JP3819813B2 - スタッドレスタイヤおよびトレッドの製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、とくに雪上および氷上性能に優れたタイヤに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、氷雪路を走行するタイヤとして、スパイクのないスタッドレスタイヤが普及している。このスタッドレスタイヤでは、氷上性能を向上させるために、路面掘り起こし摩擦や粘着摩擦を増加させる必要があり、従来から、トレッドゴムの氷路面に対する摩擦係数を上げる種々の研究が試みられている。
【０００３】
一方で、タイヤの強度、剛性、耐摩耗性などを向上するため、短繊維を配合した短繊維配合ゴムをトレッドゴムに使用するものが知られている。しかし、該トレッドゴムをカレンダーロールや押出し機によって押出し成形すると、配合された短繊維は、押し出し方向、すなわちタイヤトレッド周方向に沿って配向する。その結果、路面に接地するトレッドゴムの大部分は、短繊維がタイヤ周方向に配向するため、引っ掻き効果が有効に機能せず、高い掘り起こし摩擦が必要なスタッドレスタイヤへの採用はほとんど行なわれていなかった。
【０００４】
これに対し、前記短繊維の引っ掻き効果を高め、短繊維配合ゴムをスタッドレスタイヤに採用するものとして、特許第２６３７８８７号に開示されているように、短繊維として、直径０．１〜０．３ｍｍでアスペクト比が低い太短の繊維を用いることが提案されている。この場合は、押出し工程において、短繊維が配向しにくくなるため、タイヤ周方向に配向する従来のものに比べて、短繊維の端部が路面と接触する機会が増え、引っ掻き効果はある程度向上する。しかし、引っ掻き効果の向上は、短繊維の配向性が喪失した分に止まるため、充分に満足し得る氷上性能を得るには至っていない。
【０００５】
このように、氷雪路面での粘着摩擦と掘り起こし摩擦、ひっかき摩擦を同時に向上、あるいはバランスさせた氷雪上性能に優れたタイヤは未だ存在しないのが現状である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、粘着摩擦を損なわずに、掘り起こし摩擦（引っ掻き効果）を向上させた氷雪上性能に優れたスタッドレスタイヤおよびトレッドの製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、入れる材料と配向度合いに着案し、研究を積み重ねた。その結果、モース硬度が３〜７の短繊維または板状材料を、トレッドゴムの中に分散させ、トレッドゴムの厚さ方向に配向させ、−１０℃で測定したときの該トレッドゴム硬度が４５〜７０度であり、該トレッドゴムの２５℃で測定したトレッド厚さ方向の複素弾性率Ｅ１と、その配合をロールで２ｍｍにシーティングしたときの押し出し方向の複素弾性率Ｅα、その９０度方向の複素弾性率Ｅβとした場合、下記式
６０≦（Ｅ１−Ｅβ／Ｅα−Ｅβ）×１００≦１００
をみたすことで、粘着摩擦を失うことなく引っ掻き効果（掘り起こし摩擦）の向上に多大な効果を上げることができ、氷雪上性能を大幅に向上し得ることを見いだし、本発明に達した。
【００１０】
また、本発明は、モース硬度３〜７の短繊維を含むトレッド用ゴム組成物をチューブ状に押し出す工程、該チューブ状のゴムシートの側壁の一ヵ所を押し出し方向にカットしてシートを成形する工程および該シートを押し出し方向に対して平行にカットして、それぞれ９０度回転させて再び重ね合わせる工程を含み、２５℃で測定したトレッド厚さ方向の複素弾性率Ｅ１、トレッドゴムをロールで２ｍｍにシーティングしたときの押し出し方向の複素弾性率Ｅα、その９０度方向の複素弾性率Ｅβが、下記式
６０≦（Ｅ１−Ｅβ／Ｅα−Ｅβ）×１００≦１００
をみたし、かつ−１０℃で測定したときのトレッドゴム硬度が４５〜７０度であるトレッドの製造方法に関する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明のスタッドレスタイヤは、（ａ）ジエン系ゴムに、（ｂ）特定の短繊維または板状材料がトレッド厚さ方向に配向するように分散されてなるトレッドを有する。
【００１２】
前記トレッドにおけるジエン系ゴム（ａ）は、通常使用されているゴムが使用できる。具体例としては、たとえば天然ゴム（ＮＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）などがあげられ、これらは単独で、または２種類以上を混練して用いられる。
【００１３】
前記トレッドに分散する短繊維または板状材料（ｂ）は、モース硬度が３〜７である。短繊維または板状材料（ｂ）のモース硬度が３未満であれば、氷より軟らかいため、引っ掻き効果（掘り起こし摩擦）が充分でなく、７より硬い場合は、アスファルトより硬くなるため、路面を削り、粉塵の問題が発生する。短繊維または板状材料（ｂ）のモース硬度は、５〜７であることが好ましい。
【００１４】
前記トレッドに配合する短繊維の平均繊維径は、１〜１００μｍが好ましく、３〜５０μｍがより好ましい。短繊維の平均繊維径が１μｍより小さい場合、曲げ強度が不充分であり路面引っ掻き効果（掘り起こし摩擦）が充分に期待できなくなる傾向がある。一方、１００μｍより大きい場合、ゴム硬度が硬くなり粘着摩擦の低下を招く傾向がある。
【００１５】
前記トレッドに配合する板状材料の平均厚さは、１〜９０μｍが好ましく、３〜４５μｍがより好ましい。板状材料の平均厚さが１μｍより小さい場合、曲げ強度が不充分であり路面引っ掻き効果（掘り起こし摩擦）が充分に期待できなくなる傾向がある。一方、１００μｍより大きい場合、ゴム硬度が硬くなり粘着摩擦の低下を招く傾向がある。
【００１６】
短繊維または板状材料（ｂ）の平均長さは、０．１〜５ｍｍであることが好ましく、０．１〜３ｍｍであることがより好ましい。短繊維または板状材料（ｂ）の平均長さが０．１ｍｍより繊維長が短い場合、ゴム表面への析出長さが短くなり路面の引っ掻き効果（掘り起こし摩擦）が不充分になる傾向にある。一方、５ｍｍより長い場合、短繊維または板状材料（ｂ）を分散および配向させにくくなり、ゴムの加工性が低下する傾向にある。
【００１７】
また、短繊維または板状材料（ｂ）の平均アスペクト比は、１０〜１０００、とくには５０〜５００であることが好ましい。平均アスペクト比が１００未満では、ジエン系ゴム（ａ）中で短繊維または板状材料（ｂ）が配向すること難しく、路面引っ掻き効果（掘り起こし摩擦）が充分に得られない傾向がある。また、平均アスペクト比が１００００をこえると、その長径方向の長さのため、ジエン系ゴム（ａ）中の異物となり、機械的疲労特性が劣る傾向がある。なお、アスペクト比とは、短繊維または板状材料（ｂ）の平均長さの平均繊維径に対する比（平均長さ÷平均繊維径）をいう。
【００１８】
短繊維または板状材料（ｂ）の材料としては、グラスファイバー、カーボンファイバー、ポリエステル繊維、金属繊維（タングステン・鉄・銅・白金・ステンレス）、チタン酸カリウム繊維、アルミウイスカー、チタン酸カリウムウイスカー、ホウ酸アルミニウムウイスカー、酸化チタン酸系ウイスカー、酸化亜鉛ウイスカーなどが考えられる。なかでも、ゴム混練りする過程で適当な長さに折れて、分散および配向させやすい点で、グラスファイバーまたはカーボンファイバーを使用することが好ましい。
【００１９】
前記トレッドにおける、２５℃で測定したトレッド厚さ方向の複素弾性率をＥｌ、トレッドゴムをロールで２ｍｍにシーティングしたときの押し出し方向の複素弾性率をＥα、その９０度（直角）方向の複素弾性率をＥβとすると、下記式
（Ｅ１−Ｅβ／Ｅα−Ｅβ）×１００
の値は、６０以上、好ましくは８０以上である。前記式の値が６０未満では、短繊維または板状材料（ｂ）のトレッドの厚さ方向への配向性が得られず、氷上での摩擦性能が不充分となる。
【００２０】
前記トレッドにおいて、−１０℃で測定したときのトレッドゴム硬度は４５〜７０度であり、好ましくは５０〜６５度である。−１０℃の硬度が４５度より小さい場合、常温におけるゴムが柔らかくなりすぎ、たとえば乾燥路面での操縦安定性がわるくなる。一方、７０度より大きい場合、ゴムそのものが硬くなりすぎ、トレッドゴム表面と氷雪路面との接地性が劣り氷雪路性能が劣る。ここで、トレッドゴム硬度とは、トレッド厚さ方向の硬度をいう。
【００２１】
前記トレッドにおける、２５℃で測定したトレッド厚さ方向の複素弾性率Ｅｌとトレッドのタイヤ周方向の複素弾性率Ｅ２との比（Ｅ１／Ｅ２）は、１．１〜４が好ましく、１．２〜３．５がより好ましい。Ｅ１／Ｅ２の比が１．１より小さい場合、短繊維または板状材料のトレッド厚さ方向への配向が得られず、氷上での摩耗性能が不充分となる傾向がある。また、Ｅｌ／Ｅ２が４より大きい場合、硬くなるため、加工性の問題が発生してくる傾向にある。
【００２２】
なお、短繊維または板状材料（ｂ）は、１種類の短繊維または板状材料でもよく、２種以上の短繊維または板状材料でもよい。また、短繊維と板状材料の組み合わせも適用できる。
【００２３】
短繊維または板状材料（ｂ）は、ジエン系ゴム（ａ）１００重量部に対して、２〜３０重量部であることが好ましく、２〜２０重量部であることがより好ましい。短繊維または板状材料（ｂ）の配合量が２重量部より小さい場合、トレッド表面に形成される短繊維または板状材料の量が少なくなり、路面引っ掻き効果（掘り起こし摩擦）が充分に得られない傾向がある。一方、３０重量部より大きい場合、ゴムが硬くなり剛性が高くなるうえ、加工性が低下する傾向がある。
【００２４】
本発明では、短繊維または板状材料（ｂ）を、トレッドゴムに配合し、トレッド厚さ方向に配向するように分散させ、該トレッドにおいて、２５℃で測定したトレッド厚さ方向の複素弾性率Ｅ１、ロールで２ｍｍにシーティングしたときの押し出し方向の複素弾性率Ｅα、その９０度方向の複素弾性率Ｅβが、下記式
６０≦（Ｅ１−Ｅβ／Ｅα−Ｅβ）×１００≦１００
をみたすことで、粘着摩擦を損なうことなく、掘り起こし摩擦を向上させ、とくに、氷雪上走行性能が大幅に優れた空気入りタイヤが提供される。
【００２５】
トレッドの製造方法としては、通常用いられる押し出し方式が用いられる。単純に押し出して得られるトレッドゴムシートからトレッドを形成した場合には、図１（ａ）に示すように、短繊維または板状材料２のトレッドにおける配向方向Ａは、トレッド周方向となる。
【００２６】
一方、図２に示すように、カレンダーロール４によって、前記短繊維または板状材料２を含有するゴム組成物を圧延加工し、得られたゴムシート３を押し出し方向Ｂに対して垂直にカットしてそれぞれ９０度回転させて再び重ね合わせる方法により得られるトレッドゴムシートからトレッドを形成した場合には、図１（ｂ）に示すように、前記短繊維または板状材料２のトレッドにおける配向方向Ａは、トレッド厚さ方向となる。
【００２７】
または図３（ａ）に示すように、前記短繊維または板状材料２を含むトレッド用ゴム組成物をチューブ状に押し出したのち、該チューブ状のゴムシートの側壁の一ヵ所を押し出し方向にカットして（カット部分５）、チューブ状のゴムシート３を成形する。ついで、図３（ｂ）に示すように、該シート３を押し出し方向Ｂに対して平行にカットして、それぞれ９０度回転させて再び重ね合わせる方法により得られるトレッドゴムシートからトレッドを形成した場合にもまた、図１（ｂ）に示すように、前記短繊維または板状材料２のトレッドにおける配向方向Ａは、トレッド厚さ方向となる。
【００２８】
トレッド用ゴム組成物を前記チューブ状に押し出す製造方法では、押出されたゴムが円板上の板にあたり、広がっていく過程で、圧力と円板の間隔で短繊維または板状材料２は円周方向に配向するというメカニズムにより、前記短繊維または板状材料は、図３（ａ）に記載のとおり、チューブの円周方向に配向されて押し出されてくる。
【００２９】
なお、本発明のスタッドレスタイヤのトレッドにおいて、前記短繊維または板状材料をトレッド厚さ方向に配向させる方法は、前述の方法に限定されず、前記短繊維または板状材料を前記方向に配向させられるのであれば、ほかの方法を用いることもできる。
【００３０】
【実施例】
つぎに本発明を実施例に基づいてさらに詳しく説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００３１】
実施例および比較例で使用した原料を、以下にまとめて示す。
【００３２】
（原料）
天然ゴム：ＲＳＳ＃３グレード
ハイシスポリブタジエン：宇部興産（株）製のウベポール（ＵＢＥＰＯＬ） ＢＲ１５０Ｂ
カーボンブラックＮ２２０：昭和キャッボット（株）製のショウブラックＮ２２０
シリカ：日本シリカ（株）製のニプシルＶＮ３
シランカップリング剤：デグサ社のＳｉ６９（ビス（３−トリエトキシシリルプロピル）トラスルフィド）
パラフインオイル：出光興産（株）製のダイアナプロセスオイル
ワックス：大内新興化学工業（株）製のサンノックＮ
老化防止剤：大内新興化学工業（株）製のノクラック６Ｃ
ステアリン酸：日本油脂（株）製のステアリン酸
酸化亜鉛：三井金属鉱業（株）製の酸化亜鉛１号
グラスファイバー１：モース硬度６、平均繊維径３３μｍ、平均長さ３ｍｍ
グラスファイバー２：モース硬度６、平均繊維径２００μｍ、平均長さ０．５ｍｍ
カーボンファイバー：モース硬度６．５、平均繊維径１８μｍ、平均長さ５ｍｍナイロンファイバー：モース硬度２、平均繊維径８μｍ、平均長さ３ｍｍ
加硫促進剤：大内新興化学工業（株）製のノクセラーＣＺ
硫黄：鶴見化学（株）製の粉末硫黄
【００３３】
実施例１、２および比較例１〜４
（タイヤの成形方法）
表１の配合割合にしたがい、比較例１、２は、通常用いられる押し出し方式で短繊維をトレッド周方向に配向させたもの（図１（ａ））、また、実施例１、２および比較例３、４は、図２に示す方法で短繊維をトレッド厚さ方向に配向させたもの（図１（ｂ））を作製した。得られたゴムシートをタイヤトレッドに使用して、通常の方法により各種供試タイヤを成形、作製した。得られたタイヤを用いて、以下に示す試験、評価を行なった。
【００３４】
（複素弾性率）
温度２５℃、測定周波数１０Ｈｚ、初期歪み１０％および動歪み１％の条件で、（株）岩本製作所製の粘弾性スペクトロメーターを用いて測定した。なお、サンプルは、厚さ１．０ｍｍ、幅４ｍｍ、長さ５ｍｍの形状のゴム片を、タイヤトレッド部から切り出して測定に使用した。トレッド厚さ方向の複素弾性率をＥ１とし、タイヤ周方向の弾性率をＥ２とした。
【００３５】
また、前記条件で、トレッドゴムをロールで２ｍｍにシーティングしたときの押し出し方向の複素弾性率をＥα、その９０度（直角）方向の複素弾性率をＥβとした。
【００３６】
（氷上性能）
１９５／６５Ｒ１５サイズでタイヤを作成し、排気量２０００ｃｃの国産ＦＲ車に装着し、時速３０ｋｍ／ｈからの氷盤上での制動停止距離を求めた。比較例１を基準として下記式にて求めた指数によって評価した。指数が大きいほど氷上性能に優れている。
【００３７】
（比較例１の制動停止距離）÷（制動停止距離）×１００
なお、テスト実施前にタイヤの表面のならし走行を、おのおの２００ｋｍ実施した。
【００３８】
（雪上性能）
雪上コースにおける前記乗用車による周回タイムを測定し、比較例１を基準として下記式にて求めた指数によって評価した。指数が大きいほど雪上性能に優れている。
【００３９】
（比較例１の周回タイム）÷（周回タイム）×１００
なお、テスト実施前にタイヤの表面のならし走行を、おのおの２００ｋｍ実施した。
【００４０】
（ゴム硬度）
ＪＩＳ Ｋ６２５３に準じ、タイプＡ硬さ計にて、トレッドゴムの厚さ方向からサンプルを取りだし、−１０℃の雰囲気下にて測定した。
【００４１】
結果を表１に示す。
【００４２】
【表１】

【００４３】
特許請求範囲の短繊維を配合し、トレッド厚さ方向に短繊維を配向させた実施例１および２は、トレッド周方向に短繊維を配向させた比較例１と比べて、氷雪上性能が優れていた。
【００４４】
トレッドに短繊維または板状材料を配合していない比較例２、トレッドゴム硬度が７０度よりも高い比較例４、トレッドにモース硬度が３未満の短繊維を配合した比較例３、特許請求範囲の短繊維を用いているが、トレッドの厚さ方向に短繊維が配向していない比較例１では、氷雪上性能が実施例より劣っていることがわかる。
【００４５】
【発明の効果】
本発明によれば、氷雪路面での粘着摩擦を損なうことなく、掘り起こし摩擦を向上させた、氷雪上性能に優れたスタッドレスタイヤを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】タイヤトレッドの断面図である。
【図２】本発明のトレッドの作製方法を示す説明図である。
【図３】本発明のトレッドの作製方法を示す説明図である。
【符号の説明】
１ タイヤトレッド
２ 短繊維または板状材料
３ ゴムシート
４ カレンダーロール
５ カット部分
Ａ 短繊維または板状材料の配向方向
Ｂ 押し出し方向

Claims (1)

1. モース硬度３〜７の短繊維を含むトレッド用ゴム組成物をチューブ状に押し出す工程、該チューブ状のゴムシートの側壁の一ヵ所を押し出し方向にカットしてシートを成形する工程および該シートを押し出し方向に対して平行にカットして、それぞれ９０度回転させて再び重ね合わせる工程を含み、２５℃で測定したトレッド厚さ方向の複素弾性率Ｅ１、トレッドゴムをロールで２ｍｍにシーティングしたときの押し出し方向の複素弾性率Ｅα、その９０度方向の複素弾性率Ｅβが、下記式
   ６０≦（Ｅ１−Ｅβ／Ｅα−Ｅβ）×１００≦１００
   をみたし、かつ−１０℃で測定したときのトレッドゴム硬度が４５〜７０度であるトレッドの製造方法。

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