JP6848318B2 - 空気入りタイヤ - Google Patents
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Description
このようななか、例えば、特許文献1の請求項1には、「タイヤ径方向内側からタイヤ径方向外側に向けて、少なくともカーカス層及び複数のベルト層が配置される空気入りタイヤであって、前記複数のベルト層は、互いに交差する3つの軸方向に沿って配列されるコードを互いに織り合わせた3軸織物にゴム成分が含浸されることによって構成され、タイヤ周方向に沿って1周巻き付けられているコード補強層と、前記コード補強層のタイヤ径方向外側に配置され、タイヤ周方向に沿って螺旋状に巻き付けられているスパイラルキャップとの少なくとも2種類によって構成されていることを特徴とする空気入りタイヤ。」が開示されている。特許文献1には、上記構成によりタイヤの軽量化を図ることができる旨が記載されている。
すなわち、本発明者らは、以下の構成により上記課題が解決できることを見出した。
上記ベルト層のうち少なくとも1層が、ガラス繊維コードとゴム組成物とを含有するガラス繊維コード補強ゴム層であり、
上記ガラス繊維コード補強ゴム層中の上記ゴム組成物の体積率Vrと、上記ガラス繊維コード補強ゴム層中の上記ガラス繊維コードの体積率Vfとの比率Vr/Vfが、0.20〜5.00である、空気入りタイヤ。
(2) 上記ガラス繊維コード補強ゴム層の弾性率をE、上記ガラス繊維コード補強ゴム層のタイヤ幅方向50mmあたりの断面積をSとした場合に、E×Sで表されるガラス繊維コード補強ゴム層強度が、240kN以上16000kN以下である、上記(1)に記載の空気入りタイヤ。
(3) 上記ガラス繊維コードの形態が、織物である、上記(1)又は(2)に記載の空気入りタイヤ。
(4) 上記織物が、平織、綾織、朱子織、からみ織及びすだれ織からなる群より選択される少なくとも1種である、上記(3)に記載の空気入りタイヤ。
(5) 上記織物が互いに交差するガラス繊維コードからなる2軸織物であり、上記互いに交差するガラス繊維コードのうち一方がタイヤ周方向に対して5〜40°に配置され、
上記一方の総断面積S1と、他方の総断面積S2との比率S1/S2が、1以上50未満である、上記(3)又は(4)に記載の空気入りタイヤ。
(6) 上記ゴム組成物が、重量平均分子量40,000以上の、天然ゴム、SBR、BR及びIRからなる群より選択される少なくとも1種のポリマーを含有し、
上記ゴム組成物中の上記ポリマーの含有量が、上記ゴム組成物に含有されるゴム成分100質量部に対して、50質量部以上である、上記(1)〜(5)のいずれかに記載の空気入りタイヤ。
なお、本明細書において「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
本発明の空気入りタイヤ(以下、単に「本発明のタイヤ」とも言う)は、トレッド部のカーカス層のタイヤ径方向外側にコード方向が互いに交差する少なくとも2層のベルト層を有する空気入りタイヤであって、上記ベルト層のうち少なくとも1層が、ガラス繊維コードとゴム組成物とを含有するガラス繊維コード補強ゴム層であり、上記ガラス繊維コード補強ゴム層中の上記ゴム組成物の体積率Vrと、上記ガラス繊維コード補強ゴム層中の上記ガラス繊維コードの体積率Vfとの比率(Vr/Vf)が、0.20〜5.00である。以下、比率(Vr/Vf)が0.20〜5.00であるガラス繊維コード補強ゴム層を「特定ガラス繊維コード補強ゴム層」とも言う。
本発明のタイヤはこのような構成をとるため、上述した効果が得られるものと考えらえる。その理由は明らかではないが、およそ以下のとおりと考えられる。
すなわち、本発明では、ガラス繊維コードを使用することで軽量化を図るとともに、ガラス繊維コードとゴム組成物とのバランスを調整することで剛性及び良好な転がり抵抗性(転がり抵抗値が小さい)を担保している。具体的には、Vr/Vfが一定値以上であるため歪みが集中し難く、結果、良好な転がり抵抗性を示すものと考えられる。また、Vr/Vfが一定値以下であるため、優れた剛性を維持できるものと考えられる。
図1は、本発明の空気入りタイヤの一実施態様の断面形状を示す断面図である。
図1に示す空気入りタイヤ(以下、単に「タイヤ」とも言う)10は、トレッド部12と、ショルダー部14と、サイドウォール部16と、ビード部18とを主な構成部分として有する。
なお、以下の説明において、図1中に矢印で示すように、タイヤ幅方向とは、タイヤの回転軸(図示せず)と平行な方向をいい、タイヤ径方向とは、回転軸と直交する方向をいう。また、タイヤ周方向とは、回転軸を回転の中心となる軸として回転する方向をいう。
更に、タイヤ内側とは、タイヤ径方向において図1中タイヤの下側、すなわちタイヤに所定の内圧を与える空洞領域Rに面するタイヤ内面側をいい、タイヤ外側とは、図1中タイヤの上側、すなわち、タイヤ内周面と反対側の、ユーザが視認できるタイヤ外面側をいう。図1の符号CLは、タイヤ赤道面のことであり、タイヤ赤道面CLとは、空気入りタイヤ10の回転軸に直交するとともに、空気入りタイヤ10のタイヤ幅の中心を通る平面である。
タイヤ10のタイヤ幅方向における最大幅Wmは、タイヤサイド39のタイヤ幅方向における最大長さを示す位置である最大幅位置39a間の距離のことである。タイヤの最大幅位置39aを中心としてタイヤ径方向にタイヤ断面高さSHの±30(%)の範囲内にある領域をサイドトレッドという。
カーカス層20は、補強コードが配列され、コードコーティングゴムで被覆された構成である。カーカス層20は、左右一対のビードコア28にタイヤ内側からタイヤ外側に折り返され、サイドウォール部16の領域で端部20eを成しており、ビードコア28を境とする本体部20aと折り返し部20bとから構成されている。すなわち、本実施態様においては、カーカス層20が1層、左右一対のビード部18間に装架されている。カーカス層20の数は1層に限定されるものではなく、構造及び用途に応じて複数層あってもよい。カーカス層20は、軽量化の観点から1層構造(1プライ)であることが好ましい。
また、カーカス層20は、1つのシート材で構成されても、複数のシート材で構成されてもよい。複数のシート材で構成する場合、カーカス層20は継部(スプライス部)を有することになる。
カーカス層20のコードコーティングゴムとしては、天然ゴム(NR)、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)、ブタジエンゴム(BR)、イソプレンゴム(IR)から選ばれた1種類又は複数種類のゴムが好ましく用いられる。また、これらのゴムを窒素、酸素、フッ素、塩素、ケイ素、リン、又は硫黄等の元素を含む官能基、例えば、アミン、アミド、ヒドロキシル、エステル、ケトン、シロキシ、若しくはアルキルシリル等により末端変性したもの、又はエポキシにより末端変性したものを用いることができる。
これらゴムに配合するカーボンブラックとしては、例えば、ヨウ素吸着量が20〜100(g/kg)、好ましくは20〜50(g/kg)であり、DBP(フタル酸ジブチル)吸収量が50〜135(cm3/100g)、好ましくは50〜100(cm3/100g)であり、かつCTAB(セチルトリメチルアンモニウムブロマイド)吸着比表面積が30〜90(m2/g)、好ましくは30〜45(m2/g)であるものが用いられる。なお、本明細書において、カーボンブラックのヨウ素吸着量は、JIS K6217−1:2008に従って測定したものである。また、DBP吸収量は、JIS K6217−4:2008に従って測定したものである。また、CTAB吸着比表面積は、JIS K6217−3:2001に従って測定したものである。
また、使用する硫黄の量は、例えば、ゴム100質量部に対して1.5〜4.0質量部であり、好ましくは2.0〜3.0質量部である。
上述のとおり、本発明ではベルト層のうち少なくとも1層が特定ガラス繊維コード補強ゴム層である。ベルト層が2層(内側ベルト層、外側ベルト層)である場合、本発明の効果がより優れる理由から、少なくとも内側ベルト層が特定ガラス繊維コード補強ゴム層であることが好ましく、内側ベルト層及び外側ベルト層の両方が特定ガラス繊維コード補強ゴム層であることがより好ましい。
ベルト層22の詳細については後述する。
このベルト補助補強層24は、補強コードとして、例えば、有機繊維コードが、タイヤ周方向に螺旋状に配置されており、これらの有機繊維コードがコードコーティングゴムで被覆して構成されている。
上述のとおり、ベルト層22はカーカス層20のタイヤ径方向の外側、且つ、トレッド部12に対応する部分に設けられ、内側ベルト層22a及び外側ベルト層22bを有する。
タイヤ10では、内側ベルト層22aは従来公知のベルト層であり、外側ベルト層22bは特定ガラス繊維コード補強ゴム層であるが、上述のとおり、内側ベルト22a及び外側ベルト層22b共に特定ガラス繊維コード補強ゴム層であってもよい。
内側ベルト層22aは、補強コードのタイヤ周方向に対する角度は、例えば、24〜35°であり、好ましくは27〜33°である。これにより、高速耐久性を向上させることができる。
ベルト層22の内側ベルト層22aは、補強コードがスチールコードであることに限定されるものではなく、ポリエステル、ナイロン、芳香族ポリアミド等からなる有機繊維コード等からなる従来公知の補強コードとしても良い。
特定ガラス繊維コード補強ゴム層は、ガラス繊維コードとゴム組成物とを含有するガラス繊維コード補強ゴム層であり、上記ガラス繊維コード補強ゴム層中の上記ゴム組成物の体積率Vrと、上記ガラス繊維コード補強ゴム層中の上記ガラス繊維コードの体積率Vfとの比率Vr/Vfが、0.20〜5.00である。
特定ガラス繊維コード補強ゴム層は、ガラス繊維コード及びゴム組成物以外の成分を含有していてもよい。
特定ガラス繊維コード補強ゴム層に含有されるガラス繊維コードは、いわゆるグラスファイバー(長繊維)であり、グラスウール(短繊維)は含まれない。
上記ガラス繊維コードはモノフィラメントとして特定ガラス繊維コード補強ゴム層に含有されていても、マルチフィラメント(モノフィラメントの束)として特定ガラス繊維コード補強ゴム層に含有されていてもよいが、マルチフィラメントとして特定ガラス繊維コード補強ゴム層に含有されているのが好ましい。
ガラス繊維コード(モノフィラメント)の直径は特に制限されないが、本発明の効果がより優れる理由から、1〜60μmであることが好ましく、4〜40μmであることがより好ましい。ガラス繊維コード(マルチフィラメント)の直径は特に制限されないが、本発明の効果がより優れる理由から、1〜1000μmであることが好ましく、100〜500μmであることがより好ましい。ガラス繊維コードの長さは特に制限されないが、本発明の効果がより優れる理由から、80〜160mmであることが好ましい。ガラス繊維コードのアスペクト比(長さ/直径)は特に制限されないが、本発明の効果がより優れる理由から、1300〜160000であることが好ましい。
ガラス繊維コードの形態は特に制限されないが、本発明の効果がより優れる理由から、モノフィラメント、マルチフィラメント、又は、これらのUD(ユニダイレクショナル)材若しくは織物であることが好ましく、織物(特にマルチフィラメントの織物)であることがより好ましく、2軸織物(経糸及び緯糸からなる織物)(特にマルチフィラメントの2軸織物)であることがさらに好ましい。
織物の種類としては、例えば、平織、綾織、朱子織、からみ織、すだれ織などが挙げられる。なかでも、本発明の効果がより優れる理由から、平織であることが好ましい。
上記織物は、本発明の効果がより優れる理由から、互いに交差するガラス繊維コードからなる2軸織物であり、上記互いに交差するガラス繊維コードのうち一方がタイヤ周方向に対して5〜40°に配置され、上記一方(タイヤ周方向に対して5〜40°に配置されたガラス繊維コード)の総断面積S1と、他方(タイヤ周方向に対して5〜40°に配置されたガラス繊維コードと交差するガラス繊維コード)(好ましくは、タイヤ周方向に対して0°以上5°未満又は40°超90°以下に配置されたガラス繊維コード)の総断面積S2との比率S1/S2は、1以上50未満であるのが好ましく、1〜20であるのがより好ましい。なお、総断面積とは断面積の総和であり、断面積とは繊維方向に垂直な断面の断面積を意図したものである。
特定ガラス繊維コード補強ゴム層に含有されるゴム組成物はゴム成分を含有する組成物であれば特に制限されない。
なお、特定ガラス繊維コード補強ゴム層において、ゴム組成物はガラス繊維コード(例えば、形態が織物であるガラス繊維コード)に含浸されているのが好ましい。
ゴム成分は特に制限されないが、具体例としては、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)、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム(NBR)、ブチルゴム(IIR)、ハロゲン化ブチルゴム(Br−IIR、Cl−IIR)、クロロプレンゴム(CR)などが挙げられる。上記ゴム成分は1種でも2種以上を併用してもよい。
ゴム成分は、本発明の効果がより優れる理由から、天然ゴム、SBR、BR及びIRからなる群より選択される少なくとも1種のポリマーを含有し、上記ポリマーの含有量がゴム成分100質量部に対して50質量部以上であるのが好ましい。
上記ポリマーの重量平均分子量(Mw)は、本発明の効果がより優れる理由から、40,000以上であることが好ましく、100,000以上であることが好ましい。上限は特に制限されないが、1,000,000以下であることが好ましい。なお、重量平均分子量(Mw)は、テトラヒドロフランを溶媒とするゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により標準ポリスチレン換算により測定するものとする。
上記ゴム組成物はゴム成分以外のその他の成分を含有していてもよい。
そのようなその他成分としては、シリカ、シランカップリング剤、カーボンブラック、酸化亜鉛(亜鉛華)、ステアリン酸、老化防止剤、オイル、液状ポリマー、テルペン樹脂、熱硬化性樹脂、加硫剤(例えば、硫黄)、加硫促進剤、加工助剤などのゴム組成物に一般的に使用される各種添加剤が挙げられる。
ガラス繊維コードへの含浸性に優れ、結果として、本発明の効果がより優れる理由から、ゴム組成物は液状成分を含有するのが好ましい。液状成分は、例えば、オイル、液状ポリマー及び熱硬化性樹脂等の室温で流動性を持つものなら特に制限されず、その含有量はゴム成分100質量部に対して1〜40質量部であることが好ましく、10〜30質量部であることがより好ましい。
ゴム組成物とガラス繊維コードとの接着が向上し、結果として、本発明の効果がより優れる理由から、ゴム組成物はシランカップリング剤を含有するのが好ましい。
特定ガラス繊維コード補強ゴム層中の上述したゴム組成物の体積率Vrと、特定ガラス繊維コード補強ゴム層中の上述したガラス繊維コードの体積率Vfとの比率Vr/Vfは、0.20〜5.00である。なかでも、本発明の効果がより優れる理由から、1.00〜4.00であることが好ましい。
ガラス繊維コードのタイヤ周方向に対する角度(コード角度)は、本発明の効果がより優れる理由から、5〜40°であることが好ましく、15〜35°であることがより好ましく、20〜35°であることがさらに好ましい。
ガラス繊維コードの形態が織物である場合はいずれかの方向のガラス繊維コード(例えば、2軸織物であれば、経糸と緯糸のいずれか一方)のコード角度が上記範囲にあることが好ましく、総断面積が最も大きい方向のガラス繊維コードのコード角度が上記範囲にあることがより好ましい。
特定ガラス繊維コード補強ゴム層の弾性率をE、特定ガラス繊維コード補強ゴム層のタイヤ幅方向50mmあたりの断面積をSとした場合に、E×Sで表されるガラス繊維コード補強ゴム層強度は、240kN以上16000kN以下であることが好ましい。
ここで弾性率はタイヤ周方向の弾性率を意図したものである。
特定ガラス繊維コード補強ゴム層を製造する方法は特に制限されないが、例えば、上述したゴム組成物を用いてゴムシート(シート状のゴム組成物)を作製し、得られたゴムシート状に上述したガラス繊維コードを並べ、その上から別の上記ゴムシートを載せて、プレス機を用いて上下からプレスすることでガラス繊維コード間にゴム組成物を含浸させる方法が挙げられる。また、ガラス繊維コードの形態が織物である場合は、例えば、ガラス繊維コード織物(形態が織物であるガラス繊維コード)を上述したゴムシートで上下から挟み、プレス機を用いてプレスすることでガラス繊維コード織物にゴム組成物を含浸させる方法が挙げられる。
プレスの温度は特に制限されないが、70〜120℃であることが好ましい。プレスの圧力は特に制限されないが、1〜5MPaであることが好ましい。プレスの時間は特に制限されないが、2〜10分間であることが好ましい。
以下のとおり、ガラス繊維コード補強ゴム層を作製した。なお、ガラス繊維コード補強ゴム層1は上述した特定ガラス繊維コード補強ゴム層に該当し、ガラス繊維コード補強ゴム層2は上述した特定ガラス繊維コード補強ゴム層に該当しない。
(ゴム組成物の調製)
下記表1に示される配合剤を同表に示される割合(質量部)にて配合した。
具体的にはまず、表1に示される配合剤のうち加硫促進剤および硫黄を除く配合剤を80℃のバンバリーミキサーで5分間混合した。次にロールを用いて、加硫促進剤および硫黄を混合しゴム組成物を得た。なお、Nipol 1502の重量平均分子量は、450,000である。
得られたゴム組成物をシート状に押し出し、厚さ2mmのゴムシートを作製した。
ガラス繊維コード織物(日東紡績社製KS1570)(互いに直交するガラス繊維コード(マルチフィラメント)の2軸織物、平織、155g/m2、タイヤ周方向に対して30°に配置される側のガラス繊維コードの総断面積S1と他方のガラス繊維コードの総断面積S2との比率S1/S2=1)を、得られたゴムシートで上下から挟み、プレス機を用いてプレスすることで(100℃、5MPa、5分間)、ガラス繊維コード織物にゴム組成物を含浸させた。このようにしてガラス繊維コード補強ゴム層を作製した。得られたガラス繊維コード補強ゴム層をガラス繊維コード補強ゴム層1とする。ガラス繊維コード補強ゴム層1のVr/Vfは、2.13であった。
ゴムシートの厚みを0.14mmにした以外、ガラス繊維コード補強ゴム層1と同様にガラス繊維コード補強ゴム層を作製した。得られたガラス繊維コード補強ゴム層をガラス繊維コード補強ゴム層2とする。ガラス繊維コード補強ゴム層2のVr/Vfは、0.15であった。
トレッド部のカーカス層のタイヤ径方向外側にコード方向が互いに交差する2層のベルト層(いずれもコードコーティングゴムが被覆されたスチールコード及びコートゴムによって構成されたベルト層)(以下、「スチールコードベルト層」とも言う)を有する空気入りタイヤを製造した(タイヤサイズ:195/65R15、空気圧:230kPa)。
2層のベルト層のうち外側のベルト層を上述したガラス繊維コード補強ゴム層1に置き換えた以外、従来例と同様に空気入りタイヤを製造した。
2層のベルト層の両方を上述したガラス繊維コード補強ゴム層1に置き換えた以外、従来例と同様に空気入りタイヤを製造した。
2層のベルト層のうち外側のベルト層を上述したガラス繊維コード補強ゴム層2に置き換えた以外、従来例と同様に空気入りタイヤを製造した。
得られた空気入りタイヤについて以下のとおり評価を行った。
得られた空気入りタイヤの質量を測定した。結果を表4に示す。結果は従来例を100とする指数で表した。指数が小さいほど軽く、軽量化性に優れる。
得られた空気入りタイヤについて、縦剛性(タイヤ径方向の剛性)及び横剛性(タイヤ幅方向の剛性)を評価した。結果を表4に示す。結果は従来例を100とする指数で表した。指数が大きい程各剛性に優れることを意味する。
得られた空気入りタイヤについて、室内ドラム試験機(ドラム径:1706mm)により、荷重4.5kNを負荷させて、速度80km/hにて30分間予備走行させた後、転がり抵抗値を測定した。表4に転がり抵抗値を示す。結果は従来例の転がり抵抗値を100とする指数で表した。指数が小さいほど転がり抵抗値が小さく、転がり抵抗性に優れることを意味する。
一方、ベルト層にガラス繊維コード補強ゴム層を使用するが、ガラス繊維コードとゴム組成物との比率が特定の範囲から外れた比較例1は、横剛性及び転がり抵抗性が不十分であった。
12 トレッド部
12a タイヤ外側のトレッド面
12b 陸部
12c トレッド溝
14 ショルダー部
16 サイドウォール部
18 ビード部
20 カーカス層
20a カーカス層20の本体部
20b カーカス層20の折り返し部
20e カーカス層20の端部
22 ベルト層
22a 内側ベルト層
22b 外側ベルト層
22e ベルト層22の端部
24 ベルト補助補強層
28 ビードコア
30 ビードフィラー
32 トレッドゴム層
34 サイドウォールゴム層
36 リムクッションゴム層
38 インナーライナゴム層
39 タイヤサイド
39a タイヤサイド39のタイヤ幅方向における最大長さを示す位置である最大幅位置
R 空洞領域
CL タイヤ赤道面
Wm タイヤ10のタイヤ幅方向における最大幅
SH タイヤ断面高さ
Claims (6)
- トレッド部のカーカス層のタイヤ径方向外側に、コード方向が互いに交差する少なくとも2層のベルト層を有する空気入りタイヤであって、
前記ベルト層のうち少なくとも2層が、ガラス繊維コードとゴム組成物とを含有するガラス繊維コード補強ゴム層であり、
前記ガラス繊維コード補強ゴム層中の前記ゴム組成物の体積率Vrと、前記ガラス繊維コード補強ゴム層中の前記ガラス繊維コードの体積率Vfとの比率Vr/Vfが、0.20〜5.00である、空気入りタイヤ。 - 前記ガラス繊維コード補強ゴム層の弾性率をE、前記ガラス繊維コード補強ゴム層のタイヤ幅方向50mmあたりの断面積をSとした場合に、E×Sで表されるガラス繊維コード補強ゴム層強度が、240kN以上16000kN以下である、請求項1に記載の空気入りタイヤ。
- 前記ガラス繊維コードの形態が、織物である、請求項1又は2に記載の空気入りタイヤ。
- 前記織物が、平織、綾織、朱子織、からみ織及びすだれ織からなる群より選択される少なくとも1種である、請求項3に記載の空気入りタイヤ。
- 前記織物が互いに交差するガラス繊維コードからなる2軸織物であり、前記互いに交差するガラス繊維コードのうち一方がタイヤ周方向に対して5〜40°に配置され、
前記一方の総断面積S1と、他方の総断面積S2との比率S1/S2が、1以上50未満である、請求項3又は4に記載の空気入りタイヤ。 - 前記ゴム組成物が、重量平均分子量40,000以上の、天然ゴム、SBR、BR及びIRからなる群より選択される少なくとも1種のポリマーを含有し、
前記ゴム組成物中の前記ポリマーの含有量が、前記ゴム組成物に含有されるゴム成分100質量部に対して、50質量部以上である、請求項1〜5のいずれか1項に記載の空気入りタイヤ。
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