JP4215594B2

JP4215594B2 - 連続式混練機

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Publication number: JP4215594B2
Application number: JP2003296338A
Authority: JP
Inventors: 祥介大竹; 利美西垂水
Original assignee: Kurimoto Ltd
Current assignee: Kurimoto Ltd
Priority date: 2003-08-20
Filing date: 2003-08-20
Publication date: 2009-01-28
Anticipated expiration: 2023-08-20
Also published as: JP2005058977A

Description

この発明は、連続式混練機において、混練される原料温度を測定する装置に関するものである。

従来の一般的な連続式混練機は、例えば、本発明の実施形態の説明図である図１に基づいて説明すると、回転軸１５に多数のスクリュ１３と混練パドル１０とをその軸方向に連続して取付けた主軸部Ｓが、バレル１内に設けた筒状混練室２内に回転可能に設けられている。

この筒状混練室２は、前記回転軸１５に直交する断面形状が繭型を成すものであり、前記主軸部Ｓが混練室２に２本並列して設けられる。前記混練パドル１０は、同じく回転軸１５に直交する断面形状が凸レンズ型を成すものであり、その主軸部Ｓの外周縁となる前記凸レンズ型のパドル先端１０ａが、主軸部Ｓの回転とともに混練室２内壁、及び他方の主軸部Ｓのパドル１０の側周面１０ｂに沿って摺動するようになっている。

混練室２内に投入された樹脂等の原料が、バレル１に設けた電気加熱ヒータや熱媒体により加熱されて溶融し、主として、前記摺動により練り作用を発生させて原料の混練が行われるとともに、前記スクリュ１３等の送り作用により、その原料が混練室２内を順次搬送されていく。

上記装置により混練を行うとき、所定の設定温度に対して混練室２内の原料温度が低すぎれば原料が充分に溶融しないので満足な混練効果が得られず、また、温度が高すぎれば原料が変質し、あるいは分解してしまうので、処理後製品に不良品が発生したり、その品質にばらつきを生じたりしてしまう。このため、各種の温度センサを取り付け、そのセンサの計測温度に基づいて混練時の原料温度が変動しないように制御している。

その温度センサの設置方法は、例えば、図７に示すように、バレル１の外側より内側に向かって混練室２内壁近傍に至る孔７を形成し、その孔７内に外部から温度センサ８を挿入して、混練室２内壁近傍のバレル１の温度を測定する手法が一般的である。原料の混練は、主として、前記主軸部Ｓの外周縁と混練室２内壁との摺動により行われるため、混練室２内壁直近のバレル１の温度が、混練中の原料温度に近いと考えられるからである。

なお、押出し成形機や射出成形機においては、その成形機のシリンダ室内に回転可能に設けられる混練スクリュ軸側にセンサを設けた事例がある。

例えば、図８に示す成形機では、回転軸の側周面にらせん状のフライト６を突出させて一体形成したスクリュ軸５を使用しており、このスクリュ軸５は軸方向に分割された中空セグメントの接続体となっている。図８に示すように、中空部５ａに通したリード線９を、前記セグメントの接続部端面に沿わせて側周面に引き出すとともに、そのリード線９の先端に設けた温度センサ８を、前記側周面のフライト６とフライト６間に形成された谷部に設置するものである（特許文献１参照）。

さらに、図９に示すように、成形機のシリンダ室前方に設けたノズルから原料を射出する際に、そのシリンダ室内壁とスクリュヘッド部５ｂ外周面との間を通過する溶融原料の温度を直接測定できるよう、そのスクリュヘッド部５ｂの中空部から半径方向外側に向かって温度センサ８を設置するとともに、センサ８を外周面に露出させたものもある（特許文献２参照）。
特開平７−２７６４５２号公報（第４頁、第３図）特開平７−２１４６２２号公報（第５頁、第１−２図）

しかし、図７に示すように、センサ８をバレル１側に設けた場合、そのバレル１自体がヒータにより温められる一方、その外周面は外気に触れて冷却されているため、そのバレル１の温度と、混練室２内の原料の温度との間にはなお若干の差異がある。この差異の影響を少なくするために、前記センサ８による計測データを元に、各種の補正を行う必要がある。

このセンサ８による計測温度を原料の実態温度により近づけるために、前記孔７を混練室２内にまで貫通させて、センサ８の位置を混練室２に近づける手法も考えられるが、その測定位置の混練室２内壁が、主軸部Ｓの外周縁が常時擦れる場所であれば、前記孔７を貫通させることにより、センサ８と主軸部Ｓが接触する恐れがある。また、その測定位置の混練室２内壁が、付着物のある場所であれば、前記孔７を貫通させてセンサを混練室２内に突出させても、正確な原料温度を測定することができない。

さらに、前記孔７を混練室２に貫通させてしまうと、その孔７とセンサ８との隙間にシール等施して混練室２内を密閉しても、そのシール部分への主軸部Ｓの接触が激しいと、シールが磨耗して、原料が孔７を通じて漏れることがあるので好ましくない。

以上のようなことから、バレル１側にセンサを設けて、混練室２内の原料温度を正確に計測するには、精度的な限界がある。

そこで、図８や図９に示す成形機の例のごとく、バレル１側ではなく主軸部Ｓ側に温度センサを設ける手法が考えられるが、図１に示すような連続式混練機では、温度センサに通じるリード線を通すべき回転軸１５は、その外周に嵌め込まれたスクリュやパドル１０に覆われて原料に直接触れないので、そのセンサを回転軸１５に設けても原料温度を正確に計測することができない。

また、上記成形機のスクリュ軸の例においては、いずれも、温度センサ８は原料に直接触れてはいるものの、そのセンサ８がシリンダ室内壁から離れた位置にあるので、この計測位置では、混練作用が主として発生する前記内壁近くの原料温度を測定することができない。また、図８に示すスクリュ軸５の谷部には、原料が搬送されずに滞留することがあるので、この位置に温度センサ８を設けると、その滞留物が正確な原料温度測定を阻害することがある。このため、この種の温度センサを設けた成形機のスクリュ軸であっても、正確な原料温度を測定することは難しいのが現状である。

そこで、この発明は、連続式混練機において、混練されている原料の温度をより正確に計測することを課題とする。

上記の課題を解決するために、この発明は、上記構成による連続式混練機において、前記混練パドルの回転方向側周面の先端部近傍に温度センサを設けたのである。

温度センサを、パドル先端を避けてその先端近くに設けたので、混練作用が主に発生する混練室内壁近くの原料温度を回転軸側から計測することができるとともに、そのセンサは、混練室内壁に常時摺動するパドル先端から一定距離回転軸寄りに下がった位置にあるので、センサ部分が磨耗により破損することがない。

また、混練室内において、センサを設けたパドルを、回転軸の軸方向の希望の位置に配置することができるので、求める原料の混練状況に応じて必要な箇所の温度データを取得することができる。

その温度センサにより取得した温度データの情報は、リード線を介して伝達されるものであり、そのセンサから伸びたリード線を、混練パドル内、回転軸内を通って軸端のターミナルに導くようにした構成を採用し得る。このようにすれば、リード線が混練室内に露出しないので傷まないように保護され得る。

また、そのセンサのリード線は、混練パドル内に設けた、回転軸への取付部から前記パドル回転方向側周面に至るセンサ孔に配設され、リード線は、そのセンサ孔から回転軸に設けた軸方向溝へと配設して、軸端のターミナルに導くようにした構成を採用し得る。このようにすれば、パドル及び回転軸へのセンサ及びリード線の設置、固定が容易である。

さらに、前記センサ孔のパドル側周面側出口をパドル母材と同等な、もしくはこれに相当する材質からなる溶接棒により栓溶接すれば、センサ孔が閉じられて内部のセンサが防護される。このため、そのセンサ孔内に原料が浸入するのを防ぐことができ、また、２軸の主軸部を有する混練機において、そのそれぞれ対応するパドル先端部と側周面同士が摺動することによるセンサの破損を防止し得る。

この発明は、以上のように温度センサを主軸部のパドル先端近傍に設けたので、混練されている原料の温度をより正確に計測することができる。また、混練室内において、センサを設けたパドルを、回転軸の軸方向の希望の位置に配置することができるので、求める原料の混練状況に応じて必要な箇所の温度データを取得することができる。

一実施形態を図１乃至図６に示し、この実施形態の連続式混練機の温度測定装置構造は、回転軸に多数の混練パドルをその軸方向に連続して取付けて主軸部を構成し、その主軸部を２本並列して筒状バレル内に回転可能に設けた連続式混練機に設けられる。

図１に示す混練機において、バレル１は、その内部に、図４の断面図に示すような、２連の円筒状断面を並列して有する繭型断面の混練室２が形成されており、その混練室２の軸方向の一端上部に投入口３を、他端下部に排出口４を設けている。そのバレル１の両端には、エンドプレート２１を介して軸受箱２２が取り付けられており、各軸受箱２２にはそれぞれ一対の軸受２３が間隔をおいて配置されている。この両端の軸受箱２２の軸受２３間に、前記主軸部Ｓの回転軸１５が回転可能に支持されて、その回転軸１５は、一方の軸受２３のさらに外方に伸びて、その外方に軸受箱２２に隣接して設けられたターミナル１７に至る。この主軸部Ｓが、図４に示すように、前記繭型混練室２内に２本並列して設けられる。

各主軸部Ｓ，Ｓの混練室２内に位置する部分は、図１に示す投入口３から排出口４に至る部分まで、パドル１０又はスクリュ１３が隙間なく連続して取り付けられ、それぞれ、中央部に設けた取付孔２０を回転軸１５への取付部として、その取付孔２０に回転軸１５に嵌め込んで主軸部Ｓを構成している。パドル１０としては、その目的に応じて、図５に示すフラットパドル１１と、図６に示すヘリカルパドル１２とがあり、それぞれその先端縁１０ａが混練室２内壁に摺動するものである。スクリュ１３は、図２に示すように、その外周を軸周りのらせん状に形成して、混練室２内の原料の送り機能を持たせたものである。

前記混練パドル１０のうち、フラットパドル１１は、図５（ａ）に示すように、回転軸１５に直交する断面形状が凸レンズ型を成すものであり、その凸レンズ型断面の両端縁であるパドル先端部１０ａが、主軸部Ｓの回転とともに混練室２内壁、及び他方の主軸部Ｓのパドル側周面１０ｂに沿って摺動するようになっている。なお、この摺動において、パドル先端部１０ａと混練室２内壁間、及びパドル先端部１０ａと他方のパドル側周面１０ｂ間には、それぞれ微小なクリアランスを設けてもよい。クリアランスを設けることにより、前記パドル先端部１０ａと混練室２内壁間等では、原料を介在して両者が摺動する状態となり、そのクリアランスの大小により混練時に原料に加わるせん断力等が調節され得る。つまり、ここでいう摺動とは、必ずしも、両者が密着して擦れることのみを意味するのでなく、僅かな隙間を介在する場合も含むものである。

ヘリカルパドル１２は、図６（ａ）に示すように、前記フラットパドル１１の側周面１０ｂをらせん状にねじれた側周面１０ｂとしたもので、逆方向に捩じれた側周面１０ｂを有するヘリカルパドル１２も併用される。この捩じれた側周面１０ｂの効果により、原料の軸方向への送り、逆送りを行う。そのパドル先端部１０ａが、主軸部Ｓの回転とともに混練室２内壁、及び他方の主軸部Ｓのパドル側周面１０ｂに沿って摺動する状況は、フラットパドル１１の場合と同様である。

このように形状の異なるパドル１０のいずれかの中から、目的に応じたパドルを組み合わせ、回転軸１５に対する角度を違えて位相をずらしながら、その回転軸１５にパドル１０、及びスクリュ１３を取り付けていく。その取付例として、例えば、図４の（ａ）乃至（ｄ）に示す、４５°ずつ位相がずれた組み合わせのものを、順に、回転軸１５の軸方向に連ねて取り付けていく例などがある。なお、このとき、図４に示すように、対の主軸部Ｓ，Ｓの対応するパドル１０同士は、相互の位相が９０°ずれたものとなっているので、２軸それぞれの対応するパドル１０同士は干渉せず、お互いの表面を摺動して原料の付着を防ぐセルフクリーニング機能を有している。

主軸部Ｓ，Ｓは、その一端部に連結されたモータなどの駆動手段（図示せず）によって同方向に回転し、投入口３にいれた原料は、主軸部Ｓの回転により排出口４に向かって下流側に送られる。このとき、図４に矢印で示すように、パドル１０の前記摺動により、原料に圧縮、引延、及びせん断作用などを伴い、練り作用を発生させて混練が行われる。

前記混練パドル１０には、回転軸１５への取付部である取付穴２０から、パドル先端部近傍の回転方向側の側周面１０ｂに至るセンサ孔１９を設け、そのセンサ孔１９内に温度センサ１８を固定するとともに、前記センサ１８から伸びたリード線１４を、センサ孔１９から回転軸１５に設けた軸方向溝１６へと配設して、軸端に設けたターミナル１７に導く。このセンサ孔１９の態様は、パドル１０が、フラットパドル１１の場合も、ヘリカルパドル１２の場合も同様である（図５（ｂ）、図６（ｂ）参照）。

なお、センサ１８及びそのリード線１４は、それぞれ断面の小さい極細のものを用いて、それを金属製の保護管シース内に隙間なく内装している。

前記センサ孔１９は、図５（ｂ）及び図６（ｂ）に示すように、パドル１０の回転軸方向側面１０ｃに平行に設けられ、そのセンサ孔１９の側周面１０ｂ側出口は、図３（ａ）に示すように、パドル母材と同等か、もしくはそれに相当する材質からなる溶接棒により栓溶接している。このため、孔１９内に原料が浸入しないとともに、他方の主軸部Ｓのパドル先端部１０ａ等がその出口部分に摺動しても、センサ１８を破損しない。センサ１８を固定する位置のパドル側周面１０ｂからの深さは自由であるが、側周面１０ｂから最小限の深さとすれば、原料温度をより正確に計測し得る。なお、センサには熱電対が用いられるが、他の周知の温度センサを用いてもよい。

回転軸１５の軸方向溝１６は、図３（ｂ）に示すように、回転軸１５の側周面にその軸方向に沿って設けられるので、溝１６内へのリード線１４の配設が容易である。また、回転軸１５一端の軸受２３が接する部分においては、図３（ｃ）に示すように、溝１６は、回転軸１５内部に設けられるので、軸受２３にその溝１６が接しないようになっている。前記センサ孔１９内及び溝１６内には、リード線１４の配設後、適宜充填材が充填されるので、内部に異物が入ることなく、また、リード線１４が動かないようにしっかりと固定される。

ターミナル１７内には、図２に示すように、回転軸１５の周囲に環状に設けられた複数のブラシ１７ａと、回転軸１５とともにブラシ１７ａが軸回りに回転するのに対応して、個々のブラシ１７ａにそれぞれ摺接する集電端子１７ｂが設けられている。ブラシ１７ａと集電端子１７ｂとは、回転軸１５が回転している状態で、電気信号が伝達可能である。

回転軸１５の端部から引き出されたリード線１４は、ターミナル１７において、前記ブラシ１７ａにそれぞれ接続される。温度センサにより計測した温度の電気信号は、集電端子１７ｂから混練機の制御装置に送られる。その制御装置は、温度センサ１８からの測定値を得て混練機の加熱、回転等を制御する。

この実施形態では、２軸の主軸部Ｓを有する混練機において、回転軸１５を挟んで両端にパドル先端部１０ａを有する凸レンズ型のパドル１０を使用したが、この実施形態には限定されず、パドル形状は自由である。例えば、前記パドル先端１０ａを回転軸１５周りに１つ、あるいは３つ以上有するパドルを両スクリュ軸に使用してもよい。また、前記センサ孔１９を、図５（ｂ）又は図６（ｂ）に示すパドル１０の回転軸方向側面１０ｃに沿って設け、その側面１０ｃ側を側方開放したセンサ孔１９としてもよい。

このセンサ孔１９を設けたパドル１０は、回転軸１５の軸方向適宜の位置に配置できるので、バレル１や回転軸１５の仕様を変更することなく、温度データを要求する適宜の箇所にセンサ１８を自由に配置し得る。

また、リード線１４の設置に代えて、無線を利用して温度センサ１８により取得した情報を伝達するようにした態様や、あるいは、回転軸１５自体に温度センサ１８による電気信号の情報を流すようにした態様を採用してもよい。

一実施形態の正面図同実施形態のスクリュ軸の正面図温度センサのリード線配設の詳細図で、（ａ）はパドル内、（ｂ）（ｃ）は回転軸内を示す混練室内のパドルの配置を示す断面図フラットパドルの詳細図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図ヘリカルパドルの詳細図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図従来例の正面図従来例の成形機に使用するスクリュ軸の斜視図従来例の成形機に使用するスクリュ軸の正面図

符号の説明

１バレル
２混練室
３投入口
４排出口
５，１５回転軸
６フライト
７センサ孔
８，１８温度センサ
９，１４リード線
１０混練パドル
１１フラットパドル
１２ヘリカルパドル
１３スクリュ
１６溝
１７ターミナル
１９センサ孔
２０取付孔
２３軸受
Ｓ主軸部

Claims

多数のスクリュ（１３）と混練パドル（１０）を回転軸（１５）の軸方向に連続して取付けた主軸部（Ｓ）を、バレル（１）内部の混練室（２）に回転可能に設け、その混練室（２）内に原料を投入して、前記主軸部（Ｓ）を回転することによりパドル先端部（１０ａ）が混練室（２）内壁に沿って摺動して原料の混練を行う連続式混練機において、
前記混練パドル（１０）の回転方向側周面（１０ｂ）の前記パドル先端部（１０ａ）近傍に温度センサ（１８）を設けたことを特徴とする連続式混練機。
前記温度センサ（１８）により取得した情報は、リード線（１４）を介して伝達されるものであり、そのセンサ（１８）から伸びたリード線（１４）を、混練パドル（１０）内、回転軸（１５）内を通って軸端のターミナル（１７）に導いたことを特徴とする請求項１に記載の連続式混練機。
前記リード線（１４）は、混練パドル（１０）内に設けた、回転軸（１５）への取付部から前記パドル回転方向側周面（１０ｂ）に至るセンサ孔（１９）に配設され、リード線（１４）は、そのセンサ孔（１９）から回転軸（１５）に設けた軸方向溝（１６）へと配設して、軸端のターミナル（１７）に導いたことを特徴とする請求項２に記載の連続式混練機。