WO2021070580A1 - 空気入りタイヤ - Google Patents

Abstract

操縦安定性と乗り心地性能との両立を図るとともに、マテリアルリサイクル性を充分に高めうる空気入りタイヤである。　ビード部５とサイドウォール部６とアンダートレッド部７とを含むタイヤ骨格部材２、及びアンダートレッド部７の外側に配されたトレッド接地要素３とを含む、トレッド接地要素３は、第１の樹脂材料Ｍ１からなる。サイドウォール部６及びアンダートレッド部７は第２の樹脂材料Ｍ２で構成される。ビード部は第３の樹脂材料Ｍ３で構成される。第１～第３の樹脂材料Ｍ３のそれぞれの引張弾性率Ｅ１～Ｅ３は、Ｅ１＜Ｅ２＜Ｅ３を満足する。

Description

空気入りタイヤ

　本発明は、タイヤ骨格部材を樹脂材料で構成した空気入りタイヤに関する。

　従来の空気入りタイヤは、加硫ゴム、及び有機繊維やスチール繊維等のコード材料を用いることで、タイヤの基本的な特性が確保されてきた。しかし、加硫ゴムには、マテリアルリサイクルをすることが難しいという問題がある。加えて、コード材料、特にカーカスコードの使用は、製造工程を複雑にし、製造コストを増加させるという問題がある。

　そこで下記の特許文献１には、タイヤ骨格部材を樹脂材料で形成したカーカスレスのタイヤが提案されている。タイヤ骨格部材は、一対のビード部と、一対のビード部から延びる一対のサイド部と、一対のサイド部を連結するクラウン部とを具える。又クラウン部上には、加硫ゴムからなるトレッドが配される。

特許第６１３８６９５号公報

　しかし、上記提案のタイヤでは、タイヤ骨格部材が、単一の樹脂材料で形成されることで、操縦安定性と乗り心地性能との両立を図ることが難しい。又トレッドが加硫ゴムで形成されることで、マテリアルリサイクル性を充分に高めることができないという問題がある。

　本発明は、トレッド接地要素と、ビード部と、サイドウォール部及びアンダートレッド部とを、それぞれ引張弾性率が異なる樹脂材料で構成すること基本として、操縦安定性と乗り心地性能との両立を図るとともに、マテリアルリサイクル性を充分に高めうる空気入りタイヤを提供することを課題としている。

　本発明は、空気入りタイヤであって、
　一対のビード部と、一対のサイドウォール部と、前記一対のサイドウォール部をつなぐアンダートレッド部とを含むトロイド状のタイヤ骨格部材と、
　前記アンダートレッド部のタイヤ半径方向外側に配されたトレッド接地要素とを含み、
　前記トレッド接地要素は、第１の樹脂材料からなり、
　前記一対のサイドウォール部及び前記アンダートレッド部が第２の樹脂材料で構成されており、
　前記一対のビード部が、第３の樹脂材料で構成され、
　前記第１ないし第３の樹脂材料のそれぞれの引張弾性率Ｅ１ないしＥ３は、下式（１）を満足する。
　　Ｅ１＜Ｅ２＜Ｅ３　…（１）

　本発明に係る空気入りタイヤでは、前記トレッド接地要素と前記アンダートレッド部との間に、トレッド補強要素が配されるのが好ましい。

　本発明に係る空気入りタイヤにおいて、前記トレッド補強要素は、補強コードを配列したコード補強層を含むのが好ましい。

　本発明に係る空気入りタイヤにおいて、前記トレッド補強要素は、前記第１ないし第３の樹脂材料とは異なる第４の樹脂材料からなる樹脂補強層を含むのが好ましい。

　本発明に係る空気入りタイヤでは、さらに、下式（２）及び（３）を満足するのが好ましい。
　１０×Ｅ１＞Ｅ２　…（２）
　１０×Ｅ２＞Ｅ３　…（３）

　本発明に係る空気入りタイヤにおいて、前記引張弾性率Ｅ１は、５～２０MPa の範囲であるのが好ましい。

　本発明に係る空気入りタイヤにおいて、前記引張弾性率Ｅ２は、１０～１００MPa の範囲であるのが好ましい。

　本発明に係る空気入りタイヤにおいて、前記引張弾性率Ｅ３は、５０～５００MPa の範囲であるのが好ましい。

　本発明の空気入りタイヤは、トレッド接地要素を第１の樹脂材料で構成し、サイドウォール部及びアンダートレッド部を第２の樹脂材料で構成し、ビード部を第３の樹脂材料で構成している。しかも、第１ないし第３の樹脂材料のそれぞれの引張弾性率Ｅ１ないしＥ３において、Ｅ１＜Ｅ２＜Ｅ３　の関係を有している。

　特に、第３の樹脂材料の引張弾性率Ｅ３を、第１、第２の樹脂材料の引張弾性率Ｅ１、Ｅ２よりも大とすることにより、操縦安定性および形状維持性を高めることができる。

　また、第２の樹脂材料の引張弾性率Ｅ２が、第３の樹脂材料の引張弾性率Ｅ３より小であることで、乗り心地を高めることができる。

　また、トレッド接地要素に、最も引張弾性率が小な第１の樹脂材料を採用することで、路面への追従性を高め、グリップを向上させるとともに、マテリアルリサイクル性を、従来のカーカスレスタイヤに比して高めることが可能になる。

本発明の空気入りタイヤの一実施例を示す断面図である。 ビード部を拡大して示す断面図である。 トレッド補強要素を拡大して示す断面図である。 トレッド補強要素の他の例を示す断面図である。 （ａ）～（ｃ）は、空気入りタイヤの製造方法を示す概念図である。

　以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
　図１に示すように、本実施形態の空気入りタイヤ１（以下、単にタイヤ１という場合がある。）は、樹脂材料からなるトロイド状のタイヤ骨格部材２と、樹脂材料からなるトレッド接地要素３とを含んで構成される。

　本例では、空気入りタイヤ１が乗用車用のタイヤである場合が示される。しかし、これに限定されるものではなく、例えば自動二輪車用、ライトトラック用、大型トラック用等など、種々のカテゴリのタイヤに採用することができる。

　タイヤ骨格部材２は、一対のビード部５と、一対のビード部５からタイヤ半径方向外側に延びる一対のサイドウォール部６と、一対のサイドウォール部６をつなぐアンダートレッド部７とを含む。タイヤ骨格部材２の内面は、タイヤ内腔面を構成する。

　ビード部５は、リム組み時にリムＲに嵌合する部位である。サイドウォール部６は、タイヤ１の側部を構成する部位であり、タイヤ軸方向外側に向かって凸となる円弧状に湾曲しながらタイヤ半径方向外側に延びる。アンダートレッド部７は、トレッド接地要素３を支持する部位であり、前記サイドウォール部６のタイヤ半径方向外端部間を連結する。

　一対のサイドウォール部６及びアンダートレッド部７は、第２の樹脂材料Ｍ２で構成され。また一対のビード部５は、第３の樹脂材料Ｍ３で構成される。

　言い換えると、タイヤ骨格部材２は、第２の樹脂材料Ｍ２からなる第１基体８Ａと、第３の樹脂材料Ｍ３からなる第２基体８Ｂとを含む。そして、第１基体８Ａが、一対のサイドウォール部６とアンダートレッド部７とを形成する。又第２基体８Ｂが、一対のビード部５を形成している。

　図２に示すように、第１基体８Ａと第２基体８Ｂとの境界面Ｋは、タイヤ軸方向線に対して傾斜しているのが、第１基体８Ａと第２基体８Ｂとの結合強度を高める上で好ましい。特には、タイヤ骨格部材２の外面と境界面Ｋとの交点Ｐｏは、タイヤ骨格部材２の内面と境界面Ｋとの交点Ｐｉよりも、タイヤ半径方向の内側に位置するのが好ましい。これにより、第２基体８Ｂの外面の露出面積が減じるため、タイヤ変形に伴うクラック等の損傷を抑制するのに役立つ。

　交点Ｐｏの、ビードベースラインＢＬからのタイヤ半径方向の高さｈｂは、リムフランジ高さｈｆの１．０～３．０倍の範囲であるのが好ましい。１．０倍を下回ると、操縦安定性を充分に高めることが難しくなる。逆に、３．０倍を超えるとクラック等の損傷の抑制効果が減じる他、乗り心地性能に不利を招く。リムフランジ高さｈｆとは、リムフランジＲｆの頂部のビードベースラインＢＬからのタイヤ半径方向の高さとして定義される。

　本例では、前記第２基体８Ｂ内には、リムＲとの嵌合力を高めるために、円環状のビードコア１０が配される。ビードコア１０として、テープビード構造及びシングルワインド構造が適宜採用しうる。テープビード構造では、互いに平行に引き揃えたビードワイヤの配列体がゴムや樹脂材料でトッピングされた帯状体を、半径方向内側から外側に渦巻状に巻回され、これによりビードコア１０が形成される。シングルワインド構造では、１本のビードワイヤが、螺旋状かつ多列多段に連続巻きされ、これによりビードコア１０が形成される。ビードワイヤとしては、スチールコードが好適に採用されるが、有機繊維コードも採用されうる。なお、タイヤのカテゴリなどに応じて、ビードコア１０を排除することもできる。

　図１に示すように、トレッド接地要素３は、アンダートレッド部７のタイヤ半径方向外側に配される。本例では、トレッド接地要素３とアンダートレッド部７との間に、トレッド補強要素４がさらに配される場合が示される。

　トレッド接地要素３は、トレッドゴムに相当する部位であり、路面と接地するための接地面３Ｓを有する。接地面３Ｓには、ウエット性能を高めるためのトレッド溝９が、種々のパターン模様で形成される。トレッド接地要素３は、第１の樹脂材料Ｍ１で構成される。

　トレッド補強要素４は、アンダートレッド部７をタガ締めし、その動きを拘束する。これにより、タイヤ形状、特には接地形状の安定化を図り、優れた走行性能を発揮させる。

　図３に示すように、トレッド補強要素４は、本例では、補強コード１１を配列したコード補強層１２から形成される。具体的には、コード補強層１２は、１枚以上、例えば２枚の補強プライ１４から形成される。本例の補強プライ１４は、タイヤ周方向に対して例えば１０～４５度の角度で配列された補強コード１１の配列体を、ゴム或いは樹脂材料からなるトッピング材１３にて被覆したシート状をなす。補強プライ１４が複数枚の場合、プライ間で補強コード１１の傾斜の向きを違えるのが好ましい。補強プライ１４としては、タイヤ周方向に螺旋状に巻回された補強コード１１の配列体を、トッピング材１３にて被覆したものでも良い。

　補強プライ１４のトッピング材１３としては、樹脂材料が、トレッド接地要素３及びアンダートレッド部７との接着性の観点から好適に採用しうる。

　図４に示すように、トレッド補強要素４としては、第１ないし第３の樹脂材料Ｍ１～Ｍ３とは異なる第４の樹脂材料Ｍ４からなる樹脂補強層１５であっても良い。樹脂補強層１５の場合、第４の樹脂材料Ｍ４内に繊維状のフィラーを含むことが好ましく、またフィラーを、タイヤ周方向に配向させるのがさらに好ましい。

　好適なフィラーとして、カーボン繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、セルロースナノファイバー（CNF）、セルロースナノクリスタル（CNC）等を挙げることができ、これらを単独で、或いは組み合わせて採用しうる。

　本願において、「樹脂材料」は、熱可塑性樹脂（熱可塑性エラストマーを含む）、及び熱硬化性樹脂を含み、ゴムは含まれない。

　「熱硬化性樹脂」は、温度上昇により材料が硬化する樹脂であり、例えば、フェノール系熱硬化性樹脂、ユリア系熱硬化性樹脂、メラミン系熱硬化性樹脂、エポキシ系熱硬化性樹脂等が挙げられる。

　「熱可塑性樹脂」とは、温度上昇とともに材料が軟化、流動し、冷却すると比較的硬く強度のある状態になる高分子化合物を意味する。「熱可塑性樹脂」には、熱可塑性エラストマーが含まれる。この「熱可塑性エラストマー」は、温度上昇とともに材料が軟化、流動し、冷却すると比較的硬く強度のある状態になり、かつ、ゴム状弾性を有するという特徴を有する。

　走行時に必要とされる弾性、製造時の成形性等を考慮すると、タイヤ１の樹脂材料としては、熱可塑性樹脂が好ましく、特には熱可塑性エラストマーがより好ましい。

　熱可塑性エラストマーとしては、ポリアミド系熱可塑性エラストマー、ポリエステル系熱可塑性エラストマー、ポリウレタン系熱可塑性エラストマー、ポリスチレン系熱可塑性エラストマー、ポリオレフィン系熱可塑性エラストマーを挙げることができる。第１ないし第４の樹脂材料Ｍ１～Ｍ４として、これらを単独で或いは組み合わせて採用しうる。

　ここで、第１ないし第４の樹脂材料Ｍ１～Ｍ４は、組成が互いに相違する。「組成が相違する」とは、樹脂材料を構成する成分自体（添加剤を含む）が相違する他、成分が同一であってそれらの含有量が異なる場合を含む。

　タイヤ１において、第１ないし第３の樹脂材料Ｍ１～Ｍ３のそれぞれの引張弾性率Ｅ１ないしＥ３は、下式（１）を満足する。
　　Ｅ１＜Ｅ２＜Ｅ３　…（１）

　特には、引張弾性率Ｅ１ないしＥ３は、下式（２）、（３）を満足するのが好ましい。
　１０×Ｅ１＞Ｅ２　…（２）
　１０×Ｅ２＞Ｅ３　…（３）

　引張弾性率は、ＪＩＳ　Ｋ７１６１の「プラスチック－引張特性の求め方」に記載の試験方法に準拠して測定した値である。

　本実施形態のタイヤ１では、式（１）の如く、第３の樹脂材料Ｍ３の引張弾性率Ｅ３が、第２の樹脂材料Ｍ２の引張弾性率Ｅ２、及び第１の樹脂材料Ｍ１の引張弾性率Ｅ１よりも大である。これにより、操縦安定性および形状維持性を高めることができる。また第２の樹脂材料Ｍ２の引張弾性率Ｅ２が、第３の樹脂材料Ｍ３の引張弾性率Ｅ３より小であることで、乗り心地を高めることができる。

　またトレッド接地要素３に、最も引張弾性率が小な第１の樹脂材料Ｍ１を採用することで、路面への追従性を高め、グリップを向上させるとともに、マテリアルリサイクル性を、従来のトレッドゴムを使用したタイヤに比して高めることが可能になる。このときトレッド剛性が小となり、接地形状の安定性が減じて操縦安定性を減じる恐れがある。そのために、本実施形態では、トレッド補強要素４を設けてアンダートレッド部７をタガ締めし、タイヤ形状、特には接地形状の安定化が図られる。これにより、トレッド接地要素３に引張弾性率が最も小な第１の樹脂材料Ｍ１を用いた場合にも、優れた走行性能を発揮させることが可能になる。

　また本例では、式（２）の如く、第２の樹脂材料Ｍ２の引張弾性率Ｅ２は、第１の樹脂材料Ｍ１の引張弾性率Ｅ１の１０倍未満である。これにより、弾性率Ｅ１、Ｅ２の差に起因して、トレッド接地要素３が第１基体８Ａから剥離する等の損傷を抑えることができる。同様に、式（３）の如く、第３の樹脂材料Ｍ３の引張弾性率Ｅ３は、第２の樹脂材料Ｍ２の引張弾性率Ｅ２の１０倍未満である。これにより、弾性率Ｅ２、Ｅ３の差に起因して、第２基体８Ｂが、第１基体８Ａから剥離する等の損傷を抑えることができる。

　ここで、引張弾性率Ｅ１を２０MPa以下とすることにより、優れたグリップ性能を確保できる。しかし引張弾性率Ｅ１が５MPaを下回る場合、トレッド剛性が減じて操縦安定性の低下を招く。

　引張弾性率Ｅ２を１００MPa以下とすることにより、優れた乗り心地を確保できる。しかし引張弾性率Ｅ２が１０MPaを下回ると、タイヤの形状維持性能を充分に確保することが難しくなる。

　引張弾性率Ｅ３を５０MPa以上とすることにより、タイヤの横剛性を高め、優れた操縦安定性を発揮することができる。しかし引張弾性率Ｅ３が５００MPaを越えると、ビード部が硬質化し過ぎ、リムＲとの篏合性が低下する傾向となる。

　従って、タイヤ１では、第１の樹脂材料Ｍ１の引張弾性率Ｅ１は、５～２０MPa の範囲が好ましい。また第２の樹脂材料Ｍ２の引張弾性率Ｅ２は、１０～１００MPa の範囲が好ましい。また第３の樹脂材料Ｍ３の引張弾性率Ｅ３は、５０～５００MPa の範囲であるのが好ましい。

　トレッド補強要素４として樹脂補強層１５を採用した場合、樹脂補強層１５をなす第４の樹脂材料Ｍ４は、引張弾性率が１０００MPa以上であるのが好ましく、さらには引張強度が２００MPa以上であるのが好ましい。

　次に、実施形態のタイヤ１の製造方法の一例を示す。図５（ａ）～（ｃ）に概念的に示すように、本例の製造方法は、
　・アンダートレッド部７とトレッド補強要素４とトレッド接地要素３とを一体化した第１タイヤベース１Ａを形成する工程Ｓ１と、
　・サイドウォール部６とビード部５とビードコア１０とを一体化した一対の第２タイヤベース１Ｂを形成する工程Ｓ２と、
　・第１タイヤベース１Ａと第２タイヤベース１Ｂとを接合してタイヤ１を形成する工程Ｓ３とを含む。

　工程Ｓ１では、トレッド補強要素４がコード補強層１２の場合、予めコード補強層１２を形成した後、このコード補強層１２がセットされたキャビティ内に、第１の樹脂材料Ｍ１と、第２の樹脂材料Ｍ２とを射出する複合成形を行うことで、第１タイヤベース１Ａを形成する。なおトレッド補強要素４が樹脂補強層１５の場合には、キャビティ内に、第１の樹脂材料Ｍ１と、第２の樹脂材料Ｍ２と、第４の樹脂材料Ｍ４とを射出する複合成形を行うことで、第１タイヤベース１Ａを形成する。

　工程Ｓ２では、予めビードコア１０を形成した後、このビードコア１０がセットされたキャビティ内に、第２の樹脂材料Ｍ２と、第３の樹脂材料Ｍ３とを射出する複合成形を行うことで、第２タイヤベース１Ｂを形成する。

　工程Ｓ３では、第１タイヤベース１Ａと第２タイヤベース１Ｂとを、熱融着または、接着剤を用いて接合させる。接着剤としては、例えば、東亜合成株式会社製のアロンアルファＥＸＴＲＡ２０００（登録商標）やヘンケルジャパン株式会社製のロックタイト４０１Ｊ（登録商標）等が好適に用いうる。

　以上、本発明の特に好ましい実施形態について詳述したが、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。

　本発明の効果を確認するために、図１に示す構造を有する乗用車用のタイヤ（１９５／６５Ｒ１５）が、表１、２の仕様に基づいて試作された。

　比較例及び実施例では、第１の樹脂材料Ｍ１、第２の樹脂材料Ｍ２、及び第３の樹脂材料Ｍ３として使用した樹脂材料のみ相違している。また従来例は、加硫ゴムとタイヤコードとにより構成される通常のタイヤであり、カーカス、ベルトコード層、バンドコード層、チェーファーゴム、エイペックスゴム、インナーライナーゴム、インナーインスレーションゴム、ブレーカークッションゴム、ブレーカーエッジストリップゴム、トレッドゴム、アンダートレッドゴム、サイドウォールゴム、クリンチゴムを有する。

　比較例及び実施例には、それぞれ同仕様のビードコア及びトレッド補強要素が使用された。ビードコアとして、スチールコードによるテープビード構造のものが使用される。トレッド補強要素として、２枚の補強プライからなるスチールコードのコード補強層が使用される。

　従来例、比較例、及び実施例は、タイヤ断面の輪郭形状が互いに同一であり、またビードコア及びトレッド補強要素の配置位置も同じである。

　従来例、比較例、及び実施例に対し、コンピュータシミュレーションにより、形状保持性、接地面積、トレッド摩擦係数、操縦安定性（横バネ定数）、乗り心地性能（縦バネ定数）、リサイクル性を計算し、互いに比較した。

＜形状保持性＞
　総幅変化率＝（インフレート後のタイヤ総幅）／（インフレート前のタイヤ総幅）を、従来例を１００として逆数の指数で表記した。値が大きいほど総幅変化率が小さく形状保持性に優れている。

＜接地面積＞
　グリップの指標であって、従来例を１００とする指数で表記。数値が大きいほど接地面積が広くグリップ性に優れる。

＜トレッド摩擦係数＞
　グリップの指標であり、摩擦試験から得られるトレッド材料の摩擦係数である。従来例を１００とする指数で表記。数値が大きいほど、摩擦係数が大きくグリップ性に優れる。

＜操縦安定性（横バネ定数）＞
　横バネ定数を、従来例を１００とした指数で表記。数値が大きいほど、横バネ定数が大きく操縦安定性に優れる。

＜乗り心地性能（縦バネ定数）＞
　縦バネ定数を、従来例を１００として逆数の指数で表記。数値が大きいほど、縦バネ定数が小さく乗り心地性能に優れる。

＜リサイクル性＞
　母体となるエラストマー材料が溶融再成形可能であるかどうか。溶融再成形可能であると、溶融再成形不可能である場合よりも、リサイクル性に優れる。

 

 

　表１、２に使用された樹脂材料を、表３に示す。

 

　表１、２に示すように実施例は、優れたリサイクル性を確保しながら、操縦安定性と乗り心地性能との両立を図りうるのが確認できる。

１　空気入りタイヤ
２　タイヤ骨格部材
３　トレッド接地要素
４　トレッド補強要素
５　ビード部
６　サイドウォール部
７　アンダートレッド部
１１　補強コード
１２　コード補強層
１５　樹脂補強層
Ｍ１　第１の樹脂材料
Ｍ２　第２の樹脂材料
Ｍ３　第３の樹脂材料

Claims (8)

1. 　空気入りタイヤであって、
   　一対のビード部と、一対のサイドウォール部と、前記一対のサイドウォール部をつなぐアンダートレッド部とを含むトロイド状のタイヤ骨格部材と、
   　前記アンダートレッド部のタイヤ半径方向外側に配されたトレッド接地要素とを含み、
   　前記トレッド接地要素は、第１の樹脂材料からなり、
   　前記一対のサイドウォール部及び前記アンダートレッド部が第２の樹脂材料で構成されており、
   　前記一対のビード部が、第３の樹脂材料で構成され、
   　前記第１ないし第３の樹脂材料のそれぞれの引張弾性率Ｅ１ないしＥ３は、下式（１）を満足する、空気入りタイヤ。
   　　Ｅ１＜Ｅ２＜Ｅ３　…（１）
2. 　前記トレッド接地要素と前記アンダートレッド部との間に、トレッド補強要素が配されている、請求項１記載の空気入りタイヤ。
3. 　前記トレッド補強要素は、補強コードを配列したコード補強層を含む、請求項２記載の空気入りタイヤ。
4. 　前記トレッド補強要素は、前記第１ないし第３の樹脂材料とは異なる第４の樹脂材料からなる樹脂補強層を含む、請求項２又は３に記載の空気入りタイヤ。
5. 　さらに、下式（２）及び（３）を満足する、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の空気入りタイヤ。
   　１０×Ｅ１＞Ｅ２　…（２）
   　１０×Ｅ２＞Ｅ３　…（３）
6. 　前記引張弾性率Ｅ１は、５～２０MPa の範囲である、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の空気入りタイヤ。
7. 　前記引張弾性率Ｅ２は、１０～１００MPa の範囲である、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の空気入りタイヤ。
8. 　前記引張弾性率Ｅ３は、５０～５００MPa の範囲である、請求項１ないし７のいずれか１項に記載の空気入りタイヤ。
    

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