WO2015093350A1 - 密閉式混練装置のスラスト荷重計測装置、及びその校正方法 - Google Patents

密閉式混練装置のスラスト荷重計測装置、及びその校正方法 Download PDF

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rotor
thrust load
fixing member
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岡田　徹
雄介 田中
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Definitions

  • the present invention relates to a thrust load measuring device for measuring a thrust load generated in a rotor when a material to be kneaded is kneaded by a closed kneading device, and a calibration method thereof.
  • Patent Document 1 a closed kneading apparatus for kneading materials to be kneaded such as rubber and plastic.
  • the closed kneading apparatus of Patent Document 1 is configured to knead a material to be kneaded that has been press-fitted into a kneading chamber with two rotors provided in the kneading chamber, and take out the material to be kneaded in a desired kneading state to the outside. It has become.
  • These two rotors are rotatably supported by bearings on both sides of the shaft.
  • the end of each rotor on the drive side is an input shaft that protrudes to the outside.
  • the output shafts of the drive devices arranged adjacent to each other and these input shafts are connected via a connection device such as a gear coupling.
  • materials to be kneaded such as rubber and plastic are charged into a hopper in a predetermined amount from an upper charging port together with various additives.
  • This material to be kneaded is press-fitted into a closed kneading chamber by the pushing action of the floating weight.
  • the materials to be kneaded thus press-fitted into the kneading chamber are kneaded by the rotors rotating in different directions. That is, the driving force (rotation) of the prime mover is transmitted to the respective rotors via the reduction gears, and the rotors rotate to sweep the inner wall of the kneading chamber and rotate in different directions.
  • the resin raw material (kneaded material) press-fitted into the kneading chamber is kneaded together with various additives, and the kneaded material in a desired kneaded state is taken out to the outside.
  • blades are provided on the outer peripheral surface of the rotor.
  • the blades are spirally twisted with respect to the axis of the rotor.
  • the material to be kneaded such as rubber or plastic is pushed in the axial direction, and a flow of the material that sends the material to be kneaded along the axial direction is generated.
  • the blades are twisted so that flow in opposite directions occurs in the two rotors, and effective kneading is realized by flowing the material to be kneaded so as to circulate in the chamber.
  • Patent Document 2 discloses a method of measuring a load acting on a bearing by providing a load sensor between the bearing body and the casing.
  • Patent Document 2 measures a radial load (more precisely, a load when the rolls are separated from each other in the radial direction), but it seems to be sufficiently applicable to the case of measuring a thrust load.
  • the measuring device used in this method has a complicated structure, requires a relatively large space for installation, and may be difficult to install due to installation space restrictions.
  • the casing of the kneading machine needs to be greatly modified, and it is difficult to install it in the existing equipment.
  • the relative load between the inner ring and the outer ring of the bearing is measured by a displacement sensor, etc., and the thrust load applied to the rotor is calculated by multiplying the calculated relative displacement by a conversion factor.
  • a displacement sensor etc.
  • the thrust load applied to the rotor is calculated by multiplying the calculated relative displacement by a conversion factor.
  • Such calibration of the conversion factor in other words, calibration of the measuring device can be performed by applying a known thrust load to the rotor and measuring the relative displacement generated at that time.
  • the relative displacement used for calibration is subject to the same thrust load as that produced during rotation of the rotor.
  • Prior experiments such as giving and measuring are required. In such a preliminary experiment, it is a serious matter to provide a mechanism for applying a large thrust load to the rotor and a mechanism for rotating the rotor, and the measuring device itself is large and complicated.
  • the present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and a thrust load measuring device for a closed kneading apparatus capable of easily and accurately obtaining a conversion coefficient for converting a relative displacement into a thrust load, and its The purpose is to provide a calibration method.
  • the calibration method of the thrust load measuring device of the closed kneading apparatus of the present invention employs the following technical means. That is, the calibration method of the thrust load measuring device of the closed kneading apparatus of the present invention is a pair of rotors that are arranged adjacent to each other with a predetermined gap so that the shaft centers are parallel to each other and rotate in different directions. Bearings for supporting radial loads applied to the rotors are provided at both ends of the pair of rotors, and the thrust loads applied to the rotors are at one end of the bearings at both ends.
  • an outer ring fixing member for fixing the outer ring of the bearing on the one end side or a casing to which the outer ring fixing member is attached
  • an inner ring fixing member for fixing the inner ring of the bearing on the one end side
  • the rotor When calculating the applied thrust load, an axial force measurement bolt capable of measuring the load applied in the axial direction is used as a fastening bolt for fixing the bearing on the one end side, and the shaft measured by the axial force measurement bolt is used.
  • the conversion factor is calibrated using force and the relative displacement when the axial force is measured.
  • the axial force measuring bolt is used as the fastening bolt for the outer ring fixing member that fastens the outer ring fixing member to the casing.
  • the axial force measuring bolt is used as the fastening bolt for the inner ring fixing member that fastens the inner ring fixing member to the rotor.
  • a load equal to or less than a value obtained by dividing a maximum thrust load generated in the rotor during the kneading by the number of fastening bolts provided on the rotor is an initial axis of the axial force measuring bolt.
  • the conversion factor may be calibrated using the axial force measured by the axial force measuring bolt.
  • a load equal to or less than a value obtained by dividing a maximum thrust load generated in the rotor during the kneading by a number of the fastening bolts provided in the casing is an initial axis of the axial force measuring bolt.
  • the conversion factor may be calibrated using the axial force measured by the axial force measuring bolt.
  • the thrust load measuring device of the closed kneading apparatus of the present invention employs the following technical means. That is, the thrust load measuring device of the closed kneading apparatus of the present invention includes a pair of rotors arranged adjacent to each other with a predetermined gap so that the shaft centers are parallel to each other and rotating in different directions, Bearings that support radial loads applied to the rotors are provided at both ends of the pair of rotors, and the thrust loads applied to the rotors are at the bearings at one end of the bearings at both ends.
  • an outer ring fixing member for fixing the outer ring of the bearing on the one end side or a casing to which the outer ring fixing member is attached, and an inner ring fixing member or the inner ring for fixing the inner ring of the bearing on the one end side
  • a displacement sensor for obtaining a relative displacement along the axial direction of the rotor to which the fixing member is attached, and multiplying the obtained relative displacement by a conversion factor
  • the axial force measurement bolt capable of measuring the load applied in the axial direction and the axial force measurement bolt were used as fastening bolts for fixing the bearing on the one end side.
  • a load calculation unit that calibrates the conversion coefficient using an axial force and the relative displacement when the axial force is measured.
  • the conversion factor for converting the relative displacement into the thrust load is obtained simply and accurately, and the thrust load measuring device is properly calibrated. Can be done.
  • FIG. 1 schematically shows a closed kneading apparatus 2 of the present embodiment.
  • the closed kneading apparatus 2 of the present embodiment includes a housing 4 whose inside is a kneading chamber 3, and a pair of rotors 5, 5 provided inside the housing 4. .
  • the closed kneading apparatus 2 is configured to knead a material to be kneaded such as rubber or plastic press-fitted into the kneading chamber 3 with a pair of rotors 5 and 5 and take out the material to be kneaded in a desired kneaded state to the outside. It has become.
  • the pair of rotors 5 and 5 are both rotatably supported by bearings 6 and 7 at both ends in the axial direction. Further, one end side (reverse drive side) of the rotor 5 in the axial direction does not protrude to the outside of the housing 4, but the other end side (drive side) in the axial direction protrudes to the outside of the housing 4.
  • a connecting device such as a gear coupling is connected to the other end of the protruding rotor 5, and a driving force generated by the driving device is input via the connecting device.
  • the left side of the paper surface of FIG. 2 is referred to as “reverse driving side” or “one end side” when the thrust load measuring device 1 is described, and the right side of the paper surface is described with respect to the thrust load measuring device 1.
  • This is called “driving side” or “other end side”.
  • 1 is referred to as “upper side” when the thrust load measuring device 1 is described, and the lower side of the paper surface is referred to as “lower” when the thrust load measuring device 1 is described.
  • the upper side of the paper surface of FIG. 2 is referred to as “left side” when the thrust load measuring device 1 is described, and the lower side of the paper surface is referred to as “right side” when the thrust load measuring device 1 is described.
  • an opening 8 that opens upward is formed in the upper part of the kneading chamber 3.
  • a material introduction path 9 for guiding (introducing) a material to be kneaded such as rubber or plastic along the vertical direction is formed above the opening 8.
  • a hopper 10 that can be opened by swinging downward is provided at the upper part of the material introduction path 9. From the hopper 10, a material to be kneaded in which an additive or the like is mixed with a base material such as rubber or plastic is input.
  • a floating weight 11 is provided inside the material introduction path 9 so as to be movable along the formation direction (vertical direction) of the material introduction path 9. By moving the floating weight 11 downward, the material to be kneaded introduced into the material introduction path 9 can be pushed into the lower kneading chamber 3.
  • the kneading chamber 3 is formed in a shape in which two cylindrical cavities are arranged on the left and right so that a part of the outer peripheral surface overlaps each other (the shape of the eyeglass hole is a cross-section along the direction perpendicular to the axis).
  • the pair of rotors 5 and 5 described above are provided inside the kneading chamber 3.
  • the shaft centers of the pair of rotors 5 and 5 substantially coincide with the centers of the two cylindrical cavities of the kneading chamber 3.
  • blades 12 for kneading the material to be kneaded are formed on the outer peripheral surface of each rotor 5.
  • the blades 12 provided on the outer peripheral surface of the rotor 5 have a structure twisted with respect to the axial direction (axis) in any of the rotors 5.
  • the right rotor 5 and the left rotor 5 are made of a material to be kneaded. Are formed so as to be able to generate flow in opposite axial directions.
  • Bearings 6 and 7 for rotatably supporting the rotor 5 are provided on both ends of each rotor 5, respectively.
  • a bearing capable of supporting not only a radial load but also a thrust load is adopted.
  • double-row tapered roller bearings or self-aligning roller bearings are used.
  • the bearing 7 on the other end side of the rotor 5 has a structure that can slide in the thrust direction in order to absorb the thermal elongation of the rotor 5.
  • a speed reducer that reduces and transmits a rotational driving force (rotation) generated by a driving device such as a prime mover is provided.
  • the rotational driving force decelerated by the speed reducer allows the above-described connecting device (gear coupling allowing the deviation between the axis of the speed reducer and the axis of the rotor 5 and allowing the rotor 5 to move in the axial direction. )
  • the rotors 5 and 5 rotate in different directions.
  • one end side of the rotor 5 in the axial direction is formed in a tapered shape toward the tip, and the inner ring 13 of the bearing 6 is attached to the tapered portion.
  • the rotor 5 rotates so that the blades 12 sweep the inner wall of the kneading chamber 3, and the material to be kneaded pressed into the kneading chamber 3 by the blades 12 formed on the rotor 5 Are kneaded together with various additives.
  • the rotors 5 and 5 have the same twisting direction of the blades 12 and the rotation directions are opposite to each other, the left rotor 5 shown on the upper side of FIG. Side) to one end side (counter drive side), and in the right rotor 5 shown on the lower side of the drawing in FIG.
  • the material to be kneaded which has been kneaded by rotating the rotor 5 in this way, opens the drop door 15 of the discharge port 14 formed on the lower side of the kneading chamber 3, thereby opening the kneading chamber 3 from the discharge port 14. It is taken out outside. After the material to be kneaded is taken out, the drop door 15 is swung upward again to close the discharge port 14 of the kneading chamber 3, and the material to be kneaded in the next batch is kneaded using the floating weight 11 from the charging port. Push into chamber 3. By repeating such a batch-type kneading cycle, the above-described closed-type kneading apparatus 2 performs kneading.
  • the thrust load measuring device 1 measures the displacement along the axial direction of the inner ring 13 relative to the outer ring 16 of the bearing 6 as a relative displacement, and calculates the thrust load accurately by multiplying the measured relative displacement by a conversion factor.
  • the thrust load measuring device 1 will be described.
  • the outer ring 16 is attached to a casing 18 provided on the outer peripheral side of the outer ring 16 via an outer ring fixing member 17 (bearing restraint).
  • the inner ring 13 of the bearing 6 is attached to the rotor 5 provided further on the inner peripheral side of the inner ring 13 via an inner ring fixing member 20 (bearing restraint).
  • the outer ring fixing member 17 and the inner ring fixing member 20 are disposed adjacent to one end side of the outer ring 16 and the inner ring 13.
  • the outer ring fixing member 17 is fastened (fixed) to the casing 18 using fastening bolts described later.
  • the inner ring fixing member 20 is fastened (fixed) to one end side end surface of the rotor 5 using a fastening bolt described later.
  • the thrust load measuring device 1 has at least one or more members mounted on a member provided on the outer ring 16 side of the bearing 6 on one end side, in other words, the outer ring fixing member 17 or the casing 18 to which the outer ring fixing member 17 is attached.
  • a displacement sensor 19 is provided.
  • the displacement sensor 19 can measure a relative displacement along the axial direction of the inner ring 13 with respect to the outer ring 16. That is, the displacement sensor 19 can measure the position of the inner ring fixing member 20 that fixes the inner ring 13 of the bearing 6 on one end side or the rotor 5 to which the inner ring fixing member 20 is attached.
  • the thrust load measuring device 1 is provided with a load calculation unit (not shown) that calculates the thrust load applied to the rotor 5 by multiplying the relative displacement measured by the displacement sensor 19 by the conversion coefficient.
  • the thrust load measuring device 1 measures the relative displacement in the displacement sensor 19 indicating how much the inner ring fixing member 20 or the rotor 5 is displaced along the axial direction with respect to the outer ring fixing member 17 or the casing 18.
  • the thrust load applied to the rotor 5 is calculated by multiplying the relative displacement measured by the displacement sensor 19 by the conversion coefficient.
  • Such a calibration of the thrust load measuring apparatus 1 is performed by correcting the value of the conversion coefficient to an appropriate value so that the thrust load actually measured by the thrust load measuring apparatus 1 matches the true thrust load. Done.
  • the above-described calibration of the thrust load measuring device 1 needs to be performed with the closed kneading device 2 in which the thrust load measuring device 1 is actually provided, in other words, with an actual machine.
  • the thrust load applied to the rotor 5 changes depending on the frictional state inside the bearing 6 and whether or not the rotor 5 rotates. It is desirable to perform calibration by rotating the rotor 5 while applying a large thrust load.
  • the present inventor replaces the fastening bolts for fixing the bearings 6 and 7 with the axial force measuring bolts 26 that can measure the load applied in the axial direction, and the axial force It came to the idea to perform calibration using the axial force measured by the measuring bolt 26.
  • the method for calibrating the thrust load measuring apparatus 1 uses the axial force measuring bolt 26 that can measure the load applied in the axial direction to the fastening bolt for fixing the bearing 6 on the one end side.
  • the conversion factor is calibrated using the axial force measured by the axial force measuring bolt 26 and the relative displacement when the axial force is measured.
  • the shaft described above is used as a fastening bolt for the outer ring fixing member 17 that fastens the outer ring fixing member 17 to the casing 18 or a fastening bolt for the inner ring fixing member 20 that fastens the inner ring fixing member 20 to the rotor 5.
  • a force measuring bolt 26 can be used.
  • the axial force measuring bolt 26 is configured to be able to measure the axial force applied to the bolt using a strain gauge 27.
  • a strain gauge 27 capable of detecting an axial force is attached to the outer peripheral surface of the axial force measuring bolt 26.
  • a through hole 28 is formed in the axial force measuring bolt 26 so as to penetrate the bolt from the head and reach the strain gauge 27.
  • An output line 29 extending from the strain gauge 27 is inserted into the through hole 28.
  • the axial force measuring bolt 26 can detect the axial force applied to the axial force measuring bolt 26 by detecting the resistance value of the strain gauge 27. Note that the strain gauges 27 attached to the axial force measuring bolts 26 are calibrated in advance with the respective axial force measuring bolts 26.
  • Such an axial force measuring bolt 26 is attached in place of the fastening bolt for the outer ring fixing member 17 that fastens the outer ring fixing member 17 to the casing 18 described above. That is, since the outer ring fixing member 17 is formed in an annular shape, the outer ring fixing member 17 is fastened using a plurality of fastening bolts provided at predetermined intervals in the circumferential direction of the outer ring fixing member 17. All of these fastening bolts are the axial force measuring bolts 26 described above.
  • an axial force measurement bolt 26 in which the relationship between the axial force and the generated strain is calibrated in advance is prepared. All of the fastening bolts that fasten the outer ring fixing member 17 to the casing 18 are replaced with the prepared axial force measuring bolts 26.
  • two fastening bolts provided with a 180 ° phase difference in the circumferential direction are replaced with the prepared axial force measuring bolts 26.
  • a zero point of strain is taken before the axial force is applied.
  • the axial force measuring bolt 26 is tightened so that the measured axial force becomes a predetermined initial axial force.
  • the measuring bolt 26 is attached to the outer ring fixing member 17.
  • the material to be kneaded is put into the closed kneading apparatus 2 while rotating the rotor 5.
  • the relative displacement output measured by the displacement sensor 19 and the axial force measured by the axial force measuring bolt 26 are recorded in a data logger or memory.
  • the axial force of the axial force measuring bolts 26 recorded in the data logger or the memory is added by the number of the axial force measuring bolts 26, and the total axial force is obtained.
  • the total sum of the obtained axial forces is divided by the measured value of the relative displacement measured by the displacement sensor 19 to calculate a conversion coefficient, which is a calibrated conversion coefficient.
  • the conversion coefficient needs to be calculated in a region where the load of each axial force measuring bolt 26 exceeds the initial axial force. Therefore, for a plurality of conversion coefficients obtained in a region where the load of each axial force measuring bolt 26 exceeds the initial axial force, a representative value of the conversion coefficient using the average value or the like is obtained and obtained. If the representative value is used, the thrust load measuring apparatus 1 can be calibrated.
  • the thrust load transmitted from the rotor 105 to the outer ring fixing member 117 via the bearing is the axial force measuring bolt 126 from the one end side end face of the outer ring fixing member 117.
  • the axial force measuring bolt 126 is not stretched. In this case, the axial load measuring bolt 126 cannot measure the generated thrust load.
  • the axial force measured by the axial force measuring bolt 126 in such a state is not accurate, and it becomes difficult to calibrate the thrust load measuring device 101 with high accuracy.
  • the thrust load can be accurately grasped from the axial force measured by the axial force measuring bolt 26.
  • the force that presses and contacts the end surface of the outer ring 16 of the bearing 6 against the casing 18 via the outer ring fixing member 17 is the thrust load applied to the rotor 5 from the initial tightening force of the axial force measuring bolt 26.
  • the axial load measuring bolt 26 can accurately measure the thrust load. Specifically, a load equal to or less than a value obtained by dividing the maximum thrust load among the thrust loads generated in the rotor 5 during kneading by the number of the axial force measuring bolts 26 provided on the casing 18 is reduced. It is preferable to calibrate the conversion coefficient using the axial force measured by the axial force measuring bolt 26 when the axial force exceeding the initial axial force is applied to all the axial force measuring bolts 26 as the initial axial force.
  • the thrust load measuring device 1 can be calibrated with high accuracy.
  • the initial axial force of the axial force measuring bolt 26 is a load equal to or less than the value obtained by dividing the maximum thrust load generated in the rotor 5 during kneading by the number of axial force measuring bolts 26 provided on the rotor 5.
  • the conversion coefficient is preferably calibrated using the axial force measured by the axial force measuring bolt 26 when an axial force exceeding the initial axial force is applied to all of the axial force measuring bolts 26.
  • the thrust load measuring device 1 can be performed with high accuracy. Further, in the above-described calibration method, it is not necessary to prepare a large-scale device for a mechanism for applying a thrust load to the rotor 5 or a mechanism for rotating the rotor 5, and without complicating the device configuration.
  • the thrust load measuring device 1 can be calibrated.
  • the vertical axis in FIG. 8 is shown as strain instead of axial force, it can be converted into axial force by multiplying the strain by the elastic coefficient, so in FIG. 8 the result is shown with the vertical axis as strain.
  • the vertical axis is “displacement amount” or “strain total value”, but the measurement results of the axial force also show the same tendency and will be described below.
  • the outer ring fixing member 17 of the thrust load measuring device 1 is provided with a displacement sensor 19, and the relative displacement of the rotor 5 measured by the displacement sensor 19 is also measured. Therefore, the load calculation unit can calculate the thrust load by multiplying the measured relative displacement by the conversion coefficient.
  • FIG. 10 shows a comparison between the thrust load obtained by multiplying the measured relative displacement by the conversion factor and the total axial force measured by the axial force measuring bolt 26.
  • the conversion factor used for calculating the thrust load is obtained so that the strain of each axial force measuring bolt 26 is best matched in the section where the initial axial force is exceeded with respect to the thrust load derived from the relative displacement. is there.

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Abstract

　一端側の軸受（６）の外輪（１６）を固定する外輪固定部材（１７）またはケーシング（１８）と、一端側の軸受（６）の内輪（１３）を固定する内輪固定部材（２０）またはロータ（５）との軸方向に沿った相対変位を求める。求められた相対変位に換算係数を乗じることで、ロータ（５）に加わるスラスト荷重を算出する際には、一端側の軸受（６）を固定するための締結ボルトに、軸方向に加わる荷重を計測可能な軸力計測ボルト（２６）を用いる。軸力計測ボルト（２６）で計測された軸力と、軸力が計測されたときの相対変位と、を用いて換算係数を校正する。

Description

密閉式混練装置のスラスト荷重計測装置、及びその校正方法
　本発明は、密閉式混練装置で被混練材料を混練する際にロータに発生するスラスト荷重を計測するためのスラスト荷重計測装置、及びその校正方法に関する。
　従来より、ゴム、プラスチック等の被混練材料を混練する密閉式混練装置として特許文献１に開示されているものがある。特許文献１の密閉式混練装置は、混練室に圧入された被混練材料を当該混練室内に設けられた２本のロータにより混練し、所望の混練状態となった被混練材料を外部に取り出す構成となっている。これら２本のロータは、軸の両側が軸受で回転自在に支持されている。それぞれのロータのドライブ側の端部は、外部へ突出する入力軸となっている。隣接配置された駆動装置の出力軸と、これらの入力軸と、がギヤカップリング等の接続装置を介して接続されている。
　特許文献１の密閉式混練装置では、ゴム、プラスチック等の被混練材料は、各種の添加剤とともに上部の投入口からホッパ内に所定量づつ投入される。この被混練材料は、フローティングウエイトの押し込み作用によって、密閉状態の混練室内に圧入される。このようにして混練室に圧入された被混練材料は、互いに異方向に回転するロータにより混練が行われる。つまり、それぞれのロータには減速機を介して原動機の駆動力（回転）が伝達され、各ロータが混練室の内壁を掃くように回転すると共に互いに異方向に回転する。これにより、混練室内に圧入された樹脂原料（被混練材料）が各種の添加剤とともに混練され、所望の混練状態となった被混練材料が外部に取り出される。
　また、ロータの外周面には翼（混練翼）が設けられており、特許文献１の密閉式混練装置では、この翼はロータの軸線に対して螺旋状にねじれた構造となっている。このねじれた翼の作用で、ゴムやプラスチックの被混練材料は軸方向に押し込まれ、軸方向に沿って被混練材料を送る材料の流れが発生する。また、２本のロータにおいて逆方向の流れが生じるように翼はねじられており、チャンバー内を循環するように被混練材料を流すことで効果的な混練が実現される。
　ところで、特許文献１に開示された密閉式混練装置、言い換えれば、一般的な密閉式混練装置においては、ロータに形成された螺旋状にねじれた翼により被混練材料を軸方向に沿って送ると、その反作用で軸方向を向く反力（スラスト荷重）が発生する。このようなスラスト荷重は、ロータを支持する軸受の寿命に大きな影響を与えるので、軸受の寿命を判断するためにはスラスト荷重を精確に計測することが必要となる。また、スラスト荷重が精確に把握できない場合は、軸受に設計以上のスラスト荷重が加わっていたり、逆にオーバースペックの軸受を用いていたりするといった問題が生じる可能性もある。それゆえ、上述した種類の軸受を採用した場合には、ロータに加わるスラスト方向の荷重を精確に計測できる手段を設けるのが好ましい。
　例えば、特許文献２には、軸受本体とケーシングとの間に荷重センサを設けて、軸受に作用する荷重を計測する方法が開示されている。
日本国特開平１０－４４１４５号公報 日本国特開２００１－２７７２３６号公報
　上述した特許文献２の方法は、ラジアル荷重（正確にはロール同士が径方向に離間する場合の荷重）を計測するものであるが、スラスト荷重を計測する場合にも十分適用できると思われる。しかしながら、この方法で用いられる計測装置は、構造が複雑で、設置に比較的大きなスペースを必要とし、設置スペースの制約で設置が困難となる場合がある。また、既設の混練設備に対して追加で取り付ける場合には、混練機のケーシングに対して大幅な改造を行わなくてはならない可能性もあり、既存の設備に設置することも困難である。
　この問題に対応するために、軸受の内輪と外輪との間の相対変位を変位センサ等で計測し、求められた相対変位に換算係数を乗じることで、ロータに加わるスラスト荷重を算出するスラスト荷重の計測方法が考えられる。この計測方法は非常に有用な方法であるものの、換算係数が常に正しい値となっていなければ、精確なスラスト荷重を算出することができない。そのため、換算係数を適宜校正して適正な値に維持する必要がある。
　このような換算係数の校正、言い換えれば、計測装置の校正は、既知のスラスト荷重をロータに与えてその時に生じる相対変位を計測することで実施することができる。しかし、換算係数の値は、軸受内部の摩擦状態やロータの回転の有無により変化する為、校正に用いる相対変位は、ロータを回転させた状態で且つロータに対し生産時と同様なスラスト荷重を与えて計測するといった事前実験が必要となる。このような事前実験において、ロータに対して大きなスラスト荷重を付与する機構やロータを回転させる機構を設けることは大変な事項であり、計測装置自体も大がかりで複雑なものとなる。
　本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、相対変位をスラスト荷重に換算するための換算係数を、簡便且つ精確に求めことができる密閉式混練装置のスラスト荷重計測装置、及びその校正方法を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するため、本発明の密閉式混練装置のスラスト荷重計測装置の校正方法は以下の技術的手段を講じている。即ち、本発明の密閉式混練装置のスラスト荷重計測装置の校正方法は、軸心が互いに平行となるように所定の隙間をあけて隣接して配置されると共に互いに異なる方向へ回転する一対のロータを備え、前記一対のロータの両端側には各ロータに加わるラジアル方向の荷重を支持する軸受が設けられており、各前記ロータに加わるスラスト方向の荷重が両端側の前記軸受のうち一端側の前記軸受で支持された密閉式混練装置において、前記一端側の軸受の外輪を固定する外輪固定部材または前記外輪固定部材が取り付けられたケーシングと、前記一端側の軸受の内輪を固定する内輪固定部材または前記内輪固定部材が取り付けられたロータと、の軸方向に沿った相対変位を求め、求められた前記相対変位に換算係数を乗じることで、前記ロータに加わるスラスト荷重を算出する際には、前記一端側の軸受を固定するための締結ボルトに、軸方向に加わる荷重を計測可能な軸力計測ボルトを用い、前記軸力計測ボルトで計測された軸力と、当該軸力が計測されたときの前記相対変位と、を用いて前記換算係数を校正することを特徴とする。
　なお、好ましくは、前記外輪固定部材を前記ケーシングに締結する外輪固定部材用の前記締結ボルトに、前記軸力計測ボルトが用いられているとよい。なお、好ましくは、前記内輪固定部材を前記ロータに締結する内輪固定部材用の前記締結ボルトに、前記軸力計測ボルトが用いられているとよい。なお、好ましくは、混練中の前記ロータに発生するスラスト荷重のうち最大のスラスト荷重を、前記ロータに設けられた前記締結ボルトの本数で除した値以下の荷重を前記軸力計測ボルトの初期軸力とし、前記軸力計測ボルトのすべてに前記初期軸力を上回る軸力が加わった際に、前記軸力計測ボルトで計測される軸力を用いて前記換算係数を校正するとよい。
　なお、好ましくは、混練中の前記ロータに発生するスラスト荷重のうち最大のスラスト荷重を、前記ケーシングに設けられた前記締結ボルトの本数で除した値以下の荷重を前記軸力計測ボルトの初期軸力とし、前記軸力計測ボルトのすべてに前記初期軸力を上回る軸力が加わった際に、前記軸力計測ボルトで計測される軸力を用いて前記換算係数を校正するとよい。
　また、上記課題を解決するため、本発明の密閉式混練装置のスラスト荷重計測装置は以下の技術的手段を講じている。即ち、本発明の密閉式混練装置のスラスト荷重計測装置は、軸心が互いに平行となるように所定の隙間をあけて隣接して配置されると共に互いに異なる方向へ回転する一対のロータを備え、前記一対のロータの両端側には各ロータに加わるラジアル方向の荷重を支持する軸受が設けられており、各前記ロータに加わるスラスト方向の荷重が両端側の前記軸受のうち一端側の前記軸受で支持された密閉式混練装置において、前記一端側の軸受の外輪を固定する外輪固定部材または前記外輪固定部材が取り付けられたケーシングと、前記一端側の軸受の内輪を固定する内輪固定部材または前記内輪固定部材が取り付けられたロータと、の軸方向に沿った相対変位を求める変位センサと、求められた前記相対変位に換算係数を乗じることで、前記ロータに加わるスラスト荷重を算出する際には、前記一端側の軸受を固定するための締結ボルトとして、軸方向に加わる荷重を計測可能な軸力計測ボルトと、前記軸力計測ボルトで計測された軸力と、当該軸力が計測されたときの前記相対変位と、を用いて前記換算係数を校正する荷重算出部と、を備えることを特徴とする。
　本発明の密閉式混練装置のスラスト荷重計測装置、及びその校正方法によれば、相対変位をスラスト荷重に換算するための換算係数を、簡便且つ精確に求めて、スラスト荷重計測装置の校正を適正に行うことができる。
実施形態に係る校正方法で校正が行われるスラスト荷重計測装置が設けられた密閉式混練装置の構造を示した図である。 密閉式混練装置の混練部及びスラスト荷重計測装置を示した図である。 実施形態に係る校正方法に用いられる軸力計測ボルトを模式的に示した図である。 密閉式混練装置において、軸受の外輪の他端側端面とケーシングとが接触した状態を示す図である。 密閉式混練装置において、軸受の外輪の他端側端面とケーシングとが離間した状態を示す図である。 スラスト荷重が他端側に向かって加わる際に、外輪固定部材用の締結ボルトに軸力計測ボルトを用いたことを示す図である。 スラスト荷重が他端側に向かって加わる際に、内輪固定部材用の締結ボルトに軸力計測ボルトを用いたことを示す図である。 ４本の軸力計測ボルトで計測された歪みを示す図である。 変位センサで計測された相対変位を示す図である。 軸力計測ボルトで計測された歪みの総和と、変位センサで計測された相対変位と、を比較した図である。
　以下、本発明の実施形態のスラスト荷重計測装置１、及びその校正方法を説明する。まず、スラスト荷重計測装置１の校正方法の説明に先立ち、スラスト荷重計測装置１が設けられる密閉式混練装置２について説明する。図１は、本実施形態の密閉式混練装置２を模式的に示したものである。図１に示すように、本実施形態の密閉式混練装置２は、内部が混練室３とされたハウジング４と、ハウジング４の内部に設けられた一対のロータ５、５と、を備えている。そして、密閉式混練装置２は、一対のロータ５、５で混練室３に圧入されたゴムやプラスチック等の被混練材料を混練し、所望の混練状態となった被混練材料を外部に取り出す構成となっている。
　図２に示すように、一対のロータ５、５は、いずれも軸方向の両端側が軸受６、７によって回転自由に支持されている。また、ロータ５の軸方向の一端側（反駆動側）はハウジング４の外部へ突出していないが、軸方向の他端側（駆動側）はハウジング４の外部へ突出している。この突出したロータ５の他端側には、ギヤカップリング等の接続装置が接続されていて、駆動装置で発生した駆動力が接続装置を経由して入力されている。
　なお、以降の説明において、図２の紙面の左側を、スラスト荷重計測装置１を説明する際の「反駆動側」または「一端側」と呼び、紙面の右側を、スラスト荷重計測装置１を説明する際の「駆動側」または「他端側」と呼ぶ。また、図１の紙面の上側を、スラスト荷重計測装置１を説明する際の「上側」と呼び、紙面の下側を、スラスト荷重計測装置１を説明する際の「下側」と呼ぶ。さらに、図２の紙面の上側を、スラスト荷重計測装置１を説明する際の「左側」と呼び、紙面の下側を、スラスト荷重計測装置１を説明する際の「右側」と呼ぶ。
　図１に示すように、混練室３の上部には、上方に向かって開口する開口部８が形成されている。開口部８の上側には、ゴムやプラスチック等の被混練材料を上下方向に沿って案内（導入）する材料導入路９が形成されている。また、材料導入路９の上部には、下方に向かって揺動させることで開口可能なホッパ１０が設けられる。ホッパ１０からは、ゴムやプラスチック等の母材に添加剤等が配合された被混練材料が投入される。また、材料導入路９の内部には、フローティングウエイト１１が材料導入路９の形成方向（上下方向）に沿って移動可能に設けられる。フローティングウエイト１１を下方に移動させることで、材料導入路９の内部に投入された被混練材料を下方の混練室３内に押し込むことが可能となっている。
　混練室３は、２つの円筒状の空洞を、外周面の一部が互いに重なり合うように左右に並べたような形状（軸垂直方向に沿った断面がめがね穴の形状）に形成されている。混練室３の内部には、上述した一対のロータ５、５が配備されている。一対のロータ５、５の軸心は、混練室３の２つの円筒状の空洞の中心に略一致する。図２に示すように、各ロータ５の外周面には、被混練材料を混練する翼１２が形成されている。このロータ５の外周面に設けられた翼１２は、いずれのロータ５でも軸方向（軸線）に対してねじれた構造とされており、右側のロータ５と左側のロータ５とは、被混練材料に互いに軸方向の逆向きに流れを生起できるように形成されている。
　各ロータ５の両端側には、このロータ５を回転自在に支持する軸受６、７がそれぞれ設けられている。両端側の軸受６、７は、ラジアル方向の荷重のみならずスラスト方向の荷重も支持できる軸受が採用されている。このような軸受６、７には、複列の円錐ころ軸受けや自動調芯ころ軸受が用いられる。なお、ロータ５の他端側の軸受７は、ロータ５の熱伸びを吸収する為に、スラスト方向にスライドできる構造となっている。
　また、ロータ５の軸方向の他端側には、原動機等の駆動装置で発生した回転駆動力（回転）を減速して伝達する減速機が設けられている。この減速機で減速された回転駆動力が、上述した接続装置（減速機の軸心とロータ５の軸心との偏差を許容すると共に、ロータ５の軸方向の移動を許容可能なギヤカップリング）を介して各ロータ５、５に入力され、各ロータ５、５が互いに異方向に回転する。さらに、ロータ５の軸方向の一端側は、先端に向かってテーパ状に形成されており、このテーパ状の部分に軸受６の内輪１３が取り付けられている。
　すなわち、上述した密閉式混練装置２では、翼１２が混練室３の内壁を掃くようにロータ５が回転して、ロータ５に形成された翼１２により混練室３内に圧入された被混練材料が各種の添加剤とともに混練される。このとき、各ロータ５、５は、翼１２のねじれ方向が同じで回転方向が互いに逆となっているので、図２の紙面上側に示す左側のロータ５では、軸方向の他端側（駆動側）から一端側（反駆動側）に向かうスラスト荷重が発生し、図２の紙面下側に示す右側のロータ５では、軸方向の一端側（反駆動側）から他端側（駆動側）に向かうスラスト荷重が発生する。ここで、図２の紙面上側に示すロータ５及び紙面下側に示すロータ５で発生するスラスト荷重は、いずれも一端側の軸受６で支持される。
　このようにしてロータ５を回転させることで混練が行われた被混練材料は、混練室３の下側に形成された排出口１４のドロップドア１５を開くことで、排出口１４から混練室３の外部に取り出される。そして、被混練材料を取り出した後は、ドロップドア１５を再び上方に揺動して混練室３の排出口１４を閉塞し、投入口からフローティングウエイト１１を用いて次バッチの被混練材料を混練室３内に押し込む。このようなバッチ式の混練サイクルを繰り返すことで、上述した密閉式混練装置２では混練が行われる。
　ところで、被混練材料の混練に伴ってロータ５に発生するスラスト荷重は、ロータ５を支持する軸受（スラスト軸受）の寿命に大きな影響を与えるので、軸受の寿命を判断するためにはスラスト荷重を精確に計測することが必要となる。そのため、上述した密閉式混練装置２には、スラスト荷重を受ける一端側の軸受６に対して、スラスト荷重計測装置１が設けられている。スラスト荷重計測装置１は、軸受６の外輪１６に対する内輪１３の軸方向に沿った変位を相対変位として計測し、計測された相対変位に換算係数を乗じることでスラスト荷重を精確に算出する。
　次に、本発明の実施形態のスラスト荷重計測装置１について説明する。上述した一端側の軸受６に関しては、その外輪１６は、外輪１６のさらに外周側に設けられたケーシング１８に対して、外輪固定部材１７（ベアリング抑え）を介して取り付けられている。また、軸受６の内輪１３は、内輪１３のさらに内周側に設けられたロータ５に対して、内輪固定部材２０（ベアリング抑え）を介して取り付けられている。これらの外輪固定部材１７及び内輪固定部材２０は、外輪１６や内輪１３の一端側に隣接して配備されている。外輪固定部材１７は、後述する締結ボルトを用いてケーシング１８に締結（固定）されている。内輪固定部材２０は、後述する締結ボルトを用いてロータ５の一端側端面に締結（固定）されている。
　具体的には、スラスト荷重計測装置１は、一端側の軸受６の外輪１６側に設けられる部材、言い換えれば外輪固定部材１７または外輪固定部材１７が取り付けられたケーシング１８に、少なくとも１つ以上の変位センサ１９を備えている。そして、変位センサ１９は、外輪１６に対する内輪１３の軸方向に沿った相対変位を測定可能とされている。つまり、変位センサ１９は、一端側の軸受６の内輪１３を固定する内輪固定部材２０または内輪固定部材２０が取り付けられたロータ５の位置を測定可能とされている。また、スラスト荷重計測装置１には、変位センサ１９で計測された相対変位に換算係数を乗じることにより、ロータ５に加わるスラスト荷重を算出する荷重算出部（図示せず）が設けられている。
　つまり、スラスト荷重計測装置１は、変位センサ１９において、外輪固定部材１７またはケーシング１８に対して内輪固定部材２０またはロータ５が軸方向に沿ってどの程度変位しているかを示す相対変位を計測し、荷重算出部において、変位センサ１９で計測された相対変位に換算係数を乗じることでロータ５に加わるスラスト荷重を算出している。ところで、スラスト荷重計測装置１でロータ５に発生するスラスト荷重を精度良く求めるためには、相対変位から適正なスラスト荷重が算出されるように校正を行う必要がある。このようなスラスト荷重計測装置１の校正は、スラスト荷重計測装置１で実際に計測されるスラスト荷重が、真のスラスト荷重と一致するように、換算係数の値を適正なものに修正することで行われる。
　ところが、上述したスラスト荷重計測装置１の校正は、実際にスラスト荷重計測装置１が設けられた密閉式混練装置２、言い換えれば実機で行われる必要がある。つまり、軸受６内部の摩擦状態やロータ５の回転の有無により、ロータ５に加わるスラスト荷重は変化する為、精確な校正を行うためには実際の密閉式混練装置２において混練時に発生するような大きなスラスト荷重を加えつつロータ５を回転させて、校正を行うのが望ましい。
　そこで、本発明者は、スラスト荷重計測装置１を校正する際には、軸受６、７を固定する締結ボルトを、軸方向に加わる荷重を計測可能な軸力計測ボルト２６に交換し、軸力計測ボルト２６で計測される軸力を用いて校正を行うことに想到した。このような軸力計測ボルト２６を用いれば、実際にスラスト荷重計測装置１が設けられる密閉式混練装置２において、実際に混練を行う場合と同じ条件で校正を行うことが可能となり、スラスト荷重計測装置１の校正を高精度に実施できることが可能になる。
　すなわち、本発明の実施形態のスラスト荷重計測装置１の校正方法は、上述した一端側の軸受６を固定するための締結ボルトに、軸方向に加わる荷重を計測可能な軸力計測ボルト２６を用い、この軸力計測ボルト２６で計測された軸力と、この軸力が計測されたときの相対変位と、を用いて換算係数を校正することを特徴とするものである。具体的には、上述した外輪固定部材１７をケーシング１８に締結する外輪固定部材１７用の締結ボルト、あるいは内輪固定部材２０をロータ５に締結する内輪固定部材２０用の締結ボルトに、上述した軸力計測ボルト２６を用いることができる。
　以降では、外輪固定部材１７用の締結ボルトに軸力計測ボルト２６を用いた例を挙げて、本発明の実施形態のスラスト荷重計測装置１の校正方法を説明する。図３に示すように、軸力計測ボルト２６は、歪ゲージ２７を用いてボルトに加わる軸力を計測可能な構成とされている。具体的には、軸力計測ボルト２６の外周面には、軸力を検出可能な歪ゲージ２７が貼り付けられている。また、軸力計測ボルト２６の内部には、頭部からボルトの内部を貫通して歪ゲージ２７に達する貫通孔２８が形成されている。貫通孔２８には、歪ゲージ２７から延びる出力線２９が挿通されている。軸力計測ボルト２６では、歪ゲージ２７の抵抗値を検出することで軸力計測ボルト２６に加わる軸力を検出可能となっている。なお、軸力計測ボルト２６に貼り付けられた歪ゲージ２７は、それぞれの軸力計測ボルト２６で、軸力と歪との関係が予め校正されている。
　このような軸力計測ボルト２６は、上述した外輪固定部材１７をケーシング１８に締結する外輪固定部材１７用の締結ボルトの替わりに取り付けられている。つまり、外輪固定部材１７は、円環状に形成されているので、外輪固定部材１７の周方向に所定の間隔をあけて設けられた複数の締結ボルトを用いて締結されている。そして、これらの締結ボルトのすべてが上述した軸力計測ボルト２６とされている。
　なお、軸力計測ボルト２６を内輪固定部材２０用の締結ボルトの替わりに取り付ける場合も、外輪固定部材１７用の締結ボルトと同様に、内輪固定部材２０用の締結ボルトのすべてを軸力計測ボルト２６に取り替えればよい。このようにして複数の軸力計測ボルト２６で計測された軸力を、軸力計測ボルト２６の本数分ですべて合計し、軸力の総和を「実際にロータ５に加わっているスラスト荷重」、言い換えれば真のスラスト荷重として扱う。一方、上述したスラスト荷重計測装置１でも変位センサ１９で計測された相対変位に基づいてスラスト荷重が算出される。そこで、スラスト荷重計測装置１から算出された値が真のスラスト荷重と一致するように換算係数を校正する。
　具体的には、上述したスラスト荷重計測装置１の校正方法は、次のような手順で行われる。まず、軸力と発生歪との関係が予め校正された軸力計測ボルト２６を用意する。外輪固定部材１７をケーシング１８に締結している締結ボルトのすべてを、用意した軸力計測ボルト２６に交換する。
　図例では、周方向に１８０°の位相差をあけて設けられた２箇所の締結ボルトを、用意した軸力計測ボルト２６に交換している。このようにして締結ボルトを外輪固定部材１７に取り付けた後は、軸力が入る前に歪のゼロ点をとっておく。そして、軸力計測ボルト２６で計測される軸力の計測結果（出力）を監視しながら、計測された軸力が所定の初期軸力となるように軸力計測ボルト２６を締め付けて、軸力計測ボルト２６を外輪固定部材１７に取り付ける。
　軸力計測ボルト２６を外輪固定部材１７に取り付けた後は、ロータ５を回転させながら密閉式混練装置２に被混練材料を投入する。変位センサ１９で計測された相対変位の出力と、軸力計測ボルト２６で計測された軸力と、をデータロガーやメモリに記録する。このようにしてデータロガーやメモリに記録された軸力計測ボルト２６の軸力を軸力計測ボルト２６の本数分だけ加算し、軸力の総和を求める。求められた軸力の総和を、変位センサ１９で計測された相対変位の計測値で除して、換算係数を算出し、校正された換算係数とする。
　なお、この換算係数の算出は、各軸力計測ボルト２６の荷重が初期軸力を上回っている領域で行う必要がある。そのため、各軸力計測ボルト２６の荷重が初期軸力を上回っている領域において得られた複数の換算係数に対して、その平均値等を用いた換算係数の代表値等を求め、求められた代表値を用いればスラスト荷重計測装置１の校正が可能となる。
　ところで、上述した軸力計測ボルト２６を用いてロータ５に加わるスラスト荷重を正確に計測するためには、締結ボルトの締め付け方（締結の強さ）を適正なものにする必要がある。というのも、軸力計測ボルト２６でスラスト荷重が正確に計測できるのは、ロータ５に加わるスラスト荷重が軸力計測ボルト２６のみに作用する場合に限られるからである。つまり、締結ボルトを強く締結する等して、スラスト荷重を計測する時にも軸受６の外輪１６の他端側端面がケーシング１８に接触したままになる状態では、ロータ５に加わったスラスト荷重により軸力計測ボルト２６に伸びを生じさせることにならず、軸力計測ボルト２６で正しいスラスト荷重を計測することができなくなる。
　例えば、図４に示すように、ケーシング１１８に対して軸力計測ボルト１２６（締結ボルト）を強く締結した場合を考える。この場合、軸力計測ボルト１２６による締め付け力が大きいため、軸力計測ボルト１２６によって外輪固定部材１１７は軸方向の他端側に押されている。したがって、外輪固定部材１１７を介して軸受の他端側端面がケーシング１１８に強い力で押し付けられて接触している状態となっている。そのため、スラスト荷重が加わってロータ１０５が一端側に押されても、ロータ１０５から軸受を介して外輪固定部材１１７に伝わったスラスト荷重は、外輪固定部材１１７の一端側端面から軸力計測ボルト１２６に伝わるが、軸力計測ボルト１２６に伸びを生じさせることにならない。この場合、軸力計測ボルト１２６では発生したスラスト荷重を計測することができなくなる。当然、このような状態の軸力計測ボルト１２６で計測された軸力は正確なものとは言えず、スラスト荷重計測装置１０１の校正を高精度に行うことも困難になってしまう。
　ところが、図５に示すように、ケーシング１８に対して軸力計測ボルト２６を弱く締結した場合には、軸力計測ボルト２６による外輪固定部材１７の締め付け力が小さいため、外輪固定部材１７が軸方向の他端側に強く押し付けられることはない。したがって、ロータ５にスラスト荷重が加わった場合には、軸受６の外輪１６の他端側端面がケーシング１８から離間するようになる。そのため、ロータ５から外輪固定部材１７まで伝わったスラスト荷重が、軸力計測ボルト２６の初期軸力を上回って軸力計測ボルト２６に伸びを発生させ、軸力計測ボルト２６でスラスト荷重を計測することができるようになる。
　つまり、軸力計測ボルト２６の締め付け方を調整して、ロータ５にスラスト荷重が加わった場合に、軸受６の外輪１６の他端側端面がケーシング１８から離間する程度の弱い締結力で締め付けることができれば、軸力計測ボルト２６で計測された軸力からスラスト荷重を正確に把握することが可能となる。なお、外輪固定部材１７を介して軸受６の外輪１６の他端側端面をケーシング１８に押し付けて接触させる力は、軸力計測ボルト２６の初期の締め付け力から、ロータ５に加わったスラスト荷重を差し引いた力に相当すると考えられるので、軸力計測ボルト２６の初期の締結力を所定の値以下とすれば、軸力計測ボルト２６でスラスト荷重を正確に計測することが可能となる。具体的には、混練中のロータ５に発生するスラスト荷重のうち最大のスラスト荷重を、ケーシング１８に設けられた軸力計測ボルト２６の本数で除した値以下の荷重を軸力計測ボルト２６の初期軸力とし、軸力計測ボルト２６のすべてに初期軸力を上回る軸力が加わった際に軸力計測ボルト２６で計測される軸力を用いて換算係数を校正するのが好ましい。
　なお、図５と同様に軸力計測ボルト２６のすべてに初期軸力を上回る軸力が加わった場合であっても、例えば図６に示すようにロータ１０５に対してスラスト荷重が一端側から他端側に向かって作用する場合、言い換えればスラスト荷重の加わる方向が逆の場合には、軸力計測ボルト１２６でスラスト荷重を正確に計測できなくなる。図６のように、スラスト荷重が一端側から他端側に向かって作用する場合には、外輪固定部材１１７の他端側端面がケーシング１１８に必ず接触し、軸力計測ボルト１２６にすべてのスラスト荷重が加わらなくなる。このようにスラスト荷重が一端側から他端側に向かって作用する場合には、図７に示すように内輪固定部材２０とロータ５との間に設けられた内輪固定部材２０用の締結ボルトをすべて軸力計測ボルト２６に取り替えることで、スラスト荷重計測装置１の校正を精度良く行うことができる。
　ここでも、混練中のロータ５に発生するスラスト荷重のうち最大のスラスト荷重をロータ５に設けられた軸力計測ボルト２６の本数で除した値以下の荷重を軸力計測ボルト２６の初期軸力とし、軸力計測ボルト２６のすべてに初期軸力を上回る軸力が加わった際に軸力計測ボルト２６で計測される軸力を用いて換算係数を校正するのが好ましい。以上の点から、上述したスラスト荷重計測装置１の校正を精度良く行うためには、軸力計測ボルト２６のすべてに初期軸力を上回る軸力が加わっている点に加えて、スラスト荷重の向きに応じて軸力計測ボルト２６を外輪固定部材１７または内輪固定部材２０に取り付けることが条件として必要となる。
　上述した軸力計測ボルト２６を用いたスラスト荷重計測装置１の校正方法では、軸受６に実際に加わる軸力に基づいて換算係数（校正された換算係数）が決定されるため、スラスト荷重計測装置１の校正を高精度に行うことが可能となる。また、上述した校正方法では、ロータ５にスラスト荷重を加えるための機構や、ロータ５を回転させるための機構に、大がかりな装置を用意する必要がなくなり、装置構成を複雑なものとすることなくスラスト荷重計測装置１の校正が可能となる。
　次に、上述した校正方法を用いた場合の校正の精度を、実際の実験データを用いて説明する。例えば、ロータ５の一端側に設けられた軸受６の外輪固定部材１７に対して、外輪固定部材１７をケーシング１８に固定する４本の締結ボルトを軸力計測ボルト２６に取り替えて、各軸力計測ボルト２６で軸力を計測する。なお、軸力計測ボルト２６の初期軸力（歪み）は、被混練材料が投入される前の状態、つまり負荷が作用していない状態での歪値に相当し、各軸力計測ボルト２６で計測される歪みが３００μｍ～４００μｍとなる範囲に設定されている。このようにして各軸力計測ボルト２６で計測された軸力の計測結果は、図８に示すようになる。
　なお、図８の縦軸は軸力ではなく歪みで示されているが、歪みに弾性係数を乗じれば軸力に換算できることから、図８では縦軸を歪みとして結果を示している。また、図９や図１０でも同様な理由から縦軸は「変位量」や「歪総和値」であるが、軸力の計測結果も同じ傾向を示すものとして以降では説明を行っている。一方、図９に示すように、スラスト荷重計測装置１の外輪固定部材１７には、変位センサ１９が設けられており、変位センサ１９で計測されたロータ５の相対変位も計測されている。それゆえ、荷重算出部で、計測された相対変位に換算係数を乗じることで、スラスト荷重を算出することができる。
　例えば、図１０は、計測された相対変位に換算係数を乗じて得られるスラスト荷重と、軸力計測ボルト２６で計測された軸力の総和と、を比較したものである。なお、このスラスト荷重の算出に用いられる換算係数は、各軸力計測ボルト２６の歪みが相対変位から導かれるスラスト荷重に対して初期軸力を上回る区間で最もよく一致するように求めたものである。
　図１０において「太線」で示される「相対変位に換算係数を乗じて得られるスラスト荷重」の結果を見ると、計測開始後２０秒程度で混練が開始され、時間が経過するにつれてスラスト荷重の値が大きくなる。ところが、図１０において「細線」で示される「軸力の総和」は、多少の上下はあるものの、計測開始後３５秒程度までは値が大きくなることはない。
　しかし、計測開始後３５秒において、各軸力計測ボルト２６の歪みが初期軸力を上回るようになると、「相対変位に換算係数を乗じて得られるスラスト荷重」の結果と、「軸力の総和」の結果とは、ほぼ同じ値で変化するようになる。やがて、計測開始後１００秒程度で、各軸力計測ボルト２６の歪みが初期軸力を下回るようになると、「相対変位に換算係数を乗じて得られるスラスト荷重」の結果と、「軸力の総和」の結果とは、大きく解離した数値で変化するようになる。
　これらの結果から、各軸力計測ボルト２６の歪みが初期軸力を上回る区間では、「相対変位に換算係数を乗じて得られるスラスト荷重」と、「軸力計測ボルト２６で計測された軸力の総和」とは極めて精度良く一致することがわかる。このことから、各軸力計測ボルト２６の歪みが初期軸力を上回る区間では、相対変位をスラスト荷重に換算するための換算係数を精確に求めることができ、スラスト荷重計測装置１の校正を適正に行うことができると判断される。
　なお、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。特に、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積等は、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。
　本出願は、２０１３年１２月２０日出願の日本特許出願２０１３－２６３８９０に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
１　スラスト荷重計測装置
２　密閉式混練装置
３　混練室
４　ハウジング
５　ロータ
６　一端側の軸受
７　他端側の軸受
８　開口部
９　材料導入路
１０　ホッパ
１１　フローティングウエイト
１２　翼
１３　内輪
１４　排出口
１５　ドロップドア
１６　外輪
１７　外輪固定部材
１８　ケーシング
１９　変位センサ
２０　内輪固定部材
２６　軸力計測ボルト
２７　歪ゲージ
２８　貫通孔
２９　出力線

Claims (6)

  1. 　軸心が互いに平行となるように所定の隙間をあけて隣接して配置されると共に互いに異なる方向へ回転する一対のロータを備え、前記一対のロータの両端側には各ロータに加わるラジアル方向の荷重を支持する軸受が設けられており、各前記ロータに加わるスラスト方向の荷重が両端側の前記軸受のうち一端側の前記軸受で支持された密閉式混練装置において、
    　前記一端側の軸受の外輪を固定する外輪固定部材または前記外輪固定部材が取り付けられたケーシングと、前記一端側の軸受の内輪を固定する内輪固定部材または前記内輪固定部材が取り付けられたロータと、の軸方向に沿った相対変位を求め、
    　求められた前記相対変位に換算係数を乗じることで、前記ロータに加わるスラスト荷重を算出する際には、前記一端側の軸受を固定するための締結ボルトに、軸方向に加わる荷重を計測可能な軸力計測ボルトを用い、
    　前記軸力計測ボルトで計測された軸力と、当該軸力が計測されたときの前記相対変位と、を用いて前記換算係数を校正する
    ことを特徴とする密閉式混練装置のスラスト荷重計測装置の校正方法。
  2. 　前記外輪固定部材を前記ケーシングに締結する外輪固定部材用の前記締結ボルトに、前記軸力計測ボルトが用いられている
    ことを特徴とする請求項１に記載の密閉式混練装置のスラスト荷重計測装置の校正方法。
  3. 　前記内輪固定部材を前記ロータに締結する内輪固定部材用の前記締結ボルトに、前記軸力計測ボルトが用いられている
    ことを特徴とする請求項１または２に記載の密閉式混練装置のスラスト荷重計測装置の校正方法。
  4. 　混練中の前記ロータに発生するスラスト荷重のうち最大のスラスト荷重を、前記ロータに設けられた前記締結ボルトの本数で除した値以下の荷重を前記軸力計測ボルトの初期軸力とし、
    　前記軸力計測ボルトのすべてに前記初期軸力を上回る軸力が加わった際に、前記軸力計測ボルトで計測される軸力を用いて前記換算係数を校正する
    ことを特徴とする請求項１に記載の密閉式混練装置のスラスト荷重計測装置の校正方法。
  5. 　混練中の前記ロータに発生するスラスト荷重のうち最大のスラスト荷重を、前記ケーシングに設けられた前記締結ボルトの本数で除した値以下の荷重を前記軸力計測ボルトの初期軸力とし、
    　前記軸力計測ボルトのすべてに前記初期軸力を上回る軸力が加わった際に、前記軸力計測ボルトで計測される軸力を用いて前記換算係数を校正する
    ことを特徴とする請求項１に記載の密閉式混練装置のスラスト荷重計測装置の校正方法。
  6. 　軸心が互いに平行となるように所定の隙間をあけて隣接して配置されると共に互いに異なる方向へ回転する一対のロータを備え、前記一対のロータの両端側には各ロータに加わるラジアル方向の荷重を支持する軸受が設けられており、各前記ロータに加わるスラスト方向の荷重が両端側の前記軸受のうち一端側の前記軸受で支持された密閉式混練装置において、
    　前記一端側の軸受の外輪を固定する外輪固定部材または前記外輪固定部材が取り付けられたケーシングと、前記一端側の軸受の内輪を固定する内輪固定部材または前記内輪固定部材が取り付けられたロータと、の軸方向に沿った相対変位を求める変位センサと、
    　求められた前記相対変位に換算係数を乗じることで、前記ロータに加わるスラスト荷重を算出する際には、前記一端側の軸受を固定するための締結ボルトとして、軸方向に加わる荷重を計測可能な軸力計測ボルトと、
    　前記軸力計測ボルトで計測された軸力と、当該軸力が計測されたときの前記相対変位と、を用いて前記換算係数を校正する荷重算出部と、
    を備えることを特徴とする密閉式混練装置のスラスト荷重計測装置。
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