(57)【要約】【課題】坏土の流動性を評価するにあたり、混練の能率が低下するのを防止することができる坏土の混練技術を提供する。【解決手段】本発明の混練方法は、（ａ）ミキサー６で回転する攪拌羽根３によって坏土Ｃを混練しながら、攪拌羽根３の回転運動に関する状態量を測定する工程と、（ｂ）その測定値に基づいて、攪拌羽根３の回転運動を表す運動方程式を構成するパラメータを同定する工程と、（ｃ）その同定値に基づいて、混練中の坏土Ｃの流動性を評価する工程とを有する。【選択図】図１
2009226708.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）回転する攪拌羽根によって坏土を混練しながら、該攪拌羽根の回転運動に関する状態量を測定する工程と、
（ｂ）その測定した状態量に基づいて、前記攪拌羽根の回転運動を表す運動方程式を構成するパラメータを同定する工程と、
（ｃ）その同定したパラメータ値に基づいて、前記攪拌羽根によって混練中の前記坏土の流動性を評価する工程と
を有する坏土の混練方法。
【請求項２】
前記工程（ａ）では、前記攪拌羽根の回転軸まわりのトルクτ及び角速度ωを測定し、
前記工程（ｂ）では、その測定したトルクτ及び角速度ωに基づいて、下記（１）式で表される運動方程式を構成するパラメータＪ、ｄ、及びαの少なくともいずれか一つを同定する請求項１に記載の坏土の混練方法。
【数１】
2009226708.tif 000012
【請求項３】
前記工程（ｃ）では、前記坏土の流動性の評価結果に基づいて、前記攪拌羽根の回転運動の制御、前記坏土への施工水の添加量の制御、及び前記坏土の混練終了の判定の少なくともいずれかを行う請求項１又は２に記載の坏土の混練方法。
【請求項４】
坏土を収容するバケットと、
前記バケット内の坏土を混練する攪拌羽根と、
前記攪拌羽根を回転させるモータと、
前記攪拌羽根の回転運動に関する状態量を測定する測定手段と、
前記測定手段の結果に基づいて、前記攪拌羽根の回転運動を表す運動方程式を構成するパラメータを同定する同定手段と
を備えた混練装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、不定形耐火物や生コンクリート等の坏土の混練方法及び混練装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
不定形耐火物や生コンクリート等の坏土の品質や施工性は、坏土が有する流動性に大きく左右される。このため、フローテーブルとフローコーンを用いたフロー試験を行い、フロー値により坏土の流動性を評価している。しかし、フロー試験は、人手により行わなければならないため面倒である。
【０００３】
特許文献１には、攪拌羽根を回転させるモータに回転停止信号を発した時点から、攪拌羽根が坏土から受ける負荷がゼロとなるまでの緩和時間を測定し、予め求めた緩和時間と坏土のフロー値との相関関係から坏土の流動性を評価する方法が開示されている。この方法によれば、緩和時間とフロー値とがよく相関するため、フロー値を精度よく推定することができる。人手によるフロー試験が不要となるので、作業者の負担が軽減される。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−６９７１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の方法は、緩和時間の測定にあたって、モータ回転の停止と起動を繰り返さなければならないため、坏土の混練の能率が低下する。
【０００６】
本発明の目的は、坏土の流動性を評価するにあたり、混練の能率が低下するのを防止することができる坏土の混練技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一観点によれば、（ａ）回転する攪拌羽根によって坏土を混練しながら、該攪拌羽根の回転運動に関する状態量を測定する工程と、（ｂ）その測定した状態量に基づいて、前記攪拌羽根の回転運動を表す運動方程式を構成するパラメータを同定する工程と、（ｃ）その同定したパラメータ値に基づいて、前記攪拌羽根によって混練中の前記坏土の流動性を評価する工程とを有する坏土の混練方法が提供される。
【０００８】
本発明の他の観点によれば、坏土を収容するバケットと、前記バケット内の坏土を混練する攪拌羽根と、前記攪拌羽根を回転駆動するモータと、前記攪拌羽根の回転運動に関する状態量を測定する測定手段と、前記測定手段の結果に基づいて、前記攪拌羽根の回転運動を表す運動方程式を構成するパラメータを同定する同定手段とを備えた混練装置が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
攪拌羽根の回転運動を表す運動方程式を構成するパラメータが、坏土のフロー値と相関するため、パラメータ値に基づいて坏土の流動性を評価することができる。攪拌羽根を回転させたままの状態で、パラメータ値を求め、かつ坏土の流動性を評価することができるため、混練の能率が低下するのを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１に、実施例による混練装置の概略図を示す。角速度指令装置１、モータ２、攪拌羽根３、回転軸４、及びバケット５によりミキサー６が構成される。角速度指令装置１は、モータ２に角速度指令値ωＯを与える。角速度指令値ωＯは、攪拌羽根３の回転軸４まわりの角速度の目標値である。モータ２は、角速度指令値ωＯに従って攪拌羽根３の回転軸４を回転させる。回転する攪拌羽根３によって、バケット５内の坏土Ｃが混練される。
【００１１】
角速度検出器（測定手段の一例）７が、攪拌羽根３の回転軸４まわりの角速度ωを測定する。トルク検出器８（測定手段の一例）が、回転軸４まわりのトルクτを検出する。コンピュータ９が、検出された角速度ω及びトルクτ（回転運動に関する状態量）に基づいて、攪拌羽根３の回転運動を表す運動方程式を構成するパラメータを同定する。
【００１２】
図２は、図１の混練装置の動作を示すフローチャートである。以下、このフローチャートに沿って動作を説明する。
【００１３】
まず、角速度指令値ωＯに従って回転する攪拌羽根３によって坏土Ｃを混練しながら、攪拌羽根３の回転軸４まわりの角速度ωを角速度検出器７にて測定し、回転軸４まわりに作用するトルクτをトルク検出器８にて測定する（ステップＳ１）。
【００１４】
角速度検出器７及びトルク検出器８は、同期をとって同じサンプリング周波数１／Ｔ［Ｈｚ］でそれぞれω、τを測定する。コンピュータ９には、Ｔ秒毎にω及びτの測定値が送られる。以下、Ｔ秒毎に測定されて得られるω及びτの時系列データを、ω［０］、ω［１］、…ω［ｋ］、及びτ［０］、τ［１］、…τ［ｋ］と表記する。
【００１５】
次に、測定したω及びτに基づいて、攪拌羽根３の回転運動を表す運動方程式を構成するパラメータを同定する。以下、具体的に説明する。
【００１６】
攪拌羽根３の回転運動を表す運動方程式は、角速度をω、トルクをτ、時間をｔとしたとき、下記式（１）で表される。
【００１７】
【数１】
2009226708.tif 000003
【００１８】
この運動方程式（１）を構成するパラメータ、即ち、慣性モーメントＪ、粘性摩擦係数ｄ、及び摩擦抗力係数αをコンピュータ９にて求める。以下、そのための手法について説明する。
【００１９】
運動方程式（１）を、Ｔをサンプリング周期としたときに、ωの時間微分が（ω［ｋ＋１］−ω［ｋ］）／Ｔで近似されるように離散化して整理すると下記（２）式となる。
【００２０】
【数２】
2009226708.tif 000004
【００２１】
但し、（２）式で、ｆ＝１−Ｔｄ／Ｊ、ｇ＝Ｔ／Ｊ、ｈ＝Ｔα／Ｊ、Ｔはサンプリング周期、ｋはステップ数である。
【００２２】
（２）式より、次の（３）式で表される同定モデルが得られる。
【００２３】
【数３】
2009226708.tif 000005
【００２４】
但し、ｆ´、ｇ´、ｈ´、ω´は、それぞれｆ、ｇ、ｈ、ωの同定値である。なお、コンピュータ９には、予め初期値として、ｆ´［１］、ｇ´［１］、ｈ´［１］の値が格納されているものとする。
【００２５】
なお、（３）式で、τの値に、ωよりも１ステップ前の値を採用しているのは、τを入力、ωを出力とみなしていることによる。
【００２６】
まず、ステップ数ｋ＝１とする。コンピュータ９は、角速度検出器７の測定結果ω［ｋ］と、トルク検出器８の測定結果τ［ｋ−１］とを、（３）式に代入し、角速度の同定値ω´［ｋ＋１］を算出する（ステップＳ２）。
【００２７】
次に、コンピュータ９は、上記同定値ω´［ｋ＋１］と、角速度検出器７の測定結果ω［ｋ＋１］との差ｅ［ｋ＋１］を下記（４）式より算出する（ステップＳ３）。
【００２８】
【数４】
2009226708.tif 000006
【００２９】
次に、コンピュータ９は、下記（５）〜（７）に示す漸化式を用いてｆ´［ｋ＋１］、ｇ´［ｋ＋１］、ｈ´［ｋ＋１］を算出する（ステップＳ４）。
【００３０】
【数５】
2009226708.tif 000007
【００３１】
次に、コンピュータ９は、ｆ＝ｆ´［ｋ＋１］、ｇ＝ｇ´［ｋ＋１］、ｈ＝ｈ´［ｋ＋１］とし、ｆ＝１−Ｔｄ／Ｊ、ｇ＝Ｔ／Ｊ、及びｈ＝Ｔα／Ｊなる関係式より、Ｊ、ｄ、及びαを算出する（ステップＳ５）。
【００３２】
なお、算出結果は、配列Ｊ［ｋ＋１］、ｄ［ｋ＋１］、α［ｋ＋１］に格納され、時系列データとしてコンピュータ９に記憶される。コンピュータ９は、かかるＪ、ｄ、及びαの時系列データを波形表示することも可能である。
【００３３】
次に、コンピュータ９は、ｋ＝ｋ＋１とし（ステップＳ６）、ｋの値が予め与えられた最大値ｋｍａｘより小さければ（ステップＳ７；ｙｅｓ）、再びステップＳ１に戻り、ｋの値がｋｍａｘ以上であれば（ステップＳ７；ｎｏ）、本計算を終了する。
【００３４】
以下、図１の混練装置を用いた実験結果について説明する。
【００３５】
表１は、流動性の評価対象とした三種類の坏土の構成と、それらのタップフロー値及びフリーフロー値とを示す。表１に示すように三種類の坏土は、粉体部分の構成は同じで、施工水の添加量のみが異なる。高流動坏土が最も多く施工水を含むため流動性が高い。
【００３６】
表１で、タップフロー値（以下、ＴＦ値という。）とは、ＪＩＳＲ２５２１に規定するフロー値をいう。フリーフロー値（以下、ＦＦ値という。）とは、ＪＩＳＲ２５２１に規定するフローコーンに坏土を流し込んで満たし、フローコーンを上方に抜き取って６０秒静置したときの坏土の広がり直径をいう。ＴＦ値及びＦＦ値は、坏土の流動性を表す指標である。低流動坏土、中流動坏土、高流動坏土の順に、ＴＦ値及びＦＦ値が大きくなることが分かる。
【００３７】
【表１】
2009226708.tif 000008
【００３８】
表１の各坏土を、図１の装置で混練し、図２のアルゴリズムに従って各坏土についてパラメータＪ、ｄ、及びαの同定を行った。
【００３９】
図３は、本実験で図１の角速度指令装置１がモータ２に与えた角速度指令値ωＯの波形を示す。図３に示すように、階段関数状の角速度指令値ωＯを与えた。これにより、攪拌羽根と坏土とからなる動的システムに衝撃が加えられ、同定精度の向上を図ることができる。なお、図３に示すように、攪拌時間は２５秒間とした。また、図１の角速度検出器７及びトルク検出器８による角速度ω及びトルクτの検出のサンプリング周期は２５０μ秒とした。
【００４０】
図４（ａ）〜（ｃ）に、パラメータＪ、ｄ、及びαの同定結果のグラフを示す。横軸は攪拌時間を示す。便宜上、攪拌時間１５秒〜２５秒までの１０秒間にわたる波形のみを示している。
【００４１】
表２は、図４に示したパラメータＪ、ｄ、及びαの、攪拌時間１５秒〜２５秒までの１０秒間にわたる平均値を示す。
【００４２】
【表２】
2009226708.tif 000009
【００４３】
表２から、表１のＴＦ値及びＦＦ値が大きい程、Ｊ、ｄ、及びαの各値が小さくなることが分かる。即ち、これらのパラメータ値と坏土のＴＦ値及びＦＦ値とには相関がある。従って、パラメータ値によって坏土の流動性を評価することできる。また、ＴＦ値及び／又はＦＦ値と、パタメータ値との関係を予め求めておけば、パラメータ値から、ＴＦ値及び／又はＦＦ値を推定することが可能となる。
【００４４】
図５は、表１に記載のＴＦ値と、パラメータＪ、ｄ、及びαとの相関図である。横軸がＴＦ値を示す。但し、Ｊは、ｄ及びαと同じ縦軸に納めるため値を１００倍して図示している。Ｊ及びｄは、ＴＦ値に対してほぼ直線的に変化している。このため、例えばＪ又はｄの、ＴＦ値に対する比例定数を予め求めておけば、Ｊ又はｄからＴＦ値を推定することができる。
【００４５】
一方、αのプロットは、途中で折れている。即ち、ＴＦ値が１５７ｍｍから１６８ｍｍへ変位するときのαの低下の仕方が大きい。ＴＦ値が１６８ｍｍの高流動坏土は、やや水分が多すぎ、バケット５内で坏土Ｃに分離が生じていた。このことから、例えば、施工水を少しずつ添加しながら坏土を混練する場合には、αのプロットが折れた時点で、施工水の添加を停止するとよい。
【００４６】
なお、αのプロットが折れるか否かの判定は、例えば、次のようにして行うことができる。図５では、横軸にＴＦ値をとったが、実際にはＴＦ値を逐一測定するのは煩雑であるから、ＴＦ値と直線的に相関するＪ又はｄと、αとの相関図をみて、αのプロットが折れるかどうかを監視し、即ち、αのＪ又はｄによる微分（差分）が所定の閾値を下回るか否かを監視すればよい。
【００４７】
以上の実験結果を踏まえ、図１に戻って混練装置の説明を続ける。
【００４８】
図１に示すように、施工水供給装置１０が、バケット５内に施工水を供給する。施工水供給装置１０から施工水を少しずつ添加しながら坏土を混練する場合を考える。コンピュータ９は、図２の手順で同定したＪ又はｄとαとを用い、αのＪ又はｄによる微分（差分）が所与の閾値を下回るか否かを判定する。αのＪ又はｄによる微分（差分）が所与の閾値を下回った場合、コンピュータ９は、施工水供給装置１０に制御信号を出力し、施工水の供給を停止させる。これにより、坏土に施工水を添加しすぎることを防止することができ、坏土の品質を安定させることができる。
【００４９】
また、コンピュータ９は、図２の手順で同定するＪ、ｄ、及びαの各々を、所与の目標値Ｊ０、ｄ０、α０と比較し、各パラメータ値が目標値以下となった場合に、角速度指令装置１に制御信号を出力し、攪拌羽根３の回転を停止させ、坏土の混練を終了する。上述したように、Ｊ、ｄ、及びαは坏土のフロー値と相関するので、Ｊ、ｄ、及びαの値を監視することにより、坏土の流動性が所望の状態となった時点で、混練を自動的に終了することができる。
【００５０】
また、コンピュータ９は、表示装置１１の制御も行う。例えば、図２の手順で同定したＪ、ｄ、及びαの波形をグラフ表示することにより、作業者は坏土の流動状態を視覚的に捉えることができる。
【００５１】
また、表示装置１１に、作業者が行うべき作業が表示されるようにしてもよい。具体的には、上述したαのＪ又はｄによる微分（差分）が所与の閾値を下回った場合には、施工水の供給を止めるべき旨を表示装置１１に表示し、作業者が施工水の供給を止めるようにしてもよい。また、コンピュータ９が混練を終了すべきと判定した場合は、その旨が表示装置１１に表示されるようにし、作業者の手動操作によりミキサー６が停止されるようにしてもよい。
【００５２】
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明はこれに限られない。
【００５３】
例えば、上記実施例では、攪拌羽根の回転運動を表す運動方程式として（１）式を用いたが、これに限られない。例えば、下記（８）式や（９）式を用いてもよい。
【００５４】
【数６】
2009226708.tif 000010
【００５５】
【数７】
2009226708.tif 000011
【００５６】
（８）式を用いる場合は、これを構成するパラメータＡ及びＢの少なくともいずれか一方を同定すればよい。（９）式を用いる場合は、これを構成するパラメータＣ、Ｄ、及びＥの少なくともいずれか一つを同定すればよい。
【００５７】
また、上記実施例では、パラメータＪ、ｄ、及びαを求めたが、これらに代えて、ｆ、ｇ、ｈを用いてもよい。ｆ、ｇ、ｈは、Ｊ、ｄ、αとリンクしており、これらも坏土Ｃの流動性を表す指標と見做すことができる。即ち、（１）式に代えて、パラメータｆ、ｇ、ｈによって構成される運動方程式を用いてもよい。
【００５８】
また、上記実施例では、攪拌羽根の回転に関する状態量として、角速度ωを求めたが、角速度ωの代わりに、回転軸４まわりの回転角θを測定してもよい。この場合、角速度ωに相当する物理量は、回転角θを時間微粉（差分）すれば得られる。
【００５９】
また、図３には、図１の角速度指令値ωＯとして、ステップ関数状の波形を例示したが、これに代えて、ランプ関数状の波形等を用いてもよい。角速度指令値ωＯの波形は特に限定されない。この他、種々の組み合わせ及び改良が可能なことは当業者に自明であろう。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】実施例による混練装置の概略図である。
【図２】図１の混練装置の動作を示すフローチャートである。
【図３】角速度指令ωＯの波形を例示したグラフである。
【図４】（ａ）は慣性モーメントＪの同定結果を示すグラフであり、（ｂ）は粘性摩擦係数ｄの同定結果を示すグラフであり、（ｃ）は摩擦抗力係数αの同定結果を示すグラフである。
【図５】ＴＦ値と、パラメータＪ、ｄ、及びαとの相関関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６１】
１：角速度指令装置、２：モータ、３：攪拌羽根、４：回転軸、５：バケット、６：ミキサー、７：角速度検出器、８：トルク検出器、９：コンピュータ、１０：施工水供給装置、１１：表示装置、Ｃ：坏土
【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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