JP2021000874A - 空気入りタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】現在、タイヤ由来のロードノイズをさらに低減させる技術が求められている。これを実現するには、例えばキャップトレッドゴムを柔らかくし、バネ特性を低下させる手法が知られている。しかし、この手法では操縦安定性および耐久性が低下するという問題点がある。【解決手段】空気入りタイヤのベルトプライの厚みを０．８ｍｍ〜２．０ｍｍとしベルトコート用ゴムは、ジエン系ゴム１００質量部に対し、充填剤としてカーボンブラックを４０〜８０質量部、硫黄を４〜８質量部および有機酸コバルト塩をコバルトとして０．３質量部以下含有し、キャップトレッドゴムの２０℃における硬度（Ｈｓ cap）と、ベルトコート用ゴムの２０℃における貯蔵弾性率（Ｅ’belt）とが、４．５≦（Ｈｓ cap）／（Ｅ’belt）≦６．５を満たす。【選択図】なし

Description

本発明は、空気入りタイヤに関するものであり、詳しくは、ロードノイズの低減、操縦安定性および耐久性の向上を同時に満たす空気入りタイヤに関するものである。

空気入りタイヤは左右一対のビード部およびサイドウォール部と、両サイドウォール部に連なるとともにキャップトレッドとアンダートレッドとからなるトレッド部から主に構成されている。タイヤの内側にはカーカス層が設けられ、カーカス層の両端部はビードコアをタイヤ内側から外側へ包みこむように折り返されている。

一方、トレッド部のアンダートレッドのタイヤ径方向内側には、１枚または複数枚のベルトプライを備えるベルト層が設けられている。なおタイヤ径方向内側とはタイヤ径方向（空気入りタイヤの回転軸と直交する方向）において回転軸に近い側をいう。このベルトプライには、強い衝撃や大きな荷重がかかるため例えばスチールコードが用いられ、スチールコードはベルトコート用ゴムによって被覆されている。

ところで、モータを動力源として走行する電気自動車は、内燃機関を動力源として走行する自動車と比較して、車両由来の騒音が大きく低減されている一方で、車両走行におけるタイヤ由来の騒音（ロードノイズ）については両自動車共に差異がみられない。そのため、タイヤ由来のロードノイズをさらに低減させる技術が求められている。

ロードノイズを低減するには、例えばキャップトレッドゴム等のタイヤを構成する部材を柔らかくすることによって、タイヤのバネ特性を低下させる手法が知られている。しかし、例えばキャップトレッドゴムを柔らかくすると操縦安定性および耐久性が低下するという問題点があり、ロードノイズの低減と、操縦安定性および耐久性の向上とは、二律背反の関係にある。

なお、ロードノイズの低減と操縦安定性の向上を図る技術としては、例えば特許文献１〜３に開示がある。

特開２００７−２５３７０８号公報 特開２０１４−８００７４号公報 国際公開ＷＯ２０１４／００２６３１号パンフレット

したがって本発明の目的は、ロードノイズの低減、操縦安定性および耐久性の向上を同時に満たす空気入りタイヤを提供することにある。

本発明者は鋭意研究を重ねた結果、ベルトプライの厚み、ベルトプライをコートするベルトコート用ゴムの組成、およびキャップトレッドゴムの硬度とベルトコート用ゴムの貯蔵弾性率の比を特定化することにより、前記課題を解決できることを見出し、本発明を完成することができた。
すなわち本発明は以下の通りである。

１．タイヤ補強層として配置される少なくとも１枚のベルトプライと、前記ベルトプライをコートするベルトコート用ゴムと、前記ベルトプライのタイヤ径方向外側に配置されるキャップトレッドゴムと、を備える空気入りタイヤにおいて、
前記１枚のベルトプライの厚みが０．８ｍｍ〜２．０ｍｍであり、
前記ベルトコート用ゴムは、ジエン系ゴム１００質量部に対し、充填剤としてカーボンブラックを４０〜８０質量部、硫黄を４〜８質量部および有機酸コバルト塩をコバルトとして０．３質量部以下含有し、かつ
前記キャップトレッドゴムの２０℃における硬度（Ｈｓ cap）と、前記ベルトコート用ゴムの２０℃における貯蔵弾性率（Ｅ’belt）とが、下記式を満たす
ことを特徴とする空気入りタイヤ。
４．５≦（Ｈｓ cap）／（Ｅ’belt）≦６．５
２．前記カーボンブラックの窒素吸着比表面積（Ｎ_２ＳＡ）が、５０〜１２０ｍ^２／ｇであることを特徴とする前記１に記載の空気入りタイヤ。
３．前記ジエン系ゴム１００質量部に対し、前記カーボンブラックの配合割合が５０〜７０質量部であることを特徴とする前記１または２に記載の空気入りタイヤ。

本発明の空気入りタイヤは、タイヤ補強層として配置される少なくとも１枚のベルトプライと、前記ベルトプライをコートするベルトコート用ゴムと、前記ベルトプライのタイヤ径方向外側に配置されるキャップトレッドゴムと、を備え、前記１枚のベルトプライの厚みが０．８ｍｍ〜２．０ｍｍであり、前記ベルトコート用ゴムは、ジエン系ゴム１００質量部に対し、充填剤としてカーボンブラックを４０〜８０質量部、硫黄を４〜８質量部および有機酸コバルト塩をコバルトとして０．３質量部以下含有し、かつ前記キャップトレッドゴムの２０℃における硬度（Ｈｓ cap）と、前記ベルトコート用ゴムの２０℃における貯蔵弾性率（Ｅ’belt）とが、４．５≦（Ｈｓ cap）／（Ｅ’belt）≦６．５を満たすことを特徴としているので、ロードノイズの低減、操縦安定性および耐久性の向上を同時に満たす空気入りタイヤを提供することができる。

上述のように、ロードノイズを低減するには、キャップトレッドゴムを柔らかくすることが有効であるが、その反面、操縦安定性および耐久性が低下してしまう。本発明では、ベルトプライの厚み、ベルトプライをコートするベルトコート用ゴムの組成、およびキャップトレッドゴムの硬度とベルトコート用ゴムの貯蔵弾性率の比を特定化することにより、キャップトレッドゴムがロードノイズの改善を担い操縦安定性および耐久性を減じた場合でも、ベルトコート用ゴムが操縦安定性および耐久性を補完する役割を果たし、結果として二律背反の関係にあるロードノイズの低減と操縦安定性および耐久性の向上を同時に達成することが可能となった。

以下、本発明をさらに詳細に説明する。

（ベルトプライ）
本発明の空気入りタイヤに用いられるベルトプライは、トレッド部のアンダートレッドのタイヤ径方向内側に、例えばアンダートレッドとカーカス層との間に、タイヤ周方向に対して所定の角度（例えば、２０°〜３０°）で複数並設されたコードからなる。なお、タイヤ周方向とは、タイヤ回転軸を中心軸とする周り方向を指す。本発明において、１枚のベルトプライの厚みは、０．８ｍｍ〜２．０ｍｍであることが必要である。１枚のベルトプライの厚みがこの範囲外であると、ロードノイズの低減と操縦安定性および耐久性の向上を同時に達成することができない。

１枚のベルトプライの厚みは、１ｍｍ〜１．５ｍｍであることがさらに好ましい。

ベルトプライを構成するコードの種類はとくに制限されず公知のものの中から適宜選択することができ、例えば、スチール、またはポリエステルやレーヨンやナイロン等の有機繊維等が挙げられる。

なお、本発明の空気入りタイヤに用いられるベルトプライは、１枚であるものに制限されず、１枚を超える複数枚であってもよい。その場合も、１枚のベルトプライの厚みが０．８ｍｍ〜２．０ｍｍであるという本発明の要件が適用される。

本発明では、ベルトプライをコートするベルトコート用ゴムの組成が特定される。すなわち、ベルトコート用ゴムは、ジエン系ゴム１００質量部に対し、充填剤としてカーボンブラックを４０〜８０質量部、硫黄を４〜８質量部および有機酸コバルト塩をコバルトとして０．３質量部以下含有する。

前記カーボンブラックの配合割合が４０質量部未満または８０質量部を超える場合、硫黄の配合割合が４質量部未満または８質量部を超える場合、および／または、有機酸コバルト塩の配合割合がコバルトとして０．３質量部を超える場合は、ロードノイズの低減と操縦安定性および耐久性の向上を同時に達成することができない。

ここで、本発明の効果向上の観点から、下記の形態が好ましい。
（１）前記ジエン系ゴム１００質量部に対し、前記カーボンブラックの配合割合は５０〜７０質量部が好ましい。
（２）前記カーボンブラックの窒素吸着比表面積（Ｎ_２ＳＡ）は５０〜１２０ｍ^２／ｇが好ましく、８０〜１２０ｍ^２／ｇがさらに好ましい。
（３）前記ジエン系ゴム１００質量部に対し、前記有機酸コバルト塩はコバルトとして０〜０．２質量部が好ましい。すなわち、本発明におけるベルトコート用ゴムは、有機酸コバルト塩を含まない場合もある。
なお本発明でいう窒素吸着比表面積（Ｎ_２ＳＡ）は、ＪＩＳ Ｋ ６２１７−２：２００１「第２部：比表面積の求め方−窒素吸着法−単点法」にしたがって測定した値である。

本発明で使用されるジエン系ゴムは、とくに制限されず、タイヤ用ゴム組成物に配合できる任意のジエン系ゴムを使用できる。例えば、天然ゴム（ＮＲ）、合成イソプレンゴム（ＩＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、スチレン−ブタジエン共重合体ゴム（ＳＢＲ）、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体ゴム（ＮＢＲ）等が挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。また、その分子量やミクロ構造はとくに制限されず、アミン、アミド、シリル、アルコキシシリル、カルボキシル、ヒドロキシル基等で末端変性されていても、エポキシ化されていてもよい。

本発明で使用される有機酸コバルト塩は、例えばナフテン酸コバルト、ネオデカン酸コバルト、ステアリン酸コバルト、ロジン酸コバルト、バーサチック酸コバルト、トール油酸コバルト、ネオデカン酸ホウ酸コバルト、アセチルアセトナートコバルト等を例示することができる。また、ホウ素を含む有機酸コバルト塩、例えばオルトホウ酸コバルト等も使用できる。

また、前記ベルトコート用ゴムには、前記した成分に加えて、各種充填剤、各種オイル、老化防止剤、可塑剤などのベルトコート用ゴムに一般的に配合されている各種添加剤を配合することができる。また加硫の際は、公知の加硫又は架橋剤、加硫又は架橋促進剤を制限なく使用できる。これらの添加剤の配合量も、本発明の目的に反しない限り、従来の一般的な配合量とすることができる。

加硫後の前記ベルトコート用ゴムの平均厚み（ベルトコート用ゴムのタイヤ径方向における厚みの平均値）はとくに制限されないが、例えば１ｍｍ〜１．３ｍｍであり、１．０５ｍｍ〜１．１５ｍｍが好ましい。

本発明の空気入りタイヤにおけるキャップトレッドゴムは、ベルトプライのタイヤ径方向外側に配置される。なおタイヤ径方向外側とはタイヤ径方向（空気入りタイヤの回転軸と直交する方向）において回転軸から離れる側をいう。

本発明において、キャップトレッドゴムの組成は、下記で説明する（Ｈｓ cap）／（Ｅ’belt）の関係を満たすことができれば、とくに制限されず、適宜選択することができる。
例えば、ジエン系ゴム、シリカやカーボンブラック等の各種充填剤、カップリング剤、各種オイル、老化防止剤、可塑剤、酸化亜鉛などのキャップトレッドゴムに一般的に配合されている各種成分を配合することができる。また加硫の際は、公知の加硫又は架橋剤、加硫又は架橋促進剤を制限なく使用できる。これらの添加剤の配合量も、本発明の目的に反しない限り、従来の一般的な配合量とすることができる。

また、本発明の空気入りタイヤにおけるその他の部材、例えばカーカス、ビード部やサイドウォール部等を構成する部材についても、各成分の配合割合はとくに制限されず、適宜選択することができる。
例えばその他の部材のゴム組成物として、ジエン系ゴム、各種充填剤、各種オイル、老化防止剤、可塑剤、酸化亜鉛等の一般的に配合されている各種成分を配合することができる。また加硫の際は、公知の加硫又は架橋剤、加硫又は架橋促進剤を制限なく使用できる。これらの添加剤の配合量も、本発明の目的に反しない限り、従来の一般的な配合量とすることができる。

加硫後のキャップトレッドゴムの最大厚み（アンダートレッドとの接触面からタイヤ径方向におけるタイヤ表面までの最大長さ）はとくに制限されないが、例えば７ｍｍ〜１５ｍｍであり、８ｍｍ〜１２ｍｍが好ましい。

本発明の空気入りタイヤは、前記キャップトレッドゴムの２０℃における硬度（Ｈｓ cap）と、前記ベルトコート用ゴムの２０℃における貯蔵弾性率（Ｅ’belt）とが、下記式を満たすことが必要である。

４．５≦（Ｈｓ cap）／（Ｅ’belt）≦６．５

すなわち、（Ｈｓ cap）／（Ｅ’belt）が４．５〜６．５の範囲であることにより、上述のように、キャップトレッドゴムがロードノイズの改善を担い操縦安定性および耐久性を減じた場合でも、ベルトコート用ゴムが操縦安定性および耐久性を補完する役割を果たし、結果として二律背反の関係にあるロードノイズの低減と操縦安定性および耐久性の向上とを同時に達成することが可能となる。

本発明で言う前記キャップトレッドゴムの２０℃における硬度（Ｈｓ cap）は、ＪＩＳ Ｋ６２５３に準拠し、デュロメータのタイプＡにより温度２０℃で測定されたゴム硬度である。
また本発明で言う前記ベルトコート用ゴムの２０℃における貯蔵弾性率（Ｅ’belt）は、ＪＩＳ Ｋ６３９４に準拠し、初期歪１０％、振幅±２％、周波数２０Ｈｚの条件下で、東洋精機製作所製粘弾性スペクトロメータにより２０℃で測定された貯蔵弾性率である。

前記キャップトレッドゴムの２０℃における硬度（Ｈｓ cap）の調整は、例えば可塑剤、充填剤、加硫剤または架橋剤の増減により可能である。
また、前記ベルトコート用ゴムの２０℃における貯蔵弾性率（Ｅ’belt）の調整は、例えば可塑剤、充填剤、加硫剤または架橋剤の増減により可能である。

なお本発明の効果が一層向上するという観点から、前記（Ｈｓ cap）／（Ｅ’belt）は、４．５〜５．０であることが好ましい。

また本発明の空気入りタイヤは、従来の空気入りタイヤの製造方法に従って製造が可能であり、例えば乗用車用途が好ましい。

以下、本発明を実施例および比較例によりさらに説明するが、本発明は下記例に制限されるものではない。

標準例、実施例１〜４および比較例１〜２
表１に示す配合（質量部）において、加硫促進剤と硫黄を除く成分を１．７リットルの密閉式バンバリーミキサーで５分間混練し、ゴムをミキサー外に放出して室温冷却した。次いで、該ゴムを同ミキサーに再度入れ、加硫促進剤および硫黄を加えてさらに混練し、各種ベルトコート用ゴム組成物を得た。

次に、キャップトレッドゴムを常法にしたがい調製し、可塑剤の量を増減することにより、表１に示す各種硬度を有するキャップトレッドゴムを得た。

キャップトレッドゴムの２０℃における硬度（Ｈｓ cap）は、ＪＩＳ Ｋ６２５３に準拠し、デュロメータのタイプＡにより温度２０℃で測定した。
ベルトコート用ゴムの２０℃における貯蔵弾性率（Ｅ’belt）は、ＪＩＳ Ｋ６３９４に準拠し、初期歪１０％、振幅±２％、周波数２０Ｈｚの条件下で、東洋精機製作所製粘弾性スペクトロメータにより２０℃で測定した。結果を表１に示す。

前記ベルトコート用ゴムと、前記キャップトレッドゴムとを組み込み、タイヤサイズ２０５／５５Ｒ１６の各種空気入りタイヤを製造した。またベルトコート用ゴムおよびキャップトレッドゴム以外の各部材の条件は、各種空気入りタイヤ間で同一とした。なお各例におけるキャップトレッドゴムの厚みは８ｍｍ、ベルトコート用ゴムの厚みは１．１ｍｍである。

得られた各種空気入りタイヤについて、下記の評価を行った。結果を表１に示す。

ロードノイズ：各試験タイヤをリムサイズ１８×８．５Ｊのホイールに組み付けて試験車両に装着し、空気圧２４０ｋＰａの条件にて、走行時のロードノイズについてテストドライバーによる官能評価を行った。評点は、３．０を満点（明確な改善を確認できる）とする相対評価とし、標準例を１．０点（改善を確認できない）とした。評点が高くなるほど、ロードノイズが小さいことを意味する。

操縦安定性：各試験タイヤをリムサイズ１８×８．５Ｊのホイールに組み付けて試験車両に装着し、空気圧２４０ｋＰａの条件にて、舗装路からなるテストコースにおいてテストドライバーによる官能評価を実施した。評点は、３．０を満点（明確な性能の改善を確認できる）とする相対評価とし、標準例を２．０点（性能変化なし）とした。評点が高くなるほど、操縦安定性に優れる。

耐久性：タイヤをリムサイズ１８×８．５のリムにリム組みし、空気圧２４０ｋＰａを充填し、荷重４５ｋＮを負荷し、速度４５ｋｍ／ｈで、直径１７０７ｍｍの回転ドラム上で走行させ、タイヤが故障するまでの走行距離を測定した。標準例の走行距離を１００として指数で示した。指数値が大きいほどタイヤ耐久性能が優れている。

＊１：ＮＲ（ＴＳＲ２０）
＊２：カーボンブラックＨＡＦ（東海カーボン株式会社製シースト３００ ＨＡＦ−ＬＳ、Ｎ_２ＳＡ＝８４ｍ^２／ｇ）
＊：カーボンブラックＳＡＦ（東海カーボン株式会社製シースト６００ ＳＡＦ−ＬＳ、Ｎ_２ＳＡ＝１０６ｍ^２／ｇ）
＊４：酸化亜鉛（正同化学工業（株）製酸化亜鉛３種）
＊５：有機酸コバルト塩（ＤＩＣ株式会社製ネオデカン酸ホウ酸コバルト。表１ではCo量として表示した。）
＊６：老化防止剤（フレキシス社製サントフレックス 6PPD）
＊７：加硫促進剤（大内新興化学工業株式会社製ノクセラーＤＺ）
＊８：硫黄（四国化成工業（株）製ミュークロンＯＴ−２０）
＊９：熱硬化性樹脂（田岡化学工業株式会社製レゾルシン）
＊１０：硬化剤（CYTEC INDUSTRIES製CYREZ 964RPC、ヘキサメトキシメチロールメラミン）

上記の表１から明らかなように、実施例１〜４で調製された空気入りタイヤは、ベルトプライの厚み、ベルトプライをコートするベルトコート用ゴムの組成、およびキャップトレッドゴムの硬度とベルトコート用ゴムの貯蔵弾性率の比を特定化したので、標準例に比べ、ロードノイズの低減、操縦安定性および耐久性の向上が認められた。
比較例１は、ベルトプライの厚みが本発明で規定する上限を超えているので、標準例に比べ、耐久性が悪化した。
比較例２は、（Ｈｓ cap）／（Ｅ’belt）が本発明で規定する下限未満であるので、標準例に比べ、耐久性が悪化した。

Claims (3)

1. タイヤ補強層として配置される少なくとも１枚のベルトプライと、前記ベルトプライをコートするベルトコート用ゴムと、前記ベルトプライのタイヤ径方向外側に配置されるキャップトレッドゴムと、を備える空気入りタイヤにおいて、
   前記１枚のベルトプライの厚みが０．８ｍｍ〜２．０ｍｍであり、
   前記ベルトコート用ゴムは、ジエン系ゴム１００質量部に対し、充填剤としてカーボンブラックを４０〜８０質量部、硫黄を４〜８質量部および有機酸コバルト塩をコバルトとして０．３質量部以下含有し、かつ
   前記キャップトレッドゴムの２０℃における硬度（Ｈｓ cap）と、前記ベルトコート用ゴムの２０℃における貯蔵弾性率（Ｅ’belt）とが、下記式を満たす
   ことを特徴とする空気入りタイヤ。
   ４．５≦（Ｈｓ cap）／（Ｅ’belt）≦６．５
2. 前記カーボンブラックの窒素吸着比表面積（Ｎ_２ＳＡ）が、５０〜１２０ｍ^２／ｇであることを特徴とする請求項１に記載空気入りタイヤ。
3. 前記ジエン系ゴム１００質量部に対し、前記カーボンブラックの配合割合が５０〜７０質量部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。