JP2009275152A

JP2009275152A - スタッドレスタイヤ用ゴム組成物

Info

Publication number: JP2009275152A
Application number: JP2008128870A
Authority: JP
Inventors: Masakazu Takeuchi; 正和竹内
Original assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Current assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Priority date: 2008-05-15
Filing date: 2008-05-15
Publication date: 2009-11-26

Abstract

【課題】氷雪路上でのＡＢＳ制動時のトレッド接地面の凝着域（Ｐａ）の凝着摩擦力（Ａ）を増大させて氷上制動性能を向上するようにしたスタッドレスタイヤ用ゴム組成物を提供する。
【解決手段】天然ゴムとブタジエンゴムを合計５０重量％以上含むジエン系ゴム１００重量部に対し、シリカを２０重量部以上含むと共に、このシリカとカーボンブラックとを合計６０〜１００重量部配合したゴム組成物であり、温度０℃におけるＪＩＳ規定のＡタイプのゴム硬度が６５以下、温度２０℃の２０％引張り伸張時の応力Ｍ２０と１００％引張り伸張時の応力Ｍ１００との比Ｍ２０／Ｍ１００が０．４５以上であることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、スタッドレスタイヤ用ゴム組成物に関し、さらに詳しくは、氷雪路上でのＡＢＳ制動時の制動性能を向上するようにしたスタッドレスタイヤ用ゴム組成物に関する。

近年、車両の制御装置としてアンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）が広く普及している。ＡＢＳとは、ウェット路面などで車両が走行中に急制動をかけたとき、タイヤの回転をロックさせずに制動することにより、車両をより安全に停止できるようにした自動制御装置である。

タイヤがＡＢＳ制動をかけられたときの様子は、図１（Ａ）に示すように、接地面の前半部分では路面Ｇに対してすべりの生じていない凝着域Ｐａを形成すると共に、後半部では最大静止摩擦力を超えたためにすべりの状態となるすべり域Ｐｓを形成する（例えば、非特許文献１参照）。

このような接地状態における接地面周方向の接地端０からの周方向の距離ｘに対する摩擦係数μ（制動力Ｆｘ／荷重Ｆｚ）を摩擦力曲線として表すと、図１（Ｂ）に示すように、接地圧との関係から凝着域Ｐａでは曲線ｃとなり、すべり域Ｐｓでは曲線ｄのようになる。すなわち、凝着域Ｐａとすべり域Ｐｓとの境界Ｌｈで最大静止摩擦力に達する。

ＡＢＳ制動時の各タイヤに働く総摩擦力は、凝着域Ｐａにおける摩擦力曲線ｃと境界Ｌｈにより囲まれた面積の凝着摩擦力Ａと、すべり域Ｐｓにおける摩擦力曲線ｄと境界Ｌｈにより囲まれた面積のすべり摩擦力Ｓとの合計になる。この合計の総摩擦力が大きいほど制動力を大きくすることができる。

本発明者の検討によれば、ゴムの非線形な歪−応力特性を利用することで、曲線ｃを氷上制動性能に対して有効な形状にすることができることを知見した。

従来、トレッドの氷雪路面に対する摩擦力を大きくする対策として、特許文献１はスタッドレスタイヤのトレッド用ゴム組成物の低温時の柔軟性を維持することを提案している。しかし、ゴム組成物の柔軟性を調整するだけでは、凝着域Ｐａにおける摩擦力曲線ｃを好ましい形状に変化させることはできない。
特開２００５−４７９５７号公報酒井秀男著、「タイヤ工学」、初版、株式会社グランプリ出版、１９８７年１月１２日、ｐ．１８５−１８７

本発明の目的は、氷雪路上でのＡＢＳ制動におけるトレッド接地面の凝着域に発生する凝着摩擦力を増大させて氷上制動性能を向上するようにしたスタッドレス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スタッドレスタイヤ用ゴム組成物は、天然ゴムとブタジエンゴムを合計５０重量％以上含むジエン系ゴム１００重量部に対し、シリカを２０重量部以上含むと共に、このシリカとカーボンブラックとを合計６０〜１００重量部配合したゴム組成物であり、温度０℃におけるＪＩＳ規定のＡタイプのゴム硬度が６５以下、温度２０℃の２０％引張り伸張時の応力Ｍ２０と１００％引張り伸張時の応力Ｍ１００との比Ｍ２０／Ｍ１００が０．４５以上であることを特徴とする。

シランカップリング剤は、前記シリカの配合量に対し４重量％以下配合するとよく、硫黄は、前記ジエン系ゴム１００重量部に対し、１．５重量部以下配合するとよい。

このスタッドレスタイヤ用ゴム組成物は、スタッドレスタイヤのトレッド部を構成するのに好適である。

本発明のスタッドレスタイヤ用ゴム組成物によれば、天然ゴムとブタジエンゴムを合計５０重量％以上含むジエン系ゴム１００重量部に対し、シリカを２０重量部以上含むと共に、このシリカとカーボンブラックとを合計６０〜１００重量部配合した組成にし、温度０℃におけるＪＩＳ規定のＡタイプのゴム硬度を６５以下、温度２０℃の２０％引張り伸張時の応力Ｍ２０と１００％引張り伸張時の応力Ｍ１００との比Ｍ２０／Ｍ１００を０．４５以上にする。このように応力比Ｍ２０／Ｍ１００の適正化により制動時にトレッド部が受けるせん断変形の応力の立上がりを好ましい形にすることで、凝着域の凝着摩擦力を大きくすることができる。したがって、氷雪路上でのＡＢＳ制動時のトレッド接地面の総摩擦力を増大し氷上制動性能を向上することができる。

本発明のスタッドレスタイヤ用ゴム組成物は、ゴム成分がジエン系ゴムからなる。そのジエン系ゴムは、天然ゴムとブタジエンゴムとを含み、その合計は５０重量％以上、好ましくは８０〜１００重量％にする。天然ゴムとブタジエンゴムの合計が５０重量％未満の場合、低温時において柔軟さが不足する。

ジエン系ゴム中の天然ゴムの割合は、好ましくは３０〜７０重量％、より好ましくは３０〜５０重量％にするとよい。天然ゴムが３０重量％未満の場合、ゴム強度が不足する。また、天然ゴムが７０重量％を超えると、低温時においてやや剛直になる。

ジエン系ゴム中のブタジエンゴムの割合は、好ましくは３０〜７０重量％、より好ましくは５０〜７０重量％にするとよい。ブタジエンゴムが３０重量％未満の場合、低温時において柔軟さが不足する。また、ブタジエンゴムが７０重量％を超えると、十分なゴム強度が維持できない。

天然ゴム、ブタジエンゴム以外のジエン系ゴムとしては、特に制限されるものではなく、スタッドレスタイヤのトレッド用ゴム組成物に通常使用されるゴム成分であればよい。例えば、イソプレンゴム、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、ブチルゴム等が挙げられる。これらジエン系ゴムは、単独又は任意のブレンドとして使用することができる。

スタッドレスタイヤ用ゴム組成物に配合する混合物のうち、シリカの配合量は、ジエン系ゴム１００重量部に対し２０重量部以上にする。シリカの配合量が２０重量部未満の場合、歪−応力の非線形性が満足な性状とならない。

本発明において使用するシリカは、タイヤ用ゴム組成物に通常使用されるものであれば特に制限されるものではなく、例えば、ヒュームドシリカ、焼成シリカ、沈降シリカ、粉砕シリカ、溶融シリカ、無水微粉ケイ酸、含水微粉ケイ酸、含水ケイ酸アルミニウム、含水ケイ酸カルシウム等を例示することができる。

スタッドレスタイヤ用ゴム組成物に配合する混合物のうち、カーボンブラックの配合量は、シリカとカーボンブラックの合計で、ジエン系ゴム１００重量部に対し６０〜１００重量部、好ましくは６０〜８０重量部にする。シリカとカーボンブラックとの合計が６０重量部未満の場合、氷雪路以外の乾燥路、湿潤路における制動性が不十分になる。また、シリカとカーボンブラックとの合計が１００重量部を超えると、氷雪性能を維持するためのゴム硬度を達成できない。

本発明のスタッドレスタイヤ用ゴム組成物には、シランカップリング剤を、シリカの配合量に対し好ましくは４重量％以下、より好ましくは０〜２．５重量％を配合することが好ましい。シランカップリング剤を配合する場合の下限は、０．１重量％にするとよい。シランカップリング剤の配合量が、シリカ配合量の４重量％を超えると、後述する応力の比Ｍ２０／Ｍ１００が小さくなり、氷雪路面上の制動性能を向上することができなくなる虞がある。

シランカップリング剤は、シリカ配合のゴム組成物に使用可能なものであればよく、例えばビス−（３−トリエトキシシリルプロピル）テトラサルファイド、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サルファイド、γ−グリシドオキシプロピル−トリメトキシシラン、γ−メルカプトプロピル−トリメトキシシラン等を例示することができる。

スタッドレスタイヤ用ゴム組成物は、硫黄の配合量をジエン系ゴム１００重量部に対し好ましくは１．５重量部以下、より好ましくは０．５〜１．２重量部にする。硫黄の配合量が１．５重量部を超えると、応力の比Ｍ２０／Ｍ１００が小さくなり、氷雪路面上の制動性能を大きくすることができない。

本発明のスタッドレスタイヤ用ゴム組成物は、温度０℃におけるＪＩＳ規定のＡタイプのゴム硬度を６５以下、好ましくは５０〜６５にする。０℃のゴム硬度が６５を超える場合、低温時の柔軟性が不足し、氷雪路面上の最大静止摩擦力を大きくすることができない。ここで、ＪＩＳ規定のＡタイプのゴム硬度とは、ＪＩＳＫ６２５３に準拠しデュロメータのタイプＡにより温度０℃で測定した。

また、本発明のスタッドレスタイヤ用ゴム組成物は、上述した組成を基礎として、温度２０℃の２０％引張り伸張時の応力Ｍ２０と１００％引張り伸張時の応力Ｍ１００との比Ｍ２０／Ｍ１００が０．４５以上、好ましくは０．４５〜０．６０になるようにする。応力の比Ｍ２０／Ｍ１００が０．４５未満の場合、氷雪路面のように摩擦係数が著しく低い路面に対しては、トレッド接地面における応力の立上がりが急になるため、接地面の接地端０から最大静止摩擦力に達する境界Ｌｈまでの距離が小さくなり、接地面の凝着域Ｐａの凝着摩擦力Ａが小さくなるので、ＡＢＳ制動時の全体の氷上摩擦力を大きくすることができない。ここで、２０％引張り伸張時の応力Ｍ２０と１００％引張り伸張時の応力Ｍ１００は、ＪＩＳＫ６２５１に準拠し、温度２０℃において引張り速度５００ｍｍ／分の条件で引張り試験を行ない、２０％引張り伸張時の応力Ｍ２０及び１００％引張り伸張時の応力Ｍ１００をそれぞれ測定し、これらの比を求めた。

本発明のスタッドレスタイヤ用ゴム組成物によりスタッドレスタイヤのトレッド部を形成すると、図２に示すように、ＡＢＳ制動時に氷雪路面とのトレッド接地面において接地端０からの摩擦係数μ（制動力Ｆｘ／荷重Ｆｚ）の立上がりを、前半の立上がりが急で、後半で緩やかな摩擦力曲線にする。このため、接地端０から最大静止摩擦力に達する境界Ｌｈまでの距離を大きくすると共に、凝着域Ｐａにおける凝着摩擦力Ａを増大するので、ＡＢＳ制動時の総摩擦力を大きくすることができる。

本発明のスタッドレスタイヤ用ゴム組成物には、シリカ、カーボンブラック以外の充填剤、加硫促進剤、老化防止剤、可塑剤などの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。また、スタッドレスタイヤ用ゴム組成物は、公知のゴム用混練機械、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。

本発明のスタッドレスタイヤ用ゴム組成物は、氷雪路面でのＡＢＳ制動時にトレッド接地面における接地端０から摩擦力の前半の立上がりが急で、後半の傾きが緩やかな摩擦力曲線が得られる。このため、接地端０から最大静止摩擦力に達する境界Ｌｈまでの距離を大きくすると共に、凝着域Ｐａにおける凝着摩擦力Ａを増大するので、ＡＢＳ制動時の総摩擦力を大きくすることができる。このスタッドレスタイヤ用ゴム組成物は、トレッド部に適用することが好ましく、このゴム組成物から構成されたトレッド部を有するスタッドレスタイヤは、氷雪路上でのＡＢＳ制動時にトレッド接地面の凝着域Ｐａの凝着摩擦力Ａを大きくし氷上摩擦力を大きくするので氷上制動性能を向上することができる。

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１に示す配合からなる７種類のゴム組成物（実施例１〜４、比較例１〜３）を、それぞれ硫黄及び加硫促進剤を除く配合成分を秤量し、１.７Ｌのバンバリーミキサーで４分間混練し、マスターバッチを放出し室温冷却した。このマスターバッチを１.７Ｌのバンバリーミキサーに供し、硫黄及び加硫促進剤を加え混合し、スタッドレスタイヤ用ゴム組成物を調製した。

得られた７種類のゴム組成物（実施例１〜４、比較例１〜３）を、それぞれ所定形状の金型中で、１６０℃、２０分間加硫して試験片を作製し、ゴム硬度、応力及び氷上摩擦係数を下記に示す方法により測定した。

ゴム硬度
得られた各試験片のゴム硬度を、ＪＩＳＫ６２５３に準拠しデュロメータのタイプＡにより温度０℃で測定した。得られた結果を表１に示す。

応力（Ｍ２０／Ｍ１００）
得られた各試験片の引張り試験をＪＩＳＫ６２５１に準拠し、３号型ダンベル試験片に成形し、２０℃、引張り速度５００ｍｍ／分の条件で行ない、２０％伸張時の応力Ｍ２０及び１００％伸張時の応力Ｍ１００を測定し、その比Ｍ２０／Ｍ１００を求めた。得られた結果を表１に示す。

氷上摩擦係数
得られた各試験片を円板状の台ゴムに貼り付け、インサイドドラム型氷上摩擦試験機にて、測定温度−３．０℃、荷重０．５４ＭＰａ、ドラム回転速度２５ｋｍ／ｈで、円板状の台ゴムの回転速度を変化させることにより、氷上摩擦係数を測定した。得られた結果は、比較例１を１００とする指数として表１に示す。この指数が大きいほど氷上摩擦係数が大きく優れることを意味する。

なお、表１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
ＢＲ：ブタジエンゴム、日本ゼオン社製ＮｉｐｏｌＢＲ１２２０
ＢＲＸ５０００：ブタジエンゴム、日本ゼオン社製ＮｉｐｏｌＢＲＸ５０００
シリカ：日本シリカ工業社製ＮｉｐｓｉｌＡＱ
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
シランカップリング剤：デクサ社製Ｓｉ６９
オイル：富士興産社製アロマオイル
老化防止剤：フレキシス社製６ＰＰＤ
ステアリン酸：日本油脂社製ビーズステアリン酸
酸化亜鉛：正同化学工業社製酸化亜鉛３種
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ＣＺ−Ｇ

（Ａ）（Ｂ）は、タイヤにＡＢＳ制動をかけたときの説明図であり、（Ａ）はタイヤ接地部におけるトレッド部のタイヤ周方向の断面の模式的説明図、（Ｂ）は、そのときのトレッド接地面のタイヤ周方向に対する摩擦力曲線を表すグラフである。本発明のスタッドレスタイヤ用ゴム組成物を使用したスタッドレスタイヤの図１（Ｂ）に相当するグラフの一例である。

符号の説明

Ｔトレッド部
Ｇ路面
Ｌｈ境界
Ｐａ凝着域
Ｐｓすべり域

Claims

天然ゴムとブタジエンゴムを合計５０重量％以上含むジエン系ゴム１００重量部に対し、シリカを２０重量部以上含むと共に、このシリカとカーボンブラックとを合計６０〜１００重量部配合したゴム組成物であり、温度０℃におけるＪＩＳ規定のＡタイプのゴム硬度が６５以下、温度２０℃の２０％引張り伸張時の応力Ｍ２０と１００％引張り伸張時の応力Ｍ１００との比Ｍ２０／Ｍ１００が０．４５以上であるスタッドレスタイヤ用ゴム組成物。
前記シリカの配合量に対し、シランカップリング剤を４重量％以下配合した請求項１に記載のスタッドレスタイヤ用ゴム組成物。
前記ジエン系ゴム１００重量部に対し、硫黄を１．５重量部以下配合した請求項１又は２に記載のスタッドレスタイヤ用ゴム組成物。
請求項１，２又は３に記載のスタッドレスタイヤ用ゴム組成物により構成したトレッド部を有するスタッドレスタイヤ。