JP2019104109A - 未加硫ゴム材料の製造方法および製造システム - Google Patents

未加硫ゴム材料の製造方法および製造システム Download PDF

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Abstract

【課題】未加硫ゴム材料の製造ライン上で、未加硫ゴムに対して所定種類の配合剤を適切な配合割合で混合した未加硫ゴム材料を生産性よく製造できる未加硫ゴム材料の製造方法および製造システムを提供する。【解決手段】押出機3から押出された最終ゴム材料R2の誘電率を最終誘電率測定器5により検出し、検出した誘電率に基づいて最終演算装置5aにより最終ゴム材料R2における加硫系配合剤Asの配合割合D2を算出し、配合割合D2が予め設定されている加硫系配合基準範囲C2の範囲内になるように、制御装置6により加硫系配合剤供給部7bを制御して押出機3に投入する未加硫ゴムMに対する加硫系配合剤Asの割合を調整する。【選択図】図2

Description

本発明は未加硫ゴム材料の製造方法および製造システムに関し、さらに詳しくは、未加硫ゴム材料の製造ライン上で、未加硫ゴムに対して所定種類の配合剤を適切な配合割合で混合した未加硫ゴム材料を生産性よく製造できる未加硫ゴム材料の製造方法および製造システム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、ミキサー(混合機)やゴム押出機を用いて未加硫ゴムと配合剤とを混練して、未加硫ゴム材料を製造する工程がある。この製造工程では、未加硫ゴムに対して設定された配合割合で配合剤が添加される。実際に添加された配合剤の配合割合が基準範囲から外れていれば、製造した未加硫ゴム材料の品質に影響が生じる。ひいては、この未加硫ゴム材料を使用して製造したゴム製品の品質に影響する。
従来、例えば未加硫ゴム材料中の硫黄の配合量を検査する方法として、酸素フラスコ燃焼法や過酸化ナトリウム溶融法が知られている。しかし、これらの検査方法では、手順や準備が複雑であり、未加硫ゴム材料の製造ライン上で検査を行うことができないため、生産性よく所定品質の未加硫ゴム材料を製造することができない。
未加硫ゴム材料の品質を決定する方法として、押出された未加硫ゴム材料に対して超音波(0.5MHz〜20MHz)を発信し、未加硫ゴム材料を透過した超音波の強度の減衰量を検知する方法が提案されている(特許文献1参照)。この提案の方法では、超音波の強度の減衰量に基づいて、未加硫ゴム材料中の汚染物質の有無および含有量の相対的変化を把握することは可能であるが、未加硫ゴム材料における配合剤の配合割合が適切か否かを判断するものではない。
対象物が未加硫ゴム材料ではないが、コンクリートについては、その誘電率に基づいてコンクリートの含有塩化物濃度、含有率等を測定する方法が知られている(例えば、特許文献2参照)。
特表2014−521948号公報 特開2006−214941号公報
本発明の目的は、未加硫ゴム材料の製造ライン上で、未加硫ゴムに対して所定種類の配合剤を適切な配合割合で混合した未加硫ゴム材料を生産性よく製造できる未加硫ゴム材料の製造方法および製造システム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材料の製造方法は、未加硫ゴムおよび所定種類の非加硫系配合剤を混合した一次ゴム材料と、所定種類の加硫系配合剤とを押出機に投入して混合して最終ゴム材料を連続的に製造する未加硫ゴム材料の製造方法において、前記押出機から押出された最終ゴム材料の誘電率に基づいて前記最終ゴム材料における前記加硫系配合剤の配合割合を最終演算装置により算出し、算出した前記配合割合が予め設定されている加硫系配合基準範囲の範囲内になるように、前記押出機に投入する前記未加硫ゴムに対する前記加硫系配合剤の割合を調整することを特徴とする。
本発明の未加硫ゴム材料の製造システムは、未加硫ゴムと所定種類の非加硫系配合剤とを混合した一次ゴム材料と、所定種類の加硫系配合剤とを混合して最終ゴム材料を押出す押出機と、この押出機に前記加硫系配合剤を投入する加硫系配合剤供給部と、前記最終ゴム材料の誘電率を検出する最終誘電率測定器と、前記最終誘電率測定器により検出された前記誘電率が入力される最終演算装置と、前記加硫系配合剤供給部を制御する最終制御装置とを備えて、前記誘電率に基づいて前記最終演算装置により、前記最終ゴム材料における前記加硫系配合剤の配合割合が算出されて、算出された前記配合割合と予め設定されている加硫系配合基準範囲との比較に基づいて前記最終制御装置により前記加硫系配合剤供給部が制御されて、前記最終演算装置により算出される前記配合割合が前記加硫系配合基準範囲の範囲内になるように、前記押出機に投入する前記未加硫ゴムに対する前記加硫系配合剤の割合が調整される構成にしたことを特徴とする。
本発明によれば、押出機から押し出される最終ゴム材料の誘電率を検出すれば、この誘電率に基づいて最終演算部により演算処理をすることで、最終ゴム材料の加硫系配合剤の配合割合を算出して、その配合割合の適否を簡便、迅速に判断できる。そのため、この判断結果に基づいて、押出機に投入する未加硫ゴムに対する加硫系配合剤の割合を調整することで、未加硫ゴムに対して加硫系配合剤を加硫系配合基準範囲の範囲内の適切な配合割合で混合した未加硫ゴム材料を得ることができる。しかも、未加硫ゴム材料の製造ライン上で、配合割合の適否判断を行うことが可能なので、所定品質を確保した未加硫ゴム材料を生産性よく製造することができる。
本発明の未加硫ゴム材料の製造システムを例示する説明図である。 図1の製造システムの一部を拡大して例示する説明図である。 カーボンブラックの配合割合およびマスターバッチの配合割合のそれぞれと、未加硫ゴム材料の誘電率との関係を模式的に例示するグラフ図である。 モニタに表示される内容(配合剤の配合割合の経時変化)を例示する説明図である。 モニタに表示される別の内容(配合剤の分散具合)を例示する説明図である。
以下、本発明の未加硫ゴム材料の製造方法および製造システムを、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未加硫ゴム材料の製造システム1(以下、製造システム1という)は、最終ゴム材料R2を押出す押出機3と、押出機3に加硫系配合剤Asを投入する加硫系配合剤供給部7bと、最終誘電率測定器5と、最終誘電率測定器5により検出された誘電率が入力される最終演算装置5aと、加硫系配合剤供給部7bを制御する最終制御装置6とを備えている。最終誘電率測定器5は、押出機3により押し出された直後の最終ゴム材料R2を検査対象にしている。最終ゴム材料R2は一次ゴム材料R1と所定種類の加硫系配合剤Asとを混合して形成され、一次ゴム材料R1は未加硫ゴムMと所定種類の非加硫系配合剤Acとを混合して形成される。最終演算装置5aと最終制御装置6とは有線または無線で接続されている。
非加硫系配合剤Acとしては、カーボンブラックやシリカを例示できる。加硫系配合剤Asとしては、加硫活性剤、加硫促進助剤または硫黄の少なくとも1つを例示できる。加硫活性剤、加硫促進助剤および硫黄を規定の割合で混合したマスターバッチを加硫系配合剤Asとしてもよい。
この製造システム1の実施形態は、一次ゴム材料R1に関しても、上述した最終ゴム材料R2に関する設備と同様の設備を備えている。即ち、一次ゴム材料R1を押出す押出機2と、押出機2に非加硫系配合剤Acを投入する非加硫系配合剤供給部7aと、一次誘電率測定器4と、一次誘電率測定器4により検出された誘電率が入力される一次演算装置4aと、非加硫系配合剤供給部7aを制御する一次制御装置6とを備えている。一次誘電率測定器4は、押出機2により押し出された直後の一次ゴム材料R1を検査対象にしている。一次演算装置4aと一次制御装置6とは有線または無線で接続されている。
この実施形態では、1つの制御装置6を一次制御装置6および最終制御装置6として共用しているが、それぞれを別々に設けることもできる。また、この実施形態では、一次演算装置4aと最終演算装置5aとを別々に設けているが、両者を1つの演算装置にして共用することもできる。或いは、一次演算装置4a、最終演算装置5aおよび制御装置6を例えば、1台のコンピュータに統合した構成にすることもできる。
また、本発明では押出機2に限らず、未加硫ゴムMと所定種類の非加硫系配合剤Acとを混合して一次ゴム材料R1を製造できる種々の混練手段(例えばミキサ等)を採用することができる。この実施形態ではさらに、制御装置6に有線または無線で接続された1つのモニタ8を有している。一次制御装置6と最終制御装置6とを別々に設けた場合は、それぞれに一次モニタ8、最終モニタ8を別々に接続した構成にすることもできる。
押出機3は、回転駆動されるスクリューが内設されたシリンダ3aと、シリンダ3aの後端部の上面に形成された材料投入口3bと、材料投入口3bに設置されたホッパ3dと、シリンダ3aの先端に形成された押出口3cとを有している。押出口3cの前方には、コンベヤ等の搬送手段が延在している。加硫系配合剤供給部7の供給口はホッパ3dの上方に設置されている。
押出機3のシリンダ3aには、シート状の一次ゴム材料R1がホッパ3dを介して材料投入口3bから連続的に投入される。また、加硫系配合剤供給部7bによってホッパ3dを介して材料投入口3bから連続的に所定種類の加硫系配合剤Asが投入される。加硫系配合剤Asは、100重量部の未加硫ゴムMに対して予め設定された所定割合で投入される設定になっている。
投入された一次ゴム材料R1および加硫系配合剤Asは、回転するスクリューによってシリンダ3aの中で混合および混練されつつ前方移動する。そして、押出口3cからシート状に成形された最終ゴム材料R2が連続的に押し出されて製造される。
最終誘電率測定器5は公知の種々の仕様の機器を使用することができる。検査対象(最終ゴム材料R2)に超音波を照射して非接触で誘電率を検出できる機器が好ましい。例えば、押し出されている最終ゴム材料R2を通過させつつ、最終ゴム材料R2の通過した範囲の誘電率を最終誘電率測定器5によって逐次検出する。
最終誘電率測定器5は1台だけでなく、複数台を最終ゴム材料R2の幅方向に並列させて配置した構成にすることもできる。或いは、最終誘電率測定器5を最終ゴム材料R2の幅方向に移動可能にした構成にすることもできる。これらの構成を採用することで、最終ゴム材料R2の実質的に全幅を検査可能にすることができる。最終ゴム材料R2の幅方向の特定範囲の誘電率を検出してもよいが、最終ゴム材料R2の全幅および全長に渡って誘電率を検出することが好ましい。
図3に例示するように、最終演算装置5aには最終ゴム材料R2における所定種類の加硫系配合剤Asの配合割合と最終ゴム材料R2の誘電率との相関関係データが入力されている。具体的には、加硫系配合剤Asとして使用されるマスターバッチの配合割合が大きくなるに連れて、最終ゴム材料R2の誘電率が低くなる傾向がある。最終演算装置5aは、この相関関係データと、逐次入力された誘電率とに基づいて、最終ゴム材料R2における加硫系配合剤Asの配合割合D2を算出する。
この実施形態では、一次ゴム材料R1における所定種類の非加硫系配合剤Acの配合割合と一次ゴム材料R1の誘電率との相関関係データが一次演算装置4aに入力されている。具体的には、非加硫系配合剤Acとして使用されるカーボンブラックの配合割合が大きくなるに連れて、一次ゴム材料R1の誘電率が高くなる傾向がある。配合剤A(Ac、As)の種類によって、その配合割合と、その配合剤Aを混合した未加硫ゴム材料Rの誘電率との相関関係(誘電率が比例的に大きくなるのか小さくなるのか、および、誘電率が変化する程度)は異なるので、使用するそれぞれの配合剤Aに対してこの相関関係データを予め取得して一次演算装置4a或いは最終演算装置5aに入力しておく。
最終演算装置5aにはさらに、加硫系配合剤Asの種類毎に適切な配合割合を示す配合加硫系基準範囲C2が入力されている。そして図4に例示するように、最終演算装置5aは、算出された配合割合D2と加硫系配合基準範囲C2とを逐次比較して、配合割合D2が加硫系配合基準範囲C2の範囲内か範囲外かを逐次判断する。
最終制御装置6は、算出された配合割合D2と加硫系配合基準範囲C2との比較に基づいて、加硫系配合剤供給部7bを制御する。この制御によって、最終演算装置5aにより算出される加硫系配合剤Asの配合割合D2が、予め設定されている加硫系配合基準範囲C2の範囲内になるように、押出機3に投入する未加硫ゴムMに対する加硫系配合剤Asの割合を調整する。
モニタ8には、最終演算装置5aによる判断結果が逐次表示される。表示する判断結果は、算出された配合割合D2が加硫系配合基準範囲C2の範囲外であることを単純に知らせる警告でもよく、図4に例示する配合割合D2の経時変化を逐次表示してもよい。
このように本発明によれば、最終ゴム材料R2の誘電率を検出し、検出した誘電率に基づいて演算処理をすることで、最終ゴム材料R2の加硫系配合剤Asの配合割合を算出して、この配合割合の適否を非破壊検査によって簡便、迅速に判断できる。そのため、この判断結果に基づいて、押出機3に投入する未加硫ゴムMに対する加硫系配合剤Asの割合を調整することで、未加硫ゴムMに対して加硫系配合剤Asを加硫系配合基準範囲C2の範囲内の適切な配合割合で混合した最終ゴム材料R2を得ることができる。しかも、未加硫ゴム材料Rの製造ライン上で、配合割合の適否判断を行えるので、所定品質を確保した最終ゴム材料R2を生産性よく製造できる。
ところで、加硫系配合基準範囲C2を満足する配合割合で加硫系配合剤Asが一次ゴム材料R1に添加されても、加硫系配合剤Asが未加硫ゴムM(一次ゴム材料R1)に対して十分に分散して混合されていなければ、製造した最終ゴム材料R2の品質に影響が生じる。それ故、加硫系配合剤Asの分散具合の適否も判断する構成にすることがより好ましい。
そこで、押出した最終ゴム材料R2を平面視で多数の区画に区分して、区分された区画毎に誘電率を検出する。そして、検出されたそれぞれの区画の誘電率のばらつきの大きさに基づいて、最終演算装置5aにより、最終ゴム材料R2における加硫系配合剤Asの分散程度D2を算出する。
最終演算装置5aには、加硫系配合剤Asの種類毎に適切な分散程度D2を示す加硫系分散基準範囲C2を入力しておく。そして最終演算装置5aは、算出した分散程度D2と加硫系分散基準範囲C2とを逐次比較して、分散程度D2が加硫系分散基準範囲C2の範囲内か範囲外かを判断する。
例えば、基準誘電率Cdを設定しておき、この基準誘電率Cdとそれぞれの区画の誘電率との偏差の絶対値を、所定の面積範囲(単位面積当たり)で平均した値を分散程度D2にする。この分散程度D2が大きい程、加硫系配合剤Asが良好に分散していないので、予め設定した平均許容範囲を加硫系分散基準範囲C2に設定して、加硫系分散基準範囲C2よりも分散程度D2が大きい場合に分散具合が悪いと判断する。
局部的に誘電率が過大あるいは過小である場合にも、加硫系配合剤Asが良好に分散していないと言える。そこで、予め設定した局部許容範囲を加硫系分散基準範囲C2に設定して、加硫系分散基準範囲C2よりも分散程度D2が大きい区画が存在する場合に分散具合が悪いと判断することもできる。上述した平均許容範囲と局部許容範囲の少なくとも一方を加硫系分散基準範囲C2として採用することができるが、両方を採用することが好ましい。
モニタ8には、最終演算装置5aによる判断結果が逐次表示される。表示する判断結果は、算出された分散程度D2が加硫系分散基準範囲C2の範囲外であることを単純に知らせる警告でもよいが、図5に例示するように誘電率(或いは配合割合D2)の分布を表示する構成にすることもできる。
図5のような表示をする構成にする場合、それぞれの区画をその誘電率の大きさに応じて最終演算装置5aにより複数階級(例えば〜85、85〜95、・・・などの指数)で区分けする。そして、それぞれの区画を、区分けされた階級を識別可能にしてモニタ8に表示する。図5では区分された階級を、空白や線による模様を用いて識別可能にしているが、色の違いや色の濃淡によって階級を識別可能にするとよい。このような表示をすることで、モニタ8を一目するだけで、加硫系配合剤Asの分散具合の適否を容易に把握することが可能になる。
最終ゴム材料R2において配合割合や分散具合が不適切であると判断された部分がある場合は、その部分を製造ライン上に設置されたカッタ等の切断機によって除去するとよい。これにより、所定品質を確保できた最終ゴム材料R2だけを製造ラインの後工程に搬送し、所定品質に満たない最終ゴム材料R2は製造ラインから除外する。
上述した内容は、一次ゴム材料R1に対しても同様に適用することができる。即ち、一次ゴム材料R1の誘電率を検出して、検出した誘電率に基づいて演算処理をすることで、一次ゴム材料R1の非加硫系配合剤Acの配合割合D1を算出し、その配合割合D1の適否を迅速に判断できる。この判断結果に基づいて、混練手段2に投入する未加硫ゴムMに対する非加硫系配合剤Acの割合を調整することで、未加硫ゴムMに対して非加硫系配合剤Acを非加硫系配合基準範囲C1の範囲内の適切な配合割合で混合した一次ゴム材料R1を得ることができる。また、一次ゴム材料R1における非加硫系配合剤Acの分散具合の適否を、最終ゴム材料R2の場合と同様に把握することが可能になる。
1 製造システム
2 押出機(混練手段)
2a シリンダ
2b 材料投入口
2c 押出口
2d ホッパ
3 押出機
3a シリンダ
3b 材料投入口
3c 押出口
3d ホッパ
4 一次誘電率測定器
4a 一次演算装置
5 最終誘電率測定器
5a 最終演算装置
6 制御装置(一次制御装置、最終制御装置)
7a 非加硫系配合剤供給部
7b 加硫系配合剤供給部
8 モニタ(一次モニタ、最終モニタ)
R 未加硫ゴム材料
R1 一次ゴム材料
R2 最終ゴム材料
M 未加硫ゴム
A 配合剤
Ac 非加硫系配合剤
As 加硫系配合剤

Claims (8)

  1. 未加硫ゴムおよび所定種類の非加硫系配合剤を混合した一次ゴム材料と、所定種類の加硫系配合剤とを押出機に投入して混合して最終ゴム材料を連続的に製造する未加硫ゴム材料の製造方法において、
    前記押出機から押出された最終ゴム材料の誘電率に基づいて前記最終ゴム材料における前記加硫系配合剤の配合割合を最終演算装置により算出し、算出した前記配合割合が予め設定されている加硫系配合基準範囲の範囲内になるように、前記押出機に投入する前記未加硫ゴムに対する前記加硫系配合剤の割合を調整することを特徴とする未加硫ゴム材料の製造方法。
  2. 前記最終ゴム材料を平面視で多数の区画に区分して、前記区画毎に前記誘電率を検出し、検出したそれぞれの区画の誘電率のばらつきの大きさに基づいて前記最終演算装置により、前記最終ゴム材料における前記加硫系配合剤の分散程度を算出し、算出した前記加硫系配合剤の分散程度が予め設定されている加硫系分散基準範囲の範囲内か範囲外かを判断する請求項1に記載の未加硫ゴム材料の製造方法。
  3. それぞれの前記区画の前記誘電率の大きさに応じてそれぞれの前記区画を前記最終演算装置により複数階級に区分けし、それぞれの前記区画を、区分けされた前記階級を識別可能にして最終モニタに表示する請求項2に記載の未加硫ゴム材料の製造方法。
  4. 前記未加硫ゴムと前記非加硫系配合剤とを前記押出機とは別の混練手段に投入して混合して前記一次ゴム材料を連続的に製造し、前記一次ゴム材料の誘電率に基づいて前記一次ゴム材料における前記非加硫系配合剤の配合割合を一次演算装置により算出し、算出した前記非加硫系配合剤の配合割合が予め設定されている非加硫系配合基準範囲の範囲内になるように、前記混練手段に投入する前記未加硫ゴムに対する前記非加硫系配合剤の割合を調整する請求項1〜3のいずれかに記載の未加硫ゴム材料の製造方法。
  5. 未加硫ゴムと所定種類の非加硫系配合剤とを混合した一次ゴム材料と、所定種類の加硫系配合剤とを混合して最終ゴム材料を押出す押出機と、この押出機に前記加硫系配合剤を投入する加硫系配合剤供給部と、前記最終ゴム材料の誘電率を検出する最終誘電率測定器と、前記最終誘電率測定器により検出された前記誘電率が入力される最終演算装置と、前記加硫系配合剤供給部を制御する最終制御装置とを備えて、
    前記誘電率に基づいて前記最終演算装置により、前記最終ゴム材料における前記加硫系配合剤の配合割合が算出されて、算出された前記配合割合と予め設定されている加硫系配合基準範囲との比較に基づいて前記最終制御装置により前記加硫系配合剤供給部が制御されて、前記最終演算装置により算出される前記配合割合が前記加硫系配合基準範囲の範囲内になるように、前記押出機に投入する前記未加硫ゴムに対する前記加硫系配合剤の割合が調整される構成にしたことを特徴とする未加硫ゴム材料の製造システム。
  6. 前記最終ゴム材料の平面視で多数に区分された区画毎に前記誘電率が検出され、検出されたそれぞれの区画の前記誘電率のばらつきの大きさに基づいて、前記最終演算装置により、前記最終ゴム材料における前記加硫系配合剤の分散程度が算出され、算出された前記加硫系配合剤の分散程度が予め設定されている加硫系分散基準範囲の範囲内か範囲外かが判断される構成にした請求項5に記載の未加硫ゴム材料の製造システム。
  7. 前記最終演算装置に無線または有線により接続された最終モニタを有し、それぞれの前記区画がそれぞれの前記誘電率の大きさに応じて前記最終演算装置により複数階級に区分けされ、それぞれの前記区画が、区分けされた前記階級を識別可能にして前記最終モニタに表示される構成にした請求項6に記載の未加硫ゴム材料の製造システム。
  8. 前記未加硫ゴムと前記非加硫系配合剤とを混合して前記一次ゴム材料を連続的に製造する混練手段と、前記押出機とは別のこの混練手段に前記非加硫系配合剤を投入する非加硫系配合剤供給部と、前記一次ゴム材料の誘電率を検出する一次誘電率測定器と、前記一次誘電率測定器により検出された前記誘電率が入力される一次演算装置と、前記非加硫系配合剤供給部を制御する一次制御装置とを備えて、
    前記一次ゴム材料の誘電率に基づいて前記一次演算装置により、前記一次ゴム材料における前記非加硫系配合剤の配合割合が算出されて、算出された前記非加硫系配合の配合割合と予め設定されている非加硫系配合基準範囲との比較に基づいて前記一次制御装置により前記非加硫系配合剤供給部が制御されて、前記一次演算装置により算出される前記非加硫系配合剤の配合割合が前記非加硫系配合基準範囲の範囲内になるように、前記混練手段に投入する前記未加硫ゴムに対する前記非加硫系配合剤の割合が調整される構成にした請求項5〜7にいずれかに記載の未加硫ゴム材料の製造システム。
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