JP5815707B2 - 空気入りタイヤ用トレッド - Google Patents

Description

本発明は、空気入りタイヤ用トレッドに関し、詳しくは、トレッドの主溝にフレキシブルフェンスを形成して気柱共鳴音を低減し、排水性能を維持しつつ、フレキシブルフェンスとトレッド部を同程度に摩耗させることが出来る空気入りタイヤ用トレッド、およびそのようなトレッドを有する空気入りタイヤに関する。

タイヤのトレッドに形成された主溝の気柱共鳴音は、その主溝と路面とで形成される管内（気柱）の共鳴により発生し、その共鳴周波数は、路面との間で形成される主溝の気柱の長さに依存する。

この気柱共鳴音は車輌内外の騒音という形で現れ、多くの場合人間の耳に届きやすい１ｋＨｚ前後にそのピークを持つ。この主溝の気柱共鳴音を低減させる技術として、主溝の溝壁や溝底から延び、主溝の全て、もしくは大半を遮断する、いわゆるフレキシブルフェンス、つまり突起物を設け、主溝の形成方向の空気の流れを遮ることにより、気柱共鳴音を低減させるようにする技術が知られている。しかしながら、主溝の形成方向の空気の流れを遮ることにより、濡れた路面を走行した際に、主溝内に入り込んだ水の主溝内の流れもが遮られることになり、空気入りタイヤと路面との間に介在する水の排水性が低下するため、濡れた路面での操縦安定性が低下する。

特許文献１の図４には、主溝内に、その溝内の対向する溝壁及び溝底からそれぞれ延びる３つのグルーブフェンス３（フレキシブルフェンス）を互いに隙間を設けて配置することにより、気柱共鳴音の低減と排水性を両立させるようにした技術が開示されている。

また、特許文献２の図３には、主溝内の溝底から延びる隔壁３０（フレキシブルフェンス）を、主溝開口部からの大部分を溝壁に接触しないように配置することにより、気柱共鳴音の低減と排水性を両立させるようにした技術が開示されている。

特開平１１−１０５５１１号公報 特開２００６−３４１６５５号公報

しかしながら、上記特許文献１及び特許文献２に開示された技術では、フレキシブルフェンスを機能させるために、フレキシブルフェンスのタイヤ周方向の厚みが薄く変形しやすいものとなっている。そのため、使用する材料によっては、走行を重ねていった際、変形し易いフレキシブルフェンスがトレッド部に比べて摩耗しにくく、フレキシブルフェンスとトレッド部との摩耗量に差異が生じることになる。このような摩耗量の差異に起因して、フレキシブルフェンスがトレッド部の表面（トレッド踏面を形成するトレッドの面）から突出するようになり、走行時、そのようなトレッド面から突出するようになったフレキシブルフェンスが路面を叩いて異音が発生するという問題点がある。このような異音の発生は、気柱共鳴音を低減させて騒音を低下させるという、上述したフレキシブルフェンスの本来の役割に反するものである。また、このようなフレキシブルフェンスのトレッド部からの突出によってフレキシブルフェンスの意図しない部分が路面と接地することなどにより、フレキシブルフェンスが早期に摩耗或いは破損してしまうという問題点がある。

そこで本発明は、上述した従来技術が抱える問題点を解決するためになされたものであり、排水性能を維持しつつ、フレキシブルフェンスのトレッド部からの突出を抑制し、また、フレキシブルフェンスの早期摩耗に起因する気柱共鳴音低減効果の低下を抑制することが出来る空気入りタイヤ用トレッド及びそのトレッドを有する空気入りタイヤを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は、タイヤ転動時に路面と接触する、ゴム組成物により形成された空気入りタイヤ用トレッドであって、底面及び対向する２つの壁面を有し且つ深さＤ及び幅Ｗを有する少なくとも一本の主溝が形成されたトレッド部と、複数のフレキシブルフェンスであって、厚さＥを有し、主溝の断面積の少なくとも７０％を遮るように主溝内で延び、且つ、タイヤ転動時、トレッド踏面内の主溝内に少なくとも１つ存在するような間隔で配置された、複数のフレキシブルフェンスと、を有し、複数のフレキシブルフェンスは、少なくともトレッド部のゴム組成物と異なるフェンス用ゴム組成物により形成され、フレキシブルフェンスのフェンス用ゴム組成物は、トレッド部のゴム組成物の摩耗性指数に対し2倍以上の摩耗性指数を有し、かつフェンス用ゴム組成物は、(a) ジエンエラストマー、(b) 50phrよりも多い充填剤Aであって、この充填剤の粒子が500nmよりも小さい平均粒度(重量平均)を有するナノ粒子である充填剤A、および、(c) 50phrよりも多い充填剤Bであって、この充填剤の粒子が1μmよりも大きい中央値粒度(重量平均)を有する微粒子である充填剤Bをベースとする充填組成物を含むことを特徴としている。

このように構成された本発明においては、主溝内に形成され、主溝の断面積の少なくとも７０％を遮断し、タイヤ転動時、トレッド踏面内の主溝内に少なくとも１つ存在するような間隔で配置されるフレキシブルフェンスにより、路面との間で形成される主溝の気柱の長さを、フレキシブルフェンスを形成しない場合に対して変更して、気柱共鳴音のピークを人間の耳に届きやすい周波数帯から外すことが容易になり、その結果、気柱共鳴音による騒音が改善される。

さらに本発明においては、フェンス用ゴム組成物が、トレッド部を形成するゴム組成物よりも高い摩耗性指数を示す、1μmよりも大きな中央値粒度（重量平均）を有する微粒子(充填剤B)を50phr以上含んでいるため、フレキシブルフェンスをトレッド部と同程度に摩耗させることができる。

当業者には周知であるように、1μmよりも大きな中央値粒度（重量平均）を有する微粒子(充填剤B)は、非補強用充填剤とも呼ばれ、補強性を全く、もしくはほとんど有しないため摩耗性指数が高くなり、このような微粒子(充填剤B)を含有するゴム組成物の摩耗速度は大きくなる。このような微粒子(充填剤B)は、トレッド部には、全く、もしくはほとんど使われないこと、例えば40phr未満、より好ましくは30phr未満であることが好ましい。また、このような微粒子(充填剤B)の例としては、チョーク、天然ケイ酸塩、沈降シリカ、アルミナ、化学合成により得られた充填剤、硫酸バリウム塩、金属酸化物（Mg、Zn、Alなど）および、それらの混合物のような無機充填剤や、短繊維、熱可塑性繊維、生分解性化合物、セルロース誘導体およびそれらの混合物のような有機充填剤などがある。

ここで、タイヤ転動中、フレキシブルフェンスがトレッド踏面を通過時に直接路面と接触する状態のとき、フレキシブルフェンス先端部が路面と接触した際に受ける反力により、路面とフレキシブルフェンスとの間で接地圧力及び滑りを生じる。本発明においては、フェンス用ゴム組成物の摩耗性指数がトレッド部のゴム組成物の摩耗性指数よりも大きいため、フレキシブルフェンスの変形に起因して接地圧力及び滑り量が小さくなっても、効果的に摩耗を生じさせることができ、その結果、トレッド部の摩耗量と同程度にフレキシブルフェンスを摩耗させることが出来る。言い換えると、フェンス用ゴム組成物の摩耗性指数をトレッド部のゴム組成物の摩耗性指数の2倍より小さくすると、フレキシブルフェンスが路面と接触した際に発生する接地圧力及び滑り量が小さい場合に摩耗しにくく、トレッド部と同程度にフレキシブルフェンスを摩耗させることができなくなってしまうのである。この2倍以上の摩耗性指数は、本発明者らが、上述した、気柱共鳴音を低減し、排水性能を維持しつつ、フレキシブルフェンスをトレッド部と同程度に摩耗させる空気入りタイヤ用トレッドの開発にあたり、そのような作用（特に、排水性能、フレキシブルフェンスの摩耗性能）を評価する過程で適切なものとして見出した数値であり、その数値を上記範囲（2倍以上）とすれば、上述した作用が効果的に得られることを解析及び実験により見出したものである。

ここで、「溝」とは、通常の使用条件下で相互に接触することのない二つの対向する面（壁面）を、他の面（底面）により接続して構成された、幅及び深さを持つ空間のことをいう。

また、「主溝」とは、流体の排水を主に受け持つ、トレッドに形成される種々の溝の中で比較的広い幅を持つ溝のことをいう。主溝は、多くの場合、直線状、ジグザグ状又は波状にタイヤ周方向に延びる溝を意味するが、タイヤ回転方向に対して角度を持って延びる、流体の排水を主に受け持つ比較的広い幅を持つ溝も含まれる。

また、「トレッド踏面」とは、タイヤを下記の産業規格で定められている適用リムに装着すると共に、定格内圧を充填し、定格荷重を負荷した際に路面と接触するトレッドの表面領域のことをいう。

また、「規格」とは、タイヤが生産または使用される地域に有効な産業規格によって定められるものである。例えば、産業規格は、欧州ではＥＴＲＴＯ（Ｔｈｅ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｔｙｒｅ ａｎｄ Ｒｉｍ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ）の“ＳＴＡＮＤＡＲＤＳ ＭＡＮＵＡＬ”であり、米国ではＴＲＡ（ＴＨＥ ＴＩＲＥ ＡＮＤ ＲＩＭ ＡＳＳＯＣＩＡＴＩＯＮ ＩＮＣ．）の“ＹＥＡＲ ＢＯＯＫ”であり、日本では日本自動車タイヤ協会（ＪＡＴＭＡ）の“ＪＡＴＭＡ ＹＥＡＲ ＢＯＯＫ”である。また、「適用リム」とは、タイヤのサイズに応じてこれら規格に規定されたリムをいい、「定格内圧」とは、これらの規格において、負荷能力に対応して規定される空気圧をいい、「定格荷重」とは、これらの規格において、タイヤに負荷することが許容される最大の質量をいう。

また、「ゴム組成物の摩耗性」とは、ＪＩＳ Ｋ６２６４−１およびＪＩＳ Ｋ６２６４−２に準拠して測定する、アクロン摩耗試験において得られるゴム組成物の摩耗体積のことをいう。ゴム組成物の摩耗体積は、前述した規格に基づき、アクロン摩耗試験機を用いて、加硫ゴム試験片の本試験運転の前後での質量の差から求められる。研磨輪の回転数は予備運転５００回転、本試験３０００回転とし、試験片と研磨輪との間には１５度の傾角が与えられる。試験片は２７．０Ｎの付加力で研磨輪に押し付けられ、試験片の回転速度は毎分１００回転である。
また、「摩耗性指数」とは、前記「ゴム組成物の摩耗性」を指数化したものであり、数値が大きいほど、摩耗体積が大きいすなわち摩耗速度が速い（摩耗し易い）ことを示す指数のことをいう。この「摩耗性指数」は、複数のゴム組成物の摩耗性を互いに比較するために設けられたものであり、上述した摩耗試験で得られた結果から、基準として所定のゴム組成物の摩耗性の数値を例えば１．００と換算し、一方、比較対象のゴム組成物の摩耗性の数値を同じ換算比率で算出することにより得られる数値である。摩耗性指数の数値が2倍である場合、比較対象のゴム組成物は基準となるゴム組成物より2倍早く摩耗することを示している。

ゴム組成物の各種構成成分の含有量はphr（エラストマーもしくはゴム100質量部当たりの質量部）で表される。更に、特に明示しない限りは割合（パーセント、%）は重量%を表し、「aとbの間」で表される間隔はaより大きくかつbより小さい（上限下限数値を含まない）ことを表し、また「aからbまで」で表される間隔はa以上ｂ以下（上限下限数値を含む）であることを表す。

また、「“ジエン”エラストマーまたはゴム」とは、知られている通りに、ジエンモノマー（共役型または共役型でない二個の炭素−炭素二重結合を有するモノマー）に少なくとも一部由来するエラストマー（または数種のエラストマー）、即ち、ホモポリマーまたはコポリマーのことをいう。

本発明において、好ましくは、ジエンエラストマーは、ポリブタジエン(BR)類、ポリイソプレン(IR)類、天然ゴム(NR)、ブタジエンコポリマー類、イソプレンコポリマー類およびこれらエラストマー類のブレンドからなる群から選択される。さらに好ましくは、ジエンエラストマーは、天然ゴム、ポリイソプレン類、ｃｉｓ−１，４単位の含量が９０％を超えるポリブタジエン類、ブタジエン／スチレンコポリマーおよびこれらエラストマー類のブレンドからなる群から選択される。

本発明において、好ましくは、充填剤Aはカーボンブラックを含んでいる。カーボンブラックとしては、全てのタイプのカーボンブラック、特に、タイヤトレッドにおいて通常使用されるHAF、ISAFまたはSAFタイプのブラック類(“タイヤ級”ブラック類)が適している。そのようなブラック類のうちでは、さらに詳細には、例えば、ブラック類 N115、N134、N234、N326、N330、N339、N347およびN375のような、100、200または300シリーズの補強用カーボンブラック類(ASTM級)を挙げることができる。

本発明において、好ましくは、充填剤Aは無機充填剤を含んでいる。“補強用無機充填剤”は、本明細書においては、その色合およびその起源(天然または合成)の如何にかかわらない任意の無機または鉱質充填剤を意味し、このような充填剤は、カーボンブラックに対比して“白色充填剤”、“明色充填剤”又は“非黒色充填剤”としても知られており、また、それ自体で、中間カップリング剤以外の手段によることなく、タイヤを製造するために用いられるゴム組成物を補強することが可能、即ち、通常のタイヤ級カーボンブラックとその補強機能において置換し得るものである。そのような充填剤は、一般に知られているとおり、その表面でのヒドロキシル(‐OH)基の存在に特徴を有する。適切な補強用無機充填剤は、特に、シリカ質タイプの鉱質充填剤、特にシリカ(SiO2)、またはアルミナ質タイプの鉱質充填剤、特にアルミナ(Al2O3)である。使用するシリカとして、当業者にとって既知の任意の補強用シリカ、特に、共に450m²/g未満、好ましくは30〜400m²/g、より好ましくは60〜300m²/gの範囲であるBET表面積とCTAB比表面積を有する任意の沈降または焼成シリカを用いることが出来る。高分散性沈降シリカ(“HDS”)としては、例えば、次のものを挙げることができる：Degussa社からのシリカ類 Ultrasil 7000およびUltrasil 7005；Rhodia 社からのシリカ類 Zeosil 1165MP、1135MPおよび1115MP；PPG社からのシリカ Hi‐Sil EZ150G；Huber社からのシリカ類 Zeopol 8715、8745または8755。補強用無機充填剤をジエンエラストマーにカップリングさせるためには、無機充填剤(その粒子表面)とジエンエラストマー間に化学および/または物理的性質の十分な結合を確保することを意図する少なくとも二官能性のカップリング剤(または結合剤)、特に、二官能性オルガノシランまたはポリオルガノシロキサン類を使用することが知られている。

本発明において、好ましくは、充填剤Aに含まれる無機充填剤はシリカである。補強用充填剤としては、カーボンブラックのような有機充填剤と、シリカのような補強用無機充填剤を混合したものを使用することもできる。

本発明において、好ましくは、充填剤Aの量は、50phrと200phrの間である。また、より好ましくは、充填剤Aの量は、60phrと140phrの間である。また、充填剤Aのナノ粒子の平均粒度(重量平均)は500nmよりも小さく、好ましくは20nmと200nmの間の平均粒度、より好ましくは20nmと150nmの間の平均粒度である。

d_Wで示すナノ粒子の平均粒度(重量平均)は、水または界面活性剤含有水溶液中の分析すべき充填剤の超音波解凝集による分散後に、通常通りに測定する。シリカのような無機充填剤においては、測定は、Brookhaven Instruments社から販売されているXDC (X線ディスク遠心分離機) X線遠心沈降速度計によって、下記の操作方法に従い実施する。即ち、40mlの水中の3.2gの分析すべき無機充填剤試験標本からなる懸濁液を、1500W超音波プローブ(Bioblock社から販売されている1.91cm (3/4インチ) Vibracellソニケーター)を60%出力にて(即ち、最高“出力制御”位置から60％離れて) 8分間操作することによって調製する。超音波処理後、15mlの懸濁液を回転ディスク中に導入する。120分間の沈降後、粒度の質量分布および粒子の質量平均粒度d_Wを、XDC沈降速度計ソフトウェアによって算出する(d_W ＝ Σ(n_id_i ⁵) / Σ(n_id_i ⁴)；式中、n_iは、粒度または直径群d_iの対象数である)。カーボンブラックにおいては、この手順を、15容量%のエタノールおよび0.05容量%のノニオン界面活性剤を含む水溶液によって実施する。測定は、DCPタイプの遠心光沈降速度計(Brookhaven Instruments社から販売されているディスク遠心光沈降速度計)によって行う。10mgのカーボンブラックを含む懸濁液を、15容量%のエタノールおよび0.05容量%のノニオン界面活性剤を含む40mlの水溶液中で、600W超音波プローブ(Bioblock社から販売されている1.27cm (1/2インチ) Vibracellソニケーター)を60%出力にて(即ち、“勾配(tip)振幅”の最高位置の60％において) 10分間操作することによって予め調製する。超音波処理中に、15mlの水 (0.05%のノニオン界面活性剤を含有する)および1mlのエタノールからなる密度勾配を8000rpmで回転する沈降速度計ディスク中に注入して、“階段勾配”を形成させる。次に、0.3mlのカーボンブラック懸濁液を、上記勾配の表面上に注入する。120分続く沈降処理後に、粒度の質量分布および質量平均粒度d_Wを、上述したようにして沈降速度計ソフトウェアによって算出する。

本発明において、好ましくは、充填剤Bは無機充填剤、有機充填剤およびそれらの混合物からなる群から選ばれる。

本発明において、好ましくは、充填剤Bの量は、60phrと300phrの間、より好ましくは90phrと300phrの間、さらにより好ましくは140phrと300phrの間である。

本発明において、好ましくは、充填剤Bの中央値粒度(重量平均)は、1μmと200μmの間、より好ましくは5μmと100μmの間である。

微粒子の粒度測定および中央値粒度（もしくは概ね球状であると推測される微粒子の見掛けの中央値直径）測定に関しては、例えばレーザー回折（例えばISO-8130-13またはJIS K5600-9-3 参照）など、既知の様々な手法を使用することができる。好ましくは機械的スクリーニングによる粒度分析を単純に使用し得る。操作は、規定量のサンプル(例えば、200g)を、振動テーブル上で、種々のスクリーン直径によって(例えば、累進比率1.26に従って、1000,800,630,500,400、…、100,80,、63μmとメッシュサイズを変化させることによって)30分間スクリーニングすることからなる。各スクリーン上で集めた超過サイズを精密天秤で秤量し、この秤量から、物質の総質量に対する各メッシュ直径における超過サイズの％を推定し、最後に、質量による中央値粒度(または見掛けの中央値直径)または平均粒度（または見掛けの平均直径）を、粒度分布のヒストグラムから既知の方法で算出する。

本発明において、好ましくは、充填剤Bの無機充填剤は、チョーク、天然ケイ酸塩（例えばカオリン、タルク、雲母）、沈降シリカ、アルミナ、化学合成により得られた充填剤（例えばMg、Al、Caのケイ酸塩、シリコ・アルミネート水和物、炭酸カルシウムの沈殿物）、バリウム硝酸塩、金属酸化物（例えばMg、Zn、Al）およびそれらの混合物からなる群から選択される。

本発明において、好ましくは、充填剤Bの有機充填剤は、短繊維、熱可塑性繊維、生分解性化合物（例えばポリエステルアミド、改質澱粉、キチン、キトサン、ポリ乳酸）、セルロース誘導体（例えば酢酸セルロース、リグニン）およびそれらの混合物にからなる群から選択される。

本発明において、好ましくは、フェンス用ゴム組成物は可塑化系を含み、より好ましくは、前記可塑化系は液体可塑剤、炭化水素系樹脂およびそれらの混合物からなる群から選択される。芳香族性または非芳香族性いずれか任意の増量剤オイル、即ち、ジエンエラストマーに対するその可塑化特性について知られている任意の液体可塑剤を使用することができる。常温（23℃）において、これら可塑剤類またはオイル類は粘性を持つ液体であり、反対に、特に可塑性炭化水素系樹脂はその由来より、常温において固体である。液体可塑剤はナフテンオイル、パラフィン系オイル、MES(Medium Extracted Solvates)オイル、TDAE(Treated Distillate Aromatic Extracts)オイル、鉱物油、植物油、エーテル可塑剤、エステル可塑剤、ホスフェート可塑剤、スルホン酸エステル可塑剤およびそれらの混合物からなる群から選ばれることが好ましい。

本発明において、好ましくは、液体可塑剤の量は2phrと60phrの間、より好ましくは3phrと40phrの間、さらにより好ましくは5phrから20phrまでである。

また、他の好ましい実施態様によれば、本発明の組成物は、固形である可塑剤(23℃において)として、例えば国際公開第WO 2005/087859号、同WO 2006/061064号および同WO 2007/017060号に記載されているような、＋20℃よりも高い、好ましくは＋30℃よりも高いTgを示す炭化水素系樹脂も含み得る。炭化水素系樹脂は、当業者にとって周知のポリマーであり、“可塑化用”であるとして付加的に説明される場合、ジエンエラストマー組成物中で本来混和性である。炭化水素系樹脂は、脂肪族または芳香族或いは脂肪族/芳香族タイプでもあり得る、即ち、脂肪族および/または芳香族モノマーをベースとし得る。炭化水素系樹脂は、天然または合成であり得る。特に好ましい実施態様によれば、上記可塑化用炭化水素系樹脂は、シクロペンタジエン(CPDと略記する)またはジシクロペンタジエン(DCPDと略記する)のホモポリマーまたはコポリマー樹脂、テルペン系のホモポリマーまたはコポリマー樹脂、C₅留分のホモポリマーまたはコポリマー樹脂、C₉留分のホモポリマーまたはコポリマー樹脂、およびこれらの樹脂の混合物からなる群から選ばれる

本発明において、好ましくは、可塑化系の炭化水素系樹脂の量は、2phrと60phrの間、より好ましくは5phrと50phrの間、更に好ましくは3phrから40phrまでである。

本発明において、好ましくは、可塑化系の合計量、例えば固形炭化水素系樹脂に添加した液体可塑剤の量は、40phrと100phrの間、より好ましくは50phrから80phrまでである。

フレキシブルフェンスを備えたタイヤトレッドを製造する方法としては、例えば本出願人による2009年の特許出願（2010年10月23日公開の国際公開第WO2010/146180号）に記載の方法などがある。

本発明において、好ましくは、フレキシブルフェンスの厚さEは０．３ｍｍ以上１．０ｍｍ以下である。
このように構成された本発明においては、気柱共鳴音の低減を図りながら、排水性を確保し、トレッド部と同程度にフレキシブルフェンスを摩耗させることが出来る。即ち、フレキシブルフェンスの厚さを０．３ｍｍよりも小さくすると、フレキシブルフェンスの寸法的な剛性の低下により、空気圧によってもフレキシブルフェンスが倒れ込んでしまい、気柱共鳴音の低減効果が減少する恐れがある。また、そのような倒れ込みにより、踏面内でフレキシブルフェンスが地面と接触しにくくなるので、フレキシブルフェンスの摩耗の速さがトレッド部の摩耗の速さに対して著しく低下し、フレキシブルフェンスがトレッド部から突出する恐れがある。一方、フレキシブルフェンスの厚さを１．０ｍｍよりも大きくすると、フレキシブルフェンスが主溝内に倒れこんだ際の主溝の断面の開口割合が小さくなり、排水性が低下する恐れがある。

本発明による空気入りタイヤトレッド及びそのトレッドを有する空気入りタイヤによれば、気柱共鳴音を低減し、排水性能を維持しつつ、トレッド部と同程度にフレキシブルフェンスを摩耗させることが出来る。

本発明の一実施形態による空気入りタイヤ用トレッドを模式的に示す図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿って見た空気入りタイヤ用トレッドの拡大断面図である。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿って見た空気入りタイヤ用トレッドの拡大断面図である。 図２と同様に示す、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿って見た空気入りタイヤ用トレッドの拡大断面図であり、濡れた路面を走行中の状態を模式的に示す図である。 図３と同様に示す、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿って見た空気入りタイヤ用トレッドの拡大断面図であり、濡れた路面を走行中の状態を模式的に示す図である。 図３と同様に示す、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿って見た空気入りタイヤ用トレッドの拡大断面図であり、トレッド部の溝深さが約３０％摩耗した状態を模式的に示す図である。

以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。
先ず、図１及至図３により、本発明の一実施形態による空気入りタイヤ用トレッド及びそのトレッドを有する空気入りタイヤを説明する。
図１は、本発明の一実施形態による空気入りタイヤのトレッド部を模式的に示す図であり、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿って見た空気入りタイヤのトレッド部の拡大断面図であり、図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿って見た空気入りタイヤのトレッド部の拡大断面図である。
先ず、図１に示すように、符号１は、本実施形態による空気入りタイヤ用トレッド１を示し、この空気入りタイヤ用トレッド１は、トレッド部２と、後述するフレキシブルフェンス４とを有する。トレッド部２には、ＸＸ‘にて示すタイヤ周方向に延びる幅Wの二本の主溝３が形成されている。主溝３は、３つの面、即ち、対向する壁面３１、３２及び底面（底部）３３を有する。なお、この例におけるタイヤサイズは２２５／５５Ｒ１６であり、トレッド部２のタイヤ回転方向は規定されていない。本実施形態においては、対向する壁面３１、３２はそれぞれタイヤ半径方向に垂直に延び、溝幅Wは１４．５ｍｍであり、溝深さＤは８．０ｍｍである。
この図上には、タイヤが定格内圧に充填され、定格荷重が負荷された際のトレッド踏面５及びその際のトレッド踏面長さＬが図示されている。なお“ＥＴＲＴＯ ＳＴＡＮＤＡＲＤ ＭＡＮＵＡＬ ２０１１”によれば、当該サイズの適用リムは７Ｊ、定格内圧は２５０ｋＰａ、定格荷重は６９０ｋｇであり、本実施形態においては、踏面長さＬは１４３ｍｍである。

ここで、タイヤ転動中に、トレッド踏面５を通過する各主溝３は、路面との間に気柱を形成し、主溝３の共振周波数は、そのようにして形成された気柱の長さに依存する。本実施形態では、気柱の長さを変化させて気柱共鳴音の周波数を変化させるために、図１乃至図３に示すように、主溝３内にフレキシブルフェンス４が設けられている。図１に示すように、同一の主溝３内に形成される各フレキシブルフェンス４の設置間隔Pは、タイヤ転動中に、少なくとも一つのフレキシブルフェンスが各主溝３の踏面５内に常に存在するように、踏面長さLよりも短い間隔とされている。

次に、図２及び図３に示すように、このフレキシブルフェンス４は、その基底部４１が、主溝３の溝底部３３に図示するように接続され、図３に示すように、フレキシブルフェンス４がタイヤ半径方向（タイヤ回転軸に対して垂直方向）に延びるように設けられている。また、図２に示すように、フレキシブルフェンス４の両側の側面部４２は、上述した接続部（３３）を除き、その全体が、主溝３の対向する壁面３１，３２と所定の隙間を有するよう設けられている。

図１に示すように、フレキシブルフェンス４は、主溝３が延びる方向に対し垂直方向に延びるよう形成されている。フレキシブルフェンス４は、長方形の断面形状を有し、その長方形断面は、幅ｌ（図２参照）と、厚さE（図３参照）とを有している。
また、図２に示すように、フレキシブルフェンス４は、主溝３の長手方向から見て（正面視）長方形状に形成され、図２及び図３に示すように、主溝３の深さＤよりやや低い高さｈを有している。

このフレキシブルフェンス４は、主溝３の断面積の少なくとも７０％を遮断するよう形成され、主溝３内を流れる主に水のような液体による水圧により倒れこむように形成されている。本実施形態において、フレキシブルフェンス４の厚さEは０．６ｍｍである。また、本実施形態においては、図２に示すように、フレキシブルフェンス４の高さｈ及び幅ｌは、主溝３の断面積の約８７％を遮断するように、主溝３の深さＤ８．０ｍｍ及び溝幅W１４．５ｍｍに対して高さｈが７．０ｍｍ、幅ｌが１３．５ｍｍに形成されている。
なお、例えば、本実施形態のタイヤの例において、フレキシブルフェンス４を、主溝３の断面積の少なくとも７０％を遮断するように、およそ５．６ｍｍ以上の高さhを有する長方形状のものとしてもよい。なお、本実施形態の例に限らず、タイヤ主溝３の溝幅W及び溝深さDが変われば、このフレキシブルフェンス４の幅ｌ及び高さhもそれに応じて変更して、主溝３の断面積の少なくとも７０％を遮断するようにすればよい。

本実施形態では、フレキシブルフェンス４は、トレッド２とは異なるフェンス用ゴム組成物で構成されており、フェンス用ゴム組成物は、トレッド２よりも速い摩耗速度を生じさせるものとするために、トレッド２を構成するゴム組成物には通常含まれていない、1μm以上の中央値粒度（重量平均）を有する、50phrよりも多い量（本実施形態においては200phrである）の微粒子である非補強用充填剤を含んでいる。このような非補強用充填剤には、例えば、チョーク、天然ケイ酸塩、沈降シリカ、アルミナ、化学合成により得られた充填剤、硫酸バリウム塩、金属酸化物（Mg、Zn、Alなど）およびそれらの混合物のような無機充填剤や、短繊維、熱可塑性繊維、生分解性化合物、セルロース誘導体およびそれらの混合物のような有機充填剤などを使用することができる。このような微粒子（非補強用）をトレッド２を構成するゴム組成物が含む場合は、その微粒子（非補強用）は微量であり、好ましくはフェンス用ゴム組成物との含有量の差が20phr以上、より好ましくは30phr以上である。言い換えると、フェンス用ゴム組成物がこのような微粒子（非補強用）を50phr以上含んでいる場合、トレッドを構成するゴム組成物はこのような微粒子（非補強用）を好ましくは30phr未満、より好ましくは20phr未満含む。

次に、図４及び図５により、本発明の一実施形態による空気入りタイヤ用トレッドの、濡れた路面を走行中の状態を説明する。
図４は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿って見た空気入りタイヤ用トレッドの濡れた路面を走行中の状態を示す拡大断面図であり、図５は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿って見た空気入りタイヤ用トレッドの濡れた路面を走行中の状態を示す拡大断面図である。

図４及び図５に示すように、上述したようにトレッド２とは異なるフェンス用ゴム組成物にて形成されたこのフレキシブルフェンス４は、濡れた路面を走行する際、主溝２内を通過する主に水のような液体の発生する水圧によって倒れこみ、或いは、曲げられ、結果としてその高さがｈ^*まで減少し、その高さの減少により、主溝３の主要部分が開放され、排水性が確保される。

次に、図６により、本発明の一実施形態による空気入りタイヤ用トレッドの、トレッド摩耗後の状態を説明する。
図６は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿って見た空気入りタイヤ用トレッドの、溝深さが約３０％摩耗した状態の拡大断面図である。
図６は、所定距離走行後、主溝３の溝深さＤが、摩耗によりフレキシブルフェンス４の初期高さｈよりも浅いＤ’まで減少した状態を示す。トレッド２とは異なるフェンス用ゴム組成物にて形成されたフレキシブルフェンス４は、所定距離走行後、路面と接触する先端部が斜めに摩耗し、その高さが、高い側でｈ’、低い側でｈ”までその初期高さｈから減少し、低い側の高さｈ”は、主溝３の深さＤ’と同程度の高さとなっている。

なお、本実施形態の変形例として、上述した作用を有するものであれば、フェンス用ゴム組成物は、フレキシブルフェンス４が接続される上述した主溝３の底部３３の一部（例えば、上述した接続部（３３）（図２、図３参照））、または全部に使用してもよい（図示せず）。このような場合、フレキシブルフェンス４のみならず主溝３の底部３３も同じフェンス用ゴム組成物によって形成されるため、製造工程を簡略化することができる。

また、本実施形態の他の変形例として、上述した作用を有するものであれば、フェンス用ゴム組成物にて形成されたフレキシブルフェンス４は、複数個に分割して形成されたり、主溝３の対抗する壁面３１、３２の両方またはどちらかに接続され溝幅方向に延びるよう形成されたり、或いは、このように壁面３１、３２に接続されるフレキシブルフェンスと主溝３の底部３３に接続されるフレキシブルフェンス４とを組み合わせて形成されてもよい(図示せず)。

以上、本発明の特に好ましい実施形態について記述したが、本発明は図示の実施形態に限定されることなく、種々の態様に変形して実施しうる。

次に、本発明の効果を明確にするため、本発明にかかるトレッドのフレキシブルフェンスを形成するための、２通りの補強用充填剤を使用したゴム組成物を各６通りずつ、以下に述べる工程により製造した。

フェンス用ゴム組成物及びトレッド部を構成するゴム組成物は、適切なミキサー内で、好ましくは当業者にとって周知の２つの連続する製造段階、即ち、110℃と190℃の間、好ましくは130℃と180℃の間の最高温度での高温で熱機械的に加工または混合する第１段階(“非生産”段階と称する)、並びに、その後の典型的には110℃よりも低い、例えば、40℃と100℃の間の低めの温度での第２の機械加工段階(“生産”段階と称する)を使用して製造し、この仕上げ段階（生産段階）において架橋系を混入する。

フェンス用ゴム組成物の製造方法は、例えば、少なくとも下記の工程を含む：
第１(“非生産”)段階において、少なくとも一種類の補強用充填剤 (その粒子は、500nmよりも小さい平均粒度(重量平均)を有するナノ粒子である)、50phrよりも多い非補強用充填剤 (その粒子は、1μmよりも大きい中央値粒度(重量平均)を有する微粒子である)を、ジエンエラストマー中に混入し或いは混入しつつ、その混入により得られた混合物を、1回以上、110℃と190℃の間の最高温度に達するまで熱機械的に混合する工程；
混合物を100℃よりも低い温度に冷却する工程；
その後、第２(“生産”)段階において、架橋系を混入する工程；
その混合物を110℃よりも低い最高温度に達するまで混合する工程。

一例を挙げれば、上述した非生産段階は、１回の熱機械的工程において実施し、その工程の間において、第１に、全ての必須ベース成分(ジエンエラストマー、補強用充填剤および必要に応じてカップリング剤、非補強用充填剤および可塑化系)を、標準の密閉ミキサーのような適切なミキサー内に先ず導入し、その後、第２に、例えば1〜2分の混合後、架橋系を除いた他の添加剤、任意構成成分としての被覆剤または補完的加工助剤を導入する。この非生産段階における総混合時間は、好ましくは1分と15分の間である。

そのようにして得られた混合物を冷却した後、間もなく、架橋系を、低温(例えば、40℃と100℃の間)に維持した開放ミルのような開放ミキサー内に導入する。その後、その混合物を、数分間、例えば、2分〜15分間混合する(生産段階)。

架橋系は、好ましくは、硫黄および促進剤をベースとする加硫系である。硫黄の存在下にジエンエラストマーの加硫促進剤として作用し得る任意の化合物、特に、2‐メルカプトベンゾチアジルジスルフィド(“MBTS”と略記する)、N,N‐ジシクロヘキシル‐2‐ベンゾチアジルスルフェンアミド(“DCBS”と略記する)、N‐tert‐ブチル‐2‐ベンゾチアジルスルフェンアミド(“TBBS”と略記する)、N‐tert‐ブチル‐2‐ベンゾチアジルスルフェンイミド(“TBSI”と略記する)およびこれらの化合物の混合物からなる群から選ばれる化合物を使用し得る。好ましくは、スルフェンアミドタイプの一次促進剤を使用する。

各種既知の二次促進剤または加硫活性化剤、例えば、酸化亜鉛、ステアリン酸、グアニジン誘導体(特に、ジフェニルグアニジン)等を、この加硫系に、上述した第１非生産段階中および/または上述した生産段階中に添加し得る。硫黄の含有量は、例えば、0.5phrと3.0phrの間にあり、また、一次促進剤の含有量は、0.5phrと5.0phrの間にある。

このようにして得られた最終組成物は、次に、例えば、シート状又はプラーク状にカレンダー加工され、或いは、例えば、タイヤトレッドとして使用し得るゴム形状要素の形で押出される。

下記の表１には、シリカを補強用充填剤として製造された、各種構成成分の含有量をphrにて示している。従来よりトレッド（トレッド部）及び従来技術によるフレキシブルフェンスのゴム組成物として使用されている1通りのゴム組成物（従来例１−１）、4通りの本発明に係るトレッドのフレキシブルフェンスに使用されるゴム組成物（実施例１−１、１−２、１−３、１−４）および1通りの本発明に係らないゴム組成物（比較例１−１）を準備した。これら６通りの各ゴム組成物は、補強用充填剤として100phrのシリカを含有しており、4通りの実施例のゴム組成物及び1通りの比較例のゴム組成物は、少なくとも10phrのチョーク微粒子を、非補強用充填剤として更に含有している。
上述した従来例１−１のゴム組成物は、従来の製造方法で製造され、本発明にかかるトレッドのトレッド部２に使用される。即ち、下記の表１乃至表４において、従来例１−１のゴム組成物の各値と、実施例１−１、１−２、１−３、１−４のゴム組成物の各値とに基づいて、本発明にかかるトレッドのトレッド部２のゴム組成物と、本発明にかかるトレッドのフレキシブルフェンス４のゴム組成物との、特性など（例えば「摩耗性指数」）の比較が可能である。

また、下記の表２には、各製造されたゴム組成物の摩耗性の測定値と、それら測定結果から計算される、従来例１−１を基準（1.00）とした摩耗性指数を示している。摩耗性指数の数値が大きいほど、ゴム組成物の摩耗速度が速いことを表す。

(1)オイル増量した溶液SBR (乾燥SBRとして表す含有量)：40.5%のスチレン、24%の1,2-ポリブタジエン単位および43%のトランス-1,4-ポリブタジエン単位 (Tg=-30℃)；
(2)0.3%の1,2-、2.7%のトランス、97%のシス-1,4-を含むBR（Tg=-106℃)；
(3)Rhodia社からのシリカ“Zeosil 1165”、”HD“タイプ(BETおよびCTAB：約160m²/g)；
(4)Omya社からのチョーク“Omya BLS” （中央値粒度20μm）；
(5)カップリング剤TESPT（Degussa社からの“Si69”）；
(6)カーボンブラックN234（ASTM級）；
(7）総TDAEオイル（SBR増量オイルも含む）：H&R社からの“Vivatec 500”；
(8)Exxson Mobil社からのC₅/C₉炭化水素系樹脂“Escorez ECR-373”；
(9)酸化亜鉛（Umicore社からの工業級）
(10)ステアリン (Uniqume社からの“Pristerene 4931”)；
(11)N‐(1,3‐ジメチルブチル)‐N‐フェニル‐パラ‐フェニレンジアミン (Flexsys社からの“Santoflex 6‐PPD”)；
(12)ジフェニルグアニジン (Flexsys社からの“DPG Perkacit”)；
(13)N‐シクロヘキシル‐2‐ベンゾチアゾールスルフェンアミド (Flexsys社からの“CBS Santocure”)。

下記の表３には、カーボンブラックを補強用充填剤として製造された、各種構成成分の含有量をphrにて示している。トレッドのゴム組成物として使用されている1通りの従来例のゴム組成物（従来例２−１）、4通りの本発明に係るゴム組成物（実施例２−１、２−２、２−３、２−４）および1通りの本発明に係らないゴム組成物（比較例２−１）を準備した。これら６通りの各ゴム組成物は、補強用充填剤として105phrのカーボンブラックを含有しており、4通りの実施例のゴム組成物及び1通りの比較例のゴム組成物は、少なくとも10phrのチョーク微粒子を、非補強用充填剤として更に含有している。

また、下記の表４には、各製造されたゴム組成物の摩耗性の測定値と、それら測定結果から計算される、従来例２−１を基準（1.00）とした摩耗性指数を示している。摩耗性指数の数値が大きいほど、ゴム組成物の摩耗速度が速いことを表す。

(1)オイル増量した溶液SBR (乾燥SBRとして表す含有量)：40.5%のスチレン、24%の1,2-ポリブタジエン単位および43%のトランス-1,4-ポリブタジエン単位 (Tg=-30℃)；
(2)0.3%の1,2-、2.7%のトランス、97%のシス-1,4-を含むBR（Tg=-106℃)；
(4)Omya社からのチョーク“Omya BLS”（中央値粒度20μm）；
(6)カーボンブラックN234（ASTM級）；
(7)総TDAEオイル（SBR増量オイルも含む）：H&R社からの“Vivatec 500”；
(8)Exxson Mobil社からのC₅/C₉炭化水素系樹脂“Escorez ECR-373”；
(9)酸化亜鉛（Umicore社からの工業級）
(10)ステアリン (Uniqume社からの“Pristerene 4931”)；
(11)N‐(1,3‐ジメチルブチル)‐N‐フェニル‐パラ‐フェニレンジアミン (Flexsys社からの“Santoflex 6‐PPD”)；
(12)ジフェニルグアニジン (Flexsys社からの“DPG Perkacit”)；
(13)N‐シクロヘキシル‐2‐ベンゾチアゾールスルフェンアミド (Flexsys社からの“CBS Santocure”)。

表２および表４に示される如く、フレキシブルフェンスに使用される実施例品（実施例１−１、１−２、１−３、１−４および実施例２−１、２−２、２−３および２−４）は、それぞれ、トレッド部に使用される従来例１−１および従来例２−１のものと比較して高い摩耗性指数を有する事が確認できる。またそれぞれの比較例（比較例１−１および比較例２−１）から、非補強用充填剤の少量添加では高い摩耗性指数、具体的にはそれぞれの従来例（従来例１−１および従来例２−１）より2倍以上高い摩耗性指数を有するには不足であることも確認できる。

同様に表２および表４に示される如く、フレキシブルフェンスに使用される実施例１−１、１−２、１−３および１−４はトレッド部に使用される従来例１−１のものに対して、実施例２−１、２−２、２−３および２−４は従来例２−１のものに対して2倍より高い摩耗性指数を有する。即ち、実施例品は、その摩耗速度がそれぞれの従来例（従来例１−１および従来例２−１）と比較して大きくなるので、フレキシブルフェンス４とトレッド部２とを同程度に摩耗させることができるものである。

１ 空気入りタイヤ用トレッド
２ トレッド部
３ 主溝
３１ 主溝の対抗する壁面
３２ 主溝の対向する壁面
３３ 主溝の底部
４ フレキシブルフェンス
４１ フレキシブルフェンス４の底部（主溝３の溝底部３３との接続部）
４２ フレキシブルフェンス４の両側の側面部
５ トレッド踏面

Claims (18)

1. タイヤ転動時に路面と接触する、ゴム組成物により形成された空気入りタイヤ用トレッドであって、
   底面及び対向する２つの壁面を有し且つ深さＤ及び幅Ｗを有する少なくとも一本の主溝が形成されたトレッド部と、
   複数のフレキシブルフェンスであって、0.3mm以上1.0mm以下である厚さＥを有し、前記主溝の断面積の少なくとも７０％を遮るように前記主溝内で延び、且つ、タイヤ転動時、トレッド踏面内の前記主溝内に少なくとも１つ存在するような間隔で配置された、複数のフレキシブルフェンスと、を有し、
   前記複数のフレキシブルフェンスは、少なくとも前記トレッド部のゴム組成物と異なるフェンス用ゴム組成物により形成され、前記フレキシブルフェンスのフェンス用ゴム組成物は、前記トレッド部のゴム組成物の摩耗性指数に対し2倍以上の摩耗性指数を有し、かつ前記フェンス用ゴム組成物は、
   (a) ジエンエラストマー；
   (b) 50phrよりも多い充填剤Aであって、この充填剤の粒子が500nmよりも小さい平均粒度(重量平均)を有するナノ粒子である充填剤A；および、
   (c) 50phrよりも多い充填剤Bであって、この充填剤の粒子が1μmよりも大きい中央値粒度(重量平均)を有する微粒子である充填剤B；
   をベースとする充填組成物を含むことを特徴とする空気入りタイヤ用トレッド。
2. 前記ジエンエラストマーが、ポリブタジエン、ポリイソプレンポリイソプレン、天然ゴム、ブタジエンコポリマー、イソプレンコポリマーおよびこれらのエラストマーの混合物からなる群から選ばれる請求項１に記載の空気入りタイヤ用トレッド。
3. 前記充填剤Aがカーボンブラックを含む請求項１又は請求項２に記載の空気入りタイヤ用トレッド。
4. 前記充填剤Aが無機充填剤を含む請求項１乃至３の何れか一項に記載の空気入りタイヤ用トレッド。
5. 前記無機充填剤はシリカである請求項４に記載の空気入りタイヤ用トレッド。
6. 前記充填剤Aの量が50phrと200phrの間である請求項１乃至５の何れか一項に記載の空気入りタイヤ用トレッド。
7. 前記充填剤Aの量が60phrと140phrの間である請求項６に記載の空気入りタイヤ用トレッド。
8. 前記充填剤Bが、無機充填剤、有機充填剤およびそれらの混合物からなる群から選ばれる請求項１乃至７の何れか一項に記載の空気入りタイヤ用トレッド。
9. 前記充填剤Bの量が60phrと300phrの間である請求項１乃至８の何れか一項に記載の空気入りタイヤ用トレッド。
10. 前記充填剤Bが1μmと200μmの間の中央値粒度(重量平均)を有する請求項１乃至９の何れか一項に記載の空気入りタイヤ用トレッド。
11. 前記充填剤Bが5μmと100μmの間の中央値粒度(重量平均)を有する請求項１０に記載の空気入りタイヤ用トレッド。
12. 前記充填剤Bは無機充填剤を含み、その無機充填剤が、チョーク、天然ケイ酸塩、沈降シリカ、アルミナ、化学合成により得られた充填剤、硫酸バリウム塩、金属酸化物およびそれらの混合物からなる群から選ばれる請求項１乃至１１の何れか一項に記載の空気入りタイヤ用トレッド。
13. 前記充填剤Bは有機充填剤を含み、その有機充填剤が、短繊維、熱可塑性繊維、生分解性化合物、セルロース誘導体およびそれらの混合物からなる群から選ばれる請求項１乃至１２の何れか一項に記載の空気入りタイヤ用トレッド。
14. 前記フェンス用ゴム組成物が、液体可塑剤、炭化水素系樹脂およびそれらの混合物からなる群から選ばれる可塑化系を含む請求項１乃至１３の何れか一項に記載の空気入りタイヤ用トレッド。
15. 前記液体可塑剤が、ナフテンオイル、パラフィン系オイル、MESオイル、TDAEオイル、鉱物油、植物油、エーテル可塑剤、エステル可塑剤、ホスフェート可塑剤、スルホン酸エステル可塑剤およびそれらの混合物からなる群から選ばれ、かつその量が2phr以上かつ60phr以下である請求項１４に記載の空気入りタイヤ用トレッド。
16. 前記炭化水素系樹脂が、シクロペンタジエン(CPD)またはジシクロペンタジエン(DCPD)のホモポリマーまたはコポリマー樹脂、テルペン系のホモポリマーまたはコポリマー樹脂、C₅留分のホモポリマーまたはコポリマー樹脂、C₉留分のホモポリマーまたはコポリマー樹脂およびこれらの樹脂の混合物からなる群から選ばれ、かつその量が2phrと60phrの間である請求項１４に記載の空気入りタイヤ用トレッド。
17. 前記可塑化系の合計量が、40phrと100phrの間である請求項１４乃至１６の何れか一項に記載の空気入りタイヤ用トレッド。
18. 請求項１及至１７の何れか1項に記載のトレッドを有することを特徴とする空気入りタイヤ。

Images