JP7348491B2

JP7348491B2 - 重荷重用空気入りタイヤ

Info

Publication number: JP7348491B2
Application number: JP2019156996A
Authority: JP
Inventors: 英征五十嵐; 侑利野口; 建人高橋
Original assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Current assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Priority date: 2019-08-29
Filing date: 2019-08-29
Publication date: 2023-09-21
Anticipated expiration: 2039-08-29
Also published as: JP2021031030A

Description

本発明は、重荷重用空気入りタイヤに関するものであり、詳しくは、優れたウェットトラクション性および耐偏摩耗性を有する重荷重用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。タイヤの内側にはベルト層およびカーカス層が設けられ、カーカス層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。
また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。

一方、トラックまたはバス用タイヤのような重荷重用空気入りタイヤとしては、安全かつ快適な運行が重視されている。そのため重荷重用空気入りタイヤは、雨天時等のウェット路面での坂道発進性（ウェットトラクション性）が求められる。ウェットトラクション性を高めるには、キャップトレッドパターンのブロックおよび溝面積を大きくする手法がある。また、ベルトクッションやサイドウォール部を軟らかくして駆動時の応答を遅れさせることでも向上する。しかし、これらの手法では耐偏摩耗性が悪化するという問題点がある。

なお、重荷重用空気入りタイヤのウェットトラクション性の向上を図る技術としては、例えば特許文献１～２に開示がある。

特開平６－４８１２２号公報特開平１－３０６３０４号公報

したがって本発明の目的は、優れたウェットトラクション性および耐偏摩耗性を有する重荷重用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、キャップトレッドゴムの組成、キャップトレッドゴムの６０℃における貯蔵弾性率（Ｅ’cap）と、ベルトクッションゴムの６０℃における貯蔵弾性率（Ｅ’BC）との比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．タイヤ接地面を構成するキャップトレッドゴムが、少なくとも、天然ゴムおよびブタジエンゴムを含有するジエン系ゴムと補強性充填剤とを含み、
前記ジエン系ゴム１００質量部中、ブタジエンゴムの割合が１５～５０質量部であり、
前記ジエン系ゴム１００質量部に対し、前記補強性充填剤の配合量が４０～７０質量部であり、
前記補強性充填剤中、窒素吸着比表面積（Ｎ_２ＳＡ）が１００ｍ^２／ｇ以上のカーボンブラックが７５質量％以上を占め、かつ
前記キャップトレッドゴムの６０℃における貯蔵弾性率（Ｅ’cap）と、ベルトクッションゴムの６０℃における貯蔵弾性率（Ｅ’BC）との比が下記式を満たす
ことを特徴とする重荷重用空気入りタイヤ。
１．２≦（Ｅ’cap）／（Ｅ’BC）≦３．０
２．前記キャップトレッドゴムの６０℃における貯蔵弾性率（Ｅ’cap）と、ベルトクッションゴムの６０℃における貯蔵弾性率（Ｅ’BC）との比が下記式を満たすことを特徴とする前記１に記載の重荷重用空気入りタイヤ。
１．５≦（Ｅ’cap）／（Ｅ’BC）≦２．５

本発明の重荷重用空気入りタイヤは、タイヤ接地面を構成するキャップトレッドゴムが、少なくとも、天然ゴムおよびブタジエンゴムを含有するジエン系ゴムと補強性充填剤とを含み、前記ジエン系ゴム１００質量部中、ブタジエンゴムの割合が１５～５０質量部であり、前記ジエン系ゴム１００質量部に対し、前記補強性充填剤の配合量が４０～７０質量部であり、前記補強性充填剤中、窒素吸着比表面積（Ｎ_２ＳＡ）が１００ｍ^２／ｇ以上のカーボンブラックが７５質量％以上を占め、かつ前記キャップトレッドゴムの６０℃における貯蔵弾性率（Ｅ’cap）と、ベルトクッションゴムの６０℃における貯蔵弾性率（Ｅ’BC）との比が、１．２≦（Ｅ’cap）／（Ｅ’BC）≦３．０を満たすことを特徴としているので、ウェットトラクション性および耐偏摩耗性に優れる。

上述のように、ウェットトラクション性を高めるには、キャップトレッドパターンのブロックおよび溝面積を大きくしたり、ベルトクッションやサイドウォール部を軟らかくして駆動時の応答を遅れさせる等の手法が採られていた。しかし、これらの手法では耐偏摩耗性が悪化するという問題点があった。本発明では、キャップトレッドゴムの組成、キャップトレッドゴムの６０℃における貯蔵弾性率（Ｅ’cap）と、ベルトクッションゴムの６０℃における貯蔵弾性率（Ｅ’BC）との比を特定化したので、従来技術では達成困難であったウェットトラクション性および耐偏摩耗性を高い次元で維持することが可能となった。

本発明の重荷重用空気入りタイヤの一例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。
図１は、本発明の重荷重用空気入りタイヤ（以下、単に空気入りタイヤと言うことがある）の一例の子午線断面図である
図１において、空気入りタイヤＴは、タイヤ接地面を構成するキャップトレッド部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、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（図示せず）。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。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。
なお、タイヤ幅方向とは、タイヤ回転軸と平行な方向を指す。またタイヤ径方向とは空気入りタイヤの回転軸と直交する方向を指す。

本発明の空気入りタイヤは、前記キャップトレッド部１を形成するキャップトレッドゴムの組成が特定される。
すなわち、本発明におけるキャップトレッドゴムは、少なくとも、天然ゴム（ＮＲ）およびブタジエンゴム（ＢＲ）を含有するジエン系ゴムと補強性充填剤とを含み、前記ジエン系ゴム１００質量部中、ブタジエンゴム（ＢＲ）の割合が１５～５０質量部であり、前記ジエン系ゴム１００質量部に対し、前記補強性充填剤の配合量が４０～７０質量部であり、前記補強性充填剤中、窒素吸着比表面積（Ｎ_２ＳＡ）が１００ｍ^２／ｇ以上のカーボンブラックが７５質量％以上を占める。

前記ＢＲの配合割合が１５～５０質量部の範囲外である場合、前記補強性充填剤の配合量が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配合割合が７５質量％未満である場合、および／または、前記カーボンブラックの窒素吸着比表面積（Ｎ_２ＳＡ）が１００ｍ^２／ｇ未満の場合は、ウェットトラクション性および耐偏摩耗性をともに改善するという本発明の効果を奏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、前記カーボンブラックの窒素吸着比表面積（Ｎ_２ＳＡ）は１００～１５０ｍ^２／ｇが好ましく、１１０～１４０ｍ^２／ｇがさらに好ましい。
なお、本発明で言うＮＲとは、合成イソプレンゴム（ＩＲ）を含むものとする。また、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ジエン系ゴムは、ＮＲおよびＢＲ以外のジエン系ゴムを必要に応じて併用することもできる。例えば、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）等が挙げられる。本発明で使用されるジエン系ゴムは、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。

補強性充填剤としては、カーボンブラックのほか、とくに制限されないが、例えばシリカ、炭酸カルシウム、タルク、クレー等を挙げることができる。

また、前記キャップトレッドゴムには、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、酸化亜鉛などのキャップトレッドゴム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。

本発明において、ベルトクッションゴムの組成は、下記で説明する（Ｅ’cap）／（Ｅ’BC）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、酸化亜鉛などのベルトクッション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、例えばビード部やサイドウォール部等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。
例えば前記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。

本発明の空気入りタイヤは、キャップトレッドゴムの６０℃における貯蔵弾性率（Ｅ’cap）と、ベルトクッションゴムの６０℃における貯蔵弾性率（Ｅ’BC）との比が下記式を満たすことが必要である。

１．２≦（Ｅ’cap）／（Ｅ’BC）≦３．０

（Ｅ’cap）／（Ｅ’BC）がこの範囲外である場合は、前記本発明の効果を奏することができない。
前記（Ｅ’cap）および（Ｅ’cap）は、ＪＩＳＫ６３９４に準拠し、粘弾性スペクトロメーターを用いて、初期歪み１０％、振幅±２％、周波数２０Ｈｚ、６０℃の条件で測定した値（ＭＰａ）とする。

本発明において、（Ｅ’cap）は、３～９ＭＰａが好ましく、４～８ＭＰａがさらに好ましい。
また本発明において、（Ｅ’BC）は、２～６ＭＰａが好ましく、３～５ＭＰａがさらに好ましい。

また本発明の効果がさらに向上するという観点から、（Ｅ’cap）／（Ｅ’BC）は、１．５～２．５が好ましい。

なお前記（Ｅ’cap）および前記（Ｅ’BC）の調整は、例えば加硫剤、架橋剤、可塑剤や充填剤量の増減により可能である。

また本発明の重荷重用空気入りタイヤは、従来の重荷重用空気入りタイヤの製造方法に従って製造が可能である。

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１～３および比較例１～６
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１．７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、各種キャップトレッドゴム組成物を得た。

一方、ベルトクッションゴムを常法にしたがい調製し、加硫剤、架橋剤、可塑剤や充填剤量を増減を増減することにより、各種（Ｅ’BC）を有するベルトクッションゴムを得た。

（Ｅ’cap）および（Ｅ’BC）を、上述のように測定し、（Ｅ’cap）／（Ｅ’BC）を求めた。

前記キャップトレッドゴムと、前記ベルトクッションゴムとを組み込み、タイヤサイズ275/80R22.5 151/148Jの各種試験タイヤを製造した。またキャップトレッドゴムおよびベルトクッションゴム以外の各部材の条件は、各種試験タイヤ間で同一とした。

得られた各種試験タイヤについて、下記の評価を行った。結果を表１に示す。

ウェットトラクション性：試験タイヤを１２７７０ｃｃの排気量の試験車両（トラクタヘッド）に装着し、空気圧をフロント９００ｋＰａ、リヤ９００ｋＰａに調整し、水深１ｍｍの舗装路面上を走行させ、時速６～２１ｋｍ／ｈの加速時における後輪のスリップ率を計測した。結果は、実施例１の値を１００として指数表示した。指数が大きいほど、ウェットトラクション性に優れることを意味する。
耐偏摩耗性能：前記試験車両を用い、乾燥路面において２００００ｋｍ走行した後、偏摩耗（ヒールアンドトゥ摩耗）の摩耗量を測定した。結果は、５段階の相対評価で示した。「３」点を基準とし、点数が高いほど偏摩耗の発生数が少なく、耐偏摩耗性に優れることを意味する。

＊１：ＮＲ（ＲＳＳ＃３）
＊２：ＢＲ（日本ゼオン（株）製ＮｉｐｏｌＢＲ１２２０）
＊３：カーボンブラック１（キャボットジャパン社製商品名ショウブラックＮ１３４、Ｎ_２ＳＡ＝１４０ｍ^２／ｇ）
＊４：カーボンブラック２（キャボットジャパン社製商品名ショウブラックＮ２３４、Ｎ_２ＳＡ＝１１８ｍ^２／ｇ）
＊５：カーボンブラック３（キャボットジャパン社製商品名ショウブラックＮ５５０、Ｎ_２ＳＡ＝４２ｍ^２／ｇ）
＊６：ステアリン酸（千葉脂肪酸（株）製工業用ステアリン酸Ｎ）
＊７：酸化亜鉛（正同化学工業（株）製酸化亜鉛３種）
＊８：老化防止剤（精工化学（株）製オゾノン６Ｃ）
＊９：硫黄（鶴見化学工業（株）製金華印油入微粉硫黄）
＊１０：加硫促進剤（大内新興化学工業（株）製ノクセラーＮＳ－Ｐ）

上記の表１から明らかなように、各実施例で調製された重荷重用空気入りタイヤは、キャップトレッドゴムの組成、キャップトレッドゴムの６０℃における貯蔵弾性率（Ｅ’cap）と、ベルトクッションゴムの６０℃における貯蔵弾性率（Ｅ’BC）との比を特定化したので、比較例に比べ、優れたウェットトラクション性および耐偏摩耗性を両立できる。
比較例１は、ＢＲの配合割合が本発明で規定する下限未満であるので、ウェットトラクション性は優れるものの、耐偏摩耗性が悪化した。
比較例２は、カーボンブラックの配合割合が本発明で規定する下限未満であるので、ウェットトラクション性は優れるものの、耐偏摩耗性が悪化した。
比較例３は、カーボンブラックの配合割合が本発明で規定する上限を超えているので、ウェットトラクション性および耐偏摩耗性を同時に高めることができない。
比較例４は、カーボンブラックの窒素吸着比表面積（Ｎ_２ＳＡ）が本発明で規定する範囲外であるので、ウェットトラクション性は優れるものの、耐偏摩耗性が悪化した。
比較例５は、（Ｅ’cap）／（Ｅ’BC）が本発明で規定する上限を超えているので、ウェットトラクション性は優れるものの、耐偏摩耗性が悪化した。
比較例６は、（Ｅ’cap）／（Ｅ’BC）が本発明で規定する下限未満であるので、ウェットトラクション性が悪化した。

１キャップトレッド部
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

Claims

タイヤ接地面を構成するキャップトレッドゴムと、タイヤの骨格をなすカーカス層と、前記カーカス層のタイヤ径方向外側に設けられた複数のベルト層とを備えた重荷重用空気入りタイヤにおいて、
前記ベルト層のタイヤ幅方向外側端部と前記カーカス層の間およびそのタイヤ幅方向外側にはベルトクッションゴムが設けられ、
前記キャップトレッドゴムが、少なくとも、天然ゴムおよびブタジエンゴムを含有するジエン系ゴムと補強性充填剤とを含み、
前記ジエン系ゴム１００質量部中、ブタジエンゴムの割合が１５～５０質量部であり、
前記ジエン系ゴム１００質量部に対し、前記補強性充填剤の配合量が４０～７０質量部であり、
前記補強性充填剤中、窒素吸着比表面積（Ｎ_２ＳＡ）が１００ｍ^２／ｇ以上のカーボンブラックが７５質量％以上を占め、かつ
前記キャップトレッドゴムの６０℃における貯蔵弾性率（Ｅ’cap）と、前記ベルトクッションゴムの６０℃における貯蔵弾性率（Ｅ’BC）との比が下記式を満たす
ことを特徴とする重荷重用空気入りタイヤ。
１．２≦（Ｅ’cap）／（Ｅ’BC）≦３．０
（ただし、（Ｅ’cap）および（Ｅ’BC）の単位はＭＰａである。）
前記キャップトレッドゴムの６０℃における貯蔵弾性率（Ｅ’cap）と、前記ベルトクッションゴムの６０℃における貯蔵弾性率（Ｅ’BC）との比が下記式を満たすことを特徴とする請求項１に記載の重荷重用空気入りタイヤ。
１．５≦（Ｅ’cap）／（Ｅ’BC）≦２．５