(57)【要約】【課題】密閉型混練機での複数の混練段階を万遍なく、より効率的に行うことを可能にしたゴム材料の混練方法および装置を提供する。【解決手段】密閉型混練機１ａの混練室５ａに内設された一組のロータ２Ａ、２Ｂを、互いに異なる形状、かつ、それぞれのロータ２Ａ、２Ｂの回転軸２ｃどうしの中間位置をこの回転軸２ｃの軸方向に延在する中心線ＣＬに対して非対称形状にすることで、それぞれのロータ２Ａ、２Ｂを対にならない異なる形状にして、原料ゴムＧと配合剤Ｎとを含む混練物Ｒの材料を、混練室５ａに順次投入して一対のロータ２Ａ、２Ｂを駆動モータ３により回転駆動させて混練する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料ゴムと配合剤とを含む混練物を、一組のロータが内設された混練室を有する密閉型混練機を用いて混練するゴム材料の混練方法において、
前記一組のロータを、互いに異なる形状、かつ、それぞれのロータの回転軸どうしの中間位置をこの回転軸の軸方向に延在する中心線に対して非対称形状にすることで、それぞれの前記ロータを対にならない異なる形状にして、前記混練室に前記混練物の材料を順次投入して、前記一対のロータを回転駆動させることにより混練することを特徴とするゴム材料の混練方法。
【請求項２】
それぞれの前記ロータが有する撹拌羽根の数、この撹拌羽根の前記中心線に対する傾斜角度、この撹拌羽根の厚み、この撹拌羽根の長さの少なくとも１つを、それぞれの前記ロータどうしで異ならせることで、それぞれの前記ロータを対にならない異なる形状にする請求項１に記載のゴム材料の混練方法。
【請求項３】
それぞれの前記ロータの回転速度比を途中で変更する請求項１または２に記載のゴム材料の混練方法。
【請求項４】
それぞれの前記ロータを互いに独立した駆動モータにより回転駆動させる請求項１〜３のいずれかに記載のゴム材料の混練方法。
【請求項５】
原料ゴムと配合剤とを含む混練物が投入される混練室と、この混練室に内設された一組のロータと、この一対のロータを回転駆動させる駆動モータと、この駆動モータを制御する制御部とを備えた密閉型混練機を有する混練装置において、
前記一組のロータが、互いに異なる形状、かつ、それぞれのロータの回転軸どうしの中間位置をこの回転軸の軸方向に延在する中心線に対して非対称形状にされることにより、それぞれの前記ロータを対にならない異なる形状に設定されていて、前記混練室に順次投入される前記混練物の材料が、前記一対のロータを回転駆動させることにより混練される構成にしたことを特徴とするゴム材料の混練装置。
【請求項６】
それぞれの前記ロータが有する撹拌羽根の数、この撹拌羽根の前記中心線に対する傾斜角度、この撹拌羽根の厚み、この撹拌羽根の長さの少なくとも１つが、それぞれの前記ロータどうしで異ならせることにより、それぞれの前記ロータを対にならない異なる形状に設定されている請求項５に記載のゴム材料の混練装置。
【請求項７】
前記制御部によりそれぞれの前記ロータの回転速度比が途中で変更される構成にした請求項５または６に記載のゴム材料の混練装置。
【請求項８】
前記駆動モータが、それぞれの前記ロータ毎に独立して備わっている請求項５〜７のいずれかに記載のゴム材料の混練装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ゴム材料の混練方法および装置に関し、さらに詳しくは、密閉型混練機での複数の混練段階を万遍なく、より効率的に行うことを可能にしたゴム材料の混練方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
タイヤ等のゴム製品を製造する際には、様々なゴム部材が使用されている。ゴム部材の材料となるゴム材料を混練する設備として、密閉型混練機（いわゆる、バンバリーミキサー）が知られている。密閉型混練機は、混練室に内設された一組のロータを有している。密閉型混練機は、それぞれのロータが対となる同じ仕様になっていて、１つの駆動モータにより回転駆動される構造が一般的である。
【０００３】
密閉型混練機では、主に、ゴム素練り段階、配合剤取り込み段階、均一分散段階が行われる。ゴム素練り段階では、原料ゴムとオイルとを混練する。次いで、配合剤取り込み段階では、原料ゴムと非加硫系の配合剤とを混練する。次いで、均一分散段階では、配合剤を原料ゴムの全体に渡り均一に分散させる。それぞれの段階の目的は異なるため、最適な混練条件も異なっている。それ故、従来、混練段階毎にロータの回転速度を異ならせる、或いは、温度条件を調節する等の操作をしているが、それぞれの段階に適した混練条件にすることは難しい。
【０００４】
密閉型混練機の一組のロータを、別々の独立した電動機によって回転駆動させる混練装置が提案されている（特許文献１参照）。この混練装置によれば、それぞれの電動機を独立して制御してそれぞれのロータを回転駆動させることができるので、それぞれの混練段階に適した混練条件に設定し易くなる。しかしながら、互いのロータの回転数や位相を変更するだけでは、それぞれの段階に適した混練条件に設定できない場合があるため、それぞれの段階を万遍なく効率的に行うことは難しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−７１６１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、密閉型混練機での複数の混練段階を万遍なく、より効率的に行うことを可能にしたゴム材料の混練方法および装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための本発明のゴム材料の混練方法は、原料ゴムと配合剤とを含む混練物を、一組のロータが内設された混練室を有する密閉型混練機を用いて混練するゴム材料の混練方法において、前記一組のロータを、互いに異なる形状、かつ、それぞれのロータの回転軸どうしの中間位置をこの回転軸の軸方向に延在する中心線に対して非対称形状にすることで、それぞれの前記ロータを対にならない異なる形状にして、前記混練室に前記混練物の材料を順次投入して、前記一対のロータを回転駆動させることにより混練することを特徴とする。
【０００８】
本発明のゴム材料の混練装置は、原料ゴムと配合剤とを含む混練物が投入される混練室と、この混練室に内設された一組のロータと、この一対のロータを回転駆動させる駆動モータと、この駆動モータを制御する制御部とを備えた密閉型混練機を有する混練装置において、前記一組のロータが、互いに異なる形状、かつ、それぞれのロータの回転軸どうしの中間位置をこの回転軸の軸方向に延在する中心線に対して非対称形状にされることにより、それぞれの前記ロータを対にならない異なる形状に設定されていて、前記混練室に順次投入される前記混練物の材料が、前記一対のロータを回転駆動させることにより混練される構成にしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、密閉型混練機に備わる一組のロータを、互いに異なる形状、かつ、それぞれのロータの回転軸どうしの中間位置をこの回転軸の軸方向に延在する中心線に対して非対称形状にすることにより、それぞれのロータを対にならない異なる形状に設定したので、従来の対になった形状の一組のロータを用いる場合に比して、混練物に対して付与するせん断力や混練物の流動方向のバリエーションを増やすことできる。これに伴い、混練室に順次投入される材料を混練する際に、それぞれの混練段階に適した混練条件を実現し易くなる。それ故、密閉型混練機での複数の混練段階を万遍なく、より効率的に行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の混練装置を、密閉型混練機を縦断面視にして例示する説明図である。
【図２】図１の混練装置を平面視で例示する説明図である。
【図３】図１の一組のロータを模式的に平面視で例示する説明図である。
【図４】ゴム材料の混練工程におけるロータの回転数、回転駆動に要する瞬時電力および混練物の温度の経時変化を例示するグラフ図である。
【図５】図１の混練装置によって混練物を混練している状態を例示する説明図である。
【図６】一組のロータの変形例を模式的に平面視で示す説明図である。
【図７】一組のロータの変形例を模式的に平面視で示す説明図である。
【図８】一組のロータの変形例を模式的に平面視で示す説明図である。
【図９】従来の一組のロータを模式的に平面視で例示する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明のゴム材料の混練方法および装置を、図に示した実施形態に基づいて説明する。
【００１２】
図１〜図３に例示する本発明のゴム材料の混練装置１（以下、混練装置１という）は、原料ゴムＧと配合剤Ｎとを含む混練物Ｒを混練する。この混練工程によって原料ゴムＧに配合剤Ｎを均等に分散させて、適度な粘度にした未加硫のゴム材料が製造される。
【００１３】
原料ゴムＧおよび配合剤Ｎは、製造するゴム材料の種類（特性）に応じて、適切な材料が選択される。原料ゴムＧとしては、天然ゴム（ＮＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、１，２−ポリブタジエン、クロロプレンゴム、ブチルゴム、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ニトリルゴム（アクリルニトリルゴム、水素化ニトリルゴム）、エチレンプロピレンジエンゴム等を例示できる。これらが１種単独でまたは２種以上を組合せて用いられる。配合剤Ｎとしては、シリカおよびシランカップリング剤、カーボンブラック等の充填剤、酸化亜鉛、ステアリン酸等の非加硫系の配合剤Ｎが適宜選択して用いられる。配合剤Ｎとしてオイルも用いられる。
【００１４】
この混練装置１は密閉型混練機１ａを有している。密閉型混練機１ａは、混練室５ａと、混練室５ａに内設された一組のロータ２（２Ａ、２Ｂ）と、それぞれのロータ２Ａ、２Ｂを回転駆動させる駆動モータ３（３Ａ、３Ｂ）と、駆動モータ３を制御する制御部１２とを備えている。この実施形態では、混練装置１はさらに温度センサ１３を有している。温度センサ１３は混練室５ａに先端部を露出して設けられている。温度センサ１３は混練室５ａで混練されている混練物Ｒの温度を逐次検知し、その検知データは制御部１２に入力される。
【００１５】
混練室５ａの側部には油投入部７、底面には開閉する排出扉１１が設けられている。混練室５ａの上方にはラム室５ｂが連接されていて、ラム室５ｂの内部には、上下移動して混練室５ａ内の圧力（ラム圧力）を調整するラム６が配置されている。ラム室５ｂの側部には、原料ゴムＧが投入されるゴム投入部８と、非加硫系の配合剤Ｎがホッパ９から投入される配合剤投入部１０とが設けられている。
【００１６】
制御部１２には電力計１２ａが付設されている。ロータ２の回転駆動に要した瞬時電力Ｐが電力計１２ａにより逐次検知され、その検知データは制御部１２に入力される。制御部１２では瞬時電力を積算した積算電力量が算出され、任意の混練期間おけるロータ２の回転駆動に要した電力量（ロータ２に作用する負荷）を把握することができる。制御部１２にはロータ２の回転数（回転速度）やラム圧力等が入力され、制御部１２によってロータ２の回転数やラム圧力（ラムの上下移動）等が制御される。
【００１７】
それぞれのロータ２は、変速機４を介して駆動モータ３に接続されている。この実施形態では、ロータ２Ａ、２Ｂ毎にそれぞれ、独立した駆動モータ３Ａ、３Ｂが備わっている。そのため、それぞれのロータ２Ａ、２Ｂを独立して所望の回転数で回転駆動させることが容易である。これに伴い、それぞれのロータ２Ａ、２Ｂの回転速度比を変更する操作を迅速に行うことができる。
【００１８】
それぞれのロータ２は、回転軸２ｃと、回転軸２ｃの周面に突設された撹拌羽根２ｄとを有している。図では、平行して配置されたそれぞれの回転軸２ｃどうしの中間位置で、回転軸２ｃの軸方向に延在する中心線ＣＬを一点鎖線で示している。それぞれのロータ２の仕様（回転軸２ｃの外径、周面形状など、撹拌羽根２ｄの数、厚みｔ、長さＬ、外径、中心線ＣＬに対する傾斜角度ａ（≦９０度）など）は、混練物Ｒの種類等によって適宜設定される。
【００１９】
尚、図１ではそれぞれのロータ２Ａ、２Ｂの撹拌羽根２ｄの位相がずれているが、図３ではそれぞれの撹拌羽根２ｄを比較し易くするために、位相を一致させた状態で図示している。図６〜図９においても、それぞれのロータ２Ａ、２Ｂの撹拌羽根２ｄの位相を一致させた状態で図示している。
【００２０】
本発明では、一組のロータ２が、互いに異なる形状、かつ、中心線ＣＬに対して非対称形状にされていることが特徴の１つになっている。即ち、それぞれのロータ２Ａ、２Ｂは対にならない異なる形状に設定されている。例えば、それぞれのロータ２Ａ、２Ｂが有する撹拌羽根２ｄの数、撹拌羽根２ｄの中心線ＣＬに対する傾斜角度ａ、撹拌羽根２ｄの厚みｔ、撹拌羽根２ｄの長さＬの少なくとも１つを、それぞれのロータ２Ａ、２Ｂどうしで異ならせることで、それぞれのロータ２Ａ、２Ｂを対にならない異なる形状にする。
【００２１】
図９に例示するように従来の一組のロータ１４は、互いに対になる同じ形状になっている。図９（Ａ）に例示する一組のロータ１４は、互いの撹拌羽根１４ｂの向きが異なるだけでその他は同じ形状であり、中心線ＣＬに対して互いが対称形状になっている。図９（Ｂ）に例示する一組のロータ１４は、回転軸１４ａも撹拌羽根１４ｂも互いが同じ形状になっている。本発明の一組のロータ２Ａ、２Ｂは、このような従来の一組のロータ１４とは異なる仕様になっている。
【００２２】
この実施形態では、図３に例示するように、それぞれのロータ２Ａ、２Ｂの撹拌羽根２ｄの数および長さＬが互いに異なっている。即ち、一方のロータ２Ａの撹拌羽根２ｄの長さＬ１に対して、他方のロータ２Ｂでは撹拌羽根２ｄが長さ方向に分割されていて、より短い長さＬ２になっている。これに伴い、他方のロータ２Ｂの撹拌羽根２ｄの枚数がより多くなっている。それぞれのロータ２Ａ、２Ｂのその他の仕様は同じになっている。
【００２３】
以下、本発明のゴム材料の混練方法の手順を説明する。
【００２４】
混練工程は図４に例示するように、ゴム素練り段階（Ｓ１）、配合剤取り込み段階（Ｓ２）、均一分散段階（Ｓ３）で構成される。図４には混練工程でのロータ２の回転数ｒ、回転駆動に要する瞬時電力Ｐおよび混練物Ｒの温度Ｔの経時データを例示している。図４の回転数ｒは、それぞれのロータ２Ａ、２Ｂの回転数の平均値である。
【００２５】
ゴム素練り段階においては、図１に例示するようにラム６をラム室５ｂの上端部の待機位置に保持した状態で、予め設定された所定量の原料ゴムＧを、ゴム投入部８を通じて混練室５ａに投入する。その後、ラム６をラム室５ｂの下端まで下方移動させる。この状態で、油投入部７を通じてオイルを混練室５ａに投入しながらロータ２を回転駆動して原料ゴムＧとオイルとを混練する。この段階では、ロータ２の負荷を示す瞬時電力Ｐは比較的小さく、混練物Ｒの温度Ｔは徐々に低下する。
【００２６】
ゴム素練り段階の終了後は、配合剤取り込み段階に移行する。配合剤取り込み段階では、ラム６をラム室５ｂの上端部の待機位置に移動させて、予め設定された種類の所定量の配合剤Ｎ（充填剤など）をホッパ９から配合剤投入部１０を通じて混練室５ａに投入する。その後、ラム６をラム室５ｂの下端まで下方移動させる。この状態で図５に例示するようにロータ２を回転駆動して混練物Ｒを混練する。
【００２７】
配合剤取り込み段階では、ゴム素練りした原料ゴムＧの上に載った配合剤Ｎを大きくかき混ぜて、徐々に小さなゴムの固まりが形成される。次いで、小さなゴムの固まりが徐々に大きくなり、最後には一塊りになる。配合剤取り込み段階では、ラム６を数回、ラム室５ｂの上端部に上昇させた状態にしてロータ２を回転させることにより混練物Ｒの上下を反転させるラム反転を行う。この段階では、混練物Ｒの温度Ｔは徐々に上昇する。
【００２８】
カーボン取り込み段階が終了すると、均一分散段階に移行する。この段階では、配合剤Ｎを原料ゴムＧの全体に渡り均一に分散させる。この段階では当初、瞬時電力Ｐは大きいが徐々に低下する。混練物Ｒの温度Ｔは所定の温度範囲でほぼ一定に維持する。即ち、この段階では、温度センサ１３により逐次検知した混練物Ｒの温度Ｔの検知データに基づいて、制御部１２によりロータ２の回転数を制御して、混練物Ｒの温度Ｔを所定の温度範囲に維持して混練する。
【００２９】
均一分散段階の終了後、混練物Ｒを混練して製造された未加硫のゴム材料を、開口した排出扉１１から密閉型混練機１ａの外部に排出する。排出されたゴム材料は、次工程において、硫黄や加硫促進剤等の加硫系配合剤が所定割合で配合されて混練される。尚、混練物Ｒを構成する材料の種類等に応じて、図４に例示したロータ２の回転数ｒ、瞬時電力Ｐおよび混練物Ｒの温度Ｔの経時データは異なる。
【００３０】
混練工程のそれぞれの段階では、それぞれのロータ２Ａ、２Ｂを適切な回転数で回転駆動するが、本発明では、それぞれのロータ２Ａ、２Ｂが互いに異なる形状をしている。そのため、混練物Ｒは異なる形状のロータ２Ａ、２Ｂによって混練される。また、混練物Ｒを両方のロータ２によって均等に混練したり、いずれか一方のロータ２に偏重させて混練することもできる。
【００３１】
それ故、図９に例示した従来の対になった形状の一組のロータ１４を用いる場合に比して、混練物Ｒに対して付与するせん断力や混練物Ｒの流動方向（撹拌効果）のバリエーションを増やすことできる。したがって、混練室５ａに順次投入される材料を混練する際に、それぞれの混練段階（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）に適した混練条件を実現し易くなる。これに伴い、それぞれの混練段階を万遍なく、より効率的に行うことが可能になる。
【００３２】
図３に例示するロータ２では、一方のロータ２Ａは他方のロータ２Ｂに比して、混練物Ｒの材料を均等に分散させ易くなっている。そこで、原料ゴムＧに対して配合剤Ｎをより分散させる必要がある均一分散段階では、一方のロータ２Ａ側に混練物Ｒを積極的に流動させて混練を行う。例えば、一方のロータ２Ａの回転数を他方のロータ２Ｂよりも大きくして混練物Ｒを一方のロータ２Ａ側に偏らせる。
【００３３】
他方のロータ２Ｂは一方のロータ２Ａに比して、混練物Ｒに大きなせん断力を付与し易くなっている。そこで、混練物Ｒに対してより大きなせん断力を付与する必要がある素練り段階や配合物取り込み段階では、他方のロータ２Ｂ側に混練物Ｒを積極的に流動させて混練を行う。例えば、他方のロータ２Ｂの回転数を一方のロータ２Ａよりも大きくして混練物Ｒを他方のロータ２Ｂ側に偏らせる。
【００３４】
それぞれのロータ２Ａ、２Ｂは図３に例示した形状に限らず、図６、図７、図８に例示した形状にすることもできる。図６では、それぞれのロータ２Ａ、２Ｂの撹拌羽根２ｄの数が異なっている。即ち、一方のロータ２Ａは、他方のロータ２Ｂに対して撹拌羽根２ｄの数が多くなっている。これに伴い、一方のロータ２Ａでは撹拌羽根２ｄの間隔（配置ピッチ）が狭くなっている。それぞれのロータ２Ａ、２Ｂのその他の仕様は同じになっている。
【００３５】
図６に例示するロータ２では、他方のロータ２Ｂは一方のロータ２Ａに比して、混練物Ｒの材料を均等に分散させ易くなっている。一方のロータ２Ａは他方のロータ２Ｂに比して、混練物Ｒ大きなせん断力を付与し易くなっている。したがって、上述したように、それぞれの混練段階に応じて、それぞれのロータ２Ａ、２Ｂを適切に使用して混練物Ｒを混練すればよい。
【００３６】
図７では、それぞれのロータ２Ａ、２Ｂの撹拌羽根２ｄの傾斜角度ａが異なっている。即ち、一方のロータ２Ａの傾斜角度ａ１は、他方のロータ２Ｂの傾斜角度ａ２よりも小さくなっている。それぞれのロータ２Ａ、２Ｂのその他の仕様は同じになっている。
【００３７】
図７に例示するロータ２では、一方のロータ２Ａは他方のロータ２Ｂに比して、混練物Ｒの材料を均等に分散させ易くなっている。他方のロータ２Ｂは一方のロータ２Ａに比して、混練物Ｒ大きなせん断力を付与し易くなっている。したがって、上述したように、それぞれの混練段階に応じて、それぞれのロータ２Ａ、２Ｂを適切に使用して混練物Ｒを混練すればよい。
【００３８】
図８では、それぞれのロータ２Ａ、２Ｂの撹拌羽根２ｄの厚さｔが異なっている。即ち、一方のロータ２Ａの厚さｔ１は、他方のロータ２Ｂの厚さｔ２よりも小さくなっている。それぞれのロータ２Ａ、２Ｂのその他の仕様は同じになっている。
【００３９】
図８に例示するロータ２では、一方のロータ２Ａは他方のロータ２Ｂに比して、混練物Ｒの材料を均等に分散させ易くなっている。他方のロータ２Ｂは一方のロータ２Ａに比して、混練物Ｒに大きなせん断力を付与し易くなっている。したがって、上述したように、それぞれの混練段階に応じて、それぞれのロータ２Ａ、２Ｂを適切に使用して混練物Ｒを混練すればよい。
【００４０】
それぞれのロータ２Ａ、２Ｂの回転数（回転速度）は、それぞれの混練段階毎に異ならせることも、それぞれの混練段階の途中で異ならせることもできる。
【００４１】
上記の実施形態とは異なり、１つの駆動モータ３を用いてそれぞれのロータ２Ａ、２Ｂを回転駆動させる構成にしてもよい。この構成にした場合は、変速機４によって、それぞれのロータ２Ａ、２Ｂを適切な回転数にして回転駆動させる。変速機４のギヤを変更することで、それぞれのロータ２Ａ、２Ｂの回転速度比を変更することができる。
【００４２】
それぞれのロータ２Ａ、２Ｂを互いに異なる形状にすることで、それぞれのロータ２Ａ、２Ｂが受ける負荷の大きさに差異が生じ易くなる。そのため、それぞれのロータ２Ａ、２Ｂを同じ材質や同じ表面処理にしていると、経時的に劣化程度に大きな差異が生じることがある。そこで、それぞれのロータ２Ａ、２Ｂの材質と表面処理の少なくとも一方を異ならせることもできる。例えば、相対的に大きな負荷を受けるロータ２には、より耐久性（耐力など）が高い材質、メッキ等の表面処理層の層厚を大きくする等の構成にするとよい。
【符号の説明】
【００４３】
１  混練装置
１ａ  密閉型混練機
２（２Ａ、２Ｂ）  ロータ
２ｃ  回転軸
２ｄ  撹拌羽根
３（３Ａ、３Ｂ）  駆動モータ
４  変速機
５ａ  混練室
５ｂ  ラム室
６  ラム
７  油投入部
８  ゴム投入部
９  ホッパ
１０  配合剤投入部
１１  排出扉
１２  制御部
１２ａ  電力計
１３  温度センサ
１４  従来のロータ
１４ａ  回転軸
１４ｂ  撹拌羽根
Ｇ  原料ゴム
Ｎ  配合剤
Ｒ  混練物
【図１】
2019034500.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2019034500.tif 000008
【図７】
2019034500.tif 000009
【図８】
2019034500.tif 000010
【図９】
2019034500.tif 000011