施加于封闭式混炼装置的转子的轴向负载的测量装置的制造方法

本发明涉及在封闭式混炼装置中用于测量在对被混炼材料进行混炼时转子所产生的轴向负载的测量装置。

背景技术：
一直以来，作为对橡胶、塑料等被混炼材料进行混炼的封闭式混炼装置，具有专利文献1所公开的封闭式混炼装置。专利文献1的封闭式混炼装置采用如下结构：利用在混炼室内设置的两个转子对被压入该混炼室的橡胶、塑料等被混炼材料进行混炼，并将成为所希望的混炼状态的被混炼材料向外部取出。这两个转子的轴的两侧被轴承支承为旋转自如。各个转子的驱动侧的端部成为向外部突出的输入轴。邻接配置的驱动装置的输出轴和这些输入轴经由齿轮联轴器等连接装置而连接。在专利文献1的封闭式混炼装置中，橡胶、塑料等被混炼材料与各种添加剂一起从上部的投入口以规定量分批投入料斗内。该被混炼材料借助浮动重块的按压作用而被压入封闭状态的混炼室内。如此一来，被压入混炼室的被混炼材料通过彼此朝向不同方向旋转的转子进行混炼。换句话说，经由减速器向各个转子传递原动机的驱动力(旋转)，各转子以扫过混炼室的内壁的方式进行旋转，并且彼此朝向不同方向旋转。由此，被压入混炼室内的树脂原料(被混炼材料)与各种添加剂一起被混炼，将成为所希望的混炼状态的被混炼材料向外部取出。另外，在转子的外周面上设有叶片(混炼叶片)，在专利文献1的封闭式混炼装置中，该叶片成为相对于转子的轴线而扭曲成螺旋状的构造。在该扭曲后的叶片的作用下，橡胶、塑料的被混炼材料被沿轴向按压，产生沿着轴向输送被混炼材料的材料流动。另外，叶片被扭曲为在两个转子处分别产生沿轴向相反方向的流动，以在腔室内循环的方式使被混炼材料流动，由此实现有效的混炼。然而，在专利文献1所公开的封闭式混炼装置中，换言之，在通常的封闭式混炼装置中，当利用在转子上形成的扭曲成螺旋状的叶片将被混炼材料沿着轴向输送时，借助其反作用而产生朝向轴向的反作用力(轴向负载)。上述的轴向负载对支承转子的轴承的寿命给予较大的影响，因此为了判断轴承的寿命而需要精确地测量轴向负载。另外，在无法精确地把握轴向负载的情况下，也可能产生对轴承施加设计以上的轴向负载、或者相反地使用苛刻技术要求的轴承这样的问题。因此，在采用上述种类的轴承的情况下，优选设置能够精确地测量施加于转子的轴向负载的机构。例如，在专利文献2中公开有如下方法：在轴承主体与外壳之间设置测力传感器，并测量作用于轴承的负载。在先技术文献专利文献专利文献1：日本特开平10-44145号公报专利文献2：日本特开2001-277236号公报发明要解决的课题上述的专利文献2的方法用于测量径向负载(准确来说，滚子彼此在径向上分离的情况下的负载)，但也能够充分应用于测量轴向负载的情况。然而，在该方法中使用的测量装置的构造复杂，且设置需要比较大的空间，有时因设置空间的制约而难以设置。另外，在相对于已设的混炼设备而追加安装的情况下，还可能不得不对混炼机的外壳进行大幅度的改造，也难以设置于现有的设备。

技术实现要素：
本发明是鉴于上述的问题而完成的，其目的在于提供一种施加于封闭式混炼装置的转子的轴向负载的测量装置，该装置的结构简单且能够追加设置于现有的设备，并且能够高精度地测量向转子施加的轴向负载。用于解决课题的解决手段为了解决上述课题，本发明的施加于封闭式混炼装置的转子的轴向负载的测量装置采用以下的技术手段。即，本发明的施加于封闭式混炼装置的转子的轴向负载的测量装置中，在所述封闭式混炼装置中具备所述轴向负载的测量装置，该封闭式混炼装置具备一对转子，所述一对转子以轴心彼此平行的方式隔开规定的间隙进行邻接配置，并且彼此朝向不同方向旋转，在所述一对转子的两端侧设有对施加于各转子的径向的负载进行支承的轴承，施加于各所述转子的轴向的负载由两端侧的所述轴承中的一端侧的所述轴承支承，其特征在于，在对所述一端侧的轴承的外圈进行固定的外圈固定构件或者安装有所述外圈固定构件的外壳配备有至少一个以上的位移传感器，所述位移传感器能够测定所述外圈固定构件与对所述一端侧的轴承的内圈进行固定的内圈固定构件的沿着轴向的相对位移、或者所述外壳与安装有所述内圈固定构件的所述转子的沿着轴向的相对位移，所述轴向负载的测量装置设有负载计算部，该负载计算部通过对由所述位移传感器测定出的相对位移乘以换算系数来计算施加于所述转子的轴向负载。需要说明的是，优选的是，在所述转子上形成有相对于该转子的轴线而扭曲为螺旋状的叶片，作用于所述一端侧的轴承的轴向负载沿着轴向的一方向。需要说明的是，优选的是，所述位移传感器以从所述转子的轴心隔开相等距离且沿周向成为相等间隔的方式配置有多个，所述负载计算部通过使由多个所述位移传感器测量出的测量值平均而求出代表相对位移，并根据所求出的代表相对位移来计算施加于所述转子的轴向负载。需要说明的是，优选的是，所述轴向负载的测量装置设有检测所述转子的旋转的旋转传感器，所述位移传感器对由所述旋转传感器检测到的所述转子旋转一圈中的、被混炼材料的未投入状态下的相对位移的波形以及被混炼材料的投入状态下的测量出的相对位移的波形进行测量，所述负载计算部使用未投入状态下的相对位移的测量波形以及投入状态下的相对位移的测量波形的差分波形来计算施加于所述转子的轴向负载。发明效果根据本发明的施加于封闭式混炼装置的转子的轴向负载的测量装置，装置的结构简单且能够追加设置于现有的设备、并且能够高精度地测量施加于转子的轴向负载。附图说明图1是示出设有第一实施方式的轴向负载的测量装置的封闭式混炼装置的内部剖面的图。图2是示出封闭式混炼装置的混炼部以及第一实施方式的测量装置的图。图3是示意性示出封闭式混炼装置的混炼部以及第一实施方式的测量装置的图。图4A是示意性示出第二实施方式的测量装置的图。图4B是第二实施方式的测量装置的剖视图。图5A是示出相对位移的测量波形的图。图5B是示出进行了修正的相对位移的修正波形的图。具体实施方式[第一实施方式]以下，基于附图对第一实施方式的轴向负载的测量装置1进行详细说明。首先，在说明轴向负载的测量装置1之前，对设有第一实施方式的测量装置1的封闭式混炼装置2进行说明。图1示意性示出第一实施方式的封闭式混炼装置2。如图1以及图2所示，本实施方式的封闭式混炼装置2具备内部成为混炼室3的壳体4和在壳体4的内部设置的一对转子5、5。而且，封闭式混炼装置2成为利用一对转子5、5对压入到混炼室3的橡胶、塑料等被混炼材料进行混炼、并将成为所希望的混炼状态的被混炼材料向外部取出的结构。一对转子5、5的轴向的两端侧均被轴承6、7支承为旋转自由。另外，转子5的轴向的一端侧(驱动侧的相反侧)不向壳体4的外部突出，但轴向的另一端侧(驱动侧)向壳体4的外部突出。在该突出的转子5的另一端侧连接有齿轮联轴器等连接装置，由驱动装置产生的驱动力经由连接装置而输入。需要说明的是，在以下的说明中，将图2的纸面的左侧称作说明测量装置时的“驱动侧的相反侧”或者“一端侧”，将纸面的右侧称作说明测量装置时的“驱动侧”或者“另一端侧”。另外，将图1的纸面的上侧称作说明测量装置时的“上侧”，将纸面的下侧称作说明测量装置时的“下侧”。如图1所示，在混炼室3的上部形成有朝向上方开口的开口部8。在开口部8的上侧形成有将橡胶、塑料等被混炼材料沿着上下方向引导(导入)的材料导入路9。另外，在材料导入路9的上部设有通过朝向下方摆动而能够开口的料斗10。从料斗10投入在橡胶、塑料等母材中配合有添加剂等的被混炼材料。另外，在材料导入路9的内部，浮动重块11被设为能够沿着材料导入路9的形成方向(上下方向)移动。通过使浮动重块11向下方移动，能够将投入到材料导入路9的内部的被混炼材料按压到下方的混炼室3内。混炼室3形成为将两个圆筒状的空洞以外周面的一部分相互重合的方式左右排列那样的形状(沿着轴垂直方向的剖面为眼镜孔的形状)。在混炼室3的内部配备有上述的一对转子5、5。所述一对转子5、5的轴心与混炼室3的两个圆筒状的空洞的中心大致一致。如图2所示，在各转子5的外周面上形成有对被混炼材料进行混炼的叶片12。在该转子5的外周面上设置的叶片12成为在任意转子5中均相对于轴向(轴线)扭曲的构造，右侧的转子5和左侧的转子5形成为，能够使被混炼材料彼此在轴向的相反朝向上产生流动。在各转子5的两端侧分别设有将该转子5支承为旋转自如的轴承6、7。上述两端侧的轴承6、7采用不仅能够支承径向的负载、还能够支承轴向的负载的轴承。作为上述的轴承6、7，可以使用多列圆锥滚子轴承、自动调芯滚子轴承。需要说明的是，转子5的另一端侧的轴承7采用为了吸收转子5的热拉伸而能够沿轴向滑动的构造。另外，在转子5的轴向的另一端侧设有对由原动机等驱动装置产生的旋转驱动力(旋转)进行减速并传递的减速器。由该减速器减速后的旋转驱动力经由上述的连接装置(允许减速器的轴心与转子5的轴心的偏差、并且能够允许转子5的轴向的移动的齿轮联轴器)而输入至各转子5、5，各转子5、5彼此朝向不同方向进行旋转。此外，转子5的轴向的一端侧朝向前端而形成为锥状，在该锥状的部分安装有轴承6的内圈13。即，在上述的封闭式混炼装置2中，以叶片12扫过混炼室3的内壁的方式使转子5旋转，利用在转子5上形成的叶片12使被压入到混炼室3内的被混炼材料与各种添加剂一起进行混炼。此时，各转子5、5的叶片12的扭曲方向相同且旋转方向彼此相反，因此在图3的上侧所示的转子5中，产生从轴向的另一端侧(驱动侧)朝向一端侧(驱动侧的相反侧)的轴向负载，在图3的下侧所示的转子5中，产生从轴向的一端侧(驱动侧的相反侧)朝向另一端侧(驱动侧)的轴向负载。在此，由图3的上侧所示的转子5以及下侧所示的转子5产生的轴向负载均由一端侧的轴承6支承。如此一来，通过将在混炼室3的下侧形成的排出口14的吊门15打开，将通过使转子5旋转进行混炼后的被混炼材料从排出口14向混炼室3的外部取出。而且，在取出被混炼材料取出之后，使吊门15再次向上方摆动而堵塞混炼室3的排出口14，使用浮动重块11将下一批次的被混炼材料从投入口按压到混炼室3内。通过重复这样的批次式的混炼循环，在上述的封闭式混炼装置2中进行混炼。然而，伴随着被混炼材料的混炼而在转子5上产生的轴向负载对支承转子5的轴承(推力轴承)的寿命造成较大的影响。由此，为了判断轴承的寿命而需要精确地测量轴向负载。在作用这样的轴向负载的情况下，在能够同时支承径向负载和轴向负载的轴承上产生外圈16与内圈13之间的位移(相对位移)。本发明人着眼于该相对位移而发现根据相对位移来计算轴向负载的技术。换句话说，在本发明的封闭式混炼装置2中，设置根据能够支承轴向负载的轴承6所产生的相对位移来测量轴向负载的测量装置1。具体来说，在测量装置1中，在对支承轴向负载的轴承6的外圈16进行固定的外圈固定构件17(轴承抑制件)或者安装有外圈固定构件17的外壳18上配备有至少一个以上的位移传感器19。位移传感器19能够测定固定一端侧的轴承6的内圈13的内圈固定构件20或者安装有内圈固定构件20的转子5的位置。换句话说，位移传感器19能够测定内圈13相对于外圈16的沿着轴向的相对位移。另外，在测量装置1上设有负载计算部(未图示)，该负载计算部通过对由位移传感器19测定出的相对位移乘以换算系数来计算向转子5施加的轴向负载。接下来，对构成本发明的测量装置1的位移传感器19以及负载计算部的详情进行说明。位移传感器19设于在轴向上设置的轴承6、7中的、施加轴向负载的一端侧的轴承6，且对该轴承6的外圈16与内圈13之间所产生的沿着轴向的位移进行测量。具体来说，位移传感器19安装于轴承6的外圈16侧的构件，且基于到轴承6的内圈13侧的构件为止的距离而测量相对位移(轴承6的内圈13相对于轴承6的外圈16的偏移量)。安装位移传感器19的“轴承6的外圈16侧的构件”采用在从外侧看不到外圈16的情况下以与外圈16相同的方式固定的构件，例如为固定外圈16的外圈固定构件17或者设有外圈固定构件17的外壳18等。另外，由位移传感器19测量位移的“轴承6的内圈13侧的构件”使用在从外侧看不到内圈13的情况下能够与内圈13一体地沿轴向移动的构件(进行与内圈13相同的动作的构件)，例如为固定内圈13的内圈固定构件20或者安装有内圈固定构件20的转子5等。此外，作为这样的位移传感器19，能够适当使用利用了激光、涡流等的非接触的位移仪等，但也可以使用接触式的位移仪等。需要说明的是，本实施方式的位移传感器19采用如下构造：在从外圈固定构件17的表面朝向驱动侧的相反侧呈突出状地安装的安装构件22的前端设有激光式的位移仪。然后，位移传感器19构成为，通过使用激光来测量转子5的端面(转子5的盖23)的轴向位置，由此对外圈16与内圈13之间的沿着轴向的相对位移进行测量。虽省略图示，负载计算部构成为能够根据由上述的位移传感器19测量出的相对位移来计算向一端侧的轴承6施加的轴向负载。具体来说，在负载计算部中，通过对由位移传感器19测量出的相对位移乘以换算系数，由此计算向一端侧的轴承6施加的轴向负载、换言之转子5所产生的轴向负载。该换算系数是根据负载相对于相对位移像弹簧那样弹性地变化的情况而导出的弹簧常量。换算系数的值能够通过如下方式计算：对转子5的轴给予已知的轴向负载(经由测力传感器而由液压工作缸按压等)，在使转子5旋转的状态下一边测量相对位移一边进行校正。换句话说，若预先得到换算系数的数值并向负载计算部输入换算系数，则能够通过对由位移传感器19测量出的相对位移乘以该换算系数来计算轴向负载。需要说明的是，作为实际的负载计算部，使用利用了数据记录器、存储器等来获取位移传感器19的测量结果并进行计算的个人计算机等。接下来，对使用上述的测量装置1来测量轴向负载的方法、换言之本发明的轴向负载的测量方法进行说明。如图2所示，当使上述的转子5旋转时，沿着轴向扭曲为螺旋状的叶片12对被混炼材料进行混炼。伴随着该混炼，转子5产生轴向负载。如此一来，所产生的轴向负载由在转子5的一端侧配备的轴承6支承。具体来说，在图2的上侧的转子5中，在一端侧的轴承6中，内圈13相对于通过轴向负载的赋予而被固定的外圈16朝向一端侧水平地滑动。内圈13相对于外圈16的滑动量根据轴向负载的大小而发生变化，因此在本发明的测量方法中，利用上述的位移传感器19来测量相对位移，通过对所测量的相对位移乘以换算系数来计算轴向负载。即，在本发明的测量装置1中，在对上述的轴承6的外圈16进行固定的外圈固定构件17上预先安装位移传感器19，使用该位移传感器19来测量对轴承6的内圈13进行固定的内圈固定构件20的轴向位置。如此一来，能够测量轴承6的外圈16与内圈13的间隔、换句话说在轴承6的外圈16与内圈13之间产生的沿着轴向的相对位移。如此一来，由位移传感器19测量出的相对位移的结果被输送至负载计算部。在负载计算部中，通过对相对位移的结果乘以已知的换算系数来计算轴向负载。上述的测量装置1仅包括：在封闭式混炼装置2的转子5的轴承6上安装的多个位移传感器19；以及处理多个位移传感器19的测量结果的负载计算部。因此，尽管装置本身为极其简便的结构，但也能够根据在轴承6的外圈16与内圈13之间产生的相对位移来高精度地测量向转子5施加的轴向负载。另外，若仅在转子5上安装位移传感器19，则无需大幅度地改造装置就能够追加设置于现有的设备，在测量装置1的便利性这方面也是优异的。此外，在上述的测量装置1中定期地测量相对位移，并进行监视以避免相对位移超出管理值的范围，由此也能够观测到轴承6的磨损等异常。这是因为，当轴承6的磨损扩展时，轴承6的间隙(松动)增大，相对位移增大。因此，若观测到相对位移的增加，则能够决定轴承6的适当更换时期。需要说明的是，在上述的测量装置1中，在测量外圈16与内圈13之间的位移并计算负载时，若轴承6存在间隙(松动)，则精度降低。这是因为，在沿轴向负载的作用方向存在轴承6的间隙(轴承6存在松动)的情况下，由于即便是小负载也可能测量出较大的相对位移，因此负载计算部错误判断为产生大负载，从而难以准确地计算轴向负载。然而，在应用了本发明的测量装置1的封闭式混炼装置2中，在混炼过程中，轴承6不会产生松动。这是因为，各转子5的叶片12的扭曲方向相同且旋转方向彼此相反，因此在图3的上侧所示的转子5中，产生从轴向的另一端侧(驱动侧)朝向一端侧(驱动侧的相反侧)的轴向负载，在图3的下侧所示的转子5中，产生从轴向的一端侧(驱动侧的相反侧)朝向另一端侧(驱动侧)的轴向负载。换句话说，各转子5在混炼过程中产生沿着轴向的一方向的轴向负载，因此在图3的上侧所示的转子5中，轴承6的内圈13被压向一端侧(驱动侧的相反侧)，在图3的下侧所示的转子5中，轴承6的内圈13被压向另一端侧(驱动侧)，因此即便轴承6具有间隙，混炼中的轴承6也不会产生松动。因此，在相对位移与轴向负载之间成立线形关系，从而能够准确地计算轴向负载。然而，由上述的位移传感器19测量的相对位移存在如下情况：作为误差而包含转子5的旋转成分(起伏成分)；不排除误差而无法高精度地计算轴向负载。例如，如图4B所示，在旋转的转子5上朝向径向外侧而产生径向负载。因此，在径向负载的作用下使转子5的轴向的中途侧朝向下方挠曲且进行旋转。如此一来，该挠曲成为原因而使转子5相对于水平方向倾斜，转子5的端面(测量面)并非沿着垂直方向，在测量波形中产生与转子5的旋转周期同步的旋转成分。换句话说，在转子5的端面上侧设有位移传感器19的情况、以及在端面下侧设有位移传感器19的情况下，测量值不同，难以测量准确的相对位移。若能够在转子5的端面中央部处测量位移，则旋转成分不会包含于测量值，但通常在端面中央部设置冷却水的供给配管朝向转子5的连接等，因此大多情况下难以在转子5的端面中央部配备位移传感器19。在上述的情况下，优选设置从相对位移中将转子5的旋转成分的影响作为误差进行排除(修正)的以下那样的修正机构(第一修正机构)。即，第一修正机构中，将位移传感器19沿周向等间隔地设有多个(2个以上)，通过使用由多个位移传感器19测量的测量值的平均值来排除旋转成分的影响。换句话说，这些多个位移传感器19配置为，距离各转子5的轴心彼此成为相等距离，且各自在周向上成为相等间隔。例如，在图4A的上部所示的例子中，在转子5的端面的上侧的“测量点1”和下侧的“测量点2”分别设有位移传感器19，在周向上隔开180°的相位差而在一个转子5上配备有两个位移传感器19。另外，在图4A的下部所示的例子中，在转子5的端面的上侧的“测量点1”和下侧的“测量点2”以及“测量点3”设有位移传感器19，在周向上隔开120°的相位差而在一个转子5上配备有三个位移传感器19。如此，若将多个位移传感器19在周向上隔开相等的距离(相位差)进行配备，则隔开相等的相位差而测量由各位移传感器19测量的相对位移的测量结果。因此，若计算所有位移传感器19的测量结果之和，则能够一并抵消并排除各个测量值所含有的旋转成分的影响。换句话说，若求出将由多个位移传感器19测量出的测量值平均后的代表相对位移，则各个测量结果所包含的转子5的旋转成分的影响被抵消，所求出的代表相对位移不包含转子5的旋转成分的影响。因此，即便不进行复杂的算术处理，也能够排除转子5的旋转成分的影响。另一方面，在转子5的端部(位移传感器19的测量面)并非平坦而存在起伏、凹凸的情况下，相对位移的测量结果有时显现其影响。为了排除该影响，优选设置以下那样的修正机构(第二修正机构)。如图2所示，第二修正机构中，在转子5的外周面上粘贴对转子5的旋转状态进行传感检测的标志24(响应部)等，在转子5的外周面的更靠外周侧设置对标志24进行检测的旋转传感器25。然后，在每次由旋转传感器25检测到标志24时设为转子5旋转了一圈，利用位移传感器19来测量由旋转传感器25判断为转子5旋转一圈的相对位移。接下来，利用位移传感器19对被混炼材料的未投入状态下的相对位移的波形和被混炼材料的投入状态下的相对位移的波形进行测量。然后，使用未投入状态下的相对位移的测量波形、与投入状态下的相对位移的测量波形的差分波形，利用负载计算部来计算向转子5施加的轴向负载。该差分波形的计算是在每次测量到旋转一圈量(一个脉冲)的数据时进行的，将计算结果的波形作为修正后的测量值进行输出。在使用上述的第二修正机构而获得的差分波形中，转子5的旋转成分的影响得以消除。因此，判断为即便使用上述的差分波形也能够高精度地测量轴向负载。例如，在图5A所示的相对位移的测量波形中，通过观察材料的投入前明确可知，测量波形周期性发生变动，在测量波形中含有转子5的旋转成分的影响。另一方面，知晓在利用上述的修正机构进行了修正的修正波形(参照图5B)中，测量波形不会周期性发生变动，从测量波形中排除转子5的旋转成分的影响。上述的第一修正机构以及第二修正机构对于在轴向的长度长且容易产生伴随着旋转的挠曲那样的封闭式混炼装置2中测量轴向负载的情况尤为有用。另外，在上述的测量装置1中，向衬套构造的内部组装有位移传感器19(向具有衬套构造的轴承6的径向内侧组装有位移传感器19)，因此能够进一步减小挠曲的影响。需要说明的是，本次公开的实施方式的全部点皆为例示，应认为并非是限定性内容。尤其是在本次公开的实施方式中，作为未明确公开的事项、例如运转条件或操作条件、各种参数、构成物的尺寸、重量、体积等，采用在不脱离本领域技术人员通常实施的范围内只要是普通的本领域技术人员就能够容易假定的值。本申请是基于在2013年12月20日申请的日本专利申请2013-263891号而主张优先权，并将其内容援引于此。附图标记说明：1轴向负载的测量装置2封闭式混炼装置3混炼室4壳体5转子6一端侧的轴承7另一端侧的轴承8开口部9材料导入路10料斗11浮动重块12叶片13内圈14排出口15吊门16外圈17外圈固定构件18外壳19位移传感器20内圈固定构件22安装构件23转子的盖24标志(响应部)25旋转传感器