JP2005262725A - ゴム材料の混練制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ロール混練機でゴム材料を混練する場合、粘度が安定した混練物を得るゴム材料の混練制御方法を提供する。
【解決手段】 ロール混練機１における一対のロール２，２間にゴム材料Ｒを連続的に繰り返し通過させ、ゴム温度とロールの駆動トルクとロールギャップとロール表面速度とに基づいて経時的に粘度を推定計算しながら設定粘度のゴム混練物にするに当たり、前記粘度の推定計算に用いるトルク及びゴム温度として予め単調減少関数形で設定された推定値を使用し、該推定値と実測値との差を修正しながら混練を行なう。
【選択図】 図１

Description

本発明はゴム材料の混練制御方法に関し、さらに詳しくは、ロール混練機によりゴム材料を混練する場合、粘度が安定した混練物を得るゴム材料の混練制御方法に関する。

加硫されたゴム製品を得る場合、加硫前の未加硫ゴム材料にはカーボンブラック、加硫促進剤、耐候剤など種々の配合剤が配合されて混練を行い、均一に分散したゴム混練物にしている。各バッチの混練工程から得られたゴム混練物は相互に品質のバラツキがないことが要求されるが、その管理は一般に最終粘度を一定にすることで行なわれいる。

従来、バッチ毎に得られるゴム混練物を一定の粘度に揃えるための混練制御方法としては、混練の開始から終了までの混練過程で混合機を駆動するトルクとゴム温度とから、これらの実測値に基づき粘度を経時的に推定しながら制御を行い、目標の最終粘度になるようにすることが行なわれている（特許文献１など）。

しかし、上記混練制御方法は、密閉型混合機で実施する場合には有効であるが、オープン構造のロール混練機で実施する場合には、ゴム温度が外気温の影響により大きく変動すること、また、駆動トルクもロールギャップ変動により剪断速度が変わることで大きく変動するため、それから計算される推定粘度が大幅にバラツキを発生し、バッチ毎にゴム混練物の粘度を安定化することが非常に難しい。この粘度バラツキの対策として、ゴム温度及び駆動トルクの実測値を、それぞれ１分毎の移動平均値にして推定粘度の計算に用いるという試みもあるが、満足可能なレベルにまで粘度バラツキを安定化するには至っていない。
特開２００１−２７７２３６号公報

本発明の目的は、ロール混練機でゴム材料を混練する場合、粘度が安定した混練物を得るゴム材料の混練制御方法を提供することにある。

上記目的を達成する本発明のゴム材料の混練制御方法は、ロール混練機における一対のロール間にゴム材料を連続的に繰り返し通過させ、ゴム温度と前記ロールの駆動トルクとロールギャップとロール表面速度とに基づいて経時的に粘度を推定計算しながら設定粘度のゴム混練物にするゴム材料の混練制御方法において、前記粘度の推定計算に用いるトルク及びゴム温度として予め単調減少関数形で設定された推定値を使用し、該推定値と実測値との差を修正しながら混練を行なうことを特徴とするものである。

本発明によれば、上記のように粘度の推定計算に用いるトルク及びゴム温度として予め単調減少関数形に設定された推定値を使用することにより、そのトルク及びゴム温度に大きな変動がないため混練過程で行なう推定粘度のバラツキがなくなり、それによってゴム混練物を設定粘度に一致するように安定化することができる。

本発明のゴム材料の混練制御方法にはロール混練機を使用する。ロール混練機は互いに反対方向に回転駆動される左右一対のロールを有し、オープン構造であることが特徴である。その一対のロールに、ゴム材料を上部から下方へ通過させるように供給し、そのロールギャップを通過する時に剪断力を与える。さらにロールを通過後のゴム材料を帯状の環状体に形成し、再び一対のロールの上部に還流させ、これを連続させることにより上記操作を繰り返す。このような繰り返し操作により、ゴム材料中の配合剤が次第に均一に分散し、かつ粘度を低下させていく。

上記混練操作を行なう際の粘度制御として、ゴム温度とロールの駆動トルクとロールギャップとロール表面速度とに基づき経時的に粘度を推定計算し、その推定粘度が一定範囲になるように制御しながら目標の設定粘度になったところで、混練操作を終了する。混練操作過程でゴム粘度の推定に使用する計算式としては特に限定されるものではないが、例えば、次の(1) 式を使用することができる。
η_MV ∝ Ｐ／〔Ｋ・ｅｘｐ｛Ｅａ（1/T-1/373)／Ｒ｝・｛Ｖ／（２・ｈ）｝^A 〕
・・・・・ (1) ここに、η_MV：粘度インデックス（基準温度を１００℃とし、剪断速度を２[1/s] と する）
Ｐ ：ロール駆動の電力レベル（駆動トルクに対応）
Ｋ ：係数
Ｅａ：活性化エネルギー
Ｒ ：気体常数
Ｔ ：ゴム温度
Ｖ ：ロール表面速度
ｈ ：ロールギャップの大きさ
Ａ ：０．３〜１．０（ゴム混練物により決まる係数）

本発明の混練制御方法では、混練開始から終了までの操作過程において、上記(1) 式等で推定粘度を計算するとき、ゴム温度Ｔと電力レベルＰ（駆動トルク）に、大きな変動をする実測値を使用するのではなく、予め単調減少関数形で設定された推定値を使用する。単調減少関数形とは、例えば、 Ｙ＝Ａ logＸ＋Ｂ、Ｙ＝Ａ expＸ＋Ｂ、Ｙ＝ＡＸ^B （ただし、Ｘは実測値、Ｙは推定値、Ａ，Ｂは定数）などで表わされる関数形であり、実測値を基に近似曲線を連続的に計算し、測定時点での代表ゴム温度及び代表電力レベル（トルク）を推定値として得るようにしたものである。

図２及び図３に、それぞれ単調減少関数形で求めたゴム温度及び電力レベルの推定値の例として、実測値並びにその実測値の１分毎の移動平均値と共に表示した。単調減少関数形で得られる推定値は、１分毎の移動平均値に比べて更に安定した変化になることがわかる。

図４は、単調減少関数形で求めたゴム温度及び電力レベルの推定値に基づいて推定粘度を計算して制御した場合の最終粘度インデックス（η_MV）と実測の最終粘度との関係、及び１分毎の移動平均値に基づいて推定粘度を計算して制御した場合の最終粘度インデックス（η_MV）と実測の最終粘度との関係をそれぞれ示す。図４中に丸印でプロットしたデータが前者の単調減少関数形の場合を示し、三角印でプロットしたデータが後者の１分毎の移動平均値の場合を示す。この結果から、本発明の単調減少関数形により得た推定値に基づく制御方法の方が、１分毎の移動平均値に基づく制御方法よりも実測粘度（実際に得られる粘度）に一層近い関係になっている。すなわち、バッチ毎に粘度バラツキが少ない安定した粘度のゴム混練物が得られることがわかる。

図１は、本発明の混練制御方法を実施する装置の概略を例示する。

オープン構造のロール混練機１は左右一対のロール２，２を有し、電動モータ５により互いに反対方向に駆動されるようになっている。一対のロール２，２が互いに連動するものであれば、電動モータ５は１基だけでもよく、ロール毎に２基設けてあってもよい。一対のロール２，２は軸端を軸受箱３，３により支持され、ロール２，２間に狭いロールギャップ４を形成している。一方の軸受箱３にはアクチュエータ６が設けられ、このアクチュエータ６によりロールギャップ４が大きさを調整されるようになっている。

混練処理する未加硫のゴム材料Ｒは、一対のロール２，２の上部から下方へ通過するように供給され、ロールギャップ４で剪断力を受けながら混練される。下方へ通過したゴム材料Ｒは帯状の環状体として形成されて再びロール２，２の上方に循環し、上記混練操作を繰り返すことによりゴム材料Ｒの内部の配合剤を分散させ、かつ粘度を次第に低下させる。そして、その粘度が予め設定された目標粘度に到達すると混練操作は終了する。

上記ロール２，２の直下には、本発明の混練制御を実施するため、非接触式の温度センサー７が設けられ、ロール２，２を通過直後のゴム材料Ｒの温度を測定するようになっている。また、電動モータ５から、ロール２，２の駆動トルクに相当する電力レベルＰと、ロール表面速度Ｖとを測定するようになっている。さらに軸受箱３，３間の変動を検知する変位計８により、ロールギャップの大きさｈを測定するようになっている。

このように測定された実測値は演算部８に送られ、ここでゴム温度及び電力レベルの実測値から単調減少関数形で代表値としての推定値が求められ、この推定値と他のロールギャップ、ロール表面速度とから、その時点でのゴム材料Ｒの粘度の推定値が計算される。上記ゴム温度及び電力レベルの実測値と推定値との差に基づく修正信号が電動モータ５及び／又はアクチュエータ６に出力され、これらゴム温度及び電力レベルと推定粘度の修正が行なわれる。この操作を混練工程中に連続的に繰り返しながら、最終の目標粘度に達したところで混練操作を終了する。

タイヤに使用する未加硫ゴムの混練のほか、コンベヤベルトやその他のゴム製品のゴム材料の混練のために利用することができる。

本発明のゴム材料の混練制御方法を実施する装置を例示する概略図である。 ゴム材料の混練工程における混練時間とゴム温度の関係を示すグラフ図である。 ゴム材料の混練工程における混練時間と電力レベルの関係を示すグラフ図である。 推定値の粘度インデックスと実測の最終粘度との関係を示すグラフ図である。

符号の説明

１ ロール混練機
２ ロール
３ 軸受箱
４ ロールギャップ
５ 電動モータ
６ アクチュエータ
７ 温度センサー
８ 変位計
Ｒ ゴム材料

Claims (5)

1. ロール混練機における一対のロール間にゴム材料を連続的に繰り返し通過させ、ゴム温度と前記ロールの駆動トルクとロールギャップとロール表面速度とに基づいて経時的に粘度を推定計算しながら設定粘度のゴム混練物にするゴム材料の混練制御方法において、前記粘度の推定計算に用いるトルク及びゴム温度として予め単調減少関数形で設定された推定値を使用し、該推定値と実測値との差を修正しながら混練を行なうゴム材料の混練制御方法。
2. 前記ゴム温度の実測値を、前記ロールを通過直後のゴム材料から測定する請求項１に記載のゴム材料の混練制御方法。
3. 前記トルクの実測値を、前記ロールを駆動する電動モータの電力レベルから測定する請求項１又は２に記載のゴム材料の混練制御方法。
4. 前記ロールギャップの実測値を、前記ロールの軸受箱間の変位から測定する請求項１〜３のいずれかに記載のゴム材料の混練制御方法。
5. 前記ロール表面速度の実測値を、前記ロールを駆動する電動モータの回転速度から測定する請求項１〜４のいずれかに記載のゴム材料の混練制御方法。
   

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