JPH0653830B2

JPH0653830B2 - 空気入りタイヤ

Info

Publication number: JPH0653830B2
Application number: JP63141841A
Authority: JP
Inventors: 和章湯藤
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 1988-06-10
Filing date: 1988-06-10
Publication date: 1994-07-20
Anticipated expiration: 2009-07-20
Also published as: EP0346147A3; DE68912413T2; DE68912413D1; US4963615A; JPH01313545A; EP0346147A2; EP0346147B1; ES2050235T3

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は、空気入りタイヤ、特に全天候型の高運動性
能を有し、しかも耐摩耗性にすぐれた空気入りタイヤ、
すなわち、晴天時の乾燥路面、雨天時の湿潤路面並びに
氷及び／又は雪に覆われたいわゆる氷雪路面等をすべて
十分な路面把握力を持って走行しうる性能と、これに加
えてすぐれた耐摩耗性とを合わせ持つ乗用車用ラジアル
タイヤ、乗用車用バイアスタイヤ及び二輪車用タイヤに
適用可能な空気入りタイヤに関するものである。

（従来の技術）従来、高運動性能タイヤに関する技術は、種々知られて
おり、例えば、特開昭55−60539 号、同55−86827 号各
公報には、高い路面把握力を確保する為、室温付近にお
ける大きなロスを与えるべく、高いガラス転移温度を有
する重合体、例えば高結合スチレン量を有するスチレン
ブタジエンゴムを配合したり、又はカーボンブラックの
オイルを多量に配合したりして、湿潤路面における路面
把握力を改善したトレッドゴム組成物が開示されてい
る。

また、氷雪路を走行する為のタイヤ、いわゆるスノータ
イヤとかスタッドレスタイヤも知られており、例えば特
開昭59−206209号公報には、低温でも柔らかい、ガラス
転移温度の低い重合体、すなわち、ポリブタジエンゴ
ム、ポリイソプレンゴム及び天然ゴムより選ばれたゴム
を主体としとトレッドゴム組成物でトレッドを構成する
ことにより氷雪路面での踏面把握力を高めた空気入りタ
イヤが開示されている。

また、本発明者による特開昭62−62840 号明細書には、
エステル系低温軟化剤を配合したトレッドゴム組成物を
用いた全天候性能を有する高運動性能タイヤが開示され
ている。

（発明が解決しようとする課題）特開昭55−60539 号及び同55−86827 号公報に記載され
るトレッドゴムは、低温になると硬化するので、氷雪路
面上を走行した場合、タイヤ踏面と路面との間で十分な
摩擦力をタイヤに与えることができず、走行が容易でな
いという欠点があり、更に耐摩耗性も十分でない。

一方、特開昭59−206209号公報に記載されるタイヤは、
氷雪路面では満足すべき性能を示すものの、室温付近で
のトレッドゴムの硬度が低すぎるとか、トレッドゴム自
体の摩擦係数が低いとかが原因となって、十分な高運動
性能を示さないなどの不利益点があり、そのほか耐摩耗
性も不十分であるという欠点を有する。

また、本発明者による特開昭62−62840 号明細書記載の
タイヤは、全天候性能の高運動性能タイヤを与えるが、
耐摩耗性においてなお十分でない問題がある。

この発明の課題は、上記の従来技術の問題点を解消し、
全天候型の高い運動性能を持たせながら、しかも耐摩耗
性を改良した空気入りタイヤを提供することである。

（課題を解決するための手段）本発明者は、前記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結
果、高結合スチレン量の乳化重合スチレンブタジエン共
重合体より成る高スチレンゴム成分と、それ以外の共役
ジエン系重合体の１種以上より成る低スチレンゴム成分
とより成るゴム成分に特定の補強用カーボンブラックを
配合することによりこの目的を達成しうることを見いだ
し、この発明を完成するに至った。

すなわち、この発明は、トレッド部と、サイドウオール
部とビード部とを備える空気入りタイヤにおいて、結合
スチレン量が30〜50重量％の範囲内である乳化重合スチ
レンブタジエン共重合体より成る高スチレンゴム成分 1
5 〜50重量部と、残りの重量部を構成し、前記乳化重合
スチレンブタジエン共重合体以外の共役ジエン系重合体
の１種以上より成り、しかも前記共役ジエン系重合体の
少なくとも１種がスチレンブタジエン共重合体であるこ
とにより、前記残りの重量部を構成する全重合体中の結
合スチレンの平均含量が15重量％以上30重量％未満の範
囲内である低スチレンゴム成分より成るゴム分100 重量
部に対し、窒素吸着比表面積(N₂SA)が146 〜159 m²／ｇ
の範囲内であり、着色力が124 〜141 の範囲内であり、
遠心沈降法によるカーボンブラックの凝集体のｍμ単位
のモード径(Dst)とそのｍμ単位の半値幅（ΔD₅₀）との
関係が次式 ΔD₅₀Dst−18 で示される関係を満足し、電子顕微鏡測定により求めた
ｍμ単位の算術平均粒子径(D_n)及びｍμ単位の粒子径分
布幅(Ｓ)が式Ｓ0.375 D_n＋0.69 の関係を満足するカーボンブラックを補強剤として 40
〜80重量部配合して成り、しかも加硫ゴムとして−20℃
における 100％伸長時の弾性率が40kg／cm^２以下で、30
℃における損失係数 tanδが0.3 以上である特性を有す
るゴム組成物より成るトレッド部を備える空気入りタイ
ヤである。

（作用）結合スチレン量が 30 〜50重量％の範囲内である乳化重
合スチレンブタジエン共重合体（高スチレンSB乳化共重
合体という。）より成る高スチレンゴム成分は、15〜50
重量部配合される。結合スチレン量が上記範囲内にある
前記高スチレンSB乳化共重合体は、適当に高いガラス転
移温度を有し、室温付近におけるトレッドゴムのロスを
大きくし、踏面に高い路面把握力を与えるが、50重量部
を超えて配合すると十分な耐摩耗性が得られないし、該
SB乳化共重合体が低温になると硬化するので氷雪性能も
不十分となる。また、この乳化共重合体の配合量が15重
量部未満では、所望の乾燥及び湿潤路面上の運動性能が
得られない。

ゴム分の残りを構成する低スチレンゴム成分は、前記高
スチレンSB乳化共重合体以外の共役ジエン系重合体の１
種以上より成る。低スチレンゴム成分を構成する共役ジ
エン系重合体は、乳化重合法による重合体でも、溶液重
合法による重合体でもよいが、その少なくとも１種とし
て結合スチレンを有する重合体、すなわちスチレンブタ
ジエン共重合体を含み、低スチレンゴム成分全体として
平均した結合スチレン含量が15重量％以上30重量％未満
でなければならない。低スチレンゴム成分のこのスチレ
ンブタジエン共重合体には、もち論均一共重合体が含ま
れるが、結合スチレンが重合体分子中に偏在して結合ス
チレン含量の分布幅が30％以上であるスチレンブタジエ
ン共重合体までも含まれる。なお、このスチレン含量の
分布幅は、シンヤ・テラマチの方法(J.Macromol Sci)Ch
em.A4(8)1785ページ,1970 年)に従って、シクロヘキサ
ン/ イソオクタン混合溶媒及びベンゼン/ メチルエチル
ケトンを用いてクロス分別し測定される。低スチレンゴ
ム成分の全スチレンブタジエン共重合体は、ゴム分100
重量部当り30〜85重量部であることが好ましい。低スチ
レンゴム成分を構成する共役ジエン系重合体が２種以上
の場合は、これらの中に天然ゴム(NR)、合成ポリイソプ
レンゴム(IR)、ポリブタジエンゴム(BR)のような共役ジ
エンの単独重合体である共役ジエン系重合体の１種以上
を合計で20重量部以下含むことができる。

低スチレンゴム成分の結合スチレンの平均含量が15重量
％未満では所望の高運動性能が得られない。また、この
平均含量が30重量％以上では耐摩耗性及び氷雪性能が大
きく低下してしまう。

低スチレンゴム成分は、平均結合スチレン含量が低いの
で、より低いガラス転移温度を有し、ゴム組成物全体の
低温における耐硬化性、ひいては氷雪性能を改良し、更
に他の特性とのバランスの向上を図ることができる。

したがって、高スチレンゴム成分と低スチレンゴム成分
の配合割合は、全天候型の高運動性能、すなわち、路面
把握力、硬度、耐発熱性などをバランスよく保持するた
めに必要な範囲であり、これらの範囲外では前記性能の
バランスが崩れ、この発明の目的が達成されない。

この発明において使用するカーボンブラックについて窒
素吸着比表面積(N₂SA)が146 〜159 m²／ｇの範囲内であ
ることが要求されるのは、146 m²／ｇ未満では所望の耐
摩耗性を得ることが困難であり、159 m²／ｇを超えると
配合物中でのカーボン分散不良を来して耐摩耗性の改良
にとってかえって不利であるからである。

また、使用するカーボンブラックの着色力（ティント
値）が124 〜141 の範囲内となるように規定する。これ
は、該ティント値が124 未満では耐摩耗性及び運動性能
のいっそうの改良硬化が得られず、141 を超えるとゴム
への分散性が不十分となり、加工性及び耐摩耗性が低下
する傾向があるからである。

またカーボンブラックは、前記特性のほかに、遠心沈降
法によるカーボンブラックの凝集体のモード径(Dst)、
ｍμ、とその半値幅（ΔD₅₀）、ｍμ、との関係が次式 ΔD₅₀Dst−18 で示される関係を満足するので、更に雪上性能及び加工
性をも改善することができる。その理由は、上記範囲内
にもたらすことにより、弾性率を高めて雪上性能を低下
させたり、未加硫ゴムの粘度を上げて加工性を低下させ
たりする原因となる凝集体径の大きい部分をカットする
ことになるからである。

また、電子顕微鏡により求めた、カーボンブラックの粒
子径分布幅（Ｓ）を式Ｓ0.375 D_n＋0.69 の関係を満足する範囲内に限定したのは、このようにし
て粒子径分布中の大粒子径の部分をカットすることによ
り低補強部をなくし、カーボンブラックとして高補強性
とし、すなわち耐摩耗性を向上させ、更に室温付近の損
失係数 tanδを大きくして運動性能をも高めるためであ
る。

この発明において、前記特性を有する補強用カーボンブ
ラックの配合割合をゴム100 重量部に対して40〜80重量
部の範囲内にしたのは、40重量部未満では室温付近の損
失係数 tanδが小さくなり過ぎ、所望の高運動性能を得
ることが困難であり、一方、80重量部を超えると弾性率
が高くなり過ぎ、低温において所望の弾性率を得ること
が困難となるからである。

この発明のゴム組成物は、加硫ゴムとして−20℃におけ
る100 ％伸長時の弾性率が40kg／cm^２以下で、30℃にお
ける損失係数 tanδが 0.3以上であることが必要であ
る。その理由は、−20℃における100 ％伸長時の弾性率
が40kg／cm^２を超えるとか酷な氷雪路上で所望の性能を
得ることが困難となるからであり、35kg／cm^２以下の弾
性率が好ましい。また、30℃における tanδが0.3 未満
では所棒の高運動性能を得ることが困難であり、 tanδ
は0.35 以上であることが好ましい。

この発明のゴム組成物は、一般的には、高スチレンゴム
成分と低スチレンゴム成分とを組み合わせたゴム分に全
天候型の高運動性能を分担させ、特定のカーボンブラッ
クに高耐摩耗性を分担させるともいえるが、これらは、
互いに密接な関係があるので、これらの種類及び量を適
当に選択することにより初めてこれらの性能のいずれを
も損なうことなく、バランスよく両立させることができ
たものである。

この発明のゴム組成物には、通常のゴム組成物と同様に
必要に応じて加硫剤の硫黄、加硫促進剤、加硫促進助
剤、老化防止剤、軟化剤、充填剤等を適当量配合するこ
とができる。

（実施例）次に、この発明を実施例及び比較例により説明する。

実施例１〜５、比較例１〜４これらの例中で使用したカーボンブラックＳは、実験的
に試作したカーボンブラックであって、通常のゴム用フ
ァーネス法のハード系カーボン専用炉にて製造すること
ができたものであるが、主な製造条件の変更点は次のと
おりである。

イ）原料油を均等に噴霧し、均一な油滴に分散させる。

ロ）燃焼生成物中に、懸濁したカーボン凝集体が再循環
しないようにするため過度の高温に長時間さらされない
ようにする。これにより凝集体の分布サイズを狭くし、
大きな凝集体部分を除く。

ハ）反応ゾーンでの線速度（流速度）を上げ、水による
急冷の位置を変えて急冷を効かす。

ニ）反応炉は、ハードカーボン用の炉を使用する。

カーボンブラックの特性の測定方法は、次のとおりであ
る。

イ）窒素吸着比表面積(N₂SA) ASTM D-3037に準拠して行った。

ロ）電子顕微鏡による算術平均粒子径(D_n)及び粒子径分
布幅Ｓ（標準偏差）ここで「電子顕微鏡による算術平均粒子径(D_n)」とは、
カーボンブラック試料を超音波洗浄法によりクロロホル
ムに分散させた後（分散条件としては例えば周波数 28k
Hzで30分間超音波洗浄すればよい。）、分散試料をカー
ボンブラック支持膜に固定し、この試料を電子顕微鏡で
直接倍率20000 倍、総合倍率80000 〜100000倍で撮影
し、得られた電子顕微鏡写真から1000個のカーボンブラ
ック粒子について直径を測定し、３ｍμ区分のヒストグ
ラムから相加平均により算術平均粒子径(D_n)、ｍμを求
めた。

ハ）凝集体のモード径(Dst)及び半値幅（ΔD₅₀）遠心沈
降法によるカーボンブラックの凝集体分布は、ジョイス
・レーブル社製ディスク・セントリフュージを使用し、
次の方法により測定を行った。すなわち、カーボンブラ
ックを精秤し、これをエタノール20％水溶液に加え、カ
ーボンブラック濃度を 0.01 重量％にした後、超音波で
分散（例えば、10分間）させ、これを試料溶液とした。
ディスク・セントリフュージの回転速度を6000 RPMに設
定し、試料溶液(0.25ml〜1.00 ml)を注射器でスピン液
（２％グリセリン水溶液）30mlに注入して一斉に遠心沈
降を開始させ、光電沈降法により凝集体分布曲線を作成
した。半値幅ΔD₅₀ (Dst)と最頻値D_st（モード）は、第
１図より求めた。なお、図面中破線の部分は同じ長さ
で、半値値は図示する実線部分の長さである。

ニ）カーボンブラックの着色力（ティント値）JIS K-62
21に準拠して行った。

実施例及び比較例に用いたカーボンブラックの特性値を
表１に示す。

実施例及び比較例において、表２に示す配合割合（重量
部）から成るゴム組成物（加硫後）の−20℃における10
0 ％伸長時の弾性率及び30℃における損失係数 tanδを
測定した。その後、これらのゴム組成物をそれぞれトレ
ッドゴムとして構成したタイヤサイズ185/70 SR 14の９
種のタイヤをつくり、各タイヤにつき潤滑路面制動性、
乾燥路面操縦安定性、雪上制動性及び耐摩耗性を評価し
た。得られた結果を表２に示す。表中、比較例１は、従
来の高運動性能タイヤに相当するもので、サマータイヤ
用高運動性能トレッドゴムを用いたタイヤであり、コン
トロールタイヤとして表中の他のタイヤの性能をコント
ロール対比の指数で示すものである。比較例２は、従来
のスノータイヤに相当するものである。

なお、前記物性の測定方法及び前記性能の評価方法は、
次のとおりである。

イ）−20℃における100 ％伸長時の弾性率JIS K6301 引
張り試験法に基づき、−20℃の恒温槽（予冷10分間とし
た）内で測定した。なお、試料の加硫条件は、レオメー
ターにてトルクが最大値をとる時間の 1.2倍の時間で加
硫した。

ロ）損失係数 tanδ 岩本製作所製粘弾性スペクトロメーターを使用して周波
数 50cps、静歪率５％の伸長下にて動歪率１％の条件で
測定した。なお、試料は、チャック間長さ20mm、幅５m
m、厚さ２mmの短冊状とした。加硫条件は、前記（イ）
項と同じにした。

ハ）潤滑路面制動性濡れたアスファルト路面において速度 40 km／時、70km
／時及び100km ／時の各速度から急制動を与え、完全に
停止するまでの走行距離を求め、その値を比較例１を10
0 として指数表示した。数値の大きい程良好である。

ニ）乾燥路面操縦安定性晴れた日に直線路、カーブ、バンク等より成る周回路走
行ラップタイムを測定し、比較例１のタイヤのタイムを
100 として指数表示した。数値の大きい程良好である。

ホ）雪上制動性雪上でのブレーキ性能につき、速度20km／時、30km／時
及び 40km ／時で走行中にブレーキをかけ、停止距離を
測定し、比較例１のタイヤの値を100 として指数表示し
た。数値の大きい程良好である。

ヘ）耐摩耗性実車にて一般道路４万km走行後の残溝より、摩耗１mm当
りの非コントロールタイヤの走行距離Ｄを算出し、比較
例１のタイヤ（コントロールタイヤ）の値をＤ_ｏとして
次式により指数表示した。

耐摩耗指数＝（Ｄ／Ｄ_ｏ）×100 この値が大きい程耐摩耗性が良好である。

表２のゴム分において、乳化重合 SBR A 、乳化重合 S
BR B 及び溶液重合 SBRは、この発明における低スチレ
ンゴム成分又はその一部を構成しうるスチレンブタジエ
ン共重合体であり、NR、BRは低スチレンゴム成分の一部
を構成しうる共役ジエン系重合体であり、乳化重合 SBR
C は、高スチレンゴム成分を構成しうる高スチレン S
B 乳化共重合体である。この発明のゴム分の条件であ
る、高スチレンゴム成分と低スチレンゴム成分との構成
割合の範囲内に入るのは、比較例３，４及び実施例１〜
５であり、比較例１は範囲外であり、比較例２は高スチ
レンゴム成分を欠く。

表２の例において、配合カーボンブラックで、この発明
の条件である窒素吸着比表面積と式(1) の関係との両条
件を満足するのは、実施例１〜５のカーボンＳだけであ
る。

更に、表２の例において、ゴム物性として−20℃におけ
る100％伸長時の弾性率と30℃の tanδの両条件を満足
するのは、実施例１〜５だけである。

実施例１〜５のタイヤは、従来の高運動性能タイヤであ
る比較例１のタイヤに比べて、湿潤路面制動性及び乾燥
路面操縦安定性の点で同等ないしそれ以上に良く、雪上
制動性及び耐摩耗性の点ではるかにすぐれていることが
分かる。

（発明の効果）実施例及び比較例で示すごとく、この発明の空気入りタ
イヤは、特定の組合せのゴム分及び特定の特性を有する
カーボンブラックより成り、特定のゴム物性を有するゴ
ム組成物より成るトレッド部を備えるものであって、従
来の高運動性能タイヤに比べていっそうすぐれた全天候
型の高運動性能を有し、しかもはるかにすぐれた耐摩耗
性を合わせ持つものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、カーボンブラックの凝集体径と相対頻度との
関係を示すグラフである。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】トレッド部と、サイドウオール部とビード
部とを備える空気入りタイヤにおいて、結合スチレン量が30〜50重量％の範囲内である乳化重合
スチレンブタジエン共重合体より成る高スチレンゴム成
分15〜50重量部と、残りの重量部を構成し、前記乳化重
合スチレンブタジエン共重合体以外の共役ジエン系重合
体の１種以上より成り、しかも前記共役ジエン系重合体
の少なくとも１種がスチレンブタジエン共重合体である
ことにより、前記残りの重量部を構成する全重合体中の
結合スチレンの平均含量が15重量％以上30重量％未満の
範囲内である低スチレンゴム成分より成るゴム分100 重
量部に対し、窒素吸着比表面積(N₂SA)が146 〜159 m²／
ｇの範囲内であり、着色力が124 〜141 の範囲内であ
り、遠心沈降法によるカーボンブラックの凝集体のｍμ
単位のモード径(Dst)とそのｍμ単位の半値幅（ΔD₅₀）
との関係が次式 ΔD₅₀Dst−18 で示される関係を満足し、電子顕微鏡測定により求めた
ｍμ単位の算術平均粒子径(D_n)及びｍμ単位の粒子径分
布幅(Ｓ)が式Ｓ0.375 D_n＋0.69 の関係を満足するカーボンブラックを補強剤として40〜
80重量部配合して成り、しかも加硫ゴムとして−20℃に
おける100％伸長時の弾性率が40kg／cm^２以下で、30℃
における損失係数 tanδが0.3 以上である特性を有する
ゴム組成物より成るトレッド部を備える空気入りタイ
ヤ。