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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-10-31
(45)【発行日】2023-11-09
(54)【発明の名称】ゴム組成物の製造方法および空気入りタイヤの製造方法
(51)【国際特許分類】
C08J 3/20 20060101AFI20231101BHJP
B60C 1/00 20060101ALI20231101BHJP
【ＦＩ】
C08J3/20 Z CEQ
B60C1/00 A
【請求項の数】
3
(21)【出願番号】P 2019234677
(22)【出願日】2019-12-25
(65)【公開番号】P2021102721
(43)【公開日】2021-07-15
【審査請求日】2022-10-13
(73)【特許権者】
【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】110000729
【氏名又は名称】弁理士法人ユニアス国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】谷口 翔
【審査官】加賀 直人
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１８－１２３１９３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－０１８８９０（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｃ０８Ｊ ３／２０
Ｂ６０Ｃ １／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
密閉式混練機が備える混練室内で、少なくともゴム成分、シリカおよびシランカップリング剤を含有するゴム組成物を混練する混練工程を有するゴム組成物の製造方法であって、前記密閉式混練機は、前記混練室の上方に位置し、内部に筒状の空間を有するネック部と、前記ネック部の筒状の空間内を上下に移動可能であり、前記ゴム組成物の混練時に、前記混練室内の前記ゴム組成物を上方から押付可能なラムと、を備えるものであり、
前記混練工程が、一定時間の間、前記ラムを非押付状態に保持しつつ、１５０～１７０℃に温度制御した状態で混練する工程であり、
前記混練室が、制御部によって回転速度の自動制御が可能な混練ロータを備え、内部の温度を検出して出力することが可能な混練室であり、
前記混練工程の前に、前記制御部に対して制御時間および目標温度に関する設定を行う準備工程を有し、
前記混練工程が、前記制御時間が経過するまでの間、前記混練室内の実測温度に関する情報および前記目標温度に基づき、前記制御部によって前記実測温度を前記目標温度とすためのＰＩＤ制御によって前記回転速度を自動制御しながら前記混練室内を混練するステップであることを特徴とするゴム組成物の製造方法。
【請求項2】
密閉式混練機が備える混練室内で、少なくともゴム成分、シリカおよびシランカップリング剤を含有するゴム組成物を混練する混練工程を有するゴム組成物の製造方法であって、前記密閉式混練機は、前記混練室の上方に位置し、内部に筒状の空間を有するネック部と、前記ネック部の筒状の空間内を上下に移動可能であり、前記ゴム組成物の混練時に、前記混練室内の前記ゴム組成物を上方から押付可能なラムと、を備えるものであり、
前記混練工程が、一定時間の間、前記ラムを非押付状態に保持しつつ、１５０～１７０℃に温度制御した状態で混練する工程であり、
前記混練工程が、シリカとシランカップリング剤とのカップリング反応が進行する下限温度未満に温度制御した状態で、少なくともゴム成分、前記シリカおよび前記シランカップリング剤を含有するゴム組成物を混練する第１ステップと、
前記カップリング反応が進行する下限温度以上に温度制御した状態で、前記カップリング反応を進行させつつ、前記ゴム組成物を混練する第２ステップと、を含み、
前記第２ステップが、一定時間の間、前記ラムを非押付状態に保持しつつ、所定の温度範囲内に温度制御した状態で混練するステップであり、
前記混練室が、制御部によって回転速度の自動制御が可能な混練ロータを備え、内部の温度を検出して出力することが可能な混練室であり、
前記混練工程の前に、前記制御部に対して制御時間および目標温度に関する設定を行う準備工程を有し、
前記混練工程が含む第１ステップおよび第２ステップのいずれもが、前記制御時間が経過するまでの間、前記混練室内の実測温度に関する情報および前記目標温度に基づき、前記制御部によって前記実測温度を前記目標温度とするためのＰＩＤ制御によって前記回転速度を自動制御しながら前記混練室内を混練するステップであることを特徴とするゴム組成物の製造方法。
【請求項3】
請求項１または２に記載のゴム組成物の製造方法によりゴム組成物を製造する材料工程と、前記材料工程で製造された前記ゴム組成物を用いて未加硫タイヤを製造する工程とを含む空気入りタイヤの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ゴム成分、シリカおよびシランカップリング剤を含有するゴム組成物を混練する工程を有するゴム組成物の製造方法、および該ゴム組成物を原料として得られる空気入りタイヤの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
近年、ゴム補強用充填剤として、カーボンブラックに代えてシリカが使用されるようになってきている。しかし、シリカはカーボンブラックに比べるとゴムに対する補強性が弱いため、この補強性を高めるべく、シリカをゴム成分に配合する際にシランカップリング剤を添加するのが一般的である。シランカップリング剤を配合剤として添加することで、カップリング反応によってシランカップリング剤がシリカに固定化され、更にゴム成分がシランカップリング剤と反応するため、シリカのゴムへの分散性が向上して補強性が高まる。
【0003】
ところで、シリカとシランカップリング剤との反応を効率良く行わせるためには、ゴム成分、シリカおよびシランカップリング剤を含有するゴム組成物を特定の温度で長時間混練することが望ましい。低温環境下ではシリカとシランカップリング剤とのカップリング反応は起こりづらく、かといってあまりに高温になると、ゴムの架橋反応が起こり、粘度が急激に上昇してゲル化してしまう。
【0004】
ゴム成分、シリカ、およびシランカップリング剤を存在させた状態で密閉式混練機が備える混練室にて混練を行うと、ゴムの粘性流動による発熱、およびカップリング反応に伴う発熱に起因して、混練室内の温度が上昇する。このため、短時間のうちにゲル化される温度まで上昇してしまい、カップリング反応の時間を十分に取れないという問題がある。
【0005】
下記特許文献１には、密閉式混練機を用いてゴム成分、シリカおよびシランカップリング剤を混練する混練工程と、混練工程に引き続き、混練により得られたゴム塊を、密閉混練機下方の高温雰囲気下において所定時間保持して、ゴム塊に、シリカとシランカップリング剤との反応に必要な熱量を供給する保持工程とを有するゴム組成物の製造方法が記載されている。
【0006】
下記特許文献２には、ゴム成分、シリカおよびシランカップリング剤を投入して混練し、第一混練物を得る第一工程と、第一混練物を更に混練し、第二混練物を得る第二工程と、第二混練物および加硫薬品を投入して混練し、未加硫ゴム組成物を得る第三工程とを含み、第一工程において、１５０～１７０℃の範囲内で設定された反応温度を維持しながら、ゴム成分、シリカおよびシランカップリング剤を混練する反応処理を、特定の条件を満たすまで実施するタイヤ用ゴム組成物の製造方法が記載されている。
【0007】
下記特許文献３には、ゴム成分、シリカおよびシランカップリング剤を投入して混練し、第一混練物を得る第一工程と、第一混練物を更に混練し、第二混練物を得る第二工程と、第二混練物および加硫薬品を投入して混練し、未加硫ゴム組成物を得る第三工程とを含み、第一工程において、１１０～１３０℃の範囲内で設定された反応温度を維持しながら、ゴム成分、シリカおよびシランカップリング剤を混練する反応処理を、反応温度が１１０℃以上１２０℃未満の場合は９０秒以上、反応温度が１２０～１３０℃の場合は３０秒以上実施するタイヤ用ゴム組成物の製造方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【文献】特開２０１２－１８４２８９号公報
【文献】特開２０１８－７０７５３号公報
【文献】特開２０１８－１０４５８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
しかしながら、前記特許文献に記載の技術ではいずれも、ゴム組成物中でのシリカの分散性向上ために、さらにはゴム組成物の粘度低減のために、混練工程を複数回実施する必要がある。このため、ゴム組成物の製造工程全体で消費する電力消費が多くなる一方で、シリカの分散性に関し、さらなる向上の余地があることが判明した。
【0010】
本発明は上記課題解決を図るものであり、シリカの分散性に優れ、かつ製造工程全体で消費する電力消費の低減が可能なゴム組成物の製造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】
【0011】
上記課題は以下の構成により達成し得る。本発明は、密閉式混練機が備える混練室内で、少なくともゴム成分、シリカおよびシランカップリング剤を含有するゴム組成物を混練する混練工程を有するゴム組成物の製造方法であって、前記密閉式混練機は、前記混練室の上方に位置し、内部に筒状の空間を有するネック部と、前記ネック部の筒状の空間内を上下に移動可能であり、前記ゴム組成物の混練時に、前記混練室内の前記ゴム組成物を上方から押付可能なラムと、を備えるものであり、前記混練工程が、一定時間の間、前記ラムを非押付状態に保持しつつ、所定の温度範囲内に温度制御した状態で混練する工程であることを特徴とするゴム組成物の製造方法に関する。
【0012】
上記ゴム組成物の製造方法において、前記混練室が、制御部によって回転速度の自動制御が可能な混練ロータを備え、内部の温度を検出して出力することが可能な混練室であり、前記混練工程の前に、前記制御部に対して制御時間および目標温度に関する設定を行う準備工程を有し、前記混練工程が、前記制御時間が経過するまでの間、前記混練室内の実測温度に関する情報および前記目標温度に基づき、前記制御部によって前記実測温度を前記目標温度とするためのＰＩＤ制御によって前記回転速度を自動制御しながら前記混練室内を混練するステップであることが好ましい。
【0013】
上記ゴム組成物の製造方法において、前記混練工程が、シリカとシランカップリング剤とのカップリング反応が進行する下限温度未満に温度制御した状態で、少なくともゴム成分、前記シリカおよび前記シランカップリング剤を含有するゴム組成物を混練する第１ステップと、前記カップリング反応が進行する下限温度以上に温度制御した状態で、前記カップリング反応を進行させつつ、前記ゴム組成物を混練する第２ステップと、を含み、前記第２ステップが、一定時間の間、前記ラムを非押付状態に保持しつつ、所定の温度範囲内に温度制御した状態で混練するステップであることが好ましい。
【0014】
上記ゴム組成物の製造方法において、前記混練室が、制御部によって回転速度の自動制御が可能な混練ロータを備え、内部の温度を検出して出力することが可能な混練室であり、前記混練工程の前に、前記制御部に対して制御時間および目標温度に関する設定を行う準備工程を有し、前記混練工程が含む第１ステップおよび第２ステップのいずれもが、前記制御時間が経過するまでの間、前記混練室内の実測温度に関する情報および前記目標温度に基づき、前記制御部によって前記実測温度を前記目標温度とするためのＰＩＤ制御によって前記回転速度を自動制御しながら前記混練室内を混練するステップであることが好ましい。
【0015】
また、本発明は、前記いずれかに記載のゴム組成物の製造方法によりゴム組成物を製造する材料工程と、前記材料工程で製造された前記ゴム組成物を用いて未加硫タイヤを製造する工程とを含む空気入りタイヤの製造方法に関する。
【発明の効果】
【0016】
本発明に係るゴム組成物の製造方法では、一定時間の間、ラムをゴム組成物から非押付状態に保持しつつ、所定の温度範囲内に温度制御した状態で混練する混練工程を有する。かかる混練工程においては、ラムをゴム組成物から非押付状態、つまり混練室内の少なくとも一部が開放系となった状態でゴム組成物が混練されるため、水分などの揮発物を除去しつつ、新鮮な酸素を混入させた状態でゴム組成物を混練することができる。このため、ゴム組成物の粘度低減効果、さらにはシリカの分散効果に優れる。特に混練工程が、制御する温度域が異なる第１ステップおよび第２ステップとを含む場合であって、制御部によって混練室が備える混練ロータの回転速度がＰＩＤ制御による自動制御がなされる場合、各ステップにおいてそれぞれ、一定の時間にわたって、混練室内の温度を一定の範囲内に留めることができる。これにより、温度を維持しながら一定時間にわたって混練室内で混練することができるので、ある温度以上に達した段階でゴム配合物を排出していた従来の構成と比較して、シリカの分散性に優れたゴム配合物を製造することができる。さらに、混練工程の工数低減が可能となるため、製造工程全体で消費する電力消費の低減が可能となる。特に、最終的にゴム組成物に含有するシリカを、混練工程において一括投入する場合、混練工程の工数が大幅に低減可能となるため、製造工程全体で消費する電力消費の大幅な低減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【図1】本発明に係る製造方法において使用可能な密閉式混練機の一例である。
【発明を実施するための形態】
【0018】
本発明に係るゴム組成物の製造方法は、密閉式混練機が備える混練室内で、少なくともゴム成分、シリカおよびシランカップリング剤を含有するゴム組成物を混練する混練工程を有し、該混練工程が、一定時間の間、ラムを非押付状態に保持しつつ、所定の温度範囲内に温度制御した状態で混練する工程である点が特徴である。かかる温度制御は、制御する温度域が１段階である１ステップであってもよいが、本発明では特に混練工程が、制御する温度域が２段階であること、具体的には、以下の第１ステップおよび第２ステップを含む２ステップの混練工程を含むことが好ましい。
【0019】
［第１ステップ］
第１ステップにおいて、シリカとシランカップリング剤とのカップリング反応が進行する下限温度未満の状態で、少なくともゴム成分、シリカおよびシランカップリング剤を含有するゴム組成物を混練する。
第１ステップにおいて、シリカとシランカップリング剤とのカップリング反応が進行する下限温度未満の状態で、少なくともゴム成分、シリカおよびシランカップリング剤を含有するゴム組成物を混練する。
【0020】
ゴム成分としては、ジエン系ゴムを好適に使用可能である。ジエン系ゴムとしては、天然ゴム（ＮＲ）、ポリイソプレンゴム（ＩＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ポリブタジエンゴム（ＢＲ）、シンジオタクチック－１，２－ポリブタジエンを含有するブタジエンゴム（ＳＰＢ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、ニトリルゴム（ＮＢＲ）などが挙げられ、これらはそれぞれ単独で、または２種以上のブレンドとして用いることができる。これら例示したジエン系ゴムとしては、必要に応じて、末端を変性したもの（例えば、末端変性ＢＲや、末端変性ＳＢＲなど）、あるいは所望の特性を付与すべく改質したもの（例えば、改質ＮＲ）も使用可能である。この末端変性ジエン系ゴムとしては、各種変性剤でポリマー末端が変性されたジエン系ゴムを用いることができ、変性方法も公知の種々の方法を用いることができる。具体的に、変性剤としては、スズ化合物、アミノベンゾフェノン化合物、イソシアネート化合物、ジグリシジルアミン化合物、環状イミン化合物、ハロゲン化アルコキシシラン化合物、グリシドキシプロピルメトキシシラン化合物、ネオジウム化合物、アルコキシシラン化合物、アミン化合物とアルコキシシラン化合物の併用などが挙げられる。合成ゴムの場合、その重合法や分子量などは特に制限されることはなく、ゴム組成物が使用される部位や用途により、ゴム種類とブレンド比率の組合せを適宜選択することができる。なお、ポリブタジエンゴム（ＢＲ）については、コバルト（Ｃｏ）触媒、ネオジム（Ｎｄ）触媒、ニッケル（Ｎｉ）触媒、チタン（Ｔｉ）触媒、リチウム（Ｌｉ）触媒を用いて合成したものに加えて、ＷＯ２００７－１２９６７０に記載のメタロセン錯体を含む重合触媒組成物を用いて合成したものも使用可能である。これらのジエン系ゴムの中でも、ＢＲおよび／またはＳＢＲの使用が好ましく、ＳＢＲの使用がより好ましく、アミンおよびアルコキシシランで変性された変性ＳＢＲの使用が特に好ましい。
【0021】
シリカとしては、通常のゴム補強に用いられる湿式シリカ、乾式シリカ、ゾル－ゲルシリカ、表面処理シリカなどが用いられる。なかでも、湿式シリカが好ましい。
【0022】
シランカップリング剤としては、分子中に硫黄を含むものであれば特に限定されず、ゴム組成物においてシリカとともに配合される各種のシランカップリング剤を用いることができる。例えば、ビス（３－トリエトキシシリルプロピル）テトラスルフィド（例えば、デグサ社製「Ｓｉ６９」）、ビス（３－トリエトキシシリルプロピル）ジスルフィド（例えば、デグサ社製「Ｓｉ７５」）、ビス（２－トリエトキシシリルエチル）テトラスルフィド、ビス（４－トリエキトシシリルブチル）ジスルフィド、ビス（３－トリメトキシシリルプロピル）テトラスルフィド、ビス（２－トリメトキシシリルエチル）ジスルフィドなどのスルフィドシラン、γ－メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ－メルカプトプロピルトリエトキシシラン、メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、メルカプトプロピルジメチルメトキシシラン、メルカプトエチルトリエトキシシランなどのメルカプトシラン、３－オクタノイルチオ－１－プロピルトリエトキシシラン、３－プロピオニルチオプロピルトリメトキシシランなどの保護化メルカプトシランが挙げられる。
【0023】
本発明に係るゴム組成物の製造方法では、混練工程が有する第１ステップ時点において、ゴム成分の全量を１００質量部としたとき、シリカの配合量が３０～１５０質量部であることが好ましい。従来は、ゴム組成物中のシリカの配合量をかかる範囲内に設定する場合、シリカの分散性向上のために、シリカを複数回に分けて混練する、あるいは一度混練したゴム組成物を再度混練する必要があったところ、本発明では第１ステップの段階で、シリカを高充填した状態、より好適には最終的にゴム組成物が含有するシリカを、混練工程において一括投入した状態で混練工程を実施することができる。しかも、後述する第２ステップを第１ステップに引き続き（ゴム組成物を排出することなく）実施することにより、ゴム組成物中のシリカを一括投入しつつ、シリカの分散性を向上し、かつ複数回の混練が不要となるため、混練工程における電力消費量の低減が可能となる。
【0024】
本発明に係るゴム組成物の製造方法では、混練工程におけるゴム組成物中のシリカの配合量は、ゴム成分の全量を１００質量部としたとき、３０～１５０質量部であり、８０～１３０質量部であることが好ましい。また、シランカップリング剤の配合量は、シリカ１００質量部に対して２～１５質量部であることが好ましく、より好ましくは６～１３質量部である。
【0025】
第１ステップにおいて、シリカとシランカップリング剤とのカップリング反応が進行する下限温度はシリカとシランカップリング剤との組み合わせにより適宜決まるものであるが、例えばカップリング反応によりスルフィド結合が形成される場合、カップリング反応が進行する下限温度は１３５～１４５℃の範囲内であり、より具体的にはおよそ１４０℃である。したがって、第１ステップにおいて、９０～１３０℃の範囲内で温度制御しつつゴム組成物を混練することが好ましく、１００～１２０℃の範囲内で温度制御しつつゴム組成物を混練することがより好ましい。かかる温度範囲内で温度制御する方法としては、例えばＰＩＤ制御方法が挙げられ、この点については後述する。
【0026】
混練工程が有する第１ステップにおいて、密閉式混練機が備える混練室の容量に対するゴム組成物の体積を示すフィルファクターが７０～８０％であることが好ましい。フィルファクターが７０％未満の状態で混練を実施しても、ゴム組成物の粘度が低く、温度上昇が進行し易くなる結果、温度制御が困難になる場合がある。一方、フィルファクターが８０％を超えると、ゴム組成物の混合が不十分となり、シリカの分散性が向上し難い場合がある。
【0027】
本発明において、フィルファクターは具体的に下記計算式により算出可能である。
［フィルファクター］＝（［ゴム組成物の体積］／［密閉式混練機が備える混練室の容量］）×１００
［フィルファクター］＝（［ゴム組成物の体積］／［密閉式混練機が備える混練室の容量］）×１００
【0028】
本発明に係るゴム組成物の製造方法は、フィルファクターが７０～８０％程度の高フィルファクター混合であっても、ゴム組成物中のシリカを一括投入しつつ、シリカの分散性を向上し、かつ複数回の混練が不要となるため、混練工程における電力消費量の低減が可能となる。
【0029】
［第２ステップ］
第２ステップでは、カップリング反応が進行する下限温度以上に温度制御した状態で、カップリング反応を進行させつつ、ゴム組成物を混練する。前記のとおり、例えばカップリング反応によりスルフィド結合が形成される場合、カップリング反応が進行する下限温度は１３５～１４５℃の範囲内であり、より具体的にはおよそ１４０℃であることから、第２ステップにおいて、１４０～１７０℃の範囲内で温度制御しつつゴム組成物を混練することが好ましく、１４５～１６５℃の範囲内で温度制御しつつゴム組成物を混練することがより好ましい。かかる温度範囲内で温度制御する方法としても、第１ステップと同様、例えばＰＩＤ制御方法が挙げられる。
第２ステップでは、カップリング反応が進行する下限温度以上に温度制御した状態で、カップリング反応を進行させつつ、ゴム組成物を混練する。前記のとおり、例えばカップリング反応によりスルフィド結合が形成される場合、カップリング反応が進行する下限温度は１３５～１４５℃の範囲内であり、より具体的にはおよそ１４０℃であることから、第２ステップにおいて、１４０～１７０℃の範囲内で温度制御しつつゴム組成物を混練することが好ましく、１４５～１６５℃の範囲内で温度制御しつつゴム組成物を混練することがより好ましい。かかる温度範囲内で温度制御する方法としても、第１ステップと同様、例えばＰＩＤ制御方法が挙げられる。
【0030】
本発明では、第１ステップに引き続き（ゴム組成物を排出することなく）第１ステップを実施するため、第２ステップにおける、ゴム成分に対するシリカの配合割合およびフィルファクターは第１ステップと同じである。
【0031】
本発明においては、混練工程が、一定時間の間、ラムを非押付状態に保持しつつ、所定の温度範囲内に温度制御した状態で混練する工程である点が特徴である。混練工程が第１ステップおよび第２ステップを含む２ステップを含む場合、第２ステップが、一定時間の間、ラムを非押付状態に保持しつつ、所定の温度範囲内に温度制御した状態で混練するステップであることが好ましい。この点については後述する。
【0032】
本発明においては、第１ステップおよび第２ステップの両方において、好適にはＰＩＤ制御方法を利用することができる。具体的には、以下の製造方法；
混練室が、制御部によって回転速度の自動制御が可能な混練ロータを備え、内部の温度を検出して出力することが可能な混練室であり、混練工程の前に、制御部に対して制御時間および目標温度に関する設定を行う準備工程を有し、混練工程が含む第１ステップおよび第２ステップのいずれもが、制御時間が経過するまでの間、混練室内の実測温度に関する情報および目標温度に基づき、制御部によって実測温度を目標温度とするためのＰＩＤ制御によって回転速度を自動制御しながら混練室内を混練するステップであるゴム組成物の製造方法、を好適に実施することができる。
混練室が、制御部によって回転速度の自動制御が可能な混練ロータを備え、内部の温度を検出して出力することが可能な混練室であり、混練工程の前に、制御部に対して制御時間および目標温度に関する設定を行う準備工程を有し、混練工程が含む第１ステップおよび第２ステップのいずれもが、制御時間が経過するまでの間、混練室内の実測温度に関する情報および目標温度に基づき、制御部によって実測温度を目標温度とするためのＰＩＤ制御によって回転速度を自動制御しながら混練室内を混練するステップであるゴム組成物の製造方法、を好適に実施することができる。
【0033】
本発明に係るゴム組成物の製造方法は、例えば密閉式混練機を使用することができる。かかる密閉式混練機としては、噛合式インターミックスタイプミキサー、接線式バンバリータイプミキサー、加圧式ニーダーなどが使用可能であるが、特に噛合式インターミックスタイプミキサーが好適である。
【0034】
図１に示す密閉式混練機１は、密閉式のミキサであり、ラム４の昇降に用いられるシリンダ２、少なくともゴム成分、シリカおよびシランカップリング剤を含有するゴム組成物を投入するための投入口３、ゴム組成物を混練するための混練室５、混練されたゴム組成物を排出するためのドロップドア７を備える。ラム４は、昇降によって混練室５内の圧力を調整するために配置されている。
【0035】
ラム４が下降しつつ混練室内のゴム組成物にラム４が押付けられた状態では（押付状態）、混練室内は密閉状態に保たれつつ、ゴム組成物が混練される。本発明においては混練工程が、一定時間の間、ラムが非押付状態に保持されつつ、所定の温度範囲内に温度制御した状態で混練される。つまり、混練工程の一定時間の間、ラム４を上昇させることで、混練室内５を開放された状態（非押付状態）に保持する。このため、ゴム組成物から水分などの揮発物が除去されつつ、新鮮な酸素が混入した状態でゴム組成物の混練が実施される。
【0036】
混練室５には、材料を混練するための一対の混練ロータ６が備えられ、この混練ロータ６はモータ（不図示）によって回転軸１２を中心に回転駆動される。また、混練室５には、同室内の温度を検出するための温度センサ１３が備えられている。この温度センサ１３は、例えばドロップドア７の内側に設置されるものとしても構わない。
【0037】
混練ロータ６を回転させるモータは、制御部１１からの制御信号に基づいて回転速度が調整される。制御部１１は、温度センサ１３から送られる混練室５内の温度情報に基づき、モータの回転速度の制御を行う。モータは制御部１１によって回転速度を自在に変化できる構成であれば良く、例えばインバータモータで構成される。
【0038】
より具体的には、モータの回転速度は、制御部１１の内部に設けられるＰＩＤ演算処理部によって、温度センサ１３が検出する混練室５内の実測温度Ｔｐと目標温度Ｔｓとの偏差から、比例（Ｐ）、積分（Ｉ）、及び微分（Ｄ）の演算の実行に基づくＰＩＤ制御を実行する。即ち、前記ＰＩＤ演算処理部は、温度センサ１３が検出する混練室５内の実測温度Ｔｐと目標温度Ｔｓとの差（偏差ｅ）に比例して制御量を算出する比例（Ｐ）動作、偏差ｅを時間軸方向に積分した積分値により制御量を算出する積分（Ｉ）動作、及び偏差ｅの変化の傾きすなわち微分値より制御量を算出する微分（Ｄ）動作によって得られる各制御量の合算値により、モータの回転速度を決定する。
【0039】
以下に、第１ステップおよび第２ステップを含む混練工程にＰＩＤ制御方法を利用したゴム組成物の製造方法の流れを示す。密閉式混練機１内に、ゴム成分、シリカ、およびシランカップリング剤が投入されると、第１ステップにおいて、予め準備工程で入力された目標温度Ｔｓ１および制御設定時間ｔｍ１の値に基づき、制御部１１によってモータへのＰＩＤ制御が開始される。即ち、制御部１１からの制御信号に基づきモータの回転速度が決定され、これによって混練ロータ６の回転速度が決定される。前記のとおり、第１ステップにおける目標温度Ｔｓ１は９０～１３０℃であり、制御設定時間ｔｍ１は１０～１５０秒であることが好ましく、４０～９０秒であることがより好ましい。
【0040】
ゴム成分、シリカ、およびシランカップリング剤の投入方法については、ゴム成分、シリカ、およびシランカップリング剤の各々を独立して密閉式混練機１内に投入する態様としても構わないし、ゴム成分およびシリカを投入した後、一定の混練処理を施した後にシランカップリング剤を投入する態様としても構わない。
【0041】
制御部１１は、制御開始時刻からの経過時間ｔが制御設定時間ｔｍ１以上になるまでの間、モータの回転速度に対するＰＩＤ制御を行う。具体的な制御内容については、上述したように、温度センサ１３から送られる混練室５内の実測温度Ｔｐと目標温度Ｔｓの偏差、偏差の積分値、偏差の微分値に基づき、回転速度を小刻みに変化させる。
【0042】
そして、制御時間ｔが制御設定時間ｔｍ１以上になった時点で、制御部１１はモータへのＰＩＤ制御を終了し、次いで第２ステップにおける目標温度Ｔｓ１になるまでゴム組成物の温度を上昇させる。以降は第１ステップと同様であり、第２ステップにおいて、予め入力された目標温度Ｔｓ２および制御設定時間ｔｍ２の値に基づき、制御部１１によってモータへのＰＩＤ制御が開始される。制御設定時間ｔｍ２としては、シリカとシランカップリング剤とのカップリング反応に必要な最低時間を超える時間とする。前記のとおり、第２ステップにおける目標温度Ｔｓ２は１４０～１７０℃であり、制御設定時間ｔｍ２は３０～３００秒であることが好ましい。
【0043】
第１ステップおよび第２ステップを含む混練工程にＰＩＤ制御方法を利用したゴム組成物の製造方法の場合、好適には第２ステップにおいて、一定時間の間、ラムを非押付状態に保持しつつ、所定の温度範囲内に温度制御した状態で混練することが好ましい。第２ステップにおいて、ラムを非押付状態に保持する時間は、５秒以上であることが好ましく、３０秒以上であることが好ましく、６０秒以上であることが好ましい。ただし、第２ステップの制御温度に到達した直後にラムを上昇させて非押付状態とすると、ゴム組成物の温度制御が不安定になる傾向があるため、第２ステップ開始直後ではなく、第２ステップの中間あるいは終盤に非押付状態とすることが好ましい。
【0044】
前記第１ステップおよび第２ステップを含む混練工程終了後、ドロップドア７よりゴム組成物を排出する。その後、冷却されたゴム組成物に硫黄および加硫促進剤などの加硫系配合剤を添加し、混練する工程を経てゴム組成物が製造される。
【0045】
本発明に係るゴム組成物の製造方法では、フィルファクターが７０～８０％程度の高フィルファクター混合であっても、ゴム組成物中のシリカを一括投入しつつ、混練工程における電力消費量を低減し、かつシリカの分散性に優れたゴム組成物を製造することができる。本発明に係る空気入りタイヤの製造方法は、前記ゴム組成物の製造方法によりゴム組成物を製造する材料工程と、材料工程で製造されたゴム組成物を用いて未加硫タイヤを製造する工程とを含む。本発明において製造された空気入りタイヤは、シリカの分散性に優れるため、ＷＥＴグリップ性能および転がり抵抗に優れる。以下に具体的な実施例を説明する。
【実施例】
【0046】
各実施例および比較例においては、以下の材料を使用した。
（材料）
・ＳＢＲ；商品名「ＳＢＲ１５０２」、ＪＳＲ社製
・変性Ｓ－ＳＢＲ；商品名「ＨＰＲ３５０」、ＪＳＲ社製
・シリカ；商品名「ニプシールＡＱ」、東ソー社製
・シランカップリング剤；商品名「Ｓｉ７５」、デグサ社製
・ステアリン酸；「ルナックＳ－２０」、花王社製
・カーボンブラック（Ｎ３３９）；商品名「シーストＫＨ」、東海カーボン社製
・オイル；商品名「プロセスＮＣ－１４０」、ＪＸ日鉱日石エネルギー社製
・酸化亜鉛；商品名「酸化亜鉛２種」、三井金属鉱業社製
・ワックス；商品名「ＯＺＯＡＣＥ３５５」、日本精鑞社製
・硫黄；商品名「５％油処理粉末硫黄」、鶴見化学工業社製
・加硫促進剤１；商品名「サンセラーＤＭ－Ｇ」、三新化学工業社製
・加硫促進剤２；商品名「ソクシールＣＺ」、住友化学社製
（材料）
・ＳＢＲ；商品名「ＳＢＲ１５０２」、ＪＳＲ社製
・変性Ｓ－ＳＢＲ；商品名「ＨＰＲ３５０」、ＪＳＲ社製
・シリカ；商品名「ニプシールＡＱ」、東ソー社製
・シランカップリング剤；商品名「Ｓｉ７５」、デグサ社製
・ステアリン酸；「ルナックＳ－２０」、花王社製
・カーボンブラック（Ｎ３３９）；商品名「シーストＫＨ」、東海カーボン社製
・オイル；商品名「プロセスＮＣ－１４０」、ＪＸ日鉱日石エネルギー社製
・酸化亜鉛；商品名「酸化亜鉛２種」、三井金属鉱業社製
・ワックス；商品名「ＯＺＯＡＣＥ３５５」、日本精鑞社製
・硫黄；商品名「５％油処理粉末硫黄」、鶴見化学工業社製
・加硫促進剤１；商品名「サンセラーＤＭ－Ｇ」、三新化学工業社製
・加硫促進剤２；商品名「ソクシールＣＺ」、住友化学社製
【0047】
比較例１
表１の「１ｓｔ」に記載の配合を密閉式混練機であるバンバリーミキサーに投入し、ＰＩＤ制御することなく混練工程を実施し、１６０℃になった段階でゴム組成物を排出した。混練工程の間、ラムの下降状態を維持しつつ（押付状態）、混練を実施した。その後、シリカの分散性向上および粘度低減を目的として、「１ｓｔ」で得られたゴム組成物をＰＩＤ制御することなくそのまま混練し、１６０℃になった段階でゴム組成物を排出する再練り工程を２回実施した。最後に、「Ｆｉｎａｌ」に記載の加硫系配合剤（硫黄および加硫促進剤）を追加し、ＰＩＤ制御することなく混練工程を実施し、１６０℃になった段階でゴム組成物を排出することにより、ゴム組成物を製造した。
表１の「１ｓｔ」に記載の配合を密閉式混練機であるバンバリーミキサーに投入し、ＰＩＤ制御することなく混練工程を実施し、１６０℃になった段階でゴム組成物を排出した。混練工程の間、ラムの下降状態を維持しつつ（押付状態）、混練を実施した。その後、シリカの分散性向上および粘度低減を目的として、「１ｓｔ」で得られたゴム組成物をＰＩＤ制御することなくそのまま混練し、１６０℃になった段階でゴム組成物を排出する再練り工程を２回実施した。最後に、「Ｆｉｎａｌ」に記載の加硫系配合剤（硫黄および加硫促進剤）を追加し、ＰＩＤ制御することなく混練工程を実施し、１６０℃になった段階でゴム組成物を排出することにより、ゴム組成物を製造した。
【0048】
得られたゴム組成物の消費エネルギー（電力量）、ムーニー粘度、さらに得られたゴム組成物を原料として製造した空気入りタイヤの湿潤路面性および低燃費性を表１に示す。
【0049】
［ゴム組成物の消費エネルギー（電力量）］
１ｓｔ～Ｆｉｎａｌ工程までに消費した電力量を、比較例１を１００として指数評価で表した。数値が低いほど、消費エネルギー（電力量）が小さいことを意味する。
１ｓｔ～Ｆｉｎａｌ工程までに消費した電力量を、比較例１を１００として指数評価で表した。数値が低いほど、消費エネルギー（電力量）が小さいことを意味する。
【0050】
［ムーニー粘度］
ＪＩＳ Ｋ６３００に準じて、１００℃でのムーニー粘度ＭＬ（１＋４）を測定し、比較例１を１００とした指数で表示した。指数が小さいほど粘度が低く、加工性に優れることを示す。
ＪＩＳ Ｋ６３００に準じて、１００℃でのムーニー粘度ＭＬ（１＋４）を測定し、比較例１を１００とした指数で表示した。指数が小さいほど粘度が低く、加工性に優れることを示す。
【0051】
［ＷＥＴグリップ性能］
２０５／６５Ｒ１５の試験用ラジアルタイヤを４本装着し、２～３ｍｍの水深で水をまいた路面上を走行、時速１００ｋｍにて摩擦係数を測定し、ウェットグリップ性能を評価した。比較例１を１００として指数表示し、指数が大きいほどウェットグリップ性能に優れることを示す。
２０５／６５Ｒ１５の試験用ラジアルタイヤを４本装着し、２～３ｍｍの水深で水をまいた路面上を走行、時速１００ｋｍにて摩擦係数を測定し、ウェットグリップ性能を評価した。比較例１を１００として指数表示し、指数が大きいほどウェットグリップ性能に優れることを示す。
【0052】
［転がり抵抗］
上記ウェットグリップ性能試験と同じ２０５／６５Ｒ１５試験用ラジアルタイヤを用い、ＪＩＳＤ４２３４：２００９に準拠し、リム（１５×６ＪＪ）、内圧（２３０ｋＰａ）、荷重（３．４３ｋＮ）、速度（８０ｋｍ／ｈ）で走行させたときの転がり抵抗を測定し、比較例１を１００とした時の指数で表示した。指数は小さいほうが良好である。
上記ウェットグリップ性能試験と同じ２０５／６５Ｒ１５試験用ラジアルタイヤを用い、ＪＩＳＤ４２３４：２００９に準拠し、リム（１５×６ＪＪ）、内圧（２３０ｋＰａ）、荷重（３．４３ｋＮ）、速度（８０ｋｍ／ｈ）で走行させたときの転がり抵抗を測定し、比較例１を１００とした時の指数で表示した。指数は小さいほうが良好である。
【0053】
比較例２
表１の「１ｓｔ」に記載の配合を密閉式混練機であるバンバリーミキサーに投入し、制御温度域を１段階（１ステップ）とするＰＩＤ制御を行いつつ混練工程を実施し、１６０℃になった段階でゴム組成物を排出した。混練工程の間、ラムの下降状態を維持しつつ（押付状態）、混練を実施した。その後、シリカの分散性向上および粘度低減を目的として、「１ｓｔ」で得られたゴム組成物をＰＩＤ制御することなくそのまま混練し、１６０℃になった段階でゴム組成物を排出する再練り工程を１回実施した。最後に、「Ｆｉｎａｌ」に記載の加硫系配合剤（硫黄および加硫促進剤）を追加し、ＰＩＤ制御することなく混練工程を実施し、１６０℃になった段階でゴム組成物を排出することにより、ゴム組成物を製造した。
表１の「１ｓｔ」に記載の配合を密閉式混練機であるバンバリーミキサーに投入し、制御温度域を１段階（１ステップ）とするＰＩＤ制御を行いつつ混練工程を実施し、１６０℃になった段階でゴム組成物を排出した。混練工程の間、ラムの下降状態を維持しつつ（押付状態）、混練を実施した。その後、シリカの分散性向上および粘度低減を目的として、「１ｓｔ」で得られたゴム組成物をＰＩＤ制御することなくそのまま混練し、１６０℃になった段階でゴム組成物を排出する再練り工程を１回実施した。最後に、「Ｆｉｎａｌ」に記載の加硫系配合剤（硫黄および加硫促進剤）を追加し、ＰＩＤ制御することなく混練工程を実施し、１６０℃になった段階でゴム組成物を排出することにより、ゴム組成物を製造した。
【0054】
実施例１
表１の「１ｓｔ」に記載の配合を密閉式混練機であるバンバリーミキサーに投入し、制御温度域を１段階（１ステップ）とするＰＩＤ制御を行いつつ混練工程を実施し、１６０℃になった段階でゴム組成物を排出した。ＰＩＤ制御の１２０秒のうち、終盤の６０秒間はラムを上昇させつつ（非押付状態）混練を実施した。その後、シリカの分散性向上および粘度低減を目的として、「１ｓｔ」で得られたゴム組成物をＰＩＤ制御することなくそのまま混練し、１６０℃になった段階でゴム組成物を排出する再練り工程を１回実施した。最後に、「Ｆｉｎａｌ」に記載の加硫系配合剤（硫黄および加硫促進剤）を追加し、ＰＩＤ制御することなく混練工程を実施し、１６０℃になった段階でゴム組成物を排出することにより、ゴム組成物を製造した。
表１の「１ｓｔ」に記載の配合を密閉式混練機であるバンバリーミキサーに投入し、制御温度域を１段階（１ステップ）とするＰＩＤ制御を行いつつ混練工程を実施し、１６０℃になった段階でゴム組成物を排出した。ＰＩＤ制御の１２０秒のうち、終盤の６０秒間はラムを上昇させつつ（非押付状態）混練を実施した。その後、シリカの分散性向上および粘度低減を目的として、「１ｓｔ」で得られたゴム組成物をＰＩＤ制御することなくそのまま混練し、１６０℃になった段階でゴム組成物を排出する再練り工程を１回実施した。最後に、「Ｆｉｎａｌ」に記載の加硫系配合剤（硫黄および加硫促進剤）を追加し、ＰＩＤ制御することなく混練工程を実施し、１６０℃になった段階でゴム組成物を排出することにより、ゴム組成物を製造した。
【0055】
実施例２
表１の「１ｓｔ」に記載の配合を密閉式混練機であるバンバリーミキサーに投入し、制御温度域を２段階（２ステップ）とするＰＩＤ制御を行いつつ混練工程を実施し、１６０℃になった段階でゴム組成物を排出した。混練工程の第２ステップにおける第２制御時間１２０秒のうち、終盤の６０秒間はラムを上昇させつつ（非押付状態）混練を実施した。その後、シリカの分散性向上および粘度低減を目的として、「１ｓｔ」で得られたゴム組成物をＰＩＤ制御することなくそのまま混練し、１６０℃になった段階でゴム組成物を排出する再練り工程を１回実施した。最後に、「Ｆｉｎａｌ」に記載の加硫系配合剤（硫黄および加硫促進剤）を追加し、ＰＩＤ制御することなく混練工程を実施し、１６０℃になった段階でゴム組成物を排出することにより、ゴム組成物を製造した。
表１の「１ｓｔ」に記載の配合を密閉式混練機であるバンバリーミキサーに投入し、制御温度域を２段階（２ステップ）とするＰＩＤ制御を行いつつ混練工程を実施し、１６０℃になった段階でゴム組成物を排出した。混練工程の第２ステップにおける第２制御時間１２０秒のうち、終盤の６０秒間はラムを上昇させつつ（非押付状態）混練を実施した。その後、シリカの分散性向上および粘度低減を目的として、「１ｓｔ」で得られたゴム組成物をＰＩＤ制御することなくそのまま混練し、１６０℃になった段階でゴム組成物を排出する再練り工程を１回実施した。最後に、「Ｆｉｎａｌ」に記載の加硫系配合剤（硫黄および加硫促進剤）を追加し、ＰＩＤ制御することなく混練工程を実施し、１６０℃になった段階でゴム組成物を排出することにより、ゴム組成物を製造した。
【0056】
実施例３
混練工程の第２ステップにおける第２制御時間１２０秒のうち、終盤の５秒間、ラムを上昇させつつ（非押付状態）混練を実施したこと以外は、実施例２と同様の方法によりゴム組成物を製造した。
混練工程の第２ステップにおける第２制御時間１２０秒のうち、終盤の５秒間、ラムを上昇させつつ（非押付状態）混練を実施したこと以外は、実施例２と同様の方法によりゴム組成物を製造した。
【0057】
実施例４
混練工程の第２ステップにおける第２制御時間１２０秒のうち、終盤の１００秒間、ラムを上昇させつつ（非押付状態）混練を実施したこと以外は、実施例２と同様の方法によりゴム組成物を製造した。
混練工程の第２ステップにおける第２制御時間１２０秒のうち、終盤の１００秒間、ラムを上昇させつつ（非押付状態）混練を実施したこと以外は、実施例２と同様の方法によりゴム組成物を製造した。
【0058】
実施例５
混練工程の第２ステップにおける第２制御時間１２０秒のうち、中間の６０秒間、ラムを上昇させつつ（非押付状態）混練を実施したこと（押付状態３０秒→非押付状態６０秒→押付状態３０秒）以外は、実施例２と同様の方法によりゴム組成物を製造した。
混練工程の第２ステップにおける第２制御時間１２０秒のうち、中間の６０秒間、ラムを上昇させつつ（非押付状態）混練を実施したこと（押付状態３０秒→非押付状態６０秒→押付状態３０秒）以外は、実施例２と同様の方法によりゴム組成物を製造した。
【0059】
実施例６
混練工程の第２ステップにおける第２制御時間１２０秒のうち、ラムの下降（押付状態）と上昇（非押付状態）とを繰り返し、非押付状態を合計６０秒間としつつ混練を実施したこと以外は、実施例２と同様の方法によりゴム組成物を製造した。
混練工程の第２ステップにおける第２制御時間１２０秒のうち、ラムの下降（押付状態）と上昇（非押付状態）とを繰り返し、非押付状態を合計６０秒間としつつ混練を実施したこと以外は、実施例２と同様の方法によりゴム組成物を製造した。
【0060】
比較例１～２、および実施例１～６で得られたゴム組成物をタイヤトレッドに適用し、試験用タイヤを作製し、ＷＥＴグリップ性能と転がり抵抗とを測定した。
【0061】
【表1】
【0062】
表１の結果から、実施例１～６で得られたゴム組成物はシリカの分散性に優れるため、該ゴム組成物を原料として得られたタイヤトレッドを備える空気入りタイヤはＷＥＴグリップ性能および転がり抵抗に優れることがわかる。
【図1】