JP2016179643A - Internal observation method of kneader - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、混練機の内部観察方法に関し、さらに詳しくは、混練機内部の混練材料の挙動を簡易に把握することができる混練機の内部観察方法に関するものである。 The present invention relates to an internal observation method of a kneader, and more particularly to an internal observation method of a kneader that can easily grasp the behavior of a kneaded material inside the kneader.
タイヤやゴムホース等のゴム製品を製造する際には、天然ゴム等の原料ゴムとカーボン等の各種配合部材とをミキサや押出機等の混練機に投入し、混練りすることにより各種配合薬品を均一に分散させるとともに、一定粘度に低下させるようにしている(例えば、特許文献1、2参照)。特許文献1に記載のゴム押出機では、シリンダ内で回転するスクリューによりゴムの混練を行う。特許文献2に記載の密閉式混練機では、ケーシング内のロータが回転することでゴム材料の混練を行う。
When manufacturing rubber products such as tires and rubber hoses, raw rubber such as natural rubber and various compounding members such as carbon are put into a kneader such as a mixer or an extruder and kneaded to mix various chemicals. It is made to disperse | distribute uniformly and to make it reduce to a fixed viscosity (for example, refer patent document 1, 2). In the rubber extruder described in Patent Document 1, rubber is kneaded by a screw rotating in a cylinder. In the closed kneader described in
混練機による混練具合は、混練した材料の性能に大きく影響する。したがって、混練機の内部でゴム等の混練材料がどのような挙動をしているのかを把握できればより最適なスクリューの使用を検討する場合などに有益である。しかしながら、混練中の混練機の内部を確認することは実際には難しく、シミュレーションや経験則に基づいて推測しているのが現状である。そのため、混練機内部の混練材料の挙動を簡易に把握することができる手段が要望されている。 The degree of kneading by the kneader greatly affects the performance of the kneaded material. Therefore, if it is possible to grasp the behavior of the kneading material such as rubber inside the kneading machine, it is useful when considering the use of a more optimal screw. However, it is actually difficult to confirm the inside of the kneading machine during kneading, and the current situation is that it is estimated based on simulations and empirical rules. Therefore, there is a demand for means that can easily grasp the behavior of the kneaded material inside the kneader.
本発明の目的は、混練機内部の混練材料の挙動を簡易に把握することができる混練機の内部観察方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an internal observation method of a kneader that can easily grasp the behavior of the kneaded material inside the kneader.
上記目的を達成するため本発明の混練機の内部観察方法は、ケーシングとこのケーシングの内部に設置される混練駆動体とを備えた混練機モデルを用いた混練機の内部観察方法であって、前記ケーシングを外部から内部が視認可能な透明材料により形成し、前記ケーシングの内部に投入した混練材料および発光体を前記混練駆動体を駆動して混練するとともに、前記ケーシングの外部から前記発光体の動きを撮影して画像データを取得することを特徴とする。 In order to achieve the above object, the internal observation method of the kneader of the present invention is an internal observation method of a kneader using a kneader model equipped with a casing and a kneading driver installed inside the casing, The casing is formed of a transparent material whose inside is visible from the outside, the kneading material and the light emitting body that are put into the casing are kneaded by driving the kneading driving body, and the light emitting body of the light emitting body from the outside of the casing. Image data is acquired by capturing a motion.
本発明によれば、前記混練材料と共に混練される前記発光体の動きを前記ケーシングの外部から画像データとして取得するだけで複雑な設備を用いることなく、混練材料の挙動を容易に把握することができる。これに伴い、混練駆動体の形状や回転速度等を変えることで生じる混練材料の挙動の違いや混練駆動体の混練効率の違い等を定量的に分析することができる。 According to the present invention, it is possible to easily grasp the behavior of the kneaded material without using complicated equipment simply by acquiring the movement of the luminous body kneaded together with the kneaded material as image data from the outside of the casing. it can. Along with this, it is possible to quantitatively analyze the difference in the behavior of the kneading material, the difference in the kneading efficiency of the kneading drive body, and the like caused by changing the shape and rotation speed of the kneading drive body.
前記混練駆動体を透明材料により形成することもできる。これにより、発光体を撮影する際に混練駆動体が邪魔になることがなく画像データを取得することができる。したがって、前記混練機モデル内を撮影する際には一方向からの撮影で発光体の挙動を網羅的に撮影できるので、撮影機器を1台にすることが可能になる。 The kneading driver may be formed of a transparent material. As a result, the image data can be acquired without disturbing the kneading driver when photographing the light emitter. Therefore, when photographing the inside of the kneader model, the behavior of the illuminant can be photographed comprehensively by photographing from one direction, so that one photographing device can be provided.
前記発光体として、前記混練材料に溶けない不溶性材料を用いることもできる。これにより、発光体が混練材料に溶けて混ざることを回避できるので、発光体の挙動をより精度よく長時間観察することができる。これに伴ない、混練材料の挙動を定量的に分析するには益々有利になる。 As the luminous body, an insoluble material that does not dissolve in the kneaded material can be used. Thereby, since it can avoid that a light-emitting body melt | dissolves and mixes with a kneading | mixing material, the behavior of a light-emitting body can be observed more accurately for a long time. Accordingly, it becomes more and more advantageous to quantitatively analyze the behavior of the kneaded material.
前記混練材料としては例えば、カルボキシメチルセルロース溶液、鉱物油、合成油、植物油のいずれか1種類を用いる。これらの材料は入手し易く、特にカルボキシメチルセルロース溶液は所望の粘度に調整し易い。したがって、様々な実験条件を容易に再現することができる。 As the kneading material, for example, any one of carboxymethylcellulose solution, mineral oil, synthetic oil, and vegetable oil is used. These materials are easily available, and in particular, the carboxymethyl cellulose solution is easily adjusted to a desired viscosity. Therefore, various experimental conditions can be easily reproduced.
前記混練機モデルをゴム押出機またはゴム混練機の縮小モデルにすると、ゴム押出機またはゴム混練機の実物に近い条件での前記混練材料の挙動を把握することができる。また、縮小モデルなので、混練機の実物を用いる場合に比して、簡易に分析を行うことができる。 When the kneader model is a reduced model of a rubber extruder or a rubber kneader, the behavior of the kneaded material under conditions close to the real thing of the rubber extruder or the rubber kneader can be grasped. In addition, since the model is a reduced model, the analysis can be easily performed as compared with the case where the actual kneader is used.
以下、本発明の混練機の内部観察方法を図1〜2に示した実施形態に基づいて説明する。 Hereinafter, the internal observation method of the kneading machine of the present invention will be described based on the embodiment shown in FIGS.
本発明の混練機の内部観察方法では、ケーシング2とこのケーシング2の内部に設置される混練駆動体3とを備えた混練機モデル1を用いる。そして、ケーシング2の内部に混練材料4および発光体5を投入し、混練駆動体3を駆動して混練するとともに、ケーシング2の外部から発光体5の動きを撮影して画像データを取得する。この実施形態では、混練機モデル1の外部に撮影機器6およびセンサ7と、これらが接続される分析装置8と、ブラックライト10とが設置されている。
In the internal observation method of the kneader according to the present invention, the kneader model 1 including the
混練機モデル1は、内部観察を行う対象となる混練機を再現するモデルである。混練機モデル1は、必ずしも実物の混練機を忠実に再現する必要はないが、実物の混練機の構造に近い構造を再現するほど、より現実に即したデータを取得することができる。この実施形態では、混練機モデル1としてゴム押出機の縮小モデルを用いている。混練機モデル1としては、他にもミキサ、攪拌機、ニーダー等のゴムを混練する装置やその他の材料の混練機を再現したモデルを用いることができる。 The kneader model 1 is a model that reproduces a kneader to be subjected to internal observation. The kneader model 1 is not necessarily required to faithfully reproduce the actual kneader, but more realistic data can be acquired as the structure closer to that of the actual kneader is reproduced. In this embodiment, a reduced model of a rubber extruder is used as the kneader model 1. As the kneader model 1, there can be used a model that reproduces an apparatus for kneading rubber such as a mixer, a stirrer, and a kneader, and a kneader for other materials.
ケーシング2は、混練機モデル1の外壁を構成する部材である。ケーシング2は、透明材料により形成する。ケーシング2は、すべて透明材料により形成することも、観察したい範囲のみを透明材料により形成することもできる。ケーシング2の透明度は、外部から内部が視認可能であればよく、無色透明でなくてもよい。ケーシング2の具体的な材質としては例えば、アクリル樹脂、ポリカーボネート、塩化ビニル樹脂等を用いる。
The
この実施形態では、透明なアクリル樹脂の塊を内部に円柱状の空洞を有するシリンダ状に加工することで、ケーシング2を形成している。ケーシング2はこのように、樹脂を削り出して形成するだけでなく型成型により形成することもできる。このケーシング2には混練材料4および発光体5を投入する投入口2aと混練材料4および発光体5が排出される排出口2bとが設けられている。
In this embodiment, the
混練駆動体3は、混練材料4を混練する部材である。この実施形態では、円柱状の駆動軸3aの外周に螺旋状の羽根部3bを有する混練駆動体3を透明な樹脂で形成している。駆動軸3aの一端部はモータ9に接続されていて、モータ9が駆動源になって羽根部3bが駆動軸3aを中心にして回転駆動される。
The
透明な樹脂としてはアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、塩化ビニル樹脂等を例示できる。混練駆動体3は、他にもABS樹脂(アクリロニトリルブタジエンスチレン共重合合成樹脂)やPLA樹脂(ポリ乳酸樹脂)、ポリアミド樹脂等の各種樹脂や金属等の非透明材料で形成することもできる。ケーシング2や混練駆動体3は三次元プリンターを用いると簡易に作成することができる。
Examples of the transparent resin include acrylic resin, polycarbonate resin, and vinyl chloride resin. In addition, the
混練材料4としては、実際に製造工場の混練機内で混練されている未加硫ゴムや樹脂等の材料やこれら材料の擬似材料を用いることができる。実際に工場等で使用される材料を混練材料4として用いると、その混練材料4の特性を含んだ挙動データを取得することができる。しかし、例えば、羽根部3bの最適な形状(仕様)を検討する場合等においては、羽根部3bの形状の相違による混練材料4の挙動の相対的な違いを把握できればよい。それ故、混練材料4として擬似材料を用いても十分にその目的を果たすことができる。
As the kneaded material 4, materials such as unvulcanized rubber and resin that are actually kneaded in a kneader at a manufacturing plant, or pseudo materials of these materials can be used. When a material that is actually used in a factory or the like is used as the kneaded material 4, behavior data including the characteristics of the kneaded material 4 can be acquired. However, for example, when examining the optimum shape (specification) of the
擬似材料には例えば流動性が高い粘弾性体であるカルボキシメチルセルロース溶液を用いる。カルボキシメチルセルロースは入手し易く、溶液を所望の粘度に調整し易いので、様々な実験条件を容易に再現することができる。カルボキシメチルセルロース溶液のような流動性が高い粘弾性体を用いると、混練時に混練駆動体3やケーシング2に対する負荷が小さくなるため、これらの強度や耐久性を低く設定することができる。それ故、三次元プリンタ等で簡易に作成した混練駆動体3を用いる場合であっても十分に使用することが可能になる。混練材料4として用いることができる流動性が高い粘弾性体の擬似材料としては、その他に、鉱物油、合成油、植物油等を例示できる。
As the pseudo material, for example, a carboxymethyl cellulose solution which is a viscoelastic body having high fluidity is used. Since carboxymethyl cellulose is easily available and the solution can be easily adjusted to a desired viscosity, various experimental conditions can be easily reproduced. When a viscoelastic body having a high fluidity such as a carboxymethylcellulose solution is used, the load on the kneading
発光体5は、発光する性質を有する物体であり、粒状や液体状等様々な形態の物体を用いることができる。粒状の場合は、その粒径は例えば、混練駆動体5の直径の半分以下の直径を有するものにする。この実施形態では、発光体5として紫外線の照射によって発光する粒状蛍光体を採用している。そして、ケーシング2の外部からブラックライト10を用いて紫外線を照射することで発光体5を発光させる。発光体5としては、蛍光体の他にも例えば、蓄光体や自発光体等様々な種類の物体を採用することができる。尚、発光体5が発光できる条件を満たすことができれば必ずしもブラックライト10を設ける必要はない。
The
この実施形態では、ケーシング2の外部から発光体5の動きを撮影して画像データを取得する撮影機器6を1台設けている。撮影機器6としては動画撮影ができるデジタルカメラが好ましい。
In this embodiment, one photographing
センサ7としては、例えば、速度センサや加速度センサ、温度センサ等を用いることができる。分析装置8としては、例えば、パーソナルコンピュータ―等を用いることができる。
As the sensor 7, for example, a speed sensor, an acceleration sensor, a temperature sensor, or the like can be used. As the
この実施形態では、ケーシング2および混練駆動体3を透明材料で形成しているため、1台の撮影機器6で発光体5の動きを網羅的に撮影することができるが、必要に応じて複数の撮影機器6を設けて混練機モデル1内を異なる方向から撮影することもできる。ケーシング2を透明材料で形成して混練駆動体3を非透明材料で形成する場合は、複数の撮影機器6により混練機モデル1の内部を異なる方向から撮影することが好ましい。
In this embodiment, since the
次に、本発明の手順を説明する。例えば、暗室に混練機モデル1、撮影機器6、センサ7、ブラックライト10を所定の位置に設置する。暗室の照度は使用する発光体5の発光特性によって異ならせることもできるが、例えば75lx以下、より好ましくは50lx以下に設定する。そして、投入口2aから混練材料4と発光体5をケーシング2の内部に投入して、モータ9を稼働させ混練駆動体3を回転駆動させる。発光体5はケーシング2の内部に投入する前段階で事前に混練材料4に混入させておくこともできるし、ケーシング2の内部に別々に投入し、ケーシング2の内部ではじめて発光体5を混練材料4に混入させることもできる。
Next, the procedure of the present invention will be described. For example, the kneader model 1, the photographing
混練駆動体3が回転駆動することで、混練材料4と発光体5は投入口2aから排出口2bへ混練されながら移動する。この際、発光体5はブラックライト10からの紫外線の照射によって発光する。混練駆動体3によって混練されている発光体5の挙動を撮影機器6によってケーシング2の外部から撮影して画像データを取得し、センサ7によって発光体5の移動速度や混練材料4の温度変化等の検知データを取得する。取得したデータは分析装置8に有線または無線で送信され、その取得したデータに基づいて分析作業を行なう。
When the kneading
例えば、羽根部3bの最適な形状(仕様)を検討する場合には、羽根部3bの形状(仕様)が異なる混練駆動体3に交換して同様の手順でデータを取得し、取得したデータに基づいて羽根部3bの形状による混練材料4の挙動の違いを比較分析する。混練材料4の特性の違いによる混練材料4の挙動の違いを分析したい場合には、混練材料4の粘度や種類、温度等を変えて同様の手順でデータを取得し、比較分析を行う。
For example, when examining the optimum shape (specification) of the
本発明によれば、混練材料4と共に混練される発光体5の動きをケーシング2の外部から画像データとして取得するだけで複雑な設備を用いることなく、混練材料4の挙動を容易に把握することができる。これに伴い、混練駆動体3(羽根部3b)の形状や回転速度等を変えることで生じる混練材料4の挙動の違いや混練駆動体3の混練効率の違い等を定量的に分析することができる。
According to the present invention, it is possible to easily grasp the behavior of the kneaded material 4 without using complicated equipment simply by acquiring the movement of the
発光体5は、混練材料4に溶けない不溶性材料を用いるとよい。混練材料4に溶けない発光体5を用いることにより、発光体5が混練材料4に溶けて混ざることを回避できるので、発光体5の挙動をより精度よく長時間観察することができる。これに伴ない、混練材料4の挙動を定量的に分析するには益々有利になる。
For the
この実施形態では、混練機モデル1として、縮小モデルを用いているのでゴム押出機またはゴム混練機の実物に近い条件での前記混練材料の挙動を把握することができる。また、縮小モデルなので、混練機の実物を用いる場合に比して、簡易に分析を行うことができる。さらに、撮影機器6に加えてセンサ7を設置しているので、発光体5の挙動に関するより詳細なデータを取得することができる。そのため、混練機モデル1内での混練材料4の挙動をより定量的に分析することができる。
In this embodiment, since the reduced model is used as the kneader model 1, it is possible to grasp the behavior of the kneaded material under conditions close to those of the rubber extruder or the rubber kneader. In addition, since the model is a reduced model, the analysis can be easily performed as compared with the case where the actual kneader is used. Further, since the sensor 7 is installed in addition to the photographing
別の混練機モデル1を図3、4に示す。この混練機モデル1は、ゴム混練機を再現したモデルである。ケーシング2は、内部に楕円柱状の空洞を有する形状に形成されている。ケーシング2の上部には開閉式の投入口2a、下部には開閉式の排出口2bが設けられている。混練駆動体3は対向する2つのロータで構成されている。この混練駆体3を構成する2つのロータはモータ9に接続されており、モータ9を駆動源としてそれぞれ独立して回転駆動する。
Another kneader model 1 is shown in FIGS. This kneader model 1 is a model reproducing a rubber kneader. The
この実施形態では、粘度の異なる2種類の混練材料4a、4bと、発光色が異なる2種類の粒状蛍光体である発光体5a、5bを用いている。撮影機器6、センサ7、分析装置8、ブラックライト10は先の実施形態と同様の構成である。
In this embodiment, two types of kneaded
次に、この混練機モデル1を用いた本発明の手順を説明する。まず、事前に混練材料4aに発光体5aを混入させて混練材料4aに発光体5aが適度に点在している状態にする。同様に混練材料4bに発光体5bを混入させて混練材料4bに発光体5bが適度に点在している状態にする。そして、排出口2bを閉じた状態で、この混練材料4aとこの混練材料4bとを投入口2aからそれぞれ所定量投入する。その後、投入口2aを閉めケーシング2を密閉した状態でモータ9を稼働させ、混練駆動体3を回転駆動させる。
Next, the procedure of the present invention using this kneader model 1 will be described. First, the
発光体5aが点在する混練材料4aと発光体5bが点在する混練材料4bは、ケーシング2内で混練駆動体3である二つのロータによって繰り返し混練される。発光体5aは混練材料4aに伴なって動き、発光体5bは混練材料4bに伴なって動く。混練材料4a、4bが混練されると発光体5a、5bはケーシング2内で混り合うことになる。この混練材料4a、4bがケーシング2内に投入されてから混ざり合う過程を撮影機器6によってケーシング2の外部から撮影して画像データを取得する。また、センサ7によって発光体5a、5bそれぞれの移動速度や混練材料4a、4bの温度変化等の検知データを取得する。取得したデータは分析装置8に送信され、その取得したデータに基づいて分析作業を行なう。
The kneaded
この実施形態においても先の実施形態と同様に、例えば、羽根部3bの最適な形状(仕様)を検討する場合には、羽根部3bの形状(仕様)が異なる混練駆動体3に交換して同様の手順でデータを取得し、取得したデータを基に羽根部3bの形状による混練材料4a、4bの挙動の違いや混練効率等を比較分析する。
In this embodiment, similarly to the previous embodiment, for example, when the optimum shape (specification) of the
この実施形態では、粘度が異なる混練材料4a、4bにそれぞれ発光色の異なる発光体5a、5bを点在させた後に、混練材料4aと混練材料4bをケーシング2内で混練するので、混練材料4a、4bが混練される様子を発光体5a、5bにより可視化することができる。そして、この発光体5a、5bのそれぞれの動きをケーシング2の外部から画像データとして取得することで、混練材料4a、4bのそれぞれの挙動を把握することができる。
In this embodiment, the kneaded
この実施形態では特性の異なる2種類の混練材料4と発光体5を用いたが、先の実施形態と同様に1種類の混練材料4を用いることもできる。或いは、特性の異なる3種類以上の混練材料4と発光体5を用いることもできる。異ならせる特性としては混練材料4の粘度の他に、比重等を例示できる。
In this embodiment, two types of kneading materials 4 and
1 混練機モデル
2 ケーシング
2a 投入口
2b 排出口
3 混練駆動体
3a 駆動軸
3b 羽根部
4、4a、4b 混練材料
5、5a、5b 発光体
6 撮影機器
7 センサ
8 分析装置
9 モータ
10 ブラックライト
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (5)
前記ケーシングを外部から内部が視認可能な透明材料により形成し、前記ケーシングの内部に投入した混練材料および発光体を前記混練駆動体を駆動して混練するとともに、前記ケーシングの外部から前記発光体の動きを撮影して画像データを取得することを特徴とする混練機の内部観察方法。 A kneader internal observation method using a kneader model equipped with a casing and a kneading driver installed inside the casing,
The casing is formed of a transparent material whose inside is visible from the outside, and the kneading material and the light emitting body charged into the casing are kneaded by driving the kneading driving body, and the light emitting body of the light emitting body from the outside of the casing. An internal observation method of a kneading machine, characterized in that image data is acquired by photographing a motion.
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