JP6819027B1 - 乗用車用空気入りタイヤ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】サイド部を有する空気入りタイヤであって、タイヤ最大幅位置におけるサイド部のカーカスより半径方向外側のゴム層の厚みS(mm)が3mm以下であると共に、ゴム層の70℃、周波数10Hz、初期歪5%、動歪率1%の条件下で測定された損失正接が、0.15以下であり、正規リムに組み込み、内圧を250kPaとした際のタイヤの断面幅をWt(mm)、外径をDt(mm)とし、タイヤが占める空間の体積を仮想体積V(mm3)としたとき、(式1)および(式2)を満足する空気入りタイヤ。
1700≦(Dt2×π/4)/Wt≦2827.4 ・・・・・・(式1)
[(V+1.5×107)/Wt]≦2.88×105 ・・・・・・(式2)
【選択図】なし
Description
サイド部を有する乗用車用空気入りタイヤであって、
タイヤ最大幅位置における前記サイド部のカーカスより半径方向外側のゴム層の厚みS(mm)が3mm以下であると共に、前記ゴム層の70℃、周波数10Hz、初期歪5%、動歪率1%の条件下で測定された損失正接(70℃tanδ)が、0.15以下であり、
正規リムに組み込み、内圧を250kPaとした際のタイヤの断面幅をWt(mm)、外径をDt(mm)とし、タイヤが占める空間の体積を仮想体積V(mm3)としたとき、下記(式1)および(式2)を満足することを特徴とする乗用車用空気入りタイヤである。
1700≦(Dt2×π/4)/Wt≦2827.4 ・・・・・・(式1)
[(V+1.5×107)/Wt]≦2.88×105 ・・・・・・(式2)
下記(式3)を満足することを特徴とする請求項1に記載の乗用車用空気入りタイヤである。
[(V+2.0×107)/Wt]≦2.88×105 ・・・・・・(式3)
下記(式4)を満足することを特徴とする請求項2に記載の乗用車用空気入りタイヤである。
[(V+2.5×107)/Wt]≦2.88×105 ・・・・・・(式4)
扁平率が、40%以上である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項に記載の乗用車用空気入りタイヤである。
扁平率が、45%以上であることを特徴とする請求項4に記載の乗用車用空気入りタイヤである。
扁平率が、50%以上であることを特徴とする請求項5に記載の乗用車用空気入りタイヤである。
下記(式5)を満足す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項に記載の乗用車用空気入りタイヤである。
70℃tanδ×(V/Wt)×S≦80000 ・・・・・・・・(式5)
下記(式6)を満足することを特徴とする請求項7に記載の乗用車用空気入りタイヤである。
70℃tanδ×(V/Wt)×S≦60000 ・・・・・・・・(式6)
下記(式7)を満足することを特徴とする請求項8に記載の乗用車用空気入りタイヤである。
70℃tanδ×(V/Wt)×S≦40000 ・・・・・・・・(式7)
下記(式8)を満足することを特徴とする請求項8に記載の乗用車用空気入りタイヤである。
70℃tanδ×(V/Wt)×S≦35000 ・・・・・・・・(式8)
正規リムに組み込み、内圧を250kPaとした際のタイヤの外径をDt(mm)としたとき、Dtが、685(mm)未満であることを特徴とする請求項1ないし請求項10のいずれか1項に記載の乗用車用空気入りタイヤである。
前記断面幅Wt(mm)が、205mm未満であることを特徴とする請求項1ないし請求項11のいずれか1項に記載の乗用車用空気入りタイヤである。
前記断面幅Wt(mm)が、200mm未満であることを特徴とする請求項12に記載の乗用車用空気入りタイヤである。
最初に、本発明に係るタイヤの特徴について説明する。
本発明に係るタイヤは、タイヤ最大幅位置におけるサイド部のカーカスより半径方向外側のゴム層の厚みS(mm)が3mm以下であると共に、ゴム層の70℃、周波数10Hz、初期歪5%、動歪率1%の条件下で測定された損失正接(70℃tanδ)が、0.15以下であることを特徴としている。
1700≦(Dt2×π/4)/Wt≦2827.4 ・・・・・・(式1)
[(V+1.5×107)/Wt]≦2.88×105 ・・・・・・(式2)
Technical Organisation)であれば「STANDARDS MANUAL」に記載されている“Measuring Rim”、TRA(The Tire and Rim Association, Inc.)であれば「YEAR BOOK」に記載されている“Design Rim”を指す。そして、規格に定められていないタイヤの場合には、リム組み可能であって、内圧が保持できるリム、即ちリム/タイヤ間からエア漏れを生じさせないリムの内、最もリム径が小さく、次いでリム幅が最も狭いものを指す。
V=[(Dt/2)2−{(Dt/2)−Ht}2]×π×Wt
本発明に係るタイヤにおける効果発現のメカニズム、即ち、高速走行時における転がり抵抗が十分に低減され、さらに、耐久性が十分に改善されるメカニズムについては、以下のように推測される。
上記したように、本発明においては、タイヤの断面幅Wt(mm)と外径Dt(mm)とが、1700≦(Dt2×π/4)/Wt≦2827.4(式1)を満足するようにしている。
本発明においては、さらに、サイド部を形成するゴム層について、タイヤ最大幅位置におけるサイド部のカーカスより半径方向外側の厚みS(mm)を3mm以下とすると共に、温度70℃、周波数10Hz、初期歪5%、動歪率1%の条件下で測定された損失正接(70℃tanδ)を、0.15以下としている。
本発明に係るタイヤは、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。
本発明に係るタイヤは、扁平率が40%以上のタイヤであることが好ましい。これにより、サイド部の面積を大きくすることができるため、熱放出性がより向上して、高速走行時における転がり抵抗をさらに低減させると共に、タイヤの耐久性をさらに高めることができる。
(Ht/Wt)×100(%)
サイド部が、分厚く、かつ面積が大きい場合、サイド部の熱放出量よりも発熱量が大きくなる恐れがある。そこで、サイド部の体積に関係する指標である(V/Wt)×Sと、発熱性に関する指標である70℃tanδとの関係について、検討したところ、70℃tanδ×(V/Wt)×S≦80000(式5)を満足していれば、適切に発熱性をコントロールでき、高速走行時における転がり抵抗をさらに低減させると共に、タイヤの耐久性をさらに高めることができることが分かった。
本発明に係るタイヤにおいて、正規リムに組み込み、内圧を250kPaとした際、具体的な外径Dt(mm)としては、例えば、515mm以上であることが好ましく、558mm以上であるとより好ましく、585mm以上であるとさらに好ましく、658mm以上であると特に好ましく、673mm以上であると最も好ましい。一方、843mm未満であることが好ましく、725mm未満であるとより好ましく、707mm未満であるとさらに好ましく、685mm未満であると特に好ましく、655mm未満であると最も好ましい。
以下、実施の形態に基づいて、本発明を具体的に説明する。
本発明に係るタイヤのサイド部を形成するゴム組成物は、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、ブタジエンゴム(BR)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、イソプレン系ゴム、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)を用いることができるが、これらの内でも、ブタジエンゴム(BR)とイソプレン系ゴムとを使用することが好ましい。
ゴム成分100質量部中のBRの含有量は、例えば、耐摩耗性の観点から40質量部以上であることが好ましく、50質量部以上であるとより好ましく、55質量部以上であるとさらに好ましい。一方、高速走行時の転がり抵抗の保持性の観点からは、75質量部以下であることが好ましく、70質量部以下であるとより好ましく、65質量部以下であるとさらに好ましい。
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、良好な高速走行時の低発熱性と耐久性能が得られる観点から、25質量部以上であることが好ましく、30質量部以上であるとより好ましく、35質量部以上であるとさらに好ましい。一方、55質量部以下であることが好ましく、50質量部以下であるとより好ましく、45質量部以下であるとさらに好ましい。
ゴム成分には、必要に応じて、SBRを含有してもよい。このとき、ゴム成分100質量部中のSBRの含有量は、例えば、1質量部以上、100質量部未満である。5質量部超であるとより好ましく、15質量部超であるとさらに好ましく、25質量部超であると特に好ましい。一方、65質量部未満であることが好ましく、55質量部未満であるとより好ましく、45質量部未満であるとさらに好ましく、35質量部未満であると特に好ましい。
また、その他のゴム成分として、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。
(a)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、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。
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、30質量部以上、70質量部以下であるとより好ましく、40質量部以上、50質量部以下であるとさらに好ましい。これにより、タイヤの耐亀裂成長性、耐久性、耐紫外線劣化性などを向上させることができる。
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、良好な高速走行時の転がり抵抗性を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。また、ゴム成分100質量部に対する前記シリカの含有量は、良好な耐久性能を得る観点から35質量部超が好ましく、40質量部超がより好ましく、45質量部超がさらに好ましい。一方、良好な高速走行時の転がり抵抗性を得る観点からは、70質量部未満が好ましく、65質量部未満がより好ましく、60質量部未満がさらに好ましい。なお、上記したBET比表面積は、ASTM D3037−93に準じてBET法で測定されるN2SAの値である。
ゴム組成物は、前記したように、シリカと共にシランカップリング剤を含むことが好ましい。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、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、オイル(伸展油を含む)や液状ゴム等を軟化剤として含んでもよい。これらの合計含有量は、ゴム成分100質量部に対して、例えば、5質量部超が好ましく、10質量部超がより好ましく、12質量部超がさらに好ましい。また、30質量部未満が好ましく、20質量部未満がより好ましく、17質量部未満がさらに好ましい。なお、オイルの含有量には、ゴム(油展ゴム)に含まれるオイルの量も含まれる。
ゴム組成物は、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、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、アクリル系樹脂等の樹脂成分が挙げられ、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、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、10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、ワックスを含むことが好ましい。ワックスの含有量は、ゴム成分100質量部に対して、例えば、0.5〜20質量部、好ましくは1.0〜15質量部、より好ましくは1.5〜10質量部である。
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。
本発明のタイヤは、前記仕上げ練り工程を経て得られた未加硫ゴム組成物を用いて通常の方法で製造される。すなわち、未加硫ゴム組成物を、サイドウォールの形状にあわせて押出し加工し、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、まず、未加硫タイヤを作製する。
本実験においては、175サイズのタイヤを作製し、評価した。
最初に、サイド部を形成する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。
(イ)NR:TSR20
(ロ)BR−1:宇部興産(株)製のUBEPOL−BR150B
(シス含量:97質量%)
(ハ)BR−2:日本ゼオン(株)製のNipol−BR1250H
(スズ末端変性BR、シス含量:40質量%)
(ニ)BR−3:宇部興産(株)製のUBEPOL VCR617
(シス含量:98質量%)
(イ)カーボンブラック:キャボットジャパン(株)製のショウブラックN550
(N2SA:42m2/g)
(ロ)オイル:(株)ジャパンエナジー製のプロセスX−140
(ハ)ステアリン酸:日油(株)製のステアリン酸「椿」
(ニ)酸化亜鉛:三井金属鉱業社製の亜鉛華1号
(ホ)ワックス:大内新興化学(株)製のサンノックワックス
(ヘ)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)
(ト)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)
(チ)架橋剤および加硫促進剤
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
(N−tert−ブチル−2−ベンゾチアゾリルスルフェンアミド)
表1および表2に示す各配合内容に従い、バンバリーミキサーを用いて、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。
得られたゴム組成物を用いて、表1および表2に示す厚みS(mm)にサイド部材を成形し、他のタイヤ部材と共に貼り合わせて未加硫タイヤを形成し、170℃の条件下で10分間プレス加硫して、サイズが175タイプの各試験用タイヤ(実施例1−1〜実施例1−5および比較例1−1〜比較例1−5)を製造した。
その後、各試験用タイヤの外径Dt(mm)、断面幅Wt(mm)、断面高さHt(mm)、扁平率(%)を求めるとともに、仮想体積V(mm3)を求めた。併せて、各試験用タイヤのサイド部のゴム層から、タイヤ周方向が長辺となるように、長さ20mm×幅4mm×厚さ1mmで切り出して粘弾性測定用ゴム試験片を作製し、各ゴム試験片について、GABO社製のイプレクサーシリーズを用いて、70℃、初期歪5%、動歪1%、周波数10Hzの条件下でtanδ(70℃tanδ)を測定した。結果を、表1および表2に示す。
(1)高速走行時における転がり抵抗の評価
各試験用タイヤを車輌(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、高速走行時における転がり抵抗として計測した。
転がり抵抗=[(試験用タイヤの計測結果)/(比較例1−5の計測結果)]×100
各試験用タイヤを車輌(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、過積載状態にて、乾燥路面のテストコース上を、50km/hの速度で10周走行し、80km/hの速度で路面に設けた凹凸に乗り上げる動きを繰り返し行った。そして、再度、50km/hの速度で周回を行い、その後、速度を徐々に上げて、ドライバーが異変を感じた時点における速度を計測した。
耐久性=[(試験用タイヤの計測結果)/(比較例1−5の計測結果)]×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および表2に示す。
本実験においては、195サイズのタイヤを作製し、評価した。
本実験においては、225サイズのタイヤを作製し、評価した。
実験1〜3の結果(表1〜表6)より、175サイズ、195サイズ、225サイズ、いずれのサイズのタイヤにおいても、上記した(式1)および(式2)が満たされている場合、高速走行時における転がり抵抗が十分に低減され、さらに、耐久性が十分に改善された乗用車用空気入りタイヤを提供できることが分かる。
次に、仮想体積Vと断面幅Wtの関係性に大きな差がない3種類(実施例4−1〜実施例4−3)のタイヤを、同じ配合で作製し、同様に評価した。なお、ここでは、上記した高速走行時における転がり抵抗および耐久性の評価に加えて、乗り心地についても評価した。
乗り心地=[(試験用タイヤの評価合計点)/(実施例4−3の評価合計点)]×100
Claims (13)
- サイド部を有する乗用車用空気入りタイヤであって、
タイヤ最大幅位置における前記サイド部のカーカスより半径方向外側のゴム層の厚みS(mm)が3mm以下であると共に、前記ゴム層の70℃、周波数10Hz、初期歪5%、動歪率1%の条件下で測定された損失正接(70℃tanδ)が、0.15以下であり、
正規リムに組み込み、内圧を250kPaとした際のタイヤの断面幅をWt(mm)、外径をDt(mm)とし、タイヤが占める空間の体積を仮想体積V(mm3)としたとき、下記(式1)および(式2)を満足することを特徴とする乗用車用空気入りタイヤ。
1700≦(Dt2×π/4)/Wt≦2827.4 ・・・・・・(式1)
[(V+1.5×107)/Wt]≦2.88×105 ・・・・・・(式2) - 下記(式3)を満足することを特徴とする請求項1に記載の乗用車用空気入りタイヤ。
[(V+2.0×107)/Wt]≦2.88×105 ・・・・・・(式3) - 下記(式4)を満足することを特徴とする請求項2に記載の乗用車用空気入りタイヤ。
[(V+2.5×107)/Wt]≦2.88×105 ・・・・・・(式4) - 扁平率が、40%以上である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項に記載の乗用車用空気入りタイヤ。
- 扁平率が、45%以上であることを特徴とする請求項4に記載の乗用車用空気入りタイヤ
- 扁平率が、50%以上であることを特徴とする請求項5に記載の乗用車用空気入りタイヤ。
- 下記(式5)を満足す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項に記載の乗用車用空気入りタイヤ。
70℃tanδ×(V/Wt)×S≦80000 ・・・・・・・・(式5) - 下記(式6)を満足することを特徴とする請求項7に記載の乗用車用空気入りタイヤ。
70℃tanδ×(V/Wt)×S≦60000 ・・・・・・・・(式6) - 下記(式7)を満足することを特徴とする請求項8に記載の乗用車用空気入りタイヤ。
70℃tanδ×(V/Wt)×S≦40000 ・・・・・・・・(式7) - 下記(式8)を満足することを特徴とする請求項8に記載の乗用車用空気入りタイヤ。
70℃tanδ×(V/Wt)×S≦35000 ・・・・・・・・(式8) - 正規リムに組み込み、内圧を250kPaとした際のタイヤの外径をDt(mm)としたとき、Dtが、685(mm)未満であることを特徴とする請求項1ないし請求項10のいずれか1項に記載の乗用車用空気入りタイヤ。
- 前記断面幅Wt(mm)が、205mm未満であることを特徴とする請求項1ないし請求項11のいずれか1項に記載の乗用車用空気入りタイヤ。
- 前記断面幅Wt(mm)が、200mm未満であることを特徴とする請求項12に記載の乗用車用空気入りタイヤ。
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