JP7764818B2 - Kneading device and kneading method - Google Patents
Kneading device and kneading methodInfo
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Description
本発明は、混練装置及び混練方法に関する。 The present invention relates to a kneading device and a kneading method.
例えば、架橋前のゴムやプラスチックなどの粘性を有する樹脂を、バッチ式混練機ニーダーなどの混練装置により、各種添加剤や配合剤(フィラー)と混ぜ合わせる(混練する)ことで、目的の材料を製造することが行われている。 For example, the desired material is produced by mixing (kneading) viscous resins such as pre-crosslinked rubber or plastic with various additives and compounding agents (fillers) using a kneading device such as a batch mixer/kneader.
特許文献1では、混練物の流動解析について開示されている。 Patent Document 1 discloses flow analysis of kneaded materials.
ところで、混練条件を適切に制御しないと、混練がうまくいかずに混練が失敗してしまう場合があった。 However, if the mixing conditions are not properly controlled, the mixing may not go well and may even fail.
そこで、本発明は、混練の失敗を抑制可能な混練装置及び混練方法を提供することを目的とする。 The present invention therefore aims to provide a kneading device and kneading method that can reduce kneading failures.
本発明は、上記課題を解決することを目的として、樹脂とフィラーとを混ぜ合わせて混練物を得る混練装置であって、前記混練物の温度を検出可能な温度センサ、及びローター回転数を検出可能な回転センサを有する混練機と、前記混練機を制御する混練機制御部と、を備え、前記混練機制御部は、前記温度センサで検出した前記混練物の温度、及び、前記回転センサで検出したローター回転数を基に、前記混練物の引張強さを推定する引張強さ推定処理部と、前記引張強さ推定処理部が推定した引張強さと、予め設定した混練開始からの前記混練物の引張強さの時間変化の目標値である目標引張強さとの偏差が小さくなるように、前記混練機の混練条件を制御する混練条件制御処理部と、を有する、混練装置を提供する。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a kneading device that mixes a resin and a filler to obtain a kneaded product, comprising a kneader having a temperature sensor that can detect the temperature of the kneaded product and a rotation sensor that can detect the rotor rotation speed, and a kneader control unit that controls the kneader. The kneader control unit has a tensile strength estimation processing unit that estimates the tensile strength of the kneaded product based on the temperature of the kneaded product detected by the temperature sensor and the rotor rotation speed detected by the rotation sensor, and a kneading condition control processing unit that controls the kneading conditions of the kneader so as to minimize the deviation between the tensile strength estimated by the tensile strength estimation processing unit and a target tensile strength, which is a preset target value for the change in tensile strength of the kneaded product over time from the start of kneading.
また、本発明は、上記課題を解決することを目的として、樹脂とフィラーとを混ぜ合わせて混練物を得る混練方法であって、前記混練物の温度を検出可能な温度センサ、及びローター回転数を検出可能な回転センサを有する混練機を用い、前記温度センサで検出した前記混練物の温度、及び、前記回転センサで検出したローター回転数を基に、前記混練物の引張強さを推定し、推定した引張強さと、予め設定した混練開始からの前記混練物の引張強さの時間変化の目標値である目標引張強さとの偏差が小さくなるように、前記混練機の混練条件を制御する、混練方法を提供する。 The present invention also aims to solve the above-mentioned problems by providing a kneading method for mixing a resin and a filler to obtain a kneaded product, which uses a kneading machine having a temperature sensor capable of detecting the temperature of the kneaded product and a rotation sensor capable of detecting the rotor rotation speed, estimates the tensile strength of the kneaded product based on the temperature of the kneaded product detected by the temperature sensor and the rotor rotation speed detected by the rotation sensor, and controls the kneading conditions of the kneading machine so as to minimize the deviation between the estimated tensile strength and a target tensile strength, which is a preset target value for the change in tensile strength of the kneaded product over time from the start of kneading.
本発明によれば、混練の失敗を抑制可能な混練装置及び混練方法を提供できる。 The present invention provides a kneading device and kneading method that can reduce kneading failures.
[実施の形態]
以下、本発明の実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
[Embodiment]
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1は、本実施の形態に係る混練装置1の概略構成図である。図1に示すように、本実施の形態に係る混練装置1は、樹脂とフィラーとをローターで混ぜ合わせて混練物を得る装置であって、混練機10と、混練機10を制御する混練機制御部11と、を備えている。 Figure 1 is a schematic diagram of a kneading device 1 according to this embodiment. As shown in Figure 1, the kneading device 1 according to this embodiment is an apparatus that mixes resin and filler with a rotor to obtain a kneaded product, and includes a kneader 10 and a kneader control unit 11 that controls the kneader 10.
混練機10は、例えば、バッチ式混練機であり、混練室内で回転するローターにより樹脂とフィラーとを混ぜ合わせるように構成されている。混練機10は、混練物の温度とローターの回転数であるローター回転数とを設定可能に構成されており、混練物の温度とローター回転数の設定値に応じて駆動されるように構成されている。 The kneader 10 is, for example, a batch kneader, and is configured to mix the resin and filler using a rotor that rotates within a kneading chamber. The kneader 10 is configured so that the temperature of the kneaded material and the rotor rotation speed, which is the rotation speed of the rotor, can be set, and is configured to be driven according to the set values of the temperature of the kneaded material and the rotor rotation speed.
また、混練機10は、混練物の温度を検出可能な温度センサ101と、ローター回転数を検出可能な回転センサ102と、を有している。なお、混練物の温度は、混練室の温度で代用することができる。本実施の形態では、温度センサ101として、混練室の温度を検出するセンサを用いた。 The kneading machine 10 also has a temperature sensor 101 that can detect the temperature of the material to be kneaded, and a rotation sensor 102 that can detect the rotor rotation speed. The temperature of the material to be kneaded can be substituted by the temperature of the kneading chamber. In this embodiment, a sensor that detects the temperature of the kneading chamber is used as the temperature sensor 101.
混練機制御部11は、制御部2と、記憶部3と、表示器4と、入力装置5と、を有している。本実施の形態では、混練機制御部11は、パーソナルコンピュータにより構成されている。 The mixer control unit 11 has a control unit 2, a memory unit 3, a display unit 4, and an input device 5. In this embodiment, the mixer control unit 11 is configured as a personal computer.
制御部2は、CPU等の演算素子、メモリ、インターフェイス、ソフトウェア、記憶装置等を適宜組み合わせて実現されている。本実施の形態では、制御部2は、設定処理部21、データ取得処理部22、関係導出処理部23、引張強さ推定処理部24、混練条件制御処理部25、及び混練失敗判定処理部26を有している。各部の詳細については後述する。 The control unit 2 is realized by appropriately combining a CPU or other computing element, memory, interface, software, storage device, etc. In this embodiment, the control unit 2 has a setting processing unit 21, a data acquisition processing unit 22, a relationship derivation processing unit 23, a tensile strength estimation processing unit 24, a kneading condition control processing unit 25, and a kneading failure determination processing unit 26. Details of each unit will be described later.
記憶部3は、メモリや記憶装置の所定の記憶領域により実現されている。表示器4は、例えば液晶ディスプレイ等であり、入力装置5は、例えばキーボードやマウス等である。なお、表示器4をタッチパネルで構成し、表示器4が入力装置5を兼ねる構成としてもよい。また、表示器4や入力装置5は、混練機制御部11と別体に構成され、無線通信等により混練機制御部11と相互に通信可能に構成されていてもよい。この場合、表示器4または入力装置5は、タブレットやスマートフォン等の携帯端末で構成されていてもよい。 The storage unit 3 is realized by a predetermined storage area of a memory or storage device. The display unit 4 is, for example, an LCD display, and the input device 5 is, for example, a keyboard or a mouse. The display unit 4 may be configured as a touch panel and also serve as the input device 5. The display unit 4 and input device 5 may also be configured separately from the mixer control unit 11 and configured to be able to communicate with the mixer control unit 11 via wireless communication or the like. In this case, the display unit 4 or input device 5 may be configured as a mobile terminal such as a tablet or smartphone.
(混練する材料について)
詳細は後述するが、本実施の形態では、混練が進むにつれて、流動材料である樹脂中に、粉末状の充填剤が徐々に分散し、均一な混練物となっていく様子を定式化している。そのため、本実施の形態は、基本的に、樹脂(ポリマ)と、粉末状の充填剤(フィラー)とを混ぜ合わせる場合を想定している。
(Materials to be mixed)
Although details will be described later, this embodiment formulates a process in which, as the kneading proceeds, the powdered filler gradually disperses in the resin, which is a fluid material, to form a uniform kneaded product. Therefore, this embodiment basically assumes the case in which a resin (polymer) and a powdered filler are mixed together.
なお、本発明者らの検討結果によれば、フィラーとして難燃剤を主成分とする材料を用いた場合に、より良好な混練結果が得られることが分かった。つまり、本発明は、フィラーとして難燃剤を主成分とする材料を用いた場合に、特に有効であるといえる。難燃剤としては、例えば、酸化アンチモン、水酸化アルミ、水酸化マグネシウム、硼酸亜鉛などが挙げられる。 Furthermore, according to the results of the inventors' research, better mixing results can be obtained when a material whose main component is a flame retardant is used as the filler. In other words, the present invention is particularly effective when a material whose main component is a flame retardant is used as the filler. Examples of flame retardants include antimony oxide, aluminum hydroxide, magnesium hydroxide, and zinc borate.
また、本発明者らの検討結果によれば、100質量部の樹脂(プラスチック材料)に対して150質量部以上300質量部以下のフィラーを用いた場合に、より良好な混練結果が得られることが分かった。つまり、本発明は、100質量部の樹脂に対して150質量部以上300質量部以下のフィラーを用いる場合に、特に有効であるといえる。 Furthermore, according to the results of the inventors' research, it was found that better mixing results can be obtained when 150 to 300 parts by mass of filler are used per 100 parts by mass of resin (plastic material). In other words, the present invention is particularly effective when 150 to 300 parts by mass of filler are used per 100 parts by mass of resin.
なお、混練に用いる材料として、トリメチロールプロパントアクリルレート(TMPT)などの架橋助剤を含めるようにしてもよい。 The materials used for kneading may also include a cross-linking aid such as trimethylolpropane acrylate (TMPT).
(混練の進み具合の指標となるパラメータについて)
本発明者らが検討した結果、混練の進み具合と、混練物の引張強さとは、非常に強い相関を有していることを見出した。例えば、混練が進んでいない状態では、樹脂と粉末(フィラー)とがまだらに混ざっている状態となるため、混練物の引張強さが小さくなる。また、混練が進むと粉末(フィラー)が細かく砕かれて粉末(フィラー)と樹脂との接触面積が大きくなり、混練物の引張強さが大きくなる。そして、混練により樹脂中に粉末(フィラー)が完全に均一に分散すると、引張強さは最大値となり飽和する。そこで、本実施の形態では、混練の進み具合の指標となるパラメータとして、混練物の引張強さを用いた。
(Parameters that serve as indicators of the progress of kneading)
As a result of investigations, the inventors of the present invention have found that there is a very strong correlation between the degree of kneading and the tensile strength of the kneaded product. For example, when kneading is not progressing, the resin and powder (filler) are mixed in a mottled state, resulting in a low tensile strength of the kneaded product. Furthermore, as kneading progresses, the powder (filler) is crushed into smaller pieces, increasing the contact area between the powder (filler) and the resin, and increasing the tensile strength of the kneaded product. When the powder (filler) is completely and uniformly dispersed in the resin through kneading, the tensile strength reaches its maximum value and saturates. Therefore, in this embodiment, the tensile strength of the kneaded product is used as a parameter that serves as an indicator of the degree of kneading.
図2に示すように、混練は、混入プロセスと分散プロセスの2段階に分けて考えることができる。混入プロセスでは、混練機10の予熱の後、樹脂(ポリマ)のみを投入し溶融させる。その後、粉末状のフィラーを2回に分けて投入し、所定温度または所定時間まで攪拌し、樹脂とフィラーとを一体化させる。その後の分散プロセスでは、混合物を均一になるまで混練する。すると、フィラーが細かく解砕され樹脂内に分散していき、樹脂内にフィラーが均一に分布する。 As shown in Figure 2, kneading can be divided into two stages: the mixing process and the dispersion process. In the mixing process, after preheating the kneader 10, only the resin (polymer) is added and melted. Then, powdered filler is added in two batches and stirred until a predetermined temperature or time is reached, integrating the resin and filler. In the subsequent dispersion process, the mixture is kneaded until it becomes uniform. The filler is then finely crushed and dispersed within the resin, resulting in a uniform distribution of the filler within the resin.
本実施の形態では、上記の2段階のプロセスのうち、分散プロセスにおける混練の進み具合(すなわちフィラーが樹脂中にどの程度均一に分散したか)を、混練物の引張強さの変化から推定する。 In this embodiment, the progress of the kneading in the dispersion process (i.e., how uniformly the filler is dispersed in the resin) is estimated from changes in the tensile strength of the kneaded product.
(混練物の引張強さの定式化)
本発明者らは、熱流体力学と構造力学とをベースに、混練物の引張強さの定式化を行った。より具体的には、本実施の形態では、[数1]に示す式(1)により、引張強さSを演算する。以下、この式(1)の導出について述べる。
(Formulation of tensile strength of kneaded material)
The inventors have formulated the tensile strength of a kneaded material based on thermo-fluid dynamics and structural mechanics. More specifically, in this embodiment, the tensile strength S is calculated by equation (1) shown in [Mathematical Expression 1]. The derivation of this equation (1) will be described below.
分散プロセスにおいて、フィラーリッチ相のドメインサイズLは、流体(樹脂)から受ける力Fにより小さくなる。そのため、フィラーのドメインサイズの減少量ΔLが、流体から受ける力Fに比例するとする。なお、フィラーリッチ相とは、フィラー(金属粉末)を10%以上含む領域を意味しており、EDX等の分析により得ることができる。また、フィラーリッチ相のドメインサイズLとは、フィラーリッチ相の特徴的な長さであり、例えばフィラーリッチ相の最大幅である。また、フィラーのドメインサイズの減少量ΔLとは、混練時間ΔtあたりのドメインサイズLの減少量を意味する。 During the dispersion process, the domain size L of the filler-rich phase becomes smaller due to the force F applied by the fluid (resin). Therefore, the amount of reduction in filler domain size ΔL is assumed to be proportional to the force F applied by the fluid. The filler-rich phase refers to a region containing 10% or more filler (metal powder), and can be obtained by analysis such as EDX. The domain size L of the filler-rich phase is the characteristic length of the filler-rich phase, such as the maximum width of the filler-rich phase. The amount of reduction in filler domain size ΔL refers to the amount of reduction in domain size L per kneading time Δt.
ここで、力Fは、せん断応力τとドメインサイズLの二乗との積に比例することが知られている。そして、せん断応力τは、材料粘度ηとせん断速度γとの積で表される。また、混練が進むとドメインサイズLが減少していくが、ドメインサイズLが小さくなることには限界があり、最小ドメインサイズLminに収束すると考えることができる。以上をまとめると、ドメインサイズの変化量dL(t)/dtは、[数2]に示す式(2)で表すことができる。 Here, it is known that the force F is proportional to the product of the shear stress τ and the square of the domain size L. The shear stress τ is expressed as the product of the material viscosity η and the shear rate γ. As the kneading progresses, the domain size L decreases, but there is a limit to how small the domain size L can be, and it can be considered that it converges to a minimum domain size L min . In summary, the change in domain size dL(t)/dt can be expressed by equation (2) shown in [Mathematical Expression 2].
ここで、混練物の引張強さSが、フィラーリッチ相のドメインの表面積(L2の関数)に比例し、そのドメインの体積(L3の関数)に反比例すると仮定する。すると、下式(3)のように、混練物の引張強さSはドメインサイズL(t)に反比例することになる。なお、aは定数である。
S(t)=a/{L(t)} ・・・(3)
上式(3)に示されるように、フィラーが均一に分配・分散してドメインサイズが小さくなるほど、混練物の引張強さSが大きくなる。ドメインサイズが最小ドメインサイズLminであるときの混練物の引張強さSを、混練物の最大引張強さSmaxとすると、下式(4)の関係が得られる。
Smax=a/Lmin ・・・(4)
これら式(3),(4)の関係を上式(2)に代入すると、[数3]に示す式(5)が得られる。
Here, it is assumed that the tensile strength S of the kneaded material is proportional to the surface area of the domain of the filler-rich phase (a function of L2 ) and inversely proportional to the volume of the domain (a function of L3 ). Then, as shown in the following formula (3), the tensile strength S of the kneaded material is inversely proportional to the domain size L(t), where a is a constant.
S(t)=a/{L(t)}...(3)
As shown in the above formula (3), the more uniformly the filler is distributed and dispersed and the smaller the domain size, the greater the tensile strength S of the kneaded product. If the tensile strength S of the kneaded product when the domain size is the minimum domain size L min is defined as the maximum tensile strength S max of the kneaded product, the relationship of the following formula (4) is obtained.
S max =a/L min ...(4)
By substituting the relationship between these equations (3) and (4) into the above equation (2), the equation (5) shown in [Equation 3] is obtained.
ここで、上式(5)中の材料粘度ηは、[数4]に示す式(6)で表される。なお、材料粘度ηの計算の際には、材料の流動として非ニュートン性を考慮し、べき乗則を用いている。さらに、せん断速度γとローター回転数との関係は、[数5]に示す式(7)で表すことができる。なお、式(7)中のせん断速度係数kは、混練機10の形状等(混練室及びローターの形状、混練室とローターとのクリアランス等)に依存する係数であり、予め実験を行い求めておくことができる。 Here, the material viscosity η in equation (5) above is expressed by equation (6) shown in [Equation 4]. When calculating material viscosity η, the power law is used, taking into account the non-Newtonian nature of the material's flow. Furthermore, the relationship between shear rate γ and rotor rotation speed can be expressed by equation (7) shown in [Equation 5]. The shear rate coefficient k in equation (7) is a coefficient that depends on the shape of the kneading machine 10 (shape of the kneading chamber and rotor, clearance between the kneading chamber and rotor, etc.), and can be determined in advance by conducting experiments.
これら式(6),(7)を上式(5)に代入して整理すると、[数6]に示す式(1)が得られる。 Substituting these equations (6) and (7) into equation (5) above and rearranging, we obtain equation (1) shown in [Equation 6].
上式(1)中の係数Aは、予め、混練条件を変更して混練物を製造する試験製造を行い、得られた各種データを用いてフィッティングを行うことで決定される。この際、粘度定数η0、温度係数α、及びべき乗指数nは、キャピラリーレオメータ等を用いた混練物の粘度測定により得ることができる(べき乗指数nは、実験・経験から固定値になる場合がある)。また、混練物の温度Tについては実測により求めてもよいし、熱流体力学の方程式を解くことにより求めてもよい。そして、混練物の引張強さSについては、混練物の一部を取り出してシート状に成形し引張試験を行うことで得ることができる。十分に混練を行った後に得られる最も大きい引張強さSが、最大引張強さSmaxとなる。 The coefficient A in the above formula (1) is determined in advance by carrying out test production of a kneaded product under different kneading conditions, and performing fitting using the various data obtained. In this case, the viscosity constant η 0 , temperature coefficient α, and power exponent n can be obtained by measuring the viscosity of the kneaded product using a capillary rheometer or the like (the power exponent n may be a fixed value based on experiments or experience). The temperature T of the kneaded product may be obtained by actual measurement, or by solving a thermo-fluid dynamics equation. The tensile strength S of the kneaded product can be obtained by taking a portion of the kneaded product, forming it into a sheet, and performing a tensile test. The largest tensile strength S obtained after sufficient kneading is the maximum tensile strength S max .
フィッティングにより係数Aを予め求めておくことで、上式(1)を用いて、ローター回転数Nと混練物の温度Tの実測値と、引張強さSの初期値とに基づいて現在の混練物の引張強さSを求め、混練の進み具合を推定することが可能になる。 By determining coefficient A in advance through fitting, it is possible to use the above equation (1) to determine the current tensile strength S of the kneaded material based on the actual measured values of rotor rotation speed N and temperature T of the kneaded material, and the initial value of tensile strength S, and to estimate the progress of kneading.
図3は、引張強さSの実測値(黒丸)と、上式(1)により求めた引張強さSの計算値(実線)とをあわせて示したグラフ図である。図3の例では、樹脂としてのエチレン酢酸ビニル100質量部に対し、フィラーとしての水酸化マグネシウム200質量部を用い、混練機10としては混合量6リットルの小型混練機に2翼ローターを取り付けたものを用いた。混練の際には、まず樹脂のみを混練して溶融させ、その後、2回に分けてフィラーを投入して予備攪拌を行い、混練物の温度Tが100℃になったところで予備攪拌を終了した。その後、所定のローター回転数Nに設定して混練物の温度Tが150℃になるまで混練を実施した。 Figure 3 is a graph showing both the measured values of tensile strength S (black circles) and the calculated values of tensile strength S (solid line) obtained using equation (1) above. In the example shown in Figure 3, 100 parts by mass of ethylene vinyl acetate was used as the resin, and 200 parts by mass of magnesium hydroxide was used as the filler. The kneading machine 10 was a small kneader with a mixing capacity of 6 liters and a two-blade rotor. During kneading, the resin alone was first kneaded and melted, and then the filler was added in two batches and pre-mixed. Pre-mixing was terminated when the temperature T of the kneaded product reached 100°C. The rotor rotation speed N was then set to a predetermined value, and kneading was continued until the temperature T of the kneaded product reached 150°C.
そして、混練物の温度Tが90℃,100℃,110℃,120℃,130℃,140℃,及び150℃のときに混練室から混練物のサンプルを取得し、取得したサンプルをプレスしてシート形状にし、7〔Mrad〕の線量で電子線を照射して高分子を架橋した後、シート形状(1mm厚)のサンプルを6号ダンベルの形状に打ち抜いて引張試験(引張速度:250mm/min)を実施し、引張強さSを実測した。 Samples of the kneaded material were then taken from the kneading chamber when the temperature T of the kneaded material was 90°C, 100°C, 110°C, 120°C, 130°C, 140°C, and 150°C. The samples were pressed into sheets and irradiated with an electron beam at a dose of 7 Mrad to crosslink the polymer. The sheet samples (1 mm thick) were then punched into the shape of a No. 6 dumbbell and subjected to a tensile test (tensile speed: 250 mm/min) to measure the tensile strength S.
図3に示すように、引張強さSの実測値と計算値とはよく一致しており、上式(1)で引張強さSを精度よく評価できているといえる。より具体的には、引張強さSの実測値と計算値との相関の大きさを示す決定係数(相関係数)の二乗値R2は、0.995と非常に大きい値となった。なお、図3では、従来用いられてきたせん断応力の時間積分値(破線)も併せて示しているが、引張強さSの実測値に対する決定係数(相関係数)の二乗値R2は0.598と小さかった。このことから、本実施の形態では、従来法と比較して、引張強さSを精度よく評価できているといえる。また、図3に示されるように、引張強さSは混練が進むにつれて飽和しており、引張強さSがその最大値にどの程度近づいたかによって、混練の進み具合を推定できることが分かる。 As shown in FIG. 3, the measured and calculated values of tensile strength S closely match, indicating that the tensile strength S can be accurately evaluated using the above formula (1). More specifically, the squared value R2 of the coefficient of determination (correlation coefficient), which indicates the magnitude of correlation between the measured and calculated values of tensile strength S, was a very large value of 0.995. Note that FIG. 3 also shows the time-integrated value of shear stress (dashed line), which has been conventionally used, and the squared value R2 of the coefficient of determination (correlation coefficient) for the measured value of tensile strength S was a small value of 0.598. From this, it can be said that the present embodiment can evaluate the tensile strength S with higher accuracy than the conventional method. Furthermore, as shown in FIG. 3, the tensile strength S saturates as the kneading progresses, and it can be seen that the progress of kneading can be estimated based on how close the tensile strength S is to its maximum value.
(設定処理部21)
図1に戻り、制御部2の各部について詳細に説明する。設定処理部21は、混練機制御部11の各種設定を行うための設定処理を行うものである。設定処理部21では、例えば、データ取得処理部22によるデータ取得の方法やデータ取得日時の設定等、各種制御に係る情報の設定を行うことができる。また、設定処理部21では、記憶部3に記憶する各種情報の登録・更新・削除等が可能である。各種情報の入力には、入力装置5等を用いることができる。
(Setting processing unit 21)
Returning to Fig. 1, each part of the control unit 2 will be described in detail. The setting processing unit 21 performs setting processing for making various settings of the mixer control unit 11. The setting processing unit 21 can set information related to various controls, such as the method of data acquisition by the data acquisition processing unit 22 and the setting of the data acquisition date and time. The setting processing unit 21 can also register, update, delete, etc., various pieces of information stored in the memory unit 3. The input device 5, etc. can be used to input various pieces of information.
(データ取得処理部22)
データ取得処理部22は、試験製造で得た各種データ(まとめて試験製造データという場合がある)を取得し記憶部3に記憶する試験製造データ取得処理(図5(a)参照)を行う。データ取得処理部22は、取得した各種データをサンプル毎に関連付けて試験製造データベース31に登録する。本実施の形態では、ローター回転数Nを含む混練条件に関するデータである混練条件データ61、混練物の温度Tを含む温度に関するデータである温度データ62、粘度定数η0、温度係数α、べき乗指数n等を含む粘度に関するデータである粘度データ63、引張強さS及びその最大値Smaxを含む引張強さデータ64が、データ取得処理部22によって取得される。これら各種データは、入力装置5により入力されてもよいし、ネットワーク等を介して外部装置から入力されてもよく、一部のデータは混練機10から直接取得されてもよい。なお、データ取得処理部22は、上記以外のデータを受信してもよく、試験製造データベース31には上記以外のデータが含まれていてもよい。また、データ取得処理部22は、各種データ中で欠損しているデータを表示器4に表示するなど、欠損しているデータを提示する機能を有していてもよい。
(Data acquisition processing unit 22)
The data acquisition processing unit 22 performs a test production data acquisition process (see FIG. 5( a) ) to acquire various data obtained in the test production (sometimes collectively referred to as test production data) and store them in the storage unit 3. The data acquisition processing unit 22 associates the acquired various data with each sample and registers them in the test production database 31. In this embodiment, the data acquisition processing unit 22 acquires kneading condition data 61, which is data related to the kneading conditions including the rotor rotation speed N; temperature data 62, which is data related to the temperature including the temperature T of the kneaded material; viscosity data 63, which is data related to the viscosity including the viscosity constant η 0 , the temperature coefficient α , the power exponent n, etc.; and tensile strength data 64, which is data related to the tensile strength S and its maximum value S max. These various data may be input via the input device 5 or may be input from an external device via a network or the like. Some of the data may be acquired directly from the kneading machine 10. The data acquisition processing unit 22 may receive data other than those described above, and the test production database 31 may include data other than those described above. The data acquisition processing unit 22 may also have a function of presenting missing data, such as displaying missing data among various data on the display device 4 .
また、データ取得処理部22は、初期値データ33、目標引張強さデータ34、及び失敗判定閾値データ35を含むデータを受信する前提条件データ取得処理(図5(c)参照)を行う。これらのデータは、後述する引張強さ推定処理や混練条件制御処理の前提条件となるデータであるため、まとめて前提条件データという場合がある。ここで、初期値データ33とは、混練物の温度Tとローター回転数Nの設定値、及び混練物の引張強さSの初期値のデータである。また、目標引張強さデータ34とは、予め設定した混練開始からの混練物の引張強さSの時間変化の目標値である目標引張強さSiのデータであり、後述する混練条件制御処理部25で用いられる。そして、失敗判定閾値データ35とは、引張強さSと目標引張強さSiとの偏差ΔSの許容値である失敗判定閾値のデータであり、後述する混練失敗判定処理部26で混練が失敗したか否かの判定に用いられる。 The data acquisition processing unit 22 also performs a prerequisite data acquisition process (see FIG. 5(c)) that receives data including initial value data 33, target tensile strength data 34, and failure judgment threshold data 35. These data are prerequisites for the tensile strength estimation process and kneading condition control process described below, and are therefore sometimes collectively referred to as prerequisite data. Here, the initial value data 33 refers to the set values for the temperature T of the kneaded material, the rotor rotation speed N, and the initial value of the tensile strength S of the kneaded material. The target tensile strength data 34 refers to the target tensile strength Si, which is a preset target value for the change in the tensile strength S of the kneaded material over time from the start of kneading, and is used by the kneading condition control processing unit 25 described below. The failure judgment threshold data 35 refers to the failure judgment threshold, which is the allowable value for the deviation ΔS between the tensile strength S and the target tensile strength Si, and is used by the kneading failure judgment processing unit 26 described below to determine whether kneading has failed.
(関係導出処理部23)
関係導出処理部23は、試験製造で得た実測値、すなわち試験製造データベース31に登録された各種データを基に、混練条件と、混練物の引張強さSの変化との関係を求める関係導出処理(図5(b)参照)を行う。
(Relationship derivation processing unit 23)
The relationship derivation processing unit 23 performs a relationship derivation process (see FIG. 5( b)) to determine the relationship between the kneading conditions and the change in tensile strength S of the kneaded product based on the actual measurement values obtained in the test production, i.e., the various data registered in the test production database 31.
より具体的には、関係導出処理部23は、上式(1)に試験製造データベース31の各データを適用して、式(1)における係数Aを導出する。得られた係数Aは、係数データ32として記憶部3に記憶される。 More specifically, the relationship derivation processing unit 23 applies each piece of data in the test manufacturing database 31 to the above equation (1) to derive the coefficient A in equation (1). The obtained coefficient A is stored in the memory unit 3 as coefficient data 32.
(引張強さ推定処理部24)
引張強さ推定処理部24は、混練時に温度センサ101で検出した混練物の温度T、及び、回転センサ102で検出したローター回転数Nを基に、現時点での混練物の引張強Sさを推定する引張強さ推定処理(図6(a)参照)を行う。引張強さ推定処理では、実際に混練を行う際の混練物の温度T及びローター回転数Nの実測値を用いて、現時点での混練物の引張強さSを上式(1)によりリアルタイムで求める。混練物の温度T及びローター回転数Nの実測値は、実測を行った時間(すなわち、混練時間)と共に、実測データ36として記憶部3に記憶される。そして、引張強さ推定処理で求めた引張強さSは、混練時間と共に、推定引張強さデータ37として記憶部3に記憶される。なお、「現時点」とは、現在の混練時間tの時点を意味している。また、混練物の温度T及びローター回転数Nの測定間隔、すなわち、引張強さSを推定する時間間隔は、例えば、10秒以上20秒以下であるとよい。
(Tensile strength estimation processing unit 24)
The tensile strength estimation processing unit 24 performs a tensile strength estimation process (see FIG. 6( a)) to estimate the tensile strength S of the kneaded material at the current time based on the temperature T of the kneaded material detected by the temperature sensor 101 during kneading and the rotor rotation speed N detected by the rotation sensor 102. In the tensile strength estimation process, the tensile strength S of the kneaded material at the current time is calculated in real time by the above formula (1) using the actual measured values of the temperature T of the kneaded material and the rotor rotation speed N when kneading is actually performed. The actual measured values of the temperature T of the kneaded material and the rotor rotation speed N, together with the time at which the actual measurements were performed (i.e., the kneading time), are stored in the memory unit 3 as actual measurement data 36. The tensile strength S calculated in the tensile strength estimation process is stored in the memory unit 3 together with the kneading time as estimated tensile strength data 37. Note that the "current time" means the time point of the current kneading time t. The measurement intervals for the temperature T of the kneaded material and the rotor rotation speed N, that is, the time intervals for estimating the tensile strength S, may be, for example, 10 seconds or more and 20 seconds or less.
(混練条件制御処理部25)
混練条件制御処理部25は、予め設定した目標引張強さSi(本実施の形態では、目標引張強さデータ34として記憶部3に記憶されている)を基に、現時点での目標引張強さSiと、引張強さ推定処理部24が推定した現時点での混練物の引張強さSとの偏差ΔSを求め、当該偏差ΔSが小さくなるように、混練機10の混練条件を制御する混練条件制御処理(図6(b)参照)を行う。偏差ΔSは、引張強さ推定処理部24で得られた現時点での引張強さSと、現時点での目標引張強さSiとの差分の絶対値である。本実施の形態では、混練条件制御処理部25は、混練条件として混練物の温度Tとローター回転数Nの設定値を制御する。
(Kneading condition control processing unit 25)
The kneading condition control processing unit 25 calculates a deviation ΔS between the current target tensile strength Si and the tensile strength S of the kneaded product estimated by the tensile strength estimation processing unit 24 based on a preset target tensile strength Si (stored in the storage unit 3 as target tensile strength data 34 in this embodiment), and performs a kneading condition control process (see FIG. 6( b)) to control the kneading conditions of the kneader 10 so as to reduce the deviation ΔS. The deviation ΔS is the absolute value of the difference between the current tensile strength S obtained by the tensile strength estimation processing unit 24 and the current target tensile strength Si. In this embodiment, the kneading condition control processing unit 25 controls the set values of the temperature T of the kneaded product and the rotor rotation speed N as the kneading conditions.
本実施の形態では、混練条件制御処理部25は、偏差ΔSが予め設定された偏差閾値ΔSth以下であるときは現状の混練条件を維持し、偏差ΔSが偏差閾値ΔSthよりも大きいときに、偏差ΔSが小さくなるように混練機10の混練条件を制御するように構成されている。これは、混練条件(混練物の温度T及びローター回転数Nの設定値)を変更した際の応答が比較的遅いために、細かく制御し過ぎると、逆に混練物の引張強さSが目標引張強さSiから大きく離れてしまうおそれがあるためである。なお、混練物の温度Tの設定値の変更は特に応答が遅くなる(混練物の実際の温度が設定値(温度T)通りになるまでに時間が掛かる)ため、ローター回転数Nの設定値を優先して制御するよう混練条件制御処理部25を構成することが望ましい。 In this embodiment, the kneading condition control processing unit 25 is configured to maintain the current kneading conditions when the deviation ΔS is equal to or smaller than a preset deviation threshold ΔS th , and to control the kneading conditions of the kneader 10 so as to reduce the deviation ΔS when the deviation ΔS is greater than the deviation threshold ΔS th . This is because the response when the kneading conditions (the set values of the temperature T of the kneaded material and the rotor rotation speed N) are changed is relatively slow, and therefore, if the kneading conditions are controlled too precisely, the tensile strength S of the kneaded material may deviate significantly from the target tensile strength Si. Note that the response is particularly slow when the set value of the temperature T of the kneaded material is changed (it takes time for the actual temperature of the kneaded material to match the set value (temperature T)), so it is desirable to configure the kneading condition control processing unit 25 to control the set value of the rotor rotation speed N with priority.
混練条件制御処理部25は、PID制御により混練条件(混練物の温度Tとローター回転数Nの設定値)を制御してもよい。PID制御は、P(比例制御),I(積分制御),D(微分制御)を組み合わせた制御であり、目標引張強さSiを基準とした引張強さSの振動やオーバーシュートなどを抑制し、高速で安定した制御が可能である。 The kneading condition control processing unit 25 may control the kneading conditions (set values for the temperature T of the kneaded material and the rotor rotation speed N) using PID control. PID control is a combination of P (proportional control), I (integral control), and D (differential control), and suppresses vibrations and overshoots of the tensile strength S relative to the target tensile strength Si, enabling high-speed, stable control.
なお、混練物の温度Tの設定値を大きくしすぎたり、ローター回転数Nの設定値を大きくし過ぎたりすると、混練機10のヒーターやローターへの負担が増大して寿命が短くなってしまうことも考えられる。そのため、混練物の温度Tとローター回転数Nの設定値に許容可能な最大値を設け、最大値よりも小さい値のみ設定可能としてもよい。すなわち、混練物の温度Tとローター回転数Nの設定値について、設定可能な数値範囲を予め設定しておいてもよい。混練条件制御処理部25は、PID制御等により決定した混練物の温度Tとローター回転数Nの設定値を、設定値データ38として記憶部3に記憶すると共に、混練機10に出力して混練機10の制御を行う。 Incidentally, if the set value of the kneaded material temperature T or the set value of the rotor rotation speed N is set too high, it is possible that the load on the heater and rotor of the kneader 10 will increase, shortening their lifespan. For this reason, maximum allowable values may be set for the set values of the kneaded material temperature T and the rotor rotation speed N, and only values smaller than the maximum values may be set. In other words, a settable numerical range may be set in advance for the set values of the kneaded material temperature T and the rotor rotation speed N. The kneading condition control processing unit 25 stores the set values of the kneaded material temperature T and the rotor rotation speed N determined by PID control or the like in the memory unit 3 as set value data 38 and outputs them to the kneader 10 to control the kneader 10.
なお、本実施の形態では、混練機10と別体に混練機制御部11を備え、相互に通信可能としたが、これに限らず、混練機10に一体に混練機制御部11を設けてもよい。この場合、混練条件制御処理部25は、PID制御等により決定した混練物の温度Tとローター回転数Nの設定値となるように、ヒーターやローターを直接制御するよう構成されてもよい。 In this embodiment, the mixer control unit 11 is provided separately from the mixer 10 and is capable of communicating with each other, but this is not limiting; the mixer control unit 11 may also be provided integrally with the mixer 10. In this case, the mixer condition control processing unit 25 may be configured to directly control the heater and rotor so that the temperature T of the mix and the rotor rotation speed N reach the set values determined by PID control or the like.
(混練失敗判定処理部26)
混練失敗判定処理部26は、混練の失敗を判定する混練失敗判定処理(図8参照)を行う。混練失敗判定処理では、現時点での引張強さSと目標引張強さSiとの偏差ΔSと、失敗判定閾値データ35として予め設定された失敗判定閾値とを比較することで、混練の失敗を判定する。本実施の形態では、混練失敗判定処理部26は、偏差ΔSが予め設定した失敗判定用閾値よりも大きい状態が所定時間連続したとき、混練の失敗を判定する。より具体的には、混練失敗判定処理部26は、偏差ΔSが予め設定した失敗判定用閾値よりも大きいと連続して判定された回数が、予め設定された失敗判定回数以上であるとき、混練が失敗したと判定する。失敗判定回数は、例えば、3~10回の範囲で設定することができる。この混練失敗判定処理は、偏差ΔSがある程度大きい状態が続くと、混練物が所望の引張強さ(混練終了と判断する引張強さSg(図9参照))に到達しない可能性が高い、という本発明者らの知見に基づくものである。
(Kneading failure determination processing unit 26)
The kneading failure determination processor 26 performs a kneading failure determination process (see FIG. 8 ) for determining a kneading failure. In the kneading failure determination process, the deviation ΔS between the current tensile strength S and the target tensile strength Si is compared with a failure determination threshold preset as failure determination threshold data 35 to determine a kneading failure. In this embodiment, the kneading failure determination processor 26 determines a kneading failure when the deviation ΔS remains greater than the preset failure determination threshold for a predetermined period of time. More specifically, the kneading failure determination processor 26 determines that the kneading has failed when the number of consecutive times that the deviation ΔS is determined to be greater than the preset failure determination threshold is equal to or greater than a preset failure determination count. The failure determination count can be set, for example, in the range of 3 to 10 times. This kneading failure determination process is based on the inventors' finding that if the deviation ΔS remains relatively large for a long period of time, there is a high possibility that the kneaded material will not reach the desired tensile strength (the tensile strength Sg at which kneading is determined to be complete (see FIG. 9 )).
本実施の形態では、失敗判定用閾値を、偏差閾値ΔSthと同じ値に設定した。ただし、失敗判定用閾値は、偏差閾値ΔSthと異なる値であってもよい。この場合、失敗判定用閾値は、偏差閾値ΔSthよりも大きい値に設定されるとよい。 In this embodiment, the failure determination threshold is set to the same value as the deviation threshold ΔS th . However, the failure determination threshold may be a value different from the deviation threshold ΔS th . In this case, the failure determination threshold should be set to a value greater than the deviation threshold ΔS th .
また、混練失敗判定処理部26は、混練失敗と判定したとき、警報(アラート)を発すると共に、混練機10を停止して混練を停止させる。警報を発する具体的な方法等は特に限定しないが、例えば、光や音により警報を発してもよいし、管理者へのメール通知や表示器4への警報画面表示等により警報を発してもよい。図示しない、リセットボタンを押す処理、または所定のリセット信号を送信する処理により、警報は止められる。 Furthermore, when the kneading failure determination processing unit 26 determines that kneading has failed, it issues an alarm (alert) and stops the kneader 10 to stop kneading. The specific method for issuing the alarm is not particularly limited, but the alarm may be issued by light or sound, or by sending an email to an administrator or displaying an alarm screen on the display unit 4. The alarm can be stopped by pressing a reset button (not shown) or by sending a predetermined reset signal.
(混練方法)
図4は、本実施の形態に係る混練方法のフロー図である。図4に示すように、まず、ステップS1にて、設定処理を行う。設定処理では、例えば、入力装置5等から設定値データ38が入力され、設定処理部21が、入力された設定値データ38に応じた各種の設定や、各種の設定に伴うデータ更新処理等を行う。
(Kneading method)
Fig. 4 is a flow diagram of the kneading method according to this embodiment. As shown in Fig. 4, first, in step S1, a setting process is performed. In the setting process, for example, setting value data 38 is input from the input device 5 or the like, and the setting processing unit 21 performs various settings according to the input setting value data 38, data update processes associated with the various settings, and the like.
本実施の形態では、混練に先立ち、混練条件を変更して混練物を製造する試験製造を行い、その試験製造の結果を基に、引張強さSと混練条件との関係を導出しておく。まず、入力装置5等から、試験製造データとして、試験製造で得た混練条件データ61、温度データ62、粘度データ63、引張強さデータ64がそれぞれ入力される(ステップS21)。 In this embodiment, prior to kneading, a test production is conducted in which the kneaded product is produced by changing the kneading conditions, and the relationship between the tensile strength S and the kneading conditions is derived based on the results of the test production. First, the kneading condition data 61, temperature data 62, viscosity data 63, and tensile strength data 64 obtained in the test production are input as test production data from the input device 5 or the like (step S21).
ステップS2では、制御部2が、試験製造データが入力されたかを判定する。ステップS2でNo(N)と判定された場合、リターンする(ステップS1に戻る)。ステップS2でYES(Y)と判定された場合、ステップS3にて、試験製造データ取得処理を行う。試験製造データ取得処理では、図5(a)に示すように、ステップS31にて、データ取得処理部22が、試験製造データとして入力された混練条件データ61、温度データ62、粘度データ63、引張強さデータ64を受信し、ステップS32にて、受信した各データを試験製造データベース31に登録し、記憶部3に記憶する。その後、リターンし、図4のステップS4に進む。 In step S2, the control unit 2 determines whether test production data has been input. If step S2 returns No (N), the process returns (returns to step S1). If step S2 returns Yes (Y), the process performs test production data acquisition processing in step S3. In the test production data acquisition processing, as shown in FIG. 5(a), in step S31, the data acquisition processing unit 22 receives the kneading condition data 61, temperature data 62, viscosity data 63, and tensile strength data 64 input as test production data, and in step S32, registers each received data in the test production database 31 and stores it in the memory unit 3. Thereafter, the process returns and proceeds to step S4 in FIG. 4.
ステップS4では、関係導出処理を行う。関係導出処理では、図5(b)に示すように、まず、ステップS41にて、試験製造データベース31の各データを上式(1)に適用してフィッティングを行い、係数Aを導出する。その後、ステップS42にて、導出した係数Aを係数データ32として記憶部3に記憶する。その後、リターンし、図4のステップS5に進む。なお、上記のステップS2~S4は、係数Aが既知である場合には省略可能である。 In step S4, a relationship derivation process is performed. In the relationship derivation process, as shown in FIG. 5(b), first, in step S41, each piece of data in the test manufacturing database 31 is applied to the above equation (1) to perform fitting and derive coefficient A. Then, in step S42, the derived coefficient A is stored in the memory unit 3 as coefficient data 32. Then, the process returns and proceeds to step S5 in FIG. 4. Note that steps S2 to S4 above can be omitted if coefficient A is known.
次に、実際に混練を行う際には、まず、入力装置5等から、前提条件データとして、初期値データ33、目標引張強さデータ34、失敗判定閾値データ35が入力される(ステップS22)。その後、ステップS5にて、制御部2が、前提条件データが入力されたかを判定する。ステップS2でNo(N)と判定された場合、ステップS5に戻る(前提条件データが入力されるまで待つ)。ステップS5でYES(Y)と判定された場合、ステップS6に進む。 Next, when actually performing kneading, the initial value data 33, target tensile strength data 34, and failure judgment threshold data 35 are first input as prerequisite data from the input device 5 or the like (step S22). Then, in step S5, the control unit 2 determines whether the prerequisite data has been input. If the determination in step S2 is No (N), the process returns to step S5 (waits until the prerequisite data is input). If the determination in step S5 is Yes (Y), the process proceeds to step S6.
ステップS6では、前提条件データ取得処理を行う。前提条件データ取得処理では、図5(c)に示すように、まず、ステップS61にて、データ取得処理部22が、前提条件データとして入力された初期値データ33、目標引張強さデータ34、失敗判定閾値データ35を受信し、ステップS62にて、受信した各データを記憶部3に記憶する。なお、前提条件データは、混練物の温度T及びローター回転数Nの最大値や測定間隔、失敗判定回数等の各種データを含んでいてもよい。その後、リターンし、図4のステップS7に進む。 In step S6, a prerequisite data acquisition process is performed. In the prerequisite data acquisition process, as shown in FIG. 5(c), first, in step S61, the data acquisition processing unit 22 receives the initial value data 33, target tensile strength data 34, and failure judgment threshold data 35 input as prerequisite data, and in step S62, stores the received data in the memory unit 3. Note that the prerequisite data may include various data such as the maximum values of the temperature T of the kneaded material and the rotor rotation speed N, measurement intervals, and the number of failure judgments. Thereafter, the process returns and proceeds to step S7 in FIG. 4.
ステップS7では、混入プロセス処理が行われる。混入プロセス処理は、混練前に樹脂とフィラーとを混ぜ合わせて一体化させる工程である(図2参照)。制御部2は、混練機10を予熱し、投入された樹脂とフィラーを所定温度で所定時間攪拌し、樹脂とフィラーとを一体化させる。本実施の形態では、樹脂のみを投入して溶融させた後に、フィラーを2回に分けて投入した。ステップS7の混入プロセス処理が終了した後、混練を開始し、混練失敗判定用の変数nに初期値0(ゼロ)を代入した後(ステップS8)、ステップS9に進む。 In step S7, the mixing process is performed. The mixing process is a process in which the resin and filler are mixed and integrated before kneading (see Figure 2). The control unit 2 preheats the kneader 10 and stirs the added resin and filler at a predetermined temperature for a predetermined time, thereby integrating the resin and filler. In this embodiment, only the resin is added and melted, and then the filler is added in two batches. After the mixing process in step S7 is completed, kneading begins, and the initial value 0 (zero) is assigned to the variable n used to determine whether kneading has failed (step S8), after which the process proceeds to step S9.
ステップS9では、引張強さ推定処理を行う。引張強さ推定処理では、図6に示すように、まず、ステップS91にて、引張強さ推定処理部24が、混練機10の温度センサ101及び回転センサ102より混練物の温度Tとローター回転数Nの実測値である実測データ36を受信し、ステップS92にて、受信した実測データ36を実測した時間と共に記憶部3に記憶する。その後、ステップS93にて、実測データ36を基に、上式(1)を用いて、現時点での(温度T及びローター回転数Nを実測した時間における)混練物の引張強さSを演算する。その後、ステップS94にて、演算した混練物の引張強さSを、推定引張強さデータ37として混練時間と共に記憶部3に記憶する。その後、リターンし、図4のステップS10に進む。 In step S9, a tensile strength estimation process is performed. As shown in FIG. 6, in the tensile strength estimation process, first, in step S91, the tensile strength estimation processing unit 24 receives actual measurement data 36, which are actual measurement values of the temperature T and rotor rotation speed N of the kneaded material, from the temperature sensor 101 and rotation sensor 102 of the kneading machine 10. In step S92, the received actual measurement data 36 is stored in the memory unit 3 together with the time of actual measurement. Then, in step S93, the current tensile strength S of the kneaded material (at the time when the temperature T and rotor rotation speed N were actually measured) is calculated using the above equation (1) based on the actual measurement data 36. Then, in step S94, the calculated tensile strength S of the kneaded material is stored in the memory unit 3 as estimated tensile strength data 37 together with the kneading time. Then, the process returns and proceeds to step S10 in FIG. 4.
ステップS10では、混練が終了したかを判定する。本実施の形態では、引張強さSがあらかじめ設定された混練終了と判断する引張強さSg(例えば、最大引張強さSmaxの99%以上の値)以上となったときに混練終了と判定した。ステップS10でYes(Y)と判定された場合、ステップS11にて混練機を停止した後に処理を終了する。ステップS10でNo(N)と判定された場合、ステップS12に進む。 In step S10, it is determined whether kneading has been completed. In this embodiment, kneading is determined to be completed when the tensile strength S is equal to or greater than a preset tensile strength Sg (for example, a value equal to or greater than 99% of the maximum tensile strength S max ) that is used to determine that kneading has been completed. If the determination in step S10 is Yes (Y), the kneader is stopped in step S11, and the process is then terminated. If the determination in step S10 is No (N), the process proceeds to step S12.
ステップS12では、現時点の混練物の引張強さSと、現時点の目標引張強さSiとの偏差ΔSを演算する。その後、ステップS13にて、混練失敗判定処理を行う。混練失敗判定処理では、図7に示すように、まず、ステップS131にて、偏差ΔSが失敗判定閾値(ここではΔSth)より大きいかを判定する。ステップS131でNo(N)と判定された場合、ステップS132にて、変数nに0(ゼロ)を代入(変数nをリセット)した後、リターンし図4のステップS14に進む。ステップS131でYes(Y)と判定された場合、ステップS133にて変数nをインクリメントし、ステップS134にて変数nが予め設定した失敗判定回数nthより大きいかを判定する。ステップS134にてNo(N)と判定された場合、リターンし、図4のステップS14に進む。ステップS134にてYes(Y)と判定された場合、ステップS135にて混練失敗と判定し、ステップS136にて警報を発した後、ステップS137にて混練機10を停止し、処理を終了(中断)する。図示しない、リセットボタンを押す処理、または所定のリセット信号を送信する処理により、警報は止められる。 In step S12, a deviation ΔS between the tensile strength S of the kneaded product at the current time and the target tensile strength Si at the current time is calculated. Thereafter, in step S13, a kneading failure determination process is performed. In the kneading failure determination process, as shown in FIG. 7, first, in step S131, it is determined whether the deviation ΔS is greater than a failure determination threshold (here, ΔS th ). If the determination in step S131 is No (N), in step S132, 0 (zero) is assigned to variable n (variable n is reset), and then the process returns and proceeds to step S14 in FIG. 4. If the determination in step S131 is Yes (Y), in step S133, variable n is incremented, and in step S134, it is determined whether variable n is greater than a preset failure determination count n th . If the determination in step S134 is No (N), the process returns and proceeds to step S14 in FIG. 4. If the determination in step S134 is Yes (Y), it is determined that mixing has failed in step S135, an alarm is issued in step S136, and then the mixer 10 is stopped and the process is terminated (interrupted) in step S137. The alarm can be stopped by pressing a reset button (not shown) or by transmitting a predetermined reset signal.
ステップS14では、混練条件制御処理を行う。混練条件制御処理では、図8に示すように、まず、ステップS141にて、現時点での偏差ΔSが偏差閾値ΔSthより大きいかを判定する。ステップS141でYes(Y)と判定された場合、ステップS142にて、偏差ΔSに応じて、PID制御等により混練物の温度Tの設定値、及びローター回転数Nの設定値を決定し、設定値データ38として記憶部3に記憶した後、ステップS144に進む。ステップS141でNo(N)と判定された場合、ステップS143にて、現状の混練物の温度Tの設定値、及びローター回転数Nの設定値を設定値データ38として記憶部3に記憶した後、ステップS144に進む。ステップS144では、混練機10に設定値データ38を出力し、混練機10の各設定値を制御する。その後、リターンし、図4のステップS9に戻る。 In step S14, a kneading condition control process is performed. In the kneading condition control process, as shown in FIG. 8, first, in step S141, it is determined whether the current deviation ΔS is greater than the deviation threshold value ΔS th . If the determination in step S141 is Yes (Y), in step S142, the set value of the temperature T of the kneaded material and the set value of the rotor rotation speed N are determined by PID control or the like according to the deviation ΔS, and stored in the memory unit 3 as set value data 38, and then the process proceeds to step S144. If the determination in step S141 is No (N), in step S143, the current set value of the temperature T of the kneaded material and the set value of the rotor rotation speed N are stored in the memory unit 3 as set value data 38, and then the process proceeds to step S144. In step S144, the set value data 38 is output to the kneader 10, and each set value of the kneader 10 is controlled. Thereafter, the process returns to step S9 of FIG. 4.
(目標引張強さSiと、引張強さSの例)
図9は、目標引張強さSiの設定例(破線)、及びこの設定例を用いた場合の混練物の引張強さSの時間変化(実線)を示すグラフ図である。図9に示すように、実測した混練物の温度Tとローター回転数Nを基に求めた混練物の引張強さSは、目標引張強さSiによく追従しており、効率よく混練が行われていることが分かる。図9の目標引張強さSiのグラフは、目標引張強さデータ34に該当する。図9の混練物の引張強さSの時間変化のグラフは、推定引張強さデータ37に該当する。
(Examples of target tensile strength Si and tensile strength S)
9 is a graph showing an example of setting the target tensile strength Si (dashed line) and the time change (solid line) of the tensile strength S of the kneaded product when this setting example is used. As shown in FIG. 9, the tensile strength S of the kneaded product calculated based on the actually measured temperature T of the kneaded product and the rotor rotation speed N closely follows the target tensile strength Si, and it can be seen that kneading is performed efficiently. The graph of the target tensile strength Si in FIG. 9 corresponds to the target tensile strength data 34. The graph of the time change of the tensile strength S of the kneaded product in FIG. 9 corresponds to the estimated tensile strength data 37.
(実施の形態の作用及び効果)
以上説明したように、本実施の形態に係る混練装置1では、温度センサ101で検出した混練物の温度T、及び、回転センサ102で検出したローター回転数Nを基に、現時点(温度T及びローター回転数Nを検出した時間)での混練物の引張強さSを推定する引張強さ推定処理部24と、予め設定した目標引張強さSiを基に、現時点での目標引張強さSiと、引張強さ推定処理部24が推定した現時点での混練物の引張強さSとの偏差ΔSを求め、当該偏偏差ΔSが小さくなるように、混練機10の混練条件を制御する混練条件制御処理部25と、を有している。
(Functions and Effects of the Embodiments)
As described above, the kneading device 1 according to this embodiment includes a tensile strength estimation processing unit 24 that estimates the tensile strength S of the kneaded material at the current time (the time when the temperature T and the rotor rotation speed N are detected) based on the temperature T of the kneaded material detected by the temperature sensor 101 and the rotor rotation speed N detected by the rotation sensor 102, and a kneading condition control processing unit 25 that calculates the deviation ΔS between the current target tensile strength Si and the tensile strength S of the kneaded material at the current time estimated by the tensile strength estimation processing unit 24 based on a preset target tensile strength Si, and controls the kneading conditions of the kneader 10 so as to reduce the deviation ΔS.
これにより、混練物の引張強さS(すなわち、混練の進み具合)の時間変化が、所望の変化となるように混練条件を制御することが可能となり、混練の失敗を抑制することが可能になる。 This makes it possible to control the kneading conditions so that the change in the tensile strength S of the kneaded product (i.e., the progress of kneading) over time is as desired, thereby preventing kneading failures.
(変形例)
上記実施の形態では言及しなかったが、目標引張強さデータ34として、複数パターンの目標引張強さSiの時間変化を記憶しておき、どのパターンを使用するか選択可能としてもよい。また、樹脂の種類や混練時間等の条件を適宜設定することで、目標引張強さSiの時間変化を自動的に生成できるようにしてもよい。
(Modification)
Although not mentioned in the above embodiment, a plurality of patterns of time-varying changes in the target tensile strength Si may be stored as the target tensile strength data 34, and the user may select which pattern to use. Also, the time-varying changes in the target tensile strength Si may be automatically generated by appropriately setting conditions such as the type of resin and the kneading time.
また、混練機制御部11は、実測データ36、推定引張強さデータ37、設定値データ38等の各データを表示器4に表示可能な表示制御部をさらに有していてもよい。この場合、表示制御部は、例えば、図9に示したように、目標引張強さデータ34と推定引張強さデータ37とを合わせて表示するよう構成されていてもよい。 The mixer control unit 11 may also have a display control unit capable of displaying each piece of data, such as actual measurement data 36, estimated tensile strength data 37, and set value data 38, on the display unit 4. In this case, the display control unit may be configured to display the target tensile strength data 34 and estimated tensile strength data 37 together, as shown in FIG. 9, for example.
また、上記実施の形態では、混練機制御部11がパーソナルコンピュータである場合を説明したが、これに限らず、例えば、混練機制御部11は、サーバ等のネットワーク装置により構成されてもよい。この場合、混練機制御部11は、ネットワークを介して混練機10とデータの送受信を行うことになる。また、例えば、混練機10の制御用の端末を備え、当該端末と混練機制御部11との間でネットワークを介した通信を行うよう構成することもできる。この場合、端末は、混練機10からの実測値の取得、及び、混練機制御部11から受信した設定値による混練機10の制御を行うことになる。 In addition, in the above embodiment, the mixer control unit 11 is described as a personal computer, but this is not limiting. For example, the mixer control unit 11 may be configured as a network device such as a server. In this case, the mixer control unit 11 will send and receive data with the mixer 10 via the network. In addition, for example, a terminal for controlling the mixer 10 may be provided, and communication between the terminal and the mixer control unit 11 may be performed via the network. In this case, the terminal will acquire actual measurements from the mixer 10 and control the mixer 10 using the setting values received from the mixer control unit 11.
なお、混練機制御部11が制御する混練機10は1台に限定されず、1つの混練機制御部11が複数台の混練機10を制御するよう構成されていてもよい。 The number of kneaders 10 controlled by the kneader control unit 11 is not limited to one, and one kneader control unit 11 may be configured to control multiple kneaders 10.
また、上記実施の形態では、混練機制御部11が1台のパーソナルコンピュータ等で構成されている場合について説明したが、これに限らず、例えば、混練機制御部11の機能の一部が他のパーソナルコンピュータ等に搭載されていてもよい。つまり、混練機制御部11が1台のハードウェアで構成されている必要はなく、複数台のハードウェアにより構成されていてもよい。 In addition, in the above embodiment, the kneader control unit 11 is configured as a single personal computer or the like, but this is not limiting. For example, some of the functions of the kneader control unit 11 may be installed in another personal computer or the like. In other words, the kneader control unit 11 does not have to be configured as a single piece of hardware, but may be configured as multiple pieces of hardware.
また、上記実施の形態では、偏差閾値ΔSthを一定の値としたが、これに限らず、混練時間tに応じて変化するように偏差閾値ΔSthを設定してもよい。例えば、混練初期には混練のバラつきが大きく、混練が失敗していないにもかかわらず混練失敗と判定されてしまう場合が考えられるが、混練初期の偏差閾値ΔSthを比較的大きく設定する(例えば、混練が安定した状態(例えば、混練物の引張強さSが、混練終了と判断する引張強さSgの80%以上の値となった状態)での偏差閾値ΔSthよりも大きく設定する)ことで、このような不具合を抑制可能である。 Furthermore, in the above embodiment, the deviation threshold value ΔS th is set to a constant value, but the invention is not limited to this, and the deviation threshold value ΔS th may be set to change according to the kneading time t. For example, there may be a case where the variation in kneading is large at the beginning of kneading, and kneading is judged to have failed even though it has not failed. However, by setting the deviation threshold value ΔS th at the beginning of kneading to a relatively large value (for example, setting the deviation threshold value ΔS th to a value larger than the deviation threshold value ΔS th at a state where kneading is stable (for example, a state where the tensile strength S of the kneaded material has reached a value of 80% or more of the tensile strength Sg at which kneading is judged to have ended)), such a problem can be prevented.
また、上記実施の形態では、失敗判定回数nthを一定の値としたが、これに限らず、混練時間tに応じて変化するように失敗判定回数nthを設定してもよい。混練初期の失敗判定回数nthを比較的大きく設定する(例えば、混練が安定した状態(例えば、混練物の引張強さSが、混練終了と判断する引張強さSgの80%以上の値となった状態)での失敗判定回数nthよりも大きく設定する)ことで、混練が失敗していないにもかかわらず混練失敗と判定されてしまう不具合を抑制可能である。 Furthermore, in the above embodiment, the number of failure determinations nth is a constant value, but the number of failure determinations nth may be set to vary according to the kneading time t. By setting the number of failure determinations nth at the beginning of kneading to a relatively large value (for example, by setting it to a value larger than the number of failure determinations nth when kneading is stable (for example, when the tensile strength S of the kneaded material has reached a value equal to or greater than 80% of the tensile strength Sg at which kneading is determined to be complete)), it is possible to prevent a problem in which kneading is determined to be a failure even when it is not a failure.
(実施の形態のまとめ)
次に、以上説明した実施の形態から把握される技術思想について、実施の形態における符号等を援用して記載する。ただし、以下の記載における各符号等は、特許請求の範囲における構成要素を実施の形態に具体的に示した部材等に限定するものではない。
(Summary of the embodiment)
Next, the technical ideas grasped from the above-described embodiments will be described by using the reference numerals and the like in the embodiments. However, the reference numerals and the like in the following description do not limit the components in the claims to the members and the like specifically shown in the embodiments.
[1]樹脂とフィラーとをローターで混ぜ合わせて混練物を得る混練装置(1)であって、前記混練物の温度を検出可能な温度センサ(101)、及び前記ローターの回転数であるローター回転数を検出可能な回転センサ(102)を有する混練機(10)と、前記混練機(10)を制御する混練機制御部(11)と、を備え、前記混練機制御部(11)は、前記温度センサ(101)で検出した前記混練物の温度、及び、前記回転センサ(102)で検出したローター回転数を基に、現時点での前記混練物の引張強さを推定する引張強さ推定処理部(24)と、予め設定した混練開始からの前記混練物の引張強さの時間変化の目標値である目標引張強さを基に、現時点での前記目標引張強さと、前記引張強さ推定処理部(24)が推定した現時点での前記混練物の引張強さとの偏差を求め、当該偏差が小さくなるように、前記混練機(10)の混練条件を制御する混練条件制御処理部(25)と、を有する、混練装置(1)。 [1] A kneading device (1) for mixing a resin and a filler with a rotor to obtain a kneaded product, comprising: a kneader (10) having a temperature sensor (101) capable of detecting the temperature of the kneaded product and a rotation sensor (102) capable of detecting the rotor rotation speed, which is the rotation speed of the rotor; and a kneader control unit (11) for controlling the kneader (10), wherein the kneader control unit (11) controls the temperature of the kneaded product detected by the temperature sensor (101) and the rotor rotation speed detected by the rotation sensor (102). The kneading device (1) comprises: a tensile strength estimation processing unit (24) that estimates the current tensile strength of the kneaded material based on the rotor rotation speed; and a kneading condition control processing unit (25) that calculates the deviation between the current target tensile strength and the tensile strength of the kneaded material estimated by the tensile strength estimation processing unit (24) based on a preset target tensile strength, which is a target value for the time change in the tensile strength of the kneaded material from the start of kneading; and controls the kneading conditions of the kneader (10) to minimize the deviation.
[2]前記混練条件制御処理部(25)は、前記偏差が予め設定された偏差閾値以下であるときは現状の混練条件を維持し、前記偏差が前記偏差閾値よりも大きいときに、前記偏差が小さくなるように前記混練機(10)の混練条件を制御する、[1]に記載の混練装置(1)。 [2] The kneading device (1) described in [1], wherein the kneading condition control processing unit (25) maintains the current kneading conditions when the deviation is equal to or less than a preset deviation threshold, and controls the kneading conditions of the kneader (10) so as to reduce the deviation when the deviation is greater than the deviation threshold.
[3]前記引張強さ推定処理部(24)は、[数7]に示す式(1)を用いて、前記混練物の引張強さを推定する、[1]に記載の混練装置(1)。 [3] The kneading device (1) described in [1], wherein the tensile strength estimation processing unit (24) estimates the tensile strength of the kneaded product using equation (1) shown in [Mathematical Expression 7].
[4]前記混練機(10)は、前記混練物の温度と前記ローター回転数を設定可能に構成されており、前記混練条件制御処理部(25)は、前記混練条件として前記混練物の温度と前記ローター回転数の設定値を制御する、[1]に記載の混練装置(1)。 [4] The kneading machine (10) is configured to be able to set the temperature of the kneaded material and the rotor rotation speed, and the kneading condition control processing unit (25) controls the set values of the temperature of the kneaded material and the rotor rotation speed as the kneading conditions. [1] The kneading device (1) described in [1].
[5]前記混練条件制御処理部(25)は、PID制御により前記混練条件を制御する、[1]に記載の混練装置(1)。 [5] The kneading device (1) described in [1], wherein the kneading condition control processing unit (25) controls the kneading conditions using PID control.
[6]前記混練機制御部(11)は、混練の失敗を判定する混練失敗判定処理部(26)を有し、前記混練失敗判定処理部(26)は、前記偏差が予め設定した失敗判定閾値よりも大きい状態が所定時間連続したとき、混練の失敗を判定する、[1]に記載の混練装置(1)。 [6] The kneading machine control unit (11) has a kneading failure determination processing unit (26) that determines whether kneading has failed, and the kneading failure determination processing unit (26) determines whether kneading has failed when the deviation remains greater than a preset failure determination threshold for a predetermined period of time. [1] The kneading device (1) described in [1].
[7]樹脂とフィラーとをローターで混ぜ合わせて混練物を得る混練方法であって、前記混練物の温度を検出可能な温度センサ(101)、及び前記ローターの回転数であるローター回転数を検出可能な回転センサ(102)を有する混練機(10)を用い、前記温度センサ(101)で検出した前記混練物の温度、及び、前記回転センサ(102)で検出した前記ローター回転数を基に、現時点での前記混練物の引張強さを推定し、予め設定した混練開始からの前記混練物の引張強さの時間変化の目標値である目標引張強さを基に、現時点での前記目標引張強さと、推定した現時点での前記混練物の引張強さとの偏差を求め、当該偏差が小さくなるように、前記混練機(10)の混練条件を制御する、混練方法。 [7] A kneading method for mixing a resin and a filler with a rotor to obtain a kneaded product, comprising: using a kneader (10) having a temperature sensor (101) capable of detecting the temperature of the kneaded product and a rotation sensor (102) capable of detecting the rotor rotation speed, which is the rotation speed of the rotor; estimating the current tensile strength of the kneaded product based on the temperature of the kneaded product detected by the temperature sensor (101) and the rotor rotation speed detected by the rotation sensor (102); determining the deviation between the current target tensile strength and the estimated current tensile strength of the kneaded product based on a predetermined target tensile strength, which is a target value for the change in tensile strength of the kneaded product over time from the start of kneading; and controlling the kneading conditions of the kneader (10) to minimize the deviation.
(付記)
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記に記載した実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。また、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変形して実施することが可能である。
(Additional Note)
Although the embodiments of the present invention have been described above, the invention according to the claims is not limited to the above-described embodiments. It should be noted that not all of the combinations of features described in the embodiments are necessarily essential to the means for solving the problems of the invention. Furthermore, the present invention can be appropriately modified and implemented within the scope of its spirit.
1…混練装置
10…混練機
101…温度センサ
102…回転センサ
11…混練機制御部
2…制御部
21…設定処理部
22…データ取得処理部
23…関係導出処理部
24…引張強さ推定処理部
25…混練条件制御処理部
26…混練失敗判定処理部
1... Kneading device 10... Kneader 101... Temperature sensor 102... Rotation sensor 11... Kneader control unit 2... Control unit 21... Setting processing unit 22... Data acquisition processing unit 23... Relationship derivation processing unit 24... Tensile strength estimation processing unit 25... Kneading condition control processing unit 26... Kneading failure judgment processing unit
Claims (7)
前記混練物の温度を検出可能な温度センサ、及び前記ローターの回転数であるローター回転数を検出可能な回転センサを有する混練機と、
前記混練機を制御する混練機制御部と、を備え、
前記混練機制御部は、
前記温度センサで検出した前記混練物の温度、及び、前記回転センサで検出した前記ローター回転数を基に、現時点での前記混練物の引張強さを推定する引張強さ推定処理部と、
予め設定した混練開始からの前記混練物の引張強さの時間変化の目標値である目標引張強さを基に、現時点での前記目標引張強さと、前記引張強さ推定処理部が推定した現時点での前記混練物の引張強さとの偏差を求め、当該偏差が小さくなるように、前記混練機の混練条件を制御する混練条件制御処理部と、を有する、
混練装置。 A kneading device that mixes a resin and a filler with a rotor to obtain a kneaded product,
a kneading machine having a temperature sensor capable of detecting the temperature of the kneaded material and a rotation sensor capable of detecting a rotor rotation speed, which is the rotation speed of the rotor;
a mixer control unit that controls the mixer,
The kneading machine control unit
a tensile strength estimation processing unit that estimates a current tensile strength of the kneaded material based on the temperature of the kneaded material detected by the temperature sensor and the rotor rotation speed detected by the rotation sensor;
a kneading condition control processing unit that calculates a deviation between a current target tensile strength and a current tensile strength of the kneaded material estimated by the tensile strength estimation processing unit based on a preset target tensile strength, which is a target value of a time change in the tensile strength of the kneaded material from the start of kneading, and controls the kneading conditions of the kneader so as to reduce the deviation.
Kneading equipment.
請求項1に記載の混練装置。 the kneading condition control processing unit maintains the current kneading conditions when the deviation is equal to or smaller than a preset deviation threshold, and controls the kneading conditions of the kneader when the deviation is greater than the deviation threshold so as to reduce the deviation.
The kneading device according to claim 1 .
前記混練条件制御処理部は、前記混練条件として前記混練物の温度と前記ローター回転数の設定値を制御する、
請求項1に記載の混練装置。 the kneader is configured to be able to set a temperature of the kneaded material and a rotor rotation speed,
the kneading condition control processing unit controls set values of the temperature of the kneaded material and the rotor rotation speed as the kneading conditions;
The kneading device according to claim 1 .
請求項1に記載の混練装置。 The kneading condition control processing unit controls the kneading conditions by PID control.
The kneading device according to claim 1 .
前記混練失敗判定処理部は、前記偏差が予め設定した失敗判定閾値よりも大きい状態が所定時間連続したとき、混練の失敗を判定する、
請求項1に記載の混練装置。 The kneading machine control unit has a kneading failure determination processing unit that determines a kneading failure,
the kneading failure determination processing unit determines that the kneading has failed when the state in which the deviation is greater than a preset failure determination threshold continues for a predetermined period of time.
The kneading device according to claim 1 .
前記混練物の温度を検出可能な温度センサ、及び前記ローターの回転数であるローター回転数を検出可能な回転センサを有する混練機を用い、
前記温度センサで検出した前記混練物の温度、及び、前記回転センサで検出した前記ローター回転数を基に、現時点での前記混練物の引張強さを推定し、
予め設定した混練開始からの前記混練物の引張強さの時間変化の目標値である目標引張強さを基に、現時点での前記目標引張強さと、推定した現時点での前記混練物の引張強さとの偏差を求め、当該偏差が小さくなるように、前記混練機の混練条件を制御する、
混練方法。 A kneading method for obtaining a kneaded product by mixing a resin and a filler with a rotor, comprising:
a kneading machine having a temperature sensor capable of detecting the temperature of the kneaded material and a rotation sensor capable of detecting the rotor rotation speed, which is the rotation speed of the rotor;
estimating a current tensile strength of the kneaded material based on the temperature of the kneaded material detected by the temperature sensor and the rotor rotation speed detected by the rotation sensor;
a target tensile strength that is a preset target value of the change in tensile strength of the kneaded material over time from the start of kneading, and a deviation between the target tensile strength at the current time and the estimated tensile strength of the kneaded material at the current time is calculated, and the kneading conditions of the kneader are controlled so as to reduce the deviation.
Mixing method.
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