(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
混練設備の下流側に設けられて、当該混練設備で混練された材料を下流側に送るギアポンプに対して、前記ギアポンプを駆動させる電動機を制御するコントローラが、前記ギアポンプの回転数を制御するに際しては、
前記コントローラが、前記ギアポンプの入側の圧力Pinと出側の圧力Poutの比較結果または、前記電動機の負荷に基づいて、前記ギアポンプが空転しているかどうかを判断し、前記判断の結果に応じて前記ギアポンプの回転数を変更する
ことを特徴とするギアポンプの制御方法。
【請求項２】
前記ギアポンプの入側の圧力Pinを計測しておき、前記計測されたギアポンプ入側の圧力Pinが目標の圧力設定値P0よりも高くなった場合に、前記ギアポンプが空転しているかどうかを判断することを特徴とする請求項１に記載のギアポンプの制御方法。
【請求項３】
前記ギアポンプの空転が生じているとの判断の結果が得られた場合には、前記ギアポンプの回転数を低くする制御を行い、
前記ギアポンプの空転が生じていないとの判断の結果が得られた場合には、前記ギアポンプの回転数を高くすることを特徴とする請求項１又は２に記載のギアポンプの制御方法。
【請求項４】
前記コントローラが、前記ギアポンプの入側の圧力Pinと出側の圧力Poutの比較結果に基づいて前記ギアポンプが空転しているかどうかを判断する場合、前記ギアポンプの入側の圧力Pin及び出側の圧力Poutを計測し、計測された入側の圧力Pin及び出側の圧力Poutが次式の関係を満足するときに、前記ギアポンプが空転していると判断することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のギアポンプの制御方法。
【数１】
0006716835.tif 000011
【請求項５】
前記コントローラが、前記ギアポンプの入側の圧力Pinと出側の圧力Poutの比較結果に基づいて前記ギアポンプが空転しているかどうかを判断する場合、前記ギアポンプの入側の圧力Pin及び出側の圧力Poutを計測し、計測された入側の圧力Pin及び出側の圧力Poutが次式の関係を満足するときに、前記ギアポンプが空転していないと判断することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のギアポンプの制御方法。
【数２】
0006716835.tif 000012
【請求項６】
前記コントローラが、前記電動機の負荷に基づいて前記ギアポンプが空転しているかどうかを判断する場合、前記ギアポンプを駆動している電動機の負荷を計測し、
計測された電動機の負荷が所定の値以下の場合に、前記ギアポンプが空転していると判断することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のギアポンプの制御方法。
【請求項７】
前記コントローラが、前記電動機の負荷に基づいて前記ギアポンプが空転しているかどうかを判断する場合、前記ギアポンプを駆動している電動機の負荷を計測し、
計測された電動機の負荷が所定の値より大きい場合に、前記ギアポンプが空転していないと判断することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のギアポンプの制御方法。
【請求項８】
混練設備の下流側に設けられて、当該混練設備で混練された材料を下流側に送るギアポンプに対して、前記ギアポンプを駆動させる電動機を制御するコントローラと、前記ギアポンプの入側圧力の圧力Pinを計測する入側圧力センサと、前記ギアポンプの出側圧力の圧力Poutを計測する出側圧力センサと、を有するギアポンプの制御装置であって、
前記コントローラは、前記ギアポンプの入側の圧力Pinと出側の圧力Poutの比較結果に基づいて、前記ギアポンプが空転しているかどうかを判断し、前記判断の結果に応じて前記ギアポンプの回転数を制御する構成とされている
ことを特徴とするギアポンプの制御装置。
【請求項９】
前記計測されたギアポンプ入側の圧力Pinが目標の圧力設定値P0よりも高くなった場合に、前記ギアポンプが空転しているかどうかを判断する構成とされている
ことを特徴とする請求項８に記載のギアポンプの制御装置。
【請求項１０】
前記コントローラは、
前記ギアポンプの空転が生じているとの判断の結果が得られた場合には、前記ギアポンプの回転数を低くする制御を行い、
前記ギアポンプの空転が生じていないとの判断の結果が得られた場合には、前記ギアポンプの回転数を高くする構成とされている
ことを特徴とする請求項８又は９に記載のギアポンプの制御装置。
【請求項１１】
前記コントローラは、計測された入側の圧力Pin及び出側の圧力Poutが次式の関係を満足するときに、前記ギアポンプが空転していると判断する構成とされている
ことを特徴とする請求項８〜１０のいずれかに記載のギアポンプの制御装置。
【数３】
0006716835.tif 000013
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、混練設備に設けられたギアポンプの制御方法及びギアポンプの制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、連続混練機や押出機などの混練設備は、水平方向に沿って長尺に形成された筒状のバレルと、このバレルの内部に挿入されて材料を混練する混練ロータとを備えている。このような混練設備では、バレル内に供給された材料が混練ロータによって混練され、混練設備の最も下流側に位置する排出部から排出される。排出部から排出された材料はスクリーンチェンジャに送られ、スクリーンチェンジャで異物が除去される。
【０００３】
このスクリーンチェンジャは目が細かいメッシュを重ね合わせた構造となっており、溶融樹脂をメッシュに通過させることで異物を除去する構成となっている。また、このメッシュを通過させるためには溶融樹脂の圧力を上昇させる必要がある。そのため、特許文献１や特許文献２に示される混練設備では、スクリーンチェンジャの上流側に、溶融樹脂の圧力を高めるギアポンプが配備されている。
【０００４】
なお、このギアポンプは、スクリーンチェンジャを通過させる為に材料を昇圧させる機能だけでなく、混練度を調整する為に材料を滞留させる機能も備えている。
つまり、混練機の下流での混練度は、混練機の下流側に溶融樹脂がどの程度滞留しているかに影響を受け、例えば混練機の下流側における材料の充満率が高いほど材料の混練度も高くなる。そして、この混練機の下流側での材料の充満率は、ギアポンプの上流側の圧力が高いほど高くなる。つまり、混練度はギアポンプの回転数によって変化する。
【０００５】
そのため、従来の混練設備では、ギアポンプの入側の圧力を計測し、計測された圧力が所望の混練度に見合った圧力となるように、ギアポンプの回転数をＰＩＤ制御器などを用いて調整している。例えば、計測されたギアポンプの入側の圧力が設定値より高いときには、入側での材料の充満率が高すぎるためであると考えられるので、ギアポンプの回転数を上げ、ギアポンプの出側に送られる樹脂の量を増やす。そうすると、ギアポンプの入側における材料の充満率が低下し、ギアポンプの入側の圧力を下げることができる。このように従来の混練設備では、ギアポンプの回転数を変化させることで、ギアポンプの入側の圧力を所望の圧力に調整していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平０２−６１１８号公報
【特許文献２】特開２０１３−１８０５６０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、特許文献１や特許文献２のギアポンプでは、ギアポンプの入側の圧力が設定値より高いときに、ギアポンプの回転数を上げる操作を行うが、このような操作を行っても圧力が下げられない場合がある。
例えば、ギアポンプの回転数を上げても、出側での吐出量がかえって低下してしまうことがある。このような場合は、回転数をいくら上げても出側での吐出量が一向に増加せず、ギアポンプの上流側から下流側に材料は全く移動しない。一方で、材料は混練設備側から連続して送られてくるため、ギアポンプの入側の圧力はさらに高くなる。その結果、ギアポンプの回転数をさらに上げるといった制御が働くといった悪循環が生じ、最終的には制御が発散して停止する。
【０００８】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、ギアポンプの空転を検知して、ギアポンプを安定して稼働可能とするギアポンプの制御方法及びギアポンプの制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明のギアポンプの制御方法は以下の技術的手段を講じている。
即ち、本発明のギアポンプの制御方法は、混練設備の下流側に設けられて、当該混練設備で混練された材料を下流側に送るギアポンプに対して、前記ギアポンプを駆動させる電動機を制御するコントローラが、前記ギアポンプの回転数を制御するに際しては、前記コントローラが、前記ギアポンプの入側の圧力Pinと出側の圧力Poutの比較結果または、前記電動機の負荷に基づいて、前記ギアポンプが空転しているかどうかを判断し、前記判断の結果に応じて前記ギアポンプの回転数を変更することを特徴とする。
【００１０】
なお、好ましくは、前記ギアポンプの入側の圧力Pinを計測しておき、前記計測されたギアポンプ入側の圧力Pinが目標の圧力設定値P0よりも高くなった場合に、前記ギアポンプが空転しているかどうかを判断するとよい。
なお、好ましくは、前記ギアポンプの空転が生じているとの判断の結果が得られた場合には、前記ギアポンプの回転数を低くする制御を行い、前記ギアポンプの空転が生じていないとの判断の結果が得られた場合には、前記ギアポンプの回転数を高くするとよい。
【００１１】
なお、好ましくは、前記コントローラが、前記ギアポンプの入側の圧力Pinと出側の圧力Poutの比較結果に基づいて前記ギアポンプが空転しているかどうかを判断する場合、前記ギアポンプの入側の圧力Pin及び出側の圧力Poutを計測し、計測された入側の圧力Pin及び出側の圧力Poutが次式の関係を満足するときに、前記ギアポンプが空転していると判断するとよい。
【００１２】
【数１】
0006716835.tif 000002
【００１３】
なお、好ましくは、前記コントローラが、前記ギアポンプの入側の圧力Pinと出側の圧力Poutの比較結果に基づいて前記ギアポンプが空転しているかどうかを判断する場合、前記ギアポンプの入側の圧力Pin及び出側の圧力Poutを計測し、計測された入側の圧力Pin及び出側の圧力Poutが次式の関係を満足するときに、前記ギアポンプが空転していないと判断するとよい。
【００１４】
【数２】
0006716835.tif 000003
【００１５】
なお、好ましくは、前記コントローラが、前記電動機の負荷に基づいて前記ギアポンプが空転しているかどうかを判断する場合、前記ギアポンプを駆動している電動機の負荷を計測し、計測された電動機の負荷が所定の値以下の場合に、前記ギアポンプが空転していると判断するとよい。
なお、好ましくは、前記コントローラが、前記電動機の負荷に基づいて前記ギアポンプが空転しているかどうかを判断する場合、前記ギアポンプを駆動している電動機の負荷を計測し、計測された電動機の負荷が所定の値より大きい場合に、前記ギアポンプが空転していないと判断するとよい。
【００１６】
また、本発明のギアポンプの制御装置は、混練設備の下流側に設けられて、当該混練設備で混練された材料を下流側に送るギアポンプに対して、前記ギアポンプを駆動させる電動機を制御するコントローラと、前記ギアポンプの入側圧力の圧力Pinを計測する入側圧力センサと、前記ギアポンプの出側圧力の圧力Poutを計測する出側圧力センサと、を有するギアポンプの制御装置であって、前記コントローラは、前記ギアポンプの入側の圧力Pi
nと出側の圧力Poutの比較結果に基づいて、前記ギアポンプが空転しているかどうかを判断し、前記判断の結果に応じて前記ギアポンプの回転数を制御する構成とされていることを特徴とする。
【００１７】
なお、好ましくは、前記計測されたギアポンプ入側の圧力Pinが目標の圧力設定値P0よりも高くなった場合に、前記ギアポンプが空転しているかどうかを判断する構成とされている。
なお、好ましくは、前記コントローラは、前記ギアポンプの空転が生じているとの判断の結果が得られた場合には、前記ギアポンプの回転数を低くする制御を行い、前記ギアポンプの空転が生じていないとの判断の結果が得られた場合には、前記ギアポンプの回転数を高くする構成とされているとよい。
【００１８】
なお、好ましくは、前記コントローラは、計測された入側の圧力Pin及び出側の圧力Poutが次式の関係を満足するときに、前記ギアポンプが空転していると判断する構成とされているとよい。
【００１９】
【数９】
0006716835.tif 000004
【発明の効果】
【００２０】
本発明のギアポンプの制御方法及びギアポンプの制御装置によれば、ギアポンプの空転を検知して、ギアポンプを安定して稼働することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明のギアポンプの制御方法が行われる混練設備を示した図である。
【図２Ａ】運転中に正常に回転しているギアポンプ内の圧力の分布を、境界値０ＭＰａで２色（黒塗りとドット）に色分けして示した図である。
【図２Ｂ】運転中に正常に回転しているギアポンプ内の圧力の分布を、境界値１ＭＰａで２色（黒塗りとドット）に色分けして示した図である。
【図２Ｃ】運転中に正常に回転しているギアポンプ内の圧力の分布を、境界値１０ＭＰａで２色（黒塗りとドット）に色分けして示した図である。
【図２Ｄ】運転中に正常に回転しているギアポンプ内の圧力の分布を、境界値１１ＭＰａで２色（黒塗りとドット）に色分けして示した図である。
【００２２】
【図３Ａ】運転中に空転が発生しているギアポンプ内の圧力の分布を、境界値０ＭＰａで２色（黒塗りとドット）に色分けして示した図である。
【図３Ｂ】運転中に空転が発生しているギアポンプ内の圧力の分布を、境界値１ＭＰａで２色（黒塗りとドット）に色分けして示した図である。
【図４Ａ】第１実施形態の制御方法で制御されたギアポンプを備える混練設備を示した図である。
【図４Ｂ】第１実施形態の制御方法においてコントローラに対して入出力される信号の流れを示す図である。
【図５】第１実施形態の制御方法を示すフローチャートである。
【図６Ａ】第２実施形態の制御方法で制御されたギアポンプを備える混練設備を示した図である。
【図６Ｂ】第２実施形態の制御方法においてコントローラに対して入出力される信号の流れを示す図である。
【図７】第２実施形態の制御方法を示すフローチャートである。
【図８】ギアポンプが正常に運転している際の電動機負荷と、電動機負荷設定値との関係を示した図である。
【図９】従来の制御方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
［第１実施形態］
以下、本発明のギアポンプ１の制御方法及びギアポンプ１の制御装置（ギアポンプの制御機構１７）の実施形態を、図面に基づき詳しく説明する。
まず、制御方法の説明に先立ち、この第１実施形態の制御方法が行われる混練設備２について説明する。
【００２４】
図１は、第１実施形態のギアポンプ１を備えた混練設備２について模式的に示したものである。この混練設備２は、ゴムやポリオレフィン系樹脂のような熱可塑性の樹脂材料を混練するものであり、実際には連続混練機や押出機などの設備が用いられる。混練設備２の軸数は単軸であっても多軸（２軸）であっても良く、また運転方式は連続式であってもバッチ式であっても良い。本実施形態では、２軸の異方向回転型の連続混練機を備えた設備を混練設備２として例に挙げている。
【００２５】
図１の上側に示すように、本実施形態の混練設備２（連続混練機）は、内部が空洞に形成されたバレル３と、バレル３の内部を軸心方向に沿って挿通する一対の混練ロータ４、４と、を有している。連続混練機では、一対の混練ロータ４、４は互いに異方向に向かって噛み合い状態で回転しており、一対の混練ロータ４、４間に材料を導いて材料（樹脂）の混練を行う構成とされている。
【００２６】
この混練設備２の排出部８からバレル３外に排出された材料は、ギアポンプ１に送られる。ギアポンプ１は、水平方向に沿って流れる材料に対して、材料が流れる向きとは直交する向きに軸心を備えた上下１対のギア５Ｕ、５Ｄを有している。これら一対のギア５Ｕ、５Ｄは、互いに噛み合い状態となっており、互いに異方向に回転するようになっている。具体的には、図１の例では、上側のギア５Ｕは軸心回りを時計方向に回転し、下側のギア５Ｄは軸心回りを反時計方向に回転するようになっている。
【００２７】
また、これら一対のギア５Ｕ、５Ｄはケーシング６内に形成された円筒体が重なり合ったような形状の収容部７に収容されており、収容部７はギア５（以降では、ギア５Ｕ、５Ｄを合わせてギア５という場合がある）の回転外径よりやや大きな内径を備えていて、ギア５の歯の凹んだ部分（凹部５ａ）と収容部７の内壁面７ａとの間の隙間に入り込んだ材料が、ギア５の回転によって上流側から下流側に送られることで、材料を搬送する構成となっている。それゆえ、図１の例では、時計方向に回転する上側のギア５Ｕでは、この上側のギア５Ｕと、ケーシング７との間に案内された材料が、上側のギア５Ｕのさらに上方を通って、上流側から下流側に送られる。また、反時計方向に回転する下側のギア５Ｄでは、この下側のギア５Ｄと、ケーシング７との間に案内された材料が、下側のギア５Ｄのさらに下方を通って、上流側から下流側に送られる。
【００２８】
このようにしてギアポンプ１では、排出部８から排出された材料が上流側から下流側に送られ、スクリーンチェンジャ９に圧送され、このスクリーンチェンジャ９で異物が除去された材料は、ペレタイザ１０に送られる。ペレタイザ１０では、樹脂（材料）のペレットが製造される。
ところで、混練設備２の出側、言い換えればギアポンプ１の入側における材料の圧力は混練設備２の混練度を左右するものであり、ギアポンプ１の入側の圧力（後述するPin）はギアポンプ１の回転数を変化させることで調整することができる。
【００２９】
そのため、図９に示すような手順で、従来から、ギアポンプ１の入側の圧力Pin'が所望の入側圧力設定値P0'となるように、ギアポンプ１の回転数を制御している。
具体的には、ギアポンプ１の入側（混練機の出側）に圧力センサ１２を設けておき、この圧力センサ１２で入側の圧力Pin'を一定時間に亘って計測する（Ｓ３１）。このようにして計測された入側の圧力Pin'は、コントローラに送られる。コントローラには入側の圧力として許容可能な圧力の値、つまり上限値と下限値を有する入側圧力設定値P0'が予め入力されており、コントローラは入側の圧力Pin'の計測値と入側圧力設定値P0'とに基づいてギアポンプ１の回転数を制御している。つまり、入側の圧力Pin'の計測値が入側圧力設定値P0'の範囲内であるかどうかを比較する（Ｓ３２）。比較の結果、入側の圧力Pin'の計測値が入側圧力設定値P0'の範囲内である場合は、ギアポンプ１の回転数は変更しない（Ｓ３３）。しかし、入側の圧力Pin'の計測値が入側圧力設定値P0'の範囲内でない場合は、次に「入側の圧力Pin'の計測値が入側圧力設定値P0'より高いかどうか」を判断する（Ｓ３４）。「入側の圧力Pin'の計測値が入側圧力設定値P0'より高い」と判断されなかった場合には、ギアポンプ１の回転数を下げる制御が行われる（Ｓ３６）。
【００３０】
このようにギアポンプ１の回転数を下げれば、ギアポンプ１の上流側から下流側に送られる材料の量が減り、ギアポンプ１の入側に材料が溜まりやすくなって、入側の圧力Pin'が上がる。
また、「入側の圧力Pin'の計測値が入側圧力設定値P0'より高い」と判断された場合には、ギアポンプ１の回転数を上げる制御が行われる（Ｓ３６）。このようにギアポンプ１の回転数を上げれば、ギアポンプ１の上流側から下流側に送られる材料の量が増え、ギアポンプ１の入側に材料が溜まり難くなって、入側の圧力Pin'を下げることが可能となる。
【００３１】
このように従来の混練設備では、ギアポンプ１の入側の圧力Pin'を予め設定した設定値（入側圧力設定値P0'）に維持するように、ギアポンプ１の回転数を制御している。
ところが、従来のギアポンプ１では、ギアポンプ１の入側の圧力が設定値より高いときに、ギアポンプ１の回転数を上げる操作を行うのであるが、このような操作を行っても圧力が下がらない場合がある。
【００３２】
すなわち、回転数をいくら上げても出側での吐出量が一向に増加せず、ギアポンプ１の上流側から下流側に材料は全く移動しなくなる。一方で、材料は混練設備側から連続して送られてくるため、ギアポンプ１の入側の圧力はさらに高くなる。その結果、回転数を上げたにも拘わらず入側の圧力がさらに高くなって、ギアポンプ１の回転数をさらに上げる制御が働くといった悪循環が生じ、最終的には制御が発散して停止する。
【００３３】
このように回転数をいくら上げてもギアポンプ１の上流側から下流側に材料は全く移動しないという問題が発生する理由に対し、本発明者らは鋭意研究を行った。その結果、「ギアポンプの空転」が、ギアポンプ内で材料が移動しない原因となっていることがわかってきた。
次に、この「ギアポンプの空転」について詳しく説明する。なお、図２Ａ〜図２Ｄは、ギアポンプにおいて、通常の運転が行われている状況（空転なし）を示しており、図３Ａ及び図３Ｂは、ギアポンプにおいて空転が発生している状況を示している。なお、図２Ａ〜図２Ｄ、図３Ａ、及び図３Ｂは、材料の圧力を境界値によって２色（黒色で塗りつぶした部分とドットパターンと）に分けてマッピングしたものである。つまり、図２Ａ、図３Ａは０ＭＰａを境界値として、境界値以上を黒色、境界値未満をドットパターンとして２色で材料の圧力分布を示したものであり、図２Ｂ、図３Ｂは１ＭＰａを境界値として同様に２色で圧力分布を示したものである。また、図２Ｃは１０ＭＰａを境界値として、図２Ｄは１１ＭＰａを境界値として２色で材料の圧力分布を示したものとなっている。
【００３４】
図２Ａ〜図２Ｄ、図３Ａ及び図３Ｂから明らかなように、「ギアポンプ１の空転」とは、ギアポンプ１の入側に位置するギア歯の凹部５ａに材料が十分に入り込まないうちに、ギア５が回転してギア歯の凹部５ａが出側に達してしまい、材料が十分に運ばれずにギア５のみが空回りしている状態を意味している。言い換えれば、空転を起こしていない図２Ａ〜図２Ｄのギアポンプ１では、ギアポンプ１の入側においてギア歯の凹部５ａに材料が隙間なく入り込み、ギアポンプ１の出側まで回転した凹部５ａには殆ど空隙がなく材料が詰まっている。ところが、図３Ａ及び図３Ｂのギアポンプ１の凹部５ａにはまた空隙が残っていて材料が入る余地が残っている。
【００３５】
具体的には、図２Ａ〜図２Ｄにおけるギア歯の凹部５の平均の充填率（平均凹部充填率）は７５％であり、図３Ａ及び図３Ｂにおける凹部充填率は５０％である。このことから、平均凹部充填率での材料の充填率が５０％以下、好ましくは４０％以下となるような場合を「ギアポンプ１が空転している」ということができる。
また、図２におけるギア歯の凹部５の「Ｄ点」まで回転した凹部５ａでの材料の充填率（Ｄ点充填率）は９０％であり、図３におけるＤ部充填率は７５％である。このことから、図中の「Ｄ点」まで回転した凹部５ａでの材料の充填率が７５％以下、好ましくは７０％以下となるような場合を「ギアポンプ１が空転している」ということができる。
【００３６】
また、言い換えれば、「ギアポンプ１の空転」とは、ギアポンプ１の下流側で要求され
る材料の供給速度を、実際にギア５の回転で運ばれる材料の供給速度が下回る状態を意味しており、ギアポンプ１の出側（ギアポンプ１からスクリーンチェンジャ９に向かう途中）の材料排出部１６が「材料で空隙なく満たされていない」状態を示している。そのため、「ギアポンプの空転」を材料排出部１６における材料の充填率を用いて表現することもできる。
【００３７】
具体的には、空転を起こさずに正常に回転している（非空転状態で回転している）図２Ａ〜図２Ｄのギアポンプ１において、「Ｂ点」として示されるギアポンプの材料排出部１６では、ギアポンプ１の出側の材料排出部１６が有する内容積のうち、材料が存在する容積が占める割合（排出部充填率）は９０％（１００％でないのは、実際は細かい気泡が含まれることを考慮）となっており、材料排出部１６に空隙は殆ど存在していない。ところが、空転を起こしつつ回転している図３のギアポンプ１の場合、図２と同じ「Ｂ点」で比較すると、材料が存在する容積が占める割合（排出部充填率）は８０％となっている。それゆえ、材料排出部における材料の充填率が８０％以下、好ましくは７５％以下となるような場合を「ギアポンプ１が空転している」ということもできる。
【００３８】
なお、ギアポンプ１の空転は上述したようにギアポンプ１の内部で起こっている現象に関係するものであるが、ギアポンプ１の入側と出側との圧力差や、ギアポンプ１を駆動する電動機１１に加わる負荷を用いて、ギアポンプ１の空転の有無を判断することができる。
そのため、本発明のギアポンプ１の制御方法では、通常のギアポンプ１の制御を行うと共に、ギアポンプ１の入側と出側との圧力差や、ギアポンプ１を駆動する電動機１１に加わる負荷を用いて、ギアポンプ１の空転状態を加味したギアポンプ１の制御を行っている。
【００３９】
以降では、まず、ギアポンプ１の入側と出側との圧力差に基づいて、ギアポンプ１の空転の有無を判断する例をギアポンプ１の制御方法の第１実施形態として説明する。
まず、第１実施形態の制御方法に用いられるギアポンプ１の制御機構１７（ギアポンプ１の制御装置）について説明する。
図４Ａは、図１に示すギアポンプ１の制御機構１７をブロック図の形で示したものである。図４Ａに示す如く、第１実施形態のギアポンプ１において、ギアポンプ１の制御機構１７は、ギアポンプ１の入側（材料導入部１８、（図２Ａ〜図２Ｄ、図３Ａ及び図３Ｂ、図４Ａにおける「Ａ点」））に設けられた入側圧力センサ１２と、ギアポンプ１の出側（材料排出部１６、（図２Ａ〜図２Ｄ、図３Ａ及び図３Ｂ、図４Ａにおける「Ｂ点」）に設けられた出側圧力センサ１３と、ギアポンプ１を駆動させる電動機１１と、電動機１１を制御するコントローラ１４と、を備えている。入側圧力センサ１２で計測されたギアポンプ１の入側の圧力Pin及び出側圧力センサ１３で計測されたギアポンプ１の出側の圧力Poutは、いずれもコントローラ１４に送られる。
【００４０】
図４Ｂは、上述したコントローラ１４に対する信号の入出力を示したブロック図である。このコントローラ１４は、実際にはパソコンやＰＬＣのような装置であり、図４Ｂに示すように、コントローラ１４には入側の圧力計測値Pin及び出側の圧力計測値Pout以外にも、入側圧力設定値P0が予め入力されている。また、コントローラ１４からはギアポンプ１に対してギアポンプ操作量信号、言い換えれば電動機１１の回転数に対する制御信号が出力されている。
【００４１】
このコントローラ１４では、これらのPin、Pout、P0、及びギアポンプ操作量信号を用いて、図５に示すような手順で信号処理が行われる。
図５に示すように、まず入側圧力センサ１２でギアポンプ１の入側の圧力Pinが計測されると共に出側圧力センサ１３でギアポンプ１の出側の圧力Poutが計測される（Ｓ１１）。計測された圧力Pin及び圧力Poutの計測値がコントローラ１４に送られる。
【００４２】
コントローラ１４では、まず入力された入側の圧力Pinと、予め入力されていた上限値と下限値を有する入側圧力設定値P0とを比較し、「入側の圧力Pinが入側圧力設定値P0の範囲内である」かどうかの判断、言い換えれば、入側の圧力Pinが入側圧力設定値P0として設定された数値の範囲内に含まれているかどうかの判断が行われる（Ｓ１２）。
判断の結果、「入側の圧力Pinが入側圧力設定値P0の範囲内である」との判断、言い換えれば「ＹＥＳ」の判断が為された場合には、ギアポンプ１の運転状態を正常なものと考え、ギアポンプ１の運転状態を維持する。つまり、ギアポンプ１の回転数を変更しないものとする（Ｓ１３）。
【００４３】
しかし、判断の結果、「入側の圧力Pinが入側圧力設定値P0の範囲内でない」との判断、言い換えれば「ＮＯ」の判断が為された場合には、次に進んで、「入側の圧力Pinが入側圧力設定値P0より高いか」かどうかの判断が行われる（Ｓ１４）。
判断の結果、「入側の圧力Pinが入側圧力設定値P0より高くない（入側の圧力Pinが入側圧力設定値P0より低い）」との判断、言い換えれば「ＮＯ」の判断が為された場合には、ギアポンプ１の入側の圧力が下がっていることになるので、ギアポンプ１の回転を下げる（Ｓ１５）。
【００４４】
しかし、判断の結果、「入側の圧力Pinが入側圧力設定値P0より高い」との判断、言い換えれば「ＹＥＳ」の判断が為された場合には、ギアポンプ１の入側の圧力が上昇していることになるので、次のステップに進んでギアポンプ１が空転しているかどうかを判断する。
すなわち、次のステップでは、入力された入側の圧力Pinと出側の圧力Poutとを用いて、「入側の圧力Pinが出側の圧力Poutより高い」かどうかを判断する（Ｓ１６）。
【００４５】
この「ギアポンプ１に空転が起こっているかどうか」の判断は、正常に運転していれば加圧されて入側より圧力が高いはずの出側の材料の圧力が、入側の材料の圧力よりも低くなっているかどうかで行われる。つまり、次の式（１）の関係が成立した場合に、「ギアポンプ１に空転が起こっている」と判断し、式（１’）の関係が成立した場合に、「ギアポンプ１に空転が起こっていない」と判断するものとなっている。
【００４６】
【数３】
0006716835.tif 000005
【００４７】
【数４】
0006716835.tif 000006
【００４８】
判断の結果、「入側の圧力Pin＜出側の圧力Pout」との判断、言い換えれば「ＹＥＳ」の判断が為された場合には、ギアポンプ１は空転していないと判断し、ギアポンプ１の回転数を上げる（Ｓ１７）。また、「入側の圧力Pin≧出側の圧力Pout」との判断、言い換えれば「ＮＯ」の判断が為された場合には、ギアポンプ１が空転していると判断し、ギアポンプ１の回転数を下げる（Ｓ１８）。
【００４９】
上述したような第１実施形態のギアポンプ１の制御方法を用いれば、ギアポンプ１で空転が起こっている場合には、ギアポンプ１の回転数を下げる制御が行われ、ギアポンプ１の空転を抑制することが可能となる。そのため、ギアポンプ１が空転してまま回転数の制御が行われることもなくなり、制御が発散する問題も起こりにくくなって、より精度の良いギアポンプ１の回転数の制御が可能となる。
「第１実施形態の変形例」
上述した第１実施形態のギアポンプ１の制御方法では、式（１）及び式（１’）に示すように、入側圧力センサ１２で計測された入側の圧力Pinと出側圧力センサ１３で計測された出側の圧力Poutとを比較し、入側の圧力Pinが出側の圧力Poutを下回った場合に、「ギアポンプ１が空転している」と判断している。
【００５０】
しかし、ギアポンプ１が空転しているかどうかの判断は、入側の圧力Pinが出側の圧力Poutを下回るまで低下するのを待つ必要は必ずしもない。例えば、空転を起こさずに回転しているギアポンプ１では、入側の圧力Pinが０．５ＭＰａ程度、出側の圧力Poutが３０ＭＰａ程度となっていて、ギアポンプ１の入側に比して出側は６０倍程度の圧力に加圧されていることが多い。ところが、ギアポンプ１が空転すると、入側に対する出側の圧力の倍率が６０倍よりも小さいものとなる。例えば、ギアポンプ１の出側の圧力が入側の１０
倍程度まで低下すれば、十分に「ギアポンプ１が空転している」と判断することができる。
【００５１】
そのため、上述した次の式（１）の関係に代えて式（２）の関係式を用い、次の式（１’）の関係に代えて式（２’）の関係式を用いれば、式（１）や式（１’）を用いるより「ギアポンプ１が空転している」という判断結果を手早く得ることができ、ギアポンプ１の空転を迅速に抑制することが可能となって、より精度の良いギアポンプ１の回転数の制御が可能となる。
【００５２】
【数５】
0006716835.tif 000007
【００５３】
【数６】
0006716835.tif 000008
【００５４】
例えば、「Ａ点」での圧力値を、境界値を０ＭＰａで色分けした図２Ａと、境界値を１ＭＰａで色分けした図２Ｂとで比較すると、図２Ａでは「Ａ点」の圧力値は０ＭＰａ以上の領域に位置しているが、図２Ｂでは１ＭＰａ未満の領域に位置していて、「Ａ点」の圧力値は０〜１ＭＰａの範囲になっていることがわかる。
一方、「Ｂ点」での圧力値を、境界値を１０ＭＰａで色分けした図２Ｃと、境界値を１１ＭＰａで色分けした図２Ｄとで比較すると、図２Ｃでは「Ｂ点」の圧力値は１０ＭＰａ以上の領域に位置しているが、図２Ｄでは１１ＭＰａ未満の領域に位置していて、「Ｂ点」の圧力値は１０〜１１ＭＰａの範囲になっていることがわかる。
【００５５】
このことから、正常に回転しているギアポンプ１では、圧力値が０〜１ＭＰａである「Ａ点」と、圧力値が１０〜１１ＭＰａである「Ｂ点」との間には、１０倍程度の圧力差があり、ギアポンプ１の出側の圧力が入側の１０倍程度まで低下すれば、ギアポンプ１が空転している」と判断可能であることがわかる。
「第２実施形態」
なお、上述した第１実施形態の制御方法では、ギアポンプ１の入側と出側との圧力差に基づいて、ギアポンプ１の空転が生じているか否かの判断を行った。しかし、ギアポンプ１が空転しているか否かの判断は、ギアポンプ１を駆動している電動機１１の負荷（トルク）に基づいて行うこともできる。
【００５６】
第２実施形態のギアポンプ１の制御方法は、ギアポンプ１を駆動している電動機１１に、この電動機１１に加わる負荷を推定し、推定された電動機１１の負荷が所定の値以下の場合に、ギアポンプ１が空転していると判断するものである。つまり、空転状態にあるギアポンプ１ではギア歯の凹部５ａに材料が入り込んでおらず、ギアポンプ１は殆ど負荷を受けずに回転することができる。そのため、ギアポンプ１を駆動する電動機１１にも、あまり負荷が加わらない。
【００５７】
そこで、第２実施形態の制御方法では、電動機１１に流れる電流の値などを基に、負荷（電動機１１のトルク）を推定し、推定した負荷が所定の値より小さくなった場合に、「ギアポンプ１に空転が起こっている」と判断している。なお、電動機１１に負荷計測手段１５（トルク計）を設けておき、この負荷計測手段１５で負荷（電動機１１のトルク）を計測してもよい。
【００５８】
次に、第２実施形態のギアポンプ１の制御方法について説明する。
まず、第２実施形態の制御方法に用いられるギアポンプ１の制御機構１７について説明する。
図６Ａは、第２実施形態の制御方法が行われる混練設備２や制御機構１７をブロック図の形で示したものである。図６Ａに示す如く、第２実施形態のギアポンプ１の制御機構１
７は、第１実施形態と同様に材料導入部１８に入側圧力センサ１２を備えたものであるが、ギアポンプ１の出側（材料排出部１６）には出側圧力センサ１３が設けられていない。また、電流値から推定されたり、負荷計測手段１５で計測された電動機１１のトルクも、コントローラ１４に出力されている。これ以外の制御機構１７の構成については、第１実施形態と同様となっている。
【００５９】
図６Ｂは、第２実施形態のコントローラ１４に対する信号の入出力を示したブロック図である。
図６Ｂに示すように、第２実施形態のコントローラ１４には、入側の圧力計測値Pin以外に、電動機負荷Ｔ（ギアトルク信号Ｔ）が入力されており、出側の圧力計測値Poutは入力されていない。また、第２実施形態のコントローラ１４には、入側圧力設定値P0の他に電動機１１の負荷の設定である電動機負荷設定値Ｔ0が予め入力されている。
【００６０】
つまり、第２実施形態のコントローラ１４では、これらのPin、P0、ギアトルク信号Ｔ及び電動機負荷設定値Ｔ0に加えて、ギアポンプ操作量信号を用いて、図７に示すような手順で信号処理が行われる。
図７には、第２実施形態のコントローラ１４での信号処理方法、言い換えれば第２実施形態のギアポンプ１の制御方法が示されている。
【００６１】
第２実施形態のギアポンプ１の制御方法におけるＳ２１〜Ｓ２５までの動作は、第１実施形態のＳ１１〜Ｓ１５までの動作と同様であるため、説明を省略する。
Ｓ２４において、「入側の圧力Pinが入側圧力設定値P0より高い」との判断がされた場合には、第１実施形態と同様に「ギアポンプ１に空転が起こっているかどうか」の判断が為される。この「ギアポンプ１に空転が起こっているかどうか」の判断は、ギアポンプ１に加わる電動機負荷Ｔ（ギアトルク信号Ｔ）が、予め入力された所定の電動機負荷設定値Ｔ0を下回っているかどうかで行われる。つまり、次の式（３）の関係が成立した場合に、「ギアポンプ１に空転が起こっている」と判断し、式（３’）の関係が成立した場合に、「ギアポンプ１に空転が起こっていない」と判断するものとなっている。
【００６２】
【数７】
0006716835.tif 000009
【００６３】
【数８】
0006716835.tif 000010
【００６４】
比較の結果、ギアトルク信号Ｔが電動機負荷設定値Ｔ0より低く、式（３）が成立する場合、言い換えれば「ＹＥＳ」の判断がされた場合には、ギアポンプ１が空転していると判断して、ギアポンプ１の回転数を下げる（Ｓ２８）。
しかし、比較の結果、ギアトルク信号Ｔが電動機負荷設定値Ｔ0以上、式（３’）が成立する場合、言い換えれば「ＮＯ」の判断がされた場合には、ギアポンプ１は空転していないと判断して、ギアポンプ１の回転数を上げる操作が行われる（Ｓ２７）。
【００６５】
なお、上述した電動機負荷設定値Ｔ0を設定する際には、図８に示すように、電動機１１の負荷の変動を考えて行うのが好ましい。例えば、ギアポンプ１を運転した際に得られるギアトルクの平均値に対して、この平均値とほぼ同じ値に電動機負荷設定値Ｔ0を設定すると、計測バラツキのために「空転している」との誤った判断が頻繁に為されることになる。それゆえ、この平均値に対して、計測バラツキの幅より十分小さくなる値を電動機負荷設定値Ｔ0として設定するのが好ましい。このようにすれば、有意差を持って電動機１１の負荷が設定値Ｔ0を下回った際にのみ「空転している」との判断を適正に行うことが可能となる。
【００６６】
上述したような第２実施形態のギアポンプ１の制御方法を用いても、ギアポンプ１で空転が起こっている場合には、ギアポンプ１の回転数を下げる制御が行われ、ギアポンプ１の空転を抑制することが可能となる。そのため、ギアポンプ１が空転してまま回転数の制
御が行われることもなくなり、制御が発散する問題も起こりにくくなって、より精度の良いギアポンプ１の回転数の制御が可能となる。
【００６７】
この第２実施形態のギアポンプ１の制御方法は、ギアポンプ１の出側にセンサを設置するスペースがないなどの事情がある場合に、有効なものとなっている。
なお、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。特に、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。
【符号の説明】
【００６８】
１  ギアポンプ
２  混練設備
３  バレル
４  混練ロータ
５  ギア
５ａ  凹部
５Ｕ  ギア（上側）
５Ｄ  ギア（下側）
６  ケーシング
７  収容部
７ａ  収容部の内壁面
８  排出部
９  スクリーンチェンジャ
１０  ペレタイザ
１１  電動機
１２  入側圧力センサ
１３  出側圧力センサ
１４  コントローラ
１５  負荷計測手段（トルク計）
１６  材料排出部
１７  ギアポンプの制御機構（ギアポンプの制御装置）
１８  材料導入部
Pin  ギアポンプの入側の圧力
Pout  ギアポンプの出側の圧力
P0  入側圧力設定値
Ｔ  電動機負荷（ギアトルク信号）
Ｔ0  電動機負荷設定値
【図１】
0006716835.tif 000014
【図２Ａ】
0006716835.tif 000015
【図２Ｂ】
0006716835.tif 000016
【図２Ｃ】
0006716835.tif 000017
【図２Ｄ】
0006716835.tif 000018
【図３Ａ】
0006716835.tif 000019
【図３Ｂ】
0006716835.tif 000020
【図４Ａ】
0006716835.tif 000021
【図４Ｂ】
0006716835.tif 000022
【図５】
0006716835.tif 000023
【図６Ａ】
0006716835.tif 000024
【図６Ｂ】
0006716835.tif 000025
【図７】
0006716835.tif 000026
【図８】
0006716835.tif 000027
【図９】
0006716835.tif 000028