JP5838484B2 - 混練機及び混練機の運転方法 - Google Patents
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Description
例えば、混合と混練りを順に行うのが好ましい被混練材料の場合は、加圧蓋による加圧力を一定で低く設定すると、一対のロータによる攪拌によって被混練材料が混練空間内で加圧蓋による押圧方向に沿う方向(押圧方向は上方から下方に向く方向であるので、以下、上下方向と記載する場合がある)に往復動するのに追従して、加圧蓋が上下方向に往復動し易くなる。すると、混練空間内で被混練材料を上下方向に往復動させる切り返しを良好に行わせることができるので、被混練材料の混合を促進させることができる。しかしながら、加圧蓋により被混練材料を押圧する押圧力が小さいため、被混練材料の混練りを行う必要のあるときには、被混練材料に対してせん断力を良好に作用させることができないので、被混練材料の混練りを十分に行わせることができない。
一方、加圧蓋による加圧力を一定で高く設定すると、被混練材料にせん断力を良好に作用させることができるので、被混練材料の混練りを促進させることができる。しかしながら、加圧蓋により被混練材料を押圧する押圧力が大きいため、混練空間内で被混練材料が攪拌されても、被混練材料により加圧蓋を押し戻し難いので、被混練材料の上下方向での往復動が規制されて、被混練材料の切り返しを行わせ難く、被混練材料の混合を十分に行わせることができない。
前記一対のロータにより混練される被混練材料の混練状態を検知する混練状態検知手段と、
前記混練状態検知手段で検知した混練状態に基づいて前記加圧手段の作動を制御して、前記加圧蓋により前記混練空間内の被混練材料を加圧する加圧力を変更する制御手段とが設けられおり、
前記被混練材料として、前記回転駆動手段にかかる負荷が時間経過に伴って少なくとも第1極大値、極小値、第2極大値を順次示す経時変化を呈する被混練材料を処理対象とし、
前記制御手段が、前記混練状態検知手段の検知情報に基づいて、前記負荷が前記第1極大値、前記極小値及び前記第2極大値夫々になるタイミングを検知して、前記負荷が前記第1極大値になった時点以降前記極小値になった時点までの混合区間では、前記加圧蓋による加圧力を所定の低加圧力に設定し、前記負荷が前記極小値になった後から前記第2極大値になった時点までの混練り区間では、前記加圧蓋による加圧力を前記低加圧力よりも大きい高加圧力に設定して、前記加圧手段の作動を制御する点にある。
前記一対のロータにより混練される被混練材料の混練状態に基づいて、前記負荷が前記第1極大値、前記極小値及び前記第2極大値夫々になるタイミングを検知して、前記負荷が前記第1極大値になった時点以降前記極小値になった時点までの混合区間では、前記加圧蓋による加圧力を所定の低加圧力に設定し、前記負荷が前記極小値になった後から前記第2極大値になった時点までの混練り区間では、前記加圧蓋による加圧力を前記低加圧力よりも大きい高加圧力に設定して、前記加圧手段の作動を制御して、前記加圧蓋により前記混練空間内の被混練材料を加圧する加圧力を変更する点にある。
即ち、混練運転の進行度合い(被混練材料中の分散媒と分散質との混合及び混練り等を含む混練処理の進行度合い)に伴って、被混練材料の体積、粘度、温度等が変動する。そこで、それら被混練材料の体積、粘度、温度等や、それらの変動に応じた情報等を混練状態として検知することにより、被混練材料の混練運転の進行度合いがどのような状態であるかが分かる。
そして、そのように検知される混練状態に応じて、加圧蓋による加圧力が適切な加圧力に変更されるので、被混練材料の混合、混練り等を適切に行うことができる。
従って、例えば、被混練材料中の分散媒と分散質を概ね分散させる混合を行いたいときには、加圧蓋による加圧力を低く設定し、被混練材料中の分散媒と分散質とをより均質に分散させる混練りを行いたいときには、加圧蓋による加圧力を高く設定する等、混練運転の進行度合いに応じて加圧蓋による加圧力を適切に変更できるので、被混練材料の混合及び混練り等を適切に行って分散性を向上させ、混練性能を向上し得る混練機および混練機の運転方法を提供することができる。
そして、被混練材料には、回転駆動手段にかかる負荷が、時間経過に伴って少なくとも
第1極大値、極小値、第2極大値を順次示す経時変化を呈する被混練材料がある。ちなみに、このような被混練材料の具体例としては、例えば、分散媒として天然ゴムやSBR(スチレン−ブタジエンゴム)等のゴムが含まれ、分散質としてカーボンブラックやシリカ等の粉体が含まれた被混練材料が挙げられる。このような混練材料を混練処理する場合、負荷が第1極大値になった時点以降極小値になった時点までの区間は、主に被混練材料が混合される混合区間であり、負荷が極小値になった後から第2極大値になった時点までの区間は、主に被混練材料が混練りされる混練り区間である。
そして、混練処理の初期における混合区間では、加圧蓋による加圧力を所定の低加圧力に設定し、その後の混練り区間では、加圧蓋による加圧力を低加圧力よりも大きい高加圧力に設定する。ちなみに、低加圧力は、例えば、混練空間内での攪拌に伴い、被混練材料が混練空間内で上下方向に往復動するのに追従させて、加圧蓋を上下方向に往復動し易くすることが可能な加圧力である。又、高加圧力は、例えば、混練空間内で被混練材料が攪拌されても、加圧蓋が被混練材料により押し戻され難くすることが可能な加圧力である。
従って、混合区間では、被混練材料が混練空間内で上下方向に往復動し易いので、被混練材料の切り返しを良好に行わせて、被混練材料中の分散媒と分散質とを概ね分散させる混合を適切に行わせると共に、その混合効率を向上させることができる。
又、混練り区間では、被混練材料に対してせん断力を良好に作用させることができるので、被混練材料中の分散媒と分散質とをより均質に分散させる混練りを適切に行わせると共に、その混練り効率を向上させることができる。つまり、混練空間の内壁面と回転するロータとの間で大きなせん断力を現出させることができると共に、加圧蓋における被混練材料に接する面(以下、加圧面と記載する場合がある)と回転するロータとの間でも、大きなせん断力を現出させることが可能となり、せん断力を混練空間内における広い範囲で効果的に現出させることができる。
要するに、混練処理における分散性の向上、混練処理効率の向上による混練処理時間の短縮をも含めて、被混練材料の混練性能を的確に向上することができる。
そこで、回転駆動手段の負荷が第2極大値になった後からは、加圧蓋による加圧力を減少させることにより、消費エネルギの低減を図りながらも、加圧蓋が被混練材料により押し戻され難い状態を維持して、被混練材料に対してせん断力を良好に作用させて、被混練材料の混練りを更に進行させることができる。
従って、消費エネルギの低減を図りながら、被混練材料の混練性能を的確に向上することができる。
前記一対のロータにより混練される被混練材料の混練状態を検知する混練状態検知手段と、
前記混練状態検知手段で検知した混練状態に基づいて前記加圧手段の作動を制御して、前記加圧蓋により前記混練空間内の被混練材料を加圧する加圧力を変更する制御手段とが設けられおり、
前記被混練材料として、前記回転駆動手段にかかる負荷が時間経過に伴って増大して極大値を示した後、減少する経時変化を呈する被混練材料を処理対象とし、
前記制御手段が、前記混練状態検知手段の検知情報に基づいて、前記負荷が前記極大値になるタイミングを検知して、前記負荷が前記極大値になった時点までの区間では、前記
加圧蓋による加圧力を所定の高加圧力に設定し、前記負荷が前記極大値になった後からは、前記加圧蓋による加圧力を前記高加圧力よりも小さく設定して、前記加圧手段の作動を制御する点にある。
前記一対のロータにより混練される被混練材料の混練状態に基づいて、前記負荷が前記極大値になるタイミングを検知して、前記負荷が前記極大値になった時点までの区間では、前記加圧蓋による加圧力を所定の高加圧力に設定し、前記負荷が前記極大値になった後からは、前記加圧蓋による加圧力を前記高加圧力よりも小さく設定して、前記加圧手段の作動を制御して、前記加圧蓋により前記混練空間内の被混練材料を加圧する加圧力を変更する点にある。
そこで、制御手段により、混練状態検知手段の検知情報に基づいて、負荷が極大値になるタイミングを検知する。
そして、混練運転の開始後、負荷が極大値を示す時点までは、加圧蓋による加圧力を所定の高加圧力に設定して、混練りを適切に行わせると共に、その混練り効率を向上させる。ちなみに、高加圧力は、例えば、混練空間内で被混練材料が攪拌されても、加圧蓋が被混練材料により押し戻され難くすることが可能な加圧力である。
負荷が極大値になった時点以降は、加圧蓋による加圧力を高加圧力よりも小さく設定することにより、消費エネルギの低減を図りながらも、加圧蓋が被混練材料により押し戻され難い状態を維持して、被混練材料に対してせん断力を良好に作用させて、被混練材料の混練りを更に進行させることができる。
従って、消費エネルギの低減を図りながら、被混練材料の混練性能を的確に向上することができる。
前記一対のロータにより混練される被混練材料の混練状態を検知する混練状態検知手段と、
前記混練状態検知手段で検知した混練状態に基づいて前記加圧手段の作動を制御して、前記加圧蓋により前記混練空間内の被混練材料を加圧する加圧力を変更する制御手段とが設けられおり、
前記加圧蓋としての中央加圧蓋に対して、前記一対の回転軸心の並び方向における側方に隣接して、側方加圧蓋が前記中央加圧蓋と分離状態で備えられ、
前記加圧手段が、前記混練空間内の被混練材料に対する前記中央加圧蓋による加圧力と前記側方加圧蓋による加圧力とを各別に調整可能に構成され、
前記制御手段が、前記側方加圧蓋による加圧力を、前記中央加圧蓋による加圧力の変更範囲における最高加圧力以上に設定して、前記加圧手段の作動を制御する点にある。
前記一対のロータにより混練される被混練材料の混練状態に基づいて、前記加圧手段の作動を制御して、前記側方加圧蓋による加圧力を、前記中央加圧蓋による加圧力の変更範囲における最高加圧力以上に設定し、前記加圧蓋としての中央加圧蓋および前記側方加圧蓋により前記混練空間内の被混練材料を加圧する加圧力を変更する点にある。
つまり、側方加圧蓋による加圧力が大きく設定されるため、混練空間内で被混練材料が攪拌されても、側方加圧蓋が混練材料により押し戻され難くなるので、混練空間の内壁面と回転するロータとの間に現出するせん断力を増大させると共に、側方加圧蓋の加圧面と回転するロータとの間にもせん断力を現出させながら、中央加圧蓋による加圧力が混練状態に応じた加圧力に調整されることになる。
そのことにより、被混練材料を混合させる間は、側方加圧蓋により被混練材料に対してせん断力を作用させて、被混練材料の細分を促進させることができるので、被混練材料の混合を促進させることができる。
又、被混練材料を混練りさせる間は、側方加圧蓋による加圧力及び中央加圧蓋による加圧力が共に大きく設定されるので、側方加圧蓋と中央加圧蓋の両方で、被混練材料に対してせん断力を良好に作用させることができるようになり、被混練材料の混練りを十分に行わせることができる。
そのように開口部の開口面積を大きくしても、本特徴構成のように、中央加圧蓋と側方加圧蓋とを隣接状態で開口部を閉塞可能に設けて、夫々による加圧力を上述のように設定すると、被混練材料の混合を行っている間でも、被混練材料に対して作用させるせん断力を増大させることができる。
ちなみに、加圧蓋を単一の部材で構成すると、例えば、被混練材料の混合を行っている間では、単一の加圧蓋による加圧力を低加圧力にして、被混練材料を上下方向に往復動し易くすることができるが、単一の加圧蓋では被混練材料に対してせん断力を作用させ難く、被混練材料の混合を促進させ難くなる。
従って、本特徴構成とすることにより、被混練材料投入用の開口部を大きくして被混練材料の投入が行い易いようにしながらも、被混練材料の混合及び混練りを適切に行うことができるので、被混練材料の混練性能を的確に向上することができる。
前記混練槽における前記中央加圧蓋と前記側方加圧蓋とにより閉塞可能な開口部が、前記一対の回転軸心の並び方向での開口幅が前記一対の回転軸心の間隔よりも広く、且つ、当該方向において前記側方加圧蓋が存在する側の前記回転軸心に寄った状態で形成され、
前記混練槽が、前記開口部を鉛直方向上向きに向けた運転姿勢から、前記混練槽における前記側方加圧蓋が存在する側の前記回転軸心に寄った箇所に位置する揺動軸心周りで、前記側方加圧蓋が存在する側が下方となる排出姿勢に揺動可能に設けられている点にある。
そして、混練運転が終了して、混練された被混練材料を開口部を通して混練空間内から排出するときには、混練槽を、当該混練槽における側方加圧蓋が存在する側の回転軸心に寄った箇所に位置する揺動軸心周りで、側方加圧蓋が存在する側が下方となる排出姿勢に揺動させる。すると、排出姿勢では、開口部における一対の回転軸心の並び方向両端部のうち、混練槽の側部に近い方の端部が下位になる形態で、開口部を水平方向横向き又は斜め下向きにすることができるので、開口部を極力低い位置に位置させることができるようになり、混練空間内の被混練材料を開口部から排出させ易い。
従って、開口部を通しての混練空間内への被混練材料の投入及び混練空間内からの被混練材料の排出を容易に行えるようにしながら、被混練材料の混練性能を的確に向上することができる。
〔第1実施形態〕
先ず、図1〜図4に基づいて、第1実施形態を説明する。
図1に示すように、第1実施形態に係る混練機は、繭形断面形状の混練空間1sを内部に有する混練槽1と、混練空間1s内に並列装備されて夫々の回転軸心A周りで回転する一対のロータ2と、一対のロータ2を回転駆動する回転駆動手段Dと、混練槽1における一対のロータ2の回転軸心A間の中央部に面する部分を含む加圧蓋4と、その加圧蓋4を混練槽1の内方側に加圧する加圧手段Kと、加圧手段Kを支持するフレーム5と、混練機の運転を制御する制御手段6とを備え、分散媒と分散質とを含む被混練材料Mを混練空間1s内で混練するように構成されている。
図1〜図4に示すように、混練槽1は、対向配置された一対の側壁1Vの間に、一対の同半径の円を一部重複させた如き繭形断面形状の内壁面1fを有する周壁1Wを配置して構成され、それら一対の側壁1Vと周壁1Wとにより、繭形断面形状の内壁面1fを形成する各円の中心を通る軸心A(後述する一対のロータ2の回転軸心Aに相当する)の方向視(以下、回転軸心方向視と略記する場合がある)で繭形断面形状となる混練空間1sが形成される。
各ロータ2は、ロータ軸2aと、そのロータ軸2aの外周面に一体的に付設されたねじれ状のロータ翼2wとを備えて構成され、一対のロータ2が、夫々のロータ軸2aの回転軸心Aが繭形断面形状の混練空間1sを形成する各円の中心と同心状となって、互いに平行となる姿勢で、混練槽1の一対の側壁1Vに軸支されている。
又、この開口部3は、一対の回転軸心Aの並び方向での中央が当該一対の回転軸心Aの間の中央と一致するように、混練槽1に備えられている。又、図4に示すように、この開口部3は、横断面(上下方向Yに直交する断面)形状が矩形状になるように構成されている。
図示を省略するが、混練槽1は、一対のロータ2の回転軸心Aのうちの一方(この第1実施形態では、図1の右側の回転軸心A)と同心の揺動軸心周りに揺動自在に支持されている。又、混練槽1を、その混練槽1における揺動軸心が存在する側とは反対側が上方に移動する側に、揺動軸心周りに揺動させる油圧シリンダ(図示省略)が設けられている。そして、この油圧シリンダにより、図1に示すように、混練槽1が、開口部3を鉛直方向上向きに向けた運転姿勢と、開口部3を斜め下向きに向けた排出姿勢(図1において二点鎖線で示す)とに姿勢変更自在に構成されている。
そして、この第1実施形態では、加圧蓋4は、混練槽1の開口部3を塞ぐことが可能で、且つ、開口部3内を上下方向Yに移動自在な単一部材にて構成されている。
又、回転軸心方向視において、加圧蓋4における混練槽1の混練空間1s内に臨む面4f(以下、加圧面)は、混練槽1の繭形断面形状の内壁面1fに連続する概略円弧状を呈する曲面状に構成されて、所謂、かもめ形状に構成されている。
図3に示すように、加圧蓋4の下限位置は、回転軸心方向視において、当該加圧蓋4の加圧面4fが混練槽1の繭形断面形状の内壁面1fと連続する状態となる位置に設定されている。
そして、図1に示すように、加圧用油圧シリンダ8の作動の制御により、運転姿勢で位置する混練槽1の開口部3内の加圧蓋4を開口部3外の上方の退避位置にまで上昇させると、混練槽1の開口部3が開放されることになり、処理対象の被混練材料Mを開口部3から混練空間1s内に投入することができる。
そして、制御手段6が、混練状態検知手段Sで検知した混練状態に基づいて加圧手段Kの作動を制御して、加圧蓋4により混練空間1s内の被混練材料Mを加圧する加圧力(以下、加圧蓋4による加圧力と略記する場合がある)を変更するように構成されている。
この第1実施形態では、回転駆動手段Dの電動モータ7にかかる負荷(具体的には負荷電力)を検出する負荷電力検出部13が設けられている。
図示を省略するが、この混練機の操作盤には、混練運転を開始する運転開始スイッチ、混練槽1の姿勢を運転姿勢と排出姿勢とに切り換える姿勢切換スイッチ、混練槽1の開口部3を開放させる開口部開放スイッチ等が備えられている。
又、加圧蓋4の移動方向を下向きとし且つ加圧蓋4による加圧力を低加圧力P1に調整するための油圧制御弁9の作動条件として、低加圧力用作動条件が予め設定されて、制御手段6に記憶されている。
更に、加圧蓋4の移動方向を下向きとし且つ加圧蓋4による加圧力を高加圧力P2に調整するための油圧制御弁9の作動条件として、高加圧力用作動条件が予め設定されて、制御手段6に記憶されている。
即ち、予め、混練運転の開始後、負荷電力が第1極大値WMAX1になるまでの経過時間を第1極大値現出経過時間として設定し、負荷電力が極小値WMINになるまでの経過時間を極小値現出経過時間として設定し、負荷電力が第2極大値WMAX2になるまでの経過時間を第2極大値現出経過時間として設定している。
そして、制御手段6は、運転開始スイッチがオンすると、油圧制御弁9の作動条件を低加圧力用作動条件にし、並びに、電動モータ7を所定の設定回転速度で回転させるべく制御して、混練運転を開始する。
尚、制御手段6は、混練運転中は、電動モータ7の回転速度を一定の設定回転速度に調整する。
つまり、混練運転が開始されると、混練槽1の開口部3が加圧蓋4により閉塞されて、混練空間1s内の被混練材料Mが、加圧蓋4により押圧される状態で一対のロータ2により攪拌される。
更に、制御手段6は、第1極大値現出経過時間が経過した時点以降、極小値現出経過時間が経過するまでの時間帯を、混合区間Z1に設定し、その極小値現出経過時間が経過した後、第2極大値現出経過時間が経過するまでの時間帯を、混練り区間Z2に設定する。
つまり、区間Z0及び混合区間Z1では、混練空間1s内の被混練材料Mが、加圧蓋4により低加圧力P1にて押圧される状態で、一対のロータ2により攪拌される。
続いて、制御手段6は、混合区間Z1が終了した時点で、油圧制御弁9の作動条件を低加圧力用作動条件から高加圧力用作動条件に切り換え、以降、混練り区間Z2では、油圧制御弁9の作動条件を高加圧力用作動条件に維持する。
つまり、混練り区間Z2では、混練空間1s内の被混練材料Mが、加圧蓋4により高加圧力P2にて押圧される状態で、一対のロータ2により攪拌される。
一方、混練り区間Z2では、混練空間1s内の被混練材料Mが、加圧蓋4により高加圧力P2にて押圧される状態で、一対のロータ2により攪拌される。すると、図3に示すように、混練空間1s内で被混練材料Mが攪拌されても、加圧蓋4が被混練材料Mにより押し戻され難くなって略下限位置に位置する状態となるので、被混練材料Mに対してせん断力を良好に作用させることができるようになり、被混練材料Mの混練りを適切に行わせることができると共に、その混練り効率を向上させることができる。
従って、混練処理効率の向上による混練処理時間の短縮をも含めて、被混練材料Mの混練性能を的確に向上することができる。
そして、混練運転が終了すると、図1において二点鎖線で示すように、混練槽1の姿勢を運転姿勢から開口部3が斜め下向きになる排出姿勢に切り換えるので、混練処理された被混練材料Mを容易に開口部3を通して混練空間1s内から排出させることができる。
図5〜図7に示すように、第2実施形態では、加圧蓋4としての中央加圧蓋4Cに対して、一対の回転軸心Aの並び方向における側方に隣接して、側方加圧蓋4Sが中央加圧蓋4Cと分離状態で備えられ、加圧手段Kが、混練空間1s内の被混練材料Mに対する中央加圧蓋4Cによる加圧力と側方加圧蓋4Sによる加圧力とを各別に調整可能に構成されている。
開口部3における一対の回転軸心Aの並び方向での開口幅は、第1実施形態と同様に、一対の回転軸心Aの間隔よりも広いが、この第2実施形態では、一対の回転軸心Aの並び方向において側方加圧蓋4Sが存在する側の回転軸心A(この第2実施形態では、図6及び図7おいて右側の回転軸心A)に寄った状態で、開口部3が混練槽1に備えられている。
そして、隣接する中央加圧蓋4Cと側方加圧蓋4Sとにより、混練槽1の開口部3を閉塞するように構成されている。
つまり、混練槽1が、開口部3を鉛直方向上向きに向けた運転姿勢から、混練槽1における側方加圧蓋4Sが存在する側の回転軸心Aに寄った箇所に位置する揺動軸心周りで、側方加圧蓋4Sが存在する側が下方となる排出姿勢に揺動可能に設けられていることになる。
又、1台のポンプ11から、中央加圧用油圧制御弁9C及び側方加圧用油圧制御弁9S夫々を経由して、中央加圧用油圧シリンダ8C及び側方加圧用油圧シリンダ8S夫々に作動油が供給され、並びに、中央加圧用油圧シリンダ8C及び側方加圧用油圧シリンダ8S夫々から、中央加圧用油圧制御弁9C及び側方加圧用油圧制御弁9S夫々を経由して、1台のタンク12に作動油が戻されるように、作動油路10が配管されている。
そして、混練槽1を運転姿勢に位置させた状態で、中央加圧用油圧シリンダ8C及び側方加圧用油圧シリンダ8S夫々の作動の制御により、中央加圧蓋4C及び側方加圧蓋4Sを混練槽1の開口部3内の下限位置と開口部3外の上方の退避位置との間で、上下方向Yに沿って往復移動操作自在なように構成されている。
又、中央加圧蓋4Cの下限位置は、回転軸心方向視において、当該中央加圧蓋4Cの加圧面4Cfが下限位置に位置する側方加圧蓋4Sの加圧面4Sf及び混練槽1の繭形断面形状の内壁面1fと連続する状態(図7に示す状態)となる位置に設定されている。
この第2実施形態では、制御手段6が、中央加圧蓋4Cによる加圧力を、第1実施形態における加圧蓋4による加圧力と同様に、区間Z0及び混合区間Z1では低加圧力P1に設定し、混練り区間Z2では高加圧力P2に設定して、加圧手段Kの作動を制御するように構成されている。
そして、この第2実施形態では、制御手段6が、側方加圧蓋4Sによる加圧力を、中央加圧蓋4Cによる加圧力の変更範囲における最高加圧力以上に設定して、加圧手段Kの作動を制御するように構成されている。ちなみに、この第2実施形態では、中央加圧蓋4Cによる加圧力の変更範囲における最高加圧力以上の加圧力の具体例として、混練り区間Z2における中央加圧蓋4Cによる加圧力と同じ高加圧力P2に設定される。
そして、終期混練り区間Z3における中央加圧蓋4Cによる加圧力として、高加圧力P2よりも小さい終期加圧力P3が予め設定され、更に、中央加圧蓋4Cの移動方向を下向きとし且つ中央加圧蓋4Cによる加圧力を終期加圧力P3に調整するための中央加圧用油圧制御弁9Cの作動条件として、終期用作動条件が予め設定されている。尚、終期混練り区間Z3においても、中央加圧蓋4Cによる加圧力を混練り区間Z2と同一の高加圧力P2に設定しても良い。
低加圧力P1は、一対のロータ2の回転により混練空間1s内の被混練材料Mが攪拌されて被混練材料Mの上面が上下動するのに追従して、中央加圧蓋4Cが上下動するのを許容する圧力に設定される。又、高加圧力P2は、一対のロータ2の回転により混練空間1s内の被混練材料Mが攪拌されるのに伴って、被混練材料Mにより中央加圧蓋4Cや側方加圧蓋4Sを上方に押し上げる力が作用しても、中央加圧蓋4Cや側方加圧蓋4Sが上方に持ち上げられ難い圧力に設定される。
そして、制御手段6は、運転開始スイッチがオンすると、中央加圧用油圧制御弁9Cの作動条件を低加圧力用作動条件にし、側方加圧用油圧制御弁9Sの作動条件を高加圧力用作動条件にし、並びに、電動モータ7を所定の設定回転速度で回転させるべく制御して、混練運転を開始する。
制御手段6は、混練運転の開始後、区間Z0及び混合区間Z1では、側方加圧用油圧制御弁9Sの作動条件を高加圧力用作動条件に維持し、並びに、中央加圧用油圧制御弁9Cの作動条件を低加圧力用作動条件に維持する。
続いて、制御手段6は、混合区間Z1が終了した時点で、側方加圧用油圧制御弁9Sの作動条件を高加圧力用作動条件に維持したままで、中央加圧用油圧制御弁9Cの作動条件を低加圧力用作動条件から高加圧力用作動条件に切り換え、以降、混練り区間Z2では、側方加圧用油圧制御弁9Sの作動条件及び中央加圧用油圧制御弁9Cの作動条件共に高加圧力用作動条件に維持する。
続いて、制御手段6は、混練り区間Z2が終了した時点からは、側方加圧用油圧制御弁9Sの作動条件を高加圧力用作動条件に維持したままで、中央加圧用油圧制御弁9Cの作動条件を高加圧力用作動条件から終期用作動条件に切り換え、終期混練り区間時間が経過して、終期混練り区間Z3が終了すると、電動モータ7を停止させると共に、中央加圧蓋4C及び側方加圧蓋4Sを退避位置に位置させるべく、中央加圧用油圧制御弁9C及び側方加圧用油圧制御弁9Sを制御して、混練運転を停止する。
一方、混練り区間Z2では、混練空間1s内の被混練材料Mが、中央加圧蓋4C及び側方加圧蓋4Sにより高加圧力P2にて押圧される状態で、一対のロータ2により攪拌される。すると、図7に示すように、混練空間1s内で被混練材料Mが攪拌されても、中央加圧蓋4C及び側方加圧蓋4Sが上下動し難くなって略下限位置に位置する状態となるので、被混練材料Mに対してせん断力を良好に作用させることができるようになり、被混練材料Mの混練りを適切に行うことができる。
又、終期混練り区間Z3では、中央加圧蓋4Cにより終期加圧力P3にて押圧され、並びに、側方加圧蓋4Sにより高加圧力P2にて押圧される状態で、一対のロータ2により攪拌される。
そして、中央加圧蓋4Cによる加圧力が高加圧力P2よりも低い終期加圧力P3になっても、中央加圧蓋4Cが上下動し難い状態を維持して、被混練材料Mに対してせん断力を良好に作用させて、被混練材料Mの混練りを更に進行させることができるので、消費エネルギの低減を図ることができる。
又、混練運転が終了すると、混練槽1の姿勢を、運転姿勢から排出姿勢に切り換える。その排出姿勢では、開口部3における一対の回転軸心Aの並び方向両端部のうち、混練槽1の側部に近い方の端部が下位になる形態で、開口部3を斜め下向きにすることができるので、開口部3を極力低い位置に位置させることができるようになり、混練空間1s内の被混練材料Mを開口部3から排出させ易い。
図8及び図9に示すように、第3実施形態では、開口部3は、第1実施形態と同様に、一対の回転軸心Aの並び方向での開口幅が一対の回転軸心Aの間隔よりも広く、且つ、一対の回転軸心Aの並び方向での中央が当該一対の回転軸心Aの間の中央と一致する状態で形成されている。
そして、第2実施形態と同様に、中央加圧蓋4Cとしての加圧蓋4に対して、一対の回転軸心Aの並び方向における側方に隣接して、側方加圧蓋4Sが中央加圧蓋4Cと分離状態で備えられているが、この第3実施形態では、側方加圧蓋4Sが、中央加圧蓋4Cに対して一対の回転軸心Aの並び方向における両側に振り分けて、一対設けられている。
中央加圧蓋4Cにおける混練空間1s内に臨む加圧面4Cfは、第1実施形態における加圧蓋4の加圧面4fと同様のかもめ形状に構成されている。又、一対の側方加圧蓋4S夫々の混練空間1s内に臨む加圧面4Sfは、当該側方加圧蓋4Sが後述する下限位置に位置するときに、回転軸心方向視において混練槽1の繭形断面形状の内壁面1fに連続する曲面状に構成されている。
そして、隣接する中央加圧蓋4Cと一対の側方加圧蓋4Sとにより、混練槽1の開口部3を閉塞するように構成されている。
又、1台のポンプ11から、中央加圧用油圧制御弁9C及び一対の側方加圧用油圧制御弁9S夫々を経由して、中央加圧用油圧シリンダ8C及び一対の側方加圧用油圧シリンダ8S夫々に作動油が供給され、並びに、中央加圧用油圧シリンダ8C及び一対の側方加圧用油圧シリンダ8S夫々から、中央加圧用油圧制御弁9C及び一対の側方加圧用油圧制御弁9S夫々を経由して、1台のタンク12に作動油が戻されるように、作動油路10が配管されている。
又、中央加圧蓋4Cの下限位置は、回転軸心方向視において、当該中央加圧蓋4Cの加圧面4Cfが下限位置に位置する一対の側方加圧蓋4S夫々の加圧面4Sfと連続する状態(図9に示す状態)となる位置に設定されている。
又、この第3実施形態の混練機においても、中央加圧蓋4C及び側方加圧蓋4Sは、区間Z0、混合区間Z1、混練り区間Z2及び終期混練り区間Z3夫々において、第2実施形態と同様に作用するので、中央加圧蓋4C及び側方加圧蓋4Sによる作用や、それに伴う被混練材料Mの混合や混練りの進行状態等の説明を省略する。
尚、側方加圧蓋4Sが一対設けられているので、区間Z0及び混合区間Z1において、一対の側方加圧蓋4Sにより被混練材料Mに対してより一層良好にせん断力を作用させることができるので、混合効率を更に向上して、混練処理時間を更に短縮することができる。
(A)第1実施形態においては、混合区間Z1で設定する加圧蓋4による加圧力である低加圧力P1、及び、混練り区間Z2で設定する加圧蓋4による加圧力である高加圧力P2を夫々一定の値としたが、例えば、計時手段14にて計測される経過時間が長くなるほど高くなる如く、経過時間に応じた値としても良い。
又、第2及び第3の各実施形態では、混合区間Z1で設定する中央加圧蓋4Cによる加圧力である低加圧力P1、混練り区間Z2で設定する中央加圧蓋4Cによる加圧力である高加圧力P2、及び、混合区間Z1や混練り区間Z2で設定する側方加圧蓋4Sによる加圧力である高加圧力P2を夫々一定の値としたが、例えば、計時手段14にて計測される経過時間が長くなるほど高くなる如く、経過時間に応じた値としても良い。
又、第2及び第3の各実施形態においては、終期混練り区間Z3で設定する中央加圧蓋4Cによる加圧力である終期加圧力P3を一定の値としたが、例えば、計時手段14にて計測される経過時間が長くなるほど低くなる如く、経過時間に応じた値としても良い。
尚、第1〜第3の各実施形態において、負荷電力検出部13を省略しても良い。この場合は、負荷電力検出部13を備えた試験運転用の混練機を用いて、予め、処理対象とする混練材料Mの典型的な負荷電力の経時変化を設定することになる。
例えば、混合、混練り等が順次行われるのに伴う被混練材料Mの温度の経時変化を予め計測しておく。そして、混練状態検知手段Sを、被混練材料Mの温度を混練状態として検出する温度センサにより構成して、その温度センサにより検出される温度に基づいて、加圧蓋4、中央加圧蓋4Cによる加圧力を変更するように構成しても良い。
又、混練運転中において、混合、混練り等が順次行われるのに伴う被混練材料Mの粘度の経時変化を予め計測しておく。そして、混練状態検知手段Sを、被混練材料Mの粘度を混練状態として検出する粘度計により構成して、その粘度計により検出される粘度に基づいて、加圧蓋4、中央加圧蓋4Cによる加圧力を変更するように構成しても良い。
例えば、混練運転の実行中、所定のサンプリング時間毎に負荷電力検出部13により検出される負荷電力の移動平均値を求めると共に、負荷電力の移動平均値を時系列的に管理し、更に、サンプリング時間毎に負荷電力の移動平均値の時系列データの微分値を求め、その微分値に基づいて、負荷電力の移動平均値の時系列データにおいて、第1極大値WMAX1、極小値WMIN、第2極大値WMAX2を順次求める。
但し、負荷電力の検出値のふらつきによる誤検知を防止するために、負荷電力が極大値検知用の設定負荷電力以上である条件で、移動平均値の時系列データの微分値が正から負に転じた時点で、第1極大値WMAX1や第2極大値WMAX2になったと判断するように構成する。又、負荷電力が極大値検知用の設定負荷電力よりも低い極小値検知用の設定負荷電力以下である条件で、移動平均値の時系列データの微分値が負から正に転じると、極小値WMINになったと判断するように構成する。
例えば、図11に示すように、電動モータ7にかかる負荷が時間経過に伴って増大して極大値WMAXを示した後、減少する経時変化を呈する被混練材料Mを処理対象としても良い。
この場合、制御手段6を構成するに、計時手段14にて計測される混練運転の開始時点からの経過時間(混練状態検知手段Sの検知情報に相当する)に基づいて、電動モータ7にかかる負荷が極大値WMAXになるタイミングを検知するように構成する。又、混練運転の開始時点から電動モータ7の負荷が極大値WMAXになった時点までの混練り区間(図11においてZ2にて示す区間)では、加圧蓋4による加圧力を所定の高加圧力P2に設定し、電動モータ7の負荷が極大値WMAXになった後、終期混練り区間時間が経過するまでの終期混練り区間(図11においてZ3にて示す区間)では、加圧蓋4による加圧力を高加圧力P2よりも小さい終期加圧力P3に設定して、加圧手段Kの作動を制御するように構成する。そして、終期混練り区間Z3が終了すると、上記の第1実施形態と同様に、混練運転を停止する。
尚、上記の第2及び第3の各実施形態のように、加圧蓋4としての中央加圧蓋4Cに隣接して、側方加圧蓋4Sが備えられている場合は、中央加圧蓋4Cによる加圧力を、上記の別実施形態における加圧蓋4による加圧力に設定し、側方加圧蓋4Sによる加圧力を、上記の第2及び第3の各実施形態と同様に設定する。
例えば、被混練材料Mに含まれる分散媒としては、ゴム以外に、熱可塑性エラストマー、熱硬化性エラストマー、樹脂、プラスチック等が挙げられる。
又、被混練材料Mに含まれる分散質としては、カーボンブラックやシリカ等の粉体以外に、クレー、タルク、マイカ、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、硫酸バリウム、水酸化アルミニウム、酸化亜鉛、天然繊維、人工繊維、金属粉、セラミックス粉等が挙げられる。
例えば、被混練材料Mの温度を検出する温度センサを設けて、その温度センサの検出温度が設定温度に達すると、混練運転を停止するように構成しても良い。あるいは、終期混練り区間時間が経過すること、及び、温度センサの検出温度が設定温度に達することのいずれか一方が満たされると、混練運転を停止するように構成しても良い。
例えば、作業者が、混練運転の開始後の経過時間に基づいて、電動モータ7にかかる負荷電力が第1極大値WMAX1、極小値WMIN、第2極大値WMAX2、極大値WMAXになるタイミングを判断して、加圧蓋4による加圧力を夫々のタイミングに応じて変更すべく、加圧手段K(具体的には、油圧制御弁9、中央加圧用油圧制御弁9C、側方加圧用油圧制御弁9S)の作動を制御することもできる。又、例えば、作業者が加圧手段Kの作動を制御する際、制御手段6に予め記憶された低加圧力用作動条件や高加圧力用作動条件に基づいて制御しても良いし、又、作業者が適宜設定した低加圧力用作動条件や高加圧力用作動条件に基づいて制御しても良い。
1s 混練空間
2 ロータ
3 開口部
4 加圧蓋
4C 中央加圧蓋
4S 側方加圧蓋
6 制御手段
13 負荷電力検出部(混練負荷検出手段)
A 回転軸心
D 回転駆動手段
K 加圧手段
M 被混練材料
S 混練状態検知手段
Claims (9)
- 繭形断面形状の混練空間を内部に有する混練槽と、前記混練空間内に並列装備されて夫々の回転軸心周りで回転する一対のロータと、前記一対のロータを回転駆動する回転駆動手段と、前記混練槽における前記一対のロータの回転軸心間の中央部に面する部分を含む加圧蓋と、前記加圧蓋を前記混練槽の内方側に加圧する加圧手段とを備え、分散媒と分散質とを含む被混練材料を前記混練空間内で混練する混練機であって、
前記一対のロータにより混練される被混練材料の混練状態を検知する混練状態検知手段と、
前記混練状態検知手段で検知した混練状態に基づいて前記加圧手段の作動を制御して、前記加圧蓋により前記混練空間内の被混練材料を加圧する加圧力を変更する制御手段とが設けられており、
前記被混練材料として、前記回転駆動手段にかかる負荷が時間経過に伴って少なくとも第1極大値、極小値、第2極大値を順次示す経時変化を呈する被混練材料を処理対象とし、
前記制御手段が、前記混練状態検知手段の検知情報に基づいて、前記負荷が前記第1極大値、前記極小値及び前記第2極大値夫々になるタイミングを検知して、前記負荷が前記第1極大値になった時点以降前記極小値になった時点までの混合区間では、前記加圧蓋による加圧力を所定の低加圧力に設定し、前記負荷が前記極小値になった後から前記第2極大値になった時点までの混練り区間では、前記加圧蓋による加圧力を前記低加圧力よりも大きい高加圧力に設定して、前記加圧手段の作動を制御する混練機。 - 前記制御手段が、前記加圧手段の作動を制御して、前記負荷が前記第2極大値になった後からは、前記加圧蓋による加圧力を減少させる請求項1に記載の混練機。
- 繭形断面形状の混練空間を内部に有する混練槽と、前記混練空間内に並列装備されて夫々の回転軸心周りで回転する一対のロータと、前記一対のロータを回転駆動する回転駆動手段と、前記混練槽における前記一対のロータの回転軸心間の中央部に面する部分を含む加圧蓋と、前記加圧蓋を前記混練槽の内方側に加圧する加圧手段とを備え、分散媒と分散質とを含む被混練材料を前記混練空間内で混練する混練機であって、
前記一対のロータにより混練される被混練材料の混練状態を検知する混練状態検知手段と、
前記混練状態検知手段で検知した混練状態に基づいて前記加圧手段の作動を制御して、前記加圧蓋により前記混練空間内の被混練材料を加圧する加圧力を変更する制御手段とが設けられており、
前記被混練材料として、前記回転駆動手段にかかる負荷が時間経過に伴って増大して極大値を示した後、減少する経時変化を呈する被混練材料を処理対象とし、
前記制御手段が、前記混練状態検知手段の検知情報に基づいて、前記負荷が前記極大値になるタイミングを検知して、前記負荷が前記極大値になった時点までの区間では、前記加圧蓋による加圧力を所定の高加圧力に設定し、前記負荷が前記極大値になった後からは、前記加圧蓋による加圧力を前記高加圧力よりも小さく設定して、前記加圧手段の作動を制御する混練機。 - 前記加圧蓋としての中央加圧蓋に対して、前記一対の回転軸心の並び方向における側方に隣接して、側方加圧蓋が前記中央加圧蓋と分離状態で備えられ、
前記加圧手段が、前記混練空間内の被混練材料に対する前記中央加圧蓋による加圧力と前記側方加圧蓋による加圧力とを各別に調整可能に構成され、
前記制御手段が、前記側方加圧蓋による加圧力を、前記中央加圧蓋による加圧力の変更範囲における最高加圧力以上に設定して、前記加圧手段の作動を制御する請求項1〜3のいずれか1項に記載の混練機。 - 繭形断面形状の混練空間を内部に有する混練槽と、前記混練空間内に並列装備されて夫々の回転軸心周りで回転する一対のロータと、前記一対のロータを回転駆動する回転駆動手段と、前記混練槽における前記一対のロータの回転軸心間の中央部に面する部分を含む加圧蓋と、前記加圧蓋を前記混練槽の内方側に加圧する加圧手段とを備え、分散媒と分散質とを含む被混練材料を前記混練空間内で混練する混練機であって、
前記一対のロータにより混練される被混練材料の混練状態を検知する混練状態検知手段と、
前記混練状態検知手段で検知した混練状態に基づいて前記加圧手段の作動を制御して、前記加圧蓋により前記混練空間内の被混練材料を加圧する加圧力を変更する制御手段とが設けられており、
前記加圧蓋としての中央加圧蓋に対して、前記一対の回転軸心の並び方向における側方に隣接して、側方加圧蓋が前記中央加圧蓋と分離状態で備えられ、
前記加圧手段が、前記混練空間内の被混練材料に対する前記中央加圧蓋による加圧力と前記側方加圧蓋による加圧力とを各別に調整可能に構成され、
前記制御手段が、前記側方加圧蓋による加圧力を、前記中央加圧蓋による加圧力の変更範囲における最高加圧力以上に設定して、前記加圧手段の作動を制御する混練機。 - 前記側方加圧蓋が、前記一対の回転軸心の並び方向において、前記中央加圧蓋の一方の側方に設けられ、
前記混練槽における前記中央加圧蓋と前記側方加圧蓋とにより閉塞可能な開口部が、前記一対の回転軸心の並び方向での開口幅が前記一対の回転軸心の間隔よりも広く、且つ、当該方向において前記側方加圧蓋が存在する側の前記回転軸心に寄った状態で形成され、
前記混練槽が、前記開口部を鉛直方向上向きに向けた運転姿勢から、前記混練槽における前記側方加圧蓋が存在する側の前記回転軸心に寄った箇所に位置する揺動軸心周りで、前記側方加圧蓋が存在する側が下方となる排出姿勢に揺動可能に設けられている請求項5
に記載の混練機。 - 繭形断面形状の混練空間を内部に有する混練槽と、前記混練空間内に並列装備されて夫々の回転軸心周りで回転する一対のロータと、前記一対のロータを回転駆動する回転駆動手段と、前記混練槽における前記一対のロータの回転軸心間の中央部に面する部分を含む加圧蓋と、前記加圧蓋を前記混練槽の内方側に加圧する加圧手段とを備え、分散媒と分散質とを含む被混練材料を前記混練空間内で混練し、前記被混練材料として、前記回転駆動手段にかかる負荷が時間経過に伴って少なくとも第1極大値、極小値、第2極大値を順次示す経時変化を呈する被混練材料を処理対象とする混練機の運転方法であって、
前記一対のロータにより混練される被混練材料の混練状態に基づいて、前記負荷が前記第1極大値、前記極小値及び前記第2極大値夫々になるタイミングを検知して、前記負荷が前記第1極大値になった時点以降前記極小値になった時点までの混合区間では、前記加圧蓋による加圧力を所定の低加圧力に設定し、前記負荷が前記極小値になった後から前記第2極大値になった時点までの混練り区間では、前記加圧蓋による加圧力を前記低加圧力よりも大きい高加圧力に設定して、前記加圧手段の作動を制御して、前記加圧蓋により前記混練空間内の被混練材料を加圧する加圧力を変更する混練機の運転方法。 - 繭形断面形状の混練空間を内部に有する混練槽と、前記混練空間内に並列装備されて夫々の回転軸心周りで回転する一対のロータと、前記一対のロータを回転駆動する回転駆動手段と、前記混練槽における前記一対のロータの回転軸心間の中央部に面する部分を含む加圧蓋と、前記加圧蓋を前記混練槽の内方側に加圧する加圧手段とを備え、分散媒と分散質とを含む被混練材料を前記混練空間内で混練し、前記被混練材料として、前記回転駆動手段にかかる負荷が時間経過に伴って増大して極大値を示した後、減少する経時変化を呈する被混練材料を処理対象とする混練機の運転方法であって、
前記一対のロータにより混練される被混練材料の混練状態に基づいて、前記負荷が前記極大値になるタイミングを検知して、前記負荷が前記極大値になった時点までの区間では、前記加圧蓋による加圧力を所定の高加圧力に設定し、前記負荷が前記極大値になった後からは、前記加圧蓋による加圧力を前記高加圧力よりも小さく設定して、前記加圧手段の作動を制御して、前記加圧蓋により前記混練空間内の被混練材料を加圧する加圧力を変更する混練機の運転方法。 - 繭形断面形状の混練空間を内部に有する混練槽と、前記混練空間内に並列装備されて夫々の回転軸心周りで回転する一対のロータと、前記一対のロータを回転駆動する回転駆動手段と、前記混練槽における前記一対のロータの回転軸心間の中央部に面する部分を含む加圧蓋と、前記加圧蓋を前記混練槽の内方側に加圧する加圧手段とを備え、前記加圧蓋としての中央加圧蓋に対して、前記一対の回転軸心の並び方向における側方に隣接して、側方加圧蓋が前記中央加圧蓋と分離状態で備えられ、前記加圧手段が、前記混練空間内の被混練材料に対する前記中央加圧蓋による加圧力と前記側方加圧蓋による加圧力とを各別に調整可能に構成され、分散媒と分散質とを含む被混練材料を前記混練空間内で混練する混練機の運転方法であって、
前記一対のロータにより混練される被混練材料の混練状態に基づいて、前記加圧手段の作動を制御して、前記側方加圧蓋による加圧力を、前記中央加圧蓋による加圧力の変更範囲における最高加圧力以上に設定し、前記加圧蓋としての中央加圧蓋および前記側方加圧蓋により前記混練空間内の被混練材料を加圧する加圧力を変更する混練機の運転方法。
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