JP5398345B2 - 重荷重用空気入りタイヤ - Google Patents

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Description

本発明は、トラック、バス、産業車両、建設車両、航空機等に使用される重荷重用空気入りタイヤに関する。
従来より、重荷重用の空気入りラジアルタイヤ等のビード部構造には、タイヤとして要求される運動性能と耐久性能を満足させるために、種々の検討がなされている。また、高速道路の発達や車両の高速化に伴い、タイヤの高速性能の向上も要求されるようになってきており、リムとビードの間に配置されるゴムチェーファーにはますます大きな力が負荷されるため、更に耐久性を備えたゴムチェーファーの必要性が高まっている。
本来、ゴムチェーファーに要求される性能としては、耐リム擦れ性、耐リムすべり性、エアシール性、空気バリア性、耐へたり性、及び耐クラック性等があり、これらの中には二律背反の関係にある要求性能もあることから、従来は、これらのそれぞれの要求性能を、相互の妥協の下で、ほどほどに発揮しうる一種若しくは二種類のゴム材料を選択することでゴムチェーファーを構成していた。
しかしながら、このようなゴムチェーファーを配設した重荷重用の空気入りタイヤは、無負荷時から200%荷重の負荷時に至るまでの間にリムフランジと接触する部分に、リム擦れ、クラック等が比較的早期に発生しやすい他、耐候性も比較的低く、それらがタイヤの見映えを損ね、また、耐久性の低下をもたらすという問題があった。
そこで、ゴムチェーファーを備えた重荷重用の空気入りタイヤに関して、上記の問題を解決するものとして、例えば、ゴムチェーファーがジエン系ゴム100重量部に対し、カーボンブラック0〜100重量部と、窒素吸着比表面積(NSA)が210〜300m/gであるシリカ20〜120重量部とを配合してなり、カーボンブラックとシリカの総量が50〜130部で、かつ有機シラン化合物がシリカ重量部に対し5〜25重量%配合されているゴム組成物にて、運動性能確保の高弾性率化とトウ部の耐破壊性およびリムフランジの耐摩耗性との両立が図られた空気入りタイヤ(例えば、特許文献1参照)が知られている。
また、航空機用ラジアルタイヤの中には、ビード部の曲げ剛性をできるだけ高めるために、第2スティフナーゴムの100%伸長時の弾性率を、ゴムチェーファーゴムの100%伸長時の弾性率より大きくしたものがあるが、この場合には、第2スティフナーゴムが硬すぎるため高発熱となる走行条件において、第2スティフナーゴムがブローするおそれがあると共に、長期走行において第2スティフナーゴムが剥離するおそれがある。この問題点を考慮し、サイドゴムとゴムチェーファーゴムに異種のゴムを使用し、また、第2スティフナーゴムの100%伸長時の弾性率を、ゴムチェーファーゴムの100%伸長時の弾性率より小さくする等して、上述のリムずれ、ブロー、剥離等のビード部の故障の防止を図った航空機用ラジアルタイヤ(例えば、特許文献2参照)が知られている。
しかしながら、上記特許文献1及び2に記載される重荷重用空気入りタイヤは、従来にない耐久性等を有するものであるが、近年の要求性能に対して未だ十分といえず、ゴムチェーファーの、特に適正空気圧を充填した状態において、無負荷時から200%荷重の負荷時に至るまでの間にリムフランジに接触する部分の、耐リム擦れ性、耐クラック性及び耐候性の更なる向上、耐久性に更に優れた重荷重用空気入りタイヤの出現が望まれているのが現状である。
特開平9−302149号公報(特許請求の範囲、実施例等) 特開平7−172118号公報(特許請求の範囲、実施例等)
本発明は、上記従来技術の課題及び現状等に鑑み、これを解消しようとするものであり、ゴムチェーファーの、特に適正空気圧を充填した状態において、無負荷時から200%荷重の負荷時に至るまでの間にリムフランジに接触する部分の、耐リム擦れ性、耐クラック性及び耐候性を大きく向上させて、無負荷時から荷重負荷時に至るまでの間にリムフランジに接触するゴム部分に発生するクラック(ジョイント部起点のクラックも含む)発生を更に防止して、耐久性を飛躍的に向上させることができる重荷重用空気入りタイヤを提供することを目的とする。
本発明者は、上記従来の課題等について、鋭意検討した結果、ビード部の少なくともリムとの接触部分にゴムチェーファーを配設した重荷重用空気入りタイヤにおいて、前記ゴムチェーファーのゴム成分を特定物性のポリブタジエンゴムを含むブタジエン系ゴムと、天然ゴムとを特定の含有量の範囲から構成されるゴム成分100質量部に対して、特定物性のカーボンブラックを特定量含有するゴム組成物をゴムチェーファーに用いることにより上記目的の重荷重用空気入りタイヤが得られることを見出し、更に、ゴムチェーファーの外面部から内面部へ深さ方向のどの点においても破壊強力を特定値以上とすることにより、上記目的の重荷重用空気入りタイヤが得られることを見出し、本発明を完成するに至ったのである。
すなわち、本発明は、次の(1)〜(5)に存する。
(1) ビード部の少なくともリムとの接触部分にゴムチェーファーを配設した重荷重用空気入りタイヤにおいて、前記ゴムチェーファーのゴム成分がシンジオタクティック−1,2−構造含有ポリブタジエンゴム10〜30質量部を含むブタジエン系ゴム45〜55質量部と、天然ゴム45〜55質量部とからなり、該ゴム成分100質量部に対してジブチルフタレート吸油量(DBP)85〜115ml/100g、窒素吸着比表面積(NSA)50〜100m/gを有するカーボンブラックを50質量部超過60質量部未満含有するゴム組成物をゴムチェーファーに用いたことを特徴とする重荷重用空気入りタイヤ。
(2) ゴムチェーファーの外面部から内面部へ深さ方向のどの点においても破壊強力が20MPa以上であることを特徴とする上記(1)記載の重荷重用空気入りタイヤ。
(3) ゴムチェーファーの100%伸長時のモジュラスM100が2.5〜5.5MPaであることを特徴とする上記(1)又は(2)記載の重荷重用空気入りタイヤ。
(4) ゴムチェーファーに用いるゴム組成物には、前記ゴム成分100質量部に対して、酸化亜鉛を3〜5質量部含有することを特徴とする上記(1)〜(3)の何れか一つに記載の重荷重用空気入りタイヤ。
(5) 上記(1)〜(4)の何れか一つに記載の重荷重用空気入りタイヤが航空機用ライジアルタイヤであることを特徴とする重荷重用空気入りタイヤ。
なお、本発明(後述する実施例等を含む)で規定する「破壊強力」、「100%伸長時のモジュラスM100」は、JIS K 6251:2004に準拠して測定した値である。
本発明によれば、ゴムチェーファー、特に適正空気圧を充填した状態において、無負荷時から200%荷重の負荷時に至るまでの間にリムフランジに接触する部分の、耐リム擦れ性、耐クラック性及び耐候性を大きく向上させて、無負荷時から荷重負荷時に至るまでの間にリムフランジに接触するゴム部分に発生するクラック(ジョイント部起点のクラックも含む)発生を更に防止して、耐久性を飛躍的に向上させることができる重荷重用空気入りタイヤが提供される。
本発明の実施形態の一例を示す重荷重用空気入りタイヤの部分断面図であり、正規リムに組み付けた重荷重用ラジアルタイヤの正規空気圧を充填した状態での無負荷時におけるビード部の部分断面図である。 本発明の実施形態の一例を示す重荷重用空気入りタイヤの部分断面図であり、正規リムに組み付けた重荷重用ラジアルタイヤの正規空気圧を充填した状態での荷重負荷時(200%荷重時)におけるビード部の部分断面図である。
以下に、本発明の実施形態を詳しく説明する。
本発明の重荷重用空気入りタイヤは、ビード部の少なくともリムとの接触部分にゴムチェーファーを配設した重荷重用空気入りタイヤにおいて、前記ゴムチェーファーのゴム成分がシンジオタクティック−1,2−構造含有ポリブタジエンゴム10〜30質量部を含むブタジエン系ゴム45〜55質量部と、天然ゴム45〜55質量部とからなり、該ゴム成分100質量部に対してジブチルフタレート吸油量(DBP)85〜115ml/100g、窒素吸着比表面積(NSA)50〜100m/gを有するカーボンブラックを50質量部超過60質量部未満含有するゴム組成物をゴムチェーファーに用いたことを特徴とするものである。
本発明のゴムチェーファーのゴム成分としては、破壊強力、耐摩耗性、耐クラック性の点から、シンジオタクティック−1,2−構造含有ポリブタジエンゴム10〜30質量部を含むブタジエン系ゴム45〜55質量部と、天然ゴム45〜55質量部とから構成されるものである。
用いるブタジエン系ゴムとしては、破壊強力、耐クラック性、100%伸長時のモジュラス値適正化の点から、シンジオタクティック−1,2−構造含有ポリブタジエンゴムを10〜30質量部を含有するものであり、ブタジエン系ゴムの含有量はゴム成分中に45〜55質量部となるものである。
用いることができるシンジオタクティック−1,2−構造含有ポリブタジエンゴムは、シンジオタクティック−1,2−構造を有するポリブタジエンゴムであれば、特に限定されず、市販のものを用いることができ、これ以外のブタジエン系ゴムとしては、例えば、ポリブタジエンゴム、高シスポリブタジエンゴムを用いることができる。
また、用いることができる天然ゴムとしては、重荷重用空気入りタイヤに使用されているものを用いることができ、例えば、RSS#1〜#5などを用いることができる。
用いるシンジオタクティック−1,2−構造含有ポリブタジエンゴムの含有量が10質量部未満であると、破壊強力と100%伸長時のモジュラスが低下することとなり、一方、30質量部を越えると、100%伸長時のモジュラスが上昇し、作業性が低下することとなり、好ましくない。
また、ブタジエン系ゴムの含有量が45質量部未満であると、耐摩耗性が低下することとなり、一方、55質量部を越えると破壊強力が低下することとなり、好ましくない。
更に、天然ゴムの含有量が45質量部未満であると、破壊強力が低下することとなり、一方、55質量部を越えると耐摩耗性が低下することとなり、好ましくない。
本発明のゴムチェーファーのゴム組成物に用いるカーボンブラックとしては、耐摩耗性、耐クラック性の点から、ジブチルフタレート吸油量(DBP)が85〜115ml/100gであり、窒素吸着比表面積(NSA)が50〜100m/gとなるカーボンブラックが使用される。
なお、本発明で規定する「ジブチルフタレート吸油量(DBP)」、「窒素吸着比表面積(NSA)」は、ASTM D 1765−01に規定されている。
具体的に用いることができるカーボンブラックとしては、上記DBP、NSAの各範囲を充足するカーボンブラックであれば、特に限定されず、例えば、N330、N335などの少なくとも1種を用いることができる。
ジブチルフタレート吸油量(DBP)が85ml/100g未満のカーボンブラックでは、耐摩耗性が低下することとなり、一方、115ml/100gを超えるカーボンブラックでは、加工性、伸び特性、低発熱性が悪化することとなり、好ましくない。
また、窒素吸着比表面積(NSA)が50m/g未満となるカーボンブラックでは、耐摩耗性が低下することとなり、一方、100m/gを超えるカーボンブラックでは、カーボンブラックの分散性が低下し、耐摩耗性が低下することとなり、好ましくない。
本発明において、上記特性を有するカーボンブラックの含有量は、ゴム成分100質量部に対して50質量部超過60質量部未満、好ましくは、52質量部以上58質量部以下(52〜58質量部)であることが望ましい。
このカーボンブラックの含有量が50質量部以下であると、耐摩耗性が低下し、一方、60質量部以上であると、低発熱性が悪化し、好ましくない。
本発明のゴムチェーファーのゴム組成物には、更に破壊強力、耐クラック性、100%伸長時のモジュラスの点から、前記ゴム成分100質量部に対して、酸化亜鉛(亜鉛華)3〜5質量部が含有されることが望ましい。
この酸化亜鉛の含有量が3質量部未満では、耐クラック性、破壊強力低下となり、一方、5質量部を越えると、100%伸長時のモジュラスが適正値以下となる。
本発明のゴムチェーファーのゴム組成物には、上記特性のゴム成分、カーボンブラック、酸化亜鉛以外にも、硫黄、加硫促進剤の他、本発明の効果を損なわない範囲で、タイヤ工業において一般的に使用されるゴム用配合剤、例えば、カーボンブラック以外の補強性充填剤、ステアリン酸、プロセスオイル、老化防止剤などを適宜含有することができる。
本発明のビード部の少なくともリムとの接触部分にゴムチェーファーを配設した重荷重用空気入りタイヤにおいて、ゴムチェーファーの外面部から内面部へ深さ方向のどの点においても破壊強力が20MPa以上であることが好ましく、更に好ましくは、破壊強力が20〜30MPaであるものが望ましい。
このゴムチェーファーの外面部から内面部へ深さ方向のどの点においても破壊強力を20MPa以上に設定することにより、本発明の目的の効果を更に発揮せしめることができる。
ゴムチェーファーの外面部から内面部へ深さ方向のどの点においても破壊強力を20MPa以上に設定するためには、上記特性のゴム成分、上記特性のカーボンブラック、酸化亜鉛の各含有量を好適に組み合わせる他、最適な加硫条件を併用することなどにより達成することができる。
なお、上記破壊強力が20MPa未満であると、ゴムチェーファーの耐クラック性が低下することとなる。
また、本発明のビード部の少なくともリムとの接触部分にゴムチェーファーを配設した重荷重用空気入りタイヤにおいて、ゴムチェーファーの100%伸長時のモジュラスM100が2.5〜5.5MPaの範囲にあることが好ましい。
このM100が2.5MPa未満であると、ゴムチェーファーの耐摩耗性が低下することがあり、一方、M100が5.5MPaを越えると、耐クラック性が低下することとなる。
このゴムチェーファーの100%伸長時のモジュラスM100を2.5〜5.5MPaの範囲に設定するためには、上述と同様に、上記特性のゴム成分、上記特性のカーボンブラック、酸化亜鉛の各含有量等を好適に組み合わせることなどにより達成することができる。
本発明の重荷重用空気入りタイヤは、ビード部の少なくともリムとの接触部分に上記構成のゴム組成物をゴムチェーファーとして構成し、他のタイヤ部材を配設することなどにより常法により作製することができる。
図1及び図2は、本発明の実施形態の一例を示す重荷重用空気入りタイヤの部分断面図であり、図1は正規リムに組み付けた重荷重用ラジアルタイヤの正規空気圧を充填した状態での無負荷時におけるビード部の部分断面図、図2は正規リムに組み付けた重荷重用ラジアルタイヤの正規空気圧を充填した状態での荷重負荷時(200%荷重時)におけるビード部の部分断面図である。
この形態の高荷重用ラジアルタイヤは、図1に示すように、トレッド部(図示しない)の両端からタイヤ半径方向内方に延びるそれぞれのサイドウォール部2のタイヤ半径方向内端に連なり正規リム3に着座されるビード部1と、該ビード部1に埋設されたビードコア4の周りにタイヤ内側から外側に折り返して係止されたカーカス5を備えると共に、タイヤをビード部1で正規リム3に組み付け、正規空気圧を充填した状態で少なくとも該正規リム3と接触する部分〔ビードベース部6及びビード背面部の内の無負荷時においてもリムフランジ10に接する部分Aから、無負荷時から正規荷重の200%荷重の負荷時(図2)に至る間にリムフランジ10と接触する部分B〕に、本発明のゴムチェーファー8を備えるものである。
なお、本発明の主構成となるゴムチェーファー8は、少なくともリムフランジ10及びリムベース11に接する部分(ビードベース部6及びビード背面部7のリムフランジに接する部分)に配設されていればよく、形状は特に限定されない。また、図1及び2においてビードコア4及びカーカス5を示しているが、これらの構成は特に限定されず、適宜選択できる。また、図1において示したビード背面部の内の無負荷時にもリムフランジに接する部分A及びビード背面部の内の無負荷時から正規荷重の200%荷重の負荷時に至る間にリムフランジに接する部分Bの範囲は本発明の一例である。これらの範囲はタイヤの形状等によって変化するかもしれないが、これらの変化は本発明の範囲内である。
本発明の重荷重用空気入りタイヤでは、トラック、バス、産業車両、建設車両、航空機等に使用されるものであり、特に、航空機用空気入りラジアルタイヤとして好適に用いることができる。
このように構成される本発明の重荷重用空気入りタイヤでは、ビード部の少なくともリムとの接触部分にゴムチェーファーを配設した重荷重用空気入りタイヤにおいて、前記ゴムチェーファーのゴム成分がシンジオタクティック−1,2−構造含有ポリブタジエンゴム10〜30質量部を含むブタジエン系ゴム45〜55質量部と、天然ゴム45〜55質量部とからなり、該ゴム成分100質量部に対してジブチルフタレート吸油量(DBP)85〜115ml/100g、窒素吸着比表面積(NSA)50〜100m/gを有するカーボンブラック50〜60質量部を含有するゴム組成物をゴムチェーファーに用いることにより、更に好ましくは、ゴムチェーファーの外面部から内面部へ深さ方向のどの点においても破壊強力を20MPa以上とすることにより、ゴムチェーファー、特に、適正空気圧を充填した状態において、無負荷時から200%荷重の負荷時に至るまでの間にリムフランジに接触する部分の、耐リム擦れ性、耐クラック性及び耐候性を大きく向上させて、無負荷時から荷重負荷時に至るまでの間にリムフランジに接触するゴム部分に発生するクラック(ジョイント部起点のクラックも含む)発生を更に防止して、耐久性を飛躍的に向上させることができる重荷重用空気入りタイヤが得られるものとなる。
特に、無負荷時から200%荷重の負荷時に至るまでの間にリムフランジに接触する部分に2.5MPa以上の圧力を受ける航空機用ラジアルタイヤなどの高速重荷重用空気入りタイヤにおいて、特に有用な重荷重用空気入りタイヤとなるものである。
次に、実施例及び比較例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明は下記実施例等に限定されるものではない。
〔実施例1〜8及び比較例1〜8〕
下記表1及び表2に示す配合のゴムチェーファーに用いるゴム組成物を調製した。
得られた各ゴム組成物について、下記各評価方法により、破壊強力、100%伸長時のモジュラスM100を測定した。
また、得られたゴム組成物を、タイヤとリムとの接触部分から適正空気圧を充填した状態で、無負荷時から200%荷重時に至る間でリムフランジ10に接触する部分(ゴムチェーファー8)に配設して航空機用ラジアルタイヤ(サイズ:50X20.0R22/32PR)を作製した。これらの航空機用ラジアルタイヤは、前記ゴムチェーファー以外は従来の航空機用ラジアルタイヤと同等の構造とした。これらの航空機用ラジアルタイヤを正規リムに組んだ後に、下記方法により、「リム背面部耐久性試験」を実施した。
(破壊強力、100%伸長時のモジュラスM100の測定方法)
ゲージ2mmのシートを145℃で30分間加硫し、JIS−3号ダンベルに打ち抜いたサンプルを室温下でJIS K 6251:2004により引っ張り試験を行った場合の破壊強力の値、100%伸長時のモジュラス値を比較例1を100とした指数で指数表示した。なお、比較例1の破壊強力は16.7MPa、M100は2.5MPaであった。指数は値が大きい程、破壊強力、モジュラスが高く、良好であることを示す。
(リム背面部耐久性試験)
ドラム試験にて、規定荷重の120%の荷重下、64.5km/hの速度でタイヤを走行させ、リムと接触するゴムチェーファーが破壊に至るまでの時間を測定した。試験結果は、ドラム走行時間の累計を従来例1の試験結果を100とした場合の指数で表す。値が大きいほど、耐リムずれ性及びクラック耐久性に優れる。
Figure 0005398345
Figure 0005398345
上記表1及び表2の結果から明らかなように、本発明の範囲となる実施例1〜8は、本発明の範囲外となる比較例1〜8に較べて、破壊強力、モジュラスが高く、耐リムずれ性及びクラック耐久性に優れていることが判明した。
比較例を見ると、比較例1〜8は、本発明の範囲外となるゴム成分、カーボンブラックを用いた組み合わせであり、比較例1はゴム成分としてシンジオタクティック−1,2−構造含有ポリブタジエンゴムを含むブタジエン系ゴムが40質量部(45質量部未満)、天然ゴムの含有量が60質量部(55質量部超過)であると共に、本発明となる特性を有するカーボンブラックの含有量も40質量部(50質量部未満)となるものであり、比較例2は、シンジオタクティック−1,2−構造含有ポリブタジエンゴムを含有せず、天然ゴムの含有量が40質量部(45質量部未満)であると共に、本発明となる特性を有するカーボンブラックの含有量も70質量部(60質量部超過)となるものであり、比較例3及び4は本発明の範囲外となる特性のカーボンブラック(N550,N234)を用いるものであり、比較例5は本発明となる特性を有するカーボンブラックの含有量が45質量部(50質量部未満)となるものであり、比較例6はゴム成分としてシンジオタクティック−1,2−構造含有ポリブタジエンゴムを含むブタジエン系ゴムが40質量部(45質量部未満)、天然ゴムの含有量が60質量部(55質量部超過)となるものであり、比較例7は、シンジオタクティック−1,2−構造含有ポリブタジエンゴムを含有しないものであり、比較例8は、シンジオタクティック−1,2−構造含有ポリブタジエンゴムを含むブタジエン系ゴムの含有量が60質量部(60質量部以上)、天然ゴムの含有量が40質量部(45質量部未満)となるものであり、これらの場合には、本発明の効果(破壊強力、モジュラスが高く、耐リムずれ性及びクラック耐久性)を発揮できないことが判明した。
本発明の重荷重用空気入りタイヤは、トラック、バス、産業車両、建設車両、航空機等に好適に用いることができ、特に、航空機用空気入りラジアルタイヤとして好適に用いることができる。
1 ビード部
2 サイドウォール部
3 正規リム
4 ビードコア
5 カーカス
6 ビードベース部
7 ビード背面部
8 ゴムチェーファー

Claims (4)

  1. ビード部の少なくともリムとの接触部分にゴムチェーファーを配設した重荷重用空気入りタイヤにおいて、前記ゴムチェーファーのゴム成分がシンジオタクティック−1,2−構造含有ポリブタジエンゴム10〜30質量部を含むブタジエン系ゴム45〜55質量部と、天然ゴム45〜55質量部とからなり、該ゴム成分100質量部に対してジブチルフタレート吸油量(DBP)85〜115ml/100g、窒素吸着比表面積(NSA)50〜100m/gを有するカーボンブラックを52質量部以上58質量部以下含有するゴム組成物をゴムチェーファーに用いると共に、前記ゴムチェーファーの外面部から内面部へ深さ方向のどの点においても破壊強力が20MPa以上であることを特徴とする重荷重用空気入りタイヤ。
  2. ゴムチェーファーの100%伸長時のモジュラスM100が2.5〜5.5MPaであることを特徴とする請求項記載の重荷重用空気入りタイヤ。
  3. ゴムチェーファーに用いるゴム組成物には、前記ゴム成分100質量部に対して、酸化亜鉛を3〜5質量部含有することを特徴とする請求項1又は2に記載の重荷重用空気入りタイヤ。
  4. 請求項1〜の何れか一つに記載の重荷重用空気入りタイヤが航空機用ラジアルタイヤであることを特徴とする重荷重用空気入りタイヤ。
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