JPS6044538A - 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】 本発明はタイヤ１〜レッド用ゴム組成物に関し、詳しく
はジエン系ゴムに特定量のカーホンブラック、軟化剤お
よび繊維状、棒状あるいは針状の有機または無機物質を
配合することにより、乾燥路面や湿潤路面での摩擦抵抗
を低下させることなく、氷結路面での摩擦抵抗を高め、
かつ低発熱性としたタイヤトレッド用ゴム組成物に関す
る。

自動車が走行する路面状態のなかで、氷結路面は最も滑
り易く危険である。そのため、冬期に氷結路面を走行づ
−る場合は、危険を回避するためトレッド部にスパイク
を打込んだり、チェーンを装置したタイＡ７が広く用い
られている。しかし、これらのタイＡ７が普及し、これ
らのタイヤを装置しＩＣ自動車が氷結していない路面で
も多数走行するようになって来た今日において、トレッ
ド面から突出した金属が路面を損傷し、粉塵や騒音公害
を引き起したり、また損傷した道路の補修に多大の費用
を要Ｊ−るという大きな社会問題が顕在化している。こ
れに伴い、スパイクを打込んだり、チェ−ンを装置しな
くても、冬期に氷結した路面を安全に走行できるタイヤ
の開発が要望されている。

このようなタイＡ７を得る手段としては、一つには氷結
路面に対する摩擦抵抗の大きなトレッド用ゴム組成物を
得ることが挙げられる。

従来から、氷結した路面での摩擦抵抗を大きくするには
、トレッド用ゴムを軟くすることが重要であることが知
られている。一般に摩Ｉｌｌる物体同士の接触覆る面積
が大きいほど、摩擦抵抗は大きい。摩擦する物体が路面
の微小な凹凸に追従して、変形することができれば、路
面との実効接触面積は大きくなり摩擦抵抗が大きくなる
ことになる。特に、摩擦係数の小さな氷結路面では実効
接触面積の効果は大きい。従って、氷結路面での摩擦抵
抗を高くするには、］・レッドゴム材料を軟くし、路面
との実効接触面積を大きくする必要があるとされてきた
。

ゴム材料を軟くするには、オイル等の軟化剤を多量に配
合することが有効である。しかるに、軟化剤を多量配合
し、トレッドゴム材料を過度に軟くすると、タイヤが走
行する時のトレッド部の変形が大きくなり、運動性能が
損なわれたり、また発熱が著しくなることによるいろい
ろな不都合が生じてくる。発熱が大きく、走行時のトレ
ッド部の温度が高くなると、１〜レツドゴム材料の硬化
が促進され、軟化剤を多量に配合したことによる氷結路
面での優れた摩擦特性が短期間で失なわれてしまったり
、高い温度条件下で大きな変形を受けることにより、ト
レッドブロックのパーマネントセットが大きくなり、タ
イヤの運動性能を考慮して設計された１−レッドパター
ンの形状維持が困難となってしまう。従って、軟化剤を
長期にわたり効果的に利用できるためには、その使用量
には限度があった。

本発明は、硬さを著しく低下させることなく、また乾燥
路面や湿潤路面での摩擦抵抗を低下させることなく、氷
結路面での摩擦抵抗を高め、かつその摩擦特性を長期に
わたり維持できるタイヤトレッド用ゴム組成物を提供す
ることを目的とし、特に氷結路面を走行するタイヤのト
レッドゴム材料として利用される。

本発明者らは、氷結路面での摩擦抵抗を大きくしたタイ
Ａ７の開発に対重る要望に応えるべく、多岐にわたるゴ
ム組成物の摩擦特性を検討し、氷結路面を走行するタイ
ヤの１〜レツドには軟いゴム材料を用いるべきであり、
硬いゴム材料は不適当であるという従来の概念が必ずし
も真実でないことを、見出し、本発明に到った。

長さが太さく径）に比べて大きな繊維状、棒状あるいは
針状の形状を有する有機または無機物質（以下、短（Ｉ
Ｉ’　ｉｆｆという）をゴムに配合すると、ゴムの弾性
率や硬さが著しく上昇することが知られている。本発明
者らは基本的観点からゴムの摩擦特性を調べる目的で種
々の方法で硬さを変えたゴムについて詳細な検討を行っ
たところ、短繊維の添加は乾燥路面や湿潤路面に対する
摩擦抵抗に何ら影響を及ぼさないばかりでなく、驚くべ
きことには、短ｓｉ維を配合し著しく弾性率やＪＩＳ硬
さを高めたゴムが、短繊維を配合しない元のゴムと変ら
ない氷結路面での摩擦抵抗を示すことを見出した。本発
明者らはこの事実をもとに、更に詳細な検討を行った結
果、原料ゴム、カーボンブラック、軟化剤等からなるマ
トリックスどカーボンブラック等の通常の充填剤に比べ
てサイズの大きな短ＮＪＡ維とからなる加硫ゴムは、路
面との摩擦においては、その摩擦特性は７１〜リツクス
の摩擦特性のみに依存し、短縁Ｎ（１の存在にはその配
向の如何を問わず何ら影響を受けないことを見出し本発
明に到った。すなわち、本発明は氷結路面での摩擦抵抗
を高めるためには、従来の概念でとらえたＪＩＳ硬ざの
ような巨視的な硬さではなく、微視的なマトリックスゴ
ムの硬さを低くすることが重要であり、一方、タイヤト
レッドが受けるような一定荷重条件での動的な繰り返し
変形による発熱を低くするには巨視的なＪＩＳ硬さや弾
性率を高くし変形を小さくすることが重要であるという
新しい知見に基づくものである。

本発明は、軟化剤を多量に配合し乾燥路面や湿潤路面で
の摩擦抵抗を低下さけることなく、氷結路面での摩擦抵
抗を著しく高めたマトリックスゴムに、有機または無機
のｙｒ１楳維を添加しタイヤトレッドが受けるような一
定荷重条件での動的変形による発熱を抑制したタイＡノ
ドレッド用ゴム組成物である。

すなわち本発明は、 ジエン系ゴム１００重量部に対し、 −カーボンブラック４０〜１２０重量部、カーボンブラ
ックのｍをＸ重量部とした時、不等式１．１ｘ−４２≦
ｙ≦　１．ｌｘ　−２０を満足する軟化剤Ｘ重量部、お
よび 平均長が１〜３，０００μでかつ平均径の５〜５００倍
である繊維状、棒状あるいは針状の有機または無機物質
１〜４０重量部、 を含有することを特徴とするタイヤトレッド用ゴム組成
物である。

本発明で使用するジエン系の原料ゴムは、特に限定され
ないが、好ましくは、天然ゴム、ポリイソプレンゴム、
１．２結合単位含有量が２０％以下のポリブタジェンゴ
ム、スチレン−ブタジェン共重合体ゴムあるいはこれら
のブレンドが用いられ、更に好ま゛しくは氷結路面での
摩擦抵抗を高めるという観点から天然ゴム、ポリイソプ
レンゴムおよび１，２−結合単位含有量が２０％以下の
ポリブタジェンゴムのうちの１種類以上の合計ωが全ジ
エン系原料ゴム成分の３０重昂％以上使用される。

本発明で使用されるカーボンブラックは、通常トレッド
用どして用いられているものであれば′、特にその種類
は限定されない。カーボンブラックの配合ｍは原料ゴム
１−００重Ｇ部に対して４０〜１２０小呈部であり、４
０重量部未満では補強性が不充分であり、１２０重量部
を超えると混合や加工が困ツ１どなったり、発熱が高く
なり好ましくない。

また、本発明で使用覆る軟化剤は、芳香族系オイル、パ
ラフィン系オイル、ナフテン系オイルのようなプロセス
オイルや有６１１１１ｕエステル、ポリエーテル等であ
りこれらのうちのいずれかを単独あるいは２種類以上を
混合して用いてもＪ：い。配合する軟化剤の指は配合す
るカーボンブラックの量をＸ重量部とした場合、（１，
ｌＸ−４２）重量部以上、（１，１ｘ−２０）重量部以
下であり、（１，ｌＸ−４２）重量部未満では氷結路面
での摩擦抵抗が不充分であり、（１，１ｘ−２０）重量
部を超えると、軟化剤を増してももはや顕著な氷結路面
での摩擦抵抗の改善は得られない反面、耐摩耗性や強度
の低下が著しくなり好ましくない。

タイヤトレッドに配合される軟化剤は、タイヤの用途に
適したトレッドゴムの硬さに応じて、使用されるカーボ
ンブラックの種類や量、原料ゴムの構成などを考慮し、
その配合幇が決められる。

一般のタイヤの場合、運動性能、発熱性、乗心地などの
観点から、大型自動車に用いる重荷重用タイｒ　＋−レ
ッドは硬くなるように軟化剤が少なく配合され、乗用車
に用いられる軽荷小用タイヤトレッドは軟くなるように
軟化剤が多く配合される。

従って、一般のタイヤトレッドについて、ＪＩＳ硬さの
下限は乗用車用のそれと考えてよく、その値は約６０度
である。ここで原料ゴム１００重ω部に対するカーボン
ブラックの量をＸ重量部とすると、ＪＩＳ硬さを６０以
上とするための軟化剤の上限値ｙ　ｍａｘ　＠ｔａ部は
、配合内容により多少の違いはあるが、おしなべて、 ｙ　ｍａｘ　ｚ　１，１ｘ−４４ なる関係にある。氷結路を走行するタイヤのトレッドの
場合は、このｙ　ｍａｘを超えて軟化剤を配合すること
により、ＪＩＳ硬さを下げ氷結路の摩擦抵抗を高めると
いう配合手法がとられる場合もある。しかし、この場合
、運動性０しの低下や発熱および温度上Ｈに伴ないゴム
の物性が変化し易くなるという不都合は避けられない。

従って過度にｙｌｌｌａＸを超えて軟化剤を配合すると
これらの不都合が顕著となり、実用に供し得なくなるの
である。

本発明においては短繊維の配合効果のもとで、ｙｌｎａ
Ｘで表わされる通常の上限値よりもさらに軟化剤の量を
２〜２４重量部多く配合することにより、上記の不都合
を回避しつつ氷結路での摩擦抵抗を高めるという本発明
の効果が得られることが判ったのである。

本発明で使用する繊維状、棒状あるいは針状の有機また
は無機物質（短繊維）は、平均長が１〜３．０００μの
もので、しかも平均長が平均太さく径）の５〜５００倍
のものである。平均長が１μ未満ではゴム組成物の硬さ
を充分高めることができず、−３，０００μを超えると
、混合や加工が困難となったり、破断特性が低下し好ま
しくない。平均長が平均径の５倍未満ではゴム組成物の
硬さを充分高めることができず、５００倍を越えると混
合が困難となり好ましくない。本発明で使用覆る！ｌｌ
状状棒状あるいは剣状の有機または無機物質（短繊維）
の配合量は、原料ゴム１００重量部に対し１〜４０重量
部であり、１重量部未満では硬さが不充分であり、４０
重缶部を超えると混合や加工が困難となったり、破断特
性が低下し好ましくない。本発明で使用づる繊維状、棒
状あるいは剣状の有機または無機物質（短繊維）の材質
としては、例えばケブラー、ビニロン、ポリエステル、
レーヨン、セルロース等の有機カットファイバー、Ｓｙ
ｎ　１．２−ボ。

リプタジエンの１１状結晶、ポリオキシメチレンのウィ
スカー等の有機物質およびガラス、炭素、金属等のカッ
トファイバー、シリコンカーバイドウィスカー等の無機
物質が挙げられるが、これらに限定されるものではない
。

本発明のゴム組成物には上記の原料ゴムおよび配合剤以
外に加硫剤、加硫促進剤、加硫助剤、老化防止剤などの
配合剤が当業界の慣行に従い適宜添加される。

以下に実施例および比較例で本発明の効果を詳細に説明
する。なお、第３表および第４表において配合はすべて
重量部である。

実施例１〜６おＪ：び比較例１〜６ 第１表に示ザ基本配合に基づき、第３表および第４表に
示づ−ごとく、ジエン系ゴムの種類、カーボンブラック
の配合量、軟化剤と短ＩＩｉ維の種類おＪ：び配合量を
変量してそれぞれゴム組成物を調製した。なお、使用す
る短繊維およびその特徴は第２表に示づ通りである。

このゴム組成物を加硫して得られた加硫ゴム特性を配合
と共に第３表および第４表に示す。なお、加硫ゴムの物
性は次の方法により測定した。

■ＪＩＳ硬ざ：ＪＩＳ　Ｋ　６３０１に準拠。

■動的粘弾性：初期伸長歪１０％、動的歪±２％周波数
１０１−１ｚ、温度３０℃。

Ｅ’ｌ’　：複索弾性率、Ｅ″；損失弾性率。

■摩擦抵抗：ブリティッシュ・ポータプル・スキッド・
テスター使用、ＡｓＴＭ　Ｅ ３０３−７４に準拠。

（路面ン：氷上摩擦抵抗　−６℃の氷板、ウェット摩擦
抵抗　湿潤セーフテ イー「りＡ−り（３Ｍ社製）、 ドライ摩擦抵抗　乾燥セーフティ ーウＡ−り（３Ｍ　？、ｆ：製）。

なお、Ｗ、擦抵抗は標準のゴム組成物の測定値を１００
とした指数どしく表示した。標準のゴム組成物は第３表
では比較例１および第４表では比較例５とした。

第１表 ：ｉ：１：Ｎミニ１：Ｎ−イソビルーＮ′−フエニルニ
レンジアミン、＊２：Ｎ−オキシ・ジエチレン・ベンゾ
デアジル−２−スルフェンアミド。

第３表は、原料ゴムとして天然ゴムとｃｉｓ　１，４−
ポリブタジェンのブレンドを用いたゴム組成物にＪ３【
ノる軟化剤（オイル）の配合りおよび短ＩＩ　Ｉｔとし
てのカッ１〜フアイバーの種類、配合量を変えた場合の
効果を示１−ものである。

比較例１はカーボンブラック８０重量部に対し、軟化剤
どし−Ｃ発熱性や運動性能等の観点から従来、好適の配
合量であるとされている４５重量部の芳香族系オイルを
配合したものである。

比較例１の配合にカーボンブラックを１０重量部余分に
配合した比較例２は、ＪＩＳ硬さが増加し、氷上摩擦抵
抗が低下している。また、比較例１の配合に芳香族系オ
イルを１５重量部余分に配合した比較例４は、ＪＩＳ硬
さが低下し、氷上摩擦抵抗が向上している。これらの現
象は氷結路面での摩擦抵抗に関連する従来の概念を支持
する現象である。

一方、比較例３は比較例１の配合に炭素炉Ｉ！紐を１０
重量部配合したものであり、ＪＩＳ硬さが比較例２より
も更に大きくなっているが、驚くべきことに氷上Ｗ、擦
低抵抗低下すること、なく、比較例１と同じレベルを維
持している。このように、氷上摩擦抵抗を高めるには、
ゴムを軟くする必要があり、硬いゴムは不利であるとい
う従来の概念は、−面では正しいが、必ずしも真実では
ないことが判る。

実施例１〜４は、カーボンブラック８０市母部に対し、
タイヤ］へレッド用として通常は用いられないほど多い
６０重口部の芳香族系オイルを配合した比較例４に、そ
れぞれアラミド短繊維、ビニロン短繊組、炭素短繊維お
よびガラス短繊維を配合したものである。比較例４は上
述のように、従来のトレッド用ゴム組成物である比較例
１に比べ、著しく氷上摩擦抵抗が向上し、同時にウェッ
トｓｔｙ抵抗も若干改善され、ドライ摩擦抵抗は従来の
レベルを維持している。その反面、ＪＩＳ硬さが低下し
、また定荷重条件下でのトレッドゴムの発熱の尺度とも
言うべき動的コンプライアンス（Ｅ″／Ｅ’　：　Ｅ米
複素弾性率、Ｅ　ＩＩ損失弾性率）が大きくなっている
。すなわち、比較例４のゴム組成物をタイ１７　トレッ
ド用材料として用いた場合、ゴム材料としての剛性が低
く、運動性能が損なわれるばかりでなく、タイヤの走行
によるトレッド部の発熱が大きくなってしまう。タイヤ
が長期間走行していると、トレッドゴムが老化し、硬く
なり、それに伴い氷結路面での摩擦抵抗が低下すること
が知られている。このようなタイヤの走行によるトレッ
ドゴムの老化は発熱が大きく、温度が高くなるほど顕著
となることは言うまでもない。一方、実施例１〜４は、
摩擦性能は比較例４の高いレベルを維持しつつ、快く、
Ｅ”／Ｅ”が大きいという比較例４の欠点を解消するも
のであり、特に氷結路面での摩擦性能に優れ、低発熱性
で硬さも従来技術のゴム組成物のレベルあるいはそれ以
上を保持しており運動性能も好適なレベルにあるゴム組
成物であることが判る。

実施例５は、実施例４の芳香族系オイル１５重量部の代
りに氷上摩擦抵抗を更に高めることが知られているパラ
フィン系オイルを１５市母部配合した例であり、軟化剤
の特性に応じた効果を得ることができることが示されて
いる。

第４表は、原料ゴムとしてｃｉｓ　１，４−ポリブタジ
ェンとＳ、ＢＲのブレンドを用いたゴム組成物において
、短繊維としてカッ］・ファイバーに比ベサイズの小さ
な平均長１．４μ、平均径０．２μの５ｙｎ１．２−ポ
リブタジェン針状結晶を用い、これに多缶の軟化剤（７
１イル）を組み合せた場合の効果を例示するものである
。

比較例５、は従来の１〜レツド用ゴム引成物のための配
合技術から見て、カーボンブラック８０重量部に対重る
軟化剤のωとして好適であるとされている４５重ω部の
芳香族系オイルを配合したものである。

比較例６は、オイルｍとして好適な範囲を超える６０重
量部を配合したものであり、摩擦性能が改善されてはい
るが、ＪＩＳ硬さが著しく低下りるとともに、Ｅ″／Ｅ
”が増大し、運動性能や発熱という観点からトレッド用
材料として使用することが困難であることが判る。

実施例６は、ｃｉｓ　１，４−ポリブタジェンに１４．
５重量％の上記の特性を有するｓｙｎ　１，２−ポリブ
タジェンの針状結晶を予め原料ゴムの製造過程で含有さ
せたＶ　ＣＲ５８，４８重量部を比較例５および６で使
用するｃｉｓ　１，４−ポリブタジェンと置きかえたも
ノテアル。Ｖ　ＣＲ５８，４８ｆｆ１ｆｌＨｉｌＨ；ｔ
ｃｉｓ　１，４　−ボリブタジエン５０重量部とｓｙｎ
　１，２−ポリブタジェン剣状結晶８．４８重量部とか
ら成っており、実施例６は比較例６にｓｙｎ　１．２−
ポリブタジェン針状結晶を８．４８重缶部添加したもの
と考えることができる。実施例６は比較例６の優れた摩
擦特性を維持しつつ、ゴムの剛性を高め発熱性を改良し
た１へレッド用材料であることが判る。

上述の実施例および比較例は、従来用いられていた範囲
を超える量の軟化剤を配合することにより、氷結路面で
のＩＶＪ擦抵抗抵抗しく高め、かつゴムの剛性低下に伴
い発熱性が増大するという大きな欠点を平均長Ｊ３よび
平均長と平均径の比が特定の範囲にある繊維状、棒状ま
たは針状の有機または無（層物質（短ｍ維）を添加する
ことにより、摩擦性能に何ら影響を及ぼすことなく解消
できるという本発明の構成と効果を如実に例示づるもの
である。

以上説明のごとく、ジエン系ゴムに特定量のカーボンブ
ラックおよび軟化剤を配合し、さらに特定形状を有する
ｌＡ！組状、棒状あるいは針状の有機または無機物質を
特定量配合してなる本発明のタイヤトレッド用ゴム組成
物は、硬さを著しく低下させず、しかも乾燥路面や湿潤
路面での摩擦抵抗を低下させることなく、氷結路面での
摩擦抵抗を高め、かつその特性を長期に維持することか
ら、特に氷結路面走行用のタイヤトレッド材料として好
適に用いられる。

特轟′１出願人　横浜ゴム株式会社 代理人　弁理士　伊東辰雄 代理人　弁理士　伊東哲也

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ジエン系ゴム１００型苗部に対し、カーボンブラッ
   ク４０〜１２０重毎部、カーボンブラックのｍをｘ重量
   部とした時、不等式１，１ｘ−４２≦ｙ≦　１．ｌｘ　
   −２０を満足する軟化剤ｙ重量部、および 平均長が１〜３，０００μでかつ平均径の５〜５００４
   ｆＪである繊維状、棒状あるいは針状の有機または無機
   物質１〜４０重司部、 を金石Ｊることを特徴と覆るタイヤトレッド用ゴム組成
   物。