WO2006043535A1 - ゴム材料の混練装置および混練方法 - Google Patents

ゴム材料の混練装置および混練方法 Download PDF

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Yoichi Yamaguchi
Masashi Kida
Kazuo Miyasaka
Syunsuke Maruyama
Kenzou Ogura
Takehisa Morimoto
Hideki Ishida
Yuuichirou Hisada
Hirohumi Imamura
Hidenori Hirai
Masahiro Kurosawa
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The Yokohama Rubber Co., Ltd.
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    • B29B7/183—Mixing; Kneading non-continuous, with mechanical mixing or kneading devices, i.e. batch type with movable mixing or kneading devices rotary with more than one shaft having a casing closely surrounding the rotors, e.g. of Banbury type

Definitions

  • the present invention relates to a rubber material kneading apparatus and a kneading method, and more specifically, kneading with excellent productivity for general purposes regardless of the amount of rubber material, the type of compounding agent, and the compounding ratio.
  • the present invention relates to a kneading apparatus for a rubber material and a kneading method for obtaining a kneaded rubber having a stable viscosity by using this kneading apparatus.
  • a rubber material before vulcanization used as a material for a rubber product such as a tire is made of a raw rubber such as natural rubber and a compounding agent such as carbon black in a closed kneader called a Banbury mixer. It was necessary to add a predetermined amount and knead. By this kneading, it was necessary to uniformly mix the charged materials and to obtain a kneaded rubber having a constant viscosity.
  • the kneaded rubber excessively rises in temperature by the time it reaches the target viscosity due to heat generated by friction during kneading, leading to a decrease in quality. Therefore, it has been difficult to achieve the target viscosity of the kneaded rubber by only one kneading operation due to the upper temperature limit. For this reason, it was necessary to cool the kneaded rubber once taken out from the closed kneading machine and then re-inject it to repeat the kneading operation a plurality of times. As a result, a great deal of energy was wasted and productivity was reduced.
  • the kneader for kneading the raw rubber and the non-vulcanized compounding agent and the final kneader for adding and kneading the vulcanized compounding agent have been separated. Therefore, the first mixing Kneader power The intermediate cooling time until the discharged kneaded rubber is put into the final kneader is not constant, and it is difficult to obtain a kneaded rubber with stable quality.
  • Patent Document 1 Japanese Unexamined Patent Publication No. 63-56407
  • Patent Document 2 Japanese Patent No. 2936348
  • the main object of the present invention is to provide a rubber material kneading apparatus excellent in productivity that can be kneaded in general regardless of the amount of rubber material, the kind of compounding agent, and the blending ratio. There is.
  • Another object of the present invention is to stabilize the viscosity of the kneaded rubber without variation under the kneading conditions of the same batch when kneading the rubber material using the kneading apparatus. It is an object of the present invention to provide a rubber material kneading method that can achieve stable quality without variation.
  • the rubber material kneading apparatus of the present invention is a kneading system in which at least two open-type roll kneaders each having a pair of kneading rolls, a reversing compressor, and a delivery competitor are connected in series.
  • One closed-type kneader for kneading the rubber material and the non-vulcanized compounding agent is arranged upstream of the kneading line group in which at least two lines are arranged side by side, and on the downstream side of the kneading line group, One final kneader for kneading the intermediate kneaded rubber discharged from the kneading line group and the vulcanizing compound, and a measuring means between the closed kneader and the kneading line group; Distributing means for selectively transferring the pre-kneaded rubber weighed by the measuring means to at least one kneading line of the kneading line group is arranged, and between the kneading line group and the final kneader.
  • Intermediate kneading A conveying means for conveying the rubber to the final kneader is arranged.
  • This kneading apparatus includes a kneading line group in which at least two open-type kneading machines are connected in series, and at least two rows of kneading lines are juxtaposed, so that after being discharged from the closed kneading machine
  • the pre-kneaded rubber weighed by the weighing means can be supplied to a kneading line selected from a plurality of kneading lines by the sorting means according to the kneading conditions such as the amount and kneading time.
  • the final kneaded rubber can be obtained with high productivity in accordance with the kneading conditions.
  • the rubber material kneading method of the present invention uses the above-described kneading apparatus to preliminarily knead the rubber material and the non-vulcanized compounding agent with the above-mentioned closed-type kneader.
  • the pre-kneaded rubber discharged from the kneader is set so that the roll gap of the pair of kneading rolls is 0.5 mm to 3. Omm, and the temperature of the kneaded rubber is 40 ° C to It is characterized by being kneaded while controlling at 90 ° C.
  • the kneading rubber is kneaded while simultaneously controlling the roll gap and the temperature of the kneading rubber within the above-mentioned range, whereby the kneading rubber is given sufficient shearing force to rapidly reduce the viscosity and vary. It is possible to obtain an intermediate kneaded rubber having a stable target viscosity without any problems. As a result, not only the kneading conditions of the same batch but also the viscosity of the final kneaded rubber becomes uniform and uniform even between a plurality of batches.
  • the rubber material and the non-vulcanized compounding agent are preliminarily kneaded with the above-described closed kneader using the above-described kneading apparatus,
  • the temperature of the pre-kneaded rubber when the pre-kneaded rubber discharged from the closed-type kneader is discharged to the first roll kneader of the kneading line from the closed kneader is set to 90 ° C or higher, and the first roll
  • the temperature of the kneaded rubber when discharged from the kneader to the second roll kneader is controlled to 60 ° C to 80 ° C.
  • the temperature of the pre-kneaded rubber when it is put into the first roll kneader is set to 90 ° C or higher. It is sufficient to put it in as it is without the need for special cooling before putting it into the container. Therefore, pretreatment time and energy loss can be minimized.
  • the temperature of the kneaded rubber when discharged to the second roll kneader should be 60 ° C ⁇ 80 ° C! The viscosity can be lowered quickly by giving. As a result, an intermediate kneaded rubber having a stable target viscosity with no variation can be obtained, and the final kneaded rubber also has a stable quality.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating a rubber material kneading apparatus according to the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic plan view of FIG.
  • FIG. 3 is a view taken along the line XX in FIG.
  • FIG. 4 is an explanatory view illustrating the outline of a roll kneader constituting a kneading line.
  • FIG. 5 is a control flow diagram showing an example of a rubber material kneading method of the present invention.
  • FIG. 6 is a graph showing an example of a control process by the rubber material kneading method of the present invention.
  • FIG. 7 is a graph showing the control range of the rubber temperature and the roll gap in the rubber material kneading method of the present invention.
  • FIG. 8 is a graph showing the relationship between kneading time and rubber temperature in a roll kneader.
  • FIG. 9 is a graph showing the relationship between kneading time and power level in a roll kneader.
  • FIG. 10 is a graph showing the relationship between the estimated viscosity index and the actually measured final viscosity.
  • FIG. 11 is an explanatory view illustrating an outline of a modified example of a roll kneader.
  • FIG. 12 is an explanatory diagram illustrating a method for enlarging the main part of FIG. 11 and estimating the bank amount.
  • FIG. 13 is a graph showing the relationship between the amount of banks and the number of roll passes in a roll kneader and a decrease in viscosity.
  • a raw rubber such as natural rubber and a non-carbon rubber such as carbon black are provided on one side of a closed kneader 1 called a Banbury mixer.
  • a raw material metering device 2 for metering and supplying the vulcanizing compound is connected on one side of a closed kneader 1.
  • the sheeting roll 3 includes a pair of kneading rolls rotating in opposite directions, and allows the rubber W to be kneaded to pass between the rolls.
  • a supply conveyor 4 is disposed at the discharge portion of the sheeting roll 3, and a distribution compressor 5 is disposed on the discharge side of the supply conveyor 4 via a cutter device 5a and a weighing conveyor 5b. ing.
  • a distribution compressor 5 is disposed on the discharge side of the supply conveyor 4 via a cutter device 5a and a weighing conveyor 5b.
  • two rows of kneading lines 6A and 6B are arranged to be connected in parallel.
  • the sorter 5 can be moved back and forth between the kneading lines 6A and 6B.
  • Each of the kneading lines 6A and 6B is composed of two roll kneaders 6a and 6b, 7a and 7b connected in series in a direction orthogonal to the sorting competitor 5.
  • the number of roll kneaders connected in series is not limited to two.
  • the number of kneading lines 6 A and 6B arranged in parallel is not limited to two.
  • Roll kneaders 6a, 6b, 7a, 7b are opposed kneading rolls rotating in opposite directions to each other. 8 has an open structure. Furthermore, a kneading roll 9 is provided that forms a circulation path from the lower side to the upper side of the kneading roll 8, and a delivery conveyor 10 is rotatably connected to one end of the kneading roll 9.
  • the rubber W to be kneaded that passes through the kneading roll 8 is circulated by the kneading compressor 9 and repeatedly supplied continuously to the kneading roll 8 for kneading. Is done.
  • the other end portion of the delivery conveyor 10 is lowered, the rubber W to be kneaded is conveyed to the next step by the delivery conveyor 10.
  • an intermediate conveyance compressor 18 is connected in an orthogonal direction.
  • a final kneader 21 equipped with a vulcanizing compounding agent Q charging device 20 is connected to a carry-out end portion of the intermediate conveyance compressor 18 via a supply compressor 19.
  • the final kneader 21 is an open-type roll kneader equipped with a pair of kneading rolls 25, a kneading conveyor 22 and a delivery competitor 23.
  • a final unloading compressor 24 is connected to the discharge portion of the final kneading machine 21 in an orthogonal direction.
  • a sheeting roll 26 On the unloading side of the final unloading compressor 24, a sheeting roll 26, an unloading compressor 27, a sampling device 28 and Product stock process 30 is connected via cooling device 29
  • the pre-kneaded rubber W is the rubber at the stage before the kneading is completed in the kneading lines 6A and 6B from the closed kneader 1.
  • the kneading lines 6A and 6B finish kneading, and the rubber before the kneading is finished in the final kneading machine 21 is the intermediate kneading rubber W, and the rubber after the kneading is finished in the final kneading machine 21 is the final kneading rubber Wa. To do.
  • the raw material metering device 2 measures the raw rubber such as natural rubber and the non-powered sulfur compounding agent such as carbon black, and then puts them into the closed kneading machine 1 to uniformly knead and reserve. Kneaded rubber W.
  • This pre-kneaded rubber W still has a high viscosity and is easy to cut, so it is not easy to handle. Therefore, the pre-kneaded rubber W is kneaded in the kneading lines 6A and 6B in the subsequent steps, and the viscosity is lowered to the target viscosity to obtain the intermediate kneaded rubber W.
  • the pre-kneaded rubber W is kneaded by the sheeting roll 3 so as to be at a constant temperature or lower, and is conveyed to the supply compressor 4 in the form of a sheet. After that, the pre-kneaded rubber W The material is transferred from the barrier 4 to the weighing competitor 5b through the cutter device 5a.
  • the pre-kneaded rubber W is weighed and kneaded in one kneading line 6A and kneaded in two kneading lines 6A and 6B according to the kneading conditions such as the amount and kneading time. Whether to do is selected.
  • the pre-kneading rubber W on the weighing competitor 5b is directly supplied to one kneading line 6A.
  • the pre-kneading rubber W is equally divided by the cutter device 5a, and a time difference is provided between the weighing conveyor 5b and the sorting compressor 5, so that each Supply to kneading lines 6A and 6B.
  • the sorting competitor 5 moves toward the kneading line 6B.
  • the pre-kneading rubber W divided by the cutter device 5a at a predetermined ratio is sequentially supplied to the kneading lines 6A and 6B, etc. .
  • Each pre-kneaded rubber W supplied to the kneading lines 6A and 6B is repeatedly kneaded by the first roll kneaders 6a and 7a, and then the second roll kneaders 6b and 7b. And repeatedly kneaded.
  • the first roll kneaders 6a and 7a and the second roll kneaders 6b and 7b are kneaded while sequentially controlling the rubber temperature T to be lowered by about 10 ° C. A detailed kneading method will be described later.
  • each of the intermediate kneaded rubbers W having reached the target viscosity is transferred onto the intermediate conveying compressor 18 arranged in a direction orthogonal to the kneading lines 6A, 6B by the kneading lines 6A, 6B.
  • each intermediate kneaded rubber W is supplied from the intermediate conveying compressor 18 to the final kneader 21 via the supply compressor 19 and collected.
  • the vulcanized compounding agent Q force metering device 20 weighed at a certain ratio is charged and mixed with the intermediate kneaded rubber W. Is done.
  • the final kneaded rubber Wa that has been uniformly kneaded by adding the vulcanizing compounding agent Q is discharged to the final carry-out compressor 24 by the delivery compressor 23.
  • the final kneaded rubber Wa unloaded by the final unloading competitor 24 is supplied to the product stock process 30 via the sheeting roll 26, unloading conveyor 27, sampling device 28, and cooling device 29.
  • the sampling device 28 the final kneaded rubber Wa is sampled and checked for quality. Quality final kneaded rubber Wa is stocked in product stock process 30.
  • a series of steps from the addition of a rubber material or the like to the final kneading rubber Wa can be performed continuously at a time. Further, depending on the weight of the material kneaded in the closed kneader 1, that is, the amount of the pre-kneaded rubber W, the type of the compounding agent, the blending ratio, the kneading time, etc., the pre-kneaded rubber W is a predetermined ratio. Each kneaded rubber W can be kneaded to the target viscosity by kneading lines 6A and 7A. In this way, the intermediate kneaded rubber W and, in turn, the final kneaded rubber Wa can be obtained by kneading with excellent productivity in general for various kneading conditions.
  • the roll kneader 6 shown in FIG. 4 can be used as the roll kneaders 6a, 6b, 7a, 7b constituting the kneading lines 6A, 6B.
  • This roll kneader 6 has a pair of kneading rolls 8 that are rotationally driven by electric motors 12 in directions opposite to each other.
  • the roll kneading machine 6 includes a reversing conveyor 9 and a delivery competitor 10, and the basic structure has been described above. Same as roll kneaders 6a, 6b, 7a, 7b.
  • One roll 8 is provided with an actuator 13, and this roll 8 is moved so that the gap between the rolls (roll gap h) can be adjusted! /.
  • a roll gap sensor 15 is arranged below the kneading roll 8.
  • a temperature sensor 14 that detects the temperature of the pre-kneaded rubber W that has passed through the kneading roll 8 and a cooling fan 11 that cools the pre-kneaded rubber W are arranged.
  • the electric power level P drive torque
  • roll surface speed V roll gap h
  • rubber temperature T of the electric motor 12 are transmitted to the arithmetic unit 16.
  • the pre-kneaded rubber W supplied by the sorting conveyor 5 is put into the first roll kneaders 6a and 7a in a state where the rubber temperature T force is 0 ° C. or more.
  • the temperature T of the pre-kneaded rubber W discharged from the closed kneader 1 is approximately in the range of 90 ° C to 170 ° C.
  • the rubber temperature T when kneaded and discharged by the roll kneaders 6a and 7a is controlled to 60 ° C or higher and 80 ° C or lower.
  • the pre-kneaded rubber W discharged from the closed kneader 1 may be added as it is without the need for special cooling before it is introduced into the first roll kneaders 6a and 7a. Accordingly, it is possible to minimize the pretreatment time and energy loss for charging into the roll kneaders 6a and 7a.
  • the temperature T of the pre-kneaded rubber W is in the range of 60 ° C to 80 ° C, which is effective for reducing the viscosity, and the temperature change is reduced, so the rubber temperature T is easily controlled and sufficient. Viscosity can be rapidly reduced by applying a shearing force.
  • this roll kneader 6 is used as a first kneading machine 6a, 7a and a second roll kneading machine 6b, 6b connected in series by kneading lines 6A, 6B provided side by side, Knead as follows.
  • the pre-kneaded rubber W discharged from the closed kneader 1 and distributed by the distribution conveyor 5 is used for the first roll kneader 6a with the rubber temperature T being 90 ° C or higher. , 7a.
  • the rubber temperature T when kneaded and discharged by the first roll kneaders 6a and 7a is controlled to 60 ° C or higher and 80 ° C or lower.
  • the pre-kneaded rubber W is put into the second roll kneaders 6b and 7b by the delivery competitor 10 while maintaining the temperature state.
  • the rubber temperature T force at which the pre-kneaded rubber W is kneaded and the force is discharged is controlled to be 0 ° C or higher and 75 ° C or lower.
  • the two roll kneaders 6a and 6b in series and 7a and 7b continuously knead the rubber temperature T gradually and knead in a temperature range effective for viscosity reduction, so that sufficient shearing is achieved.
  • the intermediate kneaded rubber W having the target viscosity can be obtained by applying a force and rapidly reducing the viscosity.
  • the viscosity reduction of the pre-kneaded rubber W can be further promoted by setting the roll gap h of the roll kneaders 6a, 6b, 7a, 7b to 0.5 mm or more and 3. Om m or less.
  • the rubber temperature T and the driving torque of the kneading roll 8 are controlled.
  • the viscosity is estimated and calculated over time based on the viscosity, roll gap h, and roll surface speed V, and kneaded while controlling so that the estimated viscosity becomes the target viscosity in a given time.
  • the calculation formula used for estimating the rubber viscosity in the course of the kneading operation is not particularly limited, but the following formula (1) can be exemplified.
  • Viscosity index (reference temperature is 100 ° C and shear rate is 2 [lZs]
  • FIG. 5 illustrates this control flow, which will be described with reference to this figure.
  • the target viscosity at that time set in advance and the estimated viscosity are compared, and if the estimated viscosity is within the allowable range of the target viscosity, the kneading is continued without changing the kneading conditions. If the estimated viscosity is higher than the target viscosity, the rubber temperature T is decreased by increasing the number of cooling fans 11 to be operated, increasing the fan rotation speed, etc. to reduce the rubber temperature T, thereby promoting the viscosity decrease. The roll gap h is reduced to promote viscosity reduction.
  • the estimated viscosity is lower than the target viscosity, reduce the number of cooling fans 11 to operate, slow down the fan rotation speed, etc. To reduce the viscosity.
  • the roll gap h can be increased to suppress the decrease in viscosity.
  • the cooling means for the rubber temperature T is not limited to the cooling fan 11, and heat may be exchanged by circulating a fluid inside the kneading roll 8.
  • the kneading time can be adjusted by controlling and changing the roll surface speed V.
  • This control is repeatedly carried out by appropriately determining the number of times within a predetermined kneading time. Then, when the target viscosity is reached within a predetermined kneading time, the control is terminated as indicated by the dotted line.
  • This control process is illustrated in Fig. 6.
  • the viscosity E estimated during the measurement of T1 to T4 gradually approaches the target viscosity G set in advance by this control, and the target viscosity r? F reaches the predetermined kneading time Tf. It can be.
  • Fig. 8 and Fig. 9 examples of estimated values of the rubber temperature T and the power level P obtained in a monotonically decreasing function form are displayed together with measured values and moving average values of the measured values every minute.
  • the dotted line that fluctuates up and down is the measured value
  • the solid line that fluctuates up and down is the moving average value per minute
  • the solid straight line is the estimated value. It can be seen that the estimated value obtained with the monotonically decreasing function form and the moving average value per minute change more stably than the measured value, and in particular, the estimated value obtained with the monotonically decreasing function form is more stable.
  • Fig. 10 shows the final viscosity index ( ⁇ ) when the estimated viscosity is calculated and controlled based on the estimated values of the rubber temperature T and the power level P obtained in a monotonically decreasing function form, and the final measured value.
  • the relationship is closer to the actually measured viscosity, and it can be seen that an intermediate kneaded rubber W having a stable viscosity with little viscosity variation from batch to batch can be obtained.
  • This makes it possible to obtain an intermediate kneaded rubber W having a stable target viscosity with little variation in viscosity during a predetermined time.
  • FIG. 11 illustrates a modified example of the roll kneader 6 shown in FIG.
  • This roll kneading machine 7 is obtained by adding a bank amount sensor 17 to the roll kneading machine 6, and the other structures are the same, so that they are illustrated in a simplified manner.
  • the shearing force applied to the pre-kneaded rubber W by the kneading roll 8 changes depending on the so-called bank amount B of the pre-kneaded rubber W staying on the kneading roll 8 during kneading. If the bank amount B is large, a wider state force is pushed into the narrow gap of the kneading roll 8, so that the shearing force increases and the viscosity decreases. Therefore, the pre-kneaded rubber W being kneaded varies in viscosity due to the difference in bank amount B.
  • a bank amount sensor 17 is provided in order to suppress such a variation in viscosity.
  • the bank amount sensor 17 detects the bank amount B using an infrared camera or an optical sensor.
  • the top surface force of the kneading roll 8 also detects the height H to the top surface of the pre-kneaded rubber W on the kneading roll 8, and the detected data is connected to the bank amount sensor 17. Input to the arithmetic unit 16 and process the data to estimate the bank amount B.
  • a line segment CL in the figure is a center line that is intermediate between the pair of kneading rolls 8.
  • the bank amount sensor 17 detects the height H from the top surface of the kneading roll 8 to the top surface of the pre-kneading rubber W on the kneading roll 8, and the horizontal line from the top surface of the kneading roll 8 to the height H is detected. Calculate the intersection C with the center line CL, and calculate the area of the circle that touches the surface of both rolls 8 through the intersection C. Then, the length of the pre-kneaded rubber W in the roll width direction of the kneading roll 8 is determined by the bank amount sensor 17. Alternatively, it is detected by another means, and the volume of the cylinder is obtained by multiplying the calculated area of the circle and the length of the pre-kneaded rubber w in the roll width direction, and this is defined as the bank amount B.
  • the bank amount B can be estimated by the computing device 16 in real time.
  • the estimation of the bank amount B is not limited to this, and may be approximated by another method.
  • the bank amount B is controlled to decrease. In order to reduce the bank amount B, lower the conveyor conveyance speed CV of the delivery competitor 10 and the turnover compressor 9 or increase the height position of the turnover compressor 9 to extend the circulation path of the pre-kneaded rubber W. That's fine.
  • the viscosity index is an index relative to the reference viscosity. The larger the index, the higher the viscosity, and the viscosity index before roll kneading (the number of roll passes is 0) is 10.
  • the viscosity control by the roll kneader 6a the viscosity is estimated and calculated over time based on the rubber temperature T, the driving torque p of the kneading roll 8, the roll gap h, the roll surface speed V, and the bank amount B. Kneading while controlling so that the estimated viscosity becomes the target viscosity over time.
  • a calculation formula used for estimating the rubber viscosity in the kneading operation process for example, The following equation (2), in which the item of bank amount B is added to equation (1), can be exemplified.
  • the bank amount B is detected by the bank amount sensor 17.
  • the bank amount sensor 17 by controlling the increase / decrease of the bank amount B based on the detected data, it is possible to obtain the intermediate kneaded rubber W having a predetermined viscosity that is more accurate and stable.
  • the final blended rubber Wa also has a uniform quality with a stable viscosity.
  • the rubber material kneading apparatus and the kneading method described above can be effectively used when producing rubber products such as tires.

Abstract

　ゴム材料と非加硫系配合剤との混練から加硫系配合剤を混練して最終混練ゴムを得るまでの一連の工程を連続して行うゴム材料の混練装置およびこの混練装置を使用した混練方法である。１台の密閉型混練機で混練した予備混練ゴムを振り分けコンベヤによって、混練ラインが２列以上並設された混練ライン群に選択的に供給する。混練ラインは、直列に連結する複数のオープン型ロール混練機で構成される。混練ライン群で混練して目標粘度になった中間混練ゴムと加硫系配合剤とを最終混練機で混練して最終混練ゴムを得る。

Description

明 細 書
ゴム材料の混練装置および混練方法
技術分野
[0001] 本発明は、ゴム材料の混練装置および混練方法に関し、更に詳しくは、ゴム材料の 量や配合剤の種類、配合割合の如何に拘わらず汎用的に生産性に優れた混練を行 なうことができるゴム材料の混練装置およびこの混練装置を使用して粘度の安定した 混練ゴムを得る混練方法に関するものである。
背景技術
[0002] 従来、タイヤ等のゴム製品の材料として使用する加硫前のゴム材料は、天然ゴム等 の原料ゴムと、カーボンブラック等の配合剤とをバンバリ一ミキサと呼ばれる密閉型混 練機に所定量投入して混練を行ない、この混練によって、投入した材料を均一に混 合させるとともに、一定の粘度に低下させた混練ゴムにすることが必要であった。
[0003] し力しながら、混練ゴムは混練中の摩擦により発生する発熱等によって、 目標粘度 に達するまでに過度に温度上昇するため、品質低下を招くことになる。したがって、 混練ゴムは上限温度の制約から 1回の混練操作だけでは目標粘度にすることが困難 であった。そのため、一度、密閉型混練機力 取り出した混練ゴムを冷却した後、再 投入して混練操作を複数回繰り返し実施する必要があった。この結果、多大なエネ ルギ一が無駄になるとともに、生産性が低下する原因になっていた。
[0004] このような問題を解決するために、密閉型混練機に多台数のロール混練機を直列 に配置して混練する方法が種々提案されている（例えば、特許文献 1、 2参照）しかし 、上記のような従来の混練方法では、ゴム材料の量や配合剤の種類や配合割合等 の違いのすべてに対応することが出来ない欠点がある。例えば、ゴム量が少ない混 練ゴムを得る場合には、最終混練ゴムを得るまでの時間が非常に長くなると 、う問題 やゴム材料に混ざりにく 、配合剤を混練する場合には、連続して一度に混練できる 量を多くすることができな 、と 、う問題があった。
[0005] また、従来の混練装置は、原料ゴムと非加硫系配合剤とを混練する混練機と、加硫 系配合剤を投入して混練する最終混練機とは分離されていた。そのため、最初の混 練機力 排出された混練ゴムを最終混練機に投入するまでの中間冷却時間が一定 せず、安定した品質の混練ゴムを得ることが困難であった。
特許文献 1 :日本国特開昭 63— 56407号公報
特許文献 2 :日本国特許第 2936348号公報
発明の開示
[0006] 本発明の主たる目的は、ゴム材料の量や配合剤の種類や配合割合の如何に拘わ らず汎用的に混練を可能とする生産性に優れたゴム材料の混練装置を提供すること にある。
本発明の他の目的は、上記混練装置を使用してゴム材料を混練する場合、混練ゴム の粘度を同一バッチの混練条件下でばらつくことなく安定ィ匕し、また、複数のバッチ 間でも粘度のばらつきがな 、安定した品質にすることを可能とするゴム材料の混練方 法を提供することにある。
[0007] 上記目的を達成するため本発明のゴム材料の混練装置は、一対の混練ロールと練 り返しコンペャと受け渡しコンペャとを備えたオープン型ロール混練機を少なくとも 2 台以上直列に連結した混練ラインを少なくとも 2列以上並設した混練ライン群の上流 側に、ゴム材料と非加硫系配合剤とを混練する密閉型混練機を 1台配置するとともに 、該混練ライン群の下流側に、該混練ライン群から排出された中間混練ゴムと加硫系 配合剤とを混練する最終混練機を 1台配置し、かつ前記密閉型混練機と前記混練ラ イン群との間に計量手段と、該計量手段で計量された予備混練ゴムを前記混練ライ ン群の少なくとも 1つの混練ラインに選択的に移動して振り分ける振り分け手段とを配 置し、前記混練ライン群と前記最終混練機の間に前記中間混練ゴムを前記最終混 練機に搬送する搬送手段を配置したことを特徴とする。
[0008] この混練装置では、オープン型ロール混練機を少なくとも 2台以上直列に連結した 混練ラインを少なくとも 2列以上並設した混練ライン群を備えているので、密閉型混練 機から排出された後、計量手段で計量された予備混練ゴムを、その量と混練時間等 の混練条件に応じて振り分け手段により、複数の混練ラインから選択した混練ライン に供給可能となる。これにより、混練条件に適応して最終混練ゴムを高い生産性で得 ることがでさる。 [0009] また、本発明のゴム材料の混練方法は、上記した混練装置を使用して、前記密閉 型混練機によりゴム材料と非加硫系配合剤とを予備的に混練し、該密閉型混練機か ら排出された予備混練ゴムを、前記ロール混練機の混練ラインにおいて、前記一対 の混練ロールのロールギャップを 0. 5mm〜3. Ommにし、かつ混練ゴムの温度を 4 0°C〜90°Cに制御して混練することを特徴とする。
[0010] この混練方法によれば、ロールギャップと混練ゴムの温度とを同時に上記の範囲に 制御して混練することによって、混練ゴムに十分なせん断力を与えて迅速に粘度低 下させ、ばらつきのない安定した目標粘度の中間混練ゴムを得ることができる。これ により、同一バッチの混練条件下は勿論のこと、複数のバッチ間においても最終混練 ゴムの粘度が安定した均一な品質となる。
[0011] また、別の本発明のゴム材料の混練方法は、上記した混練装置を使用して、前記 密閉型混練機によりゴム材料と非加硫系配合剤とを予備的に混練し、該密閉型混練 機力も排出された予備混練ゴムを、前記密閉型混練機から前記混練ラインの最初の ロール混練機へ投入するときの前記予備混練ゴムの温度を 90°C以上とし、該最初の ロール混練機から第 2番目のロール混練機へ排出するときの混練ゴムの温度を 60°C 〜80°Cに制御することを特徴とする。
[0012] この混練方法では、最初のロール混練機に投入するときの予備混練ゴムの温度を 90°C以上とするので、密閉型混練機力も放出された予備混練ゴムを最初のロール混 練機に投入する前に特別に冷却する必要がなぐそのまま投入すればよい。そのた め前処理の時間やエネルギーの損失を最小限にすることができる。また、最初のロー ル混練機では第 2番目のロール混練機へ排出するときの混練ゴムの温度が 60°C〜8 0°Cであればよ!、ので、混練ゴムに十分なせん断力を与えて迅速に粘度低下させる ことができる。これにより、ばらつきのない安定した目標粘度の中間混練ゴムを得るこ とができ、最終混練ゴムも安定した品質となる。
図面の簡単な説明
[0013] [図 1]本発明のゴム材料の混練り装置を例示する概略構成図である。
[図 2]図 1の概略平面図である。
[図 3]図 1の X—X矢視図である。 [図 4]混練ラインを構成するロール混練機の概要を例示する説明図である。
[図 5]本発明のゴム材料の混練方法の一例を示す制御フロー図である。
[図 6]本発明のゴム材料の混練方法による制御経過の一例を示すグラフ図である。
[図 7]本発明のゴム材料の混練方法におけるゴム温度とロールギャップの制御範囲を 示すグラフ図である。
[図 8]ロール混練機における混練時間とゴム温度の関係を示すグラフ図である。
[図 9]ロール混練機における混練時間と電力レベルの関係を示すグラフ図である。
[図 10]推定値の粘度インデックスと実測の最終粘度との関係を示すグラフ図である。
[図 11]ロール混練機の変形例の概要を例示する説明図である。
[図 12]図 11の要部を拡大し、バンク量を推定する手法を例示する説明図である。
[図 13]ロール混練機におけるバンク量およびロールパス回数と粘度低下との関係を 示すグラフ図である。
発明を実施するための最良の形態
[0014] 図 1〜図 3に例示するゴム材料の混練り装置の実施形態には、バンバリ一ミキサと 呼ばれる密閉型混練機 1の一方側に、天然ゴム等の原料ゴムとカーボンブラック等の 非加硫系配合剤を計量して供給する原料計量供給装置 2が接続されて 、る。密閉型 混練機 1の他方側には、シーティングロール 3が配設されている。シーティングロール 3は、互いに反対方向に回転する 1対の混練ロールを備え、ロール間に混練するゴム Wを通過させる。
[0015] シーティングロール 3の排出部には、供給コンベア 4が配置され、この供給コンベア 4の排出側には、カッター装置 5a、計量コンベア 5bを介して振り分けコンペャ 5が接 続可能に配設されている。振り分けコンペャ 5には、 2列の混練ライン 6A、 6Bが並列 して接続可能に配置されている。振り分けコンペャ 5は混練ライン 6A、 6Bの間を往 復移動可能となっている。それぞれの混練ライン 6A、 6Bは、振り分けコンペャ 5に直 交する向きに直列に連結した 2台のロール混練機 6aと 6b、 7aと 7bで構成されている 。直列に連結するロール混練機の台数は 2台に限定されない。並列する混練ライン 6 A、 6Bの列数も 2列に限定されない。
[0016] ロール混練機 6a、 6b、 7a、 7bは、互いに反対方向に回転する対向する混練ロール 8を有し、オープン構造となっている。更に、混練ロール 8の下方から上方に循環経 路を形成する練り返しコンペャ 9を備え、練り返しコンペャ 9の一端部には受け渡しコ ンべャ 10が回動可能に接続されて 、る。受け渡しコンペャ 10の他端部が持ち上が つた状態にあると、混練ロール 8を通過する混練するゴム Wが、練り返しコンペャ 9に よって循環し、繰り返し連続的に混練ロール 8に供給されて混練される。受け渡しコン べャ 10の他端部が下ろされた状態にあると、混練されるゴム Wは受け渡しコンペャ 1 0によって、次の工程に搬送される。
[0017] 混練ライン 6A、 6Bの搬出側には、直交する向きに中間搬送コンペャ 18が連結さ れている。中間搬送コンペャ 18の搬出端部には、供給コンペャ 19を介して加硫系 配合剤 Qの投入装置 20を備えた最終混練機 21が接続されている。最終混練機 21 は、一対の混練ロール 25、練り返しコンペャ 22、受け渡しコンペャ 23を備えたォー プン型ロール混練機となって 、る。
[0018] 最終混練機 21の放出部には、直交する向きに最終搬出コンペャ 24が接続され、こ の最終搬出コンペャ 24の搬出側には、シーティングロール 26、搬出コンペャ 27、サ ンプリング装置 28および冷却装置 29を介して製品ストック工程 30が接続されている
[0019] この混練り装置によるゴム材料の混練方法は、以下のとおりである。尚、以下の説 明では、密閉型混練機 1から混練ライン 6A、 6Bで混練が終了する前の段階のゴムを 予備混練ゴム Wとする。混練ライン 6A、 6Bで混練が終了し、最終混練機 21で混練 が終了する前の段階のゴムを中間混練ゴム Wとし、最終混練機 21で混練が終了した 後のゴムを最終混練ゴム Waとする。
[0020] 原材計量供給装置 2によって、天然ゴム等の原料ゴムとカーボンブラック等の非力口 硫系配合剤を計量した後、これらを密閉型混練機 1に投入して均一に混練して予備 混練ゴム Wとする。この予備混練ゴム Wは未だ粘度が高ぐ切れ易いので取り扱い性 が悪い。そのため、予備混練ゴム Wを後工程の混練ライン 6A、 6Bで混練して、目標 粘度まで粘度低下させて中間混練ゴム Wを得る。
[0021] 予備混練ゴム Wは、シーティングロール 3によって一定温度以下となるように混練さ れ、シート状して供給コンペャ 4に搬出される。その後、予備混練ゴム Wは、供給コン べャ 4からカッター装置 5aを経て、計量コンペャ 5b上に移載される。
[0022] 計量コンペャ 5bでは予備混練ゴム Wが計量され、その量や混練する時間等の混 練条件に応じて、 1つの混練ライン 6Aで混練する力、 2つの混練ライン 6A、 6Bで混 練するかが選択される。 1つの混練ライン 6Aで混練する場合には、計量コンペャ 5b 上の予備混練ゴム Wを、一方の混練ライン 6Aに直接供給する。
[0023] 2つの混練ライン 6A、 6Bで混練する場合には、カッター装置 5aで予備混練ゴム W を均等に分割し、計量コンベア 5bと振り分けコンペャ 5とで時間差を持たせて、それ ぞれの混練ライン 6 A、 6Bに供給する。一方の混練ライン 6Bに予備混練ゴム Wを供 給する際に、振り分けコンペャ 5が、その混練ライン 6Bに向かって移動する。
[0024] なお、混練ライン 6A、 6Bが 3つ以上ある場合も同様に、カッター装置 5aによって所 定割合に分割された予備混練ゴム Wを、それぞれの混練ライン 6A、 6B等に順次供 給する。
[0025] 混練ライン 6A、 6Bに供給されたそれぞれの予備混練ゴム Wは、第 1番目のロール 混練機 6a、 7aで繰り返し混練され、次いで、第 2番目のロール混練機 6b、 7bによつ て繰り返して混練される。この混練は、例えば、 1台目のロール混練機 6a、 7aと 2台目 のロール混練機 6b、 7bとで、順次、ゴム温度 Tを 10°C程度低下させるように制御して 混練する。詳細な混練方法にっ 、ては後述する。
[0026] 混練ライン 6A、 6Bによって、目標とする粘度に達したそれぞれの中間混練ゴム W を、混練ライン 6A、 6Bと直交する向きに配設された中間搬送コンペャ 18上に移載 する。次いで、それぞれの中間混練ゴム Wは、中間搬送コンペャ 18から供給コンペ ャ 19を介して最終混練機 21に供給されて集約される。最終混練機 21では、密閉型 混練機 1に投入された材料の重量に基づ!、て一定比率で計量された加硫系配合剤 Q力 投入装置 20によって投入され、中間混練ゴム Wと混練される。
[0027] 加硫系配合剤 Qを投入して均一に混練された最終混練ゴム Waは、受け渡しコンペ ャ 23によって、最終搬出コンペャ 24に排出される。最終搬出コンペャ 24によって搬 出された最終混練ゴム Waは、シーティングロール 26、搬出コンペャ 27、サンプリン グ装置 28、冷却装置 29を介して製品ストック工程 30へ供給される。サンプリング装 置 28では、最終混練ゴム Waがサンプリングされて品質のチェックが行われ、所定品 質の最終混練ゴム Waが製品ストック工程 30にストックされる。
[0028] 以上のように、この混練装置によれば、ゴム材料等の投入から最終混練ゴム Waを 得るまでの一連の工程を連続して一度に行うことができる。また、密閉型混練機 1で 混練りした材料の重量、即ち、予備混練ゴム Wの量や配合剤の種類、配合割合、混 練時間等の混練条件に応じて、予備混練ゴム Wを所定割合に分割し、混練ライン 6 A、 7Aによって、分割したそれぞれの混練ゴム Wを目標粘度まで混練りできる。この ように、種々の混練条件に対応して汎用的に生産性に優れた混練により、中間混練 ゴム Wひいては最終混練ゴム Waを得ることができる。
[0029] したがって、一列の混練ラインでは混練不可能な予備混練ゴム Wの量または、混練 不可能な短い時間であっても、所定の時間サイクルで所定量の目標粘度の中間混 練ゴム Wを容易に得ることが可能となる。
[0030] また、密閉型混練機 1の設置台数を最小限にできるので、多大な設備費用、スぺー スを削減できる。
[0031] 混練ライン 6A、 6Bを構成するロール混練機 6a、 6b、 7a、 7bとして、例えば、図 4に 示すロール混練機 6を用いることができる。このロール混練機 6は、互いに反対方向 に電動モータ 12によって回転駆動される一対の混練ロール 8を有し、練り返しコンペ ャ 9と、受け渡しコンペャ 10とを備えて、基本構造は先に説明したロール混練機 6a、 6b、 7a、 7bと同じである。
[0032] 一方のロール 8にはァクチユエータ 13が備わり、このロール 8を移動させてロール間 のギャップ（ロールギャップ h)を調整可能として!/、る。混練ロール 8の下方にはロール ギャップセンサ 15が配置されている。また、混練ロール 8を通過した予備混練ゴム W の温度を検知する温度センサ 14と、予備混練ゴム Wを冷却する冷却ファン 11とが配 置されている。電動モータ 12の電力レベル P (駆動トルク）、ロール表面速度 V、ロー ルギャップ h、ゴム温度 Tの各データは、演算装置 16に送信される構造となっている。
[0033] このロール混練機 6を、それぞれの混練ライン 6A、 6Bの最初となる第 1番目のロー ル混練機 6a、 7aとして用いる場合は、以下のようにして混練する。振り分けコンペャ 5 から供給された予備混練ゴム Wを混練する際に、ロールギャップセンサ 15でロール ギャップ hを検知して、ァクチユエータ 13でロールギャップ hを 0. 5mm以上 3. Omm 以下に制御する。力！]えて、予備混練ゴム Wのゴム温度 Tを温度センサ 14で検知して 、冷却ファン 11で冷却程度を調節して 40°C以上 90°C以下の範囲に制御して予備混 練ゴム Wを繰り返し混練する。この制御は演算装置 16によって行われる。
[0034] この制御範囲を図示すると図 7の長方形内部となる。ロールギャップ hが 0. 5mm未 満であると所定時間に混練できるゴム量を多くすることができず、またロールギャップ hのコントロールも困難となる。一方、ロールギャップ hが 3. Ommを超えると予備混練 ゴム Wに十分なせん断力を与えることができず、粘度を迅速に低下させることができ ない。
[0035] ゴム温度 Tが 90°Cを超えると繰り返し混練しても予備混練ゴム Wに十分なせん断力 を与えることができず、粘度を低下させることができない。一方、ゴム温度 T力 0°C未 満であると、混練ロール 8等に対する負荷が大きくなり機械的強度が不足する、予備 混練ゴム Wの流動性低下によりゴムシートが切れやすくなりトラブル発生の危険性が 増大する等の問題が生じる。
[0036] したがって、ロールギャップ hとゴム温度 Tを同時に、この範囲に制御して混練するこ とによって、十分なせん断力を安定的に与えて迅速に粘度低下させることができる。 これにより、同一バッチの混練条件下において、ばらつきがない安定した目標粘度の 中間混練ゴム Wを得ることができる。複数のバッチ間でも粘度のばらつきがなくなり、 安定した均一の品質の最終混練ゴム Waを得ることができる。
[0037] 図 7における長方形内部となる制御範囲で、特に、平行四辺形内部となる範囲に口 ールギャップ hとゴム温度 Tを制御すると一層、迅速に予備混練ゴム Wの粘度低下を 促進させることができる。
[0038] また別の方法として、振り分けコンベア 5で供給された予備混練ゴム Wをゴム温度 T 力^ 0°C以上の状態で、最初のロール混練機 6a、 7aに投入する。この場合、密閉型 混練機 1から放出された予備混練ゴム Wの温度 Tはおおよそ 90°C以上 170°C以下 の範囲にある。そして、このロール混練機 6a、 7aで混練して排出するときのゴム温度 Tを 60°C以上 80°C以下に制御する。
[0039] この方法では、密閉型混練機 1から放出した予備混練ゴム Wを第 1番目のロール混 練機 6a、 7aに投入する前に特別に冷却する必要がなぐそのまま投入すればよい。 したがって、ロール混練機 6a、 7aに投入するための前処理の時間やエネルギーの 損失を最小限にすることができる。更に、予備混練ゴム Wの温度 Tを粘度低下に効 果的な 60°C〜80°Cの範囲にしつつ、温度変化を小さくしているのでゴム温度 Tの制 御が容易であり、十分なせん断力を与えて迅速に粘度低下させることができる。
[0040] これにより、同一バッチの混練条件下においては勿論のこと、複数のバッチ間でも ばらつきがな 、安定した目標粘度の中間混練ゴム Wを得ることができ、ひ 、ては均 一の品質の最終混練ゴム Waを得ることができる。
[0041] この際に、ロールギャップ hを 0. 5mm以上 3. Omm以下とすると一層、予備混練ゴ ム Wの粘度低下を促進させることができる。
[0042] このロール混練機 6を並設した混練ライン 6A、 6Bで直列に連結する第 1番目の口 一ル混練機 6a、 7aおよび第 2番目のロール混練機 6b、 6bとして用いる場合は、以下 のようにして混練する。上記の方法と同様に、密閉型混練機 1から放出され、振り分 けコンベア 5で振り分けられた予備混練ゴム Wをゴム温度 Tが 90°C以上の状態で、 第 1番目のロール混練機 6a、 7aに投入する。そして第 1番目のロール混練機 6a、 7a で混練して排出するときのゴム温度 Tを 60°C以上 80°C以下に制御する。
[0043] この予備混練ゴム Wをその温度の状態のまま、受け渡しコンペャ 10によって第 2番 目のロール混練機 6b、 7bに投入する。第 2番目のロール混練機 6b、 7bでは、この予 備混練ゴム Wを混練して力も排出するゴム温度 T力 0°C以上 75°C以下となるように 制御する。
[0044] このように、直列した 2台のロール混練機 6aと 6b、 7aと 7bで連続的にゴム温度 Tを 徐々に下げて粘度低下に効果的な温度範囲で混練するので、十分なせん断力を与 えて迅速に粘度低下させて、 目標粘度の中間混練ゴム Wを得ることができる。
[0045] したがって、同一バッチの混練条件下においては勿論のこと、複数のバッチ間でも ばらつきがな 、安定した目標粘度の中間混練ゴム Wを得ることができ、ひ 、ては均 一の品質の最終混練ゴム Waを得ることができる。
[0046] この場合もロール混練機 6a、 6b、 7a、 7bのロールギャップ hを 0. 5mm以上 3. Om m以下とすることで一層、予備混練ゴム Wの粘度低下を促進させることができる。
[0047] ロール混練機 6による混練の粘度制御として、ゴム温度 Tと混練ロール 8の駆動トル クとロールギャップ hとロール表面速度 Vとに基づき経時的に粘度を推定計算し、所 定時間でその推定粘度が目標粘度になるように、制御しながら混練する。混練操作 過程においてゴム粘度の推定に使用する計算式としては、特に限定されるものでは ないが、次の（1)式を例示することができる。
7? = P/ [Κ· exp [Ea/R ( 1/Τ- 1/373) ] · (V/2h) Α]
MV
· · · · · (1)
ここに、 r? ：粘度インデックス (基準温度を 100°Cとし、せん断速度を 2 [lZs]とする
MV
)
P：ロール駆動の電力レベル（駆動トルクに対応）
K:係数
Ea :活性化エネルギー
R:気体常数
T:ゴム温度
V：ロール表面速度
h:ローノレギャップ
A: 0. 3〜1. 0 (混練ゴムにより決まる係数）
[0048] 図 5にこの制御フローを例示し、この図に基づいて説明する。まず予備混練ゴム W をある程度、ロール混練機 6aで混練したある時点で、電動モータ 12の電力レベル P ( 駆動トルク）、ロール表面速度 V、ロールギャップ h、ゴム温度 Tの各データを取得して 演算装置 16で上記（1)式を用いて予備混練ゴム Wの粘度を推定する。
[0049] その後、予め設定していたその時点での目標粘度と推定粘度とを比較して、推定 粘度が目標粘度の許容範囲内にあれば、混練条件を変更しないで、そのまま混練を 続ける。推定粘度が目標粘度よりも高ければ、稼動する冷却ファン 11の数を増やす 、ファン回転速度を速める等、冷却ファン 11による冷却を強めてゴム温度 Tを低下さ せて粘度低下を促進させる。ロールギャップ hを小さくして粘度低下を促進させること ちでさる。
[0050] 推定粘度が目標粘度よりも低ければ、稼動する冷却ファン 11の数を減らす、ファン 回転速度を遅くする等、冷却を弱め、もしくは冷却を止めてゴム温度 Tの低下を抑制 して粘度低下しに《する。ロールギャップ hを大きくして粘度低下を抑制させることも できる。
[0051] ゴム温度 Tの冷却手段は、冷却ファン 11に限定されず、混練ロール 8内部に流体を 流通させて、熱交換するようにしてもよい。ロール表面速度 Vを制御して変更すること で混練時間を調整することもできる。
[0052] この制御を所定の混練時間内に、適宜回数を決めて繰り返して実施する。そして、 所定の混練時間で目標粘度となったときに、点線で示すように制御を終了する。この 制御過程を図示すると図 6のようになり、 T1〜T4の測定時で推定した粘度 Eがこの 制御によって予め設定した目標粘度 Gに徐々に近づき、所定混練時間 Tfに目標粘 度 r? fとすることができる。
[0053] この制御方法では、上記（1)式等で推定粘度を計算する際、ゴム温度 Tと電カレべ ル P (駆動トルク）に、大きな変動をする実測値を使用するのではなぐ予め単調減少 関数形で設定された推定値を使用することが好ましい。単調減少関数形とは、例え ば、 Y=AlogX+B、 Y=AexpX+B、 Y=AXB (ただし、 Xは実測値、 Υは推定値、 A , Bは定数)などで表される関数形である。即ち、実数値を基に近似曲線を連続的に 計算し、測定時点での代表ゴム温度および代表電力レベル (トルク)を推定値として 得るようにしたものである。また、実測値の直近所定時間の移動平均値を用いることも できる。
[0054] 図 8および図 9にそれぞれ単調減少関数形で求めたゴム温度 Tおよび電力レベル Pの推定値の例として、実測値並びにその実測値の 1分毎の移動平均値と共に表示 した。図 8、 9において、大きく上下変動している点線が実測値、上下変動している実 線が 1分毎の移動平均値、実線の傾斜直線が推定値である。単調減少関数形で得 られる推定値と 1分毎の移動平均値は、実測値に比べて安定した変化になり、特に 単調減少関数形で得られる推定値では、一層安定することがわかる。
[0055] 図 10は、単調減少関数形で求めたゴム温度 Tおよび電力レベル Pの推定値に基づ V、て推定粘度を計算して制御した場合の最終粘度インデックス（ η )と実測の最終
MV
粘度との関係および 1分毎の移動平均値にもとづいて推定粘度を計算して制御した 場合の最終粘度インデックス ( V )と実測の最終粘度との関係をそれぞれ示す。図 10中に丸印でプロットしたデータが前者の単調減少関数形の場合を示し、三角印で プロットしたデータが後者の 1分毎の移動平均値の場合を示す。この結果から両者の 推定値に基づく制御方法によって、ある程度のばらつきの少ない安定した粘度の中 間混練ゴム wを得ることができる。特に、単調減少関数形により得た推定値によると 実測粘度に一層近い関係になっており、バッチ毎に粘度のばらつきが少ない安定し た粘度の中間混練ゴム Wを得られることがわかる。これによつて、所定時間に粘度の ばらつきが少な 、安定した目標粘度の中間混練ゴム Wを得ることも可能となる。
[0056] 図 4に示したロール混練機 6の変形例を図 11に例示する。このロール混練機 7は、 ロール混練機 6にバンク量センサ 17を追カ卩したものであり、その他の構造は同一であ るので簡略ィ匕して図示している。
[0057] ロール混練機 7では、混練ロール 8上に混練中に滞留する予備混練ゴム Wのいわ ゆるバンク量 Bにより、混練ロール 8によって予備混練ゴム Wに付与されるせん断力 が変化する。バンク量 Bが多ければより幅広の状態力 混練ロール 8の狭いすき間に 押し込まれるため、せん断力が大きくなり、粘度低下が大きくなる。したがってバンク 量 Bの違いによって混練している予備混練ゴム Wに粘度のばらつきが生じる。
[0058] このロール混練機 7では、このような粘度のばらつきを抑制するために、バンク量セ ンサ 17を設けている。バンク量センサ 17としては、赤外線カメラや光学センサ等を用 いてバンク量 Bを検知する。具体的には、例えば、混練ロール 8の頂面力も混練ロー ル 8上の予備混練ゴム Wの頂面までの高さ H等を検知し、この検知データをバンク量 センサ 17に接続されている演算装置 16に入力し、データ処理してバンク量 Bを推定 する。
[0059] このバンク量 Bを推定する手法の一例として、バンク量 Bを円柱体と近似して推定す る手法を図 12に基づいて説明する。図中の線分 CLは一対の混練ロール 8の中間と なる中心線である。
[0060] バンク量センサ 17で混練ロール 8の頂面から混練ロール 8上の予備混練ゴム Wの 頂面までの高さ Hを検知し、混練ロール 8の頂面から高さ Hとなる水平線と中心線 CL との交点 Cを算出し、交点 Cを通って両ロール 8の表面に接する円の面積を算出する 。そして、混練ロール 8のロール幅方向の予備混練ゴム Wの長さをバンク量センサ 17 もしくは別の手段で検知し、算出した円の面積と予備混練ゴム wのロール幅方向長 さを乗じて円柱体の体積を求め、これをバンク量 Bとする。
[0061] 演算装置 16に混練ロール 8の中心座標、外径、ロールギャップ等のデータを入力 しておくことで、演算装置 16によってリアルタイムでバンク量 Bを推定することができる 。バンク量 Bの推定はこれに限定されず、他の方法で近似するようにしてもよい。
[0062] 混練して 、るゴム Wの粘度が所定粘度よりも高 、場合は、バンク量 Bを増加させるよ う制御する。バンク量 Bを増加させるには、受け渡しコンペャ 10および練り返しコンペ ャ 9のコンベア搬送速度 CVを上げる、もしくは、練り返しコンペャ 9の高さ位置を下げ て予備混練ゴム Wの循環経路を短縮する。
[0063] 一方、混練して 、る予備混練ゴム Wの粘度が所定粘度よりも低 、場合は、バンク量 Bを減少させるよう制御する。バンク量 Bを減少させるには、受け渡しコンペャ 10およ び練り返しコンペャ 9のコンベア搬送速度 CVを下げる、もしくは、練り返しコンペャ 9 の高さ位置を上げて予備混練ゴム Wの循環経路を延長すればよい。
[0064] 例えば、同一の予備混練ゴム Wをバンク量 Bのみを変化させてロール混練した場合 の粘度は、図 13のような結果となる。図 13におけるバンク量 (指数）とは混練ロール 8 上にある予備混練ゴム Wの体積の基準体積に対する指数であり、この指数が大きい 程、バンク量 Bが多いことを意味している。即ち、図 13ではプロット形状がひし形、正 方形、三角形、丸の順にバンク量 Bが多くなつている。粘度指数とは、基準粘度に対 する指数であり、指数が大きい程、粘度が高ぐロール混練する前 (ロールパス回数 0 回）での粘度指数を 10として 、る。
[0065] この結果から、バンク量 Bが多いほど粘度を迅速に低下させることでき、ロールパス 回数が増す程、その効果の差が大きくなることがわかる。このような測定を実施してデ ータを収集、蓄積して、予めバンク量 Bと粘度低下との関係を把握しておき、バンク量 Bの増減制御に用いる。
[0066] このロール混練機 6aによる粘度制御として、ゴム温度 Tと混練ロール 8の駆動トルク pとロールギャップ hとロール表面速度 Vとバンク量 Bとに基づき経時的に粘度を推定 計算し、所定時間でその推定粘度が目標粘度になるように、制御しながら混練する。 混練操作過程においてゴム粘度の推定に使用する計算式としては、例えば、上記し た（1)式にバンク量 Bの項目を付加した次の（2)式を例示することができる。
7? =P/[K-exp [Ea/R (l/T- 1/373) ] - (V/2h- 1/B)A]
MV
… · · (2)
ここに、 B :バンク量とし、他の記号は（1)式と同じとする。
[0067] このように、予備混練ゴム Wを所定粘度にするために、予備混練ゴム Wの温度制御 や適切なロールギャップ hの設定等に加えて、バンク量センサ 17でバンク量 Bを検知 しつつ、この検知データに基づいてバンク量 Bの増減を制御することによって、さらに 精度よく安定した所定粘度の中間混練ゴム Wを得ることができる。これにより、最終混 練ゴム Waも粘度の安定した均一の品質になる。
産業上の利用可能性
[0068] 上述したゴム材料の混練装置および混練方法は、タイヤ等のゴム製品を生産する 際に有効に利用することができる。

Claims

請求の範囲
[1] 一対の混練ロールと練り返しコンペャと受け渡しコンペャとを備えたオープン型ロー ル混練機を少なくとも 2台以上直列に連結した混練ラインを少なくとも 2列以上並設し た混練ライン群の上流側に、ゴム材料と非加硫系配合剤とを混練する密閉型混練機 を 1台配置するとともに、該混練ライン群の下流側に、該混練ライン群から排出された 中間混練ゴムと加硫系配合剤とを混練する最終混練機を 1台配置し、かつ前記密閉 型混練機と前記混練ライン群との間に計量手段と、該計量手段で計量された予備混 練ゴムを前記混練ライン群の少なくとも 1つの混練ラインに選択的に移動して振り分 ける振り分け手段とを配置し、前記混練ライン群と前記最終混練機の間に前記中間 混練ゴムを前記最終混練機に搬送する搬送手段を配置したゴム材料の混練装置。
[2] 前記最終混練機が、一対の混練ロールと練り返しコンペャと受け渡しコンペャとか らなる請求項 1に記載のゴム材料の混練装置。
[3] 前記計量手段が計量コンペャとカッター装置とからなり、前記振り分け手段が搬送 コンペャ力 なる請求項 1または 2に記載のゴム材料の混練装置。
[4] 前記オープン型ロール混練機に、前記一対の混練ロールの駆動手段とともに、口 ールギャップ調整手段を設け、さらにロールギャップセンサと混練ゴムのゴム温度セ ンサと、該ロールギャップセンサとゴム温度センサの検知データに基づき前記混練口 ールの駆動手段とロールギャップ調整手段を制御する演算装置を設けた請求項 1か ら 3の ヽずれかに記載のゴム材料の混練装置。
[5] 前記オープン型ロール混練機に前記演算装置により制御される混練ゴムの冷却手 段を設けた請求項 4に記載のゴム材料の混練装置。
[6] 前記ロール混練機に、前記一対の混練ロール上に滞留するゴムのバンク量センサ を設け、該バンク量センサの検知データを前記演算装置に入力するようにした請求 項 4または 5に記載のゴム材料の混練装置。
[7] 請求項 1〜6のいずれかに記載の混練装置を使用して、前記密閉型混練機により ゴム材料と非加硫系配合剤とを予備的に混練し、該密閉型混練機カゝら排出された予 備混練ゴムを、前記ロール混練機の混練ラインにおいて、前記一対の混練ロールの ロールギャップを 0. 5mm〜3. Ommにし、かつ混練ゴムの温度を 40°C〜90°Cに制 御して混練するゴム材料の混練方法。
[8] 請求項 1〜6のいずれかに記載の混練装置を使用して、前記密閉型混練機により ゴム材料と非加硫系配合剤とを予備的に混練し、該密閉型混練機カゝら排出された予 備混練ゴムを、前記密閉型混練機力 前記混練ラインの最初のロール混練機へ投 入するときの前記予備混練ゴムの温度を 90°C以上とし、該最初のロール混練機から 第 2番目のロール混練機へ排出するときの混練ゴムの温度を 60°C〜80°Cに制御す るゴム材料の混練方法。
[9] 前記第 2番目のロール混練機で混練して力 排出する混練ゴムの温度を 40°C〜7
5°Cに制御する請求項 8に記載のゴム材料の混練方法。
[10] 前記ロールギャップセンサとゴム温度センサの検知データを前記演算装置に入力 し、該演算装置により、予め設定された粘度推定式から計算される粘度と目標粘度と の差に基づき、前記混練ロールの駆動手段と前記ロールギャップ調整手段と前記冷 却手段の少なくとも!/、ずれかを制御する請求項 7〜9の!、ずれか〖こ記載のゴム材料 の混練方法。
[11] 前記演算装置に前記バンク量センサの検知データを更に入力し、該演算装置から 得られる前記計算粘度と目標粘度との差に基づき前記練り返しコンペャの搬送速度 と前記練り返しコンペャの位置の少なくともいずれかを制御する請求項 10に記載の ゴム材料の混練方法。
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