JP2005022303A

JP2005022303A - ゴム練り装置、ゴム練り方法及びプログラム

Info

Publication number: JP2005022303A
Application number: JP2003191658A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Uchida; 洋内田; Akira Kitaura; 亮北浦
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2003-07-04
Filing date: 2003-07-04
Publication date: 2005-01-27

Abstract

【課題】練り終了時のゴムの粘度を安定的に一定の粘度にする。
【解決手段】ゴム練り装置において、アウトプット粘度を予め設定する工程Ｓ１０１と、練り途中の動作パラメータを測定する工程Ｓ１０４と、上記測定した動作パラメータからインプット粘度を推定する工程Ｓ１０５と、上記インプット粘度とアウトプット粘度から練り動作終了パラメータを算出する工程Ｓ１０６と、上記練り動作終了パラメータに達した時に練りを終了させる工程Ｓ１０７とを実施する。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はインターナルミキサーでのゴム練りに関し、より詳細には、インターナルミキサーに投入する原料ゴム粘度（以下インプット粘度と呼ぶ）のバッチ間にばらつきがあっても、練り終了時のゴムの粘度（以下アウトプット粘度と呼ぶ）を安定的に一定の粘度にすることを可能にしたゴム練り装置、ゴム練り方法及びプログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ゴム加工産業の混練り工程では、アウトプット粘度を一定にすることが重要である。アウトプット粘度のばらつきは、押出工程等のゴム型付けや製品の寸法精度に影響を及ぼすからである。しかし、インプット粘度そのもののばらつきや、原料ゴムの放置期間のばらつきによるインプット粘度のばらつき、練り時の分子切断、流動、混合、分散等のばらつきがあるため、一定のアウトプット粘度を安定的に得ることが困難である。
【０００３】
最も問題になるのは、インプット粘度のばらつき、特に天然ゴムの粘度のばらつきである。天然ゴムは、複数の産地（シッパー）で生産されており、シッパー間の粘度差や練り工程で使用するまでの時間差があるため、インプット粘度のばらつきが特に大きい。アウトプット粘度を一定の粘度にする方法としては、インプット粘度のばらつきを低減させる方法と、練り時に種々の対策を行うことでアウトプット粘度のばらつきを低減させる方法の二種類がある。
【０００４】
従来のインターナルミキサーで、目標とするアウトプット粘度のゴムを得るためには、経験的に定めた温度、時間または電力量の一定値を練り動作終了パラメータに定め、その練り動作終了パラメータに達したときにインターナルミキサーの練りを終了させる方法が一般的である。この方法は、インプット粘度が安定しているものに対しては、一定の練り（例えば電力等のエネルギー）を加えることにより、安定したアウトプット粘度を得ることができる。しかし、上記した天然ゴムのように、インプット粘度がバッチ間でばらつきが大きいと、インプット粘度のばらつきをそのまま反映して、アウトプット粘度のばらつきが大きくなってしまう。
【０００５】
この方式で、練り動作終了パラメータにある幅を持たせたとしても、インプット粘度のばらつきは吸収しきれない。その理由は、インプット粘度が通常より高い硬いゴムは、練り初期のゴム粉砕、混合、練りでエネルギーを多く消費するため、練り時のトルクが高く、温度上昇速度も速い。結果として、電力量、温度一定の練り動作終了パラメータでは、練り時間が通常より短くなり、アウトプット粘度がインプット粘度の影響を受け、目標とする粘度より高くなってしまう。逆に、インプット粘度が通常より低い場合には、エネルギー消費および温度上昇速度が遅いため、より長い時間練られ、アウトプット粘度が目標とする粘度より低くなってしまう。
【０００６】
また、インプット粘度を正確に測定し、バッチ毎に必要な練りエネルギー（温度、時間、電力または電力量）を設定すれば、アウトプット粘度のばらつきを、かなり減少できることが知られている。しかし、インプット粘度の測定は、一カ所あたり数十グラムをサンプリングして、ムーニー粘度測定器で測定する。天然ゴムではバッチ重量が１８０ｋｇあるが、数十グラムのサンプルを数カ所測定しただけでは、インプット粘度を正確に把握するには不十分であり、だからといって、１０個以上のサンプルを採取してムーニー粘度を測定することは、現実的には困難であった。また、バッチ毎に練りエネルギーを設定するのには、膨大な時間が必要となるため、コスト高となり現実的ではなかった。
【０００７】
さらに、練り動作終了パラメータ、すなわち目標値の粘度に達したか否かを判断する方法として、練り時のトルク、練り時の音波を利用する方法（特許文献１）があるが、特にインターナルミキサーが大型の場合、ミキサー内でのゴムの流動性のばらつきがあり、外気温度等の外乱の影響もあって、実用に供するのが難しいのが現状であった。
【０００８】
【特許文献１】
特開平７−２８５１２５号明細書
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的は、バッチ間のインプット粘度にばらつきがあっても、練り途中に測定した動作パラメータから、インプット粘度のばらつきに対応した練り動作終了パラメータを算出することにより、一定のアウトプット粘度を得ることである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、設定したアウトプット粘度を保存する記憶手段と、練り途中で測定したゴム練り動作パラメータに基づきインプット粘度を得る手段と、得たインプット粘度と設定されたアウトプット粘度から練り動作終了パラメータを算出する手段と、ゴム練り動作パラメータが練り動作終了パラメータに達した時に練りを終了させる手段とを備えたことを特徴とするゴム練り装置である。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１に記載のゴム練り装置において、上記動作パラメータが電力、電力量、温度、温度上昇率のうちの少なくとも一つであることを特徴とするゴム練り装置である。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１または２に記載のゴム練り方法において、上記練り動作終了パラメータが電力、電力量、温度、温度上昇率、時間のうちの少なくとも一つであることを特徴とするゴム練り装置である。
【００１３】
請求項４の発明は、アウトプット粘度を予め設定する工程と、練り途中の動作パラメータを測定する工程と、上記測定した動作パラメータからインプット粘度を得る工程と、上記インプット粘度とアウトプット粘度から練り動作終了パラメータを算出する工程と、上記練り動作終了パラメータに達した時に練りを終了させる工程とを備えたことを特徴とするゴム練り方法である。
【００１４】
請求項５の発明は、請求項４に記載のゴム練り方法において、上記動作パラメータが電力、電力量、温度、温度上昇率のうちの少なくとも一つであることを特徴とするゴム練り方法である。
【００１５】
請求項６の発明は、請求項４または５に記載のゴム練り方法において、上記練り動作終了パラメータが電力、電力量、温度、温度上昇率、時間のうちの少なくとも一つであることを特徴とするゴム練り方法である。
【００１６】
請求項７の発明は、請求項１から４のいずれかに記載のゴム練り方法において、上記ゴム練り方法は、素練り、マスターバッチ、レミル、ファイナル練り、ファイナルレミルの少なくともいずれか一つで行われることを特徴とするゴム練り方法である。
【００１７】
請求項８の発明は、ゴム練り装置を制御するコンピュータに、記憶手段に設定したアウトプット粘度を記憶させる手順と、該記憶手段から設定されたアウトプット粘度を読み出す手順と、練り途中で測定した動作パラメータに基づきインプット粘度を得る手順と、上記インプット粘度とアウトプット粘度から練り動作終了パラメータを算出する手順と、上記練り動作終了パラメータに達した時に練りを終了させる手順を実行させるためのプログラムである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明のゴム練り装置のインターナルミキサーの概要を示す縦断面図、図２は本発明のゴム練り装置に使用する制御装置の構成を示すブロック図、図３は本発明のゴム練り方法の手順を示すフローチャート、図４はシッパー毎に測定した電力量曲線、図５は電力量−インプット粘度のマスターカーブを示すグラフ、図６はインプット粘度−アウトプット粘度−電力量のマスターカーブを示すグラフ、図７は練り時の一般的な電力と温度の変化を示すグラフである。
【００１９】
図１において、インターナルミキサー１は、周囲に突条を備えた一対のロータ２、３が接近して回転しており、その上方の押入口４には、押圧棒５が上方より下降して材料を押し入れるようになっている。この押入口４には、ゴム供給口６から原料ゴムが供給され、また添加剤供給口７からカーボン等の添加剤が供給され、押圧棒５により押入口４に押入れられ、ロータ２、３の回転で、ゴムの粉砕と添加剤の混合および練りまでが行われ、ゴム等の高分子材料が所望の粘度で製造される。
【００２０】
図２に示すゴム練り装置の制御装置８には、種々のデータ処理を行う情報処理手段としてのＣＰＵ９が設けられており、ＣＰＵ９にはバス１０を介してＲＯＭ１１、およびＲＡＭ１２が接続されている。ＣＰＵ９は、ＲＯＭ１１に記憶されているシステムプログラムおよびデータと、ＲＡＭ１２に記憶されているインプット粘度推定プログラム１２Ａ、および練り動作終了パラメータ算出プログラム１２Ｂに従って動作する。Ｒ０Ｍ１１には、基本プログラムであるＯＳ（オペレーティング・システム）や、表示手段１７に対して文字や図形の表示を行わせる表示制御プログラム等が格納されている。
【００２１】
ＣＰＵ９には、バス１０を介して、入出力機器が接続されている。入出力機器としては、文字および図形を表示する表示手段１７、作業者がデータを入力するための入力手段１８が、インターフェース１６を介して接続されている。表示手段１７としては、ＣＲＴや液晶ディスプレイが使用でき、入力手段１８としてはキーボード等が使用できる。
【００２２】
さらに、ＣＰＵ９にはバス１０を介して、アウトプット粘度データメモリ１５、電力量−インプット粘度−マスターカーブ・データメモリ１４、インプット粘度−アウトプット粘度−電力量−マスターカーブ・データメモリ１３が接続されている。アウトプット粘度データメモリは、このインターナルミキサー１で練るゴムの目標とするアウトプット粘度であり、作業者によって入力手段１８から入力される。電力量−インプット粘度データメモリ１４は、図５に示す電力量−インプット粘度マスターカーブのデータを記憶している。インプット粘度−アウトプット粘度−電力量データメモリ１３は、図６に示すインプット粘度−アウトプット粘度−電力量−マスターカーブのデータを記憶している。
【００２３】
ＣＰＵ９は、モータ制御部１９Ａ、１９Ｂ、アンプ２０Ａ、２０Ｂを介してモータ２１Ａ、２１Ｂに接続されている。モータ２１Ａはロータ２を回転させ、モータ２１Ｂはロータ３を回転させる。各モータ２１Ａ、２１Ｂの速度や位置の制御は、検出器２２Ａ、２２Ｂからのフィードバック信号により行い、各モータで消費される電力量（または電力）は、モータ制御部１９Ａ、１９ＢからＣＰＵ９にフィードバックされる電流値等により、ＣＰＵ９で算出される。また、ＣＰＵ９には、インターフェース回路２３を介して温度センサー２４が接続されている。この温度センサー２４は、インターナルミキサー１のロータ２、３近傍に取り付けられて、練り途中のゴムの温度を検出している。これらの、電流値および温度は、練り途中の動作パラメータとして測定され、インプット粘度の推定に使用する。
【００２４】
本実施形態では、練りの途中で測定する動作パラメータとして、消費電力、電力量、温度、温度上昇率のうちの一つまたは複数を使用し、測定した動作パラメータの値からインプット粘度を推定して得ている。測定した動作パラメータとインプット粘度との関係は、過去の実績あるいは実験から、シッパー毎にマスターカーブを作成しておく。
図５は、練りの途中で測定する動作パラメータとして電力量を使用し、インプット粘度を推定するために作成したマスターカーブの一例を示すものである。シッパーＡの原料ゴムについて、練り開始から１０秒毎に５０秒まで、５種類の電力量データ、Ｐ１０からＰ５０が表示されている。このデータがシッパー毎に作成されて、図２の電力量−インプット粘度データメモリ１４に記憶される。練りの途中で測定する動作パラメータとして、上記電力量以外に、電力、温度、温度上昇率を使用する場合には、上記図５で示したマスターカーブと同様なマスターカーブを作成し、そのマスターカーブからインプット粘度を推定すればよい。
【００２５】
動作パラメータの測定タイミングは、練りの途中のある時点、または練りの途中のある期間、練りの前半、練りの後半等、練る原料ゴムのインプット粘度を推定するのに、最も適当なタイミングを選択すればよい。
【００２６】
実施形態では、以上のようにして得た推定したインプット粘度から目標とするアウトプット粘度にするための練り動作終了パラメータとして、電力、電力量、温度、温度上昇率、時間のうちの一つまたは複数を使用することができる。図６は、図５で推定したインプット粘度から、目標とするアウトプット粘度にするための電力量を算出するマスターカーブを示すもので、過去の実績あるいは実験から、シッパー毎にマスターカーブを作成しておく。このマスターカーブのデータが、図２のインプット粘度−アウトプット粘度−電力量データメモリ１３に記憶される。力、温度、温度上昇率、時間を使用する場合には、上記図６で示したマスターカーブと同様なマスターカーブを作成して、そのマスターカーブから練り動作終了パラメータを算出すればよい。
【００２７】
図３のフローチャートに基づいて、本発明のゴム練り方法の１実施形態を説明する。図３では、練りの途中で測定する動作パラメータとして、電力量を使用し、練り動作終了パラメータも電力量を使用している。ステップＳ１０１では、作業者が入力手段１８から予め目標とするアウトプット粘度を設定しておく。設定するデータの入力項目は、例えば、これからインターナルミキサーに投入するシッパーの種類（例えばＡ）とアウトプット粘度（例えば７０Ｋｐａ）である。設定したアウトプット粘度は、アウトプット粘度データメモリ１５に記憶される。
【００２８】
ステップＳ１０２で練りが開始され、ロータ２、３が回転する。ステップＳ１０３で途中動作パラメータ測定のタイミングになったか否か判断し、測定のタイミングになると、ステップＳ１０４で途中動作パラメータの測定が行われる。具体的には、ロータ２、３を回転させるモータ２１Ａ、２１Ｂで消費される電力量が、ＣＰＵ９にフィードバックされ、測定される。途中動作パラメータの測定を、ある期間にわたって行う場合には、ステップＳ１０３、Ｓ１０４で測定した複数の動作パラメータの値を平均して使用したり、あるいは、動作パラメータの変化率として使用することができる。
【００２９】
ステップＳ１０５では、ステップＳ１０４で測定した途中動作パラメータの値から、現在練りが行われているゴム材料のインプット粘度の推定が行われる。ＣＰＵ９は、シッパーＡのデータを、電力量−インプット粘度データメモリ１４から検索し、途中動作パラメータの値（電力量）と、途中動作パラメータを測定した時間に対応するマスターカーブから、インプット粘度を推定する。
【００３０】
ステップＳ１０６では、ステップＳ１０５で推定したインプット粘度と、予め作業者により設定されているアウトプット粘度から、目標とするアウトプット粘度を得るための練り動作終了パラメータの算出が行われる。この算出は、ＣＰＵ９が、アウトプット粘度データメモリ１５と、インプット粘度−アウトプット粘度−電力量データメモリ１３と、ＲＡＭ１２の練り動作終了パラメータ算出プログラム１２Ｂを使用して行う。
【００３１】
ステップＳ１０７では、ステップＳ１０６で算出した練り動作終了パラメータに達するまで練りが行われ、練り動作終了パラメータに達すると、練りを終了し、所望の粘度に練られたゴムを次工程に排出する。次に、別のゴム材料がインターナルミキサー１に投入され、上記ステップが繰り返し行われる。
【００３２】
本発明者らが行ったテスト結果を以下に記載する。このテストは、インプット粘度が原料産地（シッパー間）で大きくばらつく天然ゴムの素練り工程に、本発明の練り方法を適用した例である。
粘度の異なる３シッパー（Ａ、Ｂ、Ｃ）を、順次インターナルミキサー１で練りを行った。練りが終了した、シッパーＡ、Ｂ、Ｃを各々、１０カ所サンプリングし、ムーニー粘度測定器で測定した粘度は、平均で各々、１０３．２Ｋｐａ、８８．４Ｋｐａ、７９．８Ｋｐａであった。
【００３３】
インプット粘度を推定するのに使用する途中動作パラメータは、練り開始後５０秒の時の電力量を測定して使用した。図４に示すように、シッパーＡ、Ｂ、Ｃの電力量は、各々８．４０Ｋｗｈ、８．２５Ｋｗｈ、８、１７Ｋｗｈであった。
ステップＳ１０５で、インプット粘度を推定した。Ａ、Ｂ、Ｃ各々について、図５の電力量−インプット粘度マスターカーブのデータから推定すると、Ａは１００．７Ｍｐａ、Ｂは８８．４Ｍｐａ、Ｃは８１．８Ｍｐａであった。
練り終了後の目標アウトプット粘度を７０Ｋｐａと決め、Ａ、Ｂ、Ｃの各原料ゴムを７０Ｋｐａにするための練り動作終了パラメータを、ステップＳ１０６で算出した。
Ａ、Ｂ、Ｃ各々について、図６のインプット粘度−アウトプット粘度−電力量マスターカーブのデータから算出すると、Ａは１９．７Ｋｗｈ、Ｂは１７．３Ｋｗｈ、Ｃは１６．０Ｋｗｈであった。
この練り動作終了パラメータに達した時点でＡ、Ｂ、Ｃ各々の練りを終了させた。練り終了後のゴムの粘度をムーニー粘度測定器で測定したところ、Ａは７２．１Ｋｐａ、Ｂは７０．２Ｋｐａ、Ｃは６９．５Ｋｐａであった。
【００３４】
本発明の練り方法を使用せずに、一定の電力量（１７．０Ｋｗｈ）で練った場合のゴムの粘度をムーニー粘度測定器で測定したところ、Ａは７６．２Ｋｐａ、Ｂは７０．３Ｋｐａ、Ｃは６７．３Ｋｐａであった。本発明の練り方法を使用した場合とそのばらつきを比較すると、８．９ポイントから２．６ポイントに低減したことが実証された。
【００３５】
本発明は、以上のゴム練り処理手順を実行するプログラム、つまり、ゴム練り装置を制御するコンピュータに、記憶手段に設定したアウトプット粘度を記憶させる手順と、該記憶手段から設定されたアウトプット粘度を読み出す手順と、練り途中で測定した動作パラメータに基づきインプット粘度を得る手順と、上記インプット粘度とアウトプット粘度から練り動作終了パラメータを算出する手順と、上記練り動作終了パラメータに達した時に練りを終了させる手順を実行させるためのプログラムをゴム練り装置のコンピュータにダウンロードすることで、以上で説明したゴム練り処理を行うことができる。
また、このプログラムはＭＯ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＨＤＤ等の周知のコンピュータ読み取り可能な記憶手段に記録して適宜提供することができる。
【発明の効果】
請求項１から８に対応する効果：ミキサーに投入する原料ゴムのインプット粘度にばらつきがあっても、練り途中の動作パラメータからインプット粘度を推定することができるため、バッチ毎にインプット粘度をその都度測定する必要がなくなる。また、練り動作終了パラメータは、バッチ毎に目標とするアウトプット粘度になるように変更するため、バッチ間の粘度のばらつきのない練りを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のゴム練り装置に使用するインターナルミキサーの概要を示す縦断面図である。
【図２】本発明のゴム練り装置に使用する制御装置の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明のゴム練り方法の手順を示すフローチャートである。
【図４】シッパー毎に測定した電力量曲線である。
【図５】電力量−インプット粘度のマスターカーブを示すグラフである。
【図６】インプット粘度−アウトプット粘度−電力量のマスターカーブを示すグラフである。
【図７】練り時の一般的な電力と温度の変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１…インターナルミキサー、２、３…ロータ、６…ゴム供給口、９…ＣＰＵ、１２Ａ…インプット粘度推定プログラム、１２Ｂ…練り動作終了パラメータ算出プログラム、１３…インプット粘度−アウトプット粘度−電力量・マスターカーブデータメモリ、１４…電力量−インプット粘度・マスターカーブデータメモリ、１５…アウトプット粘度データメモリ。

Claims

設定したアウトプット粘度を保存する記憶手段と、練り途中で測定したゴム練り動作パラメータに基づきインプット粘度を得る手段と、得たインプット粘度と設定されたアウトプット粘度から練り動作終了パラメータを算出する手段と、ゴム練り動作パラメータが練り動作終了パラメータに達した時に練りを終了させる手段とを備えたことを特徴とするゴム練り装置。
請求項１に記載のゴム練り装置において、上記動作パラメータが電力、電力量、温度、温度上昇率のうちの少なくとも一つであることを特徴とするゴム練り装置。
請求項１または２に記載のゴム練り方法において、上記練り動作終了パラメータが電力、電力量、温度、温度上昇率、時間のうちの少なくとも一つであることを特徴とするゴム練り装置。
アウトプット粘度を予め設定する工程と、練り途中の動作パラメータを測定する工程と、上記測定した動作パラメータからインプット粘度を得る工程と、上記インプット粘度とアウトプット粘度から練り動作終了パラメータを算出する工程と、上記練り動作終了パラメータに達した時に練りを終了させる工程とを備えたことを特徴とするゴム練り方法。
請求項４に記載のゴム練り方法において、上記動作パラメータが電力、電力量、温度、温度上昇率のうちの少なくとも一つであることを特徴とするゴム練り方法。
請求項４または５に記載のゴム練り方法において、上記練り動作終了パラメータが電力、電力量、温度、温度上昇率、時間のうちの少なくとも一つであることを特徴とするゴム練り方法。
請求項１から４のいずれかに記載のゴム練り方法において、上記ゴム練り方法は、素練り、マスターバッチ、レミル、ファイナル練り、ファイナルレミルの少なくともいずれか一つで行われることを特徴とするゴム練り方法。
ゴム練り装置を制御するコンピュータに、記憶手段に設定したアウトプット粘度を記憶させる手順と、該記憶手段から設定されたアウトプット粘度を読み出す手順と、練り途中で測定した動作パラメータに基づきインプット粘度を得る手順と、上記インプット粘度とアウトプット粘度から練り動作終了パラメータを算出する手順と、上記練り動作終了パラメータに達した時に練りを終了させる手順を実行させるためのプログラム。