(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸入口（１８）から吐出口（１９）まで連通する樹脂流路（１４）を有するハウジング（９）と、このハウジング（９）内における前記樹脂流路（１４）の軸方向両側に設けた軸受け部材（１２）と、軸方向中途部のギア部（２０）同士が前記樹脂流路（１４）内で噛合しかつ前記軸受け部材（１２）との間で溶融樹脂を介して回転するよう前記ハウジング（９）内に挿通された一対のギアロータ（１０）と、を備えている溶融樹脂用ギアポンプにおいて、
前記軸受け部材（１２）と前記ギアロータ（１０）との間で形成される環状空間部（２６）における当該ギアロータ（１０）が回転時に偏心する側とは反対側の部分の温度を計測する温度センサ（２９）が設けられていることを特徴とする溶融樹脂用ギアポンプ。
【請求項２】
軸受け部材（１２）とギアロータ（１０）との間で形成される環状空間部（２６）における当該ギアロータ（１０）が回転時に偏心する側とは反対側の部分の温度を計測する温度センサ（２９）と、
この温度センサ（２９）による検出温度が一定速度以上で低下したことに基づいてギアポンプ（１）に対する樹脂材料の供給量を減少させて前記ギアロータ（１０）の回転数を低下させる制御装置（３０）と、
を備えている溶融樹脂用ギアポンプの異常検出装置。
【請求項３】
軸受け部材（１２）とギアロータ（１０）との間で形成される環状空間部（２６）のうち、前記ギアロータ（１０）の回転時に当該環状空間部（２６）内で発生する空洞（３２）の温度を一定時間おきに検出してモニタリングしておき、
そのモニタリングしている検出温度が一定速度以上で低下したことに基づいてギアポンプ（１）に対する樹脂材料の供給量を減少させて前記ギアロータ（１０）の回転数を低下させることを特徴とする溶融樹脂用ギアポンプの異常検出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば混練造粒設備において、混練機とペレタイザとの間で溶融樹脂の昇圧に用いられるギアポンプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、樹脂混練造粒設備は、混練機と、ペレタイザと、この両者間を接続するギアポンプとから構成され、混練機からの溶融樹脂をギアポンプで昇圧してペレタイザへ送給するようになっている。
上記ギアポンプは、吸入口から吐出口まで連通する樹脂流路を有するハウジングと、このハウジング内における樹脂流路の軸方向両側に設けた軸受け部材と、軸方向中途部のギア部同士が樹脂流路内で噛合しかつ軸受け部材との間で溶融樹脂を介して回転するようハウジング内に挿通された一対のギアロータと、を備えており、ギアロータの潤滑は、軸受け部材（ジャーナル軸受体）とギアロータとの間で形成される環状空間部にギアポンプ吐出側の溶融樹脂を導入することによって行なわれる（例えば、特開平９−２０９９４２号公報参照）。
【０００３】
このため、従来では、軸受け部材とギアロータとが金属接触して焼き付きを起こすのを防止すべく、軸受け部材における回転時にギアロータが偏心する側に対応する部分のメタル温度をモニタリングしておき、その温度が異常に上昇したら装置の運転を停止するようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の技術では、軸受け部材におけるギアロータが偏心する側に対応する部分のメタル温度の過昇温を検出するようにしているので、軸受け部材とギアロータが既に焼き付きを起こした後でしか異常を察知することができない。
このため、折角異常を察知して装置の運転を停止しても、その時には既に焼き付きを起こしていることが多く、ギアポンプの軸受け部材又はギアロータを取り替えねばならないことがあり、この点でメンテナンスコストが高くなるという欠点がある。
【０００５】
本発明は、このような実状に鑑み、軸受け部材とギアロータが焼き付きを起こす前に確実に異常を察知できるようにして、ギアポンプの焼き付き事故を未然に防止できるようにすることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本願発明者らは、種々の実験の結果、回転時のギアロータにかかる荷重が大きくなってギアロータが環状空間部内で偏心すると、溶融樹脂が当該空間部の狭い方の部分を十分に通過できなくなり、その偏心した側とは反対側の部分にキャビテーションが生じて空洞が発生することを見いだした。
そして、この空洞部分の温度を計測して見ると、ギアロータが軸受け部材に焼き付く前に空洞になるので、そこでの温度が極端に低下することが判明した。
【０００７】
本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、回転時にギアロータが偏心する側での温度上昇を検出する従来の異常検出方法とは逆に、回転時にギアロータが偏心する側のとは反対側での温度低下を検出することにより、軸受け部材とギアロータが焼き付きを起こす前に異常を察知するようにしたものである。
すなわち、本発明のギアポンプは、軸受け部材とギアロータとの間で形成される環状空間部のうち当該ギアロータが回転時に偏心する側とは反対側の部分の温度を計測する温度センサが設けられているものである。
【０００８】
また、本発明のギアポンプの異常検出装置は、軸受け部材とギアロータとの間で形成される環状空間部のうち当該ギアロータが回転時に偏心する側とは反対側の部分の温度を計測する温度センサと、この温度センサによる検出温度が一定速度以上で低下したことに基づいてギアポンプに対する樹脂材料の供給量を減少させて前記ギアロータの回転数を低下させる制御装置と、を備えたものである。
かかる本発明によれば、軸受け部材とギアロータとの間で形成される環状空間部のうち、当該ギアロータの回転時に当該環状空間部内で発生する空洞の温度を一定時間おきに検出してモニタリングしておき、そのモニタリングしている検出温度が一定速度以上で低下したことに基づいてギアポンプに対する樹脂材料の供給量を減少させて前記ギアロータの回転数を低下させることにより、軸受け部材とギアロータが焼き付きを起こす前に異常が察知され、ギアポンプの焼き付き事故を未然に防止することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図１〜図４は、本発明を採用した溶融樹脂用ギアポンプ１の一例を示し、このギアポンプ１は、従来と同様に樹脂混練造粒設備に使用されている。
図４において、樹脂混練造粒設備２は、混練機３と、ギアポンプ１と、ペレタイザ４とにより構成されている。
樹脂材料及び添加剤等は、混練機３の供給口５からチャンバ６内に供給され、チャンバ６内に平行に配置された二本のロータ７により混練・溶融される。その後、溶融樹脂は排出口８からギアポンプ１に導かれ、同ポンプ１で昇圧（０．５〜３ｋｇ／ｃｍ2 から１００〜３００ｋｇ／ｃｍ2 ）されてペレタイザ４へと送給されるようになっている。
【００１０】
図１及び図２に示すように、ギアポンプ１は、ポンプハウジング９と、このハウジング９内に配設された二本一対のギアロータ１０，１０と、このロータ１０の軸部１１が回転自在に軸支されるジャーナル軸受けよりなる軸受け部材１２とから主構成されている。
前記ポンプハウジング９は、断面メガネ孔状のチャンバを形成した方形状のハウジング本体１３と、同本体１３の軸方向開口端を着脱自在に閉塞しかつそれぞれ二つの軸孔１５を有する左右のカバー体１６とを備えている。ハウジング本体１３は、吸入口１８から吐出口１９まで連通する樹脂流路１４を内部に備え、吸入口１８は図４に示す混練機３側に接続され、吐出口１９は図４に示すペレタイザ４側に接続される。
【００１１】
ギアロータ１０は、軸部１１の中途部外周にギア部２０を一体に形成してなり、ギア部２０同士が互いに噛合した状態でかつ互いに平行となるように、前記ハウジング９内に組み込まれている。なお、図１に示すように、ギアロータ１０は噛み合い側が吸入口１８側に移動する方向（図１の回転方向Ａ）に回転するようになっている。
図２に示すように、軸受け部材１２は、ハウジング本体１３の内部における樹脂流路１４の軸方向両側に嵌め込まれた軸受け本体２１を備え、この軸受け本体２１はカバー体１６の軸孔１５に対応する収納孔を備えている。この収納孔には、ギア部２０の軸部１１の外周を覆う軸受けスリーブ２２が収納されている。また、軸受け本体２１は取付ステー２３によってハウジング本体１３に対して抜け止めされている。
【００１２】
なお、軸受け部材１２は、軸受けスリーブ２２を省略して軸受け本体２１だけで構成することもできるが、本実施形態のように軸受け本体２１の収納孔に軸受けスリーブ２２を設けておくと、ギアロータ１０との焼き付きが生じた場合に当該スリーブ２２だけを交換すればよいという利点がある。
カバー体１６の軸孔１５には、ギアロータ１０の軸部１１の外周を覆うビスコシール２４が嵌合されている。このビスコシール２４に覆われている軸部１１の外周面には、当該ロータ１０の回転に伴って溶融樹脂を軸受けスリーブ２２側へ押し戻す方向に傾斜したシール溝が形成されており、これによって、軸受けスリーブ２２と軸部１１との間の溶融樹脂が外部に漏れないようにシールするようにしている。
【００１３】
また、図２に示すように、ギア部２０の軸方向両端面と軸受け本体２１（軸受け部材１２）の軸方向端面との間には、溶融樹脂が通過できる平面クリアランス２５が形成され、軸部１１の外周面と軸受けスリーブ２２の内周面との間には、同じく溶融樹脂が通過できる環状クリアランス（環状空間部）２６が形成され、この各クリアランス２５，２６に溶融樹脂を充満させることによりギアロータ１０の潤滑が行われるようになっている。
なお、通常は、一方のギアロータ１０の一側の軸部１１は図外のカップリングを介して駆動装置に連結されるが、ギアロータ１０の両端を駆動装置に連結することもできる。
【００１４】
軸受け本体２１のギア部２０側の端面には、環状の内側リング通路２７が形成され、この内側リング通路２７はロータ径方向に延びる図外の導入溝を介してハウジング本体１３の吐出口１９側に連通している。また、軸受けスリーブ２２の軸方向外側端には、環状の外側リング通路２８が形成され、この外側リング通路２８はロータ径方向に延びる図外の導出溝に連通し、この導出溝はハウジング本体１３の吸入口１８側に通じる導出路３３（図１参照）に連通している。
従って、より高圧の吐出口１９側から導入溝を通って内側リング通路２７に導入された溶融樹脂は、前記クリアランス２５，２６を通過して外側リング通路２８に至り、この通路２８から導出溝及び導出路３３を介してより低圧の吸入口１８側に戻されるようになっており、このように循環する溶融樹脂によりギアロータ１０が潤滑されている。
【００１５】
図１に示すように、ハウジング本体１３の吐出口１９側には、ギアロータ１０と軸受け部材１２との焼き付きが発生するかどうかを察知するための熱電対等よりなる温度センサ２９が設けられている。このセンサ２９は、上下のギアロータ１０，１０の両軸部１１，１１に対応して合計四本設けられており、その先端が前記環状クリアランス２６におけるギアロータ１０が回転時に偏心する側（図１の偏心方向Ｂ）とは反対側の部分に突出するように配置されている。
また、本実施形態のギアポンプ１は、上記四つの温度センサ２９による検出温度が一定速度以上で低下したことに基づいてギアポンプ１に対する樹脂材料の供給量を減少させてギアロータ１０の回転数を低下させる制御装置３０を備えており、この制御装置３０は、図３に示すフローを実現できるプログラムを有するマイコン又はプロコン等よりなる。
【００１６】
すなわち、この制御装置３０は、温度センサ２９による温度計測を一定時間おきに行うモニタリング機能と、このモニタリングされた各検出温度に基づいて温度変化速度を算出しその速度を設定速度Ｔ（°Ｃ／ｓｅｃ）と比較する比較機能と、を備え、温度変化速度が設定速度Ｔを超えると混練機３のロータ７とギアロータ１０の回転速度を低下させ、図示しないアラームを表示させる。
なお、温度変化速度が設定速度Ｔを超えていない場合には、混練機３及びギアポンプ１０の運転がそのまま継続される。また、この場合の設定速度Ｔは、使用機械や樹脂の種類等に応じて実験によって定めることができる。
【００１７】
次に、図５及び図６を参照して、ギアロータ１０が回転時に偏心する側（図１の偏心方向Ｂ）とは反対側の部分に温度センサ２９を配置したた理由について説明する。
まず、図５は、従来の温度センサ２９Ａと本発明の温度センサ２９Ｂとの位置関係を示すロータ軸部の断面図である。
同図において、従来の温度センサ２９Ａは、回転時にギアロータ１０が偏心する側（図５の偏心方向Ｂ）に配置され、その位置において先端が軸受け部材１２の内部に来るように同部材１２内に埋設されている。これは、従来の異常検出方法が、軸受け部材１２とギアロータ１０とが金属接触を起こした場合の過昇温を計測して焼き付きの有無を判定することに基づく。
【００１８】
これに対して、本発明の温度センサ２９Ｂは、回転時にギアロータ１０が偏心する側（図５の偏心方向Ｂ）とは反対側に配置され、その位置において先端が環状クリアランス２６に露出するように軸受け部材１２内に埋設されている。これは、図５に示すように、回転時のギアロータ１０にかかる荷重が大きくなってギアロータ１０が環状クリアランス２６内で偏心すると、溶融樹脂３１が当該クリアランス２６の狭い方の部分を十分に通過できなくなり、その偏心した側とは反対側の部分にキャビテーションが生じて空洞３２が発生し、この空洞３２の発生した部分の温度が極端に低下することに基づく。
【００１９】
一方、図６は、時間とともに漸増するロータ荷重を横軸に取り、かつ、その場合の図５に示す位置に配置された従来及び本発明の温度センサ２９Ａ，２９Ｂの計測値との関係を示している。
同図に示すように、従来の温度検出位置では、焼き付きが発生した後で温度上昇が生じるため、軸受け部材１２とギアロータ１０の焼き付きを事後的にしか察知することができない。これに対して、本発明の温度検出位置では、焼き付きが発生する前に温度低下が生じるため、その焼き付きを事前に察知することができる。
【００２０】
従って、本発明によれば、回転時にギアロータ１０が偏心する側での温度上昇を検出する従来の異常検出方法とは逆に、回転時にギアロータ１０が偏心する側のとは反対側での温度低下を検出することにより、軸受け部材１２とギアロータ１０が焼き付きを起こす前に異常を確実に察知することができる。
次に、図７及び図８を参照して、本発明において温度センサ２９Ｂを設けることのできる範囲について説明する。
まず、図７に示すように、ギアロータの吸い込み角をθＳ、シール角をθＬ、吐出角をθＤとすると、ギアロータに作用する荷重Ｆの方向θ０（偏心方向と同じ）は、次の式（１）で計算することができる。
【００２１】
【数１】
0003702118.tif 000002
【００２２】
そして、図８に示すように、従来の温度センサ２９Ａは、θ０〜θ０＋４５°程度の範囲に設けられるのに対して、本発明の温度センサ２９Ｂは、θ０＋４５°以上の範囲に設けることができる。
その理由は、種々の材料での実験により、上記の範囲が樹脂膜切れが起こる確率が高い領域であることが確認されたからである。
また、より好ましくは、本発明の温度センサ２９Ｂは、θ０＋９０°以上の範囲に設けることができる。
【００２３】
その理由は、種々の材料での実験により、上記の範囲が樹脂膜切れが起こる確率が極めて高い領域であることが確認されたからである。
なお、本発明は空洞３２発生による温度低下を検出することで異常を察知するものであるから、実質的に空洞３２発生による温度低下を検出できるものであれば、先端が環状クリアランス２６に露出しないメタル温度を検出する温度センサ２９Ｂを採用することもできる。もっとも、先端が環状クリアランス２６に露出している温度センサ２９Ｂの方が応答性能の面で好ましい。
【００２４】
【実施例】
本発明の有効性を確認するため、実機による温度計測実験を実施した。その結果を図９に示す。なお、この計測実験の緒条件は次の通りである。
軸部径          φ１００ｍｍ
樹脂の種類      ＨＤＰＥ
センサ位置      θ０＋１２０°
図９に示すように、軸受け荷重が６０ｔｏｎになった直後にセンサ温度が激減し、それより約２５分後の軸受け荷重が１００ｔｏｎになった時に焼き付きが発生した。
【００２５】
従って、この実機では、軸受け荷重が６０ｔｏｎになった直後にロータ回転数を低下させてアラームを表示するようにすれば、焼き付き事故を未然に防止できることが判明した。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、軸受け部材とギアロータが焼き付きを起こす前に確実に異常を察知できるので、ギアポンプの焼き付き事故を未然に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を採用した溶融樹脂用ギアポンプの横断面図である。
【図２】同ギアポンプの正面断面図である。
【図３】制御装置による制御手順を示すフローチャートである。
【図４】樹脂混練造粒設備の全体構成図である。
【図５】従来の温度センサと本発明の温度センサとの位置関係を示すロータ軸部の断面図である。
【図６】ロータ荷重と温度計測値との関係を示すグラフである。
【図７】ギアロータの吸い込み角θＳ、シール角θＬ、吐出角θＤ及び荷重方向θ０の関係を示すためのギアポンプの横断面図である。
【図８】本発明の温度センサを配置できる範囲を示すためのギアポンプの横断面図である。
【図９】実機による温度計測実験の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１      ギアポンプ
９      ポンプハウジング
１０      ギアロータ
１２      軸受け部材
１４      樹脂流路
１８      吸入口
１９      吐出口
２０      ギア部
２６      環状クリアランス（環状空間部）
２９      温度センサ
３０      制御装置
３２      空洞
【図１】
0003702118.tif 000003
【図２】
0003702118.tif 000004
【図３】
0003702118.tif 000005
【図４】
0003702118.tif 000006
【図５】
0003702118.tif 000007
【図６】
0003702118.tif 000008
【図７】
0003702118.tif 000009
【図８】
0003702118.tif 000010
【図９】
0003702118.tif 000011