(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゴム成分として天然ゴムおよび合成ゴムのうち少なくとも１つを含み、独立気泡を含有する発泡ゴム組成物をトレッドに適用した空気入りタイヤであって、前記気泡が、発泡剤とベンゼンスルフィン酸ナトリウムまたはベンゼンスルフィン酸ナトリウムおよび尿素を含んでなる発泡助剤とを配合することにより形成されることを特徴とする空気入りタイヤ。
【請求項２】
ゴム成分として天然ゴムおよび合成ゴムのうち少なくとも１つを含み、短繊維と独立気泡とを含有する発泡ゴム組成物をトレッドに適用した空気入りタイヤであって、前記気泡が、発泡剤とベンゼンスルフィン酸ナトリウムまたはベンゼンスルフィン酸ナトリウムおよび尿素を含んでなる発泡助剤とを配合することにより形成されることを特徴とする空気入りタイヤ。
【請求項３】
ゴム成分として天然ゴムおよび合成ゴムのうち少なくとも１つと充填剤とを含み、独立気泡を含有する発泡ゴム組成物をトレッドに適用した空気入りタイヤであって、前記気泡が、発泡剤とベンゼンスルフィン酸ナトリウムまたはベンゼンスルフィン酸ナトリウムおよび尿素を含んでなる発泡助剤とを配合することにより形成されることを特徴とする空気入りタイヤ。
【請求項４】
ゴム成分として天然ゴムおよび合成ゴムのうち少なくとも１つと充填剤とを含み、短繊維と独立気泡とを含有する発泡ゴム組成物をトレッドに適用した空気入りタイヤであって、前記気泡が、発泡剤とベンゼンスルフィン酸ナトリウムまたはベンゼンスルフィン酸ナトリウムおよび尿素を含んでなる発泡助剤とを配合することにより形成されることを特徴とする空気入りタイヤ。
【請求項５】
前記短繊維が中実短繊維および／または中空短繊維であることを特徴とする請求項２または４記載の空気入りタイヤ。
【請求項６】
発泡剤がアゾジカルボンアミドを含んでなることを特徴とする請求項１〜５のうちいずれか１項に記載の空気入りタイヤ。
【請求項７】
ゴム成分１００重量部に対して、発泡剤が１〜２０重量部、発泡助剤が発泡剤の１５〜２００重量％であることを特徴とする請求項１〜６のうちいずれか１項に記載の空気入りタイヤ。
【請求項８】
気泡の気泡率が、１〜１００％であることを特徴とする請求項１〜７のうちいずれか１項に記載の空気入りタイヤ。
【請求項９】
気泡の平均気泡径が、３０〜２００μｍであることを特徴とする請求項１〜８のうちいずれか１項に記載の空気入りタイヤ。
【請求項１０】
充填剤としてカーボンブラックおよびシリカのうち少なくとも１つをゴム成分１００重量部に対して３０〜８０重量部含み、乗用車用として使用されることを特徴とする請求項１〜９のうちいずれか１項に記載の空気入りタイヤ。
【請求項１１】
ゴム成分として天然ゴムを５０重量％以上含み、充填剤としてカーボンブラックをゴム成分１００重量部に対して３０〜８０重量部含み、重荷重用として使用されることを特徴とする請求項１〜９のうちいずれか１項に記載の空気入りタイヤ。
【請求項１２】
天然ゴムおよび合成ゴムのうち少なくとも１種からなるゴム成分と、発泡剤と、ベンゼンスルフィン酸ナトリウムを含む発泡性ゴム組成物。
【請求項１３】
さらに、尿素を含むことを特徴とする請求項１２記載の発泡性ゴム組成物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発泡ゴム組成物をトレッドに使用した空気入りタイヤおよび発泡性ゴム組成物に関し、詳しくは気泡形成技術の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
氷雪路面走行に際して、駆動性、操縦性等の氷上性能を確保するために、いわゆるスタッドレスタイヤのトレッドを発泡ゴムで構成する技術がある（特開昭６２−２８３００１号、特開昭６３−２３５９２１号、特開昭６３−９０４０３号公報等参照）。
このような発泡ゴムを使用したスタッドレスタイヤについて、耐摩耗性と氷上性能のさらなる向上が望まれている。
しかし、従来の気泡形成技術では、耐摩耗性の向上のために気泡率を下げると氷上性も低下し、逆に、氷上性を向上させるために気泡率を上げると耐摩耗性が悪化する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、耐摩耗性と氷上性能とを共に向上させることを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記目的を達成すべく、鋭意研究を重ねた結果、従来の気泡形成技術では、気泡率と気泡径とを独立してコントロールすることは不可能であるため、気泡率を下げると、気泡径が単純に小さくなり、耐摩耗性は向上するものの、氷上性が低下し、逆に、気泡率を上げると、気泡径が大きくなって氷上性は向上するが耐摩耗性が悪化することに鑑み、気泡率と気泡径とを独立してコントロールできる技術を開発し、本発明を完成するに至った。
したがって、本発明では、気泡率一定のまま、気泡径のみを大きくしたり、小さくしたりできる。
具体的には、摩耗現象は、各気泡を核として発生した亀裂が成長して互いに繋がることにより生じるが、これは、気泡間の距離を大きくして、亀裂同士の連結を抑制することにより解決できる。すなわち、気泡率を最適気泡率に維持した状態で、気泡径を大きくすることにより、気泡個数密度を下げて、気泡間距離を大きくすることにより、耐摩耗性を向上させることができる。一方、氷上性向上のためには、気泡率を高くすることが必要である。
また、重荷重用空気入りタイヤにあっては、耐摩耗性がより求められ、乗用車用空気入りタイヤにあっては、氷上性がより求められる。
ところで、加硫反応と発泡反応は、加硫時に同時進行的に起こるが、これらの反応の反応速度の兼ね合いにより、気泡径は影響を受ける。すなわち、加硫による三次元の結合形成が進むより速く発泡による気泡の形成が進行すれば、気泡は大きく成長し、逆に、気泡形成に比べ加硫が速く進行すれば、気泡径は小さくなる。
【０００５】
本発明で使用される発泡助剤は、加硫反応促進効果をも有するので、発泡剤との配合割合を調整することにより、加硫反応と発泡反応の速度調整をすることができ、発泡剤の配合量と両者の配合割合とを調整することにより、気泡率と気泡径とを独立してコントロールすることが可能となった。
【０００６】
そこで、本発明の発泡ゴム組成物をトレッドに適用した空気入りタイヤの構成および発泡性ゴム組成物の構成は以下の通りである。
（１）空気入りタイヤは、ゴム成分として天然ゴムおよび合成ゴムのうち少なくとも１つを含み、独立気泡を含有する発泡ゴム組成物をトレッドに適用した空気入りタイヤであって、前記気泡が、発泡剤とベンゼンスルフィン酸ナトリウムまたはベンゼンスルフィン酸ナトリウムおよび尿素を含んでなる発泡助剤とを配合することにより形成されることを特徴とする。
（２）ゴム成分として天然ゴムおよび合成ゴムのうち少なくとも１つを含み、短繊維と独立気泡とを含有する発泡ゴム組成物をトレッドに適用した空気入りタイヤであって、前記気泡が、発泡剤とベンゼンスルフィン酸ナトリウムまたはベンゼンスルフィン酸ナトリウムおよび尿素を含んでなる発泡助剤とを配合することにより形成されることを特徴とする。
（３）ゴム成分として天然ゴムおよび合成ゴムのうち少なくとも１つと充填剤とを含み、独立気泡を含有する発泡ゴム組成物をトレッドに適用した空気入りタイヤであって、前記気泡が、発泡剤とベンゼンスルフィン酸ナトリウムまたはベンゼンスルフィン酸ナトリウムおよび尿素を含んでなる発泡助剤とを配合することにより形成されることを特徴とする。
（４）ゴム成分として天然ゴムおよび合成ゴムのうち少なくとも１つと充填剤とを含み、短繊維と独立気泡とを含有する発泡ゴム組成物をトレッドに適用した空気入りタイヤであって、前記気泡が、発泡剤とベンゼンスルフィン酸ナトリウムまたはベンゼンスルフィン酸ナトリウムおよび尿素を含んでなる発泡助剤とを配合することにより形成されることを特徴とする。
前記発泡ゴム組成物が短繊維を含有する場合、気泡により低下傾向にあるゴムの硬度を上げることができる。この場合、短繊維は中実であっても中空であってもよく、両者が併存していてもよい。中空短繊維の場合は、発泡による気泡に加えて、中空短繊維の内部の空洞が、氷上性能の向上に寄与し得る。
さらに、短繊維が加硫時の温度で溶融する材質である場合には、発泡により生じた気体は、ゴムマトリックス部分よりも粘度の低い溶融繊維部分に集まる傾向があるので、繊維内部に気体を包んだ状態になり、結果的に、周囲を短繊維の材質でできた層で覆われた気泡となる。中空短繊維では、元からあった空洞に発泡による気泡が加わってより大きな気泡部を形成することができる（図３）。一方、短繊維は、加硫時の温度で溶融しない材質である場合には、加硫後に加硫前の形態を保持する（図４）。
また、発泡剤として、アゾジカルボンアミドが含まれると好ましく、その配合量は、ゴム成分１００重量部に対して、発泡剤が１〜２０重量部、発泡助剤が発泡剤の１５〜２００重量％であると好ましい。
さらに、形成された気泡および中空短繊維を含む場合には、この中空短繊維の内部に含まれる空洞部をも加えた気泡率は、１〜１００％であると好ましく、溶融した短繊維の内部に取り込まれることなく、ゴムマトリックス中に形成された気泡の平均気泡径が、３０〜２００μｍであるとより好ましい。短繊維に取り込まれない気泡は、ゴムマトリックス中にほぼ球状に形成され、取り込まれた気泡は長尺状に形成される。
（５）上記の特徴を有する空気入りタイヤは、さらに、充填剤としてカーボンブラックおよびシリカのうち少なくとも１つをゴム成分１００重量部に対して３０〜８０重量部含み、乗用車用として使用されることを特徴とする。
（６）上記の特徴を有する空気入りタイヤは、さらに、ゴム成分として天然ゴムを５０重量％以上含み、充填剤としてカーボンブラックをゴム成分１００重量部に対して３０〜８０重量部含み、重荷重用として使用されることを特徴とする。
（７）一方、発泡性ゴム組成物は、天然ゴムおよび合成ゴムのうち少なくとも１種からなるゴム成分と、発泡剤と、ベンゼンスルフィン酸ナトリウムを含むことを特徴とし、あるいは、さらに、尿素を含むことを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明を詳細に説明する。
本発明のゴム成分としては、天然ゴム、ポリイソプレンゴム、ブタジエンゴム、高シスおよび低シスポリブタジエンゴム、乳化重合および溶液重合スチレンブタジエン共重合体ゴム等のジエン系ゴム等を例示することができ、これらを単独で、あるいは、ブレンドで使用できる。
本発明において、トラック・バス等の重荷重用空気入りタイヤにあっては、ゴム成分中天然ゴムが５０重量％以上を占めることが望ましく、一方、乗用車用空気入りタイヤにあっては、ゴム成分中、ジエン系ゴムは５０重量％以上が好ましく、より好ましくは８０重量％以上である。
【０００８】
本発明の発泡剤としては、アゾビスイソブチロニトリル、ジニトロソペンタメチレンテトラミン（ＤＰＴ）、パラトルエンスルホニトリルヒドラジン、ｐ，ｐ′−オキシビス（ベンゼンスルホニルヒドラジン）、アゾジカルボンアミド（ＡＤＣＡ）等を例示することかできる。なかでも、ＡＤＣＡは、薬品として取り扱いが比較的安全で、放置安定性に優れ、しかも微量ながら食品添加物として認定されるほどの毒性安全性も保障されており、好ましい発泡剤である。
【０００９】
本発明の発泡剤と組み合わせて使用される発泡助剤は、ベンゼンスルフィン酸ナトリウム、あるいはベンゼンスルフィン酸ナトリウムと尿素である。
【００１０】
発泡剤の使用量は、ゴム成分１００重量部に対して、１〜２０重量部であることが好ましい。これは、１重量部未満では、所定の発泡が困難で、気泡が形成され難く、２０重量部を越えると、気泡率が高過ぎ、このようなゴムをトレッドに用いた空気入りタイヤは耐摩耗性が劣るからである。
同様の観点から、３．５〜８．５重量部であることがより好ましい。
なお、中空短繊維を配合した場合には、内部空間部が気泡の作用を果たすため、発泡剤量を少なくすることが可能となる。
【００１１】
発泡助剤の使用量は、ベンゼンスルフィン酸ナトリウム、あるいはベンゼンスルフィン酸ナトリウムと尿素の場合とも、ゴム成分１００重量部に対して０．１〜２５重量部が好ましい。これは、０．１重量部未満では所定の発泡が困難であり、 ２５重量部を越えると発泡率が高くなり、耐摩耗性が低下する傾向があるからである。
また、発泡助剤は発泡剤の１５〜２００重量％であると好ましいが、これは、１５重量％未満では、十分に発泡せず、２００重量％を超えると、低温（約１００℃）で発泡が始まってしまうことがあるからである。
【００１２】
短繊維の材質としては、結晶性高分子では、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブチレン、ポリブチレンサクシネート、ポリエチレンサクシネート、シンジオタクティック−１，２−ポリブタジエン、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニル等を例示できる。なかでも、ポリエチレン、ポリプロピレンが好ましい。
非結晶性高分子では、ポリメチルメタクリレート、アクリロニトリルブタジエンスチレン共重合体、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル等を例示できる。
制御性の点から、急激に軟化が生じる結晶性高分子の方がより好ましい。
短繊維は、加硫時に溶融させて、気泡を集めたい場合には、混練り時には溶融せず、加硫時に溶融することを要するので、混練り時の最高温度より５℃以上、好ましくは、１０℃以上、より好ましくは２０℃以上高く、加硫時の最高温度より、１０℃以上、好ましくは２０℃以上低い融点をもったものを使用する。
また、中空短繊維の場合、その中空率は、低過ぎると、中空短繊維を使用した効果が得られず、高過ぎると、混練り作業中等に潰れ、やはり中空短繊維を使用した効果が得られないことがあるので、２０〜７０％が好ましい。同様の観点から、より好ましくは、２５〜６５％である。中空短繊維の太さは、氷上性能向上の観点から、１〜１０００デニールが好ましく、２〜８００デニールがより好ましい。長さは、１〜１０ｍｍが好ましく、２〜８ｍｍがより好ましい。
中空短繊維の配合量は、氷上性能の観点から、ゴム成分１００重量部に対して、１〜３０重量部が好ましい。
中実短繊維の場合、その太さは、１〜５００デニール、長さは１〜１０ｍｍ、配合量は、ゴム成分１００重量部に対して、０．５〜２０重量部が好ましい。
【００１３】
本発明において、発泡ゴム組成物の気泡率は、氷上性を確保するためにトレッドに用いた場合、１〜１００％が好ましい。これは、１％未満では気泡形成の効果、すなわち氷上性改良効果が得られ難く、１００％を超えると、耐摩耗性が低下する傾向にあり、さらに、発泡ゴムの歪み復元力が低下し、いわゆる耐ヘタリ性が低下傾向にあることに加え、製造時に安定した形状を得られ難いからである。同様の観点から、より好ましくは５〜５０％であり、さらに好ましくは５〜３５％である。
【００１４】
また、短繊維と離れて、ゴムマトリックス中に、形成された気泡（球状気泡）の平均気泡径は、３０〜２００μｍが好ましい。これは、３０μｍ未満では、氷雪性能が低下し、２００μｍを超えると、耐摩耗性が低下するからである。同様の観点から、さらに好ましくは、６０〜１３０μｍである。
【００１５】
本発明において、発泡ゴム組成物に、カーボンブラックやシリカ等の充填剤を配合する場合、カーボンブラックとしては、乗用車用空気入りタイヤにあっては、ＨＡＦ、ＩＳＡＦ、またはＳＡＦが好ましく、重荷重用空気入りタイヤにあっては、ＩＳＡＦ、またはＳＡＦが好ましい。充填剤の配合量は、ゴム成分１００重量部に対して、３０〜１００重量部が好ましい。これは、このゴム組成物をタイヤトレッドに適用した場合、この範囲を超えると耐摩耗性が低下する傾向があるからである。
【００１６】
また、本発明において、発泡ゴム組成物を空気入りタイヤのトレッドに適用する場合、トレッドが複層構造であるとき、路面に接するタイヤ半径方向外側のトレッド層に適用され、この外側トレッド層に比較してこれの内側にあるトレッド層の方がより硬い（ＪＩＳ硬度）ことが好ましい。発泡ゴムの体積が、トレッドの全体積の１０％以上であることが効果的で、好ましくは１０〜７０％、より好ましくは４０〜６０％である。１０％未満の体積では氷雪性能の改良効果が少ないからである。
【００１７】
本発明において、発泡ゴム組成物には、前記の発泡剤、発泡助剤、カーボンブラック、シリカ等の充填剤の他に、アロマオイル、スピンドルオイルなどの軟化剤、老化促進剤、加硫促進剤、ステアリン酸、亜鉛華などの加硫促進助剤、加硫剤などのゴム用配合剤を、適宜、通常の範囲内で配合することができる。
【００１８】
また、本発明で使用する発泡ゴム組成物は常法により製造することができ、本発明の空気入りタイヤは、前記発泡ゴム組成物をトレッドゴムとして用いて、通常のタイヤ製造法に従って加熱加圧することにより製造できる。この場合、発泡剤および発泡助剤の配合量を調節することにより、所望の気泡率、気泡径を達成できる。
【００１９】
【実施例】
本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。
表１、表３および表５記載の配合内容の発泡ゴム組成物をトレッドのキャップゴムに適用し、タイヤを常法に従い作製し（混練り温度：１００℃、加硫温度：１６０℃）、下記式で気泡率を計算し、下記の方法で実車走行による性能を評価した。なお、作製したタイヤは、表１〜４に関しては、乗用車用ラジアルタイヤ（１８５／７０Ｒ１４：図１参照）であり、１６００ｃｃクラスの乗用車に装着してテストし、表２および表４に結果を記載し、また、表５および６に関しては、重荷重用空気入りラジアルタイヤ（１１Ｒ２２．５：図２参照）であり、表６に結果を示す。配合した短繊維は、非溶融短繊維は、ポリエステル、４．０デニール、長さ３ｍｍ、融点２００℃の中実短繊維であり、溶融短繊維は、ポリエチレン、４．０デニール、長さ３ｍｍ、融点１１０℃の中実短繊維である。溶融短繊維は加硫時に溶融して内部に気泡を取り込む。
なお、図１および図２において、１はトレッド、１ａはキャップ部、１ｂはベース部、２はベルト、３はカーカスプライ、４はビードコア、５はサイドウォール、６はインナーライナー、７はビード、８はビードフィラー、９はミニサイド、１０はチェーファーである。また、図３および図４においては、１２Ａは発泡ゴム、２２は加硫により形成された気泡、２２Ａはトレッド表面に露出し、一部が摩耗した気泡、２４は中実短繊維、２４Ａは短繊維が脱落した後の孔、２６は気泡を取り込んだ中空短繊維、２６Ａは気泡を覆う短繊維材料よりなる層である。
【００２０】
（ａ）気泡率（Ｖｓ）
Ｖｓ＝｛（ρ0 ／ρ1 ）−１｝×１００    …(1)
式中、ρ1 は発泡ゴムの比重（ｇ／cm3 ）、ρ0 はそのゴムの非発泡状態での比重（ｇ／cm3 ）である。
（ｂ）平均気泡径
発泡ゴムの気泡の直径を拡大鏡で観察し、２０個の平均値を平均気泡径とした。
（ｃ）耐摩耗性
一般路を２００００ｋｍ走行した後の溝深さの減少量を測定し、これの逆数をとり、この逆数を、比較例１、実施例１１および比較例２２を１００としてそれぞれ指数表示した。数値は大きい程、耐摩耗性に優れることを示す。
（ｄ）氷上性
テストコース（氷路面、路面温度約−５℃）において、２０ｋｍ／ｈにてブレーキをかけてタイヤをロックし、停止に要する距離を測定し、これの逆数をとり、この逆数を、比較例１、実施例１１および比較例２２を１００としてそれぞれ指数表示した。数値は大きい程、氷上性に優れることを示す。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
【表２】
0004448224.tif 000003
【００２３】
実施例１、２は比較例１と同じ気泡率であるが、平均気泡径のコントロールが可能となっており、このようなトレッドを備えた空気入りタイヤは、耐摩耗性、氷上性共向上している。
実施例３、４、５は非溶融短繊維、実施例６、７、８は溶融短繊維を配合しており、この場合も、気泡率一定で平均気泡径をコントロールでき、タイヤ性能も向上している。
【００２４】
【表３】
0004448224.tif 000004
【００２５】
【表４】
0004448224.tif 000005
【００２６】
実施例１１、１２、１４は気泡率を一定にして、平均気泡径を変えた例であり、実施例１６と１７はベンゼンスルフィン酸ナトリウムと尿素とを併用した例である。また、実施例１３、１４、１５は発泡剤と発泡助剤との比が一定であり、実施例１４の場合にバランスの良いタイヤ性能（乗用車用）が得られた。
【００２７】
【表５】
0004448224.tif 000006
【００２８】
【表６】
0004448224.tif 000007
【００２９】
実施例２１、２２、２４は気泡率を一定にして、平均気泡径を変えた例であり、実施例２６および２７はベンゼンスルフィン酸ナトリウムと尿素とを併用した例である。また、実施例２３、２４、２５は発泡剤と発泡助剤との比が一定であり、実施例２４の場合に最もバランスの良いタイヤ性能（重荷重用）が得られた。
実施例２８、２９は非溶融短繊維、実施例３０、３１は溶融短繊維を配合しており、気泡率一定で、平均気泡径を変えることができ、タイヤ性能も向上している。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明の発泡ゴム組成物をトレッドに使用した空気入りタイヤは、気泡率と気泡径を独立してコントロールすることができ、その結果、耐摩耗性と氷上性とを共に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  乗用車用タイヤの左半断面図である。
【図２】  重荷重用タイヤの左半断面図である。
【図３】  溶融中空短繊維を含む発泡ゴムの拡大断面図である。
【図４】  非溶融中実短繊維を含む発泡ゴムの拡大断面図である。
【符号の説明】
１  トレッド
１ａキャップ部
２  ベルト
２２独立気泡
２４中実短繊維
２６Ａ短繊維材料よりなる気泡の被覆層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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