JP6943275B2 - 空気入りタイヤ - Google Patents

Description

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、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。

さらにクラウン部とトレッドとの間に、スチールコード等の補強コードを螺旋状に巻回したコード層からなるトレッド補強要素が配される。そのため、タイヤを製造する際、タイヤ骨格部材の外周面上で補強コードを巻回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。またリサイクルにおいても、補強コードを分別する工程が必要となり、ライフサイクルアセスメントにおいても改善の余地がある。

しかし本発明者の研究の結果、単にトレッド補強要素を排除した場合には、インフレート時の内圧により、トレッド面がタイヤ赤道側でせり上がる。その結果、接地面積が減じ、必要なグリップ力が確保できなくなるという問題がある。

本発明は、マテリアルリサイクル性を高めるとともに、トレッド補強要素を排除した場合にも、接地面積の減少を抑えてグリップ力の確保を図り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、及び
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を含み、
前記タイヤ骨格部材及び前記トレッド接地要素は、樹脂材料からなり、
前記トレッド接地要素の引張り弾性率は、タイヤ骨格部材の引張り弾性率よりも小であり、
前記アンダートレッド部のタイヤ半径方向内面と前記トレッド接地要素のタイヤ半径方向外面との間のトレッド厚さは、トレッド接地端におけるトレッド厚さＸ２が、タイヤ赤道におけるトレッド厚さＸ１の１．２倍より大かつ５．０倍より小である。

本発明に係る空気入りタイヤでは、前記トレッド厚さは、前記タイヤ赤道から前記トレッド接地端まで漸増するのが好ましい。

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のタイヤ半径方向内面は、その全面が、前記アンダートレッド部のタイヤ半径方向外面に接して配されるのが好ましい。

本発明に係る空気入りタイヤでは、前記樹脂材料は、熱可塑性エラストマーであるのが好ましい。

本願において、トレッド接地端とは、正規リムにリム組みされかつ正規内圧が充填された状態のタイヤに正規荷重を負荷した時に、トレッド面が接地するタイヤ軸方向最外側の位置を意味する。

前記「正規リム」とは、タイヤが基づいている規格を含む規格体系において、当該規格がタイヤ毎に定めるリムであり、例えばＪＡＴＭＡであれば標準リム、ＴＲＡであれば "Design Rim" 、或いはＥＴＲＴＯであれば"Measuring Rim"を意味する。前記「正規内圧」とは、前記規格がタイヤ毎に定めている空気圧であり、ＪＡＴＭＡであれば最高空気圧、ＴＲＡであれば表 "TIRE LOAD LIMITS AT VARIOUS COLD INFLATION PRESSURES" に記載の最大値、ＥＴＲＴＯであれば "INFLATION PRESSURE"を意味するが、乗用車用タイヤの場合には１８０ｋＰａとする。前記「正規荷重」とは、前記規格がタイヤ毎に定めている荷重であり、ＪＡＴＭＡであれば最大負荷能力、ＴＲＡであれば表 "TIRE LOAD LIMITS AT VARIOUS COLD INFLATION PRESSURES" に記載の最大値、ＥＴＲＴＯであれば "LOAD CAPACITY"である。

本発明の空気入りタイヤは、タイヤ骨格部材とトレッド接地要素とを樹脂材料で形成するとともに、トレッド接地要素の引張り弾性率を、タイヤ骨格部材の引張り弾性率よりも小としている。これにより、路面への追従性を高めつつ、マテリアルリサイクル性を向上させることが可能になる。

またトレッド接地端におけるトレッド厚さＸ２を、タイヤ赤道におけるトレッド厚さＸ１の１．２倍より大かつ５．０倍より小に規定している。

そのため、トレッド補強要素を排除した場合において、インフレート時の内圧に起因するタイヤ赤道側でのトレッド面のせり上がりを、トレッド接地端側でトレッド厚さが大であることによって相殺でき、接地面積の減少を抑えうる。これにより、前述の路面への追従性と相俟って、グリップ性を確保することが可能になる。この場合には、トレッド補強要素を排除することによる、生産効率の向上、リサイクルの作業工程の削減、及びライフサイクルアセスメントにおける改善等を図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。 トレッドを拡大して示す断面図である。 （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、リム組み時にリムに嵌合する部位である。本例では、ビード部５の内部には、本例では、リム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。

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。

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のタイヤ半径方向内面３Ｓｉは、その全面が、アンダートレッド部７のタイヤ半径方向外面７Ｓｏに接している。即ち、トレッド補強要素が介在することなく、トレッド接地要素３とアンダートレッド部７とが接合されている。

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、トレッド接地要素３のタイヤ半径方向外面３Ｓｏであるトレッド面には、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。

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、これらを単独で或いは組み合わせて用いうる。

本実施形態のタイヤ１では、トレッド接地要素３をなす樹脂材料の引張り弾性率Ｅａは、タイヤ骨格部材２をなす樹脂材料の引張り弾性率Ｅｂよりも小に設定される。このように、Ｅａ＜Ｅｂ とすることで、トレッド接地要素３の路面への追従性を高めることができる。

またタイヤ骨格部材２とトレッド接地要素３とが、それぞれ樹脂材料で構成されることにより、タイヤの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。

引張り弾性率Ｅｂは、６０〜２００MPaであるのが好ましく、６０MPaを下回ると、タイヤ骨格部材２の剛性が不足傾向となり、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。逆に、引張り弾性率Ｅｂが２００MPaを越えると、優れた乗り心地を確保することができなくなる。このような観点から、引張り弾性率Ｅｂの下限は１００MPa以上がより好ましく、上限は１７０MPa以下がより好ましい。引張り弾性率は、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された値である。

タイヤ１はトレッド補強要素を含まず、トレッド接地要素３とアンダートレッド部７とが直接接合される。このようなタイヤ１では、インフレート時、内圧によりトレッド面がタイヤ赤道Ｃ側でせり上がり、接地面積が減じて必要なグリップ力が確保できなくなる傾向となる。

そこで、図２に示すように、アンダートレッド部７のタイヤ半径方向内面７Ｓｉとトレッド接地要素３のタイヤ半径方向外面３Ｓｏとの間のトレッド厚さＸにおいて、トレッド接地端Ｔｅにおけるトレッド厚さＸ２を、タイヤ赤道Ｃにおけるトレッド厚さＸ１の１．２倍より大かつ５．０倍より小に規定している。

トレッド接地端Ｔｅにおけるトレッド厚さＸ２は、トレッド接地端Ｔｅを通ってアンダートレッド部７のタイヤ半径方向内面７Ｓｉと直交する基準線Ｋ上での厚さで定義される。またタイヤ赤道Ｃにおけるトレッド厚さＸ１は、タイヤ赤道Ｃ上での厚さで定義される。

トレッド厚さＸは、タイヤ赤道Ｃからトレッド接地端Ｔｅまで漸増するのが好ましい。

このように構成することで、インフレート時の内圧に起因するタイヤ赤道側でのトレッドのせり上がりを、トレッド接地端Ｔｅ側でトレッド厚さが大であることによって相殺できる。これにより、接地面積の減少を抑えるとともに、前述の路面への追従性と相俟って、走行に必要なグリップ性を確保することが可能になる。

またトレッド補強要素を排除したことにより、タイヤを製造する際、アンダートレッド部７上で補強コードを巻回する工程が不要となり、生産効率を向上させることができる。またリサイクルにおいて、補強コードを分別する工程が不要となるなど、リサイクルの作業工程の削減、及びライフサイクルアセスメントにおける改善等を図ることが可能になる。

トレッド厚さＸ２がトレッド厚さＸ１の１．２倍以下の場合、タイヤ赤道Ｃ側でのトレッド面のせり上がりが依然大であり、接地面積を充分に確保することが難しい。トレッド厚さＸ２がトレッド厚さＸ１の５．０倍以上の場合、逆にトレッド接地端Ｔｅ側が高くなってしまい、タイヤ赤道Ｃ側が接地できなくなって、接地面積が小さくなってしまう。このような観点から、トレッド厚さＸ２の下限は、トレッド厚さＸ１の１．３以上、さらには１．５倍以上が好ましく、上限は４．５倍以下、さらには４．０倍以下が好ましい。

なおアンダートレッド部７の厚さｔａは、少なくともトレッド接地端Ｔｅ、Ｔｅ間の範囲、厳密には基準線Ｋ、Ｋの範囲において、略一定である。そして、トレッド接地要素３の厚さｔｂが、タイヤ赤道Ｃからトレッド接地端Ｔｅまで増加することにより、トレッド厚さＸが、タイヤ赤道Ｃからトレッド接地端Ｔｅまで増加している。なお「略一定」とは、厚さｔａの製造バラツキを想定したものであり、最大値ｔａmax と最小値ｔａmin の比ｔａmax／ｔａmin が１．１以下で規定される。

トレッド接地要素３の厚さｔｂは、タイヤ赤道Ｃにおいて最小ｔｂmin となる。この最小厚さｔｂmin は、アンダートレッド部７の厚さｔａの１．０倍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３（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、キャビティ内に、タイヤ骨格部材２用の樹脂材料と、トレッド接地要素３用の樹脂材料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、タイヤ骨格部材２用の樹脂材料を射出することで、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の仕様に基づいて試作された。

比較例及び実施例では、タイヤ骨格部材２に使用した樹脂材料、トレッド接地要素３に使用した樹脂材料、及びトレッド厚さの比Ｘ２／Ｘ１のみ相違している。なお比Ｘ２／Ｘ１は、トレッド接地要素３の厚さｔｂを違えることで調整している。

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、タイヤを正規リム（１５×６ＪＪ）、正規内圧（２３０kPa）、正規荷重（３．４３kN）の条件にて、路面に垂直に接地させたときの接地面積を計算し、互いに比較した。

＜接地面積＞
グリップの指標であって、比較例１を１０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、優れたリサイクル性を確保しながら、接地面積を高めてグリップ性を向上し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
３Ｓｉ タイヤ半径方向内面
３Ｓｏ タイヤ半径方向外面
５ ビード部
６ サイドウォール部
７ アンダートレッド部
７Ｓｉ タイヤ半径方向内面
７Ｓｏ タイヤ半径方向外面
Ｃ タイヤ赤道
Ｅａ、Ｅｂ 引張り弾性率
Ｔｅ トレッド接地端

Claims (4)

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、及び
   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を含み、
   前記タイヤ骨格部材及び前記トレッド接地要素は、樹脂材料からなり、
   前記トレッド接地要素の引張り弾性率は、タイヤ骨格部材の引張り弾性率よりも小であり、
   前記アンダートレッド部のタイヤ半径方向内面と前記トレッド接地要素のタイヤ半径方向外面との間のトレッド厚さは、トレッド接地端におけるトレッド厚さＸ２が、タイヤ赤道におけるトレッド厚さＸ１の１．２倍より大かつ５．０倍より小である、空気入りタイヤ。
2. 前記トレッド厚さは、前記タイヤ赤道から前記トレッド接地端まで漸増する、請求項１記載の空気入りタイヤ。
3. 前記トレッド接地要素のタイヤ半径方向内面は、その全面が、前記アンダートレッド部のタイヤ半径方向外面に接して配される、請求項１又は２記載の空気入りタイヤ。
4. 前記樹脂材料は、熱可塑性エラストマーである、請求項１〜３の何れかに記載の空気入りタイヤ。

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