JPWO2013001654A1 - 空気入りタイヤ用トレッド - Google Patents
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Abstract
気柱共鳴音を低減し、排水性能を維持しつつ、トレッド部と同程度にフレキシブルフェンスを摩耗させることが出来る空気入りタイヤ用トレッドを提供する。本発明による空気入りタイヤ用トレッド１は、ゴム組成物により形成されたトレッドであって、主溝３が形成されたトレッド部２と、主溝内に形成された複数のフレキシブルフェンス４とを有し、フレキシブルフェンスは、少なくともトレッド部のゴム組成物と異なるフェンス用ゴム組成物により形成され、フェンス用ゴム組成物は、トレッド部のゴム組成物の摩耗性指数に対し2倍以上の摩耗性指数を有し、かつ、(a)ジエンエラストマー、(b) 100m2/g未満のBET比表面積を有するカーボンブラック、無機充填剤、有機充填剤およびこれら充填剤の混合物からなる群から選ばれる20phrと120phrの間の補強用充填剤、(c)液体可塑剤、炭化水素樹脂およびそれらの混合物からなる群から選ばれる可塑化系、および、(d)加硫系をベースとする充填組成物を含む。
Description
本発明は、空気入りタイヤ用トレッドに関し、詳しくは、トレッドの主溝にフレキシブルフェンスを形成して気柱共鳴音を低減し、排水性能を維持しつつ、フレキシブルフェンスとトレッド部を同程度に摩耗させることが出来る空気入りタイヤ用トレッド、およびそのようなトレッドを有する空気入りタイヤに関する。
タイヤのトレッドに形成された主溝の気柱共鳴音は、その主溝と路面とで形成される管内（気柱）の共鳴により発生し、その共鳴周波数は、路面との間で形成される主溝の気柱の長さに依存する。
この気柱共鳴音は車輌内外の騒音という形で現れ、多くの場合人間の耳に届きやすい１ｋＨｚ前後にそのピークを持つ。この主溝の気柱共鳴音を低減させる技術として、主溝の溝壁や溝底から延び、主溝の全て、もしくは大半を遮断する、いわゆるフレキシブルフェンス、つまり突起物を設け、主溝の形成方向の空気の流れを遮ることにより、気柱共鳴音を低減させるようにする技術が知られている。しかしながら、主溝の形成方向の空気の流れを遮ることにより、濡れた路面を走行した際に、主溝内に入り込んだ水の主溝内の流れもが遮られることになり、空気入りタイヤと路面との間に介在する水の排水性が低下するため、濡れた路面での操縦安定性が低下する。
特許文献１の図４には、主溝内に、その溝内の対向する溝壁及び溝底からそれぞれ延びる３つのグルーブフェンス３（フレキシブルフェンス）を互いに隙間を設けて配置することにより、気柱共鳴音の低減と排水性を両立させるようにした技術が開示されている。
また、特許文献２の図３には、主溝内の溝底から延びる隔壁３０（フレキシブルフェンス）を、主溝開口部からの大部分を溝壁に接触しないように配置することにより、気柱共鳴音の低減と排水性を両立させるようにした技術が開示されている。
しかしながら、上記特許文献１及び特許文献２に開示された技術では、フレキシブルフェンスを機能させるために、フレキシブルフェンスのタイヤ周方向の厚みが薄く変形しやすいものとなっている。そのため、使用する材料によっては、走行を重ねていった際、変形し易いフレキシブルフェンスがトレッド部に比べて摩耗しにくく、フレキシブルフェンスとトレッド部との摩耗量に差異が生じることになる。このような摩耗量の差異に起因して、フレキシブルフェンスがトレッド部の表面（トレッド踏面を形成するトレッドの面）から突出するようになり、走行時、そのようなトレッド面から突出するようになったフレキシブルフェンスが路面を叩いて異音が発生するという問題点がある。このような異音の発生は、気柱共鳴音を低減させて騒音を低下させるという、上述したフレキシブルフェンスの本来の役割に反するものである。また、このようなフレキシブルフェンスのトレッド部からの突出によってフレキシブルフェンスの意図しない部分が路面と接地することなどにより、フレキシブルフェンスが早期に摩耗或いは破損してしまうという問題点がある。
そこで本発明は、上述した従来技術が抱える問題点を解決するためになされたものであり、排水性能を維持しつつフレキシブルフェンスのトレッド部からの突出を抑制し、また、フレキシブルフェンスの早期摩耗に起因する気柱共鳴音低減効果の低下を抑制することが出来る空気入りタイヤ用トレッド及びそのトレッドを有する空気入りタイヤを提供することを目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明は、タイヤ転動時に路面と接触する、ゴム組成物により形成された空気入りタイヤ用トレッドであって、底面及び対向する２つの壁面を有し且つ深さＤ及び幅Ｗを有する少なくとも一本の主溝が形成されたトレッド部と、複数のフレキシブルフェンスであって、厚さＥを有し、主溝の断面積の少なくとも７０％を遮るように主溝内で延び、且つ、タイヤ転動時、トレッド踏面内の主溝内に少なくとも１つ存在するような間隔で配置された、複数のフレキシブルフェンスと、を有し、複数のフレキシブルフェンスは、少なくともトレッド部のゴム組成物と異なるフェンス用ゴム組成物により形成され、フレキシブルフェンスのフェンス用ゴム組成物は、トレッド部のゴム組成物の摩耗性指数に対し2倍以上の摩耗性指数を有し、かつフェンス用ゴム組成物は、
(a)ジエンエラストマー；
(b) 100m2/g未満のBET比表面積を有する、カーボンブラック、無機充填剤、有機充填剤およびこれら充填剤の混合物からなる群から選ばれる、20phrと120phrの間、好ましくは30phrと100phrの間の補強用充填剤；
(c)液体可塑剤、炭化水素樹脂およびそれらの混合物からなる群から選ばれる可塑化系；および、
(d)加硫系
をベースとする充填組成物を含むことを特徴としている。
(a)ジエンエラストマー；
(b) 100m2/g未満のBET比表面積を有する、カーボンブラック、無機充填剤、有機充填剤およびこれら充填剤の混合物からなる群から選ばれる、20phrと120phrの間、好ましくは30phrと100phrの間の補強用充填剤；
(c)液体可塑剤、炭化水素樹脂およびそれらの混合物からなる群から選ばれる可塑化系；および、
(d)加硫系
をベースとする充填組成物を含むことを特徴としている。
このように構成された本発明においては、主溝内に形成され、主溝の断面積の少なくとも７０％を遮断し、タイヤ転動時、トレッド踏面内の主溝内に少なくとも１つ存在するような間隔で配置されるフレキシブルフェンスにより、路面との間で形成される主溝の気柱の長さを、フレキシブルフェンスを形成しない場合に対して変更して、気柱共鳴音のピークを人間の耳に届きやすい周波数帯から外すことが容易になり、その結果、気柱共鳴音による騒音が改善される。
さらに本発明においては、フェンス用ゴム組成物に、トレッド部を形成するゴム組成物よりも高い摩耗性指数を示す、100m2/g未満のBET比表面積を有する補強性充填剤を20phrと120phrの間含んでいるため、フレキシブルフェンスをトレッド部と同程度に摩耗させることができる。このような補強用充填剤としては、通常のタイヤトレッドを製造するために使われるゴム組成物に対する補強性を有している充填剤、例えばカーボンブラックのような有機充填剤、シリカのような補強用無機充填剤、もしくはそのような充填剤の混合物、特にカーボンブラックとシリカを混合した充填剤を使用することができる。本発明において、好ましくは、このようなゴム組成物の補強用充填剤の量は、30phrと100phrの間であり、より好ましくは30phrと80phrの間、更に好ましくは30phrと60phrの間である。
なお、トレッド部を形成するゴム組成物に使用される補強用充填剤は、フェンス用ゴム組成物に使用される補強用充填剤よりも大きなBET比表面積を有することが好ましく、具体的には120m2/g以上、より好ましくは140m2/gと220m2/gの間のBET比表面積を有することが好ましい。
なお、トレッド部を形成するゴム組成物に使用される補強用充填剤は、フェンス用ゴム組成物に使用される補強用充填剤よりも大きなBET比表面積を有することが好ましく、具体的には120m2/g以上、より好ましくは140m2/gと220m2/gの間のBET比表面積を有することが好ましい。
カーボンブラックとしては、全てのカーボンブラック、特に、タイヤトレッドにおいて通常使用されるHAF、ISAFまたはSAFタイプのブラック類(“タイヤ級”ブラック類)が適している。そのようなブラック類のうちでは、さらに詳細には、次のものを挙げることができる：例えば、ブラック類 N550、N539、N660、N683、N772、N765およびN990のような、500、600、700または900シリーズの補強用カーボンブラック類(ASTM級)である。カーボンブラックは、例えば、マスターバッチの形で、イソプレンエラストマー中に既に混入させていてもよい(例えば、国際公開第WO 97/36724号または同WO 99/16600号を参照されたい)。カーボンブラック以外の有機充填剤の例としては、国際公開第WO 2006/069792号および同WO 2006/069793号に記載されているような官能化ポリビニル芳香族有機充填剤を挙げることができる。“補強用無機充填剤”は、本出願においては、定義により、カーボンブラックに対比して“白色充填剤”、“明色充填剤”または“非黒色充填剤”としてさえ称する、それ自体で、中間カップリング剤以外の手段によることなく、タイヤ製造を意図するゴム組成物を補強し得、換言すれば、通常のタイヤ級カーボンブラックとその補強機能において置換わり得る、その色合およびその起源(天然または合成)の如何にかかわらない任意の無機または鉱質充填剤を意味するものと理解すべきである。そのような充填剤は、一般に、知られているとおり、その表面でのヒドロキシル(‐OH)基の存在に特徴を有する。補強用無機充填剤は、任意の物理的状態、即ち、粉末、ミクロスフィア、顆粒、ビーズまたは任意の他の適切な濃密化形であり得る。勿論、補強用無機充填剤は、種々の補強用無機充填剤、特に、下記で説明するような高分散性シリカ質および/またはアルミナ質充填剤の混合物を含むことも理解されたい。適切な補強用無機充填剤は、特に、シリカ質タイプの鉱質充填剤、特にシリカ(SiO2)、またはアルミナ質タイプの鉱質充填剤、特にアルミナ(Al2O3)である。使用するシリカは、当業者にとって既知の任意の補強用シリカ、特に、共に100m2/g未満、好ましくは5〜80m2/g範囲、より好ましくは10〜70m2/g範囲であるBET表面積とCTAB比表面積を有する任意の沈降または焼成シリカであり得る。高分散性沈降シリカ(“HDS”)としては、例えば、次のものを挙げることができる。
：Degussa社からのシリカ類 Ultrasil 7000およびUltrasil 7005；Rhodia 社からのシリカ類 Zeosil 1165MP、1135MPおよび1115MP；PPG社からのシリカ Hi‐Sil EZ150G；Huber社からのシリカ類 Zeopol 8715、8745または8755。高分散性沈降アルミナとしては、例えば次のものを挙げることができる。
：Baikowski社からのアルミナBaikalox CR125；Sumitomo Chemicals社からのAKP-G015。
：Degussa社からのシリカ類 Ultrasil 7000およびUltrasil 7005；Rhodia 社からのシリカ類 Zeosil 1165MP、1135MPおよび1115MP；PPG社からのシリカ Hi‐Sil EZ150G；Huber社からのシリカ類 Zeopol 8715、8745または8755。高分散性沈降アルミナとしては、例えば次のものを挙げることができる。
：Baikowski社からのアルミナBaikalox CR125；Sumitomo Chemicals社からのAKP-G015。
本明細書においては、BET比表面積は、知られている通り、"The Journal of the American Chemical Society", Vol. 60, page 309, February 1938に記載されているBrunauer-Emmett-Teller法を使用して、さらに具体的には、1996年12月のフランス規格 NF ISO 9277に従って、ガス吸着によって測定される(多点容量測定法(5点法)；ガス：窒素、脱ガス：160℃で1時間、相対圧力範囲 p/po：0.05〜0.17)。
本発明において、好ましくは、補強用充填剤は、特にシリカもしくはカーボンブラックである場合、500nm未満の平均粒度(重量平均)を有するナノ粒子である。より好ましくは、ナノ粒子の平均粒度(重量平均)は20nmと200nmの間であり、さらに好ましくは20nmと150nmの間である。
dWで示すナノ粒子の平均粒度(重量平均)は、水または界面活性剤含有水溶液中の分析すべき充填剤の超音波解凝集による分散後に、通常通りに測定する。
シリカのような無機充填剤においては、測定は、Brookhaven Instruments社から販売されているXDC (X線ディスク遠心分離機) X線遠心沈降速度計によって、下記の操作方法に従い実施する。即ち、40mlの水中の3.2gの分析すべき無機充填剤試験標本からなる懸濁液を、1500W超音波プローブ(Bioblock社から販売されている1.91cm (3/4インチ) Vibracellソニケーター)を60%出力にて(即ち、最高“出力制御”位置から60％離れて) 8分間操作することによって調製する。超音波処理後、15mlの懸濁液を回転ディスク中に導入する。120分間の沈降後、粒度の質量分布および粒子の質量平均粒度dWを、XDC沈降速度計ソフトウェアによって算出する(dW ＝ Σ(nidi 5) / Σ(nidi 4)；式中、niは、粒度または直径群diの対象数である)。
カーボンブラックにおいては、この手順を、15容量%のエタノールおよび0.05容量%のノニオン界面活性剤を含む水溶液によって実施する。測定は、DCPタイプの遠心光沈降速度計(Brookhaven Instruments社から販売されているディスク遠心光沈降速度計)によって行う。10mgのカーボンブラックを含む懸濁液を、15容量%のエタノールおよび0.05容量%のノニオン界面活性剤を含む40mlの水溶液中で、600W超音波プローブ(Bioblock社から販売されている1.27cm (1/2インチ) Vibracellソニケーター)を60%出力にて(即ち、“勾配(tip)振幅”の最高位置の60％において) 10分間操作することによって予め調製する。超音波処理中に、15mlの水 (0.05%のノニオン界面活性剤を含有する)および1mlのエタノールからなる密度勾配を8000rpmで回転する沈降速度計ディスク中に注入して、“階段勾配”を形成させる。次に、0.3mlのカーボンブラック懸濁液を、上記勾配の表面上に注入する。120分続く沈降処理後に、粒度の質量分布および質量平均粒度dWを、上述したようにして沈降速度計ソフトウェアによって算出する。
ここで、タイヤ転動中、フレキシブルフェンスがトレッド踏面を通過時に直接路面と接触する状態のとき、フレキシブルフェンス先端部が路面と接触した際に受ける反力により、路面とフレキシブルフェンスとの間で接地圧力及び滑りを生じる。本発明においては、フェンス用ゴム組成物の摩耗性指数がトレッド部のゴム組成物の摩耗性指数よりも大きいため、フレキシブルフェンスの変形に起因して接地圧力及び滑り量が小さくなっても、効果的に摩耗を生じさせることができ、その結果、トレッド部の摩耗量と同程度にフレキシブルフェンスを摩耗させることが出来る。言い換えると、フェンス用ゴム組成物の摩耗性指数をトレッド部のゴム組成物の摩耗性指数の2倍より小さくすると、フレキシブルフェンスが路面と接触した際に発生する接地圧力及び滑りが小さい場合に摩耗しにくく、トレッド部と同程度にフレキシブルフェンスを摩耗させることができなくなってしまうのである。この2倍以上の摩耗性指数は、本発明者らが、上述した、気柱共鳴音を低減し、排水性能を維持しつつ、フレキシブルフェンスをトレッド部と同程度に摩耗させる空気入りタイヤ用トレッドの開発にあたり、そのような作用（特に、排水性能、フレキシブルフェンスの摩耗性能）を評価する過程で適切なものとして見出した数値であり、その数値を上記範囲（2倍以上）とすれば、上述した作用が効果的に得られることを解析及び実験により見出したものである。
フレキシブルフェンスを備えたタイヤトレッドを製造する方法としては、例えば本出願人による2009年の特許出願（2010年10月23日公開の国際公開第WO2010/146180号）に記載の方法などがある。
ここで、「溝」とは、通常の使用条件下で相互に接触することのない二つの対向する面（壁面）を、他の面（底面）により接続して構成された、幅及び深さを持つ空間のことをいう。
また、「主溝」とは、流体の排水を主に受け持つ、トレッドに形成される種々の溝の中で比較的広い幅を持つ溝のことをいう。主溝は、多くの場合、直線状、ジグザグ状又は波状にタイヤ周方向に延びる溝を意味するが、タイヤ回転方向に対して角度を持って延びる、流体の排水を主に受け持つ比較的広い幅を持つ溝も含まれる。
また、「トレッド踏面」とは、タイヤを下記の産業規格で定められている適用リムに装着すると共に、定格内圧を充填し、定格荷重を負荷した際に路面と接触するトレッドの表面領域のことをいう。
また、「規格」とは、タイヤが生産または使用される地域に有効な産業規格によって定められるものである。例えば、産業規格は、欧州ではＥＴＲＴＯ（Ｔｈｅ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｔｙｒｅ ａｎｄ Ｒｉｍ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ）の“ＳＴＡＮＤＡＲＤＳ ＭＡＮＵＡＬ”であり、米国ではＴＲＡ（ＴＨＥ ＴＩＲＥ ＡＮＤ ＲＩＭ ＡＳＳＯＣＩＡＴＩＯＮ ＩＮＣ．）の“ＹＥＡＲ ＢＯＯＫ”であり、日本では日本自動車タイヤ協会（ＪＡＴＭＡ）の“ＪＡＴＭＡ ＹＥＡＲ ＢＯＯＫ”である。また、「適用リム」とは、タイヤのサイズに応じてこれら規格に規定されたリムをいい、「定格内圧」とは、これらの規格において、負荷能力に対応して規定される空気圧をいい、「定格荷重」とは、これらの規格において、タイヤに負荷することが許容される最大の質量をいう。
また、「ゴム組成物の摩耗性」とは、ＪＩＳ Ｋ６２６４−１およびＪＩＳ Ｋ６２６４−２に準拠して測定する、アクロン摩耗試験において得られるゴム組成物の摩耗体積のことをいう。ゴム組成物の摩耗体積は、前述した規格に基づき、アクロン摩耗試験機を用いて、加硫ゴム試験片の本試験運転の前後での質量の差から求められる。研磨輪の回転数は予備運転５００回転、本試験３０００回転とし、試験片と研磨輪との間には１５度の傾角が与えられる。試験片は２７．０Ｎの付加力で研磨輪に押し付けられ、試験片の回転速度は毎分１００回転である。
また、「摩耗性指数」とは、前記「ゴム組成物の摩耗性」を指数化したものであり、数値が大きいほど、摩耗体積が大きいすなわち摩耗速度が速い（摩耗し易い）ことを示す指数のことをいう。この「摩耗性指数」は、複数のゴム組成物の摩耗性を互いに比較するために設けられたものであり、上述した摩耗試験で得られた結果から、基準として所定のゴム組成物の摩耗性の数値を例えば１．００と換算し、一方、比較対象のゴム組成物の摩耗性の数値を同じ換算比率で算出することにより得られる数値である。摩耗性指数の数値が2倍である場合、比較対象のゴム組成物は基準となるゴム組成物より2倍早く摩耗することを示している。
また、「摩耗性指数」とは、前記「ゴム組成物の摩耗性」を指数化したものであり、数値が大きいほど、摩耗体積が大きいすなわち摩耗速度が速い（摩耗し易い）ことを示す指数のことをいう。この「摩耗性指数」は、複数のゴム組成物の摩耗性を互いに比較するために設けられたものであり、上述した摩耗試験で得られた結果から、基準として所定のゴム組成物の摩耗性の数値を例えば１．００と換算し、一方、比較対象のゴム組成物の摩耗性の数値を同じ換算比率で算出することにより得られる数値である。摩耗性指数の数値が2倍である場合、比較対象のゴム組成物は基準となるゴム組成物より2倍早く摩耗することを示している。
ゴム組成物の各種構成成分の含有量はphr（エラストマーもしくはゴム100質量部当たりの質量部）で表される。更に、特に明示しない限りは割合（パーセント、%）は重量%を表し、「aとbの間」で表される間隔はaより大きくかつbより小さい（上限下限数値を含まない）ことを表し、また「aからbまで」で表される間隔はa以上ｂ以下（上限下限数値を含む）であることを表す。
また、「“ジエン”エラストマーまたはゴム」とは、知られている通りに、ジエンモノマー（共役型または共役型でない二個の炭素−炭素二重結合を有するモノマー）に少なくとも一部由来するエラストマー（または数種のエラストマー）、即ち、ホモポリマーまたはコポリマーのことをいう。
本発明において、好ましくは、ジエンエラストマーは、ポリブタジエン(BR)類、ポリイソプレン(IR)類、天然ゴム(NR)、ブタジエンコポリマー類、イソプレンコポリマー類およびこれらエラストマー類の混合物からなる群から選択される。さらに好ましくは、ジエンエラストマーは、天然ゴム、ポリイソプレン類、ｃｉｓ−１，４単位の含量が９０％を超えるポリブタジエン類、ブタジエン／スチレンコポリマーおよびこれらエラストマー類の混合物からなる群から選択される。
本発明において、好ましくは、補強用充填剤のBET比表面積は、5m2/gと80m2/gの間、より好ましくは10m2/gから70m2/gまでである。
本発明において、好ましくは、補強用充填剤中の主充填剤はカーボンブラックであり、その量は、40phrと140phrの間である
本発明において、好ましくは、補強用充填剤中の主充填剤は無機充填剤であり、その量は、50phrと120phrの間である
本発明において、好ましくは、補強用充填剤中の主充填剤は、有機充填剤であり、その量は、50phrと120phrの間である。
本発明において、好ましくは、液体可塑剤が、ナフテンオイル、パラフィン系オイル、MESオイル、TDAEオイル、鉱物油、植物油、エーテル可塑剤、エステル可塑剤、ホスフェート可塑剤、スルホン酸エステル可塑剤およびそれらの混合物からなる群から選択される。本発明において、好ましくは、液体可塑剤の量は、2phrと60phrの間、好ましくは3phrと40phrの間、より好ましくは5phrから20phrまでである。
また、本発明において好ましい実施態様によれば、本発明の組成物は、固形である可塑剤(23℃において)として、例えば国際公開第WO 2005/087859号、同WO 2006/061064号および同WO 2007/017060号に記載されているような、＋20℃よりも高い、好ましくは＋30℃よりも高いTgを示す炭化水素系樹脂も含み得る。炭化水素系樹脂は、当業者にとって周知のポリマーであり、“可塑化用”であるとして付加的に説明される場合、ジエンエラストマー組成物中で本来混和性である。炭化水素系樹脂は、脂肪族または芳香族或いは脂肪族/芳香族タイプでもあり得る、即ち、脂肪族および/または芳香族モノマーをベースとし得る。炭化水素系樹脂は、天然または合成であり得る。さらに、本発明において、好ましくは、可塑化系の炭化水素系樹脂は、シクロペンタジエン(CPDと略記する)またはジシクロペンタジエン(DCPDと略記する)のホモポリマーまたはコポリマー樹脂、テルペン系のホモポリマーまたはコポリマー樹脂、C5留分のホモポリマーまたはコポリマー樹脂、C9留分のホモポリマーまたはコポリマー樹脂、およびこれらの樹脂の混合物からなる群から選ばれる
本発明において、好ましくは、可塑化系は炭化水素系樹脂であり、その量は、2phrと60phrの間であり、より好ましくは3phrと40phrの間、さらに好ましくは5phrから20phrまでである。
本発明において、好ましくは、可塑化系の合計量、例えば炭化水素系樹脂と液体可塑剤とを混合した合計量が、40phrと100phrの間、より好ましくは50phrから80phrまでである。
本発明において、好ましくは、フレキシブルフェンスの厚さEは０．３ｍｍ以上１．０ｍｍ以下である。
このように構成された本発明においては、気柱共鳴音の低減を図りながら、排水性を確保し、トレッド部と同程度にフレキシブルフェンスを摩耗させることが出来る。即ち、フレキシブルフェンスの厚さを０．３ｍｍよりも小さくすると、フレキシブルフェンスの寸法的な剛性の低下により、空気圧によってもフレキシブルフェンスが倒れ込んでしまい、気柱共鳴音の低減効果が減少する恐れがある。また、そのような倒れ込みにより、踏面内でフレキシブルフェンスが地面と接触しにくくなるので、フレキシブルフェンスの摩耗の速さがトレッド部の摩耗の速さに対して著しく低下し、フレキシブルフェンスがトレッド部から突出する恐れがある。一方、フレキシブルフェンスの厚さを１．０ｍｍよりも大きくすると、フレキシブルフェンスが主溝内に倒れこんだ際の主溝の断面の開口割合が小さくなり、排水性が低下する恐れがある。
このように構成された本発明においては、気柱共鳴音の低減を図りながら、排水性を確保し、トレッド部と同程度にフレキシブルフェンスを摩耗させることが出来る。即ち、フレキシブルフェンスの厚さを０．３ｍｍよりも小さくすると、フレキシブルフェンスの寸法的な剛性の低下により、空気圧によってもフレキシブルフェンスが倒れ込んでしまい、気柱共鳴音の低減効果が減少する恐れがある。また、そのような倒れ込みにより、踏面内でフレキシブルフェンスが地面と接触しにくくなるので、フレキシブルフェンスの摩耗の速さがトレッド部の摩耗の速さに対して著しく低下し、フレキシブルフェンスがトレッド部から突出する恐れがある。一方、フレキシブルフェンスの厚さを１．０ｍｍよりも大きくすると、フレキシブルフェンスが主溝内に倒れこんだ際の主溝の断面の開口割合が小さくなり、排水性が低下する恐れがある。
本発明による空気入りタイヤトレッド及びそのトレッドを有する空気入りタイヤによれば、気柱共鳴音を低減し、排水性能を維持しつつ、トレッド部と同程度にフレキシブルフェンスを摩耗させることが出来る。
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。
先ず、図１及至図３により、本発明の一実施形態による空気入りタイヤ用トレッド及びそのトレッドを有する空気入りタイヤを説明する。
図１は、本発明の一実施形態による空気入りタイヤのトレッド部を模式的に示す図であり、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿って見た空気入りタイヤのトレッド部の拡大断面図であり、図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿って見た空気入りタイヤのトレッド部の拡大断面図である。
先ず、図１に示すように、符号１は、本実施形態による空気入りタイヤ用トレッド１を示し、この空気入りタイヤ用トレッド１は、トレッド部２と、後述するフレキシブルフェンス４とを有する。トレッド部２には、ＸＸ‘にて示すタイヤ周方向に延びる幅Wの二本の主溝３が形成されている。主溝３は、３つの面、即ち、対向する壁面３１、３２及び底面（底部）３３を有する。なお、この例におけるタイヤサイズは２２５／５５Ｒ１６であり、トレッド部２のタイヤ回転方向は規定されていない。本実施形態においては、対向する壁面３１、３２はそれぞれタイヤ半径方向に垂直に延び、溝幅Wは１４．５ｍｍであり、溝深さＤは８．０ｍｍである。
この図上には、タイヤが定格内圧に充填され、定格荷重が負荷された際のトレッド踏面５及びその際のトレッド踏面長さＬが図示されている。なお“ＥＴＲＴＯ ＳＴＡＮＤＡＲＤ ＭＡＮＵＡＬ ２０１１”によれば、当該サイズの適用リムは７Ｊ、定格内圧は２５０ｋＰａ、定格荷重は６９０ｋｇであり、本実施形態においては、踏面長さＬは１４３ｍｍである。
先ず、図１及至図３により、本発明の一実施形態による空気入りタイヤ用トレッド及びそのトレッドを有する空気入りタイヤを説明する。
図１は、本発明の一実施形態による空気入りタイヤのトレッド部を模式的に示す図であり、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿って見た空気入りタイヤのトレッド部の拡大断面図であり、図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿って見た空気入りタイヤのトレッド部の拡大断面図である。
先ず、図１に示すように、符号１は、本実施形態による空気入りタイヤ用トレッド１を示し、この空気入りタイヤ用トレッド１は、トレッド部２と、後述するフレキシブルフェンス４とを有する。トレッド部２には、ＸＸ‘にて示すタイヤ周方向に延びる幅Wの二本の主溝３が形成されている。主溝３は、３つの面、即ち、対向する壁面３１、３２及び底面（底部）３３を有する。なお、この例におけるタイヤサイズは２２５／５５Ｒ１６であり、トレッド部２のタイヤ回転方向は規定されていない。本実施形態においては、対向する壁面３１、３２はそれぞれタイヤ半径方向に垂直に延び、溝幅Wは１４．５ｍｍであり、溝深さＤは８．０ｍｍである。
この図上には、タイヤが定格内圧に充填され、定格荷重が負荷された際のトレッド踏面５及びその際のトレッド踏面長さＬが図示されている。なお“ＥＴＲＴＯ ＳＴＡＮＤＡＲＤ ＭＡＮＵＡＬ ２０１１”によれば、当該サイズの適用リムは７Ｊ、定格内圧は２５０ｋＰａ、定格荷重は６９０ｋｇであり、本実施形態においては、踏面長さＬは１４３ｍｍである。
ここで、タイヤ転動中に、トレッド踏面５を通過する各主溝３は、路面との間に気柱を形成し、主溝３の共振周波数は、そのようにして形成された気柱の長さに依存する。本実施形態では、気柱の長さを変化させて気柱共鳴音の周波数を変化させるために、図１乃至図３に示すように、主溝３内にフレキシブルフェンス４が設けられている。図１に示すように、同一の主溝３内に形成される各フレキシブルフェンス４の設置間隔Pは、タイヤ転動中に、少なくとも一つのフレキシブルフェンスが各主溝３の踏面５内に常に存在するように、踏面長さLよりも短い間隔とされている。
次に、図２及び図３に示すように、このフレキシブルフェンス４は、その基底部４１が、主溝３の溝底部３３に図示するように接続され、図３に示すように、フレキシブルフェンス４がタイヤ半径方向（タイヤ回転軸に対して垂直方向）に延びるように設けられている。また、図２に示すように、フレキシブルフェンス４の両側の側面部４２は、上述した接続部（３３）を除き、その全体が、主溝３の対向する壁面３１，３２と所定の隙間を有するよう設けられている。
図１に示すように、フレキシブルフェンス４は、主溝３が延びる方向に対し垂直方向に延びるよう形成されている。フレキシブルフェンス４は、長方形の断面形状を有し、その長方形断面は、幅ｌ（図２参照）と、厚さE（図３参照）とを有している。
また、図２に示すように、フレキシブルフェンス４は、主溝３の長手方向から見て（正面視）長方形状に形成され、図２及び図３に示すように、主溝３の深さＤよりやや低い高さｈを有している。
また、図２に示すように、フレキシブルフェンス４は、主溝３の長手方向から見て（正面視）長方形状に形成され、図２及び図３に示すように、主溝３の深さＤよりやや低い高さｈを有している。
このフレキシブルフェンス４は、主溝３の断面積の少なくとも７０％を遮断するよう形成され、主溝３内を流れる主に水のような液体による水圧により倒れこむように形成されている。本実施形態において、フレキシブルフェンス４の厚さEは０．６ｍｍである。また、本実施形態においては、図２に示すように、フレキシブルフェンス４の高さｈ及び幅ｌは、主溝３の断面積の約８７％を遮断するように、主溝３の深さＤ８．０ｍｍ及び溝幅W１４．５ｍｍに対して高さｈが７．０ｍｍ、幅ｌが１３．５ｍｍに形成されている。
なお、例えば、本実施形態のタイヤの例において、フレキシブルフェンス４を、主溝３の断面積の少なくとも７０％を遮断するように、およそ５．６ｍｍ以上の高さhを有する長方形状のものとしてもよい。なお、本実施形態の例に限らず、タイヤ主溝３の溝幅W及び溝深さDが変われば、このフレキシブルフェンス４の幅ｌ及び高さhもそれに応じて変更して、主溝３の断面積の少なくとも７０％を遮断するようにすればよい。
なお、例えば、本実施形態のタイヤの例において、フレキシブルフェンス４を、主溝３の断面積の少なくとも７０％を遮断するように、およそ５．６ｍｍ以上の高さhを有する長方形状のものとしてもよい。なお、本実施形態の例に限らず、タイヤ主溝３の溝幅W及び溝深さDが変われば、このフレキシブルフェンス４の幅ｌ及び高さhもそれに応じて変更して、主溝３の断面積の少なくとも７０％を遮断するようにすればよい。
本実施形態では、フレキシブルフェンス４は、トレッド２とは異なるフェンス用ゴム組成物で構成されており、フェンス用ゴム組成物は、トレッド２よりも速い摩耗速度を生じさせるものとするために、100m2/g未満のBET比表面積を有する補強用充填剤を20phrと120phrの間含んでおり、フェンス用ゴム組成物の摩耗性指数が、トレッド2を形成しているゴム組成物の摩耗性指数よりも2倍以上高くなるように配合されている。
次に、図４及び図５により、本発明の一実施形態による空気入りタイヤ用トレッドの、濡れた路面を走行中の状態を説明する。
図４は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿って見た空気入りタイヤ用トレッドの濡れた路面を走行中の状態を示す拡大断面図であり、図５は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿って見た空気入りタイヤ用トレッドの濡れた路面を走行中の状態を示す拡大断面図である。
図４は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿って見た空気入りタイヤ用トレッドの濡れた路面を走行中の状態を示す拡大断面図であり、図５は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿って見た空気入りタイヤ用トレッドの濡れた路面を走行中の状態を示す拡大断面図である。
図４及び図５に示すように、上述したようにトレッド２とは異なるフェンス用ゴム組成物にて形成されたこのフレキシブルフェンス４は、濡れた路面を走行する際、主溝２内を通過する主に水のような液体の発生する水圧によって倒れこみ、或いは、曲げられ、結果としてその高さがｈ*まで減少し、その高さの減少により、主溝３の主要部分が開放され、排水性が確保される。
次に、図６により、本発明の一実施形態による空気入りタイヤ用トレッドの、トレッド摩耗後の状態を説明する。
図６は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿って見た空気入りタイヤ用トレッドの、溝深さが約３０％摩耗した状態の拡大断面図である。
図６は、所定距離走行後、主溝３の溝深さＤが、摩耗によりフレキシブルフェンス４の初期高さｈよりも浅いＤ’まで減少した状態を示す。トレッド２とは異なるフェンス用ゴム組成物にて形成されたフレキシブルフェンス４は、所定距離走行後、路面と接触する先端部が斜めに摩耗し、その高さが、高い側でｈ’、低い側でｈ”までその初期高さｈから減少し、低い側の高さｈ”は、主溝３の深さＤ’と同程度の高さとなっている。
図６は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿って見た空気入りタイヤ用トレッドの、溝深さが約３０％摩耗した状態の拡大断面図である。
図６は、所定距離走行後、主溝３の溝深さＤが、摩耗によりフレキシブルフェンス４の初期高さｈよりも浅いＤ’まで減少した状態を示す。トレッド２とは異なるフェンス用ゴム組成物にて形成されたフレキシブルフェンス４は、所定距離走行後、路面と接触する先端部が斜めに摩耗し、その高さが、高い側でｈ’、低い側でｈ”までその初期高さｈから減少し、低い側の高さｈ”は、主溝３の深さＤ’と同程度の高さとなっている。
なお、本実施形態の変形例として、上述した作用を有するものであれば、フェンス用ゴム組成物は、フレキシブルフェンス４が接続される上述した主溝３の底部３３の一部（例えば、上述した接続部（３３）（図２、図３参照））、または全部に使用してもよい（図示せず）。このような場合、フレキシブルフェンス４のみならず主溝３の底部３３とが同じフェンス用ゴム組成物によって形成されるため、製造工程を簡略化することができる。
また、本実施形態の他の変形例として、上述した作用を有するものであれば、フェンス用ゴム組成物にて形成されたフレキシブルフェンス４は、複数個に分割して形成されたり、主溝３の対抗する壁面３１、３２の両方またはどちらかに接続され溝幅方向に延びるよう形成されたり、或いは、このように壁面３１、３２に接続されるフレキシブルフェンスと主溝３の底部３３に接続されるフレキシブルフェンス４とを組み合わせて形成されてもよい(図示せず)。
フェンス用ゴム組成物及びトレッド部を構成するゴム組成物は、好ましくは適切なミキサー内で、当業者にとって周知の２つの連続する製造段階、即ち、110℃と190℃の間、好ましくは130℃と180℃の間の最高温度での高温で熱機械的に加工または混合する第１段階(“非生産”段階と称する)、並びに、その後の典型的には110℃よりも低い、例えば、40℃と100℃の間の低めの温度での第２の機械加工段階(“生産”段階と称する)を使用して製造し、この仕上げ段階（生産段階）において架橋系を混入する。
フェンス用ゴム組成物の製造方法は、例えば、少なくとも下記の工程を含む：
第１(“非生産”)段階において、少なくとも一つの補強用充填剤を、ジエンエラストマー中に混入し或いは混入しつつ、その混入により得られた混合物を、1回以上、110℃と190℃の間の最高温度に達するまで熱機械的に混合する工程；
混合物を100℃よりも低い温度に冷却する工程；
その後、第２(“生産”)段階において、架橋系を混入する工程；
その混合物を110℃よりも低い最高温度に達するまで混合する工程。
第１(“非生産”)段階において、少なくとも一つの補強用充填剤を、ジエンエラストマー中に混入し或いは混入しつつ、その混入により得られた混合物を、1回以上、110℃と190℃の間の最高温度に達するまで熱機械的に混合する工程；
混合物を100℃よりも低い温度に冷却する工程；
その後、第２(“生産”)段階において、架橋系を混入する工程；
その混合物を110℃よりも低い最高温度に達するまで混合する工程。
一例を挙げれば、上述した非生産段階は、１回の熱機械的工程において実施し、その工程の間において、第１に、全ての必須ベース成分(ジエンエラストマー、補強用充填剤および必要に応じてカップリング剤、および可塑化系)を、標準の密閉ミキサーのような適切なミキサー内に先ず導入し、その後、第２に、例えば1〜2分の混合後、架橋系を除いた他の添加剤、任意構成成分としての被覆剤または補完的加工助剤を導入する。この非生産段階における総混合時間は、好ましくは1分と15分の間である。
そのようにして得られた混合物を冷却した後、間もなく、架橋系を、低温(例えば、40℃と100℃の間)に維持した開放ミルのような開放ミキサー内に導入する。その後、その混合物を、数分間、例えば、2分〜15分間混合する(生産段階)。
架橋系は、好ましくは、硫黄および促進剤をベースとする加硫系である。硫黄の存在下にジエンエラストマーの加硫促進剤として作用し得る任意の化合物、特に、2‐メルカプトベンゾチアジルジスルフィド(“MBTS”と略記する)、N,N‐ジシクロヘキシル‐2‐ベンゾチアジルスルフェンアミド(“DCBS”と略記する)、N‐tert‐ブチル‐2‐ベンゾチアジルスルフェンアミド(“TBBS”と略記する)、N‐tert‐ブチル‐2‐ベンゾチアジルスルフェンイミド(“TBSI”と略記する)およびこれらの化合物の混合物からなる群から選ばれる化合物を使用し得る。好ましくは、スルフェンアミドタイプの一次促進剤を使用する。
各種既知の二次促進剤または加硫活性化剤、例えば、酸化亜鉛、ステアリン酸、グアニジン誘導体(特に、ジフェニルグアニジン)等を、この加硫系に、上述した第１非生産段階中および/または上述した生産段階中に添加し得る。硫黄の含有量は、例えば、0.5phrと3.0phrの間であり、また、一次促進剤の含有量は、0.5phrと5.0phrの間である。
このようにして得られた最終組成物は、次に、例えば、シート状又はプラーク状にカレンダー加工され、或いは、例えば、タイヤトレッドとして使用し得るゴム形状要素の形で押出される。
以上、本発明の特に好ましい実施形態について記述したが、本発明は図示の実施形態に限定されることなく、種々の態様に変形して実施しうる。
１ 空気入りタイヤ用トレッド
２ トレッド部
３ 主溝
３１ 主溝の対抗する壁面
３２ 主溝の対向する壁面
３３ 主溝の底部
４ フレキシブルフェンス
４１ フレキシブルフェンス４の基底部（主溝３の溝底部３３との接続部）
４２ フレキシブルフェンス４の両側の側面部
５ トレッド踏面
２ トレッド部
３ 主溝
３１ 主溝の対抗する壁面
３２ 主溝の対向する壁面
３３ 主溝の底部
４ フレキシブルフェンス
４１ フレキシブルフェンス４の基底部（主溝３の溝底部３３との接続部）
４２ フレキシブルフェンス４の両側の側面部
５ トレッド踏面
Claims (11)
- タイヤ転動時に路面と接触する、ゴム組成物により形成された空気入りタイヤ用トレッドであって、
底面及び対向する２つの壁面を有し且つ深さＤ及び幅Ｗを有する少なくとも一本の主溝が形成されたトレッド部と、
複数のフレキシブルフェンスであって、厚さＥを有し、前記主溝の断面積の少なくとも７０％を遮るように前記主溝内で延び、且つ、タイヤ転動時、トレッド踏面内の前記主溝内に少なくとも１つ存在するような間隔で配置された、複数のフレキシブルフェンスと、を有し、
前記複数のフレキシブルフェンスは、少なくとも前記トレッド部のゴム組成物と異なるフェンス用ゴム組成物により形成され、前記フレキシブルフェンスのフェンス用ゴム組成物は、前記トレッド部のゴム組成物の摩耗性指数に対し2倍以上の摩耗性指数を有し、かつ前記フェンス用ゴム組成物は、
(a)ジエンエラストマー；
(b) 100m2/g未満のBET比表面積を有する、カーボンブラック、無機充填剤、有機充填剤およびこれら充填剤の混合物からなる群から選ばれる、20phrと120phrの間、好ましくは30phrと100phrの間の補強用充填剤；
(c)液体可塑剤、炭化水素樹脂およびそれらの混合物からなる群から選ばれる可塑化系；および、
(d)加硫系
をベースとする充填組成物を含むことを特徴とする空気入りタイヤ用トレッド。 - 前記ジエンエラストマーが、ポリブタジエン、ポリイソプレン、天然ゴム、ブタジエンコポリマー、イソプレンコポリマーおよびこれらのエラストマーの混合物からなる群から選ばれる請求項１に記載の空気入りタイヤ用トレッド。
- 前記補強用充填剤のBET比表面積が5m2/gと80m2/gの間、より好ましくは10m2/gから70m2/gまでである請求項１または請求項２に記載の空気入りタイヤ用トレッド。
- 前記補強用充填剤中の主充填剤はカーボンブラックであり、その量が40phrと140phrの間である請求項１乃至３の何れか一項に記載の空気入りタイヤ用トレッド。
- 前記補強用充填剤中の主充填剤は無機充填剤であり、その量が50phrと120phrの間である請求項１乃至３の何れか一項に記載の空気入りタイヤ用トレッド。
- 前記補強用充填剤中の主充填剤は有機充填剤であり、その量が50phrと120phrの間である請求項１乃至３の何れか一項に記載の空気入りタイヤ用トレッド。
- 前記液体可塑剤が、ナフテンオイル、パラフィン系オイル、MESオイル、TDAEオイル、鉱物油、植物油、エーテル可塑剤、エステル可塑剤、ホスフェート可塑剤、スルホン酸エステル可塑剤およびそれらの混合物からなる群から選ばれ、かつその量が2phrと60phrの間、好ましくは3phrと40phrの間、より好ましくは5phrから20phrまでである、請求項１乃至６の何れか一項に記載の空気入りタイヤ用トレッド。
- 前記可塑化系は炭化水素樹脂であり、その量が2phrと60phrの間、好ましくは3phrと40phrの間、より好ましくは5phrから20phrまでである請求項１乃至７の何れか一項に記載の空気入りタイヤ用トレッド。
- 可塑化系の合計量が40phrと100phrの間、好ましくは50phrから80phrまでである請求項１乃至８の何れか一項に記載の空気入りタイヤ用トレッド。
- 前記フレキシブルフェンスの厚さEが0.3mm以上1.0mm以下である請求項１乃至９の何れか一項に記載の空気入りタイヤ用トレッド。
- 請求項１及至１０の何れか1項に記載のトレッドを有することを特徴とする空気入りタイヤ。
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