(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
８５〜４５重量％の天然ゴムと１５〜５５重量％のポリブタジエンゴムからなるゴム成分１００重量部に対し、セチルトリメチルアンモニウムブロマイド吸着比表面積（ＣＴＡＢ）が７０〜１４０ m2 /g、圧縮ジブチルフタレート吸油量（24Ｍ4 ＤＢＰ）が１０３〜１５０ml/100 g、該24Ｍ4 ＤＢＰとセチルトリメチルアンモニウムブロマイド吸着比表面積（ＣＴＡＢ）との比（24Ｍ4 ＤＢＰ／ＣＴＡＢ）が１．１〜１．８であるカーボンブラック２０〜５０重量部、シリカ２〜２０重量部、及びシランカップリング剤を前記シリカ配合量の２〜８％の範囲で配合したタイヤトレッド用ゴム組成物であって、
前記ポリブタジエンゴムは、シス含量９６％以上のシスポリブタジエンゴムであり、そのロー・ムーニー粘度（ＭＬ）と５％トルエン溶液粘度（η）とが、それぞれ下式（１）及び（２）で示される関係を満足することを特徴とするタイヤトレッド用ゴム組成物。
７０ ≧ ＭＬ ≧ ３５ ・・・・・・・・・（１）
２．６ＭＬ＋３６０ ≧ η ≧ ２．６ＭＬ−３０ ・・・・（２）
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、タイヤトレッド用ゴム組成物に関し、詳しくは、主として重荷重用空気入りタイヤのトレッドに用いられ、耐摩耗性、亀裂抵抗性を損なうことなく、低転がり抵抗性を発揮し得るゴム組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ライトトラック乃至トラック・バス用低燃費タイヤについては、トレッドゴムの内部ロスエネルギーを低下させるために、天然ゴム或いは天然ゴムにシスポリブタジエンをブレンドしてなるゴム成分中に、粒子径が比較的大きくてストラクチャーの発達したカーボンブラックを補強剤として配合したゴム組成物が使用されている。
【０００３】
ところで、ライトトラック乃至トラック・バス用タイヤは、もともと過酷な走行条件下で使用されることが多いので、この種の低燃費配合を採用したタイヤは、通常配合のタイヤに比して耐摩耗性、亀裂抵抗性が不足し、その使用条件が非常に限られるという欠点があった。かかるタイヤの亀裂抵抗性を確保するため、従来のごとくトレッドゴムにオイルや樹脂を添加すると、亀裂抵抗性は改善されるが、その反面、転がり抵抗が大きくなり、耐摩耗性も格段に悪くなるという事実が認められる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は、上記のごときライトトラック乃至トラック・バス用低燃費タイヤの現状に鑑みなされたものであって、その目的とするところは、耐摩耗性及び亀裂抵抗性を損なうことなく、十分な低転がり抵抗性を実現し得るタイヤトレッド用ゴム組成物を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、天然ゴムとシスポリブタジエンとを所定の比率で配合したゴム成分に対し、特定なハイストラクチャーカーボンブラックを所定量配合すると同時に、シリカと比較的少量のシランカップリング剤を添加配合することにより、上記の目的を達成しうることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００６】
すなわち、本発明のうち請求項１記載の発明は、８５〜４５重量％の天然ゴムと１５〜５５重量％のポリブタジエンゴムからなるゴム成分１００重量部に対し、セチルトリメチルアンモニウムブロマイド吸着比表面積（ＣＴＡＢ）が７０〜１４０ m2 /g、圧縮ジブチルフタレート吸油量（24Ｍ4 ＤＢＰ）が１０３〜１５０ml/100 g、該24Ｍ4 ＤＢＰとセチルトリメチルアンモニウムブロマイド吸着比表面積（ＣＴＡＢ）との比（24Ｍ4 ＤＢＰ／ＣＴＡＢ）が１．１〜１．８であるカーボンブラック２０〜５０重量部、シリカ２〜２０重量部、及びシランカップリング剤を前記シリカ配合量の２〜８％の範囲で配合したタイヤトレッド用ゴム組成物であって（請求項１記載の発明の構成において、以上の構成を具備するが、ポリブタジエンゴムが以下に示すポリブタジエンゴムの構成を具備しないタイヤトレッド用ゴム組成物を参考例ロとする）、
前記ポリブタジエンゴムは、シス含量９６％以上のシスポリブタジエンゴムであり、そのロー・ムーニー粘度（ＭＬ）と５％トルエン溶液粘度（η）とが、それぞれ下式（１）及び（２）で示される関係を満足することを特徴とするタイヤトレッド用ゴム組成物をその要旨とする。
７０ ≧ ＭＬ ≧ ３５ ・・・・・・・・・（１）
２．６ＭＬ＋３６０ ≧ η ≧ ２．６ＭＬ−３０ ・・・・（２）
【０００７】
上記のごとく、本発明のゴム成分に使用する天然ゴムとポリブタジエンゴムのブレンド比率は重量比で８５：１５〜４５：５５の範囲が適当である。ポリブタジエンの比率が１５重量％未満では耐摩耗性が十分でなく、逆に５５重量％を越えて多くなると転がり抵抗性、亀裂抵抗性が悪化するので好ましくない。
【０００８】
また、該ポリブタジエンゴムが、請求項１記載の通りのシス含量９６％以上のシスポリブタジエンゴムであり、そのロー・ムーニー粘度（ＭＬ）と５％トルエン溶液粘度（η）とが、それぞれ下式（１）及び（２）
７０ ≧ ＭＬ ≧ ３５ ・・・・・・・・・（１）
２．６ＭＬ＋３６０ ≧  η  ≧ ２．６ＭＬ−３０ ・・・・（２）
で示される関係を満足するような特定のものであるとさらに好適である。何故なら、シス含量が９６％未満では耐摩耗性の向上効果が劣り、ＭＬが３５未満では耐摩耗性だけでなく転がり抵抗性に対する向上効果が減少し、逆に７０を越えて大きくなると次第に加工性が悪化してくるからである。また、ηが（２）式の右辺（２．６ＭＬ−３０）未満では耐摩耗性、亀裂抵抗性及び転がり抵抗性に対する向上効果が減少し、逆にηが（２）式の左辺（２．６ＭＬ＋３６０）を越えて大きくなると次第に加工性が悪化して分散不良を生じ易くなるからである。
【０００９】
この請求項１記載の発明は、上記のごときゴム成分に補強剤として特定なコロイド特性を有するハイストラクチャーカーボンブラックを使用し、かつこれにシリカとシランカップリング剤を所定量添加併用することにより、耐摩耗性、亀裂抵抗性を低下することなく転がり抵抗を低減しようとするものであるが、これら補強剤、配合剤の種類や配合量はつぎのような理由により定められたものである。すなわち、カーボンブラックのＣＴＡＢが７０ m2 /g未満では耐摩耗性，亀裂抵抗性に劣り、１４０ m2 /g以上では転がり抵抗性が悪化するので、ＣＴＡＢは７０〜１４０ m2 /gの範囲のものを使用する。24Ｍ4 ＤＢＰについては、その値が１０３ml/100 g以下であると転がり抵抗性が劣り、逆に１５０ml/100 gを越えて大きくなると亀裂抵抗性が悪化する。したがって、24Ｍ4 ＤＢＰは１０３〜１５０ml/100 gの範囲のものを使用する。またこの場合、24Ｍ4 ＤＢＰとＣＴＡＢとの比（24Ｍ4 ＤＢＰ／ＣＴＡＢ）が１．１より小さいと転がり抵抗性が悪く、逆に１．８より大きいと亀裂抵抗性が低下するので、24Ｍ4 ＤＢＰ／ＣＴＡＢは１．１〜１．８の範囲とする。この種カーボンブラックの配合量については２０重量部未満では耐摩耗性に劣り、５０重量部以上では亀裂抵抗性、転がり抵抗性が悪化して好ましくない。
【００１０】
さらに、上記のカーボンブラックと併用するシリカの配合量が２重量部以下では亀裂抵抗性、転がり抵抗性に対する十分な向上効果が得られず、２０重量部より多いと加工性が低下する。したがって、シリカの配合量は２〜２０重量部の範囲とする。また、シランカップリング剤の配合量がシリカ配合量の２％以下のときは耐摩耗性と転がり抵抗性が悪く、逆に８％以上になると亀裂抵抗性が劣化するので、シランカップリング剤の配合量はシリカ配合量の２〜８％の範囲とするのが適当である。
【００１１】
ところで、ＣＴＡＢは、この値が大きいほど粒子径の小さいカーボンブラックであるが、ゴム分子と同じくセチルトリメチルアンモニウムブロマイドがカーボン粒子の細孔中に入り込めないため、有効な外部表面積の大きさを示している。また、ＤＢＰは、カーボンブラックのストラクチャーの程度を示す指標であるが、天然ゴム、ブタジエンゴムの場合、混練り工程でストラクチャーが破壊される度合いが大きいので、加硫後のゴム中に混在するカーボンブラックの状態は、ＤＢＰ測定時より24Ｍ4 ＤＢＰ測定時の状態に近いものと考えられる。
【００１２】
また、上記のごときカーボンブラックの比表面積やストラクチャーがゴムの耐摩耗性とヒステリシス特性に及ぼす影響については、従来から下記のようなことが知られている。
ａ．比表面積が大きくなるにつれて耐摩耗性は上がり、ヒステリシスロスは高くなる。しかし、耐摩耗性は比表面積がある程度大きくなると飽和する。
ｂ．ストラクチャーが高くなるにつれて耐摩耗性は上がり、一定の３００％時引張りモジュラスになるよう配合したゴム同士の比較では、ヒステリシスロスは低くなる。
ｃ．ヒステリシスロスの程度は、ストラクチャーより比表面積の方に強く依存する。
【００１３】
したがって、耐摩耗性と転がり抵抗性に対してはストラクチャーが特に重要な要素といえるが、ストラクチャーが高すぎても亀裂抵抗性が悪化する傾向がみられる。また、ＣＴＡＢが大きいほど24Ｍ4 ＤＢＰが大きいというものではなく、その間の関係は表２からも明らかなように、必ずしも明確ではなく、24Ｍ4 ＤＢＰ／ＣＴＡＢの比を算出してみると、カーボンブラックの種類により大きく異なっている。そこで、本発明においては、低燃費タイヤ用として最適なカーボンブラックを選定するための手段として、特定な範囲のＣＴＡＢと24Ｍ4 ＤＢＰに加え、これら二者の比（24Ｍ4 ＤＢＰ／ＣＴＡＢ）を採用し、単位表面積当りのストラクチャー発達度を指標とすることにした。
【００１４】
なお、本発明においては、上記成分の他に通常用いられている配合剤、例えば加硫剤、加硫促進剤、加硫促進助剤、老化防止剤、プロセス油、その他の加工助剤等が適宜添加されることはいうまでもない。
【００１５】
つぎに、参考例イの発明は、８５〜４５重量％の天然ゴムと１５〜５５重量％のポリブタジエンゴムからなるゴム成分１００重量部に対し、セチルトリメチルアンモニウムブロマイド吸着比表面積（ＣＴＡＢ）が７０〜１６０ m2 /g、ジブチルフタレート吸油量（ＤＢＰ）が１１５〜１８０ml/100 g、圧縮ジブチルフタレート吸油量（24Ｍ4 ＤＢＰ）が９８〜１４０ml/100 gであるカーボンブラック１５〜５０重量部、シリカ２〜３０重量部、及びシランカップリング剤を前記シリカ配合量の３〜２０％の範囲で配合したことを特徴とするタイヤトレッド用ゴム組成物に関する。
【００１６】
上記のごとく、参考例イの発明のゴム成分に使用する天然ゴムとポリブタジエンのブレンド比率は重量比で８５：１５〜４５：５５の範囲が適当である。ポリブタジエンの比率が１５重量％未満では耐摩耗性が十分でなく、逆に５５重量％を越えて多くなると転がり抵抗性、亀裂抵抗性が悪化するので好ましくない。
【００１７】
また、参考例イの発明においては、補強剤としてハイストラクチャーカーボンブラックとシリカを使用すると共に、シランカップリング剤を添加併用することにより、耐摩耗性を損なうことなく亀裂抵抗性と転がり抵抗性の両立を図ろうとするものであるが、これら配合剤のコロイダル特性や配合量の範囲はつぎのような理由により定めたものである。すなわち、カーボンブラックのＣＴＡＢが７０ m2 /g未満では耐摩耗性，亀裂抵抗性が劣り、１６０ m2 /g以上では転がり抵抗性が悪化するので、ＣＴＡＢは７０〜１６０ m2 /gの範囲のものを使用する。また、ＤＢＰと24Ｍ4 ＤＢＰについては、それぞれの値が１１５ml/100 g、９８ml/100 g以下であると耐摩耗性、転がり抵抗性が劣り、逆にそれぞれの値が１８０ml/100 g、１４０ml/100 gを越えて大きくなると亀裂抵抗性が悪化する。したがって、ＤＢＰは１１５〜１８０ml/100 gの範囲、24Ｍ4 ＤＢＰは９８〜１４０ml/100 gの範囲のものを使用する。また、この種のカーボンブラックも、配合量が１５重量部未満では耐摩耗性に劣り、５０重量部以上では亀裂抵抗性、転がり抵抗性が悪化して好ましくない。
【００１８】
さらに、上記のカーボンブラックと併用するシリカの配合量が２重量部以下では亀裂抵抗性、転がり抵抗性に対する十分な向上効果が得られず、３０重量部を越えると耐摩耗性と亀裂抵抗性が悪化するのでシリカは２〜３０重量部の範囲で配合する。また、シランカップリング剤の配合量がシリカ配合量の３％以下のときは耐摩耗性と転がり抵抗性の改良効果乏しく、逆に２０％以上になると亀裂抵抗性が悪化するので、シランカップリング剤の配合量はシリカ配合量の３〜２０％の範囲とするのが適当である。
【００１９】
【実施例】
つぎに実施例、参考例及び比較例を挙げて本発明の特徴をさらに詳細に説明する。表１は、トレッドゴムに使用したポリブタジエンゴム（ＢＲ）の種類とその特性を示したものである。
【表１】
0004472793.tif 000002
表１におけるシス含量は赤外線分光光度計により測定された。ロー・ムーニー粘度（ＭＬ）はＪＩＳ Ｋ６３００（未加硫ゴム物理試験方法）に規定された方法により測定されたものである。また、５％トルエン溶液粘度（η）は２３℃のトルエン溶液中キャノンフェンスケ粘度計により測定された値である。
【００２０】
表２は、同トレッドゴムに配合したカーボンブラックの種類とコロイダル特性値を示したものである。
【表２】
0004472793.tif 000003
表２に示すカーボンブラックのセチルトリメチルアンモニウムブロマイド吸着比表面積（ＣＴＡＢ）はＡＳＴＭ Ｄ３７６５に、ジブチルフタレート吸油量（ＤＢＰ）はＪＩＳ Ｋ６２２１に、圧縮ジブチルフタレート吸油量（24Ｍ4 ＤＢＰ）はＡＳＴＭ Ｄ３４９３にそれぞれ準拠して測定された値である。
【００２１】
表３は、各トレッドゴム組成物に共通な配合剤組成を示したものである。
【表３】
0004472793.tif 000004
【００２２】
この配合剤組成表中のゴム分と、変量してなるカーボンブラック、シリカ、シランカップリング剤のそれぞれに、表４及び表５に示す天然ゴム／ＢＲブレンド比率、カーボンブラック、シリカ、シランカップリング剤（Si-69）の各部を適用してゴム組成物を構成し、これをトレッドゴムとするタイヤサイズ11 R 22.5 14PRのラジアルタイヤを定法により作成し、得られたタイヤにつき下記の方法により亀裂抵抗性、耐摩耗性、転がり抵抗性を評価した。
亀裂抵抗性：サイプが施されたトレッドパターンのタイヤをトラクターヘッドの駆動軸及びフロント軸に装着し、前者のトルクによる前後力、及び後者の操舵による横力にそれぞれ基因するサイプからの亀裂程度を、３万Km走行時点で比較し、亀裂発生なし（◎）、亀裂発生あるが、ゴム欠けなし（○）、ゴム欠け発生（×）の３段階で評価した。
耐摩耗性：高速道路を１０万Km走行させた後、リヤ装着タイヤのトレッド溝の摩耗ミリ当たり走行距離を求め、比較例１のタイヤの値を１００として指数表示したものであり、数値の大きい方が良好である。
転がり抵抗性：ＪＡＴＭＡ トラック及びバス用タイヤの転がり抵抗試験方法の力測定法に準拠して測定し、比較例１のタイヤの値を１００として指数表示したものであり、数値の小さい方が良好である。
結果は表４及び表５に纏めて示す。表中「実−」は実施例、「比−」は比較例を、「参−」は参考例を示すものである。
【００２３】
表４及び表５から明らかなように、参考例イ、ロ、請求項１に記載の構成要件を満足するゴム組成物をトレッドに用いたタイヤ（参考例１〜９、実施例１〜３）は、比較例１のタイヤに比していずれも転がり抵抗が１０ポイント以上小さく、しかも耐摩耗性及び亀裂抵抗性が良好であり、低燃費タイヤとして好ましい特性を具備している。
【００２４】
【表４】
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【００２５】
【表５】
0004472793.tif 000006
【００２６】
さらに詳細に説明すると、比較例１はトレッドにＮ１１０カーボンブラック（ＣＢ−３）を含有する天然ゴム組成物を配した従来型のタイヤであり、この発明におけるタイヤ特性評価用のコントロールタイヤである。
【００２７】
参考例１〜３は、前記参考例イの構成要件を満足するゴム組成物に関し、このうち参考例１、２は、比較例１のトレッドゴムに汎用タイプのシスポリブタジエン（ＢＲ−Ａ）を２０重量％ブレンドすると共に、補強剤として本発明に係るカーボンブラック（ＣＢ−１乃至ＣＢ−２）を４０重量％，シリカを１０重量％、シランカップリング剤をシリカ配合量の１０〜１５％添加配合したものであるが、どちらのタイヤも、比較例１のタイヤに比べると、転がり抵抗性、耐摩耗性並びに亀裂抵抗性においてそのすべてがバランス良く改善されている。
【００２８】
また、参考例３は、天然ゴムにブレンドするポリブタジエンの比率を実施例１の２０重量％から５０重量％に増加させると共に、当該カーボンブラックの配合量とシリカ及びシランカッブリング剤の配合量を所定の範囲内で変量したものである。一般に、ポリブタジエンを多量ブレンドすると亀裂抵抗性が大きく低下すると共に、発熱が高くなって転がり抵抗性が悪化するものであるが、この例のように、特定なカ−ボンブラックにシリカ及びシランカップリング剤を組合わせ、かつそれらを適正な量で配合した場合には、このような現象はみられず、転がり抵抗性、耐摩耗性の改善されたタイヤが得られる。
【００２９】
一方、比較例２〜１２にあるように、ゴム成分のブレンド比率、カーボンブラック、シリカ及びシランカップリング剤に関する前記要件が一つでも欠ける場合には、タイヤの転がり抵抗性、耐摩耗性、亀裂抵抗性のいずれか一つ又はそれ以上の特性が損なわれ、本発明の目的は達成されない。
【００３０】
参考例４〜９は、前記参考例ロ記載の構成要件を満足するゴム組成物に関し、このうち参考例４、５は、比較例１のトレッドゴムに汎用タイプのシスポリブタジエン（ＢＲ−Ａ）を２０重量％ブレンドすると共に、補強剤として24Ｍ4ＤＢＰ／ＣＴＡＢ比が１．１以上である特定なカーボンブラック（ＣＢ−６乃至７）を４０重量％，シリカを５重量％、シランカップリング剤をシリカ配合量の７％添加配合したものであるが、どちらのタイヤも、比較例１のタイヤに比べると、転がり抵抗性、耐摩耗性並びに亀裂抵抗性がバランス良く改善されている。
【００３１】
同様に、24Ｍ4 ＤＢＰ／ＣＴＡＢ比が１．１以上であり、かつ上記のカーボンブラックより粒子径が小さく（ＣＴＡＢが大きい）、ストラクチャーの発達した（24Ｍ4 ＤＢＰ値が大きい）カーボンブラック（ＣＢ−８）を採用した時は、参考例６と７に示すように、その量を３５重量部、２５重量部と減少させても、それぞれに適正な量のシリカとシランカップリング剤を添加併用すれば、参考例４や５に劣らぬ良好な結果が得られる。
【００３２】
また、参考例８は、天然ゴムにブレンドするポリブタジエンの比率を実施例４の２０重量％から５０重量％に増加させたものであるが、この場合にも、亀裂抵抗性が低下したり発熱性が高くなるという現象は認められず、転がり抵抗性と耐摩耗性の改善されたタイヤが得られた。
【００３３】
参考例９は、上記のシスポリブタジエン（ＢＲ−Ａ）よりロー・ムーニー粘度（ＭＬ）の小さいシスポリブタジエン（ＢＲ−Ｂ）を使用したこと以外は、実施例１と同組成のトレッドゴム組成物である。両者を比較すると明らかなように、ＭＬが３４と小さくなると、転がり抵抗性は改善されても耐摩耗性に対する向上効果が認められなくなる。
【００３４】
また、実施例１〜３は、この種のカーボンブラック（ＣＢ−６、７、８）に加え、天然ゴムにブレンドするボリブタジエンとして請求項１記載のごとき特性を有する特定なシスポリブタジエンゴム（ＢＲ−Ｃ、Ｄ、Ｅ）を選択し使用したものである。表５に示すように、これらのゴム組成物では、比較例１はもとより参考例４〜９のタイヤに比べても、転がり抵抗性、耐摩耗性並びに亀裂抵抗性が一層バランス良く改善されており、低燃費タイヤに使用して特に好適なトレッド用ゴム組成物が得られる。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明においては、天然ゴムとポリブタジエンゴムとを所定の比率で配合したゴム成分に対し、特定なハイストラクチャーカーボンブラックを所定量配合すると同時に、シリカ並びにシランカッブリング剤を所定量配合することによりトレッド用ゴム組成物を構成したので、タイヤの耐摩耗性及び亀裂抵抗性を損なうことなく転がり抵抗を大幅に低減することができる。これにより、従来の低燃費配合では困難であった重荷重用タイヤの厳しい走行条件下でも十分使用に耐え得るゴム組成物が提供される。