JP6504235B1

JP6504235B1 - 空気入りタイヤ

Info

Publication number: JP6504235B1
Application number: JP2017228789A
Authority: JP
Inventors: 洋樹杉本
Original assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Current assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Priority date: 2017-11-29
Filing date: 2017-11-29
Publication date: 2019-04-24
Anticipated expiration: 2037-11-29
Also published as: JP2019098799A

Abstract

【課題】高速走行時の操縦安定性およびタイヤ耐久性を維持しながら低燃費性能を従来レベル以上に改良するようにした空気入りタイヤを提供する。
【解決手段】タイヤ径方向外側から内側へ、キャップトレッド部、アンダートレッド部およびベルトカバー層を有し、前記アンダートレッド部を形成するアンダートレッド用ゴム組成物が、天然ゴムおよび／またはイソプレンゴムを７０質量％以上含むジエン系ゴム１００質量部に、シリカを４０〜８０質量部配合し、シランカップリング剤を前記シリカの２〜１５質量％配合し、その３００％変形引張り応力（Ｍ_UT）に対する引張り破断強度（Ｓ_UT）の比（Ｓ_UT／Ｍ_UT）が１．８０以上であり、前記ベルトカバー層を形成するベルトカバー用ゴム組成物の３００％変形引張り応力（Ｍ_BC）との差の絶対値｜Ｍ_UT−Ｍ_BC｜が３．０ＭＰａ以下であることを特徴とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、高速走行時の操縦安定性、タイヤ耐久性および低燃費性能に優れた空気入りタイヤに関する。

高速走行に適した道路網が整備された欧州や米国では、高性能な車両だけでなく、一般乗用車にも高速走行性能に対応した空気入りタイヤが求められている。このような高速走行用の空気入りタイヤは、操縦安定性およびタイヤ耐久性に優れることが第一に求められる。しかし、近年の地球環境への負荷低減を目指した燃費性能の向上、すなわち転がり抵抗を低減するという要求は、上述した高速走行用の空気入りタイヤにも及んでいる。

空気入りタイヤの転がり抵抗を小さくするため、タイヤ用ゴム組成物に、カーボンブラックの粒子径を大きくしたり、配合量を削減したり、或はシリカを配合することにより、発熱性を小さくすることが行われる（例えば特許文献１参照）。しかし、これらの方法は、ゴム硬度を低下させ操縦安定性が不足したり、耐疲労性の低下によりタイヤ耐久性が不足することが懸念され、特に高速走行用の空気入りタイヤに用いるゴム組成物に適用することが困難であった。

特開２０１３−１７７１１３号公報

本発明の目的は、高速走行時の操縦安定性およびタイヤ耐久性を維持しながら低燃費性能を従来レベル以上に改良するようにした空気入りタイヤを提供することにある。

上記目的を達成する本発明の空気入りタイヤは、タイヤ径方向外側から内側へ、キャップトレッド部、アンダートレッド部およびベルトカバー層を有し、前記アンダートレッド部を形成するアンダートレッド用ゴム組成物が、天然ゴムおよび／またはイソプレンゴムを７０質量％以上含むジエン系ゴム１００質量部に、シリカを４０〜８０質量部配合し、シランカップリング剤を前記シリカの２〜１５質量％配合し、その３００％変形引張り応力（Ｍ_UT）に対する引張り破断強度（Ｓ_UT）の比（Ｓ_UT／Ｍ_UT）が１．８０以上であり、前記ベルトカバー層を形成するベルトカバー用ゴム組成物の３００％変形引張り応力（Ｍ_BC）との差の絶対値｜Ｍ_UT−Ｍ_BC｜が３．０ＭＰａ以下であることを特徴とする。

本発明の空気入りタイヤは、アンダートレッド用ゴム組成物に、天然ゴムおよび／またはイソプレンゴム、並びにシリカを配合し、かつその３００％変形引張り応力（Ｍ_UT）に対する、引張り破断強度（Ｓ_UT）の比（Ｓ_UT／Ｍ_UT）と、ベルトカバー用ゴム組成物の３００％変形引張り応力（Ｍ_BC）との差の絶対値｜Ｍ_UT−Ｍ_BC｜を特定したので、高速走行時の操縦安定性およびタイヤ耐久性を維持しながら低燃費性能を従来レベル以上に改良することができる。

前記アンダートレッド用ゴム組成物は、更にカーボンブラックを含み、前記シリカおよびカーボンブラックの合計質量に対するシリカの質量比が０．４以上であるとよく、低燃費性能およびタイヤ耐久性をより優れたものにすることができる。

本明細書において、空気入りタイヤは、キャップトレッド部、アンダートレッド部およびベルトカバー層を、タイヤ径方向外側から内側へ、この順に有する。すなわち、空気入りタイヤのタイヤ径方向の最外側に、キャップトレッド部を有し、その内側にアンダートレッド部が隣接し、更にその内側にベルトカバー層が隣接する。そしてアンダートレッド部およびベルトカバー層は、アンダートレッド用ゴム組成物およびベルトカバー用ゴム組成物で形成される。

アンダートレッド用ゴム組成物は、ジエン系ゴムが天然ゴムおよび／またはイソプレンゴムを含有する。天然ゴムおよび／またはイソプレンゴムを含有することにより、アンダートレッド用ゴム組成物の引張り破断強度を高くすることができる。天然ゴムおよび／またはイソプレンゴムは、ジエン系ゴム１００質量％中、７０質量％以上、好ましくは７５質量％以上、より好ましくは８５質量％以上含有する。このような含有量にすることにより、アンダートレッド用ゴム組成物の引張り破断強度を高くすることができる。また天然ゴムおよび／またはイソプレンゴムは、ジエン系ゴム１００質量％中、１００質量％以下、好ましくは９５質量％以下、より好ましくは９０質量％以下含有するとよい。

アンダートレッド用ゴム組成物は、天然ゴムおよびイソプレンゴム以外の他のジエン系ゴムを含有することができる。他のジエン系ゴムとして、ブタジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム等が例示される。他のジエン系ゴムの含有量は、ジエン系ゴム１００質量％中、０〜３０質量％、好ましくは５〜２５質量％、より好ましくは１０〜１５質量％であるとよい。

アンダートレッド用ゴム組成物は、上述したジエン系ゴム１００質量部に、シリカを４０〜８０質量部配合する。シリカを配合することにより、発熱性を抑制しタイヤにしたとき転がり抵抗を小さくすることができる。シリカの配合量は、好ましくは４５〜７５質量部、より好ましくは５０〜７０質量部であるとよい。シリカの配合量が４０質量部未満であると、発熱性を十分に抑制することができない。またシリカの配合量が８０質量部を超えると、耐久性が低下する虞がある。

シリカのＣＴＡＢ吸着比表面積は、特に制限されるものではないが、好ましくは
８０〜３００ｍ²／ｇ、より好ましくは１００〜２５０ｍ²／ｇであるとよい。シリカのＣＴＡＢ吸着比表面積を８０ｍ²／ｇ以上にすることにより、ゴム組成物の機械的特性を確保することができる。またシリカのＣＴＡＢ吸着比表面積を３００ｍ²／ｇ以下にすることにより、ウェット性能および低転がり抵抗性を良好にすることができる。本明細書において、シリカのＣＴＡＢ比表面積は、ＩＳＯ５７９４により測定された値とする。シリカとして、例えば湿式シリカ（含水ケイ酸）、乾式シリカ（無水ケイ酸）、ケイ酸カルシウム、ケイ酸アルミニウム等が挙げられ、これらを単独または２種以上を組合わせて使用してもよい。

アンダートレッド用ゴム組成物は、シリカと共にシランカップリング剤を配合することにより、ジエン系ゴムに対するシリカの分散性を向上し、機械的特性および低転がり抵抗性のバランスをより高くすることができる。シランカップリング剤は、シリカ量の２〜１５質量％、好ましくは４〜１２質量％、より好ましくは５〜１０質量％配合する。シランカップリング剤の配合量がシリカ配合量の２質量％未満であるとシリカの分散を十分に改良することができず、発熱性が大きくなる。シランカップリング剤の配合量がシリカ配合量の１５質量％を超えるとシランカップリング剤同士が縮合し、ゴム組成物における所望の硬度や強度を得ることができない。

シランカップリング剤の種類は、シリカ配合のゴム組成物に使用可能なものであれば特に制限されるものではないが、例えば、ビス−（３−トリエトキシシリルプロピル）テトラサルファイド、ビス（３−トリエトキシシリルプロピル）ジサルファイド、３−トリメトキシシリルプロピルベンゾチアゾールテトラサルファイド、γ−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、３−オクタノイルチオプロピルトリエトキシシラン等の硫黄含有シランカップリング剤を例示することができる。

アンダートレッド用ゴム組成物は、シリカ以外の他の無機フィラーを配合することができる。他の無機フィラーとして、カーボンブラック、クレー、タルク、炭酸カルシウム、酸化マグネシウム、マイカ、瀝青炭等を例示することができる。なかでもカーボンブラックが好ましい。

アンダートレッド用ゴム組成物が、シリカおよびカーボンブラックを配合するとき、シリカおよびカーボンブラックの合計質量に対するシリカの質量比が好ましくは０．４以上、より好ましくは０．５〜１．０、更に好ましくは０．６〜０．９であるとよい。シリカの質量比を０．４以上にすることにより、発熱性をより小さくすることができる。

本発明の空気入りタイヤは、アンダートレッド用ゴム組成物の３００％変形引張り応力（Ｍ_UT）に対する引張り破断強度（Ｓ_UT）の比（Ｓ_UT／Ｍ_UT）が１．８０以上、好ましくは１．８５〜２．７０、より好ましくは１．９０〜２．２０である。比（Ｓ_UT／Ｍ_UT）が１．８０未満であると、アンダートレッド用ゴム組成物の引張り破断時の特性が不足し、高速走行時にゴムが変形に耐えられず破壊するため、タイヤ耐久性が低下する。

本発明の空気入りタイヤにおいて、アンダートレッド用ゴム組成物の３００％変形引張り応力（Ｍ_UT）とベルトカバー用ゴム組成物の３００％変形引張り応力（Ｍ_BC）との差の絶対値｜Ｍ_UT−Ｍ_BC｜は３．０ＭＰａ以下、好ましくは０．５〜２．７ＭＰａ、より好ましくは１．０〜２．５ＭＰａである。３００％変形引張り応力の差の絶対値｜Ｍ_UT−Ｍ_BC｜をこのような範囲内にすることにより、高速走行時にアンダートレッド部およびベルトカバー層間の変形歪みを抑制し、層間剥離の発生を低減し、タイヤ耐久性を改良することができる。従来、アンダートレッド用ゴム組成物にシリカを配合しないため、アンダートレッド部およびベルトカバー層間にタックアップシートを介在させ、層間剥離を抑制していたが、３００％変形引張り応力の差の絶対値｜Ｍ_UT−Ｍ_BC｜を３．０ＭＰａ以下にすることにより、タックアップシートが不要になり、タイヤ重量を低減し、転がり抵抗をより小さくすることができる。本明細書において、アンダートレッド用ゴム組成物の３００％変形引張り応力（Ｍ_UT）およびベルトカバー用ゴム組成物の３００％変形引張り応力（Ｍ_BC）は、ＪＩＳＫ６２５１に準拠し、３号型ダンベル試験片を２０℃、引張り速度５００ｍｍ／分の条件で引張り試験を行い、３００％伸長時の引張り応力を測定するものとする。

ベルトカバー用ゴム組成物を構成するゴム成分として、天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム等が例示される。好ましくは、天然ゴム、ブタジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴムを配合するとよい。またゴム成分１００質量％中、天然ゴムが好ましくは５０〜９０質量％、より好ましくは６０〜８０質量％、ブタジエンゴムおよび／またはスチレン−ブタジエンゴムが好ましくは５０〜１０質量％、より好ましくは４０〜２０質量％であるとよい。

ベルトカバー用ゴム組成物は、ゴム成分１００質量部に、無機フィラー３０〜８０質量部、好ましくは４０〜７０質量部を配合する。無機フィラーとして、カーボンブラック、シリカ、クレー、タルク、炭酸カルシウム、酸化マグネシウム、マイカ、瀝青炭等を例示することができる。ベルトカバー用ゴム組成物が含有する無機フィラーは、アンダートレッド用ゴム組成物が含有する無機フィラーと、同じ種類でも、異なる種類でもよい。

本発明において、アンダートレッド用ゴム組成物およびベルトカバー用ゴム組成物は、上述した配合剤の他、通常のアンダートレッド用ゴム組成物およびベルトカバー用ゴム組成物に配合される配合剤を含有することができる。すなわち、加硫剤／架橋剤、加硫促進助剤、老化防止剤、素練促進剤、各種オイル、可塑剤などのゴム組成物に一般的に使用される各種添加剤を、本発明の構成を阻害しない範囲で配合することができ、かかる添加剤は一般的な方法で混練してアンダートレッド用ゴム組成物およびベルトカバー用ゴム組成物とし、加硫又は架橋するのに使用することができる。

以下、実施例によって本発明をさらに説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。

表２に示す共通配合を有し、表１に示す配合からなる１１種類のアンダートレッド用ゴム組成物（実施例１〜６、比較例１〜５）を調製する。アンダートレッド用ゴム組成物の配合において、硫黄および加硫促進剤を除く成分を秤量し、１.７Ｌ密閉式バンバリーミキサーで約５分間混練し、得られた混合物を放出し室温冷却した。冷却された混合物を、ロールに供し、硫黄および加硫促進剤を添加、混合し、アンダートレッド用ゴム組成物を調製した。なおシリカおよびカーボンブラックの合計質量に対するシリカの質量比を「シリカ質量比（−）」の欄に括弧付で記載した。

表３に示す配合からなる２種類のベルトカバー用ゴム組成物（組成物Ｂ１，Ｂ２）を、硫黄および加硫促進剤を除く成分を秤量し、１.７Ｌ密閉式バンバリーミキサーで約５分間混練し、得られた混合物を放出し室温冷却した。冷却された混合物を、ロールに供し、硫黄および加硫促進剤を添加、混合し、ベルトカバー用ゴム組成物を調製した。

得られたアンダートレッド用ゴム組成物およびベルトカバー用ゴム組成物を用いて、所定形状の金型を使用して１６０℃、３０分間加硫成形し試験用サンプルを作成し、下記に示す方法により３００％引張り応力および引張り破断強度を測定した。またアンダートレッド用ゴム組成物の試験用サンプルを用いて、６０℃のｔａｎδを測定した。

３００％引張り応力
得られた試験用サンプルから、ＪＩＳＫ６２５１に準拠してＪＩＳ３号ダンベル型試験片を切り出した。ＪＩＳＫ６２５１に準拠し温度２０℃、引張速度５００ｍｍ／分の条件で引張試験を行い、３００％伸長時の引張り応力および引張り破断強度を測定した。ベルトカバー用ゴム組成物の３００％伸長時の引張り応力（Ｍ_BC）を表３に示した。アンダートレッド用ゴム組成物の引張り破断強度（Ｓ_UT）を、比較例１の値を１００にする指数として、表１に示した。引張り破断強度の指数が大きいほど、耐久性が優れることを意味する。またアンダートレッド用ゴム組成物の３００％変形引張り応力（Ｍ_UT）に対する引張り破断強度（Ｓ_UT）の比（Ｓ_UT／Ｍ_UT）を算出し、表１の「Ｓ_UT／Ｍ_UT」の欄に記載した。更にアンダートレッド用ゴム組成物の３００％変形引張り応力（Ｍ_UT）とベルトカバー用ゴム組成物の３００％変形引張り応力（Ｍ_BC）との差（Ｍ_UT−Ｍ_BC）を算出し、表１の「Ｍ_UT−Ｍ_BC」の欄に記載した。

６０℃のｔａｎδ（低燃費性能）
得られた試験用サンプルの動的粘弾性を、東洋精機製作所社製粘弾性スペクトロメーターを用いて、初期歪み１０％、振幅±２％、周波数２０Ｈｚで測定し、温度６０℃におけるｔａｎδを求めた。得られた６０℃のｔａｎδ結果は、それぞれの逆数を算出し、比較例１の値を１００にする指数として、表１の「低燃費性能」の欄に記載した。低燃費性能の指数が大きいほど発熱性が小さく、タイヤにしたとき転がり抵抗性が小さく低燃費性能に優れることを意味する。

表１に示すように、１１種類のアンダートレッド用ゴム組成物（実施例１〜６、比較例１〜５）と、２種類のベルトカバー用ゴム組成物（組成物Ｂ１，Ｂ２）とを組み合わせて、タイヤサイズ（１９５／６５Ｒ１５）の空気入りタイヤを加硫成形した。得られた空気入りタイヤのトレッド部を解体し、アンダートレッド部とベルトカバー層間を剥離するときの剥離力（Ｎ／５ｃｍ）を測定位した。得られた結果は、比較例１の値を１００にする指数として、表１の「層間剥離力」の欄に記載した。層間剥離力の指数が大きいほどアンダートレッド部およびベルトカバー層間の接着性が高く、タイヤ耐久性に優れることを意味する。

表１において使用した原材料の種類を下記に示す。
・ＮＲ：天然ゴム、ＴＳＲ２０、Ｔｇ：−６５℃
・ＢＲ：ブタジエンゴム、日本ゼオン社製ＮｉｐｏｌＢＲ１２２０、Ｔｇ：−１０５℃
・カーボンブラック：新日化カーボン社製ニテロン＃３００ＩＨ、窒素吸着比表面積：１１５ｍ²／ｇ
・シリカ：デグサ社製ＵｉｔｒａｓｉｌＶＮ３、ＣＴＡＢ吸着比表面積：１５３ｍ²／ｇ
・カップリング剤：硫黄含有シランカップリング剤、ＥｖｏｎｉｋＤｅｇｕｓｓａ社製Ｓｉ６９

表２において使用した原材料の種類を下記に示す。
・酸化亜鉛：正同化学工業社製酸化亜鉛３種
・ステアリン酸：日油社製ビーズステアリン酸
・老化防止剤：フレキシス社製サントフレックス６ＰＰＤ
・硫黄：四国化成工業社製ミュークロンＯＴ−２０
・加硫促進剤：大内新興化学工業社製ノクセラーＣＺ

表３において使用した原材料の種類を下記に示す。
・ＮＲ：天然ゴム、ＴＳＲ２０、Ｔｇ：−６５℃
・ＳＢＲ：スチレンブタジエンゴム、日本ゼオン社製Ｎｉｐｏｌ１５０２、Ｔｇ：−６０℃
・カーボンブラック：東海カーボン社製シーストＶ、窒素吸着比表面積：２７ｍ²／ｇ
・酸化亜鉛：正同化学工業社製酸化亜鉛３種
・ステアリン酸：日油社製ビーズステアリン酸
・老化防止剤：フレキシス社製サントフレックス６ＰＰＤ
・硫黄：四国化成工業社製ミュークロンＯＴ−２０
・加硫促進剤：大内新興化学工業社製ノクセラーＣＺ

表１から明らかなように実施例１〜６の空気入りタイヤは低燃費性能、操縦安定性およびタイヤ耐久性が優れる。

比較例２の空気入りタイヤは、アンダートレッド用ゴム組成物のシリカが４０質量部未満、引張り破断強度および３００％変形引張り応力の比（Ｓ_UT／Ｍ_UT）が１．８０未満、３００％変形引張り応力の差の絶対値｜Ｍ_UT−Ｍ_BC｜が３．０ＭＰａを超えるので、アンダートレッド部およびベルトカバー層間の剥離力が低い。
比較例３の空気入りタイヤは、アンダートレッド用ゴム組成物がシランカップリング剤を配合しないので、低燃費性能を改良することができない。
比較例４の空気入りタイヤは、アンダートレッド用ゴム組成物中、天然ゴムの含有量が７０質量％未満、引張り破断強度および３００％変形引張り応力の比（Ｓ_UT／Ｍ_UT）が１．８０未満であるので、アンダートレッド部およびベルトカバー層間の剥離力が低い。
比較例５の空気入りタイヤは、３００％変形引張り応力の差の絶対値｜Ｍ_UT−Ｍ_BC｜の絶対値が３．０ＭＰａより大きいため、アンダートレッド部およびベルトカバー層間の剥離力が低い。

Claims

タイヤ径方向外側から内側へ、キャップトレッド部、アンダートレッド部およびベルトカバー層を有し、前記アンダートレッド部を形成するアンダートレッド用ゴム組成物が、天然ゴムおよび／またはイソプレンゴムを７０質量％以上含むジエン系ゴム１００質量部に、シリカを４０〜８０質量部配合し、シランカップリング剤を前記シリカの２〜１５質量％配合し、その３００％変形引張り応力（Ｍ_UT）に対する引張り破断強度（Ｓ_UT）の比（Ｓ_UT／Ｍ_UT）が１．８０以上であり、前記ベルトカバー層を形成するベルトカバー用ゴム組成物の３００％変形引張り応力（Ｍ_BC）との差の絶対値｜Ｍ_UT−Ｍ_BC｜が３．０ＭＰａ以下であることを特徴とする空気入りタイヤ。
前記アンダートレッド用ゴム組成物が、更にカーボンブラックを含み、前記シリカおよびカーボンブラックの合計質量に対するシリカの質量比が０．４以上であることを特徴とする請求項１に記載の空気入りタイヤ。