JP4964652B2 - キャップトレッドおよびベーストレッドを含むタイヤトレッドの構造を有するタイヤ - Google Patents

Description

本発明は、キャップトレッドおよびベーストレッドを含むタイヤトレッドの構造を有するタイヤに関する。

近年、タイヤに要求される特性は低燃性の他、操縦安定性、耐摩耗性、乗り心地など多岐にわたり、これらの性能を向上させるために、種々の工夫がなされている。これらの性能のうち、とくにタイヤのグリップ性能および転がり抵抗特性（低燃費性）はともにゴムのヒステリシスロスに関する特性である。一般に、ヒステリシスロスを大きくすると、グリップ力は高くなり、制動性能が向上するが、転がり抵抗も大きくなり、燃費の増大をもたらす。このように、グリップ性能と転がり抵抗特性とは相反する関係にあるため、両特性を同時に満足させるべく、種々のトレッド用ゴム組成物が提案されている。

たとえば、タイヤのトレッド部に、石油資源由来の原材料を用いて、グリップ性能に優れた配合のキャップトレッド部および転がり抵抗特性に優れた配合のベーストレッド部の二層構造からなるトレッドを有することで、グリップ性能および転がり抵抗特性を向上させる方法が知られている。

しかしながら、近年、地球環境保全に対する関心が高まり、自動車においても例外ではなく、ＣＯ₂排出抑制の規制が強化されている。さらに、石油資源は有限であって供給量が年々減少していることから、将来的に石油価格の高騰が予測され、合成ゴムやカーボンブラックなどの石油資源由来の原材料の使用には限界がみられる。

カーボンブラックの代わりに、シリカを配合する手法が知られている。しかし、シリカを配合した場合、転がり抵抗を低減させることはできるが、グリップ性能が低下してしまうという問題があった。

特許文献１には、所定の石油外資源を用いるトレッドを有することで、タイヤ中の石油外資源比率を上昇させ、石油資源由来の原材料を主成分とするタイヤと比較しても、遜色のない特性を有するエコタイヤが開示されているが、転がり抵抗特性、操縦安定性およびゴム強度をともにバランスよく向上させるものではなく、いまだ改善の余地がある。

特開２００３−６３２０６号公報

本発明は、将来の石油の供給量の減少に備えることができ、さらに、石油資源由来の原材料を主成分とするトレッド用ゴム組成物を用いて製造されたタイヤまたはベーストレッド用ゴム組成物を用いて製造されたタイヤと比較して、さらに、転がり抵抗特性、操縦安定性およびゴム強度をバランスよく向上させることのできるキャップトレッドおよびベーストレッドを含むタイヤトレッドの構造を有するタイヤを提供することを目的としている。

本発明は、キャップトレッドおよびベーストレッドを含むタイヤトレッドの構造を有するタイヤであって、該ベーストレッドが天然ゴムからなるゴム成分１００重量部に対して、シリカ２５〜８０重量部を含むベーストレッド用ゴム組成物を用いて製造されたものであり、かつ、タイヤトレッドの全厚に占めるベーストレッドの厚さが１７〜５０％であるタイヤのトレッド構造を有するタイヤに関する。

本発明によれば、地球に優しく、将来の石油の供給量の減少に備えることができ、さらに、石油資源由来の原材料を主成分とするトレッド用ゴム組成物を用いて製造されたタイヤまたはベーストレッド用ゴム組成物を用いて製造されたタイヤと比較して、さらに、転がり抵抗特性、操縦安定性およびゴム強度をバランスよく向上させることのできるキャップトレッドおよびベーストレッドを含むタイヤトレッドの構造を有するタイヤを提供することができる。

本発明のタイヤは、キャップトレッドおよびベーストレッドを含むタイヤトレッドの構造を有する。

また、本発明のタイヤは、前記ベーストレッドが天然ゴムからなるゴム成分１００重量部に対して、シリカ２５〜８０重量部を含むベーストレッド用ゴム組成物を用いて製造されることを特徴とする。

また、本発明のタイヤは、前記タイヤトレッドの全厚に占めるベーストレッドの厚さが１７〜５０％であることを特徴とする。

まず、本発明のタイヤを構成するタイヤトレッドに含まれるベーストレッドについて説明する。

ベーストレッドは、ベーストレッド用ゴム組成物を用いて製造される。

ベーストレッド用ゴム組成物に含まれるゴム成分は、天然ゴム（ＮＲ）からなる。

ＮＲは、ＲＳＳ♯３グレードなどのゴム工業において一般的なものを使用することができる。

ベーストレッド用ゴム組成物に含まれるゴム成分としては、ＮＲ以外にも、エポキシ化天然ゴム（ＥＮＲ）などの石油外資源由来のゴム、およびブタジエンゴム（ＢＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、ハロゲン化ブチルゴム（Ｘ−ＩＩＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、エチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）、イソモノオレフィンとパラアルキルスチレンとの共重合体のハロゲン化物などの合成ゴムなどがあげられるが、ＮＲ以外の石油外資源由来のゴムを含有した場合、転がり抵抗が増大してしまい、合成ゴムを含有した場合、環境に配慮することも、将来の石油資源の枯渇に備えることもできず、さらに、原油価格が高騰した場合にコストが増大してしまうことから、ＮＲ以外のゴムを含まないことが好ましい。

ベーストレッド用ゴム組成物に含まれるシリカとしては、とくに制限はなく、湿式法または乾式法により調製されたものを用いることができる。

シリカのＢＥＴ比表面積（以下、ＢＥＴとする）は８０ｍ²／ｇ以上が好ましく、１００ｍ²／ｇ以上がより好ましい。シリカのＢＥＴが８０ｍ²／ｇ未満では、シリカを含有することによる補強効果が低下し、耐久性が悪化する傾向がある。また、シリカのＢＥＴは２００ｍ²／ｇ以下が好ましく、１８０ｍ²／ｇ以下がより好ましい。シリカのＢＥＴが２００ｍ²／ｇをこえると、粘度が増大してしまい、加工性が悪化し、さらに、仕上がり不良になる傾向がある。

シリカの含有量は、ベーストレッド用ゴム組成物に含まれるゴム成分１００重量部に対して、２５重量部以上、好ましくは３０重量部以上である。シリカの含有量が２５重量部未満では、ゴム強度および耐久性が低下する。また、シリカの含有量は、ベーストレッド用ゴム組成物に含まれるゴム成分１００重量部に対して、８０重量部以下、好ましくは７５重量部以下である。シリカの含有量が８０重量部をこえると、転がり抵抗が増大し、加工性が悪化し、仕上がり不良となる。

本発明のタイヤにおいて、ベーストレッド用ゴム組成物には、シリカとともにシランカップリング剤を併用することが好ましい。

シランカップリング剤は、特に限定されるわけではないが、たとえば、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（４−トリメトキシシリルブチル）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（２−トリエトキシシリルエチル）トリスルフィド、ビス（４−トリエトキシシリルブチル）トリスルフィド、ビス（３−トリメトキシシリルプロピル）トリスルフィド、ビス(２−トリメ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、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、２−トリメ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ー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、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、３−（２−アミノエチル）アミノプロピルトリエトキシシラン、３−（２−アミノエチル）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、γ−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジ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、２−クロロエチルトリメトキシシラン、２−クロロエチルトリエトキシシランなどのクロロ系などがあげられ、これらのシランカップリング剤は、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。

シリカおよびシランカップリング剤を併用する場合、シランカップリング剤の含有量は、シリカ１００重量部に対して４重量部以上が好ましく、６重量部以上がより好ましい。シランカップリング剤の含有量が４重量部未満では、シランカップリング剤を含有することによるシリカの疎水化への寄与が低下し、粘度の低減効果が不充分な傾向がある。また、シランカップリング剤の含有量は１６重量部以下が好ましく、１４重量部以下がより好ましい。シランカップリング剤の含有量が１６重量部をこえると、シランカップリング剤を含有することによる改善効果がみられず、コストが増大してしまう傾向がある。

本発明のタイヤにおいて、タイヤトレッドを構成するベーストレッドに用いられるベーストレッド用ゴム組成物は、前記ゴム成分、シリカおよびシランカップリング剤以外にも、従来ゴム工業で一般的に使用されるワックス、各種老化防止剤、ステアリン酸、酸化亜鉛、硫黄などの加硫剤、各種加硫促進剤などを適宜含有することができる。

本発明のタイヤにおいて、ベーストレッド用ゴム組成物の製造方法としては、公知の方法を用いることができ、たとえば、前記各成分をオープンロール、バンバリーミキサーなどのゴム混練装置を用いて混練することが好ましい。

本発明のタイヤにおけるタイヤトレッドは、キャップトレッドおよび前記ベーストレッド用ゴム組成物を用いたベーストレッドの二層構造を有することが好ましい。本発明のタイヤが、前記ベーストレッド用ゴム組成物を用いて製造されるベーストレッドを含むタイヤトレッドの構造を有することで、操縦安定性を低下させることなく、転がり抵抗を低減させることができる。

次に、本発明のタイヤを構成するタイヤトレッドに含まれるキャップトレッドについて説明する。

キャップトレッドは、キャップトレッド用ゴム組成物を用いて製造される。

本発明のタイヤにおいて、タイヤトレッドを構成するキャップトレッドに用いられるキャップトレッド用ゴム組成物は、ゴム成分、シリカ、シランカップリング剤、カーボンブラックおよびオイルを含むことができる。

キャップトレッド用ゴム組成物におけるゴム成分、シリカおよびシランカップリング剤は、ベーストレッド用ゴム組成物におけるゴム成分、シリカおよびシランカップリング剤と同様のものを使用することができる。

キャップトレッド用ゴム組成物に含まれるゴム成分中のＮＲの含有率は３０重量％以下が好ましい。ＮＲの含有率が３０重量％をこえると、ガラス転移点（Ｔｇ）が過度に低下し、キャップトレッド用ゴム組成物として求められる充分なグリップ性能が得られない傾向がある。

キャップトレッド用ゴム組成物に含まれるゴム成分中のＥＮＲの含有率は７０重量％以上が好ましい。ＥＮＲの含有率が７０重量％未満では、ガラス転移点（Ｔｇ）が過度に低下し、キャップトレッド用ゴム組成物として求められる充分なグリップ性能が得られない傾向がある。

シリカの含有量は、キャップトレッド用ゴム組成物に含まれるゴム成分１００重量部に対して、５０重量部以上が好ましく、６０重量部以上がより好ましい。シリカの含有量が５０重量部未満では、耐摩耗性が悪化する傾向がある。また、キャップトレッド用ゴム組成物に含まれるゴム成分１００重量部に対して、シリカの含有量は９０重量部以下が好ましく、８０重量部以下がより好ましい。シリカの含有量が９０重量部をこえると、加工性が悪化し、仕上がり不良となる傾向がある。

本発明のタイヤにおいて、キャップトレッド用ゴム組成物には、シリカとともにシランカップリング剤を併用することが好ましい。

シランカップリング剤の含有量は、シリカ１００重量部に対して４重量部以上が好ましく、６重量部以上がより好ましい。シランカップリング剤の含有量が４重量部未満では、シランカップリング剤を含有することによるシリカの疎水化への寄与が低下し、粘度の低減効果が不充分な傾向がある。また、シランカップリング剤の含有量は１６重量部以下が好ましく、１４重量部以下がより好ましい。シランカップリング剤の含有量が１６重量部をこえると、シランカップリング剤を含有することによる改善効果がみられず、コストが増大してしまう傾向がある。

カーボンブラックのチッ素吸着比表面積（以下、Ｎ₂ＳＡとする）は５０ｍ²／ｇ以上が好ましく、８０ｍ²／ｇ以上がより好ましい。カーボンブラックのＮ₂ＳＡが５０ｍ²／ｇ未満では、カーボンブラックを含有することによる補強効果が低下し、耐摩耗性が悪化する傾向がある。また、カーボンブラックのＮ₂ＳＡは２８０ｍ²／ｇ以下が好ましく、２５０ｍ²／ｇ以下がより好ましい。カーボンブラックのＮ₂ＳＡが２８０ｍ²／ｇをこえると、加工性が悪化し、さらに、分散不良を引き起こし、耐久性が悪化する傾向がある。

カーボンブラックの含有量は、キャップトレッド用ゴム組成物に含まれるゴム成分１００重量部に対して５重量部以下が好ましい。カーボンブラックの含有量が５重量部をこえると、環境に配慮することも、将来の石油の供給量の減少に備えることもできない傾向がある。

本発明のタイヤにおいて、キャップトレッド用ゴム組成物には、オイルを配合することが好ましい。

オイルとしては、たとえば、パラフィン系プロセスオイル、ナフテン系プロセスオイル、芳香族系プロセスオイルなどのプロセスオイル、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、サフラワー油、桐油などの植物油などがあげられる。

オイルの含有量は、キャップトレッド用ゴム組成物に含まれるゴム成分１００重量部に対して２０重量部以下が好ましく、１５重量部以下がより好ましい。オイルの含有量が２０重量部をこえると、熱老化によりオイルが移行した結果、ゴムの硬度が増大する傾向がある。

本発明のタイヤにおいて、タイヤトレッドを構成するキャップトレッドに用いられるキャップトレッド用ゴム組成物は、前記ゴム成分、シリカ、シランカップリング剤、カーボンブラックおよびオイル以外にも、ゴム工業で一般的に使用されるワックス、各種老化防止剤、ステアリン酸、酸化亜鉛、硫黄などの加硫剤、各種加硫促進剤などを適宜含有することができる。

本発明のタイヤにおいて、キャップトレッド用ゴム組成物の製造方法としては、公知の方法を用いることができ、たとえば、前記各成分をオープンロール、バンバリーミキサーなどのゴム混練装置を用いて混練することが好ましい。

本発明のタイヤは、通常の方法により製造される。すなわち、前記ベーストレッド用ゴム組成物およびキャップトレッド用ゴム組成物を、それぞれ通常のタイヤトレッドの加工方法、たとえば、ロール、バンバリーミキサー、ニーダーなどを用いて混練りする。得られたベーストレッド用ゴム組成物およびキャップトレッド用ゴム組成物を、ベーストレッドおよびキャップトレッドからなる２層のトレッドの形状に押し出し加工し、タイヤ成形機上で、他の部材とともに通常の方法により貼り合わせて未加硫タイヤを成形する。この未加硫タイヤを加硫機中で加熱加圧して本発明のタイヤを得る。

本発明のタイヤは、構成するタイヤトレッドにおいて、タイヤトレッドの全厚に占めるベーストレッドの厚さ（ベース比率）は１７％以上、好ましくは２０％以上である。ベース比率が１７％未満では、転がり抵抗を低減させることができない。また、タイヤトレッドの全厚に占めるベーストレッドの厚さ（ベース比率）は５０％以下、好ましくは４０％以下である。ベース比率が５０％をこえると、操縦安定性が悪化する。

また、本発明のタイヤにおいて、タイヤトレッドの全厚に占めるキャップトレッドの厚さ（キャップ比率）は５０％以上が好ましく、６０％以上がより好ましい。また、タイヤトレッドの全厚に占めるキャップトレッドの厚さ（キャップ比率）は８３％以下が好ましく、８０％以下がより好ましい。

本発明のタイヤが、前記ベーストレッド用ゴム組成物を用いたベーストレッド、およびキャップトレッドの二層構造からなるトレッドを有することで、本発明のタイヤを、地球に優しく、将来の石油の供給量の減少に備えることができるエコタイヤとすることができる。

実施例にもとづいて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらのみに限定されるものではない。

実施例、参考例および比較例で用いた各種薬品を以下に示す。
ＮＲ：ＴＳＲ２０
ＥＮＲ：クンプーランガスリー社製のＥＮＲ２５（エポキシ化率：２５モル％）
カーボンブラック：キャボットジャパン（株）製のショウブラックＮ２２０（Ｎ₂ＳＡ：１１５ｍ²／ｇ）
シリカ：デグッサ社製のウルトラジルＶＮ３（ＢＥＴ：１７５ｍ²／ｇ）
シランカップリング剤：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）
オイル：（株）ジャパンエナジー製のプロセスＸ−１４０
ワックス：大内新興化学工業（株）製のサンノックワックス
老化防止剤：大内新興化学工業（株）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））
ステアリン酸：日本油脂（株）製のステアリン酸
酸化亜鉛：三井金属鉱業（株）製の亜鉛華１号
硫黄：鶴見化学工業（株）製の粉末硫黄
加硫促進剤：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）

実施例１〜４、参考例５および比較例１〜５
（加硫ゴム組成物の作製）
表１に示す配合処方にしたがい、バンバリーミキサーを用いて、硫黄および加硫促進剤以外の薬品を１３０℃の条件下で２分間混練りし、混練り物を得た。次に、得られた混練り物に、硫黄および加硫促進剤を添加し、オープンロールを用いて、９０℃の条件下で１分半混練りし、未加硫ゴム組成物を得た。さらに、得られた未加硫ゴム組成物を１７０℃の条件下で１２分間プレス加硫し、ベーストレッド用ゴム組成物（表１ではベースと表す）Ｂ１〜Ｂ５およびキャップトレッド用ゴム組成物（表１ではキャップと表す）Ｃを得た。

（加硫ラボゴムシートの作製）
ゲージにより、タイヤトレッドの全厚に占めるキャップトレッドの厚さ（表２ではキャップ比率（％）と表す）およびタイヤトレッドの全厚に占めるベーストレッドの厚さ（表２ではベース比率（％）と表す）が表２に示すように、未加硫状態で、ベーストレッド用ゴムシートの上にキャップトレッド用ゴムシート試験用ゴムシートを重ね、加硫することで、各配合の加硫ラボゴムシートを作製した。

（タイヤの製造）
未加硫状態のベーストレッド用ゴム組成物とキャップトレッド用ゴム組成物とを、表２記載の組み合わせで２層のトレッドに押し出し、他の部材とともに貼り合わせ、１８０℃の条件下で１０分間プレス加硫することで、実施例１〜４、参考例５および比較例１〜５の試験用タイヤ（タイヤサイズ：１９５／６５Ｒ１５）を製造した。

（引張試験）
前記ベーストレッド用ゴム組成物Ｂ１〜Ｂ５から、３号ダンベルを用いて加硫ゴム試験片を作成し、ＪＩＳ Ｋ ６２５１「加硫ゴム及び熱可塑性ゴム―引張特性の求め方」に準じて引張試験をおこない、破断強度（ＴＢ）および破断時伸び（ＥＢ）を測定して、ＴＢ×ＥＢ／２（破壊エネルギー）を算出した。Ｂ１のゴム強度指数を１００とし、下記計算式により、各配合の破壊エネルギーをゴム強度指数として示した。ゴム強度指数が大きいほど、ゴム強度が高いことを示す。

（ゴム強度指数）＝（各配合の破壊エネルギー）
÷（Ｂ１の破壊エネルギー）×１００

引張試験の評価結果を表１に示す。

（粘弾性試験）
（株）上島製作所製の粘弾性スペクトロメーターを用いて、初期歪１０％、動歪１％、周波数１０Ｈｚおよび温度６０℃の条件下で、実施例１〜４、参考例５および比較例１〜５の加硫ラボゴムシートの損失正接（ｔａｎδ）の測定を行った。比較例１の転がり抵抗指数を１００とし、下記計算式により、各配合のｔａｎδを転がり抵抗指数として示した。なお、転がり抵抗指数が大きいほど、転がり抵抗が低減され、低発熱性に優れていることを示す。
（転がり抵抗指数）＝（比較例１のｔａｎδ）／（各配合のｔａｎδ）×１００

（操縦安定性試験）
実施例１〜４、参考例５および比較例１〜５のタイヤを試験用車輌（トヨタ自動車（株）製のマークII）に装着させ、ドライアスファルト路面のテストコースにて、８０ｋｍ／ｈで実車走行を行なった。その際、操舵時のコントロールの安定性をテストドライバーが官能的に１０段階で評価した。数値が大きいほど、操縦安定性に優れていることを示す。

粘弾性試験および操縦安定性試験の評価結果を表２に示す。

Claims (3)

1. キャップトレッドおよびベーストレッドを含むタイヤトレッドの構造を有するタイヤであって、
   該ベーストレッドが天然ゴムのみからなるゴム成分１００重量部に対して、シリカ３０〜７０重量部を含み、かつ、カーボンブラックは含まないベーストレッド用ゴム組成物、ならびに
   該キャップトレッドが、天然ゴムの含有率が３０重量％以下およびエポキシ化天然ゴムの含有率が７０重量％以上のゴム成分を含むキャップトレッド用ゴム組成物
   を用いて製造されたものであり、かつ、
   タイヤトレッドの全厚に占めるベーストレッドの厚さが１７〜４０％であるタイヤのトレッド構造を有するタイヤ。
2. 前記キャップトレッドのキャップトレッド用ゴム組成物において、
   シリカの含有量が、ゴム成分１００重量部に対して５０〜９０重量部であり、
   シランカップリング剤の含有量が、シリカ１００重量部に対して４〜１６重量部である
   請求項１記載のタイヤ。
3. 前記キャップトレッドの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が、ゴム成分１００重量部に対して５重量部以下である
   請求項１または２記載のタイヤ。