JP2005263127A

JP2005263127A - 空気入りタイヤ

Info

Publication number: JP2005263127A
Application number: JP2004081599A
Authority: JP
Inventors: Hiroya Toda; 博也戸田
Original assignee: Toyo Tire and Rubber Co Ltd
Current assignee: Toyo Tire Corp
Priority date: 2004-03-19
Filing date: 2004-03-19
Publication date: 2005-09-29
Anticipated expiration: 2024-03-19
Also published as: JP4430437B2

Abstract

【課題】乾燥路面での操縦安定性及び湿潤路面での路面把握性を損なうことなく、低燃費性を改善する。
【解決手段】トレッドショルダー領域２２を、ジエン系ゴム１００重量部に対してシリカを２０〜１００重量部配合し、かつ一般式（１）で表されるシランカップリング剤を配合したゴム組成物で形成し、トレッド中央領域２０を、ジエン系ゴム１００重量部に対してシリカを２０〜１００重量部配合し、かつ一般式（２）で表されるシランカップリング剤を配合したゴム組成物で形成する。
(C_nH_2n+1O)₃Si-C_mH_2m-S-CO-C_kH_2k+１（１）
(C_pH_2p+1O)₃Si-C_qH_2q-S_y-C_qH_2q-Si(OC_pH_2p+1)₃ （２）
（ｎ＝１〜３、ｍ＝１〜５、ｋ＝５〜９、ｐ＝１〜３、ｑ＝１〜９、ｙ≧１）
【選択図】図１

Description

本発明は、シリカが配合されたゴム組成物からなるトレッドを有する空気入りタイヤに関するものである。

最近、環境あるいは安全への関心が高まるにつれ、タイヤにも低燃費性、路面把握性の向上、摩耗寿命の延長が強く要請されるようになった。

このような要請に対し、タイヤトレッドを形成するゴム組成物において、カーボンブラックなどの充填剤とオイルの配合量を増やすと、路面把握性は改良するものの、低燃費性、耐摩耗性は低下してしまう。また一方、該ゴム組成物において、ゴム成分としてガラス転移温度の低いポリマーを使用すると、低燃費性は改良されるものの、路面把握性が低下してしまう。このように路面把握性と低燃費性とは背反することが多く、両立させることは困難であった。

そこで、かかる問題を解決するために、充填剤としてシリカが一般に使用されるようになっており、その場合、同時にシランカップリング剤が使用されている（下記特許文献１〜３参照）。これら特許文献で使用されているシランカップリング剤は、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ポリスルフィドシランである。

一方、下記特許文献４には、従来のカップリング剤における加工中の粘度上昇や早期硬化を改善するために、シランカップリング剤として新規な保護化メルカプトシランが提案されている。
特開平１１−１８１１５７号公報。特開２００３−１５５３８３号公報。特開２００３−１５５３８４号公報。特表２００１−５０５２２５号公報。

本発明者は、上記特許文献４の保護化メルカプトシランをタイヤのトレッドに使用した場合に、上記従来のポリスルフィドシランを使用した場合に比べて、低燃費性は改善されるものの、乾燥路面での操縦安定性が悪化することを知見した。

本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、乾燥路面での操縦安定性及び湿潤路面での路面把握性を損なうことなく、低燃費性を改善することができる空気入りタイヤを提供することを目的とする。

本発明に係る空気入りタイヤは、トレッド中央領域と、そのタイヤ幅方向外側にあるトレッドショルダー領域とからなるトレッドを有する空気入りタイヤであって、前記トレッドショルダー領域が、ジエン系ゴムからなるゴム成分１００重量部に対してシリカを２０〜１００重量部配合し、かつ下記一般式（１）で表されるシランカップリング剤を配合したゴム組成物からなり、前記トレッド中央領域が、ジエン系ゴムからなるゴム成分１００重量部に対してシリカを２０〜１００重量部配合し、かつ下記一般式（２）で表されるシランカップリング剤を配合したゴム組成物からなるものである。
(C_nH_2n+1O)₃Si-C_mH_2m-S-CO-C_kH_2k+１（１）
(C_pH_2p+1O)₃Si-C_qH_2q-S_y-C_qH_2q-Si(OC_pH_2p+1)₃ （２）
式（１）中、ｎは１〜３の整数、ｍは１〜５の整数、ｋは５〜９の整数であり、式（２）中、ｐは１〜３の整数、ｑは１〜９の整数、ｙは１以上の正数である。

本発明に係る空気入りタイヤにおいては、前記ジエン系ゴムが有機リチウム化合物を開始剤とする１，３−ブタジエンとスチレンとの共重合により得られた共重合体ゴムの単独、又は該共重合体ゴム５０重量％以上と他のジエン系ゴム５０重量％以下とのブレンドからなり、前記一般式（１）および一般式（２）で表されるシランカップリング剤がそれぞれシリカ１００重量部に対して２〜２５重量部配合されたものであることが好ましい。

また、前記トレッドショルダー領域を形成するゴム組成物と前記トレッド中央領域を形成するゴム組成物とがシランカップリング剤を除いて同じ配合であることが好ましい。

本発明によれば、スルフィドシランをシランカップリング剤として使用したゴム組成物をトレッド中央領域に、保護化メルカプトシランをシランカップリング剤として使用したゴム組成物をトレッドショルダー領域にそれぞれ配置したことにより、乾燥路面での操縦安定性及び湿潤路面での路面把握性を損なうことなく、効果的に転がり抵抗を低減させて低燃費性を改善することができる。

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。

図１は、一実施形態に係る空気入りタイヤのトレッド部の半断面図である。このタイヤは、不図示の左右一対のビード部及びサイドウォール部と、両サイドウォール部間にまたがるトレッド部１０とを備えて構成されている。図示するように、トレッド部１０において、ベルト層１２のタイヤ半径方向外側にはトレッドゴム層１４が設けられており、このトレッドゴム層１４は、タイヤ半径方向内側のベース層１６と、外側のキャップ層１８とからなる。そして、キャップ層１８は、タイヤ赤道線ＣＬを含むトレッド中央領域２０と、そのタイヤ幅方向外側に隣接して配置されたトレッドショルダー領域２２とで構成されている。そして、本実施形態では、かかるトレッド中央領域２０と、その両側のトレッドショルダー領域２２とが異なる配合のゴム組成物により形成されている。なお、本発明は、トレッドゴム層１４が上記のベース層１６を持つ２層構造のものには限定されず、一層構造であってもよい。

ここで、トレッド中央領域２０とトレッドショルダー領域２２との比率は、上記本発明の効果を発揮させるために次のように設定されることが好ましい。すなわち、タイヤ赤道線ＣＬからトレッド接地端Ｅ（タイヤに標準荷重（ＪＡＴＭＡ規定の最大荷重の７５％の荷重）を負荷したときに路面と接するトレッド部１０の外側端）との距離をｘとしたとき、トレッド中央領域２０とトレッドショルダー領域２２の境界線Ｂがタイヤ赤道線ＣＬから０．２ｘ〜０．８ｘの範囲内に設定されることが好ましく、より好ましくは０．４ｘ〜０．７ｘの範囲内に設定されることである。

また、両領域２０，２２の境界線Ｂは、タイヤ周方向に延びる主溝２４内に設定されることが好ましく、従って、例えば、３本以上の主溝を持つタイヤの場合、外側の２本の主溝２４よりもタイヤ幅方向外側のショルダーリブが上記トレッドショルダー領域２２とされ、これら２本の主溝２４の内側のリブが上記トレッド中央領域２０とされていることが好ましい。このように、両領域２０，２２の境界線Ｂを主溝２４等の溝内に配置することにより、トレッドゴムが摩耗しても両領域２０，２２のゴムの界面が接地面に出現することを防止して、耐久性を向上することができる。

トレッドショルダー領域２２を形成するゴム組成物は、ジエン系ゴムからなるゴム成分１００重量部に対してシリカを２０〜１００重量部配合し、かつ上記一般式（１）で表されるシランカップリング剤を配合したものである。この一般式（１）の保護化メルカプトシランを使用すると、上記一般式（２）のスルフィドシランを使用した場合よりも、ヒステリシスロスの低いゴムを得ることができる。そして、トレッドショルダー領域２２は、中央領域２０よりも転がり抵抗に対する寄与度が高いので、この領域２２に上記保護化メルカプトシランを使用することにより、効果的に転がり抵抗を下げて低燃費性を改善することができる。

上記ジエン系ゴムとしては、天然ゴムの他、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、スチレン−イソプレン共重合体ゴム、ブタジエン−イソプレン共重合体ゴム、スチレン−イソプレン−ブタジエン共重合体ゴム、ニトリルゴムなどのジエン系合成ゴムが挙げられ、これらはそれぞれ単独で用いても２種以上併用してもよい。

ジエン系ゴムとしては、上記の中でもスチレン−ブタジエンゴムを使用することが好ましく、特に、有機リチウム化合物を開始剤とする１，３−ブタジエンとスチレンとの共重合により得られた共重合体ゴムの単独、又は該共重合体ゴム５０重量％以上と他のジエン系ゴム５０重量％以下とのブレンドゴムを使用することが好ましい。かかる共重合体ゴムは、ペンタン、ヘキサンなどの不活性有機溶媒を用いた公知の溶液重合法により製造することができ、上記有機リチウム化合物としては、ｎ−ブチルリチウムなどのアルキルリチウム、１，４−ジリチウムブタンなどのアルキレンジリチウムなどが挙げられる。また、この共重合体ゴムは、ガラス転移点が−７０℃以上であり、スチレン含有量が１０〜４０重量％であり、ブタジエン単位中のビニル含有量が２５〜７０重量％であることが好ましい。なお、この共重合体ゴムは、スズ系、ケイ素系、アルコキシシラン系カップリング剤により、その共重合体鎖末端が処理されたものであってもよく、また、末端または主鎖がシリカのシラノール基と相互作用や化学反応性を有する官能基（例えば、水酸基やアミノ基）で変性されたものであってもよい。

シリカ（含水珪酸）は、上記のように、ゴム成分１００重量部に対して２０〜１００重量部配合される。シリカの量が２０重量部未満であると、上記した本発明の効果を充分に発揮することができない。また、シリカとともに、カーボンブラックを配合してもよく、カーボンブラックは、ゴム成分１００重量部に対して、０〜１００重量部配合されることが好ましい。また、シリカとカーボンブラックの配合比は、重量比で、シリカ／カーボンブラック＝０．７／１〜１／０であることが好ましい。

上記一般式（１）で表されるシランカップリング剤である保護化メルカプトシランは、特表２００１−５０５２２５号公報に記載の方法に準拠して製造することができる。この保護化メルカプトシランは、シリカ１００重量部に対して２〜２５重量部配合されることが好ましい。なお、かかるシランカップリング剤は、予めシリカに処理しておいて、この処理済みのシリカを上記ジエン系ゴムに添加混合して配合することもできる。

トレッドショルダー領域２２を形成するゴム組成物には、上記した成分の他に、老化防止剤、亜鉛華、ステアリン酸、軟化剤、加硫剤、加硫促進剤などの各種添加剤を配合することができる。なお、ゴム組成物の混合は、公知の混合機を用いて行うことができ、その際、１５０〜１８０℃で混合することが、本発明の上記効果を発揮させる上で好ましい。

次に、トレッド中央領域２０を形成するゴム組成物について説明する。このゴム組成物としては、シランカップリング剤を除けば、上記したトレッドショルダー領域２２を形成するゴム組成物と同じものを使用することができる。トレッド中央領域２０を形成するゴム組成物は、シランカップリング剤を除いてトレッドショルダー領域２２を形成するゴム組成物と同じ配合とすることが好ましく、それにより、乾燥路面での操縦安定性、湿潤路面での路面把握性および低燃費性といった本発明の特性を満足させながら、両領域２０，２２のゴム界面での耐久性を向上することができる。

トレッド中央領域２０のゴム組成物では、シランカップリング剤として、上記一般式（２）で表されるスルフィドシランが用いられる。上記式（２）中、−Ｓ_ｙ−のｙは通常分布を有しており、即ち、硫黄連鎖結合の数が異なるものの混合物として一般に市販されており、ｙはその平均値を表す。この式（２）で表されるシランカップリング剤を使用した場合、式（１）で表されるシランカップリング剤を使用した場合に比べて、ゴム硬度を確保することができるので、乾燥路面での操縦安定性を確保することができる。そのため、このゴムをトレッド中央領域２０に配し、トレッドショルダー領域２２には上記した式（１）で表される保護化メルカプトシランを使用したゴムを使用することにより、乾燥路面での操縦安定性及び湿潤路面での路面把握性を損なうことなく、効果的に転がり抵抗を低減させることができる。なお、この式（２）のシランカップリング剤も、シリカ１００重量部に対して２〜２５重量部配合されることが好ましい。

以下、本発明の実施例を示すが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

（ゴム組成物の調製）
バンバリーミキサーを使用し、下記表２に示す配合に従い、ゴム組成物（Ａ）〜（Ｄ）を調製した。その際、ゴム組成物の混合温度は１６０℃とした。表１の各成分の詳細は以下の通りである。

・ＳＢＲ：旭化成ケミカルズ社製「ＴＵＦ３３３０」（スチレン含有量＝３１重量％、ブタジエン単位中のビニル含有量＝３０重量％、ガラス転移点Ｔｇ＝−４２℃、ゴム１００重量部に対してオイルを３７．５重量部含有する油展ゴム）。

・ＢＲ：ＪＳＲ社製「ＢＲ０１」
・シリカ：日本シリカ社製「Nipsil AQ」
・カーボンブラック：三菱化学社製「Ｎ３３９」
・カップリング剤１：上記式（１）で表される保護化メルカプトシラン（ｎ＝２，ｍ＝３，ｋ＝７）、ＧＥシリコーンズ社製「ＮＸＴ」
・カップリング剤２：上記式（２）で表されるポリスルフィドシラン（ｐ＝２，ｑ＝３，ｙ＝２（平均値））デグサ社製「Ｓｉ−７５」。

また、各ゴム組成物（Ａ）〜（Ｄ）には、共通配合として、オイル（ＪＯＭＯ社製「プロセスＸ１４０」）５重量部、亜鉛華（三井金属社製「亜鉛華１種」）３重量部、ステアリン酸（花王社製「ルナックＳ−２０」）２重量部、老化防止剤（住友化学社製「アンチゲン６Ｃ」）２重量部、ワックス（大内新興化学社製「サンノックＮ」）２重量部、加硫促進剤（住友化学社製「ソクシノールＤ−Ｇ」）２重量部、加硫促進剤（住友化学社製「ソクシノールＣＺ」）１．５重量部、硫黄（鶴見化学社製「粉末硫黄」）１．５重量部を配合した。

得られた各ゴム組成物（Ａ）〜（Ｄ）を、図１に示すトレッドキャップ層１８の中央領域２０とショルダー領域２２のゴム組成物として、下記表２に示す組み合わせで用いて、定法に従い加硫成形することにより、１８５／７０Ｒ１４の乗用車用空気入りタイヤを作製した。その際、タイヤ赤道線ＣＬから両領域２０，２２の境界線Ｂまでの距離は、タイヤ赤道線ＣＬからトレッド接地端Ｅまでの距離をｘとして、０．６ｘとした。作製した各タイヤについて、転がり抵抗性と、湿潤路面での路面把握性と、乾燥路面での操縦安定性とを評価した。評価方法は次の通りである。

・転がり抵抗性（低燃費性）：一軸ドラム試験機で、上記各空気入りタイヤについて、速度８０ｋｍ／ｈ、空気圧２ｋｇ／ｃｍ^２、荷重４００ｋｇの条件にて転がり抵抗を測定し、比較例１の値を１００とした指数で表示した。指数が小さいほど燃費性が優れることを示す。

・湿潤路面での路面把握性（ウェット性能）：乗用車に上記空気入りタイヤを４本装着し、路面に２〜３ｍｍの水深で水をまき、時速１００ｋｍにて測定した摩擦係数を、比較例１の値を１００とした指数で表示した。指数が大きいほど路面把握性に優れることを示す。

・乾燥路面での操縦安定性（ドライ性能）：乗用車に上記空気入りタイヤを４本装着して、評価担当ドライバーが走行したときの官能評価であり、比較例１を基準として、これと同等と判断した場合を±０、やや優れるものを＋１、優れるものを＋２、やや劣るものを−１、劣るものを−２と評価した。

表２に示すように、トレッド中央領域２０とトレッドショルダー領域２２ともに上記式（１）の保護化メルカプトシランを使用した比較例２，４では、両領域２０，２２ともに上記式（２）のポリスルフィドシランを使用した比較例１，３に比べて、転がり抵抗性は改善されているものの、ドライ性能が悪化していた。これに対し、トレッド中央領域２０では式（２）のポリスルフィドシランを使用しながら、トレッドショルダー領域２２では式（１）の保護化メルカプトシランを使用した実施例１，２では、ウェット性能はもちろん、ドライ性能も損なうことなく、転がり抵抗性を改善することができた。

実施形態に係る空気入りタイヤのトレッド部の半断面図である。

符号の説明

１０……トレッド部
２０……トレッド中央領域
２２……トレッドショルダー領域

Claims

トレッド中央領域と、そのタイヤ幅方向外側にあるトレッドショルダー領域とからなるトレッドを有する空気入りタイヤであって、
前記トレッドショルダー領域が、ジエン系ゴムからなるゴム成分１００重量部に対してシリカを２０〜１００重量部配合し、かつ下記一般式（１）で表されるシランカップリング剤を配合したゴム組成物からなり、
前記トレッド中央領域が、ジエン系ゴムからなるゴム成分１００重量部に対してシリカを２０〜１００重量部配合し、かつ下記一般式（２）で表されるシランカップリング剤を配合したゴム組成物からなる
ことを特徴とする空気入りタイヤ。
(C_nH_2n+1O)₃Si-C_mH_2m-S-CO-C_kH_2k+１（１）
（式中、ｎは１〜３の整数、ｍは１〜５の整数、ｋは５〜９の整数である）
(C_pH_2p+1O)₃Si-C_qH_2q-S_y-C_qH_2q-Si(OC_pH_2p+1)₃ （２）
（式中、ｐは１〜３の整数、ｑは１〜９の整数、ｙは１以上の正数である）
前記ジエン系ゴムが有機リチウム化合物を開始剤とする１，３−ブタジエンとスチレンとの共重合により得られた共重合体ゴムの単独、又は該共重合体ゴム５０重量％以上と他のジエン系ゴム５０重量％以下とのブレンドからなり、
前記一般式（１）および一般式（２）で表されるシランカップリング剤がそれぞれシリカ１００重量部に対して２〜２５重量部配合されたことを特徴とする請求項１記載の空気入りタイヤ。
前記トレッドショルダー領域を形成するゴム組成物と前記トレッド中央領域を形成するゴム組成物とがシランカップリング剤を除いて同じ配合であることを特徴とする請求項１又は２記載の空気入りタイヤ。