JP2022038969A - 重荷重用タイヤ - Google Patents
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Abstract
Description
〔1〕トレッド部からサイドウォール部をへてビード部のビードコアに至るカーカスと、該カーカスのタイヤ半径方向外側かつトレッド部の内側に配されたベルト層とを有する重荷重用タイヤであって、前記ベルト層が、タイヤ半径方向内側から順に積層された、第一ベルト層、第二ベルト層、および第三ベルト層を含むベルトプライにより形成され、前記トレッドが、タイヤ周方向に連続して延びる複数の主溝を有し、前記トレッドが、トレッド面を構成するキャップゴム層および前記キャップゴム層の半径方向内側に隣接するベースゴム層を有し、前記キャップゴム層および前記ベースゴム層が、ゴム成分を含有するゴム組成物により構成され、前記キャップゴム層を構成するゴム成分が、イソプレン系ゴム、スチレンブタジエンゴム、およびブタジエンゴムを含み、前記キャップゴム層を構成するゴム組成物が、ゴム成分100質量部に対し、窒素吸着比表面積(N2SA)が180m2/g以上のシリカを30質量部以上含有し、前記ベースゴム層を構成するゴム組成物の70℃におけるtanδが0.04~0.07である重荷重用タイヤ、
〔2〕タイヤ回転軸を含むタイヤ子午線断面において、前記第三ベルトのタイヤ回転軸方向端からトレッド面に下した法線上における前記キャップゴム層の厚さをTe、前記法線上における前記第三ベルト層からトレッド面までの距離をTt2、前記法線上における前記第二ベルト層からトレッド面までの距離をTt1、タイヤ赤道面から前記第三ベルトのタイヤ回転軸方向端までの距離の1/2の位置における前記キャップゴム層の厚さをTm、タイヤ赤道面における前記キャップゴム層の厚さをTcとしたとき、下記式(1)~(4)を満たす、上記〔1〕記載の重荷重用空気入りタイヤ、
0.65≦Te/Tt2≦0.75 ・・・(1)
0.60≦Te/Tt1≦0.70 ・・・(2)
0.85≦Tc/Tm≦1.15 ・・・(3)
0.85≦Tm/Te≦1.15 ・・・(4)
〔3〕前記キャップゴム層を構成するゴム組成物に含まれる前記シリカ100質量部に対し、スルフィド系シランカップリング剤を8~18質量部含有する、上記〔1〕または〔2〕記載の重荷重用タイヤ、
〔4〕前記キャップゴム層を構成するゴム成分がイソプレン系ゴムを65質量%以上含有し、かつ、スチレンブタジエンゴムとブタジエンゴムの合計量100質量%中のスチレンブタジエンゴムの含有量が50質量%以上である、上記〔1〕~〔3〕のいずれかに記載のタイヤ、
〔5〕前記ベースゴム層を構成するゴム組成物の23℃における200%延伸時のモジュラスが5.0~14.0である、上記〔1〕~〔4〕のいずれかに記載の重荷重用タイヤ、
〔6〕前記ベースゴム層を構成するゴム組成物の破断時伸びが380%以上である、上記〔1〕~〔5〕のいずれかに記載のタイヤ、
〔7〕前記Teが前記Tmおよび前記Tcよりも小さい、上記〔1〕~〔6〕のいずれかに記載の重荷重用タイヤ、
〔8〕前記ベースゴム層を構成するゴム組成物の70℃における貯蔵弾性率Eb’に対する前記キャップゴム層を構成するゴム組成物の70℃における貯蔵弾性率Ec’の比(Ec’/Eb’)が1.1~1.7である、上記〔1〕~〔7〕のいずれかに記載の重荷重用タイヤ、
〔9〕タイヤ赤道面におけるトレッド表面からタイヤ半径方向最外の前記ベルト層までの距離Tt3に対するタイヤ赤道面に最も近い前記主溝の溝深さHmの比(Hm/Tt3)が0.50~0.90である、上記〔1〕~〔8〕のいずれかに記載の重荷重用タイヤ、
〔10〕トレッド端に最も近い前記主溝の溝深さHsに対する前記Teの比(Te/Hs)が0.50~0.90である、上記〔1〕~〔9〕のいずれかに記載の重荷重用タイヤ、
〔11〕タイヤ赤道面からタイヤ半径方向最外の前記ベルト層の層端までのタイヤ回転軸方向距離Waに対するタイヤ赤道面からタイヤ赤道面に最も近い前記主溝の溝縁までのタイヤ回転軸方向距離Wb(Wb/Wa)が0.50~0.90である、上記〔1〕~〔10〕のいずれかに記載の重荷重用タイヤ、
〔12〕前記キャップゴム層を構成するゴム組成物が、フェノール樹脂、クレゾール樹脂、およびレゾルシン樹脂からなる群より選ばれる1種以上を含む、上記〔1〕~〔11〕のいずれかに記載の重荷重用タイヤ、に関する。
0.65≦Te/Tt2≦0.75 ・・・(1)
0.60≦Te/Tt1≦0.70 ・・・(2)
0.85≦Tc/Tm≦1.15 ・・・(3)
0.85≦Tm/Te≦1.15 ・・・(4)
0.65≦Te/Tt2≦0.75 ・・・(1)
0.60≦Te/Tt1≦0.70 ・・・(2)
0.85≦Tc/Tm≦1.15 ・・・(3)
0.85≦Tm/Te≦1.15 ・・・(4)
0.20≦(Te/Tt2)-(Te/Tt1)≦0.70 ・・・(5)
本開示の重荷重用タイヤは、前述したタイヤの構造と、トレッドの各層を構成するゴム組成物の前記の物性とが協働することにより、低燃費性能、ウェットグリップ性能、耐摩耗性能、耐チッピング性能、および耐テア性能をバランスよく改善させることができる。
本開示に係るトレッドの各ゴム層を構成するゴム組成物(トレッド用ゴム組成物)は、ゴム成分としてイソプレン系ゴム、スチレンブタジエンゴム(SBR)およびブタジエンゴム(BR)からなる群から選ばれる少なくとも1種を含有することが好ましい。キャップゴム層30を構成するゴム成分は、イソプレン系ゴム、SBR、およびBRを含み、イソプレン系ゴム、SBR、およびBRのみからなるゴム成分としてもよい。ベースゴム層28を構成するゴム成分は、イソプレン系ゴムを含むことが好ましく、イソプレン系ゴムのみからなるゴム成分としてもよい。
イソプレン系ゴムとしては、例えば、イソプレンゴム(IR)および天然ゴム等タイヤ工業において一般的なものを使用することができる。天然ゴムには、非改質天然ゴム(NR)の他に、エポキシ化天然ゴム(ENR)、水素化天然ゴム(HNR)、脱タンパク質天然ゴム(DPNR)、高純度天然ゴム(UPNR)、グラフト化天然ゴム等の改質天然ゴム等も含まれる。これらのイソプレン系ゴムは、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
キャップゴム層30を構成するゴム組成物は、ゴム成分としてSBRを含有する。SBRを配合することで、ウェットグリップ性能および耐チッピング性が顕著に向上する。この理由としては、SBRがウェットグリップ性能と相関の高い領域での粘弾性特性に優れること、および大変形時のモジュラス(応力)がBR等よりも高いことが考えられる。また、SBRは、シリカとの馴染みおよび反応性に優れるため、シリカ分散およびシリカのポリマーへの固定化に効果を発揮すると考えられる。
キャップゴム層30を構成するゴム組成物は、ゴム成分としてBRを含有する。イソプレン系ゴムとSBRは非相溶のため、さらにBRを配合することでSBRとBRを相溶させ、ゴム組成物のガラス転移点(Tg)を低くすることで、破壊特性と耐摩耗性能をより向上させることができると考えられる。
本開示に係るゴム成分として、前記のイソプレン系ゴム、SBRおよびBR以外のゴム成分を含有してもよい。他のゴム成分としては、タイヤ工業で一般的に用いられる架橋可能なゴム成分を用いることができ、例えば、スチレン-イソプレン-ブタジエン共重合ゴム(SIBR)、スチレン-イソブチレン-スチレンブロック共重合体(SIBS)、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)、水素化ニトリルゴム(HNBR)、ブチルゴム(IIR)、エチレンプロピレンゴム、ポリノルボルネンゴム、シリコーンゴム、塩化ポリエチレンゴム、フッ素ゴム(FKM)、アクリルゴム(ACM)、ヒドリンゴム等が挙げられる。これらその他のゴム成分は、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
本開示に係るトレッド用ゴム組成物は、カーボンブラックおよび/またはシリカを含むフィラーを含有することが好ましい。また、フィラーは、カーボンブラックおよびシリカのみからなるフィラーとしてもよい。キャップゴム層30を構成するゴム組成物は、フィラーとしてシリカを含むことが好ましく、カーボンブラックおよびシリカを含むことがより好ましく、カーボンブラックおよびシリカのみからなるフィラーとしてもよい。ベースゴム層28を構成するゴム組成物は、フィラーとしてカーボンブラックを含むことが好ましく、カーボンブラックおよびシリカを含むことがより好ましく、カーボンブラックおよびシリカのみからなるフィラーとしてもよい。
本開示に係るトレッド用ゴム組成物にシリカを配合することにより、低燃費性能、ウェットグリップ性能、耐摩耗性能、および耐チッピング性能を向上させることができる。シリカとしては特に限定されず、例えば、乾式法により調製されたシリカ(無水シリカ)、湿式法により調製されたシリカ(含水シリカ)等、タイヤ工業において一般的なものを使用することができる。なかでもシラノール基が多いという理由から、湿式法により調製された含水シリカが好ましい。これらのシリカは、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
カーボンブラックとしては特に限定されず、例えば、GPF、FEF、HAF、ISAF、SAF等タイヤ工業において一般的なものを使用することができる。これらのカーボンブラックは、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
シリカは、シランカップリング剤と併用することが好ましい。シランカップリング剤としては特に限定されず、タイヤ工業において、従来からシリカと併用される任意のシランカップリング剤を使用することができるが、例えば、3-メルカプトプロピルトリメトキシシラン、モメンティブ社製のNXT-Z100、NXT-Z45、NXT等のメルカプト系シランカップリング剤;ビス(3-トリエトキシシリルプロピル)ジスルフィド、ビス(3-トリエトキシシリルプロピル)テトラスルフィド等のスルフィド系シランカップリング剤;3-オクタノイルチオ-1-プロピルトリエトキシシラン、3-ヘキサノイルチオ-1-プロピルトリエトキシシラン、3-オクタノイルチオ-1-プロピルトリメトキシシラン等のチオエステル系シランカップリング剤;ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン等のビニル系シランカップリング剤;3-アミノプロピルトリエトキシシラン、3-アミノプロピルトリメトキシシラン、3-(2-アミノエチル)アミノプロピルトリエトキシシラン等のアミノ系シランカップリング剤;γ-グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン等のグリシドキシ系シランカップリング剤;3-ニトロプロピルトリメトキシシラン、3-ニトロプロピルトリエトキシシラン等のニトロ系シランカップリング剤;3-クロロプロピルトリメトキシシラン、3-クロロプロピルトリエトキシシラン等のクロロ系シランカップリング剤;等が挙げられる。なかでも、スルフィド系シランカップリング剤および/またはメルカプト系シランカップリング剤が好ましく、スルフィド系シランカップリング剤がより好ましい。これらのシランカップリング剤は、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
本開示に係るゴム組成物には、前記成分以外にも、従来タイヤ工業で一般に使用される配合剤、例えば、軟化剤、ワックス、加工助剤、ステアリン酸、酸化亜鉛、老化防止剤、加硫剤、加硫促進剤等を適宜含有することができる。
キャップゴム層30およびベースゴム層28を含むトレッドを備えた重荷重用タイヤは、前記のゴム組成物を用いて、通常の方法により製造できる。すなわち、ゴム成分に対して上記各成分を必要に応じて配合した未加硫のゴム組成物を、所定の形状の口金を備えた押し出し機でキャップゴム層30およびベースゴム層28の形状に合わせて押し出し加工し、タイヤ成型機上で他のタイヤ部材とともに貼り合わせ、通常の方法にて成型することにより、未加硫タイヤを形成し、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、重荷重用タイヤを製造することができる。
NR:TSR20
SBR:JSR(株)製のSBR1502(E-SBR、スチレン含量:23.5質量%、ビニル含量:18モル%、Mw:42万)
BR:宇部興産(株)製のUBEPOL BR(登録商標)150B(シス含量:97質量%、Mw:44万)
カーボンブラック1:三菱ケミカル(株)製のダイヤブラックN220(N2SA:115m2/g)
カーボンブラック2:三菱ケミカル(株)製のダイヤブラックN134(N2SA:148m2/g)
シリカ1:エボニックデグサ社製のウルトラシルVN3(N2SA:175m2/g、平均一次粒子径:18nm)
シリカ2:エボニックデグサ社製のウルトラシル9100GR(N2SA:230m2/g、平均一次粒子径:15nm)
シランカップリング剤:エボニックデグサ社製のSi266(ビス(3-トリエトキシシリルプロピル)ジスルフィド)
老化防止剤:大内新興化学工業(株)製のノクラック6C(N-(1,3-ジメチルブチル)-N’-フェニル-p-フェニレンジアミン)
ステアリン酸:日油(株)製のビーズステアリン酸つばき
酸化亜鉛:三井金属鉱業(株)製の亜鉛華1号
硫黄:軽井沢硫黄(株)製の粉末硫黄
加硫促進剤1:大内新興化学工業(株)製のノクセラーCZ(N-シクロヘキシル-2-ベンゾチアゾリルスルフェンアミド(CBS))
加硫促進剤2:大内新興化学工業(株)製のノクセラーD(1,3-ジフェニルグアニジン(DPG))
表1および表2に示す配合処方にしたがい、1.7Lの密閉型バンバリーミキサーを用いて、硫黄および加硫促進剤以外の薬品を排出温度150~160℃になるまで1~10分間混練りし、混練物を得た。次に、2軸オープンロールを用いて、得られた混練物に硫黄および加硫促進剤を添加し、4分間、105℃になるまで練り込み、未加硫ゴム組成物を得た。得られた未加硫ゴム組成物を用いて、所定の形状の口金を備えた押し出し機でキャップゴム層およびベースゴム層の形状に合わせて押し出し成形し、他のタイヤ部材とともに貼り合わせて、トレッド部が前記の2つのゴム層からなる未加硫タイヤを作製し、170℃の条件下で12分間プレス加硫することにより、表3および表4に記載の各試験用タイヤ(12R22.5、トラック・バス用タイヤ)を製造した。
各試験用タイヤのキャップゴム層およびベースゴム層から加硫ゴムを採取し、幅4mm、長さ40mm、厚さ2mmに切り出し、(株)岩本製作所製の粘弾性スペクトロメーターを用いて、温度70℃、初期歪み10%、動歪み±2%、周波数10Hzの条件下で、貯蔵弾性率E’(MPa)および損失正接(tanδ)を測定した。
各試験用タイヤのベースゴム層から、タイヤ周方向が引張方向となるように切り出した厚さ1mmのダンベル状7号形の試験片を作製し、JIS K 6251:2017に準じて、23℃雰囲気下にて、引張速度3.3mm/秒の条件で引張試験を実施し、200%延伸時のモジュラス(MPa)および破断時伸びEB(%)を測定した。なお、サンプルの厚み方向はタイヤ半径方向とした。
転がり抵抗試験機を用い、試験用タイヤを、リム15×6JJ、内圧230kPa、荷重3.43kN、速度80km/hで走行させたときの転がり抵抗を測定し、その逆数を、比較例2を100として指数表示した。数値が大きいほど、転がり抵抗が小さく、低燃費性能に優れることを示す。
各試験用タイヤを最大積載量10トン積みのトラック(2-D車)の全輪に装着し、湿潤路面において初速度100km/hからの制動距離を測定した。下記の式により比較例1を100として指数表示した。指数が大きいほどウェットグリップ性能に優れることを示す。なお、100以上を最低目標値とし、105以上が好ましい。
(ウェットグリップ性能指数)=
(比較例2のタイヤの制動距離)/(各試験用タイヤの制動距離)×100
各試験用タイヤを最大積載量10トン積みのトラック(2-D車)の全輪に装着し、走行距離8000km後のタイヤトレッド部の溝深さを測定し、タイヤ溝深さが1mm減るときの走行距離を求めた。結果は比較例1のタイヤ溝が1mm減るときの走行距離を100とし、下記計算式による指数で示す。指数が大きいほど耐摩耗性が良好であることを示す。
(耐摩耗性指数)=(各試験用タイヤのタイヤ溝が1mm減るときの走行距離)/(比較例2のタイヤのタイヤ溝が1mm減るときの走行距離)×100
各試験用タイヤを最大積載量10トン積みのトラック(2-D車)の全輪に装着し、走行距離8000km後のブロック欠け状態を目視で観察して評点をつけた。結果は比較例1の評点を100とし、下記計算式による指数で示す。指数が大きいほど、ブロック欠けが発生しておらず、耐チッピング性能が高いことを示す。
(耐チッピング性能指数)=
(各試験用タイヤの評点)/(比較例2のタイヤの評点)×100
上記耐摩耗性能試験を実施した後の各試験用タイヤのテアの発生有無を目視で確認した。テアが発生しているものを「+」、テアが発生していないものを「-」と表示した。
4 トレッド
6 サイドウォール
10 ビード
12 カーカス
14 インナーライナー
18 ベルト層
20 カバリングゴム
22 トレッド面
24 主溝
28 ベースゴム層
30 キャップゴム層
32 ビードコア
34 エイペックス
36 カーカスプライ
38 (ベースゴム層の)タイヤ半径方向外面
EQ タイヤ赤道面
Claims (12)
- トレッド部からサイドウォール部をへてビード部のビードコアに至るカーカスと、該カーカスのタイヤ半径方向外側かつトレッド部の内側に配されたベルト層とを有する重荷重用タイヤであって、
前記ベルト層が、タイヤ半径方向内側から順に積層された、第一ベルト層、第二ベルト層、および第三ベルト層を含むベルトプライにより形成され、
前記トレッドが、タイヤ周方向に連続して延びる複数の主溝を有し、
前記トレッドが、トレッド面を構成するキャップゴム層および前記キャップゴム層の半径方向内側に隣接するベースゴム層を有し、
前記キャップゴム層および前記ベースゴム層が、ゴム成分を含有するゴム組成物により構成され、
前記キャップゴム層を構成するゴム成分が、イソプレン系ゴム、スチレンブタジエンゴム、およびブタジエンゴムを含み、
前記キャップゴム層を構成するゴム組成物が、ゴム成分100質量部に対し、窒素吸着比表面積(N2SA)が180m2/g以上のシリカを30質量部以上含有し、
前記ベースゴム層を構成するゴム組成物の70℃におけるtanδが0.04~0.07である重荷重用タイヤ。 - タイヤ回転軸を含むタイヤ子午線断面において、前記第三ベルトのタイヤ回転軸方向端からトレッド面に下した法線上における前記キャップゴム層の厚さをTe、前記法線上における前記第三ベルト層からトレッド面までの距離をTt2、前記法線上における前記第二ベルト層からトレッド面までの距離をTt1、タイヤ赤道面から前記第三ベルトのタイヤ回転軸方向端までの距離の1/2の位置における前記キャップゴム層の厚さをTm、タイヤ赤道面における前記キャップゴム層の厚さをTcとしたとき、下記式(1)~(4)を満たす、請求項1記載の重荷重用空気入りタイヤ。
0.65≦Te/Tt2≦0.75 ・・・(1)
0.60≦Te/Tt1≦0.70 ・・・(2)
0.85≦Tc/Tm≦1.15 ・・・(3)
0.85≦Tm/Te≦1.15 ・・・(4) - 前記キャップゴム層を構成するゴム組成物に含まれる前記シリカ100質量部に対し、スルフィド系シランカップリング剤を8~18質量部含有する、請求項1または2記載の重荷重用タイヤ。
- 前記キャップゴム層を構成するゴム成分がイソプレン系ゴムを65質量%以上含有し、かつ、スチレンブタジエンゴムとブタジエンゴムの合計量100質量%中のスチレンブタジエンゴムの含有量が50質量%以上である、請求項1~3のいずれか一項に記載のタイヤ。
- 前記ベースゴム層を構成するゴム組成物の23℃における200%延伸時のモジュラスが5.0~14.0である、請求項1~4のいずれか一項に記載の重荷重用タイヤ。
- 前記ベースゴム層を構成するゴム組成物の破断時伸びが380%以上である、請求項1~5のいずれか一項に記載のタイヤ。
- 前記Teが前記Tmおよび前記Tcよりも小さい、請求項1~6のいずれか一項に記載の重荷重用タイヤ。
- 前記ベースゴム層を構成するゴム組成物の70℃における貯蔵弾性率Eb’に対する前記キャップゴム層を構成するゴム組成物の70℃における貯蔵弾性率Ec’の比(Ec’/Eb’)が1.1~1.7である、請求項1~7のいずれか一項に記載の重荷重用タイヤ。
- タイヤ赤道面におけるトレッド表面からタイヤ半径方向最外の前記ベルト層までの距離Tt3に対するタイヤ赤道面に最も近い前記主溝の溝深さHmの比(Hm/Tt3)が0.50~0.90である、請求項1~8のいずれか一項に記載の重荷重用タイヤ。
- トレッド端に最も近い前記主溝の溝深さHsに対する前記Teの比(Te/Hs)が0.50~0.90である、請求項1~9のいずれか一項に記載の重荷重用タイヤ。
- タイヤ赤道面からタイヤ半径方向最外の前記ベルト層の層端までのタイヤ回転軸方向距離Waに対するタイヤ赤道面からタイヤ赤道面に最も近い前記主溝の溝縁までのタイヤ回転軸方向距離Wb(Wb/Wa)が0.50~0.90である、請求項1~10のいずれか一項に記載の重荷重用タイヤ。
- 前記キャップゴム層を構成するゴム組成物が、フェノール樹脂、クレゾール樹脂、およびレゾルシン樹脂からなる群より選ばれる1種以上を含む、請求項1~11のいずれか一項に記載の重荷重用タイヤ。
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