JP2020078962A

JP2020078962A - 空気入りタイヤ

Info

Publication number: JP2020078962A
Application number: JP2018212152A
Authority: JP
Inventors: 修司土谷; Shuji Tsuchiya
Original assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Current assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Priority date: 2018-11-12
Filing date: 2018-11-12
Publication date: 2020-05-28
Anticipated expiration: 2038-11-12
Also published as: JP7211024B2

Abstract

【課題】耐クラック性および低転がり抵抗性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】サイドウォール部２を構成するサイドゴム８の膨潤度Ａおよび６０℃のｔａｎδが、下記式（１）を満たすことを特徴とする。０．０００６Ａ−０．０８３≦ｔａｎδ≦０．０００６Ａ−０．０３８・・・（１）（式中、ｔａｎδは６０℃のｔａｎδ、Ａは室温で３日間トルエンに浸漬したときの膨潤度（％）で２２０≦Ａ≦３４０である。）【選択図】図１

Description

本発明は、耐クラック性および低転がり抵抗性に優れた空気入りタイヤに関する。

トラックおよびバス用タイヤとして使用される重荷重用タイヤは、耐クラック性に優れタイヤ耐久性が高いことが重要視される。一方、近年、転がり抵抗に関する規制が厳しくなり、低転がり抵抗性の向上への要求が高まっている。低転がり抵抗性を付与するために、空気入りタイヤにシリカや大粒径のカーボンブラックを配合することや、カーボンブラックの配合量を減らすことが検討されるが、耐クラック性が低下してしまうという課題がある。

このため、特許文献１は、動的弾性率Ｅ＊および損失正接ｔａｎδが特定の関係を満たし、破断強度ＴＢおよび破断時伸びＥＢが特定の関係を満たすタイヤ用ゴム組成物で構成されたタイヤ部材を備えたタイヤが、操縦安定性、タイヤ耐久性および低燃費性能が良好なことを開示する。しかしながら、特許文献１に記載されたタイヤは、乗用車用タイヤに求められる性能が良好でも、トラック、バス用に使用される重荷重用空気入りタイヤに求められる耐クラック性は十分でなかった。

特開２０１７−１４１３２５号公報

本発明の目的は、耐クラック性および低転がり抵抗性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、サイドウォール部を構成するサイドゴムの膨潤度Ａおよび６０℃のｔａｎδが、下記式（１）を満たすことを特徴とする。
０．０００６Ａ−０．０８３≦ｔａｎδ≦０．０００６Ａ−０．０３８・・・（１）
（式中、ｔａｎδは６０℃のｔａｎδ、Ａは室温で３日間トルエンに浸漬したときの膨潤度（％）で２２０≦Ａ≦３４０である。）

本発明の空気入りタイヤは、サイドウォール部を構成するサイドゴムの膨潤度Ａおよび６０℃のｔａｎδが、前記式（１）を満たすようにしたので、耐クラック性および低転がり抵抗性を従来レベル以上に改良することができる。

前記サイドゴムの遊離硫黄量Ｂおよび６０℃のｔａｎδが、下記式（２）を満たすとよく、耐クラック性および低転がり抵抗性をより優れたものにすることができる。
−０．３Ｂ＋０．０９≦ｔａｎδ≦−０．３Ｂ＋０．１４・・・（２）
（式中、ｔａｎδは６０℃のｔａｎδ、ＢはＪＩＳＫ６２３４に基づき測定された遊離硫黄量（％）で０≦Ｂ≦０．２である。）

前記６０℃のｔａｎδは０．０７以上０．１４以下であるとよく、発熱を小さくし、低転がり抵抗性を一層優れたものにすることができる。

前記サイドゴムは、天然ゴム３０〜８０質量％、ブタジエンゴム２０〜７０質量％からなるジエン系ゴム１００質量部に、窒素吸着比表面積が２０〜１３０ｍ²／ｇであるカーボンブラックを単一または複数種ブレンドで３５〜５０質量部、スルフェンアミド系加硫促進剤を０．５〜１．０質量部、硫黄を１．０〜２．０質量部を配合してなり、前記スルフェンアミド系加硫促進剤の配合量（Ｖａ）と硫黄の配合量（Ｓ）の比（Ｖａ／Ｓ）が０．３〜０．７であるゴム組成物からなるとよい。

上述したサイドゴムを備えた重荷重用タイヤは、耐クラック性に優れ、転がり抵抗を従来レベル以上に低減することができ、トラックおよびバス用タイヤとして好適である。

図１は、本発明の重荷重空気入りタイヤの実施形態の一例を示す子午線方向の断面図である。

本発明の空気入りタイヤは、重荷重用タイヤに適用するとその特徴をより一層活かすことができる。重荷重用タイヤとは、トラック、バス、建設車両に装着する大型空気入りタイヤをいう。重荷重空気入りタイヤは、図１に例示するように、トレッド部１、サイドウォール部２及びビード部３を有し、左右のビード部３，３間にカーカス層４が装架され、その両端部がビードコア５の周りにタイヤ内側から外側に折り返されている。トレッド部１におけるカーカス層４のタイヤ径方向外側には３層構造のベルト層６が配置され、最外側のベルト層６の外側にトレッドゴム９が配置される。タイヤの最内側にはインナーライナー７が配置される。またサイドウォール部２は、サイドゴム８により形成される。

上記のとおり、空気入りタイヤを形成するサイドウォール部２は、サイドゴム８により構成され、そのサイドゴム８は、膨潤度Ａおよび６０℃のｔａｎδが、下記式（１）を満たす。
０．０００６Ａ−０．０８３≦ｔａｎδ≦０．０００６Ａ−０．０３８・・・（１）
（式中、ｔａｎδは６０℃のｔａｎδ、Ａは室温で３日間トルエンに浸漬したときの膨潤度（％）で２２０≦Ａ≦３４０である。）

膨潤度Ａおよび６０℃のｔａｎδが、前記式（１）を満たすことにより、耐クラック性および低転がり抵抗性を従来レベル以上に改良することができる。６０℃のｔａｎδの値が、（０．０００６Ａ−０．０８３）の値より小さいと、サイドゴムの強度が低下する。また、６０℃のｔａｎδの値が、（０．０００６Ａ−０．０３８）の値より大きいと、サイドゴムの発熱性が大きくなり、転がり抵抗が悪化する。

膨潤度Ａは、２２０％以上３４０％以下であり、好ましくは２４０％以上３１０％以下、より好ましくは２４０％以上２８０％以下である。膨潤度Ａが２２０％未満であると、耐クラック性を改良することができない。また、膨潤度Ａが３４０％を超えると、転がり抵抗が大きくなる。

６０℃のｔａｎδは、前記式（１）を満たせば特に制限されることはないが、好ましくは０．０７以上０．１４以下、より好ましくは０．０７以上０．１２以下、更に好ましくは０．０７以上０．１０以下であるとよい。６０℃のｔａｎδが０．０７未満であると、サイドゴムの強度が低下する。また６０℃のｔａｎδが０．１４を超えると、サイドゴムの発熱性が大きくなり、転がり抵抗が悪化する。

本明細書において、６０℃のｔａｎδは、粘弾性スペクトロメーターを用い、伸張変形歪率１０±２％、振動数２０Ｈｚ、温度６０℃で測定された損失正接ｔａｎδとする。また、膨潤度Ａは、ＪＩＳＫ６２５８に準じて測定される、トルエンに室温で３日間、浸漬したときの質量変化（％）である。

前記式（１）を満たすサイドゴムは、そのサイドゴムを構成するゴム組成物の配合および加硫条件を調節することにより、製造することができる。具体的に、後述する遊離硫黄量Ｂが所定の範囲になるように、ゴム組成物の配合、とりわけスルフェンアミド系加硫促進剤の配合量（Ｖａ）、硫黄の配合量（Ｓ）およびこれら配合量の比（Ｖａ／Ｓ）を調整すると共に、加硫温度および加硫時間を増減するとよい。

サイドゴムの遊離硫黄量Ｂおよび６０℃のｔａｎδは、下記式（２）を満たすことが好ましく、耐クラック性および低転がり抵抗性をより優れたものにすることができる。
−０．３Ｂ＋０．０９≦ｔａｎδ≦−０．３Ｂ＋０．１４・・・（２）
（式中、ｔａｎδは６０℃のｔａｎδ、ＢはＪＩＳＫ６２３４に基づき測定された遊離硫黄量（％）で０≦Ｂ≦０．２である。）

遊離硫黄量Ｂおよび６０℃のｔａｎδが、前記式（２）を満たすことにより、耐クラック性および低転がり抵抗性をより一層改良することができる。６０℃のｔａｎδの値が、（−０．３Ｂ＋０．０９）の値より小さいと、サイドゴムの強度が低下する。また、６０℃のｔａｎδの値が、（−０．３Ｂ＋０．１４）の値より大きいと、サイドゴムの発熱性が大きくなり、転がり抵抗が悪化する。

遊離硫黄量Ｂは、０％以上０．２％以下であり、好ましくは０％を超え０．１５％以下、より好ましくは０．０５％以上０．１５％以下である。遊離硫黄量Ｂが０．２％を超えると、加硫ゴムとしての特性が得られない。また、遊離硫黄量Ｂを０％より大きくすることにより、発熱性を小さくすることができ好ましい。

本明細書において、遊離硫黄量Ｂは、ＪＩＳＫ６２３４に準拠し、亜硫酸ナトリウム法により測定される、サイドゴム中の加硫に関与していない硫黄の量（％）である。

前記式（１）を満たし、好ましくは前記式（２）を満たすサイドゴムを構成するゴム組成物は、好ましくは天然ゴム３０〜８０質量％、ブタジエンゴム２０〜７０質量％からなるジエン系ゴム１００質量部に、窒素吸着比表面積が２０〜１３０ｍ²／ｇであるカーボンブラックを３５〜５０質量部、スルフェンアミド系加硫促進剤を０．５〜１．０質量部、硫黄を１．０〜２．０質量部を配合し、スルフェンアミド系加硫促進剤の配合量（Ｖａ）と硫黄の配合量（Ｓ）の比（Ｖａ／Ｓ）が０．３〜０．７であるとよい。

天然ゴムは、タイヤ用ゴム組成物に通常使用されるものを用いることができ、変性された天然ゴムでもよい。天然ゴムの含有量は、ジエン系ゴム１００質量％中、好ましくは３０〜８０質量％、より好ましくは３５〜７０質量％、更に好ましくは４０〜６５質量％であるとよい。天然ゴムの含有量が３０質量％未満であると、耐カット性が悪化する。また天然ゴムの含有量が８０質量％を超えると、耐クラック性が低下する。

ブタジエンゴムの含有量は、ジエン系ゴム１００質量％中、好ましくは２０〜７０質量％、より好ましくは３０〜６５質量％、更に好ましくは３５〜６０質量％であるとよい。ブタジエンゴムを含有することにより、耐クラック性を向上することができる。ブタジエンゴムの含有量が２０質量％未満であると、耐クラック性が低下する。またブタジエンゴムの含有量が７０質量％を超えると、ゴム組成物の引張破断強度が低下し重荷重用タイヤにしたとき耐カット性が悪化する。

サイドゴムを構成するゴム組成物は、上述したジエン系ゴム１００質量部に、カーボンブラックを好ましくは３５〜５０質量部、より好ましくは３７〜４７質量部配合する。カーボンブラックを３５質量部以上配合することにより、サイドゴムの強度を確保することができる。カーボンブラックを５０質量部以下配合することにより、発熱性を小さくすることができる。カーボンブラックは、１種類または２種類以上を組み合わせて配合することができる。

カーボンブラックの窒素吸着比表面積（Ｎ₂ＳＡ）は、好ましくは２０〜１３０ｍ²／ｇ、より好ましくは４０〜１００ｍ²／ｇにする。カーボンブラックのＮ₂ＳＡが２０ｍ²／ｇ未満であると、耐クラック性が低下する虞がある。またカーボンブラックのＮ₂ＳＡが１３０ｍ²／ｇを超えると、サイドゴムの発熱性が悪化する虞がある。本明細書において、カーボンブラックのＮ₂ＳＡは、ＪＩＳＫ６２１７−２に準拠して、測定するものとする。

本発明では、カーボンブラック以外の他の無機充填剤を配合することができる。他の無機充填剤として、例えばシリカ、クレー、タルク、マイカ、炭酸カルシウム等を挙げることができる。他の無機充填剤を配合することにより、ゴム組成物が安価になる。

サイドゴムを構成するゴム組成物は、上述したジエン系ゴム１００質量部に、スルフェンアミド系加硫促進剤を好ましくは０．５〜１．０質量部、より好ましくは０．６〜０．９質量部を配合するとよい。スルフェンアミド系加硫促進剤を０．５質量部以上配合することにより、サイドゴムの発熱性が向上する。またスルフェンアミド系加硫促進剤を１．０質量部以下配合することにより、耐クラック性が向上する。

サイドゴムを構成するゴム組成物は、上述したジエン系ゴム１００質量部に、硫黄を好ましくは１．０〜２．０質量部、より好ましくは１．２〜１．８質量部を配合するとよい。硫黄を１．０質量部以上配合することにより、サイドゴムの発熱性が向上する。また硫黄を２．０質量部以下配合することにより、耐クラック性が向上する。

スルフェンアミド系加硫促進剤の配合量（Ｖａ）と硫黄の配合量（Ｓ）の比（Ｖａ／Ｓ）は、好ましくは０．３〜０．７、より好ましくは０．４〜０．６であるとよい。スルフェンアミド系加硫促進剤と硫黄の配合量の比（Ｖａ／Ｓ）を０．３以上にすることにより、トレッド部やビード部などの他のタイヤ部材に適合する加硫を行うとき、遊離硫黄が所定量になるように加硫条件を調節しやすくなる。また、スルフェンアミド系加硫促進剤と硫黄の配合量の比（Ｖａ／Ｓ）を０．７以下にすることにより、耐クラック性が向上する。

サイドゴムを構成するゴム組成物には、加硫遅延剤、老化防止剤、素練促進剤、各種オイル、可塑剤などのタイヤ用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ゴム組成物を調製し、加硫又は架橋するのに使用することができる。

サイドゴムを製造するときの加硫条件は、加硫したサイドゴム中の遊離硫黄量が好ましくは０〜０．２％、より好ましくは０％を超え０．１５％、更に好ましくは０．０５〜０．１５％になるように、サイドゴムを構成するゴム組成物の配合を参照し、加硫温度および加硫時間を調節するとよい。サイドゴムを製造するときの加硫温度は、好ましくは１２０〜１７０℃、より好ましくは１３０〜１６０℃であるとよい。また、加硫時間は、好ましくは５〜１６０分、より好ましくは２０〜６０分であるとよい。

本発明の空気入りタイヤは、耐クラック性および低転がり抵抗性を従来レベル以上に改良するものであり、とりわけトラック、バス等の大型車両に使用する重荷重用空気入りタイヤとして、好適である。

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に示す配合剤の共通処方を有し、表１に示す配合からなる１２種類のゴム組成物（実施例１〜６、比較例１〜６）を、硫黄および加硫促進剤からなる加硫系配合剤を除く成分を１.７Ｌの密閉式バンバリーミキサーで５分間混練りした後、ミキサーから放出して室温冷却した。これを１.７Ｌの密閉式バンバリーミキサーに投入し、硫黄および加硫促進剤を加えて混合することにより、タイヤ用ゴム組成物を調製した。また表２に記載した配合剤の配合量は、表１に記載したジエン系ゴム１００質量部に対する質量部で示した。

得られたゴム組成物を所定形状の金型を使用して、表１に記載した加硫温度および加硫時間に基づき、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６０℃のｔａｎδ、膨潤度Ａおよび遊離硫黄量Ｂを測定した。

ｔａｎδ（６０℃）
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。得られた結果は、表１の「６０℃のｔａｎδ」の欄に示した。

膨潤度Ａ
試験用サンプルの膨潤度Ａを、ＪＩＳＫ６２５８に準じ、トルエンに室温で３日間、浸漬したときの質量変化（％）を測定した。浸漬前の試験用サンプルの質量をＭ０、浸漬後の試験用サンプルの質量をＭ１とすると、膨潤度Ａは下式により求められる。
Ａ（％）＝Ｍ１／Ｍ０×１００（％）
得られた結果は、表１の「膨潤度Ａ」の欄に示した。また、膨潤度Ａにより算出される式（１）の値（０．０００６Ａ−０．０８３）および（０．０００６Ａ−０．０３８）を求め、表１に示した。

遊離硫黄量Ｂ
試験用サンプルの遊離硫黄量Ｂを、ＪＩＳＫ６２３４に準拠し、亜硫酸ナトリウム法により測定した。得られた結果は、表１の「遊離硫黄量Ｂ」の欄に示した。また、遊離硫黄量Ｂにより算出される式（２）の値（−０．３Ｂ＋０．０９）および（−０．３Ｂ＋０．１４）を求め、表１に示した。

上記で得られたゴム組成物をサイドゴムに使用した１２種類の重荷重用空気入りタイヤ（タイヤサイズ１１Ｒ２２．５、トラックバスタイヤ）を加硫成形し、以下に示す試験方法で転がり抵抗および耐クラック性を測定した。

転がり抵抗
上記で得られた重荷重用空気入りタイヤを標準リムに組み付け、空気圧１０００ｋＰａを充填し、ドラム径１７０７ｍｍで、ＪＩＳＤ４２３０に準拠する室内ドラム試験機にかけて、試験荷重４．８２ｋＮ、速度８０ｋｍ／時の抵抗力を測定し、転がり抵抗とした。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「転がり抵抗」の欄に記載した。この指数が小さいほど転がり抵抗が小さく、指数が１０５以下であれば転がり抵抗が従来レベル以下であると見なす。

耐クラック性
上記で得られた重荷重用空気入りタイヤを、公道で１０万ｋｍ走行したあとの、サイドゴムに発生したタイヤ１本当たりのクラック数を耐クラック性の指標とし、比較例１のクラック数を１００とした。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「耐クラック性」の欄に記載した。この指数が大きいほど耐クラック性が良好であり、指数が１０５以上であれば耐クラック性が従来レベルより優れると見なす。

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
・ＢＲ：ＮＩＰＯＬＢＲ１２２０（未変性ＢＲ、日本ゼオン社製）、シス１，４結合の含有割合が９６％
・ＣＢ：ＨＡＦ級カーボンブラック、昭和キャボット社製ショウブラックＮ３３０、窒素吸着比表面積：７５ｍ²／ｇ
・加硫促進剤：スルフェンアミド系加硫促進剤、大内新興化学株式会社製ノクセラーＮＳ−Ｐ
・硫黄：鶴見化学工業株式会社製サルファックス５

表２において使用した原材料の種類を下記に示す。
・オイル：Ｈ＆Ｒケミカル社製ＶＩＶＡＴＥＣ５００
・老化防止剤１：大内新興化学社製ノクラック６Ｃ
・老化防止剤２：精工化学社製ノンフレックスＲＤ
・ワックス：サンノック、大内新興化学社製
・ステアリン酸：ビーズステアリン酸、日油社製
・亜鉛華：酸化亜鉛３種、正同化学工業社製

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、低転がり抵抗性および耐クラック性が優れる。

比較例２，３の空気入りタイヤは、式（１）の範囲外であり、遊離硫黄量Ｂが過大であることからも明らかなように、サイドゴムが未加硫状態に近く、転がり抵抗が悪化し耐クラック性が低下すると共に、空気入りタイヤとして特性を得ることができなかった。
比較例４の空気入りタイヤは、式（１）の範囲外であり、サイドゴムの強度が低く、耐クラック性が低下した。
比較例５の空気入りタイヤは、式（１）の範囲外であり、サイドゴムの膨潤度が高く、耐クラック性が低下した。
比較例６の空気入りタイヤは、式（１）の範囲外であり、発熱性が悪化し、転がり抵抗が悪化した。

１トレッド部
２サイドウォール部
３ビード部
４カーカス層
５ビードコア
６ベルト層
７インナーライナー
８サイドゴム
９トレッドゴム

Claims

サイドウォール部を構成するサイドゴムの膨潤度Ａおよび６０℃のｔａｎδが、下記式（１）を満たすことを特徴とする空気入りタイヤ。
０．０００６Ａ−０．０８３≦ｔａｎδ≦０．０００６Ａ−０．０３８・・・（１）
（式中、ｔａｎδは６０℃のｔａｎδ、Ａは室温で３日間トルエンに浸漬したときの膨潤度（％）で２２０≦Ａ≦３４０である。）
前記サイドゴムの遊離硫黄量Ｂおよび６０℃のｔａｎδが、下記式（２）を満たすことを特徴とする請求項１に記載の空気入りタイヤ。
−０．３Ｂ＋０．０９≦ｔａｎδ≦−０．３Ｂ＋０．１４・・・（２）
（式中、ｔａｎδは６０℃のｔａｎδ、ＢはＪＩＳＫ６２３４に基づき測定された遊離硫黄量（％）で０≦Ｂ≦０．２である。）
前記６０℃のｔａｎδが０．０７以上０．１４以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の空気入りタイヤ。
前記サイドゴムが、天然ゴム３０〜８０質量％、ブタジエンゴム２０〜７０質量％からなるジエン系ゴム１００質量部に、窒素吸着比表面積が２０〜１３０ｍ²／ｇであるカーボンブラックを３５〜５０質量部、スルフェンアミド系加硫促進剤を０．５〜１．０質量部、硫黄を１．０〜２．０質量部を配合してなり、前記スルフェンアミド系加硫促進剤の配合量（Ｖａ）と硫黄の配合量（Ｓ）の比（Ｖａ／Ｓ）が０．３〜０．７であるゴム組成物からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の空気入りタイヤ。
重荷重用タイヤであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の空気入りタイヤ。