JP3691668B2

JP3691668B2 - 重荷重用空気入りタイヤ

Info

Publication number: JP3691668B2
Application number: JP22351198A
Authority: JP
Inventors: 充荒木
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 1998-08-07
Filing date: 1998-08-07
Publication date: 2005-09-07
Anticipated expiration: 2018-08-07
Also published as: JP2000052713A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特定のリブパターンおよびキャップ・ベース構造のトラック・バス等の重荷重用空気入りタイヤについて、耐偏摩耗性を損なうことなく低燃費性を向上させる技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両が低燃費であることは、すなわち、転がり抵抗が小さいことであるが、転がり抵抗を支配する主な要因として、タイヤを構成するゴムの発熱性が挙げられ、とりわけトレッドゴムを低発熱化（低ｔａｎδ化）することが効果的である。
【０００３】
トレッドゴムを低ｔａｎδ化するには、トレッドを構成するゴム組成物中のカーボンブラックの配合量を低減したり、硫黄による架橋密度を高めたりすることにより達成できる。
しかし、カーボンブラックの配合量を単に少なくした場合には、耐摩耗性が低下し、一方、高架橋密度化は、破断限界伸びの低下・耐亀裂進展性の低下を招く。
【０００４】
そこで、低ｔａｎδ化を図りつつ、耐摩耗性と耐亀裂進展性の低下を回避するため、特定のコロイダル特性を有するカーボンブラックを使用してカーボンブラックの分散性を高めたり、低ヒステリシスロス化剤を活用する技術がある。また、カーボンブラックの分散性を改良するために、ポリマーの末端を変性させたり、発熱源となる低分子量ポリマーの排除および分子量分布を均一化させる等、ポリマー自体の改質も効果を上げている。
【０００５】
これらの技術によって、低発熱化（低ｔａｎδ化）と耐摩耗性・耐亀裂進展性については、ある程度両立させることができる。
【０００６】
しかし、低燃費性と耐偏摩耗性の両立化は、現状では達成できていない。これは、耐偏摩耗性が低転がり抵抗と同じく「ｔａｎδ」に支配されていることによる。前述の低発熱化と耐摩耗性・耐亀裂進展性とは、ある程度独立に動かし得るのに対し、耐偏摩耗性と低転がり抵抗とは、いずれもｔａｎδを主因子とし、しかも改良方向が正反対であるため、低転がり抵抗化するために低ｔａｎδ化すれば、これは直接的に耐偏摩耗性を低下させる。
【０００７】
従って、トレッドゴムを低ｔａｎδ化し、低燃費化しても、このようなタイヤは偏摩耗が促進されるので、結果として、車両の操縦安定性を著しく低下させ、耐久寿命が短くなり、ユーザーにとっての経済性はむしろ悪化してしまう。
【０００８】
また、偏摩耗は高速道路の使用比率が高い条件で特に発生し易いことがよく知られており、長距離輸送のトラック・バスにおいては、低燃費性のみならず耐久寿命が長いことに対するニーズも高い。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、低燃費性を損なうことなく耐偏摩耗性とも両立させることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
偏摩耗が生じるのは、トレッドの踏面部のうち主にタイヤ幅方向外側（ショルダー側）においてである。これは径差摩耗として知られている。すなわち、タイヤは路面に対して所定の曲率を有するので、センター側とショルダー側とでは当然径差が生じ、センター側に比べショルダー側は周長が短くなる。したがって、転動時に周長の短いショルダー側は引きずられ（スリップが生じ）、摩耗を生じる。
この事実から、偏摩耗を防止するには、ショルダー側において耐偏摩耗性を高めれば、効果的であることがわかる。
【００１１】
また、材料の観点からは、ｔａｎδの高いゴムが耐偏摩耗に有効であることが分かっている。転動時、トレッド踏面部は、路面に対して粘着とスリップを繰り返すが、ｔａｎδの高いゴムの場合、転動時に路面との粘着の割合が増え、スリップの割合が減る。
【００１２】
これらの事実から、偏摩耗を防止するには、少なくともショルダー側にｔａｎδの高いゴムを配置すればよいことに想到した。
【００１３】
一方、低燃費性を追求する観点からは、トレッドゴムのｔａｎδは低い方が良いことは言うまでもない。つまり、高ｔａｎδのゴムは、高ヒステリシスロス化＝高発熱化＝高転がり抵抗化に繋がり、燃費性、自己発熱耐久性を損なうからである。
【００１４】
ここで、転動時のゴムの変形を考慮すると、ゴムの変形量が大きい、つまり発熱が大きい部位は、上記のようにタイヤは所定の曲率を有しているので、センター側、しかも表層側においてであることがわかる。したがって、上記の考察から、従来のキャップ・ベース構造において、キャップゴムが占めていたセンター側の殆どをｔａｎδのより低いベースゴムで置き換えられることがわかるので、低燃費性のゴムの体積自体を増加できると同時に、変形量＝発熱量の多いセンター側かつ表層側に、低発熱性のゴムを効率良く配置することができることになる。
上記の考察に基づいて、本発明は達成されるたものであり、具体的構成は以下の通りである。
【００１５】
（１）周方向に延びる２つ以上の主溝を有するリブパターンを形成され、かつキャップ・ベース構造を有するトレッド部を備えた重荷重用空気入りタイヤにおいて、前記２つ以上の主溝のうちタイヤ幅方向における両外側に位置する主溝間にて、キャップゴムの厚さが２．４ｍｍ以下のキャップ薄肉部を設けるかあるいはベースゴムをトレッド表面に露出させ、前記トレッド部の表面から２．４ｍｍの深さ位置（参照：図２ III 中の破線）における、ベースゴムが占めるタイヤ幅方向の幅（参照：図２ III 中のｌ）が、前記２つ以上の主溝のうちタイヤ幅方向における両外側に位置する主溝間であって、かつトレッドの全幅（参照：図２ III 中のＬ ) の３０〜８０％であり、キャップゴムのｔａｎδ_Aが０．１０〜０．３０、ベースゴムのｔａｎδ_Bが０．０７〜０．２０であり、ｔａｎδ_Aがｔａｎδ_Bより大きく、ｔａｎδ_Aにトレッドゴム体積に対するキャップゴム体積の比率Ｖ_Aを乗じた値とｔａｎδ_Bにトレッドゴム体積に対するベースゴム体積の比率Ｖ_Bを乗じた値との和Ｓ_A+Bが０．１０〜０．１８、好ましくは０．１１〜０．１５であり、さらに、ベースゴムのゴム組成物にシリカを、ゴム成分１００重量部に対して、２〜２０重量部含むことを特徴とする。
（２）前記キャップゴムを構成するゴム組成物がゴム成分として、天然ゴム、スチレン・ブタジエン共重合体ゴムを含み、前記ベースゴムを構成するゴム組成物がゴム成分として、天然ゴムを含むことを特徴とする。
（３）前記キャップゴムのゴム組成物のゴム成分中、天然ゴムが２５〜７５重量％、スチレン・ブタジエン共重合体ゴムが２５〜７５重量％であり、前記ベースゴムのゴム組成物のゴム成分中、天然ゴムが５０〜１００重量％であることを特徴とする。
（４）前記キャップゴムのゴム組成物のゴム成分中、さらにブタジエンゴムを３０重量％以下含むことを特徴とする。ここで、ｔａｎδは室温、振幅２％、周波数５２Ｈｚで測定された値である。
【００１６】
すなわち、本発明は、キャップゴムに耐偏摩耗性に優れる比較的高ｔａｎδのゴムを使用し、ベースゴムに低燃費性に優れる比較的低ｔａｎδのゴムを使用し、かつ偏摩耗の発生しにくいタイヤ幅方向中央領域で、キャップゴムを薄くすることにより、ベースゴムの体積割合を高くして、偏摩耗の防止効果を維持しつつ、低燃費性の向上を図ることを達成した。
【００１７】
さらに、主に、上記のようなトレッドのキャップ・ベース構造における改良に加えて、耐偏摩耗に有効なディフェンスグルーブ（主溝より幅が狭く、上記両外側の主溝の外側のショルダー側に設ける副溝）、またはサイドグルーブ（トレッド端からバットレス部にかけて設ける副溝）を設ける構成とすると、偏摩耗の発生を効果的に防止すると共に、発生した偏摩耗の進展を抑制する働きが得られることと、この部分において偏摩耗が犠牲的に生じることよる他部分の保護等を効果的に図ることができる。
また、主溝内に、耐偏摩耗に有効な、トレッド表面から段下がりとなる突起状リブを配することもできる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明を詳細に説明する。
本発明にかかるトレッド部の断面図を図１に６種例示する。Ａ〜Ｃはキャップ薄肉部の厚さが０の場合、すなわちベースゴムが露出している場合であり、Ｄ〜Ｆは２．４ｍｍ以下の所定の厚さを有する場合である。１はトレッド部、２はキャップゴム、２ａはキャップ薄肉部、３はベースゴム、４は主溝、５はディフェンスグルーブ、６はサイドグルーブである。
【００１９】
本発明において、キャップ薄肉部の厚さは、２．４ｍｍ以下であると規定するが、前述した考察からわかるように、新品時において０（ゼロ）であることが最も好ましい。ゼロでなくても、２．４ｍｍ以下であれば、本発明の効果は十分に達成できる。２．４ｍｍを超えると、ベースゴムに、ベースゴムについて規定するｔａｎδの下限値を適用しても、転がり抵抗の低減効果は不十分である。これは、ベースゴムの体積が少なくなるのに加えて、転動時の変形、発熱が大きい表層部に高ｔａｎδであるキャップゴムが多く配されることによる。
【００２０】
また、薄肉部のタイヤ幅方向における幅を、２つ以上ある主溝のうちタイヤ幅方向における両外側に位置する主溝間にわたって形成することで、ベースゴムの量を適切な形状で確保し、低燃費性が確保される。
【００２１】
また、キャップゴムのｔａｎδ_Aが０．１０〜０．３０（室温、振幅２％、周波数５２Ｈｚ）、ベースゴムのｔａｎδ_Bが０．０７〜０．２０（室温、振幅２％、周波数５２Ｈｚ）であり、かつｔａｎδ_Aがｔａｎδ_Bより大きいことを規定する。これは、次のような理由による。
例えば、キャップゴムとベースゴムがそれぞれの規定範囲内であっても、両ｔａｎδ値が同じかあるいは大小関係が逆くの場合は、ショルダー側において従来同様に偏摩耗が生じ、また、ディフェンスグルーブが主溝の外側に形成されている場合には、ディフェンスグルーブが受ける犠牲的偏摩耗が大きく、改良効果がない。また、両ｔａｎδの大小関係が保たれた場合にあっても、ｔａｎδ_Aが下限値に満たない場合には、上記の粘着効果が得られず、ショルダー側における偏摩耗を防止できない。また、ｔａｎδ_Bが下限値未満では、図１ＡのＸで示す箇所において偏摩耗が生じる。また、ｔａｎδ_A、ｔａｎδ_Bとも、上限値を超えた場合には、転がり抵抗が大きくなり、好ましくない。
上記と同様の観点から、好ましくは、ｔａｎδ_Aは、０．１４〜０．２２（室温、振幅２％、周波数５２Ｈｚ）であり、ｔａｎδ_Bは０．１０〜０．１４（室温、振幅２％、周波数５２Ｈｚ）である。
また、ｔａｎδ_Aにトレッドゴム体積に対するキャップゴム体積の比率Ｖ_Aを乗じた値とｔａｎδ_Bにトレッドゴム体積に対するベースゴム体積の比率Ｖ_Bを乗じた値との和Ｓ_A+Bを０．１０〜０．１８とすることによって、耐偏摩耗性を低下させることなく、転がり抵抗の低減が可能となる。Ｓ_A+Bが０．１０未満では、トレッド踏面全体としてのスリップが増大し、ショルダー側にｔａｎδの高いキャップゴムを配しても偏摩耗を抑制できず、Ｓ_A+Bが０．１８を超えると、転がり抵抗が大きくなる。
また、シリカをゴム成分１００重量部に対して２〜２０重量部配合することとしたのは、転がり抵抗を低減させると共に、耐ティア性が向上するからである。
【００２２】
また、前記トレッド部の表面から２．４ｍｍの深さ位置における、ベースゴムが占めるタイヤ幅方向の幅が、前記２つ以上の主溝のうちタイヤ幅方向における両外側に位置する主溝間であって、かつトレッドの全幅の３０〜８０％であるが、３０％未満では、低転がり抵抗性が不十分となり、好ましくないからであり、８０％を超えると、図１ＡのＹで示す箇所付近で偏摩耗が生じるので好ましくない。
【００２３】
キャップゴムのゴム組成物のゴム成分中、天然ゴムを２５〜７５重量％、スチレン・ブタジエン共重合体ゴムを２５〜７５重量％としたのは、重荷重用空気入りタイヤにおけるトレッドゴムの大変形時の強度を天然ゴムで確保すると共に、耐摩耗性、耐偏摩耗性をスチレン・ブタジエン共重合体ゴムで確保するためである。また、キャップゴムのゴム組成物のゴム成分中に、ブタジエンゴムを３０重量％以下含有させた場合には、耐摩耗性と耐ティア性とを向上させることができるが、３０重量％を超えた場合には、耐偏摩耗性が悪化するため３０重量％以下であることが望ましい。
前記ベースゴムのゴム組成物のゴム成分中、天然ゴムを５０〜１００重量％としたのは、低転がり抵抗性と耐ティア性、および作業性の上で好ましいからである。
【００２４】
【実施例】
各実施例および各比較例共、タイヤサイズは１１Ｒ２２．５であり、４本の主溝を有し、ディフェンスグルーブやサイドグルーブ等の副溝を有しないリブパターンであるトラック・バス用のラジアルタイヤを作製することにより行った。
耐偏摩耗性の測定は、各タイヤを２０ｔ車のフロント軸に装着し、高速道路使用率０．５％で１０万ｋｍ走行した場合の実車テストにより行い、偏摩耗発生部の深さと面積を測定し、比較例１を１００として、指数表示し、表１に示す。数値は大きい程良好であることを示す。
また、低転がり抵抗性は、上記と同様のタイヤについて、ドラム試験により行った。同様に、比較例１を１００として、指数表示し、表１に示す。数値は大きい程良好であることを示す。
これらのタイヤのトレッド部の詳細は、表１に示す構成、配合による。
【００２５】
図２に、各実施例および各比較例で採用したキャップ・ベース構造のトレッド部の断面図を５種示す。Ｉはセンター側においてもキャップゴムが厚い場合であり、ＩＩはタイヤ幅方向における両外側の主溝４ａ、４ｄの間でベースゴムが露出（キャップ薄肉部の厚さが０である）している場合であり、ＩＩＩはベースゴムの露出部が主溝４ａ、４ｄの幅より狭い場合であり、ＩＶはキャップ薄肉部が所定の厚さを有する場合であり、Ｖはベースゴムの露出部が主溝４ａ、４ｄよりショルダー側に広がっている場合である。
また、表２には、各実施例および各比較例におけるキャップゴムとベースゴムの配合を示す。なお、それぞれのゴム組成物の室温下、振幅２％、周波数５２Ｈｚにおけるｔａｎδ値も同時に示す。
【００２６】
【表１】

【００２７】
【表２】

【００２８】
なお、ＳＢＲは、Ｃ１、Ｃ３、Ｃ４に関しては、ＦＳ．ＨＸ７６５（商品名：Firestone Chemical社製）であり、Ｃ１、Ｃ５は、ＪＳＲ♯１５００（商品名：日本合成ゴム株式会社製）である。また、ＢＲは、ＢＲ¹ウベボール１５０Ｌ（商品名：宇部興産社製）である。
また、シランカップリング剤は、ＡＢＣ−８５６（商品名：信越化学株式会社製）であり、加硫促進剤は、ジベンゾチアジルジスルフィド、ノクセラーＤＭ（商品名：大内新興化学株式会社製）である。
【００２９】
実験結果を考察する。比較例１および比較例２は従来技術であり、現行タイヤに使用されている。比較例１は耐偏摩耗性と低転がり抵抗性をバランス良く保っており、比較例２は耐偏摩耗性を向上させ、タイヤの耐久寿命を高めているが、Ｓ_A+Bが規定の上限を超えているため、転がり抵抗が大きい。
実施例１はセンター側でベースゴムを露出させた最適例であり、実施例１は比較例１と同じ配合で、キャップ・ベース構造を変えることにより、改良を図った例である。
実施例２は実施例１とベースゴム配合は同じで、キャップゴムをＮＲ／ＳＢＲ／ＢＲに変更し、ｔａｎδを下げ、より低転がり抵抗性を向上させる一方、Ｓ_A+Bを規定範囲内で下限値付近として、耐偏摩耗性は許容範囲内とした例である。
実施例３も実施例１とベースゴム配合は同じで、キャップゴムをシリカ配合とした例である。
実施例４はキャップ・ベース構造の分割位置を変化させて、トレッド部の表面から２．４ｍｍの深さ位置における、ベースゴムが占めるタイヤ幅方向の幅ｌを、トレッド全幅Ｌの４０％にした例であり、これにより、実施例１に比べるとセンターリブ両端の偏摩耗性は向上するが、ベースゴムの体積が減った分、低転がり抵抗性は若干低下している。
実施例５はキャップ薄肉部の厚さｄを１．８ｍｍとした例で、耐偏摩耗性は向上するが、ベースゴムの体積が減少した分、低転がり抵抗性は実施例１よりやや劣る。しかしながら、現行品に比較すると耐偏摩耗性も低転がり性も良好である。
比較例３はキャップ・ベースのゴムを逆にした例で、ショルダー側にｔａｎδの低いゴムが配置されているので、偏摩耗が激しい。
比較例４はキャップゴムのｔａｎδが高すぎ、Ｓ_A+Bも規定範囲の上限値を超えているため、ベースゴム露出型ではあるが、転がり抵抗の低減効果が得られない。
比較例５はベースゴムのｔａｎδが低すぎて、センターリブ端で偏摩耗が発生する。
比較例６はベースゴムの前記幅ｌが狭く、比較例７は薄肉部の厚さｄが厚すぎ、また、共にベースゴムの体積も少ないため、転がり抵抗の低減効果が得られない。
比較例８はベースゴムの露出幅がショルダー側にまで及んでおり、この領域において偏摩耗が生じる。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、偏摩耗を主に生じる箇所に耐偏摩耗性のゴムを配し、低転がり抵抗性のゴム量をできるだけ多く、しかも、ゴム変形量が多いセンター表層部に配することにしたので、効率的に、偏摩耗を防止しつつ、低燃費性を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ａ〜Ｆとも、本発明にかかるトレッド部のキャップ・ベース構造を示す断面図である。
【図２】実施例で採用したトレット部のキャップ・ベース構造を示す断面図である。
【符号の説明】
１トレッド部
２キャップゴム
３ベースゴム
４主溝
５ディフェンスグルーブ
６サイドグルーブ

Claims

周方向に延びる２つ以上の主溝を有するリブパターンを形成され、かつキャップ・ベース構造を有するトレッド部を備えた重荷重用空気入りタイヤにおいて、
前記２つ以上の主溝のうちタイヤ幅方向における両外側に位置する主溝間にて、キャップゴムの厚さが２．４ｍｍ以下のキャップ薄肉部を設けるかあるいはベースゴムをトレッド表面に露出させ、
前記トレッド部の表面から２．４ｍｍの深さ位置における、ベースゴムが占めるタイヤ幅方向の幅が、前記２つ以上の主溝のうちタイヤ幅方向における両外側に位置する主溝間であって、かつトレッドの全幅の３０〜８０％であり、
キャップゴムのｔａｎδ_Aが０．１０〜０．３０、ベースゴムのｔａｎδ_Bが０．０７〜０．２０であり、ｔａｎδ_Aがｔａｎδ_Bより大きく、ｔａｎδ_Aにトレッドゴム体積に対するキャップゴム体積の比率Ｖ_Aを乗じた値とｔａｎδ_Bにトレッドゴム体積に対するベースゴム体積の比率Ｖ_Bを乗じた値との和Ｓ_A+Bが０．１０〜０．１８であり、
さらに、ベースゴムのゴム組成物にシリカを、ゴム成分１００重量部に対して、２〜２０重量部含むことを特徴とする重荷重用空気入りタイヤ。
前記キャップゴムを構成するゴム組成物がゴム成分として、天然ゴム、スチレン・ブタジエン共重合体ゴムを含み、前記ベースゴムを構成するゴム組成物がゴム成分として、天然ゴムを含むことを特徴とする請求項１記載の重荷重用空気入りタイヤ。
前記キャップゴムのゴム組成物のゴム成分中、天然ゴムが２５〜７５重量％、スチレン・ブタジエン共重合体ゴムが２５〜７５重量％であり、前記ベースゴムのゴム組成物のゴム成分中、天然ゴムが５０〜１００重量％であることを特徴とする請求項２記載の重荷重用空気入りタイヤ。
前記キャップゴムのゴム組成物のゴム成分中、さらにブタジエンゴムを３０重量％以下含むことを特徴とする請求項３記載の重荷重用空気入りタイヤ。