형의 실린더실이 분할 형태로 제공되어 조립된 헤드부(24a1, 24a2)의 원주방향으로 균일 간격으로 형성될 수 있고, 피스톤부(24b1, 24b2)는 그 안에 수용될 수 있다. 즉, 헤드부(24a1, 24a2)가 링형상으로 조립될 때, 피스톤부(24b1, 24b2)는 전체 원주에 균일 간격으로 배열된다. 다른 특징은 실시예 1의 특징과 동일하고, 중복 설명은 생략한다.
본 실시예에 따르면, 따라서 작동유 등이 실린더(23A)의 각 실린더실에 동일 압력으로 공급될 때, 링형태로 조립된 헤드부(24a1, 24a2)는 작동유의 배압 하에서 로터 샤프트(15)의 샤프트 단부를 향해 이동된다. 따라서, 헤드부(24a1, 24a2)에 연결된 고정 밀봉 부재(28)도 동일한 방향을 가압되고, 그것의 밀봉면(28a)은 압력 하에서 회전 밀봉 부재(27)의 밀봉면(27a)과 접촉한다.
결과로서, 혼합물(W)은 로터(14)의 단부면과 케이싱(10)의 내벽면 사이의 갭(gap)(G1) 및 고정 밀봉 부재(28)의 관형상부(28b)의 내주면과 슬리브(26)의 외주면 사이의 갭(G2)을 통과함으로써 전술된 혼합실(13)로부터 외부로 누설되는 것이 방지된다.
이때, 배압은 링형태로 조립된 헤드부(24a1, 24a2) 상에 원주방향으로 균일하게 작용한다. 따라서, 원주방향으로 균일한 플런지 압력(plunge pressure)이 유사한 링형상의 고정 밀봉 부재(28)의 밀봉면(28a) 상에 가해지고, 이것에 의해 밀봉면(28a)과 회전 밀봉 부재(27)의 밀봉면(27a) 사이의 밀봉성을 향상시킨다.
또한, 정비 작업은 실린더(23A)의 실린더실에 공급된 작동유 등의 압력 관리만을 포함하기 때문에 쉽다. 또한, 실린더(23A)는 로터 샤프트(15)의 원주방향으로 둘로 분할가능하도록 형성된다. 이것은 실린더(23A)의 장착 및 교체를 용이하게 하고, 따라서 정비성을 추가로 향상시킨다. 추가로, 전술된 밀봉 영역과 혼합 실(13) 사이의 거리는 실시예 1의 거리보다 길고, 따라서 밀봉 영역에 공급된 윤활유 등이 혼합물(W) 안으로 들어가 그것의 품질을 저하시키는 사태를 억제한다.
[실시예 3]
도 6은 본 발명의 실시예 3을 도시하는 더스트 시일 구조체의 측단면도이다. 도 7은 본 실시예의 실린더의 정면 단면도이다. 도 8은 도 7의 선 B-B를 따라 취한 단면도이다. 도 9는 피스톤부의 설명도이다.
본 실시예는 유체압 실린더를 포함하는 실시예 2의 실린더(23A)가 고무 튜브(30) 등을 사용하는 공기 스프링 타입(pneumatic suspension type)의 실린더(23B)로 대체되고, 헤드부(24a1, 24a2)가 복수의 가이드(32)를 통해 케이싱(10)의 외벽면에 고정되며, 채널형상 단면의 피스톤부(24b1, 24b2)가 고정 밀봉 부재(28)에 연결된 실시예이다. 다른 특징은 실시예 2의 특징과 동일하기 때문에, 중복 설명은 생략한다.
본 실시예에 따르면, 실시예 2의 작용 및 효과와 동일한 작용 및 효과에 추가하여, 실린더실 안으로의 오염물질(윤활유 내의 이물질)의 침입을 방지하고, 실린더의 내압의 누설을 방지하는 효과가 공기 스프링 타입의 실린더(23B)의 사용에 의해 얻어진다.
본 발명은 이상의 실시예로 한정되지 않고 본 발명의 요지를 벗어나지 않고 다양한 변경 및 변형이 행해질 수 있음은 물론이다. 예를 들어, 실시예 1의 실린더(23)는 로터 샤프트(15)의 원주방향으로 복수의 세그먼트(segment)로 분할가능하게 형성될 수 있다. 대안적으로, 실시예 2 및 3의 실린더(23A, 23B)는 각각 링형 상의 일체형 부재로 형성될 수 있다. 또한, 만약 분할된다면 실린더(23, 23A, 23B)의 분할 세그먼트의 개수는 2개로 한정될 필요는 없고, 3개 이상일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예 1을 도시하는 더스트 시일 구조체의 사시 단면도,
도 2는 본 발명의 실시예 2를 도시하는 더스트 시일 구조체의 측단면도,
도 3은 실린더의 정면도,
도 4a는 도 3의 선 A-A를 따라 취한 단면도,
도 4b는 도 3의 선 A-A를 따라 취한 단면도로서, 피스톤부의 밀봉 부재가 변경된 도면,
도 5는 실린더의 변형예의 정면도,
도 6은 본 발명의 실시예 3을 도시하는 더스트 시일 구조체의 측단면도,
도 7은 실시예 3의 실린더의 정면도,
도 8은 도 7의 선 B-B를 따라 취한 단면도,
도 9는 피스톤부의 설명도,
도 10은 내부 혼합기의 주요부의 정면 단면도,
도 11은 종래의 더스트 시일 구조체의 측단면도,
도 12a는 종래의 다른 더스트 시일 구조체의 정면도,
도 12b는 종래의 다른 더스트 시일 구조체의 측면도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10 : 케이싱 11 : 플로팅 웨이트(floating weight)
12 : 드롭 도어(drop door) 13 : 혼합실
14 : 로터 15 : 로터 샤프트
21 : 밀봉 부재 21a, 21b : 밀봉면
22 : 프레스 피팅(press fitting) 23, 23A, 23B : 실린더
24a, 24a1, 24a2 : 헤드부 24b, 24b1, 24b2 : 피스톤부
26 : 슬리브 27 : 회전 밀봉 부재
27a : 밀봉면 28 : 고정 밀봉 부재
28a : 밀봉면 28b : 관형상부
30 : 고무 튜브 W : 혼합물

Claims (8)

  1. 내부에 구획 형성된 혼합실을 갖는 케이싱과, 상기 혼합실 내에서 회전하여 상기 혼합실 내에 충전된 혼합물을 혼합하는 로터를 포함하는 내부 혼합기(internal mixer)의 더스트 시일 구조체(dust seal structure)에 있어서,
    상기 더스트 시일 구조체는, 상기 로터의 로터 샤프트에 끼워맞춤되고, 상기 로터 샤프트가 통과하는 상기 케이싱의 개구부의 주연(周緣)에 장착되는 링형상의 실린더를 포함하고,
    상기 실린더는 상기 케이싱의 개구부의 주연에 위치되고, 상기 로터 샤프트에 끼워맞춤된 링형상의 밀봉 부재를 상기 로터 샤프트의 방향으로 가압하여 상기 혼합실로부터의 상기 혼합물의 누설을 저지하도록 구성된
    내부 혼합기의 더스트 시일 구조체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 밀봉 부재는, 상기 케이싱의 개구부의 주면(周面)과 밀접하여 내부 끼워맞춤되고 상기 로터의 단부면에 접촉하는 밀봉면을 갖는
    내부 혼합기의 더스트 시일 구조체.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 밀봉 부재는 상기 케이싱의 개구부 안에서 상기 로터 샤프트의 방향으로 이동가능한 링형상의 프레스 피팅(press fitting)을 통해 상기 실린더에 의해 가압되는
    내부 혼합기의 더스트 시일 구조체.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 밀봉 부재는,
    상기 로터 샤프트에 고정 설치되고 상기 로터의 단부면과 대향하는 측 상에 밀봉면을 갖는 회전 밀봉 부재와,
    상기 실린더에 연결되어 상기 로터 샤프트의 샤프트 단부를 향해 가압되고, 상기 회전 밀봉 부재의 밀봉면과 접촉하는 밀봉면, 및 상기 케이싱의 개구부의 주면과 슬라이딩 접촉하는 관형상부를 갖는 고정 밀봉 부재를 포함하고,
    상기 밀봉 부재는 상기 로터 샤프트의 외주면측과 상기 관형상부의 내주면 사이의 갭(gap)을 밀봉하는
    내부 혼합기의 더스트 시일 구조체.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 회전 밀봉 부재는, 상기 고정 밀봉 부재의 관형상부 안에 삽입되고 상기 로터 샤프트에 끼워맞춤된 슬리브 상에 고정 설치된
    내부 혼합기의 더스트 시일 구조체.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 실린더는 유체압 실린더(hydraulic cylinder)인
    내부 혼합기의 더스트 시일 구조체.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 실린더는 공기 스프링 실린더(pneumatic suspension cylinder)인
    내부 혼합기의 더스트 시일 구조체.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 실린더는 상기 로터 샤프트의 원주방향으로 복수의 세그먼트(segment)로 분할가능하게 형성되고, 상기 세그먼트 안에 서로 독립적으로 구획 형성된 하나 이상의 실린더실에 수용된 피스톤부를 갖는
    내부 혼합기의 더스트 시일 구조체.
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