密閉式混練機及びその混練方法
【課題】 ラムレベルだけではなく、ラムの脈動が混練室内の被混練物の移動に対応していることにも着目し、正確な混練度の把握が可能になる密閉式混練機の混練方法を提供する
【解決手段】 ロータによる混練に対応して脈動しつつ、且つ被混練材料の混練の程度に応じて徐々に上昇又は下降してレベルが変わる前記ラムの位置をラムモーションセンサで検出し、制御装置において前記脈動の幅に基づいて混練状態を判別し、混練を制御する。
【解決手段】 ロータによる混練に対応して脈動しつつ、且つ被混練材料の混練の程度に応じて徐々に上昇又は下降してレベルが変わる前記ラムの位置をラムモーションセンサで検出し、制御装置において前記脈動の幅に基づいて混練状態を判別し、混練を制御する。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ゴム、プラスチック等の被混練材料を各種の添加剤と共に混練する密閉式混練機及びその混練方法に関し、特に被混練材料の混練状態を正確に把握して各種添加剤が均一に分散した混練物を得ることができるものに関する。
【０００２】
【従来の技術】例えばゴムの製造においては、２本の回転するロータが収納された混練室内に、空圧シリンダ１０で押圧されたラムによって原料としてのゴム混合物と添加剤としてのカーボンブラックを押し込み、非かみ合いの２本のロータを異方向に回転させてゴム混合物中にカーボンブラックを均一に分散させるようにした密閉式混練機が使用される。
【０００３】この密閉式混練機において、ゴム混合物中におけるカーボンブラックの分散がどの程度進んでいるかという混練の程度を、規定時間の経過や混合に消費された電力、ゴム混合物の温度のレベル等のいわゆる混練制御パラメータによって判定していた。
【０００４】しかし、これらのパラメータにより混練の程度を判定すると、原料ゴムの可塑度や、温度、混合機の温度等のバラツキにより混合機内でのゴムの喰い込み、ゴムブロックの粉砕エネルギーが混合バッチ毎に変化することに起因し、混合後のゴム混合物中のカーボン分散を高いレベルで安定させることができなかった。
【０００５】そこで、前記密閉式混練機によりゴム混合物中にカーボンブラックを分散させ、混練が進みその分散が高まると、ゴム混合物の形態や可塑度が変化するに伴って、前記ラムの上下方向の位置が時間とともに変化することに着目し、ラムの位置を検出することによって混練の程度を判定する方法が提案されている（特公昭６２−２６２８３号公報、特公昭６３−３１３６４号公報）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、ゴム混合物のような被混練物の可塑度等の変化は、一定の特性で一様に変化するものとは限らない。マクロ的な分散の進行による可塑度の変化は検出できるが、ミクロ的な分散まで検出する事が出来ない。
【０００７】例えば、粉体材料の投入工程においては、被混練物への粉体の混合が進まず、粉体が被混練物の上に堆積された状態のまま、混練が進行する場合がある。この場合には、ラムのレベルの変化を監視しているだけでは、判別できず、バッチ毎にミクロ分散のバラツキを生じ、ミクロ分散も含めた品質向上を一層求められるような場合には、ラムの平均的なレベルだけでは対応できないという問題点があった。
【０００８】そこで、本発明は、ラムレベルだけではなく、ラムの脈動が混練室内の被混練物のミクロ的な混練状態に対応していることにも着目し、正確な混練度の把握が可能になる密閉式混練機及びその混練方法を提供する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】請求項１にかかる発明は、２本の回転するロータが収納された混練室に向かってラムを押しつけながら、混練室内の被混練材料を前記ロータによって混練する方法であって、前記ロータによる混練に対応して脈動しつつ、且つ被混練材料の混練の程度に応じて徐々に上昇又は下降してレベルが変わる前記ラムの位置を検出し、前記脈動の幅に基づいて混練状態を判別するものである。ラムの脈動が混練室内の複雑な被混練材料の動きに対応していることに着目し、ミクロ的な分散が進むとラムの脈動の幅も小さくなるので、ラムの脈動幅で混練状態を判別でき、ロータの回転数、ラム圧変更、オイル注入時期、運転停止時期などを適切に制御できる。
【００１０】請求項２にかかる発明は、請求項１において、前記レベルが所定レベルになると同時に、前記脈動の幅が所定幅以内となることに基づいて混練状態を判別するものである。ラムの位置のレベルはマクロの分散に対応しており、レベルと脈動幅でマクロとミクロの分散を加味した混練状態を判別できる。
【００１１】請求項３にかかる発明は、２本の回転するロータが収納された混練室に向かってラムを押しつけながら、混練室内の被混練材料を前記ロータによって混練する密閉式混練機であって、前記ロータによる混練に対応して脈動しつつ、且つ被混練材料の混練の程度に応じて徐々に上昇又は下降してレベルが変わる前記ラムの位置を連続的に検出するラムモーションセンサと、このラムモーションセンサで検出された前記脈動が上限と下限とからなる一定幅内において一定時間続いたことの演算を行って、混練状態を変更する信号を出力する制御装置と、を備えてなるものである。脈動を上限と下限とからなる一定幅内において一定時間続いたことを演算することで、混練状態を判別し、その判別の結果をもとに、さらに被混練物の混練状態を変更する制御が可能である。
【００１２】
【発明の実施の形態】図１は、本発明にかかる混練を実施するための密閉式混練１１０とそれに備わる制御装置１１２のブロック構成例を示す図であり、図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。まず、密閉式混練１１０の構造と作動を説明する。
【００１３】図１において、この密閉式混練機１１０は、フローティングウエイトとも呼ばれるラム１１及びドロップドア１２と合わせて断面が連通する２つの円である筒状密閉空間を構成する混練室１３内に、異方向且つ回転数を異ならせて回転する２本のロータ１５、１６を非噛合状態で並設したものである。図１のＡ−Ａ断面図である図２に示すように、混練室内には、ロータ１５、１６には長翼１５ａ、１６ａと短翼１５ｂ、１６ｂが各々２枚ずつ設けられている。これらの翼１５ａ、１６ｂ、１５ａ、１６ｂは、ロータ１５、１６の両端から中央側にロータ１５、１６の逆転方向に向かって傾斜しており、互いに独立している。なお、本発明は、上記実施形態の密閉式混練機に限定されるものではない。例えば、ロータ１５、１６は、上述した異方向回転に限らず、同方向回転のものもあるし、上述した非噛合に限らず、噛合のものもある。
【００１４】図１に戻って、混練室１３の上側の一部をなすラム１１は、空圧シリンダ１０のピストンロッド１８に取り付けられてホッパ１９内に昇降自在に装備されている。混練室１３の下側の一部をなすドロップドア１２は、混練が終了した被混練材料を取り出すことができるように開閉自在となっている。２０は被混練材料としてのゴム混合物とカーボンブラック等の添加剤をホッパ１９内に投入する投入口であり、図２に示した２１は混練室１３の端部を構成するエンドフレームである。
【００１５】つぎに、このような構成を有する密閉式混練機１１０の混練方法を説明する。ゴム等の被混練材料は通常ベール状のブロックになっており、このブロックの多数を投入口２０からホッパ１９内に投入し、このブロックをラム１１の押し込み作用によって混練室１３内に圧入する。そして、混練室１３を密閉した状態で、ロータ１５、１６を異方向に回転させて予備練りを行い、多数のブロックを塊にする。そして、ラム１１を上昇させて投入口２０からホッパ１９内に各種の添加剤を投入する。そして、ラム１１を下降させて混練室１３を密閉し、本練りを行う。混練室１３内においては、ロータ１５、１６は異方向に回転しており、塊となったゴム混合物はロータ１５、１６の羽根先端と混練室１３の内壁との間のチップクリアランスでせん断作用を受けながら長翼１５ａ、１６ａと短翼１５ｂ、１６ｂの傾斜方向に流動し、添加剤がゴム混合物に分散する所謂ミクロ分散が行われる。また、一方のロータ１５と他方のロータ１６とでは互いに異方向に回転するため、左右の混練室相互間でもゴム混合物は流動する。これによりゴム混合物は図２のＢで示すように混練室内１３において全体として徐々に大きく旋回流動し、添加剤がゴム混合物に均一に混ざり込む所謂マクロ分散が行われる。混練室内１３における混練が終了すると、混練室１３の下部に設けたドロップドア１２が開放されてゴム混合物は機外に排出され、混練の１サイクルが完了する。
【００１６】オイル投入ノズル２５は、混練室１３内に連通するように設けられており、これを通して外部からオイルを注入することができる。このオイルの注入は、ゴム混合物の混練の程度に応じた適当な時期に、カーボンブラックの分散を高める目的で行われる。オイルの注入は、オイルポンプ２６の駆動を介して、ノズル２５にオイルが供給されるようになっている。
【００１７】つぎに、本発明の密閉式混練機の要部を説明する。ラム１１を昇降させる空圧シリンダ１０のピストンロッド１８の上下方向の位置を検出するためのリニアスケール３０が備えられている。このリニアスケール３０は、ピストンロッド１８に埋め込まれた磁気スケール３１と、シリンダ１０の適所に取り付けられて前記磁気スケール３１を読み取る磁気センサ３２とからなっており、ラムモーションセンサとして機能する。このリニアスケール３０によって、上下方向に脈動しながらレベルを変えるラム１１のレベルが連続して検出されるようになっている。また、リニアスケール３０の出力端子に図示していないフィルタを接続することにより、ラム１１の脈動を表す信号について、混練の程度の判定に影響しない極端に小さな脈動成分からなる部分を除去するような構成とすることもできる。
【００１８】制御装置１１２は、上下方向に脈動するラム１１のレベルを検出し、かかるレベルについての所定の演算によって、本発明にかかる被混練材料２７の混練の程度を判定する部分である。制御装置１１２は、入力ポート１１２ｃと、記憶部１１２ｂと、設定部１１２ｄと、演算部１１２ａとを備えている。
【００１９】入力ポート１１２ｃは、リニアスケール３０に検出されるラム１１のレベル信号Ｈを制御装置１１２に入力する部分であり、時間とともに変化するラム１１のレベル信号Ｈが連続して入力されるようになっている。そして、このラム１１のレベルは、図示しないＡ／Ｄコンバータによって処理される等により、記憶部１１２ｂへの記憶や演算部１１２ａによる演算等のディジタル処理が行えるようになっている。
【００２０】記憶部１１２ｂには、前記入力ポート１１２ｃに連続して入力されるラム１１のレベル信号Ｈが、一定のサンプリング周期毎に記憶されるようになっている。このサンプリング周期については、時間とともに変化する被混練材料の混練の程度を判定するにあたり、該判定の正確性を損なわない程度に上記レベル信号Ｈを記憶できるような適当な時間間隔が選ばれる。また、記憶部１１２ｂは、混練の程度を判定するための演算の手順を内容とする判定ルーチンを備えている。この判定ルーチンの内容については、後の混練の過程の説明において併せて説明する。また、記憶部１１２ｂには、タイマー１１２ｅにより計数される時間ｔが、これと対応する位置ｈ±ａと関係付けて記憶されるようになっている。
【００２１】設定部１１２ｄは、混練の程度を判定するための演算に必要な演算パラメータを予め設定し、制御装置１１２に対して設定、入力するための部分である。かかる演算パラメータとして、脈動するラム１１のレベルに対する上限と下限や、ラム１１がかかる上限と下限とからなる一定範囲内に連続して位置する時間が設定される。この例においては、前記一定範囲の中心ｈと、該ｈに対する脈動の振幅ａと、一定範囲内に連続して位置する時間Ｔとを設定することにしている。この場合には、ラム１１のレベルについて、上限はｈ＋ａに、下限はｈ−ａに設定されることになる。なお、この設定部は、図示しないテンキー等を備え、前記演算パラメータを入力できるようになっており、また、図示しないＡ／Ｄコンバータを介する等により前記演算パラメータのディジタル処理を行えるようになっている。
【００２２】タイマー１１２ｅは、時間とともに変化するラム１１のレベル信号Ｈに対して、時間を計数するための部分である。このタイマー１１２ｅは、ラム１１の位置の測定の開始時等を基準として、レベル信号Ｈに対応する時間ｔが計数される。また、タイマー１１２ｅは前記サンプリング周期の計数も行い、タイマー１１２ｅにより該サンプリング周期が計数される毎に、入力ポート１１２ｃに読み込まれるレベル信号Ｈが記憶部１１２ｂに記憶されるようになっている。なお、タイマー１１２ｅに時間ｔの計数を開始させるためのスタートや計数し直しのリセットは、判定ルーチンの指示によってできるようになっている。
【００２３】演算部１１２ａは、前記判定ルーチンの内容に従って、前記ラムのレベル信号Ｈと前記演算パラメータとに基づいて、混練の程度を判定するための演算を実行する部分である。
【００２４】なお、制御装置１１２は、前記混練の程度を判定する演算の結果に基づいて、密閉式混練機１１０に備わる機械的駆動機構を制御できるようにもなっている。即ち、前記混練の程度を判定する演算の結果により、ロータ１５，１６を駆動するためのモータ、ラム１１のラム圧を変えるためにシリンダ１０に導入される空圧、オイル投入口２５にオイルを供給するためのオイルポンプ２６の回転数等を制御できるようになっている。これにより、混練の程度の判定に基づいて混練を終了させたり、混練途中にラム圧を減少させたり、被混練材料２７の混練の程度に応じてオイルを投入したりすることができる。
【００２５】以下に、被混練物の混練が進められる過程と併せて前記判定ルーチンについて、図３、図４にも基づいて説明する。投入口２０より原料ゴムを、投入口２０よりカーボンブラックを、混練室１３内に投入し、これらが混在する状態にある被混練材料２７をラム１１により下方に加圧するとともに、ロータ１５，１６を回転させることにより原料ゴムを破砕する。
【００２６】原料ゴムがロータ１５，１６の回転により砕かれる混練の初期においては、原料ゴムの破砕片にカーボンブラックがまぶされた状態にあり、いわゆる機械的混合が進行する。この期間においては、被混練材料２７の原料ゴムが細かく砕かれる。そして、混練の程度が徐々に進行する。そのため、前記ラム１１は、被混練材料２７を所定の圧力で加圧しているので、全体として徐々に下方に押し下げられていく。この間、ラム１１は、ロータ１５，１６の回転の位相の変化や被混練材料２７の状態の変化によって、被混練材料２７からの反力を受けることにより、図３の１２１に示すように上点１２１ａと下点１２１ｂとの間で上昇と下降とを辿る動きからなる脈動を行う。
【００２７】そして、被混練材料２７の体積膨張に伴う反発力とラム１１に接続される前記ピストンによる圧力とが均衡した状態に達する。この状態の時、ラム１１は、図３に示すように、最も上方のレベル１２２に位置することになる。更に混練が進行すると、機械的混合から化学的混合に移行し、カーボンブラックの分散や、被混練材料２７の可塑度の低下が成される。これに伴って、被混練材料２７全体の反撥力が低下するので、ラム１１のレベル信号Ｈは次第に下降して行く。
【００２８】図３に示されるように、混練開始の初期においては、ラム１１のレベル信号Ｈの脈動は大きく、また、ラム１１のレベル信号Ｈの高い地点で推移する。時間とともに混練が進むに従って、前記のようにラム１１のレベル信号Ｈが下降し、また、被混練材料２７の可塑度等の変化が小さくなって安定に近づくことに伴い、ラム１１のレベルＨ信号の脈動も小さくなる。そして、脈動を伴いつつ変化するラム１１のレベル信号Ｈが、図３の領域Ｄに示されるように、上限（ｈ＋ａ）と下限（ｈ−ａ）とからなる一定の範囲内に一定のＴe 時間以上にわたって納まるようになると、被混練材料２７の可塑度等の変化は略停止し、カーボンブラックも略均一に分散されていることが判断される。
【００２９】図４は、被混練材料２７の混練の程度を判定するための判定ルーチンの一例を示している。この判定ルーチンは、混練を終了するか否かにかかる混練の程度を判定することを目的とするものである。設定部１１２ｄにより、下限の位置ｈ-a≡（ｈ−ａ）と、上限の位置ｈ+a≡（ｈ＋ａ）で定まるラム１１の位置Ｈについての上下の一定範囲と、かかる範囲に位置するべき一定時間Ｔe の設定を行う。密閉式混練機１１０によりゴムの混練を開始すると（Ｓ１）、タイマー１１２ｅをリセットする（Ｓ２）。リニアスケール３０により検出されるラム１１のレベル信号Ｈが、設定された位置ｈ-aと位置ｈ+aで定まる一定の範囲内にあるか否かが判断される（Ｓ３）。かかる一定範囲にない場合（Ｓ３、ＮＯ）には、タイマー１１２ｅはリセットされ、時間の計数は再度やり直される（Ｓ２）。
【００３０】ラム１１のレベル信号Ｈが一定範囲にある場合（Ｓ３、ＹＥＳ）には、タイマー１１２ｅによる時間の計数が開始される（Ｓ４）。この時の時間がｔ1 として記憶され、現在時間ｔ2 に対して、（ｔ2 −ｔ1 ）と時間Ｔe との比較により、混練を終了してもよいと判断される一定の十分な時間を経過したか否かが判断される（Ｓ５）。タイマー１１２ｅにより計数される時間が、Ｔe を経過していない場合には、混練を終了させ得ると判定することができず、ラム１１の位置Ｈが前記の一定範囲にあるかどうかが判断される（Ｓ５、ＮＯ）。ここで、ラム１１のレベル信号Ｈが、前記の一定範囲にない（Ｓ３、ＮＯ）場合には、被混練材料２７の混練を終了できる段階でないことが判断される。ラム１１のレベル信号Ｈが一定範囲にある場合（Ｓ３、ＹＥＳ）には、Ｔe を経過しているか否かの計数が続けられる（Ｓ４、Ｓ５）。
【００３１】そして、ラム１１のレベル信号Ｈが一定範囲に継続して存在し（Ｓ３、ＹＥＳ）、一定時間Ｔe を経過すると（Ｓ５、ＹＥＳ）、混練を終了しうる程度であることが判定される（Ｓ６）。
【００３２】ここでは、混練の程度の判定を行う演算について、混練を終了させる場合を例に上げて説明したが、混練の中間段階において混練の程度が変化する特徴点の判定を行うこともできる。例えば、混練がある程度進むとオイルを注入するのが望ましいような場合で、オイルを注入する時期の検出を目的として混練の程度を判定する場合がある。このような場合の混練の判定は、ラム１１のレベル信号Ｈの脈動にかかる前記一定範囲の上限と下限、かかる範囲にレベル信号Ｈが継続して納まる時間Ｔを適切に選んで設定することにより行える。
【００３３】また、混練の程度の判定の結果を活用し、ゴムの製造を終了させることを目的として密閉式混練機１１０の機械的駆動機構を制御することもできる。例えば、混練の終了が判定される場合であれば、ロータ１５，１６を停止させたり、ラム１１による加圧を中止させるような制御を行うことができる。また、前記の混練の程度の変化する特徴点が判定されるような場合であると、オイルを注入させるように制御を行うこともできる。
【００３４】
【発明の効果】以上のように請求項１にかかる発明は、前記ロータによる混練に対応して脈動しつつ、且つ被混練材料の混練の程度に応じて徐々に上昇又は下降してレベルが変わる前記ラムの位置を検出し、前記脈動の幅に基づいて混練状態を判別するものであり、ラムの脈動幅でミクロな混練状態まで判別でき、ロータの回転数、ラム圧変更、オイル注入時期、運転停止時期などを適切に制御して、より均一な混練物を得ることが出来る。
【００３５】請求項２にかかる発明は、前記レベルが所定レベルになると同時に、前記脈動の幅が所定幅以内となることに基づいて混練状態を判別するので、請求項１の効果に加えて、ラムの移動でマクロ及びミクロの混練状態を判別できるという効果を奏する。
【００３６】請求項３にかかる発明は、ラムモーションセンサで検出された前記脈動が上限と下限とからなる一定幅内において一定時間続いたことの演算を行って、混練状態を変更する信号を出力する制御装置を備えるので、マクロ及びミクロの混練状態を判別が簡単にでき、さらにその判別をもとに混練状態を変更することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の密閉式混練機の機器構成を示す図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】ラムの位置が時間とともに変動する様子を示すグラフ図である。
【図４】ラム位置による混練度の判定ルーチンを示すフローチャート図である。
【符号の説明】
１０ シリンダ
１１ ラム
１３ 混練室
１５，１６ ロータ
１８ ピストン軸
２６ オイルポンプ
２７ 被混練材料（ゴム混合物）
３０ リニアスケール（ラムモーションセンサ）
１１０ 密閉式混練機
１１２ 制御装置
１１２ａ 演算部
１１２ｂ 記憶部
１１２ｃ 入力ポート
１１２ｄ 設定部
１１２ｅ タイマー
１２１ 脈動
１２１ａ 脈動の上点
１２１ｂ 脈動の下点
１２２ ラムの位置の最上点
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ゴム、プラスチック等の被混練材料を各種の添加剤と共に混練する密閉式混練機及びその混練方法に関し、特に被混練材料の混練状態を正確に把握して各種添加剤が均一に分散した混練物を得ることができるものに関する。
【０００２】
【従来の技術】例えばゴムの製造においては、２本の回転するロータが収納された混練室内に、空圧シリンダ１０で押圧されたラムによって原料としてのゴム混合物と添加剤としてのカーボンブラックを押し込み、非かみ合いの２本のロータを異方向に回転させてゴム混合物中にカーボンブラックを均一に分散させるようにした密閉式混練機が使用される。
【０００３】この密閉式混練機において、ゴム混合物中におけるカーボンブラックの分散がどの程度進んでいるかという混練の程度を、規定時間の経過や混合に消費された電力、ゴム混合物の温度のレベル等のいわゆる混練制御パラメータによって判定していた。
【０００４】しかし、これらのパラメータにより混練の程度を判定すると、原料ゴムの可塑度や、温度、混合機の温度等のバラツキにより混合機内でのゴムの喰い込み、ゴムブロックの粉砕エネルギーが混合バッチ毎に変化することに起因し、混合後のゴム混合物中のカーボン分散を高いレベルで安定させることができなかった。
【０００５】そこで、前記密閉式混練機によりゴム混合物中にカーボンブラックを分散させ、混練が進みその分散が高まると、ゴム混合物の形態や可塑度が変化するに伴って、前記ラムの上下方向の位置が時間とともに変化することに着目し、ラムの位置を検出することによって混練の程度を判定する方法が提案されている（特公昭６２−２６２８３号公報、特公昭６３−３１３６４号公報）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、ゴム混合物のような被混練物の可塑度等の変化は、一定の特性で一様に変化するものとは限らない。マクロ的な分散の進行による可塑度の変化は検出できるが、ミクロ的な分散まで検出する事が出来ない。
【０００７】例えば、粉体材料の投入工程においては、被混練物への粉体の混合が進まず、粉体が被混練物の上に堆積された状態のまま、混練が進行する場合がある。この場合には、ラムのレベルの変化を監視しているだけでは、判別できず、バッチ毎にミクロ分散のバラツキを生じ、ミクロ分散も含めた品質向上を一層求められるような場合には、ラムの平均的なレベルだけでは対応できないという問題点があった。
【０００８】そこで、本発明は、ラムレベルだけではなく、ラムの脈動が混練室内の被混練物のミクロ的な混練状態に対応していることにも着目し、正確な混練度の把握が可能になる密閉式混練機及びその混練方法を提供する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】請求項１にかかる発明は、２本の回転するロータが収納された混練室に向かってラムを押しつけながら、混練室内の被混練材料を前記ロータによって混練する方法であって、前記ロータによる混練に対応して脈動しつつ、且つ被混練材料の混練の程度に応じて徐々に上昇又は下降してレベルが変わる前記ラムの位置を検出し、前記脈動の幅に基づいて混練状態を判別するものである。ラムの脈動が混練室内の複雑な被混練材料の動きに対応していることに着目し、ミクロ的な分散が進むとラムの脈動の幅も小さくなるので、ラムの脈動幅で混練状態を判別でき、ロータの回転数、ラム圧変更、オイル注入時期、運転停止時期などを適切に制御できる。
【００１０】請求項２にかかる発明は、請求項１において、前記レベルが所定レベルになると同時に、前記脈動の幅が所定幅以内となることに基づいて混練状態を判別するものである。ラムの位置のレベルはマクロの分散に対応しており、レベルと脈動幅でマクロとミクロの分散を加味した混練状態を判別できる。
【００１１】請求項３にかかる発明は、２本の回転するロータが収納された混練室に向かってラムを押しつけながら、混練室内の被混練材料を前記ロータによって混練する密閉式混練機であって、前記ロータによる混練に対応して脈動しつつ、且つ被混練材料の混練の程度に応じて徐々に上昇又は下降してレベルが変わる前記ラムの位置を連続的に検出するラムモーションセンサと、このラムモーションセンサで検出された前記脈動が上限と下限とからなる一定幅内において一定時間続いたことの演算を行って、混練状態を変更する信号を出力する制御装置と、を備えてなるものである。脈動を上限と下限とからなる一定幅内において一定時間続いたことを演算することで、混練状態を判別し、その判別の結果をもとに、さらに被混練物の混練状態を変更する制御が可能である。
【００１２】
【発明の実施の形態】図１は、本発明にかかる混練を実施するための密閉式混練１１０とそれに備わる制御装置１１２のブロック構成例を示す図であり、図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。まず、密閉式混練１１０の構造と作動を説明する。
【００１３】図１において、この密閉式混練機１１０は、フローティングウエイトとも呼ばれるラム１１及びドロップドア１２と合わせて断面が連通する２つの円である筒状密閉空間を構成する混練室１３内に、異方向且つ回転数を異ならせて回転する２本のロータ１５、１６を非噛合状態で並設したものである。図１のＡ−Ａ断面図である図２に示すように、混練室内には、ロータ１５、１６には長翼１５ａ、１６ａと短翼１５ｂ、１６ｂが各々２枚ずつ設けられている。これらの翼１５ａ、１６ｂ、１５ａ、１６ｂは、ロータ１５、１６の両端から中央側にロータ１５、１６の逆転方向に向かって傾斜しており、互いに独立している。なお、本発明は、上記実施形態の密閉式混練機に限定されるものではない。例えば、ロータ１５、１６は、上述した異方向回転に限らず、同方向回転のものもあるし、上述した非噛合に限らず、噛合のものもある。
【００１４】図１に戻って、混練室１３の上側の一部をなすラム１１は、空圧シリンダ１０のピストンロッド１８に取り付けられてホッパ１９内に昇降自在に装備されている。混練室１３の下側の一部をなすドロップドア１２は、混練が終了した被混練材料を取り出すことができるように開閉自在となっている。２０は被混練材料としてのゴム混合物とカーボンブラック等の添加剤をホッパ１９内に投入する投入口であり、図２に示した２１は混練室１３の端部を構成するエンドフレームである。
【００１５】つぎに、このような構成を有する密閉式混練機１１０の混練方法を説明する。ゴム等の被混練材料は通常ベール状のブロックになっており、このブロックの多数を投入口２０からホッパ１９内に投入し、このブロックをラム１１の押し込み作用によって混練室１３内に圧入する。そして、混練室１３を密閉した状態で、ロータ１５、１６を異方向に回転させて予備練りを行い、多数のブロックを塊にする。そして、ラム１１を上昇させて投入口２０からホッパ１９内に各種の添加剤を投入する。そして、ラム１１を下降させて混練室１３を密閉し、本練りを行う。混練室１３内においては、ロータ１５、１６は異方向に回転しており、塊となったゴム混合物はロータ１５、１６の羽根先端と混練室１３の内壁との間のチップクリアランスでせん断作用を受けながら長翼１５ａ、１６ａと短翼１５ｂ、１６ｂの傾斜方向に流動し、添加剤がゴム混合物に分散する所謂ミクロ分散が行われる。また、一方のロータ１５と他方のロータ１６とでは互いに異方向に回転するため、左右の混練室相互間でもゴム混合物は流動する。これによりゴム混合物は図２のＢで示すように混練室内１３において全体として徐々に大きく旋回流動し、添加剤がゴム混合物に均一に混ざり込む所謂マクロ分散が行われる。混練室内１３における混練が終了すると、混練室１３の下部に設けたドロップドア１２が開放されてゴム混合物は機外に排出され、混練の１サイクルが完了する。
【００１６】オイル投入ノズル２５は、混練室１３内に連通するように設けられており、これを通して外部からオイルを注入することができる。このオイルの注入は、ゴム混合物の混練の程度に応じた適当な時期に、カーボンブラックの分散を高める目的で行われる。オイルの注入は、オイルポンプ２６の駆動を介して、ノズル２５にオイルが供給されるようになっている。
【００１７】つぎに、本発明の密閉式混練機の要部を説明する。ラム１１を昇降させる空圧シリンダ１０のピストンロッド１８の上下方向の位置を検出するためのリニアスケール３０が備えられている。このリニアスケール３０は、ピストンロッド１８に埋め込まれた磁気スケール３１と、シリンダ１０の適所に取り付けられて前記磁気スケール３１を読み取る磁気センサ３２とからなっており、ラムモーションセンサとして機能する。このリニアスケール３０によって、上下方向に脈動しながらレベルを変えるラム１１のレベルが連続して検出されるようになっている。また、リニアスケール３０の出力端子に図示していないフィルタを接続することにより、ラム１１の脈動を表す信号について、混練の程度の判定に影響しない極端に小さな脈動成分からなる部分を除去するような構成とすることもできる。
【００１８】制御装置１１２は、上下方向に脈動するラム１１のレベルを検出し、かかるレベルについての所定の演算によって、本発明にかかる被混練材料２７の混練の程度を判定する部分である。制御装置１１２は、入力ポート１１２ｃと、記憶部１１２ｂと、設定部１１２ｄと、演算部１１２ａとを備えている。
【００１９】入力ポート１１２ｃは、リニアスケール３０に検出されるラム１１のレベル信号Ｈを制御装置１１２に入力する部分であり、時間とともに変化するラム１１のレベル信号Ｈが連続して入力されるようになっている。そして、このラム１１のレベルは、図示しないＡ／Ｄコンバータによって処理される等により、記憶部１１２ｂへの記憶や演算部１１２ａによる演算等のディジタル処理が行えるようになっている。
【００２０】記憶部１１２ｂには、前記入力ポート１１２ｃに連続して入力されるラム１１のレベル信号Ｈが、一定のサンプリング周期毎に記憶されるようになっている。このサンプリング周期については、時間とともに変化する被混練材料の混練の程度を判定するにあたり、該判定の正確性を損なわない程度に上記レベル信号Ｈを記憶できるような適当な時間間隔が選ばれる。また、記憶部１１２ｂは、混練の程度を判定するための演算の手順を内容とする判定ルーチンを備えている。この判定ルーチンの内容については、後の混練の過程の説明において併せて説明する。また、記憶部１１２ｂには、タイマー１１２ｅにより計数される時間ｔが、これと対応する位置ｈ±ａと関係付けて記憶されるようになっている。
【００２１】設定部１１２ｄは、混練の程度を判定するための演算に必要な演算パラメータを予め設定し、制御装置１１２に対して設定、入力するための部分である。かかる演算パラメータとして、脈動するラム１１のレベルに対する上限と下限や、ラム１１がかかる上限と下限とからなる一定範囲内に連続して位置する時間が設定される。この例においては、前記一定範囲の中心ｈと、該ｈに対する脈動の振幅ａと、一定範囲内に連続して位置する時間Ｔとを設定することにしている。この場合には、ラム１１のレベルについて、上限はｈ＋ａに、下限はｈ−ａに設定されることになる。なお、この設定部は、図示しないテンキー等を備え、前記演算パラメータを入力できるようになっており、また、図示しないＡ／Ｄコンバータを介する等により前記演算パラメータのディジタル処理を行えるようになっている。
【００２２】タイマー１１２ｅは、時間とともに変化するラム１１のレベル信号Ｈに対して、時間を計数するための部分である。このタイマー１１２ｅは、ラム１１の位置の測定の開始時等を基準として、レベル信号Ｈに対応する時間ｔが計数される。また、タイマー１１２ｅは前記サンプリング周期の計数も行い、タイマー１１２ｅにより該サンプリング周期が計数される毎に、入力ポート１１２ｃに読み込まれるレベル信号Ｈが記憶部１１２ｂに記憶されるようになっている。なお、タイマー１１２ｅに時間ｔの計数を開始させるためのスタートや計数し直しのリセットは、判定ルーチンの指示によってできるようになっている。
【００２３】演算部１１２ａは、前記判定ルーチンの内容に従って、前記ラムのレベル信号Ｈと前記演算パラメータとに基づいて、混練の程度を判定するための演算を実行する部分である。
【００２４】なお、制御装置１１２は、前記混練の程度を判定する演算の結果に基づいて、密閉式混練機１１０に備わる機械的駆動機構を制御できるようにもなっている。即ち、前記混練の程度を判定する演算の結果により、ロータ１５，１６を駆動するためのモータ、ラム１１のラム圧を変えるためにシリンダ１０に導入される空圧、オイル投入口２５にオイルを供給するためのオイルポンプ２６の回転数等を制御できるようになっている。これにより、混練の程度の判定に基づいて混練を終了させたり、混練途中にラム圧を減少させたり、被混練材料２７の混練の程度に応じてオイルを投入したりすることができる。
【００２５】以下に、被混練物の混練が進められる過程と併せて前記判定ルーチンについて、図３、図４にも基づいて説明する。投入口２０より原料ゴムを、投入口２０よりカーボンブラックを、混練室１３内に投入し、これらが混在する状態にある被混練材料２７をラム１１により下方に加圧するとともに、ロータ１５，１６を回転させることにより原料ゴムを破砕する。
【００２６】原料ゴムがロータ１５，１６の回転により砕かれる混練の初期においては、原料ゴムの破砕片にカーボンブラックがまぶされた状態にあり、いわゆる機械的混合が進行する。この期間においては、被混練材料２７の原料ゴムが細かく砕かれる。そして、混練の程度が徐々に進行する。そのため、前記ラム１１は、被混練材料２７を所定の圧力で加圧しているので、全体として徐々に下方に押し下げられていく。この間、ラム１１は、ロータ１５，１６の回転の位相の変化や被混練材料２７の状態の変化によって、被混練材料２７からの反力を受けることにより、図３の１２１に示すように上点１２１ａと下点１２１ｂとの間で上昇と下降とを辿る動きからなる脈動を行う。
【００２７】そして、被混練材料２７の体積膨張に伴う反発力とラム１１に接続される前記ピストンによる圧力とが均衡した状態に達する。この状態の時、ラム１１は、図３に示すように、最も上方のレベル１２２に位置することになる。更に混練が進行すると、機械的混合から化学的混合に移行し、カーボンブラックの分散や、被混練材料２７の可塑度の低下が成される。これに伴って、被混練材料２７全体の反撥力が低下するので、ラム１１のレベル信号Ｈは次第に下降して行く。
【００２８】図３に示されるように、混練開始の初期においては、ラム１１のレベル信号Ｈの脈動は大きく、また、ラム１１のレベル信号Ｈの高い地点で推移する。時間とともに混練が進むに従って、前記のようにラム１１のレベル信号Ｈが下降し、また、被混練材料２７の可塑度等の変化が小さくなって安定に近づくことに伴い、ラム１１のレベルＨ信号の脈動も小さくなる。そして、脈動を伴いつつ変化するラム１１のレベル信号Ｈが、図３の領域Ｄに示されるように、上限（ｈ＋ａ）と下限（ｈ−ａ）とからなる一定の範囲内に一定のＴe 時間以上にわたって納まるようになると、被混練材料２７の可塑度等の変化は略停止し、カーボンブラックも略均一に分散されていることが判断される。
【００２９】図４は、被混練材料２７の混練の程度を判定するための判定ルーチンの一例を示している。この判定ルーチンは、混練を終了するか否かにかかる混練の程度を判定することを目的とするものである。設定部１１２ｄにより、下限の位置ｈ-a≡（ｈ−ａ）と、上限の位置ｈ+a≡（ｈ＋ａ）で定まるラム１１の位置Ｈについての上下の一定範囲と、かかる範囲に位置するべき一定時間Ｔe の設定を行う。密閉式混練機１１０によりゴムの混練を開始すると（Ｓ１）、タイマー１１２ｅをリセットする（Ｓ２）。リニアスケール３０により検出されるラム１１のレベル信号Ｈが、設定された位置ｈ-aと位置ｈ+aで定まる一定の範囲内にあるか否かが判断される（Ｓ３）。かかる一定範囲にない場合（Ｓ３、ＮＯ）には、タイマー１１２ｅはリセットされ、時間の計数は再度やり直される（Ｓ２）。
【００３０】ラム１１のレベル信号Ｈが一定範囲にある場合（Ｓ３、ＹＥＳ）には、タイマー１１２ｅによる時間の計数が開始される（Ｓ４）。この時の時間がｔ1 として記憶され、現在時間ｔ2 に対して、（ｔ2 −ｔ1 ）と時間Ｔe との比較により、混練を終了してもよいと判断される一定の十分な時間を経過したか否かが判断される（Ｓ５）。タイマー１１２ｅにより計数される時間が、Ｔe を経過していない場合には、混練を終了させ得ると判定することができず、ラム１１の位置Ｈが前記の一定範囲にあるかどうかが判断される（Ｓ５、ＮＯ）。ここで、ラム１１のレベル信号Ｈが、前記の一定範囲にない（Ｓ３、ＮＯ）場合には、被混練材料２７の混練を終了できる段階でないことが判断される。ラム１１のレベル信号Ｈが一定範囲にある場合（Ｓ３、ＹＥＳ）には、Ｔe を経過しているか否かの計数が続けられる（Ｓ４、Ｓ５）。
【００３１】そして、ラム１１のレベル信号Ｈが一定範囲に継続して存在し（Ｓ３、ＹＥＳ）、一定時間Ｔe を経過すると（Ｓ５、ＹＥＳ）、混練を終了しうる程度であることが判定される（Ｓ６）。
【００３２】ここでは、混練の程度の判定を行う演算について、混練を終了させる場合を例に上げて説明したが、混練の中間段階において混練の程度が変化する特徴点の判定を行うこともできる。例えば、混練がある程度進むとオイルを注入するのが望ましいような場合で、オイルを注入する時期の検出を目的として混練の程度を判定する場合がある。このような場合の混練の判定は、ラム１１のレベル信号Ｈの脈動にかかる前記一定範囲の上限と下限、かかる範囲にレベル信号Ｈが継続して納まる時間Ｔを適切に選んで設定することにより行える。
【００３３】また、混練の程度の判定の結果を活用し、ゴムの製造を終了させることを目的として密閉式混練機１１０の機械的駆動機構を制御することもできる。例えば、混練の終了が判定される場合であれば、ロータ１５，１６を停止させたり、ラム１１による加圧を中止させるような制御を行うことができる。また、前記の混練の程度の変化する特徴点が判定されるような場合であると、オイルを注入させるように制御を行うこともできる。
【００３４】
【発明の効果】以上のように請求項１にかかる発明は、前記ロータによる混練に対応して脈動しつつ、且つ被混練材料の混練の程度に応じて徐々に上昇又は下降してレベルが変わる前記ラムの位置を検出し、前記脈動の幅に基づいて混練状態を判別するものであり、ラムの脈動幅でミクロな混練状態まで判別でき、ロータの回転数、ラム圧変更、オイル注入時期、運転停止時期などを適切に制御して、より均一な混練物を得ることが出来る。
【００３５】請求項２にかかる発明は、前記レベルが所定レベルになると同時に、前記脈動の幅が所定幅以内となることに基づいて混練状態を判別するので、請求項１の効果に加えて、ラムの移動でマクロ及びミクロの混練状態を判別できるという効果を奏する。
【００３６】請求項３にかかる発明は、ラムモーションセンサで検出された前記脈動が上限と下限とからなる一定幅内において一定時間続いたことの演算を行って、混練状態を変更する信号を出力する制御装置を備えるので、マクロ及びミクロの混練状態を判別が簡単にでき、さらにその判別をもとに混練状態を変更することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の密閉式混練機の機器構成を示す図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】ラムの位置が時間とともに変動する様子を示すグラフ図である。
【図４】ラム位置による混練度の判定ルーチンを示すフローチャート図である。
【符号の説明】
１０ シリンダ
１１ ラム
１３ 混練室
１５，１６ ロータ
１８ ピストン軸
２６ オイルポンプ
２７ 被混練材料（ゴム混合物）
３０ リニアスケール（ラムモーションセンサ）
１１０ 密閉式混練機
１１２ 制御装置
１１２ａ 演算部
１１２ｂ 記憶部
１１２ｃ 入力ポート
１１２ｄ 設定部
１１２ｅ タイマー
１２１ 脈動
１２１ａ 脈動の上点
１２１ｂ 脈動の下点
１２２ ラムの位置の最上点
【特許請求の範囲】
【請求項１】 ２本の回転するロータが収納された混練室に向かってラムを押しつけながら、混練室内の被混練材料を前記ロータによって混練する方法であって、前記ロータによる混練に対応して脈動しつつ、且つ被混練材料の混練の程度に応じて徐々に上昇又は下降してレベルが変わる前記ラムの位置を検出し、前記脈動の幅に基づいて混練状態を判別する密閉式混練機の混練方法。
【請求項２】 前記レベルが所定レベルになると同時に、前記脈動の幅が所定幅以内となることに基づいて混練状態を判別する請求項１記載の密閉式混練機の混練方法。
【請求項３】 ２本の回転するロータが収納された混練室に向かってラムを押しつけながら、混練室内の被混練材料を前記ロータによって混練する密閉式混練機であって、前記ロータによる混練に対応して脈動しつつ、且つ被混練材料の混練の程度に応じて徐々に上昇又は下降してレベルが変わる前記ラムの位置を連続的に検出するラムモーションセンサと、このラムモーションセンサで検出された前記脈動が上限と下限とからなる一定幅内において一定時間続いたことの演算を行って、混練状態を変更する信号を出力する制御装置と、を備えてなる密閉式混練機。
【請求項１】 ２本の回転するロータが収納された混練室に向かってラムを押しつけながら、混練室内の被混練材料を前記ロータによって混練する方法であって、前記ロータによる混練に対応して脈動しつつ、且つ被混練材料の混練の程度に応じて徐々に上昇又は下降してレベルが変わる前記ラムの位置を検出し、前記脈動の幅に基づいて混練状態を判別する密閉式混練機の混練方法。
【請求項２】 前記レベルが所定レベルになると同時に、前記脈動の幅が所定幅以内となることに基づいて混練状態を判別する請求項１記載の密閉式混練機の混練方法。
【請求項３】 ２本の回転するロータが収納された混練室に向かってラムを押しつけながら、混練室内の被混練材料を前記ロータによって混練する密閉式混練機であって、前記ロータによる混練に対応して脈動しつつ、且つ被混練材料の混練の程度に応じて徐々に上昇又は下降してレベルが変わる前記ラムの位置を連続的に検出するラムモーションセンサと、このラムモーションセンサで検出された前記脈動が上限と下限とからなる一定幅内において一定時間続いたことの演算を行って、混練状態を変更する信号を出力する制御装置と、を備えてなる密閉式混練機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開平１１−９１６
【公開日】平成１１年（１９９９）１月６日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平９−１５４６９１
【出願日】平成９年（１９９７）６月１２日
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【公開日】平成１１年（１９９９）１月６日
【国際特許分類】
【出願日】平成９年（１９９７）６月１２日
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
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