JP5568545B2 - 空気入りタイヤ - Google Patents

Description

本発明は、トレッドゴムが、タイヤ半径方向外側に位置するキャップゴム層と、タイヤ半径方向内側に位置するベースゴム層との積層構造になり、トレッド踏面に溝を有する空気入りタイヤ、なかでも、使用条件の厳しい建設車両用の重荷重用タイヤに関し、特に、トレッドゴムの局部的な摩耗を抑制して摩耗耐久性を高めることによって、トレッドゴム、ひいてはタイヤの摩耗寿命を大きく向上させる技術を提案するものである。

建設車両用タイヤでは、トレッドゴムを、タイヤ半径方向外側のキャップゴム層と、タイヤ半径方向内側のベースゴム層との積層構造とすることが広く行われている。

これは、トレッド踏面側に配置されるキャップゴム層を、耐摩耗性に優れたゴム組成物により形成することで、トレッド踏面での、トレッドゴムの摩耗量を減少させて、トレッドゴムの耐摩耗性を確保する一方で、ベルトの外周側に配置されるベースゴム層を、発熱量の少ないゴム組成物により形成することで、トレッドゴムの、内部温度の上昇による、ゴムの熱劣化に伴うトレッドゴムの損壊、トレッドゴムとベルトとの接着面の剥離等を防止するためである。

トレッドゴムを内外二層の積層構造とした従来のタイヤとして、例えば、特許文献１には、ベースゴム層及びキャップゴム層のゴム硬度及び硬度差を規定し、併せて、ベースゴムのゴム厚さをタイヤ幅方向外側に向けて増加させることによって、耐摩耗性を高く維持しつつ、特にトレッドショルダー部の温度上昇を抑制して、トレッドゴムとベルト層との接着面の剥離を防止し、高速耐久性を向上させた重荷重用ラジアルタイヤが提案されている。

また、特許文献２には、トレッドゴムが、トレッド表面部のキャップゴム層と、ベルトコーティングゴムに接する部分のベースゴム層との二層構造になり、トレッドセンター部に、タイヤ周方向に沿って延びる周方向浅溝を設けるとともに、ベースゴム層の内側に、端部がサイドに露出するシート部材を設け、トレッドセンターを中心とするトレッド幅の２５％の領域で、周方向浅溝を除いた部分のネガティブ率を８％以下としてなる空気入りタイヤが提案されている。

このタイヤによれば、周方向浅溝によって放熱面積を増大させ、トレッドセンター部の放熱機能を高めるとともに、熱伝導性に優れるシート部材の、サイドに露出した部分から、ベルト層上に発生した熱を放熱させることで、ベルト層上の温度を効率的に低下させることができ、また、トレッドセンター部付近でのネガティブ率を少なくすることで、接地圧が高くなるそのセンター部付近の耐摩耗性を向上させることができるとしている。

特開２００３−１２７６１３公報 特開２００７−２１０５５２公報

しかしながら、上記のいずれの特許文献に記載されたタイヤも、トレッドゴムの温度上昇を防ぐ観点からは有効であるものの、トレッドゴムの摩耗耐久性に関しては、単にキャップゴム層を耐摩耗性に優れたゴム組成物により形成した場合のそれとほとんど変わりがなく、トレッドゴムの物性を改良することなしに、建設車両用タイヤの摩耗耐久性を向上させるという課題は、実質的に達成されていない状況にある。

そこで、本発明は、積層構造になるトレッドゴムを具える空気入りタイヤにおいて、より耐摩耗性に優れるキャップゴム組成物の新たな開発なしに、トレッドゴムの摩耗耐久性を有効に高めることにより、トレッドゴムの摩耗寿命を大きく向上させた重荷重用空気入りタイヤを提供する。

トレッドゴムの摩耗寿命が尽きて廃棄された、サイズが５３／８０Ｒ６３のタイヤの、残存トレッドゴム厚みを調査したところ、トレッドゴムの摩耗量は、その全幅にわたって均等にはならないことが多く、一般的には、図１にグラフで示すように、タイヤの使用に伴うトレッドゴムの局部的な摩耗の進行によって、ベルトが部分的に露出したことに起因して廃棄に至ったことがわかった。

ところで、図１に示すグラフは、縦軸に、廃棄タイヤの残存トレッドゴムの厚さ（ｍｍ）を、そして、横軸には、図２に、トレッド幅方向の断面図で例示するように、トレッドセンターから一方側の、トレッド半幅を基準とした、位置のパラメータをそれぞれ示すものとし、これらの図１、２では、トレッドセンター位置、トレッドセンターから、その半幅の２５％，５０％及び７５％のそれぞれの位置を測定位置としている。

トレッドゴムに、図１に示すように、ベルトが露出するほどの局部的な摩耗が発生する原因を検証するため、同一のトレッドパターンを有する同一サイズのタイヤの、摩耗に耐え得るトレッドゴム体積である摩耗有効ゴム体積のトレッド幅方向の分布と、トレッドゴムの耐摩耗性との関係を調査したところ、図３にグラフで示す効果を得た。

図３に示すグラフは、縦軸に、耐摩耗性（ｋｍ／ｍｍ）、横軸に、摩耗有効ゴム体積（ｃｍ３）を示すものとしている。

なお、摩耗有効ゴム体積の計算における、トレッド幅方向の分割数は、この分割数に限定されるものではないが、図３においては、トレッド半幅を、図１，２に示す場合と同様に、トレッドセンター位置、そのセンターからトレッド幅方向にトレッド幅の２５％離れた位置、５０％離れた位置及び７５％離れた位置に４分割して、それらの各位置から±１２．５％の幅を単位幅として摩耗有効ゴム体積を算出している。

トレッドセンターから一方側の、それぞれの位置での耐摩耗性を示す図３によれば摩耗有効ゴム体積が大きいほど、耐摩耗性に優れていることが明らかであり、この図３と図１とを対比したところ、発明者は、廃棄されたタイヤの、トレッドゴムの残存厚みが厚い部分では摩耗有効ゴム体積が大きく、トレッドゴムの残存厚みが薄い部分では摩耗有効ゴム体積が小さいという、廃棄タイヤにおけるトレッドゴムの残存厚みの、トレッド幅方向の分布と、摩耗有効ゴム体積の、トレッド幅方向の分布の間に高い相関があるとの知見を得た。

そこで発明者は、摩耗によるトレッドゴム厚さの減少量の大きい、摩耗有効ゴム体積の小さい範囲には、耐摩耗性に優れるキャップゴム層を厚くするように、キャップゴム層とベースゴム層との厚さを規定することにより、トレッドゴムがトレッド幅方向に均等に摩耗されることとなって、トレッドゴムの摩耗耐久性を向上させることができると考えて、この発明をするに至った。

なおここで、「摩耗有効ゴム体積」とは、トレッドゴムの踏面に溝を設けてなる空気入りタイヤにおいて、トレッド陸部表面から溝底までの、トレッド幅方向の単位幅当りのトレッドゴムの体積をいうものとし、トレッド幅方向のトレッドゴムの単位幅をＷ、トレッド踏面から見た場合の、前記単位幅内のネガティブ比をｅ、溝深さをＤ，周長をＬとした場合、摩耗有効ゴム体積Ｖは、
Ｖ＝（１−ｅ）×Ｗ×Ｄ×Ｌ
で表すことができる。

また、「単位幅内のネガティブ比」とは、単位トレッド幅内での、周上の、全表面積に占める溝面積の比をいう。

このような知見等に基づき、この出願の請求項１に係る発明は、対をなすビードコアからサイド部を経てトレッド部に至るトロイド状のカーカスと、カーカスのタイヤ半径方向外側に位置するベルトと、ベルトのタイヤ半径方向外側に位置するトレッドゴムとを具え、トレッドゴムの踏面に溝を設けてなる重荷重用空気入りタイヤであって、トレッドゴムを、半径方向内側に位置するベースゴム層と、ベースゴム層の外周面に積層したキャップゴム層とで構成し、ベースゴム層を、キャップゴム層に比して発熱量の小さいゴム組成物により形成するとともに、キャップゴム層を、ベースゴム層に比して耐摩耗性に優れるゴム組成物により形成し、
トレッド幅方向でのベースゴム層の体積分布を、トレッドゴムの、トレッド幅方向での摩耗有効ゴム体積の分布と同じとし、
トレッド幅方向でのベースゴム層の体積分布は、トレッド幅の２５％の単位幅当りの前記トレッドゴムの総体積に対するベースゴム層の体積の占める比率のトレッド幅方向での分布として求められ、
前記摩耗有効ゴム体積と前記単位幅当りの前記トレッドゴムの総体積に対するベースゴム層の体積の占める比率とは、それぞれ、トレッド半幅をトレッド幅方向に４つに均等に分割したときの分割位置毎に、該分割位置を中心とする前記単位幅を用いて算出されることを特徴とするものである。

ここで、「体積の分布を同じとする」とは、トレッド幅方向に、トレッドセンターからトレッド端に至るまでのベースゴム層の体積の分布比を、その摩耗有効ゴム体積の分布比と同じとすることをいい、必ずしもそれらの体積それ自体を相互に同一にすることまでは要しない。また、ここでいう「同じ」には、許容範囲として、ベースゴム層の、トレッド幅方向の体積分布比を、摩耗有効ゴム体積の分布比の±１０％以内とすることまで含むものとするが、この範囲は、摩耗有効ゴム体積の分布比の±５％以内とすることがより好適である。

なお、発熱量の抑制と耐摩耗性の向上を両立するため、ベースゴム層の体積分布は、少なくとも、トレッドセンターからトレッド半幅の７５％離れた位置までは、摩耗有効ゴム体積の分布に従うものとする。
つまり、トレッド踏面で、トレッドセンターから、その半幅の７５％離れた位置よりトレッド端側の部分では、トレッドゴムの摩耗量が少ないことから、この部分では、必ずしも、ベースゴム層の体積分布を摩耗有効ゴム体積の分布と同じとする必要はなく、たとえば、ベースゴム層の体積分布を、トレッド踏面の７５％位置から滑らかにサイド部に到るものとすることができる。

請求項２に係る発明は、ベースゴム層の反発弾性率に対するキャップゴム層の反発弾性率の比が、０．５以上かつ０．８３以下としてなるものである。

ここで、「反発弾性率」は、ＪＩＳ Ｋ６２５５に準拠する試験により測定した値とする。

請求項３に係る発明は、キャップゴム層の反発弾性率を０．４０〜０．６５とし、ベースゴム層の反発弾性率を０．７５以上としてなるものである。

請求項１に係る発明によれば、タイヤの使用に伴って、トレッド踏面のトレッドゴムが、摩耗有効ゴム体積の小さい部分でキャップゴム層の厚みを厚くして、その部分での摩耗が進行してなる、ベルトの露出を有効に防止することで、トレッド幅方向に均等に摩耗されることになるため、タイヤの摩耗寿命を大きく向上することができる。

請求項２に係る発明によれば、ベースゴム層に対するキャップゴム層の反発弾性率の比を規定することによって、ドレッドゴムの内部温度の上昇を有効に抑制しつつ、タイヤの摩耗寿命の向上という請求項１に係る発明の効果をより一層高めることができる。

すなわち、ベースゴム層に対するキャップゴム層の反発弾性率の比が０．８３を越える場合は、トレッドゴムの発熱量が増加するか、又はトレッドゴムの摩耗耐久性を高める効果があまり期待できないおそれがあるからである。また、その反発弾性率の比を０．５以上としているのは、トレッドゴムとして用いられるための、ゴム組成物の様々な物性を満たしつつ、ベースゴム層の反発弾性率を、キャップゴム層の反発弾性率の２倍を越えるものとすることは困難であることによる。

請求項３に係る発明によれば、トレッドゴムの温度上昇を効果的に抑制してなお、摩耗耐久性を有効に高めることができる。
すなわち、キャップゴム層の反発弾性率を、０．４０未満とした場合には、摩耗性能が著しく低下することになり、また、キャップゴム層の反発弾性率を、０．６５を超えるものとした場合は、反発弾性率が大きいことによって発熱量を十分に抑えることができない一方、ベースゴム層の反発弾性率を、０．７５未満とした場合には、反発弾性率が小さいことによって耐摩耗性を十分に向上させることができない。

請求項４に係る発明によれば、トレッドゴムを、トレッド半幅でトレッド幅方向に４以上に分割して、摩耗有効ゴム体積の分布を算出することにより、トレッド幅方向でのベースゴム層の体積分布を、より正確に、摩耗有効ゴム体積分布と同じとすることができ、タイヤの摩耗寿命の向上という請求項１に係る発明の効果を効果的に高めることができる。

廃棄タイヤの、トレッド幅方向での、トレッドゴムの残存厚さの分布を表すグラフである。 トレッド幅方向の測定位置を示す、トレッド部の右半部の幅方向断面図である。 摩耗有効ゴム体積と耐摩耗性との関係を表すグラフである。 本発明の実施形態を示す、トレッド部の右半部の幅方向断面図である。 単位幅当りの、トレッドゴムの総体積に対するベースゴム層の体積の比率と、摩耗有効ゴム体積との関係を表すグラフである。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。図４に、本発明の空気入りタイヤ１における、トレッド部のトレッド幅方向での右半断面を示す。

本発明の空気入りタイヤ１は、図４に示すように、対をなすビードコアからサイド部を経てトレッド部に至る、一枚以上のカーカスプライからなる、例えばラジアル構造のトロイド状のカーカス２、そのカーカス２のクラウン部のタイヤ半径方向外側に位置する、複数層のベルト層からなるベルト３、さらにベルト３のタイヤ半径方向外側に位置するトレッドゴム４を具える。

補強材料としてのベルト３は、例えば、トレッド周方向の張力を支持して、トレッドの径成長を抑制する低角度ベルト層を、複数層のベルト層のうち最もタイヤ半径方向内側に配置し、その低角度ベルト層のタイヤ半径方向外側に、ベルト幅方向の伸縮変形に対する剛性を確保する高角度ベルト層、さらに、その高角度ベルト層のタイヤ半径方向外側に、それらのベルト層を、路面からの突起入力による破断や損傷等から保護するべく機能する保護ベルト層を配置する構成とすることができる。

より詳細には、例えば、低角度ベルト層を、タイヤ周方向に対して傾斜する向きに延在するスチール製等のコードで形成するとともに、高角度ベルト層を、低角度ベルト層のベルトコードよりタイヤ周方向に対して大きく傾斜する向きに延在するコードから形成し、また、保護ベルト層を、略タイヤ周方向に向けて延在する伸縮性のコードから形成することができる。

トレッドゴム４の踏面５には、図４に例示するように、トレッド端６からトレッドセンターＣに向かって延在させて、トレッドセンターに達することなく終了させた、いわゆるラグ溝７を設けることができる。

ここでは、このトレッドゴム４を、タイヤ半径方向内側に位置するベースゴム層８と、その外周面に位置するキャップゴム層９との積層構造になるものとし、ベースゴム層８に使用するゴム組成物は、キャップゴム層９に使用するゴム組成物に比して発熱量が少ないものを選定する。一方、キャップゴム層９には、ベースゴム層８に用いるゴム組成物に比して耐摩耗性に優れたゴム組成物を用いる。例えば、キャップゴム層９の反発弾性率は、４０〜６５％のものを用いることができるのに対して、ベースゴム層８の反発弾性率は、７５％以上のものを用いることができる。

これにより、トレッド踏面５での耐摩耗性の向上を図るとともに、トレッドゴム４内の温度上昇を抑制して、温度上昇に起因する、ゴムの熱劣化の結果生じるトレッドゴム４の損壊等を防止する。

トレッドゴム４内のゴム境界線１０は、ベースゴム層８の体積分布とキャップゴム層９の体積分布を規定する線であり、本発明では、ベースゴム層８の体積分布を、摩耗有効ゴム体積の分布と同じとするべく、このゴム境界線１０の延在態様を、トレッドゴム４の、トレッド幅方向での摩耗有効ゴム体積の分布を算出することに基いて特定する。

以下、本実施形態での、トレッドゴムの摩耗有効ゴム体積の算出の仕方を詳細に説明するが、摩耗有効ゴム体積の計算手法は、以下の手法に限定されるものではない。

図４に示すところでは、まず、トレッド幅方向で、トレッドゴム４を、トレッドセンターＣから、トレッド半幅の２５％の位置、５０％の位置及び７５％の位置に均等に４分割しているが、これに限定されず、トレッドゴム４を、トレッド幅方向に、不均等に分割すること、及び５分割以上の適宜数に分割することも可能である。

なお、摩耗有効ゴム体積の分布を、ベースゴム層８の体積分布に、一層正確に対応させる場合は、トレッドゴム４を、４個を越える数に分割することが好ましい。

次に、トレッドゴム４を、トレッド幅方向に分割した各分割位置を中心として、その両側に一定の幅をとり、その一方から他方までの単位幅内での、トレッド踏面の全表面積に対する、トレッド踏面５に形成したラグ溝７の面積の比、すなわち、トレッド踏面５から見た場合の、単位幅内のネガティブ比を、それぞれの分割位置に対応する単位幅ごとに計算する。

本実施形態においては、４分割したそれぞれの位置から、トレッド幅の±１２．５％の幅をとり、総計２５％の単位幅内のネガティブ比を計算している。

そして、トレッド幅方向の、各分割位置での単位幅をＷ、トレッド踏面から見た場合の、前記単位幅内のネガティブ比をｅ、その単位幅当りの溝の平均深さをＤ，タイヤ周長をＬとした場合、摩耗有効ゴム体積Ｖは、
Ｖ＝（１−ｅ）×Ｗ×Ｄ×Ｌ
によって算出することができるので、これを分割位置毎に計算する。

このようにして、摩耗有効ゴム体積を計算し、その体積分布に、ベースゴム層８の体積分布を合わせることで、本実施形態に示すように、トレッドゴム４の表面に、トレッド端６からトレッドセンターＣに向かって溝深さが徐々に浅くなるようなラグ溝７を設けた場合には、ラグ溝７の深さが浅く、かつ、図４に示すところからは明らかではないが、ネガティブ比が小さくなるトレッドセンターＣ付近の領域では、摩耗有効ゴム体積が大きいことに基いて、ベースゴム層８の体積、直接的には厚みを厚くし、一方、トレッドセンターＣからトレッド端６に向かう領域では、ラグ溝７の深さが深くなる他、ネガティブ比が大きくなって、摩耗有効ゴム体積が小さくなることに基いて、ベースゴム層８の厚みを相対的に薄くして、キャップゴム層９の相対厚みを厚くする。

（試験例）
次に、本発明に係る空気入りタイヤを試作し、その性能を評価したので以下で説明する。

供試タイヤのサイズは、いずれの実施例タイヤも、従来例タイヤもともに５３／８０Ｒ６３とした。

図５は、縦軸に、単位幅当りの、トレッドゴムの総体積に対するベースゴム層の体積の比を百分率（％）で表し、横軸に、摩耗有効ゴム体積（ｃｍ３）を示したグラフであり、従来例タイヤ、実施例タイヤ１及び２タイヤそれぞれのトレッドゴムの総体積を同じとした条件の下で、各ベースゴム層の体積分布の違いを示すものである。

すなわち、従来例タイヤは、トレッド幅方向位置のいかんにかかわらず、ベースゴム層の体積を一定としたものであり、実施例タイヤ１は、ベースゴム層の体積分布を、摩耗有効ゴム体積の分布と同じとしたもの、実施例タイヤ２は、ベースゴム層の体積分布比率を、前述した許容範囲内にある、摩耗有効ゴム体積の分布比率の−１０％以内としたものであって、実施例タイヤ１よりも、トレッド幅方向外側に向かうにつれて、ベースゴム層の体積がさらに小さくなるように、ベースゴム層の体積分布を選択したものである。

ベースゴム層及びキャップゴム層の比率以外の、タイヤの他の構成は、どのタイヤも実質的に同一である。なお、ベースゴム層の反発弾性率に対するキャップゴム層の反発弾性率の比は、表１に示すように、いずれの供試タイヤにおいても０．６５とした。

（評価方法）
これらの各供試タイヤについて、発熱試験及び摩耗試験を行った。その結果を表１に示す。

ここで摩耗試験は、充填空気圧を７００ｋＰａ、荷重を８５ｔｏｎとした条件の下で、摩耗試験を行い、トレッド踏面にベルトが露出するまで不整地路面上を走行させることにより行って、ベルトが露出したトレッド幅方向位置を調査するとともに、ベルトが露出するに至るまでの不整地走行距離を、従来例タイヤをコントロールとした指数をもって摩耗耐久性を評価した。摩耗耐久性は、数値が大きいほど摩耗寿命が優れていることを表す。

また、発熱試験は、直径５ｍのドラム発熱試験機を用いて、ＴＲＡに定める空気圧６００ｋＰａ、荷重８３．５ｔｏｎ、速度８ｋｍの条件の下、２４時間走行させた後に、タイヤベルト上の最大温度を測定することにより行い、従来例タイヤを基準として、各実施例タイヤの、従来例タイヤとの温度差を算出することで、耐発熱性を評価した。

表１の結果から明らかなように、実施例タイヤ１及び２は、従来タイヤではトレッドゴムの摩耗によってベルト露出が生じやすい位置である５０％位置でのベルトの露出を有効に防止することができ、この結果として、摩耗寿命を大きく向上させ得ることが解かる。

また、ベースゴム層の体積分布を摩耗有効ゴム体積の分布と同じにした実施例タイヤ１は、それよりもキャップゴム層を厚くした実施例タイヤ２と比較して、ベルト上の温度上昇を有効に抑制できる。

１：空気入りタイヤ
２：カーカス
３：ベルト
４：トレッドゴム
５：トレッド踏面
６：トレッド端
７：ラグ溝
８：ベースゴム層
９：キャップゴム層
１０：ゴム境界線

Claims (3)

1. 対をなすビードコアからサイド部を経てトレッド部に至るトロイド状のカーカスと、カーカスのタイヤ半径方向外側に位置するベルトと、ベルトのタイヤ半径方向外側に位置するトレッドゴムとを具え、トレッドゴムの踏面に溝を設けてなる重荷重用空気入りタイヤであって、
   トレッドゴムを、半径方向内側に位置するベースゴム層と、ベースゴム層の外周面に積層したキャップゴム層とで構成し、ベースゴム層を、キャップゴム層に比して発熱量の小さいゴム組成物により形成するとともに、キャップゴム層を、ベースゴム層に比して耐摩耗性に優れるゴム組成物により形成し、
   トレッド幅方向でのベースゴム層の体積分布を、トレッドゴムの次式で表される、トレッド幅方向での摩耗有効ゴム体積の分布と同じとし、
   トレッド幅方向でのベースゴム層の体積分布は、トレッド幅の２５％の単位幅当りの前記トレッドゴムの総体積に対するベースゴム層の体積の占める比率のトレッド幅方向での分布として求められ、
   前記摩耗有効ゴム体積と前記単位幅当りの前記トレッドゴムの総体積に対するベースゴム層の体積の占める比率とは、それぞれ、トレッド半幅をトレッド幅方向に４つに均等に分割したときの分割位置毎に、該分割位置を中心とする前記単位幅を用いて算出されることを特徴とする重荷重用空気入りタイヤ。
   式
   摩耗有効ゴム体積＝（１−トレッド幅方向の単位幅当りのネガティブ比）×トレッド幅方向のトレッドゴム単位幅×溝深さ×周長
2. ベースゴム層の反発弾性率に対するキャップゴム層の反発弾性率の比が、０．５以上かつ０．８３以下としてなる請求項１に記載の重荷重用空気入りタイヤ。
3. キャップゴム層の反発弾性率を０．４０〜０．６５とし、ベースゴム層の反発弾性率を０．７５以上としてなる請求項１または２に記載の重荷重用空気入りタイヤ。

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