(57)【要約】      （修正有）【課題】オイルを含む配合ゴムを、スリップを抑制しながら適正に混練でき、充填剤の分散度の悪化を抑制することができるゴム混練方法を提供する。【解決手段】原料ゴム１０と充填剤１２とオイル１１とを含む配合ゴム１５をゴム混練装置２の混合室２１で混練りするためのゴム混練方法であって、混合室２１に原料ゴム１０を投入するステップａと、混合室２１に充填剤１２を投入するステップｂと、混合室２１にオイル１１を投入するステップｃと、原料ゴム１０、充填剤１１及びオイル１２を混合室２１で攪拌するステップｄとを含み、ステップｃでは、原料ゴム１０が投入された混合室２１に、オイル１１を１〜６ＰＨＲ／秒の供給量で１〜３０秒間で少量ずつ供給するゴム混練方法。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料ゴムと充填剤とオイルとを含む配合ゴムをゴム混練装置の混合室で混練りするためのゴム混練方法であって、
前記混合室に前記原料ゴムを投入するステップａと、
前記混合室に前記充填剤を投入するステップｂと、
前記混合室に前記オイルを投入するステップｃと、
前記原料ゴム、前記充填剤及び前記オイルを前記混合室で攪拌するステップｄとを含み、
前記ステップｃは、前記原料ゴム及び前記充填剤が投入された前記混合室に、前記オイルを、１ＰＨＲ／秒〜６ＰＨＲ／秒の供給量で、１秒間〜３０秒間、供給することを特徴とするゴム混練方法。
【請求項２】
前記オイルの配合量は、前記原料ゴム１００質量部に対して１質量部以上３０質量部以下である請求項１記載のゴム混練方法。
【請求項３】
前記充填剤は、カーボンブラックを含む請求項１又は２記載のゴム混練方法。
【請求項４】
原料ゴムと充填剤とオイルとを含む配合ゴムを混練りするための混合室を具えたゴム混練装置であって、
前記原料ゴム及び前記充填剤が投入された前記混合室に、前記オイルを、単位時間あたり予め定められた範囲の供給量で、前記混合室に供給するオイル供給手段を具えていることを特徴とするゴム混練装置。
【請求項５】
前記オイル供給手段は、前記オイルを蓄える貯蔵手段と、前記貯蔵手段と前記混合室とを連通する流路と、前記流路を通過するオイルを計量する計量手段と、前記流路に設けられかつ前記計量されたオイルを前記混合室へと通す弁とを含む請求項４記載のゴム混練装置。
【請求項６】
前記オイル供給手段は、前記混合室の容積１リットルあたり毎秒３．５〜２０ｇで前記オイルを供給する請求項４又は５記載のゴム混練装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原料ゴムと充填剤とオイルとを含む配合ゴムを混合室で混練りするためのゴム混練方法及びゴム混練装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、配合ゴムの混練りに関する種々の技術が提案されている。例えば、下記特許文献１では、カーボンブラック、シリカ等の添加物をゴム材料中に均一に分散させるために、攪拌ローターの形状が改良された混練装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１６７３７２号公報
【０００４】
上記原料ゴムには、上述したカーボンブラック、シリカ等の充填剤の他、オイル、ワックス等の軟化剤が添加される。各添加物は、通常、ローターによる攪拌が開始される前に、原料ゴムと共に全量一括して混合室に投入される。
【０００５】
しかしながら、オイルを含む配合ゴムでは、投入されたオイルによって、混合室内でゴムとローターとの間でスリップが発生し、混練りが適正に行なわれないおそれがある。また、オイルと充填剤とが短時間で混ざり合うため、配合ゴム中での充填剤の分散度が悪化して、当該配合ゴムの耐摩耗性能等が低下するおそれがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、以上のような実状に鑑み案出されたもので、オイルを含む配合ゴムを、スリップを抑制しながら適正に混練でき、充填剤の分散度の悪化を抑制することができるゴム混練方法及びゴム混練装置を提供することを主たる目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１発明は、原料ゴムと充填剤とオイルとを含む配合ゴムをゴム混練装置の混合室で混練りするためのゴム混練方法であって、前記混合室に前記原料ゴムを投入するステップａと、前記混合室に前記充填剤を投入するステップｂと、前記混合室に前記オイルを投入するステップｃと、前記原料ゴム、前記充填剤及び前記オイルを前記混合室で攪拌するステップｄとを含み、前記ステップｃは、前記原料ゴム及び前記充填剤が投入された前記混合室に、前記オイルを、１ＰＨＲ／秒〜６ＰＨＲ／秒の供給量で、１秒間〜３０秒間、供給することを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る前記ゴム混練方法において、前記オイルの配合量は、前記原料ゴム１００質量部に対して１質量部以上３０質量部以下であることが望ましい。
【０００９】
本発明に係る前記ゴム混練方法において、前記充填剤は、カーボンブラックを含むことが望ましい。
【００１０】
本発明の第２発明は、原料ゴムと充填剤とオイルとを含む配合ゴムを混練りするための混合室を具えたゴム混練装置であって、前記原料ゴム及び前記充填剤が投入された前記混合室に、前記オイルを、単位時間あたり予め定められた範囲の供給量で、前記混合室に供給するオイル供給手段を具えていることを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る前記ゴム混練装置において、前記オイル供給手段は、前記オイルを蓄える貯蔵手段と、前記貯蔵手段と前記混合室とを連通する流路と、前記流路を通過するオイルを計量する計量手段と、前記流路に設けられかつ前記計量されたオイルを前記混合室へと通す弁とを含むことが望ましい。
【００１２】
本発明に係る前記ゴム混練装置において、前記オイル供給手段は、前記混合室の容積１リットルあたり毎秒３．５〜２０ｇで前記オイルを供給することが望ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のゴム混練方法は、混合室に原料ゴムを投入するステップａと、混合室に充填剤を投入するステップｂと、混合室に前記オイルを投入するステップｃと、原料ゴム、充填剤及びオイルを混合室で攪拌するステップｄとを含む。これにより、添加物として充填剤及びオイルを含む配合ゴムが混練りされる。上記ステップｃでは、原料ゴム及び充填剤が投入された混合室に、オイルが、１ＰＨＲ／秒〜６ＰＨＲ／秒の供給量で、１秒間〜３０秒間、供給される。従って、ステップｄで原料ゴム、充填剤及びオイルを攪拌する際に、ゴムとローターとの間のスリップが抑制され、適正な混練りを行なうことができる。また、オイルと原料ゴム及び充填剤とが徐々に混ざり合うため、配合ゴム中の充填剤の分散が良好となる。    
【００１４】
本発明のゴム混練装置は、原料ゴムと充填剤とオイルとを含む配合ゴムを混練りするための混合室を具えたゴム混練装置であって、原料ゴム及び充填剤が投入された混合室に、オイルを、単位時間あたり予め定められた範囲の供給量で、前記混合室に供給するオイル供給手段を具えている。従って、オイルを少量ずつ混合室へ供給することが可能になり、その結果、混合室内でのゴムとローターとの間のスリップが抑制され、適正な混練りを行なうことができる。また、オイルと原料ゴム及び充填剤とが徐々に混ざり合うため、配合ゴム中の充填剤の分散が良好となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１発明に係るゴム混練方法の処理手順の一実施形態を示すフローチャートである。
【図２】本発明の第２発明に係るゴム混練装置の一実施形態を示す断面図である。
【図３】図２のゴム混合機を拡大して示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の一形態が図面に基づき説明される。
図１は、本発明のゴム混練方法の処理手順の一実施形態を示すフローチャートである。ゴム混練方法は、原料ゴムとオイルと充填剤とを含む配合ゴムをゴム混練装置の混合室で混練りするための方法である。
【００１７】
原料ゴムとしては、例えば、天然ゴムや、ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴムなどの合成ゴムが挙げられる。
【００１８】
オイルとしては、芳香族系オイル、ナフテン系オイル、パラフィン系オイル、アロマオイルなどが挙げられる。オイルの配合量は、原料ゴム１００質量部に対して１質量部以上３０質量部以下（１ＰＨＲ以上３０ＰＨＲ以下）が望ましい。オイルの配合量が１ＰＨＲ未満の場合または３０ＰＨＲを超える場合、所望のゴム物性が得られないおそれがある。
【００１９】
充填剤としては、カーボンブラックやシリカなどが挙げられる。充填剤は、配合ゴムの補強材として機能し、当該配合ゴムの強度を向上させる。充填剤の配合量は、原料ゴム１００質量部に対して１質量部以上２００質量部以下（１ＰＨＲ以上２００ＰＨＲ以下）が望ましい。充填剤の配合量が１ＰＨＲ未満の場合または２００ＰＨＲを超える場合、所望のゴム物性が得られないおそれがある。充填剤などのオイル以外の添加剤は、例えば、原料ゴム１００質量部に対して、合計で１００〜３００質量部添加される。
【００２０】
図１に示されるように、本実施形態のゴム混練方法は、混合室に原料ゴムを投入するステップａと、混合室に充填剤を投入するステップｂと、混合室にオイルを投入するステップｃと、原料ゴム、充填剤及びオイルを混合室で攪拌するステップｄとを含んでいる。これにより、添加物としてオイルを含む配合ゴムが混練りされる。
【００２１】
ステップａでは、混合室に原料ゴムが投入される。原料ゴムは、例えば、８０〜１８０ｋｇの量が投入される。混合室の容積は、例えば、１５０〜４５０リットルである。
【００２２】
ステップｂでは、混合室に、充填剤などのオイル以外の添加物が投入される。ステップｂにおける充填剤の投入開始時期は、ステップａにおける原料ゴムの投入開始時期と同時であってもよいし、ステップａにおける原料ゴムの投入開始時期の後であってもよい。また、ステップｂにおいて、充填剤は、一括して全量投入されてもよいし、少量ずつ投入されてもよい。例えば、充填剤が、５ＰＨＲ／秒〜１０ＰＨＲ／秒の供給量で、５秒間〜１５秒間、供給されることで、充填剤の分散度を向上することができる。
【００２３】
ステップｃでは、原料ゴム及び充填剤が投入された混合室に、オイルが少量ずつ供給される。ステップｃにおけるオイルの投入開始時期は、ステップａにおける原料ゴムの投入開始時期と同時であってもよいし、ステップａにおける原料ゴムの投入開始時期の後であってもよい。また、ステップｃにおけるオイルの投入開始時期は、ステップｂにおける充填剤の投入開始時期と同時であってもよいし、ステップｂにおける充填剤の投入開始時期の後であってもよい。
【００２４】
ステップｃにおいて、「オイルが少量ずつ供給される」とは、オイルが、１ＰＨＲ／秒〜６ＰＨＲ／秒の供給量で、１秒間〜３０秒間、供給されることを意味する。例えば、オイルの配合量が２０ＰＨＲである場合において、１ＰＨＲ／秒の供給量でオイルが供給されるときには、オイルの供給が２０秒間行われることになる。
【００２５】
ステップｄでは、前記原料ゴム、前記充填剤及び前記オイルが前記混合室で攪拌されることで、配合ゴムが混練りされる。ステップｄにおける攪拌開始時期は、ステップａにおける原料ゴムの投入開始後である。また、ステップｄにおける攪拌終了時期は、ステップａ〜ｃの終了後である。
【００２６】
上述のごとく、ステップｃでオイルが少量ずつ供給されることにより、ステップｄで、原料ゴム及びオイルを混合室で攪拌している間にも、ステップｃのオイルの供給は継続される。これにより、ローターの周辺に存在するオイルも少量となり、ステップｄで原料ゴム及びオイルを攪拌する際に、ゴムとローターとの間のスリップが抑制され、適正な混練りを行なうことができる。
【００２７】
また、ステップｃでは、オイルが、単位時間あたり予め定められた範囲の供給量（１ＰＨＲ／秒〜６ＰＨＲ／秒）で投入されている。これにより、原料ゴムとオイルと充填剤とが徐々に混ざり合うため、配合ゴム中の充填剤の分散が良好になり、その結果、配合ゴムの耐摩耗性を向上させることができる。
【００２８】
また、ステップｃにおいて、オイルが供給される時間は、１秒間〜３０秒間である。オイルの供給時間が１秒間未満であると供給量・供給時間の制御が難しくなる。オイルの供給時間が３０秒間を超えると生産性が悪化するおそれがある。オイルの供給時間を１秒間〜３０秒間にすることで、オイルの供給量・供給時間を制御しつつ、生産性の悪化を抑制することができる。このようなオイルの供給の制御を行うための手段として、ゴム混練装置は、混合室の容積１リットルあたり毎秒３．５〜２０ｇで、オイルを混合室へ供給可能に構成されるオイル供給手段を備えることが望ましい。オイル供給手段を備えることで、人的ミスの発生を抑制しつつ、オイルの供給量・供給時間の制御を行うことができる。
【００２９】
図２は、本発明のゴム混練装置の一実施形態を示す断面図である。ゴム混練装置１は、原料ゴム１０とオイル１１とを含む配合ゴムを混練りする混練機２と、混練機２によって混練りされた配合ゴム１５を長尺のシート状に押し出す押出機５とを備えている。
【００３０】
図３は、混練機２を拡大して示している。混練機２は、配合ゴム１５を混練りするための混合室２１と、原料ゴム１０及びカーボンブラック等の充填剤、その他の配合薬品１２が投入された混合室２１に、オイル１１を供給するオイル供給手段３とを具えている。
【００３１】
原料ゴム１０は、ベルトコンベア２２によって搬送された後、混合室２１に投入される。
【００３２】
混練機２は、原料ゴム１０及びオイル１１等の原材料が投入される投入筒２３と、投入筒２３内を往復可能に設けられたフローティングウエイト（ラム）２４と、混合室２１内で原料ゴム１０及びオイル１１を攪拌するローター２５と、混練りされた配合ゴム１５を排出するための排出扉２６とを具えている。
【００３３】
投入筒２３は、原料ゴム１０及びオイル１１等の原材料を混合室２１に供給しうるように、筒状に形成されている。本実施形態では、投入筒２３は、混合室２１に連通し、混合室２１から上方にのびて配設されている。投入筒２３は、ベルトコンベア２２によって搬送された原料ゴム１０が投入される投入口２３ａを有している。投入口２３ａは、投入筒２３の側壁に設けられている。
【００３４】
投入筒２３には、オイル供給手段３が接続されている。オイル供給手段３は、投入筒２３を介して混合室２１に、オイル１１を供給する。
【００３５】
フローティングウエイト２４は、原料ゴム１０及びオイル１１等の原材料が投入された混合室２１を密閉して、混合室２１内の圧力を高める。本実施形態では、投入筒２３内で、フローティングウエイト２４が下降すると混合室２１が密閉される。一方、図３中矢印Ａ及び一点鎖線で示されるように、フローティングウエイト２４が上昇すると、混合室２１と投入口２３ａ及びオイル供給手段３とが連通し、混合室２１に原料ゴム１０及びオイル１１等が投入可能とされる。
【００３６】
ローター２５は、混合室２１内で回転することによって、原料ゴム１０及びオイル１１に剪断力を付与し、原料ゴム１０及びオイル１１を攪拌する。本実施形態では、一対のローター２５が設けられているが、単一のローターによって原料ゴム１０及びオイル１１を攪拌する構成であってもよい。
【００３７】
排出扉２６は、混合室２１を挟んで投入筒２３とは反対側に設けられている。原料ゴム１０及びオイル１１等の混練り時には、排出扉２６は閉じられて、混合室２１の密閉状態が維持される。混練りが完了すると、図２中矢印Ｂ及び一点鎖線で示されるように、排出扉２６が開かれて、塊状の配合ゴム１５が押出機５に落下する。
【００３８】
オイル供給手段３は、原料ゴム１０が投入された混合室２１に、オイル１１を少量ずつ供給する。これにより、ローター２５の周辺に存在するオイルも少量となり、混合室２１内での原料ゴム１０とローター２５との間のスリップが抑制され、適正な混練りを行なうことができる。オイル供給手段３からオイル１１が供給されている間にあっては、ローター２５による攪拌が継続されているのが望ましい。
【００３９】
図３に示されるように、オイル供給手段３は、オイル１１を蓄える貯蔵手段３１と、貯蔵手段３１と混合室２１とを連通する流路３２と、流路３２の途中に設けられた計量手段３３及び弁３４と、弁３４の開閉動作を制御する制御部３５とを有している。
【００４０】
貯蔵手段３１には、オイル１１が適宜補充され、一定量のオイル１１が貯蔵されている。
【００４１】
流路３２は、貯蔵手段３１と投入筒２３とを連通する。フローティングウエイト２４が上昇することにより、貯蔵手段３１と混合室２１とが連通され、オイル１１が混合室２１に投入可能な状態となる。
【００４２】
流路３２は、例えば、投入口２３ａよりも混合室２１の側で投入筒２３に連通されている。従って、フローティングウエイト２４が図３中一点鎖線で示される中間位置まで上昇することにより、貯蔵手段３１と混合室２１との連通を維持しつつ、投入口２３ａをフローティングウエイト２４によって閉鎖することが可能になる。これにより、オイル１１の投入時に、カーボンブラック等の充填剤の粒子が飛散することが防止される。
【００４３】
計量手段３３は、流路３２を通過するオイル１１を計量し、オイル１１の通過量に対応する信号を制御部３５に出力する。
【００４４】
弁３４は、制御部３５から出力される制御信号に応じて開閉し、オイル１１の通過量を制限する。すなわち、弁３４が間欠的に開閉することにより、混合室２１に投入されるオイル１１の単位時間あたりの供給量が制限される。これにより、オイル１１が、混合室２１に少量ずつ供給される。
【００４５】
制御部３５は、計量手段３３から入力されたオイル１１の通過量に対応する信号に基づいて、弁３４の開閉を制御する制御信号を弁３４に出力する。弁３４が開いている時間と閉じている時間の割合（デューティ比）を調整することにより、混合室２１に投入されるオイル１１の単位時間あたりの供給量が制限される。制御部３５は、弁３４の開度を制御する信号を弁３４に出力することにより、混合室２１に投入されるオイル１１の単位時間あたりの供給量を制限するように構成されていてもよい。
【００４６】
上記構成を有するオイル供給手段３によって、単位時間あたり予め定められた範囲の供給量で、オイル１１が混合室２１に供給されうる。例えば、制御部３５は、混合室２１に供給されるオイル１１の供給量が混合室２１の容積１リットルあたり毎秒３．５〜２０ｇの範囲で維持されるように、弁３４を制御する。
【００４７】
本実施形態の混練機２は、カーボンブラック等の配合薬品１２を貯蔵する貯蔵手段３７と貯蔵手段３１と投入筒２３とを連通する流路３８とを有する。貯蔵手段３７には、計量された配合薬品１２が供給されている。
【００４８】
流路３８は、例えば、流路３２の上方すなわち混合室２１から離れた位置で投入筒２３に連通している。流路３８には、弁（図示せず）が適宜設けられている。貯蔵手段３７に貯蔵されている配合薬品１２は、フローティングウエイト２４の上昇に伴い、流路３８及び投入筒２３を介して混合室２１に投入される。図示されていない弁は、図示されていない制御部によって、混合室２１に供給される配合薬品１２の供給量が所定の範囲で維持されるように、制御されてもよい。
【００４９】
図２に示されるように、押出機５は、ホッパー５１と、シリンダー５２と、スクリュー５３と、押出ヘッド５４とを有している。
【００５０】
ホッパー５１には、混合室２１で混練りされた配合ゴム１５が供給される。配合ゴム１５は、ホッパー５１からシリンダー５２に移動し、スクリュー５３を介して押出ヘッド５４から長尺のシート状に押し出される。
【００５１】
本実施形態のゴム混練装置１は、圧延ローラー６、浸漬手段７、冷却手段（フェスツーンコンベア）８を有する。圧延ローラー６は、押出ヘッド５４から押し出されたシート状の配合ゴム１６を圧延する。浸漬手段７は、圧延された配合ゴム１７を離型剤７１に浸漬させる。冷却手段８は、配合ゴム１７を蛇行させながら移動させて冷却する。冷却された配合ゴム１７は、例えば、台車９等に積み重ねられ、保管される。
【００５２】
以上、本発明のゴム混練方法及びゴム混練装置が詳細に説明されたが、本発明は上記の具体的な実施形態に限定されることなく種々の態様に変更して実施される。
【実施例】
【００５３】
図２の基本構造をなす密閉式ゴム混合機を用いて、オイルが種々の方法によって投入され、試験サンプルが試作された。実施例及び比較例の各試験サンプルについて、混練り時のスリップ、充填剤分散度が評価された。各実施例及び各比較例において、オイルの投入条件（投入方法、供給量）は異なっているが、原料ゴムの投入条件、充填剤の投入条件、攪拌の条件等は、各実施例及び各比較例で共通する。また、実施例及び比較例に共通する仕様は、以下の通りである。
混合室の容積  ：２７０リットル
ローター形状  ：４ＷＮ
原料ゴム量    ：１２２．５ｋｇ
オイルの配合量：２０ＰＨＲ
充填剤（カーボンブラック）の配合量：６０ＰＨＲ
テスト方法は、以下の通りである。
【００５４】
＜混練り時のスリップ＞
混練り時におけるローターの回転負荷から、ゴムとローターとの間のスリップが推定された。結果は、比較例１を１００とする指数であり、数値が大きい程、スリップが小さく混練りが良好であることを示す。
【００５５】
＜充填剤分散度＞
充填剤分散度として、ＡＳＴＭ Ｄ２６６３Ｂ法（ダンロップ法（Ｌｅｉｇｈ−Ｄｕｇｍｏｒｅ法ともいう。）（「日本ゴム協会誌」第４号（１９６８年）参照））により、混練り後のカーボン分散度が測定された。結果は、比較例１を１００とする指数で表示され、数値が大きいほど、分散度が高く、良好である。
【００５６】
【表１】
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【００５７】
表１から明らかなように、実施例１〜３のゴム混練方法は、比較例１〜３に比べて混練り時のスリップの抑制と充填剤分散度の向上をバランスよく実現していることが確認できた。特に、実施例１，２は、混練り時のスリップの抑制と充填剤分散度の向上との両方が、比較例１よりも上回っていた。この結果から、混合室へのオイルの供給量が、４．４ＰＨＲ／秒以下であるとより好ましいとわかった。
【符号の説明】
【００５８】
１   ゴム混練装置
３    オイル供給手段
１０    原料ゴム
１１    オイル
１５    配合ゴム
２１    混合室
３１    貯蔵手段
３２    流路
３３    計量手段
３４    弁
【図１】
2016043520.tif 000004
【図２】
2016043520.tif 000005
【図３】
2016043520.tif 000006