JP6009028B2 - タイヤ及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、真珠の殻構造を適用し、タイヤに転がり抵抗と耐摩耗性を両立させることが可能な積層ゴムを用いたタイヤ及びその製造方法に関し、特に、タイヤに転がり抵抗と耐摩耗性を両立させ、且つ、サイドゴムの耐クラック性と耐亀裂性とを両立させることが可能な積層ゴムを用いたタイヤ及びその製造方法に関する。
バイオミメティック材料学（Biomimetic Materials Science）という生物機能を模倣し有効に利用しようという基礎研究が盛んに行われ、産業用途への展開が図られつつある。例えば、真珠の殻は０．５μｍの炭酸カルシウムシート（９５％）と数ｎｍのタンパク質シート（５％）からできたしなやかさと構造異方性をもつ精巧なナノ材料であるとの認識から出発する学問分野・技術分野である。今回、積層ゴム、特にタイヤのトレッドゴムに真珠の殻構造を適用し、即ち、弾性率が異なるミクロサイズ厚みのゴムを集積した真珠の殻構造を模倣したミクロ厚さのゴム積層構造（以下、適宜「ゴム真珠殻構造」と呼ぶ）を有する積層ゴム等の構造体を創出して、タイヤに転がり抵抗と耐摩耗性を両立させ、サイドゴムの耐クラック性と耐亀裂性とを両立させることが可能な積層ゴム及びその製造方法、該積層ゴムを用いたゴム積層体、並びに、該積層ゴム又は該ゴム積層体を用いたトレッド、サイドゴム、及びタイヤの開発を試みた。
特に類似の思想を持つ従来技術はないが、マクロサイズの厚みで弾性率を変更させた技術としては、トレッド表面のみ硬化しＷＥＴ性能を改良させたタイヤ（特許文献１参照）、複数の弾性率が異なるゴムに傾斜をもたせて配置した安全タイヤ（特許文献２参照）、トレッド最外層の弾性率が高いタイヤ（特許文献３参照）及びトレッド最外層のｔａｎδが低いタイヤ（特許文献４参照）が開示されている。
しかし、従来のマクロサイズの厚みで弾性率を変更させたタイヤ技術では、転がり抵抗と耐摩耗性の両立のために、素材原料そのものによるアプローチがほとんどだった（特許文献１〜４参照）。そして、材料制限があることにより、転がり抵抗と耐摩耗性の両立が難しかった。
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、材料による制限を受けにくい、タイヤに転がり抵抗と耐摩耗性を両立させることが可能な積層ゴムを用いたタイヤ及びその製造方法を提供することを課題としている。
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、弾性率が異なる、厚さ（ゲージ）がミクロサイズのゴム層を積層することにより、タイヤに転がり抵抗と耐摩耗性を両立させることが可能な積層ゴムが得られることを見出し、本発明を完成させるに至った。
すなわち、本発明のタイヤは、厚さが１０μｍ〜５００μｍであるゴム層を３層以上重ねた積層ゴムを繰返し単位とし、該繰返し単位を複数有するゴム積層体を、トレッド及びサイドウォールに用いたタイヤであって、前記積層ゴムにおけるゴム層のうち、最も低弾性なゴム層の弾性率：最も高弾性なゴム層の弾性率の比が、１：２〜１：３０であり、前記最も低弾性なゴム層と前記最も高弾性なゴム層が積層され、前記トレッドに用いた該ゴム積層体の積層方向がタイヤ幅方向であり、前記サイドウォールに用いた該ゴム積層体の積層方向がタイヤ幅方向であることを特徴とする。
また、本発明のタイヤは、前記ゴム積層体が、前記積層ゴムにおけるゴム層のうち、弾性率が同じゴム層を複数有することが好ましく、ゴム種が同じゴム層を複数有することがより好ましい。
本発明のタイヤの製造方法は、
本発明のタイヤを製造するタイヤの製造方法であって、
ゴム層を３層以上重ねる層重ねゴム形成工程と、
得られた層重ねゴムを、その層重ね方向に、各ゴム層の厚さが１０μｍ〜５００μｍになるように薄層化する薄層化工程と、
前記薄層化した層重ねゴムを繰り返し単位とし、該繰返し単位を積層して、該繰返し単位を複数有する積層ゴムを作製する積層ゴム作製工程と、
該積層ゴムを用いて、サイドウォール及びトレッドを作製するサイドウォール及びトレッドの作製工程と、
を含むことを特徴とする。
また、本発明のタイヤの製造方法は、前記薄層化工程の後に、前記積層ゴムを、電子顕微鏡又は走査プローブ顕微鏡を用いて検査する確認工程をさらに含む、ことが好ましい。
本発明のタイヤを製造するタイヤの製造方法であって、
ゴム層を３層以上重ねる層重ねゴム形成工程と、
得られた層重ねゴムを、その層重ね方向に、各ゴム層の厚さが１０μｍ〜５００μｍになるように薄層化する薄層化工程と、
前記薄層化した層重ねゴムを繰り返し単位とし、該繰返し単位を積層して、該繰返し単位を複数有する積層ゴムを作製する積層ゴム作製工程と、
該積層ゴムを用いて、サイドウォール及びトレッドを作製するサイドウォール及びトレッドの作製工程と、
を含むことを特徴とする。
また、本発明のタイヤの製造方法は、前記薄層化工程の後に、前記積層ゴムを、電子顕微鏡又は走査プローブ顕微鏡を用いて検査する確認工程をさらに含む、ことが好ましい。
本発明によれば、ゴム真珠殻構造、すなわち、弾性率が異なる、厚さ（ゲージ）がミクロサイズのゴム層を積層することにより、材料による制限を受けにくい、タイヤに転がり抵抗と耐摩耗性を両立させることが可能な積層ゴムを用いたタイヤ及びその製造方法を提供することができる。
以下、本発明について詳細に説明する。
［積層ゴム］
本発明の積層ゴムは、厚さが１０μｍ〜５００μｍであるゴム層を３層以上重ねたことを特徴とする。厚さが１０μｍ〜５００μｍであるゴム層を３層以上重ねた積層ゴムは、真珠の殻構造を模倣したミクロ厚さのゴム真珠殻構造を構成することとなり、材料による制限を受けにくい高性能な積層ゴムを創出することができるからである。
［積層ゴム］
本発明の積層ゴムは、厚さが１０μｍ〜５００μｍであるゴム層を３層以上重ねたことを特徴とする。厚さが１０μｍ〜５００μｍであるゴム層を３層以上重ねた積層ゴムは、真珠の殻構造を模倣したミクロ厚さのゴム真珠殻構造を構成することとなり、材料による制限を受けにくい高性能な積層ゴムを創出することができるからである。
（ゴム層）
本発明のゴム層は、厚さ（ゲージ）が１０μｍ〜５００μｍであることを特徴とする。層の材料としては、特に制限はない。１０μｍ〜５００μｍの厚さ（ゲージ）に薄層化できる圧縮展性や加硫性などの加工性を有するためである。また、図１に示すように、厚みと共に弾性率を整えることで、摩耗に大きく関与する初期破壊核（Ｙ1）の形成をより効果的に抑制でき、さらに転がり抵抗を低くできる。
なお、ゴム真珠殻構造の優れた性能や特性を効果的に発揮するためには、ゴム層を構成するゴム層間が共加硫していることが必須である。ここで、共加硫とは、ゴム層の間に加硫の硫黄−硫黄結合を有するしっかりした架橋結合を有していることを言う。
本発明のゴム層は、厚さ（ゲージ）が１０μｍ〜５００μｍであることを特徴とする。層の材料としては、特に制限はない。１０μｍ〜５００μｍの厚さ（ゲージ）に薄層化できる圧縮展性や加硫性などの加工性を有するためである。また、図１に示すように、厚みと共に弾性率を整えることで、摩耗に大きく関与する初期破壊核（Ｙ1）の形成をより効果的に抑制でき、さらに転がり抵抗を低くできる。
なお、ゴム真珠殻構造の優れた性能や特性を効果的に発揮するためには、ゴム層を構成するゴム層間が共加硫していることが必須である。ここで、共加硫とは、ゴム層の間に加硫の硫黄−硫黄結合を有するしっかりした架橋結合を有していることを言う。
（ゴム層の厚み）
本発明のゴム層の厚みとは上記積層ゴム中におけるゴム層の厚さ（１層の厚さ）を言い、タイヤ技術分野の専門用語では「ゲージ」と言う。通常のマクロサイズの厚み（ゲージは光学顕微鏡などで測定可能だが、本発明のゴム層の厚みは１０μｍ〜５００μｍであり、電子顕微鏡、走査プローブ顕微鏡などのミクロ構造を測定できる装置を用いて計測することが好ましい。
本発明のゴム層の厚みは１０μｍ〜５００μｍであり、より好適には５０μｍ〜２００μｍである。１０μｍ未満では、均等な厚みを形成させることが困難であり、５００μｍ超えると耐摩擦性が低下してしまう。これは、初期破壊発生距離程度まで薄膜化したゴム層の厚み（ゲージ）によって、図１に示すように、摩耗に大きく関与する初期破壊核（Ｙ1）の形成を効果的に抑制することができるからである。
本発明のゴム層の厚みとは上記積層ゴム中におけるゴム層の厚さ（１層の厚さ）を言い、タイヤ技術分野の専門用語では「ゲージ」と言う。通常のマクロサイズの厚み（ゲージは光学顕微鏡などで測定可能だが、本発明のゴム層の厚みは１０μｍ〜５００μｍであり、電子顕微鏡、走査プローブ顕微鏡などのミクロ構造を測定できる装置を用いて計測することが好ましい。
本発明のゴム層の厚みは１０μｍ〜５００μｍであり、より好適には５０μｍ〜２００μｍである。１０μｍ未満では、均等な厚みを形成させることが困難であり、５００μｍ超えると耐摩擦性が低下してしまう。これは、初期破壊発生距離程度まで薄膜化したゴム層の厚み（ゲージ）によって、図１に示すように、摩耗に大きく関与する初期破壊核（Ｙ1）の形成を効果的に抑制することができるからである。
（ゴム層の弾性率）
本発明のゴム層の「弾性率」は、マクロ構造体の弾性率は通常の応力−ひずみ測定装置を用いて測定するが、ミクロサイズの１層１層のゴム層の弾性率はミクロサイズ測定に特化した応力−ひずみ測定装置を用いて測定する。ミクロサイズ測定アタッチメントを備えた応力−ひずみ測定装置や原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）などの走査プローブ顕微鏡などのミクロ構造体の応力とひずみを測定できる装置を用いて計測することが好ましい。
上記ゴム層のうち、弾性率が同じゴム層を複数有することが好ましく、また、ゴム種が同じゴム層を複数有することが好ましい。
さらに、最も低弾性なゴム層の弾性率：最も高弾性なゴム層の弾性率の比が１：２〜１：３０であることがより好ましい。１：２未満だと耐摩耗性が改良されず、１：３０より大きいと、均一な積層構造が形成されないからである。破壊核（Ｙ1）形成の抑制、破壊核（Ｙ1）進展（図１（ａ）参照）の緩和を効果的にするためであり、つまり、弾性率の大きく異なる２種以上のミクロサイズのゴム層を積層させることにより、積層ゴム表面乃至積層ゴム内部に発生した破壊核（Ｙ1）の進展を弾性率の違うゴム層間で緩和することができ、破壊核（Ｙ1）の進展を抑制することができる（図１（ｂ−１）、（ｂ−２）参照）からであり、また、弾性率の異なるミクロサイズのゴム層を積層させることで、積層ゴムのヒステリシスロスを低減できるからである。
本発明のゴム層の「弾性率」は、マクロ構造体の弾性率は通常の応力−ひずみ測定装置を用いて測定するが、ミクロサイズの１層１層のゴム層の弾性率はミクロサイズ測定に特化した応力−ひずみ測定装置を用いて測定する。ミクロサイズ測定アタッチメントを備えた応力−ひずみ測定装置や原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）などの走査プローブ顕微鏡などのミクロ構造体の応力とひずみを測定できる装置を用いて計測することが好ましい。
上記ゴム層のうち、弾性率が同じゴム層を複数有することが好ましく、また、ゴム種が同じゴム層を複数有することが好ましい。
さらに、最も低弾性なゴム層の弾性率：最も高弾性なゴム層の弾性率の比が１：２〜１：３０であることがより好ましい。１：２未満だと耐摩耗性が改良されず、１：３０より大きいと、均一な積層構造が形成されないからである。破壊核（Ｙ1）形成の抑制、破壊核（Ｙ1）進展（図１（ａ）参照）の緩和を効果的にするためであり、つまり、弾性率の大きく異なる２種以上のミクロサイズのゴム層を積層させることにより、積層ゴム表面乃至積層ゴム内部に発生した破壊核（Ｙ1）の進展を弾性率の違うゴム層間で緩和することができ、破壊核（Ｙ1）の進展を抑制することができる（図１（ｂ−１）、（ｂ−２）参照）からであり、また、弾性率の異なるミクロサイズのゴム層を積層させることで、積層ゴムのヒステリシスロスを低減できるからである。
（積層ゴムの積層方向）
図３に示したように、本発明の積層ゴム（１）の「積層方向」とは、積層ゴム（１）を構成するゴム層（３）の積み重なる方向を言い、具体的には、ゴム層（３）の層面方向（Ｂ−Ｂ’、Ｃ−Ｃ’）と垂直に交わる方向（Ａ−Ａ’）を言う。
例えば、図３（ａ−１）に示す直方体形状の積層ゴム（１）においては、積層ゴム（１）の積層方向は、層面（２）の奥行き方向（Ｂ−Ｂ’）及び高さ方向（Ｃ−Ｃ’）と垂直に交わるＡ−Ａ’で示す方向（水平方向）である。また、図３（ａ−２）に示す直方体形状の積層ゴム（１）においては、積層ゴム（１）の積層方向は、層面（２）の奥行き方向（Ｂ−Ｂ’）及び水平方向（Ｃ−Ｃ’）と垂直に交わるＡ−Ａ’で示す方向（鉛直方向）である。
また、図３（ｂ−１）、（ｂ−２）には、積層ゴム（１）がタイヤなどのドーナツ形状ないし円筒体を構成する場合を示した。図３（ｂ−１）では、積層ゴム（１）の積層方向は、層面（２）の奥行き方向（Ｂ−Ｂ’）及び高さ方向（Ｃ−Ｃ’）と垂直に交わるＡ−Ａ’で示す円筒体の幅方向（タイヤにあっては、「タイヤ幅方向」）である。また、図３（ｂ−２）では、積層ゴム（１）の積層方向は、ゴム層面（２）の周面方向（Ｂ−Ｂ’）及び幅方向（Ｃ−Ｃ’）と垂直に交わるＡ−Ａ’で示す円筒体の径方向（タイヤにあっては、「タイヤ径方向」）である。
上記積層ゴム（１）の積層方向（Ａ−Ａ’）が、垂直方向又は円筒体の幅方向、タイヤにあっては、「タイヤ幅方向」であることが好ましい（図３（ｂ−１）参照）。例えばタイヤのトレッドに用いられた場合、ミクロに積層された積層ゴム（１）が路面のミクロ突起（Ｘ）の突き上げ等によって発生する衝撃力等を緩和し、摩耗の初期破壊核（Ｙ1）の形成及び進展を効果的に抑制するからである（図１（ｂ−１）参照）。また、上記積層ゴム（１）の積層方向（Ａ−Ａ’）が、水平方向又は円筒体の径方向、タイヤにあっては、「タイヤ径方向」であることが好ましい（図３（ｂ−２）参照）。例えばタイヤのトレッドに用いられた場合、ミクロに積層された積層ゴム（１）が路面のミクロ突起（Ｘ）によって発生する衝撃力等を緩和し、摩耗の初期破壊核（Ｙ1）の形成及び進展を効果的に抑制するからである（図１（ｂ−２）参照）。
図３に示したように、本発明の積層ゴム（１）の「積層方向」とは、積層ゴム（１）を構成するゴム層（３）の積み重なる方向を言い、具体的には、ゴム層（３）の層面方向（Ｂ−Ｂ’、Ｃ−Ｃ’）と垂直に交わる方向（Ａ−Ａ’）を言う。
例えば、図３（ａ−１）に示す直方体形状の積層ゴム（１）においては、積層ゴム（１）の積層方向は、層面（２）の奥行き方向（Ｂ−Ｂ’）及び高さ方向（Ｃ−Ｃ’）と垂直に交わるＡ−Ａ’で示す方向（水平方向）である。また、図３（ａ−２）に示す直方体形状の積層ゴム（１）においては、積層ゴム（１）の積層方向は、層面（２）の奥行き方向（Ｂ−Ｂ’）及び水平方向（Ｃ−Ｃ’）と垂直に交わるＡ−Ａ’で示す方向（鉛直方向）である。
また、図３（ｂ−１）、（ｂ−２）には、積層ゴム（１）がタイヤなどのドーナツ形状ないし円筒体を構成する場合を示した。図３（ｂ−１）では、積層ゴム（１）の積層方向は、層面（２）の奥行き方向（Ｂ−Ｂ’）及び高さ方向（Ｃ−Ｃ’）と垂直に交わるＡ−Ａ’で示す円筒体の幅方向（タイヤにあっては、「タイヤ幅方向」）である。また、図３（ｂ−２）では、積層ゴム（１）の積層方向は、ゴム層面（２）の周面方向（Ｂ−Ｂ’）及び幅方向（Ｃ−Ｃ’）と垂直に交わるＡ−Ａ’で示す円筒体の径方向（タイヤにあっては、「タイヤ径方向」）である。
上記積層ゴム（１）の積層方向（Ａ−Ａ’）が、垂直方向又は円筒体の幅方向、タイヤにあっては、「タイヤ幅方向」であることが好ましい（図３（ｂ−１）参照）。例えばタイヤのトレッドに用いられた場合、ミクロに積層された積層ゴム（１）が路面のミクロ突起（Ｘ）の突き上げ等によって発生する衝撃力等を緩和し、摩耗の初期破壊核（Ｙ1）の形成及び進展を効果的に抑制するからである（図１（ｂ−１）参照）。また、上記積層ゴム（１）の積層方向（Ａ−Ａ’）が、水平方向又は円筒体の径方向、タイヤにあっては、「タイヤ径方向」であることが好ましい（図３（ｂ−２）参照）。例えばタイヤのトレッドに用いられた場合、ミクロに積層された積層ゴム（１）が路面のミクロ突起（Ｘ）によって発生する衝撃力等を緩和し、摩耗の初期破壊核（Ｙ1）の形成及び進展を効果的に抑制するからである（図１（ｂ−２）参照）。
（ゴム成分）
本発明の積層ゴムに用いるゴム成分は、特に制限はなく、例えば、天然ゴム（ＮＲ）及び合成ゴムを含むことができる。合成ゴムとして、具体的には、ポリイソプレンゴム（ＩＲ）、スチレン−ブタジエン共重合体ゴム（ＳＢＲ）、ポリブタジエンゴム（ＢＲ）、エチレン−プロピレン−ジエンゴム（ＥＰＤＭ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、イソブチレンイソプレンゴム（ＩＩＲ）、ハロゲン化ブチルゴム、アクリロニリトル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）等が挙げられる。また、上記ゴム成分としては、未変性ゴム及び変性ゴムのいずれを用いてもよい。
本発明の積層ゴムに用いるゴム成分は、特に制限はなく、例えば、天然ゴム（ＮＲ）及び合成ゴムを含むことができる。合成ゴムとして、具体的には、ポリイソプレンゴム（ＩＲ）、スチレン−ブタジエン共重合体ゴム（ＳＢＲ）、ポリブタジエンゴム（ＢＲ）、エチレン−プロピレン−ジエンゴム（ＥＰＤＭ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、イソブチレンイソプレンゴム（ＩＩＲ）、ハロゲン化ブチルゴム、アクリロニリトル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）等が挙げられる。また、上記ゴム成分としては、未変性ゴム及び変性ゴムのいずれを用いてもよい。
（配合剤）
本発明の積層ゴム又はゴム積層体に用いるゴム組成物には、上記ゴム成分の他に、ゴム工業界で通常使用される配合剤、例えば、充填剤、老化防止剤、軟化剤、シランカップリング剤、ステアリン酸、亜鉛華、加硫促進剤、加硫剤等を、本発明の目的を害しない範囲内で適宜選択して配合することができる。これら配合剤としては、市販品を好適に使用することができる。本発明の積層ゴム又はゴム積層体に用いるゴム組成物は、上記ゴム成分に、必要に応じて適宜選択した各種配合剤を配合して、混練り、熱入れ、押出等することにより製造することができる。
本発明の積層ゴム又はゴム積層体に用いるゴム組成物には、上記ゴム成分の他に、ゴム工業界で通常使用される配合剤、例えば、充填剤、老化防止剤、軟化剤、シランカップリング剤、ステアリン酸、亜鉛華、加硫促進剤、加硫剤等を、本発明の目的を害しない範囲内で適宜選択して配合することができる。これら配合剤としては、市販品を好適に使用することができる。本発明の積層ゴム又はゴム積層体に用いるゴム組成物は、上記ゴム成分に、必要に応じて適宜選択した各種配合剤を配合して、混練り、熱入れ、押出等することにより製造することができる。
（積層ゴムの製造方法）
本発明の積層ゴムの製造方法（図２参照）は、ゴム層を３層以上重ね、得られた層重ねゴムを、その層重ね方向に、各ゴム層の厚さが１０μｍ〜５００μｍになるように薄層化することが好ましい。
また、より一般化した製造方法では、ａを自然数からなる工程繰返し終了の設定回数、ｘを自然数からなる工程の引数、ｎｘを自然数からなる第ｘ工程でのゴム層の層重ね枚数、ｔxを第ｘ工程でのゴム層ｎｘ枚の厚み、αｘを１未満の正の数からなる第ｘ工程での積層体の薄層化率とするとき、第ｘ単位工程が、ゴム層をｎx枚重ね、厚みｔxの第ｘ層重ね体とする第ｘ層重ね工程、該第ｘ層重ね体を薄層化して全体の厚みをｔx・αｘの第ｘ積層ゴムとする第ｘ薄層化工程、電子顕微鏡で該第ｘ積層ゴムを検査する第ｘ確認工程を具えており、工程の引数をｘから１つ増やしてｘ＋１として、前記検査に合格した前記第ｘ積層ゴムを出発のゴム層として、第ｘ＋１積層工程から第ｘ＋１確認工程までの第ｘ＋１単位工程を繰返し、工程の引数が１からａに達するまで繰返し実施することが好ましい。
本発明の積層ゴムの製造方法（図２参照）は、ゴム層を３層以上重ね、得られた層重ねゴムを、その層重ね方向に、各ゴム層の厚さが１０μｍ〜５００μｍになるように薄層化することが好ましい。
また、より一般化した製造方法では、ａを自然数からなる工程繰返し終了の設定回数、ｘを自然数からなる工程の引数、ｎｘを自然数からなる第ｘ工程でのゴム層の層重ね枚数、ｔxを第ｘ工程でのゴム層ｎｘ枚の厚み、αｘを１未満の正の数からなる第ｘ工程での積層体の薄層化率とするとき、第ｘ単位工程が、ゴム層をｎx枚重ね、厚みｔxの第ｘ層重ね体とする第ｘ層重ね工程、該第ｘ層重ね体を薄層化して全体の厚みをｔx・αｘの第ｘ積層ゴムとする第ｘ薄層化工程、電子顕微鏡で該第ｘ積層ゴムを検査する第ｘ確認工程を具えており、工程の引数をｘから１つ増やしてｘ＋１として、前記検査に合格した前記第ｘ積層ゴムを出発のゴム層として、第ｘ＋１積層工程から第ｘ＋１確認工程までの第ｘ＋１単位工程を繰返し、工程の引数が１からａに達するまで繰返し実施することが好ましい。
具体的には、例えば、１ｍｍ厚のゴムシート１０枚を重ね、厚み１０ｍｍの第１層重ね体とする第１層重ね工程、該第１層重ね体を薄層化して全体の厚みを１ｍｍの第１積層ゴムとする第１薄層化工程、電子顕微鏡で該第１積層ゴムを検査する第１確認工程、該検査に合格した第１積層ゴムを５枚重ね、厚み５ｍｍの第２層重ね体とする第２層重ね工程、該第２層重ね体を薄層化して全体の厚みを１ｍｍの第２積層ゴムとする第２薄層化工程、電子顕微鏡で該第２積層ゴムを検査する第２確認工程、を具えることが好ましい（これはａ＝２、ｎ1＝１０、ｔ1＝１０ｍｍ、α1＝１／１０、ｎ2＝５、ｔ2＝５ｍｍ、α2＝１／５の場合である）。
ゴム層の有する薄層化加工性（展性、圧縮性）を利用して、層重ね工程と薄層化工程を繰り返すことで所定厚み（ゲージ）のゴム層を重ねた積層ゴムを好適に製造できる。
ゴム層の有する薄層化加工性（展性、圧縮性）を利用して、層重ね工程と薄層化工程を繰り返すことで所定厚み（ゲージ）のゴム層を重ねた積層ゴムを好適に製造できる。
（ゴム積層体）
本発明のゴム積層体は、上記積層ゴムを繰返し単位とし、該繰返し単位を複数有することを特徴とする。該繰返し単位を複数有することにより、真珠の殻構造を模倣したミクロなゴム真珠殻構造をより細密に構成することとなり、材料による制限を受けにくい高性能なゴム積層体を製造することができるからである。
また、上記ゴム積層体の製造方法は、複数の上記積層ゴムを層重ねし、一体化することにより行う。該積層ゴムの層面が未加硫状態ないし半加硫状態にあり、加硫一体化することが好ましく、また、トレッドやタイヤ等にさらに組み込む場合には、層面が未加硫状態ないし半加硫状態の複数該積層ゴムを層面が未加硫状態ないし半加硫状態のままで一体化することが好ましい。
本発明のゴム積層体は、上記積層ゴムを繰返し単位とし、該繰返し単位を複数有することを特徴とする。該繰返し単位を複数有することにより、真珠の殻構造を模倣したミクロなゴム真珠殻構造をより細密に構成することとなり、材料による制限を受けにくい高性能なゴム積層体を製造することができるからである。
また、上記ゴム積層体の製造方法は、複数の上記積層ゴムを層重ねし、一体化することにより行う。該積層ゴムの層面が未加硫状態ないし半加硫状態にあり、加硫一体化することが好ましく、また、トレッドやタイヤ等にさらに組み込む場合には、層面が未加硫状態ないし半加硫状態の複数該積層ゴムを層面が未加硫状態ないし半加硫状態のままで一体化することが好ましい。
（積層ゴムの繰返し単位）
本発明のゴム積層体は、上記積層ゴムを繰返し単位とし、該繰返し単位を複数有することが好ましい。
本発明のゴム積層体は、上記積層ゴムを繰返し単位とし、該繰返し単位を複数有することが好ましい。
（トレッド）
本発明のトレッドは、上記積層ゴム又は上記ゴム積層体を含むことが好ましく（上記積層体がトレッドの一部でもよい）、また、上記積層ゴム又は上記ゴム積層体からなることが好ましい（上記積層体がトレッド全体でもよい）。上記ゴム積層体のみで該トレッドの全体が構成されていることがより好ましい。以下に説明するゴム真珠構造を採用していることから、タイヤに用いる場合、タイヤとしての転がり抵抗と耐摩耗性を高次元で両立できる。
本発明のトレッドは、上記積層ゴム又は上記ゴム積層体を含むことが好ましく（上記積層体がトレッドの一部でもよい）、また、上記積層ゴム又は上記ゴム積層体からなることが好ましい（上記積層体がトレッド全体でもよい）。上記ゴム積層体のみで該トレッドの全体が構成されていることがより好ましい。以下に説明するゴム真珠構造を採用していることから、タイヤに用いる場合、タイヤとしての転がり抵抗と耐摩耗性を高次元で両立できる。
（摩耗メカニズム）
図１（ａ）に示すように、車両進行方向Ｚに走行しているタイヤ、特にそのトレッド（Ｔ）について、その摩耗メカニズムに着目すると、路面のミクロ突起（Ｘ）等による路面からの入力を受けトレッド表面に破壊核（Ｙ1）が形成される。該破壊核（Ｙ1）が進展していくことにより、ゴムが脱離していく。このゴム脱離により摩耗が進んでいく。この摩耗メカニズムによれば、初期破壊核（Ｙ1）の形成を抑制することが耐摩耗性向上に効果的であると見えてきた。
図１（ａ）に示すように、車両進行方向Ｚに走行しているタイヤ、特にそのトレッド（Ｔ）について、その摩耗メカニズムに着目すると、路面のミクロ突起（Ｘ）等による路面からの入力を受けトレッド表面に破壊核（Ｙ1）が形成される。該破壊核（Ｙ1）が進展していくことにより、ゴムが脱離していく。このゴム脱離により摩耗が進んでいく。この摩耗メカニズムによれば、初期破壊核（Ｙ1）の形成を抑制することが耐摩耗性向上に効果的であると見えてきた。
（ゴム真珠殻構造による性能向上メカニズム）
そこで、図１（ｂ−１）、（ｂ−２）に示すように、ゴム真珠殻構造、つまり、弾性率の大きく異なる２種以上のゴム層（２）を積層させ、かつ各ゴム層の厚み（ゲージ）を初期破壊発生距離程度まで薄膜化させる構造を有する積層ゴム（１）を用いることにより、路面からの入力に対し発生した破壊核（Ｙ1）の進展を弾性率の違うゴム間で緩和することができ、破壊核（Ｙ1）の進展を抑制することができ、耐摩耗性を効果的に向上させることができることを見出した。
また、弾性率の異なるゴム層（２）を積層させることで、該積層ゴムを含むトレッド（Ｔ）のトータルでのヒステリシスロスを低減でき、タイヤとしての転がり抵抗を低くすることが可能となることを見出した。
そこで、図１（ｂ−１）、（ｂ−２）に示すように、ゴム真珠殻構造、つまり、弾性率の大きく異なる２種以上のゴム層（２）を積層させ、かつ各ゴム層の厚み（ゲージ）を初期破壊発生距離程度まで薄膜化させる構造を有する積層ゴム（１）を用いることにより、路面からの入力に対し発生した破壊核（Ｙ1）の進展を弾性率の違うゴム間で緩和することができ、破壊核（Ｙ1）の進展を抑制することができ、耐摩耗性を効果的に向上させることができることを見出した。
また、弾性率の異なるゴム層（２）を積層させることで、該積層ゴムを含むトレッド（Ｔ）のトータルでのヒステリシスロスを低減でき、タイヤとしての転がり抵抗を低くすることが可能となることを見出した。
（タイヤ）
本発明のタイヤは、上記積層ゴム又は上記ゴム積層体を用いたことが好ましい。タイヤとしての転がり抵抗と耐摩耗性を高次元で両立できるからである。なお、本発明のタイヤは、上記積層ゴム又は上記ゴム積層体をタイヤ部材のいずれかに用いる以外特に制限は無く、常法に従って製造することができる。また、本発明のタイヤは、上記トレッドを具えることが好ましい。タイヤとしての転がり抵抗と耐摩耗性をより高次元で両立できるからである。また、該タイヤに充填する気体としては、通常の或いは酸素分圧を調整した空気の他、窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガスを用いることができる。
上述の摩耗メカニズムから理解されるように、上記積層ゴム又は上記ゴム積層体の有する積層ゴムの積層方向がタイヤ幅方向であることが好ましく、この場合、上記タイヤが路面のミクロ突起に接しミクロな突き上げ力等を受けたときに、タイヤ幅方向に積層されたミクロなゴム真珠殻構造によって、摩耗の初期破壊核（Ｙ1）の形成や破壊核（Ｙ1）の進展を効果的に抑制するからである（図１参照）。また、上記積層ゴム又は上記ゴム積層体の有する積層ゴムの積層方向がタイヤ径方向であることが好ましく、この場合、上記タイヤが路面のミクロ突起に接したときに、タイヤ径方向に積層されたミクロなゴム真珠殻構造によって、摩耗の初期破壊核（Ｙ1）の形成や破壊核（Ｙ1）の進展を効果的に抑制するからである（図１参照）。このため、上記タイヤは、転がり抵抗と耐摩耗性を高次元で両立できる。
また、図４に示すサイドゴム構成（タイヤ幅方向（ゴム積層体の延在方向と垂直方向）の積層）の方が、図５に示すサイドゴム構成（タイヤ径方向（ゴム積層体の延在方向）の積層）よりも耐クラック性に優れる。
本発明のタイヤは、上記積層ゴム又は上記ゴム積層体を用いたことが好ましい。タイヤとしての転がり抵抗と耐摩耗性を高次元で両立できるからである。なお、本発明のタイヤは、上記積層ゴム又は上記ゴム積層体をタイヤ部材のいずれかに用いる以外特に制限は無く、常法に従って製造することができる。また、本発明のタイヤは、上記トレッドを具えることが好ましい。タイヤとしての転がり抵抗と耐摩耗性をより高次元で両立できるからである。また、該タイヤに充填する気体としては、通常の或いは酸素分圧を調整した空気の他、窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガスを用いることができる。
上述の摩耗メカニズムから理解されるように、上記積層ゴム又は上記ゴム積層体の有する積層ゴムの積層方向がタイヤ幅方向であることが好ましく、この場合、上記タイヤが路面のミクロ突起に接しミクロな突き上げ力等を受けたときに、タイヤ幅方向に積層されたミクロなゴム真珠殻構造によって、摩耗の初期破壊核（Ｙ1）の形成や破壊核（Ｙ1）の進展を効果的に抑制するからである（図１参照）。また、上記積層ゴム又は上記ゴム積層体の有する積層ゴムの積層方向がタイヤ径方向であることが好ましく、この場合、上記タイヤが路面のミクロ突起に接したときに、タイヤ径方向に積層されたミクロなゴム真珠殻構造によって、摩耗の初期破壊核（Ｙ1）の形成や破壊核（Ｙ1）の進展を効果的に抑制するからである（図１参照）。このため、上記タイヤは、転がり抵抗と耐摩耗性を高次元で両立できる。
また、図４に示すサイドゴム構成（タイヤ幅方向（ゴム積層体の延在方向と垂直方向）の積層）の方が、図５に示すサイドゴム構成（タイヤ径方向（ゴム積層体の延在方向）の積層）よりも耐クラック性に優れる。
なお、上述したところは、この発明の実施形態の一部を示したにすぎず、この発明の趣旨を逸脱しない限り、これらの構成を相互に組み合わせたり、種々の変更を加えたりすることができる。
以下、本発明について、実施例に基づき具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。なお、本明細書において、実施例３，４は、それぞれ、参考例３，４であるものとする。
[実施例１〜４]
[実施例１〜４]
［製造方法］
次に、この発明に従う積層ゴムを製造し、該積層ゴムを用いたタイヤを試作し性能評価
を行ったので、以下に説明する。
１ｍｍ厚又は０．５ｍｍ厚のゴムシート１０枚を重ねた厚み１０ｍｍ又は５ｍｍ厚の第１積層体を形成する第１積層体形成工程、該第１積層体を薄層化して全体の厚みを１ｍｍ又は０．５ｍｍの第１積層ゴムとする（１層の厚みを１００μｍ又は５０μｍとする）第１薄層化工程、この薄層化加工性を利用して、積層体形成工程と薄層化工程を繰り返して、所定厚みのゴム層を重ねた積層ゴムを作製し、該積層ゴムの多層構造を有するトレッドゴムとして用いて、１９５／６５Ｒ１５サイズのタイヤを製造した。
ここで、実施例１及び２については、積層方向をタイヤ幅方向とし、実施例３及び４については、積層方向をタイヤ径方向とした。
次に、この発明に従う積層ゴムを製造し、該積層ゴムを用いたタイヤを試作し性能評価
を行ったので、以下に説明する。
１ｍｍ厚又は０．５ｍｍ厚のゴムシート１０枚を重ねた厚み１０ｍｍ又は５ｍｍ厚の第１積層体を形成する第１積層体形成工程、該第１積層体を薄層化して全体の厚みを１ｍｍ又は０．５ｍｍの第１積層ゴムとする（１層の厚みを１００μｍ又は５０μｍとする）第１薄層化工程、この薄層化加工性を利用して、積層体形成工程と薄層化工程を繰り返して、所定厚みのゴム層を重ねた積層ゴムを作製し、該積層ゴムの多層構造を有するトレッドゴムとして用いて、１９５／６５Ｒ１５サイズのタイヤを製造した。
ここで、実施例１及び２については、積層方向をタイヤ幅方向とし、実施例３及び４については、積層方向をタイヤ径方向とした。
実施例１〜４の試験体は、内部損失（ｔａｎδ)が０．４７であり、貯蔵弾性率（Ｅ′）が１．９１×１０７である第１ゴムと、内部損失（ｔａｎδ)が０．０８１であり、貯蔵弾性率（Ｅ′）が５．７５×１０６である第２ゴムとが交互に積層されることにより構成されている。
[比較例１]
比較例１の試験体は、内部損失（ｔａｎδ)が０．４７であり、貯蔵弾性率（Ｅ′）が１．９１×１０７である第１ゴムの一層構造により構成されている。
比較例１の試験体は、内部損失（ｔａｎδ)が０．４７であり、貯蔵弾性率（Ｅ′）が１．９１×１０７である第１ゴムの一層構造により構成されている。
これら試験体に対して以下の項目の評価を行った。
［評価方法］
（動的損失係数（ｔａｎδ)）
東洋精機株式会社製の粘弾性スペクトロメータを用い、５％伸長させた状態で、動的な歪み１％、周波数５２Ｈｚの条件により、室温（２５℃）で、動的損失係数（ｔａｎδ）を測定した。
（動的損失係数（ｔａｎδ)）
東洋精機株式会社製の粘弾性スペクトロメータを用い、５％伸長させた状態で、動的な歪み１％、周波数５２Ｈｚの条件により、室温（２５℃）で、動的損失係数（ｔａｎδ）を測定した。
（転がり抵抗）
各ゴム組成物に基づいてトレッド部を形成したタイヤ（１９５／６５Ｒ１５）を作製した実施例及び比較例において、スチール平滑面を有する外形１７０７．６ｍｍ、幅３５０ｍｍの回転ドラムを用い、４５００Ｎ（４６０ｋｇ）の荷重の作用下で、８０ｋｍ／ｈの速度で回転させた時の惰行性をもって測定し、評価した。測定値数値が大きいほど、転がり抵抗は小さい（低燃費性）であることを示し、比較例１を１００として、指数表示した。
各ゴム組成物に基づいてトレッド部を形成したタイヤ（１９５／６５Ｒ１５）を作製した実施例及び比較例において、スチール平滑面を有する外形１７０７．６ｍｍ、幅３５０ｍｍの回転ドラムを用い、４５００Ｎ（４６０ｋｇ）の荷重の作用下で、８０ｋｍ／ｈの速度で回転させた時の惰行性をもって測定し、評価した。測定値数値が大きいほど、転がり抵抗は小さい（低燃費性）であることを示し、比較例１を１００として、指数表示した。
（耐摩耗性）
各タイヤにおいて、ランボーン型摩擦試験機（株式会社上島製作所製）を用い、スリップ率が２５％の摩耗量で表し、また、測定温度は室温とした。指数が大きいほど、耐摩耗量は良好であり、比較例１を１００として、指数表示した。
各タイヤにおいて、ランボーン型摩擦試験機（株式会社上島製作所製）を用い、スリップ率が２５％の摩耗量で表し、また、測定温度は室温とした。指数が大きいほど、耐摩耗量は良好であり、比較例１を１００として、指数表示した。
［検査方法］
（顕微鏡による積層構造の確認）
株式会社キーエンス製の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて、積層構造の確認を行った。
（顕微鏡による積層構造の確認）
株式会社キーエンス製の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて、積層構造の確認を行った。
（弾性率測定）
東洋精機株式会社製の粘弾性スペクトロメータ（動的粘弾性測定機）を用い、動的な歪み１％、周波数５２Ｈｚの条件により、室温（２５℃）で、動的弾性率（Ｅ’）を測定した。
東洋精機株式会社製の粘弾性スペクトロメータ（動的粘弾性測定機）を用い、動的な歪み１％、周波数５２Ｈｚの条件により、室温（２５℃）で、動的弾性率（Ｅ’）を測定した。
表１に示す結果から、実施例１〜４のゴム真珠殻構造のミクロサイズのゴム積層構造を有する試験体は、従来例の、ゴム真珠殻構造を有さない試験体に比べて、転がり抵抗及び耐摩耗性が大幅に向上し、転がり抵抗及び耐摩耗性が両立していることが分かる。
ゴム真珠殻構造を適用することで、タイヤに転がり抵抗と耐摩耗性を両立させることが可能な積層ゴムを用いたタイヤ及びその製造方法を提供することが可能になった。
１．積層ゴム
２．ゴム層
３．ゴム層の層面
Ｔ トレッド
Ｘ ミクロ突起
Ｙ 初期破壊核の形成領域及びその進展領域
Ｙ1 初期破壊核及びその進展した破壊核
Ｚ 車両進行方向
Ａ−Ａ’ 積層ゴムの積層方向
Ｂ−Ｂ’ ゴム層の層面方向の１つ
Ｃ−Ｃ’ ゴム層の層面方向の１つ
２．ゴム層
３．ゴム層の層面
Ｔ トレッド
Ｘ ミクロ突起
Ｙ 初期破壊核の形成領域及びその進展領域
Ｙ1 初期破壊核及びその進展した破壊核
Ｚ 車両進行方向
Ａ−Ａ’ 積層ゴムの積層方向
Ｂ−Ｂ’ ゴム層の層面方向の１つ
Ｃ−Ｃ’ ゴム層の層面方向の１つ
Claims (5)
- 厚さが１０μｍ〜５００μｍであるゴム層を３層以上重ねた積層ゴムを繰返し単位とし、該繰返し単位を複数有するゴム積層体を、トレッド及びサイドウォールに用いたタイヤであって、
前記積層ゴムにおけるゴム層のうち、最も低弾性なゴム層の弾性率：最も高弾性なゴム層の弾性率の比が、１：２〜１：３０であり、前記最も低弾性なゴム層と前記最も高弾性なゴム層が積層され、
前記トレッドに用いた該ゴム積層体の積層方向がタイヤ幅方向であり、
前記サイドウォールに用いた該ゴム積層体の積層方向がタイヤ幅方向であることを特徴とするタイヤ。 - 前記ゴム積層体が、前記積層ゴムにおけるゴム層のうち、弾性率が同じゴム層を複数有することを特徴とする請求項１に記載のタイヤ。
- 前記ゴム積層体が、前記積層ゴムにおけるゴム層のうち、ゴム種が同じゴム層を複数有することを特徴とする請求項２に記載のタイヤ。
- 請求項１〜３のいずれかに記載のタイヤを製造するタイヤの製造方法であって、
ゴム層を３層以上重ねる層重ねゴム形成工程と、
得られた層重ねゴムを、その層重ね方向に、各ゴム層の厚さが１０μｍ〜５００μｍになるように薄層化する薄層化工程と、
前記薄層化した層重ねゴムを繰り返し単位とし、該繰返し単位を積層して、該繰返し単位を複数有する積層ゴムを作製する積層ゴム作製工程と、
該積層ゴムを用いて、サイドウォール及びトレッドを作製するサイドウォール及びトレッドの作製工程と、を含むことを特徴とするタイヤの製造方法。 - 前記薄層化工程の後に、
前記積層ゴムを、電子顕微鏡又は走査プローブ顕微鏡を用いて検査する確認工程をさらに含む、ことを特徴とする請求項４に記載のタイヤの製造方法。
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