WO2021070581A1

WO2021070581A1 - 空気入りタイヤ

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Publication number: WO2021070581A1
Application number: PCT/JP2020/034953
Authority: WO
Inventors: 寛太安藤
Original assignee: 住友ゴム工業株式会社
Priority date: 2019-10-08
Filing date: 2020-09-15
Publication date: 2021-04-15
Also published as: JP2021059257A; CN113543989A; CN113543989B; EP4043240A4; US20230074596A1; JP6969596B2; EP4043240A1

Abstract

リムとの嵌合性を確保しながら、生産効率の向上を図り、かつマテリアルリサイクル性を高めうる空気入りタイヤである。　一対のビード部５が、それぞれ、熱可塑性樹脂からなる円環状のビードコア１０と、熱可塑性樹脂からなるビードコア被覆部２０とで構成されている。

Description

空気入りタイヤ

　本発明は、ビードコアを含むビード部を熱可塑性樹脂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、タイヤ骨格部材を熱可塑性樹脂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。

特許第６１３８６９５号公報

　しかし、上記提案のタイヤでは、ビードコアとして、スチール繊維等の金属繊維、及び香族ポリアミド繊維等の有機繊維を用いたビードコードの巻回体が採用されている。

　そのため、タイヤを製造する際、予めビードコードを巻回してビードコアを形成する工程が必要となり、生産効率を低下させるという問題がある。またビードコードに金属繊維等が用いられるため、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、少なくともビードコアを含むビード部を熱可塑性樹脂で構成すること基本として、リムとの嵌合性を確保しながら、生産効率の向上を図り、かつマテリアルリサイクル性を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、リムに嵌合される一対のビード部を含み、
　前記一対のビード部は、それぞれ、熱可塑性樹脂からなる円環状のビードコアと、熱可塑性樹脂からなるビードコア被覆部とで構成されている。

　本発明に係る空気入りタイヤでは、前記一対のビード部からそれぞれタイヤ半径方向に延びる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み、
　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は、前記ビードコア被覆部の熱可塑性樹脂と同一の又は異なる熱可塑性樹脂で形成されているのが好ましい。

　本発明に係る空気入りタイヤでは、前記アンダートレッド部のタイヤ半径方向外側には、トレッド接地要素が配されており、
　前記トレッド接地要素は、加硫ゴム又は熱可塑性樹脂からなるのが好ましい。

　本発明に係る空気入りタイヤでは、前記ビードコアの前記熱可塑性樹脂の引張弾性率が１０００MPa以上であるのが好ましい。

　本発明に係る空気入りタイヤでは、前記ビードコアの前記熱可塑性樹脂の引張弾性率は、前記ビードコア被覆部の前記熱可塑性樹脂の引張弾性率よりも大きいのが好ましい。

　本発明に係る空気入りタイヤでは、前記ビードコア被覆部の前記熱可塑性樹脂の引張弾性率が３０～２００MPaであるのが好ましい。

　本発明に係る空気入りタイヤでは、前記ビードコアは、前記熱可塑性樹脂内に繊維状のフィラーを含むのが好ましい。

　本発明に係る空気入りタイヤでは、前記フィラーは、タイヤ周方向に配向されているのが好ましい。

　本発明の空気入りタイヤは、一対のビード部が、それぞれ、熱可塑性樹脂からなる円環状のビードコアと、熱可塑性樹脂からなるビードコア被覆部とで構成されている。

　従って、少なくともビード部においては、例えばキャビティ内に２つの熱可塑性樹脂を射出する複合成形により、ビードコアとビードコア被覆部とを一度に一体形成することができる。

　即ち、ビードコアを別途形成する工程が不要となり、生産効率を向上しうる。また、ビードコアにも熱可塑性樹脂が用いられるため、マテリアルリサイクル性をさらに高めることが可能になる。またビードコアとビードコア被覆部との接着性が増し、ビード耐久性の向上にも貢献しうる。

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、一対のビード部５を含み、この一対のビード部５が、それぞれ、熱可塑性樹脂からなる円環状のビードコア１０と、熱可塑性樹脂からなるビードコア被覆部２０とで構成されている。

　本例では、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１は、具体的には、一対のビード部５を含むトロイド状のタイヤ骨格部材２と、トレッド接地要素３とを少なくとも具える。

　タイヤ骨格部材２は、前記一対のビード部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。

　ビード部５は、リム組み時にリムＲに嵌合される部位である。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間を連結する。

　前述した如く、ビード部５は、熱可塑性樹脂からなる円環状のビードコア１０と、熱可塑性樹脂からなるビードコア被覆部２０とで構成されている。

　ここで、ビードコア１０の熱可塑性樹脂として、引張弾性率Ｅ５がビードコア被覆部２０の熱可塑性樹脂の引張弾性率Ｅ３よりも大きいものが使用される。特には、ビードコア１０の熱可塑性樹脂として、引張弾性率Ｅ５が１０００MPa以上、さらには５０００MPa以上の熱可塑性樹脂を用いることが、リムＲとの嵌合力を、従来のスチールコード製のビードコアに近いレベルで発揮させるために好ましい。なお引張弾性率Ｅ５が３００００MPaを越えると、リム組み性能を損ねる傾向となる。ビードコア１０では、熱可塑性樹脂の引張強度が２００MPa以上であるのも好ましい。引張弾性率及び引張強度は、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。

　ビードコア１０の熱可塑性樹脂内に、繊維状のフィラーを含むことが好ましい。このとき、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。フィラーをタイヤ周方向に配向させることにより、タイヤ周方向に対して強いタガ効果を発揮し、リムとの嵌合力を高めうる。その一方で、タイヤ半径方向に対する変形を許容することができるため、リム組みを容易にする効果をうることができる。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。

　ビードコア被覆部２０の熱可塑性樹脂では、引張弾性率Ｅ３が３０～２００MPaの範囲であるのが好ましい。引張弾性率Ｅ３を３０MPa以上とすることにより、タイヤの横剛性を確保し、優れた操縦安定性を発揮させることができる。しかし引張弾性率Ｅ３が２００MPaを越えると、ビード部５が硬質化し過ぎ、リムＲとの篏合性が低下する傾向を招く。

　タイヤ１では、サイドウォール部６及びアンダートレッド部７も熱可塑性樹脂で形成される。このとき、サイドウォール部６及びアンダートレッド部７と、ビードコア被覆部２０とは、同一の熱可塑性樹脂で形成しても良く、また異なる熱可塑性樹脂で形成することもできる。生産効率の観点からは、同一の熱可塑性樹脂で形成するのが好ましいが、走行性能の観点からは、異なる熱可塑性樹脂で形成するのが好ましい。

　異なる熱可塑性樹脂で形成する場合、サイドウォール部６及びアンダートレッド部７の熱可塑性樹脂として、引張弾性率Ｅ２がビードコア被覆部２０の熱可塑性樹脂の引張弾性率Ｅ３よりも小さいものを使用するのがより好ましい。これにより、操縦安定性と乗り心地性能との両立を図ることが可能になる。

　図２に示すように、ビードコア被覆部２０の熱可塑性樹脂と、サイドウォール部６の熱可塑性樹脂との境界面Ｋは、タイヤ軸方向線に対して傾斜しているのが、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、ビードコア被覆部２０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。

　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、路面と接地するための部位であり、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、加硫ゴム又は熱可塑性樹脂から形成することができる。しかし、マテリアルリサイクル性を高めるとの観点から、トレッド接地要素３も熱可塑性樹脂で形成するのが好ましい。

　トレッド接地要素３に熱可塑性樹脂を使用する場合、トレッド接地要素３の熱可塑性樹脂の引張弾性率Ｅ１は、サイドウォール部６及びアンダートレッド部７の熱可塑性樹脂の引張弾性率Ｅ２よりも小であるのが、路面への追従性を高め、グリップを向上させるという観点から好ましい。

　しかし、トレッド接地要素３に、Ｅ１＜Ｅ２の熱可塑性樹脂を使用した場合、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、Ｅ１＜Ｅ２の熱可塑性樹脂を用いた場合にも、優れた走行性能を発揮させることが可能になる。

　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、ゴム或いは熱可塑性樹脂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、熱可塑性樹脂が、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が、熱可塑性樹脂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、熱可塑性樹脂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、「熱可塑性樹脂」には、熱可塑性エラストマーが含まれる。「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、トレッド接地要素３、アンダートレッド部７、サイドウォール部６、ビードコア被覆部２０には、熱可塑性エラストマーが好適に使用され、ビードコア１０には、ゴム状弾性を有さない熱可塑性樹脂が好適に使用される。

　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、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、異なる熱可塑性樹脂とは、熱可塑性樹脂の組成が互いに相違することを意味し、「組成が相違する」とは、熱可塑性樹脂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。

　次に、実施形態のタイヤ１の製造方法に一例を示す。図５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とビードコア被覆部２０とビードコア１０とを一体化した第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をと接合してタイヤ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、トレッド補強要素用の熱可塑性樹脂と、アンダートレッド部用の熱可塑性樹脂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、トレッド補強要素用の熱可塑性樹脂と、アンダートレッド部用の熱可塑性樹脂と、樹脂補強層用の熱可塑性樹脂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、キャビティ内に、ビードコア用の熱可塑性樹脂と、ビードコア被覆部用の熱可塑性樹脂と、サイドウォール部用の熱可塑性樹脂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、熱融着又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の仕様に基づいて試作された。そして各試作タイヤのリム組み性、嵌合性（リムに対するビード部の嵌合力）、及び生産性がテストされた。

　比較例１は、ビードコアが、スチールコードからなるコアである以外は、実施例と実質的に同構成である。また実施例１～６には、ビードコア内にガラス繊維からなるフィーラが配合されている。

＜リム組み性＞
　タイヤが、自動リム組み機を用いてリム組みされるときの、ビード部のクラック等の損傷の有無及び程度が目視によって確認された。これらの検査結果に基づいて、リム組み性が、１０段階で評価された。指数値が大なほどリム組み性に優れている。

＜嵌合性＞
　ホフマン社製ビード部拡張力試験機を用いてホフマン嵌合力（単位：kN）が測定された。測定結果は、比較例１を１００とする指数で表記された。数値が大きいほど嵌合力が大きく良好である。

＜生産性＞
　タイヤの生産性を、比較例１を１０とする指数で表記された。数値が大きいほど生産性に優れている。

　表１に使用された樹脂材料を、表２に示す。

　表１に示すように実施例は、生産性を向上させるとともに、タイヤに、必要なリム嵌合性を付与させることが可能であることが確認できる。しかもビードコアが熱可塑性樹脂で形成されることにより、マテリアルリサイクル性の向上にも貢献しうることが理解できる。

１　空気入りタイヤ
３　トレッド接地要素
５　ビード部
６　サイドウォール部
７　アンダートレッド部
１０　ビードコア
２０　ビードコア被覆部
Ｒ　リム

Claims

　空気入りタイヤであって、
　リムに嵌合される一対のビード部を含み、
　前記一対のビード部は、それぞれ、熱可塑性樹脂からなる円環状のビードコアと、熱可塑性樹脂からなるビードコア被覆部とで構成されている、空気入りタイヤ。
　前記一対のビード部からそれぞれタイヤ半径方向に延びる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み、
　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は、前記ビードコア被覆部の熱可塑性樹脂と同一の又は異なる熱可塑性樹脂で形成されている、請求項１記載の空気入りタイヤ。
　前記アンダートレッド部のタイヤ半径方向外側には、トレッド接地要素が配されており、
　前記トレッド接地要素は、加硫ゴム又は熱可塑性樹脂からなる、請求項２記載の空気入りタイヤ。
　前記ビードコアの前記熱可塑性樹脂の引張弾性率が１０００MPa以上である、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の空気入りタイヤ。
　前記ビードコアの前記熱可塑性樹脂の引張弾性率は、前記ビードコア被覆部の前記熱可塑性樹脂の引張弾性率よりも大きい、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。
　前記ビードコア被覆部の前記熱可塑性樹脂の引張弾性率が３０～２００MPa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。
　前記ビードコアは、前記熱可塑性樹脂内に繊維状のフィラーを含む、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。
　前記フィラーは、タイヤ周方向に配向されている、請求項７に記載の空気入りタイヤ。