JP4945550B2 - タイヤのトレッド用ゴム組成物及びタイヤ - Google Patents

Description

本発明は、タイヤのトレッド用ゴム組成物及びこれをトレッド部に使用したタイヤに関する。

昨今では、省エネルギの要請や環境負荷の低減を考慮して従来よりも増して自動車の低燃費化が図られており、特にタイヤにおいては転がり抵抗の更なる低減化が望まれている。そして、タイヤのトレッド用ゴム組成物としては、これを使用したタイヤの転がり抵抗を低減するために、フィラーとしてシリカを主として使用すると共にカーボンブラックとシリカとの合計フィラー配合量を通常よりも少なくしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
このようなトレッド用ゴム組成物によれば、フィラーの配合量が少なくなることでタイヤの発熱性が低くなって、転がり抵抗の低減化を図ることができるとされている。
特開２００８−８８２３６号公報

しかしながら、トレッド用ゴム組成物におけるフィラーの配合量を少なくすると、タイヤのトレッド部の剛性が低くなって制動性能が低下する新たな問題が生じる。
したがって、良好な制動性能を有しつつ、転がり抵抗の低減を図ることができるタイヤのトレッド用ゴム組成物が望まれている。

そこで、本発明の課題は、転がり抵抗の低減と良好な制動性能の確保を両立することができるトレッド用ゴム組成物及びこれをトレッド部に使用したタイヤを提供することにある。

前記課題を解決する本発明は、タイヤのトレッド用ゴム組成物において、シリカの配合量、カーボンブラックの配合量並びにプロセスオイル及びカップリング剤からなるオイル成分の配合量の比（Ａ指標）が、下記関係式（１）を満足し、かつ、３０℃における複素弾性率Ｅ＊と、６０℃における損失正接ｔａｎδとの比（Ｂ指標）が、下記関係式（２）を満足することを特徴とする。
Ａ指標＝シリカの配合量／（カーボンブラックの配合量＋シリカの配合量＋オイル成分の配合量）≧０．８５・・・関係式（１）
Ｂ指標＝Ｅ＊／ｔａｎδ≧１４７．３３・・・関係式（２）
但し、前記関係式（１）中の各配合量は質量換算値である。

また、前記課題を解決する本発明のタイヤは、このようなトレッド用ゴム組成物をトレッド部に使用したことを特徴とする。

本発明によれば、転がり抵抗の低減と良好な制動性能の確保を両立することができるトレッド用ゴム組成物及びこれをトレッド部に使用したタイヤを提供することができる。

以下に、本発明に係る実施形態について適宜図面を参照しながら詳細に説明する。ここで参照する図面において、図１は、本発明の実施形態のタイヤの断面図であって、回転軸に沿った断面を部分的に示す図である。図２は、図１のタイヤにおける補強層、ベルト層及びカーカス層の積層状態を示す展開図であって、タイヤの外周側から見た部分図である。本実施形態に係るタイヤは、後記するトレッド用ゴム組成物を使用したことを主な特徴点としている。

図１に示すように、本実施形態に係るタイヤ１は、空気入りのラジアルタイヤであって、地面に接するトレッド部５と、リムＲに組み付けられるビード部１１と、このビード部１１とトレッド部５とを連結するサイドウォール部９と、を備えている。そして、タイヤ１は、ビード部１１がリムＲに気密に組み付けられることで、空気室１０を形成している。
タイヤ１は、タイヤ１の骨格となるカーカス層４を更に備えている。このカーカス層４は、リムＲの周方向で延びるトロイド状の形状を呈しており、その内周側の端部は、ビードコア２及びビードフィラー３を巻き込むように折り返されている。

カーカス層４は、ゴム引きされたコード層で形成されており、このコード層を形成する複数のカーカスコードは空気室１０を包囲するようにタイヤ周方向と直交するラジアル方向に延設されている。
このカーカス層４の外側には、図１及び図２に示すように、ベルト層６及びベルト層７、並びに補強層８がこの順番で配置されている。

ベルト層６，７は、タイヤ周方向に延設されており、カーカス層４をタイヤ１の内側に向かって締め付ける、たが効果によってタイヤ１の形状を保持している。ベルト層６，７は、ゴム引きされたコード層をバイアスカットして形成した帯材の両端を連結したものである。更に詳しく説明すると、図２に示すように、そのコード層を形成する、それぞれのベルトコード６ａ及びベルトコード７ａの傾きが、タイヤ周方向に対して相互に逆向きになっている。ちなみに、図２において、符号４ａは展開したカーカス層４のカーカスコードを示している。

このタイヤ周方向に対するベルトコード６ａの傾きθ_１、及びベルトコード７ａの傾きθ_２は、相互に等しい。そして、一般には、θ_１及びθ_２が１７度〜２７度に設定されるところ、本実施形態に係るタイヤ１では、θ_１及びθ_２が特異角（５４．７度）に近接した４５度〜６５度に設定されている。ちなみに、θ_１及びθ_２を特異角（５４．７度）に等しくなるように設定したタイヤ１は、タイヤ周方向の剛性を著しく小さくすることができるので、タイヤ１の接地変形によってベルト層６，７の幅方向の引張り力の差が生じなくなる。その結果、θ_１及びθ_２を４５度〜６５度に設定して一般のベルト層よりも広角にしたベルト層６，７（広角ベルト）を有するタイヤ１は、タイヤ１の捩れ変形を抑制して横力（プライステア）を低減することとなる。

補強層８は、ベルト層６，７にコード８ａをタイヤ周方向に螺旋状に巻き付けて形成したものであって、ベルト層６，７を補強している。ちなみに、図２でのコード８ａは、作図上、タイヤ周方向に対して相互に平行に並ぶように記載している。

本実施形態に係るタイヤ１においては、そのトレッド部５（トレッドゴム）が次に説明するトレッド用ゴム組成物で形成されている。

トレッド用ゴム組成物は、次の関係式（１）及び関係式（２）を同時に満足するものである。
Ａ指標＝シリカの配合量／（カーボンブラックの配合量＋シリカの配合量＋オイル成分の配合量）≧０．８５・・・関係式（１）
（但し、前記関係式（１）中、各配合量は質量換算値である）
Ｂ指標＝Ｅ＊／ｔａｎδ≧１４７．３３・・・関係式（２）
（但し、関係式（２）中、Ｅ＊はトレッド用ゴム組成物の３０℃における複素弾性率を表し、ｔａｎδはトレッド用ゴム組成物の６０℃における損失正接を表している）

本実施形態でのトレッド用ゴム組成物は、前記したＡ指標を規定する、補強用充填剤としてのシリカ及びカーボンブラック、並びにオイル成分の他は、公知のトレッド用ゴム組成物と同様の材料で構成されており、ベースゴム、老化防止剤、酸化亜鉛、ワックス、加硫剤、加硫促進剤などを必要に応じて通常使用される量を含むことができる。
なお、本実施形態でのトレッド用ゴム組成物は、補強用充填剤としてカーボンブラックを含まずにシリカのみを含むものが望ましい。

本実施形態でのシリカとしては、タイヤに使用されるシリカであれば特に制限はなく、例えば天然シリカや合成シリカ（乾式シリカ、湿式シリカ）を使用することができる。中でも比表面積の小さいシリカ（ＣＴＡＢ＝１２０ｍ^２／ｇ以下、かつＢＥＴ＝１２５ｍ^２／ｇ以下のシリカ。例えば、ローディアジャパン（株）製のＺＥＯＳＩＬ１１５ＧＲ）が望ましい。

本実施形態でのカーボンブラックとしては、タイヤに使用されるカーボンブラックであれば特に制限はなく、例えば、日本ゴム協会発行のゴム工業便覧に準拠したＳＡＦ、ＳＡＦ−ＨＳ、ＩＳＡＦ、ＩＳＡＦ−ＨＳ、ＨＡＦ、ＭＡＦ、ＦＥＦ、ＳＲＦ等を使用することができる。

オイル成分としては、タイヤに使用されるオイル成分でよく、伸展油（プロセスオイル）として使用される、例えばパラフィン系、ナフテン系、アロマチック系等のものを使用することができる。このオイル成分にはシランカップリング剤が含まれる。なお、本実施形態でのオイル成分には、ベースゴム（油展ゴム）に予め含まれるプロセスオイルも加算される。そして、前記関係式（１）を満足する限りにおいては、ベースゴム（油展ゴム）に予め含まれているオイル成分のみでトレッド用ゴム組成物のオイル成分が構成されていてもよい。

本実施形態でのトレッド用ゴム組成物における「３０℃における複素弾性率Ｅ＊」と「６０℃における損失正接ｔａｎδ」とは、前記関係式（２）を満足するように調節される。

複素弾性率Ｅ＊とは、√（ｒ^２＋ｒ´^２）で表される値であり、ｒはトレッド用ゴム組成物の貯蔵弾性率であり、ｒ´は損失弾性率である。そして、損失正接ｔａｎδとは、トレッド用ゴム組成物の貯蔵弾性率ｒに対する損失弾性率ｒ´の比（ｒ´／ｒ）で表される値であり、δは、トレッド用ゴム組成物の動的ひずみに対する応力の位相遅れを表している。

以上のような本発明のトレッド用ゴム組成物によれば、後記する実施例で明らかにしたように、既存のトレッド用ゴム組成物では不可能とされていた、転がり抵抗の低減と良好な制動性能の確保を両立することができるタイヤ１を提供することができる。そして、このトレッド用ゴム組成物によれば、転がり抵抗の低減とタイヤ１の駆動伝達効率（後記するＫｘ参照）の向上を図ることができるので、これを装着した車両の燃費向上に大きく寄与することができる。
そして、このトレッド用ゴム組成物は、前記した広角ベルトを使用した本実施形態に係るタイヤ１のトレッド部５（トレッドゴム）に適用することで、転がり抵抗をより低減することができる。

なお、本発明は、前記実施形態に限定されることなく、様々な形態で実施される。
前記実施形態では、広角ベルトと使用したラジアルタイヤに前記したトレッド用ゴム組成物を適用した例を示したが、他の空気入りタイヤに前記したトレッド用ゴム組成物を適用してもよい。

次に、実施例を示しながら本発明をさらに具体的に説明する。
（実施例１から実施例３、及び比較例１から比較例５）
ここで説明する実施例及び比較例では、表１に示す組成（質量部）でトレッド用ゴム組成物を調製した。

なお、表１中、原材料としてのＮＲは天然ゴムを示し、Ｓ−ＳＢＲ（ａ）は、日本ゼオン社製のスチレンブタジエン共重合体ゴム（ＮＳ４４０）を示し、Ｓ−ＳＢＲ（ｂ）は、日本ゼオン社製のスチレンブタジエン共重合体ゴム（ＮＳ１１６Ｒ）を示し、ＢＲは、宇部興産社製のポリブタジエンゴム（ＵＢＥＰＯＬ−ＶＣＲ６１７）を示し、ＣＢは、東海カーボン社製のカーボンブラック（シースト（登録商標）ＫＨ（Ｎ３３９））を示し、シリカ（ａ）は、東ソー・シリカ社製のシリカ（Ｎｉｐｓｉｌ（登録商標） ＡＱ−Ｎ）を示し、シリカ（ｂ）は、ローディアジャパン社製のシリカ（ＺＥＯＳＩＬ１１５ＧＲ）を示し、加工助剤は、ストラクトール社製のＥＦ４４を示し、老化防止剤（ａ）は、大内新興化学工業社製のノクラック６Ｃを示し、老化防止剤（ｂ）は、大内新興化学工業社製のノクラック２２４を示し、ワックス（ａ）は、日本精蝋社製の低温ワックスであり、ワックス（ｂ）は、日本精蝋社製の高温ワックスであり、加硫助剤は、ステアリン酸であり、酸化亜鉛は、亜鉛華３号であり、カップリング剤は、ダイソー社製のＣＡＢＲＵＳ（登録商標）−２Ｂであり、プロセスオイルは、出光興産社製のＮＳ−９０Ｓを示し、加硫剤は、可溶性硫黄であり、加硫促進剤は、大内新興化学工業社製のノクセラー（登録商標）ＣＺ−Ｇを示し、加硫促進助剤は、大内新興化学工業社製のノクセラー（登録商標）Ｄを示している。

実施例１から実施例３、及び比較例１から比較例５で調製した各トレッド用ゴム組成物における前記したＡ指標の計算値を表１に併記した。

＜複素弾性率Ｅ＊及び損失正接ｔａｎδの測定＞
調製したトレッド用ゴム組成物のそれぞれについて、３０℃における複素弾性率Ｅ＊（Ｅ＊（３０℃））と、６０℃における損失正接（ｔａｎδ（６０℃））とを測定した。その結果を表１に示す。但し、表１中、Ｅ＊（３０℃）の単位は、ＭＰａである。なお、これらの測定には、ＧＡＢＯ社製の動的粘弾性測定装置（ＥＰＬＥＸＯＲ）を使用した。この際、動的負荷変位（動歪み）は１％に設定した。

＜転がり抵抗及び駆動伝達効率の測定＞
まず、図１及び図２に示すタイヤ１と同様の構造を有し、各実施例及び各比較例で調製されたトレッド用ゴム組成物をトレッド部５（トレッドゴム）に使用した１９５／６５Ｒ１５規格のタイヤ１を常法によって作製した。

次に、ドラム式タイヤ転がり試験機（以下、単に「タイヤ転がり試験機」ということがある）を使用して、８０ｋｍ／ｈにおけるタイヤ１の転がり抵抗及び駆動伝達効率を測定した。ここで参照する図３は、タイヤ転がり試験機の模式図である。

図３に示すように、タイヤ転がり試験機３０は、タイヤ１を回転自在に支持するタイヤ回転軸２１と、タイヤ１を回転させながら、タイヤ回転速度Ｎｔ（ｒｐｍ）を上下させることが可能なタイヤモータ２５と、ドラム回転軸３４の周りを回転するダイナモドラム３２と、ダイナモドラム３２を、ドラム速度Ｖｄ（ｋｍ／ｈ）で回転させることが可能なドラムモータ３１と、タイヤ荷重Ｆｚ（Ｎ）でタイヤ１の接地面をダイナモドラム３２に圧接させる荷重付与手段２４とを有している。なお、ダイナモドラム３２の外周の表面には、乾燥路面と同等になるように、セーフティ・ウォーク３３が貼り付けられており、ダイナモドラム３２と一体となって回転する。ちなみに、ここでのタイヤ転がり試験機３０は、これと同等の構成を有するものであれば上市品を使用してもよい。

タイヤ転がり試験機３０は、タイヤ１に、タイヤ荷重Ｆｚを付与しながら、タイヤ回転速度Ｎｔを上下させることで、前後力Ｆｘ（Ｎ）を発生させることができる。
なお、タイヤ回転軸２１とドラム回転軸３４とは、平行になるように配置されている。
ドラムモータ３１は、ダイナモドラム３２を、一定のドラム速度Ｖｄで回転させることが可能になっている。タイヤモータ２５の回転軸は、タイヤ回転軸２１に連結されている。ドラムモータ３１の回転軸は、ドラム回転軸３４に連結されている。荷重付与手段２４は、タイヤ回転軸２１とドラム回転軸３４を結んだ方向に、具体的には、タイヤ回転軸２１からドラム回転軸３４への方向に、タイヤ荷重Ｆｚで、タイヤ１の接地面をダイナモドラム３２に圧接させている。

タイヤ転がり試験機３０は、タイヤ回転速度Ｎｔを測定する回転速度測定手段２６と、ドラム速度Ｖｄを測定する速度計３５とを有し、さらに、タイヤ荷重Ｆｚを測定する荷重ロードセルと、タイヤ１に働く前後力Ｆｘを測定する前後力ロードセルとからなるロードセル２２を有している。タイヤ転がり試験機３０では、タイヤ回転速度Ｎｔを上下させている時間内に、複数の時刻で、ドラム速度Ｖｄ、タイヤ回転速度Ｎｔ、前後力Ｆｘ、タイヤ荷重Ｆｚをそれぞれ測定している。なお、前後力Ｆｘは、タイヤ回転軸２１からドラム回転軸３４への方向に垂直な方向で、かつ、タイヤ回転軸２１の方向と垂直な方向に、タイヤ１に働く。

また、タイヤ転がり試験機３０は、ドラム速度Ｖｄ、タイヤ回転速度Ｎｔ、前後力Ｆｘ、タイヤ荷重Ｆｚの測定結果を記録する記録手段３６を有している。タイヤ転がり試験機３０では、タイヤ回転速度Ｎｔを上下させている時間内に、複数の時刻で測定されたドラム速度Ｖｄ、タイヤ回転速度Ｎｔ、前後力Ｆｘ、タイヤ荷重Ｆｚの測定結果をそれぞれ、測定された時刻と関係付けて記録している。タイヤ回転速度Ｎｔを上下させることによって、タイヤ１のタイヤ回転速度Ｎｔを制御し、タイヤ１とダイナモドラム３２の相対速度を可変させて、前後力Ｆｘと、タイヤ１とダイナモドラム３２とでスリップを発生させている。このスリップを定量化するスリップ率Ｒｓは、前後力Ｆｘとは、１次の相関関係を有している。

このタイヤ転がり試験機３０では、ドラム速度Ｖｄ、タイヤ回転速度Ｎｔ、前後力Ｆｘとタイヤ荷重Ｆｚを、測定された時刻と関係付けて読み出すことができるので、測定した時刻毎に、ドラム速度Ｖｄとタイヤ回転速度Ｎｔとから、測定した時刻毎に関係付けてスリップ率Ｒｓを算出することができる。そして、測定した時刻それぞれに関係付けられた前後力Ｆｘ（Ｎ）とスリップ率Ｒｓの関係を、Ｆｘ＝Ｋｘ×Ｒｓ＋Ｒｒで表される式（３）で線形回帰し、駆動伝達効率Ｋｘ（Ｎ）を求めることができる。なお、式（３）中、Ｒｒは路面に対するタイヤの転がり抵抗（Ｎ）を表す。

実施例１から実施例３、及び比較例１から比較例５で作製したタイヤ１のＢ指標の計算値を表１に併記した。
ちなみに、転がり抵抗は、表１に記した値が小さいほどタイヤ１の転がり抵抗が低く（より良好で）、駆動伝達効率（Ｋｘ）は、表１に記した値が大きいほど駆動伝達効率が高い（より良好な）ことを示している。

＜モード燃費の測定＞
作製したタイヤ１のそれぞれについて、１０・１５モードに準拠したモード燃費を測定した。そして、表１には、比較例１でのモード燃費を１００とした換算値で、実施例１から実施例３、及び比較例２から比較例５のタイヤ１のモード燃費を記した。
ちなみに、モード燃費は、表１に記した値が大きいほど燃費がより良好なことを示している。

＜制動距離（ＷＥＴ）の測定＞
作製したタイヤ１のそれぞれについて、正規内圧のタイヤ１を２．０ＬのＦＦ車に装着して、濡れたアスファルト路面で、初速１００ｋｍ／ｈから停止までフルブレーキでＡＢＳを作動させ、速度９０ｋｍ／ｈから２０ｋｍ／ｈまで減速させた場合の区間制動距離を測定した。そして、表１には、比較例１でのタイヤ１の制動性能を１００とした指数比で示した。この値は大きいほど優れた制動性能を有していることを示している。
なお、表１において、Ａ指標及びＢ指標に係る関係式（１）及び（２）を満足するもの、並びに比較例１よりも制動距離（制動性能）、転がり抵抗、駆動伝達効率（Ｋｘ）、及びモード燃費が優れるものについては、その該当欄に網掛けを施している。

（実施例及び比較例のトレッド用ゴム組成物の評価）
表１に示すように、実施例１から実施例３でのトレッド用ゴム組成物は、Ａ指標が０．８以上であり（実施例１：０．８５、実施例２：０．９０、実施例３：０．９０）、かつＢ指標が１２０以上（実施例１：１４７．３３、実施例２：１５９．３１、実施例３：１７４．１４）であって、関係式（１）及び（２）を同時に満足している。
そして、実施例１から実施例３でのトレッド用ゴム組成物をトレッドゴムに使用したタイヤ１は、表１に示すように、制動性能の向上と転がり抵抗の低減を共に達成している。

これに対して、比較例１でのトレッド用ゴム組成物は、関係式（１）及び（２）のいずれも満足しておらず、比較例４及び比較例５は、トレッド用ゴム組成物のＡ指標が０．９０であって、関係式（１）のみを満足し、Ｂ指標の関係式（２）は満足していない。
また、比較例２は、トレッド用ゴム組成物のＢ指標が１２７．３１であって、関係式（２）のみを満足し、Ａ指標の関係式（１）を満足しておらず、比較例３は、トレッド用ゴム組成物のＢ指標が１２９．５０であって、関係式（２）のみを満足し、Ａ指標の関係式（１）を満足していない。
その結果、比較例２から比較例５では、制動性能の向上と、転がり抵抗の低減とを両立していない。

そして、実施例１から実施例３でのトレッド用ゴム組成物は、６０℃における駆動伝達効率（Ｋｘ）と転がり抵抗との両方に優れていることから、モード燃費に優れている。
これに対して、比較例２では、駆動伝達効率と転がり抵抗のいずれか一方にのみ優れているので（他方は劣っているので）、モード燃費が実施例１から実施例３よりも悪くなっている。

ここで参照する図４は、実施例１から実施例３、及び比較例１から比較例５におけるＡ指標及びＢ指標の分布を示すグラフであり、横軸にＡ指標を示し、縦軸にＢ指標を示している。
図４に示すように、Ａ指標が０．８５以上であり、かつＢ指標が１４７．３３以上であって、前記関係式（１）及び（２）を同時に満足する本発明のトレッド用ゴム組成物は、既存のトレッド用ゴム組成物では不可能とされていた、転がり抵抗の低減と良好な制動性能の確保を両立することが確認された。そして、このトレッド用ゴム組成物によれば、転がり抵抗の低減とタイヤ１の駆動伝達効率の向上を図ることができるので、これを装着した車両の燃費向上に大きく寄与することが確認された。
ちなみに、図４において、既存の（公知の）タイヤに使用されたトレッドゴムはＡ指標が０．８５未満であり、かつＢ指標が１４７．３３未満の領域に属することを本発明者らは確認している。つまり、Ａ指標が０．８５以上であり、かつＢ指標が１４７．３３以上の領域に属する本発明は新規なトレッド用ゴム組成物であることを本発明者らは確認している。

本発明の実施形態のタイヤの断面図であって、回転軸に沿った断面を部分的に示す図である。 図１のタイヤにおける補強層、ベルト層及びカーカス層の積層状態を示す展開図であって、タイヤの外周側から見た部分図である。 タイヤ転がり試験機の模式図である。 実施例１から実施例３、及び比較例１から比較例５におけるＡ指標及びＢ指標の分布を示すグラフであり、横軸にＡ指標を示し、縦軸にＢ指標を示している。

符号の説明

１ タイヤ
５ トレッド部
６ ベルト層
７ ベルト層
８ 補強層
Ｅ＊ 複素弾性率
ｔａｎδ 損失正接

Claims (2)

1. タイヤのトレッド用ゴム組成物において、
   シリカの配合量、カーボンブラックの配合量並びにプロセスオイル及びカップリング剤からなるオイル成分の配合量の比（Ａ指標）が、下記関係式（１）を満足し、かつ、
   ３０℃における複素弾性率Ｅ＊と、６０℃における損失正接ｔａｎδとの比（Ｂ指標）が、下記関係式（２）を満足することを特徴とするタイヤのトレッド用ゴム組成物。
   Ａ指標＝シリカの配合量／（カーボンブラックの配合量＋シリカの配合量＋オイル成分の配合量）≧０．８５・・・関係式（１）
   Ｂ指標＝Ｅ＊／ｔａｎδ≧１４７．３３・・・関係式（２）
2. 請求項１に記載のトレッド用ゴム組成物をトレッド部に使用したことを特徴とするタイヤ。

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