JP5038637B2 - 空気入りタイヤ - Google Patents

Description

本発明は、空気入りタイヤに関するものである。

最近、グローバル化が進み、タイヤの仕向け地も低温から高温まで様々な地域へ展開される。そのため、より過酷な条件で使用されるケースが増え、トレッドの溝底部にクラックが発生する要因になっている。

トレッド溝底部のクラックを低減するための従来手法としては、トレッドを形成するゴム組成物において、老化防止剤や耐候性ワックスを増量する方法がある。しかしながら、老化防止剤やワックスの増量は、低燃費性の悪化につながり、また、タイヤの剛性が低下することにより操縦安定性が低下してしまう。

また、長期間効果のある老化防止剤を使用する方法もあるが、かかる老化防止剤の使用はコストアップとなる。更に、トレッド用ゴム組成物のゴム成分として耐候性ゴムを使用する方法があるが、耐候性ゴムは、破壊特性に問題があり、耐摩耗性やカット・チップ性等の低下の原因になり、更には低燃費性やグリップ性の悪化を招く。その他、走行時のトレッド溝底部の局所的な歪みを低減する方法もあるが、かかる歪み低減はタイヤ構造（形状）による影響が大きく、汎用性がない。

ところで、下記特許文献１には、イソオレフィンにパラメチルスチレンを反応させハロゲン化してなるゴムとジエン系ゴムと含むゴム組成物の薄層で、タイヤのサイド部やトレッド部の外表面を被覆することが提案されている。この文献は、空気入りタイヤのサイド部及び／又はトレッド部の耐久性、耐クラック性等を改良することを目的とするものであるが、フィブリル化する短繊維を配合するという本発明の特徴については開示されていない。

また、下記特許文献２には、氷雪路面での走行性能を向上するために、トレッドの表面層に結晶性のＳＰＢ樹脂やナイロン短繊維などの微細体を配合することが提案されている。しかしながら、この文献において、上記微細体は、氷雪路のスクラッチ効果を狙ったものであり、トレッド溝底部のクラック低減に寄与するものではない。

また、下記特許文献３には、パターンノイズ低減性能及び氷雪上性能を低下させることなく操縦安定性を向上させるため、主溝の側壁面及び底面にポリエステル繊維などの短繊維を配合することが開示されている。しかしながら、この文献は、上記短繊維の配合により主溝の壁面をトレッドよりも高硬度とし、これにより、比較的軟らかいトレッドを持つタイヤにおいて操縦安定性をすることを目的としたものであり、トレッド溝底部のクラックを抑制するものではない。

なお、下記特許文献４には、ゴム成分１００重量部に対して混合中にフィブリル化するビニロン短繊維を２〜８重量部配合してなるゴム組成物が開示されているが、この文献は、操縦安定性と乗り心地性を両立するために、上記ゴム組成物からなる三角パッドをベルト層の端部におけるカーカス層との間に設けるというものであり、後述する本願発明の構成およびそれによる格別の作用効果については開示されていない。
特開平１１−２５４９０４号公報 特開平８−１５６５２９号公報 特開２００４−１１４９９４号公報 特開２００４−５８９７０号公報

本発明は、低燃費性、グリップ性、操縦安定性を悪化させることなく、長期使用におけるトレッドの溝底部でのクラックを低減した空気入りタイヤを提供することを目的とする。

本発明に係る空気入りタイヤの製造方法は、トレッド面にタイヤ周方向に延びる主溝を備える空気入りタイヤの製造方法であって、ジエン系ゴム１００重量部に対して、溶剤湿式冷却ゲル紡糸により製造され混合中にフィブリル化する短繊維を２〜８重量部と、フィラーを２０〜７０重量部配合したゴム組成物からなるシートを、列理方向がタイヤ周方向に垂直になるように未加硫トレッド表面に貼り付けて加硫成形することにより、混合中に生成したフィブリルがタイヤ周方向に対して垂直に配向したゴム膜層を前記主溝の底部に設けることを特徴とする。

上記短繊維は、ゴム組成物の混合中に作用する圧縮応力により破壊して、新鮮な表面を有するフィブリルを生成するとともに、生成したフィブリルがゴム組成物中に分散する。このようにして得られたゴム組成物からなるゴム膜層をトレッドの溝底部に設けたことにより、ゴム膜層中に分散したフィブリルによって耐クラック性が向上する。

また、前記ゴム膜層は、混合中に生成したフィブリルがタイヤ周方向に対して垂直に配向しているので、タイヤ周方向に沿って発生する溝底部のクラック抑制効果に優れる。上記ゴム膜層は、操縦安定性の点より、溝の底部及び側壁に設けられていることが好ましい。

本発明によれば、タイヤ用ゴム組成物に通常用いられるジエン系ゴムに、フィブリル化する短繊維を配合してなる高強度のゴム組成物を、ゴム膜層としてトレッドの溝底部に設けたことにより、低燃費性、グリップ性、操縦安定性を悪化させることなく、長期使用における溝底部のクラックを低減することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、一実施形態に係る空気入りタイヤの半断面図である。このタイヤは、左右一対の環状のビードコア１２と、タイヤ周方向に対し直角に配列した多数のコードが延在してなるカーカスプライの少なくとも１層で形成されて両端がそれぞれビードコア１２で係止されたカーカス層１４と、スチールコード等の非伸長性のベルトコードをタイヤ周方向に対し浅い角度で傾斜配列してなりカーカス層１４のクラウン部外周に配されたベルト層１６と、ベルト層１６のタイヤ半径方向外側に配されたトレッド１８とを備えてなる。トレッド１８の表面であるトレッド面には、タイヤ周方向に延びる複数の主溝２０が設けられている。そして、この主溝２０内の壁面に薄肉のゴム膜層２２が設けられている。

ゴム膜層２２は、図２に拡大して示すように、この実施形態では、主溝２０の底部２０Ａと両側壁２０Ｂ，２０Ｂにおいてそれらの表面を被覆するように設けられている。側壁２０Ｂに設けるゴム膜層２２の高さＨは、側壁２０Ｂの高さｈの５０％以上であることが好ましい。なお、ゴム膜層２２は、主溝２０の底部２０Ａのみに設けてもよいが、側壁２０Ｂにも設けることが好ましい。また、側壁２０Ｂにも設ける場合、図３に示すように、主溝２０の肩部２０Ｃに延在するように、即ち、ゴム膜層２２の一部がトレッド表面に至るように設けてもよい。更には、図示しないが、ゴム膜層２２は、主溝２０の内部を含むトレッド１８の全面に設けてもよい。主溝２０から外側に露出するゴム膜層２２は、これが薄膜であるが故に、タイヤの走行初期に摩耗により消滅するので、その後の走行には影響を与えないからである。また、主溝２０と交差するように延びる横溝（不図示）を備える場合に、かかる横溝においても同様に溝内の壁面に該ゴム膜層を設けてもよい。

かかるゴム膜層２２は、その厚さが０．２〜１ｍｍであることが好ましい。ゴム膜層２２の厚さが０．２ｍｍよりも小さいと、長期使用における溝部のクラック低減効果を得にくい。逆に、１ｍｍを超えると、低燃費性が悪化し、操縦安定性も損なう傾向がある。ここで、ゴム膜層２２の上記厚みは、底部２０Ａでの厚みであり、０．２〜１ｍｍのゴムシートを未加硫トレッド表面の主溝位置に貼り付けて、加硫成形型で主溝２０を成形することで、溝底部に同等厚みを持つ上記ゴム膜層２２が形成される。

ゴム膜層２２を構成するゴム組成物は、ジエン系ゴムに対して、混合中にフィブリル化する短繊維を配合してなるものである。ポリマー成分であるジエン系ゴムとしては、一般にタイヤ用ゴム組成物として用いられている各種のジエン系ゴムを使用することができ、例えば、天然ゴム、ポリイソプレンゴム、ポリブタジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴムなどをそれぞれ単独で又は２種以上併用して用いることができる。

上記短繊維としては、ゴム組成物の混合中に作用する圧縮応力によってフィブリル化するものであれば、特に限定されないが、好ましくは易フィブリル化ビニロン短繊維を用いることである。かかるビニロン短繊維は、撚糸してコード、布等に用いられる一般のビニロン繊維とは異なり、溶剤湿式冷却ゲル紡糸により製造されて全体が均一な繊維構造となり、容易にフィブリル化する性質を有するものである。ここで、フィブリルとは、短繊維が圧縮応力を受けて繊維の軸線に沿って破壊した長さ１００〜６０００μｍ、直径０．１〜１００μｍの細長の繊維状構造要素である。また、溶剤湿式冷却ゲル紡糸方法は、ノズルから紡糸原液を冷却させた固化浴中に吐出させ、まず全体を均一にゲル化させて安定な構造を作った後に、脱溶媒する方法である。また、フィブリル化させる前の短繊維の大きさは、特に限定されないが、混合中に短繊維相互が絡み合って凝集体にならない大きさとされる。

上記短繊維は、ジエン系ゴム１００重量部に対して２〜８重量部配合される。２重量部未満では、長期使用における溝部のクラック低減効果を得にくい。また、８重量部を超えると、低燃費性を損なう傾向がある。

上記短繊維をフィブリル化したゴム組成物は、ジエン系ゴムに比較的多量の上記短繊維を配合し混合してなるマスターバッチを用いて調製されることが好ましい。この場合、マスターバッチの作製において、ジエン系ゴムに対する短繊維の配合割合を多くすることで混合中の粘度が高くなり、混合時のせん断力を大きくして上記短繊維の大半をフィブリル化することができ、最終的なゴム膜層中におけるフィブリルの分散性を向上することができる。

かかる短繊維マスターバッチを作製する場合、上記短繊維をジエン系ゴム１００重量部に対して２０〜５０重量部配合することが好ましい。また、この場合、混合中に混練物に生じるせん断力を大きくするために、ジエン系ゴムとしては、天然ゴム単独、又は天然ゴムを５０重量％以上用いることが好ましい。

該短繊維マスターバッチを用いて上記ゴム組成物を調製する場合、該短繊維マスターバッチを他の配合剤とともに、残余のジエン系ゴムに加えて混合することが好ましく、この混合時に、未破壊の上記短繊維をフィブリル化することができる。

上記ゴム組成物には、ジエン系ゴム１００重量部に対し、フィラーが２０〜７０重量部配合される。フィラーの配合量が２０重量部未満では、トレッドゴム配合に比べて十分な補強性が得られない。逆に７０重量部を超えると、薄いシートの作成が難しく、作成できるとしても作業効率が悪化し、また、低燃費性が悪化する。。

フィラーとしては、カーボンブラック、シリカが挙げられ、これらはそれぞれ単独でもブレンドして用いてもよい。フィラーは、窒素吸着比表面積（Ｎ_２ＳＡ）が４０〜２００ｍ^２／ｇであることが好ましい。ここで、窒素吸着比表面積は、ＪＩＳ Ｋ６２１７に準拠して測定される。

上記ゴム組成物には、硫黄などの加硫剤、加硫促進剤、老化防止剤、酸化亜鉛、ステアリン酸など、タイヤ用ゴム組成物に一般に用いられている各種添加剤を配合することができる。

以上のようにして得られるフィブリルが分散した未加硫のゴム組成物は、押し出し機やカレンダを用いて、シート状ないしテープ状に成形される。その際、フィブリルが押し出し機又はカレンダ中のゴム組成物の進行方向に配向する。そして、この成形したシートを、上記フィブリルがタイヤ周方向に対して垂直に配向するように、即ち、上記シートの列理方向がタイヤ周方向と直角となるように、未加硫のトレッド表面に対し主溝の位置に合わせて貼り付ける。その後、タイヤ成形型内で加硫成形することにより、主溝２０の成型とともに主溝２０内の壁面に上記ゴム膜層２２として形成される。

なお、トレッド１８を構成するゴム組成物としては、各種のトレッド用ゴム組成物を用いることができ、特に限定されない。例えば、ポリマー成分として、スチレン−ブタジエンゴムの単独、又はスチレン−ブタジエンゴム５０重量％以上と他のジエン系ゴム５０重量％以下とのブレンドゴムを用いることができる。他のジエン系ゴムとしては、特に限定はなく、天然ゴムの他、イソプレンゴム、ブタジエンゴムなどのジエン系合成ゴムが挙げられ、これらはそれぞれ単独で用いても２種以上併用してもよい。かかるトレッド用ゴム組成物には、カーボンブラック、シリカなどのフィラーの他、オイル、酸化亜鉛、ステアリン酸、老化防止剤、加硫剤、加硫促進剤など、タイヤトレッド用ゴム組成物において一般に使用される各種添加剤を配合することができる。

以下、本発明の実施例を示すが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

１．ゴム膜層２２を構成するゴム組成物の調製
天然ゴム（ＲＳＳ＃３）１００重量部に対し、混合中にフィブリル化するビニロン短繊維（クラレ社製「クラロンＫ−ＩＩ ＳＡ」）を２５重量部配合して混合し、短繊維マスターバッチを作製した。

次に、上記短繊維マスターバッチと、ジエン系ゴムとしてＳＢＲとを、下記表１に示す配合に従って、バンバリーミキサーにより混合し、配合Ｉ〜Ｖのゴム組成物を調製した。なお、配合Ｖでは、上記短繊維マスターバッチの代わりに、フィブリル化しないビニロン短繊維を配合した。表１中の各成分については以下の通りである。

・ＳＢＲ：ＪＳＲ製スチレン−ブタジエンゴム「ＳＢＲ１７１２」、
・ビニロン短繊維：クラレ社製の溶剤湿式冷却ゲル紡糸方法により製造されていない、従って混合中にフィブリル化しないビニロン短繊維。繊度＝２ｄｔｅｘ、繊維長＝４ｍｍ、
・カーボンブラック：三菱化学社製「ダイアブラックＮ３３０」（Ｎ_２ＳＡ＝７９ｍ^２／ｇ）、
・オイル：ジャパンエナジー社製「ＪＯＭＯプロセスＮＣ−１４０」。

なお、各ゴム組成物には、共通配合として、ジエン系ゴム１００重量部に対し、酸化亜鉛（三井金属鉱業社製「酸化亜鉛３種」）３重量部、ステアリン酸（花王社製「ルナックＳ−２５」）２重量部、老化防止剤（フレキシス社製「サントフレックス６Ｃ」）１重量部、加硫促進剤ＣＢＳ（住友化学社製「ソクシノールＣＺ」１重量部、硫黄（三新化学工業社製「サンフェルＥＸ」）３重量部を配合した。

２．空気入りタイヤの作製及び評価
下記表２に示すゴム膜層構成に従い、上記ゴム組成物からなるシート（厚み０．２ｍｍ又は０．５ｍｍ）を、フィブリルがタイヤ周方向に対して垂直に配向するように、未加硫のトレッド表面に対し主溝の位置に合わせて貼り付けて、タイヤ成形型内で加硫成形することにより、図１及び図２に示すように主溝２０内の壁面にゴム膜層２２を備える空気入りラジアルタイヤ（タイヤサイズ：２１５／６０Ｒ１６）を成形した。なお、比較例１は、ゴム膜層２２を設けずにタイヤを成形したコントロールである。

トレッド本体のゴム組成物としては、スチレン−ブタジエンゴム（旭化成ケミカルズ製「タフデン２８３０」）９６．２５重量部、天然ゴム（ＲＳＳ＃３）３０重量部、シリカ（東ソー・シリカ製「ニップシールＡＱ」）６０重量部、カーボンブラック（三菱化学社製「ダイアブラックＮ３３０」）１０重量部、オイル（ジャパンエナジー社製「ＪＯＭＯプロセスＮＣ−１４０」）３．７５重量部、シランカップリング剤（デグサ製「Ｓｉ７５」）４．８重量部、酸化亜鉛（三井金属鉱業製「酸化亜鉛３種」）３重量部、ステアリン酸（花王製「ルナックＳ−２５」）２重量部、老化防止剤（フレキシス製「サントフレックス６Ｃ」）２重量部、ワックス（日本精鑞製「ＯＺＯＡＣＥ０３５５）２重量部、加硫促進剤Ｄ（大内新興化学工業製「ノクセラーＤ」）２．０重量部、加硫促進剤ＣＢＳ（住友化学製「ソクシノールＣＺ」）１．８重量部、硫黄（三新化学工業製「サンフェルＥＸ」）１．５重量部とした。

作製した各ラジアルタイヤについて、転がり抵抗と湿潤路面での制動距離と操縦安定性とトレッド溝底クラックを下記方法に従い評価した。結果を表２に示す。

・転がり抵抗（低燃費性）：使用リムを１６×６ １／２ＪＪとしてタイヤを装着し、空気圧２３０ｋＰａ、荷重４５０ｋｇｆとして、転がり抵抗測定ドラムにて２３℃、８０ｋｍ／ｈで走行させたときの転がり抵抗を測定した。結果は、比較例１の値を１００とした指数で表示し、指数が小さいほど、転がり抵抗が小さく、よって低燃費性に優れることを示す。

・湿潤路面での制動距離（グリップ性）：使用リムを１６×６ １／２ＪＪとして２５００ｃｃのテスト車に装着し、湿潤アスファルト路面にて、時速８０ｋｍ／ｈから制動するまでの距離を測定した。結果は、比較例１の値を１００とした指数で表示し、指数が大きいほど制動距離が短く、グリップ性に優れることを示す。

・操縦安定性：使用リムを１６×６ １／２ＪＪとして２５００ｃｃのテスト車に装着し、テストドライバーによる官能評価により操縦安定性を評価した。評価は、比較例１をコントロールとして、これと同等のものを±０、やや劣るものを−１、劣るものを−２、やや優れるものを＋１、優れるものを＋２とした。

・トレッド溝底クラック：タイヤを８０℃で４週間熱老化した後、空気圧２３０ｋＰａ、荷重４５０ｋｇｆとして、ドラムにて１００００ｋｍ走行させた後に、主溝内のクラック発生の有無を確認した。

表２に示すように、本発明に係る実施例１〜３の空気入りタイヤであると、コントロールである比較例１に対し、低燃費性の悪化を極力抑えながら、グリップ性が向上しており、また、操縦安定性が低下することなく、トレッド溝部でのクラックの発生が抑制されていた。これに対し、ゴム膜層２２にフィブリル化しない短繊維を配合した比較例４では、低燃費性及び操縦安定性が悪化していただけでなく、トレッド溝底部にクラックが発生していた。このことから、ゴム膜層に通常の短繊維を配合したのみでは、仮に短繊維による補強により剛性が上がったとしても溝底部のクラック発生は抑制することができず、上記フィブリルの分散が溝底部のクラック抑制には有効であることが分かる。

本発明は、低燃費性、グリップ性、操縦安定性を悪化させることなく、長期使用における溝部のクラック発生を低減することができるので、乗用車用ラジアルタイヤを始めとして各種空気入りタイヤに利用することができる。

本発明の一実施形態に係る空気入りタイヤの半断面図である。 主溝を拡大した断面図である。 変更例に係る主溝を拡大した断面図である。

符号の説明

１８…トレッド、２０…主溝、２０Ａ…底部、２０Ｂ…側壁、２２…ゴム膜層

Claims (1)

1. トレッド面にタイヤ周方向に延びる主溝を備える空気入りタイヤの製造方法であって、ジエン系ゴム１００重量部に対して、溶剤湿式冷却ゲル紡糸により製造され混合中にフィブリル化する短繊維を２〜８重量部と、フィラーを２０〜７０重量部配合したゴム組成物からなるシートを、列理方向がタイヤ周方向に垂直になるように未加硫トレッド表面に貼り付けて加硫成形することにより、混合中に生成したフィブリルがタイヤ周方向に対して垂直に配向したゴム膜層を前記主溝の底部に設けることを特徴とする空気入りタイヤの製造方法。

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