JP6367046B2

JP6367046B2 - 空気入りタイヤ

Info

Publication number: JP6367046B2
Application number: JP2014168725A
Authority: JP
Inventors: 達弘西野; 史亮綱脇
Original assignee: Teijin Ltd; Toyo Tire and Rubber Co Ltd
Current assignee: Teijin Ltd; Toyo Tire Corp
Priority date: 2014-08-21
Filing date: 2014-08-21
Publication date: 2018-08-01
Anticipated expiration: 2034-08-21
Also published as: JP2016043776A

Description

本発明は、空気入りタイヤに関する。

タイヤの操縦安定性などを向上するために、タイヤサイド部に補強層を埋設することが知られている。かかる補強層として、不織布をゴムで被覆してなるゴム−不織布複合体を用いることがある。

例えば、特許文献１には、直径が０．０００１〜０．１ｍｍ、長さが８ｍｍ以上のフィラメント繊維とゴム成分からなる、厚さが０．０５〜２．０ｍｍのゴム−フィラメント繊維複合体を、ビード部からベルト部下位まで配設することが開示されており、該複合体として、目付け１０〜３００ｇ／ｍ²の不織布とゴムとからなるものを用いること、また、未加硫ゴム組成物を溶媒で液状化させて不織布に塗布することによりタッキネスを付与することが開示されている。しかしながら、このようなゴムで被覆した不織布をタイヤ部材として用いる場合、不織布内部の空隙へのゴムの浸入が必ずしも十分ではなく、そのため、補強層による拘束力を発揮できず、操縦安定性や耐久性が低下するという問題がある。

特許文献２には、不織布とゴムの一体化効果を高めるために、フィラメント繊維からなる不織布に複数の貫通孔を設けておき、その両側から未加硫ゴムをコーティングすることにより、貫通孔を介して表裏のコーティングゴムを一体化させることが開示されている。この場合、不織布とゴムの分離を防止することはできるものの、不織布内部の空隙へのゴムの浸入を向上させる効果はなく、必ずしも十分な拘束力を発揮できるとは言えない。

特開平９−２６３１０６号公報特開２００４−３５８９２９号公報

本発明は、不織布内部へのゴムの浸入効果を高めて、補強層による操縦安定性と耐久性の向上効果を高めることができる空気入りタイヤを提供することを目的とする。

本発明に係る空気入りタイヤの製造方法は、有機溶媒１００質量部にゴム組成物の混練物１０〜２５質量部を溶解してなるゴム糊を、空隙率が７０〜９０％の不織布に含浸することによりゴム−不織布複合体を得ること、及び、前記ゴム−不織布複合体を補強層としてタイヤサイド部に埋設することを含むものである。

本発明によれば、上記特定の空隙率を持つ不織布に上記特定のゴム糊を含浸させたことにより、不織布内部の空隙へのゴムの浸入効果を高めることができ、このようにしてゴムが十分に浸入したゴム−不織布複合体を補強層としてタイヤサイド部に埋設したので、タイヤの操縦安定性及び耐久性を向上させることができる。

一実施形態に係る空気入りタイヤの半断面図である。

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。

図１に示すように、実施形態の空気入りタイヤは、乗用車用空気入りラジアルタイヤであって、左右一対のビード部（１）及びサイドウォール部（２）と、左右のサイドウォール部（２）の半径方向外方端部同士を連結するように両サイドウォール部（２）間に設けられたトレッド部（３）とを備えて構成されている。図中、ＣＬはタイヤ赤道を示す。この例では、タイヤは、タイヤ赤道ＣＬに対して左右対称構造をなす。

トレッド部（３）におけるタイヤ半径方向内側部分にはカーカス（４）が埋設されており、カーカス（４）は、一対のビード部（１）間にわたり配されている。すなわち、カーカス（４）は、トレッド部（３）から両側のサイドウォール部（２）を経てビード部（１）に延び、ビード部（１）に埋設された環状のビードコア（５）にて両端部が係止されている。カーカス（４）は、補強材としてのカーカスコードを所定の打ち込み本数で平行配列し被覆ゴムで被覆してなる少なくとも１枚のカーカスプライ（図の例では１枚）からなり、該カーカスコードがタイヤ周方向に対して実質上直角になるように該カーカスプライを配設することで構成されている。

カーカス（４）の両端部は、ビードコア（５）の周りをタイヤ軸方向内側から外側に折り返すことで係止されている。従って、カーカス（４）は、左右のビードコア（５）間に跨るトロイド状の本体部（４Ａ）と、該本体部（４Ａ）の両端においてビードコア（５）の周りをタイヤ軸方向内側から外側に折り返された折返し部（４Ｂ）とからなる。そして、本体部（４Ａ）と折返し部（４Ｂ）との間には、ビードコア（５）の半径方向外周側に断面三角形状をなす硬質ゴム製のビードフィラー（６）が配されている。

トレッド部（３）におけるカーカス（４）の外周側（即ち、タイヤ半径方向外側）にはベルト（７）が配されている。ベルト（７）は、カーカス（４）のクラウン部の外周に重ねて設けられており、１枚又は複数枚のベルト層で構成することができ、本実施形態では２枚のベルト層で構成されている。ベルト（７）の外周側（即ち、タイヤ半径方向外側）において、ベルト（７）とトレッドゴム部（８）との間に、有機繊維コードを螺旋状に巻回してなるベルト補強層（９）が設けられている。ベルト（７）は、例えばスチールコードをタイヤ周方向に対して一定角度（例えば、１５〜３５度）で傾斜させかつタイヤ幅方向に所定間隔にて配列させてなるものであり、２枚のベルト層間で、スチールコードが互いに交差するように配設されている。

以上の構成において、本実施形態では、タイヤサイド部に補強層（10）が埋設されている。ここでタイヤサイド部とは、上記サイドウォール部（２）とビード部（１）を包含する概念である。従って、補強層（10）はサイドウォール部（２）及び／又はビード部（１）に設けられ、図１に示す例では、ビード部（１）からサイドウォール部（２）にかけて設けられている。詳細には、ビード部（１）におけるビードフィラー（６）が設けられた位置から、タイヤ半径方向外方に延びてサイドウォール部（２）に延在しており、サイドウォール部（２）におけるタイヤ最大幅位置（Ｗ）に至るまで設置されている。

ここで、タイヤ最大幅位置（Ｗ）は、タイヤを正規リムに装着して正規内圧を充填した無負荷の正規状態でのタイヤ断面幅を与えるタイヤ半径方向での位置である。正規リムとは、ＪＡＴＭＡ規格では「標準リム」、ＴＲＡ規格では「Design Rim」、ＥＴＲＴＯ規格では「Measuring Rim」である。正規内圧とは、ＪＡＴＭＡ規格では「最高空気圧」、ＴＲＡ規格では「TIRE LOAD LIMITS AT VARIOUS COLD INFLATION PRESSURES」に記載の「最大値」、ＥＴＲＴＯ規格では「INFLATION PRESSURE」である。

補強層（10）は、カーカス（４）のタイヤ軸方向外側面に沿って設けられており、詳細には、ビード部（１）においてカーカス（４）の折返し部（４Ｂ）のタイヤ軸方向外側面に沿って設けられ、そこからタイヤ半径方向外方に延びて、サイドウォール部（２）においてカーカス（４）の本体部（４Ａ）のタイヤ軸方向外側面に沿って設けられている。補強層（10）は、タイヤサイド部を補強するためにその少なくとも一部に設けられていればよく、また、タイヤサイド部内だけで設けられてよく、あるいはまたトレッド部（１）まで延在するように設けられてもよい。また、補強層（10）は、図１に示したカーカス（４）の折返し部（４Ｂ）のタイヤ軸方向外側面に沿って設ける場合には限定されず、例えば、該折返し部（４Ｂ）とビードフィラー（６）との間に介設されてもよく、ビードフィラー（６）とカーカス本体部（４Ａ）との間に介設されてもよく、カーカス本体部（４Ａ）のタイヤ軸方向内側面に沿って設けられてもよい。また、カーカス（４）の折り返し部（４Ｂ）の先端部を包み込むように、補強層（10）を折り返して設置してもよい。

本実施形態では、補強層（10）として、ゴム糊を不織布に含浸してなるゴム−不織布複合体が用いられる。該ゴム−不織布複合体は、有機溶媒１００質量部にゴム組成物の混練物１０〜２５質量部を溶解してなるゴム糊を、空隙率が７０〜９０％の不織布に含浸してなるものであり、これにより、不織布内部の空隙にゴムを十分に浸入させることができ、タイヤ質量に影響を与えることなく、操縦安定性及びタイヤ耐久性を向上させる。

ゴム糊は、ゴム組成物の混練物を有機溶媒で溶解してなるものであり、有機溶媒としては、ゴム用揮発油やトルエン、キシレンなどのゴムを溶解する揮発性の各種有機溶媒が挙げられる。好ましくはゴム用揮発油である。

ゴム糊を構成するゴム組成物としては、ジエン系ゴムに充填剤及び加硫剤等を配合したものを用いることができる。一実施形態として、ゴム組成物は、ジエン系ゴム１００質量部に対して、充填剤２０〜２００質量部、加硫剤１〜１０質量部、フェノール系成分０．１〜１０質量部、及び、ヘキサメチレンテトラミンまたはメラミン誘導体０．２〜２０質量部を含むものでもよい。

ジエン系ゴムとしては、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）、及びハロゲン化ブチルゴムからなる群から選択される少なくとも一種が挙げられ、より好ましくは、天然ゴムを主成分として７０質量％以上含むことである。

充填剤としては、一般に、カーボンブラック及び／又はシリカが挙げられ、より好ましくはＧＰＦ、ＦＥＦ、ＨＡＦ級のカーボンブラックを用いることである。その配合量は、より好ましくはジエン系ゴム１００質量部に対して３０〜１００質量部である。

加硫剤としては、硫黄が一般的であり、その配合量は、より好ましくはジエン系ゴム１００質量部に対して１〜５質量部である。

フェノール系成分は、フェノール系樹脂及びフェノール類化合物からなる群から選択された少なくとも一種であり、フェノール類化合物としては、フェノール、レゾルシンまたはこれらのアルキル誘導体（例えばクレゾール、キシレノール、ノニルフェノール等）が挙げられる。また、フェノール系樹脂としては、上記フェノール類化合物をホルムアルデヒドなどのアルデヒドで縮合してなる熱硬化性樹脂が挙げられ、例えば、フェノールとホルムアルデヒドを縮合してなる未変性フェノール樹脂、アルキルフェノールとホルムアルデヒドを縮合してなるアルキル置換フェノール樹脂、レゾルシンとホルムアルデヒドを縮合してなるレゾルシン−ホルムアルデヒド樹脂、レゾルシンとアルキルフェノールとホルムアルデヒドを縮合してなるレゾルシン−アルキルフェノール共縮合ホルムアルデヒド樹脂などの、各種ノボラック型フェノール樹脂が挙げられる。フェノール系成分の配合量は、より好ましくはジエン系ゴム１００質量部に対して０．５〜５質量部である。

ヘキサメチレンテトラミンまたはメラミン誘導体は、フェノール系成分を硬化させるメチレン供与体であり、メラミン誘導体としては、メラミンとホルムアルデヒドを反応させて得られるヘキサメトキシメチルメラミン、ヘキサメチロールメラミンペンタメチルエーテル、多価メチロールメラミンなどが挙げられる。これらメチレン供与体の配合量は、より好ましくはジエン系ゴム１００質量部に対して１〜１０重量部である。

該ゴム組成物には、また、ステアリン酸コバルトやナフテン酸コバルトなどの有機コバルト金属塩を、例えば、ジエン系ゴム１００質量部に対して金属分換算で０．０３〜０．４０質量部配合してもよい。また、該ゴム組成物には、これら成分の他に、プロセスオイル、加硫促進剤、老化防止剤、軟化剤、可塑剤、活性剤、滑剤等の各種添加剤を必要に応じて添加してもよい。

ゴム糊を調製する方法としては、特に限定されず、例えば、上記各成分と必要に応じて他の添加剤をバンバリーミキサーやロールなどを用いて混練し、得られた混練物（未加硫ゴム組成物）を、揮発性の有機溶媒中に撹拌し、溶解させることにより調製することができる。本実施形態では、有機溶媒１００質量部に対してゴム組成物を１０〜２５質量部にて溶解させる。１０質量部以上であることにより、不織布への付着量のバラツキを抑えるとともに、補強層による拘束力を高めて荷重耐久性、操縦安定性を向上させることができる。また、２５質量部以下であることにより、ゴム糊の高粘度化を抑えて不織布への含浸性を高めることができ、拘束力を発揮させて荷重耐久性、操縦安定性を向上することができる。

不織布としては、空隙率（ゴム糊含浸前の空隙率）が７０〜９０％のものが用いられる。空隙率が７０％以上であることにより、ゴム糊の含浸が十分に確保され、拘束力を発揮して荷重耐久性、操縦安定性を向上することができる。また、空隙率が９０％以下であることにより、後述するゴム−不織布複合体の５％伸張時応力の低下を抑えて、拘束力を発揮することができ、荷重耐久性、操縦安定性を向上することができる。空隙率は、より好ましくは７５〜８５％である。

このような空隙率を持つ不織布の製造方法は、特に限定されず、例えば、乾式法、湿式法、スパンボンド法、メルトブロー法、エアレイド法などによりウェブを形成する方法が挙げられる。また、ウェブの繊維結合方法として、ケミカルボンド法、サーマルボンド法、ニードルパンチ法、水流交絡法などが挙げられる。これらの中でもニードルパンチ法が好ましく、処理条件を調整することにより空隙率を上記範囲内に設定することができる。

不織布の材質は特に限定されず、例えば、ポリエステル繊維、脂肪族ポリアミド繊維（ナイロン繊維）、芳香族ポリアミド繊維（アラミド繊維）、ポリビニルアルコール系繊維、炭素繊維などの有機繊維、金属繊維、ガラス繊維などの無機繊維等が挙げられ、短繊維でも長繊維でもよい。好ましくは、軽量化の観点から有機繊維である。これらの繊維は、接着剤処理がなされたものであってもよく、接着剤処理していないものであってもよい。

ゴム−不織布複合体は、上記不織布にゴム糊を塗布する等して含浸させ、乾燥機を用いて有機溶媒を揮発させることにより、製造することができる。このようにして得られるゴム−不織布複合体は、未加硫段階での５％伸張時応力が５．０ＭＰａ以上であることが好ましい。５％伸張時応力が５．０ＭＰａ以上であることにより、操縦安定性の向上効果を高めることができる。５％伸張時応力は、より好ましくは７．０ＭＰａ以上である。５％伸張時応力の上限は特に限定されないが、通常は１０．０ＭＰａ以下である。

ゴム−不織布複合体の目付（単位面積当たりの質量）は、５０〜３００ｇ／ｍ²であることが好ましい。目付が５０ｇ／ｍ²以上であることにより、５％伸張時応力の低下を抑えることができる。また、３００ｇ／ｍ²以下であることにより、タイヤ質量への影響を抑えることができる。なお、不織布自体の目付（ゴム糊を塗布する前の不織布の目付）は、例えば１０〜１００ｇ／ｍ²でもよく、２０〜６０ｇ／ｍ²でもよい。また、ゴム組成物の単位面積当たりの付着量は、例えば１０〜３００ｇ／ｍ²でもよく、１５〜２５０ｇ／ｍ²でもよい。

ゴム−不織布複合体の厚みは、例えば０．１０〜０．５０ｍｍであることが好ましく、より好ましくは０．１５〜０．４０ｍｍである。

本実施形態では、以上よりなる未加硫のゴム−不織布複合体を、上記補強層（10）として、常法に従い未加硫タイヤ（生タイヤ）の内部に埋設し、該未加硫タイヤを加硫成型することにより、空気入りタイヤが得られる。得られた空気入りタイヤでは、上記補強層（10）において、不織布内部の空隙にゴムが十分に含浸されているので、その優れた補強効果により、操縦安定性を向上することができるとともに、荷重耐久性も向上することができる。

以下、本発明を実施例によって更に具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。実施例における各測定方法及び試験方法は以下の通りである。

［不織布］
・厚み：ＪＩＳＬ１９１３（２０１０）６．１、Ａ法に準拠
・目付：ＪＩＳＬ１９１３（２０１０）６．２に準拠
・空隙率：不織布の目付をＭ（ｇ／ｍ²）、厚みをＴ（ｍｍ）、不織布を構成するアラミド繊維の比重をＳとして、下記式により算出
空隙率（％）＝（１−（Ｍ／（Ｔ×Ｓ×１０００）））×１００

［ゴム−不織布複合体］
・厚み：ＪＩＳＬ１９１３（２０１０）６．１、Ａ法に準拠
・目付：ＪＩＳＬ１９１３（２０１０）６．２に準拠
・５％伸張時荷重、５％伸張時応力：幅１０ｍｍにて、不織布の長さ方向と幅方向のそれぞれについて試料長２００ｍｍにて切り出し、引張試験機（インストロン社製）を用いて、つかみ間隔１００ｍｍ、引張り速度１２０ｍｍ／分にて、常温下で引張試験を実施した。長さ方向と幅方向のそれぞれについて、５％伸張された時の荷重を測定して平均値を求め、その値から応力を求めて、５％伸張時荷重と５％伸張時応力を算出した。

［タイヤ評価］
・タイヤ質量（指数）：作製した各タイヤの質量を測定し、比較例１のタイヤの質量を１００とした指数で表示した。数字が小さいほど質量が軽く、良好である。
・実車操縦安定性：内圧２００ｋＰａで組み込んだ試験タイヤを排気量２０００ｃｃの試験車両に装着し、訓練された３名のテストドライバーが、テストコースを走行し、官能評価した。採点は１０段階評価で、比較例１のタイヤを６点とした相対比較にて行い、３人の平均点を比較例１のタイヤを１００とした指数で表示した。数字大きいほど操縦安定性が良好である。
・タイヤ荷重耐久性：内圧２００ｋＰａで組み込んだ試験タイヤにつき、ドラム試験機を用いて、速度は８０ｋｍ／ｈで一定にて評価した。試験条件は、ＪＡＴＭＡ規定の最大荷重の８５％で４時間、次に最大荷重の９０％で６時間、さらに最大荷重の１００％で２４時間走行させた後、最大荷重の１２０％で２４時間走行させ、このとき外観及び内面に異常が無ければさらに最大荷重の１４０％で、故障が起きるまで走行させることとした。故障が発生するまでの走行距離を、比較例１のタイヤを１００とした指数で表示した。数字大きいほど荷重耐久性が良好である。

［実施例・比較例］
図１に示す断面形状を持つタイヤサイズ１９５／６５Ｒ１５のラジアルタイヤを試作した。補強層（10）の構成は、下記表１に示す通りであり、各タイヤについて、補強層（10）以外の構成は、全て共通の構成とした。

詳細には、ベルトは、一般に使用されている２＋１×０．２７ｍｍのスチールコードよりなるものを２枚とした（コード打ち込み本数は１８本／２５．４ｍｍ、コード角度は＋２５°／−２５°）。カーカスは、ポリエステル繊維の１６７０ｄｔｅｘ／２コードを２３本／２５ｍｍで配列したものの１プライとした。

実施例１では、アラミド繊維(直径0.05mm、繊維長5cm、帝人株式会社製「テクノーラ」）を用いてニードルパンチ法により空隙率が７９％の不織布を作製し、下記調製方法により調製したゴム糊を該不織布に塗布して含浸させた後、温風乾燥機を通過させることにより熱風を不織布に吹き付けて有機溶媒分を揮発させて、ゴム−不織布複合体を得た。得られたゴム−不織布複合体を、図１に示すように、ビードフィラー（６）高さの中央部からタイヤ半径方向外方に向かってカーカス（４）の表面に沿う長さで１００ｍｍの部材幅で、タイヤ周方向の全周にわたって配設して補強層（10）とした。

ゴム糊の調製方法は以下の通りである。天然ゴム（ＲＳＳ＃１）１００質量部、ＨＡＦカーボンブラック（東海カーボン製、シースト３）６０質量部、亜鉛華（三井金属鉱業製、亜鉛華１号）４質量部、硫黄（細井化学工業製、ゴム用粉末硫黄１５０メッシュ）３質量部、加硫促進剤ＣＢＳ（大内新興化学工業製、ノクセラー６Ｃ）１．５質量部、コバルト金属塩（日本鉱業製、ステアリン酸コバルト）を金属分換算で０．２質量部、レゾルシン・アルキルフェノール共縮合ホルマリン樹脂（住友化学製、スミカノール６２０）２質量部、及び、ヘキサメトキシメチルメラミン（三井サイテック製、サイレッツ９６３）４質量部を配合し、２０Ｌバンバリーミキサーにより常法にて混練しゴム組成物を製造した。ゴム用揮発油１００質量部に、得られたゴム組成物を１５質量部投入し、攪拌、溶解してゴム糊を調製した。

実施例２〜６及び比較例４〜７については、不織布の厚み、目付、空隙率、ゴム糊濃度（有機溶媒１００質量部に対するゴム組成物の質量部）を表１に記載の通り変更し、その他は実施例１と同様にして、ゴム−不織布複合体からなる補強層（10）を備えたタイヤを作製した。

比較例１は、サイド補強層を持たない従来例である。比較例２は、実施例１のゴム糊と同配合のゴム組成物を有機溶媒に溶解させることなく、このままカレンダーロールを用いて不織布にゴム被覆したゴム−不織布複合体を、補強層（10）として用いた例である。比較例３は、実施例１の不織布をゴム被覆することなく、そのまま補強層（10）として用いた例である。

実施例及び比較例について、タイヤ質量、実写操縦安定性、及びタイヤ荷重耐久性を評価した。

結果は表１に示す通りである。補強層を設けていない比較例１に対し、補強層を設けた比較例２では、操縦安定性は向上したものの、その効果は不十分であり、またタイヤ質量増加が大きく、荷重耐久性の向上効果も得られなかった。これに対し、実施例１〜６であると、比較例１に対して、タイヤ質量の増加を抑えながら、操縦安定性と荷重耐久性が向上しており、比較例２に対してもこれらの向上効果が得られた。一方、不織布をそのまま補強層として用いた比較例３では、比較例２に対してタイヤの軽量化は達成されたが、操縦安定性及び荷重耐久性の向上効果は得られなかった。不織布にゴム糊を含浸させたもののゴム糊濃度が低かった比較例４では、不織布へのゴム付着量にバラツキが生じるとともに拘束力が不十分で、比較例２に対して操縦安定性及び荷重耐久性の向上はみられなかった。また、ゴム糊濃度が高すぎた比較例５では、不織布への含浸が不十分で、拘束力が低下し、操縦安定性及び荷重耐久性の向上効果は得られなかった。空隙率が高すぎる不織布を用いた比較例６では、ゴム−不織布複合体の５％伸張時応力が低下し、拘束力が不十分で荷重耐久性及び操縦安定性の向上効果は得られなかった。空隙率が低すぎる不織布を用いた比較例７では、不織布へのゴム糊の含浸が不十分で、拘束力が低下し、荷重耐久性及び操縦安定性の向上効果は得られなかった。

本発明は、乗用車用タイヤを始めとする各種の空気入りタイヤに好適に用いることができる。

１…ビード部、２…サイドウォール部、３…トレッド部、１０…補強層、Ｗ…タイヤ最大幅位置

Claims

有機溶媒１００質量部にゴム組成物の混練物１０〜２５質量部を溶解してなるゴム糊を、空隙率が７０〜９０％の不織布に含浸することによりゴム−不織布複合体を得ること、及び、前記ゴム−不織布複合体を補強層としてタイヤサイド部に埋設すること、を含む空気入りタイヤの製造方法。
前記ゴム−不織布複合体の未加硫段階での５％伸張時応力が５．０ＭＰａ以上である、請求項１記載の空気入りタイヤの製造方法。
前記ゴム−不織布複合体の目付が５０〜３００ｇ／ｍ²である、請求項１又は２記載の空気入りタイヤの製造方法。
前記補強層は、ビード部からサイドウォール部におけるタイヤ最大幅位置に至るまで設置された、請求項１〜３のいずれか１項に記載の空気入りタイヤの製造方法。