JP5795568B2 - 高粘度混練材料用混練機に対する熱電対温度検出器の装着構造 - Google Patents

高粘度混練材料用混練機に対する熱電対温度検出器の装着構造 Download PDF

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Description

本発明は、ゴム・プラスチック・セラミックス等の高粘度混練材料を混練するための密閉加圧型混練機における混練槽に、該混練材料の温度変化を高感度に検出するための熱電対温度検出器を付設するための該熱電対温度検出器の装着構造に関するものである。
ゴム・プラスチック・セラミックス等の高粘度混練材料を混練するための既知の密閉加圧型混練機において、混練に伴って発熱する混練材料の温度計測は、例えば、特許文献１において開示しているように、熱電対温度検出器の温度検出端を混練槽の底部や側壁等から突出させ、接触する混練物の温度を感知させることにより行っている。混練槽内において２軸の混練ローターを噛み合うように回転させる混練機では、高粘度の有機高分子材料等の塊状物や粒状物に無機物の摩耗性のある配合剤などを練り込むため、混練物に対して回転する２軸の混練ローターから与えられる強力な回転負荷や、混練槽の上方への混練物の浮き上がりを抑える加圧蓋の圧力負荷を掛けるので、上記熱電対温度検出器における温度検出端に配設される熱電対エレメントの感温部は、耐摩耗性と耐衝撃性を備えた強固な材質と強度を備えた保護管に収めて上記混練槽の底部あるいは側壁等に装着している。
上述のような保護管に収めた熱電対エレメントでは、混練進度に合わせて変化する混練物の温度が保護管を経て熱電対エレメントに伝導されるため、測定温度を被測定物の温度変化に敏感に追随させるためには、保護管の先端に熱電対エレメント先端を溶着して、被測定物の温度を保護管の外面で感知し、熱電対エレメントが発生する起電力を導線経由で温度表示器へ送るようにした接地型のものが有効であるが、この場合においても、被測定物から受ける負荷に対して保護管の強度を十分に高めると、該保護管の熱容量が大きくなるため、熱電対エレメントは必ずしも直接混練物の温度を感知せず、保護管自体の温度に大きく支配され、混練物の温度変化に敏感に追随できない。
また、密閉加圧型混練機でゴム配合物等を混練りする場合、混練槽内で混練物の均一な分散を促進するため、配合材を含む混練物の混練槽に対する充填率を、該混練槽の容積の７０〜８０％として、混練物の流動空間を設けている。そのために、混練物は熱電対温度検出器の検出端に常時密に接触していることはなく、２軸の混練ローターの噛み合う回転で温度検出端の感温部に接触したり離れたりして、混練槽内の流動空間を回転方向ばかりでなく混練ローターの軸方向にも激しく移動するので、混練物は温度検出端に瞬時接触を繰り返し、検出端に鋭敏な温度感知の追随性がない限り混練中の正確な混練物の温度を感知し得ないことになる。
上述した問題点があることから、現今の高い工業技術水準下にありながら、高粘度混練材料用の密閉加圧型混練機においては、正確な温度を数値として計器に表示できず、一般的には、実温度より低い計測値が表示されているのが実態である。これはバッチサイズの小さいゴム混練物において、品質特性のひとつである可塑度についてバッチ間でのバラツキを抑制できない要因となっている。また、この計測温度と混練物の実温度との差は、温度による混練りの正確な終了点の把握や、上限温度を設定して混練りを終了する精密な温度制御自動混練を犠牲にするものである。
このような問題に対処し、上記特許文献１に開示の熱電対温度検出器等では、熱電対エレメントを内包する保護管の形状や構造を改善して感度を鋭敏にし、計測温度の精度向上を図ってはいるが、熱電対温度検出器が熱感応性を損なわないように、その検出端の混練槽内への突出長さを大きくしているため、保護管の折曲や折損に対向し得る強度を維持する必要があり、結果的にその熱容量が増大し、蓄熱温度が計測温度に影響して混練管理のパラメーターとしては好ましいものではない。
また、近年では、大型の密閉型混練機により生産性の向上を狙って、高速回転ローターを備えたり、羽根付き混練ローター自体についての各種性能の改善がなされ、高い硬度や磨耗性の高い混練物を多量に配合する場合が多くなるのに伴い、それらに対処して、温度検出端の熱感応性を損なうことなく保護管の寿命延長の問題を克服することが必要になっている。そして、これらが熱電対温度検出器の温度検出端への機械的負荷を大きく増大させるだけでなく、温度検出端突出部への前後左右からの負荷の作用回数を格段に増加させるので、既存の熱電対温度検出器では耐用寿命が大きく短縮される傾向にある。
このように、従来例に比して過剰になってきている温度検出端への負荷は、必然的に混練物への急速かつ過剰なエネルギーの付加に起因するものであり、それに伴って、混練物の温度が急速に上昇することになるので、その温度をリアルタイムに正確に計測する必要がより増大し、しかし、保護管の強度を高めるのは熱容量の増大によりリアルタイムの計測をより困難にする。そのため、保護管の形態自体をどのように形成し、それを混練槽に対してどのように装着するかによって、熱電対温度検出器の検出端の折曲や折損を抑制しながら正確に温度計測可能にすることが重要になる。
特開２０１２−２１８１７号公報
本発明の技術的課題は、保護管についてその熱容量を増大させるような機械的強度の増大を図ることなく、それによって、よりリアルタイムの温度計測を可能にすると共に、保護管の先端の形態自体、及びその混練槽に対する装着構造の改善によって、混練材料の混練ローターによる流動で熱電対温度検出器の温度検出端に付与される機械的負荷を可及的に小さくできるようにしたところの、高粘度混練材料用混練機に対する熱電対温度検出器の装着構造を提供することにある。
上記課題を解決するため、本発明によれば、密閉加圧型混練機の混練槽内において混練ローターの回転により混練される高粘度混練材料の温度を計測するための熱電対温度検出器を、該混練機における混練槽内壁面に沿って流動する混練物の流動域にその感温部が位置するように装着するための熱電対温度検出器の装着構造であって、上記熱電対温度検出器は、熱起電力を生ずる２種の金属線により構成される熱電対エレメントを保護管内に収容することにより構成して、上記混練槽に対して着脱自在に装着可能とし、この熱電対温度検出器を、次のように構成を具体化すると共に、次のような装着態様で、上記混練槽に対して装着したことを特徴とする高粘度混練材料用混練機に対する熱電対温度検出器の装着構造が提供される。
即ち、上記熱電対温度検出器における保護管は、混練槽内の混練物の流動域に突出させる肩部を先端部に備えた短筒状の保護チップの先端中央から、先端に半球面状の感温部が形成された保護内管の該感温部を突出させ、上記保護チップの混練槽内へ突出させる突出基端部は、上記保護内管に比して２〜３倍の外径で、該突出基端部から混練槽内へ突出する突出長さが、上記保護チップの突出基端部と保護内管との半径差と同等な長さを有するものとし、且つ、上記保護チップの突出基端部から上記突出長さにおいて保護内管の外周に接する部位までの該保護チップの肩部の外周面を、上記保護チップの突出基端部と保護内管との各半径の差に相当する半径をもった凸円弧面に形成させる。
また、上記熱電対エレメントの２種の金属線は、その一端同士を、上記保護内管の突端に開設した細孔内に溶着して感温部を形成させると共に、該２種の金属線の他端を保護管の他端側に設けた端子台まで導線することにより、上記保護管内に収容し、上記混練槽に対する上記熱電対温度検出器の装着は、上記保護チップの突出基端部が混練槽内壁面に沿う位置にあって、該保護チップの上記肩部が混練物の流動域に突出し、混練槽内面に沿って上記温度検出端に向かう部位を流動する混練物の流れを、該保護チップを迂回する方向に向け、その温度検出端に向かう流れの一部を保護チップから突出する感温部の頂部を撫でるような状態で流動する方向に向けるように、該保護チップが配設される。
上述したように、熱電対温度検出器においては、熱電対エレメントの金属線を収容する上記保護内管の感温部を肉厚化してその強度を高めると、熱容量の増大によりリアルタイムの温度計測がより困難になるため、本発明の熱電対温度検出器においては、保護内管の感熱部を可及的に薄肉化すると共に流動する混練物とできるだけ接触しやすくして伝熱速度を高め、しかも、感熱部が流動する混練物との接触によりできるだけ負荷を受けないようにし、具体的には、上記感熱部を半球面状に形成すると共に保護チップとの関連によりその頂部を混練物が撫でるような状態で流動するように形成して、該混練物から受ける力を軽減させ、それにより上記熱電対温度検出器における検出端の折曲や折損を抑制すると共に、上記感熱部を形成する保護内管の先端半球面状部分を可及的に薄肉化することを可能にするものである。
一方、混練中における混練槽内壁面に沿う混練物の流れは、上記温度検出端に対して周囲のあらゆる方向から押圧と引っ張りの応力負荷を作用させるので、上記保護内管の周囲に位置してそれを保護する保護チップは、混練槽内への突出基端部が上記保護内管に比して２〜３倍の外径で、感熱部に対して断熱した状態で、強度がある肉厚とすることができるようにし、更に、該突出基端部から混練槽内へ突出する突出長さが、上記保護チップの突出基端部と保護内管との半径差と同等で折曲や折損等がない長さとし、しかも混練槽内壁に直接嵌挿して強固に保持できるものとしているので、即ち、強度を持つ該保護チップが保護内管の感熱部の周囲にあってそれを保護する構成になっているので、感熱部が十分に保護されて感温精度の高い温度検出端を形成している。
また、上記構成を有する熱電対温度検出器の装着構造によれば、熱電対温度検出器の温度検出端における保護チップの突出基端部が混練槽内壁面に沿う位置にあって、該温度検出端が必要最小限の範囲である保護チップの肩部とその先端中央部に位置する保護内管の半球面状部分だけ混練物の流動域に突出するようにして、該半球面状部分の基端を保護チップの先端面に位置させており、混練ローターから混練物に与えられる強力な回転負荷等の作用を温度検出端に直接負荷しないような形状に構成して、混練槽内へ突出せしめている。
即ち、上記保護チップの肩部に外周を凸円弧状に形成して混練槽内へ突出する形態を持たせたので、それに起因して、混練槽内面に沿っていずれの方向に流動する混練物の流れも、該感温部に直接的に負荷を与えず、該保護チップの凸円弧状の肩部で方向を変えられることになり、その際、該保護チップを乗り越えて流動する混練物の一部が、保護チップの肩部における凸円弧状の外周面の存在により、該保護チップから突出する感温部の先端面側に向けられ、該感温部の先端面には流動する混練物が確実に接触するが、該感温部の基端と保護チップの上面との接触部付近や、混練槽内壁に近い保護チップの突出基端部付近は谷間状になっているので、その部分には流動する混練物が接触しない空隙が生じ、粘着性のあるゴム混練物がたとえ感温部や保護チップの肩部と接触するにしても、それらに巻き着いた混練物が混練ローターで引っ張られたり圧しつけられたりする負荷が軽減され、側方から大きな屈折力を受けるのを抑制することができる。
なお、上述したように、混練物の流れは、温度検出端に対してその周囲のあらゆる方向から押圧と引っ張りの応力負荷を作用させるが、それらのうちで、特に、混練槽における熱電対温度検出器の装着位置に対して垂直方向成分が大きな混練物の流れが衝突することがあっても、上記保護チップは凸円弧面が混練槽内に向けて突出し、また上記保護内管の感温部は滑らかな半球面状に形成されて、その周囲を保護チップで保護されているので、上記垂直方向成分が大きな混練物の流れを周辺に分散させることができ、そのため、上述したように、混練槽の内面に沿って温度検出端に向かう混練物の流れによる感温部への強大な負荷を回避する保護チップの形状と取付構造が、上記感温部を保護するために重要である。
本発明に係る上記熱電対温度検出器の装着構造の好ましい実施形態においては、密閉加圧型混練機の混練槽に装着する上記保護管が、上記感温部を除く外周が断熱性の絶縁膜筒で被覆され、内部に上記熱電対エレメントの２種の金属線が挿通される上記保護内管と、その周囲に空隙を置いて外嵌するシール管とによって形成され、該シール管の先端に、混練槽内壁から該混練槽内に突出させる筒状で、その内部に上記保護内管の先端の感温部が上記絶縁膜筒を介して嵌挿される嵌着孔が形成されている保護チップを取り付けることにより構成される。
また、本発明の他の好ましい実施形態においては、上記混練槽が、外周に複数のブレードを備えた混練ローターが内周面との間に間隔をおいて回転可能に配設された円筒状のローター室の一対を、上記混練ローターの軸線を隣接する水平配置として相互に連通させることにより形成され、上記両混練ローターは両ローター室が互いに連通する側において下向きに回転するように構成され、両ローター室の境界部分の底面に形成された山形に立ち上がる稜壁部の上面に、上記熱電対温度検出器の温度検出端を突出させたものとして構成される。
以上に詳述した本発明に係る熱電対温度検出器の装着構造によれば、熱電対温度検出器の保護管について、その熱容量を増大させるような機械的強度の増大を図ることなく、それによって、よりリアルタイムの温度計測を可能にすると共に、保護管の先端の形態自体及びその混練槽に対する装着構造の改善によって、混練材料の混練ローターによる流動で熱電対温度検出器の温度検出端に付与される機械的負荷を可及的に小さくすることができる。
槽反転排出型の密閉加圧型混練機の混練槽に、本発明に係る装着構造により熱電対温度検出器を装着する場合の実施態様を示す要部縦断面図である。 底開放排出型の密閉加圧型混練機の混練槽に、本発明に係る装着構造により熱電対温度検出器を装着する場合の実施態様を示す要部縦断面図である。 上記熱電対温度検出器の構成例を示す縦断面図である。 上記熱電対温度検出器の要部の構成を示す部分拡大断面図である。 上記熱電対温度検出器を装着した混練槽における混練物の混練態様を図１及び図３と同位置での断面によって示す要部模式的説明図である。 上記熱電対温度検出器を装着した混練槽における混練物の混練態様を両ローター室間の稜壁部に沿った断面において示す要部模式的説明図である。
図１は、本発明に基づいて熱電対温度検出器を槽反転排出型である比較的小型の高粘度混練材料用密閉加圧型混練機における混練槽に対して装着した構造の一例を示している。この槽反転排出型の密閉加圧型混練機自体は、ゴム・プラスチック・セラミックス等の高粘度混練材料を混練するために既に一般に多用されている既知のものであるため、ここではその概要について簡単に説明する。なお、上記槽反転排出型の密閉加圧型混練機は、混練槽における混練終了後に、以下において説明する一対の混練ローター８Ａ，８Ｂの一方における回転軸線の回りにおいて混練槽を反転させて混練物を排出するタイプのものである。
まず、上記密閉加圧型混練機の主要部分を構成する図示の混練槽１は、該混練機の機体の下部に位置し、その内部に、一対の同形円筒状のローター室３Ａ，３Ｂを、それらの軸線を隣接する平行な水平配置として対称に連接することにより、相互に連通する状態に配置した形態を有し、該混練槽１の内底部における両ローター室３Ａ，３Ｂの内周面の境界部分において、その底面に山形に立ち上がる稜壁部４が形成され、各ローター室３Ａ，３Ｂの軸線方向の両端はそれぞれ槽端壁によって閉じられている。なお、ローター室３Ａ，３Ｂの断面形状はその軸線方向において一定である。
上記ローター室３Ａ，３Ｂ内には、槽端壁に支持されて回転することにより、投入した高粘度混練材料を混練する混練ローター８Ａ，８Ｂを、それぞれローター室３Ａ，３Ｂの内周面との間に間隔をおいて回転可能に配設している。上記混練槽１における２軸の両混練ローター８Ａ，８Ｂは、外周に複数の螺旋状のブレード９を備えたもので、それらの両混練ローター８Ａ，８Ｂは、両ローター室３Ａ，３Ｂが連通する側において各ブレード９が下向きに回転し、しかも、両混練ローター８Ａ，８Ｂのブレード９が交互に回転移動するように駆動源に連結されている。両混練ローター８Ａ，８Ｂの回転速度は、同速とすることもできるが、若干の速度差を持たせて回転させることもできる。上記ブレード９は、必ずしも２枚に限るものではない。
また、上記混練槽１は、その上面に混練材料の出し入れのための開口部５を有し、該開口部５を加圧蓋６で閉鎖するようにしているが、該混練槽１においては、回転する２軸の混練ローター８Ａ，８Ｂから混練物に対して与えられる強力な回転負荷や、混練の進行に伴う混練物の昇温による混練槽１内の圧力の上昇により、混練物が加圧蓋６を浮き上がらせる可能性があり、そのため、上記混練槽１の加圧蓋６は、機体の上部に設置された流体圧シリンダ（図示省略）のロッド７の下端部に連結され、このロッド７の上下動によって上記開口部５を開閉するようにしている。そのため、混練槽１の上面の開口部から混練材料を上記混練槽１内に投入して加圧蓋６を閉じ、該加圧蓋６で混練材料を加圧しながら、上記二つのローター８Ａ，８Ｂを回転させることにより、上記螺旋状のブレード９によって混練材料がローターの回転方向だけでなく軸線方向も含めた複雑な方向の流動により混練される。
図２は、上記図１の密閉加圧型混練機が槽反転排出型であるのに対し、タイヤ等の大量生産に適した底開放排出型の大型密閉加圧型混練機における混練槽２に対して、本発明に基づく熱電対温度検出器１０の装着を行う構造の一例を示している。この底開放排出型密閉加圧型混練機も、上記槽反転排出型の混練機と同様に既に一般に多用されている既知のものであるが、該槽反転排出型の混練機と比較して、混練槽２の底部を、蝶番２ｂを介して取り付けた排出ドア２ａにより開閉可能とし、液圧シリンダ２ｃにより出没するラッチ２ｄにより該排出ドア２ａを閉鎖状態にロック可能にし、上記排出ドア２ａに図１の槽反転排出型の密閉加圧型混練機の場合と同様にして熱電対温度検出器１０の装着を行うようにしたものである。この底開放排出型の加圧型混練機では、混練槽２の底部の開閉自在の排出ドア２ａに温度検出器１０を装着しているので、槽反転排出型の密閉加圧型混練機の場合よりも熱電対温度検出器１０のメンテナンス等が容易である。
なお、上記底開放排出型の密閉加圧型混練機は、混練槽２におけるローター８Ａ，８Ｂによる混練終了後に混練槽２の底部の排出ドア２ａを開いて混練物を排出するタイプのものであり、上面から混練材料を排出しないために、開口部５を小さくするなど、図１の槽反転排出型の密閉加圧型混練機の場合とは該開口部５等の形態において一部に差異はあるが、上記以外の構成及び作用は、図１及び図３以下に示す槽反転排出型の密閉加圧型混練機の場合と変わるところがないので、それらの説明を援用して、ここでは主たる対応部分に同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
上記密閉加圧型混練機は、上記混練ローター８Ａ，８Ｂの回転により混練される高粘度混練材料の温度をできるだけリアルタイムに計測するための熱電対温度検出器１０を、以下に図３及び図４を参照して詳述するような構成とし、その温度検出端１０ａが、混練槽１の内壁面に沿って流動する混練物の流動域に位置するように、該混練槽１に着脱可能に装着するものであるが、図１及び図２に示す実施例では、両ローター室３Ａ，３Ｂの内周面の境界部分に形成されている上記稜壁部４の上面に上記熱電対温度検出器１０の温度検出端１０ａを突出させるように、該熱電対温度検出器１０を混練槽１の外側下部からの螺挿により着脱自在に固定している。
ここで、上記高粘度混練材料用の密閉型混練機による混練の概要を、一例として、高粘度のゴム配合材を混練する場合について説明すると、通常、混練槽１の容積から２本の混練ローター８Ａ，８Ｂの体積を減じた空間容積の７５％程度が、混練物を混練する実量になる。上記空間容積の１００％にゴム配合材等を充填して混練すると、混練物は回転する２本の混練ローター８Ａ，８Ｂに巻き付いて、円筒状で回転するのみで、充填された混練物を流動させることができない。適正な充填量の混練が進行する場合、最初は粉末材料の中で高分子物（原料ゴム）が砕かれてバラバラ状態で攪拌されるだけであるが、高分子物に粉末材料が擦り込まれて小さな粒状物の生成が始まると、混練物の温度が上昇し始め、ゴム混練物に粘性が生じて混練槽１内で大きな混練物の塊りになり、混練槽１内へ突出している温度検出端１０ａへの負荷が増大し始める。この状態でも、混練槽１内の空間容積は２０〜３０％であり、混練物の動きは混練ローター８Ａ，８Ｂの回転に合わせて槽内を隅から隅へ縦横自在に高速で動き廻る。そして、混練物が熱電対温度検出器１０の温度検出端１０ａ（後述の感温部１８）に接触した時だけ、該温度検出器１０において瞬間的に温度を感知して、時々刻々の温度データーとして出力される。
次に、上記密閉型混練機において用いる熱電対温度検出器１０の構成について具体的に説明すると、上記熱電対温度検出器１０は、ゼーベック効果によって熱起電力を生ずる２種の金属線１２ａ，１２ｂにより構成される熱電対エレメント１２を、それを保護する保護管１４内に収容することにより構成されたもので、該保護管１４は、熱電対温度検出器１０の外殻を構成するシール管１５と、内部に上記熱電対エレメント１２を構成する金属線１２ａ，１２ｂが挿通された保護内管１７とを備え、上記シール管１５はその先端に後述する保護チップ１６が連結され、また、上記保護内管１７は、先端の半球面状をなす感温部１８を除く外周が断熱性及び電気絶縁性を有する断熱膜筒１９で被覆されている。
上記熱電対温度検出器１０において温度検出機能を持つ熱電対エレメント１２は、上記熱起電力を生ずる２種の金属線１２ａ，１２ｂの一端同士を相互に溶着すると共に、その溶着部を上記保護内管１７の半球面状の突端に開設した細孔１７ａ内に挿入し、保護内管１７の先端部にその外面側からの肉盛り溶接により溶着して、接地状態で保護内管１７に挿入固定し、上記感温部１８を形成させている。そして、該２種の金属線１２ａ，１２ｂはそれぞれ電気的な接触を防止する絶縁被覆１３で被覆して保護内管１７内に挿通し、それらの他端を保護管１４の他端側に混練槽１への取付金具２２を介して設けられている検出器本体２１内の端子台２４まで導線して、そこに結線している。該端子台２４に結線した熱電対エレメント１２の金属線１２ａ，１２ｂは、上記検出器本体２１内から導電線を介して外部に導出することにより各種計器類に接続され、混練物の温度が熱起電力に基づく温度の値として表示され、あるいは制御信号として利用される。
上述したように、上記保護管１４は、上記シール管１５と、熱電対エレメント１２を挿通した保護内管１７とを備えているが、それらの相互間の関係は、上記シール管１５を、保護内管１７の周囲に断熱のための空隙２０を置いて外嵌させることにより該保護管１４の外殻を構成するようにし、その先端に、混練槽１の内壁面から該混練槽１内の混練物の流動域に突出させる筒状の保護チップ１６を固定している。該保護チップ１６は、その内部に、上記保護内管１７の先端が上記断熱膜筒１９を介して嵌挿される嵌着孔１６ｃが形成されたもので、該嵌着孔１６ｃを通して保護チップ１６の先端から上記保護内管１７の先端の半球面状に形成した上記感温部１８を突出させている。
上記混練槽１に対する上記熱電対温度検出器１０の装着は、上記保護チップ１６における混練槽１内壁面に位置させる突出基端部１６ａから先端側の温度検出端１０ａが混練物の流動域に突出するように、該混練槽１における温度検出器１０の取付部位に保護チップ１６を密に嵌入させる検出器装着孔１ａを開設し、該検出器装着孔１ａに上記取付金具２２を螺挿することによって混練槽１内への温度検出端１０ａの突出長さを設定し、「槽素」とで固定している。この熱電対温度検出器１０の固定構造は、上記螺挿構造に限らず、取付金具２２等にフランジを設けてそれを混練槽外面にボルト止めするような構造でも差し支えない。
このようにして、混練槽１に装着する熱電対温度検出器１０の保護チップ１６は、混練槽１の内壁面から突出する基端の突出基端部１６ａにおいて、上記保護内管１７に比して２〜３倍の外径を有し、また、図４に示すように、該突出基端部１６ａから混練槽１内へ突出する突出長さｈが、上記保護チップ１６の突出基端部１６ａの外周の半径と該部における保護内管１７の半径との差と同等な長さを有するものとし、且つ、上記保護チップ１６の突出基端部１６ａからの上記突出長さｈにおいて保護内管１７の外周に接する部位ｐまでの該保護チップ１６の肩部１６ｂの外周面を、上記保護チップ１６の突出基端部１６ａと保護内管１７との半径差に相当する半径をもった円環状の凸円弧面に形成している。
上記熱電対温度検出器１０における保護チップ１６を、上述したような位置に配設すると、図５及び図６に示しているように、該保護チップ１６の温度検出端１０ａが混練物の流動域に突出するが、それらの図を参照して以下に説明するように、該温度検出端１０ａの存在、及びそれと保護内管１７の感温部１８との関連的構成によって、上記温度検出端１０ａ及び保護内管１７の感温部１８が混練物から受ける負荷を非常に小さいものにすることができる。
特に、上記保護チップ１６は、保護内管１７との間に断熱膜筒１９を介在させているため、その熱容量がリアルタイムの温度検出に影響を及ぼすことが殆ど考えられず、そのため、混練物から受ける負荷に耐えるための強度を厚肉化により付与することが容易であり、その結果、該保護チップ１６が保護内管１７の感温部１８に対する混練物からの負荷の軽減に有効に作用することになる。
なお、上記保護管１４を混練槽１に固定するに当たり、シール管１５には通気孔を開設して、保護内管１７とシール管１５との間の空隙２０を外気に連通させ、混練槽１に蓄積される熱を温度検出端１０ａへ伝達させないよう冷却するようにしている。
断熱膜筒１９は、伝熱の抑止のみならず、保護管１４を通じて熱電対エレメント１２が出力する微弱な起電力を混練槽１へ漏洩させず、同時に混練槽１からの障害性電気の影響から保護するものである。
混練槽１での混練ローター８Ａ，８Ｂの回転によって、混練物は該混練槽内の流動空間において縦横自在に動き廻り、温度検出端１０ａへの衝撃的な負荷が激しく繰り返されるので、混練槽１内へ突出した温度検出端１０ａに対して、その周囲のあらゆる方向から押圧と引っ張りの応力負荷を作用させるが、その温度検出端１０ａの部位に向かって流動する混練物の流れは、温度検出端１０ａに対する負荷の方向という観点から大別すると、図１及び図５からわかるように、温度検出端１０ａに対してそれを下向き（温度検出器１０の軸線方向）に押圧する流れを主流とするもの（第１の流れ）と、図５及び図６に示すように、温度検出端１０ａの部位における混練槽１の内面に沿う方向の流れで、温度検出器１０の軸線方向に対して大きく傾斜し、温度検出端１０ａの一側面側から他側面側に抜ける流れを主流とするもの（第２の流れ）とに分けることができる。
そして、前者の第１の流れは、例えば、両ローター室３Ａ，３Ｂの互いに連通する混練槽１の中央側に位置する混練物を、該中央側において、混練ローター８Ａ，８Ｂのいずれかのブレード９の下向きの回転により、混練槽１内の温度検出端１０ａの部位に向かう混練物の流れ、或いは、そのブレード９が混練槽１の稜壁部４よりも下方まで回転して、該ブレード９の後に追従する混練物が温度検出端１０ａを同下向きに押圧する流れなどである。また、後者の第２の流れは、主として混練ローター８Ａ，８Ｂの回転に伴って両ローター室３Ａ，３Ｂ内で混練物が回転することにより生じる該ローター室３Ａ，３Ｂの内面に沿う混練物の流動により生じるものであり、この流れに対しては感温部１８を小さい負荷でできるだけ接触させる必要があり、この必要性に対しては、半球面状をなす感温部１８の先端と保護チップ１６の組み合わせ形状で対応している。
なお、一般的には、上記第１及び第２の流れが複合した状態で温度検出端１０ａの表面に接触しつつ通過するものであり、それを前提にして、上記温度検出端１０ａは、該複合した流れによる負荷に対し必要な強度を有している必要がある。また、混練初期の混練物がバラバラ状態で攪拌される段階では、混練物が大きな慣性力をもって該温度検出端１０ａに衝突するものではないので、感温部１８に対する混練物からの負荷が格別大きいものではなく、それに対して混練物に粘性が生じて混練槽１内で大きな混練物の塊りになる段階では、混練ローター８Ａ，８Ｂの回転に伴って混練槽１内に突出している温度検出端１０ａに対し、粘着による巻き付きに伴って生じる引っ張り応力負荷の繰り返し回数が増大し始め、そのため、上記温度検出端１０ａについては、主としてこの段階での温度検出端１０ａに対する軸直交方向への負荷の軽減を配慮している。
上記混練物の第１及び第２の流れによる温度検出端１０ａへの負荷について具体的に考察すると、まず、混練槽１内の温度検出端１０ａに向かう混練物の流れが、上記第１の流れである場合、それが温度検出端１０ａ、つまり、保護チップ１６及びその中心の感温部１８に向けて、主として正面側から衝突する流れであり、これに対して、上記保護チップ１６の肩部１６ｂは、混練槽１内へ突出する突出長さｈと径方向の厚さが同等であり、しかも、その外周面が凸円弧面として混練槽１内に突出し、また、上記保護内管１７の感温部１８は上記保護チップ１６により周囲を保持されて突出部分が半球面状に形成されているので、上記混練物の流れは、該半球面状の感温部１８及び凸円弧面状の保護チップ１６の肩部１６ｂの外周面に沿って周囲に分散することになり、結果的に、上記第１の流れが温度検出端１０ａに対してその軸線方向に衝突することになっても、半球面状の感温部１８を押さえ付けながらその流れが周囲に分散するだけであるため、該感温部１８がその分散に必要な強度を有していればよく、格別の損傷を受ける可能性は非常に少ないものである。
一方、混練槽１内の温度検出端１０ａに向かう混練物の流れが、上記第２の流れである場合、それは混練槽１内面に沿って温度検出端１０ａを側面から押圧し、感温部１８を傾倒、折損させる方向の流れであり、この流れが上記温度検出端１０ａを損傷させる最大の原因になる。この第２の流れは、具体的には、図５に模式的に示すように、混練槽１内ににおける混練ローター８Ｂのブレード９の回転により、その後に追従するように矢印Ｃ方向に流動粘性がある混練物が引っ張られる場合、或いは、図６に示すように、両ローター室３Ａ，３Ｂ間の稜壁部４に沿って流動粘性が増した混練物が流れる場合などである。勿論、両ローター室３Ａ，３Ｂの互いに連通する中央部に位置する混練物は、該中央部において、混練ローター８Ａ，８Ｂのいずれかのブレード９の下向きの回転により混練槽１内の稜壁部４上の温度検出端１０ａの部位に向かって流動するが、この混練物の流れにおいて、上記第２の流れの成分が大きければ、上記ブレード９に追従する図５の場合と実質的に同じであり、また、混練物が主として温度検出端１０ａに対して下向きに流れる場合には、上記第１の流れになる。
上記第２の流れによる負荷に対して十分な強度を発揮できるようにするための温度検出端１０ａの構成は、保護チップ１６の先端から、先端に半球面状の感温部１８が形成された保護内管１７の該感温部１８を突出させ、該保護チップ１６の突出基端部１６ａから混練槽１内へ突出する突出長さｈが、保護チップの突出基端部１６ａと保護内管１７との半径差と同等な長さを有するものとし、且つ、該保護チップ１６の肩部１６ｂの外周面を、上記保護チップ１６の突出基端部１６ａと保護内管１７との各半径の差に相当する半径をもった凸円弧面に形成したものであるが、図５の状態でこの温度検出端１０ａに向かって流れる粘性のある混練物は、混練ローター８Ｂのブレード９に追従して矢印Ｃ方向に引っ張られるものであることから、それらが感温部１８には達するが、以下に説明するように感温部１８の頂部を撫でるような状態で流れ、基本的には、混練物の流れが該感温部１８を含む温度検出端１０ａを実質的に迂回する方向に向けられる状態になり、保護内管１７の感温部１８に混練物の大きな流動負荷を与えることはない。
これを具体的に説明すると、まず、上記矢印Ｃ方向に流れる混練物のうち、保護チップ１６に向かうものは、該保護チップ１６の肩部１６ｂの外周が滑らかな凸円弧面のリング状で保護内管１７を保持し、大きな強度を有していることから、その周囲または乗り越えのいずれかの方向に迂回する流れとなり、特に、温度検出端１０ａのローター室３Ａ側においては、該ローター室３Ａの混練ローター８Ａにおけるブレード９に追従する矢印Ｄの混練物の流れがあることから、その流れに引かれて混練物がローター室３Ａ側に流れる傾向が生じ、結果的に、感温部１８のローター室３Ａ側に対して大きな押圧力を作用させる上記矢印Ｃ方向の流れが発生せず、むしろ上記第１の流れに近いものになり、上記矢印Ｃ方向の流れで保護チップ１６上に乗り上げる方向に迂回する流れがあるにしても、保護チップ１６から突出する感温部１８の頂部を撫でた後に、ローター室３Ｂの内壁に沿う方向に流動することになる。
このように、上記混練ローター８Ｂの回転に引っ張られて図５の矢印Ｃ方向に流れる混練物の流れは、常に保護チップ１６上に乗り上げた後に感温部１８の頂部を撫でるような流れになるとは限らず、一時的には、混練槽１内に生じた空間から温度検出端１０ａに向かって間歇的に衝突することがあるなどは否定できないが、そのような流れが感温部１８に大きな負荷を与える可能性は少なく、これに対し、通常の定常的な混練物の流れでは、図５に示したように、半球面状の感温部１８の頂部を撫でながら超えた後に、再び保護チップ１６における肩部１６ｂの凸円弧面状の外周面に接し、更に上記凸円弧面状の外周面を超えた混練物は該外周面が立ち上がる混練槽１の内面に接するようになり、上記感温部１８と保護チップ１６の肩部１６ｂの凸円弧面状の外周面との間の谷間２６ａ内、及び、該保護チップ１６の外周面とそれが立ち上がる混練槽１の内面との間の谷間２６ｂ内にまで混練物が流入して接触することはなく、つまり、感温部１８や温度検出端１０ａに張り付いてそれらに対して混練物塊の接触による大きな負荷を与えることがない。
また、図６に示すような方向に流動する混練物についても同様で、定常的に稜壁部４に沿って矢印Ｅ方向に流れる混練物は、リング状をなす保護チップ１６の肩部１６ｂの凸円弧面状の外周面に接したところで、該保護チップ１６の周囲または乗り越えのいずれかの方向に迂回する流れとなり、ここで保護チップ１６を乗り越える方向に流れた混練物は、肩部１６ｂの凸円弧面状の外周面に沿って感温部１８に達するが、保護チップ１６の凸円弧面状の外周面と感温部１８との間の谷間２６ａ内にまで流入することなく、該感温部１８の頂部を撫でながらそれを超えた後に、再び保護チップ１６における凸円弧面状の肩部の外周面に接し、更に上記凸円弧面状の外周面を超えた混練物は、該外周面が立ち上がる混練槽１の内面に接するようになり、保護チップ１６の凸円弧面状の外周面と上記感温部１８との間の谷間２６ａ内、或いは、該保護チップ１６の外周面とそれが立ち上がる混練槽１の内面との間の谷間２６ｂ内にまで混練物が流入して接触することはなく、つまり、混練物は保護チップ１６の肩部１６ｂの凸円弧面状外周面の存在により、感温部１８に巻き着いたり張り付いたりして、混練物塊の接触による大きな流動負荷をそれに与えることはない。
上述したところからわかるように、混練槽内において混練ローター８Ａ，８Ｂにより混練され、上記第２の流れとなって温度検出端１０ａに向かう混練物は、保護チップ１６の肩部１６ｂの凸円弧面状の外周面に強く接触するが、その凸円弧面により迂回を強いられて保護内管１７先端の半球形の感温部１８を撫でるように流動し、保護内管１７にそれを傾倒させる方向の負荷を与えず、しかも、上記感温部１８に対して確実に接触するので、その瞬間の温度を検知することができる。また、保護チップ１６自体も、その外周面を上記凸円弧面状に形成して、突出基端部１６ａから先だけを混練槽１に突出させているので、それに対する上記流動負荷も減じることができ、喩え混練物のある程度大きな流動負荷を受けることがあっても、混練物の流れの適切な誘導により、応力負荷が低減される。
１，２ 混練槽
１ａ 検出器装着孔
３Ａ，３Ｂ ローター室
４ 稜壁部
５ 開口部
６ 加圧蓋
７ ロッド
８Ａ，８Ｂ 混練ローター
９ ブレード
１０ 熱電対温度検出器
１０ａ 温度検出端
１２ 熱電対エレメント
１２ａ，１２ｂ 金属線
１３ 絶縁被覆
１４ 保護管
１５ シール管
１６ 保護チップ
１６ａ 突出基端部
１６ｂ 肩部
１６ｃ 嵌着孔
１７ 保護内管
１７ａ 細孔
１８ 感温部
１９ 断熱膜筒
２０ 空隙
２１ 検出器本体
２２ 取付金具
２４ 端子台
２６ａ，２６ｂ 谷間

Claims (3)

  1. 密閉加圧型混練機の混練槽内において混練ローターの回転により混練される高粘度混練材料の温度を計測するための熱電対温度検出器を、該混練機における混練槽内壁面に沿って流動する混練物の流動域にその感温部が位置するように装着するための熱電対温度検出器の装着構造であって、
    上記熱電対温度検出器は、熱起電力を生ずる２種の金属線により構成される熱電対エレメントを保護管内に収容することにより構成して、上記混練槽に対して着脱自在に装着可能とし、
    上記保護管は、混練槽内の混練物の流動域に突出させる肩部を先端部に備えた短筒状の保護チップの先端中央から、先端に半球面状の感温部が形成された保護内管の該感温部を突出させ、上記保護チップの混練槽内へ突出させる突出基端部は、上記保護内管に比して２〜３倍の外径で、該突出基端部から混練槽内へ突出する突出長さが、上記保護チップの突出基端部と保護内管との半径差と同等な長さを有するものとし、且つ、上記保護チップの突出基端部から上記突出長さにおいて保護内管の外周に接する部位までの該保護チップの肩部の外周面を、上記保護チップの突出基端部と保護内管との各半径の差に相当する半径をもった凸円弧面に形成し、
    上記熱電対エレメントの２種の金属線は、その一端同士を、上記保護内管の突端に開設した細孔内に溶着して感温部を形成させると共に、該２種の金属線の他端を保護管の他端側に設けた端子台まで導線することにより、上記保護管内に収容し、
    上記混練槽に対する上記熱電対温度検出器の装着は、上記保護チップの突出基端部が混練槽内壁面に沿う位置にあって、該保護チップの上記肩部が混練物の流動域に突出し、混練槽内面に沿って上記温度検出端に向かう部位を流動する混練物の流れを、該保護チップを迂回する方向に向け、その温度検出端に向かう流れの一部を保護チップから突出する感温部の頂部を撫でるような状態で流動する方向に向けるように、該保護チップが配設されている、
    ことを特徴とする高粘度混練材料用混練機に対する熱電対温度検出器の装着構造。
  2. 密閉加圧型混練機の混練槽に装着する上記保護管が、上記感温部を除く外周が断熱性の絶縁膜筒で被覆され、内部に上記熱電対エレメントの２種の金属線が挿通される上記保護内管と、その周囲に空隙を置いて外嵌するシール管とによって形成され、該シール管の先端に、混練槽内壁から該混練槽内に突出させる筒状で、その内部に上記保護内管の先端の感温部が上記絶縁膜筒を介して嵌挿される嵌着孔が形成されている保護チップを取り付けることにより構成されている、
    ことを特徴とする請求項１に記載の高粘度混練材料用混練機に対する熱電対温度検出器の装着構造。
  3. 上記混練槽が、外周に複数のブレードを備えた混練ローターが内周面との間に間隔をおいて回転可能に配設された円筒状のローター室の一対を、上記混練ローターの軸線を隣接する水平配置として相互に連通させることにより形成され、上記両混練ローターは両ローター室が互いに連通する側において下向きに回転するように構成され、両ローター室の境界部分の底面に形成された山形に立ち上がる稜壁部の上面に、上記熱電対温度検出器の温度検出端を突出させた、
    ことを特徴とする請求項１または２に記載の高粘度混練材料用混練機に対する熱電対温度検出器の装着構造。
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