JP4525800B2 - タイヤ騒音低減装置及びこれを装着した空気入りタイヤ - Google Patents

Description

本発明はタイヤ騒音低減装置及びこれを装着した空気入りタイヤに関し、さらに詳しくは、厳寒地においてもその機能を発揮するようにした、低温特性に優れたタイヤ騒音低減装置及びこれを装着した空気入りタイヤに関する。

タイヤの走行中にタイヤ空洞部内に発生する空洞共鳴騒音を低減するために、従来から、トレッド部の内面に多孔質材料からなる吸音材を配置することが広く行われている。そして、この吸音材をトレッド部の内面に固定するためのタイヤ騒音低減装置として、多孔質材料からなる吸音材を熱可塑性樹脂からなる環状のバンド部材に固定しておき、この環状バンド部材の曲げ剛性により吸音材をトレッド内面に圧着するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。

しかし、この種のタイヤ騒音低減装置を厳寒地で使用した場合には、環状のバンド部材が低温により脆性破壊するため、吸音材がトレッド部の内面から脱落することにより、本来のタイヤ騒音低減装置としての機能が果たせなくなるという問題があった。
特開２００６−３０６２８５号公報

本発明の目的は、上述する従来の問題点を解消するもので、厳寒地で使用された場合にあっても、吸音材がトレッド部の内面から脱落しないようにした、低温特性に優れたタイヤ騒音低減装置及びこれを装着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タイヤ騒音低減装置は、多孔質材料からなる吸音材と、該吸音材をタイヤ内面に装着するための環状のバンド部材とを備えると共に、前記吸音材を前記バンド部材に固定するようにしたタイヤ騒音低減装置において、前記バンド部材を熱可塑性樹脂中にエラストマーが分散した熱可塑性エラストマー組成物により構成したことを特徴とするものである。

また、上述する構成において、以下（１）〜（３）に記載するように構成することが好ましい。
（１）前記バンド部材を前記吸音材の一方の面に配置すると共に、前記吸音材の他方の面に前記バンド部材の周方向に対して間欠的に係止部材を配置し、該係止部材を前記吸音材を貫通させて前記バンド部材に熱融着する。この場合において、前記係止部材を熱可塑性樹脂中にエラストマーが分散した熱可塑性エラストマー組成物で構成することが好ましい。さらに、前記係止部材と前記バンド部材とを同種の熱可塑性エラストマー組成物で構成するとよい。さらに、前記係止部材と前記バンド部材との融点の差が２０℃以内となるようにするとよい。
（２）前記バンド部材の曲げ剛性を７．５〜３４．０Ｎｍ² にする。
（３）前記吸音材を複数の分割体に構成し、これら分割体を前記バンド部材の周方向に間欠的に配置する。

また、本発明の空気入りタイヤは、上述するタイヤ騒音低減装置をトレッド部の内面に装着したことを特徴とするものである。

上述した本発明によれば、タイヤ内面に装着する吸音材を固定するための環状のバンド部材を熱可塑性樹脂中にエラストマーを分散させた熱可塑性エラストマー組成物により構成したので、この熱可塑性エラストマー組成物が有する優れた低温特性により、厳寒地で使用された場合であっても、バンド部材が脆性破壊することがなく、吸音材のトレッド部内面からの脱落を防止して、本来の騒音低減効果を発揮することができる。

以下、本発明の実施の形態について添付の図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は本発明の実施形態によるタイヤ騒音低減装置を空気入りタイヤに装着した状態を示す断面図である。図１に示すように、タイヤ騒音低減装置１は、多孔質材料からなる吸音材２と、吸音材２をタイヤ内面に装着するための環状のバンド部材３とからなり、吸音材２がバンド部材３に固定されて空気入りタイヤ４のトレッド部５の内面に装着されるようになっている。図中６はリムを示している。

そして、本発明のタイヤ騒音低減装置１では、バンド部材３を熱可塑性樹脂中にエラストマーが分散した熱可塑性エラストマー組成物で構成している。このようにバンド部材３の材料として、従来の熱可塑性樹脂に代えて、熱可塑性樹脂中にエラストマーを分散させた熱可塑性エラストマー組成物により構成したので、この熱可塑性エラストマー組成物が有する低温特性により、厳寒地で使用された場合であっても、バンド部材３が脆性破壊することがなく、吸音材２のトレッド部６の内面からの脱落を防止して、本来の騒音低減効果を発揮することができる。

上述する熱可塑性エラストマー組成物を構成する熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリアミド系樹脂〔例えば、ナイロン６（Ｎ６）、ナイロン６６（Ｎ６６）、ナイロン４６（Ｎ４６）、ナイロン１１（Ｎ１１）、ナイロン１２（Ｎ１２）、ナイロン６１０（Ｎ６１０）、ナイロン６１２（Ｎ６１２）、ナイロン６／６６共重合体（Ｎ６／６６）、ナイロン６／６６／６１０共重合体（Ｎ６／６６／６１０）、ナイロンＭＸＤ６（ＭＸＤ６）、ナイロン６Ｔ、ナイロン６／６Ｔ共重合体、ナイロン６６／ＰＰ共重合体、ナイロン６６／ＰＰＳ共重合体〕及びそれらのＮ−アルコキシアルキル化物、例えば、ナイロン６のメトキシメチル化物、ナイロン６／６１０共重合体のメトキシメチル化物、ナイロン６１２のメトキシメチル化物、ポリエステル系樹脂〔例えば、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンイソフタレート（ＰＥＩ）、ＰＥＴ／ＰＥＩ共重合体、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリブチレンナフタレート（ＰＢＮ）、液晶ポリエステル、ポリオキシアルキレンジイミドジ酸／ポリブチレンテレフタレート共重合体などの芳香族ポリエステル〕、ポリニトリル系樹脂〔例えば、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリメタクリロニトリル、アクリロニトリル／スチレン共重合体（ＡＳ）、（メタ）アクリロニトリル／スチレン共重合体、（メタ）アクリロニトリル／スチレン／ブタジエン共重合体〕、ポリメタクリレート系樹脂〔例えば、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリメタクリル酸エチル〕、ポリビニル系樹脂〔例えば、酢酸ビニル、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ビニルアルコール／エチレン共重合体（ＥＶＯＨ）、ポリ塩化ビニリデン（ＰＤＶＣ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、塩化ビニル／塩化ビニリデン共重合体、塩化ビニリデン／メチルアクリレート共重合体、塩化ビニリデン／アクリロニトリル共重合体（ＥＴＦＥ）〕、セルロース系樹脂〔例えば、酢酸セルロース、酢酸酪酸セルロース〕、フッ素系樹脂〔例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）、ポリクロルフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、テトラフロロエチレン／エチレン共重合体〕、イミド系樹脂〔例えば、芳香族ポリイミド（ＰＩ）〕等を好ましく用いることができる。

また、上述する熱可塑性エラストマー組成物を構成するエラストマーとしては、例えば、ジエン系ゴム及びその水添物〔例えば、天然ゴム（ＮＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、エポキシ化天然ゴム、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ、高シスＢＲ及び低シスＢＲ）、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、水素化ＮＢＲ、水素化ＳＢＲ〕、オレフィン系ゴム〔例えば、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ、ＥＰＭ）、マレイン酸変性エチレンプロピレンゴム（Ｍ−ＥＰＭ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、イソブチレンと芳香族ビニル又はジエン系モノマー共重合体、アクリルゴム（ＡＣＭ）、アイオノマー〕、含ハロゲンゴム〔例えば、Ｂｒ−ＩＩＲ、ＣＩ−ＩＩＲ、イソブチレンパラメチルスチレン共重合体の臭素化物（Ｂｒ−ＩＰＭＳ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、ヒドリンゴム（ＣＨＲ）、クロロスルホン化ポリエチレンゴム（ＣＳＭ）、塩素化ポリエチレンゴム（ＣＭ）、マレイン酸変性塩素化ポリエチレンゴム（Ｍ−ＣＭ）〕、シリコンゴム〔例えば、メチルビニルシリコンゴム、ジメチルシリコンゴム、メチルフェニルビニルシリコンゴム〕、含イオウゴム〔例えば、ポリスルフィドゴム〕、フッ素ゴム〔例えば、ビニリデンフルオライド系ゴム、含フッ素ビニルエーテル系ゴム、テトラフルオロエチレン−プロピレン系ゴム、含フッ素シリコン系ゴム、含フッ素ホスファゼン系ゴム〕、熱可塑性エラストマー〔例えば、スチレン系エラストマー、オレフィン系エラストマー、エステル系エラストマー、ウレタン系エラストマー、ボリアミド系エラストマー〕等を好ましく使用することができる。

前記した特定の熱可塑性樹脂とエラストマーとの相溶性が異なる場合は、第３成分として適当な相溶化剤を用いて両者を相溶化させることができる。ブレンド系に相溶化剤を混合することにより、熱可塑性樹脂とエラストマーとの界面張力が低下し、その結果、分散層を形成しているゴム粒子径が微細になることから両成分の特性はより有効に発現されることになる。そのような相溶化剤としては、一般的に熱可塑性樹脂及びエラストマーの両方又は片方の構造を有する共重合体、或いは熱可塑性樹脂又はエラストマーと反応可能なエポキシ基、カルボニル基、ハロゲン基、アミノ基、オキサゾリン基、水酸基等を有した共重合体の構造をとるものとすることができる。これらは混合される熱可塑性樹脂とエラストマーの種類によって選定すればよいが、通常使用されるものには、スチレン／エチレン・ブチレンブロック共重合体（ＳＥＢＳ）及びそのマレイン酸変性物、ＥＰＤＭ、ＥＰＭ、ＥＰＤＭ／スチレン又はＥＰＤＭ／アクリロニトリルグラフト共重合体及びそのマレイン酸変性物、スチレン／マレイン酸共重合体、反応性フェノキシン等を挙げることができる。かかる相溶化剤の配合量には特に限定はないが、好ましくは、ポリマー成分（熱可塑性樹脂とエラストマーとの合計）１００重量部に対して、０．５〜１０重量部がよい。

上述する熱可塑性樹脂とエラストマーとの組成比は、特に限定されるものではなく、熱可塑性樹脂のマトリクス中にエラストマーが不連続相として分散した構造をとるように適宜決めればよいが、好ましい範囲は重量比９０／１０〜３０／７０である。

本発明において、上述する熱可塑性樹脂および熱可塑性エラストマー組成物には、前記した相溶化剤などの他のポリマーを混合することができる。他のポリマーを混合する目的は、熱可塑性樹脂とエラストマーとの相溶性を改良するため、材料の成型加工性をよくするため、耐熱性向上のため、コストダウンのため等があり、これに用いられる材料としては、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ＡＢＳ、ＳＢＳ、ポリカーボネート（ＰＣ）等を例示することができる。また、一般的にポリマー配合物に配合される充填剤（炭酸カルシウム、酸化チタン、アルミナ等）、カーボンブラック、ホワイトカーボン等の補強剤、軟化剤、可塑剤、加工助剤、顔料、染料、老化防止剤等を表面部材４ａ、４ｂとしての必要特性を損なわない限り任意に配合することもできる。

このようにして得られた熱可塑性エラストマー組成物は、熱可塑性樹脂のマトリクス中にエラストマー成分が不連続相として分散した構造からなる。かかる構造をとることにより、十分な柔軟性と連続相としての樹脂層の効果による十分な剛性とを併せ付与することができると共に、成形に際しては、エラストマー成分の多少によらず、熱可塑性樹脂と同等の成形加工性を得ることができる。

また、上述するエラストマーは熱可塑性樹脂との混合の際、動的に加硫することもできる。動的に加硫する場合の加硫剤、加硫助剤、加硫条件（温度、時間）等は、添加するエラストマーの組成に応じて適宜決定すればよく、特に限定されるものではない。

加硫剤としては、一般的なゴム加硫剤（架橋剤）を用いることができる。具体的には、イオン系加硫剤としては粉末イオウ、沈降性イオウ、高分散性イオウ、表面処理イオウ、不溶性イオウ、ジモルフォリンジサルファイド、アルキルフェノールジサルファイド等を例示でき、例えば、０．５〜４ｐｈｒ程度用いることができる。ここで、「ｐｈｒ」とは、エラストマー成分１００重量部あたりの重量部をいう。

また、必要に応じて、加硫促進剤を添加してもよい。加硫促進剤としては、アルデヒド・アンモニア系、グアニジン系、チアゾール系、スルフェンアミド系、チウラム系、ジチオ酸塩系、チオウレア系等の一般的な加硫促進剤を、例えば、０．５〜２ｐｈｒ程度用いることができる。

また、加硫促進助剤としては、一般的なゴム用助剤を併せて用いることができ、例えば、亜鉛華（５ｐｈｒ程度）、ステアリン酸やオレイン酸及びこれらのＺｎ塩（２〜４ｐｈｒ程度）等が使用できる。

熱可塑性エラストマー組成物の製造方法は、予め熱可塑性樹脂とエラストマー（ゴムの場合は未加硫物）とを２軸混練押出機等で溶融混練し、連続相（マトリックス）を形成する熱可塑性樹脂中に分散相（ドメイン）としてエラストマーを分散させることによる。エラストマーを加硫する場合には、混練下で加硫剤を添加し、エラストマーを動的加硫させてもよい。また、熱可塑性樹脂またはエラストマーへの各種配合剤（加硫剤を除く）は、上記混練中に添加してもよいが、混練の前に予め混合しておくことが好ましい。熱可塑性樹脂とエラストマーの混練に使用する混練機としては、特に限定はなく、スクリュー押出機、ニーダ、バンバリミキサー、２軸混練押出機等が使用できる。中でも熱可塑性樹脂とエラストマーの混練およびエラストマーの動的加硫には、２軸混練押出機を使用するのが好ましい。更に、２種類以上の混練機を使用し、順次混練してもよい。溶融混練の条件として、温度は熱可塑性樹脂が溶融する温度以上であればよい。また、混練時の剪断速度は１０００〜７５００ｓｅｃ^-1であるのが好ましい。混練全体の時間は３０秒から１０分、また加硫剤を添加した場合には、添加後の加硫時間は１５秒から５分であるのが好ましい。上記方法で製作されたポリマー組成物は、射出成形、押出し成形等、通常の熱可塑性樹脂の成形方法によって所望の形状にすることができる。

本発明のタイヤ騒音低減装置１では、吸音材２とバンド部材３との固定方法は、接着剤や粘着テープなどを使用して固定するようにしてもよいが、吸音材２を構成する多孔質材料が接着剤や粘着テープに含まれる成分と反応して分解する場合があるので、好ましくは以下に述べるように係止部材により固定することが好ましい。

すなわち、図１、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、バンド部材３を吸音材２の一方の面（図では吸音材の外周面）に配置したうえで、吸音材２の他方の面（図では吸音材の内周面）からバンド部材３の周方向に対して間欠的に配置された係止部材７により貫通させて固定するとよい。そして、この固定を係止部材７とバンド部材３との熱融着により行うようにするとよい。

図３（ａ）〜（ｃ）は、図２（ａ）のＲ部における係止部材７とバンド部材３との熱融着方法の一例を示すものである。先ず、図３（ａ）に示すように、吸音材２の内周面側に板状の係止部材７を配置する。次いで、図３（ｂ）に示すように、超音波溶着機の加振用ホーン１１を係止部材７に押し付け、係止部材７を折り曲げた状態にして、その折り曲げられた先端部分を局部的に加熱する。これにより、図３（ｃ）に示すように、吸音材２を通して係止部材７とバンド部材３とが熱融着される。これにより、図４（ａ）に示す形態からなるタイヤ騒音低減装置１が得られる。

上述する係止部材７は、バンド部材３と同様に、熱可塑性樹脂中にエラストマーが分散した熱可塑性エラストマー組成物により構成するとよい。さらに、係止部材７とバンド部材３とを同種の熱可塑性エラストマー組成物で構成するとよい。これにより、係止部材７とバンド部材３との一体性が確保され、タイヤ騒音低減装置１の耐久性を向上させることができる。

この場合において、係止部材７とバンド部材３とを構成する熱可塑性エラストマー組成物の融点の差が２０℃以内、好ましくは１０℃以内である材料を選定するとよい。これにより、係止部材７とバンド部材３との一体性を確実に確保することができる。

本発明において、バンド部材３の曲げ剛性が７．５〜３４．０Ｎｍ² 、好ましくは１８．５〜２９．５となるように調整するとよい。これにより、吸音材２のトレッド部５内面への圧着力が確保され、タイヤ走行中に吸音材２がトレッド部５内面を移動したり、トレッド部５内面から脱落することを防いで、本来のタイヤ騒音低減装置としての機能を果たすことができる。

上述するバンド部材３の曲げ剛性は、バンド部材３を構成する熱可塑性エラストマーの８０℃における弾性率（Ｎ／ｍ² ）と、バンド部材３の断面積から算出された断面２次モーメント（ｍ⁴ ）と、の積により表される。なお、本発明のタイヤ騒音低減装置１ではバンド部材３の断面形状を長方形又は台形に形成している。

上述する実施形態では、吸音材２が周方向に連続する環状に形成されたうえで、バンド部材３に固定されている場合を示したが、本発明のタイヤ騒音低減装置１では、図４（ｂ）に例示するように、吸音材３を複数の分割体に構成し、これら分割体をバンド部材３の周方向に間欠的に配置する場合がある。

この場合において、それぞれの分割体の間では、吸音材３の周方向長さや厚さをそれぞれ変化させることができる。これにより、タイヤ空洞部内に発生する空洞共鳴騒音を効率的に低減することができる。

本発明の空気入りタイヤ４は、図１に例示するように、上述するタイヤ騒音低減装置１をトレッド部５の内面に装着したことを特徴とする。このように構成された空気入りタイヤ４は、厳寒地で使用された場合であっても、吸音材２のトレッド部５内面からの脱落を防止して、本来の騒音低減効果を発揮することができる。

なお、上述した実施形態では、吸音材２に対して環状のバンド部材３を外周面側に配置し、係止部材７を内周面側に配置した場合を例示したが、これとは逆に環状のバンド部材３を吸音材２の内周面側に配置し、係止部材７を吸音材２の外周面側に配置するようにしてもよい。

上述するように、本発明のタイヤ騒音低減装置１は、タイヤ内面に装着する吸音材２を固定するための環状のバンド部材３を熱可塑性樹脂中にエラストマーを分散させた熱可塑性エラストマー組成物により構成したことにより、熱可塑性エラストマー組成物の有する優れた低温特性により、低温時におけるバンド部材３の脆性破壊を防止して本来の騒音低減効果が発揮できるようにしたもので、特に厳寒地で走行する車両に対して幅広く適用することができる。

バンド部材を構成する材料の違いによる低温特性の違いを調べるために、熱可塑性樹脂（ポリプロピレン）を構成材料とした従来バンド部材と、この熱可塑性樹脂（ポリプロピレン）１００重量部に対して２０重量部のエラストマー（エチレンプロピレンゴム）を分散させた熱可塑性エラストマーを構成材料とした本発明バンド部材と、をそれぞれ２００本ずつ作製した。なお、各バンド部材において、バンド部材の断面形状を幅２０ｍｍ、厚さ１ｍｍの長方形とした。

これら２種類のバンド部材のそれぞれ１０本について、ＪＩＳ Ｋ７２１６に準拠して、バンド部材の半数に相当する５０％が衝撃変形により破断する「５０％脆化温度」を測定した。これらの測定値を平均した結果、従来バンド部材では５０％脆化温度が０℃であったのに対して、本発明バンド部材では５０％脆化温度が−３９℃であった。

この結果より、バンド部材の構成材料として熱可塑性エラストマーを使用した本発明のタイヤ騒音低減装置は、バンド部材の構成材料として熱可塑性樹脂を使用した従来のタイヤ騒音低減装置に比して低音耐久性が優れることを確認することができた。

本発明の実施形態によるタイヤ騒音低減装置を空気入りタイヤに装着した状態を示す断面図である。 本発明の他の実施形態によるタイヤ騒音低減装置を平面状に展張してその一部を示すもので、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。 （ａ）〜（ｃ）は本発明の実施形態による係止部材とバンド部材との熱融着における一連の工程を示す一部断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、それぞれ本発明の実施形態によるタイヤ騒音低減装置を示す斜視図である。

符号の説明

１ タイヤ騒音低減装置
２ 吸音材
３ バンド部材
４ 空気入りタイヤ
５ トレッド部
７ 係止部材

Claims (8)

1. 多孔質材料からなる吸音材と、該吸音材をタイヤ内面に装着するための環状のバンド部材とを備えると共に、前記吸音材を前記バンド部材に固定するようにしたタイヤ騒音低減装置において、
   前記バンド部材を熱可塑性樹脂中にエラストマーが分散した熱可塑性エラストマー組成物により構成したタイヤ騒音低減装置。
2. 前記バンド部材を前記吸音材の一方の面に配置すると共に、前記吸音材の他方の面に前記バンド部材の周方向に対して間欠的に係止部材を配置し、該係止部材を前記吸音材を貫通させて前記バンド部材に熱融着した請求項１に記載のタイヤ騒音低減装置。
3. 前記係止部材を熱可塑性樹脂中にエラストマーが分散した熱可塑性エラストマー組成物で構成した請求項２に記載のタイヤ騒音低減装置。
4. 前記係止部材と前記バンド部材とが同種の熱可塑性エラストマー組成物からなる請求項２又は３に記載のタイヤ騒音低減装置。
5. 前記係止部材と前記バンド部材との融点の差が２０℃以内である請求項請求項２〜４のいずれか１項に記載のタイヤ騒音低減装置。
6. 前記バンド部材の曲げ剛性が７．５〜３４．０Ｎｍ² である請求項１〜５のいずれか１項に記載のタイヤ騒音低減装置。
7. 前記吸音材を複数の分割体に構成し、これら分割体を前記バンド部材の周方向に間欠的に配置した請求項１〜６のいずれか１項に記載のタイヤ騒音低減装置。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載のタイヤ騒音低減装置をトレッド部の内面に装着した空気入りタイヤ。

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