JPS6350203B2

JPS6350203B2 -

Info

Publication number: JPS6350203B2
Application number: JP54155314A
Authority: JP
Inventors: Tadanobu Nagumo; Kazuo Okamoto
Original assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Current assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Priority date: 1979-11-30
Filing date: 1979-11-30
Publication date: 1988-10-07
Also published as: JPS5679004A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は空気入りタイヤに関し、詳しくは、自
動車用ラジアルタイヤにおける、キヤツプトレツ
ド部の路面に接するるゴム層とベルト補強層に接
するゴム層の２つの部分及びシヨルダー部（サイ
ドウオール部も含む）の各ゴム層に、適切な損失
正接とゴム硬さの物性値を有するゴムを配置する
ことにより、湿潤路制動性能や乗り心地性能等タ
イヤの一般特性を損なうことなく、転動抵抗を低
減せしめ得るようにした空気入りタイヤに関する
ものである。従来よりタイヤの転動抵抗を低減するために
は、タイヤ転動に伴う歪サイクルによつて消費さ
れるエネルギーを低減させるよう、タイヤの各構
成部分のゴム部の材料に、損失正接いわゆるtanδ
の小さい物性を有するゴムを使用すれば効果があ
り、特に路面に接するキヤツプトレツドのゴムに
損失正接の小さいゴムを用いると、タイヤの転動
抵抗を低減化する効果が大きいことがすでに知ら
ている。しかし、キヤツプトレツドのゴムに損失正接の
小さいゴムを用いた場合は、湿潤路に於けるタイ
ヤの運動性能を著しく低下せしめ、実用上使用で
きない場合がある。この欠点を改良するために、
特願昭54−12781号公報で開示されている様に、
キヤツプトレツドのゴム部を２層に分割し、路面
に接するゴム層には損失正接の高いゴムを使用し
て、湿潤路における運動性能を満足させ、ベルト
補強層と前記路面に接するゴム層との間のゴム層
には、損失正接の小さいゴムを使用して、転動抵
抗を低減する手段が用いられている。しかしながら、現在の省エネルギー化において
は、前記の手段では未だ十分でなく、湿潤路にお
ける運動性能あるいは乗り心地等のタイヤの一般
特性を損なう事なく、タイヤの転動抵抗を更に低
減する必要があり、前記した特願昭54−12781号
公報に開示されている手段で更にタイヤの転動抵
抗を低減する下記の如くの方法も考えられてい
る。すなわち、キヤツプトレツド部の路面に接するゴム層の
ゴムの損失正接を低くする。前記路面に接するゴム層とベルト補強層との
間のゴム層の体積比率を大きくする。しかるに前記の場合は、湿潤路の運動性能が
低下するため実用的でなく、また前記の場合も
タイヤが摩耗した状態での湿潤路の運動性能が低
下するので良い方法ではない。そこで本発明は、上述した従来の手段すなわち
キヤツプトレツド部を路面に接するゴム層と、ベ
ルト補強層に接するゴム層の２層に分割し、タイ
ヤ転動抵抗を低減する手段をさらに改善するため
に、前記キヤツプトレツドゴムの分割した２層
は、主に定応力でエネルギーが損失し、シヨルダ
ー部層は定歪でエネルギーが損失することに注目
し、従来のごとくキヤツプトレツドゴムの物性に
ついて単に損失正接のみで設定するのでなく、前
記キヤツプトレツド２層およびシヨルダー部（サ
イドウオール部も含む）に適切な損失正接とゴム
の動的弾性率（E′）と比例相関にあるゴム硬さ
（シヨアＡ硬度）の物性により設定したゴムを配
することにより、自動車タイヤの湿潤路における
運動性能及び乗り心地等の一般の特性を低下させ
ることなく、タイヤ転動抵抗を著しく低減し、タ
イヤの転動中に消費するエネルギーを低減化した
自動車用ラジアルタイヤを提供することを目的と
するものである。そもそもタイヤの転動抵抗は、タイヤの各構成
部分の歪エネルギーの一部が熱エネルギーへと変
換されることによつて、消費されるエネルギーロ
スがその大部分を占めており、このエネルギーロ
スを低減する事がタイヤの転動抵抗を低減するこ
とになり、エネルギーロスについては、従来より
歪エネルギー（Ｕ）に損失正接（tanδ）を乗じた
Utanδに比例し、タイヤの各構成部分の損失正接
（tanδ）を極力低減化する事がタイヤ転動抵抗を
低減する方法とされている。しかし、歪エネルギー（Ｕ）は応力（σ）と歪
（ε）を乗じたものであり、歪エネルギー（Ｕ）
の中で応力（σ）が支配的か、又は歪（ε）が支
配的かによつて、エネルギーロスに関する物性が
大きく変つてくる。つまり歪（ε）が支配的な場合においては、Ｕ＝１／２ε²E′となりＷ＝πε²E″ ……(1) Ｗ：エネルギーロス E″：損失弾性率 E″＝E′・tanδ 又応力（σ′）が支配的な場合は、Ｕ＝1/2・σ²／E′となりＷ＝πσ²・tanδ／E′ ……(2) となる。 (1)式を変形するとＷ＝πε²・E′・tanδ ……(3) となる。 (3)式より歪（ε）が支配的な場合、エネルギー
ロス（Ｗ）を小さくするためには、動的弾性率
（E′）を小さくし、応力が支配的な場合、エネル
ギーロス（Ｗ）を小さくするためには、(2)式より
動的弾性率（E′）を大きくする必要がある。タイヤの各構成部分の変形状態を調べてみる
と、路面と接するキヤツプトレツド部は、圧縮変
形が主であり、又はシヨルダー部およびサイドウ
オール部は曲げ変形が主である。すなわちキヤツ
プトレツド部は圧縮変形が主であるので、前述の
歪エネルギー（Ｕ）を考えると、応力（σ）が支
配的であり（ストレスサイクル）、(2)式によりエ
ネルギーロス（Ｗ）を表わすことができる。つま
り、路面と接するキヤツプトレツド部において
は、エネルギーロス（Ｗ）を低減する為には、動
的弾性率（E′）を大きくし、且つ損失正接
（tanδ）を小さくすることが有効となる。また曲
げ変形が主であるシヨルダー部とサイドウオール
部においては、歪エネルギーを考える上で、歪ε
が支配的であり（ストレインサイクル）、(3)式に
よりエネルギーロス（Ｗ）を表わすことができ、
エネルギーロス（Ｗ）を低減する為には、動的弾
性率（E′）を小さく、且つ損失正接（tanδ）を小
さくすることが有効となる。前述の研究結果に鑑み、タイヤの各構成部に損
失正接（tanδ）の小さい物性を有するゴムを用い
る事は、エネルギーロスを低減する上で有効であ
るが、動的弾性率（E′）については、路面と接す
るキヤツプトレツド部では大きく、シヨルダー
部，サイドウオール部では、小さくする事がエネ
ルギーロスを低減する上で有効である。しかしキ
ヤツプトレツドについては湿潤路に於ける運動特
性を損なう事なくエネルギーロスを低減する必要
があるので、路面に接するゴム層とベルト補強層
と前記路面に接するゴム層に異なる物性のゴムを
配置する必要があり、またキヤツプトレツド部は
路面に接している為に、このゴム物性、特に動的
弾性率（E′）と比例相関にあるゴム硬さは走行中
の乗り心地性能に大きな影響を与え、単にゴムの
硬さを増すのみでは、道路の継目等を乗り越す際
の乗り心地性能を悪くしてしまう。しかもキヤツ
プトレツド部のゴム層の硬さ、つまり動的弾性率
（E′）を大きくする事がエネルギーロスを低減す
る上で有効であるので、いかに乗り心地を良好に
するかが一つの課題となる。本発明は前記課題を解決する為に、キヤツプト
レツド部を路面に接するゴム層と、該路面に接す
るゴム層とベルト補強層との間のゴム層に分割
し、路面に接するゴム層には、損失正接（tanδ）
が小さく、かつゴム硬さ（シヨアＡ硬度）の高い
ゴムを使用すると共に、前記路面に接するゴム層
とベルト補強層との間のゴム層、及びシヨルダー
部にも前述した本発明の目的を達成させる様に適
宜な損失正接（tanδ）とゴム硬さ（シヨアーＡ硬
度）の物性値を有するゴムを配置した点に特徴を
有するものである。以下本発明の空気入りタイヤを実施例により図
面を参照して説明する。本発明は第１図〜第４図に各実施例を示す如く
一対のビート部１と一対のサイドウオール部２を
備える一方、キヤツプトレツド部３にベルト補強
層４を有した空気入りタイヤにおいて、前記キヤ
ツプトレツド部３の路面に接するゴム層Ａと該ゴ
ム層Ａと前記ベルト補強層４との間のゴム層Ｂ及
びシヨルダー部５のゴム層Ｃの各ゴム層Ａ，Ｂ，
Ｃのゴムそれぞれの損失正接をtanδa，tanδb，
tanδcとし、また前記各ゴム層Ａ，Ｂ，Ｃのゴム
それぞれのゴム硬さ（シヨアー硬度）を、Ea，
Eb，，Ecとした場合、前記各損失正接の関係及び
各ゴム硬さの関係を下記〜のように規定した
のである。 tan δ_a＞tan δ_c≧tan δ_b。 tan δ_a≦tan δ_cでは湿潤路運動特性が悪化す
ることとなり、tan δ_c＜tan δ_bでは転動抵抗特
性が悪化するからである。 E_b＞E_a＞E_c。 E_b≦E_aでは乗り心地特性が悪化することと
なり、E_a≦E_cではエネルギーロスが大きくな
り転動抵抗特性が悪化すると共に乗り心地特性
が悪化する。 0.20＜tan δ_a＜0.30。 tan δ_aが0.20以下（tan δ_a≦0.20）の場合に
は、湿潤路制動性能が低下することとなり、
0.30以上（tan δ_a≧0.30）の場合には、転動抵
抗の低減が不可能となるからである。 0.05≦tan δ_b≦0.15。転動抵抗を低減させるためには、0.15以下
（tan δ_b≦0.15）であることが必要であり、ま
た、生産工程における作業性を良好に保つため
には0.05が下限となる（tan δ_b≧0.05）。 0.10＜tan δ_c≦0.20。転動抵抗を低減させるためには0.20以下
（tan δ_b≦0.20）とする必要があり、屈曲性お
よび耐外傷性を考慮すると、配合的には0.10よ
り大とする必要がある。 53≦E_a≦66。 53未満ではエネルギーロスが大きくなり、転
動抵抗を低減させることができないこととな
り、66を越えると乗り心地特性を損なうことと
なる。 66＜E_b＜73。転動抵抗減のためには66超であることが必要
であり、乗り心地特性を考慮すると73未満とす
る必要がある。 43≦E_c＜57 乗り心地性能と転動抵抗特性を考慮すると57
未満とする必要があり、タイヤ生産工程におけ
る作業性を良好に保つためには43が最低値とな
る。そして第１図に示す第１実施例は、前記ゴム層
Ａとベルト補強層４との間に配置したゴム層Ｂ
を、タイヤ溝６の直下まで配置する一方、前記ゴ
ム層Ｃをシヨルダー部５に配置した例であり、ま
た第２図に示す第２実施例は、前記ゴム層Ｂをベ
ルト補強層４の両側端を被覆する如く配置すると
共に前記ゴム層Ｃをシヨルダー部５からサイドウ
オール部２にわたつて配置した例であり、さらに
第３図に示す第３実施例は、前記ゴム層Ｂをキヤ
ツプトレツド部３の両側にのみ配置すると共に前
記ゴム層Ｃをシヨルダー部５からサイドウオール
部２にわたつて配置した例であり、また第４図に
示す第４実施例は、前記ゴム層Ｂを、タイヤ溝６
の底部と、ベルト補強層４の上面との間の中間部
まで配置すると共に前記ゴム層Ｃをシヨルダー部
５からサイドウオール部２にわたつて配置した例
である。つづいて本発明に係る空気入りタイヤの実験結
果を説明する。まず前記各ゴム層Ａ，Ｂ，Ｃの損失正接
（tanδ）、およびゴム硬さ（シヨアーＡ硬度）を
種々変えたタイヤでの転動抵抗、及び湿潤路にお
ける制動性能並びに乗り心地性能のテスト結果を
下記の如く表に示す。ここで損失正接（tanδ）の値は、動的粘弾性測
定機（粘弾性スペクトロメーター）で振動数50
Hz、動歪率２％、50℃にて測定した値である。

【表】表のNo.１タイヤは、通常市販されている汎用
タイヤであり、No.１タイヤの転動抵抗値、湿潤路
制動性能、乗り心地性能を100とし、それぞれの
結果はNo.１タイヤに比較したものである。 No.２タイヤはゴム層Ａにtanδ0.19のゴムを使用
した為、転動抵抗は33％低減しているが、湿潤路
制動性能は著しく低下している。又、No.３タイヤ
はtanδがNo.１タイヤに比べ若干低く、シヨアーＡ
硬度が70゜以上のゴムをゴム層Ａに使用し、転動
抵抗を27％低減しているが、乗り心地性能は著し
く低下している。 No.４タイヤについては、ゴム層Ａにtanδの高い
ゴムを使用した為、湿潤路制動性能は向上してい
るが、逆に転動抵抗は15％高くなつている。 No.５，No.６，No.７，No.８タイヤはゴム層Ａのゴ
ムをNo.１の汎用タイヤと同一としたものであり、
No.６タイヤはゴム層Ｂのtanδを高くし且つゴム層
ＣのシヨアーＡ硬度も高くしており、転動抵抗は
若干低減したが、ゴム層ＣのシヨアーＡ硬度が
60゜を越えている為、乗り心地は著しく低下して
いる。 No.７タイヤはゴム層ＢにシヨアーＡ硬度の低い
ゴムを使用している為、湿潤路制動性能を低下さ
せる事なく、転動抵抗を14％低減する事が可能と
なつた。更にNo.８タイヤではゴム層ＢにtanδがNo.
７より低く、シヨアーＡ硬度の高いゴムを使用
し、転動抵抗を28％低減する事が可能となつた
が、ゴム層ＢのシヨアーＡ硬度が75゜と高過ぎた
為、乗り心地が著しく低下している。 No.５タイヤは、本発明に合致するタイヤである
がゴム層Ｂにtanδの低く、且つシヨアーＡ硬度の
高いゴムを使い、ゴム層Ｃにtanδの低く、シヨア
ーＡ硬度の低いゴムを使用した為、湿潤路制動性
能を低下させる事なく、転動抵抗を20％以上低減
する事が可能となり、乗り心地性能については、
ゴム層ＣのシヨアーＡ硬度の低下と、ゴム層Ｂの
シヨアーＡ硬度の向上が相殺され、No.１タイヤと
同等の性能を得ている。以上説明したように、ゴム層Ａのtanδは、転動
抵抗に大きく寄与し、値を小さくする程転動抵抗
が低減する事は明らかである。しかし、No.２タイ
ヤのようにゴム層Ａのtanδが0.20以下の場合は、
湿潤路制動性能が25％低下してしまい、使用不可
能である。又、No.４タイヤのようにゴム層Ａの
tanδが0.30以上になると他の部分でヒステリシス
を低減しても、汎用タイヤNo.１より転動抵抗を低
減する事は不可能であり、ゴム層Ａのtanδは0.20
〜0.30が適当な値である。ゴム層Ｂのtanδについ
ては、湿潤路制動性能に影響を与える事なく、転
動抵抗低減の為には、0.15以下が必要であり、生
産工程に於ける作業性を考慮すると0.05がその最
低値に近い。ゴム層Ｃのtanδについては、ゴム層
Ｂと同様湿潤路制動性能に影響を与えることがな
いので、0.20以下は可能であるが、一般にサイド
ウオールとしては、屈曲耐久性，耐外傷性を考慮
する必要があり、配合的に0.10より大きくなる。ゴム層ＡのシヨアーＡ硬度については、歪を少
なくする為にも高く設定すべきであるが、乗り心
地性能を考慮して上限を決めるべきであり、耐摩
耗性，耐縦性能を考慮した配合から下限が定まる
ものであり、53゜〜66゜が汎用ラジアルタイヤとし
ての実用範囲である。ゴム層ＢのシヨアーＡ硬度
は、転動抵抗減のためには66゜超であることが必
要であり、乗り心地を考慮すると73゜未満となる。
ゴム層ＣのシヨアーＡ硬度については、乗り心地
性能と曲げ変形による歪エネルギーを考慮すると
57゜未満であり、タイヤ生産工程における作業性
を良好に保つためには43゜が最低値となる。本発明は上述の如く、キヤツプトレツド部を路
面に接するゴム層と、該ゴム層とベルト補強層と
の間のゴム層に分割し、前記路面に接するゴム層
には損失正接（tanδ）が小さく、かつゴム硬さ
（シヨアーＡ硬度）の高いゴムを使用すると共に、
前記路面に接するゴム層とベルト補強層との間の
ゴム層、及びシヨルダー部及び又はサイドウオー
ル部にも前述した適宜な損失正接（tanδ）とゴム
硬さ（シヨアーＡ硬度）の物性値を有するゴムを
配置する一方、前記各ゴム層の損失正接及びゴム
硬さの関係を前述の如き関係とし、またこれらの
各値を前述の如き範囲内としたから、自動車用ラ
ジアルタイヤの湿潤路における運動性能及び乗り
心地等のタイヤの一般特性を低下させることな
く、タイヤ転動抵抗を著しく低減することがで
き、この結果タイヤの転動中における消費エネル
ギーを低減化することができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すもので、第１図〜
第４図は第１〜第４の各実施例を示す説明図であ
る。１……ビード部、２……サイドウオール部、３
……キヤツプトレツド部、４……ベルト補強層、
５……シヨルダー部、Ａ……キヤツプトレツド部
の路面と接触するゴム層、Ｂ……ゴム層Ａとベル
ト補強層との間のゴム層、Ｃ……シヨルダー部の
ゴム層。

Claims

【特許請求の範囲】１一対のビード部と一対のサイドウオール部を
備える一方、キヤツプトレツド部にベルト補強層
を有した空気入りタイヤにおいて、前記キヤツプ
トレツド部の路面に接するゴム層Ａと、該ゴム層
Ａと前記ベルト補強層との間のゴム層Ｂ及びシヨ
ルダー部のゴム層Ｃの各ゴム層のゴムそれぞれの
損失正接をtan δ_a、tan δ_b、tan δ_cとし、また前
記各ゴム層のゴムそれぞれのシヨアーＡ硬度のゴ
ム硬さをE_a、E_b、E_cとした場合、前記各損失正
接の関係および各ゴム硬さの関係を、それぞれ tan δ_a＞tan δ_c≧tan δ_b E_b＞E_a＞E_c とし、さらに各損失正接および各ゴム硬さの値
を、 0.20＜tan δ_a＜0.30 0.05≦tan δ_b≦0.15 0.10＜tan δ_c≦0.20 53≦E_a≦66 66＜E_b＜73 43≦E_c＜57 の範囲内としたことを特徴とした空気入りタイ
ヤ。