JP6942956B2 - 空気入りタイヤの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、短距離走行を行う頻度が多くても優れた転がり抵抗性能を発揮する空気入りタイヤの製造方法に関する。

一般的に、空気入りタイヤの転がり抵抗は、タイヤ温度が高いほど低くなることが知られている。一方で、空気入りタイヤのサイドウォール部は、タイヤの他の部位に比べてゴムゲージが薄く、且つ、外気に触れ易いことから放熱が生じ易い傾向があり、走行時にも充分な温度上昇が見込めず、このことが空気入りタイヤの転がり抵抗の更なる低減を妨げているという問題がある。特に、市街地を走行する場合のように、短距離で発進、加速、停止を繰り返す場合、タイヤ温度が充分に上昇せず、タイヤが潜在的に有する本来の転がり抵抗を充分に発揮することができない傾向がある。

このような問題に対して、例えば特許文献１は、サイドウォール部を構成するゴム層３をタイヤ幅方向内側に配置される内層３ａと、この内層３ａのタイヤ幅方向外側に配置されて高断熱性のゴムで構成された外層３ｂとで構成することを提案している。この提案では、高断熱性のゴムからなる外層３ｂがサイドウォール部からの放熱を抑制することができ、タイヤ温度を高めて本来の転がり抵抗を発揮させるには有利になる。しかしながら、この方法では、タイヤの基本的な機能（走行性能等）に関与する部位（サイドウォール部）の一部が従来と異なる材料（カーボンブラック配合の少ない高断熱性のゴムや、スポンジ状のゴム）で構成されるため、タイヤの基本的な機能（安全走行に関わる耐傷性能などの走行性能等）が損なわれることが懸念される。つまり、この構造（特に、高断熱性のゴムからなる外層３ｂ）を一般的なタイヤ構造に単純に適用することはできず、タイヤ構造自体や他の部位の材質等にも修正が必要になる可能性があった。そのため、タイヤの基本的な機能を損なうことなく、タイヤ温度（サイドウォール部の温度）の効果的な上昇を可能にし、転がり抵抗の低減を可能にする汎用性の高い対策が求められている。

特開２００９‐１６６５２６号公報

本発明の目的は、短距離走行を行う頻度が多くても優れた転がり抵抗性能を発揮する空気入りタイヤの製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明の空気入りタイヤの製造方法は、タイヤ周方向に延在して環状をなすトレッド部と、該トレッド部の両側に配置された一対のサイドウォール部と、これらサイドウォール部のタイヤ径方向内側に配置された一対のビード部とを備えた空気入りタイヤを加硫した後、加硫後の前記空気入りタイヤの前記サイドウォール部の外表面に、後付けされる追加部材として直径１０μｍ〜１００μｍの粒子状中空体と基材となる粘着剤との複合材である粘着性バルーンからなり断熱性を有するコーティング層を形成し、前記コーティング層の厚さｔを０．１ｍｍ〜０．８ｍｍに設定し、且つ、前記コーティング層を構成するコーティング材のヤング率Ｅと前記コーティング層の厚さｔとの積Ｅｔを５０Ｎ／ｍ〜５００Ｎ／ｍに設定することを特徴とする。

本発明では、上述のようにサイドウォール部の外表面に断熱性を有するコーティング層が形成されるので、このコーティング層によりサイドウォール部が保温されて、走行時にタイヤ温度（サイドウォール部の温度）の効率的な上昇を図ることができ、転がり抵抗を効果的に低減することができる。特に、このコーティング層が存在することで、タイヤ温度（サイドウォール部の温度）を短時間で優れた転がり抵抗が発揮される温度まで上昇することができ、転がり抵抗を効率的かつ効果的に低減するには有利になる。このとき、コーティング層は加硫後の空気入りタイヤに対して任意で後付けされる付加的な追加部材として設けられるので、コーティング層はタイヤの保温（即ち、転がり抵抗の低減）のみに寄与して、タイヤ本体の基本的な機能には寄与せず、タイヤ本体の基本的な機能はタイヤ本体のみで担保される。即ち、このコーティング層を用いたとしても、タイヤの基本的な性能に影響を与えることがなく、これを確実に維持することができる。また、このコーティング層は保温（即ち、転がり抵抗の低減）のみに寄与する追加部材であるので、既存のタイヤに必要に応じて適用することが可能であり汎用性にも優れる。

本発明では、コーティング層の厚さｔが１．０ｍｍ未満であることが好ましい。このようにコーティング層が充分に薄いことで、コーティング層が存在することによるタイヤ本体への影響を抑えることができ、タイヤの基本的な性能を維持するには有利になる。

本発明では、コーティング層を構成するコーティング材の熱伝導率λが０．１Ｗ／（ｍ・Ｋ）未満であることが好ましい。このような材質を用いることで、サイドウォール部を確実に保温することが可能になり、効果的に転がり抵抗を低減するには有利になる。尚、本発明において、熱伝導率λとは、熱線(プローブ)法（ＪＩＳ Ｒ２６１６）の規定に基づいて算出されるものとする。

本発明では、コーティング層を構成するコーティング材のヤング率Ｅとコーティング層の厚さｔとの積Ｅｔが１０００Ｎ／ｍ以下であることが好ましい。このようにコーティング層の特性を限定することで、コーティング層がサイドウォール部の変形等に追従し易くなり、コーティング層が存在することによるタイヤ本体への影響を抑えることができ、タイヤの基本的な性能を維持するには有利になる。尚、本発明において、ヤング率Ｅとは、ＪＩＳ Ｋ７１００により定められるところの標準雰囲気中におけるヤング率である。

本発明によって製造される空気入りタイヤの一例を示す子午線半断面図である。 走行距離・時間に対するサイドウォール部温度と転がり抵抗との関係を模式的に示す説明図である。 走行時間に対するサイドウォール部の温度および転がり抵抗の関係を示すグラフである。

以下、本発明の構成について添付の図面を参照しながら詳細に説明する。

図１に、本発明の空気入りタイヤの製造方法によって製造される空気入りタイヤの一例を示す。この図１において、符号ＣＬはタイヤ赤道を表わす。この空気入りタイヤは、タイヤ周方向に延在して環状をなすトレッド部１と、トレッド部１の両側に配置された一対のサイドウォール部２と、これらサイドウォール部２のタイヤ径方向内側に配置された一対のビード部３とから構成される。

左右一対のビード部３間にはカーカス層４が装架されている。このカーカス層４は、タイヤ径方向に延びる複数本の補強コードを含み、各ビード部３に配置されたビードコア５の廻りに車両内側から外側に折り返されている。また、ビードコア５の外周上にはビードフィラー６が配置され、このビードフィラー６がカーカス層４の本体部と折り返し部とにより包み込まれている。一方、トレッド部１におけるカーカス層４の外周側には複数層（図示の例では２層）のベルト層７が埋設されている。各ベルト層７は、タイヤ周方向に対して傾斜する複数本の補強コードを含み、かつ層間で補強コードが互いに交差するように配置されている。これらベルト層７において、補強コードのタイヤ周方向に対する傾斜角度は例えば１０°〜４０°の範囲に設定されている。更に、ベルト層７の外周側にはベルト補強層８（図示の例ではベルト層７の全幅を覆う２層のベルト補強層８）が設けられている。ベルト補強層８は例えばタイヤ周方向に配向する有機繊維コードを含む。ベルト補強層８において、有機繊維コードはタイヤ周方向に対する角度が例えば０°〜５°に設定されている。タイヤ内面にはインナーライナー層９が設けられている。このインナーライナー層９は空気透過防止性能を有するブチルゴムを主体とするゴム組成物や、空気透過防止性能を有する樹脂等（熱可塑性樹脂または熱可塑性樹脂中にエラストマーが分散した熱可塑性エラストマー組成物）で構成され、タイヤ内に充填された空気がタイヤ外に透過することを防いでいる。

トレッド部１におけるカーカス層４の外周側にはトレッドゴム層１０が配され、サイドウォール部２におけるカーカス層４の外周側（タイヤ幅方向外側）にはサイドゴム層２０が配され、ビード部３におけるカーカス層４の外周側（タイヤ幅方向外側）にはリムクッションゴム層３０が配されている。トレッドゴム層１０は、物性の異なる２種類のゴム層（キャップトレッドゴム層、アンダートレッドゴム層）をタイヤ径方向に積層した構造であってもよい。

本発明の製造方法によって製造された空気入りタイヤは、上述の基本構造に加えて、サイドウォール部２の外表面の少なくとも一部にコーティング層４０を備える。尚、このコーティング層４０は、後述のようにサイドウォール部２を保温して空気入りタイヤの転がり抵抗を低減するためのものであり、サイドウォール部２の保温（転がり抵抗の低減）が求められる場合に任意で設けられるものである。

本発明は、このコーティング層４０の施工方法に関するので、コーティング層４０を除いた空気入りタイヤの基本的な構造は上述の構造に限定されるものではない。また、コーティング層４０は後述のように加硫成形されたタイヤに後付けで施工されるので、コーティング層４０を除いた空気入りタイヤの製造方法は特に限定されず、従来の一般的な方法で製造することができる。

本発明の空気入りタイヤの製造方法では、通常の方法で加硫を行った空気入りタイヤに対してコーティング層４０を施工する。具体的には、空気入りタイヤを加硫した後、加硫後の空気入りタイヤのサイドウォール部２の外表面に、任意に後付けされる追加部材として断熱性を有するコーティング層４０を形成する。

このようにコーティング層４０を設けることで、断熱性を有するコーティング層４０によってサイドウォール部２が保温されて、走行時にタイヤ温度（サイドウォール部２の温度）の効率的な上昇を図ることができる。転がり抵抗はタイヤ温度（サイドウォール部２の温度）によって変化し、タイヤ温度（サイドウォール部２の温度）が高いほど転がり抵抗は低減するので、コーティング層４０が存在することで、効果的に転がり抵抗を低減することができる。具体的には、走行中のタイヤ温度は、通常は、図２（ａ）の実線で示すように、走行初期から徐々に上昇して、走行距離や走行時間が一定以上になると発熱と放熱が釣り合って略一定の温度に収束する。このようなタイヤ温度の変化に応じて、転がり抵抗は、図２（ａ）の一点鎖線で示すように、走行初期から徐々に低下して、タイヤ温度が一定になる頃になって初めてタイヤが潜在的に有する本来の低い転がり抵抗が発揮されるようになる。これに対して、本発明のコーティング層４０が設けられた場合、サイドウォール部２の保温性が高まり、放熱が抑えられるので、図２（ｂ）に示すように、タイヤ温度（図２（ｂ）の実線）が従来（図２（ｂ）の破線）よりも早く上昇するので、これに応じて転がり抵抗（図２（ｂ）の一点鎖線）も従来（図２（ｂ）の破線）よりも早く低下して、走行距離や走行時間が短くても、早い段階でタイヤが潜在的に有する本来の低い転がり抵抗が発揮されるようになる。

このとき、コーティング層４０は加硫後の空気入りタイヤに対して任意で後付けされる付加的な追加部材として設けられるので、コーティング層４０はタイヤの保温（即ち、転がり抵抗の低減）のみに寄与して、タイヤ本体の基本的な機能には寄与せず、タイヤ本体の基本的な機能はタイヤ本体のみで担保される。即ち、このコーティング層４０を用いたとしても、タイヤの基本的な性能に影響を与えることがなく、タイヤの基本的な性能を確実に維持することができる。また、このコーティング層４０は保温（即ち、転がり抵抗の低減）のみに寄与する追加部材であるので、既存のタイヤに必要に応じて適用することが可能であり汎用性にも優れる。

更に、サイドウォール部２は他物体への接触等で損傷を受け易い部位であり、その外表面に設けられたコーティング層４０も外傷の影響を受けやすいが、コーティング層４０はタイヤ本体とは機能上独立した後付けの追加部材であるので、損傷を受けた場合であっても容易にコーティング層４０のみの補修や交換を行うことができる。

コーティング層４０は上記のように断熱性を有してサイドウォール部２を保温することができればよいが、好ましくは、８０ｋｍ／ｈで３０分以上の慣らし運転を行った後のサイドウォール部２（サイドゴム２０）の温度を、コーティング層４０を設けない場合よりも３℃以上高めることができる断熱性を有するとよい。このような断熱性を有することで、確実にサイドウォール部２を保温することができ、効果的に転がり抵抗を低減するには有利になる。尚、サイドウォール部２（サイドゴム２０）の温度とは、サイドウォール部２の表面温度ではなく、断面中央付近の温度を示す。

このような特性のコーティング層４０を構成するコーティング材としては、熱伝導率λが好ましくは０．１Ｗ／（ｍ・Ｋ）未満、より好ましくは０．０３Ｗ／（ｍ・Ｋ）〜０．０８Ｗ／（ｍ・Ｋ）であるものを用いるとよい。空気入りタイヤに一般的に用いられるゴム組成物の熱伝導率λは、ゴム組成物がカーボンブラックを含む場合には例えば０．２Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度であり、ゴム組成物がカーボンブラックを含まない場合には例えば０．１Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度であるので、コーティング層４０の熱伝導率λを前述の範囲に設定することで、コーティング層４０の断熱性をタイヤ本体よりも充分に高めることができ、効果的にサイドウォール部２を保温することができる。

コーティング層４０を構成するコーティング剤の熱伝導率λは、上述の範囲を満たしていればよいが、好ましくはタイヤ本体を構成するゴム組成物（特に、サイドウォール部２を構成するサイドゴム２０）の熱伝導率λの１／２以下に設定するとよい。これにより、タイヤ本体の熱伝導率との対比から、効果的にタイヤ本体（サイドウォール部２）を保温することができる。

コーティング層４０はサイドウォール部２の外表面に設けられるが、サイドウォール部２は走行中に大きく変形する部位である。そのため、コーティング層４０の厚さｔを好ましくは１．０ｍｍ未満、より好ましくは０．１ｍｍ〜０．８ｍｍに設定して、コーティング層４０がサイドウォール部２の変形に追従できるようにするとよい。このとき、コーティング層４０の厚さｔが１．０ｍｍよりも大きいと、コーティング層４０もタイヤ骨格の一部として機能してタイヤの基本的な性能に悪影響を及ぼす虞がある。

単にコーティング層４０の厚さを上述の範囲に設定するだけでなく、コーティング層４０を構成するコーティング材の弾性率（ヤング率）についても適切な範囲に設定することが、変形の大きいサイドウォール部２の外表面にコーティング層４０を設けるうえでは有利である。特に、コーティング層４０の物性や厚さによって、コーティング層４０自体が構造物として転がり抵抗を悪化させる要因になり得るため、これを避けることが好ましい。そのため、コーティング層４０を構成するコーティング材のヤング率Ｅと前記コーティング層の厚さｔとの積Ｅｔを好ましくは１０００Ｎ／ｍ以下、より好ましくは５０Ｎ／ｍ〜５００Ｎ／ｍに設定するとよい。このように積Ｅｔを設定することで、厚さと柔らかさのバランスを良好にすることができ、コーティング層４０が構造物として転がり抵抗に与える影響を充分に小さくすることができる。

上述の特性を有するコーティング層４０としては、例えば、ウレタン発泡体や、粘着性バルーンを用いることができる。これら材質であれば、熱伝導率λを充分に低減し、且つ、コーティング層４０の厚さｔを充分に薄くすることができる。

ウレタン発泡体を用いる場合、例えば、サイドウォール部２の外表面を構成するサイドゴム２０（加硫ゴム）に対して接着性を有する発泡性ウレタンフォームを塗布し、発泡・硬化を行った後、発泡性ウレタンフォームを塗布した面の凹凸をサンドペーパー等で平坦に仕上げて、厚さを所定の範囲（前述の１ｍｍ未満）に調整することで、コーティング層４０を形成することができる。このようなウレタン発泡体を用いる場合、ウレタン発泡体の発泡倍率は、例えば２００％〜５００％にするとよい。

粘着性バルーンとは、粘着剤を基材とする粒子状中空体（バルーン）の複合材であり、これを用いる場合、例えば、サイドウォール部２の外表面を構成するサイドゴム２０（加硫ゴム）に対して、エチレン酢酸ビニル共重合体の水エマルジョン（ポリマー重量として１００）に、平均直径３０ミクロンの有機系中空バルーン（重量として１００）を混合したペースト状液体を塗布し、乾燥させて、更には前記中空バルーンのみを打粉しているので形成されたコーティング層４０の表面の粘着感は無くなっている。基材となる粘着剤としては、例えばエチレン酢酸ビニル共重合体、アクリル系ポリマーを含む粘着剤等を用いることができる。粒子状中空体（バルーン）の直径は、例えば１０μｍ〜１００μｍにするとよい。また、粒子状中空体（バルーン）は、基材となる粘着剤やゴムと同程度の硬度を有し、サイドウォール部２に追従して変形可能な有機系材質を用いることが好ましい。

コーティング層４０はタイヤ本体の基本的な性能（支える・転がる・曲がる・緩衝するなど）には寄与せず、タイヤの保温（転がり抵抗の低減）を目的として後付けされる追加部材であるので、既成のタイヤにユーザーの希望に応じてオプションとして付加することができる。このようなユーザーの希望に応じたオプションという観点から、コーティング層４０に彩色や印刷を用いて装飾（記号・文字・模様などの標章）を設けて視覚的意味を付与したり、装飾性を高めるようにしてもよい。

このとき、コーティング層４０はタイヤを保温して温度上昇を促進させるものであるので、前述の装飾の少なくとも一部が温度によって色彩が変化するようにしてもよい。これにより、タイヤの温度上昇（転がり抵抗の改善）の程度を視認することが可能になる。また、装飾部が変化することによる装飾性の向上や、視覚的意味の表現性の向上を図ることができる。

タイヤサイズが１９５／６５Ｒ１５であり、図１に示す基本構造を有する既存の空気入りタイヤのサイドウォール部の外表面にコーティング層を施工するにあたって、コーティング層の種類を表１のように設定して、従来例１、実施例１〜２の３種類の空気入りタイヤを試験した（尚、粘着性バルーンの代わりにウレタン発泡体を用いた実施例２は参考例である）。

尚、従来例１はサイドウォール部の外表面にコーティング層を施工しない例である。また、粘着性バルーンを用いた実施例１では、サイドウォール部の外表面に対してエチレン酢酸ビニル共重合体の水エマルジョン（ポリマー重量として１００）に、平均直径３０ミクロンの有機系中空バルーン（重量として１００）を混合したペースト状液体を塗布し、乾燥させて、更には前記中空バルーンのみを打粉してコーティング層を形成した。このコーティング層は厚さが約０．８ｍｍで、同一材料から作成した厚さ２０ｍｍの試験サンプルを用いて測定した熱伝導率が０．１２Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。

ウレタン発泡体を用いた実施例２では、サイドウォール部の外表面に対して接着性を有する発泡性ウレタンフォームを塗布し、発泡・硬化を行った後、発泡性ウレタンフォームを塗布した面の凹凸をサンドペーパー等で平坦に仕上げて、厚さを１．０ｍｍに調整することでコーティング層を形成した。このコーティング層は発泡倍率が約３００％であり、同一材料から作成した厚さ２０ｍｍの試験サンプルを用いて測定した熱伝導率は０．０４Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。コーティング層を形成する気泡は０．２ｍｍ〜０．５ｍｍあり、仕上げの際には気泡が破れることはあったが表面近くに限られている。

これら３種類の空気入りタイヤについて、リムサイズ６ＪＪのホイールに組み付けて、半径８５４ｍｍのドラムを備えた転がり抵抗試験機に装着し、初期温度５℃、空気圧２１０ｋＰａ、荷重４．８２ｋＮ、速度８０ｋｍ／ｈの条件にて３０分間の走行試験を実施し、走行中のサイドウォール部の温度（断面内温度）と転がり抵抗を測定した。この測定値を用いて、走行時間に対する温度および転がり抵抗の関係を示すグラフ（図３）を作成した。図３において、破線が従来例１、実線が実施例１、一点鎖線が実施例２に対応する。また、図３の横軸の走行時間の単位は秒である。尚、転がり抵抗の値としては試験開始時の従来例１の転がり抵抗を１００とする指数を用いた。

［図３］この測定結果に基づいて、３０分走行後の従来例１に対する実施例１，２の温度
差と転がり抵抗差を算出して、表１に併せて示した。

表１から明らかなように、コーティング層を設けた実施例１，２は、コーティング層を設けない場合よりもサイドウォール部の温度を高めることができ、それにより転がり抵抗を低減することができた。

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 ビードフィラー
７ ベルト層
８ ベルトカバー層
９ インナーライナー層
１０ トレッドゴム層
２０ サイドゴム層
３０ リムクッションゴム層
４０ コーティング層
ＣＬ タイヤ赤道

Claims (2)

1. タイヤ周方向に延在して環状をなすトレッド部と、該トレッド部の両側に配置された一対のサイドウォール部と、これらサイドウォール部のタイヤ径方向内側に配置された一対のビード部とを備えた空気入りタイヤを加硫した後、加硫後の前記空気入りタイヤの前記サイドウォール部の外表面に、後付けされる追加部材として直径１０μｍ〜１００μｍの粒子状中空体と基材となる粘着剤との複合材である粘着性バルーンからなり断熱性を有するコーティング層を形成し、前記コーティング層の厚さｔを０．１ｍｍ〜０．８ｍｍに設定し、且つ、前記コーティング層を構成するコーティング材のヤング率Ｅと前記コーティング層の厚さｔとの積Ｅｔを５０Ｎ／ｍ〜５００Ｎ／ｍに設定することを特徴とする空気入りタイヤの製造方法。
2. 前記コーティング層を構成するコーティング材の熱伝導率λが０．１Ｗ／（ｍ・Ｋ）未
   満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の製造方法。

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