JP3459114B2

JP3459114B2 - タイヤトレッド用ゴム組成物

Info

Publication number: JP3459114B2
Application number: JP07356594A
Authority: JP
Inventors: 秀樹福島; 義行野村; 浩文林
Original assignee: Toyo Tire and Rubber Co Ltd
Current assignee: Toyo Tire Corp
Priority date: 1994-04-12
Filing date: 1994-04-12
Publication date: 2003-10-20
Anticipated expiration: 2018-10-20
Also published as: JPH07278358A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はタイヤトレッド用ゴム組
成物に関し、より詳しくは氷雪路面上を走行するトラッ
ク・バス等大型車両に用いて特に好適なスタッドレスタ
イヤのトレッドゴム組成物に関する。

【０００２】

【従来の技術】氷雪路面上を走行するスタッドレスタイ
ヤのトレッドには、一般に低硬度のゴム組成物を使用
し、或いはこれに比較的粒子径の大きい特殊フィラーを
添加するなどしてトレッドと氷雪路面との間の摩擦係数
がより大きくなるような種々の工夫が施されている。例
えば、ガラス転移温度（Tg) の低いジエン系ゴムからな
るゴム成分に耐寒性軟化剤や液状ゴムを配合して低硬度
化すると共に、低温での硬度変化を小さくしたゴム組成
物を使用し、或いはこれにガラスやシラスバルーン等の
無機発泡体、炭素質微粉体やセルローズ物質を含む粉体
加工品等比較的粒子径の大きい特殊フィラーを添加し
て、トレッド表面にフィラーを突出させミクロスパイク
効果を高めるとか、トレッドゴムを発泡させて氷点下で
の柔軟性を確保し、路面との接触面積を大きくする方法
等（特開平４−５５４４３号、特開平４−１１７４３９
号、特開平４１４９２５３号、特開平３−８８８３２
号）種々の提案がなされている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のごと
き従来型の低硬度ゴム組成物を用い、或いはこれに特殊
フィラーを添加してトレッドゴムを構成すると、一般に
耐摩耗性が低下し、かつトレッド剛性が低下し、操縦安
定性が損なわれるという問題があった。また、トレッド
ゴムの剛性が低くなると、サイプの多いトレッドパター
ンではサイプが狭まってエッジ効果が低下し、雪や水膜
を有する氷上でのトラクションが充分発揮できなくな
る。これらのことは、とりわけ大きい荷重を担持し、厳
しい走行条件下で使用されるトラック・バス用タイヤに
おいては特に重要な課題であり、早期の解決が望まれて
いた。

【０００４】本発明は、上記のごとき実情に鑑みなされ
たものであって、その目的とするところは、従来のゴム
組成物に比較して高硬度であるにも拘らず、それより優
れた氷上摩擦係数が得られ、しかも特殊フィラーを添加
することによる耐摩耗性の低下が実用上許容し得る範囲
に抑制されたスタッドレスタイヤのトレッドゴム組成物
を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】しかして、上記の目的を
達成するため本発明は、平均粒子径が１０〜３００μm
の粒状体物質を配合してなるジエン系ゴム組成物であっ
て、これを加硫した際上記粒状体物質をその中に分散包
埋するゴムマトリックス部分の２３℃におけるＪＩＳ−
Ａ硬度 Hs が６５〜７６の範囲にあり、かつ、粒状体物
質の平均粒子径をσ（単位μm)としたとき、このσと前
記ゴムマトリックスの硬度 Hs の各数値が、下記（１）
式１０４≦−62.015＋6.3402[Hs]−0.60107[σ] −0.058084[Hs]² −3.9038×10^-4 [σ］²＋0.010319[Hs]× [σ］ ‥‥‥（１）の関係にあることを特徴とするタイヤトレッド用ゴム組
成物をその要旨とするものである。

【０００６】本発明において使用される粒状体物質とし
ては、平均粒子径σが１０〜３００μm の範囲にあり、
スタッドレスタイヤのトレッド用特殊フィラーとして通
常用いられているものであればいずれも使用可能である
が、皮革質や植物質粒状体、熱不融性の粒状フェノール
樹脂等を特に好適な例として挙げることができる。皮革
質粒状体は水との親和性が大きく氷雪路面上で特殊な防
滑作用を呈し、また、クルミ、椿、桃、梅等の種子殻を
粉砕して得られた粒状体はゴムとの馴染みがよく、かつ
適度な硬度を有して氷雪上での耐滑り性を向上する。粒
状フェノール樹脂としては少なくとも加硫温度で熱不融
性のものであれば特に支障はないが、中でも未反応メチ
ロール基を含有するフェノール樹脂はゴムとの接着性が
よく、しかも氷雪面との親和性を向上する効果が高いの
で好ましい。

【０００７】すなわち、本発明を実施するに当って好ま
しい粒状体物質は、水との親和性が高く、氷を引っ掻く
にたる適度な硬度と形状を有するものであって、走行中
トレッド表面に露出して氷雪上の水膜をすばやく排除す
ると同時に、ミクロスパイク効果を有効に発揮するもの
といえる。このような粒状体物質は、通常単独で使用さ
れるが、その２種またはそれ以上の複数種を混合して使
用することもできる。

【０００８】かかる粒状体物質を含有するゴムマトリッ
クスとしては、ジエン系ゴム組成物が使用される。該ジ
エン系ゴム組成物を構成するゴム成分としては、天然ゴ
ム（ＮＲ）、ポリイソプレンゴム（ＩＲ）、ポリブタジ
エンゴム（ＢＲ）、スチレン・ブタジエン共重合体ゴム
（ＳＢＲ）等のジエン系汎用ゴムから選ばれた少なくと
も１種よりなるものであればいずれも使用可能である
が、発熱性と耐摩耗性が重要視されるトラック・バス用
タイヤにおいては、天然ゴム（ＮＲ）又は天然ゴム（Ｎ
Ｒ）とシス・ポリブタジエンゴム（cis - ＢＲ）のブレ
ンドよりなるゴム組成物が特に好ましい。本発明におい
ては、氷上性能と摩耗寿命並びにトレッド剛性のバラン
スを考慮して、上記マトリックスゴムの硬度 Hs を６５
〜７６の範囲に設定する。マトリックスゴムの硬度 Hs
が６５未満では耐摩耗性の低下が著しく、かつトレット
剛性を高く保持するためにも好ましくない。また、７６
を越えるとゴム組成物の加工性が悪くなり、発熱性、耐
チップカット・耐ティア性等の特性も低下するので好ま
しくない。本発明においてゴムマトリックスの硬度 Hs
は、通常、配合するカーボンブラックの量を変量するこ
とにより調整される。

【０００９】ついで、上記のジエン系マトリックスゴム
組成物に平均粒子径σが１０〜３００μm の粒状体物質
の所定量を添加して加硫し得られた加硫ゴムの特性を測
定したところ、平均粒子径σに対して氷上摩擦係数μが
ピークとなる最適ゴム硬度（Hs max) が存在し、かつこ
の最適ゴム硬度（Hs max）の値は粒状体物質の配合量に
よって左右されず一定であり、また、氷上摩擦係数μの
ピーク値は粒状体物質の配合量が多いほど高いことが見
出だされた。図１はその説明図であり、粒状体物質とし
て平均粒子径σが１７５μm のクルミ殻を使用した場合
について、ゴム硬度 Hs と摩擦係数μ及び配合量の間に
みられる上記のごとき関係を例示したものである。

【００１０】図２は、粒子径の異なる各種粒状体物質の
一定量を含有させたゴム加硫物について、氷上摩擦係数
μと粒子径σ (単位μm)及びゴムの硬度 Hs との関係を
プロットしたものであり、図中の実線は各点に対応する
データ（硬度 Hs と平均粒子径σと氷上摩擦係数μ）を
コンピュータ処理して描いた氷上摩擦係数に関する等高
線図であり、添付の数値は氷上摩擦係数指数（μ Inde
x ）を示している。図から明らかなように、用いた粒状
体物質の平均粒子径σに対しそれぞれ氷上摩擦係数μを
最も高くできる最適硬度のゴムが存在するということが
判る。但し、ここでいうμ Indexとは、粒状体物質を含
まない通常タイヤのトレッド用ゴム組成物（比較例１）
をコントロールとしその氷上摩擦係数μを１００として
他を指数表示したものであり、数値の高いほど氷上性能
が良好である。

【００１１】すなわち、マトリックスゴムの硬度 Hs が
最適硬度（Hs max) を外れて小さくても、逆に大きくて
も氷上摩擦係数は低くなる。そこで、本発明において
は、図２におけるμ Indexがコントロール配合のそれよ
りも４ポイント乃至はそれ以上の高い値（μ Index≧１
０４）を有する領域にあるゴム組成物を使用することと
し、前記（１）式はかかる要件を定めたものである。

【００１２】平均粒子径σに対し最適硬度HS maxが存在
する理由としては、つぎのように考えると理解し易い。
すなわち、粒状体物質を含有するゴム表面には粒状体物
質が分散して露出している。これが氷雪路面に作用して
ミクロスパイク効果を発揮するが、含有率が一定であれ
ばσの大小によって表面に露出する粒子の個数は異なっ
ている。したがって、１個の粒子が路面より受ける力ｆ
はσが大きい粒子について大きいことになる。この場
合、マトリックスゴムの硬度が小さいと粒子はゴム中に
埋没してスパイク効果が発揮できない。逆に、ゴムの硬
度が高いと粒子は埋没しないで、氷雪路面に食い込んで
スパイク効果を発揮することになるが、この時、路面よ
り受ける力ｆが限度を越えて大きくなると粒子が欠けた
り剥離脱落する確率も大きくなる。ところが、この中間
の硬度範囲（即ち、最適硬度範囲）では、マトリックス
ゴムのクッション作用が適度に働いて路面より受ける力
ｆの一部を分散吸収するので、粒子は欠けたり脱落する
ことなく氷雪路面に食い込んでスパイク効果を効率よく
発揮できるものと思える。

【００１３】一方、σが小さいと表面に露出する粒子の
個数が多くて、粒子１個が路面より受ける力ｆは小さい
ので、これを支え上記の機構に基づいてμを高めるマト
リックスゴムの最適硬度は、σが大きい場合に比べる
と、小さくてよいことになる。また、配合量が多くなっ
ても最適硬度が変わらずにμ Indexが向上するのは、ミ
クロスパイク効果を発揮する作用点の数の増加に基因す
ると考える。

【００１４】粒状体物質の粒子径σが１０μm 未満では
ミクロスパイク効果による氷上性能の改良が乏しく、３
００μm を越えると耐摩耗性と耐クラック性が共に低下
して好ましくない。また、粒状体物質の配合量について
は、図１に示すように、３〜１５重量部の範囲におい
て、その量が多いほど氷上摩擦係数μの向上効果が高
い。しかし、耐摩耗性は逆に低下する傾向があり、ま
た、その量が３重量部より少ないと摩擦係数μの改良効
果はえられない。したがって、耐摩耗性の低下を実用的
に許容し得る範囲に抑えて氷上摩擦係数の向上を図るた
めには、粒状体物質の配合量は３〜８重量部の範囲が好
ましい。しかし、耐摩耗性を犠牲にしても氷上摩擦係数
の一層の向上が要求される場合には８重量部を越えて配
合することも可能であるが、１５重量部を越えると耐摩
耗性の低下と共に強度など他のゴム特性の低下が著しく
なって好ましくない。

【００１５】本発明のゴム組成物は上記ジエン系ゴム成
分、粒状体物質、カーボンブラックの他に公知の加硫
剤、加硫促進剤、加硫促進助剤、シリカ系充填剤、老化
防止剤可塑剤等を適宜添加して構成されるものであり、
これらの構成成分を通常の加工設備、例えばロール、バ
ンバリーミキサー、ニーダーなどにより混練りすること
により得られる。

【００１６】

【作用】本発明においては、粒状体物質の粒子径に対し
氷上摩擦係数を最も高くできる最適硬度のゴムを選定
し、これに該粒状体物質を適量添加してタイヤトレッド
用ゴム組成物を構成するようにしたので、所望の硬度
で、それぞれ最高の氷上性能を発揮し得るゴム組成物を
特定することが可能である。また、かかる粒状体物質を
配合するゴムの硬度を６５〜７６の範囲に設定したの
で、低硬度ゴム組成物を用いた時のような耐摩耗性とト
レッド剛性の低下が抑えられ、一般路面上を走行する際
も通常タイヤと変わらぬ操縦安定性が確保され、路面の
損傷を効果的に防止し得る。

【００１７】

【実施例】以下に実施例及び比較例を挙げて本発明を具
体的に説明する。なお、単に部とあるは重量部のことを
意味する。表１と表２に記載するごとくゴム各部、カー
ボンブラック各部、特定の平均粒子径σを有する各種粒
状体物質５部又は０部（即ち、比較例１及び４はかかる
粒状体物質を含有していない）よりなる各配合に、共通
成分として亜鉛華３部、ステアリン酸２部、老化防止剤
（サントフレックス１３）１部、パラフィンワックス１
部、促進剤ＣＺ 1.4部および硫黄２部を添加し、バンバ
リーミキサーにより均一に混練してゴム組成物を得た。
ついで、これをトレッドとする１０００Ｒ２０１４PR
のラジアルタイヤを常法によって作成し、下記の通り性
能評価を実施した。氷上摩擦係数：表面温度が -２〜 -３℃の氷上で時速
４０kmから制動した時の加硫試験片の摩擦係数をダイナ
ミックフリクションテスターにより測定し、コントロー
ル配合（比較例４）の値を１００として指数表示したも
ので、数値の大きい方が良好である。実走摩耗：東名−名神高速道路を１０００００km走行
させた後、リヤ装着タイヤのトレッド溝の摩耗ミリ当た
り走行距離を求め、コントロール配合（比較例１）の値
を１００として指数表示したもので、数値の大きい方が
良好である。結果は表１と表２に纏めて示す。なお、この表には
（１）式の右辺から求められるμIndex の計算値を参考
までに付加したが、この値と実測値はよく一致してい
る。

【００１８】これらの表から判るように、前記のごとき
本発明に係わる要件を全て満足するトレッド用ゴム組成
物（実施例１〜６）では、これらの要件を一つでも欠く
比較例１〜６のゴム組成物に比較して、μ Indexの向上
が達せられる。

【００１９】

【表１】

【表２】

【００２０】更に詳細に説明すると、比較例１と４はト
ラック・バス用タイヤのトレッドとして許容し得る範囲
の硬度を有する２種のゴム組成物に関し、前者は特殊フ
ィラーを含有しないタイプのスタッドレスタイヤ用、後
者は同じく一般良路用タイヤトレッドゴム組成物の例で
ある。これにみるようにトレッドゴム組成物において
は、カーボンブラックが多く硬度が高いほど耐摩耗性は
良好である。しかし、氷雪路面でのμ Indexは逆に小さ
くなるので、硬度の低い配合ほど氷上性能は良いといえ
る。ここでは、上記比較例１をコントロール配合に選
び、このタイヤの氷上摩擦係数及び実走摩耗の測定値を
基準値に採用した。

【００２１】実施例２と３及び比較例５は、いずれも平
均粒子径σが１７５μm の粒状体物質（クルミ殻）を用
いているが、ゴムの硬度が６２と低い比較例５では、μ
Indexの向上は得られず、また実施例２、３に比して、
耐摩耗性の悪化が著しい。比較例２は、比較例１に平均
粒子径σが２５０μｍの粒状体物質（レザー）を添加し
たものであるが、ゴムの硬度 HS がこの粒子径σに対す
る最適硬度(HS max)を外れているためにμ Indexはさほ
ど向上せず、しかも耐摩耗性の低下が著しい。実施例４
に示すように、２５０μm のクルミ殻に対しては硬度７
６付近が最適硬度（HS max) といえる。実施例６は、こ
のクルミ殻をレザーに置き換えたものてあるが、この場
合もほぼ同等のμ Indexの向上がえられる。熱不溶性フ
ェノール樹脂（実施例５）とクルミ殻（実施例１）につ
いても、σが同等であれば同硬度のHS maxが観察され
る。また、ゴムの硬度が同じで粒状体物質（クルミ殻）
のσが異なる実施例２と比較例６を比較すると、σが３
００μm （比較例６）ではμ Indexの改良効果は認めら
れないが、σが１７５μm （実施例２）ではμ Indexの
改良効果が大きい。これらの事実より、少なくともクル
ミ殻、レザー、熱不溶性フェノール樹脂に関しては、粒
状体物質の平均粒子径σに対し共通の最適硬度(HS max)
のゴムマトリックスが存在することが明らかである。

【００２２】実施例１〜４は、上記のごとき最適硬度の
概念に基づき構成されたトレッド用ゴム組成物であり、
加硫後におけるゴマトリックスの硬度が６５〜７６の範
囲にあり、かつ、（１）式の右辺より求められるμ Ind
exの計算値が１０４以上になるように組成されている。
これに対し、比較例２、３、５及び６は、平均粒子径σ
が１０〜３００μm の範囲にある粒状体物質を同量用い
ているにも拘らず、（１）式を満足しないゴム組成物で
あって、氷上性能がやや向上するゴム組成物（比較例２
と５）では耐摩耗性の低下が著しく、耐摩耗性が幾分良
好な場合（比較例３と６）には氷上性能の低下が認めら
れる。

【００２３】

【発明の効果】以上の通り本発明は、比較的粒子径の大
きい粒状体物質をジエン系ゴムに配合するに際し、硬度
が６５〜７６の範囲にあり、かつ、粒子径に対応して選
定される最適硬度のゴムマトリックスを使用してなるゴ
ム組成物なので、これをタイヤトレッドに用いた場合、
低硬度ゴム組成物を基本とした従来のスタッドレスタイ
ヤ用ゴム組成物と異なり、著しく耐摩耗性を損なうこと
なく、氷雪路面上の走行性能の向上が得られ、かつ、通
常タイヤと変わらぬ操縦安定性が確保されたスタッドレ
スタイヤが提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】氷上摩擦係数に及ぼすゴム硬度と粒状体物質の
配合量の関係を示す説明図である。

【図２】粒状体物質の一定量を配合したゴム加硫物の氷
上摩擦係数（指数）と粒子径及びゴム硬度との関係を示
す図である。

フロントページの続き (56)参考文献特開平５−287128（ＪＰ，Ａ) 特開平４−318044（ＪＰ，Ａ) 特開平４−311739（ＪＰ，Ａ) 特開平２−274740（ＪＰ，Ａ) 特開平２−274739（ＪＰ，Ａ) 特開平２−208336（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C08L 7/00 - 21/02

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】平均粒子径が１０〜３００μm の粒状体
物質を配合してなるジエン系ゴム組成物であって、これ
を加硫した際、上記粒状体物質をその中に分散包埋する
ゴムマトリックス部分の２３℃におけるＪＩＳ−Ａ硬度
HS が６５〜７６の範囲にあり、かつ、粒状体物質の平
均粒子径をσ（単位μm)としたとき、このσと前記ゴム
マトリックス部分の硬度 HS の各数値が、下記（１）式
の関係にあることを特徴とするタイヤトレッド用ゴム組
成物。１０４≦−62.015＋6.3402[Hs]−0.60107[σ] −0.058084[Hs]² −3.9038×10^-4 [σ] ²＋0.010319[Hs]× [σ] ‥‥‥（１）
【請求項２】粒状体物質が皮革質粒状体、植物質粒状
体及び熱不融性フェノール樹脂から選ばれた少なくとも
１種よりなる請求項１記載のタイヤトレッド用ゴム組成
物。
【請求項３】粒状体物質がゴム成分１００重量部当た
り３〜１５重量部配合されてなる請求項１又は２記載の
タイヤトレッド用ゴム組成物。