JP4367841B2 - ゴム混練機の制御方法及びその装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えばタイヤの製造において、タイヤ構成部材の原料となるゴム材料を混練するゴム混練機の制御方法及びその装置に関するものである。

従来、タイヤの製造においてタイヤ構成部材の原料となるゴム材料を混練する場合は、天然ゴムや合成ゴム等のゴム材料を他の配合剤と共に混練機内に投入し、混練機本体内に配置された一対のロータを回転させることにより、混練機本体内のゴム材料を各ロータによって所定の終了条件に達するまで混練している。

ところで、前記ゴム材料の混練においては、混練開始からの経過時間、混練機の積算電力量またはゴム材料の温度が所定の規定値に達すると混練を終了するようにしているが、混練開始時のゴム材料の粘度にはバラツキがあり、常に一定の条件で混練を終了すると、混練終了時の粘度がゴム材料ごとに不均一になり、後工程であるタイヤ構成部材の加工において加工性や寸法精度の低下を来すという問題点がある。

そこで、混練機本体に取付けた温度センサによって混練開始時のゴム材料の温度を検出するとともに、検出温度を所定の基準温度と比較し、その比較結果に基づいて混練時間や積算電力量を増加または減少させるようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平１０−２４４１２号公報

しかしながら、混練開始時のゴム材料の温度を混練機本体に取付けた温度センサによって検出するようにしたものでは、ゴム材料の表面側の温度と内部側の温度とが異なる場合など、ゴム材料全体の温度を正確に把握することができず、混練時間や積算電力量を適正に増加または減少させることが困難である。また、ゴム材料の粘度は混練開始時の温度のみに起因するとは限らず、例えば天然ゴムのように天然素材自体の粘度のバラツキなど、他の要因が混練終了時のゴム材料の粘度に影響を与える場合もあり、何れにしてもゴム材料の温度に基づいて混練時間や積算電力量を制御する場合は、混練終了時のゴム材料の粘度を常に均一にすることができないという問題点があった。

本発明は前記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、混練開始時のゴム材料の粘度にバラツキがある場合でも、混練終了時のゴム材料の粘度を常に均一にすることのできるゴム混練機の制御方法及びその装置を提供することにある。

本発明は前記目的を達成するために、請求項１では、混練機本体内に配置された一対のロータを回転させることにより、混練機本体内に投入されたゴム材料を各ロータによって混練するゴム混練機の制御方法において、前記混練機本体内のゴム材料を上方から加圧する加圧部材を上下動させた後にゴム混練機の混練中の電力値を検出するとともに、混練中の所定時間当たりの合計電力値が所定の基準値よりも大きい場合は混練開始から終了までに要するロータ駆動量を増加させ、合計電力値が基準値よりも小さい場合は前記ロータ駆動量を減少させ、前記合計電力値を検出した際の電力値が加圧部材を上下動させる前の電力値よりも大きい場合は、合計電力値に基づくロータ駆動量の増加または減少を行わずにゴム材料を混練するようにしている。

また、請求項９では、混練機本体内に配置された一対のロータを回転させることにより、混練機本体内に投入されたゴム材料を各ロータによって混練するゴム混練機の制御装置において、前記混練機本体内のゴム材料を上方から加圧する加圧部材を上下動させた後にゴム混練機の混練中の電力値を検出する電力値検出手段と、混練中の所定時間当たりの合計電力値が所定の基準値よりも大きい場合は混練開始から終了までに要するロータ駆動量を増加させ、合計電力値が基準値よりも小さい場合は前記ロータ駆動量を減少させ、前記合計電力値を検出した際の電力値が加圧部材を上下動させる前の電力値よりも大きい場合は、合計電力値に基づくロータ駆動量の増加または減少を行わずにゴム材料を混練する制御手段とを備えている。

これにより、混練中の所定時間当たりの合計電力値が所定の基準値よりも大きい場合はゴム材料の混練時間が増加され、合計電力値が所定の基準値よりも小さい場合はゴム材料の混練時間が減少されることから、混練開始時のゴム材料の粘度にバラツキがある場合でも、混練終了時のゴム材料の粘度を常に均一にすることが可能となる。この場合、所定時間当たりの合計電力値が基準値と比較されることから、瞬間的な電力値の変動による影響が少なくなる。また、加圧部材を上下動させた後に検出した合計電力値に基づいてゴム材料の混練量が増加または減少されることから、加圧部材の上下動によって粘度が安定した際の電力値を検出することができる。この場合、所定時間当たりの合計電力値を検出した際の電力値が加圧部材を上下動させる前の電力値よりも大きい場合は、合計電力値に基づく混練量の増加または減少が行われずにゴム材料が混練されることから、加圧部材の上下動を行った後、ゴム材料の粘度の安定により各ロータの負荷が減少して電力値が低下したときのみ合計電力値に基づくロータ駆動量の制御が行われる。

本発明によれば、混練開始時のゴム材料の粘度にバラツキがある場合でも、混練終了時のゴム材料の粘度を常に均一にすることができるので、後工程であるタイヤ構成部材の加工における加工性及び寸法精度の安定化を図ることができる。この場合、瞬間的な電力値の変動による影響を少なくすることができるので、常に正確なデータを用いることができる。また、加圧部材の上下動によって粘度が安定した際の電力値を検出することができるので、混練量の制御の基準となる合計電力値を常に正確に検出することができる。この場合、加圧部材の上下動を行った後、ゴム材料の粘度の安定により各ロータの負荷が減少して電力値が低下したときのみ合計電力値に基づくロータ駆動量の制御が行われるので、不適正な合計電力値に基づく制御を確実に防止することができる。

図１乃至図７は本発明の一実施形態を示すもので、図１及び図２はゴム混練機の概略正面断面図、図３は制御装置の構成を示すブロック図、図４は制御部の動作を示すフローチャート、図５は電力値の変化を示す図、図６はゴム材料の温度変化を示す図、図７は混練開始時と終了時のゴム材料の粘度を示す図である。

同図に示す混練機１は、ゴム材料Ａ及び配合剤Ｂが投入される混練機本体２と、混練機本体２内に回動自在に設けられた一対のローラ３と、混練機本体２内のゴム材料Ａを上方から加圧する加圧部材としてのラム４とからなる。

混練機本体２は各ローラ３を収容する混練部２ａを有し、混練部２ａの上面中央部には開口部２ｂが設けられている。混練機本体２の一側面には第１の投入口２ｃが設けられ、第１の投入口２ｃには第１のコンベア５によって搬送されるゴム材料Ａが投入されるようになっている。混練機本体２の他側面には第２の投入口２ｄが設けられ、第２の投入口２ｄには第２のコンベア６によって搬送される配合剤Ｂが投入されるようになっている。また、混練機本体２の下面には、混練部２ａ内のゴム材料Ａを下方に排出するドロップドア２ｅが設けられている。

各ローラ３は互いに混練機本体２の幅方向に配置され、図示しないモータによってそれぞれ所定方向に回転することにより、混練部２ａ内のゴム材料Ａを混練するようになっている。

ラム４は混練部２ａの開口部２ｂを閉塞可能な形状に形成され、その上端に連結されたシャフト４ａにより、混練機本体２内を上下方向に移動可能に設けられている。また、ラム４は、混練部２ａに下降することにより、その自重またはスプリングによって混練部２ａ内のゴム材料Ａを加圧するようになっている。

本実施形態の制御装置１０は、混練機１の電力値を検出する電力値検出器１１と、混練機１内のゴム材料Ａの温度を検出する温度センサ１２と、混練機１に投入されるゴム材料Ａの重量を測定する第１の重量測定器１３と、混練機１に投入される配合剤Ｂの重量を測定する第２の重量測定器１４と、ラム４の上下方向の位置を検知するラムセンサ１５と、混練機１の動作を制御する制御部１６とから構成されている。

電力値検出器１１は、混練機１の電力供給回路の電圧及び電流に基づいて電力値を検出する周知の構成からなり、混練中の電力値を連続的に検出するようになっている。

温度センサ１２はサーミスタ等の周知の機器からなり、混練部２ａの壁面に取付けられている。

第１の重量測定器１３はロードセル等の周知の機器からなり、第１のコンベア５に設けられている。

第２の重量測定器１４はロードセル等の周知の機器からなり、第２のコンベア６に設けられている。

ラムセンサ１５は光センサ等の周知の機器からなり、混練機本体２の上下方向所定位置に取付けられている。この場合、ラムセンサ１５は所定の下限位置まで下降したラム４を検知するようになっている。

制御部１６はマイクロコンピュータからなり、混練機１、電力値検出器１１、温度センサ１２、第１の重量測定器１３、第２の重量測定器１４及びラムセンサ１５に接続されている。この制御部１６は、電力値検出器１１によって検出した所定時間当たりの合計電力値に基づいて、混練開始から終了までに要するロータ駆動量を増加させ、合計電力値が基準値よりも小さい場合はロータ駆動量を減少させるプログラムを備え、具体的には混練開始から終了までの混練時間を長くすることによりロータ駆動量を増加させ、混練開始から終了までの混練時間を短くすることによりロータ駆動量を減少させるようになっている。また、制御部１６には、混練開始からの時間として、第１乃至第３の混練時間Ｔ1 〜Ｔ3 （Ｔ1 ＜Ｔ2 ＜Ｔ3 ）が設定されており、第３の混練時間Ｔ3 は混練開始から終了までの通常の混練時間に設定されている。

ここで、制御装置１０における制御部１６の動作について、図４のフローチャートにしたがって説明する。

まず、混練機１に投入されるゴム材料Ａの重量を第１の重量測定器１３によって測定するとともに（Ｓ１）、混練機１に投入される配合剤Ｂの重量を第２の重量測定器１４によって測定する（Ｓ２）。尚、混練機１には、ゴム材料Ａとして天然ゴムまたは合成ゴムが投入されるとともに、配合剤Ｂとしてカーボン、酸化亜鉛、老化防止剤等が投入される。

次に、ゴム材料Ａ及び配合剤Ｂの投入が完了したならば（Ｓ３）、図２に示すようにラム４を下降してゴム材料Ａを加圧し（Ｓ４）、各ロータ３を回転させて混練を開始するとともに（Ｓ５）、タイマによる計時を開始する（Ｓ６）。尚、この時点ではゴム材料Ａ内に存在する空間によってゴム材料Ａの見かけ上の体積が大きくなっているため、ラム４は所定の下限位置まで達していないが、混練が進行するにしたがってゴム材料Ａ内の空間が解消されるため、ラム４は徐々に下降する。

この後、ラム４を上下動させ（Ｓ７）、第１の混練時間Ｔ1 に達したならば（Ｓ８）、その時点の電力値を第１の電力値Ｐ1 として検出し（Ｓ９）、その時点のゴム材料Ａの温度を第１の温度ｔ1 として検出する（Ｓ１０）。次に、ラム４を再び上下動させた後（Ｓ１１）、第２の混練時間Ｔ2 に達したならば（Ｓ１２）、その時点の電力値を第２の電力値Ｐ2 として検出し（Ｓ１３）、その時点のゴム材料Ａの温度を第２の温度ｔ2 として検出する（Ｓ１４）。

ここで、以下のステップＳ１５〜Ｓ１７の各条件を全て満たす場合は、所定時間Δｔあたりの合計電力値ΔＰを検出し（Ｓ１８）、ステップＳ１５〜Ｓ１７の何れかの条件を満たさない場合は、ステップＳ１８には移行せず、第３の混練時間Ｔ3 に達したならば（Ｓ１９）、混練を終了する（Ｓ２０）。

即ち、ステップＳ１５において第２の電力値Ｐ2 が第１の電力値Ｐ1 よりも小さく、ステップＳ１６において第２の温度ｔ2 が第１の温度ｔ1 よりも高く（Ｓ１６）、ステップＳ１７においてラム４が前記下限位置に達している場合は（Ｓ１７）、ステップＳ１８において所定時間Δｔ（例えば３秒）あたりの合計電力値ΔＰを検出し、混練を終了する第４の混練時間Ｔ4 を設定する（Ｓ２１）。

この場合、前記合計電力値ΔＰを予め記憶されている所定の基準電力値と比較し、合計電力値ΔＰが基準電力値の所定の許容範囲よりも大きい場合には、第４の混練時間Ｔ4 を第３の混練時間Ｔ3 よりも長い時間に設定し、合計電力値ΔＰが基準電力値の許容範囲よりも小さい場合には、第４の混練時間Ｔ4 を第３の混練時間Ｔ3 よりも短い時間に設定する。また、合計電力値ΔＰが基準電力値の許容範囲内の場合は、第４の混練時間Ｔ4 を第３の混練時間Ｔ3 と等しい時間とする。尚、図５では第４の混練時間Ｔ4 を第３の混練時間Ｔ3 よりも長い時間に設定した場合を示す。また、第４の混練時間Ｔ4 の設定は、例えば予め記憶しておいたデータテーブルの複数のデータの中から対応する値を選択するようにしたり、或いは第３の混練時間Ｔ3 に合計電力値ΔＰに応じた所定の増加率または減少率を乗じて算出するようにしてもよい。

次に、前述のようにして設定した第４の混練時間Ｔ4 をゴム材料Ａと配合剤Ｂの合計重量に基づいて補正する（Ｓ２２）。即ち、ゴム材料Ａと配合剤Ｂの合計重量を所定の基準重量と比較し、合計重量が基準重量の所定の許容範囲よりも大きい場合には、第４の混練時間Ｔ4 を前記設定値よりも長くなるように補正し、合計重量が基準重量の許容範囲よりも小さい場合には、第４の混練時間Ｔ4 を前記設定値よりも短くなるように補正する。また、合計重量が基準重量の許容範囲内の場合は、第４の混練時間Ｔ4 の補正は行わない。尚、この補正値は、例えば予め記憶しておいたデータテーブルの複数のデータの中から対応する値を選択するようにしたり、或いは第４の混練時間Ｔ4 に合計重量に応じた所定の補正率を乗じて算出するようにしてもよい。

更に、前述のようにして設定（必要に応じて補正）した第４の混練時間Ｔ4 を第２の電力値Ｐ2 の検出時の温度（第２の温度ｔ2 ）に基づいて補正する（Ｓ２２）。即ち、第２の温度ｔ2 を所定の基準温度と比較し、第２の温度ｔ2 が基準温度の所定の許容範囲よりも高い場合には、第４の混練時間Ｔ4 を前記設定値よりも短くなるように補正し、第２の温度ｔ2 が基準温度の許容範囲よりも低い場合には、第４の混練時間Ｔ4 を前記設定値よりも長くなるように補正する。また、第２の温度ｔ2 が基準温度の許容範囲内の場合は、第４の混練時間Ｔ4 の補正は行わない。尚、この補正値は、例えば予め記憶しておいたデータテーブルの複数のデータの中から対応する値を選択するようにしたり、或いは第４の混練時間Ｔ4 に第２の温度ｔ2 に応じた所定の補正率を乗じて算出するようにしてもよい。

この後、第４の混練時間Ｔ4 に達したならば（Ｓ２３）、混練を終了する（Ｓ２０）。

このように、本実施形態によれば、混練中の混練機１の電力値を検出するとともに、混練中の所定時間当たりの合計電力値が所定の基準値よりも大きい場合はゴム材料Ａの混練時間を長くすることによってロータ駆動量を増加させ、合計電力値が所定の基準値よりも小さい場合はゴム材料Ａの混練時間を短くすることによってロータ駆動量を減少させるようにしたので、図７に示すように混練開始時のゴム材料Ａの粘度にバラツキがある場合でも、混練終了時のゴム材料Ａの粘度を常に均一にすることができ、後工程であるタイヤ構成部材の加工における加工性及び寸法精度の安定化を図ることができる。この場合、所定時間当たりの合計電力値を基準値と比較するようにしているので、瞬間的な電力値の変動による影響を少なくすることができ、常に正確なデータを用いることができる。

また、ラム４を上下動させた後に検出した合計電力値に基づいてゴム材料Ａの混練量を増加または減少させるようにしたので、ラム４の上下動によって粘度が安定した際の電力値を検出することができ、混練量の制御の基準となる合計電力値を常に正確に検出することができる。

この場合、所定時間当たりの合計電力値を検出した際の電力値がラム４を上下動させる前の電力値よりも大きい場合は、合計電力値に基づく混練量の増加または減少を行わずにゴム材料Ａを混練するようにしたので、ラム４の上下動を行った後、ゴム材料Ａの粘度の安定により各ロータ３の負荷が減少して電力値が低下したときのみ合計電力値を検出することができ、不適正な合計電力値に基づく制御を確実に防止することができる。

また、所定時間当たりの合計電力値を検出した際のゴム材料Ａの温度がラム４を上下動させる前の温度よりも小さい場合は、合計電力値に基づく混練量の増加または減少を行わずにゴム材料Ａを混練するようにしたので、ラム４の上下動を行った後、粘度の安定によりゴム材料Ａの温度が上昇したときのみ合計電力値を検出することができ、不適正な合計電力値に基づく制御を確実に防止することができる。

更に、所定時間当たりの合計電力値を検出した際のラム４の位置が所定の下限位置まで下降していない場合は、合計電力値に基づく混練量の増加または減少を行わずにゴム材料Ａを混練するようにしたので、ラム４の上下動を行った後、ゴム材料Ａの粘度の安定によりラム４が十分下降したときのみ合計電力値を検出することができ、不適正な合計電力値に基づく制御を確実に防止することができる。

また、ゴム材料Ａの混練量を混練機本体１０内に投入されるゴム材料Ａ及び配合剤Ｂの合計重量に応じて補正するようにしたので、ゴム材料Ａ及び配合剤Ｂの合計重量にバラツキがある場合でもゴム材料Ａの混練時間を常に適正にすることができる。この場合、ゴム材料Ａのみの合計重量に応じて混練量を補正するようにしてもよい。

更に、ゴム材料Ａの混練量を前記合計電力値を検出した際のゴム材料Ａの温度に応じて補正するようにしたので、ゴム材料Ａの温度にバラツキがある場合でもゴム材料Ａの混練時間を常に適正にすることができる。

尚、前記実施形態では、ゴム材料Ａの混練量を、ゴム材料Ａの混練を開始してから終了するまでの混練時間を長くすることにより増加させ、混練時間を短くすることにより減少させるようにしたものを示したが、例えばゴム材料Ａの混練を開始してから終了するまでの合計電力値を多くすることにより混練量を増加させ、合計電力値を少なくすることにより混練量を減少させるようにしたり、或いはゴム材料Ａの混練を終了する温度を高くすることにより混練量を増加させ、混練を終了する温度を低くすることにより混練量を減少させるようにしてもよい。

本発明の一実施形態を示すゴム混練機の概略正面断面図 ラムを下降させた状態を示すゴム混練機の概略正面断面図 制御装置の構成を示すブロック図 制御部の動作を示すフローチャート 電力値の変化を示す図 ゴム材料の温度変化を示す図 混練開始時と終了時のゴム材料の粘度を示す図

符号の説明

１…混練機、２…混練機本体、３…ロータ、４…ラム、１０…制御装置、１１…電力値検出器、１２…温度センサ、１３…第１の重量測定器、１４…第２の重量測定器、１５…ラムセンサ、１６…制御部、Ａ…ゴム材料、Ｂ…配合剤。

Claims (11)

1. 混練機本体内に配置された一対のロータを回転させることにより、混練機本体内に投入されたゴム材料を各ロータによって混練するゴム混練機の制御方法において、
   前記混練機本体内のゴム材料を上方から加圧する加圧部材を上下動させた後にゴム混練機の混練中の電力値を検出するとともに、
   混練中の所定時間当たりの合計電力値が所定の基準値よりも大きい場合は混練開始から終了までに要するロータ駆動量を増加させ、合計電力値が基準値よりも小さい場合は前記ロータ駆動量を減少させ、
   前記合計電力値を検出した際の電力値が加圧部材を上下動させる前の電力値よりも大きい場合は、合計電力値に基づくロータ駆動量の増加または減少を行わずにゴム材料を混練する
   ことを特徴とするゴム混練機の制御方法。
2. 前記ロータ駆動量を、混練開始から終了までの混練時間を長くすることにより増加させ、混練開始から終了までの混練時間を短くすることにより減少させる
   ことを特徴とする請求項１記載のゴム混練機の制御方法。
3. 前記ロータ駆動量を、混練開始から終了までの合計電力値を多くすることにより増加させ、混練開始から終了までの合計電力値を少なくすることにより減少させる
   ことを特徴とする請求項１記載のゴム混練機の制御方法。
4. 前記ロータ駆動量を、ゴム材料の混練を終了する温度を高くすることにより増加させ、混練を終了する温度を低くすることにより減少させる
   ことを特徴とする請求項１記載のゴム混練機の制御方法。
5. 前記合計電力値を検出した際のゴム材料の温度が加圧部材を上下動させる前の温度よりも低い場合は、合計電力値に基づくロータ駆動量の増加または減少を行わずにゴム材料を混練する
   ことを特徴とする請求項１、２、３または４記載のゴム混練機の制御方法。
6. 前記合計電力値を検出した際の加圧部材の位置が所定位置まで下降していない場合は、合計電力値に基づくロータ駆動量の増加または減少を行わずにゴム材料を混練する
   ことを特徴とする請求項１、２、３、４または５記載のゴム混練機の制御方法。
7. 前記ロータ駆動量を混練機本体内に投入されるゴム材料の合計重量またはゴム材料及び他の配合物の合計重量に応じて補正する
   ことを特徴とする請求項１、２、３、４、５または６記載のゴム混練機の制御方法。
8. 前記ロータ駆動量を前記合計電力値を検出した際のゴム材料の温度に応じて補正する
   ことを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６または７記載のゴム混練機の制御方法。
9. 混練機本体内に配置された一対のロータを回転させることにより、混練機本体内に投入されたゴム材料を各ロータによって混練するゴム混練機の制御装置において、
   前記混練機本体内のゴム材料を上方から加圧する加圧部材を上下動させた後にゴム混練機の混練中の電力値を検出する電力値検出手段と、
   混練中の所定時間当たりの合計電力値が所定の基準値よりも大きい場合は混練開始から終了までに要するロータ駆動量を増加させ、合計電力値が基準値よりも小さい場合は前記ロータ駆動量を減少させ、前記合計電力値を検出した際の電力値が加圧部材を上下動させる前の電力値よりも大きい場合は、合計電力値に基づくロータ駆動量の増加または減少を行わずにゴム材料を混練する制御手段とを備えた
   ことを特徴とするゴム混練機の制御装置。
10. 前記制御手段を、合計電力値を検出した際のゴム材料の温度が加圧部材を上下動させる前の温度よりも小さい場合は、合計電力値に基づくロータ駆動量の増加または減少を行わずにゴム材料を混練するように構成した
    ことを特徴とする請求項９記載のゴム混練機の制御装置。
11. 前記制御手段を、合計電力値を検出した際の加圧部材の位置が所定位置まで下降していない場合は、合計電力値に基づくロータ駆動量の増加または減少を行わずにゴム材料を混練するように構成した
    ことを特徴とする請求項９または１０記載のゴム混練機の制御装置。

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