JP6345000B2

JP6345000B2 - タイヤ用ゴム材料の混練り方法およびタイヤ製造方法

Info

Publication number: JP6345000B2
Application number: JP2014136018A
Authority: JP
Inventors: 栄大窪
Original assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Priority date: 2014-07-01
Filing date: 2014-07-01
Publication date: 2018-06-20
Anticipated expiration: 2034-07-01
Also published as: JP2016014095A

Description

本発明は、シリカが配合されたタイヤ用ゴム材料の混練り方法、および、前記タイヤ用ゴム材料の混練り方法を用いて混練りされたタイヤ用ゴム材料から作製されたタイヤ構成部材を用いてタイヤを製造するタイヤ製造方法に関する。

従来より、タイヤ用ゴム材料の混練りには、混練室内で異なる方向に回転する左右一対の混練ロータにより原料ゴムに強い剪断作用を加えて、可塑化溶融するバンバリーミキサーが用いられている。このバンバリーミキサーを用いて、原料ゴムに各種の充填剤や添加剤を効率よく練り込んで混合分散することで種々の品質のタイヤ用ゴム材料が作製される（例えば特許文献１）。

図２はバンバリーミキサーの概略構成図である。バンバリーミキサー１は、混練室１２と、混練室１２内に回転自在に挿通された左右一対の混練ロータ１６ａ、１６ｂと、混練室１２の上方に立設した材料供給筒２０と、この材料供給筒２０内に上下動自在に挿通されたフローティングウェイト（ラム）２２とを備えている。なお、混練室１２は、図示しないチャンバー内部に収容されている。

このバンバリーミキサー１を用いて混練りを行う場合、フローティングウェイト２２を下降させることにより、材料供給筒２０内に供給された各種の材料を混練室１２に押し込む。そして、混練ロータ１６ａ、１６ｂを回転させることにより、混練室１２内の各種材料の混練りを行う。

特開２００２−１１３３６号公報

しかしながら、タイヤ用ゴム材料（特に、トレッドゴム）に多く投入されるシリカは、カーボンなどの他の材料と比べて凝集し易いという性質を有しており、混練り中に凝集塊を形成することがある。

シリカが一旦凝集塊を形成すると、その後の混練りで十分に分散させることが困難であり、シリカの分散効率低下により、作製後のタイヤ用ゴム材料が目標とするゴム物性を発揮できず、廃棄処分となることにより、歩留まりの低下が生じる恐れがある。

そこで、本発明は、シリカが凝集することを抑制して、タイヤ用ゴム材料中にシリカを均一に分散させることにより、目標とするゴム物性を十分に発揮できるタイヤ用ゴム材料を作製することができ、歩留まりの低下を防止することができるタイヤ用ゴム材料の混練り方法および前記混練り方法を用いたタイヤ製造方法を提供することを課題とする。

請求項１に記載の発明は、
タイヤ用ゴム材料にシリカを投入し、バンバリーミキサーを用いて混練りを行うタイヤ用ゴム材料の混練り方法であって、
前記シリカの前記バンバリーミキサーへの投入を分割して行い、各投入工程において、原料ゴムとその他の材料の混練りを行いながら前記シリカを連続して投入することを特徴とするタイヤ用ゴム材料の混練り方法である。

請求項２に記載の発明は、
前記バンバリーミキサーに前記シリカを５〜１５ｋｇ／５ｓｅｃの投入速度で投入することを特徴とする請求項１に記載のタイヤ用ゴム材料の混練り方法である。

請求項３に記載の発明は、
前記バンバリーミキサーに前記シリカを投入する投入管に開閉弁を設け、前記開閉弁の開閉によって前記シリカの前記バンバリーミキサーへの投入を行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のタイヤ用ゴム材料の混練り方法である。

請求項４に記載の発明は、
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のタイヤ用ゴム材料の混練り方法を用いて、タイヤ用ゴム材料を混練りする混練り工程と、
前記混練り工程によって得られたタイヤ用ゴム材料を用いてタイヤ構成材料を作製し、作製した前記タイヤ構成材料を用いて生タイヤを成形する生タイヤ成形工程と、
前記生タイヤを加硫する加硫工程と
を備えていることを特徴とする空気入りタイヤの製造方法である。

本発明によれば、シリカが凝集することを抑制して、タイヤ用ゴム材料中にシリカを均一に分散させることにより、目標とするゴム物性を十分に発揮できるタイヤ用ゴム材料を作製することができ、歩留まりの低下を防止することができるタイヤ用ゴム材料の混練り方法および前記混練り方法を用いたタイヤ製造方法を提供することができる。

本発明の一実施の形態に係るタイヤ用ゴム材料の混練り方法に用いられるバンバリーミキサーのシリカ投入に関連する部分の構成を示す概略構成図である。タイヤ用ゴム材料の混練り方法に用いられるバンバリーミキサーの概略構成図である。

以下、本発明を実施の形態に基づき、図面を参照して説明する。

本発明者は、混練り中にシリカの凝集塊が形成される現象について検討した結果、この現象はシリカを一度に大量に投入することにより発生しやすくなることが分かった。

具体的には、従来のタイヤ用ゴム材料の混練り方法では、計量器によりシリカとカーボンを計量して、原料ゴムと一緒にバンバリーミキサーの混練室に一回あたり大量に投入していた。このように、シリカを一回あたりに大量に投入すると、シリカ同士が接触して凝集塊が形成されやすくなることが分かった。

本発明は、この知見に基づいてなされたものであり、シリカが配合されたタイヤ用ゴム材料をバンバリーミキサーで混練りする際に、一回あたりに大量のシリカを投入せず、少量ずつ分割して投入するタイヤ用ゴム材料の混練り方法である。これにより、シリカを適切に分散させながら混練りすることができるため、シリカの凝集塊の形成を抑制して、目標とするゴム物性を十分に発揮できるタイヤ用ゴム材料を作製することができる。

以下、本実施の形態に係るタイヤ用ゴム材料の混練り方法を具体的に説明する。

１．バンバリーミキサー
図１は本実施の形態に係るタイヤ用ゴム材料の混練り方法に用いられるバンバリーミキサーのシリカ投入に関連する部分の構成を示す概略構成図である。

このバンバリーミキサー１は、従来のバンバリーミキサーと同様に、混練室１２と、混練室１２内に回転自在に挿通された左右一対の混練ロータ１６ａ、１６ｂと、混練室１２の上方に立設した材料供給筒２０と、この材料供給筒２０内に上下動自在に挿通されたフローティングウェイト２２とを備えている。

材料供給筒２０には、シリカやカーボンなどの材料を計量する計量器２が投入管４を介して取り付けられている。投入管４には、計量器２にて計量を行うための計量ダンパー６と、負圧防止のための逆風ダンパー８とが設置されている。

また、材料供給筒２０には、開閉自在のホッパー７が設けられており、材料投入コンベア５から搬送された原料ゴムＧや配合薬品Ｃなどがホッパー７から材料供給筒２０内に投入される（図２参照）。

本実施の形態のバンバリーミキサー１は、図１に示すように、計量器２から材料供給筒２０にシリカやカーボンを供給する投入管４に開閉弁１０が設けられている点で従来のバンバリーミキサーと異なる。

開閉弁１０は、投入管４における計量ダンパー６および逆風ダンパー８の下流側に設けられており、バンバリーミキサー１の動作を制御する制御部（図示省略）に接続されている。そして、制御部からの信号に基づいて、開閉弁１０の開閉を制御することにより、計量器２で計量されたシリカを少量ずつ分割して材料供給筒２０に投入することができる。

また、本実施の形態においては、フローティングウェイト２２も制御部に接続されており、シリカ投入時の開閉弁１０を開ける信号と連動して、フローティングウェイト２２が上昇するように構成されている。

２．タイヤ用ゴム材料の混練り方法
以上の構成のバンバリーミキサー１を使用したタイヤ用ゴム材料の混練り方法を説明する。ここでの配合割合は、原料ゴムの投入量に対して、その他の材料の投入量が１００〜４００ＰＨＲ（ＰｅｒＨｕｎｄｒｅｄＲｕｂｂｅｒ）の範囲になるように設定する。

先ず、計量した原料ゴムＧと配合薬品Ｃを材料投入コンベア５により搬送して、ホッパー７から材料供給筒２０内に投入すると共に、オイル計量器３で計量したオイルを混練室１２に直接投入する（図２参照）。このとき、原料ゴムＧとしては、一般に、ポリマータイプの天然ゴムと合成ゴムが用いられる。

そして、計量器２においてカーボンの投入量を計量して、カーボンを材料供給筒２０に投入した後に、フローティングウェイト２２を下降させる。これにより、材料供給筒２０内の原料ゴム、配合薬品、カーボンを混練室１２内に押し込み、混練ロータ１６ａ、１６ｂを回転させることにより混練りを開始する。

一方、計量器２において、シリカの投入量を計量する。このときのシリカの投入量は、１０〜１５０ＰＨＲの範囲内に設定することが好ましい。例えば、２００ｋｇの原料ゴムの混練りを行う場合、シリカの投入量は２０〜８０ｋｇに設定される。

そして、原料ゴムの混練りを継続しながら、投入管４に設けられた開閉弁１０の開閉を制御して、投入速度を調整しながら、計量器２内のシリカを少量ずつ分割して材料供給筒２０に投入する。

このとき、開閉弁１０が開くタイミングに連動して、フローティングウェイト２２が上昇することにより、シリカが材料供給筒２０に適切に投入される。そして、開閉弁１０が閉まってシリカの投入が停止すると、フローティングウェイト２２が下降して材料供給筒２０内のシリカを混練室１２内に押し込む。

混練室１２内に投入された原料ゴム、シリカ、カーボンなどの材料は、混練ロータ１６ａ、１６ｂの回転によって混練りされる。そして、混練りを継続しながら、シリカの投入を少量ずつ分割して繰り返して、計量器２内のシリカを混練室１２内に全て投入する。

上記のとおり、原料ゴムとその他の材料の混練りを行いながら、シリカを少量ずつ分割して投入することにより、シリカが凝集することを抑制して、原料ゴム中に均一に分散させることができる。この結果、所望のゴム物性を有するタイヤ用ゴム材料の混練りを安定して行うことができるため、タイヤ製造工程における材料の廃棄処分を少なくして、歩留まりの低下を防止することができる。

また、従来のように一度に大量のシリカを投入した場合、凝集塊が形成されるだけではなく、バンバリーミキサーの投入口からシリカがでてくるシリカ噴きという現象が発生することがある。本実施の形態に係るタイヤ用ゴム材料の混練り方法は、シリカを少量ずつ投入することにより、上記のシリカ噴きの発生を適切に防止して、バンバリーミキサー周辺の環境を改善することができる。

なお、シリカの時間あたりの投入量である投入速度が、５ｋｇ／５ｓｅｃよりも遅い場合、生産効率が低下するという問題が生じ、１５ｋｇ／５ｓｅｃを超えた場合、シリカの凝集塊が形成される恐れがある。このため、シリカの投入速度は、５〜１５ｋｇ／５ｓｅｃに設定することが好ましい。

また、本実施の形態によって作製されたタイヤ用ゴム材料は、上記の通り、安定したゴム物性を有しているため、このタイヤ用ゴム材料を用いて成形した生タイヤを加硫することにより、品質に優れた空気入りタイヤを製造することができる。

例えば、図２に示すように、混練室１２で混練りされたタイヤ用ゴム材料は、混練室１２の底に設けられたドロップドア１７が開くことにより、混練室１２外に排出される。

排出されたタイヤ用ゴム材料は、押出機６６から押し出された後、圧延ローラ６８によってシート状のタイヤ構成材料に圧延成形される。その後、タイヤ構成材料は、防着剤を表面に塗布された後、冷却・乾燥ローラ群７０にて冷却・乾燥され、保管テーブル７２上に折り畳まれる。

そして、保管テーブル７２上のタイヤ構成材料は、次の工程に搬送されて、生タイヤの成形に用いられ、成形された生タイヤを加硫することにより、空気入りタイヤが製造される。

１．実施例および比較例
容量：２７０Ｌ、混練ロータ：４ＷＮのバンバリーミキサーを用いて、タイヤ用ゴム材料の混練りを行った。シリカの総投入量は９０ＰＨＲであり、シリカの計量および投入を、Ｘ練り、Ｙ練り、Ｚ練りの３ステージに分けて行った。Ｘ練りの投入量は６０ＰＨＲ、Ｙ練りの投入量は２０ＰＨＲ、Ｚ練りの投入量は１０ＰＨＲである。

（１）実施例
それぞれのステージにおいて、計量されたシリカの投入速度を１５ｋｇ／５ｓｅｃに設定して少量ずつ分割して投入した。

（２）比較例１
それぞれのステージにおいて計量されたシリカを、原料ゴムやカーボンなどと同時に、一度に全量に投入した。

（３）比較例２
６０ＰＨＲのシリカを投入するＸ練りにおいてのみ、シリカの投入量を４５ＰＨＲと１５ＰＨＲに分割し、残りのＹ練りおよびＺ練りは原料ゴムやカーボンなどと同時に、一度に全量に投入した。

２．評価方法
シリカの凝集を確認するための指標として、混練り後のタイヤ用ゴム材料のゲル分を測定した。このゲル分は、トルエンにゴムを溶かしてその重量と初期の重量から割合を出すことにより測定した。結果を表１に示す。

また、ゴムのバラツキを確認するための指標として、ＭＬバラツキ（％）とＭＨバラツキ（％）を測定した。ＭＬバラツキとＭＨバラツキは、キュラストメーターで測定した値の標準偏差を平均値で割ることにより算出した。結果を表１に示す。

また、「シリカ噴出し」および「分散」の状態について、比較例１を基準にして、改善された場合を「○」、悪化した場合を「×」、同程度の場合を「△」として評価した。結果を表１に示す。

表１より、シリカを少量ずつ分割して投入した実施例では、ゲル分、ＭＬバラツキ、ＭＨバラツキの全てが低く押さえられており、シリカを適切に分散させることができると共に、シリカの噴出しを適切に防止できることが確認された。

以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明と同一および均等の範囲内において、上記の実施の形態に対して種々の変更を加えることが可能である。

１バンバリーミキサー
２計量器
３オイル計量器
４投入管
５材料投入コンベア
６計量ダンパー
７ホッパー
８逆風ダンパー
１０開閉弁
１２混練室
１６ａ、１６ｂ混練ロータ
１７ドロップドア
２０材料供給筒
２２フローティングウェイト
６６押出機
６８圧延ローラ
７０冷却・乾燥ローラ群
７２保管テーブル
Ｃ配合薬品
Ｇ原料ゴム

Claims

タイヤ用ゴム材料にシリカを投入し、バンバリーミキサーを用いて混練りを行うタイヤ用ゴム材料の混練り方法であって、
前記シリカの前記バンバリーミキサーへの投入を分割して行い、各投入工程において、原料ゴムとその他の材料の混練りを行いながら前記シリカを連続して投入することを特徴とするタイヤ用ゴム材料の混練り方法。
前記バンバリーミキサーに前記シリカを５〜１５ｋｇ／５ｓｅｃの投入速度で投入することを特徴とする請求項１に記載のタイヤ用ゴム材料の混練り方法。
前記バンバリーミキサーに前記シリカを投入する投入管に開閉弁を設け、前記開閉弁の開閉によって前記シリカの前記バンバリーミキサーへの投入を行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のタイヤ用ゴム材料の混練り方法。
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のタイヤ用ゴム材料の混練り方法を用いて、タイヤ用ゴム材料を混練りする混練り工程と、
前記混練り工程によって得られたタイヤ用ゴム材料を用いてタイヤ構成材料を作製し、作製した前記タイヤ構成材料を用いて生タイヤを成形する生タイヤ成形工程と、
前記生タイヤを加硫する加硫工程と
を備えていることを特徴とする空気入りタイヤの製造方法。