説明

トレッド用ゴム組成物及び空気入りタイヤ

【課題】良好な耐久性を維持しつつ、グリップを向上させることができるトレッド用ゴム組成物を提供する。
【解決手段】ゴム成分と、圧電材料と、導電性カーボンブラックとを含むトレッド用ゴム組成物に関する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、トレッド用ゴム組成物及びそれを用いた空気入りタイヤに関する。
【背景技術】
【0002】
高性能の乗用車や自動二輪車に使用される高性能タイヤや競技車両用のレーシングタイヤなどに使用される競技用タイヤのトレッド部には、優れたグリップ性能が要求されるとともに、良好な耐摩耗性を有することも望まれている。これに対して、トレッド部のグリップ性能を向上させるために、ゴムマトリックス中にカーボンブラックやシリカ等のフィラーを高充填させることでグリップ性能(tanδ)を向上させる手法が従来から行われている。
【0003】
しかし、フィラー量を増加させることによってtanδが大きくなり、グリップ性能は向上するが、過剰に増加させるとフィラーの分散性の悪化が生じるため、耐摩耗性などの耐久性の低下を招くことになる。従って、従来の手法では、グリップ性能と耐摩耗性などの耐久性を両立することは困難であった。
【0004】
特許文献1には、誘電体を含むシート状の圧電材とカーボンブラックを含む電気抵抗材とからなる制震層を設けた空気入りタイヤが開示されている。しかし、これは、圧電材と電気抵抗材を別個に有する制震層がベルトプライで挟まれたもので、圧電材、電気抵抗材及びベルトプライにより静電気が通る閉回路を形成し、ベルト層の振動に起因する騒音を低減したものにすぎない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開平7−276914号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明は、前記課題を解決し、良好な耐摩耗性などの耐久性を維持しつつ、グリップ性能を向上できるトレッド用ゴム組成物、及びそれを用いた空気入りタイヤ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】
【0007】
本発明は、ゴム成分と、圧電材料と、導電性カーボンブラックとを含むトレッド用ゴム組成物に関する。
【0008】
上記導電性カーボンブラックは、平均一次粒子径が5〜50nmであることが好ましい。また、上記導電性カーボンブラックは、窒素吸着比表面積が55〜120m/g、DBP吸油量が80〜110cm/100gであることが好ましい。更に、上記導電性カーボンブラックは、pHが8.0以上、揮発分が0.5質量%以下であることが好ましい。
【0009】
上記導電性カーボンブラックは、黒鉛化カーボンブラック、アセチレンブラック及びケッチェンブラックからなる群より選択される少なくとも1種であることが好ましい。
【0010】
上記ゴム成分は、スチレンブタジエンゴムを含むことが好ましい。
上記ゴム組成物は、上記ゴム成分100質量部に対して、窒素吸着比表面積が130m/g以上であるカーボンブラックを20質量部以上含むことが好ましい。
【0011】
上記ゴム組成物は、上記圧電材料及び上記導電性カーボンブラックが上記ゴム成分中に分散されたものであることが好ましい。
本発明はまた、上記ゴム組成物を用いて作製したトレッドを有する空気入りタイヤに関する。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、ゴム成分に圧電材料と導電性カーボンブラックを配合したトレッド用ゴム組成物であるので、良好な耐摩耗性などの耐久性を維持しつつ、グリップ性能を向上できる。
【発明を実施するための形態】
【0013】
本発明のトレッド用ゴム組成物は、ゴム成分と、圧電材料と、導電性カーボンブラックとを含む。該圧電材料及び導電性カーボンブラックの併用により、グリップ性能(特にドライグリップ性能)を顕著に改善できると同時に、耐摩耗性などの耐久性の悪化を抑制できる。
【0014】
グリップ性能が高められる(tanδを大きくする)メカニズムは必ずしも明らかではないが、以下のように推察される。
上記圧電材料と導電性カーボンブラックを含むトレッドゴムに対して走行により刺激を与えると、刺激を受けた圧電材料から磁力と電力が生じ、その磁力によりエネルギーロスが発生し、tanδが大きくなる。また、磁力とともに生じた電力は導電性カーボンブラックによってトレッドゴム全体に伝達され、刺激を受けていない圧電材料にも電力が伝達される。そして、その伝達された電力によって圧電材料が更に磁力を発生するため、上記と同様にtanδが大きくなる。このような上記両成分による作用により、トレッドゴム全体にエネルギーロスが発生し、tanδが顕著に大きくなると推察される。
【0015】
また、上記両成分を使用しているため、充填剤として汎用されているシリカやカーボンブラックを増量しなくても大きなtanδが得られることから、破壊強度の低下を招くことも抑制できる。このため、本発明では、グリップ性能と耐久性(耐摩耗性など)をバランス良く改善できる。
【0016】
圧電材料とは、弾性エネルギーと電気エネルギーを可逆的に変換できるものであり、例えば、公知のセラミックス系及び高分子系圧電材料が挙げられる。セラミックス系圧電材料としては、チタン酸バリウム(BaTiO(BT))、チタン酸ストロンチウム(SrTiO)、ニオブ酸リチウム(LiNbO)、チタン酸リチウム(LiTiO)、チタン酸鉛(PbTiO)、チタン酸バリウム鉛((Ba、Pb)TiO)、チタン酸バリウムカルシウム((Ba、Ca)TiO)、ニオブ酸カリウムナトリウム((K、Na)NbO)、ニオブ酸カリウムリチウム((K、Li)NbO)、チタン酸ジルコン酸鉛(Pb(Zr、Ti)O(PZT))などを使用できる。また、高分子系圧電材料としては、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ヨウ素化ポリ酢酸ビニル、ポリウレアなどを使用できる。なかでも、グリップ性能の改善効果が良好に得られる点から、セラミックス系圧電材料が好ましく、チタン酸ジルコン酸鉛がより好ましい。また、形状の点では、粒子状のセラミックス系圧電材料が好ましい。
【0017】
圧電材料の平均一次粒子径は、0.1μm以上であり、好ましくは1.0μm以上、より好ましくは3.0μm以上、更に好ましくは4.0μm以上、特に好ましくは4.5μm以上である。0.1μm未満であると、タイヤのグリップ性能を向上させる効果が充分でない傾向がある。該平均一次粒子径は、50μm以下であり、好ましくは20μm以下、より好ましくは10μm以下、更に好ましくは8μm以下である。50μmを超えると、耐摩耗性などの耐久性が低下する傾向がある。
なお、本明細書において、圧電材料、カーボンブラックなどの平均一次粒子径は、透過型電子顕微鏡により観察し、視野内に観察された一次粒子を400個以上測定し、その平均により求めることができる。
【0018】
圧電材料の含有量は、ゴム成分100質量部に対して、好ましくは3質量部以上、より好ましくは5質量部以上、更に好ましくは8質量部以上である。3質量部未満であると、タイヤのグリップ性能を向上させる効果が充分でない傾向がある。該圧電材料の含有量は、好ましくは20質量部以下、より好ましくは15質量部以下、更に好ましくは10質量部以下である。20質量部を超えると、耐摩耗性などの耐久性が低下する傾向がある。
【0019】
上記導電性カーボンブラックとしては、黒鉛化カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラックなどが使用される。なかでも、グリップ性能を向上し、これと耐久性を両立できる点から、黒鉛化カーボンブラックが好ましい。黒鉛化処理により、表面が高度に結晶化(グラファイト化)され、ストラクチャーが発達し、導電性付与性能が向上するため、本発明の効果が良好に得られると推察される。
【0020】
導電性カーボンブラックの平均一次粒子径は、好ましくは5nm、より好ましくは10nm以上、更に好ましくは20nm以上である。5nm未満であると、ゴム中に導電性カーボンブラックを分散させることが非常に困難であり、性能を発揮できないおそれがある。また、導電性カーボンブラックの平均一次粒子径は、好ましくは50nm以下、より好ましくは30nm以下、更に好ましくは27nm以下、特に好ましくは25nm以下である。50nmを超えると、耐摩耗性やグリップ性能を改善することが困難となる傾向がある。
【0021】
導電性カーボンブラックの窒素吸着比表面積(NSA)は、好ましくは55m/g以上、より好ましくは80m/g以上、更に好ましくは90m/g以上、特に好ましくは95m/g以上である。55m/g未満では、粒子径が一般に大きくなりすぎて耐摩耗性やグリップ性能の改善が難しくなる傾向がある。また、導電性カーボンブラックのNSAは、120m/g以下、好ましくは110m/g以下、更に好ましくは105m/g以下である。120m/gを超えると、ゴム中に導電性カーボンブラックを分散させることが困難であり、耐摩耗性、破壊エネルギーが低下するおそれがある。
なお、カーボンブラックのNSAは、JIS K6217のA法によって求められる。
【0022】
導電性カーボンブラックのジブチルフタレート(DBP)吸油量は、好ましくは80cm/100g以上、より好ましくは90cm/100g以上、更に好ましくは95cm/100g以上、特に好ましくは98cm/100g以上である。80cm/100g未満では、ストラクチャーの発達の程度が低く、導電性が低いため、グリップ性能を改善することが困難となる傾向がある。また、該DBP吸油量は、好ましくは110cm/100g以下、より好ましくは108cm/100g以下、更に好ましくは105cm/100g以下である。110cm/100gを超えると、ゴムの未加硫粘度が高くなりすぎることで、加工性が悪化する傾向がある。
【0023】
導電性カーボンブラックのpHは、好ましくは8.0以上、より好ましくは9.0以上、更に好ましくは9.5以上である。pHが8.0未満では、導電性が低下し、グリップ性能を改善することが困難となる傾向がある。また、該pHは、好ましくは12.0以下、より好ましくは11.0以下、更に好ましくは10.5以下である。pHが12.0を超えると、加硫に悪影響を与えるおそれがある。
【0024】
導電性カーボンブラックの揮発分は、好ましくは0.5質量%以下、より好ましくは0.4質量%以下、更に好ましくは0.3%質量以下である。揮発分が少ないことにより、導電性が良好となり、グリップ性能を改善できる。
なお、本明細書において、カーボンブラックのDBP吸油量、pH、揮発分は、JIS K6221(1982)に記載の方法で測定される値である。
【0025】
導電性カーボンブラックの含有量は、ゴム成分100質量部に対して、好ましくは3質量部以上、より好ましくは5質量部以上、更に好ましくは8質量部以上である。3質量部未満であると、カーボンブラックにより導電性を付与できないおそれがある。また、該導電性カーボンブラックの含有量は、好ましくは20質量部以下であり、より好ましくは15質量部以下、更に好ましくは10質量部以下である。20質量部を超えると、ゴムが硬くなることで、グリップの低下を招くおそれがある。
【0026】
本発明で使用できるゴム成分としては特に限定されず、例えば、天然ゴム(NR)、イソプレンゴム(IR)、ブタジエンゴム(BR)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、スチレンイソプレンブタジエンゴム(SIBR)、エチレンプロピレンジエンゴム(EPDM)、クロロプレンゴム(CR)、アクリロニトリルブタジエンゴム(NBR)等のジエン系ゴムが挙げられる。なかでも、グリップ性能や耐摩耗性の点から、SBRが好ましい。
【0027】
SBRとしては、特に限定されず、例えば、乳化重合スチレンブタジエンゴム(E−SBR)、溶液重合スチレンブタジエンゴム(S−SBR)等を使用できる。SBRのスチレン含有量は、好ましくは20〜50質量%、より好ましくは35〜45質量%である。
【0028】
ゴム成分100質量%中のSBRの含有量は特に限定されないが、好ましくは70質量%以上、より好ましくは80質量%以上、更に好ましくは90質量%以上であり、100質量%であることが特に好ましい。これにより、グリップ性能、耐摩耗性を両立できる。
【0029】
本発明では、補強用充填剤として、窒素吸着比表面積(NSA)が130m/g以上のカーボンブラックを更に含むことが好ましい。これにより、グリップ性能、耐摩耗性などの耐久性を改善できる。該NSAは、好ましくは135m/g以上、より好ましくは140m/g以上である。また、カーボンブラック(2)のNSAは、好ましくは200m/g以下、より好ましくは160m/g以下、更に好ましくは150m/g以下である。200m/gを超えると、ゴム中のカーボンブラックの分散が困難であり、破壊エネルギーが悪化するおそれがある。
【0030】
また、更に配合する上記カーボンブラックのジブチルフタレート(DBP)吸油量は、好ましくは80cm/100g以上、より好ましくは100cm/100g以上、更に好ましくは105cm/100g以上である。80cm/100g未満では、補強効果が小さくなる傾向がある。また、該DBP吸油量は、好ましくは140cm/100g以下、より好ましくは130cm/100g以下、更に好ましくは120cm/100g以下である。140cm/100gを超えると、未加硫ゴムの粘度が高くなり過ぎることで、加工性が悪化する傾向がある。
【0031】
上記カーボンブラックの含有量は、ゴム成分100質量部に対して、好ましくは20質量部以上、より好ましくは50質量部以上、更に好ましくは75質量部以上である。20質量部未満であると、補強性が充分得られないおそれがある。また、該カーボンブラックの含有量は、好ましくは130質量部以下であり、より好ましくは110質量部以下、更に好ましくは100質量部以下である。130質量部を超えると、耐摩耗性などの耐久性が低下したり、加工性が低下するおそれがある。
【0032】
本発明では、上記カーボンブラック以外にも、シリカ、炭酸カルシウム、タルクなどの補強用充填剤が配合してもよい。2種以上の補強用充填剤を使用する場合、補強用充填剤の好適な含有量は上記カーボンブラックの配合量と同様である。
【0033】
本発明では、レジン(粘着付与樹脂)が使用されることが好ましい。
レジンとしては特に限定されず、例えば、クマロンインデン樹脂、石油系樹脂、テルペン樹脂、ロジン樹脂、フェノール系樹脂等が挙げられるが、ゴムへの相溶性が高いという理由からクマロンインデン樹脂が好ましい。
【0034】
本発明のゴム組成物には、前記成分以外にも、ゴム組成物の製造に一般に使用される配合剤、例えば、加硫剤、ステアリン酸、各種老化防止剤、オゾン劣化防止剤、オイル、ワックス、加硫促進剤などを適宜配合することができる。
【0035】
アロマオイルなどのオイルを配合する場合、オイルの配合量は、ゴム成分100質量部に対して、好ましくは20質量部以上、より好ましくは40質量部以上である。20質量部未満であると、グリップ性能が低下するおそれがある。該オイルの配合量は、好ましくは80質量部以下、より好ましくは65質量部以下、更に好ましくは55質量部以下である。80質量部を超えると、耐摩耗性などの耐久性が低下するおそれがある。
【0036】
加硫剤として硫黄を配合する場合、硫黄の配合量は、ゴム成分100質量部に対して、好ましくは0.2質量部以上、より好ましくは0.5質量部以上、更に好ましくは0.8質量部以上である。0.2質量部未満であると、架橋密度が低くなり、耐摩耗性を充分に確保できないおそれがある。該硫黄の配合量は、好ましくは5.0質量部以下、より好ましくは3.0質量部以下、更に好ましくは1.0質量部以下、特に好ましくは0.9質量部以下である。5.0質量部を超えると、架橋密度が高くなり、耐摩耗性、破断応力、破断時伸びなどのゴム特性が充分に得られないおそれがある。
【0037】
加硫促進剤としては、N−t−ブチル−2−ベンゾチアジルスルフェンアミドなどを使用することが好ましい。ゴム組成物にN−t−ブチル−2−ベンゾチアジルスルフェンアミドを配合する場合、その配合量は、ゴム成分100質量部に対して、好ましくは1.0質量部以上、より好ましくは2.0質量部以上、更に好ましくは2.2質量部以上である。1.0質量部未満であると、ゴム組成物が充分に加硫されず、必要とするゴム特性が得られないおそれがある。該配合量は、好ましくは5.0質量部以下、より好ましくは3.2質量部以下、更に好ましくは3.0質量部以下である。5.0質量部を超えると、ゴム焼けの原因となるおそれがある。
【0038】
本発明のゴム組成物は、一般的な方法で製造される。すなわち、バンバリーミキサーやニーダー、オープンロールなどで、ゴム成分、圧電材料、導電性カーボンブラックなどの前記各成分を混練りし、その後加硫する方法等により製造できる。これにより、圧電材料及び導電性カーボンブラックがゴム成分中に分散した加硫ゴム組成物が得られる。
【0039】
本発明のゴム組成物は、走行中に路面に接触するタイヤのトレッド(キャップトレッド)に使用される。トレッドゴム全体にエネルギーロスが発生するという点から、圧電材料及び導電性カーボンブラックの両成分をトレッドゴム中に均一に分散させることが好ましい。
【0040】
本発明の空気入りタイヤは、上記ゴム組成物を用いて通常の方法で製造される。
すなわち、前記成分を配合したゴム組成物を、未加硫の段階でトレッドの形状にあわせて押出し加工し、他のタイヤ部材とともに、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タイヤを得る。
【実施例】
【0041】
実施例に基づいて、本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらのみに限定されるものではない。
【0042】
以下に、実施例で用いた各種薬品について説明する。
SBR:旭化成工業(株)製タフデン4850(オイル含有SBR、SBR固形分100質量部に対してオイルを50質量部含有、スチレン含有量:40%)
カーボンブラック(補強用充填剤):キャボットジャパン(株)製のショウブラックN110(NSA:143m/g、DBP吸油量:113cm/100g)
老化防止剤6C:フレキシス(株)製のサントフレックス13
老化防止剤224:大内新興化学工業(株)製のノクラック224
ステアリン酸:日油(株)製のステアリン酸「椿」
酸化亜鉛:三井金属鉱業(株)製の酸化亜鉛2種
アロマオイル:(株)ジャパンエナジー製のプロセスX−260
レジン:新日鐵化学(株)製のエスクロンV120(クマロンインデン樹脂)
圧電材料:富士チタン工業(株)製 PE60A(平均一次粒子径:5μm)
導電性カーボンブラック(黒鉛化カーボンブラック):三菱化学(株)製の#4000B(平均一次粒子径:24nm、NSA:100m/g、DBP吸油量:102cm/100g、pH:10.0、揮発分:0.3質量%)
硫黄:鶴見化学(株)製の粉末硫黄
加硫促進剤NS:大内新興化学工業(株)製ノクセラーNS(N−t−ブチル−2−ベンゾチアジルスルフェンアミド)
【0043】
<実施例及び比較例>
(試験用タイヤの作製)
表1に示す配合処方に従い、BP型バンバリーを用いて、硫黄及び加硫促進剤NS以外の成分を150℃排出で3分間ベース練りを行った。次に、硫黄及び加硫促進剤NSを加え、オープンロールで約5分間混練りし、未加硫ゴム組成物を得た。更に、得られた未加硫ゴム組成物をトレッドの形状に成形し、タイヤ成型機上で他のタイヤ部材とともに貼り合わせて未加硫タイヤを形成し、170℃で12分間加硫し、試験用タイヤ(サイズ:195/65R15)を製造した。
得られた試験用タイヤを、下記の通り評価した。
【0044】
(グリップ性能)
上記試験用タイヤを車両に装着し、ドライアスファルト路面のテストコースにて10周の実車走行を行なった。そして、その際における操舵時のコントロールの安定性をテストドライバーが評価し、比較例1を100として指数表示した。数値が大きいほどドライ路面におけるグリップ性能が優れることを示す。
【0045】
(耐久性能)
上記試験用タイヤを車両に装着し、ドライアスファルト路面8000kmを走行した後に、トレッドの溝探さを測定した。タイヤトレッドゴムの残溝量を計測し、耐久性として評価した。数値が大きいほど耐久性(耐摩耗性)が優れることを示す。
【0046】
【表1】

【0047】
圧電材料と黒鉛化カーボンブラックを使用していない比較例1に比べて、これらの配合した実施例1では、耐摩耗性を維持しつつ、グリップ性能を向上できた。特に、圧電材料や黒鉛化カーボンブラックを増量すると、グリップ性能がより改善された(実施例2、3)。
一方、比較例1の補強用カーボンブラックを増量するとグリップ性能は改善されるものの、耐摩耗性が低下した(比較例2)。また、圧電材料のみを配合してもグリップ性能の改善効果は低かった(比較例3)。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
ゴム成分と、圧電材料と、導電性カーボンブラックとを含むトレッド用ゴム組成物。
【請求項2】
前記導電性カーボンブラックは、平均一次粒子径が5〜50nmである請求項1記載のトレッド用ゴム組成物。
【請求項3】
前記導電性カーボンブラックは、窒素吸着比表面積が55〜120m/g、DBP吸油量が80〜110cm/100gである請求項1又は2記載のトレッド用ゴム組成物。
【請求項4】
前記導電性カーボンブラックは、pHが8.0以上、揮発分が0.5質量%以下である請求項1〜3のいずれかに記載のトレッド用ゴム組成物。
【請求項5】
前記導電性カーボンブラックが、黒鉛化カーボンブラック、アセチレンブラック及びケッチェンブラックからなる群より選択される少なくとも1種である請求項1〜4のいずれかに記載のトレッド用ゴム組成物。
【請求項6】
前記ゴム成分は、スチレンブタジエンゴムを含む請求項1〜5のいずれかに記載のトレッド用ゴム組成物。
【請求項7】
前記ゴム成分100質量部に対して、窒素吸着比表面積が130m/g以上であるカーボンブラックを20質量部以上含む請求項1〜6のいずれかに記載のトレッド用ゴム組成物。
【請求項8】
前記圧電材料及び前記導電性カーボンブラックが前記ゴム成分中に分散された請求項1〜7のいずれかに記載のトレッド用ゴム組成物。
【請求項9】
請求項1〜8のいずれかに記載のゴム組成物を用いて作製したトレッドを有する空気入りタイヤ。

【公開番号】特開2011−213860(P2011−213860A)
【公開日】平成23年10月27日(2011.10.27)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−83298(P2010−83298)
【出願日】平成22年3月31日(2010.3.31)
【出願人】(000183233)住友ゴム工業株式会社 (3,458)
【Fターム(参考)】