JP2010285472A - 空気入りタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】タイヤの大型化に伴う走行時の発熱や歪による耐亀裂成長性を向上させて、耐久性に優れた空気入りタイヤを提供する。
【解決手段】ゴム中に平均粒径１〜３０μｍの無機粒子が面積分率で０．０１〜０．５％であるゴム組成物を用いたことを特徴とする空気入りタイヤ。
好ましくは、トレッド部と、その両側に連なる一対のサイドウォール部及び一対のビード部を有し、これらの各部をビード部内に埋設したビードコア相互間にわたり補強する１プライのラジアル配列スチールコードのゴム被覆になるカーカスと、該カーカスの外周でトレッド部を強化する４層以上のスチールコード層からなるベルトとを備える重荷重用の空気入りタイヤＡにおいて、上記ビード部を巻き上げている折り返しカーカス被覆ゴムの外側に隣接して配置され、上端がタイヤ高さの半分以下、下端がビード部の上部に配置されるゴム１６として、ゴム中に平均粒径１〜３０μｍの無機粒子が面積分率で０．０１〜０．５％となるゴム組成物を用いる。
【選択図】図１

Description

本発明は、トラック、バス、産業車両、建設車両等の大型車両用の空気入りタイヤに関し、更に詳しくは、タイヤの大型化に伴う走行時の発熱や歪による耐亀裂成長性を向上させて、耐久性に優れた空気入りタイヤに関する。

近年の自動車の高速化等に伴い、タイヤに要求される特性は年々厳しくなっており、耐久性に優れ、長寿命である空気入りタイヤが望まれている。特に、トラック、バス、産業車両、建設車両等の空気入りタイヤにあっては、更なる重荷重に対応でき、耐久性に優れたものであることが要求されている。

特に、重荷重用の空気入りタイヤにあっては、タイヤの大型化に伴い、タイヤの変形が大きくなってきており、折り返しコード被覆ゴムに対して入力を緩和するために配置されるパットゴムの弾性率が低いことから、変形量が非常に大きくなり、耐久性の向上が求められている。

一方、従来より、ゴムの練り工程などで一般に密着防止剤などとして無機粒子を使用したり、また、空気入りタイヤ用のゴム組成物には、ゴム用配合剤として無機粒子が使用されている。
無機粒子を含有するゴム組成物を空気入りタイヤの構成部材に用いたものとしては、これまでにも、数多くの技術が知られている。例えば、（１）加工性、耐摩耗性を低下させることなく、低発熱性を維持せしめてウェットスキッド性能を向上させるタイヤトレッド用ゴム組成物を提供するために、天然ゴム及び／又はジエン系合成ゴム１００重量部に対して、一般式Ｍ・ｘＳｉＯ₂・ｙＨ₂Ｏ〔式中のＭは、Ａｌ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｃａから選ばれる少なくとも一つの金属酸化物又は金属水酸化物であり、ｘ，ｙは共に０〜１０の整数である。〕で表される粒径が１０μｍ以下である少なくとも一つの無機化合物粉体５〜３０重量部と、カーボンブラック３０〜１００重量部とを配合してなるタイヤトレッド用ゴム組成物（例えば、特許文献１参照）、（２）ＡＢＳ装着車、非装着車、どちらのタイプの車輌でもどのような条件下でも，耐摩耗性を低下させることなく、低発熱性を維持し、しかも、ウェット路面での制動性、操縦安定性を高めることができる空気入りタイヤを提供するために、特定物性のスチレン−ブタジエンゴムを少なくとも７０重量部含むゴム成分１００重量部に対し、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム及びクレーから選択される少なくとも１種の粒径０．０１〜１０μｍの無機粉体と、シリカとを含有すると共に、上記無機粉体とシリカの合計量が１０重量部〜７５重量部であり、かつ、無機粉体とシリカの重量比率が無機粉体／シリカ≧０．３であり、加硫後のアセトン抽出分が５〜５５重量部とからなるゴム組成物をタイヤトレッドゴムに用いたことを特徴とする空気入りタイヤ（例えば、特許文献２参照）、（３）硬度を維持し、耐クラック性および耐屈曲亀裂性能に優れたサイドウォール用ゴム組成物を提供するために、天然ゴム３０重量％以上およびエポキシ化天然ゴム７０重量％以下からなるゴム成分１００重量部に対し、平均粒径が２００ｎｍ以下の酸化亜鉛を０．１〜１０重量部含有するサイドウォール用ゴム組成物（例えば、特許文献３参照）などが知られている。

しかしながら、上記特許文献１及び２の技術は、耐摩耗性を低下させることなく、低発熱性を維持せしめてウェットスキッド性能を向上させるタイヤトレッド用ゴム組成物、該組成物をタイヤトレッド部に用いた空気入りタイヤであり、本願発明とはその使用目的、課題、技術思想（構成及びその作用効果）が相違するものである。
また、上記特許文献３の技術は、耐クラック性および耐屈曲亀裂性能に優れたサイドウォール用ゴム組成物として、特定物性となる天然ゴムを含有するゴム成分１００重量部に対し、平均粒径が２００ｎｍ以下の酸化亜鉛を０．１〜１０重量部含有する点で、本願発明に近接技術を開示するものであるが、本発明は適切な破壊核を与えることにより応力集中を緩和するものであり、しかも、本願発明とは粒径、含有量の点でも区別化できるものである。

特開平７−１４９９５０号公報（特許請求の範囲、実施例等） 特開平１１−１８１１５５号公報（特許請求の範囲、実施例等） 特開２００７−１６９４３１号公報（特許請求の範囲、実施例等）

本発明は、上記従来技術の課題等に鑑み、これを解消しようとするものであり、耐久性に優れた空気入りタイヤ、特に、トラック、バス、産業車両、建設車両等の大型車両などの重荷重用の空気入りタイヤにおいて、走行時の発熱や歪による耐亀裂成長性を向上させて、更に耐久性に優れた空気入りタイヤを提供することを目的とする。

本発明者は、上記従来の課題等について、鋭意検討した結果、ゴム中に平均粒径が特定範囲となる無機粒子を面積分率で特定の範囲で含有せしめたゴム組成物を空気入りタイヤの構成部材に用いることにより上記目的の空気入りタイヤが得られることを見い出し、また、重荷重用の空気入りタイヤにおける折り返しコード被覆ゴムに対して入力を緩和するために配置されるパット用ゴム組成物として上記特性のゴム組成物を用いることにより、上記目的の重荷重用空気入りタイヤが得られることを見い出し、本発明を完成するに至ったのである。

すなわち、本発明は、次の（１）〜（５）に存する。
（１） ゴム中に平均粒径１〜３０μｍの無機粒子が面積分率で０．０１〜０．５％であるゴム組成物を用いたことを特徴とする空気入りタイヤ。
（２） 無機粒子が酸化亜鉛、シリカ、クレイ、炭酸カルシウム、水酸化アルミニウム、タルク、酸化アルミニウムの中から選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする上記（１）記載の空気入りタイヤ。
（３） ゴム組成物には、天然ゴム及び／又はジエン系合成ゴムを含有し、該ゴム成分１００質量部に対して、窒素吸着比表面積（Ｎ_２ＳＡ）が４０〜１２０ｍ^２／ｇとなるカーボンブラックが２５〜６０質量部含有することを特徴とする上記（１）又は（２）記載の空気入りタイヤ。
（４） 前記ゴム組成物をタイヤ内部部材であるパッド、クッション、コーティングゴム、スティフナーの中の少なくとも一種に用いたことを特徴とする上記（１）〜（３）の何れか一つに記載の空気入りタイヤ。
（５） トレッド部と、その両側に連なる一対のサイドウォール部及び一対のビード部を有し、これらの各部をビード部内に埋設したビードコア相互間にわたり補強する１プライのラジアル配列スチールコードのゴム被覆になるカーカスと、該カーカスの外周でトレッド部を強化する４層以上のスチールコード層からなるベルトとを備える重荷重用の空気入りタイヤにおいて、上記ビード部を巻き上げている折り返しカーカス被覆ゴムの外側に隣接して配置され、上端がタイヤ高さの半分以下、下端がビード部の上部に配置されるゴムに、前記ゴム組成物を用いたことを特徴とする上記（１）〜（４）の何れか一つに記載の重荷重用空気入りタイヤ。

本発明によれば、耐久性に優れた空気入りタイヤ、特に、大型車両などの重荷重用の空気入りタイヤにおいて、走行時の発熱や歪による耐亀裂成長性を向上させて、更に耐久性に優れた空気入りタイヤが提供される。

本発明の実施形態の一例を示す重荷重用の空気入りタイヤの部分断面図である。

以下に、本発明の実施形態を詳しく説明する。
本発明の空気入りタイヤは、ゴム中に平均粒径１〜３０μｍの無機粒子が面積分率で０．０１〜０．５％であるゴム組成物を用いたことを特徴とするものである。

本発明に用いるゴム組成物のゴム成分としては、天然ゴム及び／又はジエン系合成ゴムを用いることができ、ジエン系合成ゴムとしては、例えば、シス−１，４−ポリイソプレン、スチレンブタジエン共重合体、低シス−１，４−ポリブタジエン、高シス−１，４−ポリブタジェン、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体、クロロプレン、ハロゲン化ブチルゴム、アクリロニリトル−ブタジエンゴム等を例示でき、天然ゴムおよびジエン系合成ゴムは、単独使用のみならずブレンドして使用できる。
好ましいゴムとしては、天然ゴム、シス−１，４−ポリイソプレン、スチレンブタジエン共重合体、ポリブタジエンである。

本発明に用いる無機粒子は、耐亀裂成長性を発揮せしめ、耐久性に優れた空気入りタイヤとするために用いるものであり、平均粒径１〜３０μｍ、好ましくは、５〜２５μｍとなる無機粒子が望ましい。
なお、本発明（後述する実施例等を含む）で規定する「平均粒径」とは、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で測定した対象物の長径を意味するものである。
この無機粒子の平均粒径が１μｍ未満では、応力集中の緩和効果がなく、一方、３０μｍを越えると、破壊核となり、好ましくない。

用いることができる無機粒子としては、例えば、上記平均粒径の範囲となる酸化亜鉛、シリカ、クレイ、炭酸カルシウム、水酸化アルミニウム、タルク、酸化アルミニウムの中から選ばれる少なくとも１種（各単独又は２種以上の混合物）が挙げられる。
ここで、従来より、ゴムの練り工程などで一般に密着防止剤などとして無機粒子（例えば、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム）を使用したり、また、ゴム用配合剤としてシリカなどが使用されているものであるが、本発明では、耐亀裂成長性を発揮せしめるために用いるものであり、粒子径、使用量の点で上記従来とは区別化されるものである。

本発明において、上記特性となる無機粒子の含有量は、無機粒子種、平均粒径などにより変動する点から、ゴム中に平均粒径１〜３０μｍの無機粒子が面積分率で０．０１〜０．５％の範囲で含まれることが必要であり、好ましくは、亀裂進展性の点から、面積分率で０．０５〜０．３％の範囲で含まれることが望ましい。
なお、本発明（後述する実施例等を含む）で規定する「面積分率」とは、ＳＥＭ測定による元素マッピングの値により、粒径１〜３０μｍの無機粒子の占める面積のゴムマトリックス面積に対する比率を意味する。
この面積分率が０．０１％未満では、本発明の効果を発揮することができず、一方、面積分率が０．５％を越えると、亀裂進展性の悪化となり、好ましくない。

本発明に用いるゴム組成物には、補強性充填材としてカーボンブラックを用いることが好ましく、更に好ましくは、補強性、発熱性などの点から、窒素吸着比表面積（Ｎ_２ＳＡ）が４０〜１２０ｍ^２／ｇとなるカーボンブラックの使用が望ましい。なお、本発明で規定する「窒素吸着比表面積（Ｎ_２ＳＡ）」は、ＡＳＴＭ Ｄ １７６５−０１に規定されている。
具体的に用いることができるカーボンブラックとしては、例えば、Ｎ２２０、Ｎ３３０、Ｎ５５０などの少なくとも１種を用いることができる。この窒素吸着比表面積（Ｎ_２ＳＡ）が４０ｍ^２／ｇ未満となるカーボンブラックでは、補強性が低下することとなり、一方、１２０ｍ^２／ｇを超えるカーボンブラックでは、発熱性が高くなり、好ましくない。

本発明において、上記カーボンブラックの含有量は、ゴム成分１００質量部に対して２５〜６０質量部、好ましくは、３５〜５５質量部であることが望ましい。
このカーボンブラックの含有量が２５質量部未満であると、補強性または剛性が不十分となり、一方、６０質量部を超えると、発熱性が高くなり、破断伸度が低下することとなり、好ましくない。

本発明に用いるゴム組成物には、ゴム成分、上記特性の無機粒子、カーボンブラック以外にも、硫黄、加硫促進剤の他、本発明の効果を損なわない範囲で、タイヤ工業において一般的に使用されるゴム用配合剤、例えば、ステアリン酸、プロセスオイルなどの軟化剤、老化防止剤などを適宜含有することができる。

本発明の空気入りタイヤは、ゴム中に平均粒径１〜３０μｍの無機粒子が面積分率で０．０１〜０．５％であるゴム組成物をタイヤ構成部材、特にタイヤ内部にあり空気に触れないタイヤ内部部材に用いることが好ましく、例えば、パッド、クッション、コーティングゴム、ビード周りのスティフナーの中の少なくとも一種に用いることにより常法により作製することができる。
好ましくは、トラック、バス、産業車両、建設車両等の大型車両の重荷重用の空気入りタイヤにおける折り返しコード被覆ゴムに対して入力を緩和するために配置されるパット用ゴム組成物に好適に用いることができる。

図１は、本発明の好適な実施形態の一例を示す重荷重用の空気入りタイヤの部分縦断面図である。
この実施形態の重荷重用空気入りタイヤＡは、トレッド部１０と、その両側に連なる一対のサイドウォール部１１及び一対のビード部１２を有し、これらの各部をビード部内に埋設したビードコア１３相互間にわたり補強する１プライのラジアル配列スチールコードのゴム被覆になるカーカス１４と、該カーカス１４の外周でトレッド部を強化する４層以上のスチールコード層からなるベルト１５とを備える重荷重用の空気入りタイヤであって、上記ビード部１２を巻き上げている折り返しカーカス被覆ゴムの外側に隣接して配置され、上端がタイヤ高さＨの半分（０．５Ｈ、好ましくはＨｐ）以下、下端がビード部の上部に配置されるパット用ゴム１６として、上述のゴム中に平均粒径１〜３０μｍの無機粒子が面積分率で０．０１〜０．５％となるゴム組成物を用いたものである。

本発明の主構成となるパット用ゴム１６は、少なくともビード部１２を巻き上げている折り返しカーカス被覆ゴムの外側に隣接して配設されていればよく、形状は特に限定されない。また、図１においてビードコア１２、カーカス１４、スチールコード層を含むベルト１５などの他のタイヤ構成部材を示しているが、これらの構成は特に限定されず、適宜選択でき、これらの構成部材はタイヤの形状等によって変化するかもしれないが、これらの変化は本発明の範囲内である。
本発明の効果を好適に発揮させるためには、好ましくは、タイヤリム径が２５インチ以上６３インチ以下となるもの、並びに、折り返しプライコードからタイヤ表面までの最大ゲージＧが３０ｍｍ以上、更に好ましくは、３０〜１００ｍｍとなるものが望ましく、このパットゴム１６の厚みの割合が最大ゲージＧに対して５０％以上〔（最大ゲージＧの位置のパッドの厚さ）／（最大ゲージＧ）が５０％以上〕、更に好ましくは、６０〜８５％となるものが望ましい。

このように構成される本発明の重荷重用空気入りタイヤでは、トラック、バス、産業車両、建設車両等の大型車両に好適に用いることができる。これらの重荷重用空気入りタイヤでは、タイヤの大型化に伴い、タイヤの変形が大きくなってきており、折り返しコード被覆ゴムに対して入力を緩和するために配置されるパットゴムの弾性率が低いことから、変形量が非常に大きくなってきているが、本発明では、上記特性のゴム組成物をパット用ゴムに用いることにより、走行時の発熱や歪による耐亀裂成長性を向上させて、更に耐久性に優れた空気入りタイヤが得られるものとなる。

次に、実施例及び比較例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明は下記実施例等に限定されるものではない。

〔実施例１〜５及び比較例１〜３〕
下記表１に示す配合組成のゴム組成物を調製した。
用いた各無機粒子のゴム中での面積分率は、下記方法により測定した。
得られた各ゴム組成物について、下記各評価方法により、耐亀裂成長性を測定した。

（面積分率の測定方法）
ＪＭＳ−５８００ＬＶ（ＳＥＭ−ＥＤＸ、日本電子社製）を用いて測定した。

（耐亀裂成長性の評価方法）
得られた各ゴム組成物をタイヤパッド部に用いてして重荷重用空気入りタイヤ（サイズ：５７インチ）を作製した。各試作タイヤを用いて、フロントへ装着し、２０００時間、リア装着で２０００時間の合計４０００時間の走行後、暑さ１ｍｍ、幅６ｍｍにカットし、引張試験を繰り返して測定した。試験結果は、破断回数の累計を比較例１の試験結果を１００とした場合の指数で表す。値が大きいほど、耐亀裂成長性が良好であることを示す。

上記表１の結果から明らかなように、本発明の範囲となる実施例１〜５は、本発明の範囲外となる比較例１〜３に較べて、耐亀裂成長性に優れていることが判明した。

本発明の空気入りタイヤは、乗用車用の他、トラック、バス、産業車両、建設車両等の大型車両用に好適に用いることができ、特に、重荷重用の空気入りタイヤとして好適に用いることができる。

Ａ 重荷重用空気入りタイヤ
１０ トレッド部
１１ サイドウォール部
１３ ビードコア
１６ パッドゴム

Claims (5)

1. ゴム中に平均粒径１〜３０μｍの無機粒子が面積分率で０．０１〜０．５％であるゴム組成物を用いたことを特徴とする空気入りタイヤ。
2. 無機粒子が酸化亜鉛、シリカ、クレイ、炭酸カルシウム、水酸化アルミニウム、タルク、酸化アルミニウムの中から選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする請求項１記載の空気入りタイヤ。
3. ゴム組成物には、天然ゴム及び／又はジエン系ゴムを含有し、該ゴム成分１００質量部に対して、窒素吸着比表面積（Ｎ_２ＳＡ）が４０〜１２０ｍ^２／ｇとなるカーボンブラックが２５〜６０質量部含有す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。
4. 前記ゴム組成物をタイヤ内部部材であるパッド、クッション、コーティングゴム、スティフナーの中の少なくとも一種に用いたことを特徴とする請求項１〜３の何れか一つに記載の空気入りタイヤ。
5. トレッド部と、その両側に連なる一対のサイドウォール部及び一対のビード部を有し、これらの各部をビード部内に埋設したビードコア相互間にわたり補強する１プライのラジアル配列スチールコードのゴム被覆になるカーカスと、該カーカスの外周でトレッド部を強化する４層以上のスチールコード層からなるベルトとを備える重荷重用の空気入りタイヤにおいて、上記ビード部を巻き上げている折り返しカーカス被覆ゴムの外側に隣接して配置され、上端がタイヤ高さの半分以下、下端がビード部の上部に配置されるゴムに、前記ゴム組成物を用いたことを特徴とする請求項１〜４の何れか一つに記載の重荷重用空気入りタイヤ。

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