JP6497132B2 - 空気入りタイヤ - Google Patents
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Description
本発明は、タイヤ耐久性および低転がり抵抗性を改良するようにした空気入りタイヤに関する。
トラック、バスやオフロード用車両に装着される重荷重用空気入りタイヤは、スチールコードをコートゴムで被覆したカーカス層およびベルト層で構成されている。これらのスチールコードと被覆ゴムとの接着性が低下すると故障が起きやすくなりタイヤ耐久性が低くなる虞があった。また転がり抵抗を低減させ、タイヤの燃費性能を高くするため、発熱性を小さくすることも強く求められている。このためスチールコード被覆用のゴム組成物として種々の提案がなされている（例えば特許文献１〜３参照）。
一方、スチールコードからなるカーカス層やベルト層を備えた重荷重用空気入りタイヤにおけるショルダー部の発熱を低減し、耐亀裂成長性およびタイヤ耐久性を改良するため、ベルト層のタイヤ幅方向端部とカーカス層との間に、ベルトクッションゴムが配置される。ベルトクッションを構成するゴム組成物についても上述した要求性能を向上させるため種々の提案がなされている（例えば特許文献４，５参照）。
しかし、近年の重荷重用空気入りタイヤにおけるタイヤ耐久性および低転がり抵抗性に対する要求性能はより高いものとなり、これら要求性能を一層向上することが求められている。
本発明の目的は、タイヤ耐久性および低転がり抵抗性を改良するようにした空気入りタイヤを提供することにある。
上記目的を達成する本発明の空気入りタイヤは、スチールコードからなるカーカス層のタイヤ径方向外側に、スチールコードからなる複数のベルト層が配置され、該ベルト層のタイヤ幅方向外側端部と前記カーカス層との間およびそのタイヤ幅方向外側にベルトクッションを有する空気入りタイヤであって、前記ベルトクッションが、ブタジエンゴム５〜５０重量％を含むジエン系ゴム１００重量部に、脂肪酸を０．８〜１．６重量部、加硫促進剤を０．３〜１．２重量部配合したベルトクッション用ゴム組成物により構成され、かつそのゴム硬度が５０〜６５であることを特徴とする。
本発明の空気入りタイヤによれば、ベルトクッションを、ブタジエンゴム５〜５０重量％を含むジエン系ゴム１００重量部に対し、加硫促進剤を０．３〜１．２重量部配合したベルトクッション用ゴム組成物で構成し、かつそのゴム硬度を５０〜６５にしたので、カーカス層およびベルト層におけるスチールコードと被覆ゴムとの接着性を向上させるとともに、タイヤ耐久性および低転がり抵抗性を改良することができる。
本発明において、前記ベルトクッション用ゴム組成物が、前記ジエン系ゴム１００重量部に対し、亜鉛華を２．０〜５．０重量部配合するとよい。また前記ベルトクッション用ゴム組成物が、窒素吸着比表面積が４０〜１００ｍ２／ｇであるカーボンブラックを、前記ジエン系ゴム１００重量部に対し２０〜４５重量部配合するとよい。さらに前記ベルトクッション用ゴム組成物が、硫黄を前記ジエン系ゴム１００重量部に対し２．０〜６．０重量部配合するとよい。
以下、本発明の空気入りタイヤについて、図面などを参照してさらに詳しく説明する。図１は、本発明の空気入りタイヤの実施形態のショルダー部を例示する断面図である。
図１において、空気入りタイヤＴは、トレッド部１、サイドウォール部２およびビード部（図示せず）からなり、トレッド部１のタイヤ幅方向外側からサイドウォール部２のタイヤ径方向外側にかけての領域をショルダー部３という。空気入りタイヤＴの内部には、タイヤの骨格たるカーカス層４が、タイヤ幅方向に左右のビード（図示せず）間に跨るように設けられている。カーカス層４のタイヤ径方向外側には、複数のベルト層５が設けられている（図示の例では４層のベルト層）。またカーカス層４の内側には、インナーライナー層６が配置される。
本発明の空気入りタイヤは、カーカス層４およびベルト層５が被覆ゴムで引揃えられたスチールコードで構成される。またベルト層５のタイヤ幅方向外側端部とカーカス層４との間およびそのタイヤ幅方向外側のショルダー部３にベルトクッション７を有する。
ベルトクッション７は、ベルトクッション用ゴム組成物により構成される。ベルトクッション用ゴム組成物は、ブタジエンゴム５〜５０重量％を含むジエン系ゴム１００重量部に、加硫促進剤を０．３〜１．２重量部配合したゴム組成物である。
ベルトクッション用ゴム組成物がブタジエンゴムを含むことにより、カーカス層およびベルト層におけるスチールコードと被覆ゴムとの接着を従来レベル以上に向上することができる。ブタジエンゴムの含有量は、ジエン系ゴム１００重量％中５〜５０重量％、好ましくは１０〜３０重量％、より好ましくは１０〜２０重量％である。ブタジエンゴムの含有量が５重量％未満であると、スチールコードと被覆ゴムとの接着を改良する効果が十分に得られない。またブタジエンゴムの含有量が５０重量％を超えると、カーカス層とベルトクッション間の剥離力が低下するとともに、耐亀裂成長性が悪化するため、タイヤ耐久性が低下する。
またベルトクッション用ゴム組成物に配合する加硫促進剤の量を限定することにより、スチールコードと被覆ゴムとの接着をさらに改良することができる。加硫促進剤の配合量は、ジエン系ゴム１００重量部に対し０．３〜１．２重量部、好ましくは０．６〜１．０重量部である。加硫促進剤の配合量が０．３重量部未満であると、発熱性が悪化し、転がり抵抗性、タイヤ耐久性が低下する。また加硫促進剤の配合量が１．２重量部を超えると、スチールコードと被覆ゴムとの接着性が低下する。
本発明において、ベルトクッション用ゴム組成物のゴム硬度は５０〜６５、好ましくは
５３〜６３である。ベルトクッション用ゴム組成物のゴム硬度が５０未満であると、ショルダー部の歪量増加によりタイヤ耐久性が低下する。またゴム硬度が６５を超えるとクッション性の低下によりタイヤ耐久性が低下する。本明細書において、ベルトクッション用ゴム組成物のゴム硬度は、ＪＩＳ Ｋ６２５３に準拠しデュロメータのタイプＡにより温度２０℃で測定するゴムの硬さをいう。
５３〜６３である。ベルトクッション用ゴム組成物のゴム硬度が５０未満であると、ショルダー部の歪量増加によりタイヤ耐久性が低下する。またゴム硬度が６５を超えるとクッション性の低下によりタイヤ耐久性が低下する。本明細書において、ベルトクッション用ゴム組成物のゴム硬度は、ＪＩＳ Ｋ６２５３に準拠しデュロメータのタイプＡにより温度２０℃で測定するゴムの硬さをいう。
ベルトクッション用ゴム組成物は、好ましくは亜鉛華をジエン系ゴム１００重量部に対し２．０〜５．０重量部、より好ましくは２．０〜４．０重量部配合するとよい。亜鉛華の配合量が２．０重量部未満であると、発熱性が大きくなり、かつスチールコードと被覆ゴムとの接着性およびカーカス層とベルトクッション間の剥離力が低下し、タイヤ耐久性が悪化する。また亜鉛華の配合量が５．０重量部を超えると、耐亀裂成長性が悪化してタイヤ耐久性が低下する。
またベルトクッション用ゴム組成物は、好ましくは脂肪酸をジエン系ゴム１００重量部に対し０．５〜２．０重量部、より好ましくは０．８〜１．６重量部配合するとよい。脂肪酸の配合量が０．５重量部未満であると、発熱性が大きくなりタイヤ耐久性が悪化する。また脂肪酸の配合量が２．０重量部を超えると、スチールコードと被覆ゴムとの接着性およびカーカス層とベルトクッション間の剥離力が低下し、タイヤ耐久性が悪化する。ここで脂肪酸とは、タイヤ用ゴム組成物に使用される一般的な脂肪酸であればよく、例えばステアリン酸、ラウリン酸、リシノール酸、パルチミン酸、ミリスチン酸、オレイン酸、ラウリル酸等を例示することができる。なかでもステアリン酸、オレイン酸、ラウリル酸が好ましい。
本発明で使用するベルトクッション用ゴム組成物は、好ましくは窒素吸着比表面積が４０〜１００ｍ2／ｇ、より好ましくは５０〜９０ｍ2／ｇであるカーボンブラックを配合するとよい。カーボンブラックの窒素吸着比表面積が４０ｍ2／ｇ未満であると、剛性が低下し、タイヤ耐久性が低下する。また、窒素吸着比表面積が１００ｍ2／ｇを超えると、ベルトクッション用ゴム組成物のゴム硬度を５０〜６５にするときカーボンブラックの必要量が少なくなり、加工性が悪化する。なおカーボンブラックの窒素吸着比表面積は、ＪＩＳ Ｋ６２１７−２に準拠して、測定するものとする。
またカーボンブラックの配合量は、ジエン系ゴム１００重量部に対し好ましくは２０〜４５重量部、より好ましくは３０〜４５重量部であるとよい。さらにカーボンブラックの配合量が２０重量部未満であると、加工性が悪化する。カーボンブラックの配合量が４５重量部を超えると、発熱性が悪化し、転がり抵抗性、タイヤ耐久性が低下する。
ベルトクッション用ゴム組成には、カーボンブラックを除く他の補強性充填剤を配合することができる。他の補強性充填剤としては、例えばシリカ、クレー、マイカ、タルク、炭酸カルシウム、水酸化アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化チタン等を例示することができる。なかでもシリカが好ましい。
ベルトクッション用ゴム組成物は、好ましくは硫黄をジエン系ゴム１００重量部に対し２．０〜６．０重量部、より好ましくは３．０〜５．０重量部配合するとよい。硫黄の配合量が２．０重量部未満であると、ショルダー部の歪量増加によりタイヤ耐久性が低下し、かつスチールコードと被覆ゴムとの接着性およびカーカス層とベルトクッション間の剥離力が低下し、タイヤ耐久性が悪化する。また硫黄の配合量が６．０重量部を超えると、クッション性の低下によりタイヤ耐久性が低下する。
ベルトクッション用ゴム組成物には、上述した配合剤以外に、老化防止剤、可塑剤、加工助剤、液状ポリマー、熱硬化性樹脂などのタイヤ用ゴム組成物に一般的に使用される各種配合剤を配合することができる。このような配合剤は一般的な方法で混練してゴム組成物とし、加硫又は架橋するのに使用することができる。これらの配合剤の配合量は本発明の目的に反しない限り、従来の一般的な配合量にすることができる。ベルトクッション用ゴム組成物は、公知のゴム用混練機械、例えば、バンバリーミキサー、ニーダー、ロール等を使用して、上記各成分を混練、混合することによって製造することができる。
以下、実施例によって本発明を更に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。
表１，２に示す１３種類のベルトクッション用ゴム組成物（実施例１〜６、参考例１〜２、比較例１〜５）を調製した。調製方法は、１.７Ｌの密閉式バンバリーミキサーに硫黄及び加硫促進剤を除く残りの成分を投入し５分間混練し、マスターバッチとして放出し室温冷却させた。このマスターバッチを１.７Ｌの密閉式バンバリーミキサーに戻し硫黄及び加硫促進剤を加えて混合することにより、ベルトクッション用ゴム組成物を調製した。
得られた１３種類のゴム組成物を所定の金型中で、１４８℃で３０分間プレス加硫してベルトクッション用ゴム組成物からなる試験片を作製した。得られた試験片のゴム硬度、ｔａｎδ（６０℃）および耐亀裂成長性を、以下の方法で評価した。
ゴム硬度
得られた試験片のゴム硬度を、ＪＩＳ Ｋ６２５３に準拠しデュロメータのタイプＡにより温度２０℃で測定した。得られた結果は、表１，２の「ゴム硬度」の欄に示した。
得られた試験片のゴム硬度を、ＪＩＳ Ｋ６２５３に準拠しデュロメータのタイプＡにより温度２０℃で測定した。得られた結果は、表１，２の「ゴム硬度」の欄に示した。
ｔａｎδ（６０℃）
得られた試験片の動的粘弾性を、レオメトリックス社製ＲＤＡ−ＩＩを用いて、初期歪み１０％、振幅±２％、周波数２０Ｈｚで測定し、雰囲気温度６０℃におけるｔａｎδを測定した。得られた結果は、比較例１の値を１００とする指数にして表１，２の「ｔａｎδ（６０℃）」の欄に示した。この値が小さいほどｔａｎδ（６０℃）が小さく、タイヤにしたとき転がり抵抗が小さく燃費性能が優れることを意味する。
得られた試験片の動的粘弾性を、レオメトリックス社製ＲＤＡ−ＩＩを用いて、初期歪み１０％、振幅±２％、周波数２０Ｈｚで測定し、雰囲気温度６０℃におけるｔａｎδを測定した。得られた結果は、比較例１の値を１００とする指数にして表１，２の「ｔａｎδ（６０℃）」の欄に示した。この値が小さいほどｔａｎδ（６０℃）が小さく、タイヤにしたとき転がり抵抗が小さく燃費性能が優れることを意味する。
耐亀裂成長性
得られた試験片の耐亀裂成長性をＪＩＳ Ｋ６２６０に準拠しデマッチャ屈曲試験機により温度２０℃で測定した。ストローク５７ｍｍ、速度３００±１０ｒｐｍの条件で、屈曲回数１０万回後の亀裂成長［単位ｍｍ］を測定した。得られた結果は、比較例１の逆数を１００とする指数にして表１，２の「耐亀裂成長性」の欄に示した。この指数が大きいほど亀裂成長が小さく、耐クラック性が優れることを意味する。
得られた試験片の耐亀裂成長性をＪＩＳ Ｋ６２６０に準拠しデマッチャ屈曲試験機により温度２０℃で測定した。ストローク５７ｍｍ、速度３００±１０ｒｐｍの条件で、屈曲回数１０万回後の亀裂成長［単位ｍｍ］を測定した。得られた結果は、比較例１の逆数を１００とする指数にして表１，２の「耐亀裂成長性」の欄に示した。この指数が大きいほど亀裂成長が小さく、耐クラック性が優れることを意味する。
得られた１３種類のゴム組成物でベルトクッションを構成したタイヤサイズ１１Ｒ２２．５の空気入りタイヤを加硫した。得られた空気入りタイヤのタイヤ耐久性を後述する方法で評価した。また得られた空気入りタイヤのベルトクッションおよび隣接するカーカス層をタイヤカットサンプルとして切り出した。このタイヤカットサンプルを温度８０℃、湿度９６％の条件で８週間の湿熱試験を行い、湿熱試験後のベルトクッション／カーカス層間の耐剥離性およびスチールコードのゴム付きを以下の方法で評価した。
ベルトクッションおよびカーカス層の耐剥離性
湿熱試験後のタイヤカットサンプルについて、ベルトクッションとカーカス層とを引き剥がすときの剥離力を測定した。得られた結果は、比較例１の値を１００とする指数にして表１，２の「耐剥離性」の欄に示した。この指数が大きいほど、ベルトクッションおよびカーカス層の接着性が高く優れることを意味する。
湿熱試験後のタイヤカットサンプルについて、ベルトクッションとカーカス層とを引き剥がすときの剥離力を測定した。得られた結果は、比較例１の値を１００とする指数にして表１，２の「耐剥離性」の欄に示した。この指数が大きいほど、ベルトクッションおよびカーカス層の接着性が高く優れることを意味する。
スチールコードのゴム付き
湿熱試験後のタイヤカットサンプルについて、カーカス層の被覆ゴムを引き剥がし、スチールコードに付着するゴム量を評価した。得られた結果は、比較例１の値を１００とする指数にして表１，２の「ゴム付き」の欄に示した。この指数が大きいほど、スチールコードへのゴム付きが多く優れることを意味する。
湿熱試験後のタイヤカットサンプルについて、カーカス層の被覆ゴムを引き剥がし、スチールコードに付着するゴム量を評価した。得られた結果は、比較例１の値を１００とする指数にして表１，２の「ゴム付き」の欄に示した。この指数が大きいほど、スチールコードへのゴム付きが多く優れることを意味する。
タイヤ耐久性
得られた空気入りタイヤをＪＡＴＭＡ標準リムに取り付け、酸素６７．５％、空気２２．５％をタイヤ内圧で８５０ｋＰａに充填した。このタイヤをＪＩＳ Ｄ４２３０に準拠する室内ドラム試験機（ドラム径１７０７ｍｍ）にかけて、荷重を標準荷重の１７０％、速度４０ｋｍ／ｈ、温度３０℃で、故障が起きるまで走行させ、走行距離を求めた。得られた結果は、比較例１の値を１００とする指数にして表１，２の「タイヤ耐久性」の欄に示した。この指数が大きいほど、故障が起きるまでの走行距離が長く、タイヤ耐久性が優れることを意味する。
得られた空気入りタイヤをＪＡＴＭＡ標準リムに取り付け、酸素６７．５％、空気２２．５％をタイヤ内圧で８５０ｋＰａに充填した。このタイヤをＪＩＳ Ｄ４２３０に準拠する室内ドラム試験機（ドラム径１７０７ｍｍ）にかけて、荷重を標準荷重の１７０％、速度４０ｋｍ／ｈ、温度３０℃で、故障が起きるまで走行させ、走行距離を求めた。得られた結果は、比較例１の値を１００とする指数にして表１，２の「タイヤ耐久性」の欄に示した。この指数が大きいほど、故障が起きるまでの走行距離が長く、タイヤ耐久性が優れることを意味する。
なお、表１、２において使用した原材料の種類を下記に示す。
・ＮＲ：天然ゴム、ＴＳＲ２０
・ＢＲ：ブタジエンゴム、日本合成ゴム社製Ｎｉｐｏｌ ＢＲ１２２０
・カーボンブラック：キャボットジャパン社製ショウブラックＮ３３０Ｔ、窒素吸着比表面積が７９ｍ2/ｇ
・プロセスオイル：昭和シェル石油社製エキストラクト４号Ｓ
・酸化亜鉛：正同化学社製酸化亜鉛３種
・ステアリン酸：ＮＯＦコーポレーション社製ステアリン酸ＹＲ
・老化防止剤：Ｓｏｌｕｔｉａ Ｅｕｒｏｐｅ社製Ｓａｎｔｏｆｌｅｘ ６ＰＰＤ
・硫黄：軽井沢製錬所製印処理イオウ
・加硫促進剤：大内新興化学社製ノクセラーＮＳ
・ＮＲ：天然ゴム、ＴＳＲ２０
・ＢＲ：ブタジエンゴム、日本合成ゴム社製Ｎｉｐｏｌ ＢＲ１２２０
・カーボンブラック：キャボットジャパン社製ショウブラックＮ３３０Ｔ、窒素吸着比表面積が７９ｍ2/ｇ
・プロセスオイル：昭和シェル石油社製エキストラクト４号Ｓ
・酸化亜鉛：正同化学社製酸化亜鉛３種
・ステアリン酸：ＮＯＦコーポレーション社製ステアリン酸ＹＲ
・老化防止剤：Ｓｏｌｕｔｉａ Ｅｕｒｏｐｅ社製Ｓａｎｔｏｆｌｅｘ ６ＰＰＤ
・硫黄：軽井沢製錬所製印処理イオウ
・加硫促進剤：大内新興化学社製ノクセラーＮＳ
表１，２から明らかなように実施例１〜６のベルトクッション用ゴム組成物は、低転がり抵抗性（６０℃のｔａｎδ）、耐亀裂成長性、カーカス／ベルトクッションの耐剥離性、カーカスのスチールコードのゴム付き、およびタイヤ耐久性に優れることが確認された。
表２から明らかなように、比較例２の空気入りタイヤは、ベルトクッション用ゴム組成物のブタジエンゴムの含有量がジエン系ゴム中５０重量％を超えるので、ベルトクッションゴムのゴム硬度、耐剥離性および耐亀裂成長性が悪化し、カーカス／ベルトクッションの耐剥離性が低く、タイヤ耐久性が不足する。
比較例３の空気入りタイヤは、ベルトクッション用ゴム組成物のブタジエンゴムの含有量がジエン系ゴム中５重量％未満であるので、タイヤ耐久性および低転がり抵抗性を改良する効果を奏しない。
比較例４の空気入りタイヤは、ベルトクッション用ゴム組成物の加硫促進剤の配合量が０．３重量部未満であるので、ゴム硬度が低下しタイヤ耐久性が悪化する。また転がり抵抗が大きくなる。
比較例５の空気入りタイヤは、ベルトクッション用ゴム組成物の加硫促進剤の配合量が１．２重量部を超えるので、ゴム付き、耐剥離性および耐亀裂成長性が悪化し、タイヤ耐久性が悪化する。
１ トレッド部
２ サイドウォール部
３ ショルダー部
４ カーカス層
５ ベルト層
６ インナーライナー層
７ ベルトクッション
Ｔ 空気入りタイヤ
２ サイドウォール部
３ ショルダー部
４ カーカス層
５ ベルト層
６ インナーライナー層
７ ベルトクッション
Ｔ 空気入りタイヤ
Claims (4)
- スチールコードからなるカーカス層のタイヤ径方向外側に、スチールコードからなる複数のベルト層が配置され、該ベルト層のタイヤ幅方向外側端部と前記カーカス層との間およびそのタイヤ幅方向外側にベルトクッションを有する空気入りタイヤであって、前記ベルトクッションが、ブタジエンゴム５〜５０重量％を含むジエン系ゴム１００重量部に、脂肪酸を０．８〜１．６重量部、加硫促進剤を０．３〜１．２重量部配合したベルトクッション用ゴム組成物により構成され、かつそのゴム硬度が５０〜６５であることを特徴とする空気入りタイヤ。
- 前記ベルトクッション用ゴム組成物が、前記ジエン系ゴム１００重量部に対し、亜鉛華を２．０〜５．０重量部配合したことを特徴とする請求項１に記載の空気入りタイヤ。
- 前記ベルトクッション用ゴム組成物が、窒素吸着比表面積が４０〜１００ｍ2／ｇであるカーボンブラックを、前記ジエン系ゴム１００重量部に対し２０〜４５重量部配合したことを特徴とする請求項１または２に記載の空気入りタイヤ。
- 前記ベルトクッション用ゴム組成物が、硫黄を前記ジエン系ゴム１００重量部に対し２．０〜６．０重量部配合したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の空気入りタイヤ。
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