高性能な低燃費タイヤの開発　No.003

背景
　自動車の燃費の向上にはタイヤの燃費性能が大きく効いてきます。ところが、タイヤは路面に接触して変形し、エネルギーロスすることでグリップ性能を生みだし、安全な走行を実現しているのです。
　一般にタイヤの主材料はゴムですが、これにカーボンやシリカなどのナノ粒子を加えると、強度が増し、変形に強い高グリップなタイヤの開発が可能になります。しかし、グリップ性能を上げるとエネルギーロスが増大し、燃費性能は低下します。
これは、ゴム中のナノ粒子が凝集してネットワーク構造をつくっているためではないかと考えられてきましたが、そのサブマイクロメートル領域の構造を調べる手法がありませんでした。

成果の詳細
　まず、SPring-8の高輝度・高平行なX線を利用して、 サブマイクロメートル領域の測定ができる「時分割二次元極小角X線散乱法（2D-USAXS）」を開発し、ゴム中のシリカ粒子がつくるネットワーク構造をその場観察しました。また、ナノメートル領域で分子レベルの測定を行い、２つのデータからシリカのネットワーク構造の中で、摩擦力を大きくして燃費性能を下げている部分が明らかになりました。
　こうした実験に加えて、ネットワーク構造の時間変化を追えるシミュレーション結果を反映した分子設計をおこない、シリカ粒子が分散した構造をもつ新材料を開発。グリップ性能、燃費性能ともに優れた高性能タイヤが誕生しました。

従来のタイヤはオレンジ、黄色の部分が多く、温度の高いことがわかります。温度の低い新製品のほうが燃費性能に優れていることが見てとれます。

タイヤのゴムは、合成ゴムと天然ゴム、補強材から成り立っています。従来のタイヤ（上）では、それらの結合部分が少なく、それが発熱の原因になっていました。また、シリカが凝集してネットワーク構造をつくっています。新製品（下）では、合成ゴムに「両端末マルチ変性ポリマー」を採用。
ポリマーの端に導入した変性基と新しい結合剤の働きで、シリカとポリマーの結合力が向上し、シリカの分散性が増しています。