JP4721504B2

JP4721504B2 - タイヤの製造方法

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Publication number: JP4721504B2
Application number: JP2000354292A
Authority: JP
Inventors: 浩樹沢田; 浩佐藤; 恵造芥川
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2000-02-29
Filing date: 2000-11-21
Publication date: 2011-07-13
Anticipated expiration: 2020-11-21
Also published as: JP2001315182A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ゴム物品であるタイヤ、中でも内部に空洞を有するタイヤを製造するための方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内部に空洞を有するゴム物品の典型例である、タイヤのトレッド部では、その機能を強化する目的から、トレッドの内部に空洞を設ける場合がある。例えば、トレッドの磨耗末期でのウェット性能の確保を所期して、トレッドの内部に空洞を設けることがある。
【０００３】
すなわち、特開平１−３１７８０７号および同３−９６４０７号各公報には、トレッドに空洞を設けて磨耗末期でのウェット性能を向上することが開示されている。これら公報に開示された製造方法によれば、このようなタイヤは、背面に溝を有する予め加硫された、プレキュアトレッドを台タイヤに接着することにより得られる。
【０００４】
かように、従来は、溝を形成したゴム材と、この溝に蓋をする役目のゴム材とを組み合わせて空洞を形成するのが、内部に空洞を有するゴム物品の製造の一般的な手法であった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来手法は、溝を塞いで空洞とするため、複数の空洞を設ける場合、ゴム材の内部に空洞が一列に並ぶ配置形態に限定され、空洞配置の自由度は極めて低いものであった。しかも、溝側のゴム材と蓋となるゴム材とが必要であり、２つの材料を組み合わせるために、工数の増加は不可避であった。
【０００６】
また、加硫時に空洞がつぶれ易い不利があり、一方、この空洞をつぶれ難くするには溝を形成したゴム材を予備加硫する必要があるため、その工数及びエネルギーが余計にかかることが問題となる。
【０００７】
そこで、この発明は、ゴム物品の内部に空洞を、その配置が制約されることなしに、しかも簡便に形成することのできる、新規な方途について提案することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
すなわち、この発明の要旨構成は、次のとおりである。
（１）内部に、トレッドの幅方向断面における最小径が０．５ｍｍ以上かつトレッドの周方向長さが５mm以上の空洞を有するタイヤの製造方法において、所定形状のロ金より長尺の袋状物とともに未加硫ゴムを押し出して、袋状物が包含された押し出しゴムを形成する工程を含むことを特徴とするタイヤの製造方法。
【０００９】
（２）上記（１）において、未加硫ゴムを長尺の袋状物とともに連続的に押し出し、押し出し方向に連続した袋状物による、空洞を有する長尺の押し出しゴムを形成することを特徴とするタイヤの製造方法。
【００１０】
（３）上記（２）において、長尺押し出し部材を、ドーナツ形の成形用ドラムに複数回巻き付けて環状に成形する工程を含むことを特徴とするタイヤの製造方法。
【００１１】
（４）内部に、トレッドの幅方向断面における最小径が０．５ｍｍ以上かつトレッドの周方向長さが５mm以上の空洞を有するタイヤの製造方法において、該タイヤの押し出し時のゴム温度をこえかつ加硫時のゴム内部温度以下の温度域にて気化する、気体発生物質が封入された長尺の袋状物を、所定形状のロ金より未加硫ゴムとともに押し出して、袋状物が包含された押し出しゴムを形成し、その後に該押し出しゴムに施される加硫中に、袋状物内の気体発生物質を気化させて袋状物を膨張させ、該袋状物を介して加硫後のゴム中に空洞を形成することを特徴とするタイヤの製造方法。
【００１２】
（５）上記（４）において、未加硫ゴムを長尺の袋状物とともに連続的に押し出し、押し出し方向に連続した袋状物による、空洞を有する長尺の押し出しゴムを形成することを特徴とするタイヤの製造方法。
【００１３】
（６）上記（５）において、長尺押し出し部材を、ドーナツ形の成形用ドラムに複数回巻き付けて環状に成形する工程を含むことを特徴とするタイヤの製造方法。
【００１４】
（７）上記（４）ないし（６）のいずれかにおいて、袋状物内部の発生気体は１７０℃の飽和蒸気圧が０．７ＭＰａ以上であることを特徴とするタイヤの製造方法。
【００１５】
（８）上記（１）ないし（７）のいずれかにおいて、袋状物は押し出し時のゴム温度で軟化しない材質であることを特徴とするタイヤの製造方法。
【００１６】
【発明の実施の態様】
次に、ゴム中に空洞を形成する方法について、詳しく説明する。
まず、ゴム物品は、原料ゴムに各種配合剤を添加して混練した配合ゴム（未加硫ゴム）を、所定形状の口金より押し出して所定の断面形状を与えたのち、必要に応じて種々の成形や貼り合わせの工程を経てから、最終的に加硫処理を施されて製品となる。
【００１７】
この発明の方法は、以上の一連の製造工程において、所定形状のロ金より未加硫ゴムを押し出す際に、該未加硫ゴムを袋状物とともに押し出して袋状物が包含された押し出しゴムを形成する工程を必須とするところに特徴がある。かくして、この工程を経て得られる押し出しゴムには、その内部に袋状物が配置される結果、この袋状物を介して該袋状物内に空洞が設けられる。しかも、空洞の形成を押し出しの１工程で簡便に行うことが可能になる。
【００１８】
また、袋状物の寸法及び配列を選択することにより、空洞の寸法、数、分布状態等を自由に設定することができる。同様に、押し出したゴムそれ自体を積層したり接合することも可能であり、その結果空洞の分布自由度はより高くなる。
【００１９】
さらに、未加硫ゴムを長尺の袋状物とともに連続的に押し出して長尺押し出しゴムを形成し、これを成形機のドラムに複数回巻き付けることにより、内部に空洞を有する環状ゴム材を形成することができる。この場合は、長尺押し出しゴムのドラムへの巻き付けピッチ、巻き付け層数を調整することにより、環状ゴム材の空洞の分布を調整することができる。
【００２０】
ここで、上記押し出しゴムを用いて、例えばタイヤのトレッドに供する、内部に空洞を有するゴム物品を製造する手順を、具体的に説明する。
図１(a) に示すように、上記の要領で得られた、内部に袋状物１が配置された押し出しゴム２は、袋状物１を介して空洞３が形成されているが、その空洞３内部に、押し出し時のゴム温度をこえかつ加硫時のゴム内部温度以下の温度域にて気化する気体発生物質４を、押し出し前に予め封入しておく。
【００２１】
次いで、押し出しゴム２に加硫を施す。この加硫初期は、ゴムが室温から徐々に上昇する段階であるから、図１(a) に示すように、袋状物１内の蒸気圧Ｐ₁ は加硫圧Ｐ₂ より小さいため、袋状物１の容積は小さくなっている。そして、加硫が進むと、ゴムの温度が上昇する結果、図１(b) に示すように、気体発生物質４の気化によって袋状物１内の蒸気圧Ｐ₁ が加硫圧Ｐ₂ より大きくなって袋状物１が膨張し、この袋状物１を介して加硫ゴム押し出し５中に空洞６を形成することができる。その際、袋状物１内の気体が加硫圧力によって袋外に漏出しないように、袋状物１を確実に密閉しておく必要がある。
【００２２】
すなわち、タイヤの製造においては、成形機のドラム上でカーカス、ビードリング、各種補強材およびベルト材を貼り合わせたのち、最後にトレッドゴムとして上記の押し出しゴムを貼り付けてグリーンタイヤを製造し、このグリーンタイヤを加硫成形することによって、上記の過程を経てトレッドゴム中に所望の大きさおよび形状の空洞が形成される。
【００２３】
上記のように、袋状物の中に、押し出し時のゴム温度をこえかつ加硫時のゴム内部温度以下の温度域にて気化する気体発生物質を封入することにより、未加硫ゴムの段階で袋を封入しておいても、その後の加硫によって空洞がつぶれることを防ぐことができるのである。
【００２４】
なお、気体発生物質４には、気化した際に１７０℃の飽和蒸気圧が０．７MPa以上となるものを用いることが好ましい。すなわち、気体発生物質からの気体で満たされた袋状物１は、ゴムの加硫時にゴムへ加わる圧力に抗してゴム中で膨張状態を維持する必要があるために、封入する気体発生物質には、加硫時のゴム内部温度における飽和蒸気圧Ｐ₁ が加硫時にゴムへ加わる圧力Ｐ₂ 以上であることが要求される。そして、この要求は、１７０℃の飽和蒸気圧が０．７MPa 以上であることによって満足される。
【００２５】
具体的には、気体発生物質４として、水、アルコール、含水無機塩、シランカップリング剤＋シリカ混合物および発泡剤などを用いることができる。中でも、含水無機塩、シランカップリング剤＋シリカ混合物および発泡剤は、粉体であるから液体に比較して取り扱いが容易であるため推奨される。
すなわち、含水無機塩としては、NiSO₄ ・7H₂O、CoSO₄ ・7H₂O、NaSO₄ ・10H₂O 、CaSO₄ ・2H₂O、CuSO₄ ・5H₂O、Al₂(SO₄)₃ ・18H₂O 、FeSO₄ ・7H₂O、ZnSO₄・7H₂O、MgSO₄ ・7H₂O、Na₂S・9H₂O、Na₃PO₄・12H₂O 、Ni₃(PO₄)₂ ・8H₂O、Mg₃(PO₄)₂ ・8H₂O、Li₃PO₄・5H₂O、Na₄P₂O₇ ・6H₂O、Mn₄(P₂O₇)₃・14H₂O 、CoCO₃ ・6H₂O、NiCO₃ ・6H₂O、Na₂CO₃・10H₂O 、Nd₂(CO₃)₃ ・8H₂O、Na₂SO₃・7H₂O、CaCl₂ ・6H₂O、NiCl₂ ・6H₂O、Na₂B₄O₇ ・10H₂O 、FeCl₃ ・6H₂O、Na₂SiO₄ ・9H₂O、等を挙げることができる。
【００２６】
次に、発泡剤としては、ジニトロソペンタメチレンテトラアミン（ＤＰＴ）、アゾジカルボンアミド（ＡＤＣＡ）、ジニトロソペンタスチレンテトラミンや、ベンゼンスフォニルヒドラジン誘導体、オキシビスベンゼンスルホニルヒドラジン（ＯＢＳＨ）等があり、中でもＡＤＣＡが製造加工性の点で有利である。
【００２７】
また、袋状物１には、合成樹脂中でも熱可塑性樹脂、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロンおよびアクリル等や、ゴムを用いることができる。なぜなら、袋状物１が硬くなると、成形用ドラムに巻き付けて環状に成形する際に、局所的に折れ曲がって穴が開いて、気体を密閉することが不可能になる場合があるためである。なお、ゴムは、例えばタイヤの場合、トレッドに用いるゴムと同種でも異種でもよいが、気体発生物質４の気化反応前、とりわけ袋状物への封入前に、加硫または半加硫を施したものを用いることが好ましい。
【００２８】
なお、ゴムの内部に空洞を設ける手法として、上述の特開平１−３１７８０７号および同３−９６４０７号各公報に記載の技術は、タイヤの更生方法、それも加硫成形済のプレキュアトレッドを用いた更生方法に特有の工程において、始めて実現するものであり、通常のグリーンタイヤを加硫して製品タイヤとする工程においての適用は勿論不可能である。
【００２９】
この点、この発明に従う製造方法は、上述のように、通常のグリーンタイヤを加硫して製品タイヤとする工程において、トレッドゴム中での空洞の形成を可能にするものであり、また得られる空洞は、上記公報における背面溝（空洞）と異なる機能を有するものとなる。
【００３０】
この発明に従って製造されるゴム物品は、例えばタイヤのトレッド部として有利に適合することは上述のとおりであるが、トレッドにおける空洞の働きについて、以下に具体的に述べる。
【００３１】
さて、図２に、この発明に従うゴム物品を適用した、乗用車用空気入りラジアルタイヤを図解する。
このタイヤは、１対のビードコア７間に跨がってラジアル方向に配置したプライからなるカーカス８を骨格とし、該カーカス８のクラウン部の径方向外側に少なくとも２層のベルト９およびトレッド１０を順に配置して成り、該トレッド１０の内部に袋状物１で囲まれた空洞６を設けたものである。
【００３２】
空洞６は、図示例では、トレッド４の表面に設けた周方向溝１１に挟まれた陸部の径方向内側に、それぞれ空洞６を設けて成る。ここに、空洞６は、図３(a)に示すように、トレッドの周方向に連続するか、または図３(b) に示すように断続して周方向に延びていてもよく、さらにトレッドの幅方向においても、図１に示したように複数の空洞を一列に設ける他、その空洞列をタイヤ半径方向に積層したり、空洞をタイヤ幅方向に連続することも可能である。すなわち、空洞６は、トレッドの周方向および幅方向のいずれにおいても、連続していてもまたは断続していても良く、またタイヤ半径方向に空洞が積層する配置でもよく、要はトレッド表面の背後に空洞６が連続または断続して並ぶ、１または複数層を形成することが肝要になる。特に、空洞６を断続して並ばせる場合は、空洞相互の間隔を等しくすることが、より好ましい。
【００３３】
さて、トレッド表面の背後に空洞６を形成すると、タイヤ転動中に発熱したゴムが、空洞６を介した放熱作用によって冷却され、ゴム温度が低下する結果、ゴムの発熱による劣化を抑制し、ひいてはタイヤの耐久性が向上される。また、空洞６の存在によって、トレッド内側のゴムが削減される結果、タイヤの転がり抵抗を減少することが可能である。さらに、トレッドの磨耗末期には、空洞６が表面に露出して溝として作用するから、トレッドの磨耗末期でのウェット性能は当然向上する。
【００３４】
ここで、空洞６を形成するに当り、ベルトより径方向外側のゴム部分、すなわちトップトレッドの幅方向断面積に占める空洞の比率で定義される空隙率を、２〜90％にすることが有利である。すなわち、空隙率が２％未満では、空洞を介して十分な放熱効果を得ることが難しくなり、タイヤの耐久性を向上するに到らず、また軽量化が不十分になって転がり抵抗の改善も不十分になり、磨耗末期の溝としての機能も不十分になることがある。一方、空隙率が90％をこえると、袋状物１が空洞６の過度の変形を抑制できず、トレッド表面の剪断剛性が小さくなって、タイヤが本来有する走行性能を阻害することがある。
【００３５】
また、トレッドの幅方向断面における、空洞の最小径が0. 5〜50mmであることが、有利である。すなわち、空洞の最小径が0. 5mm未満では、空洞を介して十分な放熱効果を得ることが難しくなり、タイヤの耐久性を向上するに到らず、また軽量化が不十分になって転がり抵抗の改善も不十分になり、磨耗末期の溝としての機能も不十分になることがある。一方、最小径が50mmをこえると、袋状物１が空洞６の過度の変形を抑制できず、トレッド表面の剪断剛性が小さくなって、タイヤが本来有する走行性能を阻害することがある。
【００３６】
さらに、空洞のトレッドの周方向長さが５〜5000mmであることが、好ましい。すなわち、空洞の周方向長さが５mm未満では、空洞を介して十分な放熱効果を得ることが難しくなり、タイヤの耐久性を向上するに到らず、また軽量化が不十分になって転がり抵抗の改善も不十分になり、磨耗末期の溝としての機能も不十分になることがある。一方、周方向長さが5000mmをこえると、袋状物１が空洞６の過度の変形を抑制できず、トレッド表面の剪断剛性が小さくなって、タイヤが本来有する走行性能を阻害することがある。
【００３７】
なお、図示例では空洞６の断面形状が円または長円状であるが、例えば三角形や矩形、それ以外の多角形など、空間が確保されれば特に形状を限定する必要はない。また、以上の例では、トレッドに空洞を形成したタイヤを示したが、その他のゴム部分、例えばビード部のカーカス外側部分などに空洞を設けて、ビード部の重量を軽くすることも可能である。
【００３８】
【実施例】
図２に示したタイヤ構造に従う、サイズ：205 ／65Ｒ15の乗用車用ラジアルタイヤを試作するに当り、まず成形ドラム上でカーカス、ビードリング、各種補強材およびベルト材を貼り合わせたのち、図４に示すプレキュアトレッド材を、台タイヤにトレッドゴムとして貼り付けて成る従来タイヤ、また図５および６に示す押し出しゴムをトレッドゴムとして貼り付けてグリーンタイヤを製造し、このグリーンタイヤを加硫成形して成る発明タイヤ１および２を、それぞれ作製した。なお、図４〜６に示したプレキュアトレッド材および各押し出しゴムの成形手順は、それぞれ図７〜９に示すとおりであり、図８および９における気体発生物質には、含水無機塩であるNa₄P₂O₇ ・6H₂Oを用いた。
【００３９】
次いで、加硫後のタイヤのトレッドに、それぞれ図４〜６に示した空洞が周方向に連続して配置されていることを、Ｘ線を用いた断面写真にて確認後、トレッド表面部分に４本の周方向溝を彫って形成した、３種のタイヤを作製した。
【００４０】
かくして得られた各タイヤについて、標準リムに組み付けて最高空気圧に調整してから、外径が１７０７．６ｍｍおよび幅が３５０ｍｍで外周に平滑面を有する、鋼製の回転ドラム上において、３００ｋｇｆの荷重を負荷して、０〜１８０ｋｍ／ｈの速度で回転させた際の、転がり抵抗を惰行法によって測定して評価したところ、従来タイヤ対比で発明タイヤ１で２％、そして発明タイヤ２で４％の低減が実現された。
【００４１】
【発明の効果】
この発明によれば、ゴム物品の内部に空洞を、自由な配置の下に簡便に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のゴム物品における空洞の形成方法を示す図である。
【図２】この発明のゴム物品を適用したタイヤ構造を示した図である。
【図３】空洞の形態を示す図である。
【図４】従来のプレキュアトレッド材を示す図である。
【図５】この発明に従う押し出しゴムを示す図である。
【図６】この発明に従う押し出しゴムを示す図である。
【図７】図４のプレキュアトレッド材の製造手順を示す図である。
【図８】図５の押し出しゴムの製造手順を示す図である。
【図９】図６の押し出しゴムの製造手順を示す図である。
【符号の説明】
１袋状物
２押し出しゴム
３空洞
７周方向溝
４気体発生物質
５加硫ゴム
６空洞
７ビードコア
８カーカス
９ベルト
１０トレッド

Claims

内部に、トレッドの幅方向断面における最小径が０．５ｍｍ以上かつトレッドの周方向長さが５ｍｍ以上の空洞を有するタイヤの製造方法において、所定形状のロ金より長尺の袋状物とともに未加硫ゴムを押し出して、袋状物が包含された押し出しゴムを形成する工程を含むことを特徴とするタイヤの製造方法。
請求項１において、未加硫ゴムを長尺の袋状物とともに連続的に押し出し、押し出し方向に連続した袋状物による、空洞を有する長尺の押し出しゴムを形成することを特徴とするタイヤの製造方法。
請求項２において、長尺押し出し部材を、ドーナツ形の成形用ドラムに複数回巻き付けて環状に成形する工程を含むことを特徴とするタイヤの製造方法。
内部に、トレッドの幅方向断面における最小径が０．５ｍｍ以上かつトレッドの周方向長さが５ｍｍ以上の空洞を有するタイヤの製造方法において、該ゴム物品の押し出し時のゴム温度をこえかつ加硫時のゴム内部温度以下の温度域にて気化する、気体発生物質が封入された長尺の袋状物を、所定形状のロ金より未加硫ゴムとともに押し出して、袋状物が包含された押し出しゴムを形成し、その後に該押し出しゴムに施される加硫中に、袋状物内の気体発生物質を気化させて袋状物を膨張させ、該袋状物を介して加硫後のゴム中に空洞を形成することを特徴とするタイヤの製造方法。
請求項４において、未加硫ゴムを長尺の袋状物とともに連続的に押し出し、押し出し方向に連続した袋状物による、空洞を有する長尺の押し出しゴムを形成することを特徴とするタイヤの製造方法。
請求項５において、長尺押し出し部材を、ドーナツ形の成形用ドラムに複数回巻き付けて環状に成形する工程を含むことを特徴とするタイヤの製造方法。
請求項４ないし６のいずれかにおいて、袋状物内部の発生気体は１７０℃の飽和蒸気圧が０．７ＭＰａ以上であることを特徴とするタイヤの製造方法。
請求項１ないし７のいずれかにおいて、袋状物は押し出し時のゴム温度で軟化しない材質であることを特徴とするタイヤの製造方法。