JP3682867B2

JP3682867B2 - ゴムあるいはゴム系組成物の混練装置および混練方法

Info

Publication number: JP3682867B2
Application number: JP2001349733A
Authority: JP
Inventors: 公雄井上; 将雄村上; 則文山田
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2001-11-15
Filing date: 2001-11-15
Publication date: 2005-08-17
Anticipated expiration: 2021-11-15
Also published as: JP2003145532A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ゴムの流動性・加工性を改善するための素練りやゴムと各種配合剤などを添加した混練対象物を混練するゴムあるいはゴム系組成物の混練装置および混練方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ゴムと各種の配合剤からなるゴム系組成物の混練物を製造する際、とくに天然ゴムを主体としたタイヤ用ゴムコンパウンドを製造する場合においては、所定量の原料を１回ずつ断続的に混練処理するバッチ式がよく用いられる。この場合、押出し加工等の成形加工性や配合剤の分散度などが所望の状態、即ち所望の粘度レベルや分散度レベルとなるまで、反復してバッチ式の混練処理が繰り返される。この混練工程は、通常レミル工程と呼ばれており、インターナルミキサーなどのバッチ式混練装置が用いられる。
【０００３】
しかし、かかるバッチ式混練装置を用いて混練処理を行う場合、混練工程の後、搬送装置等を用いて該混練装置から押出機へと搬送し、所望の形態に成形する必要があり、塊状の混練物の搬送工程が生じてしまう。そのため、装置の複雑化・大型化を招きやすく、さらに作業者の手による作業に頼らざるを得ず、省力化が図ることができない。また、バッチ式混練装置による混練においては、劣化防止および混練効率向上のため、混練中に高温になり過ぎることを防止する必要があり、一旦混練を行った塊状の混練物をシート化して冷却し、再びレミル工程を繰り返すことが通常行われている。このレミル工程は、所望の粘度に低下するまで行われ、５回程度までレミルが行われることもよくある。したがって、生産性向上の観点からも望ましくない。
【０００４】
一方、かかる生産性向上等の観点から、連続的に混練処理するゴム系組成物の混練方法も開示されている（特開平１１−２６２９４５号公報）。これは、プラスチック系組成物の代表的な混練押出機である２軸混練押出機をゴムの混練に用いるものであって、該２軸混練押出機にゴム投入口を設け、そこにゴム供給用押出機をさらに接続し、連続的にゴム系組成物を供給しながら、該２軸混練押出機にて連続混練を行うものである。
【０００５】
しかし、上記公報記載の連続式混練装置では、混練状態、即ち粘度レベル及び配合剤の分散度レベルを調整することは、前記２軸混練押出機の回転数を制御する等の手段によってできる程度の限られた範囲内でしか可能でなく、バッチ式混練装置によって調整されているような広範囲の粘度レベルや分散度レベルに調整することは困難である。スクリュー形状を変えることにより、種々の粘性等を有するゴム系組成物に対して広く適用することは可能であるが、２軸混練押出機のスクリューは、通常スプライン加工を加えた軸にセグメント化された混練翼（ロータセグメント、ニーディングディスク、スクリューセグメントなど）を組み込んで構成されており、大型の設備になるとスクリュー形状あるいは構成を変更することは相当の手間と時間を要する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記実情に鑑みることにより、ゴム系組成物の混練物製造に関して、広範囲に亘る粘度および配合剤分散度の調整・制御を可能にするとともに、連続混練処理を可能にし、混練物製造プロセスの大幅な合理化、即ち生産性の向上、製造工程の簡略化、省力化、低コスト化を可能にする混練装置および混練方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、第１の発明のゴムあるいはゴム系組成物の混練装置は、ゴムあるいは各種配合剤などを添加したゴムからなる混練対象物を流動させるとともに剪断力を与えて、ゴムを素練りしあるいは配合剤を分配混合および分散混合させ、所望の混練状態の混練物とするゴムあるいはゴム系組成物の混練装置であって、（１）筒状の空洞部であるチャンバを有したバレルと、（２）前記チャンバ内で回転することで、混練対象物を下流側に押出す２軸のスクリューセットと、（３）前記スクリューセットに組み込まれ、前記チャンバ内壁との間に形成される楔状空間およびチップクリアランスで混練対象物の混練を行う複数の混練翼部と、（４）前記バレルの一端側に設けられ、前記チャンバ内にゴム等を受け入れる供給口と、（５）前記バレルの複数箇所に設けられ、混練された混練物を排出する排出口と、（６）前記複数の排出口のうち選択された１の排出口のみから混練物を排出するように切り換える排出位置切換手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
この構成によると、バレルと各混練翼部とで各混練部を形成させ、この複数段に設けられる各混練部の混練物押出し方向下流側で排出口をそれぞれ設けることができ、さらに、排出位置切換手段により、スクリューセット軸方向の所定位置にある排出口から素練りされたゴムあるいは混練されたゴム系組成物を排出することができる。すなわち、連続式混練装置であっても、混練対象物を通過させる混練部の段数を所望の粘度レベルおよび配合剤分散度レベルに応じて選択することができる。したがって、ゴム系組成物の混練物製造に関して、広範囲に亘る粘度および配合剤分散度の調整・制御を可能にするとともに、連続混練処理を可能にし、混練物製造プロセスの大幅な合理化、即ち生産性の向上、製造工程の簡略化、省力化、低コスト化を可能にする混練装置を得ることができる。
また、供給口をバレルの一端側に設けることで、スクリューセットの回転駆動部と負荷が最大となる位置との距離を短くする構成とすることができ、スクリューセットが損傷することを抑制できる。
【０００９】
第２の発明のゴムあるいはゴム系組成物の混練装置は、第１の発明において、前記チャンバと前記各混練翼部とで形成される各混練部に対して少量の潤滑剤を供給する潤滑剤供給手段と、前記複数の混練部のうち、混練物を排出するように切り換えられた前記排出口に対して混練物の押出し方向下流側に位置している各混練部にのみ、前記少量の潤滑剤を供給するように切り換える潤滑剤供給切換手段と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
この構成によると、選択された排出口の下流側の混練部に対しては、少量の潤滑剤を供給することで、チャンバ内壁と混練翼部、または混練翼部同士が、直接金属接触することを防止できる。
【００１１】
第３の発明のゴムあるいはゴム系組成物の混練装置は、第１の発明または第２の発明において、前記混練翼部として、２翼または３翼の螺旋翼を備えるロータセグメントが用いられていることを特徴とする。
【００１２】
この構成によると、複数の螺旋翼の頂部近傍とチャンバ内壁との間の楔状空間およびチップクリアランスで効率よく混練を行うことができる。
【００１３】
第４の発明のゴムあるいはゴム系組成物の混練装置は、第１乃至第３発明のいずれかにおいて、前記チップクリアランスの大きさが、前記スクリューセット軸方向または周方向に変化していることを特徴とする。
【００１４】
この構成によると、狭いチップクリアランスを形成する翼の頂部近傍およびそのチップクリアランス部分では、混練対象物に強い剪断力を加えるとともに、広いチップクリアランス部分では、混練対象物の通過を促すことができる。このため、混練対象物を送りながら、混練する材料に容易且つ均等な剪断作用を加えることができ、混練する材料の可塑化溶融および充填剤や添加剤等の各種配合剤の練り込み、分散混合が促進され、十分な混練を行うことができ、スクリューセット全長を有効的に使用できる。そして、チャンバ内での混練対象物の偏在が生じにくいため、スクリューセットに加わる機械的負荷を低減できる。また、狭いチップクリアランスを形成する翼ではチャンバ内壁に付着した混練対象物を掻き取る作用があり、混練部での混練対象物の剥離性が良好になり、金属への付着性のあるゴム系組成物が混練部内に残留してしまうことを防止できる。
【００１５】
第５の発明のゴムあるいはゴム系組成物の混練方法は、筒状の空洞部であるチャンバを有し、該チャンバに連通し、かつチャンバの長手方向に離間する複数の排出口が設けられたバレルと、混練翼部が組み込まれて前記チャンバ内で回転するスクリューセットと、を備える混練用押出機を用いて行われ、（１）ゴムからなる混練対象物を前記チャンバ内に供給するゴム供給工程と、（２）前記混練用押出機の前記混練翼部と前記チャンバ内壁との間に形成される楔状空間およびチップクリアランスで、前記混練対象物の混練を行う混練工程と、（３）所望の混練状態に応じ、前記複数の排出口のうち１の排出口を選択し、混練された混練対象物を排出させるゴム排出工程と、を有することを特徴とする。
【００１６】
この構成によると、混練用押出機で連続的にゴム系組成物の混練を行うとともに、所望の混練状態に応じて、チャンバの長手方向の所定位置で、混練した混練対象物の排出を行うため、バレル内を通過させる長さを所望の粘度レベルおよび配合剤分散度レベルに応じて選択することができる。したがって、ゴム系組成物の混練物製造に関して、スクリューの組み替えを行うことなく広範囲に亘る粘度および配合剤分散度の調整・制御を可能にするとともに、連続混練処理を可能にし、混練物製造プロセスの大幅な合理化、即ち生産性の向上、製造工程の簡略化、省力化、低コスト化を可能にすることができる。そのため、とくに大型化した設備に対して有効である。
【００１７】
第６の発明のゴムあるいはゴム系組成物の混練方法は、第５の発明において、前記選択された１の排出口の混練物押出し方向下流側に位置し、前記チャンバと前記混練翼部とで形成される混練部に対して、少量の潤滑剤を供給することを特徴とする。
【００１８】
この構成によると、選択された排出口の下流側の混練部に対しては、少量の潤滑剤を供給することで、チャンバ内壁と混練翼部、または混練翼部同士が、直接金属接触することを防止できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面に基づいて以下に説明する。図１は、本実施形態に係るゴム系組成物の混練装置１の側面からみた断面模式図を示している。本図に示すように、この混練装置１は、同方向回転噛合型の２軸混練押出機２と、この２軸混練押出機２にゴムからなる混練対象物を供給するゴム供給装置３と、潤滑剤となる少量のプロセス油を供給する潤滑剤供給手段４等を備えている。
【００２０】
まず、２軸混練押出機２は、一対のスクリュ―セット５と、このスクリューセット５が回転するための筒状の空洞部であるチャンバ６を有したバレル７とを備えている。一対のスクリューセット５は、図１の側面図において重なるように、軸心同士が平行となって配置されているものであり、バレル７の外部で図示しない駆動部（図中左側に位置する）に連結され、同方向に回転駆動される。そして、バレル７には、まゆ型断面の筒状空洞部として形成されるチャンバ６が設けられており、このチャンバ６内に、一対のスクリューセット５が収納されている（図２のＡ−Ａ'線矢視断面図を参照）。
【００２１】
このバレル７の一端側には、チャンバ６内にゴムあるいはゴムに充填剤や添加剤等の各種配合剤などを添加したものからなる混練対象物を供給するための供給口８（ホッパー部）が設けられており、この供給口８から後述するゴム供給装置３によって供給された混練対象物は、チャンバ８内でスクリューセット５が回転することで、図中右側に向かって軸方向に押出されるとともに、連続的に混練が行われる。
【００２２】
バレル７には、混練対象物の押出し下流側に向かって、混練された混練物を排出する排出口９（９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ）が、後述する各混練部１２（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ）の押出し下流端側に設けられている。各排出口９は、図４のＣ−Ｃ'線矢視断面図に示す排出口９ａのように、下方に向かって開口しており、混練対象物がこの位置まで押出されてくると、下方に排出されるようになっている。
【００２３】
この排出口９には、図５の断面図に示すように、排出位置切換手段となる閉塞部材１０が嵌挿または取り外しされることで、閉塞／開放に切り換えられる。この閉塞部材１０が嵌挿されている排出口９では、混練対象物の排出は行われず、閉塞部材１０が取り外されて開放状態にある排出口９では、混練対象物の排出が行われることになる。この排出位置切換に関しては、後で詳述する。
【００２４】
また、バレル７には、図２（Ａ−Ａ'線矢視）、図３（Ｂ−Ｂ'線矢視）、図４（Ｃ−Ｃ'線矢視）の各矢視断面図に示すように、チャンバ６の周囲を囲むように複数の冷却液流路１１が、スクリューセット５の軸方向（以下、単に「軸方向」という）に形成されている。この冷却液流路１１に冷却水等の冷媒を導通させることにより、バレル７を通じて、連続混練中の混練対象物が高温となることが抑制される。
【００２５】
なお、バレル７は、各混練部１２ａ〜ｅに対応する複数のユニット（７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ）が軸方向に組み合わされて構成されており、バレル７の先端（バレルユニット７ｅの端部）は、大気開放となっており、塊状で混練された混練物が排出されるようになっているものを図示しているが、先端に所定の断面形状に成形された混練物を排出するようにダイス部を接続していてもよい。
【００２６】
スクリューセット５は、供給口８の直下に位置するスクリューセグメント１３と、複数の混練翼部（１４、１５、１６、１７、１８）とが、軸方向に組み込まれることで形成されている。
【００２７】
スクリューセグメント１３は、図２（Ａ−Ａ'線矢視断面）に示すように、２条の螺旋翼を備えており、螺旋翼の先端１３ａとチャンバ内壁６ａとが近接して隙間が小さくなるように設けられることで、投入された混練対象物の噛み込みを良くするようになっている。
【００２８】
そして、軸方向に組み合わされる各混練翼部（第１混練翼部１４、第２混練翼部１５、第３混練翼部１６、第４混練翼部１７、第５混練翼部１８）は、それぞれ、バレルユニット７ａ〜７ｅとともに、各混練部１２（第１混練部１２ａ、第２混練部１２ｂ、第３混練部１２ｃ、第４混練部１２ｄ、第５混練部１２ｅ）を形成している。
【００２９】
また、各混練翼部１４〜１８は、２翼の螺旋翼を供える複数のロータセグメント（１４ａ、１４ｂ等）をそれぞれ備えている。即ち、第１混練翼部１４は、捩じれ角の大きい４個のロータセグメント１４ａと捩じれ角の小さい１個のロータセグメント１４ｂを備えており、同様に、第２〜４混練翼部（１５〜１７）も同様の構成を備える（捩じれ角の大きい４個のロータセグメント１５ａ〜１７ａと捩じれ角の小さいロータセグメント１５ｂ〜１７ｂ）。なお、第５混練翼部１８は、捩じれ角の大きい５個のロータセグメント１８ａを備えている。ここで、捩じれ角とは、スクリューセット５の周方向に沿いながら軸方向に進行するように形成された螺旋翼の頂部における螺旋方向に向かう接線と軸方向とが、軸と平行な面に投射されてなす角である（図１では、ロータセグメント１４ａの大きい捩じれ角αおよびロータセグメント１４ｂの小さい捩じれ角βを図示）。
【００３０】
図６に１つのロータセグメント（例えば、ロータセグメント１４ａ）の概略図を示す。本図に示すように、螺旋翼の頂部１９には、高位チップ部１９ａと低位チップ部１９ｂとが、軸方向に区分されて形成されている。なお、図６においては、２翼の螺旋翼のうち一方のみが図示されている。
【００３１】
再び、図１に戻り、各混練翼部（１４〜１８）の捩じれ角の大きいロータセグメント（１４ａ、１５ａ、１６ａ、１７ａ、１８ａ）は、それぞれ軸方向に螺旋翼が螺旋方向に連続して滑らかに連なるように組み合わされている。また、捩じれ角の小さいロータセグメント（１４ｂ、１５ｂ、１６ｂ、１７ｂ）も、各混練翼部で押出し最下流側に位置した捩じれ角の大きいロータセグメント（１４ａ、１５ａ、１６ａ、１７ａ）の螺旋翼と折れ曲がりながら連続するように組み合わされている。
【００３２】
図３は、Ｂ−Ｂ'線矢視断面図であるが、ロータセグメント１４ａは、２軸のスクリューセット５にそれぞれ設けられており、これらは、同方向に噛合して回転するようになっている（回転方向を図中矢印で示す）。そして、各ロータセグメント１４ａには、２翼の螺旋翼が形成されており、一方の螺旋翼の頂部には、高位チップ部１９ａが、他方の螺旋翼の頂部には、低位チップ部１９ｂが形成されている。この構成は、他の混練翼部（１２ｂ〜１２ｅ）のロータセグメント（１５ａ〜１８ａ）においても、同様である。
【００３３】
そして、この高位チップ部１９ａとチャンバ内壁６ａとの間に形成されるチップクリアランス２０ａの大きさは、互いに接近して相対的に狭くなっており、一方、低位チップ部１９ｂとチャンバ内壁６ａとの間に形成されるチップクリアランス２０ｂの大きさは、相対的に広くなっている。このように、チップクリアランスの大きさは、スクリューセット周方向に変化するように形成されている。
【００３４】
また、図１に示すように、高位チップ部１９ａと低位チップ部１９ｂとが軸方向に交互に形成されることで、チップクリアランスの大きさも軸方向に交互に変化するように形成されている。
【００３５】
このように、チップクリアランスの大きさを軸方向または周方向に変化することで、狭いチップクリアランス部分（２０ａ）では、混練対象物に強い剪断力を加えるとともに、広いチップクリアランス部分（２０ｂ）では、混練対象物の通過を促し、容易に均等に混練物に剪断作用を加えることができるため、混練対象物を送りながら、且つ十分な混練を行うことができ、スクリューセット５全長を有効的に使用できる。そして、チャンバ６内での混練対象物の偏在が生じにくいため、スクリューセット５に加わる機械的負荷を低減できる。また、狭いチップクリアランス部分（２０ｂ）ではチャンバ内壁６ａに付着した混練対象物を掻き取るため、混練部での混練対象物の剥離性が良好になり、かかる混練対象物が混練部内に残留してしまうことを防止できる。
【００３６】
なお、ロータセグメント（１４〜１８）の螺旋翼が形成する捩じれ角（α、β）は、４５°以下に形成されていることが好ましい。このように捩じれ角（α、β）を小さく設定することにより、混練部（１２ａ〜ｅ）内における混練対象物の充満率を高め、剪断力が加わりやすくしている。
【００３７】
また、図４にＣ−Ｃ'線矢視断面図を示すが、第１混練部１２ａの押出し下流端側に位置するロータセグメント１４ｂの下方には、排出口９ａが設けられている。同様の排出口（９ｂ、９ｃ、９ｄ）は、各混練部（１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ）の下流端側にも設けられている。
【００３８】
各排出口（９ａ〜９ｄ）の直上に位置するロータセグメント（１４ｂ〜１７ｂ）の捩じれ角βは、上流側のロータセグメント（１４ａ〜１７ａ）の捩じれ角αに比して小さく設定されているため、合成ゴムを軸方向に押出す力よりも、開放された排出口（９ａ〜９ｄ）から外部へと押出す力が大きくなるようになっている。したがって、図５に示す閉塞部材１０が取り外されて開放状態にある排出口９では、混練物の排出が行われ、閉塞部材１０が嵌挿されている排出口９では、混練対象物がバレル６内を下流側に混練されながら押出されていくことになる。
【００３９】
このように、複数段に設けられる各混練部（１２ａ〜１２ｅ）の混練対象物の押出し下流側で排出口９を設け、さらに、排出位置切換手段である閉塞部材１０を嵌挿／取り外しすることにより、軸方向の所定位置にある排出口９から混練された混練物を排出させることができる。すなわち、連続式混練装置であっても、混練対象物を通過させる混練部の段数を所望の粘度レベルおよび配合剤分散度レベルに応じて選択することができる。したがって、ゴム系組成物の混練物製造に関して、広範囲に亘る粘度および配合剤分散度の調整・制御を可能にするとともに、連続混練処理を可能にし、混練物製造プロセスの大幅な合理化、即ち生産性の向上、製造工程の簡略化、省力化、低コスト化を可能にする混練装置を得ることができる。
【００４０】
以上説明したように、２軸混練押出機２が構成され、供給口８から供給された混練対象物は、２軸混練押出機２内で混練され、所望の粘度・分散度に調整された後、いずれかの排出口９から排出される。そして、先述したように、この２軸混練押出機２の一端側に設けられた供給口８へのゴムの供給は、供給口８の上方に設けられたゴム供給装置３によって行われる。
【００４１】
このゴム供給装置３は、シート状の混練対象物を定量的に２軸混練押出機２に供給する装置であり、フィーダーロール２１と、カッターロール２２とを備えている。
【００４２】
フィーダーロール２１は、互いに逆方向に回転する一対のロールで、シート状の混練対象物をロール間に挟んで送るものであり、図示しない駆動装置によって可変速に回転駆動され、ゴムシート供給速度（単位時間当たりの供給量）を調整できるようになっている。
【００４３】
また、カッターロール２２は、フィーダーロール２１の下方に配設され、ゴムシートを挟んで互いに逆方向に回転する一対のロールであり、ロール外周の所定箇所には、カッター刃２２ａが備えられている。このカッター刃２２ａにより、カッターロール２２が回転するごとにゴムシートに予め切り目が入れられ、ゴムシートが２軸混練押出機２のスクリューセグメント１３により引き込まれても、切れ目部分で切断され、定量的に２軸混練押出機２に混練対象物が供給されることになる。
【００４４】
また、混練装置１には、潤滑剤となる少量のプロセス油を２軸混練押出機２のチャンバ６内に供給するための潤滑剤供給手段４と、少量のプロセス油を供給する位置を切り換えるための潤滑剤供給切換手段２３とが備えられている。
【００４５】
潤滑剤供給手段４は、プロセス油を貯蔵するタンク２４と、タンク２４と各混練部（１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ）とを接続する供給路２６と、供給路２６を通じてプロセス油を送液するポンプ２５とを備えている。供給路２６は、各混練部（１２ｂ〜１２ｅ）の最上流側で、各分岐路（２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ）を通じてバレル７に接続している。
【００４６】
各分岐路（２６ａ〜２６ｄ）には、潤滑剤供給手段２３を構成する各切換弁（２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ）が設けられている。すなわち、各切換弁（２３ａ〜２３ｄ）をそれぞれ開／閉することにより、ポンプ２５による少量のプロセス油の各混練翼部（１２ｂ〜１２ｅ）への供給／遮断を切り換えることができる。
【００４７】
したがって、各切換弁（２３ａ〜２３ｄ）を切り換えることで、各混練部（１２ｂ〜１２ｅ）のうち、混練対象物の押出し下流側に位置している各混練部にのみ、少量のプロセス油を供給することができ、混練対象物の混練を行っていない混練部において、チャンバ内壁６ａと混練翼部、または混練翼部同士が、直接金属接触することを防止できる。
【００４８】
以上が、本実施形態例に係る混練装置１の構成である。つぎに、図１に基づいて、その作動形態について説明する。まず、カーボンブラックなどの充填剤や添加剤等の各種配合剤が添加され、シート状に成形された混練対象物が、ゴム供給装置３によって、供給口８から２軸混練押出機２のチャンバ６内へと供給される。このシート状の混練対象物は、フィーダーロール２１、カッターロール２２によりにより定量的にチャンバ６内に供給される。
【００４９】
このとき、チャンバ６内では、一対のスクリューセット５が図示しない駆動部によって同方向に噛合して回転している（図２〜４参照）。そして、チャンバ６内に供給された混練対象物は、スクリューセグメント１３に設けられる２翼の螺旋翼により、第１混練部１２ａへと押出される。
【００５０】
第１混練部１２ａでは、押出されてきた混練対象物が、混練翼部１４とチャンバ内壁６ａとの間に滞留するように充満していき、充満しながら、チップクリアランス（２０ａ、２０ｂ）で、流動するとともに剪断力を与えられて混合および分散されるように混練される。
【００５１】
このとき、前述したように、高位チップ部１９ａとチャンバ内壁６ａとの間に形成される狭い楔状空間およびチップクリアランス２０ａでは、混練対象物に強い剪断力が加えられて粘度低下が促進される。そして、低位チップ部１９ｂとチャンバ内壁６ａとの間に形成されるチップクリアランス２０ｂでは、混練対象物の高剪断域の通過による均等な剪断の付加が促されることになる。
【００５２】
第１混練部１４で混練された混練対象物は、その終端に位置するロータセグメント１４ｂまで至るが、第１混練部１４のみの混練で、十分に所望の混練状態（所望の粘度低下や分散度レベルが得られる状態）となる場合には、排出口９ａから閉塞部材１０を取り外しておく。これにより、所望の混練状態となった混練物が、排出口９ａから排出される（図４参照）。
【００５３】
このとき、混練を行わない混練部の下流端にそれぞれ位置する他の排出口（９ｂ、９ｃ、９ｄ）には、閉塞部材１０を嵌挿しておく。そして、潤滑剤供給手段４のポンプ２５を作動させておくとともに、各切換弁（２３ａ〜２３ｄ）のうち第１の切換弁２３ａを開状態にしておく。これにより、混練が行われない第２混練部１２ｂ以降の下流側の各混練部にプロセス油が供給され、スクリューセット５とバレル７や、スクリューセット５同士が金属接触して高い音が発生したり、かじりが発生して摩耗・焼き付きが起こることを防止できる。
【００５４】
そして、混練が行われていない各混練部に供給されたプロセス油は、スクリューセット５の回転とともに、下流側に流動し、バレル７の先端から外部へと排出される。バレル７の先端から排出されたプロセス油は、異物を除去した後、タンク２４へと戻され、再利用される。
【００５５】
また、第１混練部１２ａのみの混練では、粘度低下や配合剤分散度が十分出ない場合は、排出口９ａに閉塞部材１０を嵌挿しておき、第２混練部１２ｂ以降でも混練を行うことになる。このとき、前述したように、混練に用いる混練部の段数を選択し、選択した１の排出口９のみを開放状態としておき、その排出口９から所望の混練状態となった混練物を排出することになる。
【００５６】
そして、このとき、上記選択した１の排出口９の上流側で接続している分岐路に設けられた切換弁２３については、閉状態としておき、排出口の下流側で接続している最初の分岐路に設けられた切換弁２３については、開状態としておく。これにより、混練を行っていない混練部には、プロセス油が供給される。
【００５７】
なお、全ての混練部（１２ａ〜１２ｅ）を用いて混練を行う必要がある場合は、全ての排出口（９ａ〜ｄ）を閉塞状態とし、バレル７の先端（バレルユニット７ｅ端部）の先端から混練物を押出すことになる。
【００５８】
以上が、本実施形態例に係るゴム系組成物の混練装置１の作動の説明であるが、粘度および配合剤分散度調整は、混練物の排出位置切換のみによって行われるものに限らず、スクリューセット５の回転速度を変更することによっても、粘度および分散度の小幅な調整を行うことができる。
【００５９】
また、上記の実施形態例の説明は、本発明に係るゴム系組成物の混練方法の実施形態の説明を兼ねるものである。
【００６０】
なお、実施の形態は、上述した各実施形態例に限定されるものではなく、例えば、次のように変更して実施してもよい。
（１）本実施形態例においては、排出位置切換手段として、閉塞部材を用いているが、必ずしもこの例に限定されるものではなく、シャッタータイプやドアタイプなど、開放／閉塞状態を切換可能なものであれば、種々の形態を備えるものであっても本発明を適用し得る。
【００６１】
（２）本実施形態例においては、混練翼部として２翼の螺旋翼を備えるロータセグメントを用いる例を示しているが、３翼の螺旋翼を供えるロータセグメントであっても、同様に本発明を適用し得る。
【００６２】
（３）本実施形態例においては、５段の混練部を構成する押出機を例示しているが、５段に限られず、４段以下又は６段以上であってもよい。また、長く連続して構成される１つの混練部であってもよい。長く連続する混練部を備えるものである場合は、混練部の長手方向の複数箇所に排出口が設けられていれば、本発明を適用し得る。
【００６３】
（４）本実施形態例においては、各混練部同士は、連続して組み合わされている例を示しているが、必ずしもこれに限られず、任意の混練部と混練部との間にスクリューセグメントを設けるものであってもよい。また、ロータセグメントのみでなく、ニーディングディスクも組み合わせてあるものであってもよい。
【００６４】
本実施形態例においては、各混練翼部は、５個のロータセグメントが組み合わされた例を示しているが、必ずしもこれに限られず、４以下または６以上のロータセグメントが組み合わされているものでよい。また、各ロータセグメントの螺旋翼で形成される捩じれ角ついても、ロータセグメント単位で任意に組み合わされるものであってもよい。
【００６５】
（６）本実施形態例においては、ゴム供給装置として、一段のフィーダーロールを用いるものを例示しているが、必ずしもこれに限られず、複数段のフィーダーロールを備えるものであってもよい。また、フィーダーロールで供給するものに限られず押出しスクリュータイプ（１軸押出しスクリューや２軸テーパスクリュフィーダなど）や、ギヤポンプなどからなるものであってもよい。そして、供給される混練対象物の形態としても、シート状に限らず、リボン状や塊状、粉末状など連続的に混練対象物を供給可能であれば、種々のものであってもよい。
【００６６】
（７）本実施形態例においては、潤滑剤供給手段として少量のプロセス油を供給するものを例示しているが、これに限られず、少量のゴムを供給するものであっても本発明と同様の効果を奏し得る。
【００６７】
（８）本実施形態例においては、混練押出機に供給される混練対象物としては、各種配合剤等が添加されたものを供給する場合を説明しているが、事前に配合剤を添加することなく、原料ゴムと配合剤を個別に混練押出機に供給するものであってもよい。なお、この場合、ゴムの定量供給装置とともに、各種配合剤用の定量フィーダも備える必要がある。
【００６８】
【発明の効果】
第１の発明によると、バレルと各混練翼部とで各混練部を形成させ、この複数段に設けられる各混練部の混練物押出し方向下流側で排出口をそれぞれ設けることができ、さらに、排出位置切換手段により、スクリューセット軸方向の所定位置にある排出口から素練りされたゴムや混練されたゴム系組成物を排出することができる。すなわち、連続式混練装置であっても、混練対象物を通過させる混練部の段数を所望の粘度レベルおよび配合剤分散度レベルに応じて選択することができる。したがって、ゴムあるいはゴム系組成物の混練物製造に関して、広範囲に亘る粘度や配合剤分散度の調整・制御を可能にするとともに、連続混練処理を可能にし、混練物製造プロセスの大幅な合理化、即ち生産性の向上、製造工程の簡略化、省力化、低コスト化を可能にする混練装置を得ることができる。
また、供給口をバレルの一端側に設けることで、スクリューセットの回転駆動部と負荷が最大となる位置との距離を短くする構成とすることができ、スクリューセットが損傷することを抑制できる。
【００６９】
第２の発明によると、選択された排出口の下流側の混練部、すなわち混練を行っていない混練部に対しては、少量の潤滑剤を供給することで、チャンバ内壁と混練翼部、または混練翼部同士が、直接金属接触することを防止できる。
【００７０】
第３の発明によると、複数の螺旋翼の頂部とチャンバ内壁とのチップクリアランスで効率よくゴム系組成物の混練を行うことができる。
【００７１】
第４の発明によると、狭いチップクリアランス部分では、混練対象物に強い剪断力を加えるとともに、広いチップクリアランス部分では、混練対象物の通過を促し均等な剪断力を加えることができるため、混練対象物を送りながら、且つ十分な混練を行うことができ、スクリューセット全長を有効的に使用できる。そして、チャンバ内での混練対象物の偏在が生じにくいため、スクリューセットに加わる機械的負荷を低減できる。また、狭いチップクリアランス部分ではチャンバ内壁との間に存在する混練対象物を掻き取り、混練部での混練対象物の剥離性が良好になり、かかる混練対象物が混練部内に残留してしまうことを防止できる。
【００７２】
第５の発明によると、混練用押出機で連続的にゴム系組成物の混練を行うとともに、所望の混練状態に応じて、チャンバの長手方向の所定位置で、混練した混練対象物の排出を行うため、バレル内を通過させる長さを所望の粘度レベルおよび配合剤分散度レベルに応じて選択することができる。したがって、ゴム系組成物の混練物製造に関して、広範囲に亘る粘度および配合剤分散度の調整・制御を可能にするとともに、連続混練処理を可能にし、混練物製造プロセスの大幅な合理化、即ち生産性の向上、製造工程の簡略化、省力化、低コスト化を可能にすることができる。
【００７３】
第６の発明によると、選択された排出口の下流側の混練部、すなわち混練を行っていない部分の混練部に対しては、少量の潤滑剤を供給することで、チャンバ内壁と混練翼部、または混練翼部同士が、直接金属接触することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態例にかかるゴム系組成物の混練装置の側面からみた断面模式図を示している。
【図２】図１のＡ−Ａ'線矢視断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ'線矢視断面図である。
【図４】図１のＣ−Ｃ'線矢視断面図である。
【図５】本実施形態例に係るゴム系組成物の混練装置において、排出口に閉塞部材が嵌挿されている状態を示す断面図である。
【図６】本実施形態例に係るゴム系組成物の混練装置における１つのロータセグメントを示す概略図である。
【符号の説明】
１混練装置
２２軸混練押出機
３ゴム供給装置
５スクリューセット
６チャンバ
７バレル
８供給口
９排出口
９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ排出口
１０閉塞部材
１２混練部
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ混練部
１４、１５、１６、１７、１８混練翼部
２０ａ、２０ｂチップクリアランス

Claims

ゴムあるいは各種配合剤などを添加したゴムからなる混練対象物を流動させるとともに剪断力を与えて、ゴムを素練りしあるいは配合剤の分散混合および分配混合を促進し、所望の混練状態の混練物とするゴムあるいはゴム系組成物の混練装置であって、（１）筒状の空洞部であるチャンバを有したバレルと、（２）前記チャンバ内で回転することで、混練対象物を下流側に押出す２軸のスクリューセットと、（３）前記スクリューセットに組み込まれ、前記チャンバ内壁との間に形成される楔状空間およびチップクリアランスで剪断を加え混練対象物の混練を行う複数の混練翼部と、（４）前記バレルの一端側に設けられ、前記チャンバ内にゴム等を受け入れる供給口と、（５）前記バレルの複数箇所に設けられ、混練された混練物を排出する排出口と、（６）前記複数の排出口のうち選択された１の排出口のみから混練物を排出するように切り換える排出位置切換手段と、（７）前記チャンバと前記各混練翼部とで形成される各混練部に対して少量の潤滑剤を供給する潤滑剤供給手段と、を備えることを特徴とするゴムあるいはゴム系組成物の混練装置。
前記複数の混練部のうち、混練物を排出するように切り換えられた前記排出口に対して混練物の押出し方向下流側に位置している各混練部にのみ、前記少量の潤滑剤を供給するように切り換える潤滑剤供給切換手段と、を備えることを特徴とする請求項１に記載のゴムあるいはゴム系組成物の混練装置。
前記混練翼部として、２翼または３翼の螺旋翼を備えるロータセグメントが用いられていることを特徴とする請求項１または２に記載のゴムあるいはゴム系組成物の混練装置。
前記チップクリアランスの大きさが、前記スクリューセット軸方向または周方向に変化していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のゴムあるいはゴム系組成物の混練装置。
ゴムあるいは各種配合剤などを添加したゴムからなる混練対象物を流動させるとともに剪断力を与えて、ゴムを素練りしあるいは配合剤の分散混合および分配混合を促進し、所望の混練状態の混練物とするゴムあるいはゴム系組成物の混練装置であって、（１）筒状の空洞部であるチャンバを有したバレルと、（２）前記チャンバ内で回転することで、混練対象物を下流側に押出す２軸のスクリューセットと、（３）前記スクリューセットに組み込まれ、前記チャンバ内壁との間に形成される楔状空間およびチップクリアランスで剪断を加え混練対象物の混練を行う複数の混練翼部と、（４）前記バレルの一端側に設けられ、前記チャンバ内にゴム等を受け入れる供給口と、（５）前記バレルの複数箇所に設けられ、混練された混練物を排出する排出口と、（６）前記複数の排出口のうち選択された１の排出口のみから混練物を排出するように切り換える排出位置切換手段と、（７）前記選択された１の排出口の混練物押出し方向下流側に位置して前記チャンバと前記各混練翼部とで形成される各混練部に対して、少量の潤滑剤を供給する潤滑剤供給手段と、を備えることを特徴とするゴムあるいはゴム系組成物の混練装置。
筒状の空洞部であるチャンバを有し、該チャンバに連通し、かつチャンバの長手方向に離間する複数の排出口が設けられたバレルと、混練翼部が組み込まれて前記チャンバ内で回転するスクリューセットと、を備える混練用押出機を用いて行われ、（１）ゴムからなる混練対象物を前記チャンバ内に供給するゴム供給工程と、（２）前記混練用押出機の前記混練翼部と前記チャンバ内壁との間に形成される楔状空間およびチップクリアランスで、前記混練対象物の混練を行う混練工程と、（３）所望の混練状態に応じ、前記複数の排出口のうち１の排出口を選択し、混練された混練対象物を排出させるゴム排出工程と、を有し、前記選択された１の排出口の混練物押出し方向下流側に位置して前記チャンバと前記混練翼部とで形成される混練部に対して、少量の潤滑剤を供給することを特徴とするゴムあるいはゴム系組成物の混練方法。