(57)【要約】【課題】ケーシングに形成された混練室の内壁面の摩耗の進行程度を、混練装置を停止させることなく確認することができる構成の混練装置を提供すること。【解決手段】混練装置（１）は、ケーシング（３）の壁部（３ｂ）に非貫通穴で形成されたセンサ設置穴（１６）と、センサ設置穴（１６）の底部に先端部（１７ａ）が配置される摩耗検知センサ（１４）と、摩耗検知センサ（１４）からの信号が入力される制御装置（１５）であって、混練室（２）の内壁面（３ａ）の摩耗の進行を、信号の変化に基づいて判断する摩耗判定部（２２）を有する制御装置（１５）と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
混練室を内部に形成するケーシングと、
前記混練室に配置され被混練物を混練する混練ロータであって、前記混練室の内壁面と混練翼頂部との間のチップクリアランスで被混練物に剪断力を付与する混練翼を有する混練ロータと、
前記ケーシングの壁部に非貫通穴で形成されたセンサ設置穴と、
前記センサ設置穴の底部に先端部が配置される摩耗検知センサと、
前記摩耗検知センサからの信号が入力される制御装置であって、前記内壁面の摩耗の進行を、前記信号の変化に基づいて判断する摩耗判定部を有する制御装置と、
を備える混練装置。
【請求項２】
請求項１に記載の混練装置において、
前記摩耗検知センサの前記先端部が前記センサ設置穴の底面に当接されている、
混練装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の混練装置において、
前記摩耗検知センサとして接触式温度センサが用いられている、
混練装置。
【請求項４】
請求項３に記載の混練装置において、
前記接触式温度センサとして熱電対が用いられている、
混練装置。
【請求項５】
請求項４に記載の混練装置において、
前記熱電対として接地型のシース熱電対が用いられている、
混練装置。
【請求項６】
請求項３から請求項５までのいずれか１項に記載の混練装置において、
前記摩耗判定部は、前記接触式温度センサの前記先端部が断線した際の前記信号の変化に基づいて、前記内壁面の摩耗の進行を判断する、
混練装置。
【請求項７】
請求項６に記載の混練装置において、
前記接触式温度センサは、前記内壁面から所定の距離離れた位置に前記先端部が配置されている、
混練装置。
【請求項８】
請求項７に記載の混練装置において、
前記所定の距離は、０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下である、
混練装置。
【請求項９】
請求項１または２に記載の混練装置において、
前記摩耗検知センサとして圧力センサが用いられている、
混練装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の混練装置において、
前記摩耗判定部は、前記センサ設置穴が前記混練室に通じた際の前記信号の変化に基づいて、前記内壁面の摩耗の進行を判断する、
混練装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の混練装置において、
前記センサ設置穴の底面が前記内壁面から所定の距離離れた位置に配置されている、
混練装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の混練装置において、
前記所定の距離は、０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下である、
混練装置。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれかに記載の混練装置において、
前記混練ロータの軸方向から前記ケーシングを視たときの断面視において、
前記混練室が前記混練ロータを一対で収容するようにまゆ型形状とされており、
前記断面視における前記ケーシングの前記壁部に関して、前記一対の混練ロータの軸心同士を結ぶ直線と各軸心で垂直に交わる一対の直線に対して外側に位置する円弧状部分に、前記混練ロータの径方向へ延びる向きで前記摩耗検知センサが配置されている、
混練装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の混練装置において、
前記一対の混練ロータは、それぞれの軸心を中心として前記混練翼頂部が上方から下方に向かって互いに内向きに回転するように設けられており、
前記円弧状部分における前記軸心同士を結ぶ直線から下側の範囲に、前記摩耗検知センサが少なくとも１つ配置されている、
混練装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、混練室の内壁面の摩耗を検知する機能を備える、プラスチックやゴムなどの高分子材料を混練するための混練装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラスチックやゴムなどの高分子材料は粘弾性物質であり、上記混練装置は、当該混練装置を構成するケーシングに形成された混練室の内壁面とプラスチックやゴムなどの高分子材料（被混練物）との間に強い摩擦が生じる状態で使用される。また、上記混練装置の一例には、タイヤの原料となるゴムの混練に用いられる装置がある。近年のタイヤは、その原料となるゴムにシリカのような高硬度物質が高い割合で配合されることが多いので、混練室の内壁面の摩耗はより激しいものとなる。
【０００３】
ここで、混練室の内壁面を点検するのに用いることができる従来技術として、例えば特許文献１に記載の内部点検装置がある。この従来技術は次のように構成されている。上記内部点検装置は、混練装置の内部を撮影する撮影部と、混練装置の内部を照らす照明部と、上記撮影部を混練装置の内部に上下移動可能に吊り下げ支持する吊下支持部材と、混練装置の外部から上記撮影部を操作する操作部と、を備える。
【０００４】
上記内部点検装置によると、混練装置の内部状況の観察を少人数で簡便に行うことができ、混練装置の内部を簡単に点検することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１６−３７０２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来技術である特許文献１に記載の内部点検装置によると、混練室の内壁面の外観を確認することは可能であるが、運転中の確認はできないため、点検時には混練装置を停止させる必要がある。また、混練室の内壁面がどの程度摩耗しているかを定量的に確認することは難しい。
【０００７】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、混練室の内壁面の摩耗の進行程度を、混練装置を停止させることなく確認することができる構成の混練装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る混練装置は、混練室を内部に形成するケーシングと、前記混練室に配置され被混練物を混練する混練ロータであって、前記混練室の内壁面と混練翼頂部との間のチップクリアランスで被混練物に剪断力を付与する混練翼を有する混練ロータと、前記ケーシングの壁部に非貫通穴で形成されたセンサ設置穴と、前記センサ設置穴の底部に先端部が配置される摩耗検知センサと、前記摩耗検知センサからの信号が入力される制御装置であって、前記内壁面の摩耗の進行を、前記信号の変化に基づいて判断する摩耗判定部を有する制御装置と、を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、混練室の内壁面の摩耗の進行程度を、混練装置を停止させることなく確認することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係る混練装置の正面断面図である。
【図２】図１中のケーシング部分の拡大図である。
【図３Ａ】図２のケーシング部分の変形例に相当する図である。
【図３Ｂ】図２のケーシング部分の更なる変形例に相当する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための形態について密閉型の混練装置１を例に、図１、２を参照しつつ説明する。
【００１２】
まず、混練装置１の全体構成について説明する。図１に示すように、混練装置１は、混練室２を内部に形成するケーシング３と、混練室２内に配置された一対の混練ロータ４，５と、ケーシング３の上方開口部に立設されたホッパ６付きの材料供給筒７と、この供給筒７内に上下動自在に挿通されたフローティングウェイト８とを備えている。
【００１３】
材料供給筒７の上部には空圧シリンダ９が連結されていて、この空圧シリンダ９内のピストン１０は、同シリンダ９の下蓋を気密に貫通するピストンロッド１１を介してフローティングウェイト８に連結されている。空圧シリンダ９内の上部に形成されている空間が加圧されてフローティングウェイト８が下降すると、ホッパ６から供給された被混練物は、材料供給筒７内を経てケーシング３内に押し込まれる。被混練物は、プラスチックやゴムなどの高分子材料を主な構成材料とするものである。なお、空圧シリンダ９に代えて、油圧シリンダや電動リニアアクチュエータが用いられることもある。
【００１４】
ケーシング３の底部に設けられた排出口は、ロータリアクチュエータにより開閉自在なドロップドア１２によって、混練時は閉塞されており、混練室２内で所定時間だけ混練された混練物（混練済み材料）は、このドロップドア１２を開放することにより、装置外に排出される。
【００１５】
混練ロータ４，５は、相互に対向するロータの内側部分が下方に移動するように互いに異なる方向に回転するようになっており（図１参照）、図２に示すように、複数の混練翼１３を外周面に有する。すなわち、一対の混練ロータ４，５は、それぞれの軸心Ｃ，Ｃを中心として混練ロータ４の混練翼頂部１３ａと混練ロータ５の混練翼頂部１３ａが上方から下方に向かって互いに内向きに回転するようになっている。複数の混練翼１３は、その混練翼頂部１３ａとケーシング３に形成された混練室２の内壁面３ａとの間の隙間（チップクリアランスＴＣ）で被混練物に剪断力を付与する。また、混練翼１３は、ロータ軸心Ｃまわりに螺旋状に捩られており、この捩れにより、被混練物はロータの軸方向に押され、軸方向の流れが生じる。なお、チップクリアランスＴＣとは、混練翼１３の先端面である混練翼頂部（チップ部）１３ａと、混練室２の内壁面３ａとの隙間のことをいう。
【００１６】
ここで、ケーシング３に形成された混練室２の内壁面３ａは、上記チップクリアランスＴＣの被混練物との間に生じる強い摩擦により摩耗していく。ケーシング３の壁部３ｂ内には、混練ロータ４，５の軸方向に延びる冷却流路（不図示）が形成されており、内壁面３ａの摩耗が進行すると、上記冷却流路に亀裂が発生したり、冷却流路が破損したりすることがある。また、内壁面３ａの摩耗が進行して上記チップクリアランスＴＣが設計値よりも過大になると、混練不良の混練物がドロップドア１２から排出されてしまう可能性がある。
【００１７】
そこで、混練装置１は、ケーシング３の内壁面３ａの摩耗の進行程度を確認するための摩耗検知センサとしてのシース熱電対１４を有する。このシース熱電対１４からの信号はケーブル２１を経て制御装置１５に入力される。図２に示すように、シース熱電対１４は、保護管１７（シース）と、保護管１７の内部に挿入された熱電対素線１８とを有する。熱電対素線１８は、保護管１７の先端部１７ａの内面に溶接される。この溶接部が測温接点であり、このような熱電対は接地型のシース熱電対と呼ばれる。
【００１８】
上記シース熱電対１４は、少なくとも検知部である先端部１７ａがケーシング３の壁部３ｂ内に配置される。詳しくは、摩耗検知センサとしてのシース熱電対１４は、上記壁部３ｂに非貫通穴で形成されたセンサ設置穴１６（以降、単に穴１６という。）の底部に先端部１７ａが配置される。また、シース熱電対１４の先端部１７ａは、混練ロータ４の径方向外側へ向かう方向へケーシング３の内壁面３ａから所定の距離Ｌ離れた位置に配置される。なお、所定の距離Ｌは、長すぎると内壁面３ａの摩耗の適切な、把握すべきタイミングにおける検出に支障をきたす。距離Ｌは、好ましくは０.５ｍｍ以上５ｍｍ以下とし、さらに好ましくは０.５ｍｍ以上３ｍｍ以下である。所定の距離Ｌは混練装置のサイズ等に応じて適宜設定することができる。
【００１９】
ケーシング３への上記シース熱電対１４の組み込み構造は例えば次のとおりである。
【００２０】
混練ロータ４の径方向に延びる有底の穴１６がケーシング３の外側から内側に向けて空けられる。この穴１６にシース熱電対１４が差し込まれ、その先端部１７ａが混練室２の内壁面３ａから所定の距離離れた位置に配置されている。本実施形態においては、先端部１７ａが上記穴１６の底面１６ｘに当接される。そのため、本実施形態においては、混練室２の内壁面３ａと穴１６の底面１６ｘとの間の距離が、上記所定の距離Ｌと実質的に同じである。シース熱電対１４は、その先端部１７ａが上記穴１６の底面１６ｘに当接された状態で、例えば次のようにしてケーシング３に固定される。保護管１７は、一対の板材１９，２０により挟持され、一対の板材１９，２０は、ケーシング３の外周面に図示なきボルトなどで固定される。一対の板材１９，２０により穴１６の開口は塞がれる。なお、保護管１７は、外周面がネジ加工されたものであって、そのネジ加工された部分に螺合する孔を有する板材を用い、ナットなどにより保護管１７と固定された板材がケーシング３の外周面に固定されてもよい。このように、ケーシング３へのシース熱電対１４の固定方法は、図２に示すものに限定されない。
【００２１】
ここで、図２中に示す円弧（半円）の二点鎖線Ｒは、シース熱電対１４の先端部１７ａが配置される好ましい範囲を示す。本実施形態の混練装置１は、混練ロータ４，５の軸方向からケーシング３を視たときの断面視において、混練室２が混練ロータ４，５を一対で収容するようにまゆ型形状とされている。本実施形態のように、この断面視におけるケーシング３の外側の半円部分のいずれかの箇所に、混練ロータ４，５の径方向へ延びる向きで摩耗検知センサ（本実施形態ではシース熱電対１４）が配置されることが好ましい。詳しくは、図２、図３Ａおよび図３Ｂに示すように、ケーシング３の壁部３ｂに関して、一対の混練ロータ４，５の軸心Ｃ，Ｃ同士を結ぶ直線と各軸心Ｃ，Ｃで垂直に交わる一対の直線に対しておおよそ外側に位置する円弧状部分に、混練ロータ４，５の径方向へ延びる向きで摩耗検知センサが配置されている。また、実施形態においては、それぞれの軸心Ｃ，Ｃを中心として混練ロータ４の混練翼頂部１３ａと混練ロータ５の混練翼頂部１３ａが上方から下方に向かって互いに内向きに回転するようになっている。そのため、上記円弧状部分における軸心Ｃ，Ｃ同士を結ぶ直線から下側の範囲に、摩耗検知センサが少なくとも１つ配置されていることがより好ましい。
【００２２】
摩耗検知センサである上記シース熱電対１４によって、混練室２の内壁面３ａの摩耗の進行程度が次のようにして定量的に確認される。
【００２３】
混練室２内に押し込まれた被混練物が混練ロータ４，５により混練される際、混練室２の内壁面３ａは、チップクリアランスＴＣ（混練翼頂部１３ａと内壁面３ａとの隙間）の被混練物との間に生じる強い摩擦により摩耗していく。内壁面３ａが当該内壁面３ａから距離Ｌに相当するだけ摩耗すると、シース熱電対１４の先端部１７ａが混練室２内に露出する。すると、その先端部１７ａがチップクリアランスＴＣの被混練物と強く接触し、先端部１７ａの熱電対素線１８が断線（損傷）する。この断線がシース熱電対１４の出力する信号の変化として制御装置１５に入力されることにより、制御装置１５の摩耗判定部２２は、上記先端部１７ａが断線した際の上記信号の変化に基づいて、混練室２の内壁面３ａの摩耗が当該内壁面３ａから距離Ｌの位置まで進行したと判断する。混練室２の内壁面３ａの摩耗が当該内壁面３ａから距離Ｌの位置まで進行したことは、例えば、制御装置１５に表示部が設けられ、その表示部に表示されたり、制御装置１５に警報発生部が設けられ、警報を発せられたりすることで、オペレータなどに知らせられる。
【００２４】
本実施形態の混練装置１によれば、混練室２の内壁面３ａの摩耗の進行程度を、混練装置１を停止させることなく確認することができる。また、摩耗検知センサであるシース熱電対１４の検知部である先端部１７ａが、予め内壁面３ａから上記所定の距離Ｌ離れた位置となるように、穴１６内に設置されているため、内壁面３ａの摩耗の進行程度を定量的に確認することができる。
【００２５】
摩耗検知センサとしてのシース熱電対１４の先端部１７ａがケーシング３の壁部３ｂにあけられた穴１６の底面１６ｘに当接されることで、上記摩耗の進行程度はより正確に確認される。
【００２６】
また、混練室２の内壁面３ａの摩耗が進行していくと、内壁面３ａと穴１６の底面１６ｘとの間の距離が短くなっていき、停止している混練ロータ４，５が起動された際の、シース熱電対１４により検出される温度の上昇率が高くなる。すなわち、シース熱電対１４のような温度センサが摩耗検知センサとして用いられ、その検知部である先端部１７ａが穴１６の底面１６ｘに当接されることで、混練室２の内壁面３ａの摩耗が進行していることを、混練装置１起動後の温度上昇率の大小で把握することが可能となる。
【００２７】
温度センサとして熱電対を用いることで、摩耗検知センサとしての温度センサを簡易に構成することができる。また、各種の熱電対の中でも、本実施形態のように接地型のシース熱電対１４を用いることで、非接地型のシース熱電対の場合よりも摩耗の進行程度をより正確に確認することができる。
【００２８】
また、図１からわかるように、まゆ型形状の混練室２を形成するケーシング３の上方には材料供給筒７などの部材があり、下方には架台などがある。そのため、混練ロータ４，５の軸方向からケーシング３を視たときの断面視におけるケーシング３の壁部３ｂに関して、一対の混練ロータ４，５の軸心Ｃ，Ｃ同士を結ぶ直線と各軸心Ｃ，Ｃで垂直に交わる一対の直線に対しておおよそ外側に位置する円弧状部分に、混練ロータ４，５の径方向へ延びる向きで摩耗検知センサ（本実施形態ではシース熱電対１４）を配置することで、上記材料供給筒７などの部材と摩耗検知センサとの干渉を防止することができる。なお、壁部３ｂの円弧状部分に沿って且つ軸方向に設けられた図示されない冷却流路（冷却流路は同一断面において複数個所現れる）と摩耗検知センサとの干渉を防止することができる。
【００２９】
上記の実施形態は次のように変更可能である。
図３Ａに矢印で回転方向を示すように、混練ロータ４の回転方向において、摩耗検知センサである複数のシース熱電対１４がケーシング３に取付けられてもよい。言い換えると、複数のシース熱電対１４がケーシング３に対して壁部３ｂの円弧状部分に沿って取付けられてもよい。また、図３Ｂに示すように、混練ロータ４側だけでなく混練ロータ５側にもシース熱電対１４が取り付けられてもよい。さらには、摩耗の傾向に応じて、混練ロータ４，５の軸方向において、摩耗検知センサである複数のシース熱電対１４がケーシング３（壁部３ｂ）に取付けられてもよい（不図示）。なお、複数のシース熱電対１４の、ケーシング３に対する取付け位置及び取付本数は、図２、図３Ａ及び図３Ｂに限られるものではない。例えば、図３Ａで図示された３本のシース熱電対１４のうち、混練装置１の設置面（図３Ａにおける下側（上下方向においてドロップドア１２側））に最も近い１本のみ、といった構成であってもよい。また更に、シース熱電対１４を設置するための穴１６をケーシング３の壁部３ｂに対して複数個設けておき、混練室２の内壁面３ａの摩耗の進み具合の傾向等に応じて、複数の穴１６の中から選択した特定の穴に対してシース熱電対１４（摩耗検知センサ）を設置してもよい。複数の穴１６の中からシース熱電対１４（摩耗検知センサ）を設置する穴としてどれを選択するかは、オペレータが適宜決定してもよい。例えば、図３Ａにおいて、３か所設けられている穴１６ａ〜１６ｃの中で、混練装置１の設置面に略水平な方向に設けられた穴１６ｂ及び混練装置１の設置面に最も近い位置に設けられた穴１６ｃの２か所のみを選択して、それぞれにシース熱電対１４を設置してもよい。
【００３０】
熱電対以外の温度センサとして、測温抵抗体、サーミスタなどの接触式温度センサが用いられてもよい。なお、熱電対も接触式温度センサのうちの一つである。
【００３１】
摩耗検知センサとしては、温度センサに限定されるものではない。例えば、圧力センサを用いてもよい。
上記圧力センサは、少なくとも検知部である先端部がケーシング３の壁部３ｂ内に配置される。詳しくは、摩耗検知センサとしての圧力センサは、壁部３ｂに非貫通穴で形成された穴１６（センサ設置穴）の底部に先端部が配置される。このとき、穴１６の底面１６ｘが混練室２の内壁面から所定の距離Ｌ離れた位置に配置される。なお、所定の距離Ｌは、上記実施形態と同様、好ましくは０.５ｍｍ以上５ｍｍ以下とし、さらに好ましくは０.５ｍｍ以上３ｍｍ以下である。
【００３２】
摩耗検知センサである上記圧力センサによって、混練室２の内壁面３ａの摩耗の進行程度が次のようにして定量的に確認される。
内壁面３ａが当該内壁面３ａから距離Ｌに相当するだけ摩耗すると、穴１６の底部が混練室２内と連通する。すると、被混練材料が穴１６内に侵入することにより圧力センサの検知部である先端部は加圧される。このとき、加圧前と加圧後の圧力変化が圧力センサが出力する信号の変化として制御装置１５に入力されることにより、制御装置１５の摩耗判定部２２は、穴１６が混練室２に通じた際の上記信号の変化に基づいて、混練室２の内壁面３ａの摩耗が当該内壁面３ａから距離Ｌの位置まで進行したと判断する。
【００３３】
このように、圧力センサを用いることによっても、混練室２の内壁面３ａの摩耗の進行程度を、混練装置１を停止させることなく確認することができる。また、摩耗検知センサである圧力センサの検知部である先端部が予め底面１６ｘに近接した位置である穴１６の底部に配置されるとともに、穴１６の底面が混練室２の内壁面から所定の距離Ｌ離れた位置に配置されるため、圧力センサの圧力変化が生じたことを以て、内壁面３ａの摩耗の進行程度を定量的に確認することができる。
【００３４】
上記実施形態の混練装置１は、一対の混練ロータ４，５を備える二軸タイプの混練装置であるが、１本の混練ロータを備える一軸タイプの混練装置であってもよい。
【００３５】
上記実施形態の混練ロータ４，５は、ロータ回転方向において３枚の混練翼１３を備えるロータであるが、ロータ回転方向において２枚の混練翼を備える混練ロータであってもよいし、ロータ回転方向において１枚の混練翼を備える混練ロータであってもよい。
【００３６】
以上、本発明の実施形態およびその変形例について説明した。なお、本発明は、密閉型の混練装置について例示した上記実施形態およびその変形例に限定されない。その他に、当業者が想定できる範囲で種々の変更を行うことは可能である。
【符号の説明】
【００３７】
１：混練装置
２：混練室
３：ケーシング
３ａ：混練室の内壁面
３ｂ：壁部
４、５：混練ロータ
１３：混練翼
１３ａ：混練翼頂部
１４：シース熱電対（温度センサであり且つ摩耗検知センサ）
１５：制御装置
１６：穴（センサ設置穴）
１６ｘ：底面
１７ａ：先端部
２２：摩耗判定部
【図１】
2020104436.tif 000003
【図２】
2020104436.tif 000004
【図３Ａ】
2020104436.tif 000005
【図３Ｂ】
2020104436.tif 000006