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2018年6月25日【テクノロジー】

ブリヂストン、タフポリマー応用のゴム複合体を開発

NEXT MOBILITY編集部

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ブリヂストンは、産官学連携の革新的研究開発推進プログラム(ImPACT)の「超薄膜化・強靭化『しなやかなタフポリマー』の実現」の一環「タイヤ薄ゲージ化プロジェクト」で、低燃費性と高破壊強度を両立したゴム複合体を開発した。

 

研究は、北海道大学、東京大学、京都工芸繊維大学、理化学研究所、九州大学、お茶の水女子大学、名古屋大学、東京工業大学らと共同で行われた。

ブリヂストン・ロゴ

<研究の背景と経緯>

 

環境への関心が高まる中、自動車においても、省資源化や低燃費性能の向上が求められている。

 

タイヤ業界では、タイヤの低燃費性能の向上のために、ゴム材料の転がり抵抗の低減に関する研究開発が、また、タイヤの省資源化や低燃費性能の向上のために、タイヤの構成部材をより薄くするための取り組みが行われている。

 

タイヤの構成部材をより薄くできれば、省資源化や低燃費性能の向上だけでなく、生産時の消費エネルギーの低減、さらには廃棄時の廃棄物量の削減など、タイヤのライフサイクル全般に渡るメリットがあるが、一般的には、ゴムを薄くすれば耐久性は低下する。

 

同プロジェクトでは、耐久性を維持したままタイヤの各部位をより薄くするための、既存技術の枠を超えた強靭なゴム材料(※1)を開発している。

 

<研究の内容>

 

ゴムには、破断・摩耗・引裂きなど、多岐にわたる強度特性があるが、き裂の発生とその成長(き裂進展)の抑制で、これら強度特性の向上が可能だと考えられている。

 

(左)図1:ゴムの強度測定方法の概念図(1)。(右)図2:ゴムの強度測定方法の概念図(2)

(左)図1:ゴムの強度測定方法の概念図(1)。(右)図2:ゴムの強度測定方法の概念図(2)

 

 

プロジェクトでは、ブリヂストンが培ってきたゴム材料に関する技術や知見を基盤に、多くのアカデミアによるき裂進展現象についてのミクロ・マクロスケールでの実験的解析、理論シミュレーションといった新材料の具現化に関する先進的な研究と連携し、ゴム材料の高強度化のメカニズム解明と共に、その具現化を進めてきた。

 

その中で今回、ダブルネットワークと呼ばれる構造を用いて、成果を得た。

 

ダブルネットワーク構造は、北海道大学の龔剣萍(グン チェンピン)教授が、タフポリマー化の手法として提唱してきた原理。ゲル材料などでは、劇的な強靱化の効果が実証されていたが、これまでゴム材料に適用された例はなかったと云う。

 

しかし、このダブルネットワーク構造をゴム材料に取り入れることで、従来技術では二律背反の関係にあるとされていた、タイヤの燃費特性に寄与する材料物性(※2)と耐き裂進展性を高次で両立することに成功した。

 

図3: ダブルネットワーク構造を取り入れたゴム複合体の概念図および製造プロセス

図3: ダブルネットワーク構造を取り入れたゴム複合体の概念図および製造プロセス

図4: 原子間力顕微鏡位相像(左:制御でネットワークあり、右:制御せずネットワークなし)

図4: 原子間力顕微鏡位相像(左:制御でネットワークあり、右:制御せずネットワークなし)

 

 

その結果、従来の低燃費性を意識したゴム(基準ゴム)に対して、タイヤの燃費性能に寄与する材料物性を15%向上し、き裂進展に対する強度を約5倍に向上したゴム複合体を実現した。

 

プロジェクトでは現在、この新規ゴム材料を用いたタイヤの試作・評価を実施。タイヤの省資源化や低燃費性能の向上を通して、2020年代前半の実用化を目指すとしている。

 

図5: 本プログラムで開発したゴムの強度・燃費特性の位置づけ

図5: プログラムで開発したゴムの強度・燃費特性の位置づけ

 

 

※1 ゴム材料の強度:図1に示す方法を用いて引裂きエネルギー(※3)に対してき裂の進展する速度や形態を観察すると、図2のようにある引裂きエネルギーで特異にき裂進展速度が急激に増加することが確認される。このき裂進展速度が急激に変化する転移エネルギーを強度の指標としている。

 

※2 タイヤの燃費特性に寄与する材料物性:JIS規格K6394 加硫ゴム及び熱可塑性ゴム‐動的性能の求め方‐に準拠した損失弾性率と貯蔵弾性率の比:損失正接を指標としている。

 

※3 引裂きエネルギー:ゴム材料の強度を表す指標の一つで、与えられた温度と歪速度で、単位面積の破壊面を形成させるために要するエネルギーのこと。長方形のゴムシートを長手方向に掴み、高さ方向に引っ張る試験片では、バルク部の歪エネルギー密度(W)と初期高さ(l0)の積で求まる。

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坂上 賢治

NEXT MOBILITY&MOTOR CARS編集長。日刊自動車新聞を振り出しに自動車産業全域の取材活動を経て同社出版局へ。コンシューマー向け媒体(発行45万部)を筆頭に環境&リサイクル紙、車両ケア&整備ビジネス専門誌等の創刊誌編集長を歴任。独立後は一般誌、Web媒体上でジャーナリスト活動を重ね30年半ば。2015年より自動車情報媒体のMOTOR CARS編集長、2017年より自動車ビジネス誌×WebメディアのNEXT MOBILITY 編集長。

松下次男

1975年日刊自動車新聞社入社。編集局記者として国会担当を皮切りに自動車販売・部品産業など幅広く取材。その後、長野支局長、編集局総合デスク、自動車ビジネス誌MOBI21編集長、出版局長を経て2010年論説委員。2011年から特別編集委員。自動車産業を取り巻く経済展望、環境政策、自動運転等の次世代自動車技術を取材。2016年独立し自動車産業政策を中心に取材・執筆活動中。

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1975年日刊自動車新聞社入社。部品産業をはじめ、自動車販売など幅広く取材。また自動車リサイクル法成立時の電炉業界から解体現場までをルポ。その後、同社の広告営業、新聞販売、印刷部門を担当、2006年に中部支社長、2009年執行役員編集局長に就き、2013年から特別編集委員として輸送分野を担当。2018年春から独立、NEXT MOBILITY誌の編集顧問。

片山 雅美

日刊自動車新聞社で取材活動のスタートを切る。同紙記者を皮切りに社長室支社統括部長を経て、全石連発行の機関紙ぜんせきの取材記者としても活躍。自動車流通から交通インフラ、エネルギー分野に至る幅広い領域で実績を残す。2017年以降は、佃モビリティ総研を拠点に蓄積した取材人脈を糧に執筆活動を展開中。

中島みなみ

(中島南事務所/東京都文京区)1963年・愛知県生まれ。新聞、週刊誌、総合月刊誌記者(月刊文藝春秋)を経て独立。規制改革や行政システムを視点とした社会問題を取材テーマとするジャーナリスト。

山田清志

経済誌「財界」で自動車、エネルギー、化学、紙パルプ産業の専任記者を皮切りに報道分野に進出。2000年からは産業界・官界・財界での豊富な人脈を基に経済ジャーナリストとして国内外の経済誌で執筆。近年はビジネス誌、オピニオン誌、経済団体誌、Web媒体等、多様な産業を股に掛けて活動中。

佃 義夫

1970年日刊自動車新聞社入社。編集局記者として自動車全分野を網羅して担当。2000年出版局長として「Mobi21」誌を創刊。取締役、常務、専務主筆・編集局長、代表取締役社長を歴任。2014年に独立し、佃モビリティ総研を開設。自動車関連著書に「トヨタの野望、日産の決断」(ダイヤモンド社)など。執筆活動に加え講演活動も。

熊澤啓三

株式会社アーサメジャープロ エグゼクティブコンサルタント。PR/危機管理コミュニケーションコンサルタント、メディアトレーナー。自動車業界他の大手企業をクライアントに持つ。日産自動車、グローバルPR会社のフライシュマン・ヒラード・ジャパン、エデルマン・ジャパンを経て、2010年にアーサメジャープロを創業。東京大学理学部卒。

福田 俊之

1952年東京生まれ。産業専門紙記者、経済誌編集長を経て、99年に独立。自動車業界を中心に取材、執筆活動中。著書に「最強トヨタの自己改革」(角川書店)、共著に「トヨタ式仕事の教科書」(プレジデント社)、「スズキパワー現場のものづくり」(講談社ピーシー)など。