JP2018193454A

JP2018193454A - 空気入りタイヤ

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Publication number: JP2018193454A
Application number: JP2017097393A
Authority: JP
Inventors: 裕記杉浦; Yuki Sugiura
Original assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Current assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Priority date: 2017-05-16
Filing date: 2017-05-16
Publication date: 2018-12-06
Anticipated expiration: 2037-05-16
Also published as: WO2018211874A1; EP3626480B1; US11820172B2; CN110621512B; EP3626480A1; JP6384568B1; CN110621512A; EP3626480A4; US20200148003A1

Abstract

【課題】悪路走破性、耐摩耗性、耐カット・チッピング性および低発熱性を従来レベル以上に改良するようにした空気入りタイヤを提供する。【解決手段】ショルダー部の溝深さｄが１０ｍｍ以上のトレッドゴム７を有し、トレッドゴム７を構成するゴム組成物が、スチレンブタジエンゴム５０〜７０質量％、ブタジエンゴム２０〜３０質量％および天然ゴム１０〜３０質量％からなるジエン系ゴム１００質量部に対し、窒素吸着比表面積が７０〜１３０ｍ2／ｇのカーボンブラック６０〜７０質量部、硫黄０．５質量部以上、加硫促進剤を配合してなり、ジエン系ゴムの平均ガラス転移温度が−６５℃以下、硫黄の配合量Ｍｓ質量部に対する加硫促進剤の配合量Ｍａ質量部の比Ｍａ／Ｍｓが１．０〜１．３であり、トレッドゴム７の２０℃のゴム硬度が６５〜７０であることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、悪路走破性、耐摩耗性、耐カット・チッピング性および低発熱性を改良するようにした空気入りタイヤに関する。

オフロード走行用の空気入りタイヤは、悪路走破性に優れることに加え、耐カット・チッピング性および耐摩耗性にも優れることが重要である。更にタイヤを装着する車輌荷重が重く、使用環境が厳しいため、耐久性に影響する発熱性を低減することが重要である。

オフロード走行用の空気入りタイヤにおいて、トレッドゴムを柔らかくすると悪路走破性および耐カット・チッピング性が良好になるが、耐摩耗性および発熱性が悪化する。一方、耐摩耗性を改良するため、耐摩耗性に優れた充填剤を多量に配合すると発熱性が悪化する。また発熱性を小さくするために充填剤を減量すると耐摩耗性が悪化するとう相反する性質がある。

特許文献１は、スチレンブタジエン共重合体、天然ゴムおよび／またはポリイソプレンゴム、およびポリブタジエンゴムからなるゴム成分に、窒素吸着比表面積が１５０〜２００ｍ²／ｇのカーボンブラックを配合してなり、破壊時伸びが５００％以上、スプリング硬さが６０以上、反発弾性が４０以上である悪路用大型空気入りタイヤ用トレッドゴム組成物が、耐摩耗性、発熱の抑制を維持しながら、耐カット性、耐チッピング性を改良することを記載する。

しかしながら、近年、需要者がオフロード走行用の空気入りタイヤに求める性能はより高いものとなり、悪路走破性、耐摩耗性、耐カット・チッピング性および低発熱性をより優れたものにすることが求められている。

特開平５−１１７４５０号公報

本発明の目的は悪路走破性、耐摩耗性、耐カット・チッピング性および低発熱性を従来レベル以上に改良するようにした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本発明の空気入りタイヤは、路面に接地するショルダー部において、溝深さが１０ｍｍ以上であるトレッドゴムを有する空気入りタイヤであって、前記トレッドゴムを構成するゴム組成物が、スチレンブタジエンゴム５０〜７０質量％、ブタジエンゴム２０〜３０質量％および天然ゴム１０〜３０質量％からなるジエン系ゴム１００質量部に対し、窒素吸着比表面積が７０〜１３０ｍ²／ｇであるカーボンブラック６０〜７０質量部、硫黄０．５質量部以上、および加硫促進剤を配合してなり、前記ジエン系ゴムの平均ガラス転移温度が−６５℃以下、前記硫黄の配合量Ｍｓ質量部に対する前記加硫促進剤の配合量Ｍａ質量部の比Ｍａ／Ｍｓが１．０〜１．３であり、前記トレッドゴムの２０℃のゴム硬度が６５〜７０であることを特徴とする。

本発明の空気入りタイヤは、上述した特定のゴム組成物によりトレッドゴムを構成し、かつ路面に接地するショルダー部におけるトレッドゴムの溝深さを１０ｍｍ以上にしたので、悪路走破性、耐摩耗性、耐カット・チッピング性および低発熱性を従来レベル以上に優れたものにすることができる。

本発明において、前記硫黄を前記ジエン系ゴム１００質量部に対し、１．０〜３．０質量部配合してなることが好ましく、耐カット・チッピング性をより優れたものにすることができる。

また前記トレッドゴムの接地面が、タイヤ周方向および幅方向に連続する溝により区画されたブロック状の陸部だけからなることが好ましく、悪路走破性および耐摩耗性をより優れたものにすることができる。

本発明の空気入りタイヤの実施形態の一例を示す子午線方向の断面図である。本発明の空気入りタイヤのトレッドパターンの一例を示す説明図である。本発明の空気入りタイヤのトレッドパターンの他の例を示す説明図である。

図１において、空気入りタイヤは、トレッド部１、サイドウォール部２及びビード部３を有し、左右のビード部３，３間にカーカス層４が装架され、その両端部がビードコア５の周りにタイヤ内側から外側に折り返されている。トレッド部１におけるカーカス層４のタイヤ径方向外側には２層構造のベルト層６が配置され、最外側のベルト層６の外側にトレッドゴム７が配置される。トレッドゴム７は、路面に接地するショルダー部の溝深さｄが１０ｍｍ以上である。トレッドゴム７のショルダー部の溝深さｄを１０ｍｍ以上にすることにより、悪路走破性を優れたものにすることができる。ショルダー部の溝深さｄは好ましくは１２〜１９ｍｍであるとよい。

トレッドゴム７は、ゴム組成物により構成される。このゴム組成物をトレッド用ゴム組成物ということがある。トレッド用ゴム組成物において、ゴム成分はジエン系ゴムであり、天然ゴム、ブタジエンゴムおよびスチレンブタジエンゴムからなる。ジエン系ゴム１００質量％中、スチレンブタジエンゴムを５０〜７０質量％、ブタジエンゴムを２０〜３０質量％および天然ゴムを１０〜３０質量％含有する。

スチレンブタジエンゴムの含有量は５０〜７０質量％、好ましくは５２〜６７質量％である。スチレンブタジエンゴムの含有量が５０質量％未満であると、悪路走破性が低下する。またスチレンブタジエンゴムの含有量が７０質量％を超えると、発熱性が大きくなり、また耐カット・チッピング性を十分に改良することができない。

ブタジエンゴムの含有量は２０〜３０質量％、好ましくは２２〜２８質量％である。ブタジエンゴムの含有量が２０質量％未満であると、悪路走破性が低下し、発熱性が大きくなる。またブタジエンゴムの含有量が３０質量％を超えると、耐カット・チッピング性を十分に改良することができない。

天然ゴムの含有量は、ジエン系ゴム１００質量％中、１０〜３０質量％、好ましくは１２〜２２質量％である。天然ゴムの含有量が、１０質量％未満であると耐カット・チッピング性を十分に改良することができない。天然ゴムの含有量が３０質量％を超えると悪路走破性を良好なレベルに維持することができない。

本発明では、天然ゴム、ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴムからなるジエン系ゴムの平均ガラス転移温度（Ｔｇ）を−６５℃以下、好ましくは−８０℃〜−６５℃、より好ましくは−７８℃〜−６７℃にする。ゴム成分のガラス転移温度（Ｔｇ）を−６５℃以下にすることにより、発熱性を小さくすることができる。

本明細書において、ジエン系ゴムのガラス転移温度（Ｔｇ）は、構成する各ジエン系ゴムのガラス転移温度にそれぞれの質量分率を乗じた合計（ガラス転移温度の質量平均値）である。なお、すべてのジエン系ゴムの質量分率の合計を１とする。また各ジエン系ゴムのガラス転移温度（Ｔｇ）は、油展成分（オイル）を含まない状態におけるジエン系ゴムのガラス転移温度とする。ガラス転移温度（Ｔｇ）は、示差走査熱量測定（ＤＳＣ）により２０℃／分の昇温速度条件によりサーモグラムを測定し、転移域の中点の温度とする。

トレッド用ゴム組成物において、天然ゴム、ブタジエンゴムおよびスチレンブタジエンゴムの配合量の合計がジエン系ゴム１００質量％となる。なお、トレッド用ゴム組成物に各種配合剤を添加するとき、希釈材料やマスターバッチのベースゴムとして、天然ゴム、ブタジエンゴムおよびスチレンブタジエンゴム以外の他のジエン系ゴムを含有する場合、そのような配合剤の使用を排除するものではなく、本発明の目的を阻害しない範囲で使用することができる。他のジエン系ゴムとしては、例えばイソプレンゴム、ブチルゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム等が挙げられる。

トレッド用ゴム組成物は、カーボンブラックを配合することにより、ゴム組成物のゴム強度、ゴム硬度を高くし、耐摩耗性を高くすることができる。カーボンブラックは、ジエン系ゴム１００質量部に対し、６０〜７０質量部、好ましくは６２〜６８質量部配合する。カーボンブラックの配合量が６０質量部未満であると、ゴム組成物のゴム硬度、ゴム強度及び耐摩耗性が悪化する。カーボンブラックの配合量が７０質量部を超えると発熱性が大きくなりタイヤ耐久性が低下する。

カーボンブラックとしては、ＡＳＴＭＤ１７６５により分類された等級が、好ましくはＩＳＡＦ級であるとよい。また、カーボンブラックの窒素吸着比表面積が７０〜１３０ｍ²／ｇ、好ましくは９５〜１２５ｍ²／ｇであるとよい。窒素吸着比表面積が７０ｍ²／ｇ未満であると、ゴム組成物のゴム硬度、ゴム強度などの機械的特性が低下し、耐摩耗性が悪化する。窒素吸着比表面積が１３０ｍ²／ｇを超えると、発熱性が大きくなりタイヤ耐久性が低下する。カーボンブラックの窒素吸着比表面積は、ＪＩＳＫ６２１７−２に準拠して、測定するものとする。

本発明では、カーボンブラック以外の他の充填剤を配合することができる。他の充填剤としては、例えばシリカ、クレー、マイカ、タルク、炭酸カルシウム、水酸化アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化チタン等を例示することができる。なかでもシリカ、炭酸カルシウム、クレー、酸化アルミニウムが好ましい。他の充填剤を配合することによりゴム組成物の機械的特性をより一層改良することができ、タイヤにしたときの低発熱性、耐カット性及び加工性のバランスを改良することができる。

トレッド用ゴム組成物は、硫黄、加硫促進剤を含む。本明細書において、ジエン系ゴム１００質量部に対する、硫黄の配合量をＭｓ質量部、加硫促進剤の配合量をＭａ質量部とする。硫黄の配合量Ｍｓは、０．５質量部以上、好ましくは１．０〜３．０質量部、より好ましくは１．１〜２．０質量部である。硫黄の配合量Ｍｓが０．５質量部未満であると、耐カット・チッピング性および耐摩耗性が劣り、また発熱性が大きくなる。

加硫促進剤の配合量Ｍａは、硫黄の配合量Ｍｓとの関係で決められる。すなわち、硫黄の配合量Ｍｓ質量部に対する加硫促進剤の配合量Ｍａ質量部の比Ｍａ／Ｍｓが１．０〜１．３であることが必要であり、好ましくは１．１〜１．３である。硫黄に対する加硫促進剤の配合量の比Ｍａ／Ｍｓが１．０未満であると、発熱性が大きくなる。また配合量の比Ｍａ／Ｍｓが１．３を超えると、悪路走破性が低下し、また耐カット・チッピング性を十分に改良することができない。

本発明において、トレッドゴムの２０℃のゴム硬度は６５〜７０、好ましくは６６〜６９である。トレッドゴムのゴム硬度を６５以上にすることにより、耐摩耗性を改良することができる。またゴム硬度を７０以下にすることにより、悪路走破性を改良することができる。

本発明の空気入りタイヤは、オフロード走行用の空気入りタイヤとして好適に用いることができる。この空気入りタイヤのトレッドパターンは、特に制限されるものではないが、トレッドゴムの接地面が、タイヤ周方向および幅方向に連続する溝により区画されたブロック状の陸部だけからなるとよい。タイヤ周方向に連続する陸部であるリブおよびブロックからなるトレッドパターンでも耐摩耗性および耐カット・チッピング性を改良することができるが、ブロック状の陸部だけからなるトレッドパターンにすることにより、悪路走破性をより優れたものにすることができる。

図２は、トレッドゴムの接地面が、タイヤ周方向および幅方向に連続する溝により区画されたブロックパターンを例示する説明図である。図２の例ではすべての陸部が、ブロック１１で構成されている。なお本発明において、路面に接地するショルダー部の溝２１の深さを１０ｍｍ以上にする。また図３に例示されるトレッドパターンでは、トレッドゴムの接地面が、ブロック１１およびリブ１３により構成されている。このトレッドパターンにおいても、路面に接地するショルダー部の溝２１の深さを１０ｍｍ以上にすることが必要である。ショルダー部の溝２１の深さを１０ｍｍ以上にすることにより、泥濘路などの悪路走破性を向上することができる。

以下、実施例によって本発明をさらに説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。

表３に示す配合剤を共通配合とし、表１，２に示す配合からなる２１種類のトレッド用ゴム組成物（実施例１〜５、標準例、比較例１〜１５）を、硫黄、加硫促進剤を除く成分を１.８Ｌの密閉型ミキサーで１７０℃、５分間混練し放出したマスターバッチに、硫黄、加硫促進剤を加えてオープンロールで混練することにより調製した。なお、表３に記載した共通配合剤の添加量は、表１に記載したジエン系ゴム１００質量部に対する質量部で表わした。各ゴム組成物において、ジエン系ゴムの平均ガラス転移温度を算出し、表１，２の「平均Ｔｇ」の欄に記載した。また硫黄の配合量Ｍｓ質量部に対する加硫促進剤の配合量Ｍａ質量部の比Ｍａ／Ｍｓを算出し、表１，２の「配合比Ｍａ／Ｍｓ」の欄に記載した。

得られた２１種類のトレッド用ゴム組成物を、所定形状の金型中で、１６０℃、２０分間加硫して試験片を作製し、下記に示す方法により、ゴム硬度、引張り破断強度（耐カット・チッピング性）、ランボーン摩耗試験（耐摩耗性）、および６０℃のｔａｎδ（発熱性）の評価を行った。

ゴム硬度
得られた試験片のゴム硬度を、ＪＩＳＫ６２５３に準拠しデュロメータのタイプＡにより温度２０℃で測定した。得られた結果を表１，２の「ゴム硬度」の欄に記載した。

引張り破断強度（２３℃）
得られた試験片から、ＪＩＳＫ６２５１に準拠してＪＩＳ３号ダンベル型試験片を切り出した。２３℃で５００ｍｍ／分の引張り速度で引張り試験を行い、破断したときの強度を測定した。得られた結果は、標準例の値を１００にする指数として表１，２の「耐カット・チッピング性」の欄に記載した。この指数が大きいほど引張破断強度が大きく、耐カット・チッピング性が優れることを意味する。本明細書において、耐カット・チッピング性の指数が１０２以上であればよいものとする。

ランボーン磨耗（耐摩耗性）
得られた加硫ゴム試験片をＪＩＳＫ６２６４に準拠して、ランボーン摩耗試験機（上島製作所製）を使用して、温度２０℃、荷重１５Ｎ、スリップ率５０％、時間１０分の条件で摩耗量を測定した。得られた結果は標準例の逆数を１００にする指数として表１，２の「耐摩耗性」の欄に示した。この指数が大きいほど耐摩耗性が優れることを意味する。本明細書において、耐摩耗性の指数が９６以上であればよいものとする。

６０℃のｔａｎδ（発熱性）
得られた試験片を、ＪＩＳＫ６３９４に準拠して、東洋精機製作所社製粘弾性スペクトロメーターを用いて、初期歪み１０％、振幅±２％、周波数２０Ｈｚの条件で、温度６０℃における損失正接ｔａｎδを測定した。得られたｔａｎδの値の逆数を算出し標準例の値を１００とする指数として表１，２の「ｔａｎδ（６０℃）」の欄に示した。この指数が大きいほど発熱性（６０℃のｔａｎδ）が小さく、悪路走行時に発熱によりタイヤ温度が高くなるのを抑制し、タイヤ耐久性を向上可能にすることを意味する。本明細書において、発熱性の指数が９６以上であればよいものとする。

得られたトレッド用ゴム組成物をトレッドゴムとして、空気入りタイヤ（タイヤサイズ２６５／７０Ｒ１７）を加硫成形した。これらの空気入りタイヤのトレッドパターンは、図２に記載のブロックパターンまたは図３に記載のリブ＆ブロックのパターンとした。またトレッドゴムの路面に接地するショルダー部の溝深さを表１，２の「トレッド溝深さ」の欄に記載した。得られた空気入りタイヤを使用し、以下の方法で悪路走破性の試験を行った。

悪路走破性
得られた空気入りタイヤを標準リムにリム組みし、泥濘路のテストコースを実車走行させ、そのときの操縦安定性を専門パネラーによる感応評価により採点した。得られた結果は、標準例の値を１００とする指数として表１，２の「悪路走破性」の欄に示した。この指数が大きいほど悪路走破性が優れることを意味する。本明細書において、悪路走破性の指数が９６以上であればよいものとする。

なお、表１において使用した原材料の種類を下記に示す。
・ＮＲ：天然ゴム、ＴＳＲ２０
・ＳＢＲ−１：スチレンブタジエンゴム、日本ゼオン社製Ｎｉｐｏｌ１５０２、非油展品
・ＳＢＲ−２：スチレンブタジエンゴム、日本ゼオン社製ＮｉｐｏｌＮＳ１１６Ｒ、非油展品
・ＢＲ：ブタジエンゴム、日本ゼオン社製ＮｉｐｏｌＢＲ１２００
・ＣＢ−１：カーボンブラック、東海カーボン社製シースト９、窒素吸着比表面積が１３９ｍ²／ｇ
・ＣＢ−２：カーボンブラック、東海カーボン社製シースト７ＨＭ、窒素吸着比表面積が１２０ｍ²／ｇ
・ＣＢ−３：カーボンブラック、東海カーボン社製シーストＦＭ、窒素吸着比表面積が３５ｍ²／ｇ
・オイル：昭和シェル石油社製エキストラクト４号Ｓ
・加硫促進剤−１：ＦＬＥＸＳＹＳ社製ＳＡＮＴＯＣＵＲＥＣＢＳ
・加硫促進剤−２：ＦＬＥＸＳＹＳ社製ＰＥＲＫＡＣＩＴＤＰＧ
・硫黄：鶴見化学工業社製金華印油入微粉硫黄

なお、表２において使用した原材料の種類を下記に示す。
・老化防止剤：ＮＩＣＯＬＬＩＭＩＴＥＤ社製ＰＩＬＦＬＥＸ１３
・ワックス：大内新興化学工業社製サンノック
・ステアリン酸：日油社製ビーズステアリン酸
・酸化亜鉛：正同化学工業社製酸化亜鉛３種

表１，２から明らかなように実施例１〜５のトレッド用ゴム組成物および空気入りタイヤは、ゴム硬度、耐カット・チッピング性（引張り破断強度）、耐摩耗性（ランボーン摩耗）、発熱性（６０℃のｔａｎδ）および悪路走破性が従来レベル以上に向上することが確認された。

また表１から明らかなように、比較例１の空気入りタイヤは、ショルダー部の溝深さが１０ｍｍ未満であるので、悪路走破性が劣る。
比較例２の空気入りタイヤは、トレッドゴムのゴム硬度が６５未満であるので、耐摩耗性が劣る。
比較例３の空気入りタイヤは、トレッドゴムのゴム硬度が７０を超えるので、悪路走破性が劣る。
比較例４の空気入りタイヤは、トレッド用ゴム組成物を構成するジエン系ゴムの平均ガラス転移温度が−６５℃より高いので、耐摩耗性および発熱性が劣る。
比較例５の空気入りタイヤは、トレッド用ゴム組成物の天然ゴムの含有量が１０質量％未満であるので、耐カット・チッピング性が劣る。
比較例６の空気入りタイヤは、トレッド用ゴム組成物のブタジエンゴムの含有量が２０質量％未満であり、ジエン系ゴムの平均ガラス転移温度が−６５℃より高いので、耐摩耗性が劣り発熱性が大きい。
比較例７の空気入りタイヤは、トレッド用ゴム組成物の天然ゴムの含有量が１０質量％未満、スチレンブタジエンゴムの含有量が７０質量％を超え、ブタジエンゴムの含有量が２０質量％未満であり、ジエン系ゴムの平均ガラス転移温度が−６５℃より高いので、耐カット・チッピング性が劣り発熱性が大きい。
比較例８の空気入りタイヤは、トレッド用ゴム組成物の天然ゴムの含有量が３０質量％を超え、スチレンブタジエンゴムの含有量が５０質量％未満、ブタジエンゴムの含有量が２０質量％未満であるので、悪路走破性が劣る。

また表２から明らかなように、比較例９の空気入りタイヤは、トレッド用ゴム組成物に配合したカーボンブラックの窒素吸着比表面積が１３０ｍ²／ｇを超えるので、発熱性が大きい。
比較例１０の空気入りタイヤは、トレッド用ゴム組成物に配合したカーボンブラックの窒素吸着比表面積が７０ｍ²／ｇ未満であるので、耐カット・チッピング性および耐摩耗性が劣る。
比較例１１の空気入りタイヤは、トレッド用ゴム組成物のカーボンブラックの配合量が６０質量部未満であるので、耐摩耗性が劣る。
比較例１２の空気入りタイヤは、トレッド用ゴム組成物のカーボンブラックの配合量が７０質量部を超えるので、発熱性が大きい。
比較例１３の空気入りタイヤは、トレッド用ゴム組成物における硫黄の配合量Ｍｓに対する加硫促進剤の配合量Ｍａの比Ｍａ／Ｍｓが１．０未満であるので、発熱性が大きい。
比較例１４の空気入りタイヤは、トレッド用ゴム組成物における硫黄に対する加硫促進剤の配合量の比Ｍａ／Ｍｓが１．３を超えるので、耐カット・チッピング性および悪路走破性が劣る。
比較例１５の空気入りタイヤは、トレッド用ゴム組成物における硫黄の配合量Ｍｓが０．５質量部未満であり、かつ硫黄に対する加硫促進剤の配合量の比Ｍａ／Ｍｓが１．３を超えるので、耐カット・チッピング性および耐摩耗性が劣り、発熱性が大きい。

符号の簡単な説明

１トレッド部
７トレッドゴム
２１ショルダー部の溝

Claims

路面に接地するショルダー部において、溝深さが１０ｍｍ以上であるトレッドゴムを有する空気入りタイヤであって、前記トレッドゴムを構成するゴム組成物が、スチレンブタジエンゴム５０〜７０質量％、ブタジエンゴム２０〜３０質量％および天然ゴム１０〜３０質量％からなるジエン系ゴム１００質量部に対し、窒素吸着比表面積が７０〜１３０ｍ²／ｇであるカーボンブラック６０〜７０質量部、硫黄０．５質量部以上、および加硫促進剤を配合してなり、前記ジエン系ゴムの平均ガラス転移温度が−６５℃以下、前記硫黄の配合量Ｍｓ質量部に対する前記加硫促進剤の配合量Ｍａ質量部の比Ｍａ／Ｍｓが１．０〜１．３であり、前記トレッドゴムの２０℃のゴム硬度が６５〜７０である空気入りタイヤ。
前記硫黄を前記ジエン系ゴム１００質量部に対し、１．０〜３．０質量部配合してなる請求項１に記載の空気入りタイヤ。
前記トレッドゴムの接地面が、タイヤ周方向および幅方向に連続する溝により区画されたブロック状の陸部だけからなる請求項１または２空気入りタイヤ。