JP2021193010A - 空気入りタイヤ - Google Patents
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Abstract
Description
例えば、特許文献1には、ジエン系ゴムと、ガラス転移点及びCTAB吸着比表面積を特定範囲に規定したシリカと、を含有させることにより、耐摩耗性と、ウェット性能及び氷上性能との両立を図った技術が開示されている。
ただし、特許文献1に開示された技術は、ゴム組成物が低弾性であるため、加硫後のゴム組成物の耐カット性や、耐摩耗性について、十分な効果が得られておらず、さらなる改良が望まれていた。
前記空気入りタイヤの外径は、350mm以上、600mm以下であり、前記空気入りタイヤに組み付けられるリムホイールのリム幅をRW、前記空気入りタイヤのタイヤ断面幅をSWとした場合、0.78≦RW/SW≦0.88の関係を満たし、
天然ゴムを含有するゴム成分と、ヒドロカルビル基を有する環状ポリオール化合物及び/又は直鎖状多価アルコールと、を含むゴム組成物を用いたことを特徴とする。
上記構成により、空気入りタイヤの耐カット性及び耐摩耗性を改善できるとともに、高い荷重能力と省スペース化とを両立できる。
(1)空気入りタイヤが装着される車両の概略構成
図1は、タイヤが装着される車両の全体概略側面図である。図1に示すように、本実施形態では、車両1は、4輪自動車である。なお、車両1は、4輪に限定されず、6輪構成或いは8輪構成などであってもよい。
さらに、小型シャトルバスは、都市内での人や物などの輸送に主眼が置かれているため、比較的低い走行速度レンジ(最高速度70km/h以下、平均速度50km/h程度)を想定する。このため、ハイドロプレーニング対策は重視されなくても構わない。
また、インホイールモーターを用いる場合、車両1は、各車輪が独立して操舵が可能な独立操舵機能を備えることが好ましい。これにより、その場での転回、及び横方向への移動が可能となるとともに、動力伝達機構が不要となるため、車両1のスペース効率を向上し得る。
そのため、空気入りタイヤ10は、このような要件を満たすべく、タイヤ外径OD(図1において不図示、図2参照)を小さくしつつ、車両1の車両総重量に対応した耐荷重能力を有する。
図2は、空気入りタイヤ10及びリムホイール100の断面図である。具体的には、図2は、リムホイール100に組み付けられた空気入りタイヤ10のタイヤ幅方向及びタイヤ径方向に沿った断面図である。なお、図2では、断面のハッチング表示は、省略されている(図3以降も同様)。
なお、図2に示すように、リム径RDは、リムホイール100のリム本体部分の外径であり、リムフランジ110の部分は含まない。
偏平率(%)=タイヤ断面高さH/タイヤ幅SW(断面幅)×100 ・・・(式A)
空気入りタイヤ10の外径であるタイヤ外径ODは、350mm以上、600mm以下である。なお、タイヤ外径ODは、500mm以下であることが好ましい。
0.78≦RW/SW≦0.88 ・・・(式B)
0.56≦RD/OD≦0.66 ・・・(式C)
なお、RWに代えて、ビードヒール間のタイヤ幅方向距離Dについて、
0.78≦D/SW≦0.88
としても良い。
図3に示すように、空気入りタイヤ10は、トレッド20、タイヤサイド部30、カーカス40、ベルト層50、ビード部60、及びベルト補強層70を備える。
本実施形態では、トレッド20には、タイヤ周方向に延びる周方向主溝21及び周方向主溝22を含む複数の周方向溝が形成される。
図4A及び図4Bは、ベルト層50の構成を示す。具体的には、図4Aは、製造途中におけるベルト層50の単体斜視図であり、図4Bは、製造後におけるベルト層50の単体斜視図である。
さらに、シースベルト52は、図4Bに示すように、円環状のコアベルト51の全周に亘って巻き付けられる。
また、シースベルト52のタイヤ周方向における折り返し回数は、性能確保及び生産性を考慮すると、3回以上、6回以下であることが好ましい。
次に、上述した空気入りタイヤ10の作用・効果について説明する。図5は、タイヤ形状(タイヤ外径OD及びタイヤ幅SW)と、リムホイール形状(リム径RD及びリム幅RW)との組合せに基づく典型的なタイヤサイズのポジショニングを示す図である。
0.78≦RW/SW≦0.88
の関係を満たすため、タイヤ幅SWに対するリム幅RWが広く、つまり、幅広のタイヤを構成でき、高い耐荷重能力を発揮するために必要なエアボリュームを確保し易い。なお、リム幅RWが広くなり過ぎると、タイヤ幅SWも広がりスペース効率が低下するとともに、ビード部60がリムホイール100から外れやすくなる。
0.56≦RD/OD≦0.66
の関係を満たすため、タイヤ外径ODに対するリム径RDが大きく、インホイールモーターなどの収容スペースを確保し易い。なお、リム径RDが小さくなり過ぎると、ディスクブレーキ又はドラムブレーキの径サイズが小さくなる。このため、有効なブレーキの接触面積が小さくなり、必要な制動性能の確保が難しくなる。
また、本実施形態では、螺旋状に巻き回されるシースベルト52の長手方向の端部は、ショルダー部26, 27(つまり、最もタイヤ径方向外側に形成されている周方向主溝よりもタイヤ幅方向外側の領域)、及びセンター領域(つまり、タイヤ赤道線直下)には位置しないため、シースベルト52の長手方向の端部に起因する歪の発生を抑制し得る。
さらに、本実施形態では、ベルトコード51aは、シースベルト52の傾斜方向と同一方向に傾斜している。これにより、コアベルト51及びシースベルト52は、同様な変形時の特性を有するため、ベルト層50の耐久性が向上する。
このため、タイヤ全周に亘って、特にタイヤ幅方向端部の剛性が高いベルト層50を提供し得る。これにより、ベルト層50の耐久性をさらに向上し得る。
本実施形態では、上述した構造の特徴に加えて、天然ゴムを含有するゴム成分と、ヒドロカルビル基を有する環状ポリオール化合物及び/又は直鎖状多価アルコールと、を含むゴム組成物を用いたことを特徴とする。
ゴム成分として天然ゴムを含有するゴム組成物中に、上述した環状ポリオール化合物及び/又は直鎖状多価アルコールを含有させることによって、ゴムの強度を高め、耐カット性及び耐摩耗性の向上が可能となる。
前記ゴム組成物に含まれるゴム成分については、天然ゴム(NR)を含有する。天然ゴムを一定量含有することで、後述する直鎖状多価アルコールやヒドロカルビル基を有する環状ポリオール化合物とともに用いることで、優れた耐カット性や、補強性、耐摩耗性等を得ることができる。
例えば、優れた耐カット性や耐摩耗性を得ることができる点からは、前記ゴム成分は、ジエン系合成ゴムを含むことが好ましい。
前記ゴム組成物は、上述したゴム成分に加えて、ヒドロカルビル基を有する環状ポリオール化合物をさらに含むことができる。
ゴム組成物中に含有されたヒドロカルビル基を有する環状ポリオール化合物は、ゴム組成物(ひいては空気入りタイヤ)の耐カット性を大きく向上させることができる。また、前記ゴム成分のゴム分子と後述する充填剤との相互作用を高めることによって、架橋後のゴムの物理的特性を均質化させることができる結果、補強性や耐摩耗性についても向上できる。
さらに、前記ヒドロカルビル基を有する環状ポリオール化合物は、ソルビトール等の化合物に比べて親水部位が少ないため、ゴム組成物中での自己凝集についても抑えることができ、その結果、ゴム組成物の伸長疲労性や低発熱性の悪化を抑えることができる。
なお、式(1)中のAは、環部分から1番目の原子(即ち、環に結合している原子)、又は環部分から2番目の原子が酸素原子であることが好ましい。環部分から1番目の原子が酸素原子であるAとしては、例えば、−O−A’、−O−CO−A’’で表わされる基が挙げられ、また、環部分から2番目の原子が酸素原子であるAとしては、例えば、−CH2−O−A''、−CH2−O−CO−A’’’で表わされる基が挙げられ、ここで、A’は炭素数6〜30のヒドロカルビル基、A’’は炭素数5〜29のヒドロカルビル基、A’’’は炭素数4〜28のヒドロカルビル基であることが好ましく、また、A’、A’’及びA’’’は炭素数12〜24のヒドロカルビル基であることがさらに好ましい。
なお、式(2)及び式(3)中、nは自然数であり、11〜23の範囲が好ましい。
前記変性環状ポリオール化合物として、上記式(2)又は式(3)で表わされる化合物を配合することで、良好な伸長疲労性を維持しつつ、耐カット性をより向上させることができる。
また、これらの化合物の中でも、伸長疲労性及び耐カット性をより高いレベルで両立できる観点からは、前記ヒドロカルビル基を有する環状ポリオール化合物は、ソルビタンモノエステルであることが好ましい。
また、同様の観点から、前記ヒドロカルビル基を有する環状ポリオール化合物の含有量は、前記天然ゴム100質量部に対し0.1〜4質量部であることが好ましく、0.3〜2質量部であることがより好ましい。
また、前記ゴム組成物は、上述したゴム成分に加えて、直鎖状多価アルコールをさらに含むことができる。
前記直鎖状多価アルコールをさらに含むことによって、ゴム組成物の耐カット性をより高めることができる。
前記ゴム組成物は、上述したゴム成分、並びに、ヒドロカルビル基を有する環状ポリオール化合物及び/又は直鎖状多価アルコールに加えて、少なくともシリカ又はカーボンブラックを含有する充填剤を含むことが好ましい。
シリカを含む充填剤を前記ゴム成分とともに含むことによって、低発熱性や、低カット性、耐摩耗性等の特性を向上でき、カーボンブラックを含む充填剤を前記ゴム成分とともに含むことによって、低カット性や、耐摩耗性等の特性を向上できる。
また、前記湿式シリカは、沈降シリカを用いることができる。なお、沈降シリカとは、製造初期に、反応溶液を比較的高温、中性〜アルカリ性のpH領域で反応を進めてシリカ一次粒子を成長させ、その後酸性側へ制御することで、一次粒子を凝集させる結果得られるシリカのことである。
また、前記シリカのBET比表面積は、100m2/g以上、250m2/g以下とすることができる。なお、前記BET比表面積は、BET法により求めた比表面積のことであり、本発明では、ASTMD4820−93に準拠して測定することができる。
前記シリカの含有量に対する前記カーボンブラックの含有質量比が0.1以上であることで、より優れた耐摩耗性や補強性を得ることができ、前記シリカの含有量に対する前記カーボンブラックの含有質量比が4以下であることで、低発熱性の悪化を招くことなく、より優れた耐カット性を得ることができる。
nM・xSiOy・zH2O ・・・ (XX)
[式中、Mは、アルミニウム、マグネシウム、チタン、カルシウム及びジルコニウムからなる群から選ばれる金属、これらの金属の酸化物又は水酸化物、及びそれらの水和物、またはこれらの金属の炭酸塩から選ばれる少なくとも一種であり;n、x、y及びzは、それぞれ1〜5の整数、0〜10の整数、2〜5の整数、及び0〜10の整数である]で表される無機化合物を含むこともできる。
前記一般式(XX)の無機化合物としては、γ−アルミナ、α−アルミナ等のアルミナ(Al2O3)、ベーマイト、ダイアスポア等のアルミナ一水和物(Al2O3・H2O)、ギブサイト、バイヤライト等の水酸化アルミニウム[Al(OH)3]、炭酸アルミニウム[Al2(CO3)3]、水酸化マグネシウム[Mg(OH)2]、酸化マグネシウム(MgO)、炭酸マグネシウム(MgCO3)、タルク(3MgO・4SiO2・H2O)、アタパルジャイト(5MgO・8SiO2・9H2O)、チタン白(TiO2)、チタン黒(TiO2n−1)、酸化カルシウム(CaO)、水酸化カルシウム[Ca(OH)2]、酸化アルミニウムマグネシウム(MgO・Al2O3)、クレー(Al2O3・2SiO2)、カオリン(Al2O3・2SiO2・2H2O)、パイロフィライト(Al2O3・4SiO2・H2O)、ベントナイト(Al2O3・4SiO2・2H2O)、ケイ酸アルミニウム(Al2SiO5、Al4・3SiO4・5H2O等)、ケイ酸マグネシウム(Mg2SiO4、MgSiO3等)、ケイ酸カルシウム(Ca2SiO4等)、ケイ酸アルミニウムカルシウム(Al2O3・CaO・2SiO2等)、ケイ酸マグネシウムカルシウム(CaMgSiO4)、炭酸カルシウム(CaCO3)、酸化ジルコニウム(ZrO2)、水酸化ジルコニウム[ZrO(OH)2・nH2O]、炭酸ジルコニウム[Zr(CO3)2]、各種ゼオライトのように、電荷を補正する水素、アルカリ金属又はアルカリ土類金属を含む結晶性アルミノケイ酸塩等を挙げることができる。
前記一般式(XX)の無機化合物は、耐摩耗性とウェット性能のバランスの観点から、平均粒径が0.01〜10μmであることが好ましく、0.05〜5μmであることがより好ましい。
前記ゴム組成物は、上述した、ゴム成分、直鎖状多価アルコール、ヒドロカルビル基を有する環状ポリオール化合物及び充填剤の他に、ゴム工業界で通常使用される配合剤を、その他の成分として含むことができる。
その他の成分については、例えば、シランカップリング剤、架橋剤、加硫促進剤、ポリエチレングリコール、軟化剤、樹脂、老化防止剤、亜鉛華等を、本発明の目的を害しない範囲内で適宜選択して含むことができる。これら配合剤としては、市販品を好適に使用することができる。
前記シランカップリング剤としては、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(3−トリエトキシシリルプロピル)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)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、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、2−メルカプトエチ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、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、3−トリエ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−トリメトキシシリルプロピルベンゾチアゾリルテトラスルフィド、3−トリエトキシシリルプロピルベンゾチアゾリ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、3−トリメトキシシリルプロピルメタクリレートモノスルフィド、ビス(3−ジエトキシメチルシリルプロピル)テトラスルフィド、3−メルカプトプロピルジメトキシメチルシラン、ジメトキシメチルシリルプロピル−N,N−ジメチルチオカルバモイルテトラスルフィド、ジメトキシメチルシリルプロピルベンゾチアゾリルテトラスルフィド等が挙げられる。これらシランカップリング剤は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
前記架橋剤の含有量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、前記ゴム成分100質量部に対し、0.1〜20質量部であることが好ましい。
前記軟化剤を含有する場合には、取り扱い容易性の観点から、上述した軟化剤中でも、25℃等の常温で液体であるもの、例えば、アロマオイル、パラフィンオイル、ナフテンオイル等の石油系軟化剤を含有することが好ましい。
例えば、トレッド部、ショルダー部、サイドウォール部、ビード部、ベルト層(ベルトコーティングゴム)及びカーカス(プライコーティングゴム)の少なくとも一か所に用いることができる。これらの部位の中でも、トレッド部に好適に用いることができる。前記ゴム組成物をタイヤトレッド部に適用することで、低転がり抵抗性や伸長疲労性等の性能を良好に維持しつつ、優れた耐カット性を実現できる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではない。
なお、本発明のタイヤは、スチーム加硫や電気加硫で成形することができる。
表1に示す配合に従って、常法で配合・混練することで、ゴム組成物のサンプルを調製した。なお、表1に示す配合量は、ゴム成分100質量部に対する配合量(質量部)である。
そして、得られた各サンプルについては、以下の評価を実施した。
(1)耐カット性
実施例及び比較例の各サンプルについて、加硫処理を施した後、pure shear型の試験片を作製し、引張試験装置(株式会社島津製作所)を使用して試験片を引っ張った状態で切り込みを入れ、き裂が進展する様子を観察し、き裂進展速度が不連続に増大するエネルギー解放率(転移エネルギー)を測定した。
評価は、測定した各サンプルの転移エネルギーの逆数を算出し、実施例1−1及び1−2については比較例1のサンプルの移転エネルギーの逆数を100としたときの指数値、実施例2−1及び2−2については比較例2のサンプルの移転エネルギーの逆数を100としたときの指数値、実施例3−1〜3−3については比較例3のサンプルの移転エネルギーの逆数を100としたときの指数値、として表示する。なお、表1中の指数値は、大きいほど耐カット性が良好であることを示す。
実施例及び比較例の各サンプルについて、加硫処理を施した後、引張試験装置(株式会社島津製作所)を使用し、幅6mmのダンベル型の試験片に0.5mm幅の切り込みを入れて5Hzで繰り返し引張する試験を行った。評価については、エネルギー解放率の常用対数をとった値が4.3のときの破断回数を測定した。評価については、実施例1−1及び1−2については比較例1の破断回数を100としたときの指数、実施例2−1及び2−2については比較例2の破断回数を100としたときの指数、実施例3−1〜3−3については比較例3の破断回数を100としたときの指数、として表示し、表1に示す。なお、表1中の指数値は、大きいほど伸長疲労性に優れることを示す。
*2 ソルビタンモノエステル:ソルビタンモノステアレート、株式会社花王製、「レオドールAS−10V」、水酸基数3
*3 ソルビトール:関東化学株式会社製、水酸基数6
*4 カーボンブラック:N234、三菱化学株式会社製、「DIABLACK N234」
*5 シリカ: 東ソーシリカ株式会社製、「NIPSIL AQ」
*6 老化防止剤:N−フェニル−N’−(1,3−ジメチルブチル)−p−フェニレンジアミン、大内新興化学工業株式会社製、「ノクラック6C」
*7 シランカップリング剤:ビストリエトキシシリルプロピルポリスルフィド、信越化学株式会社製
*8 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 三新化学工業株式会社製、「サンセラーCM−G」*9 スチレンブタジエンゴム:旭化成株式会社製、「タフデン2
10:空気入りタイヤ
20:トレッド
21,22:周方向主溝
26,27:ショルダー部
30:タイヤサイド部
40:カーカス
41:折り返し端部
Claims (15)
- 路面に接するトレッドと、前記トレッドのタイヤ径方向内側に設けられるベルト層とを備え、車両に装着される空気入りタイヤであって、
前記空気入りタイヤの外径は、350mm以上、600mm以下であり、
前記空気入りタイヤに組み付けられるリムホイールのリム幅をRW、前記空気入りタイヤのタイヤ断面幅をSWとした場合、
0.78≦RW/SW≦0.88
の関係を満たし、
天然ゴムを含有するゴム成分と、ヒドロカルビル基を有する環状ポリオール化合物及び/又は直鎖状多価アルコールと、を含むゴム組成物を用いたことを特徴とする、空気入りタイヤ。 - 前記ベルト層は、タイヤ周方向に沿って螺旋状に巻き回されたシースベルトを含むことを特徴とする、請求項1に記載の空気入りタイヤ。
- 前記環状ポリオール化合物の含有量が、前記ゴム成分100質量部に対して、0.1〜6質量部であることを特徴とする、請求項1又は2に記載の空気入りタイヤ。
- 前記ヒドロカルビル基を有する環状ポリオール化合物は、式(1)中のAのヒドロカルビル基部分の炭素数が12〜24であることを特徴とする、請求項4に記載の空気入りタイヤ。
- 前記ヒドロカルビル基を有する環状ポリオール化合物の融点が、40〜100℃であることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか1項に記載の空気入りタイヤ。
- 前記直鎖状多価アルコールが、3つ以上の水酸基を有することを特徴とする、請求項1〜6のいずれか1項に記載の空気入りタイヤ。
- 前記直鎖状多価アルコールの融点が160℃未満であることを特徴とする、請求項1〜7のいずれか1項に記載の空気入りタイヤ。
- 前記直鎖状多価アルコールが、キシリトール、ソルビトール、マンニトール及びガラクチトールからなる群より選択される少なくとも一種であることを特徴とする、請求項1〜8のいずれか1項に記載の空気入りタイヤ。
- 前記直鎖状多価アルコールの含有量が、前記ゴム成分中の天然ゴム100質量部に対して、0.1〜6質量部であることを特徴とする、請求項1〜9のいずれか1項に記載の空気入りタイヤ。
- 前記ゴム成分中の天然ゴムの含有量が、70質量%以上であることを特徴とする、請求項1〜10のいずれか1項に記載の空気入りタイヤ。
- 前記ゴム組成物が、少なくともシリカ又はカーボンブラックを含有する充填剤を、さらに含むことを特徴とする、請求項1〜11のいずれか1項に記載の空気入りタイヤ。
- 前記充填剤のうち、前記シリカの含有量が、前記ゴム成分100質量部に対して5〜100質量部であることを特徴とする、請求項12に記載の空気入りタイヤ。
- 前記充填剤のうち、前記カーボンブラックの含有量が、前記ゴム成分100質量部に対して5〜100質量部であることを特徴とする、請求項12又は13に記載の空気入りタイヤ。
- 前記ゴム組成物が、少なくともトレッド部材に用いられることを特徴とする、請求項1〜14のいずれか1項に記載の空気入りタイヤ。
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