JP2008138046A - スタッドレスタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】氷上制動性能、氷上および乾燥路面上における操縦安定性ならびに耐摩耗性をバランスよく向上させたスタッドレスタイヤを提供する。
【解決手段】ジエン系ゴム１００重量部に対して、平均１次粒子径が５０〜８００μｍである水溶性無機物を１５〜５５重量部含有するトレッド用ゴム組成物を用いたトレッドを有するスタッドレスタイヤ。
【選択図】なし

Description

本発明は、スタッドレスタイヤに関する。

現在、サマータイヤのトレッドのＪＩＳ−Ａ硬度は、操縦安定性を考慮し、６５〜７０に設定されており、一般道を走行する際には、ＪＩＳ−Ａ硬度をこの範囲が好ましいことが知られている。しかし、スタッドレスタイヤのトレッドでは、氷上性能を向上させるために、ＪＩＳ−Ａ硬度を４５程度に低く設定する必要がある。しかし、この場合、操縦安定性が低下してしまう。

また、氷上性能を向上させる手法としては、発泡ゴムを使用する手法も知られている。しかし、発泡ゴムを使用した場合、ゴム自体の硬度は高いが、走行させると発泡することにより、硬度が低くなる。これにより、表面付近のエアブロックによるエッジ効果で氷上性能の向上を図ることはできるが、走行させると硬度が低くなるため、操縦安定性の向上にはつながらない。

仮に、氷上性能をある程度改善し、走行後の硬度も若干向上（配合ゴム自体の硬度を向上）させ、操縦安定性を改善したとしても、氷上性能に不可欠である接地面におけるゴムの柔軟性や粘着性（表面の硬度が低いこと）を損なうこととなり、エッジ効果による氷上性能の改善が充分発揮できない。

このような問題点を解決するために、水可溶性デンプンを使用する手法（たとえば、特許文献１参照）が知られているが、デンプンは水温の変化による溶解度の変化が大きく、スタッドレスタイヤの使用環境温度における水温（０〜５℃）では極めて溶解しにくいという問題があった。

特開２００２−２１１２０３号公報

本発明は、氷上制動性能、氷上および乾燥路面上における操縦安定性ならびに耐摩耗性をバランスよく向上させたスタッドレスタイヤを提供することを目的とする。

本発明は、ジエン系ゴム１００重量部に対して、平均１次粒子径が５０〜８００μｍである水溶性無機物を１５〜５５重量部含有するトレッド用ゴム組成物を用いたトレッドを有するスタッドレスタイヤに関する。

前記スタッドレスタイヤは、使用前のトレッド表面の２３℃におけるＪＩＳ−Ａ硬度（１）が５０〜６０であり、砥石粒度３６のグラインダーで表面から１ｍｍの深さまで均一に研磨し、水で洗浄後、乾燥させた後のトレッド表面の２３℃におけるＪＩＳ−Ａ硬度（２）が３８〜４８であることが好ましい。

前記水溶性無機物としては、塩化カリウム、塩化ナトリウム、塩化カルシウム、四ホウ酸ナトリウム、四ホウ酸カルシウムおよび四ホウ酸カリウムよりなる群から選ばれた少なくとも１種であることが好ましい。

前記ＪＩＳ−Ａ硬度（１）と、前記ＪＩＳ−Ａ硬度（２）の差は、２〜１５であることが好ましい。

本発明によれば、ジエン系ゴムおよび所定の水溶性無機物を所定量含有し、使用前の表面のＪＩＳ−Ａ硬度（１）および所定距離走行後の表面のＪＩＳ−Ａ硬度（２）を所定の範囲に設定することで、氷上制動性能、氷上および乾燥路面上における操縦安定性ならびに耐摩耗性をバランスよく向上させたスタッドレスタイヤを提供することができる。

本発明のスタッドレスタイヤは、所定のトレッド用ゴム組成物を用いたトレッドを有しており、該トレッド用ゴム組成物は、ジエン系ゴムおよび水溶性無機物を含有する。

ジエン系ゴムとしては、従来からタイヤ工業で使用されるものであればとくに制限されるわけではないが、たとえば、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）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、ハロゲン化ブチルゴム（Ｘ−ＩＩＲ）、アクリロニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、イソモノオレフィンとパラアルキルスチレンとの共重合体のハロゲン化物などがあげられる。なかでも、汎用性が高く、低温でのゴム硬度が低いという理由から、ＮＲおよびＢＲが好ましい。

本発明では、水溶性無機物を配合することで、トレッドの硬度を高く設定している。ただし、氷上を走行させることにより、表面に露出した水溶性無機物がタイヤと氷との間に発生する水分中に溶け出す結果、トレッド表面近傍の硬度は低く保たれる。これにより、トレッド表面近傍は硬度を低く、トレッド深層部分は硬度を高く保つことができ、氷上性能および操縦安定性ともに優れたスタッドレスタイヤを得ることができる。また、水溶性無機物が溶け出すことにより発生した穴によりエッジ効果も生じるため、氷上性能のさらなる向上に寄与できる。しかも、トレッドの表面付近の硬度が低く、トレッドの深層部分の硬度が高くなるように、２層からなるトレッドを製造するのに比べて、製造工程が安易であるという利点もある。

ここで、水溶性とは、２３℃の中性の水に１重量％以上溶解するものをいう。

水溶性有機物ではなく、水溶性無機物を使用するのは、有機物と比較して分子量が小さく、少量の水分子で安定に分散するために、低温での溶解度が高いためである。

本発明で使用する水溶性無機物は、水溶性無機物のなかでも製造面の取扱いが容易で、低音での溶解度が高いという理由から、水溶性金属塩がより好ましい。

水溶性金属塩を構成する金属としては、カリウム、ナトリウム、カルシウムなどがあげられる。なかでも、イオン化傾向が高く、水溶性が高いという理由から、カリウムがより好ましい。

水溶性金属塩を構成するアニオンとしては、塩素イオン、四ホウ酸イオンなどがあげられる。なかでも、コストが低く、環境に優しいという理由から、四ホウ酸イオンが好ましい。

以上の条件を満たす水溶性無機物としては、塩化カリウム、塩化ナトリウム、塩化カルシウム、四ホウ酸カリウム、四ホウ酸ナトリウムおよび四ホウ酸カルシウムよりなる群から選ばれた少なくとも１種が好ましく、四ホウ酸カリウム、四ホウ酸ナトリウムおよび四ホウ酸カルシウムよりなる群から選ばれた少なくとも１種がより好ましく、四ホウ酸カリウムがさらに好ましい。

本発明で使用する水溶性無機物としては、分散性および補強性（硬度）をともに改善できるものが適当である。具体的には、水溶性無機物の平均１次粒子径は５０μｍ以上、好ましくは２００μｍ以上である。水溶性無機物の平均１次粒子径が５０μｍ未満では、水溶性無機物が溶解することで形成される「空胞のあるゴム層」が薄くなり、路面とタイヤ表面の物理的な結合による粘着が期待できない。また、水溶性無機物の平均１次粒子径は８００μｍ以下、好ましくは５００μｍ以下である。水溶性無機物の平均１次粒子径が８００μｍをこえると、「空胞のあるゴム層」が厚くなり、耐摩耗性が著しく低下する。

水溶性無機物の配合量は、耐摩耗性を維持できる範囲であることが必要である。具体的には、水溶性無機物の配合量は、ジエン系ゴム１００重量部に対して１５重量部以上、好ましくは２０重量部以上である。水溶性無機物の配合量が１５重量部未満では、水溶性無機物による空胞が表面を占める割合が小さく（５％以下）なり、表面が柔らかくなることによる氷上性能の効果が期待できない。また、水溶性無機物の配合量は５５重量部以下、好ましくは４０重量部以下である。水溶性無機物の配合量が５５重量部をこえると、均一に分散させるための工程が難しくなり、耐摩耗性が著しく悪化するため好ましくない。

トレッド用ゴム組成物は、さらに、カーボンブラックを含むことが好ましい。

カーボンブラックの配合量は、ジエン系ゴム１００重量部に対して３０重量部以上が好ましく、３５重量部以上がより好ましい。カーボンブラックの配合量が３０重量部未満では、耐摩耗性が著しく悪化する傾向がある。また、カーボンブラックの配合量は８０重量部以下が好ましく、７０重量部以下がより好ましい。カーボンブラックの配合量が８０重量部をこえると、ゴムが硬くなりすぎて氷上性能が悪化する傾向がある。

前記トレッド用ゴム組成物には、ジエン系ゴム、水溶性無機物およびカーボンブラック以外にも、従来からタイヤ工業で使用される配合剤、たとえば、ワックス、各種老化防止剤、ステアリン酸、酸化亜鉛、パラフィンオイルなどの軟化剤、硫黄などの加硫剤、各種加硫促進剤などを必要に応じて適宜配合することができる。

前記トレッド用ゴム組成物は、一般的な方法で製造される。すなわち、バンバリーミキサーやニーダー、オープンロールなどで前記配合剤を混練したのち、加硫することにより前記トレッド用ゴム組成物を製造することができる。

本発明のスタッドレスタイヤは、前記トレッド用ゴム組成物をトレッドとして用い、通常の方法により製造される。すなわち、本発明のゴム組成物をトレッドの形状に成形し、タイヤ成型機上で他のタイヤ部材とともに貼り合わせ、未加硫タイヤを形成する。この未加硫タイヤを加熱・加圧することにより、本発明のスタッドレスタイヤを製造することができる。

本発明のスタッドレスタイヤの製造時のトレッド表面の２３℃におけるＪＩＳ−Ａ硬度（１）は５０以上が好ましく、５２以上がより好ましい。ＪＩＳ−Ａ硬度（１）が５０未満では、ゴム硬度が低すぎて氷上操縦安定性が悪化する傾向がある。ＪＩＳ−Ａ硬度（１）は６０以下が好ましく、５５以下がより好ましい。ＪＩＳ−Ａ硬度（１）が６０をこえると、乗り心地が悪化する傾向がある。

砥石粒度３６のグラインダーで表面から１ｍｍの深さまで均一に研磨し、水で洗浄後、乾燥させた後の本発明のスタッドレスタイヤのトレッド表面の２３℃におけるＪＩＳ−Ａ硬度（２）は３８以上が好ましく、４２以上がより好ましい。ＪＩＳ−Ａ硬度（２）が３８未満では、耐摩耗性が著しく悪化する傾向がある。また、ＪＩＳ−Ａ硬度（２）は４８以下が好ましく、４６以下がより好ましい。ＪＩＳ−Ａ硬度（２）が４８をこえると、氷表面との物理的な結合が小さくなり、粘着性が低下し、氷上性能が悪化する傾向がある。

ＪＩＳ−Ａ硬度（１）とＪＩＳ−Ａ硬度（２）の差は２以上が好ましく、５以上がより好ましい。ＪＩＳ−Ａ硬度（１）とＪＩＳ−Ａ硬度（２）の差が２未満では、本発明の目的である２層硬度構造による氷上性能と操縦安定性の両立が期待できない傾向がある。また、ＪＩＳ−Ａ硬度（１）とＪＩＳ−Ａ硬度（２）の差は１５以下が好ましく、１０以下がより好ましい。ＪＩＳ−Ａ硬度（１）とＪＩＳ−Ａ硬度（２）の差が１５をこえると、早期摩耗や偏摩耗を引き起こす傾向がある。

実施例に基づいて、本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらのみに限定されるものではない。

以下、実施例および比較例で使用した各種薬品をまとめて説明する。
天然ゴム（ＮＲ）：ＲＳＳ＃３
ブタジエンゴム（ＢＲ）：宇部興産（株）製のＵＢＥＰＯＬ ＢＲ１５０Ｂ
カーボンブラック：東海カーボン（株）製のシースト６（Ｎ２２０）
ワックス：大内新興化学工業（株）製のサンノックＮ
老化防止剤：大内新興化学工業（株）製のノクラック６Ｃ（Ｎ−（１，３−ジメチルブチル）−Ｎ’−フェニル−ｐ−フェニレンジアミン）
ステアリン酸：日本油脂（株）製
亜鉛華：三井金属鉱業（株）製の酸化亜鉛２種
パラフィンオイル：出光興産（株）製のダイアナプロセスオイル
四ホウ酸カリウム（１）：米山薬品工業（株）製の四ホウ酸カリウム（平均１次粒子径：３０μｍ）
四ホウ酸カリウム（２）：米山薬品工業（株）製の四ホウ酸カリウム（平均１次粒子径：３５０μｍ）
四ホウ酸カリウム（３）：米山薬品工業（株）製の四ホウ酸カリウム（平均１次粒子径：９００μｍ）
塩化カリウム：米山薬品工業（株）製の塩化カリウム（平均１次粒子径：３５０μｍ）
塩化ナトリウム：米山薬品工業（株）製の塩化ナトリウム（平均１次粒子径：３５０μｍ）
塩化カルシウム：米山薬品工業（株）製の塩化カルシウム（平均１次粒子径：３５０μｍ）
四ホウ酸ナトリウム：米山薬品工業（株）製の四ホウ酸ナトリウム（平均１次粒子径：３５０μｍ）
四ホウ酸カルシウム：米山薬品工業（株）製の四ホウ酸カルシウム（平均１次粒子径：３５０μｍ）
硫黄：鶴見化学工業（株）製の粉末硫黄
加硫促進剤：大内新興化学工業（株）製のノクセラーＣＺ（Ｎ−シクロヘキシル−２−ベンゾチアゾリルスルフェンアミド）

実施例１〜２および比較例１〜５
表１に示す配合処方にしたがい、バンバリーミキサーを用いて、硫黄および加硫促進剤以外の薬品を５分間混練りし、混練り物を得た。つぎに、得られた混練り物に硫黄および加硫促進剤を添加し、オープンロールを用いて、１０分間練り込み、未加硫ゴム組成物を得た。さらに、得られた未加硫ゴム組成物をトレッドの形状に成形し、他のタイヤ部材とともに貼り合わせて未加硫タイヤを形成し、１７０℃の条件下で１５分間プレス加硫し、実施例１〜２および比較例１〜５のスタッドレスタイヤ（サイズ：１９５／６５Ｒ１５）を製造した。

（硬度）
使用前のスタッドレスタイヤのトレッド表面層からゴム試験片を取り出し、ＪＩＳ Ｋ ６２５３「加硫ゴムおよび熱可塑性ゴムの硬さ試験方法」に準じて、タイプＡデュロメーターにて２３℃におけるＪＩＳ−Ａ硬度（１）を測定した。

つぎに、製造したスタッドレスタイヤを砥石粒度３６のグラインダーで表面から１ｍｍの深さまで均一に研磨し、水で洗浄後、乾燥させた後のトレッド表面からゴム試験片を取り出し、ＪＩＳ−Ａ硬度（１）と同様に、２３℃におけるＪＩＳ−Ａ硬度（２）を測定した。

（氷上制動性能）
製造したスタッドレスタイヤをリム（サイズ：１５×６．５ＪＪ）組みし、試験車両（トヨタアリオン）の全輪に装着させ、前輪の内圧を２３０ｋＰａ、後輪の内圧を２００ｋＰａに設定した。そして、試験車両にテストドライバー１名が乗車し、路面温度−４．０〜−４．５℃の氷上で３０ｋｍ／ｈで走行中にブレーキを踏み、停止するまでの距離（氷上制動停止距離）を測定した。ここでは、この試験を５回行い、その平均値を使用した。なお、氷上制動停止距離が小さいほど、氷上制動性能に優れることを示す。

（氷上操縦安定性）
製造したスタッドレスタイヤをリム（サイズ：１５×６．５ＪＪ）組みし、試験車両（トヨタアリオン）の全輪に装着させ、前輪の内圧を２３０ｋＰａ、後輪の内圧を２００ｋＰａに設定した。そして、試験車両にテストドライバー１名が乗車し、路面温度−４．０〜−４．５℃の氷上を走行させ、その際の操縦安定性を、比較例１の氷上操縦安定性を６とし、１０点満点でテストドライバーが官能評価した。なお、評点が大きいほど優れていることを示す。

（ドライ操縦安定性）
製造したスタッドレスタイヤをリム（サイズ：１５×６．５ＪＪ）組みし、試験車両（トヨタマークII）の全輪に装着させ、前輪の内圧を２３０ｋＰａ、後輪の内圧を２００ｋＰａに設定した。そして、試験車両にテストドライバー１名が乗車し、路面温度１０〜１５℃の乾燥路面を走行させ、その際の操縦安定性を、比較例１のドライ操縦安定性を６とし、１０点満点でテストドライバーが官能評価した。なお、評点が大きいほど優れていることを示し、６．５⁺とは、６．５より若干優れていることを示す。

（耐摩耗性）
製造したスタッドレスタイヤをリム（サイズ：１５×６．５ＪＪ）組みし、試験車両（トヨタマークII）の全輪に装着させ、前輪の内圧を２３０ｋＰａ、後輪の内圧を２００ｋＰａに設定した。そして、試験車両にテストドライバー１名が乗車し、路面温度１０〜１５℃の乾燥路面を４０００ｋｍ走行させ、その際のタイヤ表面のゴムの減量（厚さ）を測定した。そして、比較例１の耐摩耗性指数を１００とし、以下の計算式により、各配合のゴムの減量を指数表示した。なお、耐摩耗性指数が大きいほどゴムの減量が小さく、耐摩耗性に優れることを示す。
（耐摩耗性指数）＝（各配合のゴムの減量）／（比較例１のゴムの減量）×１００

前記評価結果を表１に示す。

Claims (4)

1. ジエン系ゴム１００重量部に対して、
   平均１次粒子径が５０〜８００μｍである水溶性無機物を１５〜５５重量部含有するトレッド用ゴム組成物を用いたトレッドを有するスタッドレスタイヤ。
2. 使用前のトレッド表面の２３℃におけるＪＩＳ−Ａ硬度（１）が５０〜６０であり、砥石粒度３６のグラインダーで表面から１ｍｍの深さまで均一に研磨し、水で洗浄後、乾燥させた後のトレッド表面の２３℃におけるＪＩＳ−Ａ硬度（２）が３８〜４８である請求項１記載のスタッドレスタイヤ。
3. 水溶性無機物が、塩化カリウム、塩化ナトリウム、塩化カルシウム、四ホウ酸ナトリウム、四ホウ酸カルシウムおよび四ホウ酸カリウムよりなる群から選ばれた少なくとも１種である請求項１または２記載のスタッドレスタイヤ。
4. ＪＩＳ−Ａ硬度（１）と、ＪＩＳ−Ａ硬度（２）の差が２〜１５である請求項２または３記載のスタッドレスタイヤ。