(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スクリュ式押出し機のバレルのバレル孔に回転可能に挿入されたスクリュの振れを計測するに際し、前記バレルに設けられた渦電流式変位センサを用いて、スクリュ式押出し機運転中における前記渦電流式変位センサから前記スクリュのスクリュ翼先端面までの距離を計測することを特徴とするスクリュ式押出し機のスクリュ振れ計測方法。
【請求項２】
前記スクリュに対して複数個の渦電流式変位センサを用いて、各渦電流式変位センサから前記スクリュの位相の異なるスクリュ翼先端面までの距離をそれぞれ計測することを特徴とする請求項１記載のスクリュ式押出し機のスクリュ振れ計測方法。
【請求項３】
バレルと、前記バレルのバレル孔に回転可能に挿入されたスクリュとを備えたスクリュ式押出し機において、先端面が前記バレル孔の内周面の一部を構成するように前記バレルに設けられたセンサ保持体と、前記センサ保持体によって保持される渦電流式変位センサであって、運転中における該渦電流式変位センサから前記スクリュの表面までの距離を検出する渦電流式変位センサと、渦電流式変位センサからの出力を処理して該渦電流式変位センサから前記スクリュのスクリュ翼先端面までの距離を計測するセンサ出力処理手段とを備えていることを特徴とするスクリュ式押出し機。
【請求項４】
前記センサ保持体の材質がエンジニアリングプラスチック又はセラミックであることを特徴とする請求項３記載のスクリュ式押出し機。
【請求項５】
請求項３又は４記載のスクリュ式押出し機において、前記渦電流式変位センサを一定の温度に保持するセンサ温度調整手段を備えていることを特徴とするスクリュ式押出し機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、押出し機スクリュの引き出し及びバレルの取り外しを行うことなくスクリュ翼先端面とバレル孔の内周面との摩耗量を推定することができるようにした、スクリュ式押出し機のスクリュ振れ計測方法、及びスクリュ式押出し機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
スクリュ式押出し機は、バレルと、このバレルのバレル孔（チャンバ室）に回転可能に挿入された１本又は２本のスクリュとを備えており、スクリュを回転させることでゴム、樹脂などの材料を搬送しながら混練・混合して押出すようにしたものである。スクリュ式押出し機では、そのスクリュの軸長Ｌが軸径Ｄに比べて長く、一般に、ゴム用冷間押出し機ではＬ／Ｄの値が１５程度、樹脂用混練押出し機ではＬ／Ｄの値が４２程度である。このため、スクリュ式押出し機では、スクリュの撓みが機械的に無視できない大きな値となる。一方、スクリュ式押出し機では、押出し効率を高めるために、スクリュ翼先端面（スクリュ山頂）とバレル孔の内周面との隙間が狭く、一般に０．１〜１．０ｍｍ程度に設定されている。
【０００３】
これらのことから、スクリュ式押出し機では、押出し運転中にスクリュ軸方向におけるスクリュ根元部分以外の箇所において、スクリュ翼先端面とバレル孔の内周面とが接触し、スクリュ翼先端面又はバレル孔の内周面、あるいは、その両方が摩耗することが避けられない。樹脂用混練押出し機では、溶融樹脂を潤滑材としてスクリュ翼先端面とバレル孔の内周面との接触を低減しうるものの、樹脂ペレットやパウダーが溶融するまでの間に、やはり摩耗が発生することになる。また、押出し材料中に配合されている硬質粉体、例えば工業カーボン、シリカ、炭酸カルシウムなどによっても、スクリュ翼先端面やバレル孔の内周面の摩耗が発生する。そして、摩耗度合いが大きくなると、押出し量が低下し、また、例えば混合分散不良によって押出し製品の品質が低下したり、材料温度低下によって未溶融物残留が発生したりする。さらに摩耗が進行すると、バレルのジャケット孔から水漏れが発生することもある。
【０００４】
従来、摩耗量を確かめる方法としては、スクリュをバレルからバレル外部に引き出し、そのスクリュ翼外径の寸法を計測し、製作寸法との差からスクリュの摩耗量を確かめるようにしていた。また、バレルについては、バレルを取り外し、バレル孔の内径を計測し、製作寸法との差からバレル孔の内周面の摩耗量を確かめるようにしていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来は、前述したように、スクリュ翼先端面とバレル孔の内周面の摩耗量を確かめるために、スクリュの引き出し及びバレルの取り外しを行うことが必要であり、そのために多大の労力と時間を要していた。
【０００６】
本発明は、以上のような事情に鑑みてなされたものであって、押出し機スクリュの引き出し及びバレルの取り外しを行うことなくスクリュ翼先端面とバレル孔の内周面との摩耗量を推定することができるようにした、スクリュ式押出し機のスクリュ振れ計測方法、及びスクリュ式押出し機を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明は次のような技術的手段を採用している。
【０００８】
請求項１の発明は、スクリュ式押出し機のバレルのバレル孔に回転可能に挿入されたスクリュの振れを計測するに際し、前記バレルに設けられた渦電流式変位センサを用いて、スクリュ式押出し機運転中における前記渦電流式変位センサから前記スクリュのスクリュ翼先端面までの距離を計測することを特徴とするスクリュ式押出し機のスクリュ振れ計測方法である。
【０００９】
請求項２の発明は、前記請求項１記載のスクリュ式押出し機のスクリュ振れ計測方法において、前記スクリュに対して複数個の渦電流式変位センサを用いて、各渦電流式変位センサから前記スクリュの位相の異なるスクリュ翼先端面までの距離をそれぞれ計測することを特徴とするものである。
【００１０】
請求項３の発明は、バレルと、前記バレルのバレル孔に回転可能に挿入されたスクリュとを備えたスクリュ式押出し機において、先端面が前記バレル孔の内周面の一部を構成するように前記バレルに設けられたセンサ保持体と、前記センサ保持体によって保持される渦電流式変位センサであって、運転中における該渦電流式変位センサから前記スクリュの表面までの距離を検出する渦電流式変位センサと、渦電流式変位センサからの出力を処理して該渦電流式変位センサから前記スクリュのスクリュ翼先端面までの距離を計測するセンサ出力処理手段とを備えていることを特徴とするスクリュ式押出し機である。
【００１１】
請求項４の発明は、前記請求項３記載のスクリュ式押出し機において、前記センサ保持体の材質がエンジニアリングプラスチック又はセラミックであることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項５の発明は、前記請求項３又は４記載のスクリュ式押出し機において、前記渦電流式変位センサを一定の温度に保持するセンサ温度調整手段を備えていることを特徴とするものである。
【００１３】
本発明によるスクリュ式押出し機のスクリュ振れ計測方法、及びスクリュ式押出し機によれば、バレルに設けられた渦電流式変位センサを用いて、スクリュ式押出し機運転中におけるスクリュ翼先端面までの距離を計測し、この距離のスクリュ式押出し機運転に伴う経時的変化に基づいて、スクリュ翼先端面とバレル孔の内周面との摩耗量を推定することができる。これにより、押出し機スクリュの引き出し及びバレルの取り外しを行わなくてすみ、スクリュ式押出し機のメンテナンスにかかる労力と時間を大幅に軽減でき、押出し機稼働率の向上を図ることができる。なお、渦電流式変位センサは、導電体からなる検出対象との距離（検出対象の位置・変位）を検出するセンサである。本発明では、検出対象がスクリュであること、センサヘッドが小形であることなどの点から、渦電流式変位センサを採用している。
【００１４】
本発明によるスクリュ式押出し機では、センサ保持体先端面がバレル孔の内周面の一部を形成するようにバレルにセンサ保持体を設け、このセンサ保持体に埋め込むことで渦電流式変位センサを保持するようになされている。この場合、センサ保持体の材質としては、渦電流式変位センサの距離検出性能に悪影響を与えないようにするために非金属であることがよく、硬度と強度に優れるとともに安価で取り扱いが容易なエンジニアリングプラスチックが挙げられる。種々のエンジニアリングプラスチックのうちから、押出し材料に合う耐熱温度などの特性を持つものを選択すればよい。また、耐熱温度や耐薬品性に優れるとともに、温度膨張が極めて小さいという点でセラミックが挙げられる。セラミック製の場合、押出し材料に含まれる無機配合剤とよく似た組成からなるものとすることで、センサ保持体からの摩耗粉が製品品質に及ぼす影響を極めて小さくしうるという利点がある。
【００１５】
本発明によるスクリュ式押出し機において、渦電流式変位センサを一定の温度に保持するセンサ温度調整手段を備えているものでは、渦電流式変位センサの温度ドリフトによる検出誤差を最小にすることができ、より正確な計測を行うことができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は本発明によるスクリュ振れ計測方法を実施するためのスクリュ式押出し機の構成を示す断面図である。
【００１７】
本実施形態のスクリュ式押出し機１０は、２軸の同方向回転のものであり、図１に示すように、バレル１１と２本のスクリュ１２，１２’とを備えている。バレル１１はバレル本体１１ａとバレル蓋体１１ｃとからなり、これらの内部には２つのバレル孔１１ｂ，１１ｂ’が径方向に連通状に、かつバレル軸方向に延びるように並設され、これらのバレル孔１１ｂ，１１ｂ’にスクリュ１２，１２’が回転可能にそれぞれ挿入されている。バレル本体１１ａ及びバレル蓋体１１ｃには、バレル孔１１ｂ，１１ｂ’の内周面に沿って、温水あるいは油などが流されてバレル１１の温度調整を行うための多数の温度調整媒体流通用ジャケット孔１１ｄが設けられている。各スクリュ１２，１２’は、２条の翼をそれぞれ有するものである。
【００１８】
バレル蓋体１１ｃには図１における上下方向においてバレル１１外部から一方のバレル孔１１ｂに通じる孔が設けられており、この孔に、先端面がバレル孔１１ｂの内周面の一部を構成するようにエンジニアリングプラスチック製のセンサ保持体１３が嵌め差し込まれ固着されている。このセンサ保持体１３に、円柱状をなし、スクリュ１２との距離を検出する渦電流式変位センサ（渦電流式変位センサヘッド）１４が埋め込まれて固着されている。渦電流式変位センサ１４は、センサ先端部をセンサ保持体１３先端面（バレル孔１１ｂの内周面）に近接させ、信号ケーブルが接続されたセンサ基端部をセンサ保持体１３から突出させた状態でセンサ保持体１３に埋め込まれている。
【００１９】
一般に、渦電流式変位センサは、その検出可能距離は小さく、小形の渦電流式変位センサでは１０ｍｍ程度であることから、検出対象にできるだけ近づけることがよい。しかし、渦電流式変位センサ１４の先端部によってバレル孔１１ｂの内周面の一部を形成することは、該先端部にスクリュ１２のスクリュ翼先端面１２ａが接触することも考えられるため、強度的にも不適切である。このため、渦電流式変位センサ１４の先端部は、センサ保持体１３先端面（バレル孔１１ｂの内周面）に近接させて位置させている。本実施形態では、渦電流式変位センサ１４の先端部とセンサ保持体１３先端面（バレル孔１１ｂの内周面）との間隔距離Ｌａは、１．７ｍｍに設定されている。
【００２０】
また、センサ保持体１３には、渦電流式変位センサ１４を一定の温度に保持するための温度調整媒体を流す温度調整媒体流通路１３ａが設けられている。本実施形態では、図示しない温度調整水循環装置から温度約５０℃に温度調整された温水が温度調整媒体流通路１３ａに流され、しかる後、温度調整水循環装置へ戻されるようになっている。センサ保持体１３の温度調整媒体流通路１３ａ、及び温度調整水循環装置（図示せず）は、渦電流式変位センサ１４を一定の温度に保持するセンサ温度調整手段を構成している。
【００２１】
渦電流式変位センサ１４の出力は、Ａ／Ｄ変換器などを介して、プログラムされたパーソナルコンピュータ１５に取り込まれるようになっている。パーソナルコンピュータ１５は、渦電流式変位センサ１４からの出力を処理して渦電流式変位センサ１４とスクリュ１２のスクリュ翼先端面１２ａとの距離を計測し、この距離のスクリュ式押出し機運転に伴う経時的変化を表示するセンサ出力処理手段を構成している。
【００２２】
このように本実施形態のスクリュ式押出し機１０は構成されている。図２はスクリュ式押出し機運転中における渦電流式変位センサの出力の一例を示す図である。
【００２３】
図２のグラフは、スクリュ式押出し機運転中における渦電流式変位センサ１４の出力を５００Ｈｚ（２ｍｓ）のサンプリングピッチにてサンプリングして得たものである。なお、周知のように、渦電流式変位センサ１４の出力は、検出対象との距離が大きくなるに従って大きくなるものである。図２に示すように、時間１．９６秒の間に２０回の出力電圧極小点、つまり、渦電流式変位センサ１４によってスクリュ１２のスクリュ翼先端面１２ａとの距離が検出されたことが観察される。スクリュ１２が前述のように２条の翼を有するものであることから、渦電流式変位センサ１４に対して２回スクリュ翼先端面１２ａが通過することで、スクリュ１２が１回転したことになる。１．９６秒間に２０回の出力電圧極小点が存在することは、スクリュ１２が回転速度３１２回／ｍｉｎに相当し、設定されたスクリュ回転速度に一致した。これにより、渦電流式変位センサ１４による検出が確実になされていることが確認できた。
【００２４】
ところで、図２からもわかるように、スクリュ翼先端面１２ａまでの距離以外についてみると、例えば、スクリュ胴部までの距離は、その距離が多少変化しても出力電圧が全く変化しない検出範囲になっているため、検出精度が悪く正確な距離検出ができない。また、スクリュ翼面については、スクリュ胴部に比べて検出精度が改善されるものの、スクリュ翼の位相と渦電流式変位センサ１４出力との正確な対応付けが困難である。これに対して、スクリュ１２のスクリュ翼先端面１２ａまでの距離については、最も精度良く検出でき、また、スクリュ翼先端が球面状をなしているため位相を考慮する必要がなく、検出対象位置として優れている。
【００２５】
図３は、スクリュ式押出し機運転中の所定時間における渦電流式変位センサとスクリュ翼先端面との距離と、その距離が計測された回数との関係を示すグラフである。渦電流式変位センサとスクリュ翼先端面との距離は、０．０５ｍｍ刻みで表示してある。
【００２６】
図３のグラフは、次のようにして得たものである。スクリュ式押出し機運転中の所定時間（この例では９０秒間）における渦電流式変位センサ１４の出力を、Ａ／Ｄ変換器により５００Ｈｚ（２ｍｓ）のサンプリングピッチにてサンプリングしてパーソナルコンピュータ１５に取り込む。次に、パーソナルコンピュータ１５は、得られた多数個の距離検出データのうちから、図２に示す各出力電圧極小点に対応するもの、すなわち、９０秒間における渦電流式変位センサ１４とスクリュ翼先端面１２ａとの距離Ｌｉを求める。この場合、本実施形態では前記距離Ｌｉの計測分解能は０．０５ｍｍとしている。そして、得られた距離Ｌｉとその距離Ｌｉが計測された回数との関係を、記憶部に格納するとともに、パーソナルコンピュータ１５のＣＲＴディスプレイに表示できるようになっている。なお、前記距離Ｌｉの求め方については、例えば、距離検出データにおいて前記距離Ｌｉが存在する範囲がスクリュ１２の回転速度から特定できるので、この範囲における最小値を求めることで前記距離Ｌｉを容易に求めることができる。
【００２７】
このようにして、図３に示すように、スクリュ式押出し機運転中の所定時間における渦電流式変位センサ１４とスクリュ翼先端面１２ａとの距離Ｌｉを計測することができ、計測されたこれらの距離Ｌｉから、その最接近距離Ｌｍｉｎと最離反距離Ｌｍａｘとを求めることができる。図３においては、渦電流式変位センサ１４とスクリュ翼先端面１２ａとの最接近距離Ｌｍｉｎは１．９５ｍｍであり、最離反距離Ｌｍａｘは２．６ｍｍである。
【００２８】
したがって、所定の時間間隔をおいて、渦電流式変位センサ１４とスクリュ１２のスクリュ翼先端面１２ａとの距離の計測を実施するとともに、パーソナルコンピュータ１５のＣＲＴディスプレイに図３に示すような計測結果を時系列的に表示することにより、渦電流式変位センサ１４とスクリュ１２のスクリュ翼先端面１２ａとの最接近距離Ｌｍｉｎ及び最離反距離Ｌｍａｘについて、その経時的変化を知ることができる。そして、前記最接近距離Ｌｍｉｎと前記最離反距離Ｌｍａｘとの経時的変化から、スクリュ１２のスクリュ翼先端面１２ａとバレル孔１１ｂの内周面の摩耗量を推定することができる。
【００２９】
すなわち、経時的に、渦電流式変位センサ１４とスクリュ１２のスクリュ翼先端面１２ａとの最接近距離Ｌｍｉｎが変化せず、一方、渦電流式変位センサ１４とスクリュ翼先端面１２ａとの最離反距離Ｌｍａｘが大きくなっている場合、例えば、はじめにＡｍｍであった最接近距離Ｌｍｉｎがそのままで変化せず、はじめにＡ＋２ｍｍであった最離反距離Ｌｍａｘが大きくなる方向に変化した場合、スクリュ翼先端面１２ａの摩耗が進行しており、最離反距離Ｌｍａｘの経時的変化量をスクリュ翼先端面１２ａの摩耗量として推定することができる。スクリュ翼先端面１２ａの摩耗の進行により、スクリュ翼先端面１２ａとバレル孔１１ｂの内周面との隙間が大きくなった分だけ、スクリュ１２の遊び量が増加したと推定される。
【００３０】
また、経時的に、渦電流式変位センサ１４とスクリュ翼先端面１２ａとの最接近距離Ｌｍｉｎが小さくなり、一方、渦電流式変位センサ１４とスクリュ翼先端面１２ａとの最離反距離Ｌｍａｘがそれと同程度大きくなる場合、例えば、はじめにＡｍｍであった最接近距離Ｌｍｉｎが小さくなる方向に変化する一方、はじめにＡ＋２ｍｍであった最離反距離Ｌｍａｘがそれと同程度に大きくなる方向に変化した場合、バレル孔１１ｂの内周面の摩耗が進行しており、最接近距離Ｌｍｉｎの経時的変化量をバレル孔１１ｂの内周面の摩耗量として推定することができる。バレル孔１１ｂの内周面の摩耗の進行により、スクリュ翼先端面１２ａとバレル孔１１ｂの内周面との隙間が大きくなり、スクリュ１２の移動量が増加したと推定される。
【００３１】
また、経時的に、渦電流式変位センサ１４とスクリュ翼先端面１２ａとの最接近距離Ｌｍｉｎが大きくなり、一方、渦電流式変位センサ１４とスクリュ翼先端面１２ａとの最離反距離Ｌｍａｘが大きくなる場合、スクリュ翼先端面１２ａとバレル孔１１ｂの内周面との摩耗が進行していると推定されている。この場合、最接近距離Ｌｍｉｎの経時的変化量をバレル孔１１ｂの内周面の摩耗量として推定することができる。また、最接近距離Ｌｍｉｎの経時的変化量と最離反距離Ｌｍａｘの経時的変化量との差をスクリュ翼先端面１２ａの摩耗量として推定することができる。なお、このスクリュ１２とバレル孔１１ｂの内周面に関する摩耗量の推定結果から、もう一方のスクリュ１２’とバレル孔１１ｂ’の内周面についても摩耗度合いを推定することができる。
【００３２】
図４は本発明によるスクリュ振れ計測方法を実施するための別のスクリュ式押出し機の構成を示す断面図である。ここで、前記図１に示すスクリュ式押出し機との相違点は、スクリュ１２に対して１個でなく２個の渦電流式変位センサ１４，２４を備え、スクリュ１２について位相が９０°異なるスクリュ翼先端面までの距離をそれぞれ計測するようにした点にある。この点以外は、前記図１に示すスクリュ式押出し機と同一の構成である。よって、前記図１に示すものと同一又は実質的に同一な部分には同一の符号を付してある。
【００３３】
すなわち、図４に示すように、バレル１１の一方の側壁には図４における左右方向においてバレル１１外部から一方のバレル孔１１ｂに通じる孔が設けられており、この孔に、先端面がバレル孔１１ｂの内周面の一部を形成するようにエンジニアリングプラスチック製のセンサ保持体２３が嵌め差し込まれ固着されている。このセンサ保持体２３に、スクリュ１２との距離を検出する渦電流式変位センサ２４が埋め込まれて固着されている。
【００３４】
このように、スクリュ１２に対して上下方向に設けられた前記図１における渦電流式変位センサ１４に加え、左右方向に設けられた渦電流式変位センサ２４が備えられている。そして、図５に示すように、スクリュ１２の２条の各スクリュそれぞれに関して、一方の渦電流式変位センサ１４に対してスクリュ翼先端面が到達すると同時に、他方の渦電流式変位センサ２４に対して前記スクリュ翼先端面とは位相が９０°異なる部位のスクリュ翼先端面が到達するように、２個の渦電流式変位センサ１４，２４が配設されている。また、２３ａはセンサ保持体２３の温度調整媒体流通路であり、図示しない温度調整水循環装置からの温度調整された温水が温度調整媒体流通路２３ａに流され、しかる後、温度調整水循環装置へ戻されるようになっている。
【００３５】
このように構成される本実施形態のスクリュ式押出し機２０によれば、１つのスクリュ１２に対して２個の渦電流式変位センサ１４，２４を備え、スクリュ１２について位相が９０°異なるスクリュ翼先端面までの距離をそれぞれ計測するようにしたものであるから、１個の渦電流式変位センサ１４を用いるものに比べて、スクリュ１２のスクリュ翼先端面とバレル孔１１ｂの内周面の摩耗量をより正確に推定することができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によるスクリュ式押出し機のスクリュ振れ計測方法、及びスクリュ式押出し機によれば、バレルに設けられた渦電流式変位センサを用いて、スクリュ式押出し機運転中におけるスクリュ翼先端面までの距離を計測し、この距離のスクリュ式押出し機運転に伴う経時的変化に基づいて、スクリュ翼先端面とバレル孔の内周面との摩耗量を推定することができる。これにより、押出し機スクリュの引き出し及びバレルの取り外しを行わなくてすみ、スクリュ式押出し機のメンテナンスにかかる労力と時間を大幅に軽減でき、押出し機稼働率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるスクリュ振れ計測方法を実施するためのスクリュ式押出し機の構成を示す断面図である。
【図２】スクリュ式押出し機運転中における渦電流式変位センサの出力の一例を示す図である。
【図３】スクリュ式押出し機運転中の所定時間における渦電流式変位センサとスクリュ翼先端面との距離と、その距離が計測された回数との関係を示すグラフである。
【図４】本発明によるスクリュ振れ計測方法を実施するための別のスクリュ式押出し機の構成を示す断面図である。
【図５】図４における２個の渦電流式変位センサとスクリュ翼との位置関係を説明するための図である。
【符号の説明】
１０，２０…スクリュ式押出し機  １１…バレル  １１ａ…バレル本体  １１ｂ，１１ｂ’…バレル孔  １１ｃ…バレル蓋体  １１ｄ…温度調整媒体流通用ジャケット孔  １２，１２’…スクリュ  １２ａ…スクリュ翼先端面  １３，２３…センサ保持体  １３ａ，２３ａ…温度調整媒体流通路  １４，２４…渦電流式変位センサ  １５…パーソナルコンピュータ
【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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