JP2013173297A

JP2013173297A - ２軸混練試験装置およびそれを用いた混練試験方法

Info

Publication number: JP2013173297A
Application number: JP2012039916A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Horai; 賢一蓬莱; Yasuko Yoshiyama; 靖子愿山; Junpei Ono; 淳平大野
Original assignee: Kurimoto Ltd
Current assignee: Kurimoto Ltd
Priority date: 2012-02-27
Filing date: 2012-02-27
Publication date: 2013-09-05

Abstract

【課題】２本の回転軸の軸間距離の変更を容易に行える２軸混練試験装置を提供する。
【解決手段】ケーシング１を長手方向に貫通する互いに平行な２本の回転軸２ａ、２ｂのうち、一方の回転軸２ａのケーシング１一端側からの突出部に第１のサーボモータ３ａを直接接続するとともに、他方の回転軸２ｂのケーシング１他端側からの突出部に第２のサーボモータ３ｂを直接接続し、各サーボモータ３ａ、３ｂで両回転軸２ａ、２ｂを互いに独立に回転駆動するようにした。これにより、従来の減速機や歯車装置を不要とすることができ、２本の回転軸２ａ、２ｂの軸間距離の変更を駆動系の設計変更なしに行うことができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、２軸連続式の混練装置の製品仕様を決定するために暫定仕様で混練試験を行う２軸混練試験装置と、それを用いた混練試験方法に関する。

混練装置は、液状や粉末状の原材料が供給される前後に長いケーシングと、このケーシングを長手方向に貫通する状態で互いに平行に配され、軸方向に沿って複数のパドルが設けられた２本の回転軸とを備え、これらの各回転軸を回転駆動することにより、ケーシングの一端側から供給された材料を各回転軸のパドルで混練し、混練された原材料がケーシングの他端側から順次排出されるようにした２軸連続式のものが多い。

ところで、上記のような２軸連続式の混練装置は、混練の際の種々の条件、例えば、原材料の種類や供給量、２本の回転軸の軸間距離やそれぞれの回転速度、互いに異なる機能のパドルの組み合わせ等によって、原材料が排出されるときの混練状態が大きく異なり、新規の混練工程に適用する場合に、適切な装置の構成や運転条件を事前に把握することは困難である。そこで、通常は、予め試験用の装置、すなわち暫定仕様で製作した混練試験装置を用いて混練試験を行い、試行錯誤を重ねて最適な製品仕様や運転条件を見出すようにしている。

しかし、構造が比較的単純なバッチ式の混練装置に比べると、混練特性に影響する因子が多岐にわたるため、製品仕様や運転条件を確定するまでには多大な時間とコストを要することが多い。特に、一般的な２軸連続式混練装置では、原材料を効率よく混練するために、両回転軸をそのパドルの外周の軌道が軸方向に重なり合うように互いに接近させており、その２本の回転軸を１つのモータで同時に回転駆動できるように、入力が１軸で出力が２軸の特殊な減速機を使用しているので、軸間距離を変更する場合は減速機の設計変更を伴い、非常に多くの手間と費用がかかる。

また、混練試験中には、モータの回転トルクを測定し、その測定結果を用いて間接的に混練状況を監視しようとすることが多いが、モータに加わるトルクには減速機の歯車等の駆動抵抗も含まれており、純粋な混練トルク（原材料に加わるエネルギー）を精度よく計測できないため、正確に混練状況を把握することはできないという問題もある。

これに対して、２軸連続式の混練装置において、各回転軸をそれぞれ互いに独立した２つのモータで駆動する構成とすることが提案されている（特許文献１参照。）。この提案によれば、上記のような特殊な減速機を不要とすることができ、構造の簡略化が図れるとともに、各モータの制御により運転条件の変更が容易に行えるようになるとされている。また、各モータには高精度の制御が可能なＡＣサーボモータやＩＰＭモータ（磁石埋め込み型モータ）を用いることが好ましいとされている。

特開２００７−６９３７２号公報

上記特許文献１に記載された２軸連続式混練装置では、２つのモータをそれぞれの駆動対象の回転軸の一端部に減速機能のない歯車装置で連結している。このため、この構成を混練試験装置に適用しても、軸間距離を変更する場合には歯車装置の設計変更に少なからず手間と費用がかかってしまううえ、混練試験中にモータに加わるトルクからは正確な混練状況の把握ができないという問題は解決されない。

なお、特許文献１では、各モータと回転軸とを連結する歯車装置は省略も可能であるとしているが、混練試験装置において、軸間距離を短くする際にモータどうしの干渉を避けるためには、この歯車装置が必須の構成要件になると考えられる。

そこで、本発明は、２本の回転軸の軸間距離の変更を容易に行える２軸混練試験装置を提供することを第１の課題とし、その混練試験装置を用いた効率のよい混練試験方法を提供することを第２の課題とする。

上記の第１の課題を解決するために、本発明は、原材料が供給される前後に長いケーシングと、このケーシングを長手方向に貫通する状態で互いに平行に配され、軸方向に沿って複数のパドルが設けられた２本の回転軸とを備え、混練装置の製品仕様を決定するために暫定仕様で混練試験を行う２軸混練試験装置において、前記２本の回転軸のうち、一方の回転軸のケーシング一端側からの突出部に第１のサーボモータを直接接続するとともに、他方の回転軸のケーシング他端側からの突出部に第２のサーボモータを直接接続し、これらの各サーボモータで前記２本の回転軸を互いに独立に回転駆動する構成を採用した。

すなわち、一方の回転軸を直接駆動する第１のサーボモータをケーシングの一端側に配し、他方の回転軸を直接駆動する第２のサーボモータをケーシングの他端側に配することにより、従来の減速機や歯車装置を不要とし、２本の回転軸の軸間距離の変更を駆動系の設計変更なしに行えるようにしたのである。

そして、本発明は、上記第２の課題を解決するために、上述した構成の２軸混練試験装置を用いた混練試験方法において、前記混練試験を、前記２本の回転軸の軸間距離を変えて複数回行うようにした。これにより、軸間距離が混練特性に及ぼす影響を容易に把握することができる。また、前記混練試験中に前記各サーボモータの回転トルクを測定し、その測定結果を用いて混練状況の監視を行うことにより、混練トルクの高精度の計測値に基づく正確な混練状況の把握ができるようになる。

本発明の２軸混練試験装置は、上述したように、２本の回転軸をそれぞれ直接駆動する２つのサーボモータをケーシングの両側に分けて配したものであるから、従来の減速機や歯車装置が不要であり、２本の回転軸の軸間距離の変更を駆動系の設計変更なしで容易に行うことができる。

また、本発明の混練試験方法は、上記構成の２軸混練試験装置を用い、軸間距離を変えて混練試験を繰り返すことにより、軸間距離が混練特性に及ぼす影響を容易に把握できるようにしたり、混練試験中の各サーボモータの回転トルクの測定結果を用いて混練状況の監視を行うことにより、正確な混練状況の把握ができるようにしたので、新規の混練工程に適した混練装置の製品仕様や運転条件を効率よく見出すことができる。

実施形態の混練試験装置の縦断正面図図１のケーシングのカバー部を除いた平面図ａ、ｂ、ｃはそれぞれ図２のＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線に沿った断面図図１の混練試験装置の軸間距離短縮例を示す平面図（図２に対応）

以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。この混練試験装置は、２軸連続式の混練装置の製品仕様を決定するために暫定仕様で混練試験を行うものであり、図１および図２に示すように、前後に長いケーシング１と、そのケーシング１を長手方向に貫通する２本の回転軸２ａ、２ｂと、一方の回転軸２ａを回転駆動する第１のサーボモータ３ａと、他方の回転軸２ｂを回転駆動する第２のサーボモータ３ｂとを備えている。

前記ケーシング１は、各回転軸２ａ、２ｂが取り付けられる樋状の本体部１ａとその上方を塞ぐカバー部１ｂとからなり、カバー部１ｂの長手方向一端側の上部に原材料が供給される供給口４が設けられ、本体部１ａの長手方向他端側の下部に排出口５が設けられている。また、本体部１ａの底側は同径の２つの円が交差する断面形状に形成され、後述するセルフクリーニング機能が得られるようになっている（図３参照）。

前記２本の回転軸２ａ、２ｂは、互いに平行に近接した状態で配され、ケーシング１の本体部１ａの長手方向両端部で回転自在に支持されている。各回転軸２ａ、２ｂのケーシング１内に収まる部位には、供給口４の下方に原材料を他端側へ向けて送るスクリュー部６が、排出口５の上方に原材料を逆送りする逆送りスクリュー部７がそれぞれ設けられ、その間に軸方向に沿って多数のパドル８が設けられている。

各回転軸２ａ、２ｂのパドル８は、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、軸方向から見て３つの頂点を有し、中央部が肉抜きされた正三角形状の枠体で、その正三角形の各辺縁部が一様に凸円弧状に張り出しており、一定方向に一定量だけ偏心した状態で回転軸２ａ、２ｂに固定されている。そして、各回転軸２ａ、２ｂの軸方向の同一位置に固定されたものどうしが同位相で互いに近接し、かつ軸方向に沿って位相がずれていくように配置されており、両回転軸２ａ、２ｂを同一方向に同一回転速度で回転させたときに、一方のパドル８の一つの頂点が他方のパドル８の外周に近接する状態を維持しながら回転して、互いの外周に付着した原材料を除去し合うと同時に、少なくとも一方のパドル８がケーシング１の底部内面に付着した原材料を除去し、セルフクリーニングを行うようになっている。

また、スクリュー部６および逆送りスクリュー部７も、それぞれ相手の回転軸に設けられたものと噛み合うとともに、外周がケーシング１の底部内面に近接するように配され、セルフクリーニング機能が得られるようになっている。

各回転軸２ａ、２ｂの両端部はケーシング１の外部に突出しており、一方の回転軸２ａのケーシング１一端側からの突出部に第１のサーボモータ３ａが直接接続され、他方の回転軸２ｂのケーシング１他端側からの突出部に第２のサーボモータ３ｂが直接接続され、これらの各サーボモータ３ａ、３ｂによって両回転軸２ａ、２ｂが互いに独立に回転駆動されるようになっている。なお、各サーボモータ３ａ、３ｂには一般的なＡＣサーボモータやＩＰＭモータ等が用いられる。

そして、各回転軸２ａ、２ｂをそれぞれに直接接続されたサーボモータ３ａ、３ｂで同一方向に同一回転速度で回転駆動すると、ケーシング１の供給口４から供給された原材料が各回転軸２ａ、２ｂのスクリュー部６、逆送りスクリュー部７およびパドル８の作用によって混練され、排出口５から排出される。

この２軸連続式混練試験装置を用いた混練試験方法は、暫定の仕様および運転条件で混練試験を行い、その結果得られた混練状態と所望の混練状態とのギャップを埋めるように仕様や運転条件を変更する、という試行錯誤を重ねて最適な製品仕様や運転条件を見出していくものである。

ここで、この混練試験装置では、前述のように、一方の回転軸２ａを直接駆動する第１のサーボモータ３ａをケーシング１の一端側に配し、他方の回転軸２ｂを直接駆動する第２のサーボモータ３ｂをケーシング１の他端側に配しているので、従来の減速機や歯車装置が不要で、２本の回転軸２ａ、２ｂの軸間距離Ｌ（図３（ａ）参照）の変更を駆動系の設計変更なしに行うことができる。例えば、図４に示すように、軸間距離Ｌを短くする場合、ケーシング１や回転軸２ａ、２ｂの径方向寸法は軸間距離Ｌの短縮に伴って小さくしているが、各サーボモータ３ａ、３ｂを含む駆動系はそのまま使用することができる。したがって、試行錯誤を重ねる中で、軸間距離Ｌを変えて混練試験を複数回行い、軸間距離Ｌが混練特性に及ぼす影響を容易に把握することが可能である。

また、混練試験中の各サーボモータ３ａ、３ｂの回転トルクを測定し、その測定結果を用いて混練状況の監視を行うことにより、混練トルクの高精度の計測値に基づく正確な混練状況の把握ができる。

すなわち、この混練試験装置を用いて上記のような混練試験方法をとれば、新規の混練工程に適した混練装置の製品仕様や運転条件を効率よく見出すことができる。

なお、本発明は、実施形態のような混練試験装置のほかに、ケーシングを長手方向に貫通する２本の回転軸を回転駆動することにより、ケーシングに供給された原材料を反応させたり、同時に加熱乾燥させたりする等の処理を行う２軸連続式の処理装置の試験装置にも広く適用することができる。

また、試験として連続式で行う必要がないときは、一定量の原材料をケーシングに投入して試験を行うバッチ式としてもよい。

１ケーシング
２ａ、２ｂ回転軸
３ａ、３ｂサーボモータ
４供給口
５排出口
６スクリュー部
７逆送りスクリュー部
８パドル

Claims

原材料が供給される前後に長いケーシングと、このケーシングを長手方向に貫通する状態で互いに平行に配され、軸方向に沿って複数のパドルが設けられた２本の回転軸とを備え、混練装置の製品仕様を決定するために暫定仕様で混練試験を行う２軸混練試験装置において、前記２本の回転軸のうち、一方の回転軸のケーシング一端側からの突出部に第１のサーボモータを直接接続するとともに、他方の回転軸のケーシング他端側からの突出部に第２のサーボモータを直接接続し、これらの各サーボモータで前記２本の回転軸を互いに独立に回転駆動するようにしたことを特徴とする２軸混練試験装置。
請求項１に記載の２軸混練試験装置を用いた混練試験方法において、前記混練試験を、前記２本の回転軸の軸間距離を変えて複数回行うことを特徴とする混練試験方法。
請求項１に記載の２軸混練試験装置を用いた混練試験方法において、前記混練試験中に前記各サーボモータの回転トルクを測定し、その測定結果を用いて混練状況の監視を行うことを特徴とする混練試験方法。