WO2018038066A1 - タイヤ用ゴム組成物の評価方法及び乗用車用空気入りタイヤ - Google Patents

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洋樹 杉本
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Definitions

  • the present invention relates to a method for evaluating a rubber composition used in a tire and a pneumatic tire for a passenger car in which an evaluation value based on the evaluation method is specified. More specifically, the rubber composition for a tire is suitable as an index of rolling resistance. This invention relates to a pneumatic tire for a passenger car with reduced rolling resistance.
  • a rubber composition having a low rolling resistance has been selected by paying attention mainly to the process (1) and using the heat generation characteristics of the rubber composition as an index.
  • a rubber composition having a low loss tangent tan ⁇ at 60 ° C. is applied to a cap tread rubber layer of a pneumatic tire, it is a general understanding that rolling resistance is reduced (see, for example, Patent Document 1).
  • An object of the present invention is to provide a tire rubber composition evaluation method suitable as an index of rolling resistance and a pneumatic tire for a passenger car with reduced rolling resistance.
  • a method for evaluating a tire rubber composition comprises preparing a vulcanized test piece made of a tire rubber composition and measuring the temperature of the test piece on the test piece.
  • a compression load of a pulse waveform is applied, and the amount of adiabatic temperature increase ⁇ Tad (° C./°C) per cycle of the pulse waveform is based on the balance between the energy injected into the test piece and the energy returned from the test piece. Cycle), while measuring the thermal diffusivity ⁇ (mm 2 / sec) of the tire rubber composition, and based on the calculated value of the adiabatic temperature rise ⁇ Tad and the thermal diffusivity ⁇ at an arbitrary temperature.
  • the rubber composition for tires is evaluated.
  • a pneumatic tire for a passenger car of the present invention for achieving the above object is a pneumatic tire for a passenger car provided with a tire constituent member made of a rubber composition containing carbon black and / or silica as a reinforcing material in a diene elastomer.
  • the product of the amount of heat insulation temperature rise ⁇ Tad (° C./cycle) at 60 ° C. and the square root of the thermal diffusivity ⁇ (mm 2 / sec) of the tire constituent member made of the rubber composition for tire is 0.0007 or less. It is characterized by being.
  • the insulative temperature increase amount ⁇ Tad is an index indicating the ease of increasing the tire temperature
  • the thermal diffusivity ⁇ is an index of the ease of cooling the tire
  • a vulcanized test piece made of a rubber composition for a tire is prepared, and a compression load having a pulse waveform is applied to the test piece while measuring the temperature of the test piece.
  • a compression load having a pulse waveform is applied to the test piece while measuring the temperature of the test piece.
  • the heat of the tire rubber composition By measuring the diffusivity ⁇ (mm 2 / sec) and evaluating the tire rubber composition based on the calculated value of the adiabatic temperature rise ⁇ Tad and the thermal diffusivity ⁇ at an arbitrary temperature, the tire rubber composition It is possible to accurately evaluate the rolling resistance of a pneumatic tire using an object.
  • the tire rubber composition based on the product of the adiabatic temperature rise ⁇ Tad and the square root of the thermal diffusivity ⁇ at an arbitrary temperature. In particular, it is appropriate to determine that the rolling resistance is low when the product of the adiabatic temperature rise ⁇ Tad at 60 ° C. and the square root of the thermal diffusivity ⁇ is 0.0007 or less.
  • the pneumatic tire for passenger cars according to the present invention is a square root of a heat insulation temperature increase ⁇ Tad (° C./cycle) and a thermal diffusivity ⁇ (mm 2 / second) at 60 ° C. of a tire constituent member made of a rubber composition for a tire. And the product is 0.0007 or less, the rolling resistance is low.
  • the product of the adiabatic temperature rise ⁇ Tad at 60 ° C. and the square root of the thermal diffusivity ⁇ is 0.0007 or less.
  • the product of the adiabatic temperature rise ⁇ Tad at 60 ° C. and the square root of the thermal diffusivity ⁇ is 0.0005 or less.
  • the product of the heat insulation temperature increase ⁇ Tad at 60 ° C. and the square root of the thermal diffusivity ⁇ is 0.0006 or less.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a test piece used in the method for evaluating a tire rubber composition according to the present invention.
  • FIG. 2 is a side view showing a main part of an apparatus for applying a compressive load to the test piece.
  • FIG. 3 is a graph showing the pulse waveform (1 cycle) of the compressive load applied to the test piece over time.
  • FIG. 4 is a graph showing the compression load applied to the test piece and the compression displacement of the test piece over time.
  • FIG. 5 is a graph showing the internal work of the test piece over time.
  • FIG. 6 is a graph showing the relationship between the temperature of the test piece and the adiabatic temperature rise amount ⁇ Tad.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a test piece used in the method for evaluating a tire rubber composition according to the present invention.
  • FIG. 2 is a side view showing a main part of an apparatus for applying a compressive load to the test piece.
  • FIG. 3 is a graph showing the pulse waveform (1 cycle)
  • FIG. 7 is a graph showing the relationship between the square root of the thermal diffusivity ⁇ and the adiabatic temperature rise ⁇ Tad.
  • FIG. 8 is a meridian cross-sectional view showing a passenger car pneumatic tire according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 shows a test piece used in the tire rubber composition evaluation method according to the present invention.
  • a test piece 1 is a vulcanized cylinder made of a tire rubber composition to be tested.
  • the shape and dimensions of the test piece 1 can be arbitrarily selected as long as the ratio of the height h to the diameter d is 0.5 ⁇ 0.05 and is within the test capability of the test apparatus.
  • a cylindrical body having a height h of 5 mm to 10 mm and a diameter d of 10 mm to 20 mm can be used. More specifically, a cylindrical body having a height h of 8.5 mm and a diameter of 17 mm is used.
  • FIG. 2 shows a main part of the apparatus for applying a compressive load to the test piece.
  • the test piece 1 is disposed between the lower support member 11 and the upper pressing member 12. While the position of the support member 11 is fixed, the pressing member 12 is configured to be able to reciprocate along the vertical direction, with respect to the test piece 1 sandwiched between the support member 11 and the pressing member 12. Thus, a compressive load F is applied.
  • the temperature of the test piece 1 is detected by a temperature sensor (not shown). As the temperature sensor, a contact-type or non-contact-type temperature sensor can be used. Fixing the test piece to the compression surface is important.
  • FIG. 3 shows the pulse waveform (1 cycle) of the compressive load applied to the test piece over time.
  • a harbor sine wave can be applied as the pulse waveform.
  • a sine wave may be applied.
  • a compressive load F is applied to the test piece 1 based on such a pulse waveform.
  • the maximum value Fmax of the compressive load F is set in the range of 300 kPa to 1000 kPa as the maximum compressive stress applied to the test piece, and the minimum value Fmin of the compressive load F is similarly 20 as the maximum compressive stress applied to the test piece.
  • % And one cycle of the pulse waveform is set in the range of 0.2 to 0.3 seconds.
  • the maximum value Fmax of the compressive load F is set to 500 kPa as the maximum compressive stress applied to the test piece
  • the minimum value Fmin of the compressive load F is set to 50 kPa as the maximum compressive stress applied to the test piece
  • the cycle is 0.25 seconds (4 Hz).
  • the fluctuation range of the pulse waveform is 450 kPa.
  • This condition is a condition corresponding to low speed traveling of about 30 km / h.
  • an apparatus for applying such a compressive load for example, an electric actuator type compressive load apparatus (500N) manufactured by GABO or an electrohydraulic servo type test apparatus manufactured by INSTRON can be used.
  • FIG. 4 shows the compressive load applied to the test piece and the compression displacement of the test piece over time
  • FIG. 5 shows the built-in work of the test piece over time
  • FIG. 6 shows the temperature of the test piece and the amount of adiabatic temperature rise.
  • 4 to 6 calculate the balance (built-in work amount) between the energy injected into the test piece and the energy returned from the test piece from the time history data of displacement and load, and 1 of the pulse waveform is calculated based on the calculation.
  • This is an example for explaining a method of calculating the amount of increase in adiabatic temperature per cycle, and does not necessarily coincide with the compression load of the pulse waveform used in the present invention.
  • the horizontal axis indicates the temperature T (° C.) of the test piece 1
  • the vertical axis indicates the adiabatic temperature rise amount ⁇ Tad (° C./cycle).
  • the temperature T of the test piece 1 starts from the environmental temperature T0.
  • FIG. 6 shows a plot of the adiabatic temperature rise ⁇ Tad per cycle of the pulse waveform calculated as described above in relation to the temperature T of the test piece 1.
  • the heat insulation temperature increase ⁇ Tad tends to decrease as the temperature T of the test piece 1 increases.
  • This adiabatic temperature rise amount ⁇ Tad serves as an index indicating how easily the tire temperature rises.
  • the thermal diffusivity ⁇ (mm 2 / sec) of the test piece 1 made of the rubber composition for tires is measured.
  • the thermal diffusivity ⁇ can be measured in accordance with, for example, JIS R1689: 2011. This thermal diffusivity ⁇ is an index of the ease of cooling of the tire.
  • the tire rubber composition is evaluated based on a calculated value of an adiabatic temperature rise ⁇ Tad and a thermal diffusivity ⁇ at an arbitrary temperature. More preferably, the tire rubber composition is evaluated based on the product of the adiabatic temperature increase ⁇ Tad at an arbitrary temperature and the square root ⁇ of the thermal diffusivity ⁇ . That is, it means that the smaller the heat insulation temperature increase ⁇ Tad, the smaller the amount of heat generated by the rubber and the lower the rolling resistance. Further, since the heat temperature increase ⁇ Tad decreases as the rubber temperature rises, it is desirable to keep the rubber temperature at a relatively high temperature from the viewpoint of reducing rolling resistance.
  • ⁇ indicates the heat conduction distance in a certain time, and the smaller the value, the less heat diffusion means that the rolling resistance becomes lower.
  • the temperature is not particularly limited, but in consideration of the tire temperature during running, 60 It is preferable to refer to the adiabatic temperature rise ⁇ Tad and the thermal diffusivity ⁇ at ° C. According to the experiment result of the present inventor, it is appropriate to determine that the rolling resistance is low when the product of the adiabatic temperature rise ⁇ Tad at 60 ° C. and the square root of the thermal diffusivity ⁇ is 0.0007 or less. .
  • the lower limit value of the product of the adiabatic temperature rise ⁇ Tad at 60 ° C. and the square root ⁇ of the thermal diffusivity ⁇ is not particularly limited, but the practical lower limit value is about 0.0001.
  • FIG. 7 shows the relationship between the square root of the thermal diffusivity ⁇ and the adiabatic temperature rise ⁇ Tad.
  • the horizontal axis represents the square root ⁇ (mm ⁇ sec ⁇ 1 / 2 ) of the thermal diffusivity ⁇ at 60 ° C.
  • the vertical axis represents the adiabatic temperature increase ⁇ Tad (° C./cycle) at 60 ° C.
  • A is a plot of a rubber composition having a ⁇ Tad ⁇ ⁇ value of 0.00068
  • B is a plot of a rubber composition having a ⁇ Tad ⁇ ⁇ value of 0.00073.
  • X is a plot of pure rubber.
  • the amount of adiabatic temperature rise ⁇ Tad at 60 ° C. is relatively small, that is, the loss tangent tan ⁇ at 60 ° C. is relatively low.
  • the object B is selected as a material having a low rolling resistance.
  • the tire temperature during running is maintained at about 62 ° C.
  • the rubber is In the tire using the composition B, since the square root ⁇ of the thermal diffusivity ⁇ is larger than that of the rubber composition A, the tire temperature during running is maintained at about 55 ° C.
  • the rubber composition B The rolling resistance of the tire is greater than that of the rubber composition A tire. That is, it can be determined that the rubber composition A having a value of ⁇ Tad ⁇ ⁇ of less than 0.0007 has a better rolling resistance than the rubber composition B having a value of ⁇ Tad ⁇ ⁇ of more than 0.0007.
  • FIG. 8 shows a pneumatic tire for passenger cars according to an embodiment of the present invention.
  • the pneumatic tire of the present embodiment includes a tread portion 21 that extends in the tire circumferential direction and has an annular shape, and a pair of sidewall portions 22, 22 disposed on both sides of the tread portion 21. And a pair of bead portions 23, 23 disposed inside the sidewall portion 22 in the tire radial direction.
  • the carcass layer 4 is mounted between the pair of bead portions 23 and 23.
  • the carcass layer 24 includes a plurality of reinforcing cords extending in the tire radial direction, and is folded back from the tire inner side to the outer side around the bead core 25 disposed in each bead portion 23.
  • a bead filler 26 made of a rubber composition having a triangular cross section is disposed on the outer periphery of the bead core 25.
  • a plurality of belt layers 27 are embedded on the outer peripheral side of the carcass layer 24 in the tread portion 21.
  • These belt layers 27 include a plurality of reinforcing cords inclined with respect to the tire circumferential direction, and are arranged so that the reinforcing cords cross each other between the layers.
  • the inclination angle of the reinforcing cord with respect to the tire circumferential direction is set in a range of 10 ° to 40 °, for example.
  • the reinforcing cord for the belt layer 27 a steel cord is preferably used.
  • At least one belt cover layer 28 in which reinforcing cords are arranged at an angle of, for example, 5 ° or less with respect to the tire circumferential direction is disposed.
  • an organic fiber cord such as nylon or aramid is preferably used.
  • a cap tread rubber layer 21A and an under tread rubber layer 21B are disposed on the outer peripheral side of the belt layer 27 in the tread portion 1. Further, a sidewall rubber layer 22A exposed on the outer surface of the tire is disposed on the sidewall portion 22. Further, a rim cushion rubber layer 23 ⁇ / b> A exposed on the outer surface of the tire is disposed on the bead portion 23.
  • the tire constituent member including the cap tread rubber layer 21A, the under tread rubber layer 21B, the sidewall rubber layer 22A, and the rim cushion rubber layer 23A is a rubber composition containing carbon black and / or silica as a reinforcing material in a diene elastomer.
  • diene elastomer examples include natural rubber (NR), isoprene rubber (IR), epoxidized natural rubber, styrene butadiene rubber (SBR), and butadiene rubber (BR, high cis BR and low cis BR).
  • the compounding amount of carbon black and / or silica may be 30 to 200 parts by weight with respect to 100 parts by weight of rubber.
  • the tire component has a product of the adiabatic temperature rise ⁇ Tad (° C./cycle) at 60 ° C. and the square root ⁇ of the thermal diffusivity ⁇ (mm 2 / sec).
  • the rubber composition which is 0.0007 or less is used. When such a rubber composition is used, the rolling resistance is low.
  • a rubber composition in which the product of the heat insulation temperature increase ⁇ Tad at 60 ° C. and the square root ⁇ of the thermal diffusivity ⁇ is 0.0007 or less for the cap tread rubber layer 21A.
  • a rubber composition in which the product of the adiabatic temperature rise ⁇ Tad at 60 ° C. and the square root ⁇ of the thermal diffusivity ⁇ is 0.0005 or less is used for the undertread rubber layer 21B.
  • a rubber composition having a product of an adiabatic temperature increase ⁇ Tad at 60 ° C. and a square root ⁇ of the thermal diffusivity ⁇ of 0.0006 or less for the sidewall rubber layer 22A is preferable to use.
  • Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 2 Five types of pneumatic tires (Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 2) having the same structure except that compounds A to E having different physical properties were used for the cap tread rubber layer were produced. Also, five types of pneumatic tires (Examples 4 to 6 and Comparative Examples 3 to 4) having the same configuration except for compounds F to J having different physical properties were used for the undertread rubber layer. Further, five types of pneumatic tires (Examples 7 to 9 and Comparative Examples 5 to 6) were prepared using compounds K to O having different physical properties for the sidewall rubber layer and having the same configuration. The tire size is 195 / 65R15.
  • a vulcanized test piece is prepared, a compression load of a pulse waveform is applied to the test piece while measuring the temperature of the test piece, and the energy injected into the test piece and the test piece While calculating the adiabatic temperature rise ⁇ Tad (° C / cycle) per cycle of the pulse waveform based on the balance with the energy returned from the heat, the thermal diffusivity ⁇ (mm 2 / sec) of the compounds A to O is calculated.
  • the product of the adiabatic temperature rise ⁇ Tad at 60 ° C. and the square root ⁇ of the thermal diffusivity ⁇ was determined.
  • tan ⁇ at 60 ° C. was measured.
  • Tables 1 to 3 The physical properties are shown in Tables 1 to 3.
  • Example 1 to 9 and Comparative Examples 1 to 6 were assembled on a wheel having a rim size of 15 ⁇ 6 JJ, and rolling resistance was measured under the conditions of an air pressure of 200 kPa, a load of 4.35 kN, and a speed of 80 km / h.
  • the results are shown in Tables 1 to 3.
  • the rolling resistances of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2 are indicated by an index with the measured value of Example 1 being 100, and the rolling resistances of Examples 4 to 6 and Comparative Examples 3 to 4 are Example 4.
  • the rolling resistance of Examples 7 to 9 and Comparative Examples 5 to 6 is indicated by an index with the measured value of Example 7 being 100.
  • the rolling resistance may change greatly even with a difference of about 0.01, and the correlation between tan ⁇ and the rolling resistance becomes low.
  • the rolling resistance may vary greatly due to the difference in thermal diffusivity ⁇ .
  • the rolling resistance may change greatly even by a difference of about 0.01, and the correlation between tan ⁇ and the rolling resistance becomes low.
  • the rolling resistance may vary greatly due to the difference in thermal diffusivity ⁇ .
  • the rolling resistance was clearly lower.
  • the rolling resistance may be greatly changed even by a difference of about 0.01, and the correlation between tan ⁇ and the rolling resistance becomes low.
  • the rolling resistance may vary greatly due to the difference in thermal diffusivity ⁇ .

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Abstract

転がり抵抗の指標として好適なタイヤ用ゴム組成物の評価方法及び転がり抵抗が低減された乗用車用空気入りタイヤを提供する。この評価方法では、タイヤ用ゴム組成物からなる加硫済みの試験片（１）を作製し、該試験片（１）の温度を測定しながら該試験片（１）に対してパルス波形の圧縮荷重を負荷し、該試験片（１）に注入されたエネルギーと該試験片（１）から返却されたエネルギーとの収支に基づいてパルス波形の１サイクル当たりの断熱温度上昇量ΔＴａｄ（℃／サイクル）を算出する一方で、タイヤ用ゴム組成物の熱拡散率α（ｍｍ2／秒）を測定し、任意の温度における断熱温度上昇量ΔＴａｄと熱拡散率αとの演算値に基づいてタイヤ用ゴム組成物を評価する。特に、乗用車用空気入りタイヤにおいて、６０℃における断熱温度上昇量ΔＴａｄと熱拡散率αの平方根との積を０．０００７以下とする。

Description

タイヤ用ゴム組成物の評価方法及び乗用車用空気入りタイヤ
　本発明は、タイヤに使用されるゴム組成物の評価方法及びその評価方法に基づく評価値が特定された乗用車用空気入りタイヤに関し、更に詳しくは、転がり抵抗の指標として好適なタイヤ用ゴム組成物の評価方法及び転がり抵抗が低減された乗用車用空気入りタイヤに関する。
　空気入りタイヤが転動すると接地状態の生成と消滅とが反復的に繰り返されるが、その際、（１）路面からタイヤに注入される仕事エネルギーが熱に変換され、（２）変換された熱がタイヤのゴムを温め、（３）温まったタイヤの熱が周囲に奪われるというプロセスで熱の出入りが行われている。つまり、空気入りタイヤは走行時に熱機関として機能する。
　従来、タイヤ用ゴム組成物を開発するにあたって、主として上記（１）のプロセスに注目し、ゴム組成物の発熱特性を指標とすることにより、転がり抵抗が低いゴム組成物が選抜されている。例えば、６０℃における損失正接ｔａｎδが低いゴム組成物を空気入りタイヤのキャップトレッドゴム層に適用した場合、転がり抵抗が低くなるというのが一般的な理解である（例えば、特許文献１参照）。
　しかしながら、空気入りタイヤは走行時に上記（１）～（３）のプロセスを含む熱機関として機能するため、６０℃における損失正接ｔａｎδだけを指標としたのでは転がり抵抗を必ずしも正確に評価することができないのが現状である。
日本国特開２０１０－１９６００４号公報
　本発明の目的は、転がり抵抗の指標として好適なタイヤ用ゴム組成物の評価方法及び転がり抵抗が低減された乗用車用空気入りタイヤを提供することにある。
　上記目的を達成するための本発明のタイヤ用ゴム組成物の評価方法は、タイヤ用ゴム組成物からなる加硫済みの試験片を作製し、該試験片の温度を測定しながら該試験片に対してパルス波形の圧縮荷重を負荷し、該試験片に注入されたエネルギーと該試験片から返却されたエネルギーとの収支に基づいて前記パルス波形の１サイクル当たりの断熱温度上昇量ΔＴａｄ（℃／サイクル）を算出する一方で、前記タイヤ用ゴム組成物の熱拡散率α（ｍｍ2／秒）を測定し、任意の温度における断熱温度上昇量ΔＴａｄと熱拡散率αとの演算値に基づいて前記タイヤ用ゴム組成物を評価することを特徴とするものである。
　また、上記目的を達成するための本発明の乗用車用空気入りタイヤは、ジエン系エラストマー中に補強材としてカーボンブラック及び／又はシリカを含むゴム組成物からなるタイヤ構成部材を備えた乗用車用空気入りタイヤにおいて、前記タイヤ用ゴム組成物からなるタイヤ構成部材の６０℃における断熱温度上昇量ΔＴａｄ（℃／サイクル）と熱拡散率α（ｍｍ2／秒）の平方根との積が０．０００７以下であることを特徴とするものである。
　本発明者は、タイヤ用ゴム組成物の評価方法について鋭意研究した結果、断熱温度上昇量ΔＴａｄはタイヤ温度の上がり易さを示す指標となり、熱拡散率αはタイヤの冷え易さの指標となり、これら断熱温度上昇量ΔＴａｄと熱拡散率αとの演算値は転がり抵抗を評価する上で有用であることを知見し、その知見に基づいて本発明に至ったのである。
　即ち、本発明では、タイヤ用ゴム組成物からなる加硫済みの試験片を作製し、該試験片の温度を測定しながら該試験片に対してパルス波形の圧縮荷重を負荷し、該試験片に注入されたエネルギーと該試験片から返却されたエネルギーとの収支に基づいてパルス波形の１サイクル当たりの断熱温度上昇量ΔＴａｄ（℃／サイクル）を算出する一方で、タイヤ用ゴム組成物の熱拡散率α（ｍｍ2／秒）を測定し、任意の温度における断熱温度上昇量ΔＴａｄと熱拡散率αとの演算値に基づいてタイヤ用ゴム組成物を評価することにより、そのタイヤ用ゴム組成物を用いた空気入りタイヤの転がり抵抗を精度良く評価することができる。
　本発明に係るタイヤ用ゴム組成物の評価方法において、任意の温度における断熱温度上昇量ΔＴａｄと熱拡散率αの平方根との積に基づいてタイヤ用ゴム組成物を評価することが好ましい。特に、６０℃における断熱温度上昇量ΔＴａｄと熱拡散率αの平方根との積が０．０００７以下である場合に、転がり抵抗が低いと判定することが適切である。
　また、本発明に係る乗用車用空気入りタイヤは、タイヤ用ゴム組成物からなるタイヤ構成部材の６０℃における断熱温度上昇量ΔＴａｄ（℃／サイクル）と熱拡散率α（ｍｍ2／秒）の平方根との積が０．０００７以下であるので、転がり抵抗が低いという特性を有している。
  タイヤ構成部材がキャップトレッドゴム層である場合、６０℃における断熱温度上昇量ΔＴａｄと熱拡散率αの平方根との積が０．０００７以下であることが好ましい。また、タイヤ構成部材がアンダートレッドゴム層である場合、６０℃における断熱温度上昇量ΔＴａｄと熱拡散率αの平方根との積が０．０００５以下であることが好ましい。更に、タイヤ構成部材がサイドウォールゴム層である場合、６０℃における断熱温度上昇量ΔＴａｄと熱拡散率αの平方根との積が０．０００６以下であることが好ましい。このようにタイヤ構成部材の種類に応じて適切な閾値が存在するのである。
図１は本発明に係るタイヤ用ゴム組成物の評価方法で使用される試験片を示す斜視図である。 図２は試験片に対して圧縮荷重を負荷する装置の要部を示す側面図である。 図３は試験片に対して負荷される圧縮荷重のパルス波形（１サイクル）を経時的に示すグラフである。 図４は試験片に負荷される圧縮荷重及び試験片の圧縮変位を経時的に示すグラフである。 図５は試験片の内蔵仕事量を経時的に示すグラフである。 図６は試験片の温度と断熱温度上昇量ΔＴａｄとの関係を示すグラフである。 図７は熱拡散率αの平方根と断熱温度上昇量ΔＴａｄとの関係を示すグラフである。 図８は本発明の実施形態からなる乗用車用空気入りタイヤを示す子午線断面図である。
　以下、本発明の構成について添付の図面を参照しながら詳細に説明する。図１は本発明に係るタイヤ用ゴム組成物の評価方法で使用される試験片を示すものである。図１に示すように、試験片１は、試験すべきタイヤ用ゴム組成物からなる加硫済みの円柱体である。試験片１の形状及び寸法は直径ｄに対する高さｈの比が０．５±０．０５であると共に試験装置の試験能力の範囲内であれば任意に選択することが可能であり、例えば、高さｈが５ｍｍ～１０ｍｍであり、直径ｄが１０ｍｍ～２０ｍｍである円柱体を使用することができる。より具体的には、高さｈが８．５ｍｍであり、直径が１７ｍｍである円柱体が使用される。
　図２は試験片に対して圧縮荷重を負荷する装置の要部を示すものである。図２に示すように、試験片１は下側の支持部材１１と上側の押圧部材１２との間に配置される。支持部材１１はその位置が固定される一方で、押圧部材１２は鉛直方向に沿って往復移動自在に構成されており、支持部材１１と押圧部材１２との間に挟まれた試験片１に対して圧縮荷重Ｆを負荷するようになっている。また、試験片１の温度は不図示の温度センサにより検出されるようになっている。温度センサとしては、接触式及び非接触式の温度センサを使用することができる。試験片の圧縮面への固定は重要であり、試験の最中に滑り等が発生しないよう、やすり目加工を施したものを使用したり、滑りを防止するために試験片と押圧部材とを接着剤で固定したりする。滑りが発生すると、試験ストロークが大きくなり測定された断熱温度上昇が大きく計算されるので、正しい値を得るために滑りが発生しない条件で測定し直す必要が生じる。
　図３は試験片に対して負荷される圧縮荷重のパルス波形（１サイクル）を経時的に示すものである。図３に示すように、パルス波形としては、例えばハーバーサイン波を適用することができる。その他、サイン波を適用しても良い。このようなパルス波形に基づいて試験片１に対して圧縮荷重Ｆが負荷される。圧縮荷重Ｆの最大値Ｆｍａｘは試験片に加わる最大の圧縮応力として３００ｋＰａ～１０００ｋＰａの範囲に設定され、圧縮荷重Ｆの最小値Ｆｍｉｎは同様に試験片に加わる最大の圧縮応力として最大値Ｆｍａｘの２０％以下に設定され、パルス波形の１サイクルは０．２秒～０．３秒の範囲に設定される。より具体的には、圧縮荷重Ｆの最大値Ｆｍａｘを試験片に加わる最大の圧縮応力として５００ｋＰａとし、圧縮荷重Ｆの最小値Ｆｍｉｎを試験片に加わる最大の圧縮応力として５０ｋＰａとし、パルス波形の１サイクルを０．２５秒（４Ｈｚ）とする。この場合、パルス波形の変動域は４５０ｋＰａとなる。この条件は３０ｋｍ／ｈほどの低速走行に相当する条件である。荷重負荷試験時には、試験片１に対して図３のようなパルス波形の圧縮荷重Ｆを反復的に負荷する。このような圧縮荷重を与える装置として、例えば、ＧＡＢＯ社製の電気アクチュエータ式圧縮負荷装置（５００Ｎ）やＩＮＳＴＲＯＮ社製の電気油圧サーボ式試験装置を使用することが可能である。
　図４は試験片に負荷される圧縮荷重及び試験片の圧縮変位を経時的に示し、図５は試験片の内蔵仕事量を経時的に示し、図６は試験片の温度と断熱温度上昇量及び放熱量との関係を示すものである。これら図４～図６は、変位と荷重の時刻歴データから試験片に注入されたエネルギーと試験片から返却されたエネルギーとの収支（内蔵仕事量）を算出し、それに基づいてパルス波形の１サイクル当たりの断熱温度上昇量を算出する方法を説明するための例であり、本発明で使用されるパルス波形の圧縮荷重と必ずしも一致するものではない。
　図４に示すように、試験片１に対してパルス波形の圧縮荷重Ｆ（Ｎ）を負荷すると、試験片１には圧縮荷重Ｆに応じて圧縮変位Ｈ（ｍｍ）が生じる。ここで、１サイクル中の微小時間における圧縮変位ΔＨと前記微小時間における平均圧縮荷重Ｆとを求めたとき、ΔＷ＝Ｆ×ΔＨより、微小時間における供試体外部から供試体に与えられた仕事量ΔＷが算出される。このとき、供試体外部から供試体に与えられた仕事量ΔＷを積算して得られる内蔵仕事量ΣΔＷは図５のようになる。図５に示すように、ゴム組成物からなる試験片１に対して注入されるエネルギーは試験片１から返却されるエネルギーよりも多くなるため、その収支である内蔵仕事量ΣΔＷはパルス波形の１サイクル後に増加し、その増加分が１サイクル当たりのロスエネルギーΔＥとなる。ロスエネルギーΔＥが全て熱エネルギーに変換され、試験片１の昇温に帰結するものと仮定すると、パルス波形の１サイクル当たりの断熱温度上昇量ΔＴａｄは下記（１）式から求めることができる。但し、Ｃは試験片の比熱であり、ρは試験片の密度、Ｖは試験片の体積である。
　ΔＴａｄ＝ΔＥ／（Ｃ・ρ・Ｖ）　・・・（１）
　図６において、横軸は試験片１の温度Ｔ（℃）を示し、縦軸は断熱温度上昇量ΔＴａｄ（℃／サイクル）を示す。また、図６において、試験片１の温度Ｔは環境温度Ｔ０を始点としている。上述の如く算出されたパルス波形の１サイクル当たりの断熱温度上昇量ΔＴａｄを試験片１の温度Ｔに関連付けてプロットすると図６のようになる。図６に示すように、通常タイヤが用いられる際のトレッドゴムの温度範囲において断熱温度上昇量ΔＴａｄは試験片１の温度Ｔが高いほど低下する傾向がある。この断熱温度上昇量ΔＴａｄはタイヤ温度の上がり易さを示す指標となる。
　一方、上記タイヤ用ゴム組成物からなる試験片１の熱拡散率α（ｍｍ2／秒）を測定する。熱拡散率αは、例えばＪＩＳ　Ｒ１６８９：２０１１に準拠して測定することができる。この熱拡散率αはタイヤの冷え易さの指標となる。
　本発明に係るタイヤ用ゴム組成物の評価方法では、任意の温度における断熱温度上昇量ΔＴａｄと熱拡散率αとの演算値に基づいてタイヤ用ゴム組成物を評価する。より好ましくは、任意の温度における断熱温度上昇量ΔＴａｄと熱拡散率αの平方根√αとの積に基づいてタイヤ用ゴム組成物を評価する。つまり、断熱温度上昇量ΔＴａｄが小さいほどゴムの発熱量が少なくなり、転がり抵抗が低くなることを意味する。また、ゴム温度が上昇するほど熱温度上昇量ΔＴａｄが低下するので、転がり抵抗を低減するという観点からはゴム温度を比較的高い温度に保つことが望まれる。そのため、熱拡散率αが小さくゴムからの放熱が少ないほどゴム温度が高くなり、転がり抵抗が低くなることを意味する。特に、√αは一定時間における熱伝導距離を示し、これが小さいほど熱の拡散が少なくなって転がり抵抗が低くなることを意味する。このような特性を有する断熱温度上昇量ΔＴａｄと熱拡散率αとの演算値に基づいてタイヤ用ゴム組成物を評価することにより、そのタイヤ用ゴム組成物を用いた空気入りタイヤの転がり抵抗を精度良く評価することができる。
　断熱温度上昇量ΔＴａｄと熱拡散率αとの演算値に基づいてタイヤ用ゴム組成物を評価するにあたって、その温度は特に限定されるものではないが、走行時のタイヤ温度を考慮して、６０℃における断熱温度上昇量ΔＴａｄと熱拡散率αを参照することが好ましい。本発明者の実験結果によれば、６０℃における断熱温度上昇量ΔＴａｄと熱拡散率αの平方根との積が０．０００７以下である場合に、転がり抵抗が低いと判定することが適切である。６０℃における断熱温度上昇量ΔＴａｄと熱拡散率αの平方根√αとの積の下限値は特に限定されるものではないが、実用上の下限値は０．０００１程度である。
　図７は熱拡散率αの平方根と断熱温度上昇量ΔＴａｄとの関係を示すものである。図７において、横軸は６０℃における熱拡散率αの平方根√α（ｍｍ・秒-1/2）を示し、縦軸は６０℃における断熱温度上昇量ΔＴａｄ（℃／サイクル）を示す。図７において、ＡはΔＴａｄ×√αの値が０．０００６８であるゴム組成物のプロットであり、ＢはΔＴａｄ×√αの値が０．０００７３であるゴム組成物のプロットである。また、Ｘは純ゴムのプロットである。
　ゴム組成物Ａ，Ｂを対比したとき、従来の転がり抵抗の指標によれば、６０℃における断熱温度上昇量ΔＴａｄが相対的に小さく、即ち、６０℃における損失正接ｔａｎδが相対的に低いゴム組成物Ｂが低転がり抵抗の材料として選択されることになる。しかしながら、ゴム組成物Ａ，Ｂを用いて実際にタイヤを製作してみると、ゴム組成物Ａを用いたタイヤでは、走行時のタイヤ温度が約６２℃で維持されるのに対して、ゴム組成物Ｂを用いたタイヤでは、ゴム組成物Ａに比べて熱拡散率αの平方根√αが大きいため、走行時のタイヤ温度が約５５℃で維持され、その結果として、ゴム組成物Ｂのタイヤの方がゴム組成物Ａのタイヤよりも転がり抵抗が大きくなる。つまり、ΔＴａｄ×√αの値が０．０００７を下回るゴム組成物ＡはΔＴａｄ×√αの値が０．０００７を上回るゴム組成物Ｂよりも転がり抵抗が良好であると判断することができる。
　図８は本発明の実施形態からなる乗用車用空気入りタイヤを示すものである。図８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２１と、該トレッド部２１の両側に配置された一対のサイドウォール部２２，２２と、これらサイドウォール部２２のタイヤ径方向内側に配置された一対のビード部２３，２３とを備えている。
　一対のビード部２３，２３間にはカーカス層４が装架されている。このカーカス層２４は、タイヤ径方向に延びる複数本の補強コードを含み、各ビード部２３に配置されたビードコア２５の廻りにタイヤ内側から外側へ折り返されている。ビードコア２５の外周上には断面三角形状のゴム組成物からなるビードフィラー２６が配置されている。
　一方、トレッド部２１におけるカーカス層２４の外周側には複数層のベルト層２７が埋設されている。これらベルト層２７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。ベルト層２７において、補強コードのタイヤ周方向に対する傾斜角度は例えば１０°～４０°の範囲に設定されている。ベルト層２７の補強コードとしては、スチールコードが好ましく使用される。ベルト層２７の外周側には、高速耐久性の向上を目的として、補強コードをタイヤ周方向に対して例えば５°以下の角度で配列してなる少なくとも１層のベルトカバー層２８が配置されている。ベルトカバー層２８の補強コードとしては、ナイロンやアラミド等の有機繊維コードが好ましく使用される。
　上記空気入りタイヤにおいて、トレッド部１におけるベルト層２７の外周側には、キャップトレッドゴム層２１Ａとアンダートレッドゴム層２１Ｂが配置されている。また、サイドウォール部２２にはタイヤ外表面に露出するサイドウォールゴム層２２Ａが配置されている。更に、ビード部２３にはタイヤ外表面に露出するリムクッションゴム層２３Ａが配置されている。これらキャップトレッドゴム層２１Ａ、アンダートレッドゴム層２１Ｂ、サイドウォールゴム層２２Ａ及びリムクッションゴム層２３Ａを含むタイヤ構成部材は、ジエン系エラストマー中に補強材としてカーボンブラック及び／又はシリカを含むゴム組成物から構成されている。ジエン系エラストマーとしては、例えば、天然ゴム（ＮＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、エポキシ化天然ゴム、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ、高シスＢＲ及び低シスＢＲ）が挙げられる。また、カーボンブラック及び／又はシリカの配合量はゴム１００重量部に対して３０重量部～２００重量部とすれば良い。
　このように構成される乗用車用空気入りタイヤにおいて、タイヤ構成部材には６０℃における断熱温度上昇量ΔＴａｄ（℃／サイクル）と熱拡散率α（ｍｍ2／秒）の平方根√αとの積が０．０００７以下であるゴム組成物が使用されている。このようなゴム組成物を用いた場合、転がり抵抗が低いものとなる。
  特に、キャップトレッドゴム層２１Ａには、６０℃における断熱温度上昇量ΔＴａｄと熱拡散率αの平方根√αとの積が０．０００７以下であるゴム組成物を用いると良い。また、アンダートレッドゴム層２１Ｂには、６０℃における断熱温度上昇量ΔＴａｄと熱拡散率αの平方根√αとの積が０．０００５以下であるゴム組成物を用いると良い。更に、サイドウォールゴム層２２Ａには、６０℃における断熱温度上昇量ΔＴａｄと熱拡散率αの平方根√αとの積が０．０００６以下であるゴム組成物を用いると良い。これにより、各種のタイヤ構成部材について最適な発熱特性を付与し、転がり抵抗を効果的に低減することができる。
　キャップトレッドゴム層に物性が異なるコンパウンドＡ～Ｅを用い、それ以外の構成は同一にした５種類の空気入りタイヤ（実施例１～３及び比較例１～２）を作製した。また、アンダートレッドゴム層に物性が異なるコンパウンドＦ～Ｊを用い、それ以外の構成は同一にした５種類の空気入りタイヤ（実施例４～６及び比較例３～４）を作製した。更に、サイドウォールゴム層に物性が異なるコンパウンドＫ～Ｏを用い、それ以外の構成は同一にした５種類の空気入りタイヤ（実施例７～９及び比較例５～６）を作製した。タイヤサイズは１９５／６５Ｒ１５である。
　上述したコンパウンドＡ～Ｏについて、加硫済みの試験片を作製し、試験片の温度を測定しながら試験片に対してパルス波形の圧縮荷重を負荷し、試験片に注入されたエネルギーと試験片から返却されたエネルギーとの収支に基づいてパルス波形の１サイクル当たりの断熱温度上昇量ΔＴａｄ（℃／サイクル）を算出する一方で、コンパウンドＡ～Ｏの熱拡散率α（ｍｍ2／秒）を測定し、６０℃における断熱温度上昇量ΔＴａｄと熱拡散率αの平方根√αとの積を求めた。また、コンパウンドＡ～Ｏについて、６０℃におけるｔａｎδを測定した。その物性は表１～表３の通りである。
　また、実施例１～９及び比較例１～６のタイヤをリムサイズ１５×６ＪＪのホイールに組み付け、空気圧２００ｋＰａ、荷重４．３５ｋＮ、速度８０ｋｍ／ｈの条件で転がり抵抗を計測した。その結果を表１～表３に示す。なお、実施例１～３及び比較例１～２の転がり抵抗は実施例１の測定値を１００とする指数にて示し、実施例４～６及び比較例３～４の転がり抵抗は実施例４の測定値を１００とする指数にて示し、実施例７～９及び比較例５～６の転がり抵抗は実施例７の測定値を１００とする指数にて示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　キャップトレッドゴム層について、表１に示すように、ｔａｎδが小さい値であるとき０．０１程度の差でも転がり抵抗が大きく変わることがあり、ｔａｎδと転がり抵抗との間の相関性が低くなる。例えば、実施例２と比較例２のように、同一のｔａｎδであっても熱拡散率αの違いにより転がり抵抗が大きく変わることがある。しかしながら、ΔＴａｄ×√αの値が０．０００７を下回るゴム組成物Ａ～Ｃを用いた実施例１～３はΔＴａｄ×√αの値が０．０００７を上回るゴム組成物Ｄ～Ｅを用いた比較例１～２に比べて転がり抵抗が明らかに低いものであった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　アンダートレッドゴム層について、表２に示すように、ｔａｎδが小さい値であるとき０．０１程度の差でも転がり抵抗が大きく変わることがあり、ｔａｎδと転がり抵抗との間の相関性が低くなる。例えば、実施例４と比較例４のように、同一のｔａｎδであっても熱拡散率αの違いにより転がり抵抗が大きく変わることがある。しかしながら、ΔＴａｄ×√αの値が０．０００５を下回るゴム組成物Ｆ～Ｈを用いた実施例４～６はΔＴａｄ×√αの値が０．０００５を上回るゴム組成物Ｉ～Ｊを用いた比較例３～４に比べて転がり抵抗が明らかに低いものであった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　サイドウォールゴム層について、表３に示すように、ｔａｎδが小さい値であるとき０．０１程度の差でも転がり抵抗が大きく変わることがあり、ｔａｎδと転がり抵抗との間の相関性が低くなる。例えば、実施例７と比較例６のように、同一のｔａｎδであっても熱拡散率αの違いにより転がり抵抗が大きく変わることがある。しかしながら、ΔＴａｄ×√αの値が０．０００６を下回るゴム組成物Ｋ～Ｍを用いた実施例７～９はΔＴａｄ×√αの値が０．０００６を上回るゴム組成物Ｎ～Ｏを用いた比較例５～６に比べて転がり抵抗が明らかに低いものであった。
　１　試験片
　１１　支持部材
　１２　押圧部材
　２１　トレッド部
　２１Ａ　キャップトレッドゴム層
　２１Ｂ　アンダートレッドゴム層
　２２　サイドウォール部
　２２Ａ　サイドウォールゴム層
　２３　ビード部
　２３Ａ　リムクッションゴム層

Claims (7)

  1. 　タイヤ用ゴム組成物からなる加硫済みの試験片を作製し、該試験片の温度を測定しながら該試験片に対してパルス波形の圧縮荷重を負荷し、該試験片に注入されたエネルギーと該試験片から返却されたエネルギーとの収支に基づいて前記パルス波形の１サイクル当たりの断熱温度上昇量ΔＴａｄ（℃／サイクル）を算出する一方で、前記タイヤ用ゴム組成物の熱拡散率α（ｍｍ2／秒）を測定し、任意の温度における断熱温度上昇量ΔＴａｄと熱拡散率αとの演算値に基づいて前記タイヤ用ゴム組成物を評価することを特徴とするタイヤ用ゴム組成物の評価方法。
  2. 　任意の温度における断熱温度上昇量ΔＴａｄと熱拡散率αの平方根との積に基づいて前記タイヤ用ゴム組成物を評価することを特徴とする請求項１に記載のタイヤ用ゴム組成物の評価方法。
  3. 　６０℃における断熱温度上昇量ΔＴａｄと熱拡散率αの平方根との積が０．０００７以下である場合に、転がり抵抗が低いと判定することを特徴とする請求項２に記載のタイヤ用ゴム組成物の評価方法。
  4.   ジエン系エラストマー中に補強材としてカーボンブラック及び／又はシリカを含むゴム組成物からなるタイヤ構成部材を備えた乗用車用空気入りタイヤにおいて、前記タイヤ用ゴム組成物からなるタイヤ構成部材の６０℃における断熱温度上昇量ΔＴａｄ（℃／サイクル）と熱拡散率α（ｍｍ2／秒）の平方根との積が０．０００７以下であることを特徴とする乗用車用空気入りタイヤ。
  5.   前記タイヤ構成部材がキャップトレッドゴム層であり、６０℃における断熱温度上昇量ΔＴａｄと熱拡散率αの平方根との積が０．０００７以下であることを特徴とする請求項４に記載の乗用車用空気入りタイヤ。
  6.   前記タイヤ構成部材がアンダートレッドゴム層であり、６０℃における断熱温度上昇量ΔＴａｄと熱拡散率αの平方根との積が０．０００５以下であることを特徴とする請求項４に記載の乗用車用空気入りタイヤ。
  7.   前記タイヤ構成部材がサイドウォールゴム層であり、６０℃における断熱温度上昇量ΔＴａｄと熱拡散率αの平方根との積が０．０００６以下であることを特徴とする請求項４に記載の乗用車用空気入りタイヤ。
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