JP6068139B2 - タイヤ、及びタイヤ加硫用金型の製造方法 - Google Patents

Description

本発明はタイヤ、及びタイヤ加硫用金型の表面処理方法、詳細には、表面に適度な光沢と、黒々してしっとりとした質感とを備えることによって外観を良好なものとしたタイヤ、並びに、そのようなタイヤを成形することができるタイヤ加硫用金型の製造方法に関するものである。

一般的にタイヤ加硫用金型は、鋳造によって製作された後、金型表面にアルミナ等の砥粒材でブラスト処理を施すことによって仕上げを行っている。

しかし、このようにアルミナ等の砥粒材でブラスト処理された金型の表面には、ランダムな径及び深さの凹凸が形成されてしまい、このようなランダムな凹凸が、加硫成形されたタイヤの表面に転写されると、タイヤ表面が無秩序に光を拡散させるため、光沢が無く、黒さはあるがザラついた質感のタイヤとなってしまう。
なお、「光沢の無い」とは、光沢度計で測定した値が、０．１〜１未満の範囲の状態を言い、光沢の無いタイヤは多くの場合、表面がザラついた質感と成ってしまう。

これに関して、例えば、特許文献１には、「成形されたタイヤの表面粗さ（ＲａＴ）が、触針式表面粗さ計で計測した時、１．５〜２０μｍの範囲にある空気入りタイヤ。」が記載されており、これによれば、「成形されるタイヤの表面の光沢度を上げ、タイヤの外観を向上させることが出来る効果がある。」とする。

また、特許文献２には、「トレッドと一対のサイドウォールとを形成する半径方向内側表面を有するタイヤ金型において、少なくとも１つのサイドウォール形成面は、０．３８１ミクロン未満の平均表面粗さを有していることを特徴とするタイヤ金型。」が記載されており、これによれば、「タイヤのサイドウォール上に、光の高反射面を得る。結果として得られるタイヤは、観察者の相対的位置にかかわらず明瞭に認識できる方法で得られた、光の高反射面を有する。」とする。

上記特許文献１及び２に記載された技術は、即ち、表面粗さＲａをコントロールすることによってタイヤ表面の光沢度を上げ、また反射率を高めて、外観を向上させる技術である。

しかしながら、発明者らは、異なる表面処理を施した２種類の金型を用いて、それぞれタイヤを製造して、表面粗さＲａ及び光沢度を調査したところ、表面粗さＲａがほぼ等しいタイヤであっても、光沢度の測定値は一定でなく、バラつく場合があることを知見した。表１にその評価結果を示す。

なお、Ａ処理とは、タイヤ金型表面にアルミナの砥粒材でブラスト処理したものであり、また、Ｂ処理とは、タイヤ金型表面に球状の砥粒材でブラスト処理したものである。

表１によれば、得られるタイヤの表面粗さＲａがほぼ同等の２種類の表面処理方法、Ａ処理及びＢ処理のうち、Ｂ処理では、タイヤの光沢度が２．７と良好であるのに対し、Ａ処理では、タイヤの光沢度が０．４と不十分であることがわかる。

従って上記結果によれば、タイヤの光沢度をコントロールして、常に光沢度が１以上のタイヤを得るためには、単にタイヤの表面粗さＲａを一定に保つことのみでは不十分であることがわかる。

一方、特許文献３には、「タイヤを加硫成形する成形面を有するタイヤ加硫金型であって、前記成形面の少なくとも一部に、十点平均粗さＲｚが５〜１００μｍで在り且つ局部山頂の平均間隔Ｓが２０〜１５０μｍの表面粗さを有する粗面部成形面を設けたことを特徴とするタイヤ加硫金型。」記載されており、これによれば、「表面粗さを限定した粗面部成形面を有するため、外表面に該粗面部成形面と実質的に同一の表面粗さを有する粗面部を具えた空気入りタイヤを成形できる。そして、このような粗面部は、外部からの光を好ましい加減で乱反射できタイヤを黒々と見せることができる。これにより、添加剤の滲みだし等が目立ちにくくなり、長期に亘りタイヤの外観を向上しうる。」とする。

しかしながら、発明者らは、上記特許文献３に記載された発明の構成を満たすタイヤ加硫金型を用いて、タイヤを製造し、その表面状態及びタイヤの光沢度を評価したところ、このようなタイヤ加硫金型を用いた場合、光沢が無く、黒さはあるが表面がザラついた質感のタイヤが製造されてしまうことがあるとの知見を得た。表２にその評価結果を示す。

表２に示す結果によれば、金型の十点平均粗さＲｚや、局部山頂の平均間隔Ｓ等のパラメータの調節によっても、タイヤの光沢度を十分にコントロールできるには到らず、不十分な光沢で、黒さはあるがザラついた質感となってしまう場合があると言える。

従って、タイヤの光沢度に生じるバラつきには、上記パラメータ以外の要因があると考えられ、これをコントロールすることなしに、常に適度な光沢のタイヤを得ることは不可能であると言える。

なお、これとは逆に、タイヤ表面の光沢度が高すぎる場合、即ち、タイヤ表面の光沢度が６．０以上の場合、白っぽくテカテカした外観となってしまうため、好ましくない。

更に、光沢が適度にある場合でも、上記のように、タイヤ表面がザラついた質感になってしまう場合があり、このようなタイヤも外観上好ましくない。これについても、タイヤ表面の粗さのパラメータに要因があると考えられる。

一般的に、タイヤの外観としては、表面に適度な光沢を備え、黒々してしっとりとした質感のタイヤが好ましいとされる。しかしながら上記のように、特許文献１〜３に記載された従来の技術では、このようなタイヤを安定して供給することは不可能である。

従って、外観の良好なタイヤの安定した供給のためには、タイヤ表面の光沢度及び質感を左右するタイヤ表面の粗さのパラメータを調製するとともに、そのような粗さパラメータを適切にタイヤに転写することのできるタイヤ加硫用金型の製造方法について検討する必要がある。

特開２０００−１４２０２６号公報 特開２００４−１７９６４号公報 特開２００３−３００２１４号公報

これがため、本発明は、表面に適度な光沢と、黒々してしっとりとした質感を備えることによって外観を良好なものとしたタイヤを提供するとともに、そのようなタイヤを安定して製造することができるタイヤ加硫用金型の製造方法を提供することを目的とする。

発明者らは、上記課題を解決する方途につき鋭意検討していたところ、基準長さＬｒを微小な値にした際に算出される表面粗さＲａを調節することが、タイヤの表面の光沢度をコントロールするのに効果的であり、更に、前記表面粗さＲａよりもマクロなタイヤ表面の状態を規定することにより、タイヤ表面に、黒々としてしっとりとした質感を付与できることを知見し、本発明を完成するに到った。
なお、従来は、基準長さＬｒを約８００〜２５００μｍの範囲としてタイヤの表面粗さＲａを測定することが一般的である。

上記課題を解決する本発明の要旨構成は、以下の通りである。
本発明のタイヤは、黒色のゴムからなるトレッド部及び黒色のゴムからなるサイド部の少なくとも一方の外表面の、基準長さＬｒを２０μｍとした算術平均粗さＲａが０．１μｍ〜０．６μｍの範囲であり、同外表面の凹凸径が４０〜２３０μｍの範囲であり、凹凸深さが３〜２２μｍの範囲であることを特徴とする。

ここで、「算術平均粗さＲａ」とは、ＪＩＳ Ｂ ０６０１（２００１）に規定される粗さパラメータの「算術平均高さＲａ」または「算術平均粗さＲａ」を言うものとし、この発明では、この算術平均粗さＲａを、（株）キーエンス製のレーザー顕微鏡（ＶＫ−９７１０）を用いて測定した。

また、本発明において、タイヤ外表面の「凹凸」とは、細かな球状の投射材や比較的大きな球状の投射材または多角形の投射材でブラスト処理を施すことによって加硫金型の表面に生じた、例えば、図６（ａ）〜（ｃ）に示されるような投射材の投射痕が、タイヤ外表面に転写されることによって生じる凹凸を言うものとし、「凹凸径」とは、上記凹凸の径方向の大きさを言い、「凹凸深さ」とは、上記凹凸の深さを言うものとする。

本発明のタイヤでは、トレッド部及びサイド部の少なくとも一方の外表面の、基準長さＬｒを２０μｍとした算術平均粗さＲａを０．１〜０．６μｍの範囲としたことにより、タイヤの光沢度を１以上に保つことができる。

また、タイヤ表面の凹凸径を４０〜２３０μｍ、凹凸深さを３〜２２μｍの範囲としたことにより、タイヤ表面に、ザラつき感を取り除いて、黒々としてしっとりとした質感を与えることができ、これにより、タイヤの外観を良好なものとすることができる。

本発明のタイヤ加硫用金型の製造方法では、加硫成形時にタイヤのトレッド部を成形する部分及び加硫成形時にタイヤのサイド部を成形する部分の、少なくとも一方の金型表面に、粒子径が１５０μｍ以上８５０μｍ以下の球状の砥粒材を、投射圧０．１〜０．６ＭＰａの範囲の条件で投射して、金型表面を処理しており、この製造方法により製造したタイヤ加硫用金型によれば、トレッド部及びサイド部の少なくとも一方の外表面の、基準長さＬｒを２０μｍとした算術平均粗さＲａが０．１〜０．６μｍの範囲のタイヤを、安定して製造することができる。

加えて、前記砥粒材の投射圧を０．１ＭＰａ〜０．２ＭＰａ、より好ましくは０．１ＭＰａとすれば、更に、外観の良好なタイヤを製造し得るタイヤ加硫用金型を、製造することができる。
さらに、本発明のタイヤ加硫用金型の製造方法では、加硫成形時にタイヤのトレッド部を形成する部分及び加硫成形時にタイヤのサイド部を形成する部分の、少なくとも一方の金型表面に、粒子径が８５０μｍ超１０００μｍ以下の粒状の砥粒材を、投射圧０．１ＭＰａ以下の条件で投射して、金型表面を処理しており、この製造方法により製造したタイヤ加硫用金型によれば、トレッド部及びサイド部の少なくとも一方の外表面の、基準長さＬｒを２０μｍとした算術平均粗さＲａが０．１〜０．６μｍの範囲のタイヤを、安定して製造することができる。

タイヤの表面の算術平均粗さＲａを説明するための粗さ曲線を示す線図である。 粗さ曲線の基準長さＬｒと凹凸径及び凹凸深さを測定するための基準長さＬｗとの関係を説明するための、タイヤ表面の状態を模式的に示す略断面図である。 実施例で用いたそれぞれのタイヤの表面粗さ曲線を示す図である。 タイヤ表面の、基準長さＬｒを２０μｍとした算術平均粗さＲａと、タイヤ光沢度との関係を示すグラフである。 タイヤの表面状態が良好になる、凹凸径の範囲及び凹凸深さの範囲を示す線図である。 （ａ）〜（ｃ）は、タイヤ外表面の凹凸の例を示す拡大図である。

以下、図面を参照しながら本発明を詳細に説明する。
基準長さＬｒを２０μｍとした、タイヤ表面の粗さ曲線を示す図１において、Ｚ（ｘ）は、粗さ曲線のための平均線から粗さ曲線までの偏差を示す。

基準長さＬｒの区間での「算術平均粗さＲａ」は、該区間におけるＺ（ｘ）の絶対値の平均を示すものであり、下記式（１）により算出される。

本発明のタイヤでは、トレッド部及びサイド部の少なくとも一方の外表面において、基準長さＬｒを２０μｍとした場合の、上記式（１）により算出される算術平均粗さＲａが、０．１〜０．６μｍの範囲であることが肝要であり、これにより、該タイヤの表面の光沢度を１以上にすることができる。

また、タイヤ表面の状態をよりマクロな視点で模式的に示す図２のように、通常、タイヤの表面にはこの粗さ曲線とは別に、前記基準長さＬｒよりもスケールの大きなＬｗを基準長さとした凹凸が生じており、この凹凸の径及び深さによってタイヤの表面の質感が左右される。

本発明のタイヤでは、上記算術平均粗さＲａを０．１〜０．６μｍの範囲とした表面において、前記凹凸径が４０〜２３０μｍの範囲であり、前記凹凸深さが３〜２２の範囲であることが肝要であり、これによってタイヤ表面に、黒々としてしっとりとした質感を与えることができる。

それぞれ異なる表面処理を施した複数のタイヤ加硫用金型につき、各タイヤ加硫用金型によって製造されるタイヤの表面の、基準長さＬｒを２０μｍとした算術平均粗さＲａ、凹凸径及び凹凸深さを測定し、更に、タイヤ表面の状態について、官能評価を行った。以下の表４〜６にその評価結果を示す。

なお、以下の表において、Ａ処理〜Ｈ処理とは、表３に示すところに従って砥粒材の形状及び粒子径並びに該砥粒材の投射圧を種々に異ならせたものであり、投射時間はそれぞれ３０秒間とした。

表４及び５より、砥粒材の形状を球状としたＢ処理〜Ｈ処理を施したタイヤ加硫用金型により、表面の、基準長さＬｒを２０μｍとした算術平均粗さＲａが、０．６μｍ以下のタイヤを、得られることがわかる。

また、砥粒材の粒子径を８５０μｍ以下としたＢ処理〜Ｅ処理を施したタイヤ加硫用金型により、黒さがありしっとりとした、外観の良いタイヤを得られることがわかる。

更に、砥粒材の粒子径が７００〜１０００と大きいＦ処理〜Ｈ処理を施したタイヤ加硫用金型において、投射圧が高い場合は、製造されるタイヤの表面にザラつき感が生じる場合があったものの、該投射圧を０．１ＭＰａとしたＨ処理では、黒さがありしっとりとしたタイヤを得ることができた。

これより、砥粒材の形状を球状とすることにより、該砥粒材の粒子径が大きい場合であっても、投射圧を小さくすれば、黒々としてしっとりとした質感を備えたタイヤを製造できることがわかる。

加えて、表６に示すところによれば、砥粒材の粒子径を６００〜８５０μｍとして投射圧を０．４ＭＰａ以上とした場合、並びに、砥粒材の粒子径を７１０〜１０００μｍとして投射圧を０．２ＭＰａ以上とした場合を除き、各条件の表面処理を施したタイヤ加硫用金型から、表面の凹凸径が４０〜２３０μｍの範囲であり、凹凸深さが３〜２２μｍの範囲であるタイヤが、製造されたことがわかる。
このように、投射圧と粒子径とをコントロールすることで、所望の凹凸径及び凹凸深さを得ることができる。

なお、前記凹凸径及び凹凸深さが、上記範囲内の全てのタイヤは、表面に、黒々としてしっとりとした質感を備えており、良好な外観を有するものであった。

次に、タイヤの表面の、基準長さＬｒを８００μｍとした算術平均粗さＲａ′、並びに基準長さＬｒを２０μｍとした算術平均粗さＲａを、種々に異ならせたタイヤＡ〜Ｃを製造し、該タイヤの表面の光沢度及びタイヤ表面の状態について評価したところ、以下の表７に示す評価結果を得た。
なお、各タイヤＡ〜Ｃのタイヤについて測定した表面粗さ曲線の波形を、それぞれ図３（ａ）〜（ｃ）に示す。

表７によれば、タイヤＡは、基準長さＬｒを２０μｍとした算術平均粗さＲａの値が１．１１と大きいため、基準長さＬｒを８００μｍとした算術平均粗さＲａ′の値がタイヤＣとほぼ同等であるにも関わらず、タイヤの光沢度が０．４と不十分であり、また、タイヤ表面の状態が、黒さはあるがザラついた質感となっており、外観が良好ではないと言える。

また、タイヤＢは、基準長さＬｒを２０μｍとした算術平均粗さＲａが０．０５と小さすぎるために、タイヤ光沢度が高すぎ、白っぽくテカテカした質感になってしまうため、これも外観が良好ではないと言える。

一方、基準長さＬｒを２０μｍとした算術平均粗さＲａが、０．１μｍ〜０．６μｍの範囲内である、タイヤＣは、適度な光沢と、黒々としてしっとりとした質感とを備えており、外観が良好であった。

更に、タイヤの表面の、基準長さＬｒを２０μｍとした算術平均粗さＲａを種々に異ならせたタイヤを複数個製造し、該算術平均粗さＲａとタイヤの光沢度との関係について評価したところ、図４に示すグラフのような評価結果を得た。

これによれば、タイヤ表面の、基準長さＬｒを２０μｍとした算術平均粗さＲａの値を、０．６μｍ以下とすることにより、同表面の光沢度を１以上にできることがわかる。

次に、タイヤ表面の、基準長さＬｒを２０μｍとした算術平均粗さＲａの値を、０．１μｍ〜０．６μｍの範囲内とし、同表面の凹凸径及び凹凸深さを種々に異ならせた複数のタイヤにつき、それぞれのタイヤの表面状態について評価したところ、以下の表８に示す評価結果を得た。

表８によれば、凹凸径及び凹凸深さが、いずれも小さい従来例タイヤ１のタイヤ表面は、黒さはあるがザラついており、また、凹凸径及び凹凸深さが、いずれも大きな比較例タイヤ１のタイヤ表面は、黒さは最も優れているもののザラつきが強いため、いずれのタイヤも、良好な外観を有するものとは言えなかった。

これに対し、凹凸径及び凹凸深さが本発明の範囲内である発明例タイヤ１〜３のタイヤ表面は、いずれも黒々としてしっとりとした質感を備え、良好な外観を有するものであった。

以上の評価結果及び、表３，４，５のデータから、タイヤ表面状態が良好になる、凹凸径及び凹凸深さの範囲を見出したところ、図５に示すような領域を得ることができた。
ここで、図５は、凹凸径および凹凸深さのそれぞれにつき、５回の測定の平均値をプロットしたものである。
なお、タイヤ表面の状態の良否は、５人のパネラーによる官能評価に基いて決定した。

Claims (2)

1. 黒色のゴムからなるトレッド部及び黒色のゴムからなるサイド部の少なくとも一方の外表面の、基準長さＬｒを２０μｍとした算術平均粗さＲａが０．１μｍ〜０．６μｍの範囲であり、同外表面の凹凸径が４０〜２３０μｍの範囲であり、凹凸深さが３〜２２μｍの範囲であることを特徴とするタイヤ。
2. 算術平均粗さＲａを、０．３８１μｍ〜０．６μｍの範囲としてなる請求項１に記載のタイヤ。