(57)【要約】【課題】氷面に対して高い摩擦抵抗を有すると共に、氷面の水に対して吸水効果を有し、氷上の動摩擦性能が高いゴム組成物を提供する。【解決手段】ゴムにシリカ質の中空微粒子を該中空微粒子の一部が露出するように含有することを特徴とするゴム組成物であり、好ましくは、内部空間に隔壁を有し、平均粒径１００μｍ以下、容重０.１５〜０.３５ｇ/cm3の中空微粒子を、ゴム１００質量部に対して１〜３０質量部含有するゴム組成物であり、例えば、スタッドレスタイヤのトレッド用ゴムに使用することによって、氷面に対して高い動摩擦係数を有すゴム組成物。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゴムにシリカ質の中空微粒子を該中空微粒子の一部が露出するように含有することを特徴とするゴム組成物。
【請求項２】
ゴム１００質量部に対してシリカ質の中空微粒子を１〜３０質量部含有する請求項１のゴム組成物。
【請求項３】
シリカ質中空微粒子の平均粒径が１００μｍ以下である請求項１または請求項２に記載するゴム組成物。
【請求項４】
シリカ質中空微粒子の容重が０.１５〜０.３５ｇ/cm3の範囲である請求項１〜請求項３の何れかに記載するゴム組成物。
【請求項５】
シリカ質中空微粒が内部空間に隔壁を有する請求項１〜請求項４の何れかに記載するゴム組成物。
【請求項６】
スタッドレスタイヤのトレッド用ゴムに使用される請求項１〜請求項５の何れかに記載するゴム組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タイヤのトレンド面などに使用されるゴム組成物であって、ゴムにシリカ質の中空微粒子を含有することによって、氷雪上路面におけるタイヤと路面の抵抗を高めることができるゴム組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、寒冷地での道路の積雪、凍結によってタイヤがスリップを防止を目的として、氷上での摩擦抵抗が高いスタッドレスタイヤが普及している。これは、低温でも硬化しないゴム材質を使用する手段や、深い溝やサイプを刻み込むなどの手段によってトレッドパターンを工夫したものなどである。
【０００３】
しかしながら、これら従来の手段では十分な効果が得られず、更なる氷上の性能向上のため、トレッド面のゴム自身に摩擦抵抗を高くする工夫がされている。
【０００４】
たとえば、タイヤトレッド面のゴムにセラミックスやクルミ殻、貝殻のような高度の高い粒子を混合させ、表面に露出したこの粒子が氷の面を引っかき、氷上の摩擦抵抗を高くする方法（特許文献１）、ガラス繊維を混合して氷上の摩擦抵抗を高くする方法（特許文献２）などが知られている。
【０００５】
さらに、タイヤトレッドと氷が接触する（氷に圧力がかかる）ことによる氷の溶解で発生した水膜が、スリップが発生する原因であることから、この水を除去（吸水）するため、タイヤ中に小さな気泡を混合し、この気泡に溶解した水を吸水させるものが知られている（特許文献３）
【特許文献１】特開平８−３３３４８６号公報
【特許文献２】特開２００５−６０４４１号公報
【特許文献３】特開平２−１８９２０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記ゴムにセラミックスなどの硬い微粒子を添加する方法では、粒径を大きくすると粒子がゴムから剥がれやすいため耐久性が低く、粒径が小さいと引っ掻く効果が得られないことから、粒子径と配合する量のバランスが非常に難しいと云う問題がある。また、クルミ殻のような植物由来のもは、硬度、密度のばらつきが大きいため、選別する作業に手間がかかる。また、セラミックス粒子やクルミなどの緻密な微粒子は吸水性が無く、特に濡れた路面での吸水性が無いため、十分な滑り防止効果がない。
【０００７】
また、吸水性を目的に気泡を混合する方法では、スタッドレスタイヤは氷上の摩擦性能を向上させるために低温下での硬度を下げているが、硬度が小さいと接触面が車重で押されて気泡がつぶされてしまう。気泡がつぶされると、吸水するための空間体積が減少するので十分な吸水効果を得ることができなくなるという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、以下に示す構成によって上記問題を解決したゴム組成物に関する。
〔１〕ゴムにシリカ質の中空微粒子を該中空微粒子の一部が露出するように含有することを特徴とするゴム組成物。
〔２〕ゴム１００質量部に対してシリカ質の中空微粒子を１〜３０質量部含有する上記[１]のゴム組成物。
〔３〕シリカ質中空微粒子の平均粒径が１００μｍ以下である上記[１]または上記[２]に記載するゴム組成物。
〔４〕シリカ質中空微粒子の容重が０.１５〜０.３５ｇ/cm3の範囲である上記[１]〜上記[３]の何れかに記載するゴム組成物。
〔５〕シリカ質中空微粒が内部空間に隔壁を有する上記[１]〜上記[４]の何れかに記載するゴム組成物。
〔６〕スタッドレスタイヤのトレッド用ゴムに使用される上記[１]〜上記[５]の何れかに記載するゴム組成物。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のゴム組成物は、シリカ質中空微粒子を含有し、この中空微粒子の一部が表面に露出するように含有されているので、氷を引っ掻いて摩擦抵抗を高くする効果と、タイヤと氷面の間の水を吸水する効果とを同時に有し、氷上の摩擦性能が高い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明を実施形態に基づいて具体的に説明する。
本発明のゴム組成物は、ゴムにシリカ質の中空微粒子を該中空微粒子の一部が露出するように含有することを特徴とするゴム組成物である。
【００１１】
ゴムの種類は天然ゴムあるいは合成ゴムの何れでもい。具体的には、例えば、タイヤ製造用のゴム、特にスタッドレスタイヤのトレッド用ゴムなどが用いられる。
【００１２】
本発明のゴム組成物は、ゴムにシリカ質の中空微粒子を該中空微粒子の一部が露出するように含有されているので、本発明のゴム組成物をタイヤのトレッド面に使用することによって、タイヤのトレッド面が路面と接触して、露出したシリカ質中空微粒子が路面に当たり、中空微粒子の路面に接触する面が破壊され、この破壊された粒子を形成する殻の一部が露出する。この殻は数μｍの鋭利な形状をしており、この殻が氷の面を引っ掻くことによって、タイヤと氷上との摩擦抵抗を高くすることができる。
【００１３】
さらに、破壊された粒子内部は空洞であり、毛細管現象によって水を吸収することができる。この空洞部がトレッド面と氷面の間に存在する水膜を吸収することができるので、タイヤと氷面の間にできる水膜が除去され、スリップを低減することができる。
【００１４】
本発明のゴム組成物は、好ましくは、内部に隔壁を有するシリカ質中空微粒子が用いられる。この中空微粒子は、例えば、タイヤ製造時にゴムに熱を加えてを混合するが、加熱したゴムは粘性が高いので、中空微粒子の強度が低いと、混合時に破壊されるものが多くなり、破壊された粒子内部にゴムが入り込むため、中空微粒子をゴムに含有させることが困難になる。
【００１５】
一方、内部に隔壁を有するシリカ質中空微粒子は強度が大きいので、製造時に破壊され難く、十分な量の中空微粒子をゴムに含有させることができる。この隔壁は１個よりも複数個あることが望ましい。複数の隔壁を有することによって、粒子の強度がさらに向上する。
【００１６】
上記シリカ質中空微粒子において、隔壁を有する粒子の割合が多いほど材料の強度が向上するので好ましい。例えば、粒子数で５０％以上の粒子の内部空間が隔壁によって区切られた複数の独立気泡によって形成されている中空微粒子が好ましい。隔壁を有する粒子の割合が多いと、製造時に大きな圧力が加わっても、中空微粒子の強度が大きいので壊れ難く、中空構造を維持することができる。また、隔壁を有する粒子の割合が多いと、タイヤから露出し、殻が破損された中空微粒子の内部空洞の数が多く、空洞の径も小さいため毛細管現象による水の吸水量が多くなり、効果が高い。
【００１７】
本発明で用いる中空微粒子はシリカ質微粒子である。シリカ含有量は７０〜９０％のものが好ましい。シリカ含有量が７０％未満であると不純物が多くなり、製造時に均一に発泡しなくなるため好ましくない。一方、シリカ含有量が９０％を上回ると、融点が高くなるため発泡温度が高くなり、もしくは高温でも発泡し難くなるので好ましくない。なお、ゴムに含有される中空微粒子はシリカ質であるので劣化し難く耐久性に優れている。
【００１８】
上記シリカ質中空微粒子はシリカ（化学成分としてＳｉＯ2）を主成分とする無機系材料から製造することができる。具体的には、シラス、真珠岩、黒曜石、松脂岩などのシリカ含有量７０〜９０％の天然ガラス質岩石を平均粒径１００μｍ以下の微粒子に粉砕し、該岩石微粒子を９００℃〜１５００℃に加熱して発泡させて中空微粒子にし、この中空微粒子から内部空間が隔壁によって区切られたものを選択することによって製造することができる。また、上記シリカ質中空微粒子は、天然ガラス質岩石に限らず、例えば、岩石粉末に発泡原料を混合して造粒し、加熱発泡させることによって製造することもできる。
【００１９】
また、このようにして製造した中空微粒子は内部に大きな空間を有するシリカガラス質粒子であるので、光学顕微鏡によって内部空間や隔壁構造を確認することができる。
【００２０】
本発明のゴム組成物において、シリカ質中空微粒子の含有量は、ゴム１００質量部に対してシリカ質中空微粒子１〜３０質量部が好ましい。上記中空微粒子の含有量が１質量部より少ないと、氷面に対する抵抗を高める効果が乏しく、高い動摩擦係数を得ることが難しい。一方、上記中空微粒子の含有量が３０質量部より多いとゴムが脆くなるので、好ましくない。
【００２１】
本発明で用いるシリカ質中空微粒子は、平均粒径１００μｍ以下が適当である。平均粒径が１００μｍより大きいと、毛細管現象による水の吸い上げが不十分になり、吸水効果が低い。さらに平均粒径が１００μｍより大きいとゴムから離脱しやすくなるので好ましくない。
【００２２】
本発明のシリカ質中空微粒子は、容重が０.１５〜０.３５g/cm3のものが好ましい。容重が０.１５ｇ/cm3より小さいと、殻および隔壁の厚さが薄くなるため中空微粒子の強度が低くなる。そのため氷面と接触したときに剥げ落ち、氷を引っ掻く効果が得られない。さらに、容重が０.１５ｇ/cm3より小さいと、中空微粒子の強度が小さいので、ゴムに混合させるときに破壊されやすく、中空微粒子をゴムに含有させるのが難しくなる。一方、中空微粒子の容重が０.３５ｇ/cm3を上回ると、内部空間の体積が小さくなるため、十分な吸水能力を発揮できない。
【実施例】
【００２３】
以下、本発明を実施例によって具体的に示す。なお、粒子の平均粒径、容重は以下の方法によって測定した。
〔平均粒径〕レーザー回折粒度分布測定装置を用い、日機装社製測定器（マイクロトラック）によって測定した。
【００２４】
〔容重〕一定容積Ｓ(cm3)の容重枡に試料を充填し、開口からはみ出た部分をすり切り、全体の重量Ｇ１を測定し、これから容器の重量Ｇ２を差し引いて粉末重量Ｇ３(ｇ)を求め、上記容積Ｓに対する粉末重量Ｇ３〔Ｇ３/Ｓ〕ｇ/cm3を容重とした。
〔動摩擦係数〕動摩擦係数を規格（JIS K 7125の「プラスチック−フィルムおよびシート摩擦係数試験」の方法）に準じて測定した。ただし、テーブル面は氷とし、室温を０℃、試験片は１０×１０cmの正方形試験体の上部に１０ｋｇの重りをのせて試験を実施した。
【００２５】
〔中空微粒子の製造〕
真珠岩〔化学成分含有率（質量％）SiO2 74％、Al2O3 13％、Fe2O3 １％、CaO１％、ig.loss 2.2％〕を発泡させてシリカ質中空微粒子を製造し、容重０.１３〜０.２０ｇ/cm３、平均粒径５０〜２００μｍのものを選択した。これらの中空微粒子について、容重、平均粒径を表１に示した。
【００２６】
〔実施例１〕
スタッドレスタイヤ用のゴム成分１００質量部に対して、表１に示すシリカ質中空微粉（Ａ１〜Ａ５）１０質量部を混合して加熱成形し、３００mm四方、厚さ１０mmの板状のゴム成形試料を作製した。これを一部５cm四方に切り出し、サンドペーパー（＃８０）で表面を削り出して試験体を作製した。これについて、光学顕微鏡で表面のシリカ質中空微粒子の状態を観察した。この結果を表１に示した。
【００２７】
表１に示すように、ゴム組成物（B1〜B5）は何れも露出した中空微粒子の露出部分が破壊されており、内部空洞が観察され、その周りには中空微粒子を形成している殻が確認された。密度が０.１５ｇ/cm3を下回る中空微粒子（No.A5）を使用したゴム組成物（No.B5）は、中空微粒子の一部の殻が壊れて剥げ落ちていた。
【００２８】
【表１】
2010150483.tif 000002
【００２９】
〔実施例２〕
実施例１で作製した１０cm四方の試験体をサンドペーパー(＃８０)で表面を削り出し、動摩擦係数を測定した。また、比較試料として、クルミの殻を粉砕したもの（１００μｍふるい通過品）またはガラス質の密実な非中空微粒子（ブラスト用ガラスビーズ、１８０番）を上記Ｂ１〜Ｂ５と同様に混合したゴム組成物（No.B6、B7）、これらの微粒子を混合しないゴム組成物（No.B8）について動摩擦係数を測定した。これらの結果を表２に示した。
【００３０】
表２に示すように、微粒子を混合しないゴム組成物（B8）に比べて、シリカ質中空微粒子を含有するゴム組成物（No.B1〜B3）は何れも動摩擦係数が高い（0.10以上）ので滑り難く、優れた滑り防止効果を有している。また、粒径１００μm以上の中空微粒子を含有するゴム組成物（No.B4）および容重０.１５以下の中空微粒子を含有するゴム組成物（No.B5）は、動摩擦係数が上記ゴム組成物（No.B1〜B3）よりやや低いが、比較試料（B6〜B8）よりは高く、滑り防止効果を有している。一方、クルミ殻やブラスト用ガラスビーズを含有するゴム組成物（B7）は吸水効果がないので動摩擦係数が小さい。
【００３１】
【表２】
2010150483.tif 000003
【００３２】
〔実施例３〕
Ａ３の試料を用い、ゴム中の中空微粒子の混合量を０.５〜３０まで変化させ、実施例１と同様にして試験片を作成し、動摩擦係数を測定した。この結果を表３に示した。
表３に示すように、ゴムに対する中空微粒の含有量が１質量部より小さいと動摩擦係数が小さい。なお、中空微粒子の含有量が３０質量部を上回るとゴムが脆くなるので好ましくない。
【００３３】
【表３】
2010150483.tif 000004