JP4890834B2

JP4890834B2 - 乗用車用空気入りタイヤ

Info

Publication number: JP4890834B2
Application number: JP2005313152A
Authority: JP
Inventors: 博也戸田
Original assignee: Toyo Tire and Rubber Co Ltd
Current assignee: Toyo Tire Corp
Priority date: 2005-10-27
Filing date: 2005-10-27
Publication date: 2012-03-07
Anticipated expiration: 2025-10-27
Also published as: JP2007119582A

Description

本発明は、空気入りタイヤに関するものである。

最近、自動車の高性能化及び低燃費化が進む中で、タイヤの操縦安定性、湿潤路面での制動距離低減、及び転がり抵抗の低減が求められている。しかしながら、操縦安定性及び湿潤路面での制動性と、転がり抵抗の低減とは、互いに背反する関係にあり、これらを両立することが重要な課題となっている。

特に、転がり抵抗と湿潤路面での制動性（グリップ性）との両立のため、従来、トレッドのキャップゴム層において、シリカを配合したゴム組成物が用いられている。また、転がり抵抗を低減するために、トレッドのベースゴム層において、カーボンブラックの充填量を減量したり、シリカを併用したりといった手法もある。

しかしながら、キャップゴム層やベースゴム層にシリカを多量に配合すると、未加硫ゴムの加工性が悪化したり、ゴムの電気抵抗が高くなるために走行中でのラジオノイズなどの原因になることがある。また、ベースゴム層において、カーボンブラックの充填量を減量すると、ゴムの強力が低下するため、走行中にトレッドゴム部のセパレーションなどを引き起こすことがある。

ところで、下記特許文献１には、転がり抵抗の低減と操縦安定性の向上を図るため、トレッドのベースゴム層において、センター領域に高硬度のゴム層と、ショルダー領域に低発熱性のゴム層とを適正配置することが提案されている。

また、下記特許文献２には、操縦安定性と乗り心地性を両立するため、トレッドのベースゴム層を、キャップゴム層よりも、室温における動的弾性率が低く、８０℃における動的弾性率が高くなるゴム組成物で構成し、より詳細には、ベースゴム層を、天然ゴムと、高結晶性シンジオタクティック−１，２結合ポリブタジエン樹脂とシス−１，４結合ポリブタジエンゴムよりなるポリマーアロイを含むゴム組成物で形成することが提案されている。

このように特許文献１，２には、トレッドのベースゴム層を形成するゴム組成物の配合により、操縦安定性とその背反性能とを両立することが提案されているが、ベースゴム層のゴム配合により湿潤路面での制動性を向上することについては開示されていない。

また、下記特許文献３には、ビニルイソプレン単位を含むポリイソプレンのブロックとポリスチレンのブロックとからなるブロック共重合体とジエン系ゴムからなるタイヤ用ゴム組成物が開示されているが、この文献は、操縦安定性とロードノイズ低減を両立するために、上記ゴム組成物からなるゴム層をサイドウォール部におけるカーカス層の外側に配設するというものであり、後述する本願発明の構成およびそれによる格別の作用効果については開示されていない。
特開２０００−１９８３１９号公報特開２００４−１１４８７８号公報特開２００５−１９４３９７号公報

本発明は、転がり抵抗や操縦安定性を悪化させることなく、湿潤路面での制動距離を低減することができる空気入りタイヤを提供することを目的とする。

本発明者は、トレッドのベースゴム層に損失係数（ｔａｎδ）の高いゴムを用いることで、湿潤路面での制動距離を低減できることを見い出した。そして、このような高損失係数のゴムとして、特定のポリイソプレンとポリスチレンのブロック共重合体を用いた配合を用いることで、転がり抵抗や操縦安定性が悪化することなしに、湿潤路面での制動距離を低減できることを見い出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明に係る乗用車用空気入りタイヤは、キャップゴム層とベースゴム層からなるトレッドゴム部を備える乗用車用空気入りタイヤであって、前記ベースゴム層のショルダー領域が、ジエン系ゴム８５〜６０重量％と、ビニルイソプレン単位を含むポリイソプレンのブロックとポリスチレンのブロックとからなるブロック共重合体１５〜４０重量％とからなるポリマー成分を含有するゴム組成物からなり、前記ベースゴム層のセンター領域が前記ブロック共重合体を含まないゴム組成物からなるものである。

本発明によれば、ポリマー成分として、タイヤ用ゴム組成物に通常用いられるジエン系ゴムに、特定のポリイソプレンとポリスチレンのブロック共重合体をブレンドすることで、高損失係数のゴム組成物が得られ、これをトレッドゴム部のベースゴム層に用いたことにより、転がり抵抗性（即ち、低燃費性）や操縦安定性を損なうことなく、湿潤路面での制動距離を低減することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、第１の実施形態（但し、参考例である。）に係る空気入りタイヤの半断面図である。このタイヤは、左右一対の環状のビードコア１２と、タイヤ周方向に対し直角に配列した多数のコードが延在してなるカーカスプライの少なくとも１層で形成されて両端がそれぞれビードコア１２で係止されたカーカス層１４と、スチールコード等の非伸長性のベルトコードをタイヤ周方向に対し浅い角度で傾斜配列してなりカーカス層１４のクラウン部外周に配されたベルト層１６と、ベルト層１６のタイヤ半径方向外側に配されたトレッドゴム部１８とを備えてなる。トレッドゴム部１８は、タイヤ半径方向内側のベースゴム層２０と、接地面となるタイヤ半径方向外側のキャップゴム層２２との２層で構成されている。

ベースゴム層２０を構成するベース用ゴム組成物は、ポリマー成分として、ジエン系ゴム（Ａ）と、ビニルイソプレン単位を含むポリイソプレンのブロックとポリスチレンのブロックとからなるブロック共重合体（Ｂ）とを用いたものである。このような特有のブロック共重合体（Ｂ）をブレンドして得られる損失係数の高い高減衰ゴム組成物をベースゴム層２０に用いることにより、転がり抵抗や操縦安定性を損なうことなく、湿潤路面での制動性を向上することができる。これに対し、例えば、単にカーボンブラックを増量するなどして損失係数を高くしたゴム組成物では、転がり抵抗が悪化してしまう。

上記ジエン系ゴム（Ａ）としては、一般にタイヤ用ゴム組成物として用いられている各種のジエン系ゴムを使用することができ、例えば、天然ゴム、ポリイソプレンゴム、ポリブタジエンゴム、スチレン−ブタジエン共重合体ゴムなどをそれぞれ単独で又は２種以上併用して用いることができる。

上記ブロック共重合体（Ｂ）は、イソプレンの重合体部分からなるソフトブロックと、スチレンの重合体部分からなるハードブロックとで構成されるブロック共重合体であり、ソフトブロックを構成するイソプレン単位中にビニルイソプレン単位を含むものである。ここで、ビニルイソプレン単位とは、イソプレンが通常の１，４−結合ではなく、１，２−結合と３，４−結合の少なくとも一方を形成している部分をいう。ソフトブロックは、ビニルイソプレン単位のみで形成されてもよいが、通常は１，４−結合のイソプレン単位も含んでおり、これらはソフトブロック内でランダムに結合されていてもよく、あるいはまた、ビニルイソプレン単位の重合体部分と１，４−結合のイソプレン単位の重合体部分とがブロック的に結合されていてもよい。

上記ブロック共重合体（Ｂ）は、少なくとも２つの上記ポリスチレンのハードブロックの間に、上記ポリイソプレンのソフトブロックを有するトリブロック共重合体であることが好ましい。より詳細には、ハードブロック−ソフトブロック−ハードブロックのトリブロック構造を有するものであれば、ハードブロック−ソフトブロック−ハードブロック−ソフトブロック、ハードブロック−ソフトブロック−ハードブロック−ソフトブロック−ハードブロックのような構造であってもよい。

上記ブロック共重合体（Ｂ）は、ビニルイソプレン単位を４０重量％以上含有することが好ましい。ビニルイソプレン単位の重量割合が４０重量％未満では、ブロック共重合体（Ｂ）のガラス転移点が低くなってしまう。また、このブロック共重合体（Ｂ）のガラス転移温度Ｔｇは−２０℃以上であることが好ましく、より好ましくは−１０℃以上である。ガラス転移温度が−２０℃未満では、湿潤路面での制動性の向上が得られにくくなる。より詳細には、上記ブロック共重合体（Ｂ）は、スチレン単位を１０〜３０重量％、ビニルイソプレン単位を４０〜８０重量％、１，４−結合イソプレン単位を０〜４０重量％それぞれ含有することが好ましい。なお、これらの各単位の含有率は^１Ｈ−ＮＭＲにより赤外法を用いて測定され、ガラス転移温度はＪＩＳＫ７１２１に準拠して測定される。

上記ベース用ゴム組成物において、ポリマー成分は、上記ジエン系ゴム（Ａ）８５〜６０重量％と、上記ブロック共重合体（Ｂ）１５〜４０重量％からなる。ブロック共重合体（Ｂ）が１５重量％未満では、湿潤路面での制動性の向上効果が不十分である。また、ブロック共重合体（Ｂ）が４０重量％を超えると、転がり抵抗性が悪化する。

上記ベース用ゴム組成物には、カーボンブラックなどの充填剤、硫黄等の加硫剤、加硫促進剤、老化防止剤、亜鉛華、ステアリン酸など、タイヤ用ゴム組成物に一般に用いられている各種添加剤を配合することができる。上記カーボンブラックは、ポリマー成分１００重量部に対して３０〜６０重量部配合することが好ましい。

キャップゴム層２２を構成するゴム組成物としては、各種のトレッドキャップ用ゴム組成物を用いることができ、特に限定されない。例えば、ポリマー成分として、スチレン−ブタジエンゴムの単独、又はスチレン−ブタジエンゴム５０重量％以上と他のジエン系ゴム５０重量％以下とのブレンドゴムを用いることができる。他のジエン系ゴムとしては、特に限定はなく、天然ゴムの他、イソプレンゴム、ブタジエンゴムなどのジエン系合成ゴムが挙げられ、これらはそれぞれ単独で用いても２種以上併用してもよい。かかるキャップ用ゴム組成物には、カーボンブラック、シリカなどの充填剤の他、オイル、亜鉛華、ステアリン酸、老化防止剤、加硫剤、加硫促進剤など、タイヤ用ゴム組成物において一般に使用される各種添加剤を配合することができる。

図２は、第２の実施形態に係る空気入りタイヤの半断面図である。この実施形態では、ベースゴム層２０を、タイヤ赤道線ＣＬを含むセンター領域２０ａと、その幅方向外側に隣接して配置されたショルダー領域２０ｂとで構成し、両領域２０ａ，２０ｂを異なる配合のゴム組成物により形成している点で上記第１の実施形態と相違する。

そして、ショルダー領域２０ｂが上記ベース用ゴム組成物で形成され、一方、センター領域２０ａは上記ブロック共重合体（Ｂ）を含まない各種のトレッドベース用ゴム組成物で形成される。湿潤路面での制動距離の低減に特に効果があるのは、ショルダー領域２０ｂであり、センター領域２０ａではその寄与が小さい。一方、上記ブロック共重合体（Ｂ）は損失係数が高いため、本来的には転がり抵抗を悪化させる傾向にある。そのため、湿潤路面での制動性に対する寄与の小さいセンター領域２０ａには上記ブロック共重合体（Ｂ）を配合せずに、該ブロック共重合体（Ｂ）をショルダー領域２０ｂに限定して配合することにより、転がり抵抗の悪化をより一層抑えながら、湿潤路面での制動距離を低減することができる。

なお、センター領域２０ａを構成するゴム組成物としては、特に限定されず、天然ゴム、ブタジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴム等のポリマー成分に、カーボンブラック、オイル、亜鉛華、ステアリン酸、老化防止剤、加硫剤、加硫促進剤等の添加剤を適宜配合したものが用いられる。より詳細には、上記ポリマー成分として、天然ゴムとブタジエンゴムのブレンドゴムを用いたり、あるいはまた、天然ゴムと、高結晶性シンジオタクティック−１，２結合ポリブタジエン樹脂とシス−１，４結合ポリブタジエンゴムよりなるポリマーアロイとがブレンドされたものを用いることが好ましい。また、上記ポリマー成分１００重量部に対し、カーボンブラックを２０〜８０重量部配合することが好ましく、充填剤としてカーボンブラックに加えてシリカを併用してもよい。

また、上記ベースゴム層２０において、センター領域２０ａとショルダー領域２０ｂとの比率は、次のように設定されることが好ましい。すなわち、タイヤ赤道線ＣＬからトレッド接地端Ｅ（タイヤに標準荷重（ＪＡＴＭＡ規定の最大荷重の７５％の荷重）を負荷したときに路面と接するトレッドゴム部１８の外側端）との距離をｘとしたとき、センター領域２０ａとショルダー領域２０ｂの境界線Ｒがタイヤ赤道線ＣＬから０．２ｘ〜０．８ｘの範囲内に設定されることが好ましく、より好ましくは０．４ｘ〜０．７ｘの範囲内に設定されることである。この境界線Ｒは、タイヤ周方向に延びる主溝２４から外れた位置に設定されることが好ましい。主溝２４では、ベースゴム層２０が薄くなっているため、この部分に境界線Ｒを設定すると、歪みが集中して割れが発生しやいからである。

以下、本発明の実施例を示すが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

１．ベース用ゴム組成物の調製
バンバリーミキサーを使用し、一般的方法に従って、下記表１に示す配合Ｉ〜IVのゴム組成物を調製した。なお、表１に示すように、配合Ｉ及びIIIは、それぞれ配合II及びIVとの間で硬度をほぼ一致させるために、カーボンブラック及びオイル等を変量した。表１の各成分の詳細は以下の通りである。

・天然ゴム：ＲＳＳ＃３、
・ＶＣＲ：宇部興産社製「ＵＢＥＰＯＬ−ＶＣＲ６１７」（高結晶性シンジオタクティック−１，２結合ポリブタジエン樹脂とシス−１，４結合ポリブタジエンゴムよりなるポリマーアロイ）。

・ブロック共重合体１：クラレ社製「ハイブラー５１２５」（ポリスチレンとビニルイソプレンが結合したトリブロック共重合体。スチレン単位の含有量＝２０重量％、１，４−結合イソプレン単位の含有量＝３６重量％、ビニルイソプレン単位の含有量＝４４重量％、ガラス転移点Ｔｇ＝−１７℃）、
・ブロック共重合体２：クラレ社製「ハイブラー５１２７」（ポリスチレンとビニルイソプレンが結合したトリブロック共重合体。スチレン単位の含有量＝２０重量％、１，４−結合イソプレン単位の含有量＝２４重量％、ビニルイソプレン単位の含有量＝５６重量％、ガラス転移点Ｔｇ＝８℃）。

・カーボンブラック：東海カーボン社製「シーストＳＯ」、
・オイル：ジャパンエナジー社製「ＪＯＭＯプロセスＸ−１４０」、
・酸化亜鉛：三井金属鉱業社製「酸化亜鉛３種」、
・ステアリン酸：花王社製「ルナックＳ−２５」、
・老化防止剤：フレキシス社製「サントフレックス６Ｃ」、
・加硫促進剤ＣＢＳ：大内新興化学社製「ノクセラーＮＳ−Ｐ」、
・硫黄：三新化学工業社製「サンフェルＥＸ」。

２．ベース用ゴム組成物の加硫ゴム物性
上記で得られた各ゴム組成物について、１６０℃×１５分で加硫して所定形状の試験片を作製し、得られた試験片を用いて、硬度と動的弾性率（損失係数）を以下の方法により測定した。結果を表１に示す。

・硬度：ＪＩＳＫ６２５３に準拠したスプリング式硬さ試験タイプＡを使用して、温度２３℃で測定した。

・動的弾性率：ユービーエム社製の動的粘弾性測定装置を使用し、初期伸張率１０％、振幅５％、周波数１０Ｈｚにて、温度２５℃と６０℃での損失係数ｔａｎδを測定した。

３．キャップ用ゴム組成物の調製
バンバリーミキサーを使用し、一般的方法に従って、キャップ用ゴム組成物を調製した。キャップ用ゴム組成物の配合は、スチレンブタジエンゴム（旭化成ケミカルズ製「ＴＵＦ３３３０」）９６．２５重量部、ブタジエンゴム（ＪＳＲ製「ＢＲ０１」）３０重量部、カーボンブラック（三菱化学製「ダイヤブラックＮ３３９」）４０重量部、シリカ（東ソー・シリカ製「ニップシールＡＱ」）４０重量部、シランカップリング剤（デグサ製「Ｓｉ６９」）４重量部、アロマ油（ジャパンエナジー製「ＪＯＭＯプロセスＸ−１４０」）１０重量部、酸化亜鉛（三井金属鉱業製「酸化亜鉛３種」）３重量部、ステアリン酸（花王製「ルナックＳ−２５」）２重量部、老化防止剤（フレキシス製「サントフレックス６Ｃ」）２重量部、ワックス（日本精鑞製「ＯＺＯＡＣＥ０３５５）２重量部、加硫促進剤Ｄ（住友化学製「ソクシノールＤ」）１重量部、加硫促進剤ＣＺ（住友化学製「ソクシノールＣＺ」）２重量部、硫黄（鶴見化学製「粉末硫黄」）２重量部とした。

４．空気入りタイヤの作製及び評価
上記１．及び３．で得られたゴム組成物を用いて、定法に従い加硫成形することにより、タイヤサイズ：２１５／６０Ｒ１６の空気入りラジアルタイヤを作製した。ベースゴム層２０で用いたゴム組成物は下記表２の通りであり、参考例１，２及び比較例１，２では、図１に示すようにベースゴム層２０を全幅で共通のゴム配合とし、実施例３及び比較例３では、図２に示すようにベースゴム層２０のセンター領域２０ａとショルダー領域２０ｂとを異なるゴム配合とした。その際、タイヤ赤道線ＣＬから両領域２０ａ，２０ｂの境界線Ｒまでの距離は、タイヤ赤道線ＣＬからトレッド接地端Ｅまでの距離をｘとして、０．７ｘとした。

作製した各ラジアルタイヤについて、転がり抵抗と湿潤路面での制動距離と操縦安定性を下記方法に従い評価した。結果を表２に示す。

・転がり抵抗（低燃費性）：使用リムを１６×６１／２ＪＪとしてタイヤを装着し、空気圧２３０ｋＰａ、荷重４５０ｋｇｆとして、転がり抵抗測定ドラムにて２３℃、８０ｋｍ／ｈで走行させたときの転がり抵抗を測定した。結果は、参考例１については比較例１の値を１００とし、参考例２、実施例３及び比較例３については比較例２の値を１００とした指数で表示し、指数が小さいほど、転がり抵抗が小さく、よって低燃費性に優れることを示す。

・湿潤路面での制動距離：使用リムを１６×６１／２ＪＪとして２５００ｃｃのテスト車に装着し、湿潤アスファルト路面にて、時速８０ｋｍ／ｈから制動するまでの距離を測定した。結果は、参考例１については比較例１の値を１００とし、参考例２、実施例３及び比較例３については比較例２の値を１００とした指数で表示し、指数が大きいほど制動距離が短く制動性に優れることを示す。

・操縦安定性：使用リムを１６×６１／２ＪＪとして２５００ｃｃのテスト車に装着し、テストドライバーによる官能評価により操縦安定性を評価した。参考例１については比較例１を、参考例２、実施例３及び比較例３については比較例２を、それぞれコントロールとして、これと同等のものを±０、やや劣るものを−１、劣るものを−２、やや優れるものを＋１、優れるものを＋２とした。

表２に示すように、参考例１，２及び実施例３の空気入りタイヤであると、転がり抵抗と操縦安定性を実質的に損なうことなく、湿潤路面での制動距離が低減されていた。また、参考例２，実施例３及び比較例２，３を比較すると明らかなように、湿潤路面での制動距離の低減効果は、センター領域２０ａよりもショルダー領域２０ｂで寄与が大きく、実施例３に示すように、ショルダー領域２０ｂのみに限定して上記ブロック共重合体（Ｂ）を配合したゴム組成物を用いることにより、転がり抵抗を全く損なうことなく、また操縦安定性をやや向上させながら、湿潤路面での制動距離を低減することができた。

本発明は、低燃費性や操縦安定性を悪化させずに、湿潤路面での制動性を向上することができるので、乗用車用ラジアルタイヤに利用することができる。

本発明の第１の実施形態に係る空気入りタイヤの半断面図である。本発明の第２の実施形態に係る空気入りタイヤの半断面図である。

符号の説明

１８…トレッドゴム部
２０…ベースゴム層
２０ａ…センター領域
２０ｂ…ショルダー領域
２２…キャップゴム層

Claims

キャップゴム層とベースゴム層からなるトレッドゴム部を備える乗用車用空気入りタイヤであって、前記ベースゴム層のショルダー領域が、ジエン系ゴム８５〜６０重量％と、ビニルイソプレン単位を含むポリイソプレンのブロックとポリスチレンのブロックとからなるブロック共重合体１５〜４０重量％とからなるポリマー成分を含有するゴム組成物からなり、前記ベースゴム層のセンター領域が前記ブロック共重合体を含まないゴム組成物からなることを特徴とする乗用車用空気入りタイヤ。
前記ブロック共重合体は、少なくとも２つの前記ポリスチレンのブロックの間に前記ポリイソプレンのブロックを有するトリブロック共重合体であって、ビニルイソプレン単位の含有量が４０重量％以上であり、かつ、ガラス転移点が−２０℃以上であることを特徴とする請求項１記載の乗用車用空気入りタイヤ。
前記ショルダー領域と前記センター領域の境界線が、タイヤ幅方向において、タイヤ周方向に延びる主溝から外れた位置に設定されたことを特徴とする請求項１又は２記載の乗用車用空気入りタイヤ。