(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータからの動力が伝達される入力軸部を有し且つ被混練材料を混練するスクリュ軸を備えた混練処理装置の負荷監視方法であって、
前記スクリュ軸の入力軸部に設けられた負荷検出装置により、当該入力軸部に対する負荷を検出し、
検出された負荷を予め定められた時間区間に亘って平均し負荷平均値を求めると共に、当該時間区間における負荷の最大値と最小値との差をとり負荷振幅値を求め、
求めた負荷平均値及び負荷振幅値が、予め定められた正常範囲内にある場合は正常状態と判定すると共に正常範囲内に無いときは過負荷状態であると判定し、
前記過負荷状態である場合は、過負荷状態を維持している時間を過負荷継続時間として積算してゆき、
前記正常状態である場合は、前記過負荷継続時間をリセットし、
前記過負荷継続時間が設定時間を超えたときに、異常警報の報知及び／又はスクリュ軸の回転停止を行うことを特徴とする混練処理装置の負荷監視方法。
【請求項２】
前記異常警報の報知及びスクリュ軸の回転停止を行うに際しては、
前記設定時間より短く且つ１分以内に設定された第２の設定時間を新たに設け、
前記第２の設定時間を超えたときに異常警報の報知を行い、
その後、前記設定時間を超えたときにスクリュ軸の回転停止を行うことを特徴とする請求項１記載の混練処理装置の負荷監視方法。
【請求項３】
前記検出された負荷が予め定めた異常値を越えた際に、異常警報の報知及び／又はスクリュ軸の回転停止を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の混練処理装置の負荷監視方法。
【請求項４】
前記検出された負荷を予め定められた時間区間に亘って平均し負荷平均値を求めるのに代えて、前記負荷平均値を固定値として与えておくことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の混練処理装置の負荷監視方法。
【請求項５】
モータからの動力が伝達される入力軸部を有し且つ被混練材料を混練するスクリュ軸を備えた混練処理装置の負荷監視方法であって、
前記スクリュ軸の入力軸部に設けられた負荷検出装置により、当該入力軸部に対する負荷を検出し、
検出された負荷を予め定められた時間区間に亘って平均し負荷平均値を求めると共に、当該時間区間における負荷の最大値と最小値との差をとり負荷振幅値を求め、
求めた負荷平均値及び負荷振幅値が、予め定められた正常範囲内の高負荷領域の閾値を超えた場合には高負荷状態であると判定し、
前記高負荷状態である場合は、高負荷状態にあった時間を高負荷累積時間として積算してゆき、
前記高負荷累積時間が所定時間を超えたときに、前記スクリュ軸がメンテナンス時期に達したとして警報を報知することを特徴とする混練処理装置の負荷監視方法。
【請求項６】
モータからの動力が伝達される入力軸部を有し且つ被混練材料を混練するスクリュ軸を備えた混練処理装置の負荷監視装置であって、
前記スクリュ軸の入力軸部に設けられて当該入力軸部に対する負荷を検出する負荷検出装置と、
検出された前記負荷を予め定められた時間区間に亘って平均し負荷平均値を求めると共に、当該時間区間における負荷の最大値と最小値との差をとり負荷振幅値を求める特性抽出部と、
求めた前記負荷平均値及び負荷振幅値が、予め定められた正常範囲内にある場合は正常状態と判定し、正常範囲内に無いときは過負荷状態であると判定する判定部と、
過負荷状態である場合には過負荷状態に維持されている時間を示す過負荷継続時間を積算する時間積算部と、
正常状態である場合には前記過負荷継続時間をリセットするリセット部と、
前記過負荷継続時間が予め与えられた設定時間を超えたときに、異常警報の報知及び／又はスクリュ軸の回転停止を行う保護部と
を有していることを特徴とする混練処理装置の負荷監視装置。
【請求項７】
モータからの動力が伝達される入力軸部を有し且つ被混練材料を混練するスクリュ軸を備えた混練処理装置の負荷監視装置であって、
前記スクリュ軸の入力軸部に設けられて当該入力軸部に対する負荷を検出する負荷検出装置と、
検出された前記負荷を予め定められた時間区間に亘って平均し負荷平均値を求めると共に、当該時間区間における負荷の最大値と最小値との差をとり負荷振幅値を求める特性抽出部と、
求めた前記負荷平均値及び負荷振幅値が、予め定められた正常範囲内の高負荷領域の閾値を超えた場合には高負荷状態であると判定する判定部と、
高負荷状態である場合には高負荷状態にあった時間を示す高負荷累積時間を積算する時間積算部と、
前記高負荷累積時間が所定時間を超えたときに、前記スクリュ軸がメンテナンス時期に達したことを警報で報知する保護部と
を有していることを特徴とする混練処理装置の負荷監視装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、押出機や混練機などの混練処理装置において、スクリュ軸に加わる負荷を監視する負荷監視方法及び負荷監視装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
混練機や押出機など混練処理装置は、軸方向に沿って長い空洞部を有するバレルと、バレルに供給された被混練材料を混練するスクリュ軸と、このスクリュ軸を回転させる駆動装置を備えている。スクリュ軸は混練翼を有しており、この混練翼が被混練材料を混練している。
混練において、被混練材料が十分に溶融していなかったり混練されにくい材料であったりすると、スクリュ軸に設計強度以上の負荷が加わることがある。そのため、従来の混練処理装置にはスクリュ軸に設計強度以上の負荷が加わらないように監視する負荷監視装置が設けられている。
【０００３】
例えば特許文献１には、負荷監視装置を有する押出機が開示されている。特許文献１の押出機の負荷監視装置は、駆動装置に取り付けられた回転数センサとスクリュ軸に取り付けられた回転数センサでそれぞれの箇所の回転数を検出し、両者の回転数の差を負荷として捉え、負荷がスクリュ軸の設計上の機械強度を超えないように監視する。この押出機では、スクリュ軸に設計強度以上の負荷が加わった場合、スクリュ軸の回転速度を下げたり被混練材料の原料供給量を減少させたりしてスクリュ軸を保護する機構になっている。
【特許文献１】特開２０００−２２５６４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の押出機においては、設計上の機械強度を超えない程度の繰り返し負荷がスクリュ軸に加わって疲労破壊する場合までは考慮されていない。そのため、負荷がスクリュ軸の設計上の機械強度を超えないように運転を続けても、疲労破壊によりスクリュ軸が破壊されてしまう虞がある。
一方、特許文献１の押出機においては、スクリュ軸の設計上の機械強度より小さい負荷に制御してスクリュ軸を保護することもできる。しかし、あまり小さい負荷にしようとするとスクリュ軸の回転速度を下げたり被混練材料の原料供給量を減少させたりするため、稼働率が低下したり、また回転速度や原料供給量の制御の頻度が増加して供給量が大きく変動したりして、生産性を著しく悪化させてしまう虞がある。
【０００５】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、設計上の機械強度を超えない負荷がスクリュ軸に累積的に加わる場合において、疲労破壊の原因となる負荷がスクリュ軸に一定の時間以上に亘って加わらないように監視することができ、スクリュ軸を疲労破壊から保護することができる混練処理装置の負荷監視方法及び負荷監視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】
【０００６】
前記目的を達成するため、本発明の混練処理装置の負荷監視方法は次の技術的手段を講じている。
即ち、本発明の混練処理装置の負荷監視方法は、モータからの動力が伝達される入力軸部を有し且つ被混練材料を混練するスクリュ軸を備えた混練処理装置の負荷監視方法であって、
前記スクリュ軸の入力軸部に設けられた負荷検出装置により、当該入力軸部に対する負荷を検出し、
検出された負荷を予め定められた時間区間に亘って平均し負荷平均値を求めると共に、当該時間区間における負荷の最大値と最小値との差をとり負荷振幅値を求め、
求めた負荷平均値及び負荷振幅値が、予め定められた正常範囲内にある場合は正常状態と判定すると共に正常範囲内に無いときは過負荷状態であると判定し、
前記過負荷状態である場合は、過負荷状態を維持している時間を過負荷継続時間として積算してゆき、
前記正常状態である場合は、前記過負荷継続時間をリセットし、
前記過負荷継続時間が設定時間を超えたときに、異常警報の報知及び／又はスクリュ軸の回転停止を行うことを特徴とする。
【０００７】
このようにすることで、スクリュ軸に設計上の機械強度を超えない程度の繰り返し負荷が累積的に加わる場合において、疲労破壊の起点となる微小クラックが伸展する原因となる一定の時間以上の過負荷が加わらないように監視することができ、スクリュ軸を疲労破壊から保護することができる。
なお、前記異常警報の報知及びスクリュ軸の回転停止を行うに際しては、前記設定時間より短く且つ１分以内に設定された第２の設定時間を新たに設け、前記第２の設定時間を超えたときに異常警報の報知を行い、その後、前記設定時間を超えたときにスクリュ軸の回転停止を行うのが好ましい。
【０００８】
このようにすることで、異常警報とスクリュ軸の回転停止を時間をずらして行うことができ、スクリュ軸の回転停止よりも前に異常警報で過負荷状態であることを報知することができる。
なお、前記負荷監視方法においては、前記検出された負荷が予め定めた異常値を越えた際に、異常警報の報知及び／又はスクリュ軸の回転停止を行うのが好ましい。
このようにすることで、スクリュ軸の疲労破壊だけでなく、設計上の機械強度を超える負荷によるスクリュ軸の破壊からも、スクリュ軸を保護することができる。
【０００９】
なお、前記負荷監視方法においては、前記検出された負荷を予め定められた時間区間に亘って平均し負荷平均値を求めるのに代えて、前記負荷平均値を固定値として与えておくこともできる。
このようにすることで、負荷振幅値をモニタするだけでスクリュ軸に加わった負荷が疲労破壊の原因となるかどうかが判断できるようになり、より簡単にスクリュ軸に対する負荷を監視できるようになる。
なお、前記負荷監視方法は、モータからの動力が伝達される入力軸部を有し且つ被混練材料を混練するスクリュ軸を備えた混練処理装置の負荷監視方法であって、
前記スクリュ軸の入力軸部に設けられた負荷検出装置により、当該入力軸部に対する負荷を検出し、
検出された負荷を予め定められた時間区間に亘って平均し負荷平均値を求めると共に、当該時間区間における負荷の最大値と最小値との差をとり負荷振幅値を求め、
求めた負荷平均値及び負荷振幅値が、予め定められた正常範囲内の高負荷領域の閾値を超えた場合には高負荷状態であると判定し、
前記高負荷状態である場合は、高負荷状態にあった時間を高負荷累積時間として積算してゆき、
前記高負荷累積時間が所定時間を超えたときに、前記スクリュ軸がメンテナンス時期に達したとして警報を報知することを特徴としても良い。
【００１０】
このようにすることで、操業時間によらずスクリュ軸が受けた負荷量が毎回略同等となったこと（メンテナンス時期となったこと）を的確に知ることができるので、効果的にメンテナンスを行うことができる。
前記目的を達成するため、本発明の混練処理装置の負荷監視装置は次の技術的手段を講じている。
即ち、モータからの動力が伝達される入力軸部を有し且つ被混練材料を混練するスクリュ軸を備えた負荷監視装置であって、
前記スクリュ軸の入力軸部に設けられて当該入力軸部に対する負荷を検出する負荷検出装置と、
検出された前記負荷を予め定められた時間区間に亘って平均し負荷平均値を求めると共に、当該時間区間における負荷の最大値と最小値との差をとり負荷振幅値を求める特性抽出部と、
求めた前記負荷平均値及び負荷振幅値が、予め定められた正常範囲内にある場合は正常状態と判定し、正常範囲内に無いときは過負荷状態であると判定する判定部と、
過負荷状態である場合には過負荷状態に維持されている時間を示す過負荷継続時間を積算する時間積算部と、
正常状態である場合には前記過負荷継続時間をリセットするリセット部と、
前記過負荷継続時間が予め与えられた設定時間を超えたときに、異常警報の報知及び／又はスクリュ軸の回転停止を行う保護部と
を有している。
【００１１】
このようにすることで、スクリュ軸に設計上の機械強度を超えない程度の繰り返し負荷が累積的に加わる場合において、疲労破壊の起点となる微小クラックが伸展する原因となる一定の時間以上の過負荷が加わらないように監視することができ、スクリュ軸を疲労破壊から保護することができる。
本発明の負荷監視装置においては、モータからの動力が伝達される入力軸部を有し且つ被混練材料を混練するスクリュ軸を備えた混練処理装置の負荷監視装置であって、
前記スクリュ軸の入力軸部に設けられて当該入力軸部に対する負荷を検出する負荷検出装置と、検出された前記負荷を予め定められた時間区間に亘って平均し負荷平均値を求めると共に、当該時間区間における負荷の最大値と最小値との差をとり負荷振幅値を求める特性抽出部と、求めた前記負荷平均値及び負荷振幅値が、予め定められた正常範囲内の高負荷領域の閾値を超えた場合には高負荷状態であると判定する判定部と、高負荷状態である場合には高負荷状態にあった時間を示す高負荷累積時間を積算する時間積算部と、前記高負荷累積時間が所定時間を超えたときに、前記スクリュ軸がメンテナンス時期に達したことを警報で報知する保護部とを有していても良い。
【００１２】
このようにすることで、操業時間によらずスクリュ軸が受けた負荷量が毎回略同等となったこと（メンテナンス時期となったこと）を的確に知ることができるので、効果的にメンテナンスを行うことができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の負荷監視方法及び負荷監視装置によって、スクリュ軸を疲労破壊から保護することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明に係る混練処理装置の負荷監視方法及び負荷監視装置の実施形態を、図面に基づき説明する。
図１は、第１実施形態の負荷監視装置１が設けられた押出機２（混練処理装置）を模式的に示している。
以下に、押出機２の装置構成を詳しく説明する。なお、説明の便宜上、図１の左側を上流側とし、右側を下流側とする。
押出機２は、左右一対のスクリュ軸３を有しており、このスクリュ軸３を回転させる駆動機構４が接続されている。
【００１５】
スクリュ軸３は、上流側に入力軸部５を有しており、入力軸部５より下流側に被混練材料（材料）を混練する混練部６が設けられている。スクリュ軸３は、内部がめがね孔状にくり抜かれたバレル８に挿入されている。
入力軸部５は、後述する駆動機構４の動力を混練部６に伝達しており、外周面には負荷検出装置７が備えられている。
混練部６は、混練セグメント（図示略）と送りセグメント９を有している。混練セグメントにはロータセグメントやニーディングディスクセグメントなどが用いられる。送りセグメント９は、スクリュ軸３の軸方向に螺旋状に捩れた送り用フライト９ａを１条又は複数条有しており、被混練材料を上流側から下流側に向けて送っている。
【００１６】
従って、スクリュ軸３を回転させると、溶融状態または半溶融状態に加熱された被混練材料が混練されながら上流側から下流側に向けて送られる。
駆動機構４は、動力を発生させるモータ１０と、モータ１０によって回転させられる駆動軸１１と、駆動軸１１の回転を一対のスクリュ軸３、３の回転に変換・伝達するギヤボックス１２を有している。
駆動軸１１は、モータ１０により回転させられており、モータ１０で発生した動力をギヤボックス１２に伝達している。駆動軸１１の中途側には、動力伝達の遮断が可能なカップリング装置１３が設けられている。カップリング装置１３は、本実施形態ではエア式クラッチで構成されているが、電磁クラッチなどで構成されていても良い。
【００１７】
ギヤボックス１２は、少なくとも駆動軸１１の回転速度を減速して動力を押出機側へと伝達するものである。なお、ギヤボックス１２には動力を左右のスクリュ軸３に分配したり、回転速度を変速したりする機能を一体構成または別体構成で付加してもよい。
負荷検出装置７は、左右のスクリュ軸３の入力軸部５にそれぞれ設けられており、それぞれの入力軸部５に対して負荷を検出している。なお、第１実施形態においては、負荷にはトルクメータ１５（負荷検出装置７）で検出されるトルクＴが用いられる。トルクメータ１５には、光学式や電磁式のトルクメータやひずみゲージのトルクメータを用いることができる。
【００１８】
第１実施形態の負荷監視装置１は、カップリング型のトルクメータ１５と、制御部１４とを有している。
図２に示すように、制御部１４は、検出されたトルクＴを予め定められた時間区間Ｓに亘って平均し負荷平均値Ｔaを求めると共に、時間区間ＳにおけるトルクＴの最大値Ｔmaxと最小値Ｔminとの差をとり負荷振幅値Ｔwを求める特性抽出部１６と、求めた負荷平均値Ｔa及び負荷振幅値Ｔwが疲労評価線図に対応して予め定められた正常範囲Ｎ内にある場合は正常状態と判定し、正常範囲Ｎ内に無いときは過負荷状態であると判定する第１判定部１７（判定部）を有している。
【００１９】
また、制御部１４は、検出されたトルクＴが過負荷状態である場合には過負荷状態に維持されている時間を示す過負荷継続時間ｔ0を積算する時間積算部１８と、正常状態である場合には過負荷継続時間ｔ0をリセットするリセット部１９と、過負荷継続時間ｔ0が設定時間を超えたときに報知器２１から異常警報２２を報知したりスクリュ軸３の回転停止を行ったりする保護部２０を有している。
具体的には、制御部１４はコンピュータ又はシーケンサで構成される。
特性抽出部１６は、トルクメータ１５で検出されたトルクＴと予め入力された時間区間Ｓに基づいて負荷平均値Ｔa及び負荷振幅値Ｔwを求め、求められた負荷平均値Ｔa及び負荷振幅値Ｔwを第１判定部１７に出力する。また、その作業を繰り返し行っている。
【００２０】
図３（ａ）に示すように、負荷平均値ＴaはトルクＴを時間区間Ｓで平均することで求められ、負荷振幅値Ｔwは時間区間ＳにおけるトルクＴの最大値Ｔmaxと最小値Ｔminとの差をとることで求められる。
時間区間Ｓは、偶発的に生じ得る瞬間的な過負荷をオミットすることのできる時間を考慮して、数秒〜十数秒程度で適宜入力設定することができる。
第１判定部１７は、特性抽出部１６から与えられた負荷平均値Ｔa及び負荷振幅値Ｔwに基づいてスクリュ軸３が疲労破壊の虞がない正常状態にあるか疲労破壊の虞がある過負荷状態にあるかを判定し、正常状態であるとの判定結果をリセット部１９に、また過負荷状態であるとの判定結果を時間積算部１８に出力する。
【００２１】
正常状態と過負荷状態との判別は、負荷平均値Ｔa及び負荷振幅値Ｔwが疲労評価線図の正常範囲Ｎ内にあるか否かで行われる。疲労評価線図はスクリュ軸３が設計上疲労破壊を起こさない負荷平均値Ｔa及び負荷振幅値Ｔwの範囲を正常範囲Ｎとして示したものである。
図３（ｂ）に示されるように、例えば負荷平均値がＴa2であり、負荷振幅値がＴw2であって、疲労評価線図の正常範囲Ｎ内にある場合にはスクリュ軸３は正常状態であると判定され、負荷平均値がＴa1であり、負荷振幅値がＴw1であって、正常範囲Ｎ外（過負荷範囲Ｅ）にある場合にはスクリュ軸３は過負荷状態であると判定される。
【００２２】
時間積算部１８は、過負荷状態であるとの判定結果に基づいて過負荷状態に維持されている時間を示す過負荷継続時間ｔ0を積算し、積算後の過負荷継続時間ｔ0を保護部２０に出力している。
リセット部１９は、正常状態であるとの判定結果に基づいて過負荷継続時間ｔ0をゼロに戻している。
保護部２０は、入力された過負荷継続時間ｔ0が設定時間ｔSを超えているときに、異常警報２２の報知及び／又はスクリュ軸３の回転停止を行う。
【００２３】
設定時間ｔSは、過負荷状態が偶発的な異常でないことを判断するのに十分な時間であり、数十秒〜数分程度で適宜入力設定することができる。ただし、設定時間を３０分以上と長くすると疲労破壊の起点となる微小クラックが在る場合に、微小クラックが伸展して疲労破壊を起こしやすくなるので、避ける必要がある。
異常警報２２は報知器２１から報知される。スクリュ軸３の回転停止は、電気信号に基づき接離自在なカップリング装置１３により駆動軸１１の動力を切断する及び／又はモータ１０を停止させることで行われる。なお、異常警報２２の報知、スクリュ軸３の回転停止はいずれか一方を行っても良いし、双方を行っても良い。
【００２４】
図４を用いて、第１実施形態の負荷監視方法、具体的には制御部１４の信号の流れについて説明する。
第１実施形態の負荷監視方法はＳ４１〜Ｓ４７に従って行われる。
まず、被混練材料をスクリュ軸３により混練しながら上流側から下流側に向けて送る際に、入力軸部５に設けられたトルクメータ１５によりそれぞれのスクリュ軸３に対するトルクＴを検出する［Ｓ４１］。
次に、トルクＴに基づいて負荷平均値Ｔa及び負荷振幅値Ｔwを算出する。つまり、トルクＴを予め定められた時間区間Ｓに亘って平均して負荷平均値Ｔaを求め、トルクＴの時間区間Ｓにおける最大値Ｔmaxと最小値Ｔminとの差をとることで負荷振幅値Ｔwを求める［Ｓ４２］。
【００２５】
求められた負荷平均値Ｔa及び負荷振幅値Ｔwが正常範囲Ｎ内にあるか否かの判定を行う。正常範囲Ｎは、スクリュ軸３が設計上疲労破壊を起こさない負荷平均値Ｔa及び負荷振幅値Ｔwの範囲である。
負荷平均値Ｔa及び負荷振幅値Ｔwが正常範囲Ｎ内に無い場合には、過負荷状態であると判定し、負荷平均値Ｔa及び負荷振幅値Ｔwが正常範囲Ｎ内にある場合には、正常状態と判定する［Ｓ４３］。
トルクＴが過負荷状態であると判定した場合は、過負荷状態を維持している時間を過負荷継続時間ｔ0として積算する［Ｓ４４］。
【００２６】
トルクＴが正常状態であると判定した場合は、過負荷継続時間ｔ0をゼロにする［Ｓ４５］。
過負荷継続時間ｔ0が設定時間ｔSを超えたかどうかの判定を行う［Ｓ４６］。
過負荷継続時間ｔ0が設定時間ｔSを超えた場合は、報知器２１から異常警報２２を報知するか、スクリュ軸３の回転を停止する［Ｓ４７］。過負荷継続時間ｔ0が設定時間ｔSを超えない場合は、Ｓ４１に戻る。
なお、異常警報２２の報知とスクリュ軸３の回転停止はいずれか一方を行っても良いし、双方を行っても良い。
【００２７】
本発明の負荷監視装置及び負荷監視方法により、設計上の機械強度は超えない程度の繰り返し負荷により生じ得る疲労破壊の起点となる微小クラックが過負荷（トルクＴ）により伸展することのないように、当該過負荷がスクリュ軸３に一定の時間以上に亘って加わらないように監視することができ、スクリュ軸３を疲労破壊から保護することができる。
また、本発明の負荷監視装置及び負荷監視方法は、負荷平均値Ｔaが一定の時間以上に亘って連続して加わるとスクリュ軸３の保護が行われる機構とされている。そのため、一時的（偶発的）な負荷によりスクリュ軸３の回転が停止して稼働率が低下したり供給量が大きく変動することを防止することができる。
［第２実施形態］
次に、第２実施形態の負荷監視方法及び負荷監視装置を説明する。
【００２８】
図５にあるように、第２実施形態の負荷監視方法が第１実施形態と異なる点は、異常警報２２の報知及びスクリュ軸３の回転停止の双方を行うに際して、設定時間ｔSより短く且つ１分以内に設定された第２の設定時間ｔbを新たに設け、この第２の設定時間ｔbを過負荷継続時間ｔ0が超えたときに異常警報２２の報知を行い、その後、過負荷継続時間ｔ0が設定時間ｔSを超えたときにスクリュ軸３の回転停止を行う点にある。
すなわち、第２実施形態の負荷監視方法は、Ｓ５１〜Ｓ５９に従って行われるものであるが、Ｓ５１〜Ｓ５５までは第１実施形態のＳ４１〜Ｓ４５と同様にして行われる。そして、第２実施形態の負荷監視方法では、Ｓ５６以降の工程が第１実施形態とは異なっている。
【００２９】
まず、第２実施形態の負荷監視方法では、設定時間ｔS以外に第２の設定時間ｔbが設定されている。この第２の設定時間ｔbは、過負荷状態が継続してスクリュ軸３が破壊されないように、疲労破壊の起点となる微小クラックが伸展するのを抑える観点から、１分以内であって且つ設定時間ｔSより短い時間に設定される。そして、過負荷継続時間ｔ0が第２の設定時間ｔbを超えたかどうかの判定を行う［Ｓ５６］。
次に、過負荷継続時間ｔ0が第２の設定時間ｔbを超えた場合は、報知器２１から異常警報２２を報知する［Ｓ５７］。過負荷継続時間ｔ0が第２の設定時間ｔbを超えない場合は、Ｓ５１に戻る。
【００３０】
そして、異常警報２２の報知後に、さらに過負荷継続時間ｔ0が設定時間ｔSを超えたかどうかの判定を行う［Ｓ５８］。
過負荷継続時間ｔ0が設定時間ｔSを超えた場合は、スクリュ軸３の回転停止を行う［Ｓ５９］。過負荷継続時間ｔ0が設定時間ｔSを超えない場合は、Ｓ５１に戻る。
第２実施形態に示すように異常警報２２の報知とスクリュ軸３の回転停止とを時間をずらして行う（スクリュ軸３を回転停止する前に異常警報２２を報知する）ことで、スクリュ軸３が回転を停止する以前に異常を知ることができる。その結果、スクリュ軸３を停止させる前に正常な運転状態にすることが可能となり、生産を継続したままスクリュ軸３が過負荷状態にさらされることを防止することが可能となる。
【００３１】
なお、第２実施形態の負荷監視方法及び負荷監視装置におけるその他構成及び作用効果については、第１実施形態と同様である。
［第３実施形態］
次に、第３実施形態の負荷監視方法及び負荷監視装置を説明する。
図６にあるように、第３実施形態の負荷監視方法が第１実施形態と異なる点は、検出されたトルクＴが予め定めた異常値を越えた際に、異常警報２２の報知及び／又はスクリュ軸３の回転停止を行う点にある。そのため、第３実施形態の制御部１４には、図９にあるように検出されたトルクＴが予め定めた異常値を越えたかどうかを判定する第２判定部３１が設けられている。
【００３２】
第３実施形態の制御部１４は、検出されたトルクＴがスクリュ軸３の設計上の機械強度以上であるか否かを判定する第２判定部３１を有しており、トルクＴが異常値より大きい場合の判定結果を示す信号は保護部２０に出力される。
異常値は、計算上の機械強度限界に安全率を考慮して決定する設計上の機械強度に応じて設定すればよく、例えばスクリュ軸３の許容限界トルクを基準値とすればよい。なお、制御部１４における判定を行うにあたり、異常値はモータ１０の定格トルクによる運転時にギヤボックス１２の出力軸に発生する出力軸トルクに代替えさせてもよい。この場合の異常値は定格出力軸トルクに対して１１０〜１３０％の範囲の所定値に設定され、本実施形態では定格出力軸トルクの１１０％とされている。
【００３３】
図６にあるように、第３実施形態の負荷監視方法は、Ｓ６１〜Ｓ６８に従って行われる。
まず、トルクメータ１５でトルクＴを検出する［Ｓ６１］。
次に、トルクメータ１５から入力されたトルクＴが異常値（定格出力軸トルクの１１０％）より大きいか否かを判定する［Ｓ６２］。
トルクＴが異常値より小さい場合は、第１判定部１７でトルクＴに基づいて負荷平均値Ｔa及び負荷振幅値Ｔwを求める［Ｓ６４］。Ｓ６４からＳ６７までは、第１実施形態のＳ４３からＳ４６までと同様である。
【００３４】
トルクＴが異常値より大きい場合は、設計上の機械強度を超えるトルクＴ（負荷）がスクリュ軸３に加わっていると判断して異常警報２２で報知し、必要に応じてスクリュ軸３の回転を停止する［Ｓ６８］。
検出された負荷（トルク）がスクリュ軸３の設計上の機械強度以上であるか否かを判定することで、スクリュ軸３が疲労破壊されることからだけでなく、設計上の機械強度を超える負荷によりスクリュ軸３が破壊されることからも保護することができる。
なお、第３実施形態の負荷監視装置及び負荷監視方法におけるその他構成及び作用効果については、第１実施形態と同様である。
［第４実施形態］
次に、第４実施形態の負荷監視方法及び負荷監視装置を説明する。
【００３５】
図７にあるように、第４実施形態の負荷監視方法が第１実施形態と異なる点は、検出されたトルクＴを予め定められた時間区間Ｓに亘って平均することで負荷平均値Ｔaを求めるのに代えて、負荷平均値Ｔaを固定値として与えておく点にある。そのため、第４実施形態の負荷監視装置では、図１０にあるように負荷平均値Ｔaに予め入力された固定値が用いられている。
第４実施形態の負荷監視方法は、Ｓ７１〜Ｓ７７に従って行われる。
まず、トルクメータ１５で第１実施形態のＳ４１と同様に、トルクＴを求める［Ｓ７１］。
【００３６】
次に、トルクメータ１５より入力されたトルクＴに基づいて負荷振幅値Ｔwを算出する［Ｓ７２］。このとき、負荷平均値Ｔaは固定値として与えられる。固定値として与えられる負荷平均値Ｔaには、過去に同一の混練条件において求められた負荷平均値などを用いることができる。
第１判定部１７において、求めた負荷振幅値Ｔwと固定値として与えられた負荷平均値Ｔaに基づいて、トルクＴが過負荷状態にあるか正常状態にあるかの判定を行う［Ｓ７３］。Ｓ７３からＳ７７までは、第１実施形態のＳ４３からＳ４７までと同様である。
【００３７】
第４実施形態の負荷監視方法においては、特性抽出部１６で負荷振幅値Ｔwをモニタするだけで済み、負荷平均値Ｔaを求める場合よりも特性抽出部１６の構成をより簡単にできる。
また、第１判定部１７でも、負荷平均値Ｔaと時間区間Ｓが固定値として与えられているため、前記負荷振幅値Ｔwをモニタするだけでスクリュ軸３に加わった負荷が疲労破壊の原因となるか過負荷かどうかが判断できるようになり、より簡単にスクリュ軸３に対する負荷を監視できるようになる。
【００３８】
なお、第４実施形態の負荷監視方法及び負荷監視装置におけるその他構成及び作用効果については、第１実施形態と同様である。
［第５実施形態］
次に、第５実施形態の負荷監視方法及び負荷監視装置を説明する。図８にあるように、第５実施形態の負荷監視方法が第１実施形態と異なる点は、求めた負荷平均値Ｔa及び負荷振幅値Ｔwが、疲労評価線図に対応して予め定められた正常範囲Ｎ内の高負荷範囲Ｍの閾値Ｈを超えた場合には高負荷状態であると判定し、時間積算部１８で高負荷状態にあった時間を高負荷累積時間ｔ1として積算してゆき、高負荷累積時間ｔ1が所定時間ｔmを超えたときにスクリュ軸３がメンテナンス時期に達したとして異常警報２２を報知する点にある。
【００３９】
また、第５実施形態の負荷監視装置１が第１実施形態と異なる点は、図１１にあるように、スクリュ軸３が高負荷状態にあるかどうかを判定する第１判定部１７と、高負荷状態にあった時間を高負荷累積時間ｔ1として積算する時間積算部１８と、高負荷累積時間ｔ1が所定時間ｔmを超えているかどうかを判定して高負荷累積時間ｔ1が所定時間ｔmを超えている場合にはスクリュ軸３がメンテナンス時期に達したことを警報（異常警報２２）で報知する保護部２０とを備えている点にある。そして、第５実施形態の負荷監視装置１では第１実施形態のように高負荷累積時間ｔ1をリセットするリセット部１９は存在しない（ただし、制御外での人為的なリセットは可能である）。
【００４０】
第１判定部１７は、特性抽出部１６から与えられた負荷平均値Ｔa及び負荷振幅値Ｔwに基づいてスクリュ軸３が高負荷範囲Ｍの下限である閾値Ｈを超えているか否かを判定し、閾値Ｈを超えている場合にはスクリュ軸３が高負荷状態であるとの判定結果を時間積算部１８に出力する。
図３（ｂ）に示すように、高負荷範囲Ｍは、疲労評価線図の正常範囲Ｎに対して安全率を乗じることで得られるものであり、疲労評価線図の正常範囲Ｎ内にはあっても過負荷範囲Ｅに近いためメンテナンスの必要性が認められる領域である。本実施形態の高負荷範囲Ｍは、正常範囲Ｎの閾値に安全率０．８５を乗じて得られる高負荷範囲Ｍの閾値Ｈを基準に定められており、正常範囲Ｎ内であって閾値Ｈを超える領域のことを示している。なお、高負荷範囲Ｍの閾値Ｈを求める際に必要となる安全率は０．８５〜１．００の範囲で適宜定めることができる。
【００４１】
なお、第１判定部１７での高負荷状態にあるか否かの判定は以下のように行われる。例えば、図３（ｂ）において負荷平均値がＴa2であり、負荷振幅値がＴw2であって、疲労評価線図の正常範囲Ｎ内にある場合にはスクリュ軸３は正常状態である（高負荷状態でない）と判定され、負荷平均値がＴa3であり、負荷振幅値がＴw3であって、高負荷範囲Ｍ内又は過負荷範囲Ｅ内にある場合にはスクリュ軸３は高負荷状態であると判定される。
時間積算部１８は、高負荷状態であるとの判定結果が入力されると、高負荷状態にあった時間を高負荷累積時間ｔ1として積算し、高負荷累積時間ｔ1を保護部２０に出力する。
【００４２】
保護部２０は、入力された高負荷累積時間ｔ1が所定時間ｔmを超えているかどうかを判定し、高負荷累積時間ｔ1が所定時間ｔmを超えている場合にはスクリュ軸３がメンテナンス時期に達したことを異常警報２２で報知する。なお、所定時間ｔmは、１０〜１００時間の間で被混練材料の種類や混練条件に応じて適宜設定することができる。
第５実施形態の負荷監視方法は、図８にあるようにＳ８１〜Ｓ８６に従って行われる。
まず、第１実施形態のＳ４１〜Ｓ４３と同様に、トルクメータ１５でトルクＴを検出し［Ｓ８１］、トルクＴから負荷平均値Ｔa及び負荷振幅値Ｔwを求める［Ｓ８２］。
【００４３】
次に、求められた負荷平均値Ｔa及び負荷振幅値Ｔwが高負荷範囲Ｍの下限である閾値Ｈを超えているか否かの判定を行い［Ｓ８３］、高負荷範囲Ｍの閾値Ｈを超えている場合には、高負荷状態にあった時間を高負荷累積時間ｔ1として積算する［Ｓ８４］。
その後、高負荷累積時間ｔ1が所定時間ｔmを超えたかどうかの判定を行い［Ｓ８５］、高負荷累積時間ｔ1が所定時間ｔmを超えた場合は、スクリュ軸３がメンテナンス時期に達したとして異常警報２２を報知する［Ｓ８６］。
第５実施形態の負荷監視方法では、疲労評価線図に対応して予め定められた正常範囲Ｎ内の運転を行っている場合にも、疲労破壊を起こし得る負荷よりも小さな負荷（トルクＴ）が繰り返し加わった高負荷累積時間ｔ1を求めることで、メンテナンスに最適なタイミングが報知されるため、スクリュ軸３が疲労破壊を起こす前に的確にかつ効果的に探傷検査などのメンテナンスを行うことができる。
【００４４】
なお、第５実施形態の負荷監視方法及び負荷監視装置におけるその他構成及び作用効果については、第１実施形態と同様である。
本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、発明の本質を変更しない範囲で各部材の形状、構造、材質、組み合わせなどを適宜変更可能である。
例えば、上記実施形態では、混練処理装置として２軸押出機が例示されている。しかし、処理装置に単軸または３軸以上の押出機または混練機を用いることもできる。
なお、上記実施形態では、負荷監視装置は左右一対のスクリュ軸の双方にそれぞれ備えられていたが、いずれか一方のスクリュ軸にだけ負荷監視装置を設けることもできる。
【００４５】
なお、上記実施形態では負荷検出装置７はカップリング型のトルクメータ１５であったが、負荷検出装置７にはその他公知のものを用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の負荷監視装置を備える押出機の平面図である。
【図２】制御部の構造を示す説明図である。
【図３】検出された負荷からスクリュ軸の過負荷状態を判定する機構を示す説明図である。
【図４】第１実施形態の負荷監視方法を示すフローチャートである。
【図５】第２実施形態の負荷監視方法を示すフローチャートである。
【図６】第３実施形態の負荷監視方法を示すフローチャートである。
【図７】第４実施形態の負荷監視方法を示すフローチャートである。
【図８】第５実施形態の負荷監視方法を示すフローチャートである。
【図９】第３実施形態の制御部の構造を示す説明図である。
【図１０】第４実施形態の制御部の構造を示す説明図である。
【図１１】第５実施形態の制御部の構造を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４７】
１    負荷監視装置
２    押出機
３    スクリュ軸
５    入力軸部
７    負荷検出装置
１０  モータ
１４  制御部
１６  特性抽出部
１７  第１判定部（判定部）
１８  時間積算部
１９  リセット部
２０  保護部
２２  異常警報
Ｓ    時間区間
Ｔa  負荷平均値
ｔm  所定時間
ｔS  設定時間
ｔb  第２の設定時間
Ｔw  負荷振幅値
Ｔmax  最大値
Ｔmin  最小値
Ｎ    正常範囲
Ｍ    高負荷範囲
Ｈ    高負荷範囲の閾値
ｔ0  過負荷継続時間
ｔ1  高負荷累積時間
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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