JPH03119042A - タイヤトレッド用ゴム組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、運動性能が幅広い温度範囲に渡って安定であ
り、更に雪氷路面の把握力にも優れたタイヤトレッド用
のゴム組成物に関する。

〔従来の技術〕

従来、自動車用タイヤに要求される性能としては、安全
性・経済性、乗り心地性等があり、特に高速道路網の発
達に伴い車両の高速走行時におけるコーナリング特性、
ブレーキ性能等の操縦性・安全性がより向上したタイヤ
が望まれているが、近年、更に、操縦者の意志に対し正
確に追随する、いわば応答性に優れたタイヤが求められ
ている。

タイヤの運動性能、特にグリップ性能を高める方策とし
ては、トレッドゴムの高ヒステリシスロス化を図ること
により路面との摩擦力を高めることが重要である。すな
わち、路面と摩擦しているトレッド表面は、路面の微細
な凹凸によって高速度の変形を受けており、この周期的
変形過程において生じるヒステリシスロスによるエネル
ギー散逸が大きい程、摩擦力が大きくなる。しかも摩擦
面での変形はきわめて高速であるため、ウィリアムス−
ランデルーフエリ−の温度時間換算側によれば、タイヤ
が使用される温度よりも低い温度で測定されたヒステリ
シスロスに依存することが知られている。実際、ヒステ
リシスロスの尺度であるｔａｎδ　（ｔｊ！失係数）と
、タイヤの摩擦係数とは良い相関を示すが、その際、タ
イヤが使用される温度よりも３０〜４０℃低い温度で測
定されたｔａｎδが関与している。従来、ゴム組成物の
ヒステリシスロスを大きくするためには、高スチレン含
有スチレン−ブタジエン共重合体ゴム（Ｓ　Ｂ　Ｒ）の
ようなガラス転移温度（Ｔｇ　）の高いゴムを配合する
方法に依っていた。これは、ゴムのｔａｎδがＴｇ付近
でピークを持つことから、摩擦性能に関与している温度
域（タイヤの走行温度を３０℃とすれば、０℃に相当す
る）にｔａｎδピークを近づけることで高いｔａｎδを
利用しようとするものである。

第１図は、スチレン含有量の異なる乳化重合スチレン−
ブタジエン共重合体ゴムのｔａｎδ温度依存性を示した
ものである。スチレン含有量が多くなると、ｔａｎδピ
ーク温度が高温側に移動し、ｔａｎδピークの裾野にあ
たる０℃付近ではｊａｎδ値が大きくなる。しかし同時
に、０℃付近でのｔａｎδの温度依存性もまた大きくな
り、従ってタイヤのグリップ性能もまた、環境温度に因
って大きく変化してしまう。さらに、ｔａｎδピークに
対応して弾性率も急激に変化する。

即ち、低温になるに従い、弾性率が急激に大きくなるた
め、ゴムが路面の凹凸に追従できない、あるいは、水路
面等の場合にはゴムが全く変形できなくなってしまい、
操縦性・制動性が低下してしまうという問題があった。

反対に高シスブタジェンゴム（ＢＲ）に代表されるよう
にＴｇの低いポリマーを用いると、低温でのグリップ性
能は良くなるが、一方、０℃付近のｔａｎδは低下して
しまい、高温ではグリップ能力が不足してしまうという
矛盾を生じる。そこでＳ　Ｂ　Ｒ／Ｂ　Ｒという異種ポ
リマー同士をブレンドすることによって、あるいは小粒
径カーボンを多量配合して、上記した二律背反を調和さ
せることが試みられている（Ｉｌ、ｐ１Ｍｏｏｒｅ″Ｔ
ｈｅ　Ｆｒ１ｃｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｐｎｅｕｍａｔｉｃ　
Ｔｙｒｅｓ’、　ＥｌａｓｅｖｉｅｒＳｃｉｅｎｔｉｆ
ｉｃ　Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ　Ｃｏｍｐａｎｙ　１９７
５＋　Ｕ、Ｓ。

Ｐａｔｅｎｔ　Ｎｏ、４．７４８．１６８．特開昭６２
−１２９３２など）。

さらに、特開昭６２−２６０８４３号公報、特開昭６２
−１９０２３８号公報ではこれらブレンドポリマーの相
溶性とＴｇの微妙な制御を利用して、高温から低温まで
の全天候性を発揮させることに成功している。

しかしながら、このようなゴムはブレンドしたポリマー
の中間的性質を示すため、構成ポリマーの固有の長所を
生かしきれず、高温でのグリップも低温でのグリップも
完全に満足できるものではないという欠点があり、また
小粒径カーボンの多量配合は加工性に難点があり、発熱
性が大きくなってしまう点が問題であった。

このような二律背反にたいする方策として、特開昭６１
−６６７３３号公報、特開昭６２−６２８４０号公報で
は、これらのブレンドポリマーに低温可塑剤を加える技
術が開示されているが、確かに低温グリップの向上は認
められるものの、高温ではゴム弾性率の低下が著しく、
高温での操縦安定性は必ずしも満足のできるものではな
い。

これらの技術はタイヤの全天候性能を上げるのが目標で
あり、限界性能を追求する全天候性高性能タイヤ向はト
レッドゴムである。しかるに近年タイヤに要求される性
能としては操縦性能としての高グリップだけではなく、
操縦者の意図に対し正確に応答するタイヤが求められて
いる。すなわち、自動車タイヤの要求は自動車に対する
社会的要求と一致したものでなければならないが、近年
の人間工学あるいはエレクトロニクス工学の進展によっ
て自動車としても単に加速性能、コーナリング性能に優
れているのみでなく、人の感性に不快感をあたえない、
いわば良くできた靴のように、そこにタイヤがあるとい
うことを感じさせない自動車が要求されている。このた
めには自動車の操縦者の意図に位相の遅れなく応答する
タイヤが必要である。

これらのタイヤを仮に高応答性タイヤと名づければ、高
応答性タイヤは自動車の操縦者がハンドルを切った時に
、時間の遅れなく横力を発生する、すなわち微舵応答性
に優れていることが必要である。

すなわち、高応答性タイヤは従来の全天候性能に加えて
微少舵角時の応答性に優れたものである必要がある。こ
のような観点から微少舵角時の応答性を遅らす要因を検
討したところ、タイヤ構造に加えてトレッドゴム及びト
レッドブロック部の位相遅れが影響することがわかった
。

位相遅れの指標としては、６０℃における硬度と一１０
℃における硬度の差で表現することができる。すなわち
硬度差の大きいゴム程、応力緩和が早（、その結果トレ
ッド部分の微小変形に対し、容易に応力の減衰が起こっ
てしまって所定の応力を維持できないために、微舵応答
性が劣るという結論が得られたのである。

６０℃における硬度と一１０℃における硬度の差（以下
、係数Ｍという）は、第１図に示したように、Ｔｇがよ
り高い、高スチレン含有量の乳化重合スチレン−ブタジ
エン共重合体ゴム程大きい。すなわちグリップ性能を向
上させるために高Ｔｇのスチレン−ブタジエン共重合体
ゴムを使用すると、係数Ｍも上昇してしまい応答性が悪
くなる。

このような矛盾を解決するために鋭意検討したところ、
本発明のトレッドゴム組成物に到達した。このように、
タイヤの応答性という面からトレッドゴム組成物を検討
した公知例は存在せず、従って本発明による技術は全く
新規なものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、運動性能が幅広い温度範囲に渡って安定であ
り、更に雪氷路面の把握力にも優れたオールシーズンタ
イプの高応答性（係数Ｍが小さい）のタイヤトレンド用
ゴム組成物を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者らは、スチレン−ブタジエン共重合体ゴムにお
いて、摩擦に関与する温度域でのｔａｎδの絶対値を高
め、かつ係数Ｍを低めるゴム組成物について鋭意検討し
た結果、特定範囲に限定されたスチレン含有量およびブ
タジェン部分のビニル含有量を有する本質的に無定形の
スチレン−ブタジエン共重合体ゴムに対し、特定範囲の
天然ゴム量、ポリブタジェンゴム量を配合した系におい
て、上記目的を達成し得ることを見出し本発明に到達し
た。

したがって、本発明のタイヤトレッド用ゴム組成物は、
結合スチレンを３〜３０重量％含み、ブタジェン部分の
１，２−ビニル含有量が７０重量％以上で本質的に無定
形のスチレン−ブタジエン共重合体ゴムを３０〜８０Ｍ
Ｍ部、天然ゴムを１０〜５０重量部、およびシス１，４
−結合を９５重量％以上含有するポリブタジェンゴムを
１０〜４０重量部から合計ゴム量が１００ｉｉ１部の原
料ゴムを構成し、この原料ゴム１００重量部に対し、窒
素比表面積１００ｒｒｆ／ｇ以上であるカーボンブラッ
クを８０〜１３０重量部、および粘度比重恒数０．９０
〜０゜９８である石油系軟化剤を２０〜９０重量部配合
してなり、−３０℃における剪断貯蔵弾性率が５００Ｍ
Ｐａ以下であってかつ６０℃における硬度と一１０℃に
おける硬度の差が１５以下であることを特徴とする。

以下、この手段につき詳しく説明する。

（１１原料ゴム。

スチレン−ブタジエン共重合体ゴムの３０〜８０重量部
と、天然ゴムの１０〜５０重量部と、ポリブタジェンゴ
ムの１０〜４０重量部とからなり、合計ゴム量が１００
重量部のものである。

（ａｌ　　スチレン−ブタジエン共重合体ゴム。

結合スチレンを３〜３０重量％含み、ブタジェン部分の
１，２−ビニル含有量が７０重量％以上の高ビニルＳＢ
Ｒであって、本質的に無定形のものである。

結合スチレン量は３〜３０重量％である必要がある。と
いうのは、結合スチレン量が３重量％以下では、ポリマ
ーの強度が十分ではなり、３０重量％を越えると係数Ｍ
が大きくなってタイヤの応答性に悪影響を与えるからで
ある。更に、ブタジェン部分の１，２−ビニル含有量は
７０重量％以上が必要である。７０重量％未満であると
スチレン−ブタジエン共重合体ゴムのＴｇが低すぎて０
℃のｔａｎδが下がってしまい、グリップ性能が不良と
なるからである。１．２−ビニル含有量は高い方が望ま
しいが、製造上の理由から９５重量％ぐらいが上限であ
る。このスチレン−ブタジエン共重合体ゴムの配合量は
、３０〜８０重量部が適当である。３０重量部未満では
スチレン−ブタジエン共重合体ゴムの性質が発揮されず
、８０重量部超ではゴム強度が十分でなく、タイヤトレ
ッド用ゴムとして使用するには不適当だからである。

このようなブロック共重合体を製造する方法としては、
例えばスチレン量と１．３ブタジエン量とを所定の率に
あわせて、炭化水素溶媒中でエーテル等の極性化合物を
分散剤として用い、リチウム系重合開始剤の存在下でス
チレンおよびブタジェンを重合温度、比率、仕込み量、
重合開始剤等を制御しつつ共重合させればよい。

この方法は回分式であっても連続重合式でもかまわない
。さらに、末端変性又はカップリング等共重合体の改質
技術として公知の技術を応用することも、本発明の目標
である係数Ｍと粘弾性の温度依存性改良に悪影響を与え
ない範囲で望ましいことである。

（ｂｌ　　天然ゴム。

スチレン−ブタジエン共重合体ゴムに対し、天然ゴムを
ブレンドすることは、実用的見地から重要である。とい
うのは、自動車タイヤは舗装路のみならず、悪路、不整
路を走行する機会がすくなからずあり、そのような時に
は、天然ゴムをブレンドすることによってチッピング、
カットなどの急激な外力によるトレンド損傷を軽減する
ことができるからである。このためには、１０重量部以
上の配合量を必要とする。反対に天然ゴムの配合量が多
すぎては、スチレン−ブタジエン共重合体ゴムの本質的
な性質が薄められてしまい、グリップ性能が低下してし
まうため、５０重量部以下の配合量に抑える必要がある
。

（Ｃ）　　ポリブタジェンゴム。

シス１，４−結合を９５重量％以上に含有する高シスＢ
Ｒである。低温性能と耐摩耗性の向上のために配合する
。配合量としては、１０〜４０重量部が必要で、１０重
量部未満では低温性能と摩耗性の向上が見込めず、４０
重量部超ではグリップ性能が劣る。

（２）　　カーボンブラック。

さらに自動車タイヤ用トレッドとして実用化されるため
には耐摩耗性、操縦安定性などにも充分な性能を有して
いなければならない。操縦安定性を高性能タイヤにふさ
れしい程度に高めるためには、窒素比表面積が１００ｒ
ｒｒ／ｇ以上の小粒径カーボンブランクを上記原料ゴム
１００重量部に対し８０重量部以上配合する必要がある
。しかしながら、１３０重量部超であっては、耐摩耗性
と発熱性が著しく劣るため、１３０重量部以下にしなけ
ればならない。

（３）石油系軟化剤（伸展油）。

タイヤの他の特性としては、乗心地、騒音、制動性能な
どがあるが、これらの性能を向上するために、さらには
タイヤ製造時の加工性のためにも伸展油を配合する必要
がある。伸展油の粘度比重恒数は０．９０未満では制動
性能の向上が認められず、０．９８を超えると軟化作用
が働かず加工性が改良されない。このため、０．９０〜
０．９８の範囲とする。なお、０．９８程度の芳香族系
伸展油を用いるのが望ましい。伸展油の配合量はカーボ
ンブラックの配合量に応じて適宜増減して、トレッドゴ
ム弾性率を調節することが必要である。但し、上記原料
ゴム１００重量部に対し２０重量部未満では配合ゴムの
伸びが出ないためチッピング、カット性に劣り、また、
加工性も困難であるため好ましくない。反対に９０重量
部を越えては強度が低下してしまい、さらに耐摩耗性が
著しく不良となるため実用することは、困難である。

（４）　　このように原料ゴムにカーボンブランクおよ
び石油系軟化剤を配合してなるゴム組成物は、−３０℃
における剪断貯蔵弾性率が５００ＭＰａ以下であること
を必要とする。一般にゴム状物質は７ｇ以下の温度では
ガラス状態であり、弾性率は常温下の１００倍以上にも
なり、もろく、わずかの歪みで破壊するようになる。こ
のときの温度を低温脆化温度といい、ゴム材料の低温性
能の指標として知られている。しかし、本発明によるゴ
ム組成物のように、弾性率の温度変化が緩やかな場合に
は、単純にＴｇから脆化温度を推定することはできない
。第２図は、種々のゴム組成物について、低温脆化温度
と、その温度における剪断貯蔵弾性率（Ｇ”）をプロッ
トしたものである。これより、どの試料も脆化温度にお
けるＧ′値が５００ＭＰａを越えていることが判る。

したがって、５００ＭＰａ以下であれば脆化温度を越え
ていないといえる。また、−３０℃での剪断貯蔵弾性率
としたのは、−３０℃よりも低温でタイヤが使用される
ことは、通常無いからである。

なお、この剪断弾性率は、動的ねじり試験機を用いて、
歪０．５％、周波数２０Ｈｚで測定されるものである。

更に、微少舵角時の応答性の向上のためには、６０℃に
おける硬度と一１０℃における硬度の差（係数Ｍ）が小
さい方が良い。この差が１６以上であると、たとえグリ
ップ性能が良いトレッドゴムを持ったタイヤであっても
、応答性に関する評価は悪くなり、結果としてタイヤ全
体の操縦安定性評価は良くないものとなってしまう。１
５以下であれば高応答性タイヤとて十分な性能を有する
が、更に１３以下であると、より好ましい。

このときの硬度は、ＪＩＳ　Ｋ　６３０１により測定す
る。

なお、参考までに、このような高ビニル含有量のスチレ
ン−ブタジエン共重合体ゴムに天然ゴム、ポリブタジェ
ンゴムなどのジエン系ゴムをブレンドしたゴム組成物と
しては、特開昭５６−１１０７５３号公報で公知である
が、この技術は低乾がり抵抗とウェットグリップ性の両
立に重点がおかれているため硬度の温度による変化は考
慮されておらず、また、カーボンブラック配合量も少な
いので高応答性高性能タイヤとしては適していない。

以下、実施例により本発明の詳細な説明するが、本発明
はその要旨を越えない限り、これらの実施例に制限され
るものではない。

実施例１ 第１表に示す成分を持つスチレン−ブタジエン共重合体
ゴムを作製した。更にこれらの共重合体ゴムと対比用乳
化重合ＳＢＲとを第２表に示す配合で加硫した。表中の
数字は、断らない限り重量部である。加硫の条件は１６
０　Ｘ　２０分であり、２ｍ厚のゴムシートを得た。こ
のシートの物性を測定した。なお、実施例中の測定は下
記の方法で行なった。

ブタジェン部分のビニル結合量はモレロ法により求めた
。スチレン含量は赤外分光計を用い、ハンプトン法によ
り求めた。

一３０℃における剪断弾性率Ｇ’（−３０℃）および０
℃におけるｔａｎδは、それぞれＲＨＥＯＭＥＴＲＩＣ
Ｓ社製動的粘弾性測定装置を用い、周波数２０Ｈｚ、剪
断歪０．５％で測定した。）ＩｓはＪＩＳ　Ｋ　６３０
１による硬度である。

（本頁以下余白） 第２表から判るように、比較例４．５は乳化重合ＳＢＲ
の例である。比較例５の配合物では低温性能は良好であ
るが、ｔａｎδ　（０℃）が低く、グリップ性能は劣る
。逆に比較例４ではｔａｎδ　（０℃）は高いが低温性
能は不可である。比較例１は１．２−ビニル含有量が本
発明の範囲からはずれるスチレン−ブタジエン共重合体
ゴムを使用し、天然ゴム、ポリブタジェンゴムをブレン
ドした例であるが、係数Ｍは小さくて良好なものの、０
℃のｔａｎδが低く、グリップ性能に劣る。比較例２は
、結合スチレン量が３５重量％の乳化重合ＳＢＲのブレ
ンド例であるが、０℃のｔａｎδが低く、また、係数Ｍ
も大きいので、応答性に劣ることが予想される。比較例
６は、シス１，４−結合含有量９８重量％のポリブタジ
ェンゴムを５０重量部配合した例であるが、０℃のｔａ
ｎδが低く、グリップ性能が不良である。これらに比べ
、本発明の範囲を満足する実施例１〜３は、各性能のバ
ランスの取れたものとなっている。

実施例２ 第２表の実施例１および比較例２．４の配合でトレンド
ゴムを作り、タイヤを作製して操縦安定性試験を行った
。評価は漱舵応答性と限界性能に分けて、各々について
テスターがフィーリング評価した。結果を第３表に示す
。第３表から判るように、実施例１のゴム組成物をトレ
ッドに持つタイヤは、限界性能は比較例４に劣るものの
微舵応答性は優れており、総合評価も優秀であることが
証明された。

注） （国産５座セダン、タイヤサイズ１９５／６５Ｒ１５）
評価点は１０点満点で高い程良い。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明のゴム組成物は、従来技術
に比べ、グリップ性能と微舵応答性が幅広い温度範囲に
渡って安定であり、更に雪氷路面の把握力にも優れてい
ることから、空気入りタイヤトレッド部、特にオールシ
ーズンタイプの高応答性タイヤトレンド部に好適に使用
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はスチレン含量のみ異なる乳化重合ＳＢＲのｔａ
ｎδ−温度曲線であって、スチレン含量の高いものがピ
ーク温度は高温であることを示す説明図、第２図はゴム
配合物の低温脆化温度と剪断弾性率の関係を示す説明図
である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 結合スチレンを３〜３０重量％含み、ブタジエン部分の
   １，２−ビニル含有量が７０重量％以上で本質的に無定
   形のスチレン−ブタジエン共重合体ゴムを３０〜８０重
   量部、天然ゴムを１０〜５０重量部、およびシス１，４
   −結合を９５重量％以上含有するポリブタジエンゴムを
   １０〜４０重量部から合計ゴム量が１００重量部の原料
   ゴムを構成し、この原料ゴム１００重量部に対し、窒素
   比表面積１００ｍ＾２／ｇ以上であるカーボンブラック
   を８０〜１３０重量部、および粘度比重恒数０．９０〜
   ０．９８である石油系軟化剤を２０〜９０重量部配合し
   てなり、−３０℃における剪断貯蔵弾性率が５００ＭＰ
   ａ以下であってかつ６０℃における硬度と−１０℃にお
   ける硬度の差が１５以下であることを特徴とするタイヤ
   トレッド用ゴム組成物。