JP2018034472A - ゴム材料の混練方法および装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】密閉型混練機の混練室に投入した配合剤の噴出を防止しつつ、品質の安定したゴム材料を得ることができるゴム材料の混練方法および装置を提供する。【解決手段】混練室４ａに原料ゴムＧと配合剤Ｎとからなるゴム材料Ｒを投入した後、混練室４ａでのゴム材料Ｒの充填状態をセンサ１３より取得したデータによって把握し、このデータに基づいて制御部１２によりラムウエイト８の上下移動制御を行い、ラムウエイト８を下限位置ＬＰまで下方移動させた場合に混練室４ａの内圧が予め設定された許容圧力より大きくなると制御部１２が判断した時には、ラムウエイト８を下限位置ＬＰよりも上方の所定位置ＰＰで停止させた状態でロータ３を回転させてゴム材料Ｒを予備混練し、その後、ラムウエイト８を下限位置ＬＰに停止させた状態でロータ３を回転させてゴム材料Ｒを混練する。【選択図】図３
Description
本発明は、ゴム材料の混練方法および装置に関し、さらに詳しくは、密閉型混練機の混練室に投入した配合剤の噴出を防止しつつ、品質の安定したゴム材料を得ることができるゴム材料の混練方法および装置に関するものである。
タイヤ等のゴム製品を製造する際には、原料ゴムに各種配合剤を分散させて混練することにより未加硫のゴム材料を得る混練工程がある。この混練工程では、例えば、密閉型混練機が使用されている。密閉型混練機は、混練室にロータが内設され、混練室の上方には上下移動するラムウエイトが配置されている。混練室に投入された原料ゴムと各種配合剤とは、上部をラムウエイトで塞がれた状態の混練室で、回転するロータにより混練される（例えば、特許文献１参照）。
この混練の際には、ラムウエイトが混練室の蓋として機能することにより、配合剤が混練室から噴出することを防止している。しかしながら、配合剤を混練室に投入した直後などでは、混練室内の見掛けの体積が大きくなっていて、しかも、ラムウエイトが下限位置に降下している。このとき、混練室がゴム材料（原料ゴムおよび配合剤）によって充満していると、混練室ではゴム材料に過大な圧力が作用し、飛散し易い配合剤が混練室とラムウエイトとのすき間から混練室の外部に噴出することがある。配合剤が混練室から噴出すると、混練したゴム材料では配合剤の量が不足するため品質にばらつきが生じる。
一方、ラムウエイトを下限位置に配置した状態で混練工程を行わなければ、原料ゴムに対して配合剤を十分に分散させて練り込むことができない。この場合も混練したゴム材料の品質がばらつくため、品質の安定したゴム材料を得ることができない。
本発明の目的は、密閉型混練機の混練室に投入した配合剤の噴出を防止しつつ、品質の安定したゴム材料を得ることができるゴム材料の混練方法および装置を提供することにある。
上記目的を達成するための本発明のゴム材料の混練方法は、原料ゴムと配合剤とからなるゴム材料を密閉型混練機の混練室で、この混練室の上方にラムウエイトを配置して、回転するロータにより混練するゴム材料の混練方法において、前記混練室に前記ゴム材料を投入した後、前記混練室での前記ゴム材料の充填状態をセンサより取得したデータによって把握し、前記データに基づいて前記ラムウエイトの上下移動制御を行い、前記ラムウエイトを下限位置まで下方移動させた場合に前記混練室の内圧が予め設定された許容圧力より大きくなると判断した時には、前記ラムウエイトを前記下限位置よりも上方の所定位置で停止させ、この状態で前記ロータを回転させて前記ゴム材料を予備混練し、その後、前記ラムウエイトを前記下限位置に移動させて停止させ、この状態で前記ロータを回転させて前記ゴム材料を混練することを特徴とする。
本発明のゴム材料の混練装置は、混練室に内設されたロータと、この混練室の上方に配置されて上下移動するラムウエイトとを有して、原料ゴムと配合剤とからなるゴム材料を、前記ロータを回転することにより前記混練室で混練する密閉型混練機を備えたゴム材料の混練装置において、前記混練室での前記ゴム材料の充填状態を把握するデータを取得するセンサと、この取得したデータが入力される制御部とを有し、前記混練室に前記ゴム材料を投入した後、前記データに基づいて前記制御部により前記ラムウエイトの上下移動制御を行い、前記ラムウエイトを下限位置まで下方移動させた場合に前記混練室の内圧が予め設定された許容圧力より大きくなると前記制御部が判断した時には、前記ラムウエイトを前記下限位置よりも上方の所定位置で停止させ、この状態で前記ロータを回転させて前記ゴム材料を予備混練し、その後、前記ラムウエイトを前記下限位置に移動させて停止させ、この状態で前記ロータを回転させて前記ゴム材料を混練する構成にしたことを特徴とする。
本発明によれば、前記混練室に前記ゴム材料を投入した後、センサより取得したデータによって前記混練室での前記ゴム材料の充填状態を把握し、前記データに基づいて前記ラムウエイトの上下移動制御を行う。ここで、前記ラムウエイトを下限位置まで下方移動させた場合に前記混練室の内圧が予め設定された許容圧力より大きくなると判断した時には、配合剤が混練室から噴出する可能性が高くなるため、前記ラムウエイトを前記下限位置よりも上方の所定位置で停止させて前記ゴム材料を予備混練する。これにより、混練室のゴム材料には過大な圧力が作用することがなく、配合剤の噴出を防止できる。
この予備混練の後、前記ラムウエイトを前記下限位置で停止させて前記ゴム材料を混練する。これにより、原料ゴムに対して配合剤を十分に分散させて混練できるので、品質の安定したゴム材料を得ることが可能になる。
以下、本発明のゴム材料の混練方法および装置を図に示した実施形態に基づいて説明する。
図１〜図２に例示する本発明のゴム材料の混練装置１（以下、混練装置１という）は、未加硫のゴム材料Ｒを混練する。ゴム材料Ｒは原料ゴムＧと複数種類の非加硫系の配合剤Ｎとからなり、混練することで原料ゴムＧに配合剤Ｎを均等に分散させるようにして適切な粘度のゴム材料Ｒにする。
原料ゴムＧとしては、天然ゴム（ＮＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、１，２−ポリブタジエン、クロロプレンゴム、ブチルゴム、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ニトリルゴム（アクリルニトリルゴム、水素化ニトリルゴム）、エチレンプロピレンジエンゴム等を例示できる。これらを１種単独でまたは２種以上を組合せて使用する。配合剤Ｎとしては、例えば、カーボンブラック、シリカ、シランカップリング剤、酸化亜鉛、ステアリン酸等の中から適宜、必要なものを使用する。
この混練装置１は、バンバリーミキサー等の密閉型混練機２と、密閉型混練機２の混練室４ａでのゴム材料Ｒの充填状態を把握するデータを取得するセンサ１３と、このセンサ１３により取得されたデータが入力される制御部１２とを備えている。この実施形態ではセンサ１３としてロードセル１３ａが用いられている。
密閉型混練機２は、混練室４ａと、混練室４ａの上方に連接されたラムウエイト室４ｂとを備えていて、混練室４ａには対向配置された一対のロータ３と油投入部５とが設けられている。それぞれのロータ３の回転軸３ａには翼３ｂが突設されていて、平行して配置された回転軸３ａは駆動用モータによって回転駆動される。ロータ３の回転は制御部１２により制御される。
混練室４ａの底面には開閉する排出扉１０が設けられ、温度計１１がその先端部を混練室４ａに露出して設けられている。温度計１１は混練室４ａで混練されているゴム材料Ｒの温度を逐次検知する。温度計１１による温度データは制御部１２に入力される。
ラムウエイト室４ｂには、上下移動して混練室４ａの内圧（ラム圧力）を調整するラムウエイト８が配置されている。ラムウエイト８は、油圧シリンダ等の昇降機構８ａによって上下移動され、ラムウエイト８の上下移動（上下位置および昇降速度）は制御部１２により制御される。図面には、ラムウエイト８が移動できる下限位置ＬＰ(ラムウエイト８が最も降下した場合のラムウエイト８の上面の位置)と、下限位置ＬＰよりも上方の所定位置ＰＰが示されている。ラムウエイト室４ｂにはさらに、原料ゴムＧを投入するゴム投入部６と、配合剤Ｎをホッパ７から投入する配合剤投入部９とが設けられている。
制御部１２には電力計１２ａが付設されている。ロータ３の回転駆動に要した瞬時電力が電力計１２ａにより逐次検知される。電力計１２ａにより検知された瞬時電力は、制御部１２に入力される。制御部１２では瞬時電力を積算した積算電力量が算出され、任意の混練期間おけるロータ３の回転駆動に要した電力量（ロータ３に作用する負荷）を把握することができる。制御部１２にはその他に、ロータ３の回転数等が入力される。
制御部１２にはさらに、混練室４ａにゴム材料Ｒを投入した状態でラムウエイト８を下限位置ＬＰまで下方移動させた場合に、配合剤Ｎの噴出が発生しない目安となる混練室４ａの内圧として、予め設定された許容圧力の範囲が入力されている。また、混練するゴム材料Ｒの仕様に応じて、混練する際に維持するゴム材料Ｒの最適な所定の温度範囲なども制御部１２に入力されている。そして、ロータ３の回転数は、温度計１１による検知温度に基づいて制御される。基本的には、ロータ３の回転数を大きくする（回転速度を速くする）程、混練しているゴム材料Ｒの温度は高くなる。
以下、本発明のゴム材料の混練方法の手順を説明する。
まず、ゴム投入部６を通じて所定量の原料ゴムＧを混練室４ａに投入し、ロータ３を回転させることにより素練りを行う。適度に原料ゴムＧの素練りを行った後に、所定量の必要な種類の配合剤Ｎを配合剤投入部９を通じて混練室４ａに投入する。
その後、ラムウエイト８を下限位置ＬＰに向かって下方移動させ、その際にロードセル１３ａによって、ラムウエイト８の下面が混練室４ａに投入されたゴム材料Ｒから受ける荷重データを取得する。具体的には、ラムウエイト８を下方移動させ続けると、混練室４ａに充填されているゴム材料Ｒにラムウエイト８の下面が接触する。この接触状態になると、ロードセル１３ａはラムウエイト８の下面がゴム材料Ｒから受ける荷重を取得する。ロードセル１３ａにより取得された荷重データは制御部１２に入力される。
ロードセル１３ａが下方移動する程、荷重データは大きくなり、また、混練室４ａに充填されているゴム材料Ｒの量（体積）が大きい程、荷重データは大きくなる。したがって、ラムウエイト８の上下位置と、ロードセル１３ａにより取得された荷重データの大きさとによって、混練室４ａでのゴム材料Ｒの充填状態を把握することができる。
そして、制御部１２は、ロードセル１３ａにより取得した荷重データの大きさに基づいて、ラムウエイト８を下限位置ＬＰまで下方移動させた場合に混練室４ａの内圧が許容圧力より大きくなる否かを判断する。ラムウエイト８を下限位置ＬＰまで下方移動させた場合に混練室４ａの内圧が許容圧力よりも大きい場合とは、混練室４ａにゴム材料Ｒが充満している、或いは、混練室４ａから溢れている状態である。
ここで、制御部１２が混練室４ａの内圧が許容圧力より大きくなると判断した時には、図３に例示するように、ラムウエイト８を下限位置ＬＰよりも上方の所定位置ＰＰで停止させる。そして、この状態でロータ３を所定時間回転させてゴム材料Ｒを予備混練する。混練室４ａには油投入部５を通じて適時、オイルを投入する。
この所定位置ＰＰは下限位置ＬＰに対して、例えば、ロータ３の外径（翼３ｂの外縁の回転軌跡により形成される径）の１％〜１０％高い位置に設定される。所定位置ＰＰが下限位置ＬＰに対して、ロータ３の外径の１％未満の高い位置であると、配合剤Ｎの噴出を防止する効果が小さくなり、１０％超の高い位置であると、配合剤Ｎを原料ゴムＧに対して十分に練り込むことが困難になる。この範囲を３％程度（２％以上４％以下）にするとより好ましい。
予備混練では、ラムウエイト８が所定位置ＰＰに配置されているため、混練室４ａのゴム材料Ｒがラムウエイト８により過度に圧縮されることがない。それ故、配合剤Ｎが混練室４ａとラムウエイト８とのすき間から噴出することを防止できる。
予備混練によって、原料ゴムＧには配合剤Ｎがある程度、練り込まれて分散し、かつ、ゴム材料Ｒの体積が減少する。次いで、図４に例示するように、ラムウエイト８を下限位置ＬＰまで下方移動させて停止させる。この状態で、ロータ３を回転させてゴム材料Ｒを混練する。例えば、ゴム材料Ｒを所定の温度範囲に維持しながら混練して、所望の粘度に低下させたゴム材料Ｒを得る。混練室４ａには油投入部５を通じて適時、オイルを投入する。この状態での混練は、ラムウエイト８によってゴム材料Ｒに対して十分な荷重を加えることができるので、配合剤Ｎをより均一に分散させることができる。
一方、制御部１２が、ラムウエイト８を下限位置ＬＰまで下方移動させた場合に、混練室４ａの内圧が許容圧力以下になると制御部１２が判断した時には、ラムウエイト８を所定位置ＰＰではなく、図４に例示するように直ちに下限位置ＬＰまで下方移動させて停止させる。
混練室４ａの内圧が許容圧力以下の場合とは、混練室４ａにゴム材料Ｒが充満していない状態である。したがって、ラムウエイト８を下限位置ＬＰまで下方移動させても、混練室４ａのゴム材料Ｒがラムウエイト８により過度に圧縮されることがない。それ故、上述した予備混練をしなくても、配合剤Ｎが混練室４ａとラムウエイト８とのすき間から噴出することを防止できる。
そして、ラムウエイト８を下限位置ＬＰに停止させた状態でロータ３を回転させてゴム材料Ｒを混練する。例えば、ゴム材料Ｒを所定の温度範囲に維持しながら混練して、所望の粘度にしたゴム材料Ｒを得る。この状態での混練は、ラムウエイト８によってゴム材料Ｒに対して十分な荷重を加えることができるので、配合剤Ｎをより均一に分散させることができる。
このように本発明では、ロードセル１２ａにより取得した荷重データに基づいて、ラムウエイト８を下限位置ＬＰまで下方移動させた場合に混練室４ａの内圧が予め設定された許容圧力よりも大きくなると判断した時と、この許容圧力以下になると判断した時とで、ラムウエイト８の上下位置を異ならせる制御を行って混練する。そのため、混練室４ａに投入した配合剤Ｎの噴出を防止しつつ、品質の安定したゴム材料Ｒを得ることが可能になっている。
この実施形態では、センサ１３としてロードセル１３ａを使用しているが、センサ１３はこれに限定されない。例えば、ロードセル１３ａに代えて、ラムウエイト８の下面の温度を逐次取得する温度センサ１３を使用することもできる。
この場合、混練室４ａにゴム材料Ｒを投入した後、ラムウエイト８を下限位置ＬＰに向かって下方移動させ、その際に温度センサ１３によって、ラムウエイト８の下面の温度データを逐次取得する。具体的には、ラムウエイト８を下方移動させ続けると、混練室４ａに充填されているゴム材料Ｒにラムウエイト８の下面が接触する。ラムウエイト８とゴム材料Ｒとはある程度温度が異なるので、この接触状態になると、温度センサ１３により取得される温度が急激に変化する。温度センサ１３により取得された温度データは制御部１２に入力される。
温度データの変化によってゴム材料Ｒの上端位置が判明するので、ラムウエイト８の上下位置と、温度センサ１３により取得された温度データの変化とによって、混練室４ａでのゴム材料Ｒの充填状態を把握することができる。即ち、温度データが変化した時点のラムウエイト８の下面の位置に、ゴム材料Ｒの上端位置があると判断できる。
そして、制御部１２は、この温度データの変化に基づいて、ラムウエイト８を下限位置ＬＰまで下方移動させた場合に、混練室４ａの内圧が許容圧力より大きくなる否かを判断する。その他の工程は、先の実施形態と同様である。
図５に例示するように、センサ１３として、混練室４ａに投入されたゴム材料Ｒのラムウエイト８から上端位置までの上下方向の距離Ｌをラムウエイト８から取得する距離センサ１３ｂを使用することもできる。
具体的には、混練室４ａにゴム材料Ｒを投入した後、距離センサ１３ｂとゴム材料Ｒの上端位置との間の距離Ｌを距離センサ１３ｂにより取得する。距離センサ１３ｂにより取得された距離データは、制御部１２に入力される。距離データを取得した時点の位置センサ１３の位置から下方に距離Ｌの位置に、ゴム材料Ｒの上端位置があると判断できるので、混練室４ａでのゴム材料Ｒの充填状態を把握することができる。
そして、制御部１２は、この距離データに基づいて、ラムウエイト８を下限位置ＬＰまで下方移動させた場合に混練室４ａの内圧が許容圧力より大きくなる否かを判断する。その他の工程は、先の実施形態と同様である。
図６に例示するように、センサ１３として、ラムウエイト８の上下位置Ｐを逐次取得する位置センサ１３ｃを使用することもできる。
具体的には、混練室４ａにゴム材料Ｒを投入した後、ラムウエイト８を下限位置ＬＰに向かって下方移動させ、その際に位置センサ１３ｃによりラムウエイト８の上下位置Ｐを逐次取得する。位置センサ１３ｃにより取得された位置データは制御部１２に入力される。
具体的には、ラムウエイト８を下方移動させ続けると、混練室４ａに充填されているゴム材料Ｒにラムウエイト８の下面が接触する。ラムウエイト８の下面が下限位置ＬＰよりも上方位置においてゴム材料Ｒに接触すると、その接触した位置からラムウエイト８はより下方へ移動し難くなる。したがって、下限位置ＬＰよりも上方位置において、位置データの変動具合が小さくなった場合は、取得した位置データの位置Ｐにあるラムウエイト８の下面の位置に、ゴム材料Ｒの上端位置があると判断できる。そのため、位置センサ１３ｃによって混練室４ｃでのゴム材料Ｒの充填状態を把握することができる。
そして、制御部１２は、この位置データおよび位置データの変動具合に基づいて、ラムウエイト８を下限位置ＬＰまで下方移動させた場合に、混練室４ａの内圧が許容圧力より大きくなる否かを判断する。その他の工程は、先の実施形態と同様である。
上述した本発明（種々の実施形態）は、あるゴム材料Ｒを複数バッチ連続して混練する際にも適用することができる。この場合は例えば、その混練よりも前に混練したバッチにおけるラムウエイト８の上下移動制御に基づいて、その混練でのラムウエイト８の上下移動制御を行うこともできる。
あるゴム材料Ｒを複数バッチ連続して混練する場合、それぞれのバッチにおける混練室４ａに充填されているゴム材料Ｒの上端位置は大きくは変わらない。そこで、その混練の１回前に混練したバッチのゴム材料Ｒが、配合剤Ｎの噴出が発生せずに適切に混練されているならば、そのバッチにおける混練と同様にラムウエイト８の上下移動を制御することで適切にゴム材料Ｒを混練できる。
今回混練するゴム材料Ｒと同じ組成のゴム材料Ｒを以前に混練している場合にも上述した本発明（種々の実施形態）を適用することができる。この場合は例えば、以前の混練の際でのラムウエイト８の上下移動制御に基づいて、今回の混練でのラムウエイト８の上下移動制御を行う。以前の混練によってゴム材料Ｒが、配合剤Ｎの噴出が発生せずに適切に混練されているならば、以前に混練と同様にラムウエイト８の上下移動を制御することで適切にゴム材料Ｒを混練できる。
１ 混練装置
２ 密閉型混練機
３ ロータ
３ａ 回転軸
３ｂ 翼
４ａ 混練室
４ｂ ラムウエイト室
５ 油投入部
６ ゴム投入部
７ ホッパ
８ ラムウエイト
８ａ 昇降機構
９ 配合剤投入部
１０ 排出扉
１１ 温度計
１２ 制御部
１２ａ 電力計
１３ センサ
１３ａ ロードセル
１３ｂ 距離センサ
１３ｃ 位置センサ
Ｇ 原料ゴム
Ｎ 非加硫系の配合剤
Ｒ ゴム材料
２ 密閉型混練機
３ ロータ
３ａ 回転軸
３ｂ 翼
４ａ 混練室
４ｂ ラムウエイト室
５ 油投入部
６ ゴム投入部
７ ホッパ
８ ラムウエイト
８ａ 昇降機構
９ 配合剤投入部
１０ 排出扉
１１ 温度計
１２ 制御部
１２ａ 電力計
１３ センサ
１３ａ ロードセル
１３ｂ 距離センサ
１３ｃ 位置センサ
Ｇ 原料ゴム
Ｎ 非加硫系の配合剤
Ｒ ゴム材料
Claims (9)
- 原料ゴムと配合剤とからなるゴム材料を密閉型混練機の混練室で、この混練室の上方にラムウエイトを配置して、回転するロータにより混練するゴム材料の混練方法において、
前記混練室に前記ゴム材料を投入した後、前記混練室での前記ゴム材料の充填状態をセンサより取得したデータによって把握し、前記データに基づいて前記ラムウエイトの上下移動制御を行い、前記ラムウエイトを下限位置まで下方移動させた場合に前記混練室の内圧が予め設定された許容圧力より大きくなると判断した時には、前記ラムウエイトを前記下限位置よりも上方の所定位置で停止させ、この状態で前記ロータを回転させて前記ゴム材料を予備混練し、その後、前記ラムウエイトを前記下限位置に移動させて停止させ、この状態で前記ロータを回転させて前記ゴム材料を混練することを特徴とするゴム材料の混練方法。 - 前記センサとして前記ラムウエイトに取り付けられたロードセルを使用し、前記ラムウエイトを前記下限位置に向かって下方移動させて、その際に前記ラムウエイトの下面が前記混練室に投入された前記ゴム材料から受ける荷重を前記データとして前記ロードセルにより取得する請求項１に記載のゴム材料の混練方法。
- 前記センサとして前記ラムウエイトに取り付けられた距離センサを使用し、前記混練室に投入された前記ゴム材料の上端位置までの距離を前記データとして前記距離センサにより取得する請求項１に記載のゴム材料の混練方法。
- 前記センサとして位置センサを使用し、前記ラムウエイトを前記下限位置に向かって下方移動させて、その際に前記ラムウエイトの上下位置を前記データとして前記位置センサにより逐次取得する請求項１に記載のゴム材料の混練方法。
- 前記センサとして温度センセを使用し、前記ラムウエイトを前記下限位置に向かって下方移動させて、その際に前記ラムウエイトを下面の温度を前記データとして前記温度センサにより逐次取得する請求項１に記載のゴム材料の混練方法。
- 前記所定位置が、前記下限位置に対して、前記ロータの外径の１％〜１０％高い位置に設定される請求項１〜５のいずれかに記載のゴム材料の混練方法。
- 前記ゴム材料を複数バッチ連続して混練する際に、その混練よりも前に混練したバッチでの前記ラムウエイトの上下移動制御に基づいて、その混練での前記ラムウエイトの上下移動制御を行う請求項１〜６のいずれかに記載のゴム材料の混練方法。
- 今回混練するゴム材料と同じ組成のゴム材料を以前に混練している場合には、以前の混練での前記ラムウエイトの上下移動制御に基づいて、今回の混練での前記ラムウエイトの上下移動制御を行う請求項１〜６のいずれかに記載のゴム材料の混練方法。
- 混練室に内設されたロータと、この混練室の上方に配置されて上下移動するラムウエイトとを有して、原料ゴムと配合剤とからなるゴム材料を、前記ロータを回転することにより前記混練室で混練する密閉型混練機を備えたゴム材料の混練装置において、
前記混練室での前記ゴム材料の充填状態を把握するデータを取得するセンサと、この取得したデータが入力される制御部とを有し、
前記混練室に前記ゴム材料を投入した後、前記データに基づいて前記制御部により前記ラムウエイトの上下移動制御を行い、前記ラムウエイトを下限位置まで下方移動させた場合に前記混練室の内圧が予め設定された許容圧力より大きくなると前記制御部が判断した時には、前記ラムウエイトを前記下限位置よりも上方の所定位置で停止させ、この状態で前記ロータを回転させて前記ゴム材料を予備混練し、その後、前記ラムウエイトを前記下限位置に移動させて停止させ、この状態で前記ロータを回転させて前記ゴム材料を混練する構成にしたことを特徴とするゴム材料の混練装置。
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