(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円環状のタイヤカ−カスのタイヤラジアル方向外側にベルト層が配置され、該ベルト層の上部にベルト層を覆ってタイヤ軸方向に広がるベ−ストレッドゴムが貼着され更にその上部にタイヤの踏面部となりタイヤ中央部から両肩部にかけて前記ベ−ストレッドゴムを覆って配置されるキャップトレッドゴムが配置されるタイヤにおいて、前記ベ−ストレッドゴムは、キャップトレッドゴムとの体積比を８０／２０乃至２０／８０とされ、Ｎ２  ＳＡの値が７０ｍ２  ／ｇ以上の粒径のカ−ボンを３０乃至５５重量部配合されたものであって、該ベ−ストレッドゴムに融点が１３０℃〜１８０℃のシンジオタクティック−１、２−ポリブタジェンを１〜３０重量部含有させたことを特徴とする重荷重用空気入りタイヤ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
重荷重用空気入りタイヤのトレッドゴムの性能改良に関する。特に、キャップ／ベ−ストレッド構造タイヤのベ−ストレッドゴム質の改良に関する。
【０００２】
【従来技術】
タイヤの使用条件の過酷化につれてトレッドゴムに要求される性能が多岐に亙りしかも要求値が高度化してきている為に、これを解決する手段の一つとしてトレッドゴムを二層構造として各々のゴム層に重要な特性を特徴的に発揮させる様にし、しかも相互に不足する性能を補完させる様にしたキャップ／ベ−ストレッド構造が使用されている。特に最近では、タイヤの耐摩耗性能の向上要求が増大して、キャップトレッドゴムに耐摩耗性の良い合成ゴムが使用されたり、又は粒径の小さいカ−ボン種即ち高級なカ−ボン種が使用される様になって来ている。この為キャップトレッドゴムの発熱が増加するので、低発熱のベ−ストレッドゴムの体積を可能な限り増加しようとする結果、ベ−ストレッドゴムに対してキャップトレッドゴムの肉厚が減少し、比較的短期間の走行によってキャップトレッドゴムが摩耗し尽くし下層のベ−ストレッドゴムがタイヤ踏面部に露出することからベ−ストレッドゴムの耐摩耗性がキャップトレッドゴムの耐摩耗性に近いレベルに設定されることが要求されている（現状では一般に、ベ−ストレッドゴムの耐摩耗はキャップトレッドゴムの７５％以上必要とされている）。従って、ベ−ストレッドゴムのカ−ボン種として耐摩耗性の良い前記高級カ−ボンが使用される一方で、ベ−ストレッドゴムの更なる低発熱化を図るためにカ−ボンの一部量がシリカ／シラン混合充填剤に置き換えられカ−ボン量を減ずることが行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、シリカとシランの混合充填剤がベ−ストレッドゴムに混入されると、タイヤ踏面部の摩耗が進行し走行時踏面部にカットを受けこれがベ−ストレッドゴムに到達した場合そこからベ−ストレッドゴムが引裂き破壊を発生する問題があった。又、ベ−ストレッドゴムの発熱性を向上させる為にシリカ／シラン混合充填剤を混入せずに単にカ−ボン量を減少することも試みられたが、ベ−ストレッドゴムの抗破壊性が低下する為に矢張り前記引裂き破壊の発生が起こり易くなると共にベ−ストレッドゴムに耐摩耗性の低下をもたらし実用化が困難であった。
【０００４】
従って本発明の目的は、耐摩耗性をキャップトレッドゴムの耐摩耗性に近いレベルに維持しながら、抗破壊性を犠牲にすることなく低発熱性を向上したベ−ストレッドゴムを考案実用化することによって摩耗寿命が長く、低発熱でトレッド部耐久性の良い重荷重用空気入りタイヤを得ることである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決し上記目的を達成するために、本発明の重荷重用空気入りタイヤにおいては、請求項１に記載の如く、円環状のタイヤカ−カスのタイヤラジアル方向外側にベルト層が配置され、該ベルト層の上部にベルト層を覆ってタイヤ軸方向に広がるベ−ストレッドゴムが貼着され更にその上部にタイヤの踏面部となりタイヤ中央部から両肩部にかけて前記ベ−ストレッドゴムを覆って配置されるキャップトレッドゴムが配置されるタイヤにおいて、前記ベ−ストレッドゴムは、キャップトレッドゴムとの体積比を８０／２０乃至２０／８０とされ、Ｎ２  ＳＡの値が７０ｍ２  ／ｇ以上の粒径のカ−ボンを３０乃至５５重量部配合されたものであって、該ベ−ストレッドゴムに融点が１３０℃〜１８０℃のシンジオタクティック−１、２−ポリブタジェン（ＳＰＢ）を１〜３０重量部含有させたことを特徴としている。ここで配合ゴムの物性値のバラツキを考慮して、好ましくはＳＰＢの融点を１４０℃〜１５０℃とし、且つＳＰＢの混入量を５〜２０重量部の範囲に設定するほうがよい。又、配合ゴム製造時の練り加工性を改良する為にベ−ストレッドゴムのポリマ−組成としては、天然ゴムに２５重量部以下のポリジェンゴムをブレンド（混合）することが出来る。
【０００６】
尚、上記範囲の融点は、シンジオタクティック−１、２−ポリブタジェン（ＳＰＢ）の製造時にブレンド（混合）されるブタジェンの重量部数を調節することで得ることが出来る。又、ＳＰＢの融点はその製造時において、特定の触媒成分溶液とブタジェン／水混合物との反応混合物に二硫化炭素を混和して出来た重合反応混合物にアルコ−ル類、ケトン類、ニトリル類、アルデヒド類、アミド類を添加することにより制御出来ることが既に知られておりこの方法によることも出来る。又、ＳＰＢの融点の値は、市販の示差熱分析装置によって測定される。
【０００７】
更に、前記カ−ボンの粒径値Ｎ２  ＳＡは窒素吸着法により測定した数値であり、Ｎ２  ＳＡの値が７０ｍ２  ／ｇ以上の粒径のカ−ボンとしてＨＡＦ、ＩＳＡＦ等を用いることが出来る。
【０００８】
【作用】
先ず、多くの実験結果に基づく知見によって設定されたベ−ストレッドゴムの基本的な設計内容を説明する。ベ−ストレッドゴムとキャップトレッドゴムとの体積比が８０／２０より大きくなりベ−ストレッドゴムの体積が過大に増加すると、タイヤ走行により早期にキャップトレッドゴムが摩滅して、その後は耐摩耗性、耐カット性に劣るベ−ストレッドゴムがタイヤ踏面部に露出して走行する期間が過剰に長くなるためにタイヤの摩耗寿命を低下させ、或は走行中でのカット傷を多く受けてタイヤ寿命末期での外観を悪化させる。又逆にベ−ストレッドゴムとキャップトレッドゴムとの体積比が２０／８０を下まわり低発熱のベ−ストレッドゴムの量が少なくなるとタイヤトレッド部の発熱が増加しタイヤの耐久性を低下させる。従って、ベ−ストレッドゴムとキャップトレッドゴムとの体積比は８０／２０乃至２０／８０の範囲に設定されている。
【０００９】
又、ベ−ストレッドゴムがタイヤ踏面部に露出して走行する期間での耐摩耗性を出来るだけキャップトレッドゴムの耐摩耗性に近かづける為に、前記Ｎ２  ＳＡ値で表したＨＡＦ級以下の小さい粒径のカ−ボンを３０乃至５５重量部の範囲内でベ−ストレッドゴムに混入しゴムを補強させている。前記カ−ボン量が３０重量部以下では耐摩耗性を維持出来ず一方５５重量部以上ではベ−ストレッドゴムの低発熱性を低下させる。
【００１０】
更に又、ベ−ストレッドゴムのポリマ−としては、低発熱性の面からは天然ゴム１００％とするのが良いが、ベ−ストレッドゴム製造時の混練及び押出し作業性を向上する為にポリジェンゴムが２５重量部以下の量で天然ゴムに混入（ブレンド）される。尚、この時混入量が２５重量部以上になるとベ−ストレッドゴムの強伸力（伸張試験において、ゴム切断時の強力と伸びの値）が小さくなりゴムの抗破壊性が低下して、タイヤ走行時に路面上の異物から受けるトレッド踏面部のカット故障やトレッドのタイヤ軸方向の両端部に配置されたパタ−ンブロックが路面上の突起物に乗り上げた際に引き裂かれる故障（リブティアと呼称）が増加する。
【００１１】
更に発明者が、ロス成分（損失正接、ｔａｎδ）に対して剛性（弾性率、Ｅ）の値が大きく従って発熱が小さいことが従来から知られているシンジオタクティック−１、２−ポリブタジェン（ＳＰＢ）を混入したゴムについて、ＳＰＢが混入されない通常のゴムと対比させて応力〜ひずみ特性試験を実施して、図３に示す如く、ＳＰＢ混入ゴムでは、３００％以下のひずみ領域で通常のゴム対比大きな弾性率が得られ、又３００％以上のひずみ領域で通常のゴム対比同一応力に対して大きな伸びが得られるとの結果を得て、ＳＰＢをベ−ストレッドゴムに混入することによって低発熱性が向上し、しかも３００％以下の変形が主体のトレッド踏面に入る衝撃的な外力に対してゴムのひずみが小さく耐カット性で有利となり、又３００％以上の変形が発生する前記路面上の突起物乗り上げに際しては大きく伸び易い特性で追従しリブティア故障を防止し得るとの知見を得たことに基づいて、本発明では、ベ−ストレッドゴムの基本的な設計内容を前記の如く設定した上で、シンジオタクティック−１、２−ポリブタジェン（ＳＰＢ）がベ−ストレッドゴムに適量混入されるために耐カット性、耐リブティア性を損なうことなくベ−ストレッドゴムの発熱性が向上される。
【００１２】
この時ベ−ストレッドゴムに混入されるＳＰＢの量が３０重量部以上ではＳＰＢがゴムと融和せずゴム中に異物状となってゴムの強伸力を低下させ前記抗破壊性を低下させる。又当然のことであるが１重量部以下では効果が出ない。
【００１３】
又ここで、ＳＰＢ配合のゴムは物性値の温度依存性が大きく、図２に示す如く、タイヤの使用温度領域において融点が１３０℃未満のＳＰＢを配合したゴムはそのモジュラス値がＳＰＢを混入しない通常のゴムの値以下に低下し低発熱性のメリットを失うこととなり、一方融点が１８０℃を越えるＳＰＢ配合のゴムでは、ゴムの混練作業時のゴム温度が通常１８０℃と設定されている為にＳＰＢが溶融せずゴム中に異物状として存在し前記抗破壊性を低下させると共に耐摩耗性を低下させる。
【００１４】
【実施例】
図１に示す如く、円環形状の一層のスチ−ルカ−カス層１とその頭頂部にリング状の四層のベルト層２が配設され更にその上部に前記キャップ／ベ−ストレッド３を載置して成る構造の重荷重用空気入りラジアルタイヤ１１Ｒ２２．５  １４ＰＲに本発明を適応した実施例を比較例と対比させて以下に説明する。表１に記した実施例１、２、３及び比較例１乃至４において、各々のタイヤはベ−ストレッドゴム４とキャップトレッドゴム５の体積比率、及びベ−ストレッドゴムの配合内容が種々変更されている。特にベ−ストレッドゴムの配合内容の変更は天然ゴムとポリジェンゴムとのブレンド比率、カ−ボン（尚、カ−ボン種はＩＳＡＦを使用）の充填量、シンジオタクティック−１、２−ポリブタジェン（ＳＰＢ）の融点と混入量、等を種々変更することによって行われている。但し、比較例４は、従来使用されていた標準的なキャップ／ベ−スタイヤの場合であってベ−ストレッドゴムの配合内容の内低発熱剤としてシリカ／シランが配合されている。尚、これらの各タイヤにおいてキャップトレッドゴム質及び上記以外のタイヤ内部構造材料は全て同一とされている。
【表１】
0003557243.tif 000002
【００１５】
次に、上記の各種のタイヤについて、ベ−ストレッドゴムのモジュラス及びロス成分の測定を行い、更に実地走行試験を行ってトレッド両端部のパタ−ンブロックの耐リブティア性、タイヤの摩耗寿命、摩耗寿命末期でのトレッドゴムの耐カット性、ベルトとベ−ストレッドゴムの境界部における発熱温度（表１には発熱性と記した）を評価した。尚、ベ−ストレッドゴムのモジュラスはＪＩＳ＃３形状の試験片にてインストロン引張試験機を用いて測定した。ロス成分（ｔａｎδ）はスペクトロメ−タ−を用いて長さ２０×幅４．７×厚さ２ｍｍの試験片に加振周波数５２Ｈｚで２％の繰り返し歪みを加えて測定した。又、タイヤの実地走行試験は１０屯トラックに試験タイヤを装着し、ＪＩＳ規格正規内圧荷重にて良路を１０万ｋｍ走行の後上記の各項目を常套の測定方法で評価した。
【００１６】
表１において、比較例４は従来のキャップ／ベ−ス構造のタイヤであって、トレッド体積５０％のベ−ストレッドゴムが天然ゴム（ＮＲゴム）１００％、ＩＳＡＦカ−ボン３２重量部の基本配合にシリカ／シランを添加した配合とされており、低発熱性は所望通りに得えられているが実地走行でリブティアが散発しトレッドの耐久性が劣る。比較例１のタイヤは低発熱性の面では十分であるが、トレッド部の体積が殆どベ−ストレッドゴムで占められており、しかもベ−ストレッドゴムの配合において、過大な量のポリジェンゴムがブレンドされカ−ボン充填量が少ない為にベ−ストレッドゴムの抗破壊性が低く耐ティア性に劣り更に耐摩耗性が低下している。又ベ−ストレッドゴムに融点が低いＳＰＢを大量に混入している為に１００％以下の低伸度でのモジュラスが小さく耐カット性が低下しタイヤの走行末期の外観を悪くしている。比較例２では、トレッドゴム中に占めるベ−ストレッドゴムの体積を極端に小さくした上、ベ−ストレッドゴムに多量のカ−ボンを充填していることから発熱性が悪く、一方融点が高過ぎるＳＰＢを過量に添加した為にＳＰＢがゴム中に溶融混合せず異物状に存在して発熱を抑えるに至っていない。比較例３では、比較例４の従来タイヤのベ−ストレッドゴムからシリカ／シランを除いてカ−ボンを増加しただけであるので耐ティア性は改善されているが発熱性が悪くなっておりしかも１００％モジュラスが低下して耐カット性を悪化させており長所の無いタイヤと成っている。
【００１７】
一方、実施例１のタイヤでは、天然ゴム１００％のベ−ストレッドゴムのトレッドゴム中に占める体積が大きくしかもＳＰＢの混入でベ−ストレッドゴムのｔａｎδが小さい為にタイヤの低発熱性に優れており、更にＳＰＢの効果により５００％モジュラスが小さく伸び易くなっているので耐ティア性にも優れている。実施例２では、トレッドゴム中に占めるベ−ストレッドゴムの体積が過去の実績のある範囲に設定されていると共に、ＳＰＢの効果が発揮されて比較例４の従来タイヤ対比１００％モジュラス値が高く５００％モジュラスが低く、又ロス成分ｔａｎδが小さく実地試験の全ての評価で優れている。実施例３のタイヤでは、トレッドゴム中に占めるベ−ストレッドゴムの割合が少なくベ−ストレッドゴム中に比較的多量のカ−ボンが投入されている為に耐摩耗性は大きく向上するが一方ＳＰＢの低発熱効果が出難くタイヤの発熱性の向上は少ない。
【００１８】
【発明の効果】
以上の実施例、比較例の試験結果から理解される様に、キャップ／ベ−ス構造の空気入りタイヤにおいて、ベ−ストレッドゴムとキャップトレッドゴムの体積比率を本発明の範囲内に設定し、更にベ−ストレッドゴムのポリマ−のブレンド比率、カ−ボンの充填量、及び添加するシンジオタクティック−１、２−ポリブタジェン（ＳＰＢ）の融点と混入量を本発明の範囲内に設定することによって、摩耗寿命が長く、低発熱でトレッド部のカットやトレッドパタ−ンブロックの引き裂けが起こり難い耐久性の良い重荷重用空気入りタイヤを得ることが出来る。更に又、低発熱材料としてＳＰＢを使用することによって、シリカ／シランを使用する場合に比べ原料コストが安価であることからタイヤ材料費を低減出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した重荷重用ラジアルタイヤの断面図を示す図である。
【図２】走行時のトレッド内部の温度とベ−ストレッドゴムのモジュラスの関係図である。
【図３】ベ−ストレッドゴムの応力〜歪みの関係図である。
【符号の説明】
１  カ−カス層
２  ベルト層
３  キャップ／ベ−ストレッド
４  ベ−ストレッドゴム
５  キャップトレッドゴム
【図１】
0003557243.tif 000003
【図２】
0003557243.tif 000004
【図３】
0003557243.tif 000005