JP2002113769A - 押出機の停止方法および安全装置 - Google Patents

押出機の停止方法および安全装置

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JP2002113769A JP2000311350A JP2000311350A JP2002113769A JP 2002113769 A JP2002113769 A JP 2002113769A JP 2000311350 A JP2000311350 A JP 2000311350A JP 2000311350 A JP2000311350 A JP 2000311350A JP 2002113769 A JP2002113769 A JP 2002113769A
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resin
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Itsuo Sugimoto
巖生 杉本
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Hitachi Zosen Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】過負荷時に精度良くかつ迅速に電動モータを停
止させる。 【解決手段】スクリュー軸の回転数を検出する回転検出
器１１と、スクリュー軸２Ｒ，２Ｌの回転トルクを検出
するトルク検出器１２Ｒ，１２Ｌと、回転検出器１１か
ら出力されるスクリュー軸の回転数と、樹脂の物性定数
から標準軸トルクを演算するとともに、前記トルク検出
器１２Ｒ，１２Ｌから出力された実測軸トルクと前記標
準軸トルクとを比較して実測軸トルクが標準軸トルクを
規定範囲を越えた時に電動モータ７を停止する制御装置
１４とを具備した。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、樹脂原料を加熱混
練して溶融樹脂を成形装置に送り出す押出機において、
過負荷時の異常トルク退避を行う停止方法および安全装
置に関する。
【０００２】
【従来の技術】樹脂を加熱混練して成形装置に送り出す
押出機のスクリューは、電動モータに減速機を介して回
転駆動されており、減速機には、樹脂の噛み込みなどに
よる異常トルクの発生を検出して電動モータを停止させ
るトルクリミッターが組み込まれている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記トルクリミッター
は市販のものが使用され、運転の経験値に基づいて樹脂
の種類ごとに設定されるが、このトルクリミッターはメ
ーカーごとに構造が異なっているため、リミット値にそ
れぞれ異なる動作幅をもっている。このため、この構造
を理解した上でないと、リミット値を正確に作動させる
ことが難しく、現場の作業者にこれを要求するには無理
があるという問題があった。
【０００４】このため、減速機の保護を目的として安全
率を考慮すると、低いトルクでトルクリミッターが作動
するように設定せざるを得ず、過負荷時により精度良く
かつ迅速に電動モータを停止できる安全装置が望まれて
いた。
【０００５】本発明は上記問題点を解決できる押出機の
停止方法および安全装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１記載の押出機の停止方法は、ケーシング内に
回転自在に配設されたスクリュー軸を減速機を介して電
動モータにより回転駆動し、ケーシング基端側の樹脂供
給口から供給された樹脂原料を加熱混練して先端側の吐
出口に樹脂を送り出す押出機で、スクリュー軸の過負荷
時に電動モータを停止するに際して、スクリュー軸の回
転数を検出して、この回転数と樹脂の物性定数から標準
軸トルクを演算し、スクリュー軸の回転トルクを検出し
て、この実測軸トルクと前記標準軸トルクとを比較し、
実測軸トルクが標準軸トルクに基づく規定範囲を越えた
ときに前記電動モータを停止するものである。
【０００７】上記方法によれば、スクリュー軸の回転数
と、樹脂の物性定数から標準軸トルクを演算し、実測軸
トルクが標準軸トルクより規定範囲を超えて大きくなっ
た時に、電動モータを停止するようにしたので、スクリ
ュー軸に過大な負荷がかかったのを迅速かつ正確に検出
して、電動モータの停止を正確に行うことができる。こ
れにより、リミット値を正確に判断させることができ、
設定も容易で現場の作業者が容易に実施することができ
る。また高トルクが許容される規定範囲の上限に近い位
置でスクリュー軸を駆動しても、過負荷時には精度良く
電動モータを停止することができる。
【０００８】また請求項２記載の押出機の安全装置は、
ケーシング内に回転自在に配設されたスクリュー軸を電
動モータにより減速機を介して回転駆動し、ケーシング
基端側の樹脂供給口から供給された樹脂原料を加熱混練
して先端側の吐出口に樹脂を送り出す押出機の安全装置
において、スクリュー軸の回転数を検出する回転検出器
と、スクリュー軸の回転トルクを検出するトルク検出器
と、前記回転検出器から出力されるスクリュー軸の回転
数と、樹脂の物性定数から標準軸トルクを演算するとと
もに、前記トルク検出器から出力された実測軸トルクと
前記標準軸トルクとを比較して実測軸トルクが標準軸ト
ルクに基づく規定範囲を越えた時に電動モータを停止す
る制御装置とを具備したものである。
【０００９】上記押出機の安全装置によれば、回転検出
器により検出されたスクリュー軸の回転数と、樹脂の物
性定数から標準軸トルクを演算し、実測軸トルクが標準
軸トルクより規定範囲を超えて大きくなった時に、電動
モータを停止するようにしたので、スクリュー軸に過大
な負荷がかかったのを迅速かつ正確に検出して、電動モ
ータの停止を正確に行うことができる。これにより、リ
ミット値を正確に判断させることができ、設定も容易で
現場の作業者が容易に実施することができる。また高ト
ルクが許容される規定範囲の上限に近い位置でスクリュ
ー軸を駆動しても、過負荷時には精度良く電動モータを
停止することができる。
【００１０】さらに、請求項３記載の押出機の安全装置
は、上記構成において、ケーシング内に２本のスクリュ
ー軸が互いに平行に配置された２軸押出機とし、トルク
検出器を減速機の２本の出力軸にそれぞれ配設し、前記
出力軸に、所定以上の過負荷により破断されて出力軸を
分離して動力を非伝達にするシェアピンを介装したもの
である。
【００１１】上記構成によれば、トルク検出器を、スク
リュー軸に近い減速機の２本の出力軸にそれぞれ設けた
ので、スクリュー軸にかかる過負荷を瞬時に検出するこ
とができ、迅速に電動モータを停止することができる。
これにより、スクリュー軸や減速機のギヤにかかる負担
を最小限にできて損傷を防止することができる。
【００１２】さらに請求項４記載の押出機の安全装置
は、上記構成において、減速機の入力軸に、制御装置に
より電動モータと同時に作動される制動装置を設けたも
のである。
【００１３】上記構成によれば、電動モータの停止と同
時に、制動装置により減速機の入力軸をロックすること
ができ、スクリュー軸および減速機を瞬時に停止させる
ことができる。これにより、スクリュー軸や減速機のギ
ヤにかかる過負荷を迅速に排除することができ、破損を
防止することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】ここで、本発明に係る押出機の安
全装置の実施の形態を図１〜図５に基づいて説明する。
【００１５】図１に示すように、この押出機は、異方向
回転式で完全噛合型の２軸押出機で、ケーシング１内に
は、互いに平行で噛み合う２本のスクリュー軸２Ｒ，２
Ｌがそれぞれ回転自在に配置され、基端側の樹脂供給口
３から供給された樹脂原料を図示しない加熱ヒータによ
り加熱するとともに攪拌混練して先端側に送り、この混
練樹脂をブレーカプレート４を介して吐出口５に送り出
すように構成されている。前記スクリュー軸２Ｒ，２Ｌ
は、減速機６を介して電動モータ７により回転駆動され
ている。
【００１６】本発明に係る安全装置は、電動モータ７に
設けられてスクリュー軸２Ｒ，２Ｌの回転数を検出する
回転検出器１１と、スクリュー軸２Ｒ，２Ｌに直結され
た設けられてスクリュー軸２Ｒ，２Ｌの回転トルクを検
出するトルク検出器１２Ｒ，１２Ｌと、前記回転検出器
１１およびトルク検出器１２Ｒ，１２Ｌの検出値に基づ
いて、減速機６の入力軸６Ｉに設けられた電磁ブレーキ
（制動装置）１３と電動モータ７とを制御する制御装置
１４とで構成されている。
【００１７】前記制御装置１４は、図２，図３に示すよ
うに、回転検出器１１から出力されるスクリュー軸２
Ｒ，２Ｌの回転数Ｎと、操作盤１５から予め入力された
樹脂の物性定数から標準軸トルクＴcalを演算する標準
軸トルク演算部２１と、トルク検出器１２Ｒ，１２Ｌか
ら出力される出力軸のスラスト荷重ＲＦａ，ＬＦａから
スクリュー軸２Ｒ，２Ｌの実測軸トルクＲＴreal，ＬＴ
realを演算し、大きい値を選択する実測軸トルク演算部
２２と、標準軸トルクＴcalと実測軸トルクＴrealとを
比較して、許容範囲（ｎ倍）以下であるかどうかを判断
する比較器２３と、比較器２３の判断に基づいて、実測
軸トルクＴrealが標準軸トルクＴcalのｎ倍を越える
と、電動モータ７に停止信号を出力するとともに、電磁
ブレーキを作動して、減速機６の慣性力による回転を停
止する制御信号出力部２４とで構成されている。
【００１８】前記標準軸トルク演算部２１における標準
軸トルクＴcalの演算は、スクリュー軸の回転数Ｎと回
転トルクＴの関係は、Ｔ＝ａ×Ｎbで表わされ、図４の
グラフに示す関係にある。ここでａ，ｂは樹脂の物質定
数で、ｂ＜１である。
【００１９】またトルク検出器１２Ｒ，１２Ｌは、図６
に示すように、減速機６の出力軸６Ｒ，６Ｌに設けられ
た出力検出ギヤ(はすば歯車)４１と、検出軸４３に設け
られた入力検出ギヤ(はすば歯車)４２とが噛合され、検
出軸４３の端部にスラスト軸受４４を介してロードセル
(荷重計)４５が取り付けられて構成されている。そし
て、これらトルク検出器１２Ｒ，１２Ｌにより検出され
るスラスト荷重ＲＦａ，ＬＦａと実測軸トルクＴrealと
の関係は、Ｔreal＝ｒ×Ｆａ／tanβで表わされる。こ
こで、Ｆａはスラスト荷重、ｒは入力検出ギヤ４２のピ
ッチ円半径、βは入力検出ギヤ４２の歯のねじれ角であ
る。
【００２０】前記減速機６の出力軸６Ｒ，６Ｌには、図
５に示すように、さらに安全のために、安全装置が働か
ずスクリュー軸２Ｒ，２Ｌにさらに過大な負荷がかかっ
た時に、スクリュー軸２Ｒ，２Ｌの軸部２Ｓと出力軸６
Ｒ，６Ｌとを切り離して動力を非伝達とするシェアピン
３１が介装されている。このシェアピン３１は、軸部２
Ｓと出力軸６Ｒ，６Ｌとを連結するカップリング３２
に、たとえば軸部２Ｓをカップリング３２に固定すると
ともに、スクリュー軸２Ｒ，２Ｌを回転可能に連結し、
カップリング３２とスクリュー軸２Ｒ，２Ｌとに軸心に
直交する半径方向に形成された複数の装着孔３３にそれ
ぞれシェアピン３１が嵌入固定されている。したがっ
て、通常の軸トルク時には、スクリュー軸２Ｒ，２Ｌか
らシェアピン３１を介してカップリング３２が回転さ
れ、動力が伝達される。スクリュー軸２Ｒ，２Ｌに過大
な負荷がかかると、シェアピン３１がせん断破損されて
軸部２Ｓと出力軸６Ｒ，６Ｌとが切り離される。これに
より、何かの理由で制御装置１４が働かなかった時に、
スクリュー軸２Ｒ，２Ｌと減速機６とが切り離されて減
速機６の破損が防止される。
【００２１】上記構成において、樹脂がケーシング１の
樹脂供給口３から供給され、加熱されるとともに攪拌混
練されて先端側に送られ、吐出口５から図示しない成形
装置に送り出される。この時、回転検出器１１によりス
クリュー軸２Ｒ，２Ｌの回転数が検出されると同時に、
トルク検出器１２Ｒ，１２Ｌによりスラスト荷重が検出
されている。
【００２２】そして、制御装置１４では、スクリュー軸
２Ｒ，２Ｌの回転数と樹脂の物性定数から標準軸トルク
が演算され、さらに出力軸６Ｒ，６Ｌのスラスト荷重か
らスクリュー軸２Ｒ，２Ｌの実測軸トルクが演算される
とともに、大きい値の方の実測軸トルクを選択する実測
軸トルク演算部２２と、左右のスクリュー軸２Ｒ，２Ｌ
の大きい側の実測軸トルクと標準軸トルクとを比較し
て、許容される規定範囲以下である場合には運転が続行
される。そして、樹脂の噛み込みなどにより実測軸トル
クが標準軸トルクの許容範囲を越えると、電動モータ７
が停止されるとともに、電磁ブレーキ１３が作動され、
押出機が停止される。
【００２３】上記実施の形態によれば、回転検出器１１
によりスクリュー軸２Ｒ，２Ｌの回転数を検出し、この
回転数と樹脂の物性定数から標準軸トルクを演算し、さ
らにトルク検出器１２Ｒ，１２Ｌからスクリュー軸２
Ｒ，２Ｌの実測軸トルクを演算して、これら実測軸トル
クと標準軸トルクとを比較することにより、安全レベル
を超えた過大な負荷がかかったのを正確に検出すること
ができるので、許容範囲内で高トルクでスクリュー軸２
Ｒ，２Ｌを駆動することができて効率のよい運転が可能
となり、かつ電動モータ７を高精度で停止させることが
でき、過負荷による減速機６などの破損を確実に防止で
きる。
【００２４】またトルク検出器１２Ｒ，１２Ｌは、スク
リュー軸２Ｒ，２Ｌに近い減速機６の出力軸６Ｒ，６Ｌ
に配置されるので、スクリュー軸２Ｒ，２Ｌにかかる過
負荷を瞬時に検出することができて、電動モータ７を極
めて迅速に停止させることができるので、伝達時間の遅
れを利用して減速機６のギヤなどにかかる過負荷を最小
限に食い止め、損傷を未然に防止できる。
【００２５】さらに、電動モータ７の停止と同時に、電
磁ブレーキ１３により減速機６の入力軸６Ｉをロックす
ることにより、慣性力により惰性で回転する減速機６と
電動モータ７を迅速に停止させることができ、スクリュ
ー軸２Ｒ，２Ｌや減速機６のギヤの損傷を防止すること
ができる。
【００２６】なお、上記実施の形態では、トルク検出器
１２Ｒ，１２Ｌを減速機６の出力軸６Ｒ，６Ｌに設けた
が、図１に仮想線で示すように、減速機６の入力軸６Ｉ
にトルク検出器１２Ｉを設けることもできる。この場合
には、トルク検出器１２Ｉを１個とすることができ、ま
た２つの実測軸トルクを演算して１つを選択する必要も
ない。
【００２７】また上記実施の形態では、回転検出器１１
を電動モータ７に設けたが、減速機６の入力軸６Ｉや出
力軸６Ｒ，６Ｆに設けて、スクリュー軸２Ｒ，２Ｌの回
転数を検知し、その回転数により標準トルクを演算して
もよい。
【００２８】
【発明の効果】以上に述べたごとく請求項１記載の発明
によれば、スクリュー軸の回転数と、樹脂の物性定数か
ら標準軸トルクを演算し、実測軸トルクが標準軸トルク
より規定範囲を超えて大きくなった時に、電動モータを
停止するようにしたので、スクリュー軸に過大な負荷が
かかったのを迅速かつ正確に検出して、電動モータの停
止を正確に行うことができる。これにより、リミット値
を正確に判断させることができ、設定も容易で現場の作
業者が容易に実施することができる。また高トルクが許
容される規定範囲の上限に近い位置でスクリュー軸を駆
動しても、過負荷時には精度良く電動モータを停止する
ことができる。
【００２９】また請求項２記載の押出機の安全装置によ
れば、回転検出器により検出されたスクリュー軸の回転
数と、樹脂の物性定数から標準軸トルクを演算し、実測
軸トルクが標準軸トルクより規定範囲を超えて大きくな
った時に、電動モータを停止するようにしたので、スク
リュー軸に過大な負荷がかかったのを迅速かつ正確に検
出して、電動モータの停止を正確に行うことができる。
これにより、リミット値を正確に判断させることがで
き、設定も容易で現場の作業者が容易に実施することが
できる。また高トルクが許容される規定範囲の上限に近
い位置でスクリュー軸を駆動しても、過負荷時には精度
良く電動モータを停止することができる。
【００３０】さらに、請求項３記載の押出機の安全装置
によれば、トルク検出器を、スクリュー軸に近い減速機
の２本の出力軸にそれぞれ設けたので、スクリュー軸に
かかる過負荷を瞬時に検出することができ、迅速に電動
モータを停止することができる。これにより、スクリュ
ー軸や減速機のギヤにかかる負担を最小限にできて損傷
を防止することができる。
【００３１】さらに請求項４記載の押出機の安全装置に
よれば、電動モータの停止と同時に、制動装置により減
速機の入力軸をロックすることができ、スクリュー軸お
よび減速機を瞬時に停止させることができる。これによ
り、スクリュー軸や減速機のギヤにかかる過負荷を迅速
に排除することができ、破損を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る押出機の安全装置の実施の形態を
示す構成図である。
【図２】同安全装置の制御装置を示す構成図である。
【図３】同安全装置の動作を示すフロー図である。
【図４】同押出機におけるスクリュー軸の回転数とスク
リュー軸負荷トルクの関係を示すグラフである。
【図５】同安全装置のシェアピンの装着状態を示す出力
軸の部分断面図である。
【図６】同安全装置のトルク検出器を示す構成図であ
る。
【符号の説明】 １ ケーシング ２Ｒ，２Ｌ スクリュー軸 ３ 樹脂供給口 ５ 吐出口 ６ 減速機 ６Ｉ 入力軸 ６Ｒ，６Ｌ 出力軸 ７ 電動モータ １１ 回転検出器 １２Ｒ，１２Ｌ，１２Ｉ トルク検出器 １３ 電磁ブレーキ １４ 制御装置 １５ 操作盤 ２１ 標準軸トルク演算部 ２２ 実測軸トルク演算部 ２３ 比較器 ３１ シェアピン

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ケーシング内に回転自在に配設されたスク
    リュー軸を減速機を介して電動モータにより回転駆動
    し、ケーシング基端側の樹脂供給口から供給された樹脂
    原料を加熱混練して先端側の吐出口に樹脂を送り出す押
    出機で、スクリュー軸の過負荷時に電動モータを停止す
    るに際して、 スクリュー軸の回転数を検出して、この回転数と樹脂の
    物性定数から標準軸トルクを演算し、 スクリュー軸の回転トルクを検出して、この実測軸トル
    クと前記標準軸トルクとを比較し、実測軸トルクが標準
    軸トルクに基づく規定範囲を越えたときに前記電動モー
    タを停止することを特徴とする押出機の停止方法。
  2. 【請求項２】ケーシング内に回転自在に配設されたスク
    リュー軸を電動モータにより減速機を介して回転駆動
    し、ケーシング基端側の樹脂供給口から供給された樹脂
    原料を加熱混練して先端側の吐出口に樹脂を送り出す押
    出機の安全装置において、 スクリュー軸の回転数を検出する回転検出器と、 スクリュー軸の回転トルクを検出するトルク検出器と、 前記回転検出器から出力されるスクリュー軸の回転数
    と、樹脂の物性定数から標準軸トルクを演算するととも
    に、前記トルク検出器から出力された実測軸トルクと前
    記標準軸トルクとを比較して実測軸トルクが標準軸トル
    クに基づく規定範囲を越えた時に電動モータを停止する
    制御装置とを具備したことを特徴とする押出機の安全装
    置。
  3. 【請求項３】ケーシング内に２本のスクリュー軸が互い
    に平行に配置された２軸押出機とし、 トルク検出器を減速機の２本の出力軸にそれぞれ配設
    し、 前記出力軸に、所定以上の過負荷により破断されて出力
    軸を分離して動力を非伝達にするシェアピンを介装した
    ことを特徴とする請求項２記載の押出機の安全装置。
  4. 【請求項４】減速機の入力軸に、制御装置により電動モ
    ータと同時に作動される制動装置を設けたことを特徴と
    する請求項２または３記載の押出機の安全装置。
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