JP2019093590A - Method and apparatus for kneading rubber material - Google Patents
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Abstract
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。 The present invention relates to a method and apparatus for kneading a rubber material, and more specifically, a rubber material capable of obtaining a rubber material having stable quality while preventing ejection of a compounding agent introduced into a kneading chamber of a closed type kneading machine. The present invention relates to a kneading method and apparatus.
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)。 When manufacturing rubber products such as tires, there is a kneading step of obtaining an unvulcanized rubber material by dispersing various compounding agents in a raw material rubber and kneading. In the kneading step, for example, a closed-type kneader is used. In the closed-type kneader, a rotor is provided inside the kneading chamber, and a ram weight that moves up and down is disposed above the kneading chamber. The raw material rubber and various compounding agents introduced into the kneading chamber are kneaded by the rotating rotor in the kneading chamber in a state in which the upper portions are closed by ram weights (see, for example, Patent Document 1).
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。 At the time of this kneading, the ram weight functions as a lid of the kneading chamber to prevent the compounding agent from spouting from the kneading chamber. However, immediately after the compounding agent is put into the kneading chamber, the apparent volume in the kneading chamber is large, and the ram weight is lowered to the lower limit position. At this time, if the kneading chamber is filled with the rubber material (raw rubber and compounding agent), an excessive pressure acts on the rubber material in the kneading chamber, and the compounding agent which tends to scatter is from the gap between the kneading chamber and the ram weight. It may spout out of the kneading chamber. When the compounding agent spouts from the kneading chamber, the amount of the compounding agent is insufficient in the kneaded rubber material and the quality varies.
一方、ラムウエイトが下限位置よりも上方に配置された状態で混練工程を行われると、原料ゴムに対して配合剤を十分に分散させて練り込み難くなる。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。 On the other hand, when the kneading step is performed in a state where the ram weight is disposed above the lower limit position, the compounding agent is sufficiently dispersed in the raw rubber and it becomes difficult to knead. Also in this case, since the quality of the kneaded rubber material varies, a stable rubber material of quality can not be obtained.
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。 An object of the present invention is to provide a rubber material kneading method and apparatus capable of obtaining a rubber material having stable quality while preventing the ejection of the compounding agent input to the kneading chamber of the closed-type kneader.
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に投入し、ラムウエイトによって前記混練室を塞いだ状態にして、前記混練室に内設されたロータを回転させることにより前記ゴム材料を混練するゴム材料の混練方法において、前記混練室に投入されている前記ゴム材料と前記ラムウエイトの下面との接触状態を状態センサより検知し、前記状態センサによる検知データに基づいて、前記混練室に投入されている前記ゴム材料に対して前記ラムウエイトによって付与されるラム圧力の大きさを調整する制御を行うことを特徴とする。 The rubber material kneading method of the present invention for achieving the above object is to put a rubber material comprising a raw material rubber and a compounding agent into a kneading chamber of a closed type kneading machine, and close the kneading chamber with ram weight. In the kneading method of a rubber material in which the rubber material is kneaded by rotating a rotor provided in the kneading chamber, the contact state between the rubber material introduced into the kneading chamber and the lower surface of the ram weight Are controlled by the state sensor, and control is performed to adjust the magnitude of the ram pressure applied by the ram weight to the rubber material introduced into the kneading chamber based on the detection data from the state sensor. It is characterized by
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、この混練室の上方で上下移動して前記混練室を塞いだ状態にすることが可能なラムウエイトとを有して、前記混練室に投入された原料ゴムと配合剤とからなるゴム材料が、回転する前記ロータにより混練される密閉型混練機を備えたゴム材料の混練装置において、前記ラムウエイトの下面と前記混練室に投入されている前記ゴム材料との接触状態を検知する状態センサと、この状態センサによる検知データが入力される制御部とを有し、前記状態センサによる検知データに基づいて、前記混練室に投入されている前記ゴム材料に対して前記ラムウエイトによって付与されるラム圧力の大きさが前記制御部により調整される構成にしたことを特徴とする。 The rubber material kneading apparatus according to the present invention has a rotor provided inside the kneading chamber, and a ram weight capable of vertically moving above the kneading chamber to close the kneading chamber. In a rubber material kneading apparatus provided with a closed type kneader in which a rubber material composed of a raw material rubber and a compounding agent charged into the kneading chamber is kneaded by the rotating rotor, the kneading with the lower surface of the ram weight is performed. The kneading chamber has a state sensor for detecting a contact state with the rubber material introduced into the chamber, and a control unit for receiving detection data from the state sensor, and based on the detection data from the state sensor, the kneading chamber The controller is configured to adjust the magnitude of the ram pressure applied by the ram weight to the rubber material introduced into the housing.
本発明によれば、混練室に投入されているゴム材料とラムウエイトの下面との接触状態を検知する状態センサの検知データに基づいて、ゴム材料に対してラムウエイトによって付与されるラム圧力の大きさを調整する制御が行われる。そのため、混練室に投入されているゴム材料の体積に応じて、ラム圧力を適切に調整することが可能になる。これに伴い、ゴム材料に過剰なラム圧力が付与されて、飛散し易い配合剤が混練室の外部に噴出するという不具合を防止することが可能になる。それ故、原料ゴムに対して所定量の配合剤を十分に分散させて混練した品質の安定したゴム材料を得るには有利になる。 According to the present invention, the ram pressure applied to the rubber material by the ram weight is detected based on the detection data of the state sensor that detects the contact state between the rubber material supplied to the kneading chamber and the lower surface of the ram weight. Control to adjust the size is performed. Therefore, it is possible to appropriately adjust the ram pressure in accordance with the volume of the rubber material charged into the kneading chamber. Along with this, excessive ram pressure is applied to the rubber material, and it becomes possible to prevent the problem that the compounding agent which is easily scattered is jetted out of the kneading chamber. Therefore, it is advantageous to obtain a stable quality rubber material obtained by sufficiently dispersing a predetermined amount of the compounding agent with respect to the raw material rubber and kneading.
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。 Hereinafter, the method and apparatus for kneading a rubber material of the present invention will be described based on an embodiment shown in the drawings.
図1〜図2に例示する本発明のゴム材料の混練装置1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。
The kneading | mixing
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。非加硫系の配合剤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。 Raw material rubber G includes natural rubber (NR), isoprene rubber (IR), butadiene rubber (BR), 1,2-polybutadiene, chloroprene rubber, butyl rubber, styrene-butadiene rubber (SBR), nitrile rubber (acrylonitrile rubber, Hydrogenated nitrile rubber), ethylene propylene diene rubber and the like can be exemplified. These are used individually by 1 type or in combination of 2 or more types. As the non-vulcanizing type compounding agent N, for example, a necessary one is suitably used from carbon black, silica, a silane coupling agent, zinc oxide, stearic acid and the like.
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、状態センサ13と、状態センサ13に検知された検知データが逐次入力される制御部12とを備えている。
The
密閉型混練機2は、混練室4と、混練室4の上端開口4aに接続されて上方に延在するラムウエイト室5と、混練室4を塞ぐことができるラムウエイト8とを備えている。混練室4には対向配置された一対のロータ3と油投入部6a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。
The closed
混練室4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4に露出して設けられている。温度計11は混練室4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。
A
ラムウエイト室5の内部を上下移動するラムウエイト8は、所定位置まで下方移動すると混練室4の上端開口4aを塞ぐことができる。ラムウエイト8は、油圧シリンダ等の昇降機構8bによって上下移動される。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。
The
ラムウエイト8の上下移動(上下位置)が制御部12により制御されることで、混練室4に投入されているゴム材料に対してラムウエイト8によって付与されるラム圧力が調整される。この実施形態では、ラム圧力を逐次検知する圧力センサ14がラムウエイト8に取り付けられている。圧力センサ14により検知された検知データは制御部12に入力される。ラムウエイト室5にはさらに、原料ゴムGを投入するゴム投入部6b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。
As the vertical movement (upper and lower position) of the
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。
A
状態センサ13は、混練室4に投入されているゴム材料Rと、ラムウエイト8の下面8aとの接触状態を検知する。この実施形態では状態センサ13として、ラムウエイト8の下面8aにロードセル13aが取り付けられている。ラムウエイト8の下面8aが混練室4に投入されているゴム材料Rに接触していないと、ロードセル13aはゴム材料Rから荷重を受けないため、検知される荷重データの値はゼロとなる。
The
一方、ラムウエイト8の下面8aが混練室4に投入されているゴム材料Rに接触すると、ロードセル13aはゴム材料Rに押圧されて荷重を受けるのでロードセル13aにより検知される荷重データの値はゼロ超の値になる。ラムウエイト8の下面8aが混練室4に投入されているゴム材料Rに強く接触する程、ロードセル13aはより強く押圧されるため、検知される荷重データの値は大きくなる。即ち、ロードセル13aが検知する荷重データの大きさによって、ラムウエイト8の下面8aとゴム材料Rの接触状態(接触の有無や接触の強さ)を把握することができる。
On the other hand, when the
以下、本発明のゴム材料の混練方法の手順を説明する。 Hereinafter, the procedure of the kneading method of the rubber material of the present invention will be described.
まず、ゴム投入部6bを通じて所定量の原料ゴムGを混練室4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4に投入する。
First, a predetermined amount of raw material rubber G is charged into the kneading
その後、混練室4を塞ぐためにラムウエイト8を下限位置LPに向かって下方移動させる。このラムウエイト8を下方移動させる際に、ラムウエイト8の下面8aが混練室4に投入されているゴム材料Rから受ける荷重データをロードセル13aによって逐次検知する。
Thereafter, in order to close the kneading
混練室4に粉状の配合剤Nが投入された直後のように、配合剤Nが原料ゴムGに混練されていない段階では、配合剤Nの体積が過大になっていることがある。この場合、ラムウエイト8が下限位置LPよりもある程度上方位置に下方移動した時点で、下面8aが配合剤Nに接触する。そのままラムウエイト8を下限位置LPまで下方移動させると、ラム圧力によって配合剤Nが混練室4とラムウエイト8とのすき間から混練室4の外部に噴出する。この実施形態では、制御部12に逐次入力されるロードセル13aが検知した荷重データに基づいて、制御部12によって、ラムウエイト8の下面8aがゴム材料R(配合剤N)に接触したと判断される。
The volume of the compounding agent N may be excessive at a stage where the compounding agent N is not kneaded with the raw material rubber G immediately after the powdery compounding agent N is fed into the kneading
ラムウエイト8の下面8aがゴム材料R(配合剤N)に接触したと判断されると、制御部12によって、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で停止して、付与するラム圧力を最大のラム圧力よりも小さく調整する制御が行われる。最大のラム圧力とは、ラムウエイト8を下限位置LPまで下方移動させた時にゴム材料Rに付与されるラム圧力である。このようにしてラムウエイト8により混練室4を塞いだ状態にして、ロータ3を回転させることにより、混練室4の内部でゴム材料Rを混練する。混練中には適宜、油投入部6aからオイルをゴム材料Rに供給する。
When the
例えば、ゴム材料Rの配合毎に、事前にゴム材料Rを試験混練する等によって混練室4に投入されている配合剤Nが混練室4から噴出しない目安となる限界ラム圧力を予め把握しておき、この限界ラム圧力を制御部12に入力しておく。そして、圧力センサ14により逐次検知されるラム圧力が、限界ラム圧力を超えないように制御するとよい。
For example, every time the rubber material R is compounded, the limiting ram pressure which serves as an indication that the compounding agent N introduced into the kneading
一方、混練室4に投入されているゴム材料Rの体積が過大ではない場合は、ラムウエイト8が下限位置LP、或いは、下限位置LPの近傍まで下方移動させても下面8aにゴム材料R(配合剤N)が接触しない。そこで、ラムウエイト8を下限位置LPまで下方移動させて混練室4を塞いだ状態にする。ゴム材料Rの体積が過大ではないので、下限位置LPに下方移動させたラムウエイト8により付与されるラム圧力によって配合剤Nが混練室4の外部に噴出することはない。そのため、この状態でロータ3を回転させることにより混練室4の内部でゴム材料Rを混練する。
On the other hand, when the volume of the rubber material R introduced into the kneading
このようにして、混練室4に投入されているゴム材料R(原料ゴムGや配合剤N)の体積に応じて、ラム圧力を適切に調整することできるので、過剰なラム圧力が付与されることで、飛散し易い配合剤Nが混練室4の外部に噴出するという不具合を防止することができる。したがって、原料ゴムGに練り込まれる配合剤Nの量が不足することがなく、十分に分散させて混練した品質の安定したゴム材料Rを得ることができる。
In this manner, the ram pressure can be appropriately adjusted according to the volume of the rubber material R (raw rubber G and the compounding agent N) supplied to the kneading
混練を行うことで、原料ゴムGに配合剤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。これにより、ラムウエイト8の下面8aにゴム材料Rが接触しなくなって(接触し難くなって)、ロードセル13aが検知する荷重データはゼロ、或いは、ゼロに近い値になる。即ち、ラムウエイト8が同じ高さ位置にそのまま停止していると、ラム圧力が小さくなるので、ロードセル13aが逐次検知する荷重データに基づいて、ラム圧力を大きくする、または、当初の大きさに戻すなどの調整をすることができる。これにより、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、ゴム材料Rを混練することも可能になる。
By kneading, the compounding agent N is kneaded and dispersed to some extent into the raw material rubber G, and the volume of the rubber material R is reduced. As a result, the rubber material R does not contact the
また、ロードセル13aの検知データに基づいて、ラムウエイト8の下方移動速度を調整することもできる。例えば、ロードセル13aの検知する荷重データがゼロの場合は、ラムウエイト8の下方移動速度を相対的に速くする。一方、ロードセル13aの検知する荷重データがゼロ超になった場合は、ラムウエイト8の下方移動速度を相対的に遅くする。このようにラムウエイト8の下方移動速度を制御することで、粉状の配合剤Nの混練室4の外部への噴出を防止しつつ、ラムウエイト8によって混練室4を迅速に塞いだ状態にして混練を開始することができる。
Also, the downward moving speed of the
状態センサ13には、ロードセル13aに限らず、他のセンサ類を採用することができる。状態センサ13としては、図5に例示するように、ラムウエイト8と混練室4に投入されているゴム材料Rとの上下距離Lを検知する距離センサ13bや、図6に例示するように、ラムウエイト8の下面8aの温度を検知する温度センサ13cを用いることもできる。
Not only the
図5に例示するラムウエイト8の下面8aに設置された距離センサ13bは、下面8aと混練室4に投入されているゴム材料Rとの上下距離Lを逐次検知することができる。距離センサ13bにより検知された上下距離Lのデータ値がゼロの時は、下面8aがゴム材料Rに接触していると判断することができる。一方、上下距離Lのデータがゼロ超の時は下面8aがゴム材料Rに接触していないと判断することができる。したがって、距離センサ13bを状態センサ13として用いることができる。
The
図6に例示するラムウエイト8の下面8aに設置された温度センサ13cは、下面8aの温度を逐次検知することができる。ゴム材料Rが接触することで下面8aの温度は変化する。そのため、温度センサ13cが検知する温度データの変化によって、下面8aがゴム材料Rに接触しているか否かを判断することができる。したがって、温度センサ13cを状態センサ13として用いることができる。
The
上述した種々の実施形態は、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圧力の制御に基づいて、その混練でのラム圧力の制御を行うこともできる。 The various embodiments described above can also be applied when continuously kneading a plurality of rubber materials R in a plurality of batches. In this case, for example, the control of the ram pressure in the kneading can also be performed based on the control of the ram pressure in the batch kneaded before the kneading.
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4に投入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圧力の制御することで適切にゴム材料Rを混練することができる。
In the case where a certain rubber material R is continuously kneaded in a plurality of batches, the upper end position of the rubber material R charged into the kneading
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圧力の制御に基づいて、今回の混練でのラム圧力の制御を行う。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圧力を制御することで適切にゴム材料Rを混練することができる。 The various embodiments described above can be applied even when the rubber material R having the same composition as the rubber material R to be kneaded this time is kneaded previously. In this case, for example, the control of the ram pressure in the present kneading is performed based on the control of the ram pressure in the previous kneading. If the rubber material R is appropriately kneaded without the occurrence of the ejection of the compounding agent N by the previous kneading, the rubber material R is appropriately kneaded by controlling the ram pressure in the same manner as the kneading before. Can.
本発明は、原料ゴムGと非加硫系の配合剤Nとを混練する場合だけでなく、原料ゴムGに加硫系の配合剤Nを混練する場合にも適用することが可能である。 The present invention can be applied not only to the case where the raw material rubber G and the non-vulcanization type compounding agent N are kneaded but also to the case where the raw material rubber G is mixed with the vulcanized type compounding agent N.
1 混練装置
2 密閉型混練機
3 ロータ
3a 回転軸
3b 翼
4 混練室
4a 上端開口
5 ラムウエイト室
6a 油投入部
6b ゴム投入部
7 ホッパ
8 ラムウエイト
8a 下面
8b 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 状態センサ
13a ロードセル
13b 距離センサ
13c 温度センサ
14 圧力センサ
G 原料ゴム
N 配合剤
R ゴム材料
Claims (8)
前記混練室に投入されている前記ゴム材料と前記ラムウエイトの下面との接触状態を状態センサより検知し、前記状態センサによる検知データに基づいて、前記混練室に投入されている前記ゴム材料に対して前記ラムウエイトによって付与されるラム圧力の大きさを調整する制御を行うことを特徴とするゴム材料の混練方法。 The rubber material consisting of the raw rubber and the compounding agent is put into the kneading chamber of the closed type kneading machine, the kneading chamber is closed by the ram weight, and the rotor installed in the kneading chamber is rotated. In a method of kneading a rubber material for kneading a rubber material,
A contact state between the rubber material introduced into the kneading chamber and the lower surface of the ram weight is detected from a state sensor, and the rubber material introduced into the kneading chamber is detected based on detection data by the state sensor. On the other hand, control is performed to adjust the magnitude of the ram pressure applied by the ram weight, and the method of kneading a rubber material.
前記ラムウエイトの下面と前記混練室に投入されている前記ゴム材料との接触状態を検知する状態センサと、この状態センサによる検知データが入力される制御部とを有し、前記状態センサによる検知データに基づいて、前記混練室に投入されている前記ゴム材料に対して前記ラムウエイトによって付与されるラム圧力の大きさが前記制御部により調整される構成にしたことを特徴とするゴム材料の混練装置。 Raw material rubber introduced into the kneading chamber, having a rotor provided inside the kneading chamber, and a ram weight which can move up and down above the kneading chamber to close the kneading chamber. In a rubber material kneading apparatus provided with a closed type kneading machine in which a rubber material comprising an oil and a compounding agent is kneaded by the rotating rotor.
A state sensor for detecting a contact state between the lower surface of the ram weight and the rubber material introduced into the kneading chamber, and a control unit to which detection data from the state sensor is input, the detection by the state sensor The rubber material characterized in that the magnitude of the ram pressure applied by the ram weight to the rubber material introduced into the kneading chamber is adjusted by the control unit based on data. Kneader.
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