JP2004009974A

JP2004009974A - 空気入りタイヤ

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Publication number: JP2004009974A
Application number: JP2002169616A
Authority: JP
Inventors: Shuji Ando; 安藤　修司; Kenji Toyoda; 豊田　憲司
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2002-06-11
Filing date: 2002-06-11
Publication date: 2004-01-15
Anticipated expiration: 2022-06-11
Also published as: JP4118609B2

Abstract

【課題】交差補強層を有するタイヤにおいて、交差補強層の端部でのゴム亀裂の進展の抑制と、交差補強層を構成する補強層のそれぞれに位置する補強素子の交差部分での層間ゴム亀裂の発生を抑制して、タイヤの耐久性を向上させる。
【解決手段】平行配列状態の補強素子２をゴム被覆した２層以上の補強層３を有し、該補強層３の少なくとも２層は交差補強層１を構成してなり、交差補強層１は、補強素子２が、２本以上の補強素子２を１ユニットとする補強素子の束４として平行配列され、同一の補強素子束４を構成する補強素子２ａ１，２ａ２同士の配列間隔ｄ１が狭く、補強素子束同士の配列間隔ｄ２が広く、各補強層３ａ，３ｂを構成する被覆ゴム１３の１００％モジュラスＭ_１００が、室温で測定して１．０〜６．０　ＭＰａ　の範囲であり、補強素子２ａ，２ｂ間のゴム厚みｔは、補強素子２ａ，２ｂの外径Ｄの０．２〜１．２倍の範囲であることを特徴とする。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、平行配列状態の補強素子をゴム被覆した２層以上の補強層を有し、該補強層の少なくとも２層は、補強素子が互いに交差するように積層して交差補強層を構成してなる空気入りタイヤに関するものであり、より詳細には、交差補強層の端部でのゴム亀裂の進展を抑制するとともに、交差補強層を構成する補強層のそれぞれに位置する補強素子の交差部分での層間ゴム亀裂の発生を抑制して、タイヤの耐久性を向上させる。
【０００２】
【従来の技術】
従来の空気入りタイヤ、特にトラック・バスや建設車両等の重荷重車両に装着される、いわゆる重荷重用空気入りタイヤは、その構成部材であるカーカス、ベルト及びビード補強層を、等間隔で平行に配列した状態のスチールコードのような高剛性の補強素子をゴム被覆した２層以上の補強層によって構成し、これらの部材は、いずれも補強層の少なくとも２層を、補強素子が互いに交差するように積層して交差補強層として配設するのが一般的である。
【０００３】
しかしながら、交差補強層として、等間隔で補強素子を平行配列した補強層を用いた場合には、補強層の端面に露出したコード端から発生したゴム亀裂が、隣接するコード端に連鎖的に進展しやすく、タイヤの耐久性を悪化させる傾向がある。
【０００４】
交差補強層を構成する補強層の端面でのゴム亀裂の進展を抑制するための手段としては、例えば、交差補強層を構成する各補強層における補強素子（例えば、スチールコード）の配列を、等間隔ではなく、狭い間隔と広い間隔とが混在するように設定すること、より具体的には、２本以上の補強素子を１ユニットとする補強素子の束として平行配列し、同一の補強素子束を構成する補強素子同士の配列間隔を狭くし、補強素子束同士の配列間隔を広くした、いわゆる束コード配列にすることが有用である。すなわち、束コード配列を適用することによって、補強層の端面でゴム亀裂が発生したとしても、ゴム亀裂は、配列間隔を広く設定した補強素子間で進展を阻止することができるからである。
【０００５】
交差補強層を構成する各補強層に束コード配列を適用した場合、従来タイヤにおいて問題となった補強層の端部でのゴム亀裂進展は抑制できるものの、交差補強層を構成する補強層のそれぞれに位置する補強素子の交差部分で、菱形状の層間ゴム亀裂が発生しやすくなるという新たな問題が生じた。
【０００６】
かかるタイヤでの層間ゴム亀裂が発生しやすくなる理由としては、束コード配列を適用した補強層を交差補強層に用いたタイヤの場合には、補強素子の交差部分に位置する層間ゴムに応力が集中するためと考えられ、補強素子を等間隔で配列した補強層を交差補強層に用いた従来タイヤの場合には、補強素子の交差部分に位置する層間ゴムに作用する応力を均等に分散させることができるため、層間ゴム亀裂は生じにくいからである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
この発明の目的は、交差補強層の適正化を図ることにより、交差補強層の端部でのゴム亀裂の進展を抑制するとともに、交差補強層を構成する補強層のそれぞれに位置する補強素子の交差部分での層間ゴム亀裂の発生を抑制した、タイヤの耐久性に優れた空気入りタイヤ、特に重荷重用タイヤを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明は、平行配列状態の補強素子をゴム被覆した２層以上の補強層を有し、該補強層の少なくとも２層は、補強素子が互いに交差するように積層して交差補強層を構成してなる空気入りタイヤにおいて、交差補強層は、補強素子が、２本以上の補強素子を１ユニットとする補強素子の束として平行配列され、同一の補強素子束を構成する補強素子同士の配列間隔が狭く、補強素子束同士の配列間隔が広く、各補強層を構成する被覆ゴムの１００％モジュラスが、室温で測定して１．０〜６．０　ＭＰａ　の範囲であり、隣接する補強層にそれぞれ位置する補強素子間のゴム厚みは、補強素子の外径の０．２〜１．２倍の範囲であることを特徴とする空気入りタイヤである。
【０００９】
また、補強層の補強素子と直交する方向の単位幅をｗとし、この単位幅内にて、補強素子の平均埋設本数をＮとし、各補強素子束を構成する補強素子の本数をｎとするとともに、補強素子束同士の配列間隔をＱとするとき、補強素子束同士の配列間隔が、０．２０×ｎ×（ｗ／Ｎ）≦Ｑ≦０．７５×ｎ×（ｗ／Ｎ）を満足することが好ましく、補強素子束同士の配列間隔は、２〜１０ｍｍの範囲であり、同一の補強素子束を構成する補強素子同士の配列間隔は、０．２〜０．５ｍｍの範囲であることがより好適である。
【００１０】
さらに、交差補強層は、具体的には、タイヤを構成する部材であるカーカス、ベルト及びビード補強層のうちの少なくとも一の部材として配設されることが好ましい。
【００１１】
さらにまた、交差補強層の補強素子の交差角度は、鋭角側から測定して３〜５５°の範囲であることがより好適である。
【００１２】
加えて、補強素子としては、スチールコード又はスチールモノフィラメントを用いることが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明に従う空気入りタイヤに配設した交差補強層を補強素子を横切る方向に切断したものであり、図２は、交差補強層を上面から透視して補強素子の交差状態を示す図である。
【００１４】
これらの図に示す交差補強層１を有するタイヤは、平行配列状態の補強素子２をゴム被覆した２層以上の補強層３を有し、該補強層３のうちの少なくとも２層、図１では２層の補強層３ａ，３ｂによって、それらの補強素子２ａ，２ｂが互いに交差するように積層して交差補強層１を構成したものである。
【００１５】
交差補強層１は、タイヤを構成する部材であればよく、特に限定はしないが、例えば、図３に示すようにカーカスを構成する部材、図４に示すようにベルトを構成する部材、若しくは、図５に示すようにビード補強層を構成する部材、又は、これら部材のうちの２以上の部材に適用することが好ましい。
【００１６】
そして、この発明の構成上の主な特徴は、交差補強層１の適正化を図ることにあり、具体的には、交差補強層は、補強素子が、２本以上の補強素子を１ユニットとする補強素子の束として平行配列され、同一の補強素子束を構成する補強素子同士の配列間隔が狭く、補強素子束同士の配列間隔が広く、各補強層を構成する被覆ゴムの１００％モジュラスＭ_１００が、室温で測定して１．０〜６．０　ＭＰａ　の範囲であり、隣接する補強層にそれぞれ位置する補強素子間のゴム厚みを、補強素子の外径の０．２〜１．２倍の範囲にすることにあり、この構成を採用することによって、交差補強層を構成する補強層のそれぞれに位置する補強素子の交差部分での層間ゴム亀裂の発生させることなく、交差補強層の端部でのゴム亀裂の進展を有効に抑制することができ、タイヤの耐久性を格段に向上させることができる。
【００１７】
すなわち、この発明では、交差補強層を構成する各補強層の補強素子の配列を、２本以上の補強素子を１ユニットとする補強素子の束として平行配列するとともに、同一の補強素子束を構成する補強素子同士の配列間隔を狭くし、補強素子束同士の配列間隔を広くしする、いわゆる束コード配列を採用することによって、補強層の端面でゴム亀裂が発生したとしても、ゴム亀裂は、配列間隔を広く設定した補強素子間で進展を阻止することができる。
【００１８】
また、束コード配列を適用した交差補強層を有するタイヤの場合、交差補強層を構成する補強層のそれぞれに位置する補強素子の交差部分で、菱形状の層間ゴム亀裂が発生しやすくなる傾向があったが、この発明では、さらに、各補強層を構成する被覆ゴムの物性及び補強素子間のゴム厚みの適正化を図ること、すなわち、各補強層を構成する被覆ゴムの１００％モジュラスＭ_１００を、室温で測定して１．０〜６．０　ＭＰａ　の範囲とし、隣接する補強層にそれぞれ位置する補強素子間のゴム厚みｔを、補強素子の外径Ｄの０．２〜１．２倍の範囲にすることによって、補強素子の交差部分での菱形状の層間ゴム亀裂の発生をも有効に抑制することができ、この結果として、交差補強層の耐久性、引いてはタイヤの耐久性を格段に向上させることができる。
【００１９】
ここで、各補強層を構成する被覆ゴムの１００％モジュラスＭ_１００を、室温で測定して１．０〜６．０　ＭＰａ　の範囲としたのは、１．０　ＭＰａ未満だと、ゴムが軟らかくて補強素子との物性差が大きく、歪を吸収しきれず、故障する可能性が高いからであり、６．０　ＭＰａ超えだとゴムが硬くて補強素子の動きに追従できず、セパレーションを起こす可能性が高いからである。
【００２０】
また、隣接する補強層にそれぞれ位置する補強素子間のゴム厚みｔを、補強素子の外径Ｄの０．２〜１．２倍の範囲にしたのは、０．２倍未満だと、補強素子の交差部分に位置する層間ゴムの厚みが不足して、かかる位置での層間ゴム亀裂の発生を十分に抑制することができなくなるからであり、１．２倍よりも大きいと、前記層間ゴム厚みが厚くなりすぎて、交差補強層としての機能を十分に発揮し得なくなるからである。
【００２１】
図６及び図７はいずれも、補強素子としてスチールコードを用い、かかる補強阻止を束コード配列した交差補強層をベルトに適用したタイヤについての試験結果の一例であり、補強素子の外径Ｄに対する補強素子間のゴム厚みｔの比を横軸とし、縦軸を、図６が交差補強層の補強素子の交差部分での層間ゴム亀裂の発生長さ（指数）とし、図７がタイヤの径成長量（指数）としてプロットしたものである。
【００２２】
図６及び図７の結果から、前記補強素子間のゴム厚みｔが、補強素子の外径Ｄの０．２〜１．２倍の範囲である場合に、補強素子の交差部分での層間ゴム亀裂の発生の抑制と、交差補強層の本来の機能であるタイヤ径成長の抑制の双方を満足しているのが分かる。
【００２３】
尚、補強層の端部におけるゴム亀裂の進展をより有効に抑制するには、補強層の補強素子と直交する方向の単位幅をｗとし、この単位幅内にて、補強素子の平均埋設本数をＮとし、各補強素子束を構成する補強素子の本数をｎとするとともに、補強素子束同士の配列間隔をＱとするとき、補強素子束同士の配列間隔は、０．２０×ｎ×（ｗ／Ｎ）≦Ｑ≦０．７５×ｎ×（ｗ／Ｎ）を満足することが好ましい。
【００２４】
以下にその理由を説明する。
例えば、図８に示すように、補強素子に対して直交方向に見たときの補強層の単位幅をｗ（ｍｍ）とし、この単位幅ｗ内にて、補強素子の平均埋設本数をＮ（本）とすると、補強素子１本あたりが幅方向に占める距離はｗ／Ｎ（ｍｍ）となり、これは、平均コード間隔Ｐａｖｅ．と補強素子の径Ｄとの和に等しいので、
ｗ／Ｎ＝Ｄ＋Ｐａｖｅ．
となる。
【００２５】
ここで、図９に示すように、単位幅ｗ内でｎ本の補強素子が束を形成しているとしたとき、それらが占有する幅方向距離は平均的には前述の補強素子１本あたりの距離に本数ｎを乗じたものであり、これはまた、ｎ本分の補強素子の径の合計と、（ｎ−１）個分の補強素子同士の間隔の合計ΣＰｉ（ｉ＝１〜ｎ−１）と、補強素子束同士の配列間隔Ｑとの和に等しくなるので、
ｎ×ｗ／Ｎ＝ｎ×ｗ／Ｎ＝ｎ×（Ｄ＋Ｐａｖｅ．）＝Ｑ＋ｎ×Ｄ＋ΣＰｉ
（但し、ｉ＝１からｎ−１までの自然数とする。）
となる。
【００２６】
従って、補強素子束同士の配列間隔Ｑの、補強素子ｎ本で占有している領域ｎ×ｗ／Ｎに対する比率は、
Ｑ÷（ｎ×ｗ／Ｎ）＝Ｑ×Ｎ／（ｗ×ｎ）
となる。
【００２７】
尚、ｎ本の補強素子が束を形成しているとしたとき、それらが本来占有する幅方向距離はｎ×ｗ／Ｎであり、この中で間隔を狭めつつ補強素子同士を寄せ集めることで、補強素子束同士の配列間隔Ｑを広くできるわけであるが、束から束への亀裂進展を抑制するには、その配列間隔Ｑを大きくすれば良いことは明らかである。
【００２８】
しかしながら、そのためには補強素子同士を接近させる必要があるが、これによれば、前述のように、補強素子の切断端での初期亀裂が、隣接する補強素子の切断端の初期亀裂とすぐに繋がってしまい、初期から大きな亀裂面を有していたのと同様の現象を招くことになって亀裂の進展速度も速くなり、結果としてはセパレーション故障が改善されないという不都合が生じる場合がある。
【００２９】
これらのメリットとデメリットの兼ね合いを研究し、セパレーション故障の抑制に効果的な補強素子束同士の配列間隔Ｑの比率を実験的に求めたところ、０．２０×ｎ×（ｗ／Ｎ）≦Ｑ≦０．７５×ｎ×（ｗ／Ｎ）を満足するとき、より好ましくは１／４×ｎ×（ｗ／Ｎ）≦Ｑ≦２／３×ｎ×（ｗ／Ｎ）を満足するときに補強素子束から隣接する補強素子束への亀裂の進展を効果的に抑制することができ、補強層間のセパレーションが抑制されることを見い出した。
【００３０】
尚、この場合、ｎが２本以上の自然数となることは自明である。また、前記配列間隔Ｑは、補強素子束のいずれの補強素子同士の間隔Ｐｉに対してもＱ≧２×Ｐｉ　（但し、ｉは１からｎまでの自然数とする。）、より好ましくは、Ｑ≧２×Ｐａｖｅ．なる関係を満たすことが望ましい。
【００３１】
また、建設車両用タイヤの場合には、補強素子束同士の配列間隔を、２〜１０ｍｍの範囲とし、同一の補強素子束を構成する補強素子同士の配列間隔を、０．２〜０．５ｍｍの範囲とすることがより好適である。
【００３２】
交差補強層の補強素子の交差角度は、鋭角側から測定して３〜５５°の範囲であることがより好適である。前記交差角度が３°以上である場合に、補強素子の交差部分での層間ゴム亀裂の発生を顕著に抑制できるからであり、また、５５°を超えると、交差補強層としてのたが効果（径成長抑制）の効果が小さくなるため好ましくないからである。
【００３３】
また、補強素子としては、例えばスチールコード（スチール撚り線）又はスチールモノフィラメント（スチール無撚り素線）のような高剛性コードであることがこの発明の効果を顕著に発揮させる点で好ましい。
【００３４】
上述したところは、この発明の実施形態の一例を示したにすぎず、請求の範囲において種々の変更を加えることができる。
【００３５】
【実施例】
次に、この発明に従う空気入りタイヤを試作し、性能評価を行ったので、以下で説明する。
実施例のタイヤは、タイヤサイズがＯＲＲ　４０．００Ｒ５７である建設車両用空気入りラジアルタイヤであり、補強素子、補強層を構成する被覆ゴムの１００％モジュラスＭ_１００、前記補強素子間のゴム厚みｔ、補強素子の外径Ｄ、ｔ／Ｄ比については表１〜３に示す。尚、表１は交差補強層をベルトに用いたタイヤの場合、表２は交差補強層をカーカスに用いたタイヤの場合、表３は交差補強層をビード補強層である補強素子で補強したチェーファーに用いたタイヤの場合であり、交差補強層以外のタイヤ構造については、一般的な建設車両用空気入りタイヤと銅のｙに構成した。
【００３６】
上記各供試タイヤについて、以下に示す試験条件でドラム耐久性試験を行い、その後、タイヤを解体して交差補強層を取り出し、この交差補強層における層間ゴム亀裂発生面積を測定し、耐久性を評価した。この耐久性の評価結果を表１〜３に示す。尚、表１〜３中のゴム亀裂発生面積の数値は、それぞれ従来例Ａ−７、Ｂ−８、Ｃ−６を１００とした指数比で示してあり、数値が小さいほど耐久性に優れている。
（試験条件）　タイヤ内圧：　　７００ｋＰａ
タイヤ負荷荷重：Ｔｈｅ　Ｔｉｒｅ　ａｎｄ　Ｒｉｍ　Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ規格の１５０％に
相当する荷重
スリップ角度：１．５度
試験速度：１０ｋｍ／ｈ
走行距離：３０００ｋｍ
【００３７】
【表１】

【００３８】
【表２】

【００３９】
【表３】

【００４０】
表１〜３に示す結果から、実施例はいずれも、従来例に比べて補強素子の交差部分に位置する層間ゴム亀裂の発生が抑制されている。また、交差補強層の端部でのゴム亀裂の進展速度についても調べたが、実施例及び比較例のいずれにおいても前記進展速度は遅く、かかるゴム亀裂の進展が抑制されていた。
【００４１】
【発明の効果】
この発明によれば、交差補強層の適正化を図ることにより、交差補強層の端部でのゴム亀裂の進展を抑制するとともに、交差補強層を構成する補強層のそれぞれに位置する補強素子の交差部分での層間ゴム亀裂の発生を抑制した、タイヤの耐久性に優れた空気入りタイヤ、特に重荷重用タイヤの提供が可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に従う空気入りタイヤに適用した交差補強層の断面図である。
【図２】図１の交差補強層を上方から透視したときの平面図である。
【図３】交差補強層をカーカスを構成する部材として適用した実施形態を示す図である。
【図４】交差補強層をベルトを構成する部材として適用した実施形態を示す図である。
【図５】交差補強層をビード補強層を構成する部材として適用した実施形態を示す図である。
【図６】補強素子の外径Ｄと補強素子間のゴム厚みｔの比ｔ／Ｄが異なるタイヤについて、交差補強層の補強素子の交差部分での層間ゴム亀裂の発生長さ（指数）をプロットしたときの図である。
【図７】補強素子の外径Ｄと補強素子間のゴム厚みｔの比ｔ／Ｄが異なるタイヤについて、タイヤの径成長量（指数）をプロットしたときの図である。
【図８】補強素子束同士の配列間隔の好適範囲を定めたときの理由を説明するための図である。
【図９】補強素子束同士の配列間隔の好適範囲を定めたときの理由を説明するための図である。
【符号の説明】
１　交差補強層
２、２ａ、２ｂ　補強素子
３、３ａ、３ｂ　補強層
４　補強素子束
５、８、９　空気入りタイヤ
６　カーカス
７　ベルト
１０　ビード部
１１　ビード補強層
１２　ビードコア
１３　被覆ゴム

Claims

平行配列状態の補強素子をゴム被覆した２層以上の補強層を有し、該補強層の少なくとも２層は、補強素子が互いに交差するように積層して交差補強層を構成してなる空気入りタイヤにおいて、
交差補強層は、
補強素子が、２本以上の補強素子を１ユニットとする補強素子の束として平行配列され、同一の補強素子束を構成する補強素子同士の配列間隔が狭く、補強素子束同士の配列間隔が広く、
各補強層を構成する被覆ゴムの１００％モジュラスが、室温で測定して１．０〜６．０　ＭＰａ　の範囲であり、
隣接する補強層にそれぞれ位置する補強素子間のゴム厚みは、補強素子の外径の０．２〜１．２倍の範囲であることを特徴とする空気入りタイヤ。
補強層の補強素子と直交する方向の単位幅をｗとし、この単位幅内にて、補強素子の平均埋設本数をＮとし、各補強素子束を構成する補強素子の本数をｎとするとともに、補強素子束同士の配列間隔をＱとするとき、
補強素子束同士の配列間隔は、
０．２０×ｎ×（ｗ／Ｎ）≦Ｑ≦０．７５×ｎ×（ｗ／Ｎ）
を満足することを特徴とする請求項１記載の空気入りタイヤ。
補強素子束同士の配列間隔は、２〜１０ｍｍの範囲であり、同一の補強素子束を構成する補強素子同士の配列間隔は、０．２〜０．５ｍｍの範囲である請求項２記載の空気入りタイヤ。
交差補強層は、タイヤを構成する部材であるカーカス、ベルト及びビード補強層のうちの少なくとも一の部材として配設される請求項１、２又は３記載の空気入りタイヤ。
交差補強層の補強素子の交差角度は、鋭角側から測定して３〜５５°の範囲である請求項１〜４のいずれか１項記載の空気入りタイヤ。
補強素子が、スチールコード又はスチールモノフィラメントである請求項１〜５のいずれか１項記載の空気入りタイヤ。