JP4303051B2 - 空気入りタイヤ - Google Patents

Description

本発明は、低燃費化と制動性能の向上を両立した空気入りタイヤに関するものである。

自動車のタイヤのトレッド部における転がり抵抗は車両の燃費に影響を与える。トレッドゴムのｔａｎδ（損失弾性率／貯蔵弾性率）はエネルギーの吸収度合いを示すもので、ｔａｎδが小さいほど、転がり抵抗が小さくなり、低燃費化が実現できる。
一方、タイヤの諸特性として制動性能もタイヤにとっては重要である。この制動性能はゴムモジュラス（ゴム弾性率）が重要な要素になることが知られている。ゴムモジュラスが高いほど、制動性能が良好となる。

しかしながら、トレッドゴムのｔａｎδを小さくして低燃費化を図る試みがなされたが、これと二律背反する制動性能、特に、ウエット性等の性能低下が生じてしまう可能性があるため、従来からトレッド面を複数領域に分割し、夫々の部位に特徴あるトレッドゴム配合を分割配置させ、転がり抵抗の低減と制動性能の両立を図る試みがなされてきた。
特許文献１には、トレッドゴムをタイヤ軸方向に少なくとも３分割し、タイヤ赤道面付近のゴムを高弾性ゴムに、ショルダー部付近のゴムを低弾性ゴムとし、これらのゴムのｔａｎδをほぼ同一にする空気入りタイヤが開示されている。さらに、特許文献１では、トレッドゴムがタイヤ幅方向で４分割以上されている場合、タイヤ赤道面付近のゴムとショルダー部付近のゴムの中間に位置するゴムの動的弾性率を、両ゴムの動的弾性率の中間の値にするのが好ましいことが記載されている。
特開平７−１６４８２１号（段落０００４〜０００９参照）

しかしながら、特許文献１に示す技術は、ウエット性などの他の性能を維持しながらタイヤ全体の転がり抵抗を低減する手法であり、制動性能の向上と同時に低燃費化も図れる空気入りタイヤの提供には至っていない。

そこで、本発明は、二律背反する転がり抵抗の低減と制動性能を同時に向上させることができる空気入りタイヤの提供を目的としている。

上記目的を達成するため、本発明者は、特許文献１に開示されたトレッドゴムのタイヤ幅方向の３分割化をさらに進めて、タイヤ幅方向において、タイヤ赤道面が通るセンター領域Ｘと、センター領域を挟んでその両側に形成される中間領域Ｙと、中間領域のさらに外側に形成されるショルダー領域Ｚとからなる５つの領域に区分し、これら各領域のゴム物性のうち、ゴムモジュラスとｔａｎδに着目して、これらを種々変更することにより、二律背反する転がり抵抗の低減と制動性能の向上とを同時に満足させる空気入りタイヤの提供を目指した。

その結果、以下の知見が得られた。まず、制動性能はモジュラスを高めることのみならず、接地圧分布の影響を大きいことが判明した。タイヤ幅方向の各領域におけるモジュラスと接地圧分布の影響は、センター領域よりもショルダー領域の感度が高く、ショルダー領域でモジュラスを高くすれば、その影響が大きいことが判明した。

また、転がり抵抗に関連するＲＲＣ（Ｒｏｌｌｉｎｇ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ：転がり抵抗係数）に着目して、ｔａｎδの影響を考察してみたところ、ショルダー領域よりもセンター領域での感度が高く、センター領域でのｔａｎδを高くすれば、これに対するＲＲＣの影響が大きくなることが判明した。

上記知見の下、タイヤの接地圧分布に対して感度の高いショルダー領域ではなく、感度の低い中間領域のみモジュラスの高いゴムを使用することで、接地圧分布の悪化を抑えて制動性能の向上を図り、また、歪エネルギーに対して感度の高いセンター領域のｔａｎδを低くすれば、二律背反するＲＲＣと制動性能を同時に向上させることができることを見出した。

すなわち、本発明に係る空気入りタイヤは、トレッド部がタイヤ幅方向において、タイヤ赤道面が通るセンター領域Ｘと、センター領域を挟んでその両側に形成される中間領域Ｙと、中間領域のさらに外側に形成されるショルダー領域Ｚとから５つの領域に区分され、これらの領域のゴムモジュラスがＸ≦Ｚ＜Ｙに設定され、損失正接（ｔａｎδ）がＸ≦Ｙ＜Ｚに設定されていることが特徴としている。

上記構成によると、ゴムモジュラスをＸ≦Ｚ＜Ｙとすることで、感度の高いショルダー領域における接地圧増加を抑え、制動性能を向上させることができ、かつ前後剛性をアップさせることができる。また、ｔａｎδをＸ≦Ｙ＜Ｚとすることにより、センター領域における転がり抵抗の低減を図ることができる。

トレッド部は、タイヤ半径方向で単層構造あるいは複層構造を問わないが、近年、タイヤの諸特性を有効に発揮する複層構造に本発明を適用するのが好適である。すなわち、トレッド部が、トレッド面側のキャップゴム層と、その内側に配置されるベースゴム層との２層構造からなり、キャップゴム層が、タイヤ幅方向において、センター領域、中間領域、およびショルダー領域の５つの領域に区分された空気入りタイヤにおいて、上記領域の各ゴムモジュラスとｔａｎδを適用するのが好ましい。

以上の説明から明らかなように、本発明によると、キャップゴム層を５領域に区分し、センター領域Ｘ、中間領域Ｙ及びショルダー領域ＺのゴムモジュラスをＸ≦Ｚ＜Ｙに設定し、損失正接（ｔａｎδ）をＸ≦Ｙ＜Ｚに設定することにより、ＲＲＣ、つまり低燃費化と制動性能の二律背反する性能の両方を向上させることができる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の実施形態を示す空気入りタイヤのうち、トレッド部におけるラジアルタイヤの軸（幅）方向の要部断面図であり、タイヤ赤道面Ａから一側のトレッド端部Ｂまでを図示している。

このラジアルタイヤ１は、一対のビード部から半径方向外向きに延びるサイドウォール部（共に図示略）と、その上端をつなぐトレッド部２と、これらの内周に沿って両端がビードコア（図示略）で折返されて支持されたカーカス６（一部図示）とを備えている。トレッド部２とカーカス６の間にベルト層７を備えており、その補強構造は一般的なラジアルタイヤの場合と同様であるので、詳細な説明は省略する。

トレッド部２は、キャップゴム層１０とその内方に位置するベースゴム層１１の２層からなるキャップ−ベース構造を備えている。キャップゴム層１０の外周面にはタイヤ周方向に直線状もしくはジグザグ状をなして延びる複数本の主溝１２ａ，１２ｂ（本実施形態では４条の主溝）が形成され、さらに図示を省略しているが、通常、前記の主溝１２ａ，１２ｂと交叉する方向の横溝、さらにはタイヤ周方向で主溝よりも細幅の副溝や横溝を繋ぐ補助溝が形成されて、所定のトレッドパターンが形成されている。

キャップゴム層１０は、それぞれ赤道面Ａを中心に挟んで形成されたセンター領域Ｘと、センター領域Ｘを挟んでその両側に形成される中間領域Ｙと、中間領域Ｙを挟んでその両側に形成されるショルダー領域Ｚの合計５つの領域に区分されている。キャップゴム層１０におけるセンター領域Ｘ、中間領域Ｙ、ショルダー領域Ｚの各部位を１０ｘ、１０ｙ、１０ｚで示す。

そして、センター領域Ｘ、中間領域Ｙ及びショルダー領域ＺのゴムモジュラスがＸ≦Ｚ＜Ｙに設定され、損失正接（ｔａｎδ）がＸ≦Ｙ＜Ｚに設定されている。

センター領域Ｘと中間領域Ｙとを区分する第一境界線１５は、中央寄りの第一の主溝１２ａの底面に沿って形成されている。中間領域Ｙとショルダー領域Ｚとを区分する第二境界線１６は、第一の主溝１２ａよりも外側の第二の主溝１２ｂの底面に沿って設定されている。これら第一境界線１５および第二境界線１６は、それぞれ赤道面Ａを挟んで対称位置に一対ずつ形成されている。なお、第一境界線１５及び第二境界線１６は、トレッド部２の陸部表面に形成してもよい。

第一境界線１５および第二境界線１６の配置は、ＦＥＭ解析によれば、赤道面を０としてトレッド端部の位置を１００とするとき、第一境界線１５を５〜６０の範囲内に位置させ、第二境界線を３０〜９０の範囲内に位置させるのが好ましいことが判明した。さらに、第一境界線１５を５〜３０、第二境界線１６を４０〜６０の範囲内に位置させると、より好ましい結果が得られた。

なお、ゴムモジュラスおよび損失正接（ｔａｎδ）の調整は、配合するポリマーやカーボンの種類、配合量、シリカ、オイル、硫黄の配合量等の組合わせにより適宜調整可能である。表１に３種の配合例を示す。但し、本発明は表１の配合例に限定されるものではないことは勿論である。

次に、上記構成の空気入りタイヤの実施例について説明する。表２は、キャップゴム層のモジュラス・ｔａｎδを変更した７種類のラジアルタイヤのＲＲＣ性能、制動性能、接地圧分布の評価試験を行った結果を示すものである。供試タイヤのタイヤサイズは１８５／６５Ｒ１５である。

表２において、実施例１〜３および比較例４はキャップゴム層をそれぞれ５領域に区分し、それぞれの領域のモジュラス・ｔａｎδを種々変更した場合を示す。キャップゴム層１０のセンター領域Ｘ、中間領域Ｙおよびショルダー領域Ｚの５つの領域は、赤道面Ａの位置を０としトレッド端部Ｂの位置を１００とするときに、第一境界線１５を「２０」、第二境界線１６を「５０」の位置にそれぞれ設定した。比較例１〜３は、キャップゴム層が夫々単体ゴムから構成され、その単体ゴムのモジュラス・ｔａｎδを種々変更した例を示す。

モジュラスは、ＪＩＳ Ｋ６２５１に準じて、試料長さ２０ｍｍに設定し、２３℃で４ｍｍ／ｍｉｎで延伸し、得られる応力〜歪曲線からヤング率を求めた。そして、表２においては、引張応力０．２９ＭＰａを指数１００として指数表示している。

ｔａｎδは、試料（２０ｍｍ×５ｍｍ×１ｍｍ）を、６０℃で、初期歪５％で、周波数１０Ｈｚ、動歪１０％を与えたときの損失弾性率と貯蔵弾性率との比で表わされ、ｔａｎδ＝０．２を指数１００として指数表示している。

また、表２中のＲＲＣ、制動性能および接地圧分布は以下のとおり求めた。

＜ＲＲＣ＞
ＲＲＣ（Ｒｏｌｌｉｎｇ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）は、転がり抵抗係数で、転がり抵抗を負荷荷重で除した係数として表わしている。測定は、内圧を２００ｋＰａに設定し、リム組みした供試タイヤをドラム試験機にセットし、荷重５０５ｋｇ、速度８０ｋｍ／ｈでドラム走行させて回転抵抗を測定し、比較例１（従来構造のＣＡＰ配合１）のタイヤの回転抵抗を指数１００として、比較例１の回転抵抗／評価タイヤの回転抵抗として指数表示した。ＲＲＣの値が大きい程、転がり抵抗が小さくなり、性能が良好となる。

＜制動性能＞
制動性能は、実車走行で速度１００ｋｍ／ｈでのＡＢＳ制動距離の逆数を、比較例１（ＣＡＰ配合１）のタイヤの制動距離を１００として指数表示した。値が大きい程性能が良い。

＜接地圧力分布＞
接地圧力分布は、ショルダー部の最大接地圧を平均圧で除した数値（％）を示す。タイヤ幅方向に均一なタイヤ程、タイヤとしては良好で、制動性能が良好となる。

＜評価結果＞
表２に示すように、キャップゴム層として単体ゴムを使用した比較例において、比較例１ではモジュラス／ｔａｎδにそれぞれ低く設定し、比較例２および比較例３では、比較例１よりもモジュラス／ｔａｎδに設定している。この比較例１〜３のＲＲＣおよび制動性能は、モジュラス／ｔａｎδが低いほど、ゴムが柔らかく、制動性能が悪化する反面、ＲＲＣが良好となり、低燃費化されている。

比較例４は、キャップゴム層を５領域に区分し、各領域のモジュラス及びｔａｎδをセンター領域からショルダー領域に向かうほど高く設定した例である。つまり、ゴムモジュラスをＸ≦Ｙ＜Ｚとし、ｔａｎδをＸ≦Ｙ＜Ｚとした例である。

この比較例４は、センター領域のモジュラスを比較例１と同様に設定し（３０％）、ショルダー領域では１７０（％）に設定しているため、制動性能は比較例１に比べて高く（指数換算で「１１５」）なっているものの、単体ゴムで指数１７０（％）に設定している比較例３に比べて制動性能は劣る結果となっている。これは、ショルダー部のゴムモジュラスを高めた結果、接地圧分布が不均一（指数「９０」）になったためと考えられる。

一方、実施例１〜３では、ゴムモジュラスをＸ≦Ｚ＜Ｙとし、ｔａｎδをＸ≦Ｙ＜Ｚとした例である。いずれの実施例１〜３においても、中間領域Ｙのゴムモジュラスをショルダー領域Ｚよりも高め、ｔａｎδはセンター領域からショルダー領域にかけて順次高めた例である。この結果、比較例４よりも制動性能およびＲＲＣのバランスが向上している。

これは、タイヤの接地圧分布に対して感度の高いショルダー領域Ｚではなく、感度の低い中間領域Ｙのみについてモジュラスの高いゴムを使用したことに起因しているものと考えられる。また、センター領域Ｘは歪エネルギーに対して感度が高いので、この部分のｔａｎδを低く設定して転がり抵抗の低減を図っている。

図２は縦軸に制動性能を、横軸にＲＲＣをとって制動性能と燃費性能との関係を対比したグラフである。このグラフでは、制動性能とＲＲＣについて、実施例１〜３（図中、「発明品」で示す）同士を、また、比較例１〜４（図中、「従来構造」として示す）同士を関連付けたものである。それぞれ線形として表わすことができ、実施例１〜３の線分は従来構造である比較例１〜４に比べて、右上方向に略平行に移動した結果が得られ、制動性能及びＲＲＣが従来に比べて良好になっているのがわかる。

このように、センター領域Ｘ、中間領域Ｙ及びショルダー領域ＺのゴムモジュラスをＸ≦Ｚ＜Ｙに設定し、損失正接（ｔａｎδ）をＸ≦Ｙ＜Ｚに設定することにより、ＲＲＣと制動性能の二律背反する性能の両立を図ることができる。

本発明の実施形態を示すラジアルタイヤの要部断面図 制動性能と燃費性能との関係を示すグラフ

符号の説明

１ ラジアルタイヤ
２ トレッド部
６ カーカス
７ ベルト層
１０ キャップゴム層
１１ ベースゴム層
１５ 第一境界線
１６ 第二境界線
Ａ タイヤ赤道面
Ｂ トレッド端部
Ｘ センター領域
Ｙ 中間領域
Ｚ ショルダー領域

Claims (3)

1. トレッド部が、タイヤ幅方向において、タイヤ赤道面が通るセンター領域Ｘと、センター領域を挟んでその両側に形成される中間領域Ｙと、中間領域のさらに外側に形成されるショルダー領域Ｚとから５つの領域に区分され、前記センター領域Ｘと前記中間領域Ｙとを区分する第一境界線、および、前記中間領域Ｙと前記ショルダー領域Ｚとを区分する第二境界線は、前記タイヤ赤道面を０としてトレッド端部の位置を１００とするとき、第一境界線を５〜３０、第二境界線を４０〜６０の範囲内に位置させ、これらの領域のゴムモジュラスがＸ≦Ｚ＜Ｙに設定され、損失正接（ｔａｎδ）がＸ≦Ｙ＜Ｚに設定されたことを特徴とする空気入りタイヤ。
2. トレッド部が、トレッド面側のキャップゴム層と、その内側に配置されるベースゴム層との２層構造とされると共に、キャップゴム層が、タイヤ幅方向において、タイヤ赤道面が通るセンター領域Ｘと、センター領域を挟んでその両側に形成される中間領域Ｙと、中間領域のさらに外側に形成されるショルダー領域Ｚとから５つの領域に区分され、前記センター領域Ｘと前記中間領域Ｙとを区分する第一境界線、および、前記中間領域Ｙと前記ショルダー領域Ｚとを区分する第二境界線は、前記タイヤ赤道面を０としてトレッド端部の位置を１００とするとき、第一境界線を５〜３０、第二境界線を４０〜６０の範囲内に位置させ、これらの領域のゴムモジュラスがＸ≦Ｚ＜Ｙに設定され、損失正接（ｔａｎδ）がＸ≦Ｙ＜Ｚに設定されたことを特徴とする空気入りタイヤ。
3. 前記トレッド部の外周面にはタイヤ周方向に延びる複数本の主溝が形成され、前記第一境界線は、中央寄りの第一の主溝の底面に沿って設定され、前記第二境界線は、第一の主溝よりも外側の第二の主溝の底面に沿って設定されたことを特徴とする請求項１または２に記載の空気入りタイヤ。

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