JP2009234077A - 混練機、ゴム混練方法及びタイヤの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】エコタイヤに使用されるゴム材料の石油外資源率の低下を抑制する。
【解決手段】軸中心線Ｃを平行とし、かつ互いに回転駆動しうる一対の混練ローター２と、混練ローター２を内部に収容するとともに、混練ローター２の軸方向両端部を、回転自在に枢支する軸受部４を具えた混練ケース３とを有する混練機１である。混練機１は、軸受部４に、石油外資源からなる潤滑油が用いられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、石油外資源率を高めたゴム材料等に適した混練機、ゴム混練方法及びタイヤの製造方法に関する。

例えば、加硫後のゴムに所望の物性を付与するために、原料ゴムを可塑化しかつゴム中に添加剤を均一に分散させるための混練作業が行われる。このような混練作業には、ゴム材料が投入された混練ケース内で一対の混練ローターを回転駆動させる二軸密閉式の混練機が多用される（例えば、下記特許文献１参照）。

また、前記混練機は、前記混練ケースに混練ローターの軸方向両端部を枢支する軸受部が設けられる。従来、この軸受部には、ミネラルオイル等の石油資源からなる潤滑油が供給されており、混練工程中の混練ロータと軸受部との摩擦を軽減させることが行われている。

特開２０００−１６７３７２号公報

近年、地球環境問題が重視され、例えば、ゴム材料中の石油外資源率を高めたタイヤ（以下、「エコタイヤ」ということがある。）に注目が集まっている。このようなエコタイヤは、例えば、合成ゴムの全部乃至主要部が天然ゴムに置き換えられており、また添加剤にも石油外資源由来のものが多く用いられている。

しかしながら、このようなゴム材料を上述の混練機で混練した場合、石油資源からなる前記潤滑油の一部が、混練工程中に混練ケース内に進入し、混練中のゴム材料に練りこまれることがある。このため、エコタイヤの材料ゴム中の石油外資源率が低下するという問題があった。

本発明は、以上のような実状に鑑み案出されたもので、混練ローターの軸方向両端部を回転自在に枢支する軸受部に、石油外資源からなる潤滑油を用いることを基本として、例えば、エコタイヤに使用されるゴム材料の石油外資源率の低下を抑制しうる混練機、ゴム混練方法及びタイヤの製造方法を提供することを主たる目的としている。

本発明のうち請求項１記載の発明は、軸中心線を平行としかつ互いに回転駆動しうる一対の混練ローターと、前記混練ローターを内部に収容するとともに前記混練ローターの軸方向両端部を回転自在に枢支する軸受部を具えた混練ケースとを有する混練機であって、前記軸受部に、石油外資源からなる潤滑油を用いたことを特徴とする。

また請求項２記載の発明は、前記潤滑油は、植物性油脂からなる請求項１に記載の混練機である。

また請求項３記載の発明は、前記植物性油脂は、なたね油、パーム油又はヤシ油からなる請求項２に記載の混練機である。

また請求項４記載の発明は、軸中心線を平行としかつ互いに回転駆動しうる一対の混練ローターを内部に収容する混練ケースに、ゴム材料及び添加剤を投入して混練するゴム混練方法であって、前記混練ローターの軸方向両端部を回転自在に枢支する前記混練ケースの軸受部に、石油外資源からなる潤滑油を供給しながら混練することを特徴とする。

また請求項５記載の発明は、請求項４に記載されたゴム混練方法で練られたゴムを用いてタイヤを製造することを特徴とする。

本発明の混練機は、混練ローターの軸方向両端部を回転自在に枢支する混練ケースの軸受部に、石油外資源からなる潤滑油が用いられる。従って、潤滑油が混練ケース内に進入しても、混練中のゴム材料の石油外資源率の低下を防止できる。従って、本発明は、エコタイヤの製造に用いられるゴム材料の混練に特に適した混練機及び混練方法を提供することができる。

以下、本発明の実施の一形態が図面に基づき説明される。
図１は本実施形態の混練機１の要部断面図、図２はその軸受部の拡大図である。図において、混練機１は、床面に載置される基台１Ａと、該基台１Ａの両側から立ち上がる一対の支持フレーム１Ｂと、該支持フレーム１Ｂに固着された混練ケース３と、該混練ケース３内に収容された一対の混練ローター２とを有する。

前記混練ローター２は、軸中心線Ｃを平行としかつ互いに回転駆動しうる一対のものからなる（なお、一対の混練ローター２は、図１の紙面と直角方向に並設されているため、図では手前側しか見えない。）。また、混練ローター２は、円柱状の表面を有する基部５と、該基部５の表面から突出して螺旋状にのびる翼部６とを含んでいる。なお混練ローター２の基部５は、両端が同一円形をなしかつ軸方向の中間部分がくびれたような単葉双曲面で形成されたものでもよい。

前記翼部６は、基部５の外周面５ａから半径方向に突出してなり、該基部５の端部を始端Ｓとして螺旋状に軸方向にのびるとともに、本実施形態では基部５の非端部にて途切れた終端Ｅを有するものが例示される。なお、この翼部６の始端Ｓは、図１に示されるように、側壁部３Ｂの内面３Ｂｉから小隙間を介して配される。また翼部６は、互いに連続しない第１の翼部６Ａ及び第２の翼部６Ｂを含む。第１の翼部６Ａと第２の翼部６Ｂとは、前記始端Ｓと前記終端Ｅとの間の軸方向長さを異ならせてもよく、また、螺旋の向きを逆として形成された、いわゆる長翼反転型としてもよい。

混練ローター２の両側には、本実施形態では基部５よりも小径をなして軸方向外側にのびる支軸７が一体に設けられる。該支軸７は、混練ケース３を貫通してさらに外側にのび、支持フレーム１Ｂに設けられた主軸受装置１９で回転自在に支承される。なお、支軸７の一端には、図示しない駆動モータや伝導手段などが連係される。これにより、混練ローター２が所定の向きに回転駆動される。

前記混練ケース３は、混練ローター２の半径方向外側を覆う筒状壁３Ａと、混練ローター２の軸方向両側に配された側壁部３Ｂとによって形成される。なお、前記筒状壁３Ａの断面（混練ローター２の軸方向と直角な断面）は、慣例に従い、並置された一対の混練ローター２を囲むように断面略ひょうたん状に形成される。

また、混練ケース３の前記側壁部３Ｂには、前記混練ローター２の支軸７を回転自在に支持しうる軸受部４が設けられる。

図２に拡大して示されるように、前記軸受部４は、支軸７の外面に接触するシールリング８と、該シールリング８を混練ローター２の軸方向内側で支持する内のホルダー部９と、該シールリング８を内のホルダー部９との間で把持する外のホルダー部１０とを含んで構成される。

前記内のホルダー部９は、混練ケース３の側壁部３Ｂに、支軸７よりも僅かに大きい内径を有する内面９ｓを有する。また、側壁部３Ｂには、この内のホルダー部９の外側に入隅状に切り欠かれた凹部１８が形成され、該凹部１８にシールリング８が配されている。

前記シールリング８は、例えばゴム又はエラストマー等の柔軟な弾性体からなり、凹部１８の内面１８ａに取付けられる基体８ａと、該基体８ａから支軸７に向かってのび、かつ軸方向に離間して設けられる１対のリップ部８ｂ、８ｂとを含んで構成される。また、本実施形態の基体８ａには、１対のリップ部８ｂ、８ｂ間を半径方向に貫通してのびる孔部ｈが設けられる。これについて後で述べる。

前記リップ部８ｂは、例えば基体８ａから支軸７に向かって厚さを減じたフィン状をなし、その先端部は支軸７の外面に常時接触するように径方向の長さが調節されている。本実施形態では、リップ部８ｂの先端は、支軸７の表面に接して混練ケース３側へとわずかに弾性変形した状態で利用される。内のホルダー部９の内面９ｓと支軸７の外周面との間には微小隙間Ｆが形成されるので、混練ケース３内部で練られたゴムはその圧力によってこの微小隙間Ｆから外部へとはみ出そうとする。しかし、リップ部８ｂは、このような混練中のゴムのはみ出しを防ぎ、混練ケース３内部を実質的に密閉状態に保持しうる。

前記外のホルダー部１０は、前記支軸７よりも僅かに大きい内径を有したリング状のプレートからなり、内のホルダー部９との間でシールリング８を挟むように側壁部３Ｂにボルト等を用いて固着される。これにより、シールリング８が凹部１８内に脱着不能に固定される。なお、混練ケース３は、内のホルダー部９及び外のホルダー部１０がともに混練ケース３の軸中心線と芯合わせされた状態で前記支持フレーム１Ｂに固着されている。

また、本実施形態の軸受部４には、該軸受部４に潤滑油を供給しうる給油装置１１が接続されている。該給油装置１１は、潤滑油を格納するととも容器状の本体部１１ａと、潤滑油の残量を外部から確認可能な例えば透明ガラスからなる計量窓１１ｂと、本体部１１ａの上部に脱着自在に取り付けられかつ取り外しにより前記本体部１１ａへの潤滑油の補給を可能とする蓋部１１ｃとを含んで構成される。

また、前記本体部１１ａの下方に設けられた開口部１１ｏは、エルボ等の継手１２を介して混練ケース３の側壁部３Ｂに設けた油流路１６に接続される。該油流路は、軸方向にのびた後、略直角かつ下方に折れ曲がり、前記シールリング８の孔部ｈに接続されている。従って、このような給油装置１１では、本体部１１ａに蓄えられた潤滑油を、重力を利用して又は支軸７の回転に伴う空間Ｓｐの圧力低下などを利用して継手１２、油流路１６、孔部ｈを経由して、１対のリップ部８ｂ、８ｂと支軸７とで囲まれる環状の空間Ｓｐへと自然給油できる。

また、本体部１１ａに、高圧空気源Ｖを、圧力調整弁や圧力計を介して接続し、本体部１１ａ内を昇圧させることにより、前記空間Ｓｐ内に潤滑油を強制給油することもできる。この場合、リップ部８ｂの先端部は容易に弾性変形するため、空間Ｓｐに供給された潤滑油は、支軸７とリップ部８ｂとの間から混練ケース３内ににじみ出させることができる。このような潤滑剤の流れは、混練ケース３内のゴムや添加剤、とりわけシリカ等の硬質の添加剤が、前記内のホルダー部９の微小隙間Ｆ内に滞留するのを防ぎ、支軸の摩耗損傷などを効果的に防止するのに役立つ。なお、本体部１１ａには、空間Ｓｐ内の潤滑油の圧力を調節するために、手動又は自動のピストン（図示省略）などを設けて潤滑油を強制給油しても良い。

混練機１による混練工程は、先ず、混練ケース３に、ゴムポリマー及びシリカ等の補強材や各種の添加剤等を含む原料が投入され、次に、混練ローター２が互いに逆向きに回転させられる。これにより、ゴムポリマーは、混練ローター２の翼部６によるせん断力による擦り潰し作用等を受ける。また、原料ゴムは、翼部６によって、混練ローター２の軸方向への往復移動を繰り返しながら混練され、添加剤等が均一に分散される。

混練工程中、例えばシリカ等の硬質で微小な添加剤等が混練ケース３の内部から軸受部４へ進入することがある。しかし、本実施形態の混練機１では、混練工程中、混練ケース３の前記軸受部４には、給油装置１１からの潤滑油が自然又は強制的に供給される。このため、内のホルダー部９と支軸７との間に進入したシリカ等は、潤滑油とともに混練ケース３の内部へと押し戻される。これにより、本実施形態の混練機１は、混練工程中に、軸受部４と支軸７との間に添加剤等が残留し続け、支軸７を摩耗損傷させるといった不具合を抑制しうる。

また、前記混練ケース３の軸受部４の潤滑油には、石油外資源からなる油脂が用いられる。石油外資源からなる潤滑油としては、例えば、ひまし油、綿実油、あまに油、なたね油、大豆油、パーム油、ヤシ油、落花生油、ロジン、パインオイル、パインタール、トール油、コーン油、こめ油、ごま油、オリーブ油、ひまわり油、パーム核油、椿油、ホホバ油、マカデミアナッツ油、サフラワー油又は桐油などの植物性油脂が好ましい。これらの植物性油脂は、ミネラルオイルなどの石油資源からなる潤滑油と同等ないしそれ以上の優れた潤滑性能を発揮でき、軸受部４及び支軸７の摩耗をより効果的に抑制しうる点で好ましい。とりわけ、供給量、価格および潤滑性能の観点から、なたね油、パーム油又はヤシ油が好ましい。

このような石油外資源からなる潤滑油は、混練工程中、軸受部４に連続して又は間欠的に供給されるので、混練ケース３の内部のゴム材料中に混入して練り込まれる。しかしながら、本実施形態の潤滑油は、石油外資源からなるため、該潤滑油がゴム材料に練りこまれても、その石油外資源率が低下することはない。従って、本実施形態の混練機１は、エコタイヤの製造に用いられるゴム材料の混練に特に適する。

１混練工程において、ゴム材料中に潤滑油が練り込まれる量、即ち潤滑油が混練ケース３の内部に進入する量については特に限定されないが、ゴムポリマー１００質量部に対して０．５〜１．０質量部が好ましい。前記潤滑油の量が０．５質量部未満の場合、これは軸受部４への給油量の不足を意味し、支軸７と内のホルダー部９の内面９ｓとの間に摩耗が生じやすくなる。逆に、潤滑油の前記量が１．０質量部を超えると、ゴム材料に余分な植物性油脂を配合させるおそれがあり、ひいてはその物性などを変化させるおそれがある。このような観点により、１工程あたりのゴム材料中に潤滑油が練り込まれる量は、ゴム材料全体に対して好ましくは０．６質量部以上、より好ましくは０．７質量部以上が望ましく、また、０．９質量部以下、より好ましくは、０．８質量部以下であることが望ましい。

そして、混練されたゴム材料を用いて、常法に従いタイヤの生カバーを成形し、これを加硫金型で加硫することにより、石油外資源率を低下させることなくエコタイヤを製造できる。

以上、本発明の特に好ましい形態について詳述したが、本発明は図示の実施形態に限定されることなく、種々の態様に変形して実施し得る。

空気入りタイヤのトレッドゴム材料を、図１に示した密閉式二軸混練機を使用して、ベース混練工程（混練ローターの回転数２５、混練時間約３分）及びファイナル混練工程（混練ローターの回転数１５、混練時間約１．５分）の２工程分で混練した。また、混練機の軸受部には、表１に示すように、従来例にはミネラルオイルを使用し、実施例１〜３については、植物性油脂が用いられた。また、トレッドゴムの配合は次の通りである。
天然ゴム（ＮＲ）：ＲＳＳ＃３（１００．０質量部）
シリカ：テグッサ・ヒュルス（株）製のウルトラジルＶＮ３（８５．０質量部）
カップリング剤：デグッサ・ヒュルス（株）製Ｓｉ−６９（６．８質量部）
植物性油脂：日清オイリオグループ（株）製の精製パーム油Ｊ（Ｓ）（３０．０質量部）
ワックス：日本精蝋（株）製のオゾエース０３５５（１．２質量部）
老化防止剤：住友化学工業（株）製のアンチゲン６Ｃ（１．５質量部）
ステアリン酸：日本油脂（株）製のステアリン酸椿（２．５質量部）
酸化亜鉛：三井金属鉱業（株）製の酸化亜鉛２種（３．０質量部）
硫黄：鶴見化学（株）製の粉末硫黄（１．５質量部）
加硫促進剤：大内新興化学工業（株）製のノクセラーＮＳ（２．３質量部）

また、混練機の軸受部に使用された潤滑油の詳細は、次の通りである。
ミネラルオイル：ジャパンエナジー（株）製のプロセスＰ２００
なたね油：日清オイリオグループ（株）製の日清キャノーラ油
パーム油：日清オイリオグループ（株）製の精製パーム油Ｊ（Ｓ）
ヤシ油：不二精油（株）製の精製食用ヤシ油

そして、各例について混練工程後に次のテストが行なわれた。

＜石油外資源率の増加量＞
混練後の各供試ゴム材料をアセトン抽出し、その抽出液をゲル浸透クロマトグラフィー（ＧＰＣ）で分析した。そして、混練後におけるゴム材料全体に対する石油資源の増加率が測定され、数値が小さいほど良好である。

＜軸受部及び支軸の耐摩耗性能＞
各供試ゴム材料を混練した後、軸受部を取り外し、支軸の摩耗の度合を肉眼で確認した。テストの結果などを表１に示す。

テストの結果、本実施形態の植物性油脂からなる潤滑油は、従来の石油資源からなる潤滑油と比べて、軸受部及び支軸の耐摩耗性能の点で遜色なく、ゴム材料の石油外資源率の低下を抑制することが確認できた。

本実施形態の混練機の要部断面図である。 図１の軸受部を拡大して表す断面図である。

符号の説明

１ 混練機
２ 混練ローター
３ 混練ケース
４ 軸受部

Claims (5)

1. 軸中心線を平行としかつ互いに回転駆動しうる一対の混練ローターと、
   前記混練ローターを内部に収容するとともに前記混練ローターの軸方向両端部を回転自在に枢支する軸受部を具えた混練ケースとを有する混練機であって、
   前記軸受部に、石油外資源からなる潤滑油を用いたことを特徴とする混練機。
2. 前記潤滑油は、植物性油脂からなる請求項１に記載の混練機。
3. 前記植物性油脂は、なたね油、パーム油又はヤシ油からなる請求項２に記載の混練機。
4. 軸中心線を平行としかつ互いに回転駆動しうる一対の混練ローターを内部に収容する混練ケースに、ゴム材料及び添加剤を投入して混練するゴム混練方法であって、
   前記混練ローターの軸方向両端部を回転自在に枢支する前記混練ケースの軸受部に、石油外資源からなる潤滑油を供給しながら混練することを特徴とするゴム混練方法。
5. 請求項４に記載されたゴム混練方法で練られたゴムを用いてタイヤを製造することを特徴とするタイヤの製造方法。

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