JP6033975B2 - 空気入りタイヤ - Google Patents

Description

本発明は、トレッドの耐偏摩耗性能を向上した空気入りタイヤに関するものである。

従来、空気入りタイヤにおいては、種々の性能を同時に満足させるために、トレッドを２層のトレッドゴム層から形成する、いわゆるキャップ／ベース構造を適用することが行われている。

例えば、特許文献１には、キャップゴム層およびベースゴム層の各々のゴム硬度（ハードネス）および硬度差を規制し、かつ、ベースゴム層を、途切れ部を隔ててタイヤ赤道面両側に配される一対のベースゴム片で形成するとともに、このベースゴム片のゴム厚さをタイヤ幅方向内側から外側に向かって増加させることにより、耐摩耗性を高く維持しながら、トレッド温度の上昇を抑制して耐久性を向上しうる重荷重用ラジアルタイヤが提案されている。
また、高速走行時の遠心力によるトレッドの径成長し、いわゆるタガ効果を発揮してタイヤ周方向剛性を確保するために周方向ベルト層をタイヤに適用することが行われている。

２００３−１２７６１３号公報

ところが、周方向ベルト層を適用したタイヤにおいて、タイヤ赤道面付近のトレッドでの摩耗が早く進行し、トレッドに偏摩耗が発生するという問題が生じていた。
そこで、本発明は、トレッドにキャップ／ベース構造を適用した空気入りタイヤの耐偏摩耗特性を向上させることを目的とする。

本発明の要旨は、以下のとおりである。
（１）１対のビードコア間でトロイド状に延びるカーカスを骨格とし、このカーカスのタイヤ径方向外側に、少なくとも１層の周方向ベルト層およびトレッドを具えるタイヤにおいて、
前記トレッドを複数のトレッドゴム層から形成し、
タイヤ径方向最外側に位置する外側トレッドゴム層の動的弾性率が、タイヤ径方向最内側に位置する内側トレッドゴム層の動的弾性率より高く、
トレッドセンター領域における前記内側トレッドゴム層の厚さが、前記周方向ベルト層のタイヤ幅方向端部領域における前記内側トレッドゴム層の厚さよりも薄く、
前記内側トレッドゴム層の厚さが最大となる位置は、タイヤ赤道面を中心に前記周方向ベルト層の幅の８０％の位置よりタイヤ幅方向外側にある、
ことを特徴とする空気入りタイヤ。

（２）前記内側トレッドゴム層の厚さが、タイヤ赤道面からトレッド接地端に向かって漸増することを特徴とする上記（１）に記載の空気入りタイヤ。

（３）前記内側トレッドゴム層の厚さが最大となる位置は、前記周方向ベルト層のタイヤ幅方向端よりタイヤ幅方向外側にあることを特徴とする上記（１）または（２）に記載の空気入りタイヤ。

（４）前記内側トレッドゴム層の厚さが増加開始する位置は、前記周方向ベルト層の幅の４０％よりタイヤ幅方向外側にあることを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかに記載の空気入りタイヤ。

（５）前記外側トレッドゴム層の動的弾性率が８．０ＭＰａ〜２０ＭＰａであり、
前記内側トレッドゴム層の動的弾性率が１．０ＭＰａ〜７．０ＭＰａである、
ことを特徴とする上記（１）〜（４）のいずれかに記載の空気入りタイヤ。

（６）前記外側トレッドゴム層の動的弾性率が、温度２５℃、周波数５２Ｈｚ、歪２％時において、前記内側トレッドゴム層の動的弾性率の１．５倍以上３．５倍以下であることを特徴とする上記（１）〜（５）のいずれかに記載の空気入りタイヤ。

本発明により、トレッドの耐偏摩耗性能を向上した空気入りタイヤを提供することができる。

本発明の空気入りタイヤの半部の幅方向断面図である。 タイヤ転動時のトレッドの変形を説明するための図である。 従来の空気入りタイヤの半部の幅方向断面図である。

以下に、図面を参照しながら本発明の空気入りタイヤを詳細に説明する。
図１に本発明の空気入りタイヤのトレッド半部の幅方向断面図を示す。本発明の空気入りタイヤ１０は、１対のビードコア間でトロイド状に延びるカーカス２を骨格とし、このカーカス２のタイヤ径方向外側に、２層の周方向ベルト層３ａ、３ｂと２層の傾斜ベルト層４ａ、４ｂとトレッド６とを配置してなる。周方向ベルト層３ａ、３ｂは、タイヤ赤道面ＣＬに沿って延びる複数のコードをゴムで被覆したものである。なお、周方向ベルト層３ａ、３ｂは、複数のコードをゴムで被覆した狭幅ストリップをタイヤ周方向に螺旋巻回することで形成されている。傾斜ベルト層４ａ、４ｂは、タイヤ赤道面ＣＬに対して斜めに、かつ層間で互いに交差する向きに延びる複数のコードをゴムで被覆したものである。
なお、カーカス２、周方向ベルト層３ａ、３ｂおよび傾斜ベルト層４ａ、４ｂは、図示例に限定されるものではない。例えば、カーカスを２枚のカーカスプライから構成することもできるし、１層の周方向ベルト層を配置することもできるし、傾斜ベルト層のタイヤ径方向外側に周方向ベルト層を配置することもできる。また、周方向ベルト層３ａ、３ｂは、波状に型付けしたコードやハイエロンゲーションコードを用いることが好ましい。

トレッド６は複数のトレッドゴム層、図示例では、タイヤ径方向最外側に位置する外側トレッドゴム層であるキャップゴム層６Ｃと、タイヤ径方向最内側に位置する内側トレッドゴム層であるベースゴム層６Ｂとの２層から形成される、いわゆるキャップ／ベース構造である。
トレッド６を３層以上のトレッドゴム層で形成する場合、タイヤ径方向最外側の外側トレッドゴム層と、タイヤ径方向最内側の内側トレッドゴム層との動的弾性率を規定し、内側トレッドゴム層の厚さを規定するものとする。なお、図１に示すように、トレッド６を２層のトレッドゴム層で形成することが好適であり、以下では、トレッド６を２層のトレッドゴム層で形成する場合について説明するが、本発明はこれに限定されない。

キャップゴム層６Ｃの動的弾性率が、ベースゴム層６Ｂの動的弾性率より高く、トレッドセンター領域におけるベースゴム層６Ｂの厚さが、周方向ベルト層３ａ、３ｂのタイヤ幅方向端部領域におけるベースゴム層６Ｂの厚さよりも薄く、さらに、ベースゴム層６Ｂの厚さが最大となる位置Ｍは、タイヤ赤道面ＣＬを中心に周方向ベルト層３ａ、３ｂの幅の８０％の位置よりタイヤ幅方向外側にあることが肝要である。
なお、「トレッドセンター領域」とは、タイヤ赤道面ＣＬを中心として、タイヤ幅方向にＷ／３以内の領域をいい（Ｗ：トレッド半幅）、「トレッドセンター領域におけるベースゴム層６Ｂの厚さ」とは、当該領域におけるベースゴム層６Ｂの平均厚さを意味する。同様に、「周方向ベルト層３ａ、３ｂのタイヤ幅方向端部領域」とは、周方向ベルト層３ａ、３ｂのタイヤ幅方向端３ａｅ、３ｂｅを中心として、タイヤ幅方向にＢ／５以内の領域をいい（Ｂ：周方向ベルト層の半幅）、「周方向ベルト層３ａ、３ｂのタイヤ幅方向端部領域におけるベースゴム層６Ｂの厚さ」とは、当該領域におけるベースゴム層６Ｂの平均厚さを意味する。また、複数の周方向ベルト層３ａ、３ｂが配置されている場合、最も幅が広い周方向ベルト層の幅を基準とするものとする。

以下に本発明の作用を説明する。
タイヤの転動時には、図２（ａ）に示す偏芯変形と図２（ｂ）に示すリング変形という２つの変形が複合している。図中、点線は変形前のタイヤの外形、実線は転動時のタイヤの外形を表す。周方向ベルト層は高剛性であるため、荷重負荷時の形状保持効果（偏芯効果）が大きい。それゆえ、周方向ベルト層を有するタイヤでは、図２（ａ）に示すように、回転中心が偏り、タイヤ回転時のタイヤ側面形状が正円に近くなるので、図２（ｂ）に示すリング変形の場合と比較して、タイヤ接地部分の接地長が短くなり、接地圧が上昇する。この接地圧の上昇により、トレッドゴムが圧縮変形を受け易くなってゴムがタイヤ周方向に大きく変形することになる。このように、周方向ベルト層が配置されている領域のトレッドゴムは大きく変形する一方、周方向ベルト層が配置されていない領域、中でも、タイヤ赤道面を中心に周方向ベルト層の幅の８０％の位置よりタイヤ幅方向外側の領域（以下、「トレッドショルダー領域」という）では、タガ効果が十分に働かないため接地圧が急激に低下する。トレッドショルダー領域では、このような接地圧の低下により、トレッドゴムが圧縮変形を受け難く、ゴムがタイヤ周方向に変形しにくくなる。このように、トレッド幅方向における接地圧が不均一なことにより、トレッドに偏摩耗が生じていた。

そこで、本発明では、周方向ベルト層とトレッドゴムの変形との関係に着目し、トレッドの耐偏摩耗性能を向上すべく鋭意検討を行った。
トレッドゴムの変形はゴムの弾性率に比例するため、トレッドゴムを硬くすれば変形は減少する。特に、偏芯効果の大きいトレッドセンター領域のトレッドゴムの弾性率を大きくすれば、トレッドゴムの変形は減少する。しかしながら、単純に路面に接するトレッドゴムの弾性率を増加してゴムを硬くすると、トレッドゴムの変形を抑制することになるものの、トレッドパターンのブロック（陸部）がもげ易い等の不具合を招く。そこで、これらの不具合を招くことなく、効率的に弾性率を上げるために、トレッドにキャップ／ベース構造を適用し、トレッドセンター領域のベースゴム層の厚みをトレッドショルダー領域対比で薄くすることに想到した。以下、この理由を説明する。
キャップ／ベース構造では、一般的に、キャップゴム層には耐久性向上のために高弾性率のゴムを用い、ベースゴム層には低発熱性のために低弾性率のゴムを用いている。トレッドセンター領域において、低弾性率の軟らかいベースゴム層の厚みを減らすと、トレッドゴムゲージは変化しないので、高弾性率のキャップゴム層の厚みが増すこととなる。その結果、トレッドセンター領域において、ベースゴム層とキャップゴム層を合わせたトレッドゴム全体の弾性率を増加させることができる。同様に、トレッドショルダー領域では、低弾性率の軟らかいベースゴム層の厚みを増すことにより、ベースゴム層とキャップゴム層を合わせたトレッドゴム全体の弾性率を減少させることができる。
このように、接地圧の高いトレッドセンター領域において、トレッドゴムの弾性率を増加することでトレッドゴムの変形を抑制するとともに、接地圧の低いトレッドショルダー領域において、トレッドゴムの弾性率を減少することでトレッドゴムの変形を促進することにより、トレッドの動的弾性率に幅方向分布が生じる。すると、タイヤ幅方向に不均一なトレッドの接地圧を、タイヤ幅方向に不均一なトレッドの動的弾性率によって打ち消すことになり、トレッド幅方向のトレッドゴムの変形が均一化して、トレッドの偏摩耗が抑制される。

上述したとおり、ベースゴム層６Ｂの厚さが最大となる位置Ｍは、タイヤ赤道面ＣＬを中心に周方向ベルト層３ａ、３ｂの幅の８０％の位置よりタイヤ幅方向外側（トレッドショルダー領域）にあることが肝要である。位置Ｍが、トレッドショルダー領域よりタイヤ幅方向内側に存在する場合、上述した偏摩耗抑制効果が得られない。
さらに、位置Ｍは、周方向ベルト層３ａ、３ｂのタイヤ幅方向端３ａｅ、３ｂｅよりタイヤ幅方向外側にあることが好適である。タイヤ幅方向端３ａｅ、３ｂｅより外側では、周方向ベルト層３ａ、３ｂによるタガ効果は働かず、当該領域の接地圧は急激に低下するため、当該領域に位置Ｍが存在すると、上述した偏摩耗抑制効果が効果的に得られる。

また、周方向ベルト層３ａ、３ｂのタイヤ幅方向端３ａｅ、３ｂｅにおけるベースゴム層６Ｂの厚さは、好ましくは１ｍｍ〜７ｍｍ、より好ましくは３ｍｍ〜７ｍｍである。
当該厚さが１ｍｍ未満の場合、ベースゴム層６Ｂのが薄すぎて、トレッドゴムにおけるキャップゴム層６Ｃの割合が大きいため、トレッドゴムが十分に変形しないおそれがある。一方、当該厚さが７ｍｍ超の場合、トレッドが摩耗した場合に、ベースゴム層６Ｂが早期に露出するおそれがある。

ベースゴム層６Ｂのトレッドセンター領域における厚さは５ｍｍ以下であることが好適である。当該厚さが５ｍｍ超の場合、トレッドゴムの変形が大きくなり、早期に摩耗が進行するおそれがある。
また、ベースゴム層６Ｂのトレッドセンター領域における厚さと、ベースゴム層６Ｂのトレッドショルダー領域における厚さとの差は３ｍｍ以上であることが好適である。当該差が３ｍｍ未満の場合、トレッドゴムの動的弾性率をタイヤ幅方向に不均一にする効果が十分ではない。なお、当該差の上限は、トレッドゴムのゲージから規定される。

ベースゴム層６Ｂの厚さが、タイヤ赤道面ＣＬからトレッド接地端Ｅに向かって漸増すること、かつ、キャップゴム層６Ｃとベースゴム層６Ｂとの境界面が、トレッドに配される溝の溝幅の範囲を除き、タイヤ幅方向内側から外側に向かうにつれて、径方向外側に傾斜することが好適である。
トレッド接地端Ｅは、タイヤを正規リムにリム組みし、最大荷重、最大空気圧下（ＪＡＴＭＡ、ＴＲＡ、ＥＴＲＴＯに記載）において算出する。

具体的なトレッドゴムの動的弾性率としては、キャップゴム層６Ｃの動的弾性率が８．０ＭＰａ〜２０．０ＭＰａであり、ベースゴム層６Ｂの動的弾性率が１．０ＭＰａ〜７．０ＭＰａであることが好適である。
キャップゴム層６Ｃの動的弾性率が８．０ＭＰａ未満の場合、トレッド６の摩耗を低減する効果が十分でないおそれがあり、一方、キャップゴム層６Ｃの動的弾性率が２０．０ＭＰａ超の場合、グリップ性能が十分でないおそれがある。
ベースゴム層６Ｂの動的弾性率が１．０ＭＰａ未満の場合、操縦安定性能が悪化するおそれがあり、一方、ベースゴム層６Ｂの動的弾性率が７．０ＭＰａ超の場合、ベースゴム層６Ｂの動的弾性率が十分ではなく、トレッドもげ性能に対する寄与が十分でないおそれがある。
なお、動的弾性率（ＭＰａ）は、スペクトロメータで温度２５℃、周波数５２Ｈｚ、歪２％にて測定した。

キャップゴム層６Ｃの動的弾性率が、温度２５℃、周波数５２Ｈｚ、歪２％時において、ベースゴム層６Ｂの動的弾性率の１．５倍以上３．５倍以下であることが好適である。
動的弾性率の比が１．５未満の場合、ゴムの動的弾性率の差が十分ではなく、トレッドゴム全体での動的弾性率変化が不足するおそれがある。一方、動的弾性率の比が３．５超の場合、製造面に困難が生ずるおそれがある。

以下、本発明の実施例について説明するが、本発明はこれだけに限定されるものではない。
発明例タイヤ、参考例タイヤ、比較例タイヤおよび従来例タイヤを試作し、トレッドの偏摩耗性能および発熱性能を評価した。
各試作タイヤは、４９５／４５Ｒ２２５のタイヤサイズであり、トレッドには６本の周方向溝が形成されている。また、各試作タイヤは、キャップ／ベース構造であり、キャップゴム層６Ｃの動的弾性率が、ベースゴム層６Ｂの動的弾性率より高い。また、各試作タイヤは、２層の周方向ベルト層および２層の傾斜ベルト層を有し、内側周方向ベルト層幅および外側周方向ベルト層幅は３７０ｍｍ、内側傾斜ベルト層幅は４２０ｍｍ、外側傾斜ベルト層幅は表１に示すとおりである。
従来例タイヤは、図３に示すように、均一厚のベースゴム層６Ｂおよび均一厚のキャップゴム層６Ｃを有する。
発明例タイヤ、参考例タイヤおよび比較例タイヤは、図１に示すように、トレッドセンター領域で薄く、トレッドショルダー領域で厚いベースゴム層６Ｂを有する。
表１に、各試作タイヤのタイヤ赤道面におけるベースゴム層６Ｂの厚さＤｃｌ、周方向ベルト層端におけるベースゴム層６Ｂの厚さＤｓｈと、外側傾斜ベルト層幅と、ベースゴム層６Ｂの厚さが最大となる位置と周方向ベルト層との関係を示す。表１のベースゴム層最大厚位置は、タイヤ赤道面を中心に周方向ベルト層の幅の何％という形で記載している。例えば、「８０％」とは、ベースゴム層６Ｂの厚さが最大となる位置がタイヤ赤道面を中心に周方向ベルト層の幅の８０％の位置上にあることを示している。

（偏摩耗性能の測定）
以下の（１）（２）の方法に従って、偏摩耗性能を測定した。
（１）各試作タイヤを１７．００インチ幅の適用リムに組み付けてタイヤ車輪とし、内圧９００ｋｐａで、トラクターヘッドのドライブ軸に装着し、定積載のトレーラーを引いて５００００ｋｍ走行したときの、タイヤ赤道面ＣＬに最も近い周方向溝の深さ（ＣＬ摩耗溝深さ）およびトレッド接地端Ｅに最も近い周方向溝の深さ（ＳＨ摩耗溝深さ）を測定した。測定結果（摩耗した溝深さ）は、（新品時の溝深さ−走行後の溝深さ）として表１に示す。
（２）各試作タイヤを１７．００インチ幅の適用リムに組み付けてタイヤ車輪とし、内圧９００ｋｐａで、トラクターヘッドのドライブ軸に装着し、空積載のトレーラーを引いて５００００ｋｍ走行したときの、トレッド接地端Ｅの摩耗体積を測定した。結果は、従来例タイヤ１の摩耗体積を１００として指数表示した。なお、指数が小さいほど、性能に優れていることを示す。

なお、適用リムとは、ＪＡＴＭＡに規定される「適用リム」、ＴＲＡに規定される「Ｄｅｓｉｇｎ Ｒｉｍ」、あるいはＥＴＲＴＯに規定される「Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ Ｒｉｍ」をいう。

（発熱性能の測定）
上記偏摩耗性能の測定（１）における走行後、トレッドショルダー領域２箇所における外側傾斜ベルト層上のベースゴム層の温度を測定した。結果は、従来例タイヤ１の平均温度を１００として指数表示した。なお、指数が小さいほど、性能に優れていることを示す。

表１より、発明例タイヤは、発熱性能を維持したまま偏摩耗性能を大きく向上していることが分かる。

２ カーカス
３ａ 周方向ベルト層
３ｂ 周方向ベルト層
４ａ 傾斜ベルト層
４ｂ 傾斜ベルト層
６ トレッド
６Ｃ キャップゴム層
６Ｂ ベースゴム層
１０ 空気入りタイヤ

Claims (4)

1. １対のビードコア間でトロイド状に延びるカーカスを骨格とし、このカーカスのタイヤ径方向外側に、少なくとも１層の周方向ベルト層およびトレッドを具えるタイヤにおいて、
   前記トレッドを複数のトレッドゴム層から形成し、
   タイヤ径方向最外側に位置する外側トレッドゴム層の動的弾性率が、タイヤ径方向最内側に位置する内側トレッドゴム層の動的弾性率より高く、
   トレッドセンター領域における前記内側トレッドゴム層の厚さが、前記周方向ベルト層のタイヤ幅方向端部領域における前記内側トレッドゴム層の厚さよりも薄く、
   前記内側トレッドゴム層は、タイヤ赤道面を横断してタイヤ幅方向両側に亘って延在し、当該内側トレッドゴム層の厚さが最大となる位置は、タイヤ赤道面を中心に前記周方向ベルト層の幅の８０％の位置よりタイヤ幅方向外側にあり、
   スペクトロメータで温度２５℃、周波数５２Ｈｚ、歪２％にて測定した、前記外側トレッドゴム層の動的弾性率が、８．０ＭＰａ〜２０ＭＰａであり、
   スペクトロメータで温度２５℃、周波数５２Ｈｚ、歪２％にて測定した、前記内側トレッドゴム層の動的弾性率が１．０ＭＰａ〜７．０ＭＰａであり、
   前記外側トレッドゴム層の動的弾性率が、温度２５℃、周波数５２Ｈｚ、歪２％時において、前記内側トレッドゴム層の動的弾性率の１．５倍以上３．５倍以下であり、
   前記少なくとも１層の周方向ベルト層は、タイヤ赤道面を横断してタイヤ幅方向両側に連続的に延在するとともに前記カーカスのタイヤ径方向外側に隣接して位置することを特徴とする重荷重用空気入りタイヤ。
2. 前記内側トレッドゴム層の厚さが、タイヤ赤道面からトレッド接地端に向かって漸増することを特徴とする請求項１に記載の重荷重用空気入りタイヤ。
3. 前記内側トレッドゴム層の厚さが最大となる位置は、前記周方向ベルト層のタイヤ幅方向端よりタイヤ幅方向外側にあることを特徴とする請求項１または２に記載の重荷重用空気入りタイヤ。
4. 前記内側トレッドゴム層の厚さが増加開始する位置は、前記周方向ベルト層の幅の４０％よりタイヤ幅方向外側にあることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の重荷重用空気入りタイヤ。

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