JP7770640B2 - 空気入りタイヤ - Google Patents
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Description
トレッド部およびベルト層を備えた空気入りタイヤであって、
前記ベルト層は、補強コードとして、モノフィラメントコードが使用されており、
前記ベルト層のタイヤ半径方向断面における、タイヤ幅方向5cmあたりの前記モノフィラメントコードの配列本数e(本/5cm)と、正規リムに組み込まれ、内圧を250kPaとした際のタイヤ断面幅Wt(mm)とが、下記(式1)および(式2)を満足しており、
さらに、前記ベルト層において、前記補強コードを被覆しているゴム組成物を、温度:70℃、初期歪:5%、動歪:±1%、周波数:10Hz、変形モード:引張の条件下で測定したときの損失正接(tanδ)と、前記トレッド部における幅方向に隣り合う2本の前記モノフィラメントコード間の平均距離L(mm)とが、下記(式5)を満足することを特徴とする空気入りタイヤである。
e/(0.31Wt+14.35)>1・・・・・・・(式1)
e/(0.31Wt+56.45)<1・・・・・・・(式2)
L×tanδ>0.017・・・・・(式5)
最初に、本開示に係る空気入りタイヤ(以下、単に「タイヤ」ともいう)の特徴について説明する。
本開示に係るタイヤは、トレッド部およびベルト層を備えた空気入りタイヤであり、ベルト層は、補強コードとして、モノフィラメントコードが使用されている。そして、ベルト層のタイヤ半径方向断面における、タイヤ幅方向5cmあたりのモノフィラメントコードの配列本数(以下、「エンズ」ともいう)e(本/5cm)と、正規リムに組み込まれ、内圧を250kPaとした際のタイヤ断面幅Wt(mm)とが、e/(0.31Wt+14.35)>1(式1)およびe/(0.31Wt+56.45)<1(式2)を満足している。
本開示に係るタイヤにおける効果発現のメカニズム、即ち、低転がり抵抗性と高速走行時のノイズ性能の両立が、十分に図られるメカニズムについては、以下のように推測される。
本開示に係るタイヤは、以下の態様を取ることにより、さらに大きな効果を得ることができる。
前記したように、モノフィラメントコード間の距離が短くなると、高周波数での共振も発生しやすくなり、高速走行時におけるノイズ性能の悪化が懸念される。
L={50-(d×e)}/(e-1)
ベルト層の補強コード(モノフィラメントコード)と、タイヤ周方向に平行な直線とのなす角度は、10°以上であることが好ましく、15°以上であるとより好ましく、20°以上であるとさらに好ましく、23°以上であるとさらに好ましい。一方、35°以下であることが好ましく、33°以下であるとより好ましく、30°以下であるとさらに好ましい。
本開示において、ベルト層は少なくとも2層設けられて多層化されており、タイヤ半径方向に隣り合う1組のベルト層の少なくとも1組において、トレッド部における互いのベルト層間の平均距離D(mm)は、0.5mm以下であることが好ましく、0.45mm以下であるとより好ましく、0.22mm以下であるとさらに好ましい。
本開示において、ベルト層よりもタイヤの径方向外側にベルト補強層が設けられていると、トレッド部の変形をさらに抑制して、高速走行時における低転がり抵抗性およびノイズ性能の両立を、より十分に図ることができ、好ましい。なお、このとき、ベルト層内のモノフィラメントコードとベルト補強層内のコードとの平均距離は、0.1mm以上、0.5mm以下とすることが好ましい。
本開示に係るタイヤは、タイヤ周方向に連続して延びる周方向溝をトレッド部に有しており、トレッド部の接地面における周方向溝の溝幅L0に対する周方向溝の最大の深さの80%の深さにおける溝幅L80の比(L80/L0)が、0.3以上、0.7以下であることが好ましい。これにより、トレッド部の陸部の底面で陸部全体の動きを抑制して、高速走行時における低転がり抵抗性とノイズ性能を両立させることができる。L80/L0は0.35以上であるとより好ましく、0.40以上であるとさらに好ましい。0.65以下であるとより好ましく、0.60以下であるとさらに好ましい。
以下、実施の形態に基づいて、本開示を具体的に説明する。
(1)配合材料
本開示に係るタイヤのベルト層において、モノフィラメントコードに被覆されるゴム組成物は、以下に記載するゴム成分、およびその他の配合材料から得ることができる。
本実施の形態において、ゴム成分としては特に限定されず、イソプレン系ゴム、ブタジエンゴム(BR)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、ニトリルゴム(NBR)などのジエン系ゴム、ブチルゴムなどのブチル系ゴムなど、タイヤの製造に一般的に用いられるゴム(ポリマー)を用いることができる。これらの内でも、イソプレン系ゴムが好ましく、ポリイソプレンのシス構造が100%に近く、引張り強さが他のゴム成分より優れているという点で、NRを用いることが好ましい。なお、必要に応じて、BRやSBRを併せて使用してもよい。
ゴム成分100質量部中のイソプレン系ゴムの含有量(合計含有量)は、60質量部以上であることが好ましく、80質量部以上であるとより好ましく、90質量部以上であるとさらに好ましい。
本実施の形態において、ゴム成分には、必要に応じて、NRと共に、5質量部以上、25質量部以下のBRを使用してもよい。
また、本実施の形態において、ゴム成分には、必要に応じて、NRと共に、5~25質量部のSBRを使用してもよく、上記したBRと併用してもよい。
また、その他のゴム成分として、必要に応じて、ニトリルゴム(NBR)などのタイヤの製造に一般的に用いられるゴム(ポリマー)を含んでもよい。
(イ)充填剤
本実施の形態において、ゴム組成物は、充填剤を含有することが好ましい。具体的な充填剤としては、例えば、カーボンブラック、シリカ、グラファイト、炭酸カルシウム、タルク、アルミナ、クレー、水酸化アルミニウム、マイカなどが挙げられ、この内でも、カーボンブラックが、補強剤として好ましく使用できる。また、必要に応じて、補強剤として、シリカを使用することも好ましいが、この場合には、シランカップリング剤と併用することが好ましい。
ゴム組成物は、カーボンブラックを含むことが好ましい。カーボンブラックの含有量は、ゴム成分100質量部に対して、例えば、10質量部以上、100質量部以下であることが好ましく、40質量部以上、70質量部以下であるとより好ましく、50質量部以上、60質量部以下であるとさらに好ましい。
ゴム組成物は、必要に応じて、さらに、シリカを含むことが好ましい。シリカのBET比表面積は、良好な耐久性能が得られる観点から140m2/g超が好ましく、160m2/g超がより好ましい。一方、良好な低転がり抵抗性が得られる観点からは250m2/g未満が好ましく、220m2/g未満であることがより好ましい。
前記したように、シリカの使用に際しては、シランカップリング剤を併用することも可能である。シランカップリング剤としては、特に限定されず、例えば、ビス(3-トリエトキシシリルプロピル)テトラスルフィド、ビス(2-トリエトキシシリルエチル)テトラスルフィド、ビス(4-トリエトキシシリルブチル)テトラスルフィド、ビス(3-トリメトキシシリルプロピル)テトラスルフィド、ビス(2-トリメトキシシリルエチル)テトラスルフィド、ビス(2-トリエトキシシリルエチル)トリスルフィド、ビス(4-トリメトキシシリルブチル)トリスルフィド、ビス(3-トリエトキシシリルプロピル)ジスルフィド、ビス(2-トリエトキシシリルエチル)ジスルフィド、ビス(4-トリエトキシシリルブチル)ジスルフィド、ビス(3-トリメトキシシリルプロピル)ジスルフィド、ビス(2-トリメトキシシリルエチル)ジスルフィド、ビス(4-トリメトキシシリルブチル)ジスルフィド、3-トリメトキシシリルプロピル-N,N-ジメチルチオカルバモイルテトラスルフィド、2-トリエトキシシリルエチル-N,N-ジメチルチオカルバモイルテトラスルフィド、3-トリエトキシシリルプロピルメタクリレートモノスルフィド、などのスルフィド系、3-メルカプトプロピルトリメトキシシラン、2-メルカプトエチルトリエトキシシラン、Momentive社製のNXT、NXT-Zなどのメルカプト系、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシランなどのビニル系、3-アミノプロピルトリエトキシシラン、3-アミノプロピルトリメトキシシランなどのアミノ系、γ-グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルトリメトキシシランなどのグリシドキシ系、3-ニトロプロピルトリメトキシシラン、3-ニトロプロピルトリエトキシシランなどのニトロ系、3-クロロプロピルトリメトキシシラン、3-クロロプロピルトリエトキシシランなどのクロロ系などがあげられる。これらは、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
ゴム組成物には、上記したカーボンブラック、シリカの他に、タイヤ工業において一般的に用いられている、例えば、グラファイト、炭酸カルシウム、タルク、アルミナ、クレー、水酸化アルミニウム、マイカ等の充填剤をさらに含有してもよい。これらの含有量は、ゴム成分100質量部に対して、例えば、0.1質量部超、200質量部未満である。
ゴム組成物は、変性レゾルシン樹脂、変性フェノール樹脂などの硬化性樹脂成分を含有することが好ましい。これにより、発熱性、破断時伸びを大きく悪化させることなく、スチールコードとの接着性を向上させ、ゴム、モノフィラメントコード(例えば、スチールコード)で大きな反力を発生させ易くすることができる。
ゴム組成物は、加工性(粘着性付与)の観点から、必要に応じて、樹脂成分を含有することが好ましい。樹脂成分は、常温で固体であっても、液体であってもよく、具体的な樹脂成分としては、例えば、ロジン系樹脂、スチレン系樹脂、クマロン系樹脂、テルペン系樹脂、C5樹脂、C9樹脂、C5C9樹脂、アクリル系樹脂などの樹脂が挙げられ、2種以上を併用しても良い。樹脂成分の含有量は、ゴム成分100質量部に対して、2質量部超で、45質量部未満が好ましく、30質量部未満がより好ましい。
ゴム組成物は、有機酸コバルトを含有することが好ましい。有機酸コバルトは、コードとゴムとを架橋する役目を果たすため、この成分を配合することにより、コードとゴムとの接着性を向上させることができる。
ゴム組成物は、必要に応じて、リバージョン(加硫戻り)防止剤を含有していることが好ましい。これにより、リバージョンが抑制されて、耐久性が向上する。リバージョン防止剤の含有量は、ゴム成分100質量部に対して、0.1質量部以上、3質量部以下が好ましく、0.2質量部以上、2.5質量部以下であるとより好ましく、0.3質量部以上、2質量部以下であるとさらに好ましい。なお、具体的なリバージョン防止剤としては、例えばフレクシス社製のパーカリンク900(1,3-ビス(シトラコンイミドメチル)ベンゼン)などを使用できる。
ゴム組成物は、老化防止剤を含むことが好ましい。老化防止剤の含有量は、ゴム成分100質量部に対して、例えば、1質量部超、10質量部未満である。
ゴム組成物は、ステアリン酸を含んでもよい。ステアリン酸の含有量は、ゴム成分100質量部に対して、例えば、0.5質量部超、10.0質量部未満である。ステアリン酸としては、従来公知のものを使用でき、例えば、日油(株)、NOF社、花王(株)、富士フイルム和光純薬(株)、千葉脂肪酸(株)等の製品を使用できる。
ゴム組成物は、酸化亜鉛を含んでもよい。酸化亜鉛の含有量は、ゴム成分100質量部に対して、例えば、0.5質量部超、15質量部未満である。酸化亜鉛としては、従来公知のものを使用でき、例えば、三井金属鉱業(株)、東邦亜鉛(株)、ハクスイテック(株)、正同化学工業(株)、堺化学工業(株)等の製品を使用できる。
ゴム組成物は、硫黄等の架橋剤を含むことが好ましい。架橋剤の含有量は、ゴム成分100質量部に対して、例えば、0.1質量部超、10.0質量部未満である。
ゴム組成物には、前記成分の他、タイヤ工業において一般的に用いられている添加剤、例えば、脂肪酸金属塩、カルボン酸金属塩、有機過酸化物等を更に配合してもよい。これらの添加剤の含有量は、ゴム成分100質量部に対して、例えば、0.1質量部超、200質量部未満である。
前記ゴム組成物は、一般的な方法、例えば、ゴム成分とカーボンブラック等のフィラーとを混練するベース練り工程と、前記ベース練り工程で得られた混練物と架橋剤とを混練する仕上げ練り工程とを含む製造方法により作製される。
ベルト部材は、得られたゴム組成物を、所定の間隔で並列に配置(50本/5cm以上)された補強コード(スチールコードなどのモノフィラメントコード)の両面にトッピングすることにより製造することができる。
本開示のタイヤは、上記で得られたベルト部材を他のタイヤ部材と共に、タイヤ成型機上にて通常の方法で成形することにより、未加硫タイヤとして作製することができる。
V(mm3)={(Dt/2)2-(Dt/2-Ht)2}×π×Wt
WL(kg)=0.000011×V+175
最初に、ベルト用ゴム組成物の製造を行った。
まず、以下に示す各配合材料を準備した。
NR:RSS3
(イ)カーボンブラック-1:キャボットジャパン(株)製のショウブラックN326
(N2SA:78m2/g)
(ロ)カーボンブラック-2:キャボットジャパン(株)製のショウブラックN550
(N2SA:42m2/g)
(ハ)硬化性樹脂成分-1:住友ベークライト(株)製のPR12686
(カシューオイル変性フェノール樹脂)
(ニ)硬化性樹脂成分-2:田岡化学工業(株)製のスミカノール620
(変性レゾルシン樹脂)
(ホ)硬化剤:田岡化学工業(株)製のスミカノール507
(メチレン供与体)
(ヘ)有機酸コバルト:DIC(株)製のDICNATE NBC-2
(ネオデカン酸ホウ素コバルト、コバルト含有量22.5質量%)
(ト)酸化亜鉛:三井金属鉱業(株)製の亜鉛華1号
(チ)老化防止剤-1:大内新興化学工業(株)製のノクラック6C
(N-フェニル-N′-(1,3-ジメチルブチル)-p-フェニレンジアミン)
(リ)老化防止剤-2:川口化学工業(株)製のアンテージRD
(2,2,4-トリメチル-1,2-ジヒドロキノリン)
(ヌ)ステアリン酸:日油(株)製のステアリン酸「椿」
(ル)架橋剤および加硫促進剤、架橋助剤
硫黄:鶴見化学工業(株)製の粉末硫黄
加硫促進剤:大内新興化学工業(株)製のノクセラー NS-P(NS)
(N-tert-ブチル-2-ベンゾチアゾリルスルフェンアミド)
架橋助剤:フレクシス社製のデュラリンクHTS
表1~表4に示す各配合内容に従い、バンバリーミキサーを用いて、硬化剤、硫黄および加硫促進剤以外の材料を150℃の条件下で5分間混練りして、混練物を得た。なお、各配合量は、質量部である。
まず、表1~表4に示す構成およびコード外径(mm)のスチールコードを、表1~表4に示すエンズ(本/5cm)で配列させた後、先に得られたベルト用ゴム組成物をその両面に被覆してベルト部材を作製した。このとき、ベルト部材の厚さ方向中央にスチールコードが配されるように、上下に同量のゴムをトッピングすると共に、加硫後のタイヤにおいて、1組のベルト層間でスチールコードが、表1~4に示す平均距離D(mm)となる様に、厚さを適宜調整した。
その後、各試験用タイヤの断面幅Wt(mm)を求め、「0.31Wt+14.35」、「0.31Wt+56.45」を算出した。そして、隣り合う2本のスチールコードのコード外径(mm)およびエンズe(本/5cm)に基づいて、隣り合う2本のスチールコード間の平均距離L(mm)を算出した。
(1)高速走行時の転がり抵抗の評価
各試験用タイヤを車両(国産のFF車、排気量2000cc)の全輪に装着させて、内圧が250kPaとなるように空気を充填した後、乾燥路面のテストコース上を、100km/hの速度で10km周回した後、アクセルを離し、アクセルをオフにしてから車両が止まるまでの距離を、転がり抵抗として計測した。
転がり抵抗=
[(試験用タイヤの結果)/(比較例1-7または比較例2-7の結果)]
×100
各試験用タイヤを車両(国産のFF車、排気量2000cc)の全輪に装着させて、乾燥路面のテストコース上を、100km/hの速度で走行し、ドライバーが窓際でノイズについて、5段階で官能検査した。
ノイズ性能=
[(比較例1-4または比較例2-4の結果)/(試験用タイヤの結果)]
×100
上記(1)、(2)の評価結果を合計して総合評価とした。
各評価の結果を、表1~表4に示す。
トレッド部およびベルト層を備えた空気入りタイヤであって、
前記ベルト層は、補強コードとして、モノフィラメントコードが使用されており、
前記ベルト層のタイヤ半径方向断面における、タイヤ幅方向5cmあたりの前記モノフィラメントコードの配列本数e(本/5cm)と、正規リムに組み込まれ、内圧を250kPaとした際のタイヤ断面幅Wt(mm)とが、下記(式1)および(式2)を満足しており、
さらに、前記ベルト層において、前記補強コードを被覆しているゴム組成物を、温度:70℃、初期歪:5%、動歪:±1%、周波数:10Hz、変形モード:引張の条件下で測定したときの損失正接(tanδ)と、前記トレッド部における幅方向に隣り合う2本の前記モノフィラメントコード間の平均距離L(mm)とが、下記(式5)を満足することを特徴とする空気入りタイヤである。
e/(0.31Wt+14.35)>1・・・・・・・(式1)
e/(0.31Wt+56.45)<1・・・・・・・(式2)
L×tanδ>0.017・・・・・(式5)
前記タイヤ断面幅Wtが、200mm未満であり、下記(式3)を満足することを特徴とし、本開示(1)に記載の空気入りタイヤである。
e/(0.1924Wt+37.88)>1・・・・・(式3)
前記タイヤ断面幅Wtが200mm未満であり、下記(式4)を満足することを特徴とし、本開示(1)または(2)に記載の空気入りタイヤである。
e/(0.1335Wt+49.644)>1・・・・(式4)
前記タイヤ幅方向5cmあたりの前記モノフィラメントコードの配列本数e(本/5cm)が、80本/5cmよりも多いことを特徴とし、本開示(1)から(3)のいずれかとの任意の組合せの空気入りタイヤである。
前記ベルト層の前記補強コードと、タイヤ周方向に平行な直線とのなす角度が、10°以上、35°以下であることを特徴とし、本開示(1)から(4)のいずれかとの任意の組合せの空気入りタイヤである。
前記ベルト層が少なくとも2層設けられており、
タイヤ半径方向に隣り合う1組のベルト層の少なくとも1組が、0.5mm以下の距離を隔てて配置されていることを特徴とし、本開示(1)から(5)のいずれかとの任意の組合せの空気入りタイヤである。
前記モノフィラメントコードのコード外径が、0.1mm以上、0.5mm以下であることを特徴とし、本開示(1)から(6)のいずれかとの任意の組合せの空気入りタイヤである。
タイヤ周方向に連続して延びる周方向溝をトレッド部に有しており、
前記トレッド部の接地面における前記周方向溝の溝幅L0に対する前記周方向溝の最大の深さの80%の深さにおける溝幅L80の比(L80/L0)が、0.3以上、0.7以下であることを特徴とし、本開示(1)から(7)のいずれかとの任意の組合せの空気入りタイヤである。
タイヤ周方向に連続して延びる複数本の周方向溝をトレッド部に有しており、
前記複数本の周方向溝の断面積の合計が、前記トレッド部の断面積の10%以上、30%以下であることを特徴とし、本開示(1)から(8)のいずれかとの任意の組合せの空気入りタイヤである。
タイヤ軸方向に延びる複数本の横溝をトレッド部に有しており、
前記複数本の横溝の容積の合計が、前記トレッド部の体積の2.0%以上、5.0%以下であることを特徴とし、本開示(1)から(9)のいずれかとの任意の組合せの空気入りタイヤである。
Claims (10)
- トレッド部およびベルト層を備えた空気入りタイヤであって、
前記ベルト層は、補強コードとして、モノフィラメントコードが使用されており、
前記ベルト層のタイヤ半径方向断面における、タイヤ幅方向5cmあたりの前記モノフィラメントコードの配列本数e(本/5cm)と、正規リムに組み込まれ、内圧を250kPaとした際のタイヤ断面幅Wt(mm)とが、下記(式1)および(式2)を満足しており、
さらに、前記ベルト層において、前記補強コードを被覆しているゴム組成物を、温度:70℃、初期歪:5%、動歪:±1%、周波数:10Hz、変形モード:引張の条件下で測定したときの損失正接(tanδ)と、前記トレッド部における幅方向に隣り合う2本の前記モノフィラメントコード間の平均距離L(mm)とが、下記(式5)を満足することを特徴とする空気入りタイヤ。
e/(0.31Wt+14.35)>1・・・・・・・(式1)
e/(0.31Wt+56.45)<1・・・・・・・(式2)
L×tanδ>0.017・・・・・(式5) - 前記タイヤ断面幅Wtが、200mm未満であり、下記(式3)を満足することを特徴とする請求項1に記載の空気入りタイヤ。
e/(0.1924Wt+37.88)>1・・・・・(式3) - 前記タイヤ断面幅Wtが200mm未満であり、下記(式4)を満足することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の空気入りタイヤ。
e/(0.1335Wt+49.644)>1・・・・・(式4) - 前記タイヤ幅方向5cmあたりの前記モノフィラメントコードの配列本数e(本/5cm)が、80本/5cmよりも多いことを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の空気入りタイヤ。
- 前記ベルト層の前記補強コードと、タイヤ周方向に平行な直線とのなす角度が、10°以上、35°以下であることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の空気入りタイヤ。
- 前記ベルト層が少なくとも2層設けられており、
タイヤ半径方向に隣り合う1組のベルト層の少なくとも1組が、0.5mm以下の距離を隔てて配置されていることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の空気入りタイヤ。 - 前記モノフィラメントコードのコード外径が、0.1mm以上、0.5mm以下であることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の空気入りタイヤ。
- タイヤ周方向に連続して延びる周方向溝をトレッド部に有しており、
前記トレッド部の接地面における前記周方向溝の溝幅L0に対する前記周方向溝の最大の深さの80%の深さにおける溝幅L80の比(L80/L0)が、0.3以上、0.7以下であることを特徴とする請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の空気入りタイヤ。 - タイヤ周方向に連続して延びる複数本の周方向溝をトレッド部に有しており、
前記複数本の周方向溝の断面積の合計が、前記トレッド部の断面積の10%以上、30%以下であることを特徴とする請求項1ないし請求項8のいずれか1項に記載の空気入りタイヤ。 - タイヤ軸方向に延びる複数本の横溝をトレッド部に有しており、
前記複数本の横溝の容積の合計が、前記トレッド部の体積の2.0%以上、5.0%以下であることを特徴とする請求項1ないし請求項9のいずれか1項に記載の空気入りタイヤ。
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