JP2013107637A - 剛性が強化されたトレッド - Google Patents

Abstract

【課題】公知の性能面の欠点を最小限に抑えつつタイヤトレッドの各部の剛性特性を向上させる方法が必要である。
【解決手段】 空気入りタイヤ１０は、第１の材料３６で構成されたトレッドベース３４と、第２の材料３８で構成されたトレッドキャップ３２と、第３の材料３９で構成されたリング４０、４２とを含む。トレッドキャップ３２は、トレッドベース３４の半径方向外側に、地面に動作可能に接触するように配置される。リング４０、４２は、少なくとも一部がトレッドキャップ３２内に配置され、半径方向にトレッドベース３４から離れるように延びる。リング４０、４２は、半径方向の剛性が周方向および横方向の剛性よりも高い。第３の材料３９は、空気入りタイヤ１０の動作時にヒステリシスが第２の材料３８よりも実質的に低くなる。第３の材料３９は、地面に至る導電経路を構成する。
【選択図】 図２

Description

本発明は概して、空気入りタイヤに関する方法および装置に関し、特に、ヒステリシスが低く剛性が高い材料がよりヒステリシスが高くより剛性が低い材料を貫通して延びる１つ以上の環状のリングを含むトレッドを有する空気入りタイヤに関する方法および装置に関する。

当業者には、空気入りタイヤのトレッドパターンの性能全体（ウェットハンドリング、ドライハンドリング、および停止のような性能基準を含む）がトレッド部材の剛性特性によって損なわれることがあることが知られている。トレッド部材の剛性を高める公知の方法には、比較的剛性の高いトレッド基材を使用する方法と、比較的剛性の高いトレッドキャップ材料を使用する方法とが含まれる。

Ｈ．Ａ．Ｐａｌｏｗｓｋｉ，ｅｔ ａｌ、「Ｒｕｂｂｅｒ Ｗｏｒｌｄ」、１９９２年６月および１９９７年１月 「Ｒｕｂｂｅｒ＆Ｐｌａｓｔｉｃ Ｎｅｗｓ」、１９９３年４月２６日および１９９３年５月１０日 Ｔｅｍｐｌｅ、「Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ ｏｆ Ｐｎｅｕｍａｔｉｃ Ｔｉｒｅｓ」（２００５年） Ｍａｙｎｉ、「Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ Ｔｉｒｅ Ｍｅｃｈａｎｃｓ」（２００５年） Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ、「Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ ｏｆ Ｐｎｅｕｍａｔｉｃ Ｔｉｒｅｓ」、２０７〜２０８頁（１９８１年）

しかし、これらの方法は通常、他のトレッド性能基準が損なわれるという欠点を有する。

第１の弾性率を有する第１の材料によって形成されたセクタと、第２の弾性率を有する第２の材料によって形成された他のセクタと、を有するタイヤトレッドを設けることも公知である。公知の性能面の欠点を最小限に抑えつつタイヤトレッドの各部の剛性特性を向上させる方法が必要である。

本発明による空気入りタイヤは、第１の材料で構成されたトレッドベースと、第２の材料で構成されたトレッドキャップと、第３の材料で構成されたリングとを含む。トレッドキャップは、トレッドベースの半径方向外側に、地面に動作可能に接触するように配置される。リングは、少なくとも一部がトレッドキャップ内に配置され、半径方向にトレッドベースから離れるように延びる。リングは、半径方向の剛性が周方向および横方向の剛性よりも高い。第３の材料は、空気入りタイヤの動作時にヒステリシスが第２の材料よりも実質的に低くなる。

本発明の他の態様によれば、リングは、トレッドキャップのショルダ部内に配置され、空気入りタイヤの転がり抵抗を低減させる。

本発明のさらに別の態様によれば、第３の材料は、弾性率が第２の材料よりも実質的に高い。

本発明のさらに別の態様によれば、第３の材料は、弾性率が第１の材料よりも実質的に高い。

本発明のさらに別の態様によれば、第３の材料は金属である。

本発明のさらに別の態様によれば、第３の材料はポリマーである。

本発明のさらに別の態様によれば、第３の材料はシンジオタクチックポリブタジエンポリマーである。

本発明のさらに別の態様によれば、トレッドキャップとトレッドベースとリングは、同時に硬化される。

本発明のさらに別の態様によれば、第３の材料は、動的損失弾性率が１０００ＫＰａから８０００ＫＰａの間である。

本発明のさらに別の態様によれば、第３の材料は、動的損失弾性率が１５００ＫＰａから５０００ＫＰａの間である。

本発明のさらに別の態様によれば、第２の材料は、動的損失弾性率が２５０ＫＰａから３０００ＫＰａの間である。

本発明のさらに別の態様によれば、第２の材料は、動的損失弾性率が５００ＫＰａから２５００ＫＰａの間である。

本発明のさらに別の態様によれば、第３の材料と第２の材料との動的損失弾性率の差は５００ＫＰａよりも大きい。

本発明のさらに別の態様によれば、第３の材料と第２の材料との動的損失弾性率の差は１０００ＫＰａよりも大きい。

本発明による他のタイヤは、カーカスと、第１の材料で形成されたトレッドベース、第１の材料と実質的に異なる剛性特性を有する第２の材料で形成されたトレッドキャップ、および第１の材料と実質的に異なる剛性特性を有する第３の材料で形成されたリングを有するトレッドとを含む。リングは、トレッドベースからトレッドキャップを貫通してトレッドの地面接触面まで延びる。

［定義］
「エイペックス」は、ビードコアの半径方向上方およびプライと折返しプライとの間に配置された弾性フィラーを意味する。

「環状の」は、リング状に形成されることを意味する。

「アスペクト比」は、断面幅に対する断面高さの比を意味する。

「軸線方向の」および「軸線方向に」は、本明細書では、タイヤの回転軸線に平行なラインまたは方向を指すのに使用される。

「ビード」は、プライコードによって覆われ、設計リムに嵌るように、フリッパ、チッパ、エイペックス、トウガード、およびチェーファーのような他の補強部材とともにまたはそのような他の補強部材なしで形作られた環状の引張り部材を有するタイヤの部分を意味する。

「ベルト構造」は、織物または不織布であり、トレッドの下方に位置し、ビードに固定されず、タイヤの赤道面に対して傾斜したコードを有する、互いに平行な複数のコードの少なくとも２つの環状の層つまりプライを意味する。ベルト構造は、比較的小さい角度に傾斜し、制限層として働く、互いに平行な複数のコードのプライを含んでもよい。

「バイアスタイヤ」（クロスプライ）は、カーカスプライ内の各補強コードがタイヤを対角方向にビードからビードへとタイヤの赤道面に対して約２５°〜６５°の角度で横切って延びるタイヤを意味する。複数のプライが存在する場合、プライコードは交互に入れ替わる層において互いに逆の角度に延びる。

「ブレーカー」は、タイヤの赤道面に対して、カーカスプライ内の互いに平行な複数の補強コードと同じ角度を有する互いに平行な複数の補強コードの少なくとも２つの環状の層つまりプライを意味する。ブレーカーは通常、バイアスタイヤと組み合わされる。

「ケーブル」は、２本以上の糸を撚り合わせることによって形成されたコードを意味する。

「カーカス」は、プライの上方のベルト構造、トレッド、アンダートレッド、およびサイドウォールゴム以外であるが、ビードを含むタイヤ構造を意味する。

「ケーシング」は、トレッドおよびアンダートレッドを除く、タイヤのカーカス、ベルト構造、ビード、サイドウォール、および他のすべての構成部材、すなわちタイヤ全体を意味する。

「チッパ」は、ビード領域に配置され、機能がビード領域を補強しサイドウォールの半径方向において最も内側の部分を安定化することである、ファブリック製または鋼製のコードの狭いバンドを指す。

「周方向の」は、赤道面（ＥＰ）に平行でかつ軸線方向に垂直な環状のタイヤの表面の周縁に沿って延びるラインまたは方向を意味する。「周方向の」は、断面図で見たときに半径がトレッドの軸線方向の曲率を定める互いに隣接する複数の円曲線から成る数組の円曲線の方向を指すこともある。

「コード」は、タイヤの補強構造を構成する複数の補強ストランドの１つを指す。

「コード角度」は、赤道面に対してコードによって形成される、タイヤの平面図における左右の鋭角を意味する。「コード角度」は硬化されているが膨張していないタイヤで測定される。

「クラウン」は、タイヤトレッドの幅限界内の、タイヤの部分を意味する。

「デニール（Ｄｅｎｉｅｒ）」は、９０００メートル当たりのグラム単位重量（線密度を表す単位）を意味する。「デシテックス（Ｄｔｅｘ）」は１００００メートル当たりのグラム単位重量を意味する。

「密度」は単位長さ当たり重量を意味する。

「エラストマ」は、変形後にサイズおよび形状を回復することのできる弾性材料を意味する。

「赤道面（ＥＰ）」は、タイヤの回転軸に垂直でありかつタイヤのトレッドの中心を通過する平面、またはトレッドの周方向の中心線を含む平面を意味する。

「織物」は、撚ることができ、高弾性率材料の（同じく撚ることのできる）複数のフィラメントで構成された、基本的に一方向に延びるコードの網状構造を意味する。

「繊維」は、フィラメントの基本要素を形成する自然または人工の物質の単位である。繊維は、長さが繊維の直径または幅の少なくとも１００倍であることを特徴とする。

「フィラメント数」は、糸を構成するフィラメントの数を意味する。たとえば、１０００デニールのポリエステルは約１９０本のフィラメントを有する。

「フリッパ」は、強度を向上させビードワイヤをタイヤ本体に結合するビードワイヤの周りの補強織物を指す。

「ゲージ」は、概して測定値を指し、特に厚さ測定値を指す。

「高張力鋼（ＨＴ）」は、引張り強さがフィラメント直径０．２０ｍｍ当たり少なくとも３４００ＭＰａである炭素鋼を意味する。

「インナー」はタイヤの内側の方を意味し、「アウター」はタイヤの外側の方を意味する。

「インナーライナ」は、チューブレスタイヤの内面を形成し、かつタイヤ内に膨張流体を閉じ込めるエラストマまたは他の材料の１つ以上の層を意味する。

「ＬＡＳＥ」は、指定された伸びにおける荷重である。

「横方向」は軸線方向を意味する。

「撚り長さ」は、撚られたフィラメントまたはストランドが他のフィラメントまたはストランドの周りを３６０°回転するのに移動する距離を意味する。

「荷重範囲」は、タイヤ・リム協会の表によって定義されるような特定の種類の用途に使用される所与のタイヤに関する荷重および膨張の限界を意味する。

「メガ張力鋼（ＭＴ）」は、引張り強さがフィラメント直径０．２０ｍｍ当たり少なくとも４５００ＭＰａである炭素鋼を意味する。

「標準荷重」は、タイヤの使用条件についての然るべき標準化機構によって定められた特定の設計空気圧および設計荷重を意味する。

「標準張力鋼（ＮＴ）」は、引張り強さがフィラメント直径０．２０ｍｍ当たり少なくとも２８００ＭＰａである炭素鋼を意味する。

「プライ」は、ゴムで被覆され、半径方向に配置されるかまたは他の方法で互いに平行にされた複数のコードから成るコード補強層を意味する。

「半径方向の（ラジアル）」および「半径方向に」は、タイヤの回転軸の方へ向かうかまたは回転軸から離れる方向を意味するのに使用される。

「ラジアルプライ構造」は、少なくとも１つのプライがタイヤの赤道面に対して６５°から９０°の間の角度に向けられた補強コードを有する１つ以上のカーカスプライを意味する。

「ラジアルプライタイヤ」は、１つのプライコードがビードからビードへと延びかつタイヤの赤道面に対して６５°から９０°の間のコード角度に配置された、ベルトが巻かれるかまたは周方向に制限された空気入りタイヤを意味する。

「リベット」は、層内のコード同士の間の開放空間を意味する。

「断面高さ」は、タイヤの赤道面における公称リム直径からタイヤの外径までの半径方向距離を意味する。

「断面幅」は、タイヤの軸に平行な、タイヤの各サイドウォールの外側同士の間の最大直線距離であって、タイヤが標準空気圧で２４時間にわたって荷重を受けずに膨張させられたときおよびその後の、ラベル、装飾、または保護バンドによるサイドウォールの隆起を除く最大直線距離を意味する。

「サイドウォール」は、トレッドとビードとの間のタイヤの部分を意味する。

「剛性比」は、コントロールベルト（ｃｏｎｔｒｏｌ ｂｅｌｔ）構造の剛性の値を他のベルト構造の剛性の値で割った比を意味し、これらの値は、コードの両端が、支持され、この固定された端部同士に芯合わせされた荷重によってたわまされる固定３点曲げ試験によって求められる。

「スーパー張力鋼（ＳＴ）」は、引張り強さがフィラメント直径０．２０ｍｍ当たり少なくとも３６５０ＭＰａである炭素鋼を意味する。

「引っ張り強さ（Ｔｅｎａｃｉｔｙ）」は、ひずみの生じていない試験片の単位線密度当たりの力として表される応力である（ｇｍ／ｔｅｘまたはｇｍ／ｄｅｎｉｅｒ）。織物に関して使用される。

「張力（Ｔｅｎｓｉｌｅ）」は、力／断面積で表される応力である。デニール当たりのグラム単位のテナシティに比重を掛け、その積を１２８００倍したｐｓｉ単位の強度である。

「トウガード」は、各ビードの軸線方向内側に位置する、タイヤの周方向に配置されたエストラマリム接触部分を指す。

「トレッド」は、タイヤケーシングへの結合時に、タイヤが標準空気圧で膨張させられかつ標準荷重を受けているときに路面に接触するタイヤの部分を含む、成形されたゴム構成部材を意味する。

「トレッド幅」は、タイヤの回転軸を含む平面内のトレッド面のアーク長を意味する。

「折返し端部」は、プライで覆われたビードから上向きに（すなわち、半径方向外側に）折り返されるカーカスプライの部分を意味する。

「ウルトラ張力鋼（ＵＴ）」は、引張り強さがフィラメント直径０．２０ｍｍ当たり少なくとも４０００ＭＰａである炭素鋼を意味する。

「糸」は、織物繊維またはフィラメントの連続したストランドの総称である。糸は以下の形態を有する。１）撚り合わされた数本の繊維、２）撚らずにまとめられた数本のフィラメント、３）ある程度撚ってまとめられた数本のフィラメント、４）撚ることも撚らないこともある単一のフィラメント（モノフィラメント）、５）撚ることも撚らないこともある材料の狭いストリップ。

本発明によって構成された例示的なタイヤの正面図である。 図１の例示的なタイヤの部分断面図である。

次に、各図面を参照する。各図面は、本発明の各実施形態を限定するためのものではなく、本発明の各実施形態を例示することのみのためのものであり、同じ参照番号は同じ構成部材を指すものと理解され、図１および図２は、本発明による例示的なトレッド３０を有する空気入りタイヤ１０を示している。例示的なトレッド３０は、例示的なカーカス１２上に位置させてもよい。例示的なカーカス１２は、第１および第２の環状のビード１４の対と、第１および第２の環状のビード１４の半径方向上方に位置する一対のエイペックス１６とを含む。例示的なカーカス１２は、ビード１４の周りを延びてもよい１つ以上のプライ１８を含んでもよい。例示的なカーカス１２は、クラウン領域２６と一対のサイドウォール２８とをさらに形成してもよい。カーカス１２は、インナーライナ２０、サイドウォールゴム部分２２、およびベルトパッケージ２４のような他の部材を含んでもよい。

例示的なタイヤトレッド３０は、図１および図２では硬化済み完成状態で示されている。トレッド３０は、第１の材料３６で形成されたトレッドキャップ３２と、第２の材料３８で形成されたトレッドベース３４とを有してもよい。第１の材料３６は、第２の材料３８と実質的に異なる剛性特性（弾性率）を有してもよい。第２の材料３８は、第１の材料３６よりも実質的に高い剛性特性を有してもよい。トレッド３０は、タイヤ１０の周りを周方向に延び、かつトレッドベース３４からトレッドキャップ３２を貫通してレッドの外側地面接触面４６まで半径方向に延びる第３の材料３９からなる第１の環状のリング４０を有してもよい。トレッド３０は、タイヤ１０の周りを周方向に延び、かつトレッドベース３４からトレッドキャップ３２を貫通してレッドの外側地面接触面４６まで半径方向に延びる第３の材料３９（あるいは異なる第４の材料）の第２の環状のリング４２を有してもよい。第１のリング４０は、トレッド３０の第１のショルダ５０内に位置させてもよく、第２のリング４２は、トレッドの第２のショルダ５２内に位置させてもよい。

ショルダ５０、５２の剛性は、いくつかのタイヤ性能特性に影響を及ぼすように調整されてもよい。プラグリング４０、４２はトレッド部材５４、５６内に位置するように示されているが、各リングは、図１および図２の溝５８、６０のようなトレッド３０の他の部分に位置してもよい。リング４０、４２は矩形の断面を形成するように示されているが、リング４０、４２には、タイヤサイズおよび所望の性能特性に応じて任意の数の断面および／または寸法を使用してもよい。リング４０、４２は、完全にトレッドベース３４とトレッド面４６との間の全体にわたって延びても、部分的に延びていてもよい。

本発明のリング４０、４２を用いた場合、トレッド３０は方向に応じた剛性を示す。一例として、リング４０、４２を含むトレッド３０は、Ｚ方向における圧縮ひずみが大幅に低減することから垂直方向つまりＺ方向の弾性率が高い。リング４０、４２を含むトレッド３０は、周囲のより柔らかいトレッドキャップ３２により周方向つまりＸ方向および／または横方向つまりＹ方向の弾性率を大幅に低減させることができる。したがって、リング４０、４２のＺ方向において弾性率が高いかまたはリングとタイヤ１０の他の複数の構造の作用が組み合わされるため、タイヤ１０の転がり抵抗（ＲＲ）を、他のタイヤ性能基準をそれほど損なわずに著しく低減させることができる。

厚さ方向つまりＺ方向における弾性率を向上させた材料／構成を使用することによって繰返しのトレッドの圧縮ひずみを著しく低減させてもよい。これによって、Ｚ方向の耐荷重作用によってＲＲが弱くなり、それに関連してＸ方向およびＹ方向の変形が低減される。したがって、これらのすべての機構からのＲＲを低減できるように同時繰返しの応力ひずみのサイクルを管理するには、弾性率をＺ方向において比較的高くし、Ｘ方向および／またはＹ方向において比較的低くすることが必要になることがある。

このような所望の方向性の剛性特性を実現する１つの方法は、トレッド内に複数の材料の組合せを使用することである。Ｚ方向の所望の剛性は、比較的弾性率の高い材料３９を固有の形状を有する比較的弾性率の低いゴム製マトリックス３６内に埋め込めばよい。たとえば、本発明によれば、実質的にＺ方向に延びる弾性率の高い材料３９の環状のリング４０、４２は、Ｚ方向の応力に抵抗することができ、一方、リング同士を相互に連結する周囲のトレッドキャップ材料３６は、Ｘ方向およびＹ方向において比較的低い弾性率特性を示すことができる。

材料３６、３８、３９のトレッドキャップ／トレッドベース／リング組合せの様々な構成を実施してもよい。また、比較的弾性率の高いリング４０、４２の様々な向きおよび／または断面を実施してもよい。たとえば、矩形の断面を周方向つまりＸ方向（不図示）に対して４５°に向けると、トレッド３０のＸ方向またはＹ方向の剛性を高めることができる。このことは、コーナリング、制動／走行トラクションなどを向上させるうえで望ましい場合がある。計算によって、ＲＲをＺ方向のリング４０、４２（図１および図２）によって３０％超える程度低減させることができることがわかっている。

上述のように、ウェットハンドリングおよびドライハンドリングまたは停止／トラクションに関する所与のトレッドの性能全体が、所与のトレッド部材の剛性が不十分であることによって損なわれることが多い。トレッド部材の剛性を高める要求を満たすには、（１）より剛性の高い基材３８を設けてトレッド全体の剛性を高めるか、または（２）トレッドキャップ材料３６の剛性を高めればよいが、その場合、他のトレッド性能特性が損なわれる恐れがある。本発明によれば、リング４０、４２は、個々のトレッド部材に埋め込まれるかまたはタイヤ１０の様々なトレッド域に配置されたより剛性の高い材料３９で形成される。

高剛性のこれらのリング４０、４２またはリッジもしくはチャネルは、ナイロン、ポリエチレン、ポリウレタン、およびシンジオタクチックポリブタジエンポリマー（「ＳＰＢＤ」）の少なくとも１つのような様々な種類の可塑性材料または剛体材料で構成されてもよい。ＳＰＢＤは、硫黄によって加硫されたジエンを含むトレッドキャップまたはトレッドベースの材料３６、３８との界面の所で同時に硬化し、それによってリング４０、４２をトレッドキャップ３２とトレッドベース３４の少なくとも一方に固定することができる。リング４０、４２の配置は、剛性の高い材料３９が従来の剛性を有する外側トレッドキャップ材料３６内に密封されたリングを含むグリーントレッド輪郭を作製するうえで適切な押出し成形技術を使用し、かつ適切に材料を選択することによって実施されてもよい。

また、シリカを含むトレッド化合物内のいわゆる「煙突（ｃｈｉｍｎｅｙ）」によって電気接地を実現してもよい。この煙突は、電気接地が可能なように導電化合物を表面接触させることができる。このような煙突部は従来、トレッドキャップ内に位置する導電率の高い化合物（たとえば、カーボンブラック）の非常に薄いバンドであり、車両から地面への静電荷伝導用の電路を構成する。本発明によれば、上述の押出し成形手法は、剛性材料３９のより広い複数のバンドまたはリッジを形成し、かつトレッド部材（たとえばショルダ５０、５２）内に適切な位置を確立することができる。したがって、たとえば、より剛性が高いプラスチックのようなリング４０、４２をショルダ５０、５２のより剛性の低いトレッドキャップ部材内に配置し、それによって、ショルダトレッド部材の横方向のトルク応答を向上させ、ハンドリング性能およびトレッド摩耗を改善してもよい。ＳＰＢＤのリング４０、４２も、静電荷を伝導し、従来の導電性煙突部の要件をなくすことができる。

上述のように、リング４０、４２用の例示的な材料３９は、融点が約１５０℃より高いＳＰＢＤであってもよい。また、材料３９は、旧Ｆｌｅｘｓｙｓ Ｃｏｍｐａｎｙおよび旧Ｍｏｎｓａｔｏ ＣｏｍａｎｙであるＡｌｐｈａ ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓによるＲＰＡ２０００（登録商標）のようなゴムプロセスアナライザすなわち「ＲＰＡ」によって試験されてもよい。ＲＰＡ２０００は、非特許文献１および非特許文献２において参照されている。ＲＰＡ試験結果は、動的せん断モードにおいて周波数１１ヘルツおよび動的ひずみ値１０％で１００℃のときに得られたデータから報告されてもよい。

例示的なリング４０、４２のＹ−Ｚ断面は、正方形、三角形、五角形、六角形、七角形、八角形、九角形、または適切な他の形状であってもよい。リングがＺ方向に延びるにつれて例示的なリング４０、４２の横方向厚さつまりＹ方向厚さも変化してもよい（たとえば、ホイールから半径方向に離れるように延びるにつれて狭くなるリングは、厚さが変化しないリングよりもしっかりとトレッドに固定することができる）。本発明による例示的なリングは、トレッドサイズおよび構成に応じて、横方向つまりＹ方向の厚さＷ２が５ｍｍから６０ｍｍの間であり、半径方向つまりＺ方向の長さが１５ｍｍから８０ｍｍの間である。

より硬いＳＰＢＤ材料３９は、動的損失弾性率が１０００ＫＰａから８０００ＫＰａの間または１５００ＫＰａから５０００ＫＰａの間であってよい。より柔らかいトレッドキャップ材料３２は、動的損失弾性率が２５０ＫＰａから３０００ＫＰａの間または５００ＫＰａから２５００ＫＰａの間であってよい。また、リング材料３９とトレッドキャップ材料３２の動的損失弾性率の差は、５００ＫＰａよりも大きく、または１０００ＫＰａよりも大きくてもよい。

ひずみが１０％のときに求められる「損失正接」値は、動的貯蔵弾性率に対する動的損失弾性率の比であってよく、ヒステリシスの基準とみなされてもよく、ＲＲを弱めるには、トレッド材料３６、３８、および３９の少なくとも１つのヒステリシスを低くすることが望ましい場合がある。損失正接値が小さくなることは、リング材料３９のヒステリシスの望ましい低下に相当する場合がある。したがって、リング４０、４２用の材料３９は低い損失正接および低いヒステリシスを有してもよい。

上述のように、リング４０、４２の例示的な材料３９はＳＰＢＤであってもよい。ＳＰＢＤは、約８０％から少なくとも約９６％までの範囲であってもよい少なくとも８０％のビニル１，２含有量を有するという点で他のポリブタジエンとは異なる（たとえば、ｃｉｓ１，４−ポリブタジエンゴムとは異なる）。ＳＰＢＤは、可撓性であってもよいが、一般にエラストマとはみなされない。さらに、ＳＰＢＤは、通常、相溶化剤を添加しさらにおそらく粘着付与樹脂を添加する必要のある１つ以上のエラストマを最初に混合しないかぎり、未硬化の共役ジエンを含むゴム組成に付着するためのビルディングタックをほとんどまたはまったく有さない。

したがって、グリーンタイヤが硬化される前にＳＰＢＤのリング４０、４２がグリーンゴム成分に対して少なくとも部分的に事前に硬化されないかぎり、タイヤ組立てプロセスまたはタイヤ形成プロセスの間に未硬化のゴム成分に対するＳＰＢＤのリング４０、４２の不要な移動が生じることがある。ＳＰＢＤのリング４０、４２は、上述の半径方向またはＺ方向の剛性をもたらすことができる。したがって、エラストマ、相溶化剤、および粘着付与樹脂のいずれも、ごく少量だけ使用し、それによってＳＰＢＤの融点が影響を受けないようするのでないかぎり、エラストマ、相溶化剤、および粘着付与樹脂のいずれもＳＰＢＤに物理的に混合しないことが望ましい場合がある。

ＳＰＢＤは、相溶化剤を添加しないかぎりエラストマにおける可溶性が不十分な比較的剛性の高い（可撓性が限定された）結晶ポリマーであってもよい。本発明では、上記に指摘したように、ＳＰＢＤは、リング４０、４２を形成してもよく、それによってある程度の可撓性を実現し、トレッドキャップ３２およびトレッドベース３４の材料３６、３８とも相溶化剤とも混合されない。ＳＰＢＤの融点（ＭＰ）は、１，２微細構造の含有量に応じて変化することができる。たとえば、ＭＰ値は、微細構造についてのビニル１，２含有量が約８０％のときの約１２０℃からビニル１，２含有量が約９６％のときの約２００℃〜２１０℃までの範囲であってよい。

本発明では、ＳＰＢＤは、融点（ＭＰ）が少なくとも１５０℃、または約１６０℃〜約２２０℃であってよく、したがって、リング４０、４２は顕著な寸法安定度を有し、それによって、トレッドが動的に動作して熱を発生するときに比較的高温でトレッド３０に剛性および寸法安定性を付加し、トレッド３０を支持する。リング４０、４２にはＭＰがより高いことが好ましい場合がある。また、ＳＰＢＤ中に１つ以上の補強フィラーを分散させてもよい。ＳＰＢＤリング４０、４２をトレッドキャップおよび３２／またはトレッドベース３４と一体化するために、各リングを、硫黄によって硬化させることのできるトレッドキャップおよびトレッドベースと同時に硬化すればよい。ＳＰＢＤリング４０、４２をそのように同時硬化する場合、トレッドキャップ３２とトレッドベース３４の少なくとも一方と各リングとの間の界面は、（Ａ）ＳＰＢＤ内に含まれる１つ以上の硫黄硬化剤、（Ｂ）トレッドキャップとトレッドベースの少なくとも一方内に含まれる１つ以上の硫黄硬化剤、あるいは（Ｃ）ＳＰＢＤおよびトレッドキャップ３２とトレッドベース３４の少なくとも一方に含まれる１つ以上の硫黄硬化剤を利用してもよい。

ＳＰＢＤは、トレッドキャップとトレッドベースの少なくとも一方とＳＰＢＤを、トレッドキャップとトレッドベースの少なくとも一方とＳＰＢＤとの間の界面の所で互いに一体化することのできる高温で、トレッドキャップとトレッドベースの少なくとも一方とＳＰＢＤを同時に硬化することによってトレッドキャップ３２とトレッドベース３４の少なくとも一方と一体化してもよい。ＳＰＢＤのリング４０、４２は、一体化され同時に硬化されたリング／トレッドキャップ／トレッドベース界面によってトレッド３０に寸法安定性（たとえば、剛性の程度）をもたらすことができる。

また、ＳＰＢＤを他のエラストマと混合することは、そのような混合によってＳＰＢＤリング４０、４２の寸法安定性が低下することがあるために望ましくない場合がある。上記の説明では、「ｐｈｒ」という用語は「ゴム１００重量部当たりの材料の重量部」を意味することができる。「ゴム」および「エラストマ」という用語は、特に指摘がないかぎり区別しないで使用されてもよい。「ゴム成分」および「化合物」という用語は特に指摘がないかぎり区別しないで使用されてもよい。「融点」または「ＭＰ」という用語は本明細書では、従来の示差走査熱量測定によって１０℃／分の温度上昇を使用して測定されたＳＰＢＤの融点を意味することができる。

上述のように、本発明によるリング４０、４２を含むトレッド３０は、空気入りタイヤ１０のトレッドにおいてすぐれた方向性のある剛性特性および導電性を有する。したがって、リング４０、４２は、空気入りタイヤの構造および挙動が複雑であり、そのため完全で満足行く理論が提示されていないにもかかわらず、空気入りタイヤの性能を向上させる。非特許文献３を参照されたい。空気入りタイヤの構造では従来の複合理論の基本が容易に理解されるが、空気入りタイヤの多数の構成部材によって複雑さが増すために、タイヤの性能を予測する問題が複雑になる。非特許文献４を参照されたい。また、ポリマーおよびゴムの非線形時間挙動、振動数挙動、および温度挙動に起因して、空気入りタイヤの解析的設計は、現在の当分野において最も難しくかつ評価されていない工学上の問題の１つになっている。非特許文献４を参照されたい。

空気入りタイヤは、ある基本的な構造部材を有する。非特許文献５を参照されたい。重要な構造部材として、低弾性率高分子材料、通常は天然ゴムまたは合成ゴムのマトリックスに埋め込まれかつ結合された細粒硬鋼または他の金属の多数のコードで通常作られるベルト構造がある。非特許文献５の２０７〜２０８頁を参照されたい。

これらのコードは通常、単一層または二重層として配置される。非特許文献５の２０８頁を参照されたい。当分野の全体にわたるタイヤ製造業者は、空気入りタイヤにおける騒音特性、ハンドリング、耐久性、乗り心地などに対するベルト構造のコードの様々な撚りの効果に同意することもその効果を予測することもできていない。非特許文献５の８０頁〜８５頁を参照されたい。

これらの複雑さは、タイヤの性能とタイヤ構成部材との相互関係についての以下の表によって示される。

表を見るとわかるように、これらのトレッド特性は、空気入りタイヤの他の構成部材に影響を与え（すなわち、トレッドがベルトに影響を与えることなど）、したがって、いくつかの構成部材が一群の機能特性（騒音、ハンドリング、トラクション、耐久性、転がり抵抗、乗り心地、高速、および質量）に影響を及ぼすように相互に関係付けられかつ相互作用し、そのため、まったく予測不能で複雑な複合体が得られる。したがって、１つの構成部材を変更しただけで、上記の１０個もの機能特性を直接向上または低下させることができるとともに、その１つの構成部材と他の６つもの構造部材との間の相互作用を変更することができる。この６つの相互作用はそれぞれ、１０個の機能特性を間接的に向上または低下させることができる。これらの機能の各々が向上もしくは低下するかまたは影響を受けないか、およびどれだけ向上もしくは低下するかは、本発明者によって実施された実験および試験なしには間違いなく予測不能であったと考えられる。

したがって、たとえば、空気入りタイヤの１つの機能特性を向上させようとして空気入りタイヤトレッドを修正すると、任意の数の他の機能特性が許容できないほど低下する恐れがある。さらに、トレッドとベルトとの相互作用が空気入りタイヤの機能特性に許容できないほどの悪影響を及ぼすこともある。トレッドを修正しても、このような複雑な相互関係によりその１つの機能特性さえ改善できないこともある。

したがって、上述のように、複数の構成部材の相互関係が複雑であるため、本発明によるトレッド３０を修正した場合の実際の結果を考えられる膨大な数の結果から予測または予想することは不可能である。広範囲の実験によって初めて、本発明のリング４０、４２およびトレッド３０が、空気入りタイヤのすぐれた、予期されない、予測不能な選択肢であることが示された。

上記の説明における文言は、本発明を実施する現在考えられる最良の形態についての文言である。この説明は、本発明の一般原則の例を示すためになされており、本発明を限定するものと解釈すべきではない。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲を参照することによって最も適切に定められる。概略図に示されている参照番号は、本明細書において参照されている参照番号と同じである。本出願では、各図に示されている様々な例はそれぞれ、同様の構成部材について同じ参照番号を使用している。例示的な各構造は、位置または数量が一定ではない同様の構成部材を使用してもよく、それによって、本発明による代替構成が得られる。

１０ 空気入りタイヤ
３０ トレッド
３２ トレッドキャップ
３４ トレッドベース
３６ 第１の材料
３８ 第２の材料
３９ 第３の材料
４０ 第１の環状のリング
４２ 第２の環状のリング
５０ 第１のショルダ
５２ 第２のショルダ
５４、５６ トレッド部材

Claims (14)

1. 空気入りタイヤであって、
   第１の材料で構成されたトレッドベースと、
   第２の材料で構成され、前記トレッドベースの半径方向外側に、地面に動作可能に接触するように配置されたトレッドキャップと、
   前記空気入りタイヤの動作時にヒステリシスが第２の材料よりも実質的に低く、前記地面に至る導電経路をさらに構成する第３の材料で構成され、少なくとも一部が前記トレッドキャップ内に配置され、半径方向に前記トレッドベースから離れるように延び、前記半径方向の剛性が周方向および横方向の剛性よりも高い環状のリングと、を有することを特徴とする、空気入りタイヤ。
2. 前記リングは、前記トレッドキャップのショルダ部内に配置され、前記空気入りタイヤの転がり抵抗を低減させる、請求項１に記載の空気入りタイヤ。
3. 前記第３の材料は、弾性率が前記第２の材料よりも実質的に高い、請求項１に記載の空気入りタイヤ。
4. 前記第３の材料は、弾性率が前記第１の材料よりも実質的に高い、請求項３に記載の空気入りタイヤ。
5. 前記第３の材料はポリマーである、請求項１に記載の空気入りタイヤ。
6. 前記第３の材料はシンジオタクチックポリブタジエンポリマーである、請求項１に記載の空気入りタイヤ。
7. 前記トレッドキャップと前記トレッドベースと前記リングは、同時に硬化される、請求項１に記載の空気入りタイヤ。
8. 前記第３の材料は、動的損失弾性率が１０００ＫＰａから８０００ＫＰａの間である、請求項１に記載の空気入りタイヤ。
9. 前記第３の材料は、動的損失弾性率が１５００ＫＰａから５０００ＫＰａの間である、請求項１に記載の空気入りタイヤ。
10. 前記第２の材料は、動的損失弾性率が２５０ＫＰａから３０００ＫＰａの間である、請求項１に記載の空気入りタイヤ。
11. 前記第２の材料は、動的損失弾性率が５００ＫＰａから２５００ＫＰａの間である、請求項１に記載の空気入りタイヤ。
12. 前記第３の材料と前記第２の材料との動的損失弾性率の差は５００ＫＰａよりも大きい、請求項１に記載の空気入りタイヤ。
13. 前記第３の材料と前記第２の材料との動的損失弾性率の差は１０００ＫＰａよりも大きい、請求項１に記載の空気入りタイヤ。
14. タイヤであって、
    カーカスと、
    第１の材料で形成されたトレッドベース、前記第１の材料と実質的に異なる剛性特性を有する第２の材料で形成されたトレッドキャップ、および前記第１の材料と実質的に異なる剛性特性を有しかつ地面に至る導電経路を構成する第３の材料で形成され、前記トレッドベースから前記トレッドキャップを貫通して前記トレッドの地面接触面まで延びる環状のリングを有する、トレッドと、を有することを特徴とするタイヤ。

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