JP3777181B2 - 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、氷雪路面での氷上摩擦性能を向上させたタイヤ用ゴム組成物および空気入りタイヤに関する。

氷雪路面走行用タイヤとして、スパイクタイヤの使用やタイヤへのチェーンの装着がなされてきたが、粉塵問題などの環境問題が発生するため、これにか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。

一般路面に比べ、氷雪路面では著しく摩擦係数が低下し、滑りやすくなるので、スタッドレスタイヤは材料面および設計面での工夫がされている。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の開発や、タイヤ表面の凹凸を変え表面エッジ成分を増す工夫や、引っ掻き効果のある無機フィラーや繊維を配合することが行なわれてきた（たとえば、特許文献１参照）。

しかし、依然、スパイクタイヤに比べ、スタッドレスタイヤの氷雪路面での氷上摩擦性能は充分とはいえず、さらなる改善が求められている。

特開２００１−３９１０４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、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１〜２０重量部、および、２個以上の突起を有する酸化亜鉛ウィスカ１〜３０重量部を含有するタイヤ用ゴム組成物に関する。

また、本発明は、前記のタイヤ用ゴム組成物からなる空気入りタイヤに関する。

前記空気入りタイヤは、トレッド部から切り出したゴム片のトレッド厚さ方向の複素弾性率Ｅ１とタイヤ周方向の複素弾性率Ｅ２の比が、式：
１．１≦Ｅ１／Ｅ２
を満足することが好ましい。

本発明によれば、非金属繊維および複数の突起を有するフィラーを配合することにより、タイヤの製造工程において特殊な手法（装置）を用いることなしに、氷雪路面での非金属繊維および複数の突起を有するフィラーによる引っ掻き効果が得られる。また、氷雪路面での引っ掻き効果に加えて、ゴム表面から突出したミクロ突起の撥水効果により、摩擦係数を高めることができ、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、耐摩耗性能を大きく低下させることがない。

本発明のタイヤ用ゴム組成物は、ジエン系ゴム、非金属繊維および２個以上の突起を有するフィラーからなる。

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っ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、複数の突起を有するフィラーを非金属繊維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っ掻き効果を充分に得ることができる。

また、複数の突起を有するフィラーを配合することにより、複数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、その撥水効果から氷雪路面とタイヤとのあいだにできた水膜を排除させ、氷上摩擦性能を向上させることができる。

本発明のゴム組成物に用いられるジエン系ゴムとしては、任意のジエン系ゴムが用いられ、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、ポリクロロプレンゴム（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。

本発明のゴム組成物に用いられる非金属繊維は、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、トレッド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の下限は１μｍ、好ましくは３μｍである。また、上限は１００μｍ、好ましくは５０μｍ、より好ましくは４０μｍ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、トレッド厚さ方向に配向した繊維がトレッド表面に作り出す接地圧の高い部分を、充分に作り出すことができない。一方、１００μｍより大きい場合、氷雪路面とタイヤとのあいだにできた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。

前記非金属繊維の平均繊維長の下限は０．１ｍｍである。また、上限は５ｍｍ、好ましくは３ｍｍ、より好ましくは２ｍｍである。平均繊維長が０．１ｍｍより短い場合、走行により繊維がトレッド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。一方、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。

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、下限は１重量部であり、上限は２０重量部、好ましくは１８重量部、より好ましくは１５重量部である。非金属繊維の配合量が１重量部未満では、トレッド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でなくなる。また、２０重量部をこえると、トレッドブロック剛性が高くなりすぎて、トレッド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。

本発明のゴム組成物に用いられるフィラーは、ジエン系ゴムに配合した際、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。

前記フィラーは２個以上、好ましくは３個以上の突起を有する。突起がない、あるいは突起を１個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。

複数の突起を有するフィラーとしては、酸化亜鉛ウィスカ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の下限は１μｍであることが好ましく、１０μｍであることがより好ましい。また、上限は５０００μｍあることが好ましく、１０００μｍであることがより好ましい。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、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）の下限は０．５μｍであることが好ましい。また、上限は２０００μｍであることが好ましく、２００μｍであることがより好ましい。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、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の下限は、ゴム成分１００重量部に対して１重量部、好ましくは５重量部であり、上限は３０重量部、好ましくは２５重量部、より好ましくは１０重量部である。配合量が１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傾向がある。また、３０重量部をこえると、耐摩耗性が低下する傾向がある。

なお、前記フィラーは、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）、シランカップリング剤、シリル化剤などで表面処理してもよい。

本発明のタイヤ用ゴム組成物には、前記ジエン系ゴム、非金属繊維およびフィラーのほかに、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、これら金属の酸化物および水酸化物およびそれらの水和物、およびこれらの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）

前記無機充填剤の配合量は、ジエン系ゴム１００重量部に対して１５０重量部以下であることが好ましく、５〜１００重量部であることがより好ましい。１５０重量部をこえると、加工性が低下する傾向がある。

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の下限は、シリカ１００重量部に対して１重量部であることが好ましく、２重量部であることがより好ましく、上限は２０重量部であることが好ましく、１５重量部であることがより好ましい。シランカップリング剤が１重量部未満では、未加硫ゴム組成物の粘度が高くなる傾向がある。また、２０重量部をこえると、配合量に対してシランカップリング剤を配合した効果がないうえ、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の下限は、ジエン系ゴム１００重量部に対して５重量部であることが好ましく、１０重量部であることがより好ましく、上限は１５０重量部であることが好ましく、１００重量部であることがより好ましい。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、１５０重量部をこえると、加工性が低下し、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。

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。

本発明の空気入りタイヤは、本発明のゴム組成物を、とくにトレッド部に用いる。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。

具体的には、トレッド部から切り出したゴム片のトレッド厚さ方向の複素弾性率Ｅ１とタイヤ周方向の複素弾性率Ｅ２の比が、下記式を満足することが好ましい。
１．１≦Ｅ１／Ｅ２
Ｅ１／Ｅ２の下限は１．１であることが好ましく、１．２であることがより好ましい。また、上限は４であることがより好ましく、３．５であることがとくに好ましい。１．１より小さい場合、接地面に対し接地圧の高い部分を充分に形成できない。その結果、タイヤと氷雪路面のあいだにできた水膜を除去する効果が小さくなり、粘着、凝着摩擦、引っ掻き、掘り起こし摩擦は改善されない。また、Ｅｌ／Ｅ２が４より大きい場合、タイヤのトレッドブロックの剛性が高くなりすぎて、トレッド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。

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）
オイル：出光興産（株）製のダイナプロセスオイルＰＳ３２３
ワックス：大内新興化学工業（株）製のサンノックワックス
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）
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
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（テトラポット形状酸化亜鉛、突起の数：４個、針状繊維長：２〜５０μｍ、針状繊維径（平均値）：０．２〜３．０μｍ）
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）
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１〜３および比較例１〜５
表１に示す硫黄、加硫促進剤を除く配合成分を、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しすることにより、トレッドを形成し、１９５／６５Ｒ１５サイズのタイヤを作成した。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に示す。

（複素弾性率）
タイヤトレッド部から、厚さ１．０ｍｍ、幅４ｍｍ 長さ５ｍｍの形状のゴム片を切り出し、測定サンプルとした。所定の測定条件（温度２５℃、測定周波数１０Ｈｚ、初期歪み１０％、動歪み１％）で、（株）岩本製作所製の粘弾性スペクトロメーターを用いて、トレッド厚さ方向および周方向の複素弾性率（Ｅ１およびＥ２）を測定した。

（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。

それぞれ結果を表１に示す。

表１からわかるように、酸化亜鉛ウィスカおよびグラスファイバーの両方を配合した実施例１〜３は、酸化亜鉛ウィスカのみを配合した比較例２、グラスファイバーのみを配合した比較例３に比べて、氷上摩擦性能の向上効果が格段に大きい。比較例４および５は、実施例１〜３と同様に酸化亜鉛ウィスカおよびグラスファイバーの両方を配合しており、優れた氷上摩擦性能が得られるが、酸化亜鉛ウィスカまたはグラスファイバーの配合量が多すぎるため、耐摩耗性が大きく低下した。

Claims (3)

1. 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１〜２０重量部、および、２個以上の突起を有する酸化亜鉛ウィスカ１〜３０重量部を含有するタイヤ用ゴム組成物。
2. 請求項１記載のタイヤ用ゴム組成物からなる空気入りタイヤ。
3. トレッド部から切り出したゴム片のトレッド厚さ方向の複素弾性率Ｅ１とタイヤ周方向の複素弾性率Ｅ２の比が、式：
   １．１≦Ｅ１／Ｅ２
   を満足する請求項２記載の空気入りタイヤ。