JP7243036B2

JP7243036B2 - 空気入りタイヤ

Info

Publication number: JP7243036B2
Application number: JP2018083001A
Authority: JP
Inventors: 慶介相武
Original assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Current assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Priority date: 2018-04-24
Filing date: 2018-04-24
Publication date: 2023-03-22
Anticipated expiration: 2038-04-24
Also published as: JP2019188985A

Description

本発明は、加工性およびユニフォミティを従来レベル以上に向上させた空気入りタイヤに関する。

空気入りタイヤのビードコアは、ビードインシュレーションゴムで被覆されたビードワイヤ（スチールコード）が、タイヤ周方向に巻回されて構成されることが多い。ビードインシュレーションゴムは、空気入りタイヤを加硫成形するとき、膨径や金型内面へ押圧等を受けると、加熱に伴う低粘度化により流動しやすくなり、積層されたビードワイヤがばらけ、タイヤのユニフォミティや耐久性に影響を及ぼすことがある。このため、ビードインシュレーションゴムは、粘度が高く、加硫成形時に流動しないことが求められる。一方、ビードインシュレーションゴムの粘度が高いと、ビードワイヤを被覆する押出し成形が困難になり、薄くて均質な被覆ゴム層を形成することができず、この場合にもユニフォミティや耐久性に影響を及ぼすことが懸念される。このように、ビードインシュレーションゴムには、ビードワイヤを被覆成形するときと、空気入りタイヤを加硫成形するときとで、相反する粘度特性が求められる。

特許文献１は、カーボンブラックおよび無機充填剤を配合したゴム組成物に、特定の被覆シリカを配合することにより、弾性率および破断伸びを改良することを記載する。しかし、特許文献１に記載されたゴム組成物では、上述した押出し成形および加硫成形の加工性を両立させることができず、それに伴いユニフォミティや耐久性を必ずしも十分に改良することが困難であった。

特開２０１３－４３９１５号公報

本発明の目的は、加工性に優れ高品質で安定的な生産が可能であり、かつユニフォミティおよび耐久性を従来レベル以上に向上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、一対のビードコア間にトロイダル状に跨るカーカス層を有し、前記ビードコアがビードインシュレーションゴムで被覆されたビードワイヤを積層させてなる空気入りタイヤであって、前記ビードインシュレーションゴムを形成するゴム組成物のせん断速度３０（１／ｓｅｃ）での粘度をＶａ（ｋＰａ・ｓｅｃ）、せん断速度３００（１／ｓｅｃ）での粘度をＶｂ（ｋＰａ・ｓｅｃ）とするとき、粘度ＶａおよびＶｂが下記式（１）～（３）を満たすと共に、前記ゴム組成物が、天然ゴムまたはイソプレンゴムを５０～９０質量％、スチレンブタジエンゴムを１０～５０質量％含むジエン系ゴム１００質量％からなるジエン系ゴム１００質量部に対し、カーボンブラックを８０質量部以上１２５質量部以下、シリカを２０質量部以上配合し、前記カーボンブラックおよびシリカの合計が１００～１５５質量部であることを特徴とする。
Ｖａ≧３０（１）
Ｖｂ≦１２（２）
Ｖｂ／Ｖａ≦０．２８（３）

本発明の空気入りタイヤは、ビードインシュレーションゴムを形成するゴム組成物の粘度が、ビードワイヤを被覆する押出し成形時の高せん断下での粘度Ｖｂを低くし、加硫成形時の低せん断下での粘度Ｖａを高くするようにしたので、加工性に優れ高品質で安定的な生産が可能であり、かつユニフォミティおよび耐久性を従来レベル以上に向上させることができる。

空気入りタイヤの実施形態を例示する子午線方向断面図である。

空気入りタイヤは、図１に例示するように、タイヤ周方向に延在して環状をなすトレッド部１と、トレッド部１の両側に配置された一対のサイドウォール部２と、サイドウォール部２のタイヤ径方向内側に配置された一対のビード部３とを備えている。ビード部３には環状のビードコア５が埋設されており、そのビードコア５の外周上に断面三角形状のゴム組成物からなるビードフィラー６が配置されている。一対のビードコア５間にトロイダル状に跨るカーカス層４が装架され、トレッド部１におけるカーカス層４の外周側には複数層のベルト層７が埋設されている。これらベルト層７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７の外周側には、補強コードをタイヤ周方向に配列したベルトカバー層８が配置されている。

ビードコア５は、スチールコードからなるビードワイヤを、ビードインシュレーションゴムで被覆し、タイヤ周方向に巻回し積層することにより形成される。ビードコアの性能をより優れたものにするため、ビードワイヤにビードインシュレーションゴムを薄く均一に被覆するように押出し成形し、巻回した積層体の形状を整えることが求められる。ビードワイヤを薄く均一に被覆するには、ビードインシュレーションゴムを構成するゴム組成物の粘度が低い方が有利である。ゴム組成物の粘度が高いと、被覆ゴムの厚さが斑になりやすく、穴あき等が生じる虞がある。被覆ゴムの厚さに斑があると、ビードコアを設計通りの形状に作製するのが困難になり、ユニフォミティやタイヤ耐久性に影響を及ぼすことが懸念される。

一方、空気入りタイヤを加硫成形するとき、加熱してから加硫が始まるまでの間、ゴム組成物の温度は高くなり、粘度が低くなるので、外力が負荷されると流動しやすくなる。例えば、加硫成形が開始されると、未加硫タイヤの内腔に挿入されたブラダーが膨径することにより、未加硫タイヤが加硫金型の内面に押圧され、未加硫タイヤが加圧加熱される。未加硫タイヤのトレッド部やサイドウォール部を構成するゴム組成物は、加熱により粘度が低くなり、加硫金型の内周面とブラダーの外周面との間を隙間なく埋めるように流動した後、加硫する。一方、ビード部は、加硫成形時に外力を受けてもビードコアの形状を保持することが求められる。加硫成形時の外力により、ビードワイヤの積層構造が崩れてしまうと、ユニフォミティやタイヤ耐久性が低下したり、タイヤ故障の原因となる恐れがある。

本発明の空気入りタイヤは、ビードインシュレーションゴムを形成するゴム組成物が、ビードワイヤを被覆する押出し成形時の高せん断下での粘度Ｖｂを低くすることにより、ビードインシュレーションゴムを薄く均一に被覆する加工性に優れ高品質なビードコアを安定的な作製することができる。また、加硫成形時の低せん断下での粘度Ｖａを高くすることにより、加硫成形時のビードコアのばらけを抑制し、ユニフォミティおよび耐久性を従来レベル以上に向上させることができる。

ビードインシュレーションゴムを形成するゴム組成物のせん断速度３０（１／ｓｅｃ）での粘度をＶａ（ｋＰａ・ｓｅｃ）、せん断速度３００（１／ｓｅｃ）での粘度をＶｂ（ｋＰａ・ｓｅｃ）とするとき、粘度ＶａおよびＶｂが下記式（１）～（３）を満たすことが必要である。
Ｖａ≧３０（１）
Ｖｂ≦１２（２）
Ｖｂ／Ｖａ≦０．２８（３）

ゴム組成物のせん断速度３０（１／ｓｅｃ）での粘度Ｖａは、３０ｋＰａ・ｓｅｃ以上であり、好ましくは４０～７０ｋＰａ・ｓｅｃ、より好ましくは４５～６０ｋＰａ・ｓｅｃである。せん断速度３０（１／ｓｅｃ）の粘度Ｖａが３０ｋＰａ・ｓｅｃ未満であると、加硫成形時にビードコアの積層構造が崩れやすくなり、ユニフォミティやタイヤ耐久性が低下する。

ゴム組成物のせん断速度３００（１／ｓｅｃ）での粘度Ｖｂは、１２ｋＰａ・ｓｅｃ以下であり、好ましくは３～１１ｋＰａ・ｓｅｃ、より好ましくは７～１０ｋＰａ・ｓｅｃである。せん断速度３００（１／ｓｅｃ）の粘度Ｖｂが１２ｋＰａ・ｓｅｃを超えると、ビードワイヤを被覆する押出し成形時に、ビードインシュレーションゴムを薄く均一に被覆するのが困難になり、巻回したビードワイヤを積層し、設計通りの形状にするのが難しく、結果としてユニフォミティやタイヤ耐久性が低下する。

ゴム組成物の粘度ＶｂおよびＶａの比Ｖｂ／Ｖａは、０．２８以下であり、好ましくは０．０５～０．２４、より好ましくは０．１０～０．２０である。粘度の比Ｖｂ／Ｖａが０．２８を超えると、ビードワイヤを被覆する押出し成形時の加工性および加硫成形時のビードコアの形状保持性を兼備することができない。

ゴム組成物のせん断速度３０および３００（１／ｓｅｃ）における粘度ＶａおよびＶｂ（ｋＰａ・ｓｅｃ）は、各せん断速度におけるせん断応力との比より算出されるキャピラリーせん断溶融粘度により求められる。キャピラリーせん断溶融粘度は、例えば株式会社東洋精機製作所製キャピラリーレオメータ「キャピログラフ１Ｃ」を使用し、温度９０℃、保持時間５分で、直径１．５ｍｍ、長さ１．５ｍｍのオリフィスを使用して、せん断速度３０および３００（１／ｓｅｃ）の溶融粘度ＶａおよびＶｂ（ｋＰａ・ｓｅｃ）を測定することができる。

ビードインシュレーションゴムを構成するゴム組成物において、ジエン系ゴムは、天然ゴムまたはイソプレンゴムと、スチレンブタジエンゴムとからなる。天然ゴムおよびイソプレンゴムの含有量は、ジエン系ゴム１００質量％中、好ましくは５０～９０質量％、より好ましくは５５～８５質量％、更に好ましくは６０～８２質量％である。天然ゴムおよびイソプレンゴムの含有量を５０～９０質量％にすることにより、押出し成形性および加硫時のビードコアの形状保持性を両立しやすくなる。

スチレンブタジエンゴムの含有量は、ジエン系ゴム１００質量％中、好ましくは１０～５０質量％、より好ましくは１５～４５質量％、更に好ましくは１８～４０質量％である。スチレンブタジエンゴムの含有量を１０～５０質量％にすることにより、押出し成形性および加硫時のビードコアの形状保持性を両立しやすくなる。

ゴム組成物は、ジエン系ゴム１００質量部に対し、カーボンブラックを好ましくは８０質量部以上、より好ましくは８０～１４０質量部、更に好ましくは９０～１２５質量部配合するとよい。カーボンブラックが８０質量部以上であると、せん断速度３０（１／ｓｅｃ）での粘度Ｖａ（ｋＰａ・ｓｅｃ）を適正な範囲内にするのが容易になり、加硫成形時におけるビードコアの形状保持性が優れる。

カーボンブラックの窒素吸着比表面積Ｎ₂ＳＡは、好ましくは３０～８０ｍ²/ｇであり、より好ましくは３０～５０ｍ²/ｇである。カーボンブラックの窒素吸着比表面積をこのような範囲にすることにより、押出成型加工性とユニフォミティを両立することができる。本明細書においてカーボンブラックのＮ₂ＳＡは、ＪＩＳＫ６２１７－７に準拠して、測定するものとする。

ゴム組成物は、ジエン系ゴム１００質量部に対し、無機充填剤を好ましくは２０質量部以上、より好ましくは２０～８０質量部、更に好ましくは３０～６５質量部配合するとよい。無機充填剤が２０質量部以上であると、せん断速度３００（１／ｓｅｃ）での粘度Ｖｂ（ｋＰａ・ｓｅｃ）を適正な範囲内にするのが容易になり、押出し成形性が優れる。

無機充填剤として、例えばシリカ、クレー、タルク、マイカ、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、層状又は板状粘土鉱物、アルミナ、水酸化アルミニウム、酸化チタン、硫酸カルシウムなどを挙げることができる。なかでもシリカ、クレー、炭酸カルシウム等が好ましい。これら無機充填剤のうち１種を単独で用いても、２種以上を併用してもよい。なお、本明細書において、カーボンブラックは無機充填剤に該当しないものとする。

シリカの窒素吸着比表面積Ｎ₂ＳＡは、好ましくは７０～３００ｍ²/ｇであり、より好ましくは７０～２００ｍ²/ｇである。シリカの窒素吸着比表面積をこのような範囲にすることにより、押出成型加工性とユニフォミティを両立することができる。本明細書においてシリカのＮ₂ＳＡは、ＪＩＳＫ６２１７－７に準拠して、測定するものとする。

無機充填剤およびカーボンブラックの配合量の合計は、ジエン系ゴム１００質量部に対し、好ましくは１００～１６０質量部、より好ましくは１２０～１５５質量部にするとよい。無機充填剤およびカーボンブラックの合計を１００質量部以上にすることにより、押出成型加工性を良化することができ好ましい。また１６０質量部以下にすることにより、タイヤ耐久性を良化することができ好ましい。

ゴム組成物は、有機酸コバルト塩を含有することができる。有機酸として、例えば炭素数６～２４の飽和脂肪酸、不飽和脂肪酸が挙げられ、直鎖状、分岐鎖状のいずれでもよい。有機酸として、例えばステアリン酸、ナフテン酸、オレイン酸、ラウリン酸、リノール酸、ネオデカン酸、ロジン酸、等が挙げられ、好ましくはステアリン酸、ナフテン酸である。有機酸コバルト塩は、ホウ素を含有してもよく、例えば、Ｒｈｏｄｉａ社製マノボンドＣ２２．５及びマノボンド６８０Ｃ、Ｊｈｅｐｈｅｒｄ社製ＣｏＭｅｎｄＡ及びＣｏＭｅｎｄＢ、大日本インキ化学工業社製ＤＩＣＮＡＴＥＮＢＣ－ＩＩ等を例示することができる。

有機酸コバルト塩は、ジエン系ゴム１００質量部に対し、コバルト量が好ましくは０．０５～０．５質量部、より好ましくは０．１～０．４質量部、更に好ましくは０．１５～０．３質量部になるように配合するとよい。コバルトとしての配合量が０．０５質量部未満の場合、スチールコードとの接着性が悪化する虞がある。また、コバルト量が０．５質量部を超えるとスチールコードに対する耐水接着性が低下すると共に、硬度、破断強度を含む機械的物性が低下する虞がある。

ゴム組成物には、加硫剤又は架橋剤、加硫促進助剤、老化防止剤、素練促進剤、各種オイル、可塑剤などのタイヤ用ゴム組成物に一般的に使用される各種添加剤を配合することができ、かかる添加剤は一般的な方法で混練してゴム組成物とし、加硫又は架橋するのに使用することができる。これらの添加剤の配合量は本発明の目的に反しない限り、従来の一般的な配合量とすることができる。ゴム組成物は、通常のゴム用混練機械、例えば、バンバリーミキサー、ニーダー、ロール等を使用して、上記各成分を混合することによって製造することができる。

上述したゴム組成物をビードインシュレーションゴムに使用した空気入りタイヤは、ビードワイヤ（スチールコード）にビードインシュレーションゴムを被覆する押出成形性に優れ、薄く均一に被覆することによりビード部のユニフォミティおよび耐久性を従来レベル以上に向上することができる。さらに加硫成形時に積層されたビードワイヤの形状が崩れるのを抑制するので、空気入りタイヤのユニフォミティおよび耐久性を更に優れたものにすることができる。

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１に示す配合からなる７種類のゴム組成物（実施例１～３、比較例１～４）を調製するに当たり、それぞれ硫黄及び加硫促進剤を除く成分を秤量し、１.７Ｌ密閉式バンバリーミキサーで５分間混練した後、そのマスターバッチを放出し室温冷却した。このマスターバッチを１.７Ｌ密閉式バンバリーミキサーに供し、硫黄及び加硫促進剤を加え、混合しゴム組成物を得た。無機充填剤およびカーボンブラックの配合量の合計を、表の中段の「カーボンブラックと無機充填剤の合計」の括弧内に記した。

上記で得られたゴム組成物について、粘度Ｖａおよび粘度Ｖｂを以下の方法で測定した。
株式会社東洋精機製作所製キャピラリーレオメータ「キャピログラフ１Ｃ」を使用し、温度９０℃、保持時間５分で、直径１．５ｍｍ、長さ１．５ｍｍのオリフィスを使用して、せん断速度３０および３００（１／ｓｅｃ）の溶融粘度ＶａおよびＶｂ（ｋＰａ・ｓｅｃ）を測定した。得られた結果は、表１の「粘度Ｖａ」および「粘度Ｖｂ」に記載した。また粘度の比Ｖｂ／Ｖａを算出し、「粘度の比Ｖｂ／Ｖａ」の欄に記載した。

上記で得られたゴム組成物について、押出成形性、ビードコアの形状保持性、ユニフォミティおよびタイヤ耐久性の評価を行った。

押出成形性
得られたゴム組成物を使用し、ビードワイヤ（直径１．５５ｍｍ）への被覆を押出成形（引き取り速度１００ｍ／分）により行った。被覆されたビードインシュレーションゴムの厚さの均一性、穴あきの有無等を目視評価し、１～６の点数をつけた。得られた結果を、表１の「押出成形性」の欄に示した。この点数が大きいほど押出成形性が優れることを意味し、点数が４以上であればよい。

ビードコアの形状保持性
得られたゴム組成物を使用し、ビードワイヤへの被覆成形を行い、巻回し積層することによりビードコアを作製し、これを備えた空気入りタイヤ（サイズ２９５/７５Ｒ２２．５）を加硫成形した。得られた空気入りタイヤのビード部を切りだし、ビードコアの断面形状を観察し、１～６の点数をつけた。得られた結果を、表１の「ビードコア形状保持性」の欄に示した。この点数が大きいほど押出成形性が優れることを意味し、点数が４以上であればよい。

ユニフォミティ
得られたゴム組成物を使用し、ビードワイヤへの被覆成形を行い、巻回し積層することによりビードコアを作製し、これを備えた空気入りタイヤ（サイズ１１Ｒ２２．５）を加硫成形した。得られた空気入りタイヤをＪＡＴＭＡで規定される規定リムにリム組みし、空気圧２００ｋＰａとして、ユニフォミティ測定試験装置によりラジアル・フォース・バリエーション（ＲＦＶ）を計測した。但し、測定条件はＪＡＳＯ規格に準拠した。得られた結果は、比較例１の値を１００とする指数として表１の「ユニフォミティ」の欄に記載した。

タイヤ耐久性
得られたゴム組成物を使用し、ビードワイヤへの被覆成形を行い、巻回し積層することによりビードコアを作製し、これを備えた空気入りタイヤ（サイズ１１Ｒ２２．５）を加硫成形した。得られたタイヤをＪＡＴＭＡで規定される規定リムにリム組みし、規定内圧に調整した。このタイヤを、ドラム径１７０７ｍｍで、ＪＩＳＤ４２３０に準拠する室内ドラム試験機にかけて、規定内圧の１４０％、速度４５ｋｍ／時の条件で、ビード部が破壊するまでの走行距離を測定した。得られた結果は、比較例１の値を１００とする指数として表１の「タイヤ耐久性」の欄に記載した。

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、ＳＴＲ－２０
・ＩＲ：イソプレンゴム、日本ゼオン社製ＮｉｐｏｌＩＲ２２００
・ＳＢＲ：スチレンブタジエンゴム、日本ゼオン社製Ｎｉｐｏｌ１５０２
・カーボンブラック：新日化社製ニテロン＃ＧＮ（ＧＰＦ）、窒素吸着比表面積が３５ｍ²／ｇ
・無機充填剤：シリカ、ＥＶＯＮＩＫＵＮＩＴＥＤＳＩＬＩＣＡＩＮＤＵＳＴＲＩＡＬＬＴＤ．製ＵｌｔｒａｓｉｌＶＮ３ＧＲ、窒素吸着比表面積が１７０ｍ²／ｇ
・アロマオイル：昭和シェル石油社製エキストラクト４号Ｓ
・亜鉛華：正同化学工業社製酸化亜鉛３種
・ステアリン酸：ＮＯＦコーポレーション社製ステアリン酸ＹＲ
・有機酸Ｃｏ塩：ネオデカン酸ホウ酸コバルト、ＤＩＣＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ社製ＤＩＣＮＡＴＥＮＢＣ－ＩＩ（コバルト含量２２．２質量％）
・硫黄：軽井沢製錬所社製油処理イオウ
・加硫促進剤：Ｎ，Ｎ－ジシクロヘキシル－１，３－ベンゾチアゾール－２－スルフェンアミド、大内新興化学社製ノクセラーＤＺ

表１から明らかなように実施例１～３の空気入りタイヤは、押出成形性、加硫成形時のビードコアの形状保持性、ユニフォミティおよびタイヤ耐久性に優れることが確認された。

比較例１の空気入りタイヤは、ゴム組成物の粘度Ｖｂが１２ｋＰａ・ｓｅｃを超え、粘度の比Ｖｂ／Ｖａが０．２８を超えるので、押出成形性が劣る。またユニフォミティおよびタイヤ耐久性が、押出成形での均一性に欠けるため劣る。
比較例２の空気入りタイヤは、ゴム組成物の粘度Ｖａが３０ｋＰａ・ｓｅｃ未満であるので、ビードコアの形状保持性が劣る。またユニフォミティおよびタイヤ耐久性が、加硫時のビードコア形状が崩れるため劣る。
比較例３の空気入りタイヤは、ゴム組成物の粘度Ｖｂが１２ｋＰａ・ｓｅｃを超えるので、押出成形性が劣る。またユニフォミティおよびタイヤ耐久性が、押出成形での均一性に欠けるため劣る。
比較例４の空気入りタイヤは、粘度の比Ｖｂ／Ｖａが０．２８を超えるので、押出成形性およびビードコアの形状保持性が劣る。またユニフォミティおよびタイヤ耐久性が、押出成形での均一性に欠け、加硫時のビードコア形状が崩れるため劣る。

Claims

一対のビードコア間にトロイダル状に跨るカーカス層を有し、前記ビードコアがビードインシュレーションゴムで被覆されたビードワイヤを積層させてなる空気入りタイヤであって、前記ビードインシュレーションゴムを形成するゴム組成物のせん断速度３０（１／ｓｅｃ）での粘度をＶａ（ｋＰａ・ｓｅｃ）、せん断速度３００（１／ｓｅｃ）での粘度をＶｂ（ｋＰａ・ｓｅｃ）とするとき、粘度ＶａおよびＶｂが下記式（１）～（３）を満たすと共に、前記ゴム組成物が、天然ゴムまたはイソプレンゴムを５０～９０質量％、スチレンブタジエンゴムを１０～５０質量％含むジエン系ゴム１００質量％からなるジエン系ゴム１００質量部に対し、カーボンブラックを８０質量部以上１２５質量部以下、シリカを２０質量部以上配合し、前記カーボンブラックおよびシリカの合計が１００～１５５質量部であることを特徴とする空気入りタイヤ。
Ｖａ≧３０（１）
Ｖｂ≦１２（２）
Ｖｂ／Ｖａ≦０．２８（３）