ゴムやプラスチックの加工や複合材料の製造などの分野でコア装置として使用されるツインスクリュー押出機では、電気駆動システム、給餌システム、加熱・プラスチケーションシステム、潤滑・伝達システム、補助装置などの主要モジュールに異常が発生することで故障が発生することが多くあります。装置構造と運転メカニズムを考慮すると、さまざまな一般的な故障の根本原因を以下に詳細に分析します。
I. 電気駆動システムの故障原因
1. メインモーターが起動できません
- 異常操作手順: スタートアップシーケンスが機器の規定に準拠していない場合、主モーターを始動させる前に潤滑油ポンプと冷却システムを作動させたり、予熱プロセスを完了せずに機器のインターロック保護機構をトリガーしたりするなど、一部の機器ではまず歴史的な故障コードをリセットする必要があり、これを実行しないとスタートアップができなくなります。
- 回路および部品の障害: 主電動機回路のヒューズやエアスイッチの消耗、酸化、接着不良、またはコンタクタの接点の閉鎖不良、インバータのパラメータ設定の誤り、インバータの誘導電流の放電、またはシステマティック整流回路のチリストアの一つまたは複数の破損、トリガ回路の障害により電源回路が中断されたり、異常な駆動信号が発生したりすることで、電源が遮断されることもあります。また、ケーブルの劣化や絶縁層の損傷により短絡が発生すると、電源が遮断されることもあります。
- トリガーされた保護装置:緊急停止ボタンがリセットされていない、緊急停止ループのオープン回路、主モーターに接続された緊急停止装置（オイル温度、オイル圧力、真空度保護など）が解除されていない。制御システムのPLCプログラムエラー、通信モジュールの障害、またはヒューマンマシンインターフェイス（HMI）とコントローラ間の信号伝送が中断され、起動コマンドの発行が妨げられている。モーターオーバーロードプロテクターとサーマルリレーを手動でリセットできない場合も、起動が制限されます。
2. 主モーターの異常動作（異常な騒音、過度の温度上昇、不安定な電流）
- 異常な騒音の原因: モータベアリングの激しい摩耗、球の剥離、または乾燥した潤滑グリースにより、回転部品から摩擦音や衝撃音が発生します。また、サイリスタリレクタリング回路の障害によりモータの三相電流が不均衡となり、運転中に電磁ノイズが発生します。モータの回転子棒が破損し、定子の線路に短絡が発生すると、異常な電磁ノイズと共に振動も増加します。
- ベアリングの過度な温度上昇：ベアリング用の潤滑グリースが不十分、劣化している、または適切に調合されていないため、効果的な油膜が形成されていない。ベアリングの長期間の過負荷運転や、適切でないインストールクリアランス（締め付けが緩すぎるか、締め付けが緩すぎる）により、摩耗が増し、摩擦熱が発生する。冷却ファンが損傷しているか、熱放散用の空気ダクトが詰まっているため、ベアリングの熱放散効率が低下し、温度が継続的に上昇する。
- 不安定な電流: 給料量の変動や材料の水分含量の過剰性（加熱時に水分の急速な蒸発）により負荷が不均一になる、ヒーターの特定部の故障や温度制御の大きな偏差により材料の可塑化度が変動し、モーターの負荷変動が大きくなる、ネジ調整パッドのずれや位相の偏差により部品の干渉が発生し、周期的な負荷衝撃が発生する。また、インバーターの不安定な出力周波数やモーターの回転子棒の破損も、電流の変動の原因となる。
II. 給餌システムの故障原因
1. Pressure fluctuation
- 主モーターの回転速度の制御精度が不十分であり、インバーターの速度調整応答が遅れるため、スクリュー輸送速度が不安定になる。供給モーターの回転速度が変動し、減速機のクリアランスが過剰になると、不均一な材料供給が発生し、押出システムの材料バランスが崩れ、ダイ圧力に周期的な変化を引き起こす。また、供給スクリューとバレルの間のクリアランスが過剰であり、材料漏れ量が変化すると、圧力変動が悪化する。
- フィーダ内の材料の詰まりやホッパー内の材料の橋渡し（特に粉状や粘性の高い材料では起こりやすい）により、供給が中断されたり、不均一になったりする。ホッパーのレベルゲージに欠陥があり、材料量の変化を適時にフィードバックできず、材料を補充したり、供給速度を適時に調整できない。また、材料の粒子サイズの差が大きい場合や混合が不均一であると、供給の安定性に影響し、ダイ圧が変動する。
2. 突発的な押出出力の低下
- 給料システムの機械的故障、例えば給料ねじの摩耗や変形、伝達ギヤやチェーンの摩耗や詰まり、またはカップリングの緩み、ホッパー内の材料が不足して補充されず、レベルアラームが警告を発しなかった場合、給料ホッパー内の攪拌装置の故障（例えば、攪拌パドルの詰まりやモーターの破損）により、材料が凝固して落下できず、結果として材料供給が中断するか、大幅に減少することがある。
- 金属の破片や硬い異物（ボルトや不純物の粒子など）が押出システムに入り、ねじが詰まり、材料の運搬が妨げられ、押出量が急激に低下したり、ゼロに近くなることがあります。ねじの要素が摩耗または破損し、筒内壁が過度に摩耗すると、材料の運搬効率が著しく低下します。ダイフィルターが適切に交換されずに深刻な詰まりが発生し、過度の逆圧が材料の押出を阻害するため、押出量が低下する可能性もあります。
III. 加熱・プラスチケ化システムの故障原因
1. 不均一な金型排出または詰まり
- ヒーターの故障：加熱コイルの特定部の端子ブロックの摩耗、接触不良、酸化による緩み、ソリッドステートリレー（SSR）の故障、およびチリストアの損傷により、対応する領域の温度が不十分となり、材料の完全な可塑化が行われず、ダイ内に半融融材が蓄積・詰まります。また、加熱コイルの表面にスケーリングや材料が蓄積し、熱放散が不十分となり、加熱効率が低下することで、可塑化効果にも間接的に影響が出ます。
- 不適切なプロセスパラメータ: 設定温度が低すぎる、加熱速度が過剰（材料の内外の温度差が大きく、溶融が不十分）、または分子量分布が広く、熱安定性が低いため、均一な溶融物を形成することが困難です。また、非溶融性の異物（プラスチックの塊や金属不純物など）が材料に混入され、ダイフィルターを通過できず、ダイの温度が過剰になると、材料が劣化し炭化してしまい、ダイの内壁に付着し、詰まりを生じます。
2. 異常な温度制御
- 制御不能な温度上昇: 温度制御装置（熱電対、熱抵抗器）の故障や校正誤差により、温度検出が歪みます。ソリッドステートリレーの付着や、切断できないコンタクタの接触が消滅することで、ヒーターが常時作動して設定温度を超えることになります。ソレノイドバルブの詰まり、チェックバルブの故障、冷却システムの水ポンプの損傷などにより、冷却水の流れが遮断されたり不十分になったり、余熱を適時に除去できなくなります。温度制御システムのPIDパラメータの不適切な調整や反応の遅れにより、温度オーバーや制御不能が発生します。
- Failure to Reach Set Temperature: Fracture of thermocouples, loose wiring, or poor contact, leading to abnormal temperature signal transmission and “HH” (open circuit) or “LL” (short circuit) alarms displayed on the temperature controller; insufficient heater power, excessive damage to heating coils, or low supply voltage, resulting in insufficient heating efficiency; excessive cooling of the cooling system (such as excessive cooling water flow and too low cooling temperature), making the actual temperature lower than the set value; damage and falling off of the barrel insulation layer, rapid heat loss, and difficulty in maintaining the set temperature.
IV. 潤滑・伝達システムの故障原因
1. 低い潤滑油圧
- 不適切なシステム設定: 潤滑油回路の圧力調整弁の設定された圧力値が、装置の運転要件よりも低くなっているか、圧力調整弁のコアが摩耗または詰まり、正常に圧力を調整できなくなっている。オーバーフロー弁に障害が発生し、オイルが過剰に溢れ、システム圧力を維持できなくなる。
- 機械的欠陥：オイルポンプの摩耗、内部の重度漏れ、またはオイルポンプモーターの速度が不十分であるため、オイル供給量と圧力が不十分になる。オイル吸入パイプが詰まったり、フィルターの適切な清掃が行われなかったりすると、オイル循環が妨げられ、オイル供給が不十分になる。潤滑油の量が不足したり、オイルの品質が劣化したり（不純物や水分が混入した）、粘度が適切でなかったりすると、潤滑効果が低下し、オイル圧力の安定性に影響が出る。また、オイルパイプが劣化したり、接合部シールが摩耗したりすると、オイル漏れが発生し、システムのオイル圧が低下する。
2. シェアピン/セーフティキーの破損
- 押出システムトルクの過負荷：金属の異物や大型の非プラスチック化物質がバレルに入ってスクリューが詰まり、負荷が急激に上昇する。また、事前加熱時間が不足し設定温度に達せず、材料の流動性が悪く、スクリューの運搬抵抗が急激に上昇する。また、設備の定格処理能力を超える突然の過剰な給料量が原因でトルクが過負荷になる。また、正しい組み立てが行われず、スクリューの要素が重大な干渉を起こし、運転中の摩擦抵抗が過剰になり、突然のトルク急上昇を引き起こす。
- 設置の偏差: 主モータと入力ベアリング、および減速ギヤボックスの接続のずれにより、運転中に付随する径方向の力とトルクが安全コンポーネントの耐荷重を超える。カップリングの摩耗や緩み、運転中のトルク伝達の不均一性、および過剰な局所応力が発生する。減速ギヤボックスの歯車の摩耗と過剰なマッチングクリアランスにより、安定したトルク伝達ができず、衝撃荷重によりシールピン/安全キーが破損する。
V. 補助装置の故障原因
1. 自動スクリーンチェンジャーの動作が遅いまたは失敗する
空気圧/オイル圧の供給が不十分（空気圧縮機の圧力が不十分、油圧装置のオイルレベルが低い）、またはシリンダーや油圧シリンダーのシールの摩耗や劣化により、空気/オイル漏れが発生し、十分な駆動力が得られない。スクリーンチェンジャーの電源システムの制御に障害が発生（ソレノイドバルブが詰まったり、移動スイッチに障害が生じたりするなど）、動作応答速度に影響が出る。フィルタースクリーンがひどく詰まったり、スクリーン交換中に抵抗が大きくなり、動作が遅くなる。スクリーン交換機構のガイドレールに摩耗や物質が蓄積したり、動く部品が詰まったりすると、動作に障害が生じたり、詰まりが発生する可能性がある。
2. 不十分なまたは失敗した真空度
真空ポンプの故障（羽根の摩耗、シールの漏れ、不十分なモータ速度）により、真空ポンプのポンプ能力が低下する。循環水供給が不十分で冷却効果が低下すると、真空ポンプの過熱保護機能が起動し、負圧の維持に影響が出る。真空パイプの空気漏れ（接合部の密閉不良、パイプの破損）やフィルターの詰まり（物質の揮発性結晶の蓄積）により、空気が浸透したり、空気回路が不十分になったりする。材料が閉じた空洞を形成できない、または給入口の密閉性が不十分であると、外気が入り込み、負圧を破壊する。また、真空ポンプの処理能力を超える過剰な材料揮発物が、真空度の不十分さを引き起こすこともある。
VI. その他の一般的な故障の原因
装置の運転中の異常な騒音は、主にベアリングの損傷、減速機内のギヤの摩耗（不完全なギヤ合わせとオイル不足）、バレルに異物が入ったことによるネジとバレル間の摩擦、およびネジ部品の緩みによるものです。バレルとネジ間の余裕が過剰である場合や、余裕部分の材料の強い摩擦によっても異常な騒音が発生することがあります。押出製品の破損や色の不均一性は、ネジの摩耗（材料の混合と輸送能力の低下）、不適切なカッターの設置（刃先の摩耗、速度の不均一性）、材料の混合不均一性（配合比率の偏差、混合時間の不足）、または過度の温度による材料の劣化に関連している可能性があります。金型出口の詰まりや不安定な牽引速度も、製品の破損につながります。さらに、ネジ調整パッドの位置ずれやフェーズ偏差による部品干渉は、装置の不安定な運転と振動の増大を引き起こし、製品の品質に影響を与えるだけでなく、ベアリングやギヤなどの伝達部品の摩耗を促進させ、悪循環を生み出します。
