JP7296989B2 - 耐摩耗装置及び耐摩耗装置の取り付け手段 - Google Patents

Description

本発明は、全体的に、ゴム混合物及びゴム混合物から調製された車両のタイヤの製造に関する。より具体的には、本発明は、ゴム混合物用のミキサーで使用されるロータのための耐摩耗装置に関する。

エラストマー製造の分野において、内部ミキサーは、原材料を混合するのに使用される。「内部ミキサー」（又は「ミキサー」又は「ＭＩ」）は、金属ラムと、２つの金属製半容器（又は「容器」）とを有し、各々が１又は２以上のブレード（例えば、ポリマーのためのＢａｎｂｕｒｙ又はＩｎｔｅｒｍｉｘタイプの機械）を有する金属ロータを含む機械を意味する。混合物中の材料が混合されるときに、製造中のプロセスのエラストマーは、著しい応力を受ける。図１を参照すると、この現象は、容器２０内に配置され、矢印Ａの方向に回転するロータ１０であって、該ロータ１０が、互いに反対方向に回転することができるように並列に配置されたロータのペアの一部であるロータ１０を参照して説明される。ロータ１０は、ブレード１２を有し、各ブレードは先端１２ａを有する。先端１２ａが回転すると、先端は、図１に示されるように円形の経路１２ｂの輪郭を描く。容器２０の壁２０ａと円形の経路１２ｂとの間にはギャップＥ１２が定められる。入口２２を通じて容器２０に流入したゴム混合物の原材料は、ロータと各容器の壁との間のギャップＥ１２を通過する。原材料は、先端１２ａを通過し、ここで高い剪断力が実現され、摩耗領域が発生することになる。

この現象は、内部ミキサーにおける「一体鋳造」タイプのロータ上に存在し、ここで摩耗ゾーンは、常にロータブレードの同じ場所に位置する点に留意されたい。図２を参照すると、一体鋳造タイプの代表的なロータは、容器５０内に配置されたロータ３０によって表される（ロータ３０は、仏国特許第２６３２８７３号によって開示されている）。ロータ３０は、ロータが矢印Ｂの方向に回転する回転軸を備えた軸方向シャフト３２を有する。軸方向シャフト３２は、円周面３２ａを有し、そこから１又は２以上のブレード３４が半径方向に延びる。ロータ３０の回転軸に垂直な平面において、ブレード３４の輪郭の曲率は、曲率中心Ｃ及び曲率半径Ｒによって定められる。この曲率は、容器壁５０の曲率に相当する。ブレード３４のエッジ３４ａは、容器壁５０と共に、ゴム混合物の材料が通過するギャップＥ３０を定める（図１のギャップＥ１２に関連して説明されるように）。

実行される作業のレベルが極めて集中するギャップＥ３０に沿って極めて短い長さの領域が存在する。ますます高レベルの補強充填剤（例えば、カーボンブラック及びシリカのレベル）に向かって進んでいる現在のゴム配合では、製造されたエラストマーは、内部ミキサーの金属面に対して極めて研磨性がある。同時に、最大の生産性を確保するために混合サイクルが最適化される。

摩耗は均一ではなく、すなわち、ロータ自体が侵食され、ブレードなどのロータの一部のより顕著な部分が更に侵食される。これにより、ブレードと壁との間に望ましくないクリアランスが生じることとなり、ゴム混合物の生産性及び品質に悪影響を及ぼす。これらの開発の結果、ミキサーのロータに見られる早期摩耗の問題がある。観察される摩耗は最大で数ミリメートルになる可能性があるが、ミキサーの残りの金属表面は、同じレベルの摩耗を受けることはない。ロータなど一部の機械部品の耐用年数が最大で５０％短縮される。これらのロータを交換するためのダウンタイム（組み立て及び分解）が長くて費用がかかり、ミキサーを完全にシャットダウンする必要がある。半製品エラストマーの製造は、計画通りに実施することができない。

この現象を制限するための認識された解決策の中でも、中国出願公開第２０１３８９９２９号によって開示された装置がある。この装置は、容器の円周面及び／又は単一の部品に機械加工されたロータのブレードの表面に沿って固定された１又は２以上の耐摩耗装置に向けられている。しかしながら、既知の各ロータは、ブレード輪郭（すなわち、図１に示すようにブレード輪郭を定める、ロータの回転軸に垂直に取った平坦なセクション）と、ロータの表面上のブレードの位置によって特徴付けられる。この解決策では、単一部品から機械加工されたロータへの摩耗保護装置の直接的な配置についてのみ記載されており、その幾何学的形状及び対応するゴム混合性能への潜在的な影響については説明されていない。

更に、中国出願公開第２０１３８９９２９号によって開示された解決策とは対照的に、耐摩耗装置の追加は、冷却効率を低下させる。しかしながら、ロータの他の部分よりも温度上昇が大きい理由から、ブレード先端を冷却できることが特に重要である。このため、ロータには、混合サイクル中の混合物の温度を制御するためにロータの内部に孔加工された幾何学的チャネルの形態の冷却システムが備えられていることが多く、この温度は約１５０°Ｃ～１７０°Ｃに達する可能性がある。

仏国特許第２６３２８７３号 中国出願公開第２０１３８９９２９号

従って、ゴム分散、ゴム混合性能、及びゴム混合物の品質を維持するために、本発明は、摩耗が発生する領域のロータブレードへの取り外し可能な耐摩耗装置の設置に関する。耐摩耗装置は、固定を実施するように適合されたロータに取り外し可能に固定されるプレートを含む。プレートは、ロータに取り付けられたときに、ロータの幾何学的形状を変えることなく、摩耗したロータ部品を簡単に交換する手段を提供する。従って、ロータは、交換が容易な１つの部品を含む２部品を含み、低コストで一体構成ロータとして機能する。

本発明は、ロータが回転する混合容器を有する内部ミキサーで使用するためのロータに関する。ロータは、１又は２以上のブレードを含み、各ブレードは、輪郭が予め定められた曲率である先端を有する。ロータはまた、少なくとも１つのブレードの先端に取り外し可能に固定された耐摩耗装置を含み、耐摩耗装置は、先端の曲率と相補的な曲率を有する下面と、容器の壁の曲率と相補的な曲率を有する上面とによって定められる輪郭を有し、下面と上面の間にプレートと容器の壁との間で混合物の通過を可能にする最小クリアランスのゾーンを定める、プレートを有する。

幾つかの実施形態では、プレート輪郭は、プレート輪郭が螺旋近似するように時計回り方向で漸次的に増加するプレートの曲率半径によって定められる。

プレートがプレートの長さに沿って軸方向に延びる１又は２以上の冷却チャネルを含む幾つかの実施形態では、冷却チャネルは、プレートの輪郭に沿って配置され、主ロータ導管から対応する冷却剤をプレートに運ぶ供給導管に接続する。

幾つかの実施形態では、ロータはまた、シール手段を含む。

幾つかの実施形態では、シール手段は、対応する溝に配置されるＯリングである。幾つかの実施形態では、溝は台形溝である。

幾つかの実施形態では、ロータはまた、ロータと係合するためにプレートに挿入された１又は２以上の保持スクリューを含む。

幾つかの実施形態では、ロータはまた、機械的締結システムを含む。

幾つかの実施形態では、機械的締結システムは、位置決めキー及び１又は２以上のウォームギアシステムを含む。幾つかの実施形態では、位置決めキーは、プレートの下面の対応する補強部材に係合する頂面を備えた平行キーであり、位置決めキーは、頂部の対応する溝に係合する。

幾つかの実施形態では、ウォームギアシステムは、ギアホイール、ねじ込み軸方向ロック要素、及びロータに接線方向に挿入され且つねじ込み軸方向ロック要素によって軸方向にロックされるスクリューを含み、その結果、スクリューの回転により歯車が回転するようになる。

幾つかの実施形態では、各保持スクリューは、プレートの上面に向かって配置されたスクリューヘッドを含む。

幾つかの実施形態では、ロータはまた、ロータ内の対応するねじ部に係合するねじ部を有する円筒構造を有するスクリュープラグを含む。幾つかの実施形態では、スクリュープラグは、円筒構造の外面から延びて、ロータに対するスクリュープラグの締め付けを容易にするクランプ要素を含む。

幾つかの実施形態では、各スクリュープラグは、プレートの上面に向かって配置される。

幾つかの実施形態では、ロータは２つのブレードを含み、ブレードは、互いに反対方向に傾斜している。

本発明はまた、開示されたロータが回転する少なくとも１つの混合容器を有する内部ミキサーに関する。

本発明の他の態様は、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。

本発明の性質及び様々な利点は、添付図面と共に以下の詳細な説明を読むとより明らかになるであろう。ここで、何れの場所においても同じ参照番号は同じ部品を示す。

既知の内部ミキサーのロータの回転軸に垂直に取られた平面断面である。 従来技術の一体構成ロータの輪郭図である。 本発明のロータ及び耐摩耗装置の部分分解図である。 図３の耐摩耗装置が使用される代表的なロータの斜視図である。 図３の耐摩耗装置が使用される別の代表的なロータの斜視図である。 本発明のロータ及び耐摩耗装置の透明斜視図である。 本発明のロータ及び耐摩耗装置の部分斜視図である。 本発明のロータ及び耐摩耗装置の部分透明図である。 本発明のロータ及び耐摩耗装置の部分断面図である。 ロータと耐摩耗装置との間にシール手段を使用する本発明の実施形態の部分断面図である。 ロータと機械的固定システムで固定された耐摩耗装置の部分断面図である。 図１１の機械的締結システムのウォームギアシステムを表す図である。 図１２のウォームギアシステムのウォームギアの断面図を表す。 スクリュープラグを備えた本発明の１つの実施形態を表す図である。 スクリュープラグを備えた本発明の１つの実施形態を表す図である。

ここで、同じ番号が同じ構成要素を表す図を参照すると、図３は、ロータの耐用年数を延ばし、ゴム混合物による耐摩耗能力を高めるための耐摩耗装置が提供されたロータ１００を表す。ロータ１００は、上記のような一体構成ロータとして示され、このロータは、１又は２以上のブレード１０４を備えている。ロータは、当技術分野で知られている構成から選択できることが理解される（例えば、ロータは、接線ロータ、メッシュロータ、又は等価のロータとすることができる）。ロータ１００は、鋼（普通鋼又は高張力鋼）などの金属材料でできている。別の金属又は同等材料（例えば、ステンレス鋼、チタン、その他）を使用できることが理解される。既知の化学保護コーティングは、ロータ１００の任意の部分に追加することができる。

耐摩耗装置の配置及び取り付けは、ブレード１０４の先端１０４ａを基準にして実現される。ロータ１００は、プレート１１０との接続を可能にするブレード１０４の先端１０４ａを作成するように機械加工されている。ロータ１００の回転軸に垂直な平面において、１０４ａの輪郭の曲率は、ロータの曲率中心及び曲率半径によって定められる。

再び図３及び更に図４及び図５、並びに図９を参照すると、耐摩耗装置は、ロータ１００に取り外し可能に固定されたプレート１１０を含む。プレート１１０の輪郭は、プレートの下面１１２及び上面１１４によって定められる。下面１１２は、ブレード１０４（及び／又は幾つかの実施形態ではブレード１０４’）でのプレート１１０の直接配置を容易にするために、先端１０４ａの曲率と相補的な曲率を有する。図９では、表面１１２と表面１０４ａの接合部が円形とすることができ、このことは、ロータ１００及びプレート１１０の機械加工を容易にすることが理解される。

上面１１４は、容器壁の曲率と相補的な曲率を有して、上面と容器壁との間で、プレート１１０と容器壁との間に混合物の通過を可能にする最小距離のゾーンを定める。ロータ１００の回転軸に垂直な平面において、プレート１１０の輪郭は、プレートの所定の曲率中心及びプレートの予め定められた曲率半径によって定められる。図示の実施形態では、プレート１１０の輪郭は、プレート輪郭が螺旋に近似するように時計回り方向に漸次的に増大する曲率半径によって定められる（すなわち、下面１１２に沿って形成された曲線が、長手方向軸の周りを回転する）。

従って、プレート１１０の輪郭は、当業者によって理解されるように、ロータの幾何学的形状及び容器の幾何学的形状に相補的なものである。図４を参照すると、代表的なロータ１００は、耐摩耗装置が取り付けられた１つの機械加工ブレード１０４と機械加工されていない第２のブレード１０４’とを有し、両方のブレードは同一の輪郭を有する。図５を参照すると、代表的なロータ１００は、耐摩耗装置が第１のブレードに取り付けられた、２つの機械加工されたブレード１０４を有する。第２のブレードは、耐摩耗装置（図示せず）を直ちに取り付けることができるように機械加工され、両方のブレードが同じ輪郭有するようになっている。２つの代表的なロータ１００の場合、ロータの輪郭は一体構成ロータの輪郭に似ている。

図６から図９に加えて図３から５を再び参照すると、プレート１１０は、プレート１１０の長さに沿って軸方向に延びる冷却チャネル１２０を有する。冷却チャネル１２０は、プレート１１０の輪郭に沿って配置され（図９を参照）、供給導管１２２に接続される。供給導管１２２は、対応する冷却剤（水又は他の既知の冷却剤など）を、ロータ１００の主導管１２４からプレート１１０に送給する（図８を参照）。冷却チャネル１２０、供給導管１２２及び主導管１２４は一緒になってプレート１１０内に制御回路を形成し、当業者が理解するように、混合サイクル中の混合物の温度を調節する。図示されている実施形態では、プレート１１０は、４つの冷却チャネル１２０を有するが、冷却チャネルの数は必要に応じて適応させることができる。

幾つかの実施形態では、本発明はまた、プレート１１０とロータ１００との間のシールシステムに関する。再び図９及び更に図１０を参照すると、本発明の１つの実施形態は、供給導管１２２に対してシールを行うために溝１５２内に配置されたＯリング１５０を有するシール手段を含む。本実施形態では、溝１５２は、耐摩耗装置の組み立て・分解時にシールを喪失しないために台形溝である。Ｏリングは、同等のシール又は他の同等のシール手段と交換できることは理解される。また、溝は、別の有用な幾何学的形状で形成できることは理解される。

図１１から図１３に加えて、図３から図１０を再度参照すると、プレート１１０は、ブレード１０４の先端１０４ａに取り外し可能に固定される。トルク伝達を達成するために、この固定は、位置決めキー（又は「キー」）１３０及び１又は２以上のウォームギアシステムを含む機械的締結システムによって行われる。スクリュー組立体タイプの他の機械的締結システムを使用してもよいことは理解される。

キー１３０は、キースクリュー３１１によって先端１０４ａに固定された所定の全長を有する平行キーによって表される（図６及び７を参照）。キー１３０は、先端１０４ａの対応する溝（図示せず）に係合し、キーの上面１３０ａが、プレート１１０の下面１１２の対応する補強部材１１２ａに係合できるようになる。キーによる固定は、同等のキー（例えば、Ａ、Ｂ、Ｃタイプの平行キー又はディスクキー）によって実行できることは理解される。

プレート１１０をロータ１００に取り外し可能に固定するために、ウォームギアシステムを使用して、対応する保持スクリュー１３７を締結する。保持スクリュー１３７は、プレート１１０に挿入されて、ロータ１００と係合する（例えば、ロータ１００のねじ付きファスナー１４１と係合することによって）。各保持スクリュー１３７は、プレート１１０の上面１１４の外形に対応するスクリューヘッド１３７ａを有し、混合物保持領域を排除している（例えば、図６及び７を参照）。

ウォームギアシステムは、ねじ込み式軸方向ロック要素１４４及びスクリュー１４５（図１２及び１３を参照）を備えたギアホイール１４３（図１１及び１２を参照）を含む。ウォームギアシステムは、当業者によって理解されるように、ガイド要素１４７を有することができる。スクリュー１４５は、ロータ１００に接線方向に挿入され、ねじ込み軸方向ロック要素１４４によって軸方向にロックされて、スクリュー１４５の回転によりギアホイール１４３が回転するようになる。ギアホイール１４３の内側には、スクリュー１４５が係合する雌ねじを有する。この構成では、歯付きホイールの回転によりスクリュー１３７の締結及び緩みを引き起こすことになり、プレート１１０の固定又は解放、及びひいては必要に応じて交換を可能にする。

図１４及び１５を再び参照すると、本発明の１つの実施形態では、各スクリュー１４５は、スクリューを保護するスクリュープラグ１４５ａを含む（例えば、図６及び７を参照のこと）。スクリュープラグ１４５ａは、円筒構造１４５ｄの外面１４５ｃから延びるクランプ要素１４５ｂを含む（図１４を参照）。円筒構造１４５ｄは、ロータ１００の対応するねじ１４９にねじ込まれることになるねじを有する（図１３を参照）。クランプ要素１４５ｂは、スクリュープラグ１４５ａの締結を容易にする任意の形状を有することができる（例えば、六角形の幾何学的形状を選択することができる）。外面１４５ｃの円滑な面を確保するために、締結が所望のトルクに達したときに、クランプ要素１４５ｂが破断する（図１５を参照）。ウォームギア組立体を緩めると、プラグ１４５ａが破壊されて、スクリュー１４５にアクセスできるようになる。

スクリューヘッド１３７ａ及びプラグ１４５ａは、その輪郭に従ってプレート１１０の上面１１４に向かって配置される。スクリューヘッド１３７ａ及びプラグ１４５ａは、それ自体が耐摩耗装置の一部である。

プレート１１０などの耐摩耗装置を追加すると、一体構成ロータと同じ幾何学的形状となる。従って、添加剤の微小分散（ブレードと容器壁の間の通過によって提供される）及び成分分布（各容器におけるロータ１００に沿った容器間の物質移動によって達成される）の効果が損なわれない。

プレート１１０が摩耗すると（ヘッド及びプラグがある場合、又はヘッド及びプラグがない場合の何れか）、現場で介入してプレートを交換する。加えて、ロータの摩耗部分がより簡単に交換できることにより、より頻繁な交換が可能となり、従って、容器壁とロータとの間のギャップの変動が制限される。従って、ゴムの分散、ゴムの混合性能、及びゴムの混合品質を維持しながら、ダウンタイム及びそれに関連するコストが制限される。

摩耗の問題は、ロータの正確な寸法に応じて簡単に機械加工及びカスタマイズできる耐摩耗装置により簡単に解決される。開示されたプレートは、新しく購入されたロータだけでなく既に使用されているロータにも極めて短い再稼働時間で適用することができる。製造ロスなしで工業生産を保証するのに必要とされる交換ロータは、本発明の耐摩耗装置にのみ限定することができる。プレート及びロータは、各ロータに少なくとも１つの追加プレートを含む１又は２以上のキットにて提供することができる。従って、プレートは、予想される組み立て／分解に伴う時間及び投資を削減するために、必要に応じて利用可能である。加えて、ロータ先端プレートを使用しても、ロータの動作パラメーターは変わらない。

一部のコーティングの追加は、一体鋳造タイプのロータ又はコーティングの追加を妨げるサイズ及び重量を有する他の既知のロータタイプ（例えば、寸法が制限された真空炉）では実施可能ではない。開示された発明は、例えば、これらに限定されないが、物理蒸着（ＰＶＤ）（例えば、窒化クロム）、化学蒸着（CVD）（例えば、窒化チタン）及びこれらに相当するものを含む、耐摩耗装置コーティングに適用することができる。既にコーティングが組み込まれている装置をキットに追加して、ユーザーが選択できるようにすることができる。

「少なくとも１つ」及び「１又は２以上」という用語は同義的に使用される。「ａとｂの間」として表される範囲は、値「ａ」及び「ｂ」を含む。

開示された装置の特定の実施形態について例示及び説明してきたが、本開示の精神及び範囲から逸脱することなく、様々な変更、追加、及び修正を行うことができることは理解される。従って、本明細書に添付された特許請求の範囲に記載されたものを除き、記載された発明の範囲に制限を課すべきではない。

１００ ロータ
１０４ ブレード
１１０ プレート
１１２ 下面
１１４ 上面
１３０ 位置決めキー
１３７ 保持スクリュー

Claims (16)

1. ゴム混合物のための内部ミキサーで使用するためのロータ（１００）であって、前記内部ミキサーは、前記ロータが回転する混合容器を有し、
   前記ロータが、
   １又は２以上のブレード（１０４）であって、各ブレードが先端（１０４ａ）を有し、当該先端（１０４ａ）の輪郭が予め定められた曲率を有する、１又は２以上のブレード（１０４）と、
   少なくとも１つの前記ブレードの先端（１０４ａ）に取り外し可能に固定された耐摩耗装置と、を備え、
   前記耐摩耗装置は、前記先端（１０４ａ）の曲率に相補的な曲率を有する下面（１１２）と、前記容器の壁の曲率に相補的な曲率を有する上面（１１４）とによって定められる輪郭を有するプレート（１１０）を含み、前記上面（１１４）と前記容器の壁の間において、前記プレート（１１０）と前記容器の壁との間で混合物の通過を可能にする最小距離のゾーンが定められ、
   前記プレートは、前記プレートの長さに沿って軸方向に延びる１又は２以上の冷却チャネルを含み、前記冷却チャネルは、前記プレートの輪郭に沿って配置されて、前記ロータの主導管から前記プレートに対応する冷却剤を運ぶ供給導管に接続されている、ことを特徴とするロータ（１００）。
2. 前記プレート（１１０）の前記輪郭は、前記プレートの輪郭が螺旋に近似するように、時計回り方向で漸次的に増大する前記プレートの曲率半径によって定められる、請求項１に記載のロータ。
3. シール手段を更に備える、請求項２に記載のロータ。
4. 前記シール手段が、対応する溝（１５２）に配置されるＯリング（１５０）を含む、請求項３に記載のロータ。
5. 前記溝（１５２）は、台形溝である、請求項４に記載のロータ。
6. 前記プレート（１１０）に挿入されて前記ロータ（１００）を係合する１又は２以上の保持スクリュー（１３７）を更に備える、請求項１～５の何れか１項に記載のロータ。
7. 機械的締結システムを更に備える、請求項６に記載のロータ。
8. 前記機械的締結システムは、位置決めキー（１３０）と１又は２以上のウォームギアシステムとを備える、請求項７に記載のロータ。
9. 前記位置決めキー（１３０）がキースクリュー（１３）により前記先端（１０４ａ）に固定される所定の全長を有する平行キーを含み、前記平行キーは、前記先端（１０４ａ）の対応する溝に係合し、前記キーの上面は前記プレート（１１０）の下面（１１２）の対応する補強部材（１１２ａ）に係合する、請求項８に記載のロータ。
10. 前記ウォームギアシステムは、ギアホイール（１４３）と、ねじ込みロック部材（１４４）と、前記ロータ（１００）に接線方向に挿入され且つ前記ねじ込みロック部材（１４４）によって軸方向にロックされるスクリュー（１４５）と、を備え、前記スクリュー（１４５）の回転によって前記ギアホイール（１４３）が回転するようになる、請求項８又は９に記載のロータ。
11. 前記各保持スクリュー（１３７）が、前記プレート（１１０）の上面（１１４）に向かって配置されたスクリューヘッド（１３７ａ）を含む、請求項６～１０の何れか１項に記載のロータ。
12. 前記ロータ（１００）の対応するねじ部（１４９）を係合するねじ部を有する円筒構造（１４５ｄ）を含むスクリュープラグ（１４５ａ）を更に備える、請求項１０又は１１に記載のロータ。
13. 前記スクリュープラグ（１４５ａ）は、前記円筒構造（１４５ｄ）の外面（１４５ｃ）から延びて、前記ロータ（１００）に対する前記スクリュープラグ（１４５ａ）のクランプを容易にするクランプ部材（１４５ｂ）を含む、請求項１２に記載のロータ。
14. 前記各スクリュープラグ（１４５ａ）は、前記プレート（１１０）の上面（１１４）に向かって配置される、請求項１２又は１３の何れか１項に記載のロータ。
15. 前記ロータが２つのブレード（１０４）を備え、該ブレードは、互いに反対方向で傾斜している、請求項１～１４の何れか１項に記載のロータ。
16. 請求項１～１５の何れか１項に記載のロータ（１００）が回転する少なくとも１つの混合容器を有する内部ミキサー。

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