JP6543985B2 - 混練機の内部観察方法 - Google Patents

Description

本発明は、混練機の内部観察方法に関し、さらに詳しくは、混練機内部の混練材料の挙動を簡易に把握することができる混練機の内部観察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、天然ゴム等の原料ゴムとカーボン等の各種配合部材とをミキサや押出機等の混練機に投入し、混練りすることにより各種配合薬品を均一に分散させるとともに、一定粘度に低下させるようにしている（例えば、特許文献１、２参照）。特許文献１に記載のゴム押出機では、シリンダ内で回転するスクリューによりゴムの混練を行う。特許文献２に記載の密閉式混練機では、ケーシング内のロータが回転することでゴム材料の混練を行う。

混練機による混練具合は、混練した材料の性能に大きく影響する。したがって、混練機の内部でゴム等の混練材料がどのような挙動をしているのかを把握できればより最適なスクリューの使用を検討する場合などに有益である。しかしながら、混練中の混練機の内部を確認することは実際には難しく、シミュレーションや経験則に基づいて推測しているのが現状である。そのため、混練機内部の混練材料の挙動を簡易に把握することができる手段が要望されている。

特開２０１４−４６６４６号公報 特開２０１１−３１５５８号公報

本発明の目的は、混練機内部の混練材料の挙動を簡易に把握することができる混練機の内部観察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混練機の内部観察方法は、ケーシングとこのケーシングの内部に設置されて回転駆動される混練駆動体とを備えたゴムの混練機モデルを用いた混練機の内部観察方法であって、前記ケーシングを外部から内部が視認可能な透明材料により形成し、前記ケーシングの内部に投入した混練材料および前記混練材料に溶けない不溶性材料からなる粒状の発光体を前記混練駆動体を駆動して混練するとともに、前記ケーシングの外部から、前記混練材料の中で粒として存在している前記発光体の動きを撮影して画像データを取得することを特徴とする。
また、本発明の別の混練機の内部観察方法は、ケーシングとこのケーシングの内部に設置されて回転駆動される混練駆動体とを備えた混練機モデルを用いたゴムの混練機の内部観察方法であって、前記ケーシングを外部から内部が視認可能な透明材料により形成し、前記混練駆動体を透明材料により形成し、前記混練機モデルをゴム押出機またはゴム混練機の縮小モデルとして、前記ケーシングの内部に投入した混練材料および発光体を前記混練駆動体を駆動して混練するとともに、前記ケーシングの外部から前記発光体の動きを撮影して画像データを取得することを特徴とする。

本発明によれば、前記混練材料と共に混練される前記発光体の動きを前記ケーシングの外部から画像データとして取得するだけで複雑な設備を用いることなく、混練材料の挙動を容易に把握することができる。これに伴い、混練駆動体の形状や回転速度等を変えることで生じる混練材料の挙動の違いや混練駆動体の混練効率の違い等を定量的に分析することができる。

前記混練駆動体を透明材料により形成することもできる。これにより、発光体を撮影する際に混練駆動体が邪魔になることがなく画像データを取得することができる。したがって、前記混練機モデル内を撮影する際には一方向からの撮影で発光体の挙動を網羅的に撮影できるので、撮影機器を１台にすることが可能になる。

前記発光体として、前記混練材料に溶けない不溶性材料を用いることもできる。これにより、発光体が混練材料に溶けて混ざることを回避できるので、発光体の挙動をより精度よく長時間観察することができる。これに伴ない、混練材料の挙動を定量的に分析するには益々有利になる。

前記混練材料としては例えば、カルボキシメチルセルロース溶液、鉱物油、合成油、植物油のいずれか１種類を用いる。これらの材料は入手し易く、特にカルボキシメチルセルロース溶液は所望の粘度に調整し易い。したがって、様々な実験条件を容易に再現することができる。

前記混練機モデルをゴム押出機またはゴム混練機の縮小モデルにすると、ゴム押出機またはゴム混練機の実物に近い条件での前記混練材料の挙動を把握することができる。また、縮小モデルなので、混練機の実物を用いる場合に比して、簡易に分析を行うことができる。

本発明に用いる混練機モデルを縦断面視で例示する説明図である。 図１のＡ−Ａ断面視で混練機モデルを例示するとともにその周辺機器を例示する説明図である。 本発明に用いる別の混練機モデルを縦断面視で例示するとともにその周辺機器を例示する説明図である。 図３のＢ−Ｂ断面図である。

以下、本発明の混練機の内部観察方法を図１〜２に示した実施形態に基づいて説明する。

本発明の混練機の内部観察方法では、ケーシング２とこのケーシング２の内部に設置される混練駆動体３とを備えた混練機モデル１を用いる。そして、ケーシング２の内部に混練材料４および発光体５を投入し、混練駆動体３を駆動して混練するとともに、ケーシング２の外部から発光体５の動きを撮影して画像データを取得する。この実施形態では、混練機モデル１の外部に撮影機器６およびセンサ７と、これらが接続される分析装置８と、ブラックライト１０とが設置されている。

混練機モデル１は、内部観察を行う対象となる混練機を再現するモデルである。混練機モデル１は、必ずしも実物の混練機を忠実に再現する必要はないが、実物の混練機の構造に近い構造を再現するほど、より現実に即したデータを取得することができる。この実施形態では、混練機モデル１としてゴム押出機の縮小モデルを用いている。混練機モデル１としては、他にもミキサ、攪拌機、ニーダー等のゴムを混練する装置やその他の材料の混練機を再現したモデルを用いることができる。

ケーシング２は、混練機モデル１の外壁を構成する部材である。ケーシング２は、透明材料により形成する。ケーシング２は、すべて透明材料により形成することも、観察したい範囲のみを透明材料により形成することもできる。ケーシング２の透明度は、外部から内部が視認可能であればよく、無色透明でなくてもよい。ケーシング２の具体的な材質としては例えば、アクリル樹脂、ポリカーボネート、塩化ビニル樹脂等を用いる。

この実施形態では、透明なアクリル樹脂の塊を内部に円柱状の空洞を有するシリンダ状に加工することで、ケーシング２を形成している。ケーシング２はこのように、樹脂を削り出して形成するだけでなく型成型により形成することもできる。このケーシング２には混練材料４および発光体５を投入する投入口２ａと混練材料４および発光体５が排出される排出口２ｂとが設けられている。

混練駆動体３は、混練材料４を混練する部材である。この実施形態では、円柱状の駆動軸３ａの外周に螺旋状の羽根部３ｂを有する混練駆動体３を透明な樹脂で形成している。駆動軸３ａの一端部はモータ９に接続されていて、モータ９が駆動源になって羽根部３ｂが駆動軸３ａを中心にして回転駆動される。

透明な樹脂としてはアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、塩化ビニル樹脂等を例示できる。混練駆動体３は、他にもＡＢＳ樹脂（アクリロニトリルブタジエンスチレン共重合合成樹脂）やＰＬＡ樹脂（ポリ乳酸樹脂）、ポリアミド樹脂等の各種樹脂や金属等の非透明材料で形成することもできる。ケーシング２や混練駆動体３は三次元プリンターを用いると簡易に作成することができる。

混練材料４としては、実際に製造工場の混練機内で混練されている未加硫ゴムや樹脂等の材料やこれら材料の擬似材料を用いることができる。実際に工場等で使用される材料を混練材料４として用いると、その混練材料４の特性を含んだ挙動データを取得することができる。しかし、例えば、羽根部３ｂの最適な形状（仕様）を検討する場合等においては、羽根部３ｂの形状の相違による混練材料４の挙動の相対的な違いを把握できればよい。それ故、混練材料４として擬似材料を用いても十分にその目的を果たすことができる。

擬似材料には例えば流動性が高い粘弾性体であるカルボキシメチルセルロース溶液を用いる。カルボキシメチルセルロースは入手し易く、溶液を所望の粘度に調整し易いので、様々な実験条件を容易に再現することができる。カルボキシメチルセルロース溶液のような流動性が高い粘弾性体を用いると、混練時に混練駆動体３やケーシング２に対する負荷が小さくなるため、これらの強度や耐久性を低く設定することができる。それ故、三次元プリンタ等で簡易に作成した混練駆動体３を用いる場合であっても十分に使用することが可能になる。混練材料４として用いることができる流動性が高い粘弾性体の擬似材料としては、その他に、鉱物油、合成油、植物油等を例示できる。

発光体５は、発光する性質を有する物体であり、粒状や液体状等様々な形態の物体を用いることができる。粒状の場合は、その粒径は例えば、混練駆動体５の直径の半分以下の直径を有するものにする。この実施形態では、発光体５として紫外線の照射によって発光する粒状蛍光体を採用している。そして、ケーシング２の外部からブラックライト１０を用いて紫外線を照射することで発光体５を発光させる。発光体５としては、蛍光体の他にも例えば、蓄光体や自発光体等様々な種類の物体を採用することができる。尚、発光体５が発光できる条件を満たすことができれば必ずしもブラックライト１０を設ける必要はない。

この実施形態では、ケーシング２の外部から発光体５の動きを撮影して画像データを取得する撮影機器６を１台設けている。撮影機器６としては動画撮影ができるデジタルカメラが好ましい。

センサ７としては、例えば、速度センサや加速度センサ、温度センサ等を用いることができる。分析装置８としては、例えば、パーソナルコンピュータ―等を用いることができる。

この実施形態では、ケーシング２および混練駆動体３を透明材料で形成しているため、１台の撮影機器６で発光体５の動きを網羅的に撮影することができるが、必要に応じて複数の撮影機器６を設けて混練機モデル１内を異なる方向から撮影することもできる。ケーシング２を透明材料で形成して混練駆動体３を非透明材料で形成する場合は、複数の撮影機器６により混練機モデル１の内部を異なる方向から撮影することが好ましい。

次に、本発明の手順を説明する。例えば、暗室に混練機モデル１、撮影機器６、センサ７、ブラックライト１０を所定の位置に設置する。暗室の照度は使用する発光体５の発光特性によって異ならせることもできるが、例えば７５ｌｘ以下、より好ましくは５０ｌｘ以下に設定する。そして、投入口２ａから混練材料４と発光体５をケーシング２の内部に投入して、モータ９を稼働させ混練駆動体３を回転駆動させる。発光体５はケーシング２の内部に投入する前段階で事前に混練材料４に混入させておくこともできるし、ケーシング２の内部に別々に投入し、ケーシング２の内部ではじめて発光体５を混練材料４に混入させることもできる。

混練駆動体３が回転駆動することで、混練材料４と発光体５は投入口２ａから排出口２ｂへ混練されながら移動する。この際、発光体５はブラックライト１０からの紫外線の照射によって発光する。混練駆動体３によって混練されている発光体５の挙動を撮影機器６によってケーシング２の外部から撮影して画像データを取得し、センサ７によって発光体５の移動速度や混練材料４の温度変化等の検知データを取得する。取得したデータは分析装置８に有線または無線で送信され、その取得したデータに基づいて分析作業を行なう。

例えば、羽根部３ｂの最適な形状（仕様）を検討する場合には、羽根部３ｂの形状（仕様）が異なる混練駆動体３に交換して同様の手順でデータを取得し、取得したデータに基づいて羽根部３ｂの形状による混練材料４の挙動の違いを比較分析する。混練材料４の特性の違いによる混練材料４の挙動の違いを分析したい場合には、混練材料４の粘度や種類、温度等を変えて同様の手順でデータを取得し、比較分析を行う。

本発明によれば、混練材料４と共に混練される発光体５の動きをケーシング２の外部から画像データとして取得するだけで複雑な設備を用いることなく、混練材料４の挙動を容易に把握することができる。これに伴い、混練駆動体３（羽根部３ｂ）の形状や回転速度等を変えることで生じる混練材料４の挙動の違いや混練駆動体３の混練効率の違い等を定量的に分析することができる。

発光体５は、混練材料４に溶けない不溶性材料を用いるとよい。混練材料４に溶けない発光体５を用いることにより、発光体５が混練材料４に溶けて混ざることを回避できるので、発光体５の挙動をより精度よく長時間観察することができる。これに伴ない、混練材料４の挙動を定量的に分析するには益々有利になる。

この実施形態では、混練機モデル１として、縮小モデルを用いているのでゴム押出機またはゴム混練機の実物に近い条件での前記混練材料の挙動を把握することができる。また、縮小モデルなので、混練機の実物を用いる場合に比して、簡易に分析を行うことができる。さらに、撮影機器６に加えてセンサ７を設置しているので、発光体５の挙動に関するより詳細なデータを取得することができる。そのため、混練機モデル１内での混練材料４の挙動をより定量的に分析することができる。

別の混練機モデル１を図３、４に示す。この混練機モデル１は、ゴム混練機を再現したモデルである。ケーシング２は、内部に楕円柱状の空洞を有する形状に形成されている。ケーシング２の上部には開閉式の投入口２ａ、下部には開閉式の排出口２ｂが設けられている。混練駆動体３は対向する２つのロータで構成されている。この混練駆体３を構成する２つのロータはモータ９に接続されており、モータ９を駆動源としてそれぞれ独立して回転駆動する。

この実施形態では、粘度の異なる２種類の混練材料４ａ、４ｂと、発光色が異なる２種類の粒状蛍光体である発光体５ａ、５ｂを用いている。撮影機器６、センサ７、分析装置８、ブラックライト１０は先の実施形態と同様の構成である。

次に、この混練機モデル１を用いた本発明の手順を説明する。まず、事前に混練材料４ａに発光体５ａを混入させて混練材料４ａに発光体５ａが適度に点在している状態にする。同様に混練材料４ｂに発光体５ｂを混入させて混練材料４ｂに発光体５ｂが適度に点在している状態にする。そして、排出口２ｂを閉じた状態で、この混練材料４ａとこの混練材料４ｂとを投入口２ａからそれぞれ所定量投入する。その後、投入口２ａを閉めケーシング２を密閉した状態でモータ９を稼働させ、混練駆動体３を回転駆動させる。

発光体５ａが点在する混練材料４ａと発光体５ｂが点在する混練材料４ｂは、ケーシング２内で混練駆動体３である二つのロータによって繰り返し混練される。発光体５ａは混練材料４ａに伴なって動き、発光体５ｂは混練材料４ｂに伴なって動く。混練材料４ａ、４ｂが混練されると発光体５ａ、５ｂはケーシング２内で混り合うことになる。この混練材料４ａ、４ｂがケーシング２内に投入されてから混ざり合う過程を撮影機器６によってケーシング２の外部から撮影して画像データを取得する。また、センサ７によって発光体５ａ、５ｂそれぞれの移動速度や混練材料４ａ、４ｂの温度変化等の検知データを取得する。取得したデータは分析装置８に送信され、その取得したデータに基づいて分析作業を行なう。

この実施形態においても先の実施形態と同様に、例えば、羽根部３ｂの最適な形状（仕様）を検討する場合には、羽根部３ｂの形状（仕様）が異なる混練駆動体３に交換して同様の手順でデータを取得し、取得したデータを基に羽根部３ｂの形状による混練材料４ａ、４ｂの挙動の違いや混練効率等を比較分析する。

この実施形態では、粘度が異なる混練材料４ａ、４ｂにそれぞれ発光色の異なる発光体５ａ、５ｂを点在させた後に、混練材料４ａと混練材料４ｂをケーシング２内で混練するので、混練材料４ａ、４ｂが混練される様子を発光体５ａ、５ｂにより可視化することができる。そして、この発光体５ａ、５ｂのそれぞれの動きをケーシング２の外部から画像データとして取得することで、混練材料４ａ、４ｂのそれぞれの挙動を把握することができる。

この実施形態では特性の異なる２種類の混練材料４と発光体５を用いたが、先の実施形態と同様に１種類の混練材料４を用いることもできる。或いは、特性の異なる３種類以上の混練材料４と発光体５を用いることもできる。異ならせる特性としては混練材料４の粘度の他に、比重等を例示できる。

１ 混練機モデル
２ ケーシング
２ａ 投入口
２ｂ 排出口
３ 混練駆動体
３ａ 駆動軸
３ｂ 羽根部
４、４ａ、４ｂ 混練材料
５、５ａ、５ｂ 発光体
６ 撮影機器
７ センサ
８ 分析装置
９ モータ
１０ ブラックライト

Claims (4)

1. ケーシングとこのケーシングの内部に設置されて回転駆動される混練駆動体とを備えたゴムの混練機モデルを用いた混練機の内部観察方法であって、
   前記ケーシングを外部から内部が視認可能な透明材料により形成し、前記ケーシングの内部に投入した混練材料および前記混練材料に溶けない不溶性材料からなる粒状の発光体を前記混練駆動体を駆動して混練するとともに、前記ケーシングの外部から、前記混練材料の中で粒として存在している前記発光体の動きを撮影して画像データを取得することを特徴とする混練機の内部観察方法。
2. ケーシングとこのケーシングの内部に設置されて回転駆動される混練駆動体とを備えた混練機モデルを用いたゴムの混練機の内部観察方法であって、
   前記ケーシングを外部から内部が視認可能な透明材料により形成し、前記混練駆動体を透明材料により形成し、前記混練機モデルをゴム押出機またはゴム混練機の縮小モデルとして、前記ケーシングの内部に投入した混練材料および発光体を前記混練駆動体を駆動して混練するとともに、前記ケーシングの外部から前記発光体の動きを撮影して画像データを取得することを特徴とする混練機の内部観察方法。
3. 前記混練駆動体を透明材料により形成し、前記混練機モデルをゴム押出機またはゴム混練機の縮小モデルとする請求項１に記載の混練機の内部観察方法。
4. 前記混練材料として、カルボキシメチルセルロース溶液、鉱物油、合成油、植物油のいずれかを用いる請求項１〜３のいずれかに記載の混練機の内部観察方法。

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