(57)【要約】【課題】摩耗初期に優れた燃費性能を発揮できるとともに、摩耗後において転がり抵抗を更に低減できるタイヤと、該タイヤの加硫方法を提供する。【解決手段】キャップトレッド７のタイヤ径方向内側にベーストレッド８を設けてなるトレッドゴム６を備えたタイヤにおいて、キャップトレッド７が、トレッド表面を構成する表層部７ａと、表層部７ａのタイヤ径方向内側に積層され、トレッド表面からタイヤ径方向内側に深さ６ｍｍの位置Ｐを含む内層部７ｂとからなり、表層部７ａは、カーボンブラックの割合が５質量％未満のゴム組成物で形成され、内層部７ｂは、カーボンブラックの割合が５質量％以上且つ２０質量％未満のゴム組成物で形成されている。【選択図】図１
2013233899.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャップトレッドのタイヤ径方向内側にベーストレッドを設けてなるトレッドゴムを備えたタイヤにおいて、
前記キャップトレッドが、トレッド表面を構成する表層部と、前記表層部のタイヤ径方向内側に積層され、トレッド表面からタイヤ径方向内側に深さ６ｍｍの位置を含む内層部とからなり、
前記表層部は、カーボンブラックの割合が５質量％未満であるゴム組成物で形成され、前記内層部は、カーボンブラックの割合が５質量％以上且つ２０質量％未満であるゴム組成物で形成されていることを特徴とするタイヤ。
【請求項２】
請求項１に記載のタイヤを未加硫状態のまま金型にセットし、その金型内のタイヤに加熱加圧を施して加硫を行うタイヤ加硫方法。
【請求項３】
前記表層部の等価加硫量が前記内層部の等価加硫量よりも小さく、その差が前記表層部の等価加硫量の５％以内である請求項２に記載のタイヤ加硫方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、キャップトレッドのタイヤ径方向内側にベーストレッドを設けてなるトレッドゴムを備えたタイヤと、そのタイヤの加硫方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境保護に対する意識の高まりもあって、低燃費タイヤに対する需要が増える傾向にあり、転がり抵抗を低減するための種々の手法が提案されている。特に、キャップトレッドのタイヤ径方向内側にベーストレッドを設けてなるトレッドゴムを備えたタイヤにおいて、少なくともキャップトレッドをシリカ高配合としたものが周知であり、例えば特許文献１に開示されている。
【０００３】
上記のように、キャップトレッドをシリカ高配合とすることで、タイヤの転がり抵抗を低減し、延いては燃費性能を向上することができる。しかも、通常はカーボンブラックの配合量が少ないことで熱伝導度が小さくなるため、シリカ高配合のキャップトレッドでは、加硫時に付与される熱量が厚み方向で略均一になる。それ故、金型に接するトレッド表面付近と、トレッドゴムの厚み中央との間で、加硫度の差は殆ど生じない。
【０００４】
一方、キャップトレッドをカーボンブラック高配合とした場合には、シリカ高配合に比べてゴムのヒステリシスロスが大きく、タイヤの転がり抵抗が高くなるため、燃費性能に不利となる。また、この場合には、加硫時に付与される熱量が厚み方向で不均一となり、金型に接するトレッド表面付近に比べて、トレッドゴムの厚み中央での加硫度が小さくなる傾向にある。
【０００５】
したがって、加硫度の均一化を図りながら、転がり抵抗の低減により燃費性能を向上するうえでは、キャップトレッドをシリカ高配合とした構造が有利と考えられる。とは言え、加硫度の差を程々に抑制したうえで、これよりも更に転がり抵抗を低減することができれば、それが摩耗後における効果であっても、望ましいことは言うまでもない。
【０００６】
特許文献２には、プロ薬品（加硫剤、加硫促進剤）の混合比率を適宜に変えて加硫速度の異なるゴムを形成し、該ゴムをシート状にして所要の位置に貼り付けることで、加硫速度の異なるゴムを加硫昇温温度分布に対応して分布させたタイヤが記載されている。しかし、これは、加硫度が内部から外部に亘り均一化されるようにタイヤを加硫する技術であるから、加硫度の均一化及びそれに起因する転がり抵抗に関して、上述したシリカ高配合のキャップトレッドと変わるところはない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−２６３１２７号公報
【特許文献２】特開平４−１７３２１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、摩耗初期に優れた燃費性能を発揮できるとともに、摩耗後において転がり抵抗を更に低減できるタイヤと、該タイヤの加硫方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的は、下記の如き本発明により達成することができる。即ち、本発明に係るタイヤは、キャップトレッドのタイヤ径方向内側にベーストレッドを設けてなるトレッドゴムを備えたタイヤにおいて、前記キャップトレッドが、トレッド表面を構成する表層部と、前記表層部のタイヤ径方向内側に積層され、トレッド表面からタイヤ径方向内側に深さ６ｍｍの位置を含む内層部とからなり、前記表層部は、カーボンブラックの割合が５質量％未満であるゴム組成物で形成され、前記内層部は、カーボンブラックの割合が５質量％以上且つ２０質量％未満であるゴム組成物で形成されているものである。
【００１０】
本発明者は、転がり抵抗を低減しうる手法について、タイヤの加硫工程の観点から研究したところ、トレッドゴムが主として金型によって加熱され、カーボンブラックの配合量に応じて加硫度の差が生じる点、及び、加硫度の小さいキャップトレッドでは転がり抵抗が低くなる点に着目し、配合による加硫度の違いを利用することで摩耗後の転がり抵抗を低減できるとの知見を得て、上記の如き本発明のタイヤを想到した。
【００１１】
つまり、本発明のタイヤでは、キャップトレッドの表層部を、カーボンブラックの割合が５質量％未満のゴム組成物で形成しているため、摩耗初期のトレッド表面にヒステリシスロスの大きいゴムが露出せず、優れた燃費性能を発揮できる。しかも、キャップトレッドの内層部を、カーボンブラックの割合が５質量％以上且つ２０質量％未満のゴム組成物で形成したことで、加硫時に付与される熱量が表層部よりも小さくなり、内層部の加硫度は少し低くなる。その結果、内層部がトレッド表面に露出する摩耗後の段階では転がり抵抗が更に低減され、優れた燃費性能を発揮できる。
【００１２】
一方、内層部を形成するゴム組成物において、カーボンブラックの割合が５質量％未満であると、キャップトレッドに付与される熱量が厚み方向で略均一となり、内層部の加硫度が表層部と同程度に高くなるため、摩耗後における転がり抵抗の低減効果が見込めない。また、カーボンブラックの割合が２０質量％以上であると、内層部を形成するゴム組成物のヒステリシスロスが大きくなり、やはり摩耗後における転がり抵抗の低減効果が見込めない。このように、カーボンブラックの割合が上述した範囲を満足するゴム組成物を使用することで、本発明の効果が発現される。
【００１３】
シリカ高配合のキャップトレッドが、カーボンブラック高配合のキャップトレッドよりも優れた燃費性能を発揮しうることは、既述した通りである。ところが、本発明は、キャップトレッドの表層部をカーボンブラック低配合としつつ、キャップトレッドの内層部を、カーボンブラック低配合でもカーボンブラック高配合でもなく、それらの中間に位置するゴム組成物で形成したものであり、それによって、単なるシリカ高配合のキャップトレッドよりも、摩耗後の転がり抵抗を更に低減できるものである。
【００１４】
また、本発明に係るタイヤ加硫方法は、上記のタイヤを未加硫状態のまま金型にセットし、その金型内のタイヤに加熱加圧を施して加硫を行うものである。これにより加硫成形されたタイヤは、摩耗初期に優れた燃費性能を発揮できるとともに、内層部がトレッド表面に露出する摩耗後において転がり抵抗を更に低減することができる。
【００１５】
本発明のタイヤ加硫方法は、前記表層部の等価加硫量が前記内層部の等価加硫量よりも小さく、その差が前記表層部の等価加硫量の５％以内であることが好ましい。上記の等価加硫量の差が５％以内であることにより、表層部と内層部との加硫度の差が大きくなり過ぎず、内層部における加硫度の不足（いわゆるアンダーキュア）を有効に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】（Ａ）本発明に係るタイヤの一例を示すタイヤ子午線断面図と（Ｂ）そのタイヤのトレッド部の拡大図
【図２】タイヤの加硫に用いる金型を概念的に示す断面図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１に示したタイヤ９は、一対のビード部１と、ビード部１の各々からタイヤ径方向外側に延びるサイドウォール部２と、サイドウォール部２の各々のタイヤ径方向外側端に連なって踏面を構成するトレッド部３とを備えた空気入りタイヤである。ビード部１には、環状のビードコア１ａが配されている。
【００１８】
カーカス層４は、トレッド部３からサイドウォール部２を経てビード部１に至り、その端部がビードコア１ａを介して折り返されている。カーカス層４は、少なくとも一枚のカーカスプライによって構成される。カーカスプライは、タイヤ周方向に対して略９０°の角度で延びるカーカスコードをトッピングゴムで被覆して形成されている。
【００１９】
ベルト層５は、トレッド部３でカーカス層４の外側に貼り合わされ、トレッドゴム６により外側から覆われている。ベルト層５は、複数枚（本実施形態では二枚）のベルトプライによって構成される。各ベルトプライは、タイヤ周方向に対して傾斜して延びるベルトコードをトッピングゴムで被覆して形成され、該ベルトコードがプライ間で互いに逆向きに交差するように積層されている。
【００２０】
トレッドゴム６は、キャップトレッド７のタイヤ径方向内側にベーストレッド８を設けてなる、いわゆるキャップベース構造を有する。更に、キャップトレッド７は、トレッド表面を構成する表層部７ａと、その表層部７ａのタイヤ径方向内側に積層された内層部７ｂとからなる。このように、トレッドゴム６は、相異なるゴム組成物で形成された三つのゴム層の積層体によって構成されている。
【００２１】
内層部７ｂは、トレッド表面からタイヤ径方向内側への深さＤ１が６ｍｍとなる位置Ｐを含む。位置Ｐは、トレッドゴム６の厚み中央又はその近傍に配され、トレッドゴム６の内部において熱量の伝達が最も遅くなる部位に相当する。トレッド表面から表層部７ａと内層部７ｂとの界面までの深さＤ２は、例えば２ｍｍを超え且つ６ｍｍ未満である。トレッド表面からキャップトレッド７とベーストレッド８との界面までの深さＤ３は、例えば６ｍｍを超え且つ１５ｍｍ未満である。
【００２２】
図１に示したタイヤ９は、未加硫状態の生タイヤであり、後述する加硫工程において、製品タイヤの形状にシェーピングされる（図２参照）とともに、そのトレッド表面には種々のトレッドパターンが形成される。
【００２３】
表層部７ａは、カーボンブラックの割合が５質量％未満であるゴム組成物で形成されている。即ち、表層部７ａを形成するゴム組成物において、カーボンブラックの割合は５質量％未満であり、好ましくは０〜４質量％、より好ましくは０〜３質量％である。
【００２４】
また、表層部７ａを形成するゴム組成物において、充填剤はシリカを主成分とする。即ち、表層部７ａを形成するゴム組成物が含有する充填剤は、シリカ単独、或いは、シリカと僅かなカーボンブラックとからなる。この充填剤に占めるシリカの割合は、例えば９５質量％を超え且つ１００質量％以下である。充填剤の配合量は、ゴム成分１００質量部に対して２０〜１２０質量部であり、より好ましくは５０〜１１０質量部である。
【００２５】
内層部７ｂは、カーボンブラックの割合が５質量％以上且つ２０質量％未満であるゴム組成物で形成されている。即ち、内層部７ｂを形成するゴム組成物において、カーボンブラックの割合は５質量％以上且つ２０質量％未満であり、好ましくは５〜１５質量％、より好ましくは５〜１０質量％である。
【００２６】
上記のゴム組成物において、ゴム成分として用いられるゴムは、天然ゴム、未変性および／または変性（例えば、アミノ基、グリシジルアミノ基、カルボキシル基、アルコキシル基、エポキシ基および水酸基変性などが挙げられるが、これらに限定されない。）のスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、アクリロニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）等が挙げられ、これらは１種単独で又は２種以上混合して使用される。かかるゴムには、充填剤に加えて、加硫剤や加硫促進剤、可塑剤、老化防止剤等も適宜に配合される。
【００２７】
上記のカーボンブラック及びシリカとしては、通常ゴム業界で充填剤として用いられているカーボンブラックやシリカを特に制限なく使用できる。シリカとしては、例えば、湿式シリカ（含水ケイ酸）、乾式シリカ（無水ケイ酸）、ケイ酸カルシウム、ケイ酸アルミニウム等が挙げられ、中でも湿式シリカが好ましい。シリカを配合する場合には、シランカップリング剤を併用してもよい。
【００２８】
トレッドゴム６が未摩耗の状態では、踏面が表層部７ａで構成され、トレッド表面にはヒステリシスロスの大きいゴムが露出しない。それ故、摩耗初期の段階において、優れた燃費性能を発揮することができる。表層部７ａが摩耗すると、それに次いで内層部７ｂがトレッド表面に露出する。内層部７ｂでは、加硫時に付与される熱量が表層部７ａよりも小さく、その加硫度は表層部７ａよりも少し低くなる。そのため、摩耗後の段階では、転がり抵抗が更に低減され、優れた燃費性能を発揮できる。
【００２９】
タイヤ９の加硫成形では、図２に示すような金型１０が用いられる。この金型１０には、タイヤ９が未加硫状態のままセットされ、その金型１０内のタイヤ９に加熱加圧を施すことで加硫が行われる。
【００３０】
金型１０は、タイヤ９の踏面に接するトレッド型部１１と、下方を向いたタイヤ外面に接する下型部１２と、上方を向いたタイヤ外面に接する上型部１３とを備える。これらは、周囲に設置された開閉機構（不図示）によって、型締め状態と金型開放状態との間で変位自在に構成され、かかる開閉機構の構造は周知である。また、金型１０には、電気ヒータや蒸気ジャケット等の熱源を有するプラテン板（不図示）が設けられており、これによって各型部の加熱が行われる。
【００３１】
金型１０の中心部には、タイヤと同軸状に中心機構１４が設けられ、これの周囲にトレッド型部１１、下型部１２及び上型部１３が設置されている。中心機構１４は、ゴム袋状のブラダー１５と、タイヤ軸方向に延びるセンターポスト１６とを有し、センターポスト１６には、ブラダー１５の端部を把持する上部クランプ１７と下部クランプ１８が設けられている。
【００３２】
中心機構１４には、ブラダー１５内への加熱媒体の供給を行うための媒体供給路２１が上下に延設され、その媒体供給路２１の上端に噴出し口２２が形成されている。媒体供給路２１には、加熱媒体供給源２３から供給された加熱媒体や、加圧媒体供給源２６から供給された加圧媒体が流れる供給配管２４が接続されている。加熱媒体は、バルブ２５の開閉操作に応じて供給され、加圧媒体は、バルブ２８の開閉操作に応じて供給される。
【００３３】
また、中心機構１４には、ブラダー１５内の加熱媒体と加圧媒体とが混合された高温高圧流体を排出するための媒体排出路３１が上下に延設され、その媒体排出路３１の上端に回収口３２が形成されている。媒体排出路３１には、高温高圧流体が流れる排出配管３４が接続され、その開閉を操作するブローバルブ３３を排出配管３４に設けている。ポンプ３５は、媒体排出路３１を通る高温高圧流体が媒体供給路２１を経由してブラダー１５の内部に再供給されるように、高温高圧流体を強制循環させる手法を用いても構わない。
【００３４】
以下、金型１０を用いてタイヤ９を加硫成形する手順について説明する。まず、図２のように金型１０内にタイヤ９をセットし、膨張させたブラダー１５によってタイヤ９を金型１０の内面形状近くまでシェーピングする。これにより、タイヤ９は、ブラダー１５によって保持され、トレッド型部１１、下型部１２及び上型部１３の各々に宛がわれる。
【００３５】
続いて、金型１０を加熱してタイヤ９をタイヤ外面側から加熱する外側加熱と、金型１０内のブラダー１５に高温の加熱媒体を供給してタイヤ９をタイヤ内面側から加熱する内側加熱とからなる加熱工程を行う。
【００３６】
金型１０は、上記の蒸気ジャケット等により予め加熱されていて、これにより外側加熱が行われる。内側加熱は、タイヤ９のシェーピング後に、媒体供給路２１を通じてブラダー１５内に加熱媒体を供給することで行われる。加熱媒体を所定時間供給した後、引き続いてブラダー１５内に加圧媒体を供給し、タイヤ９を高圧で加圧する。加熱媒体としては、例えばスチームや高温水が使用され、加圧媒体としては、例えば窒素ガスなどの不活性ガスやスチームが使用される。
【００３７】
金型１０内のタイヤ９に加熱加圧を施すに際し、外側加熱に供されるトレッド型部１１の温度は、例えば１３０〜２００℃の範囲に制御される。この温度制御は、金型１０に設けた電気ヒータや蒸気ジャケット等の熱源の温度を制御することにより行いうる。また、内側加熱の温度は、例えば１６０〜２５０℃の範囲に制御される。この温度制御は、例えば加熱媒体の供給時間を調整することにより行いうる。
【００３８】
キャップトレッド７は、金型１０に直接に接しており、主として外側加熱によって加熱される。内層部７ｂを形成するゴム組成物は、上述のように少量のカーボンブラックを含有しているため、加硫時に付与される熱量が表層部７ａよりも小さくなり、内層部７ｂの加硫度は少し低くなる。そのため、加硫後のタイヤ９において、内層部７ｂがトレッド表面に露出する摩耗後の段階では、転がり抵抗が更に低減されたものとなり、優れた燃費性能を発揮できる。
【００３９】
上記のように、表層部７ａの等価加硫量は内層部７ｂの等価加硫量よりも小さくなるが、その差は表層部７ａの等価加硫量の５％以内であることが好ましく、０．１〜３％の範囲内であることがより好ましい。このように等価加硫量の差が５％以内であることにより、表層部７ａと内層部７ｂとの加硫度の差が大きくなり過ぎず、内層部７ｂにおける加硫度の不足（いわゆるアンダーキュア）を有効に防止できる。
【００４０】
等価加硫量は、Ｖａｎ’ｔＨｏｆｆの法則に基づく下記の加硫反応速度式から換算される加硫時間ｔ０の積算値である。ここで、Ｔは実際の加硫温度（℃）、ｔは加硫温度Ｔでの加硫時間（分）、Ｔ０は基準温度（℃）、ｔ０は基準温度Ｔ０での加硫時間（分）、αは加硫温度係数（加硫温度が１０℃変わるときの加硫の速さが変わる割合）である。基準温度Ｔ０には１４０℃を採用し、加硫温度係数αには、２又はこれに近い値を任意に採用しうるが、簡便法としてα＝２を採用する。
ｔ０＝ｔ×α（Ｔ−Ｔ０）／１０
【００４１】
本発明は上述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変更が可能である。
【実施例】
【００４２】
本発明の構成と効果を具体的に示すため、乗用車用タイヤ（タイヤサイズ：１７５／６５Ｒ１５）の加硫を実施した。その際、表層部に相当するトレッド表面と、内層部に相当する深さ６ｍｍの位置とに熱電対を埋め込んでおき、加硫時の温度測定によって等価加硫量を算出した。各例において、内層部の等価加硫量は、表層部の等価加硫量を１００としたときの指数で表している。
【００４３】
また、加硫済みタイヤの摩耗初期（未摩耗時）と摩耗後（深さ６ｍｍまで摩耗時）を対象にして、転がり抵抗の測定により燃費性能を評価した。転がり抵抗は、国際規格ＩＳＯ２８５８０（ＪＩＳＤ４２３４）に準じ、時速８０ｋｍ／ｈの条件で測定した。比較例１の結果を１００として指数で評価し、数値が小さいほど燃費性能に優れていることを示す。
【００４４】
各例におけるタイヤ構造は共通であり、キャップトレッドのゴム配合のみを異ならせた。各例のゴム配合と評価結果を、表１に示す。尚、表１のゴム配合に関し、ゴム組成物に占めるカーボンブラックとシリカの割合は、表２が参照される。また、ゴム配合Ａの詳細を表３に示す。
【００４５】
【表１】
2013233899.tif 000003
【００４６】
【表２】
2013233899.tif 000004
【００４７】
【表３】
2013233899.tif 000005
【００４８】
表１に示すように、実施例１では、内層部を形成するゴム組成物が少量のカーボンブラックを含有していることにより、比較例１よりも摩耗後の転がり抵抗を低減できている。一方、比較例２では、比較例１に比べて、摩耗初期の燃費性能が劣っている。また、比較例３〜５では、比較例１に比べて、摩耗後の燃費性能が悪化している。
【符号の説明】
【００４９】
１      ビード部
２      サイドウォール部
３      トレッド部
６      トレッドゴム
７      キャップトレッド
７ａ    表層部
７ｂ    内層部
８      ベーストレッド
９      タイヤ
１０    金型
【図１】
2013233899.tif 000006
【図２】
2013233899.tif 000007