JP6152703B2

JP6152703B2 - 未加硫ゴムの混練異常判定方法および混練制御方法

Info

Publication number: JP6152703B2
Application number: JP2013111133A
Authority: JP
Inventors: 博子山崎; 秀憲平井; 正道小山
Original assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Current assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Priority date: 2013-05-27
Filing date: 2013-05-27
Publication date: 2017-06-28
Anticipated expiration: 2033-05-27
Also published as: JP2014226910A

Description

本発明は、未加硫ゴムの混練異常判定方法および混練制御方法に関し、さらに詳しくは、混練異常が発生している未加硫ゴムを、早期に高精度で検知して歩留りを向上させることができる未加硫ゴムの混練異常判定方法および混練制御方法に関するものである。

タイヤやゴムホース等のゴム製品を製造する際には、例えば、原料ゴムと、カーボンブラック、フィラー、オイル等の非加硫系配合剤とを、密閉式ゴム混練機に所定量投入して混練することにより未加硫ゴムを得る。この未加硫ゴムは、その後、硫黄等などの加硫系配合剤を混合して混練することにより最終混練ゴムを得る。ところで、原料ゴムや配合剤の量や種類を誤って混練した混練異常品は、加硫した際に設定どおりのゴム物性を確保できなくなる。そして、混練異常の検知が遅れると、最終混練ゴムまで混練異常品になってしまうため、歩留りが大幅に悪化する。そのため、できるだけ早期に混練異常を検知して、混練異常品と正常品と区別することが必要になる。

例えば、混練中に未加硫ゴムの異常の有無を判定する方法が提案されている（特許文献１参照）。特許文献１の発明では、正常時の混練バッチの混練波形を基準波形として、各混練バッチの波形と基準波形と比較して混練異常の有無を判定する。しかしながら、この方法では、混練機のロータ回転数を考慮していないので、ロータ回転数が変化した場合には、精度よく混練異常を判定することができない。そのため、判定精度を向上させるには、変化したロータ回転数に対して基準波形を取得しなければならず、煩雑な作業が必要になる。

特開平６−３４４３３４号公報

本発明の目的は、混練異常が発生している未加硫ゴムを、早期に高精度で検知して歩留りを向上させることができる未加硫ゴムの混練異常判定方法および混練制御方法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の混練異常判定方法は、密閉式ゴム混練機により未加硫ゴムの混練バッチを連続的に混練する際の未加硫ゴムの混練異常の判定方法において、前記混練バッチを混練する際の前記混練機のロータの回転駆動に要する瞬時電力量を積算した積算電力量を、この積算電力量を積算した時間と同時間での前記ロータの回転数を積算した積算回転数で割った値を演算値とし、この演算値と予め把握している混練異常なく混練された場合の正常値とを比較して、比較した両者の差の大きさに基づいて、それぞれの混練バッチの混練異常の有無を、それぞれの混練バッチの混練中または混練終了直後に判定することを特徴とする。

本発明の未加硫ゴムの混練制御方法は、上記の未加硫ゴムの混練異常の判定方法によって、混練バッチが混練異常と判定された際に、その混練バッチの次の混練バッチの混練を開始しないように前記混練機を制御することを特徴とする。

本発明によれば、混練バッチを混練する際のロータの回転駆動に要する瞬時電力量を積算した積算電力量を、この積算電力量を積算した時間と同時間でのロータの回転数を積算した積算回転数で割った値を演算値として使用して、正常値と比較する。このように、ロータの回転数を考慮した演算値を、混練異常の有無の判定指標としているため、ロータ回転数が変化した場合であっても、精度よく混練異常の有無の判定を行なうことができる。しかも、それぞれの混練バッチの混練中または混練終了直後に混練異常の有無を判定するので、混練異常品を早期に検知でき、混練異常品の増大を防止できる。それ故、未加硫の混練ゴムの歩留りを向上させるには有利になる。

混練バッチを混練している密閉式ゴム混練機の内部を例示する縦断面図である。図１の密閉式ゴム混練機の内部構造を例示する縦断面図である。図２のＡ−Ａ断面図である。瞬時電力量ｐを回転数ｎで割った値ｐ／ｎおよびラムの上下位置の時系列データを例示するグラフ図である。

以下、本発明の未加硫ゴムの混練異常判定方法および混練制御方法を図に示した実施形態に基づいて説明する。

図１〜図３に例示する密閉式ゴム混練機１（以下、混練機１という）は、ケーシング２の上下方向中途に材料投入口３を有し、ケーシング３の下部にロータ８を収容するチャンバー７および材料排出口４を有している。材料投入口３は投入扉３ａによって開閉され、材料排出口４は排出口フラップ５によって開閉される。チャンバー７には平行に並置された２本のロータ８が設けられている。それぞれのロータ８は、平行に並置されたそれぞれのロータ軸９を中心にして互いに反対方向に回転駆動される。ロータ８の形式は特に限定されず、接線式や噛合い式等、様々な形式を採用することができる。このロータ８はそれぞれ２枚羽根ロータになっているが、羽根の数、形状は適宜決定される。

ロータ８の上部には、上下移動するラム６が設けられている。ラム６は未加硫ゴムＲがケーシング２の内部に投入される際には、未加硫ゴムＲの投入を邪魔しない上方の待機位置に配置されている。未加硫ゴムＲがケーシング２の内部に投入された後は、待機位置から下方移動して、ロータ８の上部を覆ってチャンバー７をほぼ密閉する所定の下方位置に配置される。

未加硫ゴムＲは、所定量の混練バッチＲｉ毎に、混練機１に投入されて所定時間混練される。混練バッチＲｉは所定量の原料ゴムと、所定量のカーボンブラック、充填剤、オイル等の非加硫系の配合剤とからなり、回転駆動されるロータ８によって混練される。混練バッチＲｉの混練開始から混練終了までに、例えばラム６を数回、上方移動させる。即ち、ラム６を所定の下方位置に配置した状態で混練する工程を１ステージとして、複数のステージを繰り返す。

混練バッチＲｉの混練が終了すると、その混練バッチＲｉは材料排出口４から排出される。１バッチの混練バッチＲｉの混練が終了すると、順次、次の混練バッチＲｉが混練機１に投入されて混練が行なわれる。混練バッチＲｉ毎に混練された未加硫ゴムＲは保管場所に送られる。混練された未加硫ゴムは、例えば、連続したシート状に成形されて保管場所で保管される。

非加硫系の配合剤が混練されたこの未加硫ゴムＲは、別途、混練機１により混練されて最終混練ゴムとなる。この際には、所定量の混練バッチＲｉが所定量の硫黄や加硫促進剤等の加硫系配合剤とともに、上述した混練工程と同様に混練される。

ロータ軸９を回転駆動するロータ駆動部１０としては、例えば、駆動モータ等が採用される。ロータ駆動部１０には、回転計１０ａおよび電力計１０ｂが設けられている。混練バッチＲｉが混練開始される時点から混練が完了する時点まで、回転計１０ａはロータ８（ロータ軸９）の回転数ｎを逐次検知し、電力計１０ｂはロータ８の回転駆動に要する瞬時電力ｐを逐次検知する。

回転計１０ａおよび電力計１０ｂにより検知されたデータは、ロータ駆動部１０に接続されたコンピュータ等で構成される演算装置１１に逐次入力される。演算装置１１には警告装置１２が接続されている。警告装置１２としては、例えば、警告灯、警告ブザー等を用いる。

本発明は、演算装置１１によって、それぞれの混練バッチＲｉを混練する際のロータ８の回転駆動に要する瞬時電力量ｐを積算して積算電力量Ｐを算出する。即ち下記（１）式に示す積算電力量Ｐを算出する。
積算電力量Ｐ＝∫（ｐ）ｄｔ・・・（１）

また、この積算電力量Ｐを積算した時間Ｔと同時間でのロータ８の回転数ｎを積算して積算回転数Ｎを算出する。即ち下記（２）式に示す積算回転数Ｎを算出する。
積算回転数Ｎ＝∫（ｎ）ｄｔ・・・（２）

そして、積算電力量Ｐを積算回転数Ｎで割った値（Ｐ／Ｎ）を演算値Ｖとして算出する。演算装置１１には、混練バッチＲｉが混練異常なく混練された場合の積算電力量Ｐｃを積算回転数Ｎｃで割った値（Ｐｃ／Ｎｃ）が正常値Ｃとして記憶されている。

混練機１により混練バッチＲｉを混練する際には、チャンバー７の内壁面７ａと回転駆動されるロータ８（ロータ外径Ｄ）とのクリアランスＨの間で、未加硫ゴムＲには繰り返しせん断力が付与されて混練される。未加硫ゴムＲにせん断力を付与するロータ８は、反作用として回転抵抗を受けることになる。ロータ８が受ける回転抵抗は、混練する原料ゴムの量や種類、配合剤の量や種類によって変化する。

それ故、原料ゴムや配合剤の量や種類を設定どおりではなく、誤って混練機１に投入して混練した場合は、ロータ８を回転駆動させる際の回転抵抗が、正常品を混練する場合とは異なってくる。即ち、混練異常がある場合には、ロータ８の回転駆動に要する必要な電力が正常品の場合とは相違する。

そこで、算出された演算値Ｖと予め把握されている正常値Ｃとを演算装置１１によって比較する。演算値Ｖと正常値Ｃとは、混練開始からの経過時間がほぼ同じ範囲の値どうしを比較する。瞬時電力量ｐの積算、即ち、それぞれの混練バッチＲｉの演算値Ｖおよび正常値Ｃの算出は、できるだけ瞬時電力量ｐが安定している期間で行なう。

例えば、それぞれの混練バッチＲｉの演算値Ｖは、ラム６が所定の下方位置に設置された状態で混練を行なう１ステージ毎に算出する。ステージ毎に算出された演算値Ｖは、その演算値Ｖが算出されたステージと同じステージでの正常値Ｃと比較される。正常値Ｃの設定については後述する。

図４に例示する実線ＬＣは、正常値Ｃの基礎になるデータである。この実線ＬＣは、判定対象となる混練バッチＲｉの直前２０バッチ以上の所定数ｉの混練バッチＲｉについて、それぞれの混練バッチＲｉを混練した際の瞬時電力量ｐをその時の回転数ｎで割った値ｐ／ｎを平均した時系列データを示している。破線ＬＶは、判定対象となる混練バッチＲｉの瞬時電力量ｐをその時の回転数ｎで割った値ｐ／ｎの時系列データを示している。即ち、破線ＬＶは演算値Ｖの基礎になるデータである。一点鎖線Ｌｄは、ラム６の上下位置ｄの時系列データを示している。

そして、それぞれのステージ（図４では１ｓｔステージおよび２ｎｄステージ）の所定時間について、上述した（１）式および（２）式の積分を行なって演算値Ｖを算出する。正常値Ｃも同様に算出する。次いで、演算値Ｖと正常値Ｃとを比較してその差を算出する。次いで、その差の大きさに基づいて、混練バッチＲｉの混練異常の有無を、その混練バッチＲｉの混練中または混練終了直後に判定する。

演算値Ｖと正常値Ｃとの差が大きい程、その混練バッチＲｉに混練異常が発生している可能性が高いと推定される。そこで、混練異常の判断は、例えば、演算値Ｖと正常値Ｃとの差異の大きさが、正常値Ｃの１０％以上の場合に、その混練バッチＲｉに混練異常があると判定する。混練異常と判断する閾値は１０％に限らず、例えば５％〜３０％の間で適切な値を設定する。

尚、本発明は、原料ゴムを非加硫系配合剤とともに混練する場合だけでなく、加硫系配合剤とともに混練して最終混練ゴムを得る場合にも適用できる。

本発明では、混練異常有無の判定指標とする演算値Ｖに、ロータ８の回転駆動に要する瞬時電力量ｐを積算した積算電力量Ｐを用いているので、混練異常があった場合にはその値が敏感に変化する。さらに、演算値Ｖは、積算電力量Ｐを積算回転数Ｎで割った値（Ｐ／Ｎ）であり、ロータ８の回転数ｎが考慮されているので、ロータ８の回転数ｎが途中で変化した場合であっても、精度よく混練異常の有無の判定を行なうことができる。

また、それぞれの混練バッチＲｉの混練中または混練終了直後に混練異常の有無を判定するので、混練異常を早期に検知することができる。これにより、混練異常品を加硫系配合剤とともに混練して更なる混練異常品が生産される等の不具合がなくなる。このようにして混練異常品の増大が防止でき、未加硫の混練ゴムの歩留りを向上させることができる。

正常値Ｃは、上述したように、例えば、混練異常を判定する混練バッチＲｉの直前２０バッチ以上の所定数ｉの混練バッチＲｉの演算値Ｖの平均値を用いる。この場合、混練バッチＲｉを１バッチ混練終了する毎に最新の所定数ｉの正常値Ｃに更新する。或いは、正常値Ｃとして、混練異常を判定する混練バッチＲｉの直前のロットの２０バッチ以上の所定数ｉの混練バッチＲｉの演算値Ｖの平均値を用いて、１ロット分の混練バッチＲｉを混練終了する毎に最新の正常値Ｃに更新することもできる。

上記のように正常値Ｃを設定することで、その混練バッチＲｉの混練中または混練終了直後に混練異常の有無を判定することができる。即ち、リアルタイムでの判定が可能になる。尚、前者のように混練バッチＲｉを１バッチ混練終了する毎に最新の所定数ｉの正常値Ｃに更新すると、現在、混練している混練バッチＲｉにより近い条件下で混練したデータに基づいて正常値Ｃが設定できることになるので、正常値Ｃの適正さが向上する。

上記のように正常値Ｃを設定する場合の混練バッチＲｉの所定数ｉは、３０〜６０にすることがより好ましい。この所定数ｉが２０未満であるとそれぞれの混練バッチＲｉにおけるばらつきを十分に均すことができずに正常値Ｃの適正さ（安定性）を確保し難くなる。一方、所定数ｉが６０超であると直前の混練バッチＲｉであっても雰囲気環境（温度や湿度）等の条件が変化することにより、正常値Ｃの適正さを確保し難くなる。

混練バッチＲｉが混練異常と判定された際には、その混練バッチＲｉの次の混練バッチＲｉの混練を開始しないように混練機１を制御する。例えば、混練異常と判断すると直ちに、投入扉３ａが開かなくなるように制御して、次の混練バッチＲｉの混練機１への投入を阻止する。これにより、混練異常品の増大を確実に防止することができる。

混練バッチＲｉが混練異常と判定された際には、警告装置１２によって警告を発する構成にするとより好ましい。警告装置１２として警告灯を用いた場合は点灯させ、警告ブザーを用いた場合は警報を発することにより混練異常を作業者に知らせる。

１密閉式ゴム混練機
２ケーシング
３材料投入口
３ａ投入扉
４材料排出口
５排出口フラップ
６ラム
７チャンバー
７ａ内壁面
８ロータ
９ロータ軸
１０ロータ駆動部
１０ａ電力計
１０ｂ回転計
１１演算装置
１２警告装置
Ｒ未加硫ゴム
Ｒｉ混練バッチ

Claims

密閉式ゴム混練機により未加硫ゴムの混練バッチを連続的に混練する際の未加硫ゴムの混練異常の判定方法において、前記混練バッチを混練する際の前記混練機のロータの回転駆動に要する瞬時電力量を積算した積算電力量を、この積算電力量を積算した時間と同時間での前記ロータの回転数を積算した積算回転数で割った値を演算値とし、この演算値と予め把握している混練異常なく混練された場合の正常値とを比較して、比較した両者の差の大きさに基づいて、それぞれの混練バッチの混練異常の有無を、それぞれの混練バッチの混練中または混練終了直後に判定することを特徴とする未加硫ゴムの混練異常の判定方法。
前記混練機の内部で上下移動するラムが所定の下方位置に配置された状態で混練を行なう１ステージ毎に、前記演算値を算出する請求項１に記載の未加硫ゴムの混練異常の判定方法。
前記演算値と前記正常値との差の大きさが、前記正常値の１０％以上の場合に、その混練バッチに混練異常があると判定する請求項１または２に記載の未加硫ゴムの混練異常の判定方法。
混練異常を判定する混練バッチの直前２０バッチ以上の所定数の混練異常なく混練された場合の混練バッチの前記演算値の平均値を前記正常値とし、混練バッチを１バッチ混練終了する毎に最新の所定数の正常値に更新する請求項１〜３のいずれかに記載の未加硫ゴムの混練異常の判定方法。
混練異常を判定する混練バッチの直前のロットの２０バッチ以上の所定数の混練異常なく混練された場合の混練バッチの前記演算値の平均値を前記正常値とし、１ロット分の混練バッチを混練終了する毎に最新の正常値に更新する請求項１〜３のいずれかに記載の未加硫ゴムの混練異常の判定方法。
請求項１〜５のいずれかに記載の未加硫ゴムの混練異常の判定方法によって、混練バッチが混練異常と判定された際に、その混練バッチの次の混練バッチの混練を開始しないように前記混練機を制御することを特徴とする未加硫ゴムの混練制御方法。