JPWO2012141158A1 - 空気入りタイヤ - Google Patents

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Abstract

本発明は、低燃費性、操縦安定性及び耐久性をバランス良く改善できる空気入りタイヤを提供する。本発明は、キャップ層及びベース層を含むトレッドを備える空気入りタイヤであって、上記キャップ層及び上記ベース層が下記式(1)〜(3)で表される関係を満たす空気入りタイヤに関する。50/50≦Vc/Vb≦90/10 (1)(式(1)中、Vcはキャップ層の体積であり、Vbはベース層の体積である。)0.65≦E*c/E*b<1.00 (2)1.30≦(tanδc/E*c)/(tanδb/E*b)<2.40 (3)(式(2)、(3)中、E*c、tanδcは、それぞれ30℃におけるキャップ層の複素弾性率、損失正接であり、E*b、tanδbは、それぞれ30℃におけるベース層の複素弾性率、損失正接である。)

Description

本発明は、空気入りタイヤに関する。
地球環境を保護するために、自動車の低燃費化が進められている。このため、自動車用タイヤについても、低燃費性に優れたタイヤが望まれている。
低燃費性の改善は、通常、転がり抵抗を軽減することにより行われる。転がり抵抗は、走行時の繰り返し変形に伴うエネルギー損失に大きく起因している。転がり抵抗を軽減する方法として、例えば、転がり抵抗における寄与率がタイヤ部材の中で最も高いトレッドを2層構造とし、内側(ベース層)にエネルギー損失の小さいゴム組成物を、外側(キャップ層)に耐摩耗性に優れるゴム組成物を夫々配した構造等が提案されている(例えば、特許文献1参照)。しかし、近年では、低燃費性の更なる改善が求められている。
低燃費性を更に改善するため、フィラーを減量した場合、トレッドの剛性が低下し、操縦安定性が悪化する傾向がある。一方、架橋密度を高くして剛性を向上させた場合、耐摩耗性、耐チッピング性能が悪化し、タイヤとして充分な耐久性が確保できない傾向がある。従って、良好な操縦安定性及び耐久性を確保しながら、低燃費性を改善する方法が求められている。
特開2003−291610号公報
本発明は、前記課題を解決し、低燃費性、操縦安定性及び耐久性をバランス良く改善できる空気入りタイヤを提供することを目的とする。
本発明者らは、低燃費性、操縦安定性及び耐久性をバランス良く改善できる空気入りタイヤについて検討を行ったところ、キャップ層及びベース層を含むトレッドに着目した。そして、該トレッドにおいて、ベース層をキャップ層よりも硬くするとともに、ベース層のtanδをキャップ層のtanδよりも低くして、ベース層及びキャップ層が特定の関係を満たす場合に、駆動伝達効率が向上し、転がり抵抗から予測されるよりも良好な低燃費性が得られるとともに、良好な操縦安定性及び耐久性も確保できることを見出し、本発明に想到した。
すなわち、本発明は、キャップ層及びベース層を含むトレッドを備える空気入りタイヤであって、上記キャップ層及び上記ベース層が下記式(1)〜(3)で表される関係を満たす空気入りタイヤに関する。
50/50≦Vc/Vb≦90/10 (1)
(式(1)中、Vcはキャップ層の体積であり、Vbはベース層の体積である。)
0.65≦Ec/Eb<1.00 (2)
1.30≦(tanδc/Ec)/(tanδb/Eb)<2.40 (3)
(式(2)、(3)中、Ec、tanδcは、それぞれ30℃におけるキャップ層の複素弾性率、損失正接であり、Eb、tanδbは、それぞれ30℃におけるベース層の複素弾性率、損失正接である。)
上記ベース層が1,2−シンジオタクチックポリブタジエン結晶を含むブタジエンゴムを含むことが好ましい。
上記tanδbが0.190以下であることが好ましい。
本発明によれば、キャップ層及びベース層を含むトレッドを備える空気入りタイヤであって、キャップ層及びベース層が特定の関係を満たすため、低燃費性、操縦安定性及び耐久性がバランス良く改善された空気入りタイヤを提供できる。
本発明の一実施形態に係る乗用車用タイヤの一部が示された断面図である。
以下、図面を参照しつつ、本発明の空気入りタイヤの好ましい実施形態の一例を説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る乗用車用タイヤの一部が示された断面図である。なお、図1は乗用車用タイヤについて例示したが、本発明の空気入りタイヤは、重荷重用タイヤ等、他の用途にも適用できる。
図1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、紙面に対して垂直方向がタイヤ周方向である。乗用車用タイヤ1は、トレッド部7と、その両端からタイヤ半径方向内方に延びる一対のサイドウォール部8と、各サイドウォール部8の内方端に位置するビード部3と、リム上部に位置するチェーファー2とを備える。また両側のビード部3の間にはカーカス10が架け渡されるとともに、このカーカス10のタイヤ半径方向外側にブレーカー部9が配置されている。
カーカス10は、カーカスコードを配列する1枚以上のカーカスプライから形成される。該カーカスプライは、トレッド部7からサイドウォール部8を経て、ビードコア4と、該ビードコア4の上端からサイドウォール方向に延びるビードエイペックス5との周りをタイヤ軸方向の内側から外側に折返されて係止される。ブレーカー部9は、ブレーカーコードを配列した2枚以上のブレーカープライからなり、各ブレーカーコードがブレーカープライ間で交差するよう向きを違えて配置している。ブレーカー部9の上側には、ブレーカー部9を保護するバンド6が配置されている。
トレッド部7は、路面に接地する側に配置されるキャップ層(キャップトレッド)7cと、該キャップ層7cのタイヤ半径方向内側に配置されるベース層(ベーストレッド)7bとで構成される。
キャップ層7c及びベース層7b(以下、それぞれを単にキャップ層、ベース層と記載する)は、下記式(1)〜(3)で表される関係を満たす。
50/50≦Vc/Vb≦90/10 (1)
(式(1)中、Vcはキャップ層の体積であり、Vbはベース層の体積である。)
0.65≦Ec/Eb<1.00 (2)
1.30≦(tanδc/Ec)/(tanδb/Eb)<2.40 (3)
(式(2)、(3)中、Ec、tanδcは、それぞれ30℃におけるキャップ層の複素弾性率、損失正接であり、Eb、tanδbは、それぞれ30℃におけるベース層の複素弾性率、損失正接である。)
式(1)において、Vc/Vbが50/50未満であると、キャップ層の割合が少ないため、ベース層が露出してグリップ性能が低下するおそれがある。一方、Vc/Vbが90/10を超えると、ベース層の割合が少ないため、駆動効率を充分に向上できず、良好な低燃費性が得られない傾向がある。
なお、Vc、Vbは、25℃における体積である。
式(2)において、Ec/Ebが0.65未満であると、キャップ層の剛性が低すぎて、良好な操縦安定性が得られない傾向がある。一方、Ec/Ebが1.00以上であると、駆動伝達効率を充分に向上できず、良好な低燃費性が得られない傾向がある。本発明の効果が良好に得られるという点から、式(2)の下限は、好ましくは0.67、より好ましくは0.70、更に好ましくは0.72であり、上限は、好ましくは0.98、より好ましくは0.95、更に好ましくは0.90である。
式(3)において、(tanδc/Ec)/(tanδb/Eb)が1.30未満であると、低燃費性を充分に改善できなくなったり、耐チッピング性能や操縦安定性が悪化する傾向がある。一方、(tanδc/Ec)/(tanδb/Eb)が2.40以上であると、ベース層の耐久性が悪化する傾向がある。本発明の効果が良好に得られるという点から、式(3)の下限は、好ましくは1.40、より好ましくは1.50であり、上限は、好ましくは2.35、より好ましくは2.30である。
本発明の効果が良好に得られるという点から、Ebは、好ましくは6.5以上、より好ましくは6.8以上であり、好ましくは9.5以下、より好ましくは9.0以下である。
なお、Ecは、Ebに合わせて適宜調整すればよいが、好ましくは5.0以上、より好ましくは5.3以上であり、好ましくは9.0以下、より好ましくは8.5以下である。
本発明の効果が良好に得られるという点から、tanδbは、好ましくは0.050以上、より好ましくは0.080以上であり、好ましくは0.190以下、より好ましくは0.170以下である。
なお、tanδcは、tanδbに合わせて適宜調整すればよいが、好ましくは0.140以上、より好ましくは0.150以上であり、好ましくは0.250以下、より好ましくは0.220以下である。
c、Eb、tanδc及びtanδbは、後述する実施例の方法で測定できる。なお、Ec、Eb、tanδc及びtanδbは、上記式(2)及び(3)を満たす範囲であれば適宜変更してもよい。
本発明の効果が良好に得られるという点から、ベース層及びキャップ層は、下記式(4)で表される関係を更に満たすことが好ましい。
−2.8×Ec/Eb+3.8≦(tanδc/Ec)/(tanδb/Eb)≦−3×Ec/Eb+4.8 (4)
上記式(2)〜(4)を満たすベース層、キャップ層は、それぞれの硬度(Hs)に調整することにより好適に製造できる。ベース層の23℃におけるHsは、好ましくは64以上、より好ましくは65以上であり、好ましくは75以下、より好ましくは73以下である。また、キャップ層の23℃におけるHsは、好ましくは58以上、より好ましくは60以上であり、好ましくは72以下、より好ましくは70以下である。
なお、Hsは、後述する実施例の方法で測定できる。
Hsの調整方法としては特に限定されないが、例えば、オイルの量を調整する方法、充填剤の種類や量を調整する方法、硫黄の量を調整する方法などが挙げられる。また、1,2−シンジオタクチックポリブタジエン結晶を含むブタジエンゴム(SPB含有BR)などの高剛性が得られるゴム成分を使用する方法も挙げられる。以下、ベース層、キャップ層の配合の具体例について説明するが、本発明はこれらのみに限定されるものではない。
(ベース層)
ベース層に使用するゴム成分としては、例えば、天然ゴム(NR)、エポキシ化天然ゴム(ENR)、ブタジエンゴム(BR)、スチレンブタジエンゴム(SBR)などのジエン系ゴムが挙げられる。なかでも、BR、NRが好ましく、これらの併用がより好ましい。また、BRとしては、SPB含有BRを好適に使用できる。
ベース層が含有するゴム成分100質量%中、BRの含有量は、好ましくは5〜55質量%、より好ましくは15〜45質量%である。また、SPB含有BRの含有量は、好ましくは5〜55質量%、より好ましくは15〜45質量%である。また、NRの含有量は、好ましくは35〜85質量%、より好ましくは55〜65質量%である。
ベース層は、カーボンブラックを含有することが好ましい。カーボンブラックのチッ素吸着比表面積(NSA)は、好ましくは30〜120m/g、より好ましくは60〜90m/gである。また、カーボンブラックの含有量は、ゴム成分100質量部に対して、好ましくは20〜85質量部、より好ましくは40〜65質量部である。
ベース層中のオイルの含有量は、ゴム成分100質量部に対して、好ましくは1〜20質量部、より好ましくは2〜16質量部である。
ベース層中の硫黄の含有量は、ゴム成分100質量部に対して、好ましくは2.0〜4.0質量部、より好ましくは2.4〜3.6質量部である。
(キャップ層)
キャップ層に使用するゴム成分としては、例えば、上述のベース層で例示したジエン系ゴムが挙げられる。なかでも、SBR、BR、NRが好ましく、これらの併用がより好ましい。また、SBRとしては、溶液重合SBRを下記式(I)で表される化合物により変性したもの(変性S−SBR(特開2010−111753号公報に記載の変性SBR))が好適に用いられる。
Figure 2012141158
(式中、R、R及びRは、同一若しくは異なって、アルキル基、アルコキシ基(好ましくは炭素数1〜8、より好ましくは炭素数1〜6、更に好ましくは炭素数1〜4のアルコキシ基)、シリルオキシ基、アセタール基、カルボキシル基(−COOH)、メルカプト基(−SH)又はこれらの誘導体を表す。R及びRは、同一若しくは異なって、水素原子又はアルキル基(好ましくは炭素数1〜4のアルキル基)を表す。nは整数(好ましくは1〜5、より好ましくは2〜4、更に好ましくは3)を表す。)
上記式(I)で表される化合物の具体例としては、3−アミノプロピルジメチルメトキシシラン、3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、2−ジメチルアミノエチルトリメトキシシラン等が挙げられる。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。
キャップ層が含有するゴム成分100質量%中、SBRの含有量は、好ましくは35〜65質量%、より好ましくは45〜55質量%である。また、上記変性SBRの含有量は、好ましくは35〜65質量%、より好ましくは45〜55質量%である。また、BRの含有量は、好ましくは15〜45質量%、より好ましくは25〜35質量%である。また、NRの含有量は、好ましくは5〜35質量%、より好ましくは15〜25質量%である。
キャップ層は、シリカを含有することが好ましい。シリカのチッ素吸着比表面積(NSA)は、好ましくは100〜220m/g、より好ましくは140〜180m/gである。また、キャップ層中のシリカの含有量は、ゴム成分100質量部に対して、好ましくは45〜95質量部、より好ましくは65〜75質量部である。
キャップ層は、カーボンブラックを含有することが好ましい。カーボンブラックのチッ素吸着比表面積(NSA)は、好ましくは50〜150m/g、より好ましくは80〜120m/gである。また、カーボンブラックの含有量は、ゴム成分100質量部に対して、好ましくは1〜40質量部、より好ましくは2〜30質量部である。
(製造方法)
本発明の空気入りタイヤは公知の方法で製造することができる。例えば、上記各成分をバンバリーミキサー、オープンロール等のゴム混練装置を用いて混練し、得られた未加硫ゴム組成物をキャップ層、ベース層の形状に合わせて押出し加工し、タイヤ成型機上にて通常の方法で成形し、他のタイヤ部材とともに貼り合わせ、未加硫タイヤを形成する。この未加硫タイヤを加硫機中で加熱加圧して空気入りタイヤを製造できる。
なお、トレッドは、シート状にした未加硫ゴム組成物を、所定の形状に張り合わせる方法や、2本以上の押出し機に装入して押出し機のヘッド出口で2層に形成する方法などにより作製することができる。
実施例に基づいて、本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらのみに限定されるものではない。
以下、実施例及び比較例で用いた各種薬品について説明する。
NR:TSR20
SBR:JSR(株)製のHPR355(上記式(I)で表される化合物で変性された変性S−SBR)
BR:宇部興産(株)製のBR150B
VCR(SPB結晶含有BR):宇部興産(株)製のVCR617
カーボンブラック1:東海カーボン(株)製のシーストNH(N351、NSA:74m/g)
カーボンブラック2:三菱化学(株)製のダイアブラックI(N220、NSA:114m/g)
シリカ:エボニックデグサ社製のウルトラシルVN3(平均一次粒子径:15nm、NSA:175m/g)
シランカップリング剤:エボニックデグサ社製のSi266
オイル:JX日鉱日石エネルギー(株)のプロセスX−140
加工助剤:ストラクトール社製のEF44
ワックス:大内新興化学工業(株)製のサンノックN
老化防止剤:住友化学(株)製のアンチゲン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
硫黄1:日本乾溜工業(株)製のセイミサルファー
硫黄2::軽井沢硫黄(株)製の粉末硫黄
加硫促進剤1:大内新興化学工業(株)製のノクセラーCZ(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)
加硫促進剤2:大内新興化学工業(株)製のノクセラーD(N,N’−ジフェニルグアニジン)
表1に示す処方に従い、(株)神戸製鋼製1.7Lバンバリーミキサーを用いて、硫黄及び加硫促進剤以外の薬品を混練りした。次に、オープンロールを用いて、得られた混練り物に硫黄及び加硫促進剤を添加して練り込み、未加硫ゴム組成物を得た。
得られた未加硫ゴム組成物を150℃で30分間、2mm厚の金型でプレス加硫し、加硫ゴム組成物(加硫ゴムシート)を得た。
得られた加硫ゴムシートを用いて以下の評価を行った。結果を表1に示す。
(Hs)
上記加硫ゴムシートのHsをJIS K 6253:2006に準拠した方法で測定した。測定温度は23℃とした。
(粘弾性試験)
(株)岩本製作所製の粘弾性スペクトロメータを用いて、周波数10Hz、初期歪10%及び動歪2%の条件下で、30℃における加硫ゴムシートの損失正接tanδ及び複素弾性率Eを測定した。損失正接tanδが小さいほど発熱しにくく、低燃費性に優れることを示し、複素弾性率Eが大きいほど剛性が高いことを示す。
実施例及び比較例
上記未加硫ゴム組成物をタイヤ成型機上でベース層、キャップ層の形状に成形し、表2に示す処方に従い、他のタイヤ部材と貼り合わせ、150℃で30分間加硫することにより、試験用タイヤ(タイヤサイズ:205/55R16)を製造した。
得られた試験用タイヤを用いて以下の評価を行った。結果を表2に示す。
(転がり抵抗試験)
転がり抵抗試験機を用いて、リム(16×6.5J)、内圧(220kPa)、荷重(4.10kN)、速度(80km/h)で上記試験用タイヤを走行させたときの転がり抵抗を測定し、下記計算式により指数表示した。指数が小さいほど、転がり抵抗が低く、低燃費性に優れることを示す。
(転がり抵抗指数)=(各例の転がり抵抗)/(比較例1の転がり抵抗)×100
(燃費測定)
上記試験用タイヤについて、TRIAS(新型自動車の試験方法)に準拠し、JC08モードにおける燃費を測定した。結果は、比較例1の燃費に対する改善率(%)で示した。
(耐チップカット性能試験)
上記試験用タイヤをオーブン(80℃)で10日間熱劣化させた後、砂利道の上を5km走行した。走行後のトレッドに発生した欠けの大きさ、数を観察し、下記基準で評価した。
○:欠けの大きさが5mm以下で、欠けの数が50個未満
△:欠けの大きさが5mm以下で、欠けの数が50個以上
×:欠けの大きさが5mm以上のものがあり、欠けの数が50個以上
(操縦安定性試験)
上記試験用タイヤを本田技研工業(株)製のシビックに装着して岡山テストコースを走行し、テストドライバーがハンドルを操作した際の応答性(速さ、線形性)を以下の基準で評価した。
◎:応答が速く、運転しやすい
○:応答が適度
△:応答が若干遅れる
×:応答が大きく遅れ、安全に運転できない
(耐久性試験)
上記試験用タイヤのキャップトレッドの主溝の溝底に幅1mm、深さ1mmのキズ(クラック)をつけ、台上試験機で該試験用タイヤ(内圧250KPa)を1万km走行させた後、クラックの成長度合いを下記基準で評価した。
○:クラックがベース層に到達していない
×:クラックがベース層に到達している
(駆動伝達効率試験)
特開2010−144108号公報の図3に記載のタイヤ転がり試験機を用いて、上記試験用タイヤの駆動伝達効率を求め、下記計算式により指数表示した。指数が大きいほど、駆動伝達効率が高く、低燃費性に優れることを示す。
(駆動伝達効率指数)=(各例の駆動伝達効率)/(比較例1の駆動伝達効率)
Figure 2012141158
Figure 2012141158
比較例1は、標準的な2層構造のトレッドを有するタイヤである。
比較例2は、トレッドに低発熱ゴムを使用した低燃費タイヤであり、低燃費性は改善したが、操縦安定性が悪化した。また、転がり抵抗が同レベルの実施例2と比較して、低燃費性の改善効果が低かった。
比較例3は、ベース層の割合が少なく、式(1)を満たさないため、転がり抵抗が同レベルの実施例2と比較して、低燃費性の改善効果が低かった。
比較例4、5は、ベース層が硬過ぎ、式(3)を満たさないため、耐久性が大きく悪化した。また、比較例5は、式(2)も満たしていないため、操縦安定性が悪化した。
比較例6、7は、キャップ層が柔らか過ぎ、式(2)を満たさないため、操縦安定性が大きく悪化した。
比較例8は、キャップ層及びベース層の両方が柔らかく、式(2)を満たさないため、操縦安定性が大きく悪化した。また、転がり抵抗が同レベルの実施例5と比較して、低燃費性の改善効果が低かった。
比較例9は、キャップ層が硬過ぎ、式(2)を満たさないため、耐チップカット性能が大きく悪化した。
比較例10は、ベース層が柔らか過ぎ、式(2)を満たさないため、操縦安定性が大きく悪化した。また、転がり抵抗が同レベルの実施例1と比較して、低燃費性の改善効果が低かった。
比較例11は、キャップ層とベース層の物性の差が小さく、式(2)、(3)を満たさないため、操縦安定性が悪化した。また、転がり抵抗が同レベルの実施例2と比較して、低燃費性の改善効果が低かった。
比較例12は、キャップ層とベース層の物性の差が小さく、式(3)を満たさないため、転がり抵抗が同レベルの実施例2と比較して、低燃費性の改善効果が低かった。
一方、キャップ層及びベース層が式(1)〜(3)を満たすトレッドを有する実施例1〜5は、比較例1と比較して、低燃費性、操縦安定性及び耐久性がバランス良く改善された。また、転がり抵抗が同レベルの比較例と比較して、低燃費性の改善効果が大きい傾向があった。
実施例1、2を比較すると、ベース層の割合が多い実施例1の方が、低燃費性の改善効果が大きかった。
実施例1、3を比較すると、ベース層の剛性が高い実施例1の方が、低燃費性の改善効果が大きかった。
キャップ層及びベース層の両方の剛性が高い実施例4は、良好な操縦安定性及び耐久性を確保しながら、低燃費性が大きく改善した。
実施例5のように、キャップ層及びベース層の剛性の差を大きくしても、操縦安定性は問題ないレベルであった。
1 乗用車用タイヤ
2 チェーファー
3 ビード部
4 ビードコア
5 ビードエイペックス
6 バンド
7 トレッド部
7c キャップ層(キャップトレッド)
7b ベース層(ベーストレッド)
8 サイドウォール部
9 ブレーカー部
10 カーカス

Claims (3)

  1. キャップ層及びベース層を含むトレッドを備える空気入りタイヤであって、
    前記キャップ層及び前記ベース層が下記式(1)〜(3)で表される関係を満たす空気入りタイヤ。
    50/50≦Vc/Vb≦90/10 (1)
    (式(1)中、Vcはキャップ層の体積であり、Vbはベース層の体積である。)
    0.65≦Ec/Eb<1.00 (2)
    1.30≦(tanδc/Ec)/(tanδb/Eb)<2.40 (3)
    (式(2)、(3)中、Ec、tanδcは、それぞれ30℃におけるキャップ層の複素弾性率、損失正接であり、Eb、tanδbは、それぞれ30℃におけるベース層の複素弾性率、損失正接である。)
  2. 前記ベース層が1,2−シンジオタクチックポリブタジエン結晶を含むブタジエンゴムを含む請求項1記載の空気入りタイヤ。
  3. 前記tanδbが0.190以下である請求項1又は2記載の空気入りタイヤ。
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