JP4080467B2

JP4080467B2 - 空気入りタイヤ

Info

Publication number: JP4080467B2
Application number: JP2004243463A
Authority: JP
Inventors: 道夫平山
Original assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Priority date: 2004-08-24
Filing date: 2004-08-24
Publication date: 2008-04-23
Anticipated expiration: 2024-08-24
Also published as: JP2006062379A

Description

本発明は、空気入りタイヤに関し、とりわけ２層構造のサイドウォールを有する空気入りタイヤに関する。

近年、地球環境の保護のため、資源の省エネルギー化（自動車の場合、低燃費化）が要求されている。このため、自動車用タイヤについても転がり抵抗の低減が要求されており、特に排気量の大きく燃料消費の激しいトラック、バス等の重車両に用いられる重荷重用タイヤについて転がり抵抗の大幅な低減が望まれている。

タイヤの転がり抵抗は、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。したがって、転がり抵抗を軽減するには、たとえば、その寄与率（およそ３４％）の最も高いトレッド部のゴムを２層とし、内側にエネルギー損失の小さい配合ゴムを、また外側にはグリップ性能に優れる配合ゴムをそれぞれ配した構造などが提案されている。

しかし、トレッド部は、転がり抵抗の低減に対する寄与率が大きい反面、耐摩耗性能、氷雪上性能、ウェットグリップ性能などへの寄与率も大きく、特に、転がり抵抗の低減とこれらの走行諸性能とは、一般に二律背反事項の関係にあることが多い。したがって、転がり抵抗を低減することによって、上述の走行性能を損ねやすいという問題がある。

一方で、特許文献１には、２層構造としたサイドウォールを有する空気入りタイヤが開示されているが、転がり抵抗が充分に低減されたものではなかった。

特開平４−３６２４０５号公報

本発明は、耐摩耗性、氷雪上性能、ウェットグリップ性能といった走行性能、さらにはサイドウォール部の耐久性を損ねることなく、転がり抵抗を低減し、さらにコストを削減した重荷重用タイヤを提供することを目的としている。

本発明は、サイドウォールが内層と外層の２層からなる空気入りタイヤであって、サイドウォール全体の厚さに対するサイドウォール内層の厚さの比が０．２〜０．８であり、さらにサイドウォール内層および外層における老化防止剤の含有量が同量である空気入りタイヤに関する。

前記サイドウォール内層が、ゴム成分１００重量部に対して炭酸カルシウムを５〜５０重量部含有することが好ましい。

前記サイドウォール内層が、ゴム成分１００重量部に対してクラフト紙の粉砕粉を１〜２０重量部含有することが好ましい。

温度７０℃、周波数１０Ｈｚおよび動歪±２％の条件における、前記サイドウォール内層の複素弾性率が３〜２５ＭＰａであることが好ましい。

温度７０℃、周波数１０Ｈｚおよび動歪±２％の条件における、前記サイドウォール内層の損失正接が０．０３〜０．０７であることが好ましい。

前記サイドウォール外層が、炭酸カルシウムを含有しないことが好ましい。

本発明によれば、サイドウォールを内層と外層の２層構造とし、サイドウォール全体の厚さに対するサイドウォール内層の厚さの比を規定し、さらにサイドウォール内層とサイドウォール外層との老化防止剤の含有量を同量とすることで、サイドウォールの耐久性を損ねることなく、転がり抵抗を低減し、コストを削減した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は、図１（ａ）に示すように、タイヤ軸方向内側に位置するサイドウォール内層と、外側に位置するサイドウォール外層との２層からなるサイドウォールを有する。

サイドウォール内層の厚さは、０．４ｍｍ以上であることが好ましく、０．５ｍｍ以上であることがより好ましい。サイドウォール内層の厚さが０．４ｍｍ未満では、内層を設けることにより得られる効果が小さくなる傾向がある。

サイドウォール外層の厚さは、１．０ｍｍ以上であることが好ましく、１．２ｍｍ以上であることがより好ましい。サイドウォール内層の厚さが１．０ｍｍ未満では、耐屈曲亀裂性能が低下し、外層からのクラックが成長する傾向がある。

サイドウォール全体の厚さに対するサイドウォール内層の厚さの比は０．２以上、好ましくは０．２５以上、より好ましくは０．３以上である。サイドウォール内層の厚さの比が０．２よりも小さいと、転がり抵抗が充分に低減されず、コストも低減されない。また、サイドウォール全体の厚さに対するサイドウォール内層の厚さの比が０．８以下、好ましくは０．７以下、より好ましくは０．６５以下、さらに好ましくは０．６以下である。サイドウォール全体の厚さに対するサイドウォール内層の厚さの比が０．８よりも大きいと、耐屈曲亀裂性能が低下する。ここで、厚さの比は、図１（ｂ）におけるＴ₁とＴ₂の合計に対するＴ₁の比を表す。

サイドウォール内層および外層は、ゴム成分および老化防止剤を含有するゴム組成物からなる。

サイドウォール内層および外層において用いられるゴム成分としては、天然ゴム（ＮＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、スチレン−イソプレンゴム、ブタジエン−イソプレンゴム、スチレン−ブタジエン−イソプレンゴムなどのジエン系ゴムがあげられる。なかでも、屈曲亀裂成長を抑制する点で、ＮＲ、ＢＲが好ましい。

老化防止剤としては、老化防止剤６Ｃなどがあげられるが、とくに、サイドウォール表面に移行し、ゴム表面をオゾンから守るはたらきを有していることから、老化防止剤６Ｃを用いることが好ましい。

サイドウォール内層における老化防止剤の含有量は、サイドウォール内層中のゴム成分１００重量部に対して１．５重量部以上であることが好ましく、２重量部以上であることがより好ましい。含有量が１．５重量部未満では、サイドウォール表面に充分な老化防止剤がサイドウォール内層にいきわたらず、逆にサイドウォール外層から老化防止剤を吸収してしまう。また、含有量は１０重量部以下であることが好ましく、８重量部以下であることがより好ましい。含有量が１０重量部をこえると、コストが高くなる。

サイドウォール外層における老化防止剤の含有量は、サイドウォール外層中のゴム成分１００重量部に対して１．５重量部以上であることが好ましく、２重量部以上であることがより好ましい。含有量が１．５重量部未満では、サイドウォール表面からオゾンクラックが発生しやすくなる。また、含有量は１０重量部以下であることが好ましく、８重量部以下であることがより好ましい。含有量が１０重量部をこえると、コストが高くなり、また、表面が著しく茶色く変化してしまう。

サイドウォール内層における老化防止剤の含有量、およびサイドウォール外層における老化防止剤の含有量は、同量である。ここで同量であるとは、前記サイドウォール外層における老化防止剤の含有量をＡ、およびサイドウォール内層における老化防止剤の含有量をＢとして、以下の式で表した場合、αの下限値が０．９５、好ましくは０．９８であることを示し、αの上限値が１．０５、好ましくは１．０３であることを示す。
Ａ＝αＢ

αが１．０５より大きい、つまりサイドウォール外層における老化防止剤の含有量がサイドウォール内層における老化防止剤の含有量より多い場合、サイドウォール円層への老化防止剤の移行が大きくなり、サイドウォール表面からオゾンクラフトが発生しやすくなる。

サイドウォール内層は、炭酸カルシウムを含有することが好ましく、該炭酸カルシウムの平均粒子径は０．５〜１０μｍであることが好ましい。平均粒子径が０．５μｍ未満では、コストが高くなり、充填するメリットが少なくなる傾向があり、平均粒子径が１０μｍをこえると、粒子を起点としてクラックが発生しやすくなる傾向がある。

サイドウォール内層における炭酸カルシウムの含有量は、サイドウォール内層中のゴム成分１００重量部に対して５重量部以上であることが好ましく、１０重量部以上であることがさらに好ましい。含有量が５重量部未満では、コストが充分に削減されない傾向がある。また、炭酸カルシウムの含有量は５０重量部以下であることが好ましく、４５重量部以下であることがさらに好ましい。含有量が５０重量部をこえると、耐屈曲亀裂性能に劣る傾向がある。

サイドウォール内層は、クラフト紙の粉砕粉を配合することが好ましい。ここでクラフト紙の粉砕粉とは、クラフト紙をシュレッダーで粉砕し、石臼型のミルでさらに細かく粉砕したものである。サイドウォール内層がクラフト紙の粉砕粉を含有することで、損失正接（ｔａｎδ）の増大を抑えながら、弾性率（Ｅ＊）を大きく向上させることができる。クラフト紙を含有したサイドウォール内層をサイドウォールに配置することで、車の燃費を低減しながら、操縦安定性能を向上させることができる。

クラフト紙の粉砕粉の含有量は、サイドウォール内層中のゴム成分１００重量部に対して１重量部以上であることが好ましく、５重量部以上であることがさらに好ましい。含有量が１重量部未満では、操縦安定性能に劣る、あるいはクラフト紙の添加効果が小さい傾向がある。また、クラフト紙の粉砕粉の含有量は２０重量部以下であることが好ましく、１５重量部以下であることがさらに好ましい。含有量が２０重量部をこえると、耐屈曲亀裂性能に劣る、あるいは加工性が悪化する傾向がある。

温度７０℃、周波数１０Ｈｚおよび動歪±２％の条件において、サイドウォール内層の複素弾性率は３ＭＰａ以上であることが好ましく、６ＭＰａ以上であることがより好ましい。複素弾性率が３ＭＰａ未満では、操縦安定性能が悪化する傾向がある。また、複素弾性率は２５ＭＰａ以下であることが好ましく、２０ＭＰａ以下であることがより好ましい。複素弾性率が２５ＭＰａをこえると、耐屈曲亀裂性能に劣る傾向がある。

温度７０℃、周波数１０Ｈｚおよび動歪±２％の条件において、損失正接は０．０３以上であることが好ましい。また、該損失正接は０．０７以下であることが好ましく、０．０６以下であることがより好ましい。損失正接が０．０７をこえると、転がり抵抗の低減効果が小さくなる傾向がある。

サイドウォール内層は、さらにカーボンブラックを含有することができる。

サイドウォール内層において用いられるカーボンブラックのチッ素吸着比表面積（Ｎ₂ＳＡ）は２０〜３００ｍ²／ｇであることが好ましい。Ｎ₂ＳＡが２０ｍ²／ｇ未満では、充分な補強性が得られにくい傾向があり、３００ｍ²／ｇをこえると、分散性が悪化し、発熱が増大する傾向がある。前記Ｎ₂ＳＡを満たすカーボンブラックとしては、ＦＥＦ（Ｎ５５０）、ＧＰＦ（Ｎ６６０）、ＳＡＦ（Ｎ１１０）、ＩＳＡＦ（Ｎ２２０）、ＨＡＦ（Ｎ３３０）などが挙げられる。

サイドウォール内層におけるカーボンブラックの含有量は、サイドウォール内層中のゴム成分１００重量部に対して３０重量部以上であることが好ましく、３５重量部以上であることが好ましい。カーボンブラックの含有量が３０重量部未満では、硬度が低くなり、操縦安定性能が悪化する傾向がある。また、カーボンブラックの含有量は８０重量部以下であることが好ましく、７０重量部以下であることがより好ましい。カーボンブラックの含有量が８０重量部をこえると、発熱が増大する傾向がある。

さらに、サイドウォール内層は、前記ゴム成分、老化防止剤、炭酸カルシウム、クラフト紙の粉砕粉およびカーボンブラックのほかにも、加硫剤、加硫促進剤、酸化亜鉛、軟化剤、ワックスなど通常タイヤ用ゴム組成物に使用される充填剤を配合することができる。

本発明におけるサイドウォール外層は、前述したゴム成分、老化防止剤のほかに、サイドウォール内層において用いられるものと同様の加硫剤、加硫促進剤、軟化剤、酸化亜鉛、軟化剤、ワックスなどの充填剤を用いることができる。

前記サイドウォール外層は、炭酸カルシウムを含有しないことが好ましい。サイドウォール外層に炭酸カルシウムを含有することで、大きい粒子を起点としてクラックが成長するという欠点が生じる。

サイドウォール外層は、カーボンブラックを含有することができる。

サイドウォール外層において用いられるカーボンブラックのチッ素吸着比表面積（Ｎ₂ＳＡ）は２０〜３００ｍ²／ｇであることが好ましい。Ｎ₂ＳＡが２０ｍ²／ｇ未満では、充分な補強性が得られにくい傾向があり、３００ｍ²／ｇをこえると、分散性が悪化し、発熱が増大する傾向がある。前記Ｎ₂ＳＡを満たすカーボンブラックとしては、ＩＳＡＦ（Ｎ２２０）、ＧＰＦ（Ｎ６６０）、ＳＡＦ（Ｎ１１０）、ＩＳＡＦ（Ｎ２２０）、ＨＡＦ（Ｎ３３０）などが挙げられる。

サイドウォール外層におけるカーボンブラックの含有量は、サイドウォール外層中のゴム成分１００重量部に対して３０重量部以上であることが好ましく、３５重量部以上であることが好ましい。カーボンブラックの含有量が３０重量部未満では、硬度が低くなり、操縦安定性能が悪化する傾向がある。また、カーボンブラックの含有量は８０重量部以下であることが好ましく、７０重量部以下であることがより好ましい。カーボンブラックの含有量が８０重量部をこえると、発熱が増大する傾向がある。

サイドウォール外層は、シリカを含有することができる。シリカとしては特に制限はなく、湿式法または乾式法により製造されるものを用いることができる。

サイドウォール外層におけるシリカの含有量は、サイドウォール外層中のゴム成分１００重量部に対して２０重量部以上であることが好ましく、２５重量部以上であることがより好ましい。シリカの含有量が２０重量部未満では、分散性が悪化する傾向がある。また、シリカの含有量は６０重量部以下であることが好ましく、５５重量部以下であることがより好ましい。シリカの含有量が６０重量部をこえると、発熱が増大する傾向がある。

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。たとえば、前記各成分をオープンロール、バンバリーミキサーなどのゴム混練装置を用いて混練し、サイドウォール内層用およびサイドウォール外層用の未加硫ゴム組成物を得る。得られた未加硫ゴム組成物を、それぞれシート状に形成し、所定の形状に貼り合わせるか、または、２本の押出し機に装入して押出し機のヘッド出口で２層に形成して、２層構造のサイドウォールを得る。これを、タイヤ成型機上にて、他のタイヤ部材と積層し、通常の方法で成形することにより、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することにより空気入りタイヤを製造する。

以下、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制限されるものではない。

実施例において用いた各種薬品について以下に説明する。
ＮＲ：ＲＳＳ♯３
ＢＲ：宇部興産（株）製のＢＲ１５０Ｂ
カーボンブラック１：三菱化学（株）製のＩＳＡＦＮ２２０（Ｎ₂ＳＡ：１１４ｍ²／ｇ）
カーボンブラック２：三菱化学（株）製のＦＥＦＮ５５０（Ｎ₂ＳＡ：４１ｍ²／ｇ）
シリカ：デグッサ社製のシリカ
炭酸カルシウム：白石工業（株）製の白艶華ＣＣ（平均粒子径：１μｍ）
老化防止剤：住友化学工業（株）製の６Ｃ
ワックス：大内新興化学工業（株）製のサンノックワックス
アロマオイル：出光興産（株）製のダイアナプロセスＡＨ−２４
ステアリン酸：日本油脂（株）製の桐
酸化亜鉛：東邦亜鉛（株）製の銀嶺Ｒ
硫黄：軽井沢硫黄（株）製の粉末硫黄
加硫促進剤ＣＺ：大内新興化学工業（株）製のノクセラーＣＺ

また、実施例において使用したクラフト紙の粉砕品は、クラフト紙をシュレッダーにより粉砕し、さらに石臼型ミルで粉砕することにより得られた。

実施例１〜９および比較例１〜１１
＜未加硫ゴム組成物の製造方法＞
表１、２および３に示す配合内容にしたがって、硫黄および加硫促進剤以外の各種薬品をバンバリーミキサーを用いて１５０℃で５分間混練した。つぎに、硫黄および加硫促進剤を加えて、オープンロールを用いて、８０℃で５分間混練することにより、サイドウォール外層用ゴム「Ａ−１」〜「Ａ−３」およびサイドウォール内層用ゴム「Ｂ−１」〜「Ｂ−１３」を得た。

＜タイヤの製造方法＞
前記製造方法で得られたサイドウォール外層用ゴム「Ａ−１」〜「Ａ−３」およびサイドウォール内層用ゴム「Ｂ−１」〜「Ｂ−１３」をそれぞれ表４〜６に示す組み合わせにより、２種類のゴムを積層させ、押出すことによりサイドウォール内層とサイドウォール外層の２層からなるサイドウォールを成形した。得られたサイドウォールと他のタイヤ部材を貼り合わせて加硫することにより、重荷重用ラジアルタイヤを試作し、以下の測定において使用した。

（ゴム硬度）
ＪＩＳＫ６２５３に準じ、ＪＩＳ−Ａ硬度計を用いて、２５℃における前記ラジアルタイヤのサイドウォール内層から切り出したサンプルのゴム硬度を測定した。

（損失正接（ｔａｎδ）および複素弾性率（Ｅ＊））
４ｍｍ幅×３０ｍｍ長さ×１．５ｍｍ厚さの短冊状試料を作製して、（株）岩本製作所製の粘弾性スペクトロメーターを用い、温度７０℃、周波数１０Ｈｚ、動歪±２％の条件で測定した。

（転がり抵抗）
転がり抵抗試験機を用い、各タイヤを正規リム（２２．５×８．２５の１５°深底リム）に装着し、内圧７００ｋＰａ、時速８０ｋｍ／ｈ、荷重２４．５２ｋＮで転がり抵抗を測定し、比較例１および９のタイヤを１００としたときの指数で表示した。数値が小さいほど転がり抵抗が小さく良好である。

（耐屈曲亀裂性能）
ＪＩＳＫ６２６０による屈曲亀裂試験に準じ、デマッチャ屈曲亀裂試験機を用いて耐屈曲亀裂成長性をテストした。なお、テストは、タイヤからサンプルを切り出し、規定のクラックを与え、このクラックが１ｍｍ成長するのに要する屈曲回数を測定し、比較例１、６および９を１００として、それぞれ指数で表した。数値が大きいほど、耐屈曲亀裂性能に優れていることを示す。

（操縦安定性能）
前記供試タイヤを２−Ｄ−４の１０トン定積載のテスト車両の前輪に装着してハンドル応答性、剛性感等に関する特性をドライバーの官能評価により、比較例１および９を６とする１０点法で評価した。数値が大きいほど、操縦安定性能に優れていることを示す。

（コスト）
各材料単価に、充填されている重量をかけ、トータル重量で割って算出した。

測定結果を表４、５および６に示す。

（ａ）は本発明における空気入りタイヤのサイドウォールの断面図であり、（ｂ）は領域Ｘを拡大した図である。

符号の説明

１サイドウォール外層
２サイドウォール内層
３カーカス
Ｔ₁ サイドウォール内層の厚さ
Ｔ₂ サイドウォール外層の厚さ

Claims

サイドウォールが内層と外層の２層からなる空気入りタイヤであって、
サイドウォール全体の厚さに対するサイドウォール内層の厚さの比が０．２〜０．８であり、さらにサイドウォール内層および外層における老化防止剤の含有量が同量であり、サイドウォール内層が、ゴム成分１００重量部に対してクラフト紙の粉砕粉を１〜２０重量部含有するゴム組成物からなる空気入りタイヤ。
サイドウォール内層が、ゴム成分１００重量部に対して炭酸カルシウムを５〜５０重量部含有するゴム組成物からなる請求項１記載の空気入りタイヤ。
温度７０℃、周波数１０Ｈｚおよび動歪±２％の条件における、サイドウォール内層の複素弾性率が３〜２５ＭＰａである請求項１または２記載の空気入りタイヤ。
温度７０℃、周波数１０Ｈｚおよび動歪±２％の条件における、サイドウォール内層の損失正接が０．０３〜０．０７である請求項１、２または３記載の空気入りタイヤ。
サイドウォール外層が、炭酸カルシウムを含有しない請求項１、２、３または４記載の空気入りタイヤ。