JP2008120940A

JP2008120940A - 空気入りタイヤ

Info

Publication number: JP2008120940A
Application number: JP2006307930A
Authority: JP
Inventors: Norihiko Nakamura; 典彦中村
Original assignee: Toyo Tire and Rubber Co Ltd
Current assignee: Toyo Tire Corp
Priority date: 2006-11-14
Filing date: 2006-11-14
Publication date: 2008-05-29

Abstract

【課題】キャップゴム中の老化防止剤やワックスのベースゴムへの移行、或いは移行速度を抑制することでキャップゴムの耐候性を向上することができる２層構造トレッドを備えた空気入りタイヤを提供する。
【解決手段】トレッド２が、タイヤ踏面側のキャップゴム２１と、該キャップゴム２１の内側に配されたベースゴム２２との２層構造を持ち、前記キャップゴム２１およびベースゴム２２は、ジエン系ゴムをゴム成分とするゴム組成物からなる空気入りタイヤ１において、前記キャップゴム２１中に含まれる軟化剤に対する前記ベースゴム２２中に含まれる軟化剤の体積比率が０．５以下であり、前記キャップゴム２１は、前記軟化剤として数平均分子量３，０００〜９０，０００の液状ポリマーを前記ジエン系ゴム成分１００重量部に対し１０〜６０重量部含有することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、空気入りタイヤに関し、より詳しくは、ゴム組成物の加工性と転がり抵抗特性を維持しつつ、トレッドの耐候性を向上した２層構造トレッドを備えた空気入りタイヤに関する。

自動車の低燃費化ニーズが進むにつれ、空気入りタイヤの転がり抵抗をより一層低減することが強く求められ、また同時に湿潤路面での操縦安定性（ウェットグリップ性能）や耐摩耗性の向上が要求されている。

従来、トレッドをタイヤ踏面側のキャップゴムと、該キャップゴムの内側に配されたベースゴムとに分割した２層構造（キャップ／ベース構造）トレッドを持つタイヤが一般的に使用されている（例えば、特許文献１）。かかるキャップ／ベース構造トレッドを備えたタイヤにおいて、上記転がり抵抗を改善するために、キャップゴムには摩擦係数の高いゴム組成物を、ベースゴムにはエネルギーロスの低いゴム組成物を組み合わせて使用することが行われている。

このようなキャップゴムのゴム組成物は、摩擦係数を向上するためカーボンブラックなどの補強性充填剤やプロセスオイルなどの軟化剤を多量に配合しエネルギーロスを高めることが、一方、ベースゴムにはエネルギーロスを低下させるために補強性充填剤や軟化剤をキャップゴムよりも減量したゴム組成物が用いられている。

ところが、上記キャップゴムとベースゴムとをキャップ／ベース構造に貼り合わせると、キャップゴムとベースゴムに含まれる軟化剤の濃度差により、タイヤ使用中にキャップゴム中のプロセスオイルなど移行しやすい軟化剤がベースゴム側へ経時的に移行し、その際に軟化剤と共にキャップゴム中の老化防止剤やワックスが一緒にベースゴムに移行してしまうという現象が生じる。これにより、キャップゴム中の老化防止剤やワックスが減少し、その耐候性が低下してオゾン、紫外線などの影響によりトレッド溝底やショルダー部にクラックが生じるという問題がある。
特開２００６−７６３５５号公報

本発明の目的は、上記問題点に鑑み、ゴム組成物の加工性や転がり抵抗を維持しつつ、キャップゴム中の老化防止剤やワックスのベースゴムへの移行、或いは移行速度を抑制することでキャップトレッドの耐候性を向上することができる２層構造トレッドを備えた空気入りタイヤを提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明者は鋭意検討を行ったところ、従来より軟化剤として一般的なプロセスオイルなどに代えて、ジエン系ゴムとの相容性に優れる液状ポリマーをキャップゴムに使用することで老化防止剤やワックスのベースゴムへの移行を抑制することを見出し本発明に到った。

すなわち本発明は、トレッドが、タイヤ踏面側のキャップゴムと、該キャップゴムの内側に配されたベースゴムとの２層構造を持ち、前記キャップゴムおよびベースゴムは、ジエン系ゴムをゴム成分とするゴム組成物からなる空気入りタイヤにおいて、前記キャップゴム中に含まれる軟化剤に対する前記ベースゴム中に含まれる軟化剤の体積比率が０．５以下であり、前記キャップゴムは、前記軟化剤として数平均分子量３，０００〜９０，０００の液状ポリマーを前記ジエン系ゴム成分１００重量部に対し１０〜６０重量部含有することを特徴とする空気入りタイヤである。

本発明においては、前記液状ポリマーがジエン系液状ポリマーからなることが好ましい。

を特徴とする請求項１に記載の空気入りタイヤ。

また、前記液状ポリマーは、水酸基、カルボキシル基、アミノ基、エポキシ基、酸無水物基、メルカプト基およびシアノ基からなる群から選択される少なくとも一種の官能基を分子末端に持つ官能基含有液状ポリマーであることが好ましい。

本発明の空気入りタイヤは、キャップ／ベース構造トレッドのキャップゴムに、軟化剤として液状ポリマーを使用することにより、ジエン系ゴムとの相容性に優れる液状ポリマーのゴム中での移動が少ないことから、キャップゴム中の老化防止剤やワックスのベースゴムへの移行或いはその移行速度を抑制することによってキャップゴムの耐候性を維持し、タイヤ耐久性と外観性を向上することができる。

図１は、本発明の１実施形態の乗用車用空気入りタイヤ１を示す半断面図である。

空気入りタイヤ１（以下、空気入りタイヤを単に「タイヤ」ということがある）は、リム組される一対のビード部４と、前記ビード部４からタイヤ径方向外側に延びるサイドウォール部３と、前記サイドウォール部３、３間に設けた路面に接地するトレッド部２とから構成され、前記トレッド部２はタイヤ踏面側のキャップゴム２１と、該キャップゴム２１の内側に配されたベースゴム２２とに分割された２層構造を持つ、いわゆるキャップ／ベース構造のトレッドを有するタイヤである。

タイヤ１は、一対のビード部４に夫々埋設されたビードコア５の周りにラジアル方向に配されたポリエステルなどの有機繊維コードからなるカーカスプライをタイヤ内側から外側に折り返して係止されたカーカス６と、前記トレッド部２の内側に配されたスチールコードを用いた２枚の交差ベルトプライからなるベルト７と、さらにベルト７の外周にはタイヤ周方向に対しほぼ０°の角度でらせん状に巻回されたナイロンなどの有機繊維コードからなる１枚のキャッププライ８を有するラジアル構造の乗用車用タイヤを示している。

本発明に係るタイヤ１のキャップゴム２１とベースゴム２２に使用されるゴム組成物は、ジエン系ゴムをゴム成分とし、カーボンブラックやシリカなど補強性充填剤、プロセスオイルなどの軟化剤、及び耐候性を確保するための老化防止剤、ワックスを始めとするトレッドゴム用配合剤を含有するゴム組成物からなっている。

前記キャップゴム２１は、路面に接して摩擦係数を向上し、低転がり抵抗やグリップ性能、耐摩耗性を確保するため、カーボンブラックなどの補強性充填剤がゴム成分１００重量部に対し４０〜１００重量部、軟化剤が１０〜６０重量部に配合されたエネルギーロスを高めたゴム組成物が用いられ、一方、ベースゴム２２にはエネルギーロスを低下させ発熱を抑えるためにカーボンブラックなどの補強性充填剤をゴム成分１００重量部に対し２０〜５０重量部、軟化剤を２〜２０重量部程度にキャップゴムより減量配合したゴム組成物が用いられる。

本発明においてキャップゴムとベースゴムのゴム組成物は、ゴム成分として各種のジエン系ゴムが用いられる。ジエン系ゴムとしては、例えば、天然ゴム（ＮＲ）、ポリイソプレンゴム（ＩＲ）、スチレン−ブタジエン共重合体ゴム（ＳＢＲ）、ポリブタジエンゴム（ＢＲ）、シンジオタクチック−１，２−ポリブタジエンを含有するブタジエンゴム（ＳＰＢ）、末端変性ローシスＢＲ、ブチルゴム（ＩＩＲ）、ハロゲン化ブチルゴム、エチレン−プロピレン−ジエン３元共重合体ゴム（ＥＰＤＭ）などが挙げられ、これらはそれぞれ単独で又は２種以上をブレンドして用いることができる。

上記ブレンド使用の場合、任意の比率でブレンドすることができるが、好ましい比率はＳＢＲやＮＲが８０〜４０重量％、ＢＲ２０〜６０重量％であり、好ましくはＢＲの含有率は４０重量％以下である。

本発明においては、上記キャップゴム２１とベースゴム２２の各ゴム組成物に含まれる軟化剤は、前記キャップゴム中の軟化剤に対する前記ベースゴム中の軟化剤の体積比率が０．５以下になるように配合される。この軟化剤の配合量は、ゴムに練り込む前の軟化剤の体積から算出される体積比率で示されるもので、体積比率が０．５を超えるとベースボム中の軟化剤量が過多となり転がり抵抗特性や摩擦係数が劣るようになる。

本発明においては、上記キャップゴムは、軟化剤として従来のプロセスオイルなどの鉱物油系軟化剤に代えて、数平均分子量３，０００〜９０，０００の液状ポリマーがゴム成分１００重量部に対し１０〜６０重量部配合し使用される。

前記液状ポリマーは、ジエン系ゴムとの相容性に優れることからゴム組成物中での移動が極めて少なく抑えられ、これによりキャップゴム中の老化防止剤やワックスのベースゴムへの移行或いは移行速度を抑制し、キャップゴム中の老化防止剤、ワックスの減量を防止してキャップゴムの耐候性を維持することができる。

この液状ポリマーは、常温で液状のポリマーである。数平均分子量が３，０００未満では該液状ポリマーの移行性がプロセスオイルと大差なく上記耐候性や外観性の向上効果が得られず、９０，０００を超えると軟化効果が不十分となって良好な加工性が得られない。数平均分子量のより好ましい範囲は、３，０００〜６０，０００である。

また、上記液状ポリマーは、ゴム組成物を構成するジエン系ゴム成分との相容性を向上する観点から、ジエン系液状ポリマーからなることが好ましい。

ジエン系液状ポリマーとしては、ブタジエンポリマー、イソプレンポリマー、スチレンブタジエンポリマーなどが挙げられる。

また、上記液状ポリマーは、ヘテロ原子を持つ官能基で分子末端が変性されたものを用いるのが好ましい。官能基で変性させることにより、カーボンブラックやシリカなどの充填剤との相互作用により、充填剤との相容性を向上させることでその分散性を良好にしてゴム組成物の強度や耐疲労性を向上し、さらに分散性の向上による耐候性改善の効果も期待できる。

このような官能基としては、水酸基、カルボキシル基、アミノ基、エポキシ基、酸無水物基、メルカプト基およびシアノ基などが挙げられ、これらはそれぞれ単独で、又は２以上組み合わせてもよい。ここで、水酸基（−ＯＨ）には、メチロール基（−ＣＨ_２ＯＨ）やエチロール基などの他、フェノール基も含まれる。また、カルボキシル基としては、マレイン酸、フタル酸、アクリル酸、メタクリル酸などが挙げられる。また、アミノ基としては、第１級アミノ基、第２級アミノ基および第３級アミノ基のいずれでもよく、脂肪族アミノ基でも芳香族アミノ基でもよい。また、酸無水物基は、マレイン酸やフタル酸などのジカルボン酸の無水物からなるものである。

上記液状ポリマーは、ゴム成分１００重量部に対して１０〜６０重量部配合される。液状ポリマーの配合量が１０重量部未満では、本発明の効果が得られず、６０重量部を超えると、カーボンブラックなどの補強性充填剤の分散性が悪くなり、強度、耐疲労性の低下を伴う。

本発明においては、キャップゴムに軟化剤としてプロセスオイルなどの移行しやすい軟化剤を配合処方することはないが、不可避成分としてゴム組成物に含まれる場合は、１重量部未満に抑え、好ましくは０．５重量部以下、さらには０．２重量部であることが好ましく、限りなく０重量部に近いことが望ましい。

なお、ベースゴムには、軟化剤として、従来からの植物油系軟化剤、鉱物油系軟化剤など各種の軟化剤が配合されるが、アロマチックオイル、パラフィンオイル、ナフテンオイルなどのプロセスオイルを主に使用することができる。

また、上記補強性充填剤としては、カーボンブラック、シリカ、クレー類、炭酸カルシウム、ケイ酸マグネシウム（タルク）、ハイスチレン樹脂やクマロンインデン樹脂などの有機補強剤が使用できる。中でも、カーボンブラック、シリカが補強効果や転がり抵抗特性の点で好ましい。

カーボンブラックとしては、特に限定されないが、例えば、窒素吸着比表面積（Ｎ_２ＳＡ）が２５〜１２０ｍ^２／ｇのカーボンブラックが挙げられ、具体的にはＩＳＡＦ、ＨＡＦ、ＦＥＦ、ＧＰＦ級のカーボンブラックが使用できる。中でも、キャップゴムには、Ｎ_２ＳＡが８０〜１２０ｍ^２／ｇのカーボンブラックが、耐摩耗性や転がり抵抗特性の観点から好ましく、ベースゴムにはＮ_２ＳＡが２５〜８０ｍ^２／ｇのカーボンブラックが、低発熱性の点で好ましい。

また、シリカとしては、その種類は特に限定されないが、湿式シリカ、乾式シリカ、コロイダルシリカ、沈降シリカなどが挙げられ、特に含水珪酸を主成分とする湿式シリカを用いることが好ましい。シリカの例としては、窒素吸着比表面積（ＢＥＴ）が１００〜２５０ｍ^２／ｇ、ＤＢＰ吸油量が１００ｍｌ／１００ｇ以上の湿式シリカが補強効果と加工性の点から好ましく、東ソーシリカ工業（株）製のニプシールＡＱ、ＶＮ３、デグサ社製のウルトラジルＶＮ３などの市販品が使用できる。また、ビス（トリエトキシシリルプロピル）−テトラスルフィドなどのシランカップリング剤の併用が好ましく、シリカ量の２〜２０重量％の量で使用される。

また、上記老化防止剤としては、アミン−ケトン系、芳香族第２級アミン系、フェノール系、ベンゾイミダゾール系などの各種老化防止剤が挙げられる。この中でも、オゾンや紫外線による劣化に対して効果のある芳香族第２級アミン系、フェノール系老化防止剤が好ましい。具体的には、Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−ｐ−フェニレンジアミン、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などが挙げられる。

さらに、上記ワックスとしては、パラフィンワックスやマイクロクリスタリンワックスなど鎖式飽和炭化水素を主成分とし、ゴム中で動きやすく、表面にブルームしやすい成分であり、トレッド表面にワックスの薄膜を形成してオゾンや紫外線などを遮断しオゾンクラックなどの亀裂の発生を抑制する働きをする。

本発明に係るゴム組成物は、上記ゴム及び配合成分の他に、一般的にトレッドゴム組成物に使用されるゴム用配合剤を必要に応じて適宜配合することができる。例えば、ステアリン酸、酸化亜鉛、樹脂類、硫黄等の加硫剤、加硫促進剤、加硫促進助剤などがあり、これらの配合割合は特に限定がない。

ゴム組成物の調製は、上記ゴム成分と配合成分とを常法に従いバンバリーミキサーなどの混練機に投入し、各成分が均一に混練されるように調製すればよい。得られたゴム組成物は、押出機などを用いて所定断面形状のトレッドゴムを成形し、通常の方法によってキャップ／ベース構造を備えた乗用車用、２輪車用など各種の空気入りタイヤを製造することができる。

以下に、本発明を実施例に基づき具体的に説明するが、本発明はこの実施例により限定されるものではない。

表１にキャップゴムとベースゴムのゴム組成物の基本配合（重量部）を示す。前記基本配合に対して、表２に記載の液状ポリマー、アロマオイルを変量配合したゴム組成物を、容量２００リットルのバンバリーミキサーを使用し常法により混練しキャップゴム及びベースゴム用のゴム組成物を調製した。使用したゴム成分、液状ポリマー、及び配合剤は下記である。

［ゴム成分］
・スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）：ＪＳＲ（株）、末端変性溶液重合ＳＢＲ「ＳＬ５６３」
・ブタジエンゴム（ＢＲ）：宇部興産（株）「ＢＲ１５０Ｂ」
・天然ゴム（ＮＲ）：タイ製ＲＳＳ＃３

［液状ポリマー］
・液状ポリマーＡ：クラレ（株）液状ポリイソプレン「ＬＩＲ５０」（末端官能基なし。数平均分子量＝５０，０００）
・液状ポリマーＢ：宇部興産（株）液状ポリブタジエン「ＣＴＢ２０００」（官能基：−ＣＯＯＨ。数平均分子量＝５，０００）
・液状ポリマーＣ：出光石油化学（株）液状ポリブタジエン「ＲＨ−４５」（官能基：−ＯＨ。数平均分子量＝２，８００）

［配合剤］
・カーボンブラック（ＩＳＡＦ）：東海カーボン（株）「シースト６」
・カーボンブラック（ＦＥＦ）：東海カーボン（株）「シーストＳＯ」
・アロマオイル：ジャパンエナジー（株）「Ｘ−１４０」
・老化防止剤（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）「ノクラック６Ｃ」
・ワックス（パラフィンワックス）：日本精蝋（株）「オゾエース−０３５５」
・ステアリン酸：花王（株）「ルナックＳ−２０」
・酸化亜鉛：三井金属鉱業（株）「亜鉛華１号」
・硫黄：細井化学工業（株）「５％油処理粉末硫黄」
・加硫促進剤（Ｎ−テトラブチル−２−ベンゾチアゾールスルフェンアミド）：大内新興化学工業（株）「ノクセラーＮＳ−Ｐ」

得られた各キャップゴム組成物の加工性、及び表２記載の軟化剤体積比になるようにキャップゴムとベースゴムを組み合わせたサンプルについてキャップゴムの耐候性を下記方法で評価した。次に、前記キャップゴムとベースゴムの組み合せにより、常法に従いキャップ／ベース構造トレッドを有するサイズ１８５／７０Ｒ１４の乗用車用の試験タイヤを製造した。製造したタイヤの転がり抵抗を下記方法で評価した。結果を表２に示す。

［加工性］
ＪＩＳＫ６３００に準じて、ムーニー粘度（ＭＬ１＋４（１００℃））を測定し、比較例１を１００とする指数で示した。値が小さいほど良好である。

［耐候性］
ＪＩＳＫ６２５９に準じ、シート厚さ２ｍｍのキャップゴムとベースゴムを貼り合わせた寸法が５×５ｃｍの加硫サンプル（１６０℃×３０分加硫）を作製した。１００℃に調整したギアーオーブン中にサンプルを放置し、１０日間老化後、ＪＩＳＫ６２５９のオゾン動的試験試験をキャップゴム側のオゾンクラック発生時間を比較例１を１００とする指数で示した。値が大きいほど良好である。

［転がり抵抗］
米国の自動車技術者協会規格ＳＡＥに記載のＪ１２６９に準じて、各タイヤの転がり抵抗を測定した。比較例１を１００とする指数で示した。値が小さいほど良好である。

表２の結果から、本発明にかかる実施例１及び２は、加工性と転がり抵抗を比較例２（従来例）と同等に維持ないし向上して耐候性を大幅に向上することができる。一方、軟化剤体積比が０．５を超える比較例１は転がり抵抗が悪化し、軟化剤として液状ポリマーＡを用いた場合（比較例４）も、軟化剤体積比が０．５を超えると耐候性は向上できるが転がり抵抗は悪化する。また、分子量の小さい液状ポリマーＣ（比較例３）では、耐候性の向上が実施例には及ばないことが分かる。

本発明は、乗用車用を始めとして、２輪車用タイヤなど各種用途の空気入りタイヤに適用することができる。

実施形態の空気入りタイヤの半断面図である。

符号の説明

１……空気入りタイヤ
２……トレッド部
３……サイドウォール部
４……ビード部
２１……キャップゴム
２２……ベースゴム

Claims

トレッドが、タイヤ踏面側のキャップゴムと、該キャップゴムの内側に配されたベースゴムとの２層構造を持ち、前記キャップゴムおよびベースゴムは、ジエン系ゴムをゴム成分とするゴム組成物からなる空気入りタイヤにおいて、
前記キャップゴム中に含まれる軟化剤に対する前記ベースゴム中に含まれる軟化剤の体積比率が０．５以下であり、
前記キャップゴムは、前記軟化剤として数平均分子量３，０００〜９０，０００の液状ポリマーを前記ジエン系ゴム成分１００重量部に対し１０〜６０重量部含有する
ことを特徴とする空気入りタイヤ。
前記液状ポリマーがジエン系液状ポリマーからなる
ことを特徴とする請求項１に記載の空気入りタイヤ。
前記液状ポリマーは、水酸基、カルボキシル基、アミノ基、エポキシ基、酸無水物基、メルカプト基およびシアノ基からなる群から選択される少なくとも一種の官能基を分子末端に持つ官能基含有液状ポリマーである
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の空気入りタイヤ。