JP2001277236A - ゴム混練設備 - Google Patents

ゴム混練設備

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隆之 柏原
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  • Processing And Handling Of Plastics And Other Materials For Molding In General (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 混練過程でゴム材料の粘度を的確に把握し、
これに基づいて混練制御を行うことにより、原料の品質
や混練条件のばらつきによるゴム生地２０の粘度のばら
つきを解消する。 【解決手段】 互いに反対方向Ｒａ，Ｒｂへ回転される
ロール１１Ａ，１１Ｂと、このロール１１Ａ，１１Ｂを
回転させる電動機１３の駆動を制御する駆動制御部１５
と、ロール１１Ａ，１１Ｂを支持する軸受１２に設けら
れ、ロール１１Ａ，１１Ｂ間にゴム生地２０が介入され
ることによって軸受１２に軸直角方向に作用する応力を
計測するロール間応力計測部１６と、ゴム生地２０の温
度を計測する温度計測部１７と、その計測データに基づ
いて求めたゴム生地２０の粘度が適正範囲にあるかを判
定し、その結果を駆動制御部１５に出力する演算処理部
１８とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ゴム製品の加硫成
形前に行われるゴム生地の加工に用いられる混練設備に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ゴム製品に使用されるゴム材料の物性
は、原料とするポリマーの品質のばらつきや、加硫前に
行われる混練条件のばらつきの影響を受ける。特に、防
振用ゴム製品に使用されるゴム材料においては、硬さ
（弾性率）や損失正接（tan δ）、あるいは引張強さや
伸びなどが重要な特性となるが、これらの物性は、主に
原料ポリマーと充填材及びその他の配合薬品の混合・混
練に用いられるバンバリーミキサや、ゴム生地の加硫前
の練り増しあるいは生地形状の付与等に用いられるオー
プンロールによる混練条件の影響を受けやすく、したが
って、混練条件の制御が重要な課題となる。
【０００３】従来技術においては、混練時間や、混練過
程で連続的に剪断を受けることにより発熱するゴム材料
の温度状態、混練設備の消費電力、あるいはゴム生地加
工時のゴム生地の電気抵抗値の変化や、ゴム生地の圧力
の状態によって、混練条件が制御されている。しかしな
がら、これらの従来技術においては、それぞれ、次に掲
げるような欠点が指摘されている。
【０００４】まず、混練時間による制御においては、次
のような問題がある。すなわち、バンバリーミキサのブ
レードや、オープンロールの表面と、混練されるゴム生
地との間に滑りが発生したり、あるいはゴム生地に油成
分を添加した時にみられるゴム生地同士での滑りが発生
したような場合は、この滑り発生部分では有効に混練さ
れないため、混練のばらつきを生じるが、混練時間の制
御では、このような滑り等の発生の有無による混練のば
らつきを回避することができない。
【０００５】混練温度による制御においては、次のよう
な問題がある。すなわち、混練時の発熱によるゴム材料
の温度の季節差や、混練設備における冷却能力のばらつ
きや、混練開始時における混練設備の温度などによっ
て、制御すべき温度条件が影響されやすい。
【０００６】混練設備の消費電力による制御において
は、次のような問題がある。すなわち混練設備における
ブレードやロール等、混練部の駆動力源である電動機の
消費電力には、軸受部や減速機によって消費される電力
も含まれ、特に、負荷運転時のメカニカルロスのキャン
セルが難しいため、その影響を受けて混練状態を把握す
る精度が低下し、制御にばらつきを生じる。
【０００７】ゴム生地の電気抵抗値による制御は、カー
ボンブラックが配合されたゴム材料の場合、カーボンブ
ラックの分散状態によって電気抵抗値が変化することを
利用したものであるが、この方法は、ゴム生地の混練度
合いとカーボンブラックの分散状態がほぼ等しい場合に
のみ有効である。しかも、カーボンブラックが配合され
ないゴム材料の場合は、混練度合いによる電気抵抗値の
変化が小さく、有効性に欠ける。
【０００８】ゴムの圧力検出による制御は、バンバリー
ミキサ等の密閉式混練機や押出機のように、圧力検出器
の装着が可能なものについては有効であるが、オープン
ロールには圧力検出器の装着が困難であり、この方法が
採用できない。
【０００９】また、上述した従来技術において、混練時
間や消費電力での制御は、入力条件の制御であって、す
なわちゴム生地に一定の混練条件を与えるものであり、
ゴム原料のばらつきや、それまでの混練工程における混
練条件のばらつきを吸収して物性を均一化するものでは
ない。また、混練時間や消費電力以外の方法は、ゴム生
地の状態を把握することによって混練条件を制御するも
のではあるが、検出されるゴム材料物性には、混練温度
等も影響しており、場合によってはこれらの環境因子が
ばらつくため、確実なゴム材料物性の均一化が困難であ
る。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述のよう
な問題に鑑みてなされたもので、その主な技術的課題と
するところは、混練過程でゴム材料の粘度を的確に把握
し、これに基づいて混練制御を行うことにより、原料の
品質や混練条件のばらつきによるゴム生地の粘度のばら
つきを解消することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上述した技術的課題は、
本発明によって有効に解決することができる。すなわち
本発明に係るゴム混練設備は、軸心が互いに平行であっ
て所定の隙間をもって隣接配置され互いに反対方向へ回
転される一対のロールと、このロールを回転させる電動
機の駆動を制御する駆動制御部と、前記ロールを支持す
る軸受に設けられ、前記ロール間に被混練ゴム生地が介
入されることによって前記軸受に軸心と直角方向に作用
する応力を計測するロール間応力計測部と、前記ゴム生
地の温度を計測する温度計測部と、前記ロール間応力計
測部及び温度計測部からの計測データに基づいて前記ゴ
ム生地の状態を判定し、その結果を前記駆動制御部に出
力する演算処理部とを備える。
【００１２】
【発明の実施の形態】図１は、本発明に係るゴム混練設
備の概略的な構成を示すものである。全体を参照符号１
０で総括して示されるこのゴム混練設備は、所定の隙間
をもって隣接配置され軸心が互いに平行な二本の金属製
ロール１１Ａ，１１Ｂと、このロール１１Ａ，１１Ｂの
軸部の両端をそれぞれ軸心の周りに回転自在に支持する
軸受１２，１２と、前記ロール１１Ａ，１１Ｂの動力源
である電動機１３と、この電動機１３の出力軸と前記ロ
ール１１Ａ，１１Ｂとの間に介在された減速機１４とを
備える。なお、前記ロール１１Ａ，１１Ｂの駆動力は、
油圧モーター等によって得ることもできる。
【００１３】電動機１３の起動、停止、回転速度等は、
電動機駆動制御部１５によって制御される。また、電動
機１３の駆動力は減速機１４を介してロール１１Ａ，１
１Ｂに与えられ、このロール１１Ａ，１１Ｂは、前記減
速機１４によって、矢印Ｒａ，Ｒｂで示されるように互
いに反対方向へ回転される。
【００１４】軸受１２は、例えば図２又は図３に示され
るような構造を有する。このうち、図２に示される軸受
１２は、各ロールを軸支する一対の軸受本体１２１（図
には一方の軸受本体１２１Ａのみ示される）が、枠状の
基台１２２内に、ロールベアリング１２３等の滑り機構
を介して、水平かつ軸直角方向へ移動可能に配置されて
いる。また、図３に示される軸受１２は、各ロールを軸
支する一対の軸受本体１２１（図には一方の軸受本体１
２１Ａのみ示される）が、枠状の基台１２２内に配置さ
れ、このうち少なくとも一方の軸受本体１２１Ａが、前
記基台１２２の側壁１２２ａに螺合されたロール間隙調
整螺子１２４によって、安全皿１２５を介して水平かつ
軸直角方向に移動可能であり、これによってロール１１
Ａ，１１Ｂ間の間隙の大きさを任意に調整可能となって
いる。
【００１５】軸受１２には、ロール１１Ａ，１１Ｂの間
に混練対象のゴム生地２０が介入されることによって、
前記ロール１１Ａ，１１Ｂを介してその軸直角方向に作
用する応力を計測するロール間応力計測部１６が設けら
れている。
【００１６】詳しくは、図２に示されるような軸受１２
においては、例えば一方の軸受本体１２１Ａの外側面
と、これに水平方向に対向する基台１２２の側壁１２２
ａの内側立上り面１２２ｂとの間に、ロール間応力計測
部１６として圧力センサ１６１が挟装される。また、図
３に示されるような軸受１２においては、軸受本体１２
１Ａに軸直角方向に作用する荷重を弾性変形により吸収
して、ロール１１Ａ，１１Ｂの破損を防止する安全皿１
２５の可撓部分１２５ａに、ロール間応力計測部１６と
して歪ゲージ１６２が貼着される。
【００１７】図１において、被混練ゴム生地２０が巻き
込まれるロール１１Ａの外周側には、前記ゴム生地２０
の温度を計測する温度計測部１７が近接配置されてい
る。この温度計測部１７としては、例えば非接触式の赤
外線センサ等が好適に用いられる。
【００１８】ロール間応力計測部１６及び温度計測部１
７による計測データは、演算処理部１８に入力される。
この演算処理部１８には、基準データとして、図４に示
されるような、温度によるゴム生地２０の粘度の適正領
域の値が予め入力されてメモリ（図示省略）に記憶され
ており、前記ロール間応力計測部１６及び温度計測部１
７からの計測データによりゴム生地粘度を求めて、前記
基準データと比較演算し、その演算結果を電動機１３の
駆動制御値に変換して、電動機駆動制御部１５への出力
を行うように、処理プログラムが設定されている。ま
た、前記演算結果等は、表示装置あるいはプリンタ（図
示省略）によって出力表示することもできる。
【００１９】上記構成のゴム混練設備１０は、成形加硫
前の段階で、ロール１１Ａ，１１Ｂによってゴム生地２
０を混練加工すると共に、その厚さや形状等を調整する
ものである。ここで、それぞれ矢印Ｒａ，Ｒｂ方向へ回
転されるロール１１Ａ，１１Ｂ間に巻き込まれて介入さ
れて行くゴム生地２０は、その過程で前記ロール１１
Ａ，１１Ｂ間の間隙を押し広げようとする応力を生じる
が、この応力（ロール間応力）は、ゴム生地２０の粘度
に対応するものである。
【００２０】ゴム生地２０の粘度は、混練の度合いやゴ
ム生地２０の温度、及びゴム生地２０に加えられる剪断
応力の影響を受け、更に、原料ポリマの品質や、当該ロ
ール式ゴム混練設備１０に投入される前までの混練条件
によるばらつきを含んでいる。そしてゴムの品質の安定
化のためには、ゴム生地２０の状態を一定とすることが
望ましく、このため、ゴム生地２０を、その材料特有の
一定の粘度となるように、混練度合いを制御する必要が
ある。
【００２１】本発明においては、ロール１１Ａ，１１Ｂ
による混練加工の進行に伴って徐々に低下して行くゴム
生地２０の粘度を、前記ロール１１Ａ，１１Ｂ間の応力
により軸受本体１２１Ａに作用する軸直角荷重として、
ロール間応力計測部１６により常時計測している。ま
た、前記粘度はゴム生地２０の温度によっても変化する
ため、演算処理部１８では、温度計測部１７で計測され
たゴム生地２０の温度データに基づいて、温度による粘
度変化分を補正する。そしてその補正された粘度が、基
準データによる適正粘度領域となるように、前記ロール
１１Ａ，１１Ｂを回転させる電動機１３の駆動を制御し
ている。
【００２２】詳しくは図５のフローチャートに示される
ように、プログラムがスタートし、ステップＳ１におい
て電動機１３が駆動し、ロールによる混練が行われる
と、ステップＳ２において、ロール間応力計測部１６に
よって計測されたロール間応力の計測データが取り込ま
れる一方、ステップＳ３において、温度計測部１７によ
って計測されたゴム生地温度の計測データが取り込ま
れ、これらの計測データから、次ステップＳ４において
ゴム生地の粘度（温度補正値）が求められる。
【００２３】次に、ステップＳ５においては、求められ
た粘度データを、予め入力された基準データと比較し、
その結果、適正な粘度範囲である（ＹＥＳ）と判定され
た場合は、ステップＳ６において電動機駆動制御部１５
により電動機１３が停止して混練を終了する。また、求
められた粘度データが適正範囲外である（ＮＯ）と判定
された場合は、ステップＳ７において混練条件（電動機
１３の駆動条件）が変更され、再びステップＳ１からの
処理が繰り返される。
【００２４】なお、ゴム生地２０の粘度は、剪断速度に
よっても変化するため、ロール１１Ａ，１１Ｂの回転速
度を一定にするか、あるいは上述のような温度による粘
度への影響と同様に、剪断速度（ロールの回転速度）と
粘度との関係式を求め、これに基づいて、更に粘度の補
正を行うことが望ましい。
【００２５】また、ゴム生地２０の粘度によって、ロー
ル１１Ａ，１１Ｂを押し広げるように作用するロール間
応力は、ロール１１Ａ，１１Ｂ間の間隙の大きさや、ロ
ール１１Ａ，１１Ｂの軸方向長さ、あるいはゴム生地２
０の投入量等によって異なる値となる。したがって、こ
れらロール間隙、ロール長さ及び生地投入量等の条件を
一定とするか、あるいはこれらの値によるロール間応力
の変化率を求めておいて、粘度を補正するようにしても
良い。
【００２６】
【発明の効果】本発明に係るゴム混練設備によると、カ
ーボンブラックの配合の有無といった材料による計測の
制約がなく、メカニカルロスの混入が少なく、また、ロ
ール間応力から求められるゴム生地の粘度を温度によっ
て補正するため、制御の根拠となるゴム生地粘度データ
を高精度で得ることができる。
【００２７】しかも、従来技術における混練時間や消費
電力での制御のように、入力条件の制御を行う場合と異
なり、混練条件は、上述のように高い精度で求められた
ゴム生地の状態判定に基づいてフィードバック制御され
るため、原料品質や前工程における加工条件のばらつき
があっても、一定の粘度のゴム生地を得ることができ
る。また、既存の仕様のロール式混練設備にも容易に適
用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るゴム混練設備の好ましい実施の形
態を示す概略構成説明図である。
【図２】上記ゴム混練設備における軸受及びこれに取り
付けられたロール間応力計測部の一例を示す説明図であ
る。
【図３】上記ゴム混練設備における軸受及びこれに取り
付けられたロール間応力計測部の他の例を示す説明図で
ある。
【図４】温度によるゴム生地の粘度の適正領域を示す説
明図である。
【図５】本発明に係るゴム混練設備の処理プログラムを
示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０ ゴム混練設備 １１Ａ，１１Ｂ ロール １２ 軸受 １２１，１２１Ａ，１２１Ｂ 軸受本体 １２２ 基台 １２３ ロールベアリング １２４ ロール間隙調整螺子 １２５ 安全皿 １３ 電動機 １４ 減速機 １５ 電動機駆動制御部 １６ ロール間応力計測部 １６１ 圧力センサ １６２ 歪ゲージ １７ 温度計測部 １８ 演算処理部 ２０ ゴム生地

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 軸心が互いに平行であって所定の隙間を
    もって隣接配置され互いに反対方向へ回転される一対の
    ロール（１１Ａ，１１Ｂ）と、 このロール（１１Ａ，１１Ｂ）を回転させる電動機（１
    ３）の駆動を制御する駆動制御部（１５）と、 前記ロール（１１Ａ，１１Ｂ）を支持する軸受（１２）
    に設けられ、前記ロール（１１Ａ，１１Ｂ）間に被混練
    ゴム生地（２０）が介入されることによって前記軸受
    （１２）に軸心と直角方向に作用する応力を計測するロ
    ール間応力計測部（１６）と、 前記ゴム生地（２０）の温度を計測する温度計測部（１
    ７）と、 前記ロール間応力計測部（１６）及び温度計測部（１
    ７）からの計測データに基づいて前記ゴム生地（２０）
    の状態を判定し、その結果を前記駆動制御部（１５）に
    出力する演算処理部（１８）と、を備えることを特徴と
    するゴム混練設備。
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