JP3183649B2 - スタッドレスタイヤ用ゴム組成物 - Google Patents

スタッドレスタイヤ用ゴム組成物

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、長期間保管されて
も硬化を起こしにくいスタッドレスタイヤ用ゴム組成物
に関する。
【0002】
【従来の技術】タイヤは一般に、ゴム成分にカーボンブ
ラック等の充填剤、用途に応じた物性を付加する種々の
添加剤等を適宜配合し、加硫剤(加硫促進剤を含む、以
下同様)を配合して、加硫成形される。その加硫剤とし
て代表的な硫黄は、S−S結合による架橋構造を形成す
ることによりポリマー同士を結合する。このS−S結合
は、熱により切断され易く、その架橋構造が短くなる
(短鎖状になる)傾向にある。結果として、経時に伴っ
てゴムの硬化を招いてしまい、タイヤの走行性に影響を
与えるようになる。
【0003】特にスタッドレスタイヤは、使用しない季
節(冬期以外)の間は車から取り外されて倉庫などで保
管されることが多い。この保管期間中、経時に伴い外気
温の影響を受けてゴムの硬化を招きやすい。また、走行
によって発生するタイヤ内部の発熱によっても、同様に
ゴムの硬化が起こってしまう。スタッドレスタイヤはワ
ンシーズン(ひと冬)の使用ではそれほど摩耗もせず、
来シーズンも十分使用できるはずであるのに、ゴムの硬
度が上昇するため氷雪性能が低下してしまうという問題
が生じていた。
【0004】かかる問題を解決するために、硫黄そのも
のの配合量を減らして硫黄による架橋構造の数を少なく
するという素材面からの改良方法(従来技術1)や、ゴ
ムを発泡させて柔軟性を付加し、硬度上昇による走行性
能への影響を緩和する構造面からの改良方法(従来技術
2)等が採用されてきた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術でも、ス
タッドレスタイヤの長期保管による硬化現象を効果的に
抑制できるものであるが、次のような問題が発生する。
従来技術1は、ゴム全体に対する硫黄の配合量が少ない
ため加硫が不十分となり、耐摩耗性や強度等の物性が低
下する。また従来技術2は、ゴム組成物中の気泡により
スタッドレスタイヤに要求される柔軟性がある程度付加
され、その範囲内において氷雪路面における操縦安定性
を維持できるが、ゴムそのものを改質するものではない
ため改良には限界があり、またゴム強度等の物性が低下
して耐摩耗性が悪くなってしまうという問題が生じてい
た。
【0006】本発明はこのような問題に鑑みてなされた
ものであってその目的とするところは、ゴムそのものを
改質することにより、特に経時に伴う外気温の影響や、
走行中のタイヤ内部に発生する熱の影響によるゴム硬度
の上昇を、効果的に抑制するスタッドレスタイヤ用ゴム
組成物を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、以下の手段を採用した。すなわち、本発明にかかる
スタッドレスタイヤ用ゴム組成物は、NR及び/又はB
Rが60重量部以上配合されたジエン系ゴム成分100
重量部に対し、硫黄及び以下の一般式で表されるジチオ
リン酸金属塩が以下の式1〜3を満たすように配合され
ているとともに、前記ゴム成分100重量部に対しカー
ボンブラックが20重量部を越えて40重量部以下、シ
リカが10重量部以上配合されており、かつ前記カーボ
ンブラックと前記シリカの配合量の合計が前記ゴム成分
100重量部に対し50〜60重量部であり、加硫後の
0℃におけるSHORE−A硬度が47°以下である
とを特徴とする
【0008】
【化2】
【0009】(式中、R1、R2はC19以下のアルキル
基、Mは金属元素を表す) 式1:x≧0.7 式2:y≦0.5 式3:2.8≦x+5y (式中xは、前記ゴム成分100重量部に対する前記ジ
チオリン酸金属塩の配合量、式中yは前記ゴム成分10
0重量部に対する前記硫黄の配合量で、単位はいずれも
重量部)この際、前記ジチオリン酸金属塩がジオチリン
酸亜鉛であることが好ましい。
【0010】
【発明の実施の形態】本発明にかかるスタッドレスタイ
ヤ用ゴム組成物について、詳細に説明する。なお、各成
分の配合量は、すべてジエン系ゴム成分100重量部に
対するものである。本発明にかかるスタッドレスタイヤ
のゴム成分はジエン系ゴム成分であるが、中でもスタッ
ドレスタイヤに好適なNR及び/又はBRを主に使用す
る。これらのゴム成分は、低温特性に優れたもので、N
R又はBRのどちらか一方、又はNRとBRをあわせ
て、60重量部以上配合されることが好ましい。これら
の配合量が60重量部未満であると、十分な低温特性が
得られないため、好ましくない。
【0011】また、氷雪路面上での走行性能(氷雪機
能、以下同様)をより満足させるために、NR又はBR
のどちらか一方、又はNRとBRをあわせて、70重量
部以上配合することが好ましく、更にはBRを40重量
部以上配合することが好ましい。一方、NR及びBR以
外のその他のジエン系ゴム成分としては、SBR、IR
等を用いることができる。本発明のスタッドレスタイヤ
用ゴム組成物には、特に氷雪機能、低温特性が必要とさ
れており、通常路面での高速性能を付加するSBR等の
ゴム成分が一定量以上配合されていると、かかるスタッ
ドレスタイヤに必要な機能、特性が低下してしまう。従
って、特にSBRを用いるときは、その配合量を30重
量部以下とすることが好ましい。
【0012】なお、NR及びBR以外のジエン系ゴム成
分の組み合わせや配合量は、上述のNR、BR、SBR
等の配合条件を満たす範囲内で、適宜調節することが可
能である。上述のジエン系ゴム成分に対して、ジチオリ
ン酸金属塩及び硫黄を配合する。ジチオリン酸金属塩は
以下の一般式で表される。
【0013】
【化3】
【0014】(式中、R1、R2はC19以下のアルキル
基、Mは金属元素を表す)金属塩を形成する金属Mは、
Cu、Mg、Zn等の2価の金属であれば使用可能であ
るが、入手が容易である等の利点より、Znが好まし
い。ジチオリン酸金属塩と硫黄の配合は、ゴム成分10
0重量部に対するジチオリン酸金属塩の配合量をx、同
様に硫黄の配合量をy(単位はいずれも重量部)とした
ときに、xとyが次の式1〜3を満たすように行う。 式1:x≧0.7 式2:y≦0.5 式3:2.8≦x+5y ジチオリン酸金属塩の配合量が0.7重量部未満である
と、経時に伴うスタッドレスタイヤの硬化を防止する効
果が小さいため好ましくない。また、硫黄の配合量が
0.5重量部を越えると、ゴム硬度が大きくなり、低温
性能等が大きく低下するため好ましくない。更に、これ
ら配合量の関係(x+5y)が2.8未満では、ゴム作
製時のゴム強度が弱く、耐摩耗性等の物性が悪くなるた
め、好ましくない。
【0015】本発明の前述ゴム作製時のゴム硬度は、加
硫後のゴム組成物の0℃におけるSHORE−A硬度に
より評価する(JISK625による)。本発明では、
このSHORE−A硬度を47°以下に限定しようとす
るものであり、これによればスタッドレスタイヤに適し
た柔軟性を持つゴム組成物を構成できる逆にSHOR
E−A硬度が47°を越えると、氷雪路面における良好
な走行性能は期待できない。この際、本発明ではSHO
RE−A硬度は47°〜45°であることが好ましい。
この程度の硬度であれは、スタッドレスタイヤとして特
に好適な柔軟性を持つためである。
【0016】本発明にかかるスタッドレスタイヤ用ゴム
組成物は、更に良好な氷雪機能を得るため、カーボンブ
ラック及びシリカが所定量配合される。カーボンブラッ
クの配合量は20重量部を越えて40重量部以下、シリ
カの配合量は10重量部以上であることが好ましい。カ
ーボンブラックが20重量部以下であれば耐摩耗性が悪
くなり、40重量部を越えるとゴム組成物の硬度が高く
なるため好ましくない。また、シリカの配合量が10重
量部未満では氷雪性能が不十分であるため好ましくな
い。
【0017】更に、カーボンブラック及びシリカの配合
量の合計が50〜60重量部であることが好ましい。5
0重量部未満であれば耐摩耗性が悪くなり、60重量部
を越えるとゴム硬度が高くなって氷雪性能が悪化するた
めである。本発明にかかるスタッドレスタイヤ用ゴム組
成物は、上述の所定の組成成分を所定範囲内で混合して
作製する。また上述の組成成分の他、シランカップリン
グ剤や老化防止剤、酸化亜鉛、ステアリン酸、オイル等
の成分を適宜配合することができる。なお、前記シラン
カップリング剤の配合量は、通常はシリカ配合量の10
重量%前後である。
【0018】次に、上述の所定の条件を満たすように組
成成分を配合し、バンバリーミキサーで混合した後、加
硫して本発明にかかるスタッドレスタイヤ用ゴム組成物
を作製した(実施例1〜5)。同時に、上述の条件を満
たさない配合のゴム組成物も作製し(比較例1〜8)、
物性値を上記実施例と比較した。用いた具体的な組成成
分は、カーボンブラックはSAF、シリカはVN3(商
品名、デグッサ社製)、ジチオリン酸金属塩にはR1
びR2がC49のジチオリン酸亜鉛を使用した。実施例
1〜5を表1に、比較例1〜8を表2に示す。
【0019】
【表1】
【0020】
【表2】
【0021】物性評価の具体的な内容を以下に示す。各
試験は、実際にタイヤを作製し、そのタイヤから切り取
った試験片により行った。○ゴム硬度(硬度I):JI
SK6253のSHORE−A硬度により測定した。こ
の値は加硫成形後のタイヤの0℃におけるゴム硬度であ
る。 ○熱老化後ゴム硬度(硬度II):上記の0℃における
硬度を測定したタイヤを、オーブン中で70℃で7日間
熱老化させた後に放冷し、そのタイヤにおける0℃での
SHORE−A硬度を測定した。 ○耐摩耗性:ピコ摩耗試験にて評価した。比較例1(ジ
チオリン酸亜鉛を全く含まない従来の配合例)の耐摩耗
性を基準値100とした指数評価により行った。 ○氷雪性能:タイヤサイズTL195/65R15で評
価した。このタイヤを実際に車に装着して、氷盤及び雪
上周回路を走行することにより評価した。上記耐摩耗性
と同様に、比較例1の氷雪性能を基準値100とした指
数評価により行った。
【0022】硬度Iと硬度IIの値の差は、熱によるタ
イヤの老化度合いを表している。つまり、硬度差が大き
ければ、熱による硬化度合いが大きいといえる。 1)比較例1は、加硫後の0℃におけるSHORE−A
硬度(硬度I)は47℃以下で、耐摩耗性及び氷雪性能
も共に劣ることはない。しかし、ジチオリン酸亜鉛の配
合が全くなく、特許請求の範囲の請求項1における式1
(以下、単に式1)の条件を満たすものでない。これに
より、熱老化後におけるSHORE−A硬度(硬度I
I)が著しく上昇するものとなっている。つまり、ゴム
硬度の上昇が効果的に抑制されていない。 2)比較例2は、特許請求の範囲の請求項1における式
3(以下、単に式3という)の条件を満たしていないも
のである。硬度Iは47°以下で良好であるものの、結
果的にゴム硬度は4°も上昇し、ゴム硬度の上昇は効果
的に抑制されていない。また、耐摩耗性の低下もみられ
る。 3)比較例3は、式1の条件を満たしていないものであ
る。耐摩耗性の大きな低下もなく良好な氷雪性能を有す
るが、硬度が5°も上昇しており、硬度上昇の抑制はさ
れていない。 4)比較例4は、補正後の請求項1における式2(以
下、単に式2という)の条件を満たさないものである。
ゴム硬度の上昇はある程度抑制されているが(硬度 上昇
は3°)、当初のゴム硬度Iは47°以上で、氷雪性能
に劣る結果となっている。 5)比較例5は、式1〜式3の条件はすべて満たすが、
ゴム成分内容が条件を満たしていない。つまり、NRと
BRをあわせても60重量部はない。硬度上昇はある程
度抑制されてはいるが、耐摩耗性と氷雪性能は劣る。 6)比較例6は、式1〜式3の条件はすべて満たすが、
シリカの配合量が規定量以下である。結果として、ゴム
硬度の上昇は抑制されているが、氷雪性能に著しく劣
る。 7)比較例7は、式1〜式3の条件はすべて満たすが、
カーボンブラックの配合量が規定より少ないものであ
る。硬度上昇はある程度抑制され、氷雪性能も良好であ
るが、耐摩耗性は著しく劣るものである。 8)比較例8は、式1〜式3の条件はすべて満たすが、
カーボンブラックの配合量が規定より多いものである。
結果として、硬度上昇は効果的に抑制されているが、氷
雪性能は著しく劣る。 9)つまり、比較例はすべて、スタッドレスタイヤに好
適な柔軟性、硬度上昇の抑制、良好な耐摩耗性、及び良
好な氷雪性能、のすべてを実現するものではない。
【0023】これに比し、実施例1〜5は、ゴム成分、
カーボンブラック及びシリカの配合量、及び式1〜式3
の各条件をすべて満たしている。これにより、加硫後の
硬度Iは47°以下で、なおかつ熱老化後の硬度上昇は
2°以下である。更に、耐摩耗性と氷雪性能のいずれを
も備えている。なお実施例4は他の実施例と比較して、
耐摩耗性や氷雪性能の指数評価が少し低いが、これはN
R及びBRの配合量が他の実施例に比し少なく、SBR
が配合されていることが主な理由と考えられる。
【0024】SBRは、乾燥路面での高速走行に適した
耐候性をタイヤに付加する性質に優れたゴム成分であ
り、柔軟性や低温特性をタイヤに付加する効果は、NR
又はBRよりかは低い。しかし高速走行性能が要求され
る場合には、スタッドレスタイヤとしての走行性能にさ
ほど影響を与えない範囲内でSBRも配合することがで
きる。つまり、実施例4のように、30重量部以下の配
合量であればさしつかえない。しかし、SBRの配合が
40重量部を越えれば明らかに氷雪性能は低下し、スタ
ッドレスタイヤには不適な配合となることがわかる(比
較例5)。
【0025】本発明にかかるスタッドレスタイヤ用ゴム
組成物は、スタッドレスタイヤのトレッド部、ショルダ
ー部、サイドウォール部等に用いることができる。トレ
ッド部に使用する場合は、本発明のゴム組成物でトレッ
ド部を加硫成形してもよいし、予めトレッドパターンを
形成したシート状等に作製された部材を、既存のタイヤ
トレッドに貼り付ける等の手段を採用することも可能で
ある。
【0026】
【発明の効果】本発明によれば、経時に伴い外気温の影
響を受けて起こるタイヤ硬度の上昇が、効果的に抑制さ
れる。加えて、スタッドレスタイヤに適した耐摩耗性や
氷雪性能をも具備する。従って、本発明にかかるゴム組
成物を用いたスタッドレスタイヤは、長期間保管された
後でもスタッドレスタイヤとして良好な硬度を保ち、優
れた走行性能を維持することができる。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 NR及び/又はBRが60重量部以上配
    合されたジエン系ゴム成分100重量部に対し、硫黄及
    び下記の一般式で表されるジチオリン酸金属塩が以下の
    式1〜3を満たすように配合されるとともに、前記ゴム
    成分100重量部に対しカーボンブラックが20重量部
    を越えて40重量部以下、シリカが10重量部以上配合
    されており、かつ前記カーボンブラックと前記シリカの
    配合量の合計が前記ゴム成分100重量部に対し50〜
    60重量部であり、加硫後の0℃におけるSHORE−
    A硬度が47°以下であることを特徴とするスタッドレ
    スタイヤ用ゴム組成物。 【化1】 (式中、R1、R2はC19以下のアルキル基、Mは金属元
    素を表す) 式1:x≧0.7 式2:y≦0.5 式3:2.8≦x+5y (式中xは、前記ゴム成分100重量部に対する前記ジ
    チオリン酸金属塩の配合量、式中yは前記ゴム成分10
    0重量部に対する前記硫黄の配合量で、単位はいずれも
    重量部)
  2. 【請求項2】 前記ジチオリン酸金属塩がジチオリン酸
    亜鉛であることを特徴とする請求項1に記載のスタッド
    レスタイヤ用ゴム組成物。
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