(57)【要約】【課題】ゴムや硫黄などの被混練物の混練時間を短縮すること。【解決手段】密閉式の混練機において、前記ラムを混練室を密閉する下限位置と、被混練物を投入するための第１の上限位置と、混練中に混練物の切り替えしのための第２の上限位置間で上下動させる油圧シリンダ・ピストン機構とを備える。前記下限位置と第２の上限位置間のストロークを、前記下限位置と第１の上限間のストロークよりも短く設定し、混練物の切り替えしのために生じる混練ロスタイムを短縮する。【選択図】図１
2008126142.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
混練室と、混練室内に配置された互いに反対方向に回転するロータと、混練室を密閉するラムと、混練室に被混練物を投入するための投入口を備えた密閉式混練機であって、
前記ラムを混練室を密閉する下限位置と被混練物を投入するための第１の上限位置間の第１のストロークと、混練中に混練物の切り替えしのため前記下限位置と第２の上限位置間の第２のストロークで上下動させる油圧駆動機構とを備え、
前記第２のストロークが前記第１のストロークよりも短く設定されていることを特徴とする密閉式混練機。
【請求項２】
請求項１に記載された密閉式混練機において、
前記油圧駆動機構が油圧駆動されるピストン及びシリンダからなり、前記第２ストロークはその長さが調節自在であることを特徴とする密閉式混練機。
【請求項３】
密閉した混練室内で互いに反対方向に回転するロータによって混練する混練方法であって、
ラムを第１の上限位置に配置して被混練物を投入する工程、
ラムを下限位置に下降して前記混練室を密閉する工程、
ラムを混練中に第１の上限位置と下限位置間の第１のストロークよりも短い第２のストロークで往復動させて混練物の切り替えしを行う工程、
を有することを特徴とする混練方法。
【請求項４】
請求項３に記載された混練方法において、
前記第２のストロークはその長さが調節自在であることを特徴とする混練方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タイヤ等の素材となるゴムや硫黄等の被混練物を混練して配合ゴム等を製造する密閉式混練機及び混練方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
タイヤ等を構成する加硫後のゴム材に所望の物性を付与するためには、ゴム等の原材料の混練時に、ゴム分子を切断して原材料ゴムを可塑化して微細化し、その中にカーボンブラックや硫黄等の添加剤や配合薬品を均一に分散させる必要がある。従来、この混練には、被混練物の混練特性に優れ、分散性の良好な混練物が得られる密閉式混練機が使用されている。
【０００３】
図４は、この従来の密閉式混練機（バンバリーミキサ）の一例を示す概略断面図である。図４Ａはラム（フローティングウエイト）をストロークの上限位置まで上昇させた状態を、また、図４Ｂはラムをストロークの下限位置まで下降させた状態を示す。
この密閉式混練機１０は、図示のように、ケーシング１１と、その内部に形成された混練室１２と、混練室（密閉部）１２内に配設され、モータ（図示せず）により互いに逆方向に回転する２本の平行なロータ１３と、ケーシング１１の上部に設けられ内部で混練室１２に連通する投入側ホッパー１４と、その内側を上下動するウエイトとなるラム（フローティングウエイト）１５と、投入側ホッパー１４上部に取り付けられピストンロッド２９と一体に連結されたラム１５を駆動するピストン・シリンダ機構１６とを有している。また、ケーシング１１の下面には混練室１２の下側開口部を塞ぐドロップドア１７が取り付けられており、投入側ホッパー１４の側面には、被混練物を投入する投入口１８と、それを塞ぐホッパードア１９が設けられている。
【０００４】
ゴムや硫黄等の被混練物は、ラム１５を上昇させた状態でホッパードア１９を開いて投入口１８から混練室１２に投入される。続いて、ラム１５が下降して混練室１２を密閉し、被混練物はその中で回転するロータ１３により混練される。混練終了後、ドロップドア１７を開いて混練した混練物（混練ゴム）をケーシング１１の下端から取り出す。
この従来の密閉式混練機１０では、混練時にラム１５により混練室１２内の混練物を押さえて混練物の浮き上がり（せり出し）等を抑制している。
【０００５】
ところで、密閉式混練機１０では、混練室１２内でロータ１３が回転し続けると、ロータ１３の周面近傍の混練物はロータ１３と供回りして混練が均一に行われ難くなる。そのため、一回の混練工程中に通常は２回程度、ラム１５を往復動させる。即ち、図４Ａに示すように、ラム１５を上昇させて混練中の混練物を解放して混練室１２からせり出させた後、図４Ｂに示すように、ラム１５を下降させて混練物を混練室内に押し戻して混練物の切り替えし（又は位置替え）を行っている。
【０００６】
この混練中のラム１５の上下動は、ピストン・シリンダ機構１６によって行われるが、従来の密閉式混練機１０では、このピストン・シリンダ機構１６は空気圧で駆動している。
ところが、ピストン・シリンダ機構１６の駆動に空気圧を用いた場合、圧力媒体である空気は圧縮性であるため、ラム１５をそのストロークの途中で停止させようとしても、ラム１５の慣性力や重力の作用を受けて媒体である空気がピストンの両側で圧縮膨張を繰り返し正確な位置に停止させることができない。
【０００７】
そのため、従来のようにラム１５の駆動機構として空気圧利用のピストン・シリンダ機構１６を用いる場合のラム１５の上方停止位置は、前記機械的上限位置に限定せざるを得ず、ラム１５のストローク長は前記上限と混練物に当接する下限位置間に限定される。即ち、従来はラム１５を単に上下に往復動させて混練中のゴムの切り替えしを行う場合であっても、被混練物の投入時と同様にラムを一旦図４Ａの前記機械的上限位置まで上昇させてから再度下降させている。
【０００８】
このように、混練中にラム１５が混練物から離れて混練物に作用する押圧力を解放すると、混練物は上方にせり出して混練が進まない。そのため、ラム１５が混練物から離れる時間、つまりラムの上下動する時間は、混練物の切り返しが可能である限り短い方がよい。ところが、ラムの上下動に空気圧利用のピストン・シリンダ機構を用いた場合は、上述のように、ラムの上下動のストロークの調整ができないため、その時間を短縮することはできない。
【０００９】
そこで、ラム１５のストローク自体を短く設定することも考えられるが、ゴムや硫黄等の被混練物は、ラム１５を上昇させた状態でホッパードア１９を開いて投入口１８から混練室１２内に投入するため、ラム１５のストロークが短いと、被混練物を投入口から投入する際に、ラムが投入の障害となりうまく投入ができない。そのため、上限位置にあるラムが被混練物の投入を妨げないよう、その上下動のストロークは一定以上の長さが必要であり、そのストロークをむやみに短くすることはできない。
【特許文献１】特開２００５−１０３８９７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、従来の混練機における上記問題に鑑みてなされたものであって、混練機におけるラムの上下動のストロークを任意に調節できるようにして、混練中にラムを上下に往復動させる時間を短縮し、ラムの引き上げに伴って発生する混練のロスを減らし、ひいては混練時間を短縮することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１の発明は、混練室と、混練室内に配置された互いに反対方向に回転するロータと、混練室を密閉するラムと、混練室に被混練物を投入するための投入口を備えた密閉式混練機であって、前記ラムを混練室を密閉する下限位置と被混練物を投入するための第１の上限位置間の第１のストロークと、混練中に混練物の切り替えしのため前記下限位置と第２の上限位置間の第２のストロークで上下動させる油圧駆動機構とを備え、前記第２のストロークが前記第１のストロークよりも短く設定されていることを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１に記載された密閉式混練機において、前記油圧駆動機構が油圧駆動されるピストン及びシリンダからなり、前記第２ストロークはその長さが調節自在であることを特徴とする。
請求項３の発明は、密閉した混練室内で互いに反対方向に回転するロータによって混練する混練方法であって、ラムを第１の上限位置に配置して被混練物を投入する工程と、ラムを下限位置に下降して前記混練室を密閉する工程と、ラムを混練中に第１の上限位置と下限位置間の第１のストロークよりも短い第２のストロークで往復動させて混練物の切り替えしを行う工程とを有することを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項３に記載された混練方法において、前記第２のストロークはその長さが調節自在であることを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、ラムの被混練物投入時の最大の上限位置とラムが混練室を密閉する下限位置間の第１のストロークよりも、混練中に混練物の切り替えしを行うためのラムの往復動の第２のストロークを短く設定して、混練中にラムが混練物から離れる時間を短縮する。
また、第２のストロークを任意に設定可能とすることで、第２のストロークを必要限度の最小のものにする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ラムのストロークを自由に調節できるため、混練物の切り替えしのために混練中に行うラムの引き上げストロークを、混練物の切り替えしに必要な最低の長さにすることができ、ラムの引き上げに伴って発生する混練ロスを縮小することができ、混練処理の時間を従来よりも大幅に短縮できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施形態を添付図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る密閉式混練機の側断面図である。
本実施形態に係る密閉式混練機１０′は、基本的には既に説明した従来のものと同様であり、同じ部分には同じ番号を付して示している。
即ち、混練室１２内に互いに逆回転する２本のロータ１３を配置し、ゴムなどの被混練物を混練室１２内に投入した後、ラム１５を下降させて混練室１２を密閉しその中で混練を行う。
【００１５】
ここで、本実施形態に係る密閉式混練機１０′は、従来の混練機１０と異なり、ラムを作動するピストン・シリンダ機構１６′は液圧を用いている。このピストン・シリンダ機構１６′の作動媒体である作動流体は非圧縮性であるため、ラムの慣性力や重力を受けてもそれによってピストンが移動することはなく、したがって、ラムを任意の位置に停止させることができる。ここで用いるピストン・シリンダ機構１６′は、例えば従来周知の油圧式のピストン・シリンダ機構を用いればよい。
【００１６】
図２は、本実施形態の密閉式混練機のラム駆動用ピストン・シリンダ機構で用いる油圧系の原理を模式的に示した図である。
図示のように、この油圧系は、両端部にはそれぞれ作動流体、例えば作動油の入出を行うポート２１及び２２を備え、内部にピストン１６を収容したシリンダ２０、油圧源となるモータ２３駆動の油圧ポンプ２７、作動油の貯留タンク２８、切替弁２４、及び切替弁２４を介して上記油圧系の各要素ないし部分を互いに接続する管路Ｌ１〜Ｌ４、及び切替弁２４を作動制御する制御装置２５からなっている。
【００１７】
以上の油圧系において、切替弁２４を切り替えて、ポート２２、管路Ｌ１を管路Ｌ３、ポンプ２７側に、また、ポート２１、管路Ｌ２を管路Ｌ４、貯留タンク２８側に接続すると、ピストン１６は右方（実際には上方）に移動し、ピストン１６のピストンロッド２９に一体に取り付けられたラム１５も同様に上方に移動する。ラム１５が上限位置（図中上段位置）に達すると、切替弁２４を切り替えてポート２１，２２を遮断してラム１５をその位置に保持し、投入口１８から被混練物質を投入する。
【００１８】
続いて、切替弁２４を切り替えて、ポート２１、管路Ｌ２を管路Ｌ３を経てポンプ２７に、かつ、ポート２２、管路Ｌ１を管路Ｌ４を経て貯留タンク２８に接続すると、ピストンは左方(実際には下方)に移動し、ラム１５も下限位置（図中の下段位置）に下降する。
ラム１５が下段の位置まで下降すると、切替弁２４を切り替えてポート２１，２２を遮断してラム１５を停止位置に保持する。
【００１９】
また、ラム１５が下段位置に達すると混練室１２は密閉され、密閉された混練室内で、被混練物が互いに反対向きに回転している二つのロータ１３によって混練される。その後、所定時間経過後、混練物であるゴムの切り替えしを行うためラム１５を引き上げる。
【００２０】
ここで、制御装置２５は、例えば、予め任意に設定した切替弁２４の動作タイミングに基づき、シリンダ２０に挿入されたピストン２６の上下動のストローク、従ってそれと一体のピストンロッド２９、その下端に取り付けたラム１５の上下動のストロークを調節する。
なお、本実施形態において、ラム１５のストローク制御は、制御装置２５に内蔵した機械的タイマー又はソフトウエアのタイマー機能で切替弁２４を切替制御によるか、或いは、ラム１５に第１（上段）、第２（中段）位置と下限位置を検出する、例えばリミットスイッチや近接スイッチ等で構成した位置検出手段（図示せず）を位置調整自在に設けて、その位置検出手段と制御装置２５を電気的に接続して切替弁２４を切り替えることで行ってもよい。
【００２１】
本実施形態では、混練中に混練物の切り替えしのためラム１５を一旦上下動させる際のラム１５のストロークを、被混練物投入のためにラム１５を上限位置に上げたときのストロークよりも短くして、混練中に混練物からラム１５の押圧力を解放することによる混練効率の低下を極力小さくしている。
即ち、本実施形態の混練機１０′ではこの引き上げ時のラム１５の往復動のストロークを従来のものよりも短く設定して、ラム１５の引き上げ時間を短縮して、従来の混練機１０におけるよりも混練効率を大幅に向上させている。
次に、その点について従来の混練機１０と対比して説明する。
【００２２】
図３は、縦軸に高さ：ｈ、横軸に時間：ｔを取って、混練機のラム１５の位置を時間経過に従って表した図である。また、図３Ａは従来の混練機のラムの位置について、図３Ｂは本実施形態の混練機のラムの位置についてそれぞれ示した図である。
ラム１５を上限位置（図では上段位置）に引き上げて、その状態で被混練物の投入を行い、その後ラム１５を混練室１２まで下降させて混練を開始する。図３の例では、ここまでに１１秒経過している。その後９秒間混練してから、混練物の切り替えしを行うためラム１５を引き上げる。
【００２３】
図３Ａ、３Ｂから明らかなように、ここまでのラム１５の動きは、従来の混練機１０と本実施形態の混練機１０′で同じである。
ここで、ラム１５の引き上げストロークについてみると、従来の混練機１０では、図３Ａに示すようにラム１５は一旦被混練物を投入する際の上限（図中では上段）の位置まで再上昇させてから下降させるのに対し、本実施形態の混練機１０′では、図３Ｂに示すように、ラム１５のストロークを調節した結果、上段の位置の半分の高さ、つまりストロークを図中の中段位置までとし、ラム１５のストロークを従来のものの半分の長さにしている。
【００２４】
そのため、図３Ａ、図３Ｂの横軸に付した時間（秒）目盛から明らかなように、従来の混練機では混練物であるゴムの切り替えしを行うのに約１０秒を要しているが、本実施形態の混練機では約５秒に短縮されている。
これを従来の混練機と本実施形態の混練機において、それぞれ混練の開始から終了までのトータルの時間で見ると、図３Ａに示す従来の混練機では７０秒かかっていたのが、図３Ｂに示す本実施形態の混練機では５９秒で終了しているから１１秒短縮したことになり、この例では約１５％の生産性向上が認められる。
【００２５】
また、図示してはいないが、通常のゴムの混練のように、１２０秒のサイクルタイムで練り工程を実施して、同サイクルタイム中ラム上げの切り替えしを２回行うとすると、５秒ずつ合計１０秒のロスタイムが削減され、その結果、約１０％の生産性向上が図れる。
【００２６】
以上説明したように、本願発明の実施形態においては、ピストンのストローク長を自由に設定できるため、混練中のゴム等の混練物の切り替えしのために短いストロークでピストンを上下動させることができ、従来のように被混練物を投入する際のピストンの上限位置と下限位置間でしかラム１５を上下動できないものに比して、混練のロスタイムを減らすことができ、その分、混練時間を短縮できる。
【００２７】
なお、混練機において、ラムの上下動を油圧で行うもの自体は既に知られている（特許文献１参照）。
この混練機は、油圧、空圧又は油圧と空圧併用のいずれかを単独又は適宜組み合わせてラム（フローティングウエイト）を作動できるようにしたピストン・シリンダ機構を備えており、混練される材料特性に合わせて混練ステップ毎に、油圧、空圧のみ、ないしは油圧と空圧の併用の切り替えを行って、最適な混練を行うとされている。
しかしながら、特許文献１には、そのラム（フローティングウエイト）の上下動のストロークを変更することは記載されておらず、混練中に混練物の切り替えしのためにラムを上下動させることについても記載されていない。
したがって、この密閉式混練機は本願発明の技術的事項を開示するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施形態に係る密閉式混練機の断側面図である。
【図２】本実施形態の密閉式混練機のラム駆動用ピストン・シリンダ機構で用いる油圧系の原理を模式的に示した図である。混練機におけるラムの駆動系統を模式的に示すブロック図である。
【図３】縦軸に高さ：ｈ、横軸に時間：ｔを取って、混練機のラムの位置を時間経過に従って表した図である。また、図３Ａは従来の混練機のラムの位置について、図３Ｂは本実施形態の混練機のラムの位置についてそれぞれ示した図である。
【図４】従来の密閉式混練機の概略断側面図であり、図４Ａはラムが上限位置にある状態、図４Ｂはラムが下限位置にある状態を示す。
【符号の説明】
【００２９】
１０、１０′・・・密閉式混練機（バンバリーミキサ）、１１・・・ケーシング、１２・・・混練室、１３・・・ロータ、１４・・・投入側ホッパー、１５・・・ラム（フローティングウエイト）、１６、１６′・・・ピストン・シリンダ装置、１７・・・ドロップドア、１８・・・投入口、１９・・・ホッパードア、２０・・・シリンダ、２１、２２・・・ポート、２３・・・油圧モータ、２４・・・切替弁、２５・・・制御装置、２７・・・油圧ポンプ、２８・・・（作動油）貯留タンク、２９・・・ピストンロッド。
【図１】
2008126142.tif 000003
【図２】
2008126142.tif 000004
【図３】
2008126142.tif 000005
【図４】
2008126142.tif 000006