JP4827496B2 - タイヤ - Google Patents
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Description
また、発泡剤を含むゴム組成物の加硫時に、温度が加硫最高温度に達するまでの間にそのゴム組成物よりも粘度が低くなる有機繊維を配合して、加硫することが開示されている(例えば、特許文献3を参照)。しかしながら、かかる加硫ゴムのトレッドタイヤの場合、トレッドタイヤの表面にミクロな排水溝が形成されて水膜除去能を改良する効果はあるが、エッヂ効果及びスパイク効果(引っ掻き効果)を向上させることについては改良の余地がある。
上記問題点を改良するために(例えば、特許文献5を参照)、ゴム組成物に微粒子含有有機繊維を配合させるだけでなく、微粒子を含まない非含有有機繊維を適宜な割合で配合することにより、工場での作業性を高め、水膜除去性能を発揮するミクロな排水溝が確実に形成すると共に、エッヂ効果又はスパイク効果を十分に発揮する氷上性能(面制動・駆動性能)に優れたタイヤに関する技術が開示されている。
従って、走行初期よりドライ性能を損なうことなく、安定した氷上性能を有する初期性能を向上させたタイヤ、すなわち、スタッドレスタイヤの開発が望まれている。
すなわち、本発明は、
(1) トレッド部に平均発泡率の異なるゴム層を設けると共に、少なくとも路面と接する表面ゴム層(A)の平均発泡率を最も高くすることを特徴とするタイヤ、
(2) 上層のキャップ部と下層のベース部を備えたキャップ・ベース構造のトレッドを有するタイヤであって、キャップ部に平均発泡率の異なるゴム層を設けると共に、少なくとも路面と接する表面ゴム層(A)の平均発泡率を最も高くする上記(1)のタイヤ、
(3) 前記平均発泡率の異なるゴム層が表面ゴム層(A)とそれに隣接する内部ゴム層(B)の2層からなる上記(1)又は(2)のタイヤ、
(4) 表面ゴム層(A)の平均発泡率が40%以上、60(70)%以下であり、内部ゴム層(B)の平均発泡率が3%以上、40%未満である上記(3)のタイヤ、
(5) 表面ゴム層(A)の厚さが0.3〜1mmである上記(1)〜(4)のタイヤ、
(6) 前記平均発泡率の異なるゴム層のゴム組成物が、ゴム成分成分として天然ゴム20〜70質量部及びポリブタジエンゴム30〜80質量部含み、充填剤として該ゴム成分100質量部に対して、カーボンブラック5〜55質量部及びシリカ5〜55質量部含み、さらに、微粒子を含有しない(a)非含有有機繊維及び微粒子を含有する(b)微粒子含有有機繊維を含む上記(1)〜(5)のタイヤ、
(7) (a)非含有有機繊維及び(b)微粒子含有有機繊維の合計量が、前記ゴム成分100質量部に対して1〜5質量部含む請求項6に記載のタイヤ、
(8) (a)非含有有機繊維/(b)微粒子含有有機繊維の含まれる割合が質量比で98/2〜2/98である上記(6)又は(7)のタイヤ、
(9) (a)非含有有機繊維/(b)微粒子含有有機繊維の含まれる割合が質量比で95/5〜5/95である上記(8)のタイヤ、
(10) (b)微粒子含有有機繊維は、該有機繊維を構成する樹脂の100質量部に対して該微粒子を5〜50質量部含有する上記(6)〜(9)のタイヤ、
(11) (b)微粒子含有有機繊維の微粒子はそのモース硬度が2以上であり、また、粒径分布の頻度数の80質量%以上が10〜50μm、平均粒子径が10〜30μmである上記(6)〜(10)のタイヤ、
(12) (a)非含有有機繊維及び(b)微粒子含有有機繊維に使用される繊維の径が0.01〜0.1mmの範囲で、その長さが0.5〜20mmの範囲にある上記(6)〜(11)のタイヤ、
(13) (b)微粒子含有有機繊維の微粒子は、粒度分布のピーク値での頻度数が20質量%以上である上記(6)〜(12)のタイヤ、
(14) (b)微粒子含有有機繊維の微粒子は、アスペクト比が1.1以上で、且つ角部が存在している上記(6)〜(13)のタイヤ、
(15) (b)微粒子含有有機繊維の微粒子が、無機微粒子及び有機微粒子から選択される上記(6)〜(14)のタイヤ、及び
(16) 前記、有機繊維を構成する樹脂がポリエチレン及びポリプロピレンから選ばれた少なくとも1種からなる結晶性高分子であり、かつ融点が190℃以下である上記(6)〜(15)のタイヤ、
を提供するものである。
上記とレッド部には平均発泡率の異なる複数のゴム層を設けることができるが、走行初期における氷上性能を向上させるために、路面と接する表面ゴム層(A)の平均発泡率をトレッド部の発泡ゴム層の中で、最も高くする。表面ゴム層(A)の発泡率を高くすることによって、ゴム層が柔軟で、路面との密着性が強くトレッド表面に発泡面が露出していない走行初期から、従来品に比べドライ性能を損ねることなく優れた氷上性能を得ることができる。また、高発泡率の表面ゴム層(A)は従来品に比べて耐摩耗性が劣るため走行早期に発泡面が露出し、さらに氷上性能が向上する。
前記平均発泡率の異なるゴム層は、表面ゴム層(A)とそれに隣接する内部ゴム層(B)の2層からなることが好ましい。表面ゴム層(A)の平均発泡率は、40%以上、70%以下が好ましく、より好ましくは、50%以上、60%以下である。また、内部ゴム層の平均発泡率は3%以上、40%未満が好ましく、より好ましくは、15%以上、35%以下である。
表面ゴム層(A)及び内部ゴム層(B)の平均発泡率を上記範囲にすることによって、表面ゴム層(A)と内部ゴム層(B)とでは平均発泡率は異なるものの両ゴム層間の中では発泡は連続して形成されており、タイヤの走行初期から、ドライ性能を損ねることなく優れた氷上性能を有するタイヤを得ることができる。
0.3〜0.6mmである。
内部ゴム層(B)の厚さについては、特に限定はなく、タイヤサイズ、パターンなどの違いによって適宜決定すればよい。
ベースゴム層については、特に制限はないが、無発泡ゴム又は内部ゴム層(B)より平均発泡率の低い発泡ゴムから構成される。
また、ベースゴム層は、例えば、ショアーA硬度が、表面ゴム層(A)及び内部ゴム層(B)のショアーA硬度より高いゴムを用いることが好ましい。ショアー硬度Aの値は、ベースゴム層>内部ゴム層(B)>表面ゴム層(A)の順に高く、また、夫々のショアー硬度Aの値は特に限定はされないが、タイヤサイズなどの違いによって適宜決定すればよい。
ゴム成分中、天然ゴムはゴム成分の100質量部に対して20〜70質量部、より好ましくは30〜50質量部含まれることが好ましい。また、ゴム成分中、ポリブタジエンゴムはゴム成分の100質量部に対して30〜80質量部、より好ましくは50〜70質量部含まれていることが好ましい。
天然ゴム及びポリブタジエンゴムの含有量を上記範囲にすることによって、優れた氷上性能および加工性を確保することができる。
ゴム成分に加えることができるその他のゴムとしては、公知のものの中から目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、スチレン−ブタジエン共重合体(SBR)等を挙げることができる。
なお、タイヤのトレッドに用いる場合、上記ゴム成分は、−60℃以下のガラス転移温度を有するものが好ましい。このようなガラス転移温度を有するゴム成分を用いると、該トレッド等は、低温域においても十分なゴム弾性を維持し、良好な上記氷上性能を示す点で有利である。
カーボンブラックの含まれる量を上記範囲にすることによって優れた氷上性能を得ることができる。
前記発泡ゴム層においてシリカはゴム成分の100質量部に対して5〜55質量部、好ましくは30〜50質量部含まれる。シリカの含まれる量を上記範囲にすることによってタイヤ性能を低下させることなく、優れた氷上性能を得ることができる。
(b)微粒子含有有機繊維を発泡ゴム層に含ませて用いると、タイヤ面における除水及び摩擦の増大に効果を発揮し、氷上性能を高める。また、後述するように(b)微粒子含有有機繊維に使用する微粒子に比較的硬度がある材料を使用した場合、含有させる有機繊維径との関係などから押出時に加硫ゴム及び成形物の表面に影響を与え、また、そのような原因と共に工場作業性の低下を招く。そこで、(b)微粒子含有有機繊維と一緒に微粒子を含有しない(a)非含有有機繊維を所定の割合で上記ゴム層に含ませることが好ましい。
このような割合としては、(a)非含有有機繊維/(b)微粒子含有有機繊維の含まれる割合は、98/2〜2/98の範囲、特に、95/5〜5/95の範囲にすることが好ましい。
これらの合計量上記範囲にすることによって、すぐれたエッヂ効果或いはスパイク効果、それに対応する氷上性能が得られ、押出作業性を改良し、肌荒れをなくすことによって、加硫ゴムやタイヤのトレッドにあってはクラック等の発生を抑制することができる。
しかしながら、上述したように、ゴム成分との関係から加硫時に加硫最高温度に達するまでの間に、ゴム成分のゴムマトリックスの粘度よりも低くなる粘度特性を有する樹脂を用いることが本発明においては好ましい。
すなわち、上記有機繊維樹脂としては、ゴム組成物が加硫最高温度に達するまでの間に溶融(軟化を含む)する熱特性を有している。
なお、加硫最高温度とは、ゴム組成物の加硫時におけるゴム組成物が達する最高温度を意味する。例えば、モールド加硫の場合には、ゴム組成物がモールド内に入ってからモールドを出て冷却されるまでに該ゴム組成物が達する最高温度を意味する。加硫最高温度は、例えば、ゴム組成物中に熱電対を埋め込むこと等により測定することができる。
また、ゴムマトリックスの粘度は、流動粘度を意味し、例えば、コーンレオメーター、キャピラリーレオメーター等を用いて測定する。また、上記樹脂の粘度は、溶融粘度を意味し、例えば、コーンレオメーター、キャピラリーレオメーター等を用いて測定する。
上記結晶性高分子では、その融点と、ゴム組成物の加硫最高温度との差が大きくなる程、ゴム組成物の加硫中に速やかに溶融するため、高分子の粘度がゴムマトリックスの粘度よりも低くなる時期が早くなる。このため、高分子が溶融すると、そのゴム組成物に配合した発泡剤から発生したガスなどのゴム組成物に存在するガスは、ゴムマトリックスよりも低粘度である高分子の内部に集まる。その結果、加硫ゴム中には、ゴムマトリックスとの間に微粒子を含有する樹脂層を有する気泡、すなわち、上記樹脂により被覆されたカプセル状の長尺状気泡が潰れのない状態で効率良く形成される。
タイヤトレッドとなる発泡ゴム層においては、このカプセル状の長尺状気泡はトレッドの表面に現れ、摩擦により生じた溝が上記ミクロな排水溝として機能し、水膜排除効果と共に、エッヂ効果及びスパイク効果も十分に発揮する。
ゴム組成物の工業的な加硫温度は、一般的には最高で約190℃程度であるが、例えば、加硫最高温度がこの190℃を超えて設定されている場合には、上記樹脂の融点としては、190℃以下の範囲で選択され、180℃以下が好ましく、170℃以下がより好ましい。
なお、上記樹脂の融点は、それ自体公知の融点測定装置等を用いて測定することができ、例えば、DSC測定装置を用いて測定した融解ピーク温度を上記融点とすることができる。
上記発泡ゴム層を形成する際の加硫ゴム中に、このような長さで有機繊維が存在すれば、エッヂ効果及びスパイク効果が有効に作用すると共に、後述の発泡剤等を含めるとミクロな排水溝として効率良く機能し得る長尺状気泡を十分に形成することも可能となる。
このような硬度の高い微粒子としては、例えば、石膏、方解石、蛍石、正長石、石英、金剛石等が挙げられるが、好ましくは、モース硬度5以上のシリカガラス(硬度6.5)、石英(硬度7.0)、溶融アルミナ(硬度9.0)等を挙げることができる。中でもシリカガラス、アルミナ(酸化アルミニウム)等が安価で容易に使用することができる。
上記頻度数における粒径を上記範囲にすることによって、(b)微粒子含有有機繊維を製造する際に、有機繊維中への微粒子の分散が良好であり、繊維切れなどを抑制し効率よく(b)微粒子含有有機繊維が得られると共に、このような繊維を用いたタイヤにあっては、優れた引き掻き効果、あるいはエッジ効果、スパイク効果を発揮することができる。
上記微粒子のピーク値での頻度数が20質量%以上であれば、微粒子の粒度分布曲線がシャープとなり、粒径が均一となる。このため、上記微粒子含有有機繊維の紡糸に際して切れなどが発生し難い良好な繊維が得られると共に、かかる繊維をタイヤに使用した場合には氷上性能性が安定してくる。また、上述した上記範囲内の粒径の大きさでは、その粒径が大きいほどタイヤの氷上性能が向上する。
本発明において、上記微粒子は最初から角部を有する微粒子も使用できるが、微粒子が球形状であっても粉砕することにより、微粒子表面に角部を存在させて使用することができると共に、より多くの角部を存在させることができる。
微粒子形状はその微粒子群を電子顕微鏡で観察することにより確認が可能であり、球状でないことを確認するものである。また粒子の長軸と短軸の比率をあらわすアスペクト比が1.1以上であれば、粒子表面に形成される角部の存在が十分に角張ることができる。このため、このような微粒子を含む微粒子含有有機繊維を使用したタイヤ等にあっては、引っ掻き効果、或いはエッヂ効果、及びスパイク効果を十分に高めることができる。
微粒子の含有量を上記範囲にすることによって、微粒子含有有機繊維を使用したタイヤ等にあっては、引っ掻き効果、或いはエッヂ効果、及びスパイク効果を十分に高めることができると共に、微粒子含有有機繊維の製造時に繊維切れ等の問題を抑制し、微粒子含有有機繊維を効率良く得ることができる。
上記発泡剤としては、例えば、ジニトロソペンタメチレンテトラミン(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ルホニルヒドラジド誘導体、オキシビスベンゼンスルホニルヒドラジド(OBSH)、二酸化炭素を発生する重炭酸アンモニウム、重炭酸ナトリウム、炭酸アンモニウム、窒素を発生するニトロソスルホニルアゾ化合物、N,N'−ジメチル−N,N'−ジニトロソフタルアミド、トルエンスルホニルヒドラジド、P−トルエンスルホニルセミカルバジド、P,P'−オキシービス(ベンゼンスルホニルセミカルバジド)等が挙げられる。
上記発泡剤の含有量としては、目的に応じて適宜決定すればよいが、通常はゴム成分100質量部に対して1〜10質量部程度が好ましい。上記発泡剤はゴムマトリックス中に配合しても良く、また各有機繊維中に配合しても良い。
混練は、混練装置への投入体積、ローター回転速度、混練温度、混練時間等の混練装置等の諸条件について特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。混練装置としては、市販品を好適に使用する。
熱入れ又は押出は、熱入れ又は押出時間、熱入れ又は押出装置等の諸条件について特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。熱入れ又は押出装置としては、市販品を好適に使用する。尚、熱入れ又は押出温度は、発泡剤が存在する場合はその発泡を起こさないような範囲で適宜選択される。押出温度は、90〜110℃程度が望ましい。
本発明において、トレッドの発泡ゴム層を製造するには、(a)微粒子含有有機繊維及び(b)非含有有機繊維を、トレッドにおける接地面に平行な方向に配向、即ち、タイヤの周方向に配向させることが良い。タイヤの走行方向の排水性を高めることができ、氷上性能を効果的に向上させることができる。
図1は本発明に係るタイヤの部分断面概略説明図である。図2は(a)及び(b)は本発明に係るタイヤのトレッド部の周方向及び幅方向に沿う各断面概略図である。図3は、微粒子含有有機繊維を一定の方向に配向させる原理を説明する説明図である
尚、前述のようにここでは、上記熱特性を持つ(a)非含有有機繊維及び(b)微粒子含有有機繊維がタイヤの周方向に配向するように成形することにより、キャップトレッドである表面ゴム層(A)5中に保護層14に囲まれた長尺状気泡12を無数に含んでいる。また、保護層14には微粒子20が含まれるもの、含まれないものがある。
なお、前述ように、未加硫のキャップ部である表面ゴム層(A)5及び内部ゴム層(B)6がモールド内で加熱されると、(a)非含有有機繊維及び(b)微粒子含有有機繊維は溶融(又は軟化)し、その粘度(溶融粘度)が該キャップ部である表面ゴム層(A)5及び内部ゴム層(B)6のゴムマトリックス粘度(流動粘度)よりも低下することにより、配合された発泡剤の発泡反応により生じたガスは、溶融して相対的に粘度が低下した有機繊維の内部にも滞留する。その結果、 HYPERLINK "http://www.patent.ne.jp/patent/cache/" \l "fig2" 図2に示すように、冷却後のキャップ部の表面ゴム層(A)5には、タイヤの周方向に配向した長尺状気泡12が多数存在する。
なお、発泡率のVsは、加硫ゴム或いはトレッドにおける平均発泡率を意味し、次式により算出できる。
Vs=(ρ0 /ρ1 −1)×100(%)
ここで、ρ1 は、加硫ゴム(発泡ゴム)の密度(g/cm3 )を表す。ρ0 は、加硫ゴム(発泡ゴム)における固相部の密度(g/cm3 )を表す。なお、加硫後のゴム(発泡ゴム)の密度及び加硫後のゴム(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、これから算出した。
<氷上性能の評価>
タイヤは、乗用車用ラジアルタイヤであり、そのタイヤサイズは185/70R13であり、国産1600CCクラスの乗用車に4本を装着し、氷温−1℃の氷上制動性能を該乗用車で確認した。比較例4(従来例)のタイヤをコントロールタイヤとした。
氷上性能=(コントロールタイヤの制動距離/試験タイヤの制動距離)×100
尚、ドライ性能については、実車での評点にて実施した。
各実施例および比較例のゴム組成物を、第1表の配合内容に基づいて通常の方法にて作製した。なお表面ゴム層(A)及び内部ゴム層(B)の発泡率については第2表に示す平均発泡率になるように、発泡剤(DPT)及び発泡助剤(尿素)の量を調整した。
作製された各実施例および比較例の表面ゴム層(A)及び内部ゴム層(B)ゴム組成物を用いてトレッド(発泡ゴム層)を形成し、通常のタイヤ製造条件に従ってタイやサイズ185/70R13の各試験用のタイヤを製造した。
なお、それぞれのタイヤの表面ゴム層の厚さは、0.5mmであった
1):UBEPOL 150L
2):N134(N2SA:146m2/g)
3)NipsilAQ「東ソー・シリカ(株)製」
4):Si69(Degussa社製)
5)N―イソプロピル−N’−フェニル−p−フェニレンジアミン
6)ジベンゾチアジルジスルフィド
7)N−シクロヘキシルー2−ベンソジアゾールスルフェンアミド
8)ジニトロソペンタメチレンテトラミン
9)繊維樹脂成分:ポリエチレン、融点132℃、繊維直径:32μm、繊維長さ:2mm
10)微粒子含有量15質量部 微粒子平均粒径
2 ベルト
3 タイヤ
4 ベース部
5 表面ゴム層(A)[キャップ部]
6 内部ゴム層(B)[キャップ部]
12 長尺状気泡
13 凹部
14 保護層
15 微粒子含有有機繊維
16 ゴム組成物
17 口金
18 球状気泡
19 球状気泡の凹部
20 微粒子
P 押出方向
Claims (13)
- トレッド部に少なくとも路面と接する表面ゴム層(A)と、
該表面ゴム層(A)に隣接する内部ゴム層(B)とからなるトレッド部を有するタイヤであって、
該表面ゴム層(A)の平均発泡率が40%以上、70%以下であり、
該内部ゴム層(B)の平均発泡率が3%以上、40%未満であり、
表面ゴム層(A)の厚さが0.3〜1mmであるタイヤ。 - 前記トレッド部は、
路面と接する上層のキャップ部と、該キャップ部に隣接する下層のベース部を備えたキャップ・ベース構造を有しており、
前記表面ゴム層(A)と前記内部ゴム層(B)が該キャップ部に含まれる請求項1に記載のタイヤ。 - 前記平均発泡率の異なるゴム層のゴム組成物が、ゴム成分として天然ゴム20〜70質量部及びポリブタジエンゴム30〜80質量部含み、充填剤として該ゴム成分100質量部に対して、カーボンブラック5〜55質量部及びシリカ5〜55質量部含み、さらに、微粒子を含有しない(a)非含有有機繊維及び微粒子を含有する(b)微粒子含有有機繊維を含む請求項1又は2に記載のタイヤ。
- (a)非含有有機繊維及び(b)微粒子含有有機繊維の合計量が、前記ゴム成分100質量部に対して1〜5質量部含む請求項3に記載のタイヤ。
- (a)非含有有機繊維/(b)微粒子含有有機繊維の含まれる割合が質量比で98/2〜2/98である請求項3又は4に記載のタイヤ。
- (a)非含有有機繊維/(b)微粒子含有有機繊維の含まれる割合が質量比で95/5〜5/95である請求項5に記載のタイヤ。
- (b)微粒子含有有機繊維は、該有機繊維を構成する樹脂の100質量部に対して該微粒子を5〜50質量部含有する請求項3〜6のいずれかに記載のタイヤ。
- (b)微粒子含有有機繊維の微粒子はそのモース硬度が2以上であり、また、粒径分布の頻度数の80質量%以上が10〜50μm、平均粒子径が10〜30μmである請求項3〜7のいずれかに記載のタイヤ。
- (a)非含有有機繊維及び(b)微粒子含有有機繊維に使用される繊維の径が0.01〜0.1mmの範囲で、その長さが0.5〜20mmの範囲にある請求項3〜8のいずれかに記載のタイヤ。
- (b)微粒子含有有機繊維の微粒子は、粒度分布のピーク値での頻度数が20質量%以上である請求項3〜9のいずれかに記載のタイヤ。
- (b)微粒子含有有機繊維の微粒子は、アスペクト比が1.1以上で、且つ角部が存在している請求項3〜10のいずれかに記載のタイヤ。
- (b)微粒子含有有機繊維の微粒子が、無機微粒子及び有機微粒子から選択される請求項3〜11のいずれかに記載のタイヤ。
- 前記(a)非含有有機繊維及び前記(b)微粒子含有有機繊維を構成する樹脂がポリエチレン及びポリプロピレンから選ばれた少なくとも1種からなる結晶性高分子であり、かつ融点が190℃以下である請求項3〜12のいずれかに記載のタイヤ。
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