JP7264008B2 - タイヤ - Google Patents

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Description

本発明は、乗り心地性と操縦安定性がバランスよく改善されたタイヤに関する。
セルロースファイバー等の繊維材料をタイヤ部材に配合することにより、ゴムのモジュラスに異方性を持たせる技術が知られている(例えば、特許文献1)。
特許第5691463号公報
しかしながら、該繊維材料の繊維サイズ(特に繊維長)が大きすぎると、ゴムの硬度が高くなりすぎて剛直となり、タイヤ部材への使用が制限されてしまうという課題がある。また、従来の繊維材料を配合したゴム組成物は弾性率が高く、乗り心地や振動において、市場要求値を十分に満足できていないのが現状である。
本発明は、乗り心地性と操縦安定性がバランスよく改善されたタイヤを提供することを目的とする。
本発明者は、鋭意検討の結果、有機ナノ材料により強度および剛性に異方性を持たせ、かつtanδ(70℃)およびモジュラス比を所定の範囲としたゴム組成物からなるゴム層をタイヤサイド部の特定の位置に配置することにより、乗り心地性と操縦安定性がバランスよく改善されたタイヤが得られることを見出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明は、
〔1〕周方向に延在して環状をなすトレッド部と、該トレッド部の両側に配置された一対のサイドウォール部と、ビードコアを有する一対のビード部と、前記ビードコアに係留された少なくとも1層のカーカス層と、リムと接触するチェーファーとを備えるタイヤにおいて、タイヤ軸方向最内層のカーカス層より外側、かつサイドウォール表面よりタイヤ軸方向内側の位置に形状異方性を有する有機ナノ材料を含有するゴム組成物からなるゴム層を有し、前記ゴム層は、タイヤ断面高さHの25~50%の領域の一部または全部をカバーするように配置され、前記ゴム組成物が下記式(1)および(2)を満たすタイヤ、
tanδ(70℃)≧0.08 ・・・(1)
1.10≦(M100a/M100b)≦1.50 ・・・(2)
(式(1)中のtanδ(70℃)は、初期歪み10%、動的歪振幅1%、周波数10Hz、温度70℃の条件下で粘弾性測定を行った際のtanδを表し、式(2)中のM100aは、列理方向の100%モジュラスを表し、式(2)中のM100bは、反列理方向の100%モジュラスを表す。)
〔2〕前記有機ナノ材料がバイオマスナノ材料である〔1〕記載のタイヤ、
〔3〕前記ゴム組成物が、ゴム成分100質量部に対して前記有機ナノ材料を1~50質量部含有し、該有機ナノ材料の平均径Dが1.0~2000nm、平均長Lが0.10~10μm、アスペクト比L/Dが2~500である〔1〕または〔2〕記載のタイヤ、
〔4〕前記有機ナノ材料がナノセルロースを含むものである〔1〕~〔3〕のいずれかに記載のタイヤ、
〔5〕前記ゴム層が、ビードコアで折り返されたカーカス層よりもタイヤ軸方向内側に位置し、カーカス層に挟み込まれている〔1〕~〔4〕のいずれかに記載のタイヤ、に関する。
本発明によれば、有機ナノ材料を含み、かつtanδ(70℃)およびモジュラス比を所定の範囲としたゴム組成物からなるゴム層をタイヤサイド部の特定の位置に配置することにより、乗り心地性と操縦安定性がバランスよく改善されたタイヤが提供される。
本開示の一実施形態に係るタイヤの構成を示す断面図である。 本開示の一実施形態に係るタイヤの構成を示す断面図である。 本開示の一実施形態に係るタイヤの構成を示す断面図である。
本開示の一実施形態であるゴム組成物の作製を含むタイヤの作製手順について、以下に詳細に説明する。但し、以下の記載は本発明を説明するための例示であり、本発明の技術的範囲をこの記載範囲にのみ限定する趣旨ではない。なお、本明細書において、「~」を用いて数値範囲を示す場合、その両端の数値を含むものとする。
図1~図3に、本開示の一実施形態であるタイヤを例示するが、これに限定されるものではない。図1~図3には、このタイヤの、周方向に対して垂直な断面の一部が示されている。図1~図3において、上下方向がタイヤ半径方向であり、左右方向がタイヤ軸方向であり、紙面に垂直な方向がタイヤ周方向である。図1~図3において、一点鎖線CLは、タイヤの赤道面を表わす。このタイヤの形状は、トレッドパターンを除き、赤道面に対して対称である。なお、本明細書において「タイヤ軸方向外側」とは、タイヤ赤道を通る平面(図1~図3において線CLで示す)を中心とした場合に軸方向において外側であることを意味する。
本開示のタイヤは、周方向に延在して環状をなすトレッド部と、該トレッド部の両側に配置された一対のサイドウォール部と、ビードコアを有する一対のビード部と、前記ビードコアに係留された少なくとも1層のカーカス層と、リムと接触するチェーファーとを備える。
本開示に係るタイヤのビード部は、サイドウォール31のタイヤ軸方向内側に位置している。該ビード部は、ビードコア21と、このコアから半径方向外向きに延びるビードエイペックス22とを備えている。ビードエイペックス22は、タイヤ半径方向外向きに先細りである。
本開示のタイヤは、ビードコアに係留された少なくとも1層のカーカス層(図2では、第一カーカスプライ33と第二カーカスプライ34の2層)を備える。前記のカーカスプライは、ビードコア21の周りを、タイヤ軸方向内側から外側に向かって折り返されている。この折り返しにより、カーカスプライ33、34には、主部と折り返し部とが形成されている。
本開示のタイヤは、シート状のストリップエイペックスを備えていてもよい。図1~図3において、ストリップエイペックス25は、概してタイヤ半径方向に延在している。ストリップエイペックス25は、そのタイヤ半径方向内側端の近傍において、ビードエイペックス22と積層されている。ストリップエイペックス25は、その半径方向内側端の近傍において、第一カーカスプライ33または第二カーカスプライ34の主部および折り返し部に挟まれている。ストリップエイペックス25は、第一カーカスプライ33または第二カーカスプライ34の主部および折り返し部に完全に覆われていてもよく(図1、図2)、完全に覆われていなくてもよい(図3)。
本開示のタイヤは、タイヤ軸方向最内層のカーカス層より外側、かつサイドウォール表面よりタイヤ軸方向内側の位置に有機ナノ材料を含有するゴム組成物からなるゴム層を有する。かかるゴム層は、タイヤの内層部材であれば特に制限されないが、例えば、ストリップエイペックス、内層サイドウォール、ビード補強層、インスレーション等として好適に用いられる。
図1~図3において矢印Hで示されているのは、ベースラインBLとトレッド表面のセンター位置とでなすタイヤ断面の高さである。このベースラインBLは、ビードコア21の、タイヤ半径方向における最も内側地点を通過する。このベースラインBLは、タイヤ軸方向に延びている。
本開示のタイヤは、以下のメカニズムにより、乗り心地性と操縦安定性がバランスよく改善されるものと考えられる。
タイヤ周方向に配向した有機ナノ材料により強度および剛性に異方性を持たせ、かつtanδ(70℃)およびモジュラス比を所定の範囲としたゴム組成物からなるゴム層を、タイヤ軸方向最内層のカーカス層より外側、かつサイドウォール表面よりタイヤ軸方向内側の位置に配置することにより、転動時におけるタイヤ垂直方向からの入力(振動)に対して適度な減衰性としなやかな応答を実現し、配向方向(タイヤ周方向)の剛性を高めることで、操舵時の入力対しての応答性が向上する。
また、自動車の走行時の路面からの振動や操舵時の入力はリムを介してタイヤに伝わること、およびタイヤが捩じられた際の反力の発生はカーカス部より外側の層が支配的であることに鑑み、前記のゴム層を、ベースラインBLとトレッド表面のセンター位置とでなすタイヤ断面高さHの25~50%の領域H1の一部または全部をカバーするように配置することにより、本発明の効果がより顕著に発揮される。
前記ゴム層は、前記タイヤ断面高さHの25~50%の領域H1の一部または全部をカバーするように配置されている。25%以上の領域をカバーしない場合は、ゴムの異方性のメリットが発現されにくく、良好な操縦安定性と乗り心地性能が得られない。一方、50%以下の領域をカバーしない場合は、転がり抵抗の悪化やゴム層の永久圧縮歪の影響により車両取り付け後に乗り心地性能が低下する。
前記ゴム層のタイヤ半径方向内方端および外方端は、前記ゴム層が前記タイヤ断面高さHの25~50%の領域H1の一部または全部をカバーするように適宜設定することができる。例えば、前記ゴム層のタイヤ半径方向内方端は、前記タイヤ断面高さHの5~40%、10~30%、15~20%の位置とすることができ、前記ゴム層のタイヤ半径方向外方端は、前記タイヤ断面高さHの30~100%、40~90%、50~80%、60~70%の位置とすることができる。
前記ゴム層は、前記タイヤ断面高さHの25~50%の領域H1の30%以上をカバーすることが好ましく、50%以上をカバーすることがより好ましく、70%以上をカバーすることがさらに好ましく、90%以上をカバーすることが特に好ましい。
前記のゴム層は、走行時の繰り返し変形によるクラック発生を抑制する観点から、サイドウォール表面から0.5mm以上タイヤ軸方向内側にあることが好ましく、1.0mm以上タイヤ軸方向内側にあることがより好ましい。
本開示では、特に言及された場合を除き、タイヤの各部材の寸法および角度は、タイヤが正規リムに組み込まれ、正規内圧となるようにタイヤに空気が充填された状態で測定される。測定時には、タイヤには荷重がかけられない。なお、本明細書において「正規リム」とは、タイヤが基づいている規格を含む規格体系において、当該規格がタイヤ毎に定めるリムであり、例えば、JATMAであれば標準リム、TRAであれば“Design Rim”、ETRTOであれば“Measuring Rim”とする。本明細書において「正規内圧」とは、前記規格がタイヤ毎に定めている空気圧であり、JATMAであれば最高空気圧、TRAであれば表“TIRE LOAD LIMITS AT VARIOUS COLD INFLATION PRESSURES”に記載の最大値、ETRTOであれば“INFLATION PRESSURE”とする。
本開示に係るタイヤは、空気入りタイヤ、非空気入りタイヤを問わない。また、空気入りタイヤとしては、乗用車用タイヤ、トラック・バス用タイヤ、二輪車用タイヤ、高性能タイヤ等が挙げられる。なお、本明細書における高性能タイヤとは、グリップ性能に特に優れたタイヤであり、競技車両に使用する競技用タイヤをも含む概念である。
[ゴム組成物]
前記のゴム層は、有機ナノ材料(好ましくはバイオマスナノ材料、より好ましくはナノセルロース)を含有するゴム組成物からなる。
前記有機ナノ材料は、ゴム成分100質量部に対して1~50質量部含有することが好ましい。
前記有機ナノ材料の平均径Dは1.0~2000nm、平均長Lは0.10~10μm、アスペクト比L/Dは2~500が好ましい。なお、本開示において、平均径D及び平均長Lは、走査型電子顕微鏡写真の画像解析、透過型顕微鏡写真の画像解析、X線散乱データの解析、細孔電気抵抗法(コールター原理法)等によって測定できる。
<ゴム成分>
前記のゴム組成物に含まれるゴム成分としては、イソプレン系ゴム、スチレンブタジエンゴム(SBR)、ブタジエンゴム(BR)等のジエン系ゴムが好適に用いられる。ゴム成分は、イソプレン系ゴムとSBRとBRとを含有するゴム成分としてもよく、イソプレン系ゴム、SBRおよびBRのみからなるゴム成分としてもよく、イソプレン系ゴムおよびSBRのみからなるゴム成分としてもよく、イソプレン系ゴムおよびBRのみからなるゴム成分としてもよい。
(イソプレン系ゴム)
イソプレン系ゴムとしては、例えば、イソプレンゴム(IR)および天然ゴム等タイヤ工業において一般的なものを使用することができる。天然ゴムには、非改質天然ゴム(NR)の他に、エポキシ化天然ゴム(ENR)、水素化天然ゴム(HNR)、脱タンパク質天然ゴム(DPNR)、高純度天然ゴム、グラフト化天然ゴム等の改質天然ゴム等も含まれる。これらのイソプレン系ゴムは、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
NRとしては、特に限定されず、タイヤ業界において一般的なものを用いることができ、例えば、SIR20、RSS#3、TSR20等が挙げられる。
イソプレン系を含有する場合のゴム成分中の含有量は、耐摩耗性能の観点から、20質量%以上が好ましく、25質量%以上がより好ましく、30質量%以上がさらに好ましく、35質量%以上が特に好ましい。一方、イソプレン系のゴム成分中の含有量の上限は特に制限されないが、90質量%以下が好ましく、85質量%以下がより好ましく、80質量%以下がさらに好ましく、75質量%以下が特に好ましい。
(SBR)
SBRとしては特に限定されず、例えば、溶液重合SBR(S-SBR)、乳化重合SBR(E-SBR)、これらの変性SBR(変性S-SBR、変性E-SBR)等が挙げられる。変性SBRとしては、末端および/または主鎖が変性されたSBR、スズ、ケイ素化合物等でカップリングされた変性SBR(縮合物、分岐構造を有するもの等)等が挙げられる。なかでも、低燃費性能および耐摩耗性能を良好に改善できるという点から、E-SBRが好ましい。これらのSBRは、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
SBRのスチレン含量は、耐摩耗性能の観点から、5質量%以上が好ましく、10質量%以上より好ましく、15質量%以上がさらに好ましい。また、グリップ性能の温度依存性および耐摩耗性能の観点からは、25質量%以下が好ましく、24質量%以下がより好ましい。なお、本明細書において、SBRのスチレン含有量は、1H-NMR測定により算出される。
SBRのビニル含量は、シリカとの反応性の担保、ゴム強度や耐摩耗性能の観点から10モル%以上が好ましく、13モル%以上がより好ましく、16モル%以上がさらに好ましい。また、SBRのビニル含量は、温度依存性の増大防止、ウェットグリップ性能、破断伸び、および耐摩耗性能の観点から、45モル%以下が好ましく、40モル%以下がより好ましく、35モル%以下がさらに好ましい。なお、本明細書において、SBRのビニル含量(1,2-結合ブタジエン単位量)は、赤外吸収スペクトル分析法によって測定される。
SBRの重量平均分子量(Mw)は、耐摩耗性能の観点から20万以上が好ましく、30万以上がより好ましく、40万以上がさらに好ましい。また、Mwは、架橋均一性等の観点から、250万以下が好ましく、200万以下がより好ましい。なお、Mwは、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)(東ソー(株)製GPC-8000シリーズ、検出器:示差屈折計、カラム:東ソー(株)製のTSKGEL SUPERMALTPORE HZ-M)による測定値を基に、標準ポリスチレン換算により求めることができる。
SBRを含有する場合のゴム成分中の含有量は、耐摩耗性能の観点から、5質量%以上が好ましく、10質量%以上が好ましく、15質量%以上がさらに好ましく、20質量%以上が特に好ましい。また、SBRのゴム成分中の含有量の上限は特に制限されないが、90質量%以下が好ましく、85質量%以下がより好ましく、80質量%以下がさらに好ましく、75質量%以下が特に好ましい。
(BR)
BRとしては特に限定されず、例えば、シス1,4結合含有率が50%未満のBR(ローシスBR)、シス1,4結合含有率が90%以上のBR(ハイシスBR)、希土類元素系触媒を用いて合成された希土類系ブタジエンゴム(希土類系BR)、シンジオタクチックポリブタジエン結晶を含有するBR(SPB含有BR)、変性BR(ハイシス変性BR、ローシス変性BR)等タイヤ工業において一般的なものを使用することができる。これらのBRは、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
ハイシスBRのシス1,4結合含有率は、95%以上が好ましく、97%以上がより好ましい。ハイシスBRとしては、例えば、日本ゼオン(株)製のBR1220、宇部興産(株)製のBR130B、BR150B、BR150L、JSR(株)製のBR730等が挙げられる。ハイシスBRを含有することで低温特性および耐摩耗性能を向上させることができる。希土類系BRとしては、例えば、ランクセス(株)製のBUNA-CB25等が挙げられる。
SPB含有BRは、1,2-シンジオタクチックポリブタジエン結晶が、単にBR中に結晶を分散させたものではなく、BRと化学結合したうえで分散しているものが挙げられる。このようなSPB含有BRとしては、宇部興産(株)製のVCR-303、VCR-412、VCR-617等が挙げられる。
変性BRとしては、リチウム開始剤により1,3-ブタジエンの重合を行ったのち、スズ化合物を添加することにより得られ、さらに変性BR分子の末端がスズ-炭素結合で結合されているもの(スズ変性BR)や、ブタジエンゴムの活性末端に縮合アルコキシシラン化合物を有するブタジエンゴム(シリカ用変性BR)等が挙げられる。このような変性BRとしては、例えば、ZSエラストマー(株)製のBR1250H(スズ変性)、S変性ポリマー(シリカ用変性)等が挙げられる。
BRの重量平均分子量(Mw)は、耐摩耗性能およびグリップ性能等の観点から、30万以上が好ましく、35万以上がより好ましく、40万以上がさらに好ましい。また、架橋均一性等の観点からは、200万以下が好ましく、100万以下がより好ましい。なお、Mwは、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)(東ソー(株)製GPC-8000シリーズ、検出器:示差屈折計、カラム:東ソー(株)製のTSKGEL SUPERMALTPORE HZ-M)による測定値を基に、標準ポリスチレン換算により求めることができる。
BRを含有する場合のゴム成分中の含有量は、耐摩耗性能の観点から、5質量%以上が好ましく、10質量%以上がより好ましく、15質量%以上がさらに好ましく、20質量%以上が特に好ましい。BRのゴム成分中の含有量の上限は特に制限されないが、90質量%以下が好ましく、85質量%以下がより好ましく、80質量%以下がさらに好ましく、75質量%以下が特に好ましい。
(その他のゴム成分)
本開示に係るゴム成分として、前記のイソプレン系ゴム、SBRおよびBR以外のゴム成分を含有してもよい。他のゴム成分としては、ゴム工業で一般的に用いられる架橋可能なゴム成分を用いることができ、例えば、スチレン-イソプレン-ブタジエン共重合ゴム(SIBR)、スチレン-イソブチレン-スチレンブロック共重合体(SIBS)、クロロプレンゴム(CR)、アクリロニトリル-ブタジエンゴム(NBR)、水素化ニトリルゴム(HNBR)、ブチルゴム(IIR)、エチレンプロピレンゴム、ポリノルボルネンゴム、シリコーンゴム、塩化ポリエチレンゴム、フッ素ゴム(FKM)、アクリルゴム(ACM)、ヒドリンゴム等が挙げられる。これらその他のゴム成分は単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
<有機ナノ材料>
前記のゴム組成物は、補強用充填剤として有機ナノ材料を含有する。本開示に係る有機ナノ材料としては、形状異方性を有し、直径がナノレベルの種々の有機繊維等を使用することができる。かかる有機繊維としては、特に制限されず、天然繊維(植物繊維、動物繊維)、および化学繊維(合成繊維、半合成繊維、再生繊維)のいずれも使用可能であるが、天然繊維(以下、バイオマスナノ材料と表記することがある)が好ましい。前記の有機ナノ材料は、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
合成繊維としては、例えば、アラミド繊維、ポリエチレンテレフタレート繊維、ポリエチレンナフタレート繊維、ポリエステル繊維、ナイロン繊維、レーヨン繊維等が挙げられ、アラミド繊維が好ましい。
本開示におけるバイオマスナノ材料としては、ナノセルロース、キチンナノファイバー、キトサンナノファイバー等の天然多糖類ナノファイバーが好適に使用される。バイオマスナノ材料としては、ナノセルロースを含むものであること好ましく、ナノセルロースのみからなることがより好ましい。前記のバイオマスナノ材料は、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
ナノセルロースとしては、例えば、セルロースナノファイバー(CNF)、セルロースナノクリスタル(CNC)等が挙げられ、CNFが好ましい。
CNFは、セルロース繊維を解繊したものであり、セルロース繊維としては、植物由来のパルプ、木材、コットン、麻、竹、綿、ケナフ、ヘンプ、ジュート、バナナ、ココナッツ、キャッサバ、海草、お茶葉、農作物残廃物、古紙等の植物繊維から分離した繊維等が挙げられる。また、セルロース繊維として、海産動物であるホヤが産出する動物繊維から分離した繊維や、酢酸菌より産出されたバクテリアセルロース等も使用可能である。
CNCは、セルロースナノファイバーを硫酸もしくは塩酸で処理することにより得られる繊維状結晶である。
ナノセルロースは、原料や製法などに応じて分類しうる。例えば、CNFは、植物由来のセルロースのミクロフィブリル(またはその構成繊維)を原料とするものであってもよく、バクテリアセルロース(BC)(バクテリアナノファイバー(バクテリアCNF))、リグノセルロースナノファイバー(LCNF)、電界紡糸法により得られるCNF等も含まれる。BCは、微生物が作るCNF(バクテリア由来のCNF)であり、通常、植物由来のセルロースとは、純度や構造(径や網目構造)において異なる。LCNFは、リグニンを含有するCNF(リグニン被覆CNF)である。また、電界紡糸法(エレクトロスピニング法)により得られるCNFは、電圧を印加しつつ、セルロース系材料の溶液を紡糸することで得られるCNFである。この方法では、溶液を使用するため、セルロース誘導体(前記例示の誘導体、例えば、セルロースアセテート等)のナノファイバーを得ることもできる。
ナノセルロースは、変性(改質、修飾)されていてもよい。変性の態様は、その目的に応じて選択でき、例えば、疎水化、官能基の導入などが挙げられる。具体的な変性としては、酸変性[例えば、カルボキシル化(カルボキシメチル化など)、リン酸化、硫酸またはスルホン化など]、エステルまたはアシル変性(アセチル化など)、アミン変性、アミド変性、エポキシ変性、フルオレン変性等が挙げられる。なお、酸基やアミン基は塩を形成していてもよい。
キチンナノファイバーは、キチン繊維を解繊したものであり、キチン繊維としては、カニ、エビ等の甲殻類や昆虫等の殻、イカ筋(中骨)等の動物繊維から分離した繊維等が挙げられる。また、キチン繊維として、きのこやカビ等の真菌類の細胞壁から分離した繊維等も使用可能である。
キトサンナノファイバーは、前記キチン繊維を脱アセチル化することで得られるキトサン繊維を解繊したものである。そのため、動物繊維から分離した天然キチン繊維を脱アセチル化したキトサン繊維が好ましく、カニまたはエビから分離した天然キチンを脱アセチル化したキトサン繊維がより好ましい。
バイオマスナノ材料は、市販のものを用いてもよく、公知の製造方法により製造したものを用いてもよい。バイオマスナノ材料の具体例としては、例えば、(株)スギノマシン製のBiNFi-s、大王製紙(株)製のエレックス、日本製紙(株)製のセレンピア等が挙げられる。
ゴム成分100質量部に対する有機ナノ材料の含有量は、ゴム組成物の異方性の観点から、1.0質量部以上が好ましく、5.0質量部以上がより好ましく、10質量部以上がさらに好ましく、12質量部以上が特に好ましい。また、ゴム組成物の破壊強度の観点からは、50質量部以下が好ましく、45質量部以下がより好ましく、40質量部以下がさらに好ましい。
有機ナノ材料の平均径(平均繊維径もしくは平均幅ともいう)Dは、ゴム組成物の剛性および加工性の観点から、1.0nm以上が好ましく、2.0nm以上がより好ましく、3.0nm以上がさらに好ましい。また、ゴム組成物の剛性および破壊強度の観点からは、2000nm以下が好ましく、1000nm以下がより好ましく、500nm以下がさらに好ましく、100nm以下が特に好ましい。
有機ナノ材料の平均長(平均繊維長ともいう)Lは、ゴム組成物の異方性の観点から、0.10μm以上が好ましく、0.15μm以上がより好ましく、0.20μm以上がさらに好ましい。また、ゴム組成物の剛性および破壊強度の観点からは、10μm以下が好ましく、8.0μm以下がより好ましく、6.0μm以下がさらに好ましい。
有機ナノ材料のアスペクト比L/Dは、ゴム組成物の異方性の観点から、2以上が好ましく、5以上がより好ましく、10以上がさらに好ましく、20以上が特に好ましい。また、ゴム組成物の破壊強度の観点からは、500以下が好ましく、400以下がより好ましく、300以下がさらに好ましい。
<その他の充填剤>
前記のゴム組成物は、有機ナノ材料以外の補強用充填剤として、カーボンブラック、シリカ、水酸化アルミニウム、炭酸カルシウム、アルミナ、クレー、タルク等、従来からゴム工業において一般的に用いられているものを配合することができる。なかでもカーボンブラックを含有することが好ましい。なお、シリカを配合する場合は、シランカップリング剤と併用することが好ましい。
(カーボンブラック)
カーボンブラックとしては特に限定されず、GPF、FEF、HAF、ISAF、SAF等、タイヤ工業において一般的なものを使用でき、具体的にはN110、N115、N120、N125、N134、N135、N219、N220、N231、N234、N293、N299、N326、N330、N339、N343、N347、N351、N356、N358、N375、N539、N550、N582、N630、N642、N650、N660、N683、N754、N762、N765、N772、N774、N787、N907、N908、N990、N991等を好適に用いることができ、これ以外にも自社合成品等も好適に用いることができる。これらは単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
カーボンブラックの窒素吸着比表面積(N2SA)は、耐候性や補強性の観点から、30m2/g以上が好ましく、35m2/g以上がより好ましく、40m2/g以上がさらに好ましい。また、分散性、低燃費性能、破壊特性および耐久性の観点からは、250m2/g以下が好ましく、220m2/g以下がより好ましい。なお、本明細書におけるカーボンブラックのN2SAは、JIS K 6217-2「ゴム用カーボンブラック基本特性-第2部:比表面積の求め方-窒素吸着法-単点法」のA法に準じて測定される値である。
カーボンブラックのジブチルフタレート(DBP)吸油量は、耐候性や耐久性の観点から、70mL/100g以上が好ましく、85mL/100g以上がより好ましく、100mL/100g以上がより好ましい。また、破断伸びの観点からは、120mL/100g以下が好ましく、118mL/100g以下がより好ましく、115mL/100g以下がさらに好ましい。
カーボンブラックを含有する場合のゴム成分100質量部に対する含有量は、耐候性や補強性の観点から、1質量部以上が好ましく、3質量部以上がより好ましく、5質量部以上がさらに好ましい。また、低燃費性能の観点からは、100質量部以下が好ましく、80質量部以下がより好ましく、60質量部以下がさらに好ましい。
<その他の配合剤>
前記のゴム組成物には、前記成分以外にも、従来タイヤ工業で一般に使用される配合剤、例えば、オイル、ワックス、加工助剤、老化防止剤、ステアリン酸、酸化亜鉛、硫黄等の加硫剤、加硫促進剤等を適宜含有することができる。
オイルとしては、例えば、アロマチックオイル、プロセスオイル、パラフィンオイル等の鉱物油等が挙げられる。なかでも、環境への負荷低減という理由からプロセスオイルを使用することが好ましい。
オイルを含有する場合のゴム成分100質量部に対する含有量は、加工性の観点から、1質量部以上が好ましく、3質量部以上がより好ましく、5質量部以上がさらに好ましい。また、耐摩耗性能の観点からは、80質量部以下が好ましく、70質量部以下がより好ましく、60質量部以下がさらに好ましい。なお、本明細書において、オイルの含有量には、油展ゴムに含まれるオイル量も含まれる。
ワックスを含有する場合のゴム成分100質量部に対する含有量は、ゴムの耐候性の観点から、0.5質量部以上が好ましく、1質量部以上がより好ましい。また、ブルームによるタイヤの白色化防止の観点からは、10質量部以下が好ましく、5質量部以下がより好ましい。
老化防止剤としては、特に限定されるものではないが、例えば、アミン系、キノリン系、キノン系、フェノール系、イミダゾール系の各化合物や、カルバミン酸金属塩等の老化防止剤が挙げられ、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、N-イソプロピル-N’-フェニル-p-フェニレンジアミン、N,N’-ジフェニル-p-フェニレンジアミン、N,N’-ジ-2-ナフチル-p-フェニレンジアミン、N-シクロヘキシル-N’-フェニル-p-フェニレンジアミン、N,N’-ビス(1-メチルヘプチル)-p-フェニレンジアミン、N,N’-ビス(1,4-ジメチルペンチル)-p-フェニレンジアミン、N,N’-ビス(1-エチル-3-メチルペンチル)-p-フェニレンジアミン、N-4-メチル-2-ペンチル-N’-フェニル-p-フェニレンジアミン、N,N’-ジアリール-p-フェニレンジアミン、ヒンダードジアリール-p-フェニレンジアミン、フェニルヘキシル-p-フェニレンジアミン、フェニルオクチル-p-フェニレンジアミン等のフェニレンジアミン系老化防止剤、および2,2,4-トリメチル-1,2-ジヒドロキノリン重合体、6-エトキシ-2,2,4-トリメチル-1,2-ジヒドロキノリン等のキノリン系老化防止剤が好ましい。これらの老化防止剤は、単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
老化防止剤を含有する場合のゴム成分100質量部に対する含有量は、ゴムの耐オゾンクラック性の観点から、0.5質量部以上が好ましく、1質量部以上がより好ましい。また、耐摩耗性能やウェットグリップ性能の観点からは、10質量部以下が好ましく、5質量部以下がより好ましい。
ステアリン酸を含有する場合のゴム成分100質量部に対する含有量は、加工性の観点から、0.5質量部以上が好ましく、1質量部以上がより好ましい。また、加硫速度の観点からは、10質量部以下が好ましく、5質量部以下がより好ましい。
酸化亜鉛を含有する場合のゴム成分100質量部に対する含有量は、加工性の観点から、0.5質量部以上が好ましく、1質量部以上がより好ましい。また、耐摩耗性能の観点からは、10質量部以下が好ましく、5質量部以下がより好ましい。
加硫剤としては硫黄が好適に用いられる。硫黄としては、粉末硫黄、油処理硫黄、沈降硫黄、コロイド硫黄、不溶性硫黄、高分散性硫黄等を用いることができる。
加硫剤として硫黄を含有する場合のゴム成分100質量部に対する含有量は、十分な加硫反応を確保し、良好なグリップ性能および耐摩耗性能を得るという観点から、0.5質量部以上が好ましく、1.0質量部以上がより好ましい。また、劣化防止の観点からは、5.0質量部以下が好ましく、4.5質量部以下がより好ましく、4.0質量部以下がさらに好ましい。
硫黄以外の加硫剤としては、例えば、田岡化学工業(株)製のタッキロールV-200、フレキシス社製のDURALINK HTS(1,6-ヘキサメチレン-ジチオ硫酸ナトリウム・二水和物)、ランクセス社製のKA9188(1,6-ビス(N,N’-ジベンジルチオカルバモイルジチオ)ヘキサン)等の硫黄原子を含む加硫剤や、ジクミルパーオキサイド等の有機過酸化物等が挙げられる。
加硫促進剤としては、特に限定されるものではないが、例えば、スルフェンアミド系、チアゾール系、チウラム系、チオウレア系、グアニジン系、ジチオカルバミン酸系、アルデヒド-アミン系もしくはアルデヒド-アンモニア系、イミダゾリン系、キサンテート系加硫促進剤が挙げられ、なかでも、所望の効果がより好適に得られる点から、スルフェンアミド系加硫促進剤およびチアゾール系加硫促進剤が好ましい。
スルフェンアミド系加硫促進剤としては、CBS(N-シクロヘキシル-2-ベンゾチアゾリルスルフェンアミド)、TBBS(N-t-ブチル-2-ベンゾチアジルスルフェンアミド)、N-オキシエチレン-2-ベンゾチアジルスルフェンアミド、N,N’-ジイソプロピル-2-ベンゾチアジルスルフェンアミド、N,N-ジシクロヘキシル-2-ベンゾチアジルスルフェンアミド等が挙げられる。チアゾール系加硫促進剤としては、2-メルカプトベンゾチアゾール、ジ-2-ベンゾチアゾリルジスルフィド等が挙げられる。これらは単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
加硫促進剤を含有する場合のゴム成分100質量部に対する含有量は、0.5質量部以上が好ましく、1.0質量部以上がより好ましい。また、加硫促進剤のゴム成分100質量部に対する含有量は、8質量部以下が好ましく、7質量部以下がより好ましく、6質量部以下がさらに好ましい。加硫促進剤の含有量を上記範囲内とすることにより、破壊強度および伸びが確保できる傾向がある。
本ゴム組成物の、初期歪み10%、動的歪振幅1%、周波数10Hz、温度70℃の条件下で粘弾性測定を行った際のtanδ(tanδ(70℃)とも表わす。)は、0.08以上である。すなわち、下記式(1)を満たす。
tanδ≧0.08 ・・・(1)
tanδ(70℃)を0.08以上とすることにより、適度な減衰性が得られ、乗り心地性を悪化させにくい傾向がある。tanδ(70℃)は、0.09以上が好ましい。一方、低燃費性能の観点からは、tanδ(70℃)は、0.35以下が好ましく、0.32以下がより好ましく、0.30以下がさらに好ましい。tanδ(70℃)は、ゴム成分(特にSBR)や充填剤(特にカーボンブラック)の種類や含有量を変更することにより、適宜調整することができる。なお、tanδ(70℃)は、後述する実施例に記載の測定方法により得られる値である。
本ゴム組成物(加硫ゴム)は、異方性に優れるという観点から、異方性の指標として反列理方向の100%モジュラスM100bに対する列理方向の100%モジュラスM100aの比の値(M100a/M100b、本明細書において「モジュラス比」と表記することがある)が1.10~1.50である。すなわち、下記式(2)を満たす。
1.10≦(M100a/M100b)≦1.50 ・・・(2)
モジュラス比(M100a/M100b)は、1.15~1.40がより好ましく、1.20~1.30がより好ましい。なお、本明細書において「列理方向」とは、押出しまたはせん断処理によりシートを形成する際の圧延方向を意味し、「反列理方向」とは、列理方向に対して垂直の方向を意味する。
[ゴム組成物およびタイヤの製造方法]
本開示に係るゴム組成物は、公知の方法により製造することができる例えば、バンバリーミキサーやニーダー、オープンロール等の一般的なゴム工業で使用される公知の混練機で、前記各成分のうち、加硫剤および加硫促進剤以外の成分を混練りした後、これに、加硫剤および加硫促進剤を加えてさらに混練りし、その後加硫する方法等により製造できる。
前記のゴム層を備えたタイヤは、前記のゴム組成物を用いて、通常の方法により製造できる。すなわち、ゴム成分に対して上記各成分を必要に応じて配合した未加硫のゴム組成物を、対応するゴム層の形状にあわせて押出し加工し、有機ナノ材料が列理方向に配向したゴム層を得る。そして、有機ナノ材料がタイヤ周方向に配向するように前記のゴム層をタイヤ成型機上で他のタイヤ部材とともに貼り合わせ、通常の方法にて成型することにより、未加硫タイヤを形成し、この未加硫タイヤを加硫機中で加熱加圧することにより、タイヤを製造することができる。
本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明は、実施例のみに限定されるものではない。
以下、実施例および比較例において用いた各種薬品をまとめて示す。
NR:TSR20
BR1:宇部興産(株)のウベポールBR150B(シス含量:97%)
BR2:宇部興産(株)のウベポールVCR617(シス含量:98%)
SBR:JSR(株)製のSBR1502(E-SBR、スチレン含量:23.5質量%、ビニル含量:18モル%、Mw:42万)
有機ナノ材料1:日本製紙(株)製のセレンピア(セルロースナノファイバー、平均径:3~4nm、平均長:数百nm~1μm)
有機ナノ材料2:(株)スギノマシン製のBiNFi-s FMa-10002(セルロースナノファイバー、2質量%分散液の粘度:700mPa・s、平均径:20nm、平均長:0.55μm)
有機ナノ材料3:(株)スギノマシン製のBiNFi-s キチン(キチンナノファイバー、2質量%分散液の粘度:3000mPa・s、平均径:30nm、平均長:4μm)
カーボンブラック1:キャボットジャパン(株)製ショウブラックN330(N2SA:75m2/g、DBP給油量:102mL/100g)
カーボンブラック2:キャボットジャパン(株)製ショウブラックN550(N2SA:42m2/g、DBP給油量:113mL/100g)
オイル:出光興産(株)製のダイアナプロセスAH-24
老化防止剤:精工化学(株)製のオゾノン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:日油(株)製のステアリン酸「椿」
酸化亜鉛:三井金属鉱業(株)製の亜鉛華1号
ワックス:日本精蝋(株)製のオゾエース0355
硫黄:鶴見化学工業(株)製の粉末硫黄
加硫促進剤1:大内新興化学工業(株)製のサンセラーNS-G(ジ-2-ベンゾチアゾリルジスルフィド)
加硫促進剤2: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)
加硫促進剤3:田岡化学工業(株)製のタッキロールV-200
(実施例および比較例)
表1および表2に示す配合処方にしたがい、1.7Lの密閉型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排出温度170℃になるまで5分間混練りし、混練物を得た。次に、2軸オープンロールを用いて、得られた混練物に硫黄および加硫促進剤を添加し、4分間、105℃になるまで練り込み、未加硫ゴム組成物を得た。得られた未加硫ゴム組成物を170℃で12分間プレス加硫することで、試験用加硫ゴムシートを作製した。また、前記未加硫ゴム組成物を、所定の形状の口金を備えた押し出し機で内層サイドウォール(部材A)またはストリップエイペックス(部材B)の形状にあわせて押出し加工し、有機ナノ材料が列理方向に配向した部材AおよびBを得た。そして、有機ナノ材料がタイヤ周方向に配向するように前記の部材AおよびBをタイヤ成型機上で他のタイヤ部材とともに貼り合わせて未加硫タイヤを形成し、170℃の条件下で12分間プレス加硫することにより、タイヤ(サイズ:205/65R15)を製造した。表1および表2に、部材Aおよび部材Bのタイヤ断面高さHに対するタイヤ半径方向内方端および外方端の位置、ならびにサイドウォール表面からの位置を示す。
<正接損失tanδの測定>
(株)上島製作所製のスペクトロメーターを用いて、各試験用加硫ゴムシートの、初期歪み10%、動的歪振幅1%、周波数10Hz、温度70℃の条件下でtanδを測定した。
<異方性試験>
上記の加硫ゴムシートから、JIS3号形ダンベルにて列理方向(加硫前の未加硫ゴムシートを製造する際のロール回転方向)に打抜き、JIS K 6251に準じて500mm/分の引張速度の条件下で、列理方向に伸び100%時の引張応力(M100a)を測定した。同様に、JIS3号形ダンベルにて反列理方向(加硫前の未加硫ゴムシートを製造する際のロール回転方向から垂直方向)に打抜き、JIS K 6251に準じて500mm/分の引張速度の条件下で、反列理方向に伸び100%時の引張応力(M100b)を測定した。
<乗り心地性および操縦安定性の評価>
試作タイヤを標準リム(サイズ=16×6.5J)に組み込み、このタイヤに空気を充填して内圧を210kPaとした。このタイヤを排気量が2000ccである自動車に装着した。この自動車を、その路面がアスファルトであるテストコースで走行させ、乗り心地性および操舵時のコントロールの安定性(操縦安定性)をテストドライバーが官能評価した。評価は10点満点で行い、比較例7を6.0点として相対評価した。評点が高いほど乗り心地性および操縦安定性に優れることを示す。
Figure 0007264008000001
Figure 0007264008000002
表1および表2の結果より、有機ナノ材料を含有するゴム組成物からなるゴム層をタイヤサイド部の特定の位置に配置した本開示のタイヤは、乗り心地性と操縦安定性がバランスよく改善されていることがわかる。
1 トレッド
2 ベルト
3 バンド
21 ビードコア
22 ビードエイペックス
23 リムクッション
24 クリンチエイペックス
25 ストリップエイペックス
31 サイドウォール
32 インナーライナ
33 第一カーカスプライ
34 第二カーカスプライ
CL タイヤ赤道
H1 Hの25~50%の領域

Claims (8)

  1. 周方向に延在して環状をなすトレッド部と、該トレッド部の両側に配置された一対のサイドウォール部と、ビードコアを有する一対のビード部と、前記ビードコアに係留された少なくとも1層のカーカス層と、リムと接触するチェーファーとを備えるタイヤにおいて、
    タイヤ軸方向最内層のカーカス層より外側、かつサイドウォール表面よりタイヤ軸方向内側の位置に形状異方性を有する有機ナノ材料を含有するゴム組成物からなるストリップエイペックスを有し、
    前記ストリップエイペックスは、前記カーカス層の主部および折り返し部に完全に覆われており、
    前記ストリップエイペックスは、タイヤ断面高さHの25~50%の領域の一部または全部をカバーするように配置され、
    前記ゴム組成物が下記式(1)および(2)を満たすタイヤ。
    tanδ(70℃)≧0.08 ・・・(1)
    1.10≦(M100a/M100b)≦1.50 ・・・(2)
    (式(1)中のtanδ(70℃)は、初期歪み10%、動的歪振幅1%、周波数10Hz、温度70℃の条件下で粘弾性測定を行った際のtanδを表し、式(2)中のM100aは、列理方向の100%モジュラスを表し、式(2)中のM100bは、反列理方向の100%モジュラスを表す。)
  2. 前記ゴム組成物が、スチレンブタジエンゴムを30質量%以上含むゴム成分を含有する、請求項1記載のタイヤ。
  3. 前記ゴム組成物が、ゴム成分100質量部に対して前記有機ナノ材料を10質量部以上含有する、請求項2記載のタイヤ。
  4. 周方向に延在して環状をなすトレッド部と、該トレッド部の両側に配置された一対のサイドウォール部と、ビードコアを有する一対のビード部と、前記ビードコアに係留された少なくとも1層のカーカス層と、リムと接触するチェーファーとを備えるタイヤにおいて、
    タイヤ軸方向最内層のカーカス層より外側、かつサイドウォール表面よりタイヤ軸方向内側の位置に形状異方性を有する有機ナノ材料を含有するゴム組成物からなる内層サイドウォールを有し、
    前記内層サイドウォールは、タイヤ断面高さHの25~50%の領域の一部または全部をカバーするように配置され、
    前記ゴム組成物が下記式(1)および(2)を満たすタイヤ。
    tanδ(70℃)≧0.25 ・・・(1)
    1.10≦(M100a/M100b)≦1.50 ・・・(2)
    (式(1)中のtanδ(70℃)は、初期歪み10%、動的歪振幅1%、周波数10Hz、温度70℃の条件下で粘弾性測定を行った際のtanδを表し、式(2)中のM100aは、列理方向の100%モジュラスを表し、式(2)中のM100bは、反列理方向の100%モジュラスを表す。)
  5. 前記ゴム組成物が、ゴム成分100質量部に対して前記有機ナノ材料を30質量部以上含有する、請求項4記載のタイヤ。
  6. 前記有機ナノ材料がバイオマスナノ材料である請求項1~5のいずれか一項に記載のタイヤ。
  7. 前記有機ナノ材料の平均径Dが1.0~2000nm、平均長Lが0.10~10μm、アスペクト比L/Dが2~500である請求項1~6のいずれか一項に記載のタイヤ。
  8. 前記有機ナノ材料がナノセルロースを含むものである請求項1~のいずれか一項に記載のタイヤ。
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