JP2021003922A - 空気入りタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】タイヤ由来の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し、バネ特性を低下させる手法がある。しかし、この手法では乗り心地が低下するという問題点があり、ロードノイズの低減と乗り心地の向上は、二律背反の関係にある。【解決手段】天然ゴムおよびブタジエンゴムを含むジエン系ゴム１００質量部に対し、窒素吸着比表面積が３５〜１２０ｍ２／ｇのカーボンブラックを４０質量部以上含み、ジエン系ゴム１００質量部中、天然ゴムの配合割合が３０質量部以上であるリムクッションゴム８を有し、キャップトレッドゴムの１００％モジュラス（Ｍ１００ cap）と、リムクッションゴムの１００％モジュラス（Ｍ１００ RC）とが、（Ｍ１００ cap）×（Ｍ１００ RC）≦１８ＭＰａを満たし、リムクッションゴム８の最大厚さが、２．０ｍｍ〜６．０ｍｍである空気入りタイヤ。【選択図】図１

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および乗り心地の向上を両立し得る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が設けられ、カーカス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。
またビードコアのタイヤ径方向内側およびタイヤ幅方向外側には、リムに対する接触面を構成するゴム層であるリムクッションゴムが配置されている。

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。そのため車両走行におけるノイズ源としてタイヤ由来の騒音（ロードノイズ）がクローズアップされており、さらなるロードノイズの低減が求められている。

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のモジュラスが下がると乗り心地が悪化する問題点があり、ロードノイズの低減と乗り心地の向上は、二律背反の関係にある。

なお、ロードノイズの低減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および乗り心地の向上を両立し得る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、リムクッションゴムの組成、キャップトレッドゴムとリムクッションゴムの１００％モジュラスの関係、およびリムクッションゴムの最大厚さの範囲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．タイヤ径方向内側に配置されるとともにビード部のリム嵌合面を構成するリムクッションゴムと、タイヤ接地面を構成す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、
前記リムクッションゴムは、天然ゴムおよびブタジエンゴムを含むジエン系ゴム１００質量部に対し、窒素吸着比表面積（Ｎ_２ＳＡ）が３５〜１２０ｍ^２／ｇのカーボンブラックを４０質量部以上含み、かつ前記ジエン系ゴム１００質量部中、前記天然ゴムの配合割合が３０質量部以上であり、
前記キャップトレッドゴムの１００％モジュラス（Ｍ１００ cap）と、前記リムクッションゴムの１００％モジュラス（Ｍ１００ RC）とが、（Ｍ１００ cap）×（Ｍ１００ RC）≦１８（ＭＰａ） を満たし、かつ
前記リムクッションゴムの最大厚さが、２．０ｍｍ〜６．０ｍｍである
ことを特徴とする空気入りタイヤ。
２．前記リムクッションゴムにおける加硫促進剤および純硫黄分の質量比が、前者／後者として０．８以上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．前記リムクッションゴムの１００％モジュラス（Ｍ１００ RC）が、４．０（ＭＰａ）以上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、タイヤ径方向内側に配置されるとともにビード部のリム嵌合面を構成するリムクッションゴムと、タイヤ接地面を構成するキャップトレッドゴムと、を備え、前記リムクッションゴムは、天然ゴムおよびブタジエンゴムを含むジエン系ゴム１００質量部に対し、窒素吸着比表面積（Ｎ_２ＳＡ）が３５〜１２０ｍ^２／ｇのカーボンブラックを４０質量部以上含み、かつ前記ジエン系ゴム１００質量部中、前記天然ゴムの配合割合が３０質量部以上であり、前記キャップトレッドゴムの１００％モジュラス（Ｍ１００ cap）と、前記リムクッションゴムの１００％モジュラス（Ｍ１００ RC）とが、（Ｍ１００ cap）×（Ｍ１００ RC）≦１８（ＭＰａ） を満たし、かつ前記リムクッションゴムの最大厚さが２．０ｍｍ〜６．０ｍｍであることを特徴としているので、ロードノイズの低減および乗り心地の向上を両立し得る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、キャップトレッドゴムのモジュラスが下がり乗り心地が低下してしまう。本発明では、リムクッションゴムの組成、キャップトレッドゴムとリムクッションゴムの１００％モジュラスの関係、およびリムクッションゴムの最大厚さの範囲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乗り心地を減じた場合でも、リムクッションゴムが衝撃を吸収し乗り心地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乗り心地の向上を同時に達成することが可能となった。

空気入りタイヤの子午線断面図である。 空気入りタイヤのビード部付近をリム組みした状態で示したタイヤ子午線方向断面図である。

以下、本発明をさらに詳細に説明する。

（リムクッションゴム）
本発明の空気入りタイヤに用いられるリムクッションゴムは、タイヤ径方向内側に配置されるとともにビード部のリム嵌合面を構成するゴムである。タイヤ径方向とは、タイヤ回転軸に直交する方向であり、タイヤ径方向内側とはタイヤ回転軸に近づく方法を指す。
本発明では、リムクッションゴムの組成が特定される。すなわち、前記リムクッションゴムは、天然ゴムおよびブタジエンゴムを含むジエン系ゴム１００質量部に対し、窒素吸着比表面積（Ｎ_２ＳＡ）が３５〜１２０ｍ^２／ｇのカーボンブラックを４０質量部以上含み、かつ前記ジエン系ゴム１００質量部中、前記天然ゴムの配合割合が３０質量部以上である。

前記カーボンブラックの配合量が４０質量部未満である場合、前記カーボンブラックの窒素吸着比表面積（Ｎ_２ＳＡ）が３５〜１２０ｍ^２／ｇの範囲外である場合、前記天然ゴムの割合が４０質量部未満の場合、前記（Ｍ１００ cap）×（Ｍ１００ RC）が１８（ＭＰａ）を超える場合、および／または、前記リムクッションゴムの最大厚さが、２．０ｍｍ〜６．０ｍｍの範囲外である場合は、ロードノイズの低減と乗り心地の向上を同時に達成することができない。なおカーボンブラックは２種類以上をブレンドして用いてもよい。

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）前記カーボンブラックの配合量は、ジエン系ゴム１００質量部に対し、６０〜９０質量部が好ましい。この範囲によれば、さらなる低発熱化および高強度を両立できる。
（２）前記天然ゴムの割合は、前記ジエン系ゴム１００質量部中、４０〜７０質量部が好ましい。この範囲によれば、さらなる高耐疲労性および高強度を両立できる。
（３）前記ブタジエンゴムの割合は、前記ジエン系ゴム１００質量部中、３０〜７０質量部が好ましい。
なお窒素吸着比表面積（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リムクッションゴムを構成するゴムは、天然ゴム（ＮＲ）およびブタジエンゴム（ＢＲ）以外にも、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）等を併用することもできる。本発明で使用されるゴムは、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。

また、前記リムクッションゴムには、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、酸化亜鉛などのリムクッション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。

なお本発明では、前記リムクッションゴムにおける加硫促進剤および純硫黄分の質量比が、前者／後者として０．８以上であることが好ましい。この範囲内であれば、本発明の効果が高まるとともに、耐熱老化性および耐久性を向上できる。前記質量比は、１．０以上が好ましく、１．２以上であることがさらに好ましい。

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、空気入りタイヤの接地面を構成するゴムである。

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（Ｍ１００ cap）×（Ｍ１００ RC）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２ｍｍ〜２０ｍｍであり、２ｍｍ〜１５ｍｍ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１００％モジュラス（Ｍ１００ cap）と、前記リムクッションゴムの１００％モジュラス（Ｍ１００ RC）とが、下記式を満たすことが必要である。

（Ｍ１００ cap）×（Ｍ１００ RC）≦１８（ＭＰａ）

すなわち、（Ｍ１００ cap）および（Ｍ１００ RC）を乗じた値が１８（ＭＰａ）以下であることにより、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乗り心地を減じた場合でも、リムクッションゴムが衝撃を吸収し乗り心地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乗り心地の向上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１００％モジュラス（Ｍ１００ cap）および前記リムクッションゴムの１００％モジュラス（Ｍ１００ RC）は、ＪＩＳ Ｋ６２５１に準拠し、２３℃、５００ｍｍ／分にて引張り試験を行い１００％伸長時の応力を測定した値（ＭＰａ）とする。

前記キャップトレッドゴムの１００％モジュラス（Ｍ１００ cap）および前記リムクッションゴムの１００％モジュラス（Ｍ１００ RC）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（Ｍ１００ cap）×（Ｍ１００ RC）は、１６（ＭＰａ）以下が好ましく、１４（ＭＰａ）以下がさらに好ましく６〜１４（ＭＰａ）であることがとくに好ましい。

また本発明の効果が一層向上するという観点から、前記リムクッションゴムの１００％モジュラス（Ｍ１００ RC）は、４．０（ＭＰａ）以上であることが好ましく、４．５（ＭＰａ）以上であることがさらに好ましく、４．５〜６．５（ＭＰａ）であることがとくに好ましい。また、前記キャップトレッドゴムの１００％モジュラス（Ｍ１００ cap）は、１．０〜４．０（ＭＰａ）が好ましく、１．０〜３．０（ＭＰａ）がさらに好ましい。

図１は、空気入りタイヤの子午線断面図である。
図１に示すように、本実施形態の空気入りタイヤは、タイヤ周方向に延在して環状をなすトレッド部１と、トレッド部１の両側に配置された一対のサイドウォール部２と、サイドウォール部２のタイヤ径方向内側に配置された一対のビード部３とを備えている。

一対のビード部３，３間にはタイヤ径方向に延びる複数本のカーカスコードを含むカーカス４が装架されている。カーカス４はビードコア５の廻りにタイヤ内側から外側へ巻き上げられている。またビードコア５のタイヤ径方向内側およびタイヤ幅方向外側には、リムに対する接触面を構成するゴム層であるリムクッションゴム８が配置されている。なお、タイヤ幅方向とは、タイヤ回転軸と平行な方向を指す。

一方、トレッド部１におけるカーカス４の外周側には、複数層のベルト層７がタイヤ全周にわたって埋設されている。これらベルト層７は、タイヤ周方向に対して傾斜する複数本の補強コードを含み、かつ層間で補強コードが互いに交差するように配置されている。

また、図２は、空気入りタイヤのビード部付近をリム組みした状態で示したタイヤ子午線方向断面図である。
図２の空気入りタイヤＴにおいて、ビード部３にはビードコア５がタイヤ１周にわたるように埋設され、上記のようにこのビードコア５の回りにカーカス４の端部がタイヤ内側から外側へ折り返すように巻き上げられている。またリムクッションゴム８がリムに対する接触面を構成し、ビード部３はリムＲに強固に嵌合している。

本発明では、リムクッションゴム８の最大厚さが、２．０ｍｍ〜６．０ｍｍであることが必要である。
リムクッションゴム８の最大厚さとは、タイヤを正規リムにリム組みし、正規内圧を充填した無負荷状態であるとき、リム径の測定点Ｑからビードコア５までの、タイヤ径方向に沿ったリムクッションゴム８の最大長さＲＨである。

ここで、正規リムとは、ＪＡＴＭＡで規定する「標準リム」、ＴＲＡで規定する「Design Rim」、あるいは、ＥＴＲＴＯで規定する「Measuring Rim」である。また、正規内圧とは、ＪＡＴＭＡで規定する「最高空気圧」、ＴＲＡで規定する「TIRE LOAD LIMITS AT VARIOUS COLD INFLATION PRESSURES」に記載の最大値、あるいはＥＴＲＴＯで規定する「INFLATION PRESSURES」である。

リムクッションゴム８の最大厚さが、２．０ｍｍ〜６．０ｍｍであることにより、キャップトレッドゴムがロードノイズの改善を担い乗り心地を減じた場合でも、リムクッションゴムが乗り心地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乗り心地の向上を同時に達成することが可能となる。
リムクッションゴム８の最大厚さは、２．５ｍｍ〜６．０ｍｍであることが好ましく、２．８ｍｍ〜６．０ｍｍであることがさらに好ましい。

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。

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１．６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、各種リムクッションゴム（ＲＣ）を得た。

一方、キャップトレッドゴムを常法にしたがい調製し、可塑剤もしくは充填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（ＣＡＰ）を得た。

キャップトレッドゴムの１００％モジュラス（Ｍ１００ cap）およびリムクッションゴムの１００％モジュラス（Ｍ１００ RC）は、ＪＩＳ Ｋ６２５１に準拠し、２３℃、５００ｍｍ／分にて引張り試験を行い１００％伸長時の応力を測定した（ＭＰａ）。
また、リムクッションゴムの最大厚さを測定した。
結果を表１に示す。

前記リムクッションゴムと、前記キャップトレッドゴムとを組み込み、タイヤサイズ２４５／４０Ｒ１８の各種空気入りタイヤを製造した。なお、リムクッション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。

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。

乗り心地：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。評価は５段階評価とし、「３」点を基準とし、相対評価した。
５：「３」点に対し、乗り心地に顕著な向上が見られる。
４：「３」点に対し、乗り心地に向上が見られる。
３：基準
２：「３」点に対し、乗り心地に劣っていた。
１：「３」点に対し、乗り心地に顕著に劣っていた。

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。評価は５段階評価とし、「３」点を基準とし、相対評価した。
５：「３」点に対し、ロードノイズに顕著な改善が見られる。
４：「３」点に対し、ロードノイズに改善が見られる。
３：基準
２：「３」点に対し、ロードノイズが感じられる。
１：「３」点に対し、ロードノイズが顕著に感じられる。

＊１：ＮＲ（ＴＳＲ２０）
＊２：ＢＲ（日本ゼオン（株）製ＮＩＰＯＬ ＢＲ １２２０）
＊３：カーボンブラックＣＢ（キャボットジャパン社製ショウブラックＮ３３０、Ｎ_２ＳＡ＝７６ｍ^２／ｇ）
＊４：酸化亜鉛（正同化学工業（株）製酸化亜鉛３種）
＊５：ステアリン酸（日新理化（株）製ステアリン酸５０Ｓ）
＊６：老化防止剤（FLEXSYS社製SANTOFLEX 6PPD）
＊７：アロマオイル（出光興産（株）製ダイアナプロセスＮＨ−７０Ｓ）
＊８：加硫促進剤（三新化学工業（株）製ＮＳ−Ｇ）
＊９：不溶性硫黄（四国化成工業（株）製ミュークロンＯＴ−２０、硫黄含有量＝８０質量％）

上記の表１から明らかなように、各実施例では、リムクッションゴムの組成、キャップトレッドゴムとリムクッションゴムの１００％モジュラスの関係、およびリムクッションゴムの最大厚さの範囲を特定化しているので、比較例１に比べて、ロードノイズの低減および乗り心地の向上が両立している。
比較例２では、（Ｍ１００ cap）×（Ｍ１００ RC）が本発明で規定する上限を超え、またリムクッションゴムの最大厚さが本発明で規定する下限未満であるので、ロードノイズおよび乗り心地に改善が見られなかった。

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
５ ビードコア
７ ベルト層
８ リムクッションゴム
Ｑ リム径の測定点
Ｒ リム
Ｔ 空気入りタイヤ

Claims (3)

1. タイヤ径方向内側に配置されるとともにビード部のリム嵌合面を構成するリムクッションゴムと、タイヤ接地面を構成す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、
   前記リムクッションゴムは、天然ゴムおよびブタジエンゴムを含むジエン系ゴム１００質量部に対し、窒素吸着比表面積（Ｎ_２ＳＡ）が３５〜１２０ｍ^２／ｇのカーボンブラックを４０質量部以上含み、かつ前記ジエン系ゴム１００質量部中、前記天然ゴムの配合割合が３０質量部以上であり、
   前記キャップトレッドゴムの１００％モジュラス（Ｍ１００ cap）と、前記リムクッションゴムの１００％モジュラス（Ｍ１００ RC）とが、（Ｍ１００ cap）×（Ｍ１００ RC）≦１８（ＭＰａ） を満たし、かつ
   前記リムクッションゴムの最大厚さが、２．０ｍｍ〜６．０ｍｍである
   ことを特徴とする空気入りタイヤ。
2. 前記リムクッションゴムにおける加硫促進剤および純硫黄分の質量比が、前者／後者として０．８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。
3. 前記リムクッションゴムの１００％モジュラス（Ｍ１００ RC）が、４．０（ＭＰａ）以上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。

Images