(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トレッドゴムが、４０重量％以上のジエン系ポリマーを含むゴム成分１００重量部および充填剤４０〜２００重量部からなり、トレッドゴム表面のタイヤ周方向の３００％伸張時における引張応力とタイヤ幅方向の３００％伸張時における引張応力との比が、１．０８〜１．０２であり、
該トレッドゴムが、カレンダーロールにより作製したシートを、５０〜１２０℃に加熱したのち、冷やして収縮させ、加硫することで製造されたトレッドゴムである空気入りタイヤ。
【請求項２】
トレッドゴムが、４０重量％以上のジエン系ポリマーを含むゴム成分１００重量部および充填剤４０〜２００重量部からなり、トレッドゴム表面のタイヤ周方向の３００％伸張時における引張応力とタイヤ幅方向の３００％伸張時における引張応力との比が、１．０８〜１．０２であり、
該トレッドゴムが、ベース練り工程においてゴム成分１００重量部対して０．２〜３重量部の硫黄、０．５〜３重量部の加硫促進剤を混練し、カレンダーロールにより作製したシートを加硫することで製造されるトレッドゴムである空気入りタイヤ。
【請求項３】
トレッドゴムが、４０重量％以上のジエン系ポリマーを含むゴム成分１００重量部および充填剤４０〜２００重量部からなり、トレッドゴム表面のタイヤ周方向の３００％伸張時における引張応力とタイヤ幅方向の３００％伸張時における引張応力との比が、１．０８〜１．０２であり、
該トレッドゴムが、カレンダーロールにより１〜３ｍｍの厚さに作製したシートを立方体に切断し、得られた立方体をランダムに積層し、加硫することで製造されたトレッドゴムである空気入りタイヤ。
【請求項４】
トレッドゴムが、４０重量％以上のジエン系ポリマーを含むゴム成分１００重量部および充填剤４０〜２００重量部からなり、トレッドゴム表面のタイヤ周方向の３００％伸張時における引張応力とタイヤ幅方向の３００％伸張時における引張応力との比が、１．０８〜１．０２であり、
該トレッドゴムが、カレンダーロールにより６ｍｍ以上の厚さに作製したシートの上層および下層を１ｍｍ以上スライスして除去することで得られる中層を加硫することで製造されたトレッドゴムである空気入りタイヤ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気入りタイヤに関し、とりわけ耐アブレージョン摩耗性能を維持しながら優れたグリップ性能を有する空気入りタイヤに関する。
【０００２】
【従来の技術】
高性能の乗用車や自動２輪車に使われる高性能タイヤや、競技車両用のレーシングタイヤなどに使用するトレッドゴムは、走行中のブレーキ、トラクション、コーナリング中のグリップ性能を必要とし、路面とトレッド表面で発生する摩擦係数を高めるために、通常歪みの小さい領域での粘弾性Ｅ’（０．３％〜５０％動的歪み）を測定したときの弾性率が低く、ｔａｎδが高いゴムが望まれる。両方の特性とも重要であり、ｔａｎδ／Ｅ’を高めることが重要である。
【０００３】
その要求特性を満たすために、通常、ガラス転移温度（Ｔｇ）の高いポリマーを使用する、充填剤や軟化剤の量を増加する、硫黄の量を減らすなどの方法が行なわれている。
【０００４】
しかしながら、前記のような通常の手段で低弾性率、高ｔａｎδを達成した場合、走行中のブレーキ、コーナリングの際に、トレッド表面に大きな変形が繰り返されることにより、アブレージョン摩耗が発生する。
【０００５】
トレッド表面に加わる力が大きいほど、また、ゴムが柔らかいほど変形が大きくなり、ある一定方向の連続した変形により、その垂直方向に波状の摩耗が発生する。これをアブレージョン摩耗という。アブレージョン摩耗が発生すると、その波の間隔、深さが大きいほど、外観がわるくなるだけでなく、ゴムと路面の接触面積が小さくなり性能低下も起こる。
【０００６】
アブレージョン摩耗が問題となるゴムは、経験的に大変形の歪み領域での弾性率が低いことがわかっており、ゴム物性では、引張試験で測定した３００％伸張時の引張応力とアブレージョン摩耗の波の間隔には相関がある。
【０００７】
通常グリップ力を高めるために充填剤、軟化剤の両方を増やした場合、低弾性率および高ｔａｎδは達成できるが、３００％伸張時の引張応力も低くなってしまう。
【０００８】
逆に、アブレージョン摩耗を改善するために、硫黄の量を増やしたり、加硫促進剤の量を増やしたりすることにより、３００％伸張時の引張応力を改善した場合には、歪みの小さい領域での弾性率も大きくなってしまう。
【０００９】
このように、従来の技術では耐アブレージョン摩耗性能とグリップ性能の両立が困難であった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、大変形領域での弾性率およびｔａｎδ／Ｅ’の高さを両立させ、耐アブレージョン摩耗性能とグリップ性能のバランスを改善することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、トレッドゴムが、４０重量％以上のジエン系ポリマーを含むゴム成分１００重量部および充填剤４０〜２００重量部からなり、トレッドゴム表面のタイヤ周方向の３００％伸張時における引張応力とタイヤ幅方向の３００％伸張時における引張応力との比が、１．１〜０．９である空気入りタイヤに関する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の空気入りタイヤは、トレッドゴムがゴム成分および充填剤からなる。
【００１３】
ゴム成分は、ジエン系ポリマーを含むポリマーの単独物または複合物であり、加硫（たとえば硫黄加硫）可能なジエン系ポリマーが４０重量％以上であれば、明確に本発明の効果を発揮することができる。ジエン系ポリマーが４０重量％未満では耐摩耗性が著しく低下する傾向がある。ジエン系ポリマーの含有量は、６０重量％以上、さらには７０重量％以上であることがより好ましい。
【００１４】
前記ジエン系ポリマーの具体例としては、天然ゴム、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）、３，４−結合イソプレンゴム、イソプレン−イソブチレンゴム（ＩＩＲ）、ハロゲン化ブチルゴム（Ｘ−ＩＩＲ）、スチレン−イソプレン−ブタジエンゴム（ＳＩＢＲ）などがあげられる。なかでも、グリップ性能を高めるために、ＳＢＲ、３，４−結合イソプレンゴムが好ましい。
【００１５】
ジエン系ポリマーとしてＳＢＲを用いる場合、ＳＢＲの結合スチレン量は、２０〜５０重量％であることが好ましい。ＳＢＲの結合スチレン量が２０重量％未満では、いかにビニル量をあげてもグリップ性能と耐摩耗性が両立できない傾向があり、５０重量％をこえると低温特性がわるくなり、実車性能の温度依存性が発生する傾向がある。
【００１６】
充填剤の配合量は、ゴム成分１００重量部に対して、グリップ性能を必要とするタイヤ用ゴムの適用範囲である４０〜２００重量部とする。充填剤の配合量が４０重量部未満では充分なグリップ性能と耐摩耗性を両立することができない傾向があり、２００重量部をこえると著しく加工性が低下し、耐摩耗性がわるくなる傾向がある。さらに、充填剤の配合量は、上限で１８０重量部、下限で７０重量部であることが好ましい。
【００１７】
充填剤としては、カーボンブラック、シリカ、クレー、炭酸カルシウム、水酸化アルミニウムなどのゴム用充填剤があげられる。なかでも耐摩耗性の点で、カーボンブラック、シリカが好ましい。
【００１８】
カーボンブラックとしては、タイヤ用ゴム組成物に使用されているものであれば使用することができ、とくに限定はないが、チッ素吸着比表面積（Ｎ2ＳＡ）が６５〜３００ｍ2／ｇで、ジブチルテレフタレート吸収量（ＤＢＰ）が１００〜１５０ｍｌ／１００ｇのものが好ましい。
【００１９】
前記カーボンブラックの具体例としては、たとえばＳＡＦ、ＩＳＡＦ−ＨＭ、ＩＳＡＦ−ＬＭ、ＩＳＡＦ−ＨＳ、ＨＡＦなどがあげられる。さらに、ＳＡＦよりもＮ2ＳＡ、ＤＢＰ吸油量が高いカーボンブラックがグリップ性能と耐摩耗性の両立の点で望ましい。
【００２０】
本発明のトレッドは、前記成分の他に、アロマティックオイル、ナフテンオイル、パラフィンオイルなどの石油系軟化剤、各種レジン、硫黄などの加硫剤、亜鉛華、ステアリン酸などの加硫助剤、加硫促進剤、老化防止剤、ワックスなどの添加剤などを含むことができる。
【００２１】
軟化剤および各種レジンの合計の配合量は、ゴム成分１００重量部に対して２５〜２００重量部とすることができる。該配合量が２５重量部未満ではグリップ性能が不充分な傾向があり、２００重量部をこえると耐摩耗性が著しく低下する傾向がある。
【００２２】
小変形領域での弾性率に影響する大きな因子として、ゴム分子や充填剤の配向性がある。本発明においては、トレッド表面のゴムの配向性を小さくして小変形領域での弾性率を小さく保ち、グリップ性能を改善する。つまり、トレッドゴム表面のタイヤ周方向の３００％伸張時における引張応力とタイヤ幅方向の３００％伸張時における引張応力との比を、１．１〜０．９とする。前記３００％伸張時における引張応力の比が０．９未満では周方向の走行トラクション、ブレーキ発生時の摩耗外観がわるくなり、１．１をこえると周方向のトラクション、グリップ性能がわるくなる。前記３００％伸張時における引張応力の比は、上限で１．０８、下限で１．０２であることが好ましい。ここで、３００％伸長時の引張応力は、加硫タイヤのトレッド表面から２ｍｍを、タイヤ周方向に、またはタイヤ幅方向にサンプリングし、ＪＩＳ規格のＫ６２５１に基づく引張試験によって測定される。
【００２３】
しかしながら、従来のタイヤトレッドの成形方法では、通常押出機により熱入れし、可塑化したゴムを押出機のヘッドを通じて必要な形状の穴に設計したダイプレートを通すことにより、必要な断面形状のトレッドを製造する。または、カレンダーロールにより、図１に示すような必要な厚さのシートＡを作製し、何枚かを張り合わせることによりトレッドを成形する。このような方法では、図５に示すように、通常、ゴムが押出し方向またはカレンダー方向に延伸され、一定方向（配向方向１）に配向した状態がかなり維持されたトレッドＢとなる。
【００２４】
そのため、タイヤ加硫を行なったときに、延伸されたままの状態でゴムの加硫反応が起こるため、とくに周方向の小変形領域での弾性率が高くなり、そのわりには高歪みの弾性率が高くない状態が起こる。
【００２５】
そこで、本発明では、以下のような方法によってトレッドを製造する。
【００２６】
実施の形態１
図２に実施の形態１におけるトレッドの製造方法を説明する図を示す。図２に示すように、実施の形態１においては、カレンダーロールにより厚めに作製したシートの上層２および下層４をスライスして除去し、中層３をトレッドとする。
【００２７】
カレンダーロールにより作製するシートの厚さは、６ｍｍ以上、とくには８ｍｍ付近であることが好ましい。シートの厚さが６ｍｍ未満では  一定方向の配向が強くなり、周方向に小変形での弾性率が高くなる傾向がある。シートの厚さは厚くても問題はなく、厚いほど良い。
【００２８】
除去する上層および下層の厚さは、１ｍｍ以上であることが好ましい。除去する厚さが１ｍｍ未満ではその内側で、まだ配向性が強い傾向がある。除去する厚さは厚いほど良い。
【００２９】
実施の形態２
図３に実施の形態２におけるトレッドの製造方法を説明する図を示す。実施の形態２においては、図３（ａ）に示すようにカレンダーロールにより必要な厚さ（たとえば２ｍｍ）に作製したシートを、配向方向１と垂直な面で切断して短冊５をつくり、これを図３（ｂ）のように切断面を上下に向けて並べてトレッドを成形する。
【００３０】
実施の形態３
図４に実施の形態３におけるトレッドの製造方法を説明する図を示す。実施の形態３においては、図４（ａ）に示すように、カレンダーロールにより必要な厚さ（たとえば２ｍｍ）に作製したシートを立方体６に切断し、これを図４（ｂ）のようにランダムに積層してトレッドを製造する。
【００３１】
立方体の一辺の長さは１〜３ｍｍ、とくには２ｍｍ付近であることが好ましい。シートの厚さが１ｍｍ未満では配向性が強くなる傾向があり、３ｍｍをこえると不均一になる傾向がある。
【００３２】
実施の形態４
実施の形態４においては、カレンダーロールにより必要な厚さ（たとえば２ｍｍ）に作製したシートを、加熱したのち、冷やして収縮させることにより、配向したゴムに分子運動を起こさせて配向性を減少させる。
【００３３】
加熱温度は５０〜１２０℃、とくには８０℃付近とすることが好ましい。加熱温度が５０℃未満では配向性を減少させるために長時間かかる傾向があり、１２０℃をこえるとゴムによっては焼けてしまう傾向がある。加熱時間は、加熱後のシートが成形可能な範囲で長いほうが良い。
【００３４】
実施の形態５
実施の形態５においては、トレッドゴム組成物のベース練り工程で、硫黄および加硫促進剤を混練りし、必要な厚さ（たとえば２ｍｍ）のシートを作製してトレッドを成形する。
【００３５】
ベース練りでの硫黄の配合量は、ゴム成分１００重量部に対して０．２〜３重量部であることが好ましい。硫黄の配合量が０．２重量部未満では加硫不充分な傾向があり、３重量部をこえるとベース練りでゴムが焼けやすい傾向がある。
【００３６】
ベース練りでの加硫促進剤の配合量は、ゴム成分１００重量部に対して０．５〜３重量部であることが好ましい。加硫促進剤の配合量が０．５重量部未満では本発明の効果が小さくなる傾向があり、３重量部をこえるとベース練りでゴムが焼ける傾向がある。
【００３７】
ベース練り温度は、１００〜１４０℃、とくには１２０℃付近とすることが好ましい。ベース練り温度が１００℃未満では本発明の効果が小さくなる傾向があり、１４０℃をこえるとベース練りでゴムが焼ける傾向がある。
【００３８】
実施の形態１〜５に示した方法により、タイヤ周方向およびタイヤ幅方向の配向性を小さくすることができる。このようにして成形されたトレッドを、その他のタイヤ部材と貼り合わせて未加硫タイヤを成形し、加硫機で加熱プレスすることによって、本発明の空気入りタイヤを製造することができる。
【００３９】
本発明の空気入りタイヤでは、トレッドのタイヤ周方向およびタイヤ幅方向の配向性が小さい状態で加硫されているので、耐アブレージョン摩耗性能を犠牲にすることなくグリップ性能を向上することができる。
【００４０】
本発明の空気入りタイヤは、乗用車用タイヤ、自動２輪車用タイヤ、レーシング用タイヤなどとして好適に使用することができる。
【００４１】
【実施例】
以下に実施例に基づいて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらのみに限定されるものではない。
【００４２】
実施例１、参考例２〜５および比較例１〜２
（材料）
ＳＢＲ：旭化成（株）製のタフデン４３５０（結合スチレン量：３９重量％）
ＳＡＦカーボン：三菱化学（株）製のダイヤブラックＡ（Ｎ2ＳＡ：１４２ｍ2／ｇ、ＤＢＰ吸油量：１１６ｍｌ／１００ｇ）
硫黄：鶴見化学（株）製の粉末硫黄
加硫促進剤：大内新興化学工業（株）製のノクセラーＮＳ
ワックス：大内新興化学工業（株）製のサンノックＮ
老化防止剤６Ｃ：フレキシス社製のサントフレックス１３
老化防止剤２２４：大内新興化学工業（株）製のノクラック２２４
ステアリン酸：日本油脂（株）製の桐
亜鉛華：三井金属鉱業（株）製の酸化亜鉛２種
アロマチックオイル：ジャパンエナジー社製のプロセスＸ−２６０
【００４３】
（製造方法）
ＢＲ型バンバリーミキサーにて表１に示すベース練り配合を、約３分間、排出温度１４５℃でベース練りし、ベース練りしたゴムに、表１に示すファイナル練り配合を加えて約５分間混練りし、カレンダーロールにより厚さ２ｍｍのシートを作製した。ただし、実施例１ではシートの厚さを８ｍｍとし、参考例５ではベース練りの排出温度を１２０℃とした。
【００４４】
比較例１では、シートを所定の形状に貼り合わせてトレッドを成形した。実施例１では、８ｍｍに作製したシートを、上層２ｍｍおよび下層２ｍｍを除去してトレッドを成形した。参考例２では、シートを配向方向と垂直な面で幅４ｍｍに切断し、切断面を上下に向けて並べてトレッドを成形した。参考例３では、シートを２ｍｍ平方に切断し、ランダムに積み上げてトレッドを成形した。参考例４では、シートを８０℃で２４時間加熱したのち冷やして収縮させた。参考例５は、ベース練り工程で硫黄および加硫促進剤の一部を加えて排出温度１２０℃で混練りしたものであり、シートを所定の形状に張り合わせてトレッドを製造した。比較例２では、配向方向がタイヤ幅方向を向くようにシートを所定の形状に張り合わせてトレッドを製造した。
【００４５】
製造した各トレッドを用いて、１１＊７．１０−５サイズのカートタイヤを試作し、以下の評価を行なった。
【００４６】
（試験方法）
トレッドゴム物性
前記製造条件で作製したタイヤのトレッド表面から２ｍｍの厚さにゴム片をスライス（タイヤ周方向、タイヤ幅方向にサンプリング）し、または打ち抜き、これを試験サンプルとして以下の評価を行なった。
【００４７】
▲１▼硬度
打ち抜いたゴム片の硬度を、ＪＩＳ−Ａ硬度計で測定した。測定温度は２５℃とした。
【００４８】
▲２▼引張試験
タイヤ周方向およびタイヤ幅方向にサンプリングしたゴム片を、ダンベル３号に切り抜き、ＪＩＳ引張試験法Ｋ６２５１に基づいて試験を行なった。３００％伸張時応力（Ｍ３００）が大きいほどアブレージョン摩耗が良好である。
【００４９】
▲３▼粘弾性
タイヤ周方向にサンプリングしたゴム片について、（株）岩本製作所製の粘弾性スペクトロメーターを用いて１０％初期歪みを与えて５０℃で２．５％の動的歪みを与えたときの粘弾性を測定した。複素弾性率（Ｅ′）が低いほど、損失正接（ｔａｎδ）が高いほど、グリップ性能に優れる傾向があり、ｔａｎδ／Ｅ′が高いほどグリップ性能が良好である。
【００５０】
実車テスト
カートタイヤに１１＊７．１０−５サイズの試作タイヤを装着し、１周約２ｋｍのコースを５周走行し、以下の評価を行なった。
【００５１】
▲１▼グリップ性能
比較例１のタイヤをコントロールとし、そのグリップフィーリングを３点として５点満点で評価した。
【００５２】
▲２▼摩耗外観
摩耗外観は、５周走行後にアブレージョン摩耗の外観（発生した波の山部の間隔を黙視で確認）を比較例１のタイヤを３点とし、５点満点で評価した。
【００５３】
（試験結果）
表１に結果を示す。
【００５４】
【表１】
0004964375.tif 000002
【００５５】
比較例１は、一般的な練り方でトレッド押出方向とタイヤ周方向を一致させた通常のタイヤ試作方法である。
【００５６】
実施例１、参考例２および３は、いずれもタイヤ周方向への配向性を強制的になくした方法であり、いずれの方法もタイヤ周方向と幅方向のＭ３００の差が小さくなり、周方向のＥ′や硬度が減少した。結果的に耐アブレージョン摩耗性能は同等であり、グリップ性能は向上した。
【００５７】
参考例４のように作製したシートに熱を加えたり、参考例５のようにシートの作製前に一部架橋（加硫）を進ませる方法により、摩耗外観はやや改善されグリップ性能もやや向上した。
【００５８】
比較例２は、タイヤ周方向の配向ではなく幅方向にゴム分子を配向した例であり、グリップ性能、摩耗外観とも同等であった。
【００５９】
これらの結果から、周方向と断面方向のＭ３００の比が小さいほどグリップ性能と耐アブレージョン摩耗性能のバランスが改善されることがわかる。
【００６０】
【発明の効果】
本発明の空気入りタイヤによれば、トレッド表面のゴム分子の配向性が小さく、耐アブレージョン摩耗性能を維持しながら、グリップ性能の改善を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】カレンダーロールにより作製したシートのゴム分子の配向状態を表わす図である。
【図２】実施の形態１におけるトレッドの製造方法を表わす図である。
【図３】実施の形態２におけるトレッドの製造方法を表わす図である。
【図４】実施の形態３におけるトレッドの製造方法を表わす図である。
【図５】従来方法により製造したトレッドのゴム分子の配向状態を表わす図である。
【符号の説明】
１  配向方向
２  上層
３  中層
４  下層
５  短冊
６  立方体
Ａ  シート
Ｂ  トレッド
【図１】
0004964375.tif 000003
【図２】
0004964375.tif 000004
【図３】
0004964375.tif 000005
【図４】
0004964375.tif 000006
【図５】
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