JP2005306295A - ソリッドタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】ソリッドタイヤのベースゴム層と中間ゴム層とトレッドゴム層とをそれぞれ要求特性を満足するゴム組成にすることで、製品性能を総合的に満足させる。
【解決手段】トレッドゴム層４を耐摩耗性がベースゴム層２および中間ゴム層３より優れたゴム組成で形成し、前記ベースゴム層２を金属板との接着性がトレッドゴム層４および中間ゴム層３より良好なゴム組成で形成し、前記中間ゴム層３を硬度がトレッドゴム層４およびベースゴム層２より高いゴム組成で形成していることを特徴とするソリッドタイヤ
【選択図】図１

Description

本発明は、産業車両などに用いられるソリッドタイヤに関するものである。

この種のソリッドタイヤとしては、特許文献１に示すように、タイヤ半径方向内から外に向かってベースゴム層、第１および第２の中間ゴム層、トレッドゴム層の順に配列して成るものが知られている。前記ソリッドタイヤでは、各ゴム層の厚さ配分を規制すると共に、第１の中間ゴム層の硬度をＪＩＳ−Ａ硬度４５〜５５度、第２の中間ゴム層の硬度をＪＩＳ−Ａ硬度６８〜７５度かつ正接損失を０．０４以下とし、走行時の発熱抑制、乗心地向上、耐摩耗性およびリムとの嵌合力の保持を向上させている。
また、特許文献２に示すように、４層にゴム層が積層されたソリッドタイヤであって、ベースゴム層からトレッドゴム層に向かって各ゴム層の圧縮弾性率が段階的に低くなるとともに、ベースゴム層とトレッドゴム層の圧縮弾性率を一定範囲で構成するものが知られている。

前記ソリッドタイヤは各ゴム層の物性を圧縮弾性率を用いて表現したため、従来は硬度の測定が困難であったタイヤコード短繊維を充填したベースゴム層を、この短繊維を含まない他のゴム層と同列に同一指標を用いて評価でき、各ゴム層の物性評価が容易にできるという利点を有している。
特開平６−１６００３号公報 特開平６−２９３２０３号公報

一般に、ソリッドタイヤの製品性能には耐摩耗性、リム接着性、操縦安定性、耐寒性などが知られており、これらの製品性能をトータルバランス良く備えたものが製品として優れるソリッドタイヤとされる。従って、複数のゴム層より構成されるソリッドタイヤについても、各ゴム層の組成や特性を変化させた場合の製品性能への影響を調査し、製品性能を総合的に満足できる組成や設計の目安となる特性を各ゴム層個別に定める必要がある。
特許文献１のソリッドタイヤは、複数のゴム層の中で中間のゴム層に関しては硬度を定めているが、トレッドゴム層やベースゴム層に関しては求められる組成や要求される固有の特性を定めておらず、それぞれゴム層に要求される組成や固有の特性を規制している訳ではないので、ソリッドタイヤの製品性能を総合的に満足させるものとは言い難い。

また、特許文献２のソリッドタイヤは、各ゴム層に圧縮弾性率の好適範囲を定めているが、短繊維などを含むゴム層でも物性評価を容易に行えるように定めているのであり、圧縮弾性率のみがそれぞれのゴム層で要求される特性ではなく、圧縮弾性率のみで製品性能を総合的に満足させられるソリッドタイヤが得られる訳ではない。
本発明は、このような問題点を解決し得るソリッドタイヤを提供することを目的とする。
本発明は、ベースゴム層と中間ゴム層とトレッドゴム層とをそれぞれ要求特性を満足するゴム組成にすることで、製品性能を総合的に満足させることのできるソリッドタイヤを提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明は次の手段を講じた。
即ち、接地面側にトレッドゴム層４を、リムに接する側にベースゴム層２をそれぞれ配置し、このトレッドゴム層４とベースゴム層２の間に少なくとも１層以上の中間ゴム層３を設け、前記各ゴム層は少なくとも２種以上のジエン系ゴムを混合してゴム成分が構成されており、ゴム組成が各ゴム層で相異なっているソリッドタイヤ１であって、前記トレッドゴム層４を耐摩耗性がベースゴム層２および中間ゴム層３より優れたゴム組成で形成し、前記ベースゴム層２を金属板との接着性がトレッドゴム層４および中間ゴム層３より良好なゴム組成で形成し、前記中間ゴム層３を硬度がトレッドゴム層４およびベースゴム層２より高いゴム組成で形成している。

これによって、ベースゴム層２と中間ゴム層３とトレッドゴム層４とをそれぞれ要求特性を満足するゴム組成にすることができ、ソリッドタイヤの製品性能を総合的に満足させることができる。
接地面側にトレッドゴム層４を、リムに接する側にベースゴム層２をそれぞれ配置し、このトレッドゴム層４とベースゴム層２の間に少なくとも１層以上の中間ゴム層３を設け、前記各ゴム層は少なくとも２種以上のジエン系ゴムを混合してゴム成分が構成されており、ゴム組成が各ゴム層で相異なっているソリッドタイヤ１であって、前記トレッドゴム層４を耐摩耗性がベースゴム層２および中間ゴム層３より優れると共にブタジエンゴムを主体とするゴム組成で形成し、前記ベースゴム層２を金属板との接着性がトレッドゴム層４および中間ゴム層３より良好であると共に天然ゴムを主体とするゴム組成で形成し、前記中間ゴム層３を硬度がトレッドゴム層４およびベースゴム層２より高くかつスチレンブタジエンゴムを主体とするゴム成分で形成している。

これによって、ジエン系のゴム組成を有するソリッドタイヤにおいて、それぞれのゴム層を求められる要求特性を満足するゴム組成にすることができ、製品性能を総合的に満足させることのできる。
前記トレッドゴム層４を耐寒性がベースゴム層２および中間ゴム層３より優れたゴム組成で形成する。
これによって、耐摩耗性、リム接着性、操縦安定性に加えて耐寒性をも総合的に満足させることができるソリッドタイヤ１を得ることができる。

前記ベースゴム層２を天然ゴムが７０重量部以上含み、イオウ含量が１〜３重量部であるゴム成分で形成する。
これによって、リム接着性を他のジエン系の混合ゴム組成より向上させることができる。
前記中間ゴム層３は、ＪＩＳ−Ａ硬度が６５〜９０度である。
これによって、ソリッドタイヤ１の操縦安定性を他のジエン系の混合ゴム組成より向上させることができる。

前記トレッドゴム層４をブタジエンゴムが７０重量部以上含むゴム成分で形成する。
これによって、耐摩耗性を他のジエン系の混合ゴム組成より向上させることができる。
前記中間ゴム層３をスチレンブタジエンゴムが７０重量部以上含むゴム成分で形成する。
これによって、操縦安定性を他のジエン系の混合ゴム組成より向上させることができる。

ベースゴム層と中間ゴム層とトレッドゴム層とをそれぞれ要求特性を満足するゴム組成にすることで、ソリッドタイヤの製品性能を総合的に満足させることができる。

本発明のソリッドタイヤ１は、図１においてリム６に接着層５を介して装着されかつ断面形状を空気入りタイヤと略同一形状としたいわゆるニューマチック形式のタイヤである。また、ソリッドタイヤ１は金属製のリム６に前記接着層５を介してタイヤ半径方向外側に接して形成されるベースゴム層２と、このベースゴム層２のタイヤ半径方向外側に接して形成される中間ゴム層３と、この中間ゴム層３の半径方向外側に接して形成されると共に外周面がトレッド面４Ａを形成するトレッドゴム層４との３層体として形成される。
前記ベースゴム層２は、天然ゴム（ＮＲ）を主体とする２以上のジエン系ゴムを混合して成るゴム成分を有している。ゴム成分の７０〜９５重量部、好ましくは８０〜９０重量部を天然ゴムとするのが良い。天然ゴムを７０重量部以上とするとリムを構成する金属との接着強度が高くなり、９５重量部未満とすると良好な操縦安定性を維持できるためである。また、ゴム成分を加硫する際の硫黄は含量が１〜３重量部、好ましくは１〜２重量部添加するのが良い。硫黄含量を３重量部未満とすると接着強度が高くなり、１重量部以上とすると加硫反応が不完全となる可能性が低くなる。

前記ベースゴム層２は、金属製のリムと接着層５を介して接しており、接着界面にリム６からゴム層を剥離しようとする外力が作用する部分であり、硬度が高いゴム組成にした方が乗り心地を向上させられる可能性もあるが、硬度が高いゴム組成はリム６との接着性が低い場合が多く、リム接着性を最も高く有するゴム組成とした方が良い。
従って、前記ベースゴム層２は、金属板との接着性がトレッドゴム層４および中間ゴム層３より良好なゴム組成で形成するのが良く、ジエン系ゴム組成では主に天然ゴムを主体とするゴム組成とするのが良い。これによって、ソリッドタイヤ１はリム６とゴム層との界面からゴム層が剥離するのを防止できる。

前記中間ゴム層３は、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）を主体とする２以上のジエン系ゴムを混合して成るゴム成分を有している。ゴム成分の７０〜９５重量部、好ましくは８０〜９０重量部がスチレンブタジエンゴムであるのが良い。スチレンブタジエンゴムを７０重量部以上加えると操縦安定性が良好となり、９５重量部未満とすることで乗り心地が低下する可能性も低くなる。また、中間ゴム層３のＡ硬度は６５度以上であるのが好ましく、これによってソリッドタイヤ１の操縦安定性を他のジエン系の混合ゴム組成より向上させることができる。

前記中間ゴム層３は、ベースゴム層２との接着性が良いゴム組成を選択したことによって、操縦安定性や乗り心地に影響を及ぼす剛性を補強する役割を有する。このことから、中間ゴム層３を硬度がトレッドゴム層４およびベースゴム層２より高いゴム組成で形成するのが良く、ジエン系ゴム組成の中ではスチレンブタジエンゴムを主体とするゴム組成が好ましい。
前記トレッドゴム層４は、ブタジエンゴム（ＢＲ）を主体とする２以上のジエン系ゴムを混合して成るゴム成分を有している。ゴム成分の７０〜９５重量部、好ましくは８０〜９０重量部がブタジエンゴムであるのが良い。ブタジエンゴムを７０重量部以上とすることで操縦安定性の低下が防止でき、９５重量部未満とすることで耐屈曲亀裂性が低下するのを回避できる。

前記トレッドゴム層４は、路面と接する部分であり、路面との摩擦による耐摩耗性を最も要求される部分である。従って、前記トレッドゴム層４を耐摩耗性がベースゴム層２および中間ゴム層３より優れたゴム組成で形成するのが良く、ジエン系ゴム組成の中ではブタジエンゴムを主体とするゴム組成が好ましい。
以上のことから、ソリッドタイヤ１の各ゴム層としては、前記トレッドゴム層４を耐摩耗性がベースゴム層２および中間ゴム層３より優れたゴム組成で形成し、前記ベースゴム層２を金属板との接着性がトレッドゴム層４および中間ゴム層３より良好なゴム組成で形成し、前記中間ゴム層３を硬度がトレッドゴム層４およびベースゴム層２より高いゴム組成で形成するのが良く、好ましくはベースゴム層２に天然ゴム、中間ゴム層３にスチレンブタジエンゴム、トレッドゴム層４にブタジエンゴムを主体とするゴム組成をするのが良い。

前記耐摩耗性は、ＪＩＳ−Ｋ６２６４（１９９３）に記載されるウイリアムス摩耗試験、アクロン摩耗試験、ランボーン摩耗試験などで評価される耐摩耗性の評価値を示し、評価値がベースゴム層２および中間ゴム層３より優れるゴム組成をトレッドゴム層４に用いる。
前記金属板との接着性は、ＪＩＳ−Ｋ６２５６（１９９９）の剛板と加硫ゴムの９０度剥離試験に従う剥離強度であり、剥離強度が中間ゴム層３およびトレッドゴム層４より大きいものをベースゴム層２に用いる。

前記硬度は、ＪＩＳ−Ｋ６２５３（１９９７）のＡ型デューロメータを用いて評価される、いわゆるＡ硬度であり、Ａ硬度がベースゴム層２およびトレッドゴム層４より大きいものを中間ゴム層３に用いる。
本発明に用いられるジエン系ゴムは、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）、イソプレンゴム（ＩＲ）、スチレン−イソプレンブタジエンゴム（ＳＩＢＲ）であり、特に好ましくはスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）を用いることができる。

本発明の接着層５に用いられる接着剤は、ポリウレタン系、ポリエステル系、アクリル系などの接着剤を用いることができる。接着は前記接着剤を用いても良いし、直接加硫接着を行っても良い。
本発明の各ゴム層にはゴム成分および硫黄以外に、カーボンブラック、ステアリン酸、加硫促進剤、加硫促進助剤、老化防止剤、スコーチ防止剤などを配合して、バンバリーミキサー中で加硫を行う。加硫後のゴム組成は製品性能であるリム接着性、耐摩耗性、操縦安定性、耐寒性の４つの指標を総合的に評価する。

以下、実施例によって本発明を更に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
表１に示す天然ゴム（ＮＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）の配合量および硫黄の添加量がそれぞれ異なる５つのゴム組成Ｎｏ．１〜５を調整した。ゴム組成Ｎｏ．１〜５について、要求性能を測定し、表１下段に示す測定結果を得た。

〔要求特性評価〕
調整したＮｏ．１〜５の各ゴム組成物についての要求特性評価としては、（ａ）リム接着性（剥離強度）、（ｂ）耐摩耗性、（ｃ）耐寒性、（ｄ）硬度、（ｅ）モジュラスを評価した。その評価方法は以下の通りである。
（ａ）リム接着性
各ゴム組成のリム接着性は、ＪＩＳ−Ｋ６２５６（１９９９）の剛板と加硫ゴムとの９０度剥離試験に従って剥離強度として測定した。剥離強度の測定結果は○×△の３段階評価で示している。剥離強度は、天然ゴム（ＮＲ）が８０重量部であるＮｏ．１ゴム組成が最も高く、ゴム組成の８０重量部以上が天然ゴムである方が優れていることが分かる。また、ゴム組成Ｎｏ．１とＮｏ．３〜５との比較から天然ゴム（ＮＲ）の添加量が多い場合に剥離強度が増加する傾向がある。また、ゴム組成Ｎｏ．１とＮｏ．２の比較から添加される硫黄含量は１重量部より２重量部の方が剥離強度が優れており、硫黄含量に関しては１重量部より大きい方が優良であることが分かる。
（ｂ）耐摩耗性
各ゴム組成の耐摩耗性は、ＪＩＳ−Ｋ６２６４（１９９３）に従い、摩耗抵抗係数から評価した。○×△の３段階評価であり、耐摩耗性はゴム組成の中でブタジエンゴム（ＢＲ）を８０重量部含むＮｏ．５ゴム組成が最も優れており、ゴム組成の８０重量部以上がブタジエンゴム（ＢＲ）である方が優良であることが分かる。
（ｃ）耐寒性
各ゴム組成の耐寒性は、ＪＩＳ−Ｋ６２６１（１９９７）に従い、○×△の３段階で評価した。耐寒性はゴム組成の中でブタジエンゴム（ＢＲ）を８０重量部含むＮｏ．５ゴム組成が最も優れており、ゴム組成の８０重量部以上がブタジエンゴム（ＢＲ）である方が優良であることが分かる。
（ｄ）硬度
各ゴム組成の硬度は、ＪＩＳ−Ｋ６２５３（１９９７）のＡ型デューロメータを用いて評価されるＡ硬度で評価し、○×△の３段階評価で示される。硬度はゴム組成の中でスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）を８０重量部含むＮｏ．４ゴム組成が最も優れており、ゴム組成の８０重量部以上がスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）である方が優良であることが分かる。
（ｅ）モジュラス
各ゴム層の１００％伸びを示す引張強度を示す弾性率である。モジュラスはゴム組成の中でブタジエンゴム（ＢＲ）を８０重量部含むＮｏ．５ゴム組成が最も優れており、ゴム組成の８０重量部以上がブタジエンゴム（ＢＲ）である方が優良であることが分かる。
〔ソリッドタイヤの作製〕
前記ゴム組成Ｎｏ．１〜５をそれぞれ各ゴム層に配して、ソリッドタイヤ１の実施例１〜３および比較例１〜８を作製し、これらを製品性能評価に供した。
〔製品性能方法および評価結果〕
製品性能の評価は（ａ）リム接着性、（ｂ）耐摩耗性、（ｃ）耐寒性、（ｄ）操縦安定性およびこれらの総合評価により評価した。総合評価は、製品性能の（ａ）〜（ｄ）について、全ての製品性能を総合的に満足する場合を◎（最も優れている）とする４段階評価で示している。製品性能の評価結果を表２に示す。

（ａ）リム接着性
リム接着性は、実施例１〜３および比較例１〜８を比較すると、いずれも天然ゴム（ＮＲ）を８０重量部以上含むＮｏ．１ゴム組成を用いたソリッドタイヤ１のリム接着性（剥離強度）が高いことが分かる。しかし、比較例１および比較例６〜８は総合評価ではいずれも低く、ベースゴム層２にリム接着性が中間ゴム層３およびトレッドゴム層４より高いゴム組成を用いるのみではなく、実施例１のように硬度や耐摩耗性が他のゴム層より優れるゴム組成を中間ゴム層３やトレッドゴム層４に用いた方がより総合評価に優れるソリッドタイヤ１が得られることが分かる。
（ｂ）耐摩耗性
耐摩耗性は、実施例１〜３および比較例１〜８を比較すると、いずれもブタジエンゴム（ＢＲ）を８０重量部以上含むＮｏ．５ゴム組成を用いたソリッドタイヤ１の耐摩耗性が他のゴム組成より優れることが分かる。また、比較例７、実施例２および実施例３に比べ実施例１は総合評価でより優れており、トレッドゴム層４に耐摩耗性がベースゴム層２および中間ゴム層３より良好なゴム組成を用いるのみではなく、実施例１のように硬度やリム接着性が他のゴム層より優れるゴム組成を中間ゴム層３やベースゴム層２に用いた方がより総合評価に優れるソリッドタイヤ１が得られることが分かる。
（ｃ）耐寒性
耐寒性は、実施例１〜３および比較例１〜８を比較すると、いずれもブタジエンゴム（ＢＲ）を８０重量部以上含むＮｏ．５ゴム組成を用いたソリッドタイヤ１の耐寒性が他のゴム組成より優れることが分かる。また、比較例７、実施例２および実施例３に比べて実施例１は総合評価でより優れており、トレッドゴム層４に耐寒性がベースゴム層２および中間ゴム層３より良好なゴム組成を用いるのみではなく、実施例１のように硬度やリム接着性が他のゴム層より優れるゴム組成を中間ゴム層３やベースゴム層２に用いた方がより総合評価に優れるソリッドタイヤ１が得られることが分かる。
（ｄ）操縦安定性
調整したソリッドタイヤ１を乗用車に装着し、ハンドルを直進に固定し、５０ｍ直進走行時の左右偏差距離で評価した。○×△の３段階評価で示される。操縦安定性は、実施例１〜３と比較例１〜８を比較すると、いずれもスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）を８０重量部以上含むＮｏ．４ゴム組成を用いたソリッドタイヤ１の操縦安定性が他のゴム組成より優れることが分かる。しかし、実施例２、３および比較例６、８は総合評価ではいずれも低く、中間ゴム層３に操縦安定性がベースゴム層２およびトレッドゴム層４より良好なゴム組成を用いるのみではなく、実施例１のように耐摩耗性やリム接着性が他のゴム層より優れるゴム組成をトレッドゴム層４やベースゴム層２に用いた方がより総合評価に優れるソリッドタイヤ１が得られることが分かる。

また、総合評価に最も優れるソリッドタイヤ１としてはベースゴム層２にＮｏ．１、中間ゴム層３にＮｏ．４、トレッドゴム層４にＮｏ．５を用いたものが挙げられるが、ベースゴム層２にＮｏ．２またはＮｏ．３のゴム組成を用いても良い。Ｎｏ．２またはＮｏ．３のゴム組成は、Ｎｏ．４およびＮｏ．５に比べて硬度、リム接着性が良好か同等であるため、総合評価でも優良に次ぐ良好な評価を得ることが可能であるからである。さらに、同様な理由から中間ゴム層３やトレッドゴム層４に用いるゴム組成をそれぞれＮｏ．４およびＮｏ．５に限定する必要はなく、これらに準じるゴム組成を利用して優良に次ぐ良好な総合評価を得ることもできる。

なお、耐寒性またはモジュラスはゴム組成Ｎｏ．５が他のゴム組成より優れているので、トレッドゴム層４の要求特性として耐寒性またはモジュラスを採用しても良く、耐寒性またはモジュラスがベースゴム層２および中間ゴム層３より優れるゴム組成を用いても良い。これによって、耐摩耗性、リム接着性、操縦安定性に加えて耐寒性または乗り心地をも総合的に満足させることができるソリッドタイヤ１を得ることができる。

ソリッドタイヤの断面図

符号の説明

１ ソリッドタイヤ
２ ベースゴム層
３ 中間ゴム層
４ トレッドゴム層
５ 接着層
６ リム

Claims (7)

1. 接地面側にトレッドゴム層（４）を、リム（６）に接する側にベースゴム層（２）をそれぞれ配置し、このトレッドゴム層（４）とベースゴム層（２）の間に少なくとも１層以上の中間ゴム層（３）を設け、前記各ゴム層は少なくとも２種以上のジエン系ゴムを混合してゴム成分が構成されており、ゴム組成が各ゴム層で相異なっているソリッドタイヤであって、
   前記トレッドゴム層（４）を耐摩耗性がベースゴム層（２）および中間ゴム層（３）より優れたゴム組成で形成し、前記ベースゴム層（２）を金属板との接着性がトレッドゴム層（４）および中間ゴム層（３）より良好なゴム組成で形成し、前記中間ゴム層（３）を硬度がトレッドゴム層（４）およびベースゴム層（２）より高いゴム組成で形成していることを特徴とするソリッドタイヤ。
2. 接地面側にトレッドゴム層（４）を、リム（６）に接する側にベースゴム層（２）をそれぞれ配置し、このトレッドゴム層（４）とベースゴム層（２）の間に少なくとも１層以上の中間ゴム層（３）を設け、前記各ゴム層は少なくとも２種以上のジエン系ゴムを混合してゴム成分が構成されており、ゴム組成が各ゴム層で相異なっているソリッドタイヤであって、
   前記トレッドゴム層（４）を耐摩耗性がベースゴム層（２）および中間ゴム層（３）より優れると共にブタジエンゴムを主体とするゴム組成で形成し、前記ベースゴム層（２）を金属板との接着性がトレッドゴム層（４）および中間ゴム層（３）より良好であると共に天然ゴムを主体とするゴム組成で形成し、前記中間ゴム層（３）を硬度がトレッドゴム層（４）およびベースゴム層（２）より高くかつスチレンブタジエンゴムを主体とするゴム成分で形成していることを特徴とするソリッドタイヤ。
3. 前記トレッドゴム層（４）を耐寒性がベースゴム層（２）および中間ゴム層（３）より優れたゴム組成で形成していることを特徴とする請求項１または２に記載のソリッドタイヤ。
4. 前記ベースゴム層（２）を天然ゴムが７０重量部以上含み、イオウ含量が１〜３重量部であるゴム成分で形成していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のソリッドタイヤ。
5. 前記中間ゴム層（３）は、ＪＩＳ−Ａ硬度が６５〜９０度であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のソリッドタイヤ。
6. 前記トレッドゴム層（４）をブタジエンゴムが７０重量部以上含むゴム成分で形成することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のソリッドタイヤ。
7. 前記中間ゴム層（３）をスチレンブタジエンゴムが７０重量部以上含むゴム成分で形成していることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のソリッドタイヤ。

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