JP2004203128A

JP2004203128A - 空気入りタイヤ、及びその製造方法

Info

Publication number: JP2004203128A
Application number: JP2002372557A
Authority: JP
Inventors: Susumu Tanaka; 進田中
Original assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Priority date: 2002-12-24
Filing date: 2002-12-24
Publication date: 2004-07-22
Also published as: DE10360432A1; US7172001B2; US20040134579A1

Abstract

【課題】短繊維の補強効果のアンバランスを改善し、優れた氷上性能を発揮しながら、一般路での操縦安定性を向上させる。
【解決手段】トレッド部２に形成したブロック状部１１の上面Ｓに、中心線Ｎを基準としたジグザグ状の折曲がり部１６を具えるサイピング１２を周方向に並設する。トレッド部２は、短繊維を１．５〜２５重量部配合した短繊維配合ゴムからなる。又前記サイピング１２を三次元サイプ２０とすることにより、前記短繊維を三次元的に配向させた。
【選択図】図７

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冬用タイヤとして好適であり、短繊維を三次元的に配向させることにより、短繊維による補強効果のアンバランスを改善し、優れた氷上性能を発揮しながら一般路での操縦安定性を向上させた空気入りタイヤ、及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
冬用タイヤの氷上性能を高めるために、ブロックを主体としたトレッドパターンのタイヤのトレッド面に、複数のサイピングをタイヤ周方向に並設するとともに、トレッドゴムに短繊維配合ゴムを用いることが、例えば特許文献１に提案されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−１６８３１５号公報
【０００４】
この特許文献１では、加硫成形の際にトレッドゴムがサイピング形成用のナイフブレード間に押し込まれることによって生じるゴム流れを利用し、短繊維を押し込み方向、即ちトレッド厚さ方向に配向させることによって、該短繊維の路面引っ掻き効果を向上せしめ、前記サイピングによるエッジ効果との相乗作用によって氷上性能を大巾に向上させることが記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、短繊維配合ゴムでは、周知の如く、短繊維の配向方向に対する補強効果が、それ以外の方向に対する補強効果に比して著しく低下するという特性を有する。従って、図１０（Ａ）、（Ｂ）に略示するように、サイピング壁面ａが深さ方向に対して変化しない従来的な一次元的サイプｓ１或いは二次元的サイプｓ２を、短繊維配合ゴムに形成した場合には、短繊維の配向も、前記サイピング壁面ａに沿った一次元的或いは二次元的なものに偏ってしまう。その結果、ブロック剛性が強い方向性を示すなどアンバランスとなってしまい、一般路面における操縦安定性を低下させるという問題が発生する。
【０００６】
そこで本発明は、サイピングとして、そのサイピング壁面が深さ方向に対して変化する三次元サイプを用いることを基本として、短繊維をサイピング壁面に沿って三次元的に配向させることができ、その補強効果のアンバランスを改善せしめ、優れた氷上性能を発揮しながら一般路での操縦安定性を向上しうる空気入りタイヤ、及びその製造方法を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本願請求項１の発明は、トレッド部に、トレッド溝により区画されたブロック状部を形成し、かつこのブロック状部の上面に、中心線を基準としてジグザグ状の振幅を有して折れ曲がる折曲がり部を有し該上面で開口するサイピングを周方向に並設するとともに、
前記トレッド部は、ゴム成分１００重量部に対して短繊維を１．５〜２５重量部配合した短繊維配合ゴムを用いて形成し、
しかも前記サイピングは、そのサイピング壁面が深さ方向に対して、前記折曲がり部が中心線方向に折れ曲がる、中心線と異なる方向に折れ曲がる、又はジグザグの一辺長さが変化する三次元サイプとすることにより、前記短繊維を三次元的に配向させたことを特徴としている。
【０００８】
又請求項２の発明では、前記三次元サイプは、隣り合うサイピングの中心線間隔を２．５〜１０．０ｍｍとしたことを特徴としている。
【０００９】
又請求項３の発明では、前記サイピングは、前記折曲がり部が中心線方向に折れ曲がることにより、サイピング壁面は、平行四辺形面が組み合わされた三浦折りをなすことを特徴としている。
【００１０】
又請求項４は製造方法の発明であって、前記請求項１〜３のいずれかに記載の三次元サイプの形状のナイフブレードを加硫金型内面に突設し、加硫成形に際しての生タイヤの膨張とともに短繊維入り生ゴムがナイフブレード間に押し込まれることにより、前記短繊維を三次元的に配向させることを特徴としている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の一形態を、図示例とともに説明する。図１は、本発明の空気入りタイヤが乗用車用のスタッドレスタイヤとして形成された場合の子午断面図、図２はそのトレッドパターンの展開図である。
【００１２】
図１において、空気入りタイヤ１は、トレッド部２からサイドウォール部３をへてビード部４のビードコア５に至るカーカス６と、トレッド部２の内方かつ前記カーカス６の外側に配されるベルト層７とを具える。
【００１３】
前記カーカス６は、カーカスコードをタイヤ周方向に対して例えば７０〜９０°の角度で配列した少なくとも１枚、本例では１枚のカーカスプライ６Ａからなり、このカーカスプライ６Ａは、ビードコア５、５間を跨るプライ本体部６ａの両端に、前記ビードコア５の廻りで折返されるプライ折返し部６ｂを一連に設けている。又前記プライ折返し部６ｂとプライ本体部６ａとの間には、ビードコア５からタイヤ半径方向外方にのびるビードエーペックスゴム８が配設され、
ビード部４からサイドウォール部３にかけて補強している。
【００１４】
又前記ベルト層７は、ベルトコードをタイヤ周方向に対して例えば１０〜３５°の角度で配列する少なくとも２枚、本例では２枚のベルトプライ７Ａ、７Ｂから形成される。該ベルトプライ７Ａ、７Ｂは、各コードがプライ間相互で交差することによりベルト剛性を高め、トレッド部２をタガ効果を有して強固に補強している。
【００１５】
又前記トレッド部２には、トレッド溝１０により区画されたブロック状部１１が形成されるとともに、このブロック状部１１の上面Ｓ（以下にトレッド面Ｓと呼ぶ）に、複数のサイピング１２を周方向に並設している。
【００１６】
本例では、図２に示すように、トレッド部２に、タイヤ周方向にのびる５本の縦主溝１３と、これに交わる向きの横主溝１４とからなるトレッド溝１０を設けている。そしてこれにより、前記トレッド部２を、タイヤ赤道Ｃの両側で周方向に連続してのびるリブＲである内のブロック状部１１ｉと、その両外側でブロックＢが周方向に隔置するブロック列Ｂｒである中のブロック状部１１ｍと、そのさらに両外側でブロックＢがトレッド縁に沿って周方向に隔置するブロック列Ｂｒである外のブロック状部１１ｏとに区分した場合を例示している。なおブロック状部１１の全体を、ブロック列Ｂｒで形成することもできる。
【００１７】
又前記サイピング１２は、図３に、内のブロック状部１１ｉに設けるサイピング１２を代表して示すように、前記トレッド面Ｓでの開口縁形状１５が、中心線Ｎを基準としてジグザグ状の振幅を有して折れ曲がる折曲がり部１６を有して形成される。
【００１８】
本例では、前記開口縁形状１５の一端、他端の双方が、ブロック状部１１のタイヤ軸方向側壁面で開口する両側オープンタイプのサイピング１２を例示しているが、一方のみが開口する片側オープンタイプであっても良い。このサイピング１２は、氷上性能の観点から、前記中心線Ｎのタイヤ軸方向に対する角度θを２０°以下に設定するのが好ましい。
【００１９】
又本例では、前記開口縁形状１５が折曲がり部１６のみで形成された場合を例示しているが、一端側及び／又は他端側に、前記中心線Ｎと平行な直線状部を設けることもできる。
【００２０】
又前記折曲がり部１６の「ジグザグ状」として、本例の如く、Ｖ字状に屈曲する折れ線状の他、円弧曲線やＳｉｎ曲線等からなる波線状を含むことができる。しかしブロック剛性、およびナイフブレード３１（図８に略示する）の曲げ剛性を高く確保する等の観点から、本例の如き折れ線状のものが好ましい。
【００２１】
又前記サイピング１２として、そのサイピング壁面１２Ｓが深さ方向に対して、前記折曲がり部１６が中心線方向Ｆに折れ曲がる三次元サイプ２０Ａ（図４）、前記折曲がり部１６が中心線Ｎと異なる方向（例えば直角方向）に折れ曲がる三次元サイプ２０Ｂ（図５）、又はジグザグの一辺長さが変化する三次元サイプ２０Ｃ（図６）を用いることができる。なお図４〜６は、サイピング１２の三面図（平面図、正面図、側部断面図）をそれぞれ概念的に示したものであり、図中の符号Ｐ１、Ｐ２は折曲がり部１６における山／谷の各稜線である。
【００２２】
このうち、図４の三次元サイプ２０Ａでは、折曲がり部１６のジグザグ形状自体は、深さ方向に対して一定であるが、このジグザグ形状が中心線方向Ｆの一方側、他方側に交互に繰り返して変位するという特徴を有する。
【００２３】
詳しくは、前記図４の正面図に示す如く、各稜線Ｐ１、Ｐ２は、トレッド面Ｓからの深さが増すにつれ、中心線方向Ｆの一方側（図では左側）に変位する。しかる後、第１の変位折返し部Ｑ１で折返され、第２の変位折返し部Ｑ２まで中心線方向Ｆの他方側（図では右側）に変位する。このように、中心線方向Ｆの一方側、他方側に変位が順次繰り返され、このとき、各稜線Ｐ１、Ｐ２は、トレッド面Ｓからサイプ底まで互いに平行に現れる。
【００２４】
このように構成する前記三次元サイプ２０Ａは、図７に示す如く、サイピング壁面１２Ｓが、三次元的な凹凸を有する立体曲面として形成される。従って、対向するサイピング壁面１２Ｓ、１２Ｓが、凹部と凸部とで互いに噛み合って支え合うため、ブロック状部１１の倒込みを効果的に抑制できる。その結果、接地面積の減少及びそれに伴う粘着摩擦力の低下を抑えうるとともにエッジ効果を向上できる。
【００２５】
又ジグザグ形状が深さ方向全体に亘って実質的に同形状をなすため、摩耗初期から摩耗終期に至り、トレッド面Ｓには三次元サイプ２０Ａが常に同形状で露出する。即ち、摩耗の進行に影響されることなくブロック内での剛性変化が非常に少なくなり、偏摩耗の抑制にも期待できる。
【００２６】
なお、このようなサイピング壁面１２Ｓとして、図３、７の如く、平行四辺形面Ｓ１を組み合わせてなる三浦折りのものがある。この三浦折りは、平面を例えば互いに合同な平行四辺形の区画に分割し、適正に山折りと谷折りとを繰り返すことにより、歪みのしわ寄せを生じることなく三次元的に折り畳む平面の折り畳み手段であって、宇宙科学研究所の三浦教授によって発案されたものである。
【００２７】
又前記図５の三次元サイプ２０Ｂでは、折曲がり部１６のジグザグ形状自体は、深さ方向に対して一定であるが、このジグザグ形状が中心線Ｎと異なる方向（例えば直角方向）の一方側、他方側に交互に繰り返して変位するという特徴を有する。この三次元サイプ２０Ｂも、前記三次元サイプ２０Ａと同様、サイピング壁面１２Ｓが、三次元的な凹凸を有する立体曲面として形成される。従って、ブロック状部１１の倒込みを効果的に抑制でき、接地面積の減少及びそれに伴う粘着摩擦力の低下を抑えうるとともにエッジ効果を向上できる。
【００２８】
又前記図６の三次元サイプ２０Ｃでは、折曲がり部１６のジグザグ形状自体が深さ方向に変化するという特徴を有する。この三次元サイプ２０Ｃも同様に、サイピング壁面１２Ｓが三次元的な凹凸を有する立体曲面として形成されるため、ブロック状部１１の倒込みを抑制できる。しかし、他の三次元サイプ２０Ａ、２０Ｂに比して、凹凸変化が小さいため、倒込みの抑制効果が少なく、又トレッド面Ｓで露出するジグザグ形状も摩耗の進行とともに変化するため耐偏摩耗性にも劣るという不利はある。
【００２９】
次に本発明では、図１の如く前記トレッド部２を構成するトレッドゴムＧとして、ゴム成分１００重量部に対して短繊維ｆを１．５〜２５重量部配合した短繊維配合ゴムが使用される。なおトレッドゴムＧが、トレッド面をなすキャップゴム層Ｇ１とその半径方向内側のベースゴム層Ｇ２との２層構造をなす場合には、少なくともキャップゴム層Ｇ１を前記短繊維配合ゴムで形成する。
【００３０】
ここで、短繊維配合ゴムのゴム成分については、例えば天然ゴム（ＮＲ）、スチレン・ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、イソプレインゴム（ＩＲ）等のジエン系ゴムの一種若しくは複数種を組み合わせたものが好適に使用できる。
【００３１】
また前記短繊維ｆの材質としては、例えばグラスファイバ−、アルミウイスカー、ポリエステル、ナイロン、ビニロン、芳香族ポリアミドなどの有機、無機の種々のものを用いることができる。このうちグラスフアイバ−、アルミウイスカー等比重２．０以上の無機系の短繊維ｆは、混練り中に破断して長さが最適化する点、加硫成形時の加硫温度での軟化が少なくかつ路面引っ掻き効果に優れる点などから好ましく採用しうる。また短繊維ｆの寸法としては、その平均繊維径が３０μｍ以下でかつ平均長さが０．３〜２０mm程度のものが好ましく採用しうる。
【００３２】
このようなトレッドゴムＧは、バンバリーミキサー、ロール等で混練りした後、カレンダーロール、ゴム押出し機等により所定断面形状に押出成形されたトレッドゴム材から形成される。なおトレッドゴム材の状態では、短繊維ｆは、押出し方向（タイヤ周方向）に配向している。
【００３３】
そして、金型内面に前記三次元サイプ２０の形状のナイフブレード３１を突設した加硫金型内に、前記トレッドゴム材を用いた生タイヤを装着し、常法に従って加硫成形する。
【００３４】
このとき、図９（Ａ）に示すように、生タイヤの膨張とともに短繊維入り生ゴム３２がナイフブレード３１、３１間に押し込まれることにより、このナイフブレード３１の近傍に、ナイフブレード３１の表面に沿う押し込み方向のゴム流れＪが発生し、図９（Ｂ）に示すように、前記短繊維ｆを、サイピング壁面１２Ｓに沿って三次元的に配向させることができる。
【００３５】
このように本発明では、一方では、短繊維ｆの端面がトレッド面Ｓから露出するため、優れた路面引っ掻き効果を確保することができる。又他方では、短繊維ｆの三次元的配向により、補強効果のアンバランスが改善され、ブロック剛性が方向性を持つのを抑えることができる。その結果、三次元サイプ２０自体が有する優れた剛性向上効果と相俟って、ブロック状部１１の倒れ込みをいっそう抑制することができ、優れた氷上性能を発揮しながら、一般路での操縦安定性、即ちドライ、ウエットでの操縦安定性を大巾に向上させることが可能となる。
【００３６】
ここで、前記短繊維ｆの配向のために、隣り合う三次元サイプ２０における中心線間隔Ｄ（図３に示す）を２．５〜１０．０ｍｍとすることが好ましい。中心線間隔Ｄが１０．０ｍｍを越えると、配向を充分にコントロールすることができなくなり、逆に２．５ｍｍ未満では、ブロック剛性の低下の影響が大きすぎ、短繊維ｆが三次元的に配向した場合にも、操縦安定性の向上効果が期待できなくなる。従って中心線間隔Ｄは、３．５〜７．０ｍｍがより好ましい。
【００３７】
又短繊維ｆの配合量は、前述の如くゴム成分１００重量部に対して１．５〜２５．０重量部とすることが必要であり、１．５重量部未満では路面引っ掻き効果による氷上性能の向上効果が発揮させず、２５．０重量部を越えると、耐摩耗性の低下を招く。従って、短繊維ｆの配合量は、４．０〜１０．０重量部が好ましい。
【００３８】
又前記三次元サイプ２０としては、ブロック剛性の向上効果、短繊維ｆの三次元的な配向効果、耐偏摩耗性等の観点から、前述の如く三次元サイプ２０Ａ、２０Ｂがより好ましく採用しうる。さらにこのうち、タイヤを加硫金型から抜取る時に生じる、ナイフブレード３１の抜けや曲がりなどの損傷を抑制する観点から、特に、前記三次元サイプ２０Ａが好ましく採用できる。
【００３９】
その理由としては、三次元サイプ２０Ａでは、折曲がり部１６を中心線方向Ｆに変位させるため、図４の側部断面図（平面図のＩ−Ｉ線断面）に示すように、サイプ巾方向の変位量Ｌｂを小さく抑えることができるからであり、これによって、ナイフブレード３１に作用する厚さ方向の曲げ応力や曲げモーメントを低減しうる。
【００４０】
又折曲がり部１６が深さ方向に同形状で連続するため、タイヤを金型から抜取る際の抵抗自体も小さくなり、ナイフブレード３１に作用する応力全体を低減できる。又中心線方向Ｆの変位が繰り返されるため、ナイフブレード３１に均一な応力が作用するようになる。そして、このような効果が互いに有機的に結合して、ナイフ抜けやナイフ曲がりなどの損傷が抑制されると推測される。
【００４１】
又前記三次元サイプ２０Ａでは、中心線方向Ｆへの変位量Ｌａ（図４に示す）は、０．３〜４．０ｍｍであることが好ましく、０．３ｍｍ未満では、対向するサイピング壁面１２Ｓの間の凹凸の噛み合いが不十分となって倒込み抑制効果が不足する。逆に４．０ｍｍを越えると、タイヤを抜取る際の抵抗が大きくなり、生産性を損ねる。従って０．５〜２．０ｍｍがさらに好ましい。
【００４２】
又前記折曲がり部１６については、ジグザグの振幅Ｗ（図３に示す）を１〜５ｍｍの範囲、かつ中心線方向ＦのピッチＹを、前記振幅Ｗの０．６〜１０．０倍の範囲とするのが好ましい。
【００４３】
なお要求により、リブＲ毎に、或いはブロックＢ毎に、三次元サイプ２０における前記ジグザグの振幅ＷやピッチＹ、及び変位量Ｌａ等を違えることができ、又三次元サイプ２０を設けたブロックと、従来の一次元的サイプｓ１、二次元的サイプｓ２を設けたブロックとを混用することもできる。
【００４４】
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。
【００４５】
【実施例】
図２のトレッドパターンを有し、かつ表１の仕様のサイピングを設けた乗用車用タイヤ（サイズ１７５／８０Ｒ１４）を試作するとともに、各試供タイヤの雪氷上性能、及び一般路面における操縦安定性をテストし比較した。
【００４６】
なおトレッドゴムには、グラスファイバ−（平均繊維径：３３μｍ、平均長さ：０．６ｍｍ）を表１の配合量で含有させた短繊維配合ゴムを用いている。
【００４７】
（１）雪氷上性能；
各試供タイヤを、リム（１５ｘ５．５ＪＪ）、内圧（２００ｋＰａ）の条件で、乗用車（２０００ｃｃ；ＦＲ車）の全輪に装着し、氷雪路のテストコースを走行した時のハンドル応答性、剛性感、グリップ性等に関する特性をドライバーの官能評価により従来例を１００とする指数で表示している。指数の大きい方が良好である。
【００４８】
（２）一般路面における操縦安定性；
前記乗用車を用い、アスファルトのドライ路面のテストコース、及びウエット路面のテストコースをそれぞれ走行し、その時のハンドル応答性、剛性感、グリップ性等に関する特性をドライバーの官能評価により従来例を１００とする指数で表示している。指数の大きい方が良好である。
【００４９】
【表１】

【００５０】
【発明の効果】
本発明は叙上の如く構成しているため、短繊維をサイピング壁面に沿って三次元的に配向させることができ、その補強効果のアンバランスを改善し、ブロック剛性が方向性を持つのを抑えることができる。その結果、三次元サイプ自体が有する優れた剛性向上効果と相俟って、ブロック状部の倒れ込みをいっそう抑制することができ、優れた氷上性能を発揮しながら、一般路での操縦安定性、即ちドライ、ウエットでの操縦安定性を大巾に向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】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。
【図２】そのトレッドパターンの展開図である。
【図３】サイピングの開口縁形状を示す平面図である。
【図４】三次元サイプの一例を示す３面図である。
【図５】三次元サイプの他の例を示す３面図である。
【図６】三次元サイプのさらに他の例を示す３面図である。
【図７】サイピング壁面を示す斜視図である。
【図８】ナイフブレードを示す斜視図である。
【図９】（Ａ）はナイフブレードによるゴム流れを示す略図、（Ｂ）はゴム流れによる短繊維の三次元的配向を示す略図である。
【図１０】（Ａ）、（Ｂ）は、従来的な一次元的サイプ、及び二次元的サイプを示す斜視図である。
【符号の説明】
２トレッド部
１０トレッド溝
１１ブロック状部
１２サイピング
１２Ｓサイピング壁面
１６折曲がり部
２０三次元サイプ
３１ナイフブレード
Ｎ中心線

Claims

トレッド部に、トレッド溝により区画されたブロック状部を形成し、かつこのブロック状部の上面に、中心線を基準としてジグザグ状の振幅を有して折れ曲がる折曲がり部を具えかつ該上面で開口するサイピングを周方向に並設するとともに、
前記トレッド部は、ゴム成分１００重量部に対して短繊維を１．５〜２５重量部配合した短繊維配合ゴムを用いて形成し、
しかも前記サイピングは、そのサイピング壁面が深さ方向に対し、前記折曲がり部が中心線方向に折れ曲がる、又は中心線と異なる方向に折れ曲がる、又はジグザグの一辺長さが変化する三次元サイプとすることにより、前記短繊維を三次元的に配向させたことを特徴とする空気入りタイヤ。
前記三次元サイプは、隣り合うサイピングの中心線間隔を２．５〜１０．０ｍｍとしたことを特徴とする請求項１記載の空気入りタイヤ。
前記サイピングは、前記折曲がり部が中心線方向に折れ曲がることにより、サイピング壁面は、平行四辺形面が組み合わされた三浦折りをなすことを特徴とする請求項１又は２記載の空気入りタイヤ。
請求項１〜３のいずれかに記載の三次元サイプの形状のナイフブレードを加硫金型内面に突設し、加硫成形に際しての生タイヤの膨張とともに短繊維入り生ゴムがナイフブレード間に押し込まれることにより、前記短繊維を三次元的に配向させることを特徴とする空気入りタイヤの製造方法。