JP4093979B2 - タイヤ用ゴム組成物およびそれを用いた空気入りタイヤ - Google Patents

Description

本発明は、タイヤ用ゴム組成物および空気入りタイヤに関し、とりわけ氷上摩擦性能に優れるタイヤ用ゴム組成物およびそれを用いた空気入りタイヤに関する。

氷雪路面走行では、スパイクタイヤが使用されたり、タイヤにチェーンを装着することがなされてきたが、粉塵問題などの環境問題が発生するため、これに代わる氷雪路面走行用タイヤとして、スタッドレスタイヤが開発された。

氷雪路面は一般路面にくらべて著しく摩擦係数が低く滑りやすいので、スタッドレスタイヤには材料および設計面での工夫がなされている。たとえば、低温特性に優れたジエン系ゴムを配合したゴム組成物が開発されたり、また、タイヤ表面の凹凸形態を変えて表面エッジ成分を増やしたり、引掻き効果のある天然ガラスを配合する（特許文献１参照）などして、氷雪路面における氷への引掻き効果を得ることにより、氷上性能を向上させる工夫がなされている。

しかしながら、前述のようなスタッドレスタイヤでも、スパイクタイヤに比べて、依然として、氷雪路面での摩擦性能は充分といえず、さらなる改善が求められている。

特開２００２−５３７０４号公報

本発明は、氷上摩擦性能を向上させたタイヤ用ゴム組成物、およびそれをタイヤトレッドに用いた空気入り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、４個の突起を有する酸化亜鉛ウィスカ０．５〜３０重量部、および多孔質天然ガラス０．５〜２０重量部を含有するタイヤ用ゴム組成物に関する。

前記タイヤ用ゴム組成物は、さらに、ジエン系ゴム１００重量部に対して、平均繊維径が１〜１００μｍであり、かつ平均繊維長が０．１〜５ｍｍである非金属繊維０．５〜２０重量部を含有することが好ましい。

前記タイヤ用ゴム組成物において、非金属繊維、４個の突起を有する酸化亜鉛ウィスカおよび多孔質天然ガラスの配合量を、それぞれＸ、ＹおよびＺとするとき、式：
２Ｘ＋Ｙ＋２Ｚ≦３０
を満たすことが好ましい。

また、本発明は、前記タイヤ用ゴム組成物からなる空気入りタイヤに関する。

本発明によれば、ジエン系ゴムに２個以上の突起を有するフィラーを配合することにより、タイヤと氷雪路面の間に発生する水膜を排除し、氷雪路面を引っ掻く。また、多孔質天然ガラスを配合することにより、該ガラスがゴム表面にあるときは、該ガラスが氷雪路面を引っ掻き、それが脱落したのちは、ゴム表面についたミクロの凹凸の撥水効果により、タイヤと氷雪路面の間に発生する水膜が除去される。さらに、非金属繊維を配合することにより、氷雪路面を引っ掻く。したがって、タイヤの製造において特殊な手法（装置）を用いることなく、氷上摩擦性能に優れたスタッドレスタイヤを得ることができる。さらに、前述の３種の材料の配合量を規定することで、氷上摩擦性能と耐摩耗性を両立させることができる。

本発明のタイヤ用ゴム組成物は、ゴム成分としてジエン系ゴムを含有する。

前記ジエン系ゴムとしては、任意のジエン系ゴムが用いられる。たとえば、天然ゴム（ＮＲ）、ポリイソプレンゴム（ＩＲ）、各種ポリブタジエンゴム（ＢＲ）、各種スチレン−ブタジエン共重合体ゴム（ＳＢＲ）、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体ゴム（ＮＢＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、ハロゲン化ブチルゴム、ポリクロロプレン（ＣＲ）などのジエン系ゴムを単独で、あるいは任意の割合でブレンドして使用することができる。

本発明のタイヤ用ゴム組成物は、２個以上の突起を有するフィラーを含有する。２個以上の突起を有するフィラーを配合することにより、２個以上の突起がアンカー効果を示し、走行時の刺激や摩耗による脱落を防ぎ、かつ、ゴム表面からミクロ突起を出現させ、氷雪路面とタイヤの間に発生する水膜を排除する効果およびミクロな引っ掻き効果を発現させる。また、本発明において、フィラーは、前記ゴム成分に配合した際、耐摩耗性、耐熱性、熱伝導性などにおいて優れた効果を示す。

前記フィラーの突起数は、２個以上、好ましくは３個以上である。突起がない、あるいは突起を１個のみ有するフィラーでは、フィラーがアンカー効果を示すことができず、タイヤ走行などによる刺激や摩耗によってフィラーが脱落する。

前記フィラーとしては、酸化亜鉛ウィスカ（たとえば、松下アムテック（株）製のパナテトラ（テトラポット形状酸化亜鉛））や沖縄県産の星の砂などがあげられる。なかでも、氷よりも硬くアスファルトより柔らかい材料であるという理由から、酸化亜鉛ウィスカを用いることが好ましい。

前記フィラーの針状短繊維長は、好ましくは１μｍ以上、より好ましくは１０μｍ以上である。フィラーの針状短繊維長が１μｍ未満では、氷雪路面での氷上摩擦性能の向上がみられない傾向がある。また、フィラーの針状短繊維長は、好ましくは５０００μｍ以下、より好ましくは１０００μｍ以下である。フィラーの針状短繊維長が５０００μｍをこえると、耐摩耗性が著しく低下する傾向がある。

前記フィラーの針状短繊維径（平均値）は、好ましくは０．５μｍ以上である。フィラーの針状短繊維径が０．５μｍ未満では、充分な引っ掻き効果が得られず、氷上摩擦性能の向上がみられない傾向がある。また、フィラーの針状短繊維径は、好ましくは２０００μｍ以下、より好ましくは２００μｍ以下である。フィラーの針状短繊維径が２０００μｍをこえると、耐摩耗性が著しく低下する傾向がある。

前記フィラーの配合量は、前記ジエン系ゴム１００重量部に対して０．５重量部以上、好ましくは１重量部以上、より好ましくは５重量部以上である。前記フィラーの配合量が０．５重量部未満では、氷雪路面での氷上摩擦性能の向上がみられない。また、前記フィラーの配合量は、３０重量部以下、好ましくは２５重量部以下、より好ましくは１０重量部以下である。前記フィラーの配合量が３０重量部をこえると、耐摩耗性が低下する。

また、前記フィラーとジエン系ゴムとの接着力を向上させるために、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリウレタン（ＰＵ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）およびシランカップリング剤やシリル化剤などでフィラーを表面処理してもよい。

さらに、本発明のゴム組成物は、多孔質天然ガラス（酸化ケイ素）を含有する。多孔質天然ガラスを配合することにより、ゴム表面に天然ガラスが存在しているときは引っ掻き効果で、抜け落ちたのちは、ミクロな凹凸ができることにより水を排水することで、氷上摩擦力を向上させる。

前記多孔質天然ガラスとしては、シラスを原料としたシラスバルーンや人工培土などがあげられる。

前記多孔質天然ガラスの平均粒子径は、好ましくは１μｍ以上、より好ましくは５０μｍ以上である。平均粒子径が１μｍ未満では引掻き効果が不充分であり、また、ガラスが抜けたあとの凹凸が小さすぎるため、排水効果が不充分となる傾向がある。また、多孔質天然ガラスの平均粒子径は、好ましくは２５０μｍ以下、より好ましくは２００μｍ以下である。平均粒子径が２５０μｍをこえるとゴムの強度が低下し、耐摩耗性が悪化する傾向がある。

前記多孔質天然ガラスの平均孔径は、好ましくは５０μｍ以下、より好ましくは１０μｍ以下である。平均孔径が５０μｍをこえるとゴムへの混練り時に粒子が破壊される傾向があるため、引掻き効果および凹凸による排水効果が充分に得られない傾向がある。

前記多孔質天然ガラスの配合量は、前記ジエン系ゴム１００重量部に対して、０．５重量部以上、好ましくは１重量部以上である。多孔質天然ガラスの配合量が０．５重量部未満では引掻き効果およびガラスが抜け落ちたあとの凹凸による排水効果が充分に得られない。また、多孔質天然ガラスの配合量は、２０重量部以下、好ましくは１０重量部以下である。多孔質天然ガラスの配合量が２０重量部をこえるとゴムの強度が低下し、耐摩耗性が悪化するため好ましくない。

さらに、本発明のタイヤ用ゴム組成物は、非金属繊維を含有することが好ましい。非金属繊維を配合することにより、氷雪路面における氷へのミクロな引掻き効果を発現させる。

通常、カレンダーロールによって押し出されたゴム中の非金属繊維は、押し出し方向に配向するため、繊維による氷への引掻き効果を有効に発現させるためには、その製造方法としてシートを押し出し方向に対して垂直にカットして立てていく方法や、押し出しヘッドをチューブ型にすることによって繊維を押し出し方向に対し垂直な方向に配向させ、そのシートを押し出し方向に平行にカットして、それぞれ９０度回転させ再び重ね合わせることにより、トレッドの厚み方向に配向させるなどの特殊な手法（装置）を用いる必要があった。しかしながら、本発明では、非金属繊維を前記２個以上の突起を有するフィラーとともにゴムに配合することで、ゴムの押し出し方向に繊維が配向するのを乱すため、タイヤの製造において特殊な手法（装置）を用いることなしに、非金属繊維による氷への引掻き効果を充分に得ることができる。

前記非金属繊維は、路面を傷つける恐れがなく、ゴムと摩耗速度の差が小さく、タイヤと氷雪路面との接地を確保するのに適している。非金属繊維のなかでも、非金属無機繊維が好ましい。さらに、ゴムを混練りする過程で適度な長さに折れて、短くなるグラスファイバーまたはカーボンファイバーが、分散および配向させやすく、複素弾性率の比が適度なゴムが得られやすいので好ましい。

前記非金属繊維の平均繊維径は、好ましくは１μｍ以上、より好ましくは３μｍ以上である。平均繊維径が１μｍより小さい場合、繊維断面積が小さいことにより、厚さ方向に配向した繊維が、ゴム表面に接地圧の高い部分を充分に作り出すことができない傾向がある。また、平均繊維径は、好ましくは１００μｍ以下、より好ましくは５０μｍ以下、とくに好ましくは４０μｍ以下である。平均繊維径が１００μｍより大きい場合、氷雪路面とタイヤとの間に発生する水膜を押しのける働きが劣るため、粘着、凝着摩擦が充分に働かない傾向がある。

前記非金属繊維の平均繊維長は、好ましくは０．１ｍｍ以上である。平均繊維長が０．１ｍｍより短い場合、走行により繊維がゴム表面から脱落しやすくなり、水膜を押しのける効果が低下する傾向がある。また、平均繊維長は、好ましくは５ｍｍ以下、より好ましくは３ｍｍ以下である。平均繊維長が５ｍｍより長い場合、繊維を分散させ配向させにくくなり、ゴムの加工性が低下する傾向がある。

前記非金属繊維の配合量は、前記ジエン系ゴム１００重量部に対して、好ましくは０．５重量部以上、より好ましくは１重量部以上である。非金属繊維の配合量が０．５重量部未満では、ゴム表面に接地圧を形成する繊維の量が少なくなり、水膜を除去し、氷を引っ掻く効果が充分に得られない傾向がある。また、非金属繊維の配合量は、好ましくは２０重量部以下、より好ましくは１８重量部以下、とくに好ましくは１５重量部以下である。非金属繊維の配合量が２０重量部をこえると、剛性が高くなりすぎて、ゴム表面を氷雪路面に追随させることができなくなり、粘着・凝着摩擦が低下する傾向がある。

前記非金属繊維、フィラーおよび多孔質天然ガラスの配合量は、それぞれをＸ、ＹおよびＺとするとき、式：
２Ｘ＋Ｙ＋２Ｚ≦３０
を満たすことが好ましい。このように配合量を規定することにより、氷上摩擦性能と耐摩耗性を両立させることができる。（２Ｘ＋Ｙ＋２Ｚ）が３０をこえると、氷上摩擦性能と耐摩耗性を両立させることができない傾向がある。より好ましくは、（２Ｘ＋Ｙ＋２Ｚ）は２５以下である。

本発明のタイヤ用ゴム組成物には、前記ゴム成分、フィラー、多孔質天然ガラス、非金属繊維のほかにも、その他の補強剤（充填剤）、加硫剤（架橋剤）、加硫促進剤、各種オイル、老化防止剤、軟化剤、可塑剤、カップリング剤などのタイヤ用または一般のゴム組成物用に配合される各種配合剤および添加剤を配合することができる。また、これらの配合剤、添加剤の配合量も一般的な量とすることができる。

前記補強剤としては、シリカおよび／または一般式（１）で表わされる無機充填剤があげられる。
ｍＭ・ｘＳｉＯｙ・ｚＨ₂Ｏ （１）
（Ｍは、アルミニウム、マグネシウム、チタン、カルシウムおよびジルコニウムからなる群から選ばれる金属、該金属の酸化物および水酸化物、および、それらの水和物、ならびに、該金属の炭酸塩から選ばれる少なくとも１種であり、ｍ、ｘ、ｙおよびｚは定数である。）

前記無機充填剤の配合量は、前記ジエン系ゴム１００重量部に対して、好ましくは１５０重量部以下、より好ましくは１００重量部以下である。無機充填剤の配合量が１５０重量部をこえると、加工性がわるくなる傾向がある。また、無機充填剤の配合量は、５重量部以上であることが好ましい。

シリカを配合する場合、シランカップリング剤を併用することが好ましい。シランカップリング剤の配合量は、前記シリカ１００重量部に対して、好ましくは１重量部以上、より好ましくは２重量部以上である。シランカップリング剤の配合量が１重量部未満では、未加硫ゴム組成物の粘度が高い傾向がある。また、シランカップリング剤の配合量は、前記シリカ１００重量部に対して、好ましくは２０重量部以下、より好ましくは１５重量部以下である。また、シランカップリング剤の配合量が２０重量部をこえると、配合量のわりにシランカップリング剤を配合した効果が小さく、コストがかかる傾向がある。

また、前記補強剤としてカーボンブラックがあげられる。カーボンブラックの配合量は、前記ジエン系ゴム１００重量部に対して、好ましくは５重量部以上、より好ましくは１０重量部以上である。カーボンブラックの配合量が５重量部未満では、充分な補強性が得られず、耐摩耗性が劣る傾向がある。また、カーボンブラックの配合量は、好ましくは１５０重量部以下、より好ましくは１００重量部以下である。カーボンブラックの配合量が１５０重量部をこえると、加工性がわるくなり、硬度が高くなることから氷上摩擦性能が低下する傾向がある。

オイルを配合する場合、オイルの配合量は、前記ジエン系ゴム１００重量部に対して、好ましくは５重量部以上、より好ましくは１０重量部以上である。オイルの配合量が５重量部未満では、硬度が低くならず、氷上摩擦性能が低下する傾向がある。また、オイルの配合量は、好ましくは１５０重量部以下、より好ましくは１００重量部以下である。オイルの配合量が１５０重量部をこえると、耐摩耗性が低下する傾向がある。

前記加硫剤としては、硫黄があげられる。硫黄の配合量は、前記ジエン系ゴム１００重量部に対して、好ましくは、０．２重量部以上、より好ましくは０．５重量部以上である。硫黄の配合量が０．２重量部未満では、架橋密度が低く、強度が得られない傾向がある。また、硫黄の配合量は、好ましくは１０重量部以下、より好ましくは４重量部以下である。硫黄の配合量が１０重量部をこえると、架橋密度の上昇にともない硬度が高くなることで、氷上摩擦性能が低下する傾向がある。

加硫促進剤を配合する場合、加硫促進剤の配合量は、前記ジエン系ゴム１００重量部に対して、好ましくは０．１重量部以上、より好ましくは１重量部以上である。加硫促進剤の配合量が０．１重量部未満では、加硫速度が遅く生産性が低下する傾向がある。また、加硫促進剤の配合量は、好ましくは１０重量部以下、より好ましくは５重量部以下である。加硫促進剤の配合量が１０重量部をこえると、ゴム焼けが生じ、物性が低下する傾向がある。

本発明のゴム組成物は、前記２個以上の突起を有するフィラーおよび多孔質天然ガラスを配合し、好ましくは、さらに非金属繊維を配合することにより、引掻き効果および排水効果により、氷雪路面での摩擦係数が向上され、とくに空気入りタイヤのトレッドゴムに好ましく用いられる。

トレッドの形成方法としては、通常のカレンダーロールによる押し出し加工を用いることができるが、特開２００１−３９１０４号公報にもあるようにカレンダーロールによって繊維を分散させたゴム組成物を圧延加工し、得られたゴムシートを折りたたむなどの方法により、非金属繊維をトレッド厚さ方向に配向させることが好ましい。

本発明の空気入りタイヤは、本発明のゴム組成物を用いて通常の方法で製造される。すなわち、必要に応じて前記添加剤を配合した本発明のゴム組成物を、未加硫の段階でタイヤの各部材の形状にあわせて押出し加工し、タイヤ成型機上にて通常の方法で成形することにより、未加硫タイヤを形成する。この未加硫タイヤを加硫機中で加熱加圧することによりスタッドレスタイヤを得る。

以下、実施例にもとづいて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらのみに制限されるものではない。

実施例および比較例で使用した原料を以下にまとめて示す。
天然ゴム：テックビーハング社製のＲＳＳ＃３
ポリブタジエンゴム：宇部興産（株）製のＵＢＥＰＯＬ−ＢＲ１５０Ｂ
カーボンブラック：昭和キャボット（株）製のショウワブラックＮ２２０
シリカ：デグッサ社製のウルトラジルＶＮ３
シランカップリング剤：デグッサ社製のＳｉ６９（ビス（３−トリエトキシシリルプロピル）テトラスルフィド）
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）
ワックス：大内新興化学工業（株）製のサンノックワックス
オイル：出光興産（株）製のダイナプロセスオイルＰＳ３２３
ステアリン酸：日本油脂（株）製のステアリン酸
亜鉛華：三井金属鉱業（株）製の亜鉛華１号
グラスファイバー：日本板硝子（株）製のマイクロチョップドストランド（平均繊維径：１１μｍ、カット長さ（平均繊維長）：３ｍｍ）
酸化亜鉛ウィスカ：松下アムテック（株）製のパナテトラＷＺ−０５０１（突起の数：４個、針状短繊維長：２〜５０μｍ、針状短繊維径（平均値）：０．２〜３．０μｍ）
多孔質天然ガラス：ヘス社のパーミスＬＨＭ−９０（シラス、平均粒子径：１００μｍ、平均孔径：５μｍ）
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１〜７および比較例１〜９
表１および２に示す硫黄、加硫促進剤を除く配合成分を、容量１．７リットルの密閉型バンバリーミキサーを用いて３〜５分間混練りし、温度が１５０℃以上に達した時点で配合ゴムを排出し、ベース練りゴムとした。ベース練りゴムと硫黄および加硫促進剤をオープンロールで混練りし、加硫することによってゴム組成物を得た。

得られたゴム組成物を、通常用いられる方法でカレンダーロールによってトレッド形状に押し出すことにより、トレッドを形成し、１９５／６５Ｒ１５サイズのタイヤを作製した。得られたタイヤについて、以下の試験を実施した。結果を表１および２に示す。

（氷上摩擦性能）
タイヤを排気量２０００ｃｃの国産ＦＲ車に装着し、時速３０ｋｍ／時間からの氷盤上での制動停止距離を求めた。比較例１の制動停止距離の値を１００として指数で示した。指数が大きいほど氷上摩擦性能に優れている。

（耐摩耗性）
タイヤを排気量２０００ｃｃの国産ＦＲ車に装着し、３００００ｋｍ走行したのちの摩耗量を測定した。比較例１の摩耗量の値を１００として指数で示した。指数が大きいほど耐摩耗性に優れている。

パナテトラおよび多孔質天然ガラスの２種類を適量配合した実施例１〜３、ならびに、パナテトラ、多孔質天然ガラスおよびグラスファイバーの３種類を適量配合した実施例４〜７では、耐摩耗性を大きく低下させることなく、氷上摩擦性能を向上させることができた。とくに、（２Ｘ＋Ｙ＋２Ｚ）が３０以下のとき、氷上摩擦性能と耐摩耗性を両立させることができた。

Claims (4)

1. ジエン系ゴム１００重量部に対して、４個の突起を有する酸化亜鉛ウィスカ０．５〜３０重量部、および多孔質天然ガラス０．５〜２０重量部を含有するタイヤ用ゴム組成物。
2. さらに、ジエン系ゴム１００重量部に対して、平均繊維径が１〜１００μｍであり、かつ平均繊維長が０．１〜５ｍｍである非金属繊維０．５〜２０重量部を含有する請求項１記載のタイヤ用ゴム組成物。
3. 非金属繊維、４個の突起を有する酸化亜鉛ウィスカおよび多孔質天然ガラスの配合量を、それぞれＸ、ＹおよびＺとするとき、式：
   ２Ｘ＋Ｙ＋２Ｚ≦３０
   を満たす請求項２記載のタイヤ用ゴム組成物。
4. 請求項１、２または３記載のタイヤ用ゴム組成物からなる空気入りタイヤ。