JP5065303B2

JP5065303B2 - 安全タイヤ

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Publication number: JP5065303B2
Application number: JP2008557141A
Authority: JP
Inventors: 寛治藤木
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2007-02-06
Filing date: 2008-02-06
Publication date: 2012-10-31
Anticipated expiration: 2028-02-06
Also published as: EP2123489B1; RU2009133286A; CN101610921A; US20100126648A1; ATE542682T1; WO2008096786A1; JPWO2008096786A1; KR20090107086A; ES2380873T3; CN101610921B; EP2123489A1; KR101386796B1; RU2440251C2; EP2123489A4; BRPI0807081A2

Description

本発明は、外傷やパンクなどによってタイヤの充填内圧が低下しても継続走行可能な安全タイヤ、所謂、ランフラット・タイヤに関し、特にタイヤ受傷後の走行における耐久性（ランフラット耐久性）及び通常走行時の振動乗り心地性（乗り心地性）の双方に優れた安全タイヤに関する。

近年、車両の高速化に伴い、タイヤも高性能化への要求が一段と高まる一方、車両の軽量化要求からスペアタイヤ、すなわち、パンクなどによってタイヤの充填内圧が低下しても、荷重を支えてタイヤが継続して走行可能なタイヤが要求されている。
この代表的なものとして、リムフランジの上端近傍からベルト層の端部に至る区域におけるカーカス層の内面側を、三日月状の補強ゴム層によって補強した構造の空気入りラジアルタイヤ（ランフラット・タイヤ）が提案され実用化されている。

従来のランフラット・タイヤでは、サイドウォール部の剛性を高める必要から、ゴム組成物、または、ゴム組成物と繊維などの複合体からなるサイド補強層が配設されている。
一般に、パンクなどにより、タイヤの内圧が低下した場合での走行、所謂、ランフラット走行状態になると、タイヤのサイドウォール部分の変形が大きくなるにつれ、サイド補強層の変形も大きくなり、発熱が大きく、場合によっては２００℃以上に達する。このような状態では、サイド補強層が破壊限界を超え、タイヤ故障に至ることがある。

このような故障に至るまでの時間を稼ぐ手段として、配設するサイド補強層及びビードフィラーの最大厚さを増大するなど、ゴムの体積を増加させるもの、或いは硬いゴムを使用するもの（例えば、特許文献１参照）が知られているが、このような方法を採ると、乗り心地の悪化や、タイヤ質量の増加及び騒音レベルの増大などの好ましくない事態が発生することがある。

一方、上記の事態、例えば、乗り心地の悪化を回避するために、配設するサイド補強ゴム層及びビードフィラーの体積を減少させると、ランフラット時の荷重を支えきれず、ランフラット時にタイヤのサイドウォール部分の変形が非常に大きくなり、ゴム組成物の発熱増大を招き、結果としてタイヤは、より早期に故障に至る問題があった。また、配合する材料を変えることにより使用するゴムをより低弾性化させた場合も同様に、ランフラット時の荷重を支えきれず、タイヤのサイドウォール部分の繰り返し変形が非常に大きくなり、ゴム組成物の発熱増大を招き、結果としてタイヤは、より早期に故障に至ってしまうのが実情である。

このため、ランフラット時の耐久性と通常走行における乗り心地とを両立させるタイヤとして、剛性の高いゴムの中に柔らかい弾性多孔部を持つサイド補強層を持つタイヤ（例えば、特許文献２参照）や、硬軟２種のゴムを組み合わせ、最も圧縮を受ける部分に軟ゴムを配したタイヤ（例えば、特許文献３参照）、或いは硬さの異なるゴムを波状に配したサイド補強層を持つタイヤ（例えば、特許文献４及び５参照）などが試みられている。
しかしながら、これらの文献に記載されるサイド補強層を持つタイヤは、未だ十分なランフラット耐久性及び通常走行時の乗り心地性を満足するものではなく、また、硬軟２種のゴムを用いる場合には、ゴム層間の剛性段差が大きくなると、層間でのセパレーション故障が発生しやすくなる課題が生じているのが現状である。
特開平１１−２６３１０６号公報（特許請求の範囲、実施例等）特開２００２−１９４３１号公報（特許請求の範囲、実施例等）特開平５−２３８２１５号公報（特許請求の範囲、実施例等）特開２００１−１３８７２１号公報（特許請求の範囲、実施例等）特開２０００−３４３９１４号公報（特許請求の範囲、実施例等）

本発明者は、三日月状の補強ゴム層によって補強した構造の安全タイヤを用いてランフラット走行試験を実施、その故障状態を調べてみると、三日月状の補強ゴム層の最大変形部、すなわち、内圧低下後のランフラット走行時における最大歪振幅部の内面側からクラックが発生し、これがタイヤの幅方向に進展していき、ついにはＣＢＵと称するカーカス層のコード切れを誘発して、走行不能となるケースがほとんどである。
この現象を検討した結果、これはランフラット走行の初期においては上記三日月状補強ゴム層の弾性機能が維持されているものの、走行距離が増加するに従ってゴムの内部発熱により補強ゴム層自体の熱劣化が起こり、補強ゴム層の弾性機能が低下することによって、最大歪振幅部の入力歪が増大し、サイド補強層が破壊限界を超え、クラックが発生することが判った。
そこで、上述した課題を解決するには、上記補強ゴム層の肉厚を全体的に厚くしてやれば、補強ゴム層の変形そのものを抑制することによって、上述した熱劣化に起因する補強ゴム層の弾性機能低下を阻止することができることとなる。
しかしながら、補強ゴム層の肉厚を全体的に厚くすると、通常の走行時における乗り心地は大幅に低下してしまうことになる。

一般に、ランフラット時の耐久性と通常走行における乗り心地とを両立させるタイヤとして、三日月状の補強ゴム層を異なるゴム層、すなわち、サイドウォール部の中央部を主体とするカーカス層側に配置した高弾性ゴム層と、これにより低硬度・低弾性である耐クラック性ゴム層を、前記高弾性ゴム層のタイヤ軸方向内側に有する構成とすることで、サイドウォール部の中央部を主体とするカーカス層側に配置した高弾性ゴム層が、ランフラット走行時に荷重を支持し、また、ランフラット走行時における最大歪振幅部の内面側には、耐クラック性ゴム層が配置されることになり、クラック発生を抑制し、ランフラット走行時の耐久性を大幅に向上させることができる。
すなわち、この補強ゴムの構成は、補強ゴム層の肉厚を全体的に厚くする必要がなく、肉厚の増加に起因する通常の走行時における乗り心地の悪化が解消すると共に、ランフラット走行時における耐久性を大幅に向上させることができるのである。
しかしながら、硬軟２層となるサイド補強ゴムを用いる場合は、上述の如く、そのゴム弾性率の違いから乗じる界面近傍の剛性段差により応力が集中し、界面部からクラックが発生する現象が生じることがあり、結果的に、より早期に故障に至ってしまう課題がある。

そこで、本発明は、上記従来技術の課題及び現状等に鑑み、これを解消するためになされたものであり、ランフラットタイヤの機能であるランフラット耐久性を維持したままで、通常走行時における乗り心地に優れる安全タイヤを提供することを目的とする。

本発明者は、上記従来の課題等を解決するために、界面部からのクラックの原因となる剛性段差をなくすため、カーカス層側からインナーライナー層側にかけて、弾性率を徐々に変化させることにより、ランフラット走行時においても界面クラック発生を抑制できることを見い出すことにより、上記目的の安全タイヤを得ることに成功し、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）少なくとも、ビード部と、カーカス層と、トレッド部と、インナーライナー層と、三日月状の環状サイド補強ゴム層とを備えてなる安全タイヤであって、上記サイド補強ゴム層が、カーカス層側からインナーライナー層側にかけて、補強ゴム内の径方向のいかなる部分においても隣接する２ｍｍ層の１００％伸張モジュラスの差が０．１〜１．０ＭＰａの範囲で弾性率が徐々に減少していることを特徴とする安全タイヤ。
（２）左右一対のビード部と、該ビード部の一方から他の一方へ繋がる少なくとも一枚のカーカス層と、該カーカス層のタイヤ半径方向外側に配設されたトレッド部と、該トレッド部の左右に配置された一対のサイドウォール部と、上記カーカス層の内側に位置するインナーライナー層と、サイドウォール部に相当する部分のカーカス層とインナーライナー層との間に位置する一対の三日月状の環状サイド補強ゴム層とを備えてなる安全タイヤであって、上記サイド補強ゴム層が、カーカス層側からインナーライナー層側にかけて、補強ゴム内の径方向のいかなる部分においても隣接する２ｍｍ層の１００％伸張モジュラスの差が０．１〜１．０ＭＰａの範囲で弾性率が徐々に減少していることを特徴とする安全タイヤ。
（３）上記サイド補強ゴム層は、軸方向内側よりも高弾性なゴムであることを特徴とする上記（１）又は（２）記載の安全タイヤ。
（４）上記サイド補強ゴム層は、軸方向外側の１００％伸張モジュラスが６．０ＭＰａ以上であることを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれか一つに記載の安全タイヤ。
（５）上記サイド補強ゴム層は、軸方向内側の１００％伸張モジュラスが１２ＭＰａ以下で、かつ、軸方向外側よりも低弾性なゴムであることを特徴とする上記（１）〜（４）のいずれか一つに記載の安全タイヤ。

本発明によれば、サイド補強ゴム層の深さ方向に弾性分布を持たせることにより、通常走行における乗り心地性を改善できると共に、ランフラット走行時には、タイヤ撓み増加及び内面部のクラック発生を抑制し、更に補強ゴム内の界面クラックの発生も抑制し、ランフラット耐久性の維持及び向上にも優れた安全タイヤが提供される。

本発明の実施形態の一例を示す安全タイヤの概略断面図である。（ａ）は本発明において「サイド補強ゴム層内の径方向のいかなる部分においても隣接する２ｍｍ層」の意味を説明するための説明図、（ｂ）はサイド補強ゴム層の軸方向内側及び軸方向外側を説明する説明図である。

符号の説明

Ａ安全タイヤ
１ビード部
２カーカス層
３補強ベルト
４トレッド部
５サイドウォール部
６インナーライナー層
７サイド補強ゴム層

以下に、本発明の実施形態を図面を参照しながら詳しく説明する。
図１は、本発明の実施形態の一例を示す安全タイヤの左半分の子午線による概略断面図である。なお、本発明は、この概略断面図に何ら限定されるものでない。
本実施形態の安全タイヤＡは、図１に示すように、左右一対のビード部１と、該ビード部１の一方から他の一方へ繋がる少なくとも一枚のカーカス層２と、該カーカス層２のタイヤ半径方向外側に配設されたトレッド部３と、トレッドゴム層とカーカス層のクラウン領域の間に配置された補強ベルト４と、該トレッド部３の左右に配置された一対のサイドウォール部５と、上記カーカス層２の内側に位置するインナーライナー層６と、サイドウォール部に相当する部分のカーカスとインナーライナー層６との間に位置する一対の断面が三日月状の環状サイド補強ゴム層７とを備えたものである。

本発明では、界面部からのクラックの原因となる剛性段差をなくすため、カーカス層側からインナーライナー層側にかけて、サイド補強ゴム層７の弾性率を徐々に変化させる構成、具体的には、上記サイド補強ゴム層７が、カーカス層側２からインナーライナー層側６にかけて、補強ゴム７内の径方向Ｘのいかなる部分においても隣接する２ｍｍ層の１００％伸張モジュラス（Ｍ１００）の差が０．１〜１．０ＭＰａの範囲、好ましくは、０．１〜０．７ＭＰａの範囲、更に好ましくは、０．１〜０．３ＭＰａの範囲で弾性率が徐々に減少する構成としたものである。
なお、本発明で規定する上記「カーカス層側２からインナーライナー層側７にかけて、補強ゴム７内の径方向のいかなる部分においても隣接する２ｍｍ層」とは、カーカス層側２からインナーライナー層側７にかけて、補強ゴム７内の径方向となる図１中Ｘ方向で（軸方向であるが）切ったものは、その径方向位置がサイド補強ゴム層７のどこで切っても隣接する２ｍｍ層」になるという意味であり、図２（ａ）に示すように、どの矢印においても２ｍｍ層となるという意味である。また、本発明で規定する「１００％伸張モジュラス（Ｍ１００）」は、ＡＳＴＭＤ４１２に準拠する１００％伸張モジュラス（Ｍ１００）をいう。
上記隣接する２ｍｍ層の１００％伸張モジュラス（Ｍ１００）の差が１．０ＭＰａを超える剛性段差があると、界面クラックが発生しやすくなり、一方、１００％伸張モジュラス（Ｍ１００）の差が０．１ＭＰａ未満であると、乗り心地性が悪化することとなる。

このサイド補強ゴム層７の隣接する２ｍｍ層の弾性率を０．１〜１．０ＭＰａの範囲で徐々に変化させるためには、配合が異なるゴム組成物を積層させたサイド補強ゴムを用いることができる。配合としては、加硫剤（硫黄、加硫促進剤）の種類や量、若しくは充填剤（カーボンブラック、シリカ等）の種類や量を変えることで実現することができる。サイド補強ゴム層７の積層枚数としては、タイヤ種、タイヤサイズ等により異なるが、５〜２０枚積層させたサイド補強ゴム層が挙げられる。

また、同一ゴム組成物を用いる場合には、ゴム部材の予備加硫を行いカーカス層側のみ、加硫を進行させておくこと、若しくはタイヤの加硫条件を工夫することで、カーカス層側からインナーライナー層側にかけてサイド補強ゴム層７の隣接する２ｍｍ層の弾性率を徐々に変化させることができる。
上記サイド補強ゴム層７の隣接する２ｍｍ層の弾性率を徐々に変化させる形態としては、好ましくは、隣接する２ｍｍ層度に一定（均等）の弾性率で変化させる形態が望ましい。また、サイド補強ゴム層７の最大厚さとしては、タイヤ種、タイヤサイズ等により異なるが、５〜２０ｃｍとすることが好ましく、更に好ましくは、５〜１５ｃｍとすることが望ましい。

更に好ましい態様としては、上記サイド補強ゴム層７は、軸方向内側よりも高弾性なゴムであることが好ましく、更に、軸方向外側の１００％伸張モジュラスが６．０ＭＰａ以上、好ましくは、７〜１１ＭＰａとすることが望ましい。
また、軸方向内側の１００％伸張モジュラスが１２ＭＰａ以下で、好ましくは、３〜７ＭＰａで、かつ、軸方向外側よりも低弾性なゴムである構成とすることが望ましい。
なお、本発明において、「軸方向内側」とは、図２（ｂ）に示すように、軸方向最内層（インナーライナー層に隣接する補強ゴム部分）から２ｍｍ（図中Ｙ）を意味し、「軸方向外側」とは、軸方向最外層から２ｍｍ（図中Ｚ）を意味する。

更に、カーカス層側２とインナーライナー層６との１００％伸張モジュラスの差は、０．５ＭＰａ以上、好ましくは、１．０ＭＰａ以上（〜７．０ＭＰａ）であれば、更にランフラット時の耐久性と通常走行における乗り心地とを高度に両立することができることとなる。

このように構成される本発明の安全タイヤでは、サイド補強ゴム層を、カーカス層側からインナーライナー層側にかけて、補強ゴム内の径方向のいかなる部分においても隣接する２ｍｍ層の１００％伸張モジュラスの差が０．１〜１．０ＭＰａの範囲で弾性率が徐々に減少する弾性分布、好ましくは、均等に減少する弾性分布を持たせる構成とすることにより、通常走行における乗り心地性を改善できると共に、ランフラット走行時には、タイヤ撓み増加及び内面部のクラック発生を抑制し、更に補強ゴム内の界面クラックの発生も抑制し、ランフラット耐久性の維持及び向上にも優れた安全タイヤが得られるものとなる。

特に、軸方向外側の１００％伸張モジュラスが６．０ＭＰａ以上とし、更に、軸方向内側よりも高弾性なゴムとし、また、軸方向内側の１００％伸張モジュラスが１２ＭＰａ以下で、かつ、軸方向外側よりも低弾性なゴムとすることにより、更に、ランフラット時の耐久性と通常走行における乗り心地とを高度に両立することができる。

本発明の安全タイヤは、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲で種々変更することができるものである。
上記実施形態において、安全タイヤを、図１に示すように、左右一対のビード部１と、該ビード部１の一方から他の一方へ繋がる少なくとも一枚のカーカス層２と、該カーカス層２のタイヤ半径方向外側に配設されたトレッド部３及び補強ベルト４と、該トレッド部３の左右に配置された一対のサイドウォール部５と、上記カーカス層２の内側に位置するインナーライナー層６と、サイドウォール部に相当する部分のカーカス層２とインナーライナー層６との間に位置する一対の断面が三日月状の環状サイド補強ゴム層７とを備えた安全タイヤの構造で説明したが、少なくとも、ビード部と、カーカス層と、トレッド部と、インナーライナー層と、三日月状の環状サイド補強ゴム層とを備えた安全タイヤであって、上記サイド補強ゴム層が、カーカス層側からインナーライナー層側にかけて、補強ゴム内の径方向のいかなる部分においても隣接する２ｍｍ層の１００％伸張モジュラスの差が０．１〜１．０ＭＰａの範囲で弾性率が徐々に減少する構成、好ましくは、均等に弾性率が減少する構成の安全タイヤであれば特に限定されず、例えば、カーカスがビードを巻いていないなどの構造の安全タイヤであってもよいものである。

次に、本発明を実施例及び比較例により更に詳しく説明するが、本発明は下記実施例に限定されるものではない。本実施例では、配合が異なるゴム組成物を積層させたサイド補強ゴムを用いた実施例を示す。

〔実施例１〜３及び比較例１〜２〕
下記方法により各ゴム組成物を調製し、各安全タイヤを作製した。
（ゴム組成物の調製）
天然ゴム３０質量部、ブタジエンゴム（シス−１，４−ポリブタジエン）７０質量部からなるゴム成分に対して、カーボンブラック（ＦＥＦ）５０質量部、プロセスオイル５．０質量部、亜鉛華４．５質量部、ステアリン酸１．０質量部、老化防止剤６Ｃ〔Ｎ−フェニル−Ｎ´−（１，３−ジメチルブチル）−ｐ−フェニレンジアミン〕２．０質量部、加硫促進剤ＮＳ（Ｎ−ｔ−ブチル−２−ベンゾチアゾリルスルフェンアミド）３質量部、及び下記表１に示す種類と量の高温加硫促進剤とイオウからなるゴム組成物を調製した。

（タイヤの製造）
サイド補強ゴム層を異にする乗用車用タイヤ（タイヤサイズ２１５／４５ＺＲ１７）を常法に従って製造した。サイド補強ゴム層の構造は、比較例１の従来のサイド補強ゴム層は、三日月状の一層からなる従来ゴムを用いた。比較例２は、硬軟２層のサイド補強ゴム層、実施例１では、加硫促進剤ＴＯＴと硫黄量を徐々に変量したゴム組成物を用いて、隣接する２ｍｍ層度に均等の弾性率で変化させた１０層を積層していき三日月状の１０層サイド補強ゴム層を調製した。また、実施例２及び３では、加硫促進剤ＴＯＴと硫黄量を徐々に変量したゴム組成物を用いて、隣接する２ｍｍ層度に均等の弾性率で変化させた２０層又は８層を積層していき三日月状の２０層又は８層のサイド補強ゴム層を調製した。なお、各サイド補強ゴム層の全体としての最大厚みは１５ｍｍとした。また、サイド補強ゴム層の１００％モジュラス（Ｍ１００）、隣接層間の１００％モジュラス（Ｍ１００）は、下記方法により測定した。

このようにして得られた各試作タイヤについて、下記各評価方法により、乗り心地性及びランフラット耐久性の評価を行った。
これらの結果を下記表１に示す。なお、全ての試験タイヤの内圧充填時耐久性は問題のないレベルであった。

（サイド補強ゴム層のＭ１００、隣接層間のＭ１００の測定方法）
ＡＳＴＭＤ４１２に準拠して、サイド補強ゴム層のＭ１００、隣接層間のＭ１００を測定した。

（ランフラット耐久性の評価方法）
各試作タイヤを常圧でリム組みし、内圧２３０ｋＰａを封入してから３８℃の室温中に２４時間放置後、バルブのコアを抜き、内圧を大気圧として、荷重４．１７ｋＮ（４２５ｋｇ）、速度８９ｋｍ／ｈｒ、室温３８℃の条件でドラム走行テストを行った。この際の故障発生走行距離をランフラット耐久性とし、比較例１をコントロール（１００）としたときの指数で表した。指数が大きい程ランフラット耐久性は良好である。

（乗り心地性の評価方法）
試作タイヤを乗用車に装着し、専門のドライバー２名により乗り心地製のフィーリングテストを行い、１〜１０の段階の評点をつけその平均値を求めた。値が大きいほど乗り心地性は良好である。

上記表１の結果から明らかなように、本発明範囲となる実施例１〜３の隣接する２ｍｍ層度に均等の弾性率で変化させた１０層積層、２０層積層、８層積層のサイド補強ゴム層を用いた安全タイヤは、本発明の範囲外となる比較例１〜２に較べて、ランフラット耐久性を実用可能なレベルに保持しつつ、かつ、乗り心地性を大幅に向上させることができることが判明した。

本発明の安全タイヤは、タイヤのサイドウォール部を補強し、従来にない良好なランフラット走行ができ乗り心地性にも優れるので、産業上の利用価値が高い。

Claims

少なくとも、ビード部と、カーカス層と、トレッド部と、インナーライナー層と、三日月状の環状サイド補強ゴム層とを備えてなる安全タイヤであって、上記サイド補強ゴム層が、カーカス層側からインナーライナー層側にかけて、補強ゴム内の径方向のいかなる部分においても隣接する２ｍｍ層の１００％伸張モジュラスの差が０．１〜１．０ＭＰａの範囲で弾性率が徐々に減少していることを特徴とする安全タイヤ。
左右一対のビード部と、該ビード部の一方から他の一方へ繋がる少なくとも一枚のカーカス層と、該カーカス層のタイヤ半径方向外側に配設されたトレッド部と、該トレッド部の左右に配置された一対のサイドウォール部と、上記カーカス層の内側に位置するインナーライナー層と、サイドウォール部に相当する部分のカーカス層とインナーライナー層との間に位置する一対の三日月状の環状サイド補強ゴム層とを備えてなる安全タイヤであって、上記サイド補強ゴム層が、カーカス層側からインナーライナー層側にかけて、補強ゴム内の径方向のいかなる部分においても隣接する２ｍｍ層の１００％伸張モジュラスの差が０．１〜１．０ＭＰａの範囲で弾性率が徐々に減少していることを特徴とする安全タイヤ。
上記サイド補強ゴム層は、軸方向内側よりも高弾性なゴムであることを特徴とする請求項１又は２記載の安全タイヤ。
上記サイド補強ゴム層は、軸方向外側の１００％伸張モジュラスが６．０ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の安全タイヤ。
上記サイド補強ゴム層は、軸方向内側の１００％伸張モジュラスが１２ＭＰａ以下で、かつ、軸方向外側よりも低弾性なゴムであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の安全タイヤ。