JP2021030982A - タイヤ - Google Patents

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Abstract

【課題】氷雪上操縦安定性に優れたタイヤを提供する。【解決手段】キャップトレッド及びベーストレッドを備えるタイヤであって、下記式(1)〜(2)を満たすタイヤ。[数1][数2]【選択図】なし

Description

本発明は、タイヤに関する。
従来、氷雪路面を走行するタイヤとしてスパイクタイヤが使用されてきたが、路面を傷つけるために粉塵が発生し、その環境対応のためにスタッドレスタイヤが開発されている。スタッドレスタイヤは、スパイク等の物理的な凸部がトレッド面に存在しないため、ゴム配合の改良により、氷上での操縦安定性等を確保する手法が検討されている。
本発明は、前記課題を解決し、氷雪上操縦安定性に優れたタイヤを提供することを目的とする。
本発明は、キャップトレッド及びベーストレッドを備えるタイヤであって、下記式(1)〜(2)を満たすタイヤに関する。
Figure 2021030982
Figure 2021030982
下記2式を満たすことが好ましい。
Figure 2021030982
Figure 2021030982
下記2式を満たすことが好ましい。
Figure 2021030982
Figure 2021030982
前記キャップトレッドは、ゴム成分及び常温で固体状態のレジンを含むキャップトレッド用ゴム組成物から作製されることが好ましい。
前記ゴム成分がイソプレン系ゴム、前記レジンがテルペン系樹脂であることが好ましい。
前記ゴム成分100質量%中の前記イソプレン系ゴムの含有量が40質量%を超えるものであり、前記ゴム成分100質量部に対する前記レジンの含有量が5質量部以上であることが好ましい。
前記タイヤは、冬用タイヤであることが好ましい。
本発明によれば、キャップトレッド及びベーストレッドを備えるタイヤであって、前記式(1)〜(2)を満たすタイヤであるので、氷雪上操縦安定性に優れたタイヤを提供できる。
図1は、タイヤのトレッド部を示した拡大断面図である。
本発明は、キャップトレッド及びベーストレッドを備えるタイヤであって、前記式(1)〜(2)を満たすタイヤである。これにより、氷雪上操縦安定性(実車の氷雪上操縦安定性)に優れたタイヤを提供できる。
このような作用効果が得られる理由は明らかではないが、以下のように推察される。
従来から、キャップトレッド及びベーストレッドを備えるタイヤにおいて、実車での氷雪上操縦安定性と相関性があるゴム物性について検討されているが、的確な指標を見いだせていない。本発明者は、先ず、それを的確に表現するゴム物性指標を発見した。すなわち、指標の策定に関し、(1)実走行中のタイヤゴム温度、(2)滑り速度、(3)路面凹凸の周波数を考慮して検討し、先ず、粘弾性の新指標として、tanδc(キャップトレッドの−30℃tanδ)/E*c(キャップトレッドの0℃E*)という指標が実車での氷雪上操縦安定性と相関性があることを見出した。
そして、式(2)「tanδc(キャップトレッドの−30℃tanδ)/E*c(キャップトレッドの0℃E*)≧0.16」のパラメーターと式(1)の「0.5≦Tc(キャップトレッドの平均厚み(mm))/Tb(ベーストレッドの平均厚み(mm))≦1.4」とを組み合わせることで、氷雪上操縦安定性が向上するという知見を見出したものである。
従って、式(1)、(2)を満たすキャップトレッド及びベーストレッドを備えるタイヤは、氷雪上操縦安定性に優れている。このように、本発明は、式(1)、(2)のパラメーターを満たすキャップトレッド及びベーストレッドを備えたタイヤの構成にすることにより、氷雪上操縦安定性という課題(目的)を解決するものである。すなわち、当該パラメーターは課題(目的)を規定したものではなく、本願の課題は、氷雪上操縦安定性であり、そのための解決手段として(1)、(2)のパラメーターを組み合わせる構成にしたものである。つまり、2つのパラメーターを同時に満たすことが必須の構成要件である。
また、前記タイヤは、良好なドライ操縦安定性、耐摩耗性も付与できる。更に、このようなタイヤは製造コストも抑えられ、製造コストも低減できる。従って、前記タイヤによれば、氷雪上操縦安定性、ドライ操縦安定性、耐摩耗性の総合性能の改善や、製造コストの抑制も可能である。
前記式(1)〜(2)を満足させるには、−30℃tanδを上げること、0℃E*を下げることが考えられ、tanδ温度分散カーブを動かすことが有効な手法になると考えられる。そして、温度分散カーブを動かすためには、ゴム組成物全体での相溶性が重要となる。例えば、(i)Tg(ガラス転移温度)を多少上げることで、−30℃tanδを上げること、(ii)配合の分散性を向上することでE*の低減を図りつつ、温度分散カーブのピーク値を上げて−30℃のtanδを向上させること、等が有効な手法として挙げられる。
ここで、(i)を実現する具体的な手法としては、ポリマー系との相溶性の高いレジンを選択する方法、レジンの含有量を増量する方法、ポリマーの構成に関し、ガラス転移温度Tgの高いポリマーをメインに用いる方法、等が挙げられる。
(ii)を実現する具体的な手法としては、複数のポリマーを使用する際に相溶性の高いポリマーを選択する方法、メインとしているポリマーの比率を更に高める方法、ポリマーに対して高い相溶性を持つレジンを選択する方法、大粒径のフィラーを用いて系全体の分散性を向上する方法、等が挙げられる。
より具体的には、冬用タイヤにおいて、低温での可塑性と引張強度の観点でNRが使用される場合、レジンとしてテルペン系レジンを選択し、ポリマー全体でのNR比率を上げてBR比率を下げる手法、フィラーの粒径を大きくする手法、等を採用することで、効率的にカーブの形を理想的な形に近づけることができる。
前記タイヤは、下記式(1)を満たす。
Figure 2021030982
下限以上にすることで、低温での可塑性が低いベーストレッドの比率が抑えられるため、氷雪路面に対して柔軟に追従でき、良好な氷上操縦安定性を維持できる傾向がある。上限以下にすることで、冬用タイヤの場合、硬度が低いキャップトレッドのブロック剛性が維持され、ブロックの倒れ込みを抑制し、氷雪路面への適切な接地を確保できるため、良好な氷雪上性能を維持できる傾向がある。下限は、0.5以上が好ましく、0.9以上がより好ましい。上限は、1.4以下が好ましく、1.1以下がより好ましい。また、キャップトレッドの平均厚み/ベーストレッドの平均厚みの下限又は上限は、0.5、1.0、1.4でもよい。
Tc(キャップトレッドの平均厚み(mm))は、耐摩耗性の観点から、3.0mm以上が好ましく、3.5mm以上がより好ましく、4.0mm以上が更に好ましい。一方、ドライ操縦安定性、製造コストの観点から、7.0mm以下が好ましく、6.5mm以下がより好ましく、6.0mm以下が更に好ましい。また、キャップトレッドの平均厚みの下限又は上限は、3.3mm、5.0mm、5.6mmでもよい。
なお、キャップトレッド、ベーストレッドの平均厚み(Tc(mm)、Tb(mm))は、キャップトレッド面上の各点における厚みの平均値、ベーストレッド面上の各点における厚みの平均値である。図1は、タイヤのトレッド部を示した拡大断面図であり、キャップトレッド11及びベーストレッド12の2層構造トレッドの例を示している。図1において、符号Pcはキャップトレッド面11c上の点、符号Pbはベーストレッド面12b上の点である。両矢印Tcは点Pcにおけるキャップトレッド11の厚み、両矢印Tbは点Pbにおけるベーストレッド12の厚みである。厚みTcは点Pcにおけるキャップトレッド面11cの法線、厚みTbは点Pbにおけるベーストレッド面12bの法線に沿って計測される。
前記タイヤは、下記式(2)を満たす。
Figure 2021030982
下限以上にすることで、良好な氷雪上操縦安定性が得られる傾向がある。下限は、0.18以上が好ましく、0.20以上がより好ましい。上限は特に限定されないが、例えば0.30以下であり、例えば0.27以下であり、例えば0.25以下である。
tanδc(キャップトレッドの−30℃tanδ)は、氷雪上操縦安定性の観点から、0.70以上が好ましく、0.75以上がより好ましく、0.80以上が更に好ましい。上限は特に限定されないが、例えば0.90以下であり、例えば0.87以下であり、例えば0.85以下である。また、該−30℃tanδの下限又は上限は、0.78、0.79、0.80、0.81、0.82、0.83、0.85でもよい。
E*c(キャップトレッドの0℃E*)は、氷雪上操縦安定性の観点から、5.5MPa以下が好ましく、5.0MPa以下がより好ましく、4.5MPa以下が更に好ましい。下限は特に限定されないが、例えば2.5MPa以上であり、例えば2.7MPa以上であり、例えば3.0MPa以上である。また、該0℃E*の下限又は上限は、4.10、4.20、4.30、4.50、4.60、5.00でもよい。
なお、tanδc、E*c〔MPa〕は、タイヤから採取したキャップトレッド(加硫後のゴム組成物)、ベーストレッド(加硫後のゴム組成物)に対し、粘弾性試験を実施することで得られる値である。
前記タイヤは、キャップトレッド及びベーストレッドからなる2層構造トレッドの他、更に他の層も有する3層以上の構造を有するトレッドも挙げられる。ここで、キャップトレッドは、トレッド部を構成するゴム層のうち、トレッド部の最外層(車両装着時の路面に接する側)に最も近い平均厚み1mm以上のゴム層である。ベーストレッドは、トレッド部を構成するゴム層のうち、タイヤ内部のコード層に最も近い平均厚み1mm以上のゴム層である。
(薬品)
次に、キャップトレッド(キャップトレッド用ゴム組成物)、ベーストレッド(ベーストレッド用ゴム組成物)に使用できる薬品について説明する。
キャップトレッド、ベーストレッド用ゴム組成物に使用可能なゴム成分としては、イソプレン系ゴム(イソプレンゴム(IR)、エポキシ化イソプレンゴム、水素添加イソプレンゴム、グラフト化イソプレンゴム、天然ゴム(NR)、脱タンパク質天然ゴム(DPNR)、高純度天然ゴム(UPNR)、エポキシ化天然ゴム(ENR)、水素添加天然ゴム(HNR)、グラフト化天然ゴム))、ブタジエンゴム(BR)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、スチレンイソプレンブタジエンゴム(SIBR)、エチレンプロピレンジエンゴム(EPDM)、クロロプレンゴム(CR)、アクリロニトリルブタジエンゴム(NBR)、ブチル系ゴムなどが挙げられる。
これらのゴムは、非変性ゴム、変性ゴムのいずれでもよい。変性ゴムとしては、充填剤と相互作用する官能基を有するゴムが挙げられる。上記官能基としては、例えば、アミノ基、アミド基、シリル基、アルコキシシリル基、イソシアネート基、イミノ基、イミダゾール基、ウレア基、エーテル基、カルボニル基、オキシカルボニル基、メルカプト基、スルフィド基、ジスルフィド基、スルホニル基、スルフィニル基、チオカルボニル基、アンモニウム基、イミド基、ヒドラゾ基、アゾ基、ジアゾ基、カルボキシル基、ニトリル基、ピリジル基、アルコキシ基、水酸基、オキシ基、エポキシ基等が挙げられる。なお、これらの官能基は、置換基を有していてもよい。なかでも、アミノ基(好ましくはアミノ基が有する水素原子が炭素数1〜6のアルキル基に置換されたアミノ基)、アルコキシ基(好ましくは炭素数1〜6のアルコキシ基)、アルコキシシリル基(好ましくは炭素数1〜6のアルコキシシリル基)、アミド基が好ましい。これらのゴム成分は、単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
キャップトレッド、ベーストレッド用ゴム組成物に使用可能なシリカとしては、例えば、乾式法シリカ(無水シリカ)、湿式法シリカ(含水シリカ)などが挙げられる。なかでも、シラノール基が多いという理由から、湿式法シリカが好ましい。
シリカを含有する場合、シリカとともにシランカップリング剤を含むことが好ましい。
キャップトレッド、ベーストレッド用ゴム組成物に使用可能なシランカップリング剤としては、ゴム工業において、従来からシリカと併用される任意のシランカップリング剤を使用することができ特に限定されず、例えば、ビス(3−トリエトキシシリルプロピル)テトラスルフィド、ビス(2−トリエトキシシリルエチル)テトラスルフィド、ビス(4−トリエトキシシリルブチル)テトラスルフィド、ビス(3−トリメトキシシリルプロピル)テトラスルフィド、ビス(2−トリメトキシシリルエチル)テトラスルフィド、ビス(2−トリエトキシシリルエチル)トリスルフィド、ビス(4−トリメトキシシリルブチル)トリスルフィド、ビス(3−トリエトキシシリルプロピル)ジスルフィド、ビス(2−トリエトキシシリルエチル)ジスルフィド、ビス(4−トリエトキシシリルブチル)ジスルフィド、ビス(3−トリメトキシシリルプロピル)ジスルフィド、ビス(2−トリメトキシシリルエチル)ジスルフィド、ビス(4−トリメトキシシリルブチル)ジスルフィド、3−トリメトキシシリルプロピル−N,N−ジメチルチオカルバモイルテトラスルフィド、2−トリエトキシシリルエチル−N,N−ジメチルチオカルバモイルテトラスルフィド、3−トリエトキシシリルプロピルメタクリレートモノスルフィド、などのスルフィド系、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、2−メルカプトエチルトリエトキシシラン、Momentive社製のNXT、NXT−Zなどのメルカプト系、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシランなどのビニル系、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、3−アミノプロピルトリメトキシシランなどのアミノ系、γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、などのグリシドキシ系、3−ニトロプロピルトリメトキシシラン、3−ニトロプロピルトリエトキシシランなどのニトロ系、3−クロロプロピルトリメトキシシラン、3−クロロプロピルトリエトキシシランなどのクロロ系などが挙げられる。市販品としては、デグッサ社、Momentive社、信越シリコーン(株)、東京化成工業(株)、アヅマックス(株)、東レ・ダウコーニング(株)等の製品を使用できる。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。なかでも、スルフィド系、メルカプト系が好ましい。
キャップトレッド、ベーストレッド用ゴム組成物に使用可能なカーボンブラックとしては、N134、N110、N220、N234、N219、N339、N330、N326、N351、N550、N762などが挙げられる。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。市販品としては、例えば、旭カーボン(株)、キャボットジャパン(株)、東海カーボン(株)、三菱化学(株)、ライオン(株)、新日化カーボン(株)、コロンビアカーボン社等の製品を使用できる。
キャップトレッド、ベーストレッド用ゴム組成物に使用可能な他の充填剤としては、炭酸カルシウム、タルク、アルミナ、クレー、水酸化アルミニウム、マイカ等が挙げられる。
キャップトレッド、ベーストレッド用ゴム組成物には、常温(25℃)で固体状態のレジン(固体樹脂)を配合してもよい。
レジンとしては、例えば、テルペン系樹脂、芳香族ビニル重合体、クマロンインデン樹脂、インデン樹脂、ロジン系樹脂などが挙げられる。市販品としては、丸善石油化学(株)、住友ベークライト(株)、ヤスハラケミカル(株)、東ソー(株)、Rutgers Chemicals社、BASF社、アリゾナケミカル社、日塗化学(株)、(株)日本触媒、JXTGエネルギー(株)、荒川化学工業(株)、田岡化学工業(株)、東亞合成(株)等の製品を使用できる。これらは単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
上記テルペン系樹脂としては、テルペン化合物を重合して得られるポリテルペン樹脂や、テルペン化合物と芳香族化合物とを重合して得られる芳香族変性テルペン樹脂などを使用できる。また、これらの水素添加物を使用することもできる。
上記ポリテルペン樹脂は、テルペン化合物を重合して得られる樹脂である。該テルペン化合物は、(Cの組成で表される炭化水素及びその含酸素誘導体で、モノテルペン(C1016)、セスキテルペン(C1524)、ジテルペン(C2032)などに分類されるテルペンを基本骨格とする化合物であり、例えば、α−ピネン、β−ピネン、ジペンテン、リモネン、ミルセン、アロオシメン、オシメン、α−フェランドレン、α−テルピネン、γ−テルピネン、テルピノレン、1,8−シネオール、1,4−シネオール、α−テルピネオール、β−テルピネオール、γ−テルピネオールなどが挙げられる。
上記ポリテルペン樹脂としては、上述したテルペン化合物を原料とするピネン樹脂、リモネン樹脂、ジペンテン樹脂、ピネン/リモネン樹脂などが挙げられる。なかでも、重合反応が容易である点、天然松脂が原料のため、安価であるという点から、ピネン樹脂が好ましい。ピネン樹脂は、通常、異性体の関係にあるα−ピネン及びβ−ピネンの両方を含んでいるが、含有する成分の違いにより、β−ピネンを主成分とするβ−ピネン樹脂と、α−ピネンを主成分とするα−ピネン樹脂とに分類される。
上記芳香族変性テルペン樹脂としては、上記テルペン化合物及びフェノール系化合物を原料とするテルペンフェノール樹脂や、上記テルペン化合物及びスチレン系化合物を原料とするテルペンスチレン樹脂などが挙げられる。また、上記テルペン化合物、フェノール系化合物及びスチレン系化合物を原料とするテルペンフェノールスチレン樹脂を使用することもできる。なお、フェノール系化合物としては、例えば、フェノール、ビスフェノールA、クレゾール、キシレノールなどが挙げられる。また、スチレン系化合物としては、スチレン、α−メチルスチレンなどが挙げられる。
上記芳香族ビニル重合体とは、α−メチルスチレン及び/又はスチレンを重合して得られる樹脂であり、スチレンの単独重合体、α−メチルスチレンの単独重合体、α−メチルスチレンとスチレンとの共重合体などが挙げられる。なかでも、α−メチルスチレンとスチレンとの共重合体が好ましい。
上記クマロンインデン樹脂とは、樹脂の骨格(主鎖)を構成する主なモノマー成分として、クマロン及びインデンを含む樹脂であり、クマロン、インデン以外に骨格に含まれるモノマー成分としては、スチレン、α−メチルスチレン、メチルインデン、ビニルトルエンなどが挙げられる。
上記インデン樹脂とは、樹脂の骨格(主鎖)を構成する主なモノマー成分として、インデンを含む樹脂である。
上記ロジン系樹脂(ロジン類)は、変性の有無によって分類可能であり、無変性ロジン(未変性ロジン)、ロジン変性体(ロジン誘導体)に分類できる。無変性ロジンとしては、トールロジン(別名トール油ロジン)、ガムロジン、ウッドロジン、不均斉化ロジン、重合ロジン、水素化ロジン、その他の化学的に修飾されたロジンなどが挙げられる。ロジン変性体は無変性ロジンの変性体であって、ロジンエステル類、不飽和カルボン酸変性ロジン類、不飽和カルボン酸変性ロジンエステル類、ロジンのアミド化合物、ロジンのアミン塩などが挙げられる。
ロジン系樹脂は、カルボキシル基の含有量が過度に高くなく、適度な酸価を有していることが好ましい。具体的には、ロジン系樹脂の酸価は、通常、0mgKOH/gを超え、例えば、200mgKOH/g以下、好ましくは100mgKOH/g以下、より好ましくは30mgKOH/g以下、さらに好ましくは10mgKOH/g以下である。
なお、酸価は、後述する実施例に準拠して測定できる。なお、酸価が過度に高い場合などには、公知のエステル化処理によって、ロジン類のカルボキシル基を低減し、酸価を上記範囲に調整することも可能である。
キャップトレッド、ベーストレッド用ゴム組成物には、オイル、液状ジエン系重合体の等の軟化剤(常温(25℃)で液体状態の軟化剤)を配合してもよい。
オイルとしては、例えば、プロセスオイル、植物油脂、又はその混合物が挙げられる。プロセスオイルとしては、例えば、パラフィン系プロセスオイル、アロマ系プロセスオイル、ナフテン系プロセスオイルなどを用いることができる。また、軽度抽出溶媒和物(MES)、処理留出物芳香族系抽出物(TDAE)、溶媒残留物芳香族系抽出物(S−RAE)等も挙げられる。植物油脂としては、ひまし油、綿実油、あまに油、なたね油、大豆油、パーム油、やし油、落花生油、ロジン、パインオイル、パインタール、トール油、コーン油、こめ油、べに花油、ごま油、オリーブ油、ひまわり油、パーム核油、椿油、ホホバ油、マカデミアナッツ油、桐油等が挙げられる。市販品としては、出光興産(株)、三共油化工業(株)、(株)ジャパンエナジー、オリソイ社、H&R社、豊国製油(株)、昭和シェル石油(株)、富士興産(株)等の製品を使用できる。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。
液状ジエン系重合体は、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)で測定したポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)が、1.0×10〜2.0×10であることが好ましく、3.0×10〜1.5×10であることがより好ましい。下限以上にすることで、良好な耐摩耗性、破壊特性が得られ、十分な耐久性を確保できる傾向がある。一方、上限以下にすることで、良好な重合溶液の粘度となり、優れた生産性が得られる傾向がある。
なお、液状ジエン系重合体のMwは、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)で測定したポリスチレン換算値である。
液状ジエン系重合体としては、液状スチレンブタジエン共重合体(液状SBR)、液状ブタジエン重合体(液状BR)、液状イソプレン重合体(液状IR)、液状スチレンイソプレン共重合体(液状SIR)、液状スチレンブタジエンスチレンブロック共重合体(液状SBSブロックポリマー)、液状スチレンイソプレンスチレンブロック共重合体(液状SISブロックポリマー)、液状ファルネセン重合体、液状ファルネセンブタジエン共重合体等が挙げられる。これらは、末端や主鎖が極性基で変性されていても構わない。なかでも、液状IR、液状SBR、液状BRが好ましい。
キャップトレッド、ベーストレッド用ゴム組成物は、硫黄を含むことが好ましい。
硫黄としては、ゴム工業において一般的に用いられる粉末硫黄、沈降硫黄、コロイド硫黄、不溶性硫黄、高分散性硫黄、可溶性硫黄などが挙げられる。市販品としては、例えば、鶴見化学工業(株)、軽井沢硫黄(株)、四国化成工業(株)、フレクシス社、日本乾溜工業(株)、細井化学工業(株)等の製品を使用できる。
キャップトレッド、ベーストレッド用ゴム組成物は、加硫促進剤を含むことが好ましい。
加硫促進剤としては、2−メルカプトベンゾチアゾール、ジ−2−ベンゾチアゾリルジスルフィド、N−シクロヘキシル−2−ベンゾチアジルスルフェンアミド等のチアゾール系加硫促進剤;テトラメチルチウラムジスルフィド(TMTD)、テトラベンジルチウラムジスルフィド(TBzTD)、テトラキス(2−エチルヘキシル)チウラムジスルフィド(TOT−N)等のチウラム系加硫促進剤;N−シクロヘキシル−2−ベンゾチアゾールスルフェンアミド、N−t−ブチル−2−ベンゾチアゾリルスルフェンアミド、N−オキシエチレン−2−ベンゾチアゾールスルフェンアミド、N−オキシエチレン−2−ベンゾチアゾールスルフェンアミド、N,N’−ジイソプロピル−2−ベンゾチアゾールスルフェンアミド等のスルフェンアミド系加硫促進剤;ジフェニルグアニジン、ジオルトトリルグアニジン、オルトトリルビグアニジン等のグアニジン系加硫促進剤を挙げることができる。なかでも、スルフェンアミド系加硫促進剤、グアニジン系加硫促進剤が好ましい。
キャップトレッド、ベーストレッド用ゴム組成物には、ワックス、老化防止剤、ステアリン酸、酸化亜鉛、硫黄以外の加硫剤(有機架橋剤等)等を配合してもよい。
(キャップトレッド(キャップトレッド用ゴム組成物))
キャップトレッド用ゴム組成物のゴム成分としては、低温での可塑性、引張強度の観点から、前記イソプレン系ゴム及びBRが好ましく、NR及びBRがより好ましい。
キャップトレッド用ゴム組成物において、ゴム成分100質量%中、イソプレン系ゴムの含有量は、40質量%超(40質量%を超える含有量)であることが好ましい。下限以上にすることで、E*の低減を図りつつ、−30tanδを向上できる傾向がある。下限は、43質量%以上がより好ましく、45質量%以上が更に好ましい。上限は特に限定されないが、低温での可塑性の観点から、80質量%以下が好ましく、70質量%以下がより好ましく、65質量%以下が更に好ましい。また、該イソプレン系ゴムの含有量の下限又は上限は、45質量%、55質量%でもよい。
BRとしては、例えば、ハイシスポリブタジエンゴムが好ましい。該シス含量は、97質量%以上がより好ましい。ハイシスポリブタジエンゴムの市販品としては、日本ゼオン(株)製のBR1220、宇部興産(株)製のBR130B、BR150Bなどを使用できる。なお、本明細書において、シス含量は、赤外吸収スペクトル分析により算出される値である。
キャップトレッド用ゴム組成物において、ゴム成分100質量%中、BRの含有量は、20質量%以上が好ましく、30質量%以上がより好ましく、40質量%以上が更に好ましい。下限以上にすることで、良好な低温での可塑性が得られる傾向がある。上限は特に限定されないが、引張強度の観点から、60質量%未満が好ましく、57質量%以下がより好ましく、55質量%以下が更に好ましい。また、該BRの含有量の下限又は上限は、45質量%、55質量%でもよい。
キャップトレッド用ゴム組成物の充填剤としては、氷雪上操縦安定性等の観点から、前記シリカ、カーボンブラックを含むことが好ましい。
キャップトレッド用ゴム組成物において、シリカの含有量は、ゴム成分100質量部に対して、操縦安定性等の観点から、20質量部以上が好ましく、40質量部以上がより好ましく、60質量部以上が更に好ましい。該含有量は、シリカ分散性等の観点から、150質量部以下が好ましく、100質量部以下がより好ましく、80質量部以下が更に好ましい。また、該シリカの含有量の下限又は上限は、65質量部、70質量部でもよい。
シリカの窒素吸着比表面積(NSA)は、操縦安定性等の観点から、好ましくは120m/g以上、より好ましくは150m/g以上、更に好ましくは165m/g以上である。該NSAは、シリカ分散性等の観点から、好ましくは200m/g未満、より好ましくは195m/g以下、更に好ましくは185m/g以下である。また、該シリカのNSAの下限又は上限は、175m/gでもよい。
なお、シリカのNSAは、ASTM D3037−81に準じてBET法で測定される値である。
キャップトレッド用ゴム組成物において、シランカップリング剤の含有量は、シリカ100質量部に対して、好ましくは1〜15質量部、より好ましくは3〜10質量部である。
キャップトレッド用ゴム組成物において、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、好ましくは1質量部以上、より好ましくは3質量部以上である。上限は、好ましくは30質量部以下、より好ましくは15質量部以下、更に好ましくは8質量部以下である。上記範囲内にすることで、良好な氷雪上操縦安定性が得られる傾向がある。また、該カーボンブラックの含有量の下限又は上限は、5質量部、8質量部でもよい。
カーボンブラックの窒素吸着比表面積(NSA)は、100m/g以上が好ましく、130m/g以上がより好ましい。上記NSAは、200m/g以下が好ましく、170m/g以下がより好ましく、155m/g以下が更に好ましい。上記範囲内にすることで、良好な氷雪上操縦安定性が得られる傾向がある。また、該カーボンブラックのNSAの下限又は上限は、148m/gでもよい。
なお、カーボンブラックの窒素吸着比表面積は、JIS K6217−2:2001によって求められる。
キャップトレッド用ゴム組成物には、氷雪上操縦安定性の観点から、前記常温(25℃)で固体状態のレジン(固体樹脂)を含むことが好ましい。
キャップトレッド用ゴム組成物において、レジンの含有量は、ゴム成分100質量部に対して、氷雪上操縦安定性等の観点から、5質量部以上が好ましく、10質量部以上がより好ましく、12質量部以上が更に好ましい。該含有量は、耐摩耗性等の観点から、50質量部以下が好ましく、40質量部以下がより好ましく、30質量部以下が更に好ましい。また、該レジンの含有量の下限又は上限は、12質量部、20質量部でもよい。
キャップトレッド用ゴム組成物に使用するレジンとしては、前記テルペン系樹脂を好適に使用できる。
テルペン系樹脂の軟化点は、氷雪上操縦安定性等の観点から、160℃以下が好ましく、より好ましくは100〜140℃、更に好ましくは105〜130℃である。また、該レジンの軟化点の下限又は上限は、115℃、125℃でもよい。
なお、テルペン系樹脂の軟化点は、JIS K 6220−1:2001に規定される軟化点を環球式軟化点測定装置で測定し、球が降下した温度である。
キャップトレッド用ゴム組成物には、氷雪上操縦安定性等の観点から、前記軟化剤(常温(25℃)で液体状態の軟化剤)を配合することが好ましい。
キャップトレッド用ゴム組成物に軟化剤として、前記オイルを含む場合、パラフィン系プロセスオイル、アロマ系プロセスオイルを用いることが好ましい。
キャップトレッド用ゴム組成物において、オイルの含有量は、ゴム成分100質量部に対して、好ましくは5質量部以上、より好ましくは8質量部以上、更に好ましくは10質量部以上である。上限は、好ましくは50質量部以下、より好ましくは35質量部以下、更に好ましくは25質量部以下である。上記範囲内にすることで、良好な氷雪上操縦安定性が得られる傾向がある。また、該オイルの含有量の下限又は上限は、13質量部、21質量部でもよい。
キャップトレッド用ゴム組成物に軟化剤として、前記液状ジエン系重合体を含むことが好ましい。
キャップトレッド用ゴム組成物において、液状ジエン系重合体の含有量は、ゴム成分100質量部に対して、好ましくは1質量部以上、より好ましくは3質量部以上である。上限は、好ましくは30質量部以下、より好ましくは15質量部以下、更に好ましくは10質量部以下である。上記範囲内にすることで、良好な氷雪上操縦安定性が得られる傾向がある。また、該液状ジエン系重合体の含有量の下限又は上限は、5質量部でもよい。
キャップトレッド用ゴム組成物は、前記硫黄を含むことが好ましい。
キャップトレッド用ゴム組成物において、硫黄の含有量は、ゴム成分100質量部に対して、好ましくは0.3質量部以上、より好ましくは0.5質量部以上である。また、上記含有量は、好ましくは5.0質量部以下、より好ましくは2.0質量部以下、更に好ましくは1.5質量部以下である。上記範囲内にすることで、良好な氷雪上操縦安定性が得られる傾向がある。
キャップトレッド用ゴム組成物は、前記加硫促進剤を含むことが好ましい。
キャップトレッド用ゴム組成物において、加硫促進剤の含有量は、ゴム成分100質量部に対して、好ましくは0.3質量部以上、より好ましくは1.0質量部以上である。また、上記含有量は、好ましくは5.0質量部以下、より好ましくは4.0質量部以下である。上記範囲内にすることで、良好な氷雪上操縦安定性が得られる傾向がある。
(ベーストレッド(ベーストレッド用ゴム組成物))
ベーストレッド用ゴム組成物のゴム成分としては、氷雪上操縦安定性等の観点から、前記イソプレン系ゴム及びBRが好ましく、NR及びBRがより好ましい。
ベーストレッド用ゴム組成物において、ゴム成分100質量%中、イソプレン系ゴムの含有量は、5質量%以上が好ましく、30質量%以上がより好ましく、45質量%以上が更に好ましい。上限は、90質量%以下が好ましく、80質量%以下がより好ましく、70質量%以下がより好ましい。上記範囲内にすることで、良好な氷雪上操縦安定性等が得られる傾向がある。また、該イソプレン系ゴムの含有量の下限又は上限は、70質量%でもよい。
BRとしては、例えば、ハイシスポリブタジエンゴムが好ましい。BRのシス含有量は70質量%以上が好ましく、90質量%以上がより好ましく、97質量%以上が更に好ましい。
ベーストレッド用ゴム組成物において、ゴム成分100質量%中、BRの含有量は、好ましくは5質量%以上、より好ましくは15質量%以上、更に好ましくは20質量%以上である。上限は、好ましくは50質量%以下、より好ましくは40質量%以下、更に好ましくは30質量%以下である。上記範囲内にすることで、良好な氷雪上操縦安定性等が得られる傾向がある。また、該BRの含有量の下限又は上限は、70質量%でもよい。
ベーストレッド用ゴム組成物の充填剤として、氷雪上操縦安定性等の観点から、前記シリカ、カーボンブラックを含むことが好ましい。
ベーストレッド用ゴム組成物において、シリカの含有量は、ゴム成分100質量部に対して、1量部以上が好ましく、3質量部以上がより好ましい。該含有量は、30質量部以下が好ましく、15質量部以下がより好ましく、10質量部以下が更に好ましい。上記範囲内にすることで、良好な氷雪上操縦安定性等が得られる傾向がある。また、該シリカの含有量の下限又は上限は、5質量部でもよい。
シリカの窒素吸着比表面積(NSA)は、操縦安定性等の観点から、好ましくは120m/g以上、より好ましくは150m/g以上、更に好ましくは165m/g以上である。該NSAは、シリカ分散性等の観点から、好ましくは200m/g未満、より好ましくは195m/g以下、更に好ましくは185m/g以下である。また、該シリカのNSAの下限又は上限は、175m/gでもよい。
なお、シリカのNSAは、ASTM D3037−81に準じてBET法で測定される値である。
ベーストレッド用ゴム組成物において、シランカップリング剤の含有量は、シリカ100質量部に対して、好ましくは1〜15質量部、より好ましくは3〜10質量部である。
ベーストレッド用ゴム組成物において、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、好ましくは5質量部以上、より好ましくは20質量部以上、更に好ましくは30質量部以上である。下限以上にすることで、良好な氷雪上操縦安定性等が得られる傾向がある。上限は、好ましくは100質量部以下、より好ましくは70質量部以下、更に好ましくは50質量部以下である。上限以下にすることで、良好な分散性等が得られる傾向がある。また、該カーボンブラックの含有量の下限又は上限は、40質量部でもよい。
カーボンブラックの窒素吸着比表面積(NSA)は、50m/g以上が好ましく、80m/g以上がより好ましく、100m/g以上が更に好ましい。下限以上にすることで、良好な氷雪上操縦安定性等が得られる傾向がある。上記NSAは、150m/g以下が好ましく、130m/g以下がより好ましく、120m/g以下が更に好ましい。上限以下にすることで、良好な分散性等が得られる傾向がある。
なお、カーボンブラックの窒素吸着比表面積は、JIS K6217−2:2001によって求められる。また、該カーボンブラックのNSAの下限又は上限は、114m/gでもよい。
ベーストレッド用ゴム組成物には、前記軟化剤(常温(25℃)で液体状態の軟化剤)を配合することが好ましい。
ベーストレッド用ゴム組成物に軟化剤として、前記オイルを含む場合、パラフィン系プロセスオイル、アロマ系プロセスオイルを用いることが好ましい。
ベーストレッド用ゴム組成物において、オイルの含有量は、ゴム成分100質量部に対して、好ましくは5質量部以上、より好ましくは10質量部以上、更に好ましくは15質量部以上である。上限は、好ましくは70質量部以下、より好ましくは50質量部以下、更に好ましくは40質量部以下である。また、該オイルの含有量の下限又は上限は、30質量部でもよい。上記範囲内にすることで、良好な氷雪上操縦安定性が得られる傾向がある。
ベーストレッド用ゴム組成物は、硫黄を含むことが好ましい。
ベーストレッド用ゴム組成物において、硫黄の含有量は、ゴム成分100質量部に対して、好ましくは0.3質量部以上、より好ましくは1.0質量部以上、更に好ましくは1.5質量部以上である。また、上記含有量は、好ましくは10.0質量部以下、より好ましくは7.0質量部以下、更に好ましくは5.0質量部以下である。上記範囲内にすることで、良好な氷雪上操縦安定性が得られる傾向がある。
ベーストレッド用ゴム組成物は、加硫促進剤を含むことが好ましい。
ベーストレッド用ゴム組成物において、加硫促進剤の含有量は、ゴム成分100質量部に対して、好ましくは0.3質量部以上、より好ましくは1.0質量部以上である。また、上記含有量は、好ましくは5.0質量部以下、より好ましくは3.0質量部以下である。上記範囲内にすることで、良好な氷雪上操縦安定性が得られる傾向がある。
キャップトレッド、ベーストレッド用ゴム組成物は、一般的な方法で製造される。すなわち、バンバリーミキサーやニーダー、オープンロールなどで前記各成分を混練りし、その後加硫する方法等により製造できる。
混練条件としては、加硫剤及び加硫促進剤以外の添加剤を混練時(ベース練り)は、混練温度が通常50〜200℃(好ましくは80〜190℃)、混練時間が通常30秒〜30分(好ましくは1〜30分)である。加硫剤、加硫促進剤の混練時(仕上げ練り)は、混練温度が通常100℃以下(好ましくは室温〜80℃)である。得られた混練物(未加硫ゴム組成物)は、通常、プレス加硫などの加硫処理が施される。加硫温度は、通常120〜200℃(好ましくは140〜180℃)である。
前記タイヤは、上記ゴム組成物を用いて通常の方法で製造される。
すなわち、前記成分を配合したゴム組成物を、未加硫の段階でキャップトレッド、ベーストレッドの形状にあわせて押出し加工し、他のタイヤ部材とともに、タイヤ成型機上にて通常の方法で成形することにより、未加硫タイヤを形成する。この未加硫タイヤを加硫機中で加熱加圧することによりタイヤを得る。
タイヤとしては、空気入りタイヤ、エアレス(ソリッド)タイヤなどが挙げられるが、なかでも、空気入りタイヤが好ましい。タイヤは、特に冬用タイヤ(スタッドレスタイヤ、スノータイヤ、スタッドタイヤなど)として好適に使用できる。タイヤは、乗用車用タイヤ、大型乗用車用、大型SUV用タイヤ、トラック、バスなどの重荷重用タイヤ、ライトトラック用タイヤ、二輪自動車用タイヤ、レース用タイヤ(高性能タイヤ)などに使用可能である。
実施例に基づいて、本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらのみに限定されるものではない。
以下、実施例及び比較例で使用した各種薬品について、まとめて説明する。
(キャップトレッド用材料)
NR:TSR
BR:宇部興産(株)製のBR−150B(シス含量97質量%以上)
カーボンブラック1:キャボットジャパン(株)製のショウブラックN134(NSA148m/g)
シリカ:Evonik社製のULTRASIL VN3(NSA175m/g)
シランカップリング剤:エボニックデグッサ社製のSi69(ビス(3−トリエトキシシリルプロピル)テトラスルフィド)
酸化亜鉛:三井金属鉱業(株)製の酸化亜鉛2種
ステアリン酸:日油(株)製のビーズステアリン酸つばき
老化防止剤6PPD:大内新興化学工業(株)製のノクラック6C(N−(1,3−ジメチルブチル)−N−フェニル−p−フェニレンジアミン)
アロマオイル:(株)ジャパンエナジー製のX140(アロマオイル)
ミネラルオイル:出光興産(株)製のPS−32(ミネラルオイル)
液状ジエン系重合体:サートマー社製のRICON100(液状SBR、Mw5000)
テルペン系樹脂1:ヤスハラケミカル(株)製のYSレジンPX1150(テルペン樹脂、軟化点115℃)
テルペン系樹脂2:ヤスハラケミカル(株)製のYSレジンPX1250(テルペン樹脂、軟化点125℃)
硫黄:鶴見化学工業(株)製の粉末硫黄
加硫促進剤1:大内新興化学工業(株)製のノクセラーNS(N−tert−ブチル−2−ベンゾチアゾリルスルフェンアミド)
加硫促進剤2:大内新興化学工業(株)製のノクセラーD(N,N’−ジフェニルグアニジン)
(ベーストレッド用材料)
NR:TSR
BR:宇部興産(株)製のBR150B(シス含有量97質量%)
シリカ:Evonik社製のULTRASIL VN3(NSA175m/g)
カーボンブラック2:三菱化学(株)製のダイアブラックI(NSA:114m/g)
オイル(TDAE):H&R社製のVivatec500(TDAEオイル)
ワックス:大内新興化学工業(株)製の「サンノックワックス」
ステアリン酸:日油(株)製のビーズステアリン酸つばき
老化防止剤:大内新興化学工業(株)製のノクラック6C(N−(1,3−ジメチルブチル)−N−フェニル−p−フェニレンジアミン)
酸化亜鉛:三井金属鉱業(株)製の酸化亜鉛2種
硫黄:鶴見化学工業(株)製の粉末硫黄
加硫促進剤1:大内新興化学工業(株)製のノクセラーNS(N−tert−ブチル−2−ベンゾチアゾリルスルフェンアミド)
<キャップトレッドゴム組成物(冬用タイヤ)の製法>
表1〜6に示す配合内容に従い、(株)神戸製鋼所製の1.7Lバンバリーミキサーを用いて、硫黄及び加硫促進剤以外の材料を150℃の条件下で5分間混練りし、混練り物を得た。次に、得られた混練り物に硫黄及び加硫促進剤を添加し、オープンロールを用いて、80℃の条件下で5分間練り込み、未加硫ゴム組成物を得た。
<ベーストレッドゴム組成物(冬用タイヤ)の製法>
表7に示す配合内容に従い、(株)神戸製鋼所製の1.7Lバンバリーミキサーを用いて、硫黄及び加硫促進剤以外の材料を150℃の条件下で5分間混練りし、混練り物を得た。次に、得られた混練り物に硫黄及び加硫促進剤を添加し、オープンロールを用いて、80℃の条件下で5分間練り込み、未加硫ゴム組成物を得た。
<試験用タイヤの製法>
得られた未加硫キャップトレッドゴム組成物をキャップトレッド、未加硫ベーストレッドゴム組成物をベーストレッドの形状にそれぞれ成形し、タイヤ成型機上で、他のタイヤ部材と共に貼り合わせて未加硫タイヤを形成し、170℃で10分間加硫し、試験用タイヤ(サイズ205/70R15、乗用車用スタッドレスタイヤ)を製造した。
〔評価〕
試験用タイヤを以下の方法で評価し、結果を表1〜6に示した。なお、基準比較例は、表1は比較例1−1、表2は比較例2−1、表3は比較例3−1、表4は比較例4−1、表5は比較例5−1、表6は比較例6−1である。
(粘弾性試験)
GABO社製イプレクサーを用い、前記試験用タイヤのキャップトレッドから試験片(加硫ゴム組成物)を採取し、−30℃tanδ、0℃E*を測定した。測定条件は以下のとおりである。
−30℃tanδ:測定温度−30℃、初期歪10%、動歪2.5%、周波数10Hz
0℃E*:測定温度0℃、初期歪10%、動歪2.5%、周波数10Hz
<実車の氷上操縦安定性>
前記試験用タイヤを国産2000ccのFR車に装着し、下記の条件において、氷上の実車性能(操縦安定性)を評価した。なお、試験用タイヤ試験場所は住友ゴム工業株式会社の北海道名寄テストコースで行い、氷上気温は−1〜−6℃であった。
ハンドリング性能(フィーリング評価):上記車両を用いて発進、加速、停止について、フィーリングによる評価を行った。基準比較例を100として指数表示し、指数が大きいほど、実車での氷上操縦安定性が良好であることを示す。
<ドライ操縦安定性>
前記試験用タイヤを国産FF2000ccの全輪に装着し、テストコース(乾燥路面)でドライバーの官能評価により、ドライ操縦安定性を評価した。基準比較例を100として指数表示し、指数が大きいほど、乾燥路面での操縦安定性が良好である。
<耐摩耗性>
前記試験用タイヤを国産FF車に装着し、走行距離8000km後のタイヤトレッド部の溝探さを測定した。測定値からタイヤ溝深さが1mm減るときの走行距離を算出し、下記式により指数化した。
(耐摩耗性指数)=(1mm溝深さが減るときの走行距離)/(基準比較例のタイヤ溝が1mm減るときの走行距離)×100
指数が大きいほど、耐摩耗性が良好であることを示す。
<製造コスト>
前記試験用タイヤの製造コストについて、基準比較例を100とし、指数表示した。指数が大きいほど、製造コストが低いことを示す。
Figure 2021030982
Figure 2021030982
Figure 2021030982
Figure 2021030982
Figure 2021030982
Figure 2021030982
Figure 2021030982
各表より、式(1)〜(2)を満たすキャップトレッド及びベーストレッドを備える実施例のタイヤは、氷雪上操縦安定性が優れていた。また、氷雪上操縦安定性、ドライ操縦安定性、耐摩耗性の総合性能(氷雪上操縦安定性、ドライ操縦安定性、耐摩耗性の3つの指数の総和で表す)、更には製造コストも考慮した総合性能(氷雪上操縦安定性、ドライ操縦安定性、耐摩耗性、製造コストの4つの指数の総和で表す)も優れていた。
11 キャップトレッド
11c キャップトレッド面
Pc キャップトレッド面11c上の点
Tc 点Pcにおけるキャップトレッド11の厚み
12 ベーストレッド
12b ベーストレッド面
Pb ベーストレッド面12b上の点
Tb 点Pbにおけるベーストレッド12の厚み
21 インナーライナー
22 カーカス
23 ベルト
23A 内側層
23B 外側層
24 バンド

Claims (7)

  1. キャップトレッド及びベーストレッドを備えるタイヤであって、
    下記式(1)〜(2)を満たすタイヤ。
    Figure 2021030982
    Figure 2021030982
  2. 下記2式を満たす請求項1記載のタイヤ。
    Figure 2021030982
    Figure 2021030982
  3. 下記2式を満たす請求項1記載のタイヤ。
    Figure 2021030982
    Figure 2021030982
  4. 前記キャップトレッドは、ゴム成分及び常温で固体状態のレジンを含むキャップトレッド用ゴム組成物から作製される請求項1〜3のいずれかに記載のタイヤ。
  5. 前記ゴム成分がイソプレン系ゴム、前記レジンがテルペン系樹脂である請求項4記載のタイヤ。
  6. 前記ゴム成分100質量%中の前記イソプレン系ゴムの含有量が40質量%を超えるものであり、
    前記ゴム成分100質量部に対する前記レジンの含有量が5質量部以上である請求項5に記載のタイヤ。
  7. 冬用タイヤである請求項1〜6のいずれかに記載のタイヤ。
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