JP4312613B2 - 空気入りタイヤ - Google Patents

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Description

本発明は、いわゆるキャップ・ベース構造を採用した分割トレッドを備える空気入りタイヤに関し、より詳しくは転がり抵抗性能とWET制動性能を両立させた空気入りタイヤに関する。
従来より、空気入りタイヤにおいて、転がり抵抗性能とWET性能とを両立させるために、トレッドゴムをタイヤ幅方向に複数領域に分割し、それらの領域に配されるゴムの損失正接tanδ(損失正接=損失弾性率/貯蔵弾性率、以下tanδと省略する。)を適宜設定したものが提案されている。
例えば、下記特許文献1では、トレッドゴムのタイヤ赤道線付近に高弾性ゴムを、ショルダー部付近に低弾性ゴムを配し、それぞれのtanδを略同一とした空気入りタイヤが提案されている。上記タイヤは、高弾性ゴムによりタイヤ赤道線付近の歪みを小さくするとともに、低弾性ゴムによりショルダー部付近の応力を低減することで、トレッドゴムの消費エネルギーを低減し、転がり抵抗を低減するものである。更に、tanδを略同一に設定することで、弾性率の違いによるWET性能等の低下を回避するものである。
また、下記特許文献2では、トレッドゴムのタイヤ赤道線付近の0℃でのtanδを0.6以上に、ショルダー部の60℃でのtanδを0.2以下に設定した空気入りタイヤが提案されている。上記タイヤは、トレッドゴムのタイヤ赤道線付近のtanδを比較的大きくすることでWET排水性を改善するとともに、ショルダー部のtanδを比較的小さくすることで転がり抵抗を低減するものである。
また、下記特許文献3では、トレッドにキャップ・ベース構造を採用し、それらに配されるゴムのtanδ等を適宜設定することで、各種性能を向上させた空気入りタイヤが提案されている。当該タイヤでは、キャップゴムのtanδを0.09〜0.12に、ベースゴムのtanδを0.075〜0.11に設定して車両の燃費を向上させるとともに、他の物性値を適宜設定して各タイヤ性能を調整している。
しかしながら、下記特許文献1及び3に係る空気入りタイヤは、ショルダー部のtanδが低いため、WET制動性能が十分でないことが判明した。しかも下記特許文献1においては、タイヤ赤道線付近とショルダー部のtanδを略同一に設定する必要があるため、ショルダー部のtanδを高く設定すると、タイヤ赤道線付近のtanδをも高く設定する必要があり、転がり抵抗性能とWET制動性能の両立が困難となる。また、下記特許文献2に係る空気入りタイヤは、tanδが大きいトレッドゴムをタイヤ赤道線付近に配置するものであるため、転がり抵抗性能が十分でなく、tanδが小さいトレッドゴムをショルダー部に配置するものであるため、WET制動性能が悪化することが判明した。
更に、実車のタイヤ挙動において、制動時に前輪に大きな荷重移動と制動力が加わると、タイヤのパターンブロックが座屈を起こして路面とブロックとの実接触面積が小さくなるため、ゴムの粘弾性特性を活かせないことがある。よって、ゴムのtanδの設定だけでは、WET制動性能の向上を図るのに不十分であることが判明した。
特開平7−164821号公報(第2頁、図1) 特開2003−226114号公報(第2頁、図1) 特開平9−226312号公報(第2頁)
そこで、本発明の目的は、キャップ・ベース構造を採用した分割トレッドを備える空気入りタイヤにおいて、転がり抵抗性能とWET制動性能を両立させることができる空気入りタイヤを提供することにある。
上記目的は、下記の如き本発明により達成できる。即ち、本発明の空気入りタイヤは、1対のビード部と、前記ビード部から各々タイヤ径方向外側に延びるサイドウォール部と、前記サイドウォール部間に設けられたトレッド部とを有する空気入りタイヤにおいて、前記トレッド部に配されるトレッドゴムは、踏面側に配されるキャップゴムと、その内周側に配されるベースゴムとを備え、前記キャップゴムは、タイヤ幅方向に少なくとも3分割されるとともに、タイヤ幅方向の中央部に配されたセンターゴムと、前記センターゴムのタイヤ幅方向両側に配され、且つ、前記センターゴムよりも損失正接tanδが大きいショルダーゴムとを備え、前記ベースゴムの、少なくとも前記ショルダーゴム内周側に相当する領域は、60℃での損失正接tanδが0.03以上0.10未満であり、25℃での貯蔵弾性率E’が10〜50MPaである。なお、本発明におけるtanδ等の物性値は、具体的には実施例の測定方法により測定される値である。
本発明の空気入りタイヤによれば、上記構成のキャップゴムの内周側に配されるベースゴムにおいて、ショルダーゴムの内周側に相当する領域のtanδを上記範囲に設定することで転がり抵抗を低減しつつ、貯蔵弾性率E’(以下E’と省略する。)を上記範囲に設定することで乗り心地性の確保とWET制動性の向上を図ることができる。また、定常走行時にエネルギー消費量が大きいトレッド部の中央部(タイヤ赤道線付近)に、tanδが比較的小さいセンターゴムを配置することにより、転がり抵抗を低減することができ、更に、制動時の面圧が高いトレッド部の接地端側にtanδが比較的大きいショルダーゴムを配置することにより、WET制動性能を高めることができる。
上記の空気入りタイヤにおいて、前記ベースゴムの、前記センターゴム及び前記ショルダーゴム内周側に相当する領域は、60℃での損失正接tanδが0.03以上0.10未満であり、25℃での貯蔵弾性率E’が10〜50MPaであっても構わない。
上記の構造によれば、ベースゴムのtanδが比較的低いものであるため、転がり抵抗を悪化させることなく、ショルダーゴム内周側への当該ベースゴムの配置により、WET制動性能を高めることができる。また、ベースゴムの物性範囲を部分的ではなく全体的にに設定することで、ベースゴムの構造がシンプルとなるため、容易に形成することができるようになる。
上記において、前記センターゴムの60℃での損失正接tanδが0.10〜0.20であり、前記ショルダーゴムの0℃での損失正接tanδが0.40〜0.55であるとともに、前記ショルダーゴムの25℃での複素弾性率E*が10〜20MPaであることが好ましい。
上記構成によって、上述の効果を好適に奏することができる。すなわち、センターゴムのtanδを比較的小さく設定することにより転がり抵抗を低減しつつ、ショルダーゴムのtanδ及び複素弾性率E*(以下E*と省略する。)を比較的大きく設定することにより、パターンブロックの座屈を抑制しつつゴムの粘弾性特性を活かしてWET制動性能を高めることができる。
上記において、前記キャップゴムはタイヤ幅方向に3分割されており、前記センターゴムと前記ショルダーゴムとの境界は、タイヤ赤道線からタイヤ幅方向外側に向かって、タイヤ赤道線から前記トレッド部の接地端までの距離の0.5〜0.8倍の距離にあることが好ましい。
上記構成を採用することで、tanδが大きいショルダーゴムを制動時の面圧が高いトレッド部の接地端側に好適に配置することができる。また、トレッドゴムにおいてショルダーゴムが配される領域以外は、tanδが小さいセンターゴムが配されることになるため、タイヤの転がり抵抗を効果的に低減することができる。ここで、接地端とは、タイヤを適用リムに装着した後、内圧を180kPaとし、表示されたタイヤの最大負荷能力の88%に相当する質量を荷重負荷した際に、平面路面に接地する両側の最外部の位置を指す。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図1は本発明の空気入りタイヤの一例を示す半断面図である。本発明の空気入りタイヤは、図1に示すように、一対のビード部3と、ビード部3から各々タイヤ径方向外側に延びるサイドウォール部2と、サイドウォール部2間に設けたトレッド部1とを備える。この構造は一般的なタイヤと同じ構造であり、本発明は当該構造を有する何れのタイヤにも適用することができる。
一対のビード部3の間にはカーカス層6が架け渡されるように配される。カーカス層6はポリエステル等のコードをゴム引きした1層から形成されたラジアルカーカスであり、カーカス層6のタイヤ幅方向外側にはゴム層が形成される。また、チューブレスタイヤでは最内層にインナーライナー層4が形成される。カーカス層6のタイヤ径方向外側には、たが効果による補強を行うベルト層5が配置され、そのベルト層5のタイヤ径方向外側にトレッド部1が形成される。ベルト層5はタイヤ赤道線Cに対して約20°の傾斜角度で平行配列したスチールコードをゴム引きした2層を、スチールコードがタイヤ赤道線Cを挟んで交差するように積層して形成される。
トレッド部1を形成するトレッドゴムの原料としては、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)、ブチルゴム(IIR)等が挙げられる。これらのゴムはカーボンブラックやシリカ等の充填材で補強されると共に、加硫剤、加硫促進剤、可塑剤、老化防止剤等が適宜配合される。
トレッドゴムは、踏面側に配されるキャップゴム9と、その内周側に配されるベースゴム10とを備えており、更にキャップゴム9は中央部に配置されたセンターゴム7と、センターゴム7のタイヤ幅方向両側に配置されたショルダーゴム8とに3分割されている。また、ショルダーゴム8のtanδはセンターゴム7のそれよりも大きく設定されている。
ベースゴム10は、キャップゴム9の分割箇所に合わせてタイヤ幅方向に分割されており、ショルダーゴム8内周側に相当する領域10sの60℃でのtanδは0.03以上0.10未満、25℃でのE’は10〜50MPaに設定されている。これらのより好ましい範囲は、60℃でのtanδが0.04以上0.07以下、25℃でのE’が20〜40MPaである。領域10sにおける60℃でのtanδが0.03未満である場合、引き裂き力の低下によってベースゴムの耐久力が低下する。一方、0.10以上であると、転がり抵抗が悪化するため好ましくない。また、25℃でのE’が10MPa未満であると、WET制動性能が十分でなく、50MPaを超えると、乗心地性能が悪化する。
なお、ベースゴム10のセンターゴム7内周側に相当する領域10cの物性値は特に限定されず、ベースゴムに通常使用される物性のものを適用することができる。ベースゴム10は0.5〜2.5mmの略一定厚さを有するシート状に形成されたものが好ましい。
センターゴム7の60℃でのtanδは0.10〜0.20に設定されていることが好ましく、より好ましくは0.10〜0.15である。センターゴム7の60℃でのtanδが0.10未満であるとWET制動性能が悪化し、0.20を超えると転がり抵抗が大きくなる。ショルダーゴム8の0℃でのtanδは0.40〜0.55に設定されていることが好ましく、より好ましくは0.45〜0.50である。ショルダーゴム8の0℃でのtanδが0.40未満であるとWET制動性能が悪化し、0.55を超えると転がり抵抗が大きくなる。更に、ショルダーゴム8の25℃でのE*は10〜20MPaに設定されていることが好ましく、より好ましくは15〜20MPaである。ショルダーゴム8の25℃でのE*が10MPa未満であると、制動時にパターンブロックが座屈を起こし易くなるためWET制動性能が悪化する。また、20MPaを超えるとパターンブロックが目的とする接地形状を得ることができず、WET制動性能も転がり抵抗性能も悪化する。
センターゴム7とショルダーゴム8との境界13は、タイヤ赤道線Cからタイヤ幅方向外側に向かって、タイヤ赤道線Cからトレッド部1の接地端Kまでの距離Wの0.5〜0.8倍の距離にあることが好ましい。更に、境界13は、トレッド部1に形成された周方向溝11の底面又は側面に配置されていることが好ましい。境界がトレッド部1の陸部表面に存在していると、その部分でゴム質の違いや剛性差等による偏摩耗を生じことがあるためである。本発明に係る空気入りタイヤは、特定のトレッドパターンを備えるものに限られないが、上記理由により周方向溝を備えるものが好ましい。
上記物性を有するためのゴム組成は公知であり、実施例に示す配合が例示できる。
[他の実施形態]
(1)前述の実施形態では、トレッドゴムをタイヤ幅方向に3分割した例を示したが、本発明のトレッドゴムは3分割するものに限られず、例えば、図2に示すように5分割するものであっても構わない。図2に示す空気入りタイヤの場合、センターゴム7とショルダーゴム8との間に中間ゴム12が配されている。中間ゴム12の転がり抵抗性能およびWET制動性能は、センターゴム7とショルダーゴム8との中間の性能であることが好ましい。これにより、トレッドゴムの偏摩耗等の不具合を回避することができる。
(2)前述の実施形態では、ベースゴム10が接地幅(2×W)全域に亘って配される例を示したが、本発明の空気入りタイヤは当該形態に限られず、ベースゴムが少なくともショルダーゴム8の内周側に配されるものであればよい。
(3)前述の実施形態では、ベースゴム10をタイヤ幅方向に分割し、領域10sのみのtanδ及びE’を所定の範囲に設定する例を示したが、本発明に係る空気入りタイヤはベースゴム全体のtanδ及びE’を所定の範囲に設定するものでもよい。この場合においても、当該ベースゴムはtanδが低いものであるため、転がり抵抗を悪化させずにWET制動性能を高めることができる。
(4)本発明において、キャップゴム9における境界13と、ベースゴムが有する境界とが、タイヤ幅方向において同位置にある必要は無い。また、境界13は、必ずしも直線状である必要は無く、センターゴム7とショルダーゴム8とが相互に入り込んで変形したもので、全体として斜めになっていてもよい。
(5)前述の実施形態では、ベースゴム10と周方向溝11との間に境界13を設けた例を示したが、本発明は図3に示すように、ベースゴム10と周方向溝11とが接触した構造であってもよい。
以下、本発明の構成と効果を具体的に示す実施例等について説明する。なお、実施例等における評価項目は下記のようにして測定を行った。
(1)tanδ、貯蔵弾性率E’、複素弾性率E*
岩本製作所製スペクトロメーター試験機を用いて、初期伸長率10%、動歪2%、温度0〜60℃、振動数10Hzの条件下で測定した。試験片には5mm幅×1mm厚の短冊状のものを用意し、つかみ長さを20mmとした。
(2)転がり抵抗性能
後述する試作タイヤをサイズ15×5・1/2JJのリムに組み付けた後、内圧210kPaを充填し、米国の自動車技術者協会試験法SAE J1269に準じて転がり抵抗を測定した。転がり抵抗性能は、実施例1における転がり抵抗を100として指数で評価した。当該指数が小さいほど転がり抵抗が小さくて好ましい。
(3)WET制動性能
後述する試作タイヤをサイズ15×5・1/2JJのリムに組み付けた後、内圧210kPaを充填して実車装着し、平均水深1mmの耐水路面を速度100km/hで走行した後にブレーキをかけて制動距離を測定した。WET制動性能は、実施例1における制動距離を100として指数で評価した。当該指数が小さいほどWET制動性能が良好であることを意味する。
実施例1
図1に示した構造に従って、サイズ195/65R15の試作タイヤを製作し、転がり抵抗性能及びWET制動性能を評価した。試作タイヤが備えるキャップゴムは、60℃でのtanδが0.14であるセンターゴムと、0℃でのtanδが0.4、25℃でのE*が50MPaであるショルダーゴムとからなるものを使用した。センターゴムとショルダーゴムとの境界は、タイヤ赤道線からタイヤ幅方向外側に向かって、前記距離Wの0.57倍の位置に設けた。ベースゴムの厚みは2mmとし、ショルダーゴム内周側に相当する領域には表1に示した配合で製造した実施品を、センターゴム内周側に相当する領域には同じく表1の比較品2を配した。
実施例2、比較例1及び2
ベースゴム全体に表1に示した配合で製造した実施品、比較品1、2をそれぞれ配した点以外は実施例1と同様の試作タイヤを製作し、転がり抵抗性能及びWET制動性能を評価した。
比較例3
キャップゴムをタイヤ幅方向に分割せずに60℃でのtanδを0.14に設定した点以外は、実施例1と同様の試作タイヤを製作し、転がり抵抗性能及びWET制動性能を評価した。
表1に、実施品、比較品1及び2の配合と、それらのtanδ及びE’の測定結果を示す。表2に、各実施例及び各比較例における転がり抵抗性能及びWET制動性能の評価結果を示す。
Figure 0004312613
Figure 0004312613
表2の実施例1の結果が示すように、本発明に係る空気入りタイヤによれば、上記構成のキャップゴムを用いて、少なくともショルダーゴム内周側に所定の物性を有するベースゴムを配することで、転がり抵抗性能とWET制動性能とを好適に両立させることができる。また、実施例2のようにベースゴム全体に実施品を配した場合でも、実施品のtanδが低いため転がり抵抗を悪化させることはなく、ショルダーゴム内周側におけるベースゴムの物性によってWET制動性能を高めることができる。一方、比較例1はベースゴムのtanδが高いために転がり抵抗が悪化しており、比較例2はベースゴムの剛性が低いためにWET制動性能が悪化している。比較例3はキャップゴム全体のtanδが低いために、転がり抵抗性能は良好であるが、WET制動性能が悪化している。
本発明の空気入りタイヤの一例を示す半断面図 別実施形態に係る本発明の空気入りタイヤの一例を示す半断面図 別実施形態に係る本発明の空気入りタイヤの一例を示す半断面図
符号の説明
1 トレッド部
2 サイドウォール部
3 ビード部
7 センターゴム
8 ショルダーゴム
9 キャップゴム
10 ベースゴム
C タイヤ赤道線
K 接地端
W タイヤ赤道線Cから接地端Kまでの距離

Claims (4)

  1. 1対のビード部と、前記ビード部から各々タイヤ径方向外側に延びるサイドウォール部と、前記サイドウォール部間に設けられたトレッド部とを有する空気入りタイヤにおいて、
    前記トレッド部に配されるトレッドゴムは、踏面側に配されるキャップゴムと、その内周側に配されるベースゴムとを備え、
    前記キャップゴムは、タイヤ幅方向に少なくとも3分割されるとともに、タイヤ幅方向の中央部に配されたセンターゴムと、前記センターゴムのタイヤ幅方向両側に配され、且つ、前記センターゴムよりも損失正接tanδが大きいショルダーゴムとを備え、
    前記ベースゴムの、少なくとも前記ショルダーゴム内周側に相当する領域は、60℃での損失正接tanδが0.03以上0.10未満であり、25℃での貯蔵弾性率E’が10〜50MPaであることを特徴とする空気入りタイヤ。
  2. 前記ベースゴムの、前記センターゴム及び前記ショルダーゴム内周側に相当する領域は、60℃での損失正接tanδが0.03以上0.10未満であり、25℃での貯蔵弾性率E’が10〜50MPaである請求項1記載の空気入りタイヤ。
  3. 前記センターゴムの60℃での損失正接tanδが0.10〜0.20であり、前記ショルダーゴムの0℃での損失正接tanδが0.40〜0.55であるとともに、前記ショルダーゴムの25℃での複素弾性率E*が10〜20MPaである請求項1又は2記載の空気入りタイヤ。
  4. 前記キャップゴムはタイヤ幅方向に3分割されており、前記センターゴムと前記ショルダーゴムとの境界は、タイヤ赤道線からタイヤ幅方向外側に向かって、タイヤ赤道線から前記トレッド部の接地端までの距離の0.5〜0.8倍の距離にある請求項1〜3のいずれかに記載の空気入りタイヤ。
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