JP6790460B2 - 空気入りタイヤ - Google Patents

Description

本発明は、氷上性能およびウェット性能を向上するようにしたゴム成形体からなる空気入りタイヤに関する。

空気入りタイヤの氷上性能およびウェット性能を向上するには、低温でのゴム硬度を低くして氷雪路面との接地面積を確保したり、接地面の表面粗さを増加させることにより氷雪路面上の水膜を除去したりすることが知られている。例えばトレッドゴム中に多数の気泡（凹部）を形成しトレッドが氷面に踏み込むときにこれら凹部が氷表面の水膜を吸収し、トレッドが氷面から離れるときに吸収した水を遠心力で離脱させると共に、気泡周囲の凸部が氷面に接地することにより、平滑なゴムよりも接地面積を大きくすることにより氷上性能およびウェット性能を向上可能にする。

特許文献１は、このような気泡（凹部）の形成手段として、タイヤトレッド用ゴム組成物に熱膨張性マイクロカプセルを配合することを提案している。この熱膨張性マイクロカプセルは空気入りタイヤの加硫工程での加熱によって膨張し、加硫したタイヤのトレッドゴム中に膨張したマイクロカプセルの殻に被覆された気泡（凹部）を多数形成する。しかし、氷上性能およびウェット性能をさらに高くするため、熱膨張性マイクロカプセルや発泡剤などの配合量を増やしトレッドの表面粗さを増加させようとすると、凹部の面積は増えるものの凸部の面積が減ってしまう。このため、表面粗さにより氷上性能およびウェット性能を改良するには限界があった。しかし近年、需要者が氷雪路面の走行性能向上に寄せる期待はより高くなり、氷上性能およびウェット性能を一層高くすることが要求されている。

日本国特許第４０４６６７８号公報

本発明の目的は、氷上性能およびウェット性能を従来レベル以上に向上するようにするゴム成形体からなる空気入りタイヤを提供することにある。

上記目的を達成する本発明の空気入りタイヤは、ゴム成形体からなるトレッドを有する空気入りタイヤであって、前記ゴム成形体は、その表面の算術平均粗さＲａが２μｍ以下である複数の領域Ａおよび算術平均粗さＲａが３μｍ以上である複数の領域Ｂを互いに独立して有し、前記領域Ａおよび／または領域Ｂの最大長さＬ１が略同方向に延在してなり、かつ前記最大長さＬ１および該最大長さＬ１の延在方向と直角方向に最大の第２長さＬ２の比Ｌ１／Ｌ２が１．１以上であると共に、前記領域Ａの面積Ｓａおよび領域Ｂの面積Ｓｂの比Ｓａ／Ｓｂが１０／９０〜９０／１０であることを特徴とする。

本発明の空気入りタイヤは、トレッドを構成するゴム成形体が、算術平均粗さＲａが２μｍ以下である領域Ａおよび算術平均粗さＲａが３μｍ以上である領域Ｂを有し、領域Ａおよび／または領域Ｂの最大長さＬ１が略同方向に延在し、かつ最大長さＬ１の延在方向と直角方向に最大の第２長さＬ２に対する最大長さＬ１の比Ｌ１／Ｌ２が１．１以上、領域ＡおよびＢの面積ＳａおよびＳｂの比Ｓａ／Ｓｂを１０／９０〜９０／１０にしたので、氷上性能およびウェット性能を従来レベル以上に向上させることができる。

ゴム成形体の表面を前記第２長さＬ２の延在方向にみるとき、前記領域Ａおよび領域Ｂが交互に配置されてなり、領域Ａから領域Ｂへの境界から次の領域Ａから領域Ｂへの境界までの平均長さが５０μｍ〜５０００μｍであるとよく、氷上性能およびウェット性能を効率的に改良することができる。

本発明のゴム成形体からなるトレッド部を有する空気入りタイヤは、接地面の排水性能を改良し氷上性能およびウェット性能を従来レベル以上に向上させることができる。本発明の空気入りタイヤは、前記最大長さＬ１の方向が、タイヤ幅方向に対し、±２０°の角度で配向しているとよい。

本発明のゴム成形体の表面の一例を模式的に示す平面図である。 本発明のゴム成形体において算術平均粗さＲａの一例を模式的に示す説明図である。 本発明の空気入りタイヤの表面の一例を模式的に示す平面図である。 本発明の空気入りタイヤの表面の他の例を模式的に示す平面図である。

図１は、本発明のゴム成形体の実施形態の一例において、その表面を模式的に示す平面図である。図１の例では、領域Ａの中に領域Ｂが独立して存在する。領域Ｂの形状は、楕円形であり、その長軸の延在方向が略同方向に並んでいる。本明細書において、領域Ａおよび／または領域Ｂの最大長さをＬ１とし、この最大長さＬ１の延在方向と直角方向における最大の長さを第２長さＬ２とする。図１の例では、楕円形をした領域Ｂの長軸が最大長さＬ１、単軸が第２長さＬ２に相当する。本発明のゴム成形体は、図１の例に限定されるものではなく、領域Ｂの中に領域Ａが独立して存在してもよいし、領域Ａおよび領域Ｂが共に連続相を形成してもよい。

本発明のゴム成形体は、図１のように、その表面に互いに独立した領域Ａおよび領域Ｂを有する。ここで「互いに独立する」とは、領域Ａおよび領域Ｂが区別可能に存在し、かつ重なり合わないことを意味する。領域Ａおよび領域Ｂは、その算術平均粗さＲａが互いに相違する。領域Ａの算術平均粗さＲａは２μｍ以下、好ましくは０．０１〜１μｍである。領域Ｂの算術平均粗さＲａは３μｍ以上、好ましくは４〜３０μｍである。このような範囲の算術平均粗さＲａを有する領域Ａおよび領域Ｂを互いに独立して存在させることにより、領域Ａまたは領域Ｂだけを存在させたときよりも氷上性能およびウェット性能を優れたものにすることができる。本明細書において、算術平均粗さＲａは共焦点型レーザー顕微鏡を使用して倍率２００倍の条件で測定される値とする。

本発明において、領域Ａおよび／または領域Ｂの最大長さＬ１が略同方向に延在する。「略同方向に延在する」とは、最大長さＬ１の延在方向が、その代表的な延在方向に対し±２０°の角度の範囲内であることを意味する。ここで代表的な延在方向は、そのゴム成形体において予め定められた方向にすることができる。例えば空気入りタイヤのトレッドの場合、タイヤ幅方向（ラジアル方向）を予め定められた方向にするとよい。また予め定められた方向がないときは延在方向の集合における頻度中心となる方向とすることができる。

ゴム成形体は、最大長さＬ１および第２長さＬ２の比Ｌ１／Ｌ２が１．１以上、好ましくは１．４〜３００である。比Ｌ１／Ｌ２を１．１以上にすることにより、氷上性能およびウェット性能を優れたものにすることができる。また領域Ａおよび／または領域Ｂの形状は、最大長さＬ１および第２長さＬ２の比Ｌ１／Ｌ２が１．１以上であれば、図１に例示した楕円形に限定されるものではない。例えば領域Ａおよび／または領域Ｂの形状として、長方形、ひし形、多角形、不定形等を挙げることができる。

本発明において、領域Ａの面積Ｓａおよび領域Ｂの面積Ｓｂの比Ｓａ／Ｓｂは１０／９０〜９０／１０、好ましくは２５／７５〜７５／２５である。面積比Ｓａ／Ｓｂをこのような範囲内にすることにより氷上性能およびウェット性能を従来レベル以上に向上することができる。すなわち面積比Ｓａ／Ｓｂが１０／９０未満、或は９０／１０を超えるときは、氷上性能およびウェット性能を改良する効果が得られない。

図２は、本発明のゴム成形体の実施形態の一例において、その表面を模式的に示した平面図およびある第２長さＬ２の延在方向ｘにみた算術平均粗さＲａの変化を模式的に示した説明図である。図２の例では、領域Ａの中に領域Ｂが独立して存在し、その左端の領域Ｂの第２長さＬ２の延在方向をｘを付した直線で表す。この第２長さＬ２の延在方向ｘに沿った算術平均粗さＲａの変化を図２の下方に模式的に表している。

本発明のゴム成形体は、図２に例示するように、第２長さＬ２の延在方向ｘにみるとき、領域Ａおよび領域Ｂが交互に配置され、かつ領域Ａから領域Ｂへの境界から次の領域Ａから領域Ｂへの境界までの平均長さが好ましくは５０μｍ〜５０００μｍ、より好ましくは２００μｍ〜４０００μｍであるとよい。すなわち図２の第２長さＬ２の延在方向ｘに沿って表面粗さを観察するとき、領域Ａから領域Ｂへ移行する１つの境界から、領域Ａから領域Ｂへ移行する次の境界までの長さＰの平均が好ましくは５０μｍ〜５０００μｍであるとよい。このように表面が粗い領域Ｂおよび表面が比較的平滑な領域Ａが繰り返す基本長さを５０μｍ〜５０００μｍにすることにより、氷上性能およびウェット性能をより優れたものにすることができる。

従来、ゴム成形体の表面を粗く成形するとき、熱膨張性マイクロカプセル、熱膨張性黒鉛、円筒状珪藻土、発泡剤、粒子径が３μｍ以上の硬質粒子、ゴム中での大きさが３μｍ以上となる軟質物質など配合し、これを加硫成形することによりゴム成形体の表面に凹凸を形成していた。しかしながら、氷上性能およびウェット性能をさらに高くするため、熱膨張性マイクロカプセルや発泡剤などの配合量を増やしトレッドの表面粗さを増加させようとすると、凹部の面積は増えるものの凸部の面積が減ってしまうため、氷上性能およびウェット性能を改良するには限界があった。

これに対し本発明のゴム成形体のように、表面が粗く凹部を多く有する領域Ｂおよび表面が比較的平滑で凸部を多く有する領域Ａを独立して存在させることにより、凹部が多い領域Ｂが氷表面の水膜を吸収、排除すると共に、凸部が氷面に接触し接地面積を確保することにより、氷上性能およびウェット性能を従来レベル以上に向上することができる。

本発明のゴム成形体において、算術平均粗さＲａが相違する領域Ａおよび領域Ｂを互いに独立して存在させる方法は、特に制限されるものではないが、例えば金型の内側を表面粗さを異ならせるように区画した成形金型を用いてゴム成形体を加硫成形することにより金型内表面の粗さをゴム成形体の外表面に転写することができる。金型内表面の粗さの度合い、区画領域の形状、大きさ、向きを所定のものにすることにより、本発明のゴム成形体を得ることができる。

算術平均粗さＲａが相違する領域Ａおよび領域Ｂを独立して存在させる他の方法としては、ゴム成形体の表面の一部に算術平均粗さＲａが相違する他のゴム成形体の層を積層する方法、非相溶である２種以上のゴム組成物を混合し相分離構造を形成させると共に、熱膨張性マイクロカプセルや発泡剤の種類や配合量を分離相間で互いに異ならせる方法、２種以上のゴム組成物を同時に押出して所望の独立領域を形成させると共に、熱膨張性マイクロカプセルや発泡剤の種類や配合量を領域間で互いに異ならせる方法、ゴム成形体を加硫した後に部分的に研磨することで算術平均粗さＲａの異なる領域を形成させる方法等を挙げることができる。なかでも非相溶のゴム組成物同士を混合し、算術平均粗さＲａが相違する相分離構造を形成させたゴム成形体を得る方法、算術平均粗さＲａが相違する他のゴム成形体の層を積層する方法が好ましい。このように領域Ａおよび領域Ｂを形成する場合、領域Ａおよび領域Ｂの形状、配向方向、面積比率は、それぞれの領域を形成するゴムの体積比率と押出しの方向を制御することにより調節することができる。

本発明のゴム成形体は、空気入りタイヤのトレッド部に好適に使用することができる。このゴム成形体をトレッド部に有する空気入りタイヤは、接地面の排水性能を改良し、氷上性能を従来レベル以上に向上することができる。

図３は、本発明の空気入りタイヤの実施形態における表面の一例を模式的に示す平面図である。図３では、領域Ａの中に領域Ｂが独立して存在する。領域Ｂの形状は、略楕円形であり、その長軸Ｌ１の延在方向が略タイヤ幅方向Ｗに並んでいる。領域Ｂの最大長さＬ１の方向と、タイヤ幅方向Ｗとがなす配向角度θは、好ましくは±２０°の角度、より好ましくは±１５°、更に好ましくは±１０°であるとよい。最大長さＬ１の延長方向がタイヤ幅方向Ｗに対する配向角θをこのような範囲内にすることにより、氷上性能およびウェット性能を更に優れたものにすることができる。図３の例は、領域Ａの中に略楕円形の領域Ｂが独立して存在しているが、本発明の空気入りタイヤは、この例に限定されることはなく、領域Ａおよび／または領域Ｂの長さＬ１の方向と、タイヤ幅方向Ｗとがなす配向角度θが上述した範囲内であればよい。

図４は、本発明の空気入りタイヤの他の実施形態における表面の例を模式的に示す平面図である。図４では、算術平均粗さＲａが２μｍ以下である複数の領域Ａおよび算術平均粗さＲａが３μｍ以上である複数の領域Ｂが、いずれもタイヤ幅方向に延在し、かつ領域Ａおよび領域Ｂがタイヤ周方向に交互に繰り返し配置されている。また図４に記載された領域を１つのまとまった領域Ｉとするとき、そのタイヤ幅方向に隣接して他の領域Ｉをタイヤ周方向にずらせて配置することができる。領域Ａおよび／または領域Ｂは、タイヤ幅方向に連続させることができる。または領域Ａおよび／または領域Ｂは、タイヤ幅方向に不連続でもよい。このように領域Ａおよび領域Ｂを配置しても空気入りタイヤの氷上性能およびウェット性能を更に優れたものにすることができる。

図４の例において、領域Ａおよび領域Ｂのタイヤ幅方向Ｗに向いた最大長さＬ１は略同じ大きさであり、領域Ａのタイヤ周方向の幅がＬ２′であり、領域Ｂのタイヤ周方向の幅がＬ２である。最大長さＬ１と、最大の第２長さＬ２およびＬ２′の比Ｌ１／Ｌ２およびＬ１／Ｌ２′はいずれも１．１以上である。領域Ａの面積Ｓａおよび領域Ｂの面積Ｓｂの比Ｓａ／Ｓｂが１０／９０〜９０／１０であり、最大長さＬ１が略同じであることから、最大の第２長さの比Ｌ２′／Ｌ２は、１０／９０〜９０／１０である。図示の例は、最大長さＬ１の延在方向がタイヤ幅方向Ｗであるが、最大長さＬ１の延在方向はタイヤ幅方向Ｗに対し、配向角度θで傾斜してもよい。配向角度θは、上述の範囲ないであるとよい。

以下、実施例によって本発明を更に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。

表１に記載した領域Ａを構成する４種類のゴム組成物（組成Ａ−１〜Ａ−４）および表２に記載した領域Ｂを構成する５種類のゴム組成物（組成Ｂ−１〜Ｂ−５）を調製し、これらを表３〜５に記載する配合比で混合し、加硫成形することによりゴム成形体（実施例１〜１２、比較例１−６）を作成した。なお標準例のゴム成形体は、表１に記載の組成Ａ−４のゴム組成物を加硫成形したものである。
表１，２に記載の９種類のゴム組成物（組成Ａ−１〜Ａ−４および組成Ｂ−１〜Ｂ−５）を調製するに当たり、それぞれ硫黄、加硫促進剤、発泡剤および熱膨張性マイクロカプセルを除く成分を秤量し、１．７Ｌ密閉式バンバリーミキサーで５分間混練した後、そのマスターバッチを放出し室温冷却した。このマスターバッチを同１．７Ｌ密閉式バンバリーミキサーに供し、硫黄、加硫促進剤、発泡剤および熱膨張性マイクロカプセルを加え、混合しゴム組成物を得た。

上記で得られた９種類のゴム組成物（組成Ａ−１〜Ａ−４および組成Ｂ−１〜Ｂ−５）を用いて、表３〜５に示す諸特性を有するゴム成形体を下記の方法で作成した。

実施例１〜７、比較例１〜６では、領域Ａ、Ｂを構成するそれぞれの未加硫ゴム組成物の厚さ２ｍｍのシートを作成しておき、これらを複数枚積層させたシートを作成した。ここで、積層方向の厚み(この場合は２ｍｍ)がＬ２に相当する。積層方向と垂直な方向に対してＬ１／Ｌ２が所望の大きさとなるように切断し、帯状の積層体を作成した。この帯状積層体の切断面をＬ２だけずらして接合することを複数回繰り返すことで領域Ａ、Ｂが格子状（長辺／短辺の比がＬ１／Ｌ２）に配置する試料を作成した。この試料を厚さが２ｍｍになるようにスライスした後に加硫して、氷上摩擦試験とウェット摩擦試験用試料を作成した。領域Ａ、Ｂの比率は、積層パターンによって変量した。すなわち、両者を交互に配置した場合は５０／５０となり、２枚に１枚の割合で積層すれば、３３／６７となる。ゴム成形体の長辺の延長方向に対する角度の異なる試料は、摩擦試験片を作成する際に、摩擦方向に対して所望の角度だけ傾けた試料を作成した。

実施例８〜１２は、積層するゴムの厚みを所望のＬ２に合わせて上記と同様に試料を作成した。実施例８，９は、所望のＬ２となるように表面を粗くする加工を施した部分と未加工部分を格子状に配置した加硫モールドを用いて、組成Ａ２のゴムを加硫することによって作成した。

ゴム成形体の表面粗さは、共焦点型レーザー顕微鏡を使用して倍率２００倍の条件で測定した。

氷上性能
得られた加硫ゴム試験片を偏平円柱状の台ゴムに貼り付け、インサイドドラム型氷上摩擦試験機を用いて、測定温度−１．５℃、荷重５．５ｋｇ／ｃｍ²、ドラム回転速度２５ｋｍ／ｈの条件で氷上摩擦係数を測定した。得られた氷上摩擦係数を、標準例の値を１００とする指数にして、「氷上性能」の欄に示した。この指数値が大きいほど氷上摩擦力が大きく氷上性能が優れることを意味する。

ウェット性能
得られた加硫ゴム試験片を用いてアウトサイド型摩擦試験機を用いて路面に水を散布した状態で、測定温度２５℃、面圧１８０ｋＰａ、ドラム回転速度３０ｋｍ／ｈの条件でウェット摩擦係数の最大値を測定した。得られたウェット摩擦係数の最大値を、標準例の値を１００とする指数にして、「ウェット性能」の欄に示した。この指数値が大きいほどウェット性能が優れることを意味する。

なお、表１〜２において使用した原材料の種類を下記に示す。
・ＮＲ：天然ゴム、ＳＩＲ２０
・ＢＲ：ポリブタジエンゴム、日本ゼオン製Ｎｉｐｏｌ １２２０
・カーボンブラック：キャボットジャパン社製ショウブラックＮ３３９
・酸化亜鉛：正同化学工業社製酸化亜鉛３種
・ステアリン酸：日油社製ビーズステアリン酸
・プロセスオイル：昭和シェル石油株式会社製エキストラクト４号Ｓ
・中空微粒子：熱膨張性マイクロカプセル、松本油脂製薬社製マツモトマイクロスフェアーＦ１００
・硫黄：鶴見化学工業社製金華印油入微粉硫黄（硫黄の含有量９５．２４質量％）
・加硫促進剤：加硫促進剤ＣＢＳ、大内新興化学工業社製ノクセラーＣＺ−Ｇ

表３〜５から明らかなように実施例１〜１１のゴム成形体は、氷上性能およびウェット性能を標準例のレベル以上に向上させることが確認された。

比較例１、２のゴム成形体は、領域Ｂの算術平均粗さＲａが３μｍ未満であるので、氷上性能およびウェット性能が劣る。
比較例３のゴム成形体は、領域Ａの算術平均粗さＲａが２μｍを超えるので、氷上性能およびウェット性能が劣る。
比較例４のゴム成形体は、最大長さＬ１および第２長さＬ２の比Ｌ１／Ｌ２が１．１未満であるので、氷上性能およびウェット性能が劣る。
比較例５のゴム成形体は、領域Ａおよび領域Ｂの面積の比Ｓａ／Ｓｂが１０／９０未満なので、氷上性能およびウェット性能が劣る。
比較例６のゴム成形体は、領域Ａおよび領域Ｂの面積の比Ｓａ／Ｓｂが９０／１０を超えるので、氷上性能およびウェット性能が劣る。

Ａ 領域Ａ
Ｂ 領域Ｂ
Ｌ１ 最大長さ
Ｌ２ 最大長さＬ１に直角方向に最大の第２長さ
Ｗ タイヤ幅方向

Claims (3)

1. ゴム成形体からなるトレッドを有する空気入りタイヤであって、前記ゴム成形体が、その表面の算術平均粗さＲａが２μｍ以下である複数の領域Ａおよび算術平均粗さＲａが３μｍ以上である複数の領域Ｂを互いに独立して有し、前記領域Ａおよび／または領域Ｂの最大長さＬ１が略同方向に延在してなり、かつ前記最大長さＬ１および該最大長さＬ１の延在方向と直角方向に最大の第２長さＬ２の比Ｌ１／Ｌ２が１．１以上であると共に、前記領域Ａの面積Ｓａおよび領域Ｂの面積Ｓｂの比Ｓａ／Ｓｂが１０／９０〜９０／１０である、空気入りタイヤ。
2. 前記第２長さＬ２の延在方向にみるとき、前記領域Ａおよび領域Ｂが交互に配置されてなり、領域Ａから領域Ｂへの境界から次の領域Ａから領域Ｂへの境界までの平均長さが５０μｍ〜５０００μｍであることを特徴とする請求項１に記載の空気入りタイヤ。
3. 前記最大長さＬ１の方向が、タイヤ幅方向に対し、±２０°の角度で配向してなることを特徴とする請求項１または２に記載の空気入りタイヤ。

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