JP7263940B2

JP7263940B2 - 空気入りタイヤ

Info

Publication number: JP7263940B2
Application number: JP2019116956A
Authority: JP
Inventors: 誠人尾崎; 裕記杉浦; 寛和柴田
Original assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Current assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Priority date: 2019-06-25
Filing date: 2019-06-25
Publication date: 2023-04-25
Anticipated expiration: 2039-06-25
Also published as: JP2021003905A

Description

本発明は、空気入りタイヤに関するものであり、詳しくは、ロードノイズの低減および乗り心地の向上を両立し得る空気入りタイヤに関するものである。

空気入りタイヤは左右一対のビード部およびサイドウォール部と、両サイドウォール部に連なるとともにキャップトレッドとアンダートレッドとからなるトレッド部から主に構成されている。タイヤの内側にはカーカスが設けられ、カーカスの両端部はビードコアをタイヤ内側から外側へ包みこむように折り返されている。
ビード部はビードコアとその外周上の断面三角形状のゴム組成物からなるビードフィラーとを備えてなる。

ところで、モータを動力源として走行する電気自動車は、内燃機関を動力源として走行する自動車と比較して、車両由来の騒音が大きく低減されている。そのため車両走行におけるノイズ源としてタイヤ由来の騒音（ロードノイズ）がクローズアップされており、さらなるロードノイズの低減が求められている。

ロードノイズを低減するには、例えばキャップトレッドゴム等のタイヤを構成する部材を柔らかくすることによって、タイヤのバネ特性を低下させる手法が知られている。しかし、例えばキャップトレッドゴムのモジュラスが下がると乗り心地が悪化する問題点があり、ロードノイズの低減と乗り心地の向上は、二律背反の関係にある。

なお、ロードノイズの低減を図る技術としては、例えば特許文献１～３に開示がある。

特開２００７－２５３７０８号公報特開２０１４－８００７４号公報国際公開ＷＯ２０１４／００２６３１号パンフレット

したがって本発明の目的は、ロードノイズの低減および乗り心地の向上を両立し得る空気入りタイヤを提供することにある。

本発明者は鋭意研究を重ねた結果、ビードフィラーの組成、キャップトレッドゴムとビードフィラーの１００％モジュラスの関係、およびビードフィラー高さとタイヤ断面高さとの関係を特定化することにより、前記課題を解決できることを見出し、本発明を完成することができた。
すなわち本発明は以下の通りである。

１．タイヤ径方向内側のビード部に設けられたビードフィラーと、タイヤ接地面を構成するキャップトレッドゴムと、を備える空気入りタイヤにおいて、
前記ビードフィラーは、天然ゴムおよびブタジエンゴムを含むジエン系ゴム１００質量部に対し、窒素吸着比表面積（Ｎ_２ＳＡ）が３０～９０ｍ^２／ｇのカーボンブラックを４０～７０質量部含み、かつ前記ジエン系ゴム１００質量部中、前記天然ゴムの配合割合が４０質量部以下であり、
前記キャップトレッドゴムの１００％モジュラス（Ｍ１００ cap）と、前記ビードフィラーの１００％モジュラス（Ｍ１００ BF）とが、（Ｍ１００ cap）×（Ｍ１００ BF）≦２２（ＭＰａ）を満たし、かつ
ビードフィラー高さとタイヤ断面高さの比である（ビードフィラー高さ）／（タイヤ断面高さ）が、０．２～０．７である
ことを特徴とする空気入りタイヤ。
２．前記ビードフィラーの６０℃におけるｔａｎδ（６０℃）が、０．１未満であることを特徴とする前記１に記載の空気入りタイヤ。
３．前記ビードフィラーの１００％モジュラス（Ｍ１００ BF）が、５．０（ＭＰａ）以上であることを特徴とする前記１または２に記載の空気入りタイヤ。
４．前記キャップトレッドゴムの１００％モジュラス（Ｍ１００ cap）が、１．０～４．０（ＭＰａ）であることを特徴とする前記１～３のいずれかに記載の空気入りタイヤ。

本発明の空気入りタイヤは、タイヤ径方向内側のビード部に設けられたビードフィラーと、タイヤ接地面を構成するキャップトレッドゴムと、を備え、前記ビードフィラーは、天然ゴムおよびブタジエンゴムを含むジエン系ゴム１００質量部に対し、窒素吸着比表面積（Ｎ_２ＳＡ）が３０～９０ｍ^２／ｇのカーボンブラックを４０～７０質量部含み、かつ前記ジエン系ゴム１００質量部中、前記天然ゴムの配合割合が４０質量部以下であり、前記キャップトレッドゴムの１００％モジュラス（Ｍ１００ cap）と、前記ビードフィラーの１００％モジュラス（Ｍ１００ BF）とが、（Ｍ１００ cap）×（Ｍ１００ BF）≦２２（ＭＰａ）を満たし、かつビードフィラー高さとタイヤ断面高さの比である（ビードフィラー高さ）／（タイヤ断面高さ）が、０．２～０．７であることを特徴としているので、ロードノイズの低減および乗り心地の向上を両立し得る空気入りタイヤを提供することができる。

上述のように、ロードノイズを低減するには、キャップトレッドゴムを柔らかくすることが有効であるが、その反面、キャップトレッドゴムのモジュラスが下がり乗り心地が低下してしまう。本発明では、ビードフィラーの組成、キャップトレッドゴムとビードフィラーの１００％モジュラスの関係、およびビードフィラー高さとタイヤ断面高さとの関係を特定化することにより、キャップトレッドゴムがロードノイズの改善を担い乗り心地を減じた場合でも、ビードフィラーが乗り心地を補完する役割を果たし、結果として二律背反の関係にあるロードノイズの低減と乗り心地の向上を同時に達成することが可能となった。

空気入りタイヤの子午線断面図である。

以下、本発明をさらに詳細に説明する。

（ビードフィラー）
本発明の空気入りタイヤに用いられるビードフィラーは、タイヤ径方向内側のビード部に設けられ、ビードコアの外周上の断面三角形状のゴム組成物からなることができる。タイヤ径方向とは、タイヤ回転軸に直交する方向であり、タイヤ径方向内側とはタイヤ回転軸に近づく方法を指す。
本発明では、ビードフィラーの組成が特定される。すなわち、前記ビードフィラーは、天然ゴムおよびブタジエンゴムを含むジエン系ゴム１００質量部に対し、窒素吸着比表面積（Ｎ_２ＳＡ）が３０～９０ｍ^２／ｇのカーボンブラックを４０～７０質量部含み、かつ前記ジエン系ゴム１００質量部中、前記天然ゴムの配合割合が４０質量部以下である。

前記カーボンブラックの配合量が４０～７０質量部の範囲外である場合、前記カーボンブラックの窒素吸着比表面積（Ｎ_２ＳＡ）が３０～９０ｍ^２／ｇの範囲外である場合、前記天然ゴムの割合が４０質量部を超える場合、前記（Ｍ１００ cap）×（Ｍ１００ BF）が２２（ＭＰａ）を超える場合、および／または、（ビードフィラー高さ）／（タイヤ断面高さ）が０．２～０．７の範囲外である場合は、ロードノイズの低減と乗り心地の向上を同時に達成することができない。

ここで、本発明の効果向上の観点から、下記の形態が好ましい。
（１）前記カーボンブラックの配合量は、ジエン系ゴム１００質量部に対し、４０～６０質量部が好ましい。この範囲によれば、さらなる低発熱化および高強度を両立できる。
（２）前記カーボンブラックの窒素吸着比表面積（Ｎ_２ＳＡ）は３０～５０ｍ^２／ｇが好ましい。なおカーボンブラックは２種類以上をブレンドして用いてもよい。
（３）前記天然ゴムの割合は、前記ジエン系ゴム１００質量部中、１０～３０質量部が好ましい。この範囲によれば、さらなる高荷重耐久化および高強度を両立できる。
（４）前記ブタジエンゴムの割合は、前記ジエン系ゴム１００質量部中、６０～９０質量部が好ましい。更には６５～８５質量部が好ましい。
なお窒素吸着比表面積（Ｎ_２ＳＡ）は、ＪＩＳＫ６２１７－２：２００１「第２部：比表面積の求め方－窒素吸着法－単点法」にしたがって測定した値である。

本発明で使用されるビードフィラーを構成するゴムは、天然ゴム（ＮＲ）およびブタジエンゴム（ＢＲ）以外にも、スチレン－ブタジエン共重合体ゴム（ＳＢＲ）、アクリロニトリル－ブタジエン共重合体ゴム（ＮＢＲ）等を併用することもできる。本発明で使用されるゴムは、その分子量やミクロ構造はとくに制限されず、アミン、アミド、シリル、アルコキシシリル、カルボキシル、ヒドロキシル基等で末端変性されていても、エポキシ化されていてもよい。

また、前記ビードフィラーには、前記した成分に加えて、各種充填剤、各種オイル、老化防止剤、可塑剤、酸化亜鉛などのビードフィラーに一般的に配合されている各種添加剤を配合することができる。また加硫の際は、公知の加硫又は架橋剤、加硫又は架橋促進剤を制限なく使用できる。これらの添加剤の配合量も、本発明の目的に反しない限り、従来の一般的な配合量とすることができる。

本発明の空気入りタイヤにおけるキャップトレッドゴムは、空気入りタイヤの接地面を構成するゴムである。

本発明において、キャップトレッドゴムの組成は、下記で説明する（Ｍ１００ cap）×（Ｍ１００ BF）の関係を満たすことができれば、とくに制限されず、適宜選択することができる。
例えば、ジエン系ゴム、シリカやカーボンブラック等の各種充填剤、カップリング剤、各種オイル、老化防止剤、可塑剤、酸化亜鉛などのキャップトレッドゴムに一般的に配合されている各種成分を配合することができる。また加硫の際は、公知の加硫又は架橋剤、加硫又は架橋促進剤を制限なく使用できる。これらの添加剤の配合量も、本発明の目的に反しない限り、従来の一般的な配合量とすることができる。

また、本発明の空気入りタイヤにおけるその他の部材を構成する部材についても、各成分の配合割合はとくに制限されず、適宜選択することができる。
例えばその他の部材のゴム組成物として、ジエン系ゴム、各種充填剤、各種オイル、老化防止剤、可塑剤、酸化亜鉛等の一般的に配合されている各種成分を配合することができる。また加硫の際は、公知の加硫又は架橋剤、加硫又は架橋促進剤を制限なく使用できる。これらの添加剤の配合量も、本発明の目的に反しない限り、従来の一般的な配合量とすることができる。

加硫後のキャップトレッドゴムの最大厚み（アンダートレッドとの接触面からタイヤ径方向におけるタイヤ表面までの最大長さ）はとくに制限されないが、例えば２ｍｍ～２０ｍｍであり、２ｍｍ～１５ｍｍが好ましい。

本発明の空気入りタイヤは、前記キャップトレッドゴムの１００％モジュラス（Ｍ１００ cap）と、前記ビードフィラーの１００％モジュラス（Ｍ１００ BF）とが、下記式を満たすことが必要である。

（Ｍ１００ cap）×（Ｍ１００ BF）≦２２（ＭＰａ）

すなわち、（Ｍ１００ cap）および（Ｍ１００ BF）を乗じた値が２２（ＭＰａ）以下であることにより、上述のように、キャップトレッドゴムがロードノイズの改善を担い乗り心地を減じた場合でも、ビードフィラーが乗り心地を補完する役割を果たし、結果として二律背反の関係にあるロードノイズの低減と乗り心地の向上を同時に達成することが可能となる。

本発明で言う前記キャップトレッドゴムの１００％モジュラス（Ｍ１００ cap）および前記ビードフィラーの１００％モジュラス（Ｍ１００ BF）は、ＪＩＳＫ６２５１に準拠し、２３℃、５００ｍｍ／分にて引張り試験を行い１００％伸長時の応力を測定した値（ＭＰａ）とする。

前記キャップトレッドゴムの１００％モジュラス（Ｍ１００ cap）および前記ビードフィラーの１００％モジュラス（Ｍ１００ BF）の調整は、例えば可塑剤、充填剤、加硫剤または架橋剤の増減により可能である。

なお本発明の効果が一層向上するという観点から、前記（Ｍ１００ cap）×（Ｍ１００ BF）は、２０（ＭＰａ）以下が好ましく、１７（ＭＰａ）以下がさらに好ましく、８～１７（ＭＰａ）であることがとくに好ましい。

また本発明の効果が一層向上するという観点から、前記ビードフィラーの１００％モジュラス（Ｍ１００ BF）は、５．０（ＭＰａ）以上であることが好ましく、５．５（ＭＰａ）以上であることがさらに好ましく、５．５～７．０（ＭＰａ）であることがとくに好ましい。また、前記キャップトレッドゴムの１００％モジュラス（Ｍ１００ cap）は、１．０～４．０（ＭＰａ）が好ましく、１．０～３．０（ＭＰａ）がさらに好ましい。

図１は、空気入りタイヤの子午線断面図である。
図１に示すように、本実施形態の空気入りタイヤは、タイヤ周方向に延在して環状をなすトレッド部１と、トレッド部１の両側に配置された一対のサイドウォール部２と、サイドウォール部２のタイヤ径方向内側に配置された一対のビード部３とを備えている。

一対のビード部３，３間にはタイヤ径方向に延びる複数本のカーカスコードを含むカーカス４が装架されている。各ビード部３には、環状のビードコア５が埋設されており、そのビードコア５の外周上に断面三角形状のゴム組成物からなるビードフィラー６が配置されている。そして、カーカス４はビードコア５の廻りにタイヤ内側から外側へ巻き上げられている。

一方、トレッド部１におけるカーカス層４の外周側には、複数層のベルト層７がタイヤ全周にわたって埋設されている。これらベルト層７は、タイヤ周方向に対して傾斜する複数本の補強コードを含み、かつ層間で補強コードが互いに交差するように配置されている。

また、上記空気入りタイヤにおいて、図１に示すように、ビードフィラー６の高さＢＨは５ｍｍ～７０ｍｍの範囲が好ましい。更には１０ｍｍ～６５ｍｍの範囲が好ましい。ビードフィラー６の高さＢＨはタイヤ径方向に沿って測定される高さである。

また本発明において、ビードフィラー高さとタイヤ断面高さの比である（ビードフィラー高さ）／（タイヤ断面高さ）は、０．２～０．７であり、好ましくは０．３～０．６であり、さらに好ましくは０．３～０．５である。
タイヤ断面高さＳＨは、タイヤを正規リムにリム組みし、正規内圧を充填した無負荷状態のタイヤの外径とリム径との差の１／２である。
ここで、正規リムとは、ＪＡＴＭＡで規定する「標準リム」、ＴＲＡで規定する「Design Rim」、あるいは、ＥＴＲＴＯで規定する「Measuring Rim」である。また、正規内圧とは、ＪＡＴＭＡで規定する「最高空気圧」、ＴＲＡで規定する「TIRE LOAD LIMITS AT VARIOUS COLD INFLATION PRESSURES」に記載の最大値、あるいはＥＴＲＴＯで規定する「INFLATION PRESSURES」である。

（ビードフィラー高さ）／（タイヤ断面高さ）が前記範囲であることにより、キャップトレッドゴムがロードノイズの改善を担い乗り心地を減じた場合でも、ビードフィラーが乗り心地を補完する役割を果たし、結果として二律背反の関係にあるロードノイズの低減と乗り心地の向上を同時に達成することが可能となる。

また本発明では、ビードフィラーの６０℃におけるｔａｎδ（６０℃）が、０．１未満であることが好ましく、０．０８以下であることがさらに好ましい。ビードフィラーがこのようなｔａｎδ（６０℃）の範囲を有することにより、さらなる低発熱性を空気入りタイヤに付与することができる。ｔａｎδ（６０℃）が小さい場合、乗り心地は悪化する方向であるが、（Ｍ１００ cap）×（Ｍ１００ BF）や、ビードフィラー高さとタイヤ断面高さの比である（ビードフィラー高さ）／（タイヤ断面高さ）を最適化することにより、乗り心地を悪化せずに、転がり抵抗と両立できる。

また本発明の空気入りタイヤは、従来の空気入りタイヤの製造方法に従って製造が可能であり、例えば乗用車用途が好ましい。

以下、本発明を実施例および比較例によりさらに説明するが、本発明は下記例に制限されるものではない。

実施例１～４および比較例１～２
表１に示す配合（質量部）において、加硫促進剤と硫黄を除く成分を１．６リットルの密閉式バンバリーミキサーで５分間混練し、ゴムをミキサー外に放出して室温冷却した。次いで、該ゴムを同ミキサーに再度入れ、加硫促進剤および硫黄を加えてさらに混練し、各種ビードフィラー（ＢＦ）を得た。

一方、キャップトレッドゴムを常法にしたがい調製し、可塑剤もしくは充填剤の量を増減することにより、表１に示す各種硬度を有するキャップトレッドゴム（ＣＡＰ）を得た。

キャップトレッドゴムの１００％モジュラス（Ｍ１００ cap）およびビードフィラーの１００％モジュラス（Ｍ１００ BF）は、ＪＩＳＫ６２５１に準拠し、２３℃、５００ｍｍ／分にて引張り試験を行い１００％伸長時の応力を測定した（ＭＰａ）。
またビードフィラーの６０℃におけるｔａｎδ（６０℃）は、ＪＩＳＫ６３９４：２００７に準じて、粘弾性スペクトロメーター（東洋精機製作所製）を用い、伸張変形歪率１０±２％、振動数２０Ｈｚ、温度６０℃の条件で測定した。
また、（ビードフィラー高さＢＨ）／（タイヤ断面高さＳＨ）を測定した。
結果を表１に示す。

前記ビードフィラーと、前記キャップトレッドゴムとを組み込み、タイヤサイズ２４５／４０Ｒ１８の各種空気入りタイヤを製造した。なお、ビードフィラーおよびキャップトレッドゴム以外の各部材の条件は、各種空気入りタイヤ間で同一とした。

得られた各種空気入りタイヤについて、下記の評価を行った。結果を表１に示す。

乗り心地：各試験タイヤをリムサイズ１８×８．５Ｊのホイールに組み付けて試験車両に装着し、空気圧２４０ｋＰａの条件にて、走行時の乗り心地についてテストドライバーによる官能評価を行った。乗り心地：各試験タイヤをリムサイズ１８×８．５Ｊのホイールに組み付けて試験車両に装着し、空気圧２４０ｋＰａの条件にて、走行時のロードノイズについてテストドライバーによる官能評価を行った。評価は５段階評価とし、「３」点を基準とし、相対評価した。
５：「３」点に対し、乗り心地に顕著な向上が見られる。
４：「３」点に対し、乗り心地に向上が見られる。
３：基準
２：「３」点に対し、乗り心地に劣っていた。
１：「３」点に対し、乗り心地に顕著に劣っていた。

ロードノイズ：各試験タイヤをリムサイズ１８×８．５Ｊのホイールに組み付けて試験車両に装着し、空気圧２４０ｋＰａの条件にて、走行時のロードノイズについてテストドライバーによる官能評価を行った。評価は５段階評価とし、「３」点を基準とし、相対評価した。
５：「３」点に対し、ロードノイズに顕著な改善が見られる。
４：「３」点に対し、ロードノイズに改善が見られる。
３：基準
２：「３」点に対し、ロードノイズが感じられる。
１：「３」点に対し、ロードノイズが顕著に感じられる。

＊１：ＮＲ（ＴＳＲ２０）
＊２：ＢＲ１（宇部興産（株）製ＵＢＥＰＯＬ４１２、シンジオタクチック－１，２－ポリブタジエン）
＊３：ＢＲ２（日本ゼオン（株）製ＮＩＰＯＬＢＲ１２２０）
＊４：カーボンブラックＣＢ（キャボットジャパン社製ショウブラックＮ５５０、Ｎ_２ＳＡ＝４０ｍ^２／ｇ）
＊５：酸化亜鉛（正同化学工業（株）製酸化亜鉛３種）
＊６：ステアリン酸（日新理化（株）製ステアリン酸５０Ｓ）
＊７：老化防止剤（FLEXSYS社製SANTOFLEX 6PPD）
＊８：アロマオイル（出光興産（株）製ダイアナプロセスＮＨ－７０Ｓ）
＊９：加硫促進剤（三新化学工業（株）製ＮＳ－Ｇ）
＊１０：硫黄（四国化成工業（株）製ミュークロンＯＴ－２０、硫黄含有量＝８０質量％）

上記の表１から明らかなように、各実施例では、ビードフィラーの組成、キャップトレッドゴムとビードフィラーの１００％モジュラスの関係、およびビードフィラー高さとタイヤ断面高さとの関係を特定化しているので、比較例１に比べて、ロードノイズの低減および乗り心地の向上が両立している。
比較例２では、ＮＲの配合量および（ビードフィラー高さ）／（タイヤ断面高さ）が本発明で規定する上限を超えているので、ロードノイズおよび乗り心地に改善が見られなかった。

比較例３および実施例５
上記実施例１～４および比較例１～２において、製造した空気入りタイヤのサイヤサイズを１９５／６５Ｒ１５、リムサイズ１５x６Ｊ，空気圧２３０kPaとしたこと以外は、上記例を繰り返した。結果を表２に示す。

表２の結果から、実施例５では、ビードフィラーの組成、キャップトレッドゴムとビードフィラーの１００％モジュラスの関係、およびビードフィラー高さとタイヤ断面高さとの関係を特定化しているので、比較例３に比べて、ロードノイズの低減および乗り心地の向上が両立している。

１トレッド部
２サイドウォール部
３ビード部
４カーカス
５ビードコア
６ビードフィラー
７ベルト層

Claims

タイヤ径方向内側のビード部に設けられたビードフィラーと、タイヤ接地面を構成するキャップトレッドゴムと、を備える空気入りタイヤにおいて、
前記ビードフィラーは、天然ゴムおよびブタジエンゴムを含むジエン系ゴム１００質量部に対し、窒素吸着比表面積（Ｎ_２ＳＡ）が３０～９０ｍ^２／ｇのカーボンブラックを４０～７０質量部含み、かつ前記ジエン系ゴム１００質量部中、前記天然ゴムの配合割合が４０質量部以下であり、
前記キャップトレッドゴムの１００％モジュラス（Ｍ１００ cap）と、前記ビードフィラーの１００％モジュラス（Ｍ１００ BF）とが、（Ｍ１００ cap）×（Ｍ１００ BF）≦２２（ＭＰａ）を満たし、かつ
ビードフィラー高さとタイヤ断面高さの比である（ビードフィラー高さ）／（タイヤ断面高さ）が、０．２～０．７である
ことを特徴とする空気入りタイヤ。
前記ビードフィラーの６０℃におけるｔａｎδ（６０℃）が、０．１未満であることを特徴とする請求項１に記載の空気入りタイヤ。
前記ビードフィラーの１００％モジュラス（Ｍ１００ BF）が、５．０（ＭＰａ）以上である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。
前記キャップトレッドゴムの１００％モジュラス（Ｍ１００ cap）が、１．０～４．０（ＭＰａ）である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。