(57)【要約】【課題】正常品に対する異常品の品質程度や、異常品の発生に因果関係がある特性を比較的簡便に把握できるゴム混練物の品質評価方法を提供する。【解決手段】原料ゴムと各種配合剤とを密閉式ゴム混練機１に用いて混合してゴム混練物Ｒを製造するに際して、ゴム混練物Ｒの正常品の混合仕様に関係する混合特性のデータと、材料仕様に関係する材料特性のデータとに基づいてマハラノビス距離Ｄ2を算出して、正常品と異常品との境界となるマハラノビス距離の閾値Ｃを設定しておき、バッチ毎のゴム混練物Ｒのマハラノビス距離Ｄ2を算出してその算出したマハラノビス距離Ｄ2と閾値Ｃとを比較して正常品か異常品かを判断し、異常品と判断した場合に、そのゴム混練物Ｒの混合特性と材料特性との間の相関度に基づいて、その混合特性と材料特性との因果関係を把握する【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料ゴムと各種配合剤とを混合してゴム混練物を製造するに際して、ゴム混練物の正常品の混合仕様に関係する混合特性のデータと、材料仕様に関係する材料特性のデータとに基づいてマハラノビス距離を算出して、正常品と異常品との境界となるマハラノビス距離の閾値を設定しておき、バッチ毎のゴム混練物のマハラノビス距離を算出してその算出したマハラノビス距離と前記閾値との比較に基づいて正常品か異常品かを判断し、異常品と判断した場合に、そのゴム混練物の混合特性と材料特性との間の相関度に基づいて、その混合特性と材料特性との因果関係を把握することを特徴とするゴム混練物の品質評価方法。
【請求項２】
前記混合特性に１バッチの混練時間、ゴム温度および混練に要した総電力量が含まれ、前記材料特性に前記ゴム混練物の未加硫時のゴム特性および加硫後のゴム特性が含まれる請求項１に記載のゴム混練物の品質評価方法。
【請求項３】
前記混練時間が、少なくとも、素練りステップ、カーボンを投入して混合するカーボン混合ステップおよび均一化練りステップの複数のステップの時間で構成され、これら複数のステップにおいてステップ終了時点のゴム温度が前記混合特性に含まれ、かつ、これら複数のステップにおいて混練に要した電力量が前記混合特性に含まれ、前記未加硫時のゴム特性にスコーチタイムおよび最低粘度が含まれ、前記加硫後のゴム特性に比重、引張り強さ、破断伸び、１００％モジュラス、硬度が含まれる請求項２に記載のゴム混練物の品質評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ゴム混練物の品質評価方法に関し、さらに詳しくは、正常品に対する異常品の品質程度や、異常品の発生に因果関係がある特性を比較的簡便に把握することができるゴム混練物の品質評価方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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、カーボンブラック等の各種配合材料とを、密閉式ゴム混練機に所定量投入して混練する。この混練により、各種配合材料を原料ゴム中に均一に分散させるとともに、一定の粘度に低下させた適度な粘度のゴム混練物が得られる。密閉式ゴム混練機は、平行に並置された２本のロータをチャンバーに備えており、これらロータを回転させてゴム混練物を混練する。ゴム混練物はロータ軸を中心にして回転されることにより、ロータとチャンバーの内壁面との間でせん断力が付与されて混練される。
【０００３】
ところで、密閉式ゴム混練機による混合工程により得られるゴム混練物の品質（比重、引張り強さ、破断伸び、１００％モジュラス、硬度など）にはバッチ毎に多少のばらつきがある。一般的な品質管理では、例えば、それぞれの特性に対して個別に規格値（管理値）を設定し、バッチ毎に採取したサンプルの各種特性と、それぞれの特性の規格値とを比較することにより正常品か異常品かを判定している。例えば、混練バッチ毎の各混練情報を、バーコードと対応させてメモリー部に記憶させ、バーコードの読み取りに基づいて使用の適否を判断して品質を管理する方法が提案されている（特許文献１参照）。
【０００４】
しかしながら従来の品質管理方法では、異常品が正常品に対してどの程度品質が劣っているのか、また、何故、品質が劣っているかという原因を把握するには更なる分析が必要である。このような分析には高度なスキルが求められるため、詳細な分析は容易ではなかった。そのため、正常品に対する異常品の品質程度や、異常品の発生に因果関係がある特性をより簡便に把握することができる評価方法が要望されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１９８１５３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、正常品に対する異常品の品質程度や、異常品の発生に因果関係がある特性を比較的簡便に把握することができるゴム混練物の品質評価方法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本発明のゴム混練物の品質評価方法は、原料ゴムと各種配合剤とを混合してゴム混練物を製造するに際して、ゴム混練物の正常品の混合仕様に関係する混合特性のデータと、材料仕様に関係する材料特性のデータとに基づいてマハラノビス距離を算出して、正常品と異常品との境界となるマハラノビス距離の閾値を設定しておき、バッチ毎のゴム混練物のマハラノビス距離を算出してその算出したマハラノビス距離と前記閾値との比較に基づいて正常品か異常品かを判断し、異常品と判断した場合に、そのゴム混練物の混合特性と材料特性との間の相関度に基づいて、その混合特性と材料特性との因果関係を把握することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、ゴム混練品が正常品であるのか異常品であるのかを判断する際に、特性毎にその特性のデータだけを用いて判断するのではなく、多数の特性（多変数）間の相関に基づく総合的判断尺度となるマハラノビス距離を用いる。また、これら特性の中に混合特特性（原因系の特性）と材料特性（結果系の特性）を含める。そのため、正常品に対する異常品の品質程度や、異常品の発生に因果関係がある特性を把握し易くなる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】ゴム混練物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２】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３】図２のＡ−Ａ断面図である。
【図４】サンプル１、２、５における各特性の効果の具合を示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明のゴム混練物の品質評価方法を図に示した実施形態に基づいて説明する。
【００１１】
本発明は、原料ゴムと各種配合剤とを混合してゴム混練物Ｒを製造するに際して、正常品について予め取得している混合仕様に関係する混合特性のデータと、材料仕様に関係する材料特性のデータとに基づいてマハラノビス距離Ｄ2を算出して、正常品と異常品との境界となるマハラノビス距離の閾値Ｃを設定しておく。次いで、評価対象となるバッチ毎のゴム混練物Ｒから採取したサンプルのマハラノビス距離Ｄ2を算出し、その算出したマハラノビス距離Ｄ2と予め設定した閾値Ｃとの比較に基づいて、正常品か異常品かを判断する。
【００１２】
異常品と判断した場合には、そのゴム混練物Ｒの混合特性と材料特性との間の相関度に基づいて、その混合特性と材料特性との因果関係を把握する。混合特性とは、製造されたゴム混練物Ｒの品質の原因となる原因系の特性である。混合特性としては、１バッチの混練時間Ｔ、１バッチの混練に要した総電力量Ｐ、ゴム混練物Ｒの温度等を用いることができる。
【００１３】
１バッチの混練時間Ｔは、例えば、素練りステップ（Ｓ１）、オイルを投入して混合するオイル混合ステップ（Ｓ２）、カーボンを含む材料を投入して混合するカーボン混合ステップ（Ｓ３）および混合した材料を均一に練る均一化練りステップ（Ｓ４）の複数のステップの時間で構成される。このうち、オイル混合ステップ（Ｓ２）は任意である。各ステップにおいて混練に要した電力量、各ステップ終了時のゴム混練物Ｒの温度も混合特性として用いることができる。
【００１４】
材料特性とは、製造されたゴム混練物Ｒの品質の結果となる結果系の特性である。材料特性としては、ゴム混練物Ｒの未加硫時のゴム特性および加硫後のゴム特性が含まれる。未加硫時のゴム特性としては例えば、ムーニー粘度計を用いて求めるスコーチタイム、最低粘度を用いることができる。加硫後のゴム特性としては例えば、比重、引張り強さ、破断伸び、１００％モジュラス、硬度を用いることができる。
【００１５】
ゴム混練物Ｒを製造するには、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）を用いる。この混練機１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。
【００１６】
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。並置された２本のロータ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。
【００１７】
ロータ８の上部には、上下移動する加圧ウエイト６が設けられている。加圧ウエイト６は原料ゴムと各種配合剤がケーシング２の内部に投入される際には、原料ゴムと各種配合剤の投入を邪魔しない上方の待機位置に配置されている。原料ゴムと各種配合剤がケーシング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をほぼ密閉する位置に配置される。ゴム混練物Ｒは原料ゴムおよびカーボンブラックを含み、その他にカーボンブラック以外の補強剤、オイル、老化防止剤、加工助剤、軟化剤、可塑剤、加硫剤、加硫促進剤、加硫遅延剤等の各種配合材料が適宜配合される。
【００１８】
ゴム混練物Ｒを混練する際には、ロータ８の下方位置に設けられた材料排出口４は、排出口フラップ５によって閉口される。混練されたゴム混練物Ｒを材料排出口４から排出する際には、排出口フラップ５は、ゴム混練物Ｒの排出を邪魔しない待機位置に移動して材料排出口４を開口する。加圧ウエイト６および排出口フラップ５の構造は、例示した構造に限定されるものではない。いわゆるニーダー構造の混合機であってもよい。
【００１９】
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。回転計１０ａはロータ８（ロータ軸９）の回転数Ｎを検知し、電力計１０ｂはロータ８の回転駆動に要する瞬時電力ｐを検知する。
【００２０】
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に入力される。瞬時電力ｐを混練時間Ｔで時間積分することにより、１バッチの混練に要する総電力量Ｐが算出される。演算装置１１には、ロータ８の外径Ｄ、ロータ８の外径位置とチャンバー７の内壁面７ａとのクリアランスＨのデータも入力されている。これら外径Ｄ、クリアランスＨのデータも混合特性のデータにすることもできる。
【００２１】
製造されたゴム混練物Ｒからはサンプルが採取されて、上述した種々の結果系の特性データが測定される。
【００２２】
マハラノビス距離Ｄ2の算出方法は下記のとおりである。
評価する特性（特性数ｉ＝１、２、３、・・・ｍ）のデータ（データ数：ｊ＝１、２、３、・・・ｎ）を集めて単位空間データとする。そして、各特性の平均値ｍ、標準偏差σを算出する。次いで、データｘi、jの規準化を下記（１）式により行なう。
Ｘi、j＝（ｘi、j−ｍi）／σi  ・・・（１）
【００２３】
次いで、下記の各特性間の相関係数ｒi、jを求める。
2015214119.tif 000003
ここで、Ｓ（Ｘi,Ｘi）は下記のとおりである。
2015214119.tif 000004
【００２４】
次いで、下記の相関行列Ｒを求める。
2015214119.tif 000005
【００２５】
次いで、相関行列Ｒの下記の逆行列Ａを求める。
2015214119.tif 000006
【００２６】
次いで、逆行列Ａと規準化した単位空間データから下記のマハラノビス距離Ｄ2を算出する。
2015214119.tif 000007
【００２７】
正常品のみのデータからなる単位空間データを用いてマハラノビス距離Ｄ2を予め算出しておき、このマハラノビス距離Ｄ2と異常品のデータとに基づいて、正常品と異常品との境界となる適切なマハラノビス距離の閾値Ｃを設定しておく。
【００２８】
そして、バッチ毎のゴム混練物Ｒから採取したサンプルのマハラノビス距離Ｄ2と閾値Ｃとを比較して、そのサンプルのマハラノビス距離Ｄ2が閾値Ｃ以下であれば正常品と判断し、閾値Ｃ超であれば異常品と判断する。このように本発明では、正常品であるのか異常品であるのかを判断する際に、特性毎にその特性のデータだけを用いる手法ではなく、多数の特性（多変数）間の相関に基づく総合的判断尺度となるマハラノビス距離Ｄ2を用いる。そのため、その混練バッチのサンプルのマハラノビス距離Ｄ2が閾値Ｃに対してどの程度乖離しているかによって品質程度を把握できる。即ち、正常品に対する異常品の品質程度を把握することができる。
【００２９】
異常品と判断した場合は、各特性間の相関係数ｒi、jを算出して、相関度を確認する。即ち、相関係数ｒi、j（相関度）が高い場合は、それら特性間に異常となる因果関係が存在していると判断できる。したがって、異常品の発生に因果関係がある特性を容易に把握することができる。異常品の発生を防止するには、把握した相関度が高い特性について対策を施せばよいことになる。各変数（要因）の有効性を評価し、例えば、２水準系直交表を利用して異常の主要因を特定する。
【実施例】
【００３０】
同じ材料を同じ配合で、図１に例示した混練機と同構造の混練機を用いて、異なるバッチで混練した表１に示す７種類のサンプルに対して、本発明を用いて品質評価を行った。それぞれのサンプルの混合特性および材料特性のデータは表１に示すとおりである。混練工程は、素練りステップ（Ｓ１）、オイルを投入して混合するオイル混合ステップ（Ｓ２）、カーボンを含む材料を投入して混合するカーボン混合ステップ（Ｓ３）および混合した材料を均一に練る均一化練りステップ（Ｓ４）の４ステップで行った。
【００３１】
【表１】
2015214119.tif 000008
【００３２】
混合特性のデータは、１バッチの混練時間Ｔ、Ｓ１〜Ｓ４の各ステップ終了時の混練物の温度、１バッチの混練に要した総電力量Ｐ、Ｓ２〜Ｓ４の各ステップで要した電力量を用いた。材料特性のデータは、未加硫時のゴム特性としてムーニースコーチタイム（ＭＳ）、最低粘度（Ｖｍ）、加硫後のゴム特性として比重、引張り強さ（ＴＢ）、破断伸び（ＥＢ）、１００％モジュラス（Ｍ１００）、硬度を用いた。正常品のマハラノビス距離Ｄ2は予め算出してあり、正常品と異常品との境界となる閾値Ｃは数値１０に設定している。それぞれのサンプルが正常品であるか異常品であるかの判定結果は表２に示すとおりである。閾値Ｃの数値１０を超えたサンプル１、２、５は異常品として判定される。
【００３３】
上記各特性データは下記の測定方法により取得する。
ＭＳ、Ｖｍ：ＪＩＳ  Ｋ６３００：２０１３に規定された方法に準拠して測定する。
比重：ＪＩＳ  Ｋ６２６８：１９９８に規定された方法に準拠して測定する。
ＴＢ、ＥＢ、Ｍ１００：ＪＩＳ  Ｋ６２５１：２０１０に規定された方法に準拠して測定する。
硬度：ＪＩＳ  Ｋ６２５３−３：２０１２に規定された方法に準拠して測定する。
【００３４】
【表２】
2015214119.tif 000009
【００３５】
次いで、異常品と判定されたサンプルの各特性の相関度（効果の度合い）を表３に示す。
【００３６】
【表３】
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【００３７】
図４には、表３に示したサンプル１、２、５における各特性の効果の度合いをグラフで示した。図４を参照することにより、サンプル１では、Ｓ１終了時の温度が高く、Ｓ４での電力量が多く、その結果としてＴＢおよびＭ１００が高くなっていることが分かる。サンプル２では、混練時間Ｔが短く、Ｓ２、Ｓ３の電力量が少なく、その結果としてＭ１００が低くなっていることが分かる。サンプル５では、総電力量が少なく、その結果としてＶｍが高くなっていることが分かる。
【符号の説明】
【００３８】
１  密閉式ゴム混練機
２  ケーシング
３  材料投入口
４  材料排出口
５  排出口フラップ
６  加圧ウエイト
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
Ｒ  ゴム混練物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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