特開2022-41050混練パドル、それを備えた混練装置及びその溶接硬化肉盛方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022041050
(43)【公開日】2022-03-11
(54)【発明の名称】混練パドル、それを備えた混練装置及びその溶接硬化肉盛方法
(51)【国際特許分類】
B01F 27/70 20220101AFI20220304BHJP
B29B 7/48 20060101ALI20220304BHJP
B23K 26/342 20140101ALI20220304BHJP
【ＦＩ】
B01F7/04 B
B29B7/48
B23K26/342
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2020146055
(22)【出願日】2020-08-31
(71)【出願人】
【識別番号】000142595
【氏名又は名称】株式会社栗本鐵工所
(74)【代理人】
【識別番号】110001427
【氏名又は名称】特許業務法人前田特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】福本 和典
(72)【発明者】
【氏名】松岡 裕斗
【テーマコード（参考）】
4E168
4F201
4G078
【Ｆターム（参考）】
4E168BA33
4E168BA87
4F201BA01
4F201BK13
4F201BK15
4F201BK26
4F201BK40
4F201BK55
4F201BK80
4G078AA09
4G078AB05
4G078AB06
4G078BA01
4G078BA07
4G078BA09
4G078DA01
(57)【要約】
【課題】混練パドルの耐久性を確実に向上させる。
【解決手段】混練パドル５は、剪断混練装置２０の混練室２ａ内に互いに平行に配置される２本の回転軸４に所定の位相差でそれぞれ配置され、この回転軸４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１３が混練室２ａ内面及び対応する他の混練パドル５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。パドル本体６の複数の頂部１３、これら複数の頂部１３の間の回転方向側面１５の全体及び軸方向から見て回転軸４が挿通される軸挿通孔の周縁のボス部を除く両側表面１４の全体に溶接硬化肉盛層１６が形成されており、溶接硬化肉盛層１６は、溶接下盛層１６ａと、この溶接下盛層１６ａよりも硬度の高い材料で、溶接下盛層１６ａの全面を覆う溶接上盛層１６ｂとからなる。
【選択図】図１
【解決手段】混練パドル５は、剪断混練装置２０の混練室２ａ内に互いに平行に配置される２本の回転軸４に所定の位相差でそれぞれ配置され、この回転軸４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１３が混練室２ａ内面及び対応する他の混練パドル５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。パドル本体６の複数の頂部１３、これら複数の頂部１３の間の回転方向側面１５の全体及び軸方向から見て回転軸４が挿通される軸挿通孔の周縁のボス部を除く両側表面１４の全体に溶接硬化肉盛層１６が形成されており、溶接硬化肉盛層１６は、溶接下盛層１６ａと、この溶接下盛層１６ａよりも硬度の高い材料で、溶接下盛層１６ａの全面を覆う溶接上盛層１６ｂとからなる。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項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、
パドル本体の複数の頂部、該複数の頂部の間の回転方向側面の全体及び軸方向から見て上記回転軸が挿通される軸挿通孔の周縁のボス部を除く両側表面の全体に溶接硬化肉盛層が形成されており、
上記溶接硬化肉盛層は、
溶接下盛層と、該溶接下盛層よりも硬度の高い材料で、該溶接下盛層の全面を覆う溶接上盛層とからなる
ことを特徴とする混練パドル。
パドル本体の複数の頂部、該複数の頂部の間の回転方向側面の全体及び軸方向から見て上記回転軸が挿通される軸挿通孔の周縁のボス部を除く両側表面の全体に溶接硬化肉盛層が形成されており、
上記溶接硬化肉盛層は、
溶接下盛層と、該溶接下盛層よりも硬度の高い材料で、該溶接下盛層の全面を覆う溶接上盛層とからなる
ことを特徴とする混練パドル。
【請求項2】
請求項１に記載の混練パドルにおいて、
上記溶接上盛層は、上記パドル本体の頂部において、補強層が形成されている
ことを特徴とする混練パドル。
上記溶接上盛層は、上記パドル本体の頂部において、補強層が形成されている
ことを特徴とする混練パドル。
【請求項3】
請求項２に記載の混練パドルにおいて、
上記溶接上盛層は、上記補強層において該補強層以外よりも多層になっている
ことを特徴とする混練パドル。
上記溶接上盛層は、上記補強層において該補強層以外よりも多層になっている
ことを特徴とする混練パドル。
【請求項4】
請求項３に記載の混練パドルにおいて、
上記補強層において、上記溶接下盛層が２層で、上記溶接上盛層は３層になっている
ことを特徴とする混練パドル。
上記補強層において、上記溶接下盛層が２層で、上記溶接上盛層は３層になっている
ことを特徴とする混練パドル。
【請求項5】
請求項１から４のいずれか１つに記載の混練パドルにおいて、
上記溶接下盛層は、ニッケル基合金よりなり、
上記溶接上盛層は、ニッケル及びタングステンカーバイトの合金よりなる
ことを特徴とする混練パドル。
上記溶接下盛層は、ニッケル基合金よりなり、
上記溶接上盛層は、ニッケル及びタングステンカーバイトの合金よりなる
ことを特徴とする混練パドル。
【請求項6】
請求項１から５のいずれか１つに記載の混練パドルが複数個固定された回転軸を有する
ことを特徴とする剪断混練装置。
ことを特徴とする剪断混練装置。
【請求項7】
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の外周を溶接肉盛りする混練パドルの溶接硬化肉盛方法であって、
溶接下盛工程において、
パドル本体の複数の頂部を上記回転軸の軸方向に沿ってそれぞれ溶接硬化肉盛りし、
上記複数の頂部のうち、一方の上記頂部から他方の頂部に向かって移動しながら上記回転軸の軸方向に沿って回転方向側面の全体を順次溶接硬化肉盛りし、全ての上記回転方向側面を溶接硬化肉盛りし、
軸方向から見て上記回転軸が挿通される軸挿通孔の周縁のボス部の外周面から上記頂部に向かって移動しながら該ボス部の外周面に沿う円弧状に順次溶接硬化肉盛し、全ての該ボス部を除く表面の全体に溶接下盛層を形成し、
上記溶接下盛工程の後に、溶接上盛工程において、
上記パドル本体の複数の頂部を上記回転軸の軸方向に沿ってそれぞれ溶接硬化肉盛りし、
上記複数の頂部のうち、一方の上記頂部から他方の頂部に向かって移動しながら上記回転軸の軸方向に沿って回転方向側面の全体を順次溶接硬化肉盛りし、全ての上記回転方向側面を溶接硬化肉盛りし、
軸方向から見て上記回転軸が挿通される軸挿通孔の周縁のボス部の外周面から上記頂部に向かって移動しながら該ボス部の外周面に沿う円弧状に順次溶接硬化肉盛し、全ての該ボス部を除く表面の全体に溶接硬化肉盛層を形成する
ことを特徴とする混練パドルの溶接硬化肉盛方法。
溶接下盛工程において、
パドル本体の複数の頂部を上記回転軸の軸方向に沿ってそれぞれ溶接硬化肉盛りし、
上記複数の頂部のうち、一方の上記頂部から他方の頂部に向かって移動しながら上記回転軸の軸方向に沿って回転方向側面の全体を順次溶接硬化肉盛りし、全ての上記回転方向側面を溶接硬化肉盛りし、
軸方向から見て上記回転軸が挿通される軸挿通孔の周縁のボス部の外周面から上記頂部に向かって移動しながら該ボス部の外周面に沿う円弧状に順次溶接硬化肉盛し、全ての該ボス部を除く表面の全体に溶接下盛層を形成し、
上記溶接下盛工程の後に、溶接上盛工程において、
上記パドル本体の複数の頂部を上記回転軸の軸方向に沿ってそれぞれ溶接硬化肉盛りし、
上記複数の頂部のうち、一方の上記頂部から他方の頂部に向かって移動しながら上記回転軸の軸方向に沿って回転方向側面の全体を順次溶接硬化肉盛りし、全ての上記回転方向側面を溶接硬化肉盛りし、
軸方向から見て上記回転軸が挿通される軸挿通孔の周縁のボス部の外周面から上記頂部に向かって移動しながら該ボス部の外周面に沿う円弧状に順次溶接硬化肉盛し、全ての該ボス部を除く表面の全体に溶接硬化肉盛層を形成する
ことを特徴とする混練パドルの溶接硬化肉盛方法。
【請求項8】
請求項７に記載の混練パドルの溶接硬化肉盛方法において、
上記溶接上盛工程において、上記ボス部の外周面に沿う円弧状に順次溶接硬化肉盛した後、上記複数の頂部を再び肉盛りして補強層を形成する
ことを特徴とする混練パドルの溶接硬化肉盛方法。
上記溶接上盛工程において、上記ボス部の外周面に沿う円弧状に順次溶接硬化肉盛した後、上記複数の頂部を再び肉盛りして補強層を形成する
ことを特徴とする混練パドルの溶接硬化肉盛方法。
【請求項9】
請求項７又は８に記載の混練パドルの溶接硬化肉盛方法において、
レーザークラッディングによって上記ボス部を除く全表面に溶接硬化肉盛りを行う
ことを特徴とする混練パドルの溶接硬化肉盛方法。
レーザークラッディングによって上記ボス部を除く全表面に溶接硬化肉盛りを行う
ことを特徴とする混練パドルの溶接硬化肉盛方法。
【請求項10】
請求項７から９のいずれか１つに記載の混練パドルの溶接硬化肉盛方法において、
溶接下盛工程において、上記頂部に２層溶接した後、上記回転方向側面の全体及び上記ボス部を除く両側表面の全体に１層溶接し、
溶接上盛工程において、上記頂部に２層溶接した後、上記回転方向側面の全体及び上記ボス部を除く両側表面の全体に１層溶接し、最後に上記頂部に１層溶接する
ことを特徴とする混練パドルの溶接硬化肉盛方法。
溶接下盛工程において、上記頂部に２層溶接した後、上記回転方向側面の全体及び上記ボス部を除く両側表面の全体に１層溶接し、
溶接上盛工程において、上記頂部に２層溶接した後、上記回転方向側面の全体及び上記ボス部を除く両側表面の全体に１層溶接し、最後に上記頂部に１層溶接する
ことを特徴とする混練パドルの溶接硬化肉盛方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
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、それを備えた混練装置及びその溶接硬化肉盛方法に関し、特に混練パドルの耐摩耗性の向上に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、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）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特許第３７２５７４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、混練パドルの頂部以外の外表面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（回転方向側面）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回転方向側面の全周に硬化肉盛を施す必要があると考えられる。
【0005】
また、回転方向側面以外の軸方向両側面についても、硬化肉盛りを施すことで耐摩耗性を確保し、比較的安価で靱性のある材料でパドル本体の母材を構成したいというニーズもある。
【0006】
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、混練パドルの耐久性を確実に向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記の目的を達成するために、この発明では、溶接硬化肉盛を軸挿通孔のボス部以外の外表面全体に設けた。
【0008】
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。
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。
【0009】
そして、上記混練パドルでは、
パドル本体の複数の頂部、該複数の頂部の間の回転方向側面の全体及び軸方向から見て上記回転軸が挿通される軸挿通孔の周縁のボス部を除く両側表面の全体に溶接硬化肉盛層が形成されており、
上記溶接硬化肉盛層は、
溶接下盛層と、該溶接下盛層よりも硬度の高い材料で、該溶接下盛層の全面を覆う溶接上盛層とからなる。
パドル本体の複数の頂部、該複数の頂部の間の回転方向側面の全体及び軸方向から見て上記回転軸が挿通される軸挿通孔の周縁のボス部を除く両側表面の全体に溶接硬化肉盛層が形成されており、
上記溶接硬化肉盛層は、
溶接下盛層と、該溶接下盛層よりも硬度の高い材料で、該溶接下盛層の全面を覆う溶接上盛層とからなる。
【0010】
上記の構成によると、混練作業中に被混練物と接触して摩耗され得る外表面全体を溶接下盛層と溶接上盛層との複数層で硬化肉盛り溶接することで、耐摩耗性が確実に向上する。さらに、外表面のみに耐摩耗性の高い肉盛りを設けることで耐摩耗性を確保できるので、母材自体は、例えばタングステンカーバイトのような重くて加工のしにくい材料を使わなくてよくなると共に、より靱性のある部材を用いることができ、また、メッキや溶射に比べて母材と溶接肉盛りとの密着度を確保できると共に、最低限必要な程度の肉厚のある層を設けることができる。下盛と上盛の溶接材料を変えることで、下盛は、母材との密着力アップ（境界部の成分を安定）させる材料及び母材熱影響部の緩和の効果がある材料を選択できる。
【0011】
第２の発明では、第１の発明において、
上記溶接上盛層は、上記パドル本体の頂部において、補強層が形成されている。
上記溶接上盛層は、上記パドル本体の頂部において、補強層が形成されている。
【0012】
上記の構成によると、特に耐摩耗性を必要とする頂部において補強層を設けることで、混練パドル全体の耐摩耗性が向上する。
【0013】
第３の発明では、第２の発明において、
上記溶接上盛層は、上記補強層において該補強層以外よりも多層になっている。
上記溶接上盛層は、上記補強層において該補強層以外よりも多層になっている。
【0014】
上記の構成によると、補強層の溶接工程を他の領域よりも増やすことで容易に頂部の耐摩耗性を向上させることができる。
【0015】
第４の発明では、第３の発明において、
上記補強層において、上記溶接下盛層が２層で、上記溶接上盛層は３層になっている。
上記補強層において、上記溶接下盛層が２層で、上記溶接上盛層は３層になっている。
【0016】
上記の構成によると、面積が狭い上に、摩耗が進みやすい頂部の層数を高くすることで、形状を整えながら、耐摩耗性を向上させることができる。
【0017】
第５の発明では、第１から第４のいずれか１つの発明において、
上記溶接下盛層は、ニッケル基合金材料よりなり、
上記溶接上盛層は、ニッケル及びタングステンカーバイトの合金材料よりなる。
上記溶接下盛層は、ニッケル基合金材料よりなり、
上記溶接上盛層は、ニッケル及びタングステンカーバイトの合金材料よりなる。
【0018】
上記の構成によると、上盛層を耐摩耗性に優れるタングステンカーバイトを含む材料で施し、下盛層をそれよりも硬度が低いが、母材との密着力が高く、母材熱影響部の緩和の効果がある材料とすることで、材料費や施工性が確保される。
【0019】
第６の発明の混練装置は、第１から第５のいずれか１つの発明の混練パドルが複数個固定された回転軸を有する。
【0020】
上記の構成によると、耐摩耗性が向上した混練パドルを用いることで、耐摩耗性が向上した商品性の高い混練装置が得られる。
【0021】
第７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の外周を溶接肉盛りする混練パドルの溶接硬化肉盛方法を対象とする。
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の外周を溶接肉盛りする混練パドルの溶接硬化肉盛方法を対象とする。
【0022】
そして、上記混練パドルの溶接硬化肉盛方法は、
溶接下盛工程において、
パドル本体の複数の頂部を上記回転軸の軸方向に沿ってそれぞれ溶接硬化肉盛りし、
上記複数の頂部のうち、一方の上記頂部から他方の頂部に向かって移動しながら上記回転軸の軸方向に沿って回転方向側面の全体を順次溶接硬化肉盛りし、全ての上記回転方向側面を溶接硬化肉盛りし、
軸方向から見て上記回転軸が挿通される軸挿通孔の周縁のボス部の外周面から上記頂部に向かって移動しながら該ボス部の外周面に沿う円弧状に順次溶接硬化肉盛し、全ての該ボス部を除く表面の全体に溶接下盛層を形成し、
上記溶接下盛工程の後に、溶接上盛工程において、
上記パドル本体の複数の頂部を上記回転軸の軸方向に沿ってそれぞれ溶接硬化肉盛りし、
上記複数の頂部のうち、一方の上記頂部から他方の頂部に向かって移動しながら上記回転軸の軸方向に沿って回転方向側面の全体を順次溶接硬化肉盛りし、全ての上記回転方向側面を溶接硬化肉盛りし、
軸方向から見て上記回転軸が挿通される軸挿通孔の周縁のボス部の外周面から上記頂部に向かって移動しながら該ボス部の外周面に沿う円弧状に順次溶接硬化肉盛し、全ての該ボス部を除く表面の全体に溶接硬化肉盛層を形成する構成とする。
溶接下盛工程において、
パドル本体の複数の頂部を上記回転軸の軸方向に沿ってそれぞれ溶接硬化肉盛りし、
上記複数の頂部のうち、一方の上記頂部から他方の頂部に向かって移動しながら上記回転軸の軸方向に沿って回転方向側面の全体を順次溶接硬化肉盛りし、全ての上記回転方向側面を溶接硬化肉盛りし、
軸方向から見て上記回転軸が挿通される軸挿通孔の周縁のボス部の外周面から上記頂部に向かって移動しながら該ボス部の外周面に沿う円弧状に順次溶接硬化肉盛し、全ての該ボス部を除く表面の全体に溶接下盛層を形成し、
上記溶接下盛工程の後に、溶接上盛工程において、
上記パドル本体の複数の頂部を上記回転軸の軸方向に沿ってそれぞれ溶接硬化肉盛りし、
上記複数の頂部のうち、一方の上記頂部から他方の頂部に向かって移動しながら上記回転軸の軸方向に沿って回転方向側面の全体を順次溶接硬化肉盛りし、全ての上記回転方向側面を溶接硬化肉盛りし、
軸方向から見て上記回転軸が挿通される軸挿通孔の周縁のボス部の外周面から上記頂部に向かって移動しながら該ボス部の外周面に沿う円弧状に順次溶接硬化肉盛し、全ての該ボス部を除く表面の全体に溶接硬化肉盛層を形成する構成とする。
【0023】
上記の構成によると、混練作業中に被混練物と接触して摩耗され得る外表面全体を溶接下盛層と溶接上盛層との複数層で硬化肉盛り溶接することで、耐摩耗性が確実に向上する。また、回転方向側面の全体を軸方向表裏面の溶接よりも先に行うことで、角部に膨らみが生じない。
【0024】
第８の発明では、第７の発明において、
上記溶接上盛工程において、上記ボス部の外周面に沿う円弧状に順次溶接硬化肉盛した後、上記複数の頂部を再び肉盛りして補強層を形成する。
上記溶接上盛工程において、上記ボス部の外周面に沿う円弧状に順次溶接硬化肉盛した後、上記複数の頂部を再び肉盛りして補強層を形成する。
【0025】
上記の構成によると、一連の溶接工程において、特に耐摩耗性が必要な頂部の溶接が容易かつ確実に行われる。
【0026】
第９の発明では、第７又は第８の発明において、
レーザークラッディングによって上記ボス部を除く全表面に溶接硬化肉盛りを行う。
レーザークラッディングによって上記ボス部を除く全表面に溶接硬化肉盛りを行う。
【0027】
上記の構成によると、プラズマアーク溶接等に比べ、入熱をできるだけ抑えることができるので、軸挿通孔周辺などの母材の歪み、割れ、残留応力などの熱影響を少なくすることができる。
【0028】
第１０の発明では、第７から第９のいずれか１つの発明において、
溶接下盛工程において、上記頂部に２層溶接した後、上記回転方向側面の全体及び上記ボス部を除く両側表面の全体に１層溶接し、
溶接上盛工程において、上記頂部に２層溶接した後、上記回転方向側面の全体及び上記ボス部を除く両側表面の全体に１層溶接した後、最後に上記頂部に１層溶接する。
溶接下盛工程において、上記頂部に２層溶接した後、上記回転方向側面の全体及び上記ボス部を除く両側表面の全体に１層溶接し、
溶接上盛工程において、上記頂部に２層溶接した後、上記回転方向側面の全体及び上記ボス部を除く両側表面の全体に１層溶接した後、最後に上記頂部に１層溶接する。
【0029】
上記の構成によると、溶接下盛工程において、頂部に２層溶接しておくことで、最終形状が整いやすくなり、最後に頂部に１層溶接することで、頂部に凹部が形成されるのを防ぐことができる。これにより、面積が狭い上に、摩耗が進みやすい頂部の層数を高くすることで、形状を整えながら、耐摩耗性を向上させることができる。
【発明の効果】
【0030】
以上説明したように、本発明によれば、軸挿通孔の周縁のボス部を除く外表面全体に溶接硬化肉盛層を形成したことにより、混練パドルの耐久性を確実に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0031】
【図1】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。
【図2A】混練パドルを示す正面図である。
【図2C】硬化溶接肉盛りした後の混練パドルを示す写真である。
【図3】本発明の実施形態にかかる混練パドルを有する混練機の概要を示す断面図である。
【図4A】溶接下盛工程及び溶接上盛工程における一方の頂部を溶接する工程を示す斜視図である。
【図4B】溶接下盛工程及び溶接上盛工程における他方の頂部を溶接する工程を示す斜視図である。
【図4C】溶接下盛工程及び溶接上盛工程における一方の頂部から他方の頂部に向かって回転方向側面を硬化溶接肉盛りする工程を示す斜視図である。
【図4D】溶接下盛工程及び溶接上盛工程における他方の頂部から一方の頂部に向かって回転方向側面を硬化溶接肉盛りする工程を示す斜視図である。
【図4E】正面側の、軸挿通孔の周縁のボス部の外周面から一方の頂部に向かって移動しながら該ボス部の外周面に沿う円弧状に順次溶接硬化肉盛する工程を示す正面図である。
【図4F】正面側の、軸挿通孔の周縁のボス部の外周面から他方の頂部に向かって移動しながら該ボス部の外周面に沿う円弧状に順次溶接硬化肉盛する工程を示す正面図である。
【図4G】背面側の、軸挿通孔の周縁のボス部の外周面から一方の頂部に向かって移動しながら該ボス部の外周面に沿う円弧状に順次溶接硬化肉盛する工程を示す背面図である。
【図4H】背面側の、軸挿通孔の周縁のボス部の外周面から他方の頂部に向かって移動しながら該ボス部の外周面に沿う円弧状に順次溶接硬化肉盛する工程を示す背面図である。
【図5A】頂部における断面マクロ、下盛及び上盛の断面ミクロを示す写真である。
【図5B】正面又は背面の平面部における断面マクロ、下盛及び上盛の断面ミクロを示す写真である。
【図5C】回転方向側面のＲ面における断面マクロ、下盛及び上盛の断面ミクロを示す写真である。
【図6】各種耐摩耗方法の比較した結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0032】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【0033】
－混練パドルの構成－
図１及び図３に本発明の実施形態の混練パドル５を有する混練装置２０を示し、この混練装置２０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２０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、回転モータ２１に回転駆動されるようになっている。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。被混練材料は、材料投入口２２から投入され、回転軸４で混練されて、材料排出口２３から排出されるようになっている。なお、図１に示すように、トラフ２外周のジャケット３内に熱媒体が流通可能となっていてもよい。
図１及び図３に本発明の実施形態の混練パドル５を有する混練装置２０を示し、この混練装置２０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２０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、回転モータ２１に回転駆動されるようになっている。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。被混練材料は、材料投入口２２から投入され、回転軸４で混練されて、材料排出口２３から排出されるようになっている。なお、図１に示すように、トラフ２外周のジャケット３内に熱媒体が流通可能となっていてもよい。
【0034】
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（回転方向側面）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。
【0035】
図２Ａ及び図２Ｂ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（回転方向側面１５）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。
【0036】
上記パドル本体６に用いるステンレス鋼としては、ＳＵＳ３０４や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。
【0037】
そして、図２Ｃに示すように、混練パドル５では、パドル本体６の一対の頂部１３（１３ａ，１３ｂ）、これら一対の頂部１３の間の回転方向側面１５の全体及び軸方向から見て回転軸４が挿通される軸挿通孔８ａの周縁のボス部８を除く両側表面（正面及び背面の表面）１４の全体に溶接硬化肉盛層１６が形成されている。
【0038】
この溶接硬化肉盛層１６は、溶接下盛層１６ａと、この溶接下盛層１６ａよりも硬度の高い材料で、この溶接下盛層１６ａの全面を覆う溶接上盛層１６ｂとからなる。例えば、溶接下盛層１６ａの溶接材料は、ニッケル基合金（ＮｉII）よりなり、溶接上盛層１６ｂの溶接材料は、ニッケル及びタングステンカーバイトの合金（ＮｉII＋５０％Ｗ２Ｃ）よりなるが、必ずしもこれらの溶接材料に限定されない。このように、上盛層を硬度の高い耐摩耗性に優れる材料で施し、下盛層をそれよりも硬度の低い材料とすることで、材料費や施工性が確保される。また、下盛と上盛の溶接材料を変えることで、上盛で耐摩耗性を確保しながら、下盛は、母材との密着力アップ（境界部の成分を安定）させる材料及び母材熱影響部の緩和の効果がある材料を選択できる。
【0039】
本実施形態では、混練作業中に被混練物と接触して摩耗され得る外表面１３，１４，１５全体を溶接下盛層１６ａと溶接上盛層１６ｂとの複数層で硬化肉盛り溶接することで、耐摩耗性が確実に向上する。外表面１３，１４，１５のみを耐摩耗性の高い肉盛りを設けることで耐摩耗性を確保できるので、母材自体は、タングステンカーバイトのような重くて加工しにくい材料を使わなくてよくなると共に、靱性のある部材を用いることができる。また、メッキや溶射に比べて母材と溶接肉盛りとの密着度を確保できると共に、最低限必要な程度の肉厚のある層を設けることができる。
【0040】
本実施形態では、特に耐摩耗性を必要とする頂部１３において補強層を設けることで、混練パドル５全体の耐摩耗性が向上する。
【0041】
本実施形態では、溶接上盛層１６ｂは、補強層において２層で、この補強層以外は１層としてもよいが、特に頂部１３の形状の安定性も考慮すれば、例えば、溶接下盛層１６ａが２層で溶接上盛層１６ｂが３層の合計５層としてもよい。要は、補強層の層数を他の領域の層数よりも多層にするとよい。このように、補強層の肉盛り工程を他の領域よりも増やすことで容易に頂部１３の耐摩耗性を向上させることができる。
【0042】
本実施形態では、耐摩耗性が向上した混練パドル５を用いることで、耐摩耗性が向上した商品性の高い混練装置２０が得られる。
【0043】
－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。
次に、混練パドル５の製造方法について簡単に説明する。
【0044】
まず、パドル本体６を予熱し、その予熱下において、レーザークラッディング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、パドル本体６の一対の頂部１３、これら一対の複数の頂部１３の間の回転方向側面１５の全体及び軸方向から見て回転軸４が挿通される軸挿通孔８ａの周縁のボス部８を除く両側表面１４の全体に溶接硬化肉盛層１６を施す。レーザークラッディングでは、入熱をできるだけ抑えることができるので、軸挿通孔８ａ周辺などの母材の歪み、割れ、残留応力などの熱影響を少なくすることができる。
【0045】
具体的には、まず、溶接下盛工程において、図４Ａに示すように、パドル本体６の一方の頂部１３ａを回転軸４の軸方向（図２Ａの表裏方向、図２Ｂの左右方向）に沿って溶接硬化肉盛りする。次いで、図４Ｂに示すように、他方の頂部１３ｂも回転軸４の軸方向に沿って溶接硬化肉盛りする。頂部１３が３つ以上ある場合も、同様にそれぞれの頂部１３について行う。このとき、例えば下盛層を約１ｍｍとする。この下盛層をそれぞれの頂部１３において２層設けてもよい。溶接範囲の狭い頂部１３に溶接下盛層１６ａを２層設けておけば、最終形状が整いやすくなる。
【0046】
次いで、図４Ｃに示すように、一方の頂部１３ａから他方の頂部１３ｂに向かって移動しながら回転軸４の軸方向に沿って回転方向側面１５の全体を順次溶接硬化肉盛りする。
【0047】
次いで、図４Ｄに示すように、他方の頂部１３ｂから一方の頂部１３ａに向かって移動しながら回転軸４の軸方向に沿って回転方向側面１５の全体を順次溶接硬化肉盛りし、全ての回転方向側面１５を溶接硬化肉盛りする。頂部１３が３つ以上ある場合も、同様にそれぞれの頂部１３から別の頂部１３に向かって同様の溶接を行う。この回転方向側面１５では、必ずしも頂部１３のように２層に溶接を施さなくてもよい。次の軸方向の両側表面１４の溶接を行う前に、回転方向側面１５を先に溶接することで、角部に膨らみが生じることを軽減できる。
【0048】
次に、図４Ｅに示すように、ボス部８の膨出高さの高い正面側の、軸方向から見て回転軸４が挿通される軸挿通孔８ａの周縁のボス部８の外周面から一方の頂部１３ａに向かって移動しながら、このボス部８の外周面に沿う円弧状に両側表面１４の一方を溶接硬化肉盛する。同様に、図４Ｆに示すように、ボス部８の膨出高さの高い正面側の、軸方向から見て回転軸４が挿通される軸挿通孔８ａの周縁のボス部８の外周面から他方の頂部１３に向かって移動しながらこのボス部８の外周面に沿う円弧状に両側表面１４の一方を溶接硬化肉盛する。
【0049】
次いで、パドル本体６を裏返して、図４Ｇに示すように、ボス部８の膨出高さの低い背面側の、軸方向から見て回転軸４が挿通される軸挿通孔８ａの周縁のボス部８の外周面から一方の頂部１３ａに向かって移動しながらこのボス部８の外周面に沿う円弧状に両側表面１４の他方を溶接硬化肉盛する。同様に、図４Ｈに示すように、ボス部８の膨出高さの低い背面側の、軸方向から見て回転軸４が挿通される軸挿通孔８ａの周縁のボス部８の外周面から他方の頂部１３ｂに向かって移動しながらこのボス部８の外周面に沿う円弧状に両側表面１４の他方を溶接硬化肉盛する。このようにしてボス部８を除く外表面１３，１４，１５の全体に溶接下盛層１６ａを形成する。
【0050】
この溶接下盛工程の後の溶接上盛工程においても同様に、図４Ａ～図４Ｈの順でボス部８を除く外表面１３，１４，１５の全体に溶接下盛層１６ａの上から溶接上盛層１６ｂを施す。図４Ａ及び図４Ｂに示す、頂部１３の溶接においては、溶接上盛層１６ｂを１層だけ設けてもよいが、２層設けてもよい。
【0051】
最後に図４Ｈの溶接上盛層１６ｂが施された後、図４Ａ及び図４Ｂに示す頂部１３の溶接上盛を両方の頂部１３を再び肉盛りして補強層を形成する。頂部１３の溶接を最後に行うことで、頂部１３が凹んだ形状となるのを防ぐことができる。
【0052】
本実施形態では、混練作業中に被混練物と接触して摩耗され得る混練パドル５の外表面１３，１４，１５全体を溶接下盛層１６ａと溶接上盛層１６ｂとの複数層で硬化肉盛り溶接することで、耐摩耗性が確実に向上する。
【0053】
溶接上盛工程において、ボス部８の外周面に沿う円弧状に両側表面１４を順次溶接硬化肉盛した後、複数の頂部１３を再び肉盛りして補強層を形成したので、頂部１３は、溶接下盛層１６ａが１又は２層で、溶接上盛層１６ｂが２又は３盛りとなり、頂部１３の溶接硬化肉盛層１６は、３層又は５層となる。それ以外の溶接硬化肉盛層１６は、溶接下盛層１６ａが１層で、溶接上盛層１６ｂも１層の合計２層となる。
【0054】
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。
【0055】
次いで、目視で割れ、欠肉等がないか検査する。溶接上盛層１６ｂにおける割れは、ある程度発生し、余熱方法や成分（タングステンカーバイドの比率）を工夫することで緩和させることはできるが、完全になくすことは難しい。したがって、割れが多くなりすぎていないかどうかを確認する。
【0056】
次いで、溶接硬化肉盛層１６の外面形状仕上げ等を実施し、図２Ｃに示す混練パドル５が完成する。
【0057】
本実施形態では、一連の溶接工程において、特に耐摩耗性が必要な頂部１３を含む外表面１３，１４，１５全体の溶接が容易かつ確実に行われる。
【0058】
－実施例－
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の断面形状を図５Ａ～図５Ｃに示す。本実施例では、母材がＳＵＳ３０４のパドル本体６を使用し、ニッケル基合金による溶接下盛層１６ａが１層で、タングステンカーバイト５０％含有のニッケル合金の溶接上盛層１６ｂが頂部１３において２層、頂部１３以外で１層行われた。
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の断面形状を図５Ａ～図５Ｃに示す。本実施例では、母材がＳＵＳ３０４のパドル本体６を使用し、ニッケル基合金による溶接下盛層１６ａが１層で、タングステンカーバイト５０％含有のニッケル合金の溶接上盛層１６ｂが頂部１３において２層、頂部１３以外で１層行われた。
【0059】
図５Ａに、下盛１層、上盛２層の、頂部１３における断面マクロ、下盛及び上盛の断面ミクロを示す。図５Ｂに、軸方向両側表面１４の平面部における断面マクロ、下盛及び上盛の断面ミクロを示す。図５Ｃに、円弧状外周面（Ｒ面）における断面マクロ、下盛及び上盛の断面ミクロを示す。
【0060】
これらの写真を見ても分かるように、頂部１３の下盛層などが他の領域に比べて薄くなっているが、これは、頂部１３の形状に起因すると考えられるので、下盛を２層にすることで対応可能である。
【0061】
また、上盛層に若干の亀裂の発生が確認されたが、これは、混練装置２０での使用で問題のないレベルであることが分かった。
【0062】
図６に示すように、耐摩耗対策のないＳＵＳ３０４のような金属素材そのものでは、耐摩耗性を確保できない。
【0063】
タングステンカーバイトの焼結剤は、耐摩耗性は十分で、耐摩耗材の厚さは十分あるが、重いという欠点があり、入手も困難である。耐摩耗性対策のある各メーカーの特殊鋼材も同様である。
【0064】
メッキや溶射などの表面処理では、耐摩耗性はある程度確保できるが、耐摩耗材の厚みが薄く、母材との密着性が低く、剥離しやすいという欠点があり、薄すぎて角部の肉盛りが困難である。
【0065】
蒸着や窒化などの表面処理では、耐摩耗性はある程度確保でき、母材との密着性も高いが、耐摩耗材の厚みが薄く、剥離しやすいという欠点があり、薄すぎて角部の肉盛りが困難である。
【0066】
プラズマアーク溶接では、耐摩耗性はある程度確保でき、母材との密着性も高く、耐摩耗材の厚みも確保できるが、入熱量が多く、全面肉盛り溶接すると、母材に歪み、割れ、残留応力が発生するなどの熱影響が大きい。
【0067】
しかし、本実施形態のようなレーザクラッティングによると、耐摩耗性が高く、母材としてＳＵＳ３０４等を使用できて全体の重さが軽くて加工も容易であり、耐摩耗材の厚みも層数を工夫することで容易に確保でき、母材との密着性も高く、プラズマアーク溶接等に比べて入熱量が低くて熱影響を受けにくく、全面肉盛りが容易であり、材料の入手性もよいという格段に有利な特徴がある。
【0068】
したがって、本実施形態に係る混練パドルによると、軸挿通孔８ａの周縁のボス部８を除く外表面１３，１４，１５全体に溶接硬化肉盛層１６を形成したことにより、混練パドル５の耐久性を確実に向上させることができる。
【0069】
（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。
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。
【0070】
すなわち、図７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２Ａ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（回転方向側面１５）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、ボス部８を除く外表面１３，１４，１５全体に、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。
【0071】
また、上記実施形態では、混練パドル５は、頂部１３が軸方向に直線状に延びるようにパドル本体６を形成しているが、撹拌機能の他に送り機能をも持たせるため、頂部１３が１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てもよい。この場合も、上記実施形態と同様の手順で溶接加工を行うとよい。
【0072】
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。
【符号の説明】
【0073】
１ ケーシング
２ トラフ
２ａ 混練室
３ ジャケット
４ 回転軸
５，５’ 混練パドル
６ パドル本体
７ キー溝
８ ボス部
８ａ 軸挿通孔
１３ 頂部
１３ａ 一方の頂部
１３ｂ 他方の頂部
１４ 両側表面
１５ 回転方向側面
１６ 溶接硬化肉盛層
１６ａ 溶接下盛層
１６ｂ 溶接上盛層
２０ 混練装置
２１ 回転モータ
２２ 材料投入口
２３ 材料排出口
２ トラフ
２ａ 混練室
３ ジャケット
４ 回転軸
５，５’ 混練パドル
６ パドル本体
７ キー溝
８ ボス部
８ａ 軸挿通孔
１３ 頂部
１３ａ 一方の頂部
１３ｂ 他方の頂部
１４ 両側表面
１５ 回転方向側面
１６ 溶接硬化肉盛層
１６ａ 溶接下盛層
１６ｂ 溶接上盛層
２０ 混練装置
２１ 回転モータ
２２ 材料投入口
２３ 材料排出口
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図4D】
【図4E】
【図4F】
【図4G】
【図4H】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図6】
【図7】