JP2007176215A - 空気入りタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】軽量で、操縦安定性に優れ、しかも安価に得られるタイヤ２の提供。
【解決手段】本発明に係るタイヤ２は、繊維補強層２０を備えている。繊維補強層２０は、カーカス１０の本体３２と積層されている。繊維補強層２０の一部は、エイペックス２８とも積層されている。繊維補強層２０は、架橋されたゴム組成物からなる。このゴム組成物は、１００質量部の基材ゴムと、０．５質量部以上５０質量部以下の紙繊維と、０．５質量部以上２０質量部以下のフェノール樹脂とを含む。繊維補強層２０の厚みは、０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下である。繊維補強層２０の半径方向距離は、２０ｍｍ以上７０ｍｍ以下である。エイペックス２８と繊維補強層２０とが重なった部分の半径方向距離Ｌ２は、５ｍｍ以上である。
【選択図】図２

Description

本発明は、空気入りタイヤに関する。

近年、軽量なタイヤの開発が進められている。軽量なタイヤは、原材料の低減に寄与する。軽量なタイヤはさらに、車両の低燃費にも寄与する。軽量なタイヤは、地球環境に優しい。

タイヤは、多数のプライ（又はゴムシート）がアッセンブリーされることで得られる。薄いプライが用いられれば、軽量なタイヤが得られる。しかし、薄いプライの採用により、タイヤの諸性能が阻害されるおそれがある。特に、タイヤのサイド部に薄いプライが用いられると、剛性不足に起因して操縦安定性が阻害されるおそれがある。

特開２００４−１３０８５９公報には、サイド部に繊維補強層を備えたタイヤが開示されている。この繊維補強層は、タイヤの剛性に寄与する。しかし、このタイヤは、軽量化の要請に十分には応えていない。
特開２００４−１３０８５９公報

ビードのエイペックスの近傍に、薄い補強層を備えたタイヤが提案されている。この補強層は、「スリムエイペックス」とも称されている。この補強層に多量の充填材や熱硬化性樹脂が配合されれば、高硬度な補強層が得られる。高硬度な補強層は、タイヤの剛性に寄与に寄与する。この補強層が設けられれば、さらに薄いプライが採用されうる。

しかし、充填材及び熱硬化性樹脂の配合は、原材料低減の要請に反する。しかも、充填材及び熱硬化性樹脂の配合は、タイヤの採算性を阻害する。

本発明の目的は、軽量で、操縦安定性に優れ、しかも安価に得られるタイヤの提供にある。

本発明に係る空気入りタイヤは、コア及びエイペックスを備えた一対のビードと、両ビードの間に架け渡されたカーカスと、架橋されたゴム組成物からなりその一部がエイペックスと積層された繊維補強層とを備える。このゴム組成物は、１００質量部の基材ゴムと、０．５質量部以上５０質量部以下の紙繊維を含む。

このカーカスは、本体と、この本体にコアの近傍で連続する巻き上げ部とからなる。好ましくは、この本体に上記繊維補強層が積層される。

この繊維補強層では、厚みは０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下が好ましく、半径方向距離は２０ｍｍ以上７０ｍｍ以下が好ましい。

好ましくは、エイペックスと繊維補強層とが重なった部分の半径方向距離は、５ｍｍ以上である。

好ましくは、ゴム組成物は、０．５質量部以上２０質量部以下のフェノール樹脂をさらに含む。

好ましくは、この紙繊維では、平均長さは１０μｍ以上１０００μｍ以下であり、平均直径に対する平均長さの比は１０以上２０００以下である。

本発明に係るタイヤの繊維補強層は、高硬度である。この繊維補強層がエイペックスと積層されることにより、タイヤに十分な剛性が付与される。この繊維補強層により、軽量なタイヤが得られうる。この繊維補強層には紙繊維が用いられているので、このタイヤは安価に得られる。

以下、適宜図面が参照されつつ、好ましい実施形態に基づいて本発明が詳細に説明される。

図１は、本発明の一実施形態に係る空気入りタイヤ２の一部が示された断面図である。図２は、図１のタイヤ２の一部が示された拡大断面図である。図１において、上下方向がタイヤ２の半径方向であり、左右方向がタイヤ２の軸方向である。このタイヤ２は、図１中の一点鎖線ＣＬを中心としたほぼ左右対称の形状を呈する。この一点鎖線ＣＬは、タイヤ２の赤道面を表す。このタイヤ２は、トレッド４、サイドウォール６、ビード８、カーカス１０、ベルト１２、インナーライナー１４、チェーファー１６、クリンチゴム１８及び繊維補強層２０を備えている。このタイヤ２は、チューブレスタイプの空気入りタイヤである。このタイヤ２は、乗用車に装着される。

トレッド４は架橋ゴムからなり、半径方向外向きに凸な形状を呈している。トレッド４は、路面と接地するトレッド面２２を形成する。トレッド面２２には、溝２４が刻まれている。この溝２４により、トレッドパターンが形成されている。トレッド４に溝２４が形成されなくてもよい。

サイドウォール６は、トレッド４の端から半径方向略内向きに延びている。このサイドウォール６は、架橋ゴムからなる。サイドウォール６は、撓みによって路面からの衝撃を吸収する。さらにサイドウォール６は、カーカス１０の外傷を防止する。

ビード８は、サイドウォール６から半径方向略内向きに延びている。ビード８は、コア２６と、このコア２６から半径方向外向きに延びるエイペックス２８とを備えている。コア２６はリング状であり、複数本の非伸縮性ワイヤー（典型的にはスチール製ワイヤー）を含む。エイペックス２８は、半径方向外向きに先細りであるテーパ状である。エイペックス２８は、高硬度な架橋ゴムからなる。

カーカス１０は、カーカスプライ３０からなる。このカーカスプライ３０は、両側のビード８の間に架け渡されており、トレッド４及びサイドウォール６の内側に沿っている。カーカスプライ３０は、コア２６の周りを、軸方向内側から外側に向かって巻かれている。カーカスプライ３０は、コア２６の近傍を境界として、本体３２と巻き上げ部３４とに区分されうる。巻き上げ部３４の上端は、エイペックス２８と接触している。このカーカス１０は、いわゆる「ローターンアップ構造」である。このカーカス１０は、タイヤ２の軽量に寄与する。

図示されていないが、カーカスプライ３０は、コードとトッピングゴムとからなる。コードが赤道面に対してなす角度の絶対値は、通常は７５°から９０°である。換言すれば、このタイヤ２はラジアルタイヤである。カーカスコードは、通常は有機繊維からなる。好ましい有機繊維としては、ポリエステル繊維、ナイロン繊維、レーヨン繊維、ポリエチレンナフタレート繊維及びアラミド繊維が例示される。

ベルト１２は、カーカス１０の半径方向外側に位置している。ベルト１２は、カーカス１０と積層されている。ベルト１２は、カーカス１０を補強する。ベルト１２は、内側ベルトプライ３６及び外側ベルトプライ３８からなる。図示されていないが、内側ベルトプライ３６及び外側ベルトプライ３８のそれぞれは、コードとトッピングゴムとからなる。コードは、赤道面に対して傾斜している。傾斜角度の絶対値は、通常は１０°以上３５°以下である。内側ベルトプライ３６のコードの赤道面に対する角度は、外側ベルトプライ３８のコードの赤道面に対する角度とは逆である。コードの好ましい材質は、スチールである。コードに、有機繊維が用いられてもよい。

インナーライナー１４は、カーカス１０の内周面に接合されている。インナーライナー１４は、架橋ゴムからなる。インナーライナー１４には、空気透過性の少ないゴムが用いられている。インナーライナー１４は、タイヤ２の内圧を保持する役割を果たす。

チェーファー１６は、ビード８の近傍に位置している。タイヤ２がリムに組み込まれると、このチェーファー１６がリムと当接する。この当接により、ビード８の近傍が保護される。チェーファー１６は、通常は布とこの布に含浸したゴムとからなる。ゴム単体からなるチェーファーが用いられてもよい。

繊維補強層２０は、カーカス１０の本体３２よりも軸方向外側に位置している。繊維補強層２０は、この本体３２と積層されている。繊維補強層２０の内周面は、本体３２に接している。繊維補強層２０の外周面は、サイドウォール６の内周面、クリンチゴム１８の内周面及びエイペックス２８の内周面と接している。換言すれば、繊維補強層２０の一部はエイペックス２８と積層されている。繊維補強層２０は、薄い。この繊維補強層２０は、いわゆる「スリムエイペックス」である。

この繊維補強層２０は、架橋されたゴム組成物からなる。このゴム組成物の基材ゴムとしては、天然ゴム、ポリブタジエン、スチレン−ブタジエン共重合体、ポリイソプレン、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体、ポリクロロプレン、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体及びイソブチレン−イソプレン共重合体が例示される。２種以上のゴムが併用されてもよい。

このゴム組成物は、紙繊維を含んでいる。この繊維補強層２０は、高硬度である。この繊維補強層２０は、タイヤ２の剛性に寄与する。この繊維補強層２０が設けられることにより、他の部材（サイドウォール６、クリンチゴム１８等）が薄くても、十分な剛性が得られる。大きな剛性は、操縦安定性に寄与する。薄いサイドウォール６及び薄いクリンチゴム１８は、軽量に寄与する。紙繊維は安価なので、この紙繊維はタイヤ２の低コストに寄与する。このタイヤ２では、軽量、優れた操縦安定性及び低コストが達成される。

紙繊維の製作では、まず原料紙が裁断又は粉砕される。この原料紙が、さらに叩解によって解繊される。こうして得られた紙繊維は、短繊維である。叩解されているので、この紙繊維の表面積は大きい。

原料紙は、クラフトパルプ、セミケミカルパルプ、機械パルプ、非木材パルプ、古紙パルプ等から得られる。クラフトパルプには、針葉樹クラフトパルプ及び広葉樹クラフトパルプが含まれる。非木材パルプの原料としては、ケナフ、バガス、竹、コットン、海藻等が挙げられる。古紙パルプは、使用済みコピー用紙、新聞古紙、段ボール紙等が脱墨されることで得られる。強度の観点から、クラフトパルプから得られる紙が好ましく、特に針葉樹クラフトパルプから得られる紙が好ましい。クラフトパルプから得られる紙には、未晒クラフト紙及び晒クラフト紙が含まれる。地球環境及び低コストの観点からは、新聞古紙から得られる原料紙が好ましい。

紙繊維の配合量は、基材ゴム１００質量部に対して０．５質量部以上５０質量部以下である。配合量が０．５質量部以上に設定されることにより、優れた操縦安定性が達成される。この観点から、配合量は３質量部以上がより好ましい。配合量が５０質量部以下に設定されることにより、ゴム組成物の良好な混練性が達成される。この観点から、配合量は２０質量部以下がより好ましい。

紙繊維の平均長さは、１０μｍ以上１０００μｍ以下が好ましい。平均長さが１０μｍ以上に設定されることにより、大きな補強効果が得られ、優れた操縦安定性が達成される。この観点から、平均長さは５０μｍ以上がより好ましい。平均長さが１０００μｍ以下に設定されることにより、紙繊維がゴム組成物に良好に分散する。この観点から、平均長さは８００μｍ以下がより好ましい。

紙繊維の平均直径（Ｄ）に対する平均長さ（Ｌ）の比（Ｌ／Ｄ）は、１０以上２０００以下が好ましい。比（Ｌ／Ｄ）が１０以上である紙繊維では、その表面積が大きい。表面積の大きな紙繊維は、補強効果に優れる。この観点から、比（Ｌ／Ｄ）は２０以上がより好ましい。比（Ｌ／Ｄ）が２０００以下に設定されることにより、紙繊維がゴム組成物に良好に分散する。この観点から、比（Ｌ／Ｄ）は１５００以下がより好ましい。

ゴム組成物が、フェノール樹脂を含むことが好ましい。フェノール樹脂は、紙繊維に含浸する。タイヤ２の加硫時には、このフェノール樹脂が重合反応を起こす。重合反応により、フェノール樹脂の分子量が増大する。このフェノール樹脂が含浸した紙繊維は、補強効果に優れる。

フェノール樹脂には、フェノール類とアルデヒドとの反応によって得られる樹脂及びその変性物が含まれる。フェノール類としては、フェノール、クレゾール、キシレノール及びレゾルシンが例示される。アルデヒドとしては、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド及びフルフラールが例示される。フェノール樹脂の具体例としては、フェノール樹脂−ホルムアルデヒド樹脂、フェノール−フルフラール樹脂及びレゾルシン−ホルムアルデヒド樹脂が例示される。常温で流動性を備えたフェノール樹脂が好適に用いられる。

フェノール樹脂の配合量は、基材ゴム１００質量部に対して０．５質量部以上２０質量部以下が好ましい。配合量が０．５質量部以上に設定されることにより、優れた操縦安定性が達成される。この観点から、配合量は３質量部以上がより好ましい。配合量が２０質量部以下に設定されることにより、ゴム組成物の良好な混練性が達成される。この観点から、配合量は１０質量部以下がより好ましい。

ゴム組成物は、硫黄又は硫黄化合物によって架橋されている。好ましくは、架橋には、加硫促進剤が併用される。有機過酸化物によって架橋が達成されてもよい。

ゴム組成物に、カーボンブラック、シリカ等の補強剤が配合されることが好ましい。ゴム組成物には、各種の添加剤が必要に応じ適量配合される。添加剤としては、炭酸カルシウム、酸化亜鉛、硫酸バリウム等の充填材；老化防止剤；軟化剤及び可塑剤が例示される。ゴム組成物に、シランカップリング剤が添加されてもよい。

繊維補強層２０の複素弾性率Ｅ^＊は、５ＭＰａ以上が好ましい。複素弾性率Ｅ^＊が５ＭＰａ以上に設定されることにより、優れた操縦安定性が達成される。この観点から、複素弾性率Ｅ^＊は７ＭＰａ以上がより好ましい。複素弾性率Ｅ^＊は、２０ＭＰａ以下が好ましい。

複素弾性率Ｅ^＊は、「ＪＩＳ−Ｋ ６３９４」の規定に準拠して、下記に示される条件で、粘弾性スペクトロメーター（島津製作所社の商品名「ＶＡ−２００」）によって測定される。
初期歪み：１０％
振幅：２％
周波数：１０Ｈｚ
変形モード：引張
開始温度：−１００℃
終了温度：１００℃
昇温速度：３℃／ｍｉｎ
測定温度：７０℃
粘弾性スペクトロメーターによる測定に供される試験片は板状であり、その長さは４５ｍｍであり、幅は４ｍｍであり、厚みは２ｍｍである。この試験片の両端部がチャックされて、測定がなされる。試験片の変位部分の長さは、３０ｍｍである。この試験片は、繊維補強層２０から切り出される。切り出しが困難な場合は、繊維補強層２０と同一の組成物から厚みが２ｍｍのスラブが金型で成形・架橋され、このスラブから試験片が打ち抜かれる。スラブの成形・架橋は、１６０℃で１０分間行われる。

繊維補強層２０の厚みは、０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下が好ましい。厚みが０．５ｍｍ以上に設定されることにより、優れた操縦安定性が達成される。この観点から、厚みは１．０ｍｍ以上がより好ましい。厚みが２．０ｍｍ以下に設定されることにより、タイヤ２の軽量が達成される。この観点から、厚みは１．５ｍｍ以下がより好まし。

図２において両矢印Ｌ１で示されているのは、繊維補強層２０の半径方向距離である。この距離Ｌ１は、２０ｍｍ以上７０ｍｍ以下が好ましい。距離Ｌ１が２０ｍｍ以上に設定されることにより、優れた操縦安定性が達成される。この観点から、距離Ｌ１は３０ｍｍ以上がより好ましく、４０ｍｍ以上が特に好ましい。距離Ｌ１が７０ｍｍ以下に設定されることにより、タイヤ２の軽量が達成される。この観点から、距離Ｌ１は６０ｍｍ以下がより好ましい。

図２において両矢印Ｌ２で示されているのは、エイペックス２８と繊維補強層２０とが重なった部分の半径方向距離である。この距離Ｌ２は、５ｍｍ以上が好ましい。距離Ｌ２が５ｍｍ以上に設定されたタイヤ２は、耐久性に優れる。この観点から、距離Ｌ２は７ｍｍ以上がより好ましい。距離Ｌ２の最大値は、エイペックス２８の半径方向高さである。距離Ｌ２は、２５ｍｍ以下が好ましい。

タイヤ２の各部材の寸法は、タイヤ２が正規リムに組み込まれ、正規内圧となるようにタイヤ２に空気が充填された状態で測定される。測定時には、タイヤ２には荷重がかけられない。本明細書において正規リムとは、タイヤ２が依拠する規格において定められたリムを意味する。ＪＡＴＭＡ規格における「標準リム」、ＴＲＡ規格における「Design Rim」、及びＥＴＲＴＯ規格における「Measuring Rim」は、正規リムである。本明細書において正規内圧とは、タイヤ２が依拠する規格において定められた内圧を意味する。ＪＡＴＭＡ規格における「最高空気圧」、ＴＲＡ規格における「TIRE LOAD LIMITS AT VARIOUS COLD INFLATION PRESSURES」に掲載された「最大値」、及びＥＴＲＴＯ規格における「INFLATION PRESSURE」は、正規内圧である。ＪＡＴＭＡ規格に準拠した乗用車用タイヤ２の正規内圧は、１８０ｋＰａである。

以下、実施例によって本発明の効果が明らかにされるが、この実施例の記載に基づいて本発明が限定的に解釈されるべきではない。

［実施例１］
図１及び図２に示された構造の乗用車用空気入りタイヤを得た。このタイヤは、繊維補強層を備えている。この繊維補強層のゴム組成物は、１００質量部の基材ゴム、１０質量部の紙繊維及び１０質量部のフェノール樹脂を含む。繊維補強層の厚みは１．０ｍｍであり、距離Ｌ１は５０ｍｍであり、距離Ｌ２は１５ｍｍである。このタイヤのサイズは、「１９５／６５Ｒ１５」である。このタイヤのサイドウォールの厚みは、後に詳説される比較例２のタイヤのサイドウォールの厚みよりも１．０ｍｍ小さい。

［実施例２から３及び８から９］
紙繊維の量を下記の表１に示される通りとした他は実施例１と同様にして、実施例２から３及び８から９のタイヤを得た。

［実施例４から６及び７］
フェノール樹脂の量を下記の表１に示される通りとした他は実施例１と同様にして、実施例４から６及び７のタイヤを得た。

［実施例１０及び１１］
サイドウォールの厚みを下記の表１に示される通りとした他は実施例１と同様にして、実施例１０及び１１のタイヤを得た。

［実施例１２及び１９から２０］
繊維補強層の厚みを下記の表２に示される通りとした他は実施例１と同様にして、実施例１２及び１９から２０のタイヤを得た。

［実施例１３及び１７から１８］
繊維補強層の半径方向距離Ｌ１を下記の表２に示される通りとした他は実施例１と同様にして、実施例１３及び１７から１８のタイヤを得た。

［実施例１４から１６］
エイペックスと繊維補強層とが重なった部分の半径方向距離Ｌ２を下記の表２に示される通りとした他は実施例１と同様にして、実施例１４から１６のタイヤを得た。

［比較例１］
補強層に紙繊維を配合しなかった他は実施例１と同様にして、比較例１のタイヤを得た。

［比較例２］
補強層を設けず、かつサイドウォールを実施例１のサイドウォールよりも厚くした他は実施例１と同様にして、比較例２のタイヤを得た。

［質量の測定］
タイヤの質量を測定した。この結果が、下記の表１及び表２に示されている。

［官能試験］
タイヤを「１５×６．０Ｊ」のリムに組み込み、内圧が２００ｋＰａとなるようにタイヤに空気を充填した。このタイヤを排気量が２０００ｃｍ^３の乗用車に取り付け、走行させた。そして、５点満点法で、ドライバーに操縦安定性を評価させた。この結果が、下記の表１及び表２に示されている。

［耐久性の評価］
８０℃のオーブンにタイヤを１週間保持した。このタイヤを耐久試験機に装着し、内圧が２００ｋＰａとなるようにタイヤに空気を充填した。タイヤへの負荷が３４０ｋｇｆであり、速度が８０ｋｍ／ｈである条件下で、タイヤをドラム上で走行させ、損傷の有無を確認した。走行距離が２００００ｋｍの段階で損傷が見られるものをＣとし、走行距離が３００００ｋｍの段階で損傷が見られるものをＢとし、走行距離が３００００ｋｍの段階で損傷が見られないものをＡと格付けした。この結果が、下記の表１及び表２に示されている。

［混練性の評価］
繊維補強層のゴム組成物の混練時の作業性を、ＡからＣに格付けした。この結果が、下記の表１及び表２に示されている。

表１に示されるように、実施例のタイヤは軽量でかつ操縦安定性に優れる。この評価結果から、本発明の優位性は明らかである。

本発明に係るタイヤは、種々の車両に装着されうる。

図１は、本発明の一実施形態に係る空気入りタイヤの一部が示された断面図である。 図２は、図１のタイヤの一部が示された拡大断面図である。

符号の説明

２・・・空気入りタイヤ
４・・・トレッド
６・・・サイドウォール
８・・・ビード
１０・・・カーカス
１２・・・ベルト
１４・・・インナーライナー
１６・・・チェーファー
１８・・・クリンチゴム
２０・・・繊維補強層
２２・・・
２４・・・
２６・・・コア
２８・・・エイペックス
３０・・・カーカスプライ
３２・・・本体
３４・・・巻き上げ部

Claims (6)

1. コア及びエイペックスを備えた一対のビードと、両ビードの間に架け渡されたカーカスと、架橋されたゴム組成物からなりその一部がエイペックスと積層された繊維補強層とを備えており、
   このゴム組成物が、１００質量部の基材ゴムと、０．５質量部以上５０質量部以下の紙繊維を含んでいる空気入りタイヤ。
2. 上記カーカスが、本体と、この本体にコアの近傍で連続する巻き上げ部とからなり、
   この本体に上記繊維補強層が積層されている請求項１に記載のタイヤ。
3. 上記繊維補強層の厚みが０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であり、この繊維補強層の半径方向距離が２０ｍｍ以上７０ｍｍ以下である請求項１又は２に記載のタイヤ。
4. 上記エイペックスと繊維補強層とが重なった部分の半径方向距離が５ｍｍ以上である請求項１から３のいずれかに記載のタイヤ。
5. 上記ゴム組成物が、０．５質量部以上２０質量部以下のフェノール樹脂をさらに含む請求項１から４のいずれかに記載のタイヤ。
6. 上記紙繊維の平均長さが１０μｍ以上１０００μｍ以下であり、この紙繊維の平均直径に対する平均長さの比が１０以上２０００以下である請求項１から５のいずれかに記載のタイヤ。

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