JP2015214119A - Quality evaluation method for rubber kneaded product - Google Patents
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Description
本発明は、ゴム混練物の品質評価方法に関し、さらに詳しくは、正常品に対する異常品の品質程度や、異常品の発生に因果関係がある特性を比較的簡便に把握することができるゴム混練物の品質評価方法に関するものである。 The present invention relates to a method for evaluating the quality of a rubber kneaded product, and more specifically, a rubber kneaded product capable of relatively easily grasping the quality level of an abnormal product with respect to a normal product and the characteristics causally related to the occurrence of the abnormal product. It relates to the quality evaluation method.
タイヤやゴムホース等のゴム製品を製造する際には、例えば、原料ゴムと、カーボンブラック等の各種配合材料とを、密閉式ゴム混練機に所定量投入して混練する。この混練により、各種配合材料を原料ゴム中に均一に分散させるとともに、一定の粘度に低下させた適度な粘度のゴム混練物が得られる。密閉式ゴム混練機は、平行に並置された2本のロータをチャンバーに備えており、これらロータを回転させてゴム混練物を混練する。ゴム混練物はロータ軸を中心にして回転されることにより、ロータとチャンバーの内壁面との間でせん断力が付与されて混練される。 When manufacturing rubber products such as tires and rubber hoses, for example, raw rubber and various compounding materials such as carbon black are put into a sealed rubber kneader in a predetermined amount and kneaded. By this kneading, various blended materials are uniformly dispersed in the raw rubber, and a rubber kneaded material having an appropriate viscosity reduced to a certain viscosity is obtained. The closed rubber kneader includes two rotors juxtaposed in parallel in a chamber, and kneads a rubber kneaded material by rotating these rotors. The rubber kneaded product is kneaded by being rotated about the rotor shaft so that a shearing force is applied between the rotor and the inner wall surface of the chamber.
ところで、密閉式ゴム混練機による混合工程により得られるゴム混練物の品質(比重、引張り強さ、破断伸び、100%モジュラス、硬度など)にはバッチ毎に多少のばらつきがある。一般的な品質管理では、例えば、それぞれの特性に対して個別に規格値(管理値)を設定し、バッチ毎に採取したサンプルの各種特性と、それぞれの特性の規格値とを比較することにより正常品か異常品かを判定している。例えば、混練バッチ毎の各混練情報を、バーコードと対応させてメモリー部に記憶させ、バーコードの読み取りに基づいて使用の適否を判断して品質を管理する方法が提案されている(特許文献1参照)。 By the way, the quality (specific gravity, tensile strength, elongation at break, 100% modulus, hardness, etc.) of the rubber kneaded product obtained by the mixing process using the closed rubber kneader varies somewhat from batch to batch. In general quality control, for example, standard values (control values) are individually set for each characteristic, and various characteristics of samples collected for each batch are compared with the standard values of each characteristic. Judging whether the product is normal or abnormal. For example, a method has been proposed in which each kneading information for each kneading batch is stored in a memory unit in association with a bar code, and quality is controlled by determining whether it is suitable for use based on the reading of the bar code (Patent Literature). 1).
しかしながら従来の品質管理方法では、異常品が正常品に対してどの程度品質が劣っているのか、また、何故、品質が劣っているかという原因を把握するには更なる分析が必要である。このような分析には高度なスキルが求められるため、詳細な分析は容易ではなかった。そのため、正常品に対する異常品の品質程度や、異常品の発生に因果関係がある特性をより簡便に把握することができる評価方法が要望されている。 However, in the conventional quality control method, further analysis is necessary to grasp the reason why the quality of the abnormal product is inferior to that of the normal product and why the quality is inferior. Detailed analysis is not easy because such analysis requires advanced skills. Therefore, there is a demand for an evaluation method that can more easily grasp the quality level of an abnormal product with respect to a normal product and the characteristics that are causally related to the occurrence of the abnormal product.
本発明の目的は、正常品に対する異常品の品質程度や、異常品の発生に因果関係がある特性を比較的簡便に把握することができるゴム混練物の品質評価方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a method for evaluating the quality of a rubber kneaded product, in which the quality level of an abnormal product with respect to a normal product and the characteristics causally related to the occurrence of the abnormal product can be grasped relatively easily.
上記目的を達成するため本発明のゴム混練物の品質評価方法は、原料ゴムと各種配合剤とを混合してゴム混練物を製造するに際して、ゴム混練物の正常品の混合仕様に関係する混合特性のデータと、材料仕様に関係する材料特性のデータとに基づいてマハラノビス距離を算出して、正常品と異常品との境界となるマハラノビス距離の閾値を設定しておき、バッチ毎のゴム混練物のマハラノビス距離を算出してその算出したマハラノビス距離と前記閾値との比較に基づいて正常品か異常品かを判断し、異常品と判断した場合に、そのゴム混練物の混合特性と材料特性との間の相関度に基づいて、その混合特性と材料特性との因果関係を把握することを特徴とする。 In order to achieve the above object, the rubber kneaded product quality evaluation method according to the present invention is a method for mixing a raw rubber and various compounding agents to produce a rubber kneaded product. Calculate the Mahalanobis distance based on the property data and the material property data related to the material specifications, set the threshold of the Mahalanobis distance that becomes the boundary between the normal product and the abnormal product, and knead the rubber for each batch. Calculate the Mahalanobis distance of the product and determine whether it is normal or abnormal based on the comparison between the calculated Mahalanobis distance and the above threshold, and if it is determined to be abnormal, the mixing characteristics and material characteristics of the rubber kneaded product The causal relationship between the mixing property and the material property is grasped based on the degree of correlation between the material property and the material property.
本発明は、ゴム混練品が正常品であるのか異常品であるのかを判断する際に、特性毎にその特性のデータだけを用いて判断するのではなく、多数の特性(多変数)間の相関に基づく総合的判断尺度となるマハラノビス距離を用いる。また、これら特性の中に混合特特性(原因系の特性)と材料特性(結果系の特性)を含める。そのため、正常品に対する異常品の品質程度や、異常品の発生に因果関係がある特性を把握し易くなる。 In the present invention, when judging whether a rubber-kneaded product is a normal product or an abnormal product, it is not determined using only the data for each property, but between many properties (multivariables). The Mahalanobis distance, which is a comprehensive judgment scale based on correlation, is used. These characteristics include mixed characteristics (causal characteristics) and material characteristics (result characteristics). Therefore, it becomes easy to grasp the quality level of the abnormal product with respect to the normal product and the characteristics that are causally related to the occurrence of the abnormal product.
以下、本発明のゴム混練物の品質評価方法を図に示した実施形態に基づいて説明する。 The rubber kneaded product quality evaluation method of the present invention will be described below based on the embodiments shown in the drawings.
本発明は、原料ゴムと各種配合剤とを混合してゴム混練物Rを製造するに際して、正常品について予め取得している混合仕様に関係する混合特性のデータと、材料仕様に関係する材料特性のデータとに基づいてマハラノビス距離D2を算出して、正常品と異常品との境界となるマハラノビス距離の閾値Cを設定しておく。次いで、評価対象となるバッチ毎のゴム混練物Rから採取したサンプルのマハラノビス距離D2を算出し、その算出したマハラノビス距離D2と予め設定した閾値Cとの比較に基づいて、正常品か異常品かを判断する。 In the present invention, when manufacturing a rubber kneaded product R by mixing raw rubber and various compounding agents, data of mixing characteristics related to the mixing specifications acquired in advance for normal products, and material characteristics related to the material specifications The Mahalanobis distance D 2 is calculated on the basis of the data and the Mahalanobis distance threshold C that is the boundary between the normal product and the abnormal product is set. Next, the Mahalanobis distance D 2 of the sample collected from the rubber kneaded product R for each batch to be evaluated is calculated, and based on a comparison between the calculated Mahalanobis distance D 2 and a preset threshold C, whether the product is normal or abnormal Judge whether it is a product.
異常品と判断した場合には、そのゴム混練物Rの混合特性と材料特性との間の相関度に基づいて、その混合特性と材料特性との因果関係を把握する。混合特性とは、製造されたゴム混練物Rの品質の原因となる原因系の特性である。混合特性としては、1バッチの混練時間T、1バッチの混練に要した総電力量P、ゴム混練物Rの温度等を用いることができる。 When it is determined that the product is abnormal, the causal relationship between the mixing characteristic and the material characteristic is grasped based on the degree of correlation between the mixing characteristic and the material characteristic of the rubber kneaded material R. The mixing characteristics are the characteristics of the causative system that causes the quality of the manufactured rubber kneaded material R. As mixing characteristics, kneading time T for one batch, total electric power P required for kneading one batch, temperature of rubber kneaded material R, and the like can be used.
1バッチの混練時間Tは、例えば、素練りステップ(S1)、オイルを投入して混合するオイル混合ステップ(S2)、カーボンを含む材料を投入して混合するカーボン混合ステップ(S3)および混合した材料を均一に練る均一化練りステップ(S4)の複数のステップの時間で構成される。このうち、オイル混合ステップ(S2)は任意である。各ステップにおいて混練に要した電力量、各ステップ終了時のゴム混練物Rの温度も混合特性として用いることができる。 The kneading time T for one batch is, for example, a kneading step (S1), an oil mixing step (S2) for adding and mixing oil, a carbon mixing step (S3) for adding and mixing carbon-containing material, and mixing. It consists of the time of a plurality of steps of the uniformizing and kneading step (S4) for uniformly kneading the material. Of these, the oil mixing step (S2) is optional. The amount of electric power required for kneading in each step and the temperature of the rubber kneaded product R at the end of each step can also be used as mixing characteristics.
材料特性とは、製造されたゴム混練物Rの品質の結果となる結果系の特性である。材料特性としては、ゴム混練物Rの未加硫時のゴム特性および加硫後のゴム特性が含まれる。未加硫時のゴム特性としては例えば、ムーニー粘度計を用いて求めるスコーチタイム、最低粘度を用いることができる。加硫後のゴム特性としては例えば、比重、引張り強さ、破断伸び、100%モジュラス、硬度を用いることができる。 The material properties are the resulting properties resulting from the quality of the rubber kneaded product R produced. The material characteristics include rubber characteristics when the rubber kneaded product R is not vulcanized and rubber characteristics after vulcanization. As the rubber characteristics when not vulcanized, for example, a scorch time and a minimum viscosity obtained using a Mooney viscometer can be used. As rubber characteristics after vulcanization, for example, specific gravity, tensile strength, elongation at break, 100% modulus and hardness can be used.
ゴム混練物Rを製造するには、図1〜図3に例示する密閉式ゴム混練機1(以下、混練機1という)を用いる。この混練機1は、ケーシング2の上下方向中途に材料投入口3を有し、ケーシング3の下部にロータ8を収容するチャンバー7および材料排出口4を有している。
In order to manufacture the rubber kneaded product R, a closed rubber kneader 1 (hereinafter referred to as a kneader 1) exemplified in FIGS. 1 to 3 is used. The
チャンバー7には、平行に並置された2本のロータ8が設けられている。並置された2本のロータ8は、平行に並置されたそれぞれのロータ軸9を中心にして互いに反対方向に回転駆動される。ロータ8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。このロータ8はそれぞれ2枚羽根ロータになっているが、羽根の数、形状は適宜決定される。
The
ロータ8の上部には、上下移動する加圧ウエイト6が設けられている。加圧ウエイト6は原料ゴムと各種配合剤がケーシング2の内部に投入される際には、原料ゴムと各種配合剤の投入を邪魔しない上方の待機位置に配置されている。原料ゴムと各種配合剤がケーシング2の内部に投入された後は、待機位置から下方移動して、ロータ8の上部を覆ってチャンバー7をほぼ密閉する位置に配置される。ゴム混練物Rは原料ゴムおよびカーボンブラックを含み、その他にカーボンブラック以外の補強剤、オイル、老化防止剤、加工助剤、軟化剤、可塑剤、加硫剤、加硫促進剤、加硫遅延剤等の各種配合材料が適宜配合される。
A
ゴム混練物Rを混練する際には、ロータ8の下方位置に設けられた材料排出口4は、排出口フラップ5によって閉口される。混練されたゴム混練物Rを材料排出口4から排出する際には、排出口フラップ5は、ゴム混練物Rの排出を邪魔しない待機位置に移動して材料排出口4を開口する。加圧ウエイト6および排出口フラップ5の構造は、例示した構造に限定されるものではない。いわゆるニーダー構造の混合機であってもよい。
When the rubber kneaded material R is kneaded, the
ロータ軸9を回転駆動するロータ駆動部10としては、例えば、駆動モータ等が採用される。ロータ駆動部10には、回転計10aおよび電力計10bが設けられている。回転計10aはロータ8(ロータ軸9)の回転数Nを検知し、電力計10bはロータ8の回転駆動に要する瞬時電力pを検知する。
For example, a drive motor or the like is employed as the
回転計10aおよび電力計10bにより検知されたデータは、ロータ駆動部10に接続されたコンピュータ等で構成される演算装置11に入力される。瞬時電力pを混練時間Tで時間積分することにより、1バッチの混練に要する総電力量Pが算出される。演算装置11には、ロータ8の外径D、ロータ8の外径位置とチャンバー7の内壁面7aとのクリアランスHのデータも入力されている。これら外径D、クリアランスHのデータも混合特性のデータにすることもできる。
Data detected by the
製造されたゴム混練物Rからはサンプルが採取されて、上述した種々の結果系の特性データが測定される。 A sample is taken from the manufactured rubber kneaded material R, and the above-mentioned various characteristic data of the result system are measured.
マハラノビス距離D2の算出方法は下記のとおりである。
評価する特性(特性数i=1、2、3、・・・m)のデータ(データ数:j=1、2、3、・・・n)を集めて単位空間データとする。そして、各特性の平均値m、標準偏差σを算出する。次いで、データxi、jの規準化を下記(1)式により行なう。
Xi、j=(xi、j−mi)/σi ・・・(1)
The calculation method of the Mahalanobis distance D 2 is as follows.
Data (number of data: j = 1, 2, 3,... N) of the characteristics to be evaluated (number of characteristics i = 1, 2, 3,... M) are collected as unit space data. Then, an average value m and a standard deviation σ of each characteristic are calculated. Next, normalization of the data x i and j is performed by the following equation (1).
X i , j = (x i , j −m i ) / σ i (1)
次いで、下記の各特性間の相関係数ri、jを求める。
ここで、S(Xi,Xi)は下記のとおりである。
Next, correlation coefficients r i and j between the following characteristics are obtained.
Here, S (X i , X i ) is as follows.
次いで、下記の相関行列Rを求める。
Next, the following correlation matrix R is obtained.
次いで、相関行列Rの下記の逆行列Aを求める。
Next, the following inverse matrix A of the correlation matrix R is obtained.
次いで、逆行列Aと規準化した単位空間データから下記のマハラノビス距離D2を算出する。
Next, the following Mahalanobis distance D 2 is calculated from the inverse matrix A and the normalized unit space data.
正常品のみのデータからなる単位空間データを用いてマハラノビス距離D2を予め算出しておき、このマハラノビス距離D2と異常品のデータとに基づいて、正常品と異常品との境界となる適切なマハラノビス距離の閾値Cを設定しておく。 The Mahalanobis distance D 2 is calculated in advance using unit space data consisting of data of only normal products, and based on the Mahalanobis distance D 2 and abnormal product data, an appropriate boundary between the normal product and the abnormal product is obtained. A threshold C for the Mahalanobis distance is set.
そして、バッチ毎のゴム混練物Rから採取したサンプルのマハラノビス距離D2と閾値Cとを比較して、そのサンプルのマハラノビス距離D2が閾値C以下であれば正常品と判断し、閾値C超であれば異常品と判断する。このように本発明では、正常品であるのか異常品であるのかを判断する際に、特性毎にその特性のデータだけを用いる手法ではなく、多数の特性(多変数)間の相関に基づく総合的判断尺度となるマハラノビス距離D2を用いる。そのため、その混練バッチのサンプルのマハラノビス距離D2が閾値Cに対してどの程度乖離しているかによって品質程度を把握できる。即ち、正常品に対する異常品の品質程度を把握することができる。 Then, the Mahalanobis distance D 2 of the sample collected from the rubber kneaded product R for each batch is compared with the threshold value C, and if the Mahalanobis distance D 2 of the sample is equal to or less than the threshold value C, it is determined as a normal product. If so, it is judged as an abnormal product. As described above, according to the present invention, when determining whether the product is normal or abnormal, it is not a method using only the data of each property for each property, but is based on the correlation between a large number of properties (multivariables). The Mahalanobis distance D 2 is used as an objective judgment scale. Therefore, the degree of quality can be grasped by how much the Mahalanobis distance D 2 of the sample of the kneading batch is deviated from the threshold value C. That is, it is possible to grasp the degree of quality of an abnormal product with respect to a normal product.
異常品と判断した場合は、各特性間の相関係数ri、jを算出して、相関度を確認する。即ち、相関係数ri、j(相関度)が高い場合は、それら特性間に異常となる因果関係が存在していると判断できる。したがって、異常品の発生に因果関係がある特性を容易に把握することができる。異常品の発生を防止するには、把握した相関度が高い特性について対策を施せばよいことになる。各変数(要因)の有効性を評価し、例えば、2水準系直交表を利用して異常の主要因を特定する。 If it is determined that the product is abnormal, the correlation coefficient r i , j between each characteristic is calculated to check the degree of correlation. That is, when the correlation coefficient r i , j (degree of correlation) is high, it can be determined that an abnormal causal relationship exists between these characteristics. Therefore, it is possible to easily grasp the characteristics that are causally related to the occurrence of abnormal products. In order to prevent the occurrence of abnormal products, it is sufficient to take measures for the characteristics having a high degree of correlation. The effectiveness of each variable (factor) is evaluated, and for example, a main factor of abnormality is specified using a two-level orthogonal table.
同じ材料を同じ配合で、図1に例示した混練機と同構造の混練機を用いて、異なるバッチで混練した表1に示す7種類のサンプルに対して、本発明を用いて品質評価を行った。それぞれのサンプルの混合特性および材料特性のデータは表1に示すとおりである。混練工程は、素練りステップ(S1)、オイルを投入して混合するオイル混合ステップ(S2)、カーボンを含む材料を投入して混合するカーボン混合ステップ(S3)および混合した材料を均一に練る均一化練りステップ(S4)の4ステップで行った。 Using the present invention, quality evaluation was performed on seven types of samples shown in Table 1, which were kneaded in different batches using the same ingredients and the same composition and the kneader having the same structure as that illustrated in FIG. It was. Table 1 shows the data of the mixing characteristics and material characteristics of each sample. The kneading step includes a kneading step (S1), an oil mixing step (S2) for adding and mixing oil, a carbon mixing step (S3) for adding and mixing carbon-containing materials, and a uniform kneading of the mixed materials. This was performed in 4 steps of the kneading step (S4).
混合特性のデータは、1バッチの混練時間T、S1〜S4の各ステップ終了時の混練物の温度、1バッチの混練に要した総電力量P、S2〜S4の各ステップで要した電力量を用いた。材料特性のデータは、未加硫時のゴム特性としてムーニースコーチタイム(MS)、最低粘度(Vm)、加硫後のゴム特性として比重、引張り強さ(TB)、破断伸び(EB)、100%モジュラス(M100)、硬度を用いた。正常品のマハラノビス距離D2は予め算出してあり、正常品と異常品との境界となる閾値Cは数値10に設定している。それぞれのサンプルが正常品であるか異常品であるかの判定結果は表2に示すとおりである。閾値Cの数値10を超えたサンプル1、2、5は異常品として判定される。
The data on the mixing characteristics are the kneading time T for one batch, the temperature of the kneaded product at the end of each step of S1 to S4, the total electric power P required for kneading the batch, and the electric energy required for each step of S2 to S4. Was used. Material property data include Mooney scorch time (MS) and minimum viscosity (Vm) as rubber properties when unvulcanized, and specific gravity, tensile strength (TB), elongation at break (EB), 100 after rubber properties. % Modulus (M100) and hardness were used. The Mahalanobis distance D 2 of the normal product is calculated in advance, and the threshold value C that is the boundary between the normal product and the abnormal product is set to a
上記各特性データは下記の測定方法により取得する。
MS、Vm:JIS K6300:2013に規定された方法に準拠して測定する。
比重:JIS K6268:1998に規定された方法に準拠して測定する。
TB、EB、M100:JIS K6251:2010に規定された方法に準拠して測定する。
硬度:JIS K6253−3:2012に規定された方法に準拠して測定する。
Each characteristic data is obtained by the following measurement method.
MS, Vm: Measured according to the method defined in JIS K6300: 2013.
Specific gravity: Measured according to the method defined in JIS K6268: 1998.
TB, EB, M100: Measured according to the method defined in JIS K6251: 2010.
Hardness: Measured according to the method defined in JIS K6253-3: 2012.
次いで、異常品と判定されたサンプルの各特性の相関度(効果の度合い)を表3に示す。 Next, Table 3 shows the degree of correlation (degree of effect) of each characteristic of the sample determined to be an abnormal product.
図4には、表3に示したサンプル1、2、5における各特性の効果の度合いをグラフで示した。図4を参照することにより、サンプル1では、S1終了時の温度が高く、S4での電力量が多く、その結果としてTBおよびM100が高くなっていることが分かる。サンプル2では、混練時間Tが短く、S2、S3の電力量が少なく、その結果としてM100が低くなっていることが分かる。サンプル5では、総電力量が少なく、その結果としてVmが高くなっていることが分かる。
FIG. 4 is a graph showing the degree of effect of each characteristic in
1 密閉式ゴム混練機
2 ケーシング
3 材料投入口
4 材料排出口
5 排出口フラップ
6 加圧ウエイト
7 チャンバー
7a 内壁面
8 ロータ
9 ロータ軸
10 ロータ駆動部
10a 電力計
10b 回転計
11 演算装置
R ゴム混練物
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