JP6862894B2 - タイヤ用ゴム組成物 - Google Patents

Description

本発明は、ウェット性能を維持しながら、転がり抵抗および操縦安定性能の温度依存性を抑制して温度条件に依らず優れた転がり抵抗および操縦安定性能を発揮することを可能にしたタイヤ用ゴム組成物に関する。

空気入りタイヤにおいて、ウェット性能および転がり抵抗を改善する手法として、タイヤ用ゴム組成物の粘弾性特性を制御して、ウェット性能の指標となる低温におけるｔａｎδを増加する一方で、転がり抵抗の指標となる６０℃におけるｔａｎδを低下させることが行われている（例えば、特許文献１を参照）。しかしながら、近年、転がり抵抗や操縦安定性能が温度依存性を有することによる不具合が指摘されるようになってきており、上述のようにゴム物性の温度依存性を大きくするような粘弾性特性の制御では、必ずしも十分な性能を有するタイヤが得られないという問題がある。

特開２０１４‐００９３２４号公報

本発明の目的は、ウェット性能を維持しながら、転がり抵抗および操縦安定性能の温度依存性を抑制して温度条件に依らず優れた転がり抵抗および操縦安定性能を発揮することを可能にしたタイヤ用ゴム組成物を提供することにある。

上記目的を達成する本発明のタイヤ用ゴム組成物は、ガラス転移温度が−６０℃以下であるポリブタジエンゴムを３０質量％〜１００質量％含有するゴム成分１００質量部に対して充填材が３５質量部〜１５０質量部、可塑剤成分としてアロマオイルが１０質量部以上２５質量部以下配合され、前記充填材は３５質量部〜１３０質量部のシリカと任意でカーボンブラックとを含み、前記充填材中のシリカの質量Ｗ_Siとカーボンブラックの質量Ｗ_CBとの質量比率Ｗ_Si／Ｗ_CBが１００／０〜３０／７０であり、０℃における貯蔵弾性率Ｅ′＠０℃と６０℃における貯蔵弾性率Ｅ′＠６０℃とが下記式（１）を満たし、ｔａｎδの温度曲線のピーク位置における温度が−２０℃以下であることを特徴とする。
−０．０１＜（Ｅ′＠０℃−Ｅ′＠６０℃）／６０＜０．２ （１）

本発明のタイヤ用ゴム組成物は、０℃における貯蔵弾性率Ｅ′＠０℃と６０℃における貯蔵弾性率Ｅ′＠６０℃との差が充分に小さく、ｔａｎδの温度曲線のピーク位置が−２０℃よりも低温側に位置するので、温度依存性（温度勾配）を小さくしながら、転がり抵抗に寄与する６０℃におけるｔａｎδを低減することができ、温度条件によらず優れたタイヤ性能（転がり抵抗および操縦安定性能）を発揮することが可能になる。このとき、充填材としてシリカが充分に配合されることで、優れたウェット性能を維持することができる。ゴム組成物の物性を良好にすることができる。更に、可塑剤成分が少ないことでも６０℃におけるｔａｎδを低く維持することができ、転がり抵抗および操縦安定性能を効果的に高めることができる。

本発明では、加硫ゴムにおける０．２８％歪み時の複素弾性率Ｇ′＠０．２８％と１０％歪み時の複素弾性率Ｇ′＠１０％とが下記式（２）を満たすことが好ましい。このように加硫ゴムにおける０．２８％歪み時の複素弾性率Ｇ′＠０．２８％と１０％歪み時の複素弾性率Ｇ′＠１０％との差を小さくすることで、シリカの分散性が高まり、ゴムがしなやかになるため、タイヤにしたときの実接触面積が増加するので、ウェット性能を高めるには有利になる。
Ｇ′＠０．２８％−Ｇ′＠１０％≦１１５０ｋＰａ （２）

本発明では、６０℃におけるｔａｎδが０．１５未満であることが好ましい。このように転がり抵抗に寄与する６０℃におけるｔａｎδを充分に低く設定することで、転がり抵抗を効果的に低減することができる。

本発明では、ゴム成分中にガラス転移温度が−６０℃以下のポリブタジエンゴムを含み、その配合量は３０質量％〜１００質量％である。このようにガラス転移温度が低いゴムを用いることで、特に転がり抵抗の温度依存性を抑制するには有利になる。

本発明のタイヤ用ゴム組成物をトレッド部に用いた空気入りタイヤは、上述のタイヤ用ゴム組成物の物性に基づいて、ウェット性能を維持しながら、優れた転がり抵抗および操縦安定性能を発揮することができる。

本発明のタイヤ用ゴム組成物において、ゴム成分はジエン系ゴムであり、天然ゴム、ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム等の、タイヤ用ゴム組成物に通常用いられるゴムを使用することができる。好ましくはガラス転移温度が−６０℃以下の共役ジエンゴムを少なくとも１種含むとよく、その配合量を好ましくは３０質量部〜１００質量部、より好ましくは４０質量部〜９０質量部にするとよい。尚、ガラス転移温度が−６０℃以下であれば、共役ジエンゴムの種類は特に限定されない。例えば、共役ジエンゴムとしてスチレンブタジエンゴム、ポリブタジエンゴム、ポリイソプレンゴムを採用することができる。ガラス転移温度が−６０℃以下の共役ジエンゴムを含む場合、それ以外のジエン系ゴムの種類および配合量については特に限定されない。これらジエン系ゴムは、単独または任意のブレンドとして使用することができる。ガラス転移温度が−６０℃超の共役ジエンゴムを用いた場合や、ガラス転移温度が−６０℃以下の共役ジエンゴムの配合量が上記範囲から外れる場合には、本発明の所望の効果が充分に得られない虞がある。

本発明のゴム組成物では、ゴム成分１００質量部に対して３５質量部〜１５０質量部の充填剤を必ず含む。充填材としてはシリカを必ず含み、任意でカーボンブラックを併用してもよい。シリカの種類としては、例えば湿式法シリカ、乾式法シリカあるいは表面処理シリカなどを使用することができる。シリカの配合量は３５質量部〜１３０質量部、好ましくは４０質量部〜１４０質量部であり、充填材中のシリカの質量をＷ_Siとし、カーボンブラックの質量をＷ_CBとしたとき、これらの質量比率Ｗ_Si／Ｗ_CBは１００／０〜３０／７０、好ましくは９５／５〜４０／６０に設定する。このように充填剤としてシリカを充分に配合することで、ゴム組成物の６０℃におけるｔａｎδを低減して、タイヤにしたときの転がり抵抗を低減することができる。また、ゴム組成物がしなやかになるため、タイヤにした際に実接地面積が増加してウェット性能を高めることができる。このとき、充填剤の配合量が３５質量部未満であるとゴム組成物の機械的特性が悪化する。充填材の配合量が１５０質量部超であるとゴム組成物の発熱性が高くなり転がり抵抗が悪化する。シリカの配合量が３５質量部未満であると、シリカを配合することによる効果（転がり抵抗およびウェット性能の改善）が得られなくなる。シリカの配合量が１３０質量部を超えると、ゴム硬度や高温時の破断強度が低下する。質量比率Ｗ_Si／Ｗ_CBが上記範囲から外れると、シリカの配合量が過少になるため、シリカを配合することによる効果（転がり抵抗およびウェット性能の改善）が充分に得られなくなる。

本発明のゴム組成物では、ゴム成分１００質量部に対して可塑剤成分が２５質量部以下、好ましくは２０質量部以下配合される。可塑剤成分としては、タイヤ用ゴム組成物に通常用いられるものを用いることができ、例えば、アロマ系、パラフィン系およびナフテン系などのプロセスオイル、フタル酸エステル系・燐酸エステル系・樹脂酸系の可塑剤、液状ゴム、石油樹脂、天然樹脂を採用することができる。これら可塑剤成分は単独または任意のブレンドとして使用することができる。可塑剤成分を配合することで、ジエン系ゴムに対するシリカの補強性能および低転がり抵抗性を得ることができるが、その配合量を低く抑えることでゴム組成物の６０℃におけるｔａｎδを良好に保ってタイヤにしたときの転がり抵抗を効果的に低減することができる。可塑剤成分の配合量が２５質量部を超えると、ゴム組成物の６０℃におけるｔａｎδが悪化して、タイヤにしたときの転がり抵抗を充分に低減することができない。

本発明のゴム組成物は、０℃における貯蔵弾性率Ｅ′＠０℃と６０℃における貯蔵弾性率Ｅ′＠６０℃とが下記式（１）を満たしている。尚、本発明において、貯蔵弾性率Ｅ′は、ＪＩＳ Ｋ６３９４の規定に準拠して、ゴム組成物の加硫物を、粘弾性スペクトロメーターを用いて、初期歪み１０％、振幅±２％、周波数２０Ｈｚ、０℃または６０℃の条件で測定した値とする。
−０．０１＜（Ｅ′＠０℃−Ｅ′＠６０℃）／６０＜０．２ （１）

また、温度に対するｔａｎδのグラフ（ｔａｎδの温度曲線）を描画したとき、そのピーク温度が−２０℃以下、好ましくは−２１℃〜−１１０℃になっている。尚、本発明において、ｔａｎδは、ＪＩＳ Ｋ６３９４の規定に準拠して、ゴム組成物の加硫物を、粘弾性スペクトロメーター（東洋精機製作所社製）を用いて、初期歪み１０％、振幅±２％、周波数２０Ｈｚで測定した値とする。

このように、０℃における貯蔵弾性率Ｅ′＠０℃と６０℃における貯蔵弾性率Ｅ′＠６０℃との差が充分に小さく、貯蔵弾性率Ｅ′の温度依存性（温度勾配）が小さい一方で、ｔａｎδの温度曲線のピーク位置が−２０℃よりも低温側に位置することで、このピーク位置から離間した６０℃におけるｔａｎδ（転がり抵抗に寄与）は低くなり、温度条件によらず優れたタイヤ性能（転がり抵抗および操縦安定性能）を発揮することが可能になる。このとき、上述のシリカや可塑剤成分の配合は、優れたウェット性能の維持や６０℃におけるｔａｎδの低減に有利に働き、タイヤにしたときにウェット性能、転がり抵抗、操縦安定性を温度条件に依らずより良好に発揮することが可能になる。

本発明では、加硫ゴムにおける０．２８％歪み時の複素弾性率Ｇ′＠０．２８％と１０％歪み時の複素弾性率Ｇ′＠１０％とが下記式（２）を満たすことが好ましい。このように加硫ゴムにおける０．２８％歪み時の複素弾性率Ｇ′＠０．２８％と１０％歪み時の複素弾性率Ｇ′＠１０％との差を小さくすることで、シリカの分散性が高まり、ゴムがよりしなやかになるため、タイヤにしたときの実接地面積を増加する効果を高めることができ、ウェット性能を高めるには有利になる。尚、本発明において、複素弾性率Ｇ′は、ＪＩＳ Ｋ６３９４の規定に準拠して、ゴム組成物の加硫物を、粘弾性スペクトロメーター（東洋精機製作所社製）を用いて、初期歪み０．２８％または１０％、振幅±２％、周波数２０Ｈｚ、温度６０℃で測定した値とする。
Ｇ′＠０．２８％−Ｇ′＠１０％＜１２００ｋＰａ （２）

本発明のタイヤ用ゴム組成物には、加硫または架橋剤、加硫促進剤、加工助剤、老化防止剤などのタイヤ用ゴム組成物に一般的に使用される各種添加剤を配合することができ、かかる添加剤は一般的な方法で混練してゴム組成物とし、加硫または架橋するのに使用することができる。これらの添加剤の配合量は本発明の目的に反しない限り、従来の一般的な配合量とすることができる。本発明の繊維被覆用ゴム組成物は、通常のゴム用混練機械、例えば、バンバリーミキサー、ニーダー、ロール等を使用して、上記各成分を混合することによって製造することができる。

本発明のタイヤ用ゴム組成物は、空気入りタイヤのトレッド部に好適に使用することができる。本発明のタイヤ用ゴム組成物を使用した空気入りタイヤは、ウェット性に優れ、更にゴム物性（転がり抵抗および操縦安定性能）の温度依存性が低いので、優れたウェット性能を発揮しながら、優れた転がり抵抗および操縦安定性能を温度条件によらず発揮することできる。

以下、実施例によって本発明をさらに説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。

表１，２に示す配合からなる１６種類のゴム組成物（標準例、比較例１〜７、実施例１〜８）を、それぞれ加硫促進剤及び硫黄を除く配合成分を秤量し、１．８Ｌの密閉式バンバリーミキサーで５分間混練し、温度１５０℃でマスターバッチを放出し室温冷却した。その後、このマスターバッチを１．８Ｌの密閉式バンバリーミキサーに供し、加硫促進剤及び硫黄を加え２分間混合し、タイヤ用ゴム組成物を調製した。尚、表１，２には、ＪＩＳ Ｋ６３９４に準拠して、粘弾性スペクトロメーター（東洋精機製作所製）を用い、周波数２０Ｈｚ、初期歪み１０％、動歪み±２％、温度０℃または６０℃の条件にて測定した各ゴム組成物の貯蔵弾性率Ｅ′の温度勾配（Ｅ′＠０℃−Ｅ′＠６０℃）／６０、周波数２０Ｈｚ、初期歪み０．２８％または１０％、動歪み±２％、温度６０℃の条件にて測定した各ゴム組成物の複素弾性率Ｇ′の差Ｇ′＠０．２８％−Ｇ′＠１０％、周波数２０Ｈｚ、初期歪み１０％、動歪み±２％、温度６０℃の条件にて測定したｔａｎδ、ｔａｎδの温度曲線におけるピーク温度を併せて示した（尚、ゴム成分の全量がＳＢＲである実施例１，４は参考例である）。

得られた１６種類のゴム組成物をトレッド部に用いてタイヤサイズが１９５／６５Ｒ１５の空気入りタイヤを製造し、下記に示す評価方法により、路面温度１０℃における操縦安定性、路面温度４０℃における操縦安定性、これら操縦安定性の差、路面温度１０℃における転がり抵抗、路面温度４０℃における転がり抵抗、これら転がり抵抗の差、路面温度２３℃におけるウェット性能を評価し、その結果を表１，２に併せて示した。

操縦安定性（路面温度１０℃，４０℃、およびこれらの差）
各試験タイヤをリムサイズ１５インチのホイールに組み付けて、空気圧を２４０ｋＰａとして排気量１．８Ｌの試験車両に装着し、路面温度１０℃または４０℃の条件で、乾燥路面からなる周回コースにて、テストドライバーによる官能評価を行い、各路面温度での操縦安定性を評価した。また、１０℃における操縦安定性に対する４０℃における操縦安定性の差を求めた。評価結果は、標準例を１００とする指数として示した。各路面温度での操縦安定性の指数値が大きいほど各路面温度において操縦安定性が優れることを意味する。また、操縦安定性の差が小さいほど、操縦安定性の温度依存性が低いことを意味する。

転がり抵抗（路面温度１０℃，４０℃、およびこれらの差）
各試験タイヤをリムサイズ１５インチのホイールに組み付けて、半径８５４ｍｍのドラムを備えた転がり抵抗試験機に装着し、空気圧２４０ｋＰａ、荷重１００Ｎ、速度８０ｋｍ／ｈ、ドラムの表面温度１０℃または４０℃の条件にて、３０分間の予備走行を行った後、同条件にて転がり抵抗を測定し、各路面温度での転がり抵抗を評価した。また、１０℃における転がり抵抗に対する４０℃における転がり抵抗の差を求めた。評価結果は、測定値の逆数を用い、標準例を１００とする指数として示した。各路面温度での転がり抵抗の指数値が大きいほど各路面温度において転がり抵抗が優れることを意味する。また、転がり抵抗の差が小さいほど、転がり抵抗の温度依存性が低いことを意味する。

ウェット性能（路面温度２３℃）
各試験タイヤをリムサイズ１５インチのホイールに組み付けて、空気圧を２４０ｋＰａとして排気量１．８Ｌの試験車両に装着し、路面温度２３℃、水深３ｍｍの試験路面において、速度１００ｋｍ／ｈの走行状態からブレーキを掛けて完全に停止するまでの制動距離を測定した。評価結果は、測定値の逆数を用い、標準例を１００とする指数にて示した。この指数値が大きいほどウェット路面における制動距離が短く、ウェット性能が優れていることを意味する。尚、指数値が「９５」以上であれば、従来レベルの良好なウェット性能を維持している。

表１，２において使用した原材料の種類を下記に示す。
・ＮＲ：天然ゴム、ＲＳＳ＃３（ガラス転移温度Ｔｇ＝−６７℃）
・ＢＲ：ブタジエンゴム、日本ゼオン社製Ｎｉｐｏｌ １２２０（ガラス転移温度Ｔｇ＝−１０５℃）
・ＳＢＲ１：スチレンブタジエンゴム、日本ゼオン社製Ｎｉｐｏｌ ＮＳ６１２（ガラス転移温度Ｔｇ＝−６０℃）
・ＳＢＲ２：スチレンブタジエンゴム、旭化成ケミカルズ社製タフデン Ｅ５８１（ガラス転移温度Ｔｇ＝−３６℃）
・ＳＢＲ３：スチレンブタジエンゴム、日本ゼオン社製Ｎｉｐｏｌ １５０２（ガラス転移温度Ｔｇ＝−５０℃）
・ＳＢＲ４：スチレンブタジエンゴム、日本ゼオン社製Ｎｉｐｏｌ ＮＳ６１６（ガラス転移温度Ｔｇ＝−２２℃）
・シリカ：Ｓｏｌｖａｙ社製Ｚｅｏｓｉｌ １１６５ＭＰ
・ＣＢ：カーボンブラック、東海カーボン社製カーボンブラックシースト６
・オイル：富士興産社製アロマオイル
・シラン：ＴＥＳＰＴ、Ｅｖｏｎｉｋ社製ＶＰＳｉ６９
・酸化亜鉛：正同化学工業社製酸化亜鉛３種
・ステアリン酸：ＮＯＦ社製ビーズステアリン酸
・老化防止剤：精工化学社製オゾノン６Ｃ
・硫黄：鶴見化学工業社製金華印油入微粉硫黄
・加硫促進剤１：大内新興化学工業社製ノクセラー ＣＺ−Ｇ
・加硫促進剤２：住友化学社製ソクシノールＤ−Ｇ

表１，２から明らかなように実施例１〜８のタイヤ用ゴム組成物は、タイヤに用いた際に、優れたウェット性能を発揮すると共に、タイヤ性能（操縦安定性および転がり抵抗）の温度依存性が低いため、温度条件に依らず優れた操縦安定性および転がり抵抗を発揮した。

一方、比較例１は、シリカの配合量が少なく、可塑剤成分が多いため、転がり抵抗およびウェット性能が悪化した。比較例２は、ｔａｎδの温度曲線のピーク位置における温度が−２０℃を越えているため、路面温度の違いによる転がり抵抗の差が大きく、転がり抵抗の温度依存性が悪化した。比較例３，４は、温度０℃または６０℃の条件にて測定した各ゴム組成物の貯蔵弾性率Ｅ′の温度勾配（Ｅ′＠０℃−Ｅ′＠６０℃）／６０が本発明の範囲から外れるため、比較例３では操縦安定性とウェット性能が悪化し、比較例４では操縦安定性と転がり抵抗が悪化した。比較例５は、シリカの配合量が多すぎるため転がり抵抗が悪化した。比較例６は、充填材の配合量が多すぎるため転がり抵抗が悪化した。比較例７は、充填剤としてカーボンブラックのみを含む（シリカとカーボンブラックの質量比が本発明の範囲から外れる）ため、転がり抵抗とウェット性能が悪化した。

Claims (4)

1. ガラス転移温度が−６０℃以下であるポリブタジエンゴムを３０質量％〜１００質量％含有するゴム成分１００質量部に対して充填材が３５質量部〜１５０質量部、可塑剤成分としてアロマオイルが１０質量部以上２５質量部以下配合され、前記充填材は３５質量部〜１３０質量部のシリカと任意でカーボンブラックとを含み、前記充填材中のシリカの質量Ｗ_Siとカーボンブラックの質量Ｗ_CBとの質量比率Ｗ_Si／Ｗ_CBが１００／０〜３０／７０であり、０℃における貯蔵弾性率Ｅ′＠０℃と６０℃における貯蔵弾性率Ｅ′＠６０℃とが下記式（１）を満たし、ｔａｎδの温度曲線のピーク位置における温度が−２０℃以下であることを特徴とするタイヤ用ゴム組成物。
   −０．０１＜（Ｅ′＠０℃−Ｅ′＠６０℃）／６０＜０．２ （１）
2. 加硫ゴムにおける０．２８％歪み時の複素弾性率Ｇ′＠０．２８％と１０％歪み時の複素弾性率Ｇ′＠１０％とが下記式（２）を満たすことを特徴とする請求項１に記載のタイヤ用ゴム組成物。
   Ｇ′＠０．２８％−Ｇ′＠１０％≦１１５０ｋＰａ （２）
3. ６０℃におけるｔａｎδが０．１５未満であることを特徴とする請求項１または２に記
   載のタイヤ用ゴム組成物。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載のタイヤ用ゴム組成物をトレッド部に用いたことを特徴
   とする空気入りタイヤ。