JP5081013B2 - 二軸混練押出機及び二軸混練押出機での負荷トルク算出方法 - Google Patents
二軸混練押出機及び二軸混練押出機での負荷トルク算出方法 Download PDFInfo
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Description
二軸混練押出機では、駆動モータの駆動によりバレル内で2本の混練スクリュを回転させつつ、バレルに設けられた投入ホッパから被混練材料を投入すると、この被混練材料は混練スクリュで混練されながらバレル先端へ向けて圧送され、バレル先端側に設けられた吐出部から押し出されるようになる。
そこで、負荷トルクを求める方法として、混練スクリュの入力軸に歪ゲージを貼り付けて、発生する出力信号をテレメータ式の測定器によって非接触で取り込むことが提案されている(特許文献1参照)。
なお、駆動モータの出力軸など広いスペースを有するところに、トルクセンサを取り付けることは可能であるが、この場合、2本の混練スクリュに生じた負荷トルクの合成値が検出されることになる。そのため、両混練スクリュに生じたトルクが同位相で生じているときなら問題なくとも、逆位相で生じたときには検出値の相殺が起こり、適正な負荷の監視ができない危険性があった。
すなわち、本発明に係る二軸混練押出機は、一対の混練スクリュが回転自在に挿通された混練部と、前記混練スクリュを回転駆動させる駆動モータと、混練部と駆動モータとの間に配備され且つ駆動モータの回転駆動力を減速し前記一対の混練スクリュへ分配する減速部と、を有するものであって、前記駆動モータと減速部との連結間に、当該駆動モータの出力軸に発生する負荷トルクを検出するトルク検出手段が設けられると共に、混練部と減速部との連結間に、一対の混練スクリュの間に生じる回転の位相差を検出する位相差検出手段が設けられ、前記トルク検出手段が検出した負荷トルクと位相差検出手段が検出した回転の位相差とから、一対の混練スクリュのそれぞれに発生する負荷トルクを算出する負荷算出手段が設けられていることを特徴とする。
なお、前記位相差検出手段は、混練スクリュの入力軸の周りに一定間隔で設けられ且つ前記回転軸と一体回転可能となっている被検部と、前記被検部を非接触で検出する非接触センサと、を有しているとよい。
なお好ましくは、前記被検部は、混練スクリュの入力軸に同軸状に設けられた歯車の歯先部とするとよい。
一方、本発明に係る二軸混練押出機での負荷トルク算出方法は、一対の混練スクリュが回転自在に挿通された混練部と、前記混練スクリュを回転駆動させる駆動モータと、混練部と駆動モータとの間に配備され且つ駆動モータの回転駆動力を減速し一対の混練スクリュへ分配する減速部と、を有する二軸混練押出機に対し、前記駆動モータと減速部との連結間で当該駆動モータの出力軸に発生する負荷トルクを検出すると共に、前記混練部と減速部との連結間で一対の混練スクリュ間に生じる回転の位相差を検出し、検出された負荷トルクと回転の位相差とから、一対の混練スクリュのそれぞれに発生する負荷トルクを算出することを特徴とする。
図1は、本発明に係る二軸混練押出機の1つの実施形態を示している。
この二軸混練押出機1は、一対の混練スクリュ12a,12bが回転自在に挿通された混練部2と、一対の混練スクリュ12a,12bに対する回転駆動力を発生する駆動モータ3と、これら混練部2と駆動モータ3との間に配備された減速部4とを有している。
駆動モータ3と減速部4との連結間には、トルク検出手段5が設けられ、混練部2と減速部4との連結間には、位相差検出手段6が設けられている。トルク検出手段5の出力と位相差検出手段6の出力は、負荷算出手段7へ入力されるものとなっている。
バレル11には、上流側(図1の右側)寄りに投入ホッパ(図示せず)が設けられ、下流側(図1の左側)となるバレル先端側に吐出部16が設けられている。
混練スクリュ12a,12bは、入力軸17a,17bとこの入力軸17a,17bから下流側へ延びたスクリュ部18a,18bとを有していている。入力軸17a,17bへは、駆動モータ3の出力軸3aから減速部4を介して回転駆動力が入力される。
減速部4は、駆動モータ3の出力軸3aと連結される入力軸20と、この入力軸20へ入力された回転駆動力を減速しつつ、混練スクリュ12a,12bの入力軸17a,17bへ向けて2系統へ分配する複数段のギヤ部21とを有したものである。
位相差検出手段6は、混練部2と減速部4との連結間であって入力軸17a,17bの適宜位置において、2本の混練スクリュ12a,12bのそれぞれの回転角を検出し、それらの両者間に生じる位相差を検出するようになっている。
各混練スクリュ12a,12bの回転角は、各混練スクリュ12a,12bの入力軸17a,17bに対して一体回転可能に設けた被検歯車26a,26bと、この被検歯車26a,26bに近接させて設けた非接触式の距離センサ27a,27bとを組み合わせることで検出することができる。すなわち、被検歯車26a,26bのまわりには周方向に一定間隔をおいて歯先部が並んでおり、電磁式、超音波式、光学式の距離センサ27a,27bで、かかる歯先部を被検部としてピックアップし検出信号を出力する。
トルク検出手段5は、駆動モータ3と減速部4との連結間であって減速部4の入力軸20の適宜位置に配備され、減速部4の入力軸20、換言すれば、駆動モータ3の出力軸3aに発生する負荷トルク負荷トルク(以降、駆動側トルクと呼ぶこともある)を検出するものである。本実施形態のトルク検出手段5は、入力軸20に対して設けられたトルクメータ30であって、このトルクメータ30で検出された駆動側トルク値が負荷算出手段7に入力される。
負荷算出手段7は、トルク検出手段5で得られた駆動側トルクと、位相差抽出手段28の出力結果(回転位相差)とを取り込んで、これらを基に、左右一対の混練スクリュ12a,12bにおける負荷トルクを個別に算出するようになっている(具体的な算出方法は後述)。
駆動モータ3により、減速部4を介して混練部2の混練スクリュ12a,12bを回転駆動させ、投入ホッパから被混練材料を投入すると、被混練材料は両混練スクリュ12a,12bの回転を受けて混練室10a,10b内で混練されつつ下流側へ向けて圧送され、吐出部16から押し出されるようになる。
この間、トルク検出手段5では駆動側トルクを検出し、検出値は負荷算出手段7へ取り込まれる。
負荷算出手段7では、位相差抽出手段28で検出された回転位相差と、トルク検出手段5で得られた駆動側トルクとを用いて、左右の混練スクリュ12a,12bにおける個別の負荷トルクを算出する。
まず、求めようとする右側の混練スクリュ12aの負荷トルクをTRとおき、左側の混練スクリュ12bの負荷トルクをTLとおく。また、TMをトルク検出手段5で検出される駆動側トルク、θR,θL を入力軸17a,17bのねじれ角、KR,KL を入力軸17a,17bのねじれ剛性とする。
このとき、式(1)〜式(3)の関係が成り立ち、それらより式(4)が導出される。
なお、KRとKLとが同じでない場合では、式(1)〜式(4)を変形することで得られた式(8)及び式(9)を用い、TR及びTLを求めるとよい。
このようにして、左右の混練スクリュ12a,12bに許容範囲を超える負荷トルクが加わらないように監視することができ、混練スクリュ12a,12bをクラックの発生や折損などから保護することができる。
2 混練部
3 駆動モータ
4 減速部
5 トルク検出手段
6 位相差検出手段
7 負荷算出手段
10a,10b 混練室
11 バレル
12a,12b 混練スクリュ
17a,17b 混練スクリュの入力軸
26a,26b 被検歯車
27a,27b 距離センサ
Claims (4)
- 一対の混練スクリュが回転自在に挿通された混練部と、前記混練スクリュを回転駆動させる駆動モータと、混練部と駆動モータとの間に配備され且つ駆動モータの回転駆動力を減速し前記一対の混練スクリュへ分配する減速部と、を有する二軸混練押出機において、
前記駆動モータと減速部との連結間に、当該駆動モータの出力軸に発生する負荷トルクを検出するトルク検出手段が設けられると共に、混練部と減速部との連結間に、一対の混練スクリュの間に生じる回転の位相差を検出する位相差検出手段が設けられ、
前記トルク検出手段が検出した負荷トルクと位相差検出手段が検出した回転の位相差とから、一対の混練スクリュのそれぞれに発生する負荷トルクを算出する負荷算出手段が設けられていることを特徴とする二軸混練押出機。 - 前記位相差検出手段は、混練スクリュの入力軸の周りに一定間隔で設けられ且つ前記回転軸と一体回転可能となっている被検部と、前記被検部を非接触で検出する非接触センサと、を有していることを特徴とする請求項1に記載の二軸混練押出機。
- 前記被検部は、混練スクリュの入力軸に同軸状に設けられた歯車の歯先部であることを特徴とする請求項2に記載の二軸混練押出機。
- 一対の混練スクリュが回転自在に挿通された混練部と、前記混練スクリュを回転駆動させる駆動モータと、混練部と駆動モータとの間に配備され且つ駆動モータの回転駆動力を減速し一対の混練スクリュへ分配する減速部と、を有する二軸混練押出機に対し、
前記駆動モータと減速部との連結間で当該駆動モータの出力軸に発生する負荷トルクを検出すると共に、前記混練部と減速部との連結間で一対の混練スクリュ間に生じる回転の位相差を検出し、
検出された負荷トルクと回転の位相差とから、一対の混練スクリュのそれぞれに発生する負荷トルクを算出することを特徴とする二軸混練押出機での負荷トルク算出方法。
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