JP4688635B2

JP4688635B2 - ゴム混練機

Info

Publication number: JP4688635B2
Application number: JP2005313382A
Authority: JP
Inventors: 直春小渕
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2005-10-27
Filing date: 2005-10-27
Publication date: 2011-05-25
Anticipated expiration: 2025-10-27
Also published as: JP2007118387A

Description

本発明は、タイヤ等の素材となるゴム及びその添加剤である硫黄等を混練して配合ゴム等を製造するゴム混練機に関し、詳細には、ゴムに添加される粉末硫黄等の粉塵の発火を防止して、安全性を向上させたゴム混練機に関する。

タイヤ等を構成する加硫後のゴム材に所望の物性を付与するためには、ゴム等の原材料の混練時に、ゴム分子を切断して原材料ゴムを可塑化して微細化し、その中にカーボンブラックや硫黄等の添加剤や配合薬品を均一に分散させる必要がある。従来、この混練には、被混練物の混練特性に優れ、分散性の良好な混練物が得られる密閉式混練機が使用されている（特許文献１参照）。

図６は、この従来の密閉式混練機の概略断面図である。この密閉式混練機８０は、図示のように、チャンバー８１と、その内部に形成された混練室８２と、混練室８２内に配設され、モータ（図示せず）により互いに逆方向に回転する２本の平行なロータ８３と、チャンバー８１の上部に設けられ内周が混練室８２に連通する円筒体８４と、その内周を上下動するフローティングウェイト（ラムとも言う）８５と、円筒体８４上部に取り付けられフローティングウェイト８５を駆動するピストン・シリンダ機構８６とを有している。また、チャンバー８１の下面には混練室８２の下側開口部を塞ぐドロップドア８７が取り付けられており、円筒体８４の側面には、被混練物を投入する投入口８８と、それを塞ぐホッパドア８９とが設けられている。

ゴムや硫黄等の被混練物は、フローティングウェイト８５を上昇させた状態でホッパドア８９を開いて投入口８８から混練室８２に投入され、フローティングウェイト８５が下降して混練室８２を密閉し、その中で回転するロータ８３により混練され、混練終了後、ドロップドア８７を開いてチャンバー８１の下端から取り出される。

ところで、一般に、被混練物には粉末状の添加剤等が加えられることが多く、この従来の密閉式混練機８０でそれらを混練する場合には、投入時の投入口８８から混練室８２までの落下中や、混練室８２への落下の衝撃で粉末が飛散して円筒体８４内等の粉塵濃度が高くなり、静電気の放電等の着火エネルギーにより粉塵が円筒体８４内の雰囲気中の酸素と反応して発火し、粉塵爆発を起こす恐れがある。特に、タイヤ等のゴム製品では、目的とする性能を得るために被混練物としてカーボンブラックや硫黄等の粉末状添加剤を加える必要があるが、この粉末状添加剤は、製品中に均一に分散させる等のために微細化されていて空気中に飛散しやすくなっており、更に粉末状添加剤が硫黄の場合には極めて発火しやすい物質であるため、その危険性は更に高くなる。

図７は、このような密閉式ゴム混練機を用いてタイヤ等のゴム製品の原材料（原材料ゴムの他にカーボンブラックや硫黄等の粉末状添加剤を含む）を混練したときの、被混練物投入直後からの機体（円筒体）内部の粉塵濃度の変化を模式的に示したグラフであり、図の縦軸は粉塵濃度（単位：ｇ／ｍ³）、横軸は被混練物投入直後からの時間（単位：秒）を示す。粉塵濃度は、被混練物の投入直後が最高であり、ラムの降下と共に発火下限濃度（約６０ｇ／ｍ³）を下回るものの、ラムの中上げにより急増し、その後、急減して略一定値となり安定化する。つまり、粉塵濃度は、被混練物の投入開始直後及びラム中上げ直後に発火下限濃度よりも高くなり、このときに発火の危険性が特に増加することが分かる。

従来、このような粉塵濃度の増大に起因する発火の防止を図るものとして、図８に示す密閉式ゴム混練機がある。この密閉式ゴム混練機９０は、図７に示す密閉式混練機８０とほぼ同様の構成を有しており、投入口９１から投入されたゴムや硫黄等の被混練物Ｇは、ホッパ９２を落下して混練室９３に投入され、その中で回転するロータ（図示せず）により混練される。更にこの密閉式ゴム混練機９０は、投入口９１の上部に集塵ダクト９４を有しており、被混練物Ｇ投入時には、これにより飛散した粉塵Ｆを集塵するとともに、ホッパ９２上部に設けられたノズル９５からホッパ９２内に水等のミストＭを噴霧して粉末の飛散を防止することにより粉塵濃度を低下させ、硫黄等による粉塵爆発の予防を図っている（特許文献２参照）。

しかしながら、この従来の密閉式ゴム混練機９０では、ゴム等の被混練物に水等の液体が混入してしまうため、混練作業や添加物の分散性及びゴムの性能に影響を与える恐れがあり、また、水等により機体の金属に錆等の腐食が生じる恐れもある。

特開２００５−１０３８９７号公報特開２００３−１７０４２１号公報

本発明は、前記従来の問題に鑑みてなされたもので、その目的は、ゴムの性能を悪化させることなく、ゴム混練機の機体内部の粉塵濃度を低下させて硫黄等の飛散粉末の発火を防止することである。

請求項１の発明は、機体内に投入されるゴム及び粉末添加剤を混練するゴム混練機であって、前記機体内の粉塵を集塵する集塵手段と、前記機体内に気体を噴出させる気体噴出手段とを備え、前記集塵手段のフードの配設位置は前記粉末添加剤の投入口よりも上方であり、かつ前記気体噴出手段の噴出口の配設位置は前記投入口よりも下方であることを特徴とするゴム混練機である。
請求項２の発明は、請求項１記載のゴム混練機において、前記噴出口は前記フードの方向を向いていることを特徴とするゴム混練機である。
請求項３の発明は、請求項１又は２に記載のゴム混練機において、前記機体内を上下動可能なフローティングウェイトと、該フローティングウェイトが上下動する前に前記気体噴出手段に気体を噴出させる制御手段とを備えたことを特徴とするゴム混練機である。
請求項４の発明は、請求項１乃至３の何れかに記載のゴム混練機において、前記気体は不活性ガスであることを特徴とするゴム混練機である。

（作用）
本発明によれば、機体内に投入されるゴム及び粉末添加剤を混練するゴム混練機において、粉末添加剤の投入口よりも上方に配設されたフードを有する集塵手段を動作させることにより機体内の粉塵を集めると共に、粉末添加剤の投入口よりも下方に配設された噴出口を有する気体噴出手段により機体内に気体を噴出させることにより、気体噴出手段から集塵手段への気流を生成して、機体内に浮遊している粉末添加剤を除去する。これにより、粉塵濃度を低下させることができる。

本発明によれば、機体内に投入されるゴム及び粉末添加剤を混練するゴム混練機において、粉末添加剤の投入口よりも上方に配設されたフードを有する集塵手段により機体内の集塵を行うと共に粉末添加剤の投入口よりも下方に配設された噴出口を有する気体噴出手段により機体内に気体を噴出させることで、機体内の粉塵濃度を低下させることができる。従って、ゴムの性能を悪化させることなく、ゴム混練機の機体内部の粉塵濃度を発火下限値未満に低下させて硫黄等の飛散粉末の発火を防止することができる。

以下、本発明の一実施形態を図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態におけるゴム混練機の要部概略断面図を示す。なお、本実施形態では、上記した従来の密閉式混練機と同様に、密閉された混練室で混練を行う密閉式ゴム混練機を例に挙げて説明するが、本発明は粉末状の被混練物を混練するニーダーミキサー等のその他のゴム混練機にも適用できる。

この密閉式ゴム混練機１０は、図７に示す従来の密閉式混練機８０と同様に、その内部に混練室１２を有するチャンバー１１と、チャンバー１１の上側に設けられ、その内部に上下動可能なフローティングウェイト１７が設けられた円筒体１６と、円筒体１６の上端に取り付けられ、フローティングウェイト１７を駆動するピストン・シリンダ機構１８とを具備しており、円筒体１６を通って混練室１２内に投入されたゴムＧ及び添加剤Ｈからなる被混練物は、円筒体１６の下端まで下降したフローティングウェイト１７で密閉された混練室１２内で、回転するロータ１４，１５により混練されるようになっている。

チャンバー１１は、全体が箱状をなし、その上下面には、混練室１２に連通する被混練物投入用及び排出用の開口部が形成されている。この上面の開口部は円筒体１６の内部と連通し、下面の開口部にはドロップドア１３が開閉可能に設けられている。ドロップドア１３は、図示されていないピストン・シリンダ機構により駆動される。

混練室１２は、図１の紙面に垂直な方向に延びる２つの同径かつ平行な円柱状の空間の一部を交わらせた構造に形成されており、その内部には、図示しないモータ等の駆動源により互いに逆方向に回転駆動される２本の平行なロータ１４，１５が配設されている。

円筒体１６の外周面には、被混練物であるゴムＧ及び粉末添加剤Ｈを機体内に投入するため、被混練物を受けるホッパ２０と、ホッパ２０と円筒体１６内部を連通する投入口２１と、投入口２１を開閉するホッパドア２２とが設けられている。ホッパドア２２は、図示されていないピストン・シリンダ機構により駆動される。

フローティングウェイト１７は、略円柱状をなし、その下端面は、円筒体１６の下端まで下降して混練室１２の上部を密閉したときに、混練室１２の上部内壁面を形成するように、下方に向かって突出する断面略山形に形成されている。また、その上端は、ピストン・シリンダ機構１８のピストンロッド１９の下端に固定されており、油圧や空気圧等で駆動されるピストンロッド１９により、図示の実線のように円筒体１６の上端部から、図示の一点鎖線のように円筒体１６の下端部、即ちフローティングウェイト１７下端面で混練室１２の上面開口部を塞ぐ位置まで上下動される。

また、この密閉式ゴム混練機１０は、図９に示す従来の密閉式混練機９０と同様に、円筒体１６の上端部に集塵フード２３が設けられており、集塵フード２３は集塵ダクト（配管）２４により集塵機２５に接続されている。さらに、この密閉式ゴム混練機１０は、図４及び６に示す従来の密閉式混練機８０及び９０と相違して、円筒体１６内に窒素や二酸化炭素等の不活性ガスを供給するガス供給装置を備えている。このガス供給装置は、ガスボンベ２６と、円筒体１６の側壁面に設けられた噴出口２７と、ガスボンベ２６と噴出口２７とを結ぶ配管２８と、配管２８に挿入されたバルブ２９とからなり、コンピュータ等の制御装置３０の制御に従ってバルブ２９を開くことにより、円筒体１６内に不活性ガスを噴出させることができる。

噴出口２７は円筒体１６の下部の側壁内に配置されており、その先端は集塵フード２３の方向を向いている。なお、噴出口２７にノズルを設け、その先端を円筒体１６の内部に対して出没可能に構成したり、先端の向く方向を可変に構成したりしてもよい。また、ノズル２７の位置は集塵フード２３より下方であればよい。

次に、以上の構成を有する密閉式ゴム混練機１０を使用したゴム混練方法等について、図１乃至４を参照しながら説明する。
本実施形態では、上記したように粉塵濃度が高くなり、粉塵の発火する危険性が最も高くなる被混練物の投入直後及びフローティングウェイト１７の中上げ直後における粉塵濃度を低下させるために、集塵機２５を常時動作させると共に、噴出口２７から不活性ガスを円筒体１６内に噴出させることで、噴出口２７から集塵フード２３への気流を生成して、機体内に浮遊している粉末添加剤を除去する。ここで、不活性ガスは常時噴出させても目的は達成できるが、不活性ガスは高価であるため、効率の良いタイミングである、被混練物の投入直後のフローティングウェイト１７を下降させる前、及びフローティングウェイト１７を中上げする前に、噴出口２７から不活性ガスを円筒体１６内に噴出させる。なお、集塵機２５についても、常時動作させるのではなく、不活性ガスを円筒体１６内に噴出させている時間及びその前後の一定時間のみ動作させてもよい。

図１は、既に述べたように本実施形態における密閉式ゴム混練機１０であり、被混練物の投入前の状態を示しており、図２は被混練物を投入し、フローティングウェイト１７を下降させる前に不活性ガスを噴出させている状態を示しており、図３はフローティングウェイト１７を下降させ、被混練物を混練している状態を示している。また、図４は密閉式ゴム混練機１０の動作タイミングを示す図である。以下、詳細に説明する。

まず、図１に示すようにドロップドア１３を閉じ、ホッパドア２２を開き、フローティングウェイト１７を上昇させた状態にて、図４に示すように時刻ｔ₀にゴムＧ及び粉末添加剤Ｈを投入口２１から円筒体１６内に投入し、投入完了後、ホッパドア２２を閉じる。ここで、ゴムＧは、事前にゴムと、加硫剤を除く配合剤とを混練したノンプロゴムであり、添加剤は加硫剤及び各種配合薬品である。

次いで、時刻ｔ₁に一定時間バルブ２９を開き、図２に示すように、ガスボンベ２６内の不活性ガスを噴出口２７から円筒体１６内に噴出させる。前述したように、噴出口２７の先端は集塵機２５の集塵フード２３の方向を向いているので、噴出口２７から噴出した不活性ガスは、噴出口２７と集塵フード２３との間の浮遊している添加剤の粉塵を集塵フード２３の方向へ押し流し、集塵機２５による集塵を促進する。

次に、図３に示すように、時刻ｔ₂にフローティングウェイト１７が円筒体１６の下端まで下降するようにピストン・シリンダ機構１８を駆動してピストンロッド１９を下降させると共に、ロータ１４，１５を回転させる。投入されたゴムＧ及び粉末添加剤Ｈはフローティングウェイト１７で密閉された混練室１２内でロータ１４，１５により混練される。

再び時刻ｔ₃に一定時間バルブ２９を開き、ガスボンベ２６内の不活性ガスを噴出口２７から円筒体１６内に噴出させる。次に、時刻ｔ₄にフローティングウェイト１７を中上げし、一定時間後の時刻ｔ₅にフローティングウェイト１７を図３に示す位置に下降させる。

その後、十分に混練された時刻ｔ₆にドロップドア１３を開いてプロ練りゴムを混練室１２から排出すると共に、フローティングウェイト１７を上昇させ、ドロップドア８を閉じて１サイクルの混練が終了する。

（ゴム混練試験）
この密閉式ゴム混練機１０を用いて上記した方法で被混練物の混練を行い、密閉式ゴム混練機１０の円筒体１６内の粉塵濃度を測定した結果を図５に示す。ここで、被混練物はノンプロゴムＧ、及び加硫剤及び各種配合薬品を含む添加剤Ｈである。また、粉塵濃度の測定は、円筒体１６の側面に形成された開口に粉塵計を配置して行った。なお、この図のグラフにおいて、ゴム及び添加剤投入直後、並びに２５秒以後は、従来例と本実施形態のプロットが重なるため、便宜上、本実施形態の濃度値として記載した。

図５より、ゴム及び添加剤投入の後、フローティングウェイトを下降させる前及びその中上げの前に不活性ガスを噴出させた本実施形態の場合、不活性ガスの噴出を行っていない従来例と比較すると、ゴム及び添加剤投入後から粉塵濃度が急減しており、フローティングウェイトの中上げ直後の粉塵濃度の増加も僅かであり、その増加があっても発火下限濃度を大幅に下回っていることが分かる。つまり、本試験により、本実施形態によるときは被混練物投入直後及びフローティングウェイト中上げ直後の粉塵濃度を低く抑えることができ、粉塵の発火を抑制できることが分かった。

本実施形態のゴム混練機の要部概略断面図である。被混練物を投入し、フローティングウェイトを下降させる前に不活性ガスを噴出させている状態を示す図である。フローティングウェイトを下降させ、被混練物を混練している状態を示す図である。本実施形態のゴム混練機の動作タイミングを示す図である。本実施形態のゴム混練機にて粉塵濃度を測定した結果を示す図である。従来の密閉式混練機の概略断面図である。従来の密閉式混練機にて粉塵濃度を測定した結果を示す図である。粉塵濃度の低減手段を備えた従来の密閉式混練機の概略断面図である。

符号の説明

１０・・・密閉式ゴム混練機、１１・・・チャンバー、１２・・・混練室、１６・・・円筒体、１７・・・フローティングウェイト、２３・・・集塵フード、２５・・・集塵機、２６・・・ガスボンベ、２７・・・噴出口。

Claims

機体内に投入されるゴム及び粉末添加剤を混練するゴム混練機であって、
前記機体内の粉塵を集塵する集塵手段と、前記機体内に気体を噴出させる気体噴出手段とを備え、
前記集塵手段のフードの配設位置は前記粉末添加剤の投入口よりも上方であり、かつ前記気体噴出手段の噴出口の配設位置は前記投入口よりも下方であることを特徴とするゴム混練機。
請求項１記載のゴム混練機において、
前記噴出口は前記フードの方向を向いていることを特徴とするゴム混練機。
請求項１又は２に記載のゴム混練機において、
前記機体内を上下動可能なフローティングウェイトと、該フローティングウェイトが上下動する前に前記気体噴出手段に気体を噴出させる制御手段とを備えたことを特徴とするゴム混練機。
請求項１乃至３の何れかに記載のゴム混練機において、
前記気体は不活性ガスであることを特徴とするゴム混練機。