(57)【要約】【課題】本発明は、筒状路内を原料を移動させる場合、原料が筒状路を閉塞するか否か閉塞限界を予測することができる閉塞限界予測方法および摩擦力測定装置を提供する。【解決手段】鉛直方向に設けられた筒状路を搬送される原料がその筒状路を閉塞するかどうかの限界を予測する方法であって、筒状型の中に原料を充填する工程と、充填された原料を筒状型からずらして取り外すのに要する力を測定する工程とを備える。【選択図】　　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉛直方向に設けられた筒状路を搬送される原料がその筒状路を閉塞するかどうかの限界を予測する方法であって、
筒状型の中に前記原料を充填する工程と、
前記充填された原料を前記筒状型からずらして取り外すのに要する力を測定する工程とを備えた、前記筒状路の閉塞限界予測方法。
【請求項２】
前記原料を前記筒状型からずらして取り外す以前に、前記充填された原料を前記筒状型ごと加熱する、請求項１に記載の閉塞限界予測方法。
【請求項３】
前記原料を前記筒状型に充填する際、押圧手段により押圧する、請求項１または２に記載の閉塞限界予測方法。
【請求項４】
筒状型と、
前記筒状型に充填された原料を前記筒状型からずらして取り外すのに要する荷重を測定する荷重測定手段とを備える、摩擦力測定装置。
【請求項５】
さらに、前記筒状型に充填された原料を前記筒状型ごと加熱する加熱手段を備える、請求項４に記載の摩擦力測定装置。
【請求項６】
前記筒状型に原料を充填するのに用いる押圧手段を備える、請求項４または５に記載の摩擦力測定装置。
【請求項７】
筒状型と、
前記筒状型の端部に、上記筒状型と分離可能に設けられた底板と、
前記筒状型に原料を充填するための押圧手段と、
前記筒状型に充填された原料を前記筒状型ごと加熱する加熱手段と、
前記加熱手段により筒状型ごと加熱された前記充填された原料を、前記筒状型ごと前記底板と分離し、筒状型内の原料をその筒状型からずらして取り外すのに要する力を測定する測定手段とを備える、摩擦力測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉛直に置かれた筒状路を搬送される原料がその筒状路を閉塞するかどうかの閉塞限界を前もって予測する閉塞限界予測方法、および摩擦力測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
化学原料の製造において、加熱によって軟化しやすい化学原料粉体を鉛直に配置されたシュートから加熱しながら自然排出させて、下方に配置した収容缶などで受ける場合が生じる。例えば、ゴムの原料粉末をシュート内で加熱しつつ塊状になったゴム粉末を混練機に自然落下させる場合がある。塊状のゴムの原料粉末は、加熱により軟化してシュートの側壁との間に摩擦力を生じる。このため、塊状の原料粉体は、自然落下せず、シュートを閉塞する場合がある。従来、原料粉体ごとに閉塞を生じやすいか、閉塞しないか、原料の種類ごとに経験的に知られていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、経験的な知識では温度の影響を定量的に把握することはできないし、原料によっては筒状路で閉塞している間に変性または変質して、商品価値が低下してしまうものもある。したがって、原料が筒状路を閉塞するか否かの閉塞限界を予測することできれば、その予測に基いて閉塞しないように組成を調整し、新しい組成の原料を創り出すことが可能となる。
【０００４】
本発明は、鉛直方向に設けられた筒状路を搬送される原料の閉塞限界を予測することができる閉塞限界予測方法、および摩擦力測定装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の閉塞限界予測方法は、鉛直方向に設けられた筒状路を搬送される原料がその筒状路を閉塞するかどうかの限界を予測する方法であって、筒状型の中に原料を充填する工程と、充填された原料を筒状型からずらして取り外すのに要する力を測定する工程とを備える（請求項１）。
【０００６】
（ａ１）ずらして取り外すのに抗する力は、原料と筒状型内壁面との摩擦力である。また、（ａ２）充填された原料への搬送の駆動力、たとえば鉛直配置のシュータの場合は重量である。これらの力の大小を比較することにより、自然落下するかどうか予測することができる。すなわち、（ａ１）摩擦力と（ａ２）重量とを比較して、たとえば、（ａ１）摩擦力を横軸（ａ１座標）に、また（ａ２）重量を縦軸（ａ２座標）にプロットして所定の範囲にある場合閉塞せず、別の所定の範囲内の場合に閉塞が生じる、と予測することができる。両方の範囲に入らないグレイゾーンの場合、所定の条件下で閉塞が生じたり、生じなかったり、より精密に条件付きで予測してもよい。
【０００７】
原料は粉体に限定されず、筒状型の内面と摩擦力を生じるものであればどのようなものでもよい。特に、本発明の閉塞限界予測方法は、加熱時に粘着性となる原料を用いる場合に効果的である。
【０００８】
筒状型に粉体を充填する動作、充填された粉体を筒状型からずらして取り外す動作は人力で行ってもよいし、プレスなどの押圧機械を用いて行ってもよい。充填された粉体を筒状型からずらして取り外す際の力を測定するには、ばね秤、天秤秤、圧力センサーなどどのような測定装置を用いることができる。
【０００９】
筒状型は円筒型、角筒型など筒状型であればどのような形状であってもよい。また、外筒と内筒とからなる複合状の筒型でもよい。また、筒状型の内壁面は一体連続面であることが望ましいが、筒状型が幾つかの部分型から形成されている場合には、外筒などによって回りから支持できれば、そのような部分型の境界部を含む内壁面であってもよい。また、上記の筒状型の少なくとも内壁は、筒状路の内壁と同じ材質であることが好ましい。
【００１０】
上記の原料をずらして取り外す以前に、原料を筒状型ごと加熱してもよい（請求項２）。
【００１１】
このような構成をとることにより、ゴム等の原料の混練前のシュート内における加熱など、多くの化学原料の処理工程をシミュレートすることができる。加熱は、充填された原料の温度が所定の温度になるまで、数分間〜数時間かけることができる。
【００１２】
また上記の原料を筒状型に充填する際、押圧手段により押圧してもよい（請求項３）。
【００１３】
プレスなど機械による押圧手段を用いることにより、実際の化学原料の移送時の搬送圧に精密にかつ定量化して、シミュレートすることができる。この結果、閉塞限界予測方法の精度を向上させることができる。
【００１４】
本発明の摩擦力測定装置は、筒状型と、筒状型に充填された原料を筒状型の内壁面に沿ってずらして取り外すために要する荷重を測定する荷重測定手段とを備える（請求項４）。
【００１５】
荷重測定手段は、筒状型から充填物を取り外す際に適合するようにプレスなど機械と組み合わされた、ばね秤、筒状型の充填物を押し出すプランジャなどの治具などから構成することができる。プレスなど機械類を用いずに人力で行ってもよい。筒状型への粉体など原料の充填は、機械類で行ってもよく、また人力で行ってもよい。
【００１６】
上記の原料を筒状型ごと加熱する加熱手段を、さらに備えることにより（請求項５）、加熱がなされる実際の工程をよりきめこまかくシミュレートすることができる。また、上記の筒状型に原料を充填するのに用いる押圧手段を備えることにより（請求項６）、押圧を加減して実際の工程を精度よくシミュレートすることができる。
【００１７】
本発明の装置において、特に好ましい形態は、筒状型と、その筒状型の一方の端部に筒状型と分離可能に設けられた底板と、筒状型に原料を充填するための押圧手段と、筒状型に充填された原料を筒状型ごと加熱する加熱手段と、その加熱手段により筒状型ごと加熱された充填された原料を、筒状型ごと底板と分離し、筒状型内の原料をその筒状型からずらして取り外すのに要する力を測定する測定手段とを備える（請求項７）。
【００１８】
このような構成をとることにより、筒状型内に原料を鉛直方向に押し下げて充填し、かつその粉粒体を筒状型ごと所定の温度に加熱することができる。しかも、所定の温度に加熱された原料を容易に底板から分離でき、例えば、上記の原料で充填された筒状型を容易に水平方向に固定することができる。このため、原料をその筒状型ずらして取り外すのに要する力を精度よく測定することができる。なお、上記の筒状型は、第１の姿勢と第２の姿勢とをとり、第１の姿勢では鉛直方向に沿って位置し、第２の姿勢では水平方向に沿って位置する。上記の特に好ましい形態では、原料を充填するときには第１の姿勢をとり、原料を筒状型から取り外すときには第２の姿勢をとることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
次に図面を用いて、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２０】
図１は、本発明の実施の形態の閉塞限界予測方法における筒状型に粉体（原料）を充填する様子を示す図である。図１において、底板２の上に配置した筒状型１に、粉体５を軽く圧下をかけて充填している。原料は、粉体に限定されず、塊状流動体であってもよく、筒状型との内壁面と摩擦を生じ、重量との大小で自然落下したり閉塞したりする原料であればどのようなものでもよい。原料の筒状体内での圧下には、カバー３をして、その上からプレスなどで圧力を付加することが望ましい。この筒状型１は、ＳＵＳ３０４などのステンレス鋼を素材として製作することができる。これらの寸法は、例えば、筒状型の内径すなわち充填された粉体の直径は１０ｍｍ、また充填された粉体の高さは２１ｍｍとする。
【００２１】
この後、筒状型１と、底板２と、カバー３とを図１の状態を保ったまま、例えば８０℃に維持した恒温槽に入れて、例えば２時間保持する。この恒温保持により、粉体の種類に応じて粉体の粘性や流動性が変化し、粉体と筒状型の内壁面との摩擦が大きく変わる。
【００２２】
次に、図２に示すように、筒状型１の内壁面に沿って粉体５をずらして取り外すために要する荷重を測定する。荷重測定手段１０は、例示するように、ばね秤１０ａと、ばね秤１０ａに連結したとから構成される。プランジャ１０ｂは筒状型の内径に合せているが、粉体を押し出すことができれば、どのような形状であってもよい。このプランジャ１０ｂを備えたばね秤で、粉体を押し出す際の最高荷重を測定する。通常、粉体の最高荷重の位置は、粉体と筒状型との接触面積が最大の位置、すなわち、粉体が筒状型から全く押し出されていない状態のときである。これは、例えば、図３に示すように、シュータ１１の中を粉体５が移送される場合に対応している。すなわち、粉体５は全ての部分がシュータ１１内に位置しており、その状態での摩擦力ｘ（Ｎ）と重量ｍｇ（Ｎ）との優越性を比較することになる。ここで、ｇは重力加速度である。
【００２３】
荷重測定手段は、ばね秤とプランジャとの組合せに限定されず、天秤や圧力センサーと原料押出し治具との組合せ、プレスと原料押出し治具と充填粉体排出空間を有する下枠との組合せなどであってもよい。力を定量化する手段と、充填された原料を筒状型からずらすことを可能にする治具とを連結した荷重測定手段であればどのようなものでもよい。原料を筒状型からずらすのに、押し出す場合もあるし、引き出す場合もある。
【００２４】
次に、本実施の形態の閉塞限界予測方法の理論的背景について説明する。ただし、この理論的背景は、鉛直に配置されたシュータなど、原料への搬送駆動力が重量のみの場合について例示するものである。本発明は、原料への搬送駆動力が重力加速度に限定されず、搬送駆動力がどのようなものであってもよい。本発明は、原料移動の妨げとなる力が、原料と筒状路内壁との摩擦力であるすべてに場合に適用することができる。
【００２５】
図１の粉体の直径Ｄ、高さＨ、かさ密度ρとすると、粉体を下方に下げようとする荷重は、重力加速度ｇとすると、（π／４）Ｄ２Ｈρｇとなる。一方、図２における測定荷重がｘ（Ｎ）であったとする。自然落下する条件は、例えば、次のように表わすことができる。
【００２６】
（π／４）Ｄ２Ｈρｇ　＞　ｘ　　　…………………………　　　（１）
例えば、直径Ｄ＝５０ｍｍ、Ｈ＝２１ｍｍ、ρ＝０．６ｇ／ｃｍ３とすると、自然落下する条件として、ｘ＜０．０４８５Ｎ　と求めることができる。ｘは、粉体材料により、また温度により大きく変動する。また、かさ密度も材料や粉体の粒度や粒形状によって大きく変動する。このため、粉体材料ごと、温度ごとに上記の測定を行い、閉塞限界を予測する必要がある。
【００２７】
予測は、たとえば図４（ａ）に示すように、重量が摩擦力より大きければ（ｙ＞ｘ）、自然落下し、摩擦力が重量より大きければ（ｘ＞ｙ）、閉塞する、とすることができる。また、たとえば図４（ｂ）に示すように、重量が摩擦力より所定値以上大きい場合に自然落下し、摩擦力が重量より所定値以上大きい場合に閉塞が生じるとしてもよい。図４（ｂ）の場合は、自然落下するか閉塞するか不明のグレイゾーンができる。
【００２８】
なお、言うまでもないが、摩擦力測定装置は、重量と摩擦力との大きさの優越性を比較する場面に限られず、およそ摩擦力データが必要などのような場面において使用されてもよい。例えば、重量以外の所定の搬送力を付加して原料を輸送する場合で、重量だけでなくその搬送力と、摩擦力との間の優越性の比較が閉塞限界を決める場合であっても、摩擦力の評価に用いることができる。
【００２９】
次に、図１および図２に示した摩擦力測定装置を用いて、摩擦力を測定した実施例について説明する。
【００３０】
（実施例１）
図５は、ポリプロピレンＰと、テトラキス（１，２，２，６，６−ペンタメチル−４−ピペリジル）１，２，３，４−ブタンテトラカルボキシラートＴ（以下、Ｔとのみ記す）と、の混合比を４種類変えた原料について、摩擦力と温度との測定結果を示す。ポリプロピレンＰに対してＴの重量比率が、７：３以下の場合、８０℃以下では、摩擦力はほとんど発生しない。しかし、ポリプロピレンに対するＴの比が２：８以上になると、６０℃以上の加熱により摩擦力が急上昇することが分る。したがって、ポリプロピレンにＴを混合した原料を作る場合、他の事情が許容され、閉塞を防止することのみを考慮すれば、ポリプロピレンに混入するＴの比率は、２：８より小さくするべきであることが分る。
【００３１】
実際に、シミュレータの内径が０．３ｍである場合に、ポリプロピレンＰとＴとの重量比率が２：８より小さい場合には、閉塞が起こらなかった。一方、ポリプロピレンＰとＴとの重量比率が７：３の場合には、閉塞が生じた。したがって、本発明の閉塞限界予測方法が、鉛直方向に設けられた筒状路における粘着性原料の閉塞防止に有効であることが分る。
【００３２】
（実施例２）
化学原料に含まれる３種類の原料の摩擦力と温度との関係を測定した。測定した原料は、テトラキス（１，２，２，６，６−ペンタメチル−４−ピペリジル）１，２，３，４−ブタンテトラカルボキシラートＴ、チトラキス［メチレン３−（３’，５’−ジ−ｔ−ブチル−４’−ヒドロキシルフェニル）プロビオホート］メタン（以下、Ｃｈｉとのみ記す）および酸化亜鉛である。
【００３３】
図６によれば、酸化亜鉛は８０℃以下で摩擦力は発生していない。これに対して、Ｃｈｉは４０℃を超えると摩擦力が漸増し、６０℃以上で急上昇する。また、Ｔは、常温から摩擦力を生じており、６０℃まで漸増する。さらに６０℃を超えるときわめて急峻に摩擦力が上昇する。
【００３４】
図６の結果より、Ｔを原料中に含む場合、とくに６０℃以上で閉塞に注意する必要がある。Ｃｈｉについても、その混合比が大きい場合、６０℃以上でとくに閉塞に注意する必要がある。酸化亜鉛では、他の原料に大きな摩擦力を生じるものがなければ、閉塞の心配はあまりない。
【００３５】
実際に、シュータの内径が０．３ｍである場合に、ポリプロピレンＰと上記Ｃｈｉとの混合物におけるＣｈｉの重量比率が大きい場合でも、６０℃未満の温度であれば、閉塞は生じなかった。しかし、上記の混合物を６０℃を超える温度まで加熱するとシュータが閉塞されてしまった。したがって、本発明の閉塞限界予測方法が鉛直方向に設けられた筒状路における粘着性原料の閉塞防止に有効であることが分る。
【００３６】
上記において、本発明の実施の形態について説明を行ったが、上記に開示された本発明の実施の形態は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれら発明の実施の形態に限定されない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
【００３７】
【発明の効果】
本発明の閉塞限界予測方法を用いることにより、化学原料を例えばシュータ内搬送し加熱する場合の閉塞限界を簡便に予測することができる。また、本発明の摩擦力測定装置を用いることにより、化学原料を例えば搬送管内を搬送し加熱する場合に搬送管内壁と原料との摩擦力を所定の精度で非常に簡単に評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における閉塞限界予測方法において、原料を筒状型に充填した状態を示す図である。
【図２】図１の段階の後、原料を筒状型からずらす際の荷重を測定している状態を示す図である。
【図３】シュータ内の原料を示す図である。
【図４】（ａ）は重量と摩擦力との大小が、そのまま自然落下と閉塞とが対応する予測図であり、（ｂ）は重量と摩擦力とが等しい範囲を含む所定範囲はグレイゾーンとして、それより外側で自然落下と閉塞とが生じる予測図である。
【図５】本発明の実施例１を示す図である。
【図６】本発明の実施例２を示す図である。
【符号の説明】
１　筒状型、２　底板、３　カバー、５　原料（粉体）、１０　荷重測定装置、１０ａ　ばね秤、１０ｂ　プランジャ、１１　シュータ、ｘ　摩擦力、ｙ　重量、Ｈ　充填原料高さ、Ｄ　充填原料直径、ｍ　充填原料の質量、ｇ　重力加速度。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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