WO2014157722A1 - 重荷重空気入りタイヤ用ゴム組成物 - Google Patents

重荷重空気入りタイヤ用ゴム組成物 Download PDF

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Abstract

　低転がり抵抗性、耐摩耗性及び耐偏摩耗性を従来レベル以上に改良するようにした重荷重空気入りタイヤ用ゴム組成物を提供する。天然ゴムを８０～１００重量％含むジエン系ゴム１００重量部に対し、シリカを３５～５０重量部、硫黄を１．５～３．５重量部、カーボンブラック、スルフェンアミド系加硫促進剤及び硫黄含有シランカップリング剤を配合し、前記硫黄及び硫黄含有シランカップリング剤中の硫黄の合計が１．８５～６．０重量部であり、前記スルフェンアミド系加硫促進剤の配合量が特定の式（１）により求められるＡ重量部以上２．６重量部以下であることを特徴とする。

Description

重荷重空気入りタイヤ用ゴム組成物
　本発明は、低転がり抵抗性、耐摩耗性及び耐偏摩耗性を改良するようにした重荷重空気入りタイヤ用ゴム組成物に関する。
　近年、重荷重空気入りタイヤは、日本、欧州のラベリング制度や北米のｓｍａｒｔ　ｗａｙ規制にみられるように環境への負荷低減が重要視されており、特に転がり抵抗性を小さくし燃費性能を向上することが求められている。ゴム組成物の転がり抵抗性の指標としては一般に動的粘弾性測定による６０℃のｔａｎδが用いられ、ゴム組成物のｔａｎδ（６０℃）が小さいほど転がり抵抗性が小さくなる。
　ゴム組成物のｔａｎδ（６０℃）を小さくする方法として、例えばカーボンブラックの配合量を少なくしたり、カーボンブラックの粒径を大きくしたりすることが挙げられる。しかし、このような方法では、引張り破断強度、引張り破断伸び、ゴム硬度などの機械的特性が低下し、重荷重空気入りタイヤにしたとき耐摩耗性、耐偏摩耗性が低下するという問題がある。
　特許文献１は、大型車両タイヤの転がり抵抗を小さくするため、天然ゴムに、シリカ、カーボンブラック、シランカップリング剤、硫黄及びスルフェンアミド促進剤を特定の割合で配合することを提案している。しかし、このゴム組成物では、転がり抵抗を小さくする効果が必ずしも十分ではなかった。また耐摩耗性及び耐偏摩耗性などのタイヤ耐久性も不十分であった。すなわち、低転がり抵抗性、耐摩耗性及び耐偏摩耗性を従来レベル以上に改良するため、重荷重空気入りタイヤ用ゴム組成物の更なる改良が求められていた。
国際公開ＷＯ２０１０／０７７２３２号
　本発明の目的は、低転がり抵抗性、耐摩耗性及び耐偏摩耗性を従来レベル以上に改良するようにした重荷重空気入り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重荷重空気入りタイヤ用ゴム組成物は、天然ゴムを８０～１００重量％、イソプレンゴムを２０～０重量％含むジエン系ゴム１００重量部に対し、シリカを３５～５０重量部、硫黄を１．５～３．５重量部、カーボンブラック、スルフェンアミド系加硫促進剤及び硫黄含有シランカップリング剤を配合したゴム組成物であって、前記硫黄及び硫黄含有シランカップリング剤中の硫黄の合計が１．８５～６．０重量部であり、前記スルフェンアミド系加硫促進剤の配合量が下記式（１）により求められるＡ重量部以上２．６重量部以下であることを特徴とする。
　Ａ＝０．２２０９Ｓ2－１．４０９Ｓ＋１．３０９Ｙ＋２．５７９　（１）
（式（１）において、Ａはスルフェンアミド系加硫促進剤の配合量（重量部）の下限値、Ｓは硫黄の配合量（重量部）、ＹはＹ＝Ｗｓ／（Ｗｓ＋Ｗｃ）から求められる正数を表し、Ｗｓはシリカの配合量（重量部）、Ｗｃはカーボンブラックの配合量（重量部）を表す。）
　本発明の重荷重空気入りタイヤ用ゴム組成物は、天然ゴムを主成分にするジエン系ゴムに、カーボンブラック、シリカ、硫黄、スルフェンアミド系加硫促進剤及び硫黄含有シランカップリング剤を配合し、かつ硫黄及び硫黄含有シランカップリング剤中の硫黄の合計を限定し、更にスルフェンアミド系加硫促進剤の配合量を特定したので、タイヤにしたときの転がり抵抗を小さくしながら耐摩耗性及び耐偏摩耗性を従来レベル以上に改良することができる。
　また前記カーボンブラックがＩＳＡＦ級又はＳＡＦ級であり、前記カーボンブラックの配合量Ｗｃ及びシリカの配合量Ｗｓが、下記式（２）の関係を満たすことが好ましく、ゴム組成物の発熱性を低くすることができる。
　Ｗｃ≦３２．７１－０．５９２Ｗｓ　　・・・（２）
（式（２）において、Ｗｓはシリカの配合量（重量部）、Ｗｃはカーボンブラックの配合量（重量部）を表す。）
　本発明の重荷重空気入りタイヤは、上述した重荷重空気入りタイヤ用ゴム組成物で形成したキャップトレッドを有する。この重荷重空気入りタイヤは、転がり抵抗を小さくし燃費性能を改良することができる。また同時に耐摩耗性及び耐偏摩耗性を従来レベル以上に改良したのでタイヤ耐久性が向上する。
　更に重荷重空気入りタイヤは、アンダートレッドを、天然ゴム及び／又はイソプレンゴムを７０～９０重量％と、ブタジエンゴム及び／又はスチレンブタジエンゴムを３０～１０重量％とからなるジエン系ゴム１００重量部に対し、カーボンブラックを１５～４５重量部、シリカを３～３０重量部配合し、シランカップリング剤を前記シリカ量の５～１５重量％配合すると共に、前記カーボンブラックの窒素吸着比表面積Ｎ2ＳＡが３５～８５ｍ2／ｇ、ＤＢＰ吸収量が１１０～２００ｍｌ／１００ｇであるアンダートレッド用ゴム組成物で形成することが好ましい。この重荷重空気入りタイヤは、転がり抵抗をいっそう小さくし、かつ耐摩耗性及び耐偏摩耗性を改良し、タイヤ耐久性をより高くすることができる。
図１は、本発明の重荷重空気入りタイヤの実施形態の一例を示す子午線方向の断面図である。
　本明細書において、重荷重空気入りタイヤとは、トラック、バス、建設車両に装着する大型空気入りタイヤをいう。
　図１において、重荷重空気入りタイヤは、トレッド部１、サイドウォール部２及びビード部３を有し、左右のビード部３，３間にカーカス層４が装架され、その両端部がビードコア５の周りにタイヤ内側から外側に折り返されている。トレッド部１におけるカーカス層４のタイヤ径方向外側には４層構造のベルト層６が配置され、最外側のベルト層６の外側にトレッドゴムが配置される。トレッドゴムは、ベルト層６に隣接する径方向内側のアンダートレッドゴム層８とトレッド部１の表面に露出する径方向外側のキャップトレッドゴム層７の２層構造になっている。
　本発明の重荷重空気入りタイヤ用ゴム組成物は、重荷重空気入りタイヤのトッレド部１、とりわけキャップトレッド部すなわちキャップトレッドゴム層７を構成するのに好適である。このため、本発明の重荷重空気入りタイヤ用ゴム組成物を、「キャップトレッド用ゴム組成物」ということがある。またこれと対比して、トレッド部のうちアンダートレッドゴム層８を構成するゴム組成物を、「アンダートレッド用ゴム組成物」ということがある。
　本発明の重荷重空気入り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、又は天然ゴム及びイソプレンゴムからなる。ジエン系ゴムを天然ゴム、イソプレンゴムで組成することにより、ゴム組成物の耐摩耗性及び耐偏摩耗性を高いレベルで確保することができる。
　天然ゴムの含有量は、ジエン系ゴム１００重量％中、８０～１００重量％、好ましくは９０～１００重量％である。天然ゴムの含有量が、８０重量％未満であると耐摩耗性及び耐偏摩耗性を十分に改良することができない虞がある。イソプレンゴムの含有量は、ジエン系ゴム１００重量％中、２０～０重量％、好ましくは１０～０重量％である。イソプレンゴムの含有量が２０重量％を超えると耐摩耗性及び耐偏摩耗性を十分に改良することができない虞がある。
　本発明の重荷重空気入りタイヤ用ゴム組成物において、ジエン系ゴムは、天然ゴムを１００重量％、又は天然ゴム及びイソプレンゴムの合計を１００重量％にする。なお、重荷重空気入りタイヤ用ゴム組成物に各種配合剤を添加するとき、希釈材料やマスターバッチのベースゴムとして、天然ゴム、イソプレンゴム以外の他のジエン系ゴムを含有する場合、そのような配合剤の使用を排除するものではなく、本発明の目的を阻害しない範囲で使用することができる。他のジエン系ゴムとしては、例えばブタジエンゴム、スチレン－ブタジエンゴム、アクリロニトリル－ブタジエンゴム等が挙げられる。
　本発明において、シリカを、ジエン系ゴム１００重量部に対し３５～５０重量部、好ましくは３５～４７重量部、より好ましくは３６～４５重量部配合する。シリカを配合することにより、タイヤにしたとき転がり抵抗を小さくすることができる。シリカの配合量が３５重量部未満であると、転がり抵抗が大きくなる。シリカの配合量が５０重量部を超えると、耐摩耗性及び耐偏摩耗性が悪化する。
　シリカの窒素吸着比表面積は、特に限定されるものではないが、好ましくは１５０～３００ｍ2／ｇ、より好ましくは１６０～２４０ｍ2／ｇであるとよい。シリカの窒素吸着比表面積が１５０ｍ2／ｇ未満であると耐摩耗性及び耐偏摩耗性が悪化し好ましくない。またシリカの窒素吸着比表面積が３００ｍ2／ｇを超えると、転がり抵抗が大きくなり好ましくない。なおシリカの窒素吸着比表面積はＪＩＳ　Ｋ６２１７－２に準拠して求めるものとする。
　シリカとしては、タイヤ用ゴム組成物に通常使用されるシリカ、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。シリカは、市販されているものの中から適宜選択して使用することができる。また通常の製造方法により得られたシリカを使用することができる。
　本発明の重荷重空気入りタイヤ用ゴム組成物は、カーボンブラックを配合する。カーボンブラックを配合することにより、ゴム組成物の強度を高くし耐摩耗性及び耐偏摩耗性を高くすることができる。カーボンブラックとしては、ＡＳＴＭ　Ｄ１７６５により分類された等級が、ＩＳＡＦ級又はＳＡＦ級であるカーボンブラックを使用することが好ましく、ゴム組成物の耐摩耗性及び耐偏摩耗性を高くすることができる。
　カーボンブラックは、ジエン系ゴム１００重量部に対し、好ましくは３重量部以上、より好ましくは７重量部以上を配合するとよい。カーボンブラックの配合量が３重量部未満であると、ゴム組成物のゴム強度及び耐摩耗性及び耐偏摩耗性が悪化する。カーボンブラックの配合量の上限は、シリカの配合量との関係で決めることが好ましい。すなわち、シリカの配合量をＷｓ（重量部）、及びカーボンブラックの配合量をＷｃ（重量部）とするとき、Ｗｓ及びＷｃの関係が、下記式（２）を満たすことが好ましい。
Ｗｃ≦３２．７１－０．５９２Ｗｓ　　・・・（２）
（式（２）において、Ｗｓはシリカの配合量（重量部）、Ｗｃはカーボンブラックの配合量（重量部）を表す。）
　カーボンブラックの配合量Ｗｃが上記式（２）の右辺の値を超えると、転がり抵抗が大きくなり、また耐摩耗性及び耐偏摩耗性が却って悪化する。
　本発明のキャップトレッド用ゴム組成物で使用するカーボンブラックは、好ましくはＩＳＡＦ級又はＳＡＦ級であり、窒素吸着比表面積が好ましくは１００～１５０ｍ2／ｇ、より好ましくは１１０～１２５ｍ2／ｇであるとよい。窒素吸着比表面積が１００ｍ2／ｇ未満であると、ゴム組成物のゴム強度などの機械的特性が低下し耐摩耗性及び耐偏摩耗性が悪化する。窒素吸着比表面積が１５０ｍ2／ｇを超えると、転がり抵抗が大きくなる。カーボンブラックの窒素吸着比表面積は、ＪＩＳ　Ｋ６２１７－２に準拠して、測定するものとする。
　キャップトレッド用ゴム組成物において、カーボンブラック及びシリカの合計は、ジエン系ゴム１００重量部に対し好ましくは３８～５３重量部、より好ましくは４２～５０重量部であるとよい。カーボンブラック及びシリカの合計量が、３８重量部未満であると耐摩耗性及び耐偏摩耗性が悪化する。またカーボンブラック及びシリカの合計量が、５３重量部を超えると転がり抵抗が大きくなる。
　本発明の重荷重空気入りタイヤ用ゴム組成物は、シリカと共に硫黄含有シランカップリング剤を配合する。硫黄含有シランカップリング剤を配合することにより、シリカの分散性を改良し、ゴム組成物の低発熱性をより小さくし、転がり抵抗をより小さくすると共に、耐摩耗性及び耐偏摩耗性を改良することができる。
　硫黄含有シランカップリング剤としては、特に制限されるものではないが、例えばビス－（３－トリエトキシシリルプロピル）テトラスルフィド、ビス（３－トリエトキシシリルプロピル）ジスルフィド、３－トリメトキシシリルプロピルベンゾチアゾールテトラスルフィド、γ－メルカプトプロピルトリエトキシシラン、３－オクタノイルチオプロピルトリエトキシシラン等を例示することができる。なかでもビス－（３－トリエトキシシリルプロピル）テトラスルフィド、ビス（３－トリエトキシシリルプロピル）ジスルフィドが好ましい。
　本発明では、硫黄含有シランカップリング剤が含有する硫黄と、加硫用に配合する硫黄の合計を、ジエン系ゴム１００重量部に対し、１．８５～６．０重量部の範囲にすることが必要である。硫黄含有シランカップリング剤の配合量は、硫黄として加硫用硫黄との合計が、上記範囲内である限り制限されるものではないが、好ましくはシリカ配合量に対し５～２０重量％、より好ましくは８～１４重量％であるとよい。硫黄含有シランカップリング剤がシリカ量の５重量％未満であると、シリカの分散性を向上する効果が十分に得られない。硫黄含有シランカップリング剤がシリカ量の２０重量％を超えると、シランカップリング剤同士が縮合してしまい、所望の効果を得ることができなくなる。
　本発明では、カーボンブラック、シリカ以外の他の充填剤を配合することができる。他の充填剤としては、例えばクレー、マイカ、タルク、炭酸カルシウム、水酸化アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化チタン等を例示することができる。なかでも炭酸カルシウム、クレー、酸化アルミニウムが好ましい。他の充填剤を配合することによりゴム組成物の機械的特性をより一層改良することができ、タイヤにしたときの低発熱性、耐カット性及び加工性のバランスを改良することができる。
　本発明の重荷重空気入りタイヤ用ゴム組成物は、加硫剤として硫黄を、ジエン系ゴム１００重量部に対し１．５～３．５重量部、好ましくは２．０～３．０重量部配合する。硫黄の配合量が１．５重量部未満であると、耐偏摩耗性及び転がり抵抗が悪化する。また硫黄の配合量が３．５重量部を超えると、耐摩耗性及び耐久性が悪化する。
　本発明では、硫黄及び硫黄含有シランカップリング剤中の硫黄の合計を、ジエン系ゴム１００重量部に対し１．８５～６．０重量部、好ましくは２．５～４．０重量部にする。ここで硫黄の合計とは、加硫剤中に含まれる正味の硫黄の量と、硫黄含有シランカップリング剤中に含まれる正味の硫黄の量との合計であり、加硫に用いられる硫黄の量をいう。例えば加硫剤が硫黄及びオイルを含むときは、オイルを除いた硫黄の正味量を用いるものとする。硫黄及び硫黄含有シランカップリング剤中の硫黄の合計が１．８５重量部未満であると、耐偏摩耗性及び転がり抵抗が悪化する。また硫黄及び硫黄含有シランカップリング剤中の硫黄の合計が６．０重量部を超えると、耐摩耗性及び耐久性が悪化する。
　本発明の重荷重空気入りタイヤ用ゴム組成物は、スルフェンアミド系加硫促進剤を含む。スルフェンアミド系加硫促進剤のジエン系ゴム１００重量部に対する配合量は、その下限を下記式（１）により求められるＡ重量部とし、上限を２．６重量部、好ましくは２．０重量部とする。
　Ａ＝０．２２０９Ｓ2－１．４０９Ｓ＋１．３０９Ｙ＋２．５７９　（１）
（式（１）において、Ａはスルフェンアミド系加硫促進剤の配合量（重量部）の下限値、Ｓは硫黄の配合量（重量部）、ＹはＹ＝Ｗｓ／（Ｗｓ＋Ｗｃ）から求められる正数を表し、Ｗｓはシリカの配合量（重量部）、Ｗｃはカーボンブラックの配合量（重量部）を表す。）
　スルフェンアミド系加硫促進剤の配合量のその下限は、好ましくは下記式（３）により求められるＢ重量部であるとよい。
　Ｂ＝０．２２０９Ｓ2－１．４０９Ｓ＋１．３０９Ｙ＋２．６３９　（３）
（式（３）において、Ｂはスルフェンアミド系加硫促進剤の配合量（重量部）の好適な下限値、Ｓは硫黄の配合量（重量部）、ＹはＹ＝Ｗｓ／（Ｗｓ＋Ｗｃ）から求められる正数を表し、Ｗｓはシリカの配合量（重量部）、Ｗｃはカーボンブラックの配合量（重量部）を表す。）
　スルフェンアミド系加硫促進剤の配合量が、上記式（１）により求められるＡ重量部未満であると、耐偏摩耗性及び転がり抵抗が悪化する。またスルフェンアミド系加硫促進剤の配合量が、２．６重量部を超えると、耐摩耗性及び耐久性が悪化する。
　スルフェンアミド系加硫促進剤としては、例えば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、Ｎ－ｔｅｒｔ－ブチル－２－ベンゾチアゾリルスルフェンアミド、Ｎ－オキシジエチレン－２－ベンゾチアゾリルスルフェンアミド、Ｎ，Ｎ－ジシクロヘキシル－２－ベンゾチアゾリルスルフェンアミド、Ｎ，Ｎ－ジイソプロピル－２－ベンゾチアゾリルスルフェンアミド、２－（モルホリノジチオ）ベンゾチアゾール等を例示することができる。
　本発明の重荷重空気入りタイヤ用ゴム組成物は、グアニジン系加硫促進剤を配合することができる。グアニジン系加硫促進剤の配合量は、ジエン系ゴム１００重量部に対し、好ましくは０．１～１．０重量部、より好ましくは０．１～０．６重量部配合するとよい。グアニジン系加硫促進剤の配合量が、０．１重量部未満であると、耐偏摩耗性及び転がり抵抗が悪化する虞がある。またグアニジン系加硫促進剤の配合量が、１．０重量部を超えると、耐摩耗性及び耐久性が悪化する虞がある。
　グアニジン系加硫促進剤としては、例えば１,３－ジフェニルグアニジン、１，３－ジ－ｏ－トリルグアニジン、１－（ｏ－トリル）ビグアニド等を例示することができる。
　本発明の重荷重空気入りタイヤ用ゴム組成物は、アラミドパルプを含むマスターバッチを配合することが好ましい。アラミドパルプを含むマスターバッチを配合することにより、耐摩耗性を確保しながら、耐偏摩耗性を一層改良し、更に転がり抵抗をより小さくすることができる。ここでアラミドパルプとは、アラミド繊維の単繊維をフィブリル化した有機系充填剤である。アラミドパルプのマスターバッチとしては、市販品を使用することができ、例えば帝人社製Ｔｗａｒｏｎ　Ｄ３５００，Ｓｕｌｆｌｏｎ　Ｄ３５１５等を例示することができる。
　アラミドパルプマスターバッチの配合量は、ジエン系ゴム１００重量部に対し、アラミドパルプの正味量として好ましくは０．５～５．０重量部、より好ましくは１．０～３．０重量部であるとよい。アラミドパルプの正味の配合量が０．５重量部未満であると、アラミドパルプマスターバッチを配合した作用効果が十分に得られない。アラミドパルプの正味の配合量が５．０重量部を超えると、耐摩耗性が低下する虞がある。
　本発明の重荷重空気入りタイヤは、上述した重荷重空気入りタイヤ用ゴム組成物で形成したトレッド部、とりわけキャップトレッド部を有する。この重荷重空気入りタイヤは、転がり抵抗を小さくし燃費性能を改良することができる。また同時に耐摩耗性及び耐偏摩耗性を従来レベル以上に改良したのでタイヤ耐久性が向上する。
　本発明の重荷重空気入りタイヤは、キャップトレッド部を上述した重荷重空気入りタイヤ用ゴム組成物（キャップトレッド用ゴム組成物）で構成し、アンダートレッド部を以下に説明するアンダートレッド用ゴム組成物で構成することが好ましい。この重荷重空気入りタイヤは、低転がり抵抗性、耐摩耗性及び耐偏摩耗性を大幅に改良すると共に、タイヤ耐久性を向上することができる。
　本発明で好適に使用するアンダートレッド用ゴム組成物は、天然ゴム及び／又はイソプレンゴムを７０～１００重量％と、ブタジエンゴム及び／又はスチレンブタジエンゴムを３０～０重量％とからなるジエン系ゴム１００重量部に対し、カーボンブラックを１５～４５重量部、シリカを３～３０重量部配合し、シランカップリング剤をシリカ量の５～１５重量％配合すると共に、カーボンブラックの窒素吸着比表面積Ｎ2ＳＡが３５～８５ｍ2／ｇ、ＤＢＰ吸収量が１１０～２００ｍｌ／１００ｇであることを特徴とする。このアンダートレッド用ゴム組成物は、ゴム硬度を確保し、ｔａｎδ（６０℃）を小さくしタイヤにしたときの転がり抵抗を低減しながら、耐久性を維持・向上することができる。
　アンダートレッド用ゴム組成物において、ジエン系ゴムは、天然ゴム及び／又はイソプレンゴムと、ブタジエンゴム及び／又はスチレンブタジエンゴム、好ましくはブタジエンゴムとからなる。天然ゴム及びイソプレンゴムを主成分として、ブタジエンゴム及びスチレンブタジエンゴムと、特定のカーボンブラックとシリカとを共に配合することにより、アンダートレッド用ゴム組成物の発熱性を小さくすると共に、ゴム硬度、引張り破断強度、引張り破断伸び等の機械的物性を改良しタイヤ耐久性を向上することができる。
　天然ゴム及び／又はイソプレンゴムの配合量は、ジエン系ゴム１００重量％中、７０～１００重量％、好ましくは８０～９０重量％にする。天然ゴム及びイソプレンゴムの配合量が、７０重量％未満であるとアンダートレッド用ゴム組成物の引張り破断強度及び引張り破断伸びが悪化する。またタイヤにしたときの耐久性が低下する。
　ブタジエンゴム及び／又はスチレンブタジエンゴムの配合量は、ジエン系ゴム１００重量％中、３０～０重量％、好ましくは２０～１０重量％にする。ブタジエンゴム及びスチレンブタジエンゴムの配合量が３０重量％を超えると、アンダートレッド用ゴム組成物の引張り破断強度及び引張り破断伸びが低下してタイヤにしたときの耐久性が低下する。
　アンダートレッド用ゴム組成物におけるジエン系ゴムとしては、天然ゴム及び／又はイソプレンゴムを８０～１００重量％と、ブタジエンゴムを２０～０量％とからなることがより好ましい。
　アンダートレッド用ゴム組成物において、シリカ及びカーボンブラックを必ず配合する。上述した通り、特定のカーボンブラック及びシリカと、ブタジエンゴム及び／又はスチレンブタジエンゴムとを共に配合することにより、アンダートレッド用ゴム組成物の発熱性を小さくすると共に、ゴム硬度、引張り破断強度、引張り破断伸び等の機械的物性を改良しタイヤ耐久性を向上することができる。
　アンダートレッド用ゴム組成物では、カーボンブラックとして粒子径が大きく、かつハイストラクチャーであるカーボンブラックを用いてアンダートレッド用ゴム組成物のｔａｎδ（６０℃）を小さくしながら、ゴム硬度、引張り破断強度、引張り破断伸びなどの機械的特性を悪化させることがない。
　アンダートレッド用ゴム組成物に使用するカーボンブラックは、窒素吸着比表面積Ｎ2ＳＡが３５～８５ｍ2／ｇ、好ましくは４０～８０ｍ2／ｇ、より好ましくは４０～７０ｍ2／ｇである。Ｎ2ＳＡが３５ｍ2／ｇ未満であると、アンダートレッド用ゴム組成物のゴム硬度、引張り破断強度、耐摩耗性などの機械的特性が低下する。Ｎ2ＳＡが８５ｍ2／ｇを超えると、ｔａｎδ（６０℃）が大きくなり、発熱性が大きくなる。Ｎ2ＳＡは、ＪＩＳ　Ｋ６２１７－２に準拠して、測定するものとする。
　また、カーボンブラックのＤＢＰ吸収量は、１１０～２００ｍｌ／１００ｇ、好ましくは１３５～１９０ｍｌ／１００ｇ、より好ましくは１５１～１８０ｍｌ／１００ｇである。ＤＢＰ吸収量が１１０ｍｌ／１００ｇ未満であると、カーボンブラックの補強性能が十分に得られず、タイヤ耐久性が低下する。ＤＢＰ吸収量が２００ｍｌ／１００ｇを超えると、アンダートレッド用ゴム組成物の引張り破断伸びなどの機械的特性が低下しタイヤ耐久性が悪化する。また粘度の上昇により加工性が悪化する。ＤＢＰ吸収量は、ＪＩＳ　Ｋ６２１７－４吸油量Ａ法に準拠して、測定するものとする。
　カーボンブラックの配合量はジエン系ゴム１００重量部に対し１５～４５重量部、好ましくは２０～４０重量部、より好ましくは２５～４０重量部にする。カーボンブラックの配合量が１５重量部未満であると、アンダートレッド用ゴム組成物に対する補強性能を十分に得ることができず、ゴム硬度、引張り破断強度が不足する。カーボンブラックの配合量が４５重量部を超えるとアンダートレッド用ゴム組成物の発熱性が大きくなると共に、引張り破断伸びが低下する。
　シリカの配合量はジエン系ゴム１００重量部に対し３～３０重量部、好ましくは５～２５重量部、より好ましくは７～２３重量部にする。シリカの配合量をこのような範囲にすることにより、タイヤにしたときの低転がり抵抗と耐久性とを両立する。シリカの配合量が３重量部未満であると、発熱性が大きくなりタイヤにしたときの転がり抵抗を十分に小さくすることができない。また引張り破断強度が低下する。シリカの配合量が３０重量部を超えると、引張り破断強度が低下し、タイヤ耐久性が低下する。
　シリカ及びカーボンブラックの配合量の合計は、ジエン系ゴム１００重量部に対し好ましくは２０～７５重量部、より好ましくは２５～７０重量部にするとよい。シリカ及びカーボンブラックの合計量をこのような範囲にすることにより、アンダートレッド用ゴム組成物の低転がり抵抗及び耐久性をより高いレベルでバランスさせることができる。シリカ及びカーボンブラックの合計が２０重量部未満であると、タイヤ耐久性を確保することができない。シリカ及びカーボンブラックの合計が７５重量部を超えると、発熱性が大きくなり転がり抵抗が悪化する。
　アンダートレッド用ゴム組成物において、シリカと共にシランカップリング剤を配合することにより、シリカの分散性を向上しゴム成分との補強性をより高くする。シランカップリング剤は、シリカ量に対して５～１５重量％、好ましくは７～１３重量％配合する。シランカップリング剤の配合量がシリカ重量の５重量％未満であると、シリカの分散性を向上する効果が十分に得られない。また、シランカップリング剤の配合量が１５重量％を超えると、シランカップリング剤同士が縮合してしまい、所望の効果を得ることができなくなる。
　重荷重空気入りタイヤ用ゴム組成物には、加硫又は架橋剤、加硫促進剤、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、本発明の目的を阻害しない範囲内で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、加硫又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。本発明の重荷重空気入りタイヤ用ゴム組成物は、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。
　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３に示す配合剤を共通配合とし、表１，２に示す配合からなる１８種類の重荷重空気入りタイヤ用ゴム組成物（実施例１～７、比較例１～１１）を、硫黄、加硫促進剤を除く成分を１.８Ｌの密閉型ミキサーで１６０℃、５分間混練し放出したマスターバッチに、硫黄、加硫促進剤を加えてオープンロールで混練することにより調製した。硫黄及び硫黄含有シランカップリング剤中の硫黄の合計を、表１，２の「全硫黄分」の欄に示した。なお、表３に記載した共通配合剤の添加量は、表１，２に記載したジエン系ゴム１００重量部（正味のゴム量１００重量部）に対する重量部で表わした。
　得られた１８種類の重荷重空気入りタイヤ用ゴム組成物をキャップトッレド部に使用して、重荷重空気入りタイヤを加硫成形し、得られた重荷重空気入りタイヤを使用し、以下の方法で耐摩耗性、耐偏摩耗性及び転がり抵抗の試験を行った。
　　　耐摩耗性
　タイヤサイズが２７５／８０Ｒ２２．５の空気入りタイヤを加硫成形し、得られたタイヤを標準リム（サイズ２２．５×７．５のホイール）に組み付け、空気圧９００ｋＰａを充填し、同一車種のトラックに装着した。このトラックを、一般道と高速道路の比が１０：９０である一定区間を、繰り返し走行させ、同一走行距離の時に、各主溝の溝深さ（残溝）を測定した。得られた結果は、比較例１の値を１００とする指数として「耐摩耗性」の欄に示した。耐摩耗性の指数が大きいほど耐摩耗性が優れ、タイヤ耐久性が優れることを意味する。
　　　耐偏摩耗性
　タイヤサイズが２９５／８０Ｒ２２．５の空気入りタイヤを加硫成形し、得られたタイヤを標準リム（サイズ２２．５×８．２５のホイール）に組み付け、空気圧９００ｋＰａを充填し、トラクターヘッドのフロント軸に装着した。タイヤ１本当たり３６５０ｋｇの負荷荷重をかけた状態で５万ｋｍ走行させた。この走行試験前のインフレートプロファイルと走行試験後のインフレートプロファイルとを比較し、「（ショルダーエッジ摩耗量）－（外側主溝摩耗量）」の値を測定し、ショルダー肩落ち摩耗量（偏摩耗量）とした。得られた結果は、比較例１の値の逆数を１００とする指数として「耐偏摩耗性」の欄に示した。耐偏摩耗性の指数が大きいほど耐偏摩耗性が優れ、タイヤ耐久性が優れることを意味する。
　　　転がり抵抗
　タイヤサイズが２７５／８０Ｒ２２．５の空気入りタイヤを加硫成形し、得られたタイヤを標準リム（サイズ２２．５×７．５のホイール）に組み付け、ＪＩＳ　Ｄ４２３０に準拠する室内ドラム試験機（ドラム径１７０７ｍｍ）に取り付け、空気圧９００ｋＰａ、荷重３３．８ｋＮ、速度８０ｋｍ／時で走行したときの抵抗力を測定し、転がり抵抗とした。得られた結果は、比較例１の値を１００とする指数として表１，２の「転がり抵抗」の欄に示した。この指数が小さいほど転がり抵抗が小さく燃費性能が優れていることを意味する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　なお、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、ＳＴＲ２０
・ＩＲ：イソプレンゴム、日本ゼオン社製Ｎｉｐｏｌ　ＩＲ２２００
・ＳＢＲ：スチレン－ブタジエンゴム、日本ゼオン社製Ｎｉｐｏｌ１５０２、非油展品
・カーボンブラック１：ＩＳＡＦ級カーボンブラック、キャボットジャパン社製ショウブラックＮ２３４
・シリカ：デクサ社製１１６５ＭＰ
・カップリング剤：硫黄含有シランカップリング剤（硫黄の含有量２２．５重量％）、デクサ社製Ｓｉ６９
・アラミドパルプＭＢ１：アラミドパルプを４０重量％含むマスターバッチ、帝人社製Ｔｗａｒｏｎ　Ｄ３５００
・アラミドパルプＭＢ２：アラミドパルプを４０重量％含むマスターバッチ、帝人社製Ｓｕｌｆｌｏｎ　Ｄ３５１５
・硫黄：鶴見化学工業社製金華印油入微粉硫黄（硫黄の含有量９５重量％）
・加硫促進剤：スルフェンアミド系加硫促進剤、ＦＬＥＸＳＹＳ社製ＳＡＮＴＯＣＵＲＥ　ＣＢＳ
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　なお、表３において使用した原材料の種類を下記に示す。
・酸化亜鉛：正同化学工業社製酸化亜鉛３種
・ステアリン酸：日油社製ビーズステアリン酸
・老化防止剤：住友化学社製アンチゲン６Ｃ
　表１，２から明らかなように実施例１～７の重荷重空気入りタイヤ用ゴム組成物を使用して成形した重荷重空気入りタイヤは、耐摩耗性、耐偏摩耗性及び低転がり抵抗性のバランスが従来レベル以上に向上することが確認された。
　また表１から明らかなように、比較例２のゴム組成物は、硫黄の配合量が１．５重量部未満であるので、架橋密度が低下し、耐摩耗性、耐偏摩耗性及び低転がり抵抗性がそれぞれ悪化する。
　比較例３のゴム組成物は、硫黄の配合量が３．５重量部を超え、かつ加硫促進剤が少なく、架橋密度が低下し、耐摩耗性、耐偏摩耗性及び低転がり抵抗性がそれぞれ悪化する。比較例４のゴム組成物は、シリカの配合量が５０重量部を超え、かつカーボンブラックを配合していないので、耐摩耗性が悪化する。比較例５のゴム組成物は、シリカの配合量が３０重量部未満であるので、転がり抵抗が悪化する。比較例６のゴム組成物は、硫黄及び硫黄含有シランカップリング剤中の硫黄の合計が１．８５重量部未満であるので、耐偏摩耗性を改良することができない。比較例７のゴム組成物は、硫黄及び硫黄含有シランカップリング剤中の硫黄の合計が６．０重量部を超えるので、耐摩耗性が悪化する。
　表２から明らかなように、比較例８のゴム組成物は、ジエン系ゴム中１０重量部のＳＢＲを含むので耐摩耗性が悪化し、転がり抵抗性を改良することができない。比較例９のゴム組成物は、天然ゴムの配合量が８０重量部未満、イソプレンゴムの配合量が２０重量部を超えるので、耐摩耗性及び耐偏摩耗性が悪化する。比較例１０のゴム組成物は、硫黄の配合量が１．５重量部未満であるので、耐摩耗性、耐偏摩耗性及び低転がり抵抗性がそれぞれ悪化する。比較例１１のゴム組成物は、硫黄の配合量が３．５重量部を超えるので、耐摩耗性が悪化する。
　次に、キャップトレッド部及びアンダートレッド部を形成するゴム組成物を表４に示すように異ならせた３種類の重荷重空気入りタイヤ（本発明タイヤ１，２及び比較タイヤ１）加硫成形した。またアンダートレッド部を形成するゴム組成物の配合は、表５に示した通りであり、硫黄、加硫促進剤を除く成分を１.８Ｌの密閉型ミキサーで１６０℃、５分間混練し放出したマスターバッチに、硫黄、加硫促進剤を加えてオープンロールで混練することにより調製した。
　得られた重荷重空気入りタイヤ（本発明タイヤ１，２及び比較タイヤ１）を使用し、耐摩耗性、耐偏摩耗性、転がり抵抗及び耐久性の試験を行った。耐摩耗性、耐偏摩耗性及び転がり抵抗の試験方法は上述した通りであり、得られた結果を、比較タイヤ１を１００とする指数で表４に示した。また重荷重空気入りタイヤの耐久性試験を、以下の方法で評価した。
　　　耐久性
　タイヤサイズが２７５／８０Ｒ２２．５の空気入りタイヤを加硫成形し、得られたタイヤを標準リム（サイズ２２．５×８．２５のホイール）に組み付け、ＪＩＳ　Ｄ４２３０に準拠する室内ドラム試験機（ドラム径１７０７ｍｍ）に取り付け、空気圧９００ｋＰａ、スリップアングル２ｄｅｇ、速度４５ｋｍ／時、初期荷重３３．８ｋＮでの走行試験を開始する。試験開始後、２４時間毎に、初期荷重の１０％ずつの荷重を増加させ、タイヤが破壊するまで走行試験を行い、破壊するまでの走行距離を測った。得られた結果は、比較タイヤ１の値を１００とする指数として表４の「耐久性」の欄に示した。この指数が大きいほどタイヤ耐久性が優れていることを意味する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
　表５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、ＳＴＲ２０
・ＢＲ：ブタジエンゴム、日本ゼオン社製Ｎｉｐｏｌ　ＢＲ１２２０
・カーボンブラック２：新日化カーボン社製ニテロン＃３００ＩＨ、Ｎ2ＳＡ＝１２０ｍ2／ｇ、ＤＢＰ吸収量＝１２６ｍｌ／１００ｇ
・カーボンブラック３：東海カーボン社製シースト１１６ＨＭ、Ｎ2ＳＡ＝５６ｍ2／ｇ、ＤＢＰ吸収量＝１５８ｍｌ／１００ｇ
・シリカ：東ソー・シリカ社製ニップシールＡＱ
・カップリング材：シランカップリング剤、ＥＶＯＮＩＣ　ＤＥＧＵＳＳＡ社製Ｓｉ６９
・酸化亜鉛華：正同化学工業社製酸化亜鉛３種
・ステアリン酸：日油社製ビーズステアリン酸
・酸化防止剤：フレキシス社製ＳＡＮＴＯＦＬＥＸ６ＰＰＤ
・硫黄：鶴見化学工業社製金華印油入微粉硫黄
・加硫促進剤：大内新興化学工業社製ノクセラーＮＳ－Ｐ
　表４の結果から、本発明タイヤ１及び２が、比較タイヤ１と比べ、耐摩耗性、耐偏摩耗性、転がり抵抗及び耐久性が優れることが確認された。
　表７に示す配合剤を共通配合とし、表６に示す配合からなる８種類の建設車両用の重荷重空気入りタイヤ用ゴム組成物（実施例８～１０、比較例１２～１６）を、硫黄、加硫促進剤を除く成分を１.８Ｌの密閉型ミキサーで１６０℃、５分間混練し放出したマスターバッチに、硫黄、加硫促進剤を加えてオープンロールで混練することにより調製した。硫黄及び硫黄含有シランカップリング剤中の硫黄の合計を、表６の「全硫黄分」の欄に示した。なお、表７に記載した共通配合剤の添加量は、表６に記載したジエン系ゴム１００重量部（正味のゴム量１００重量部）に対する重量部で表わした。
　得られた８種類のゴム組成物を、所定形状の金型中で、１５０℃、３０分間加硫して試験片を作製し、下記に示す方法により動的粘弾性を指標にした発熱性（６０℃のｔａｎδ）の評価を行った。
　　　発熱性（６０℃のｔａｎδ）
　得られた試験片をＪＩＳ　Ｋ６３９４に準拠して、東洋精機製作所社製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の条件で、温度６０℃における損失正接ｔａｎδを測定した。得られたｔａｎδを比較例１２の値を１００とする指数として表６の「発熱性」の欄に示した。この指数が小さいほど発熱性が小さく、タイヤ走行時に発熱によりタイヤ温度が高くなるのを抑制し、タイヤ耐久性を向上可能にする。また同時に空気入りタイヤにしたとき転がり抵抗が小さくなることを意味する。
　得られた８種類の重荷重空気入りタイヤ用ゴム組成物をキャップトッレド部に使用して、重荷重空気入りタイヤを加硫成形し、得られた重荷重空気入りタイヤを使用し、以下の方法で耐摩耗性及び耐偏摩耗性の試験を行った。
　　　耐摩耗性
　タイヤサイズが２７００Ｒ４９の空気入りタイヤを加硫成形し、得られたタイヤを標準リム（サイズ４９×１９．５０－４．０のリム）に組み付け、空気圧７００ｋＰａを充填し、同一車種の建設車両に装着した。この建設車両を、鉱山である一定区間を、繰り返し走行させ、同一走行距離の時に、各主溝の溝深さ（残溝）を測定した。得られた結果は、比較例１２の値を１００とする指数として「耐摩耗性」の欄に示した。耐摩耗性の指数が大きいほど耐摩耗性が優れ、タイヤ耐久性が優れることを意味する。
　　　耐偏摩耗性
　タイヤサイズが２７００Ｒ４９の空気入りタイヤを加硫成形し、得られたタイヤを標準リム（サイズ４９×１９．５０－４．０のリム）に組み付け、空気圧７００ｋＰａを充填し、同一車種の建設車両に装着した。タイヤ１本当たり２７２５０ｋｇｆの負荷荷重をかけた状態で３０００時間、鉱山を走行させた。この走行試験前のインフレートプロファイルと走行試験後のインフレートプロファイルとを比較し、「（ショルダーエッジ摩耗量）－（外側主溝摩耗量）」の値を測定し、ショルダー肩落ち摩耗量（偏摩耗量）とした。得られた結果は、比較例１２の値の逆数を１００とする指数として「耐偏摩耗性」の欄に示した。耐偏摩耗性の指数が大きいほど耐偏摩耗性が優れ、タイヤ耐久性が優れることを意味する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
　なお、表６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、ＳＴＲ２０
・カーボンブラック１：ＩＳＡＦ級カーボンブラック、キャボットジャパン社製ショウブラックＮ２３４
・シリカ：デクサ社製１１６５ＭＰ
・カップリング剤：硫黄含有シランカップリング剤（硫黄の含有量２２．５重量％）、デクサ社製Ｓｉ６９
・硫黄：鶴見化学工業社製金華印油入微粉硫黄（硫黄の含有量９５重量％）
・加硫促進剤：スルフェンアミド系加硫促進剤、ＦＬＥＸＳＹＳ社製ＳＡＮＴＯＣＵＲＥ　ＣＢＳ
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
　なお、表７において使用した原材料の種類を下記に示す。
・酸化亜鉛：正同化学工業社製酸化亜鉛３種
・ステアリン酸：日油社製ビーズステアリン酸
・老化防止剤：住友化学社製アンチゲン６Ｃ
　表６から明らかなように実施例８～１０の重荷重空気入りタイヤ用ゴム組成物を使用して成形した重荷重空気入りタイヤは、耐摩耗性、耐偏摩耗性及び低転がり抵抗性のバランスが従来レベル以上に向上することが確認された。
　また表６から明らかなように、比較例１３のゴム組成物は、シリカの配合量が３５重量部未満、式（２）記載のカーボンブラックの配合量とシリカの配合量の関係を満足しないので、転がり抵抗、耐摩耗性及び耐偏摩耗性が悪化する。比較例１４のゴム組成物は、シリカ量が３５重量部未満であるので、転がり抵抗が悪化する。比較例１５のゴム組成物は、シリカの配合量が５０重量部を超えるので、耐摩耗性、耐偏摩耗性が悪化する。比較例１６のゴム組成物は、硫黄の配合量が３．５重量部を超えるので、耐摩耗性が悪化する。
符号の簡単な説明
１　　トレッド部
７　　キャップトレッドゴム層（キャップトレッド部）
８　　アンダートレッドゴム層（アンダートレッド部）

Claims (4)

  1. 　天然ゴムを８０～１００重量％、イソプレンゴムを２０～０重量％含むジエン系ゴム１００重量部に対し、シリカを３５～５０重量部、硫黄を１．５～３．５重量部、カーボンブラック、スルフェンアミド系加硫促進剤及び硫黄含有シランカップリング剤を配合したゴム組成物であって、前記硫黄及び硫黄含有シランカップリング剤中の硫黄の合計が１．８５～６．０重量部であり、前記スルフェンアミド系加硫促進剤の配合量が下記式（１）により求められるＡ重量部以上２．６重量部以下であることを特徴とする重荷重空気入りタイヤ用ゴム組成物。
    Ａ＝０．２２０９Ｓ2－１．４０９Ｓ＋１．３０９Ｙ＋２．５７９　　・・・（１）
    （式（１）において、Ａはスルフェンアミド系加硫促進剤の配合量（重量部）の下限値、Ｓは硫黄の配合量（重量部）、ＹはＹ＝Ｗｓ／（Ｗｓ＋Ｗｃ）から求められる正数を表し、Ｗｓはシリカの配合量（重量部）、Ｗｃはカーボンブラックの配合量（重量部）を表す。）
  2. 　前記カーボンブラックがＩＳＡＦ級又はＳＡＦ級であり、前記カーボンブラックの配合量Ｗｃ及びシリカの配合量Ｗｓが、下記式（２）の関係を満たすことを特徴とする請求項１に記載の重荷重空気入りタイヤ用ゴム組成物。
    Ｗｃ≦３２．７１－０．５９２Ｗｓ　　・・・（２）
    （式（２）において、Ｗｓはシリカの配合量（重量部）、Ｗｃはカーボンブラックの配合量（重量部）を表す。）
  3. 　請求項１又は２に記載の重荷重空気入りタイヤ用ゴム組成物でキャップトレッドを形成したことを特徴とする重荷重空気入りタイヤ。
  4. 　天然ゴム及び／又はイソプレンゴムを７０～９０重量％と、ブタジエンゴム及び／又はスチレンブタジエンゴムを３０～１０重量％とからなるジエン系ゴム１００重量部に対し、カーボンブラックを１５～４５重量部、シリカを３～３０重量部配合し、シランカップリング剤を前記シリカ量の５～１５重量％配合すると共に、前記カーボンブラックの窒素吸着比表面積Ｎ2ＳＡが３５～８５ｍ2／ｇ、ＤＢＰ吸収量が１１０～２００ｍｌ／１００ｇであるアンダートレッド用ゴム組成物でアンダートレッドを形成したことを特徴とする請求項３に記載の重荷重空気入りタイヤ。
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