(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の混練ロールの一方側に循環経路を形成するコンベヤを配置し、該コンベヤによりゴム材料を前記一対の混練ロールに繰り返し供給しながら混練するゴム材料の混練方法において、前記一対の混練ロールの表面速度の差を断続的に変化させながら混練を行なうようにするゴム材料の混練方法。
【請求項２】
前記一対の混練ロールの表面速度の差を、低速側の混練ロールの表面速度が高速側の混練ロールの表面速度の６０％以上８０％以下になるように制御する請求項１に記載のゴム材料の混練方法。
【請求項３】
前記一対の混練ロールのロールギャップを一定にする請求項１または２に記載のゴム材料の混練方法。
【請求項４】
前記一対の混練ロールのうち、前記コンベヤを配置した側の混練ロールの表面速度を相対的に速くするようにした請求項１〜３のいずれかに記載のゴム材料の混練方法。
【請求項５】
前記ゴム材料が、シリカおよびシランカップリング剤を配合したシリカ配合ゴムである請求項１〜４のいずれかに記載のゴム材料の混練方法。
【請求項６】
予め混練することにより目標粘度に低下したゴム材料を得て、該ゴム材料に相対的に粘度の高い別のゴム材料を混合して混練する請求項１〜５のいずれかに記載のゴム材料の混練方法。
【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に関し、さらに詳しくは、粘度の高いゴム材料であっても混練ロールの間への食い込みを良好にすることにより、配合成分の分散が良く、品質の安定化した混練ゴムが得られるようにする生産性に優れたゴム材料の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ーミキサと呼ばれる密閉型混練機に所定量投入して予備混練を行ない、その後、ロール混練機で所定の粘度になるように混練する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ロール混練機の混練においては、粘度の高いゴム材料は、回転している混練ロールの間に食い込みにくく、また、混練しているゴム材料に相対的に粘度の高いゴム材料を追加投入した場合には、相対的に高粘度のゴム材料が、食い込みにくくなり、配合成分の分散を良くして混練することが困難になるという問題があった。これにより、十分な混練をして安定した品質の混練ゴムを得るには混練時間が長くなり、生産性が低下するという問題があった。
【０００４】
混練ロールの間へゴム材料を食い込み易くするために、特許文献１では、混練工程を２工程にし、最初の工程では混練ロールどうしのすき間（ロールギャップ）を大きくし、２番目の工程で狭くするようにしている。しかしながら、最初の工程でロールギャップが大きくなることにより、混練しているゴム材料に与えるせん断力が小さくなるので、混練時間が長くなるという問題があった。
【特許文献１】特開２００５−１７８２５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、粘度の高いゴム材料であっても混練ロールの間への食い込みを良好にし、短時間で配合成分の分散が良い、品質の安定化した混練ゴムを得ることができる生産性に優れたゴム材料の混練方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため本発明のゴム材料の混練方法は、一対の混練ロールの一方側に循環経路を形成するコンベヤを配置し、該コンベヤによりゴム材料を前記一対の混練ロールに繰り返し供給しながら混練するゴム材料の混練方法において、前記一対の混練ロールの表面速度の差を断続的に変化させながら混練を行なうようにすることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のゴム材料の混練方法によれば、一対の混練ロールの表面速度の差を変化させる際に、混練ロール間を通過するゴム材料に作用するせん断力により流れが変わり、高粘度のゴム材料であっても、これを契機にゴム材料が混練ロールの間に食い込み易くなる。
【０００８】
また、ロールギャップを大きくしてゴム材料を食い込ませるようにする必要がないので、混練時間が長くなることもなく、短時間で配合成分を十分分散させて混練することができ、品質の安定した混練ゴムを効率よく得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明のゴム材料の混練方法を図に示した実施形態に基づいて説明する。図１に本発明の混練方法により、ゴム材料Ｒを混練するロール混練機１を例示する。
【００１０】
このロール混練機１は対向する一対の混練ロール２を備え、混練ロール２の下方から水平方向に延びる搬送面と、中途から上下方向に回動可能な搬送面を有する受け渡しコンベヤ６が配置されている。受け渡しコンベヤ６の上方にはゴム材料Ｒのゴム温度を検知する温度センサ７とゴム材料Ｒを冷却する冷却ファン８が配置されている。
【００１１】
受け渡しコンベヤ６の回動部の上方からは、混練ロール２の上方に延びるように練り返しコンベヤ５が配置されている。この練り返しコンベヤ５および受け渡しコンベヤ６により、ゴム材料Ｒを混練ロール２の間に繰り返し供給する循環経路が形成されている。
【００１２】
一対の混練ロール２は、同外径で、それぞれ別個に設けられた電動モータ４により互いに反対方向に回転駆動され、回転速度はそれぞれ独立して調整可能になっている。また、混練ロール２のロールギャップを検知するギャップセンサが設けられ、一方の混練ロール２にはアクチュエータ３が備わり、混練ロール２を移動させてロールギャップを変更可能としている。
【００１３】
電動モータ４の電力レベル（駆動トルク）、ロール表面速度、ロールギャップ、ゴム温度の各データは、制御装置９に送信されて制御可能となっている。制御装置９は、これらのデータに基づいて、混練ロール２の表面速度、ロールギャップを制御し、循環経路においてゴム温度を制御できるようになっている。このようにして、ゴム材料Ｒには混練ロール２により、適切なせん断力が付与されて、所定の混練時間で目標粘度になるように混練される。
【００１４】
本発明の混練方法では、１バッチの混練工程中において、当初に設定したロールギャップは一定にしておくことが好ましいが、ゴム材料Ｒの特性に応じて可変制御するようにしてもよい。
【００１５】
このロール混練機１には、バンバリーミキサにより、原料ゴムとカーボンブラック等の非加硫系配合剤とを予備的に混練したゴム材料Ｒが投入される。この段階のゴム材料Ｒは十分に混練されていないので粘度が比較的高い状態にある。
【００１６】
粘度が低いゴム材料Ｒの場合は、両方の混練ロール２の回転速度を同一にして混練すすることができるが、ある程度粘度が高いゴム材料では、このように互いの混練ロール２の表面速度に差がないと、ゴム材料Ｒが混練ロール２にはね返され易く、円滑に混練ロール２の間に食い込ませることが難しい。
【００１７】
そこで、一方の混練ロール２の回転速度を上げて、表面速度を相対的に速くして、一対の混練ロール２の表面速度に差を設けて混練する。混練ロール２の表面速度に差が生じた際に、ゴム材料Ｒに生じるせん断力により、混練ロール２の間を通過しようとするゴム材料Ｒの流れが変わり、食い込み状態に変化が生じる。これを契機にして、ゴム材料Ｒが混練ロール２の間に食い込み易くなり、ゴム材料Ｒを円滑に混練することができるようになる。
【００１８】
混練されるゴム材料Ｒは、相対的に表面速度の速い混練ロール２側に巻き込まれる傾向があるので、混練ロール２の表面速度に差をつける際には、受け渡しコンベヤ６を配置している側の混練ロール２（図１では、右側の混練ロール２）の表面速度を相対的に速くすることが好ましい。これにより、ゴム材料Ｒを受け渡しコンベヤ６の搬送方向に向けて落下させることができ、円滑に循環させることができる。
【００１９】
ここで、互いの混練ロール２の表面速度の差をそのまま一定にしておくと、このゴム材料Ｒの食い込み状態が定常化して、再度ゴム材料Ｒを食い込みにくくなってくる。そこで、１バッチの混練工程が終了するまで断続的に混練ロール２の表面速度の差を変化させて混練することにより、安定的にゴム材料Ｒを混練ロール２の間に食い込み易くして、配合成分の分散を良くして混練することができる。
【００２０】
この混練方法では、ロールギャップを大きくする必要がなく、一定のままで良いので、混練しているゴム材料Ｒに付与するせん断力を低減させることなく、大きく維持することができ、目標粘度に混練するまでに要する混練時間が長くなることはない。
【００２１】
このように、短時間で混練するものであっても、常に高いせん断力を与えることができるので、配合成分の分散性を良好にした品質の安定した混練ゴムを効率よく得ることができる。
【００２２】
混練ロール２の表面速度の差を連続的に変化させることにより、ゴム材料Ｒの食い込みを良好にすることができるが、この場合には、表面速度の制御が複雑になるとともに、混練ロール２等の装置に対する機械的負荷が大きくなる。
【００２３】
一方の混練ロール２の表面速度を高速側の混練ロール２の表面速度に対して小さくしすぎると、食い込みは良好にすることができるが、混練ロール２等の装置に対する機械的負荷が大きくなるので、例えば、高速側の混練ロール２の表面速度の６０％以上として、概ね７０％程度を目安にして互いの混練ロール２の表面速度に差を設けるようにする。
【００２４】
しかし、表面速度の割合を８０％超にすると、互いの混練ロール２の表面速度の差が小さすぎて食い込みを向上させにくくなるので、低速側の混練ロール２の表面速度は高速側の混練ロール２の表面速度の８０％以下にすることが好ましい。
【００２５】
混練ロール２の表面速度の差を断続的に変化させる間隔（タイムサイクル）は、混練するゴム材料Ｒの種類、粘度、混練ロール２の外径等に基づいて設定される。一定のタイムサイクルで変化させることもでき、不規則なタイムサイクルで変化させるようにすることもできる。
【００２６】
予め、ゴム材料Ｒのサンプルを用いた試験練りで適切なタイムサイクルを決定しておき、このタイムサイクルに基づいて混練を行なうように制御装置１０にプログラムを入力しておくことが好ましい。
【００２７】
例えば、最初に一方の混練ロール２の表面速度を他方の混練ロール２の表面速度の７０％にして所定時間混練し、次いで、両方の混練ロール２の表面速度を同一にして所定時間混練するという１サイクルを繰り返すことにより、表面速度の差を断続的に変化せるようにしてもよい。
【００２８】
また、上記した１サイクル毎に、互いの混練ロール２の表面速度に差をつける際に、一方の混練ロール２の他方の混練ロール２に対する表面速度の割合を変えるようにしてもよい。また、両方の混練ロール２の表面速度を同一にすることなく、常に、互いの混練ロール２の表面速度に差をつけるようにしてもよい。
【００２９】
混練するゴム材料Ｒが、シリカおよびシランカップリング剤を配合したシリカ配合ゴムもしくは、シリカ配合ゴムを一部に含んでいる場合は、ゴム材料Ｒが混練ロール２の表面に密着し易くなる。この密着が強くなると、混練ロール２の間を通過したゴム材料Ｒが混練ロール２に巻き付いて受け渡しコンベヤ６上に落下せずに、ゴム材料Ｒを循環させて混練することができなくなることがある。
【００３０】
このようなシリカ配合ゴムの混練操作を本発明の方法を使用して、互いの混練ロール２の表面速度の差を断続的に変化させると、混練ロール２の間を通過しようとするゴム材料Ｒの流れが変化して、混練ロール２の表面に密着したゴム材料Ｒを引き剥がすことができる。
【００３１】
したがって、本発明の混練方法により、少なくとも一部にシリカ配合ゴムを含んでいるゴム材料Ｒを混練することで、混練ロール２の間への食い込みを良好にするとともに、ゴム材料Ｒの混練ロール２の表面への巻き付きを防止して、効率のよい混練を行なうことができる。
【００３２】
図２にロール混練機１の別の例を示す。これは、図１に示したロール混練機１の混練ロール２の上方に加硫系配合剤投入装置１０を追加して設けたものである。
【００３３】
このロール混練機１では、予め原料ゴムと非加硫系配合剤とを混練して目標粘度にしたゴム材料Ｒを作っておき、次いでこのゴム材料Ｒに、加硫系配合剤投入装置１０により、硫黄や加硫促進剤等の加硫系配合剤Ｑを投入して混練する。加硫系配合剤Ｑは、粉体では飛散するので、予め別途用意したゴム材料Ｒ１に混合した状態で投入する。
【００３４】
このように、加硫系配合剤Ｑを投入する時のゴム材料Ｒ１の粘度と、ゴム材料Ｒの粘度とを比較すると、後者のゴム材料Ｒは、混練されていることにより、ゴム温度は約８０℃で粘度は既に目標粘度まで低下している。しかし、加硫系配合剤Ｑを混合したゴム材料Ｒ１は常温であるので、粘度は高い状態にある。
【００３５】
この粘度の低いゴム材料Ｒと加硫系配合剤Ｑを混合した粘度の高いゴム材料Ｒ１とを、両方の混練ロール２、２の表面速度を同一にして混練しようとすれば、相対的に粘度の高いゴム材料Ｒ１が混練ロール２にはね返されて、混練ロール２の間に円滑に食い込ませることができない。そのため、配合成分の良好な分散は得られず混練時間も長くなる。
【００３６】
本発明の混練方法を使用して、互いの混練ロール２の表面速度の差を断続的に変化させて混練するようにすると、ロールギャップを大きくすることなく、ゴム材料Ｒ１の食い込みを良好にさせることができ、ゴム材料ＲおよびＲ１の配合成分を良好に分散させた安定した品質の混練ゴムを効率よく得ることができる。
【実施例】
【００３７】
図２に示したロール混練機１とほぼ同様の構造のロール混練機により、予めゴム材料Ｒを目標粘度になるまで混練し、次いで、ゴム温度８０℃程度のこのゴム材料Ｒに、加硫系配合剤Ｑを混合した常温のゴム材料Ｒ１を追加投入して混練を実施した。その際に、一方の混練ロールの表面速度のみを変化させて一定時間（１８０秒）混練して得た混練ゴムにおけるゴム材料Ｒ、Ｒ１の配合成分の分散性を分析し、その結果を図３に示す。
【００３８】
図３において、縦軸は配合成分の分散性を示す指数であり、値が大きい程、分散性が悪いことを示す。横軸は他方の混練ロールの表面速度（一定にしてある）に対する一方の混練ロールの表面速度の比率である。
【００３９】
図３の結果より、表面速度比を８０％程度以下にすることにより、両方の混練ロールの表面速度を同一にして、表面速度に差を設けずに混練した場合に比較して、ゴム材料Ｒ１を混練ロールの間への食い込み易くでき、配合成分の分散性を向上させて混練できることが確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の混練方法により混練を行なうロール混練機を例示する概略側面図である。
【図２】図１のロール混練機の変形例を例示する概略側面図である。
【図３】一対の混練ロールの表面速度比と混練したゴム材料の配合成分の分散状態との関係を示すグラフ図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  ロール混練機
２  混練ロール
３  アクチュエータ
４  電動モータ
５  練り返しコンベヤ
６  受け渡しコンベヤ
７  温度センサ
８  冷却ファン
９  制御装置
１０  加硫系配合剤投入装置
【図１】
0004802754.tif 000002
【図２】
0004802754.tif 000003
【図３】
0004802754.tif 000004