JPWO2019026435A1 - 空気入りタイヤ - Google Patents

Abstract

本発明の課題は、低ロス性と、操縦安定性とのバランスに優れる空気入りタイヤを提供することであり、その解決手段は、ビード部（１）にビードフィラー（７）を具える空気入りタイヤにおいて、前記ビードフィラー（７）を、ヤング率が５０〜３００ＭＰａの熱硬化性樹脂または熱硬化性エラストマーから構成したことを特徴とする、空気入りタイヤである。

Description

本発明は、空気入りタイヤに関するものである。

一般に、空気入りタイヤのビード部には、ビードコアが埋設されており、更に、該ビードコアのタイヤ径方向外側には、ビードフィラーが配設されている。そして、該ビードフィラーには、ビード部の剛性を確保する観点から、高い剛性が求められる。従来、該ビードフィラーには、ビードフィラー自体の剛性を確保するために、カーボンブラック等の補強性充填剤を配合したゴム組成物が一般に使用されている。
一方、ビードフィラーをゴム組成物以外の材料から構成したタイヤとして、下記特許文献１には、ビードフィラーを熱可塑性樹脂又は熱可塑性エラストマー組成物から構成したタイヤが開示されている。そして、該特許文献１には、ビードフィラーを熱可塑性樹脂又は熱可塑性エラストマー組成物から構成することで、ビードフィラーを小型にして軽量化しても、極低周波域のロードノイズが悪化することなく、ビードフィラーの剛性を周上で均一にできることが教示されている。

特開平９−３００９２４号公報

上述のように、ビードフィラーには、その剛性確保の観点から、補強性充填剤を配合したゴム組成物が一般に使用されているが、かかるゴム組成物から構成したビードフィラーは、含有する補強性充填剤に起因して、ヒステリシスロスが大きくなる。ビードフィラーのヒステリシスロスが大きくなると、タイヤの低燃費性が悪化するため、ビードフィラーは、ヒステリシスロスが小さいこと（即ち、「低ロス性」に優れること）が望ましい。
一方、本発明者らが検討したところ、上記特許文献１のように、ビードフィラーを熱可塑性樹脂や熱可塑性エラストマー組成物から構成することでも、ビードフィラーの剛性を確保できるものの、熱可塑性樹脂や熱可塑性エラストマー組成物から構成したビードフィラーでは、高温での弾性率を保持できず、タイヤの操縦安定性が悪化することが分かった。

そこで、本発明は、上記従来技術の問題を解決し、低ロス性と、操縦安定性とのバランスに優れる空気入りタイヤを提供することを課題とする。

上記課題を解決する本発明の要旨構成は、以下の通りである。

本発明の空気入りタイヤは、ビード部にビードフィラーを具える空気入りタイヤにおいて、
前記ビードフィラーを、ヤング率が５０〜３００ＭＰａの熱硬化性樹脂または熱硬化性エラストマーから構成したことを特徴とする。
かかる本発明の空気入りタイヤは、低ロス性と、操縦安定性とのバランスに優れる。
なお、本発明において、ヤング率は、後述する実施例に記載の方法により測定する。

本発明の空気入りタイヤの好適例においては、前記熱硬化性樹脂または熱硬化性エラストマーが、熱硬化性ポリウレタン樹脂または熱硬化性ポリウレタンエラストマーである。この場合、低温でもビードフィラーを容易に製造することができる。

ここで、前記熱硬化性ポリウレタン樹脂または熱硬化性ポリウレタンエラストマーは、８０モル％以上のトランス体を含む１，４−ビス（イソシアナトメチル）シクロヘキサンを含有するポリイソシアネート成分と、活性水素化合物成分との反応により得られる熱硬化性ポリウレタン樹脂または熱硬化性ポリウレタンエラストマーであることが好ましい。この場合、高温での弾性率の低下を更に抑制でき、タイヤの操縦安定性が更に向上する。
なお、本発明において、１，４−ビス（イソシアナトメチル）シクロヘキサンのトランス体の割合は、^１３Ｃ−ＮＭＲで測定されるトランス／シス比から求められる値である。

本発明によれば、低ロス性と、操縦安定性とのバランスに優れる空気入りタイヤを提供することができる。

本発明の空気入りタイヤの一実施態様の断面図である。

以下に、本発明の空気入りタイヤを、その実施形態に基づき、詳細に例示説明する。
図１は、本発明の空気入りタイヤの一実施態様の断面図である。図１に示すタイヤは、一対のビード部１と、一対のサイドウォール部２と、トレッド部３と、ビード部１に埋設されたビードコア４間にトロイド状に延在させたカーカス５と、カーカス５のクラウン部のタイヤ半径方向外側に配置した２枚のベルト層からなるベルト６と、ビードコア４のタイヤ半径方向外側に配置したビードフィラー７と、を具える。

図示例のタイヤにおいて、カーカス５は、一枚のカーカスプライから構成されており、また、ビード部１内に夫々埋設した一対のビードコア４間にトロイド状に延在する本体部と、各ビードコア４の周りでタイヤ幅方向の内側から外側に向けて半径方向外方に巻上げた折り返し部とからなるが、本発明の空気入りタイヤにおいて、カーカス５のプライ数及び構造は、これに限られるものではない。また、ビードフィラー７は、ビードコア４のタイヤ半径方向外側の、カーカスの本体部と折り返し部との間に配置されている。

また、図示例のタイヤのベルト６は、二枚のベルト層から構成されており、各ベルト層は、通常、タイヤ赤道面に対して傾斜して延びるコードのゴム引き層、好ましくは、スチールコードのゴム引き層からなり、更に、二枚のベルト層が、該ベルト層を構成するコードが互いにタイヤ赤道面を挟んで交差するように積層されてベルト６を構成している。なお、図中のベルト６は、二枚のベルト層からなるが、本発明の空気入りタイヤにおいて、ベルト６を構成するベルト層の枚数は、これに限られるものではない。また、本発明の空気入りタイヤは、ベルト５のタイヤ半径方向外側に、タイヤ周方向に対し実質的に平行に配列したコードのゴム引き層からなるベルト補強層を具えてもよい。

ここで、本発明の空気入りタイヤは、ビード部１に配置されるビードフィラー７を、ヤング率が５０〜３００ＭＰａの熱硬化性樹脂または熱硬化性エラストマーから構成したことを特徴とする。
ビードフィラー７を、ヤング率が５０〜３００ＭＰａの熱硬化性樹脂または熱硬化性エラストマーから構成することで、ビードフィラー７の剛性を十分に確保することができると共に、ヒステリシスロスを小さくして、ビードフィラー７の低ロス性を向上させることもできる。また、ビードフィラー７を熱硬化性樹脂または熱硬化性エラストマーから構成するため、高温でもビードフィラー７が軟化せず、高温での弾性率を保持することもできる。そして、ビードフィラー７の剛性が十分であることに加えて、高温でもビードフィラー７の弾性率が低下し難いため、かかるビードフィラー７を具える本発明の空気入りタイヤは、操縦安定性に優れる。
従って、本発明の空気入りタイヤは、低ロス性と、操縦安定性とのバランスに優れる。

前記ビードフィラー７は、ヤング率が５０〜３００ＭＰａの熱硬化性樹脂または熱硬化性エラストマーから構成される。該熱硬化性樹脂及び熱硬化性エラストマーは、熱を加えることで硬化する高分子化合物であり、本明細書では、このうち、ゴム状弾性を有する高分子化合物を熱硬化性エラストマーとし、ゴム状弾性を有しない高分子化合物を熱硬化性樹脂とする。
なお、該ビードフィラー７は、熱硬化性樹脂及び熱硬化性エラストマーの他に、耐熱剤、紫外線吸収剤、光安定剤、老化防止剤、帯電防止剤、滑剤、結晶核剤、粘着性付与剤、防曇剤、離型剤、充填剤、顔料、染料、香料、難燃剤等の、樹脂やエラストマーに一般に添加される添加剤が添加されていてもよい。ここで、ビードフィラー７中の、該添加剤の含有率は、１０質量％以下であることが好ましく、即ち、ビードフィラー７中の、熱硬化性樹脂及び熱硬化性エラストマーの総含有率は、９０質量％以上であることが好ましい。

前記ビードフィラー７を構成する熱硬化性樹脂及び熱硬化性エラストマーのヤング率は、５０〜３００ＭＰａであり、７０〜２５０ＭＰａであることが好ましく、８５〜１５０ＭＰａであることがさらに好ましい。該熱硬化性樹脂及び熱硬化性エラストマーのヤング率が５０ＭＰａ未満では、ビードフィラー７の剛性が不十分となり、一方、３００ＭＰａを超えると、タイヤの乗り心地が悪化する。

前記熱硬化性樹脂としては、ポリウレタン樹脂、フェノール樹脂、クレゾール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂等が挙げられるが、これらの中でも、ポリウレタン樹脂が好ましい。また、前記熱硬化性エラストマーとしては、熱硬化性ポリウレタンエラストマー、シリコーンゴム、フッ素ゴム等が挙げられるが、これらの中でも、熱硬化性ポリウレタンエラストマーが好ましい。ビードフィラー７を熱硬化性のポリウレタン樹脂又はポリウレタンエラストマーから構成する場合、該ポリウレタン樹脂及びポリウレタンエラストマーは低温で射出成形できるため、低温でもビードフィラーを容易に製造することができる。

前記熱硬化性ポリウレタン樹脂及び熱硬化性ポリウレタンエラストマーとしては、ポリイソシアネート成分と、活性水素化合物成分との反応により得られる熱硬化性ポリウレタン樹脂及び熱硬化性ポリウレタンエラストマーや、ポリイソシアネート成分と活性水素化合物成分とから合成したウレタンプレポリマーと、鎖延長剤との反応により得られる熱硬化性ポリウレタン樹脂及び熱硬化性ポリウレタンエラストマー等が挙げられる。

なお、前記熱硬化性ポリウレタン樹脂及び熱硬化性ポリウレタンエラストマーとしては、８０モル％以上のトランス体を含む１，４−ビス（イソシアナトメチル）シクロヘキサンを含有するポリイソシアネート成分と、活性水素化合物成分との反応により得られる熱硬化性ポリウレタン樹脂及び熱硬化性ポリウレタンエラストマーが好ましい。この場合、ビードフィラー７の高温での弾性率の低下を更に抑制できるため、タイヤの操縦安定性を更に向上させることができる。ここで、前記１，４−ビス（イソシアナトメチル）シクロヘキサンは、トランス体を８５モル％以上含むことが好ましい。

前記１，４−ビス（イソシアナトメチル）シクロヘキサンは、例えば、トランス体を８０モル％以上含有する１，４−ビス（アミノメチル）シクロヘキサンを原料として、特開平７−３０９８２７号公報等に記載のホスゲン法や、特開２００４−２４４３４９号公報等に記載のノンホスゲン法等で製造することができる。

前記熱硬化性ポリウレタン樹脂及び熱硬化性ポリウレタンエラストマーのポリイソシアネート成分としては、上述した８０モル％以上のトランス体を含む１，４−ビス（イソシアナトメチル）シクロヘキサン以外のポリイソシアネートを含んでもよい。かかるポリイソシアネートとしては、イソホロンジイソシアネート、４，４’−メチレンビス（シクロヘキシルイソシアネート）、１，４−シクロヘキサンジイソシアネート、１，３−ビス（イソシアナトメチル）シクロヘキサン、２，５−又は２，６−ビス（イソシアナトメチル）ノルボルナン（ＮＢＤＩ）、１，５−ペンタメチレンジイソシアネート、１，６−ヘキサメチレンジイソシアネート等が挙げられる。なお、ポリイソシアネート成分中の、８０モル％以上のトランス体を含む１，４−ビス（イソシアナトメチル）シクロヘキサンの含有率は、５０質量％以上が好ましく、７０質量％以上が更に好ましく、９０質量％以上がより一層好ましく、１００質量％であってもよい。

一方、前記活性水素化合物成分としては、ポリオール（水酸基を２つ以上有する化合物）、ポリチオール（メルカプト基（チオール基）を２つ以上有する化合物）、ポリアミン（アミノ基を２つ以上有する化合物）等が挙げられるが、これらの中でも、ポリオールが好ましい。
前記ポリオールとしては、エチレングリコール、プロピレングリコール、１，３−プロパンジオール、１，４−ブチレングリコール、１，３−ブチレングリコール、１，２−ブチレングリコール、１，５−ペンタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、アルカン（７〜２２）ジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジプロピレングリコール、３−メチル−１，５−ペンタンジオール、アルカン−１，２−ジオール（Ｃ１７〜２０）、１，３−又は１，４−シクロヘキサンジメタノール及びそれらの混合物、１，４−シクロヘキサンジオール、水素化ビスフェノールＡ、１，４−ジヒドロキシ−２−ブテン、２，６−ジメチル−１−オクテン−３，８−ジオール、ビスフェノールＡ、グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ジグリセリン、キシリトール、ソルビトール、マンニトール、アリトール、イジトール、ダルシトール、アルトリトール、イノシトール、ジペンタエリスリトール、ペルセイトール、ショ糖等の、数平均分子量が４００未満の低分子量ポリオールの他、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリカーボネートポリオール、ポリウレタンポリオール、エポキシポリオール、植物油ポリオール、ポリオレフィンポリオール、アクリルポリオール、ビニルモノマー変性ポリオール等の、数平均分子量４００以上の高分子量ポリオールが挙げられる。これらの中でも、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオールが好ましい。該ポリエーテルポリオールは、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリン等の多価アルコールに、エチレンオキシドやプロピレンオキシド等のアルキレンオキサイドを付加させて得られる。また、ポリエステルポリオールは、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、１，４-ブタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、プロピレングリコール、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン等の多価アルコールと、アジピン酸、グルタル酸、コハク酸、セバシン酸、ピメリン酸、スベリン酸等の多塩基カルボン酸とを反応させて得られる。

前記鎖延長剤としては、上述の低分子量ポリオールの他、ポリアミン等が挙げられる。該ポリアミンとしては、例えば、イソホロンジアミン、４，４’−ジシクロヘキシルメタンジアミン、２，５（２，６）−ビス（アミノメチル）ビシクロ［２．２．１］ヘプタン、１，４−シクロヘキサンジアミン、１−アミノ−３−アミノメチル−３，５，５−トリメチルシクロヘキサン、ビス−（４−アミノシクロヘキシル）メタン、ジアミノシクロヘキサン、３，９−ビス（３−アミノプロピル）−２，４，８，１０−テトラオキサスピロ［５，５］ウンデカン、１，３−及び１，４−ビス（アミノメチル）シクロヘキサン等の脂環族ポリアミン、エチレンジアミン、プロピレンジアミン、１，３−プロパンジアミン、１，４−ブタンジアミン、１，５−ペンタンジアミン、１，６−ヘキサメチレンジアミン、ヒドラジン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、１，２−ジアミノエタン、１，２−ジアミノプロパン、１，３−ジアミノペンタン等の脂肪族ポリアミン等が挙げられる。

また、前記ポリイソシアネート成分と活性水素化合物成分との反応、及び前記ウレタンプレポリマーと鎖延長剤との反応には、ウレタン化触媒を使用することができ、該ウレタン化触媒としては、有機スズ化合物、有機鉛化合物、有機ニッケル化合物、有機銅化合物、有機ビスマス化合物、アミン類等が挙げられる。ウレタン化触媒の添加量は、例えば、活性水素化合物成分又は鎖延長剤１００質量部に対して、０．１〜１．５質量部の範囲が好ましく、０．３〜１．０質量部の範囲が更に好ましい。

前記ビードフィラー７の製造方法は、特に限定されるものではないが、例えば、ポリイソシアネート成分と活性水素化合物成分、或いは、ウレタンプレポリマーと鎖延長剤を用いて、射出成形を行うことにより、ビードフィラー７を製造することができる。

本発明の空気入りタイヤは、適用するタイヤの種類に応じ、例えば、上述したビードフィラー７と共に、未加硫のゴム組成物を用いて成形後に加硫して得てもよいし、或いは、上述したビードフィラー７と共に、予備加硫工程等を経た半加硫ゴムを用いて成形後、さらに本加硫して得てもよい。
なお、本発明の空気入りタイヤのビードフィラー７以外の部材は、特に限定されず、公知の部材を使用することができる。
また、本発明の空気入りタイヤに充填する気体としては、通常の或いは酸素分圧を調整した空気の他、窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガスを用いることができる。

以下に、実施例を挙げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明は下記の実施例に何ら限定されるものではない。

（比較例１〜２及び実施例１）
比較例１については、常法に従いゴム組成物を調製し、該ゴム組成物を用いてビードフィラーを作製した。また、比較例２及び実施例１については、表１に示す材料を用いて、射出成形により、ビードフィラーを作製した。
作製したビードフィラーに対して、下記の方法で、ヤング率、弾性率（Ｇ’）及び損失正接（ｔａｎδ）を測定した。

（１）ヤング率
ビードフィラーに対して、ＪＩＳ Ｋ７１６１に従って、２３℃（室温）でのヤング率（引張弾性率）を測定した。

（２）弾性率（Ｇ’）及び損失正接（ｔａｎδ）
ビードフィラーに対して、ティー・エイ・インスツルメント社製ＡＲＥＳを用いて、歪１％、周波数１５Ｈｚの条件下で、２３℃（室温）及び１００℃における弾性率（Ｇ’）及び損失正接（ｔａｎδ）を測定した。
損失正接（ｔａｎδ）については、各温度において、比較例１の損失正接（ｔａｎδ）の逆数を１００として、それぞれ指数表示した。指数値が大きい程、損失正接（ｔａｎδ）の値が小さく、低ロス性に優れることを示す。
一方、弾性率（Ｇ’）については、Ｌｏｇ（弾性率）を算出し、各温度において、比較例１のＬｏｇ（弾性率）を１００として、それぞれ指数表示した。指数値が大きい程、弾性率（Ｇ’）の値が大きいことを示す。
また、下記の式：
弾性率保持率＝［１００℃での弾性率（Ｇ’）］／［２３℃での弾性率（Ｇ’）］×１００
から、弾性率保持率（％）を算出した。

上記のようにして作製したビードフィラーを用いて、生タイヤを成形し、加硫して、図１に示す構造を有するサイズ２４５／４５Ｒ１８の空気入りタイヤを作製した。なお、各タイヤは、ビードフィラーに適用した材料が異なるのみで、その他の部材は同一である。

また、ビードフィラーに隣接するカーカスのコーティングゴムには、天然ゴム（ＴＳＲ２０）８０質量部、スチレン−ブタジエン共重合体ゴム（ＪＳＲ株式会社製、スチレン含有率２５質量％）２０質量部、ＨＡＦ級カーボンブラック４０質量部、ステアリン酸１質量部、老化防止剤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、大内新興化学工業株式会社製、商品名「ノクラック６Ｃ」）１質量部、亜鉛華４質量部、加硫促進剤ＤＭ（ジベンゾチアジルジスルフィド、大内新興化学工業株式会社製、商品名「ノクセラーＤＭ」）１質量部、硫黄２．５質量部を配合してなるゴム組成物を使用した。

また、タイヤの作製において、ビードフィラーの表面には、レゾルシン−ホルムアルデヒド−ラテックス（ＲＦＬ）接着剤を予め塗布して、隣接部材であるカーカスとの接着性を確保した。この際、隣接部材（カーカス）との接着性を評価した。
表１中、「良好」は、隣接部材（カーカス）との接着性が良好であったことを示し、一方、「不良」は、隣接部材（カーカス）との接着性が悪かったことを示す。

上記のようにして作製した空気入りタイヤに対して、実車を使用して、下記の方法で、縦剛性、横剛性を測定して、操縦安定性を評価し、更に、低燃費性を評価した。なお、比較例２については、ビードフィラーと隣接部材（カーカス）との接着性が悪く、タイヤを作製できなかったため、実車による試験を行えなかった。

（３）縦剛性及び横剛性
縦剛性は、タイヤに２３０ｋＰａの空気圧を充填し、中心軸を水平にして５．１ｋＮの垂直荷重を加えたときの中心軸の変位量を測定し、その逆数を指数化したものである。同様に、横剛性は、中心軸を水平に向け２３０ｋＰａの空気圧を充填し、５．１ｋＮの垂直荷重下で、５．１ｋＮの軸方向荷重をかけたときの中心軸の変位量を測定し、その逆数を指数化したものである。指数値が大きい程、変異量が小さく（即ち、剛性が高く）、操縦安定性に優れることを示す。

（４）低燃費性
供試タイヤをリムに組み付け、内圧２５０ｋＰａを付与した後、回転ドラムにより８０ｋｍ／ｈｒの速度で回転させ、転がり抵抗を測定し、比較例１のタイヤの転がり抵抗の逆数を１００として指数表示した。指数値が大きい程、転がり抵抗が低く、低燃費性に優れることを示す。

＊１ ゴム組成物： 天然ゴム（ＴＳＲ２０）８０質量部、イソプレンゴム（ＪＳＲ株式会社製、商品名「ＩＲ２２００」）２０質量部、カーボンブラック７０質量部（旭カーボン株式会社製、商品名「＃７０」）、フェノール樹脂（住友ベークライト株式会社製、商品名「スミライトレジンＰＲ５０２３５」）２０質量部、ステアリン酸２質量部、老化防止剤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、大内新興化学工業株式会社製、商品名「ノクラック６Ｃ」）１質量部、亜鉛華４質量部、加硫促進剤ＤＭ（ジベンゾチアジルジスルフィド、大内新興化学工業株式会社製、商品名「ノクセラーＤＭ」）２．５質量部、硫黄４質量部を配合してなるゴム組成物を使用した。
＊２ 熱可塑性ポリウレタンエラストマー： ＢＡＳＦ社製、商品名「エラストラン ＥＴ８７０−１１Ｖ」、ＪＩＳ硬度７１Ａ
＊３ 熱硬化性ポリウレタンエラストマー： 三井化学株式会社製、商品名「フォルティモ」、トランス体を８０モル％含む１，４−ビス（イソシアナトメチル）シクロヘキサン（ポリイソシアネート成分）と、分子末端の１級水酸基が４０モル％以上であるポリオール（活性水素化合物成分）との反応により得られる熱硬化性ポリウレタンエラストマー、ＪＩＳ硬度６０Ｄ

表１から、本発明に従う実施例のタイヤは、低ロス性と、操縦安定性とのバランスに優れることが分かる。

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

Claims (3)

1. ビード部にビードフィラーを具える空気入りタイヤにおいて、
   前記ビードフィラーを、ヤング率が５０〜３００ＭＰａの熱硬化性樹脂または熱硬化性エラストマーから構成したことを特徴とする、空気入りタイヤ。
2. 前記熱硬化性樹脂または熱硬化性エラストマーが、熱硬化性ポリウレタン樹脂または熱硬化性ポリウレタンエラストマーである、請求項１に記載の空気入りタイヤ。
3. 前記熱硬化性ポリウレタン樹脂または熱硬化性ポリウレタンエラストマーが、８０モル％以上のトランス体を含む１，４−ビス（イソシアナトメチル）シクロヘキサンを含有するポリイソシアネート成分と、活性水素化合物成分との反応により得られる熱硬化性ポリウレタン樹脂または熱硬化性ポリウレタンエラストマーである、請求項２に記載の空気入りタイヤ。

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