JP2022097893A - ゴム組成物の製造方法およびタイヤの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】かみ合式密閉型混練機を使用する際に、高フィルファクター（たとえば、接線式密閉型混練機で採用されるフィルファクターと、実質的に同程度のフィルファクター）で混練りすることができるゴム組成物の製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】本発明のゴム組成物の製造方法は、かみ合式密閉型混練機１で、少なくともゴム、シリカおよびシランカップリング剤を混練りする工程を含み、その工程の序盤に、混練り温度の上昇を伴う混練りをおこなう第一段階を含み、第一段階では、ラム７の移動可能範囲のうち最下位置よりも上方の第一位置にラム７を維持した状態で混練りをおこない、第一段階では、ラム７が第一位置にあるときの有効ボリュームが、ラム７が最下位置にあるときの有効ボリューム１００％に対して１０５％～１２０％である。【選択図】 図１

Description

本発明は、ゴム組成物の製造方法およびタイヤの製造方法に関する。

シリカが分散したゴム組成物を作製するために、接線式密閉型混練機や、かみ合式密閉型混練機で、シリカやシランカップリング剤、ゴムなどを混練りすることが知られている。接線式密閉型混練機は、２本のローターの回転円がオーバーラップしないように設計されており、ローターとケーシングの壁面との間でせん断作用が働く。いっぽう、かみ合式密閉型混練機は、２本のローターの回転円が、オーバーラップするように設計されており、ローターとケーシングの壁面との間でせん断作用が働くだけでなく、ローター間でもせん断作用が働く。

混練り中は、せん断作用によって練り生地の温度、すなわち混練り温度が上昇するところ、温度が過度に高くなると、たとえばゲルが発生することがあるため、温度が過度に高くならないように混練りする必要がある（たとえば特許文献１参照）。

混練りのために使用される、かみ合式密閉型混練機は、一般に、接線式密閉型混練機に比べて冷却性能に優れているため、温度上昇を効果的に抑えることができる。

しかしながら、かみ合式密閉型混練機は、一般に、接線式密閉型混練機に比べて噛み込み性に劣る。すなわち、かみ合式密閉型混練機は、一般に、配合剤の取り込み効率が悪い。

特開２０２０－１００１１６号公報

仮に、取り込み効率を上げるために、フィルファクターを下げたとすると、材料（すなわち配合剤やゴム）の投入量が少なくなる。つまり生産性が落ちる。また、仮に、フィルファクターを下げなかったとすると、ラムの上に乗る配合剤やゴムの量が増え、その結果、配合剤の取り込み効率が悪くなる。

本発明は、かみ合式密閉型混練機を使用する際に、高フィルファクター（たとえば、接線式密閉型混練機で採用されるフィルファクターと、実質的に同程度のフィルファクター）で混練りすることができるゴム組成物の製造方法を提供することを目的とする。

この課題を解決するために、本発明のゴム組成物の製造方法は、
ケーシングと、前記ケーシング内で回転することが可能な少なくとも２本のローターと、前記ローターの上方に位置するネック部と、前記ネック部内の空間を上下に移動可能なラムとを備えるかみ合式密閉型混練機で、少なくともゴム、シリカおよびシランカップリング剤を混練りする工程を含み、
前記工程の序盤に、前記工程が、混練り温度の上昇を伴う混練りをおこなう第一段階を含み、
前記第一段階では、前記ラムの移動可能範囲のうち最下位置よりも上方の第一位置に前記ラムを維持した状態で混練りをおこない、
前記ラムが前記最下位置にあるときの、前記ラムと前記ケーシングとで囲まれた空間のボリュームを第一有効ボリュームとし、前記ラムが前記第一位置にあるときの、前記ラムと前記ケーシングとで囲まれた空間のボリュームを第二有効ボリュームとしたとき、前記第一段階では、前記第二有効ボリュームが、前記第一有効ボリューム１００％に対して１０５％～１２０％である。

本発明によれば、かみ合式密閉型混練機で混練りすることによって、ローター間で練り生地に、せん断変形や伸長変形を与えることができる。

しかも、本発明では、序盤の第一段階（すなわち、混練り温度の上昇を伴う混練りをおこなう段階）で第一位置（すなわち、最下位置よりも上方の位置）にラムを維持した状態で混練りをおこなうことによって、材料（すなわち配合剤やゴム）がラムの上に乗ることを防止できるため、高フィルファクター（たとえば、接線式密閉型混練機で採用されるフィルファクターと、実質的に同程度またはそれ以上のフィルファクター）で混練りすることができる。

しかも、本発明では、材料（すなわち配合剤やゴム）がラムの上に乗ることを防止できるため、配合剤の取り込み効率を向上することができる。つまり、Ｂｌａｃｋ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ Ｔｉｍｅ（以下、「ＢＩＴ」ということがある。）を短くすることができる。その結果、シリカ分散のための混練時間を確保できるため、シリカ分散を向上することができる。したがって、低発熱性や、湿潤路面での制動性（以下、「湿潤路面制動性」という。）を改善することができる。

しかも、本発明では、第二有効ボリューム（すなわち、ラムが第一位置にあるときの、ラムとケーシングとで囲まれた空間のボリューム）が、第一有効ボリューム（すなわち、ラムが最下位置にあるときの、ラムとケーシングとで囲まれた空間のボリューム）１００％に対して１０５％以上であることによって、材料（すなわち配合剤やゴム）がラムの上に乗ることを効果的に防止できるので、配合剤の取り込み効率をいっそう向上することができる。つまり、ＢＩＴをいっそう短くすることができる。

そのうえ、本発明では、第二有効ボリューム（すなわち、ラムが第一位置にあるときの空間のボリューム）が、第一有効ボリューム（すなわち、ラムが最下位置にあるときの空間のボリューム）１００％に対して１２０％以下であることによって、練り生地に、せん断を効果的にかけることができるため、第一段階（すなわち、混練り温度の上昇を伴う混練りをおこなう段階）で混練り温度を差支えなく上昇させることができる。

本発明のゴム組成物の製造方法は、次の構成を備えることが好ましい。
前記工程は、前記第一段階の後に、前記シリカおよび前記シランカップリング剤のカップリング反応が抑制されるように、前記混練り温度を制御しながら混練りをおこなう第二段階を含み、前記第二段階では、前記混練り温度を目標温度とするためにＰＩＤ制御で前記ローターの回転速度を制御し、
前記第二段階でも、前記第一位置に前記ラムを維持した状態で混練りをおこない、
前記第二段階でも、前記第二有効ボリュームが、前記第一有効ボリューム１００％に対して１０５％～１２０％である。

この構成によれば、カップリング反応が抑制されるように、混練り温度を制御しながら混練りをおこなうため、カップリング反応が活発にすすむ前に、シリカを効果的に分散させることができる。その結果、低発熱性や、湿潤路面での制動性（湿潤路面制動性）をいっそう改善することができる。

しかも、第二段階で第二有効ボリューム（すなわち、ラムが第一位置にあるときの空間のボリューム）が、第一有効ボリューム（すなわち、ラムが最下位置にあるときの空間のボリューム）１００％に対して１０５％以上であることによって、混練り温度を容易く維持することができる。これについて説明する。仮に、第二段階でラムが最下位置にあったとすると、せん断発熱が大きいため、温度上昇を招きやすい。これに対して、本発明では、第二有効ボリューム（すなわち、ラムが第一位置にあるときの空間のボリューム）が、第一有効ボリューム（すなわち、ラムが最下位置にあるときの空間のボリューム）１００％に対して１０５％以上であることによって、すなわち、ラムが適度に位置することによって、せん断発熱が過度に大きくなることを回避できるため、混練り温度を目標温度に容易く維持することができる。

そのうえ、第二段階で第二有効ボリューム（すなわち、ラムが第一位置にあるときの空間のボリューム）が、第一有効ボリューム（すなわち、ラムが最下位置にあるときの空間のボリューム）１００％に対して１２０％以下であることによって、混練り温度を差支えなく維持することができる。これについて説明する。仮に、第二段階でラムが過度に上方にあったとすると、せん断発熱が過度に小さくなる。これに対して、本発明では、第二有効ボリューム（すなわち、ラムが第一位置にあるときの空間のボリューム）が、第一有効ボリューム（すなわち、ラムが最下位置にあるときの空間のボリューム）１００％に対して１２０％以下であることによって、すなわち、ラムが適度に位置することによって、せん断発熱が過度に小さくなることを回避できるため、混練り温度を目標温度に差支えなく維持することができる。

本発明のタイヤの製造方法は、本発明のゴム組成物の製造方法でゴム組成物を作製する工程と、前記ゴム組成物を用いて未加硫タイヤを作製する工程とを含む。

本実施形態で使用することが可能な、かみ合式密閉型混練機の構成を示す概念図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。

なお、本明細書において、「第一」および「第二」などの概念はすべて、あるものをそれ以外のものと区別する目的のみにおいて記載されるものであり、相対的な順序や技術を示したり示唆したりするものではない。

＜１．かみ合式密閉型混練機＞
まず、本実施形態で使用することが可能な、かみ合式密閉型混練機について説明する。

図１に示すように、かみ合式密閉型混練機１は、ケーシング２と、ケーシング２内で回転することが可能な２本のローター３と、ローター３の上方に位置するネック部５と、ネック部５に設けられた投入口６と、ネック部５内の空間を上下に移動可能なラム７と、ケーシング２に設けられた排出口を塞ぐことが可能なドロップドア９とを備える。

ケーシング２の上面中央部には、開口部２ａが設けられている。開口部２ａの上方には、内部に筒状の空間を有するネック部５が設けられている。ネック部５の側面には、ゴムや配合剤を投入可能な投入口６が設けられている。投入口６は２つ以上設けられていてもよい。投入口６から投入されたゴムおよび配合剤は、ネック部５の筒状の空間内を通って、ケーシング２の開口部２ａからケーシング２内に投入される。

ラム７は、ケーシング２の開口部２ａを閉塞可能な形状をなす。ラム７は、その上端に連結されたシャフト８によって、ネック部５の筒状の空間を上下方向に移動することができる。ラム７は、その自重またはシャフト８からの押圧力によって、ケーシング２内に存在する練り生地を押付・加圧することができる。

ドロップドア９は開閉可能である。混練中、ドロップドア９が閉じている。すなわち、混練中、ドロップドア９が、ケーシング２に設けられた排出口を塞いでいる。混練終了後にはドロップドア９が開かれる。

ローター３を回転させるモーター（不図示）の回転速度は、制御部１１からの制御信号に基づいて調整される。制御部１１は、温度センサー１３から送られる混練室４内の温度情報（具体的には実測温度Ｔｐ）に基づき、モーターの回転速度の制御をおこなう。モーターは、制御部１１によって回転速度を自在に変化させることができる。モーターは、たとえばインバータモーターであることができる。

モーターの回転速度を決定するために、制御部１１の内部に設けられたＰＩＤ演算処理部は、温度センサー１３が検出する混練室４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）および微分（Ｄ）の演算をおこなう。具体的には、ＰＩＤ演算処理部は、実測温度Ｔｐおよび目標温度Ｔｓの差（偏差ｅ）に比例して制御量を算出する比例（Ｐ）動作と、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）動作と、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）動作とによって得られる各制御量の合算値により、モーターの回転速度を決定する。なお、ＰＩＤは、Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ Ｉｎｔｅｇｒａｌ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌの略である。

かみ合式密閉型混練機１は、２本のローター３が互いにかみ合うように設計されている。つまり、２本のローター３の回転円、厳密には、２本のローター３の最外部分が描く回転円が、オーバーラップするように設計されている。ここで、最外部分とは、ローター３の回転軸から最も遠い部分である。よって、かみ合式密閉型混練機１は、ローター３とケーシング２の壁面との間でせん断作用が働くだけでなく、ローター３の間でもせん断作用が働く。すなわち、ローター３とケーシング２の壁面との間で、練り生地に、せん断変形や伸長変形を与えることができるだけでなく、ローター３の間でも練り生地に、せん断変形や伸長変形を与えることができる。

＜２．ゴム組成物の製造方法の各工程＞
次に、本実施形態におけるゴム組成物の製造方法が含む工程のいくつかを説明する。

本実施形態におけるゴム組成物の製造方法は、ゴム混合物を作製するために、少なくともゴム、シリカおよびシランカップリング剤をかみ合式密閉型混練機１で混練りする工程（以下、「工程Ｓ１」という。）と、少なくともゴム混合物および加硫系配合剤を混練りしてゴム組成物を得る工程（以下、「工程Ｓ２」という。）とを含む。本実施形態によれば、工程Ｓ１にて、かみ合式密閉型混練機１で混練りすることによって、ローター３の間で練り生地に、せん断変形や伸長変形を与えることができる。よって、後述するように、ラム７の移動可能範囲のうち最下位置よりも上方の第一位置にラム７を維持した状態で混練りをおこなうことができる（仮に、接線式密閉型混練機を用いて、ラムの最下位置よりも上方の位置にラムを維持した状態で混練りをおこなったとすると、練り生地がローターの上に滞留するので、そのような状態で混練りをおこなうことは難しい）。これに加えて、練り生地を効果的に冷却することもできる。

＜２．１．工程Ｓ１（ゴム混合物を作製する工程）＞
工程Ｓ１は、混練り温度の上昇を伴う混練りをおこなう段階（以下、「第一段階」という。）と、シリカおよびシランカップリング剤のカップリング反応が抑制されるように混練り温度を制御しながら混練りをおこなう段階（以下、「第二段階」という。）と、混練り温度のさらなる上昇を伴う混練りをおこなう段階（以下、「第三段階」という。）と、カップリング反応がすすむように混練り温度を制御しながら混練りをおこなう段階（以下、「第四段階」という。）とを含む。

第一段階～第四段階は、一つの混練ステージを構成する。混練ステージは、かみ合式密閉型混練機１への材料の投入から排出までのサイクルである。よって、第一段階から第二段階への移行の際に、ゴム、シリカおよびシランカップリング剤といった材料は、かみ合式密閉型混練機１から排出されず、第二段階から第三段階への移行の際、および第三段階から第四段階への移行の際にも、材料は排出されない。

工程Ｓ１において、フィルファクターは６８％以上が好ましく、７０％以上がより好ましい。本実施形態によれば、後述するように、材料（すなわち配合剤やゴム）がラム７の上に乗ることを防止できるため、６８％以上といったフィルファクターで混練りすることができる。工程Ｓ１のフィルファクターは８０％以下が好ましく、７８％以下がより好ましい。８０％以下であると、シリカを容易に分散させることができる。

フィルファクターは、次の式で算出される。
フィルファクター＝（ゴム混合物の体積／第一有効ボリューム）×１００
この式において、ゴム混合物の体積とは、かみ合式密閉型混練機１から排出されるゴム混合物の体積である。第一有効ボリュームとは、後述するように、ラム７が最下位置にあるときの、ラム７とケーシング２とで囲まれた空間のボリュームである。この式において、ゴム混合物の体積と、第一有効ボリュームとの両者は、リットル（Ｌ）で表されることができる。

なお、工程Ｓ１では、掃除のために（たとえば、ラム７の上に乗った配合剤やゴムを落とすために）、任意のタイミングでラム７を上下動させてもよい。たとえば、第一段階から第二段階への移行の際に、ラム７を上下動させてもよく、第二段階から第三段階への移行の際に、ラム７を上下動させてもよく、第三段階から第四段階への移行の際に、ラム７を上下動させてもよい。任意の段階（たとえば第一段階）における任意のタイミングでラム７を上下動させてもよい。

＜２．１．１．第一段階（混練り温度の上昇を伴う混練りをおこなう段階）＞
第一段階では、少なくともゴム、シリカおよびシランカップリング剤をかみ合式密閉型混練機１に投入し、これらを混練りする。第一段階の混練りは、せん断発熱による混練り温度の上昇を伴う。

ゴムとして、たとえば、天然ゴム、ポリイソプレンゴム、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ポリブタジエンゴム（ＢＲ）、ニトリルゴム、クロロプレンゴムなどを挙げることができる。これらから、一つまたは任意の組み合わせを選択して、使用することができる。ゴムは、ジエン系ゴムであることが好ましい。

ゴムとして、変性ゴムを使用してもよい。変性ゴムとして、変性ＳＢＲ、変性ＢＲを挙げることができる。変性ゴムは、ヘテロ原子を含む官能基を有することができる。官能基は、ポリマー鎖の末端に導入されてもよく、ポリマー鎖中に導入されてもよいが、好ましくは末端に導入されることである。官能基としては、アミノ基、アルコキシル基、ヒドロキシル基、カルボキシル基、エポキシ基、シアノ基、ハロゲン基などが挙げられる。なかでも、アミノ基、アルコキシル基、ヒドロキシル基、カルボキシル基が好ましい。変性ゴムは、例示した官能基のうち少なくとも１種を有することができる。アミノ基としては、１級アミノ基、２級アミノ基、３級アミノ基などが挙げられる。アルコキシル基としては、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基などが挙げられる。例示した官能基は、シリカのシラノール基（Ｓｉ－ＯＨ）と相互作用する。ここで、相互作用とは、たとえば、シリカのシラノール基との間で化学反応による化学結合または水素結合することを意味する。第一段階で使用するゴム１００質量％中の変性ゴムの量は、１０質量％以上であってもよく、２０質量％以上であってもよく、３０質量％以上であってもよい。第一段階で使用するゴム１００質量％中の変性ゴムの量は、９０質量％以下であってもよく、８０質量％以下であってもよく、７０質量％以下であってもよい。

シリカとして、たとえば、湿式シリカ、乾式シリカを挙げることができる。なかでも、湿式シリカが好ましい。湿式シリカとして、沈降法シリカを挙げることができる。シリカの窒素吸着法による比表面積は、たとえば、８０ｍ^２／ｇ以上であってもよく、１２０ｍ^２／ｇ以上であってもよく、１４０ｍ^２／ｇ以上であってもよく、１６０ｍ^２／ｇ以上であってもよい。シリカの比表面積は、たとえば、３００ｍ^２／ｇ以下であってもよく、２８０ｍ^２／ｇ以下であってもよく、２６０ｍ^２／ｇ以下であってもよく、２５０ｍ^２／ｇ以下であってもよい。ここで、シリカの比表面積は、ＪＩＳ Ｋ－６４３０に記載の多点窒素吸着法（ＢＥＴ法）に準じて測定される。

第一段階において、シリカの量は、ゴム１００質量部に対して、好ましくは１０質量部以上、より好ましくは３０質量部以上、さらに好ましくは５０質量部以上、さらに好ましくは７０質量部以上、さらに好ましくは８０質量部以上である。シリカの量は、ゴム１００質量部に対して、好ましくは１５０質量部以下、より好ましくは１４０質量部以下、さらに好ましくは１３０質量部以下、さらに好ましくは１２０質量部以下である。

シランカップリング剤として、たとえば、ビス（３－トリエトキシシリルプロピル）テトラスルフィド、ビス（３－トリエトキシシリルプロピル）ジスルフィド、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を挙げることができる。これらから、一つまたは任意の組み合わせを選択して、使用することができる。

第一段階において、シランカップリング剤の量は、シリカ１００質量部に対して、好ましくは１質量部以上、より好ましくは３質量部以上、さらに好ましくは５質量部以上である。シランカップリング剤量の上限は、シリカ１００質量部に対して、たとえば２０質量部、１５質量部である。

第一段階では、ゴム、シリカおよびシランカップリング剤とともに、カーボンブラック、老化防止剤、ステアリン酸、ワックス、酸化亜鉛、オイルなどを混練りすることができる。これらから、一つまたは任意の組み合わせを選択して、使用することができる。

カーボンブラックとしては、たとえばＳＡＦ、ＩＳＡＦ、ＨＡＦ、ＦＥＦ、ＧＰＦなどのファーネスブラックのほか、アセチレンブラックやケッチェンブラックなどの導電性カーボンブラックを使用することができる。カーボンブラックは、そのハンドリング性を考慮して造粒された、造粒カーボンブラックであってもよく、未造粒カーボンブラックであってもよい。これらのうち一種または二種以上を使用することができる。

老化防止剤として、芳香族アミン系老化防止剤、アミン－ケトン系老化防止剤、モノフェノール系老化防止剤、ビスフェノール系老化防止剤、ポリフェノール系老化防止剤、ジチオカルバミン酸塩系老化防止剤、チオウレア系老化防止剤などを挙げることができる。老化防止剤は、これらから、一つまたは任意の組み合わせを選択して、使用することができる。

第一段階では、ラム７の移動可能範囲のうち最下位置よりも上方の第一位置にラム７を維持した状態で混練りをおこなう。これによって、材料（すなわち配合剤やゴム）がラム７の上に乗ることを防止できるため、高フィルファクター（たとえば、接線式密閉型混練機で採用されるフィルファクターと、実質的に同程度またはそれ以上のフィルファクター）で混練りすることができる。しかも、材料（すなわち配合剤やゴム）がラム７の上に乗ることを防止できるため、配合剤の取り込み効率を向上することができる。つまり、ＢＩＴを短くすることができる。その結果、シリカ分散のための混練時間を確保できるため、シリカ分散を向上することができる。したがって、低発熱性や、湿潤路面制動性を改善することができる。

ラム７が最下位置にあるときの、ラム７とケーシング２とで囲まれた空間のボリュームを第一有効ボリュームとし、ラム７が第一位置にあるときの、ラム７とケーシング２とで囲まれた空間のボリュームを第二有効ボリュームとしたとき、第一段階では、第二有効ボリュームが、第一有効ボリューム１００％に対して１０５％以上であり、好ましくは１０８％以上であり、より好ましくは１１０％以上であり、さらに好ましくは１１２％以上であり、さらに好ましくは１１４％以上である。１０５％以上であることによって、材料（すなわち配合剤やゴム）がラム７の上に乗ることを効果的に防止できるので、配合剤の取り込み効率をいっそう向上することができる。つまり、ＢＩＴをいっそう短くすることができる。

第一段階では、第二有効ボリュームが、第一有効ボリューム１００％に対して１２０％以下であり、好ましくは１１９％以下であり、より好ましくは１１８％以下である。１２０％以下であることによって、練り生地に、せん断を効果的にかけることができるため、第一段階（すなわち、混練り温度の上昇を伴う混練りをおこなう段階）で混練り温度を差支えなく上昇させることができる。

ここで、第一および第二の「有効ボリューム」とは、ラム７と、ケーシング２とで囲まれた空間のボリュームである。これらの有効ボリュームは、ラム７と、ケーシング２とで囲まれた空間のボリュームから、ローター３のボリュームが取り除かれた値ではない。

第一段階のフィルファクターの説明は、上述した工程Ｓ１のフィルファクターの説明と重複するため省略する。よって、工程Ｓ１のフィルファクターの説明を、第一段階のフィルファクターの説明としても扱うことができる。

＜２．１．２．第二段階（カップリング反応が抑制されるように混練りをおこなう段階）＞
第二段階では、カップリング反応（シリカおよびシランカップリング剤の反応）が抑制されるように、混練り温度を制御しながら混練りをおこなう。これによって、カップリング反応が活発にすすむ前に、シリカを効果的に分散させることができる。その結果、低発熱性や、湿潤路面での制動性（湿潤路面制動性）をいっそう改善することができる。

第二段階では、混練り温度が、一定に保持されるように混練りする。「混練り温度が、一定に保持される」とは、混練り温度が、一定の範囲内に保持されることを含む。第二段階では、具体的には、実測温度Ｔｐが、目標温度Ｔｓに保持されるように混練りする。このとき、実測温度Ｔｐが、目標温度Ｔｓのプラスマイナス５℃内に保持され得る。目標温度Ｔｓは、１４０℃未満であってもよく、１３８℃以下であってもよく、１３５℃以下であってもよく、１３２℃以下であってもよく、１３０℃以下であってもよい。目標温度Ｔｓは、１００℃以上が好ましく、１１０℃以上がより好ましく、１１５℃以上がさらに好ましく、１２０℃以上がさらに好ましい。これが低すぎると、シリカを分散させるために時間がかかる傾向がある。なお、目標温度Ｔｓは、配合を考慮して、特にシランカップ剤の種類を考慮して適宜設定することができる。

第二段階では、１０秒以上、混練り温度が一定の範囲内に保持されるように混練りする。これは、２０秒以上が好ましく、３０秒以上がより好ましく、４０秒以上がさらに好ましく、５０秒以上がさらに好ましい。これは、１０００秒以下であってもよく、８００秒以下であってもよく、６００秒以下であってもよく、４００秒以下であってもよく、２００秒以下であってもよく、１００秒以下であってもよい。

混練り温度の保持は、ローター３の回転速度の調整によっておこなわれる。具体的には、ローター３の回転速度が、ＰＩＤ制御で調整されることによって、混練り温度の保持がおこなわれる。ここでは、ローター３の回転速度が、実測温度Ｔｐを目標温度ＴｓとするためのＰＩＤ制御で調整される。ＰＩＤ制御は、混練りの当初から開始してもよく、実測温度Ｔｐが、所定の温度に到達することをもって、開始してもよい。

第二段階でも、ラム７の移動可能範囲のうち最下位置よりも上方の第一位置にラム７を維持した状態で混練りをおこなう。

第二段階では、第二有効ボリューム（すなわち、ラム７が第一位置にあるときの、ラム７とケーシング２とで囲まれた空間のボリューム）が、第一有効ボリューム（すなわち、ラム７が最下位置にあるときの、ラム７とケーシング２とで囲まれた空間のボリューム）１００％に対して好ましくは１０５％以上であり、より好ましくは１０８％以上であり、さらに好ましくは１１０％以上であり、さらに好ましくは１１２％以上であり、さらに好ましくは１１４％以上である。１０５％以上であることによって、混練り温度を容易く維持することができる。これについて説明する。仮に、第二段階でラム７が最下位置にあったとすると、せん断発熱が大きいため、温度上昇を招きやすい。これに対して、本実施形態では、第二有効ボリュームが、第一有効ボリューム１００％に対して１０５％以上であることによって、すなわち、ラム７が適度に位置することによって、せん断発熱が過度に大きくなることを回避できるため、混練り温度を目標温度Ｔｓに容易く維持することができる。

第二段階では、第二有効ボリュームが、第一有効ボリューム１００％に対して好ましくは１２０％以下であり、より好ましくは１１９％以下であり、さらに好ましくは１１８％以下である。１２０％以下であることによって、混練り温度を差支えなく維持することができる。これについて説明する。仮に、第二段階でラム７が過度に上方にあったとすると、せん断発熱が過度に小さくなる。これに対して、本実施形態では、第二有効ボリュームが、第一有効ボリューム１００％に対して１２０％以下であることによって、すなわち、ラム７が適度に位置することによって、せん断発熱が過度に小さくなることを回避できるため、混練り温度を目標温度Ｔｓに差支えなく維持することができる。

なお、第二段階の第二有効ボリュームは、第一段階の第二有効ボリュームと同じである必要はない。つまり、第二段階の第二有効ボリュームは、第一段階の第二有効ボリュームと同じであってもよく、異なっていてもよい。

＜２．１．３．第三段階（混練り温度のさらなる上昇を伴う混練りをおこなう段階）＞
第三段階では、混練り温度のさらなる上昇を伴う混練りをおこなう。第三段階では、混練り温度を、カップリング反応が活発にすすむ温度（たとえば１４０℃以上）まで上昇させる。具体的には、混練り温度を、第四段階の目標温度Ｔｓまで上昇させる。

第三段階では、ラム７の移動可能範囲のうち最下位置にラム７を維持した状態で混練りをおこなってもよく、ラム７の最下位置よりも上方の第一位置にラム７を維持した状態で混練りをおこなってもよい。

＜２．１．４．第四段階（カップリング反応がすすむように混練りをおこなう段階）＞
第四段階では、カップリング反応（シリカおよびシランカップリング剤の反応）がすすむように、混練り温度を制御しながら混練りをおこなう。これによって、カップリング反応を活発にすすめることができるので、カップリング反応の効率を上げることが可能であり、その結果、シリカの凝集力を効果的に低下させることができる。したがって、シリカの分散を効果的に高めることが可能であるので、タイヤの低発熱性や湿潤路面制動性を改善することができる。

第四段階では、ラム７の移動可能範囲のうち最下位置にラム７を維持した状態で混練りをおこなってもよく、ラム７の最下位置よりも上方の第一位置にラム７を維持した状態で混練りをおこなってもよい。

第四段階では、混練り温度が、一定に保持されるように混練りする。「混練り温度が、一定に保持される」とは、混練り温度が、一定の範囲内に保持されることを含む。第四段階では、具体的には、実測温度Ｔｐが、目標温度Ｔｓに保持されるように混練りする。このとき、実測温度Ｔｐが、目標温度Ｔｓのプラスマイナス５℃内に保持され得る。目標温度Ｔｓは、１４０℃以上であってもよく、１４２℃以上であってもよく、１４５℃以上であってもよく、１４８℃以上であってもよく、１５０℃以上であってもよい。これが低すぎると、カップリング反応をすすめるために時間がかかり過ぎる傾向がある。目標温度Ｔｓは、１７０℃以下が好ましく、１６５℃以下がより好ましく、１６０℃以下がさらに好ましく、１５５℃以下がさらに好ましく、１５３℃以下がさらに好ましい。これが高すぎると、ゲルが発生することがある。

第四段階では、２０秒以上、混練り温度が一定の範囲内に保持されるように混練りする。これは、４０秒以上が好ましく、６０秒以上がより好ましく、８０秒以上がさらに好ましく、１００秒以上がさらに好ましい。これは、２０００秒以下であってもよく、１５００秒以下であってもよく、１０００秒以下であってもよく、５００秒以下であってもよく、３００秒以下であってもよく、２００秒以下であってもよい。

なお、混練り温度の保持は、第二段階と同じように、ローター３の回転速度の調整によっておこなわれる。

その後、必要に応じて、所定の排出温度まで混練りを続け、ドロップドア９を開け、ゴム混合物を排出する。

＜２．１．５．そのほか＞
必要に応じて、シリカの分散性向上や、ムーニー粘度の低減のために、ゴム混合物をさらに混練りすることができる。つまり、再練りすることができる。

以上のような手順で、ゴム混合物を得ることができる。

＜２．２．工程Ｓ２（ゴム混合物および加硫系配合剤を混練りしてゴム組成物を得る工程）＞
工程Ｓ２では、少なくともゴム混合物および加硫系配合剤を混練りしてゴム組成物を得る。加硫系配合剤として硫黄、有機過酸化物などの加硫剤、加硫促進剤、加硫促進助剤、加硫遅延剤などを挙げることができる。加硫系配合剤は、これらから、一つまたは任意の組み合わせを選択して、使用することができる。硫黄として粉末硫黄、沈降硫黄、不溶性硫黄、高分散性硫黄などを挙げることができる。硫黄は、これらから、一つまたは任意の組み合わせを選択して、使用することができる。加硫促進剤としてスルフェンアミド系加硫促進剤、チウラム系加硫促進剤、チアゾール系加硫促進剤、チオウレア系加硫促進剤、グアニジン系加硫促進剤、ジチオカルバミン酸塩系加硫促進剤などを挙げることができる。加硫促進剤は、これらから、一つまたは任意の組み合わせを選択して、使用することができる。混練りは、混練機でおこなうことができる。混練機として密閉式混練機、オープンロールなどを挙げることができる。密閉式混練機として、かみ合式密閉型混練機、接線式密閉型混練機などを挙げることができる。

ゴム組成物において、シリカの量は、ゴム１００質量部に対して、好ましくは１０質量部以上、より好ましくは３０質量部以上、さらに好ましくは５０質量部以上、さらに好ましくは７０質量部以上、さらに好ましくは８０質量部以上である。シリカの量は、ゴム１００質量部に対して、好ましくは１５０質量部以下、より好ましくは１４０質量部以下、さらに好ましくは１３０質量部以下、さらに好ましくは１２０質量部以下である。

ゴム組成物において、シランカップリング剤の量は、シリカ１００質量部に対して、好ましくは１質量部以上、より好ましくは３質量部以上、さらに好ましくは５質量部以上である。シランカップリング剤量の上限は、シリカ１００質量部に対して、たとえば２０質量部、１５質量部である。

ゴム組成物は、カーボンブラック、老化防止剤、ステアリン酸、ワックス、酸化亜鉛、オイル、硫黄、加硫促進剤などをさらに含むことができる。これらのうち、一つまたは任意の組み合わせをゴム組成物は含むことができる。硫黄の量は、ゴム１００質量部に対して、硫黄分換算で好ましくは０．５質量部～５質量部である。加硫促進剤の量は、ゴム１００質量部に対して、好ましくは０．１質量部～５質量部である。

ゴム組成物は、タイヤの作製に使用できる。具体的には、タイヤを構成するタイヤ部材の作製に使用可能である。たとえば、トレッドゴム、サイドウォールゴム、チェーハーゴム、ビードフィラーゴムなどの作製にゴム組成物を使用できる。これらのタイヤ部材のうち、一つまたは任意の組み合わせを作製するためにゴム組成物を使用できる。

＜３．タイヤの製造方法の各工程＞
次に、本実施形態におけるタイヤの製造方法が含む工程のいくつかを説明する。なお、これらの工程のうち、ゴム組成物の作製工程はすでに説明した。

本実施形態におけるタイヤの製造方法は、ゴム組成物を用いて未加硫タイヤを作製する工程を含む。この工程は、ゴム組成物を含むタイヤ部材を作製すること、およびタイヤ部材を備える未加硫タイヤを作製することを含む。タイヤ部材として、たとえば、トレッドゴム、サイドウォールゴム、チェーハーゴム、ビードフィラーゴムを挙げることができる。なかでも、トレッドゴムが好ましい。

本実施形態におけるタイヤの製造方法は、未加硫タイヤを加硫成型する工程をさらに含むことができる。本実施形態の方法で得られたタイヤは、空気入りタイヤであることができる。

＜上述の実施形態には種々の変更を加えることができる＞
上述の実施形態には、種々の変更を加えることができる。たとえば、以下の変形例から、一つまたは複数を選択して、上述の実施形態に変更を加えることができる。

上述の実施形態では、第一段階から第四段階を含む混練ステージでシリカ全量を投入する、という構成を説明した。しかしながら、上述の実施形態は、この構成に限定されない。たとえば、シリカを、複数の混練ステージに分けて投入してもよい。

上述の実施形態では、第二段階（すなわち、カップリング反応が抑制されるように混練りをおこなう段階）にて混練り温度を制御する、という構成を説明した。しかしながら、上述の実施形態は、この構成に限定されない。たとえば、第二段階にて混練り温度を制御しなくてもよい。

上述の実施形態では、第一段階だけでなく第二段階（すなわち、カップリング反応が抑制されるように混練りをおこなう段階）でも、第一位置（すなわち、ラム７の移動可能範囲のうち最下位置よりも上方の位置）にラム７を維持した状態で混練りをおこなう、という構成を説明した。しかしながら、上述の実施形態は、この構成に限定されない。

上述の実施形態では、第四段階（すなわち、カップリング反応がすすむように混練りをおこなう段階）にて混練り温度を制御する、という構成を説明した。しかしながら、上述の実施形態は、この構成に限定されない。たとえば、第四段階にて混練り温度を制御しなくてもよい。

上述の実施形態では、ゴム混合物および加硫系配合剤を混練りしてゴム組成物を得る、という構成を説明した。しかしながら、上述の実施形態は、この構成に限定されない。たとえば、ゴム混合物をゴム組成物とみなしてもよい。

以下に、本発明の実施例を説明する。

実施例で使用した原料および薬品を次に示す。
ＳＢＲ１ 「ＳＢＲ１５０２」ＪＳＲ社製
ＳＢＲ２ 「ＳＢＲ１７２３」（油含量３７．５質量％）ＪＳＲ社製
ＮＲ ＲＳＳ＃３
カーボンブラック 「シーストＫＨ」東海カーボン社製
シリカ 「ＶＮ３」（ＢＥＴ＝１８０ｍ^２／ｇ）エボニック社製
オイル 「プロセスＮＣ‐１４０」ＪＸ日鉱日石エネルギー社製
シランカップリング剤 「Ｓｉ７５」デグッサ社製
酸化亜鉛 「酸化亜鉛２種」三井金属鉱業社製
ワックス 「ＯＺＯＡＣＥ０３５５」日本精蝋社製
ステアリン酸 「工業用ステアリン酸」花王社製
硫黄 「５％油処理粉末硫黄」鶴見化学工業社製
加硫促進剤 「ノクセラーＮＳ－Ｐ」大内新興化学工業社製
なお、後述の表１において、ＳＢＲ２の質量部は、正味のゴム量に基づいて示す。すなわち、後述の表１においてＳＢＲ２が３０質量部である場合、その３０質量部の中に、油の量は計上されていない。
また、Ｓｉ７５は、１３０℃ではシリカとの反応がほとんどすすまず、１５０℃ではシリカとの反応がすすむシランカップリング剤である。

比較例１における未加硫ゴムの作製
表１にしたがってゴムと配合剤とを接線式密閉型混練機に投入し、ＰＩＤ制御なしで混練りし、１６０℃で混合物を排出した。この混練り中は、掃除のためのラム上下動を除き、ラムを最下位置に維持した。混合物と硫黄と加硫促進剤とを混練りし、未加硫ゴムを得た。

比較例２における未加硫ゴムの作製
表１にしたがってゴムと配合剤とを、かみ合式密閉型混練機に投入し、ＰＩＤ制御なしで混練りし、１６０℃で混合物を排出した。この混練り中は、掃除のためのラム上下動を除き、ラムを最下位置に維持した。混合物と硫黄と加硫促進剤とを混練りし、未加硫ゴムを得た。

比較例３における未加硫ゴムの作製
表１にしたがってゴムと配合剤とを、かみ合式密閉型混練機に投入し、二段階のＰＩＤ制御で混練りし、１６０℃で混合物を排出した。すなわち、一段階目は、目標温度１３０℃、６０秒で混練りし、二段階目は、目標温度１５０℃、１２０秒で混練りし、１６０℃で混合物を排出した。この混練り中は、掃除のためのラム上下動を除き、ラムを最下位置に維持した。混合物と硫黄と加硫促進剤とを混練りし、未加硫ゴムを得た。

実施例１および２における未加硫ゴムの作製
表１にしたがってゴムと配合剤とを、かみ合式密閉型混練機に投入し、二段階のＰＩＤ制御で混練りし、１６０℃で混合物を排出した。すなわち、一段階目は、目標温度１３０℃、６０秒で混練りし、二段階目は、目標温度１５０℃、１２０秒で混練りし、１６０℃で混合物を排出した。この混練り中は、掃除のためのラム上下動を除き、ラムを最下位置よりも上方の位置に維持した。つまり、この混練り中、ラムアップ状態を維持した。混合物と硫黄と加硫促進剤とを混練りし、未加硫ゴムを得た。

実施例３における未加硫ゴムの作製
表１にしたがってゴムと配合剤とを、かみ合式密閉型混練機に投入し、二段階のＰＩＤ制御で混練りし、１６５℃で混合物を排出した。すなわち、一段階目は、目標温度１２０℃、８０秒で混練りし、二段階目は、目標温度１５０℃、１２０秒で混練りし、１６５℃で混合物を排出した。この混練り中は、掃除のためのラム上下動を除き、ラムを最下位置よりも上方の位置に維持した。つまり、この混練り中、ラムアップ状態を維持した。混合物と硫黄と加硫促進剤とを混練りし、未加硫ゴムを得た。

加硫ゴムの作製
未加硫ゴムを１５０℃、３０分間で加硫し、加硫ゴムを得た。

Ｂｌａｃｋ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ Ｔｉｍｅ（ＢＩＴ）
混練時間とトルクとに基づいて、ＢＩＴを求めた。

一段階目の制御（すなわち第一制御）における温度の安定性
一段階目の制御（すなわち第一制御）において、実測温度Ｔｐが、目標温度Ｔｓのプラスマイナス３℃内に保持された場合は◎と判定し、プラスマイナス３℃～５℃に保持された場合は〇と判定し、プラスマイナス５℃～１０℃に保持された場合は×と判定した。

未加硫ゴムシートの状態
未加硫ゴムをロールでシート状に成形し、その状態を観察した。シート切れおよびシート表面の気泡がいずれも無い場合は〇と判定し、シート切れがないもののシート表面に気泡が有る場合は△と判定し、シート切れおよびシート表面の気泡がいずれも有る場合は×と判定した。「〇」のものほど、未加硫ゴム中のシリカの分散性に優れることを意味する。

生産性
生産性は、排出量に関する指数である。比較例１の排出量を１００とした指数で、各例の排出量を、表１の生産性の欄に示す。指数が大きいほど排出量が多い。つまり、生産性に優れる。

低燃費性
加硫ゴムのｔａｎδを、東洋精機製作所製の粘弾性試験機を使用し、ＪＩＳ Ｋ－６３９４に準じて測定した。ｔａｎδは、周波数１０Ｈｚ、動歪み１．０％、温度６０℃、静歪み（初期歪み）１０％の条件で測定した。比較例１のｔａｎδを１００とした指数で、各例のｔａｎδを表１に示す。指数が小さいほどｔａｎδが低く、低燃費性に優れる。

湿潤路面制動性
リュプケ式反発弾性試験機を使用し、２３℃の条件でＪＩＳ Ｋ６２５５に準じて、反発弾性（％）を測定した。比較例１における反発弾性の逆数を１００とした指数で、各例の逆数（反発弾性の逆数）を表１に示す。指数が大きいほど湿潤路面制動性に優れる。

なお、表１において、二段階のＰＩＤ制御は、実測温度が目標温度に到達した時点で開始されるＰＩＤ制御を意味する。このＰＩＤ制御では、ローターの回転速度が制御される。

かみ合式密閉型混練機で混練する際のフィルファクターとして、接線式密閉型混練機で採用したフィルファクターよりも小さい値を採用することによって、かみ合式密閉型混練機で混練する際のＢＩＴが、接線式密閉型混練機のそれと、おおよそ同程度になった（比較例１および比較例２参照）。

接線式密閉型混練機で採用したフィルファクターと、実質的に同程度のフィルファクターで混練りしたところ、ラムアップ状態の混練りによって、ＢＩＴを短くすることができた（比較例３および実施例１～３参照）。これに加えて、ラムアップ状態の混練りによって、未加硫ゴムシートの状態を向上することもできた（比較例３および実施例１～３参照）。つまり、シリカの分散性を向上することができた。さらにいえば、ラムアップ状態の混練りによって、低発熱性、湿潤路面制動性を改善することもできた（比較例３および実施例１～３参照）。

１…かみ合式密閉型混練機、２…ケーシング、２ａ…開口部、３…ローター、４…混練室、５…ネック部、６…投入口、７…ラム、８…シャフト、９…ドロップドア、１１…制御部、１３…温度センサー

Claims (3)

1. ケーシングと、前記ケーシング内で回転することが可能な少なくとも２本のローターと、前記ローターの上方に位置するネック部と、前記ネック部内の空間を上下に移動可能なラムとを備えるかみ合式密閉型混練機で、少なくともゴム、シリカおよびシランカップリング剤を混練りする工程を含み、
   前記工程の序盤に、前記工程が、混練り温度の上昇を伴う混練りをおこなう第一段階を含み、
   前記第一段階では、前記ラムの移動可能範囲のうち最下位置よりも上方の第一位置に前記ラムを維持した状態で混練りをおこない、
   前記ラムが前記最下位置にあるときの、前記ラムと前記ケーシングとで囲まれた空間のボリュームを第一有効ボリュームとし、前記ラムが前記第一位置にあるときの、前記ラムと前記ケーシングとで囲まれた空間のボリュームを第二有効ボリュームとしたとき、前記第一段階では、前記第二有効ボリュームが、前記第一有効ボリューム１００％に対して１０５％～１２０％である、
   ゴム組成物の製造方法。
2. 前記工程は、前記第一段階の後に、前記シリカおよび前記シランカップリング剤のカップリング反応が抑制されるように、前記混練り温度を制御しながら混練りをおこなう第二段階を含み、前記第二段階では、前記混練り温度を目標温度とするためにＰＩＤ制御で前記ローターの回転速度を制御し、
   前記第二段階でも、前記第一位置に前記ラムを維持した状態で混練りをおこない、
   前記第二段階でも、前記第二有効ボリュームが、前記第一有効ボリューム１００％に対して１０５％～１２０％である、
   請求項１に記載のゴム組成物の製造方法。
3. 請求項１または２に記載のゴム組成物の製造方法でゴム組成物を作製する工程と、
   前記ゴム組成物を用いて未加硫タイヤを作製する工程とを含む、
   タイヤの製造方法。

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