JP2014223816A - タイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、トレッドに発泡ゴムを適用したタイヤにおいて、氷路面におけるタイヤの制動性能および駆動性能を総合した氷上性能が、タイヤの使用開始時から安定して優れたタイヤを提供することを目的とする。
【解決手段】タイヤのトレッドに、該トレッドの少なくとも接地面を形成する表面ゴム層と、前記表面ゴム層のタイヤ径方向内側に隣接する、発泡ゴムから成る内部ゴム層とを有し、前記表面ゴム層のゴム弾性率Ｍ_Ｓが前記内部ゴム層のゴム弾性率Ｍ_ｉに比し低いことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、氷路面におけるタイヤの制動性能および駆動性能を総合した氷上性能が、タイヤの使用開始時から安定して優れたタイヤに関するものである。

スパイク付きのタイヤの使用が制限される中、このスパイクタイヤの代替として、所謂スタッドレスタイヤが開発されている。このスタッドレスタイヤでは、その氷上性能を向上させるため、特にトレッド踏面に改良が加えられている。一般に、氷路面上では、トレッド踏面と路面との間の摩擦熱によって、該トレッド踏面と路面との間に水膜が生じる結果、タイヤおよび路面間の摩擦力が低下して氷上性能が悪化することから、トレッドに水膜除去能やエッジ成分を付与することにより、氷上性能の向上が図られている。

例えば、トレッドの水膜除去能を向上させるためには、トレッドに発泡ゴムを適用することが有効である。トレッドに発泡ゴムを適用したタイヤとして、特許文献１には、発泡ゴムのゴム組成物に、微粒子含有繊維と、微粒子を含まない非含有繊維とを好適な割合で配合したタイヤが開示されている。このタイヤは、トレッド表面に発泡ゴムの気泡を露出させて水膜除去能を発揮するのに加え、氷の硬度以上のモース硬度を有する微粒子を接地面に有することによって、エッジ効果またはスパイク効果を得て、総合的な氷上性能を確保したものである。

特開２００５−４１９２４号公報

しかしながら、上記した事例に限らず、トレッドに発泡ゴムを適用したタイヤにおいては、一般に、タイヤを金型で加硫成形する工程で、該金型に接するトレッド表面の発泡成分が金型の熱によって気化してしまう結果、タイヤのトレッド表面近傍が低発泡または非発泡となるため、使用開始の新品時に、所期した性能に至らない場合があった。そのため、例えば、トレッド表面に微細な溝を設ける等、他の手段でタイヤ使用初期の氷上性能を補完していた。
そこで、本発明は、トレッドに発泡ゴムを適用したタイヤにおいて、氷路面におけるタイヤの制動性能および駆動性能を総合した氷上性能が、タイヤの使用開始時から安定して優れたタイヤを提供することを目的とする。

発明者は、トレッドに発泡ゴムを適用したタイヤにおける初期性能の確保について鋭意検討を行った結果、新品状態のこの種のタイヤで、初期した氷上性能が十分得られない場合があった要因は、トレッド表面近傍が低発泡または非発泡となって水膜除去能を十分に確保できないことよりむしろ、トレッド表面近傍が高弾性率となって十分な接地面積を確保できないことにあることが分かった。
すなわち、発泡ゴムが露出するまでの初期性能を担保するには、タイヤの新品時に接地面近傍を形成するトレッド表面のゴムの弾性率を、好適に規定することが有効であるとの知見を得て、本発明を完成するに至ったものである。

本発明の要旨は、以下のとおりである。
本発明のタイヤは、タイヤのトレッドに、該トレッドの少なくとも接地面を形成する表面ゴム層と、前記表面ゴム層のタイヤ径方向内側に隣接する、発泡ゴムから成る内部ゴム層とを有し、前記表面ゴム層のゴム弾性率Ｍ_Ｓが前記内部ゴム層のゴム弾性率Ｍ_ｉに比し低いことを特徴とする。

かかる構成の本発明のタイヤによれば、タイヤの使用開始時から安定して優れた氷上性能を得ることができる。
なお、本発明におけるゴム弾性率とは、ゴムの引張り方向の弾性率を意味し、切り出した表面ゴムに周波数変位を入力して得られた応力から弾性率を求めるものである。

本発明のタイヤにおいては、前記表面ゴム層のゴム弾性率Ｍ_Ｓの、前記内部ゴム層のゴム弾性率Ｍ_ｉに対する比Ｍ_Ｓ／Ｍ_ｉが０．０１以上１．０未満であることが好ましい。

この場合には、トレッド表面の弾性率を好適にして、タイヤの使用開始時における氷上性能をさらに良好にすることができる。

また、本発明のタイヤにおいては、前記表面ゴム層の厚さが０．０１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であることが好ましい。

かかる構成によれば、タイヤの使用初期にトレッドの接地面積を十分に確保すること、および、内部ゴム層の早期出現を実現することができるため、氷上性能をより安定して発揮することが可能となる。

本発明のタイヤにおいて、前記トレッドは、ベース部のタイヤ径方向外側に隣接して、該トレッドの少なくとも接地面を形成するキャップ部を配置した積層構造を有し、前記キャップ部が前記表面ゴム層および前記内部ゴム層を含むことが好ましい。

この場合には、トレッドの剛性を好適にして、加減速性能と運動性能とを両立させることができる。

本発明によれば、氷上性能が、タイヤの使用開始時から安定して優れた、トレッドに発泡ゴムを適用したタイヤを提供することができる。

本発明の第１実施形態に係るタイヤの、タイヤ幅方向半部の断面図である。 本発明の第１実施形態に係るタイヤのトレッド接地面近傍を、タイヤ幅方向に切断した拡大断面図である。 本発明の第２実施形態に係るタイヤのトレッド接地面近傍を、タイヤ幅方向に切断した拡大断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明のタイヤについて、その実施形態を例示して詳細に説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係るタイヤ１０の、タイヤ幅方向半部の断面を示したものである。タイヤ１０は、左右両ビード部（図示せず）間にトロイダル状に跨る少なくとも１層（図示例では１層）のカーカス２と、該カーカス２のタイヤ径方向外側に配置された２層の傾斜ベルト層３ａ、３ｂからなる傾斜ベルト３と、この傾斜ベルト３のタイヤ径方向外側に配置された１層の周方向ベルト４と、その周方向ベルト４のタイヤ径方向外側に配置された、トレッドゴムから成るトレッド６と、を有する。
トレッド６には、タイヤ周方向および／または横方向に延びる溝（図１では、タイヤ周方向に延びる溝５）によって複数の陸部９が区画形成されており、該陸部９は、その接地面を形成する表面ゴム層Ｓと、前記表面ゴム層Ｓのタイヤ径方向内側に隣接する、発泡ゴムから成る内部ゴム層Ｉと、から成る。

前記表面ゴム層Ｓは、タイヤ１０の使用初期の走行において徐々に摩耗が進行して摩滅するものであり、該表面ゴム層Ｓの摩耗の進行に従って、内部ゴム層Ｉがトレッド６の接地面に徐々に露出することになる。この内部ゴム層Ｉは、トレッドゴムの中に無数の気泡を散在させた発泡ゴム層であり、接地面の摩耗に従って順次露出する多数の気泡がトレッド表面にミクロな窪みを形成する結果、水膜除去能およびエッジ成分が付与される。従って、この内部ゴム層Ｉが露出するまでの使用初期は、表面ゴム層Ｓがタイヤの氷上性能を担うのである。

その際、前記表面ゴム層Ｓのゴム弾性率Ｍ_Ｓが前記内部ゴム層Ｉのゴム弾性率Ｍ_ｉに比し低いことが肝要である。なぜなら、接地面に内部ゴム層Ｉより低い弾性率の表面ゴム層Ｓを配置することによって、従来タイヤでは不足していた氷上での接地面積の確保が図られ、十分な初期氷上性能が得られるからである。

特に、近年の殆どの車両がそうであるように、アンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）を搭載した車両にあっては、車体の制動時に車輪がロックすることなくトレッド接地面が常に更新されるため、従前のブレーキを搭載した車両に比し、氷路面を走行する際に該路面とタイヤ表面との間に水膜が介在する機会が少ない。このような事情を踏まえると、上記の接地面積をより大きく確保することは、トレッド表面を発泡させて水膜除去能を改良することと同様に、タイヤの使用初期に優れた氷上性能を得るのに効果的である。
このように、本発明に係るタイヤ１０によれば、タイヤの使用開始時から、安定して優れた氷上性能を確保することが可能となる。

また、一般に、タイヤのトレッドに発泡ゴムを適用したタイヤにおいては、タイヤを金型で加硫成形する工程で、該金型に接するトレッド表面の発泡成分が金型の熱によって気化し、トレッド表面近傍が低発泡または非発泡となると同時に、高弾性率となることは前述したとおりである。

この点、本発明に係るタイヤ１０では、トレッド６の表層に前記表面ゴム層Ｓを配置すること、換言すると、該タイヤ１０を加硫成形する際には、発泡させるゴム材料の外側に低弾性となるゴム材料を配置して成形を行うことから、該金型と内部ゴム層Ｉになる発泡ゴム材料との間に表面ゴム層Ｓになるゴムが介在して両者の直接接触が回避されるため、金型側からの熱が内部ゴム層Ｉになる前記ゴム材料に必要以上には伝わらなくなる。その結果、内部ゴム層Ｉの表面近傍が高弾性率となることや、内部ゴム層Ｉの発泡率がタイヤ径方向外側と内側とで不均一になること等も抑制することができるため、表面ゴム層Ｓが摩滅した直後から継続して、優れた氷上性能を安定して得ることが可能となる。

また、表面ゴム層Ｓの弾性率Ｍ_Ｓが、内部ゴム層Ｉのゴム弾性率Ｍ_ｉに比し低いことは、タイヤ１０の使用開始後、表面ゴム層Ｓが比較的短時間で摩滅する点でも有利である。すなわち、内部ゴム層Ｉが早い段階で露出するため、タイヤ１０本来のタイヤ性能の早期出現が可能となる。

さらに、表面ゴム層Ｓは、内部ゴム層Ｉより弾性率が低ければよく、この条件を満足すれば、その原料ゴム配合は特に限定されないため、転がり抵抗性能をはじめとする、その他の諸性能を加味したゴムの配合設計が可能であり、タイヤの目的性能に応じてゴム配合を選択することも可能になる。
好適な表面ゴム層Ｓの原料ゴム配合は、発泡または非発泡に関わらず、通常のゴム配合に同じである。

また、本発明のタイヤにおいては、表面ゴム層Ｓのゴム弾性率Ｍ_Ｓの、内部ゴム層Ｉのゴム弾性率Ｍ_ｉに対する比Ｍ_Ｓ／Ｍ_ｉが、０．０１以上１．０未満であることが好ましい。

比Ｍ_Ｓ／Ｍ_ｉが１．０以上であると、表面が硬すぎて十分な氷上性能が発揮できない。また、比Ｍ_Ｓ／Ｍ_ｉが０．０１未満であると、表面が柔らかすぎて運動性能が低下するとともに、エッジ成分が十分でなくなるため氷上性能が低下してしまう。
なお、比Ｍ_Ｓ／Ｍ_ｉが０．０１以上０．８以下であれば、優れた氷上性能を得るのにより効果的である。

また、本発明のタイヤにおける表面ゴム層Ｓの厚さｔ（図２参照）は、０．０１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であることが好ましい。
表面ゴム層Ｓの厚さが０．０１ｍｍ以上であれば、タイヤの使用初期において、十分な接地面積を確保することができ、優れた氷上性能を得ることができる。また、このように製品タイヤの表面ゴム層の厚さが０．０１ｍｍ以上となる程度のゴムを配置すれば、タイヤ１０を加硫成形する際に、金型の熱によって内部ゴム層Ｉになるゴム材料の発泡成分が気化して、内部ゴム層Ｉの表面近傍が高弾性率となることや、内部ゴム層Ｉの発泡率がタイヤ径方向外側と内側とで不均一になること等を抑制することができる。
更に好ましくは、表面ゴム層Ｓの厚さは０．２ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であるとよい。

一方、表面ゴム層Ｓの厚さｔを１．０ｍｍ以下とすれば、タイヤの使用初期において優れた氷上性能を得ながら、内部ゴム層Ｉの早期出現を見込むことができる。
なお、内部ゴム層Ｉの厚さについては、タイヤのサイズおよびパターン等に応じて適宜決定することができる。

また、本発明において、トレッド６は、図１に示したように、ベース部Ｂと、該ベース部Ｂのタイヤ径方向外側に隣接して、該トレッド６の接地面を形成するキャップ部Ｃとから成る、積層構造とすることができる。このキャップアンドベース構造とした場合には、前記キャップ部Ｃが、表面ゴム層Ｓおよび発泡ゴムから成る内部ゴム層Ｉを含むことが好ましい。

トレッド６を全てキャップ部Ｃからなる構成とすると、氷路面における加減速性能は向上するが、低剛性であることに起因して運動性能が低下する。そこでベース部Ｂにある程度の剛性を持たせることにより、加減速性能と運動性能とを両立させることができる。
なお、表面ゴム層Ｓを除くキャップ部Ｃには、例えば耐摩耗性に優れるゴムを、ベース部には、例えば低発熱性のゴムを配置することができる。
前記キャップ部Ｃは、図１に示すように、表面ゴム層Ｓおよび発泡ゴムから成る内部ゴム層Ｉのみから構成してもよいし、該内部ゴム層Ｉのタイヤ径方向内側に、ベース部Ｂと隣接して別のゴム層を具えてもよい。または、内部ゴム層Ｉを、キャップ部Ｃとベース部Ｂとに跨って配置することもできる。

また、本発明においては、トレッド６を、上記のようにベース部Ｂとキャップ部Ｃとの積層構造とした場合、表面ゴム層Ｓのゴム弾性率Ｍ_Ｓが、ベース部Ｂのゴム弾性率Ｍ_ｂに比し低いことが好ましい。なぜなら、表面ゴム層Ｓを軟らかくすることで氷上性能を向上し、ベース部Ｂを硬くすることによって剛性を確保して運動性能を向上させるためである。

次に、図３に示すのは、本発明の第２実施形態に係るタイヤ２０の、トレッド６の接地面近傍を、タイヤ幅方向に切断した拡大断面図である。図２のタイヤ１０と同様に、タイヤ２０は、トレッド６の接地面に配置された表面ゴム層Ｓと、該表面ゴム層Ｓのタイヤ径方向内側に隣接して配置された発泡ゴムから成る内部ゴム層Ｉと、を有するが、ここでは、表面ゴム層Ｓは、発泡ゴムから成る。このように、表面ゴム層Ｓは、その一部または全体にわたって発泡ゴムを含むこともできる。ここにおいても、前記表面ゴム層Ｓのゴム弾性率Ｍ_Ｓは、前記内部ゴム層Ｉのゴム弾性率Ｍ_ｉに比し低いことが肝要である。

このように、表面ゴム層Ｓを発泡させたタイヤ２０では、従来の、新品タイヤの接地面に発泡ゴムが露出しているタイヤと同様に、加硫成形する際に、表面ゴム層Ｓの発泡成分が気化してトレッド６の接地面の弾性率が増加しやすい。しかしながら、該表面ゴム層Ｓが発泡ゴムであるか、非発泡ゴムであるかに関わらず、前述した第１実施形態のタイヤの場合と同様に、該表面ゴム層Ｓを内部ゴム層Ｉよりも低弾性率とすることにより、前述した本発明の効果を奏することが可能となる。

このような、トレッド６の接地面に低弾性率の表面ゴム層Ｓを配置した本発明のタイヤ１０および２０は、内部ゴム層Iとは異なるゴム材料を積層して加硫成型する

なお、トレッド６が低剛性となり破壊性が増すことで、運動性能と破壊特性とが悪化することを防止する観点から、表面ゴム層Ｓの平均発泡率は、４０％未満であることが好ましい。
ちなみに、内部ゴム層Ｉの平均発泡率は、３％以上４０％未満ほどであることが、該内部ゴム層Ｉにおいて優れた氷上性能を得る観点から好ましい。
なお、ここでいう平均発泡率Ｖは、次式により算出するものとする。

ここで、ρ₁は、発泡ゴム（加硫後のゴム）の密度（ｇ／ｃｍ^３）を表し、ρ₀は、発泡ゴム（加硫後のゴム）における固相部の密度（ｇ／ｃｍ^３）を表す。なお、これら、発泡ゴムの密度および発泡ゴムにおける固相部の密度は、例えば、エタノール中の質量と空気中の質量を測定し、これから算出できる。

なお、タイヤの生産性の観点からいえば、表面ゴム層Ｓは、非発泡ゴムである方が好ましい。これは、非発泡ゴムである方がゴム材料の配合が単純であり、生産コストを抑制することができるからである。また、非発泡ゴムである方が、加硫成形時にタイヤを形取る金型にゴムかすが詰まりにくく、該金型のクリーニング回数が減少するといった利点や、スピュー周辺の型崩れが生じにくいといった利点もある。

また、図１において、表面ゴム層Ｓは、トレッド６の少なくとも接地面を形成する部分にのみ配置されているが、当該領域以外にも、例えば、トレッド６の周方向溝５の溝壁面や溝底にまで及んでもよい。

以下、本発明の実施例について説明する。
発明例タイヤ１〜１６、比較例タイヤ１〜５および従来例タイヤ（ともに、タイヤサイズは、１９５／６５Ｒ１５）を、表１の仕様にて試作し、表１に示す各走行距離を走行した各段階において氷上性能を評価した。

（氷上性能）
各供試タイヤを適用リムに組み付け、内圧２４０ｋＰａを充填した後、ＡＢＳブレーキを搭載する車両に装着し、氷温−１℃の氷上路面において、タイヤの新品時、２００ｋｍ走行後、５００ｋｍ走行後のそれぞれの段階にて、速度２０ｋｍ／ｈから急制動した際の制動距離を、従来タイヤを１００として指数化し、氷上性能を評価した。その結果を、同じく表１に示す。なお、数値が大きいほど氷上性能に優れていることを示している。

ここにおける従来タイヤとは、トレッドのキャップ部が発泡ゴムのみから成り、新品状態におけるトレッド接地面近傍のゴム弾性率が、トレッド内部のゴム弾性率よりも高いこと以外は、図１に示した本発明の第１実施形態に係るタイヤと同様の構成である。

なお、適用リムとは、タイヤが生産され、使用される地域に有効な産業規格であって、日本ではＪＡＴＭＡ ＹＥＡＲ ＢＯＯＫ、欧州ではＥＴＲＴＯ ＳＴＡＮＤＡＲＤ ＭＡＮＵＡＬ、米国ではＴＲＡ ＹＥＡＲ ＢＯＯＫ等に記載されている、適用サイズにおける標準リムをいう。

発明例タイヤ１〜１６はいずれも従来例タイヤおよび比較例タイヤ１〜５に比べて、タイヤの使用初期（表１における新品時）における氷上性能に優れていることが分かる。

本発明によれば、トレッドに発泡ゴムを適用したタイヤにおいて、氷上性能が、タイヤの使用開始時から安定して優れたタイヤを提供することができる。

２ カーカス
３ ベルト
３ａ、３ｂ 傾斜ベルト層
４ 周方向ベルト
５ 周方向溝
６ トレッド
９ 陸部
１０、２０ タイヤ
Ｂ ベース部
Ｃ キャップ部
Ｉ 内部ゴム層
Ｓ 表面ゴム層

本発明のタイヤにおいては、前記表面ゴム層のゴム弾性率Ｍｓの、前記内部ゴム層のゴム弾性率Ｍｉに対する比Ｍｓ／Ｍｉが０．０１以上１．０未満である。

また、本発明のタイヤにおいては、前記表面ゴム層の厚さが０．０１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下である。

本発明のタイヤにおいて、前記トレッドは、ベース部のタイヤ径方向外側に隣接して、該トレッドの少なくとも接地面を形成するキャップ部を配置した積層構造を有し、前記キャップ部が前記表面ゴム層および前記内部ゴム層を含む。

この場合には、トレッドの剛性を好適にして、加減速性能と運動性能とを両立させることができる。
また、本発明のタイヤにおいて、前記表面ゴム層は発泡率が４０％未満である。
さらに、本発明のタイヤは、アンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）を搭載した車両に装着して使用する。

また、本発明のタイヤにおいては、表面ゴム層Ｓのゴム弾性率ＭＳの、内部ゴム層Ｉのゴム弾性率Ｍｉに対する比Ｍｓ／Ｍｉが、０．０１以上１．０未満であることが肝要である。

また、本発明のタイヤにおける表面ゴム層Ｓの厚さｔ（図２参照）は、０．０１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であることが肝要である。
表面ゴム層Ｓの厚さが０．０１ｍｍ以上であれば、タイヤの使用初期において、十分な接地面積を確保することができ、優れた氷上性能を得ることができる。また、このように製品タイヤの表面ゴム層の厚さが０．０１ｍｍ以上となる程度のゴムを配置すれば、タイヤ１０を加硫成形する際に、金型の熱によって内部ゴム層Ｉになるゴム材料の発泡成分が気化して、内部ゴム層Ｉの表面近傍が高弾性率となることや、内部ゴム層Ｉの発泡率がタイヤ径方向外側と内側とで不均一になること等を抑制することができる。
好ましくは、表面ゴム層Ｓの厚さは０．２ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であるとよい。

また、本発明において、トレッド６は、図１に示したように、ベース部Ｂと、該ベース部Ｂのタイヤ径方向外側に隣接して、該トレッド６の接地面を形成するキャップ部Ｃとから成る、積層構造とすることができる。このキャップアンドベース構造とした場合には、前記キャップ部Ｃが、表面ゴム層Ｓおよび発泡ゴムから成る内部ゴム層Ｉを含むことが肝要である。

なお、トレッド６が低剛性となり破壊性が増すことで、運動性能と破壊特性とが悪化することを防止する観点から、表面ゴム層Ｓの平均発泡率は、４０％未満であることが肝要である。
ちなみに、内部ゴム層Ｉの平均発泡率は、３％以上４０％未満ほどであることが、該内部ゴム層Ｉにおいて優れた氷上性能を得る観点から好ましい。
なお、ここでいう平均発泡率Ｖは、次式により算出するものとする。

ここで、ρ₁は、発泡ゴム（加硫後のゴム）の密度（ｇ／ｃｍ^３）を表し、ρ₀は、発泡
ゴム（加硫後のゴム）における固相部の密度（ｇ／ｃｍ^３）を表す。なお、これら、発泡
ゴムの密度および発泡ゴムにおける固相部の密度は、例えば、エタノール中の質量と空気
中の質量を測定し、これから算出できる。

発明例タイヤ１、２はいずれも従来例タイヤおよび比較例タイヤ１〜５に比べて、タイヤの使用初期（表１における新品時）における氷上性能に優れていることが分かる。

Claims (4)

1. タイヤのトレッドに、該トレッドの少なくとも接地面を形成する表面ゴム層と、前記表面ゴム層のタイヤ径方向内側に隣接する、発泡ゴムから成る内部ゴム層とを有し、前記表面ゴム層のゴム弾性率Ｍ_Ｓが前記内部ゴム層のゴム弾性率Ｍ_ｉに比し低いことを特徴とするタイヤ。
2. 前記表面ゴム層のゴム弾性率Ｍ_Ｓの、前記内部ゴム層のゴム弾性率Ｍ_ｉに対する比Ｍ_Ｓ／Ｍ_ｉが０．０１以上１．０未満である、請求項１に記載のタイヤ。
3. 前記表面ゴム層の厚さが０．０１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下である、請求項１または２に記載のタイヤ。
4. 前記トレッドは、ベース部のタイヤ径方向外側に隣接して、該トレッドの少なくとも接地面を形成するキャップ部を配置した積層構造を有し、前記キャップ部が前記表面ゴム層および前記内部ゴム層を含む、請求項１から３のいずれかに記載のタイヤ。

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