(57)【要約】【課題】密閉型混練機を用いて、配合剤を原料ゴムに良好に分散させた品質の安定したゴム材料を生産性よく得ることができるゴム材料の混練方法および装置を提供する。【解決手段】原料ゴムＧと配合剤Ｎとからなるゴム材料Ｒを密閉型混練機２の混練室４ａでロータ３を回転させて混練する際に、混練室４ａの上方に配置したラムウエイト８の下面に設置された圧力センサ１３により、混練室４ａで混練されているゴム材料Ｒとラムウエイト８の下面との接触圧力を逐次検知して、この圧力センサ１３による検知圧力に基づいて制御部１２により所定の混練条件を制御することによって、検知圧力が予め設定されている目標範囲になるように調整する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料ゴムと配合剤とからなるゴム材料を密閉型混練機の混練室で、前記混練室の上部開口をラムウエイトにより塞いだ状態にして、前記混練室に対置して内設されたロータを回転させることにより前記ゴム材料を混練するゴム材料の混練方法において、
前記ラムウエイトの下面に設置された圧力センサにより、前記混練室の前記ゴム材料と前記ラムウエイトの下面との接触圧力を逐次検知して、前記圧力センサによる検知圧力に基づいて制御部により所定の混練条件を制御することによって、前記検知圧力を予め設定されている目標範囲になるように調整しつつ、前記ゴム材料を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】
前記目標範囲になるように調整する前記検知圧力として、前記ロータが１回転する毎の前記検知圧力の最大値を用いる請求項１に記載のゴム材料の混練方法。
【請求項３】
前記圧力センサが、前記ラムウエイトの下面の全面積の７０％以上を網羅する範囲で前記接触圧力を検知する請求項１または２に記載のゴム材料の混練方法。
【請求項４】
前記所定の混練条件が、前記ラムウエイトの上下位置である請求項１〜３のいずれかに記載のゴム材料の混練方法。
【請求項５】
前記所定の混練条件が、前記ロータの対置間隔である請求項１〜４のいずれかに記載のゴム材料の混練方法。
【請求項６】
混練室に対置して内設されたロータと、この混練室の上方で上下移動可能に配置されたラムウエイトと、混練条件を制御する制御部とを有して、前記ラムウエイトにより上部開口が塞がれた状態の前記混練室で、原料ゴムと配合剤とからなるゴム材料が、回転する前記ロータにより混練される密閉型混練機を備えたゴム材料の混練装置において、
前記ラムウエイトの下面に設置された圧力センサを有し、前記混練室の前記ゴム材料と前記ラムウエイトの下面との接触圧力が前記圧力センサにより逐次検知されて、前記圧力センサによる検知圧力に基づいて前記制御部により所定の混練条件を制御することによって、前記検知圧力が予め設定されている目標範囲になるように調整されつつ、前記ゴム材料が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。
【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、密閉型混練機を用いて、配合剤を原料ゴムに良好に分散させた品質の安定したゴム材料を生産性よく得ることができる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、原料ゴムに各種配合剤を分散させて混練することにより未加硫のゴム材料を得る混練工程がある。この混練工程では、例えば、密閉型混練機が使用されている。密閉型混練機の混練室にはロータが内設され、混練室の上方には上下移動するラムウエイトが配置されている。原料ゴムと各種配合剤は混練室に投入された後、混練室の上部開口をラムウエイトにより塞いだ状態にして、回転するロータにより混練される（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この混練の際には、ラムウエイトが混練室の蓋として機能することにより、配合剤が混練室から噴出することを防止している。配合剤を混練室に投入した直後などでは、混練室内の見掛けの体積が大きくなっていて、ラムウエイトが下限位置に降下すると、混練室内のゴム材料（原料ゴムおよび配合剤）に過大な圧力が作用する。これに伴い、飛散し易い配合剤が混練室とラムウエイトとのすき間から混練室の外部に噴出することがある。配合剤が混練室から噴出すると、混練したゴム材料では配合剤の量が不足するため品質にばらつきが生じる。また、粉状の配合剤がラムウエイトによって過剰に押圧されると、凝集塊になって原料ゴムに分散させることが困難になる。
【０００４】
一方、ラムウエイトが長時間、下限位置よりも上方に配置された状態で混練工程を行われると、原料ゴムに対して配合剤を十分に分散させて練り込み難くなる。また、配合剤を原料ゴムに十分に分散させて練り込むまでに要する時間が長くなるため、生産性が低下するという問題もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−２５４１４８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、密閉型混練機を用いて、配合剤を原料ゴムに良好に分散させた品質の安定したゴム材料を生産性よく得ることができる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からなるゴム材料を密閉型混練機の混練室で、前記混練室の上部開口をラムウエイトにより塞いだ状態にして、前記混練室に対置して内設されたロータを回転させることにより前記ゴム材料を混練するゴム材料の混練方法において、前記ラムウエイトの下面に設置された圧力センサにより、前記混練室の前記ゴム材料と前記ラムウエイトの下面との接触圧力を逐次検知して、前記圧力センサによる検知圧力に基づいて制御部により所定の混練条件を制御することによって、前記検知圧力を予め設定されている目標範囲になるように調整しつつ、前記ゴム材料を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、混練室に対置して内設されたロータと、この混練室の上方で上下移動可能に配置されたラムウエイトと、混練条件を制御する制御部とを有して、前記ラムウエイトにより上部開口が塞がれた状態の前記混練室で、原料ゴムと配合剤とからなるゴム材料が、回転する前記ロータにより混練される密閉型混練機を備えたゴム材料の混練装置において、前記ラムウエイトの下面に設置された圧力センサを有し、前記混練室の前記ゴム材料と前記ラムウエイトの下面との接触圧力が前記圧力センサにより逐次検知されて、前記圧力センサによる検知圧力に基づいて前記制御部により所定の混練条件を制御することによって、前記検知圧力が予め設定されている目標範囲になるように調整されつつ、前記ゴム材料が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、密閉型混練機の混練室のゴム材料とラムウエイトの下面との接触圧力を直接、ラムウエイトの下面に設置された圧力センサによって精度よく逐次検知できる。そのため、圧力センサによる検知圧力に基づいて制御部により所定の混練条件を制御することによって、検知圧力を予め設定されている目標範囲になるように精度よく調整することが可能になる。これに伴い、ゴム材料をラムウエイトによって過不足なく適切に押圧しつつ混練することができるので、配合剤を原料ゴムに良好に分散させた品質の安定したゴム材料を生産性よく得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明のゴム材料の混練装置を密閉型混練機の内部を縦断面視にして例示する説明図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図１の混練装置を平面視で例示する説明図である。
【図４】図１のラムウエイトおよび圧力センサを例示する斜視図である。
【図５】図４の圧力センサの変形例を示す説明図である。
【図６】図１の混練装置によってゴム材料を混練している状態を例示する説明図である。
【図７】ある混練進行段階での検知圧力の経時変化を模式的に例示するグラフ図である。
【図８】混練装置の別の実施形態を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は、未加硫のゴム材料Ｒを混練する。ゴム材料Ｒは原料ゴムＧと複数種類の配合剤Ｎとからなり、混練により配合剤Ｎを原料ゴムＧに均等に分散させるようにして適切な粘度にされる。この実施形態では、原料ゴムＧと非加硫系の配合材Ｎとが混練されてゴム材料Ｒが製造される場合を例示するが、原料ゴムＧと非加硫系の配合材Ｎが混練されたゴム材料Ｒに加硫系の配合剤Ｎが混練されてゴム材料Ｒが製造される場合にも本発明を適用することができる。
【００１３】
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。これらを１種単独でまたは２種以上を組合せて使用する。非加硫系の配合剤Ｎとしては、例えば、カーボンブラック、シリカ、シランカップリング剤、酸化亜鉛、ステアリン酸等の中から適宜、必要なものを使用する。加硫系の配合剤Ｎとしては、硫黄、加硫活性剤、加硫促進助剤等を例示できる。
【００１４】
この混練装置１は、バンバリーミキサー等の密閉型混練機２と、圧力センサ１３と、圧力センサ１３による検知圧力が逐次入力される制御部１２とを備えている。制御部１２は後述するように様々な混練条件を制御する。
【００１５】
密閉型混練機２は、混練室４ａと、混練室４ａの上部開口に接続されて上方に延在するラムウエイト室４ｂと、ラムウエイト室４ｂに配置されるラムウエイト８とを備えている。混練室４ａには対向配置された一対のロータ３が設けられている。それぞれのロータ３の回転軸３ａには翼３ｂが突設されていて、平行して配置されたそれぞれの回転軸３ａは駆動モータ２ａ、２ｂによって回転駆動される。駆動モータ２ａ、２ｂとそれぞれの回転軸３ａとの間には変速機２ｃが介在している。ロータ３の回転は制御部１２により制御される。
【００１６】
混練室４ａの側面には油投入部５が設けられている。混練室４ａの底面には開閉する排出扉１０が設けられ、温度センサ１１がその先端部を混練室４ａに露出して設けられている。温度センサ１１は混練室４ａで混練されているゴム材料Ｒの温度を逐次検知する。温度センサ１１による検知温度は制御部１２に逐次入力される。
【００１７】
ラムウエイト室４ｂには、原料ゴムＧが投入されるゴム投入部６と、配合剤Ｎが投入される配合剤投入部９とが設けられている。配合剤投入部９の上端部にはホッパ７が接続されている。
【００１８】
ラムウエイト室４ｂの内部を上下移動するラムウエイト８は、所定位置まで下方移動すると混練室４ａの上部開口を塞ぐことができる。ラムウエイト８は、油圧シリンダ等の昇降機構８ａによって上下移動される。ラムウエイト８の上下移動（上下位置）は制御部１２により制御される。
【００１９】
圧力センサ１３は、ラムウエイト８の下面に設置されている。圧力センサ１３は、混練室４ａに投入されたゴム材料Ｒとラムウエイト８の下面との接触圧力Ｐを検知圧力Ｐとして逐次検知する。この実施形態では図４に例示するように、圧力センサ１３としてシート状の感圧素子が使用されている。この感圧素子が検知圧力Ｐを電気信号として出力して検知圧力Ｐの大きさが把握される。ラムウエイト８の上下移動させる（上下位置を変化させる）ことにより、検知圧力Ｐ（即ち、ゴム材料Ｒとラムウエイト８の下面との接触圧力Ｐ）の大きさを調整することができる。
【００２０】
圧力センサ１３は、接触圧力Ｐを検知できれば、図４の形態に限らず、種々のタイプ、形状を採用することができる。例えば図５に示すようなダイヤフラム型の感圧素子を圧力センサ１３として用いることもできる。図５では多数の円形の圧力センサ１３がラムウエイト８の下面に埋設されている。
【００２１】
圧力センサ１３は、ラムウエイト８の下面の全面積の７０％以上、より好ましくは８０％以上、さらに好ましくは９０％以上を網羅する範囲で検知圧力Ｐを検知できるように設置するとよい。圧力センサ１３による検知面積を大きくするに連れて、局部的に高い接触圧力Ｐが生じた場合も見逃すことなく検知するには有利になる。
【００２２】
制御部１２には、検知圧力Ｐに対して予め設定された目標範囲ＡＲが入力、記憶されている。この目標範囲ＡＲは、検知圧力Ｐの目標値Ｍを含んだ許容範囲である。混練の進行段階によって適切な検知圧力Ｐは異なるので、事前混練などを行って混練進行段階ごとの目標範囲ＡＲを把握しておく。規格を満たす特性（粘度など）を有するゴム材料Ｒを混練できた場合の混練工程での検知圧力Ｐに基づいて目標値Ｍ（目標範囲ＡＲ）が設定される。
【００２３】
さらに制御部１２には電力計１２ａが付設されている。ロータ３の回転駆動に要した瞬時電力が電力計１２ａにより逐次検知される。電力計１２ａにより検知された瞬時電力は、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３の回転駆動に要した電力量（ロータ３に作用する負荷）を把握することができる。制御部１２にはその他に、ロータ３の回転数等が入力される。
【００２４】
以下、本発明のゴム材料の混練方法の手順の一例を説明する。
【００２５】
まず、ゴム投入部６を通じて所定量の原料ゴムＧを混練室４ａに投入し、ロータ３を回転させることにより素練りを行う。適度に原料ゴムＧの素練りを行った後に、配合剤投入部９を通じて所定量の必要な種類の配合剤Ｎを混練室４ａに投入する。
【００２６】
その後、図６に例示するように、ラムウエイト８を下方移動させて混練室４ａの上部開口を塞いだ状態にして、それぞれのロータ３を回転させることによりゴム材料Ｒ（原料ゴムＧと配合剤Ｎ）を混練する。混練室４ａのゴム材料Ｒがラムウエイト８の下面（圧力センサ１３）に接触すると、圧力センサ１３は接触圧力Ｐを検知圧力Ｐとして検知する。混練室４ａのゴム材料Ｒがラムウエイト８の下面（圧力センサ１３）に接触しないと、圧力センサ１３は接触圧力Ｐを検知圧力Ｐがゼロとして検知する。
【００２７】
圧力センサ１３による検知圧力Ｐは図７に例示するように経時変化する。ゴム材料Ｒはロータ３とともに混練室４ａの内部を回転するので、この実施形態の検知圧力Ｐは、ロータ３が１回転する毎の周期を有する波形になっている。検知圧力Ｐが高値で維持されている時間帯は、混練室４ａの上部にゴム材料Ｒが充満していると判断できる。検知圧力Ｐが低く落ち込んでいる時間帯は、混練室４ａの上部に空洞（ゴム材料Ｒとゴム材料Ｒとのすき間）が存在していると判断できる。
【００２８】
図７に記載されている実線細線Ｍは、検知圧力Ｐに対して予め設定された目標値を示している。破線細線に上下に挟まれた目標範囲ＡＲは、検知圧力Ｐの目標値Ｍを含んだ許容範囲を示している。
【００２９】
混練室４ａに粉状の配合剤Ｎが投入された直後のように、配合剤Ｎが原料ゴムＧに混練されていない段階では、配合剤Ｎの体積が過大になっていることがある。この場合、ラムウエイト８がある程度下方移動した位置で、ラムウエイト８の下面（圧力センサ１３）が配合剤Ｎに接触する。そのままラムウエイト８を下限位置まで下方移動させると、ラムウエイト８による押圧によって配合剤Ｎが混練室４ａとラムウエイト８とのすき間から混練室４ａの外部に噴出する、或いは、ラムウエイト８による押圧によって配合剤Ｎが凝集塊になることがある。
【００３０】
そこで、圧力センサ１３による検知圧力Ｐ（即ち、接触圧力Ｐ）が目標範囲ＡＲよりも大きくなりそうな場合は、ラムウエイト８の下方移動を停止させる、或いは、上方移動させて検知圧力Ｐが目標範囲ＡＲになるように調整される。このようにしてラムウエイト８により混練室４ａの上部開口を塞いだ状態にして、ロータ３を回転させることにより、混練室４ａの内部でゴム材料Ｒを混練する。混練中には適宜、油投入部５からオイルをゴム材料Ｒに供給する。
【００３１】
一方、混練室４ａに投入されているゴム材料Ｒの体積が過大ではない場合は、ラムウエイト８を下限位置まで下方移動させてもラムウエイト８の下面にゴム材料Ｒが接触しない、或いは、僅かに接触する程度である。そこで、ラムウエイト８を下限位置まで下方移動させて混練室４ａの上部開口を塞いだ状態にする。ゴム材料Ｒの体積が過大ではないので、ラムウエイト８を下限位置に下方移動させも配合剤Ｎが混練室４ａの外部に噴出することも、凝集塊になることもない。そのため、この状態でロータ３を回転させることにより混練室４ａの内部でゴム材料Ｒを混練する。
【００３２】
混練を行うことで、原料ゴムＧに配合剤Ｎがある程度、練り込まれて分散し、かつ、ゴム材料Ｒの体積が減少する。これに伴い、ラムウエイト８の下面にゴム材料Ｒが接触し難くなって、圧力センサ１３による検知圧力Ｐは小さくなる。そこで、圧力センサ１３による検知圧力Ｐに基づいて、ラムウエイト８を下方移動させることで、検知圧力Ｐを大きくするようにして目標範囲ＡＲに維持する。
【００３３】
また、混練室４ａの内部でロータ３とともに回転するゴム材料Ｒの位置によって検知圧力Ｐは変動する。そこで、圧力センサ１３による検知圧力Ｐに基づいて、ラムウエイト８を上下移動させることで、検知圧力Ｐを目標範囲ＡＲにするように調整する。ラムウエイト８を上方移動させることで検知圧力Ｐを低下させ、ラムウエイト８を下方移動させることで検知圧力Ｐを上昇させることができる。
【００３４】
即ち、この実施形態では、検知圧力Ｐに基づいて制御部１２によりラムウエイト８の上下位置を制御することで、検知圧力Ｐを予め設定されている目標範囲ＡＲになるように調整しつつゴム材料Ｒを混練する。例えば、検知圧力Ｐに基づいて、ロータ３が１回転する毎の検知圧力Ｐの最大値が目標範囲ＡＲになるように調整する。この時のラムウエイト８の上下移動量は例えば、ロータ３の外径の３％程度である。
【００３５】
ラムウエイト８の下面に設置された圧力センサ１３を用いることで、混練室４ａで混練されているゴム材料Ｒとラムウエイト８の下面との接触圧力Ｐを直接、精度よく逐次検知できる。それ故、圧力センサ１３による検知圧力Ｐに基づいて、制御部１２により所定の混練条件を制御することで、検知圧力Ｐを目標範囲ＡＲになるように精度よく調整できる。
【００３６】
そのため、ゴム材料Ｒをラムウエイト８によって過不足なく適切に押圧しつつ混練することができる。即ち、ラムウエイト８によって粉状の配合剤Ｌを過剰に押圧して、配合剤Ｎが混練室４ａとラムウエイト８とのすき間から混練室４ａの外部に噴出する不具合を回避できる。また、粉状の配合剤Ｌが過剰に押圧されて凝集塊になることも回避できる。そのため、必要量の配合剤Ｌを原料ゴムＧに均等になるように分散させるには有利になっている。
【００３７】
また、粉状の配合剤Ｌに対するラムウエイト８による押圧が過小になることもないので、原料ゴムＧに対して配合剤Ｌを十分に練り込むことができる。配合剤Ｌを練り込む時間が過剰に長くなることもないので、配合剤Ｌを良好に分散させた品質の安定したゴム材料Ｒを生産性よく得ることができる。
【００３８】
この実施形態では、ラムウエイト８の下面の広範囲で圧力センサ１３により検知圧力Ｐを逐次検知している。そのため、局部的に非常に高い接触圧力Ｐが生じた場合も見逃すことなく検知できる。そして、非常に高い検知圧力Ｐが検知されると、検知圧力Ｐを目標範囲ＡＲまで下げるように調整される。局部的に非常に高い接触圧力Ｐが生じると、その発生位置では、配合剤Ｌが凝集塊になり易いが、圧力センサ１３による検知範囲を広くすることで、凝集塊の発生を防止するには非常に有効になる。
【００３９】
圧力センサ１３による検知圧力Ｐに基づいて、ラムウエイト８の下方移動速度を調整することもできる。例えば、検知圧力Ｐがゼロの場合は、ラムウエイト８の下方移動速度をより速くする。一方、検知圧力Ｐがゼロ超になった場合は、ラムウエイト８の下方移動速度をより遅くする。このようにラムウエイト８の下方移動速度を制御することで、粉状の配合剤Ｎの混練室４ａの外部への噴出を防止しつつ、ラムウエイト８によって混練室４ａを迅速に塞いだ状態にして混練を開始することができる。
【００４０】
図８に例示する混練装置１は、混練条件としてロータ３の対置間隔を変化させることができることだけが、先の実施形態の混練装置１との相違点である。この混練装置１では、一方のロータと変速機２ｃの間に偏芯リング等を備えた軸間変更機構３ｃが介在している。軸間変更機構３ｃを制御部１２により作動させることにより、一方の回転軸３ａが移動してロータ３の対置間隔が変化する。
【００４１】
図６に例示する状態でロータ３の対置間隔が大きくなると、圧力センサ１３による検知圧力Ｐは小さくなる。一方、ロータ３の対置間隔が小さくなると、圧力センサ１３による検知圧力Ｐは大きくなる。
【００４２】
したがって、この実施形態では、圧力センサ１３による検知圧力Ｐに基づいて、制御部１２によりロータ３の対置間隔を変化させることで、検知圧力Ｐを目標範囲ＡＲになるように調整することができる。制御部１２によりロータ３の対置間隔を変化させるとともに、ラムウエイト８の上下位置を変化させることによって、検知圧力Ｐを目標範囲ＡＲになるように調整することもできる。
【実施例】
【００４３】
図１に例示した混練装置１と同様の混練装置を用いて、ラムウエイトの上下位置の制御だけを異ならせて、その他は同条件にしてゴム材料の混練を行った（従来例と実施例）。従来例では、ゴム材料を混練室に投入後にラムウエイトを下限位置に維持したまま混練を行った。実施例では本発明を適用して、ラムウエイトの下面に設置された圧力センサにより、ゴム材料とラムウエイト８の下面との接触圧力を逐次検知した。そして、圧力センサによる検知圧力Ｐに基づいて制御部によりラムウエイトの上下位置を変化させて、検知圧力を予め設定されている目標範囲になるように調整しつつゴム材料を混練を行った。
【００４４】
その結果、原料ゴムに配合剤の全量を練り込ませるまでに要する時間が、実施例では従来例の約１／３になることが確認できた。また、混練した後のゴム材料を分析して配合剤の分散性の目安となるＲＰＡ値（指数）を測定した。この指数は数値が小さい程、配合剤の分散性が優れていることを意味する。ＲＰＡ値（指数）は従来例の１００に対して実施例は７９であることが確認できた。
【符号の説明】
【００４５】
１  混練装置
２  密閉型混練機
２ａ、２ｂ  駆動モータ
２ｃ  変速機
３  ロータ
３ａ  回転軸
３ｂ  翼
３ｃ  軸間変更機構
４ａ  混練室
４ｂ  ラムウエイト室
５  油投入部
６  ゴム投入部
７  ホッパ
８  ラムウエイト
８ａ  昇降機構
９  配合剤投入部
１０  排出扉
１１  温度センサ
１２  制御部
１３  圧力センサ
Ｇ  原料ゴム
Ｎ  配合剤
Ｒ  ゴム材料
【図１】
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【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】
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【図７】
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【図８】
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