JP2019043055A - 未加硫ゴムの混練異常判定方法および混練制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】密閉式ゴム混練機により未加硫ゴムの混練バッチを連続的に混練する際、混練異常が発生している未加硫ゴムを、早期に高精度で検知して歩留りを向上させることができる新たな混練異常判定方法および混練制御方法を提供する。【解決手段】密閉式ゴム混練機１の内部でラム６が所定の下方位置に配置された状態で混練を行なう１ステージ毎に、それぞれの混練バッチＲｉの温度を温度センサ１１により検知し、この検知温度Ｔｉと、予め把握している正常に混練された場合の混練バッチＲｃの基準温度Ｔｃとを比較し、比較した両者の差の大きさに基づいて、それぞれの混練バッチＲｉの混練異常の有無を、それぞれのステージまたはすべてのステージの終了直後に判定する。【選択図】図４

Description

本発明は、未加硫ゴムの混練異常判定方法および混練制御方法に関し、さらに詳しくは、混練異常が発生している未加硫ゴムを、早期に高精度で検知して歩留りを向上させることができる新たな混練異常判定方法および混練制御方法に関するものである。

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、フィラー、オイル等の非加硫系配合剤とを、密閉式ゴム混練機に所定量投入して混練することにより未加硫ゴムを得る。この未加硫ゴムは、その後、硫黄等などの加硫系配合剤を混合して混練することにより最終混練ゴムを得る。ところで、原料ゴムや配合剤の量や種類を誤って混練した混練異常品は、加硫した際に設定どおりのゴム物性を確保できなくなる。そして、混練異常の検知が遅れると、最終混練ゴムまで混練異常品になってしまうため、歩留りが大幅に悪化する。そのため、できるだけ早期に混練異常を検知して、混練異常品と正常品と区別することが必要になる。

例えば、混練中に未加硫ゴムの異常の有無を判定する方法が提案されている（特許文献１参照）。特許文献１の発明では、混練バッチを混練する際にロータの回転駆動に要する積算電力量を、この積算電力量を算出した時間と同時間でのロータの積算回転数で割って演算値を算出する。そして、算出した演算値と、予め把握している正常値との比較に基づいて、混練バッチの混練異常の有無を、混練バッチの混練中または混練終了直後に判定する。したがって、混練異常を早期に検知することが可能になる。

しかしながら、上記の積算電力量と積算回転数とを用いた演算値では、混練バッチの混練異常を検知できない場合もあることが判明した。それ故、混練異常が発生している未加硫ゴムを、早期に検知して歩留りを向上させるには改善の余地がある。

特開２０１４−２２６９１０号公報

本発明の目的は、混練異常が発生している未加硫ゴムを、早期に高精度で検知して歩留りを向上させることができる新たな混練異常判定方法および混練制御方法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未加硫ゴムの混練異常判定方法は、密閉式ゴム混練機により未加硫ゴムの混練バッチを連続的に混練する際の未加硫ゴムの混練異常の判定方法において、前記混練機の内部で上下移動するラムが所定の下方位置に配置された状態で混練を行なう１ステージ毎に、それぞれの前記混練バッチの温度を温度センサにより検知し、この検知温度と、予め把握している正常に混練された場合の混練バッチの基準温度とを比較し、比較した両者の差の大きさに基づいて、それぞれの前記混練バッチの混練異常の有無を、それぞれの前記ステージの終了直後またはすべての前記ステージの終了直後に判定することを特徴とする。

本発明の未加硫ゴムの混練制御方法は、上記の未加硫ゴムの混練異常の判定方法によって、混練バッチが混練異常と判定された際に、その混練バッチの次の混練バッチの混練を開始しないように前記混練機を制御することを特徴とする。

本発明によれば、混練機の内部で上下移動するラムが所定の下方位置に配置された状態で混練を行なう１ステージ毎に、それぞれの混練バッチの検知温度と、予め把握している正常に混練された場合の混練バッチの基準温度とを比較する。混練バッチの温度は、原料ゴムと配合剤との反応程度や、混練バッチに対してロータによって入力された仕事量に大きく影響を受ける。そのため、混練バッチの温度を混練異常の有無の判定指標にすることで、精度よく混練異常の有無の判定を行なうことが可能になる。しかも、それぞれのステージの終了直後またはすべてのステージの終了直後に混練異常の有無を判定するので、混練異常品を早期に検知でき、混練異常品の増大を防止できる。それ故、未加硫の混練ゴムの歩留りを向上させるには有利になる。

密閉式ゴム混練機の内部構造を例示する縦断面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 図１の密閉式ゴム混練機により混練バッチを混練している状態を例示する縦断面図である。 混練バッチの検知温度Ｔｉ、瞬時電力量ｐを回転数ｎで割った値ｐ／ｎおよびラムの上下位置の時系列データを例示するグラフ図である。

以下、本発明の未加硫ゴムの混練異常判定方法および混練制御方法を図に示した実施形態に基づいて説明する。

図１〜図３に例示する密閉式ゴム混練機１（以下、混練機１という）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。材料投入口３は投入扉３ａによって開閉され、材料排出口４は排出口フラップ５によって開閉される。チャンバー７には温度センサ１１と２本のロータ８とが設けられている。

それぞれのロータ８は、ロータ軸９ａとロータ軸９ａの外周面に突設された撹拌羽根９ｂとを有している。それぞれのロータ軸９ａは平行に並置されている。撹拌羽根９ｂはロータ軸９ａの軸方向に対して所定の傾斜角度Ａｇ（≦９０°）に設定されている。それぞれのロータ８は、それぞれのロータ軸９ａを中心にしてロータ駆動部１０により回転駆動され、回転方向は互いに反対方向になる。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、撹拌羽根９ｂの数、形状、傾斜角度Ａｇは適宜決定される。

ロータ駆動部１０には駆動モータ等が用いられる。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。混練バッチＲｉが混練開始される時点から混練が完了する時点まで、回転計１０ａはロータ８（ロータ軸９）の回転数ｎを逐次検知し、電力計１０ｂはロータ８の回転駆動に要する瞬時電力ｐを逐次検知する。回転計１０ａおよび電力計１０ｂにより検知されたデータは演算装置１２に入力される。ロータ駆動部１０の動作は演算部１２により制御される。

演算装置１２には温度センサ１１および警告装置１３が接続されている。温度センサ１１は、チャンバー７で混練される混練バッチＲｉの温度Ｔを検知する。温度センサ１１による検知温度Ｔｉは演算部１２に入力される。警告装置１３としては、例えば、警告灯、警告ブザー等を用いる。

ロータ８の上方には、上下移動するラム６が設けられている。ラム６は未加硫ゴムＲがケーシング２の内部に投入される際には、未加硫ゴムＲの投入を邪魔しない上方の待機位置に配置されている。未加硫ゴムＲ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、チャンバー７の上部を塞いでチャンバー７をほぼ密閉する所定の位置に配置される。ラム６の動作は演算部１２により制御される。

１ロット分の未加硫ゴムＲは、所定量の混練バッチＲｉ毎に、混練機１に投入されて所定時間混練される。混練バッチＲｉは所定量の原料ゴムと、所定量のカーボンブラック、充填剤、オイル等の非加硫系の配合剤とからなり、回転駆動されるロータ８によって混練される。混練バッチＲｉの混練開始から混練終了までに、例えばラム６を数回、上方移動させる。即ち、ラム６を所定の下方位置に配置した状態で混練する工程を１ステージとして、複数のステージを繰り返す。

混練バッチＲｉの混練（すべてのステージ）が終了すると、その混練バッチＲｉは材料排出口４から排出される。１バッチの混練バッチＲｉの混練が終了すると、順次、次の混練バッチＲｉが混練機１に投入されて１ロット分の未加硫ゴムＲが混練される。混練バッチＲｉ毎に混練された未加硫ゴムＲは保管場所に送られる。混練された未加硫ゴムＲは、例えば、連続したシート状に成形されて保管場所で保管される。

非加硫系の配合剤が混練されたこの未加硫ゴムＲは、別途、混練機１により混練されて最終混練ゴムとなる。この際には、所定量の混練バッチＲｉが所定量の硫黄や加硫促進剤等の加硫系配合剤とともに、上述した混練工程と同様に混練される。

図４に例示するように、本発明の未加硫ゴムの混練異常判定方法では、混練中の混練バッチＲｉの温度Ｔ（検知温度Ｔｉ）を温度センサ１１により逐次検知する。ここで、ラム６が所定の下方位置に配置された状態で混練を行なう１ステージ毎について、正常に混練された場合の混練バッチＲｃの基準温度Ｔｃを予め把握しておく。そして、演算装置１２には、予め把握された基準温度Ｔｃが入力、記憶されている。

図４では、混練バッチＲｉの検知温度Ｔｉの時系列データが太線の実線で示されている。一点鎖線Ｌｄは、ラム６の上下位置の時系列データを示している。

演算装置１２では、それぞれのステージについて検知温度Ｔｉと基準温度Ｔｃとを比較して、比較した両者の差の大きさに基づいて、それぞれの混練バッチＲｉの混練異常の有無を判定する。それぞれのステージの終了直後またはすべてのステージの終了直後にこの判定結果が示される。

検知温度Ｔｉとして逐次検知した温度を採用し、逐次温度を検知した時点の基準温度Ｔｃを採用して、両者を比較することもできるが、温度にはある程度のばらつきがある。そこで、例えば１ステージ毎に、逐次検知した検知温度Ｔｉを平均した平均値Ｔｍを演算装置１２により算出する。この平均値Ｔｍを基準温度Ｔｃと比較する検知温度Ｔｉとして用いる。基準温度Ｔｃは比較対象（平均値Ｔｍ）に対応させて、同じステージで正常に混練された場合の混練バッチＲｃのそのステージでの平均温度を基準温度Ｔｃとして用いる。

混練が開始された混練バッチＲｉの検知温度Ｔｉは、原料ゴムと配合剤との反応程度や、ロータ８が混練バッチＲｉに対して入力した仕事量（付与したせん断力の量など）に大きく影響を受ける。それ故、混練バッチＲｉの検知温度Ｔｉが基準温度Ｔｃと乖離していると（差異が大きいと）、原料ゴムと配合剤との反応が適切に進んでいない、或いは、ロータ８によって混練バッチＲｉに適切なせん断力が付与されていない等の不具合が発生していると考えることができる。したがって、混練バッチＲｉの温度Ｔｉを混練異常の有無の判定指標にすることで、精度よく混練異常の有無の判定を行なうことが可能になる。

特に、ロータ８の撹拌羽根９ｂの傾斜角度Ａｇが大きくなるに連れてオイルや融点の低い配合剤によるスリップがなくなり電力差が小さくなる。そのため、混練異常があってもロータ８の駆動力（駆動に要する電力量）に変化が生じないことがある。本発明では混練バッチＲｉの検知温度Ｔｉを利用して混練異常を判断するので、ロータ８の駆動力に変化が生じない、或いは、生じ難い混練異常であっても検知することができる。したがって、例えば傾斜角度Ａｇが４５°以上のロータ８に対しては、本発明は特に有効である。尚、傾斜角度Ａｇが羽根長さ方向で一定ではなく変化している撹拌羽根９ｂについては、羽根長さ方向で平均した平均値を、そのロータ８の傾斜角度Ａｇとする。

本発明によれば、それぞれのステージの終了直後またはすべてのステージの終了直後に、その混練バッチＲｉの混練異常の有無を判定できるので、混練異常品を早期に検知することができる。これにより、混練異常品を加硫系配合剤とともに混練して更なる混練異常品が生産される等の不具合がなくなる。このようにして混練異常品の増大が防止でき、未加硫の混練ゴムの歩留りを向上させることができる。

検知温度Ｔｉと基準温度Ｔｃとの差が大きい程、その混練バッチＲｉに混練異常が発生している可能性が高いと推定される。そこで、混練異常の判断は、例えば検知温度Ｔｉと基準温度Ｔｃとの差の大きさが、基準温度Ｔｃの１０％以上の場合に、その混練バッチに混練異常があると判定する。尚、この時の温度の数値は摂氏温度（℃）を用いる。混練異常と判断する閾値は１０％に限らず、例えば５％〜３０％の間で適切な値に設定する。

混練異常を判定する混練バッチＲｉの直前２０バッチ以上の所定数ｉ（例えば２０バッチ〜５０バッチ）の混練異常なく混練された場合の混練バッチＲｉの検知温度Ｔｉの平均値Ｔｍを基準温度Ｔｃとして用いることもできる。この場合、１バッチの混練バッチＲｉの混練終了（すべてのステージを終了）する毎に最新の所定数ｉの平均値を基準温度Ｔｃとして更新する。

このように基準温度Ｔｃを設定すると、現在、混練している混練バッチＲｉにより近い条件下で混練したデータに基づいて基準温度Ｔｃが設定されることになる。雰囲気環境（外気温度や湿度など）によって検知温度Ｔｉは変動するので、このように基準温度Ｔｃを設定すると基準温度Ｔｃ適正さが向上する。尚、混練が正常であれば混練バッチＲｉ間で検知温度Ｔｉが微増し続ける、或いは、微減し続けることがないのは経験的に把握されている。そのため、基準温度Ｔｃが長期間継続的に微増または微減することにより、結果的に不適切な値になることはない。むしろ、直近の検知温度Ｔｃをある程度、基準温度Ｔｃに反映させた方が混練状態をより適切に判断できることが確認されている。

上述した実施形態では、検知温度Ｔｉだけに基づいて混練異常を判断しているが、混練異常が検知温度Ｔｉの変化に現れない場合も皆無とは言えない。そこで、一段と高い精度で混練異常を判断するために、それぞれの混練バッチＲｉを混練する際のロータ８の回転駆動に要する電力量を用いることもできる。

具体的には、１ステージ毎に、それぞれの混練バッチＲｉを混練する際のロータ８の回転駆動に要する瞬時電力量ｐを演算装置１２により積算して積算電力量Ｐを算出する。即ち下記（１）式に示す積算電力量Ｐを算出する。
積算電力量Ｐ＝∫（ｐ）ｄｔ・・・（１）

また、この積算電力量Ｐを積算した時間Ｔと同時間（同じステージ）でのロータ８の回転数ｎを演算装置１２により積算して積算回転数Ｎを算出する。即ち下記（２）式に示す積算回転数Ｎを算出する。
積算回転数Ｎ＝∫（ｎ）ｄｔ・・・（２）

そして、積算電力量Ｐを積算回転数Ｎで割った値（Ｐ／Ｎ）を演算値Ｖとして演算装置１２により算出する。演算装置１２には、ステージ毎に混練バッチＲｉが混練異常なく混練された場合の積算電力量Ｐｃを積算回転数Ｎｃで割った値（Ｐｃ／Ｎｃ）が正常値Ｃとして入力、記憶されている。

混練機１により混練バッチＲｉを混練する際には、チャンバー７の内壁面７ａと回転駆動されるロータ８（ロータ外径）とのクリアランスの間で、未加硫ゴムＲには繰り返しせん断力が付与されて混練される。未加硫ゴムＲにせん断力を付与するロータ８は、反作用として回転抵抗を受けることになる。ロータ８が受ける回転抵抗は、混練する原料ゴムの量や種類、配合剤の量や種類によって変化する。

それ故、原料ゴムや配合剤の量や種類を設定どおりではなく、誤って混練機１に投入して混練した場合は、ロータ８を回転駆動させる際の回転抵抗が、正常品を混練する場合とは異なってくる。即ち、混練異常がある場合には、ロータ８の回転駆動に要する必要な電力が正常品の場合とは相違する。

そこで、算出された演算値Ｖと予め把握されている正常値Ｃとを、ステージ毎に、演算装置１２によって比較する。瞬時電力量ｐの積算、即ち、それぞれの混練バッチＲｉの演算値Ｖおよび正常値Ｃの算出は、それぞれのステージ全期間で行うこともできるが、瞬時電力量ｐが安定している期間で行うとよい。

図４に例示する細線の実線ＬＣは、正常値Ｃの基礎になるデータである。この実線ＬＣは、判定対象となる混練バッチＲｉの直前２０バッチの混練異常なく混練された混練バッチＲｉについて、それぞれの混練バッチＲｉを混練した際の瞬時電力量ｐをその時の回転数ｎで割った値ｐ／ｎを平均した時系列データを示している。破線ＬＶは、判定対象となる混練バッチＲｉの瞬時電力量ｐをその時の回転数ｎで割った値ｐ／ｎの時系列データを示している。即ち、破線ＬＶは演算値Ｖの基礎になるデータである。

そして、それぞれのステージ（図４では１ｓｔステージおよび２ｎｄステージ）について、上述した（１）式および（２）式の積分を行なって演算値Ｖを算出する。正常値Ｃも同様に算出する。次いで、演算値Ｖと正常値Ｃとを比較してその差を算出する。次いで、その差の大きさに基づいて、混練バッチＲｉの混練異常の有無を、それぞれのステージの終了直後またはすべてのステージの了直後に判定する。

混練異常有無の判定指標とする演算値Ｖに、ロータ８の回転駆動に要する瞬時電力量ｐを積算した積算電力量Ｐを用いることで、混練異常があった場合にはその値が敏感に変化する。さらに、演算値Ｖは、積算電力量Ｐを積算回転数Ｎで割った値（Ｐ／Ｎ）であり、ロータ８の回転数ｎが考慮されているので、ロータ８の回転数ｎが途中で変化した場合であっても、精度よく混練異常の有無の判定を行なうことができる。

演算値Ｖと正常値Ｃとの差が大きい程、その混練バッチＲｉに混練異常が発生している可能性が高いと推定される。そこで、混練異常の判断は、例えば、演算値Ｖと正常値Ｃとの差異の大きさが、正常値Ｃの１０％以上の場合に、その混練バッチＲｉに混練異常があると判定する。混練異常と判断する閾値は１０％に限らず、例えば５％〜３０％の間で適切な値を設定する。

本発明は、原料ゴムを非加硫系配合剤とともに混練する場合だけでなく、加硫系配合剤とともに混練して最終混練ゴムを得る場合にも適用できる。

正常値Ｃは例えば、混練異常を判定する混練バッチＲｉの直前２０バッチ以上の所定数ｉ（例えば２０バッチ〜５０バッチ）の混練バッチＲｉの演算値Ｖの平均値を用いる。この場合、１バッチの混練バッチＲｉを混練終了する毎に最新の所定数ｉの正常値Ｃに更新する。

混練バッチＲｉを１バッチ混練終了する毎に最新の所定数ｉの正常値Ｃに更新すると、現在、混練している混練バッチＲｉにより近い条件下で混練したデータに基づいて正常値Ｃが設定できることになるので、正常値Ｃの適正さを向上させることができる。

検知温度Ｔｉに基づく混練異常の有無の判断と、ロータ８の回転駆動に要する電力量に基づく混練異常の有無の判断との少なくとも一方において、混練異常が有るとの判断が示された場合は、その混練バッチＲｉに混練異常があると判断する。即ち、検知温度Ｔｉおよびロータ８の回転駆動に要する電力量の両指標に基づいて混練異常がないと判断された場合のみ、その混練バッチＲｉに混練異常がないと判断する。

本発明の未加硫ゴムの混練制御方法では、混練バッチＲｉが混練異常と判定された際には、その混練バッチＲｉの次の混練バッチＲｉの混練を開始しないように混練機１を制御する。例えば、混練異常と判断すると直ちに、投入扉３ａが開かなくなるように制御して、次の混練バッチＲｉの混練機１への投入を阻止する。これにより、混練異常品の増大を確実に防止することができる。

混練バッチＲｉが混練異常と判定された際には、警告装置１３によって警告を発する構成にするとより好ましい。警告装置１３として警告灯を用いた場合は点灯させ、警告ブザーを用いた場合は警報を発することにより混練異常を作業者に知らせる。

１ 密閉式ゴム混練機
２ ケーシング
３ 材料投入口
３ａ 投入扉
４ 材料排出口
５ 排出口フラップ
６ ラム
７ チャンバー
７ａ 内壁面
８ ロータ
９ａ ロータ軸
９ｂ 撹拌羽根
１０ ロータ駆動部
１０ａ 電力計
１０ｂ 回転計
１１ 温度センサ
１１ 演算装置
１２ 警告装置
Ｒ 未加硫ゴム
Ｒｉ 混練バッチ

Claims (6)

1. 密閉式ゴム混練機により未加硫ゴムの混練バッチを連続的に混練する際の未加硫ゴムの混練異常の判定方法において、
   前記混練機の内部で上下移動するラムが所定の下方位置に配置された状態で混練を行なう１ステージ毎に、それぞれの前記混練バッチの温度を温度センサにより検知し、この検知温度と、予め把握している正常に混練された場合の混練バッチの基準温度とを比較し、比較した両者の差の大きさに基づいて、それぞれの前記混練バッチの混練異常の有無を、それぞれの前記ステージの終了直後またはすべての前記ステージの終了直後に判定することを特徴とする未加硫ゴムの混練異常の判定方法。
2. 前記１ステージ毎に、それぞれの前記混練バッチの温度を平均して平均値を算出し、この平均値を前記基準温度と比較する前記検知温度として用いる請求項１に記載の未加硫ゴムの混練異常の判定方法。
3. 前記検知温度と前記基準温度との差の大きさが、前記基準温度の１０％以上の場合に、その混練バッチに混練異常があると判定する請求項１または２に記載の未加硫ゴムの混練異常の判定方法。
4. 混練異常を判定する混練バッチの直前２０バッチ以上の所定数の混練異常なく混練された場合の混練バッチの前記検知温度の平均値を前記基準温度として用いて、混練バッチを１バッチ混練終了する毎に最新の所定数の平均値を前記基準温度として更新する請求項１〜３のいずれかに記載の未加硫ゴムの混練異常の判定方法。
5. 前記１ステージ毎に、それぞれの前記混練バッチを混練する際の前記混練機のロータの回転駆動に要する瞬時電力量を積算して積算電力量を算出し、算出した前記積算電力量と予め把握している正常に混練された場合の混練バッチの基準積算電力量とを比較し、比較した両者の差の大きさに基づいて、それぞれの前記混練バッチの混練異常の有無を、それぞれの前記ステージの終了直後またはすべての前記ステージの終了直後に判定する請求項１〜４のいずれかに記載の未加硫ゴムの混練異常の判定方法。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の未加硫ゴムの混練異常の判定方法によって、混練バッチが混練異常と判定された際に、その混練バッチの次の混練バッチの混練を開始しないように前記混練機を制御することを特徴とする未加硫ゴムの混練制御方法。

Images