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2011年12月1日

新材料開発技術「4D(フォーディー) NANO(ナノ) DESIGN(デザイン)」を確立

 住友ゴム工業(株)は、高性能・高品質タイヤの開発技術として、新材料開発技術「4D NANO DESIGN」を確立しました。この新技術を活用し、地球環境への配慮と安全・安心を両立するタイヤの開発を加速させてまいります。
 
 地球環境への配慮と安全・安心を両立する高性能・高品質なタイヤ開発を促進させるためには、材料開発技術の進化が非常に重要となります。しかし、ゴム材料はその分子構造や配合物の特性が複雑に関係してタイヤとしての性能を生み出しているため、その関係を調べ、材料設計を行うことはこれまで容易なことではありませんでした。今回確立した新材料開発技術「4D NANO DESIGN」は、タイヤ性能を向上させる新材料を効率的に開発するために(1)「調べる」、(2)「予測する」、(3)「作る」、(4)「引き出す」という4つの技術を融合させ、ナノレベルで分子の挙動を表現しながら、材料シミュレーションと解析を行うことで科学的・合理的に材料開発を行い、素材を自在にコントロールすることを可能にした新技術です。そして、この「4D NANO DESIGN」を初めて採用した低燃費タイヤ「エナセーブ PREMIUM」を2012年2月から順次発売致します。また今後この新技術は、地球環境への配慮と安全・安心を両立する様々な高性能タイヤの開発に活用する予定です。
 
 
(1)「調べる」(材料をナノレベルで徹底研究する)
 世界最高レベルの性能を持つSPring-8(大型放射光施設)と地球シミュレータを用い、タイヤの性能に大きく寄与するゴム内部のシリカ等の3次元配置を精密に調べることを可能にした技術です。この技術により、従来できなかった大きな領域の構造をナノレベルで調べ、シミュレーションに応用することで、ゴムとしての特徴を正確に表現することが可能になりました。
 
SPring-8地球シミュレータ解析したシリカの三次元構造
SPring-8地球シミュレータ
解析したシリカの三次元構造
 
【協力機関】
(財)高輝度光科学研究センター
  フロンティアソフトマター開発専用ビームライン産学連合体
(独)海洋研究開発機構 地球シミュレータセンター
東京大学大学院 新領域創成科学研究科 物質系専攻 雨宮慶幸 教授
防衛大学校 応用科学群 応用物理学科 荒井 隆 教授
【参画プロジェクト】
兵庫県地域結集型共同研究事業, JST
文部科学省 先端大型研究施設戦略活用プログラム
 
 
(2)「予測する」(シミュレーションし分子設計を行う)
 従来のデジコンパウンド技術をさらに進化させた新材料開発技術「4D NANO DESIGN」は、タイヤの燃費性能やグリップ性能に関係するゴム内部のエネルギーロスの発生場所を精度良く調べることができる「大規模材料 FEM(有限要素法)シミュレーション」と、そのエネルギーロスを自在にコントロールするために変性ポリマーなどの分子設計を行い、シリカなど配合物との結合や、3次元配置を最適化する「MD(分子動力学)シミュレーション」、また配合物の反応を最適化する「MO(分子軌道法)シミュレーション」から成る「マルチスケールシミュレーション」で構成されています。このマルチスケールシミュレーションを用いることで、コンピューター上でゴム材料を分子レベルで設計し、ゴム特性を予測することが可能になりました。
 
 
 
(3)「作る」(設計に基づき自在に素材を合成する)
 低燃費タイヤ「エナセーブ PREMIUM」では、シミュレーションで設計したポリマー中の変性基の位置や強度を高精度にコントロールされたポリマーを合成し、低燃費性能とウエットグリップ性能を高次元で両立させることができる「両末端マルチ変性ポリマー1」と、シリカとポリマーを繋ぐ結合剤の反応性が最適化された耐熱高反応結合剤2を採用することにより、燃費性能を向上させています。
 
両末端マルチ変性ポリマー耐熱高反応結合剤
※1住友化学株式会社製です。
※2Momentive Performance Materials LLC社製の「NXT-Z」です。
 
(4)「引き出す」(材料の潜在能力を最大限に活かす)
 今回開発した両末端マルチ変性ポリマーおよび耐熱高反応結合剤をはじめ、ゴム材料には様々な材料が含まれており、それらが複雑に関係してタイヤの性能を生み出しています。これら材料のパフォーマンスを最大限に引き出すために、ゴム内部の事象のナノレベルの解析から、適切な材料プロセス技術の開発を行い、タイヤの性能を最大限に引き出すことに成功しました。

 
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