(57)【要約】【課題】保護管式熱電対の強度を維持すると同時に応答性を高める。【解決手段】保護管式熱電対５は、熱電対５２及び熱電対５２を収容する保護管５１を備える。保護管５１は、前端５４側に形成された円錐部５１１と、保護管５１の内部において、保護管５１の前端５４及び後端５５間を繋ぐ長手方向に形成され、熱電対５２が挿入される空洞部５３とを備え、円錐部５１１の内部の空洞部５３は、前端５４に向かうにつれて断面積が小さくなるテーパ部５３２を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
保護管式熱電対を備え、前記保護管式熱電対に電流を印加して前記保護管式熱電対の劣化を検出する劣化検出装置であって、
前記保護管式熱電対は、熱電対及び前記熱電対を収容する保護管を備え、
前記保護管は、
前端側に形成された円錐部と、
前記保護管の内部において、前記保護管の前端及び後端間を繋ぐ長手方向に形成され、前記熱電対が挿入される空洞部とを備え、
前記円錐部の内部の前記空洞部は、前記前端に向かうにつれて断面積が小さくなるテーパ部を備える劣化検出装置。
【請求項２】
前記空洞部は、
前記テーパ部よりも前記後端側に形成され、前記テーパ部の前記後端側の断面積よりも大きな直径を持つ円筒部と、
前記円筒部及び前記テーパ部を繋ぐ段差部とを備える請求項１記載の劣化検出装置。
【請求項３】
前記保護管は表面にメッキ層が形成されている請求項１又は２記載の劣化検出装置。
【請求項４】
前記熱電対は、混練室から混練物が取り出されるときに開放されるドア部を備える混練機の前記ドア部に取り付けられ、
前記ドア部の開放後において、前記熱電対に一定期間電流を供給する電流供給制御部と、
前記一定期間の電流供給により前記熱電対に発生する熱起電力を用いて、前記ドア部の開放後における前記熱電対の温度を算出する温度演算部と、
前記温度演算部が算出した複数の温度を用いて、前記ドア部の開放後における前記熱電対の雰囲気温度の時間的減衰を示す近似式を算出する近似式算出部と、
前記温度演算部が算出した温度から、前記近似式が示す温度を減算した減算値を算出する減算部と、
前記減算値を用いて前記保護管の摩耗を判定する摩耗判定部とを備える請求項１又は２記載の劣化検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、混練機で生成中の混練物の温度を測定するのに用いられる保護管式熱電対を検査する技術である。
【背景技術】
【０００２】
ゴム製品やプラスチック製品の製造工程には、ゴムやプラスチックとなる複数の材料を混練して混練物を生成する工程が含まれる。複数の材料の混練の度合いを示す指標として、混練物の温度が用いられており、このため、混練物の生成中に混練物の温度が測定される。
【０００３】
混練物の温度の測定には、熱電対が利用される。混練物は、粘度が高いので、生成中の混練物に熱電対を接触させた状態にすれば、熱電対が破損する。このため、管状部材に熱電対を収容した構造を有する保護管式熱電対が利用される。
【０００４】
保護管式熱電対は、金属製やセラミック製の保護管に、熱電対素線を収容した構造を有する熱電対である。
【０００５】
保護管式熱電対は、使用により劣化するので、保護管式熱電対の劣化を検知する技術が提案されている。例えば、保護管式熱電対の劣化を検知する技術として、特許文献１に開示された熱電対劣化検知装置がある。この装置は、先端部が測定対象に設けられた第１の熱電対と、この第１の熱電対と近接させて設けられた第１の熱電対より短い第２の熱電対と、第１の熱電対の出力と第２の熱電対の出力とを比較し、両熱電対の出力差が所定の値を越えたとき、第１の熱電対が劣化したと判断し、劣化検知信号を発生する処理手段と、を備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９−２１８１０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、保護管式熱電対は混練中の混練物の温度を計測する上で非常に重要であるが、応答性の悪さにより、実温度よりも低い温度（例えば１０〜２０度低い温度）が表示されるという問題がある。温度の応答性を改善する方法としては、単純には保護管の体積を小さくして熱容量が小さくする方法が考えられる。
【０００８】
しかしながら、保護管の体積を小さくすると強度が低くなる。そのため、混練中に、保護管が折損して混練物に混じってプロセスに悪影響を及ぼすといった問題がある。また、上記の特許文献１では、保護管の強度及び応答性を改善することに着目した記載が開示されていないため、この点、改善の余地がある。
【０００９】
本発明の目的は、強度を維持させると同時に応答性を改善した保護管式熱電対を備える劣化検出装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様による劣化検出装置は、保護管式熱電対を備え、前記保護管式熱電対に電流を印加して前記保護管式熱電対の劣化を検出する劣化検出装置であって、前記保護管式熱電対は、熱電対及び前記熱電対を収容する保護管を備え、前記保護管は、前端側に形成された円錐部と、前記保護管の内部において、前記保護管の前端及び後端間を繋ぐ長手方向に形成され、前記熱電対が挿入される空洞部とを備え、前記円錐部の内部の前記空洞部は、前記前端に向かうにつれて断面積が小さくなるテーパ部を備える。
【００１１】
例えば、図４に示すように、空洞部（５３）に設けられた円筒部（５３３）を前端（５４）側に寄せると、保護管（５２）の体積が減少し、保護管（５２）の応答性が向上する。しかしながら、この場合、円筒部（５３５）と前円筒部（５３１）とを繋ぐ段差部（５３５）の肉厚（ｔ４０）が薄くなり、保護管（５２）の強度が低下する。
【００１２】
そこで、本態様では、空洞部の前端側にはテーパ部を形成した。これにより、保護管の前端側の肉厚をある程度確保すると同時に、保護管の体積を小さくして保護管の熱容量を低くできる。その結果、保護管式熱電対の強度を維持すると同時に応答性を高めることができる。
【００１３】
また、上記態様において、前記空洞部は、前記テーパ部よりも前記後端側に形成され、前記テーパ部の前記後端側の断面積よりも大きな直径を持つ円筒部と、前記円筒部及び前記テーパ部を繋ぐ段差部とを備えてもよい。
【００１４】
この場合、前端側から伝導する熱は段差部により、後端側に伝導し難くなる。これにより、保護管式熱電対の前端側で熱が封じ込まれ、熱電対の温度上昇が速くなる結果、保護管式熱電対の応答性が向上される。
【００１５】
また、上記態様において、前記保護管は表面にメッキ層が形成されていてもよい。
【００１６】
この場合、保護管の耐摩耗性を向上できる。
【００１７】
また、上記態様において、前記熱電対は、混練室から混練物が取り出されるときに開放されるドア部を備える混練機の前記ドア部に取り付けられ、前記ドア部の開放後において、前記熱電対に一定期間電流を供給する電流供給制御部と、前記一定期間の電流供給により前記熱電対に発生する熱起電力を用いて、前記ドア部の開放後における前記熱電対の温度を算出する温度演算部と、前記温度演算部が算出した複数の温度を用いて、前記ドア部の開放後における前記熱電対の雰囲気温度の時間的減衰を示す近似式を算出する近似式算出部と、前記温度演算部が算出した温度から、前記近似式が示す温度を減算した減算値を算出する減算部と、前記減算値を用いて前記保護管の摩耗を判定する摩耗判定部とを備えてもよい。
【００１８】
この態様では、接触箇所が摩耗している場合、接触箇所が摩耗していない場合よりも、熱電対に電流が供給されたときに、温度演算部が算出する温度の上昇量が大きくなることを利用して、接触箇所の摩耗を判定する。
【００１９】
混練室のドア部が開かれた状態で、接触箇所の摩耗検査をする場合、ドア部が開けられることにより、温度演算部によって測定される温度が急激に下がる影響をなくさなければならない。
【００２０】
本態様では、ドア部の開放後における雰囲気温度の時間的減衰を示す近似式が算出され、この近似式が示す温度が温度演算部が算出した温度から減算され減算値が算出されている。そのため、この減算値は、ドア部の開放による熱電対の雰囲気温度の時間的減衰が除去された、ドア部の開放後の熱電対の温度変化を示す。その結果、この減算値を用いて、保護管の摩耗を判定することで、保護管の摩耗を正確に判定できる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、保護管式熱電対の強度を維持すると同時に応答性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態による劣化検出装置が備える温度測定装置の一例を示す図である。
【図２】本実施の形態の保護管式熱電対の別の態様を示した図である。
【図３】図１の保護管式熱電対の比較例を示す図である。
【図４】図１の保護管式熱電対の比較例を示す図である。
【図５】図１の保護管式熱電対の比較例を示す図である。
【図６】混練機の一例を示す模式図である。
【図７】図６に示す混練機において、混練物が生成されている状態を示す模式図である。
【図８】図６に示す混練機において、混練物が取り出されている状態を示す模式図である。
【図９】熱電対に電流を供給した時間と、温度上昇量との関係を示すグラフである。
【図１０】本実施形態に係る劣化検出装置の構成を示すブロック図である。
【図１１】摩耗検査の期間を示すタイムチャートである。
【図１２】本実施形態に係る劣化検出装置の動作を説明するフローチャートである。
【図１３】第２の期間及びサンプリング期間において、温度測定装置が測定した温度を示すグラフである。
【図１４】第２の期間及びサンプリング期間において、近似式算出部が算出した近似式を示すグラフである。
【図１５】図１３のグラフと図１４のグラフとを重ねたグラフである
【図１６】図１３のグラフが示す値から図１４のグラフが示す値を引いた値を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１は、本発明の実施の形態による劣化検出装置が備える温度測定装置６の一例を示す図である。劣化検出装置は、保護管式熱電対５に電流を印加して、保護管式熱電対５の劣化を検出する装置である。温度測定装置６は、保護管式熱電対５及び温度演算部７を備える。
【００２４】
図１において、Ｙ方向は、保護管式熱電対５の長手方向を示し、＋Ｙ方向は後端５５側の方向を示し、−Ｙ方向は前端５４側の方向を示す。Ｘ方向は、保護管式熱電対５の長手方向と直行する保護管式熱電対５の幅方向を示し、−Ｘ方向は紙面の左側の方向を示し、＋Ｘ方向は紙面の右側の方向を示している。
【００２５】
保護管式熱電対５は、熱電対５２及び熱電対５２を収容する保護管５１を備えている。熱電対５２は、Ｙ方向に長尺の一対の素線５２ａ、５２ｂにより構成されている。素線５２ａ、５２ｂの外周には例えば、絶縁膜（図略）が形成され、素線５２ａ、５２ｂは絶縁されている。素線５２ａ、５２ｂは前端５４において、電気的に接続され、測温接点５２ｃが形成されている。
【００２６】
保護管５１は、例えば、金属により構成されている。保護管５１を構成する金属としては、例えばＳＣＭ材（ｃｈｒｏｍｅ  ｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍ  ｓｔｅｅｌ：クロムモリブデン鋼鋼材）が採用できる。
【００２７】
保護管５１は、前端５４側に形成された円錐部５１１と、円錐部５１１よりも後端５５側に形成された本体部５１２とを備える。円錐部５１１は、前端５４に向けて徐々に細くなる円錐形状を持つ。本体部５１２は、円錐部５１１と連なっており、Ｙ方向に長尺な円筒形状を持つ。
【００２８】
保護管５１の内部には、Ｙ方向に長尺な空洞部５３が形成されている。空洞部５３には、熱電対５２が挿入されている。ここで、熱電対５２は、後端５５に設けられた後端面５５ｂに接続されている。
【００２９】
空洞部５３は、前端５４側から順に、前円筒部５３１、テーパ部５３２、及び円筒部５３３を備える。前円筒部５３１は、前端５４側が開口しており、円筒形状である。前円筒部５３１の直径は、熱電対５２の直径よりも少し大きい。前円筒部５３１の途中の部分まで、熱電対５２が侵入している。つまり、測温接点５２ｃは前円筒部５３１内に埋まっており、保護管５１により保護されている。
【００３０】
テーパ部５３２は、前端５４側が前円筒部５３１と連なり、且つ、後端５５側が円筒部５３３と連なり、前端５４に向かうにつれて断面積が小さくなるテーパ形状を持つ。また、テーパ部５３２の断面は円形である。ここで、テーパ部５３２のＹ方向に対する傾斜角度は、例えば、円錐部５１１のＹ方向に対する傾斜角度と同じである。但し、これは一例であり、テーパ部５３２及び円錐部５１１のＹ方向に対する角度は異なっていてもよい。
【００３１】
テーパ部５３２と円筒部５３３との接続位置Ｐ１は、円錐部５１１と本体部５１２との接続位置Ｐ２よりも前端５４側に設けられている。接続位置Ｐ１におけるテーパ部５３２の半径ｒ１は円筒部５３３の半径ｒ２と同じである。また、本体部５１２の肉厚ｔ２は、保護管５１のテーパ部５３２における肉厚ｔ１よりも大きい。そのため、図１の例では、テーパ部５３２における保護管５１の肉厚ｔ１は保護管５１の他の部位の肉厚に比べて薄くなっている。したがって、テーパ部５３２が形成された部位の保護管５１の強度は、他の部位の保護管５１の強度に比べて低い。但し、肉厚ｔ１は、後述する図３の肉厚ｔ３０と同程度の値に設定されており、保護管５１の材料との兼ね合いから所定の基準強度を維持できる値が採用されている。そのため、保護管の強度は一定の強度に保たれている。
【００３２】
保護管５１の前端５４側は、メッキ層５６が形成されている。具体的には、メッキ層５６は、円錐部５１１の前端５４から本体部５１２の途中の領域までに形成されている。ここで、メッキ層５６は、図６に示すように、保護管式熱電対５においてドア部３３の内部に位置する領域である先端部５３ｘに形成されている。なお、メッキ層５６は、保護管５１の表面の全域に形成されてもよい。
【００３３】
温度演算部７は、外部配線５９ａ、５９ｂと電気的に接続されている。測温接点５２ｃに伝達された熱によって、熱電対５２は熱起電力を発生する。この熱起電力は、外部配線５９ａ、５９ｂによって、温度演算部７に伝達される。温度演算部７は、伝達された熱起電力を用いて、温度（例えば、図６に示す混練室３２の混練物Ｍの温度）を演算する。このように、温度測定装置６は、熱電対５２が発生した熱起電力を用いて、温度を測定する装置である。
【００３４】
図３〜図５は、図１の保護管式熱電対５の比較例を示す図である。図３に示す保護管式熱電対５ａでは、図１と同様、保護管５１には、長手方向に空洞部５３が形成され、空洞部５３に熱電対５２が挿入されている。空洞部５３は、製作の容易性を考慮して、前端５４側に形成された前円筒部５３１と、前円筒部５３１より大きな半径を持つ円筒部５３３とを備えている。前円筒部５３１と円筒部５３３とは段差部５３５を介して連なっている。
【００３５】
図４、図５に示す比較例の保護管式熱電対５ｂ、５ｃは、保護管式熱電対５ａに対して温度の応答性の改善を図ったものである。保護管式熱電対５ａでは、保護管５１の体積が大きく、温度の応答性が悪いという問題がある。そこで、保護管式熱電対５ｂでは、円筒部５３３を前端５４側に寄せ、前円筒部５３１の長手方向の長さが短くされている。これにより、保護管５１の前端５４側の体積が保護管式熱電対５ａに比べて小さくなり、保護管５１の熱容量が小さくなる結果、温度の応答性が向上されている。
【００３６】
また、保護管式熱電対５ｃでは、保護管５１の外径が小さくされている。また、これに伴って、保護管式熱電対５ｃでは、前円筒部５３１の長手方向の長さが保護管式熱電対５ａ、５ｃに比べて長くされている。これにより、保護管式熱電対５ｃでは、保護管５１の熱容量が小くされ、温度の応答性が向上されている。
【００３７】
しかしながら、保護管式熱電対５ｂでは、保護管５１の体積が小さくされているため、保護管５１の強度が低下するという問題がある。具体的には、保護管式熱電対５ｂでは、段差部５３５における保護管５１の肉厚ｔ４０が、保護管式熱電対５ａの段差部５３５の肉厚ｔ３０に比べて大幅に小さくなっており、この部位の強度が低下する。
【００３８】
また、保護管式熱電対５ｃでは、円筒部５３３の半径が保護管式熱電対５ａと同じであるため、円筒部５３３における保護管５１の肉厚が保護管式熱電対５ａに比べて大幅に小さくなり、この部位の強度が低下している。更に、保護管式熱電対５ｃでは、保護管５１の外径が小さくなっているため、現在、混練機の計測に使用されている保護管式熱電対と置換できないという問題がある。保護管式熱電対５ｃを混練機に取り付けるには、混練機における保護管式熱電対の取り付け部位の構造を変更する必要がある。
【００３９】
そこで、図１に示す保護管式熱電対５では、空洞部５３の前端５４側の部位にテーパ部５３２を設けた。これにより、前端５４側の保護管５１の体積を減少させるために、前円筒部５３１のＹ方向の長さＹ１を図４に示す前円筒部５３１のＹ方向の長さＹ４０と同じ長さにしても、保護管５１の最薄部の肉厚ｔ１を図３に示す肉厚ｔ３０と同程度の値に維持できる。そのため、温度の応答性を改善し、且つ、保護管５１の強度を保つことができる。
【００４０】
なお、本実施の形態の保護管式熱電対５としては、図２のものが採用されてもよい。図２は、本実施の形態の保護管式熱電対５の別の態様を示した図である。図２に示す保護管式熱電対５は、図１の保護管式熱電対５において、円筒部５３３とテーパ部５３２との接続位置に段差部５３４を設けたことを特徴とする。その他の構成は図１と同じであるため、説明を省く。
【００４１】
図２では、円筒部５３３の半径ｒ２は、テーパ部５３２の後端５５側の半径ｒ１よりも大きくされている。これにより、テーパ部５３２と円筒部５３３との接続位置に段差部５３４が形成されている。
【００４２】
図２の場合、前端５４側から伝導する熱は段差部５３４により、後端５５側に伝導し難くなる。これにより、保護管式熱電対５の前端５４側で熱が封じ込まれ、熱電対５２の温度上昇が速くなる結果、保護管式熱電対５の温度の応答性が向上される。
【００４３】
なお、図２においても、保護管５１の最薄部の肉厚ｔ１は、図３に示す肉厚ｔ３０と同じ値に維持されており、強度が一定に保たれている。
【００４４】
図１において、接続位置Ｐ１は接続位置Ｐ２より前端５４側に設けられ、テーパ部５３２のＹ方向の長さが円錐部５１１のＹ方向の長さよりも小さくされている。同様に、図２において、段差部５３４は接続位置Ｐ２より前端５４側に設けられ、テーパ部５３２のＹ方向の長さが円錐部５１１のＹ方向の長さよりも小さくされている。これにより、保護管５１の前端５４側の体積が減少して熱容量が小さくなり、温度の応答性の向上が図られている。
【００４５】
なお、図１、図２において、テーパ部５３２の前端５４側には前円筒部５３１が設けられているが、前円筒部５３１は省かれてもよい。
【００４６】
本実施の形態の劣化検出装置は、熱電対５２に電流を印加したときの保護管式熱電対５の温度上昇量を用いて保護管式熱電対５の劣化を判定している。そのため、保護管式熱電対５の温度の応答性を改善させることで、電流の印加時間を短くすることができ、短時間で保護管式熱電対５の摩耗を判定できる。また、前端５４側の保護管５１の体積を小さくした場合、小さくしない場合に比べて、同じ摩耗量であっても、その摩耗量の保護管５１の前端５４側での体積に占める割合が大きくなる。これにより、摩耗検知の分解能を向上できる。
【００４７】
次に、混練機３について説明する。図６は、混練機３の一例を示す模式図である。図７は、図６に示す混練機３において、混練物Ｍが生成されている状態を示す模式図である。図８は、図６に示す混練機３において、混練物Ｍが取り出されている状態を示す模式図である。
【００４８】
図６を参照して、混練機３は、材料供給管３１、混練室３２、ドア部３３、生成制御部３７及びドア制御部３８を備える。
【００４９】
材料供給管３１は、混練室３２の天井の上に配置されている。材料供給管３１の先端が混練室３２の天井を通って混練室３２に案内されている。混練物Ｍの材料は、材料供給管３１を通って、混練室３２に供給される。
【００５０】
混練室３２は、断面図で示されている。混練室３２は、所定の材料が混練されて混練物Ｍが生成されているとき、常温より温度が高く設定されている。例えば、ゴム混練物であれば、混練室３２は、百数十℃に設定される。混練室３２には、２つのローラー３４、３５が配置されている。図７を参照して、２つのローラーを回転させることにより、混練室３２に供給された材料が混練され、混練物Ｍが生成される。
【００５１】
生成制御部３７は、混練室３２で混練物Ｍを生成する制御をする。詳しく説明すると、生成制御部３７は、材料供給管３１から混練室３２に混練物Ｍの材料を供給する制御、混練室３２の温度を設定する制御、及び、ローラー３４、３５を回転させる制御をする。
【００５２】
図６及び図８を参照して、混練室３２の床部には、混練物Ｍの取出口３６が形成されている。ドア部３３が閉じられると、取出口３６が塞がれる。ドア部３３が開けられると、取出口３６が開放される。ドア部３３が開けられると、混練室３２の混練物Ｍは、取出口３６を通って、落下し、次のプロセスへ送られる。ドア部３３は、混練室３２で混練物Ｍが生成されているときに閉じられ、混練室３２から混練物Ｍが取り出されるときに開けられる。
【００５３】
ドア制御部３８は、ドア部３３の開閉を制御する。
【００５４】
混練機３は、混練室３２で混練物Ｍを生成する動作、生成した混練物Ｍを混練室３２から取り出すためにドア部３３を開ける動作、次の混練物Ｍを混練室３２で生成するためにドア部３３を閉じる動作を繰り返す。
【００５５】
図６を参照して、ドア部３３には、保護管式熱電対５が差し込まれている。ドア部３３が閉じられた状態で、保護管式熱電対５の保護管５１の先端部５３ｘが、混練室３２内に位置し、ドア部３３が開けられた状態で、先端部５３ｘが混練室３２外に位置するように、先端部５３ｘがドア部３３から突き出ている。先端部５３ｘは、混練物Ｍの生成中に混練物Ｍと接触する接触箇所である。
【００５６】
続いて、保護管５１の表面に形成されたメッキ層５６（図１、図２参照）について説明する。保護管５１の先端部５３ｘは、上述したように、接触箇所である。保護管５１の材料は、耐熱性、強度等の観点から、例えば、ＳＣＭ材（ｃｈｒｏｍｅ  ｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍ  ｓｔｅｅｌ：クロムモリブデン鋼鋼材）が使用される。ゴムやプラスチックの材料には、シリカのような硬度が高い粒子が含まれる。ＳＣＭ材は、シリカに対して、耐摩耗性が低い。そこで、先端部５３ｘにメッキ層５６を形成し、メッキ層５６を接触箇所とすることにより、接触箇所の耐摩耗性を向上させている。
【００５７】
このように、接触箇所をメッキ層５６とすることにより、接触箇所の対摩耗性を向上させている。しかし、メッキ層５６も、シリカによって摩耗するので、保護管式熱電対５の使用が長期間になると、メッキ層５６が摩耗し、保護管５１からメッキ層５６が剥がれる事態が生じる。
【００５８】
そこで、メッキ層５６が摩耗しているかを検査する必要がある。本実施形態において、熱電対検査とは、この検査のことである。以下、この検査を、「摩耗検査」と簡単に記載することもある。
【００５９】
熱電対５２に電流が供給されると、測温接点５２ｃが発熱する。その熱は、先端部５３ｘで吸収される。メッキ層５６を含まない先端部５３ｘは、メッキ層５６を含む先端部５３ｘよりも、メッキ層５６が存在しない分だけ、先端部５３ｘでの吸熱量が少ない。従って、メッキ層５６を含まない先端部５３ｘは、メッキ層５６を含む先端部５３ｘよりも、熱電対５２に電流が供給されたときに、測温接点５２ｃの温度が高くなる（すなわち、温度測定装置６が測定する温度が高くなる）。これを確認する実験を行った。
【００６０】
保護管式熱電対５の熱電対５２に、１．０Ａの電流を供給し続けながら、温度測定装置６により、所定時間の間隔で、温度を測定した。
【００６１】
保護管式熱電対５として、アルミ箔付きの保護管式熱電対５と、アルミ箔なしの保護管式熱電対５を用意した。アルミ箔付きの保護管式熱電対５は、先端部５３ｘにアルミ箔を取り付けた保護管式熱電対５である。アルミ箔なしの保護管式熱電対５は、先端部５３ｘにアルミ箔を取り付けていない保護管式熱電対５である。アルミ箔の厚みは、０．１２ｍｍとした。アルミ箔をメッキ層５６と見なした。
【００６２】
実験の結果を図９のグラフに示す。グラフの横軸は、熱電対５２に電流の供給を開始してから経過した時間を示す。単位は秒である。グラフの縦軸は、熱電対５２に電流を供給される前に、温度測定装置６により測定された温度を基準にした温度の上昇量を示す。
【００６３】
例えば、熱電対５２に電流が供給される前に、温度測定装置６により測定された温度を３０．０℃、熱電対５２に電流が供給されてから、１０秒経過したときに、温度測定装置６により測定された温度を３１．０℃とする。この場合、熱電対５２に電流が供給されてから、１０秒経過したときの温度の上昇量は、１．０℃となる。
【００６４】
折れ線Ｓ１は、アルミ箔付きの保護管式熱電対５の実験結果を示している。線Ｌ１は、折れ線Ｓ１を線形近似した線である。折れ線Ｓ２は、アルミ箔なしの保護管式熱電対５の実験結果を示している。線Ｌ２は、折れ線Ｓ２を線形近似した線である。
【００６５】
折れ線Ｓ２で示すアルミ箔なしの保護管式熱電対５は、折れ線Ｓ１で示すアルミ箔付きの保護管式熱電対５と比べて、温度の上昇量が大きかった。これは、アルミ箔が存在しないことが原因と思われる。
【００６６】
例えば、熱電対５２に電流を供給する時間を１０秒とした場合、折れ線Ｓ１で示すアルミ箔付きの保護管式熱電対５では、温度の上昇量が１．０℃、折れ線Ｓ２で示すアルミ箔なしの保護管式熱電対５では、温度の上昇量が１．３℃となった。
【００６７】
これは、メッキ層５６が削れていない保護管式熱電対５では、温度の上昇量が１．０℃、メッキ層５６が０．１２ｍｍ削れた保護管式熱電対５では、温度の上昇量が１．３℃であり、温度の上昇量に、０．３℃の違いが生じる言うことができる。
【００６８】
メッキ層５６を含む先端部５３ｘにおいて、メッキ層５６の厚みが小さくなれば、先端部５３ｘの吸熱量が小さくなる。従って、メッキ層５６の厚みと、測温接点５２ｃの温度の上昇量との間には、メッキ層５６の厚みが小さくなれば、測温接点５２ｃの温度の上昇量（言い換えれば、温度測定装置６が測定した温度の上昇量）が大きくなる相関関係があると思われる。よって、熱電対５２に電流を供給して、測温接点５２ｃを発熱させることにより、温度測定装置６が測定した温度の上昇量を用いれば、メッキ層５６の厚み（摩耗量）を推定できる。本実施形態は、この理論を応用し、接触箇所であるメッキ層５６が摩耗しているかを検査（摩耗検査）する。
【００６９】
次に、摩耗検査を実行する時期について説明する。図７を参照して、混練物Ｍの生成中、保護管５１の先端部５３ｘが混練物Ｍと接触しているので、摩耗検査をすることができない。混練機３を停止させて、混練室３２に混練物Ｍが存在しない状態で摩耗検査することが考えられる。しかし、混練物Ｍの生成プロセスが一旦停止することになるので、非効率である。
【００７０】
混練機３は、次の（１）〜（４）の動作を繰り返す。（１）ドア部３３が閉じられた混練室３２に材料を供給する。（２）混練室３２で材料を混練して混練物Ｍを生成する（図７）。（３）ドア部３３を開けて、混練室３２の混練物Ｍを次のプロセスへ送る（図８）。（４）ドア部３３を閉じる。
【００７１】
ドア部３３が開けられて、混練室３２から混練物Ｍが取り出されている期間に、摩耗検査を実行すれば、混練機３の動作を停止しなくてもよいので、効率がよい。
【００７２】
しかし、ドア部３３が開けられると、保護管５１の先端部５３ｘは、常温環境下に晒されるので、温度測定装置６が測定する温度が急激に低下する。
【００７３】
従って、ドア部３３が開けられた状態で、熱電対５２に電流を供給することによって、温度測定装置６が測定した温度の上昇量を知るには、ドア部３３が開けられることにより、温度が急激に低下する影響をなくさなければならない。
【００７４】
ドア部３３が開けられた状態で、熱電対５２に電流が供給された場合に、温度測定装置６が測定した温度を、実温度とする。また、実温度から推定される、ドア部３３の開放後における熱電対５２の雰囲気温度を推定温度とする。熱電対５２に電流が供給されることにより、測温接点５２ｃが発熱したことが原因で、温度測定装置６が測定した温度の上昇量を温度上昇量とする。実温度から推定温度を減算すれば、上記影響をなくすことができる。すなわち、実温度から推定温度を減算した値が、温度上昇量となる。
【００７５】
推定温度は、式１に示す指数関数式を用いて求めることができる。式１は、温度低下を表す一般的な式である。
【００７６】
ｙ＝ａ×ｅｘｐ（ｂ×ｘ）・・・（式１）
ここで、「ｙ」は、温度を示し、「ｘ」は、経過時間を示し、「ａ」及び「ｂ」は、係数である。このうち、「ｂ」は、温度の下がり具合、すなわち、温度が急激に下がるのか、温度が緩やかに下がるのかを示す。後で説明する近似式算出部８６（図１０）は、式１を利用して、近似式（すなわち、推定温度を求める式）を算出する。
【００７７】
次に、熱電対検査装置８について説明する。図１０は、本実施形態に係る劣化検出装置の構成を示すブロック図である。劣化検出装置は、熱電対検査装置８及び温度測定装置６を備える。
【００７８】
熱電対検査装置８は、図１に示す温度測定装置６が測定した温度を利用して、摩耗検査をする。
【００７９】
温度測定装置６は、図７及び図８に示すように、保護管式熱電対５を利用し、混練室３２で生成されている混練物Ｍの温度を測定すると共に、ドア部３３が開けられ、メッキ層５６が混練物Ｍに接触していない状態において、メッキ層５６の周囲の温度を測定する。
【００８０】
熱電対検査装置８は、ドア開閉判断部８１、電源部８２、スイッチ部８３、電流供給制御部８４、期間経過判断部８５、近似式算出部８６、減算部８７、摩耗判定部８８、及び、報知部８９を備える。
【００８１】
ドア開閉判断部８１は、不図示のセンサーから出力された信号を基にして、ドア部３３が開かれた状態か、又は、ドア部３３が閉じられた状態かを判断する。そのセンサーは、ドア部３３が開かれた状態とドア部３３が閉じられた状態とで異なる信号を出力する。
【００８２】
電源部８２は、熱電対５２に供給する電流を生成する。
【００８３】
スイッチ部８３は、例えば、トランジスタにより構成される。スイッチ部８３がオン状態のとき、電源部８２で生成された電流が外部配線５９ｂに供給される。スイッチ部８３がオフ状態のとき、電源部８２で生成された電流が外部配線５９ｂに供給されない。
【００８４】
電流供給制御部８４は、スイッチ部８３をオンオフ制御する。詳しく説明すると、電流供給制御部８４は、混練室３２から混練物Ｍを取り出すために、ドア部３３が開けられたとき、スイッチ部８３をオフからオンに切り替え、予め定められた第１の期間が経過したとき、スイッチ部８３をオンからオフに切り替える。これにより、混練室３２から混練物Ｍを取り出すために、混練機３がドア部３３を開ける動作をすることにより、ドア部３３が開けられた状態で、第１の期間において熱電対５２に電流を供給し、かつ、第１の期間の経過後において熱電対５２に電流を供給しない。
【００８５】
期間経過判断部８５は、第１の期間が経過してから、ドア部３３が開けられた状態で、予め定められた第２の期間が経過したか否かを判断する。図１１は、摩耗検査の期間を示すタイムチャートである。摩耗検査の期間Ｔ０は、第１の期間Ｔ１と、第２の期間Ｔ２と、サンプリング期間Ｔ３とに分けられる。摩耗検査の期間Ｔ０が、例えば、４秒の場合、第１の期間Ｔ１は、例えば、１秒であり、第２の期間Ｔ２は、例えば、２秒であり、サンプリング期間Ｔ３は、例えば、１秒である。
【００８６】
第１の期間Ｔ１に熱電対５２に対して電流を供給することにより、測温接点５２ｃ（図１）が発熱する。この影響が残っている期間を第２の期間Ｔ２とし、その影響が残っていない期間をサンプリング期間Ｔ３とする。サンプリング期間Ｔ３については、次の近似式算出部８６で説明する。
【００８７】
近似式算出部８６は、上述した式１で示す指数関数式を用いて、上記推定温度を求める式を算出する。つまり、近似式算出部８６は、温度演算部７が算出した複数の実温度を用いて、ドア部３３の開放後における熱電対５２の雰囲気温度の時間的減衰を示す近似式を算出する。以下の説明では、近似式算出部８６は、第１の期間Ｔ１に熱電対５２に電流が供給されなかったとすれば、第２の期間Ｔ２に温度測定装置６が測定したと推定される温度を示す近似式を算出する。言い換えれば、第１の期間Ｔ１に熱電対５２に電流が供給されなかったとすれば、第２の期間Ｔ２に保護管式熱電対５を利用して温度を測定した場合に、測定したと推定される温度を示す近似式を算出する。
【００８８】
この式の算出には、ドア部３３が開けられた状態で、温度測定装置６が測定した温度のうち、期間経過判断部８５によって第２の期間Ｔ２が経過したと判断された後（サンプリング期間Ｔ３）に測定された温度が用いられる。サンプリング期間Ｔ３は、第１の期間Ｔ１に熱電対５２に対して電流を供給したことにより、測温接点５２ｃが発熱した影響が残っていない期間として規定されているからである。
【００８９】
近似式は、上述したように、第１の期間Ｔ１に熱電対５２に対して電流が供給されなかったとした場合に第２の期間Ｔ２において、温度測定装置６が測定したと推定される温度（推定温度）を示す式である。測温接点５２ｃが発熱した影響が残っている期間（すなわち、第２の期間Ｔ２）で測定された温度を利用して近似式を算出すれば、近似式が正確な推定温度を示さないからである。
【００９０】
近似式算出部８６は、サンプリング期間Ｔ３において、所定の間隔で、温度測定装置６が測定した温度のデータを取得する。
【００９１】
上記の近似式算出部８６による近似式の算出手法は一例にすぎず、近似式算出部８６は、熱電対５２の第２の期間Ｔ２、サンプリング期間Ｔ３を区別することなく、第１の期間Ｔ１の経過後且つドア部３３の開放後における複数の実温度から近似式を算出してもよい。
【００９２】
減算部８７は、第２の期間Ｔ２に温度測定装置６が測定した温度から、近似式算出部８６が算出した近似式が示す温度を減算した減算値を算出する。
【００９３】
摩耗判定部８８は、メッキ層５６が摩耗している場合、メッキ層５６が摩耗していない場合よりも、減算値が大きくなることを利用して、メッキ層５６が摩耗しているか判定する。
【００９４】
報知部８９は、例えば、ディスプレイであり、摩耗判定部８８が判定した結果を報知する。
【００９５】
次に、本実施形態に係る熱電対検査装置８の動作について説明する。図１２は、その動作を説明するフローチャートである。
【００９６】
図８に示す混練機３の生成制御部３７が、混練物Ｍの生成が完了したと判断したとき、混練室３２から混練物Ｍを取り出すために、ドア制御部３８が、ドア部３３を開ける制御をする。これにより、図１０に示すドア開閉判断部８１が、ドア部３３が開けられたと判断する（ステップＳ１）。
【００９７】
ドア開閉判断部８１が、ドア部３３が開けられたと判断したので、電流供給制御部８４は、熱電対５２に電流を供給する（ステップＳ３）。詳しく説明すると、図１０に示す電流供給制御部８４は、スイッチ部８３をオフからオンに切り替え、それから第１の期間Ｔ１（図１１）が経過した後、スイッチ部８３をオンからオフに切り替える。これにより、第１の期間Ｔ１において、熱電対５２に電流が供給されるので、測温接点５２ｃ（図１）が発熱する。
【００９８】
期間経過判断部８５は、第１の期間Ｔ１が経過してから、ドア部３３が開けられた状態で、第２の期間Ｔ２（図１１）が経過したか否かを判断する（ステップＳ５）。ドア部３３が開けられた状態は、ドア開閉判断部８１が判断する。
【００９９】
期間経過判断部８５は、第２の期間Ｔ２が経過していないと判断した場合（ステップＳ５でＮｏ）、ステップＳ５の処理を繰り返す。
【０１００】
期間経過判断部８５は、第２の期間Ｔ２が経過したと判断した場合（ステップＳ５でＹｅｓ）、近似式算出部８６は、近似式を算出する（ステップＳ７）。これについて、詳しく説明する。
【０１０１】
図１３は、第２の期間Ｔ２及びサンプリング期間Ｔ３において、温度測定装置６が測定した温度を示すグラフ、すなわち、実温度を示すグラフである。図１４は、第２の期間Ｔ２及びサンプリング期間Ｔ３において、近似式算出部８６が算出した近似式を示すグラフ、すなわち、推定温度を示すグラフである。図１５は、図１３のグラフと図１４のグラフとを重ねたグラフである。図１３〜図１５において、横軸は、時間（秒）を示し、縦軸は、温度測定装置６が測定した温度（℃）を示している。横軸において、０．００秒から２．００秒までの期間が、第２の期間Ｔ２であり、２．００秒から３．００秒までの期間が、サンプリング期間Ｔ３である。
【０１０２】
図１３を参照して、０．００秒（すなわち、第１の期間Ｔ１の経過直後）において、熱電対５２に電流を供給することが停止され、測温接点５２ｃ（図１）の発熱が止まる。このため、０．００秒において、温度測定装置６が測定した温度が急激に低下している。
【０１０３】
その後も、温度測定装置６が測定した温度は低下する。これは、図８に示すように、混練室３２のドア部３３が開けられた状態なので、保護管式熱電対５が常温環境に晒されているからである。
【０１０４】
近似式算出部８６は、サンプリング期間Ｔ３において、例えば、１０μ秒毎に、温度測定装置６が測定した温度のデータを取得する。サンプリング期間Ｔ３が、１秒であれば、１００個の温度データを取得する。
【０１０５】
近似式算出部８６は、取得した温度データ、及び、式１で示す指数関数式を用いて、近似式を算出する。近似式は、例えば、以下の通りとなる。
【０１０６】
ｙ＝１２７．７４ｅ−０．０２０６ｘ・・・（式２）
式２をグラフで示したのが、図１４である。このグラフは、上述したように、推定温度を示すグラフである。
【０１０７】
減算部８７は、第２の期間Ｔ２及びサンプリング期間Ｔ３に温度測定装置６が測定した温度から、近似式算出部８６が算出した近似式が示す温度を減算した減算値を算出する（ステップＳ９）。減算値は、実温度から推定温度を減算した値であり、温度上昇量を示している。温度上昇量とは、第１の期間Ｔ１で測温接点５２ｃが発熱したことが原因で、温度測定装置６が測定した温度の上昇量である。
【０１０８】
詳しく説明すると、減算部８７は、図１６に示すように、図１３のグラフが示す値から図１４のグラフが示す値を引いた値を示すグラフを算出する。図１６において、横軸は、時間（秒）を示す。縦軸は、温度上昇量（℃）を示している。
【０１０９】
上述したように図１３に示すグラフは、第１の期間Ｔ１に熱電対５２に対して電流が供給された場合に、第２の期間Ｔ２及びサンプリング期間Ｔ３において、温度測定装置６が測定した温度（実温度）を示すグラフである。これに対して、図１４に示すグラフは、第１の期間Ｔ１に熱電対５２に対して電流が供給されなかったとした場合に、第２の期間Ｔ２及びサンプリング期間Ｔ３において、温度測定装置６が測定したと推定される温度（推定温度）を示すグラフである。
【０１１０】
第２の期間Ｔ２では、温度上昇量が０より大きい。これは、第１の期間Ｔ１に熱電対５２に対して電流を供給したことにより、測温接点５２ｃが発熱した影響が第２の期間Ｔ２に残っているからである。サンプリング期間Ｔ３では、温度上昇量が略０である。これは、その影響がサンプリング期間Ｔ３に残っていないからである。
【０１１１】
摩耗判定部８８は、図１６に示す第２の期間Ｔ２の温度上昇量（減算値）を利用して、メッキ層５６が摩耗しているか判断する（ステップＳ１１）。メッキ層５６が摩耗しているか判断する方法は、いくつか考えられる。例えば、第２の期間Ｔ２中の予め定められた時（例えば、０．５０秒）の温度上昇量が、予め定められたしきい値を超えていれば、メッキ層５６が摩耗していると判断し、超えていなければ、メッキ層５６が摩耗していないと判断する。
【０１１２】
また、第２の期間Ｔ２中の予め定められた時において、図１６に示すグラフの傾きが、予め定められたしきい値を超えていれば、メッキ層５６が摩耗していると判断し、超えていなければ、メッキ層５６が摩耗していないと判断する。
【０１１３】
図１６に示す第２の期間Ｔ２において、図１６のグラフを移動平均する処理をした後、それらの方法を適用してもよい。移動平均により図１６のグラフが滑らかになるので、誤差を小さくできるからである。
【０１１４】
摩耗判定部８８が、メッキ層５６が摩耗していると判断した場合（ステップＳ１１でＹｅｓ）、報知部８９は、保護管式熱電対５の交換を警告する表示をする（ステップＳ１３）。
【０１１５】
摩耗判定部８８が、メッキ層５６が摩耗していないと判断した場合（ステップＳ１１でＮｏ）、図６に示す混練機３のドア制御部３８は、ドア部３３を閉じる制御をする（ステップＳ１５）。そして、生成制御部３７は、ドア部３３が閉じられた後、混練室３２で次の混練物Ｍの生成を制御する。
【０１１６】
ドア部３３の一回の開閉で摩耗検査を一回だけ実行する例で説明したが、ドア部３３の一回の開閉で、摩耗検査を複数回実行してもよい。第１の期間Ｔ１が１．０秒、第２の期間Ｔ２が２．０秒、サンプリング期間Ｔ３が１．０秒とし、ドア部３３が開けられた時間が、１５秒であれば、摩耗検査を３回実行する。そして、３回の摩耗検査において、摩耗判断部が１回でも、メッキ層５６が摩耗していると判断した場合、報知部８９は、保護管式熱電対５の交換を警告する表示をする。
【０１１７】
ドア部３３を開閉する毎に、摩耗検査を実行してもよいし、予め定められた期間が経過する毎に（例えば、一日に一回）、摩耗検査を実行してもよい。
【０１１８】
本実施形態の主な効果を説明する。本実施形態では、図１を参照して、メッキ層５６（接触箇所）が摩耗している場合、メッキ層５６が摩耗していない場合よりも、熱電対５２に電流が供給されたときに、温度測定装置６が測定する温度の上昇量が大きくなることを利用して、メッキ層５６の摩耗を判定する。
【０１１９】
図８を参照して、混練室３２のドア部３３が開かれた状態で、メッキ層５６の摩耗検査をする場合、ドア部３３が開けられることにより、温度測定装置６によって測定される温度が急激に下がる影響をなくさなければならない。
【０１２０】
ドア部３３が開けられた状態で、熱電対５２に電流が供給された場合に、温度測定装置６が測定した温度を、実温度とする（図１３）。ドア部３３が開けられた状態で、熱電対５２に電流が供給されなかったとした場合に、温度測定装置６が測定したと推定される温度を、推定温度とする。本実施形態では、近似式算出部８６が算出した近似式が示す温度を、推定温度としている（図１４）。熱電対５２に電流が供給されることにより、測温接点５２ｃが発熱したことが原因で、温度測定装置６が測定した温度の上昇量を温度上昇量とする。
【０１２１】
実温度から推定温度を減算すれば、上記影響をなくすことができる。すなわち、実温度から推定温度を減算した値が、温度上昇量となる（図１６）。
【０１２２】
以上より、本実施形態によれば、混練物Ｍの温度の測定に用いられる保護管式熱電対５に備えられ、熱電対５２が収容される保護管５１において、混練物Ｍと接触するメッキ層５６が摩耗しているかを検査できる。
【０１２３】
また、本実施形態によれば、図１２のフローチャートで説明したように、混練物Ｍを混練室３２から取り出すために、ドア部３３を開けたときに、摩耗検査をしている。従って、混練機３の動作中に、摩耗検査をすることができる。混練機３の動作中とは、混練室３２で混練物Ｍを生成し、混練物Ｍを取り出すためにドア部３３を開け、ドア部３３を閉じ、混練室３２で次の混練物Ｍを生成する処理を繰り返すことである。よって、本実施形態によれば、摩耗検査をするために、混練機３の動作を停止させる必要がない。
【０１２４】
メッキ層５６（図１）の厚みと、温度上昇量との間には、メッキ層５６の厚みが小さくなれば、温度上昇量が大きくなる相関関係がある。本実施形態によれば、メッキ層５６の摩耗量（摩耗された厚み）を予測できるので、メッキ層５６が摩耗によりなくなり、保護管５１が破損する前に、適切なタイミングで、保護管式熱電対５の交換をする報知をすることができる。
【０１２５】
図１を参照して、保護管５１の肉厚を小さくすれば、保護管５１の熱容量が小さくなるので、応答性に優れた保護管式熱電対５となる。しかし、保護管５１の肉厚が小さい場合、メッキ層５６が摩耗により剥がれれば、直ぐに保護管５１が破損してしまう。本実施形態では、メッキ層５６の摩耗量を予測できるので、肉厚が小さい保護管５１を使用できる。
【０１２６】
肉厚が小さい保護管５１の場合、保護管５１の熱容量が小さいので、摩耗検査をした場合、温度上昇量が大きくなる。よって、メッキ層５６が摩耗しているか否かをより正確に判定することができる。
【０１２７】
本実施形態では、保護管５１の先端部５３ｘを覆うメッキ層５６が接触箇所である例で説明したが、保護管５１の先端部５３ｘがメッキ層５６で覆われていない場合、すなわち、メッキ層５６を含まない先端部５３ｘの場合にも、本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【０１２８】
３  混練機
５  保護管式熱電対
７  温度演算部
３２  混練室
３３  ドア部
５１  保護管
５１１  円錐部
５１２  本体部
５２  熱電対
５３  空洞部
５３１  前円筒部
５３２  テーパ部
５３３  円筒部
５３４  段差部
５４  前端
５５  後端
５６  メッキ層
８４  電流供給制御部
８８  摩耗判定部
８７  減算部
８６  近似式算出部
【図１】
2015129655.tif 000003
【図２】
2015129655.tif 000004
【図３】
2015129655.tif 000005
【図４】
2015129655.tif 000006
【図５】
2015129655.tif 000007
【図６】
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【図７】
2015129655.tif 000009
【図８】
2015129655.tif 000010
【図９】
2015129655.tif 000011
【図１０】
2015129655.tif 000012
【図１１】
2015129655.tif 000013
【図１２】
2015129655.tif 000014
【図１３】
2015129655.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
2015129655.tif 000017
【図１６】
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