JP2011031558A - ゴム材料の混練システム - Google Patents

Abstract

【課題】密閉型混練機によってゴム材料を混練する場合に、配合材料を迅速、かつ、全体に分散させることができるゴム材料の混練システムを提供する。
【解決手段】複数台の密閉型混練機２を上下に直列にフレーム１６に取付けて配置するとともに、上下に隣り合う密閉型混練機２を上下方向軸ＣＬを中心にして相対的に回転可能な構成にすることにより、上下に隣り合う密閉型混練機２のロータ軸１０の平面視の交差角度Ｇを可変にして、上下に隣り合う密閉型混練機２のロータ軸１０が平面視で交差している状態で、順次、上側から下側の密閉型混練機２によってゴム材料Ｒの混練を行なう。
【選択図】図１

Description

本発明は、ゴム材料の混練システムに関し、さらに詳しくは、密閉型混練機によってゴム材料を混練する場合に、配合材料を迅速、かつ、全体に分散させることができるゴム材料の混練システムに関するものである。

従来、タイヤ等のゴム製品の材料として使用するゴム材料は、天然ゴム等の原料ゴムと、カーボン等の各種配合材料とをバンバリーミキサと呼ばれる密閉型混練機に所定量投入して混練することにより、各種配合薬品を均一に分散させるようにするとともに、一定の粘度に低下させるようにしている。カーボン等の配合材料の分散具合は、加硫したゴム製品の性能に影響するため、なるべく全体に均一に分散させることが重要である。

密閉型混練機は、平行に並置された２本のロータを内部に備えており、これらロータを回転させてゴム材料Ｒを混練する。ゴム材料Ｒはロータ軸を中心にして回転混練されるので、図９に例示するように、混練されるゴム材料Ｒにおいて配合材料はロータ軸直交方向ＲＶには良好に分散される。一方で、ロータ軸方向ＲＨにはゴム材料Ｒの移動がロータ軸直交方向ＲＶに対して著しく遅れをとるため、配合材料がロータ軸方向ＲＨには分散し難い。

また、一度混練したゴム材料Ｒを密閉型混練機から取り出し、このゴム材料Ｒの向きを変えて密閉型混練機に投入して再度混練を行なう方法では、多大な工数が必要になり迅速な混練を行なうことができないので生産性が低下する。

ゴム材料の混練に関しては、例えば、密閉型混練機を縦に配列した混練システムが提案されている（特許文献１参照）。この混練システムでは、密閉型混練機を単純に上下に設置して構成されており、上側に設置された密閉型混練機に内設されたロータ軸と、下側に設置された密閉型混練機に内設されたロータ軸とが、平面視で平行になっている。そのため、この混練システムで混練されるゴム材料は、上下両方の密閉型混練機において、特定の同じ方向（ロータ軸直交方向）に回転混練されるだけで、配合材料を全体に分散させるには何らメリットがない。

このように、密閉型混練機によってゴム材料を混練する場合に、配合材料を迅速、かつ、全体に分散させることは困難であった。

特開平４−２１６０１４号公報

本発明の目的は、密閉型混練機によってゴム材料を混練する場合に、配合材料を迅速、かつ、全体に分散させることができるゴム材料の混練システムを提供することにある。

上記目的を達成するため本発明のゴム材料の混練システムは、並置された２本のロータを内部に備えた密閉型混練機を複数台有し、これら複数台の密閉型混練機が上下に直列に配置されるとともに、上下に隣り合う密閉型混練機を上下方向軸を中心にして相対的に回転可能な構成にすることにより、上下に隣り合う密閉型混練機のロータ軸の平面視の交差角度を可変にしたことを特徴とするものである。

また、本発明の別のゴム材料の混練システムは、並置された２本のロータを内部に備えた密閉型混練機を複数台有し、これら複数台の密閉型混練機が上下に直列に配置されるとともに、上下に隣り合う密閉型混練機のロータ軸が平面視で交差していることを特徴とするものである。この場合、前記上下に隣り合う密閉型混練機のロータ軸の平面視の交差角度が、例えば３０°〜１５０°に設定された仕様にすることもできる。

本発明では、前記並置された２本のロータのロータ軸間距離と、ロータ軸長とが同じ所定長さに設定され、上下に隣り合う密閉型混練機の上側に配置された密閉型混練機の材料排出口および下側に配置された密閉型混練機の材料投入口が、前記所定長さを辺長とした正方形に形成され、この材料排出口と材料投入口とがダクトで連結された仕様にすることもできる。この仕様の場合、前記ダクトのゴム材料進行方向中途の横断面が円形に形成され、この円形が、平面視で前記材料排出口および材料投入口を包含する大きさを有するようにすることもできる。

また、前記複数台の密閉型混練機がそれぞれ、個別のロータ駆動装置および個別の温度調整装置を有する仕様にすることもできる。前記複数台の密閉型混練機がそれぞれ、混練している材料を加圧する加圧装置を有する仕様にすることもできる。前記複数台の密閉型混練機のうち、少なくとも、最上段に配置された密閉型混練機を除くすべての密閉型混練機が、追加材料を投入する追加投入口を有する仕様にすることもできる。

本発明によれば、複数台の密閉型混練機が上下に直列に配置されるとともに、上下に隣り合う密閉型混練機を上下方向軸を中心にして相対的に回転可能な構成にして、上下に隣り合う密閉型混練機のロータ軸の平面視の交差角度を可変にし、或いは、複数台の密閉型混練機が上下に直列に配置されるとともに、上下に隣り合う密閉型混練機のロータ軸が平面視で交差する構成にすることにより、上下に隣り合う密閉型混練機においては、ゴム材料をそれぞれ異なる方向に回転混練することができる。そのため、システム全体では、ゴム材料が特定の方向のみに移動するという従来の混練とは異なり、配合材料をゴム材料の全体に分散させることができる。それぞれの密閉型混練機は直列に配置されているので、上下に隣り合う密閉型混練機で順次、連続的に混練を行なうことにより、迅速な混練が実現できる。

本発明のゴム材料の混練システムの内部構造を例示する概要図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 図１のＢ−Ｂ断面図である。 上下に隣り合う密閉型混練機のロータ軸の交差角度を例示する平面図である。 密閉型混練機の内部構造を例示する概要図である。 ダクトを例示する正面図である。 図６のダクトの平面図である。 本発明によるゴム材料の混練状態を例示する説明図である。 １台の密閉型混練機によるゴム材料の混練状態を例示する説明図である。

以下、本発明のゴム材料の混練システムを図に示した実施形態に基づいて説明する。

図１〜図３に例示するように、本発明のゴム材料の混練システム１は、第１混練機２ａ、第２混練機２ｂ、第３混練機２ｃの３台の密閉型混練機２を有している。それぞれの密閉型混練機２は、並置された２本のロータ９を内部に備えている。密閉型混練機２の台数は３台に限らず複数台であればよい。

この３台の密閉型混練機２は、フレーム１６に取り付けられて上下に直列に配置されている。第１混練機２ａおよび、第３混練機２ｃは、フレーム１６に不動状態に固定されている。第２混練機２ｂは、フレーム１６に設けられた回転テーブル１５に載置されて上下方向軸ＣＬを中心に回転可能に設置されている。即ち、上下に隣り合う密閉型混練機２（２ａ、２ｂ、２ｃ）は、上下方向軸ＣＬを中心にして相対的に回転可能な構成になっている。この構成により、図４に例示するように、上下に隣り合う密閉型混練機２のロータ軸１０の平面視の交差角度Ｇが可変になっている。図１において一点鎖線で示すＣＬは、直列に配置されたそれぞれの密閉型混練機２の平面視の中央部を貫く上下方向軸である。

上下に隣り合う密閉型混練機２（２ａ、２ｂ、２ｃ）が、上下方向軸ＣＬを中心にして相対的に回転可能な構成であればよく、第２混練機２ｂのみを上下方向軸ＣＬを中心にして回転可能にする構成に限定されるものではない。例えば、上下方向軸ＣＬを中心にして第２混練機２ｂおよび第３混練機２ｃを回転可能な構成にしてもよい。

この実施形態では、第２混練機２ｂを上下方向軸ＣＬを中心にして３６０°回転可能な仕様になっている。即ち、上記交差角度Ｇが任意の角度に設定できるようになっている。上下方向軸ＣＬを中心にして回転にする密閉型混練機２の回転可能な角度は、少なくとも３０°以上、好ましくは９０°以上、より好ましくは１５０°以上、１８０°以上であれば極めて好ましい。

それぞれの密閉型混練機２の基本仕様は同じなので、代表して第２混練機２ｂの構造を説明する。尚、第１混練機２ａは、ケーシング３の上部側壁面に材料投入口４が設けられている点が、第２混練機２ｂおよび第３混練機２ｃと相違している。もちろん、本発明では、ロータ９、排出口フラップ７、加圧装置８等の各構成要素の仕様がそれぞれ異なる密閉型混練機２を組み合わせることもできる。

図５に例示するように、第２混練機２ｂは、ケーシング３の上部に材料投入口４を有し、ケーシング３の下部にロータ９を収容する空間および材料排出口６を有している。また、ケーシング３の上部側壁面には、追加投入口５が設けられている。追加投入口５は開閉扉５ａを開くことにより開口し、閉じることにより閉口する。ゴム材料Ｒを混練する際に、必要に応じて追加材料が追加投入口５を通じて第２混練機２ｂの内部に投入される。

並置された２本のロータ９は、平行に配置されたそれぞれのロータ軸１０を中心にして互いに反対方向に回転する。ロータ軸１０は、油圧ポンプ等のロータ駆動装置１１によって回転駆動される。本発明ではロータ９の形式は特に限定されず、接線式や噛合い式等、様々な形式を採用することができる。

ロータ９の上部には、加圧装置８が設けられている。加圧装置８はゴム材料Ｒが第２混練機２ｂの内部に投入される際には、ゴム材料Ｒの投入を邪魔しない位置に開いた状態で待機している。ゴム材料Ｒが第２混練機２ｂの内部に投入された後は、待機位置から加圧装置８がロータ９の上部を密閉して覆うように移動する。

ロータ９の下方位置に設けられた材料排出口６は、ゴム材料Ｒが混練する際に排出口フラップ７によって閉口される。ゴム材料Ｒを材料排出口６から排出する際には、排出口フラップ７は、ゴム材料Ｒの排出を邪魔しない位置に開いた状態で待機する。

この実施形態では、加圧装置８および排出口フラップ７は、一端部を軸支された構造になっているが、この構造に限定されるものではない。

また、ケーシング３の外壁面には温度調整装置１２が設置されている。第２混練機２ｂのケーシング温度は、温度調整装置１２によって制御される。

ゴム材料Ｒの詰まりを防止することを主目的として、この実施形態では、図２、３に例示するように、平行に並置された２本のロータ９のロータ軸間距離Ｗと、ロータ軸長Ｌとが同じ所定長さに設定されていて、上下に隣り合う密閉型混練機２の上側に配置された密閉型混練機２の材料排出口６および下側に配置された密閉型混練機２の材料投入口４が、所定長さ（＝Ｗ＝Ｌ）を辺長とした正方形に形成されている。この正方形の対向する一対の辺は、平面視でロータ軸１０の軸心上にある。

この材料排出口６と材料投入口４とがダクト１３を介して連結されている。即ち、第１混練機２ａの材料排出口６と、第２混練機２ｂの材料投入口４とはダクト１３を介して連結され、第２混練機２ｂの材料排出口６と、第３混練機２ｃの材料投入口４とはダクト１３を介して連結されている。したがって、上下に隣り合う密閉型混練機２の上記交差角度Ｇが０°、９０°、１８０°、２７０°、３６０°の時は、上下の材料排出口６と材料投入口４は平面視で完全に重なる。

図６、７に例示するように、それぞれのダクト１３の長手方向中途、即ち、ゴム材料進行方向中途に円環部１４が設けられて、ゴム材料進行方向中途の横断面が円形に形成されている。この横断面の円形が、平面視で材料排出口６および材料投入口４を包含する大きさを有している。対向して当接する円環部１４の間を境にして、上下配置された密閉型混練機２、２が上下方向軸ＣＬを中心にして相対的に回転するようになっている。

この混練システム１によるゴム材料Ｒを混練する手順は以下のとおりである。

まず、所定量の原料ゴムとカーボン等の各種配合材料とを第１混練機２ａの内部に材料投入口４を通じて投入する。次いで、第１混練機２ａの加圧装置８を待機位置からロータ９の上部を密閉して覆うように移動させる。ダクト１３には移動する加圧装置８を通過させる開閉部を設けておく。

次いで、第１混練機２ａの内部に投入されたゴム材料Ｒは、加圧装置８および排出口フラップ７と、ケーシング３の壁面とで形成された密閉空間において、回転する２つのロータ９によって混練される。回転するそれぞれのロータ９の螺旋状羽根によってゴム材料Ｒは混練される。

第１混練機２ａにより混練したゴム材料Ｒは、図９に例示したように、ロータ軸方向（ＲＨ）への移動が少ない。そのため、配合材料はゴム材料Ｒの全体に十分に分散していない状態となる。

その後、排出口フラップ７を待機位置に移動させて材料排出口６を開口して、第１混練機２ａにより混練したゴム材料Ｒを、第２混練機２ｂの内部へ材料投入口４を通じて投入する。ダクト１３には移動する排出口フラップ７を通過させる開閉部を設けておく。

ここで、第２混練機２ｂを、第１混練機２ａに対して平面視で互いのロータ軸１０が交差するように、好ましくは、上記交差角度Ｇが３０°〜１５０°になるように配置しておく。例えば、交差角度Ｇが９０°になるように第２混練機２ｂを配置しておく。

この状態で、第２混練機２ｂの内部に投入されたゴム材料Ｒは、上記説明した第１混練機２ａによる混練と同様に混練される。交差角度Ｇが９０°に設定されているため、第１混練機２ａおよび第２混練機２ｂによる混練において、特定の同じ方向（第１混練機２ａのロータ軸直交方向ＲＶ）に回転混練されるだけとはならずに、図８に例示するように、ゴム材料Ｒは異なる方向にも回転混練される。これにより、配合材料をゴム材料Ｒの全体に分散させるには有利になる。

第２混練機２ｂにより所定時間の混練を行なった後は、同様の手順によってゴム材料Ｒを第３混練機２ｃに投入して混練する。ゴム材料Ｒを排出する際に、第２混練機２ｂを、第３混練機２ｃに対して平面視で互いのロータ軸１０が交差するように、好ましくは、上記交差角度Ｇが３０°〜１５０°になるように配置しておくことにより、ゴム材料Ｒは更に異なる方向に回転混練される。

このように、本発明では、上下に隣り合う密閉型混練機２のロータ軸１０の平面視の交差角度Ｇを可変に構成にすることにより、上下に隣り合う密閉型混練機２においては、ゴム材料Ｒをそれぞれ異なる方向に回転混練することができる。そのため、システム全体では、配合材料をゴム材料Ｒの全体に分散させることができる。上下に隣り合う密閉型混練機２のロータ軸１０の平面視の交差角度Ｇは、直列に配置する密閉型混練機２の台数も考慮して適宜設定する。

また、それぞれの密閉型混練機２が直列に配置された構成を採用することにより、上下に隣り合う密閉型混練機２で順次、連続的に混練を行なうことができるので迅速な混練が可能になる。したがって、本発明では、各種配合材料が均一に分散されるとともに、一定の粘度に低下させた高品質の混練したゴム材料Ｒを得ることができる。迅速な混練により、混練に使用される総消費エネルギー（電力）を抑制にも寄与する。

この実施形態では、上記交差角度Ｇが９０°であり、上下に隣り合って配置された密閉型混練機２の対向する材料排出口６と材料投入口４は平面視で完全に重なるので、上側の密閉型混練機２で混練したゴム材料Ｒを、途中で詰まらせることなく下側の密閉型混練機２に円滑に移動させることができる。また、交差角度が９０°ではない場合であっても、ダクト１３のゴム材料進行方向中途の円形の横断面が、平面視で材料排出口６および材料投入口４を包含する大きさを有しているので、ゴム材料Ｒが途中で詰まり難くなっていて、上側から下側の密閉型混練機２に円滑に移動させることができる。

それぞれの密閉型混練機２は、詳細な混練条件を設定できるようにするため、個別のロータ駆動装置１１および個別の温度調整装置１２を有することが好ましい。また、加圧装置８は、必須の構成部材ではないが、それぞれの密閉型混練機２に設けることが好ましい。

追加投入口５は、直列に配置された複数台の密閉型混練機２のうち、少なくとも、最上段に配置された密閉型混練機２（第１混練機２ａ）を除くすべての密閉型混練機（第２混練機２ｂ、第３混練機２ｃ）に設けることが好ましい。第１混練機２ａを含めて直列に配置されるすべての密閉型混練機２に追加投入口５を設けても良い。

また、例えば、最上段の第１混練機２ａにおけるロータ羽根先端とケーシング３との隙間寸法に対して、第２混練機２ｂにおけるこの隙間寸法を小さくすることにより、ゴム材料Ｒの磨り潰し効果を徐々に上げてゆくことが可能になる。このように、上側の密閉型混練機２の上記隙間寸法に対して下側の密閉型混練機２の上記隙間寸法を小さく設定することで、単体の密閉型混練機による混練では、ゴム材料Ｒの投入時の初期の材料の大きさ、材料温度により実現不可能であった混練が可能になる。

上記実施形態では、第２混練機２ｂが上下方向軸ＣＬを中心に回転可能にフレーム１６に取り付けられていたが、本発明では、上下に直列に配置される複数台の密閉型混練機２をすべて、フレーム１６に不動状態に固定することもできる。この実施形態の場合は、上下に隣り合う密閉型混練機２のロータ軸１０が平面視で交差するようにして、好ましくは、その交差角度Ｇを３０°〜１５０°に設定する。

例えば、第２混練機２ｂを、第１混練機２ａに対して交差角度Ｇが９０°になるように配置し、第３混練機２ｃを、第２混練機２ｂに対して交差角度Ｇが９０°になるように配置する。或いは、第２混練機２ｂを、第１混練機２ａに対して交差角度Ｇが４５°になるように配置し、第３混練機２ｃを、第２混練機２ｂに対して交差角度Ｇが４５°になるようにするとともに、第１混練機２ａに対して交差角度Ｇが９０°になるように配置する。密閉型混練機２が２台の場合は、例えば、第２混練機２ｂを、第１混練機２ａに対して交差角度Ｇが９０°になるように配置する。

このように、直列に配置する密閉型混練機２の台数も考慮して、上下に隣り合う密閉型混練機２のロータ軸１０を平面視で交差するようにして、混練システム１として配合材料を、迅速、かつ、ゴム材料Ｒの全体に分散させるようにする。

この実施形態においても、密閉型混練機２を上下方向軸ＣＬを中心に回転可能にすることに関する内容を除いては、先の実施形態で述べた内容を同様に適用することができる。

この実施形態のように上下に隣り合う密閉型混練機２がすべて不動状態に固定される構造の場合は、図１〜図３に例示するように、材料排出口６および材料投入口４を、ロータ軸間距離Ｗおよびロータ軸長Ｌと同じ所定長さを辺長とした正方形に形成し、この正方形と同じ横断面のダクト１３で連結するとよい。これにより、上側の密閉型混練機２で混練したゴム材料Ｒを、途中で詰まらせることなく下側の密閉型混練機２に円滑に移動させることができる。

１ 混練システム
２ 密閉型混練機
２ａ 第１混練機
２ｂ 第２混練機
２ｃ 第３混練機
３ ケーシング
４ 材料投入口
５ 追加投入口
５ａ 開閉扉
６ 材料排出口
７ 排出口フラップ
８ 加圧装置
９ ロータ
１０ ロータ軸
１１ ロータ駆動装置
１２ 温度調節装置
１３ ダクト
１４ 円環部
１５ ターンテーブル
１６ フレーム
Ｒ ゴム材料

Claims (8)

1. 並置された２本のロータを内部に備えた密閉型混練機を複数台有し、これら複数台の密閉型混練機が上下に直列に配置されるとともに、上下に隣り合う密閉型混練機を上下方向軸を中心にして相対的に回転可能な構成にすることにより、上下に隣り合う密閉型混練機のロータ軸の平面視の交差角度を可変にしたゴム材料の混練システム。
2. 並置された２本のロータを内部に備えた密閉型混練機を複数台有し、これら複数台の密閉型混練機が上下に直列に配置されるとともに、上下に隣り合う密閉型混練機のロータ軸が平面視で交差しているゴム材料の混練システム。
3. 前記上下に隣り合う密閉型混練機のロータ軸の平面視の交差角度が３０°〜１５０°に設定された請求項２に記載のゴム材料の混練システム。
4. 前記並置された２本のロータのロータ軸間距離と、ロータ軸長とが同じ所定長さに設定され、上下に隣り合う密閉型混練機の上側に配置された密閉型混練機の材料排出口および下側に配置された密閉型混練機の材料投入口が、前記所定長さを辺長とした正方形に形成され、この材料排出口と材料投入口とがダクトで連結された請求項１〜３のいずれかに記載のゴム材料の混練システム。
5. 前記ダクトのゴム材料進行方向中途の横断面が円形に形成され、この円形が、平面視で前記材料排出口および材料投入口を包含する大きさを有する請求項４に記載のゴム材料の混練システム。
6. 前記複数台の密閉型混練機がそれぞれ、個別のロータ駆動装置および個別の温度調整装置を有する請求項１〜５のいずれかに記載のゴム材料の混練システム。
7. 前記複数台の密閉型混練機がそれぞれ、混練している材料を加圧する加圧装置を有する請求項１〜６のいずれかに記載のゴム材料の混練システム。
8. 前記複数台の密閉型混練機のうち、少なくとも、最上段に配置された密閉型混練機を除くすべての密閉型混練機が、追加材料を投入する追加投入口を有する請求項１〜７のいずれかに記載のゴム材料の混練システム。

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