JP2009511329A - キャップ／ベース・トレッドを備えた空気入り車両用タイヤ - Google Patents

Abstract

本発明は、車両用タイヤ、特に自動車用タイヤであって、両方ともゴム混合物から製造されるトレッドキャップ（９）及びトレッドベース（８）を備えたトレッドと、ゴム混合物から同様に製造される少なくとも１つのアンダートレッド帯（７、７’）によって層縁端部が覆われ該縁端部がトレッドベースから分離される多層構造体（３、４、５、６）とを有する車両用タイヤに関する。本発明の目的は、層縁端部の領域に蓄積される温度と熱を低減させることにある。このために、トレッドベース（８）の熱伝導率が、トレッドキャップ（９）の熱伝導率より少なくとも２０％高く、１つ又は複数のアンダートレッド帯（７、７’）の熱伝導率より少なくとも１０％高い。更にトレッドベース（８）は少なくとも２５ｐｈｒのアセチレンブラックを含有する。

Description

本発明は、空気入り車両用タイヤ、特に商用車向けのタイヤであって、ゴム混合物からそれぞれ製造されるトレッドゴムキャップ及びトレッドゴムベースを備えたトレッドゴム部と、ゴム混合物から製造される少なくとも１つのアンダートレッドゴム部によってブレーカー縁端部が覆われ該縁端部がトレッドゴムベースから分離される少なくとも１つの多層ブレーカーベルトアセンブリとを有する空気入り車両用タイヤに関する。

タイヤの使用時又は動作時には、屈曲力及び遠心力の発生と、タイヤ内の加硫されたゴム混合物のヒステリシスの損失によって生じる関連する動的変形の発生とによって、熱エネルギーが大きくなり、それが十分に放散されなくなる可能性がある。特にブレーカー縁端部付近では、熱が確実に発生し、温度の上昇をもたらす。これは、タイヤの耐久性の劣化、及びタイヤ再生の可能性の喪失につながる。補強要素の端部（ブレーカー縁端部）で弾性率が増大すると、大きな変形が発生し、それに伴って機械的負荷がもたらされ、ブレーカー縁端部には大きな構造的負荷も掛かることになる。応力及び荷重がかかると、例えばブレーカー縁端部のゆるみや分離が発生することが考えられ、それにより、再生の可能性が失われるだけでなく、ブレーカーベルトが完全に取れたり、タイヤが破壊したりする恐れがある。

特に熱負荷が掛かることになるタイヤの場合、現行技術では、トレッドゴム部がキャップとベースとに分割されている。トレッドゴムベース用のゴム混合物は、この場合、熱の蓄積を低減させる役割を果たす。したがって、トレッドゴムベース用のゴム混合物には、トレッドゴムキャップ用の混合物内で使用されるカーボンブラックより活動度が低い（より低いＢＥＴ表面領域及び、より低いＣＴＡＢ表面領域を有する）カーボンブラックが使用されている。更に、ベース用の混合物における充填材の総含有量は、通常、キャップ用の混合物の場合より少ない。したがって、トレッドゴムベースの硬度は、トレッドゴムキャップの硬度より低いことが多い。

ゴム部内に均質に組み込まれたグラファイトを含有するタイヤ、特にタイヤトレッドによって、空気入り車両用タイヤ、特にトレッド内での温度の上昇を抑制することは、ＤＥ−Ａ−１７５５３０１から知られている。したがって、従来のバイアスプライタイヤの場合、グラファイトを含有するゴム混合物でトレッドゴム部全体を製造し、熱伝導率を向上させることで、結果的にトレッドゴム部のショルダーの温度を低下させることが可能になる。しかし、特にトレッドゴム部用のゴム混合物にグラファイトを追加すると、加硫された混合物の特性が変化することになる。トレッドゴム部用のゴム混合物にグラファイトを含有させることは、例えば、ウェットグリップ、ドライグリップ、特に摩耗に悪影響を及ぼす。このような問題を引き起こす原因の１つは、グラファイト粒子の滑動特性にある。

空気入り車両用タイヤのブレーカーベルト付近でゴム混合物の温度を効果的に下げるために、ＥＰ−Ａ−１ ０３１ ４４１では、トレッド溝のベース及びタイヤショルダーの領域において、周囲のゴム混合物より少なくとも５％高い熱伝導率を有するゴム混合物を配置することが提案されている。混合物の熱伝導率を高めるために、カーボンブラックとは別に、アルミニウム、マグネシウム、銅、スズ、ニッケル、または含金属物質（例えば酸化亜鉛や水酸化アルミニウム）等の充填材が添加物として提案されている。

本発明は、ブレーカー縁端部の領域での機械的な特性、特に引裂き特性の低下、及びトレッドゴム部の磨耗の悪化を引き起こすことなく、ブレーカー縁端部の領域での温度及び熱の上昇を緩和するための特に効果的な手段を見出すことを目的とする。

前述の目的は、本発明に従い、熱伝導率がトレッドゴムキャップより少なくとも２０％高く、アンダートレッドゴム部より少なくとも１０％高いトレッドゴムベースによって達成される。

本発明の場合、ブレーカーの縁端部で生成される熱エネルギーは、熱伝導性の構成要素を外側まで連続的に延ばすことによって放散される必要がないことは全く驚くべきことである。ブレーカー縁端部領域での熱の上昇（その結果としての非常に高い温度の発生）は、比較的狭い局部領域でのみ発生する。以前の概念では、タイヤが効率的に冷却されるように、このような熱を外部に放散させる必要があった。機械的な応力が少ししかかからない構成要素間で発生する熱の内部分散は、ブレーカー縁端部の耐久性を大幅に向上させるのに非常に適していることは意外にもすでに発見されている。また、ブレーカー縁端部に直に隣接する、タイヤのすべての構成要素の熱伝導性を高めることが必須でないということも驚くべきことである。タイヤの耐久性の大幅な改良を達成するには、トレッドゴムベースの前述の熱伝導率がトレッドゴムキャップ及びアンダートレッドゴム部に対して高く設定されれば十分である。それによって、ブレーカー縁端部での良好な耐引裂き性も同時に確実になる。

初期混合物にアセチレンブラックを使用することにより、トレッドゴムベースの熱伝導率を特に簡単且つ効果的に高めることができる。この場合、トレッドゴムベースは、初期混合物中のゴム１００重量部に対し、少なくとも２５重量部、特に４２〜６０重量部のアセチレンブラックを含有する。

トレッドゴムベースの耐引裂き性については、トレッドゴムベースのショアＡ硬度がトレッドゴムキャップのショアＡ硬度より最大で２ポイント低ければ望ましい。この手段は、トレッドゴムベースへの応力の不要な集中を防ぎ、特に、トレッドゴムベースでの疲労亀裂の発生を回避する。

トレッドゴムベースの耐引裂き性はまた、特定のタイプのゴムの使用によって有利に影響され得る。この点では、トレッドゴムベースが、それぞれ混合物中のゴム１００重量部を基準にして、５５〜１００重量部の天然ゴムと、３５重量部までのブタジエンゴムと、１０重量部までの少なくとも１種の更なるゴムとを含有するゴム混合物から製造されると有利である。

この点について有利な更なる手段は、トレッドゴムベースが、硬化促進剤の分量の０．５〜２．５倍の分量の硫黄を含有するゴム混合物から製造されることである。

アンダートレッドゴム部が、スチールコード結合系を含有するゴム混合物から製造されることが好ましい。この手段によって、アンダートレッドゴム部とブレーカー層のスチールコードの切り口とが良好に結合できる。

その磨耗特性が幾分劣っているため、トレッドゴムベースは、タイヤ内に完全に位置しタイヤの横方向の外側領域に達しないよう、タイヤ内に配置されるべきである。

トレッドゴムベースの耐摩耗性は、アセチレンブラックに加えて、５〜２０重量部のタイプＮ３２６及び／又はタイプＮ３３９のカーボンブラックを使用することで向上し得る。

本発明の更なる特徴、利点、及び詳細は、例示的な実施形態を示す図面に基づいて詳細に説明される。

図面の図は、自動車用タイヤにおける片方の上側サイドウォール領域と該上側サイドウォール領域に隣接するトレッドゴム領域との断面図である。図示された従来のタイヤ構成要素は標準的な構造であり、例えば、要素の補強用としてスチールコードを特に備えるカーカスインサート２、気密性の内側層１、４つの層３、４、５、６を有するブレーカーベルトアセンブリ、サイドウォール１０等である。ショルダークッション１１は、ブレーカーベルトアセンブリと、カーカスインサート２と、サイドウォール１０との間に挿入されている。トレッドゴム部は、トレッドゴムキャップ９とトレッドゴムベース８とを有し、ブレーカー層４、５、６の縁端部はアンダートレッドゴム部７（図１）又は７’（図２）によって覆われている。図示されていないタイヤ構成要素（例えば、ビード領域）は、公知の方法で構成され得る。

図示した実施形態の場合、半径方向の最も外側に位置する第４のブレーカー層６は、全てのブレーカー層の中で最も幅が狭く、所謂保護層となっている。この保護層は、タイヤのショルダー領域から比較的離れたところで終端している。第１のブレーカー層３は所謂バリア層、第２のブレーカー層４及び第３のブレーカー層５は所謂ワーキング層である。ブレーカー層３、４、５、６は全て補強要素を有し、具体的には、ブレーカーゴム化合物であるゴム混合物内に埋め込まれたスチールコードである。各ブレーカー層３、４、５、６ではスチールコードは互いに平行に延びているが、タイヤの円周方向に対して角度をなしている。第４のブレーカー層６のスチールコードの場合、該角度は概ね５°〜２５°である。第２及び第３のブレーカー層４、５のスチールコードの場合、該角度は１５°〜２５°であり、ブレーカー層４、５のスチールコードは互いに交差している。第１のブレーカー層３のスチールコードの場合、該角度は４５°〜７０°である。ゴム混合物であるブレーカークッション１２は、第２のブレーカー層４の横方向の縁端部と第３のブレーカー層５の横方向の縁端部との間に設けられる。サイドウォール１０の上端は、トレッドゴムキャップ９と横に一部重複している。被覆ゴム部７、７’は、ブレーカー層５、６の縁端部、ブレーカークッション１２、及びブレーカー層４の縁を覆い、従来からアンダートレッドと呼ばれている。被覆ゴム部７、７’は、ゴム混合物からなり、ブレーカー層４、５、６のブレーカー端がトレッドゴムベース８と直接に接触するのを防ぐ。３〜５つのブレーカー層を有するブレーカーベルトの更なる構成的な変形例、又はブレーカー層の角度が５°〜２５°に限定される４層又は５層の変形例の使用も可能である。１つ又は２つの層が０°〜５°の角度を有するブレーカーベルトの変形例も使用可能である。

トレッドゴムベース８は、キャップ９内を半径方向に延びるとともに、横方向にサイドウォール１０まで延びている。その厚さは実質的に一定であり、少なくとも１ｍｍ、厚くとも８ｍｍとなっている。トレッドゴムベース８は、特に熱伝導性のゴム混合物から製造され、この熱伝導率はトレッドゴムキャップ９の熱伝導率より少なくとも２０％高い。アンダートレッドゴム部７、７’で使用されるゴム混合物と比較すると、トレッドゴムベース８の熱伝導率の方が少なくとも１０％高い。

トレッドゴムベース８の該熱伝導率は、フィラーとしてアセチレンブラックを使用することで達成される。ベース８用の混合物におけるアセチレンブラックの割合は、混合物中のゴム１００重量部に対し、少なくとも２５重量部である。

この場合、少なくとも１つの別のタイプのカーボンブラックが、アセチレンブラックに加えて使用され得る。混合物中のゴム１００重量部に対し、カーボンブラックの総割合は、少なくとも４０重量部となるべきである。トレッドゴムベース８の最大熱伝導率を達成するには、アセチレンゴムだけを使用すればよい。混合物中のアセチレンブラックの最適な割合は、４２〜６０重量部である。

アセチレンブラックは、アセチレンの熱分解によって製造され、グラファイト状の構造体が平均比率を超えること、酸素含有基の含有量が非常に少ないことによって特徴付けられる。アセチレンブラックは、一般的に、ＡＳＴＭ−Ｄ２４１４に準拠する１５０〜２５０ｃｍ^３／１００ｇのＤＢＰ係数（フタル酸ジブチル係数）と、ＡＳＴＭ−Ｄ１５１０に準拠する８５ｇ／ｋｇより大きいヨウ素吸収係数とを有している。一次粒子の粒径は、３０〜４５ｎｍである。

トレッドゴムベース混合物に追加される場合がある更なるカーボンブラックは、耐磨耗性のカーボンブラックであることが好ましく、その割合は５〜２０重量部である。耐磨耗性に優れたカーボンブラックは、ファーネスブラックであり、これは、粒子のサイズが小さな高次構造によって特徴付けられる。これらのカーボンブラックについては、ヨウ素吸収係数が７５〜１０５ｇ／ｋｇ、ＤＢＰ係数が６０〜１６０ｃｍ^３／１００ｇである。タイプＮ３２６又はタイプＮ３３９のカーボンブラックが特に考慮の対象となる。

アセチレンブラックはトレッドゴムベース８の引裂きを低減するので、トレッドゴムベース８のショアＡ硬度は、トレッドゴムキャップ９のショアＡ硬度より最大で２ポイント低くなるべきである。この手段は、タイヤ動作時のトレッドゴムベース８への応力の不要な集中を防ぎ、トレッドゴムベース８での疲労亀裂の発生を回避する。トレッドゴムベース８の硬度は、ショアＡ５５〜ショアＡ７０とすべきである。

トレッドゴムベース８の低い耐引裂き性も、天然ゴムを使用することによりある程度は補償され得る。天然ゴムに加えて、ブタジエンゴムも、トレッドゴムベース８用の混合物における第２のゴム構成材料として使用され得る。それは、このタイプのゴムが、低いストレッチ振幅の場合に卓越した耐引裂き性及び耐引裂伝播性を有するためである。ブタジエンゴムの割合は、この場合、３５重量部を超えるべきでない。天然ゴム及びブタジエンゴムに加えて、他のタイプのゴム、例えばスチレンブタジエンコポリマー（ＳＢＲ、Ｅ−ＳＢＲ、Ｓ−ＳＢＲ）、合成ポリイソプロペン（ＩＲ）、ポリブタジエン（ＢＲ）等が好ましくは少量だけ原則的に追加され得る。ここで、他のタイプのゴムの総割合は、１０重量部を超えてはならない。

トレッドゴムベース８用のゴム混合物では、加硫処理系として硫黄硬化促進剤（硫黄の分量が硬化促進剤の分量の０．５〜２．５倍である）が使用される。この場合はチウラム誘導体及びモルホリン誘導体が、例えば、硫黄ドナーとして使用され得る。トレッドゴムベース８は耐引裂き性が低いことから、トレッドゴムベース８とブレーカー層３〜６内のコードの切り口との直接接触を回避すべきである。アンダートレッドゴム部７、７’は直接的接触を防止するものであり、高い耐引裂き性を保証するゴム混合物から製造されるのが好ましい。アンダートレッドゴム部７、７’用のゴム混合物は、アセチレンブラックを全く含めないか、含めたとしても多くとも１５重量部という少ない分量のアセチレンブラックとすべきである。アンダートレッドゴム部７、７’の厚さは、０．１〜３ｍｍの範囲で実質的に一定である。この場合は、図１に示すように、いずれの場合もゴム部７によってブレーカー層４、５、６の縁端部だけを実質的に覆うようにすることが可能であるが、図２に示すように、ゴム部７’をブレーカーベルト又はトレッドゴム部の全幅にわたり延在させることも実現可能である。

アンダートレッドゴム部７、７’用のゴム混合物内にスチールコード結合系を使用することにより、ブレーカー層４、５、６内のスチールコードの切り口にアンダートレッドゴム部７、７’を確実に結合することができる。所望のスチールコード結合は、この場合、硫黄の割合を高くすることにより、コバルト塩と樹脂系との組合せ（例えば、レゾルシノール、ヘキサメチレンテトラミン、ヘキサメトキシメラミン）を追加することにより、シリカの割合を操作することにより、及びコロホニウムやＫｏｒｅｓｉｎ等の接着増進物質を使用することにより達成され得る。スチールコード結合系によるゴム部７、７’の混合物での熱の蓄積の増大は、いずれの場合もトレッドゴムベース８の高い熱伝導率によって十二分に補正される。

図１及び図２に示すように、トレッドゴムベース８は、耐引裂き性が低く、磨耗特性が幾分劣っているため、タイヤの横方向の外側領域まで延びていない。

表１は本発明に従って決定される、代表的なトレッドゴムキャップ用の混合物の例（Ｍ１）と、トレッドゴムベース用の混合物の２つの例（Ｍ２及びＭ３）を示す。指定された量は重量部（ｐｈｒ）であり、混合物中のゴム１００重量部が基準とされている。試験片は、１６０℃での加硫処理によって混合物から生成される。これらの試験片を使用してゴム工業の一部の代表的な材料特性が決定され、それらの値が表２に示されている。テスト片に対して以下の試験方法が使用されている。
・ＤＩＮ ５３ ５０４に準拠した室温での引張強度
・ＤＩＮ ５３ ５０４に準拠した室温での破壊時の伸び率
・ＤＩＮ ５３ ５０４に準拠した、室温における伸び率１００％、２００％、及び３００％での静的弾性率（応力値）
・ＤＩＮ ５３ ５０４に準拠した室温及び７０℃でのショアＡ硬度
・ＤＩＮ ５３ ５１２に準拠した室温及び７０℃でのリバウンド弾力性
・ＤＩＮ ５３ ５０４に準拠した引張試験で決定される破壊エネルギー密度。該破壊エネルギー密度は、試験片の容積に対し、破壊までに必要とされる仕事である。
・ＤＩＮ ５２ ６１２に準拠した、京都電子工業（Ｋｙｏｔｏ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）社製のＫｅｒｎｔｈｅｒｍ ＱＴＭ−Ｄ３−ＰＤ３装置による熱伝導率（初期温度：室温）
・ＤＩＮ ５３ ５１５に準拠したＧｒａｖｅｓ引裂試験

本発明の、構成が異なる２つの形態に関する、タイヤのトレッドゴム及びブレーカーベルトの領域の部分断面図である。

Claims (9)

1. 空気入り車両用タイヤ、特に自動車用のタイヤであって、ゴム混合物からそれぞれ製造されるトレッドゴムキャップ（９）及びトレッドゴムベース（８）を備えたトレッドゴム部と、ゴム混合物から同様に製造される少なくとも１つのアンダートレッドゴム部（７、７’）によってブレーカー縁端部が覆われ該縁端部が前記トレッドゴムベース（８）から分離される多層ブレーカーベルトアセンブリ（３、４、５、６）とを備えた空気入り車両用タイヤにおいて、前記トレッドゴムベース（８）の熱伝導率が、前記トレッドゴムキャップ（９）より少なくとも２０％高く、前記アンダートレッドゴム部（７、７’）より少なくとも１０％高いことを特徴とする空気入り車両用タイヤ。
2. 前記トレッドゴムベース（８）が、初期混合物中のゴム１００重量部に対し、少なくとも２５重量部のアセチレンブラックを含有することを特徴とする請求項１に記載の空気入り車両用タイヤ。
3. 前記トレッドゴムベース（８）が、前記初期混合物中のゴム１００重量部に対し、４２〜６０重量部のアセチレンブラックを含有することを特徴とする請求項１又は２に記載の空気入り車両用タイヤ。
4. 前記トレッドゴムベース（８）のショアＡ硬度が、前記トレッドゴムキャップ（９）のショアＡ硬度より最大で２ショアＡポイント低いことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の空気入り車両用タイヤ。
5. 前記トレッドゴムベース（８）が、それぞれ混合物中のゴム１００重量部を基準にして、５５〜１００重量部の天然ゴムと、０〜３５重量部のブタジエンゴムと、１０重量部までの少なくとも１種の更なるゴムとを含有するゴム混合物から製造されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の空気入り車両用タイヤ。
6. 前記トレッドゴムベース（８）が、硬化促進剤の０．５〜２．５倍の分量の硫黄が含有されるゴム混合物から製造されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の空気入り車両用タイヤ。
7. 前記アンダートレッドゴム部（７、７’）が、スチールコード結合系を含有するゴム混合物から製造されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の空気入り車両用タイヤ。
8. 前記トレッドゴムベース（８）が前記タイヤ内に完全に位置することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の空気入り車両用タイヤ。
9. 前記トレッドゴムベース（８）が、アセチレンブラックに加えて、５〜２０重量部のタイプＮ３２６及び／又はタイプＮ３３９のカーボンブラックを含有するゴム混合物から製造されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の空気入り車両用タイヤ。

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