特開 2022-50884 ゴム組成物のバウンドラバー解析方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022050884

(43)【公開日】2022-03-31

(54)【発明の名称】ゴム組成物のバウンドラバー解析方法

(51)【国際特許分類】

   G01Q 60/28 20100101AFI20220324BHJP

   C08K 3/04 20060101ALI20220324BHJP

   C08L 21/00 20060101ALI20220324BHJP

   G01N 33/44 20060101ALI20220324BHJP

【ＦＩ】

G01Q60/28

C08K3/04

C08L21/00

G01N33/44

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020157056

(22)【出願日】2020-09-18

(71)【出願人】

【識別番号】000003148

【氏名又は名称】ＴＯＹＯ ＴＩＲＥ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100076314

【弁理士】

【氏名又は名称】蔦田 正人

(74)【代理人】

【識別番号】100112612

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 哲士

(74)【代理人】

【識別番号】100112623

【弁理士】

【氏名又は名称】富田 克幸

(74)【代理人】

【識別番号】100163393

【弁理士】

【氏名又は名称】有近 康臣

(74)【代理人】

【識別番号】100189393

【弁理士】

【氏名又は名称】前澤 龍

(74)【代理人】

【識別番号】100203091

【弁理士】

【氏名又は名称】水鳥 正裕

(72)【発明者】

【氏名】遠藤 竜也

【テーマコード（参考）】

4J002

【Ｆターム（参考）】

4J002AC011

4J002AC031

4J002AC061

4J002AC071

4J002AC081

4J002AC091

4J002BB151

4J002BB181

4J002DA036

4J002FD016

4J002FD030

4J002FD140

4J002FD150

4J002FD170

(57)【要約】

【課題】ゴム組成物中のバウンドラバーをＧＨ相とＳＨ相とに分ける。
【解決手段】実施形態に係るゴム組成物のバウンドラバー解析方法では、カーボンブラックを含むゴム組成物に対して原子間力顕微鏡のフォースカーブ測定を行い、前記フォースカーブ測定の押込み深さに基づいてバウンドラバー成分を抽出し、前記バウンドラバー成分の凝着エネルギーに基づいて前記バウンドラバー成分をＧＨ相と前記ＧＨ相の外側を取り巻くＳＨ相とに分ける。
【選択図】図１１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

カーボンブラックを含むゴム組成物に対して原子間力顕微鏡のフォースカーブ測定を行い、前記フォースカーブ測定の押込み深さに基づいてバウンドラバー成分を抽出し、前記バウンドラバー成分の凝着エネルギーに基づいて前記バウンドラバー成分をＧＨ相と前記ＧＨ相の外側を取り巻くＳＨ相とに分ける、ことを特徴とするゴム組成物のバウンドラバー解析方法。

【請求項2】

前記フォースカーブ測定により押込み深さ像を取得し、前記押込み深さ像におけるフィラー成分を導出し、前記押込み深さ像におけるマトリックスゴム成分を導出し、導出したフィラー成分及びマトリックスゴム成分に基づいて前記バウンドラバー成分を抽出する、請求項１に記載のゴム組成物のバウンドラバー解析方法。

【請求項3】

抽出した前記バウンドラバー成分についての凝着エネルギーのヒストグラムをピークフィッティングすることにより、前記バウンドラバー成分を前記ＧＨ相と前記ＳＨ相とに分ける、請求項１又は２に記載のバウンドラバー解析方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ゴム組成物のバウンドラバー解析方法に関する。

【背景技術】

【0002】

カーボンブラックを含むゴム組成物では、カーボンブラック粒子のまわりにバウンドラバーが形成されている。バウンドラバーは、ゴムとカーボンブラックの混練り時に生じる有機溶剤に不溶なゴム分である。

【0003】

バウンドラバーについて、非特許文献１には、架橋ゴム中のカーボンブラック粒子が非架橋のバウンドラバーで覆われ、バウンドラバーが、厚さ２ｎｍのガラス状態の分子鎖層（ＧＨ相）と、その外側を取り巻く３～８ｎｍの分子鎖層（ＳＨ相）との２重セル構造であることが記載されている。非特許文献１にはまた、ＳＨ相がカーボン表面に強固に固着したガラス状態のＧＨ相とマトリックスゴムとの間に介在する成分であり、架橋ゴムに変形を加えたときにＳＨ相に最大応力、最大歪みが集中することが記載されている。

【0004】

非特許文献２には、パルスＮＭＲを用いて、カーボンブラックを配合した未加硫ゴムを、カーボンブラック表面に強固に結びついたゴム分子鎖層であり緩和時間が約２５μｓ程度であるハード相と、緩和時間が約２０００μｓであるソフト相と、緩和時間が約５００μｓである中間層との３成分に分離したことが記載されている。

【0005】

特許文献１には、カーボンブラックとゴムとの界面近傍に、パルスＮＭＲにより測定したＴ２緩和時間が２５０～４００μｓであるハウンドラバーを形成させることにより、ゴムローラの耐摩耗性を向上させることが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００４－１４３２８４号公報

【非特許文献】

【0007】

【非特許文献1】深堀美英「ゴムのカーボンブラック補強解明の新展開（上）（下）」、日本ゴム協会誌、第８３巻第６号、２０１０年、１７４－１８１頁、１８２－１８９頁

【非特許文献2】仲濱秀斉、三島孝「新混練指標の検討」、日本ゴム協会誌、第７６巻第５号、２００３年、１４９－１５３頁

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

バウンドラバーは、ゴム組成物においてカーボンブラックによる補強性に影響を与えるため、バウンドラバーを解析することはゴム組成物の開発において有益である。その際、上記のＳＨ相はゴムに変形を加えたときに最大応力や最大歪みが集中する部分であるため、補強性を評価するにあたって重要な因子であり、そのためバウンドラバーをＧＨ相とＳＨ相とに分離することができれば、材料設計に生かすことができる。

【0009】

本発明の実施形態は、ゴム組成物中のバウンドラバーをＧＨ相とＳＨ相とに分けることができるゴム組成物のバウンドラバー解析方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明の実施形態に係るゴム組成物のバウンドラバー解析方法は、カーボンブラックを含むゴム組成物に対して原子間力顕微鏡のフォースカーブ測定を行い、前記フォースカーブ測定の押込み深さに基づいてバウンドラバー成分を抽出し、前記バウンドラバー成分の凝着エネルギーに基づいて前記バウンドラバー成分をＧＨ相と前記ＧＨ相の外側を取り巻くＳＨ相とに分けるものである。

【発明の効果】

【0011】

本発明の実施形態によれば、原子間力顕微鏡を用いてゴム組成物中のバウンドラバーをＧＨ相とＳＨ相とに分離することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】実施形態に係るバウンドラバー成分の抽出工程を示す模式図

【図2】実施例２のＡＦＭフォースカーブ測定から取得した押込み深さ像

【図3】実施例２のＡＦＭフォースカーブ測定から取得した弾性率像

【図4】実施例２のＡＦＭフォースカーブ測定から取得した凝着エネルギー像

【図5】図２の押込み深さ像からフィラー成分をマスクした画像

【図6】図２の押込み深さ像からマトリックスゴム成分のみを残した画像

【図7】図２の押込み深さ像からフィラー成分とマトリックスゴム成分をマスクした画像（バウンドラバー成分のみを残した画像）

【図8】図４の凝着エネルギー像からフィラー成分とマトリックスゴム成分をマスクした画像（バウンドラバー成分のみを残した画像）

【図9】実施例２のｌｏｇ弾性率のヒストグラム

【図10】実施例２の凝着エネルギーのヒストグラム

【図11】（Ａ）実施例１のバウンドラバー成分の凝着エネルギーのヒストグラム、（Ｂ）同ヒストグラムをピークフィッティングした結果を示すグラフ

【図12】（Ａ）実施例２のバウンドラバー成分の凝着エネルギーのヒストグラム、（Ｂ）同ヒストグラムをピークフィッティングした結果を示すグラフ

【図13】（Ａ）実施例３のバウンドラバー成分の凝着エネルギーのヒストグラム、（Ｂ）同ヒストグラムをピークフィッティングした結果を示すグラフ

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の実施に関連する事項について詳細に説明する。

【0014】

実施形態に係るゴム組成物のバウンドラバー解析方法は、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いて、ゴム組成物中のバウンドラバーをＧＨ相とＳＨ相に分ける方法である。該バウンドラバー解析方法は、カーボンブラックを含むゴム組成物に対して原子間力顕微鏡のフォースカーブ測定を行う工程（以下、工程１という。）と、該フォースカーブ測定の押込み深さに基づいてバウンドラバー成分を抽出する工程（以下、工程２という。）と、該バウンドラバー成分の凝着エネルギーに基づいてバウンドラバー成分をＧＨ相とＳＨ相とに分ける工程（以下、工程３という。）と、を含む。

【0015】

測定対象としてのゴム組成物はゴムポリマーとともにカーボンブラックを含有する。ゴム組成物は、好ましくは加硫ゴムであり、ゴムポリマーに補強性充填剤としてのカーボンブラックとともに硫黄等の加硫剤を含む種々の配合剤を配合し加硫してなる加硫ゴム組成物を測定対象とすることができる。

【0016】

ゴムポリマーとしては、特に限定されず、例えば、天然ゴム（ＮＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、ハロゲン化ブチルゴム（Ｘ－ＩＩＲ）、スチレンイソプレンブタジエンゴム（ＳＩＢＲ）などのジエン系ゴム、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＭ）、エチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）などが挙げられ、これらはそれぞれ単独で又は２種類以上ブレンドして用いることができる。

【0017】

カーボンブラックとしては、特に限定されず、ファーネスブラック、アセチレンブラック、サーマルブラック、チャンネルブラック等が挙げられる。より詳細には、例えば、ＳＡＦ級（Ｎ１００番台）、ＩＳＡＦ級（Ｎ２００番台）、ＨＡＦ級（Ｎ３００番台）、ＦＥＦ級（Ｎ５００番台）、ＧＰＦ級（Ｎ６００番台）（ともにＡＳＴＭグレード）などの各種ファーネスブラックを用いてもよい。

【0018】

カーボンブラックの配合量は、特に限定されず、例えば、ゴムポリマー１００質量部に対して１０～１５０質量部でもよく、２０～１００質量部でもよく、３０～８０質量部でもよい。

【0019】

ゴム組成物に配合される加硫剤としては、硫黄が好ましく用いられ、例えば、粉末硫黄、沈降硫黄、コロイド硫黄、不溶性硫黄、高分散性硫黄などが挙げられる。加硫剤の配合量は、特に限定されず、例えば、ゴムポリマー１００質量部に対して０．１～１０質量部でもよく、０．３～５質量部でもよく、０．５～３質量部でもよい。

【0020】

ゴム組成物には、上記成分以外の他、通常ゴム工業で使用される各種配合剤を任意成分として配合してもよい。そのような配合剤としては、例えば、オイル等の軟化剤、可塑剤、老化防止剤、亜鉛華、ステアリン酸、ワックス、加硫促進剤などが挙げられる。

【0021】

ゴム組成物は、バンバリーミキサーなどの混合機を用いて各成分を常法に従い混練することにより作製することができ、該ゴム組成物を常法に従い加熱して加硫することにより加硫ゴム組成物が得られる。

【0022】

測定対象としてのゴム組成物の形状は、特に限定されず、例えばシート状のものを用いることができる。一実施形態として、測定対象としては、シート状に加硫成形したゴムシートを用いてもよい。

【0023】

本実施形態では、工程１において、ゴム組成物に対して原子間力顕微鏡のフォースカーブ測定を行う。原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）は、走査型プローブ顕微鏡の１種であり、試料と探針の原子間に働く力を検出する顕微鏡である。探針はカンチレバー（片持ちバネ）の先端に取り付けられており、試料と探針との間の距離を変えながら、カンチレバーに働く力（撓み量）を測定して、両者の関係をプロットした曲線であるフォースカーブを得る。このフォースカーブを解析することにより、試料表面に対する探針による押込み深さ、試料表面の弾性率および凝着エネルギーを求めることができる。このようにフォースカーブ測定により押込み深さ、弾性率及び凝着エネルギーを求めること自体は公知であり、かかる公知の方法を用いて行うことができる。

【0024】

フォースカーブからこれらの特性値を算出する方法としては、例えば、ＪＫＲ（Johnson-Kendall-Roberts）理論によりフォースカーブをフィッティングして弾性率を算出する方法が挙げられる。ＪＫＲ理論では、カンチレバーにかかる力Ｆと試料変形量（押込み深さ）δは、凝着エネルギーをｗとして、下記式（１）及び式（２）で表される。

【数1】

【0025】

ここで、ａは探針と試料の接触線の半径、Ｒは探針先端の曲率半径、Ｋは弾性係数を表す。フォースカーブ測定により得られたＦ－δ曲線と、式（１）及び（２）を用いたフィッティングにより、押込み深さδ、弾性率Ｅ（＝Ｆ／δ）、及び凝着エネルギーｗを求めることができる。

【0026】

より詳細には、試料表面の所定範囲内でスキャンすることにより、フォースカーブの取得を当該所定範囲内の多数の点で行い、それぞれのフォースカーブから各点での押込み深さ、弾性率及び凝着エネルギーを求める。これにより、当該所定範囲についての画像、例えば、押込み深さに関する画像である押込み深さ像（図２参照）、弾性率に関する画像である弾性率像（図３参照）、及び凝着エネルギーに関する画像である凝着エネルギー像（図４参照）を取得することができる。ここで、図３に示す弾性率像において、弾性率はｌｏｇ弾性率、即ちｌｏｇ_１０Ｅである。

【0027】

次いで、工程２において、フォースカーブ測定の押込み深さに基づいてバウンドラバー成分を抽出する。ＡＦＭのフォースカーブ測定では試料表面の硬さに応じてカンチレバーによる押込み深さが変化し、押込み深さはフィラー成分、バウンドラバー成分、マトリックスゴム成分の順に大きくなる。そのため、押込み深さによってバウンドラバー成分を抽出することができる。

【0028】

フォースカーブ測定により得られる画像において、押込み深さが小さい部分はフィラー成分であり、押込み深さが大きい部分はマトリックスゴム成分であり、その間がバウンドラバー成分である。フィラー成分とは、充填剤であるカーボンブラックに相当する成分である。マトリックスゴム成分とは、フィラー成分を除く部分のうち、バウンドラバー成分に相当する弾性率が高く、従って押込み深さが小さい部分を除く成分である。

【0029】

一実施形態において、工程２は、フォースカーブ測定により取得した押込み深さ像におけるフィラー成分を導出すること（工程２－１）、該押込み深さ像におけるマトリックスゴム成分を導出すること（工程２－２）、及び、導出したフィラー成分及びマトリックスゴム成分に基づいてバウンドラバー成分を抽出すること（工程２－３）、を含むことが好ましい。

【0030】

工程２－１では、例えば、ゴム組成物中に含まれるカーボンブラックの体積分率に基づいて押込み深さの小さい部分をフィラー成分として特定し、押込み深さ像において該フィラー成分をマスクする。すなわち、押込み量が少ない部分から順にカーボンブラックの体積分率に相当する比率に至るまでの部分をフィラー成分として除く。なお、カーボンブラックの体積分率は、ゴム組成物に含まれるカーボンブラックの含有量から算出することができる。

【0031】

図１はこれを模式的に示したものであり、フォースカーブ測定により取得した押込み深さ像（図１（Ａ））において、押込み深さが小さい部分として特定したフィラー成分１２を図１（Ｂ）に示すようにマスクする。図１においてマスクした部分は白抜きで示す。

【0032】

工程２－２では、例えば、フォースカーブ測定により得られる弾性率ヒストグラムにおいて低弾性率側のピークを正規分布でフィッティングすることにより、押込み深さ像におけるマトリックスゴム成分を特定する。詳細には、工程２－１で得られたフィラー成分をマスクした押込み深さ像（図１（Ｂ））において、更に押し込み深さが小さい部分を順次マスクしていくと、ある時点で、マスクした部分を除いた弾性率ヒストグラムが正規分布として残る部分が出てくる。この部分を、図１（Ｃ）に示すようにマトリックスゴム成分１４として特定する。すなわち、図１（Ｃ）に示す押込み深さ像は、マトリックスゴム成分１４のみが残り、その他の成分がマスクされた画像である。

【0033】

弾性率ヒストグラムとしては、ｌｏｇ弾性率のヒストグラムを用いることができ、例えば、マスクしていない残部の弾性率ヒストグラムを正規分布の形に近づけるように、押込み深さが小さい部分から順次マスクすることで、マトリックスゴム成分を特定してもよい。すなわち、マスクしていない残部の弾性率ヒストグラムがピークトップを挟んで対称となるように、押込み深さが小さい部分を順次マスクしていき、最も対称な形になったときに正規分布になったと判定し、その際のマスクしていない残部をマトリックスゴム成分として特定してもよい。

【0034】

工程２－３では、工程２－１及び２－２で特定したフィラー成分及びマトリックスゴム成分に基づいてバウンドラバー成分を抽出する。例えば、上記押込み深さ像からフィラー成分とマトリックスゴム成分を除くことでバウンドラバー成分を抽出してもよい。すなわち、図１（Ａ）に示す押込み深さ像から、工程２－１で求めたフィラー成分１２と工程２－２で求めたマトリックスゴム成分１４をマスクする。これにより、図１（Ｄ）に示すように、バウンドラバー成分１６のみが残った押込み深さ像が得られる。

【0035】

なお、次工程である工程３では凝着エネルギーのヒストグラムを用いるので、フォースカーブ測定により取得した凝着エネルギー像を用いて、バウンドラバー成分のみが残った凝着エネルギー像を直接取得してもよい。すなわち、上記で特定した押込み深さ像におけるフィラー成分とマトリックスゴム成分に相当する部分を、凝着エネルギー像においてマスクして除くことにより、バウンドラバー成分を抽出してもよい。

【0036】

次いで、工程３において、バウンドラバー成分の凝着エネルギーに基づいてバウンドラバー成分をＧＨ相とＳＨ相とに分ける。ＧＨ相は、カーボンブラック粒子のまわりを取り巻くガラス状態の分子鎖層であり、ＧＨ相内の分子鎖はカーボンブラック表面に固着されている。ＳＨ相とは、ＧＨ相のまわりを取り巻く分子鎖層であり、ＳＨ相内の分子鎖は一方でＧＨ相に結合され、もう一方で周囲のマトリックスゴムに連結されていると考えられている。

【0037】

ＧＨ相は、ガラス転移点が高くガラス状態にあるため、凝着エネルギーが小さい。一方、ＳＨ相は、ＧＨ相に比べて運動性が高いので、凝着エネルギーが大きい。そのため、バウンドラバー成分は、凝着エネルギーによりＧＨ相とＳＨ相との２成分に分離することができる。

【0038】

詳細には、工程３では、工程２で抽出したバウンドラバー成分について、その凝着エネルギーのヒストグラムをピークフィッティングすることにより、バウンドラバー成分をＧＨ相とＳＨ相とに分離する。

【0039】

バウンドラバー成分の凝着エネルギーのヒストグラムは、フォースカーブ測定により得られた凝着エネルギー像から、押込み深さ像において特定したフィラー成分とマトリックスゴム成分に相当する部分を除去し、これによりバウンドラバー成分のみの凝着エネルギー像を得ることにより、取得することができる。その際、バウンドラバー成分のみが残った押込み深さ像を求めてから、それに対応する凝着エネルギー像を得てもよく、あるいはまた、工程２－３で述べたようにバウンドラバー成分のみが残った凝着エネルギー像を直接取得してもよい。

【0040】

このようにして得られたバウンドラバー成分についての凝着エネルギーのヒストグラムを用いて、ＧＨ相とＳＨ相との２つのピークをそれぞれ正規分布としてフィッティング（曲線あてはめ）を行う。これにより、凝着エネルギーが小さいピークをＧＨ相とし、凝着エネルギーが大きいピークをＳＨ相として、２成分に分離することができる。ＧＨ成分とＳＨ成分とにピークフィッティングする際には、例えばガウス関数を用いてフィッティングしてもよい。

【0041】

このようにバウンドラバー成分をＧＨ成分とＳＨ成分とに分離した後、例えば、それぞれのピーク面積からＧＨ成分とＳＨ成分の比を算出してもよい。また、工程２でバウンドラバー成分を抽出することにより、ゴム組成物中におけるバウンドラバー成分の比率を求めることができるので、このバウンドラバー成分の比率と、上記ＧＨ成分とＳＨ成分の比とに基づいて、ゴム組成物中におけるＧＨ成分の比率とＳＨ成分の比率をそれぞれ算出してもよい。

【0042】

本実施形態によれば、このようにバウンドラバーのＧＨ成分とＳＨ成分を定量化することができる。バウンドラバーのＧＨ成分とＳＨ成分はカーボンブラックによる補強性に影響を与えるため、両成分を定量化することでゴム組成物の材料設計に役立てることができる。例えば、カーボンブラックの種類や配合量、混練時間の決定に役立てることができる。また、ＧＨ成分とＳＨ成分を特定することによりＦＥＭ解析の精度向上にも繋がる。

【実施例0043】

以下、本発明の実施例を示すが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

【0044】

［測定試料の調製］
下記表１に示す配合（質量部）に従って、測定試料としての加硫ゴムを調製した。詳細には、（株）ダイハン製ラボミキサー（３００ｃｃ）を用いて、ゴムポリマーを３０秒間素練りした後、カーボンブラック、酸化亜鉛、ステアリン酸を投入し、９０秒もしくは１８０秒混練を行い、一度排出した。次に、排出された混合物に硫黄と加硫促進剤を投入し、６０秒混練し排出した。得られた未加硫ゴム組成物を２本ロールを用いて、２ｍｍ厚にシーティングを行った後、１６０℃で２０分間加硫プレスを行うことにより、測定試料としての加硫ゴムを得た。

【0045】

表１中の各配合剤の詳細は以下のとおりである。
・ＳＢＲ：スチレンブタジエンゴム、旭化成（株）製「タフデン２０００」
・ＨＡＦ：カーボンブラックＨＡＦ、Ｎ３３９、東海カーボン（株）製「シーストＫＨ」
・ＳＡＦ：カーボンブラックＳＡＦ、東海カーボン（株）製「シースト９」
・酸化亜鉛：三井金属鉱業（株）製「亜鉛華３号」
・ステアリン酸：花王（株）製「ルナックＳ－２０」
・硫黄：鶴見化学工業（株）製「粉末硫黄」
・加硫促進剤：住友化学（株）製「ソクシノールＣＺ」

【0046】

［ＡＦＭによる画像の取得］
実施例１～３の加硫ゴムについてＡＦＭ測定を行った。原子間力顕微鏡としてブルカー社製「Dimension Icon」を使用し、カンチレバーとしてオリンパス製「ＯＭＣＬ－ＡＣ２４０ＴＳ－Ｒ３」(ばね定位数：１．７Ｎ／ｍ)を使用した。測定範囲は３μｍ×３μｍ四方、測定点数は１２８点×１２８点の合計１６３８４点として、各点でフォースカーブを測定した（測定周波数：１０Ｈｚ）。

【0047】

フォースカーブにより得られたＦ－δ曲線をＪＫＲ理論によりフィッティングして、上記測定範囲の各点について押込み深さδ、弾性率Ｅ（＝Ｆ／δ）、及び凝着エネルギーｗを算出し、これにより、該測定範囲についての押込み深さ像と弾性率像と凝着エネルギー像を取得した。一例として、実施例２についての押込み深さ像と弾性率像と凝着エネルギー像をそれぞれ図２～４に示す。

【0048】

［バウンドラバー成分の抽出］
（１） ゴム組成物の配合量から各配合剤の比重を用いて充填剤としてのカーボンブラックの体積分率を求めた（表１参照）。そして、押込み深さ像において、カーボンブラックの体積分率に基づいて押込み深さの小さい部分をフィラー成分として特定してその部分をマスクした。

【0049】

図５は、その一例として、実施例２について、フィラー成分をマスクした押込み深さ像を示す。マスク部分は黒色で示している。なお、図示しないが、弾性率像及び凝着エネルギー像について、押込み深さ像においてマスクしたフィラー成分に相当する部分を同様にマスクすることにより、フィラー成分をマスクした弾性率像及び凝着エネルギー像を取得した。

【0050】

（２） 次いで、フィラー成分をマスクした押込み深さ像において、更に押し込み深さが小さい部分を順次マスクしながら、マスクしていない部分についてのｌｏｇ弾性率のヒストグラムがピークトップを挟んで対称な形になっているかどうかをみた。そして、マスクしていない残部の弾性率ヒストグラムがピークトップを挟んで最も対称な形になったときに、当該残部の弾性率ヒストグラムが正規分布になったと判断し、マスクされずに残った部分をマトリックスゴム成分として特定した。

【0051】

図６は、その一例として、実施例２について、マトリックスゴム成分のみを残してその他の部分（即ち、フィラー成分とバウンドラバー成分）をマスクした押込み深さ像を示す。マスク部分は黒色で示している。なお、図示しないが、弾性率像及び凝着エネルギー像について、押込み深さ像においてマスクしたフィラー成分及びバウンドラバー成分に相当する部分を同様にマスクすることにより、マトリックスゴム成分のみを残してその他の部分をマスクした弾性率像及び凝着エネルギー像を取得した。

【0052】

（３） 次いで、押込み深さ像からフィラー成分とマトリックスゴム成分を除くことでバウンドラバー成分を抽出した。図７は、その一例として、実施例２について、図２に示す押込み深さ像から、上記（１）で求めたフィラー成分と、上記（２）で求めたマトリックスゴム成分をマスクした画像、即ちバウンドラバー成分のみを残した押込み深さ像を示す。マスク部分は黒色で示している。

【0053】

また、凝着エネルギー像から上記で特定したフィラー成分とマトリックスゴム成分に相当する部分を除くことにより、凝着エネルギー像においてバウンドラバー成分を抽出した。図８は、その一例として、実施例２について、図４に示す凝着エネルギー像から、図５に示すフィラー成分に相当する部分と、図６に示すマトリックスゴム成分に相当する部分をマスクした画像、即ちバウンドラバー成分のみを残した凝着エネルギー像を示す。マスク部分は黒色で示している。なお、図示しないが、弾性率像について、押込み深さ像においてマスクしたフィラー成分およびマトリックスゴム成分に相当する部分を同様にマスクすることにより、バウンドラバー成分のみを残してその他の部分をマスクした弾性率像を取得した。

【0054】

図９は、実施例２についてのｌｏｇ弾性率のヒストグラムである。図示されるように、弾性率ヒストグラムは、高弾性率のフィラー成分と、低弾性率のマトリックスゴム成分と、その間のバウンドラバー成分とに分割されており、マトリックスゴム成分は正規分布を示している。

【0055】

［バウンドラバー成分の分割］
上記のようにバウンドラバー成分を抽出した後、該バウンドラバー成分についての凝着エネルギーのヒストグラムをピークフィッティングすることにより、バウンドラバー成分をＧＨ相とＳＨ相とに分離した。ピークフィッティングは、ＷａｖｅＭｅｔｒｉｃｓ社のソフトウェア「Ｉｇｏｒ Ｐｒｏ６．３３Ｊ」の「Ｍｕｌｔｉｐｅａｋ Ｆｉｔｔｉｎｇ２」を用いて行い、ＧＨ相とＳＨ相との２つのピークをそれぞれ正規分布としてフィッティングした。フィッティングには次式のガウス関数を用いて、上記ソフトウェアにより、ＧＨ相とＳＨ相の各ピークに対して、それぞれガウス関数による当てはめによりａ，ｂ，ｃを自動計算した。
ｙ＝ａ・ｅｘｐ｛－（ｘ－ｂ）^２／ｃ^２｝

【0056】

図１０は、一例として、実施例２についての凝着エネルギーのヒストグラムを示したものであり、全体のヒストグラムとともにフィラー成分とマトリックスゴム成分とバウンドラバー成分についての凝着エネルギーのヒストグラムをそれぞれ示している。このうちのバウンドラバーのヒストグラムを用いてピークフィッティングを行った。

【0057】

図１１（Ａ）は、実施例１におけるバウンドラバー成分の凝着エネルギーのヒストグラムである。これをＧＨ相とＳＨ相との２つのピークに分離するようにピークフィッティングすることにより、図１１（Ｂ）に示すように、凝着エネルギーが小さいピーク（ｐｅａｋ０）を持つＧＨ相と、凝着エネルギーが大きいピーク（ｐｅａｋ１）を持つＳＨ相とに分割された。

【0058】

図１２（Ａ）及び図１３（Ａ）は、それぞれ実施例２及び実施例３におけるバウンドラバー成分の凝着エネルギーのヒストグラムである。実施例１と同様、ピークフィッティングにより、図１２（Ｂ）及び図１３（Ｂ）に示すように、凝着エネルギーが小さいピーク（ｐｅａｋ０）を持つＧＨ相と、凝着エネルギーが大きいピーク（ｐｅａｋ１）を持つＳＨ相とに分割された。

【0059】

このようにしてＧＨ相とＳＨ相との２成分に分割した後、それぞれのピーク面積よりＧＨ相とＳＨ相の比率を算出した。結果を下記表１に示す。

【0060】

【表1】

【0061】

表１に示すように、小粒径カーボンブラックのＳＡＦを用いた実施例１では、大粒径カーボンブラックのＨＡＦを用いた実施例２，３と比べて、バウンドラバー中のＧＨ相の比率が高くなっている。一般にカーボンブラックが小粒径であるほど、同じ配合量で比較した場合、カーボンブラックとゴムポリマーとの総接触面積は大きくなるため、ＧＨ相の比率は高くなると考えられ、実施例１～３の傾向と整合していた。

【0062】

また、同一配合で混練時間を変えた実施例２と実施例３とでは、混練時間が長い実施例３の方がバウンドラバー中のＧＨ相の比率が高くなっている。一般に混練時間が長いほど、練り込み度が高くなりカーボンブラックとゴムポリマーとの結合が強くなるため、ＧＨ相の比率は高くなると考えられ、実施例２，３の傾向と整合していた。これらのことからも、本実施形態によれば、バウンドラバー成分をＧＨ相とＳＨ相に正しく分離できていることが分かる。

【符号の説明】

【0063】

１２…フィラー成分、１４…マトリックスゴム成分、１６…バウンドラバー成分

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】