JP6903921B2 - 空気入りタイヤ - Google Patents

Description

本発明は空気入りタイヤに関し、さらに詳しくは、インナーライナーの耐久性を向上させるようにした空気入りタイヤに関する。

近年、ラベリング制度の導入などに見られるように、空気入りタイヤの転がり抵抗を小さくすることが求められている。転がり抵抗を低減する一つの手法として、経時でのタイヤ内圧の低下を抑制し適正な空気圧を確保することが挙げられる。

タイヤ内圧の低下抑制は、インナーライナーの厚さを増加させて空気透過防止性能を高めることで達成できるが、タイヤ重量が増加するので転がり抵抗が悪化する。

空気透過防止性能を改良するため、特許文献１は、平均粒子径が２５〜１００μｍかつアスペクト比が２５〜１００であるマイカを配合したインナーライナー用ゴム組成物を提案している。またインナーライナー用ゴム組成物中の可塑剤を減量することにより空気透過防止性能を改良することができる。

しかし、マイカなどの無機充填剤を配合したり、可塑剤を減量したりすると、インナーライナー用ゴム組成物の耐クラック成長性、とりわけ極寒冷地における耐クラック成長性に代表される耐久性が低下するという問題がある。このため、空気透過防止性能および耐久性を両立することは困難であった。

特開２００９−１３８１３５号公報

本発明の目的は、インナーライナー層における耐久性を従来レベル以上に向上するようにした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、タイヤ内周面にインナーライナー層を有し該インナーライナー層のタイヤ径方向内側の少なくとも一部の最表面に、セルロースナノファイバーからなる不織薄層を有することを特徴とする。

本発明の空気入りタイヤは、インナーライナー層の少なくとも一部の最表面に、セルロースナノファイバーからなる不織薄層を配置したので、タイヤ耐久性を従来レベル以上に向上させることができる。さらに最表面に極薄の不織薄層を配置しただけなので基材のゴム組成物のゴム特性に悪影響を及ぼすことがない。

本発明の空気入りタイヤの実施形態の一例を示すタイヤ子午線方向の半断面図である。

以下、本発明について、図に示す実施形態を参照して詳細に説明する。
図１の本発明の実施形態を例示する空気入りタイヤは、トレッド部１、サイドウォール部２、およびビード部３からなる。ビード部３にビードコア５がタイヤ１周にわたるように埋設され、このビードコア５の回りにカーカス層４がタイヤ内側から外側へ折り返すように巻き上げられている。トレッド部１において、カーカス層４のタイヤ径方向外側にベルト層６が配置され、カーカス層４のタイヤ径方向内側にインナーライナー層７が配置されている。インナーライナー層７の少なくとも一部の最表面は、セルロースナノファイバーからなる不織薄層８により被覆されている。図示の例は、タイヤショルダー部に相当する位置のインナーライナー層７のタイヤ径方向内側に不織薄層８が配置されている。不織薄層８は、インナーライナー層７の内周側表面の全域に配置してもよい。また不織薄層８は、タイヤショルダー部に相当する範囲以外の領域に配置してもよく、タイヤショルダー部を含むより広い範囲に配置してもよい。さらに不織薄層８は、タイヤ径方向、幅方向および／または周方向に連続的に配置しても、間欠的に複数を配置してもよい。

不織薄層８を、インナーライナー層７の少なくとも一部の最表面に配置し、保護するようにしたので、クラックが形成されるのを抑制するとともに、万一、インナーライナー層７に微小なクラックが形成された場合でも、そのクラックが成長するのを抑制することができる。また不織薄層８の厚さが極めて薄いため外観を低下させることがなく、また基材のゴム特性に影響を及ぼすことがない。さらにセルロースナノファイバーからなる不織薄層８で、インナーライナー層７を被覆することにより、インナーライナー層７の空気透過防止性能をいっそう優れたものにすることができる。

不織薄層８は、セルロースナノファイバーにより構成される。セルロースナノファイバーはセルロースからなる平均繊維径が１〜１０００ｎｍの極細繊維である。セルロースナノファイバーの原料は、木材由来または非木材（バクテリア、藻類、綿など）由来のどちらでもよい。

セルロースナノファイバーの作製方法としては、通常の解繊方法を挙げることができる。解繊方法は、パルプ化された原料を水に分散させ機械的な高せん断力をかけて解繊する方法と、原料に化学的な前処理を施し解繊しやすくしてから機械的なせん断力をかけて解繊する方法に大別される。一般に化学的な前処理を施した後に機械的なせん断力により解繊する方法のほうが、機械的な高せん断力だけで解繊する方法より、低いエネルギーでより細かく均質に解繊できるので好ましい。化学的な前処理としては、例えば２，２，６，６−テトラメチルピペリジン−１−オキシル（以下、「ＴＥＭＰＯ」という。）酸化、リン酸エステル化、過ヨウ素酸処理などを挙げることができる。

セルロースナノファイバーの表面は、上述した解繊工程中の前処理として化学的に改質される他にも、複合化させる高分子との相性を改良するために、解繊工程のあとにセルラーゼ処理、カルボキシメチル化、エステル化、カチオン性高分子による処理などを施すことができる。このような処理により、ゴムラテックス等との親和性を向上することができる。

セルロースナノファイバーの平均繊維径は好ましくは１〜１０００ｎｍ、より好ましくは１〜５０ｎｍである。またセルロースナノファイバーの平均アスペクト比（繊維長さ／繊維径）は好ましくは１０〜１０００、より好ましくは５０〜１０００である。平均繊維粒径および／または平均アスペクト比が上記範囲未満であると、セルロースナノファイバーの分散性が低下する。また平均繊維粒径および／または平均アスペクト比が上記範囲を超えるとセルロースナノファイバーの補強性能が低下する。本明細書において、セルロースナノファイバーの平均繊維径および平均繊維長さは、固形分率で０．０５重量％〜０．１重量％の微細セルロースの水分散体を調製し、ＴＥＭ観察またはＳＥＭ観察により、構成する繊維の大きさに応じて適宜倍率を設定して電子顕微鏡画像を得、この画像中の少なくとも５０本以上において測定した繊維径および繊維長さの平均値を用いる。こうして得られた平均繊維長さおよび平均繊維径から、平均アスペクト比（繊維長さ／繊維径）を算出するものとする。

セルロースナノファイバーからなる不織薄層は、上述したセルロースナノファイバーにより構成された不織構造の極薄層である。不織薄層の厚さは、好ましくは１〜２００μｍ、より好ましくは２〜１５０μｍ、更により好ましくは５〜１００μｍである。不織薄層の厚さを１μｍ以上にすることにより、インナーライナー層にクラックが形成されるのをを抑制し、また微細クラックが成長するのを抑制することができる。また不織薄層の厚さを２００μｍ以下にすることにより、基材のゴム特性を損なうことがなく、また生産コストを抑制することができる。

インナーライナー層７の最表面に、上述した不織薄層を配置する方法は、特に制限されるものではなく、通常の方法を用いることができる。例えば、未加硫の空気入りタイヤのインナーライナー層７に、セルロースナノファイバーを含むワニスまたはゴムラテックスを塗布し加硫成形する方法、加硫した空気入りタイヤのインナーライナー層７に、セルロースナノファイバーを含むワニスまたはゴムラテックスを塗布し固着させる方法などが挙げられる。

ワニスとしては、特に制限されるものではなく、セルロースナノファイバーを略均一に分散させることが可能な有機溶剤であればよい。有機溶剤として、極性、非極性のいずれでもよいが、セルロース表面のヒドロキシ基との親和性から極性の有機溶剤が好ましい。このような有機溶剤は、通常用いられるものの中から適宜選択して使用することができる。

ゴムラテックスとしては、特に制限されるものではなく、タイヤ用ゴム組成物に通常用いられる水分散系ラテックスを使用することができる。例えば、天然ゴムラテックス、ブタジエンゴムラテックス、スチレンブタジエンゴムラテックス、ニトリルゴムラテックス、クロロプレンゴムラテックス、等を挙げることができる。また、それぞれのラテックスにおいてゴム分子骨格部分は、部分的に水素添加等の変性がされていてもよい。

セルロースナノファイバーを含むワニスおよびゴムラテックスは、加硫剤および／または架橋剤、加硫促進剤などの加硫系配合剤や紫外線吸収剤、ラジカル吸収剤等の安定化剤、各種補強性充填剤を配合することができ、未加硫の空気入りタイヤに塗布し、必要に応じ乾燥させた後、加硫成形することにより、タイヤ加硫と同時に表面に加硫接着することができる。また加硫系配合剤が、未加硫タイヤの基材からワニスおよびゴムラテックスへ移行するときは、加硫系配合剤の配合量を削減または省略することができる。

また加硫した空気入りタイヤのインナーライナー層７に、セルロースナノファイバーを含むワニスまたはゴムラテックスを塗布し固着させることができる。加硫した空気入りタイヤは、加硫成形の後、工場出荷前のタイヤでも、出荷後の販売店等に納められたタイヤでもよい。またリムに装着し使用を開始した後のタイヤでもよく、未使用または使用開始後に限定されない。セルロースナノファイバーを含むワニスまたはゴムラテックスを塗布し、必要に応じ乾燥させ、熱をかけて固着させることにより、未使用タイヤの品質を高くすることの他、使用中のタイヤの修理や外観の改良を行うことができる。

セルロースナノファイバーを含むワニスおよびゴムラテックスの塗布方法は、特に制限されるものではなく、スプレーコート、ロールコート、ブレードコート、エアナイフコート、ブラッシュコート、ダイコート、バーコート、等を例示することができる。

インナーライナー層を構成するゴム組成物は、ジエン系ゴム１００質量部に偏平形状の無機充填材を好ましくは０．１〜５０質量部、より好ましくは０．１〜１０質量部配合することができる。偏平形状の無機充填材の配合量を０．１質量部以上にすることにより、空気透過防止性をより高くすることができる。また偏平形状の無機充填材の配合量を５０質量部以下にすることにより、耐クラック性および耐クラック成長性を維持することができる。偏平形状の無機充填材としては、偏平タルク、マイカ、等が例示される。

以下、実施例によって本発明をさらに説明するが、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。

実施例１〜３
天然ゴムラテックス（固形分濃度６０質量％）２００ｇ、セルロースナノファイバー（第一工業製薬（株）製「レオクリスタ」：固形分濃度２質量％）６００ｇと水２００ｍｌを、ホモジナイザー混合により毎分５０００回転で５分間混合し均一に分散させた天然ゴムラテックス分散液を得た。

またジエン系ゴム１００質量部に対し偏平タルクを１０質量部配合したゴム組成物でインナーライナー層を成形した未加硫の空気入りタイヤ（サイズ１９５／６５Ｒ１６）を通常の方法でグリーン成形した。この未加硫の空気入りタイヤのインナーライナー層の内周側全域の表面に、上記で得られた天然ゴムラテックス分散液を、得られる不織薄層の厚さを三水準（実施例１〜３）で異ならせるようにスプレーコートし、乾燥により水分を除去した。上記と同じスプレーコートを薄いシート上で行い乾燥させた後の不織薄層の厚さは、１０μｍ（実施例１）、５５μｍ（実施例２）、および１００μｍ（実施例３）であった。

上記で得られた未加硫の空気入りタイヤを、通常のタイヤ用加硫機にて１７０℃、１０分間の加硫を行い、インナーライナー層の表面にセルロースナノファイバーからなる不織薄層がコーティングされた加硫タイヤを得た。

一方、比較例１としてインナーライナー層の表面に、セルロースナノファイバーの天然ゴムラテックス分散液を塗布せず、本発明の補強処理をしなかったことを除き、実施例１と同様にして空気入りタイヤを作製した。

得られた４種類の空気入りタイヤ（実施例１〜３、比較例１）について下記の方法で、走行後のインナーライナー層の外観（クラック成長の有無）の評価を行った。
得られた空気入りタイヤの赤道部、ショルダー部、サイドウォール部に相当する位置のインナーライナー層にメスカット（長さ５ｍｍ）を付与し、試験用クラックを形成した。この空気入りタイヤを標準サイズのホイールにリム組みし空気圧２３０ｋＰａに調整し、国産の乗用車（排気量２０００ｃｃ）に装着した。この乗用車で極寒冷地のテストコースを１０，０００ｋｍ走行した後、空気入りタイヤのインナーライナー層の外観を目視評価した。目視評価は、インナーライナー層に形成した試験用クラックが成長したか否かについて行った。

実施例１〜３の空気入りタイヤでは、１０，０００ｋｍ走行後のインナーライナー層にどの部位においてもクラックの成長が確認されなかった。

比較例１の空気入りタイヤでは１０，０００ｋｍ走行後のインナーライナー層において、ショルダー部およびサイドウォール部に形成した試験用クラックが成長しているのが認められた。

１ トレッド部
２ サイドウォール部
３ ビード部
４ カーカス層
５ ビードコア
６ ベルト層
７ インナーライナー層
８ 不織薄層

Claims (7)

1. タイヤ内周面にインナーライナー層を有し該インナーライナー層のタイヤ径方向内側の少なくとも一部の最表面に、セルロースナノファイバーからなる不織薄層を有することを特徴とする空気入りタイヤ。
2. 前記不織薄層を、タイヤショルダー部に相当する位置の前記インナーライナー層のタイヤ径方向内側に有す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. 前記不織薄層を、タイヤショルダー部に相当する位置の前記インナーライナー層のタイヤ径方向内側のみに有す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。
4. 前記セルロースナノファイバーの平均繊維径が１〜１０００ｎｍ、平均アスペクト比が１０〜１０００であることを特徴とする請求項１，２または３に記載の空気入りタイヤ。
5. 前記不織薄層の厚さが１〜２００μｍであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の空気入りタイヤ。
6. 未加硫の空気入りタイヤの前記インナーライナー層のタイヤ径方向内側の少なくとも一部に、前記セルロースナノファイバーを含むワニスまたはゴムラテックスを塗布し加硫成型することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の空気入りタイヤの製造方法。
7. 加硫した空気入りタイヤの前記インナーライナー層のタイヤ径方向内側表面の少なくとも一部に、前記セルロースナノファイバーを含むワニスまたはゴムラテックスを塗布し固着させることにより前記不織薄層を形成することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の空気入りタイヤの製造方法。

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